(57)【要約】【課題】  操作性に優れたテーブル移動機構およびプローブ走査装置を提供する。【解決手段】  プローブ走査装置１は、原子間力顕微鏡１０および光学顕微鏡２０を一体的に備える。原子間力顕微鏡１０は試料載置台３０を有する。試料載置台３０は、ＸＹ方向移動機構３０ａおよびＺ方向移動機構３０ｂを含む。ＸＹ方向移動機構３０ａの上部には、試料Ｍを載置するための第３の移動プレート３３０が設けられている。ＸＹ方向移動機構３０ａの側面側からＹ方向に延びるようにＸ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０が互いに平行に設けられている。使用者がＸ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０を回転操作することにより、第３の移動プレート３３０がＸ方向およびＹ方向に移動する。第３の移動プレート３３０のＸ方向およびＹ方向への移動時において、Ｘ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０はＸ方向およびＹ方向に移動しない。【選択図】        図１
2006071530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持部材と、
互いに交差する第１の方向および第２の方向に前記保持部材に対して移動可能に設けられたテーブルと、
前記保持部材から突出するように前記第１の方向に延びかつ回転操作可能に前記保持部材に設けられた第１の操作軸と、
前記保持部材から突出するように前記第１の方向に延びかつ回転操作可能に前記保持部材に設けられた第２の操作軸と、
前記第１の操作軸の回転に伴って前記テーブルを前記第１の方向に移動させる第１の駆動機構と、
前記第２の操作軸の回転に伴って前記テーブルを前記第２の方向に移動させる第２の駆動機構とを備えたことを特徴とするテーブル移動機構。
【請求項２】
前記第１の駆動機構は、
前記第１の方向に移動可能に設けられた可動部材と、
前記第１の操作軸の回転に伴って前記可動部材を前記第１の方向に移動させる第１の伝達機構とを含み、
前記第２の駆動機構は、
前記テーブルおよび前記可動部材とともに前記第１の方向に移動可能に設けられ、前記第２の操作軸の回転に伴って前記テーブルを前記第２の方向に移動させる第２の伝達機構を含むことを特徴とする請求項１記載のテーブル移動機構。
【請求項３】
前記第２の操作軸に設けられ、前記第２の操作軸とともに回転する第１の回転部材をさらに備え、
前記第１および第２の操作軸は、前記第１の方向に移動しないように前記保持部材に設けられ、
前記第２の伝達機構は、
前記第１の回転部材に係合し、前記第１の回転部材の回転に連動して前記第１の方向の軸の周りで回転可能に前記可動部材に設けられた第２の回転部材と、
前記第２の回転部材の回転運動を前記第２の方向の往復運動に変換することにより前記テーブルを前記第２の方向に移動させる変換機構とを含み、
前記第２の回転部材は、前記第１の回転部材との係合状態を保ちつつ前記可動部材とともに前記第１の方向に移動可能に前記可動部材に設けられたことを特徴とする請求項２記載のテーブル移動機構。
【請求項４】
前記第２の操作軸は回転軸と前記回転軸の端部に設けられる把持部とを含み、
前記第１の操作軸は、前記第１の方向に移動しないように前記保持部材に設けられ、
前記回転軸は、前記第１の方向に移動可能に前記保持部材に設けられ、
前記第２の伝達機構は、前記回転軸の回転運動を前記第２の方向の往復運動に変換することにより前記テーブルを前記第２の方向に移動させる変換機構を含み、
前記把持部は、前記回転軸とともに回転するように回転方向において前記回転軸に係止されるとともに、前記第１の方向への前記回転軸の移動時に前記第１の方向に移動しないように前記回転軸に対して前記第１の方向に移動可能に設けられたことを特徴とする請求項２記載のテーブル移動機構。
【請求項５】
前記第１の操作軸の回転トルクと前記第２の操作軸の回転トルクとがほぼ等しいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のテーブル移動機構。
【請求項６】
前記第１の操作軸の回転量に対する前記テーブルの前記第１の方向への移動量の割合と、前記第２の操作軸の回転量に対する前記テーブルの前記第２の方向への移動量の割合とがほぼ等しいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のテーブル移動機構。
【請求項７】
前記第１の方向と前記第２の方向とは、互いに直交することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のテーブル移動機構。
【請求項８】
試料が載置される試料載置台と、
走査型プローブ顕微鏡と、
光学顕微鏡と、
前記走査型プローブ顕微鏡および前記光学顕微鏡を保持する保持部とを備え、
前記試料載置台は、
保持部材と、
互いに交差する第１の方向および第２の方向に前記保持部材に対して移動可能に設けられたテーブルと、
前記保持部材から突出するように前記第１の方向に延びかつ回転操作可能に前記保持部材に設けられた第１の操作軸と、
前記保持部材から突出するように前記第１の方向に延びかつ回転操作可能に前記保持部材に設けられた第２の操作軸と、
前記第１の操作軸の回転に伴って前記テーブルを前記第１の方向に移動させる第１の駆動機構と、
前記第２の操作軸の回転に伴って前記テーブルを前記第２の方向に移動させる第２の駆動機構とを備えたことを特徴とするプローブ走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物が載置されたテーブルを移動させるためのテーブル移動機構およびプローブ走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来の光学顕微鏡または電子顕微鏡等とは全く異なる原理を利用した走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope:ＳＰＭ）が開発され、注目を浴びている。
【０００３】
走査型プローブ顕微鏡は、プローブと呼ばれる鋭く尖った探針を自由端に有するカンチレバーを備えている。上記の走査型プローブ顕微鏡の一例である原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope:ＡＦＭ）においては、探針を試料に近づけると、探針の先端を構成している原子と試料を構成している原子との間に原子間力が生じる。この原子間力によりカンチレバーの自由端が変位する。
【０００４】
このカンチレバーの自由端の変位量を電気的に測定しながら、探針を試料に沿って走査させることにより、試料の表面形状を示す三次元的な情報を得ることができる。例えば、カンチレバーの自由端の変位を一定に保つように探針と試料との距離を制御しながら探針を走査させると、探針の先端は試料表面の凹凸に沿って移動するので、探針の先端の位置情報から試料の表面形状を示す三次元的な情報を得ることができる。
【０００５】
なお、走査型プローブ顕微鏡のその他の例としては、探針の原子と試料表面の原子との間に生じる原子間力を用いる代わりに、探針と試料との間に流れるトンネル電流を利用することにより試料表面の三次元的な情報を得ることも可能な走査型トンネル顕微鏡もある。
【０００６】
また、光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡とが一体化されたプローブ走査装置が開発されている。
【０００７】
ここで、従来のプローブ走査装置の概略を図面を参照しながら説明する。なお、下記に示すプローブ走査装置は、光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡の一例である原子間力顕微鏡とが一体的に構成されたものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
図１１は、従来のプローブ走査装置を示す模式図である。
【０００９】
図１１に示すように、支持台２０１には、図示しないリニアガイドを介して光学系支持台２０２が上下方向に移動可能に設けられている。
【００１０】
光学系支持台２０２には、対物レンズ２０７、変位計測光学系２０６および観察光学系２０４が取り付けられている。
【００１１】
光学系支持台２０２上に設けられた光学系支持台粗動マイクロメーター２０３を調整することにより、対物レンズ２０７、変位計測光学系２０６および観察光学系２０４が一体的に上下に移動させることができる。
【００１２】
また、光学系支持台２０２には、図示しないリニアガイドを介してスキャナ支持台２１５が上下方向に移動可能に設けられている。
【００１３】
スキャナ支持台２１５には、探針微動用円筒型圧電素子２０８が固定されている。探針微動用円筒型圧電素子２０８の下端に探針支持リング２０９が設けられている。
【００１４】
この探針支持リング２０９にカンチレバー２１８が取り付けられており、カンチレバー２１８の自由端に探針２１０が設けられている。なお、探針２１０は、探針支持リング２０９の中央の開口部分から突出するように設けられている。
【００１５】
スキャナ支持台２１５上に設けられたスキャナ支持台粗動マイクロメーター２１４を調整することにより、スキャナ支持台２１５を光学系支持台２０２に対して上下方向に移動させることができる。
【００１６】
一方、支持台２０１上には、試料走査用円筒型圧電素子２１３が固定されている。試料走査用円筒型圧電素子２１３上には試料台２１２が設けられており、試料台２１２上に試料２１１が載置される。
【００１７】
上記のような構成により、光学顕微鏡による試料の観察と走査型プローブ顕微鏡による試料の観察とを一台のプローブ走査装置により行うことができる。
【特許文献１】特開平５−１５７５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところで、上記のプローブ走査装置において、探針２１０を試料２１１の表面に沿って走査させるために試料走査用円筒型圧電素子２１３により試料台２１２が移動される。しかしながら、試料２１１を水平面内で位置決めするために試料台２１２を水平方向に大きく移動させることはできない。
【００１９】
そこで、試料台２１２を水平方向に大きく移動させることができれば、使用者は、光学顕微鏡により試料２１１を観察しつつ、試料台２１２を移動させることにより試料２１１の位置決めを容易に行うことができる。
【００２０】
試料が載置されるテーブルを手動で移動させるためのテーブル移動機構がある。このテーブル移動機構によれば、試料の載置されたテーブルが所定の方向に移動するので、試料の位置決めが容易に行われる。
【００２１】
図１２は従来のテーブル移動機構を示す模式図である。図１２においては、矢印に示すように、水平面内で互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向と定義し、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向をＺ方向と定義する。
【００２２】
図１２（ａ）は従来のテーブル移動機構３０Ｊの平面図であり、図１２（ｂ）は従来のテーブル移動機構３０ＪのＹ方向における側面図であり、図１２（ｃ）は従来のテーブル移動機構３０ＪのＸ方向における側面図である。
【００２３】
図１２に示すように、テーブル移動機構３０Ｊにおいては、第１の移動プレート３１０Ｊ上にＸ方向駆動ブロック３１１Ｊ、第２の移動プレート３２０Ｊ、Ｙ方向駆動ブロック３２１Ｊおよび第３の移動プレート３３０Ｊが順に積層されている。試料は第３の移動プレート３３０Ｊ上に載置される。
【００２４】
Ｘ方向駆動ブロック３１１ＪからＸ方向に突出するように長手形状のＸ方向移動ノブ３４０Ｊが設けられ、Ｙ方向駆動ブロック３２１ＪからＹ方向に突出するように長手形状のＹ方向移動ノブ３５０Ｊが設けられている。
【００２５】
Ｘ方向移動ノブ３４０Ｊが回転操作されることにより、第２の移動プレート３２０ＪがＸ方向に移動する。それにより、第２の移動プレート３２０Ｊ上の第３の移動プレート３３０Ｊ、Ｙ方向駆動ブロック３２１ＪおよびＹ方向移動ノブ３５０ＪもＸ方向に移動する。
【００２６】
Ｙ方向移動ノブ３５０Ｊが回転操作されることにより、第３の移動プレート３３０ＪがＹ方向に移動する。
【００２７】
このテーブル移動機構３０Ｊにおいては、Ｘ方向移動ノブ３４０ＪおよびＹ方向移動ノブ３５０ＪがそれぞれＸ方向およびＹ方向に突出するように設けられている。
【００２８】
それにより、Ｘ方向移動ノブ３４０ＪおよびＹ方向移動ノブ３５０Ｊを操作するために、異なる２方向に操作スペースを確保する必要がある。また、異なる２方向からＸ方向移動ノブ３４０ＪおよびＹ方向移動ノブ３５０Ｊを操作する必要があるので、操作性が悪い。
【００２９】
本発明の目的は、操作性に優れたテーブル移動機構およびプローブ走査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
第１の発明に係るテーブル移動機構は、保持部材と、互いに交差する第１の方向および第２の方向に保持部材に対して移動可能に設けられたテーブルと、保持部材から突出するように第１の方向に延びかつ回転操作可能に保持部材に設けられた第１の操作軸と、保持部材から突出するように第１の方向に延びかつ回転操作可能に保持部材に設けられた第２の操作軸と、第１の操作軸の回転に伴ってテーブルを第１の方向に移動させる第１の駆動機構と、第２の操作軸の回転に伴ってテーブルを第２の方向に移動させる第２の駆動機構とを備えたものである。
【００３１】
そのテーブル移動機構においては、第１の操作軸が回転操作されることにより、テーブルが保持部材に対して第１の方向に第１の駆動機構により移動される。また、第２の操作軸が回転操作されることにより、テーブルが保持部材に対して第２の方向に第２の駆動機構により移動される。
【００３２】
この場合、第１および第２の操作軸がともに保持部材から突出するように第１の方向に延びているので、第１および第２の操作軸の操作スペースをともに第１の方向側に設けることができる。それにより、使用者は第１の方向側から第１および第２の操作軸を操作して、テーブルを第１および第２の方向に容易に移動させることができる。その結果、操作性が向上される。
【００３３】
第１の駆動機構は、第１の方向に移動可能に設けられた可動部材と、第１の操作軸の回転に伴って可動部材を第１の方向に移動させる第１の伝達機構とを含み、第２の駆動機構は、テーブルおよび可動部材とともに第１の方向に移動可能に設けられ、第２の操作軸の回転に伴ってテーブルを第２の方向に移動させる第２の伝達機構を含んでもよい。
【００３４】
この場合、第１の操作軸の回転に伴って第１の伝達機構により可動部材が第１の方向に移動される。それにより、第２の伝達機構がテーブルおよび可動部材とともに第１の方向に移動される。また、第２の操作軸の回転に伴って第２の伝達機構によりテーブルが第２の方向に移動される。
【００３５】
第２の操作軸に設けられ、第２の操作軸とともに回転する第１の回転部材をさらに備え、第１および第２の操作軸は、第１の方向に移動しないように保持部材に設けられ、第２の伝達機構は、第１の回転部材に係合し、第１の回転部材の回転に連動して第１の方向の軸の周りで回転可能に可動部材に設けられた第２の回転部材と、第２の回転部材の回転運動を第２の方向の往復運動に変換することによりテーブルを第２の方向に移動させる変換機構とを含み、第２の回転部材は、第１の回転部材との係合状態を保ちつつ可動部材とともに第１の方向に移動可能に可動部材に設けられてもよい。
【００３６】
この場合、第２の操作軸が回転操作されることにより第２の操作軸に設けられた第１の回転部材が回転される。また、第１の回転部材が回転されることにより、第１の回転部材に係合する第２の回転部材が第１の回転部材の回転に連動して第１の方向の軸の周りで回転される。そして、第２の回転部材の回転運動が変換機構により第２の方向の往復運動に変換され、テーブルが第２の方向に移動される。
【００３７】
ここで、第１および第２の操作軸は、第１の方向に移動しないように保持部材に設けられ、第２の回転部材は、第１の回転部材との係合状態を保ちつつ可動部材とともに第１の方向に移動可能に設けられている。それにより、テーブルが第１の方向に移動する場合でも、第１および第２の操作軸は第１の方向に移動しない。したがって、操作性がより向上される。
【００３８】
第２の操作軸は回転軸と回転軸の端部に設けられる把持部とを含み、第１の操作軸は、第１の方向に移動しないように保持部材に設けられ、回転軸は、第１の方向に移動可能に保持部材に設けられ、第２の伝達機構は、回転軸の回転運動を第２の方向の往復運動に変換することによりテーブルを第２の方向に移動させる変換機構を含み、把持部は、回転軸とともに回転するように回転方向において回転軸に係止されるとともに、第１の方向への回転軸の移動時に第１の方向に移動しないように回転軸に対して第１の方向に移動可能に設けられてもよい。
【００３９】
この場合、把持部が回転方向において回転軸に係止されているので、把持部が回転操作されることにより回転軸が回転される。回転軸が回転されることにより、その回転運動が変換機構により第２の方向の往復運動に変換され、テーブルが第２の方向に移動される。
【００４０】
ここで、把持部は、第１の方向への回転軸の移動時においても、第１の方向に移動しないように回転軸に対して第１の方向に移動可能に設けられている。これにより、回転軸が第１の方向に移動する場合でも、把持部および第１の操作軸は第１の方向に移動しない。したがって、操作性がより向上される。
【００４１】
第１の操作軸の回転トルクと第２の操作軸の回転トルクとがほぼ等しくてもよい。この場合、使用者は第１の操作軸および第２の操作軸をほぼ等しいトルク感で操作することができる。それにより、操作性が向上されるとともにテーブルを正確に位置決めすることができる。
【００４２】
第１の操作軸の回転量に対するテーブルの第１の方向への移動量の割合と、第２の操作軸の回転量に対するテーブルの第２の方向への移動量の割合とがほぼ等しくてもよい。これにより、操作性が向上されるとともにテーブルを正確に位置決めすることができる。
【００４３】
第１の方向と第２の方向とは、互いに直交してもよい。これにより、操作性が向上されるとともにテーブルを正確に位置決めすることができる。
【００４４】
第２の発明に係るプローブ走査装置は、試料が載置される試料載置台と、走査型プローブ顕微鏡と、光学顕微鏡と、走査型プローブ顕微鏡および光学顕微鏡を保持する保持部とを備え、試料載置台は、保持部材と、互いに交差する第１の方向および第２の方向に保持部材に対して移動可能に設けられたテーブルと、保持部材から突出するように第１の方向に延びかつ回転操作可能に保持部材に設けられた第１の操作軸と、保持部材から突出するように第１の方向に延びかつ回転操作可能に保持部材に設けられた第２の操作軸と、第１の操作軸の回転に伴ってテーブルを第１の方向に移動させる第１の駆動機構と、第２の操作軸の回転に伴ってテーブルを第２の方向に移動させる第２の駆動機構とを備えたものである。
【００４５】
そのプローブ走査装置においては、使用者は試料載置台に載置された試料を保持部に保持された走査型プローブ顕微鏡および光学顕微鏡により観察することができる。この場合、走査型プローブ顕微鏡により試料の表面形状を高倍率でミクロ的に観察することができる。また、光学顕微鏡により試料の表面形状を低倍率でマクロ的に観察することができる。
【００４６】
そのプローブ走査装置の試料載置台においては、第１の操作軸が回転操作されることにより、テーブルが保持部材に対して第１の方向に第１の駆動機構により移動される。また、第２の操作軸が回転操作されることにより、テーブルが保持部材に対して第２の方向に第２の駆動機構により移動される。
【００４７】
この場合、第１および第２の操作軸がともに保持部材から突出するように第１の方向に延びているので、第１および第２の操作軸の操作スペースをともに第１の方向側に設けることができる。それにより、使用者は第１の方向側から第１および第２の操作軸を操作して、テーブルを第１および第２の方向に容易に移動させることができる。その結果、操作性が向上される。
【発明の効果】
【００４８】
本発明に係るテーブル移動機構においては、第１の操作軸が回転操作されることにより、テーブルが保持部材に対して第１の方向に第１の駆動機構により移動される。また、第２の操作軸が回転操作されることにより、テーブルが保持部材に対して第２の方向に第２の駆動機構により移動される。
【００４９】
この場合、第１および第２の操作軸がともに保持部材から突出するように第１の方向に延びているので、第１および第２の操作軸の操作スペースをともに第１の方向側に設けることができる。それにより、使用者は第１の方向側から第１および第２の操作軸を操作して、テーブルを第１および第２の方向に容易に移動させることができる。その結果、操作性が向上される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本発明の一実施の形態に係るテーブル移動機構およびプローブ走査装置について説明する。
【００５１】
図１は、本実施の形態に係るプローブ走査装置を示す斜視図である。ここで、水平面内で直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向をＺ方向とする。
【００５２】
図１に示すように、本実施の形態に係るプローブ走査装置１は、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope:ＡＦＭ）１０および光学顕微鏡２０を一体的に備える。原子間力顕微鏡１０および光学顕微鏡２０はベース筐体部５０により保持されている。
【００５３】
ベース筐体部５０は、Ｘ方向およびＹ方向からなる平面上に位置する底部５４を有する。
【００５４】
底部５４の四隅からＺ軸方向に支持脚５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ（５２ｃは図示せず）が延びている。支持脚５２ａ，５２ｄの上端には、被支持部５３ａ，５３ｄがそれぞれ設けられている。
【００５５】
支持脚５２ｂ，５２ｃ上には平面視でＬ字状に形成された被支持部５３が設けられている。
【００５６】
ベース筐体部５０の被支持部５３ａ，５３ｄは、それぞれＺ軸方向に延びる円筒状の脚部Ｓ１，Ｓ４（Ｓ４は図示せず）により支持されている。また、ベース筐体部５０の被支持部５３は、Ｚ軸方向に延びる円筒状の脚部Ｓ２および脚部Ｓ３により支持されている。
【００５７】
原子間力顕微鏡１０は、ＡＦＭスキャナ１１および試料載置台３０を備える。被支持部５３は、水平な上面を有する。この上面上にＡＦＭスキャナ１１が支持されている。なお、ＡＦＭスキャナ１１の後述するカンチレバーに設けられている探針を試料表面上に沿って走査させる構成については後述する。
【００５８】
ＡＦＭスキャナ１１は、Ｙ方向およびＺ方向に平行な側壁部１１Ａ、Ｘ方向およびＺ方向に平行な側壁部１１Ｂ、ならびにＸ方向およびＹ方向に平行な天板部１１Ｃにより構成される。側壁部１１Ａと側壁部１１Ｂとは、Ｘ方向およびＹ方向に平行な面においてＬ字状となるように形成されている。
【００５９】
図１に示すように、ＡＦＭスキャナ１１の天板部１１Ｃの下面に観察機構保持部１１ｃが設けられている。
【００６０】
ベース筐体部５０内部の中央に試料載置台３０が設けられている。試料載置台３０は、ＸＹ方向移動機構３０ａおよびＺ方向移動機構３０ｂを含む。ＸＹ方向移動機構３０ａはＺ方向移動機構３０ｂ上に設けられている。Ｚ方向移動機構３０ｂはＸＹ方向移動機構３０ａをＺ方向に上下動可能に保持する。
【００６１】
ＸＹ方向移動機構３０ａの上部には、試料Ｍを載置するための第３の移動プレート３３０が設けられている。ＸＹ方向移動機構３０ａの側面側からＹ方向に延びるようにＸ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０が互いに平行に設けられている。
【００６２】
ＸＹ方向移動機構３０ａにおいて、使用者がＸ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０を回転操作することにより、第３の移動プレート３３０がＸ方向およびＹ方向に移動する。ＸＹ方向移動機構３０ａの詳細は後述する。
【００６３】
なお、第３の移動プレート３３０のＸ方向およびＹ方向への移動時において、Ｘ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０はＸ方向およびＹ方向に移動しない。
【００６４】
ＡＦＭスキャナ１１の観察機構保持部１１ｃの下部には観察機構４００が設けられている。
【００６５】
観察機構４００は、光学顕微鏡２０のミラー２５を保持する。観察機構４００において、ミラー２５は試料Ｍの上方に位置する。この場合、図示しない照明源から発せられる照明光が試料Ｍに照射され、その試料Ｍからの反射光がミラー２５に照射される。
【００６６】
また、ベース筐体部５０には、光学顕微鏡２０が取り付けられている。光学顕微鏡２０は、レンズ格納部２１、光軸変換部２２、電動ズーム鏡筒２３、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラボックス２４、ミラー２５およびミラーホルダ（図示せず）を備える。光軸変換部２２は光軸変換ミラー２２ａを内蔵する。
【００６７】
光学顕微鏡２０のレンズ格納部２１は、光軸変換部２２に取り付けられ、光軸変換部２２は、電動ズーム鏡筒２３の上端部に取り付けられている。電動ズーム鏡筒２３の下端部にＣＣＤカメラボックス２４が設けられている。
【００６８】
ここで、光学顕微鏡２０の電動ズーム鏡筒２３は、試料載置台３０の側方においてＺ軸方向に延びるように配置され、光軸変換ミラー２２ａは電動ズーム鏡筒２３の上端部に配置されている。
【００６９】
この光学顕微鏡２０において、試料Ｍからの反射光は、ミラー２５により反射され、レンズ格納部２１のレンズを通して光軸変換部２２内の光軸変換ミラー２２ａにより反射される。光軸変換ミラー２２ａによる反射光は、電動ズーム鏡筒２３を通してＣＣＤカメラボックス２４に取り込まれ、ＣＣＤカメラボックス２４内のＣＣＤカメラに試料Ｍの観察像が形成される。
【００７０】
プローブ走査装置１の制御系についての詳細は後述する。
【００７１】
ここで、観察機構４００は、原子間力顕微鏡１０用のカンチレバーを有する。この観察機構４００のカンチレバーは、ＡＦＭスキャナ１１に対して以下の位置に配置されることが好ましい。観察機構４００のカンチレバーの配置位置に応じて試料載置台３０の配置位置が設定される。
【００７２】
図２は、図１のＡＦＭスキャナ１１に対するカンチレバーの好ましい配置位置およびＡＦＭスキャナ１１に対する試料載置台３０の好ましい配置位置を説明するための図である。図２においても、図１と同様にＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義する。
【００７３】
図２においては、カンチレバーの配置位置がカンチレバー配置部Ｓとして示されている。また、図２には、第３の移動プレート３３０をＸ方向およびＹ方向に移動させるためのＸ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０が示されている。
【００７４】
図２（ａ）に図１のプローブ走査装置１の模式的平面図が示されている。Ｘ方向におけるカンチレバー配置部Ｓから側壁部１１Ａの内面１１ｘまでの距離をＡとする。また、Ｙ方向におけるカンチレバー配置部Ｓから側壁部１１Ｂの内面１１ｙまでの距離をＢとする。原子間力顕微鏡１０において、距離Ａおよび距離Ｂはより小さいことが好ましい。この理由について説明する。
【００７５】
図２（ｂ）は図２（ａ）の距離Ａが小さい場合のプローブ走査装置１の模式的側面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）の距離Ａが非常に大きい場合のプローブ走査装置１の模式的側面図である。
【００７６】
原子間力顕微鏡１０によれば、試料表面のナノレベルの観察を行うことが可能である。このため、ＡＦＭスキャナ１１を支える図１の被支持部５３の剛性が不足すると、カンチレバーに設けられた探針が試料表面の微細な段差を安定して検知することが困難となる。
【００７７】
図２（ｂ）に示すように、距離Ａが小さい場合、被支持部５３は、ＡＦＭスキャナ１１を支持するために大きな剛性が必要とされず、被支持部５３の剛性が小さくても、ＡＦＭスキャナ１１を安定した状態で支持することができる。その結果、試料Ｍの正確な観察が実現される。
【００７８】
一方、図２（ｃ）に示すように、距離Ａが大きい場合、被支持部５３はＡＦＭスキャナ１１を支持するために大きな剛性が必要とされ、被支持部５３の剛性が小さいと、ＡＦＭスキャナ１１を安定した状態で支持することが困難となる。その結果、試料Ｍの正確な観察が困難となる。
【００７９】
したがって、ＡＦＭスキャナ１１の安定性の面からは、カンチレバーの配置位置は距離Ａがより小さくなるように設定されることが好ましい。また、上記と同様の理由で、カンチレバーの配置位置は距離Ｂがより小さくなるように設定されることが好ましい。
【００８０】
ところで、原子間力顕微鏡１０は試料表面のナノレベルの観察を行うので、原子間力顕微鏡１０による試料Ｍの観察時において、試料Ｍは安定して第３の移動プレート３３０上に載置される必要がある。
【００８１】
上述のように、試料載置台３０のＸＹ方向移動機構３０ａはＺ方向移動機構３０ｂ上に保持されている。また、後述するが、ＸＹ方向移動機構３０ａは複数のプレートが積層された構造を有する。
【００８２】
したがって、第３の移動プレート３３０が移動しても、カンチレバー配置部Ｓを通るＸ方向の軸上にＸＹ方向移動機構３０ａの複数のプレートおよびＺ方向移動機構３０ｂが存在するように配置されることが好ましい。
【００８３】
換言すれば、第３の移動プレート３３０か移動する場合であっても、カンチレバー配置部Ｓを通るＺ方向の軸上に空間ができないように試料載置台３０を配置することが好ましい。
【００８４】
この場合、カンチレバー配置部Ｓの下方において、第３の移動プレート３３０が安定する。それにより、第３の移動プレート３３０上に載置される試料Ｍが安定するので、試料Ｍの正確な観察が実現される。
【００８５】
図１および図２に示すように、ＸＹ方向移動機構３０ａの上部には、試料Ｍを載置するための第３の移動プレート３３０が設けられており、ＸＹ方向移動機構３０ａの側面側からＹ方向に延びるようにＸ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０が設けられている。
【００８６】
従来の手動式のＸＹ方向移動機構においては、Ｘ方向の操作部がＸ方向に延び、Ｙ方向の操作部がＹ方向に延びているので、図２（ａ）の距離Ａ，Ｂをより小さくすると、Ｘ方向の操作部がＡＦＭスキャナ１１の奥側に位置することになる。それにより、Ｘ方向の操作部の操作が困難になる。そのため、距離Ａ，Ｂを小さくすることができない。
【００８７】
これに対し、上述のように、図１および図２に示すＸ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０は、ともにＡＦＭスキャナ１１の内部側から手前側へＹ方向に突出している。これにより、距離Ａ，Ｂを小さくしても、使用者は手前側から容易にＸ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０を操作して、第３の移動プレート３３０をＸ方向およびＹ方向に移動させることができる。
【００８８】
また、図１のプローブ走査装置１では、ベース筐体部５０の内部で原子間力顕微鏡１０の側方に光学顕微鏡２０が設けられているが、第３の移動プレート３３０のＸ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０が光学顕微鏡２０側ではなくＡＦＭスキャナ１１の手前側でＹ方向に突出するように設けられているので、ＡＦＭスキャナ１１の手前側に十分な操作スペースが確保されるとともに操作性が向上されている。
【００８９】
さらに、これらＸ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０は操作に伴って、Ｘ方向およびＹ方向に移動しないので、より操作性が向上されている。
【００９０】
したがって、図２の距離Ａ，Ｂを小さくした場合であっても、使用者は容易に第３の移動プレート３３０をＸ方向およびＹ方向に移動させることができる。
【００９１】
上記の構成により、本実施の形態に係るプローブ走査装置１においては、図２の距離Ａ，Ｂを小さくすることにより安定した試料表面の観察が実現され、かつ、Ｘ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０がともにＹ方向に延びることにより第３の移動プレート３３０を移動させるための操作性が向上される。
【００９２】
ここで、原子間力顕微鏡１０による試料Ｍの観察時においては後述するようにレーザ光が用いられる。それにより、ＡＦＭスキャナ１１の内部側に外部の光が入らないように遮光カバーを設ける場合がある。
【００９３】
上記の構成が実現される場合には、図２の距離Ａ，Ｂが小さくなることにより、遮光カバーを図１のベース筐体部５０の手前側に突出しないように設けることが可能となる。
【００９４】
さらに、遮光カバーを設ける場合において、図２の距離Ａ，Ｂが小さいことにより、試料ＭをＡＦＭスキャナ１１の奥側に載置することが可能となる。それにより、第３の移動プレート３３０上に比較的大きな試料Ｍを載置した場合であっても、試料Ｍがベース筐体部５０から手前側に突出せず、遮光カバー内に収容される。その結果、試料Ｍが比較的大きい場合であっても、外光を遮光しつつ試料Ｍの観察を行うことが可能となる。したがって、比較的大きな試料Ｍを切断することなく観察することができる。
【００９５】
続いて、本実施の形態に係るプローブ走査装置１において、試料載置台３０のＸＹ方向移動機構３０ａの構成および動作について説明する。
【００９６】
図３は本発明の一実施の形態に係るテーブル移動機構のＸＹ方向移動機構３０ａの外観斜視図であり、図４はＸ方向移動ノブ３４０による第３の移動プレート３３０のＸ方向の移動を説明するための平面図であり、図５はＹ方向移動ノブ３５０による第２の移動プレート３２０のＹ方向の移動を説明するための平面図である。
【００９７】
図４においては、Ｘ方向移動ノブ３４０に基づく第３の移動プレート３３０の駆動系が示されている。図５においては、Ｙ方向移動ノブ３５０に基づく第２の移動プレート３２０の駆動系が示されている。図３、図４および図５についても、図１と同様に、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義する。
【００９８】
図３に示すように、ＸＹ方向移動機構３０ａは、Ｚ方向に垂直でかつ長方形状の面を有する第１の移動プレート３１０、第２の移動プレート３２０および第３の移動プレート３３０を備える。
【００９９】
第１の移動プレート３１０のＸ方向に沿った一辺には、板状のノブ保持片３１１が垂直に設けられている。第１の移動プレート３１０のＸ方向に沿った他辺には、ノブ保持片３１１と対向するように板状の軸保持片３１２が設けられている。
【０１００】
ノブ保持片３１１には、２つの孔部が形成されている。また、軸保持片３１２には、図示しない１つの孔部が形成されている。
【０１０１】
軸保持片３１２の孔部には、Ｙ方向に延びるＸ方向移動軸３４１の一端が回転可能に挿入されている。Ｘ方向移動軸３４１の他端にはＸ方向移動ノブ３４０が取り付けられている。
【０１０２】
Ｘ方向移動ノブ３４０はノブ保持片３１１の一方の孔部から突出してＹ方向に延びるように、矢印Ｒ１の方向に回転可能に取り付けられている。
【０１０３】
図４に示すように、Ｘ方向移動ノブ３４０はＸ方向移動軸３４１の設けられる一端側が階段状に径小となっている。Ｘ方向移動ノブ３４０の径小部３４０Ｌはノブ保持片３１１の孔部を通して貫通されている。径小部３４０Ｌの外周面にはねじ切り加工が施されている。
【０１０４】
そこで、ノブ保持片３１１を貫通する径小部３４０Ｌに、ナット３４１Ｎが螺合される。これにより、Ｘ方向移動ノブ３４０はノブ保持片３１１に回転可能に保持されている。
【０１０５】
すなわち、後述するように、Ｙ方向移動ノブ３５０が回転操作され、第３の移動プレート３３０がＹ方向に移動された場合でも、ノブ保持片３１１はＹ方向に移動しない。
【０１０６】
図５に示すように、第１の移動プレート３１０の中央部にはＹ方向軸ブロック３１３が固定されている。Ｙ方向軸ブロック３１３に、Ｙ方向に延びるＹ方向移動軸３５１の一端が回転可能に取り付けられている。Ｙ方向移動軸３５１の他端にはＹ方向移動ノブ３５０が取り付けられている。
【０１０７】
Ｙ方向移動ノブ３５０はノブ保持片３１１の他方の孔部から突出してＹ方向に延びるように、矢印Ｒ２の方向に回転可能に取り付けられている。
【０１０８】
図５に示すように、Ｙ方向移動ノブ３５０はＹ方向移動軸３５１の設けられる一端側が階段状に径小となっている。Ｙ方向移動ノブ３５０の径小部３５０Ｌはノブ保持片３１１の孔部を通して貫通されている。径小部３５０Ｌの外周面にはねじ切り加工が施されている。
【０１０９】
そこで、ノブ保持片３１１を貫通する径小部３５０Ｌに、ナット３５０Ｎが螺合される。これにより、Ｙ方向移動ノブ３５０はノブ保持片３１１に回転可能に保持されている。
【０１１０】
図３および図４に示すように、Ｘ方向移動軸３４１には第１の平歯車３４２が取り付けられている。第１の平歯車３４２は、Ｘ方向移動軸３４１に固定されている。
【０１１１】
図３のＸＹ方向移動機構３０ａにおいて、第１の移動プレート３１０の上部には、図５のＹ方向軸ブロック３１３を介して第２の移動プレート３２０が設けられている。第２の移動プレート３２０は、使用者によるＹ方向移動ノブ３５０の回転操作によりＹ方向に移動可能である。
【０１１２】
第２の移動プレート３２０の一部には、Ｘ方向およびＹ方向に平行な面におけるコ字状の歯車固定片３２１が設けられている。歯車固定片３２１はＹ方向に延びる駆動伝達軸３４４を回転可能に保持する。駆動伝達軸３４４には第２の平歯車３４３および第１のかさ歯車３４５が取り付けられている。
【０１１３】
第２の平歯車３４３は歯車固定片３２１の内部側に位置し、第１の平歯車３４２の上部で第１の平歯車３４２と係合するように取り付けられている。これにより、第１の平歯車３４２の回転にともなって第２の平歯車３４３も回転する。それにより、駆動伝達軸３４４も回転する。
【０１１４】
ここで、第２の平歯車３４３はＹ方向において第１の平歯車３４２よりも長い。これにより、第２の移動プレート３２０がＹ方向に移動する場合であっても、第２の平歯車３４３は第１の平歯車３４２との係合状態を維持しつつ、Ｙ方向に移動可能である。
【０１１５】
なお、本実施の形態において、第２の平歯車３４３のＹ方向の長さは、第２の平歯車３４３が第１の平歯車３４２と係合した状態でＹ方向に移動できるように、第１の平歯車３４２が第２の平歯車３４３よりも長く形成されてもよい。
【０１１６】
第１のかさ歯車３４５は、Ｙ方向において歯車固定片３２１の外側に位置する。第１のかさ歯車３４５は、第１の平歯車３４２の回転にともなう駆動伝達軸３４４の回転とともに回転する。
【０１１７】
図４に示すように、第１のかさ歯車３４５と係合するように第２の移動プレート３２０上に第２のかさ歯車３４６が設けられている。
【０１１８】
第２のかさ歯車３４６は、Ｘ方向に延びる移動方向変換軸３４７の一端に取り付けられている。移動方向変換軸３４７は送りねじである。移動方向変換軸３４７は第２の移動プレート３２０上に固定されたＸ方向軸ブロック３２２に接続されている。
【０１１９】
図３において、第２の移動プレート３２０の上部にはＸ方向軸ブロック３２２を介して第３の移動プレート３３０が設けられている。第３の移動プレート３３０は使用者によるＸ方向移動ノブ３４０の回転操作によりＸ方向に移動可能である。
【０１２０】
Ｘ方向移動ノブ３４０の回転操作による第３の移動プレート３３０のＸ方向の移動およびＹ方向移動ノブ３５０の回転操作による第２の移動プレート３２０のＹ方向の移動について、図４および図５に基づき説明する。
【０１２１】
図４に示すように、Ｘ方向移動ノブ３４０の回転にともない、Ｘ方向移動軸３４１に取り付けられた第１の平歯車３４２が回転する。これにより、上述のように第１の平歯車３４２と係合するように設けられた第２の平歯車３４３が回転する。
【０１２２】
第２の平歯車３４３が回転することにより、駆動伝達軸３４４を介して第１のかさ歯車３４５が回転する。これにより、上述のように、第１のかさ歯車３４５と係合するように設けられた第２のかさ歯車３４６が回転する。それにより、第２のかさ歯車３４６が取り付けられている移動方向変換軸３４７が回転する。
【０１２３】
移動方向変換軸３４７はＸ方向軸ブロック３２２に接続されている。ここで、第３の移動プレート３３０の下面側にはＸ方向送り部材３３０Ｍが設けられている。このＸ方向送り部材３３０Ｍには移動方向変換軸３４７のねじ部に対応するねじ切り加工が施されている。
【０１２４】
Ｘ方向送り部材３３０Ｍは、ねじ切り加工部が移動方向変換軸３４７のねじ部と係合するように設けられている。これにより、Ｘ方向送り部材３３０Ｍは移動方向変換軸３４７の回転にともなってＸ方向に移動する。その結果、第２の移動プレート３２０上で第３の移動プレート３３０がＸ方向に移動する。
【０１２５】
図５に示すように、Ｙ方向移動ノブ３５０の回転にともない、Ｙ方向移動軸３５１が回転する。Ｙ方向移動軸３５１はＹ方向軸ブロック３１３に接続されている。
【０１２６】
ここで、第２の移動プレート３２０の下面側にはＹ方向送り部材３２０Ｍが設けられている。このＹ方向送り部材３２０ＭにはＹ方向移動軸３５１のねじ部に対応するねじ切り加工が施されている。
【０１２７】
Ｙ方向送り部材３２０Ｍは、ねじ切り加工部がＹ方向移動軸３５１のねじ部と係合するように設けられている。これにより、Ｙ方向送り部材３２０ＭはＹ方向移動軸３５１の回転にともなってＹ方向に移動する。その結果、第１の移動プレート３１０上で第２の移動プレート３２０がＹ方向に移動する。
【０１２８】
第２の移動プレート３２０のＹ方向の移動とともに、第２の移動プレート３２０上の歯車固定片３２１、Ｘ方向軸ブロック３２２および第３の移動プレート３３０がＹ方向に移動する。
【０１２９】
上記の構成により、第３の移動プレート３３０は使用者によるＸ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０の回転操作にともなって、第１の移動プレート３１０上でＸ方向およびＹ方向に移動する。この第３の移動プレート３３０の移動時において、Ｘ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０はＸ方向およびＹ方向に移動しない。
【０１３０】
これにより、使用者は容易にＸ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０を回転操作して、第３の移動プレート３３０をＸ方向およびＹ方向に移動させることが可能となっている。
【０１３１】
図６は、図３のＸＹ方向移動機構３０ａの側面図である。図６においても、図１と同様に、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義する。
【０１３２】
図６（ａ）にＸ方向における一方側の側面図が示され、図６（ｂ）にＸ方向における他方側の側面図が示されている。さらに、図６（ｃ）にＹ方向におけるＸ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０側の側面図が示されている。
【０１３３】
図６に示すように、Ｘ方向移動ノブ３４０およびＹ方向移動ノブ３５０が、ともにＹ方向に延びることにより使用者による第３の移動プレート３３０のＸ方向およびＹ方向の操作が容易となっている。
【０１３４】
本実施の形態においては、図４および図５に示すように、第３の移動プレート３３０のＸ方向およびＹ方向の駆動系に、複数の歯車（第１の平歯車３４２、第２の平歯車３４３、第１のかさ歯車３４５および第２のかさ歯車３４６）および送りねじ（移動方向変換軸３４７およびＹ方向移動軸３５１）が用いられている。
【０１３５】
これら複数の歯車のピッチおよび外径、ならびに、送りねじのピッチおよび外径は、Ｘ方向移動ノブ３４０の回転量に対する第３の移動プレート３３０のＸ方向への移動量の割合と、Ｙ方向移動ノブ３５０の回転量に対する第３の移動プレート３３０のＹ方向への移動量の割合とがほぼ同じとなるように設定することが好ましい。
【０１３６】
この場合、Ｘ方向移動ノブ３４０の回転操作量に対する第３の移動プレート３３０のＸ方向への移動量と、Ｙ方向移動ノブ３５０の回転操作量に対する第３の移動プレート３３０のＹ方向への移動量とがほぼ等しくなる。これにより、操作性がより向上する。さらに、使用者は第３の移動プレート３３０の位置決めを正確に行うことができる。
【０１３７】
さらに、複数の歯車のピッチおよび外径、ならびに、送りねじのピッチおよび外径は、Ｘ方向移動ノブ３４０を回転させて第３の移動プレート３３０をＸ方向に移動させる場合の使用者のトルク感と、Ｙ方向移動ノブ３５０を回転させて第３の移動プレート３３０をＹ方向に移動させる場合の使用者のトルク感とがほぼ同じとなるように設定されることが好ましい。
【０１３８】
この場合、使用者はＸ方向移動ノブ３４０の回転操作とＹ方向移動ノブ３５０の回転操作とをほぼ等しいトルク感で操作することができる。これにより、操作性がより向上する。さらに、使用者は第３の移動プレート３３０の位置決めを正確に行うことができる。
【０１３９】
本実施の形態に係るプローブ走査装置１において、ＸＹ方向移動機構３０ａの構成および構造は図３のＸＹ方向移動機構３０ａに限られるものではない。
【０１４０】
（ＸＹ方向移動機構３０ａの他の例）
図７はＸＹ方向移動機構３０ａの他の例を示す外観斜視図であり、図８はＸ方向移動ノブによる第３の移動プレート３３０のＸ方向の移動を説明するための平面図である。
【０１４１】
図８においては、Ｘ方向移動ノブ３４０ｂに基づく第３の移動プレート３３０の駆動系が示されている。図７および図８においても、図１と同様に、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義する。
【０１４２】
図７のＸＹ方向移動機構３０ａは、以下の点を除き図３のＸＹ方向移動機構３０ａと同様の構成および動作を有する。
【０１４３】
図７に示すように、ノブ保持片３１１はＺ方向に段差を有する。ノブ保持片３１１の上段側および下段側に図示しない２つの孔部が形成されている。
【０１４４】
ノブ保持片３１１の上段側の孔部を通るように、Ｙ方向に延びるＸ方向移動軸３４１ｂが設けられている。Ｘ方向移動ノブ３４０ｂはノブ保持片３１１に矢印Ｒ１の方向に回転可能に取り付けられている。Ｘ方向移動ノブ３４０ｂの一端側にはＹ方向に延びる軸保持用孔３４０ｈが形成されている。さらに、Ｘ方向移動ノブ３４０ｂには、Ｙ方向に延びるスライド孔３４１ｓが形成されている。
【０１４５】
図７および図８に示すように、Ｘ方向移動軸３４１ｂの一端は、Ｘ方向移動ノブ３４０ｂの軸保持用孔３４０ｈにＹ方向へ移動可能に挿入されている。
【０１４６】
Ｘ方向移動軸３４１ｂには、Ｘ方向移動ノブ３４０ｂのスライド孔３４１ｓに係合する移動制限ピン３４１ｐが設けられている。これにより、Ｘ方向移動軸３４１ｂのＹ方向への移動が許容されている。また、Ｘ方向移動ノブ３４０ｂが矢印Ｒ１の方向に回転操作される場合には、Ｘ方向移動ノブ３４０ｂの回転にともなって、Ｘ方向移動軸３４１ｂも回転する。
【０１４７】
Ｘ方向移動軸３４１ｂの中央部に第１のかさ歯車３４５が固定されている。Ｘ方向移動軸３４１ｂが回転することにより、第１のかさ歯車３４５もともに回転する。また、Ｘ方向移動軸３４１ｂのＹ方向への移動にともなって、第１のかさ歯車３４５もともにＹ方向に移動する。
【０１４８】
第１のかさ歯車３４５と係合するように第２の移動プレート３２０上に第２のかさ歯車３４６が設けられている。
【０１４９】
図８に示すように、第２のかさ歯車３４６は、Ｘ方向に延びる移動方向変換軸３４７の一端に取り付けられている。移動方向変換軸３４７は送りねじである。移動方向変換軸３４７は第２の移動プレート３２０上に固定されたＸ方向軸ブロック３２２に接続されている。
【０１５０】
図７および図８に示すように、第２の移動プレート３２０上に歯車固定片３２１ｂが固定されている。歯車固定片３２１ｂは、Ｙ方向において対向する２つの移動軸ガイド片３２１ｆ，３２１ｇを有する。
【０１５１】
移動軸ガイド片３２１ｆ，３２１ｇは、それぞれ図示しない孔部を有する。この図示しない孔部にＸ方向移動軸３４１ｂが挿入されている。
【０１５２】
これより、移動軸ガイド片３２１ｆ，３２１ｇはＸ方向移動軸３４１ｂを回転可能に保持する。第１のかさ歯車３４５および第２のかさ歯車３４６は、移動軸ガイド片３２１ｆ，３２１ｇ間に位置する。
【０１５３】
さらに、歯車固定片３２１ｂは、第３の移動プレート３３０のＹ方向に沿った一側面と摺動可能に接するスライドガイド片３２１ｗを有する。
【０１５４】
スライドガイド片３２１ｗには、Ｙ方向に延びるスライド孔３２１ｓが形成されている。第３の移動プレート３３０の一側面における所定の箇所に、図示しないピン挿入孔が形成されている。
【０１５５】
図８に示すように、スライド孔３２１ｓを介して第３の移動プレート３３０のピン挿入孔に移動制限ピン３２１ｐが挿入されている。
【０１５６】
図３のＸＹ方向移動機構３０ａと同様に第３の移動プレート３３０は使用者によるＸ方向移動ノブ３４０ｂの回転操作によりＸ方向に移動可能である。図７のＸＹ方向移動機構３０ａでは、スライド孔３２１ｓを介して第３の移動プレート３３０のピン挿入孔に移動制限ピン３２１ｐが挿入されているので、第３の移動プレート３３０のＸ方向への移動が許容されている。
【０１５７】
なお、図７において、Ｙ方向移動ノブ３５０はノブ保持片３１１の下段側の孔部から突出してＹ方向に延びるように、矢印Ｒ２の方向に回転可能に取り付けられている。
【０１５８】
Ｘ方向移動ノブ３４０ｂによる第３の移動プレート３３０のＸ方向の移動について、図８に基づき説明する。
【０１５９】
図８に示すように、Ｘ方向移動ノブ３４０ｂの回転にともない、Ｘ方向移動軸３４１ｂに取り付けられた第１のかさ歯車３４５が回転する。これにより、上述のように、第１のかさ歯車３４５と係合するように設けられた第２のかさ歯車３４６が回転する。それにより、第２のかさ歯車３４６が取り付けられている移動方向変換軸３４７が回転する。
【０１６０】
移動方向変換軸３４７はＹ方向軸ブロック３２２に接続されている。ここで、第３の移動プレート３３０の下面側には図４を用いて説明したＸ方向送り部材３３０Ｍが設けられている。
【０１６１】
これにより、図４の説明と同様に、移動方向変換軸３４７の回転にともなって第２の移動プレート３２０上で第３の移動プレート３３０がＸ方向に移動する。
【０１６２】
Ｙ方向移動ノブ３５０による第３の移動プレート３３０のＹ方向の移動時には、図５の説明と同様の動作が行われる。
【０１６３】
ここで、図８に示すように、Ｘ方向移動軸３４１ｂはＹ方向に移動可能である。このとき、Ｘ方向移動ノブ３４０ｂはＹ方向に移動しない。
【０１６４】
このように、図７のＸＹ方向移動機構３０ａにおいても、Ｘ方向移動ノブ３４０ｂおよびＹ方向移動ノブ３５０はＸ方向およびＹ方向に移動しない。
【０１６５】
したがって、図７のＸＹ方向移動機構３０ａを用いた場合でも、使用者は容易にＸ方向移動ノブ３４０ｂおよびＹ方向移動ノブ３５０を操作して、第３の移動プレート３３０をＸ方向およびＹ方向に移動させることが可能となっている。
【０１６６】
図９は、図７のＸＹ方向移動機構３０ａの側面図である。図９（ａ）にＸ方向における一方側の側面図が示され、図９（ｃ）にＹ方向におけるＸ方向移動ノブ３４０ｂおよびＹ方向移動ノブ３５０側の側面図が示されている。
【０１６７】
図９に示すように、Ｘ方向移動ノブ３４０ｂおよびＹ方向移動ノブ３５０が、ともにＹ方向に延びることにより使用者による第３の移動プレート３３０のＸ方向およびＹ方向の操作が容易となっている。
【０１６８】
上記のように、本実施の形態では、第３の移動プレート３３０のＸ方向およびＹ方向への移動を操作するためのＸ方向移動ノブ３４０，３４０ｂおよびＹ方向移動ノブ３５０が、第３の移動プレート３３０の移動時においてもＸ方向およびＹ方向に移動しない。
【０１６９】
上記図３〜図９を用いて説明したように、本実施の形態においては、Ｙ方向移動ノブ３５０およびＸ方向移動ノブ３４０，３４０ｂがともにノブ保持片３１１から突出するようにＹ方向に延びているので、Ｙ方向移動ノブ３５０およびＸ方向移動ノブ３４０，３４０ｂの操作スペースをともにＹ方向側に設けることができる。それにより、使用者はＹ方向側からＹ方向移動ノブ３５０およびＸ方向移動ノブ３４０，３４０ｂを操作して、第３の移動プレート３３０をＸ方向およびＹ方向に容易に移動させることができる。その結果、操作性が向上される。
【０１７０】
また、図３のＸＹ方向移動機構３０ａにおいて、Ｙ方向移動ノブ３５０およびＸ方向移動ノブ３４０は、Ｙ方向に移動しないようにノブ保持片３１１に設けられ、第２の平歯車３４３は、第１の平歯車３４２との係合状態を保ちつつ第２の移動プレート３２０とともにＹ方向に移動可能に設けられている。それにより、第３の移動プレート３３０がＹ方向に移動する場合でも、Ｙ方向移動ノブ３５０およびＸ方向移動ノブ３４０はＹ方向に移動しない。したがって、操作性がより向上される。
【０１７１】
さらに、図７のＸＹ方向移動機構３０ａにおいて、Ｘ方向移動ノブ３４０ｂは、Ｙ方向へのＸ方向移動軸３４１ｂの移動時においても、Ｙ方向に移動しないようにＸ方向移動軸３４１ｂに対してＹ方向に移動可能に設けられている。これにより、Ｘ方向移動軸３４１ｂがＹ方向に移動する場合でも、Ｘ方向移動ノブ３４０ｂおよびＹ方向移動ノブ３５０はＹ方向に移動しない。したがって、操作性がより向上される。
【０１７２】
本実施の形態では、第３の移動プレート３３０の移動方向であるＸ方向およびＹ方向が互いに直交しているので、操作性が向上されるとともに、第３の移動プレート３３０の正確な位置決めが実現されている。
【０１７３】
次に、本実施の形態に係るプローブ走査装置１の制御系について説明する。なお、後述の図１０に示す原子間力顕微鏡１０の制御系はコンタクトモードを用いる場合の制御系を示している。
【０１７４】
ここで、コンタクトモードとは、原子間力顕微鏡１０において、探針を試料に接触する位置まで近付けて試料表面に沿って走査させる測定モードである。
【０１７５】
図１０は、本実施の形態に係るプローブ走査装置１のコンタクトモードを用いる場合の制御系を示すブロック図である。図１０においても、図１と同様にＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義する。
【０１７６】
原子間力顕微鏡１０は、板バネ状のカンチレバー１００、探針１０１、圧電素子１１０、光源１２１、反射鏡１２２，１２３、光検出器１２４および制御部１３０を含む。
【０１７７】
原子間力顕微鏡１においては、探針１０１と試料Ｍとの間に生じる原子間力、すなわちカンチレバー１００の変位量を検出する。
【０１７８】
カンチレバー１００の先端には探針１０１が設けられている。この探針１０１を試料Ｍに近付けると、探針１０１と試料Ｍとの間に原子間力が生じ、カンチレバー１００が上下方向にたわむ。
【０１７９】
ＡＦＭスキャナ１１内に設けられた圧電素子１１０により試料Ｍ表面に沿った探針１０１の走査が行われる。圧電素子１１０は、試料Ｍ表面に沿って探針１０１を走査させるために、カンチレバー１００をＸ方向およびＹ方向に移動させる。
【０１８０】
なお、探針１０１を固定した状態で試料載置台３０（第３の移動プレート３３０）をＸ方向およびＹ方向に移動させることにより、試料Ｍ表面に沿った探針１０１の走査を行ってもよい。また、圧電素子１１０の代わりにボイスコイルモータを用いてもよい。
【０１８１】
圧電素子１１０は、カンチレバー１００の変位を一定に保つように、すなわち、探針１０１と試料Ｍとの間に生じる原子間力を一定に保つようにカンチレバー１００をＺ軸方向に動作させる。探針１０１と試料Ｍとの間の原子間力を一定に保つために圧電素子１１０に印加した電圧値の変化に基づいて、試料Ｍの３次元的な形状情報を画像化することが可能となる。
【０１８２】
なお、圧電素子１１０は、制御部１３０により制御される。制御部１３０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１３１、変位量検出部１３２、Ｚ方向サーボ回路１３３およびＸ−Ｙ方向サーボ回路１３４を含む。
【０１８３】
Ｚ方向サーボ回路１３３は、カンチレバー１００の探針１０１がＺ方向に動作するように圧電素子１１０を制御する。また、Ｘ−Ｙ方向サーボ回路１３４は、カンチレバー１００の探針１０１がＸ方向およびＹ方向に移動するように圧電素子１１０を制御する。変位量検出部１３２については後述する。
【０１８４】
ここで、試料Ｍ表面の凹凸により生じるカンチレバー１００の変位量を一定に保つための原子間力顕微鏡１０における動作について説明する。
【０１８５】
カンチレバー１００の微小なたわみ量（変位）を検出するために、光源１２１によりレーザ光がカンチレバー１００の先端に照射される。なお、カンチレバー１００の変位を検出するために、一般的に下記の光てこ方式が用いられる。
【０１８６】
光てこ方式とは、カンチレバー１００の変位を測定する方法の一例であり、レーザ光をカンチレバー１００に照射し、カンチレバー１００からの反射光を光検出器１２４により検出するものである。
【０１８７】
カンチレバー１００の微小な変位が、カンチレバー１００からの反射光のわずかな角度変化に反映され、この角度変化が光検出器１２４により検出される。なお、光検出器１２４としては、２分割フォトセル、４分割フォトセルまたはフォトセルアレイ等が用いられる。また、カンチレバー１００としては、半導体微細加工技術によりウエハ単位で生産されたカンチレバーの他、カンチレバーの一部に微小な反射用ガラス（反射鏡）を設けたものまたは光ファイバプローブ型カンチレバーの背面をフラットにして反射面を設けたもの等が用いられる。
【０１８８】
なお、本実施の形態では、光源１２１から出射されたレーザ光は、反射鏡１２２を介してカンチレバー１００に照射され、カンチレバー１００に照射されたレーザ光は反射光として反射鏡１２３を介して光検出器１２４により検出されるが、これに限定されるものではなく、反射鏡１２２および反射鏡１２３を設けずに、光源１２１から出射されたレーザ光を直接カンチレバー１００に照射し、カンチレバー１００に照射されたレーザ光を反射光として直接光検出器１２４により検出してもよい。
【０１８９】
光検出器１２４の出力信号は、制御部１３０の変位量検出部１３２に与えられる。変位量検出部１３２は、光検出器１２４の出力信号に基づいてカンチレバー１００の変位量を検出する。
【０１９０】
制御部１３０のＣＰＵ１３１は、変位量検出部１３２により検出されたカンチレバー１００の変位量に基づいて、この変位量を一定に保つように圧電素子１１０を制御する。
【０１９１】
制御部１３０にはＣＲＴ（陰極線管）等のディスプレイ４０が接続されている。ディスプレイ４０は、試料Ｍの３次元形状の画像を映し出す。
【０１９２】
なお、本実施の形態においては、原子間力顕微鏡１０の測定モードとして、コンタクトモードを用いているが、これに限定されるものではなく、探針１０１を試料Ｍに接触させることなく探針１０１を共振させ、試料Ｍ表面の近傍を走査させるノンコンタクトモードを用いてもよい。
【０１９３】
以上、本発明の一実施の形態に係るテーブル移動機構およびプローブ走査装置において、ノブ保持片３１１は保持部材に相当し、Ｙ方向は第１の方向に相当し、Ｘ方向は第２の方向に相当し、第３の移動プレート３３０はテーブルに相当し、Ｙ方向移動ノブ３５０およびＹ方向移動軸３５１は第１の操作軸に相当し、Ｘ方向移動ノブ３４０およびＸ方向移動軸３４１は第２の操作軸に相当する。
【０１９４】
また、Ｙ方向軸ブロック３１３、Ｙ方向移動ノブ３５０、Ｙ方向移動軸３５１およびＹ方向送り部材３２０Ｍは第１の駆動機構に相当し、第２の移動プレート３２０、歯車固定片３２１、Ｘ方向軸ブロック３２２、Ｘ方向送り部材３３０Ｍ、Ｘ方向移動ノブ３４０、Ｘ方向移動軸３４１、第１の平歯車３４２、第２の平歯車３４３、駆動伝達軸３４４、第１のかさ歯車３４５、第２のかさ歯車３４６および移動方向変換軸３４７は第２の駆動機構に相当し、第２の移動プレート３２０は可動部材に相当する。
【０１９５】
さらに、Ｙ方向送り部材３２０Ｍは第１の伝達機構に相当し、第１の平歯車３４２、第２の平歯車３４３、駆動伝達軸３４４、第１のかさ歯車３４５、第２のかさ歯車３４６、移動方向変換軸３４７およびＸ方向送り部材３３０Ｍは第２の伝達機構に相当し、第１の平歯車３４２は第１の回転部材に相当し、第２の平歯車３４３は第２の回転部材に相当し、第１のかさ歯車３４５、第２のかさ歯車３４６および移動方向変換軸３４７は変換機構に相当する。
【０１９６】
Ｘ方向移動軸３４１ｂは回転軸に相当し、Ｘ方向移動ノブ３４０ｂは把持部に相当し、試料載置台３０は試料載置台に相当し、原子間力顕微鏡１０は走査型プローブ顕微鏡に相当し、光学顕微鏡２０は光学顕微鏡に相当し、ベース筐体部５０、支持脚５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ、被支持部５３ａ，５３ｄおよび底部５４は保持部に相当する。
【産業上の利用可能性】
【０１９７】
本発明は、光学顕微鏡、原子間力顕微鏡および走査型電子顕微鏡等に有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１９８】
【図１】本実施の形態に係るプローブ走査装置を示す斜視図である。
【図２】図１のＡＦＭスキャナに対するカンチレバーの好ましい配置位置およびＡＦＭスキャナに対する試料載置台の好ましい配置位置を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るテーブル移動機構のＸＹ方向移動機構の外観斜視図である。
【図４】Ｘ方向移動ノブによる第３の移動プレートのＸ方向の移動を説明するための平面図である。
【図５】Ｙ方向移動ノブによる第２の移動プレートのＹ方向の移動を説明するための平面図である。
【図６】図３のＸＹ方向移動機構の側面図である。
【図７】ＸＹ方向移動機構の他の例を示す外観斜視図である。
【図８】Ｘ方向移動ノブによる第３の移動プレートのＸ方向の移動を説明するための平面図である。
【図９】図７のＸＹ方向移動機構の側面図である。
【図１０】本実施の形態に係るプローブ走査装置のコンタクトモードを用いる場合の制御系を示すブロック図である。
【図１１】従来のプローブ走査装置を示す模式図である。
【図１２】従来のテーブル移動機構を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１９９】
１０  原子間力顕微鏡
２０  光学顕微鏡
３０  試料載置台
５０  ベース筐体部
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ  支持脚
５３ａ，５３ｄ  被支持部
５４  底部
３１１  ノブ保持片
３１３  Ｙ方向軸ブロック
３２０  第２の移動プレート
３２１  歯車固定片
３２２  Ｘ方向軸ブロック
３３０  第３の移動プレート
３４０，３４０ｂ  Ｘ方向移動ノブ
３４１，３４１ｂ  Ｘ方向移動軸
３４２  第１の平歯車
３４３  第２の平歯車
３４４  駆動伝達軸
３４５  第１のかさ歯車
３４６  第２のかさ歯車
３４７  移動方向変換軸
３５０  Ｙ方向移動ノブ
３５１  Ｙ方向移動軸
３２０Ｍ  Ｙ方向送り部材
３３０Ｍ  Ｘ方向送り部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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