(57)【要約】【課題】  プローブの距離制御手段として圧電体を利用する走査型プローブ顕微鏡において、温度などの環境変化や接着剤の量や接着方法によらず、安定した振動特性や検出特性が得られ、さらに検出用圧電素子の再利用が可能なようなプローブと検出用圧電体の接合方法を提供する。【解決手段】  プローブ１と検出用圧電体３の接合を弾性体のバネ圧により行い、また、プローブ１の軸方向と検出用圧電体３の梁の長手方向を概平行に接合する場合に比べて、プローブと検出用圧電体の接合部の接触面積が小さくなるようにプローブ１に対して検出用圧電体３を接合面内で傾けて配置した。【選択図】  図１
2006113082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が探針状に加工されたプローブと、
励振用圧電体と交流電圧発生手段からなる励振部と、
検出用圧電体と電流電圧増幅回路からなる振動検出部と、
前記プローブおよび前記励振用圧電体および前記検出用圧電体を保持するためのプローブホルダと、
前記プローブをサンプルに接近させる粗動機構と、
Ｚ軸微動素子とＺサーボ回路からなる前記サンプルと前記プローブ間の距離制御手段と、
ＸＹ微動素子とＸＹ走査回路からなる２次元走査手段と、
測定信号の３次元画像化を行うデータ処理装置と、からなる走査型プローブ顕微鏡において、
前記プローブの軸方向と前記検出用圧電体の梁の長手方向を概平行に接合する場合に比べて、前記プローブと前記検出用圧電体の接合部の接触面積が小さくなるように前記プローブに対して前記検出用圧電体を接合面内で傾けて配置し、前記プローブと前記検出用圧電体との接合を接着により行うことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記検出用圧電体がフォーク型水晶振動子である請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項３】
前記検出用圧電体が１本の振動体を有する梁であることを特徴とする請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項４】
前記振動検出部を構成する部材の一部または全部が圧電性を有する部材を使用した請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項５】
前記検出用圧電体が前記励振用圧電体を兼ねることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡
【請求項６】
前記プローブが先端を探針状に加工したストレート型の光ファイバープローブであることを特徴とする請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項７】
前記プローブが先端を探針状に加工したベント型の光ファイバープローブであることを特徴とする請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブの距離制御手段として圧電体を利用する走査型プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電体をプローブの距離制御手段として用いる走査型プローブ顕微鏡としては、例えばフォーク型水晶振動子を用いる走査型プローブ顕微鏡が知られていた。例えば、カレド・カライ等により、Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ６６（１４），１９９５，１８４２〜１８４４ページや特開平９−８９９１１号公報に、このようなフォーク型の水晶振動子を用いる走査型プローブ顕微鏡が開示されている。図１０は、フォーク型水晶振動子を用いる走査型プローブ顕微鏡の主要部の概略図である。４００は光ファイバープローブ、４１０はフォーク型水晶振動子である。光ファイバープローブを水晶振動子に接着し、水晶振動子を励振用圧電体（図１０では省略）で励振する。水晶振動子は、励振されると圧電効果による電流を発生する。この電流を検出することで、水晶振動子の振動状態を測定することができる。プローブがサンプルに接近すると、プローブにはサンプルからの水平方向の力すなわちシアフォースが働き、プローブに接合された水晶振動子の振動状態が変化する。シアフォースを一定に保持するように、すなわち、水晶振動子出力の振幅または位相の変化量を一定に保持するようにＺ軸微動素子（図１０では省略）を用いて、サンプルとプローブの距離を調節する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような従来のフォーク型水晶振動子を用いる走査型プローブ顕微鏡においては、下記の問題点があった。
（１）プローブがフォーク型水晶振動子に接着固定されているため、温度などの環境変化により固定状態が大きく変化する。また、接着剤の量や接着方法により固定部の状態を一定に保つことが困難である。その結果、プローブの振幅やＱ値などの振動パラメータが変化したり、力検出における検出特性が変化し、制御が不安定となる。
【０００４】
（２）接着固定のためフォーク形水晶振動子の再利用が困難である。
（３）フォーク型水晶振動子の一方の側面の長手方向とプローブの軸方向が平行に固定されるため、プローブと振動子の接触面積が大きくなる。接触面積が大きくなると、取付状態の再現性が困難となり、プローブの振幅やＱ値などの振動パラメータや力検出における検出特性のばらつきが大きくなる。
【０００５】
（４）フォーク型水晶振動子において、プローブと接合されていない振動片が検出信号に影響を及ぼし、誤動作することがある。すなわち、フォーク型水晶振動子の場合、プローブと接合している振動片は、プローブを介してサンプルからの力を受け振動振幅が減少するが、他方の振動片は元の振動状態を維持する。このように２本の振動片の振動状態は全く異なり、一方は力を検出して変化するが
他方は変化しないため、合成した出力は、直接に力を反映したものにはならない。この出力をＺサーボのフィードバック信号として使用した場合、プローブとサンプルの距離を正確に制御できないという欠点があった。
【０００６】
そこで、本発明は下記を課題とする。
（１）温度などの環境変化や接着剤の量や接着方法によらず固定部の状態を一定に保ち、安定した振動特性や検出特性が得られるような走査型プローブ顕微鏡を提供する。
（２）検出用圧電素子の再利用が可能なような走査型プローブ顕微鏡を提供する。
（３）プローブの振幅やＱ値などの振動パラメータのばらつきや、力検出における検出特性のばらつきが小さくなるような検出用圧電素子とプローブの固定方法を提供する。
（４）サンプルから受ける力を直接反映した出力信号を出す検出用圧電素子を得ることで、プローブとサンプルの距離を正確に制御する走査型プローブ顕微鏡を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の走査型プローブ顕微鏡は以下に述べるような構成とした。（１）先端が探針状に加工されたプローブと、励振用圧電体と交流電圧発生手段からなる励振部と、検出用圧電体と電流電圧増幅回路からなる振動検出部と、プローブおよび励振用圧電体および検出用圧電体を保持するためのプローブホルダと、プローブをサンプルに接近させる粗動機構と、Ｚ軸微動素子とＺサーボ回路からなるサンプルとプローブ間の距離制御手段と、ＸＹ微動素子とＸＹ走査回路からなる２次元走査手段と、測定信号の３次元画像化を行うデータ処理装置とからなる走査型プローブ顕微鏡において、プローブと検出用圧電体の接合を弾性体のバネ圧により行うようにした。
【０００８】
この方法により、プローブと検出用圧電体の接合に接着剤が不要となり、接着剤の影響を受けずに、安定した振動特性や検出特性が得られるようになるとともに、検出用圧電素子の再利用が可能となる。
（２）プローブ自体の弾性を利用して、プローブと検出用圧電体との接合を行うようにした。この場合、プローブの先端がサンプル面に対して垂直になるようにプローブと検出用圧電体との取付角度を規定した取付部をプローブホルダに設けた。
【０００９】
この方法により、プローブと検出用圧電体の接合に接着剤が不要となるとともに、プローブの先端がサンプル面に対して垂直になるようにプローブと検出用圧電体との取付角度を調整されるため分解能の低下も防止される。
（３）プローブの軸方向と検出用圧電体の梁の長手方向を概平行に接合する場合に比べて、プローブとフォーク型水晶振動子の接合部の接触面積が小さくなるようにプローブに対してフォーク型水晶振動子を接合面内で傾けて配置した。
【００１０】
この方法により、長手方向に一様に接合する場合に比べて、プローブと検出用圧電体との接触面積が小さくなり、プローブを交換した場合においても取付状態の再現性が向上し、プローブの振幅やＱ値などの振動パラメータのばらつきや、力検出における検出特性のばらつきが小さくなる。
（４）１本の振動体を有する圧電体の梁により検出用圧電体を構成した。
【００１１】
この方法により、サンプルから受ける力を直接反映した出力信号を出す検出用圧電素子が得られ、プローブとサンプルの距離を正確に制御できる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明の走査型プローブ顕微鏡では、
（１）先端が探針状に加工されたプローブと、励振用圧電体と交流電圧発生手段からなる励振部と、検出用圧電体と電流電圧増幅回路からなる振動検出部と、プローブおよび励振用圧電体および検出用圧電体を保持するためのプローブホルダと、プローブをサンプルに接近させる粗動機構と、Ｚ軸微動素子とＺサーボ回路からなるサンプルとプローブ間の距離制御手段と、ＸＹ微動素子とＸＹ走査回路
からなる２次元走査手段と、測定信号の３次元画像化を行うデータ処理手段とからなる走査型プローブ顕微鏡において、プローブと検出用圧電体の接合を板バネなどの弾性体のバネ圧やプローブ自体の弾性を利用して行うようにした。
【００１３】
このようなプローブと検出用圧電体の接合方法を用いることにより、固定に接着を用いないため、温度などの環境変化による固定部の状態変化を防ぐことができ、また接着剤の量や接着方法による固定状態のばらつきを押さえることが可能となる。その結果、プローブの振幅やＱ値などの振動パラメータの変化や、力検出における検出特性の変化を防止できる。
【００１４】
また、検出用圧電体の再利用が可能となり、プローブの組立工程が短縮され、検出用圧電体にかかるコストも削減できる。
さらに、プローブ自体の弾性を利用して、プローブと検出用圧電体との接合を行う場合、プローブの先端がサンプル面に対して垂直になるようにプローブと検出用圧電体との取付角度を規定した取付部をプローブホルダに設けた。
【００１５】
この方法により、プローブの先端がサンプル面に対して垂直になり、分解能の低下なしに測定を行うことが可能となる。
さらに、本発明では、プローブの軸方向と検出用圧電体の梁の長手方向を概平行に接合する場合に比べて、プローブと検出用圧電体の接合部の接触面積が小さくなるようにプローブに対して検出用圧電体を接合面内で傾けて配置した。
【００１６】
この方法により、長手方向に一様に接合する場合に比べて、プローブと検出用圧電体との接触面積が小さくなり、プローブを交換した場合においても取付状態の再現性が向上し、プローブの振幅やＱ値などの振動パラメータのばらつきや、力検出における検出特性のばらつきが小さくなった。その結果、安定した制御を行うことが可能となった。
【００１７】
さらに、１本の振動体を有する圧電体により検出用圧電体を構成した。
この結果、サンプルから受ける力を直接反映した出力信号を出す検出用圧電体が得られ、プローブとサンプルの距離を正確に制御することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の走査型プローブ顕微鏡の概略図である。
本発明の走査型プローブ顕微鏡は、先端が探針状に加工されたプローブ１と、励振用圧電体２と交流電圧発生手段からなる励振部と、検出用圧電体３と電流電圧増幅回路からなる振動検出部と、プローブおよび励振用圧電体および検出用圧電体を保持するためのプローブホルダ４と、プローブをサンプルに接近させる粗動機構８と、Ｚ軸微動素子７ａとＺサーボ回路からなるサンプルとプローブ間の距離制御手段と、ＸＹ微動素子７ｂとＸＹ走査回路からなる２次元走査手段と、測定信号の３次元画像化を行うデータ処理装置とから構成される。
【００１９】
検出用圧電体３は、励振用圧電体２とともにプローブホルダ４に取り付けられる。一方、プローブ１は検出用圧電体とは独立にプローブホルダ４に固定され、先端付近が検出用圧電体３に押し当て固定される。このとき、プローブ自体を撓ませることにより、検出用圧電体との接触部３ａに押圧が掛かり検出用圧電体上に安定に接合される。
【００２０】
検出用圧電体３は、プローブとの接触面積を小さくして、プローブを交換した場合においても取付状態の再現性が保たれ、プローブの振幅やＱ値などの振動パラメータのばらつきや、力検出における検出特性のばらつきを小さくするために、プローブ１の軸方向と検出用圧電体３の梁の長手方向を概平行に接合する場合に比べて、プローブと検出用圧電体の接合部の接触面積が小さくなるようにプローブ１に対して検出用圧電体３を接合面内で傾けて配置される。
【００２１】
また、プローブホルダ上のプローブの固定部４ａに傾斜を設け、プローブを撓ませた場合、検出用圧電体との接合部より先端部が、サンプル５に対して垂直となるように角度と取付位置を規定している。
このようにセットされた、プローブ１を励振用圧電体２により、検出用圧電体３とともに、サンプル表面と平行に振動させながらサンプル５に接近させると、シアフォースがプローブに作用し、プローブの振動振幅が減少する。プローブ１と検出用圧電体３は接合され一体として動作するため、プローブ１の振動振幅の減少は検出用圧電体３の振幅の減少となる。この振幅の減少は検出用圧電体３の出力電流を減少させる。出力電流は電流電圧増幅回路で検出され、検出用圧電体３の出力電流の変化量が一定になるように、Ｚ軸微動素子７ａとＺサーボ回路によりサンプル５とプローブ１間の距離を制御する。このような状態でプローブ１をサンプル面上で２次元走査し、サンプルの形状を測定する。この測定信号をもとに、ータ処理装置で３次元画像を得るようにした。
【００２２】
このとき使用される検出用圧電体３の出力電流は、プローブ１と接合された１本の振動体のみから発生する。このように１本の振動体からなる検出用圧電体を用いることで、フォーク型水晶振動子を用いる走査型プローブ顕微鏡のようにプローブと接合されていない振動片の影響による誤動作がなく、サンプルから受ける力を直接反映した出力信号が得られ、プローブとサンプルの距離を正確に制御する走査型プローブ顕微鏡が実現可能である。
【実施例】
【００２３】
図１に本発明の走査型プローブ顕微鏡の第１の実施例の概略図を示す。また、図
１のプローブホルダ部の正面図を図２に、図２の右側面図を図３に示す。
本実施例では、走査型プローブ顕微鏡の一種である走査型近接場顕微鏡に使用される光ファイバーの先端を探針状に加工したストレート型のプローブを使用した。
【００２４】
検出用圧電素子として、幅０．２５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍで、長さが５ｍｍの水晶を材料とする梁を使用し、励振用圧電体には、縦１０ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの平板状に加工したＰＺＴを使用した。励振用圧電体２はホルダ本体４に接着固定され、更に検出用圧  電体３は励振用圧電体２に接着固定される。なお、励振用圧電体２と検出用圧電体３は電気的に絶縁されている。
【００２５】
プローブ１はプローブ保持用治具６に固定され、治具ごとホルダ本体にネジ止め固定される。
検出用圧電体３はプローブ１の軸方向と、検出用圧電体３の梁の長手方向を一致させて接合する場合に比べて接合部の面積が小さくなるように、プローブ１の軸に対して、４５度程度傾けられ、プローブ１を保持用治具６により固定部に固定した場合にプローブ１の先端部と検出用圧電体３が交差するよう配置した。なお、プローブ１と検出用圧電体３の接触面内での角度はプローブ１の軸方向と、検出用圧電体３の長手方向を概平行状態で接合する場合に比べて接合部の面積が小さくなるような状態であれば任意に設定できる。
【００２６】
ホルダの固定部４ａはプローブ１と検出用圧電体３が接合したときにプローブに撓みが生じ接合部に押し圧がかかるように、傾斜が設けられている。このとき、接合部より先端の部分がサンプル５に対して垂直となるように、取付部の高さと傾斜角があらかじめ規定されている。
ここで、図１１の模式図を用いて、プローブの取付方法と押圧の関係を説明する。
【００２７】
図１１に示すように、プローブと検出用圧電体の接触点をＢとし、Ｂを通り、サンプルに対して垂直となる方向にＺ軸をとる。プローブをＺ軸から高さａだけ離れた位置に角度αで固定する。ここで、Ａ点はプローブの固定端である。
ここで、固定端Ａから長さｌの部分をΔωだけ撓ませて、Ｂ点において接触させた場合、Ｂ点に掛かる押圧Ｐは式（１）となる。
【００２８】
Ｐ＝２ＥＩα／ｌ2            （１）
ここで、Ｅはプローブの材質のヤング率、Ｉはプローブの中立軸に関する断面二次モーメントである。
また、ａとαの関係はαが微小な場合、式（２）となる。
ａ＝ｌα／３                （２）
本実施例では、プローブの材料を石英ガラス製の光ファイバーとした。光ファイバーのヤング率Ｅと直径ｄをそれぞれ、Ｅ＝６．９×１０１０Ｐａ、直径ｄ＝１２５×１０-6ｍとする。ここで、  長さｌをｌ＝１４．５×１０-3ｍに設定し、式（１）、式（２）より、ａ、α、Ｐをそれぞれ、ａ＝８  ×１０-4ｍ、α＝０．１７  ｒａｄ（９．５ｄｅｇ）、Ｐ＝１．３０ｍＮに設定した。
【００２９】
ここで、押圧Ｐが小さすぎた場合には、励振したときに、プローブと検出用圧電体が離れてしまい動作が不安定になる。またＰが大きすぎる場合には、励振力が抑制されてしまい、やはり動作が不安定になるため前記の式に従って、実験により最適化した。また、接合部からプローブ先端までの長さｄは任意に設定可能であるが、ｄが著しく長くなると応答性が悪くなりやはり動作が不安定になるため、本実施例ではｄ＝１ｍｍとした。
【００３０】
以上のように構成することにより、固定に接着を用いないため、温度などの環境変化による固定部の状態変化を防ぐことができ、また接着剤の量や接着方法による固定状態のばらつきを押さえることが可能となった。その結果、プローブの振幅やＱ値などの振動パラメータの変化や、力検出における検出特性の変化を防止できた。特に、温度変化の影響を受けないため、極低温下や高温下での測定に有効である。
【００３１】
また、検出用圧電体は繰り返し使用が可能である。
さらに、サンプルに対してプローブ先端が垂直でない場合には走査型近接場顕微鏡の光学像やシアフォースを利用した表面形状の分解能が低下するが、サンプルに対してプローブが垂直に設置されるため、分解能の低下が防止される。
本実施例では弾性体のバネ圧のみで接合を行ったが、外乱によるずれを防止するため、バネ圧に加えて補助的に接着剤で接合することも考えられる。接着力の弱いものを用いれば、接合状態はバネ圧に依存するため、接着剤に影響は少ない。さらに、接着力を弱くすれば、検出用圧電体から取り外しも可能となり繰り返し使用も可能である。
【００３２】
このように構成したプローブホルダを使用して、励振用圧電体２に交流電圧を印加すると、励振用圧電体２が振動し、検出用圧電体３が励振される。励振の周波数を検出用圧電体３の共振周波数にすると、検出用圧電体３が共振する。検出用圧電体３が振動すると、圧電効果により検出用圧電体３の電極に電荷が誘起され、電流として電流電圧増幅回路により検出される。検出用圧電体の振動振幅に比例した電流が発生するため、検出された電流により検出用圧電体の振動状態が測定できる。
【００３３】
プローブホルダの下側には、ＸＹＺ微動素子７が配置され、微動素子上にサンプル５が載置される。微動素子としては、ＸＹＺの３軸スキャナーが一体となった円筒形ピエゾ圧電素子を用いた。微動素子としては、この他、Ｚ軸とＸＹ軸が分離したピエゾスキャナーや電歪素子を用いたものが考えられ、本発明に含まれる。この他、ピエゾステージや平行バネを用いたステージ、１軸ピエゾ素子をＸＹＺの３軸に配置し一体化したトライポッド形圧電素子、積層形のピエゾスキャナーなどが考えられ、いずれも本発明に含まれる。
【００３４】
ＸＹＺ微動素子上のサンプル５は粗動機構８を用いてプローブ１に接近させる。粗動機構としては、ステッピングモーターと減速ギヤ、粗動ネジからなる粗動機構を用いた。粗動機構としては、この他にＺステージにステッピングモーターを付加したものや、圧電素子を用いたステージ、例えばインチワーム機構などやＺステージと圧電素子を組み合わせたステージなどが考えられ、いずれも本発明に含まれる。
【００３５】
ＸＹ走査回路とＺサーボ回路のデータはデータ処理装置へ入力され、３次元画像化される。データ処理手段としては、電子計算機とＣＲＴ表示体を用いた。データ処理手段としてはこの他、ストレージオシロスコープや電子計算機と液晶表示体の組み合わせなど種々の方法が考えられるが、いずれも本発明に含まれる。
図４は、本発明の走査型プローブ顕微鏡の第２の実施例のプローブホルダ部の正面図、図５は図４のＡ−Ａ線断面図である。
【００３６】
本実施例では、図２の実施例と同様に、光ファイバーの先端を探針状に加工したストレート型のプローブを使用し、また、検出用圧電体として、幅０．２５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍで、長さが５ｍｍの水晶を材料とする梁を使用し、励振用圧電体には、縦１０ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの平板状に加工したＰＺＴを使用した。励振用圧電体２はホルダ本体に接着固定され、更に検出用圧電体３は励振用圧電体２に接着固定される。なお、励振用圧電体２と検出用圧電体３は電気的に絶縁されている。
【００３７】
プローブ１はプローブ保持用治具６に固定され、治具ごとホルダ本体の取付部９ａにネジ止め固定される。
検出用圧電体３はプローブ１の軸方向と、検出用圧電体３の梁の長手方向を一致  させて接合する場合に比べて接合部の面積が小さくなるように、プローブ１の軸に対して、４５度程度傾けられ、プローブ１を保持用治具６により固定部９ａに固定した場合にプローブ１の先端部と検出用圧電体３が交差するように配置される。
【００３８】
プローブの接合は、検出用圧電体３とプローブ１を交差させ、プローブの上から板バネ１０の弾性を利用して押し付けるような方法を用いた。
本実施例の場合にも、固定に接着を用いないため、温度などの環境変化による固定部の状態変化を防ぐことができ、また接着剤の量や接着方法による固定状態のばらつきを押さえることが可能となった。その結果、プローブの振幅やＱ値などの振動パラメータの変化や、力検出における検出特性の変化を防止できた。また、検出用圧電体は繰り返し使用が可能である。
【００３９】
接合に用いる弾性体としては板バネの他、コイル状のバネやゴムなどが考えられ、いずれも本発明に含まれる。
図６に本発明の走査型プローブ顕微鏡の第３の実施例のプローブホルダ部の正面図を、図７に図６の右側面図を示す。
本実施例でも、先の実施例と同様に、光ファイバーの先端を探針状に加工したストレート型のプローブを使用し、また、検出用圧電体として、棒状に加工した水晶を使用し、励振用圧電体には、平板状に加工したＰＺＴを使用した。励振用圧電体２はホルダ本体に接着固定され、更に検出用圧電体３は励振用圧電体２に接着固定される。なお、励振用圧電体２と検出用圧電体３は電気的に絶縁されている。
【００４０】
プローブ１はプローブ保持用治具６に固定され、治具ごとホルダ本体の取付部１１ａにネジ止め固定される。
検出用圧電体３はプローブ１の軸方向と、検出用圧電体３の梁の長手方向を一致させて接合する場合に比べて接合部の面積が小さくなるように、プローブの軸に対して、４５度程度傾けられ、プローブ１を保持用治具６により固定部１１ａに固定した場合にプローブ１の先端部と検出用圧電体３が交差するよう配置される。
【００４１】
プローブの接合は、検出用圧電体３とプローブ１を交差させ、接合部１２を接着により行う方式とした。
本実施例の場合、先の実施例とは異なり、検出用圧電体３の再利用が困難になったり、接着接合のため、温度などの環境変化を受けやすく、また、接合部１２の接着状態のばらつきが多くなってしまうが、プローブの軸方向と検出用圧電体の梁の長手方向を概平行に接着固定する従来技術に比べ、検出用圧電体を接合面内で斜めに配置した効果により、接合部の面積が小さくなり、そのため、接合状態のばらつきが少なくなる効果がある。
【００４２】
図８に本発明の走査型プローブ顕微鏡の第４の実施例のプローブホルダ部の正面図を、図９に図８右側面図を示す。
本実施例は、基本的に図２と同様の装置構成で、同じ原理によりプローブ１と検出用圧電体３が接合されるが、プローブの取付角度を微調整できる機構を取り付けた。プローブ取付用の治具固定部１４がホルダ本体１３に枢着され、固定部１４とホルダ本体１３の間にくさび型の部材１５を入れる。くさび型部材１５を送りネジ機構（図示せず）で挿入することにより、プローブの取付角度が可変となり、サンプルに対するプローブ先端の角度の微調性が可能となる。
【００４３】
以上、説明した第１から第４の実施例において、励振用圧電体としては、板状ＰＺＴの他、円筒形のＰＺＴスキャナーや積層ＰＺＴ板などが考えられ、いずれも本発明に含まれる。
また、検出用圧電体の材料としては水晶のほか、ＰＺＴなどの圧電性を有するほかの材料で形成された圧電体も本発明に含まれる。また、形状も断面が長方形の梁に限らず、断面が三角形や丸形のものなど任意の断面を有する梁や、フォーク型水晶振動子、バイモルフ型圧電素子、弾性部材に圧電薄膜を貼り付けた任意形状の検出装置なども考えられ、いずれも本発明に含まれる。さらに、検出用圧電体と励振用圧電体を一体化することも考えられる。
【００４４】
また、図１２に示すように、検出用圧電体にコストの安い時計用のフォーク型水晶振動子１６を検出用圧電体に流用し、フォーク型水晶振動子の片側の振動片１６ｂを欠き、１本の振動片１６ａのみの振動体に加工して用いることも考えられる。
従来のフォーク型水晶振動子を用いた方法では、プローブと接合している振動片１６ａは、プローブを介してサンプルからの力を受け振動振幅が減少するが、他方の振動片１６ｂは元の振動状態を維持し、２本の振動片の振動状態は全く異なり、一方は力を検出して変化するが他方は変化しないため、合成した出力は、直接に力を反映したものにはならなかった。
【００４５】
図１２に示すように時計用水晶振動子を加工して検出用圧電体に用いることにより、プローブと接合されていない振動片１６ｂが検出信号に影響を及ぼし誤動作することが防止される。したがって、フォーク形水晶振動子の出力をＺサーボのフィードバック信号として使用した場合、プローブとサンプルの距離を正確に制御できないという欠点が改善され、安定した出力特性を有しサンプルから受ける力を直接反映した出力信号を出す水晶振動子を得ることが可能となる。この結果、プローブとサンプルの距離を正確に制御でき、安定した装置特性により測定データの再現性を高めることが可能となった。
【００４６】
また、プローブとしては、ストレート型の光ファイバープローブのほかにも、棒状のタングステンの先端を化学エッチングし、テーパー状に加工した金属製プローブや、ガラスピペットをテーパー状に加工したもの、光ファイバーの先端を曲げたベント型のプローブも本発明に含まれる。さらには第２、第３の実施例ではシリコンや窒化シリコンのカンチレバーを弾性体のバネ圧で接合したり、接着接合で使用する方法も考えられる。ストレート型プローブではシアフォースで制御を行ったが、ベント型のプローブやカンチレバーの場合には、原子間力により制御を行う。先端の加工方法については、化学エッチングや機械的研磨、加熱延伸加工も考えられ、いずれも本発明に含まれる。さらに探針先端については、磁性膜を形成し磁気力検知プローブとしたものや、金または白金膜を形成し、導電
性プローブとしたものも考えられ、いずれも本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明走査型プローブ顕微鏡の第１の実施例の概略図である。
【図２】図１の実施例に示したプローブホルダ部の正面図である。
【図３】図２の右側面図である
【図４】本発明の走査型プローブ顕微鏡の第２の実施例のプローブホルダ部の正面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】本発明の走査型プローブ顕微鏡の第３の実施例のプローブホルダ部の正面図である。
【図７】図６の右側面図である。
【図８】本発明の走査型プローブ顕微鏡の第４の実施例のプローブホルダ部の正面図である。
【図９】図８の右側面図である。
【図１０】従来のフォーク型水晶振動子を用いる走査型プローブ顕微鏡の概略図である。
【図１１】プローブの取付方法を説明するための模式図である。
【図１２】フォーク型水晶振動子の片側の振動片を欠き、１本の振動片のみを検出用圧電体に用いた場合の概略図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  プローブ
２  励振用圧電体
３  検出用圧電体
４  プローブホルダ
５  サンプル
６  プローブ保持用治具
７  ＸＹＺ微動素子
８  粗動機構
９  プローブホルダ
１０  板バネ
１１  プローブホルダ
１２  接着部
１３  プローブホルダ
１４  治具固定部
１５  くさび型部材
１６  フォーク型水晶振動子
【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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