(57)【要約】【課題】加熱手段を用いることなく、緩やかで一定速度の粗動およびその所望位置での確実な停止を可能にしたプローブ走査装置を提供する。【解決手段】太管部１２と中筒１３との間に、無潤滑下で低摩擦係数と低摩耗特性を有する筒状の摺動部材３１が挿貫されている。前記太管部１２の開口端近傍の外周には、入力電圧に応答して直径方向の形状が歪む筒状のアクチュエータ３２が挿貫されている。筒状アクチュエータ３２に所定の駆動電圧を印加して、その直径方向の形状を適宜に歪ませることにより、太管部１２の開口形状を変形させれば、その内側に挿貫されている中筒１３を締め付け、これを固定することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を弾性的に支持されてＺ方向に延設された太管部と、
前記太管部に一端側が挿貫され、他端側に探針が設けられた中筒と、
前記太管部の他端側を揺動させて前記探針をＸＹ方向へ走査する走査手段と、
前記中筒を太管部に対してＺ方向へ駆動する駆動手段とを具備した走査プローブ装置において、
前記太管部と中筒との間に挿貫されて両者を低摩擦で摺動させる摺動部材と、前記中筒を太管部に対して選択的に固定する固定手段とを含むことを特徴とするプローブ走査装置。
【請求項２】
前記固定手段が、前記太管部の外周に挿貫された筒状アクチュエータであり、前記筒状アクチュエータは、入力電圧に応答して直径が歪むことを特徴とする請求項１に記載のプローブ走査装置。
【請求項３】
前記太管部の他端に切欠部が形成され、前記筒状アクチュエータが前記切欠部を覆うように配置されたことを特徴とする請求項２に記載のプローブ走査装置。
【請求項４】
前記固定手段が、
前記太管部に対して断熱的に固定された連結部材と、
前記中筒に対して断熱的に固定され、低融点金属を収容する低融点金属ホルダと、
前記低融点金属を加熱する加熱手段とを含み、
前連結部材および低融点金属ホルダが、前記中筒の駆動範囲内では、前記連結部材の一部が前記低融点金属内に埋設されるように位置決めされたことを特徴とする請求項１に記載のプローブ走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査型プローブ顕微鏡等のプローブ走査装置に係り、特に、取り扱いが容易で、温度ドリフトによる観察誤差やヒートショックによる劣化の少ないプローブ走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のプローブ走査装置の構成を示した側部断面図であり、例えば特開平９−２９２９１７号公報あるいは特開２００１−１８２４３５号公報に開示されている。
【０００３】
走査管１０は、細管部１１を介して一端側が弾性的に支持された太管部１２と、この太管部１２の内側に一端側が挿貫された中筒１３とを主要な構成とし、太管部１２と中筒１３との間には、温度の上昇に伴って軟化する粘性体１４が充填されている。
【０００４】
前記中筒１３の中心部には、図示しないボイスコイルモータにより上下方向へ駆動されるスピンドル１５が挿貫され、このスピンドル１５の下側端部には、探針１６およびその変位量を検出する検出体１７が装着されている。
【０００５】
前記スピンドル１５は、中筒１３によって外周部を支持された第１、第２ダイヤフラム１８、１９により支持されている。前記太管部１２の外側には加熱コイル２０が巻回されている。この加熱コイル２０は、探針１６のＺ方向への粗動時に前記粘性体１４を軟化させるために通電される。
【０００６】
なお、図示は省略したが、前記走査管１０の太管部１２には、これをＸ方向へ走査するためのスピンドルおよびそのアクチュエータを含むＸ走査機構が連結され、さらに、このＸ走査機構と９０°異なる方向には、太管部１２をＹ方向へ走査するためのスピンドルおよびそのアクチュエータを含むＹ走査機構が連結されている。
【０００７】
このような構成において、試料を計測する際には、初めに太管部１２の加熱コイル２０に通電して粘性体１４の温度を上昇させ、その粘性を低下させる。次いで、スピンドル１５をＺ方向へ粗動させる。探針１６が試料表面に接触して、その撓み量が所定値に達すると、前記スピンドル１５の粗動が制限されて探針１６の降下が停止する。すなわち、粗動が完了する。次いで、加熱コイル２０への通電を制限して粘性体１４の温度を予熱温度まで低下させる。その結果、粘性体１４の粘性が大きくなり、太管部１２と中筒１３とが粘性体１４の粘性により略一体化されるので、試料の計測が可能になる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２９２９１７号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２００１−１８２４３５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記した構成のプローブ走査装置では、粘性体１４や加熱コイル２０の個体差により粘性体１４の粘性を一定に保つことが難しい。したがって、粗動時に中筒１３の降下速度にバラツキが生じてしまう。また、粘性体１４が太管部１２と中筒１３との間隙からはみ出して粘土に変化が生じるなど、その取り扱いが容易ではなかった。
【００１１】
また、粗動時に加熱コイル２０を加熱するので、この熱が太管部１２から各部へ伝達されて熱的に膨張させ、温度ドリフトを生じさせることがあった。さらに、加熱と冷却とを繰り返すことによるヒートショックにより、接着部や結合部などに疲労が生じる可能性もあった。
【００１２】
さらに、加熱コイル２０への通電を開始または停止してから粘性体１４が軟化または硬化するまでの応答遅れが大きいために、粗動速度や停止位置の正確な制御が難しかった。
【００１３】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、加熱手段を用いることなく、緩やかで一定速度の粗動およびその所望位置での確実な停止を可能にしたプローブ走査装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、一端を弾性的に支持されてＺ方向に延設された太管部と、前記太管部に一端側が挿貫され、他端側に探針が設けられた中筒と、前記太管部の他端側を揺動させて前記探針をＸＹ方向へ走査する走査手段と、前記中筒を前記太管部に対してＺ方向へ駆動する駆動手段とを含むプローブ走査装置において、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
【００１５】
（１）太管部と中筒との間に挿貫されて両者を低摩擦で摺動させる摺動部材と、中筒を太管部に対して選択的に固定する固定手段とを含むことを特徴とする。
【００１６】
（２）前記固定手段が太管部の外周に挿貫された筒状アクチュエータであり、前記筒状アクチュエータは、入力電圧に応じて直径が歪むことを特徴とする。
【００１７】
（３）前記太管部の他端に切欠部を形成し、前記筒状アクチュエータが前記切欠部を覆うように配置したことを特徴とする。
【００１８】
（４）前記固定手段が、太管部に対して断熱的に固定された連結部材と、中筒に対して断熱的に固定されて低融点金属を収容する低融点金属ホルダと、低融点金属を加熱する加熱手段とを含み、連結部材および低融点金属ホルダが、中筒の駆動範囲内では、前記連結部材の一部が低融点金属内に埋設されるように位置決めされたことを特徴とする。
【００１９】
上記した特徴（１）によれば、取り扱いの難しい粘性体を用いることなく太管部と中筒とを低摩擦で摺動させることができる。
【００２０】
上記した特徴（２）によれば、筒状アクチュエータに電圧を印加して、その開口形状を歪ませることで太管部に対する中筒の固定およびその解除が可能になるので、温度ドリフトやヒートショックの原因となる加熱ヒータが不要になるのみならず、太管部に対する中筒の固定およびその解除を短時間で実現できる。
【００２１】
上記した特徴（３）によれば、太管部の他端側の開口形状を小さな力で変形させることができるので、中筒を太管部に対して小さな力で固定できる。
【００２２】
上記した特徴（４）によれば、筒状アクチュエータを用いることなく、中筒を太管部に対して強固に固定できるようになる。
【００２３】
【発明の実施形態の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係るプローブ走査装置の第１実施形態の構成を示した側部断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００２４】
本実施形態では、前記太管部１２と中筒１３との間に前記粘性体１４を充填する代わりに、無潤滑下で低摩擦係数と低摩耗特性を有する筒状の摺動部材３１が挿貫されている。さらに、前記太管部１２の開口端近傍の外周には、入力電圧に応答して直径方向の形状が歪む筒状のアクチュエータ３２が挿貫されている。
【００２５】
本実施形態では、前記筒状アクチュエータ３２に所定の駆動電圧を印加して、その直径方向の形状を適宜に歪ませることにより、太管部１２の開口形状を変形させて、その内側に挿貫されている中筒１３を締め付け、これを固定することができる。
【００２６】
図２は、前記太管部１２の他端側の形状を示した部分透過斜視図であり、太管部１２の他端側には少なくとも一つの切欠部１２ａが形成され、前記筒状アクチュエータ３２は、この切欠部１２ａを覆うように装着される。このような切欠部１２ａを設けることにより、小さな力で太管部１２の他端側を変形させることが可能になる。
【００２７】
図３は、前記筒状摺動部材３１の一例を示した斜視図であり、４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）を主体とする樹脂で成形された軸受部材である。
【００２８】
このような構成において、試料を計測する際には、初めに筒状アクチュエータ３２に所定の締め付け解除電圧Ｖ１を印加して太管部１２に対する締め付けを解除する。次いで、スピンドル１５をＺ方向へ粗動させと、中筒１３が太管部１２に対して、前記筒状摺動部材３１の作用で下方への降下を開始する。この際の降下速度は前記筒状アクチュエータへ印加する駆動電圧を制御することで任意に調整できる。
【００２９】
探針１６が試料表面に接触して、その撓み量が所定値に達すると、前記スピンドル１５の粗動が制限されて探針１６の降下が停止する。すなわち、粗動が完了する。次いで、前記筒状アクチュエータ３２に所定の締め付け電圧Ｖ２を印加して太管部１２を締め付ける。これにより、太管部１２と中筒１３とが略一体化されるので、試料の計測が可能になる。
【００３０】
このように、本実施形態によれば、取り扱いの難しい粘性体を用いることなく、かつ温度ドリフトやヒートショックの原因となる加熱ヒータを利用することなく中筒１３の正確な粗動を実現できるようになる。
【００３１】
図４は、本発明に係るプローブ走査装置の第２実施形態の構成を示した側部断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００３２】
前記太管部１２の他端側の端部には、セラミックあるいはスーパーエンプラ等の断熱部材４１を介して連結リング４２が装着されている。前記中筒１３には、前記と同様の断熱部材４３を介して環状の低融点金属ホルダ４４が装着され、その周囲には加熱コイル４７が巻回されている。前記低融点金属ホルダ４４の上面には環状のＵ溝４５が形成され、その内部には低融点金属（例えば、ｕアロイ）４６内が収容されている。
【００３３】
前記連結リング４２、低融点金属ホルダ４４、低融点金属４６および加熱コイル４７は、前記太管部１２と中筒１３とを選択的に固定する固定手段として機能する。前記連結リング４２および低融点金属ホルダ４４は、中筒１３の粗動範囲内では連結リング４２の下端が低融点金属４６内に埋設されるように位置決めされる。
【００３４】
このような構成において、試料を計測する際には、初めに加熱コイル４７に通電して低融点金属を溶融し、前記太管部１２と中筒１３との固定を解除する。次いで、スピンドル１５をＺ方向へ粗動させると、中筒１３が太管部１２に対して、前記筒状摺動部材３１の作用により一定速度で降下を開始する。探針１６が試料表面に接触して、その撓み量が所定値に達すると、前記スピンドル１５の粗動が制限されて探針１６の降下が停止する。すなわち、粗動が完了する。次いで、前記加熱コイル４７への通電を停止すると、前記低融点金属４６が凝固して太管部１２と中筒１３とが略一体化されるので、試料の計測が可能になる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
（  １）取り扱いの難しい粘性体を用いることなく、太管部と中筒とを低摩擦で摺動させることができる。
（２）筒状アクチュエータに電圧を印加して、その開口形状を歪ませることで太管部に対する中筒の固定およびその解除が可能になるので、温度ドリフトやヒートショックの原因となる加熱ヒータが不要になるのみならず、太管部に対する中筒の固定およびその解除を短時間で実現できる。
（３）太管部の開口端に切欠部を設け、その開口形状を小さな力で変形させされるようにしたので、中筒を太管部に対して小さな力で固定できる。
（４）低融点金属を溶融または凝固させることで中筒を太管部に対して固定すれば、筒状アクチュエータが不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプローブ走査装置の第１実施形態の側部断面図である。
【図２】太管部の他端側の部分透過斜視図である。
【図３】筒状摺動部材の斜視図である。
【図４】本発明に係るプローブ走査装置の第２実施形態の側部断面図である。
【図５】従来のプローブ走査装置の側部断面図である。
【符号の説明】１０…走査管，１１…細管部，１２…太管部，１３…中筒，１４…粘性体，１５…スピンドル，１６…探針，１７…検出体，１８、１９…ダイヤフラム，２０…加熱コイル，３１…筒状摺動部材，３２…筒状アクチュエータ，４１，４３…断熱部材，４２…連結リング，４４…低融点金属ホルダ，４５…環状溝，４６…低融点金属，４７…加熱コイル
【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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