(57)【要約】【課題】電気的なノイズに影響されることなくカンチレバーの励振を行うことで、厳密なカンチレバーの変位検出を行う。【解決手段】ホルダ本体１にはカンチレバーチップ２，７が固定されている。圧電素子は圧電体３と圧電体３を挟んでいる２つの電極３ａ，３ｂとを有している。電極３ａ，３ｂにはそれぞれケーブル４ａ，４ｂ接続されている。ケーブル４ａ，４ｂには圧電体３を励振する電圧を供給する励振信号発生器５が接続されている。圧電素子は絶縁体６を介してホルダ本体１に取りつけられる。【選択図】　　図１
2004020221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホルダ本体と、
前記ホルダ本体に固定されたカンチレバーチップと、
圧電体とこの圧電体を挟んでいる２つの電極とを有する圧電素子と、
前記圧電素子の前記２つの電極にそれぞれ接続された２つのケーブルと、
前記２つのケーブルと接続され、前記圧電体を励振する電圧を供給する励振信号発生器とを備え、
前記圧電素子は絶縁体を介して前記ホルダ本体に取りつけられることを特徴とするカンチレバーホルダ。
【請求項２】
前記絶縁体は、前記圧電体と同一材質であって、分極処理が施されていない材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載のカンチレバーホルダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば原子オーダーの分解能で試料の表面情報を測定するための走査型プローブ顕微鏡に用いられるカンチレバーホルダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、走査型プローブ顕微鏡の測定方法として、所定の共振周波数でカンチレバーを励振させておいて、例えば振動中心と試料表面との間の距離を一定に維持しながら、探針を試料に沿って走査することによって、試料の表面情報を測定するダイナミックモード測定法が知られている。
【０００３】
図２は走査型プローブ顕微鏡の一部の概略的な断面図である。このような測定法を実現するために、例えば特開平７−１５９４２２号公報には、シム１０２に支持されたカンチレバーチップ１０４と、シム１０２に固定された圧電体１０６とを備えた走査型プローブ顕微鏡が開示されている。シム１０２は、ホルダ１０８を介して図示しない顕微鏡本体に保持されており、これらシム１０２及びホルダ１０８によって一種のカンチレバーホルダが構成されている。また、カンチレバーチップ１０４は、先端に探針１１０を有するカンチレバー１１２と、このカンチレバー１１２の基端を支持する支持部１１４とから構成されている。また、圧電体１０６の一方の電極はケーブル１１８を介して励振信号発生器１１６に接続され、他方の電極は導電体であるシム１０２とケーブル１１９を介してグランドに接続されている。通常グランドとして顕微鏡本体が利用される。
【０００４】
励振信号発生器１１６からケーブル１１８を介して圧電体１０６に励振信号を印加して圧電体１０６を励振させると、圧電体１０６の励振運動がシム１０２を介してカンチレバー１１２に伝達される。この結果、カンチレバー１１２は所定の周波数で振動する。
【０００５】
実際のダイナミックモード測定では、探針１１０と試料（図示しない）とを相対的に移動させるスキャナ（図示しない）を用いて、探針１１０を試料に対向させるように近接させると、探針１１０の先端と試料表面との間に相互作用（斥力、引力、原子間力、磁気力、粘性など）が働いて、カンチレバー１１２の先端が変位する。このとき、カンチレバー１１２の先端に生じる変位は光てこ等により光学的に拡大され、電気的に検出される。探針１１０を試料表面に沿って相対的に走査することによって、試料の表面情報（例えば、凹凸情報）が三次元的に測定される。
【０００６】
カンチレバーの変位にはさまざまな情報が含まれている。観察用途に応じてカンチレバーの振動の振幅検出、位相検出、周波数検出が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
走査型プローブ顕微鏡に用いられる上記従来のカンチレバーホルダでは、圧電体１０６の他方の電極は顕微鏡本体に接続されている。一方、励振信号発生器１１６のグランドは商用電源グランドから取られているのでグランドループが大きくなってしまう。その結果、圧電体１０６に印加される励振信号には電源供給ラインに起因する電源周波数のノイズやスパイクノイズといった高周波数のノイズがのってしまう。これにより、厳密なカンチレバーの振幅検出、位相検出、周波数シフト検出等が妨げられる。
【０００８】
本発明では上記問題を解決するためになされており、電気的なノイズに影響されることなくカンチレバーの励振を行うことで、厳密なカンチレバーの変位検出を行うことを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係わるカンチレバーホルダは、
ホルダ本体と、
前記ホルダ本体に固定されたカンチレバーチップと、
圧電体とこの圧電体を挟んでいる２つの電極とを有する圧電素子と、
前記圧電素子の前記２つの電極にそれぞれ接続された２つのケーブルと、
前記２つのケーブルと接続され、前記圧電体を励振する電圧を供給する励振信号発生器とを備え、
前記圧電素子は絶縁体を介して前記ホルダ本体に取りつけられる。
【００１０】
本発明の請求項２に係わるカンチレバーホルダでは、前記絶縁体は、前記圧電体と同一材質であって、分極処理が施されていない材料で形成されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係わるカンチレバーホルダを説明する。先ず、本発明の第１の実施の形態のカンチレバーホルダを説明する。図１はカンチレバーホルダの概略的な構成を示す斜視図である。ホルダ本体１の先端部下面にはカンチレバー２が接着または着脱自在に固定されている。カンチレバー２の先端には試料をトレースするための鋭利な探針７が備わっている。カンチレバー２と探針７はカンチレバーチップを形成している。カンチレバー２は走査型プローブ顕微鏡などに取りつけられる。ホルダ本体１の上面には電気導通のない絶縁体６が固定され、その上に第１の電極３ａ、圧電体３、第２の電極３ｂの順番でこれらが重なっている。即ち、圧電体３と圧電体３を挟んでいる第１、第２の電極３ａ、３ｂとは圧電素子を形成しており、圧電素子は絶縁体６を介してホルダ本体１に取りつけられる。ここで第１、第２の電極３ａ、３ｂは、圧電体３に電圧を印加するための電極であり、第１、第２の電極３ａ、３ｂはそれぞれケーブル４ａ、４ｂの一端に電気的に接続されている。ケーブル４ａ、４ｂの他端は、圧電体３を励振する電圧を供給する励振信号発生器５の−端子（グランド端子）、＋端子にそれぞれ接続されている。
【００１２】
励振信号発生器５で発生させた励振信号（電圧）はケーブル４ｂの電位をグランドレベルとして圧電体３に印加される。このとき、正確に所望の周波数の電圧が圧電体３に印加される。圧電体３を励振させると、この圧電体３の励振運動が絶縁体６、ホルダ本体１を介してカンチレバー２に伝達される。これにより、カンチレバー２を所定の周波数で振動させることができる。
【００１３】
実際のダイナミックモード測定では、探針７と試料（図示しない）とを相対的に移動させるスキャナ（図示しない）を用いて、探針７を試料に対向させるように近接させると、探針７の先端と試料表面との間に相互作用（斥力、引力、原子間力、磁気力、粘性など）が働いて、カンチレバー２の先端が変位する。このとき、カンチレバー２の先端に生じる変位は光てこ等により光学的に拡大され、電気的に検出される。探針７を試料表面に沿って相対的に走査することによって、試料の表面情報（例えば、凹凸情報）が三次元的に測定される。カンチレバーの変位にはさまざまな情報が含まれている。観察用途に応じてカンチレバーの振動の振幅検出、位相検出、周波数検出が行われる。
【００１４】
本実施の形態のカンチレバーホルダでは、圧電素子のグランド側の第１の電極３ａが絶縁体６を介してホルダ本体１に固定されているので、第１の電極３ａの電位は顕微鏡本体等の電位に影響されることがない。従って、グランドループを極小にできるため、電気的なノイズの少ない励振を行うことができる。その結果、カンチレバーの励振状態の変化をきわめて正確に検出することができるので、試料の表面の幾何学的な形状をより高精度に測定することができる。
【００１５】
本実施の形態ではホルダ本体１の上面に絶縁体６、第１の電極３ａ、圧電体３、第２の電極３ｂが配置されているが、本発明はこれに限定されるものではない。圧電体３の励振をカンチレバー２に伝達できる場所であり、かつ絶縁体６、第１の電極３ａ、圧電体３、第２の電極３ｂの順番でこれらが重なっていれば、圧電素子はホルダ本体１のどこに配置されていてもよい。圧電素子の配置をこのような条件下で変更しても、第１の実施の形態と同様の効果を得られる。
【００１６】
次に、本発明の第２の実施の形態のカンチレバーホルダを説明する。本実施の形態の構成は、基本的に第１の実施の形態の構成と同じである。本実施の形態において、第１の実施の形態の図１を参照して説明した構成部材と実質的に同一の構成部材は、第１の実施の形態の対応する構成部材を指示していた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略する。本第２の実施の形態の構成が第１の実施の形態の構成と異なる点は、第１の電極３ａとホルダ本体１との間に介在している絶縁体の構成である。本第２の実施の形態の絶縁体は、圧電体３と同一材質であって、分極処理が施されていない材料で形成されている。その他の本第２の実施の形態の構成は第１の実施の形態の構成と同じである。絶縁体は圧電体３と同一材質であるため両者の音響インピーダンスが等しい。このため、圧電体３の励振が損失なくカンチレバー２に伝達される。これにより、カンチレバー２の励振を効率よく行うことが可能となる。また、本第２の実施の形態のカンチレバーホルダは第１の実施の形態と同様の効果を有している。
【００１７】
尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば電気的なノイズに影響されることなくカンチレバーの励振が可能となるため、厳密なカンチレバーの変位検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施の形態におけるカンチレバーホルダの概略的な構成を示す斜視図。
【図２】従来の走査型プローブ顕微鏡の一部の概略的な断面図。
【符号の説明】
１　ホルダ本体
２　カンチレバー
３　圧電体
３ａ　第１の電極
３ｂ　第２の電極
４ａ　ケーブル
４ｂ　ケーブル
５　励振信号発生器
６　絶縁体
７　探針
【図１】
2004020221.tif 000003
【図２】
2004020221.tif 000004