(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブを試料表面に近接させてＸ，Ｙ方向へ走査するプローブ走査装置において、
前記プローブをＺ軸方向へ微動させるＺ微動手段を支持するＺ支持手段と、
前記プローブをＸ軸方向へ走査させるＸ走査手段を支持するＸ支持手段と、
前記プローブをＹ軸方向へ走査させるＹ走査手段を支持するＹ支持手段とを具備し、
前記Ｚ支持手段とＸ支持手段およびＹ支持手段とが熱的に絶縁されたことを特徴とするプローブ走査装置。
【請求項２】
一対のプレート片が一辺同士で直交する第１のＬ型プレートと、
一対のプレート片が一辺同士で直交する第２のＬ型プレートと、
前記第１および第２のＬ型プレートを熱的に絶縁する断熱手段とを含み、
前記第１のＬ型プレートの一方および他方のプレート片および第２のＬ型プレートの一方のプレート片が相互に直交する筐体を具備し、
前記Ｘ走査手段およびＹ走査手段が前記第１のＬ型プレートの一方および他方のプレート片にそれぞれ固定され、
前記Ｚ微動手段が前記第２のＬ型プレートの一方のプレート片に固定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。
【請求項３】
前記Ｘ，Ｙ走査手段はボイスコイルモータであることを特徴とする請求項１または２に記載のプローブ走査装置。
【請求項４】
前記Ｘ支持手段とＹ支持手段とが相互に熱的に絶縁させたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか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、プローブを走査させる駆動手段が発生する熱による温度ドリフトを防止できるプローブ走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＦＭ等の走査プローブ顕微鏡では、試料表面と走査プローブとの間の相互作用を利用して試料表面の微細な組織や構造を検出するために、片持ち梁の先端に探針を装着したカンチレバーが走査プローブとして使用される。このようなカンチレバーを用いると、探針を試料表面で走査した際に試料表面と探針との間には原子間力に基づく引力または斥力が発生する。したがって、この原子間力をカンチレバーの撓み量として検出し、この撓み量が一定となるように、すなわち試料表面と探針との間隙が一定となるようにカンチレバーまたは走査プローブをＺ軸方向へ微動させる制御を実行すれば、その際の制御信号あるいは検出された撓み量そのものが試料表面の形状を代表するようになる。
【０００３】
図５は、従来の走査プローブ顕微鏡の主要部の構成例を示した図であり、支柱５１の下端では走査プローブ５２の自由端にカンチレバー５３が、試料５４と対向するように設けられている。前記支柱５１には、これをＺ軸方向へ微動させるＺ方向ボイスコイルモータ５０Ｚ、Ｘ方向へ走査させるＸ方向ボイスコイルモータ５０Ｘ、およびＹ方向へ走査させるＹ方向ボイスコイルモータ５０Ｙが連結されている。各ボイスコイルモータは、試料５４の表面とカンチレバー５３との間隙が予定値に保たれるように、走査プローブ５２をＺ軸方向へ微動させながらＸＹ方向へ走査する。
【０００４】
図６は、前記各ボイスコイルモータ５０を支持する筐体４０の斜視図である。筐体４０は３枚の支持プレート４０Ｘ，４０Ｙ，４０Ｚを相互に直交させて一体的に構成され、各支持プレート４０Ｘ，４０Ｙ，４０Ｚの中央部には開孔部が形成されている。前記Ｘ，Ｙ，Ｚのボイスコイルモータ５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚは各開孔部に装着される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のプローブ顕微鏡では、ボイスコイルモータ５０Ｘ、５０Ｙが、例えば長時間にわたる広範囲の走査を繰り返すことにより発熱すると、その熱により筐体４０の温度が上昇して熱膨張する。このため、特にＺ軸方向への膨脹成分により、試料表面の凹凸測定に温度ドリフトが生じるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、駆動手段が発生する熱による温度ドリフトを防止したプローブ走査装置を提供することにある。
【０００７】
【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、プローブを試料表面に近接させてＸ，Ｙ方向へ走査するプローブ走査装置において、前記プローブをＺ軸方向へ微動させるＺ微動手段を支持するＺ支持手段と、前記プローブをＸ軸方向へ走査させるＸ走査手段を支持するＸ支持手段と、前記プローブをＹ軸方向へ走査させるＹ走査手段を支持するＹ支持手段とを具備し、前記Ｚ支持手段とＸ支持手段およびＹ支持手段とが熱的に絶縁されたことを特徴とする。
【０００８】
上記した特徴によれば、Ｘ走査手段およびＹ走査手段が発生する熱によりＸ支持手段およびＹ支持手段の温度が上昇しても、その熱がＺ支持手段には伝達されない。したがって、Ｚ支持手段の熱膨脹が防止され、Ｚ支持手段と試料との相対位置が温度に応じては変化しないので、温度ドリフトが解消されて正確な測定が可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１、２、３はそれぞれ、本発明の一実施形態であるプローブ顕微鏡の主要部の構成を示した正面断面図、右側面断面図および上面断面図である。なお、各図では図面を見易くするために、走査プローブおよびその支柱等の図示を省略している。
【００１０】
図４は、プローブ顕微鏡の支持筐体の構成を示した組み立て図であり、本実施形態の支持筐体は、２つのＬ型プレートＰXY，ＰX および両者を熱的に絶縁する断熱材１０を組み付けることにより構成されている。
【００１１】
Ｌ型プレートＰXYは、端辺で相互に直交する２つのアルミ製プレート片ＰXY1 ，ＰXY2 から構成される。各プレート片ＰXY1 ，ＰXY2 の中央部には開孔が形成され、各開孔部にＸ方向ボイスコイルモータ（Ｘ−ＶＣＭ）１ＸおよびＹ方向ボイスコイルモータ（Ｙ−ＶＣＭ）１Ｙが装着されている。Ｌ型プレートＰZ は端辺で相互に直交する２つのアルミ製プレート片ＰZ1，ＰZ2から構成される。プレート片ＰZ1の中央部には開孔が形成され、当該開孔部にはＺ方向ボイスコイルモータ（Ｘ−ＶＣＭ）１Ｚが装着されている。
【００１２】
各Ｌ型プレートＰXY，ＰZ は、図４に示したように、ボイスコイルモータ１Ｘ，１Ｙ，１Ｚが装着されるプレート片ＰXY1 ，ＰXY2 ，ＰZ1面が直交し、かつ両者が直接接触しないように、両者の平坦部同士が断熱材１０を介して面接触するように組み付けられる。さらに、図２に示したように、各Ｌ型プレートＰXY，ＰZはボルト１４およびナット１５により相互に締結される。各ボイスコイルモータにより前後動されるアーム２Ｘ，２Ｙ，２Ｚの先端は、図示しない走査プローブの支柱に連結されている。
【００１３】
このような構成において、プローブを試料表面でＸＹ方向に操作させ続けるとＸ方向ボイスコイルモータおよびＹ方向ボイスコイルモータが発熱してＬ型プレートＰXYの温度が上昇する。この熱がＬ型プレートＰZ に伝達されると、Ｌ型プレートＰZ がＺ軸方向に膨脹し、Ｚ方向ボイスコイルモータの相対位置が上昇するので、これが温度ドリフトとして測定誤差になる。
【００１４】
これに対して、本発明ではＬ型プレートＰXYとＬ型プレートＰZ とが断熱材１０を介して連結されているので、Ｌ型プレートＰXYの熱はＬ型プレートＰZ に伝達されない。したがって、Ｌ型プレートＰXYの温度にかかわらずＬ型プレートＰZ の温度を一定に保持することができ、温度ドリフトの発生が防止される。
【００１５】
本実施形態によれば、広範囲の操作を長時間にわたり繰り返すことによりＸ方向ボイスコイルモータおよびＹ方向ボイスコイルモータが発熱し、Ｌ型プレートＰXYの温度が上昇しても、この熱がＬ型プレートＰZ に伝達されない。したがって、Ｌ型プレートＰZ の温度上昇が抑えられ、その熱膨張も防止されるので、Ｚ方向の計測を正確に行えるようになる。
【００１６】
さらに、本実施形態によれば、各Ｌ型プレートＰXY，ＰZ の平坦部同士を相互に重ね合わせて支持筐体を構成するようにしたので、各ボイスコイルモータの位置決め、特にＸ，Ｙ，Ｚの方向合わせ（直角出し）を正確かつ簡単に行えるようになる。
【００１７】
なお、上記した実施形態では、Ｘ方向ボイスコイルモータおよびＹ方向ボイスコイルモータが装着されたＬ型プレートＰXYとＺ方向ボイスコイルモータが装着されたＬ型プレートＰZ とが熱的に絶縁されるものとして説明したが、さらにＸ方向ボイスコイルモータが装着されるプレート片ＰXY1 とＹ方向ボイスコイルモータが装着されるプレート片ＰXY2 とが熱的に絶縁されるようにしても良い。
【００１８】
【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) Ｘ方向ボイスコイルモータおよびＹ方向ボイスコイルモータの発生する熱が、Ｚ方向ボイスコイルモータの装着されたＬ型プレートには伝達されず、当該Ｌ型プレートの熱膨張が抑えられる。したがって、温度ドリフトの発生が防止されてＺ方向の計測を正確に行えるようになる。
(2) ２つのＬ型プレートに各ボイスコイルモータを装着し、各Ｌ型プレートを両者の平坦部同士が面接触するように組み合わせて支持筐体を構成するようにしたので、各ボイスコイルモータをＸ，Ｙ，Ｚの各方向に向けて配置する際の位置決め（直角出し）を正確かつ簡単に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したプローブ顕微鏡の正面断面図である。
【図２】本発明を適用したプローブ顕微鏡の右側面断面図である。
【図３】本発明を適用したプローブ顕微鏡の上面断面図である。
【図４】プローブ顕微鏡の支持筐体の構成を示した組み立て図である。
【図５】Ｘ，Ｙ，Ｚの各ボイスコイルモータの配置を示した図である。
【図６】従来技術の支持筐体の構成を示した図である。
【符号の説明】
ＰXY，ＰX …Ｌ型プレート，ＰXY1 ，ＰXY2 …Ｌ型プレートＰXYのプレート片，ＰZ1，ＰZ2…Ｌ型プレートＰZ のプレート片，１０…断熱材，１４…ボルト，１５…ナット
【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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