(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の要件（Ａ01）〜（Ａ06）を備えたことを特徴とするホルダ位置調節装置、
（Ａ01）プローブを保持するプローブホルダまたは試料を保持する試料ホルダのうちの一方のホルダを支持するとともに前記他方のホルダに対して離隔および接近する方向（離隔・接近方向）に移動して前記プローブおよび試料間の距離を調節するプローブ・試料間距離調節用ステージであって、前記離隔・接近方向に垂直な方向の互いに反対側の外側面に設けられた一対の被支持部を有する前記プローブ・試料間距離調節用ステージ、
（Ａ02）前記プローブ・試料間距離調節用ステージを前記他方のホルダに対して離隔および接近する方向（離隔・接近方向）にガイドするステージガイド、
（Ａ03）前記プローブ・試料間距離調節用ステージを前記他方のホルダに対して離隔または接近する方向に移動させる力を付与するステージ付勢部材、
（Ａ04）前記一対の被支持部を支持する一対の支持アームと、前記一対の支持アームの一端部どうしを接続する一端部接続部材および他端部どうしを接続する他端部接続部材を有する揺動枠、
（Ａ05）前記揺動枠の前記他端部接続部材の前記離隔・接近方向の位置を粗調節する揺動枠位置粗調節部材、
（Ａ06）前記揺動枠の前記一端部接続部材の前記離隔・接近方向の位置を調節する揺動枠位置微調節部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope、原子間力顕微鏡）、ＦＦＭ（Friction Force Microscope、摩擦間力顕微鏡）等の走査プローブ顕微鏡において試料の表面を走査し高分解能で試料表面の３次元形状観察を行う際に使用するプローブホルダまたは試料ホルダ等の位置を調節するホルダ位置調節装置に関し、特に、前記ホルダを支持するホルダ支持部材の位置を調節することにより前記ホルダの位置を調節するホルダ位置調節装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前述のホルダ位置調節装置として、従来、下記（Ｊ01）の技術が知られている。
（Ｊ01）（図１６に示す技術）
図１６は従来のホルダ位置調節装置を備えた走査プローブ顕微鏡としての原子間力顕微鏡の全体概略説明図である。
図１６において原子間力顕微鏡Ａは円筒状のスキャナ支持用外筒０１を有している。外筒０１下部外側面には被ガイド溝０１a、０１aが形成されている。
前記外筒０１の上端には上端プレート０２が設けられている。上端プレート０２には上部開口０２aおよびその左右両側に配置したヘッド装着用ガイドレール０２b，０２bが設けられている。
【０００３】
前記外筒０１内には図示しない上下動装置（Ｚ軸方向駆動装置）により上下動可能に支持されている昇降ステージ０３が配置されている。前記昇降ステージ０３の上端面には水平なシフター支持面０３aが形成されており、その上にはシフター０４が支持されている。前記シフター０４は水平面内移動可能で、その中央に開口部が形成されている。前記開口部には有底円筒状のスキャナ保持部材０６が収容される。前記スキャナ保持部材０６の内部底面には、圧電素子により構成されるＸＹスキャナ０７およびＺ軸微動支持部材０８が支持されている。前記ＸＹスキャナ０７は水平なＸＹ平面内でスキャンを行う部材である。前記Ｚ軸微動支持部材０８はＺ軸方向にスキャンを行う部材である。
【０００４】
前記Ｚ軸微動支持部材０８の上端面には試料ホルダ受け０９が固着されている。前記試料ホルダ受け０９の上面には凸条０９aが形成されている。前記試料ホルダ受け０９の凸条０９aが試料ホルダ０１１の下面に形成されている凹溝０１１aと嵌合することにより、前記試料ホルダ０１１は試料ホルダ受け０９に固定される。前記試料ホルダ０１１の上端面には試料０１２が載置されている。前記試料０１２は前記上端プレート０２の上部開口０２aに対応する位置に配置される。
前記外筒０１下端には下端プレート０１３が固定されており、下端プレート０１３に連通孔０１３aが形成されている。
【０００５】
前記下端プレート０１３は、吸引室０１６上面を形成する吸引室上壁０１７上に支持されており、吸引室上壁０１７に形成された連通孔０１７aおよび前記連通孔０１３aにより前記下端プレート０１３上方の空間は前記吸引室０１６に連通している。
前記吸引室上壁０１７上にはガイド部材０１８，０１８が支持されており、ガイド部材０１８，０１８は、前記外筒０１下端部の被ガイド溝０１a，０１aをスライド可能にガイドし、且つ所定位置に保持している。
前記吸引室０１６は、真空ポンプ（図示せず）により真空に吸引されるようになっている。
【０００６】
図１６において、前記上端プレート０２上に装着されるヘッド０２１は、ヘッドケース０２２を有している。ヘッドケース０２２はその下端部に被ガイド部材０２３が連結されており、被ガイド部材０２３は前記ヘッド装着用ガイドレール０２b，０２bにスライド可能に係合する被ガイド面０２３a，０２３aを有している。そして、前記ヘッド０２１は前記被ガイド面０２３a，０２３aが前記ヘッド装着用ガイドレール０２b，０２bに係合した状態でスライド移動して所定の位置に装着される。
【０００７】
前記ヘッドケース０２２の内部にはレーザー光源０２４と第１反射部材０２５と第２反射部材０２６と光検出器０２７とから構成される光学系０２８が配置されている。また、前記光学系０２８の下方にはホルダ挿入溝０２９が形成されている。
前記ホルダ挿入溝０２９にはプローブホルダ０３１が挿入支持されるように構成されている。前記プローブホルダ０３１の下面には、前記試料０１２に対向する位置にカンチレバー０３２が装着されている。
【０００８】
前記原子間力顕微鏡Ａで試料の観察を行う場合、前記昇降ステージ０３を上方（Ｚ方向）に移動させ前記スキャナ０９保持部材に収容されている前記ＸＹスキャナ０７およびＺ軸微動支持部材０８等を上昇させて、前記カンチレバー０３２先端のプローブ０３３を観察したい前記試料０１２表面に接近させる。
【０００９】
この状態で、カンチレバー０３２の上面に向かって前記レーザー光源０２４から出射されたレーザー光Ｌが照射される。照射された前記レーザー光Ｌはカンチレバー０３２で反射して第２反射部材０２６を経て光検出器０２７に入射する。前記カンチレバー０３２先端のプローブ０３３はＸＹスキャナ０７により前記試料０１２の表面をＸＹ方向に走査する。このとき前記試料０１２の表面とプローブ０３３とが一定間隔以上に離れたり、接近したりすると前記カンチレバー０３２先端が下方または上方に移動する。カンチレバー０３２先端位置が変化すると前記カンチレバー０３２から反射するレーザー光Ｌが入射する前記光検出器０２７への入射位置が変化する。この入射位置の変化を前記光検出器０２７が検出し、この検出信号にフィードバックされて、前記入射位置の変化が生じないようにＺ軸微動支持部材０８が駆動される。
すなわち、前記Ｚ軸微動支持部材０８は、その駆動電圧により前記試料０１２の表面とカンチレバー０３２先端のプローブ０３３との間隔が一定に保持されるように試料０１２の上下方向（Ｚ軸方向）の位置を調節する。
したがって、前記Ｚ軸微動支持部材０８へ印加した電圧の変化を画像処理することにより前記試料０１２の表面の画像観察が可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
（前記従来技術（Ｊ01）の問題点）
前記従来技術において、前記原子間力顕微鏡Ａで試料の検査、観察を行うために、前記昇降ステージ０３を上方（Ｚ方向）に移動させ前記スキャナ保持部材に収容されている前記ＸＹスキャナ０７およびＺ軸微動支持部材０８等を上昇させて、前記カンチレバー０３２を前記試料０１２表面に接近させる。この接近のための移動は、モータによる自動アプローチが一般的である。
前記モータによる自動アプローチの場合、プローブ０３３が試料を検出した同時にモータが即停止し、それ以上近づいて衝突しないように、極低速度のアプローチ速度に設定されている。このときの低いアプローチ速度は、モータの回転を通常、ねじ、歯車、テコ等で減衰して作りだしている。
【００１１】
このような構造のため、アプローチをスタートさせてから、プローブが試料を検出し、プローブ観察を始めるまでの時間が長かった。また、プローブや試料の交換の際にも、極低速度のリトラクト速度のため、交換可能な位置まで、プローブと試料を移動させるのにも長い時間が掛かった。
このため、作業効率が低いという問題点があった。特に、観察試料の数が多い場合には、前記問題点が大きくなる。
【００１２】
本発明は、前述の事情に鑑み、下記の記載内容を課題とする。
（Ｏ01）走査プローブ顕微鏡のプローブと試料表面との距離の調節を短時間で行えるようにすること。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
次に、前記課題を解決するために案出した本発明を説明するが、本発明の要素には、後述の実施例の要素との対応を容易にするため、実施例の要素の符号をカッコで囲んだものを付記する。
また、本発明を後述の実施例の符号と対応させて説明する理由は、本発明の理解を容易にするためであり、本発明の範囲を実施例に限定するためではない。
【００１４】
（本発明）
前記課題を解決するために、本発明のホルダ位置調節装置は下記の要件（Ａ01）〜（Ａ06）を備えたことを特徴とする、
（Ａ01）プローブ（４５a）を保持するプローブホルダ（Ｈ）または試料（Ｓ）を保持する試料ホルダ（１１７）のうちの一方のホルダ（１１７）を支持するとともに前記他方のホルダ（Ｈ）に対して離隔および接近する方向（離隔・接近方向）に移動して前記プローブ（４５a）および試料（Ｓ）間の距離を調節するプローブ・試料間距離調節用ステージ（ＳＴ）であって、前記離隔・接近方向に垂直な方向の互いに反対側の外側面に設けられた一対の被支持部を有する前記プローブ・試料間距離調節用ステージ（ＳＴ）、
（Ａ02）前記プローブ・試料間距離調節用ステージ（ＳＴ）を前記他方のホルダ（Ｈ）に対して離隔および接近する方向（離隔・接近方向）にガイドするステージガイド（７２＋７６＋７６）、
（Ａ03）前記プローブ・試料間距離調節用ステージ（ＳＴ）を前記他方のホルダ（Ｈ）に対して離隔または接近する方向に移動させる力を付与するステージ付勢部材（９６，９６）、
（Ａ04）前記一対の被支持部を支持する一対の支持アーム（８７，８８）と、前記一対の支持アーム（８７，８８）の一端部どうしを接続する一端部接続部材（８９）および他端部どうしを接続する他端部接続部材（８３）を有する揺動枠（８６）、
（Ａ05）前記揺動枠（８６）の前記他端部接続部材（８３）の前記離隔・接近方向の位置を粗調節する揺動枠位置粗調節部材（５４）、
（Ａ06）前記揺動枠（８６）の前記一端部接続部材（８９）の前記離隔・接近方向の位置を調節する揺動枠位置微調節部材（５８）。
【００１５】
（本発明の作用）
前記構成を備えた本発明のホルダ位置調節装置では、プローブ・試料間距離調節用ステージ（ＳＴ）は、プローブ（４５a）を保持するプローブホルダ（Ｈ）または試料（Ｓ）を保持する試料ホルダ（１１７）のうちの一方のホルダ（１１７）を支持する。ステージガイド（７２＋７６＋７６）は、前記プローブ・試料間距離調節用ステージ（ＳＴ）を前記他方のホルダ（Ｈ）に対して離隔および接近する方向（離隔・接近方向）にガイドする。
ステージ付勢部材（９６，９６）は、前記プローブ・試料間距離調節用ステージ（ＳＴ）を前記他方のホルダ（Ｈ）に対して離隔または接近する方向に移動させる力を付与する。
揺動枠（８６）は、一対の支持アーム（８７，８８）と前記一対の支持アーム（８７，８８）の一端部どうしを接続する一端部接続部材（８９）および他端部どうしを接続する他端部接続部材（８３）を有する。前記一対の支持アーム（８７，８８）は、前記プローブ・試料間距離調節用ステージ（ＳＴ）の離隔・接近方向に垂直な方向の互いに反対側の外側面に設けられた一対の被支持部を支持する。
【００１６】
揺動枠位置粗調節部材（５４）は、前記揺動枠（８６）の前記他端部接続部材（８３）の前記離隔・接近方向の位置を粗調節する。
揺動枠位置微調節部材（５８）は、前記揺動枠（８６）の前記一端部接続部材（８９）の前記離隔・接近方向の位置を調節する。
前記揺動枠位置粗調節部材（５４）および揺動枠位置微調節部材（５８）をそれぞれ独立に調節して前記他端部接続部材（８３）および一端部接続部材（８９）の位置を前記他方のホルダ（Ｈ）に対して調節すると、前記揺動枠（８６）は揺動しながら前記他方のホルダ（Ｈ）に対して離隔または接近して、プローブ・試料間の距離を調節することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１のホルダ位置調節装置は、前記本発明において次の要件（Ａ07），（Ａ08）を備えたことを特徴とする、
（Ａ07）先端が前記他端部接続部材（８３）に当接する手動操作ネジ（５４）により構成された前記揺動枠位置粗調節部材（５４）、
（Ａ08）先端が前記一端部接続部材（８９）に当接するモータ駆動ネジ（５８）により構成された前記揺動枠位置微調節部材（５８）。
【００１８】
（実施の形態１の作用）
前記構成を備えた本発明の実施の形態１のホルダ位置調節装置では、前記揺動枠位置粗調節部材（５４）は、先端が前記他端部接続部材（８３）に当接する手動操作ネジ（５４）により構成される。また、前記揺動枠位置微調節部材（５８）は、先端が前記一端部接続部材（８９）に当接するモータ駆動ネジ（５８）により構成される。
したがって、手動操作により揺動枠位置を粗調節し、モータの駆動を制御することにより揺動枠位置を微調節し、プローブ・試料間の距離を調節することができる。
【００１９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２のホルダ位置調節装置は、前記本発明または本発明の実施の形態１において次の要件（Ａ09）を備えたことを特徴とする、
（Ａ09）前記プローブ・試料間距離調節用ステージ（ＳＴ）の互いに反対側の外側面に突出して設けられた突出部（９３，９３）に形成され、且つ前記ステージ付勢部材（９６，９６）の付勢方向の前面に形成された前記一対の被支持部、
【００２０】
（実施の形態２の作用）
前記構成を備えた本発明の実施の形態２のホルダ位置調節装置では、前記一対の被支持部は、前記プローブ・試料間距離調節用ステージ（ＳＴ）の互いに反対側の外側面に突出して設けられた突出部（９３，９３）に形成され、且つ前記ステージ付勢部材（９６，９６）の付勢方向の前面に形成される。
したがって、前記一対の被支持部は、前記ステージ付勢部材（９６，９６）の付勢により揺動枠（８６）の一対の支持アーム（８７，８８）に押圧される。したがって、前記揺動枠（８６）を揺動させながら位置調節すると前記一対の支持アーム（８７，８８）の位置が調節されるので、前記被支持部の位置が調節される。このため、前記被支持部が設けられた前記プローブ・試料間距離調節用ステージ（ＳＴ）の位置が調節される。
【００２１】
（実施例）
次に図面を参照しながら、本発明のホルダ位置調節装置の実施の形態の例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
図１は本発明の実施例のホルダ位置調節装置を備えた走査プローブ顕微鏡の１例としての原子間力顕微鏡の概略全体説明図である。図２は前記図１のヘッド部の説明図である。図３は前記図２の矢印IIIからみた図である。図４は同実施例で使用するプローブヘッドとプローブホルダの説明図で前記図３のIＶ−IＶ線断面図であり、図４Ａはプローブホルダを装着する前の状態を示す図、図４Ｂはプローブホルダを装着した状態を示す図である。図５は本発明の実施例１のプローブホルダの説明図で、図５Ａはプローブホルダの斜視図、図５Ｂは図５Ａを矢印ＶＢからみた図、図５Ｃは図５Ａを矢印ＶＣから見た図でプローブホルダにカンチレバが装着されている状態を示す図、図５Ｄは前記図５ＣのＶＤ−ＶＤ線断面図である。
図６は前記図１のＶI−ＶI線断面図である。図７は前記図１のＶII−ＶII線断面図である。
【００２２】
図１において、走査プローブ顕微鏡の１例としての原子間力顕微鏡Ａは円筒状の本体Ａ1および前記本体Ａ1の上面に装着されるヘッドＡ2を有している。
本体Ａ1上端には上端プレートＰが支持されており、上端プレートＰ上面にはヘッド装着用ガイドレール１，２が設けられている。前記ヘッド装着用ガイドレール１は上端プレートＰに固定された一本の固定レールにより構成されている。図６において、前記ヘッド装着用ガイドレール２は、固定されたレール本体２a、位置調節可能な可動レール２b、および引張バネ２c等を有しており、前記可動レール２bは、前記引張バネ２cにより常時右方（−Ｙ方向）に引っ張られている。前記レール本体２aには前記可動レール２bの位置を調節するための可動レール位置調整部材３が支持されている。
図６において、可動レール位置調整部材３は前記レール本体２aのねじ孔に螺合するねじ３aおよび操作ノブ３bを有しており、前記操作ノブ３bを回転操作することにより前記可動レール２bの位置を調節可能である。
なお、前記上端プレートＰ上面にはストッパ４，４（図６、図７参照）が支持されている。
【００２３】
（原子間力顕微鏡ＡのヘッドＡ2）
図１〜図４において、前記上端プレートＰ上に装着されるヘッドＡ2は、ヘッドケース５を有している。ヘッドケース５は、ホルダ装着ブロック６と、このホルダ装着ブロック６の左端に固定された光検出器収容ブロック７と、ホルダ装着ブロック６の右端に固定されたカバープレート８と、ホルダ装着ブロック６の下端部に固定された被ガイド部材９とを有している。
被ガイド部材９は前記ヘッド装着用ガイドレール１，２にスライド可能に係合する被ガイド面９a，９aを有している。そして、前記ヘッドＡ2は前記被ガイド面９a，９aが前記ヘッド装着用ガイドレール１，２に係合した状態でスライド移動して所定の位置に装着される。
【００２４】
前記ホルダ装着ブロック６には、その前面（Ｘ側側面）中央部から後方に延びるプローブホルダ装着部材１０が取り付けられている。プローブホルダ装着部材１０によりホルダ挿入溝１１が形成されている。ホルダ挿入溝１１の上方には前面（Ｘ側側面）に開口するミラー収容空間１２が形成されており、ミラー収容空間１２にはミラー１３が配置されている。
前記ミラー収容空間１２の上方には光源装置収容ブロック１４を装着する空間が形成されている。光源装置収容ブロック１４にはその上面に内部観察用窓１４aが形成されている。前記光源装置収容ブロック１４内部にはレーザ光源１６とビームスプリッタ１７とが支持されている。
前記ホルダ装着ブロック６右側面には回路基板１８を収容する空間が形成されており、その空間の開口部は前記カバープレート８により被覆されている。
【００２５】
前記ホルダ装着ブロック６には、ミラー収容空間１２と前記光検出器収容ブロック７との間にはフィルタガラス１９を配置したレーザビーム通過用空間が形成されている。
前記光検出器収容ブロック７には光検出器支持ブロック２１がＺ軸方向にスライド可能に支持されており、光検出器支持ブロック２１にはスライド部材２１aが前後方向（Ｘ軸方向）にスライド可能に支持されている。前記スライド部材２１aには光検出器２２が支持されている。
【００２６】
図４において、前記光源装置収容ブロック１４には操作部材２３が３個支持されている。各操作部材２３は、上端部分に操作用つまみを有しておりその下部は前記光源装置収容ブロック１４のネジ孔に螺合している。また、操作部材２３下端（−Ｚ端部）の前記ホルダ装着ブロック６に当接する部分は球面に形成されている。したがって、３個の操作部材２３をそれぞれ独立して回転調節することにより、前記光源装置収容ブロック１４の水平面（ＸＹ平面）に対する傾斜を調節することができる。すなわち、操作部材２３を回転調節することにより、前記ビームスプリッタ１７の水平面（ＸＹ平面）に対するの傾斜を調節することができる。
【００２７】
図１〜３において、光検出器収容ブロック７には、その上面に上下移動用操作部材２４が回転可能に支持されており、その前面に前後移動用操作部材２６が前後動不能且つ上下にスライド移動可能に支持されている。
前記上下移動用操作部材２４の下端部は光検出器支持ブロック２１の上端部にねじ込まれており、上下移動用操作部材２４を回転操作すると光検出器支持ブロック２１は光検出器収容ブロック７内部で上下にスライド移動する。このとき、前記前後移動用操作部材２６は前記光検出器支持ブロック２１と一体的に上下にスライド移動する。
また、前後移動用操作部材２６の後端部は光検出器支持ブロック２１に支持された前記スライド部材２１aの前端部にねじ込まれており、前後移動用操作部材２６を回転操作するとスライド部材２１aは光検出器支持ブロック２１上で前後方向（Ｘ軸方向）にスライド移動する。
前記各操作部材２４，２６を軸周りに回転調節することにより、前記光検出器２２を上下方向（Ｚ軸方向）または前後方向（Ｘ軸方向）に移動できるように構成されている。
【００２８】
図４Ａにおいて、ホルダ装着ブロック６の前記ホルダ挿入溝１１の前端部分（Ｘ方向端部分）上方に形成されたねじ孔には押圧部材収容部材３１が螺合している。押圧部材収容部材３１内には、ホルダ当接球３２および押圧バネ３３が収容されている。ホルダ当接球３２は常時下方（−Ｚ方向）へ力を受けている。なお、前記押圧部材収容部材３１の前記ホルダ当接球３２を収容する穴の下端部は前記ホルダ当接球３２よりも小径になっており、下方（−Ｚ方向）に押圧されたホルダ当接球３２が押圧部材収容部材３１から脱落しないように構成されている。前記ホルダ挿入溝１１の前端部（Ｘ方向端部）上方にはホルダ装着部材側端子としての３個の板バネ３４がネジ３６に左右方向（Ｙ軸方向）並んで固定されている。各板バネ３４にはケーブル３７が接続されている。
前記ケーブル３７および前記光検出器２２（図２参照）は、前記ホルダ装着ブロック６の右側（−Ｙ側）部分に配置された前記回路基板１８（図３参照）に接続されている。前記光検出器２２で検出した検出信号が回路基板１８に入力される。
【００２９】
（プローブホルダＨ）
図４、図５において、プローブホルダＨは作業者が手で持つための着脱用レバー３９とＵ字板状に形成されたプローブホルダ本体４０とを有しており、プローブホルダ本体４０には、表面に黒色アルマイト梨地処理を施したアルミ製のものが採用されている。前記着脱用レバー３９は前記プローブホルダ本体４０の前端部（Ｘ方向端部）に連結されている。
プローブホルダ本体４０の左右方向（Ｙ軸方向）の両側部には被ガイド部４１が形成されており、プローブホルダ本体４０上面には、前端部（Ｘ側端部）に凹部４２が形成されている。プローブホルダ本体４０先端部に形成した前記凹部４２は、図４Ｂでは前記板バネ３４に対応する位置に設けられている。図４に示すプローブホルダＨは前記板バネ３４から給電の必要が無いため前記凹部４２に電極端子が設けられていないが、給電の必要があるプローブホルダＨの場合は、前記凹部４２に給電用の端子が設けられる。
【００３０】
前記プローブホルダ本体４０の中央部にはプローブ装着部４３が設けられている。
図５Ｂ、図５Ｄにおいて、プローブ装着部４３下面にはプローブ装着溝４４が形成されている。プローブ装着溝４４は、前記プローブ装着部４３下面から斜め上方に傾斜している。プローブ装着溝４４には、先端にプローブ４５aが固定されたカンチレバー（プローブ保持部材）４５が装着される。
図５Ｃ、図５Ｄにおいて、ワイヤ４６の中間部は前記プローブ装着溝４４を横切り、ワイヤ４６の前記中間部の両側部分はプローブホルダ本体４０を貫通するワイヤ貫通部材４７を、下側から上側に貫通している。ワイヤ４６の両端はワイヤ連結部材４８（図５Ａ、図５Ｂ参照）に連結され、前記ワイヤ連結部材４８は圧縮バネ４９，４９により常時上方に引っ張られている。
前記プローブ装着溝４４に装着された前記カンチレバー（プローブ保持部材）４５は、前記ワイヤ４６（図５Ｃ、図５Ｄ参照）の中間部によりプローブ装着溝４４に保持されている。
【００３１】
（原子間力顕微鏡Ａの本体Ａ1）
図８は前記図１のＶIII−ＶIII線断面図（図７参照）から本体Ａ1の上部外側部分を除いた部分を示す図である。図９は前記図１の矢印IＸから見た図である。図１０は前記図８の矢印Ｘから見た図である。図１１は前記図７のＸI−ＸI線断面図である。図１２は前記図８のＸII−ＸII線断面図である。
図１、図６において本体Ａ1は、下部プレート５１、その上面に支持された下部円筒部材５２および上部円筒部材５３を有している。上部円筒部材５３は、その上端に前記上端プレートＰを支持している。
【００３２】
図６〜図１２において、前記下部円筒部材５２には、スライダ収容凹部５２a（図６、図７、図１１等参照）が形成されている。
図７、図８において、前記下部円筒部材５２の後側下部には手動操作ネジ（揺動枠位置粗調節部材）５４が支持されており、手動操作ネジ５４の操作ノブ５４aは下部円筒部材５２の外側から回転操作可能である。前記手動ねじ５４の先端は前記スライダ収容凹部５２a内に配置されており、その先端には球５４ｂが支持されている。
【００３３】
前記下部円筒部材５２の前側部分の外側面にはモータ収容凹部５６が形成されており、モータ収容凹部５６の上壁を形成する下部円筒部材５２にはガイド５７が支持されており、前記ガイド５７の内孔（ネジ孔）にはモータアプローチ軸（モータ駆動ネジ、すなわち、揺動枠位置微調節部材）５８が螺合している。モータアプローチ軸５８の上端には球５８ａが支持されており、下端部には凹溝５８ｂが形成されており、下部外周にはリミットスイッチ作動用リング５８ｃが設けられている。
図９において、前記リミットスイッチ作動用リング５８ｃの上下にはリミットスイッチＬＳ1，ＬＳ2の作動レバーＬＳ1ａ，ＬＳ2ａが配置されている。前記リミットスイッチＬＳ1，ＬＳ2は、前記リミットスイッチ作動用リング５８ｃが上限位置および下限位置に移動したことを検出する。
【００３４】
前記モータアプローチ軸５８の下側には、回転軸５９が回転軸支持部材６１により回転可能に支持されている。なお、回転軸支持部材６１は前記下部円筒部材５２により支持されている。
前記回転軸５９は、上端部に平板部５９ａが形成されており、前記平板部５９ａは前記凹溝５８ｂに係合している。前記回転軸５９下端部にはギヤＧ2が装着されている。図９、図１０において、モータＭの出力軸ＭａにはギヤＧ1が装着されており、前記ギヤＧ1は前記ギヤＧ2と噛み合っている。
【００３５】
図７、図８において、ポテンショメータＰの回転入力軸Ｐａの下端部にはギヤＧ3が装着されており、ギヤＧ3は前記ギヤＧ2と噛み合っている。したがって、前記モータＭが回転すると、前記ギヤＧ1、Ｇ2、Ｇ3が回転する。
前記ギヤＧ2が回転すると、回転軸５９および平板部５９ａが回転する。このとき、前記平板部５９ａが係合する凹溝５８ｂを有するモータアプローチ軸５８は回転し、前記ガイド５７の内孔（ネジ孔）内を回転しながら上下に移動する。前記モータアプローチ軸５８が上下動するとき、リミットスイッチ作動用リング５８ｃの上限位置および下限位置は前記リミットスイッチＬＳ1，ＬＳ2により検出される。
前記ギヤＧ3および回転入力軸Ｐａの回転は、ポテンショメータＰにより検出される。前記リミットスイッチＬＳ1，ＬＳ2が作動した時からのポテンショメータＰの回転量により前記モータアプローチ軸５８の位置を検出することができる。
【００３６】
図７、図８において前記下部円筒部材５２には前側（Ｘ側）ガイド支持部材６６および後側ガイド支持部材６７が固定されている。図１１、図１２において、前側ガイド支持部材６６はＹ軸方向に延びる板状部材であり、後側ガイド支持部材６７は上方から見た場合Ｕ字型の部材である。すなわち、後側ガイド支持部材６７は、平面図で、左右に延びる板状の部材（左右板状部材）６８と、前記左右板状部材のＹ端から前方に延びる右側板状部材６９と、前記左右板状部材６８の−Ｙ端から前方に延びる左側板状部材７０を有している。
図１１、図１２において、前記前側ガイド支持部材６６のＹ端と前記右側板状部材６９のＸ端とはネジ７１により連結されている。前記前側ガイド支持部材６６の−Ｙ端と前記左側板状部材７０の前端とも同様に連結されている（図示せず）。
【００３７】
図１１、図１２において、前側ガイド支持部材６６の左右方向中央部には上下に延びるガイド収容溝が形成されており、ガイド収容溝には上下に延びるガイド７２が収容されている。ガイド７２はガイドブロック７２ａおよびガイドレール７２ｂを有している。
前記ガイド７２は、ガイド支持部材６６を貫通する複数の位置調整ネジ７３により位置決めが行われ、固定ネジ７４により前記ガイド支持部材６６に固定されている。
前記平面図でＵ字型の後側ガイド支持部材６７の後部（−Ｘ側部分）内側には左右一対の円柱状ガイド７６，７６がネジ７７により固定されている。
前記ガイド７２、および左右一対の円柱状ガイド７６，７６によりステージガイド（７２＋７６＋７６）が構成されている。
【００３８】
図１２において、前記平面図で左右に延びる左右板状部材６８の中央部には後方（−Ｘ方向）突出部６８ａが設けられている。後方突出部６８ａの左右の側面は上下（Ｚ軸方向）に延びている。前記後方突出部６８ａの左右両側面には上下に延びるガイド７８，７８がネジ７９（図１１参照）により固定されている。
前記ガイド７８は、前記ガイド７２と同様にガイドブロックおよびガイドレールにより構成されている。
図７、図８、図１１、図１２において、前記ガイド７８，７８によりスライダ８１，８１が上下動可能に支持されており、前記スライダ８１，８１は昇降ブロック８２および昇降レバー８３に、連結ネジ８４により連結されている。また、前記昇降ブロック８２および昇降レバー８３はネジ８５により連結されている。なお、前記昇降レバー８３は後端部接続部材（他端部接続部材）として構成されている。
【００３９】
図１１、図１２において、揺動枠８６は、対向して配置された右側支持アーム８７および左側支持アーム８８、および前記一対の支持アーム８７，８８の前端部（Ｘ端部）を連結する前端部接続部材（一端部接続部材）８９を有している。前記右左一対の支持アーム８７，８８の後端部は前記昇降レバー（後端部接続部材、すなわち、他端部接続部材）８３に連結されている。
前記昇降ブロック８２の左右方向中央部（Ｙ軸方向中央部）の下端には前記手動操作ネジ５４上端の球５４ｂが配置されている。図７、図８において昇降ブロック８２の下端は前記球５４ｂにより支持されている。
したがって、前記手動操作ネジ５４が上下すると前記昇降ブロック８２および昇降レバー８３が上下する。このとき、揺動枠８６の後端（右側レバー８７および左側レバー８８の後端）が上下する。
【００４０】
図１１、図１２において、揺動枠８６の前端連結部材８９の左右方向中央部（Ｙ軸方向中央部）の下端には前記モータアプローチ軸５８（図７、図８参照）上端の球５８ａが配置されている。図７、図８において揺動枠８６の前端部（前端連結部材８９）下端は前記球５８ａにより支持されている。
したがって、前記モータアプローチ軸５８が上下すると前記揺動枠８６の前端部（前端連結部材８９）が上下する。
すなわち、前記揺動枠８６は前記手動操作ネジ５４またはモータアプローチ軸５８の上下動に応じて、揺動しながら上下動する。
【００４１】
図６、図１１、図１２において、昇降ステージＳＴは、プローブ・試料間距離調節用のステージ（プローブ・試料間距離調節用ステージ）であって、円筒部材９１、前記円筒部材９１の左右の側面にネジ９２，９２（図６参照）で連結された被支持部材（突出部）９３，９３、および円筒部材９１の上端にネジ９４（図７、図８参照）で連結されたシフター支持部材９５を有している。図６、図１２において、前記被支持部材９３の下面には球９３ａが保持されており、前記球９３ａは前記揺動枠８６の右左一対の支持アーム８７，８８により支持されている。前記球９３ａの下端が被支持部を形成している。
図１１、図１２において前記円筒部材９１の側面はガイド７２および一対の円柱状ガイド７６，７６により上下移動がガイドされている。
【００４２】
前記図１１、図１２でＵ字型の後側ガイド支持部材６７の右側板状部材６９および左側板状部材７０には、図６に示すようにピンガイド孔６９ａ，７０ａが形成されている。前記円筒部材９１には前記ピンガイド孔６９ａ，７０ａにガイドされるピン９１ａ，９１ａが固定されており、前記ピン９１ａ，９１ａは前記ピンガイド孔６９ａ，７０ａを貫通している。
前記ピン９１ａ，９１ａの外端は引張バネ９６，９６により常時下方に引っ張られている。したがって、前記揺動枠８６の右左一対の支持アーム８７，８８により前記被支持部材９３の球９３ａが支持される昇降ステージＳＴは、前記引張バネ９６，９６により常時下方に引っ張られている。
したがって、 昇降ステージＳＴは前記揺動枠８６の右左一対の支持アーム８７，８８の上下動に応じて昇降する。
【００４３】
図１３は昇降ステージ上に支持されたシフタの上面図で、図８の矢印ＸIIIから見た図である。図１４は前記図１３のＸIＶ−ＸIＶ線断面図である。図１５は前記図７のＸＶ−ＸＶ線断面図である。
図１４において、前記シフター支持部材９５には鉛直バネ連結ネジ９７が固定されている。なお、この鉛直バネ連結ネジ９７は鉛直方向引張バネ９８の下端が連結されるネジであり、合計３個設けられている。これについては後述する。
また図８、図１３、図１５において、シフター支持部材９５には１本の水平バネ連結ネジピンが固定されている。この水平バネ連結ピン９９は水平方向引張バネ１００の一端が連結されるピンである。
【００４４】
図８において、前記シフター支持部材９５の上面にはシフタ１０５が水平面内で移動可能に支持されている。図１３、図１５において、シフタ１０５にはシフタ１０５の位置調節用の球が当接する一対の球当接面１０６，１０６が設けられている。
また、図１４において、シフタ１０５には３個のバネ支持ピン１０７が支持されており、前記３個のバネ支持ピン１０７に対応してそれぞれ前記鉛直バネ連結ネジ９７が設けられている。前記３個のバネ支持ピン１０７は前記鉛直方向引張バネ９８の上端に連結されている。前記引張バネ９８によりシフタ１０５は、常時、シフター支持部材９５上面に押し付けられた状態で支持されている。
【００４５】
また、図１３、図１５において、前記シフタ１０５には水平バネ連結ピン１０８が固定されており、前記水平バネ連結ピン１０８には前記水平方向引張バネ１００の一端が固定されている。したがって、前記水平方向引張バネ１００によりシフタ１０５は常時引っ張られている。
図１、図１５において、前記上部円筒部材５３には２本のシフタ調節ネジ１１１，１１２が支持されている。シフタ調節ネジ１１１の前端は前後に移動可能なスライドロッド１１３に当接しており、スライドロッド１１３の前端には球１１３ａが支持されている。また、シフタ調節ネジ１１２の前端は前後に移動可能なスライドロッド１１４に当接しており、スライドロッド１１４の前端には球１１４ａが支持されている。
【００４６】
前記球１１３ａ，１１４ａは前記シフタ１０５の球当接面１０６，１０６に当接しており、前記水平方向引張バネ１００により引っ張られるシフタ１０５の位置を定めている。
したがって、前記シフタ調節ネジ１１１，１１２を回転操作することにより、前記シフター支持部材９５上の前記シフタ１０５の位置を調節可能である。
図６において、前記シフタ１０５にはスキャナ１１６が装着される。スキャナ１１６はその上端に試料ホルダ１１７を支持しており、試料ホルダ１１７は試料Ｓを保持している。前記スキャナは従来公知の円筒型の圧電体により構成されており、前記試料ＳをＺ，Ｘ，Ｙの３軸方向に移動させることができる。
【００４７】
（実施例の作用）
前記構成を備えた実施例のホルダ位置調節装置では、昇降ステージ（プローブ・試料間距離調節用ステージ）ＳＴは、シフタ１０５およびスキャナ１１６を介して試料ホルダ１１７を支持する。前記プローブ・試料間距離調節用ステージ（ＳＴ）は、ステージガイド（７２＋７６＋７６）により前記プローブホルダ（他方のホルダ）Ｈに対して離隔および接近する方向（離隔・接近方向、すなわち、本実施例では上下方向）にガイドされる。
引張バネ（ステージ付勢部材）９６，９６は、前記プローブ・試料間距離調節用ステージＳＴを前記プローブホルダ（他方のホルダ）Ｈから離隔する方向に移動させる力を付与する。
【００４８】
前記プローブ・試料間距離調節用ステージＳＴの離隔・接近方向に垂直な方向の互いに反対側の外側面に設けられた一対の被支持部材（プローブ・試料間距離調節用ステージＳＴの突出部）９３，９３の被支持部（球９３ａの下端）は、前記ステージ付勢部材（９６，９６）の付勢方向の前面に形成される。
したがって、前記一対の被支持部は、前記ステージ付勢部材（９６，９６）の付勢により揺動枠（８６）の一対の支持アーム（８７，８８）に押圧される。この場合、前記揺動枠（８６）を揺動させながら位置調節すると前記一対の支持アーム（８７，８８）の位置が調節されるので、前記被支持部の位置が調節される。このため、前記被支持部が設けられた前記プローブ・試料間距離調節用ステージ（ＳＴ）の位置が調節される。
【００４９】
したがって、プローブ・試料間の距離を測定可能な位置に移動させるには、手動操作ネジ５４およびモータアプローチ軸５８が最下端の位置に有る状態で、先ず手動操作ネジ（揺動枠位置粗調節部材）５４を操作することにより、昇降ステージ（プローブ・試料間距離調節用ステージ）ＳＴの位置を粗調節する。揺動枠８６を揺動させると前記揺動枠８６の一対の支持アーム８７，８８が上昇する。前記支持アーム８７，８８の上昇に伴い昇降ステージＳＴが上昇し、プローブ・試料間距離を測定位置に近い位置に粗調節される。
その後、ポテンショメータＰ（図８参照）により回転量を検出しながらモータＭを駆動し、前記揺動枠８６および昇降ステージＳＴをさらに上昇させて、前記試料Ｓをプローブ４５ａに接近させる。このとき、昇降ステージＳＴにシフタ１０５およびスキャナ１１６を介して支持された試料Ｓは測定位置に移動する。
【００５０】
試料Ｓを前記プローブ４５ａから退避させる場合には、まず、モータアプローチ軸５８により昇降ステージ（プローブ・試料間距離調節用ステージ）ＳＴを下降させてから、次に手動操作ネジ５４により昇降ステージＳＴを下降させる。
本実施例では昇降ステージ（プローブ・試料間距離調節用ステージ）ＳＴを手動操作により作動させてプローブ・試料間距離を粗調節してから、モータの駆動を制御することによりプローブ・試料間距離を微調節するので、プローブ・試料間距離を測定位置に調節するための時間を短縮することができる。
【００５１】
（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更実施例を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例１においてスキャナ１１６はプローブ４５ａ側に設けることが可能である。
（Ｈ02）また、前記実施例１においてスキャナ上端に、試料Ｓを保持する代わりにプローブを保持することが可能である。
【００５２】
【発明の効果】
前述の本発明のホルダ位置調節装置は、下記の効果（Ｅ01）〜（Ｅ04）を奏することができる。
（Ｅ01）揺動枠位置粗調節部材（手動操作ネジ）５４により、プローブ・試料間距離を近づけてから揺動枠位置微調節部材（モータアプローチ軸）によりプローブ・試料間距離を微調節するので、走査プローブ顕微鏡のプローブと試料表面との距離の調節を短時間で、高精度に行うことができる。また、遠ざける時もある程度モータで離してから手動で大きく離せるので、短時間で次の作業に入れる。（Ｅ02）揺動枠位置粗調節部材（手動操作ネジ）を調節するときには、揺動枠位置微調節部材と揺動枠との接点を支点として揺動枠が揺動するため、揺動枠位置粗調節部材の移動量に対して、被支持部の移動量（プローブ・試料間距離の変化量）は、減衰される。このため、手動操作により、プローブ・試料間距離を小さくすることができるので、時間がかかる揺動枠位置微調節部材の調節量を少なくすることができる。
（Ｅ03）プローブ・試料間距離調節用ステージを、離隔・接近方向に垂直な方向の両側面を支持して移動させるので、プローブ・試料間距離調節用ステージの移動方向の、移動用駆動部材の配置スペースを短くすることができる。
（Ｅ04）プローブ・試料間距離調節用ステージを揺動させながら（一方の端部を支点として他端を移動させながら）移動させる際、ステージガイドにガイドされながら移動するので、試料およびプローブを垂直に接触させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の実施例のホルダ位置調節装置を備えた走査プローブ顕微鏡の１例としての原子間力顕微鏡の概略全体説明図である。
【図２】  図２は前記図１のヘッド部の説明図である。
【図３】  図３は前記図２の矢印IIIからみた図である。
【図４】  図４は同実施例で使用するプローブヘッドとプローブホルダの説明図で前記図３のIＶ−IＶ線断面図であり、図４Ａはプローブホルダを装着する前の状態を示す図、図４Ｂはプローブホルダを装着した状態を示す図である。
【図５】  図５は本発明の実施例１のプローブホルダの説明図で、図５Ａはプローブホルダの斜視図、図５Ｂは図５Ａを矢印ＶＢからみた図、図５Ｃは図５Ａを矢印ＶＣから見た図でプローブホルダにカンチレバが装着されている状態を示す図、図５Ｄは前記図５ＣのＶＤ−ＶＤ線断面図である。
【図６】  図６は前記図１のＶI−ＶI線断面図である。
【図７】  図７は前記図１のＶII−ＶII線断面図である。
【図８】  図８は前記図１のＶIII−ＶIII線断面図（図７参照）から本体Ａ1の上部外側部分を除いた部分を示す図である。
【図９】  図９は前記図１の矢印IＸから見た図である。
【図１０】  図１０は前記図８の矢印Ｘから見た図である。
【図１１】  図１１は前記図７のＸI−ＸI線断面図である。
【図１２】  図１２は前記図８のＸII−ＸII線断面図である。
【図１３】  図１３は昇降ステージ上に支持されたシフタの上面図で、図８の矢印ＸIIIから見た図である。
【図１４】  図１４は前記図１３のＸIＶ−ＸIＶ線断面図である。
【図１５】  図１５は前記図７のＸＶ−ＸＶ線断面図である。
【図１６】  図１６は従来のホルダ位置調節装置を備えた走査プローブ顕微鏡としての原子間力顕微鏡の全体概略説明図である。
【符号の説明】
Ｈ…他方のホルダ（プローブホルダ）、Ｓ…試料、ＳＴ…プローブ・試料間距離調節用ステージ、
４５a…プローブ、５４…揺動枠位置粗調節部材（手動操作ネジ）、５８…揺動枠位置微調節部材（モータ駆動ネジ、モータアプローチ軸）、８３…他端部接続部材、８６…揺動枠、８７，８８…支持アーム、８９…一端部接続部材、９３…突出部（被支持部材）、９６…ステージ付勢部材（引張バネ）、１１７…一方のホルダ（試料ホルダ）、
（７２＋７６＋７６）…ステージガイド。
【図１】
0003819633.tif 000002
【図２】
0003819633.tif 000003
【図３】
0003819633.tif 000004
【図４】
0003819633.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003819633.tif 000009
【図９】
0003819633.tif 000010
【図１０】
0003819633.tif 000011
【図１１】
0003819633.tif 000012
【図１２】
0003819633.tif 000013
【図１３】
0003819633.tif 000014
【図１４】
0003819633.tif 000015
【図１５】
0003819633.tif 000016
【図１６】
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