JP2020169925A - 表面分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザが怪我を負うこと、およびユーザの操作によって走査型プローブ顕微鏡が誤動作するのを防止することができる表面分析装置を提供する。【解決手段】駆動機構４５は、測定部２０と、測定部２０と試料台３０との相対的な位置関係が、第１の位置関係と第２の位置関係との間で切り替わるように測定部２０と試料台３０とを相対的に変位させる。第２の位置関係において、試料台３０は、下部筐体の内部から外側に露出する。制御装置２０１は、スキャナ３２に供給する高電圧を生成する高電圧生成回路２０３を含む。第１の機械式スイッチ２５３は、第２の位置関係において、電源２０２の電圧を高電圧生成回路２０３に供給させない。【選択図】図１

Description

本発明は、表面分析装置に関する。

従来の分析装置として、探針が設けられたカンチレバーを用いて試料面上の微細構造を分析する走査型プローブ顕微鏡が、特開平８−１０１２１９号公報（特許文献１）に開示されている。

特許文献１に開示の走査型プローブ顕微鏡にあっては、試料台に対して所定の位置関係で固定されるベースに、光学系を含む測定部が移動可能に固定されている。試料を測定する際には、測定部は試料台の上方に配置されている。測定時の位置から測定部を後退させることにより、試料台の上方に試料を交換するための空間が形成され、これにより、試料の交換作業を容易に行なうことができる。

特開平８−１０１２１９号公報

しかしながら、走査型プローブ顕微鏡の電源がオンの状態では、ピエゾスキャナに高電圧が印可されている。したがって、ピエゾスキャナの交換時には、ユーザが、誤ってピエゾスキャナに触ることによって、感電する危険性がある。感電を防止するために、ユーザは、走査型プローブ顕微鏡の電源をオフにしなければならない。

光学系を覆うカバーを開いた状態でも、レーザ光源が点灯したままであり、ピエゾスキャナに電圧が印可されたままである。この状態でも、走査型プローブ顕微鏡は、通常通り動作しているため、ユーザが、観察部分または光学顕微鏡などの調整用つまみに誤って触れてしまうと、走査型プローブ顕微鏡が誤動作する可能性がある。また、ユーザの目がレーザ光で被爆する可能性がある。

本発明の目的は、ユーザが怪我を負うこと、およびユーザの操作によって走査型プローブ顕微鏡が誤動作するのを防止することができる表面分析装置を提供することである。

本発明のある局面の表面分析装置は、試料を載置する試料台と、試料台を保持する試料台保持部と、試料台に対向するように配置されるカンチレバーおよびカンチレバーを駆動させるカンチレバー駆動部を含む測定部と、測定部と試料台との相対的な位置関係が、第１の位置関係と第２の位置関係との間で切り替わるように測定部と試料台とを相対的に変位させる駆動機構と、制御装置と、第１の機械式スイッチとを備える。試料台は、スキャナと、試料載置部とを含む。測定部は、上部筐体に収容される。第１の位置関係において、試料台は、下部筐体に収容される。第２の位置関係において、試料台は、下部筐体の内部から外側に露出する。制御装置は、電源に接続され、スキャナに供給する高電圧を生成する高電圧生成回路を含む。第１の機械式スイッチは、第１の位置関係において、電源の電圧を高電圧生成回路に供給させ、第２の位置関係において、電源の電圧を高電圧生成回路に供給させない。

本発明によれば、ユーザが怪我を負うこと、およびユーザの操作によって表面分析装置が誤動作するのを防止することができる。

実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の測定装置１の測定時の状態を示す斜視図である。 実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の測定装置１の試料取出時またはスキャナ交換時の状態を示す斜視図である。 実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の測定装置１のカバーが開いた状態を示す斜視図である。 実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の測定装置１の筐体内の構成を部分的に示す斜視図である。 （ａ）は、機械式スイッチ２５２の動作を説明するための図である。（ｂ）は、機械式スイッチ２５３の動作を説明するための図である。 実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の測定装置１において試料台３０が測定位置に存在する状態を示す概略断面図である。 実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の測定装置１において試料台３０が退避位置に存在する状態を示す概略断面図である。 実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の測定装置１において試料台３０が試料取出およびスキャナ交換位置に存在する状態を示す概略断面図である。 実施の形態に係る試料台保持部と移動機構の一部とを示す斜視図である。 試料台３０が測定位置に存在する状態における試料台保持部と移動機構の一部とを示す平面図である。 試料台３０が退避位置に存在する状態における試料台保持部と移動機構の一部とを示す平面図である。 試料台３０が試料取出およびスキャナ交換位置に存在する状態における試料台保持部と移動機構の一部とを示す平面図である。 実施の形態に係る検出装置について説明するための図である。 機械式スイッチ２５１，２５２，２５３の動作を説明するための図である。 実施の形態の走査型プローブ顕微鏡の測定時からの遷移の手順を表わすフローチャートである。 変形例１の走査型プローブ顕微鏡の測定装置１の測定時の状態を示す斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、変形例３の走査型プローブ顕微鏡の測定装置１の測定時の状態を示す斜視図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。以下に示す実施の形態においては、表面分析装置として、走査型プローブ顕微鏡を例示して説明する。また、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

実施の形態の走査型プローブ顕微鏡は、本体である測定装置と制御装置とによって構成される。以下では、まず走査型プローブ顕微鏡の本体である測定装置について説明する。

図１は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の測定装置１の測定時の状態を示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の測定装置１の試料取出時またはスキャナ交換時の状態を示す斜視図である。図３は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の測定装置１のカバーが開いた状態を示す斜視図である。

図１〜図３を参照して、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の本体（測定装置）１について説明する。

図１に示すように、実施の形態１に係る走査型プローブ顕微鏡の測定装置１は、筐体１０、測定部２０および試料台３０を備える。筐体１０は、上部筐体１１と下部筐体１２とを含む。上部筐体１１は、内部に測定部２０を収容する。下部筐体１２は、上部筐体１１の下方側に位置する。

図３に示すように、上部筐体１１は、開閉自由に構成されるカバー１９を備える。
測定部２０は、試料台３０に載置された試料の上方側から試料を測定する。測定部２０は、ヘッド部２１、ホルダ２２、カンチレバー２３（図６参照）、カンチレバー駆動部２６（図６参照）および撮像部２４を含む。ヘッド部２１は、前方に向けて開口する開口部２１ａを有する。ホルダ２２は、開口部２１ａ内に配置される。カンチレバー２３は、ホルダ２２を利用して装着される。カンチレバー２３は、試料台３０に対向するように配置される。カンチレバー２３は、試料台３０の上方に配置される。カンチレバー駆動部２６は、カンチレバーを駆動させる。

ヘッド部２１の内部には、変位検出系が収容されている。変位検出系は、レーザ光を出力するレーザダイオード（図１４を参照）、レーザ光を試料に導くレンズおよびミラー等の光学系、ビームスプリッター、カンチレバー２３の反射光を受光するフォトディテクター等を含む。また、ヘッド部２１には、変位検出系の各構成要素の位置調整を行なうための位置調整つまみ等が設けられている。

ヘッド部２１の天板には、窓部が設けられている。撮像部２４は、当該窓部から試料の表面を補助的に観察するためのものである。また、撮像部２４は、カンチレバー２３の背面（上面）を観察しながら変位検出系の位置を調整するためにも用いられる。

試料台３０は、試料を載置するための部位である。試料台３０は、略円柱形状を有する。

図４は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の測定装置１の筐体内の構成を部分的に示す斜視図である。

図４に示すように、走査型プローブ顕微鏡の測定装置１は、ベース部２５、プレート部９０、および駆動機構４５をさらに備える。

駆動機構４５は、測定部２０と試料台３０との相対的な位置関係が、第１の位置関係と第２の位置関係との間で切り替わるように測定部２０と試料台３０とを相対的に変位させる。

駆動機構４５は、試料台３０を取り出すまたはスキャナ３２を交換する際に、測定部２０と試料台３０との相対的な位置関係が第１の位置関係から、カンチレバー２３と試料台３０とが対向する第１方向（上下方向）において測定部２０と試料台３０とが離れるように試料台３０を測定部２０に対して相対的に変位させた後に、第１方向に交差する第２方向（前後方向）に試料台３０をスライド移動させることによって、測定部２０と試料台３０との相対的な位置関係が第２の位置関係に変化するように構成される。

以下では、測定部２０の位置を固定して、試料台３０の位置を移動させることによって、測定部２０と試料台３０とを相対的に変位させる場合について説明する。

試料台３０は、測定位置と試料取出およびスキャナ交換位置との間で移動可能に構成されている。試料台３０が測定位置に存在するときに、測定部２０と試料台３０との相対的な位置関係が、第１の位置関係となる。試料台３０が試料取出およびスキャナ交換位置に存在するときに、測定部２０と試料台３０との相対的な位置関係が、第２の位置関係となる。

試料台３０は、図１に示すように、測定時においては測定位置に存在し、筐体１０の内部に収容されている。試料台３０は、図２に示すように、試料取出時およびスキャナ交換時においては試料取出およびスキャナ交換位置に存在する。試料取出およびスキャナ交換位置は、測定位置よりも下方側かつ前方側に位置する。

試料台３０は、測定位置では、下部筐体１２に収容される。測定部２０は、試料台３０が測定位置にあるときに、試料台３０に載置された試料を試料の上方から測定することができる。

試料台３０は、下部筐体１２のフロント部１３と一体に前方へ引き出されることによって、試料取出およびスキャナ交換位置へ移動する。試料台３０は、試料取出およびスキャナ交換位置では、筐体１０の内部から外側に露出している。このため、試料取出およびスャナ交換位置において、試料を交換したり、またはスキャナを交換することができる。さらに、上下方向において測定部２０と重ならない位置に試料取出およびスキャナ交換位置を設けることにより、十分な作業スペースを確保することができるため、作業性を向上させることができる。

下部筐体１２のフロント部１３は、第２方向としての前後方向にスライド移動可能に構成されている。

駆動機構４５は、試料台３０を保持する試料台保持部４０と、試料台３０を移動させる移動機構５０とを含む。

ベース部２５は、ヘッド部２１を支持する。ベース部２５は、前方に向けて開口する切欠き部を有し、試料台３０に干渉しないように設けられている。

プレート部９０は、ベース部２５の下方に配置されている。プレート部９０は、試料台保持部４０の上方に配置されている。プレート部９０は、前方に向けて開口する切欠き部９０ａを有し、試料台３０に干渉しないように設けられている。

試料台保持部４０は、試料台３０を保持する。これにより、後述するように試料台保持部４０を移動させることで、試料台３０が試料台保持部４０とともに移動する。

移動機構５０は、測定位置と試料取出およびスキャナ交換位置との間で試料台３０が移動するように試料台保持部４０を移動させる。移動機構５０は、測定位置よりも下方に位置する退避位置と、測定位置との間で試料台３０が上下方向に移動するように試料台保持部４０を上下方向（矢印ＤＲ１方向）に昇降させる。移動機構５０は、退避位置と、試料取出およびスキャナ交換位置との間で試料台３０が移動するように試料台保持部４０を前後方向（矢印ＤＲ２方向）にスライド移動させる。なお、移動機構５０の詳細な構成については、図９から図１１を用いて後述する。

測定装置１は、機械式スイッチ２５１、２５２、２５３を備える。
カバー１９の内側に上部筐体１１のカバー１９の開閉を検出するために機械式スイッチ２５１が設けられる。機械式スイッチ２５２および機械式スイッチ２５３は、下部筐体１２の内側に設けられる。

図５（ａ）は、機械式スイッチ２５２の動作を説明するための図である。図５（ｂ）は、機械式スイッチ２５３の動作を説明するための図である。

下部筐体１２の天板２５５に設けられた突起２５６によって、機械式スイッチ２５２および機械式スイッチ２５３が操作される。下部筐体１２の天板２５５は、第２方向としての前後方向にスライドする。測定時には、突起２５６が機械式スイッチ２５２および機械式スイッチ２５３を押し下げる。試料取出またはスキャナ交換時には、突起２５６が機械式スイッチ２５２および機械式スイッチ２５３を押し下げない。

図６は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の測定装置１において試料台が測定位置に存在する状態を示す概略断面図である。図７は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の測定装置１において試料台が退避位置に存在する状態を示す概略断面図である。図８は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の測定装置１において試料台が試料取出およびスキャナ交換位置に存在する状態を示す概略断面図である。図６から図８を参照して、試料台３０および試料台保持部４０の詳細な構成、ならびに試料台３０の取出動作について説明する。

図５から図８に示すように、試料台保持部４０は、上方に向けて開放された略箱型形状を有する。試料台保持部４０は、本体部４１と、後述する複数の脚部４２，４３（図９参照）とを含む。本体部４１は、底部４１ａ、側壁部４１ｂ、貫通孔４１ｃ、および係合部４１ｄを有する。

底部４１ａは、平板形状を有する。側壁部４１ｂは、底部４１ａの周縁から起立するように設けられている。底部４１ａの略中央部には、貫通孔４１ｃが設けられている。当該貫通孔４１ｃには、試料台３０が挿入されている。係合部４１ｄは、底部４１ａの前部において、下方に向けて突出するように設けられている。係合部４１ｄは、筐体の一部に着脱可能に係合する部位である。具体的には、係合部４１ｄは、筐体の内部に設けられた張出部１４に係合可能に設けられている。

試料台３０は、試料載置部３１およびスキャナ３２を含む。試料載置部３１は、スキャナ３２の上端に固定されている。スキャナ３２は、ピエゾチューブ３３およびスキャナハウジング３４を含む。当該、スキャナハウジング３４がブラケット３５によって試料台保持部４０に固定されることにより、試料台３０は、試料台保持部４０に保持される。なお、ブラケット３５は、ネジ等の締結部材３６によって試料台保持部４０の底部４１ａに固定される。

図６に示すように、試料台３０が測定位置に存在するときには、試料台３０、試料台保持部４０、および移動機構５０は、筐体１０の内部に収容されている。この状態においては、試料台３０の上部が、プレート部９０の上方に突出している。また、試料台保持部４０の係合部４１ｄは、張出部１４に対向するように配置されており、張出部１４に係合していない非係合状態となっている。

上記状態から試料を交換またはスキャナ３２を交換する場合には、まず、移動機構５０によって、測定位置から退避位置に試料台３０が下降するように試料台保持部４０を下降させる。

図７に示すように、試料台３０が退避位置に存在するときでも、試料台３０、試料台保持部４０、および移動機構５０は、筐体１０の内部に収容されている。一方、この状態においては、試料台３０および試料台保持部４０が下降することにより、試料台３０の上部が、プレート部９０の上方に突出しないようになっている。すなわち、試料台３０および試料台保持部４０が下降することにより、試料台３０の上端が、測定部２０および上部筐体１１よりも下方側に位置する。また、係合部４１ｄが張出部１４に設けられた係合孔に係合した係合状態となっている。

次に、移動機構５０によって、退避位置から試料取出およびスキャナ交換位置に試料台３０が移動するように、試料台保持部４０を前方に向けてスライド移動させる。この際、測定部２０に対して試料台が下降した状態で移動するため、測定部２０と試料台３０とが干渉することを防止することができる。また、係合部４１ｄが係合状態であるため、試料台保持部４０とともにフロント部１３も前方にスライド移動する。

図８に示すように、試料台３０が試料取出およびスキャナ交換位置に存在するときには、試料台３０は、フロント部１３が前方側に移動することにより、上部筐体１１とフロント部１３との間に形成された隙間から、試料台３０が露出する。これにより、試料の交換またはスキャナ３２の交換を容易に行なうことができる。

なお、試料またはスキャナを交換した後に測定する場合には、逆の動作を行なうことにより、試料台３０を試料取出およびスキャナ交換位置から測定位置に移動させることができる。

図９は、実施の形態に係る試料台保持部と移動機構の一部とを示す斜視図である。図９を参照して、実施の形態に係る移動機構５０の詳細な構成について説明する。

図９に示すように、移動機構５０は、支持体６０、スライド機構７０、および昇降機構８０を含む。

支持体６０は、試料台保持部４０を支持する。支持体６０は、試料台保持部４０の下方に配置されている。支持体６０は、略直方体形状を有する。支持体６０の中央部には、試料台保持部４０が貫通するように、貫通孔６０ａが設けられている。

スライド機構７０は、試料台保持部４０がスライド移動するスライド方向（前後方向）に沿って支持体６０を移動させる。スライド機構７０は、駆動機構７１、移動体７４、および固定部７５を含む。

駆動機構７１は、モータ７２と、回転シャフト７３とを有する。モータ７２が駆動することにより、回転シャフト７３が回転する。回転シャフト７３としては、たとえばボールネジを採用することができる。

移動体７４は、回転シャフト７３が回転することにより、回転シャフト７３の回転軸方向に沿って移動する。回転シャフト７３の回転軸は、前後方向に平行に配置されている。回転シャフト７３が正転することにより、移動体７４は、前方に向けて移動する。回転シャフト７３が逆転することにより、移動体７４は、後方に向けて移動する。

固定部７５は、移動体７４と支持体６０とを固定する。これにより、移動体７４が移動することにより、支持体６０も移動体７４とともに移動することとなる。

昇降機構８０は、支持体６０に対して試料台保持部４０を昇降させる。昇降機構８０は、連結部材８１と、昇降ガイド８４とを含む。

連結部材８１は、支持体６０と試料台保持部４０とを連結する。連結部材８１は、４つ設けられている。支持体６０前部の左右側面に２つの連結部材８１が連結されており、支持体６０後部の左右側面に２つの２つの連結部材８１が連結されている。

連結部材８１の一端側は、連結部材８１が第１回動軸８２周りに回動可能となるように、支持体６０に軸支されている。第１回動軸８２は、上記スライド方向（前後方向）および昇降方向（上下方向）に直交する。すなわち、第１回動軸８２は、左右方向に平行である。

連結部材８１の他端側は、連結部材８１が第２回動軸８３周りに回動可能となるように、試料台保持部４０に軸支されている。第２回動軸８３は、第１回動軸８２に平行である。第２回動軸８３は、第１回動軸８２よりも後方かつ上方に位置する。

昇降ガイド８４は、試料台保持部４０の昇降方向への移動を案内する。また、昇降ガイド８４は、試料台保持部４０の昇降中に、試料取出およびスキャナ交換位置から退避位置に向かう後退方向（後方）への試料台保持部４０の移動を規制する。

昇降ガイド８４は、回転軸８５およびローラー８６を含む。回転軸８５は、第１回動軸８２に平行である。回転軸８５は、第２回動軸８３よりも後方に位置する。ローラー８６は、第２回動軸８３周りに回転可能に設けられている。回転軸８５は、スライド方向へスライド移動不能に固定されている。

試料台保持部４０は、本体部４１、および複数の脚部４２、４３を含む。複数の脚部４２、４３は、本体部４１から下方に突出するように設けられている。複数の脚部４２は、前側に設けられ、複数の脚部４３は、後側に設けられている。

このように構成される移動機構５０にあっては、後述するように、支持体６０が連続する第１区間Ｓ１（図１１参照）および第２区間Ｓ２（図１２参照）を含む所定のスライド区間Ｓ（図１２参照）を移動可能に設けられている。第１区間Ｓ１における支持体６０の移動に連動して、試料台保持部４０が、昇降機構８０によって昇降する。第２区間Ｓ２における支持体６０の移動に伴って、試料台保持部４０が、支持体６０と一体となってスライド方向に沿ってスライド移動する。

これにより、支持体６０のスライド区間によって試料台保持部４０の昇降移動とスライド移動とを切り替えることができる。所定のスライド区間Ｓを連続して支持体６０をスライド移動させることで試料台保持部４０を適切に移動させることができるため、動作制御を容易に行なうことができる。

以下、図１０から図１２を用いて、支持体６０の移動と試料台保持部４０との移動の様子について説明する。

図１０は、試料台３０が測定位置に存在する状態における試料台保持部と移動機構の一部とを示す平面図である。図１０に示すように、この状態においては、連結部材８１の傾斜角（連結部材８１の延在方向と、スライド方向とが成す角のうち小さい方の角度）が大きくなっており、複数の脚部４２，４３は、支持体６０から離間して配置されている。

また、複数の脚部４３の後面が、ローラー８６に当接することにより、試料台保持部４０の後方への移動が規制された状態となっている。

この状態から支持体６０を前方へ移動させていくと、連結部材８１の後方側への移動が規制されつつ、連結部材８１の一端側が前方へ移動する。これにより、連結部材８１の他端が下方に移動するように、連結部材８１が第１回転軸周りおよび第２回転軸周りに回転する。すなわち、上記連結部材８１の傾斜角が小さくなっていく。この結果、試料台保持部４０が下降していく。試料台保持部４０が下降する際には、ローラー８６が回転し試料台保持部の下降も案内される。なお、試料台保持部４０を上昇させる場合には、上記と逆の動作が行なわれる。

このように姿勢（傾斜角）を変更可能に連結部材８１を軸支して、試料台保持部４０を昇降させることにより、昇降機構８０を簡素化することができる。さらに、試料台保持部４０の昇降時にローラー８６が回転することにより、昇降ガイド８４と試料台保持部４０との摩擦を低減させることができる。

図１１は、試料台３０が退避位置に存在する状態における試料台保持部と移動機構の一部とを示す平面図である。図１１に示すように、図１０の状態から支持体６０を第１区間Ｓ１移動させると、試料台保持部４０が下降することで、複数の脚部４２，４３が支持体６０に当接する。これにより、試料台保持部４０の下降が規制され、試料台３０が退避位置に位置することとなる。この状態においては、連結部材８１の姿勢（傾斜角）が一定に維持される。

このように、支持体６０が試料台保持部４０の下降を規制する規制手段として機能することとなる。なお、試料台保持部４０の上昇は、試料台保持部４０がその上方に配置されたプレート部９０に当接することで制限される。このように、プレート部９０および支持体６０に規制手段としての機能を持たせることにより、部品点数を少なくしつつ、簡素な構成で、試料台保持部の昇降範囲を制限することができる。

図１１の状態から支持体６０をさらに前方へスライド移動させることにより、試料台保持部４０は、高さ位置を一定に保った状態で支持体６０とともに前方へスライド移動する。この際、試料台保持部４０とともに試料台３０も前方へスライド移動する。

図１２は、試料台３０が試料取出およびスキャナ交換位置に存在する状態における試料台保持部と移動機構の一部とを示す平面図である。図１２に示すように、図１１の状態から支持体６０を第２区間Ｓ２移動させると、試料台保持部４０に固定された試料台３０が試料取出およびスキャナ交換位置に移動する。

図１３は、実施の形態に係る検出装置について説明するための図である。図１３を参照して、実施の形態に係る検出装置９５について説明する。

図１３に示すように、走査型プローブ顕微鏡の測定装置１は、検出装置９５を備える。検出装置９５は、支持体６０の位置を検出する。具体的には、検出装置９５は、支持体６０の前後方向の位置を検出することによって、試料台保持部４０に固定された試料台３０が試料取出およびスキャナ交換位置に存在するか否かを検出する。

検出装置９５は、発光部９３と、発光部９３から出射された光を受光する受光部９４とを含む。発光部９３および受光部９４は、上下方向に対向して配置されている。スライド機構７０は、支持体６０のスライド移動に伴ってスライド移動する遮光体７６を含む。

検出装置９５は、発光部９３から受光部９４に向けて出射された光が遮光体７６によって遮光されたことにより、支持体６０の位置を検出する。遮光体７６は、試料台保持部４０に固定された試料台３０が試料取出およびスキャナ交換位置に存在する場合に、上記光を遮光するように設けられている。検出装置９５は、試料台保持部４０に固定された試料台３０が試料取出およびスキャナ交換位置に存在するときに、検出信号ＤＥを出力する。検出信号ＤＥにしたがって、制御装置２０１は、検出信号ＤＥに基づいて、試料台３０の前後方向（矢印ＤＲ２方向）のスライド移動を制御する。

図１４は、機械式スイッチ２５１，２５２，２５３の動作を説明するための図である。
制御装置２０１は、高電圧生成回路２０３を含む。

カバー１９が閉じられたときに、機械式スイッチ２５１が押し下げられる。カバー１９が開かれたときに、機械式スイッチ２５１が押し下げられない。

機械式スイッチ２５１は、押し下げられたときに、電源２０２とレーザダイオード３０２とを電気的に接続する。機械式スイッチ２５１は、押し下げられないときに、電源２０２とレーザダイオード３０２とを電気的に切断する。

駆動機構４５によって、試料台３０が測定位置に移動したときに、機械式スイッチ２５２および機械式スイッチ２５３は、天板２５５の突起２５６によって押し下げられる。駆動機構４５によって、試料台３０が試料取出およびスキャナ交換位置に移動したときに、機械式スイッチ２５２および機械式スイッチ２５３は、天板２５５の突起２５６によって押し下げられない。

機械式スイッチ２５２は、突起２５６によって押し下げられたときに、電源２０２とレーザダイオード３０２とを電気的に接続する。機械式スイッチ２５２は、突起２５６によって押し下げられないときに、電源２０２とレーザダイオード３０２とを電気的に切断する。

高電圧生成回路２０３は、電源２０２からの電圧を利用して、スキャナ３２への高電圧を生成する。

機械式スイッチ２５３は、突起２５６によって押し下げられたときに、スキャナ３２と高電圧生成回路２０３とを電気的に接続する。機械式スイッチ２５３は、突起２５６によって押し下げられないときに、スキャナ３２と高電圧生成回路２０３とを電気的に切断する。

レーザダイオード３０２は、電源２０２と電気的に接続されているときに、レーザ光を出射する。レーザダイオード３０２は、電源２０２と電気的に切断されているときに、レーザ光を出射しない。

図１〜図３に示すように、機械式スイッチ２５１は、ユーザから見えないところに設置されている。これにより、カバー１９の開閉を誤検知することを防ぐ。

分析部２０６は、変位検出系で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られるカンチレバー２３の変位に基づいて、試料の特性を測定する。たとえば、分析部２０６は、カンチレバー２３の変位の時間変化から作用力（フォース）の時間変化を表わすフォースカーブなどを作成する。

図１５は、実施の形態の走査型プローブ顕微鏡の測定時からの遷移の手順を表わすフローチャートである。

測定時において、カバー１９が閉じられているので、機械式スイッチ２５１が押し下げられている。また、試料台３０が測定位置に存在するので、機械式スイッチ２５２および機械式スイッチ２５３が押し下げられている。これによって、電源２０２とレーザダイオード３０２とが電気的に接続されるので、レーザ光が出射され、電源２０２と高電圧生成回路２０３とが電気的に接続されるので、スキャナ３２に高電圧が供給されている。

ステップＳ１０１において、カバー１９が開かれると、処理がステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２において、機械式スイッチ２５１の押し下げが開放される。これによって、電源２０２とレーザダイオード３０２とが電気的に切断されるので、レーザ光の出射が停止される。

一方、ステップＳ１０３において、試料台３０が試料取出およびスキャナ交換位置に移動すると、処理がステップＳ１０４およびＳ１０５に進む。

ステップＳ１０４において、機械式スイッチ２５２の押し下げが開放される。これによって、電源２０２とレーザダイオード３０２とが電気的に切断されるので、レーザ光の出射が停止される。

ステップＳ１０５において、機械式スイッチ２５３が押し下げが開放される。これによって、電源２０２と高電圧生成回路２０３とが電気的に切断されるので、スキャナ３２への高電圧の供給が停止される。

変形例１．
図１６は、変形例１の走査型プローブ顕微鏡の測定装置１の測定時の状態を示す斜視図である。

変形例１では、下部筐体１２の内部の背面に機械式スイッチ２５９が設けられる。試料台３０が測定位置に存在するときには、スライド機構７０によって、機械式スイッチ２５９が押し下げられる。試料台３０が試料取出およびスキャナ交換位置に存在するときには、スライド機構７０によって、機械式スイッチ２５９が押し下げられない。機械式スイッチ２５９は、押し下げられたときに、電源２０２と高電圧生成回路２０３とを電気的に接続する。機械式スイッチ２５９は、押し下げられていないときに、電源２０２と高電圧生成回路２０３とを電気的に切断する。

変形例２．
上記の実施形態では、測定部２０の位置を固定して、試料台３０の位置を移動させることによって、測定部２０と試料台３０とを相対的に変位させる場合について説明したが、これに限定されるものではない。

測定部２０は、測定位置と試料取出およびスキャナ交換位置との間で移動可能に構成されるものとしてもよい。この場合、測定部２０が測定位置に存在するときに、測定部２０と試料台３０との相対的な位置関係が、第１の位置関係となる。測定部２０が試料取出およびスキャナ交換位置に存在するときに、測定部２０と試料台３０との相対的な位置関係が、第２の位置関係となる。

変形例３．
図１７（ａ）および（ｂ）は、変形例３の走査型プローブ顕微鏡の測定装置１の測定時の状態を示す斜視図である。

安全機構のための機械式スイッチ２５１、２５２、２５３が壊れてしまった時のため、変形例３の走査型プローブ顕微鏡の測定装置１は、さらに、機械式スイッチ２５１ａと、機械式スイッチ２５２ａと、機械式スイッチ２５３ａとを備える。

機械式スイッチ２５１ａは、機械式スイッチ２５１と同様に、カバー１９の内側に設けられ、上部筐体１１のカバー１９の開閉を検出する。

機械式スイッチ２５２ａは、下部筐体１２の内側であって、機械式スイッチ２５２が設けられている位置と対向する位置に設けられる。機械式スイッチ２５３ａは、下部筐体１２の内側であって、機械式スイッチ２５３が設けられている位置と対向する位置に設けられる。駆動機構４５によって、試料台３０が測定位置に移動したときに、機械式スイッチ２５２ａおよび機械式スイッチ２５３ａは、天板２５５の突起２５６ａ（図示しない）によって押し下げられる。

機械式スイッチ２５１ａは、押し下げられたときに、電源２０２とレーザダイオード３０２とを電気的に接続する。機械式スイッチ２５１ａは、押し下げられないときに、電源２０２とレーザダイオード３０２とを電気的に切断する。

機械式スイッチ２５２ａは、突起２５６ａによって押し下げられたときに、電源２０２とレーザダイオード３０２とを電気的に接続する。機械式スイッチ２５２ａは、突起２５６ａによって押し下げられないときに、電源２０２とレーザダイオード３０２とを電気的に切断する。

機械式スイッチ２５３ａは、突起２５６ａによって押し下げられたときに、スキャナ３２と高電圧生成回路２０３とを電気的に接続する。機械式スイッチ２５３ａは、突起２５６ａによって押し下げられないときに、スキャナ３２と高電圧生成回路２０３とを電気的に切断する。

［付記］
本開示の表面分析装置は、以下の特徴を備える。

（１）表面分析装置（１）は、試料を載置する試料台（３０）と、試料台（３０）を保持する試料台保持部（４０）と、試料台（３０）に対向するように配置されるカンチレバー（２３）およびカンチレバー（２３）を駆動させるカンチレバー駆動部（２６）を含む測定部（２０）と、測定部（２０）と試料台（３０）との相対的な位置関係が、第１の位置関係と第２の位置関係との間で切り替わるように測定部（２０）と試料台（３０）とを相対的に変位させる駆動機構（４５）と、制御装置（２０１）と、第１の機械式スイッチ（２５３）とを備える。試料台（３０）は、スキャナ（３２）と、試料載置部（３１）とを含む。測定部（２０）は、上部筐体（１１）に収容される。第１の位置関係において、試料台（３０）は、下部筐体（１２）に収容される。第２の位置関係において、試料台（３０）は、下部筐体（１２）の内部から外側に露出する。制御装置（２０１）は、電源（２０２）に接続され、スキャナ（３２）に供給する高電圧を生成する高電圧生成回路（２０３）を含む。第１の機械式スイッチ（２５３）は、第１の位置関係において、電源（２０２）の電圧を高電圧生成回路（２０３）に供給させ、第２の位置関係において、電源（２０２）の電圧を高電圧生成回路（２０３）に供給させない。

これによって、測定部（２０）と試料台（３０）との相対的な位置関係が第２の位置関係において、ユーザが、誤ってスキャナ（３２）に触れることによって、感電するのを防止することができる。

（２）好ましくは、駆動機構（４５）は、試料台（３０）を取り出す際に、試料台（３０）と測定部（２０）との位置関係が第１の位置関係から、カンチレバー（２６）と試料台（３０）とが対向する第１方向において測定部（２０）と試料台（３０）とが離れるように試料台（３０）を測定部（２０）に対して相対的に変位させた後に、第１方向に交差する第２方向に試料台（３０）をスライド移動させることによって、試料台（３０）と測定部（２０）との位置関係が第２の位置関係に変化するように構成される。

これによって、試料台がスライド移動する際には、測定部に対して試料台が離れた状態で移動するため、測定部と試料台とが干渉することを防止することができる。また、測定部内でカンチレバー駆動部によるカンチレバーの移動を待たなくても、上記のように測定部と試料台とを相対的に変位させることにより、試料台を取り出すことができる。このため、試料台の取出しの手間と時間がかからず、容易に試料台を取出すことができる。

（３）好ましくは、駆動機構（４５）は、試料台（３０）を保持する試料台保持部（４０）と、測定位置と試料取出およびスキャナ交換位置との間で試料台（３０）を移動させる移動機構（５０）とを含む。第１方向は上下方向である。移動機構（５０）は、測定位置よりも下方に位置する退避位置との間で試料台（３０）が昇降するように試料台保持部（４０）を昇降させ、試料取出およびスキャナ交換位置と退避位置との間で試料台（３０）が移動するように試料台保持部（４０）をスライド移動させるように構成されている。

これによって、試料台を取り出す際には、測定部に対して試料台を下方に退避させてから、試料台をスライド移動させる。一方、試料台をセットする際には、その逆の動作を行なう。このため、試料台がスライド移動する際には、測定部に対して試料台が下降した状態で移動するため、測定部と試料台とが干渉することを防止することができる。

また、測定部を移動させることなく、試料台保持部を移動させることにより、測定位置と試料取出およびスキャナ交換位置との間で試料台を移動させることができる。このため、測定部を移動させて試料台を取り出す構成、および測定部を取り外して試料台を取り出す構成と比較して、測定部に含まれる測定機器の位置が変動することを抑制することができる。さらに、測定部を取り外す作業が不要となるため、試料台を取り出す際に作業の負担および作業時間を低減することができる。加えて、上下方向において測定部と重ならない位置に試料取出およびスキャナ交換位置を設けることにより、十分な作業スペースを確保することができるため、作業性を向上させることができる。

（４）第２方向に試料台（３０）をスライド移動させて、試料台（３０）と測定部（２０）との位置関係が第１の位置関係となることによって、第１の機械式スイッチ（２５３）は、押下されて、電源（２０２）と高電圧生成回路（２０３）とを電気的に接続させる。

これによって、第１の機械式スイッチ（２５３）によって、試料台（３０）の移動を検出して、高電圧生成回路（２０３）への電源（２０２）の電圧の供給を制御することができる。

（５）好ましくは、測定部（２０）は、レーザダイオード（３０２）を含む。表面分析装置（１）は、さらに、第１の位置関係において、電源（２０２）の電圧をレーザダイオード（３０２）に供給させ、第２の位置関係において、電源（２０２）の電圧をレーザダイオード（３０２）に供給させない第２の機械式スイッチ（２５２）を含む。

これによって、測定部（２０）と試料台（３０）との相対的な位置関係が第２の位置関係において、ユーザの目がレーザ光で被爆するのを防止できる。

（６）好ましくは、第２方向に試料台（３０）をスライド移動させて、試料台（３０）と測定部（２０）との位置関係が第１の位置関係となることによって、第２の機械式スイッチ（２５２）は、押下されて、電源（２０２）とレーザダイオード（３０２）とを電気的に接続させる。

これによって、第２の機械式スイッチ（２５３）によって、試料台（３０）の移動を検出して、レーザダイオード（３０２）への電源（２０２）の電圧の供給を制御することができる。

（７）好ましくは、移動機構（５０）は、試料台保持部（４０）を支持する支持体（６０）と、試料台保持部（４０）がスライド移動するスライド方向に沿って支持体（６０）をスライド移動させるスライド機構（７０）と、支持体（６０）に対して試料台保持部（４０）を昇降させる昇降機構（８０）とを含む。支持体（６０）は、連続する第１区間および第２区間を含む所定のスライド区間を移動可能に設けられる。第１区間における支持体（６０）のスライド移動に連動して、試料台保持部（４０）が昇降機構によって支持体（６０）に対して昇降し、第２区間における支持体（６０）のスライド移動に伴って、試料台保持部（４０）が支持体（６０）と一体となってスライド方向に沿ってスライド移動する、表面分析装置（１）は、さらに、支持体（６０）の位置を検出する検出装置（９５）を備える。検出装置（９５）は、発光部（９３）と、発光部（９３）から出射された光を受光する受光部（９４）とを含む。スライド機構（７０）は、支持体（６０）のスライド移動に伴ってスライド移動する遮光体（７６）を含む。検出装置は、発光部（９３）から受光部（９４）に向けて出射された光が遮光体（７６）によって遮光されたことにより、支持体（６０）の位置を検出する。制御装置（２０１）は、検出装置（９５）による支持体（６０）の位置の検出に基づいて、試料台（３０）のスライド移動を制御する。

これによって、試料台（３０）のスライドを制御するために試料台（３０）の位置を検出するための機構（検出装置（９５））と、安全のために試料台（３９）の位置を検出する機構（第１の機械式スイッチ（２５３）および第２の機械式スイッチ（２５２））とを切り分けることができる。検出装置（９５）が故障した場合でも、第１の機械式スイッチ（２５３）および第２の機械式スイッチ（２５２）は動作するので、安全対策が損なわれない。

（８）表面分析装置（１）は、試料を載置する試料台（３０）と、試料台（３０）を保持する試料台保持部（４０）と、試料台（３０）に対向するように配置されるカンチレバー（２３）およびカンチレバー（２３）を駆動させるカンチレバー駆動部（２６）を含む測定部（２０）と、測定部（２０）と試料台（３０）との相対的な位置関係が、第１の位置関係と第２の位置関係との間で切り替わるように測定部（２０）と試料台（３０）とを相対的に変位させる駆動機構（４５）と、第３の機械式スイッチ（２５１）とを備える。測定部（２０）は、上部筐体（１１）に収容され、レーザダイオード（３０２）を含む。第１の位置関係において、試料台（３０）は、下部筐体（１２）に収容される。第２の位置関係において、試料台（３０）は、下部筐体（１２）の内部から外側に露出する。第３の機械式スイッチ（２５１）は、上部筐体（１１１）のカバー（１９）が閉じたときに、電源（２０２）の電圧をレーザダイオード（３０２）に供給させ、上部筐体（１１）のカバー（１９）が開いたときに、電源（２０３）の電圧をレーザダイオード（３０２）に供給させない。

これによって、上部筐体（１１１）のカバー（１９）が開いたときに、上部筐体のカバーが開いたときに、ユーザが、誤って観察部分または光学顕微鏡などの調整用つまみに誤って触れることによって、表面分析装置が誤動作するのを防止することができる。また、ユーザの目がレーザ光で被爆するのを防止することができる。

（９）好ましくは、カバー（１９）が閉じたことによって、第３の機械式スイッチ（２５１）は、押下されて、電源（２０２）とレーザダイオード（３０２）とを電気的に接続させる。

これによって、第３の機械式スイッチ（２５１）によって、カバー（１９）の開閉を検出して、レーザダイオード（３０２）への電源（２０２）の電圧の供給を制御することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 走査型プローブ顕微鏡の測定装置、１０ 筐体、１１ 上部筐体、１２ 下部筐体、１３ フロント部、１４ 張出部、１９ カバー、２０ 測定部、２１ ヘッド部、２１ａ 開口部、２２ ホルダ、２３ カンチレバー、２４ 撮像部、２５ ベース部、２６ カンチレバー駆動部、３０ 試料台、３１ 載置部、３２ スキャナ、３３ ピエゾチューブ、３４ スキャナハウジング、３５ ブラケット、３６ 締結部材、４０ 試料台保持部、４１ 本体部、４１ａ 底部、４１ｂ 側壁部、４１ｃ 貫通孔、４１ｄ 係合部、４２，４３ 脚部、４５ 駆動機構、５０ 移動機構、６０ 支持体、６０ａ 貫通孔、７０ スライド機構、７１ 駆動機構、７２ モータ、７３ 回転シャフト、７４ 移動体、７５ 固定部、７６ 遮光体、８０ 昇降機構、８１ 連結部材、８２ 第１回動軸、８３ 第２回動軸、８４ 昇降ガイド、８５ 回転軸、８６ ローラー、９０ プレート部、９０ａ 切欠き部、９３ 発光部、９４ 受光部、９５ 検出装置、２０１ 制御装置、２０２ 電源、２０３ 高電圧生成回路、２０６ 分析部、２５１，２５２，２５３，２５１ａ，２５２ａ，２５３ａ，２５９ 機械式スイッチ、２５５ 天板、２５６ 突起、３０２ レーザダイオード。

Claims (9)

1. 試料を載置する試料台と、
   前記試料台を保持する試料台保持部と、
   前記試料台に対向するように配置されるカンチレバーおよび前記カンチレバーを駆動させるカンチレバー駆動部を含む測定部と、
   前記測定部と前記試料台との相対的な位置関係が、第１の位置関係と第２の位置関係との間で切り替わるように前記測定部と前記試料台とを相対的に変位させる駆動機構と、
   制御装置と、
   第１の機械式スイッチとを備え、
   前記試料台は、スキャナと、試料載置部とを含み、
   前記測定部は、上部筐体に収容され、
   前記第１の位置関係において、前記試料台は、下部筐体に収容され、
   前記第２の位置関係において、前記試料台は、前記下部筐体の内部から外側に露出し、
   前記制御装置は、電源に接続され、前記スキャナに供給する高電圧を生成する高電圧生成回路を含み、
   前記第１の機械式スイッチは、前記第１の位置関係において、前記電源の電圧を前記高電圧生成回路に供給させ、前記第２の位置関係において、前記電源の電圧を前記高電圧生成回路に供給させない表面分析装置。
2. 前記駆動機構は、前記試料台を取り出す際に、前記試料台と前記測定部との位置関係が第１の位置関係から、前記カンチレバーと前記試料台とが対向する第１方向において前記測定部と前記試料台とが離れるように前記試料台を前記測定部に対して相対的に変位させた後に、前記第１方向に交差する第２方向に前記試料台をスライド移動させることによって、前記試料台と前記測定部との位置関係が第２の位置関係に変化するように構成される、請求項１記載の表面分析装置。
3. 前記駆動機構は、前記試料台を保持する試料台保持部と、測定位置と試料取出およびスキャナ交換位置との間で前記試料台を移動させる移動機構とを含み、
   前記第１方向は上下方向であり、
   前記移動機構は、前記測定位置よりも下方に位置する退避位置との間で前記試料台が昇降するように前記試料台保持部を昇降させ、前記試料取出およびスキャナ交換位置と前記退避位置との間で前記試料台が移動するように前記試料台保持部をスライド移動させるように構成されている、請求項２に記載の表面分析装置。
4. 前記移動機構が前記第２方向に前記試料台をスライド移動させて、前記試料台と前記測定部との位置関係が第１の位置関係となることによって、前記第１の機械式スイッチは、押下されて、前記電源と前記高電圧生成回路とを電気的に接続させる、請求項３記載の表面分析装置。
5. 前記測定部は、レーザダイオードを含み、
   前記表面分析装置は、さらに、
   前記第１の位置関係において、前記電源の電圧を前記レーザダイオードに供給させ、前記第２の位置関係において、前記電源の電圧を前記レーザダイオードに供給させない第２の機械式スイッチを備える、請求項３記載の表面分析装置。
6. 前記移動機構が前記第２方向に前記試料台をスライド移動させて、前記試料台と前記測定部との位置関係が第１の位置関係となることによって、前記第２の機械式スイッチは、押下されて、前記電源と前記レーザダイオードとを電気的に接続させる、請求項５記載の表面分析装置。
7. 前記移動機構は、前記試料台保持部を支持する支持体と、前記試料台保持部がスライド移動するスライド方向に沿って前記支持体をスライド移動させるスライド機構と、前記支持体に対して前記試料台保持部を昇降させる昇降機構とを含み、
   前記支持体は、連続する第１区間および第２区間を含む所定のスライド区間を移動可能に設けられ、
   前記第１区間における前記支持体のスライド移動に連動して、前記試料台保持部が前記昇降機構によって前記支持体に対して昇降し、
   前記第２区間における前記支持体のスライド移動に伴って、前記試料台保持部が前記支持体と一体となって前記スライド方向に沿ってスライド移動し、
   前記表面分析装置は、さらに、
   前記支持体の位置を検出する検出装置を備え、
   前記検出装置は、発光部と、前記発光部から出射された光を受光する受光部とを含み、
   前記スライド機構は、前記支持体のスライド移動に伴ってスライド移動する遮光体を含み、
   前記検出装置は、前記発光部から前記受光部に向けて出射された光が前記遮光体によって遮光されたことにより、前記支持体の位置を検出し、
   前記制御装置は、前記検出装置による前記支持体の位置の検出に基づいて、前記試料台のスライド移動を制御する、請求項３〜６のいずれか１項に記載の表面分析装置。
8. 試料を載置する試料台と、
   前記試料台を保持する試料台保持部と、
   前記試料台に対向するように配置されるカンチレバーおよび前記カンチレバーを駆動させるカンチレバー駆動部を含む測定部と、
   前記測定部と前記試料台との相対的な位置関係が、第１の位置関係と第２の位置関係との間で切り替わるように前記測定部と前記試料台とを相対的に変位させる駆動機構と、
   第３の機械式スイッチとを備え、
   前記測定部は、上部筐体に収容され、レーザダイオードを含み、
   前記第１の位置関係において、前記試料台は、下部筐体に収容され、
   前記第２の位置関係において、前記試料台は、前記下部筐体の内部から外側に露出し、
   前記第３の機械式スイッチは、
   前記上部筐体のカバーが閉じたときに、電源の電圧を前記レーザダイオードに供給させ、前記上部筐体のカバーが開いたときに、前記電源の電圧を前記レーザダイオードに供給させない、表面分析装置。
9. 前記カバーが閉じたことによって、前記第３の機械式スイッチは、押下されて、前記電源と前記レーザダイオードとを電気的に接続させる、請求項８記載の表面分析装置。

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