JP3222410B2 - Cantilever unit, its holder, and scanning probe microscope equipped therewith - Google Patents

Cantilever unit, its holder, and scanning probe microscope equipped therewith

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JP3222410B2
JP3222410B2 JP26451597A JP26451597A JP3222410B2 JP 3222410 B2 JP3222410 B2 JP 3222410B2 JP 26451597 A JP26451597 A JP 26451597A JP 26451597 A JP26451597 A JP 26451597A JP 3222410 B2 JP3222410 B2 JP 3222410B2
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cantilever unit
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unit holder
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正敏 安武
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自身の撓み量に応
答した電気信号を出力する自己検知型カンチレバーを備
えたカンチレバーユニットおよびそのホルダならびにこ
れらを装備した走査型プローブ顕微鏡に係り、特に、自
己検知型カンチレバーを容易かつ正確に装着できるよう
にしたカンチレバーユニットおよびそのホルダ並びにこ
れらを装備した走査型プローブ顕微鏡に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cantilever unit having a self-sensing cantilever for outputting an electric signal in response to the amount of deflection of the cantilever, a holder thereof, and a scanning probe microscope equipped with the same. The present invention relates to a cantilever unit, a holder thereof, and a scanning probe microscope equipped with the same, in which a detection type cantilever can be easily and accurately mounted.

【0002】[0002]

【従来の技術】AFM等の走査型プローブ顕微鏡では、
試料表面と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プローブとして使用
される。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ので、探針を試料表面でXY
方向へ走査させながら原子間力をカンチレバーの歪量と
して検出し、この歪量すなわち試料表面と探針との間隙
が一定となるように試料ステージをZ軸方向へ微動させ
れば、その際の微動信号、あるいは検出された歪量その
ものが試料表面の形状を代表するようになる。
2. Description of the Related Art In a scanning probe microscope such as an AFM,
A cantilever having a probe attached to the tip of a cantilever is used as a probe in order to detect a fine structure or structure on the sample surface by utilizing the interaction between the sample surface and the probe. Since an attractive force or a repulsive force based on the atomic force is generated between the sample surface and the probe, the probe is moved XY on the sample surface.
While scanning in the direction, the atomic force is detected as the amount of strain of the cantilever, and if the sample stage is finely moved in the Z-axis direction so that the amount of this strain, that is, the gap between the sample surface and the probe, becomes constant, The fine movement signal or the detected distortion amount itself represents the shape of the sample surface.

【0003】図13は、従来の走査型プローブ顕微鏡の
カンチレバー部の構成を模式的に示した図であり、観察
対象である試料64の上方には、カンチレバー63の自
由端に取り付けられた探針65が対向して配置される。
レーザ発生器61から放出されたレーザ光66aは適宜
のレンズ手段67またはアパーチャ等によって収束さ
れ、カンチレバー63の自由端近傍の背面に照射され
る。カンチレバー63の撓み量は、反射されたレーザ光
66bのスポット位置を位置検出器62で測定すること
により検出される。
FIG. 13 is a diagram schematically showing the structure of a cantilever portion of a conventional scanning probe microscope. A probe attached to a free end of a cantilever 63 is provided above a sample 64 to be observed. 65 are arranged facing each other.
The laser light 66a emitted from the laser generator 61 is converged by a suitable lens means 67 or an aperture or the like, and is irradiated on the back surface near the free end of the cantilever 63. The amount of deflection of the cantilever 63 is detected by measuring the spot position of the reflected laser beam 66b with the position detector 62.

【0004】位置検出器62は、例えば4分割された光
検出電極から構成されており、カンチレバー63の撓み
量が0の時にはレーザ光66bのスポットが該4分割電
極の中央に来るように位置合わせされている。このた
め、カンチレバー63に撓みが発生すると、該レーザ光
66bのスポットが該4分割電極上を移動し、4分割電
極から出力される電圧に差が発生する。
The position detector 62 is composed of, for example, four divided light detection electrodes. When the amount of deflection of the cantilever 63 is zero, the position of the laser beam 66b is adjusted so as to come to the center of the four divided electrodes. Have been. Therefore, when the cantilever 63 is bent, the spot of the laser beam 66b moves on the four-divided electrode, and a difference is generated in the voltage output from the four-divided electrode.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記したように、カン
チレバーの撓み量を光学的に検出する方法では、構成が
複雑化して調整も難しいという問題があった。そのた
め、近年になって撓み量を検知するセンサ機能をカンチ
レバー上に設け、検知した撓み量を電気信号として直接
出力し得る特徴を持った自己検知型のカンチレバーが開
発されている。
As described above, the method of optically detecting the amount of deflection of the cantilever has a problem that the configuration is complicated and adjustment is difficult. Therefore, in recent years, a self-detecting cantilever has been developed, which has a feature in which a sensor function for detecting the amount of bending is provided on the cantilever and the detected amount of bending can be directly output as an electric signal.

【0006】このような自己検知型のカンチレバーによ
れば、高価な光学系や複雑な調整が不要となるが、その
反面、電気信号を出力するためにカンチレバー側に設け
た電気接点と、カンチレバーを保持するために走査型プ
ローブ顕微鏡側に設けたホルダの電気接点とが正確に接
触するように、ホルダに対してカンチレバーを正確に位
置決めして固定する必要がある。
According to such a self-detecting cantilever, an expensive optical system and complicated adjustment are not required, but on the other hand, an electric contact provided on the cantilever side for outputting an electric signal and a cantilever are used. It is necessary to accurately position and fix the cantilever with respect to the holder so that the electrical contact of the holder provided on the scanning probe microscope side for holding accurately contacts the holder.

【0007】一方、カンチレバーの平均的な交換頻度は
1回/日であるため、カンチレバーはホルダに対して容
易に着脱できるように保持することが望ましい。しかし
ながら、これまでは走査型プローブ顕微鏡に用いる自己
検知型カンチレバーが普及しておらず、その装着を容易
かつ正確に行えるカンチレバーホルダは存在しなかっ
た。
On the other hand, since the average replacement frequency of the cantilever is once / day, it is desirable to hold the cantilever so that it can be easily attached to and detached from the holder. However, until now, self-detecting cantilevers used for scanning probe microscopes have not been widespread, and there has been no cantilever holder that can easily and accurately mount the cantilever.

【0008】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決し、自己検知型カンチレバーを容易かつ正確に
装着できるようにするためのカンチレバーユニット、当
該カンチレバーユニットを保持するためのホルダならび
にこれらを装備した走査型プローブ顕微鏡を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a cantilever unit for easily and accurately mounting a self-detecting cantilever, a holder for holding the cantilever unit, and these. An object of the present invention is to provide a scanning probe microscope equipped with a scanning probe microscope.

【0009】[0009]

【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、本発明では、以下のような手段を講じた点に特
徴がある。 (1)本発明のカンチレバーユニットは、自己検知型カ
ンチレバーと、前記自己検知型カンチレバーを保持する
基板と、前記検知部と電気的に接続されて基板表面に形
成された複数のコンタクトパターンとによって構成さ
、複数のコンタクトパターンは基板端部から所定の間
隙を設けて形成され、コンタクトパターンのある基板端
部に面取り部を有して形成されている。このようなカン
チレバーユニットを用いれば、自己検知型カンチレバー
を、そのホルダに対して機械的、電気的に容易かつ正確
に装着できるようになり、コンタクトパターンを用いて
得られた検知信号を参照するなどしてカンチレバーユニ
ットが正規の位置に保持されているか否かを認識するこ
とが可能となる。 (2)本発明のカンチレバーユニットホルダは、正規の
位置に配置されたカンチレバーユニットのコンタクトパ
ターンに圧接されるように位置決めされた弾性体電極を
具備し、前記カンチレバーユニットを、カンチレバーユ
ニットホルダに対して前記弾性体電極の圧接力によって
保持するようにした。このようなカンチレバーユニット
ホルダによれば、自己検知型カンチレバーを有するカン
チレバーユニットを機械的にも電気的にも容易かつ正確
に装着できるようになる。 (3)本発明の走査型プローブ顕微鏡は、前記カンチレ
バーユニットホルダで保持されたカンチレバーユニット
の自己検知型カンチレバーを、試料表面と探針との間隙
を予定値に保ちながら試料表面で走査する。このような
走査型プローブ顕微鏡によれば、走査プローブとしての
自己検知型カンチレバーを、その機械的および電気的な
接続を良好に保ちながら、ホルダに対して容易かつ正確
に着脱できるようになる。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that the following means are taken. (1) A cantilever unit of the present invention includes a self-detecting cantilever, a substrate holding the self-detecting cantilever, and a plurality of contact patterns electrically connected to the detection unit and formed on a substrate surface. And a plurality of contact patterns are located between
The edge of the substrate, which is formed with a gap and has a contact pattern
The portion is formed with a chamfered portion. Such a can
Self-sensing cantilever can be obtained by using a chiller unit.
Is easy and accurate mechanically and electrically for its holder
Can be mounted on the contact pattern
The cantilever unit is referenced by referring to the
To see if the unit is held in the correct position.
It becomes possible. (2) The cantilever unit holder of the present invention includes an elastic electrode positioned so as to be pressed against the contact pattern of the cantilever unit arranged at a regular position, and the cantilever unit is moved relative to the cantilever unit holder. The elastic electrode was held by the pressure contact force. According to such a cantilever unit holder, a cantilever unit having a self-detecting cantilever can be easily and accurately mounted mechanically and electrically. (3) The scanning probe microscope of the present invention scans the self-detecting cantilever of the cantilever unit held by the cantilever unit holder on the sample surface while maintaining the gap between the sample surface and the probe at a predetermined value. According to such a scanning probe microscope, the self-detecting cantilever as a scanning probe can be easily and accurately attached to and detached from the holder while maintaining good mechanical and electrical connections.

【0010】[0010]

【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は、本発明の一実施形態である走査
プローブ顕微鏡の主要部の構成を示した図である。筐体
1の上部には第1の永久磁石2が装着され、永久磁石2
の中央部には、環状溝5で囲まれた心棒部3が形成され
ている。永久磁石2の心棒部3にはキャップ状の可動子
4が遊嵌され、可動子4の外周部にはボイスコイル6が
巻回されている。永久磁石2、心棒部3、可動子4およ
びボイスコイル6は、音響用スピーカ等で使用されてい
るボイスコイルモータを形成している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of a scanning probe microscope according to an embodiment of the present invention. A first permanent magnet 2 is mounted on an upper portion of the housing 1,
Is formed at the center portion thereof with a mandrel 3 surrounded by an annular groove 5. A cap-shaped mover 4 is loosely fitted to the mandrel 3 of the permanent magnet 2, and a voice coil 6 is wound around the outer periphery of the mover 4. The permanent magnet 2, the mandrel 3, the mover 4, and the voice coil 6 form a voice coil motor used for an acoustic speaker or the like.

【0011】前記可動子4の閉塞端4aの中央部には、
z方向に延びるスピンドル8の一端が固着されている。
スピンドル8の他端には、固定端が中筒13によって支
持された片持ち梁14の自由端が固着されている。片持
ち梁14には、後に図3〜5を参照して詳述するカンチ
レバーユニットホルダ50が固着されており、ホルダ5
0には、後に図6,7を参照して詳述する、自己検知型
カンチレバーを搭載したカンチレバーユニット10が保
持されている。
At the center of the closed end 4a of the mover 4,
One end of a spindle 8 extending in the z direction is fixed.
A free end of a cantilever 14 having a fixed end supported by the middle cylinder 13 is fixed to the other end of the spindle 8. A cantilever unit holder 50, which will be described later in detail with reference to FIGS. 3 to 5, is fixed to the cantilever 14.
0 holds a cantilever unit 10 equipped with a self-detecting cantilever, which will be described later in detail with reference to FIGS.

【0012】前記筐体1の側面には、また、第2の永久
磁石21が装着され、永久磁石21の中央部には、環状
溝28で囲まれた心棒部22が形成されている。心棒部
22にはキャップ状の可動子23が遊嵌され、可動子2
3の外周部にはボイスコイル25が巻回されている。第
2の永久磁石21、心棒部22、可動子23およびボイ
スコイル25は前記と同様のボイスコイルモータを形成
している。
A second permanent magnet 21 is mounted on the side surface of the housing 1, and a mandrel 22 surrounded by an annular groove 28 is formed at the center of the permanent magnet 21. A cap-shaped mover 23 is loosely fitted to the mandrel 22, and the mover 2
A voice coil 25 is wound around the outer periphery of the voice coil 3. The second permanent magnet 21, the mandrel 22, the mover 23, and the voice coil 25 form a voice coil motor similar to that described above.

【0013】可動子23にはx方向のスピンドル27の
一端が固着され、スピンドル27の他端は中筒13の側
部に固着されている。このボイスコイルモータは主走査
方向(X方向)のスピンドル27に作用するが、図示さ
れていない同構成のボイスコイルモータが90°回転し
た位置に設けられており、副走査方向(Y方向)のスピ
ンドルに作用する。そして、前記主および副走査方向の
ボイスコイルモータを駆動することにより、カンチレバ
ーユニット10の自由端に設けられた探針10aは試料
表面に対してラスタ走査される。探針10aと対向する
位置には試料台31が設けられ、試料台31上には観察
対象の試料32が載置されている。該試料台31は試料
ステージ33上に設置されている。
One end of a spindle 27 in the x direction is fixed to the mover 23, and the other end of the spindle 27 is fixed to the side of the middle cylinder 13. Although this voice coil motor acts on the spindle 27 in the main scanning direction (X direction), a voice coil motor of the same configuration (not shown) is provided at a position rotated by 90 °, and is provided in the sub scanning direction (Y direction). Acts on the spindle. By driving the voice coil motors in the main and sub-scanning directions, the probe 10a provided at the free end of the cantilever unit 10 is raster-scanned on the sample surface. A sample table 31 is provided at a position facing the probe 10a, and a sample 32 to be observed is placed on the sample table 31. The sample stage 31 is set on a sample stage 33.

【0014】図2は、図1の走査プローブ顕微鏡の接続
される駆動回路系のブロック図であり、図1と同一の符
号は同一または同等部分を表している。探針10aの変
位、例えばプローブ10の撓み量が変位検出器49で検
出されると、その検出信号が基準値発生器42から出力
される基準値と差動増幅器41によって比較される。該
基準値は、探針10aと試料面との距離が所定値になっ
た時に変位検出器49から出力される値と等しいので、
探針10aと試料面との距離が所定値からずれている時
には、差動増幅器41はずれ量に応じた大きさの信号を
出力する。
FIG. 2 is a block diagram of a drive circuit system connected to the scanning probe microscope of FIG. 1, and the same reference numerals as those in FIG. 1 represent the same or equivalent parts. When the displacement of the probe 10 a, for example, the amount of deflection of the probe 10 is detected by the displacement detector 49, the detection signal is compared with the reference value output from the reference value generator 42 by the differential amplifier 41. Since the reference value is equal to the value output from the displacement detector 49 when the distance between the probe 10a and the sample surface becomes a predetermined value,
When the distance between the probe 10a and the sample surface deviates from a predetermined value, the differential amplifier 41 outputs a signal having a magnitude corresponding to the deviation amount.

【0015】差動増幅器41から出力された差分信号は
積分回路43および比例回路44により処理され、V−
I変換器45に入力される。V−I変換器45は、入力
された電圧信号を電流信号Iz に変換してボイスコイル
6へ供給する。すなわち、変位検出器49、差動増幅器
41、積分回路43、比例回路44およびV−I変換器
45はフィードバック回路を構成している。
The differential signal output from the differential amplifier 41 is processed by an integrating circuit 43 and a proportional circuit 44,
It is input to the I converter 45. The VI converter 45 converts the input voltage signal into a current signal Iz and supplies the current signal Iz to the voice coil 6. That is, the displacement detector 49, the differential amplifier 41, the integrating circuit 43, the proportional circuit 44, and the VI converter 45 constitute a feedback circuit.

【0016】一方、ラスタスキャナ46は主および副走
査方向の走査信号電流Ix ,Iy を、それぞれX方向可
動子23およびY方向可動子34に巻回されているボイ
スコイル25、35に供給する。また、ラスタスキャナ
46はCRT47にX,Y走査信号を供給する。試料表
面の形状、物理量等の検査情報は、V−I変換器45の
入力側から取り出されてCRT47に供給される。
On the other hand, the raster scanner 46 supplies the scanning signal currents Ix and Iy in the main and sub scanning directions to the voice coils 25 and 35 wound around the X-direction mover 23 and the Y-direction mover 34, respectively. The raster scanner 46 supplies X and Y scanning signals to the CRT 47. Inspection information such as the shape and physical quantity of the sample surface is taken out from the input side of the VI converter 45 and supplied to the CRT 47.

【0017】図3は、本発明の一実施形態である前記カ
ンチレバーユニットホルダ50の側面図であり、図4は
図3のA矢図であり、図5は図3のB矢図である。本実
施形態では、カンチレバーユニットホルダ50は圧電素
子板58を介して前記片持ち梁14に固定されている。
この圧電素子板58は、生物分子等の柔らかい試料の観
察時にカンチレバーを共振させる目的で設けられてい
る。
FIG. 3 is a side view of the cantilever unit holder 50 according to one embodiment of the present invention, FIG. 4 is a diagram of arrow A in FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram of arrow B in FIG. In this embodiment, the cantilever unit holder 50 is fixed to the cantilever 14 via a piezoelectric element plate 58.
The piezoelectric element plate 58 is provided for the purpose of resonating the cantilever when observing a soft sample such as a biomolecule.

【0018】ホルダ50の一方の側面には、S字型の弾
性体電極54(54a〜54d)のU字部がそれぞれ挿
貫される4つの溝55が形成されている。ホルダ50の
下方には、本体と予定の間隙を保って対向するように櫛
歯状の電極ガイド53が片持ち支持されている。電極ガ
イド53の櫛歯は、前記各溝55と対応する位置が欠け
るように構成されている。
On one side surface of the holder 50, four grooves 55 into which U-shaped portions of the S-shaped elastic electrodes 54 (54a to 54d) are respectively inserted are formed. A comb-shaped electrode guide 53 is cantilevered below the holder 50 so as to face the main body with a predetermined gap therebetween. The comb teeth of the electrode guide 53 are configured such that the positions corresponding to the grooves 55 are missing.

【0019】各弾性体電極54は、図示したように、一
方のU字部がそれぞれ各溝55に挿貫され、他方のU字
部から端部に至る部分は、その屈曲部57が電極ガイド
53の櫛歯間から間隙内へ弾性的に突出している。ホル
ダ50の他方の側面にはプリズム59が固着されてお
り、下方にはカンチレバー台52が形成されている。次
いで、本発明の一実施形態であるカンチレバーユニット
について説明する。図6は、自己検知型カンチレバーを
搭載したカンチレバーユニット10の平面図であり、図
7は図6の側面図である。基板80の端部には面取り8
4が設けてある。面取り84を設けることにより、基板
の挿入をスムーズ行うことができる。また屈曲部57に
損傷を与えることなくなるため、信頼性が向上する。
As shown in the drawing, each elastic electrode 54 has one U-shaped portion inserted into each groove 55, and the bent portion 57 of the portion extending from the other U-shaped portion to the end has an electrode guide. The protrusions 53 elastically protrude into the gap from between the 53 comb teeth. A prism 59 is fixed to the other side surface of the holder 50, and a cantilever base 52 is formed below the prism 59. Next, a cantilever unit according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a plan view of a cantilever unit 10 equipped with a self-detecting cantilever, and FIG. 7 is a side view of FIG. Chamfer 8 at the end of substrate 80
4 are provided. By providing the chamfer 84, the board can be smoothly inserted. Further, since the bent portion 57 is not damaged, the reliability is improved.

【0020】本発明のカンチレバーユニット10は、図
7に示したように、厚板状のシリコン基板72と薄板状
のシリコン基板71とを積層し、薄板状シリコン基板7
1の一端から突き出た片持ち梁部71aの自由端に探針
10aが形成された自己検知型カンチレバー70と、図
6に示したように、前記カンチレバー70の少なくとも
片持ち梁部71aが端部から突き出すように当該カンチ
レバー70を保持するガラスエポキシ基板80とによっ
て構成されている。
As shown in FIG. 7, the cantilever unit 10 according to the present invention is formed by laminating a thick silicon substrate 72 and a thin silicon substrate 71 to form a thin silicon substrate 7.
1. A self-detecting cantilever 70 having a probe 10a formed at a free end of a cantilever 71a protruding from one end of the cantilever 70, and at least the cantilever 71a of the cantilever 70 has an end as shown in FIG. And a glass epoxy substrate 80 that holds the cantilever 70 so as to protrude from the substrate.

【0021】シリコン基板71の探針10aが形成され
た主面には、梁部71aの撓み量に応答した電気信号を
出力する検知回路(図示せず)、ならびに当該検知回路
の電源ライン用および信号ライン用のボンディングパッ
ド72が形成されている。ガラスエポキシ基板80の表
面には、複数の配線パターン82が形成されており、各
配線パターン82の一端には、前記カンチレバーユニッ
トホルダ50の各電極54の屈曲部57が圧接されるコ
ンタクトパターン82aが形成され、他端にはボンディ
ングパッド82bが形成されている。
On the main surface of the silicon substrate 71 on which the probe 10a is formed, a detection circuit (not shown) for outputting an electric signal in response to the amount of bending of the beam portion 71a, and a power supply line for the detection circuit and A bonding pad 72 for a signal line is formed. A plurality of wiring patterns 82 are formed on the surface of the glass epoxy substrate 80, and one end of each wiring pattern 82 has a contact pattern 82 a against which the bent portion 57 of each electrode 54 of the cantilever unit holder 50 is pressed. The bonding pad 82b is formed at the other end.

【0022】シリコン基板71のボンディングパッド7
2とガラスエポキシ基板80のボンディングパッド82
bとはボンディングワイヤ83で接続され、ボンディン
グワイヤ83および各ボンディングパッド72,82b
には樹脂モールド81が施されている。このようなカン
チレバーユニット10を前記ホルダ50へ装着する際、
作業者はピンセットあるいは適宜の専用治具を用いてカ
ンチレバーユニット10を水平状態に保ってつまみ、図
8に示したように、カンチレバー台52と電極ガイド5
3との間隙部へ下方から斜め上方へ向けて挿入する。カ
ンチレバー台52の側面およびカンチレバーユニット1
0のガラスエポキシ基板80の側面には、カンチレバー
ユニット10がホルダ50に対して正規の位置まで挿入
されたときに合致する位置決めマーク52a,80aが
それぞれ形成されている。作業者は、図9に示したよう
に、挿入したカンチレバーユニット10のマーク52a
がホルダ50側のマーク80aと合致していれば、カン
チレバーユニット10がホルダ50に対して正規の位置
まで挿入されたものと判断する。
Bonding pad 7 of silicon substrate 71
2 and bonding pad 82 of glass epoxy substrate 80
b and the bonding wire 83 and the bonding pads 72 and 82b.
Is provided with a resin mold 81. When mounting such a cantilever unit 10 on the holder 50,
The operator holds the cantilever unit 10 in a horizontal state using tweezers or an appropriate dedicated jig, and holds the cantilever base 52 and the electrode guide 5 as shown in FIG.
3 and is inserted obliquely upward from below. Side view of cantilever base 52 and cantilever unit 1
Positioning marks 52a and 80a that match when the cantilever unit 10 is inserted into the holder 50 to a proper position are formed on the side surface of the glass epoxy substrate 80 of No. 0, respectively. As shown in FIG. 9, the operator can use the mark 52 a of the inserted cantilever unit 10.
Is matched with the mark 80a on the holder 50 side, it is determined that the cantilever unit 10 has been inserted into the holder 50 to the proper position.

【0023】カンチレバーユニット10は、間隙内に弾
性的に突出した電極54の弾性力に抗して挿入されるた
め、間隙内へ挿入された後は、その弾性力によってカン
チレバー台52側へ押しつけられ、電極54とカンチレ
バー台52とによって挟持されることになる。各電極5
4は、カンチレバーユニット10が正規の位置まで挿入
されると、その屈曲部57がガラスエポキシ基板80の
各コンタクトパターン82aと接触するように予め位置
決めされている。したがって、前記各位置決めマーク5
2a,80aが合致するようにカンチレバーユニット1
0をホルダ50に対して挿入しさえすれば、カンチレバ
ーユニット10を機械的にも電気的にも容易かつ正確に
装着できるようになる。
Since the cantilever unit 10 is inserted against the elastic force of the electrode 54 elastically projecting into the gap, after being inserted into the gap, the cantilever unit 10 is pressed against the cantilever base 52 by the elastic force. , The electrode 54 and the cantilever base 52. Each electrode 5
4 is positioned in advance so that the bent portion 57 comes into contact with each contact pattern 82a of the glass epoxy substrate 80 when the cantilever unit 10 is inserted to a regular position. Therefore, each of the positioning marks 5
Cantilever unit 1 so that 2a and 80a match
As long as 0 is inserted into the holder 50, the cantilever unit 10 can be easily and accurately mounted mechanically and electrically.

【0024】さらに、本実施形態では前記図6に示した
ように、コンタクトパターン82aがガラスエポキシ基
板80の挿入方向の先端部から予定の距離d3だけ離間
して形成されているので、カンチレバーユニット10の
挿入が不完全であると、コンタクトパターン82aが電
極54の屈曲部57まで到達しない。この結果、電気的
な接触が得られずに検知信号が異常となるので、検知信
号を参照することによっても、カンチレバーユニット1
0が正規の位置に保持されているか否かを認識できるよ
うになる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, since the contact pattern 82a is formed at a predetermined distance d3 from the tip of the glass epoxy substrate 80 in the insertion direction, the cantilever unit 10 is formed. If the insertion is not complete, the contact pattern 82a does not reach the bent portion 57 of the electrode 54. As a result, the detection signal becomes abnormal because no electrical contact is obtained, so that the cantilever unit 1 can be referred to by referring to the detection signal.
This makes it possible to recognize whether or not 0 is held at a regular position.

【0025】次いで、前記プリズム59を利用して探針
10aを試料表面の所望位置に位置決めする方法を、図
10、11、12を参照して説明する。図12に示した
ように、プリズム59は、その鏡面59aが試料表面に
対して傾斜するように固定されており、試料表面から垂
直に探針10aを通る仮想光軸L1が斜め上方へ屈折さ
れて仮想光軸L2となる。したがって、図10に示した
ように、光学顕微鏡90の光軸91aと前記仮想光軸L
2とを一致させれば、光学顕微鏡90では、図11(a)
に示したように、探針10aの真上から試料表面を見下
ろした像が観察でき、試料表面での探針10aの位置決
めが極めて容易になる。
Next, a method for positioning the probe 10a at a desired position on the sample surface using the prism 59 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 12, the prism 59 is fixed so that its mirror surface 59a is inclined with respect to the sample surface, and the virtual optical axis L1 passing through the probe 10a perpendicularly from the sample surface is bent obliquely upward. Becomes the virtual optical axis L2. Therefore, as shown in FIG. 10, the optical axis 91a of the optical microscope 90 and the virtual optical axis L
2 and the optical microscope 90, FIG.
As shown in (1), an image of the sample surface looking down from directly above the probe 10a can be observed, and the positioning of the probe 10a on the sample surface becomes extremely easy.

【0026】また、図10に破線で示したように光学顕
微鏡90を下方へ移動し、その光軸90bが探針10a
と交差するようにすれば、図11(b) に示したように、
探針10aと試料表面との垂直方向に関する位置関係を
観察できるようになる。なお、本実施形態では、図12
に示したように、カンチレバーユニットホルダ50の幅
d1とカンチレバーユニット10の幅d2とがほぼ等し
いので、両者の端面が揃うようにカンチレバーユニット
10を挿入すれば、幅方向の位置決めも同時に達成され
る。
The optical microscope 90 is moved downward as shown by the broken line in FIG.
, And as shown in FIG. 11 (b),
The positional relationship between the probe 10a and the sample surface in the vertical direction can be observed. In the present embodiment, FIG.
Since the width d1 of the cantilever unit holder 50 and the width d2 of the cantilever unit 10 are substantially equal to each other, if the cantilever unit 10 is inserted so that both end faces are aligned, positioning in the width direction is also achieved at the same time. .

【0027】[0027]

【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) カンチレバーユニットの電極パターンに圧接されて
電気的接触を得る弾性体電極によってカンチレバーユニ
ットを挟持するようにしたので、自己検知型カンチレバ
ーを機械的にも電気的にも容易かつ正確に装着できるよ
うになる。 (2) カンチレバーユニットホルダにプリズムを設け、試
料表面から垂直に探針を通る光軸を屈折させて外部に取
り出すようにしたので、この光軸を光学顕微鏡と光軸と
一致させれば、探針の真上から試料表面を見下ろした像
を観察でき、試料表面での探針の位置決めが極めて容易
になる。 (3) カンチレバーユニットおよびホルダの双方に、カン
チレバーユニットが正規の位置まで挿入されたときに合
致するマークを設けたので、カンチレバーユニットが正
規の位置まで挿入されたことを目視により簡単に認識で
きる。 (4) カンチレバーユニットのコンタクトパターンを端部
から離間して設け、カンチレバーユニットが正規の位置
まで挿入されないと、ホルダ側の電極とコンタクトパタ
ーンとが接触しないようにしたので、電極上の信号を参
照すれば、カンチレバーユニットが正規の位置まで挿入
されているか否かを容易に認識できる。 (5) 走査型プローブ顕微鏡用の走査プローブとして自己
検知型カンチレバーを用い、これを前記カンチレバーユ
ニットホルダで保持するようにしたので、走査プローブ
としてのカンチレバーを、ホルダに対して機械的にも電
気的にも容易かつ正確に装着できるようになる。
According to the present invention, the following effects are achieved. (1) Since the cantilever unit is sandwiched by the elastic electrodes that are in pressure contact with the electrode pattern of the cantilever unit to obtain electrical contact, the self-detecting cantilever can be easily and accurately mounted both mechanically and electrically. Become like (2) A prism is provided on the cantilever unit holder, and the optical axis passing through the probe perpendicularly from the sample surface is refracted and taken out, so if this optical axis is aligned with the optical microscope and the optical axis, An image looking down on the sample surface can be observed from directly above the needle, and the positioning of the probe on the sample surface becomes extremely easy. (3) Since a mark is provided on both the cantilever unit and the holder when the cantilever unit is inserted to the proper position, it is easy to visually recognize that the cantilever unit has been inserted to the proper position. (4) The contact pattern of the cantilever unit is provided away from the end so that the electrode on the holder does not come into contact with the contact pattern unless the cantilever unit is inserted to the correct position. Then, it can be easily recognized whether or not the cantilever unit has been inserted to the proper position. (5) Since a self-sensing cantilever is used as a scanning probe for a scanning probe microscope and is held by the cantilever unit holder, the cantilever as a scanning probe is mechanically and electrically connected to the holder. Can be easily and accurately mounted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のカンチレバーユニットホルダを備えた
走査プローブ顕微鏡の主要部の構成を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of a scanning probe microscope provided with a cantilever unit holder of the present invention.

【図2】図1の走査プローブ顕微鏡の駆動回路系のブロ
ック図である。
FIG. 2 is a block diagram of a drive circuit system of the scanning probe microscope of FIG.

【図3】本発明のカンチレバーユニットホルダの側面図
である。
FIG. 3 is a side view of the cantilever unit holder of the present invention.

【図4】図3のA矢視図である。FIG. 4 is a view taken in the direction of arrow A in FIG. 3;

【図5】図3のB矢視図である。FIG. 5 is a view taken in the direction of the arrow B in FIG. 3;

【図6】自己検知型カンチレバーを搭載した本発明のカ
ンチレバーユニットの平面図である。
FIG. 6 is a plan view of a cantilever unit of the present invention equipped with a self-sensing cantilever.

【図7】図6のカンチレバーユニットの側面図である。FIG. 7 is a side view of the cantilever unit of FIG. 6;

【図8】カンチレバーをホルダへ装着する方法を示した
図である。
FIG. 8 is a diagram showing a method of mounting a cantilever to a holder.

【図9】カンチレバーユニットが装着されたホルダの側
面図である。
FIG. 9 is a side view of the holder on which the cantilever unit is mounted.

【図10】光学顕微鏡を用いて探針の位置を観察する方
法を示した図である。
FIG. 10 is a diagram showing a method of observing the position of a probe using an optical microscope.

【図11】光学顕微鏡による観察像を示した図である。FIG. 11 is a diagram showing an image observed by an optical microscope.

【図12】ホルダに設けたプリズムの機能を説明するた
めの図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining a function of a prism provided on a holder.

【図13】従来の走査型プローブ顕微鏡の構成を模式的
に示した図である。
FIG. 13 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional scanning probe microscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 カンチレバーユニット 10a 探針 50 カンチレバーユニットホルダ 52 カンチレバー台 52a,80a 位置決めマーク 53 電極ガイド 54 弾性体電極 59 プリズム 70 自己検知型カンチレバー 80 ガラスエポキシ基板 Reference Signs List 10 cantilever unit 10a probe 50 cantilever unit holder 52 cantilever base 52a, 80a positioning mark 53 electrode guide 54 elastic electrode 59 prism 70 self-detecting cantilever 80 glass epoxy substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−248810(JP,A) 特開 平7−325092(JP,A) 特開 平9−243648(JP,A) 特開 平10−332716(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 13/10 - 13/24 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-5-248810 (JP, A) JP-A-7-325092 (JP, A) JP-A-9-243648 (JP, A) JP-A-10- 332716 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 13/10-13/24 JICST file (JOIS)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 片持ち梁の自由端に探針が形成されたカ
ンチレバー部および前記カンチレバー部の撓み量を検知
する検知部を備えた自己検知型カンチレバーと、 前記自己検知型カンチレバーを、なくとも前記カンチ
レバー部の自由端が端部から突出するように保持する基
板と、 前記基板の表面に形成され、前記検知部と電気的に接続
された複数のコンタクトパターンとを具備し 前記複数のコンタクトパターンは基板端部から所定の間
隙を設けて形成され、コンタクトパターンのある基板端
部に面取り部を有する ことを特徴とするカンチレバーユ
ニット。
A self-detecting cantilever 1. A having a detection portion for detecting the amount of deflection of the cantilever portion and the cantilever portion the probe is formed at the free end of the cantilever beam, the self-detecting cantilever, no less a substrate for holding so as to protrude from the free end is an end of the cantilever portion also is formed on the surface of the substrate, comprising the said detecting portion and electrically connected to the plurality of contact patterns, the plurality of Contact pattern is a predetermined distance from the edge of the board
The edge of the substrate, which is formed with a gap and has a contact pattern
A cantilever unit having a chamfered portion in a portion .
【請求項2】 前記請求項1に記載のカンチレバーユニ
ットを保持するカンチレバーユニットホルダであって、 正規の位置に配置されたカンチレバーユニットのコンタ
クトパターンに圧接されるように位置決めされた弾性体
電極を具備し、前記カンチレバーユニットは、カンチレ
バーユニットホルダに対して前記弾性体電極の圧接力に
よって保持されることを特徴とする カンチレバーユニッ
トホルダ。
2. The cantilever unit according to claim 1,
A cantilever unit holder for holding the Tsu bets, contours of cantilever units arranged in a normal position
Elastic body positioned so as to be pressed against the object pattern
An electrode, and the cantilever unit includes a cantilever.
The pressure of the elastic electrode against the bar unit holder
Accordingly, the cantilever unit holder is held.
【請求項3】 前記カンチレバーユニットホルダは、そ
の一主面と予定の間隙を保って対向配置されるように一
端がカンチレバーユニットホルダに対して片持ち支持さ
れた櫛歯状の電極ガイドを具備し、 前記弾性体電極は、前記電極ガイドの櫛歯部から間隙内
へ弾性的に突出し、前記カンチレバーユニットを前記間
隙内でカンチレバーユニットホルダの一主面側へ圧接す
ことを特徴とする請求項2に記載のカンチレバーユニ
ットホルダ。
3. The cantilever unit holder according to claim 1, wherein
So that it is arranged facing one main surface with a predetermined gap.
The end is cantilevered to the cantilever unit holder.
And a resilient electrode is provided in a gap from a comb portion of the electrode guide.
Elastically protrude from the cantilever unit
Press the cantilever unit holder against one main surface in the gap
Cantilever unit holder according to claim 2, characterized in that that.
【請求項4】 前記カンチレバーユニットの端面には第
1の目印が形成されており、前記カンチレバーユニット
ホルダには、正規の位置に保持されたカンチレバーユニ
ットの前記第1の目印と対向する位置に第2の目印が形
成されたことを特徴とする請求項2または3に記載のカ
ンチレバーユニットホルダ。
4. An end face of the cantilever unit has a
A mark is formed on the cantilever unit;
The holder has a cantilever unit held in the correct position.
A second landmark is formed at a position of the unit opposite the first landmark.
Cantilever unit holder according to claim 2 or 3, characterized in that made the.
【請求項5】 正規の位置に保持されたカンチレバーユ
ニットのカンチレバー部の自由端と交差して当該自由端
の変移方向に沿った仮想光軸を、当該仮想光軸 外へ光学
的に屈折させる光屈折部材をさらに具備したことを特徴
とする請求項2ないし4のいずれかに記載のカンチレバ
ーユニットホルダ。
5. A cantilever in a regular position.
The free end crosses the free end of the knit cantilever
A virtual optical axis along the the displacement direction, the optical to the virtual optical axis
The cantilever unit holder according to any one of claims 2 to 4, further comprising a light refraction member for refracting light .
【請求項6】 前記請求項2ないし5のいずれかに記載
のカンチレバーユニットホルダを装備し、当該カンチレ
バーユニットホルダで保持したカンチレバーユニットの
自己検知型カンチレバーを、試料表面と探針との間隙を
予定値に保ちながら試料表面で走査することを特徴とす
走査型プローブ顕微鏡。
6. The method according to claim 2, wherein
Equipped with a cantilever unit holder
Of the cantilever unit held by the bar unit holder
Use a self-detecting cantilever to increase the gap between the sample surface and the probe.
A scanning probe microscope that scans a sample surface while maintaining a predetermined value .
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