JP3318085B2 - カンチレバーチップホルダー - Google Patents

カンチレバーチップホルダー

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JP3318085B2 JP30941993A JP30941993A JP3318085B2 JP 3318085 B2 JP3318085 B2 JP 3318085B2 JP 30941993 A JP30941993 A JP 30941993A JP 30941993 A JP30941993 A JP 30941993A JP 3318085 B2 JP3318085 B2 JP 3318085B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、探針を試料に沿って走
査させて、試料表面を測定するカンチレバーチップを保
持するカンチレバーチップホルダーに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のカンチレバーチップホル
ダーを備えた走査型プローブ顕微鏡として、例えば特開
昭63−309803号公報に開示されたような原子間
力顕微鏡(AFM)が知られている。
【0003】このようなAFMでは、探針を走査しなが
ら、探針と試料との間に働く相互作用を検出することに
よって、試料の表面情報が測定されている。特に、AC
モードのAFMには、探針を励振させながら試料に接近
させることにより、試料と探針との間に作用する力勾配
を検出する。
【0004】図6に示すように、上記カンチレバーチッ
プホルダーは、支持部2と、この支持部2によって基端
部が支持されたバイモルフアクチュエータ4と、このバ
イモルフアクチュエータ4の先端部に取り付けられたカ
ンチレバーチップ6とを備えている。なお、カンチレバ
ーチップ6には、その自由端に探針8を保持したカンチ
レバー10が設けられている。
【0005】ここで、力勾配は、カンチレバー10の共
振特性の変化によって検出されている。具体的には、力
勾配は、カンチレバー10の振動振幅信号に反映されて
おり、振幅が一定になるように試料に対する探針8の位
置関係を制御することによって、試料の表面情報が測定
されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カンチ
レバー10の励振は、支持部2を介して伝達されて、A
FMを構成しているカンチレバー10以外の部材を振動
させることになり、カンチレバー10の先端の振動のみ
を高精度に検出することが困難になってしまう場合があ
る。
【0007】また、カンチレバー10の共振点を検知す
るためには、共振周波数周辺の周波数領域内において、
一様な振幅で励振させる必要がある。本発明は、このよ
うな問題点を解決するためになされており、その目的
は、カンチレバー先端の振動のみを高精度に検出するこ
とができるカンチレバーチップホルダーを提供すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のカンチレバーチップホルダーは、支
持部と、前記支持部によって支持された板材と、この板
材上に設けられたカンチレバーチップと、前記板材上に
設けられ、所定の電圧を印加することによって、前記板
材を所定方向に振動させる振動部材と、前記支持部と前
記板材との間に介在され、前記板材から発生した振動が
前記支持部に伝達されないように、上記振動を減衰させ
る振動減衰素材とを備える。
【0009】
【作用】振動部材を介して板材から発生した振動は、支
持部に伝達される前に、振動減衰素材によって減衰され
る。
【0010】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例に係るカンチレ
バーチップホルダーについて図1及び図2を参照して説
明する。図1に示すように、本実施例のカンチレバーチ
ップホルダーは、支持部12と、その基端部が支持部1
2によって支持された板材14と、この板材14の先端
部下面に接着又は着脱自在に固定されたカンチレバーチ
ップ16と、板材14の先端部上面に設けられ、所定の
電圧を印加することによって、板材14の先端部を所定
方向に振動させる振動部材18と、支持部12と板材1
4との間に介在され、板材14の先端部で発生した振動
が支持部12に伝達されないように、上記振動を減衰さ
せる振動減衰素材20とを備えている。
【0011】支持部12は、板材14をAFM本体(図
示しない)に固定可能に構成されている。板材14は、
例えばチタン(Ti)又はアルミナ等の固い金属(或い
はセラミック)で構成されており、シムと称される(以
下、板材をシムという)。
【0012】カンチレバーチップ16には、その自由端
に尖鋭化した探針22を保持するカンチレバー24が設
けられている。振動部材18は、所定の電圧を印加する
ことによって長手方向に伸縮するチタン酸ジルコン酸鉛
(PZT)で構成されており、その両面には電極(図示
しない)が形成されている。なお、このように長手方向
に伸縮する素材(即ち、PZT)と固い素材(即ちシム
14)とを組み合わせた構造をユニモルフアクチュエー
タと称される。
【0013】このような振動部材18の上部電極には、
励振用発振器26から延出した電線28の延出端が半田
付けされており、下部電極は、導電性のシム14又はシ
ム14上の導電膜(図示しない)を介してアースされて
いる。
【0014】振動減衰素材20は、その音響インピーダ
ンスがシム14と異なるような、例えばゴム,アクリ
ル,金属粉又はセラミックス粉を混ぜたエポキシ樹脂等
の振動減衰の大きな板材で構成されている。
【0015】このような振動減衰素材20上には、支持
部12に対する着脱性及び位置決め精度を向上させるよ
うに、支持部12との間に金属部30が介挿されてい
る。このような構成において、カンチレバー24の振動
特性に基づいたACモードのAFM測定を行う場合、ま
ず、励振用発振器26から振動部材18の電極に所定の
励振信号が印加される。
【0016】この結果、図2(a),(b)に示すよう
に、振動部材18は、その長手方向に伸縮し、この振動
部材18の伸縮に伴ってシム14の先端部が所定方向
(図2中矢印S方向)に振動される。
【0017】このようなシム14の振動によって、シム
14の先端部下面に接着されたカンチレバーチップ16
が励振される。そして、カンチレバーチップ16を励振
させた状態でAFM測定が行われることになる。
【0018】このとき、シム14の先端部に発生してい
る振動は、シム14を介して支持部12に伝達される前
に、上記振動減衰素材20によって減衰され、支持部1
2を介してAFM本体(図示しない)には伝達されな
い。
【0019】即ち、上記ユニモルフアクチュエータで
は、カンチレバー24の励振のみが行われることにな
る。このように本実施例のカンチレバーチップホルダー
には、シム14の先端部で発生した振動が支持部12に
伝達される前に減衰させる振動減衰素材20が設けられ
ているため、カンチレバー先端の振動のみを高精度に検
出することが可能となる。
【0020】なお、上記金属部30は必ずしも必要では
なく、支持部12によって直接振動減衰素材20を保持
することも可能である。次に、本発明の第2の実施例に
係るカンチレバーチップホルダーについて、図3ないし
図5を参照して説明する。なお、本実施例の説明に際
し、第1の実施例と同一の構成には同一符号を付して、
その説明を省略する。
【0021】図3には、本実施例のカンチレバーチップ
ホルダーの断面図が示されており、(a)にはその上面
図が、(b)にはその正面図が、(c)にはその側面図
が示されている。
【0022】図3に示すように、本実施例のカンチレバ
ーチップホルダーには、その両側が突出した矩形状ホル
ダ本体32が設けられており、このホルダ本体32の内
側面には、互いに対向配置された一対の振動減衰素材2
0が張り付けられている。
【0023】これら一対の振動減衰素材20は、両持ち
支持部としての機能を有しており、その内側面の間に
は、所定角度だけ傾斜配置されたシム14がホルダ本体
32の長手方向に張設支持されている。
【0024】このシム14上には、PZT製の振動部材
18がホルダ本体32の長手方向に張設されている。こ
れらシム14及び振動部材18によってユニモルフアク
チュエータが構成され、カンチレバーチップ16は、ユ
ニモルフアクチュエータの中心に着脱自在に張り付けら
れている。具体的には、カンチレバーチップ16は、カ
ンチレバーチップ接着板及びカンチレバー位置決め固定
板としての機能を有するシム14の中心に張り付けられ
ている。
【0025】このような構成によれば、振動部材18に
所定の励振信号が印加された場合、上記ユニモルフアク
チュエータは、図4(a),(b)に示すように、両端
を支持する振動減衰素材20を節として且つ中心の変位
量が最大になるモードが一次のモードとして励振され
る。
【0026】しかしながら、本実施例も第1の実施例と
同様に、ユニモルフアクチュエータから発生した振動
は、その両端に設けられた振動減衰素材20によって減
衰されるため、上記振動がホルダ本体32を介してAF
M本体(図示しない)に伝達されることはない。
【0027】即ち、上記ユニモルフアクチュエータで
は、カンチレバー24(図3参照)の励振のみが行われ
ることになる。また、図5に示すように、シム14の面
にカンチレバーチップ16の位置決め用の罫書線等の書
き込み又は掘り込みを施すことによって、カンチレバー
24の変位センサ(図示しない)を位置決めする際にお
ける調整範囲を限定することが可能となる。なお、本実
施例の他の効果は、第1の実施例と同様であるため、そ
の説明は省略する。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、板材から発生した振動
が支持部に伝達される前に、その振動を減衰させる振動
減衰素材が設けられているため、カンチレバー先端の振
動のみを高精度に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係るカンチレバーチッ
プホルダーの構成を概略的に示す断面図。
【図2】振動部材の伸縮に伴ってシムの先端部が矢印S
方向に振動している状態を示す断面図。
【図3】本発明の第2の実施例に係るカンチレバーチッ
プホルダーの構成を概略的に示す断面図。
【図4】両端を支持する振動減衰素材を節として中心の
変位量が最大になるモードが一次のモードとして励振さ
れている状態を示す断面図。
【図5】シムの面にカンチレバーチップの位置決め用の
罫書線等の書き込み又は掘り込みが施された状態を示す
平面図。
【図6】従来のカンチレバーチップホルダーの構成を概
略的に示す断面図。
【符号の説明】
12…支持部、14…板材(シム)、16…カンチレバ
ーチップ、18…振動部材、20…振動減衰素材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 13/10 - 13/24 G12B 21/00 - 21/24 G01B 7/34 G01B 21/30 H01J 37/28 JICSTファイル(JOIS)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 支持部と、 前記支持部によって支持された板材と、 この板材上に設けられたカンチレバーチップと、 前記板材上に設けられ、所定の電圧を印加することによ
    って、前記板材を所定の方向に振動させる振動部材と、 前記支持部と前記板材との間に介在され、前記板材から
    発生した振動が前記支持部に伝達されないように、上記
    振動を減衰させる振動減衰素材とを備えていることを特
    徴とするカンチレバーチップ。
  2. 【請求項2】 前記振動減衰素材はゴムであることを特
    徴とする請求項1に記載のカンチレバーチップ。
  3. 【請求項3】 前記振動減衰素材はアクリルであること
    を特徴とする請求項1に記載のカンチレバーチップ。
  4. 【請求項4】 前記振動減衰素材は金属を混ぜたエポキ
    シ樹脂であることを特徴とする請求項1に記載のカンチ
    レバーチップ。
  5. 【請求項5】 前記振動減衰素材はセラミックを混ぜた
    エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の
    カンチレバーチップ。
  6. 【請求項6】 前記板材は前記カンチレバーチップの位
    置決めをする部位置決め部を有することを特徴とする請
    求項1ないし5のいずれか一つにに記載のカンチレバー
    チップ。
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JP4895379B2 (ja) * 2007-02-20 2012-03-14 セイコーインスツル株式会社 レバー加振機構及び走査型プローブ顕微鏡
JP5014175B2 (ja) * 2008-01-21 2012-08-29 エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーホルダ、及びそれを備えた走査型プローブ顕微鏡
WO2011016256A1 (ja) 2009-08-06 2011-02-10 国立大学法人 金沢大学 カンチレバー励振装置及び走査型プローブ顕微鏡

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