JP3431246B2 - プローブ加振機構 - Google Patents
プローブ加振機構Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、試料を測定する際にプ
ローブを所定方向に振動させるプローブ加振機構に関す
る。
ローブを所定方向に振動させるプローブ加振機構に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】導電性試料を原子オーダーの分解能で観
察できる装置として、走査型トンネル顕微鏡（STM;Scan
ning Tunneling Microscope ）がビニッヒ（Binnig）と
ローラー（Rohrer）らにより発明された。このＳＴＭで
は、観察できる試料は導電性のものに限られている。
察できる装置として、走査型トンネル顕微鏡（STM;Scan
ning Tunneling Microscope ）がビニッヒ（Binnig）と
ローラー（Rohrer）らにより発明された。このＳＴＭで
は、観察できる試料は導電性のものに限られている。
【０００３】そこで、サーボ技術を始めとするＳＴＭの
要素技術を利用しながら、ＳＴＭでは測定し難かった絶
縁性の試料を原子オーダーの分解能で観察できる装置と
して原子間力顕微鏡（AFM;Atomic Force Microsope）が
提案された。このＡＦＭは、例えば特開昭６２−１３０
３０２（IBM 、G.ビニッヒ；サンプル表面の像を形成す
る方法及び装置）に開示されている。
要素技術を利用しながら、ＳＴＭでは測定し難かった絶
縁性の試料を原子オーダーの分解能で観察できる装置と
して原子間力顕微鏡（AFM;Atomic Force Microsope）が
提案された。このＡＦＭは、例えば特開昭６２−１３０
３０２（IBM 、G.ビニッヒ；サンプル表面の像を形成す
る方法及び装置）に開示されている。
【０００４】ＡＦＭの構造は、ＳＴＭに類似しており、
走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の一つとして位置付け
られる。かかるＡＦＭは、鋭く尖った突起部（探針）を
自由端に持つカンチレバーを備えている。この探針を試
料に近づけると、探針先端の原子と試料表面の原子との
間に働く相互作用力（原子間力）によりカンチレバーの
自由端が変位する。この自由端の変位を電気的あるいは
光学的に測定しながら、探針を試料表面に沿ってＸＹ走
査することにより、試料の凹凸情報等を原子サイズオー
ダーで三次元的に捕らえることができる。
走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の一つとして位置付け
られる。かかるＡＦＭは、鋭く尖った突起部（探針）を
自由端に持つカンチレバーを備えている。この探針を試
料に近づけると、探針先端の原子と試料表面の原子との
間に働く相互作用力（原子間力）によりカンチレバーの
自由端が変位する。この自由端の変位を電気的あるいは
光学的に測定しながら、探針を試料表面に沿ってＸＹ走
査することにより、試料の凹凸情報等を原子サイズオー
ダーで三次元的に捕らえることができる。
【０００５】ＡＦＭの測定方法としては、コンタクトモ
ード法とノンコンタクトモード法が知られている。ノン
コンタクトモード法は、カンチレバーを振動させてお
き、試料表面の接近に伴う共振周波数の変化を振幅の変
化量又は共振周波数のシフト量として検出する方法であ
る。この場合、ノンコンタクトモードＡＦＭの装置構成
として、カンチレバーを加振させる機構が必要となる。
ード法とノンコンタクトモード法が知られている。ノン
コンタクトモード法は、カンチレバーを振動させてお
き、試料表面の接近に伴う共振周波数の変化を振幅の変
化量又は共振周波数のシフト量として検出する方法であ
る。この場合、ノンコンタクトモードＡＦＭの装置構成
として、カンチレバーを加振させる機構が必要となる。
【０００６】このようなノンコンタクトモード法におい
て、カンチレバーの機械的Ｑ値は、変位計測の感度、換
言すれば、測定分解能を決定する極めて重要な特性であ
る。従って、効率よくカンチレバーを加振させることが
測定分解能を向上させることにつながる。
て、カンチレバーの機械的Ｑ値は、変位計測の感度、換
言すれば、測定分解能を決定する極めて重要な特性であ
る。従って、効率よくカンチレバーを加振させることが
測定分解能を向上させることにつながる。
【０００７】一方、ＡＦＭにおいて、カンチレバーの変
位を測定する変位測定センサーは、光てこ式の光学式変
位センサーに代表されるように、カンチレバーとは別途
に設けるのが一般的である。
位を測定する変位測定センサーは、光てこ式の光学式変
位センサーに代表されるように、カンチレバーとは別途
に設けるのが一般的である。
【０００８】しかし最近では、カンチレバー自体に変位
を測定できる機能を付加した集積型ＡＦＭセンサーが、
M.Tortonese らにより提案されている。この集積型ＡＦ
Ｍセンサーは、例えば「M.Toronese, H.Yanada, R.C.Ba
rrettand C.F.Quate: Transducers and Sensors’91:At
omic force microscopy usinga piezoresistive cantil
ever」やＰＣＴ出願 WO92/12398 に開示されている。
を測定できる機能を付加した集積型ＡＦＭセンサーが、
M.Tortonese らにより提案されている。この集積型ＡＦ
Ｍセンサーは、例えば「M.Toronese, H.Yanada, R.C.Ba
rrettand C.F.Quate: Transducers and Sensors’91:At
omic force microscopy usinga piezoresistive cantil
ever」やＰＣＴ出願 WO92/12398 に開示されている。
【０００９】測定原理としては、圧電抵抗効果を利用し
ている。具体的には、探針先端を測定試料に接近させる
と、探針と試料間に働く相互作用力によってカンチレバ
ー部にたわみや歪みが生じる。
ている。具体的には、探針先端を測定試料に接近させる
と、探針と試料間に働く相互作用力によってカンチレバ
ー部にたわみや歪みが生じる。
【００１０】このカンチレバー部には、抵抗層が積層さ
れており、上記のようにカンチレバー部にたわみや歪み
が生じると、それに応じて抵抗層の抵抗値が変化する。
このとき、かかる抵抗層に電極部を介して定電圧を印加
しておけば、カンチレバー部のたわみや歪みの量に応じ
て抵抗層を流れる電流が変化する。
れており、上記のようにカンチレバー部にたわみや歪み
が生じると、それに応じて抵抗層の抵抗値が変化する。
このとき、かかる抵抗層に電極部を介して定電圧を印加
しておけば、カンチレバー部のたわみや歪みの量に応じ
て抵抗層を流れる電流が変化する。
【００１１】この電流変化を検出することによって、カ
ンチレバーの変位量を知ることが出来るのである。この
ような集積型ＡＦＭセンサーは、構造が極めて簡単で小
型であることから、カンチレバー側を走査するいわゆる
スタンドアロン型のＡＦＭを構成できるものと期待され
ている。
ンチレバーの変位量を知ることが出来るのである。この
ような集積型ＡＦＭセンサーは、構造が極めて簡単で小
型であることから、カンチレバー側を走査するいわゆる
スタンドアロン型のＡＦＭを構成できるものと期待され
ている。
【００１２】従来のＡＦＭでは、試料をＸＹ方向に動か
して、カンチレバー先端の探針との相対的位置関係を変
化させているため、試料の大きさが最大数ｃｍ程度に限
られる。これに対して、スタンドアロン型のＡＦＭで
は、試料の大きさによる制限を取り除くことができると
いう利点がある。
して、カンチレバー先端の探針との相対的位置関係を変
化させているため、試料の大きさが最大数ｃｍ程度に限
られる。これに対して、スタンドアロン型のＡＦＭで
は、試料の大きさによる制限を取り除くことができると
いう利点がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】図６（ａ）には、上述
の集積型ＡＦＭセンサーをノンコンタクトモード測定に
適用した場合のプローブ加振機構の構成が示されてい
る。図６（ａ）に示すように、例えばセラミックスや金
属等の基板２の自由端には、圧電体素子４が設けられて
おり、この圧電体素子４の先端側には、集積型ＡＦＭセ
ンサー６が積層されている。
の集積型ＡＦＭセンサーをノンコンタクトモード測定に
適用した場合のプローブ加振機構の構成が示されてい
る。図６（ａ）に示すように、例えばセラミックスや金
属等の基板２の自由端には、圧電体素子４が設けられて
おり、この圧電体素子４の先端側には、集積型ＡＦＭセ
ンサー６が積層されている。
【００１４】また、基板２から延出した一対の配線８
ａ，８ｂは、夫々、圧電体素子４及び集積型ＡＦＭセン
サー６の電極（図示しない）に接続されている。また、
集積型ＡＦＭセンサー６は、従来と同様に、測定試料１
０の表面に対して所定角度だけ傾斜させて取り付けられ
ている。
ａ，８ｂは、夫々、圧電体素子４及び集積型ＡＦＭセン
サー６の電極（図示しない）に接続されている。また、
集積型ＡＦＭセンサー６は、従来と同様に、測定試料１
０の表面に対して所定角度だけ傾斜させて取り付けられ
ている。
【００１５】しかしながら、集積型ＡＦＭセンサー６の
電極は、カンチレバー１２側即ち測定試料１０に対面す
る側に形成されているため、同図に示すような測定の
際、例えば電極から延びる配線８ｂが、測定試料１０の
表面に接触してしまう場合がある。
電極は、カンチレバー１２側即ち測定試料１０に対面す
る側に形成されているため、同図に示すような測定の
際、例えば電極から延びる配線８ｂが、測定試料１０の
表面に接触してしまう場合がある。
【００１６】更に、圧電体素子４と集積型ＡＦＭセンサ
ー６とが積層されている関係上、例えば圧電体素子４の
電極に集積型ＡＦＭセンサー６から延びる配線８ｂが接
触してしまう場合もある。
ー６とが積層されている関係上、例えば圧電体素子４の
電極に集積型ＡＦＭセンサー６から延びる配線８ｂが接
触してしまう場合もある。
【００１７】このように集積型ＡＦＭセンサー６が測定
試料１０に対して傾斜して取り付けられているために生
じる弊害を除去する方法としては、例えば図６（ｂ）に
示すように、集積型ＡＦＭセンサー６の支持部６ａを長
くすることによって、配線８ｂと測定試料１０との接触
を回避させることも考えられる。
試料１０に対して傾斜して取り付けられているために生
じる弊害を除去する方法としては、例えば図６（ｂ）に
示すように、集積型ＡＦＭセンサー６の支持部６ａを長
くすることによって、配線８ｂと測定試料１０との接触
を回避させることも考えられる。
【００１８】しかしながら、圧電体素子４及び集積型Ａ
ＦＭセンサー６を積層したカンチレバー加振機構では、
不要な振動を避けるべく、集積型ＡＦＭセンサーチップ
よりも大きな圧電体素子４を使用する必要がある。
ＦＭセンサー６を積層したカンチレバー加振機構では、
不要な振動を避けるべく、集積型ＡＦＭセンサーチップ
よりも大きな圧電体素子４を使用する必要がある。
【００１９】このため、圧電体素子４の容量が大きくな
ると共に、その駆動のための電流値も大きくならざるを
得ず、結果、発熱及びそれに伴う熱ドリフトの問題が生
じたり、電流容量の大きな駆動電源が必要になる等の問
題も発生する。
ると共に、その駆動のための電流値も大きくならざるを
得ず、結果、発熱及びそれに伴う熱ドリフトの問題が生
じたり、電流容量の大きな駆動電源が必要になる等の問
題も発生する。
【００２０】本発明は、このような課題を解決するため
になされており、その目的は、各電極から延びる配線と
測定試料との接触や配線相互の接触が回避できると共
に、低電流で効率よくプローブを加振させることができ
るコンパクトなプローブ加振機構を提供することにあ
る。
になされており、その目的は、各電極から延びる配線と
測定試料との接触や配線相互の接触が回避できると共
に、低電流で効率よくプローブを加振させることができ
るコンパクトなプローブ加振機構を提供することにあ
る。
【００２１】
【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、本発明のプローブ加振機構は、先細り形状の
自由端を有する保持手段と、前記先細り形状の自由端に
保持されたプローブと、前記先細り形状の自由端方向に
振動を集中させることによって前記プローブを所定方向
に振動させるように、前記保持手段に設けられたプロー
ブ加振手段とを備えている。
るために、本発明のプローブ加振機構は、先細り形状の
自由端を有する保持手段と、前記先細り形状の自由端に
保持されたプローブと、前記先細り形状の自由端方向に
振動を集中させることによって前記プローブを所定方向
に振動させるように、前記保持手段に設けられたプロー
ブ加振手段とを備えている。
【００２２】
【作用】プローブ加振手段から保持手段の先細り形状の
自由端方向に集中した振動によって、プローブは所定の
方向に振動される。
自由端方向に集中した振動によって、プローブは所定の
方向に振動される。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の一実施例に係るプローブ加振
機構について、図１ないし図５を参照して説明する。な
お、図１は、プローブ１６側から見た本実施例のプロー
ブ加振機構の構成が概略的に示されている。
機構について、図１ないし図５を参照して説明する。な
お、図１は、プローブ１６側から見た本実施例のプロー
ブ加振機構の構成が概略的に示されている。
【００２４】図１ないし図３に示すように、本実施例の
プローブ加振機構は、測定試料（図示しない）を走査す
るように、保持手段１４の自由端１４ａに保持されたプ
ローブ１６と、自由端１４ａ方向に振動を集中させるこ
とによってプローブ１６を所定方向に振動させるよう
に、保持手段１４上に設けられ且つプローブ１６に対し
て一定距離だけ離間した位置に配置された一対のプロー
ブ加振手段１８，２０と、保持手段１４上に設けられた
各電極（図示しない）を保護すると共に、上記各電極か
ら延びる配線２６，２８，３０と測定試料との接触及び
配線２６，２８，３０相互の接触を回避させるように、
保持手段１４上に設けられた耐熱性材料２２とを備えて
いる。
プローブ加振機構は、測定試料（図示しない）を走査す
るように、保持手段１４の自由端１４ａに保持されたプ
ローブ１６と、自由端１４ａ方向に振動を集中させるこ
とによってプローブ１６を所定方向に振動させるよう
に、保持手段１４上に設けられ且つプローブ１６に対し
て一定距離だけ離間した位置に配置された一対のプロー
ブ加振手段１８，２０と、保持手段１４上に設けられた
各電極（図示しない）を保護すると共に、上記各電極か
ら延びる配線２６，２８，３０と測定試料との接触及び
配線２６，２８，３０相互の接触を回避させるように、
保持手段１４上に設けられた耐熱性材料２２とを備えて
いる。
【００２５】保持手段１４は、例えばセラミックス製の
基板（以下、セラミックス基板と称する）であり、略正
方形に形成されている。このセラミックス基板１４上に
は、その軸方向をセラミックス基板１４の対角線方向に
整合させて集積型ＡＦＭセンサー２４が配置されてい
る。具体的には、集積型ＡＦＭセンサー２４は、その先
端部がセラミックス基板１４の１つの頂角（即ち、上記
自由端１４ａ）から若干突出するように、その支持部２
４ａをセラミックス基板１４上に装着させた状態で配置
されている。
基板（以下、セラミックス基板と称する）であり、略正
方形に形成されている。このセラミックス基板１４上に
は、その軸方向をセラミックス基板１４の対角線方向に
整合させて集積型ＡＦＭセンサー２４が配置されてい
る。具体的には、集積型ＡＦＭセンサー２４は、その先
端部がセラミックス基板１４の１つの頂角（即ち、上記
自由端１４ａ）から若干突出するように、その支持部２
４ａをセラミックス基板１４上に装着させた状態で配置
されている。
【００２６】プローブ１６は、集積型ＡＦＭセンサー２
４の先端部２４ｂに突設されており、この集積型ＡＦＭ
センサー２４を介してセラミックス基板１４の自由端１
４ａに保持されている。
４の先端部２４ｂに突設されており、この集積型ＡＦＭ
センサー２４を介してセラミックス基板１４の自由端１
４ａに保持されている。
【００２７】なお、本実施例において、プローブ１６及
び集積型ＡＦＭセンサー２４は、半導体作製プロセスを
適用して一体的に作製されている。プローブ加振手段１
８，２０は、所定の電圧を印加することによって所定方
向に振動する第１及び第２の圧電体素子１８，２０であ
る。
び集積型ＡＦＭセンサー２４は、半導体作製プロセスを
適用して一体的に作製されている。プローブ加振手段１
８，２０は、所定の電圧を印加することによって所定方
向に振動する第１及び第２の圧電体素子１８，２０であ
る。
【００２８】これら第１及び第２の圧電体素子１８，２
０は、集積型ＡＦＭセンサー２４が装着された側のセラ
ミックス基板１４の自由端１４ａ付近の側辺に設けられ
ており、夫々、プローブ１６に対して略等距離で且つ集
積型ＡＦＭセンサー２４の両側に配置されている。
０は、集積型ＡＦＭセンサー２４が装着された側のセラ
ミックス基板１４の自由端１４ａ付近の側辺に設けられ
ており、夫々、プローブ１６に対して略等距離で且つ集
積型ＡＦＭセンサー２４の両側に配置されている。
【００２９】即ち、本実施例では、従来積層されていた
集積型ＡＦＭセンサー２４と第１及び第２の圧電体素子
１８，２０とをセラミックス基板１４の同一平面上に並
べて配置した点に特徴を有する。
集積型ＡＦＭセンサー２４と第１及び第２の圧電体素子
１８，２０とをセラミックス基板１４の同一平面上に並
べて配置した点に特徴を有する。
【００３０】なお、第１及び第２の圧電体素子１８，２
０の電極（図示しない）には、夫々、電圧印加用の配線
２６，２８が接続されており、また、集積型ＡＦＭセン
サー２４の支持部２４ａの電極（図示しない）には、プ
ローブ１６の振動状態を検出するための配線３０が接続
されている。
０の電極（図示しない）には、夫々、電圧印加用の配線
２６，２８が接続されており、また、集積型ＡＦＭセン
サー２４の支持部２４ａの電極（図示しない）には、プ
ローブ１６の振動状態を検出するための配線３０が接続
されている。
【００３１】図２に示すように、耐熱性材料２２は、例
えばポリイミド等の耐熱性樹脂であり、この耐熱性樹脂
２２は、具体的には第１及び第２の圧電体素子１８，２
０や集積型ＡＦＭセンサー２４の各電極（図示しない）
を保護すると共に、上記各電極から延びる配線２６，２
８，３０と測定試料との接触及び配線２６，２８，３０
相互の接触を回避させるようにセラミックス基板１４上
に被覆されている。
えばポリイミド等の耐熱性樹脂であり、この耐熱性樹脂
２２は、具体的には第１及び第２の圧電体素子１８，２
０や集積型ＡＦＭセンサー２４の各電極（図示しない）
を保護すると共に、上記各電極から延びる配線２６，２
８，３０と測定試料との接触及び配線２６，２８，３０
相互の接触を回避させるようにセラミックス基板１４上
に被覆されている。
【００３２】このように構成されたセラミックス基板１
４は、図４に示すように、ＳＰＭ装置本体（図示しな
い）の一対の固定治具３２ａ，３２ｂに押し当て固定さ
れることによって、ＳＰＭ装置本体に装着される。
４は、図４に示すように、ＳＰＭ装置本体（図示しな
い）の一対の固定治具３２ａ，３２ｂに押し当て固定さ
れることによって、ＳＰＭ装置本体に装着される。
【００３３】具体的には、セラミックス基板１４は、集
積型ＡＦＭセンサー２４が配置された対角線方向に対し
てその両側の部分が、一対の固定治具３２ａ，３２ｂに
押し当て固定されている。
積型ＡＦＭセンサー２４が配置された対角線方向に対し
てその両側の部分が、一対の固定治具３２ａ，３２ｂに
押し当て固定されている。
【００３４】このようにセラミックス基板１４が固定さ
れた状態において、第１及び第２の圧電体素子１８，２
０は、一対の固定治具３２ａ，３２ｂによって固定され
たセラミックス基板１４に配置されることになる、この
結果、第１及び第２の圧電体素子１８，２０から発生し
た振動（図３中符号Ｔで示す振動）は、固定されていな
いセラミックス基板１４の自由端１４ａ方向に伝播（図
３中符号Ｓで示す方向）する。
れた状態において、第１及び第２の圧電体素子１８，２
０は、一対の固定治具３２ａ，３２ｂによって固定され
たセラミックス基板１４に配置されることになる、この
結果、第１及び第２の圧電体素子１８，２０から発生し
た振動（図３中符号Ｔで示す振動）は、固定されていな
いセラミックス基板１４の自由端１４ａ方向に伝播（図
３中符号Ｓで示す方向）する。
【００３５】本実施例に適用されたセラミックス基板１
４では、先細り形状の頂角を自由端１４ａとして採用し
ているため、第１及び第２の圧電体素子１８，２０から
発生した振動は、自由端１４ａの頂角に向けて集中する
ことになる。
４では、先細り形状の頂角を自由端１４ａとして採用し
ているため、第１及び第２の圧電体素子１８，２０から
発生した振動は、自由端１４ａの頂角に向けて集中する
ことになる。
【００３６】この自由端１４ａには、集積型ＡＦＭセン
サー２４の先端部２４ｂに突設されたプローブ１６が配
置されているため、自由端１４ａの頂角に集中した振動
によって、効率的にプローブ１６が加振されることにな
る。
サー２４の先端部２４ｂに突設されたプローブ１６が配
置されているため、自由端１４ａの頂角に集中した振動
によって、効率的にプローブ１６が加振されることにな
る。
【００３７】なお、図５には、第１及び第２の圧電体素
子１８，２０の振動状態を調整するための調整手段の構
成が示されている。また、同図において、説明の都合
上、耐熱性樹脂２２は図示しない。
子１８，２０の振動状態を調整するための調整手段の構
成が示されている。また、同図において、説明の都合
上、耐熱性樹脂２２は図示しない。
【００３８】この調整手段は、第１及び第２の圧電体素
子１８，２０を加振させる基本波を作り出す基準信号回
路（ＲＥＦ）３４と、このＲＥＦ３４から出力された信
号に基づいて、第１及び第２の圧電体素子１８，２０の
振幅を夫々独立に調整する第１及び第２の振幅調整回路
（Ｒ，Ｌ）３６，３８と、ＲＥＦ３４から出力された信
号の位相差を調整する位相調整回路（ＰＨＡ）４０とを
備えている。
子１８，２０を加振させる基本波を作り出す基準信号回
路（ＲＥＦ）３４と、このＲＥＦ３４から出力された信
号に基づいて、第１及び第２の圧電体素子１８，２０の
振幅を夫々独立に調整する第１及び第２の振幅調整回路
（Ｒ，Ｌ）３６，３８と、ＲＥＦ３４から出力された信
号の位相差を調整する位相調整回路（ＰＨＡ）４０とを
備えている。
【００３９】第１及び第２の振幅調整回路（Ｒ，Ｌ）３
６，３８は、配線２６，２８を介して第１及び第２の圧
電体素子１８，２０に電気的に接続されている。また、
上記調整手段の駆動状態は、外部制御回路（図示しな
い）から出力された外部制御信号 (ｆ1,ｆ2,f3,f4)によ
ってコントロールされている。なお、制御信号（f1）
は、第２の振幅調整回路（Ｌ）３８を制御する信号、制
御信号（f2）は、ＲＥＦ３４を制御する信号、制御信号
（f3）は、ＰＨＡ４０を制御する信号、制御信号（f4）
は、第１の振幅調整回路（Ｒ）３６を制御する信号であ
る。
６，３８は、配線２６，２８を介して第１及び第２の圧
電体素子１８，２０に電気的に接続されている。また、
上記調整手段の駆動状態は、外部制御回路（図示しな
い）から出力された外部制御信号 (ｆ1,ｆ2,f3,f4)によ
ってコントロールされている。なお、制御信号（f1）
は、第２の振幅調整回路（Ｌ）３８を制御する信号、制
御信号（f2）は、ＲＥＦ３４を制御する信号、制御信号
（f3）は、ＰＨＡ４０を制御する信号、制御信号（f4）
は、第１の振幅調整回路（Ｒ）３６を制御する信号であ
る。
【００４０】なお、一般に、第１及び第２の圧電体素子
１８，２０から発生する振動の位相は、一致しないた
め、両者の位相を上記調整手段を介して最も加振効率の
良い状態に調整することが好ましい。また、かかる調整
手段を制御することによって、第１及び第２の圧電体素
子１８，２０の振動状態を任意に制御することができる
ため、用途に応じて適宜位相をずらして加振することも
可能である。
１８，２０から発生する振動の位相は、一致しないた
め、両者の位相を上記調整手段を介して最も加振効率の
良い状態に調整することが好ましい。また、かかる調整
手段を制御することによって、第１及び第２の圧電体素
子１８，２０の振動状態を任意に制御することができる
ため、用途に応じて適宜位相をずらして加振することも
可能である。
【００４１】このような構成を有する本実施例のプロー
ブ加振機構は、図１から明らかなように、集積型ＡＦＭ
センサー２４から延びる配線３０と第１及び第２の圧電
体素子１８，２０から延びる配線２６，２８とを平面的
に離間させて位置付けることができるため、配線２６，
２８，３０相互が絡まり合うことを無くすることが可能
となる。
ブ加振機構は、図１から明らかなように、集積型ＡＦＭ
センサー２４から延びる配線３０と第１及び第２の圧電
体素子１８，２０から延びる配線２６，２８とを平面的
に離間させて位置付けることができるため、配線２６，
２８，３０相互が絡まり合うことを無くすることが可能
となる。
【００４２】この結果、集積型ＡＦＭセンサー２４をセ
ラミックス基板１４上に装着する際の歩留まりを向上さ
せることができる。また、図２から明らかなように、セ
ラミックス基板１４上の配線２６，２８，３０は、耐熱
性樹脂２２によって被覆されているため、これら配線２
６，２８，３０が測定試料に接触することを回避させる
ことが可能となる。
ラミックス基板１４上に装着する際の歩留まりを向上さ
せることができる。また、図２から明らかなように、セ
ラミックス基板１４上の配線２６，２８，３０は、耐熱
性樹脂２２によって被覆されているため、これら配線２
６，２８，３０が測定試料に接触することを回避させる
ことが可能となる。
【００４３】更に、本実施例によれば、長い支持部２４
ａを有する集積型ＡＦＭセンサー２４に対して小さな第
１及び第２の圧電体素子１８，２０を組み合わせること
ができるため、低電流で各圧電体素子１８，２０を効率
よく駆動させることが可能となる。この結果、各圧電体
素子１８，２０における発熱及びそれに伴う熱ドリフト
の問題を解消させることができる。
ａを有する集積型ＡＦＭセンサー２４に対して小さな第
１及び第２の圧電体素子１８，２０を組み合わせること
ができるため、低電流で各圧電体素子１８，２０を効率
よく駆動させることが可能となる。この結果、各圧電体
素子１８，２０における発熱及びそれに伴う熱ドリフト
の問題を解消させることができる。
【００４４】また、上述した実施例において、セラミッ
クス基板１４には、プローブ１６と同一面側に第１及び
第２の圧電体素子１８，２０が配置されているが、第１
及び第２の圧電体素子１８，２０をプローブ１６と反対
側の面に配置することも可能である。
クス基板１４には、プローブ１６と同一面側に第１及び
第２の圧電体素子１８，２０が配置されているが、第１
及び第２の圧電体素子１８，２０をプローブ１６と反対
側の面に配置することも可能である。
【００４５】更に、例えば図１のように、集積型ＡＦＭ
センサー２４と同一面に配置された第１及び第２の圧電
体素子１８，２０のほかに反対側の面に更に他の圧電体
素子を配置させることも好ましい。この場合には、プロ
ーブ１６の先端の描く軌跡は、一般的なＺ方向に加えて
ＸＹ方向への振動成分を持たせることが可能となる。こ
の結果、ＸＹＺ方向に変調をかけながら測定を行う新し
いプローブ加振機構を提供することができる。
センサー２４と同一面に配置された第１及び第２の圧電
体素子１８，２０のほかに反対側の面に更に他の圧電体
素子を配置させることも好ましい。この場合には、プロ
ーブ１６の先端の描く軌跡は、一般的なＺ方向に加えて
ＸＹ方向への振動成分を持たせることが可能となる。こ
の結果、ＸＹＺ方向に変調をかけながら測定を行う新し
いプローブ加振機構を提供することができる。
【００４６】なお、上述した実施例では、２つの圧電体
素子１８，２０を使用したが、その個数に限定されるこ
とはない。また、上述した実施例では、セラミックス基
板１４の１つの頂角にプローブ１６を配置させたが、各
圧電体素子１８，２０によって加振可能な自由端１４ａ
であれば頂角に限定されることはなく、プローブ１６の
位置や基板１４の形も変更可能である。
素子１８，２０を使用したが、その個数に限定されるこ
とはない。また、上述した実施例では、セラミックス基
板１４の１つの頂角にプローブ１６を配置させたが、各
圧電体素子１８，２０によって加振可能な自由端１４ａ
であれば頂角に限定されることはなく、プローブ１６の
位置や基板１４の形も変更可能である。
【００４７】更に、セラミックス基板１４に類する基板
をＳＰＭ装置本体側に設けて、例えば集積型ＡＦＭセン
サー２４のみを取替可能に構成させることも好ましい。
この結果、消耗品となる部材の製造コストを低減させる
ことが可能となる。
をＳＰＭ装置本体側に設けて、例えば集積型ＡＦＭセン
サー２４のみを取替可能に構成させることも好ましい。
この結果、消耗品となる部材の製造コストを低減させる
ことが可能となる。
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば、先細り形状の自由端方
向に振動を集中させることによって効率的にプローブを
加振することができる。
向に振動を集中させることによって効率的にプローブを
加振することができる。
【図１】本発明の一実施例に係るプローブ加振機構の主
要な構成を示す平面図。
要な構成を示す平面図。
【図２】図１に示すプローブ加振機構が耐熱性樹脂によ
って被覆されている状態を示す平面図。
って被覆されている状態を示す平面図。
【図３】本発明の一実施例に係るプローブ加振機構の構
成を示す断面図。
成を示す断面図。
【図４】本発明の一実施例に係るプローブ加振機構が一
対の固定治具によってＳＰＭ装置本体に装着された状態
を示す平面図。
対の固定治具によってＳＰＭ装置本体に装着された状態
を示す平面図。
【図５】第１及び第２の圧電体素子の振動状態を調整す
るための調整手段の構成を示す平面図。
るための調整手段の構成を示す平面図。
【図６】（ａ）は、集積型ＡＦＭセンサーをノンコンタ
クトモード測定に適用した場合のプローブ加振機構の構
成を示す断面図、（ｂ）は、集積型ＡＦＭセンサーの支
持部を長くすることによって、配線と測定試料との接触
を回避させる構成を示す断面図。
クトモード測定に適用した場合のプローブ加振機構の構
成を示す断面図、（ｂ）は、集積型ＡＦＭセンサーの支
持部を長くすることによって、配線と測定試料との接触
を回避させる構成を示す断面図。
１４…セラミックス基板、１４ａ…自由端、１６…プロ
ーブ、１８…第１の圧電体素子，２０…第２の圧電体素
子、２２…耐熱性樹脂、２４…集積型ＡＦＭセンサー、
２６，２８，３０…配線
ーブ、１８…第１の圧電体素子，２０…第２の圧電体素
子、２２…耐熱性樹脂、２４…集積型ＡＦＭセンサー、
２６，２８，３０…配線
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−231863（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−251524（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−231862（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−118977（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−187864（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−248810（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−102008（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 21/30
G01B 7/34
G01N 13/16
Claims (7)
- 【請求項１】 走査型プローブ顕微鏡に用いるプローブ
加振機構であって、 先細り形状の自由端を有する保持手段と、 前記先細り形状の自由端に保持されたプローブと、 前記先細り形状の自由端方向に振動を集中させることに
よって前記プローブを所定方向に振動させるように、前
記保持手段に設けられたプローブ加振手段とを備えてい
ることを特徴とするプローブ加振機構。 - 【請求項２】 前記保持手段は略正方形に形成されてお
り、前記先細り形状の自由端は保持手段の頂角を含んで
いることを特徴とする請求項１に記載のプローブ加振機
構。 - 【請求項３】 前記プローブ加振機構は、前記プローブ
と一体的に形成されている集積型ＡＦＭセンサーをさら
に備えていることを特徴とする請求項２に記載のプロー
ブ加振機構。 - 【請求項４】 前記プローブは、自由端を有するカンチ
レバーと、このカンチレバーの自由端に設けられている
探針とを備えていることを特徴とする請求項１乃至３の
いずれか１項に記載のプローブ加振機構。 - 【請求項５】 前記プローブ加振手段は圧電体素子を有
していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１
項に記載のプローブ加振機構。 - 【請求項６】 前記プローブ加振手段は複数の圧電体素
子を有していることを特徴とする請求項５に記載のプロ
ーブ加振機構。 - 【請求項７】 前記集積型ＡＦＭセンサーは、その先端
部が前記先細り形状の自由端から突出するように前記保
持手段に設けられており、 前記プローブは、前記集積型ＡＦＭセンサーの先端部に
設けられていることを特徴とする請求項３乃至６のいず
れか１項に記載のプローブ加振機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32355293A JP3431246B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | プローブ加振機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32355293A JP3431246B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | プローブ加振機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07181035A JPH07181035A (ja) | 1995-07-18 |
| JP3431246B2 true JP3431246B2 (ja) | 2003-07-28 |
Family
ID=18155979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32355293A Expired - Fee Related JP3431246B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | プローブ加振機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3431246B2 (ja) |
-
1993
- 1993-12-22 JP JP32355293A patent/JP3431246B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07181035A (ja) | 1995-07-18 |
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