JP3799187B2 - カンチレバー走査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＰＭ（Scanning Probe Microscope、走査型プローブ顕微鏡）に関し、特に試料観察位置を正確に同定（観察位置に正確に視野を定めること）できるＳＰＭに関する。
本発明を適用可能なＳＰＭとしては例えば次の装置がある。
（１）ＳＴＭ（Scanning Tunneling Microscope、走査型トンネル顕微鏡）
（２）ＡＦＭ（Atomic Force Microscope、原子間力顕微鏡）
（３）ＵＨＶ（ultra high vacuum）−ＳＴＭ（超高真空走査型トンネル顕微鏡）
（４）ＵＨＶ（ultra high vacuum）−ＡＦＭ（超高真空原子間力顕微鏡）
（５）ＳＡＰ（走査型アトムプローブ装置）
【０００２】
【従来の技術】
前記ＳＰＭ（Scanning Probe Microscope、走査型プローブ顕微鏡)は、表面での原子・分子分解能を持つ優れた表面観察技術であり、表面科学の発展に大きく寄与してきている。また、原子１個１個を操作する機能など画期的な手法を使用できることも分かってきた。しかし同時にＳＰＭの持つ大きな欠点が問題になってきた。
ＳＰＭでは、走査方式としてピエゾ圧電素子を使用した機械的走査が一般的である。そのため走査範囲が狭くなることや、機械的固有振動数の制限により高速に走査できない等の問題点がある。特にＡＦＭ（Atomic Force Microscope、原子間力顕微鏡）では、レーザ光をカンチレバーの背面に照射してその反射光の位置の変化量をＰＤ（Photo Detector、ホト検出器）で検出し、画像化する光テコ方式を採用することが主流である。このため、試料走査方式（試料を移動させて走査する方式）が主流である。
【０００３】
この方式では、スキャナーの先端に試料やこれに関係するステージ等の試料保持部材を搭載するため、試料保持部材先端部が大きく、重く、低剛性となる。このため、外部振動や慣性の影響を受け易くなり、カンチレバーから試料までの固有振動数が低下し、高速走査が不可能であった。
このような欠点のため、試料を破断しないまま、観察したい半導体の表面評価や比較的大きな試料の表面を評価するときは大きな問題であった。
【０００４】
半導体分野を含め材料科学の分野では、デバイスの微細化や薄膜化が進み、さらにはデバイスに加工する前のウエハーの表面処理も大幅に変わってきており、表面形状に敏感なＳＰＭの用途は益々重要になってきている。現状のＳＰＭ、特にＡＦＭでは、試料走査（プローブでは無く試料を移動させる走査）が一般的であるが、大型の試料を観察する場合にはこの走査方式は走査速度が極端に遅くなり、また、大型試料を小さな圧電体に載せるのは物理的に困難であり、適当な方法ではない。このような現状の下、市場的要求ではスループット向上のため高速な走査が要求されており、プローブ側を走査するプローブ走査の要求が強まってきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記要求に応じて、従来各種プローブ走査の方式が考案されてきている。特に、ＳＴＭ（Scanning Tunneling Microscope、走査型トンネル顕微鏡）で採用されているプローブ走査方式が前記問題点を解決する有効な方法である。しかしながら、観察位置の同定についてはＳＰＭは観察方式による欠点がある。通常は斜め方向から観察するのが一般的であるが、この場合観察位置と実際のカンチレバー位置とにずれが生じる。
【０００６】
本発明は、前述の事情に鑑み、次の記載内容（Ｏ01）を課題とする。
（Ｏ01）試料の観察位置とカンチレバー位置とのずれを容易に調整できるようにすること。
【０００７】
【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。
【０００８】
（本発明）
前記課題を解決するために、本発明のカンチレバー走査装置は次の要件（Ａ01）〜（Ａ05）を備えたことを特徴とする、
（Ａ01）円筒状基端部が支持され且つ先端部が自由端として構成された円筒状の圧電体により構成され、前記円筒の軸に一致するＺ軸方向に伸縮可能、且つ前記Ｚ軸に垂直で且つ互いに垂直なＸ軸およびＹ軸方向に前記先端部が移動可能な圧電体スキャナ（２１）、
（Ａ02）前記圧電体スキャナ（２１）の基端部を支持するとともに前記基端部側から前記圧電体スキャナ（２１）内部を観察可能な観察窓（２５）が形成されたスキャナ支持部材（２４）、
（Ａ03）前記圧電体スキャナ（２１）先端側から基端側に入射する観察光を透過させるとともに所定方向から入射したレーザビーム（Ｂ）をカンチレバー（５７）に向かわせるビーム変向部材（４３）と、前記ビーム変向部材（４３）に前記所定方向からレーザビーム（Ｂ）を入射させるレーザ光学系（４２）と、前記レーザビーム（Ｂ）のスポット位置を調整するため前記ビーム変向部材（４３）の姿勢を調整する姿勢調整部材（３９ e ＋３９ f ＋４６＋４７＋４８）と、を有し、前記圧電体スキャナ（２１）先端部に着脱可能に支持されるレーザビーム照射ユニット（３７）、
（Ａ04）前記レーザビーム照射ユニット（３７）に支持された前記カンチレバー（５７）、
（Ａ05）前記レーザビーム照射ユニットの側方に隣接して配置され且つ前記スキャナ支持部材（２４）により前記Ｚ軸方向およびＸ軸方向に位置調節可能に支持され、前記カンチレバー（５７）で反射したレーザ光を検出するレーザ光検出器（ＰＤ）。
【０００９】
（本発明の作用）
前記構成を備えた本発明のカンチレバー走査装置では、圧電体スキャナ（２１）は、円筒状基端部が支持され且つ先端部が自由端として構成された円筒状の圧電体により構成され、スキャナ支持部材（２４）により前記基端部が支持される。
圧電体スキャナ（２１）は、前記円筒の軸に一致するＺ軸方向に伸縮し、且つ前記Ｚ軸に垂直で且つ互いに垂直なＸ軸およびＹ軸方向に前記先端部が移動する。
前記圧電体スキャナ（２１）の先端部に着脱可能に支持されたレーザビーム照射ユニット（３７）はレーザ光学系（４２）と、ビーム変向部材（４３）とを有し、前記レーザビーム照射ユニット（３７）にはカンチレバー（５７）が支持されている。前記カンチレバー（５７）よりも基端側部分に支持された前記レーザ光学系（４２）は、ビーム変向部材（４３）に所定方向からレーザビーム（Ｂ）を入射させる。前記ビーム変向部材（４３）は、前記所定方向から入射したレーザビーム（Ｂ）を前記カンチレバー（５７）に向かわせる。
前記スキャナ支持部材（２４）により前記Ｚ軸方向およびＸ軸方向に位置調節可能に支持されたレーザ光検出器（ＰＤ）は、前記カンチレバー（５７）で反射したレーザ光を検出する。
前記圧電体スキャナ（２１）の先端部に着脱可能に支持されたレーザビーム照射ユニット（３７）は、レーザビームがカンチレバー（５７）に照射されるように、レーザ光学系（４２）、ビーム変向部材（４３）を調節した状態で、前記圧電体スキャナ（２１）の先端部に着脱可能に支持される。したがって、前記圧電体スキャナ（２１）の先端部にレーザビーム照射ユニット（３７）を着脱可能に支持した状態では、レーザ光学系（４２）、ビーム変向部材（４３）を調節する必要がない。
また、前記レーザ光検出器（ＰＤ）は、前記Ｚ軸方向およびＸ軸方向に位置調節可能に支持されているので、前記カンチレバー（５７）で反射したレーザ光を適切な位置で検出するように位置調節することができる。また、前記レーザ光検出器（ＰＤ）は、前記レーザビーム照射ユニット（３７）の側方に隣接して配置されるので、レーザビーム照射ユニット（３７）に設ける場合に比較して、前記カンチレバー（５７）の真上の方向からは横方向（側方）に離れて配置される。このため、前記レーザ光検出器（ＰＤ）の位置調整を行った際に生じるチリやホコリが、カンチレバー（５７）周囲の試料表面の上に落下する可能性は小さい。また、前記レーザ光検出器（ＰＤ）は、スペース的に余裕の有るスキャナ支持部材（２４）に設けられているので、前記レーザビーム照射ユニット（３７）に設ける場合に比較して、前記Ｚ軸方向およびＸ軸方向に位置調節する作業を容易に行えるようにすることができる。
さらに、前記レーザ光検出器（ＰＤ）を前記レーザビーム照射ユニット（３７）に設けずに、スキャナ支持部材（２４）に設けることにより、レーザビーム照射ユニット（３７）の重量を軽量化することができる。その場合、前記圧電体スキャナ（２１）の先端部に装着する前記レーザビーム照射ユニット（３７）が軽くなるので、圧電体スキャナ（２１）に掛かる荷重を軽減することができる。
【００１０】
前記圧電体スキャナ（２１）先端部の前記カンチレバー（５７）よりも基端側部分に支持されたレーザビーム照射ユニット（３７）のビーム変向部材（４３）は、前記圧電体スキャナ（２１）先端側から基端側に入射する観察光を透過させる。また、前記圧電体スキャナ（２１）の基端部を支持するスキャナ支持部材（２４）には前記基端部側から前記圧電体スキャナ（２１）内部を観察可能な観察窓（２５）が形成されている。したがって、前記観察窓（２５）からは、前記圧電体スキャナ（２１）先端側から基端側に入射する観察光を透過させるビーム変向部材（４３）を通して、前記カンチレバー（５７）の位置と、前記カンチレバー（５７）により測定される試料表面の位置とが重なって見えるので、前記カンチレバー（５７）の位置に前記試料表面の所望の観察位置を容易に移動させることができる。
また、姿勢調整部材（３９ e ＋３９ f ＋４６＋４７＋４８）により、前記ビーム変向部材（４３）の姿勢を調整することができる。このため、前記レーザビーム（Ｂ）のスポット位置を前記カンチレバー（５７）に入射するように調整することができる。したがって、前記圧電体スキャナ（２１）の先端部に着脱可能に支持されたレーザビーム照射ユニット（３７）を、前記圧電体スキャナ（２１）の先端部から離脱させた状態で、治具を使用して前記レーザビーム（Ｂ）のスポット位置を前記カンチレバー（５７）に入射するように調整することができる。前記調整済のレーザビーム照射ユニット（３７）を前記圧電体スキャナ（２１）に装着することにより、試料の上方位置でレーザビーム照射ユニット（３７）の調整を行う必要がなくなる。このため、試料の上方位置でレーザビーム照射ユニット（３７）の調整を行った場合に生じるチリやホコリが試料表面に落下することがなくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
前記本発明のカンチレバー走査装置の実施の形態１は、前記本発明において下記の要件（Ａ06）を備えたことを特徴とする、
（Ａ06）ビームスプリッタ（４４）またはハーフミラーにより構成された前記ビーム変向部材（４３）。
【００１２】
（実施の形態１の作用）
前記構成を備えた本発明のカンチレバー走査装置の実施の形態１では、ビームスプリッタ（４４）またはハーフミラーにより構成されるビーム変向部材（４３）は、前記圧電体スキャナ（２１）先端側から基端側に入射する観察光を透過させるとともに前記レーザビーム（Ｂ）を前記カンチレバー（５７）に向かわせることができる。
【００１５】
（実施例１）
図１は本発明のカンチレバー走査装置の実施例１の上面図で、固定部材のみを断面図で示した図である。図２は前記図１の矢印II−II線断面図である。図３は前記図２の矢印IIIから見た図である。図４は前記カンチレバー走査装置の下部およびカンチレバー押え部材の説明図で、図４Ａは前記カンチレバー走査装置の下部の拡大断面図、図４Ｂは前記カンチレバー押え部材の斜視図である。
図１〜図４において、カンチレバー走査装置１は、固定台２を有している。固定台２は一対のアプローチレール３，３を有し、前記アプローチレール３，３，に沿って移動部材４が上下移動可能且つ所定位置で固定可能に支持されている。前記移動部材４（図２参照）は、円筒部材を加工して形成された移動部材本体６を有している。移動部材本体６は、上下に貫通するスキャナ支持孔６aと、前記スキャナ支持孔６a上端に形成された接続部材装着孔６bと、カバー・スキャナ支持部６c，６c（図１、図２参照）とを有している。また、移動部材本体６の左側面（−Ｙ側面）には基板支持凹部６eが形成され、右側部分にはレーザ駆動用コネクタ装着部６fが形成されている。前記基板支持凹部６eおよびレーザ駆動用コネクタ装着部６f間は接続孔６gにより接続されている。
図２において、前記移動部材本体６の左側下部には検出器収容部６hが設けられており、前記基板支持凹部６eおよび前記検出器収容部６h間は接続孔６iにより接続されている。
【００１６】
図２において、前記基板支持凹部６eには回路基板７が支持されており、前記レーザ駆動用コネクタ装着部６fにはコネクタ８（図２、図３参照）が装着されている。前記回路基板７およびコネクタ８は前記接続孔６gを通る接続線９により接続されている。
前記検出器収容部６hには上下動ブロック１１が上下位置調節ネジ１２（図２、図３参照）により位置調節可能に支持されている。前記上下動ブロック１１には前後動ブロック１３が前後位置調節ネジ１４により位置調節可能に支持されている。図２において、前後動ブロック１３は下方に延びる検出器支持アーム１３aを有しており、前記検出器支持アーム１３aの下端にはレーザビーム検出器（レーザビーム光量検出用のフォトダイオード）ＰＤが支持されている。前記レーザビーム検出器ＰＤおよび前記回路基板７は前記接続孔６iを通る接続線１６（図２参照）により接続されている。
【００１７】
図２において、前記接続部材装着孔６bには複数の接続端子１７aを有する円筒状内の接続部材１７が装着されている。
金属製の円筒状カバー１８は上端フランジ１８aが前記カバー・スキャナ支持部６cに支持されている。前記円筒状カバー１８は前記接続部材１７の円筒状内周面により位置決めされている。前記上端フランジ１８aには複数の接続端子１９が貫通する端子貫通孔１８bが形成されている。前記接続端子１９の上端には円筒状のスペーサ２０が嵌合している。
前記円筒状カバー１８の内側に配置された円筒状の圧電体スキャナ２１の上端は下側スキャナ支持２２に連結されている。前記円筒状カバー１８および下側スキャナ支持部材２２は上側スキャナ支持部材２３に連結されている。前記下側スキャナ支持部材２２および上側スキャナ支持部材２３（図１、図２参照）によりスキャナ支持部材２４が構成されている。
【００１８】
図２において、前記上側スキャナ支持部材２３の下面には前記複数の端子１９をそれぞれ収容する複数の端子収容凹部２３aが形成されている。
前記スキャナ支持部材２４の中央貫通孔２４aにはフィルタガラス２５が装着されている。前記スキャナ支持部材２４は複数の固定ネジ２６により前記カバー・スキャナ支持部６cに固定されている。
【００１９】
本発明の圧電体スキャナ２１は、前記固定ネジ２６を外し、前記移動部材４が脱着が可能となっている。この際、前記圧電体スキャナ２１への電力供給の為のコンタクトを接続端子１７aと前記接続端子１９とにより行っている。前記接続端子１７aは外部から圧電体駆動電圧をケーブルを介して供給し、前記接続端子１９は、前記接続端子１７aからの電圧をケーブルを介して前記圧電体スキャナ２１へ供給するようになっている。前記基板７は前記接続線１６を介して前記レーザビーム検出器ＰＤで検出した信号を増幅し、外部コントローラ（図示せず）へ出力するようになっている。また、前記基板７は後述のレーザを駆動させるための回路を含んでいる。
【００２０】
図５は前記図２、図４に示すレーザビーム照射ユニットの説明図で、図５Ａはレーザビーム照射ユニットの上面図、図５Ｂは前記図５Ａの矢印ＶＢから見た図、図５Ｃは前記図５Ｂの矢印ＶＣから見た図である。図６は前記図５に示すレーザビーム照射ユニットの詳細説明図で、図６Ａは前記レーザビーム照射ユニットの上蓋の上面図、図６Ｂは前記図６Ａの上蓋を外した状態のレーザビーム照射ユニットの上面図、図６Ｃは前記上蓋を装着した状態での前記図６ＢのＶIＣ−ＶIＣ線断面図、図６Ｄは前記上蓋を装着した状態での前記図６ＢのＶIＤ−ＶIＤ線断面図である。
図７は前記図６Ｂに示すレーザビーム照射ユニットの詳細説明図で、図７Ａは図６Ｂに示すレーザビーム照射ユニット内のビーム変向部材の上面図、図７Ｂは前記レーザビーム照射ユニットからビーム変向部材を除いた状態を示す図である。図８は前記レーザビーム照射ユニットのカンチレバー装着部分の拡大説明図である。
図９はカンチレバーの着脱操作の説明図で、図９Ａはカンチレバーの装着作業時の説明図、図９Ｂはカンチレバーが装着された状態を示す図、図９Ｃはカンチレバーの離脱作業時の説明図である。
【００２１】
図４〜図７において、前記円筒状の圧電体スキャナ２１下端には上側ユニット受け３１（図４Ａ参照）および下側ユニット受け３２（図４Ａ参照）により構成された円筒状のユニット受け３３が固定されている。図４Ａにおいて、ユニット受け３３の円筒壁には位置決めネジ３４および固定ネジ３５が螺合して貫通するネジ孔が形成されている。また、前記ユニット受け３３のＸ側部分にも固定ネジ３６（図３参照）が螺合している。
図４Ａ、図５、図６において、レーザビーム照射ユニット３７はユニット上蓋３８およびユニット本体３９を有している。図６Ａにおいて、ユニット上蓋３８は外形が略四角形の平板部３８aを有しており、前記平板部３８aの中央部には円形孔３８bが形成されている。前記円形孔３８bの外周には上方に延びる円筒部３８cが設けられている。前記円筒部３８cには位置決め用切除部３８dが形成されている。
また、前記平板部３８aには２個の調整用窓孔３８eおよび３個の固定用ネジ貫通孔３８fが形成されている。
【００２２】
図６Ｂ〜図６Ｄ、図７において、前記ユニット本体３９には上面に開口するビームスプリッタ収容孔３９aが形成され、前記ビームスプリッタ収容孔３９aと外部とを連通させるレーザ光学系収容孔３９bが形成されている。
前記ユニット本体３９の上端で前記ユニット上蓋３８の固定用ネジ貫通孔３８fに対応する位置には固定用ネジ孔３９cが形成されている。
図５Ａ、図６Ａに示すように前記ユニット上蓋３８の各固定用ネジ貫通孔３８fには固定用ネジ４１（図５Ａ参照）が貫通して前記ユニット本体３９の各固定用ネジ孔３９cに螺合し、前記ユニット上蓋３８がユニット本体３９に固定される。
【００２３】
図６Ｃ、図６Ｄにおいて、前記ユニット本体３９のビームスプリッタ収容孔３９aの底壁には、ビーム通過孔３９d（図６Ｃ、図７Ｂ参照）、位置決め孔３９e（図６Ｄ、図７Ｂ参照）および前後方向（Ｘ軸方向）に延びる位置決め用長溝３９f（図７Ｂ参照）が形成されている。前記ユニット本体３９の下部には下方（−Ｚ方向）に延びるカンチレバー支持部３９g（図６Ｃ参照）が設けられている。
図６Ｃにおいて、前記カンチレバー支持部３９gの下面には、バネ収容孔３９hおよびカンチレバー装着面３９iが設けられている。前記カンチレバー装着面３９iには、カンチレバー位置決め用凹溝（図示せず）が形成されている。前記カンチレバー支持部３９gの下部には前後方向（Ｘ軸方向）に貫通する回転軸貫通孔３９jが形成されている。
図６Ｄにおいて、前記レーザ光学系収容孔３９bにはレーザダイオードおよび収束レンズを含むレーザ光学系４２が固定されており、前記レーザダイオードのレーザ駆動用コネクタ４２a（図５Ａ参照）は、前記レーザ駆動用コネクタ装着部６fのコネクタ８（図２参照）に接続されている。
【００２４】
図６Ｂ〜図６Ｄ、図７Ａにおいて、前記ビームスプリッタ収容孔３９aには平面図で略三角形状のビーム変向部材４３が収容されている。
図７Ａにおいて、前記ビーム変向部材４３は、ビームスプリッタ４４と、前記ビームスプリッタ４４を支持するビームスプリッタ支持部材４５とを有している。
図６Ｂに示すように前記ビーム変向部材４３が前記ビームスプリッタ収容孔３９a内に収容された状態では、前記ビームスプリッタ４４は、前記レーザ光学系４２に対向する位置に配置される。前記ビームスプリッタ４４は、前記レーザ光学系４２から出射されたレーザビームＢを下方に変向するとともに前記圧電体スキャナ２１先端側（下方、−Ｚ方向）から基端側（上方、Ｚ方向）に入射する観察光を透過させる。
【００２５】
前記ビームスプリッタ支持部材４５のビームスプリッタ４４の両側の位置には位置調整ネジ孔４５a，４５aが形成されており、前記ビームスプリッタ支持部材４５の上部には２個のバネ収容凹部４５b，４５bが形成されている。
図６Ｃ、図６Ｄにおいて、前記ビーム変向部材４３の下部には鋼球４６（図６Ｄ参照）が固定されている。前記位置調整ネジ孔４５a，４５aには、先端部に球面が形成された位置調整ネジ４７，４７が螺合する。
前記鋼球４６は前記位置決め孔３９eにより位置決めされている。前記位置調整ネジ４７，４７下端の球面の一方は前記位置決め用長溝３９f（図７Ｂ参照）に当接し、他方は前記ビームスプリッタ収容孔３９aの底壁上面に当接しており、前記ビーム変向部材４３はビームスプリッタ収容孔３９aの底壁上を３点で支持されている。
なお、前記符号３９e，３９f，４６，４７，４８で示された構成要素から姿勢調整部材（３９e＋３９f＋４６＋４７＋４８）が構成される。
【００２６】
前記ユニット上蓋３８により前記ユニット本体３９の上部を閉じた状態では、前ビーム変向部材４３の各バネ収容凹部４５bに収容されている圧縮バネ４８（１個のみ図示、図６Ｃ参照）が、前記ユニット上蓋３８の下面に圧縮され、前記ビーム変向部材４３が前記ビームスプリッタ収容孔３９aの底壁上面へ押圧される。このとき、前記鋼球４６を中心として前記ビーム変向部材４３が回動可能な状態となり、前記ユニット上蓋３８の２個の調整用窓孔３８eの位置に配置される前記位置調整ネジ４７，４７を精密ドライバー等で回転させると、前記ビーム変向部材４３が傾斜してビームスプリッタ４４の傾斜角が調整できる。
【００２７】
図４Ａ、図５Ｂ、図５Ｃにおいて、前記回転軸貫通孔３９jにより、カンチレバー押え部材５１が回転可能に支持されている。
図４Ｂ、図８において、前記カンチレバー押え部材５１は、前後（Ｘ軸方向）に設けられた側壁５１a，５１aと、前記側壁５１a，５１aと一体的に形成されたバネ当接壁５１bとを有している。
図４Ｂにおいて、前記各側壁５１aには、前後方向（Ｘ軸方向）に貫通する軸貫通孔５１a1が形成されており、図８に示すように前記各側壁５１aの左端部（−Ｙ端部）には、上下方向（Ｚ軸方向）に貫通するワイヤ貫通孔５１a2（片側のみ図示）が形成されている。
図４Ｂ、図８において、前記各ワイヤ貫通孔５１a2にはワイヤ５２の端部が貫通しており、前記ワイヤ５２の各端部と前記各側壁５１a左端部（−Ｙ端部）の上面との間には圧縮バネ５３およびバネ係止部材５４（いずれも片側のみ図示）が設けられている。前記各圧縮バネ５３により前記ワイヤ５２は上方（Ｚ方向）に引っ張られている。
図５Ｂ、図８において、前記軸貫通孔５１a1，５１a1には、前記回転軸貫通孔３９jを貫通する回転軸５５が貫通する。前記カンチレバー押え部材５１のバネ当接壁５１bには、前記バネ収容孔３９hに収容されている圧縮バネ５６が当接して、前記ワイヤ５２が前記カンチレバー装着面３９iに接触するように付勢される。
【００２８】
図５Ｃ、図６Ｃ、図９Ｂにおいて、前記カンチレバー装着面３９iのカンチレバー位置決め用凹溝（図示せず）には、先端にプローブ５７aが固定されたカンチレバー５７が傾斜するように装着されており、図９Ｂに示すように前記カンチレバー５７の下面は前記カンチレバー押え部材５１のワイヤ５２により支持されている。前記プローブ５７aの先端は下側の試料（図示せず）表面に向いている。
【００２９】
図９Ａに示すように前記カンチレバー５７は、前記カンチレバー押え部材５１を反時計回りに回転させると、前記カンチレバー装着面３９iのカンチレバー位置決め用凹溝（図示せず）に装着できるようになっている。また、図９Ｃに示すように前記カンチレバー押え部材５１を反時計回りに回転させると、前記カンチレバー５７がカンチレバー装着面３９iから離脱可能となる。
【００３０】
図２において、この実施例では前記上側スキャナ支持部材２３の上方（Ｚ方向）にＣＣＤカメラＣが設けられており、前記ＣＣＤカメラＣによりプローブ５７aの先端と前記試料（図示せず）との相対的な位置関係が観察できるようになっている。
図６Ｃ、図６Ｄにおいて、前記ユニット本体３９の下面には、前記プローブ５７先端部上面に反射されたレーザビームＢを前記レーザビーム検出器ＰＤに入射させるための反射部材５８が取付けられている。
【００３１】
（実施例１の作用）
前記レーザビーム照射ユニット３７のユニット本体３９内にビーム変向部材４３を配置して、前記ユニット本体３９をユニット上蓋３８により閉じた状態で前記レーザビーム照射ユニット３７を図示しないジグに固定する。前記レーザビーム照射ユニット３７にカンチレバー５７を装着する。
図５Ａにおいて、前記ユニット上蓋３８の各調整用窓孔３８eに精密ドライバーで前記ビーム変向部材４３に螺合している位置調整ネジ４７，４７を上下方向に移動させて、前記ビーム変向部材４３下の鋼球４６を中心にして、ビーム変向部材４３を傾斜させる。前記ビーム変向部材４３を傾斜させることによりビーム変向部材４３のスプリッタ４４を傾斜させ、スプリッタ４４に反射したレーザビームＢのスポットをカンチレバー５７先端へあわせることができる。
【００３２】
この調整作業の後、前記レーザビーム照射ユニット３７を前記圧電体スキャナ２１下端の下側ユニット受３２に取付け、固定用ネジ３５，３６で所定の位置に固定する。このとき、前記レーザ光学系４２、ビームスプリッタ４４およびカンチレバー５７は一体的に組み立てられてすでにレーザビームＢのカンチレバー５７へのスポット位置は調整されているので、前記スポット位置がずれることがない。また、前記圧電体スキャナ２１下端で前記スポット位置調整作業やカンチレバー５７の脱着作業を行わないので、前記圧電体スキャナ２１下方に前記試料が配置してある場合、前記試料上でのチリやホコリが発生し難い。また、前記圧電体スキャナ２１は割れ易い部材であるが、前記圧電体スキャナ２１下端の作業がなくなったため、前記圧電体スキャナ２１を割る心配がない。
【００３３】
レーザ光学系４２のレーザ駆動用コネクタ４２aを前記レーザ駆動用コネクタ装着部６fのコネクタ８（図２参照）に接続して前記レーザ光学系４２の電気的接続を得る。
前記ＣＣＤカメラＣにより前記カンチレバー５７のプローブ５７aおよび試料を上方から観察しながら、前記プローブ５７aと試料の観察位置との位置を調整する。このとき、従来のように斜め方向から観察しないので前記プローブ５７aの位置と試料の観察位置との相対関係が把握し易く、すなわち、前記プローブ５７aと、前記カンチレバー５７により測定される試料表面の位置とが重なって見えるので、前記カンチレバー５７のプローブ５７aの位置に前記試料表面の所望の観察位置を容易に移動させることができる。したがって、前記試料の観察位置とプローブ位置とのずれを容易に調整できる。
【００３４】
（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）ＣＣＤカメラＣの代わりにＣＣＤカメラ以外の他のカメラや光学顕微鏡等を使用することも可能である。
（Ｈ02）前記ユニット上蓋３８と前記圧電体スキャナ２１下端部のユニット受３３とを磁石で連結させることも可能である。この場合で前記圧電体スキャナ２１下方に前記試料が配置されている場合、前記固定用ネジ３５，３６で連結したときに比べて、前記ユニット上蓋３８とユニット受３３との連結の際、前記試料上でのチリやホコリが発生し難い。
【００３５】
【発明の効果】
前述の本発明のカンチレバー走査装置は、下記の効果を奏することができる。（Ｅ01）試料の観察位置とカンチレバー位置とのずれを容易に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明のカンチレバー走査装置の実施例１の上面図で、固定部材のみを断面図で示した図である。
【図２】 図２は前記図１の矢印II−II線断面図である。
【図３】 図３は前記図２の矢印IIIから見た図である。
【図４】 図４は前記カンチレバー走査装置の下部およびカンチレバー押え部材の説明図で、図４Ａは前記カンチレバー走査装置の下部の拡大断面図、図４Ｂは前記カンチレバー押え部材の斜視図である。
【図５】 図５は前記図２、図４に示すレーザビーム照射ユニットの説明図で、図５Ａはレーザビーム照射ユニットの上面図、図５Ｂは前記図５Ａの矢印ＶＢから見た図、図５Ｃは前記図５Ｂの矢印ＶＣから見た図である。
【図６】 図６は前記図５に示すレーザビーム照射ユニットの詳細説明図で、図６Ａは前記レーザビーム照射ユニットの上蓋の上面図、図６Ｂは前記図６Ａの上蓋を外した状態のレーザビーム照射ユニットの上面図、図６Ｃは前記上蓋を装着した状態での前記図６ＢのＶIＣ−ＶIＣ線断面図、図６Ｄは前記上蓋を装着した状態での前記図６ＢのＶIＤ−ＶIＤ線断面図である。
【図７】 図７は前記図６Ｂに示すレーザビーム照射ユニットの詳細説明図で、図７Ａは図６Ｂに示すレーザビーム照射ユニット内のビーム変向部材の上面図、図７Ｂは前記レーザビーム照射ユニットからビーム変向部材を除いた状態を示す図である。
【図８】 図８は前記レーザビーム照射ユニットのカンチレバー装着部分の拡大説明図である。
【図９】 図９はカンチレバーの着脱操作の説明図で、図９Ａはカンチレバーの装着作業時の説明図、図９Ｂはカンチレバーが装着された状態を示す図、図９Ｃはカンチレバーの離脱作業時の説明図である。
【符号の説明】
Ｂ…レーザビーム、ＰＤ…レーザ光検出器、
２１…圧電体スキャナ、２４…スキャナ支持部材、２５…観察窓、３７…レーザビーム照射ユニット、４２…レーザ光学系、４３…ビーム変向部材、４４…ビームスプリッタ、５７…カンチレバー。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＰＭ（Scanning Probe Microscope、走査型プローブ顕微鏡）に関し、特に試料観察位置を正確に同定（観察位置に正確に視野を定めること）できるＳＰＭに関する。
本発明を適用可能なＳＰＭとしては例えば次の装置がある。
（１）ＳＴＭ（Scanning Tunneling Microscope、走査型トンネル顕微鏡）
（２）ＡＦＭ（Atomic Force Microscope、原子間力顕微鏡）
（３）ＵＨＶ（ultra high vacuum）−ＳＴＭ（超高真空走査型トンネル顕微鏡）
（４）ＵＨＶ（ultra high vacuum）−ＡＦＭ（超高真空原子間力顕微鏡）
（５）ＳＡＰ（走査型アトムプローブ装置）
【０００２】
【従来の技術】
前記ＳＰＭ（Scanning Probe Microscope、走査型プローブ顕微鏡)は、表面での原子・分子分解能を持つ優れた表面観察技術であり、表面科学の発展に大きく寄与してきている。また、原子１個１個を操作する機能など画期的な手法を使用できることも分かってきた。しかし同時にＳＰＭの持つ大きな欠点が問題になってきた。
ＳＰＭでは、走査方式としてピエゾ圧電素子を使用した機械的走査が一般的である。そのため走査範囲が狭くなることや、機械的固有振動数の制限により高速に走査できない等の問題点がある。特にＡＦＭ（Atomic Force Microscope、原子間力顕微鏡）では、レーザ光をカンチレバーの背面に照射してその反射光の位置の変化量をＰＤ（Photo Detector、ホト検出器）で検出し、画像化する光テコ方式を採用することが主流である。このため、試料走査方式（試料を移動させて走査する方式）が主流である。
【０００３】
この方式では、スキャナーの先端に試料やこれに関係するステージ等の試料保持部材を搭載するため、試料保持部材先端部が大きく、重く、低剛性となる。このため、外部振動や慣性の影響を受け易くなり、カンチレバーから試料までの固有振動数が低下し、高速走査が不可能であった。
このような欠点のため、試料を破断しないまま、観察したい半導体の表面評価や比較的大きな試料の表面を評価するときは大きな問題であった。
【０００４】
半導体分野を含め材料科学の分野では、デバイスの微細化や薄膜化が進み、さらにはデバイスに加工する前のウエハーの表面処理も大幅に変わってきており、表面形状に敏感なＳＰＭの用途は益々重要になってきている。現状のＳＰＭ、特にＡＦＭでは、試料走査（プローブでは無く試料を移動させる走査）が一般的であるが、大型の試料を観察する場合にはこの走査方式は走査速度が極端に遅くなり、また、大型試料を小さな圧電体に載せるのは物理的に困難であり、適当な方法ではない。このような現状の下、市場的要求ではスループット向上のため高速な走査が要求されており、プローブ側を走査するプローブ走査の要求が強まってきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記要求に応じて、従来各種プローブ走査の方式が考案されてきている。特に、ＳＴＭ（Scanning Tunneling Microscope、走査型トンネル顕微鏡）で採用されているプローブ走査方式が前記問題点を解決する有効な方法である。しかしながら、観察位置の同定についてはＳＰＭは観察方式による欠点がある。通常は斜め方向から観察するのが一般的であるが、この場合観察位置と実際のカンチレバー位置とにずれが生じる。
【０００６】
本発明は、前述の事情に鑑み、次の記載内容（Ｏ01）を課題とする。
（Ｏ01）試料の観察位置とカンチレバー位置とのずれを容易に調整できるようにすること。
【０００７】
【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。
【０００８】
（本発明）
前記課題を解決するために、本発明のカンチレバー走査装置は次の要件（Ａ01）〜（Ａ05）を備えたことを特徴とする、
（Ａ01）円筒状基端部が支持され且つ先端部が自由端として構成された円筒状の圧電体により構成され、前記円筒の軸に一致するＺ軸方向に伸縮可能、且つ前記Ｚ軸に垂直で且つ互いに垂直なＸ軸およびＹ軸方向に前記先端部が移動可能な圧電体スキャナ（２１）、
（Ａ02）前記圧電体スキャナ（２１）の基端部を支持するとともに前記基端部側から前記圧電体スキャナ（２１）内部を観察可能な観察窓（２５）が形成されたスキャナ支持部材（２４）、
（Ａ03）前記圧電体スキャナ（２１）先端側から基端側に入射する観察光を透過させるとともに所定方向から入射したレーザビーム（Ｂ）をカンチレバー（５７）に向かわせるビーム変向部材（４３）と、前記ビーム変向部材（４３）に前記所定方向からレーザビーム（Ｂ）を入射させるレーザ光学系（４２）と、前記レーザビーム（Ｂ）のスポット位置を調整するため前記ビーム変向部材（４３）の姿勢を調整する姿勢調整部材（３９ e ＋３９ f ＋４６＋４７＋４８）と、を有し、前記圧電体スキャナ（２１）先端部に着脱可能に支持されるレーザビーム照射ユニット（３７）、
（Ａ04）前記レーザビーム照射ユニット（３７）に支持された前記カンチレバー（５７）、
（Ａ05）前記レーザビーム照射ユニットの側方に隣接して配置され且つ前記スキャナ支持部材（２４）により前記Ｚ軸方向およびＸ軸方向に位置調節可能に支持され、前記カンチレバー（５７）で反射したレーザ光を検出するレーザ光検出器（ＰＤ）。
【０００９】
（本発明の作用）
前記構成を備えた本発明のカンチレバー走査装置では、圧電体スキャナ（２１）は、円筒状基端部が支持され且つ先端部が自由端として構成された円筒状の圧電体により構成され、スキャナ支持部材（２４）により前記基端部が支持される。
圧電体スキャナ（２１）は、前記円筒の軸に一致するＺ軸方向に伸縮し、且つ前記Ｚ軸に垂直で且つ互いに垂直なＸ軸およびＹ軸方向に前記先端部が移動する。
前記圧電体スキャナ（２１）の先端部に着脱可能に支持されたレーザビーム照射ユニット（３７）はレーザ光学系（４２）と、ビーム変向部材（４３）とを有し、前記レーザビーム照射ユニット（３７）にはカンチレバー（５７）が支持されている。前記カンチレバー（５７）よりも基端側部分に支持された前記レーザ光学系（４２）は、ビーム変向部材（４３）に所定方向からレーザビーム（Ｂ）を入射させる。前記ビーム変向部材（４３）は、前記所定方向から入射したレーザビーム（Ｂ）を前記カンチレバー（５７）に向かわせる。
前記スキャナ支持部材（２４）により前記Ｚ軸方向およびＸ軸方向に位置調節可能に支持されたレーザ光検出器（ＰＤ）は、前記カンチレバー（５７）で反射したレーザ光を検出する。
前記圧電体スキャナ（２１）の先端部に着脱可能に支持されたレーザビーム照射ユニット（３７）は、レーザビームがカンチレバー（５７）に照射されるように、レーザ光学系（４２）、ビーム変向部材（４３）を調節した状態で、前記圧電体スキャナ（２１）の先端部に着脱可能に支持される。したがって、前記圧電体スキャナ（２１）の先端部にレーザビーム照射ユニット（３７）を着脱可能に支持した状態では、レーザ光学系（４２）、ビーム変向部材（４３）を調節する必要がない。
また、前記レーザ光検出器（ＰＤ）は、前記Ｚ軸方向およびＸ軸方向に位置調節可能に支持されているので、前記カンチレバー（５７）で反射したレーザ光を適切な位置で検出するように位置調節することができる。また、前記レーザ光検出器（ＰＤ）は、前記レーザビーム照射ユニット（３７）の側方に隣接して配置されるので、レーザビーム照射ユニット（３７）に設ける場合に比較して、前記カンチレバー（５７）の真上の方向からは横方向（側方）に離れて配置される。このため、前記レーザ光検出器（ＰＤ）の位置調整を行った際に生じるチリやホコリが、カンチレバー（５７）周囲の試料表面の上に落下する可能性は小さい。また、前記レーザ光検出器（ＰＤ）は、スペース的に余裕の有るスキャナ支持部材（２４）に設けられているので、前記レーザビーム照射ユニット（３７）に設ける場合に比較して、前記Ｚ軸方向およびＸ軸方向に位置調節する作業を容易に行えるようにすることができる。
さらに、前記レーザ光検出器（ＰＤ）を前記レーザビーム照射ユニット（３７）に設けずに、スキャナ支持部材（２４）に設けることにより、レーザビーム照射ユニット（３７）の重量を軽量化することができる。その場合、前記圧電体スキャナ（２１）の先端部に装着する前記レーザビーム照射ユニット（３７）が軽くなるので、圧電体スキャナ（２１）に掛かる荷重を軽減することができる。
【００１０】
前記圧電体スキャナ（２１）先端部の前記カンチレバー（５７）よりも基端側部分に支持されたレーザビーム照射ユニット（３７）のビーム変向部材（４３）は、前記圧電体スキャナ（２１）先端側から基端側に入射する観察光を透過させる。また、前記圧電体スキャナ（２１）の基端部を支持するスキャナ支持部材（２４）には前記基端部側から前記圧電体スキャナ（２１）内部を観察可能な観察窓（２５）が形成されている。したがって、前記観察窓（２５）からは、前記圧電体スキャナ（２１）先端側から基端側に入射する観察光を透過させるビーム変向部材（４３）を通して、前記カンチレバー（５７）の位置と、前記カンチレバー（５７）により測定される試料表面の位置とが重なって見えるので、前記カンチレバー（５７）の位置に前記試料表面の所望の観察位置を容易に移動させることができる。
また、姿勢調整部材（３９ e ＋３９ f ＋４６＋４７＋４８）により、前記ビーム変向部材（４３）の姿勢を調整することができる。このため、前記レーザビーム（Ｂ）のスポット位置を前記カンチレバー（５７）に入射するように調整することができる。したがって、前記圧電体スキャナ（２１）の先端部に着脱可能に支持されたレーザビーム照射ユニット（３７）を、前記圧電体スキャナ（２１）の先端部から離脱させた状態で、治具を使用して前記レーザビーム（Ｂ）のスポット位置を前記カンチレバー（５７）に入射するように調整することができる。前記調整済のレーザビーム照射ユニット（３７）を前記圧電体スキャナ（２１）に装着することにより、試料の上方位置でレーザビーム照射ユニット（３７）の調整を行う必要がなくなる。このため、試料の上方位置でレーザビーム照射ユニット（３７）の調整を行った場合に生じるチリやホコリが試料表面に落下することがなくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
前記本発明のカンチレバー走査装置の実施の形態１は、前記本発明において下記の要件（Ａ06）を備えたことを特徴とする、
（Ａ06）ビームスプリッタ（４４）またはハーフミラーにより構成された前記ビーム変向部材（４３）。
【００１２】
（実施の形態１の作用）
前記構成を備えた本発明のカンチレバー走査装置の実施の形態１では、ビームスプリッタ（４４）またはハーフミラーにより構成されるビーム変向部材（４３）は、前記圧電体スキャナ（２１）先端側から基端側に入射する観察光を透過させるとともに前記レーザビーム（Ｂ）を前記カンチレバー（５７）に向かわせることができる。
【００１５】
（実施例１）
図１は本発明のカンチレバー走査装置の実施例１の上面図で、固定部材のみを断面図で示した図である。図２は前記図１の矢印II−II線断面図である。図３は前記図２の矢印IIIから見た図である。図４は前記カンチレバー走査装置の下部およびカンチレバー押え部材の説明図で、図４Ａは前記カンチレバー走査装置の下部の拡大断面図、図４Ｂは前記カンチレバー押え部材の斜視図である。
図１〜図４において、カンチレバー走査装置１は、固定台２を有している。固定台２は一対のアプローチレール３，３を有し、前記アプローチレール３，３，に沿って移動部材４が上下移動可能且つ所定位置で固定可能に支持されている。前記移動部材４（図２参照）は、円筒部材を加工して形成された移動部材本体６を有している。移動部材本体６は、上下に貫通するスキャナ支持孔６aと、前記スキャナ支持孔６a上端に形成された接続部材装着孔６bと、カバー・スキャナ支持部６c，６c（図１、図２参照）とを有している。また、移動部材本体６の左側面（−Ｙ側面）には基板支持凹部６eが形成され、右側部分にはレーザ駆動用コネクタ装着部６fが形成されている。前記基板支持凹部６eおよびレーザ駆動用コネクタ装着部６f間は接続孔６gにより接続されている。
図２において、前記移動部材本体６の左側下部には検出器収容部６hが設けられており、前記基板支持凹部６eおよび前記検出器収容部６h間は接続孔６iにより接続されている。
【００１６】
図２において、前記基板支持凹部６eには回路基板７が支持されており、前記レーザ駆動用コネクタ装着部６fにはコネクタ８（図２、図３参照）が装着されている。前記回路基板７およびコネクタ８は前記接続孔６gを通る接続線９により接続されている。
前記検出器収容部６hには上下動ブロック１１が上下位置調節ネジ１２（図２、図３参照）により位置調節可能に支持されている。前記上下動ブロック１１には前後動ブロック１３が前後位置調節ネジ１４により位置調節可能に支持されている。図２において、前後動ブロック１３は下方に延びる検出器支持アーム１３aを有しており、前記検出器支持アーム１３aの下端にはレーザビーム検出器（レーザビーム光量検出用のフォトダイオード）ＰＤが支持されている。前記レーザビーム検出器ＰＤおよび前記回路基板７は前記接続孔６iを通る接続線１６（図２参照）により接続されている。
【００１７】
図２において、前記接続部材装着孔６bには複数の接続端子１７aを有する円筒状内の接続部材１７が装着されている。
金属製の円筒状カバー１８は上端フランジ１８aが前記カバー・スキャナ支持部６cに支持されている。前記円筒状カバー１８は前記接続部材１７の円筒状内周面により位置決めされている。前記上端フランジ１８aには複数の接続端子１９が貫通する端子貫通孔１８bが形成されている。前記接続端子１９の上端には円筒状のスペーサ２０が嵌合している。
前記円筒状カバー１８の内側に配置された円筒状の圧電体スキャナ２１の上端は下側スキャナ支持２２に連結されている。前記円筒状カバー１８および下側スキャナ支持部材２２は上側スキャナ支持部材２３に連結されている。前記下側スキャナ支持部材２２および上側スキャナ支持部材２３（図１、図２参照）によりスキャナ支持部材２４が構成されている。
【００１８】
図２において、前記上側スキャナ支持部材２３の下面には前記複数の端子１９をそれぞれ収容する複数の端子収容凹部２３aが形成されている。
前記スキャナ支持部材２４の中央貫通孔２４aにはフィルタガラス２５が装着されている。前記スキャナ支持部材２４は複数の固定ネジ２６により前記カバー・スキャナ支持部６cに固定されている。
【００１９】
本発明の圧電体スキャナ２１は、前記固定ネジ２６を外し、前記移動部材４が脱着が可能となっている。この際、前記圧電体スキャナ２１への電力供給の為のコンタクトを接続端子１７aと前記接続端子１９とにより行っている。前記接続端子１７aは外部から圧電体駆動電圧をケーブルを介して供給し、前記接続端子１９は、前記接続端子１７aからの電圧をケーブルを介して前記圧電体スキャナ２１へ供給するようになっている。前記基板７は前記接続線１６を介して前記レーザビーム検出器ＰＤで検出した信号を増幅し、外部コントローラ（図示せず）へ出力するようになっている。また、前記基板７は後述のレーザを駆動させるための回路を含んでいる。
【００２０】
図５は前記図２、図４に示すレーザビーム照射ユニットの説明図で、図５Ａはレーザビーム照射ユニットの上面図、図５Ｂは前記図５Ａの矢印ＶＢから見た図、図５Ｃは前記図５Ｂの矢印ＶＣから見た図である。図６は前記図５に示すレーザビーム照射ユニットの詳細説明図で、図６Ａは前記レーザビーム照射ユニットの上蓋の上面図、図６Ｂは前記図６Ａの上蓋を外した状態のレーザビーム照射ユニットの上面図、図６Ｃは前記上蓋を装着した状態での前記図６ＢのＶIＣ−ＶIＣ線断面図、図６Ｄは前記上蓋を装着した状態での前記図６ＢのＶIＤ−ＶIＤ線断面図である。
図７は前記図６Ｂに示すレーザビーム照射ユニットの詳細説明図で、図７Ａは図６Ｂに示すレーザビーム照射ユニット内のビーム変向部材の上面図、図７Ｂは前記レーザビーム照射ユニットからビーム変向部材を除いた状態を示す図である。図８は前記レーザビーム照射ユニットのカンチレバー装着部分の拡大説明図である。
図９はカンチレバーの着脱操作の説明図で、図９Ａはカンチレバーの装着作業時の説明図、図９Ｂはカンチレバーが装着された状態を示す図、図９Ｃはカンチレバーの離脱作業時の説明図である。
【００２１】
図４〜図７において、前記円筒状の圧電体スキャナ２１下端には上側ユニット受け３１（図４Ａ参照）および下側ユニット受け３２（図４Ａ参照）により構成された円筒状のユニット受け３３が固定されている。図４Ａにおいて、ユニット受け３３の円筒壁には位置決めネジ３４および固定ネジ３５が螺合して貫通するネジ孔が形成されている。また、前記ユニット受け３３のＸ側部分にも固定ネジ３６（図３参照）が螺合している。
図４Ａ、図５、図６において、レーザビーム照射ユニット３７はユニット上蓋３８およびユニット本体３９を有している。図６Ａにおいて、ユニット上蓋３８は外形が略四角形の平板部３８aを有しており、前記平板部３８aの中央部には円形孔３８bが形成されている。前記円形孔３８bの外周には上方に延びる円筒部３８cが設けられている。前記円筒部３８cには位置決め用切除部３８dが形成されている。
また、前記平板部３８aには２個の調整用窓孔３８eおよび３個の固定用ネジ貫通孔３８fが形成されている。
【００２２】
図６Ｂ〜図６Ｄ、図７において、前記ユニット本体３９には上面に開口するビームスプリッタ収容孔３９aが形成され、前記ビームスプリッタ収容孔３９aと外部とを連通させるレーザ光学系収容孔３９bが形成されている。
前記ユニット本体３９の上端で前記ユニット上蓋３８の固定用ネジ貫通孔３８fに対応する位置には固定用ネジ孔３９cが形成されている。
図５Ａ、図６Ａに示すように前記ユニット上蓋３８の各固定用ネジ貫通孔３８fには固定用ネジ４１（図５Ａ参照）が貫通して前記ユニット本体３９の各固定用ネジ孔３９cに螺合し、前記ユニット上蓋３８がユニット本体３９に固定される。
【００２３】
図６Ｃ、図６Ｄにおいて、前記ユニット本体３９のビームスプリッタ収容孔３９aの底壁には、ビーム通過孔３９d（図６Ｃ、図７Ｂ参照）、位置決め孔３９e（図６Ｄ、図７Ｂ参照）および前後方向（Ｘ軸方向）に延びる位置決め用長溝３９f（図７Ｂ参照）が形成されている。前記ユニット本体３９の下部には下方（−Ｚ方向）に延びるカンチレバー支持部３９g（図６Ｃ参照）が設けられている。
図６Ｃにおいて、前記カンチレバー支持部３９gの下面には、バネ収容孔３９hおよびカンチレバー装着面３９iが設けられている。前記カンチレバー装着面３９iには、カンチレバー位置決め用凹溝（図示せず）が形成されている。前記カンチレバー支持部３９gの下部には前後方向（Ｘ軸方向）に貫通する回転軸貫通孔３９jが形成されている。
図６Ｄにおいて、前記レーザ光学系収容孔３９bにはレーザダイオードおよび収束レンズを含むレーザ光学系４２が固定されており、前記レーザダイオードのレーザ駆動用コネクタ４２a（図５Ａ参照）は、前記レーザ駆動用コネクタ装着部６fのコネクタ８（図２参照）に接続されている。
【００２４】
図６Ｂ〜図６Ｄ、図７Ａにおいて、前記ビームスプリッタ収容孔３９aには平面図で略三角形状のビーム変向部材４３が収容されている。
図７Ａにおいて、前記ビーム変向部材４３は、ビームスプリッタ４４と、前記ビームスプリッタ４４を支持するビームスプリッタ支持部材４５とを有している。
図６Ｂに示すように前記ビーム変向部材４３が前記ビームスプリッタ収容孔３９a内に収容された状態では、前記ビームスプリッタ４４は、前記レーザ光学系４２に対向する位置に配置される。前記ビームスプリッタ４４は、前記レーザ光学系４２から出射されたレーザビームＢを下方に変向するとともに前記圧電体スキャナ２１先端側（下方、−Ｚ方向）から基端側（上方、Ｚ方向）に入射する観察光を透過させる。
【００２５】
前記ビームスプリッタ支持部材４５のビームスプリッタ４４の両側の位置には位置調整ネジ孔４５a，４５aが形成されており、前記ビームスプリッタ支持部材４５の上部には２個のバネ収容凹部４５b，４５bが形成されている。
図６Ｃ、図６Ｄにおいて、前記ビーム変向部材４３の下部には鋼球４６（図６Ｄ参照）が固定されている。前記位置調整ネジ孔４５a，４５aには、先端部に球面が形成された位置調整ネジ４７，４７が螺合する。
前記鋼球４６は前記位置決め孔３９eにより位置決めされている。前記位置調整ネジ４７，４７下端の球面の一方は前記位置決め用長溝３９f（図７Ｂ参照）に当接し、他方は前記ビームスプリッタ収容孔３９aの底壁上面に当接しており、前記ビーム変向部材４３はビームスプリッタ収容孔３９aの底壁上を３点で支持されている。
なお、前記符号３９e，３９f，４６，４７，４８で示された構成要素から姿勢調整部材（３９e＋３９f＋４６＋４７＋４８）が構成される。
【００２６】
前記ユニット上蓋３８により前記ユニット本体３９の上部を閉じた状態では、前ビーム変向部材４３の各バネ収容凹部４５bに収容されている圧縮バネ４８（１個のみ図示、図６Ｃ参照）が、前記ユニット上蓋３８の下面に圧縮され、前記ビーム変向部材４３が前記ビームスプリッタ収容孔３９aの底壁上面へ押圧される。このとき、前記鋼球４６を中心として前記ビーム変向部材４３が回動可能な状態となり、前記ユニット上蓋３８の２個の調整用窓孔３８eの位置に配置される前記位置調整ネジ４７，４７を精密ドライバー等で回転させると、前記ビーム変向部材４３が傾斜してビームスプリッタ４４の傾斜角が調整できる。
【００２７】
図４Ａ、図５Ｂ、図５Ｃにおいて、前記回転軸貫通孔３９jにより、カンチレバー押え部材５１が回転可能に支持されている。
図４Ｂ、図８において、前記カンチレバー押え部材５１は、前後（Ｘ軸方向）に設けられた側壁５１a，５１aと、前記側壁５１a，５１aと一体的に形成されたバネ当接壁５１bとを有している。
図４Ｂにおいて、前記各側壁５１aには、前後方向（Ｘ軸方向）に貫通する軸貫通孔５１a1が形成されており、図８に示すように前記各側壁５１aの左端部（−Ｙ端部）には、上下方向（Ｚ軸方向）に貫通するワイヤ貫通孔５１a2（片側のみ図示）が形成されている。
図４Ｂ、図８において、前記各ワイヤ貫通孔５１a2にはワイヤ５２の端部が貫通しており、前記ワイヤ５２の各端部と前記各側壁５１a左端部（−Ｙ端部）の上面との間には圧縮バネ５３およびバネ係止部材５４（いずれも片側のみ図示）が設けられている。前記各圧縮バネ５３により前記ワイヤ５２は上方（Ｚ方向）に引っ張られている。
図５Ｂ、図８において、前記軸貫通孔５１a1，５１a1には、前記回転軸貫通孔３９jを貫通する回転軸５５が貫通する。前記カンチレバー押え部材５１のバネ当接壁５１bには、前記バネ収容孔３９hに収容されている圧縮バネ５６が当接して、前記ワイヤ５２が前記カンチレバー装着面３９iに接触するように付勢される。
【００２８】
図５Ｃ、図６Ｃ、図９Ｂにおいて、前記カンチレバー装着面３９iのカンチレバー位置決め用凹溝（図示せず）には、先端にプローブ５７aが固定されたカンチレバー５７が傾斜するように装着されており、図９Ｂに示すように前記カンチレバー５７の下面は前記カンチレバー押え部材５１のワイヤ５２により支持されている。前記プローブ５７aの先端は下側の試料（図示せず）表面に向いている。
【００２９】
図９Ａに示すように前記カンチレバー５７は、前記カンチレバー押え部材５１を反時計回りに回転させると、前記カンチレバー装着面３９iのカンチレバー位置決め用凹溝（図示せず）に装着できるようになっている。また、図９Ｃに示すように前記カンチレバー押え部材５１を反時計回りに回転させると、前記カンチレバー５７がカンチレバー装着面３９iから離脱可能となる。
【００３０】
図２において、この実施例では前記上側スキャナ支持部材２３の上方（Ｚ方向）にＣＣＤカメラＣが設けられており、前記ＣＣＤカメラＣによりプローブ５７aの先端と前記試料（図示せず）との相対的な位置関係が観察できるようになっている。
図６Ｃ、図６Ｄにおいて、前記ユニット本体３９の下面には、前記プローブ５７先端部上面に反射されたレーザビームＢを前記レーザビーム検出器ＰＤに入射させるための反射部材５８が取付けられている。
【００３１】
（実施例１の作用）
前記レーザビーム照射ユニット３７のユニット本体３９内にビーム変向部材４３を配置して、前記ユニット本体３９をユニット上蓋３８により閉じた状態で前記レーザビーム照射ユニット３７を図示しないジグに固定する。前記レーザビーム照射ユニット３７にカンチレバー５７を装着する。
図５Ａにおいて、前記ユニット上蓋３８の各調整用窓孔３８eに精密ドライバーで前記ビーム変向部材４３に螺合している位置調整ネジ４７，４７を上下方向に移動させて、前記ビーム変向部材４３下の鋼球４６を中心にして、ビーム変向部材４３を傾斜させる。前記ビーム変向部材４３を傾斜させることによりビーム変向部材４３のスプリッタ４４を傾斜させ、スプリッタ４４に反射したレーザビームＢのスポットをカンチレバー５７先端へあわせることができる。
【００３２】
この調整作業の後、前記レーザビーム照射ユニット３７を前記圧電体スキャナ２１下端の下側ユニット受３２に取付け、固定用ネジ３５，３６で所定の位置に固定する。このとき、前記レーザ光学系４２、ビームスプリッタ４４およびカンチレバー５７は一体的に組み立てられてすでにレーザビームＢのカンチレバー５７へのスポット位置は調整されているので、前記スポット位置がずれることがない。また、前記圧電体スキャナ２１下端で前記スポット位置調整作業やカンチレバー５７の脱着作業を行わないので、前記圧電体スキャナ２１下方に前記試料が配置してある場合、前記試料上でのチリやホコリが発生し難い。また、前記圧電体スキャナ２１は割れ易い部材であるが、前記圧電体スキャナ２１下端の作業がなくなったため、前記圧電体スキャナ２１を割る心配がない。
【００３３】
レーザ光学系４２のレーザ駆動用コネクタ４２aを前記レーザ駆動用コネクタ装着部６fのコネクタ８（図２参照）に接続して前記レーザ光学系４２の電気的接続を得る。
前記ＣＣＤカメラＣにより前記カンチレバー５７のプローブ５７aおよび試料を上方から観察しながら、前記プローブ５７aと試料の観察位置との位置を調整する。このとき、従来のように斜め方向から観察しないので前記プローブ５７aの位置と試料の観察位置との相対関係が把握し易く、すなわち、前記プローブ５７aと、前記カンチレバー５７により測定される試料表面の位置とが重なって見えるので、前記カンチレバー５７のプローブ５７aの位置に前記試料表面の所望の観察位置を容易に移動させることができる。したがって、前記試料の観察位置とプローブ位置とのずれを容易に調整できる。
【００３４】
（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）ＣＣＤカメラＣの代わりにＣＣＤカメラ以外の他のカメラや光学顕微鏡等を使用することも可能である。
（Ｈ02）前記ユニット上蓋３８と前記圧電体スキャナ２１下端部のユニット受３３とを磁石で連結させることも可能である。この場合で前記圧電体スキャナ２１下方に前記試料が配置されている場合、前記固定用ネジ３５，３６で連結したときに比べて、前記ユニット上蓋３８とユニット受３３との連結の際、前記試料上でのチリやホコリが発生し難い。
【００３５】
【発明の効果】
前述の本発明のカンチレバー走査装置は、下記の効果を奏することができる。（Ｅ01）試料の観察位置とカンチレバー位置とのずれを容易に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明のカンチレバー走査装置の実施例１の上面図で、固定部材のみを断面図で示した図である。
【図２】 図２は前記図１の矢印II−II線断面図である。
【図３】 図３は前記図２の矢印IIIから見た図である。
【図４】 図４は前記カンチレバー走査装置の下部およびカンチレバー押え部材の説明図で、図４Ａは前記カンチレバー走査装置の下部の拡大断面図、図４Ｂは前記カンチレバー押え部材の斜視図である。
【図５】 図５は前記図２、図４に示すレーザビーム照射ユニットの説明図で、図５Ａはレーザビーム照射ユニットの上面図、図５Ｂは前記図５Ａの矢印ＶＢから見た図、図５Ｃは前記図５Ｂの矢印ＶＣから見た図である。
【図６】 図６は前記図５に示すレーザビーム照射ユニットの詳細説明図で、図６Ａは前記レーザビーム照射ユニットの上蓋の上面図、図６Ｂは前記図６Ａの上蓋を外した状態のレーザビーム照射ユニットの上面図、図６Ｃは前記上蓋を装着した状態での前記図６ＢのＶIＣ−ＶIＣ線断面図、図６Ｄは前記上蓋を装着した状態での前記図６ＢのＶIＤ−ＶIＤ線断面図である。
【図７】 図７は前記図６Ｂに示すレーザビーム照射ユニットの詳細説明図で、図７Ａは図６Ｂに示すレーザビーム照射ユニット内のビーム変向部材の上面図、図７Ｂは前記レーザビーム照射ユニットからビーム変向部材を除いた状態を示す図である。
【図８】 図８は前記レーザビーム照射ユニットのカンチレバー装着部分の拡大説明図である。
【図９】 図９はカンチレバーの着脱操作の説明図で、図９Ａはカンチレバーの装着作業時の説明図、図９Ｂはカンチレバーが装着された状態を示す図、図９Ｃはカンチレバーの離脱作業時の説明図である。
【符号の説明】
Ｂ…レーザビーム、ＰＤ…レーザ光検出器、
２１…圧電体スキャナ、２４…スキャナ支持部材、２５…観察窓、３７…レーザビーム照射ユニット、４２…レーザ光学系、４３…ビーム変向部材、４４…ビームスプリッタ、５７…カンチレバー。
Claims (2)
- 次の要件を備えたことを特徴とするカンチレバー走査装置、
（Ａ01）円筒状基端部が支持され且つ先端部が自由端として構成された円筒状の圧電体により構成され、前記円筒の軸に一致するＺ軸方向に伸縮可能、且つ前記Ｚ軸に垂直で且つ互いに垂直なＸ軸およびＹ軸方向に前記先端部が移動可能な圧電体スキャナ、
（Ａ02）前記圧電体スキャナの基端部を支持するとともに前記基端部側から前記圧電体スキャナ内部を観察可能な観察窓が形成されたスキャナ支持部材、
（Ａ03）前記圧電体スキャナ先端側から基端側に入射する観察光を透過させるとともに所定方向から入射したレーザビームをカンチレバーに向かわせるビーム変向部材と、前記ビーム変向部材に前記所定方向からレーザビームを入射させるレーザ光学系と、前記レーザビームのスポット位置を調整するため前記ビーム変向部材の姿勢を調整する姿勢調整部材とを有し、前記圧電体スキャナ先端部に着脱可能に支持されるレーザビーム照射ユニット、
（Ａ04）前記レーザビーム照射ユニットに支持された前記カンチレバー、
（Ａ05）前記レーザビーム照射ユニットの側方に隣接して配置され且つ前記スキャナ支持部材により前記Ｚ軸方向およびＸ軸方向に位置調節可能に支持され、前記カンチレバーで反射したレーザ光を検出するレーザ光検出器。 - 次の要件を備えたことを特徴とする請求項１記載のカンチレバー走査装置、
（Ａ06）ビームスプリッタまたはハーフミラーにより構成された前記ビーム変向部材。
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