JP4044241B2 - プローブ顕微鏡 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプローブ顕微鏡、特に信頼性の高い試料情報を得ることのできるプローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、試料の表面の凹凸を的確に把握するため、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）が用いられる。
このＳＴＭの測定原理は、金属製の深針を、導電性試料に１ｎｍ程度までに近づけて、両者間に微小電圧を印加すると電流が流れる。この電流は、トンネル電流とよばれ、両者の距離の変化に敏感で、０．１ｎｍの変化に対しほぼ最大１桁変化する。
【０００３】
このため、金属製の深針を三次元駆動できる精密アクチュエータに取り付け、トンネル電流を一定に保つように、測定試料表面を走査すれば、両者の距離は一定に保たれ、深針は、試料の表面の凹凸を原子の尺度でなぞることになる。
このとき、精密アクチュエータに加えた電圧の変化を画像化すれば、これが試料表面の形状に対応することになる。
また、前記ＳＴＭでは観察できなかった絶縁試料も、ＳＴＭから派生した原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により可能となる。
【０００４】
このＡＦＭは、前記ＳＴＭで用いるトンネル電流の代わりに、測定試料表面と深針間に働く原子間力（引力又は斥力）を検出する。
ここで、ＡＦＭの深針としては、図１に示すような金属製のカンチレバープローブ１０が用いられる。
なお、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は上面図である。
そして、このカンチレバープローブ１０を同図（ａ）中、上下方向（ＶＶ方向）に微小振動させつつ、測定試料表面１２に近づけると、両者間に原子間力が働き、プローブ１０の振動振幅が変化する。
【０００５】
このため、プローブ照射部１４からのプローブ光Ｌ１をプローブ１０に照射し、該プローブ１０からの透過ないし反射プローブ光Ｌ２の強度変化を光検出器１６で検出する。この強度変化からプローブ１０の振動振幅の変化情報を得る。
そして、この振動振幅の変化から両者間の距離を求め、振動振幅の変化を一定を保つように、プローブの位置を固定し測定試料の載置されたステージを駆動し測定試料表面を走査すれば、両者の距離は一定に保たれ、プローブは測定試料表面の凹凸を的確になぞることができる。
【０００６】
また、前記金属製のカンチレバープローブ１０を用い、同図（ａ）中、上下方向（ＶＶ方向）に振動させる手法を用いると、測定試料表面１２の凹凸を的確に把握できるものの、プローブ位置における試料の成分等の解析ができない。
このため、近年、光の波長より小さい空間分解能を持ち、分光分析測定もできる近接場光学顕微鏡が開発され、その応用が期待されている。
この顕微鏡には、測定試料表面に生じた光近接場を針状プローブ先端部で散乱、集光して検出するコレクションモードと、針状プローブ先端部から発生する近接場で測定試料表面を照明し、該測定試料表面の散乱光ないし放出光を、プローブ又は集光光学系により集光、検出するイルミネーションモードという２つの方式がある。
【０００７】
何れの場合も、光近接場は、測定試料表面から数十ｎｍ程度の領域に生じているため、測定試料表面とファイバプローブ間の距離は、この光の波長以下の極微小な距離内で制御しなければならならない。
この測定試料表面とプローブ間の距離の制御には、シアフォースフィードバック法が一般的に用いられる。
シアフォースフィードバック法では、図２に示すように、針状プローブ１８を測定試料面１２で一軸（ＶＨ方向）振動させながら、測定試料表面１２に近接させる。
なお、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は上面図である。
【０００８】
そして、測定試料表面１２とプローブ１８の間の距離が光近接場の距離内に入ると、両者間にシアフォースが働き、該プローブ１８の振動振幅が変化する。
このため、プローブ照射部１４からのプローブ光Ｌ１をファイバプローブ１８に照射し、該プローブ１０からの透過ないし反射プローブ光Ｌ２の強度変化を光検出器１６で検出する。この強度変化から針状プローブ１８の振動振幅の変化情報を得る。
【０００９】
そして、この振動振幅の変化から両者間の距離を求め、針状プローブ１８の振動振幅の変化を一定を保つように、プローブの位置を固定し測定試料の載置されたステージを駆動し測定試料表面を走査すれば、両者の距離は一定に保たれ、針状プローブ１８は、測定試料表面１２の凹凸を原子の尺度で的確になぞることになる。
このように針状プローブ１８を用いて、前記イルミネーションモードやコレクションモードを行うことにより、測定試料表面１２の凹凸の把握に加えて、プローブ位置における試料の成分等の解析も可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような針状プローブ１８にあっても、測定試料表面でプローブを一軸振動させ、測定試料表面とプローブの間に働く原子間力の横ずれ成分を検出しているため、カンチレバープローブ１０で原子間力の縦方向成分を測定した場合に比較し、感度が一桁以上も低下してしまう。
また、測定試料表面でプローブを一軸振動させるシアフォースを用いると、測定試料表面の走査方向によっては、同一の測定試料表面であるにもかかわらず、得られた測定試料表面の凹凸画像には、差が生じるおそれがある。
【００１１】
このため、前記針状プローブ１８にあっても、測定結果の信頼性は、改善の余地が残されていたものの、これを解決することのできる技術がいまだ存在しなかった。
本発明は前記従来技術に鑑みなされたものであり、その目的は、より信頼性の高い試料情報を得ることのできるプローブ顕微鏡を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明にかかるプローブ顕微鏡は、測定試料表面とプローブ試料側先端部の間の距離を近接させ、該測定試料表面とプローブ試料側先端部の間に働く相互作用を検出し、該両者間に働く相互作用から該測定試料の表面情報を得るプローブ顕微鏡において、加振手段と、検出手段と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記プローブは、可撓性を有する針状プローブである。
【００１３】
また、前記加振手段は、前記プローブ試料側先端部が、前記測定試料表面とプローブ試料側先端部の間に働く相互作用の増減に応じた径を持つ円を描くように、該試料側先端部を撓らせながら該プローブを回転可能なものである。
前記検出手段は、前記測定試料表面とプローブ試料側先端部の間に働く相互作用による、該プローブ試料側先端部が描く回転円径の増減を検出し、該回転円径の増減から、該測定試料表面とプローブ試料側先端部の間の距離情報を得る。
ここにいう円径とは、真円、楕円などの形状を問わず、各種円の径をいう。
【００１４】
なお、本発明において、前記加振手段は、前記測定試料表面とプローブ試料側先端部の間の距離が近接ないし離隔する方向にも該プローブを振動させつつ、前記検出手段は、前記測定試料表面とプローブ試料側先端部の間に働く相互作用によるプローブ試料側先端部が描く回転円径の増減を検出し、該回転円径の増減から、該測定試料表面とプローブ試料側先端部の間の距離情報を得ることが好適である。
【００１５】
また、本発明において、前記加振手段は、少なくとも前記プローブ試料側先端部が前記測定試料表面とプローブ試料側先端部の間に働く相互作用の増減に応じた径を持つ回転円を描くように、該試料側先端部を撓らせながら該プローブを回転可能な、圧電素子及びモータよりなる群から選ばれた一の駆動部材を含むことも好適である。
【００１６】
また、本発明において、前記検出手段は、プローブ照射部と、光検出部と、信号処理部と、を備えることも好適である。
ここで、プローブ照射部は、プローブにプローブ光を照射可能なものである。
また、前記光検出部は、前記プローブからの反射ないし透過プローブ光を検出する。
前記信号処理部は、前記光検出部で得た反射ないし透過プローブ光から、前記プローブ試料側先端部が描く回転円径の増減情報を得る。
【００１７】
また、本発明において、前記検出手段は、前記プローブ試料側先端部が描く回転円径の増減情報を取得可能な、石英振動子及び圧電素子よりなる群から選ばれた一の部材であることも好適である。
また、本発明において、前記プローブの試料側先端部とは反対側のほぼ全周囲に亘って、前記加振手段としての対向配置の加振電極対と、前記検出手段としての対向配置の検出電極対を交互に配置した、例えば４分割以上などの分割型の圧電素子とし、前記加振電極対による前記プローブ加振と、前記検出電極対による前記回転円径の増減の検出を、同時又は時分割に交互に行わせる制御手段を備えることも好適である。
【００１８】
また、本発明において、前記測定試料表面とプローブ試料側先端部の間に働く相互作用は、例えば原子間力などの力学的相互作用であることも好適である。
また、本発明において、前記測定試料表面とプローブ試料側先端部の間に働く相互作用は、光近接場であることも好適である。
さらに、本発明において、走査手段と、画像化手段と、を備えることも好適である。
【００１９】
ここで、前記走査手段は、前記検出手段で得た前記測定試料表面とプローブ試料側先端部の間の距離を一定に保つように、該測定試料表面を走査可能なものである。
また、前記画像化手段は、前記走査手段の制御情報を画像化し、前記測定試料表面の凹凸情報を画像化する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態を説明する。
図３には本発明の一実施形態にかかる原子間力顕微鏡の概略構成が示されている。なお、前記従来技術と対応する部分には符号１００を加えて示し説明を省略する。
同図に示す原子間力顕微鏡１２０は、針状プローブ１１８と、加振手段１２２と、検出手段１２４を含む。
【００２１】
ここで、前記針状プローブ１１８は、例えば可撓性を有するファイバプローブを用いることができる。
また、前記加振手段１２２は、例えばモータ１２６と、回転体１２８を含み、この加振手段１２２は、回転体１２８の下面に、プローブ１１８の試料側先端部１１８ａとは反対側先端部１１８ｂを、モータ１２６の回転軸Ｏ上を外し、設けている。
【００２２】
また、この加振手段１２２は、プローブ試料側先端部１１８ａが、測定試料表面１１２とプローブ１１８の間に働く原子間力の増減に応じた径を持つ真円、楕円等の円を描くように、該先端部１１８ａを撓らせながらプローブ１１８を回転させる。
さらに、この加振手段１２２は、測定試料表面１１２とプローブ１１８の間の距離が近接ないし離隔する方向、つまり図中上下方向にもプローブ１１８を振動させる。つまり、タッピングする。
【００２３】
前記検出手段１２４は、例えばプローブ照射部１３０と、光検出部１３２と、信号処理部１３４を含む。
ここで、前記プローブ照射部１３０は、例えばレーザダイオード（ＬＤ）等よりなり、プローブ１１８の先端部１１８ａ近傍にプローブ光Ｌ１を照射する。
また、前記光検出部１３２は、プローブ１１８ａからの反射ないし透過プローブ光Ｌ２を検出する。
【００２４】
前記信号処理部１３４は、光検出部１２４で得た反射ないし透過プローブ光Ｌ２から、プローブ試料側先端部１１８ａが描く回転円の半径ｒ等の径の増減情報を得る。この回転半径ｒの増減から測定試料表面１１２とプローブ１１８の間の距離を求める。これをパーソナルコンピュータ１３６に供給する。
【００２５】
つまり、本実施形態では、加振手段１２２により、測定試料表面１１２とプローブ１１８の間の距離が近接ないし離隔する方向、図中上下方向にプローブ１１８を振動させ、測定試料表面１１２とプローブ１１８の間に働く原子間力の増減に応じた径を持つ円を描くように、試料側先端部１１８ａを撓らせながらプローブ１１８を回転させる。
【００２６】
そして、本実施形態では、加振手段１２２により、測定試料表面１１２とプローブ１１８の間の距離を近接させ、検出手段１２４により、両者間に働く原子間力によるプローブ先端部１１８ａが描く回転半径の増減を検出し、該回転半径の増減から、該測定試料表面１１２とプローブ１１８の間の距離情報を得る。
なお、本実施形態では、測定試料表面１１２を走査するため、ＸＹＺの３軸ステージ１３８と、ステージ移動手段１４０と、ステージ制御手段としてのパーソナルコンピュータ１３６を含む。
【００２７】
ここで、ステージ移動手段１４０は、測定試料１１２が置かれた３軸ステージ１３８をＸＹＺ方向に移動可能である。
また、パーソナルコンピュータ１３６は、検出手段１２４からの測定試料表面１１２とプローブ試料側先端部１１８ａの間の距離情報が一定となるように、ステージ移動手段１４０を介して３軸ステージ１３８の動作を制御する。
【００２８】
そして、３軸ステージ１３８を駆動し測定試料表面１１２を走査しながら、ステージ移動手段１４０に加えた電圧のＺ成分、つまり図中上下方向の成分等をコンピュータ１３６により画像化し、測定試料表面１１２の凹凸画像を得る。これをモニタ１４２に表示する。
また、本実施形態では、パーソナルコンピュータ１３６の入力デバイス１４４を用いて各種の設定が可能である。
【００２９】
例えば、プローブ共振周波数などの設定が可能であり、パーソナルコンピュータ１３６は、入力デバイス１４４からのプローブ共振周波数で加振手段１２２の動作を駆動回路１４６を介して制御する。
本実施形態にかかる原子間力顕微鏡１２０は、概略以上のように構成され、以下にその作用について説明する。
すなわち、３軸ステージ等により、プローブ１１８と測定試料表面１１２との距離を、例えば１ｎｍ程度までに近づけると、両者の間には原子間力（引力又は斥力）が働く。
【００３０】
この原子間力（引力又は斥力）を検出手段により検出し、３軸ステージによりこれが一定となるように試料表面を走査する。
このために、測定試料表面１１２を三次元駆動できる３軸ステージ１３８に載せ、原子間力を一定に保つように測定試料表面１１２を走査すれば、両者の距離は一定に保たれ、プローブ１１８は、測定試料表面１１２の凹凸を原子の尺度でなぞることになる。
【００３１】
このとき、コンピュータ１３６により、ステージ移動手段１４０に加えた電圧の縦方向成分の変化を画像化すれば、これが測定試料表面１１２の形状に対応することになる。
ここで、測定試料表面１１２とプローブ１１８の間の距離を制御するため、プローブを測定試料表面の一軸方向に振動させるシアフォースフィードバック法が一般的に用いられる。
しかしながら、このシアフォースを用いると、測定試料表面とプローブの間に働く原子間力の横ずれ成分を検出することとなるので、一般的なカンチレバープローブを用いて原子間力の縦方向成分を検出した場合に比較し、感度が一桁以上低下してしまう。
【００３２】
例えば、測定試料表面１１２の走査方向によっては、同一の測定試料表面であるにもかかわらず、得られた測定試料表面の凹凸画像には、差が生じるおそれがある。
そこで、本実施形態においては、前記シアフォースに代えて、以下に示す手法を用いることとしている。
【００３３】
その作用について図４〜図６を参照しつつ説明する。
なお、図４は、プローブ１１８の回転状態を示す斜視図、図５は同様の正面図、図６は同様の上面図である。
すなわち、本実施形態にかかる顕微鏡１２０では、図４に示すように、プローブ試料側先端部１１８ａが、測定試料表面１１２とプローブ試料側先端部１１８の間に働く原子間力の増減に応じた半径ｒを持つ円を描くように、該先端部１１８ａを撓らせながらプローブ１１８を回転可能させている。
【００３４】
そして、図５（ａ）に示すように、測定試料表面（図示省略）とプローブ１１８の間の距離が十分に離れた状態から、つまり両者の間に原子間力が働かない距離から、プローブ１１８を図中上下方向にも振動させながら、測定試料表面とプローブ試料側先端部１１８の間の距離を近接させる。
すなわち、ステージを図中上方向に駆動し、測定試料表面とプローブ１１８の間の距離を近接させる。
【００３５】
このとき、測定試料とプローブ１１８間の距離は十分離れており、両者の間には原子間力が働いていないので、プローブ先端部１１８ａは、遠心力Ｆ０のみの影響を受け、半径ｒの回転円を描く。
そして、測定試料表面１１２とプローブ１１８間の距離が近接すると、両者の間には原子間力が働く。この原子間力の増減に応じて、プローブ試料側先端部１１８ａが描く回転円の半径ｒが変わる。
【００３６】
例えば、同図（ｂ）に示すように、図中、測定点Ｐ０からの原子間力（斥力Ｆ１）がプローブ試料側先端部１１８ａに働くと、先端部１１８ａには、力成分Ｆ２と力成分Ｆ３が働くので、先端部１１８ａは、図中外側に引っ張られ、回転円径は、原子間力（斥力Ｆ１）に応じた分Δｒだけ半径が増加する。
つまり、原子間力が働いていないときの回転円径をｒとすると、この場合の回転半径は、ｒ＋Δｒとなる。
【００３７】
一方、同図（ｃ）に示すように、図中、測定点Ｐ０からの原子間力（引力Ｆ４）がプローブ先端部１１８ａに働くと、先端部１１８ａには、力成分Ｆ５と力成分Ｆ６が働くので、先端部１１８ａは、内側に引っ張られ、回転円径は、原子間力（引力Ｆ４）に応じた分Δｒだけ半径が減少する。
つまり、原子間力が働いていないときの回転半径をｒとすると、この場合の回転円径は、ｒ−Δｒとなる。
【００３８】
このように、本実施形態では、同図（ａ）〜（ｃ）に示したように、原子間力の縦方向の成分、つまり図中、上下方向の原子間力の変化を、回転半径ｒの増減として検出している。
このような原子間力に応じた回転半径ｒの増減を、図６に示すように、例えば測定点Ｐ０の周囲に配置されたプローブ照射部１１４、光検出部１１６により検出する。この回転半径ｒの増減情報から、後段の信号処理部やコンピュータ１３６により、測定試料表面１１２とプローブ１１８の間の距離を求めている。
【００３９】
この結果、本実施形態にかかる原子間力顕微鏡１２０によれば、測定試料表面１１２とプローブ１１８の間の距離の測定に、測定試料表面１１２とプローブ１１８間に働く原子間力の縦方向成分を、回転半径ｒの増減として検出しているので、横ずれ成分、つまりシアフォースを用いた場合に比較し、検出感度の向上が図られる。
【００４０】
また、従来のようにプローブを、測定試料表面で一軸方向に振動させると、検出手段の数と配置には制限があったのに対し、本実施形態にかかるプローブ顕微鏡によれば、測定試料表面１１２とプローブ１１８間に働く原子間力の縦方向成分を、回転半径ｒの増減として検出しているので、前記検出手段の配置と数には制限がなくなる。
【００４１】
したがって、本実施形態においては、検出手段、特に検出部１１６を例えば図６に示す測定点Ｐ０の周囲の任意の位置に、所望の数だけ配置することができるので、従来極めて困難であった、検出部１１６の配置の自由度の向上が図られ、また検出部１１６の数を増加すれば、検出感度の向上が図られる。
【００４２】
また、本実施形態にかかる顕微鏡１２０によれば、試料とプローブ間に働く原子間力の増減に応じた径を持つ円を描くように、先端部１１８ａを撓らせながらプローブ１１８を回転可能プローブを回転させるので、シアフォース等を用いた場合には非常に困難であった、測定試料表面１１２の走査方向によらず、等方的な測定を良好に行うことができる。
【００４３】
なお、本発明のプローブ顕微鏡は、前記構成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種種の変形が可能である。
例えば、本実施形態にかかる顕微鏡では、一般的な測定系に用いられる各種の機構に代えて、以下に示す種種の機構を付加することが好ましい。
【００４４】
ＳＦディテクタ
例えば、プローブ１１８からの透過ないし反射プローブ光Ｌ２は、一般にレンズ付き、あるいはレンズ無しのＰＩＮフォトダイオード等で検出する。このレンズには、球面、あるいは非球面レンズが用いられる。
しかしながら、レンズを用いると、検出手段の感度を上げることができる横方向の光に加えて、縦方向の光も集光してしまう。
【００４５】
このため、プローブの振幅、あるいは回転半径の検出感度を低下させてしまうので、この点は、改善の余地が残されていた。
そこで、本実施形態にかかる顕微鏡では、例えば図７に示すＳＦディテクタ１４８を設けることが好ましい。
同図に示すＳＦディテクタ１４８は、プローブ１１８からの透過ないし反射プローブ光Ｌ２を、２分割以上の分割型のフォトダイオードなどの位置センサ１５０ａ，１５０ｂにより検出し、２つの光量の差分を検出し、この差分からプローブ１１８の回転半径ｒの増減を検出している。
【００４６】
この結果、本実施形態にかかる顕微鏡によれば、同図に示すＳＦディテクタ１４８を用いると、プローブ先端１１８ａからの透過ないしプローブ光Ｌ２を、差分検出することができるので、感度の大幅な向上を図ることが可能となる。
また、本実施形態においては、同図に示すＳＦディテクタ１４８を用いると、横方向からの光のみを集めることができるので、プローブ１１８の回転半径ｒの増減の検出感度を上げることも可能となる。
【００４７】
ＳＦ信号回路
例えばプローブを測定試料表面で一軸方向に振動させる一般的なシアフォース法では、通常は、プローブの運動を検出する検出手段の信号を、プローブを運動させる信号の周波数にロックインして、該検出手段の信号をＤＣ化していた。
しかしながら、前記ロックインには時間がかかり、プローブ顕微鏡では高速検出のための障害になっていた。また、ロックインを的確に行うための位相の調整が必要であり、測定のための手間がかかるので、この点は、改善の余地が残されていた。
【００４８】
そこで、本実施形態にかかる顕微鏡では、図７に示すＳＦ信号回路１５２を設けることも好ましい。
同図に示すＳＦ信号回路１５２は、例えば前記ＳＦディテクタ１４８で得た信号の振幅強度をＤＣに変換する。
このＳＦ信号回路１５２としては、例えば、実効値に変換する絶対値回路、及びＲＭＳ／ＤＣコンバータなどよりなる群から選ばれた一の回路が用いられる。
【００４９】
この結果、本実施形態にかかる顕微鏡によれば、同図に示すＳＦ信号回路１５２を設けると、一般的なロックインを行った場合に比較し、小規模でＳＦディテクタ１４８で得た信号のＤＣ化を行うことが可能となる。
しかも、測定のための位相等の調整が必要がないので、測定系全体の高速化を図ることが可能となる。
【００５０】
フィードバック回路
例えば、プローブ顕微鏡、特に原子間力顕微鏡の場合には、走査のためのフィードバック回路は、原子間力の変化に対し原子間力が大きい場合も、小さい場合も一様に応答する。
このため、原子間力が小さい場合は不必要な高精度に、また精度のいらない原子間力が小さい場合は低精度に、また原子間力が大きい場合は精度が不足するという欠点があり、この点は、改善の余地が残されていた。
【００５１】
そこで、本実施形態にかかる顕微鏡では、前記図７に示すフィードバック回路１５４を設けることも好ましい。
すなわち、同図に示すフィードバック回路１５４は、原子間力の変化に対し対数的に、あるいは指数関数的に応答するようにしている。
この結果、本実施形態にかかる顕微鏡は、同図に示すフィードバック回路１５４を設けると、原子間力の変化に対し対数的に、あるいは指数関数的に応答するので、原子間力が小さい場合は、間引いて、また原子間力が大きい場合は、密度を高くフィードバックすることが可能となる。
【００５２】
つまり、本実施形態にかかる顕微鏡は、同図に示すフィードバック回路１５４を設けると、精度のいらない原子間力が小さい場合は低精度に、また、より精度の必要な原子間力が大きい場合は高精度に、それぞれ適切なフィードバックを行うことが可能となるので、効率的に測定精度を上げることが可能となる。
また、本実施形態にかかる顕微鏡は、同図に示すフィードバック回路１５４を用いると、原子間力が大きい場合には、フィードバックの密度が高くなるため、フィードバックの高速化と高安定化を図ることも可能となる。
【００５３】
ＳＦ調整用表示機構
例えば、プローブ顕微鏡では、プローブ変位を検出するための検出器、あるいは光源の調整等の際は、通常は、プローブと試料との距離の制御に用いられる信号をモニタしながら、それが最適になるように調整されるか、目視で光が検出器に入っていることを確認しながら調整する。
【００５４】
しかしながら、プローブと試料の距離の制御に用いられる信号には、プローブ変位検出のための検出器、光源、プローブの位置関係の他にも、プローブと試料の距離などの様々な信号成分が含まれる。
このため、前記調整を直感的に行うことができず、調整手順は複雑で困難なものになっており、改善が強く望まれていた。
そこで、本実施形態では、複数の光検出器の信号又は分割検出器自体の信号を別個に表示可能な、例えば前記図７に示すようなモニタ１４２と、その表示を元に、前記調整が可能なパーソナルコンピュータ１３６などを設けている。
【００５５】
この結果、本実施形態にかかる顕微鏡では、同図に示すモニタ１４２やコンピュータ１３６等を設け、複数の光検出器等の信号を別個にモニタ１４２に表示し、そのモニタの表示を元にコンピュータ１３６により前記調整を行うことにより、検出器とプローブ光Ｌ１の位置関係を、モニタ１４２で直接目視することができるので、従来極めて困難であった前記調整が容易となる。
【００５６】
加振手段、検出手段
また、前記構成では、回転半径ｒの増減を検出するため、プローブ１１８からの反射ないし透過プローブ光Ｌ２の強度変化を用いた例について説明したが、本発明の顕微鏡は、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば石英振動子、及び圧電素子（ＰＺＴ）よりなる群から選ばれた一の部品を用いることができる。
【００５７】
また、前記構成では、加振手段としてモータを用いた例について説明したが、本発明の顕微鏡は、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば圧電素子などを用いることもできる。
ここで、本実施形態にかかる顕微鏡では、圧電素子としては、図８に示すように、プローブの後端側１１８ｂのほぼ全周囲に亘って、加振手段としての対向配置の加振電極対１５６ａ，１５６ｂと、検出手段としての対向配置の検出電極対１５８ａ，１５８ｂが交互に配置された、例えば４分割以上等の分割型円筒状圧電素子１６０を用いることが好ましい。
【００５８】
この場合には、例えば制御手段としてのパーソナルコンピュータ１３６等により、加振電極対１５６ａ，１５６ｂによるプローブ１１８の加振と、検出電極対１５８ａ，１５８ｂによる回転半径ｒの増減の検出を、同時又は時分割に交互に行わせることも好適である。
これにより、加振手段と検出手段を別個独立に設けた場合に比較し、省スペース化が図られるので、装置の小型化が図られる。
【００５９】
ＳＦ光学系
プローブ顕微鏡の光学系では、回転半径ｒの増減を検出するため、レーザ光等のプローブ光Ｌ１を、遠方からプローブに集光、照射し、反射プローブ光を遠方の検出部で捉えることにより、プローブ１１８の周りの少なくとも２方向にスペースを必要とする。また、プローブ１１８を交換する毎に、プローブ光と検出部の両方の位置を再調整する必要があった。
【００６０】
また、プローブ光を照射するプローブ先端部にプローブ光が届くようにするため、プローブ先端部付近には、障害物がないようにする必要があるため、水中測定などの使用を特殊な条件下での測定の妨げとなっており、これらの点は、各種の測定を必要とするプローブ顕微鏡では改善の余地があった。
そこで、本実施形態にかかる本実施形態にかかるプローブ顕微鏡は、図９に示すＳＦ光学系１５９を設けることも好ましい。
【００６１】
同図に示すＳＦ光学系１５９は、プローブ照射部１１４と、光ファイバ１６２，１６４，１６６と、１：１ファイバ分岐のファイバカプラ１６８と、光検出部１１６と、レンズ１７０，１７２を含み、光ファイバ１６４で、プローブ１１８の振動数・振幅を干渉検出する。
すなわち、同図に示すＳＦ光学系１５９は、プローブ１１８からの反射プローブ光Ｌ２と、ファイバカプラ１６８により分岐した一方のファイバ１６４の端面での反射光Ｌ３の干渉光Ｌ４の波長を光検出部１１６で検出し、プローブ１１８の回転半径ｒの増減を検出する。
【００６２】
この結果、本実施形態にかかるプローブ顕微鏡によれば、同図に示すＳＦ光学系１５９を用いると、プローブ１１８の回転半径ｒの増減を検出する際は、プローブ先端部１１８ａの極近傍に、光ファイバ１６４の端面を配置すればよく、遠方から光学的に覗く必要はない。
また、本実施形態にかかるプローブ顕微鏡によれば、同図に示すＳＦ光学系１５９を用いると、プローブ交換時の調整は、光ファイバ１６４の端面の一箇所を調整するだけでよい。
【００６３】
また、本実施形態にかかるプローブ顕微鏡によれば、同図に示すＳＦ光学系１５９を用いると、光ファイバ１６４の端面とプローブ１１８を任意の雰囲気下に置けばよいので、測定環境も選ばない。
【００６４】
プローブ加振周波数設定の自動化機構
プローブの共振周波数の設定は、共振周波数を何らかの方法で測定した後、別手段によってプローブ加振周波数を設定する手法が一般的に用いられる。
しかしながら、この場合には、使用者は、少なくとも２回操作を行う必要があり、手順が煩雑であったため、この点は改善の余地が残されていた。
そこで、本実施形態にかかるプローブ顕微鏡では、図１０に示すプローブ加振周波数設定機構１７４を設け、設定の自動化を行うことが好ましい。
【００６５】
すなわち、同図に示すプローブ加振周波数設定機構１７４は、ホワイトノイズ発生器１７６と、正弦波発生器１７８を含む。
そして、これらの発生器１７６，１７８からの信号を圧電素子（ＰＺＴ）等の加振手段１２２に供給している。
【００６６】
すなわち、同図に示すプローブ加振周波数設定機構１７４では、プローブの加振信号をホワイトノイズ発生器１７６からのホワイトノイズに切り替えて、共振周波数を設定した後、或いは加振信号に正弦波発生器１７８からの順次異なる周波数を加えて、強度を測定による共振周波数測定した後、算出された共振周波数に設定している。
【００６７】
この結果、本実施形態にかかるプローブ顕微鏡によれば、同図に示すプローブ加振周波数設定機構１７４を用いると、１回の操作で共振周波数の測定と、設定を行うことが可能となるので、操作容易化の向上を図ることが可能となる。
【００６８】
ステージ
例えば、プローブ顕微鏡では、プローブの位置を動かすことができないので、プローブを走査せずにプローブ位置を固定し、ステージを走査することにより、測定試料の表面を走査する手法が用いられる。
このため、前記プローブ顕微鏡の一般的な試料ステージとしては、例えば図１１に示すように、円筒状等の圧電素子（ＰＺＴ）１８０を下から立ち上げ、該圧電素子１８０の上に、測定試料１１２のステージ１３８を設けたものがある。
【００６９】
しかしながら、このようなステージを用いると、ヘッド全体の大きさが大きくなり、温度安定性が悪い。
また、この試料ステージとしては、図１２に示すように、前記圧電素子１８０を上からぶら下げる手法も考えられる。
しかしながら、この場合には、圧電素子１８０に引っ張り応力が働くことにより、圧電素子１８０と、この圧電素子１８０の各支持部材１８２，１８４の接合面、あるいは圧電素子１８０自体の破壊を招くおそれがあり、この点は改善の余地が残されていた。
【００７０】
そこで、本実施形態にかかるプローブ顕微鏡では、前記一般的なステージを用いることは一応可能であるが、これに代えて、例えば図１３〜図１４に示す試料ステージを用いることも好ましい。
なお、図１３（ａ）はステージの縦断面図、同図（ｂ）は上面図である。
すなわち、同図に示す試料ステージ１８６では、駆動機構としての円筒型圧電素子１８８を間に挟んで上側支持部材１９０と下側支持部材１９２を設け、円筒型圧電素子１８８をはじめ、これらの各支持部材１９０，１９２の中空部にプローブ１１８を通している。
【００７１】
そして、支持部材１９２の上に試料台１９４を設け、各支持部材１９０，１９２により、圧電素子１８８に常に圧縮応力がかかるようにしている。
この結果、本実施形態にかかる顕微鏡では、同図に示す試料ステージ１８６を用いると、駆動機構としての円筒状圧電素子１８８の空洞部分（中空部分）をプローブのための空間として有効的に利用することができるので、ヘッド全体をコンパクト化することが可能となる。これにより、温度安定性の向上が図られる。
【００７２】
また、本実施形態においては、同図に示す試料ステージ１８６を用いると、圧電素子１８８には常に圧縮応力が働くので、圧電素子１８８と各支持部材１９０，１９２の接合面、又は圧電素子１８８自体の破壊を防ぐことが可能となる。
さらに、本実施形態においては、前記各構成部材を、同様な構造を同芯円上に配置することにより、移動距離の大きい多軸操作が可能となる。
【００７３】
なお、前記圧電素子１８８としては、任意のものを用いることができるが、例えば上下方向と、水平面方向の２軸駆動を実現する５分割円筒状圧電素子、及び上下方向の駆動を実現する積層型の円筒状圧電素子（ドーナツ型）と、水平方向の２軸駆動を実現する４分割圧電素子よりなる群から選ばれた一の圧電素子を用いることも可能である。
【００７４】
試料ステージの構造
微動用の３軸ステージやプローブ位置の駆動機構として、通常は、前記５分割円筒型圧電素子、３本の積層型圧電素子を直交して組み合わせたもの、４分割円筒状圧電素子（Ｘ，Ｙ）と、該圧電素子とは異なる位置に３つの積層型圧電素子を垂直に並べてＺ軸駆動機構したもの等が用いられる。
【００７５】
このうち、５分割円筒型円筒状圧電素子は、Ｚ軸の駆動量を稼ぐために縦方向に長くする必要があり、温度変化により容易にドリフトが発生する。
また、移動量を稼ぐために、肉厚をできるだけ薄くする必要があり、共振周波数が著しく低下し、高速な位置移動ができない。
また、前記３本の積層型圧電素子を直交したものでは、組み合わせの形状が非対称であり、非対称なドリフトが発生する。
【００７６】
また、前記４分割円筒状圧電素子（Ｘ，Ｙ）と、圧電素子とは異なる位置に３つの積層型圧電素子を垂直に並べてＺ軸駆動機構としたものでは、配置に多大なスペースを必要とする。
また、Ｚ軸として働く３つの積層型圧電素子の移動量が全て等しいとは限らないので、移動に伴い傾きが発生する危険があり、また、圧電素子の破壊を招く可能性もあり、これらの点は、改善の余地が残されていた。
そこで、本実施形態にかかる顕微鏡では、図１４に示す駆動機構１９６を用いることも好ましい。
【００７７】
同図に示す駆動機構１９６は、上下方向に駆動する穴あき型積層ピエゾ１９８と、平面方向２軸に駆動する４分割円筒状圧電素子２００，２０２を上下方向に近接して一体化している。
この結果、本実施形態においては、同図に示す駆動機構１９６を用いると、駆動機構全体の全長をより短くしても、同じ駆動範囲を確保することができるので、例えば５分割円筒状圧電素子を用いた場合に比較し、圧電素子の温度変化に起因する熱ドリフトを大幅に低減することが可能となる。
【００７８】
また、本実施形態においては、同図に示す駆動機構１９６を用いると、５分割円筒状圧電素子を用いた場合に比較し、上下駆動部分の肉厚が非常に大きくなるので、圧電素子全体の共振周波数が格段に増加し、より高速に試料ステージを駆動することが可能となる。
【００７９】
また、本実施形態においては、同図に示す駆動機構１９６を用いると、同心円状の構造となるため、積層型圧電素子を３方向組み合わせた構造に比較し、水平面方向の機械ドリフトが格段に低減することが可能となる。
なお、本実施形態において、同図に示す駆動機構１９６は、試料ステージの駆動機構などに限られるものではなく、プローブ位置の駆動にも用いることが可能である。
【００８０】
試料交換機構
測定試料を交換する方法としては、従来より種種の方法が用いられ、例えば顕微鏡の側方からＶ溝に沿って試料ステージを挿入するなどの方法が一般的に用いられる。
しかしながら、この場合には、構造が対称性を欠いているので、不慮の方向にドリフトしてしまう。
また、この場合には、試料ステージの面が決まっているので、試料の厚みによって試料表面の絶対位置が変わってしまう。
【００８１】
また、試料ステージの面が決まっているので、測定可能な試料の厚みに制限があり、これらの点は、ステージを駆動することにより試料表面を走査する原子間力顕微鏡や近接場光学顕微鏡などのプローブ顕微鏡では改善の余地があった。
そこで、本実施形態にかかるプローブ顕微鏡では、図１５に示す試料ステージ２０４を用いることも好ましい。
【００８２】
すなわち、同図に示す試料交換機構２０４は、支持部材２０６，２０８の両者に直接、ねじ溝２１０，２１２を切ってあり、両者を螺合可能にしている。
また、同図に示す試料交換機構２０４は、支持部材２０６，２０８が十分に肉厚に作られている。このため、支持部材のねじ込む量を調節することにより、ステージの高さを調整することが可能である。
【００８３】
例えば同図（ａ）に示す状態の支持部材２０６に、さらに支持部材２０８をねじ込むと、同図（ｂ）に示すようにプローブ１１８と測定試料１１２間の距離を近接させることができる。
また、同図に示す試料交換機構２０４は、支持部材２０６の下方に貫通穴が設けられている。
このため、同図に示す試料交換機構２０４は、支持部材２０６の下方の貫通穴から光学的試料観察、光照射、集光などを行うことが可能である。
【００８４】
この結果、本実施形態にかかる顕微鏡によれば、同図に示す試料交換機構２０４を用いると、各構成部材の構造が同心円状であるので、水平方向のドリフトが少なくなる。
また、本実施形態にかかる顕微鏡によれば、同図に示す試料交換機構２０４を用いると、支持部材２０８の支持部材２０６へのねじ込む量を調整することにより、測定試料１１２の厚みに合わせて、ステージの高さを変化させることができるので、より広範囲の厚みの測定試料を測定することが可能となる。
【００８５】
なお、前記構成に加えて、図１６に示すように直接試料１１２を載せる試料台２１４を、さらに中間に設け、該試料台２１４を固定すれば、支持部材２０８の回転にかかわらず、該試料台２１４が回転しないようにすることも可能となる。
【００８６】
プローブ交換機構
例えば、近接場光学顕微鏡などのプローブ顕微鏡では、プローブの交換の際は、光ファイバを部材と部材の間を通すための光ファイバのプローブと反対の端を通す必要があった。
しかしながら、この場合には、光ファイバがからまったり、切れたりすることがあり、取り扱いが面倒であった。
【００８７】
また、この場合には、プローブの位置の周りにはステージや柱があり、スペースが少なく、交換し難い構造であった。
また、プローブ交換のためにプローブ部分の位置を変える構造をつけた場合は、全体の共振周波数が低下し、ドリフトや振動の影響を受けやすく、これらの点は改善の余地が残されていた。
【００８８】
そこで、本実施形態にかかるプローブ顕微鏡、特に近接場光学顕微鏡では、図１７に示すプローブ交換機構２１５を用いることが好ましい。なお、同図（ａ）は下面図、同図（ｂ）は同様の縦断面図である。
すなわち、同図（ａ）に示すように、試料ステージ２１６の中心部には、十分大きな貫通穴２１７があいている。
【００８９】
そして、プローブ交換の際は、同図（ｂ）に示すようなプローブ固定部２２０が貫通穴２１７よりステージ２１６をくぐり抜けて、該ステージ２１６の下面から突出した状態でプローブ１１８を交換することとしている。
また、本実施形態では、同図に示すプローブ交換機構を用いると、ステージ部分２１６と、プローブ固定部２２０には、それぞれスリワリ２２４，２２２が入っており、プローブ１１８の交換時には、該スリワリ２２２，２２４を用いてファイバ１１８を貫通穴２１７に通すことも可能である。
【００９０】
この結果、本実施形態にかかる顕微鏡では、同図に示すプローブ交換機構２１５を用いると、プローブの交換時、プローブ１１８の周りには、障害物がなくなるので、交換が容易となる。
また、本実施形態にかかる顕微鏡では、同図に示すプローブ交換機構２１５を用いると、交換のための不要な構造を設ける必要がないので、構造を頑強にすることが可能となり、ドリフトや振動の影響を受け難くなる。
【００９１】
また、本実施形態にかかる顕微鏡では、同図に示すプローブ交換機構２１５を用いると、前記スリワリ２２２，２２４を介すことにより光ファイバを絡ませることなく、容易にプローブ固定部２２０にプローブ１１８を取り付けることが可能となる。
【００９２】
ステージ粗動機構（その１）
低温で動作する試料ステージの粗動機構には、圧電素子が一般的に用いられる。その駆動法としては、例えばインチワークやステージ面に直交して配置した円筒状の圧電素子に、鋸歯状の印加電圧を加える慣性駆動法などが知られている。
しかしながら、このような駆動法では、試料ステージは、ステップ状に動作するので、正確に位置合わせすることができない。
【００９３】
また、実際の移動量は、ステージの摩擦に依存しているため、経時変化があり、前記粗動機構は、一般的な測定系の試料ステージの粗動機構としては十分に使用できるが、本実施形態にかかるプローブ顕微鏡のように微小試料等も扱う場合には、前記問題点は、改善する余地がある。
そこで、本実施形態にかかる顕微鏡では、粗動ステージとして、例えば図１８に示す粗動ステージ２２５を用いることが好ましい。
【００９４】
同図に示す粗動ステージ２２５は、ステージ２２６の一側面をバイモルフ２２８で押して駆動することとしている。
この結果、本実施形態にかかる顕微鏡では、同図に示す粗動ステージ２２５を用いると、バイモルフ２２８への印加電圧を変えることで、図中、破線で示されるように、バイモルフ２２８はステージ２２６側に沿ったり、図中、実線で示されるように元の状態に戻るので、ステージ２２６を、例えば図中左方向の任意の位置に、滑らかに位置決めすることが可能となる。
【００９５】
また、本実施形態にかかる顕微鏡では、同図に示す粗動ステージ２２５を用いると、ステージ２２６の移動量は、バイモルフ２２８の特性にのみよるため、経時変化を大幅に低減することが可能となる。
【００９６】
ステージ粗動機構（その２）
前述のように低温で動作する試料ステージの粗動機構には、一般的に圧電素子が用いられる。例えば、インチワークやステージ面に直交して配置した円筒状圧電素子に、鋸歯状の印加電圧を加えることによる慣性駆動法等が知られている。
これらの駆動法では、ステージ面に対して各部材を立体的に組み上げる必要があり、温度安定性が悪くなり、ドリフトが大きい。
【００９７】
また、駆動方向が直線方向に限られ、回転運動することができず、このような粗動機構は、一般的な測定系の試料ステージの粗動機構としては十分に使用できるが、本実施形態にかかるプローブ顕微鏡のように、各種の駆動が必要となる場合には、前記粗動機構をそのまま用いると不便が生じる。
そこで、本実施形態にかかる顕微鏡では、図１９（ａ）に示す粗動ステージ２２９を用いることも好ましい。
【００９８】
同図に示す粗動ステージ２２９は、ステージ２２６の一側面に直接貼り付けられ、一端が自由端になっている圧電素子２３０が用いられる。
そして、このような圧電素子２３０に、任意波形の印加電圧をかけることにより、同図（ｂ）に示すように、圧電素子２３０の一端が縮み、元に戻ることで、ステージ２２６に慣性力を与えてステージ２２６を、例えばｘ方向に動かすこととしている。
【００９９】
なお、前記図１９に示す粗動ステージ２２９では、ステージ２２６の一側面に１つの圧電素子２３０を設け、例えばステージ２２６をｘ方向に移動した例について説明したが、これに代えて、図２０に示すように、圧電素子２３０ａ〜２３０ｄをステージ２２６の４側面に配置すれば、ＸとＹの２軸とも、前後に動かすことが可能である。
また、図２１に示すように、圧電素子２３０ａ〜２３０ｈを、ステージ２２６の各４辺に、２つづつ十分間隔を空けて配置すれば、前記ＸとＹの２軸に加えて、回転も可能となる。
【０１００】
この結果、本実施形態にかかる顕微鏡によれば、前記図１９〜図２１に示す粗動ステージを用いると、ステージ２２６の側面に、圧電素子２３０等の全ての部材を収めることができる。
このため、粗動機構も含めたステージを薄くできるので、縦（Ｚ）方向の温度安定性を高めることができる。
【０１０１】
さらに、図２１に示す粗動ステージを用いると、圧電素子２３０をステージ２２６の各４辺に、２つづつ十分間隔を空けて配置しているので、従来極めて困難であった回転運動も行うことができる。
【０１０２】
ステージダイナミックレンジの拡大
プローブ顕微鏡では、ステージの走査には、通常は、１つの圧電素子が駆動機構として用いられる。
そして、圧電素子のスキャン範囲を超えた場合は、別の２回の測定に分けて独立に行う必要がある。
このため、プローブ顕微鏡では、ステージの駆動機構としての圧電素子のスキャン範囲をできるだけ大きく設計する必要がある。
【０１０３】
しかしながら、現実的な圧電素子のスキャン範囲には限界がある。また、スキャン範囲を大きくすればするほど、ステージが巨大化し、また測定の安定性が悪くなる傾向にあり、これらの点は改善の余地が残されていた。
そこで、本実施形態にかかる顕微鏡は、図２２に示す複合型３軸ステージ２３２を用いることも好ましい。
【０１０４】
同図に示す複合型３軸ステージ２３２は、微動用の３軸ステージ２３４と、粗動用の３軸ステージ２３６を含む。
ここで、前記微動用の３軸ステージ２３４は、駆動機構として、例えば圧電素子などが用いられ、その上に試料１１２が置かれた状態で、例えば図２２中、ＸＹＺの３軸方向に微小移動する。
【０１０５】
また、前記粗動用の３軸ステージ２３６は、駆動機構として、例えばステッピングモータ等が用いられ、プローブ１１８をつるした状態で、例えば同図中、ＸＹＺの３軸方向に、前記微動用の３軸ステージ２３４に比較し高速に移動可能である。
【０１０６】
そして、微動用の３軸ステージ２３４をスキャン中、必要なスキャン範囲を超えた際は、粗動用の３軸ステージ２３６を必要量駆動する。その後に、再度、微動用の３軸ステージ２３４を駆動し、データを結合すれば、ステージの移動量は、十二分に確保することが可能となるので、圧電素子等の微動用の３軸ステージ２３４のスキャン範囲を超えた測定も、前記問題を生じることなく行うことが可能となる。したがって、装置をコンパクト、かつ、高安定に組むことも可能となる。
【０１０７】
測定中のＺ退避機構
従来のプローブ顕微鏡では、温度ドリフト、試料位置のずれ、極端な試料傾きや凹凸等によって、マッピング測定中にプローブと試料が衝突し、プローブ又は試料が損なわれるおそれがあり、この点は、改善する余地があった。
そこで、本実施形態にかかる顕微鏡では、前記図２２に示すように、測定中に、パーソナルコンピュータ１３６がＺ軸のスキャン範囲のある値を超えてプローブ１１８と試料１１２が接近したと判断した場合には、該パーソナルコンピュータ１３６が、測定を中止して、粗動用の３軸ステージ２３６を駆動して、プローブと試料１１２の間の距離を離すようにしている。
【０１０８】
つまり図中、Ｚ軸方向である上方にプローブ１１８を移動している。
この結果、本実施形態にかかる顕微鏡では、このような測定中のＺ退避機構を用いると、温度ドリフト、試料位置のずれ、極端な試料傾きや凹凸等によって、マッピング測定中にプローブと試料が衝突し、プローブ又は試料が損なわれることを防ぐことが可能となる。
【０１０９】
自動接近機構
例えば、原子間力顕微鏡などの場合、プローブと試料との間の距離を十分に離した位置から、原子間力信号に変化が現れるまで順次読み取りながら、プローブと試料との間の距離を変化させるのが一般的であった。
この場合、プローブと試料が十分に離れている場所でも、信号の読み取りを行うため、不要な時間がかかり、この点に関しては、改善の余地が残されていた。
【０１１０】
そこで、本実施形態にかかる顕微鏡では、前記図２２に示すような試料１１２とプローブ１１８間の距離を、圧電素子などの微動用の３軸ステージ２３４を用いて近づけ、原子間力信号を読み取り、フィードバックがかからなかった場合は、微動用の３軸ステージ２３４を用いて再度近づけ、読み取りを繰り返す。
これをフィードバックがかかるまで繰り返し、フィードバックがかかったら停止することとしている。
【０１１１】
また、前記接近に先立って、側面上方からプローブ１１８と測定試料１１２との関係を観察するＣＣＤカメラ２３７等からの画像をモニタ１４２で見ながら、手動にてプローブ１１８と測定試料１１２との距離をモニタ１４２の解像度程度まで接近させることも可能である。
この結果、本実施形態にかかる顕微鏡によれば、プローブ１１８と測定試料１１２との距離が明らかに離れている部分は、粗動用の３軸ステージ２３６を用いて高速に移動し、必要最小限の部分だけ信号を読み取りながら、粗動用の３軸ステージ２３４を移動するので、前記接近にかかる時間を格段に短縮化することが可能となる。
【０１１２】
近接場光学顕微鏡
また、前記構成では、試料とプローブ間の相互作用に、原子間力を用いた原子間力顕微鏡を想定し、試料表面の形状等を把握する例について説明したが、本発明のプローブ顕微鏡は、これに限定されるものではなく、試料とプローブ間の相互作用に光近接場を用いた近接場光学顕微鏡でもよい。
また、本発明のプローブ顕微鏡は、試料の表面形状を把握するものに限定されるものではなく、プローブ位置における試料の成分等の分析をすることも可能である。
【０１１３】
その際は、例えば以下に示す近接場光学顕微鏡を用いることも好ましい。
図２３には本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡の概略構成が示されている。
同図に示す近接場光学顕微鏡２３８は、単色光源２４０からのレーザ光Ｌ６をレンズ２４２で平行光束とし、ビームスプリッタ２４４、収束レンズ２４６を介してプローブ１１８内に導入する。
【０１１４】
そして、光近接場をプローブ１１８の先端部１１８ａから測定試料１１２に照射する。測定試料１１２からの反射光、散乱光、発光、蛍光、ラマン光等の光Ｌ７を、同一のプローブ１１８の先端部１１８ａから集光し、レンズ２４６、ビームスプリッタ２４４、さらにはレンズ２４８を介して検出器２５０に導入している。
つまり、本実施形態では、プローブ１１８から励起光としてのレーザ光Ｌ６を照射し、同一のプローブ１１８で試料１１２からの光Ｌ７を集光している。
【０１１５】
ここで、従来の近接場光学装置を用いて振動分光学的ラマン分光や赤外分光を行う際には、プローブから光を照射し、外部のレンズや鏡で、反射光、散乱光、発光、蛍光、ラマン光を集光するイルミネーションモードがある。
また、外部から照射された光による反射光、散乱光、発光、蛍光、ラマン光をプローブで集光するコレクションモードもある。
しかしながら、これらのモードでは、試料ステージ付近に集光のための対物レンズを組み込んだり、レーザを導入するための光学系を別途、組み込む必要があり、装置が煩雑になる。
【０１１６】
また、反射測定の場合には、プローブが集光のために、或いはレーザ導入のために影になってしまうので、集光又は照射効率が悪く、また、試料ステージとプローブと干渉しないようにするため、対物レンズの倍率を大きくとることができない。
また、イルミネーションモードの場合は、フォトンの吸収機構によっては、照射された部分より広い面積から発光してしまい、空間分解能を著しく損なう場合がある。
【０１１７】
そこで、本実施形態にかかる近接場光学顕微鏡２３８は、前記問題を解決するため、同図に示すように、プローブ先端部１１８ａより、光源２４０からの光Ｌ６を照射し、試料１１２からの光Ｌ７を、同一のプローブ１１８で集光している。
この結果、本実施形態にかかる顕微鏡２３８によれば、散乱近接場光の照射と集光を１つのプローブ１１８で実現することができるので、集光系の配置が非常に容易となる。
また、本実施形態にかかるプローブ顕微鏡２３８によれば、集光を行うプローブ１１８を試料表面１１２に対し非常に接近させることができるので、試料１１２からの散乱近接場光の集光に、まるで非常に高倍率のレンズを用いたかのように、高効率で集光することができる。
【０１１８】
なお、同図に示す顕微鏡２３８による、前記イルミネーション−コレクションモードを、プローブ１１８から励起光を照射し、同じプローブ１１８でラマン光を集光する近接場ラマン分光装置に用いることも可能である。
また、前記イルミネーション−コレクションモードを、プローブ１１８から赤外光を照射し、同じプローブ１１８で赤外光を集光する近接場赤外分光装置に用いることも可能である。
【０１１９】
また、前記イルミネーション−コレクションモードを、プローブ１１８から励起光を試料１１２に照射し、同じプローブ１１８で励起光により励起された測定試料１１２のラマン散乱光を集光する近接場ラマン分光装置に用いることも可能である。
さらに、前記イルミネーション−コレクションモードを、プローブ１１８から赤外光を試料１１２に照射し、同じプローブ１１８で測定試料１１２からの反射光を集光する近接場赤外分光装置に用いることも可能である。
【０１２０】
ビームスプリッタ
ところで、前記図２３に示した近接場光学顕微鏡２３８において、ビームスプリッタ２４４として、１：１の比率で分ける一般的なビームスプリッタを用いると、プローブ１１８により集光された試料１１２からの光Ｌ７は、集光された量の半分しか取り出すことができず、高感度に試料の光を取り出す場合の妨げとなっていた。
【０１２１】
これは一般的な測定系に用いた場合には問題が生じないが、特に本実施形態にかかる近接場光学顕微鏡の光学系に用いた場合には、検出光としての近接場光は、一般的な検出光に比較し微弱な光であるため、他の測定系に明るさが必要であり、前記集光された量の半分しか取り出せないという問題は、深刻な問題であった。
そこで、本実施形態にかかる近接場光学顕微鏡２３８では、前記イルミネーション−コレクションモードを行うためのビームスプリッタ２４４として、１：１でない非対称ビームスプリッタ、ローパスフィルタ、バンドリジェクションフィルタ、バンドパスフィルタ、ファイバカプラよりなる群から選ばれた１つの光学部品を用いている。
【０１２２】
この結果、本実施形態にかかる近接場光学顕微鏡２３８によれば、前記１：１でない非対称ビームスプリッタを用いると、入射光を１：１の比率で分ける一般的なビームスプリッタを用いた場合に比較し、プローブから取り出した目的の光を５０％以上の効率で取り出すことができるので、満足のゆく明るさが得られる。
【０１２３】
試料面観察機構
光ファイバを用いた近接場光学用プローブや、ＳＴＭに用いられる金属プローブでは、配置上、真上からの顕微鏡観察が困難であった。また、凹面ミラー等を用いて観察することも考えられるが、その配置が制限されるので、見込み角を大きくとれない等の問題がある。これにより、十分な分解能が得られない場合がある。
【０１２４】
ここで、一般的な測定系では十分な分解能でも、より高分解能が求められる本実施形態にかかる顕微鏡で用いるには、見込み角を大きくとれず、高分解能化が困難な点は、改善の余地が残されていた。
そこで、本実施形態にかかる顕微鏡では、図２４に示す試料面観察機構２５２を用いることが好ましい。
同図に示す試料面観察機構２５２は、プローブ１１８のホルダの根元、あるいはプローブアタッチメントの下部などのホルダ２５４に、ミラー２５６が取り付けられる。
【０１２５】
そして、そのミラー２５６を介して、さらにレンズ２５８，２６０を介して測定試料表面１１２の顕微鏡像Ｌ８を、ＣＣＤ２６２等により観察することにより、測定試料表面１１２の真上からの観察を可能にしている。
この結果、本実施形態にかかる顕微鏡では、同図に示す試料面観察機構２５２を用いると、安価な構成で、従来極めて困難であった容易に真上から観察することが可能となる。
【０１２６】
また、本実施形態にかかる顕微鏡では、同図に示す試料面観察機構２５２を用いると、顕微鏡の対物レンズなどの配置が容易となり、見込み角をより大きくとれるので、満足のゆく高分解能を得ることも可能となる。
なお、前記ミラー２５６としては、穴あきミラー、スリワリミラー、穴あきプリズム、スリワリプリズム、アタッチメントを直接ミラー加工したミラー面などよりなる群から選ばれた一の光学部品を用いることが可能となる。
【０１２７】
また、前記ミラー２５６を介して顕微分光、あるいはマクロ分光を行うことにより、マクロ分光と顕微分光と近接場プローブ分光を行うことのできる原子間力顕微鏡を得ることが可能となる。
【０１２８】
ファイバ端面観察機構
例えば、近接場光学顕微鏡などのプローブ顕微鏡では、プローブにレーザ光を導入する調整は、プローブ先端部から射出されるレーザ光の強度を確認しつつ、位置調整を行うか、ファイバ端面からのレーザ反射光を観察しながら調整していた。
しかしながら、この場合には、ファイバのコアとレーザ光との位置関係を認識することができず、直感的に調整する必要があり、時間がかかるので、この点は、改善の余地が残されていた。
【０１２９】
そこで、本実施形態にかかる顕微鏡は、図２５に示すファイバ端面観察機構２６４を用いることも好ましい。
同図に示すファイバ端面観察機構２６４は、例えばプローブ１１８から近接場光を測定試料に照射し、該プローブ、あるいは集光レンズなどにより、該測定試料からの散乱近接場光を集光する近接場光学顕微鏡などを想定している。
そして、このプローブ１１８につながる光ファイバのプローブ側とは反対側の光ファイバ端面２６５に、プローブ１１８に導入する単色光源２６６からのレーザ光Ｌ６をレンズ２６８、ビームスプリッタ２７０、レンズ２７２を介して照射している。
【０１３０】
このとき、同図に示すファイバ端面観察機構２６４は、光ファイバ端面２６５に白色光源２７４からの白色光Ｌ９を直接照射している。
この結果、本実施形態にかかる顕微鏡によれば、ファイバコア２７６とレーザ光の位置関係を、白色光源２７４からの光Ｌ９の照射により、レンズ２７２、ビームスプリッタ２７０、レンズ２７８及びＣＣＤ２８０により直接観察しながら、ファイバコア２７６とレーザ光Ｌ６の位置を調整することが可能となる。
【０１３１】
したがって、同図に示すファイバ端面観察機構２６４を用いると、調整すべき方向をその都度、確認することができるので、従来のように直感的に調整した場合に比較し、前記調整を迅速に、かつ、容易に行うことが可能となる。
【０１３２】
位置調整機構
光学素子やステージ等の部品の３軸方向、つまりＸＹＺ方向の位置決めを行う際は、互いに直交する３軸方向に、各位置調整の軸が突出したものが一般的に用いられる。
しなしながら、前記調整のために互いに直交する３軸方向からアクセスするように組み込まれると、構成が複雑となる。また、３軸方向から調整する必要があり、作業が面倒であった。
【０１３３】
このため、比較的に簡略な測定系で用いるには問題とならない複雑な構成や操作であっても、一般的な測定系に比較し、より多機能を備えるために各種の操作が必要となる本実施形態にかかるプローブ顕微鏡では、構成の簡略化や操作容易化が必要となり、前記問題は改善の余地が残されていた。
そこで、本実施形態にかかる顕微鏡では、図２６に示す位置調整機構２８１を用いることも好ましい。
【０１３４】
同図に示す位置調整機構２８１は、位置調整用ネジ２８２と、三角ブロック２８３と、を含む。
ここで、前記位置調整用ネジ２８２は、操作側の端部に取手２８４が設けられており、この取手２８４を回転させると、図中、ｉ方向に移動する。
また、前記三角ブロック２８３は、取手側の斜面２８３ａが位置調整用ネジ２８２の先端部２８２ａと当接し、その対向面２８３ｂがステージ等の部品２８６に固定されている。
【０１３５】
この三角ブロック２８３は、位置調整用ネジ２８２が図中ｉ方向に移動すると、その斜面２８３ａの傾斜方向の図中ｊ方向のみに移動可能となるように、その移動方向が、スライダ等（図示省略）により規制されている。
そして、ＸＹＺ３軸の位置を調整するには、同図に示す位置調整機構２８１を３つ設ける。
すなわち、Ｘ軸用三角ブロックがＸ方向のみに移動可能となるように、Ｘ軸用三角ブロックの斜面の向きと、Ｘ軸用スライダ等が規制するＸ軸用三角ブロックの移動可能な方向を考慮し、ステージ等の部品２８６のある面に、同図に示す位置調整機構２８１をＸ軸方向の位置調整用として設ける。
【０１３６】
また、Ｚ軸用三角ブロックがＺ方向のみに移動可能となるように、Ｚ軸用三角ブロックの斜面の向きと、Ｚ軸用スライダ等が規制するＺ軸用三角ブロックの移動可能な方向を考慮し、ステージ等の部品２８６の、前記Ｘ軸用の位置調整機構が設けられた面と同一の面に、位置調整機構２８１をＺ軸方向の位置調整用として設ける。
【０１３７】
また、Ｙ軸用三角ブロックがＹ方向のみに移動可能となるように、Ｙ軸用三角ブロックの斜面の向きと、Ｙ軸用スライダ等が規制するＹ軸用三角ブロックの移動可能な方向を考慮し、前記ステージ等の部品２８６のＸ軸用の位置調整機構とＺ軸用の位置調整機構が設けられた面と同一の面に、位置調整機構２８１をＹ軸方向の位置調整用として設ける。
【０１３８】
このように、同一の方向からＸＹＺ３軸の位置調整が可能となるように、各位置調整用ネジの取手の方向を考慮している。
この結果、本実施形態にかかる顕微鏡では、前述のように同図に示す位置調整機構２８１を３つ、各軸方向の位置調整用に用いると、ＸＹＺ３軸の位置調整をする際は、使用者は同一の方向からアクセスすることが可能となるので、構成の簡略化と、操作容易化が図られる。
【０１３９】
なお、三角ブロック２８３の傾面２８３ａの傾斜角度θを適当に決めることにより、位置調整用ネジ２８２の取手２８４の回転を拡大、又は縮小することが可能となる。
つまり、前記三角ブロック２８３の斜面２８３ａの傾斜角度θを大きくすれば、前記位置調整用ネジ２８２の取手２８４の回転を拡大することが可能となる。一方、前記三角ブロック２８３の斜面２８３ａの傾斜角度θを小さくすれば、前記位置調整用ねじ２８２の取手２８４の回転を縮小することができるので、位置調整機構２８１の設けられた部品２８６を適宜、かつ、容易に位置決めすることが可能となる。
【０１４０】
反射集光系
例えば、測定試料からの光を集光し、検出又は分光する測定系においては、一般に、単一の対物レンズを用いて集光していた。
この場合、光を集めることのできる見込み角は限られており、高感度測定の場合には光量が不足してしまう。
また、複数のレンズを用いることも考えられるが、これらの光を有効に結合する方法が知られず、効率的に感度を上げることができなかったため、前記光量不足の解決の手段としては採用するには至らなかった。
【０１４１】
そして、一般的な測定系では、特に問題とはならない光量の不足であっても、一般的な測定系に比較し、より微小な試料に関して、より高精度な測定が要求される原子間力顕微鏡や近接場光学顕微鏡などのプローブ顕微鏡では、多少の光量不足が深刻な検出精度の低下を生じる場合があり、これを解決することのできる技術の開発が急務である。
【０１４２】
そこで、本実施形態にかかる顕微鏡では、図２７に示す反射集光系２８８を用いることも好ましい。
同図に示す反射集光系２８８は、測定試料１１２の周囲に、複数の対物レンズ２９０，２９２，２９４，２９６を配置する。
そして、これらの対物レンズ２９０〜２９６により、測定試料１１２の測定点Ｐ０からの発光、散乱光、透過光などの測定点Ｐ０における成分情報等を含む光Ｌ１０ａ〜Ｌ１０ｄを集光する。
【０１４３】
この各対物レンズ２９０，２９２，２９４，２９６からの光Ｌ１０ａ〜Ｌ１０ｄを、各光カプラ２９８〜３０４を用いて分光器、或いは検出器の入射スリット３０６に縦方向に並べて入射することにより各光Ｌ１０ａ〜Ｌ１０ｄを結合している。
この結果、本実施形態にかかる顕微鏡では、同図に示す反射集光系２８８を用いると、分光器や検出器の光の利用効率は、入射スリット３０６の縦方向の位置によらず、異なる光Ｌ１０ａ〜Ｌ１０ｄを縦方向に分けて導入することにより、集光量を上げることが可能となる。
【０１４４】
したがって、従来極めて困難であった、集光した光Ｌ１０ａ〜Ｌ１０ｄの光量に比例して感度を上げることが可能となる。
これにより、同図に示す反射集光系２８８は、一般的な測定系に比較し大光量の光が必要な原子間力顕微鏡や近接場光学顕微鏡などのプローブ顕微鏡にも、良好に用いることが可能となる。
【０１４５】
光学シャッタ
分光器などに使用される光学シャッタの駆動部材には、例えば電磁磁石、モータ、ステッピングモータ等が一般的に用いられる。
しかしながら、前記一般的な駆動部材を用いると、多かれ少なかれシャッタの開閉時に振動が発生する。この振動が通常の測定系では問題とならないものであっても、原子間力顕微鏡や近接場光学顕微鏡などのプローブ顕微鏡のように、プローブの微小振動を検出する測定系の場合、特に振動に敏感であり、前記光学シャッタの開閉時の振動さえも、測定に悪影響を及ぼしてしまうおそれがあった。
【０１４６】
そこで、本実施形態にかかる顕微鏡では、例えば図２８に示す光学シャッタ３０８を用いることが好ましい。
同図（ａ）において、シャッタ本体３１０の駆動機構には、振動のないバイモルフ３１２を用い、一方が基台３１４に固定され、他方がシャッタ本体３１０に固定されている。
【０１４７】
そして、バイモルフ３１２は、電圧印加により、同図（ｂ）に示すようにシャッタ本体３１０側の先端部が、例えば図中時計周りに反ったり、元の状態に戻る。これにより、シャッタ本体３１０も図中、時計周り、又は反時計周りに駆動する。
この結果、本実施形態においては、前記分光器等の光学シャッタに、同図に示す光学シャッタ３０８を用いると、バイモルフ３１２自体、何の振動も発生せず、またバイモルフ３１２にかかる電圧で、シャッタ本体３１０の位置を正確に決めることもできるので、光学シャッタ本体３１０の位置出しのための突き当てによる振動もなくなる。
【０１４８】
したがって、同図に示す光学シャッタ３０８は、他の測定系に比較し、特に振動に敏感な原子間力顕微鏡や近接場光学顕微鏡などの分光器や検出器などの光学シャッタとしても、良好に用いることができる。
【０１４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかるプローブ顕微鏡によれば、プローブを、可撓性を有する例えばファイバプローブなどの針状プローブとし、加振手段により、該プローブ試料側先端部が、測定試料表面とプローブ間に働く原子間力や、光近接場等の相互作用の増減に応じた径を持つ円を描くように、該先端部を撓らせながらプローブを回転させ、検出手段により、前記両者間に働く相互作用によるプローブ先端部が描く回転円径の増減を検出し、該回転円径の増減から該測定試料表面とプローブ間の距離情報を得ることとした。
この結果、本発明においては、両者間に働く相互作用によるプローブ試料側先端部が描く回転円径の増減を検出することにより、縦方向成分の相互作用を検出することとなるので、一般的なシアフォースなどの横ずれ成分を検出した場合に比較し、検出感度の向上が図られる。
しかも、可撓性を有する例えばファイバプローブ等の針状プローブを用いることにより、一般的な金属製カンチレバープローブでは非常に困難であったプローブ位置における試料表面の成分などの解析も同時に行うことができる。
また、本発明においては、測定試料表面とプローブ間に働く相互作用による該プローブ先端部が描く回転円径の増減を検出し、該回転円径の増減から、該測定試料表面とプローブ間の距離情報を得ることとしたので、検出手段の配置と数等には制限がない。
したがって、従来極めて困難であった、検出手段の各構成部材に関しては、配置の自由度が図られると共に、検出手段の数を増やせば、得られる反射ないし透過プローブ光強度等の距離情報量が多くなるので、より高感度検出を行うことができる。
また、本発明にかかるプローブ顕微鏡によれば、測定試料表面とプローブ間に働く相互作用による該プローブ試料側先端部が描く回転円径の増減を検出することにより、一般的なシアフォースなどの横ずれ成分を検出した場合や、単に縦方向に振動するカンチレバープローブを用いた場合には、非常に困難であった、測定試料表面の走査方向によらない、等方的な測定を行うことができる。
なお、本発明においては、少なくとも前記プローブ試料側先端部が、前記測定試料表面とプローブ間に働く相互作用の増減に応じた径を持つ円を描くように、該先端部を撓らせながらプローブを回転可能な、圧電素子及びモータよりなる群から選ばれた一の駆動部材を用いることにより、簡略な構成で、前記プローブ加振を良好に行うことができる。
また、本発明においては、検出手段として、プローブ試料側先端部にプローブ光を照射可能なプローブ照射部と、該プローブ先端部からの反射ないし透過プローブ光を検出する光検出部と、該光検出部で得た反射ないし透過プローブ光からプローブ試料側先端部が描く回転円径の増減情報を得る信号処理部を含むもの、あるいはプローブ試料側先端部が描く回転円径の増減情報を取得可能な石英振動子及び圧電素子よりなる群から選ばれた一の部材を用いることにより、簡略な構成で、前記回転円径の増減情報を良好に得ることができる。
また、本発明においては、プローブの試料側先端部とは反対側のほぼ全周囲に亘って、加振手段としての対向配置の加振電極対と、検出手段としての対向配置の検出電極対を交互に配置した、例えば４分割以上等の分割型の圧電素子とし、制御手段により、前記加振電極対によるプローブ加振と、前記検出電極による回転円径増減の検出を、同時又は時分割に交互に行わせることにより、加振手段と検出手段を別個独立に設けた場合に比較し省スペース化が図られる。これにより装置の小型化が図られる。
さらに、本発明においては、走査手段により、検出手段で得た測定試料表面とプローブ間の距離を一定に保つように、該測定試料を走査し、画像化手段により、走査手段の制御情報を画像化し、測定試料表面の凹凸情報を画像化することにより、試料の表面の凹凸情報を的確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のカンチレバープローブを用いた原子間力顕微鏡の測定原理の説明図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）上面図である。
【図２】針状プローブを用いた従来のプローブ顕微鏡の測定原理の説明図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）上面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる原子間力顕微鏡の概略構成の説明図である。
【図４】，
【図５】，
【図６】図３に示した顕微鏡において特徴的な、測定原理の説明図であり、図４は斜視図、図５は側面図、図６は上面図である。
【図７】，
【図８】本発明の一実施形態にかかる顕微鏡において好適な、プローブ加振機構、回転円径検出機構の説明図である。
【図９】本発明の一実施形態にかかる顕微鏡において好適な、回転円径検出機構の説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態にかかる顕微鏡において好適な、プローブ加振周波数設定機構の説明図である。
【図１１】，
【図１２】従来の試料ステージの問題点の説明図である。
【図１３】，
【図１４】本発明の一実施形態にかかる顕微鏡において好適な、試料ステージの概略構成の説明図である。
【図１５】，
【図１６】本発明の一実施形態にかかる顕微鏡において好適な、試料交換機構の概略構成の説明図である。
【図１７】本発明の一実施形態にかかる顕微鏡において好適な、プローブ交換機構の概略構成の説明図である。
【図１８】，
【図１９】，
【図２０】，
【図２１】，
【図２２】本発明の一実施形態にかかる顕微鏡において好適な、ステージ駆動機構の説明図である。
【図２３】本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡の概略構成の説明図である。
【図２４】本発明の一実施形態にかかる顕微鏡において好適な、試料面観察機構の説明図である。
【図２５】本発明の一実施形態にかかる顕微鏡において好適な、ファイバ端面観察機構の説明図である。
【図２６】本発明の一実施形態にかかる顕微鏡において好適な、位置調整機構の説明図である。
【図２７】本発明の一実施形態にかかる顕微鏡において好適な、反射集光系の説明図である。
【図２８】本発明の一実施形態にかかる顕微鏡において好適な、光学シャッタの説明図である。
【符号の説明】
１１８…プローブ
１２０…原子間力顕微鏡（プローブ顕微鏡）
１２２…加振手段
１２４…検出手段

Claims (9)

1. 測定試料表面とプローブ試料側先端部の間の距離を近接させ、該測定試料表面とプローブ試料側先端部の間に働く相互作用を検出し、該両者間に働く相互作用から該測定試料の表面情報を得るプローブ顕微鏡において、
   前記プローブは可撓性を有する針状プローブであり、
   前記プローブ試料側先端部が、前記測定試料表面とプローブ試料側先端部の間に働く相互作用の増減に応じた径を持つ円を描くように、該試料側先端部を撓らせながら該プローブを回転可能な加振手段と、
   前記測定試料表面とプローブ試料側先端部の間に働く相互作用によるプローブ試料側先端部が描く回転円径の増減を検出し、該回転円径の増減から該測定試料表面とプローブ試料側先端部の間の距離情報を得る検出手段と、
   を備えたことを特徴とするプローブ顕微鏡。
2. 請求項１記載のプローブ顕微鏡において、
   前記加振手段は、前記測定試料表面とプローブ試料側先端部の間の距離が近接ないし離隔する方向にも該プローブを振動させつつ、
   前記検出手段は、前記測定試料表面とプローブ試料側先端部の間に働く相互作用によるプローブ試料側先端部が描く回転円径の増減を検出し、該回転円径の増減から該測定試料表面とプローブ試料側先端部の間の距離情報を得ることを特徴とするプローブ顕微鏡。
3. 請求項１又は２記載のプローブ顕微鏡において、
   前記加振手段は、少なくとも前記プローブ試料側先端部が前記測定試料表面とプローブ試料側先端部の間に働く相互作用の増減に応じた径を持つ円を描くように、該試料側先端部を撓らせながら該プローブを回転可能な、圧電素子及びモータよりなる群から選ばれた一の駆動部材を含むことを特徴とするプローブ顕微鏡。
4. 請求項１〜３の何れかに記載のプローブ顕微鏡において、
   前記検出手段は、前記プローブにプローブ光を照射可能なプローブ照射部と、前記プローブからの反射ないし透過プローブ光を検出する光検出部と、
   前記光検出部で得た反射ないし透過プローブ光から、前記プローブ試料側先端部が描く回転円径の増減情報を得る信号処理部と、
   を備えたことを特徴とするプローブ顕微鏡。
5. 請求項１〜４の何れかに記載のプローブ顕微鏡において、
   前記検出手段は、前記プローブ試料側先端部が描く回転円径の増減情報を取得可能な、石英振動子及び圧電素子よりなる群から選ばれた一の部材であることを特徴とするプローブ顕微鏡。
6. 請求項１〜５の何れかに記載のプローブ顕微鏡において、
   前記プローブの試料側先端部とは反対側のほぼ全周囲に亘って、前記加振手段としての対向配置の加振電極対と、前記検出手段としての対向配置の検出電極対を交互に配置した分割型の圧電素子とし、
   前記加振電極対による前記プローブ加振と、前記検出電極対による前記回転円径の増減の検出を、同時又は時分割に交互に行わせる制御手段を備えたことを特徴とするプローブ顕微鏡。
7. 請求項１〜６の何れかに記載のプローブ顕微鏡において、
   前記測定試料表面とプローブ試料側先端部の間に働く相互作用は、力学的相互作用であることを特徴とするプローブ顕微鏡。
8. 請求項１〜７の何れかに記載のプローブ顕微鏡において、
   前記測定試料表面とプローブ試料側先端部の間に働く相互作用は、光近接場であることを特徴とするプローブ顕微鏡。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のプローブ顕微鏡において、
   前記検出手段で得た測定試料表面とプローブ試料側先端部の間の距離を一定に保つように、該測定試料表面を走査可能な走査手段と、
   前記走査手段の制御情報を画像化し、前記測定試料表面の凹凸情報を画像化する画像化手段と、
   を備えたことを特徴とするプローブ顕微鏡。

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