JP4076374B2 - 走査型プローブ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料表面に接近されたプローブを利用して試料表面の諸特性を観察する走査型プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型プローブ顕微鏡は、プローブすなわち探針を試料表面に限りなく、例えば５ｎｍ程度に接近させて、探針と試料表面間に生じる物理量の変化を検出することにより、試料表面形状をナノメータレベルで観測することが出来る装置として注目されている。そのため、近年、急速にその応用範囲は拡大し、大面積・大重量・大型の試料の表面を観察する目的のために、試料はＸＹ移動ステージに載置し、走査型プローブ顕微鏡の主要な要素は走査型プローブユニットと呼ばれるパッケージに収め、これを既存の光学顕微鏡の対物レボルバで支持する構成が提案されている。
【０００３】
このような装置では、最初、対物レンズを試料に対向させて配置し、その対物レンズを含む光学顕微鏡で光学的に観察して測定したい位置を決定する。次に、対物レボルバを切り換えて、走査型プローブユニットを試料に対向させて配置し、走査型プローブユニットのプローブを走査して試料表面を測定する。
【０００４】
特開平８−１４６０１８号公報は、このような原子間力顕微鏡のひとつを開示している。以下、図９と図１０を参照しながら、その原子間力顕微鏡の構成を簡単に説明する。
【０００５】
図９において、片持ち梁９２は、自由端部下面に探針（プローブ）９１を有し、自由端上面に反射面を有している。片持ち梁９２の探針９１の変位は、半導体レーザ光源９３から射出されたレーザ光を片持ち梁９２の自由端上面の反射面に照射し、その反射光を二分割フォトダイオード９４で検出する構成の光てこ方式の変位検出系によって検出される。
【０００６】
片持ち梁９２の探針９１は、Ｘスキャナー９５とＹスキャナー９６とによって試料表面に沿って走査されると共に、検出される探針９１の変位に応じてＺスキャナー９７によって高さ方向に走査される。
【０００７】
図１０に示されるように、これら光てこ方式の変位検出系とＸＹＺ走査スキャナを備えた走査型プローブユニット９８は、光学顕微鏡等の対物レボルバ１０１に、対物レンズ取付部１０２を利用して、取り付けられる。
【０００８】
測定においては、まず、対物レンズを使用して試料を光学的に観察して測定位置を決定し、その後、対物レボルバを切り換えて、走査型プローブユニット９８を試料上方に配置し、走査型プローブユニット９８のＸＹＺスキャナを走査することにより、試料表面の測定を行なっている。
【０００９】
また、特開平５−３１２５６３号公報（例えば図７参照）や特開平７−０７２１５９号公報（例えば図１５参照）も、前述の文献と同様に、走査型プローブユニットを光学顕微鏡等の対物レボルバに取り付け、走査型プローブユニット中のＸＹＺ走査スキャナを走査して、ＸＹ移動ステージに載置された試料の表面を測定する技術を開示している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、光学顕微鏡等の対物レボルバの対物レンズ取付部は雌ネジで構成されており、一方、対物レンズはこれに合う雄ネジを有しており、対物レンズの雄ネジを対物レボルバの雌ネジにねじ込むことにより、対物レンズが対物レボルバに取り付けられる。また、既存の光学顕微鏡における対物レンズの取り付けは、対物レンズの光軸周りの向き（回転位置）は問題とならないため、雄ネジと雌ネジの回転位置関係は特に考慮されていない。従って、対物レボルバに形成された雌ネジの回転位置、言い換えれば雌ネジの端の位置は必ずしも揃っていない。
【００１１】
走査型プローブユニットは、対物レボルバの雌ネジに合う雄ネジを有しており、雄ネジを雌ネジにねじこむことにより、対物レボルバに取り付けられる。対物レボルバの雌ネジの回転位置は必ずしも揃っていないため、対物レボルバに取り付けられた走査型プローブユニットの軸周りの向き（回転位置）が揃う保証がない。このため、走査型プローブユニットのＸＹスキャナの走査を、既存の顕微鏡に搭載しているＸＹ移動ステージのＸＹ軸に一致させることができない。このため、走査軸に合わせた試料調整ができず、同様なパターン試料の測定における精度や再現性が悪くなってしまう。
【００１２】
また、走査型プローブユニットを対物レボルバに取り付ける際には、走査型プローブユニットを回転させなければならない。走査型プローブユニットからは制御用のコントローラへの配線等も延びているため、取り付けの際に、配線が捩れたり、断線したりするおそれがある。
【００１３】
本発明の目的は、既存の光学顕微鏡の対物レボルバに対して走査型プローブユニットを回転位置調整可能に取り付ける機構を備えた、走査型プローブユニットを含めた装置（走査型プローブ装置）を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、対物レボルバへの取り付けの際に、走査型プローブユニットから延びる配線が捩れたり断線したりするおそれの少ない走査型プローブ装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、試料を載置するＸＹ移動ステージを有する光学顕微鏡の対物レボルバに取り付け可能な走査型プローブ装置であり、前記光学顕微鏡の対物レボルバの対物レンズ取付部に取り付け可能な接続部と、前記接続部に着脱可能な走査型プローブユニットとを備えており、前記走査型プローブユニットは、プローブを自由端に有するカンチレバーと、前記試料表面に対して前記カンチレバーをＸＹＺ方向に走査するための走査機構と、前記カンチレバーの変位を検出するための変位検出系と、前記接続部に対して着脱、且つ位置調整可能な装着部とを有している。
ある観点によると、前記装着部を前記接続部に挿入し、前記装着部は前記接続部に挿入する部分に形成された溝を有し、前記接続部は前記装着部の溝と係合し得る抑えネジを有し、前記装着部の溝と前記接続部の抑えネジとの係合によって、前記走査機構のＸＹ走査方向を前記ＸＹ移動ステージのＸＹ軸に対し位置調整可能に前記走査型プローブユニットを支持する。
別の観点によると、前記接続部を前記装着部に挿入し、前記接続部は前記装着部に挿入する部分に形成された溝を有し、前記装着部は前記接続部の溝と係合し得る抑えネジを有し、前記接続部の溝と前記装着部の抑えネジとの係合によって、前記走査機構のＸＹ走査方向を前記ＸＹ移動ステージのＸＹ軸に対し位置調整可能に前記走査型プローブユニットを支持する。
また別の観点によると、前記装着部と前記接続部は互いに連結するアリ機構を有し、前記アリ機構によって、前記走査機構のＸＹ走査方向を前記ＸＹ移動ステージのＸＹ軸に対し位置調整可能に前記走査型プローブユニットを支持する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
第一実施形態
図１に示されるように、本実施形態の走査型プローブ装置１００は、既存の光学顕微鏡の対物レボルバの対物レンズ取付部に装着可能な接続部材１と、接続部材１に着脱される走査型プローブユニット２０とを備えている。既存の光学顕微鏡の対物レボルバの対物レンズ取付部は雌ネジであり、接続部材１はその雌ネジと螺合する雄ネジ２を有している。
【００１８】
走査型プローブユニット２０は、プローブを自由端に有するカンチレバー１０と、カンチレバー１０の変位を検出するための変位検出部５と、試料表面に対してカンチレバー１０を変位検出部５と共に走査するための走査機構３０と、接続部材１に装着可能な装着部３とを有している。
【００１９】
装着部３は、走査機構すなわちスキャナ３０を保持している。このような理由から、以下では、装着部３をスキャナ保持部３と呼ぶ。スキャナ３０は変位検出部５を支持しており、変位検出部５はカンチレバー１０を保持している。
【００２０】
スキャナ３０は、スキャナ保持部３の内側に配置されており、変位検出部５をＸＹ方向に走査するための円筒型のＸＹスキャナ６と、変位検出部５をＺ方向（上下方向）に走査するための積層型のＺスキャナ８と、それらを連結している中間部材７とを備えている。ＸＹスキャナ６の上端はスキャナ保持部３に固定されており、その下端には中間部材７が固定されている。中間部材７にはＺスキャナ８の上端が固定されており、その下端には変位検出部５が固定されている。
【００２１】
ここでは、スキャナ３０は、ＸＹスキャナの機能が円筒型のスキャナで構成され、Ｚスキャナの機能が積層型のスキャナで構成されているが、これに限定されるものではなく、ＸＹＺスキャナの機能の全てが一つのチューブスキャナで構成されてもよく、またＸＹＺスキャナの各機能に対応して三つの積層型のスキャナで構成されてもよく、他の様々な組み合せや他のスキャナで構成されてもよい。
【００２２】
変位検出部５は、カンチレバー１０の変位を検出するために一般的な光てこ方式の検出系を備えている。この光てこ方式の検出系は、検出用の光を照射するレーザ光源１１を含むレーザユニット１２と、レーザユニット１２からの光をカンチレバー１０に照射するためのミラー１３と、カンチレバー１０で反射された光を検出する二分割受光素子の検出器１４とを有しており、検出器１４上の光スポットの位置に基づいてカンチレバー１０の変位を検出する。光てこ方式による検出原理は、一般に広く知られており、ここでは詳しい説明は省略する。
【００２３】
接続部材１は凹部を有しており、スキャナ保持部３は、接続部材１の凹部に殆ど隙間なく挿入され得る凸部を有している。つまり、スキャナ保持部３と接続部材１は互いに勘合し得る。
【００２４】
さらに、スキャナ保持部３は、接続部材１の凹部に勘合する凸部の周面に形成されたＶ溝４を有しており、接続部材１は、スキャナ保持部３のＶ溝４と係合し得る抑えネジであるプランジャ９を有している。接続部材１のプランジャ９とスキャナ保持部３のＶ溝４との係合によって、スキャナ保持部３は接続部材１に回転可能に支持される。つまり、接続部材１は走査型プローブユニット２０を位置調整可能に支持し得る。
【００２５】
接続部材１は、例えば三つのプランジャ９を有しているが、プランジャ９の個数はこれに限定されるものではなく、任意に変更されてもよい。例えば、接続部材１とスキャナ保持部３が良好に勘合していれば、プランジャ９の個数は一つであってもよい。
【００２６】
プランジャ９は、図２に示されるように、穴を有するネジ１８と、ネジ１８の穴の中に収容された先端が丸い軸１６と、軸１６を付勢するバネ１７とを有している。先端の軸１６は、矢印で示された方向の成分を有する外力を受けると、ネジ１８の中に移動する。
【００２７】
次に、図３を参照しながら、既存の顕微鏡の対物レボルバへの走査型プローブユニット２０の取り付けについて説明する。取り付けは、最初に接続部材１だけが対物レボルバに取り付け、続いて対物レボルバに取り付けられた接続部材１に走査型プローブユニット２０を装着することで行なわれる。
【００２８】
まず、図３において、既存の顕微鏡の対物レボルバ３１の対物レンズ取付部の雌ネジ３４に接続部材１の雄ネジ２を合わせ、接続部材１を回転させることで、対物レボルバ３１に接続部材１を固定する。
【００２９】
次に、走査型プローブユニット２０のＸＹ走査方向（軸）をＸＹ移動ステージ３５のＸＹ軸に粗く合わせた状態で、走査型プローブユニット２０のスキャナ保持部３の凸部を接続部材１の凹部に挿入する。
【００３０】
挿入の際、プランジャ９の軸１６は、最初、接続部材１の凹部に挿入されたスキャナ保持部３の凸部に押されて引っ込む。更にスキャナ保持部３が挿入されてプランジャ９の位置にＶ溝４が来ると、バネ１７に復元力によってプランジャ９の軸１６がＶ溝４の中に押し進められる。
【００３１】
その結果、走査型プローブユニット２０は、プランジャ９とＶ溝４の係合すなわち引っ掛かりによって、下に落下することなく、接続部材１に対して回転可能に支持される。また、走査型プローブユニット２０は、バネ１７の復元力によって軸１６がスキャナ保持部３に押し付けられることにより、回転を妨げない程度に固定される。
【００３２】
プランジャ９のバネ１７の力量は、強過ぎると、装着や回転しづらく、逆に弱過ぎると、落下の恐れがあるので、走査型プローブユニット２０の落下を阻止しつつ、走査型プローブユニット２０の容易な回転を妨げないように設定されることが望ましい。
【００３３】
続いて、粗く位置決めされた回転位置をより正確に調整するため、スキャナ保持部３を回転させて、走査型プローブユニット２０のＸＹスキャナ６の走査方向（軸）をＸＹ移動ステージ３５のＸＹ移動軸と一致させる。走査型プローブユニット２０の回転調整を容易にするために、例えば、スキャナ保持部３に特定の箇所に目印、例えば線や丸等の図形や色やＤカット等を設けておいてもよい。
【００３４】
以上の説明から分かるように、本実施形態の走査型プローブ装置によれば、既存の顕微鏡の対物レボルバの対物レンズ取付部に、走査型プローブユニットを容易に取り付け可能であると共に、走査型プローブユニットのＸＹ走査軸をＸＹ移動ステージのＸＹ軸に容易に合わせることができる。これにより、同様なパターン試料の測定時の測定精度や再現性が向上される。また、走査型プローブユニットは、回転させることなく、接続部に装着できるので、走査型プローブユニットからコントローラへ延びる配線の捩れや切断のおそれもない。
【００３５】
第一実施形態の変形例
本実施形態の変形例の走査型プローブ装置１００Ａを図４に示す。図４において、図１に示された部材と同一の参照符号で示された部材は同等の部材を示しており、続く説明ではその詳しい説明は省略し、以下では相違箇所について説明する。
【００３６】
本変形例の走査型プローブ装置１００Ａの接続部材１Ａは、走査型プローブユニット２０を回転位置調整後に固定するための固定用ネジ４１を更に有している。固定用ネジ４１は、列えば、すり割付きとがり先止めネジ（ＮＵ）や、先端の丸い軸で構成されるちくビス等のネジで構成される。なお、固定用ネジ４１は、単体の構造物で、プランジャ９の様なバネは備えていない。
【００３７】
本変形例の走査型プローブ装置１００Ａでは、回転位置調整後、固定用ネジ４１を締め込む。これにより、走査型プローブユニット２０が接続部材１Ａに確実に固定される。
【００３８】
図４に示した変形例では、固定用ネジ４１は、スキャナ保持部３のＶ溝４に締め付けられるが、他の位置に締め付けられてもよく、この場合には先端が平らなネジが適している。また、固定用ネジ４１は、一箇所に設けられているが、複数箇所に設けられてもよい。
【００３９】
本変形例によれば、回転位置調整後に走査型プローブユニット２０を確実に固定することができる。走査型プローブユニット２０は最終的に固定用ネジ４１で固定されるので、プランジャ９のバネ１７の力量は、走査型プローブユニット２０の落下を阻止できる程度でありさえすればよい。これは設計の自由度を向上させる。
【００４０】
第二実施形態
第二実施形態の変形例の走査型プローブ装置２００を図５に示す。図５において、第一実施形態の部材と同一の参照符号で示された部材は同等の部材を示しており、続く説明ではその詳しい説明は省略し、以下では相違箇所について説明する。
【００４１】
図５に示されるように、本実施形態の走査型プローブ装置２００は、既存の光学顕微鏡の対物レボルバに装着可能な接続部材５２と、接続部材５２に着脱される走査型プローブユニット２０Ａとを備えている。
【００４２】
走査型プローブユニット２０Ａは、積層型のＺスキャナ８が円筒型のＺスキャナ８Ａに変更されている点を除けば、第一実施形態で説明した走査型プローブユニット２０と同様なものである。なお、図示されていないが、中間部材７はその中央に開口を有しており、これを通っての光学観察を可能にしている。
【００４３】
接続部材５２は、対物レボルバの対物レンズ取付部である雌ネジに螺合する雄ネジ５３と、カンチレバー１０の近傍に焦点が合うように組み込まれたレンズ５１と、走査型プローブユニット２０Ａを回転可能に支持するための三つのプランジャ９と、走査型プローブユニット２０Ａを固定するための三つの固定用ネジ４１とを有している。プランジャ９と固定用ネジ４１はそれぞれ接続部材５２の周りに均等に配置されている。
【００４４】
接続部材５２は、第一実施形態の接続部材１の凹部よりも径が若干大きい凹部を有している。従って、スキャナ保持部３の凸部は、接続部材１の凹部に殆ど多少の隙間、例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の隙間を置いて、挿入され得る。このため、走査型プローブユニット２０Ａは、単にプランジャ９によって支持されている状態では、回転可能であるとともに、前述した隙間の範囲内において横方向に移動可能である。
【００４５】
従って、この状態では、走査型プローブユニット２０Ａは、回転され得るだけでなく、固定用ネジ４１で押されることによって移動され得る。つまり、走査型プローブユニット２０Ａは、三つの固定用ネジ４１の各々の締め具合を加減することによって横方向の位置が調整可能である。
【００４６】
本実施形態の走査型プローブ装置２００では、走査型プローブユニット２０Ａの回転位置調整までは、第一実施形態と同様に行なわれる。その後、走査型プローブユニット２０Ａの芯調整、正確にはカンチレバー１０のプローブ位置の調整が行なわれる。芯調整は次のようにして行なわれる。
【００４７】
まず、図示していない既存の光学顕微鏡の観察光学系と、レンズ５１とを用いて、図示していない観察手段、例えば接眼鏡筒やＣＣＤカメラで撮影された像を表示するモニタ等の視野中心にカンチレバー１０が位置するように、三つの固定用ネジ４１を用いて突っ張り引っ張りの要領で調整する。
【００４８】
観察手段の中心位置へのカンチレバー１０の配置を正確かつ容易にするため、観察手段の視野中心位置が分かる様に、接眼レンズを使用して観察する場合には、レチクル入りの接眼を用いたり、ＣＣＤを使用して観察する場合には、スーパーインポーズを用いてモニタにクロスを表示させたりするとよい。
【００４９】
その後、カンチレバー１０を視野中心に位置決めした後、三つの固定用ネジ４１をカンチレバー１０の中心が動かないように締め付ける。これにより、回転位置調整に加え、カンチレバー１０の中心位置調整が完了する。この調整の結果、光学顕微鏡の対物レンズによる観察中心と、カンチレバー１０の中心位置とが略一致する。このため、対物レンズを用いて測定位置を決定した後、対物レボルバを回転させて走査型プローブユニットに切換えるだけで、その測定位置に対してプローブによる測定を行なうことができる。
【００５０】
本実施形態では、接続部材５２は三つの固定用ネジ４１を有しているが、これに限定されるものではなく、それ以上の固定用ネジ４１を有していてもよい。また、レンズ５１は、接続部材１の中に配置されているが、これに限定されるものではなく、光学顕微鏡の光軸上でありさえすれば、他の適当な位置、例えばＸＹスキャナ６や中間部材７等の中に配置されてもよい。
【００５１】
以上の説明から分かるように、本実施形態の走査型プローブ装置は、第一本実施形態の利点に加えて、走査型プローブユニット２０Ａの芯調整を行なって、カンチレバー１０の中心位置を光学顕微鏡の対物レンズによる観察中心に合わせて、光学顕微鏡による観察位置とプローブによる測定位置とを揃えておくことにより、光学顕微鏡による観察に続いて直ちにプローブによる測定を行なうことができるという利点を有している。
【００５２】
第三実施形態
第三実施形態の変形例の走査型プローブ装置３００を図６に示す。図６において、上述した実施形態の部材と同一の参照符号で示された部材は同等の部材を示しており、続く説明ではその詳しい説明は省略し、以下では相違箇所について説明する。
【００５３】
図６に示されるように、本実施形態の走査型プローブ装置３００は、既存の光学顕微鏡の対物レボルバに装着可能な接続部材６１と、接続部材６１に着脱される走査型プローブユニット２０Ｂとを備えている。
【００５４】
走査型プローブユニット２０Ｂは、スキャナ保持部３が、丸アリ（雄アリ）６４を備えたスキャナ保持部６５に変更されている点を除けば、第二実施形態で説明した走査型プローブユニット２０Ａと同様なものである。
【００５５】
接続部材６１は、対物レボルバの対物レンズ取付部である雌ネジに螺合する雄ネジ６２と、走査型プローブユニット２０Ｂを回転可能に支持するための雌アリ６３と、走査型プローブユニット２０Ｂを固定するための固定用ネジ６６とを有している。固定用ネジ６６は丸い先端を有している。接続部材６１は一つの固定用ネジ６６を有しているが、複数の固定用ネジ６６を有していてもよい。
【００５６】
本実施形態では、既存の光学顕微鏡の対物レボルバへの走査型プローブユニット２０Ｂの取り付けは以下のようにして行なわれる。
【００５７】
まず、第一実施形態と同様にして、接続部材６１を既存の光学顕微鏡の対物レボルバの対物取付部に取り付ける。
【００５８】
その後、走査型プローブユニット２０Ｂのスキャナ保持部６５の丸アリ６４を接続部材６１の雌アリ６３に挿入して接続部材６１に突き当てる。これにより走査型プローブユニット２０Ｂは接続部材６１に回転可能に支持される。挿入は、好ましくは、走査型プローブユニット２０ＢのＸＹスキャナ６のＸＹ走査方向（軸）をＸＹ移動ステージのＸＹ軸に粗く合わせて行なう。
【００５９】
次に、走査型プローブユニット２０ＢのＸＹスキャナ６のＸＹ走査方向（軸）とＸＹ移動ステージのＸＹ軸が一致するように微調整し、固定用のネジ６６を締め付け、走査型プローブユニット２０Ｂを固定する。
【００６０】
このように、本実施形態の走査型プローブ装置は、既存の顕微鏡の対物レボルバの対物レンズ取付部に、走査型プローブユニットを容易に取り付け可能であると共に、走査型プローブユニットのＸＹ走査軸をＸＹ移動ステージのＸＹ軸に容易に合わせることができる。これにより、同様なパターン試料の測定時の測定精度や再現性が向上される。また、走査型プローブユニットは、回転させることなく、接続部に装着できるので、走査型プローブユニットからコントローラへ延びる配線の捩れや切断のおそれもない。さらに、第一実施形態の様なプランジャを使用しないため、そのバネ力を考慮する必要がなく、設計の自由度が高い。
【００６１】
第四実施形態
第四実施形態の変形例の走査型プローブ装置４００を図７に示す。図７において、上述した実施形態の部材と同一の参照符号で示された部材は同等の部材を示しており、続く説明ではその詳しい説明は省略し、以下では相違箇所について説明する。
【００６２】
図７に示されるように、本実施形態の走査型プローブ装置４００は、第一実施形態と同様の接続部材１と、接続部材１に着脱される連結部材７１と、連結部材７１に着脱される走査型プローブユニット２０Ｃとを備えている。
【００６３】
走査型プローブユニット２０Ｃは、スキャナ保持部３が、長アリ（雄アリ）７５を備えたスキャナ保持部７４に変更されている点を除けば、第二実施形態で説明した走査型プローブユニット２０Ａと同様なものである。
【００６４】
連結部材７１は、接続部材１の凹部に殆ど隙間なく挿入され得る凸部を有している。つまり、連結部材７１と接続部材１は互いに勘合し得る。さらに、連結部材７１は、接続部材１の凹部に勘合する凸部の周面に形成されたＶ溝７３を有しており、接続部材１は、連結部材７１のＶ溝７３と係合し得るプランジャ９を有している。接続部材１のプランジャ９と連結部材７１のＶ溝７３との係合によって、連結部材７１は接続部材１に回転可能に支持される。
【００６５】
接続部材１は、ここでは一つのプランジャ９を有しているが、複数のプランジャ９を有していてもよい。また、接続部材１は、より好ましくは、第一実施形態の変形例と同様に、連結部材７１を固定するための固定用ネジ４１を有しているとよい。
【００６６】
連結部材７１は、更に、走査型プローブユニット２０Ｃのスキャナ保持部７４の長アリ（雄アリ）７５を受け入れる雌アリ７２と、走査型プローブユニット２０Ｃを固定するためのネジ６６とを有している。連結部材７１は、ここでは一つのネジ６６を有しているが、複数のネジ６６を有していてもよい。
【００６７】
本実施形態では、既存の光学顕微鏡の対物レボルバへの走査型プローブユニット２０Ｃの取り付けは以下のようにして行なわれる。
【００６８】
まず、第一実施形態と同様にして、接続部材１を既存の光学顕微鏡の対物レボルバの対物取付部に取り付ける。
【００６９】
次に、連結部材７１の凸部を接続部材１の凹部に挿入し、連結部材７１の雌アリ７２の方向をＸＹ移動ステージのＸＹ軸に合わせ、連結部材７１を回転位置調整を行なう。調整後、固定用ネジを用いて連結部材７１を固定するとより好ましい。
【００７０】
続いて、走査型プローブユニット２０Ｃのスキャナ保持部７４の長アリ７５を、連結部材７１の雌アリ７２に挿入し、固定用のネジ６６を締め付けて、走査型プローブユニット２０Ｃを固定する。
【００７１】
この後、必要であれば、走査型プローブユニット２０Ｃと固定されている連結部材７１を、ＸＹ移動ステージのＸＹ軸と走査型プローブユニット２０ＣのＸＹ走査方向（軸）が一致する様に、連結部材７１を回転させ調整する。
【００７２】
本実施形態では、走査型プローブユニット２０Ｃの向きすなわち回転位置は、スキャナ保持部７４の長アリ７５が挿入される連結部材７１の雌アリ７２の方向で決まる。このため、走査型プローブユニット２０Ｃを付け替えた際などにも、走査型プローブユニット２０Ｃの回転位置を調整し直す必要がない。
【００７３】
以上の説明から分かるように、本実施形態の走査型プローブ装置は、既存の顕微鏡の対物レボルバの対物レンズ取付部に、走査型プローブユニットを容易に取り付け可能であると共に、走査型プローブユニットのＸＹ走査軸をＸＹ移動ステージのＸＹ軸に容易に合わせることができる。これにより、同様なパターン試料の測定時の測定精度や再現性が向上される。また、走査型プローブユニットは、回転させることなく、接続部に装着された連結部材に装着されるので、走査型プローブユニットからコントローラへ延びる配線の捩れや切断のおそれもない。さらに、連結部材７１の回転位置を一度調整した後は、連結部材７１に取り付けられる走査型プローブユニット２０Ｃの回転位置調整を再度行なう必要がない。
【００７４】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００７５】
例えば、第一実施形態や第二実施形態において、図８に示されるように、対物レボルバの雌ネジに合う雄ネジ８２を有する接続部８１が、スキャナ保持部８４の凹部に挿入され、スキャナ保持部８４がプランジャ９を有し、プランジャ９を受ける溝８３が接続部８１に形成されている構成に変更されてもよい。また、各実施形態の各要素が適宜組み合わせられてもよい。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、既存の光学顕微鏡の対物レボルバに対して走査型プローブユニットを回転位置調整可能に取り付ける機構を備えた走査型プローブ装置が提供される。さらに、本発明による走査型プローブ装置では、対物レボルバへの取り付けの際に、走査型プローブユニットから延びる配線が捩れたり断線したりするおそれが少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態における走査型プローブ装置を示している。
【図２】図１に示されたプランジャを拡大して示している。
【図３】図１に示された走査型プローブ装置とこれが取り付けられた光学顕微鏡の対物レボルバ周辺部分を示している。
【図４】第一実施形態の変形例における走査型プローブ装置を示している。
【図５】本発明の第二実施形態における走査型プローブ装置を示している。
【図６】本発明の第三実施形態における走査型プローブ装置を示している。
【図７】本発明の第四実施形態における走査型プローブ装置を示している。
【図８】第一実施形態や第二実施形態に適用可能な接続部材とスキャナ保持部の別の係合の形態を示している。
【図９】従来の走査型プローブユニットを示している。
【図１０】図９に示された走査型プローブユニットが取り付けられた対物レボルバを示している。
【符号の説明】
１ 接続部材
２ 雄ネジ
３ スキャナ保持部
４ Ｖ溝
５ 変位検出部
６ ＸＹスキャナ
７ 中間部材
８ Ｚスキャナ
９ プランジャ
１０ カンチレバー
１１ レーザ光源
１２ レーザユニット
１３ ミラー
１４ 検出器
２０ 走査型プローブユニット
３０ スキャナ
１００ 走査型プローブ装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料表面に接近されたプローブを利用して試料表面の諸特性を観察する走査型プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型プローブ顕微鏡は、プローブすなわち探針を試料表面に限りなく、例えば５ｎｍ程度に接近させて、探針と試料表面間に生じる物理量の変化を検出することにより、試料表面形状をナノメータレベルで観測することが出来る装置として注目されている。そのため、近年、急速にその応用範囲は拡大し、大面積・大重量・大型の試料の表面を観察する目的のために、試料はＸＹ移動ステージに載置し、走査型プローブ顕微鏡の主要な要素は走査型プローブユニットと呼ばれるパッケージに収め、これを既存の光学顕微鏡の対物レボルバで支持する構成が提案されている。
【０００３】
このような装置では、最初、対物レンズを試料に対向させて配置し、その対物レンズを含む光学顕微鏡で光学的に観察して測定したい位置を決定する。次に、対物レボルバを切り換えて、走査型プローブユニットを試料に対向させて配置し、走査型プローブユニットのプローブを走査して試料表面を測定する。
【０００４】
特開平８−１４６０１８号公報は、このような原子間力顕微鏡のひとつを開示している。以下、図９と図１０を参照しながら、その原子間力顕微鏡の構成を簡単に説明する。
【０００５】
図９において、片持ち梁９２は、自由端部下面に探針（プローブ）９１を有し、自由端上面に反射面を有している。片持ち梁９２の探針９１の変位は、半導体レーザ光源９３から射出されたレーザ光を片持ち梁９２の自由端上面の反射面に照射し、その反射光を二分割フォトダイオード９４で検出する構成の光てこ方式の変位検出系によって検出される。
【０００６】
片持ち梁９２の探針９１は、Ｘスキャナー９５とＹスキャナー９６とによって試料表面に沿って走査されると共に、検出される探針９１の変位に応じてＺスキャナー９７によって高さ方向に走査される。
【０００７】
図１０に示されるように、これら光てこ方式の変位検出系とＸＹＺ走査スキャナを備えた走査型プローブユニット９８は、光学顕微鏡等の対物レボルバ１０１に、対物レンズ取付部１０２を利用して、取り付けられる。
【０００８】
測定においては、まず、対物レンズを使用して試料を光学的に観察して測定位置を決定し、その後、対物レボルバを切り換えて、走査型プローブユニット９８を試料上方に配置し、走査型プローブユニット９８のＸＹＺスキャナを走査することにより、試料表面の測定を行なっている。
【０００９】
また、特開平５−３１２５６３号公報（例えば図７参照）や特開平７−０７２１５９号公報（例えば図１５参照）も、前述の文献と同様に、走査型プローブユニットを光学顕微鏡等の対物レボルバに取り付け、走査型プローブユニット中のＸＹＺ走査スキャナを走査して、ＸＹ移動ステージに載置された試料の表面を測定する技術を開示している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、光学顕微鏡等の対物レボルバの対物レンズ取付部は雌ネジで構成されており、一方、対物レンズはこれに合う雄ネジを有しており、対物レンズの雄ネジを対物レボルバの雌ネジにねじ込むことにより、対物レンズが対物レボルバに取り付けられる。また、既存の光学顕微鏡における対物レンズの取り付けは、対物レンズの光軸周りの向き（回転位置）は問題とならないため、雄ネジと雌ネジの回転位置関係は特に考慮されていない。従って、対物レボルバに形成された雌ネジの回転位置、言い換えれば雌ネジの端の位置は必ずしも揃っていない。
【００１１】
走査型プローブユニットは、対物レボルバの雌ネジに合う雄ネジを有しており、雄ネジを雌ネジにねじこむことにより、対物レボルバに取り付けられる。対物レボルバの雌ネジの回転位置は必ずしも揃っていないため、対物レボルバに取り付けられた走査型プローブユニットの軸周りの向き（回転位置）が揃う保証がない。このため、走査型プローブユニットのＸＹスキャナの走査を、既存の顕微鏡に搭載しているＸＹ移動ステージのＸＹ軸に一致させることができない。このため、走査軸に合わせた試料調整ができず、同様なパターン試料の測定における精度や再現性が悪くなってしまう。
【００１２】
また、走査型プローブユニットを対物レボルバに取り付ける際には、走査型プローブユニットを回転させなければならない。走査型プローブユニットからは制御用のコントローラへの配線等も延びているため、取り付けの際に、配線が捩れたり、断線したりするおそれがある。
【００１３】
本発明の目的は、既存の光学顕微鏡の対物レボルバに対して走査型プローブユニットを回転位置調整可能に取り付ける機構を備えた、走査型プローブユニットを含めた装置（走査型プローブ装置）を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、対物レボルバへの取り付けの際に、走査型プローブユニットから延びる配線が捩れたり断線したりするおそれの少ない走査型プローブ装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、試料を載置するＸＹ移動ステージを有する光学顕微鏡の対物レボルバに取り付け可能な走査型プローブ装置であり、前記光学顕微鏡の対物レボルバの対物レンズ取付部に取り付け可能な接続部と、前記接続部に着脱可能な走査型プローブユニットとを備えており、前記走査型プローブユニットは、プローブを自由端に有するカンチレバーと、前記試料表面に対して前記カンチレバーをＸＹＺ方向に走査するための走査機構と、前記カンチレバーの変位を検出するための変位検出系と、前記接続部に対して着脱、且つ位置調整可能な装着部とを有している。
ある観点によると、前記装着部を前記接続部に挿入し、前記装着部は前記接続部に挿入する部分に形成された溝を有し、前記接続部は前記装着部の溝と係合し得る抑えネジを有し、前記装着部の溝と前記接続部の抑えネジとの係合によって、前記走査機構のＸＹ走査方向を前記ＸＹ移動ステージのＸＹ軸に対し位置調整可能に前記走査型プローブユニットを支持する。
別の観点によると、前記接続部を前記装着部に挿入し、前記接続部は前記装着部に挿入する部分に形成された溝を有し、前記装着部は前記接続部の溝と係合し得る抑えネジを有し、前記接続部の溝と前記装着部の抑えネジとの係合によって、前記走査機構のＸＹ走査方向を前記ＸＹ移動ステージのＸＹ軸に対し位置調整可能に前記走査型プローブユニットを支持する。
また別の観点によると、前記装着部と前記接続部は互いに連結するアリ機構を有し、前記アリ機構によって、前記走査機構のＸＹ走査方向を前記ＸＹ移動ステージのＸＹ軸に対し位置調整可能に前記走査型プローブユニットを支持する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
第一実施形態
図１に示されるように、本実施形態の走査型プローブ装置１００は、既存の光学顕微鏡の対物レボルバの対物レンズ取付部に装着可能な接続部材１と、接続部材１に着脱される走査型プローブユニット２０とを備えている。既存の光学顕微鏡の対物レボルバの対物レンズ取付部は雌ネジであり、接続部材１はその雌ネジと螺合する雄ネジ２を有している。
【００１８】
走査型プローブユニット２０は、プローブを自由端に有するカンチレバー１０と、カンチレバー１０の変位を検出するための変位検出部５と、試料表面に対してカンチレバー１０を変位検出部５と共に走査するための走査機構３０と、接続部材１に装着可能な装着部３とを有している。
【００１９】
装着部３は、走査機構すなわちスキャナ３０を保持している。このような理由から、以下では、装着部３をスキャナ保持部３と呼ぶ。スキャナ３０は変位検出部５を支持しており、変位検出部５はカンチレバー１０を保持している。
【００２０】
スキャナ３０は、スキャナ保持部３の内側に配置されており、変位検出部５をＸＹ方向に走査するための円筒型のＸＹスキャナ６と、変位検出部５をＺ方向（上下方向）に走査するための積層型のＺスキャナ８と、それらを連結している中間部材７とを備えている。ＸＹスキャナ６の上端はスキャナ保持部３に固定されており、その下端には中間部材７が固定されている。中間部材７にはＺスキャナ８の上端が固定されており、その下端には変位検出部５が固定されている。
【００２１】
ここでは、スキャナ３０は、ＸＹスキャナの機能が円筒型のスキャナで構成され、Ｚスキャナの機能が積層型のスキャナで構成されているが、これに限定されるものではなく、ＸＹＺスキャナの機能の全てが一つのチューブスキャナで構成されてもよく、またＸＹＺスキャナの各機能に対応して三つの積層型のスキャナで構成されてもよく、他の様々な組み合せや他のスキャナで構成されてもよい。
【００２２】
変位検出部５は、カンチレバー１０の変位を検出するために一般的な光てこ方式の検出系を備えている。この光てこ方式の検出系は、検出用の光を照射するレーザ光源１１を含むレーザユニット１２と、レーザユニット１２からの光をカンチレバー１０に照射するためのミラー１３と、カンチレバー１０で反射された光を検出する二分割受光素子の検出器１４とを有しており、検出器１４上の光スポットの位置に基づいてカンチレバー１０の変位を検出する。光てこ方式による検出原理は、一般に広く知られており、ここでは詳しい説明は省略する。
【００２３】
接続部材１は凹部を有しており、スキャナ保持部３は、接続部材１の凹部に殆ど隙間なく挿入され得る凸部を有している。つまり、スキャナ保持部３と接続部材１は互いに勘合し得る。
【００２４】
さらに、スキャナ保持部３は、接続部材１の凹部に勘合する凸部の周面に形成されたＶ溝４を有しており、接続部材１は、スキャナ保持部３のＶ溝４と係合し得る抑えネジであるプランジャ９を有している。接続部材１のプランジャ９とスキャナ保持部３のＶ溝４との係合によって、スキャナ保持部３は接続部材１に回転可能に支持される。つまり、接続部材１は走査型プローブユニット２０を位置調整可能に支持し得る。
【００２５】
接続部材１は、例えば三つのプランジャ９を有しているが、プランジャ９の個数はこれに限定されるものではなく、任意に変更されてもよい。例えば、接続部材１とスキャナ保持部３が良好に勘合していれば、プランジャ９の個数は一つであってもよい。
【００２６】
プランジャ９は、図２に示されるように、穴を有するネジ１８と、ネジ１８の穴の中に収容された先端が丸い軸１６と、軸１６を付勢するバネ１７とを有している。先端の軸１６は、矢印で示された方向の成分を有する外力を受けると、ネジ１８の中に移動する。
【００２７】
次に、図３を参照しながら、既存の顕微鏡の対物レボルバへの走査型プローブユニット２０の取り付けについて説明する。取り付けは、最初に接続部材１だけが対物レボルバに取り付け、続いて対物レボルバに取り付けられた接続部材１に走査型プローブユニット２０を装着することで行なわれる。
【００２８】
まず、図３において、既存の顕微鏡の対物レボルバ３１の対物レンズ取付部の雌ネジ３４に接続部材１の雄ネジ２を合わせ、接続部材１を回転させることで、対物レボルバ３１に接続部材１を固定する。
【００２９】
次に、走査型プローブユニット２０のＸＹ走査方向（軸）をＸＹ移動ステージ３５のＸＹ軸に粗く合わせた状態で、走査型プローブユニット２０のスキャナ保持部３の凸部を接続部材１の凹部に挿入する。
【００３０】
挿入の際、プランジャ９の軸１６は、最初、接続部材１の凹部に挿入されたスキャナ保持部３の凸部に押されて引っ込む。更にスキャナ保持部３が挿入されてプランジャ９の位置にＶ溝４が来ると、バネ１７に復元力によってプランジャ９の軸１６がＶ溝４の中に押し進められる。
【００３１】
その結果、走査型プローブユニット２０は、プランジャ９とＶ溝４の係合すなわち引っ掛かりによって、下に落下することなく、接続部材１に対して回転可能に支持される。また、走査型プローブユニット２０は、バネ１７の復元力によって軸１６がスキャナ保持部３に押し付けられることにより、回転を妨げない程度に固定される。
【００３２】
プランジャ９のバネ１７の力量は、強過ぎると、装着や回転しづらく、逆に弱過ぎると、落下の恐れがあるので、走査型プローブユニット２０の落下を阻止しつつ、走査型プローブユニット２０の容易な回転を妨げないように設定されることが望ましい。
【００３３】
続いて、粗く位置決めされた回転位置をより正確に調整するため、スキャナ保持部３を回転させて、走査型プローブユニット２０のＸＹスキャナ６の走査方向（軸）をＸＹ移動ステージ３５のＸＹ移動軸と一致させる。走査型プローブユニット２０の回転調整を容易にするために、例えば、スキャナ保持部３に特定の箇所に目印、例えば線や丸等の図形や色やＤカット等を設けておいてもよい。
【００３４】
以上の説明から分かるように、本実施形態の走査型プローブ装置によれば、既存の顕微鏡の対物レボルバの対物レンズ取付部に、走査型プローブユニットを容易に取り付け可能であると共に、走査型プローブユニットのＸＹ走査軸をＸＹ移動ステージのＸＹ軸に容易に合わせることができる。これにより、同様なパターン試料の測定時の測定精度や再現性が向上される。また、走査型プローブユニットは、回転させることなく、接続部に装着できるので、走査型プローブユニットからコントローラへ延びる配線の捩れや切断のおそれもない。
【００３５】
第一実施形態の変形例
本実施形態の変形例の走査型プローブ装置１００Ａを図４に示す。図４において、図１に示された部材と同一の参照符号で示された部材は同等の部材を示しており、続く説明ではその詳しい説明は省略し、以下では相違箇所について説明する。
【００３６】
本変形例の走査型プローブ装置１００Ａの接続部材１Ａは、走査型プローブユニット２０を回転位置調整後に固定するための固定用ネジ４１を更に有している。固定用ネジ４１は、列えば、すり割付きとがり先止めネジ（ＮＵ）や、先端の丸い軸で構成されるちくビス等のネジで構成される。なお、固定用ネジ４１は、単体の構造物で、プランジャ９の様なバネは備えていない。
【００３７】
本変形例の走査型プローブ装置１００Ａでは、回転位置調整後、固定用ネジ４１を締め込む。これにより、走査型プローブユニット２０が接続部材１Ａに確実に固定される。
【００３８】
図４に示した変形例では、固定用ネジ４１は、スキャナ保持部３のＶ溝４に締め付けられるが、他の位置に締め付けられてもよく、この場合には先端が平らなネジが適している。また、固定用ネジ４１は、一箇所に設けられているが、複数箇所に設けられてもよい。
【００３９】
本変形例によれば、回転位置調整後に走査型プローブユニット２０を確実に固定することができる。走査型プローブユニット２０は最終的に固定用ネジ４１で固定されるので、プランジャ９のバネ１７の力量は、走査型プローブユニット２０の落下を阻止できる程度でありさえすればよい。これは設計の自由度を向上させる。
【００４０】
第二実施形態
第二実施形態の変形例の走査型プローブ装置２００を図５に示す。図５において、第一実施形態の部材と同一の参照符号で示された部材は同等の部材を示しており、続く説明ではその詳しい説明は省略し、以下では相違箇所について説明する。
【００４１】
図５に示されるように、本実施形態の走査型プローブ装置２００は、既存の光学顕微鏡の対物レボルバに装着可能な接続部材５２と、接続部材５２に着脱される走査型プローブユニット２０Ａとを備えている。
【００４２】
走査型プローブユニット２０Ａは、積層型のＺスキャナ８が円筒型のＺスキャナ８Ａに変更されている点を除けば、第一実施形態で説明した走査型プローブユニット２０と同様なものである。なお、図示されていないが、中間部材７はその中央に開口を有しており、これを通っての光学観察を可能にしている。
【００４３】
接続部材５２は、対物レボルバの対物レンズ取付部である雌ネジに螺合する雄ネジ５３と、カンチレバー１０の近傍に焦点が合うように組み込まれたレンズ５１と、走査型プローブユニット２０Ａを回転可能に支持するための三つのプランジャ９と、走査型プローブユニット２０Ａを固定するための三つの固定用ネジ４１とを有している。プランジャ９と固定用ネジ４１はそれぞれ接続部材５２の周りに均等に配置されている。
【００４４】
接続部材５２は、第一実施形態の接続部材１の凹部よりも径が若干大きい凹部を有している。従って、スキャナ保持部３の凸部は、接続部材１の凹部に殆ど多少の隙間、例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の隙間を置いて、挿入され得る。このため、走査型プローブユニット２０Ａは、単にプランジャ９によって支持されている状態では、回転可能であるとともに、前述した隙間の範囲内において横方向に移動可能である。
【００４５】
従って、この状態では、走査型プローブユニット２０Ａは、回転され得るだけでなく、固定用ネジ４１で押されることによって移動され得る。つまり、走査型プローブユニット２０Ａは、三つの固定用ネジ４１の各々の締め具合を加減することによって横方向の位置が調整可能である。
【００４６】
本実施形態の走査型プローブ装置２００では、走査型プローブユニット２０Ａの回転位置調整までは、第一実施形態と同様に行なわれる。その後、走査型プローブユニット２０Ａの芯調整、正確にはカンチレバー１０のプローブ位置の調整が行なわれる。芯調整は次のようにして行なわれる。
【００４７】
まず、図示していない既存の光学顕微鏡の観察光学系と、レンズ５１とを用いて、図示していない観察手段、例えば接眼鏡筒やＣＣＤカメラで撮影された像を表示するモニタ等の視野中心にカンチレバー１０が位置するように、三つの固定用ネジ４１を用いて突っ張り引っ張りの要領で調整する。
【００４８】
観察手段の中心位置へのカンチレバー１０の配置を正確かつ容易にするため、観察手段の視野中心位置が分かる様に、接眼レンズを使用して観察する場合には、レチクル入りの接眼を用いたり、ＣＣＤを使用して観察する場合には、スーパーインポーズを用いてモニタにクロスを表示させたりするとよい。
【００４９】
その後、カンチレバー１０を視野中心に位置決めした後、三つの固定用ネジ４１をカンチレバー１０の中心が動かないように締め付ける。これにより、回転位置調整に加え、カンチレバー１０の中心位置調整が完了する。この調整の結果、光学顕微鏡の対物レンズによる観察中心と、カンチレバー１０の中心位置とが略一致する。このため、対物レンズを用いて測定位置を決定した後、対物レボルバを回転させて走査型プローブユニットに切換えるだけで、その測定位置に対してプローブによる測定を行なうことができる。
【００５０】
本実施形態では、接続部材５２は三つの固定用ネジ４１を有しているが、これに限定されるものではなく、それ以上の固定用ネジ４１を有していてもよい。また、レンズ５１は、接続部材１の中に配置されているが、これに限定されるものではなく、光学顕微鏡の光軸上でありさえすれば、他の適当な位置、例えばＸＹスキャナ６や中間部材７等の中に配置されてもよい。
【００５１】
以上の説明から分かるように、本実施形態の走査型プローブ装置は、第一本実施形態の利点に加えて、走査型プローブユニット２０Ａの芯調整を行なって、カンチレバー１０の中心位置を光学顕微鏡の対物レンズによる観察中心に合わせて、光学顕微鏡による観察位置とプローブによる測定位置とを揃えておくことにより、光学顕微鏡による観察に続いて直ちにプローブによる測定を行なうことができるという利点を有している。
【００５２】
第三実施形態
第三実施形態の変形例の走査型プローブ装置３００を図６に示す。図６において、上述した実施形態の部材と同一の参照符号で示された部材は同等の部材を示しており、続く説明ではその詳しい説明は省略し、以下では相違箇所について説明する。
【００５３】
図６に示されるように、本実施形態の走査型プローブ装置３００は、既存の光学顕微鏡の対物レボルバに装着可能な接続部材６１と、接続部材６１に着脱される走査型プローブユニット２０Ｂとを備えている。
【００５４】
走査型プローブユニット２０Ｂは、スキャナ保持部３が、丸アリ（雄アリ）６４を備えたスキャナ保持部６５に変更されている点を除けば、第二実施形態で説明した走査型プローブユニット２０Ａと同様なものである。
【００５５】
接続部材６１は、対物レボルバの対物レンズ取付部である雌ネジに螺合する雄ネジ６２と、走査型プローブユニット２０Ｂを回転可能に支持するための雌アリ６３と、走査型プローブユニット２０Ｂを固定するための固定用ネジ６６とを有している。固定用ネジ６６は丸い先端を有している。接続部材６１は一つの固定用ネジ６６を有しているが、複数の固定用ネジ６６を有していてもよい。
【００５６】
本実施形態では、既存の光学顕微鏡の対物レボルバへの走査型プローブユニット２０Ｂの取り付けは以下のようにして行なわれる。
【００５７】
まず、第一実施形態と同様にして、接続部材６１を既存の光学顕微鏡の対物レボルバの対物取付部に取り付ける。
【００５８】
その後、走査型プローブユニット２０Ｂのスキャナ保持部６５の丸アリ６４を接続部材６１の雌アリ６３に挿入して接続部材６１に突き当てる。これにより走査型プローブユニット２０Ｂは接続部材６１に回転可能に支持される。挿入は、好ましくは、走査型プローブユニット２０ＢのＸＹスキャナ６のＸＹ走査方向（軸）をＸＹ移動ステージのＸＹ軸に粗く合わせて行なう。
【００５９】
次に、走査型プローブユニット２０ＢのＸＹスキャナ６のＸＹ走査方向（軸）とＸＹ移動ステージのＸＹ軸が一致するように微調整し、固定用のネジ６６を締め付け、走査型プローブユニット２０Ｂを固定する。
【００６０】
このように、本実施形態の走査型プローブ装置は、既存の顕微鏡の対物レボルバの対物レンズ取付部に、走査型プローブユニットを容易に取り付け可能であると共に、走査型プローブユニットのＸＹ走査軸をＸＹ移動ステージのＸＹ軸に容易に合わせることができる。これにより、同様なパターン試料の測定時の測定精度や再現性が向上される。また、走査型プローブユニットは、回転させることなく、接続部に装着できるので、走査型プローブユニットからコントローラへ延びる配線の捩れや切断のおそれもない。さらに、第一実施形態の様なプランジャを使用しないため、そのバネ力を考慮する必要がなく、設計の自由度が高い。
【００６１】
第四実施形態
第四実施形態の変形例の走査型プローブ装置４００を図７に示す。図７において、上述した実施形態の部材と同一の参照符号で示された部材は同等の部材を示しており、続く説明ではその詳しい説明は省略し、以下では相違箇所について説明する。
【００６２】
図７に示されるように、本実施形態の走査型プローブ装置４００は、第一実施形態と同様の接続部材１と、接続部材１に着脱される連結部材７１と、連結部材７１に着脱される走査型プローブユニット２０Ｃとを備えている。
【００６３】
走査型プローブユニット２０Ｃは、スキャナ保持部３が、長アリ（雄アリ）７５を備えたスキャナ保持部７４に変更されている点を除けば、第二実施形態で説明した走査型プローブユニット２０Ａと同様なものである。
【００６４】
連結部材７１は、接続部材１の凹部に殆ど隙間なく挿入され得る凸部を有している。つまり、連結部材７１と接続部材１は互いに勘合し得る。さらに、連結部材７１は、接続部材１の凹部に勘合する凸部の周面に形成されたＶ溝７３を有しており、接続部材１は、連結部材７１のＶ溝７３と係合し得るプランジャ９を有している。接続部材１のプランジャ９と連結部材７１のＶ溝７３との係合によって、連結部材７１は接続部材１に回転可能に支持される。
【００６５】
接続部材１は、ここでは一つのプランジャ９を有しているが、複数のプランジャ９を有していてもよい。また、接続部材１は、より好ましくは、第一実施形態の変形例と同様に、連結部材７１を固定するための固定用ネジ４１を有しているとよい。
【００６６】
連結部材７１は、更に、走査型プローブユニット２０Ｃのスキャナ保持部７４の長アリ（雄アリ）７５を受け入れる雌アリ７２と、走査型プローブユニット２０Ｃを固定するためのネジ６６とを有している。連結部材７１は、ここでは一つのネジ６６を有しているが、複数のネジ６６を有していてもよい。
【００６７】
本実施形態では、既存の光学顕微鏡の対物レボルバへの走査型プローブユニット２０Ｃの取り付けは以下のようにして行なわれる。
【００６８】
まず、第一実施形態と同様にして、接続部材１を既存の光学顕微鏡の対物レボルバの対物取付部に取り付ける。
【００６９】
次に、連結部材７１の凸部を接続部材１の凹部に挿入し、連結部材７１の雌アリ７２の方向をＸＹ移動ステージのＸＹ軸に合わせ、連結部材７１を回転位置調整を行なう。調整後、固定用ネジを用いて連結部材７１を固定するとより好ましい。
【００７０】
続いて、走査型プローブユニット２０Ｃのスキャナ保持部７４の長アリ７５を、連結部材７１の雌アリ７２に挿入し、固定用のネジ６６を締め付けて、走査型プローブユニット２０Ｃを固定する。
【００７１】
この後、必要であれば、走査型プローブユニット２０Ｃと固定されている連結部材７１を、ＸＹ移動ステージのＸＹ軸と走査型プローブユニット２０ＣのＸＹ走査方向（軸）が一致する様に、連結部材７１を回転させ調整する。
【００７２】
本実施形態では、走査型プローブユニット２０Ｃの向きすなわち回転位置は、スキャナ保持部７４の長アリ７５が挿入される連結部材７１の雌アリ７２の方向で決まる。このため、走査型プローブユニット２０Ｃを付け替えた際などにも、走査型プローブユニット２０Ｃの回転位置を調整し直す必要がない。
【００７３】
以上の説明から分かるように、本実施形態の走査型プローブ装置は、既存の顕微鏡の対物レボルバの対物レンズ取付部に、走査型プローブユニットを容易に取り付け可能であると共に、走査型プローブユニットのＸＹ走査軸をＸＹ移動ステージのＸＹ軸に容易に合わせることができる。これにより、同様なパターン試料の測定時の測定精度や再現性が向上される。また、走査型プローブユニットは、回転させることなく、接続部に装着された連結部材に装着されるので、走査型プローブユニットからコントローラへ延びる配線の捩れや切断のおそれもない。さらに、連結部材７１の回転位置を一度調整した後は、連結部材７１に取り付けられる走査型プローブユニット２０Ｃの回転位置調整を再度行なう必要がない。
【００７４】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００７５】
例えば、第一実施形態や第二実施形態において、図８に示されるように、対物レボルバの雌ネジに合う雄ネジ８２を有する接続部８１が、スキャナ保持部８４の凹部に挿入され、スキャナ保持部８４がプランジャ９を有し、プランジャ９を受ける溝８３が接続部８１に形成されている構成に変更されてもよい。また、各実施形態の各要素が適宜組み合わせられてもよい。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、既存の光学顕微鏡の対物レボルバに対して走査型プローブユニットを回転位置調整可能に取り付ける機構を備えた走査型プローブ装置が提供される。さらに、本発明による走査型プローブ装置では、対物レボルバへの取り付けの際に、走査型プローブユニットから延びる配線が捩れたり断線したりするおそれが少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態における走査型プローブ装置を示している。
【図２】図１に示されたプランジャを拡大して示している。
【図３】図１に示された走査型プローブ装置とこれが取り付けられた光学顕微鏡の対物レボルバ周辺部分を示している。
【図４】第一実施形態の変形例における走査型プローブ装置を示している。
【図５】本発明の第二実施形態における走査型プローブ装置を示している。
【図６】本発明の第三実施形態における走査型プローブ装置を示している。
【図７】本発明の第四実施形態における走査型プローブ装置を示している。
【図８】第一実施形態や第二実施形態に適用可能な接続部材とスキャナ保持部の別の係合の形態を示している。
【図９】従来の走査型プローブユニットを示している。
【図１０】図９に示された走査型プローブユニットが取り付けられた対物レボルバを示している。
【符号の説明】
１ 接続部材
２ 雄ネジ
３ スキャナ保持部
４ Ｖ溝
５ 変位検出部
６ ＸＹスキャナ
７ 中間部材
８ Ｚスキャナ
９ プランジャ
１０ カンチレバー
１１ レーザ光源
１２ レーザユニット
１３ ミラー
１４ 検出器
２０ 走査型プローブユニット
３０ スキャナ
１００ 走査型プローブ装置
Claims (4)
- 試料を載置するＸＹ移動ステージを有する光学顕微鏡の対物レボルバに取り付け可能な走査型プローブ装置であり、
前記光学顕微鏡の対物レボルバの対物レンズ取付部に取り付け可能な接続部と、
前記接続部に着脱可能な走査型プローブユニットとを備えており、
前記走査型プローブユニットは、プローブを自由端に有するカンチレバーと、前記試料表面に対して前記カンチレバーをＸＹＺ方向に走査するための走査機構と、前記カンチレバーの変位を検出するための変位検出系と、前記接続部に対して着脱、且つ位置調整可能な装着部とを有し、
前記装着部を前記接続部に挿入し、前記装着部は前記接続部に挿入する部分に形成された溝を有し、前記接続部は前記装着部の溝と係合し得る抑えネジを有し、前記装着部の溝と前記接続部の抑えネジとの係合によって、前記走査機構のＸＹ走査方向を前記ＸＹ移動ステージのＸＹ軸に対し位置調整可能に前記走査型プローブユニットを支持することを特徴とする走査型プローブ装置。 - 試料を載置するＸＹ移動ステージを有する光学顕微鏡の対物レボルバに取り付け可能な走査型プローブ装置であり、
前記光学顕微鏡の対物レボルバの対物レンズ取付部に取り付け可能な接続部と、
前記接続部に着脱可能な走査型プローブユニットとを備えており、
前記走査型プローブユニットは、プローブを自由端に有するカンチレバーと、前記試料表面に対して前記カンチレバーをＸＹＺ方向に走査するための走査機構と、前記カンチレバーの変位を検出するための変位検出系と、前記接続部に対して着脱、且つ位置調整可能な装着部とを有し、
前記接続部を前記装着部に挿入し、前記接続部は前記装着部に挿入する部分に形成された溝を有し、前記装着部は前記接続部の溝と係合し得る抑えネジを有し、前記接続部の溝と前記装着部の抑えネジとの係合によって、前記走査機構のＸＹ走査方向を前記ＸＹ移動ステージのＸＹ軸に対し位置調整可能に前記走査型プローブユニットを支持することを特徴とする走査型プローブ装置。 - 前記装着部と前記接続部は互いに勘合し、前記溝と前記抑えネジとの係合によって、前記走査型プローブユニットを位置調整可能に支持することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の走査型プローブ装置。
- 試料を載置するＸＹ移動ステージを有する光学顕微鏡の対物レボルバに取り付け可能な走査型プローブ装置であり、
前記光学顕微鏡の対物レボルバの対物レンズ取付部に取り付け可能な接続部と、
前記接続部に着脱可能な走査型プローブユニットとを備えており、
前記走査型プローブユニットは、プローブを自由端に有するカンチレバーと、前記試料表面に対して前記カンチレバーをＸＹＺ方向に走査するための走査機構と、前記カンチレバーの変位を検出するための変位検出系と、前記接続部に対して着脱、且つ位置調整可能な装着部とを有し、
前記装着部と前記接続部は互いに連結するアリ機構を有し、前記アリ機構によって、前記走査機構のＸＹ走査方向を前記ＸＹ移動ステージのＸＹ軸に対し位置調整可能に前記走査型プローブユニットを支持することを特徴とする走査型プローブ装置。
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