JPH08285864A - カンチレバー位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、カンチレバーの位置調整及び姿勢調
整が可能であり、圧電体のドリフトやクリープ等に影響
されず、試料走査中においてもカンチレバーを初期設定
位置にホールドできるカンチレバー位置決め装置を提供
することを目的とする。 【構成】 本発明は、ＳＴＭ等において、試料１１上を
走査する測定用の先端部に探針５を有するカンチレバー
３が取付けられた積層型圧電素子２の伸縮方向の歪みを
検出する方向で、対向して配置される歪みゲージ４ａ，
４ｂと、検出された歪み検出信号を演算処理する歪み検
出部９と、算出された歪み量に基づき、初期設定位置に
探針５が設定されるように積層型圧電素子２の伸縮して
位置補正する圧電素子駆動部１０とで構成されるカンチ
レバー位置決め装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微小表面形状及び摩擦
力分布測定装置、例えば走査型トンネル顕微鏡や原子間
力顕微鏡や水平力顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡に適
用され、カンチレバーの位置決め装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ；
Scanning Tunneling Microscope ）、原子間力顕微鏡
（ＡＦＭ；Atomic Force Microscope ）など、簡単な構
成で原子レベルの高い縦横方向分解能を有する走査型プ
ローブ顕微鏡に関する技術が特開昭６２−１３０３０２
号公報における「サンプル表面の像を形成する方法及び
その装置」により開示されている。さらに最近では、Ａ
ＦＭと同時に探針と試料との間に働く摩擦力などを測定
する水平力顕微鏡（ＬＦＭ；Lateral Force Microscop
e）などがある。

【０００３】従来のＳＴＭ、ＡＦＭ、ＬＦＭとして、カ
ンチレバーの先端位置に探針を対置し、当該探針を試料
に接近させて滑動せしめ、前記カンチレバーの撓み角と
捻れ角とを検出することにより前記試料の形状及び摩擦
力分布を同時に測定する装置が既知となっている。

【０００４】ここで従来のＡＦＭの測定方法を説明す
る。ＡＦＭでは、探針は柔軟なカンチレバーによって支
持される。探針が試料表面に近づくと、探針先端の原子
と試料表面との原子の間には、ファン・デル・ワールス
（van der Waals ）相互作用による引力が働き、さらに
原子の結合距離まで近づくと、パウリ（Pauli ）の排他
律による斥力が働く。これらの引力及び斥力（原子間
力）は非常に小さく、１０^-9〜１０¹²［Ｎ］程度であ
る。

【０００５】一般的にＡＦＭでは、観察の際、探針の先
端の原子が原子間力を受けてカンチレバーがある程度変
位する距離まで、探針が試料表面に近づけられる。この
状態から、探針を試料表面に沿って走査させると、試料
表面に対応して探針と試料との距離が変化するため、探
針と試料表面との間に働く原子間力に基づいて、カンチ
レバーの変位量が変化する。このようなカンチレバーの
変位検出には、いくつかの方式が知られている。例え
ば、カンチレバーの先端上面（探針のない面）に光学反
射面を設け、この反射面にレーザ光を入射させ、カンチ
レバーの変位に応じて変化する反射角をフォトダイオー
ドで検出させる方法がある。

【０００６】また、図８に示すようにチップアシー１に
おいてカンチレバー３は積層型圧電素子２に固定され、
カンチレバー３の先端はＺＰセンサ６によってモニタさ
れている。カンチレバー３をＺＰセンサ６の焦点位置に
来るようにカンチレバー３の粗動をチップアシー１に取
り付けられているマイクロメータ（図示せず）により行
い、微動は積層型圧電素子２の電圧を調節して行ってい
る。この焦点位置は、計測時にリファレンスとなるた
め、非常に重要である。

【０００７】さらに、特開平０５−１８７６９号公報に
おいては、捻りアクチュエータを使用している。探針を
先端部に配置したカンチレバーの基部に備えられた捻り
アクチュエータが試料表面との摩擦力によって生じるカ
ンチレバーの捻れ角をこの試料表面に対して“０”、即
ち探針の試料表面における位置を摩擦力“０”の位置に
戻すようにカンチレバーの基部に逆方向の捻れを与える
ので、探針の姿勢は常に摩擦力“０”の状態に保持され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た装置においては、積層型圧電素子２がオープンループ
で使用されているため、カンチレバー３をＺＰセンサ６
の焦点位置を初期設定しても、使用時間が長くなるに連
れ、積層型圧電素子２の温度ドリフトやクリープ等が原
因となって、実際には、カンチレバー３が次第に、ＺＰ
センサ６の焦点位置から外れてきてしまい、そのため、
リファレンスが狂い、測定誤差の要因となる欠点があ
る。

【０００９】また特開平０５−１８７８６９号公報に提
案される技術おいては、捻りアクチュエータが捻られた
場合、アクチュエータ自身が捻れるのみでなく、伸縮が
生じて、カンチレバーがＸ方向に動いてしまう。これに
より、レーザ光の反射点の高さが変化してしまい、カン
チレバー変位信号として検出されてしまうため測定誤差
になってしまう欠点がある。

【００１０】そこで本発明は、カンチレバーの位置調整
及び姿勢調整が可能であり、圧電体のドリフトやクリー
プ等に影響されず、試料走査中においてもカンチレバー
を初期設定位置にホールドできるカンチレバー位置決め
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、予め設定された初期設定位置を有し、先端
部に探針が設けられ、該探針を試料表面上に走査させ
て、生じた撓み角及び捻れ角より試料表面の形状及び摩
擦力分布を測定するためのカンチレバーと、前記カンチ
レバーの末端の基部に取付けられ、所定の電圧印加によ
り、前記試料と前記探針の相対位置関係を自在に移動可
能な圧電素子と、前記圧電素子の伸縮する方向を検出可
能に配置される、少なくとも２個以上の歪みゲージ変位
センサと、前記歪みゲージ変位センサを含みブリッジ回
路構成され、歪みゲージ変位センサの出力に基づき、前
記初期設定位置からの移動量となる変位量を算出する変
位量算出手段とで構成され、算出された前記変位量に基
づき前記圧電素子を駆動させて、カンチレバーを前記初
期設定位置に補正するカンチレバー位置決め装置を提供
する。

【００１２】さらに、予め設定された初期設定位置を有
し、先端部に探針が設けられ、該探針を試料表面上に走
査させて、生じた撓み角及び捻れ角より試料表面の形状
及び摩擦力分布を測定するためのカンチレバーと、前記
カンチレバーの末端の基部に取付けられ、所定の電圧印
加により、カンチレバーの軸方向を中心とする回動方向
に捻れる第１の圧電素子と、前記第１の圧電素子に取付
けられ所定の電圧印加により、カンチレバーの軸方向に
伸縮及び屈曲する第２の圧電素子とからなり、前記試料
と前記探針の相対位置関係を自在に移動可能な圧電素子
手段と、前記第１の圧電素子の電極方向に沿って取付け
られ、該第１の圧電素子の捻れ方向を検出可能に配置さ
れる、少なくとも２個以上の第１の歪みゲージ変位セン
サと、前記第２の圧電素子に取付けられ、該第２の圧電
素子の伸縮する方向を検出可能に配置される、少なくと
も２個以上の第２の歪みゲージ変位センサとからなる歪
みゲージ変位手段と、前記第１，第２の歪みゲージ変位
センサを含み、それぞれにブリッジ回路構成され、各歪
みゲージ変位センサの出力に基づき、前記初期設定位置
からの移動量となる変位量を算出する変位量算出手段と
で構成され、算出された前記変位量に基づき前記圧電素
子手段を駆動させて、カンチレバーを前記初期設定位置
に補正するカンチレバー位置決め装置を提供する。

【００１３】

【作用】以上のような構成のカンチレバー位置決め装置
は、圧電素子及びアクチュエータに歪みゲージ変位セン
サを複数個設けることにより、使用時間の経過により予
め設定した初期設定位置から移動した変位量が算出さ
れ、カンチレバーが元の初期設定位置に補正される。ま
た、常時、歪みゲージの歪みをモニタして、経時変化に
よって生じる温度ドリフトやクリープ等の誤差を走査ご
とに初期設定位置に戻すようにフィードバック制御され
る。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１に、本発明のカンチレバー位置決め装
置を設けた走査型プローブ顕微鏡をＡＦＭを一例にとっ
て概略的な構成を示し説明する。

【００１５】このＡＦＭは、チップアシー１に積層型圧
電素子２が固着されており、積層型圧電素子２のチップ
アシー１に固定されていない一端にカンチレバー３が固
定されている。そのカンチレバー３の先端に探針５が設
けられている。さらにカンチレバー３は対物レンズ８を
介して、例えば、臨界角プリズムを用いたカンチレバー
の変位検出光学系（ＺＰセンサ）６によってモニタさ
れ、そのモニタ信号に基づき、圧電素子駆動部１０が積
層型圧電素子２を伸縮する。

【００１６】また、前記カンチレバー３の先端部に設け
られた探針５が試料１１を走査する前にカンチレバー３
をＺＰセンサ６の焦点位置に持ってくる必要があり、チ
ップアシー１にはカンチレバー３の位置を移動させて粗
動調整を行うためのマイクロメータ７が設けられる。微
調整は積層型圧電素子２で行う。試料１１は、所定位置
に電極１２が配置されたチューブスキャナ１３に載置さ
れ、図示しない制御部によりチューブスキャナ１３が屈
曲して、ＸＹＺ方向に走査される。

【００１７】前記積層型圧電素子２には、図３（ａ）の
上面図に示すように、歪みゲージ変位センサ（以下、歪
みゲージとする）４ａ，４ｂが積層型圧電素子２の伸縮
方向の歪みを検出できる方向で、２枚の歪みゲージ４
ａ，４ｂを対向するように配置する。これらの歪みゲー
ジ４ａ，４ｂにより検出された歪み検出信号は、歪み検
出部９で演算処理され、圧電素子駆動部１０にフィード
バックされ、積層型圧電素子２の伸縮を補正する。

【００１８】図２には、第１実施例としてのカンチレバ
ー位置決め装置の構成例を示す。このカンチレバー位置
決め装置は、積層型圧電素子２に配置された歪みゲージ
４ａ，４ｂと、ＺＰセンサ６と、圧電素子駆動部１０
と、歪み検出部９とで構成される。

【００１９】前記歪み検出部９は、歪みゲージ４ａ，４
ｂで生じた歪みを後述するホイートストンブリッジ回路
を用いて歪み量を常時、検出信号として得るブリッジ回
路１４と、微小な検出信号を増幅するプリアンプ１５
と、得られた検出信号から積層型圧電素子２の伸縮の補
正量を演算する演算回路１６とで構成される。また、前
記圧電素子駆動部１０は、積層型圧電素子２に伸縮の電
圧を印加するピエゾドライバ１８と、該ピエゾドライバ
１８を制御するピエゾコントローラ１７とで構成され
る。またピエゾコントローラ１７には、外部のパーソナ
ルコンピュータ等からの制御信号も入力している。

【００２０】また、前記演算回路１６はモニタ機能を有
し、ブリッジ回路１４からの出力に基づく補正量を常時
もしくは走査毎の開始直前にピエゾコントローラ１７に
出力し、常にカンチレバー３（探針５）を初期設定位置
になるように制御するフィードバック制御を行う。

【００２１】次に図３（ｂ）を参照して、歪みゲージ４
ａ，４ｂで生じた歪みをブリッジ回路を用いて検出する
方法について説明する。これらの歪みゲージ４ａ，４ｂ
は、所定電圧を印加中に歪みを生じた場合に、出力値が
変化するものであり、例えば１２０Ωの歪みゲージが１
０００×１０^-6の歪みを受けた場合に電気抵抗の変化
は、０．２４Ωと極めて微小である。これを電気信号と
して取り出す場合には、図３（ｂ）に示すようなホイー
トストンブリッジ回路が利用される。

【００２２】本実施例では、２つの歪みゲージ４ａ，４
ｂを用いているため、ブリッジを構成させるために２つ
の固定抵抗２０ａ，２０ｂを接続する。ブリッジで対向
する２端に電圧Ｅを印加し、検出信号は残りの２端から
得る。

【００２３】そしてブリッジ回路１４で得られた検出信
号はまだ、微弱な信号であるため、プリアンプ１５で増
幅させて、演算回路１６に入力させる。演算回路１６で
は、入力された検出信号に基づき、積層型圧電素子２の
伸縮を補正するための信号をピエゾコントローラ１７に
出力する。

【００２４】このピエゾコントローラ１７では、ＺＰセ
ンサ６による探針５の位置をモニタ信号に、前記歪み検
出部９からの補正信号を加味して積層型圧電素子２の伸
縮をフィードバック制御する。

【００２５】次に、このように構成されたカンチレバー
位置決め装置が搭載されたＡＦＭを例として、動作を説
明する。まず、ＡＦＭにおける試料測定のための所定の
操作を行い、次に、カンチレバー３の位置をモニターす
るために、マイクロメータ７で粗動調整を行った後、Ｚ
Ｐセンサ６の出力を基に積層型圧電素子２をフィードバ
ック制御を行い、カンチレバー３をＺＰセンサ６の焦点
位置に移動させるための微調整を行う。そして、カンチ
レバー３がＺＰセンサ６の焦点位置に合ったときの積層
型圧電素子２の歪みを歪みゲージ４ａ，４ｂで検出し、
その値を初期設定位置として演算回路１６に含まれるメ
モリに記憶させる。

【００２６】そして試料１１の測定箇所の走査開始位置
に探針５がセットされるようにチューブスキャナ１３を
ＸＹＺ方向に駆動する。走査開始位置にセットされた
後、所定の走査により、試料１１が測定される。

【００２７】そして、測定を行っていくと、前述したよ
うに積層型圧電素子２の温度ドリフトやクリープ等が原
因となって、カンチレバー３が次第にＺＰセンサ６の焦
点位置からずれていく。

【００２８】その際に、歪みゲージ４ａ，４ｂから検出
された歪み信号が最初に記憶された初期設定位置の値に
なるようにフィードバック制御を行い、積層型圧電素子
２の歪みを補正して、カンチレバー３を初期設定位置に
ホールドすることが可能になる。

【００２９】次に、本発明による第２実施例のカンチレ
バー位置決め装置について説明する。本実施例におい
て、第１実施例と同等の構成については説明を省略し、
特徴部分について説明する 図４（ａ）には、第２実施例としてのカンチレバー位置
決め装置の概念的な構成を示す。第１実施例では、カン
チレバーが１方向（Ｚ方向）のみに動くものであったが
本実施例は１方向＋ローテーション方向に動くものであ
る。具体的には、Ｚ方向＋ローテーション方向であり、
これらの方向（ＸＹＺ方向）にカンチレバーを動かすに
は、電極が４枚設けられ、カンチレバーの軸方向へ伸縮
するスキャナ２１と、円筒型圧電素子の円筒軸に対して
４５度の角度を持つ交差指電極を設けた捻りアクチュエ
ータ２２とを組み合わせることで簡単に実現できる。こ
の構成の参考文献としては、「第３回電磁力関連のダイ
ナミックスシンプジウム講演論文集、日本機械学会、電
気学会、布田、増子、吉田、１９９１−６、ｐ１５４」
に詳しく記載される。

【００３０】このカンチレバー位置決め装置は、固定部
２３にスキャナ２１の一端が固着され、その反対側の他
端には、捻りアクチュエータ２２が固着される。前記捻
りアクチュエータ２２の先端には、カンチレバー３が固
定されており、そのカンチレバー３の先端に探針５が設
けられている。

【００３１】図４（ａ）に示すように、スキャナ２１に
は歪みゲージ２４ａ，２４ｂが該スキャナ２１の伸縮方
向の歪みのみを検出するように対向して配置されてい
る。捻りアクチュエータ２２には、歪みゲージ２５ａ〜
２５ｄが４枚、捻りアクチュエータ２２の電極方向に９
０度づつ離れ、互いに対向するように配置されている。

【００３２】さらにカンチレバー３の上側先端部位置に
レーザ光が照射するようにレーザ発生器２６が配置さ
れ、その反射光が検出部２７ａに入射されるように光検
出器２７が配置される。

【００３３】そして照射されるレーザ光は、カンチレバ
ー３が試料１１に対して水平になったときにカンチレバ
ー３の上側先端部位で焦点が合い、さらに図４（ｂ）に
示すように検出部２７ａの０点（初期設定位置）に反射
光が入射するように設定する。このレーザ光の照射位置
を確認するために、カンチレバー３の上方に対物レンズ
２８が配置される。

【００３４】図５には、本実施例のカンチレバー位置決
め装置の構成を示し説明する。このカンチレバー位置決
め装置は、２枚の歪みゲージ２４ａ，２４ｂが配置され
たスキャナ２１と、該スキャナ２１と固着し４枚の歪み
ゲージ２５ａ〜２５ｄが配置された捻りアクチュエータ
２２と、歪みゲージ２５ａ〜２５ｄで生じた歪みをホイ
ートストンブリッジ回路を用いて検出信号として得る第
１のブリッジ回路２９と、歪みゲージ２４ａ，２４ｂか
らの歪みを検出信号として得る第２のブリッジ回路３０
と、前記第１，第２のブリッジ回路２９，３０からのそ
れぞれの検出信号を増幅するプリアンプ３１と、得られ
た検出信号からスキャナ２１の伸縮の補正量を演算し且
つ、得られた検出信号からスキャナ２１の伸縮の補正量
を演算し且つ、得られた検出信号から捻りアクチュエー
タ２２の伸縮の補正量をする演算回路３２と、スキャナ
２１及び捻りアクチュエータ２２に伸縮の電圧を印加す
るピエゾドライバ３４と、該ピエゾドライバ３４を制御
するピエゾコントローラ３３とで構成される。また、Ｚ
Ｐセンサ３５はレーザ発生器２６と光検出器２７からな
る。

【００３５】ここで、図６に示す捻りアクチュエータ２
２に配置した歪みゲージ２５ａ〜２５ｄによる第１のブ
リッジ回路２９の概念について説明する。捻りアクチュ
エータ２２の歪みの算出の方法について説明する。

【００３６】歪みゲージ２５ａ〜２５ｄで測定される歪
みをそれぞれεａ，εｂ，εｃ，εｄとし、捻り歪みを
ε０とすると、 εａ＝ε０ εｂ＝−ε０ εｃ＝ε０ εｄ＝−ε０ となる。さらに第１のブリッジ回路２９で検出される歪
みをεとすると、 εｔ＝εａ−εｂ＋εｃ−εｄ＝ε０−（−ε０）＋ε０−（−ε０） ＝４ε０ となる。第１のブリッジ回路２９の出力電圧ｅとεｔの
関係は、 ｅ＝Ｋｓ＊εｔ＊Ｅ／４ ここで、Ｋｓは歪みゲージのゲージ率、Ｅはブリッジ回
路の励起電圧を示す。また第１のブリッジ回路２９は、
温度変化による歪みを検出することもできる。また図７
には、スキャナ２１の歪みゲージ２４ａ，２４ｂと所定
の固定抵抗３６ａ，３６ｂによる第２のブリッジ回路３
０の概念を示す。

【００３７】図７（ｂ）に示すようにブリッジ構成され
た歪みゲージ２４ａ，２４ｂにより検出される歪みをε
１，ε２とし、積層型圧電素子の伸び方向の歪みをεｚ
とすると、 ε１＝εｚ ε２＝εｚ となる。第２のブリッジ回路３０で検出される歪みをε
０とすると、 ε０＝ε１＋ε２＝εｚ＋εｚ＝２εｚ となる。第２のブリッジ回路３０の出力電圧ｃとεｚの
関係は、 ｅ＝Ｋｓ＊ε０＊Ｅ／４ となる。

【００３８】このように構成されたカンチレバー位置決
め装置の動作について説明する。まず、カンチレバー３
の上側先端部位置にレーザ発生器２６からのレーザ光が
照射されるように、対物レンズ２８の視野に入るまでマ
イクロメータ７で粗動調整を行い、以後の微動調整をス
キャナ２１及び捻りアクチュエータ２２で行う。

【００３９】この時、カンチレバー３からの反射光によ
る検出部２７ａの出力に基づき、スキャナ２１及び捻り
アクチュエータ２２をフィードバック制御して、カンチ
レバー３からの反射光の入射位置が検出部１５ａのＯ点
に一致するように設定する。

【００４０】ここで図４（ｂ）に示す検出部２７ａのｘ
方向の補正は、捻りアクチュエータ２２を駆動して行
い、ｙ方向の補正はスキャナ２１を駆動して行う。しか
し、捻りアクチュエータ２２は、捻れる時に伸縮方向に
変位するため、検出部２７ａではｘ方向にズレとして現
れてくる。スキャナ２１は、このズレも補正する。

【００４１】そして反射光の入射位置が検出部１５ａの
Ｏ点に一致した時のスキャナ２１及び捻りアクチュエー
タ２２の歪みを歪みゲージ２４ａ，２４ｂ，２５ａ〜２
５ｄで検出し、その値を演算回路３２に含まれるメモリ
に初期設定位置として記憶する。この時、カンチレバー
３は、試料１１に対して水平に設定される。

【００４２】そして試料１１の測定に伴い、圧電体を利
用したスキャナ２１及び捻りアクチュエータ２２の温度
ドリフトやクリープ等の歪みを歪みゲージ２４ａ、２４
ｂ及び２５ａ〜２５ｄの出力がメモリに記憶された初期
設定位置の値になるようにフィードバック制御を行い、
スキャナ８及び捻りアクチュエータ９の歪みを補正し
て、カンチレバー３を初期設定位置にホールドすること
が可能になる。

【００４３】さらに、好ましくは、自己温度補償型ゲー
ジを使用し、被測定物材料と線膨脹係数を適合させ、温
度変化による歪みゲージの見掛けの歪みを非常に小さく
することができ、測定精度が向上する。

【００４４】以上の実施例に基づいて説明したが、本明
細書には、以下のような発明も含まれる。 （１） 試料を走査する探針と、探針を先端部の一方の
面に有するカンチレバーを試料表面にて接触摺動させ、
前記カンチレバーの撓み角及び捻れ角より前記試料表面
の形状及び摩擦力分布を測定する表面形状及び摩擦力分
布測定装置において、前記試流と前記探針の相対位置関
係を修整自在に前記カンチレバーの基部に圧電アクチュ
エータと、前記圧電アクチュエータの状態をモニタする
ための歪みゲージセンサを配置し、前記歪みゲージセン
サで構成されたブリッジ回路とを有することを特徴とす
るカンチレバー位置決め装置。

【００４５】（２） 前記圧電アクチュエータは、積層
型圧電素子であることを特徴とする前記（１）記載のカ
ンチレバー位置決め装置。 （３） 前記圧電アクチュエータは、円筒型アクチュエ
ータであることを特徴とする前記（１）記載のカンチレ
バー位置決め装置。

【００４６】（４） 前記積層型圧電素子に配置された
前記歪みゲージは、前記積層型圧電素子の伸縮方向で、
前記歪みゲージが対向するように配置することを特徴と
する前記（１）記載のカンチレバー位置決め装置。

【００４７】（５） 前記捻りアクチュエータに配置さ
れた前記歪みゲージは、前記捻りアクチュエータの電極
方向に沿って９０°づつ離して配置されたことを特徴と
する前記（２）記載のカンチレバー位置決め装置。

【００４８】（６） 前記アクチュエータは、前記歪み
ゲージの出力信号を基にフィードバック制御され、測定
中のカンチレバーのポジションを初期設定された位置に
ホールドすることを特徴とする前記（１），（２）記載
のカンチレバー位置決め装置。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、カ
ンチレバーの位置調整及び姿勢調整が圧電体のドリフト
やクリープなどの影響を受けずに行え、試料走査中にお
いてもカンチレバーを初期設定された位置にホールドす
ることを可能にするカンチレバー位置決め装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカンチレバー位置決め装置を設けた走
査型プローブ顕微鏡（ＳＴＭ）の概略的な構成を示す図
である。

【図２】第１実施例としてのカンチレバー位置決め装置
の構成例を示す図である。

【図３】図３（ａ）は積層型圧電素子における歪みゲー
シの配置を示す図、図３（ｂ）はブリッジ回路の構成を
示す図である。

【図４】図４（ａ）は、第２実施例としてのカンチレバ
ー位置決め装置の概念的な構成を示す図、図４（ｂ）
は、検出部に反射光が入射する位置を示す図である。

【図５】第２実施例のカンチレバー位置決め装置の構成
を示す図である。

【図６】図６（ａ）は捻りアクチュエータにおける歪み
ゲージの配置を示す図、図６（ｂ）はそれらの歪みゲー
ジのよるブリッジ回路の構成を示す図である。

【図７】図７（ａ）はスキャナにおける歪みゲージの配
置を示す図、図７（ｂ）はそれらの歪みゲージのよるブ
リッジ回路の構成を示す図である。

【図８】従来の走査型プローブ顕微鏡の概略的な構成を
示す図である。

【符号の説明】

１…チップアシー、２…積層型圧電素子、３…カンチレ
バー、４ａ，４ｂ，２５ａ〜２５ｄ…歪みゲージ、５…
探針、６…カンチレバーの変位検出光学系（ＺＰセン
サ）、７…マイクロメータ、８…対物レンズ、９…歪み
検出部、１０…圧電素子駆動部、１１…試料、１２…電
極、１３…チューブスキャナ、１４…ブリッジ回路、１
５…プリアンプ、１６…演算回路、１７…ピエゾコント
ローラ、１８…ピエゾドライバ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め設定された初期設定位置を有し、先
   端部に探針が設けられ、該探針を試料表面上に走査させ
   て、生じた撓み角及び捻れ角より試料表面の形状及び摩
   擦力分布を測定するためのカンチレバーと、 前記カンチレバーの末端の基部に取付けられ、所定の電
   圧印加により、前記試料と前記探針の相対位置関係を自
   在に移動可能な圧電素子と、 前記圧電素子の伸縮する方向を検出可能に配置される、
   少なくとも２個以上の歪みゲージ変位センサと、 前記歪みゲージ変位センサを含みブリッジ回路構成さ
   れ、歪みゲージ変位センサの出力に基づき、前記初期設
   定位置からの移動量となる変位量を算出する変位量算出
   手段と、を具備し、 算出された前記変位量に基づき前記圧電素子を駆動させ
   て、カンチレバーを前記初期設定位置に補正することを
   特徴とするカンチレバー位置決め装置。
2. 【請求項２】 予め設定された初期設定位置を有し、先
   端部に探針が設けられ、該探針を試料表面上に走査させ
   て、生じた撓み角及び捻れ角より試料表面の形状及び摩
   擦力分布を測定するためのカンチレバーと、 前記カンチレバーの末端の基部に取付けられ、所定の電
   圧印加により、カンチレバーの軸方向を中心とする回動
   方向に捻れる第１の圧電素子と、前記第１の圧電素子に
   取付けられ所定の電圧印加により、カンチレバーの軸方
   向に伸縮及び屈曲する第２の圧電素子とからなり、前記
   試料と前記探針の相対位置関係を自在に移動可能な圧電
   素子手段と、 前記第１の圧電素子の電極方向に沿って取付けられ、該
   第１の圧電素子の捻れ方向を検出可能に配置される、少
   なくとも２個以上の第１の歪みゲージ変位センサと、前
   記第２の圧電素子に取付けられ、該第２の圧電素子の伸
   縮する方向を検出可能に配置される、少なくとも２個以
   上の第２の歪みゲージ変位センサとからなる歪みゲージ
   変位手段と、 前記第１，第２の歪みゲージ変位センサを含み、それぞ
   れにブリッジ回路構成され、各歪みゲージ変位センサの
   出力に基づき、前記初期設定位置からの移動量となる変
   位量を算出する変位量算出手段と、を具備し、 算出された前記変位量に基づき前記圧電素子手段を駆動
   させて、カンチレバーを前記初期設定位置に補正するこ
   とを特徴とするカンチレバー位置決め装置。
3. 【請求項３】 前記変位量算出手段が算出した前記圧電
   素子及び第１の圧電素子及び第２の圧電素子による変位
   量を、これらの圧電素子に、常時フィードバックし、走
   査毎若しくは任意の時間間隔でカンチレバーを初期設定
   位置に補正するフィードバック手段を具備することを特
   徴とする請求項１，２記載のカンチレバー位置決め装
   置。