JPH0829435A - カンチレバー着脱機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単且つ短時間にカンチレバーを交換可能で且
つ交換前後の使用状態をほぼ一致させることが可能なコ
ンパクトなカンチレバー着脱機構を提供する。 【構成】自由端に探針２を有するカンチレバー４の基端
を支持する基板６を着脱自在に構成され且つカンチレバ
ーを所定方向に位置決め保持可能なホルダ２６と、カン
チレバーを水平面Ｈに対して所定の傾斜角度θに位置決
めさせると共に探針を所定位置に位置決めさせるよう
に、ホルダを着脱自在に支持可能な支持台２８とを備え
る。支持台には、ホルダを挿脱可能なアリ溝３０が形成
されており、ホルダには、基板を着脱可能な着脱部３２
が設けられている。着脱部は、基盤を角度θだけ傾斜さ
せて装着可能な装着面３２ａと、基盤の当接面６ｂを当
接支持する第１のガイド面３２ｂと、バリ６ａを回避し
て傾斜延出され且つその延出端によって基盤の側面６ｃ
を当接支持する第２のガイド面３２ｃとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば走査型プローブ
顕微鏡に用いられるカンチレバーを着脱自在に支持する
カンチレバー着脱機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自由端に尖鋭化された探針を有す
るカンチレバーによって、試料の表面情報を測定する走
査型プローブ顕微鏡として、例えば原子間力顕微鏡（Ａ
ＦＭ）や磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）等が知られている。

【０００３】この種の走査型プローブ顕微鏡は、試料を
カンチレバーに対して走査させる試料走査型と、カンチ
レバーを試料に対して走査させるカンチレバー走査型と
に大別されるが、いずれの場合も、探針と試料との間に
働く相互作用によって生じるカンチレバーの変位量が一
定になるようにフィードバック制御をかけながら、試料
の表面情報が測定されている。

【０００４】図３には、その１例として、カンチレバー
走査型プローブ顕微鏡の構成が概略的に示されている。
図３に示すように、カンチレバー走査型プローブ顕微鏡
は、自由端に探針２を有するカンチレバー４と、このカ
ンチレバー４が水平面Ｈに対して所定の傾斜角度θにな
るように、カンチレバー４の基端を支持する基板６と、
この基板６を支持し且つ基板６を移動させることによっ
て、カンチレバー４の自由端を所定位置に位置決めする
移動機構８と、探針２と試料１０との間の相互作用によ
って生じるカンチレバー４の変位を光学的に検出する変
位検出光学系とを具備した走査ユニット１２を備えてお
り、この走査ユニット１２は、アプローチ機構部１４に
よって支持された圧電体１６に接続されている。

【０００５】走査ユニット１２に設けられた変位検出光
学系は、光てこ法によってカンチレバー４の変位を検出
可能に構成されており、レーザー光をカンチレバー４の
反射面に出射する半導体レーザ１８と、反射面から反射
した反射光を受光して、その受光量に対応した電気信号
を出力する受光素子２０とを備えている。

【０００６】このような構成によれば、ホストコンピュ
ータ２２から出力された信号に基づいて、制御回路２４
は、アプローチ機構部１４を介して走査ユニット１２を
下降させて、探針２を試料１０から所定距離に位置付け
る。

【０００７】このとき、探針２と試料１０との間に生じ
た相互作用によって、カンチレバー４は所定量だけ変位
する。この変位量は、上記変位検出光学系によって光学
的に検出され、その変位量に対応した電気信号がホスト
コンピュータ２２に入力される。ホストコンピュータ２
２は、入力した電気信号に基づいて、制御回路２４に所
定の信号を送信する。なお、上記変位検出光学系の光軸
上にカンチレバー４の反射面が位置付けられていない場
合には、例えば移動機構８によって、カンチレバー４の
位置を調節することになる。

【０００８】制御回路２４は、送信された信号に基づい
て、カンチレバー４の変位が一定に維持されるように、
圧電体１６を駆動制御しながら、走査ユニット１２を試
料１０に沿って移動制御する。このとき、制御回路２４
から出力される制御信号に基づいて、試料１０の表面情
報がホストコンピュータ２２上に画像化されることにな
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したような走査型
プローブ顕微鏡において、カンチレバー４は、最も重要
な部品であり、その自由端に設けられた探針２の尖鋭化
の程度によって測定データの善し悪しが決定される。

【００１０】従って、高精度な測定データを得るために
は、カンチレバー４は頻繁に交換する必要がある。しか
しながら、カンチレバー４は、一般的に、長さ１００〜
２００μｍ、幅５０μｍ、厚さ０．４〜４μｍ程度の薄
膜微小部品であり、その自由端に設けられている探針２
の長さも約６μｍと短く耐久性もそれほど高くはない。

【００１１】そこで、カンチレバー４の基端を支持する
基板６ごと交換することが考えられる。しかし、新たな
カンチレバー４を基板６を介して移動機構８に取り付け
たときにも、その都度、カンチレバー４の自由端の位置
合わせや貼着位置の調節等の作業は大変手間がかかり面
倒である。更に、カンチレバー４の傾斜角度θを調整し
なければならず更に手間がかかる。

【００１２】そこで、走査ユニット１２を圧電体１６か
ら取り外してしまうことも考えられるが、走査ユニット
１２の取り外し作業には、種々の電気系統の取り外し作
業も必要となり、カンチレバー４の交換作業とは無関係
の作業をも強いられる。

【００１３】また、カンチレバー４の交換に際し、交換
後のカンチレバー４の位置が、交換前の位置にほぼ一致
させることが望まれるが、上述した各交換作業におい
て、新たなカンチレバー４を従前に使用されていたカン
チレバー４の使用状態と少なくとも近い位置若しくは同
様になるように再現させること、即ち、傾斜角度θやカ
ンチレバー４の自由端の位置を交換前後で互いにほぼ一
致させることは極めて困難である。

【００１４】本発明は、このような課題を解決するため
になされており、その目的は、簡単且つ短時間にカンチ
レバーの交換が可能であって且つ交換前後の使用状態を
ほぼ一致させることが可能なコンパクトなカンチレバー
着脱機構を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のカンチレバー着脱機構は、自由端に
探針を有するカンチレバーの基端を支持する基板を着脱
自在に構成され且つ前記カンチレバーを所定方向に所定
角度で位置決め保持可能なホルダと、前記カンチレバー
を基準面に対して所定の傾斜角度に位置決めさせると共
に前記カンチレバーの探針を所定位置に位置決めさせる
ように、前記ホルダを着脱自在に支持可能な支持台とを
備えている。

【００１６】

【作用】ホルダを支持台に装着することによって、カン
チレバーが基準面に対して所定の傾斜角度に位置決めさ
れる共にカンチレバーの探針が所定位置に位置決めされ
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例に係るカンチレバー
着脱機構について、添付図面を参照して説明する。な
お、本実施例の説明に際し、図３に開示された構成と同
一の構成には同一符号を付して、その説明を省略する。

【００１８】図１（ａ）に示すように、本実施例のカン
チレバー着脱機構は、自由端に探針２を有するカンチレ
バー４の基端を支持する基板６を着脱自在に構成され且
つカンチレバー４を所定方向に所定角度で位置決め保持
可能なホルダ２６と、カンチレバー４を基準面即ち水平
面Ｈに対して所定の傾斜角度θに位置決めさせると共に
カンチレバー４の探針２を所定位置に位置決めさせるよ
うに、ホルダ２６を着脱自在に支持可能な支持台２８と
を備えている。

【００１９】具体的には、本実施例のカンチレバー着脱
機構は、上記の走査ユニット１２の移動機構８に固定さ
れた支持台２８に対してホルダ２６を装着させることに
よって、カンチレバー４を水平面Ｈに対して所定の傾斜
角度θに位置決めさせると共にカンチレバー４の探針２
を所定位置（従前に使用されていたカンチレバー４の探
針２の位置とほぼ等しい位置）に位置決めさせるように
構成されている。なお、傾斜角度θは、０＜θ≦約１０
°なる関係を満足することが好ましい。

【００２０】図１（ｂ），（ｃ）及び図２（ａ）に示す
ように、支持台２８には、ホルダ２６を挿脱可能な断面
台形状のアリ溝３０（図２（ａ）参照）が形成されてい
る。また、ホルダ２６は、自由端に探針２を有するカン
チレバー４の基端を支持する基板６を着脱可能な着脱部
３２を備えており、全体として断面台形状のアリ部材と
して構成されている。また、ホルダ２６は磁性体によっ
て構成され、支持台２８には、磁石（図示しない）が内
蔵されている。このため、支持台２８のアリ溝３０に挿
入されたホルダ２６は、磁気作用によって吸引固定され
ることになる。

【００２１】一方、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、
カンチレバー４の基端を支持する基板６は、通常ガラス
基板で複数個の基板６が一体的に形成されている。この
ため、必要に応じて１個づつ折り取られて使用されてい
る。従って、折り取られた個々の基板６には、夫々、そ
の底部両側にバリ６ａが残存している。

【００２２】このような基板６を着脱可能な着脱部３２
には、ホルダ２６を支持台２８に装着させた際カンチレ
バー４が水平面Ｈ（図１（ａ）参照）に対して所定の傾
斜角度θに位置決めされるように、基盤６を装着可能な
装着面３２ａと、この装着面３２ａ上に装着させる基盤
６の向きを一定の方向にガイドする第１及び第２のガイ
ド面３２ｂ，３２ｃとが設けられている。

【００２３】装着面３２ａは、ホルダ２６の一部を所定
の傾斜角度で切り欠いて形成されており、この傾斜角度
は、カンチレバー４の傾斜角度θに対応している。第１
のガイド面３２ｂは、図１（ｂ）中矢印Ｓ方向から装着
される基盤６の当接面６ｂが均等に当接支持可能に形成
されている。

【００２４】第２のガイド面３２ｃは、第１のガイド面
３２ｂに直交して連続形成されており、基盤６のバリ６
ａを回避して傾斜延出され且つその延出端によって基盤
６の側面６ｃ（図１（ｂ）、（ｃ）参照）を当接支持可
能に形成されている（特に、図１（ｃ）参照）。

【００２５】このような構成によれば、使用済みカンチ
レバー４を交換する場合、まず、ホルダ２６を支持台２
８から引き抜いた後、使用済みカンチレバー４の交換が
容易な向きにホルダ２６を反転させ（図１（ｂ）参
照）、使用済みカンチレバー４を取り除く。

【００２６】次に、新しいカンチレバー４を支持した基
盤６を図１（ｂ）中矢印Ｓ方向から着脱部３２に挿入し
て、当接面６ｂを第１のガイド面３２ｂに当接させる。
この後、基盤６を図１（ｂ）中矢印Ｔ方向にスライドさ
せて、基盤６の側面６ｃを第２のガイド面３２ｃに当接
させる。

【００２７】この結果、基盤６は、その当接面６ｂ及び
側面６ｃが第１及び第２のガイド面３２ｂ，３２ｃによ
ってガイドされた状態で装着面３２ａ上に装着される。
この後、図２に示すように、ホルダ２６を支持台２８の
アリ溝３０に挿入させると、ホルダ２６は、磁気作用に
よって支持台２８に吸引固定される。

【００２８】この結果、図１（ａ）に示すように、カン
チレバー４は、水平面Ｈに対して傾斜角度θに位置決め
されると共に、探針２は、従前の使用状態とほぼ一致し
た位置に位置決めされる。

【００２９】このように、本実施例によれば、交換の前
後でカンチレバー４の位置をほぼ一致させることができ
るため、交換後のカンチレバー４の位置合わせ等の再調
整も僅かな微調整で足りる。従って、交換後の測定準備
の一連の作業も短時間で行うことが可能となる。しか
も、本実施例のカンチレバー着脱機構は、その構成が簡
単であり、種々対応した形状に加工することもできるた
め、機構全体のコンパクト化を実現させることができ
る。

【００３０】なお、本発明は、上述した実施例の構成に
限定されることはなく、以下のように変更しても、上記
実施例と同様の作用効果を実現することができる。即
ち、図２（ｂ）に示すように、ホルダ２６の長手方向に
突設されたピン３４を支持台２８に形成された穴部３６
に挿入することによって、ホルダ２６を支持台２８に装
着させることも可能である。この場合も上記実施例と同
様に、ピン３４を磁性体で構成し且つ支持台２８に磁石
（図示しない）を内蔵させることによって、穴部３６に
挿入させたピン３４を磁気作用を介して支持台２８に吸
引固定させることが可能となる。

【００３１】また、図２（ｃ）に示すように、ホルダ２
６の長手方向に直交する方向に突設された一対のピン３
８を支持台２８に形成された一対の穴部４０に挿入する
ことによって、ホルダ２６を支持台２８に装着させるこ
とも可能である。この場合も上記実施例と同様に、一対
のピン３８を磁性体で構成し且つ支持台２８に磁石（図
示しない）を内蔵させることによって、一対の穴部４０
に挿入させた一対のピン３８を磁気作用を介して支持台
２８に吸引固定させることが可能となる。

【００３２】更に、上述した記載では、磁気作用によっ
てホルダ２６を支持台２８に吸引固定させているが、図
１（ａ）において、ホルダ２６を一定の摩擦作用によっ
てアリ溝３０内に保持させる方法、図１（ｂ）におい
て、ピン３４を一定の摩擦作用によって穴部３６内に保
持させる方法、図１（ｃ）において、一対のピン３８を
一定の摩擦作用によって一対の穴部４０内に保持させる
方法を適用することも可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明のカンチレバー着脱機構によれ
ば、交換の前後でカンチレバーの位置をほぼ一致させる
ことができるため、交換後のカンチレバーの位置合わせ
等の再調整も僅かな微調整で足りる。従って、交換後の
測定準備の一連の作業も短時間で行うことが可能とな
る。しかも、本実施例のカンチレバー着脱機構は、その
構成が簡単であり、種々対応した形状に加工することも
できるため、機構全体のコンパクト化を実現させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の一実施例に係るカンチレバ
ー着脱機構によってカンチレバーが走査ユニットに取り
付けられている状態を示す図、（ｂ）は、ホルダの着脱
部にカンチレバーを支持する基盤を装着させる工程を示
す図、（ｃ）は、着脱部に基盤を装着させた状態を図１
（ｂ）の矢印Ｃ側から見た側面図。

【図２】（ａ）は、カンチレバーが取り付けられたホル
ダを支持台のアリ溝内に挿入させる状態を示す斜視図、
（ｂ）は、本発明の変形例を示す図であって、ホルダの
長手方向に突設されたピンを支持台に形成された穴部に
挿入させる状態を示す斜視図、（ｃ）は、本発明の他の
変形例を示す図であって、ホルダの長手方向に直交して
突設された一対のピンを支持台に形成された一対の穴部
に挿入させる状態を示す斜視図。

【図３】カンチレバー走査型プローブ顕微鏡の構成を概
略的に示す図。

【符号の説明】

２…探針、４…カンチレバー、６…基盤、６ａ…バリ、
６ｂ…当接面、６ｃ…側面、２６…ホルダ、２８…支持
台、３０…アリ溝、３２…着脱部、３２ａ…装着面、３
２ｂ…第１のガイド面、３２ｃ…第２のガイド面、θ…
傾斜角度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自由端に探針を有するカンチレバーの基
   端を支持する基板を着脱自在に構成され且つ前記カンチ
   レバーを所定方向に所定角度で位置決め保持可能なホル
   ダと、 前記カンチレバーを基準面に対して所定の傾斜角度に位
   置決めさせると共に前記カンチレバーの探針を所定位置
   に位置決めさせるように、前記ホルダを着脱自在に支持
   可能な支持台とを備えていることを特徴とするカンチレ
   バー着脱機構。