JPH1194854A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents

走査型プローブ顕微鏡

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JPH1194854A
JPH1194854A JP10178446A JP17844698A JPH1194854A JP H1194854 A JPH1194854 A JP H1194854A JP 10178446 A JP10178446 A JP 10178446A JP 17844698 A JP17844698 A JP 17844698A JP H1194854 A JPH1194854 A JP H1194854A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】走査応答性に優れていると共に、常に正確な測
定情報を得ることが可能な走査型プローブ顕微鏡を提供
する。 【解決手段】三次元方向に移動可能な移動端を有するス
キャナ２８と、この移動端に着脱自在に取り付けられた
カンチレバー３０と、カンチレバーに所定の光を照射可
能な発光素子３２及びカンチレバーからの反射光を受光
可能な受光素子３４を有する変位センサと、スキャナの
移動端の移動中、発光素子からの光が常時カンチレバー
の一定位置に一定の入射角度で照射されるように、変位
センサの位置を調整可能な位置調整機構とを備える。位
置調整機構は、所定の形状のガイド面５２を有する固定
系と、変位センサを支持した状態でガイド面に沿って移
動可能な可動系と、可動系をガイド面に沿って移動させ
ることによって、変位センサを所定方向に所定量だけ平
行移動及び回転させる駆動系とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば原子オーダ
ーの分解能で試料の表面情報を測定するための走査型プ
ローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：
Scanning Probe Microscope ）の一例として、ビニッヒ
(Binnig)やローラー(Rohrer)等によって、走査型トンネ
ル顕微鏡（ＳＴＭ：Scanning Tunneling Microscope ）
が発明されている。しかし、ＳＴＭでは、観察できる試
料が導電性の試料に限られている。そこで、サーボ技術
を始めとするＳＴＭの要素技術を利用し、絶縁性の試料
を原子オーダーの分解能で観察できる装置として原子間
力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope ）が提案
されている（特開昭６２−１３０３０２号公報参照）。
【０００３】ＡＦＭ構造は、ＳＰＭの一つとして位置付
けられており、例えば図９に示すように、自由端に尖鋭
化した探針２を有するカンチレバー４と、このカンチレ
バー４を支持すると共に、探針２と試料６とを相対的に
移動させるスキャナ８（例えば、チューブ型ピエゾスキ
ャナやチューブ型圧電体スキャナなど）と、カンチレバ
ー４の自由端の撓み変位を例えば光学的に検出可能な変
位センサ１０とを備えている。
【０００４】カンチレバー４は、その基端部が取付台１
２に支持されており、この取付台１２を介してスキャナ
８の移動端に着脱自在に取り付けられている。また、ス
キャナ８は、その基端部が所定のベース１４に取り付け
られている。また、変位センサ１０は、レーザー発振器
やフォトセンサ等の光学系を内蔵しており、スキャナ８
の移動端に取り付けられている（第１の従来技術）。
【０００５】このような第１の従来技術の構成におい
て、ステージ１６上に載置された試料６に対して探針２
を近接させると、探針２先端と試料６表面との間に働く
相互作用（例えば、原子間力、接触力、粘性、摩擦力、
磁気力など）によって、カンチレバー４の自由端が変位
する。そして、この自由端に生じる変位量を光学的に検
出しながら（或いは、自由端の変位量を一定に維持する
ように、スキャナ８をＺ方向にフィードバック制御しな
がら）、探針２を試料６表面に沿ってＸＹ方向に相対的
に走査することによって、試料２の表面情報等（例え
ば、凹凸情報）が三次元的に測定される。
【０００６】また、例えばＵＳＰ５，４６３，８９７や
ＵＳＰ５，５６０，２４４には、スキャナの走査応答性
を向上させた走査型プローブ顕微鏡が開示されている。
【０００７】このような走査型プローブ顕微鏡は、例え
ば図１０（ａ）に示すように、ベース１４に形成した開
口１４ａを介して所定のレーザー光をスキャナ８内に入
射させることが可能なレーザー発振器１８と、このレー
ザー発振器１８からスキャナ８内に入射したレーザー光
をカンチレバー４（具体的には、カンチレバー４の背面
（即ち、探針２が設けられた面とは反対側の面））に集
光させることが可能なレンズ２０と、レーザー光をカン
チレバー４の背面に集光させた際に、このカンチレバー
４の背面から反射した反射光を受光可能なフォトセンサ
２２（例えば、４分割フォトダイオード）とを備えてい
る。
【０００８】レンズ２０は、レーザー発振器１８からの
レーザー光が、このレンズ２０の中心に入射するよう
に、スキャナ８内に設けられた取付枠２４に位置決め固
定されている。また、フォトセンサ２２は、ベース１４
に設けられた支持台２６に支持されており、フォトセン
サ２２の受光面２２ａと平行な面方向に沿って移動させ
ることができるように構成されている（第２の従来技
術）。
【０００９】なお、他の構成は、第１の従来技術と略同
様であるため、同一符号を付して、その説明を省略す
る。
【００１０】このような第２の従来技術の構成におい
て、レーザー発振器１８から出射されたレーザー光は、
ベース１４の開口１４ａを介してレンズ２０に入射した
後、このレンズ２０によって、カンチレバー４の背面に
集光される。
【００１１】このとき、カンチレバー４の背面から反射
した反射光は、フォトセンサ（例えば、４分割フォトダ
イオード）２２に照射され、このフォトセンサ２２の各
々の受光素子によって、所定の電気信号（具体的には、
受光量及び／又は受光位置に対応した強度の電気信号）
に変換される。
【００１２】このような状態において、スキャナ８の移
動端をＸＹ方向（例えば、Ｘ方向）に移動させた場合、
カンチレバー４は、移動端の移動量と略同量だけＸ方向
に移動する。そして、ＸＹ走査中、レーザー光をカンチ
レバー４の背面に集光させるように、焦点距離を考慮し
つつレンズ２０の取付位置が調整されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
従来技術では、カンチレバー４と変位センサ１０と取付
台１２が、スキャナ８の移動端に取り付けられているた
め、スキャナ８の移動端に加わる質量が増大して、スキ
ャナ８の移動端の運動質量が大きくなる。このため、ス
キャナ８の共振周波数が低くなり、ＸＹＺ方向の走査応
答性が低下してしまうといった問題がある。
【００１４】そして、このような走査応答性の低いスキ
ャナ８（換言すれば、移動端の運動質量の大きなスキャ
ナ８）を用いて、例えば図１０（ｂ）に示すような急激
な段差６ａを有する試料６（半導体の回路パターン等）
の表面情報を測定する場合、ＸＹ方向の走査速度を上げ
たとき、スキャナ８のＺ方向への変位動作が追いつかず
に、試料６の表面情報を正確に測定することが困難にな
ってしまうといった問題が生じる。
【００１５】また、変位センサ１０には、上記光学系と
カンチレバー４との間の位置関係を調整するための調整
ツマミが取り付けられており、この調整ツマミを操作す
る際に変位センサ１０に加えられる操作力によって、ス
キャナ８に曲げモーメントが負荷される。一般に、スキ
ャナ８は、薄いセラミックで形成されており、所定の接
着剤によってベース１４に接着されている。このため、
スキャナ８に曲げモーメントが負荷されると、スキャナ
８が損傷したり、或いは、スキャナ８がベース１４から
剥がれてしまうといった問題を生じる場合がある。
【００１６】一方、第２の従来技術は、上記の第１の従
来技術の問題を解決するために改良された技術である
が、第１の従来技術が持っていた別の技術的効果を犠牲
にしている。
【００１７】ここで、試料６と探針２との間に相互作用
が生じない状態（即ち、カンチレバー４を試料６から充
分離間させた状態）でスキャナ８の移動端を変位させた
場合を想定する。
【００１８】この場合、第１の従来技術では、スキャナ
８の移動端の変位状態に影響されること無く、変位セン
サ１０の光学系とカンチレバー４との間の位置関係は、
常に一定であるため、カンチレバー４に入射するレーザ
ー光の入射位置及び入射角度は変化しない。この結果、
カンチレバー４から反射した反射光のフォトセンサに対
する照射位置も常時一定に維持される。従って、変位セ
ンサ１０から出力される電気信号は、常時一定に維持さ
れ、変化することは無い。
【００１９】これに対して、第２の従来技術では、スキ
ャナ８の移動端を変位させると、その変位状態に対応し
て、カンチレバー４に対するレーザー光の入射角度及び
／又は入射位置が変化する。
【００２０】カンチレバー４に対するレーザー光の入射
角度が変化する場合、カンチレバー４から反射した反射
光のフォトセンサ２２に対する照射位置も変化する。こ
の結果、図１０（ｃ）に示すように、フォトセンサ２２
から出力される電気信号は、スキャナ８の移動端の変位
ｄに対して、カンチレバー４の自由端が、試料６の凹凸
表面と探針２との間の相互作用によってあたかも変位し
たかのような出力特性Ｚを奏する。
【００２１】また、カンチレバー４に対するレーザー光
の入射位置が変化する場合、このレーザー光の一部がカ
ンチレバー４からはみ出してしまうため、フォトセンサ
２２に照射される反射光の照射位置が変化し、受光面２
２ａ上の光強度分布が変化する。この結果、図１０
（ｃ）に示すように、フォトセンサ２２から出力される
電気信号は、スキャナ８の移動端の変位ｄに対して、カ
ンチレバー４の自由端が、試料６の凹凸表面と探針２と
の間の相互作用によってあたかも変位したかのような出
力特性Ｚを奏する。
【００２２】従って、第２の従来技術を用いて実際に試
料６の表面情報を測定した場合、試料６の実際の表面情
報（凹凸情報）に対して、上記のような出力特性Ｚに対
応した電気信号がノイズ信号となって重畳されるため、
正確な表面情報を測定することが困難になってしまうと
いった問題が生じる。なお、このとき得られる表面情報
信号は、カンチレバー４の自由端が試料６から充分に離
れたときに生じる誤差信号を単に加算した信号ではな
い。つまり、表面情報信号は、試料６の凹凸情報と誤差
信号との関数になっている。
【００２３】本発明は、このような問題を解決するため
に成されており、その目的は、走査応答性に優れている
と共に、常に正確な測定情報を得ることが可能な走査型
プローブ顕微鏡を提供することにある。
【００２４】
【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、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、三次元方
向に移動可能な移動端を有するスキャナと、このスキャ
ナの移動端に着脱自在に取り付けられたカンチレバー
と、このカンチレバーの変位状態を光学的に検出するよ
うに、カンチレバーに所定の光を照射可能な発光素子及
びカンチレバーから反射した反射光を受光可能な受光素
子を有する変位センサと、スキャナの移動端を移動させ
ている間、発光素子から発光した光がカンチレバーの一
定位置に一定の入射角度で照射されるように、変位セン
サの位置を調整可能な位置調整機構とを備えている。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
に係る走査型プローブ顕微鏡について、図１〜図３を参
照して説明する。
【００２６】図１（ａ）に示すように、本実施の形態の
走査型プローブ顕微鏡は、所定の電気信号を印加するこ
とによって、三次元方向（ＸＹＺ方向）に移動可能な移
動端を有するスキャナ２８と、このスキャナ２８の移動
端に着脱自在に取り付けられたカンチレバー３０と、こ
のカンチレバー３０の変位状態を光学的に検出するよう
に、カンチレバー３０に所定の光を照射可能な発光素子
３２及びカンチレバー３０から反射した反射光を受光可
能な受光素子３４を有する変位センサと、スキャナ２８
の移動端を移動させている間、発光素子３２から発光し
た光が常時カンチレバー３０の一定位置に一定の入射角
度で照射されるように、変位センサの位置を調整可能な
位置調整機構とを備えている。
【００２７】スキャナ２８は、その固定端が顕微鏡ベー
ス３６に固定されており、例えば中空の円筒型（チュー
ブ型）圧電体スキャナを適用することが可能である。な
お、スキャナ２８の移動端には、スキャナ２８の中心線
に対して同心円状に形成された開口３８ａ（以下、リン
グ開口という）を有するリング３８が取り付けられてい
る。なお、リング３８は、同心円状である必要は無く、
その形状は限定されない。
【００２８】また、スキャナ２８としては、印加電圧に
基づいて一方向に伸縮する３本の棒状圧電体を互いに直
交する軸方向（ＸＹＺ軸方向）に配置したものを適用し
ても有効である。これは公知の「トライポット型」と呼
ばれるアクチュエータであるため、その詳細な説明は省
略する。
【００２９】更に、この「トライポット型」のアクチュ
エータの問題点として、３本の棒状圧電体の伸縮が互い
に干渉してしまうことが挙げられるが、この問題点を解
決するような構成、例えば、特開平９−８９９１０号に
記載された「プローブ走査機構」を用いることも有効で
ある。これは「トライポット型」のアクチュエータを改
良したものであるが、異なる点として、印加電圧に基づ
いて一方向に伸縮する３本の棒状圧電体を互いに直交す
る軸方向（ＸＹＺ軸方向）に配置すると共に、これら棒
状圧電体が接点を持たず、カンチレバーを保持する移動
体を押圧する点が挙げられる。従って、この「プローブ
走査機構」は、「トライポット型」と比較して、３本の
棒状圧電体の伸縮が独立して得られる。
【００３０】以下、本実施の形態においては、スキャナ
２８としてチューブ型圧電体スキャナを適用した場合に
ついて詳述する。
【００３１】カンチレバー３０は、その自由端に先鋭化
した探針４０を有しており、その基端に装着された取付
台４２を介してリング３８に対して着脱自在に取り付け
ることができるようになっている。なお、カンチレバー
３０は、その自由端がリング開口３８ａ内（例えば、リ
ング開口３８ａの中心、スキャナ２８の中心線上）に位
置付けられるように、リング３８に取り付けることが好
ましい。
【００３２】変位センサは、位置調整機構が内蔵された
センサーホルダ４４内に配置されており、この位置調整
機構によって、所定方向に所定量だけ平行移動及び回転
させることができるように構成されている。なお、セン
サーホルダ４４は、取付部材４６を介して顕微鏡ベース
３６に取り付けられており、この取付部材４６は、顕微
鏡ベース３６に沿って二次元方向にセンサーホルダ４４
を移動させることができるように構成され、例えば、測
定前の初期設定時に、カンチレバー３０の背面の所望位
置へ発光素子３２からの光を照射するための位置調整を
行うことが可能である。
【００３３】また、変位センサの発光素子３２は、例え
ば単色光やレーザー光等の測定光をリング開口３８ａを
介してカンチレバー３０の背面（探針４０が設けられた
面とは反対側の面）に照射させることができるように構
成されている。
【００３４】また、変位センサの受光素子３４は、例え
ば４分割フォトダイオードを適用することが可能であ
り、カンチレバー３０の背面から反射した反射光を各々
の受光面で受光し、その各々の受光面の受光量及び／又
は受光位置に対応した電気信号に変換することができる
ように構成されている。
【００３５】また、顕微鏡ベース３６には、スキャナ２
８の中心線に対して同心円状に形成された開口３６ａ
（以下、ベース開口という）が設けられており、取付部
材４６を移動させてセンサーホルダ４４の位置を調整す
ることによって、変位センサをベース開口３６ａ内の所
定位置に位置付けることができるようになっている。な
お、ベース開口３６ａは、同心円状である必要は無く、
その形状は限定されない。
【００３６】なお、本実施の形態の走査型プローブ顕微
鏡に適用可能な測定法としては、探針接触圧設定時のカ
ンチレバー３０の撓み状態を一定に維持しながら、カン
チレバー３０を励振させること無く探針４０を試料４８
に沿ってＸＹ方向に走査することによって、試料４８の
表面情報を測定するＤＣ（Direct Contact）モード測定
法と、所定の共振周波数でカンチレバー３０を励振させ
た状態において、探針４０を試料４８に沿ってＸＹ方向
に走査することによって、試料４８の表面情報を測定す
るＡＣ（ Alternative Contact）モード測定法とがあ
る。以下の説明では、前記ＤＣモード測定法及びＡＣモ
ード測定法を総称して単にＳＰＭ測定ということとす
る。
【００３７】また、このＳＰＭ測定法には、試料の表面
情報を検出する方法として、以下に示すような２つの方
法がある。
【００３８】１） カンチレバー３０の自由端部の変位
又は振幅を一定に保つように試料４８とカンチレバー３
０との間の距離を制御し、このときの制御信号に基づい
て、試料４８の表面情報（例えば、試料表面の凹凸情
報）を検出する方法。
【００３９】２） 試料４８とカンチレバー３０との間
の距離を所定の初期状態に保ち、このときのカンチレバ
ー３０の自由端部の変位又は振幅の変化量に基づいて、
試料４８の表面情報（例えば、試料表面の凹凸情報）を
検出する方法。
【００４０】また、本実施の形態は、ステージ５０上に
固定された試料４８に対して探針４０をＸＹ方向に移動
させることによって、試料４８の表面情報をＳＰＭ測定
する探針走査型の走査型プローブ顕微鏡を想定してい
る。
【００４１】この走査型プローブ顕微鏡には、特に図示
しないが、ＳＰＭ測定中において、受光素子３４からの
信号に基づいて探針４０先端と試料４８表面との間の距
離（カンチレバー３０の撓み状態）を一定に維持させる
ように、スキャナ２８に所定の電気信号（例えば、電圧
信号）を印加する制御回路（例えば、フィードバック制
御回路）が設けられている。
【００４２】本実施の形態に適用した位置調整機構は、
上述したＳＰＭ測定中、発光素子３２から発光した測定
光が常時カンチレバー３０の背面の同一位置に一定の入
射角度で照射されるように、変位センサを所定方向に所
定量だけ平行移動及び回転させることができるように構
成されている。
【００４３】図１（ｂ）には、センサーホルダ４４に内
蔵された位置調整機構の構成が示されている。位置調整
機構は、所定の形状のガイド面５２を有する固定系と、
変位センサを支持した状態で、固定系のガイド面５２に
沿って移動可能な可動系と、可動系を固定系のガイド面
５２に沿って移動させることによって、変位センサを所
定方向に所定量だけ平行移動及び回転させることが可能
な駆動系とを備えている。
【００４４】固定系は、センサーホルダ４４に固定され
た中空リング状の固定体５４を備えており、この固定体
５４には、後述する関数及びその補正によって規定され
る形状を有するガイド面５２が形成されている。なお、
固定体５４には、発光素子３２から発光した測定光を通
過させるための開口５４ａが形成されており、一方、セ
ンサーホルダ４４には、開口５４ａと連通接続した穴部
４４ａが形成されている。
【００４５】可動系は、変位センサの発光素子３２及び
受光素子３４が取り付けられた可動体５６と、この可動
体５６を固定体５４のガイド面５２に沿って図中矢印方
向に平行移動及び回転させるように、可動体５６と固定
体５４のガイド面５２との間に回転自在に挿入された複
数の球体５８とを備えている。なお、本実施の形態で
は、その一例として、可動体５６と固定体５４のガイド
面５２との間に、３個の球体５８が挿入されている。
【００４６】可動体５６には、測定光をカンチレバー３
０（図１（ａ）参照）の背面に照射した際に、このカン
チレバー３０の背面から反射した反射光を受光すること
ができるように、発光素子３２及び受光素子３４の取付
位置を調整する取付調整機構が設けられている。具体的
には、本実施の形態では、その一例として、受光素子３
４は、その取付位置の取付面内において、二次元方向に
移動させることができるようになっている。
【００４７】また、可動体５６は、センサーホルダ４４
に取り付けられたＺ方向押圧部材（例えば、押圧バネ６
０）によって、常時、固定体５４のガイド面５２方向に
押圧されている。
【００４８】更に、可動体５６とセンサーホルダ４４と
の間には、複数のＸＹ方向押圧部材（例えば、圧縮バネ
６２）が張り渡されており、可動体５６の静止状態にお
いて、可動体５６を一定の姿勢及び位置に維持させるこ
とができるように構成されている。本実施の形態では、
その一例として、図１（ｃ）に示すように、ＸＹ方向に
沿って互いに直交して配置された２本の圧縮バネ６２が
張り渡されている。
【００４９】このような状態において、後述する駆動系
からの外力が作用して可動体５６が平行移動及び回転し
ても、圧縮バネ６２によって、可動体５６の位置と姿勢
は、一定に維持される。
【００５０】駆動系は、センサーホルダ４４と可動体５
６との間に設けられた複数のアクチュエータ６４（例え
ば、圧電体を用いた圧電体スキャナ）を備えており、Ｓ
ＰＭ測定中、スキャナ２８に印加される電気信号（電
圧）に基づいて、アクチュエータ６４を駆動させること
によって、可動体５６を固定体５４のガイド面５２に沿
って平行移動及び回転させることができるように構成さ
れている。
【００５１】本実施の形態では、その一例として、図１
（ｃ）に示すように、ＸＹ方向に沿って互いに直交して
配置された２個のアクチュエータ６４が設けられてお
り、スキャナ２８に印加される電気信号（電圧）に基づ
いて、これら２個のアクチュエータ６４を適宜伸縮させ
ることによって、可動体５６を固定体５４のガイド面５
２に沿って平行移動及び回転させるようになっている。
【００５２】ここで、固定体５４のガイド面５２の形状
を決めるための関数式について、説明する。
【００５３】ガイド面５２の形状を決める場合、可動体
５６の平行移動及び回転に伴う発光素子３２の発光点
（図示しない）の平行移動成分と回転成分を考慮する必
要がある。
【００５４】まず、発光点の回転成分について説明す
る。
【００５５】例えば図２（ａ）に示すように、スキャナ
２８の移動端の中心２８ａのＸＹ方向の変位量をｄ、角
度変化量をθ、スキャナ２８の長さをＬ、ある電圧を印
加した際のスキャナ２８の移動端の中心２８ａの曲率を
Ｒとすると、変位量ｄと角度変化量θとの関係は、 ｄ＝Ｒ（１−ｃｏｓθ）＝２Ｒｓｉｎ2 （θ／２） …（１） また、 Ｌ＝Ｒ・θ …（２） 故に、 ｄ＝（２Ｌ／θ）ｓｉｎ2 （θ／２） …（３） となる。
【００５６】ここで、θ＜＜１のとき、
【数１】
【００５７】故に、
【数２】
【００５８】となる（図３の実測データ参照）。
【００５９】このデータから明らかなように、カンチレ
バー３０の背面に対する測定光の照射角度は、スキャナ
２８の移動端の変位に比例することが分かる。
【００６０】実際には、発光点の方位方向の変位は、Ｘ
Ｙの二次元であるため、夫々の方向の変位をｄｘ、ｄｙ
とすると、
【数３】
【００６１】から求められる角度θだけスキャナ２８の
中心２８ａに向かって、発光点を傾ければ良い。
【００６２】続いて、発光点の平行移動成分について説
明する。
【００６３】図２（ｂ）において、スキャナ２８に電気
信号が印加されない状態の中心線００´と、スキャナ２
８の移動端がｄだけ変位したときの移動端面の中心線Ｃ
Ｃ´とは、交点Ｑで互いに交わる。
【００６４】ここで、中心線ＣＣ´の式は、
【数４】
【００６５】となり、Ｑ点の座標は、Ｘ＝０であるか
ら、
【数５】
【００６６】となる。また、Ｚ＝０のとき、
【数６】
【００６７】となる。
【００６８】従って、Ｑ点は、線分２８ｂ・２８ｃの中
点、つまり、スキャナ２８に電気信号を印加しない状態
において、スキャナ２８を包絡する空間の中心点とな
る。なお、本明細書中では、この中心点をスキャナ２８
の中心（スキャナ２８のＬ／２の面上の中心）と呼ぶ。
なお、上述した式（７）〜（９）が成立するのは、ｄが
小さいときに限られる。
【００６９】また、発光点の方位方向の変位δは、スキ
ャナ２８の移動端の変位とは反対方向に略同一の変位量
となる。このとき、Ｚ方向の変位量ｄｚを求める。
【００７０】（５）式より、
【数７】
【００７１】また、
【数８】
【００７２】である。故に、
【数９】
【００７３】となる。ここで、ｄ＝０のとき、ｄｚ＝０
であるから、
【数１０】
【００７４】となる。なお、ｄに対する補正値は、「δ
−ｄ」で表され、
【数１１】
【００７５】である。
【００７６】この場合、（１３）式から求められる変位
量「δ−ｄ」だけ発光点を平行移動させれば良い。故
に、変位量ｄ（又は、ｄｘ、ｄｙ）の３次式による補正
が可能であることが理解できる。
【００７７】このような関係式によれば、スキャナ２８
の固定端の中心２８ｂを頂点とし且つＺ軸を中心とした
放物線Ｐ（図２（ｂ）参照）に発光素子３２の発光点が
接するように、（６）式及び（１２）式、或いは、
（６）式及び（１３）式を満足する量だけ発光点を平行
移動及び回転させることによって、測定光を常時カンチ
レバー３０の背面の一定位置に一定の入射角度で照射さ
せることが可能となる。
【００７８】従って、（６）式及び（１２）式、或い
は、（６）式及び（１３）式を満足するように、固定体
５４のガイド面５２の形状を決めれば良い。
【００７９】このような構成を有する位置調整機構によ
れば、ＳＰＭ測定中、スキャナ２８に印加される所定の
電気信号（電圧）に基づいて、２個のアクチュエータ６
４を適宜伸縮させて、可動体５６を固定体５４のガイド
面５２に沿って所定方向に所定量だけ平行移動及び回転
させることによって、発光素子３２から発光した測定光
を常時カンチレバー３０の背面の一定位置に一定の入射
角度で照射させることが可能となる。
【００８０】即ち、図１（ａ）に示すように、発光素子
３２から発光した測定光は、固定体５４の開口５４ａか
らセンサーホルダ４４の穴部４４ａを通過した後、カン
チレバー３０の背面の一定位置に一定の入射角度で照射
される。
【００８１】なお、このとき、カンチレバー３０の背面
から反射した反射光は、取付位置が調整された受光素子
３４によって受光され、受光位置の変化に基づく受光量
の変化に対応した電気信号に変換される。そして、探針
４０を試料４８に沿ってＸＹ方向に走査している間、受
光素子３４からの電気信号の出力変化に基づいて、探針
４０先端と試料４８表面との間の距離（カンチレバー３
０の撓み状態）が一定に維持されるように、スキャナ２
８をフィードバック制御しながら且つ位置調整機構を制
御することによって、ノイズの無い正確なＳＰＭ測定情
報（試料４８の凹凸情報など）を得ることができる。
【００８２】ところで、このような本実施の形態のＳＰ
Ｍ測定では、スキャナ２８のヒステリシスやクリープ等
の影響を考慮して、実際のＳＰＭ測定前に、スキャナ２
８の特性データを測定（以下、プレスキャンという）す
ることが好ましい。
【００８３】この場合、スキャナ２８の特性データとし
ては、例えば、スキャナ２８に印加した電気信号（電
圧）と、スキャナ２８の移動端の変位量との関係を示す
データ（以下、プレスキャンデータという）である。
【００８４】このようなプレスキャンデータは、上述し
た制御回路のメモリ（図示しない）に一時的に記録すれ
ば良い。
【００８５】そして、このプレスキャンデータに基づい
て、位置調整機構を制御、即ち、２個のアクチュエータ
６４を適宜伸縮させて、可動体５６を固定体５４のガイ
ド面５２に沿って所定方向に所定量だけ平行移動及び回
転させることによって、発光素子３２から発光した測定
光を常時カンチレバー３０の背面の一定位置に一定の入
射角度で正確に照射させることが可能となる。
【００８６】また、本実施の形態の走査型プローブ顕微
鏡によれば、変位センサをスキャナ２８の固定端側に配
置し、スキャナ２８の移動端側にカンチレバー３０と取
付台４２のみを配置したことによって、スキャナ２８の
共振周波数を高めることができるため、スキャナ２８の
走査応答性を向上させることが可能となる。
【００８７】更に、本実施の形態によれば、スキャナ２
８の固定端側に、発光素子３２及び受光素子３４の取付
位置を調整する取付調整機構を配置したことによって、
取付位置調整に際し、従来のようにスキャナ２８に曲げ
モーメントが負荷されるといった問題は生じない。この
ため、スキャナ２８が損傷したり、或いは、スキャナ２
８が顕微鏡ベース３６から剥がれてしまうといった問題
も生じない。
【００８８】なお、本発明は、上述した第１の実施の形
態に限定されることは無く、新規事項を追加しない範囲
で種々変更することが可能である。
【００８９】例えば、変位センサの受光素子３４を顕微
鏡ベース３６に対して取付位置調整可能に取り付けても
本発明の目的の一つである走査応答性に優れた走査型プ
ローブ顕微鏡を実現することができる。
【００９０】この場合、ＳＰＭ測定中において、変位セ
ンサの発光素子３２が、平行移動すること無く且つＸ軸
又はＹ軸を中心に回転するように、複数のアクチュエー
タ６４を制御する。
【００９１】このような構成において、カンチレバー３
０の背面に対する入射位置や入射角度は、スキャナ２８
の中心線即ちＺ軸に対称に変化することになる。
【００９２】このような構成によれば、走査応答性を向
上させることができると共に、測定光がＺ軸に対称に変
化するため、受光素子３４の出力に基づく発光素子３２
の位置調整処理を容易に行うことが可能となる。
【００９３】次に、本発明の第２の実施の形態に係る走
査型プローブ顕微鏡について、図４を参照して説明す
る。なお、本実施の形態の説明に際し、第１の実施の形
態と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を省
略する。
【００９４】上記第１の実施の形態では、スキャナ２８
に印加される電気信号（電圧）に基づいて、変位センサ
の位置を調整（平行移動及び回転）させているが、本実
施の形態では、スキャナ２８の移動端の変位量（具体的
には、傾斜角度θ）に基づいて、変位センサの位置を調
整することができるように構成されている。
【００９５】このため、図４に示すように、本実施の形
態の位置調整機構には、更に、スキャナ２８の移動端の
傾斜角度を光学的に直接検出することが可能な角度検出
センサが設けられている。
【００９６】角度検出センサは、リング３８に設けられ
た光反射手段６６（例えばミラーやガラス又は金属蒸着
膜など）と、顕微鏡ベース３６に対して取付位置を調整
可能に取り付けられた角度検出センサ系とを備えてい
る。
【００９７】角度検出センサ系には、光反射手段６６に
所定の検出光（例えば、単色光やレーザー光）を照射可
能な発光素子６８と、光反射手段６６から反射した反射
光を受光して、その受光量及び／又は受光位置に対応し
た電気信号に変換可能な受光素子（例えば、４分割フォ
トダイオード）７０とが設けられている。なお、顕微鏡
ベース３６には、角度検出センサ系に対して光を出入射
させるための開口部３６ｂが形成されている。
【００９８】なお、本実施の形態において、角度検出セ
ンサ系は、スキャナ２８の外側に設けられているが、光
反射手段６６及び発光素子６８をスキャナ２８の内側に
設けることも可能である。
【００９９】このような構成とした場合には、単純に２
つの光源（発光素子３２、発光素子６８）が、スキャナ
２８の内側に存在することになる。従って、このような
構成の下では、カンチレバー３０の変位を検出するセン
サ系と、上記角度検出センサ系とでは、光源として異な
る波長を用いることが有効である。更に、夫々の光源の
波長に合わせた特定の波長域のみを透過する公知のバン
ドパスフィルタ（図示しない）を受光素子３４，７０の
手前に配置することによって、夫々の受光素子３４，７
０における検出波長を変え、双方の検出光のリンクに基
づく測定ノイズを除去することができる。
【０１００】また、カンチレバー３０の変位を検出する
センサ系と角度検出センサ系とをスキャナ２８の内側と
外側に分けた場合、特に、異なる光源や波長を用いるま
でもないが、測定ノイズを低減させる目的で用いること
は有効である。
【０１０１】このような構成において、発光素子６８か
ら発光した検出光は、開口部３６ｂを介して光反射手段
６６に照射される。このとき、光反射手段６６から反射
した反射光は、受光素子７０によって受光され、受光位
置の変化に基づく受光量の変化に対応した電気信号に変
換される。
【０１０２】ＳＰＭ測定中、スキャナ２８の移動端が、
Ｘ方向に傾斜角度θｘ及びＹ方向に傾斜角度θｙだけ傾
斜したとすると、受光素子７０に対する反射光の入射位
置が変化する。
【０１０３】このとき、光反射手段６６は、ＸＹ方向に
平行移動しているが、検出光の照射方向は、常時一定の
方向に維持されているため、光反射手段６６の移動に伴
い受光素子７０上の受光位置が変化する。従って、受光
素子７０から出力される電気信号の変化に基づいて、ス
キャナ２８の移動端の角度変化量を正確に検出すること
ができる。
【０１０４】このように検出された傾斜角度θｘ，θｙ
によって定められるｄｘ，ｄｙ，ｄｚ（上記（６），
（９）式参照）に基づいて、上記位置調整機構が変位セ
ンサを平行移動及び回転させることによって、発光素子
３２から発光した測定光を常時カンチレバー３０の背面
の一定位置に一定入射角度で正確に照射させることが可
能となる。
【０１０５】本実施の形態のＳＰＭ測定では、スキャナ
２８の移動端の変位を直接測定しているため、第１の実
施の形態のようにプレスキャンする必要は無い。また、
別の表現を用いると、ＳＰＭ測定中にリアルタイムでス
キャナ２８の変位状態を検出しているので、プレスキャ
ンする必要は無い。更に、上述した実施の形態では、検
出センサとして光学センサを用いたが、例えば、静電容
量センサや磁気センサをスキャナ２８の移動端近傍に設
けても良い。
【０１０６】なお、他の作用効果は、第１の実施の形態
と同様であるため、その説明は、省略する。
【０１０７】次に、本発明の第３の実施の形態に係る走
査型プローブ顕微鏡について、図５を参照して説明す
る。なお、本実施の形態の説明に際し、第１の実施の形
態と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を省
略する。
【０１０８】図５に示すように、本実施の形態に適用し
た位置調整機構は、顕微鏡ベース３６に取り付けられた
位置調整用スキャナ７２（例えば、チューブ型圧電体ス
キャナ）を備えており、この位置調整用スキャナ７２の
移動端に変位センサが取り付けられている。
【０１０９】位置調整用スキャナ７２は、スキャナ２８
に印加される電気信号（電圧）に基づいて、この位置調
整用スキャナ７２の移動端を所定方向に所定量だけ変位
させることができるように構成されている。
【０１１０】この場合、位置調整用スキャナ７２の移動
端のＸＹ方向の変位量をｄ2 、位置調整用スキャナ７２
の長さをＬ2 とすると、位置調整用スキャナ７２の移動
端の角度変化量θ2 は、上記（５）式から
【数１２】
【０１１１】で決まる値となる。
【０１１２】ここで、Ｌ2 ＜Ｌとすれば、ｄ2 は、ｄよ
りも小さい変位で充分である。
【０１１３】いま、θ＝θ2 となるように、位置調整用
スキャナ７２の移動端を変位させた場合、スキャナ２８
の移動端と位置調整用スキャナ７２の移動端は、夫々の
平行移動成分の和分だけ、その中心線が相互にずれる。
【０１１４】この場合、カンチレバー３０の背面の同一
位置に測定光が照射されるように、上記（５）式又は
（６）式で求められる値よりも小さな値に、θ2 を規定
すれば良い。
【０１１５】本実施の形態のＳＰＭ測定では、スキャナ
２８及び位置調整用スキャナ７２のヒステリシスやクリ
ープ等の影響を考慮して、実際のＳＰＭ測定前に、スキ
ャナ２８及び位置調整用スキャナ７２の特性データを測
定（以下、プレスキャンという）することが好ましい。
【０１１６】この場合、スキャナ２８及び位置調整用ス
キャナ７２の特性データとしては、例えば、スキャナ２
８及び位置調整用スキャナ７２に印加した電気信号（電
圧）と、スキャナ２８及び位置調整用スキャナ７２の移
動端の変位量との関係を示すデータ（以下、プレスキャ
ンデータという）である。
【０１１７】このようなプレスキャンデータは、上述し
た制御回路のメモリ（図示しない）に一時的に記録すれ
ば良い。
【０１１８】そして、これら２つのプレスキャンデータ
に基づいて、位置調整用スキャナ７２の移動端を所定方
向に所定量だけ変位させることによって、発光素子３２
から発光した測定光を常時カンチレバー３０の背面の同
一位置に正確に照射させることが可能となる。
【０１１９】ただし、本実施の形態において、カンチレ
バー３０の背面に照射する測定光の入射角度は、一定に
維持されないが、変位センサをスキャナ２８の固定端側
に配置し、スキャナ２８の移動端側にカンチレバー３０
と取付台４２のみを配置したことによって、スキャナ２
８の共振周波数を高めることができるため、スキャナ２
８の走査応答性を向上させることが可能となる。
【０１２０】なお、本発明は、上述した第３の実施の形
態に限定されることは無く、新規事項を追加しない範囲
で種々変更することが可能である。
【０１２１】例えば、本実施の形態の走査型プローブ顕
微鏡に、スキャナ２８の移動端の変位量（具体的には、
傾斜角度）を光学的に直接検出することが可能な角度検
出センサ（図４参照）を増設することによって、スキャ
ナ２８の移動端の傾斜角度に基づいて、変位センサの位
置を調整することができるように構成しても良い。
【０１２２】この場合、スキャナ２８の移動端の変位を
直接測定しているため、上記第３の実施の形態のように
プレスキャンする必要は無い。また、別の表現を用いる
と、ＳＰＭ測定中にリアルタイムでスキャナ２８の変位
状態を検出しているので、プレスキャンする必要は無
い。更に、上述した実施の形態では、検出センサとして
光学センサを用いたが、例えば、静電容量センサや磁気
センサをスキャナ２８の移動端近傍に設けても良い。
【０１２３】次に、本発明の第４の実施の形態に係る走
査型プローブ顕微鏡について、図６及び図７を参照して
説明する。なお、本実施の形態の説明に際し、第１の実
施の形態と同一の構成には、同一符号を付して、その説
明を省略する。
【０１２４】図６に示すように、本実施の形態に適用し
た位置調整機構は、更に、受光素子３４をスキャナ２８
内の所定位置に位置調整可能に支持する位置調整ユニッ
トを備えている。
【０１２５】位置調整ユニットは、スキャナ２８の内部
に配置可能な位置調整用スキャナ（例えば、チューブ型
スキャナ）７４と、この位置調整用スキャナ７４をスキ
ャナ２８内に収容させた状態で支持することが可能な位
置調整用支持部材７６とを備えており、位置調整用スキ
ャナ７４は、位置調整用支持部材７６を介して顕微鏡ベ
ース３６に支持されている。
【０１２６】本実施の形態において、受光素子３４は、
位置調整用スキャナ７４の移動端に取り付けられてお
り、センサーホルダ４４に内蔵されている位置調整機構
には、発光素子３２だけが取り付けられている。
【０１２７】図７（ａ），（ｂ）に示すように、センサ
ーホルダ４４に内蔵されている位置調整機構において、
可動体５６には、受光素子３４を取り付ける部分が除去
されており、発光素子３２だけを支持しながら図中矢印
方向に平行移動及び回転できるように構成されている。
その他の構成並びに作用は、第１の実施の形態と同一で
あるため、同一符号を付して、その説明を省略する。
【０１２８】また、本実施の形態において、位置調整用
支持部材７６及び位置調整用スキャナ７４によって、受
光素子３４は、その受光面の中心（特に図示しない）が
ＳＰＭ測定中に常時スキャナ２８の中心Ｑ（図２（ｂ）
参照）に位置付けられるように、位置調整されている。
そして、このように位置調整された状態において、ＳＰ
Ｍ測定中にカンチレバー３０の背面から反射した反射光
は、常に受光素子３４の受光面上に照射される。
【０１２９】例えば受光素子３４の受光面の中心が中心
Ｑに略一致するように、位置調整用支持部材７６及び位
置調整用スキャナ７４をセットした後、位置調整用スキ
ャナ７４に電圧を印加して、この位置調整用スキャナ７
４の移動端をＸＹＺ方向に変位させることによって、受
光素子３４の受光面の中心を中心Ｑに簡単且つ正確に位
置合わせすることができる。
【０１３０】本実施の形態によれば、第１の実施の形態
と同様に、スキャナ２８に印加される電気信号（電圧）
に基づいて、２個のアクチュエータ６４を適宜伸縮させ
て、可動体５６を固定体５４のガイド面５２に沿って所
定方向に所定量だけ平行移動及び回転させることによっ
て、発光素子３２から発光した測定光を常時カンチレバ
ー３０の背面の一定位置に一定の入射角度で照射させる
ことができる。
【０１３１】このとき、カンチレバー３０の背面から反
射した反射光は、中心Ｑに位置合わせされた受光素子３
４の受光面に照射され、その受光量及び／又は受光位置
の変化に対応した電気信号に変換される。そして、探針
４０を試料に沿ってＸＹ方向に走査している間に、受光
素子３４からの電気信号の出力変化に基づいて探針４０
先端と試料表面との間の距離（カンチレバー３０の撓み
状態）が一定に維持されるように、スキャナ２８をフィ
ードバック制御しながら且つ位置調整機構を制御するこ
とによって、ノイズの無い正確なＳＰＭ測定情報（試料
の凹凸情報など）を得ることができる。
【０１３２】スキャナ２８がＺ方向に変位すると、カン
チレバー３０からの反射光が受光素子３４に照射される
位置がずれる。このずれ量は、位置調整用スキャナ７４
のＺ方向の変位、又は、ＸＹ方向の変位によって較正す
ることができる。
【０１３３】Ｚ方向の伸縮によって較正する場合、位置
調整用スキャナ７４の変位は、スキャナ２８のＺ方向の
変位の１／２である。一方、ＸＹ方向のずれ量（ｄｚ／
Ｌ）は、スキャナ２８のＺ方向の変位の約１０-4であ
る。このため、必ずしも位置調整用スキャナ７４によっ
て較正する必要は無い。しかしながら、ＳＰＭ測定をよ
り高精度に行うために、装置構成として制御回路に較正
テーブルを追加することが好ましい。
【０１３４】ところで、このような本実施の形態のＳＰ
Ｍ測定では、スキャナ２８のヒステリシスやクリープ等
の影響を考慮して、実際のＳＰＭ測定前に、スキャナ２
８の特性データを測定（以下、プレスキャンという）す
ることが好ましい。
【０１３５】この場合、スキャナ２８の特性データとし
ては、例えば、スキャナ２８に印加した電気信号（電
圧）と、スキャナ２８の移動端の変位量との関係を示す
データ（以下、プレスキャンデータという）である。
【０１３６】このようなプレスキャンデータは、上述し
た制御回路のメモリ（図示しない）に一時的に記録すれ
ば良い。
【０１３７】そして、このプレスキャンデータに基づい
て、２個のアクチュエータ６４を適宜伸縮させて、可動
体５６を固定体５４のガイド面５２に沿って所定方向に
所定量だけ平行移動及び回転させることによって、発光
素子３２から発光した測定光を常時カンチレバー３０の
背面の同一位置に一定の入射角度で正確に照射させるこ
とができる。
【０１３８】なお、その他の作用効果は、第１の実施の
形態と同様であるため、その説明は省略する。
【０１３９】次に、本発明の第５の実施の形態に係る走
査型プローブ顕微鏡について、図８を参照して説明す
る。なお、本実施の形態の説明に際し、第１の実施の形
態と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を省
略する。
【０１４０】図８に示すように、本実施の形態に適用し
た位置調整機構は、受光素子３４の受光面をスキャナ２
８の中心に位置調整して固定する位置調整ユニットを備
えている。本実施の形態において、位置調整ユニットと
しては、位置調整用支持部材７８が適用されており、こ
の位置調整用支持部材７８は、顕微鏡ベース３６に取り
付けられている。なお、本実施の形態において、スキャ
ナ２８の中心とは、上述した式（７）〜（９）によって
規定された線分２８ｂ・２８ｃの中点（図２（ｂ）参
照）、つまり、スキャナ２８に電気信号を印加しない状
態において、スキャナ２８を包絡する空間の中心点であ
る。
【０１４１】また、本実施の形態において、受光素子３
４は、位置調整用支持部材７８の先端に取り付けられて
おり、発光素子３２は、スキャナ２８の移動端に取り付
けられたリング３８内に固定されている。
【０１４２】発光素子３２とカンチレバー３０の背面と
の間の光路中には、反射ミラー８０が配置されており、
ＳＰＭ測定中、発光素子３２から発光した測定光は、こ
の反射ミラー８０によって、カンチレバー３０の背面の
一定位置に一定の入射角度で照射される。なお、反射ミ
ラー８０は、必ずしも必要では無く、発光素子３２から
発光した測定光が直接カンチレバー３０に照射されても
構わない。
【０１４３】また、測定光の微量な方向調整（カンチレ
バー３０に対する測定光の入射位置及び入射角度の調
整）を行うために、反射ミラー８０に回転軸（図示しな
い）を設けて、発光素子３２からの測定光の反射方向を
カンチレバー３０の取付位置に合わせて調整することが
できるように構成しても良い。このように構成すること
によって、例えばカンチレバー３０の加工精度や取付精
度に伴う測定光のカンチレバー３０の背面からの反射方
向（つまり、受光素子３４の受光面に対する測定光の照
射位置）の微量な誤差を調整することができる。
【０１４４】この場合、図８に示すように、発光素子用
位置調整つまみ８２を有する発光素子用位置調整ユニッ
ト及びカンチレバー用位置調整つまみ８４を有するカン
チレバー用位置調整ユニットを設けることが好ましい。
これらユニットを用いることによって、測定光の微量な
方向調整（カンチレバー３０に対する測定光の入射位置
及び入射角度の調整）を行うことができる。また、上記
の各調整つまみ８２，８４は、装置構成に対応して、調
整対象物（カンチレバー３０、発光素子３２）を１〜３
軸方向に移動させることができる。つまり、発光素子３
２からの測定光とカンチレバー３０との間の相対的な位
置調整を行うことによって、受光素子３４の受光面に対
する測定光の照射位置を微量に調整することができる。
【０１４５】なお、上述のような位置調整は、反射ミラ
ー８０の回転軸、発光素子用位置調整つまみ８２及びカ
ンチレバー用位置調整つまみ８４の少なくとも２つを調
整するだけで確実に行うことができるため、必ずしも３
つ共に装置に設ける必要は無い。
【０１４６】また、本実施の形態において、位置調整用
支持部材７８によって、受光素子３４は、その受光面の
中心（特に図示しない）がＳＰＭ測定中に常時スキャナ
２８の中心Ｑ（図２（ｂ）参照）に位置付けられるよう
に、位置調整されている。そして、このように位置調整
された状態において、ＳＰＭ測定中にカンチレバー３０
の背面から反射した反射光は、常に受光素子３４の受光
面上に照射される。
【０１４７】このような構成によれば、スキャナ２８の
移動端に取り付けられたリング３８内に発光素子３２を
固定したことによって、ＳＰＭ測定中、スキャナ２８の
移動端の変位状態に影響されること無く、発光素子３２
とカンチレバー３０の背面との間の光学的な位置関係
は、常に一定に維持される。
【０１４８】従って、ＳＰＭ測定中、発光素子３２から
発光した測定光を常時カンチレバー３０の背面の一定位
置に一定の入射角度で照射させることができる。そし
て、このときカンチレバー３０の背面から反射した反射
光は、中心Ｑに位置合わせされた受光素子３４の受光面
に照射され、その受光量の変化に対応した電気信号に変
換される。この結果、ノイズの無い正確なＳＰＭ測定情
報（試料の凹凸情報など）を得ることができる。
【０１４９】本実施の形態によれば、上述した各実施の
形態のような複雑な位置調整機構を設ける必要が無く、
発光素子３２及び受光素子３４の位置を一旦調整してし
まえば、その後のＳＰＭ測定に際し、スキャナ２８のヒ
ステリシスやクリープ等の影響を受けること無く、常
に、発光素子３２から発光した測定光を常時カンチレバ
ー３０の背面の一定位置に一定の入射角度で照射させる
ことができる。従って、第１の実施の形態のようにプレ
スキャンする必要は無い。
【０１５０】なお、上述した全ての実施の形態におい
て、発光素子からの測定光は、カンチレバーの背面に照
射されているが、これと反対の方向から、つまり、探針
が設けられた方向からカンチレバーに測定光を照射させ
ても、上述した実施の形態と同様の作用効果を奏するこ
とには変わりは無く、本発明の要旨を変更するものでは
ない。
【０１５１】
【発明の効果】本発明によれば、走査応答性に優れてい
ると共に、常に正確な測定情報を得ることが可能な走査
型プローブ顕微鏡を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る走
査型プローブ顕微鏡の構成を概略的に示す図、（ｂ）
は、同図（ａ）に示された走査型プローブ顕微鏡に設け
られた位置調整機構の構成を示す図、（ｃ）は、同図
（ｂ）に示された位置調整機構に設けられた圧縮バネ及
びアクチュエータの位置関係を示す図。
【図２】（ａ）は、スキャナの移動端の変位と角度変化
の関係を示す図、（ｂ）は、発光素子の発光点の軌跡を
示す図。
【図３】カンチレバーの背面に対する測定光の照射角度
と、スキャナの移動端の変位との関係を示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る走査型プロー
ブ顕微鏡の構成を概略的に示す図。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る走査型プロー
ブ顕微鏡の構成を概略的に示す図。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る走査型プロー
ブ顕微鏡の構成を概略的に示す図。
【図７】（ａ）は、図６に示された走査型プローブ顕微
鏡に設けられた位置調整機構の構成を示す図、（ｂ）
は、同図（ａ）に示された位置調整機構に設けられた圧
縮バネ及びアクチュエータの位置関係を示す図。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係る走査型プロー
ブ顕微鏡の構成を概略的に示す図。
【図９】第１の従来技術に係る走査型プローブ顕微鏡の
構成を概略的に示す図。
【図１０】（ａ）は、第２の従来技術に係る走査型プロ
ーブ顕微鏡の構成を概略的に示す図、（ｂ）は、第１の
従来技術の走査型プローブ顕微鏡によって急激な段差を
有する試料の表面情報を測定している状態を示す図、
（ｃ）は、第２の従来技術の走査型プローブ顕微鏡にお
いて、スキャナの移動端の変位とカンチレバーの自由端
の見かけ上の変位との関係を示す図。
【符号の説明】
２８ スキャナ ３０ カンチレバー ３２ 発光素子 ３４ 受光素子 ５２ ガイド面

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 三次元方向に移動可能な移動端を有する
    スキャナと、 このスキャナの移動端に着脱自在に取り付けられたカン
    チレバーと、 このカンチレバーの変位状態を光学的に検出するよう
    に、前記カンチレバーに所定の光を照射可能な発光素子
    及び前記カンチレバーから反射した反射光を受光可能な
    受光素子を有する変位センサと、 前記スキャナの移動端を移動させている間、前記発光素
    子から発光した光が前記カンチレバーの一定位置に一定
    の入射角度で照射されるように、前記変位センサの位置
    を調整可能な位置調整機構とを備えていることを特徴と
    する走査型プローブ顕微鏡。
  2. 【請求項２】 前記位置調整機構は、所定の形状のガイ
    ド面を有する固定系と、前記変位センサを支持した状態
    で、前記固定系のガイド面に沿って移動可能な可動系
    と、この可動系を前記固定系のガイド面に沿って移動さ
    せることによって、前記変位センサの位置を調整させる
    ことが可能な駆動系とを備えていることを特徴とする請
    求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
  3. 【請求項３】 前記駆動系は、複数のアクチュエータを
    備えており、前記スキャナに印加される電気信号に基づ
    いて、前記複数のアクチュエータを駆動させることによ
    って、前記可動系を前記固定系のガイド面に沿って移動
    させるように構成されていることを特徴とする請求項２
    に記載の走査型プローブ顕微鏡。
  4. 【請求項４】 前記位置調整機構は、前記スキャナの移
    動端の変位量を光学的に検出することが可能な検出セン
    サを更に備えており、前記スキャナの移動端の変位量に
    基づいて、前記駆動系を駆動させることによって、前記
    可動系を前記固定系のガイド面に沿って移動させるよう
    に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の走
    査型プローブ顕微鏡。
  5. 【請求項５】 三次元方向に移動可能な移動端を有する
    スキャナと、 このスキャナの移動端に着脱自在に取り付けられたカン
    チレバーと、 このカンチレバーの変位状態を光学的に検出するよう
    に、前記カンチレバーに所定の光を照射可能な発光素子
    及び前記カンチレバーから反射した反射光を受光可能な
    受光素子を有する変位センサと、 前記スキャナの移動端を移動させている間、前記発光素
    子から発光した光が前記カンチレバーの一定位置に照射
    されるように、前記変位センサの位置を調整可能な位置
    調整機構とを備え、 前記位置調整機構は、前記スキャナに印加される電気信
    号に基づいて、その移動端を所定方向に所定量だけ変位
    可能な位置調整用スキャナを有しており、前記変位セン
    サは、前記位置調整用スキャナの移動端に取り付けられ
    ていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
  6. 【請求項６】 三次元方向に移動可能な移動端を有する
    スキャナと、 このスキャナの移動端に着脱自在に取り付けられたカン
    チレバーと、 このカンチレバーの変位状態を光学的に検出するよう
    に、前記カンチレバーに所定の光を照射可能な発光素子
    及び前記カンチレバーから反射した反射光を受光可能な
    受光素子を有する変位センサと、 前記スキャナの移動端を移動させている間、前記発光素
    子から発光した光が前記カンチレバーの一定位置に照射
    されるように、前記変位センサの位置を調整可能な位置
    調整機構とを備え、 前記位置調整機構は、前記スキャナの移動端の変位量を
    光学的に検出することが可能な検出センサと、この検出
    センサで検出された前記スキャナの移動端の変位量に基
    づいて、その移動端を所定方向に所定量だけ変位可能な
    位置調整用スキャナとを有しており、前記変位センサ
    は、前記位置調整用スキャナの移動端に取り付けられて
    いることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
  7. 【請求項７】 三次元方向に移動可能な移動端を有する
    中空のスキャナと、 このスキャナの移動端に着脱自在に取り付けられたカン
    チレバーと、 このカンチレバーの変位状態を光学的に検出するよう
    に、前記カンチレバーに所定の光を照射可能な発光素子
    及び前記カンチレバーから反射した反射光を受光可能な
    受光素子を有する変位センサと、 前記スキャナの移動端を移動させている間、前記発光素
    子から発光した光を前記カンチレバーの一定位置に一定
    の入射角度で照射させ、且つ、前記カンチレバーから反
    射した光を常に前記受光素子の受光面に照射させるよう
    に、前記変位センサの位置を調整可能な位置調整機構と
    を備えており、 前記位置調整機構は、前記受光素子を前記スキャナ内の
    所定位置に位置調整可能に支持する受光素子用位置調整
    ユニットと、前記発光素子を前記スキャナ外の所定位置
    に位置調整可能に支持する発光素子用位置調整ユニット
    とを有していることを特徴とする走査型プローブ顕微
    鏡。
  8. 【請求項８】 前記スキャナは、中空のチューブ型スキ
    ャナであり、前記受光素子用位置調整ユニットは、前記
    スキャナの移動端を移動させている間、常時、前記受光
    素子の受光面の中心を前記スキャナ内のほぼ中心に位置
    付けることを特徴とする請求項７に記載の走査型プロー
    ブ顕微鏡。
  9. 【請求項９】 前記受光素子用位置調整ユニットは、前
    記スキャナの内部に配置可能な位置調整用スキャナと、
    この位置調整用スキャナを前記スキャナ内に収容させた
    状態で支持することが可能な位置調整用支持部材とを備
    えていることを特徴とする請求項８に記載の走査型プロ
    ーブ顕微鏡。
  10. 【請求項１０】 前記発光素子用位置調整ユニットは、
    所定の形状のガイド面を有する固定系と、前記変位セン
    サを支持した状態で、前記固定系のガイド面に沿って移
    動可能な可動系と、この可動系を前記固定系のガイド面
    に沿って移動させることによって、前記発光素子の位置
    を調整させることが可能な駆動系とを備えていることを
    特徴とする請求項７に記載の走査型プローブ顕微鏡。
  11. 【請求項１１】 前記駆動系は、複数のアクチュエータ
    を備えており、前記スキャナに印加される電気信号に基
    づいて、前記複数のアクチュエータを駆動させることに
    よって、前記可動系を前記固定系のガイド面に沿って移
    動させるように構成されていることを特徴とする請求項
    １０に記載の走査型プローブ顕微鏡。
  12. 【請求項１２】 三次元方向に移動可能な移動端を有す
    るスキャナと、 このスキャナの移動端に着脱自在に取り付けられたカン
    チレバーと、 前記スキャナの移動端側に設けられると共に、前記カン
    チレバーの一定位置に一定の入射角度で光を照射する発
    光素子と、 前記カンチレバーから反射した反射光を受光可能な受光
    素子と、 前記スキャナの移動端を移動させている間、前記カンチ
    レバーから反射した光を常に前記受光素子の受光面に照
    射させるように、前記受光素子の位置を調整可能な受光
    素子用位置調整ユニットとを備えていることを特徴とす
    る走査型プローブ顕微鏡。
  13. 【請求項１３】 前記発光素子と前記カンチレバーとの
    間の光路中に反射ミラーを備えており、この反射ミラー
    を調整することによって、前記カンチレバーに照射され
    る前記光の位置及び入射角度の調整を行うことを特徴と
    する請求項１２に記載の走査型プローブ顕微鏡。
  14. 【請求項１４】 前記スキャナは、中空のチューブ型ス
    キャナであり、前記受光素子用位置調整ユニットは、前
    記受光素子の受光面の中心を前記スキャナのほぼ中心に
    位置調整して固定させることを特徴とする請求項１２に
    記載の走査型プローブ顕微鏡。
  15. 【請求項１５】 前記受光素子用位置調整ユニットは、
    前記受光素子を支持する位置調整用支持部材を備えてお
    り、この位置調整用支持部材によって、前記受光素子
    は、その受光面の中心が常時前記スキャナのほぼ中心に
    位置付けられるように、位置調整されて固定されること
    を特徴とする請求項１４に記載の走査型プローブ顕微
    鏡。
  16. 【請求項１６】 前記発光素子と前記カンチレバーとの
    間の位置を相対的に調整するための調整機構を備えてい
    ることを特徴とする請求項１２に記載の走査型プローブ
    顕微鏡。
  17. 【請求項１７】 前記調整機構は、発光素子用位置調整
    ユニットとカンチレバー用位置調整ユニットとを備えて
    おり、前記カンチレバーに照射させる光の照射位置を調
    整するように、前記各ユニットは、夫々、少なくとも１
    軸方向に移動可能に構成されていることを特徴とする請
    求項１６に記載の走査型プローブ顕微鏡。
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