JPH08211074A

JPH08211074A - プローブ顕微鏡

Info

Publication number: JPH08211074A
Application number: JP1822595A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Murayama; 健村山
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1995-02-06
Publication date: 1996-08-20

Abstract

(57)【要約】【目的】軸間干渉なく複数の探針又はカンチレバーを
自動的に切り換えることができ、かつ、高速走査が可能
なプローブ顕微鏡を提供すること。【構成】微動機構１は筒体の圧電体２および複数の電
極３Ｘ₁ 〜３Ｙ₄ で構成され、各電極に所定の電圧を印
加することによりＸ、Ｙ軸方向の走査、Ｚ軸方向の変位
を行う。Ｙ軸方向に並列に固定された複数のカンチレバ
ー４（先端に探針５が固定されている）を備えたベース
２１が圧電体２の自由端にばね２２で圧接されている。
圧電体２の自由端側の隣接する各電極間にはスリット２
０が形成されている。これらの電極３Ｘ₃ 〜３Ｙ₄ に所
定の電圧を印加することにより、圧電体を用いた超音波
モータの原理でベース２１をＹ軸方向へ移動させてカン
チレバー４を取り換えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体の微細な表面形状
やその他の微小物理量を測定するのに用いられるプロー
ブ顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】プローブ顕微鏡には、検出物理量により
トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、磁気力顕微鏡等があ
り、原子オーダの測定分解能を有し、各種被検体の形状
計測等の各種分野に適用されている。このようなプロー
ブ顕微鏡のうち、原子間力顕微鏡を図により説明する。

【０００３】図１２は原子間力顕微鏡の側面図、図１３
は図１２に示す線ＸIII −ＸIII に沿う断面図である。
各図で、Ｘ、Ｙ、Ｚは座標軸を示す。１は微動機構であ
り、この微動機構１は、円筒形状の圧電体２およびこの
圧電体２に貼着、蒸着等により配置された複数の電極で
構成されている。これら電極のうち、電極３Ｘ₁ 、３Ｘ
₂ は圧電体２の上部においてＸ軸方向に対向して配置さ
れた対向電極、電極３Ｘ₃ 、３Ｘ₄ は圧電体２の下部に
おいてＸ軸方向に対向して配置された対向電極、電極３
Ｙ₁ 、３Ｙ₂ は圧電体２の上部においてＹ軸方向に対向
して配置された対向電極、電極３Ｙ₃ 、３Ｙ₄ は圧電体
２の下部においてＹ軸方向に対向して配置された対向電
極、３Ｚは圧電体２の中間においてその全周に配置され
た電極である。図１３に示すように、圧電体２の内面全
周には共通電極３Ｃが配置されている。このような微動
機構１は例えば特開平２−２６６２０１号公報等で開示
されている。

【０００４】４はカンチレバー、５はカンチレバー４の
先端に固定された探針、６はカンチレバー４を微動機構
１の端部に固定する固定部材である。７はこの原子間力
顕微鏡の測定対象である被検体を示し、探針５をｎｍオ
ーダ間隔で対応させることによりその表面形状が測定さ
れる。８はレーザ発信機、９は光検出器であり、図に二
点鎖線で示すように、レーザ発信機８からのレーザ光を
カンチレバー４の背面に反射させ、その反射光を光検出
器９で検出する。

【０００５】上記の構成において、圧電体２は、＋極性
の電圧を印加すると伸長し、−極性の電圧を印加すると
縮む。そこで、微動機構１の共通電極３Ｃを０ボルト
（Ｖ）とし、電極３Ｘ₁ に＋Ｅ（Ｖ）、電極３Ｘ₂ に−
Ｅ（Ｖ）、電極３Ｘ₃ に−Ｅ（Ｖ）、電極３Ｘ₄ に＋Ｅ
（Ｖ）を印加すると、圧電体２は図１２に破線で示すよ
うに変形する。この結果、探針５はＸ軸方向に距離ｘだ
け変位する。通常、微動機構の寸法は数１０ｍｍ、変位
は数μｍ〜１００μｍの領域であり、このことから判る
ように、図に示す破線の変形は誇張して描かれている。

【０００６】上記の構成においては、上側の対向電極と
下側の対向電極の極性を逆にして圧電体２の上部と下部
の変形モードを逆にすることにより、探針５の平行な変
位が可能となる。Ｙ軸方向の変位についても電極３Ｙ₁
〜３Ｙ₄ に対して同様な電圧を印加することにより同様
に変位を行うことができる。上記各電極の電圧の大きさ
を変化させることにより、探針５のＸ、Ｙ軸方向の走査
を正確に行うことができる。なお、電極３Ｚに電圧を印
加すると、その電圧に応じて圧電体２がＺ軸方向に伸縮
する。

【０００７】上記の手段を用いた走査の間、探針５と被
検体７との間に原子間力が作用すると、カンチレバー４
にたわみを生じ、このたわみの量はレーザ発信機８およ
び光検出器９により検出される。ここで、当該走査の
間、カンチレバー４の上記たわみの量を一定に保持する
ように電極３Ｚの電圧を制御して圧電体２を伸縮させる
と、この伸縮量（電圧）が被検体７の表面形状を表すこ
とになり、その測定ができる。このような測定におい
て、仮に、Ｘ、Ｙ軸方向の走査を圧電体２の上部のみ又
は下部のみの変形で行うと、図に一点鎖線の矢印Ａで示
すように探針５に円弧運動が生じ、Ｘ軸、Ｙ軸方向に平
行な走査ができなくなり、被検体７の表面形状の高精度
の測定を行うことができなくなる。

【０００８】ところで、プローブ顕微鏡は前述のよう
に、トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、磁気力顕微鏡等
種々の種類があり、例えばトンネル顕微鏡は電気特性の
測定に適し、原子間力顕微鏡は被検体表面の形状測定に
適し、磁気力顕微鏡は磁気特性の測定に適しており、こ
れら測定目的によりカンチレバー４が交換される。又、
探針形状にも種々の形状があり、例えば同じ原子間力顕
微鏡にあっても、種類の異なる、より一層測定に適した
カンチレバーや探針に交換する必要が生じる。このよう
なカンチレバーや探針の交換は人手によりなされていた
ので、交換に時間と手間を要するという問題がある。

【０００９】この問題を解決するため、自動交換手段が
例えば特開平５−１５７５０８号公報に開示されてい
る。このような自動交換手段の概略を図により説明す
る。図１４は複数のカンチレバーを取り付けたベースの
平面図、図１５は図１４に示すベースを用いたプローブ
顕微鏡の側面図である。各図で、４はカンチレバー、５
は探針、１１はカンチレバー４を複数固定したベースで
ある。１は図１２に示すものと同じく走査用の微動機
構、７は微動機構１上に載置された被検体、１２はＸＹ
ステージ、１３はＸＹステージ１２上に固定された回転
機構、１４はベース１１を回転自在に支持する台部、１
５はベース１１を台部１４に押し付ける板ばねである。
回転機構１３を回転させることにより、ベース１１に固
定されているカンチレバー４が選択的に切り換えられ、
カンチレバー４又は探針５の交換を人手によらず自動的
に行うことができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記図１５に示す構成
では、図１２に示す構成のように微動機構１とカンチレ
バー４とが一体構成となっていないので、ＸＹＺ軸方向
への微動動作と回転による交換動作が軸間で干渉するこ
とになり好ましくない。又、図１５に示す構成では、微
動機構１で被検体７を走査させる構成であるので、被検
体７が例えば８インチ（２００ｍｍ）のシリコンウエハ
のように大きなものの場合、走査質量が大きいので高速
走査ができなくなり、測定に長時間を要するという問題
も生じる。

【００１１】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、軸間干渉なく複数の探針又はカンチレバー
を自動的に切り換えることができ、かつ、高速走査が可
能な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】上記の目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、探針を複数個、又は探針
を固定したカンチレバーを複数個取り付けたベースを備
え、前記探針、又は前記カンチレバーを取換えて使用す
るプローブ顕微鏡において、筒体形状の圧電体およびこ
の圧電体に配置された複数の電極より成り当該圧電体の
一端が固定され多端が自由端である微動機構と、この微
動機構の前記自由端に前記ベースを移動自在に圧接する
圧接手段と、前記ベースが前記微動機構の自由端に圧接
された状態で当該ベースを駆動して前記探針又は前記カ
ンチレバーを切り換えるベース駆動手段とを設けたこと
を特徴とする。

【００１３】又、請求項５に記載の発明は、探針を複数
個、又は探針を固定したカンチレバーを複数個取り付け
たベースを備え、前記探針、又は前記カンチレバーを取
換えて使用するプローブ顕微鏡において、筒体形状の圧
電体およびこの圧電体に配置された複数の電極より成り
当該圧電体を変形させて微小変位を得る微動機構と、こ
の微動機構の一端に固定されて当該微動機構を回転させ
る回転機構と、前記ベースを前記微動機構の他端に固定
する固定手段と、前記探針又は前記カンチレバーの取換
え毎にその取換えに応じた座標の変換を行う座標変換手
段とを設けたことも特徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１の構成において、探針又はカンチレバ
ーの選択は、ベース駆動手段により圧接手段の圧力に抗
してベースを移動させ、当該ベースに取り付けられた探
針又はカンチレバーのうち、所要のものを所定の位置に
位置させることにより行う。この状態で、ベースは圧接
手段により微動機構に圧接されているので、微動機構を
動作させると、これと一体となって探針又はカンチレバ
ーも移動し所定の走査が行われる。

【００１５】又、請求項５の構成において、探針又はカ
ンチレバーの選択は、回転機構を回転させることにより
微動機構を介してベースを回転させ、当該ベースに取り
付けられた探針又はカンチレバーのうち、所要のものを
所定の位置に位置させることにより行う。この場合、微
動機構が回転するので、これとともに座標も回転するこ
ととなり、微動機構による走査は、回転角度に基づく座
標変換手段で変換された座標に従って行われる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図１は本発明の第１の実施例に係る原子間力顕微
鏡の側面図、図２は図１に示すベースおよびカンチレバ
ーの平面図である。各図で、Ｘ、Ｙ、Ｚは座標軸、７は
被検体であり、これらは図１２に示すものと同じであ
る。１は微動機構であり、後述するスリットを除き他の
構成は図１２に示す微動機構と同じである。２０はスリ
ットであり、圧電体２の自由端における隣接する各電極
３Ｘ₃ 、３Ｘ₄ 、３Ｙ₃ 、３Ｙ₄ の間に形成される。こ
の場合、圧電体２の内面に配置された共通電極３Ｃもス
リット２０の部分で分離されるが、電気的には互いに接
続されている。本実施例の微動機構１はスリット２０が
形成されている点でのみ図１２に示す微動機構と異なる
が、微動機構としての機能は同一である。

【００１７】２１はベースであり、図２に示すように複
数（図では３つ）のカンチレバー４がＹ軸方向に並列に
取り付けられている。２２は圧電体２の内部を通って上
部の固定部とベース２１との間に装架されたばねであ
る。ばね２２により、ベース２１は圧電体２の自由端に
圧接される。なお、ばね２２に代えて磁石を用いること
もでき、この場合、固定部およびベース２１は磁性体で
構成する（以下に述べる第２、第３の実施例においても
同じ）。微動機構１の動作は図１２に示すものと同じで
ある。したがって、微動機構１が前述のように変形せし
められると、圧電体２の自由端に圧接されたベース２
１、このベース２１に取り付けられたカンチレバー４、
探針５は当該変形に応じて図１２に示す場合と同様に変
位する。

【００１８】次に、本実施例のカンチレバー４の取換え
動作、即ちベース２１の駆動手段を図３を参照しながら
説明する。図３は図１に示す圧電体２の自由端部分を示
す図である。図３で、図１に示す部分と同一部分には同
一符号が付してある。この図では、理解を容易にするた
め、電極３Ｙ₃ 、３Ｙ₄ の配置部分は断面で示されてい
る。ベース２１をＹ軸方向に沿って移動させる場合に
は、まず、共通電極３Ｃ、電極３Ｘ₃ 、３Ｘ₄ に０
（Ｖ）、電極３Ｙ₃ に−Ｅ（Ｖ）、電極３Ｙ₄ に＋Ｅ
（Ｖ）が印加される。これにより、圧電体２の自由端に
は、図３の（ａ）に示すように、電極３Ｙ₃ の部分が縮
み、電極３Ｙ₄ の部分が伸長する変形が生じ、当該変形
部分の端部とベース２１との間にギャップｇが発生す
る。なお、圧電体２の電極３Ｘ₃ 、３Ｘ₄ の部分の端部
はベース２１に圧接されたままである。

【００１９】次いで、電極３Ｘ₃ 、３Ｘ₄ に、さきに電
極３Ｙ₃ 、３Ｙ₄ に印加した電圧レベルより大きな負の
電圧を印加すると、圧電体２の電極３Ｘ₃ 、３Ｘ₄ の部
分は大きく縮み、この結果、図３の（ｂ）に示すよう
に、圧電体２の電極３Ｙ₃ 、３Ｙ₄ の部分の端部は変形
状態のままベース２１に圧接し、圧電体２の電極３
Ｘ₃、３Ｘ₄ の部分の端部にはギャップｇが発生する。

【００２０】さらに、この状態から、（ａ）の場合とは
逆に、電極３Ｙ₃ に＋Ｅ（Ｖ）、電極３Ｙ₄ に−Ｅ
（Ｖ）を印加すると、図３の（ｃ）に示すように、圧電
体２の電極３Ｙ₃ の部分が伸長し、電極３Ｙ₄ の部分が
縮む変形が生じる。この変形は端部がベース２１に圧接
した状態のまま発生するので、ベース２１は当該変形に
引きずられて図３の（ｃ）に示すように、矢印ｙの方向
に移動する。この移動の後、各電極に印加された電圧を
取り除く。以上の動作を繰り返すことにより、ベース２
１のＹ軸方向の移動を行うことができる。

【００２１】上記の動作中、ベース２１は圧電体２の自
由端に圧接された状態で移動するが、圧電体２自身を摩
擦の少ない材料で作成するか、又はテフロンシート等の
潤滑用シートを介在させるか、或は接触圧力を極力小さ
くすることにより、ベース２１の移動を支障なく行うこ
とができる（以下に述べる第２、第３の実施例において
も同じ）。

【００２２】なお、上記の例では各電極に印加する電圧
が直流電圧である例について述べたが、実際には、一般
の超音波モータで採用されている交流電圧印加によるベ
ース駆動手段によるのが望ましい。その場合の印加電圧
は、ωを角周波数、ｔを時間、Ｅ₁ 、Ｅ₂ （Ｅ₁ ＞Ｅ
₂ ）を電圧の振幅とすると、次のとおりである。

【００２３】電極３Ｃ：０（Ｖ）電極３Ｘ₃ 、３Ｘ₄ ：Ｅ₁ ｃｏｓ（ωｔ）（Ｖ）電極３Ｙ₃ ：Ｅ₂ ｃｏｓ（ωｔ＋９０度）（Ｖ）電極３Ｙ₄ ：Ｅ₂ ｃｏｓ（ωｔ−９０度）（Ｖ）このように、本実施例では、微動機構を構成する圧電体
の端部にベースを圧接し、当該端部に各電極を分離する
スリットを設け、これら電極に所定の電圧を印加するよ
うにしたので、人手によらずに、かつ、軸間干渉を生じ
ることなく、ベースを移動させてカンチレバーの交換を
行うことができる。又、カンチレバーによる走査を行う
ので、図１５に示す従来装置に比較して、どのような被
検体に対しても高速走査を行うことができる。

【００２４】図４は本発明の第２の実施例に係る原子間
力顕微鏡の側面図、図５は図４に示すベースおよびカン
チレバーの平面図である。図４で、Ｘ、Ｙ、Ｚは座標
軸、２２はばねであり、これらは図１に示すものと同じ
である。１は微動機構であり、後述する回転電極を配置
した点を除き図１２に示す微動機構１と同じ構成であ
る。３Ｚ_θ は回転電極であり、圧電体２のＺ軸方向変
位用の電極３Ｚの上部に位置し、圧電体２の全周にわた
って配置される。２３はベースであり、図５に示すよう
に複数（図では３つ）のカンチレバー４がベース２３の
周囲に９０度間隔で取り付けられている。このベース２
３はばね２２により圧電体２の端部に圧接されている。
本実施例でも、ベース２１に取り付けられたカンチレバ
ー４、探針５は微動機構１の変形に応じて変位する。

【００２５】次に、本実施例のカンチレバー４の取換え
動作、即ちベース２１の駆動手段を図６を参照しながら
説明する。図６は図１に示す圧電体２の回転電極３Ｚ_θ
より下の部分を示す図である。本実施例では、新たに
付加された回転電極３Ｚ_θと従来から配置されている電
極３Ｚとでベース２３を回転させてカンチレバー４の切
り換えを行う。このため、回転電極３Ｚ_θ には、Ｅｃ
ｏｓ（ωｔ）（Ｖ）、電極３Ｚには、Ｅｃｏｓ（ωｔ
±９０度）（Ｖ）の交流電圧を印加する。なお、ωは
角周波数、ｔは時間、Ｅは電圧の振幅である。回転電極
３Ｚ_θ と電極３Ｚに上記の電圧を印加すると、圧電体
２の端部（ベース２３との接触部）に図６に矢印θで示
す回転変形が生じ、ベース２３をＺ軸まわりに回転移動
させることができる。この動作原理は一般の超音波モー
タと同じであるので詳細な説明は省略する。

【００２６】このように、本実施例では、別途回転電極
を設け、この回転電極と従来のＺ軸方向変位を発生する
電極とに所定の電圧を印加してベースを回転させるよう
にしたので、さきの実施例と同じ効果を奏する。

【００２７】図７は本発明の第３の実施例に係るプロー
ブ顕微鏡の側面図である。この図で、Ｘ、Ｙ、Ｚは座標
軸を示す。１は微動機構であり、図１２に示すものと同
じである。本実施例のプローブ顕微鏡にも、図１および
図４に示すばね２２が設けられているが、このばね２２
は図示の複雑化を避けるため省略されている。２４はベ
ースであり、図５に示すベース２３と同様にその周囲に
９０度の間隔で３つのカンチレバー４が固定されてい
る。図にはそれらカンチレバー４のうちの２つが示され
ている。２５は圧電体２の自由端に固定され、カンチレ
バー４を所定の傾きに設定する接続リングである。２６
は微動機構１を固定する固定部材、２７は固定部材に固
定された回転機構である。前述のように図示はされてい
ないが、固定部材２６とベース２４との間にはばね２２
が装架され、これによりベース２４は接続リング２５に
圧接されている。２８は回転機構２７の回転軸であり、
ベース２４に連結されている。２９は回転軸２８の中間
に介在する回転伝達機構である。この回転伝達機構２９
の構成を図８に示す。

【００２８】図８は図７に示す回転伝達機構の斜視図で
ある。この図で、Ｘ、Ｙ、Ｚは図７に示すものと同じ座
標軸である。２８は図７に示す回転軸を示す。回転伝達
機構２９は剛体のブロック２９Ｂ₁ 、２９Ｂ₂ で構成さ
れている。ブロック２９Ｂ₁には、互いに直交する方向
に貫通孔２９Ｈ₁ 、２９Ｈ₂ が形成され、貫通孔２９Ｈ
₁ の形成により互いに平行な薄肉部２９ａ₁ 、２９ａ₂
が形成され、貫通孔２９Ｈ₂ の形成により互いに平行な
薄肉部２９ｂ₁ 、２９ｂ₂ が形成される。又、ブロック
２９Ｂ₂ には、貫通孔２９Ｈ₁ と同一方向の貫通孔２９
Ｈ₃ が形成され、この貫通孔２９Ｈ₃ の形成により２つ
の薄肉部２９ｃ₁ 、２９ｃ₂ が形成される。薄肉部２９
ａ₁ 、２９ａ₂ の面と、薄肉部２９ｂ₁ 、２９ｂ₂ の面
と、薄肉部２９ｃ₁ 、２９ｃ₂ 面とは、互いに直交する
関係にある。

【００２９】このような回転伝達機構２９は、Ｘ軸方向
に沿う力に対しては薄肉部２９ａ₁、２９ａ₂ がたわむ
ことにより、又、Ｙ軸方向に沿う力に対しては薄肉部２
９ｂ₁ 、２９ｂ₂ がたわむことにより、さらに、Ｚ軸方
向に沿う力に対しては薄肉部２９ｃ₁ 、２９ｃ₂ がたわ
むことにより柔となるが、Ｚ軸まわりのモーメントに対
しては高い剛性を示す。

【００３０】次に、本実施例のカンチレバー４の取換え
動作、即ちベース２４の駆動手段を説明する。回転機構
２７を駆動すると、その回転は回転軸２８、回転伝達機
構２９を介してベース２４に伝達され、ベース２４を回
転させる。この場合、回転の伝達は、上述のように回転
伝達機構２９の回転軸２８まわりの剛性が高いので、支
障なく行われる。この回転により、任意のカンチレバー
４を取り換えることができる。一方、原子間力顕微鏡の
測定中において、圧電体２にＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の変形が
生じるが、回転伝達機構２９はこれらの方向の力に対し
て柔であるので、ベース２４が回転軸２８により回転機
構２７に連結されていても当該変形には何等の悪影響も
及ぼさない。

【００３１】このように、本実施例では、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸
方向の力に対して柔な回転伝達機構を介して回転機構に
よりベースを回転させるようにしたので、さきの実施例
と同じ効果を奏する。

【００３２】図９は本発明の第４の実施例に係る原子間
力顕微鏡の側面図、図１０は図９に示すベースおよびカ
ンチレバーの平面図である。上記第１〜第３の実施例に
おいては、複数のカンチレバーを備えたベースを圧電体
の自由端に圧接し、ベースを圧電体とは独立して移動さ
せる構成を例示したが、本実施例では、圧電体の自由端
とベースとを固定する構成とされている。図９で、Ｘ、
Ｙ、Ｚは座標軸を示す。１は図１２に示すものと同じ微
動機構である。３１は回転機構であり、圧電体２の上端
を固定し、これを回転させる。３２は圧電体２の自由端
に固定されたベースであり、図１０に示すように、その
周囲には互いに９０度の間隔で３つのカンチレバー４
ａ、４ｂ、４ｃが固定されている。

【００３３】次に、本実施例のカンチレバーの取換え動
作、即ちベース２４の駆動手段を説明する。今、図１０
に示すカンチレバー４ａをカンチレバー４ｂ又はカンチ
レバー４ｃに取り換える場合、回転機構３１を駆動する
と圧電体２が回転し、これとともにベース３２も回転す
る。これによりカンチレバーを取り換えることができ
る。しかしながら、圧電体２の回転により微動機構の座
標軸が変化するので、単にベース３２を回転させてカン
チレバーを取り換えただけでは所期の測定はできない。
このため、本実施例ではカンチレバーの取り換え毎に座
標変換を行う。この座標変換を図１１により説明する。

【００３４】図１１は原子間力顕微鏡の制御系統を示す
ブロック図である。この図で、図９に示す部分と同一部
分には同一符号が付してある。３４は回転機構３１の回
転量（回転角度）を検出する検出器、３５はマイクロコ
ンピュータで構成された原子間力顕微鏡の制御部であ
る。制御部３５は、回転機構３１が駆動されてカンチレ
バーの取り換えが行われると、検出器３４からの信号に
より、どのカンチレバーが使用されるのか判断してこれ
に応じた座標変換を行う。

【００３５】例えば、カンチレバー４ａが図９に示す座
標軸で使用されるものとすると、カンチレバー４ａがカ
ンチレバー４ｂに取り換えられた場合、制御部３５は座
標変換を行い、電極３Ｘ₁ を電極３Ｙ₁ 、電極３Ｘ₂ を
電極３Ｙ₂ 、電極３Ｙ₁ を電極３Ｘ₂ 、電極３Ｙ₂ を電
極３Ｘ₁として処理する。同様に、カンチレバー４ａが
カンチレバー４ｃに取り換えられた場合、制御部３５
は、電極３Ｘ₁ を電極３Ｘ₂ 、電極３Ｘ₂ を電極３Ｘ
₁ 、電極３Ｙ₁ を電極３Ｙ₂ 、電極３Ｙ₂ を電極３Ｙ₁
として処理する。自由端側の電極３Ｘ₃ 〜３Ｙ₄ につい
ても同様の座標変換処理を行う。

【００３６】このように、本実施例では、複数のカンチ
レバーを固定したベースを圧電体の自由端に固定し、圧
電体を回転機構に固定し、回転機構を駆動してカンチレ
バーを取り換えるとともに、座標変換を行うようにした
ので、さきの実施例と同じ効果を奏する。

【００３７】なお、上記各実施例の説明では、原子間力
顕微鏡について述べたが、他のプローブ顕微鏡にも適用
可能であるのは明らかである。又、カンチレバーを備え
ず、探針のみのものにも適用することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、微動機
構（圧電体）の自由端にベースを圧接し、このベースを
圧接された状態で駆動して探針又はカンチレバーを切り
換えるようにし、又は、回転機構で微動機構とこれに固
定したベースを一体に回転して探針又はカンチレバーを
切り換えるようにしたので、軸間干渉なく複数の探針又
はカンチレバーを自動的に切り換えることができ、か
つ、どのような被検体でも高速走査を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る原子間力顕微鏡の
側面図である。

【図２】図１に示すベースとカンチレバーの平面図であ
る。

【図３】図１に示す構成の動作を説明する図である。

【図４】本発明の第２の実施例に係る原子間力顕微鏡の
側面図である。

【図５】図４に示すベースとカンチレバーの平面図であ
る。

【図６】図４に示す構成の動作を説明する図である。

【図７】本発明の第３の実施例に係る原子間力顕微鏡の
側面図である。

【図８】図７に示す回転伝達機構の斜視図である。

【図９】本発明の第４の実施例に係る原子間力顕微鏡の
側面図である。

【図１０】図９に示すベースとカンチレバーの平面図で
ある。

【図１１】図９に示す原子間力顕微鏡に使用する制御系
統のブロック図である。

【図１２】従来の原子間力顕微鏡の側面図である。

【図１３】図１２に示す線ＸIII −ＸIII に沿う断面図
である。

【図１４】複数のカンチレバーを備えたベースの平面図
である。

【図１５】従来のプローブ顕微鏡の側面図である。

【符号の説明】

４カンチレバー５探針１微動機構２圧電体３Ｘ₁ 〜３Ｙ₄ 電極２０スリット２１ベース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】探針を複数個、又は探針を固定したカン
チレバーを複数個取り付けたベースを備え、前記探針、
又は前記カンチレバーを取換えて使用するプローブ顕微
鏡において、筒体形状の圧電体およびこの圧電体に配置
された複数の電極より成り当該圧電体の一端が固定され
多端が自由端である微動機構と、この微動機構の前記自
由端に前記ベースを移動自在に圧接する圧接手段と、前
記ベースが前記微動機構の自由端に圧接された状態で当
該ベースを駆動して前記探針又は前記カンチレバーを切
り換えるベース駆動手段とを設けたことを特徴とするプ
ローブ顕微鏡。
【請求項２】請求項１において、前記ベース駆動手段
は、圧電体自身を変形させて前記ベースを移動させる圧
電体変形手段であることを特徴とするプローブ顕微鏡。
【請求項３】請求項２において、前記圧電体変形手段
は、前記微動機構の自由端近傍に配置され当該微動機構
をその筒体の軸方向と直交する第１の軸方向に変位させ
る対向する２つの電極より成る第１の対向電極、および
前記筒体の軸方向と前記第１の軸方向とに直交する第２
の軸方向に変位させる対向する２つの電極より成る第２
の対向電極で構成される電極群と、前記微動機構の自由
端から延びて前記電極群の各電極を分離するスリットと
で構成されていることを特徴とするプローブ顕微鏡。
【請求項４】請求項２において、前記圧電体変形手段
は、前記圧電体をその筒体の軸方向に伸縮させる２つの
電極と、これら各電極に位相の異なる交流電圧を印加す
る電圧印加手段とで構成されていることを特徴とするプ
ローブ顕微鏡。
【請求項５】請求項１において、前記ベース駆動手段
は、回転機構と、この回転機構と前記ベースとを前記微
動機構の筒体内部を通って連結する回転軸と、この回転
軸の中途に設けられ前記微動機構の変位方向に対して柔
であり、かつ、前記回転軸の回転方向に対して剛である
回転伝達機構とで構成されていることを特徴とするプロ
ーブ顕微鏡。
【請求項６】探針を複数個、又は探針を固定したカン
チレバーを複数個取り付けたベースを備え、前記探針、
又は前記カンチレバーを取換えて使用するプローブ顕微
鏡において、筒体形状の圧電体およびこの圧電体に配置
された複数の電極より成り当該圧電体を変形させて微小
変位を得る微動機構と、この微動機構の一端に固定され
て当該微動機構を回転させる回転機構と、前記ベースを
前記微動機構の他端に固定する固定手段と、前記探針又
は前記カンチレバーの取換え毎にその取換えに応じた座
標の変換を行う座標変換手段とを設けたことを特徴とす
るプローブ顕微鏡。