【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、ナノサイズの機械振動子を１本もしくは１平方センチあたり１００万個以上アレイ状に配列したカンチレバーアレイ、その製造方法及びそれを用いた走査型プローブ顕微鏡、案内・回転機構の摺動装置、センサ、ホモダインレーザ干渉計、試料の光励振機能を有するレーザドップラー干渉計ならびにカンチレバーの励振方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】本願発明者は、ナノサイズの機械振動子を１本もしくは１平方センチあたり１００万個以上アレイ状に配列したナノカンチレバーに関する提案を行ってきた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのナノカンチレバーは、実際の使用にあたって種々の問題があった。 【０００４】本発明は、更なるナノカンチレバーの改善を図るために、例えばＳｉウエハ上に半導体加工技術を活用して、その固有振動数が１ＭＨｚから１ＧＨｚというプローブナノサイズ機械振動子を形成し、その振動子を摺動面に接触させたチップを配置し、自走式プローブとしたり、該振動子にカンチレバー状の部材を付与し、
更に振動を加えた上、表面弾性波を伝搬させることにより、振幅が数ｎｍの表面弾性波を振動子のＱ値によって増幅させて、アクチュエータや光変調素子の効率を向上させたり、該カンチレバー状部材で試料表面を摺動させながら、そこに照射された光の反射状況から微小凹凸を輝度変化として検出する走査型プローブ顕微鏡を提供する。 【０００５】また、各カンチレバーを光で励振し、振動周波数の変化から像を得る走査型プローブ顕微鏡、物質や質量の測定を行うセンサを提供することを目的とする。 【０００６】本発明は、構成が簡単で、的確な試料表面の検出が可能なカンチレバーアレイ、その製造方法及びそれを用いた走査型プローブ顕微鏡、案内・回転機構の摺動装置、センサ、試料の光励振機能を有するレーザドップラー干渉計ならびにカンチレバーの励振方法を提供することを目的とする。 【０００７】 【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、 〔１〕カンチレバーアレイにおいて、試料の表面上を摺動する多数のコンプライアントなカンチレバーを具備することを特徴とする。 【０００８】〔２〕上記〔１〕記載のカンチレバーアレイにおいて、前記カンチレバーアレイを前記試料の表面に密に配置し、前記試料に表面弾性波を伝搬させることを特徴とする。 【０００９】〔３〕カンチレバーアレイにおいて、複数のカンチレバーのそれぞれの固有振動数が異なるように配置されることを特徴とする。 【００１０】〔４〕カンチレバーアレイの製造方法において、単結晶シリコンから作製したカンチレバーアレイの各列の電位を制御し、対向する探針間に高電界を生じさせることにより、液中の電気泳動や、気体中での電界を用いたウイスカ結晶の方向性を指定して成長制御することを特徴とする。 【００１１】〔５〕上記〔４〕記載のカンチレバーアレイの製造方法において、前記ウイスカ結晶がカーボンナノチューブであることを特徴とする。 【００１２】〔６〕カンチレバーアレイの製造方法において、単結晶シリコンカンチレバーアレイの面と対向する形で平板電極を配置し、各探針先端に電界集中を生じさせ、基板法線方向に針状結晶の成長を行うことを特徴とする。 【００１３】〔７〕走査型プローブ顕微鏡において、各プローブは各々がカンチレバーを有するチップの自重や外部荷重を分担して受け持ち、かつ前記各プローブでの面圧がある範囲内に収まるように受動的に制御することを特徴とする。 【００１４】〔８〕案内・回転機構の摺動装置において、各プローブは各々がカンチレバーを有するチップの自重や外部荷重を分担して受け持ち、かつ前記各プローブでの面圧がある範囲内に収まるように受動的に制御することを特徴とする。 【００１５】〔９〕走査型プローブ顕微鏡において、光てこによる多数のカンチレバーの変位を撮像装置により、微小な試料の凹凸を輝度変化として検出することを特徴とする。 【００１６】〔１０〕物質又は質量センサにおいて、光てこによる多数のカンチレバーの変位を撮像装置により、微小な試料の凹凸を輝度変化として検出することを特徴とする。 【００１７】〔１１〕走査型プローブ顕微鏡において、
カンチレバーに光を照射し、この各カンチレバーが基準面となすマイクロキャビティ長に応じた干渉輝度を撮像装置を用いて観察することを特徴とする。 【００１８】〔１２〕物質又は質量センサにおいて、カンチレバーに光を照射し、この各カンチレバーが基準面となすマイクロキャビティ長に応じた干渉輝度を撮像装置を用いて観察することを特徴とする。 【００１９】〔１３〕走査型プローブ顕微鏡において、
光干渉計による多数のカンチレバーの変位を撮像装置により、微小な試料の凹凸を輝度変化として検出することを特徴とする。 【００２０】〔１４〕上記〔１３〕記載の走査型プローブ顕微鏡において、光源として低コヒーレンス光源を用い、干渉の生じる位置の範囲を制限し、寄生干渉の影響を低減することを特徴とする。 【００２１】〔１５〕物質又は質量センサにおいて、光干渉計による多数のカンチレバーの変位を撮像装置により、微小な試料の凹凸を輝度変化として検出することを特徴とする。 【００２２】〔１６〕上記〔１５〕記載の物質又は質量センサにおいて、光源として低コヒーレンス光源を用い、干渉の生じる位置の範囲を制限し、寄生干渉の影響を低減することを特徴とする。 【００２３】〔１７〕走査型プローブ顕微鏡において、
ヘテロダインレーザドップラー計をカンチレバーの振動検出に用いることを特徴とする。 【００２４】〔１８〕物質又は質量センサにおいて、ヘテロダインレーザドップラー計をカンチレバーの振動検出に用いることを特徴とする。 【００２５】〔１９〕走査型プローブ顕微鏡において、
光学顕微鏡をカンチレバー検出光学系と同軸に持つことを特徴とする。 【００２６】〔２０〕物質又は質量センサにおいて、光学顕微鏡をカンチレバー検出光学系と同軸に持つことを特徴とする。 【００２７】〔２１〕光ファイバ式ホモダインレーザ干渉計において、微小カンチレバーにレーザスポットを位置決めする微小カンチレバー検出光学系を具備することを特徴とする。 【００２８】〔２２〕上記〔２１〕記載の光ファイバ式ホモダインレーザ干渉計において、前記微小カンチレバーにレーザスポットを位置決めする微小カンチレバー検出光学系と、この微小カンチレバー検出光学系と同軸に光学顕微鏡を具備することを特徴とする。 【００２９】〔２３〕試料の光励振機能を有するレーザドップラー干渉計において、このレーザドップラー干渉計の出力信号を用いてカンチレバーを介して前記試料に変調された光を照射し、この照射光により試料の振動を励起し、前記試料の周波数特性や機械的特性を計測することを特徴とする。 【００３０】〔２４〕上記〔２３〕記載の試料の光励振機能を有するレーザドップラー干渉計において、前記レーザドップラー干渉計をループに含む自励ループを構成することを特徴とする。 【００３１】〔２５〕上記〔２３〕記載の試料の光励振機能を有するレーザドップラー干渉計において、ネットワークアナライザにより周波数を掃引した信号を用いて光を変調し、この光を用いて試料の振動を励起し、前記試料の振動を同時に観察している前記レーザドップラー干渉計の出力を前記ネットワークアナライザの信号入力に接続することによって、前記試料の周波数特性を計測することを特徴とする。 【００３２】〔２６〕上記〔２３〕記載の試料の光励振機能を有するレーザドップラー干渉計において、前記振動励起のための光を、前記レーザドップラー干渉計の計測光に重畳することにより、一本の光路により振動計測と振動励振を行なうことを特徴とする。 【００３３】〔２７〕上記〔２３〕記載の試料の光励振機能を有するレーザドップラー干渉計において、前記カンチレバーの固有振動数の自励を実現し、それにより前記カンチレバー先端と前記試料の相互作用や、前記カンチレバー先端に付着した質量の変化を、自励振動周波数の変化や、自励振動振幅、位相の変化として検出することを特徴とする。 【００３４】〔２８〕カンチレバーの励振方法において、多数のカンチレバーの並んだ基板に、その背面から一定光量、一定波長の光を照射し、それによりすべての前記カンチレバーを各々の固有振動数で自励させることを特徴とする。 【００３５】〔２９〕カンチレバーの励振方法において、多数のカンチレバーの並んだ基板に、その背面から強度変調された光を照射し、それにより変調周波数と前記カンチレバーの固有振動数を合致させることを特徴とする。 【００３６】〔３０〕カンチレバーの励振方法において、カンチレバーアレイにおいて振動しているこのカンチレバーの集合を用いて、前記カンチレバーアレイ自身、もしくはカンチレバーアレイに支持されている物体を変位させることを特徴とする。 【００３７】〔３１〕カンチレバーの励振方法において、カンチレバーアレイにおいて振動しているこのカンチレバーの集合を用いて、センシングや加工を行うことを特徴とする。 【００３８】〔３２〕カンチレバーの励振方法において、カンチレバーアレイに一定光量の光を照射して、このカンチレバーの振動を励起し、それにより空隙の間隔をある周波数で変化させ、反射光や透過光の光量を同一の周波数で変調させることを特徴とする。 【００３９】〔３３〕カンチレバーの励振方法において、異なる固有振動数を有するカンチレバーの集合からなるカンチレバーアレイに一定光量の光を照射し、複数の変調周波数で変調された光を反射光や透過光として得ることを特徴とする。 【００４０】〔３４〕カンチレバーの励振方法において、カンチレバーアレイに一定光量の光を照射し、それによりカンチレバー面上に進行波を発生させ、それにより反射光や透過光の周波数を変調させることを特徴とする。 【００４１】〔３５〕カンチレバーの励振方法において、異なる固有振動数を有するカンチレバーの集合からなるカンチレバーアレイに一定光量の光を照射し、複数の周波数を有する光を反射光や透過光として得ることを特徴とする。 【００４２】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 【００４３】図１は本発明の第１実施例を示すナノカンチレバーアレイの模式図である。 【００４４】この図において、１は試料（基板）、２はその基板１の摺動面、３はナノカンチレバーアレイ、４
は多数のコンプライアントなナノカンチレバー（振動子）、５はナノカンチレバーアレイ３の摺動方向である。 【００４５】このように、多数のコンプライアントなカンチレバー４からなるナノカンチレバーアレイ３を用いて摺動方向５に作用させると、摺動面２で磨耗条件に極めて達しにくい条件が実現できる。 【００４６】図２は本発明の第２実施例を示すナノカンチレバーアレイの模式図である。 【００４７】この図において、１１は試料（基板）、１
２は基板１１の表面、１３は基板１１の表面１２に密に配置したナノカンチレバーアレイ、１４はカンチレバー（振動子）、１５は表面弾性波の伝搬方向、１６はカンチレバー１４の振動方向である。 【００４８】このように、カンチレバー１４を基板１１
の表面１２に密に配置し、その基板１１に表面弾性波を伝搬させる。 ナノカンチレバーアレイ１３は真空中で１
０，０００程度のＱ値を有するため、振幅が数ｎｍの表面弾性波はカンチレバー（振動子）１４のＱ値によって増幅される。 【００４９】この現象を用いて、アクチュエータや、光変調素子の効率を向上させることが可能である。 【００５０】なお、カンチレバーの形状や、支持部に対する対称性、非対称性は目的に応じて変えることができる。 【００５１】図３は本発明の第３実施例を示す固有振動数が異なる様に形成されたナノカンチレバーアレイの模式図である。 【００５２】この図において、２１は試料（基板）、２
２は基板上面、２３はカンチレバーアレイ、２４Ａ〜２
４Ｅはカンチレバー、２５は探針質量、２６は試料、２
７はカンチレバーの振動方向である。 【００５３】この実施例では、カンチレバーアレイ２３
において、カンチレバーの固有振動数が異なる様にカンチレバー２４Ａ〜２４Ｅを作製する。 つまり、カンチレバー２４Ａは最も固有振動数の高いカンチレバー（探針質量小）、カンチレバー２４Ｅは最も固有振動数の低いカンチレバー（探針質量大）である。 カンチレバー２４
Ａ〜２４Ｅの固有振動数を互いに異なったものにするには、カンチレバーの質量となる探針の大きさを変えるか、カンチレバーの長さを変える。 探針の大きさを変えるには、ＳＯＩ基板のトップシリコン層の厚さに勾配をあらかじめ持たせる。 カンチレバーの長さを変えるには、マスクのピッチに勾配を持たせるなどの方法がある。 【００５４】カンチレバーアレイ２３に特定の試料２６
を固定し、スペクトロスコピーを行うことが可能になる。 つまり、試料２６の持つ、特定の周波数特性に最も近い固有振動数を有するカンチレバー２４Ａ〜２４Ｅのいずれかが反応し、カンチレバーの振動振幅として検出される。 【００５５】なお、単結晶シリコンを用いたカンチレバーの作製方法を用いると、数センチメートル平方のチップ上に数１００万から数億個のカンチレバーの一括作製が可能となる。 【００５６】また、多数のカンチレバーを観察対象とする周波数帯に設けることにより、細かい周波数間隔でのスペクトロスコピーが可能となる。 【００５７】図４は本発明の第４実施例を示す単結晶シリコンから作製したカンチレバーアレイを示す図であり、図４（ａ）はそのカンチレバーアレイの斜視図、図４（ｂ）はその拡大斜視図である。 【００５８】これらの図において、３１はベース基板、
３２はカンチレバーアレイ、３３は対向する探針、３
４，３５は電極、３６は電源である。 【００５９】単結晶シリコンから作製したカンチレバーアレイ３２の各列の電位を制御し、対向する探針３３間に高電界を生じさせる。 それにより、液中の電気泳動や、気体中での電界を用いたカーボンナノチューブ等ウイスカ結晶の方向性を指定した成長制御が可能となる。 【００６０】今までは、微小針状試料の成長箇所と方向の制御が困難であったが、対向するカンチレバーアレイ３２の各列の電位を制御することにより、その問題を解決する。 しかも、カンチレバーアレイ３２では数１００
万から数億個のカンチレバーを一括で作製可能であるため、針状微小試料の一括作製も可能となる。 単結晶シリコンカンチレバーアレイは各カンチレバーの列ごとにベース基板３１のシリコンから酸化シリコンの層で電気的に絶縁されている。 そのために、列ごとに電位を外部から配線や電荷照射により与えることが可能である。 【００６１】図５は本発明の第５実施例を示す針状結晶の成長の方法の説明図である。 【００６２】この図において、４１はチャンバ、４２はガス導入口、４３はガス排気口、４４は基板、４５は基板４４の上面、４６は単結晶シリコンカンチレバーアレイ、４７は針状結晶成長箇所、４８は平板電極、４９は交流電源、５０はリード線である。 【００６３】単結晶シリコンカンチレバーアレイ４６の面と対向する形で平板電極４８を配置し、各探針先端に電界集中を生じさせ、基板４４の法線方向に針状結晶の成長を行う。 【００６４】図６は本発明の第６実施例を示す自走式走査型プローブ顕微鏡の模式図である。 【００６５】この図において、５１は試料、５２はその試料５１の摺動面、５３はプローブ（ナノカンチレバーアレイ）、５４は多数のコンプライアントなナノカンチレバー（振動子）、５５は試料５１の摺動方向である。 【００６６】この実施例は、自走式走査型プローブ顕微鏡や案内機構として構成したものであり、図１にも示したように、各プローブ５３は各カンチレバー５４を有するチップの自重を分担して受け持ち、かつ、各プローブ５３での面圧がある範囲内に収まるように受動的に制御している。 そのため、探針法線方向に能動制御を行わなくても数１０ｎＮ以下の力で走査が行える自走式走査型プローブ顕微鏡が実現できる。 【００６７】カンチレバー５４の変位計測は、カンチレバーアレイ５３のうちの一本、数本、もしくはすべてを対象とする。 【００６８】なお、自走のために、基板とカンチレバー５４の間に光の定在波を発生させ、各カンチレバーにその構造から生じる摺動方向５５に異方性のある振動を生じさせる方法が用いられる。 【００６９】もしくは、試料５１やカンチレバーアレイ５３に表面弾性波を発生させ、カンチレバーアレイ５３
の変位を生じさせる方法がある。 【００７０】図７は本発明の第７実施例を示す走査型プローブ顕微鏡や物質又は質量センサの模式図である。 【００７１】この図において、６１は試料、６２はその試料６１の表面、６３はプローブ（ナノカンチレバーアレイ）、６４は多数のコンプライアントなナノカンチレバー（振動子）、６５は反射防止膜、６６はビームスプリッタやハーフミラー、６７は光てこ入射光、６８は反射光、６９は結像レンズ、７０はＣＣＤカメラ等の撮像装置（撮像素子）、６０は試料６１の摺動方向である。 【００７２】この実施例では、光てこ入射光６７をプローブ６３に入射して、ナノカンチレバー６４の変位により、試料６１の表面６２の微小凹凸としての反射光６８
が結像レンズ６９を介して撮像装置７０に取り込まれる。 【００７３】すなわち、カンチレバー６４を結像レンズ６９とＣＣＤカメラ等の撮像装置７０を用いて観察し、
カンチレバー６４に光てこ入射光６７を照射する。 各カンチレバー６４の姿勢に応じて反射光６８が撮像装置７
０に入射する。 カンチレバー６４の角度変位によって、
試料６１の表面６２の微小な凹凸が輝度変化としてＣＣ
Ｄ等の撮像装置７０に変換される。 【００７４】カンチレバー６４のピッチをカバーするに足る範囲で試料６１を面内走査することにより、試料６
１の表面６２全体の観察が可能になる。 【００７５】このように、光てこ入射光による多数のカンチレバーを用いた試料の表面全体の観察を行うことができる。 【００７６】図８は本発明の第８実施例を示す走査型プローブ顕微鏡や物質センサ、質量センサの模式図である。 【００７７】この図において、７１は試料、７２はその試料７１の表面、７３はプローブ（ナノカンチレバーアレイ）の微小干渉キャビティ、７４は多数のコンプライアントなナノカンチレバー（振動子）、７５は基準面、
７６はビームスプリッタやハーフミラー、７７は入射光、７８は反射光、７９は結像レンズ、８０はＣＣＤカメラ等の撮像装置（撮像素子）である。 【００７８】このように、カンチレバー７４を結像レンズ７９とＣＣＤカメラ等の撮像装置８０を用いて観察し、カンチレバー７４に光を照射する。 各カンチレバー７４が基準面７５となすマイクロキャビティ長に応じた干渉輝度が撮像装置８０に入射する。 【００７９】このように、カンチレバー７４のピッチをカバーするに足る範囲で試料７１を面内走査することにより、試料７１の表面７２全体の観察が可能になる。 【００８０】この実施例では、光干渉計により多数のカンチレバーの変位を検知する走査型プローブ顕微鏡や物質センサ、質量センサを構築することができる。 【００８１】また、本発明の第９実施例として、光干渉計により多数のカンチレバーの変位を検出する場合に、
光てこ以外に起因する干渉を低減する方法として、光源としてＳＬＤ（スーパールミネセントダイオード）等の低コヒーレンス光源や、白色光源を用い、干渉の生じる位置の範囲を制限し、寄生干渉の影響を低減する方法がある。 【００８２】図９は本発明の第１０実施例を示すヘテロダインレーザドップラー計を用いた走査型力顕微鏡や物質センサ、質量センサ（その１）の模式図である。 【００８３】この図において、９０は光ファイバ、９１
はレーザ出射部、９２は１／４波長板、９３はハーフミラー、９４は対物レンズ、９５は試料９６のｘｙｚピエゾスキャナー、９６は試料、９７はカンチレバー、９８
はミラー、９９は結像レンズ、１００はｘｙステージ、
１０１はＣＣＤカメラ等の撮像装置（撮像素子）、１０
２は光学系ユニット、１０３はその光学系ユニット１０
２のｘｙｚ位置決め機構、１０４はＡＦＭベースプレート、１０５は真空チャンバ隔壁、１０６はステージ支持バネである。 【００８４】図１０は本発明の第１１実施例を示すヘテロダインレーザドップラー計を用いた走査型力顕微鏡や物質センサ、質量センサ（その２）の模式図である。 【００８５】この図において、１１０は真空チャンバ、
１１１は光半導体装置、１１２は電極、１１３はその電極１１２へ電力を供給するためのリード線、１１４は試料のｘｙｚピエゾスキャナー、１１５は試料、１１６はカンチレバー、１１７は対物レンズ、１１８は反射光、
１１９は結像レンズ、１２０はｘｙステージ、１２１はＣＣＤカメラ等の撮像装置（撮像素子）である。 【００８６】図１１は本発明の第１２実施例を示すヘテロダインレーザドップラー計を用いた走査型力顕微鏡や物質センサや質量センサ（その３）の模式図である。 【００８７】この図において、１２２は試料準備用真空チャンバ、１２３〜１２５は試料、カンチレバー搬送棒、１２６は光ファイバ、１２７は光学系ユニット、１
２８はレーザ出射部、１２９はビームスプリッタ、１３
０は試料、１３１はカンチレバー、１３２はＣＣＤカメラ等の撮像装置（撮像素子）である。 【００８８】図１２は本発明の第１３実施例を示すヘテロダインレーザドップラー計を用いた走査型力顕微鏡や物質センサ、質量センサ（その４）の模式図である。 【００８９】この図において、１３３は試料準備用真空チャンバ、１３４，１３５は試料、カンチレバー搬送棒、１３６は試料観察用真空チャンバ、１３７は光ファイバ、１３８はカンチレバー検出光学系、１３９はレーザ出射部ｘｙｚステージ、１４０はレーザドップラー出射部、１４１は試料ｘｙｚステージ、１４２は試料、１
４３はカンチレバー、１４４はＣＣＤカメラ等の撮像装置（撮像素子）である。 【００９０】図９〜図１２に示したように、ヘテロダインレーザドップラー計を用いた走査型力顕微鏡や物質センサや質量センサを構成することができる。 つまり、ヘテロダインレーザドップラー計をカンチレバーの振動検出に用いることができる。 【００９１】従来広く用いられている光てこ機構は、レーザスポットを小さくすると検出分解能が低下する。 レーザドップラー計では、１ミクロンオーダーにレーザスポット径を小さくすることが可能で、かつ、原理的に、
光てこ計のように、スポット径を小さくすることが検出感度を劣化させることにならない。 【００９２】光てこ機構や、ホモダイン干渉計では、検出信号の周波数が高くなることは、１／ｆノイズの低下以外にはＳＮ比改善の点で利点とならない。 これに対して、レーザドップラー計の信号はドップラー効果を検出するため、被測定対象の速度や振動周波数が高くなるほど信号強度が高くなる。 【００９３】そのため、固有振動数の高い小型カンチレバーの振動検出にレーザドップラー計を用いることができるという利点がある。 すなわち、ヘテロダイン計測を行うことにより、よりＳＮ比の高い検出が可能となる。 【００９４】上記した第１０〜１３実施例は、カンチレバーのねじれを計測することにも応用可能であり、堅いカンチレバーの、周波数の高いねじれ固有振動を検出し、探針の試料面内振動振幅の計測に応用可能である。 【００９５】図１３は本発明の第１４実施例を示す光学顕微鏡をカンチレバー検出光学系と同軸に持つ走査型力顕微鏡や物質センサ、質量センサの模式図である。 【００９６】この図において、１５１はレーザ出射部、
１５２は１／４波長板、１５３はダイクロイックミラー、１５４は対物レンズ、１５５はカンチレバー、１５
６は結像レンズ、１５７はＣＣＤカメラ等の撮像装置（撮像素子）である。 【００９７】このように、光学顕微鏡を同軸に持つレーザヘテロダイン干渉計、もしくはレーザホモダイン干渉計、もしくは光てこ機構を用いることによって、光学顕微鏡の視覚情報を用いて微小振動子上にレーザスポットを位置決めすることが可能となる。 【００９８】図１４は本発明の第１５実施例を示すカンチレバーの励振装置の構成図である。 【００９９】この図に示すように、ここでは、上記第１
４実施例における、結像レンズ１５６、ＣＣＤ１５７とダイクロイックミラー１５３を除去した構成とする。 【０１００】次に、本発明の第１６、第１７実施例について説明する。 【０１０１】従来の光ファイバ式干渉計では、６３２ｎ
ｍ程度の赤色レーザを用いた場合、コアが４μｍ、クラッディングが１２５μｍの光ファイバを切断したものをカンチレバーから数μｍのところに位置決めさせ、ホモダイン干渉計測を行っていた。 この場合、以下の点が問題となっていた。 【０１０２】（１）４μｍより小さい試料へ光を照射した場合、損失が大きい。 【０１０３】（２）１２５μｍのクラッディングが大きいため、１００μｍより小さなカンチレバーの場合、カンチレバーのベース部とクラッディングの位置的干渉が生じやすい。 【０１０４】（３）光ファイバ端面での屈折率の変化により生じる、全光量の４％程度の反射光をホモダイン計測の基準光としているため、干渉の信号強度が小さい。 【０１０５】（４）カンチレバーと光ファイバとの距離が自由に選べない。 【０１０６】そこで、上記の問題を解消するために、以下のように構成する。 【０１０７】図１５は本発明の第１６実施例を示す微小カンチレバー用光ファイバ式ホモダインレーザ干渉計の構成図である。 【０１０８】この図において、１６０は光ファイバ、１
６１は第１の支持部材、１６２はレーザ出射部、１６３
はビームスプリッタ、１６４は第２の支持部材、１６５
はミラー位置決め機構、１６６は基準ミラー、１６７は対物レンズ、１６８はカンチレバー支持部材、１６９はカンチレバーである。 【０１０９】光ファイバ１６０を用いることにより、真空環境、低温環境への光の導入、光計測を容易にするとともに、光ファイバ１６０の計測側の端部にコリメートレンズ（図示なし）、ビームスプリッタ１６３、基準ミラー１６６、対物レンズ１６７等を配置し、ミクロン大のレーザの焦点を１ｍｍ以上離れた位置に配置する。 【０１１０】これにより、従来の光ファイバコアを直接カンチレバーに対向させる方法と比べて、よりミクロン大のカンチレバー１６９の変位や振動周波数の計測を可能とし、より強い参照光を用いた干渉計測を可能とすることができる。 また、より高い信号対雑音比を実現し、
より高い空間設計の自由度を与えることができる。 【０１１１】このように構成することにより、上記の問題点（１）〜（４）すべてを解決することができる。 【０１１２】また、微小カンチレバー用光ファイバはホモダインレーザ干渉計において、カンチレバーや試料の像を観察する必要がある場合は、以下のような構成とする。 【０１１３】図１６は本発明の第１７実施例を示すカンチレバーや試料の像を観察するための微小カンチレバー用光ファイバ式ホモダインレーザ干渉計の構成図である。 【０１１４】この図において、１７０は光ファイバ、１
７１はレーザ出射部、１７２はダイクロイックミラー、
１７３は第１の支持部材、１７４はビームスプリッタ、
１７５は第２の支持部材、１７６はミラー位置決め機構、１７７は基準ミラー、１７８は対物レンズ、１７９
はカンチレバー支持部材、１８０はカンチレバー、１８
１はカメラである。 【０１１５】このように、ダイクロイックミラー１７２
を用いて測定光を導入し、ダイクロイックミラー１７２
を透過する光を用いてカメラ１８１により像観察を行う。 【０１１６】これらの方法において、測定光と異なる波長の光を変調してカンチレバーの加振を行うことが可能である。 【０１１７】次に、本発明の第１８実施例について説明する。 【０１１８】従来、ピエゾ素子によって励振可能な周波数は、素子の厚さ、素子中の音速、温度、素子の構造等の影響を受け、ピエゾ素子自身が固有の周波数特性を持つ。 この問題点は、励起しようとする周波数がＭＨｚ程度以上になるとより顕著となる。 【０１１９】例えば、５０μｍの厚さのピエゾ素子に電極と絶縁板を接着した素子で励振可能な振動は、数ＭＨ
ｚ程度までで、それ以上は離散的な周波数でしか励振可能でない。 【０１２０】この問題点のため、ＭＨｚ以上の帯域で、
ピエゾ素子などを用いて試料の振動励起を行い、試料の周波数特性の計測を行なう場合、試料の周波数特性にピエゾ素子の周波数特性が重畳し、試料の周波数特性の評価を困難、もしくは不可能にしていた。 更に、高周波になるほど、ピエゾ素子への試料の固定方法や接着の善し悪しによる測定結果の差が生じ、試料の特性の評価をより困難にしていた。 【０１２１】同様に、ピエゾ素子などを用いて、走査型プローブ顕微鏡の力検出用カンチレバーの振動励振を行なう場合、ＭＨｚ以上の帯域でカンチレバー固有振動数の高周波化が進むと、励振がより困難になる。 その原因としては、カンチレバーの励振を行う場合も、ピエゾ素子とカンチレバーの固定方法により、励振特性の測定結果や測定効率に差が生じることが考えられる。 また、真空中で励振を行う場合、カンチレバー支持部材に振動励起用ピエゾ素子を設け、このピエゾ素子への配線を行う必要があり、装置を複雑にしていた。 【０１２２】その結果、装置の信頼性の低下、真空度の劣化、走査型プローブ顕微鏡の大型化、高温加熱が困難、等の問題を招いていた。 【０１２３】この実施例では、上記状況に鑑みて、高周波領域や真空環境における測定、また、小型化、高信頼化を可能にする試料の光励振機能を有するレーザドップラー干渉計を提供する。 【０１２４】図１７は、本発明の第１８実施例を示す、
試料の光励振機能を有するレーザドップラー干渉計を用いた試料の特性の測定装置の構成図である。 【０１２５】この図において、この実施例の試料の特性の測定装置は、光学的励起部２００、信号処理部３０
０、レーザドップラー干渉部４００、ＡＦＭ（原子力間顕微鏡）試料ステージ制御部５００、ネットワークアナライザ６００からなる。 【０１２６】光学的励起部２００は、レーザダイオード（ＬＤ）ドライバー２０１、そのＬＤドライバー２０１
によって駆動されるレーザダイオード（ＬＤ）２０２、
ミラー２０３からなる。 【０１２７】また、信号処理部３００は、第１スイッチ（ｓｗ１）３０１、第２スイッチ（ｓｗ２）３０２、ディジタイザー３０３、位相シフター３０４、フィルター３０５、増幅器３０６からなる。 【０１２８】レーザドップラー干渉部４００は、Ｈｅ−
Ｎｅレーザ４０１、第１のＰＢＳ（ポラライジングビームスプリッタ）４０２、第２のＰＢＳ４０３、合波器４
０４、レンズ４０５、偏波面保存ファイバ４０６、センサヘッド（レーザ出射部）４０７（レンズ−λ／４波長板−レンズ組み立て体）、ナノカンチレバー４０８、探針（プローブ）４０８Ａ、ミラー４０９、ＡＯＭ（音響・光変調器）４１０、λ／２波長板４１１、第３のＰＢ
Ｓ４１２、偏光子４１３、ホトダイオード４１４、ＢＰ
Ｆ（バンドパスフィルタ）４１５、アンプ４１６，４１
８，４２３、ディジタイザー４１７，４１９、遅延ライン４２０、ＤＢＭ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｂａｌａｎｃｅｄ
Ｍｉｘｅｒ；ダブルバランスドミキサ）４２１、ＬＰＦ
（ローパスフィルタ）４２２からなる。 【０１２９】さらに、ＡＦＭ試料ステージ制御部５００
は、ＬＯ（ローカルオシレータ）に接続されるＤＢＭ５
０１、コントローラ５０２、試料５０３、その試料５０
３のピエゾ素子５０４からなる。 【０１３０】ネットワークアナライザ６００は、信号入力端子６０１、評価出力端子６０２を有している。 【０１３１】そこで、この実施例では、例えば、７８０
ｎｍの波長を有するレーザダイオード（ＬＤ）２０２の出力光を、６３２ｎｍの波長を有するＨｅ−Ｎｅ（ヘリウム−ネオン）レーザ４０１のレーザドップラー干渉計の計測光に重畳させ、それを４μｍコアの偏波面保存ファイバ４０６に導入し、レーザ出射部４０７、ナノカンチレバー４０８を経て試料５０３に照射する。 ただし、
波長は、上記に限定されない。 【０１３２】計測方法によって以下の用い方ができる。 【０１３３】（１）レーザドップラー干渉部４００の出力信号を移相、増幅、場合によってはフィルタリングや２値化し、その信号を用いて７８０ｎｍの波長を有するレーザダイオード２０２の変調を行う。 これにより、試料５０３の固有振動数において自励を生じさせることが可能となる。 つまり、フィルター特性を選択することにより、特定の振動モードを励振することが可能となり、
ナノメートルオーダからミクロンオーダの試料としての３次元構造物の自励を実現することが可能となる。 【０１３４】また、走査型プローブ顕微鏡の力検出素子であるカンチレバー４０８に光を照射することにより、
カンチレバー４０８の自励を生じさせ、自励周波数の変化からカンチレバー４０８先端に配置した探針４０８Ａ
と試料５０３の相互作用や質量変化を検出することが可能となる。 【０１３５】（２）ネットワークアナライザ６００で周波数を掃引した信号を発生させ、その信号を用いて７８
０ｎｍの波長を有するレーザダイオード２０２の変調を行う。 レーザドップラー干渉部４００の出力信号をネットワークアナライザ６００の信号入力端子６０１に接続する。 これにより、試料５０３の周波数特性を、ネットワークアナライザ６００と、光励振機能を有するレーザドップラー干渉部４００を用いて計測することが可能となる。 【０１３６】なお、計測光と振動励起光は重畳させて同一の光学系を用いることも、異なる光路を用いて試料に照射させることも可能である。 【０１３７】また、レーザドップラー干渉部４００の光計測プローブ光４０１にカンチレバー４０８の振動を励振するためのＬＤ２０２で発生した光を重畳させる。 その際、励振のための光は、レーザドップラー干渉部４０
０の速度信号出力に移相、２値化、増幅等の処理を行い、その信号を用いてレーザダイオード２０２等の光源の変調を行ったものか、発信器によって指定された周波数、もしくは掃引された周波数で変調したものを用いる。 【０１３８】以上により、レーザドップラー干渉計で計測しようとする測定対象に固有の振動が励起され、測定対象の周波数特性の計測や、振動を応用した計測や加工が可能となる。 【０１３９】次に、本発明の第１９実施例について説明する。 【０１４０】従来、レーザドップラー干渉計で試料の振動特性の評価を行う場合、試料にピエゾ素子を貼り付け加振するか、試料に変調された光を照射する必要があった。 【０１４１】図１８は本発明の第１９実施例を示す試料の周波数特性の測定装置の模式図である。 【０１４２】この図において、７０１はレーザ、７０２
はレンズ、７０３はそのレンズ支持部、７０４は干渉キャビティ（空隙）、７０５は試料、７０６は試料支持部である。 【０１４３】ここでは、レーザドップラー干渉計の、一定光量の測定光であるレーザ７０１と、試料７０５がその一端をなす干渉キャビティ７０４を用いることにより、試料７０５をその固有振動数で自励させ、レーザドップラー干渉計を用いてその振幅や速度、周波数を計測する。 【０１４４】レーザドップラー干渉計の計測光を試料７
０５に照射する際、試料７０５がある光学面と干渉キャビティ７０４を生じるようにする。 レーザドップラー干渉計の１／２波長の整数倍に干渉キャビティ７０４がなった場合、試料７０５の振動が生じる。 その振動は試料７０５の固有振動数と一致している。 この振動はレーザドップラー干渉計によって計測される。 【０１４５】この振動機能を用いることにより、光励振用の変調された光を用いなくても試料の振動励振が可能となる。 【０１４６】以下、本発明の第２０実施例について説明する。 【０１４７】従来、３次元のナノ・マイクロ構造物を振動させ、それをセンサーやアクチュエータとして用いる場合、ピエゾ素子や表面弾性波素子が用いられてきた。 【０１４８】本発明の実施例では、光を用いた励振機能を、振動性を有する構造体に適応し、アクチュエーション、加工、センシングを行うものである。 なお、干渉によって光の定在波が生じる様な構造体で、その一部が振動性を有する場合、自励を生じることや、強度変調された光により振動を生じることは、以下の論文等で既に知られている。 【０１４９】（１）“Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ａｃｔｉｖ
ａｔｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｎ ａ ｍｉｃｒｏ
ｍａｃｈｉｎｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｓｔｒｕｃｔｕｒ
ｅ”，Ｓ．Ｖｅｎｋａｔｅｓｈ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｌ
ｅｔｔｅｒｓ，２１ ３１５（１９８５）． （２）“Ｏｐｔｉｃａｌ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ
ａ ｓｉｌｉｃｏｎｖｉｂｒａｔｉｎｇ ｓｅｎｓｏ
ｒ”，Ｍ．Ｖ．Ａｎｄｒｅｓ，Ｋ．Ｗ．Ｈ．Ｆｏｕｌｄ
ｓ，Ｍ． Ｊ． Ｔｕｄｏｒ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ２２，１０９９，（１９８６）． （３）“Ｓｅｌｆ−ｅｘｃｉｔｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏ
ｎ ｏｆ ａ ｓｅｌｆ−ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｔｈ
ｉｎ ｆｉｌｍ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｌａｓｅｒ ｉ
ｒｒａｄａｔｉｏｎ”，Ｋ．Ｈａｎｅ，Ｋ．Ｓｕｚｕｋ
ｉ，Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ
５１，１７９−１８２（１９９６）． シリコンマイクロマシン技術により、近年、１００万本／ｃｍ ²以上の高密度でカンチレバーアレイを作製することが可能になり、それを用いた計測、加工、アクチュエーションが期待されている。 しかし、アレイ中の特定のカンチレバーの集合の励振や、すべてのカンチレバーの励振方法はまだ確立されていない。 【０１５０】ここでは、光励振による励振方法をカンチレバーアレイに適応させる方法、それにより新しい機能を実現することに関する。 以下に、順次説明する。 【０１５１】図１９は本発明の第２０実施例を示すカンチレバーの励振方法の説明図である。 【０１５２】この図において、８００は基板、８０１は干渉キャビティ、８０２は基板８００上に形成されたそれぞれ干渉キャビティ８０１を有する複数個の探針付きカンチレバー、８０３はそれらのカンチレバー８０２によって構成されるカンチレバーアレイ、８０４はレーザ光である。 【０１５３】ここでは、カンチレバーアレイ８０３と基板８００の間に存在する干渉キャビティ（空隙）８０１
の間隔（干渉キャビティ長）を、光励振に用いる波長の整数倍に選び、基板８００背面から一定光量の振動励起光であるレーザ光８０４を照射する。 干渉キャビティ（空隙）８０１に存在する光の定在波と、光によるカンチレバー８０２の特性変化によりカンチレバー８０２が自励を生じる。 カンチレバーアレイ８０３を構成するカンチレバー８０２の固有振動数が同一でなくても、各々のカンチレバー８０２はその固有振動数において自励を生じる。 【０１５４】図２０は本発明の第２１実施例を示すカンチレバーの励振方法の説明図である。 【０１５５】この図において、８００は基板、８１５，
８１６，８１７，８１８はその基板８００上に形成された、それぞれ干渉キャビティ８１１，８１２，８１３，
８１４を有する探針付きカンチレバー、８１９はそれらのカンチレバー８１５，８１６，８１７，８１８によって構成されるカンチレバーアレイ、８２０は一定光量のレーザ光（波長λ）である。 【０１５６】ここでは、カンチレバーアレイ８１９において、カンチレバーの集合８１５，８１６，８１７，８
１８ごとに、基板８００となす干渉キャビティ（空隙）
８１１，８１２，８１３，８１４の間隔空隙を変える。
それにより、振動励振光の波長を選ぶことができ、意図したカンチレバーの集合のみを励振させることが可能となる。 【０１５７】図２１は本発明の第２２実施例を示すカンチレバーの励振方法の説明図である。 【０１５８】この図において、８００は基板、８３２はその基板８００上に形成された干渉キャビティ８３１を有する探針付きカンチレバー、８３３はそれらのカンチレバー８３２によって構成されるカンチレバーアレイ、
８３４は強度変調されたレーザ光である。 【０１５９】ここでは、カンチレバーアレイ８３３の基板８００の背面から光量変調された振動励振光であるレーザ光８３４を照射する。 光量変調の周波数と固有振動数の一致したカンチレバー８３２が励振される。 これにより、特定のカンチレバーの集合を選択的に励振することが可能となる。 【０１６０】図２２は本発明の第２３実施例を示すカンチレバーの励振方法の説明図である。 【０１６１】この図において、８００は基板、８４２はその基板８００上に形成された干渉キャビティ８４１を有する探針付きカンチレバー、８４３はそれらのカンチレバー８４２によって構成されるカンチレバーアレイ、
８４４は強度一定のレーザ光（波長λ）、８４５は探針先端の軌跡、８４６はスライダー、８４７はスライダー８４６の変位方向である。 【０１６２】ここでは、一平方センチメートルあたり１
００万本の探針付きカンチレバー８４２を有する基板８
００の自重は約０．１ｇであるため、すべての探針で自重を支えた場合、個々の探針は１ｎＮの荷重を受け持つことになる。 この状態において、光励振を行うと、カンチレバー８４２の振動が励起される。 探針先端が楕円振動を描くような異方性を有すると、振動の励起に伴ってカンチレバーアレイ８４３を有する基板８００が面内方向に変位する。 【０１６３】また、探針を上に向け、そのうえに物体であるスライダー８４６をおいた場合、そのスライダー８
４６が変位させられる。 すべての探針が同時にスライダー８４６に接触すると、スライダー８４６のＱ値が下がり、振動体に十分な振動エネルギーが蓄えられない場合は、探針の高さを不均一にするなどして、探針とスライダー８４６との接触する頻度が小さくなるように設計する。 【０１６４】図２３は本発明の第２４実施例を示すカンチレバーの励振方法の説明図である。 【０１６５】この図において、８００は基板、８５５，
８５６，８５７，８５８はその基板８００上に形成された干渉キャビティ８５１，８５２，８５３，８５４を有するカンチレバー（８５５は反応膜ａ付きカンチレバー、８５６は反応膜ｂ付きカンチレバー、８５７は反応膜ｃ付きカンチレバー、８５８は反応膜ｄ付きカンチレバー）、８５９はそれらのカンチレバーによって構成されるカンチレバーアレイ、８６０は一定光量のレーザ光（波長λ）である。 【０１６６】ここでは、カンチレバーの集合に特定の薄膜を塗布し、特定の物質と反応するようにしておく。 特定の物質の有無を調べる場合、上記した方法により、そのカンチレバーの集合が振動励起されるような振動周波数、もしくは光の波長を選ぶ。 それにより、カンチバーアレイ８５９の中の特定のカンチレバーの集合のみを用いて計測を行うことが可能となる。 【０１６７】図２４は本発明の第２５実施例を示すカンチレバーの励振方法の説明図である。 【０１６８】この図において、８００は基板、８６２，
８６３，８６４，８６５，８６６はその基板８００上に形成された干渉キャビティ８６１を有する固有振動数のそれぞれ異なるカンチレバー、８６７はそれらのカンチレバーによって構成されるカンチレバーアレイ、８６８
は基板８００の背面から照射される強度一定のレーザ光（波長λ）、８６９は異なる強度変調周波数を有するレーザ光（波長λ）である。 【０１６９】ここでは、カンチレバーアレイ８６７に強度一定のレーザ光８６８を照射し、それによりカンチレバー８６２，８６３，８６４，８６５，８６６の振動を励起し、それにより干渉キャビティ８６１の間隔をある周波数で変化させ、それにより反射光や透過光の光量を同一の周波数で変調させる。 異なる固有振動数を有するカンチレバーの集合からなるカンチレバーアレイ８６７
に強度一定のレーザ光８６８を照射すると、複数の変調周波数で変調された光８６９を反射光や透過光として得ることができる。 【０１７０】図２５は本発明の第２６実施例を示すカンチレバーの励振方法の説明図である。 【０１７１】この図において、８００は基板、８７２，
８７３，８７４，８７５，８７６はその基板８００上に形成された干渉キャビティ８７１を有する固有振動数のそれぞれ異なるカンチレバー、８７７はそれらのカンチレバーによって構成されるカンチレバーアレイ、８７８
は基板８００の背面から照射される強度一定のレーザ光（波長λ）、８７９は基板８００の斜め上方から照射される一定波長の入射光、８８０は異なる周波数を有するレーザ光（波長λ ₁ ，λ ₂ ，…，λ ₅ ）である。 【０１７２】ここでは、カンチレバーアレイ８７７に強度一定のレーザ光８７８を照射し、それによりカンチレバー８７７面上に波を発生させ、それにより反射光や透過光の周波数を変調させる。 【０１７３】なお、光音響変調を生じさせる構造はカンチレバーに限られず、両端支持梁などの振動性構造体を含むことができる。 【０１７４】なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 【０１７５】 【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。 【０１７６】（Ａ）構成が簡単で、的確な試料面のナノオーダーの検出ができる。 【０１７７】（Ｂ）多数のコンプライアントなカンチレバーからなるアレイを用いて摺動方向に作用させると、
摺動面で磨耗条件に極めて達し難くすることができる。 【０１７８】（Ｃ）振動を加えた上、表面弾性波を伝搬させると、振幅が数ｎｍの表面弾性波は振動子のＱ値によって増幅され、アクチュエータや光変調素子の効率を向上させることができる。 【０１７９】（Ｄ）光てこ入射光による多数のカンチレバーによる試料の表面全体の観察を行うことができる。 【０１８０】（Ｅ）カンチレバー状部材で試料表面を摺動させながらそこに照射された光の反射状況から微小凹凸を輝度変化として検出することができる。 【０１８１】（Ｆ）光干渉計により多数のカンチレバーの変位を検知する走査型プローブ顕微鏡を構築することができる。 【０１８２】（Ｇ）ヘテロダインレーザドップラー計を用いた走査型力顕微鏡を構成することができる。 つまり、ヘテロダインレーザドップラー計をカンチレバーの振動検出に用いることができる。 【０１８３】（Ｈ）光学顕微鏡の視覚情報を用いて微小振動子上にレーザスポットを位置決めすることが可能となる。 【０１８４】（Ｉ）高周波帯域において、試料としての３次元構造物の周波数特性の正確な評価を行うことができる。 【０１８５】（Ｊ）励振と検出をともに光で行うことにより、装置の機械部分の単純化、小型化とそれに伴う信頼性の向上と装置の高清浄化を図ることができる。 【０１８６】（Ｋ）励振と検出をともに光で行うことにより、試料に光を当てるだけで計測が可能となるため、
高い時間効率で多数の試料の評価が可能となる。 【０１８７】（Ｌ）励振と検出をともに光で行うことにより、超高真空、極低温等の特殊環境に於いて、装置の単純化、小型化と高清浄化を図ることができる。 【０１８８】（Ｍ〕レーザドップラー干渉計の計測光を試料に照射する際、試料がある光学面と干渉キャビティを生じるように配置することにより、試料の固有振動数で自励させ、前記レーザドップラー干渉計を用いてその振幅や速度、周波数を計測することができる。 【０１８９】（Ｎ）光励振による励振方法をカンチレバーアレイに適応させ、新しい機能、例えば、アクチュエーション、物質選別、物質認識、光変調、質量センシングを実現することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１実施例を示すナノカンチレバーアレイの模式図である。 【図２】本発明の第２実施例を示すナノカンチレバーアレイの模式図である。 【図３】本発明の第３実施例を示すナノカンチレバーアレイの模式図である。 【図４】本発明の第４実施例を示すナノカンチレバーアレイを示す図である。 【図５】本発明の第５実施例を示す針状結晶の成長方法の説明図である。 【図６】本発明の第６実施例を示す自走式走査型プローブ顕微鏡の模式図である。 【図７】本発明の第７実施例を示す走査型プローブ顕微鏡や物質センサ、質量センサの模式図である。 【図８】本発明の第８実施例を示す走査型プローブ顕微鏡や物質センサ、質量センサの模式図である。 【図９】本発明の第１０実施例を示すヘテロダインレーザドップラー計を用いた走査型力顕微鏡や物質センサ、
質量センサ（その１）の模式図である。 【図１０】本発明の第１１実施例を示すヘテロダインレーザドップラー計を用いた走査型力顕微鏡や物質センサ、質量センサ（その２）の模式図である。 【図１１】本発明の第１２実施例を示すヘテロダインレーザドップラー計を用いた走査型力顕微鏡や物質センサ、質量センサ（その３）の模式図である。 【図１２】本発明の第１３実施例を示すヘテロダインレーザドップラー計を用いた走査型力顕微鏡や物質センサ、質量センサ（その４）の模式図である。 【図１３】本発明の第１４実施例を示す光学顕微鏡をカンチレバー検出光学系と同軸に持つ走査型力顕微鏡や物質センサ、質量センサの模式図である。 【図１４】本発明の第１５実施例を示すカンチレバーの励振装置の構成図である。 【図１５】本発明の第１６実施例を示す微小カンチレバー用光ファイバ式ホモダインレーザ干渉計の構成図である。 【図１６】本発明の第１７実施例を示すカンチレバーや試料の像を観察するための微小カンチレバー用光ファイバ式ホモダインレーザ干渉計の構成図である。 【図１７】本発明の第１８実施例を示す、試料の光励振機能を有するレーザドップラー干渉計を用いた試料の特性の測定装置の構成図である。 【図１８】本発明の第１９実施例を示す試料の周波数特性の測定装置の模式図である。 【図１９】本発明の第２０実施例を示すカンチレバーの励振方法の説明図である。 【図２０】本発明の第２１実施例を示すカンチレバーの励振方法の説明図である。 【図２１】本発明の第２２実施例を示すカンチレバーの励振方法の説明図である。 【図２２】本発明の第２３実施例を示すカンチレバーの励振方法の説明図である。 【図２３】本発明の第２４実施例を示すカンチレバーの励振方法の説明図である。 【図２４】本発明の第２５実施例を示すカンチレバーの励振方法の説明図である。 【図２５】本発明の第２６実施例を示すカンチレバーの励振方法の説明図である。 【符号の説明】 １，１１，２１ 試料（基板） ２ 基板の摺動面３，１３，２３，３２ ナノカンチレバーアレイ４，５４，６４，７４ 多数のコンプライアントなナノカンチレバー（振動子） ５ ナノカンチレバーアレイの摺動方向１２ 基板の表面１４，２４Ａ〜２４Ｅ，９７，１１６，１３１，１４
３，１５５，１６９，１８０，８０２，８１５，８１
６，８１７，８１８，８３２，８４２，８５５，８５
６，８５７，８５８，８６２，８６３，８６４，８６
５，８６６，８７２，８７３，８７４，８７５，８７６
カンチレバー（振動子） １５ 表面弾性波の伝搬方向１６，２７ カンチレバーの振動方向２２，４５ 基板上面２５ 探針質量２６，５１，６１，７１，９６，１１５，１３０，１４
２，５０３，７０５試料３１ ベース基板３３ 対向する探針３４，３５，１１２ 電極３６ 電源４１ チャンバ４２ ガス導入口４３ ガス排気口４４，８００ 基板４６ 単結晶シリコンカンチレバーアレイ４７ 針状結晶成長箇所４８ 平板電極４９ 交流電源５０，１１３ リード線５２ 試料の摺動面５３，６３ プローブ（ナノカンチレバー） ５５，６０ 試料の摺動方向６２，７２ 試料の表面６３ プローブ（ナノカンチレバーアレイ） ６５ 反射防止膜６６，７６ ビームスプリッタやハーフミラー６７ 光てこ入射光６８，７８，１１８ 反射光６９，７９，９９，１１９，１５６ 結像レンズ７０，８０，１０１，１２１，１３２，１４４，１５７
撮像装置（撮像素子） ７３ プローブ（ナノカンチレバーアレイ）の微小干渉キャビティ７５ 基準面７７ 入射光９０，１２６，１３７，１６０，１７０ 光ファイバ９１，１２８，１５１，１６２，１７１ レーザ出射部９２，１５２ １／４波長板９３ ハーフミラー９４，１１７，１５４，１６７，１７８ 対物レンズ９５，１１４ 試料のｘｙｚピエゾスキャナー９８，２０３，４０９ ミラー１００，１２０ ｘｙステージ１０２，１２７ 光学系ユニット１０３ 光学系ユニットのｘｙｚ位置決め機構１０４ ＡＦＭベースプレート１０５ 真空チャンバ隔壁１０６ ステージ支持バネ１１０ 真空チャンバ１１１ 光半導体装置１２２，１３３ 試料準備用真空チャンバ１２３〜１２５，１３４，１３５ 試料、カンチレバー搬送棒１２９，１６３，１７４ ビームスプリッタ１３６ 試料観察用真空チャンバ１３８ カンチレバー検出光学系１３９ レーザ出射部ｘｙｚステージ１４０ レーザドップラー出射部１４１ 試料ｘｙｚステージ１５３，１７２ ダイクロイックミラー１６１，１７３ 第１の支持部材１６４，１７５ 第２の支持部材１６５，１７６ ミラー位置決め機構１６６，１７７ 基準ミラー１６８，１７９ カンチレバー支持部材１８１ カメラ２００ 光学的励起部２０１ レーザダイオード（ＬＤ）ドライバー２０２ レーザダイオード（ＬＤ） ３００ 信号処理部３０１ 第１スイッチ（ｓｗ１） ３０２ 第２スイッチ（ｓｗ２） ３０３，４１７，４１９ ディジタイザ３０４ 位相シフター３０５ フィルター３０６ 増幅器４００ レーザドップラー干渉部４０１ Ｈｅ−Ｎｅレーザ４０２ 第１のＰＢＳ（ポラライジングビームスプリッタ） ４０３ 第２のＰＢＳ ４０４ 合波器４０５，７０２ レンズ４０６ 偏波面保存ファイバ４０７ センサヘッド（レーザ出射部） ４０８ ナノカンチレバー４０８Ａ 探針（プローブ） ４１０ ＡＯＭ（音響・光変調器） ４１１ λ／２波長板４１２ 第３のＰＢＳ ４１３ 偏光子４１４ ホトダイオード４１５ ＢＰＦ ４１６，４１８，４２３ アンプ４２０ 遅延ライン４２１，５０１ ＤＢＭ ４２２ ＬＰＦ ５００ ＡＦＭ試料ステージ制御部５０２ コントローラ５０４ 試料のピエゾ素子６００ ネットワークアナライザ６０１ ネットワークアナライザの信号入力端子６０２ ネットワークアナライザの評価出力端子７０１ レーザ７０３ レンズ支持部７０４，８０１，８１１，８１２，８１３，８１４，８
３１，８４１，８５１，８５２，８５３，８５４，８６
１，８７１ 干渉キャビティ７０６ 試料支持部８０３，８１９，８３３，８４３，８５９，８６７，８
７７ カンチレバーアレイ８０４ レーザ光８２０，８６０ 一定光量のレーザ光（波長λ） ８３４ 強度変調されたレーザ光８４４，８６８，８７８ 強度一定のレーザ光（波長λ） ８４５ 探針先端の軌跡８４６ スライダー８４７ スライダーの変位方向８６９ 異なる強度変調周波数を有するレーザ光（波長λ） ８７９ 基板の斜め上方から照射される一定波長の入射光８８０ 異なる周波数を有するレーザ光（波長λ ₁ ，
λ ₂ ，…，λ ₅ ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. ⁷識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 13/16 Ｇ０１Ｎ 13/16 Ｃ Ｇ０２Ｂ 21/00 Ｇ０２Ｂ 21/00 Ｇ１２Ｂ 21/02 Ｇ１２Ｂ 1/00 ６０１Ａ Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA06 AA20 AA49 AA56 BB01 DD03 FF04 FF41 HH03 HH04 JJ03 JJ26 LL37 MM02 PP12 QQ25 QQ31 2F069 AA60 BB15 DD19 DD27 GG07 HH02 HH09 2H052 AB24 AC04 AC27 AD02 AF11 AF14 (54)【発明の名称】 カンチレバーアレイ、その製造方法及びそれを用いた走査型プローブ顕微鏡、案内・回転機構の 摺動装置、センサ、ホモダインレーザ干渉計、試料の光励振機能を有するレーザドップラー干渉 計ならびにカンチレバーの励振方法