JP5546651B1 - 表面力測定方法および表面力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面力を広い範囲で正確に測定することができる表面力測定方法を提供する。
【解決手段】この方法は、プローブ４が被測定物１に吸着されるまで被測定物４をプローブ１に向かって移動させ、その後、電磁力発生器２０に供給する電流を徐々に増加させながら、電磁力発生器２０によって、プローブ４が被測定物１から離れる方向に支持部材６に荷重を加え、プローブ４が被測定物１から離れたときに電磁力発生器２０に供給されている電流の値を取得し、電流値を、プローブ４と被測定物１との間に作用する表面力に変換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの物質表面間に作用する力（以下、表面力と呼ぶ）を測定する方法および装置に関するものである。

一般的に、表面力を測定する方法として、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）を用いたフォースカーブ測定や表面力測定装置（例えば特許文献１参照）を用いた測定が知られている。カンチレバー（片持ちばね）の先端に取り付けられたプローブ（探針）を被測定物（試料）に接近させると、被測定物とプローブとの間に作用する表面力によりプローブが被測定物に引き寄せられ、プローブが被測定物に接触する。この状態から、プローブを被測定物から引き離そうとするとき、表面力によってプローブが被測定物に接触した状態が続き、ある位置でプローブが被測定物から離れる。このときのカンチレバーのたわみ量（すなわちプローブの変位）とカンチレバーのばね定数とを乗算することで表面力が算出される。

カンチレバーを用いて表面力を測定する場合、表面力の測定可能な範囲はカンチレバーのばね定数に依存する。測定する表面力に対してばね定数が小さすぎる場合にはカンチレバーのたわみ量が大きくなる。カンチレバーがたわむときのプローブの軌道は、カンチレバーが取り付けられている支点を中心とした円軌道であるため、プローブの変位方向は表面力の作用方向と一致しない。したがって、プローブの変位方向と表面力の作用方向が一致しないことによって生ずる測定値と実際の表面力との誤差が無視できなくなる。また、測定する表面力に対してばね定数が大きすぎる場合にはカンチレバーのたわみ量が小さくなるため、プローブの変位測定の誤差が大きくなる。
以上の理由から、カンチレバーを用いて表面力を正確に測定するためには、表面力の測定範囲に適したばね定数を有するカンチレバーを選定しなければならないが、測定条件ごとにカンチレバーを交換することは手間と時間がかかってしまう。しかし、このような不都合を課題として認識することはなされておらず、示唆もされていない。

特開２００１−１０８６０３号公報 特開２００３−１６１６８４号公報

本発明は、上述した不都合を解決するためになされたもので、表面力を広い範囲で正確に測定することができる表面力測定方法および表面力測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、支持部材と、前記支持部材に固定されたプローブと、前記支持部材を弾性的に保持し、該支持部材に直線運動のみを許容するばね機構と、前記支持部材に荷重を加えるための電磁力を発生させる電磁力発生器とを備えた装置を用いた表面力測定方法であって、前記プローブが被測定物に吸着されるまで前記被測定物を前記プローブに向かって移動させ、その後、前記電磁力発生器に供給する電流を徐々に増加させながら、前記電磁力発生器によって、前記プローブが前記被測定物から離れる方向に前記支持部材に荷重を加え、前記プローブが前記被測定物から離れたときに前記電磁力発生器に供給されている電流の値を取得し、前記電流値を、前記プローブと前記被測定物との間に作用する表面力に変換することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記プローブが前記被測定物に吸着された後に、前記プローブと前記被測定物とが接触したまま前記プローブがその初期位置に戻るまで前記プローブおよび前記被測定物を移動させ、その後、前記電磁力発生器に供給する電流を徐々に増加させながら、前記電磁力発生器によって、前記プローブが前記被測定物から離れる方向に前記支持部材に荷重を加えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記被測定物、前記プローブ、前記支持部材、前記ばね機構、および前記電磁力発生器が配置される空間を真空にすることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記被測定物、前記プローブ、前記支持部材、前記ばね機構、および前記電磁力発生器の温度を制御することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記電流値と前記表面力との相関を表す所定の関係式を用いて、前記電流値を前記表面力に変換することを特徴とする。

本発明の他の態様は、支持部材と、前記支持部材に固定されたプローブと、前記支持部材を弾性的に保持し、該支持部材に直線運動のみを許容するばね機構と、前記支持部材に荷重を加えるための電磁力を発生させる電磁力発生器と、前記プローブの変位を測定する変位測定器と、被測定物の位置決めを行う第１位置決め機構と、前記第１位置決め機構よりも精密に前記被測定物の位置決めを行う第２位置決め機構と、前記電磁力発生器、前記第１位置決め機構、および前記第２位置決め機構の動作を制御する動作制御装置とを備え、前記動作制御装置は、前記第２位置決め機構により、前記プローブが前記被測定物に吸着されるまで前記被測定物を前記プローブに向かって移動させ、その後、前記電磁力発生器に供給する電流を徐々に増加させながら、前記電磁力発生器によって、前記プローブが前記被測定物から離れる方向に前記支持部材に荷重を加え、前記プローブが前記被測定物から離れたときに前記電磁力発生器に供給されている電流の値を取得し、前記電流値を、前記プローブと前記被測定物との間に作用する表面力に変換するように構成されていることを特徴とする表面力測定装置である。

本発明の好ましい態様は、前記動作制御装置は、前記プローブが前記被測定物に吸着された後に、前記第２位置決め機構により、前記プローブと前記被測定物とが接触したまま前記プローブがその初期位置に戻るまで前記プローブおよび前記被測定物を移動させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記被測定物、前記プローブ、前記支持部材、前記ばね機構、前記電磁力発生器、前記変位測定器、前記第１位置決め機構、および前記第２位置決め機構が内部に配置される真空チャンバをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記被測定物、前記プローブ、前記支持部材、前記ばね機構、前記電磁力発生器、前記変位測定器、前記第１位置決め機構、および前記第２位置決め機構の温度を制御する温度制御装置をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記動作制御装置は、前記電流値と前記表面力との相関を表す所定の関係式を記憶しており、前記所定の関係式を用いて前記電流値を前記表面力に変換することを特徴とする。

本発明によれば、表面力は、プローブが被測定物から離れた瞬間の電流値を基に決定される。表面力を算出するためにばね定数は不要であり、ばね定数に依存せずに表面力を測定することができる。したがって、広い範囲での表面力の測定が可能となる。さらに、ばね機構は支持部材の直線運動のみを許容するので、プローブの変位方向は表面力の作用方向に一致する。したがって、表面力を正確に測定することができる。

本発明の一実施形態に係る表面力測定装置の全体構造を示す模式図である。 ばね機構の詳細を示す斜視図である。 図２に示すＥ字型板ばねの平面図である。 支持棒にその軸方向に力を加えたとき、Ｅ字型ばねが変形した状態を示す模式図である。 時間軸に沿ったプローブと被測定物の変位を示したグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る表面力測定装置の全体構造を示す模式図である。図１に示すように、表面力測定装置は、プローブ（探針）４と、プローブ４を支持する支持棒（支持部材）６と、支持棒６を弾性的に保持するばね機構８と、支持棒６に鉛直方向の荷重を加えるための電磁力を発生させる電磁力発生器２０と、プローブ４の変位を計測する変位計９とを備えている。支持棒６は、鉛直方向に延びており、その先端（下端）にプローブ４が固定されている。

ばね機構８は、２つの支持台１２，１２によって支持されている。変位計９は、これら２つの支持台１２，１２のうちの一方に固定されている。支持棒６には測定ターゲット１０が固定されており、この測定ターゲット１０は支持棒６およびプローブ４と一体に鉛直方向に上下動する。変位計９は、この測定ターゲット１０の鉛直方向の変位からプローブ４の鉛直方向の変位を測定する。変位計９としては、非接触式の変位センサが好ましく用いられる。

図２は、ばね機構８の詳細を示す斜視図である。図２に示すように、ばね機構８は、Ｅ字型板ばね１１，１１と、ボルト１５と、固定フレーム１８，１８とを備えている。支持棒６はＥ字型板ばね１１，１１に弾性的に保持されている。Ｅ字型板ばね１１，１１は、支持棒６の軸上に互いに平行に配置されている。Ｅ字型板ばね１１における側部ばね片１３，１３の自由端はボルト１５，１５により固定フレーム１８，１８に固定されており、中央部ばね片１４の自由端には支持棒６が固定されている。固定フレーム１８，１８は図１に示す支持台１２，１２にそれぞれ支持されている。

図３は、図２に示すＥ字型板ばねの平面図である。図３に示すように、Ｅ字型ばね１１は、一対の矩形状の側部ばね片１３，１３と、これら側部ばね片１３，１３の中間に位置する矩形状の中央部ばね片１４と、側部ばね片１３，１３と中央部ばね片１４とを一端部で連結する連結部１９とから構成されている。一対の側部ばね片１３，１３は、同一形状および同一寸法に形成されており、連結部１９からの長さがＬ、幅がＷに設定されている。中央部ばね片１４は、連結部１９からの長さがＬ、幅が２Ｗに設定されている。連結部１９、側部ばね片１３、および中央部ばね片１４は、同一の厚さを有している。これにより、一対の側部ばね片１３，１３を合わせたばね定数が中央部ばね片１４のばね定数と同一になっている。

図３に示すように構成された各Ｅ字型ばね１１は図２に示す位置に配置される。すなわち、一対の側部ばね片１３，１３の自由端に形成された孔１３ａ，１３ａにボルト１５，１５を挿入し、一対の側部ばね片１３，１３の自由端を固定フレーム１８，１８に固定する。そして、中央部ばね片１４の自由端に形成された孔１４ａに支持棒６を挿入し、中央部ばね片１４の自由端に支持棒６を固定する。すなわち、側部ばね片１３，１３の自由端を固定フレーム１８に固定し、中央部ばね片１４の自由端を支持棒６に固定する。これにより、側部ばね片１３，１３を一端が固定部に固定された固定部ばね片、中央部ばね片１４を一端が支持棒６を運動可能に支持する運動部ばね片として機能させる。そして、Ｅ字型ばね１１は支持棒６の軸上に平行に２枚以上配置される（図２ではＥ字型ばね１１を２枚配置した例を示している）。

図２に示す構成において、支持棒６にその軸方向に荷重を加えたとき、固定部ばね片としての側部ばね片１３，１３および運動部ばね片としての中央部ばね片１４がともに変形する。この変形とともに、平行に配置された一対のＥ字型ばね１１における、固定部ばね片としての側部ばね片１３，１３および運動部ばね片としての中央部ばね片１４で円運動が打ち消し合い、支持棒６はその軸方向に直線運動することのみが許容される。結果として、プローブ４は被測定物１に対し、常に同じ向きを保持し、プローブ４は鉛直方向に沿って直線的に移動する。

図４は支持棒６にその軸方向に荷重を加えたとき、Ｅ字型ばね１１，１１が変形した状態を示す模式図である。図４に示すように、側部ばね片１３および中央部ばね片１４は変形し、連結部１９の端部は、側部ばね片１３を固定フレーム１８に固定した固定点Ｐ１を中心として円運動Ｍ１を行なう。また支持棒６を中央部ばね片１４に固定した運動点Ｐ２は、連結部１９の端部を中心として円運動Ｍ２を行なう。この結果、点Ｐ２は点Ｐ１の鉛直方向において下方に位置する。即ち、固定部ばね片としての側部ばね片１３，１３および運動部ばね片としての中央部ばね片１４で円運動が打ち消し合い、支持棒６およびプローブ４は鉛直方向にのみ直線移動する。

図１に示すように、電磁力発生器２０は、支持棒６に連結されたコイル２２と、磁界を発生させる磁界発生部２４とを備えている。コイル２２は円筒形状を有しており、その下端には円板部材２３が取り付けられている。円板部材２３の中心部は支持棒６に固定されており、これにより、コイル２２と支持棒６とプローブ４とは一体に鉛直方向に直線的に移動可能となっている。磁界発生部２４は、環状の永久磁石２６と、永久磁石２６の内周面に固定された円筒状のヨーク２７と、永久磁石２６の外周面に固定された円筒状のヨーク２８とを備えている。永久磁石２６、ヨーク２７、およびヨーク２８は同心状に配置されている。コイル２２はヨーク２７とヨーク２８との間に配置されている。

ヨーク２７とヨーク２８との間には磁界が形成されており、コイル２２は磁界の中に置かれている。この状態で、コイル２２に電流を流すとコイル２２を鉛直方向に移動させる電磁力が発生する。この電磁力はコイル２２に連結されている支持棒６に荷重を与える。したがって、支持棒６およびプローブ４は、電磁力発生器２０からの荷重を受けて鉛直方向に移動（変位）する。この荷重はコイル２２に流す電流によって制御することが可能である。

表面力測定装置は、被測定物１を水平方向および鉛直方向に移動させる粗動ステージ（ＸＹＺステージ）３２と、被測定物１の正確な位置決めを行うための微動ステージ３０とをさらに備えている。微動ステージ３０は、被測定物１を鉛直方向にのみ移動させるように構成されている。微動ステージ３０は粗動ステージ３２上に配置されており、被測定物１は微動ステージ３０の上に載置される。微動ステージ３０および被測定物１は、一体に水平方向および鉛直方向に粗動ステージ３２によって移動される。なお、微動ステージ３０の上に粗動ステージ３２を配置し、粗動ステージ３２の上に被測定物１を載置してもよい。

粗動ステージ３２としては、そのアクチュエータとしてボールねじ機構の組み合わせを用いることが好ましく、微動ステージ３０としては、そのアクチュエータとしてピエゾ素子を用いることが好ましい。粗動ステージ３２は、被測定物１の大まかな位置決めを行う第１位置決め機構であり、微動ステージ３０は粗動ステージ３２よりも精密な位置決めを行う第２位置決め機構である。

プローブ４、支持棒６、ばね機構８、支持台１２，１２、電磁力発生器２０、微動ステージ３０、および粗動ステージ３２は真空チャンバ４０内に配置されている。真空チャンバ４０は図示しない真空装置に接続されており、真空装置を駆動することで真空チャンバ４０内に真空が形成される。これにより、周囲雰囲気の影響を受けない環境下で表面力を測定することができ、安定した測定が確保される。真空チャンバ４０は除振台４２の上に配置されており、除振台４２によって真空チャンバ４０の振動が除去される。

除振台４２の下には、循環配管４４を有する温度制御装置４６が配置されており、図示しない冷却水供給源から冷却水が温度制御装置４６の循環配管４４に供給されるようになっている。冷却水が循環配管４４内に供給されることにより、真空チャンバ４０の内部空間が所定の温度に保たれる。温度制御装置４６によって、真空チャンバ４０内に配置された機器（例えばプローブ４、支持棒６、ばね機構８、電磁力発生器２０など）および被測定物１の温度が安定し、これらの熱膨張が防止される。なお、図１では除振台４２は真空チャンバ４０の下に配置されているが、除振台４２を真空チャンバ４０の中に配置し、粗動ステージ３２および支持台１２，１２を除振台４２の上に配置してもよい。

図１に示すように、真空チャンバ４０の外部には動作制御装置５０が配置されている。動作制御装置５０は、電磁力発生器２０、微動ステージ３０、および粗動ステージ３２の動作を制御する装置である。

被測定物１とプローブ４との間に作用する表面力は、被測定物１に接触している状態のプローブ４を被測定物１から引き離すために必要な力を測定することで決定される。具体的には次のようにして表面力が測定される。まず、プローブ４が被測定物１に表面力によって吸着されるまで、被測定物１をプローブ４に向かって移動させる。次に、プローブ４が被測定物１に吸着された状態で、コイル２２に流す電流を徐々に増加させてプローブ４を被測定物１から引き離す。そして、プローブ４が被測定物１から引き離された瞬間のコイル２２に流れる電流値を、電磁力発生器２０が発生した荷重（電磁力）に変換し、この変換された荷重を被測定物１とプローブ４との間に作用する表面力として決定する。コイル２２に流れる電流値は、制御装置５０に予め記憶されている所定の関係式を用いて電磁力発生器２０が発生した荷重（電磁力）に変換される。

図５は、表面力を測定するときのプローブ４および被測定物１の位置の変化を示すグラフである。図５において、縦軸はプローブ４および被測定物１の鉛直方向の位置を示し、横軸は時間を示す。太線はプローブ４の移動軌跡を示し、細線は被測定物１の移動軌跡を示す。まず、粗動ステージ３２が駆動されて、被測定物１がプローブ４に接触するまで被測定物１をプローブ４に向かって移動させる（ｔ０→ｔ１）。被測定物１がプローブ４に接触した後、粗動ステージ３２によって被測定物１を反対方向に移動させてプローブ４から被測定物１を離間させる（ｔ１→ｔ２）。被測定物１がプローブ４に接触した時点、および被測定物１がプローブ４から離れた時点は、変位計９によって測定されるプローブ４の変位から決定することができる。

次に、微動ステージ３０が駆動されて被測定物１をプローブ４に向かって徐々に移動させる（ｔ２→ｔ３）。被測定物１がプローブ４に接近するにつれて、被測定物１とプローブ４との間に表面力が作用する。プローブ４は、Ｅ字型板ばね１１，１１の反力に抗って下降し、ついにはプローブ４は被測定物１に接触する（ｔ３）。その結果、プローブ４はその初期位置Ｐini（プローブ４の変位がゼロの位置）から下方に変位する。被測定物１がプローブ４を引き付ける力は吸着力と呼ばれる。この吸着力はプローブ４の初期位置Ｐiniからの変位（図５にて記号Ｄ１で示す）にＥ字型板ばね１１，１１のばね定数を掛けることによって求めることができる。

本実施形態では、プローブ４を被測定物１から引き離すために必要な荷重（力）から表面力を決定する。しかしながら、プローブ４がその初期位置iniから下方に変位すると、Ｅ字型ばね１１，１１の反力がプローブ４を被測定物１から引き離す方向に作用する。このため、プローブ４が下方向に変位したまま表面力の測定を開始すると、表面力の測定値と実際の表面力との間に誤差が生じることがある。そこで、この誤差を限りなく小さくするために、プローブ４および被測定物１が互いに接触した状態で、プローブ４がその初期位置Ｐiniに戻るまでプローブ４および被測定物１を微動ステージ３０により上昇させる（ｔ４→ｔ５）。プローブ４が初期位置Ｐiniにあるとき、Ｅ字型ばね１１，１１のたわみ量は実質的にゼロであるので、Ｅ字型ばね１１，１１内のストレスがゼロとなる。この状態で、表面力の測定が開始される。すなわち、コイル２２への電流供給が開始される。

コイル２２に流す電流を徐々に増大させ、支持棒６に作用する上向きの荷重を増大させる。この上向きの荷重は、プローブ４を被測定物１から引き離す力としてプローブ４に作用する。上向きの荷重が表面力と等しくなったとき、プローブ４は被測定物１から離れる（ｔ６）。動作制御装置５０は、プローブ４が被測定物１から離れた瞬間にコイル２２に流れている電流の値を取得し、この電流値に基づいてプローブ４を被測定物１から引き離す力を決定する。このようなプローブ４を被測定物１から引き離す力は凝着力と呼ばれる。この凝着力は表面力に相当する。

プローブ４は、被測定物１の真上に位置しているので、表面力は鉛直方向に発生する。Ｅ字型板ばね１１，１１は支持棒６の鉛直方向のみの移動を許容するので、支持棒６に固定されたプローブ４は鉛直方向に移動する。すなわち、プローブ４を被測定物１から引き離す力の作用方向は、プローブ４と被測定物１との間に作用する表面力の方向と一致する。したがって、表面力測定装置は、被測定物１とプローブ４との間に作用する表面力を正確に計測することができる。

動作制御装置５０は、プローブ４が被測定物１に吸着されたこと、およびプローブ４が被測定物１から引き離されたことを、変位計９によって測定されるプローブ４の変位から検出することができる。すなわち、動作制御装置５０は、プローブ４の下方への変位（図５に符号Ｄ１で示す）が所定の第１のしきい値を超えた時点に基づいて、プローブ４が被測定物１に吸着された時点を決定し、プローブ４の上方への変位（図５に符号Ｄ２で示す）が所定の第２のしきい値を超えた時点に基づいて、プローブ４が被測定物１から離れた時点を決定する。

コイル２２に流れる電流の値を表面力に変換する方法の一例について説明する。動作制御装置５０は、所定の関係式を用いて電流値を表面力に変換する。この関係式は次のようにして予め取得される。重さの異なる複数のサンプルおもりを用意し、これらのサンプルおもりのうちの１つを支持棒６に取り付ける。この状態でコイル２２に電流を流し、さらにサンプルおもりが電磁力発生器２０によって持ち上げられるまで電流を少しずつ増加させる。サンプルおもりが取り付けられる前の支持棒６の高さ（初期位置）まで、サンプルおもりが持ち上げられた時点の電流値を取得し、この電流値をサンプルおもりの重さに関連付ける。同様の作業をすべてのサンプルおもりについて実行することによって、電流値と重さとの相関が取得される。サンプルおもりの重さは、プローブ４と被測定物１との間に作用する表面力に相当する。したがって、電流値と重さとの相関は、電流値と表面力との相関に相当する。この電流値と表面力との相関は、一次関数式として表される。このようにして得られた一次関数式は動作制御装置５０に予め記憶される。動作制御装置５０は、プローブ４が被測定物１から離れた瞬間の電流値を一次関数式に入力することによって、表面力を決定することができる。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。

１ 被測定物
４ プローブ
６ 支持棒
８ ばね機構
９ 変位計
１０ 測定ターゲット
１１ Ｅ字型板ばね
１２ 支持台
１３ 側部ばね片
１４ 中央部ばね片
１５ ボルト
１８ 固定フレーム
１９ 連結部
２０ 電磁力発生器
２２ コイル
２３ 円板部材
２４ 磁界発生部
２６ 永久磁石
２７，２８ ヨーク
３０ 微動ステージ
３２ 粗動ステージ
４０ 真空チャンバ
４２ 除振台
４４ 循環配管
４６ 温度調整装置
５０ 動作制御装置

Claims (10)

1. 支持部材と、
   前記支持部材に固定されたプローブと、
   前記支持部材を弾性的に保持し、該支持部材に直線運動のみを許容するばね機構と、
   前記支持部材に荷重を加えるための電磁力を発生させる電磁力発生器とを備えた装置を用いた表面力測定方法であって、
   前記プローブが被測定物に吸着されるまで前記被測定物を前記プローブに向かって移動させ、
   その後、前記電磁力発生器に供給する電流を徐々に増加させながら、前記電磁力発生器によって、前記プローブが前記被測定物から離れる方向に前記支持部材に荷重を加え、
   前記プローブが前記被測定物から離れたときに前記電磁力発生器に供給されている電流の値を取得し、
   前記電流値を、前記プローブと前記被測定物との間に作用する表面力に変換することを特徴とする表面力測定方法。
2. 前記プローブが前記被測定物に吸着された後に、前記プローブと前記被測定物とが接触したまま前記プローブがその初期位置に戻るまで前記プローブおよび前記被測定物を移動させ、
   その後、前記電磁力発生器に供給する電流を徐々に増加させながら、前記電磁力発生器によって、前記プローブが前記被測定物から離れる方向に前記支持部材に荷重を加えることを特徴とする請求項１に記載の表面力測定方法。
3. 前記被測定物、前記プローブ、前記支持部材、前記ばね機構、および前記電磁力発生器が配置される空間を真空にすることを特徴とする請求項１または２に記載の表面力測定方法。
4. 前記被測定物、前記プローブ、前記支持部材、前記ばね機構、および前記電磁力発生器の温度を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表面力測定方法。
5. 前記電流値と前記表面力との相関を表す所定の関係式を用いて、前記電流値を前記表面力に変換することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面力測定方法。
6. 支持部材と、
   前記支持部材に固定されたプローブと、
   前記支持部材を弾性的に保持し、該支持部材に直線運動のみを許容するばね機構と、
   前記支持部材に荷重を加えるための電磁力を発生させる電磁力発生器と、
   前記プローブの変位を測定する変位測定器と、
   被測定物の位置決めを行う第１位置決め機構と、
   前記第１位置決め機構よりも精密に前記被測定物の位置決めを行う第２位置決め機構と、
   前記電磁力発生器、前記第１位置決め機構、および前記第２位置決め機構の動作を制御する動作制御装置とを備え、
   前記動作制御装置は、
   前記第２位置決め機構により、前記プローブが前記被測定物に吸着されるまで前記被測定物を前記プローブに向かって移動させ、
   その後、前記電磁力発生器に供給する電流を徐々に増加させながら、前記電磁力発生器によって、前記プローブが前記被測定物から離れる方向に前記支持部材に荷重を加え、
   前記プローブが前記被測定物から離れたときに前記電磁力発生器に供給されている電流の値を取得し、
   前記電流値を、前記プローブと前記被測定物との間に作用する表面力に変換するように構成されていることを特徴とする表面力測定装置。
7. 前記動作制御装置は、前記プローブが前記被測定物に吸着された後に、前記第２位置決め機構により、前記プローブと前記被測定物とが接触したまま前記プローブがその初期位置に戻るまで前記プローブおよび前記被測定物を移動させることを特徴とする請求項６に記載の表面力測定装置。
8. 前記被測定物、前記プローブ、前記支持部材、前記ばね機構、前記電磁力発生器、前記変位測定器、前記第１位置決め機構、および前記第２位置決め機構が内部に配置される真空チャンバをさらに備えたことを特徴とする請求項６または７に記載の表面力測定装置。
9. 前記被測定物、前記プローブ、前記支持部材、前記ばね機構、前記電磁力発生器、前記変位測定器、前記第１位置決め機構、および前記第２位置決め機構の温度を制御する温度制御装置をさらに備えたことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の表面力測定装置。
10. 前記動作制御装置は、前記電流値と前記表面力との相関を表す所定の関係式を記憶しており、前記所定の関係式を用いて前記電流値を前記表面力に変換することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載の表面力測定装置。

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