JPH09329605A - Scanning probe microscope - Google Patents

Scanning probe microscope

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JPH09329605A
JPH09329605A JP15127296A JP15127296A JPH09329605A JP H09329605 A JPH09329605 A JP H09329605A JP 15127296 A JP15127296 A JP 15127296A JP 15127296 A JP15127296 A JP 15127296A JP H09329605 A JPH09329605 A JP H09329605A
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JP
Japan
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sample
probe
information
cantilever
detected
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Application number
JP15127296A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsushiro Yamaguchi
光城 山口
Takao Okada
孝夫 岡田
Takeo Takahashi
威夫 高橋
Kunio Hori
邦夫 堀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
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Publication of JPH09329605A publication Critical patent/JPH09329605A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning probe microscope having high reproducbility and sensitivity by enhancing the spatial resolution through an analytical method when different information is obtained from the same pixel. SOLUTION: When a voltage is applied from a bias voltage supply circuit 18 to a sample 15 and a micro cantilever 21 approaches the surface of the sample 15 from above, reflected light from the micro cantilever 21 is detected by a displacement detection system 23. Electrical information of the sample 15 is obtained based on the surface profile of the sample 15 and the output from a current/voltage conversion circuit 22 through the displacement detection system 23. Furthermore, the sample 15 is irradiated with a laser light from a laser light source 17 through a critical angle prism 16 simultaneously with the measurement. When the probe 20 of the micro cantilever 21 comes into contact with an evanescent field 25 on the surface of the sample 15, an evanescent light is emitted and inputted to a photomultiplier 24 which produces optical information of the sample 15.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は原子間力顕微鏡に
代表される走査型プローブ顕微鏡に関するもので、より
詳細には同一画素から異種の情報を得る際、解析的な手
法を通して空間的な分解能を向上させ、再現性が高く高
感度な走査型プローブ顕微鏡に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope typified by an atomic force microscope. More specifically, when obtaining different kinds of information from the same pixel, spatial resolution can be improved through an analytical method. The present invention relates to a scanning probe microscope having improved and high reproducibility and high sensitivity.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より使用されている走査型プローブ
顕微鏡(SPM)は、探針を走査しながら、近接させた
探針と試料表面との間に働く相互作用を検出し、試料の
表面情報を得るための装置である。中でも、ACモード
の原子間力顕微鏡(AFM)は、カンチレバーの振動振
幅信号が一定になるように探針と試料の位置関係を制御
しながら試料の表面形状を測定するもので、例えば特開
昭63−309803号公報に開示されている。
2. Description of the Related Art A scanning probe microscope (SPM) which has been used conventionally detects an interaction acting between a probe and a sample surface which are in close proximity to each other while scanning the probe to obtain surface information of the sample. Is a device for obtaining. Among them, the AC mode atomic force microscope (AFM) measures the surface shape of the sample while controlling the positional relationship between the probe and the sample so that the vibration amplitude signal of the cantilever becomes constant. No. 63-309803.

【0003】図9は、従来行われるSPM測定に用いら
れるACモードの装置の構成図である。この装置は、圧
電体のステージ上に被検体である試料が載置され、その
試料上を一定の振動振幅を繰返す探針を有するカンチレ
バーで走査することにより、試料の表面形状等の情報検
出を可能にするものである。
FIG. 9 is a block diagram of an AC mode device used for conventional SPM measurement. In this device, a sample, which is an object to be examined, is placed on a piezoelectric stage, and the sample is scanned with a cantilever having a probe that repeats a constant vibration amplitude, thereby detecting information such as the surface shape of the sample. It makes it possible.

【0004】図9に於いて、XYZ方向に移動可能な圧
電体1上のステージ2に試料3が載置されている。上記
圧電体1は、中空の円筒型に形成されており、その外周
には圧電体駆動用の分割された電極が貼付けられてい
る。
In FIG. 9, a sample 3 is placed on a stage 2 on a piezoelectric body 1 which is movable in the XYZ directions. The piezoelectric body 1 is formed in a hollow cylindrical shape, and divided electrodes for driving the piezoelectric body are attached to the outer periphery thereof.

【0005】試料3の上方には、その試料3と対向し
て、試料側先端に鋭く尖った探針4を有するカンチレバ
ー5が、励振用圧電体6に固定されている。この励振用
圧電体6は励振信号発生器8に接続されている。更に、
この励振信号発生器8は、コンピュータ9からの指示信
号に基いて励振用圧電体6を振動させる信号を発生す
る。
Above the sample 3, a cantilever 5 having a sharply pointed probe 4 at the sample-side tip is fixed to the excitation piezoelectric body 6 so as to face the sample 3. The excitation piezoelectric body 6 is connected to an excitation signal generator 8. Furthermore,
The excitation signal generator 8 generates a signal for vibrating the excitation piezoelectric body 6 based on the instruction signal from the computer 9.

【0006】上記カンチレバー5の上方には、光学的に
カンチレバー5の変位を検出する光学的変位検出系7が
設けられている。この光学的変位検出系7は筒値カンチ
レバー5の変位振幅を検出する振幅検出器10に接続さ
れている。この振幅検出器10は、カンチレバー5の変
位振幅に所定の処理を施すためのものである。また、こ
の振幅検出器10は、サーボ回路11及びコンピュータ
9に接続されている。
Above the cantilever 5, an optical displacement detection system 7 for optically detecting the displacement of the cantilever 5 is provided. This optical displacement detection system 7 is connected to an amplitude detector 10 that detects the displacement amplitude of the cylinder value cantilever 5. The amplitude detector 10 is for performing a predetermined process on the displacement amplitude of the cantilever 5. The amplitude detector 10 is also connected to the servo circuit 11 and the computer 9.

【0007】コンピュータ9は、励振信号発生器8にカ
ンチレバー5を振動させるための信号を出力すると共
に、光学的変位検出系7で検出されるカンチレバー5の
変位振幅信号を振幅検出器10を介して認識する。ま
た、このコンピュータ9は、高圧アンプ12を介して圧
電体1をXY方向に走査し、且つサーボ回路11の出力
信号に基いてZ方向の駆動信号を認識している。このZ
方向駆動信号及びXY方向走査信号に基いて、試料表面
画像が形成される。
The computer 9 outputs a signal for vibrating the cantilever 5 to the excitation signal generator 8 and a displacement amplitude signal of the cantilever 5 detected by the optical displacement detection system 7 via the amplitude detector 10. recognize. Further, the computer 9 scans the piezoelectric body 1 in the XY directions via the high-voltage amplifier 12, and recognizes the drive signal in the Z direction based on the output signal of the servo circuit 11. This Z
A sample surface image is formed based on the direction driving signal and the XY direction scanning signal.

【0008】次に、このように構成されたSPMの動作
を説明する。初めに、探針4と試料3との間に力(例え
ば、原子間力、摩擦力、接触力、粘着力等)が働いてい
ない状態で、カンチレバー5の振動を一定に保つための
動作が、以下のように行われる。
Next, the operation of the SPM thus constructed will be described. First, the operation for keeping the vibration of the cantilever 5 constant while no force (for example, atomic force, frictional force, contact force, adhesive force, etc.) is acting between the probe 4 and the sample 3. , As follows.

【0009】コンピュータ9からの指示信号により、励
振信号発生器8から励振用圧電体6を振動させる信号が
出力される。すると、この信号に基いて励振用圧電体6
が振動し、この振動がカンチレバー5に伝搬されてカン
チレバー5が振動する。
In response to an instruction signal from the computer 9, the excitation signal generator 8 outputs a signal for vibrating the excitation piezoelectric body 6. Then, based on this signal, the excitation piezoelectric body 6
Vibrates, and this vibration is propagated to the cantilever 5, and the cantilever 5 vibrates.

【0010】カンチレバー5の振動は光学的変位検出系
7で検出され、振幅検出器10に於いて、その振幅が検
出される。この振幅はコンピュータ9に入力され、カン
チレバー5が一定の振幅に制御されるように、コンピュ
ータ9から励振信号発生器8への指示信号が制御され
る。尚、このカンチレバー5の振幅は、使用されるカン
チレバー5の固有の共振点付近の周波数で一定に振動さ
せることが好ましい。
The vibration of the cantilever 5 is detected by the optical displacement detection system 7, and the amplitude thereof is detected by the amplitude detector 10. This amplitude is input to the computer 9, and the instruction signal from the computer 9 to the excitation signal generator 8 is controlled so that the cantilever 5 is controlled to have a constant amplitude. The amplitude of the cantilever 5 is preferably oscillated constantly at a frequency near the resonance point peculiar to the cantilever 5 used.

【0011】次に、カンチレバー5の振幅が安定した
後、探針4と試料3とを近接若しくは接触させて、両者
の間に力が働いた場合、上述した力の働いていない場合
と比較させて、カンチレバー5の振動の共振点の位置が
移動(シフト)される。これは、カンチレバー5の固有
振動数が、探針4と試料3との間に働く力によって変化
するためである。
Next, after the amplitude of the cantilever 5 is stabilized, the probe 4 and the sample 3 are brought close to or in contact with each other, and when a force is exerted between the two, comparison is made with the case where no force is exerted as described above. Thus, the position of the resonance point of the vibration of the cantilever 5 is moved (shifted). This is because the natural frequency of the cantilever 5 changes depending on the force acting between the probe 4 and the sample 3.

【0012】このときのカンチレバー5の共振点のシフ
ト量は、光学的変位検出系7によって検出され、振幅検
出器10を介してコンピュータ9に入力される。この入
力された信号から、観察者はカンチレバー5の所望のシ
フト量を選択する。すなわち、探針4と試料3との間に
働く力が決定される。このシフト量がコンピュータ9に
設定され、試料3上を探針4で走査する基準シフト量と
なる。この基準シフト量が決定された後に、コンピュー
タ9から高圧アンプ12を介して圧電体1に走査信号が
出力され、試料3がXY方向に走査される。
The shift amount of the resonance point of the cantilever 5 at this time is detected by the optical displacement detection system 7 and input to the computer 9 via the amplitude detector 10. The observer selects a desired shift amount of the cantilever 5 from the input signal. That is, the force acting between the probe 4 and the sample 3 is determined. This shift amount is set in the computer 9 and becomes a reference shift amount for scanning the sample 3 with the probe 4. After the reference shift amount is determined, a scanning signal is output from the computer 9 to the piezoelectric body 1 via the high voltage amplifier 12, and the sample 3 is scanned in the XY directions.

【0013】XY方向へ走査された試料3の表面の凹凸
に応じて、探針4と試料3との距離は変化する。この距
離の変化に伴い、カンチレバー5の共振点は変化する。
この共振点の変化は、光学的変位検出系7で検出され
て、振幅検出器10を介してサーボ回路11に入力され
る。サーボ回路11では、コンピュータ9に設定された
基準シフト量と振幅の変化に基いて、シフト量の変化を
補正する信号が作成され、出力される。この出力信号
は、圧電体1に入力され、探針4と試料3との距離が調
節される。すなわち、圧電体1がZ方向へ駆動されると
いうことである。
The distance between the probe 4 and the sample 3 changes according to the unevenness of the surface of the sample 3 scanned in the XY directions. The resonance point of the cantilever 5 changes as the distance changes.
The change in the resonance point is detected by the optical displacement detection system 7 and input to the servo circuit 11 via the amplitude detector 10. The servo circuit 11 creates and outputs a signal for correcting the change in the shift amount based on the change in the reference shift amount and the amplitude set in the computer 9. This output signal is input to the piezoelectric body 1 and the distance between the probe 4 and the sample 3 is adjusted. That is, the piezoelectric body 1 is driven in the Z direction.

【0014】また、サーボ回路11からの出力信号は、
コンピュータ9に入力されて、XY走査信号と合わせて
試料の表面形状等の画像形成に用いられる。このよう
に、基準シフト量を保つように圧電体1をZ方向に制御
するという動作をXY平面に於いて繰返すことにより、
試料3の表面形状等の画像が形成される。
The output signal from the servo circuit 11 is
It is input to the computer 9 and used for image formation of the surface shape of the sample together with the XY scanning signal. Thus, by repeating the operation of controlling the piezoelectric body 1 in the Z direction so as to maintain the reference shift amount on the XY plane,
An image such as the surface shape of the sample 3 is formed.

【0015】また、AFMは、図9に示されたようなA
Cモードだけでなく、例えば、図9の励振用圧電体6、
励振信号発生器8、振幅検出器10を用いない装置構成
が考えられる。この構成に於いては、次のような制御が
行われる。
Further, the AFM is the A as shown in FIG.
In addition to the C mode, for example, the excitation piezoelectric body 6 of FIG.
A device configuration without the excitation signal generator 8 and the amplitude detector 10 is conceivable. In this structure, the following control is performed.

【0016】探針4と試料3とが近接若しくは接触する
ことで両者の間に力(原始間力、接触力等)が働き、そ
の力に基いてカンチレバー5は撓む。この撓み量は光学
的変位検出系7によって検出され、この撓み量に基く変
位信号が、サーボ回路11とコンピュータ9に入力され
る。コンピュータ9では、上述の基準シフト量と同様
に、予め基準となる所望の撓み量が決定されており、サ
ーボ回路11では、カンチレバー5の撓み量を基準撓み
量に保つ信号、すなわち撓み量を一定に保つためのサー
ボ信号が生成される。
When the probe 4 and the sample 3 come close to or in contact with each other, a force (primitive force, contact force, etc.) acts between them, and the cantilever 5 bends based on the force. This deflection amount is detected by the optical displacement detection system 7, and a displacement signal based on this deflection amount is input to the servo circuit 11 and the computer 9. In the computer 9, as in the case of the above-mentioned reference shift amount, a desired flexure amount serving as a reference is determined in advance, and in the servo circuit 11, a signal for keeping the flexure amount of the cantilever 5 at the reference flexure amount, that is, the flexure amount is constant. A servo signal for maintaining

【0017】サーボ回路11の出力信号は、試料の表面
情報としてコンピュータ9に入力されると共に、高圧ア
ンプ12を介して圧電体1へ与えられ、圧電体1をZ方
向に駆動するための信号として用いられる。圧電体1は
Z方向に駆動され、カンチレバー5の撓み量は一定に保
たれる。
The output signal of the servo circuit 11 is input to the computer 9 as surface information of the sample and is also given to the piezoelectric body 1 via the high-voltage amplifier 12 as a signal for driving the piezoelectric body 1 in the Z direction. Used. The piezoelectric body 1 is driven in the Z direction, and the amount of bending of the cantilever 5 is kept constant.

【0018】尚、AFMに於いて、撓み量を一定に保つ
ことは、探針4と試料3との間に働く力(原始間力、接
触力等)を一定に保つことである。また、原始間力は距
離依存性を有しているため、撓み量を一定に保つこと
は、探針4と試料3との距離を一定に保つとも言える。
In the AFM, keeping the amount of bending constant means keeping the force (primitive force, contact force, etc.) acting between the probe 4 and the sample 3 constant. Further, since the primitive force has a distance dependency, it can be said that keeping the amount of bending constant also keeps the distance between the probe 4 and the sample 3 constant.

【0019】また、「探針と試料とが近接若しくは接触
する」としているのは、ACモードを含む上述のAFM
は、試料表面と探針とが近接してはいるものの接触しな
い状態を保つノンコンタクトモードや、試料表面と探針
とが接触するようなコンタクトモード等のバリエーショ
ンを有しているからである。
Further, "the probe and the sample are in close proximity to or in contact with each other" means that the above-mentioned AFM including the AC mode is included.
This is because there are variations such as a non-contact mode in which the sample surface and the probe are in close proximity but not in contact with each other, and a contact mode in which the sample surface and the probe are in contact with each other.

【0020】また、試料にバイアス電圧を印加し、その
試料に導電性の探針を接近させ、試料と探針との間に流
れるトンネル電流を検出し、このトンネル電流を一定値
に保つように、試料または探針を保持する圧電体をZ方
向に制御(STMフィードバック)し、この制御信号を
試料のトンネル像として画像化する走査型トンネル顕微
鏡(STM)が知られている。
Further, a bias voltage is applied to the sample, a conductive probe is brought close to the sample, a tunnel current flowing between the sample and the probe is detected, and the tunnel current is kept at a constant value. A scanning tunneling microscope (STM) is known in which a piezoelectric body holding a sample or a probe is controlled in the Z direction (STM feedback), and this control signal is imaged as a tunnel image of the sample.

【0021】更に、カンチレバーの自由端部に形成され
た探針を試料表面に接触させた状態で試料表面を走査
し、この走査により生じたカンチレバーのねじれ量を検
出し、その結果として試料表面の摩擦力を測定する摩擦
力測定顕微鏡(LFM)や、“OPTICAL LET
TERS February 1,1994/ Vo
l. 19,No.3 P 159−161”に開示さ
れている“Near−Field scanning
optical microscope witha
metallic probe tip”のように、試
料表面に形成されたエバネッセント場に探針を接触さ
せ、このとき発生する散乱光をフォトマルチプライヤ光
電管(PMT)等の光検出器を用いて検出することで、
試料の表面情報を検出する走査型近接場光顕微鏡(SN
OM)等も知られている。
Further, the sample surface is scanned with the probe formed at the free end of the cantilever in contact with the sample surface, and the amount of twist of the cantilever caused by this scanning is detected. As a result, the sample surface A friction force measurement microscope (LFM) for measuring friction force, and "OPTICAL LET"
TERS February 1, 1994 / Vo
l. 19, no. 3 P 159-161 "," Near-Field scanning ".
optical microscope witha
Like a metallic probe tip ", a probe is brought into contact with an evanescent field formed on the sample surface, and scattered light generated at this time is detected using a photodetector such as a photomultiplier phototube (PMT),
Scanning near-field light microscope (SN
OM) and the like are also known.

【0022】近年、このような探針を有するカンチレバ
ーを用いて、試料の極限られた領域に於ける表面情報を
検出するプローブ顕微鏡の複合化が図られ、上述したA
FMを基本とし、これにSTM、LFM、SNOMの機
能を合わせ持った装置が開発されている。
In recent years, using a cantilever having such a probe, a probe microscope for detecting surface information in a very limited region of a sample has been combined, and the above-mentioned A is used.
Devices based on FM and having functions of STM, LFM, and SNOM have been developed.

【0023】そして、このように、カンチレバーを用い
たAFMが開発されて以来(G.Binnig,C.
F.Quate and Ch.Gerber:Phy
s.Rev.Lett.,56′86,930)、AF
Mはその観察対象が導電性を持つものに限られないこと
から、多くの研究・開発分野に広がっている。検出する
物理量も原子間力に留まらず磁気力、分子間力、摩擦
力、エバネッセント光等に拡張され、その検出機構や測
定のモードにも様々な考案がなされている(例えば、
Y.Martin,H.K.Wickramasing
he:Appl.Phys.Lett.50,145
5′87等)。
Thus, since the AFM using the cantilever was developed (G. Binnig, C. et al.
F. Quate and Ch. Gerber: Phy
s. Rev. Lett. , 56'86, 930), AF
Since the observation target of M is not limited to one having conductivity, it has spread to many research and development fields. The physical quantity to be detected is not limited to atomic force, but is extended to magnetic force, intermolecular force, frictional force, evanescent light, etc., and various ideas have been made for its detection mechanism and measurement mode (for example,
Y. Martin, H .; K. Wickramasing
he: Appl. Phys. Lett. 50,145
5'87 etc.).

【0024】また、カンチレバーに導電性を与え、AF
MとSTMの機能を持たせた複合顕微鏡も登場している
(Y.Sugawara,T.Ishizaka an
dS.Morita:Jpn.J.Appl.Phy
s.29′90 1533)。
In addition, the cantilever is made electrically conductive and
Compound microscopes having the functions of M and STM have also appeared (Y. Sugawara, T. Ishizaka an.
dS. Morita: Jpn. J. Appl. Phys
s. 29'90 1533).

【0025】測定モードを考慮した単一機能のSPMで
は、STM、コンタクトモードAFM、ACモードAF
M、ノンコンタクトAFM等が挙げられる。また、2種
類の複合型では、コンタクト(ノンコンタクト)モード
STM/AFM、AFM/LFM、AFM/SNOM等
が挙げられる。
In the SPM having a single function considering the measurement mode, STM, contact mode AFM, AC mode AF
M, non-contact AFM and the like. Further, in the case of the two types of composite types, contact (non-contact) mode STM / AFM, AFM / LFM, AFM / SNOM and the like can be mentioned.

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】ところで、試料の同一
箇所について、AFMやSTM単体のユニットを別々に
用いて測定する場合、従来は一方のユニットを用いて測
定を行った後に他方のユニットで測定を行っていた。し
かしながら、この測定方法では、異なるユニットを試料
上にセットする際に正しく位置を合わせることが困難で
あり、同一試料の同一箇所に於ける測定結果の再現性が
高いとは言えない。言い換えれば、観察者が、試料上の
同一箇所を異なるユニットを用いて測定しているつもり
でも、別の箇所を測定している可能性があるということ
である。
By the way, in the case where the AFM or STM unit is separately used to measure the same portion of the sample separately, conventionally, one unit is used for the measurement and then the other unit is used for the measurement. Was going on. However, with this measurement method, it is difficult to correctly align the different units when setting them on the sample, and the reproducibility of the measurement results at the same location on the same sample cannot be said to be high. In other words, it is possible that an observer intends to measure the same point on the sample using a different unit, but may measure another point.

【0027】また、カンチレバーの変位信号(AFM信
号、LFM信号等)の他に、2チャンネル目として、光
学的信号(SNOM信号)や電流信号(STM信号)を
得られるように構成した場合でも、異なる物理量を検出
するため、必ずしも全ての物理量を高感度で検出できる
ものではない。例えば、STM/AFM同時測定に於け
るSTMフィードバックの場合、すなわち、試料と探針
との間に流れるトンネル電流値を一定に保つ機構では、
試料の局所的な導電率の違いに基いてトンネル電流値が
変化してしまい、凹凸のない試料であっても試料と探針
との距離を変化させてしまう。その結果、トンネル電流
値が一定に保たれたとしても、カンチレバーの変位は変
化してしまう。したがって、このような構成では、ST
Mによる試料の電気的な特性は検出できるが、これと同
時にAFMによる試料の表面形状の検出ができるとは限
らない。
In addition to the displacement signal of the cantilever (AFM signal, LFM signal, etc.), even when the optical signal (SNOM signal) or current signal (STM signal) is obtained as the second channel, Since different physical quantities are detected, not all physical quantities can be detected with high sensitivity. For example, in the case of STM feedback in simultaneous STM / AFM measurement, that is, in the mechanism that keeps the tunnel current value flowing between the sample and the probe constant,
The tunnel current value changes based on the local difference in conductivity of the sample, and the distance between the sample and the probe changes even if the sample has no unevenness. As a result, the displacement of the cantilever changes even if the tunnel current value is kept constant. Therefore, in such a configuration, ST
Although the electrical characteristics of the sample can be detected by M, the surface shape of the sample cannot always be detected by AFM at the same time.

【0028】更に、ACモードのAFM/SNOMは、
AFMの信号に基いて制御される。すなわち、この制御
で試料表面を走査したときの制御信号は、試料表面形状
を反映することとなる。しかし、試料上に形成されるエ
バネッセント場が、試料から離れる方向に向けて弱まる
という距離依存性を有しているため、試料と探針との距
離が変化すると、検出されるべき散乱光が変動してしま
うことが知られている。そして、SNOMの測定では、
各測定ポイントに於いて検出される散乱光を時間積分し
た値を実効値(検出光)としているため、このようなA
CモードのAFM/SNOMでは、カンチレバーの振動
に対して平均的な散乱光の値しか得られない。この発明
は上記課題に鑑みてなされたもので、同一画素から異種
の情報を得る際に再現性が高く高感度な走査型プローブ
顕微鏡を提供することを目的とする。
Further, the AC mode AFM / SNOM is
It is controlled based on the signal of the AFM. That is, the control signal when the sample surface is scanned by this control reflects the sample surface shape. However, since the evanescent field formed on the sample has a distance dependency of weakening in the direction away from the sample, when the distance between the sample and the probe changes, the scattered light to be detected fluctuates. It is known to do. And in the SNOM measurement,
Since the value obtained by time-integrating the scattered light detected at each measurement point is the effective value (detected light),
In the C mode AFM / SNOM, only the average scattered light value is obtained with respect to the vibration of the cantilever. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a scanning probe microscope having high reproducibility and high sensitivity when different kinds of information are obtained from the same pixel.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、測
定対象となる試料に対向して走査可能に配置され、先端
に探針を有して自由端に保持されたカンチレバーと、こ
のカンチレバーの変位信号を検出して上記試料の表面形
状を得る第1の検出手段と、上記試料の表面形状以外の
情報を、上記第1の検出手段の検出と同時に検出する第
2の検出手段とを具備し、上記第1の検出手段及び第2
の検出手段の検出結果に基いて上記試料の表面情報を得
ることを特徴とする。
That is, according to the present invention, a cantilever which is arranged so as to be able to scan facing a sample to be measured, has a probe at its tip and is held at its free end, and the displacement of this cantilever. It is provided with a first detecting means for detecting a signal to obtain the surface shape of the sample, and a second detecting means for detecting information other than the surface shape of the sample at the same time as the detection of the first detecting means. , The first detecting means and the second
The surface information of the sample is obtained based on the detection result of the detection means.

【0030】この発明の走査型プローブ顕微鏡にあって
は、図1に典型的な例として示されるように、同一画素
から複数の信号を検出できるようなマイクロカンチレバ
ー21を用いる同時測定、例えば導電性を得るためには
マイクロカンチレバー21に導電性の材料をコートした
ものやドープしたものが用いられる。或いは、図3に示
されるように、試料15の凹凸を反映するフィードバッ
ク機構を有して構成する。更に、図5に示されるよう
に、光学的信号検出時のレーザ入力や、電気的信号検出
時のバイアス電圧印加をマイクロカンチレバー21の振
動に同期させる機構を有する構成とする。これにより、
複数の信号検出時のS/Nを向上させ、信号の解析・画
像処理を行うことができる。
In the scanning probe microscope of the present invention, as shown as a typical example in FIG. 1, simultaneous measurement using a micro cantilever 21 capable of detecting a plurality of signals from the same pixel, for example, conductivity. In order to obtain the above, a micro cantilever 21 coated with a conductive material or doped is used. Alternatively, as shown in FIG. 3, it has a feedback mechanism that reflects the unevenness of the sample 15. Further, as shown in FIG. 5, a structure is provided in which a laser input at the time of detecting an optical signal and a bias voltage application at the time of detecting an electric signal are synchronized with the vibration of the micro cantilever 21. This allows
It is possible to improve S / N at the time of detecting a plurality of signals and perform signal analysis and image processing.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態を説明する。図1は、この発明の第1の実施
の形態を示すもので、STM/AFM/SNOMの機能
(導電性、高屈折率の探針)を有した複合顕微鏡の概略
構成を示した図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, and is a view showing a schematic configuration of a compound microscope having an STM / AFM / SNOM function (conductivity, high refractive index probe). .

【0032】図1に於いて、被検体である試料15の下
部に臨界角プリズム16が設けられており、この臨界角
プリズム16の外部から試料15に向けてレーザ光が照
射されるようレーザ光源17が配置されている。また、
上記試料15には、所定の電圧が与えられるべく図示さ
れない透明の導電層(例えばITO;インジウム・Ti
n・オキサイト等)を介してバイアス電圧供給回路18
が接続されている。
In FIG. 1, a critical angle prism 16 is provided below a sample 15 which is a subject, and a laser light source is provided so that the sample 15 is irradiated with laser light from the outside of the critical angle prism 16. 17 are arranged. Also,
The sample 15 is provided with a transparent conductive layer (for example, ITO; indium / Ti) not shown so that a predetermined voltage is applied.
bias voltage supply circuit 18 via
Is connected.

【0033】上記試料15上には、該試料15表面の形
状を観察するもので先端部に探針20を有したマイクロ
カンチレバー21が配置されている。このマイクロカン
チレバー21は、導電性及び試料や空気より大きい屈折
率を有しているもので、例えばレバーの部分が金メッキ
が施されたステンレスで構成され、探針部はダイヤモン
ドチップで上記レバーに導電性の接着剤で固着された構
成となっている。
On the sample 15, a micro cantilever 21 for observing the shape of the surface of the sample 15 and having a probe 20 at the tip is arranged. The micro cantilever 21 has conductivity and a refractive index higher than that of the sample or air. For example, the lever portion is made of gold-plated stainless steel, and the probe portion is a diamond tip and is conductive to the lever. It is fixed with a flexible adhesive.

【0034】上記マイクロカンチレバー21には、電流
電圧変換回路22が接続されており、探針20と試料1
5とが接触した際の接触電流、若しくはトンネル領域ま
で接近した際のトンネル電流という該試料15からの電
気的情報が得られるようになっている。また、マイクロ
カンチレバー21の上方には、通常の原子間力顕微鏡と
同様に、図示されない光学系からのレーザ光のマイクロ
カンチレバー21による反射光を検出する変位検出系2
3が配置されている。更に、マイクロカンチレバー21
の近傍にはフォトマルチプライヤ光電管(フォトマル)
24が設けられており、試料15の表面に発生するエバ
ネッセント場25に探針20を接触させたとき発生する
散乱光を検出するようになっている。
A current-voltage conversion circuit 22 is connected to the micro cantilever 21, and the probe 20 and the sample 1 are connected.
Electrical information from the sample 15 such as a contact current when 5 comes into contact with or a tunnel current when approaching the tunnel region is obtained. Further, above the micro cantilever 21, similarly to a normal atomic force microscope, a displacement detection system 2 for detecting the reflected light of the laser light from the optical system (not shown) by the micro cantilever 21.
3 are arranged. Furthermore, the micro cantilever 21
Near the photomultiplier photocell (Photomaru)
24 is provided so that scattered light generated when the probe 20 is brought into contact with the evanescent field 25 generated on the surface of the sample 15 is detected.

【0035】このような構成に於いて、試料15上を探
針20を用いて走査するときは、従来のAFMと同様な
フィードバック動作を行う。すなわち、試料15と探針
20との間に働く力(この場合、主に原始間力)に起因
するマイクカンチレバー21の撓み量を変位検出系23
で検出し、この撓み量が基準となる撓み量に保たれるよ
うに、試料15と探針20との距離を制御する。また、
これと同時に、バイアス電圧供給回路18から試料15
に電圧が印加され、探針20で検出されるトンネル電流
が、電流電圧変換回路22に入力される。
In such a structure, when the sample 15 is scanned using the probe 20, the same feedback operation as in the conventional AFM is performed. That is, the displacement detection system 23 determines the amount of bending of the microphone cantilever 21 caused by the force acting between the sample 15 and the probe 20 (in this case, mainly the primitive force).
And the distance between the sample 15 and the probe 20 is controlled so that this deflection amount is maintained at the reference deflection amount. Also,
At the same time, from the bias voltage supply circuit 18 to the sample 15
Is applied to the current, and the tunnel current detected by the probe 20 is input to the current-voltage conversion circuit 22.

【0036】これにより、変位検出系23を介して試料
15表面の形状(AFM情報)と、電流電圧変換回路2
2の出力から試料15の電気的情報(STM情報)が得
られる。
As a result, the shape of the surface of the sample 15 (AFM information) and the current-voltage conversion circuit 2 are detected via the displacement detection system 23.
The electrical information (STM information) of the sample 15 can be obtained from the output of 2.

【0037】更に、上記測定と同時にレーザ光源17か
ら臨界角プリズム16を介してレーザ光が試料15に照
射され、試料15の表面にエバネッセント場25が形成
される。すると、探針20と試料15表面上のエバネッ
セント場25との接触により散乱光が発生し、これがフ
ォトマル24で検出される。このフォトマル24の出力
から、試料15の光学的情報(AFM情報)が得られ
る。
Simultaneously with the above measurement, the laser light source 17 irradiates the sample 15 with laser light through the critical angle prism 16, and an evanescent field 25 is formed on the surface of the sample 15. Then, scattered light is generated by the contact between the probe 20 and the evanescent field 25 on the surface of the sample 15, and this is detected by the photo-mulch 24. The optical information (AFM information) of the sample 15 can be obtained from the output of the photomultiplier 24.

【0038】したがって、変位検出系23から試料15
の表面形状(AFM情報)が、電流電圧変換回路22か
ら試料15の電気的情報(STM情報)が、そしてフォ
トマル24から試料15の光学的情報(SNOM情報)
が、同時に得られる。
Therefore, from the displacement detection system 23 to the sample 15
Of the surface shape (AFM information), electrical information (STM information) of the sample 15 from the current-voltage conversion circuit 22, and optical information (SNOM information) of the sample 15 from the photomultiplier 24.
But they are obtained at the same time.

【0039】また、上述の実施の形態に於けるAFMフ
ィードバックは、原始間力に基くものであり、いわゆ
る、ノンコンタクトモードのAFMフィードバックであ
るが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。
例えば、コンタクトモードのAFMフィードバックを用
いても良く、この場合は、AFM情報として原始間力よ
りむしろ接触力によるマイクロカンチレバー21の撓み
量を検出することになる。また、STM情報としてもト
ンネル電流ではなく、正確には接触電流を検出すること
になる。しかし、このマイクロカンチレバー21の撓み
量は試料15の表面形状を示すものであり、接触電流は
試料15の導線率に基く電気特性を示す。したがって、
このようなコンタクトモードによるAFMフィードバッ
クに於いても、本実施の形態と同様な情報検出が可能で
ある。
Further, the AFM feedback in the above-mentioned embodiment is based on the inter-primitive force and is a so-called non-contact mode AFM feedback, but the present embodiment is not limited to this. Absent.
For example, AFM feedback in the contact mode may be used. In this case, the amount of deflection of the micro cantilever 21 due to the contact force rather than the inter-primitive force is detected as the AFM information. Further, as STM information, not the tunnel current but the contact current is accurately detected. However, the amount of flexure of the micro cantilever 21 indicates the surface shape of the sample 15, and the contact current shows electric characteristics based on the conductivity of the sample 15. Therefore,
Even in the AFM feedback in the contact mode as described above, the same information detection as in the present embodiment can be performed.

【0040】次に、図2を参照して、第1の実施の形態
の作用を基に、複数の信号を検出した結果の画像の解釈
の例を説明する。いま、試料15が図2(a)に示され
るような形状を有したものと考える。この試料15は、
形状的には明確な違いは無いが非等価なAサイト15
a、Bサイト15b及びCサイト15cから成っている
ものとする。そして、Aサイト15aが他の2つのサイ
トに比べて導電性が高く、且つBサイト15bが他の2
つのサイトに比べて透過率が高いものとする。
Next, with reference to FIG. 2, an example of interpretation of an image as a result of detecting a plurality of signals will be described based on the operation of the first embodiment. Now, it is considered that the sample 15 has a shape as shown in FIG. This sample 15
There is no clear difference in shape, but non-equivalent A site 15
a, B site 15b, and C site 15c. The A site 15a has higher conductivity than the other two sites, and the B site 15b has the other two sites.
It is assumed that the transmittance is higher than that of one site.

【0041】このような場合、マイクロカンチレバー2
1の走査によって、試料15の表面形状が、図2(a)
に示されるように得られる。そして、電気的情報が図2
(b)に示されるように得られ、更に光学的情報が図2
(c)に示されるように得られる。
In such a case, the micro cantilever 2
The surface shape of the sample 15 is shown in FIG.
Is obtained as shown in. Then, the electrical information is shown in FIG.
The optical information obtained as shown in FIG.
Obtained as shown in (c).

【0042】このように、第1の実施の形態によれば、
同時に得られた画像から、形状的には同一のものであっ
ても識別が可能になる。つまり、既知の情報を折り込
み、複数の情報の中から類推することで、表面に対して
種々の評価を行うことができる。この意味で、単一機能
のSPMよりも面内の分解能を向上することができる。
As described above, according to the first embodiment,
From the images obtained at the same time, it is possible to identify even if they are the same in shape. That is, it is possible to perform various evaluations on the surface by folding in known information and inferring from a plurality of information. In this sense, the in-plane resolution can be improved as compared with the SPM having a single function.

【0043】また、一度の走査により複数の情報を検出
できることから、同一試料の同一箇所に於ける測定結果
の再現性を向上させることができる。更に、本実施の形
態では、AFMフィードバックを用いているが、マイク
ロカンチレバー21を振動させる構成ではないため、探
針20の試料15に対する距離は、常に一定に保たれ
る。したがって、SNOM情報を試料上の一定距離で検
出することができ、散乱光に基く安定した光学情報を検
出することが可能になる。
Since a plurality of pieces of information can be detected by scanning once, it is possible to improve the reproducibility of the measurement result at the same location on the same sample. Further, in the present embodiment, although AFM feedback is used, the distance between the probe 20 and the sample 15 is always kept constant because the micro cantilever 21 is not vibrated. Therefore, SNOM information can be detected at a constant distance on the sample, and stable optical information based on scattered light can be detected.

【0044】次に、この発明の第2の実施の形態を説明
する。図3は第2の実施の形態の概略構成を示すブロッ
ク図であり、この実施の形態は、導電性を有するマイク
ロカンチレバーを用いたSTM/AFM同時測定の機能
を有した複合顕微鏡の一例を示したものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the second embodiment, and this embodiment shows an example of a compound microscope having a function of simultaneous STM / AFM measurement using a conductive micro cantilever. It is a thing.

【0045】尚、本実施の形態では、コンタクトモード
のAFMフィードバックを行い、マイクロカンチレバー
21の撓み量を検出して、これを表面形状(AFM情
報)としている。また、STM情報検出は、通常行われ
ているSTMフィードバックとは異なり、バイアスフィ
ードバックを用いて検出している。通常行われるSTM
フィードバックは、試料走査時にトンネル電流を一定に
するように圧電体26を伸縮させる制御方法であり、バ
イアスフィードバックは、試料走査時にマイクロカンチ
レバー21の撓み量を一定に保ち(AFMフィードバッ
ク)、これと共に、トンネル電流を一定にするようにバ
イアス電圧を変化させる制御方法である。
In this embodiment, contact mode AFM feedback is performed to detect the amount of flexure of the microcantilever 21, and this is used as the surface shape (AFM information). Further, the STM information detection is performed by using bias feedback, which is different from the STM feedback that is normally performed. Normal STM
Feedback is a control method of expanding and contracting the piezoelectric body 26 so as to make the tunnel current constant during sample scanning, and bias feedback keeps the amount of deflection of the micro cantilever 21 constant during sample scanning (AFM feedback). This is a control method in which the bias voltage is changed so as to keep the tunnel current constant.

【0046】図3に於いて、試料15はXYZ方向に走
査可能な圧電体26上に載置されており、後述するよう
に抵抗値の小さいαサイト27と抵抗値の大きいβサイ
ト28から成っているものとする。この試料15上に設
けられた探針20を有するマイクロカンチレバー21
は、上述した第1の実施の形態と同様に、導電性を有し
て構成される。このマイクロカンチレバー21の上方に
は、変位検出系23が設けられている。
In FIG. 3, the sample 15 is placed on a piezoelectric body 26 capable of scanning in the XYZ directions, and is composed of an α site 27 having a small resistance value and a β site 28 having a large resistance value, as will be described later. It is assumed that Micro cantilever 21 having probe 20 provided on this sample 15
Is configured to have conductivity, as in the first embodiment described above. A displacement detection system 23 is provided above the micro cantilever 21.

【0047】次に、バイアスフィードバックを行うため
の制御系について説明する。上記マイクロカンチレバー
21は、電流電圧変換回路22に接続されている。この
電流電圧変換回路22は、差動増幅器29と接続され、
また、この差動増幅器29は、予め電流電圧変換回路2
2に於いて検出するべき接触電流値を設定し、記憶して
おく電流値設定回路32に接続されている。更に、差動
増幅器29は、フィードバック回路30を介して加算回
路31に接続される。この加算回路31は、バイアス電
圧供給回路18及び試料15に接続されており、バイア
ス電圧供給回路18が、試料15に供給するバイアス電
圧を生成している。
Next, a control system for performing bias feedback will be described. The micro cantilever 21 is connected to the current / voltage conversion circuit 22. The current-voltage conversion circuit 22 is connected to the differential amplifier 29,
Further, this differential amplifier 29 is provided with the current-voltage conversion circuit 2 in advance.
2 is connected to a current value setting circuit 32 for setting and storing the contact current value to be detected. Further, the differential amplifier 29 is connected to the adding circuit 31 via the feedback circuit 30. The adder circuit 31 is connected to the bias voltage supply circuit 18 and the sample 15, and the bias voltage supply circuit 18 generates a bias voltage to be supplied to the sample 15.

【0048】このような構成に於いて、試料走査時に試
料15と探針20との距離(マイクロカンチレバー21
の撓み量)を一定に保つようにAFMフィードバックを
行う。そして、試料15と探針20との間に流れる接触
電流を検出する。この接触電流は、電流電圧変換回路2
2で信号変換された後に差動増幅器29に入力される。
差動増幅器29では、試料15で検出された接触電流信
号と電流値設定回路32に設定された接触電流信号とが
比較され、その差信号がフィードバック回路30に入力
される。フィードバック回路30では、試料15に供給
すべきバイアス電圧、すなわち、接触電流を一定に保つ
ための試料15に供給するべき電圧が上記差信号に基い
て計算され、この計算結果が加算回路31に供給され
る。加算回路31では、フィードバック回路30の計算
結果に基いて、バイアス電圧供給回路18から供給され
る電圧を調整し、試料15に電圧を与える。これによ
り、マイクロカンチレバー21の検出電流が設定値電流
となるようにバイアス電圧にフィードバックをかけるこ
とが可能になる。
In such a structure, the distance between the sample 15 and the probe 20 (the micro cantilever 21
AFM feedback is performed so as to keep the amount of flexure) constant. Then, the contact current flowing between the sample 15 and the probe 20 is detected. This contact current is applied to the current-voltage conversion circuit 2
The signal is converted in 2 and then input to the differential amplifier 29.
In the differential amplifier 29, the contact current signal detected by the sample 15 and the contact current signal set in the current value setting circuit 32 are compared, and the difference signal is input to the feedback circuit 30. In the feedback circuit 30, the bias voltage to be supplied to the sample 15, that is, the voltage to be supplied to the sample 15 for keeping the contact current constant is calculated based on the difference signal, and the calculation result is supplied to the adding circuit 31. To be done. In the adding circuit 31, the voltage supplied from the bias voltage supply circuit 18 is adjusted based on the calculation result of the feedback circuit 30, and the voltage is applied to the sample 15. This makes it possible to feed back the bias voltage so that the detected current of the micro cantilever 21 becomes the set value current.

【0049】ここで、コンタクトモードのAFMフィー
ドバックを行い、更に、従来のようにSTMフィードバ
ックを行った場合を考える。図4(a)に示されるよう
な、抵抗値の小さいαサイト27と抵抗値の大きいβサ
イト28から成る試料15を測定する場合、接触電流が
設定値より大きく流れた際、圧電体26は電流値を一定
に保つように変位し、図4(b)に示されるような画像
となる。この時の圧電体26は、試料15をマイクロカ
ンチレバー21から離間する方向に変位する。ここで、
空気中の測定環境に於いて、試料15の表面には極薄い
水分の膜や試料固有の粘性等が存在することが知られて
おり、コンタクトモードの測定を行う場合、粘性等の影
響によりマイクロカンチレバー21は下方向に引込まれ
るか、若しくは引込まれ過ぎて上方に跳ね上がってしま
う。これでは、マイクロカンチレバー21の変位が、試
料15の実際の表面形状を反映していない。
Here, consider a case where AFM feedback in the contact mode is performed, and further STM feedback is performed as in the conventional case. When measuring a sample 15 composed of an α site 27 having a small resistance value and a β site 28 having a large resistance value as shown in FIG. 4A, when the contact current exceeds the set value, the piezoelectric body 26 is The image is displaced so as to keep the current value constant, and an image as shown in FIG. 4B is obtained. At this time, the piezoelectric body 26 displaces the sample 15 in the direction of separating from the micro cantilever 21. here,
It is known that in the measurement environment in air, the surface of the sample 15 has an extremely thin film of water and a viscosity peculiar to the sample. The cantilever 21 is retracted downward or is excessively retracted and jumps upward. Here, the displacement of the micro cantilever 21 does not reflect the actual surface shape of the sample 15.

【0050】これに対し、この第2の実施の形態の場
合、マイクロカンチレバー21の変位は、AFMフィー
ドバックに基くマイクロカンチレバー21の撓み量によ
り検出され、図4(d)に示されるような、試料15の
表面形状となる。一方、バイアスフィードバックをかけ
た試料15に印加されるバイアス電圧の出力は、図4
(c)に示されるように、電流値が一定となるような
量、つまり試料15の表面の抵抗値を反映した情報とな
る。
On the other hand, in the case of the second embodiment, the displacement of the micro cantilever 21 is detected by the deflection amount of the micro cantilever 21 based on the AFM feedback, and the sample as shown in FIG. There are 15 surface shapes. On the other hand, the output of the bias voltage applied to the sample 15 to which the bias feedback is applied is shown in FIG.
As shown in (c), the information reflects the amount of constant current value, that is, the resistance value of the surface of the sample 15.

【0051】このように、第2の実施の形態によれば、
マイクロカンチレバー21の撓み量を一定に保つことで
表面形状を得ることができると同時に、その時の接触電
流を一定に保つことで電気的情報を得ることができる。
したがって、同時に得られた画像から、形状的には同一
のものであっても識別可能になる。つまり、既知の情報
を折り込み、複数の情報の中から類推することで、表面
に対して種々の評価を行うことができる。この意味で、
単一機能のSPMよりも面内の分解能を向上することが
できる。
As described above, according to the second embodiment,
The surface shape can be obtained by keeping the amount of bending of the micro cantilever 21 constant, and at the same time, electrical information can be obtained by keeping the contact current at that time constant.
Therefore, it is possible to identify the images having the same shape from the images obtained at the same time. That is, it is possible to perform various evaluations on the surface by folding in known information and inferring from a plurality of information. In this sense,
The in-plane resolution can be improved over the single-function SPM.

【0052】また、一度の走査により複数の情報を検出
できることから、同一試料の同一箇所に於ける測定結果
の再現性を向上させることができる。更に、本実施の形
態に於いては、コンタクトモードのAFMを用いて接触
電流を検出し、バイアスフィードバックを行ったが、ノ
ンコンタクトモードのAFMを用いてトンネル電流を検
出し、バイアスフィードバックを行っても同様の効果を
奏することは言うまでもない。
Since a plurality of pieces of information can be detected by scanning once, the reproducibility of the measurement result at the same location on the same sample can be improved. Further, in the present embodiment, the contact current is detected by using the contact mode AFM, and the bias feedback is performed. However, the tunnel current is detected by using the non-contact mode AFM and the bias feedback is performed. Needless to say, the same effect can be obtained.

【0053】次に、この発明の第3の実施の形態を説明
する。この第3の実施の形態には、ACモードのAFM
/SNOMの同時測定を高精度に行うための装置の一例
として、探針が試料に最接近した時にのみ試料表面にエ
バネッセント場が形成されるように、レーザ出射の同期
をとる構成の複合顕微鏡を示す。
Next explained is the third embodiment of the invention. In the third embodiment, the AFM in AC mode is used.
As an example of a device for performing simultaneous / SNOM measurement with high accuracy, a compound microscope having a configuration in which laser emission is synchronized so that an evanescent field is formed on the sample surface only when the probe comes closest to the sample Show.

【0054】図5は、第3の実施の形態を示す複合顕微
鏡の概略構成を示したブロック図である。図5に於い
て、試料15の下部に臨界角プリズム16及びレーザ光
源17が配置されている。上記試料15上には、探針2
0を有したマイクロカンチレバー21が加振用圧電体3
4に固定されている。この加振用圧電体34の振動は、
接続された発信器35からの出力信号に基いて行われ
る。上記マイクロカンチレバー21の上方には、振動す
るマイクロカンチレバー21の振幅を検出すると共に、
この振幅の変化に基いて試料15の表面形状を検出する
ための変位検出系23が設けられている。また、マイク
ロカンチレバー21の近傍には、エバネッセント場25
に探針20が接触した時に発生する散乱光を検出するた
めのフォトマル24が設けられている。
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic structure of a compound microscope according to the third embodiment. In FIG. 5, a critical angle prism 16 and a laser light source 17 are arranged below the sample 15. On the sample 15, the probe 2
The microcantilever 21 having 0 is the piezoelectric body 3 for vibration.
4 is fixed. The vibration of the vibrating piezoelectric body 34 is
This is performed based on the output signal from the connected oscillator 35. Above the micro cantilever 21, the amplitude of the vibrating micro cantilever 21 is detected, and
A displacement detection system 23 for detecting the surface shape of the sample 15 based on the change in the amplitude is provided. In addition, in the vicinity of the micro cantilever 21, an evanescent field 25
A photo lens 24 for detecting scattered light generated when the probe 20 comes into contact with is provided.

【0055】更に、上記レーザ光源17が臨界角プリズ
ム16にレーザを入射するためのタイミングを調整する
レーザ出力調整機構回路36が設けられている。このレ
ーザ出力調整機構回路36への入力は、発信器25また
は変位検出系23の出力に同期した信号であり、探針2
0の変位を反映する点を考慮すれば変位検出系23の出
力を用いることが好ましい。
Further, there is provided a laser output adjusting mechanism circuit 36 for adjusting the timing at which the laser light source 17 makes the laser enter the critical angle prism 16. The input to the laser output adjusting mechanism circuit 36 is a signal synchronized with the output of the oscillator 25 or the displacement detection system 23, and the probe 2
Considering that the displacement of 0 is reflected, it is preferable to use the output of the displacement detection system 23.

【0056】また、本実施の形態に於いて検出される表
面情報は、従来行われるACモードに於ける検出方法と
同様である。このような構成に於いて、発信器35から
の出力信号に従って加振用圧電体34が駆動して、マイ
クロカンチレバー21が振動を始める。そして、探針2
0が、試料15との間に原子間力が発生する程度近接し
た状態で、レーザ光源17からレーザ光を臨界角プリズ
ム16へ入射し、エバネッセント場25に基づく散乱光
がフォトマル24で検出されることを確認する。
The surface information detected in this embodiment is the same as that in the conventional AC mode detection method. In such a configuration, the vibrating piezoelectric body 34 is driven according to the output signal from the oscillator 35, and the microcantilever 21 starts vibrating. And the probe 2
In the state where 0 is close to the sample 15 to the extent that an atomic force is generated, laser light is incident on the critical angle prism 16 from the laser light source 17, and scattered light based on the evanescent field 25 is detected by the photomal 24. To verify that.

【0057】次に、変位検出系23の出力信号に同期し
て、レーザ出力調整機構回路36がレーザ光源17から
出射するレーザ光の出射タイミングを計算する。そし
て、そのタイミングに合わせてレーザ光源17を点滅さ
せる。このレーザ光の出射タイミングは観察者が任意に
設定できるが、散乱光が最も大きくなる時、すなわち、
探針20が試料15に最も接近する瞬間が好ましい。何
故なら、この瞬間が最も外部からのノイズを検出しない
からである。
Next, in synchronization with the output signal of the displacement detection system 23, the laser output adjusting mechanism circuit 36 calculates the emission timing of the laser light emitted from the laser light source 17. Then, the laser light source 17 is made to blink at the timing. The emission timing of this laser light can be arbitrarily set by the observer, but when the scattered light becomes the maximum, that is,
The moment when the probe 20 comes closest to the sample 15 is preferable. This is because this moment does not detect the most external noise.

【0058】以上の動作により、探針20と試料15表
面上のエバネッセント場25との接触により発生する散
乱光が、フォトマル24に入力される。このフォトマル
24の出力から、試料15の光学的情報が得られる。
By the above operation, the scattered light generated by the contact between the probe 20 and the evanescent field 25 on the surface of the sample 15 is input to the photomultiplier 24. The optical information of the sample 15 can be obtained from the output of the photomultiplier 24.

【0059】ここで、図6を参照して、ACモードで表
面形状及び光学的情報を同時に得る場合について説明す
る。試料15表面に局在するエバネッセント場25を探
針20で伝搬光(散乱光)に変換した出力は、振動が各
画素上で十分繰返された場合、図6(a)に示されるよ
うな振動時に、フォトマル24で図6(b)に示される
ような出力信号として検出される。この出力信号は実際
に得られる散乱光の出力信号の分布を示している。図6
(a)と図6(b)とを比較すると、探針20が試料1
5に最も接近した瞬間が散乱光が最も強いことが分か
る。本実施の形態に於いては、上記作用により、図6
(c)に示されるように、マイクロカンチレバー21
(探針20)の振動時の最下点でのみ同期を取ってレー
ザ光が出力される。
Here, referring to FIG. 6, a case where the surface shape and the optical information are simultaneously obtained in the AC mode will be described. The output obtained by converting the evanescent field 25 localized on the surface of the sample 15 into the propagating light (scattered light) by the probe 20 is the vibration as shown in FIG. 6A when the vibration is sufficiently repeated on each pixel. At some time, it is detected by the photomultiplier 24 as an output signal as shown in FIG. This output signal shows the distribution of the output signal of the scattered light that is actually obtained. Figure 6
When (a) and FIG. 6 (b) are compared, the probe 20 shows the sample 1
It can be seen that the scattered light is the strongest at the moment when it comes closest to 5. In the present embodiment, as a result of the above-mentioned operation, FIG.
As shown in (c), the micro cantilever 21
Laser light is output in synchronization only at the lowest point of the (probe 20) when it vibrates.

【0060】このようにレーザ光を試料15に向けて照
射すれば、フォトマル24では散乱光の強度が最も強い
瞬間のみ光学的情報が検出され、外部ノイズの影響を低
減できる。そして、試料15上を探針20で走査し、表
面情報を検出すると同時に光学的情報を検出することが
可能となる。
By irradiating the sample 15 with the laser light in this way, the optical information is detected only at the moment when the intensity of the scattered light is strongest in the photomultiplier 24, and the influence of external noise can be reduced. Then, by scanning the sample 15 with the probe 20, it becomes possible to detect surface information and at the same time detect optical information.

【0061】したがって、一度の走査により複数の情報
を検出できることから、同一試料の同一個所に於ける測
定結果の再現性を向上させることができる。また、探針
20と試料15との位置関係が明らかであり、且つ、そ
の位置関係に於ける光学情報が検出できる。また、外部
ノイズの影響を低減し、S/Nの良い状態で光学情報を
検出することができる。
Therefore, since a plurality of pieces of information can be detected by one scanning, it is possible to improve the reproducibility of the measurement result at the same location on the same sample. Moreover, the positional relationship between the probe 20 and the sample 15 is clear, and the optical information in the positional relationship can be detected. Further, it is possible to reduce the influence of external noise and detect optical information in a good S / N state.

【0062】尚、上記説明では、変位検出系23の出力
に同期してレーザ光源17が駆動されるようにしている
が、発信器35の出力信号に同期してレーザ光源を駆動
するようにしても良い。
In the above description, the laser light source 17 is driven in synchronization with the output of the displacement detection system 23, but the laser light source is driven in synchronization with the output signal of the oscillator 35. Is also good.

【0063】更に、この第3の実施の形態に於いて、電
流信号を検出する場合、導電性のマイクロカンチレバー
21及び探針20を用いて、バイアス電圧を上記レーザ
光源17のレーザ光入射と同様のタイミングで試料15
に印加させれば、同様の効果が得られる。
Further, in the third embodiment, when the current signal is detected, the bias voltage is set to be the same as that of the laser light incident on the laser light source 17 by using the conductive micro cantilever 21 and the probe 20. Sample 15 at the timing of
The same effect can be obtained by applying the voltage.

【0064】また、通常、ACモードのAFMに於い
て、マイクロカンチレバー21は、固有の共振周波数に
合わせて、50〜200KHz程度の周波数領域で振動
する。よって、探針21が最も試料15に接近した瞬間
毎にレーザ光を出射することは物理的に困難であり、実
際の測定では、測定ポイント毎に探針21が試料15に
最も接近した任意の瞬間のみレーザ光を出射すればよ
い。
In the AC mode AFM, the microcantilever 21 normally vibrates in a frequency range of about 50 to 200 KHz in accordance with its own resonance frequency. Therefore, it is physically difficult to emit a laser beam at each moment when the probe 21 comes closest to the sample 15, and in actual measurement, the probe 21 comes close to the sample 15 at any measurement point. It suffices to emit laser light only at the moment.

【0065】次に、この発明の第4の実施の形態を説明
する。この第4の実施の形態は、上述した第3の実施の
形態の変形例であり、AFM/SNOMの同時測定で、
探針が試料に最接近した時にフォトマルの受光面がオン
となるようにした例である。
Next explained is the fourth embodiment of the invention. The fourth embodiment is a modification of the above-described third embodiment, and is a simultaneous AFM / SNOM measurement.
In this example, the light receiving surface of the photomultiplier is turned on when the probe comes closest to the sample.

【0066】図7に於いて、試料15の下部に臨界角プ
リズム16及びレーザ光源17が設けられている。上記
試料15には、所定の電圧が与えられるべくバイアス電
圧供給回路18が接続されている。
In FIG. 7, a critical angle prism 16 and a laser light source 17 are provided below the sample 15. A bias voltage supply circuit 18 is connected to the sample 15 so that a predetermined voltage is applied.

【0067】上記試料15上には、探針20を有したマ
イクロカンチレバー21が加振用圧電体34に固定され
ている。この加振用圧電体34の振動は、接続された発
信器35からの出力信号に基いて行われる。上記マイク
ロカンチレバー21の上方には、振動するマイクロカン
チレバー21の振幅を検出すると共に、この振幅の変化
に基いて試料15の表面形状を検出するための変位検出
系23が設けられている。また、マイクロカンチレバー
21の近傍には、エバネッセント場25に探針20が接
した時に発生する散乱光を検出するためのフォトマル2
4が設けられている。このフォトマル24の受光面には
シャッタ37が設けられており、変位検出系23に接続
された駆動回路38によって開閉動作するようになって
いる。
On the sample 15, a micro cantilever 21 having a probe 20 is fixed to a vibrating piezoelectric body 34. The vibration of the vibrating piezoelectric body 34 is performed based on the output signal from the connected oscillator 35. Above the micro cantilever 21, a displacement detection system 23 is provided for detecting the amplitude of the vibrating micro cantilever 21 and detecting the surface shape of the sample 15 based on the change in the amplitude. In the vicinity of the micro cantilever 21, a photomultiplier 2 for detecting scattered light generated when the probe 20 contacts the evanescent field 25.
4 are provided. A shutter 37 is provided on the light receiving surface of the photomultiplier 24, and is opened / closed by a drive circuit 38 connected to the displacement detection system 23.

【0068】また、本実施の形態に於いて検出される表
面情報は、従来行われるACモードに於ける検出方法と
同様である。このような構成に於いて、発信器35から
の出力信号に従って加振用圧電体34が駆動し、マイク
ロカンチレバー21が振動を始める。そして、探針20
が、試料15との間に原子間力が発生する程度近接した
状態で、レーザ光源17からレーザ光を臨界角プリズム
16へ入射し、エバネッセント場25に基く散乱光がフ
ォトマル24で検出されることを確認する。
The surface information detected in this embodiment is the same as that in the conventional detection method in the AC mode. In such a configuration, the vibrating piezoelectric body 34 is driven according to the output signal from the oscillator 35, and the microcantilever 21 starts vibrating. And the probe 20
However, the laser light is incident on the critical angle prism 16 from the laser light source 17 in a state of being close to the sample 15 to the extent that an atomic force is generated, and the scattered light based on the evanescent field 25 is detected by the photomal 24. Make sure that.

【0069】次に、変位検出系23の出力信号に同期し
て、駆動回路38がレーザ光源17から出射するレーザ
光の出射タイミングを計算する。そして、そのタイミン
グに合わせてシャッタ37の開閉を行う。このシャッタ
37の開閉タイミングは観察者が任意に設定できるが、
散乱光が最も大きくなる時、すなわち、探針20が試料
15に最も接近する瞬間が好ましい。何故なら、この瞬
間が最も外部からのノイズを検出しないからである。
Next, in synchronization with the output signal of the displacement detection system 23, the drive circuit 38 calculates the emission timing of the laser light emitted from the laser light source 17. Then, the shutter 37 is opened and closed according to the timing. An observer can arbitrarily set the opening / closing timing of the shutter 37,
The time when the scattered light becomes maximum, that is, the moment when the probe 20 comes closest to the sample 15 is preferable. This is because this moment does not detect the most external noise.

【0070】以上の動作により、探針20と試料15表
面上のエバネッセント場25との接触により発生する散
乱光が、フォトマル24に入力される。このフォトマル
24の出力から、試料15の光学的情報が得られる。
By the above operation, the scattered light generated by the contact between the probe 20 and the evanescent field 25 on the surface of the sample 15 is input to the photo-mulch 24. The optical information of the sample 15 can be obtained from the output of the photomultiplier 24.

【0071】これによって、試料15表面上のエバネッ
セント場25を、マイクロカンチレバー21の探針20
で伝搬光に変換された出力は、マイクロカンチレバー2
1が試料15表面に最接近した時のみにフォトマル24
で受光することが可能となる。 この第4の実施の形態
は、上述した第3の実施の形態と同様の効果を奏する。
As a result, the evanescent field 25 on the surface of the sample 15 is converted into the probe 20 of the micro cantilever 21.
The output converted into propagating light by the micro cantilever 2
Photomar 24 only when 1 comes closest to the surface of sample 15.
It becomes possible to receive light. The fourth embodiment has the same effects as the above-described third embodiment.

【0072】また、通常、ACモードのAFMにおい
て、マイクロカンチレバー21は、固有の共振周波数に
合わせて、50〜200KHz程度の周波数領域で振動
する。よって、探針21が最も試料15に接近した瞬間
ごとにシャッタ37を開閉することは物理的に困難であ
り、実際の測定では、測定ポイントごとに探針21が試
料15に最も接近した任意の瞬間のみシャッタ37を開
閉すればよい。
Further, in the AC mode AFM, the microcantilever 21 normally vibrates in a frequency range of about 50 to 200 KHz in accordance with its own resonance frequency. Therefore, it is physically difficult to open and close the shutter 37 at each moment when the probe 21 comes closest to the sample 15, and in actual measurement, the probe 21 comes close to the sample 15 at any point for each measurement point. The shutter 37 may be opened and closed only at the moment.

【0073】次に、この発明の第5の実施の形態を説明
する。この第5の実施の形態は、STM/AFM同時測
定の電流信号の検出(ロックイン方式)による例であ
る。
Next explained is the fifth embodiment of the invention. The fifth embodiment is an example of detection of a current signal for simultaneous STM / AFM measurement (lock-in method).

【0074】図8に於いて、加算回路32が接続された
試料15は、圧電体26上に載置されている。そして、
この試料15上には、探針20を有するマイクロカンチ
レバー21が加振用圧電体34に固定されて設けられて
いる。この加振用圧電体34には、増幅器39を介して
ロックインアンプ40の内蔵発信器の出力が供給され
る。また、マイクロカンチレバー21に接続された電流
電圧変換回路22の出力は、ロックインアンプ40に入
力される。更に、上記マイクロカンチレバー21の上方
に設けられた変位検出系23の出力も、ロックインアン
プ40に供給される。
In FIG. 8, the sample 15 to which the adding circuit 32 is connected is placed on the piezoelectric body 26. And
A micro cantilever 21 having a probe 20 is provided on the sample 15 so as to be fixed to a vibrating piezoelectric body 34. The output of the built-in oscillator of the lock-in amplifier 40 is supplied to the vibrating piezoelectric body 34 via the amplifier 39. The output of the current-voltage conversion circuit 22 connected to the micro cantilever 21 is input to the lock-in amplifier 40. Further, the output of the displacement detection system 23 provided above the micro cantilever 21 is also supplied to the lock-in amplifier 40.

【0075】また、本実施の形態に於いて検出される表
面情報は、従来行われるACモードに於ける検出方法と
同様である。このような構成に於いて、増幅器39から
の出力信号に従って加振用圧電体34が駆動し、マイク
ロカンチレバー21が振動を始める。また、これと同時
に、バイアス電圧供給回路18からは試料15にバイア
ス電圧が印加される。
The surface information detected in this embodiment is the same as that in the conventional AC mode detection method. In such a configuration, the vibrating piezoelectric body 34 is driven according to the output signal from the amplifier 39, and the micro cantilever 21 starts vibrating. At the same time, a bias voltage is applied from the bias voltage supply circuit 18 to the sample 15.

【0076】更に、探針20が、試料15との間に原子
間力が発生する程度近接した状態で、試料15と探針2
0との間にトンネル電流が流れていることを電流電圧変
換回路22で確認する。
Further, the probe 20 and the sample 15 are kept close to each other to the extent that an atomic force is generated between the sample 15 and the sample 15.
It is confirmed by the current-voltage conversion circuit 22 that the tunnel current is flowing between 0 and 0.

【0077】次に、変位検出系23の出力信号が、ロッ
クインアンプ40で検出される。そして、そのロックイ
ンアンプ40の検出タイミングに合わせて電流電圧変換
回路22でのトンネル電流を検出する。このトンネル電
流の検出タイミングは観察者が任意に設定できるが、ト
ンネル電流が最も大きくなる時、すなわち、探針20が
試料15に最も接近する瞬間が好ましい。何故なら、こ
の瞬間が最も高感度の検出が可能だからである。
Next, the lock-in amplifier 40 detects the output signal of the displacement detection system 23. Then, the tunnel current in the current-voltage conversion circuit 22 is detected at the detection timing of the lock-in amplifier 40. The timing of detecting the tunnel current can be arbitrarily set by the observer, but it is preferable that the tunnel current becomes maximum, that is, the moment when the probe 20 comes closest to the sample 15. This is because the most sensitive detection is possible at this moment.

【0078】このような動作により、探針20と試料1
5表面との間に流れるトンネル電流が電流電圧変換回路
22で検出される。この電流電圧変換回路22の出力か
ら、試料15の電気的情報が得られる。このように検出
されたトンネル電流は、図6(b)で説明したエバネッ
セント場と同様な分布を示すトンネル電流の内、最も高
感度の部分のみを図6(c)と同様な方法で抽出してい
る。
By such an operation, the probe 20 and the sample 1 are
The current-voltage conversion circuit 22 detects the tunnel current flowing between the surface and the surface. The electrical information of the sample 15 can be obtained from the output of the current-voltage conversion circuit 22. The tunnel current detected in this way is extracted in the same manner as in FIG. 6C from only the most sensitive portion of the tunnel current having the same distribution as the evanescent field described in FIG. 6B. ing.

【0079】また、具体的には、マイクロカンチレバー
21の共振周波数をfo とした場合、ロックインアンプ
40の取込みの自定数(τ)を、10/fo 程度に設定
する。それと共に、1ライン512点取込みで走査周波
数をfo /(10×2×512)とすることで、マイク
ロカンチレバー21の共振周波数に応答した電流信号が
得られる。
Further, specifically, when the resonance frequency of the microcantilever 21 is fo, the self-constant (τ) of the lock-in amplifier 40 uptake is set to about 10 / fo. At the same time, the scanning frequency is set to fo / (10 × 2 × 512) by capturing 512 points on one line, so that a current signal in response to the resonance frequency of the microcantilever 21 can be obtained.

【0080】このように、第5の実施の形態によれば、
STM/AFM同時測定に於いて、1度の走査により複
数の情報を検出できることから、同一試料の同一個所に
於ける測定結果の再現性を向上させることができる。ま
た、単なる平均的なトンネル電流の出力を検出するので
は無く、マイクロカンチレバー21の共振周波数に応答
したS/Nの良いトンネル電流信号の検出が可能にな
る。
As described above, according to the fifth embodiment,
In the simultaneous STM / AFM measurement, a plurality of pieces of information can be detected by one scan, so that the reproducibility of the measurement result at the same location of the same sample can be improved. In addition, it is possible to detect a tunnel current signal having a good S / N in response to the resonance frequency of the microcantilever 21, rather than simply detecting the average tunnel current output.

【0081】尚、この発明の上記実施態様によれば、以
下の如き構成を得ることができる。 (1) 測定対象となる試料に対向して走査可能に配置
され、先端に探針を有して自由端に保持されたマイクロ
カンチレバーと、このマイクロカンチレバーの変位信号
を検出して上記試料の表面形状を得る第1の検出手段
と、上記試料の表面形状以外の情報を、上記第1の検出
手段の検出と同時に検出する第2の検出手段とを具備
し、上記第1の検出手段及び第2の検出手段の検出結果
に基いて上記試料の表面情報を得ることを特徴とする走
査型プローブ顕微鏡。
According to the above embodiment of the present invention, the following constitution can be obtained. (1) A micro cantilever that is arranged so as to be able to scan facing a sample to be measured, has a probe at its tip and is held at its free end, and the displacement signal of this micro cantilever is detected to detect the surface of the sample. A first detecting means for obtaining a shape; and a second detecting means for detecting information other than the surface shape of the sample simultaneously with the detection by the first detecting means. 2. A scanning probe microscope, wherein the surface information of the sample is obtained based on the detection result of the second detection means.

【0082】(2) 上記第2の検出手段は、上記試料
の表面形状以外の情報を得るために上記試料への外部情
報の入力タイミングを検出することを特徴とする上記
(1)に記載の走査型プローブ顕微鏡。
(2) The second detecting means detects the input timing of external information to the sample in order to obtain information other than the surface shape of the sample. Scanning probe microscope.

【0083】(3) 上記第2の検出手段は、上記試料
の表面形状以外の情報を得るために電流測定時のバイア
ス電圧へのフィードバック回路を構成することを特徴と
する上記(1)に記載の走査型プローブ顕微鏡。
(3) In the above-mentioned (1), the second detecting means constitutes a feedback circuit to the bias voltage at the time of measuring the current in order to obtain information other than the surface shape of the sample. Scanning probe microscope.

【0084】(4) 測定対象となる試料に対向して走
査可能に配置され、先端に探針を有して自由端に保持さ
れたマイクロカンチレバーと、このマイクロカンチレバ
ーの変位信号を検出して上記試料の表面形状を得る第1
の検出手段と、上記試料の電気的情報を、上記第1の検
出手段の検出と同時に検出する第2の検出手段と、上記
試料の光学的情報を、上記第1及び第2の検出手段によ
る検出と同時に検出する第3の検出手段とを具備し、上
記試料の表面形状、電気的情報及び光学的情報に基いて
上記試料の表面情報を得ることを特徴とする走査型プロ
ーブ顕微鏡。
(4) A micro cantilever, which is arranged so as to face a sample to be measured so as to be scannable, has a probe at its tip and is held at its free end, and a displacement signal of this micro cantilever is detected to detect the above. First to obtain the surface shape of the sample
And the second detection means for detecting electrical information of the sample at the same time as the detection of the first detection means, and the optical information of the sample by the first and second detection means. A scanning probe microscope, comprising: a third detection means for detecting at the same time as the detection, wherein the surface information of the sample is obtained based on the surface shape, electrical information and optical information of the sample.

【0085】(5) 測定対象となる試料に対向して走
査可能に配置され、先端に探針を有して自由端に保持さ
れたマイクロカンチレバーと、このマイクロカンチレバ
ーの変位信号を検出して上記試料の表面形状を得る第1
の検出手段と、上記試料の電気的情報を、上記第1の検
出手段の検出と同時に検出する第2の検出手段とを具備
し、上記試料の表面形状及び電気的情報に基いて上記試
料の表面情報を得ることを特徴とする走査型プローブ顕
微鏡。
(5) A micro cantilever which is arranged so as to be able to scan facing a sample to be measured, has a probe at its tip and is held at its free end, and a displacement signal of this micro cantilever is detected to detect the above. First to obtain the surface shape of the sample
Detecting means and second detecting means for detecting electrical information of the sample simultaneously with the detection of the first detecting means. Based on the surface shape of the sample and the electrical information of the sample, A scanning probe microscope characterized by obtaining surface information.

【0086】(6) 上記第2の検出手段は、電流測定
時のバイアス電圧へのフィードバック回路を構成するこ
とを特徴とする上記(5)に記載の走査型プローブ顕微
鏡。 (7) 測定対象となる試料に対向して走査可能に配置
され、先端に探針を有して自由端に保持されたマイクロ
カンチレバーと、このマイクロカンチレバーの変位信号
を検出して上記試料の表面形状を得る第1の検出手段
と、上記試料の光学的情報を、上記第1の検出手段によ
る検出と同時に検出する第2の検出手段とを具備し、上
記試料の表面形状及び光学的情報に基いて上記試料の表
面情報を得ることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
(6) The scanning probe microscope according to the above (5), wherein the second detecting means constitutes a feedback circuit to the bias voltage at the time of measuring the current. (7) The surface of the sample, which is arranged so as to be able to scan facing the sample to be measured, has a probe at the tip and is held at the free end, and the displacement signal of this microcantilever is detected. A first detecting means for obtaining a shape and a second detecting means for detecting the optical information of the sample at the same time as the detection by the first detecting means are provided. A scanning probe microscope, wherein the surface information of the sample is obtained based on the scanning probe microscope.

【0087】(8) 上記第2の検出手段は、上記試料
の表面形状以外の情報を得るために上記試料への外部情
報の入力タイミングを検出することを特徴とする上記
(7)に記載の走査型プローブ顕微鏡。
(8) The second detecting means detects the input timing of external information to the sample in order to obtain information other than the surface shape of the sample. Scanning probe microscope.

【0088】(9) 上記第2の検出手段は、上記試料
の光学的情報の入力タイミングを決定する発信手段を有
することを特徴とする上記(8)に記載の走査型プロー
ブ顕微鏡。
(9) The scanning probe microscope according to the above (8), wherein the second detecting means has a transmitting means for determining the input timing of the optical information of the sample.

【0089】(10) 上記第2の検出手段は、上記試
料の光学的情報の入力タイミングに同期して上記光学的
情報の入力を許可する入力許可手段を有することを特徴
とする上記(8)に記載の走査型プローブ顕微鏡。
(10) The second detecting means has an input permitting means for permitting the input of the optical information in synchronization with the input timing of the optical information of the sample. The scanning probe microscope according to 1.

【0090】(11) 測定対象となる試料に対向して
走査可能に配置され、先端に探針を有して自由端に保持
されたマイクロカンチレバーと、このマイクロカンチレ
バーの変位信号を検出して上記試料の表面形状を得る第
1の検出手段と、上記試料の電気的情報を、上記第1の
検出手段の検出と同時に検出するもので、上記マイクロ
カンチレバーの走査周波数に応じた電流測定時の該マイ
クロカンチレバーへのフィードバック回路を有した第2
の検出手段とを具備し、上記試料の表面形状及び電気的
情報に基いて上記試料の表面情報を得ることを特徴とす
る走査型プローブ顕微鏡。
(11) A microcantilever which is arranged so as to be able to scan facing a sample to be measured, has a probe at its tip and is held at its free end, and the displacement signal of this microcantilever is detected to detect the above. First detection means for obtaining the surface shape of the sample and electrical information of the sample are detected at the same time as the detection by the first detection means, and the electrical information of the sample at the time of current measurement according to the scanning frequency of the micro cantilever is detected. Second with feedback circuit to micro cantilever
And a detecting means for obtaining the surface information of the sample based on the surface shape and electrical information of the sample.

【0091】[0091]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、同一画
素から異種の信号(情報)を得る際に、複数の信号が検
出できるマイクロカンチレバーを用いること、及び検出
感度が改善されるフィードバック系・信号検出方式を採
用することで、解析的な手法を通して空間的な分解能を
向上させるると共に、再現性の高い走査型プローブ顕微
鏡を提供することが可能となる。
As described above, according to the present invention, when the different signals (information) are obtained from the same pixel, a micro cantilever capable of detecting a plurality of signals is used, and a feedback system in which the detection sensitivity is improved. -By adopting the signal detection method, it becomes possible to improve the spatial resolution through an analytical method and provide a scanning probe microscope with high reproducibility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の第1の実施の形態を示すもので、S
TM/AFM/SNOMの機能(導電性、高屈折率の探
針)を有した複合顕微鏡の概略構成を示した図である。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, in which S
It is the figure which showed the schematic structure of the compound microscope which has the function of TM / AFM / SNOM (conductivity and the probe of a high refractive index).

【図2】複数の信号を検出した結果の画像解釈の例を示
した図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of image interpretation of a result of detecting a plurality of signals.

【図3】第2の実施の形態の概略構成を示すもので、導
電性を有するマイクロカンチレバーを用いたコンタクト
モードのSTM/AFM(バイアスフィードバック方
式)同時測定の機能を有した複合顕微鏡のブロック図で
ある。
FIG. 3 is a block diagram of a compound microscope having a function of simultaneous contact mode STM / AFM (bias feedback method) measurement using a conductive micro-cantilever, showing a schematic configuration of a second embodiment. Is.

【図4】コンタクトモードSTM/AFM同時測定に於
けるバイアスフィードバック方式による画像の例を示し
た図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of an image by a bias feedback method in contact mode STM / AFM simultaneous measurement.

【図5】この発明の第3の実施の形態を示す複合顕微鏡
の概略構成を示したブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a compound microscope according to a third embodiment of the present invention.

【図6】AFM/SNOM同時測定のレーザの入射のタ
イミングの例を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the timing of laser incidence for simultaneous AFM / SNOM measurement.

【図7】この発明の第4の実施の形態を示すもので、A
FM/SNOM同時測定のフォトマルのオンオフの機能
を有した複合顕微鏡の概略構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention, in which A
It is a block diagram which shows the schematic structure of the compound microscope which has the function of ON / OFF of the photomultiplier of FM / SNOM simultaneous measurement.

【図8】この発明の第5の実施の形態の概略構成を示す
もので、STM/AFM同時測定の電流信号のロックイ
ン検出の機能を有した複合顕微鏡のブロック図である。
FIG. 8 shows a schematic configuration of a fifth embodiment of the present invention, and is a block diagram of a compound microscope having a function of lock-in detection of a current signal for simultaneous STM / AFM measurement.

【図9】従来のSPM測定に用いられるACモードの装
置の構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram of an AC mode device used for conventional SPM measurement.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

15 試料、 16 臨界角プリズム、 17 レーザ光源、 18 バイアス電圧供給回路、 20 探針、 21 マイクロカンチレバー、 22 電流電圧変換回路、 23 変位検出系、 24 フォトマルチプライヤ光電管(フォトマル)、 25 エバネッセント場、 26 圧電体、 29 差動増幅器、 30 フィードバック回路、 31 加算回路、 32 電流値設定回路、 34 加振用圧電体、 35 発信器、 36 レーザ出力調整機構回路。 15 sample, 16 critical angle prism, 17 laser light source, 18 bias voltage supply circuit, 20 probe, 21 micro cantilever, 22 current-voltage conversion circuit, 23 displacement detection system, 24 photomultiplier photoelectric tube (photomul), 25 evanescent field , 26 piezoelectric body, 29 differential amplifier, 30 feedback circuit, 31 addition circuit, 32 current value setting circuit, 34 vibration piezoelectric body, 35 oscillator, 36 laser output adjusting mechanism circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀 邦夫 東京都渋谷区幡ケ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kunio Hori 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定対象となる試料に対向して走査可能
に配置され、先端に探針を有して自由端に保持されたマ
イクロカンチレバーと、 このマイクロカンチレバーの変位信号を検出して上記試
料の表面形状を得る第1の検出手段と、 上記試料の表面形状以外の情報を、上記第1の検出手段
の検出と同時に検出する第2の検出手段とを具備し、 上記第1の検出手段及び第2の検出手段の検出結果に基
いて上記試料の表面情報を得ることを特徴とする走査型
プローブ顕微鏡。
1. A microcantilever, which is arranged so as to be capable of scanning in opposition to a sample to be measured, has a probe at its tip and is held at its free end, and the sample by detecting a displacement signal of the microcantilever. The first detection means for obtaining the surface shape of the sample and the second detection means for detecting information other than the surface shape of the sample simultaneously with the detection of the first detection means. And a scanning probe microscope, wherein surface information of the sample is obtained based on the detection result of the second detection means.
【請求項2】 上記第2の検出手段は、上記試料の表面
形状以外の情報を得るために上記試料への外部情報の入
力タイミングを検出す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。
2. The scanning type according to claim 1, wherein the second detecting means detects the input timing of external information to the sample in order to obtain information other than the surface shape of the sample. Probe microscope.
【請求項3】 上記第2の検出手段は、上記試料の表面
形状以外の情報を得るために電流測定時のバイアス電圧
へのフィードバック回路を構成す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. The scanning according to claim 1, wherein the second detecting means constitutes a feedback circuit to the bias voltage at the time of measuring the current in order to obtain information other than the surface shape of the sample. Type probe microscope.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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