CN107966589A - 扫描型探针显微镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扫描型探针显微镜，即使是分束器能够移动的结构也能够高精度地进行观察。在确认扫描型探针显微镜(1)中的试样(S)和悬臂(4)的位置的情况下，用户使光学显微镜(10)与壳体(2)的上表面(21)的第一开口部(21a)相向配置，通过把持并旋转设置于壳体(2)的侧面(22)的操作部，来使被保持部保持的分束器(6)在壳体(2)内旋转移动，从光学显微镜(10)的视场内退出。因此，能够始终将分束器(6)配置在壳体(2)内，从而能够防止用户触碰到分束器(6)。其结果，能够防止分束器(6)损坏、污垢附着于分束器(6)。另外，能够缩短分束器(6)的移动距离。因此，能够抑制分束器(6)的位置产生偏移。

Description

扫描型探针显微镜

技术领域

本发明涉及一种具备使分束器移动的机构的扫描型探针显微镜。

背景技术

以往利用扫描型探针显微镜作为检查试样的微细的表面形状的装置。在扫描型探针显微镜中，通过使探针相对于试样的表面相对移动来对试样的表面进行扫描，由此检测在该扫描过程中作用于探针与试样表面之间的物理量(隧道电流或原子间作用力等)的变化。而且，通过对探针的相对位置进行反馈控制以使扫描过程中的上述物理量保持固定，由此能够根据其反馈量测定试样的表面形状。

作为这样的扫描型探针显微镜，利用了形成有用于确认试样和探针的位置的观察窗的装置。在该扫描型探针显微镜中，以与观察窗相向的方式设置光学显微镜。然后，使用光学显微镜确认试样和探针的位置，来进行试样和探针的定位(例如，参照下述专利文献1)。

在专利文献1所记载的扫描型探针显微镜中，在测定试样的表面形状的情况下，从光源射出的激光在被分束器反射之后，被探针和反射镜反射，并被光电二极管接收。另一方面，在使用光学显微镜确认试样和探针的位置的情况下，将分束器从反射位置处移走。然后，在使分束器从光学显微镜的光路上退出的状态下，通过光学显微镜来确认试样和探针的位置。由此，能够提高进行试样和探针的定位时的可视性。

专利文献1：日本专利第4032272号公报

发明内容

发明要解决的问题

在如上述那样的以往的扫描型探针显微镜中，在使用光学显微镜时，以将分束器引出到壳体的外侧的方式移动分束器。因此，存在用户触碰到分束器的可能性。如果用户触碰到分束器，则存在分束器损坏、污垢附着于分束器的情形。另外，由于分束器的移动距离变大，因此导致分束器的位置产生偏移的可能性变大。即，在以往的扫描型探针显微镜中，由于设为分束器能够移动的结构，而观察时的精度有可能下降。

本发明是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于提供一种即使是分束器能够移动的结构也能够高精度地进行观察的扫描型探针显微镜。

用于解决问题的方案

(1)本发明所涉及的扫描型探针显微镜具备悬臂、光源、光接收部、分束器、壳体以及旋转机构。所述悬臂沿着试样的表面进行扫描。所述光源朝向所述悬臂照射光。所述光接收部接收来自所述悬臂的反射光。所述分束器设置在从所述光源到所述光接收部的光路上，使在该光路上通过的光反射。所述壳体至少将所述悬臂和所述分束器收纳在内部。所述旋转机构通过使所述分束器旋转移动来使所述分束器在所述壳体内从所述光路上退出。在所述壳体的上表面形成有用于相向地配置用于观察试样的表面的光学显微镜的开口部。所述分束器在位于所述光路上时被配置在所述光学显微镜的视场内，通过所述旋转机构使所述分束器旋转移动来使所述分束器从所述光路上退出，由此所述分束器也从所述光学显微镜的视场内退出。所述旋转机构具备操作部。所述操作部设置在所述壳体中的除上表面以外的侧面，供用户在使所述分束器旋转移动时把持。

根据这样的结构，在确认试样和悬臂的位置时，用户使光学显微镜与壳体的上表面的开口部相向配置，把持设置于壳体的侧面的操作部进行规定的操作，由此通过旋转机构使分束器旋转移动，能够使分束器从光学显微镜的视场内退出。另外，操作部由于设置于壳体的侧面，因此不会干扰光学显微镜。此时，分束器在壳体内进行旋转移动。

因此，即使在使分束器旋转移动的情况下，也能够始终将分束器配置在壳体内，从而能够防止用户触碰到分束器。

其结果，能够防止分束器损坏、污垢附着于分束器。

另外，由于分束器以旋转移动的方式进行移动，因此能够缩短分束器的移动距离。

因此，能够抑制分束器的位置产生偏移。

这样，根据本发明所涉及的扫描型探针显微镜，即使是分束器能够移动的结构，也能够高精度地进行观察。

(2)另外，也可以是，所述旋转机构具备保持部和轴部。所述保持部用于保持所述分束器。所述轴部与所述保持部连结。也可以是，所述轴部基于所述操作部的操作来旋转，来使与该轴部连结的所述保持部同所述分束器一起旋转移动。

根据这样的结构，能够根据用户对操作部的操作，使经由轴部来与操作部连结的分束器稳定地旋转移动。

(3)另外，也可以是，所述轴部以其延长线相对于所述分束器的中心偏心的方式与所述保持部连结。

根据这样的结构，当轴部基于用户对操作部的操作来旋转时，分束器大幅地进行旋转移动。

因此，能够使用户为了使分束器移动而进行的操作部的操作为小幅的动作。

(4)另外，也可以是，在所述旋转机构与所述侧面之间设置弹性构件。所述弹性构件用于防止所述旋转机构晃动。

根据这样的结构，能够抑制由于旋转机构晃动而使分束器的位置产生偏移。

(5)另外，也可以是，所述扫描型探针显微镜还具备止动件。所述止动件用于在所述分束器处于位于所述光路上的插入位置和所述分束器处于从所述光路上退出的退出位置时分别限制所述操作部的旋转位置。

根据这样的结构，通过止动件限制操作部的旋转位置，能够使分束器可靠地配置于插入位置或退出位置。

发明的效果

根据本发明，分束器在壳体内进行旋转移动。因此，能够防止用户触碰到分束器，从而能够防止分束器损坏、污垢附着于分束器。另外，能够缩短分束器的移动距离。因此，能够抑制分束器的位置产生偏移。即，即使是分束器能够移动的结构，也能够高精度地进行观察。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的扫描型探针显微镜的结构例的截面图。

图2是表示图1的扫描型探针显微镜的旋转机构的立体图。

图3是表示图1的扫描型探针显微镜的侧视图。

图4是沿着图3的A-A线的截面图。

附图标记说明

1：扫描型探针显微镜；2：壳体；4：悬臂；5：光源；6：分束器；7：光接收部；10：光学显微镜；11：旋转机构；21：上表面；21a：第一开口部；22：侧面；111：保持部；112：轴部；113：操作部；114：卡定部；221：第一限制销；222：第二限制销。

具体实施方式

1.扫描型探针显微镜的整体结构

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的扫描型探针显微镜1的结构例的截面图。扫描型探针显微镜1例如是原子力显微镜(AFM：Atomic Force Microscope)。扫描型探针显微镜1具备壳体2、台3、悬臂4、光源5、分束器6、光接收部7以及反射镜8。

壳体2形成为中空状的箱状。壳体2具备上表面21、侧面22以及底面23。在上表面21形成有作为开口部的一例的第一开口部21a。在底面23形成有第二开口部23a。上表面21的第一开口部21a和底面23的第二开口部23a以在上下方向上相向的方式配置。在上表面21载置有光学显微镜10。将光学显微镜10与上表面21的第一开口部21a相向配置。

台3配置在壳体2的下方，具体地说，配置在底面23的第二开口部23a的下方。台3形成为沿上下方向延伸的圆柱状。在台3的上端面载置有试样S。台3例如在其外周面安装有压电元件(未图示)。而且，通过对该压电元件施加电压，台3适当地变形，从而台3上的试样S的位置发生变化。

悬臂4配置在壳体2内，具体地说，配置在壳体2的底面23的第二开口部23a附近。悬臂4例如是单侧支承的长条状的构件，在自由端侧的前端部设置有探针。悬臂4(悬臂4的探针)沿着台3上的试样S的表面进行扫描。

光源5配置在壳体2内。光源5构成为射出激光。

分束器6配置在壳体2内，通常配置在光源5的光路上。详细内容在后面记述，分束器6能够在被配置于光源5的光路上的插入位置B与从光源5的光路上退出的退出位置C之间移动。插入位置B和退出位置C是壳体2内的规定的位置。分束器6在被配置于插入位置B的状态下使来自光源5的光反射向悬臂4。此时(被配置于插入位置B时)，分束器6被配置于来自光源5的光的光路上，并且配置在光学显微镜10的视场内。

光接收部7配置在壳体2内。光接收部7例如是光电二极管等，构成为接收并检测来自悬臂4的反射光。在壳体2内，将反射镜8配置于悬臂4与光接收部7之间。

在扫描型探针显微镜1中，在进行试样S的观察的情况下，将分束器6配置于插入位置B。然后，使台3适当变形，从而台3上的试样S的位置发生变化。由此，悬臂4的探针相对于试样S的表面相对地移动，从而沿着试样S的表面进行扫描。在该扫描过程中作用于探针与试样S的表面之间的原子间作用力发生变化。

另外，从光源5照射激光。来自光源5的光被分束器6反射后去向悬臂4的探针。然后，被悬臂4的探针反射的光(反射光)被反射镜8反射，并被光接收部7接收。

由于悬臂4的探针沿着试样S的表面的凹凸相对地移动，因此悬臂4的探针与凹凸的形状相应地弯曲。当悬臂4的探针弯曲时，在光接收部7中接收反射光的位置发生变化。因而，根据光接收部7中的接收反射光的光接收位置的变化，能够检测在扫描过程中作用于悬臂4的探针与试样S的表面之间的原子间作用力的变化。而且，根据该原子间作用力的变化来测定试样S的表面形状。

另一方面，在确认试样S和悬臂4的位置的情况下，将分束器6配置于退出位置C。而且，使分束器6从光源5的光路上退出并且从光学显微镜10的视场内退出。在该状态下，使用光学显微镜10确认试样S和悬臂4的位置，来进行它们的定位。此时，停止从光源5照射激光。

这样，在扫描型探针显微镜1中，在进行试样S的观察的情况下将分束器6配置于插入位置B，在确认试样S和悬臂4的位置的情况下将分束器6配置于退出位置C。

2.旋转机构的结构

如上述那样，分束器6在壳体2内在插入位置B与退出位置C之间移动。而且，通过旋转机构11的动作来进行该分束器6的移动。

图2是表示旋转机构11的立体图。

旋转机构11是用于通过使分束器6旋转移动来使分束器6在壳体2内移动的机构，具备保持部111、轴部112、操作部113以及卡定部114。

保持部111形成为板状。将分束器6固定于保持部111的一个端面。即，保持部111保持着分束器6。

轴部112从保持部111的另一个端面朝向另一侧延伸。轴部112形成为沿与保持部111的另一个端面的正交方向延伸的圆柱状。轴部112的一端部例如通过粘接被固定(连结)于保持部111。在沿所述正交方向观察时，轴部112被配置在不与分束器6的中心重叠的位置处。这样，轴部112以其延长线相对于分束器6的中心偏心的方式与保持部111连结。

操作部113被固定(连结)于轴部112的另一个端部。操作部113形成为侧视观察下为椭圆形状的板状。轴部112被固定于操作部113的长轴方向上的一端部。

卡定部114被固定于轴部112的中央部。卡定部114形成为侧视观察下为圆形状的板状。卡定部114的中心部被固定于轴部112。

这样，旋转机构11由一体形成的保持部111、轴部112、操作部113以及卡定部114构成。

3.旋转机构和分束器的动作

图3是表示扫描型探针显微镜1的侧视图。图4是沿着图3的A-A线的截面图。

在扫描型探针显微镜1的壳体2的侧面22设置有第一限制销221和第二限制销222。

第一限制销221形成为棒状，从侧面22朝向外侧(与侧面22正交的方向且壳体2的外侧方向)延伸。如图4所示，在侧面22形成有贯通孔22a。第一限制销221在水平方向上与贯通孔22a隔开间隔地配置。

如图3和图4所示，第二限制销222形成为棒状，从侧面22朝向外侧(与侧面22正交的方向且壳体2的外侧方向)延伸。第二限制销222与贯通孔22a隔开间隔地配置在贯通孔22a的上方。第二限制销222和第一限制销221是止动件的一例。

上述的旋转机构11被安装于壳体2的侧面22。具体地说，如图4所示，旋转机构11的轴部112以能够旋转的状态贯通于壳体2的侧面22的贯通孔22a。在该状态下，旋转机构11的操作部113配置在壳体2(侧面22)的外侧，旋转机构11的保持部111(保持部111和分束器6)和卡定部114配置在壳体2(侧面22)的内侧。操作部113以与侧面22邻接的方式配置。卡定部114与侧面22隔开间隔地配置。在卡定部114与侧面22之间设置有弹性构件30。

弹性构件30例如是具有呈波形状弯曲的截面形状的板簧(波形垫圈)，轴部112贯通于该弹性构件30的中央部。弹性构件30以被压缩的状态介于卡定部114与侧面22之间。由此，对旋转机构11施加朝向从侧面22离开的方向(内侧)的作用力。

在使用光学显微镜10确认在扫描型探针显微镜1中的试样S和悬臂4的位置的情况下，用户从图3所示的状态把持操作部113并使操作部113旋转。在该例子中，用户使操作部113在侧视观察下逆时针地朝向第二限制销222侧旋转，并使操作部113抵接于第二限制销222。

由此，轴部112及保持部111同操作部113一起旋转。而且，被保持部111保持的分束器6旋转移动。如上述那样，轴部112由于其延长线相对于分束器6的中心偏心，因此分束器6大幅地旋转移动而被配置于退出位置C(参照图1)。

此时，由于操作部113抵接于第二限制销222，因此限制操作部113的进一步的移动(旋转)。而且，通过从弹性构件30对旋转机构11施加的作用力来保持分束器6被配置于退出位置C的状态。

另外，从该状态起，在扫描型探针显微镜1开始观察试样S的情况下，用户把持操作部113并使操作部113向与上述的方向相反的方向旋转。在该例子中，用户使操作部113在侧视观察下顺时针地朝向第一限制销221侧旋转，如图3所示那样使操作部113抵接于第一限制销221。

由此，轴部112及保持部111同操作部113一起旋转。而且，被保持部111保持的分束器6旋转移动而被配置于插入位置B(参照图1)。

此时，由于操作部113抵接于第一限制销221，因此限制操作部113的进一步的移动(旋转)。而且，通过从弹性构件30对旋转机构11施加的作用力来保持分束器6被配置于插入位置B的状态。

另外，通过从弹性构件30对旋转机构11施加的作用力来防止操作部113(旋转机构11)晃动。并且，在用户解除了把持操作部113的把持状态等情况下不对操作部113施加力时，操作部113(旋转机构11)不进行旋转移动而通过弹性构件30的作用力被固定配置于任意的位置。

如以上那样，在扫描型探针显微镜1中，通过用户把持并旋转操作部113，来经由轴部112使保持部111旋转移动。由此，被保持部111保持的分束器6在壳体2内在插入位置B与退出位置C之间旋转移动。

4.作用效果

(1)在本实施方式中，如图1所示，在使用光学显微镜10确认扫描型探针显微镜1中的试样S和悬臂4的位置的情况下，用户将光学显微镜10与壳体2的上表面21的第一开口部21a相向配置，通过把持并旋转设置于壳体2的侧面22的操作部113，来使轴部112和保持部111旋转移动。而且，使被保持部111保持的分束器6在壳体2内旋转移动，来使该分束器6从光学显微镜10的视场内退出。

因此，即使在使分束器6移动的情况下，也能够始终将分束器6配置在壳体2内，从而能够防止用户触碰到分束器6。

其结果，能够防止分束器6损坏、污垢附着于分束器6。

另外，分束器6以旋转移动的方式进行移动，因此能够缩短分束器6的移动距离。

因此，能够抑制分束器6的位置产生偏移。

这样，根据扫描型探针显微镜1，即使是分束器6能够移动的结构，也能够高精度地进行观察。

(2)另外，在本实施方式中，如图2所示，旋转机构11具备用于保持分束器6的保持部111和与保持部111连结的轴部112。而且，通过根据用户对操作部113的操作来使轴部112旋转，由此与轴部112连结的保持部111同分束器6一起旋转移动。

根据这样的结构，能够根据用户对操作部113的操作，使经由轴部112来与操作部113连结的分束器6稳定地旋转移动。

(3)另外，在本实施方式中，如图2所示，轴部112以其延长线相对于分束器6的中心偏心的方式与保持部111连结。

因此，当根据用户对操作部113的操作来使轴部112旋转时，分束器6大幅地旋转移动。

其结果，能够使用户为了使分束器6移动而进行的操作部113的操作(操作部113的旋转动作)为小幅的动作。

(4)另外，在本实施方式中，如图4所示，在卡定部114与侧面22之间设置有弹性构件30。而且，通过弹性构件30对旋转机构11施加朝向从侧面22离开的方向的作用力，来防止旋转机构11晃动。

因此，能够抑制由于旋转机构11晃动而使分束器6的位置产生偏移。

(5)另外，在本实施方式中，如图3所示，在扫描型探针显微镜1的壳体2的侧面22设置有第一限制销221和第二限制销222。在将分束器6配置于插入位置B的状态下，操作部113抵接于第一限制销221，限制操作部113的旋转移动。另外，在将分束器6配置于退出位置C的状态下，操作部113抵接于第二限制销222，限制操作部113的旋转移动。

因此，通过第一限制销221和第二限制销222来限制操作部113的旋转移动，能够使分束器6可靠地配置于插入位置B或退出位置C。

5.变形例

在上述的实施方式中，设为使用具备压电元件的台3作为用于使悬臂4相对于试样S的表面相对移动的机构进行了说明。但是，用于使悬臂4相对于试样S的表面相对移动的机构不限于压电元件，能够使用其它任意的机构来改变台3相对于悬臂4的位置。另外，也可以不改变台3相对于悬臂4的位置，而是通过改变悬臂4相对于台3的位置来使悬臂4相对于试样S的表面相对移动那样的机构。

另外，在上述的实施方式中，对于将本发明应用于作为扫描型探针显微镜的一例的原子力显微镜的结构进行了说明。但是，本发明不限于原子力显微镜，也能够应用于隧道显微镜(STM：Scanning Tunneling Microscope(扫描式隧道显微镜))等其它的扫描型探针显微镜。

另外，在上述的实施方式中，设为弹性构件30是波形垫圈进行了说明。但是，弹性构件30不限于波形垫圈，也可以是具有其它形状的板簧，还可以是螺旋弹簧或橡胶等其它弹性构件。

另外，在上述的实施方式中，设为弹性构件30配置于卡定部114与侧面22之间进行了说明。但是，弹性构件30也可以配置于操作部113与侧面22之间。

另外，在上述的实施方式中，设为操作部113是侧视观察下为椭圆形状的板状进行了说明。但是，操作部113也可以其它的形状、例如棒状、圆锥状。

另外，在上述的实施方式中，设为用于限制操作部113的旋转移动的止动件是第一限制销221和第二限制销222进行了说明。但是，用于限制操作部113的旋转移动的止动件只要是从侧面22突出的凸状物即可，不限于棒状的销。例如，用于限制操作部113的旋转移动的止动件也可以是从侧面22突出的板状的构件。

Claims (5)

1.一种扫描型探针显微镜，其特征在于，具备：

悬臂，其沿着试样的表面进行扫描；

光源，其朝向所述悬臂照射光；

光接收部，其接收来自所述悬臂的反射光；

分束器，其设置在从所述光源到所述光接收部的光路上，用于使在该光路上通过的光反射；

壳体，其至少将所述悬臂和所述分束器收纳在内部；以及

旋转机构，其通过使所述分束器旋转移动，来使所述分束器在所述壳体内从所述光路上退出，

其中，在所述壳体的上表面形成有用于相向地配置用于观察试样的表面的光学显微镜的开口部，

所述分束器在位于所述光路上时被配置在所述光学显微镜的视场内，通过所述旋转机构使所述分束器旋转移动来使所述分束器从所述光路上退出，由此所述分束器也从所述光学显微镜的视场内退出，

所述旋转机构具备供用户在使所述分束器旋转移动时把持的操作部，该操作部设置于所述壳体中的除上表面以外的侧面。

2.根据权利要求1所述的扫描型探针显微镜，其特征在于，

所述旋转机构具备用于保持所述分束器的保持部以及与所述保持部连结的轴部，

所述轴部基于所述操作部的操作来旋转，由此与该轴部连结的所述保持部同所述分束器一起旋转移动。

3.根据权利要求2所述的扫描型探针显微镜，其特征在于，

所述轴部以其延长线相对于所述分束器的中心偏心的方式与所述保持部连结。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的扫描型探针显微镜，其特征在于，

在所述旋转机构与所述侧面之间设置有弹性构件，该弹性构件用于防止所述旋转机构晃动。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的扫描型探针显微镜，其特征在于，

还具备止动件，该止动件用于在所述分束器处于位于所述光路上的插入位置和所述分束器处于从所述光路上退出的退出位置时分别限制所述操作部的旋转位置。