CN110398613A - 扫描型探针显微镜及光强度调整方法 - Google Patents

扫描型探针显微镜及光强度调整方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够提高用户的操作性的扫描型探针显微镜及光强度调整方法。扫描型探针显微镜(1)具备光源、检测器(7)、壳体、开闭门、开闭传感器(14)以及控制部(16)等。开闭门被设置于壳体。控制部(16)也作为光强度变更处理部(164)起作用。在扫描型探针显微镜(1)中，当开闭传感器(14)检测到开闭门的开闭时，光强度变更处理部(164)基于开闭传感器(14)的检测结果，自动变更从光源(4)照射的光的强度。因此，能够省去用户手动的光的强度调整作业。其结果，能够提高使用扫描型探针显微镜(1)时的用户的操作性。

Description

扫描型探针显微镜及光强度调整方法
技术领域
本发明涉及使悬臂沿样品的表面进行扫描从而来获取样品的表面图像的扫描型探针显微镜、以及该扫描型探针显微镜的光强度调整方法。
背景技术
以往，使用扫描型探针显微镜来作为对样品的细微的表面形状进行检查的装置。在扫描型探针显微镜中，探针对样品的表面进行相对移动来进行扫描，并且在该扫描中激光被照射于探针。然后，基于来自探针的反射光，检测作用于探针与样品表面之间的物理量(隧道电流或原子力等)的变化。然后，通过对探针的相对位置进行反馈控制以将扫描中的上述物理量保持为固定，从而能够基于该反馈量来对样品的表面形状进行测定(例如，参照下述专利文献1)。
在专利文献1所述的扫描型探针显微镜中，能够对向探针照射的激光的强度进行调整。由此，例如能够根据探针的种类对激光的强度进行调整，从而提高测定精度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2008－51556号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
在上述以往的扫描型探针显微镜中，通过手动进行激光的强度的调整。因此，会产生用户的操作繁杂化的不便。另外，有时在安全性的方面也会产生不便。具体来说，在扫描型探针显微镜中，在进行激光的光轴调整的作业时等、开放扫描型探针显微镜的壳体的情况下，从安全性的观点来看需要降低激光的强度。在该情况下，用户通过手动对激光的强度进行调整，在发生了操作失误的情况下，壳体可能会保持激光的强度较高的状态被开放，这是危险的。
本发明是鉴于上述实际情况而完成的，目的在于提供一种能够提高用户的操作性的扫描型探针显微镜。
[用于解决问题的技术手段]
(1)本发明的扫描型探针显微镜是使悬臂沿样品的表面进行扫描从而来获取样品的表面图像的扫描型探针显微镜。所述扫描型探针显微镜具备光源、检测器、壳体、开闭门、开闭传感器、以及光强度变更处理部。所述光源向所述悬臂照射光。所述检测器接收来自所述悬臂的反射光。所述壳体在内部收纳所述光源以及所述检测器。所述开闭门开闭所述壳体。所述开闭传感器对所述开闭门的开闭进行检测。所述光强度变更处理部基于所述开闭传感器的检测结果对从所述光源照射的光的强度进行变更。
根据这样的构成，在扫描型探针显微镜中，当开闭传感器检测到被设置于壳体的开闭门的开闭时，光强度变更处理部基于开闭传感器的检测结果，自动变更从光源照射的光的强度。
因此，能够省去用户手动的光的强度调整作业。
其结果，能够提高使用扫描型探针显微镜时的用户的操作性。
(2)另外，在所述开闭传感器检测到所述开闭门被打开的情况下，所述光强度变更处理部也可以使从所述光源照射的光的强度下降得比在所述开闭门关闭的状态下进行样品的测定时要低。
根据这样的构成，在开闭门被打开时，来自光源的光的强度被光强度变更处理部自动降低。
因此，能够防止开闭门在来自光源的光的强度保持高的状态下被打开。
其结果，能够提高使用扫描型探针显微镜时的安全性。
(3)本发明的光强度调整方法是通过使悬臂沿样品的表面进行扫描，用所述悬臂使从光源照射的光发生反射，并用检测器接收该反射光，从而来对样品的表面图像进行获取的扫描型探针显微镜的光强度调整方法。所述光强度调整方法还具备光强度变更步骤，在用于对壳体进行开闭的开闭门被开闭的情况下，对从所述光源照射的光的强度进行变更，所述壳体在内部收纳所述光源以及所述检测器。
(4)另外，在所述光强度变更步骤中，在所述开闭门被打开的情况下，也可以使从所述光源照射的光的强度下降得比关闭所述开闭门进行样品的测定时要低。
[发明效果]
根据本发明，在扫描型探针显微镜中，当开闭传感器检测到被设置于壳体的开闭门的开闭时，光强度变更处理部基于开闭传感器的检测结果，自动变更从光源照射的光的强度。因此，能够省去用户手动的光的强度调整作业。其结果，能够提高使用扫描型探针显微镜时的用户的操作性。
附图说明
图1是示出了本发明的一实施方式的扫描型探针显微镜的构成例的概略图。
图2是示出了控制部及其周边的构件的电气构成的框图。
具体实施方式
1.扫描型探针显微镜的整体构成
图1是示出了本发明的一实施方式的扫描型探针显微镜1的构成例的概略图。该扫描型探针显微镜1(SPM)例如具备载物台2、悬臂3、光源4、分束器5、镜子6以及检测器7等，用于通过使悬臂3相对于样品S的表面进行扫描，来得到样品S的表面的凹凸图像(表面图像)。
另外，扫描型探针显微镜1具备壳体10以及开闭门11。壳体10形成为箱状。开闭门11被设置于壳体10。开闭门11形成为板状，并且构成为能够以一端部为中心旋转。开闭门11是用于开闭壳体10的门。具体来说，开闭门11在关闭状态下覆盖形成于壳体10的开口(封闭)，在打开状态下将形成于壳体10的开口开放。
悬臂3、光源4、分束器5、镜子6以及检测器7被收纳于壳体10内。
在扫描型探针显微镜1中，样品S被载置于载物台2上。在扫描型探针显微镜1中，通过使载物台2以及悬臂3中的某一方位移，从而悬臂3沿样品S的表面相对移动。
载物台2例如在其外周面设置有压电元件(未图示)。在使载物台2位移(变形)的情况下，电压被施加至压电元件。由此，载物台2适当变形，载物台2上的样品S的位置会发生变化。
悬臂3被设置于与载物台2上的样品S相对的位置。悬臂3例如是长度为150μm左右、宽度为30～40μm左右的非常小的长条状的构件，并被悬臂支承。在悬臂3的自由端侧的顶端部形成有反射面31。在悬臂3中，在与反射面31相反一侧的表面上设置有探针32。通过使该探针32沿样品S的表面移动，从而能够得到样品S的表面的凹凸图像。
光源4例如是半导体激光器等激光光源。
分束器5被配置于供来自光源4的光入射的位置。来自光源4的光经过分束器5入射至悬臂3。
此外，在从光源4到悬臂3的光路中也可以设置有例如准直透镜、聚焦透镜(均未图示)等其他的光学构件。在该情况下，能够在由准直透镜将来自光源4的照射光转换为平行光后，用聚焦透镜使该平行光聚光从而引导至悬臂3一侧。
除了分束器5之外，上述准直透镜以及聚焦透镜等构成用于将来自光源4的照射光引导至悬臂3的光学系统。但是，光学系统的构成并非限定于此，也可以是不具备上述那样的各光学构件中的至少1个的构成。
镜子6通过使在悬臂3的反射面31上反射了的光再次反射，来将该光引导至检测器7。
检测器7例如是像4分割光电二极管等那样具备光电二极管的构成。
在扫描型探针显微镜1中，在进行样品S的观察的情况下，悬臂3的探针32在载物台2上设置有样品S的状态下对样品S的表面相对移动，沿样品S的表面进行扫描。在该扫描中，作用于悬臂3的探针32与样品S的表面之间的原子力等物理量会发生变化。
另外，从光源4照射激光。来自光源4的光经过分束器5照射向悬臂3的反射面31。然后，在悬臂3的反射面31上被反射的光(反射光)被镜子6再次反射从而被检测器7接收。
这里，悬臂3的反射面31相对于与来自光源4的照射光的光轴L正交的方向以规定的倾斜角度θ倾斜。因此，在使悬臂3的探针32沿样品S的表面的凹凸移动的情况下，悬臂3会弯曲，从而反射面31的倾斜角度θ发生变化。此时，在检测器7中接收来自反射面31的反射光的位置会发生变化。因此，能够基于检测器7中的反射光的受光位置的变化，来检测出在扫描中作用于悬臂3的探针32与样品S的表面之间的物理量的变化。然后，对悬臂3的探针32的相对位置进行反馈控制以保持该物理量固定，基于该反馈量对样品S的表面形状进行测定(表面图像被获取)。
2.控制部及其周边的构件的电气构成
图2是示出了扫描型探针显微镜1的控制部16及其周边的构件的电气构成的框图。
扫描型探针显微镜1除了具备上述光源4以及检测器7，还具备显示部12、移动机构13、开闭传感器14、存储部15以及控制部16等来作为电气构成。
显示部12例如由液晶显示器等构成。
移动机构13是用于使载物台2或悬臂3移动的机构(用于使载物台2与悬臂3进行相对移动的机构)。具体来说，移动机构13使载物台2分别在X方向以及Y方向上移动，或者使悬臂3分别在X方向以及Y方向上移动。
开闭传感器14被设置于开闭门11的附近。开闭传感器14是用于对开闭门11的开闭进行检测的传感器。开闭传感器14可以是接触型的传感器，也可以是非接触型的传感器。
存储部15由ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)以及硬盘等构成。在存储部15中存储有表面图像151。表面图像151是样品S的表面图像的信息。
控制部16例如是包含CPU(Central Processing Unit，中央处理器)的构成。在控制部16上电连接有光源4、检测器7、显示部12、移动机构13、开闭传感器14以及存储部15等。通过使CPU执行程序，控制部16作为扫描处理部161、图像获取处理部162、显示处理部163以及光强度变更处理部164等起作用。
扫描处理部161通过控制移动机构13的动作，使悬臂3对样品S的表面相对位移。
图像获取处理部162基于由扫描处理部161进行的扫描中的来自检测器7的检测信号，来对样品S的表面图像进行获取。图像获取处理部162所获取到的表面图像的信息作为表面图像151被存储于存储部15中。
显示处理部163进行读取存储部15的表面图像151、并且将所读取的表面图像151显示在显示部12中的处理。
光强度变更处理部164基于来自开闭传感器14的检测信号，来进行变更光源4的强度的处理。
3.控制部的控制动作
在扫描型探针显微镜1中，在对样品S的表面图像进行获取的情况下，首先，通过扫描处理部161的控制，移动机构13开始动作。然后，悬臂3相对于样品S的表面进行相对位移，并且来自光源4的激光被照射至悬臂3。进一步地，检测器7检测出悬臂3的相对位置的反馈量。另外，图像获取处理部162基于来自检测器7的检测信号获取样品S的表面图像，该表面图像的信息作为表面图像151被存储于存储部15中。显示处理部163进行读取表面图像151、并且将所读取的表面图像151显示在显示部12中的处理。
在进行这样的获取表面图像的动作时，开闭门11被关闭。在该状态下，开闭传感器14对开闭门11被关闭的情况进行检测。光强度变更处理部164根据开闭传感器14检测到开闭门11被关闭的情况，将光源4的强度保持在较高状态。这样一来，由于样品S的表面图像在从光源4照射的强度高的状态下被获取，因此能够获取高精度的图像。
另一方面，有时会在测定前等进行光轴调整。光轴调整通过对各种光学系统的构件(例如光源4、镜子6以及检测器7等)的配置进行调整，以使来自光源4的激光准确地照射至悬臂3的反射面31来进行。在该情况下，在开闭门11被打开的状态下进行作业。当开闭门11被打开时，开闭传感器14对开闭门11被打开的情况进行检测。当开闭传感器14检测到开闭门11被关闭时，光强度变更处理部164降低光源4的强度(光强度变更步骤)。在该状态下，进行光轴调整的作业。这样一来，在用户打开开闭门11对壳体10的内部进行作业的情况下，光源4的强度通过光强度变更处理部164的控制被自动降低。因此，使用扫描型探针显微镜1时的用户的操作性提高，并且安全性提高。
具体来说，在光源4被CW驱动的状态下，光强度变更处理部164进行对APC(AutoPower Control，自动功率控制)驱动、ACC(Auto Current Control，自动电流控制)驱动的设定值进行变更的处理来作为光强度变更处理。另外，在光源4被脉冲驱动的情况下，光强度变更处理部164进行对DUTY比(占空比)进行变更的处理来作为光强度变更处理。
4.作用效果
(1)根据本实施方式，扫描型探针显微镜1具备光源4、检测器7、壳体10、开闭门11、开闭传感器14以及控制部16等。开闭门11被设置于壳体10。控制部16也作为光强度变更处理部164起作用。在扫描型探针显微镜1中，当开闭传感器14检测到开闭门11的开闭时，光强度变更处理部164基于开闭传感器14的检测结果，自动变更从光源4照射的光的强度(光强度变更步骤)。
因此，能够省去用户手动的光的强度调整作业。
其结果，能够提高使用扫描型探针显微镜1时的用户的操作性。
(2)另外，根据本实施方式，在扫描型探针显微镜1中，在开闭传感器14检测到开闭门11被打开的情况下，光强度变更处理部164将从光源4照射的光的强度降得比在开闭门11关闭的状态下进行样品S的测定时要低。
也就是说，在扫描型探针显微镜1中，在开闭门11被打开时，来自光源4的激光的强度被光强度变更处理部164自动降低。
因此，能够防止开闭门11在来自光源4的激光的强度保持高的状态下被打开。
其结果，能够提高使用扫描型探针显微镜1时的安全性。
另外，由于在开闭门11被打开时光源4的强度被降低，因此能够延长光源4的寿命。例如，在光轴调整时，与测定时间相比会花费较长时间，因此使光源4的强度降低是有效的。进一步地，在光强度变更处理部164进行变更光源4的DUTY比的处理的情况下，由于熄灭光源4的时间增长，因此能够进一步延长光源4的寿命。
符号说明
1 扫描型探针显微镜
3 悬臂
4 光源
7 检测器
10 壳体
11 开闭门
14 开闭传感器
16 控制部
151 表面图像
164 光强度变更处理部。

Claims (4)

1.一种扫描型探针显微镜，其通过使悬臂沿样品的表面进行扫描来获取样品的表面图像，
所述扫描型探针显微镜的特征在于，具备：
光源，其向所述悬臂照射光；
检测器，其接收来自所述悬臂的反射光；
壳体，其在内部收纳所述光源以及所述检测器；
开闭门，其用于开闭所述壳体；
开闭传感器，其对所述开闭门的开闭进行检测；以及
光强度变更处理部，其基于所述开闭传感器的检测结果对从所述光源照射的光的强度进行变更。
2.根据权利要求1所述的扫描型探针显微镜，其特征在于，
在所述开闭传感器检测到所述开闭门被打开的情况下，所述光强度变更处理部使从所述光源照射的光的强度下降到比在所述开闭门关闭的状态下进行样品的测定时要低。
3.一种光强度调整方法，其是通过使悬臂沿样品的表面进行扫描，用所述悬臂使从光源照射的光发生反射，并用检测器接收该反射光，从而来对样品的表面图像进行获取的扫描型探针显微镜的光强度调整方法，
所述光强度调整方法的特征在于，
包含光强度变更步骤，在用于对壳体进行开闭的开闭门被开闭的情况下，对从所述光源照射的光的强度进行变更，所述壳体在内部收纳所述光源以及所述检测器。
4.根据权利要求3所述的光强度调整方法，其特征在于，
在所述光强度变更步骤中，在所述开闭门被打开的情况下，使从所述光源照射的光的强度下降到比关闭所述开闭门进行样品的测定时要低。
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