CN112630144A - 扫描型探针显微镜以及扫描型探针显微镜的位置调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扫描型探针显微镜以及扫描型探针显微镜的位置调整方法。悬臂在前端部具有探针。照射部向悬臂照射激光。检测部包括用于接收由悬臂反射的激光的受光面，检测受光面上的激光的光斑。驱动部调整检测部的位置。激光调整部调整向悬臂照射的激光。如果在测定试样的特性时悬臂发生了位移的情况下，将激光的光斑在受光面上位移的方向设为第一方向，将在受光面上与第一方向正交的方向设为第二方向，则激光调整部调整激光，使得在调整检测部的位置时的激光的光斑在第二方向上的长度比在测定试样的特性时的激光的光斑在第一方向上的长度长。

Description

扫描型探针显微镜以及扫描型探针显微镜的位置调整方法

技术领域

本发明涉及一种扫描型探针显微镜以及扫描型探针显微镜的位置调整方法。

背景技术

在扫描型探针显微镜中，使用被称为悬臂的形成有探针的悬臂梁。在扫描型探针显微镜中，将悬臂的翘曲或振动的变化变换为照射到悬臂背面的激光的反射光的变化，从而利用光电检测器进行检测。在光电检测器中，检测反射光的位置、强度以及相位等的变化，并变换为各种物理信息(例如，参照日本特开2000-346782号公报)。

发明内容

在扫描型探针显微镜中，在测定试样之前，需要调整光电检测器的位置，以使悬臂的反射光准确地入射到光电检测器，且反射光的光斑位于光电检测器的中央。该光电检测器的位置调整由于是在更换了悬臂的情况下必须进行的作业，因此期望在短时间内进行。

扫描型探针显微镜一般构成为：在该光电检测器的位置调整中激光的反射光的至少一部分入射到光电检测器的情况下，能够根据反射光的入射位置来推测光电检测器相对于反射光的方向，并使光电检测器向该方向移动。

但是，在激光的反射光入射到光电检测器之外的情况下，无法推测光电检测器相对于反射光的方向。即，无法确定使光电检测器向哪个方向移动才能够使激光的反射光入射到光电检测器，因此需要使光电检测器随机地移动，直到激光的反射光入射到光电检测器为止，这成为光电检测器的位置调整耗费时间的主要原因。

因此，本发明的目的在于提供一种能够缩短光电检测器的位置调整所耗费的时间的扫描型探针显微镜以及扫描型探针显微镜的位置调整方法。

本发明的某个方面所涉及的扫描型探针显微镜具备悬臂、照射部、检测部、驱动部、测定部以及激光调整部。悬臂在前端部具有探针。照射部向悬臂照射激光。检测部包括用于接收由悬臂反射的激光的受光面，检测受光面上的激光的光斑。驱动部调整检测部的位置。测定部构成为基于根据激光的光斑在受光面上的位移而计算出的悬臂的位移，来测定试样的特性。激光调整部调整向悬臂照射的激光。如果在测定试样的特性时悬臂发生了位移的情况下，将激光的光斑在受光面上位移的方向设为第一方向，将在受光面上与第一方向正交的方向设为第二方向，则激光调整部调整激光，使得在调整检测部的位置时的激光的光斑在第二方向上的长度比在测定试样的特性时的激光的光斑在第一方向上的长度长。

根据与附图相关联地理解的本发明所涉及的以下的详细说明，本发明的上述目的、特征、方面及优点以及其它目的、特征、方面及优点会变得明确。

附图说明

图1是示出实施方式1所涉及的扫描型探针显微镜的结构的概要图。

图2是示出探针、悬臂以及支架的图。

图3是说明试样测定时的光电检测器中的激光光斑的位移的图。

图4是说明比较例所涉及的光电检测器的位置调整的一例的图。

图5是说明实施方式1所涉及的光电检测器的位置调整的一例的图。

图6是示出实施方式1的变形例所涉及的扫描型探针显微镜的结构的概要图。

图7是说明实施方式1的变形例所涉及的光电检测器的位置调整的控制的流程图。

图8是示出实施方式2所涉及的扫描型探针显微镜的结构的概要图。

图9是说明实施方式2所涉及的光电检测器的位置调整的一例的图。

图10是示出激光的光束的光斑直径与激光的强度的关系的图。

图11是说明实施方式2所涉及的光电检测器的位置调整的控制的流程图。

图12是说明实施方式3所涉及的光电检测器的位置调整的一例的图。

图13是说明实施方式3所涉及的光电检测器的位置调整的控制的流程图。

图14是说明实施方式1～3所涉及的激光光斑的尺寸和形状的调整的控制的一例的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。此外，以下对图中的相同或相当的部分标注相同的附图标记，原则上不重复其说明。

[实施方式1]

图1是示出实施方式1所涉及的扫描型探针显微镜100的结构的图。

参照图1，实施方式1所涉及的扫描型探针显微镜100具备光学系统80、悬臂2、测定部14、驱动部11、44、扫描器43、激光调整部20以及操作部13。

悬臂2在表面的自由端部即前端具有探针7。试样9与探针7相向地配置在扫描器43上。悬臂2由于探针7与试样9之间的原子间力(引力或斥力)而发生位移。

光学系统80向悬臂2的背面照射激光，并检测在悬臂2的背面反射的激光。光学系统80能够检测由悬臂2的弯曲引起的位移。光学系统80具备激光光源30、作为第一反射镜的分束器3、作为第二反射镜的反射镜4以及光电检测器5。

激光光源30由发射激光的激光振荡器、准直透镜以及聚焦透镜等构成。光电检测器5由检测所入射的激光的光电二极管等构成。从激光光源30发射的激光由分束器3反射而入射到悬臂2。激光光源30和分束器3对应于“照射部”的一个实施例。

激光由悬臂2反射，再由反射镜4反射而入射到光电检测器5的受光面50。当悬臂2发生位移时，向光电检测器5的受光面50入射的激光的位置也发生位移。即，在扫描型探针显微镜100中，能够根据激光的光斑在光电检测器5的受光面50上的位移来测定悬臂2的位移。光电检测器5对应于“检测部”的一个实施例。以下，将激光的光斑也简称为“光斑”或“激光光斑”。

激光调整部20通过调整激光光源30的准直透镜和聚焦透镜，来调整激光光源30的激光光束的光斑的尺寸、形状、强度等。

测定部14基于由光学系统80检测的激光的检测信号来计算向光电检测器5入射的激光的位置。测定部14基于根据所计算出的该激光位置的变化而得到的悬臂2的位移，来测定试样9的特性。例如，测定部14根据悬臂2的位移的时间变化来制作表示作用力的时间变化的力曲线等。测定部14向驱动部44发送用于驱动扫描器43的控制信号。

显示部16显示测定部14的计算结果和测定结果。显示部16例如显示光电检测器5中的激光光斑的位置。显示部16例如是液晶显示器。

驱动部11是用于调整光电检测器5的位置的机构。驱动部11例如是螺钉。

操作部13用于分析者对驱动部11进行驱动。操作部13例如是调节螺钉。

显示部16、驱动部11以及操作部13用于在开始测定试样之前调整激光光束以使其适当地入射到光电检测器5。具体地说，分析者一边确认显示部16中显示的激光光斑在光电检测器5中的位置一边对操作部13进行操作，由此移动驱动部11来调整光电检测器5的位置。

驱动部44通过驱动扫描器43，来使载置在扫描器43上的试样9与探针7之间的相对位置关系变化。

图2是示出探针7、悬臂2以及支架15的图。如图2所示，探针7安装在悬臂2的前端。保持器15是支承悬臂2的构件。来自分束器3的激光例如向悬臂2中的探针7的背侧的区域入射，所入射的激光由悬臂2反射。反射光由反射镜4反射而入射到光电检测器5。

图3是说明试样测定时的光电检测器5中的激光光斑的位移的图。受光面50是光电检测器5中的用于检测由悬臂2反射的激光的光斑的面。由图2示出的悬臂2反射的激光在受光面50上形成大致圆形状的激光光斑s0。受光面50具有单边的长度为d2的正方形的形状。受光面50被分割成4份。光电检测器5构成为通过将激光光斑s0在分割出的各受光面上被检测到的比例进行比较，来检测激光光斑s0的位置。

更详细地说，在试样测定前悬臂2没有位移的状态下，调整光电检测器5的位置，使得激光光斑s0位于受光面50的中央。如果在试样测定时悬臂2发生位移，则激光光斑s0的位置沿着与悬臂的位移方向(即挠曲方向)对应的方向(箭头a1的方向)位移。箭头a1的方向对应于“第一方向”。通过激光调整部20将激光光斑s0的直径d1调节为适于测定试样的直径。

以下，对光电检测器5的位置调整进行说明。首先说明比较例所涉及的光电检测器5的位置调整。

图4是说明比较例所涉及的光电检测器5的位置调整的一例的图。在测定试样之前，调整光电检测器5的位置，使得如图4的(3)所示那样激光光斑s1位于受光面50的中央。图4的(1)、图4的(2)是示出向该适当的位置调整的过程的图。

图4的(1)表示激光的照射范围在受光面50的外部、光斑s1不在受光面50中的状态。在该状态下，光电检测器5无法检测激光，因此无法判别激光光斑s1位于受光面50的哪个方向。因此，分析者一边使光电检测器5沿箭头a2所示的方向(以下，也称为方向a2)和箭头a3所示的方向(以下，也称为方向a3)移动，一边使光电检测器5持续移动到在受光面50中包括激光光斑s1的至少一部分为止。此外，方向a2是与图3的方向a1相同的方向。因此，方向a3对应于与方向a1正交的“第二方向”。光斑s1的中心c1以及光斑s1与受光面50的距离d3在后文叙述。

图4的(2)表示在受光面50中包括激光光斑s1的至少一部分的状态。在该状态下，分析者能够推测激光光斑s1相对于受光面50的方向。因此，分析者对操作部13进行操作，向推测出的激光光斑s1的方向驱动光电检测器5，分析者进行调整以使激光光斑s1位于受光面50的中央。

图4的(3)表示使光电检测器5沿推测出的激光光斑s1的方向移动的结果是激光光斑s1被调整为位于受光面50的中央的状态。

通过这样，在比较例中，调整光电检测器5的位置，以使激光光斑s1位于受光面50的中央。但是，在比较例中，在开始调整光电检测器5的位置时激光位于受光面50之外的情况下，担心直到成为使激光光斑s1的至少一部分包括在受光面50中的状态为止会耗费时间。即，担心直到从图4的(1)到图4的(2)为止的时间变长。

因此，在本实施方式所涉及的扫描型探针显微镜100中，通过调整激光的光斑的形状和/或尺寸来使激光光斑易于进入受光面。由此，缩短直到激光光斑的至少一部分包括在受光面50中为止的时间。在实施方式1中，对激光光斑在a2方向上的长度不变而扩大a3方向上的长度的情况下的例子进行说明。

图5是说明实施方式1所涉及的光电检测器的位置调整的一例的图。图5是与图4进行对比的图，在图5中，激光的光斑s2与图4的激光的光斑s1不同。

在图5中，激光光斑s2在a2方向(即，光斑s2因悬臂的位移(弯曲)而位移的方向)上的长度d1与图4的(1)的激光光斑s1在a2方向上的长度d1相同。激光光斑s2在a3方向上的长度d2被调整为大于d1且与受光面50在a3方向上的长度d2相同。即，激光光斑s2具有长径为d2、短径为d1的椭圆状。

图5的(1)中的光斑s2的中心c2相对于受光面50的位置与图4的(1)中的光斑s1的中心c1相对于受光面50的位置相同。但是，图5的(1)中的光斑s2与受光面50的距离d4比图4的(1)中的光斑s1与受光面50的距离d3小。

在图5的(1)的状态下，激光光斑s2位于受光面50的外侧，因此无法判别激光光斑s2相对于受光面50位于哪个方向。因此，分析者使光电检测器5沿方向a2和方向a3移动，直到成为在受光面50中包括激光光斑s2的至少一部分的状态、即成为图5的(2)的状态为止。在此，如上所述，图5的(1)中的光斑s2与受光面50的距离d4比图4的(1)中的光斑s1与受光面50的距离d3小。因此，认为能够缩短直到成为激光光斑的至少一部分包括在受光面50中的状态为止所耗费的时间的可能性高。

当成为图5的(2)的状态时，分析者能够推测激光光斑s2相对于受光面50的方向。因此，分析者对操作部13进行操作，以使光电检测器5向所推测出的激光光斑s2的方向移动从而使激光光斑s2位于受光面50的中央。其结果，激光光斑s2如图5的(3)那样被调整为位于受光面50的中央。

在图5的(3)中，与悬臂的位移方向对应的方向a1的方向上的长度d1与比较例中的该长度相同。因此，即使在图5的(3)的状态下进行试样的测定，也能够实现与在图4的(3)中进行试样的测定时相同的测定精度。因此，不需要在光电检测器5的位置调整之后且试样的测定之前调整激光光斑，因此不需要额外的时间。

并且，在上述图4和图5的说明中，考虑了在开始光电检测器5的位置调整时激光光斑s1、s2位于受光面50之外的状态(即，图4的(1)、图5的(1))，但实际上也存在在开始光电检测器5的位置调整时呈激光光斑s1、s2的至少一部分包括在受光面50中的状态(即，图4的(2)、图5的(2))的情况。在此，在开始位置调整时，即使光电检测器5与激光光斑s1、s2的中心c1、c2的位置关系相同，由于光斑s2在a3方向上的宽度宽，因此与光斑s1相比，光斑s2的至少一部分包括在受光面50中的状态的可能性更高。即，与使用比较例所涉及的激光光斑s1相比，在使用实施方式1所涉及的激光光斑s2的情况下，在开始光电检测器5的位置调整时激光光斑的一部分包括在受光面50中的可能性更高。因此，在实施方式1中，原本就不需要搜索受光面50外的激光光斑的可能性也变高，预计能缩短光电检测器5的位置调整的时间。

此外，在图5中用正方形示出了受光面50，但受光面50的形状不限定于此，例如也可以是长方形或圆形。另外，将激光光斑s2在a3方向上的长度设为与受光面50的一边相同，为d2，但激光光斑s2在a3方向上的长度不限定于此，只要在能够确保在受光面50中检测到的足够强度的范围内比比较例的激光光斑s1在a3方向上的长度长即可。

如上所述，实施方式1所涉及的扫描型探针显微镜100与比较例所涉及的以往的扫描型探针显微镜相比，不改变光斑s2在a2方向上的长度而扩大a3方向上的长度，由此在光电检测器5的位置调整中激光光斑位于受光面50之外的情况下，能够缩短直到激光光斑的至少一部分包括在光电检测器5的受光面50中为止的时间。并且，在开始光电检测器5的位置调整时，能够提高激光光斑的至少一部分包括在光电检测器5的受光面50中的概率。因此，能够缩短光电检测器5的位置调整所耗费的时间。除此以外，实施方式1所涉及的扫描型探针显微镜100的与悬臂的位移方向对应的光斑的尺寸等同于以往的扫描型探针显微镜的与悬臂的位移方向对应的光斑的尺寸，因此即使在位置调整后不进行激光光斑的调整，也能够以与以往的扫描型探针显微镜相同的精度进行试样的测定。因而，具有在试样的解析前也不耗费多余的时间这样的优点。

[实施方式1的变形例]

图6是示出实施方式1的变形例所涉及的扫描型探针显微镜100B的结构的概要图。图6是与图1进行比较的图，与图1的不同点在于，在图6中追加了驱动部11B、驱动控制部12以及操作部13B。扫描型探针显微镜100B根据操作部13B的指令来利用驱动控制部12控制驱动部11B，由此能够自动地进行光电检测器5的位置调整。

驱动部11B是用于使光电检测器5的位置移动的机构。驱动部11B是对驱动部11添加了用于使马达等驱动部11移动的机构而得到的部件。

操作部13B用于分析者对驱动控制部12指示开始光电检测器5的位置调整。操作部13B例如是触摸面板、按钮等。

驱动控制部12构成为自动地进行在实施方式1中由分析者控制的光电检测器5的位置控制。驱动控制部12从操作部13B接收开始光电检测器5的位置调整的指令。驱动控制部12从测定部14接收光电检测器5的检测信号，基于该信号来控制驱动部11B，由此进行光电检测器5的位置调整。具体地说，驱动控制部12基于光电检测器5的检测信号确定光电检测器5的移动方向和移动距离，控制驱动部11B以使光电检测器5移动。

图7是说明实施方式1的变形例所涉及的光电检测器5的位置调整的控制的流程图。当驱动控制部12从操作部13B接收到开始光电检测器5的位置调整的指令时，由驱动控制部12执行图7的流程图。

在步骤S01中，驱动控制部12判定是否从操作部13B接收到开始光电检测器5的位置调整的指令。在没有从操作部13B接收到开始光电检测器5的位置调整的指令的情况下(在步骤S01中为“否”)，驱动控制部12重复进行步骤S01。在从操作部13B接收到开始光电检测器5的位置调整的指令的情况下(在步骤S01中为“是”)，在步骤S02中，驱动控制部12执行光电检测器5中的激光光斑s2的搜索。用于在光电检测器5中搜索激光光斑s2的动作例如是使光电检测器5沿着图5的(1)的方向a2和方向a3依次移动那样的动作。

在步骤S03中，驱动控制部12判定是否从测定部14接收到表示在受光面50中检测到激光光斑s2的至少一部分的光斑检测信号。在没有从测定部14接收到在受光面50中检测到激光光斑s2的光斑检测信号的情况下(在步骤S03中为“否”)，驱动控制部12使处理返回到步骤S02，来继续在光电检测器5中搜索激光光斑s2。

另一方面，在从测定部14接收到在受光面50中检测到激光光斑s2的光斑检测信号的情况下(在步骤S03中为“是”)，在步骤S04中，驱动控制部12停止在光电检测器5中搜索激光光斑s2。

在步骤S05中，驱动控制部12根据受光面50上的激光光斑s2的位置来运算激光光斑s2相对于受光面的方向。在步骤S06中，驱动控制部12使光电检测器5向激光光斑s2的方向移动，从而将激光光斑s2的位置调整为受光面50的中央。

如上所述，实施方式1的变形例所涉及的扫描型探针显微镜100B除了能够得到与实施方式1同样的作用效果之外，还能够自动地进行光电检测器5的位置调整，因此能够减轻分析者的负担。

[实施方式2]

实施方式2所涉及的扫描型探针显微镜100C为了与比较例所涉及的扫描型探针显微镜相比缩短光电检测器5的位置调整的时间，使光电检测器5的位置调整时的光斑直径比试样测定时的光斑直径大。图8是示出实施方式2所涉及的扫描型探针显微镜的结构的概要图。图8是与图6进行比较的图，与图6的不同点在于，追加了装置控制部17和操作部13C。关于扫描型探针显微镜100C，装置控制部17根据操作部13C的指令来控制激光调整部20和驱动控制部12，由此能够进行光电检测器5的位置调整以及伴随该位置调整的激光调整。

操作部13C用于分析者对装置控制部17指示开始光电检测器5的位置调整。操作部13C例如是触摸面板、按钮等。

装置控制部17在光电检测器5的位置调整中适当控制激光调整部20和驱动控制部12。因此，装置控制部17通过有线或无线与激光调整部20及驱动控制部12之间发送和接收信号。

图9是说明实施方式2所涉及的光电检测器的位置调整的一例的图。图9是与图4进行对比的图，与图4的不同点在于激光的光斑。在图9的(1)～(3)的图中，激光光斑s3是具有与受光面50的一边相同长度d2的直径的圆形。此外，激光光斑s3为圆形是指，激光光斑s3的状态也包括大致圆形的状态。

图10是示出激光光束的光斑直径与激光的强度的关系的图。如图10所示，越增大光束的光斑直径，激光的强度越降低。激光光斑s3是满足具有其灵敏度极限以上的强度的范围为直径d2这个条件的激光光斑。

在图9的(1)的状态下，激光光斑s3位于受光面50的外侧，因此无法判别激光光斑s3位于受光面50的哪个方向。因此，驱动控制部12使光电检测器5沿方向a2和方向a3移动而成为在受光面50中包括激光光斑s3的至少一部分的状态、即图9的(2)的状态。在此，图9的(1)中的光斑s3的直径比图4的(1)中的光斑s1的直径大。因此，与图4的比较例相比，能够缩短成为光斑进入受光面的状态为止所耗费的时间。另外，能够提高在开始光电检测器5的位置调整时在受光面50中已经包括激光光斑的一部分的概率。

当成为图9的(2)的状态时，驱动控制部12能够推测激光光斑s3相对于受光面50的方向。因此，驱动控制部12控制驱动部11B，以使光电检测器5向推测出的激光光斑s3的方向移动从而使激光光斑s3位于受光面50的中央。其结果，如图9的(3)那样成为将激光光斑s3调整为位于受光面50的中央的状态。

当成为图9的(3)的状态时，激光调整部20调整激光的尺寸，以使激光光斑s3的直径成为适于试样的测定的直径d1(图9的(4))。

图11是说明实施方式2所涉及的光电检测器的位置调整的控制的流程图。当装置控制部17接收到开始光电检测器5的位置调整的指令时，由装置控制部17和驱动控制部12执行图11的流程图。

在步骤S21中，装置控制部17判定是否从操作部13C接收到开始光电检测器5的位置调整的指令。在没有从操作部13C接收到开始光电检测器5的位置调整的指令的情况下(在步骤S21中为“否”)，装置控制部17重复进行步骤S21。在从操作部13C接收到开始光电检测器5的位置调整的指令的情况下(在步骤S21中为“是”)，在步骤S22中，装置控制部17控制激光调整部20，来调整激光光源30的聚焦透镜和/或准直透镜，以使激光光斑s3的直径成为d2。在步骤S23中，装置控制部17使激光光源30照射激光。

在步骤S24中，装置控制部17控制驱动控制部12，在光电检测器5中执行激光光斑s3的搜索。具体地说是指以下动作：装置控制部17例如使光电检测器5沿图9的(1)的方向a2和方向a3依次移动。

在步骤S25中，装置控制部17判定是否从驱动控制部12接收到表示在受光面50中检测到激光光斑s3的至少一部分的光斑检测信号。在没有从驱动控制部12接收到在受光面50中检测到激光光斑s3的光斑检测信号的情况下(在步骤S25中为“否”)，装置控制部17使处理返回到步骤S24，继续在光电检测器5中搜索激光光斑s3。

另一方面，在从驱动控制部12接收到在受光面50中检测到激光光斑s3的光斑检测信号的情况下(在步骤S25中为“是”)，在步骤S26中，装置控制部17停止在光电检测器5中搜索激光光斑s3。

在步骤S27中，驱动控制部12根据在受光面50中检测到的激光光斑的位置，来运算激光光斑相对于受光面的方向。在步骤S28中，驱动控制部12基于运算结果使光电检测器5向激光光斑的方向移动，从而将激光光斑的位置调整为受光面50的中央。然后，向装置控制部17发送表示该调整结束的信号。

在步骤S29中，装置控制部17控制激光调整部20，来调整激光光源30的聚焦透镜，以使激光光斑s3的直径成为d1。

如上所述，实施方式2所涉及的扫描型探针显微镜100C通过使光电检测器5的位置调整时的激光光斑的直径比试样测定时的激光光斑的直径大，能够得到与实施方式1同样的作用效果。

[实施方式3]

图12是说明实施方式3所涉及的光电检测器的位置调整的一例的图。图12是与图4进行对比的图，在图12中，激光光斑s4的尺寸与图4的激光光斑s3的尺寸不同。

在图12的(1)～(3)的图中，激光光斑s4是具有比受光面50的一边长的直径d5的圆形。此外，激光光斑s4为圆形是指，激光光斑s4的状态也包括大致圆形的状态。d5例如是使能够确保灵敏度极限以上的强度的区域最大的直径(参照图10)。

在图12的(1)的状态下，由于激光光斑s4位于受光面50的外侧，因此无法判别激光光斑s4位于受光面50的哪个方向。因此，驱动控制部12使光电检测器5沿方向a2和方向a3移动，直到在受光面50中包括激光光斑s4的至少一部分为止、即成为图12的(2)的状态为止。在此，图12的(2)中的光斑s4的直径比图4的(1)中的光斑s1的直径大。因此，能够缩短直到成为在受光面50中包括光斑s1的至少一部分的状态为止所耗费的时间。另外，在开始光电检测器5的位置调整时在受光面50中已经包括激光光斑s4的一部分的概率也高。

当成为图12的(2)的状态时，驱动控制部12能够推测激光光斑s4相对于受光面50的方向。因此，驱动控制部12使光电检测器5向推测出的激光光斑s4的方向移动，使激光光斑s4位于受光面50的中央。由于激光光斑s4比受光面50大，因此如图12的(3)那样在受光面50整体包括在激光光斑s4内的阶段，驱动控制部12无法识别激光光斑s4的方向。

当成为图12的(3)的状态时，激光调整部20以在激光光斑s4的至少一部分包括在受光面50中且比试样测定时的激光光斑s4的直径d1大的范围内使激光光斑s4的直径尽可能小的方式调整激光光源30的聚焦透镜。其结果，激光光斑s4成为图12的(4)的状态。

当激光光斑s4成为图12的(4)的状态时，驱动控制部12能够再次推测激光光斑s4相对于受光面50的方向。因此，驱动控制部12使光电检测器5向推测出的激光光斑s4的方向移动，以使激光光斑s4位于受光面50的中央为目标对操作部13C进行操作。此时，在如图12的(3)那样受光面50整体在激光光斑s4的范围内的情况下，重复进行图12的(4)～图12的(5)的动作。

当激光光斑s4位于受光面50的中央时，激光调整部20调整激光，使得激光光斑s4的直径成为适于试样的测定的直径d1(图12的(6))。

图13是用于说明实施方式3所涉及的光电检测器5的位置调整控制的流程图。在装置控制部17接收到开始光电检测器5的位置调整的指令时，装置控制部17和驱动控制部12执行图13的流程图。

步骤S41～S47相当于图11的步骤S21～S27，因此省略说明。

在步骤S48中，驱动控制部12使光电检测器5向激光光斑s4的方向移动，将激光光斑的位置调整为受光面50的中央。

在步骤S49中，驱动控制部12判定是否在整个受光面50中检测到激光光斑s4，并将判定结果发送到装置控制部17。在整个受光面50中检测到激光光斑s4的情况下(在步骤S49中为“是”)，在步骤S50中，装置控制部17使激光光斑s4在激光光斑s4的至少一部分包括在受光面50中的范围内进行缩小，并使处理返回到步骤S48。

在受光面50的一部分检测到激光光斑s4的情况下(在步骤S49中为“否”)，在步骤S51中，装置控制部17对激光调整部20进行指示，以使激光光斑s4的直径成为d1的方式调整激光。

如上所述，实施方式3所涉及的扫描型探针显微镜100C通过使光电检测器5的位置调整时的激光光斑的直径比试样测定时的激光光斑的直径大，能够得到与实施方式1同样的作用效果。

在实施方式1及其变形例所涉及的扫描型探针显微镜100、100B中，对在光电检测器5的位置调整时以及试样测定时激光光斑s2具有椭圆形的形状的结构进行了说明。在此，也可以构成为激光光斑s2始终具有椭圆形的形状。另外，也可以构成为在开始光电检测器5的位置调整之前激光光斑s2被调整为椭圆形。在该情况下，如图14所示，也可以构成为与从分析者接收到指令相应地执行激光光斑s2的形状的调整。

另外，在实施方式2和实施方式3所涉及的扫描型探针显微镜100C中，对在光电检测器5的位置调整时将激光光斑s3、s4调整为具有比试样测定时的光斑直径大的光斑直径的大致圆形的结构进行了说明。在上述结构中，如图14所示，能够设为与从分析者接收到指令相应地执行激光光斑s3、s4的形状的调整的结构。

图14是说明实施方式1～3所涉及的激光光斑的尺寸和形状的调整的控制的一例的流程图。

在步骤S61中，扫描型探针显微镜100、100B、100C判定是否从分析者接收到开始调整激光光斑的尺寸和形状的信号。例如通过分析者按下配设于扫描型探针显微镜100、100B、100C的操作按钮来实现该判定。特别是在实施方式1的变形例、实施方式2、实施方式3所涉及的扫描型探针显微镜100B、100C中，能够在操作部13B、13C中设置该操作按钮。

在没有从分析者接收到开始调整激光光斑的尺寸和形状的信号的情况下(在步骤S61中为“否”)，扫描型探针显微镜100、100B、100C重复进行步骤S61。

在扫描型探针显微镜100、100B、100C从分析者接收到开始调整激光光斑的尺寸和形状的信号的情况下(在步骤S61中为“是”)，在步骤S62中，向激光调整部20发送用于指示开始调整激光光斑的尺寸和形状的信号。

在步骤S63中，激光调整部20在接收到用于指示开始调整激光光斑的尺寸和形状的信号时，使激光光源30的准直透镜和/或聚焦透镜进行动作，来将激光光斑s2调整为椭圆形，或者将激光光斑s3、s4调整为具有比试样测定时的光斑直径大的光斑直径的大致圆形。

在用扫描型探针显微镜测定试样时，能够基于激光光斑在与悬臂2的弯曲方向对应的方向即a2方向(参照图5)上的位移来观测试样的形状。另一方面，能够基于激光光斑在与a2方向正交的a3方向(参照图5)上的位移来观测试样的摩擦力。

因此，实施方式1所涉及的扫描型探针显微镜100构成为：也能够在根据椭圆形的激光光斑s2调整了光电检测器5的位置之后，将激光光斑s2在a3方向上的长度调整得较短，在成为大致正圆系之后进行试样的测定。由此，在扫描型探针显微镜100中，除了能够高精度地观测试样的形状之外，还能够高精度地观测试样的摩擦力。

能够通过使准直透镜沿着光轴前后移动(即，接近激光振荡器侧或者接近聚焦透镜侧)来调整激光光斑在a3方向(参照图5)上的长度。由此，能够将实施方式1的激光光斑s2形成为椭圆形。另外，即使在形成了该激光光斑s2之后，也能够调整该激光光斑s2在a3方向上的长度。

此外，在本实施方式1～3中，作为激光光斑的形状，示出了圆形(包括大致圆形)或椭圆形的例子，但激光光斑的形状不限于此，例如也可以是矩形。

另外，在实施方式2和实施方式3中，将开始光电检测器5的位置调整时的激光光斑s3、s4分别设为直径d2的圆、直径d5的圆，但不限定于此，只要是光斑直径比测定试样的特性时的光斑直径大的圆即可。另外，实施方式2和实施方式3所涉及的激光光斑s3、s4也可以是满足其在a2方向上的长度大于d1、其在a3方向上的长度大于d1这个条件的光斑。其中，如实施方式2那样具有以下优点：在光斑被入射到受光面50时，如果是知晓即使不进行尺寸调整也将光斑调整到了受光面50的中央的半径，则进行一次的光斑的尺寸调整即可。另一方面，如实施方式3那样具有以下优点：如果将光斑直径设为使能够确保灵敏度极限以上的强度的区域最大的直径，则能够进一步缩短直到激光光斑的至少一部分包括在受光面50中为止的时间。

如上所述，在本说明书的实施方式中，能够提供一种能够通过调整激光光斑来缩短光电检测器的位置调整所耗费的时间的扫描型探针显微镜以及扫描型探针显微镜的位置调整方法。

[方式]

本领域技术人员能够理解的是，上述多个例示性的实施方式是以下方式的具体例。

(第一项)一个方式所涉及的扫描型探针显微镜可以为，具备：

悬臂，其在前端部具有探针；

照射部，其向所述悬臂照射激光；

检测部，其包括用于接收由所述悬臂反射的激光的受光面，检测所述受光面上的激光的光斑；

驱动部，其用于调整所述检测部的位置；

测定部，其构成为基于根据激光的光斑在所述受光面上的位移而计算出的所述悬臂的位移，来测定试样的特性；以及

激光调整部，其调整向所述悬臂照射的激光，

其中，如果在测定所述试样的特性时所述悬臂发生了位移的情况下，将激光的光斑在所述受光面上位移的方向设为第一方向，将在所述受光面上与所述第一方向正交的方向设为第二方向，则所述激光调整部调整激光，使得在调整所述检测部的位置时的激光的光斑在所述第二方向上的长度比在测定所述试样的特性时的激光的光斑在所述第一方向上的长度长。

根据第一项中记载的扫描型探针显微镜，能够缩短检测部的位置调整所耗费的时间。

(第二项)在第一项所记载的扫描型探针显微镜中，也可以是，所述激光调整部调整激光，使得在调整所述检测部的位置时的激光的光斑在所述第一方向上的长度与在测定所述试样的特性时的激光的光斑在所述第一方向上的长度相同。

根据第二项中记载的扫描型探针显微镜，能够缩短检测部的位置调整所耗费的时间。另外，即使在检测部的位置调整后不进行激光光斑的调整，也能够不降低精度地进行试样的解析。因而，在试样的解析之前也不会耗费多余的时间。

(第三项)在第一项所记载的扫描型探针显微镜中，也可以是，所述激光调整部调整激光，使得在调整所述检测部的位置时的激光的光斑在所述第一方向上的长度比在测定所述试样的特性时的激光的光斑在所述第一方向上的长度长。

根据第三项中记载的扫描型探针显微镜，能够缩短检测部的位置调整所耗费的时间。

(第四项)在第一项～第三项中的任一项所记载的扫描型探针显微镜中，也可以是，还具备控制所述驱动部的驱动控制部，

所述驱动控制部构成为：在调整所述检测部的位置时激光的至少一部分入射到所述受光面的情况下，使所述检测部移动，使得激光向所述受光面的中央入射。

根据第四项中记载的扫描型探针显微镜，除了能够缩短检测部的位置调整所耗费的时间之外，还能够自动地进行检测部的位置调整，因此能够减轻分析者的负担。

(第五项)一个方式所涉及的扫描型探针显微镜，也可以是，具备：

悬臂，其在前端部具有探针；

照射部，其向所述悬臂照射激光；

检测部，其包括用于接收由所述悬臂反射的激光的受光面，检测所述受光面上的激光的光斑；

驱动部，其用于调整所述检测部的位置；

测定部，其构成为基于根据激光的光斑在所述受光面上的位移而计算出的所述悬臂的位移，来测定试样的特性；以及

激光调整部，其调整向所述悬臂照射的激光，

其中，如果在测定所述试样的特性时所述悬臂发生了位移的情况下，将激光的光斑在所述受光面上位移的方向设为第一方向，将在所述受光面上与所述第一方向正交的方向设为第二方向，则所述激光调整部调整激光，使得激光的光斑在所述第二方向上的长度比激光的光斑在所述第一方向上的长度长。

根据第五项中记载的扫描型探针显微镜，能够缩短检测部的位置调整所耗费的时间。另外，即使在检测部的位置调整后不进行激光光斑的调整，也能够不降低精度地进行试样的解析。因此，在解析试样之前也不会耗费多余的时间。

(第六项)一个方式所涉及的扫描型探针显微镜，也可以是，具备：

悬臂，其在前端部具有探针；

照射部，其向所述悬臂照射激光；

检测部，其包括用于接收由所述悬臂反射的激光的受光面，检测所述受光面上的激光的光斑；

驱动部，其用于调整所述检测部的位置；

测定部，其构成为基于根据激光的光斑在所述受光面上的位移而计算出的所述悬臂的位移，来测定试样的特性；以及

激光调整部，其调整向所述悬臂照射的激光，

其中，所述激光调整部调整激光，使得在调整所述检测部的位置时的激光的光斑直径比在测定所述试样的特性时的激光的光斑直径大。

根据第六项中记载的扫描型探针显微镜，能够缩短检测部的位置调整所耗费的时间。

(第七项)在一个方式所涉及的扫描型探针显微镜的位置调整方法中，也可以是，所述扫描型探针显微镜包括悬臂、照射部以及检测部，

所述照射部向所述悬臂照射激光，

所述检测部具有用于检测由所述悬臂反射的激光的光斑的受光面，

所述扫描型探针显微镜的位置调整方法包括以下步骤：

如果在测定所述试样的特性时，将激光的光斑在所述受光面上位移的方向设为第一方向，将在所述受光面上与所述第一方向正交的方向设为第二方向，则调整所述激光，使得在调整所述检测部的位置时的激光的光斑在所述第二方向上的长度比在测定所述试样的特性时的激光的光斑在所述第一方向上的长度长；

使所述检测部移动，使得进行了所述调整后的激光的光斑的至少一部分包括在所述受光面中；以及

使所述检测部移动，使得激光的光斑位于所述受光面的中央。

根据第七项中记载的扫描型探针显微镜的位置调整方法，能够缩短检测部的位置调整所耗费的时间。

(第八项)在一个方式所涉及的扫描型探针显微镜的位置调整方法中，也可以是，所述扫描型探针显微镜包括悬臂、照射部以及检测部，

所述照射部向所述悬臂照射激光，

所述检测部具有用于检测由所述悬臂反射的激光的光斑的受光面，

所述扫描型探针显微镜的位置调整方法包括以下步骤：

如果在测定所述试样的特性时，将激光的光斑在所述受光面上位移的方向设为第一方向，将在所述受光面上与所述第一方向正交的方向设为第二方向，则调整激光，使得激光的光斑在所述第二方向上的长度比所述激光的光斑在所述第一方向上的长度长；

使所述检测部移动，使得进行了所述调整后的激光的光斑的至少一部分包括在所述受光面中；以及

使所述检测部移动，使得激光的光斑位于所述受光面的中央。

根据第八项中记载的扫描型探针显微镜的位置调整方法，能够缩短检测部的位置调整所耗费的时间。另外，即使在检测部的位置调整后不进行激光光斑的调整，也能够不降低精度地进行试样的解析。因此，在解析试样之前也不会耗费多余的时间。

(第九项)在一个方式所涉及的扫描型探针显微镜的位置调整方法中，也可以是，所述扫描型探针显微镜包括悬臂、照射部以及检测部，

所述照射部向所述悬臂照射激光，

所述检测部具有用于检测由所述悬臂反射的激光的光斑的受光面，

所述扫描型探针显微镜的位置调整方法包括以下步骤：

调整激光，使得激光的光斑直径比在测定所述试样的特性时的激光的光斑直径大；

使所述检测部移动，使得进行了所述调整后的激光的光斑的至少一部分包括在所述受光面中；

基于所述受光面中包括的激光的光斑的至少一部分，来使所述检测部沿激光的光斑相对于所述受光面的方向移动，

使所述检测部移动，使得激光的光斑位于所述受光面的中央。

根据第九项中记载的扫描型探针显微镜的位置调整方法，能够缩短检测部的位置调整所耗费的时间。

对本发明的实施方式进行了说明，但应该认为此次公开的实施方式在所有方面均为例示，而非限制性的。本发明的范围通过权利要求书来示出，包含与权利要求书等同的含义和范围内的所有变更。

Claims (9)

1.一种扫描型探针显微镜，具备：

悬臂，其在前端部具有探针；

照射部，其向所述悬臂照射激光；

检测部，其包括用于接收由所述悬臂反射的激光的受光面，检测所述受光面上的激光的光斑；

驱动部，其用于调整所述检测部的位置；

测定部，其构成为基于根据激光的光斑在所述受光面上的位移而计算出的所述悬臂的位移，来测定试样的特性；以及

激光调整部，其调整向所述悬臂照射的激光，

其中，如果在测定所述试样的特性时所述悬臂发生了位移的情况下，将激光的光斑在所述受光面上位移的方向设为第一方向，将在所述受光面上与所述第一方向正交的方向设为第二方向，则所述激光调整部调整激光，使得在调整所述检测部的位置时的激光的光斑在所述第二方向上的长度比在测定所述试样的特性时的激光的光斑在所述第一方向上的长度长。

2.根据权利要求1所述的扫描型探针显微镜，其中，

所述激光调整部调整激光，使得在调整所述检测部的位置时的激光的光斑在所述第一方向上的长度与在测定所述试样的特性时的激光的光斑在所述第一方向上的长度相同。

3.根据权利要求1所述的扫描型探针显微镜，其中，

所述激光调整部调整激光，使得在调整所述检测部的位置时的激光的光斑在所述第一方向上的长度比在测定所述试样的特性时的激光的光斑在所述第一方向上的长度长。

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，其中，

还具备控制所述驱动部的驱动控制部，

所述驱动控制部构成为：在调整所述检测部的位置时激光的至少一部分入射到所述受光面的情况下，使所述检测部移动，使得激光向所述受光面的中央入射。

5.一种扫描型探针显微镜，具备：

悬臂，其在前端部具有探针；

照射部，其向所述悬臂照射激光；

检测部，其包括用于接收由所述悬臂反射的激光的受光面，检测所述受光面上的激光的光斑；

驱动部，其用于调整所述检测部的位置；

测定部，其构成为基于根据激光的光斑在所述受光面上的位移而计算出的所述悬臂的位移，来测定试样的特性；以及

激光调整部，其调整向所述悬臂照射的激光，

其中，如果在测定所述试样的特性时所述悬臂发生了位移的情况下，将激光的光斑在所述受光面上位移的方向设为第一方向，将在所述受光面上与所述第一方向正交的方向设为第二方向，则所述激光调整部调整激光，使得激光的光斑在所述第二方向上的长度比激光的光斑在所述第一方向上的长度长。

6.一种扫描型探针显微镜，具备：

悬臂，其在前端部具有探针；

照射部，其向所述悬臂照射激光；

检测部，其包括用于接收由所述悬臂反射的激光的受光面，检测所述受光面上的激光的光斑；

驱动部，其用于调整所述检测部的位置；

测定部，其构成为基于根据激光的光斑在所述受光面上的位移而计算出的所述悬臂的位移，来测定试样的特性；以及

激光调整部，其调整向所述悬臂照射的激光，

其中，所述激光调整部调整激光，使得在调整所述检测部的位置时的激光的光斑直径比在测定所述试样的特性时的激光的光斑直径大。

7.一种扫描型探针显微镜的位置调整方法，

所述扫描型探针显微镜包括悬臂、照射部以及检测部，

所述照射部向所述悬臂照射激光，

所述检测部具有用于检测由所述悬臂反射的激光的光斑的受光面，

所述扫描型探针显微镜的位置调整方法包括以下步骤：

如果在测定试样的特性时，将激光的光斑在所述受光面上位移的方向设为第一方向，将在所述受光面上与所述第一方向正交的方向设为第二方向，则调整所述激光，使得在调整所述检测部的位置时的激光的光斑在所述第二方向上的长度比在测定所述试样的特性时的激光的光斑在所述第一方向上的长度长；

使所述检测部移动，使得进行了所述调整后的激光的光斑的至少一部分包括在所述受光面中；以及

使所述检测部移动，使得激光的光斑位于所述受光面的中央。

8.一种扫描型探针显微镜的位置调整方法，

所述扫描型探针显微镜包括悬臂、照射部以及检测部，

所述照射部向所述悬臂照射激光，

所述检测部具有用于检测由所述悬臂反射的激光的光斑的受光面，

所述扫描型探针显微镜的位置调整方法包括以下步骤：

如果在测定试样的特性时，将激光的光斑在所述受光面上位移的方向设为第一方向，将在所述受光面上与所述第一方向正交的方向设为第二方向，则调整激光，使得激光的光斑在所述第二方向上的长度比所述激光的光斑在所述第一方向上的长度长；

使所述检测部移动，使得进行了所述调整后的激光的光斑的至少一部分包括在所述受光面中；以及

使所述检测部移动，使得激光的光斑位于所述受光面的中央。

9.一种扫描型探针显微镜的位置调整方法，

所述扫描型探针显微镜包括悬臂、照射部以及检测部，

所述照射部向所述悬臂照射激光，

所述检测部具有用于检测由所述悬臂反射的激光的光斑的受光面，

所述扫描型探针显微镜的位置调整方法包括以下步骤：

调整激光，使得激光的光斑直径比在测定试样的特性时的激光的光斑直径大；

使所述检测部移动，使得进行了所述调整后的激光的光斑的至少一部分包括在所述受光面中；

使所述检测部移动，使得激光的光斑位于所述受光面的中央。

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