DE112006000419T5

DE112006000419T5 - Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus und Abtastsondenmikroskop, welches dergleichen verwendet

Info

Publication number: DE112006000419T5
Application number: DE112006000419T
Authority: DE
Inventors: Masato Iyoki; Hiroyoshi Yamamoto; Yoshiharu Matsushita
Original assignee: SII NanoTechnology Inc
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2008-01-17
Also published as: JPWO2006090593A1; WO2006090593A1; JP5305650B2; US20080048115A1; US7614287B2; WO2006090593A9

Abstract

Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus, welcher eine Halterung, welche einen Ausleger lagert, welcher mit einer Sonde bereitgestellt ist, um in die Nähe von einer Oberfläche von einer Probe gesetzt zu werden, eine Lichtquelle, welche ein Licht auf eine Reflexionsoberfläche bestrahlt, welche im Ausleger bereitgestellt ist, und einen Lichtempfänger, welcher ein Licht empfängt, welches von der Lichtquelle abgestrahlt ist und durch die Reflexionsoberfläche reflektiert ist, wodurch somit die Möglichkeit besteht, einen Versatz des Auslegers gemäß einer Lichtempfangsposition am Lichtempfänger zu erfassen, wobei der Versatzerfassungsmechanismus dadurch gekennzeichnet ist, dass:
der Ausleger ein Rückende hat, welches an der Halterung fixiert ist;
eine Y-Achse sich von oben betrachtet in Längsrichtung des Auslegers erstreckt, eine X-Achse durch die Reflexionsoberfläche passiert und sich senkrecht zur Y-Achse erstreckt,
die Längsrichtung des Auslegers zu einer Y-Achse geneigt ist,
das einfallende Licht von der Lichtquelle von oberhalb des Vorderendes von dem Ausleger zu der X-Achse und der Y-Achse geneigt...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abtastsondenmikroskop mit einem Versatzerfassungsmechanismus, welches verschiedene Teile einer physikalischen Eigenschaftsinformation über eine Oberflächen-Topologie, eine Viskoelastizität und dergleichen von einer Probe misst, indem die Probenoberfläche mit der dazu in die Nähe gesetzten Sonde abgetastet wird, und auf ein Abtastsondenmikroskop, welches dergleichen hat.
STAND DER TECHNIK
Wie bereits bekannt, ist das Abtastsondenmikroskop (SPM) als eine Einrichtung zum Messen eines mikroskopischen Bereichs von einer Probe, wie beispielsweise Metall, Halbleiter, Keramik, Kunstharz, Polymer, Biomaterial oder Isolator, und zum Beobachten der Probe hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaftsinformation von einer Viskoelastizität, usw., oder einer Oberflächen-Topografie bekannt.
Unter den Abtastsondenmikroskopen ist ein Typ bekannt, welcher einen Ausleger in einer lang gestreckten Form hat, welcher eine Reflexionsoberfläche, eine Ausleger-Halterung, welche den Ausleger an einem Ende lagert, eine Lichtquelle zum Emittieren eines Lichtes und einen Lichtempfänger zum Empfangen des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichts hat (s. beispielsweise Patentdokument 1).
Durch diesen Aufbau wird, wenn ein Licht von der Lichtquelle auf eine Reflexionsoberfläche emittiert wird, das durch die Reflexionsoberfläche reflektierte Licht am Lichtempfänger ankommen. In einem solchen Fall tritt, wenn der Ausleger eine Ablenkung aufgrund von einer Höhlung-Wölbung von der Probe hat, eine Abweichung des Ankunftspunktes auf den Lichtempfänger auf. Aus diesem Grund, indem solche Ankunftspunkte gemessen werden, kann die Probe bezogen auf ihrer Höhlung-Wölbung-Form gemessen werden.
Hier kann, wenn ein zu messender Punkt spezifiziert wird, indem eine anfängliche Überwachung vor einer detaillierten Messung von der Probe durchgeführt wird, eine detaillierte Messung mit Wirksamkeit fortgesetzt werden. Aus diesem Grund sind eine Objektlinse und ein Beleuchtungssystem oberhalb oder unterhalb von der Probe oder dem Ausleger angeordnet, um dadurch ein optisches Bild von der Probe zu erlangen. Aufgrund dessen werden beispielsweise Proben-Oberflächenschrammen beobachtet, um einen Messpunkt zu spezifizieren.
Jedoch ist, wenn eine Objektivlinse und ein Beleuchtungssystem oberhalb oder unterhalb von der Probe oder dem Ausleger angeordnet sind, um die Wirksamkeit der Messung zu erhöhen, wenig Raum beim Anordnen der Lichtquelle und des Lichtempfängers verfügbar. Das Licht von der Lichtquelle kann nicht vertikal auf die Reflexionsoberfläche von oberhalb abgestrahlt werden. In einer solchen Situation kann angenommen werden, dass das Licht von der Lichtquelle auf die Reflexionsoberfläche schräg abgestrahlt wird.

Patentdokument 1: JP-A-2000-346784 .

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE, WELCHE DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN HAT
Jedoch, mit einer rein schrägen Bestrahlung, trifft das Licht von der Lichtquelle auf jene Elemente von der Objektivlinse, des Beleuchtungssystems, der Ausleger-Halterung oder der Basis, welche einstückig mit dem Ausleger ausgebildet ist, auf, wodurch es in seiner Reise behindert wird. Aufgrund dessen kann das Licht nicht korrekt an der Reflexions oberfläche ankommen, wobei bei dem Lichtempfänger oder dergleichen ein Problem auftritt, dass die Messung selber schwierig durchzuführen ist.
Die vorliegende Erfindung, welche im Hinblick auf einen solchen Umstand erstellt wurde, hat eine Aufgabe darin, einen Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus, welcher dazu in der Lage ist, eine Messung schnell und genau durchzuführen, und zwar sogar dann, wenn die Objektivlinse und das Beleuchtungssystem oberhalb oder unterhalb von der Probe oder dem Ausleger angeordnet sind, und ein Abtastsondenmikroskop, welches dergleichen enthält, bereitzustellen.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Die vorliegende Erfindung stellt das folgende Mittel bereit, um das vorgenannte Problem zu lösen.
Ein Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus enthält eine Halterung, welche einen Ausleger lagert, welcher mit einer Sonde bereitgestellt ist, um in die Nähe von einer Oberfläche von einer Probe gesetzt zu werden, eine Lichtquelle, welche ein Licht auf eine Reflexionsoberfläche bestrahlt, welche im Ausleger bereitgestellt ist, und einen Lichtempfänger, welcher ein Licht empfängt, welches von der Lichtquelle abgestrahlt ist und durch die Reflexionsoberfläche reflektiert ist, wodurch somit die Möglichkeit besteht, einen Versatz des Auslegers gemäß einer Lichtempfangsposition am Lichtempfänger zu erfassen, wobei der Versatzerfassungsmechanismus dadurch gekennzeichnet ist, dass: der Ausleger ein Rückende hat, welches an der Halterung fixiert ist; wobei von oberhalb eines Bereiches, welcher näher zu einem Vorderende des Auslegers ist, unter Bereichen, welche durch eine Y-Achse, welche sich von oben betrachtet längs des Auslegers erstreckt, und eine X-Achse, welche durch die Reflexionsoberfläche passiert und sich senkrecht zur Y-Achse erstreckt, abgegrenzt sind, das Licht schräg zur X- und Y-Achse auf die Reflexionsoberfläche einfällt.
In dem SPM Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus, welcher wie oben aufgebaut ist, fällt das Licht von der Lichtquelle auf die Reflexionsoberfläche schräg zu der X- und Y-Achse von oberhalb eines Bereiches, welcher näher an einem Vorderende des Auslegers ist, unter Bereichen, welche durch die X- und Y-Achse abgegrenzt sind, ein.
Aufgrund dessen kann ein offener Raum oberhalb des Vorderendes des Auslegers verwendet werden. Ohne eine Behinderung der Reise des Lichts von der Lichtquelle wird es dem Licht erlaubt, die Reflexionsoberfläche einfach zu erreichen.
Unterdessen kann im SPM Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus das Licht, welches auf die Reflexionsoberfläche einfällt, dazu bewirkt werden, oberhalb eines entgegengesetzten Bereiches mit Bezug auf die Y-Achse, welche zu den X- und Y-Achsen schräg ist, reflektiert zu werden.
Aufgrund dessen, ohne eine Behinderung der Reise des Reflexionslichts von der Reflexionsoberfläche, wird es dem Reflexionslicht ermöglicht, den Lichtempfänger einfach zu erreichen.
In dem SPM Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus kann ein Laufrichtungs-Änderungsmittel bereitgestellt sein, welches auf einer Ebene parallel zu einer XY-Ebene, welche die X- und Y-Achsen enthält, bereitgestellt ist, um eine Laufrichtung des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts zu ändern, so dass das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht in seiner Laufrichtung durch das Laufrichtungs-Änderungsmittel geändert werden kann.
Aufgrund dessen kann ein Raum wirksam auf der XY-Ebene verwendet werden, wodurch eine Größenreduktion ermöglicht wird.
Ferner, im SPM Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus, kann das Laufrichtungs-Änderungsmittel in einer Vielzahl auf einem optischen Pfad des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts bereitgestellt sein, wobei die Mehrzahl von Laufrichtungs-Änderungsmitteln, die Lichtquelle und der Lichtempfänger von oben betrachtet nahezu ringförmig in einem Vorderenden-Bereich des Auslegers angeordnet sind, so dass das Licht von der Lichtquelle die Reflexionsoberfläche erreichen kann, während es in seiner Laufrichtung durch eine Mehrzahl von Laufrichtungs-Änderungsmitteln geändert wird, wobei das Reflexionslicht davon den Lichtempfänger erreichen kann. Weil das Laufrichtungs-Änderungsmittel, die Lichtquelle und der Lichtempfänger nahezu ringförmig angeordnet sind, reist das Licht hier, von oben betrachtet, nahezu ringförmig im Vorderenden-Bereich des Auslegers. Daraus folgend, sogar in einem Fall, bei welchem eine Objektivlinse, eine Kondensorlinse oder dergleichen oberhalb des Auslegers angeordnet ist, reist das Licht ohne durch die Objektivlinse, die Kondensorlinse oder dergleichen behindert zu werden.
Aufgrund dessen kann ein Raum wirksamer auf der XY-Ebene verwendet werden.
Ferner kann im SPM Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus ein Optikpfadlänge-Korrekturmittel auf einem Optikpfad des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts bereitgestellt werden, um eine Abweichung der Optikpfadlänge zu korrigieren, so dass die Abweichung der Optikpfadlänge durch das Optikpfadlänge-Änderungsmittel korrigiert werden kann.
Aufgrund dessen kann sogar in einem Fall, bei welchem eine Abweichung in der Optikpfadlänge zwischen einer innerflüssigen Messung und einer Luftmessung auftritt, die Abweichung schnell und einfach korrigiert werden.
Ferner ist in dem SPM Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus gemäß der Erfindung eine Objektivlinse in einer gewünschten Position angeordnet, an welcher zumindest eines aus der Sonde, dem Ausleger und der Probe zu beobachten ist.
Aufgrund dessen kann die Objektivlinse in weiterer Nähe zu einem aus der Sonde, dem Ausleger und der Probe gesetzt werden, ohne die Objektivlinse durch den Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus zu behindern. Somit kann eine Objektivlinse, welche einen hohen NA hat, bereitgestellt werden.
Ferner wird im Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus gemäß der Erfindung ein Beleuchtungslicht von einer gewünschten Richtung auf zumindest eines aus der Sonde, dem Ausleger und der Probe abgestrahlt.
Aufgrund dessen kann eine Anfangsüberwachung mit einer Genauigkeit durchgeführt werden, ohne das Beleuchtungslicht durch den Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus zu behindern.
Ferner kann im Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus ein Abtaster bereitgestellt sein, welcher den Ausleger oder die Probe genau bewegt, so dass der Ausleger oder die Probe genau durch den Abtaster bewegt werden kann.
Aufgrund dessen kann die Sonde positiv genau über der Probe abtasten.
Im Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus kann der Abtaster ein Durchgangsloch haben, welches in eine Richtung gerichtet ist, in welche sich eine Z-Achse senkrecht zur X- und Y-Achse erstreckt, wobei ein Beleuchtungslicht durch das Durchgangsloch passiert werden kann.
Aufgrund dessen kann eine Anfangsüberwachung mit einer Genauigkeit durchgeführt werden, ohne das Beleuchtungslicht durch den Abtaster zu behindern.
Unterdessen kann im Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus eine Objektivlinse oberhalb oder unterhalb des Auslegers entlang der Z-Achse in einer Position angeordnet werden, bei welcher zumindest eines aus der Sonde, dem Ausleger und der Probe durch das Durchgangsloch zu beobachten ist.
Aufgrund dessen kann die Objektivlinse in weiterer Nähe zu einem aus der Sonde, dem Ausleger oder der Probe gesetzt werden, ohne die Objektivlinse durch den Abtaster zu behindern, wodurch es ermöglicht wird, eine Objektivlinse bereitzustellen, welche einen hohen NA hat.
Unterdessen kann im Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus der Abtaster einen XY-Abtaster haben, welcher den Ausleger genau entlang der X- und Y-Achse bewegt, so dass der Ausleger positiv genau entlang der X- und Y-Achse bewegt werden kann.
Unterdessen kann im Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus der Abtaster einen Z-Abtaster haben, welcher den Ausleger entlang der Z-Achse senkrecht zur X- und Y-Achse genau bewegt, so dass der Ausleger positiv genau entlang der Z-Achse bewegt werden kann.
Unterdessen kann im Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus der Abtaster einen XYZ-Abtaster haben, welcher den Ausleger entlang der X- und Y-Achse und der Z-Achse senkrecht zur X- und Y-Achse genau bewegt, so dass der Ausleger positiv genau entlang der X-, Y- und Z-Achse bewegt werden kann.
Unterdessen kann im Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus die Lichtquelle eine niedrigkohärente Lichtquelle sein.
Aufgrund dessen kann ein Auftreten eines Interferenzrandes unterdrückt werden, wodurch eine genaue Messung erlaubt wird.
Unterdessen kann im Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus eine Zylinderlinse auf einem Optikpfad des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts bereitgestellt sein, so dass das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht sich durch die Zylinderlinse fortpflanzen kann.
Aufgrund dessen kann ein Astigmatismus korrigiert werden, wodurch eine genaue Messung erlaubt wird.
Unterdessen kann im Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus eine Kollektorlinse auf einem Optikpfad des Lichts bereitgestellt sein, welches von der Reflexionsoberfläche reflektiert wird und zum Lichtempfänger führt, so dass sich das von der Reflexionsoberfläche reflektierte Licht durch die Kollektorlinse fortpflanzen kann.
Aufgrund dessen kann der Punkt, welcher den Lichtempfänger erreicht, eine derart geeignete Größe haben, um innerhalb der Lichtempfangsoberfläche zu kommen. Darüber hinaus, wenn ein Reflexionslicht aufgrund der Differenz des Mediums, durch welches das Licht zu laufen ist, oder des Typs des Auslegers abweicht, kann Licht innerhalb eines konstanten Bereiches zum Empfangen von Licht eingesammelt werden.
Ferner kann im Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus eine Streuplatte in einer Position entgegengesetzt zur Sonde angeordnet werden, wobei eine Objektivlinse in einer gewünschten Position oberhalb oder unterhalb des Auslegers, welcher die Sonde hat, angeordnet ist, wobei das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht durch die Streuplatte zerstreut wird, so dass ein Punkt in einer Position auf der Reflexionsoberfläche des Auslegers positioniert wird, während der Ausleger und der Punkt des Streulichts durch die Objektivlinse beobachtet werden.
Aufgrund dessen kann sogar dann, wenn das Licht von der Lichtquelle schräg zur Optikachse von der Objektivlinse abgestrahlt wird, ein Lichtpunkt beobachtet werden, indem das Streulicht beobachtet wird. Der Punkt kann einfach in einer Position auf der Reflexionsoberfläche des Auslegers positioniert werden.
Unterdessen ist die Erfindung als ein Abtastsondenmikroskop gekennzeichnet, welches den Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus hat.
Im Abtastsondenmikroskop gemäß der Erfindung können ähnliche Effekte vorgezeigt werden, welche ähnlich zu jeglichen der Erfindungen nach Ansprüchen 1 bis 16 sind.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung, sogar in einem Fall, bei welchem die Objektivlinse oder das Beleuchtungssystem oberhalb oder unterhalb von der Probe oder dem Ausleger angeordnet ist, wird es dem Licht von der Lichtquelle erlaubt, eine Reflexionsoberfläche des Auslegers einfach zu erreichen, ohne dass das Licht in seiner Reise behindert wird.
Unterdessen, weil der Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus schlank aufgebaut werden kann, ist es möglich, eine Objektivlinse zu verwenden, welche einen hohen NA oder eine Beleuchtungssystem-Kondensorlinse hat, wodurch ein optisches Mikroskopbild erlangt wird, welches eine hohe Auflösung hat und klar ist. Aufgrund dessen, indem das Abtastsondenmikroskop mit einem optischen Mikroskop zusammengefasst wird, kann ein zu messender Punkt mit Genauigkeit durch das optische Mikroskop positioniert werden. Somit kann ein Abtastsondenmikroskop-Bild schnell und genau gemessen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[1] Eine Figur, welche eine erste Ausführungsform von einem Abtastsondenmikroskop gemäß der Erfindung zeigt, wobei (a) eine Vorderansicht des Abtastsondenmikroskops ist, während (b) eine Vergrößerungsansicht des durch ein Bezugszeichen E in (a) gekennzeichneten Bereichs ist.
[2] Eine Draufsicht, welche einen Plattform-Feinbewegungsmechanismus mit Vergrößerung von 1 zeigt.
[3] Eine Unteransicht, welche einen Plattform-Feinbewegungsmechanismus in 2 zeigt.
[4] Eine Draufsicht, welche den Sonden-Feinbewegungsmechanismus in 1 mit einer Vergrößerung zeigt.
[5] Eine Draufsicht, welche eine Art und Weise zeigt, bei welcher ein Versatzerfassungsmechanismus in einem Sonden-Feinbewegungsmechanismus in 4 bereitgestellt ist.
[6] Eine Erläuterungsansicht, welche eine Art und Weise zeigt, bei welcher Licht durch einen Versatzerfassungsmechanismus in 4 auf eine Reflexionsoberfläche einfällt.
[7] Eine Ansicht, wie entlang einer Linie I-I in 5 gesehen.
[8] Ein Optikpfad-Diagramm, welches der Optikpfad des Versatzerfassungsmechanismus in 5 auf einer geraden Linie entwickelt, durch eine teilweise Vereinfachung.
[9] Ein Optikpfad-Diagramm, welches ein einfallender Lichtstrahl auf einer Ausleger-Reflexionsoberfläche auf einer X-Z-Ebene projiziert.
[10] (a) Eine Draufsicht von einer Streuplatte, (b) eine Teilansicht von M-M in (a).
[11] Eine Vorderansicht, welche eine zweite Ausführungsform von einem Abtastsondenmikroskop gemäß der Erfindung zeigt.

1: Abtastsondenmikroskop
10: Objektivlinse
14: Reflexionsoberfläche
20: Ausleger
20a: Rückende
21: Sonde
22: Ausleger-Halterung (Lagerung)
26: Sonden-Feinbewegungsmechanismus (XY-Abtaster)
70: Sondenseitiges Durchgangsloch
109: Plattformseitiges Durchgangsloch
110: Bohrung (Durchgangsloch)
112: Versatzerfassungsmechanismus
114: SLD (Lichtquelle, niedrigkohärente Lichtquelle)
119: Zylinderlinse
121: Fotodetektor (Lichtempfänger)
122: Erster Reflektor (Laufrichtungs-Änderungsmittel)
123: Zweiter Reflektor (Laufrichtungs-Änderungsmittel)
126: Korrekturglas (Lichtpfad-Korrekturmittel)
128: Kollektorlinse
140: Streuplatte
S: Probe

BESTER MODUS ZUM DURCHFÜHREN DER ERFINDUNG
(Ausführungsform 1)
Mit Bezug auf die Zeichnungen wird eine Erläuterung im Folgenden über ein Abtastsondenmikroskop gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgenommen. In der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass eine innerflüssige Messung in einem DFM (Dynamic Force Mode) durchgeführt wird, indem eine Abtastung vorgenommen wird durch ein Platzieren des Auslegers, ein Vibrieren bei ungefähr der Resonanzfrequenz in der Nähe zu einer Probe, während die Distanz zwischen der Sonde und der Probe gemäß der Änderungsgröße von der Amplitude und Phase konstant beibehalten wird.
Das Abtastsondenmikroskop 1, eine Kombination mit einem invertierten Mikroskop, hat einen Hauptkörper 3, welcher auf einem Anti-Vibrationstisch 2, welcher als eine Basisplatte dient, aufgesetzt ist, eine Messeinrichtung 4, welche oberhalb des Hauptkörpers 3 bereitgestellt ist, ein invertiertes Mikroskop 8, welches neben der Messeinrichtung 4 bereitgestellt ist, und einen Beleuchter 5, welcher oberhalb der Messeinrichtung 4 bereitgestellt ist, wie in 1(a) und (b) gezeigt.
Das invertierte Mikroskop 8 wird auf den Anti-Vibrationstisch 2 über eine XY-Plattform 31 aufgesetzt. Ein Revolver 9 ist an einem oberen Ende des invertierten Mikroskops 8 bereitgestellt. Eine Mehrzahl von Objektivlinsen 10, welche in ihrer Verstärkung unterschiedlich sind, ist auf dem Revolver 9 bereitgestellt. Indem der Revolver 9 gedreht wird, kann die Anzahl von Objektivlinsen 10 in ihrer Anordnung geändert werden. Die Mehrzahl von Objektivlinsen 10 kann selektiv in einem Beobachtungsort K platziert werden.
Der Beobachtungsort K bezieht sich auf eine Position, welche sich unterhalb der Probe S befindet und auf ein Beobachten von der Probe S.
Der Hauptkörper 3 ist durch eine plattenähnliche Basis 13 aufgebaut, welche durch die Säulen 12 gelagert wird, welche sich vertikal vom Anti-Vibrationstisch 2 erstrecken. Eine Basisöffnung 15 ist im Zentrum von der Basis 13 ausgebildet. In der Basisöffnung 15 ist eine Plattform 16 bereitgestellt, um eine Probe S darauf zu lagern. Eine Plattformöffnung 17 ist im Zentrum von der Plattform 16 ausgebildet.
Die Plattform 16 ist in der Z-Achsenrichtung mittels eines Plattform-Feinbewegungsmechanismus 27 genau zu bewegen. Im Übrigen bezieht sich die Z-Achse auf eine Achse, welche durch eine Reflexionsoberfläche 14, welche später beschrieben wird, passiert, und sich vertikal zur Oberfläche von der Probe S und der Plattform 16, das heißt eine Achse, welche zur X- und Y-Achse senkrecht ist, welche später beschrieben wird, erstreckt. Im Übrigen bezieht sich die Z-Achsenrichtung auf eine Richtung, in welche sich die Z-Achse erstreckt, welche sich auf eine Höhenrichtung des Abtastsondenmikroskops 1 bezieht.
Der Plattform-Feinbewegungsmechanismus 27 hat einen Mechanismuskörper 86, welcher beinahe rechteckig ausgebildet ist, und eine Erstreckung 87, welche sich in eine Richtung (das heißt in die X-Achsenrichtung) erstreckt, welche die Dicke (das heißt Z-Achsenrichtung) des Mechanismuskörpers 86 kreuzt, wie in 2 und 3 gezeigt.
Die Plattform 16 ist in der Erstreckung 87 bereitgestellt.
Der Mechanismuskörper 86 ist mit einer Körperbefestigung 91 bereitgestellt, welche sich in eine Richtung erstreckt, welche entgegengesetzt zur Erstreckung 87 ist. Die Körperbefestigung 91 ist an einer vorbestimmten Position von der in 1 gezeigten Basis 13 fixiert, wodurch über einen Ausleger der Mechanismuskörper 86 gelagert wird.
Währenddessen ist eine Aushöhlung 93 im Mechanismuskörper 86 bereitgestellt. Eine erste Parallel-Feder 101 ist an einer der X-Achsenrichtung-Enden von einer oberen Innenwand 94 von der Höhle 93 näher zur Bereitstellung von der Körperbefestigung 91 bereitgestellt, während eine zweite Parallel-Feder 102 am weiteren Ende, näher zur Bereitstellung von der Erstreckung 87, bereitgestellt ist. Währenddessen ist eine dritte Parallel-Feder 103 an einem der X-Achsenrichtung-Enden von einer unteren Innenwand 97 näher zur Erstreckung 87 bereitgestellt, während eine vierte Parallelfeder 104 am weiteren Ende, näher zur Bereitstellung der Körperbefestigung 91, bereitgestellt ist. In der Nähe von der zweiten Parallel-Feder 102 ist eine abwärtsgerichtete Wand 95 bereitgestellt, welche sich niedriger von der oberen Innenwand 94 erstreckt. In der Nähe von der vierten Paral lel-Feder 104 ist eine aufwärtsgerichtete Wand 96 bereitgestellt, welche sich oberhalb von der unteren Innenwand 97 erstreckt. Im Übrigen sind die abwärtsgerichtete Wand 95 und die aufwärtsgerichtete Wand 96 entgegengesetzt angeordnet, wobei sie sich zueinander in entgegengesetzte Richtungen erstrecken.
Ein Z-Antrieb 85 ist zwischen der abwärtsgerichteten Wand 95 und der aufwärtsgerichteten Wand 96 bereitgestellt. Der Z-Antrieb 85 ist physikalisch vom X- und Y-Antrieb 52, 51 getrennt bereitgestellt, welche später beschrieben werden, so dass jene unabhängig wirken. Der Z-Antrieb 95 ist durch ein Z-Seite-piezoelektrisches Element 90 von einem Laminattyp erstellt, welches in X-Achsenrichtung gerichtet ist. Das Z-Seite-piezoelektrische Element 90 hat ein Ende, welches an der abwärtsgerichteten Wand 95 befestigt ist, und das weitere Ende ist an der aufwärtsgerichteten Wand 96 befestigt.
Durch diesen Aufbau, wenn eine Spannung an das Z-Seite-piezoelektrische Element 90 angelegt wird, erstreckt und kontrahiert sich das Z-Seite-piezoelektrische Element 90 in die X-Achsenrichtung. Wenn sich das Z-Seite-piezoelektrische Element 90 erstreckt, werden die abwärtsgerichtete und aufwärtsgerichtete Wand 95, 96 mit Bezug auf die X-Achsenrichtung nach außen herabgesetzt. Die aufwärtsgerichtete Wand 96 dreht sich in 2 im Uhrzeigersinn, um das befestigte Ende und die Umgebung, während sich die abwärtsgerichtete Wand 95 im Uhrzeigersinn um das befestigte Ende und die Umgebung dreht, woraus resultiert, dass sich die Erstreckung 97 in Z-Achsenrichtung bewegt, während sie durch die erste bis vierte Parallel-Feder 101, 102, 103, 104 geführt wird. Somit wird die an der Erstreckung 87 gekoppelte Plattform 16 in die Z-Achsenrichtung bewegt.
Im Übrigen stellt Bezugszeichen 108 einen Kapazitätstyp-Sensor dar. Indem die Feinbewegungs-Größe des Mechanismuskörpers 86 unter Verwendung des Kapazitätstyp-Sensors 108 erfasst wird, ist es möglich, den Z-Achsenrichtung-Feinversatz von der Plattform 16 zu erfassen oder die Plattform 16 in Ansprechen auf die an das Z-Seite-piezoelektrische Element 90 angelegte Spannung gemäß eines erfassten Versatzes linear zu bewegen.
Ferner, wie in 1(a) und (b) gezeigt, ist die Messeinrichtung 4 an der oberen Oberfläche von der Plattform 16 aufgebaut. Die Messeinrichtung 4 hat einen Sonden-Feinbewegungsmechanismus (XY-Abtaster) 26. Der Sonden-Feinbewegungsmechanismus 26 ist mit einer Kurbelbefestigung 30 bereitgestellt, welche in einer Kurbelform erstellt ist. Mittels der Kurbelbefestigung 30 ist der Sonden-Feinbewegungsmechanismus 26 am Zentrum damit übereinstimmend mit der Plattformöffnung 17 angeordnet. Ferner hat der Sonden-Feinbewegungsmechanismus 26 einen Außenrahmen 48 und einen Innenrahmen 49, welche in der Form rechteckig sind, jedoch im Breitenausmaß unterschiedlich sind, wie in 4 gezeigt. Die Außen- und Innenrahmen 48, 49 sind aus Gusseisen, welches eine geringe Wärmeausdehnung hat, flach ausgebildet. Unterdessen sind der Außenrahmen 48 und der Innenrahmen 49 konzentrisch miteinander über einen Y-Antrieb 51 und einen X-Antrieb 52 gekoppelt. Die obere Seite des Außenrahmens 48 und des Innenrahmens 49 ist an den Oberflächen davon angeordnet. Der Y-Antrieb 51 ist innerhalb einer Y-Seite-Aushöhlung 57 angeordnet, welche derart ausgebildet ist, dass sie sich in X-Achsenrichtung in den Außenrahmen 48 erstreckt, während der X-Antrieb 52 innerhalb einer X-Seite-Aushöhlung 60 angeordnet ist, welche sich ähnlich in Y-Achsenrichtung erstreckt.
Der Y-Antrieb 51 hat ein Y-Seite-piezoelektrisches Element 54 von einem Laminattyp, welches in X-Achsenrichtung gerichtet ist. Das Y-Seite-piezoelektrische Element 54 ist mit einem Y-Seite-Versatzerhöhungsmechanismus 55 bereitgestellt, welcher von oben betrachtet beinahe rautenförmig ist, welcher die Umfänge umgibt. Der Y-Seite-Versatzerhöhungsmechanismus 55 ist am Innenrahmen 49 über die Y-Seite-Kopplung 56 gekoppelt.
Der X-Antrieb 52 hat ein X-Seite-piezoelektrisches Element 61 von einem Laminattyp, welches in die Y-Achsenrichtung gerichtet ist. Das X-Seite-piezoelektrische Element 61 ist mit einem X-Seite-Versatzerhöhungsmechanismus 52 bereitgestellt, welcher, ähnlich dem Obigen, beinahe rautenförmig ist, und zwar im Umfang davon. Der X-Seite-Versatzerhöhungsmechanismus 62 ist an den Innenrahmen 49 über die X-Seite-Kopplung 63 gekoppelt.
An den vier Kanten des Innenrahmens 49 sind Parallel-Federn 67 angeordnet. Eine im Allgemeinen rechteckige Basisplatte 68 ist an einer unteren Oberfläche des Innenrahmens 49 bereitgestellt, wobei die Basisplatte 68 parallel zur XY-Ebene bereitgestellt ist, welche die X- und Y-Achse enthält. Unterhalb der Basisplatte 68 ist ein Ausleger 20 bereitgestellt, welcher durch eine Ausleger-Halterung (Lagerung) 22 gelagert wird, wie später beschrieben.
Durch diesen Aufbau, indem eine Spannung an das Y-Seite- und X-Seite-piezoelektrische Element 54, 61 angelegt wird, erstreckt/kontrahiert sich der Y-Seite- und X-Seite-Versatzerhöhungsmechanismus 55, 62 jeweils in die Y- und X-Achsenrichtung, wodurch der Innenrahmen 49 in Y- und X-Richtung fein vibriert wird, und der Ausleger 20 in die Y- und X-Achsenrichtung über die Basisplatte 68 fein bewegt wird.
Hier bezieht sich die Y-Achse auf eine Achse, welche sich, von oben betrachtet, in Längsrichtung des Auslegers 20 erstreckt, das heißt, dass sie sich auf eine gerade Linie bezieht, welche der Ausleger 20 auf eine gewünschte horizontale Oberfläche projiziert. Die Y-Achsenrichtung bezieht sich auf eine Richtung, in welche sich die Y-Achse erstreckt, und zwar Bezug nehmend auf eine Tiefenrichtung des Abtastsondenmikroskops 1.
Unterdessen bezieht sich die X-Achse auf eine Achse, welche durch die Reflexionsoberfläche 14 passiert und sich in eine Richtung erstreckt, welche senkrecht zur Y-Achse auf der gewünschten horizontalen Ebene ist. Die X-Achsenrichtung bezieht sich auf eine Richtung, in welche sich die X-Achse erstreckt, und zwar unter Bezugnahme auf eine Breitenrichtung des Abtastsondenmikroskops 1.
Die vier Bereiche, welche durch die X- und Y-Achse abgegrenzt sind, werden jeweils als durch A-, B-, C- und D-Bereich in der Reihenfolge entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn vom oberen rechten Bereich in 4, wie von oben betrachtet, angenommen. Wenn nämlich die X- und Y-Achse als Koordinatenachsen genommen werden, wird der erste Quadrant als ein A-Bereich, der zweite Quadrant als ein B-Bereich, der dritte Quadrant als ein C-Bereich und der vierte Quadrant als ein D-Bereich bezeichnet. Der A- und B-Bereich ist näher zur Basis des Auslegers 20 angeordnet, während der C- und D-Bereich näher zum Vorderende davon angeordnet ist.
Bezugszeichen 78, 81 stellen Kapazitätstyp-Sensoren dar, während Bezugszeichen 77, 80 Ziele darstellen. Indem die Feinbewegungsgrößen in der Y- und X-Achsenrichtung des Innenrahmens 49 mittels der Kapazitätstyp-Sensoren 78, 81 erfasst werden, werden Feinbewegungsgroßen-Fehler in der Y- und X-Achsenrichtung des Auslegers 20 über den Innenrahmen 49 berechnet, so dass sich der Innenrahmen 49 in Ansprechen auf die Spannung, welche an das Y-Seite- und X-Seite-piezoelektrische Element 54, 61 angelegt wird, linear bewegen kann.
Unterdessen ist die Ausleger-Halterung 22 mit einer aus Glas hergestellten Glashalterung 23 am Zentrum davon bereitgestellt, wie in 6 gezeigt. Die Glashalterung 23 dient zum Ausbilden eines Liquidviskose-Films zwischen der Probe S und der Glashalterung 23, wodurch die unregelmäßige Reflexion, usw. des Lichts von der Lichtquelle von einem Versatzerfassungsmechanismus 121, welcher später beschrieben wird, oder von dem Be leuchtungslicht von der Lichtquelle 40 verhindert wird. Die Ausleger-Halterung 22 ist mit einem Lagerteil 19 bereitgestellt, welches sich in einer Säulenform entlang der Y-Achse erstreckt. Das Lagerteil 19 hat an seinem Vorderende ein abwärtsgerichtetes Teil 18, welches sich vom Vorderende abwärts erstreckt. Das abwärtsgerichtete Teil 18 ist an seinem unteren Ende mit einem nicht gezeigten Draht bereitgestellt.
Der Ausleger 20 ist oberhalb der Plattformöffnung 17 bereitgestellt. Der lang gestreckte Ausleger 20 hat eine am Vorderende geschärfte Sonde 21, welche an der unteren Oberfläche des Vorderendes davon bereitgestellt ist. An der oberen Oberfläche ist eine Reflexionsoberfläche 14 bereitgestellt, um ein Licht zu reflektieren. Der Ausleger 20 hat ein Rückende 20a, welches auf einem Lagertisch 24 ruht, welcher über ein Klebemittel an der Glashalterung 23 über das piezoelektrische Element 28 fixiert ist und am Lagertisch 24 durch den Draht, welcher am abwärtsgerichteten Teil 18 bereitgestellt ist, fixiert ist. Aufgrund dessen wird der Ausleger 20 derart Ausleger-gelagert, dass das Vorderende davon, an welchem die Sonde 21 bereitgestellt ist, als ein freies Ende dient.
Bei der somit aufgebauten Ausleger-Halterung 22 wird, indem eine Spannung an das piezoelektrische Element 28 angelegt wird, der Ausleger 20 bei einer vorbestimmten Frequenz und Amplitude entlang der Z-Achsenrichtung vibriert.
In der Nähe des Sonden-Feinbewegungsmechanismus 26 ist ein Z-Grobbewegungsmechanismus 33 bereitgestellt, um den Ausleger 20 in die Z-Achsenrichtung mittels eines Motors 37 grob zu bewegen, wie in 1(a) und (b) gezeigt. Der Z-Grobbewegungsmechanismus 33 ist an seinem Basisteil 34 an der Basis 13 des Hauptkörpers 3 fixiert. Eine XY-Plattform 35 ist an einer oberen Oberfläche des Z-Grobbewegungsmechanismus 33 bereitgestellt, während die Lagerbefestigung 30 an einer oberen Oberfläche von der XY-Plattform 35 fixiert ist.
Ferner ist der Beleuchter 5 oberhalb des Sonden-Feinbewegungsmechanismus 26 bereitgestellt. Der Beleuchter 5 hat eine Lichtquelle 40 zum Abstrahlen eines Beleuchtungslichtes und eine Kondensorlinse 41 zum Einsammeln des Beleuchtungslichtes von der Lichtquelle 40. Die Kondensorlinse 41 ist oberhalb des Zentrums des Sonden-Feinbewegungsmechanismus 26 mittels der Linsenlagerung 42, welche sich durch das invertierte Mikroskop 8 fortsetzt, angeordnet und zur vertikalen Bewegung in Relation zum Sonden-Feinbewegungsmechanismus 26 gelagert.
Ferner ist der Sonden-Feinbewegungsmechanismus 26 in dieser Ausführungsform auf einer oberen Oberfläche von der Basisplatte 68 mit einem Versatzerfassungsmechanismus 112 zum Erfassen eines Versatzes des Auslegers 20, wie in 5 gezeigt, aufgebaut. Der Versatzerfassungsmechanismus 112 hat eine Superlumineszenzdiode (welche im Folgenden als eine „SLD" bezeichnet wird) 114, welche eine Nahinfrarotlicht-Wellenlänge von 830 nm als eine Niedrigkohärenz-Lichtquelle hat. Die SLD (Lichtquelle, Niedrigkohärent-Lichtquelle) 114 ist nahe der Kante angeordnet, welche im D-Bereich unter den vier Kanten von der Basisplatte 68 angeordnet ist. Wenn die SLD 114 angetrieben wird, wird ein Niedrigkohärenz-Licht emittiert, welches entlang der X-Achse zum entgegengesetzten Bereich mit Bezug auf die Y-Achse, das heißt zum C-Bereich, läuft. Ein Optiksystem 115 ist am Pfad des Lichts von der SLD 114 in einer Position nahe der SLD 114 angeordnet. Das Optiksystem 115 hat eine fokussierende, asphärische Linse 117, welche entgegengesetzt der SLD 114 angeordnet ist. Eine achromatische Linse 118 und eine Zylinderlinse 119 zum Korrigieren von Aberrationen sind in der Reihenfolge, beginnend vom D-Bereich zum C-Bereich, angeordnet.
Das Optiksystem 115 ist mit Linsengruppen 117, 118, 119 aufgebaut, deren austretendes Licht auf der Reflexionsoberfläche 14 des Auslegers 20 zu fokussieren ist.
Die Zylinderlinse 119 ist zur Korrektur von Astigmatismus bereitgestellt, um die Streuung eines Fokuspunkts auf der Reflexionsoberfläche 14 zu korrigieren.
Ein erster Reflektor (Laufrichtungs-Änderungsmittel) 122 ist in einer Position nahe der Kante bereitgestellt, welche im C-Bereich unter den vier Kanten angeordnet ist. Der erste Reflektor 122 ist entlang der SLD 114, des Optiksystems 115 und der X-Achse angeordnet, so dass das Licht von der SLD 114 durch das Optiksystem 115 durchlaufen und den ersten Reflektor 122 erreichen kann. Ferner reflektiert der erste Reflektor 122 das ankommende Licht und ändert die Laufrichtung davon, wodurch es erlaubt wird, dass das Reflexionslicht entlang der Y-Achse läuft. Ferner ist ein zweiter Reflektor (Laufrichtungs-Änderungsmittel) 123, welcher in 5 und 7 gezeigt ist, in einer Position nahe der X-Achse im C-Bereich bereitgestellt. Zwischen dem ersten Reflektor 122 und dem zweiten Reflektor 123 ist ein Korrekturglas (Lichtpfad-Korrekturmittel) 126 in einer Plattenform bereitgestellt. Es sind nämlich der erste Reflektor 122, das Korrekturglas 126 und der zweite Reflektor 123 entlang der Y-Achse angeordnet.
Das Korrekturglas 126 ist vom Optikpfad durch die Glashalterung 127 entnehmbar gelagert. In dem Fall, bei welchem das Korrekturglas 126 in einer vorbestimmten Position angebracht ist, durchläuft das Reflexionslicht vom ersten Reflektor 122 durch das Korrekturglas 126. Zwischen einem Anbringen und Entfernen des Korrekturglases 126 ändert sich eine Optikpfadlänge in Abhängigkeit vom Vorliegen/Nicht-Vorliegen von einer Lichtbrechung aufgrund des Korrekturglases 126.
Hier unterscheidet sich eine Optikpfadlänge zwischen einer Messung in einer Flüssigkeit und einer Messung in der Luft. Dies liegt daran, weil das auf die Reflexionsoberfläche 14 einfallende Licht beim Durchlaufen von einer Kulturlösung abgelenkt wird. In dieser Ausführungsform wird eine Einstellung auf eine Optikpfadlänge vorgenommen, welche für eine innerflüssige Messung durch ein Durchlaufen durch das Korrekturglas 126 geeignet ist, während die Einstellung auf eine Optikpfadlänge vorgenommen wird, welche für die Luft-Messung geeignet ist, indem das Korrekturglas 126 entfernt wird.
Der zweite Reflektor 123 reflektiert ferner das Reflexionslicht vom ersten Reflektor 122 und ändert die Laufrichtung dadurch derart, dass das Reflexionslicht zur Reflexionsoberfläche 14 austreten kann.
Unterdessen sind in einer Position des D-Bereiches nahe des Auslegers 20 und auf dem Optikpfad des Reflexionslichtes von der Reflexionsoberfläche 14 eine Sammellinse 128, welche beispielsweise als eine doppelkonvexe Linse ausgebildet ist, um das Reflexionslicht zu sammeln, und ein Fotodetektor (Lichtempfänger) 121, welcher beispielsweise in vier Teile geteilt aufgebaut ist, bereitgestellt.
Die SLD 114, das Optiksystem 115, der erste Reflektor 122, das Korrekturglas 126, der zweite Reflektor 123, die Reflexionsoberfläche 14, die Sammellinse 128 und der Fotodetektor 121 sind beinahe ringförmig über die C- und D-Bereiche, von oben betrachtet, angeordnet.
Durch diesen Aufbau wirkt das Reflexionslicht von der zweiten Reflexionsoberfläche 123 in Relation zur X- und Y-Achse von oberhalb des C-Bereiches schräg auf die Reflexionsoberfläche 14 ein, und tritt dann davon schräg in Relation zur X- und Y-Achse in Richtung oberhalb des D-Bereiches aus, wie in 5 und 6 gezeigt.
Beispielsweise ist in dieser Ausführungsform der zweite Reflektor 123 derart aufgebaut, dass seine Reflexionsoberfläche einen Winkel von 60 Grad in Relation zur Z-Achse und von 48 Grad in Relation zur Y-Achse annimmt. Aufgrund dessen tritt das auf dem zweiten Reflektor 123 reflektierte Licht bei 50 Grad in Relation zur Z-Achse und bei 15 Grad in Relation zur X-Achse schräg in die Reflexionsoberfläche 14 ein. Unterdessen ist der Anordnungswinkel des Auslegers 20 bei 9 Grad in Relation zur Y-Achse aufgebaut.
Im Übrigen sind jene Winkel nicht auf die obige Einstellung beschränkt, sondern können korrekt geändert werden. Insbesondere ist das einfallende Licht auf die Reflexionsoberfläche 14 vorzugsweise bei mehr als 0 Grad und 45 Grad oder weniger in Relation zur X-Achse aufgebaut.
Ferner hat der Versatzerfassungsmechanismus 112 eine Lichtempfangsseite-YZ-Plattform 131, welche den Fotodetektor 121 in die Y- und Z-Achsenrichtung bewegt, und eine Lichtquellenseite-YZ-Plattform 132, welche die SLD 114 und das Optiksystem 115 in die Y- und Z-Achsenrichtung bewegt. Die Lichtempfangsseite-YZ-Plattform 131 hat einen Hebel 133. Beim Betreiben des Hebels 133 kann der Fotodetektor 121 in seiner Position in Relation zur Y- und Z-Achse eingestellt werden. Ebenso können durch die Lichtquellenseite-YZ-Plattform 132 die SLD 114 und das Optiksystem 115 in ihrer Position in Relation zur Y- und Z-Achse eingestellt werden.
Unterdessen ist ein Sondenseiten-Durchgangsloch 70, welches zur Z-Achse gerichtet ist, im Zentrum von der Basisplatte 68 in dieser Ausführungsform ausgebildet. Das Beleuchtungslicht von der in 1 gezeigten Lichtquelle 40 passiert durch das Sondenseiten-Durchgangsloch 70.
Unterdessen, wie in 2 gezeigt, ist ein Plattformseiten-Durchgangsloch 109 in der Z-Richtung in der Erstreckung 87 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet. Ferner, indem das Fokussierungsrad 8a, welches auf dem in 1 gezeigten invertierten Mikroskop 8 bereitgestellt ist, bedient wird, wird die Objektivlinse 10 vertikal bewegt, so dass die Probe S mittels der Objektivlinse 10 durch das Plattformseiten-Durchgangsloch 109 beobachtet werden kann.
Es wird nun eine Erläuterung über die Funktion des Abtastsondenmikroskops 1 in der vorliegenden Ausführungsform, welches derart aufgebaut ist, gegeben.
Zunächst wird eine Probe S auf die Plattform 16 über eine innerflüssige Zelle, nicht gezeigt, gesetzt. Dann wird die Lichtquelle 40 eingeschaltet, um ein Beleuchtungslicht auf die Probe S abzustrahlen. Darauf passiert das Beleuchtungslicht durch das Sondenseiten-Durchgangsloch 70 und durchläuft die Glashalterung 23 von der Ausleger-Halterung 22 und die Probe S in dieser Reihenfolge. Durch das Passieren durch die Plattformseiten- Öffnung 17 erreicht das Licht die Objektivlinse 10, welche im Beobachtungsort K angeordnet ist. Aufgrund dessen kann die Probe S in ihrem Zustand durch die Objektivlinse 10 beobachtet werden. Wenn der Revolver 9 zu diesem Zeitpunkt gedreht wird, geht die erste Objektivlinse 10 aus dem Beobachtungsort K heraus, um eine weitere Objektivlinse 10 in den Beobachtungsort K zu platzieren. Dies erlaubt die Einstellung einer korrekten Vergrößerung von der Objektivlinse 10. Unterdessen, wenn das Fokussierungsrad 8a bedient wird, bewegt sich die Objektivlinse 10 herauf, so dass die Objektivlinse 10 die Probe S in einer Fokussierung annähern kann.
Aufgrund dessen wird eine Anfangsbeobachtung auf die Probe S vorgenommen. Gemäß dem Ergebnis wird ein genauer Messpunkt spezifiziert, um eine genaue Messung mit dem Abtastsondenmikroskop durchzuführen. Für den relevanten Messpunkt wird eine Ausrichtung vorgenommen, indem das invertierte Mikroskop 8 über die XY-Plattform 31 bewegt wird.
Wenn eine genaue Messung durchgeführt wird, wird das Korrekturglas 126 zunächst befestigt. Ferner wird eine Ausrichtung zwischen der Oberfläche von der Probe S und der Position von der Sonde 21 unter Verwendung der XY-Plattform 35 vorgenommen, während das Bild mittels des invertierten Mikroskops 8 betrachtet wird. Dann werden die SLD 114, das Optiksystem 115 und der Fotodetektor 121 in ihrer Position eingestellt. Es wird natürlich, wie in 5 gezeigt, eine Positionseinstellung durch die Lichtquellenseite-YZ-Plattform 132 vorgenommen, so dass das von der SLD 114 abgestrahlte Licht L positiv auf die Reflexionsoberfläche 14 einfällt. Unterdessen wird eine Positionseinstellung mit der Lichtempfangsseite-YZ-Plattform 131 vorgenommen, so dass der Punkt auf den Fotodetektor 121 kommt. Dann wird der Motor 37 für den Z-Grobbewegungsmechanismus 33 angetrieben, um den Ausleger 20 grob zu bewegen, wodurch der Ausleger 20 in die innerflüssige Zellen-Kulturlösung eingetaucht wird. Dann wird die Sonde 21 in der Nähe zu der Oberfläche von der Probe S positioniert.
Hier wird ein Lichtlaufzustand erläutert, indem auf 5, 6, 8 und 9 Bezug genommen wird. Im Übrigen zeigt 8 eine Entwicklung des Optikpfades über eine gerade Linie, wobei Medien um den ersten Reflektor 122, zweiten Reflektor 123, die Glas-Halterung 23 und den Ausleger 22 ausgelassen sind. Demgemäß wird der tatsächliche Brechungszustand nicht widergespiegelt.
Bei einem Betreiben der SLD 114 wird ein Niedrigkohärenz-Licht L von der SLD 114 emittiert, so dass das Licht L entlang der X-Achse zum C-Bereich läuft. Das Licht L durchläuft durch die asphärische Linse 117 in einem Sammelzustand, und durchläuft dann durch die achromatische Linse 118. Nachdem eine Aberration durch das Durchlaufen durch die achromatische Linse 118 korrigiert ist, durchläuft das durch die achromatische Linse 118 passierte Licht eine Zylinderlinse 119. Durch das Durchlaufen durch die Zylinderlinse 119 wird eine Korrektur des Astigmatismus vorgenommen.
Ferner erreicht das Licht L, welches durch die Zylinderlinse 119 durchlaufen ist, den ersten Reflektor 122. Das Licht L reflektiert darauf zum B-Bereich, wodurch es somit entlang der Y-Achse läuft und durch das Korrekturglas 126 durchläuft. Durch das Durchlaufen durch das Korrekturglas 126 wird das Licht L abgelenkt, um die Optikpfadlänge zu ändern, wodurch somit eine Optikpfadlänge bereitgestellt wird, welche für eine innerflüssige Messung geeignet ist.
Ferner erreicht das durch das Korrekturglas 126 passierte Licht L den zweiten Reflektor 123 und reflektiert darauf. Das Reflexionslicht wird auf einen vorbestimmten Winkel in Relation zur X-, Y- und Z-Achse geneigt und auf die Reflexionsoberfläche 14 von oberhalb des C-Bereichs fokussiert. In dieser Ausführungsform hat der SLD basierte Punkt eine Größe, welche einen Durchmesser von ungefähr 10 μm auf der Reflexionsoberfläche 14 hat. Das auf die Reflexionsoberfläche 14 einfallende Licht L reflektiert dort und läuft zum D-Bereich, während es abermals gestreut wird. Es wird nämlich um einen vorbestimmen Winkel in Relation zur X-, Y- und Z-Achse geneigt, um in Richtung oberhalb des D-Bereichs zu laufen. Durch das Durchlaufen durch die Sammellinse 128 wird das Licht L von der Reflexionsoberfläche 14 auf den Fotodetektor 121 fokussiert.
Auf diese Weise läuft das von der SLD 114 emittierte Licht L nahe ringförmig über den C- und D-Bereich, wenn von oberhalb betrachtet.
Hier hat die Reflexionsoberfläche 14 eine Position, welche sich in Abhängigkeit vom Typ des Auslegers 20 und des Befestigungsfehlers auf die Ausleger-Halterung 22 ändert. Zusätzlich tritt eine Lichtbrechung aufgrund des Mediums (Flüssigkeit oder Luft) zwischen der Glas-Halterung 23 und der Probe S auf, um den Einfallwinkel auf die Reflexionsoberfläche 14 zu ändern und eine Abweichung des Abbildpunktes auf der XY-Ebene zu bewirken. Außerdem wird der Abbildpunkt ebenfalls in der Optikachsen-Richtung geändert. In diesem Fall, indem die SLD 114 und das Optiksystem 115 mittels der Lichtquellenseiten-YZ-Plattform 132 bewegt werden, kann der Abbildpunkt innerhalb der XY-Ebene bewegt werden, wodurch es ermöglicht wird, den SLD 114-Punkt auf der Reflexionsoberfläche 14 zu fokussieren. Ferner kann die Optikpfadlänge durch das Korrekturglas 126 geändert werden, wodurch eine Korrektur des Abbildpunktes in der Optikachsen-Richtung zwischen unterschiedlichen Medien ermöglicht wird.
Hier wird im Falle einer Positionierung des Lichtes L, welches von der SLD 114 emittiert wird, in eine Position auf der Reflexionsoberfläche 14 des Auslegers 20 eine Positionseinstellung vorgenommen, während der Ausleger 20 und der Licht L Punkt in einem allgemeinen Sehfeld mittels der Objektivlinse 10, welche auf dem invertierten Mikroskop bereitgestellt ist, beobachtet werden. Weil der Licht L Punkt vor der Positionierung in einer Position ist, welche wesentlich von der Reflexionsoberfläche 14 des Auslegers 20 abweicht, ist eine Positionierung einfach durchzuführen, wenn ein bestimmter Grad eines Sehfeldbereiches sichergestellt ist. Aus diesem Grund wurde ein Beobachtung mit einer Objektivlinse durchgeführt, welche in dieser Ausführungsform eine Vergrößerung von x4 hat.
Hier ist in 9 ein Optikpfad-Diagramm gezeigt, bei welchem der einfallende Strahl auf die Reflexionsoberfläche 14 des Auslegers 20 auf der X-Z-Ebene projiziert wird. Wie anhand der Figur zu erkennen, weil ein einfallendes Licht in einem Zustand einer Dunkelfeld-Beleuchtung auf einen festen Winkel von der Objektivlinse 10 ist, tritt kein Licht in die Objektivlinse 10 ein, wodurch es schwierig gestaltet wird, den Punkt zu beobachten. Daraus folgend ist in der Erfindung zuvor ein Spalt mittels des Z-Grobbewegungsmechanismus 33 zwischen dem Ausleger 20 und der Probe S bereitgestellt, in welchem eine Streuplatte 140 eingesetzt ist. Indem der Punkt des an der Streuplatte 140 und des Auslegers 20 durch die Objektivlinse 10 zerstreuten Lichts beobachtet wird, wird der Punkt auf der Reflexionsoberfläche 14 ausgerichtet. Dann wird die Streuplatte 140 entfernt, um die Sonde 21 in die Nähe zur Probe S mittels des Z-Grobbewegungsmechanismus 33 zu setzen. Bei der Positionierung mit der Streuplatte 140 wird eine Kulturflüssigkeit zwischen der Streuplatte 140 und der Glas-Halterung 23 gefüllt, um die Abweichung des Optikpfades zu verhindern. Die verwendete Streuplatte 140 hat einen 20 nm dicken Chromfilm 142, welcher in einer 2 μm Teilungsgitter-Form über einem Glas-Substrat 141, wie in 10 gezeigt, bereitgestellt ist. Indem die Streuplatte 140 wie diese verwendet wird, kann der Ausleger 20 durch das Glas-Substrat 141 in den Bereichen beobachtet werden, in welchem der Chromfilm nicht vorliegt. Unterdessen wird der Punkt durch die Bereiche mit dem Chromfilm 142 zerstreut, so dass das Streulicht durch die Objektivlinse 10 fokussiert werden kann, um eine Punkt-Beobachtung zu ermöglichen.
Die SLD 114 dient für Nahinfrarotlicht, welches eine Wellenlänge von 830 nm hat. Indem Nahinfrarotlicht verwendet wird, gibt es einen Vorteil darin, dass eine Fluoreszenz während einer Messung von einer Bio-Probe oder dergleichen weniger angeregt wird. Beim Beobachten eines Punktes durch die Objektivlinse 10 wird eine CCD-Kamera (nicht gezeigt) aus Gründen der Sicherheit verwendet. Da die CCD-Kamera eine Empfindlichkeit ebenfalls im Infrarotbereich hat, kann eine Beobachtung mit einem weiteren Bereich von Licht als sichtbares Licht durchgeführt werden.
Im Übrigen kann die Streuplatte 140 zwischen der Objektivlinse 10 und der Unterseite von der Probe S angeordnet werden. Unterdessen kann eine Punkt-Beobachtung durch ein Reflexions-Mikroskop vorgenommen werden, welches unmittelbar oberhalb von der Probe S angeordnet ist.
Unterdessen hat das Reflexionslicht von der Reflexionsoberfläche 14 einen Reflexionswinkel, welcher in Abhängigkeit von der Differenz des einfallenden Winkels unterschiedlich ist, während das Reflexionslicht einen Brechungswinkel hat, welcher sich mit der Differenz des Mediums ändert. Demgemäß ist der Optikpfad des Reflexionslichtes nicht eindeutig fixiert. Unterdessen ist das Licht nach einer Fokussierung auf der Reflexionsoberfläche 14 abermals zu streuen.
Beim Erfassen eines Reflexionslicht-Punktes auf dem Fotodetektor 121 unter solchen Bedingungen wird der Fotodetektor 121 auf einem Lichtstrahl positioniert, welcher in eine gewünschte Richtung läuft, wodurch somit die Vorbereitung von einer Lichtempfangsseite-YZ-Plattform 131 erfordert wird, bei der es möglich ist, dass sie über einen breiten Bereich positioniert wird. Unterdessen, um den zerstreuten Lichtstrahl an die Lichtempfangsoberfläche auf den Fotodetektor 121 anzunähern, gibt es eine Notwendigkeit dazu, einen Fotodetektor vorzubereiten, welcher einen breiten Bereich hat. Wenn ein solcher Aufbau herangezogen wird, nimmt die Einrichtung in ihrem Ausmaß zu, wodurch somit die Messgenauigkeit des Abtastsondenmikroskops reduziert wird. Zusätzlich ist eine Ausrichtung sehr schwierig durchzuführen.
Aus diesem Grund, indem die Sammellinse 128 in einer geeigneten Position auf dem Optikpfad von der Reflexionsoberfläche 14 auf die Fotodetektor 121-Oberfläche angeordnet wird, wird das Licht in Richtung des Fotodetektors 121 gesammelt, wodurch die Möglichkeit besteht, eine derart geeignete Punktgröße auszuwählen, wie sie sich innerhalb der Fotodetektor 121-Oberfläche annähert. Ferner kann der Lichtstrahl durch die Sammellinse 128 abgelenkt werden, um somit den Punkt innerhalb eines bestimmten Bereiches ein zusammeln. Dieser Aufbau kann das Ausmaß des Fotodetektors 121 und der Lichtempfangsseite-YZ-Plattform 131 reduzieren, wodurch es einfach gestaltet wird, den Fotodetektor 121 zu positionieren.
Hier gilt, dass, wenn der Ausleger 20 in der Z-Achsenrichtung abweicht, der Punkt auf der Fotodetektor 121-Oberfläche einen gebogenen Pfad beschreibt. Bei einer geringen Abweichgröße bewegt er sich linear in eine Richtung, welche in Relation zur Y-Achse ungefähr um 15 Grad geneigt ist. Unterdessen, bei einer Verwendung an einem Reibkraft-Mikroskop, ist eine Ausleger-Verwindung um die Hauptachse des Auslegers 20 zu erfassen. Wenn der Ausleger verwindet wird, ist eine Bewegung auf der Y-Z-Ebene in einer Richtung, welche beinahe senkrecht zum Abweichpfad ist.
In diesem Zustand wird eine Spannung auf das piezoelektrische Element 28 angelegt, um die Sonde 21 bei einer vorbestimmten Frequenz und Amplitude entlang der Z-Achsenrichtung über den Ausleger 20 zu vibrieren. Dann wird eine Spannung auf das Y-Seite-piezoelektrische Element 54 und X-Seite-piezoelektrische Element 61, wie in 4 gezeigt, angelegt. Daraufhin erstrecken/kontrahieren sich die Y-Seite- und X-Seitepiezoelektrischen Elemente 54, 61, um den Innenrahmen 49 in die XY-Achsenrichtung über den Y-Seite- und X-Seite-Versatzerhöhungsmechanismus 55, 62 fein zu bewegen. Aufgrund dessen tastet die Sonde 21 im Raster bei einer vorbestimmten Abtastrate über die Probe S ab.
Zu diesem Zeitpunkt, wenn sich der Innenrahmen 49 in X- und Y-Achsenrichtung fein bewegt, erfassen die Kapazitätstyp-Sensoren 78, 81 die Feinbewegungsgröße in X- und Y-Achsenrichtung, um Fehler in die X- und Y-Achsenrichtung zu korrigieren. Indem die Feinbewegungsgrößen in die X- und Y-Achsenrichtung somit korrigiert werden, kann ein linearer Betrieb in die X- und Y-Achsenrichtung vorgenommen werden, ohne durch die Hysterese oder Kriechdehnung des Y-Seite- und X-Seite-piezoelektrischen Elements 54, 61 beeinflusst zu werden.
Bei der Abtastung, im Falle dass sich die Distanz zwischen der Sonde 21 und der Probe S-Oberfläche gemäß der Höhlung-Wölbung von der Probe S ändert, erfährt die Sonde 21 eine Abstoßungs- oder Anziehungskraft aufgrund von einer Atomarkraft oder einer Zwischenkontaktkraft, wodurch somit der Vibrationszustand des Auslegers 20 und somit die Amplitude und Phase dessen geändert wird. Wenn der Fotodetektor 121 einen Detektor verwendet, welcher in vier Teile an seiner Lichtempfangsoberfläche aufgeteilt ist, wird die Änderung der Amplitude oder Phase als eine Ausgangsdifferenz (bezeichnet als ein DIF- Signal) von unterschiedlichen zwei Paaren von aufgeteilten Oberflächen des Fotodetektors 121 erfasst. Das DIF-Signal wird einer nicht gezeigten Z-Spannung-Rückführschaltung eingegeben. Die Z-Spannung-Rückführschaltung legt eine Spannung an das in 2 gezeigte Z-Seite-piezoelektrische Element 90 an, so dass die Amplitude und Phase gemäß dem DIF-Signal gleich werden.
Das Z-Seite-piezoelektrische Element 90 wird wiederholt bei hoher Geschwindigkeit durch das Anlegen der Spannung erstreckt und kontrahiert. Wenn das Z-Seite-piezoelektrische Element 90 sich erstreckt und kontrahiert, bewegt sich die Plattform 16 bei sehr hoher Frequenz in die Z-Achsenrichtung durch die Erstreckung 87, um die Probe S auf der Plattform 16 in die Z-Achsenrichtung zu bewegen. Aufgrund dessen wird bei der Abtastung die Distanz stets zwischen der Sonde 21 und der Probe S-Oberfläche konstant beibehalten.
Unterdessen, wenn sich die Plattform 16 in die Z-Achsenrichtung bewegt, erfasst der Kapazitätstyp-Sensor 108 eine Feinbewegungsgröße des Mechanismuskörpers 86. Gemäß dem Erfassungsergebnis wird ein Fehler in der Z-Achsenrichtung-Feinbewegungsgröße von der Plattform 16 berechnet, wodurch somit Fehler in der Z-Achsenrichtung korrigiert werden. Dies kann die Plattform 16 linear in Z-Achsenrichtung betreiben.
Im Übrigen kann eine Feinbewegungsgröße durch den Kapazitätstyp-Sensor 108 erfasst und als eine Höheninformation des Abtastsondenmikroskops angezeigt werden. In diesem Fall ist es möglich, eine höhere Abtastrate durchzuführen.
Auf diese Weise kann ein topografisches Bild von der Probe S-Oberfläche gemessen werden, indem ein Bild erstellt wird durch eine Eingabe an die Steuersektion, welche nicht gezeigt ist, von der Spannung, welche an das X-Seite-, Y-Seite- und Z-Seite-piezoelektrische Element 54, 61, 90 angelegt wird. Unterdessen kann, indem verschiedene aus einer Kraft und physikalischen Aktionen, welche zwischen der Sonde 21 und der Probe S wirken, gemessen werden, eine Messung auf verschiedene Teile einer physikalischen Eigenschaftsinformation vorgenommen werden, wie beispielsweise eine Viskoelastizität, eine Probe-S-Oberflächenpotenzialverteilung, eine Probe-S-Oberflächenleck-Magnetfeldverteilung und Nahfeld-Optikbilder.
Anhand des Obigen, gemäß dem Abtastsondenmikroskop 1 der vorliegenden Ausführungsform, ist es, indem es erlaubt wird, dass das Licht L sich in Relation zur X-, Y- und Z-Achse neigt, um in die Reflexionsoberfläche 14 von oberhalb des C-Bereichs einzutre ten, möglich, den offenen Raum oberhalb des Vorderendes des Auslegers 20 wirksam zu benutzen. Sogar in einem Fall, bei welchem die Kondensorlinse 41 oberhalb des Auslegers 20 angeordnet ist, kann das Licht L einfach auf die Reflexionsoberfläche 14 einfallen, ohne dass die Reise des Lichts L behindert wird. Demgemäß kann eine Messung mit Schnelligkeit und Genauigkeit durch ein Kombinieren mit dem invertierten Mikroskop 8 vorgenommen werden.
Unterdessen, indem es erlaubt wird, dass das Licht L auf die Reflexionsoberfläche 14 vom C-Bereich einfällt, um in Relation zur X-, Y- und Z-Achse geneigt zum D-Bereich reflektiert zu werden, kann das Reflexionslicht L einfach am Fotodetektor 121 ankommen, ohne in seiner Reise behindert zu werden.
Ferner, wenn die Lichtquelle 114 einen Halbleiterlaser verwendet, tritt ein Rauschen aufgrund des Rückkehrlichtes von der Reflexionsoberfläche 14 des Auslegers 20 oder von der Oberfläche von der Probe S auf. Ein solches Rückkehrlicht wird unterdrückt, um ein Rückkehrlicht-Rauschen zu reduzieren. Aus diesem Grund kann das Licht von der Lichtquelle in seiner Größe erhöht werden, um eine Messempfindlichkeit zu verbessern.
Unterdessen, weil der erste und zweite Reflektor 122, 123 auf der Basisplatte 68 bereitgestellt sind, so dass das Licht L von der SLD 114 in seiner Laufrichtung auf eine derartige Weise geändert werden kann, dass es zur Reflexionsoberfläche 14 geht, kann ein Raum oberhalb der Basisplatte 68 wirksam verwendet werden, wodurch es ermöglicht wird, die Größe einfach zu reduzieren.
Ferner, weil die SLD 114, der erste Reflektor 122, der zweite Reflektor 123, die Fotodiode 121 usw., von oben betrachtet nahezu ringförmig angeordnet sind, kann die Einrichtung dünn aufgebaut werden. Die Kondensorlinse 41 kann oberhalb des Zentrums des Rings angeordnet werden, wodurch somit der Raum oberhalb der Basisplatte 68 wirksamer verwendet wird.
Unterdessen kann, weil das Korrekturglas 68 entnehmbar bereitgestellt ist, eine Korrektur schnell und einfach bezogen auf die Abweichung zwischen der Optikpfadlänge, welche für die innerflüssige Messung erforderlich ist, und der Optikpfadlänge, welche für die In-Luft-Messung erforderlich ist, vorgenommen werden. Dies beseitigt die Notwendigkeit der Bereitstellung eines Optikachsenrichtung-Bewegungsmechanismus oder eines Austausches der Ausleger-Halterung 22 gemäß dem Medium, wodurch somit die Einrichtung in ihrer Größe kleiner erstellt wird und die Betriebswirksamkeit verbessert wird.
Unterdessen kann durch den Sonden-Feinbewegungsmechanismus 26 die Sonde 21 positiv in Y- und Y-Achsenrichtung bewegt werden. Die Sonde 21 kann positiv mit einer Genauigkeit über die Probe S abgetastet werden.
Ferner, weil das Sondenseiten-Durchgangsloch 70 im Sonden-Feinbewegungsmechanismus 26 bereitgestellt ist, und das Beleuchtungslicht durch das Sondenseiten-Durchgangsloch 70 zu passieren ist, ist eine Durchführung von einer genauen Messung möglich, ohne dass die Reise des Beleuchtungslichts durch den Versatzerfassungsmechanismus 112 behindert wird. Unterdessen, weil der Versatzerfassungsmechanismus 112 dünn aufgebaut werden kann, kann eine Kondensorlinse, welche ein großes NA hat, verwendet werden. Das Bild wird aufgrund des invertierten Mikroskops 8 mit hoher Auflösung und Klarheit bereitgestellt.
Unterdessen, weil die Plattformöffnung 17 im Plattform-Feinbewegungsmechanismus 27 bereitgestellt ist, kann die Objektivlinse 10 in weiterer Nähe zur Probe S gesetzt werden. Es ist eine Durchführung einer Messung mit einer Genauigkeit möglich, indem eine Objektivlinse bereitgestellt wird, welche ein hohes NA hat.
Unterdessen, weil die SLD 114 als eine Lichtquelle zum Abstrahlen eines niedrigkohärenten Lichts bereitgestellt ist, kann eine genaue Messung vorgenommen werden, indem der Interferenzring unterdrückt wird, welcher aufgrund der Interferenz zwischen dem Reflexionslicht von der Reflexionsoberfläche 14 des Auslegers 20 und dem Reflexionslicht von der Oberfläche von der Probe S verursacht wird.
Ferner, weil die Zylinderlinse 119 bereitgestellt ist, kann das Optiksystem bezogen auf Astigmatismus korrigiert werden, und zwar sogar dann, wenn das Licht schräg durch die Glashalterung 23 eintritt. Dies stellt einen Punkt bereit, welcher in seiner Größe klein und ungefähr kreisförmig ausgebildet ist, wodurch eine Messung mit weiterer Genauigkeit ermöglicht wird.
Unterdessen, weil die Sammellinse 128 bereitgestellt ist, kann der Punkt, welcher den Fotodetektor 121 erreicht, in einer solch geeigneten Größe bereitgestellt werden, dass er innerhalb der Fotodetektor 121-Oberfläche kommt, ohne in einem Nahbereich gesammelt zu werden.
(Ausführungsform 2)
Es wird nun im Folgenden eine Erläuterung über eine zweite Ausführungsform der Erfindung vorgenommen.
11 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
In 11 ist das identische Bezugszeichen an das identische Bauteil zu dem in 1 bis 10 beschriebenen Element angebracht, um die Erläuterung davon auszulassen.
Diese Ausführungsform ist im grundlegenden Aufbau die gleiche wie in der ersten Ausführungsform, wobei eine Differenz in den folgenden Punkten liegt.
Das Abtastsondenmikroskop 1 in dieser Ausführungsform ist nämlich mit einem aufrechten Mikroskop 8 kombiniert. Das aufrechte Mikroskop 8 ist mit einer Lichtquelle 40 und einer Kondensorlinse 41 oberhalb der Lichtquelle 40 von einem Hauptkörper 3 bereitgestellt. Unterdessen ist ein Plattform-Feinbewegungsmechanismus 27 oberhalb der Kondensorlinse 41 bereitgestellt. Der Plattform-Feinbewegungsmechanismus 27 ist durch ein Z-Seite-piezoelektrisches Element 90 ausgebildet, wobei das Z-Seite-piezoelektrische Element 90 derart angeordnet ist, um zur Z-Achsenrichtung zu richten. Im Z-Seite-piezoelektrischen Element 90 ist eine Bohrung (Durchgangsloch) 110 ausgebildet, um zur Z-Achsenrichtung zu richten. Das Beleuchtungslicht von der Lichtquelle 40 wird durch die Bohrung 110 passiert.
Unterdessen ist eine Objektivlinse 10 in einem Beobachtungsort K oberhalb des Sonden-Feinbewegungsmechanismus 26 bereitgestellt. Hier bezieht sich der Beobachtungsort K auf einen Ort, bei welchem der Ausleger 20 oder die Probe S von oberhalb des Sonden-Feinbewegungsmechanismus 26 beobachtet wird. Es ist der Objektivlinse 10 ermöglicht, sich vertikal im Beobachtungsort K zu bewegen. Wenn sie herunterbewegt wird, kann sie in das Sondenseite-Durchgangsloch 70 eingesetzt werden.
Durch diesen Aufbau passiert das Beleuchtungslicht von der Lichtquelle 40 durch die Bohrung 110 und durchläuft durch die Probe S. Im Falle, dass die Objektivlinse 10 in das Sondenseiten-Durchgangsloch 70 herunterbewegt wird, geht die Objektivlinse 10 zum Ausleger 20 oder zur Probe S.
Anhand des Obigen, weil die Bohrung 110 im Plattform-Feinbewegungsmechanismus 27 bereitgestellt ist, wobei ein Beleuchtungslicht durch die Bohrung 110 passiert, kann eine Messung mit einer Genauigkeit durchgeführt werden, ohne dass die Reise des Beleuchtungslichtes behindert wird.
Unterdessen, wenn der SLD-basierte Punkt auf der Reflexionsoberfläche des Auslegers positioniert wird, kann eine Positionierung vorgenommen werden, indem durch die Objektivlinse 10 von einem aufrechten Mikroskop beobachtet wird, indem eine Streuplatte zwischen dem Ausleger und der Probe, ähnlich der ersten Ausführungsform, angeordnet wird. Die Streuplatte ist in diesem Fall vorzugsweise durch einen Streukörper auf einem Reflexionssubstrat, wie beispielsweise ein Halbleiter-Wafer, aufgebaut.
Weil die Objektivlinse 10 in das Sondenseiten-Durchgangsloch 70 eingesetzt werden kann, kann die Objektivlinse 10 in weiterer Nähe zu dem Ausleger 20 oder der Probe S gesetzt werden. Es kann eine Messung mit der Bereitstellung von einer Objektivlinse, welche ein hohes NA hat, genau durchgeführt werden.
Im Übrigen ist in der ersten und zweiten Ausführungsform der Sonden-Feinbewegungsmechanismus 26 mit einem XY-Abtaster bereitgestellt, um den Ausleger 20 in die X- und Y-Achsenrichtung genau zu bewegen. Jedoch ist dies nicht beschränkend, jedoch kann der Sonden-Feinbewegungsmechanismus 26 als ein Z-Abtaster verwendet werden, um den Ausleger 20 in der Z-Achsenrichtung genau zu bewegen. In diesem Fall wird die Plattform 16 in der X- und Y-Achsenrichtung durch den Plattform-Feinbewegungsmechanismus 27 als ein XY-Abtaster bewegt.
Unterdessen wurde der Sonden-Feinbewegungsmechanismus 26 und der Plattform-Feinbewegungsmechanismus 27 bereitgestellt. Jedoch ist dies nicht beschränkend, hingegen kann ein dreidimensionales Stellglied oder dergleichen als ein XYZ-Abtaster bereitgestellt werden. In diesem Fall kann das dreidimensionale Stellglied auf jeglicher aus der Sondenseite und der Probenseite angeordnet werden.
Unterdessen ist in den Ausführungsformen der Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus einstückig mit dem Abtaster aufgebaut, welcher den Ausleger oder die Probe genau bewegt. Jedoch kann er unabhängig vom Abtaster aufgebaut werden. Unterdessen ist der Fall, welcher kein Teil oder die Gesamtheit des XYZ-Abtasters hat, in der Erfindung enthalten.
Unterdessen ist der Ausleger 20 nicht auf die ausgestreckte Form beschränkt, sondern kann eine gebogene Sonde, für ein Nahfeld-Mikroskop, sein, welche eine Optikfaser hat, welche in der Draufsicht dreieckig ist und im Querschnitt kreisförmig ist, welche angeschärft und am Vorderende gebogen ist.
Unterdessen war eine Beobachtung im DFM-Modus. Jedoch ist dies nicht beschränkend, sondern es ist eine Anwendung für verschiedene Modi eines Kontakt-AFM möglich.
Ferner enthält die Erfindung als ein Mikroskop ein Mikroskop, welches auf einem Reflexionsbeleuchtungs-Schema basiert, außer wenn das invertierte und aufrechte Mikroskop ein Übertragungsbeleuchtungs-Schema verwenden.
Ferner ist eine Anwendung für ein Nahfeld-Mikroskop möglich. Wenn ein Nahfeld-Mikroskop angewendet wird, kann eine Objektivlinse, welche ein hohes NA hat, bei einem gewünschten Winkel in einer Position angeordnet werden, bei welcher ein Sonden-Scheitelpunkt beobachtet werden kann, wodurch die Anregung und Wirksamkeit zum Ansammeln von Nahfeldsignalen verbessert werden.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abtastsondenmikroskop mit einem Versatzerfassungsmechanismus, welches verschiedene Teile einer physikalischen Eigenschaftsinformation über eine Oberflächen-Topologie, eine Viskoelastizität und dergleichen von einer Probe misst, indem die Probenoberfläche mit der dazu in die Nähe gesetzten Sonde abgetastet wird, und auf ein Abtastsondenmikroskop, welches dergleichen hat.

Claims

Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus, welcher eine Halterung, welche einen Ausleger lagert, welcher mit einer Sonde bereitgestellt ist, um in die Nähe von einer Oberfläche von einer Probe gesetzt zu werden, eine Lichtquelle, welche ein Licht auf eine Reflexionsoberfläche bestrahlt, welche im Ausleger bereitgestellt ist, und einen Lichtempfänger, welcher ein Licht empfängt, welches von der Lichtquelle abgestrahlt ist und durch die Reflexionsoberfläche reflektiert ist, wodurch somit die Möglichkeit besteht, einen Versatz des Auslegers gemäß einer Lichtempfangsposition am Lichtempfänger zu erfassen, wobei der Versatzerfassungsmechanismus dadurch gekennzeichnet ist, dass: der Ausleger ein Rückende hat, welches an der Halterung fixiert ist; eine Y-Achse sich von oben betrachtet in Längsrichtung des Auslegers erstreckt, eine X-Achse durch die Reflexionsoberfläche passiert und sich senkrecht zur Y-Achse erstreckt, die Längsrichtung des Auslegers zu einer Y-Achse geneigt ist, das einfallende Licht von der Lichtquelle von oberhalb des Vorderendes von dem Ausleger zu der X-Achse und der Y-Achse geneigt ist, und oberhalb der Reflexionsoberfläche einfällt, wobei das Reflexionslicht d in dem enthaltenen Winkel ohne einen Einfall auf die Halterung des Auslegers einfällt.
Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus nach Anspruch 1, bei welchem das auf die Reflexionsoberfläche einfallende Licht dazu bewirkt wird, in Richtung oberhalb eines entgegengesetzten Bereiches mit Bezug auf die Y-Achse schräg zur X- und Y-Achse reflektiert zu werden.
Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, welcher ein Laufrichtungs-Änderungsmittel enthält, welches auf einer Ebene parallel zu einer XY-Ebene, welche die X- und Y-Achse enthält, bereitgestellt ist, um eine Laufrichtung des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts zu ändern.
Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus nach Anspruch 3, bei welchem das Laufrichtungs-Änderungsmittel in einer Mehrzahl auf einem Optikpfad des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts bereitgestellt ist, wobei die Mehrzahl von Laufrichtungs-Änderungsmitteln, die Lichtquelle und der Lichtempfänger von oben betrachtet in einem vorderen Endbereich des Auslegers nahezu ringförmig angeordnet sind.
Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus nach Anspruch 3 oder 4, bei welchem ein Optikpfadlänge-Korrekturmittel auf einem Optikpfad des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts bereitgestellt ist, um eine Abweichung der Optikpfadlänge zu korrigieren.
Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus nach Anspruch 1 oder 5, bei welchem eine Objektivlinse in einer gewünschten Position angeordnet ist, bei welcher zumindest eines aus der Sonde, dem Ausleger und der Probe zu beobachten ist.
Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus nach Anspruch 1 oder 6, bei welchem ein Beleuchtungslicht von einer gewünschten Richtung auf zumindest eines aus der Sonde, dem Ausleger und der Probe abgestrahlt ist.
Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welcher einen Abtaster enthält, welcher den Ausleger oder die Probe fein bewegt.
Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus nach Anspruch 8, bei welchem der Abtaster ein Durchgangsloch hat, welches in eine Richtung gerichtet ist, in welche sich eine Z-Achse senkrecht zur X- und Y-Achse erstreckt.
Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus nach Anspruch 9, bei welchem ein Beleuchtungslicht durch das Durchgangsloch zu passieren ist.
Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus nach Anspruch 9 oder 10, bei welchem eine Objektivlinse in einer gewünschten Position angeordnet ist, bei welcher zumindest eines aus der Sonde, dem Ausleger und der Probe zu beobachten ist.
Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei welchem der Abtaster einen XYZ-Abtaster hat, welcher den Ausleger entlang der X- und Y-Achse und einer Z-Achse senkrecht zur X- und Y-Achse fein bewegt.
Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem die Lichtquelle eine niedrigkohärente Lichtquelle ist.
Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welchem eine Zylinderlinse auf einem Optikpfad des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts bereitgestellt ist.
Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei welchem eine Focuslinse auf einem Optikpfad des Lichts bereitgestellt ist, welches von der Reflexionsoberfläche reflektiert wird und zum Lichtempfänger führt.
Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei welchem eine Streuplatte in einer Position entgegengesetzt zur Sonde angeordnet ist, eine Objektivlinse in einer gewünschten Position oberhalb oder unterhalb des Auslegers, welcher die Sonde hat, angeordnet ist, das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht durch die Streuplatte derart gestreut ist, dass ein Punkt in einer Position auf der Reflexionsoberfläche des Auslegers positioniert ist, während der Ausleger und der Punkt des Streulichts durch die Objektivlinse beobachtet werden.
Abtastsondenmikroskop, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es einen Abtastsondenmikroskop-Versatzerfassungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 16 enthält.