JP2000249645A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡Info
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- JP2000249645A JP2000249645A JP11055493A JP5549399A JP2000249645A JP 2000249645 A JP2000249645 A JP 2000249645A JP 11055493 A JP11055493 A JP 11055493A JP 5549399 A JP5549399 A JP 5549399A JP 2000249645 A JP2000249645 A JP 2000249645A
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- scanning probe
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構成でカンチレバーと光学系の位置合
わせを行う走査型プローブ顕微鏡を提供する。 【解決手段】 光路２５は円筒型スキャナ中央空洞部分
を通るため、微動機構２８の移動と光路２５の移動は同
期している。カンチレバー保持台２９に設置されたカン
チレバー２２は、ヘッド部に付属するカンチレバー取り
付け部３０近傍まで、位置制御装置２７とXYステージ２
３を用いて自動移送される。光路２５とカンチレバー２
２背面が重なり且つ変位センサ２６に入射する探針２１
からの反射光強度が最大になる位置に微動機構２８を用
いて微調整を行う。その後にカンチレバー取り付け部３
０とカンチレバー保持台２９を接近させ、カンチレバー
２２をカンチレバー取り付け部３０に設置する。
わせを行う走査型プローブ顕微鏡を提供する。 【解決手段】 光路２５は円筒型スキャナ中央空洞部分
を通るため、微動機構２８の移動と光路２５の移動は同
期している。カンチレバー保持台２９に設置されたカン
チレバー２２は、ヘッド部に付属するカンチレバー取り
付け部３０近傍まで、位置制御装置２７とXYステージ２
３を用いて自動移送される。光路２５とカンチレバー２
２背面が重なり且つ変位センサ２６に入射する探針２１
からの反射光強度が最大になる位置に微動機構２８を用
いて微調整を行う。その後にカンチレバー取り付け部３
０とカンチレバー保持台２９を接近させ、カンチレバー
２２をカンチレバー取り付け部３０に設置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査型プローブ顕
微鏡に関する。
微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の一般的な走査型プローブ顕微鏡
は、先端の鋭い探針を試料極近傍に接近させることによ
り生じる探針試料間の物理量をナノメートルオーダの分
解能で測定する装置である。図２を参照にして従来の走
査型プローブ顕微鏡の代表的な機械的要部の構成および
制御系の構成を説明する。探針１と試料２近傍に位置す
ることにより生じる様々な物理情報を含んだ力は、探針
１をカンチレバー３の先端に付けることで、カンチレバ
ー３の撓みとして検出される。カンチレバー３の撓みは
微少変位検出器４により検出されるが、一般的には光て
こ法や光干渉法、光シャッター法などの光学的手法が広
く用いられ、その中でも光てこ法が主流である。光てこ
法は、半導体レーザ５からのLD光を金属コートしたカン
チレバー３の背面に照射し、その反射光を二分割検出器
あるいは四分割検出器を用いて変位を電位成分として検
出する方法である。この検出された信号の出力変化に基
づいて探針あるいは試料に接続されたスキャナ６のZ 方
向圧電素子を用いて探針試料間距離を一定にするように
制御回路７を通してフィードバック制御を行う。そし
て、探針試料間距離制御を行いながら探針または試料を
XY走査回路８により２次元走査し出力信号処理を行うこ
とで、試料の物理情報像が画像表示装置９において得ら
れる。
は、先端の鋭い探針を試料極近傍に接近させることによ
り生じる探針試料間の物理量をナノメートルオーダの分
解能で測定する装置である。図２を参照にして従来の走
査型プローブ顕微鏡の代表的な機械的要部の構成および
制御系の構成を説明する。探針１と試料２近傍に位置す
ることにより生じる様々な物理情報を含んだ力は、探針
１をカンチレバー３の先端に付けることで、カンチレバ
ー３の撓みとして検出される。カンチレバー３の撓みは
微少変位検出器４により検出されるが、一般的には光て
こ法や光干渉法、光シャッター法などの光学的手法が広
く用いられ、その中でも光てこ法が主流である。光てこ
法は、半導体レーザ５からのLD光を金属コートしたカン
チレバー３の背面に照射し、その反射光を二分割検出器
あるいは四分割検出器を用いて変位を電位成分として検
出する方法である。この検出された信号の出力変化に基
づいて探針あるいは試料に接続されたスキャナ６のZ 方
向圧電素子を用いて探針試料間距離を一定にするように
制御回路７を通してフィードバック制御を行う。そし
て、探針試料間距離制御を行いながら探針または試料を
XY走査回路８により２次元走査し出力信号処理を行うこ
とで、試料の物理情報像が画像表示装置９において得ら
れる。
【０００３】このような構成をした走査型プローブ顕微
鏡は、カンチレバーまたは試料のXYZ 方向粗動機構に電
動モータを、微動機構にはスキャナを用いる。スキャナ
は直交する3 軸の各軸方向に微少な変位を発生するため
の圧電素子からなる微動駆動部を内蔵している。ウエハ
などの比較的大きな試料の観察を目的とする走査型プロ
ーブ顕微鏡は、スキャナに対する負荷がスキャナ本体の
共振周波数を低減させることを防ぐために、試料を粗動
ステージに、カンチレバーをスキャナに取り付け、検出
用光学系はスキャナと一体化される。
鏡は、カンチレバーまたは試料のXYZ 方向粗動機構に電
動モータを、微動機構にはスキャナを用いる。スキャナ
は直交する3 軸の各軸方向に微少な変位を発生するため
の圧電素子からなる微動駆動部を内蔵している。ウエハ
などの比較的大きな試料の観察を目的とする走査型プロ
ーブ顕微鏡は、スキャナに対する負荷がスキャナ本体の
共振周波数を低減させることを防ぐために、試料を粗動
ステージに、カンチレバーをスキャナに取り付け、検出
用光学系はスキャナと一体化される。
【０００４】一般にカンチレバーの取り付け方法にはカ
ンチレバーをカンチレバーホルダに保持しホルダをスキ
ャナに装着する方法やカンチレバー自体をスキャナに直
接装着する方法が広く用いられる。ここで、カンチレバ
ー装着の際に、カンチレバーの背面にLD光を照射する必
要があるためプリマウント方式やステージ調整方式が用
いられる。プリマウント方式は、カンチレバーの形状に
沿って溝の設けられたカンチレバーホルダにカンチレバ
ーを固定して、次にカンチレバー先端にLD光を照射する
ように光学系を調節する。この調節された光学系をマス
ターとして用いて他の光学系の調整を行う方式である。
ステージ調整方式は、カンチレバーを粗動ステージを用
いてスキャナーのカンチレバー装着部付近まで移動さ
せ、粗動ステージまたは粗動ステージ上に設けた微調節
用XYステージでスキャナと一体化された光学系のLD光が
カンチレバー背面に照射する位置まで微調整した後に、
粗動ステージまたはスキャナをZ 方向に移動させること
で行う。
ンチレバーをカンチレバーホルダに保持しホルダをスキ
ャナに装着する方法やカンチレバー自体をスキャナに直
接装着する方法が広く用いられる。ここで、カンチレバ
ー装着の際に、カンチレバーの背面にLD光を照射する必
要があるためプリマウント方式やステージ調整方式が用
いられる。プリマウント方式は、カンチレバーの形状に
沿って溝の設けられたカンチレバーホルダにカンチレバ
ーを固定して、次にカンチレバー先端にLD光を照射する
ように光学系を調節する。この調節された光学系をマス
ターとして用いて他の光学系の調整を行う方式である。
ステージ調整方式は、カンチレバーを粗動ステージを用
いてスキャナーのカンチレバー装着部付近まで移動さ
せ、粗動ステージまたは粗動ステージ上に設けた微調節
用XYステージでスキャナと一体化された光学系のLD光が
カンチレバー背面に照射する位置まで微調整した後に、
粗動ステージまたはスキャナをZ 方向に移動させること
で行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来のカンチレバー装着法では、下記の問題点があっ
た。まず、プリマウント方式では、ホルダ製造の度にマ
スターとの照合を行う必要があり、またマスタ管理の面
で時間とコストが費やされる。
た従来のカンチレバー装着法では、下記の問題点があっ
た。まず、プリマウント方式では、ホルダ製造の度にマ
スターとの照合を行う必要があり、またマスタ管理の面
で時間とコストが費やされる。
【０００６】次に、ステージ調整方式では、カンチレバ
ーと光学系の位置合わせのために粗動ステージの上に精
密ステージを設けた二段構造をとる必要が生じるため
に、コストがかかると共に装置が複雑かつ大型化して剛
性が低下する。本発明は従来のこのような問題を解決す
るためになされたものであり、その目的は、簡単な構成
でカンチレバーと光学系の位置合わせを行う走査型プロ
ーブ顕微鏡を提供することにある。
ーと光学系の位置合わせのために粗動ステージの上に精
密ステージを設けた二段構造をとる必要が生じるため
に、コストがかかると共に装置が複雑かつ大型化して剛
性が低下する。本発明は従来のこのような問題を解決す
るためになされたものであり、その目的は、簡単な構成
でカンチレバーと光学系の位置合わせを行う走査型プロ
ーブ顕微鏡を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、先端の鋭い探針を有するカンチレバー
とカンチレバーの変位を検出する光学系とカンチレバー
と試料を相対的に移動させる微動・ 粗動機構とカンチレ
バー試料間を任意に保つ制御系から構成される走査型プ
ローブ顕微鏡において、カンチレバーと光学系の位置合
わせを微動機構を用いて行うようにした。
に、この発明は、先端の鋭い探針を有するカンチレバー
とカンチレバーの変位を検出する光学系とカンチレバー
と試料を相対的に移動させる微動・ 粗動機構とカンチレ
バー試料間を任意に保つ制御系から構成される走査型プ
ローブ顕微鏡において、カンチレバーと光学系の位置合
わせを微動機構を用いて行うようにした。
【０００８】
【作用】上記のように構成された走査型プローブ顕微鏡
において、カンチレバーの取り付けには、粗動ステージ
を用いてカンチレバーを光ヘッド部のカンチレバー取り
付け部近傍まで移動させ、カンチレバーと光学系の位置
合わせには走査用微動機構を用いて行う。
において、カンチレバーの取り付けには、粗動ステージ
を用いてカンチレバーを光ヘッド部のカンチレバー取り
付け部近傍まで移動させ、カンチレバーと光学系の位置
合わせには走査用微動機構を用いて行う。
【０００９】これにより、LD光のカンチレバー背面照射
位置の微調整が可能となり、照射位置決め精度が向上す
る。また、微動ステージが不要となるために、ステージ
部分の簡略化が可能になる。
位置の微調整が可能となり、照射位置決め精度が向上す
る。また、微動ステージが不要となるために、ステージ
部分の簡略化が可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態を
図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例を
示す構成図である。図において、探針２１はカンチレバ
ー２２の形状であり、XYステージ２３の上に配置された
試料２４との間に生じる原子間力および物理的力によっ
て撓みを生じる。カンチレバー２２の撓み量は光路２５
を通る光と変位センサ２６を用いて光学的手法で検出さ
れる。この変位センサ２６の出力信号に基づいて位置制
御装置２７と微動機構２８を用いて探針２１と試料２４
の間隔を一定に保つ。ここで探針試料間の距離を制御し
ながら探針２１を位置制御装置２７と微動機構２８を用
いて２次元走査し出力信号処理を行うことで、試料の物
理情報像が得られる。
図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例を
示す構成図である。図において、探針２１はカンチレバ
ー２２の形状であり、XYステージ２３の上に配置された
試料２４との間に生じる原子間力および物理的力によっ
て撓みを生じる。カンチレバー２２の撓み量は光路２５
を通る光と変位センサ２６を用いて光学的手法で検出さ
れる。この変位センサ２６の出力信号に基づいて位置制
御装置２７と微動機構２８を用いて探針２１と試料２４
の間隔を一定に保つ。ここで探針試料間の距離を制御し
ながら探針２１を位置制御装置２７と微動機構２８を用
いて２次元走査し出力信号処理を行うことで、試料の物
理情報像が得られる。
【００１１】このような走査型プローブ顕微鏡のカンチ
レバー取り付け動作を説明する。探針２１はXYステージ
２３の上の設定された座標に位置するカンチレバー保持
台２９上に設置する。カンチレバー保持台２９は、カン
チレバー２２を設置した際の探針２１先端部の接触変形
を回避する構造である。設置されたカンチレバー２２は
ヘッド部に付属するカンチレバー取り付け部３０近傍ま
で、カンチレバー保持台２９の座標位置とカンチレバー
取り付け部３０の座標位置情報に基づいて、位置制御装
置２７とXYステージ２３を用いて自動移送される。
レバー取り付け動作を説明する。探針２１はXYステージ
２３の上の設定された座標に位置するカンチレバー保持
台２９上に設置する。カンチレバー保持台２９は、カン
チレバー２２を設置した際の探針２１先端部の接触変形
を回避する構造である。設置されたカンチレバー２２は
ヘッド部に付属するカンチレバー取り付け部３０近傍ま
で、カンチレバー保持台２９の座標位置とカンチレバー
取り付け部３０の座標位置情報に基づいて、位置制御装
置２７とXYステージ２３を用いて自動移送される。
【００１２】このようにして、カンチレバー２２がカン
チレバー取り付け部３０下部に位置決めされた後に、光
路２５がカンチレバー２２背部に照射するように微動機
構２８を用いて位置調整を行う。微動機構２８には、直
交する3 軸の各軸方向に微少な変位を発生するための圧
電素子からなる円筒型スキャナを用いる。光路２５は円
筒型スキャナ中央空洞部分を通るため、微動機構２８の
移動と光路２５の移動は同期している。ここで試料表面
観察用CCD ３１をカンチレバー２２と光路２５が同視野
に入るように調整し、CCD 画面を基に光路２５がカンチ
レバー２２背面と重なるように微動機構２８を用いて位
置決めを行う。また、光路２５とカンチレバー２２背面
が重なり且つ変位センサ２６に入射する探針２１からの
反射光強度が最大になる位置に微動機構２８を用いて微
調整を行う。その後にカンチレバー取り付け部３０とカ
ンチレバー保持台２９を接近させ、カンチレバー２２を
カンチレバー取り付け部３０に設置する。
チレバー取り付け部３０下部に位置決めされた後に、光
路２５がカンチレバー２２背部に照射するように微動機
構２８を用いて位置調整を行う。微動機構２８には、直
交する3 軸の各軸方向に微少な変位を発生するための圧
電素子からなる円筒型スキャナを用いる。光路２５は円
筒型スキャナ中央空洞部分を通るため、微動機構２８の
移動と光路２５の移動は同期している。ここで試料表面
観察用CCD ３１をカンチレバー２２と光路２５が同視野
に入るように調整し、CCD 画面を基に光路２５がカンチ
レバー２２背面と重なるように微動機構２８を用いて位
置決めを行う。また、光路２５とカンチレバー２２背面
が重なり且つ変位センサ２６に入射する探針２１からの
反射光強度が最大になる位置に微動機構２８を用いて微
調整を行う。その後にカンチレバー取り付け部３０とカ
ンチレバー保持台２９を接近させ、カンチレバー２２を
カンチレバー取り付け部３０に設置する。
【００１３】このように構成および操作することで、カ
ンチレバー２２と光路２５との精密位置決めが可能とな
るとともに、装置の簡略化が可能となる。
ンチレバー２２と光路２５との精密位置決めが可能とな
るとともに、装置の簡略化が可能となる。
【００１４】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように、走査
型プローブ顕微鏡において微動機構にカンチレバーと光
学系の位置合わせと測定時のカンチレバー走査の二つの
機能を有する構成にしたので、変位検出光がカンチレバ
ー背面の最適位置に照射するような光軸調整を高精度に
行える。これにより照射位置を測定対象および測定条件
に応じて適時変更することが可能となり、測定データの
精度および信頼性の向上という効果が得られる。また、
XYステージは粗動用・ 微動用の二種類を必要としないた
めに装置全体の簡略化が可能となり、且つXYステージの
負荷が軽減されるために摩耗や耐久面が向上するばかり
でなく、測定データに悪影響を及ぼす振動や騒音も減少
するという効果もある。
型プローブ顕微鏡において微動機構にカンチレバーと光
学系の位置合わせと測定時のカンチレバー走査の二つの
機能を有する構成にしたので、変位検出光がカンチレバ
ー背面の最適位置に照射するような光軸調整を高精度に
行える。これにより照射位置を測定対象および測定条件
に応じて適時変更することが可能となり、測定データの
精度および信頼性の向上という効果が得られる。また、
XYステージは粗動用・ 微動用の二種類を必要としないた
めに装置全体の簡略化が可能となり、且つXYステージの
負荷が軽減されるために摩耗や耐久面が向上するばかり
でなく、測定データに悪影響を及ぼす振動や騒音も減少
するという効果もある。
【図１】本発明の走査型プローブ顕微鏡の第一実施形態
例の構成図である。
例の構成図である。
【図２】従来の走査型プローブ顕微鏡の構成図である。
１ 探針 ２ 試料 ３ カンチレバー ４ 変位検出器 ５ 半導体レーザ ６ スキャナ ７ 制御回路 ８ 走査回路 ９ 画像表示装置 ２１ 探針 ２２ カンチレバー ２３ ステージ ２４ 試料 ２５ 光路 ２６ 変位センサ ２７ 位置制御装置 ２８ 微動機構 ２９ カンチレバー保持台 ３０ カンチレバー取り付け部 ３１ CCD
Claims (2)
- 【請求項１】 先端の鋭い探針を有するカンチレバー
と、カンチレバーの変位を検出する光学系と、カンチレ
バーと試料を相対的に移動させる微動・ 粗動機構と、カ
ンチレバー試料間距離を任意に保つ制御系から構成され
る走査型プローブ顕微鏡において、微動機構にカンチレ
バーと光学系の位置合わせと測定時のカンチレバー走査
の二つの機能を持たせたことを特徴とする走査型プロー
ブ顕微鏡。 - 【請求項２】 微動機構に円筒型圧電素子を用いた請求
項１記載の走査型プローブ顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11055493A JP2000249645A (ja) | 1999-03-03 | 1999-03-03 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11055493A JP2000249645A (ja) | 1999-03-03 | 1999-03-03 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000249645A true JP2000249645A (ja) | 2000-09-14 |
Family
ID=13000171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11055493A Pending JP2000249645A (ja) | 1999-03-03 | 1999-03-03 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000249645A (ja) |
-
1999
- 1999-03-03 JP JP11055493A patent/JP2000249645A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040302 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20040526 |