JP2000258332A - Cantilever for detecting normal force for atomic force microscope - Google Patents
Cantilever for detecting normal force for atomic force microscopeInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、原子間力顕微鏡
(AFM)において、試料表面形状あるいは垂直力測定
のために用いる垂直力検出用カンチレバーに関し、特
に、試料表面形状の高精度測定や、試料に接触するプロ
ーブ先端部分の不変の接触点を実現できるようにした垂
直力検出用カンチレバーに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cantilever for detecting a vertical surface force or a vertical force used in an atomic force microscope (AFM) for measuring a surface shape or a vertical force of a sample. The present invention relates to a cantilever for detecting a vertical force capable of realizing an invariable contact point of a tip portion of a probe that contacts the probe.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のAFMのための垂直力検出用カン
チレバーは、通常、図3に示すように、AFMのベース
部分に取り付けるカンチレバー本体11を単一の板ばね
構造とし、そのカンチレバー本体11の先端にプローブ
12を取り付けている。このような従来のカンチレバー
では、曲げ剛性を減少させて垂直方向の力の検出感度を
向上させようとすると、ねじり剛性も下がるため、図4
に示すようなプローブ12のねじり変位により、試料1
0に対するプローブ先端位置が変化してしまい、正確な
形状の測定が困難になるという問題があった。また、フ
ォーカスカーブを測定しようとするときに、図5の
(A)(B)に示すように、フォーカスカーブの大きさ
によってプローブ12が試料10に接触する位置が変化
してしまい、常に同一条件での測定ができなかった。同
様に、垂直荷重を変化させたときも、プローブの接触位
置が変化してしまい、同一条件での測定ができなかっ
た。2. Description of the Related Art A conventional cantilever for detecting a vertical force for an AFM generally has a cantilever body 11 attached to a base portion of the AFM having a single leaf spring structure as shown in FIG. The probe 12 is attached to the tip. In such a conventional cantilever, if the bending rigidity is reduced to improve the vertical force detection sensitivity, the torsional rigidity is also reduced.
Due to the torsional displacement of the probe 12 as shown in FIG.
There is a problem that the probe tip position with respect to 0 changes, making it difficult to accurately measure the shape. When the focus curve is to be measured, as shown in FIGS. 5A and 5B, the position at which the probe 12 contacts the sample 10 changes depending on the size of the focus curve. Measurement was not possible. Similarly, when the vertical load was changed, the contact position of the probe also changed, and measurement under the same conditions could not be performed.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解消するためになされたもので、その技術的課題
は、基本的には、カンチレバー本体の曲げ剛性に影響を
与えることなくねじり剛性を向上させ、ねじり変形の影
響をほとんど受けない状態で垂直力を検出できるように
したAFMのための垂直力検出用カンチレバーを提供す
ることにある。また、本発明の他の技術的課題は、形状
の高精度測定、試料に接触するプローブ先端部分の不変
の接触点を実現できるようにしたAFMのための垂直力
検出用カンチレバーを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and the technical problem thereof is that the twisting is basically performed without affecting the bending rigidity of the cantilever body. An object of the present invention is to provide a cantilever for detecting a normal force for an AFM, which has improved rigidity and can detect a normal force in a state hardly affected by torsional deformation. Another technical problem of the present invention is to provide a cantilever for normal force detection for an AFM, which can realize high-precision measurement of a shape and an invariable contact point of a probe tip portion in contact with a sample. is there.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のAFMのための垂直力検出用カンチレバー
は、被験試料の表面に対して平行に向く複数枚の互いに
平行な板ばねを、間隔を置いて対向配置し、それらの板
ばねの両端を相互に拘束することによりカンチレバー本
体を構成し、その基端をAFMに取り付けたベースに固
定可能にすると共に、それらのカンチレバー本体の先端
部分にブロック状をなすヘッドを設け、そのヘッドの試
料側に向いている面にプローブを設け、カンチレバー本
体に変位または角度の検出手段を設けたことを特徴とす
るものである。According to the present invention, there is provided a cantilever for detecting a vertical force for an AFM according to the present invention, comprising a plurality of mutually parallel leaf springs oriented in parallel to a surface of a test sample. A cantilever body is formed by opposing and spaced apart from each other, and by mutually constraining both ends of the leaf springs, and a base end thereof can be fixed to a base attached to the AFM. , A block-shaped head is provided, a probe is provided on a surface of the head facing the sample side, and a displacement or angle detecting means is provided on the cantilever main body.
【0005】上記構成を有するAFMのための垂直力検
出用カンチレバーは、試料がプローブを垂直上方に押す
と、プローブはヘッドと共に角度を変えずに平行に上方
向に変位する。この垂直力検出用カンチレバーが変位検
出方式のAFMに取り付けられている場合には、ヘッド
の上のプローブと反対側の面の上下方向の変位を、レー
ザー光等を用いて検出する変位検出手段を設け、それに
よって上記変位が検出される。垂直力検出用カンチレバ
ーが角度検出方式のAFMに取り付けられている場合に
は、板ばねの中央付近の角度をレーザー光等を用いて検
出する角度検出手段を設け、それによって上記角度が検
出される。さらに、上記構造のカンチレバー本体によ
り、高精度の垂直力の測定、試料に接触するプローブ先
端部分の不変の接触点を実現することもできる。In the cantilever for detecting a vertical force for an AFM having the above-described structure, when a sample pushes a probe vertically upward, the probe is displaced upward in parallel with the head without changing the angle. When the cantilever for vertical force detection is mounted on a displacement detection type AFM, displacement detection means for detecting the vertical displacement of the surface on the side opposite to the probe above the head using a laser beam or the like is provided. Provided, whereby the displacement is detected. When the cantilever for detecting a vertical force is attached to an angle detection type AFM, an angle detection means for detecting an angle near the center of the leaf spring using a laser beam or the like is provided, and the angle is detected by the angle detection means . Further, the cantilever body having the above-described structure can realize a high-precision measurement of a vertical force and a constant contact point of a probe tip portion that comes into contact with a sample.
【0006】[0006]
【発明の実施の形態】図1及び図2は、本発明に係るA
FMのための垂直力検出用カンチレバーの実施例を示し
ている。この実施例の垂直力検出用カンチレバーは、被
験試料1の表面に対して平行に向く2枚の互いに平行な
板ばね3を、適当な間隔を置いて対向配置することによ
りカンチレバー本体2を構成し、それらのカンチレバー
本体2の先端と基端部を相互に拘束して、すなわち、そ
の基端を一体化してAFMに取り付けたベース7に固定
すると共に、その板ばね3からなるカンチレバー本体2
の先端部分をブロック状をなすヘッド4により結合し、
そのヘッド4の試料1側に向いている面にプローブ5を
設けている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 and FIG.
4 shows an embodiment of a cantilever for detecting a vertical force for FM. In the cantilever for detecting a vertical force of this embodiment, a cantilever main body 2 is formed by arranging two parallel leaf springs 3 facing in parallel with the surface of a test sample 1 at appropriate intervals. The distal end and the proximal end of the cantilever body 2 are mutually restrained, that is, the proximal end is integrally fixed to the base 7 attached to the AFM, and the cantilever body 2 including the leaf spring 3 is fixed.
Are joined by a block-shaped head 4,
A probe 5 is provided on the surface of the head 4 facing the sample 1 side.
【0007】したがって、図2に示すように、試料1の
表面が垂直上方に変位してプローブ5を押すと、プロー
ブ5がヘッド4と共に角度を変えることなく上方に平行
に変位する。これによって、荷重の大きさに依存しない
プローブ5と試料1の接触状態が保たれる。試料1が水
平方向に移動したときにも、同様にヘッド4が角度を変
化させることはない。Accordingly, as shown in FIG. 2, when the surface of the sample 1 is displaced vertically upward and pushes the probe 5, the probe 5 is displaced upward and parallel with the head 4 without changing the angle. Thereby, the contact state between the probe 5 and the sample 1 irrespective of the magnitude of the load is maintained. Similarly, when the sample 1 moves in the horizontal direction, the head 4 does not change its angle.
【0008】この垂直力検出用カンチレバーが変位検出
方式のAFMであって、それに取り付けるベース7にカ
ンチレバー本体2が取り付けられている場合には、ヘッ
ド4上のプローブ5と反対側の面を反射面として、その
ヘッド4の上下方向の変位をレーザー光等を用いて検出
する図示しないフォトディテクタ等の変位検出手段を設
け、それによって上記ヘッド4の変位を検出することが
できる。また、垂直力検出用カンチレバーが角度検出方
式のAFMであって、それに取り付けるベース7にカン
チレバー本体7が取り付けられている場合には、板ばね
3の中央付近の角度をレーザー光等を用いて検出するフ
ォトディテクタ等の角度検出手段を設け、それによって
上記角度を検出することができる。When the cantilever for detecting a vertical force is an AFM of a displacement detection type and the cantilever body 2 is attached to a base 7 attached to the cantilever, the surface of the head 4 opposite to the probe 5 is a reflecting surface. A displacement detecting means such as a photodetector (not shown) for detecting the vertical displacement of the head 4 using a laser beam or the like is provided, whereby the displacement of the head 4 can be detected. When the cantilever for vertical force detection is an angle detection type AFM and the cantilever body 7 is attached to the base 7 attached thereto, the angle near the center of the leaf spring 3 is detected using a laser beam or the like. An angle detecting means such as a photodetector is provided to detect the angle.
【0009】さらに、上記複数の平行な板ばね3の両端
を結合した構造のカンチレバー本体2により、図4及び
図5に示すようなプローブ12のねじり変位や、試料1
0に対するプローブ12の先端位置の変化が生じないよ
うになるため、高精度の垂直力の測定を実現することが
可能になり、また、フォーカスカーブの測定時や垂直荷
重の変化時にも、試料1に接触するプローブ5の先端部
分の不変の接触点を実現することができ、常に同一条件
での測定を行うことが可能になる。Further, the torsion displacement of the probe 12 as shown in FIG. 4 and FIG.
Since the position of the tip of the probe 12 does not change with respect to 0, it is possible to realize high-precision measurement of vertical force. A constant contact point at the tip of the probe 5 that comes into contact with the probe 5 can be realized, and measurement can always be performed under the same conditions.
【0010】上記図1のAFMのための垂直力検出用カ
ンチレバーにおいては、2枚の平行な板ばね3を、適当
な間隔を置いて互いに対向配置することによりカンチレ
バー本体2を構成しているが、上記板ばね3の枚数を3
枚以上としてそれらをブロック状のヘッド4で連結した
ものとすることができる。また、上記ヘッド4の変位や
角度検出の感度を向上させるために、ヘッド4やカンチ
レバー本体2を構成する板ばね3に金属をコーティング
することもできる。In the cantilever for detecting a vertical force for the AFM shown in FIG. 1, the cantilever body 2 is formed by arranging two parallel leaf springs 3 at an appropriate interval to face each other. , The number of the leaf springs 3 is 3
More than one sheet may be connected by a block-shaped head 4. Further, in order to improve the sensitivity of displacement and angle detection of the head 4, the leaf spring 3 constituting the head 4 and the cantilever main body 2 can be coated with metal.
【0011】[0011]
【発明の効果】以上に詳述した本発明のAFMのための
垂直力検出用カンチレバーによれば、少なくとも2枚の
平行な板ばねを間隔を置いて対向配置し、その先端と基
部を拘束してカンチレバー本体を構成したので、プロー
ブがヘッドと共に角度を変えずに上下方向に変位し、カ
ンチレバー本体の曲げ剛性に影響を与えることなくねじ
り剛性を向上させ、ねじり変形の影響をほとんど受けな
い状態で垂直力を検出することができる。また、形状の
高精度測定、試料に接触するプローブ先端部分の不変の
接触点を実現することができる。According to the vertical force detecting cantilever for AFM of the present invention described in detail above, at least two parallel leaf springs are opposed to each other with a space therebetween, and the tip and the base are restrained. The probe is displaced in the vertical direction without changing the angle with the head because the cantilever body is configured, and the torsional rigidity is improved without affecting the bending rigidity of the cantilever body, and the probe is hardly affected by torsional deformation. Normal force can be detected. In addition, high-precision measurement of the shape and a constant contact point at the tip of the probe that comes into contact with the sample can be realized.
【図1】本発明に係るAFMのための垂直力検出用カン
チレバーの実施例の構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an embodiment of a cantilever for detecting a vertical force for an AFM according to the present invention.
【図2】同実施例の使用状態を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a use state of the embodiment.
【図3】従来の垂直力検出用カンチレバーの構成例を示
す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a configuration example of a conventional cantilever for detecting a vertical force.
【図4】図3の垂直力検出用カンチレバーの動作例を示
す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing an operation example of the cantilever for vertical force detection of FIG. 3;
【図5】(A)及び(B)は、従来の垂直力検出用カン
チレバーにおける動作例の概要を示す側面図である。FIGS. 5A and 5B are side views showing an outline of an operation example of a conventional cantilever for detecting a vertical force.
1 試料 2 カンチレバー本体 3 板ばね 4 ヘッド 5 プローブ 7 ベース Reference Signs List 1 sample 2 cantilever body 3 leaf spring 4 head 5 probe 7 base
Claims (1)
の互いに平行な板ばねを、間隔を置いて対向配置し、そ
れらの板ばねの両端を相互に拘束することによりカンチ
レバー本体を構成し、その基端を原子間力顕微鏡に取り
付けたベースに固定可能にすると共に、それらのカンチ
レバー本体の先端部分にブロック状をなすヘッドを設
け、そのヘッドの試料側に向いている面にプローブを設
け、カンチレバー本体に変位・角度検出手段を設けた、
ことを特徴とする原子間力顕微鏡のための垂直力検出用
カンチレバー。1. A cantilever body comprising a plurality of parallel leaf springs facing in parallel to a surface of a test sample, spaced apart from each other, and mutually constraining both ends of the leaf springs. In addition, the base end can be fixed to the base attached to the atomic force microscope, and a block-shaped head is provided at the tip of the cantilever body, and the probe is attached to the surface of the head facing the sample side. Provided, displacement / angle detection means provided on the cantilever body,
A cantilever for detecting a vertical force for an atomic force microscope.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11063354A JP2000258332A (en) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | Cantilever for detecting normal force for atomic force microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11063354A JP2000258332A (en) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | Cantilever for detecting normal force for atomic force microscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000258332A true JP2000258332A (en) | 2000-09-22 |
Family
ID=13226839
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11063354A Pending JP2000258332A (en) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | Cantilever for detecting normal force for atomic force microscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000258332A (en) |
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- 1999-03-10 JP JP11063354A patent/JP2000258332A/en active Pending
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