JP2001124688A - 走査形プローブ顕微鏡および走査形プローブ顕微鏡における光学像観察方法 - Google Patents
走査形プローブ顕微鏡および走査形プローブ顕微鏡における光学像観察方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 どんな試料の場合でも、カンチレバ上へのレ
ーザ光の位置合わせが正確に行える走査形プローブ顕微
鏡を提供すること。 【解決手段】 試料表面の反射率が低い試料を観察する
ときは、オペレータは、ハーフミラー２３を透過した照
明光がカンチレバ上にフォーカスするように、光学顕微
鏡２１を光軸Ｏ方向に沿って移動させる。ハーフミラー
２３を透過した照明光の一部はカンチレバ取付面１９に
当たり、カンチレバ取付面１９に当たって正反射または
乱反射した光がカンチレバ１２に当たると、光軸Ｏ方向
に反射する光が生じる。この反射光のうち、ハーフミラ
ー２３を透過した光は光学顕微鏡２１のレンズに入射す
る。この結果、モニター１７には、カンチレバ１２の光
学像が表示され、カンチレバに当たっているレーザ光の
像は、カンチレバの像上に光って見える。
ーザ光の位置合わせが正確に行える走査形プローブ顕微
鏡を提供すること。 【解決手段】 試料表面の反射率が低い試料を観察する
ときは、オペレータは、ハーフミラー２３を透過した照
明光がカンチレバ上にフォーカスするように、光学顕微
鏡２１を光軸Ｏ方向に沿って移動させる。ハーフミラー
２３を透過した照明光の一部はカンチレバ取付面１９に
当たり、カンチレバ取付面１９に当たって正反射または
乱反射した光がカンチレバ１２に当たると、光軸Ｏ方向
に反射する光が生じる。この反射光のうち、ハーフミラ
ー２３を透過した光は光学顕微鏡２１のレンズに入射す
る。この結果、モニター１７には、カンチレバ１２の光
学像が表示され、カンチレバに当たっているレーザ光の
像は、カンチレバの像上に光って見える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、原子間力顕微鏡
や摩擦力顕微鏡などの走査形プローブ顕微鏡、および走
査形プローブ顕微鏡における光学像観察方法に関する。
や摩擦力顕微鏡などの走査形プローブ顕微鏡、および走
査形プローブ顕微鏡における光学像観察方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】 原子間力顕微鏡は、カンチレバに取り
付けられた探針を試料に数ｎｍ以下に近づけ、そのとき
探針と試料間に働く原子間力が一定になるように探針と
試料間の距離を制御しながら探針または試料を走査し、
探針と試料間の距離の制御の結果から試料の表面形状像
を得るものである。
付けられた探針を試料に数ｎｍ以下に近づけ、そのとき
探針と試料間に働く原子間力が一定になるように探針と
試料間の距離を制御しながら探針または試料を走査し、
探針と試料間の距離の制御の結果から試料の表面形状像
を得るものである。
【０００３】このような原子間力顕微鏡においては、探
針と試料間に働く原子間力の変化はカンチレバの変位と
して現れ、このカンレバの変位の測定は、レーザ光源と
光検出器を用いて行われる。すなわち、レーザ光源から
のレーザ光がカンチレバに照射され、カンチレバで反射
したレーザ光が光検出器で検出されて、その光検出器の
出力からカンチレバの変位が測定される。
針と試料間に働く原子間力の変化はカンチレバの変位と
して現れ、このカンレバの変位の測定は、レーザ光源と
光検出器を用いて行われる。すなわち、レーザ光源から
のレーザ光がカンチレバに照射され、カンチレバで反射
したレーザ光が光検出器で検出されて、その光検出器の
出力からカンチレバの変位が測定される。
【０００４】さて、図１は、従来の原子間力顕微鏡を示
した図である。
した図である。
【０００５】図１において、１は試料室チャンバであ
り、試料室チャンバ１の内部、すなわち試料室２には試
料ステージ３が配置されている。この試料ステージ３
は、Ｘ，ＹおよびＺ軸方向に移動可能に構成されてお
り、試料ステージ３の上には試料４が置かれている。
り、試料室チャンバ１の内部、すなわち試料室２には試
料ステージ３が配置されている。この試料ステージ３
は、Ｘ，ＹおよびＺ軸方向に移動可能に構成されてお
り、試料ステージ３の上には試料４が置かれている。
【０００６】また、５は、圧電体で作られた円筒型スキ
ャナであり、スキャナ５の一端は、試料室チャンバ１の
内部上壁に取り付けられた固定端６に固定されている。
ャナであり、スキャナ５の一端は、試料室チャンバ１の
内部上壁に取り付けられた固定端６に固定されている。
【０００７】このスキャナ５は、一端が前記固定端６に
固定されたＸＹスキャナ７と、一端がそのＸＹスキャナ
７の他端に固定されたＺスキャナ８とから構成されてお
り、スキャナ５はＸ，ＹおよびＺ軸方向に移動可能であ
る。
固定されたＸＹスキャナ７と、一端がそのＸＹスキャナ
７の他端に固定されたＺスキャナ８とから構成されてお
り、スキャナ５はＸ，ＹおよびＺ軸方向に移動可能であ
る。
【０００８】そして、スキャナ５の内側には、レーザ光
源を備えたレーザユニット９が配置されてされており、
レーザユニット９は、ＸＹスキャナ７とＺスキャナ８の
接続部に固定されている。
源を備えたレーザユニット９が配置されてされており、
レーザユニット９は、ＸＹスキャナ７とＺスキャナ８の
接続部に固定されている。
【０００９】Ｚスキャナ８の他端にはカンチレバ支持部
材１０が取り付けられており、カンチレバ支持部材１０
の先端には、探針１１を備えたカンチレバ１２が取り付
けられている。また、ハーフミラー１３がカンチレバ支
持部材１０に固定されており、ハーフミラー１３は、前
記レーザユニット９とカンチレバ１２の間に位置してい
る。
材１０が取り付けられており、カンチレバ支持部材１０
の先端には、探針１１を備えたカンチレバ１２が取り付
けられている。また、ハーフミラー１３がカンチレバ支
持部材１０に固定されており、ハーフミラー１３は、前
記レーザユニット９とカンチレバ１２の間に位置してい
る。
【００１０】１４は、カンチレバ１２で反射したレーザ
光を検出する光検出器であり、試料室チャンバ１に固定
されたこの光検出器１４は、たとえば４分割のフォトデ
ィテクターで構成されている。
光を検出する光検出器であり、試料室チャンバ１に固定
されたこの光検出器１４は、たとえば４分割のフォトデ
ィテクターで構成されている。
【００１１】また、１５は光学顕微鏡であり、光学顕微
鏡１５は試料室チャンバ１に取り付けられている。この
光学顕微鏡は、カンレバ上へのレーザ光の位置合わせ
や、試料の観察位置を探すために配置されており、その
倍率は数十倍〜千数百倍である。そして、ＣＣＤカメラ
１６がこの光学顕微鏡に取り付けられており、光学顕微
鏡で得られた像は、ＣＣＤカメラ１６によってモニター
１７に表示されるようになっている。
鏡１５は試料室チャンバ１に取り付けられている。この
光学顕微鏡は、カンレバ上へのレーザ光の位置合わせ
や、試料の観察位置を探すために配置されており、その
倍率は数十倍〜千数百倍である。そして、ＣＣＤカメラ
１６がこの光学顕微鏡に取り付けられており、光学顕微
鏡で得られた像は、ＣＣＤカメラ１６によってモニター
１７に表示されるようになっている。
【００１２】このような構成において、レーザユニット
９のレーザ光源で発生したレーザ光のうち、ハーフミラ
ー１３を透過したレーザ光はカンチレバ１２に当たる。
カンチレバ１２の背面、すなわち、探針１１が固定され
ている面と反対側の面は、金またはアルミニウムがコー
ティングされて鏡面となっているので、カンチレバ１２
に当たったレーザ光のほとんどは、正反射（鏡面反射）
して光検出器１４に入射する。
９のレーザ光源で発生したレーザ光のうち、ハーフミラ
ー１３を透過したレーザ光はカンチレバ１２に当たる。
カンチレバ１２の背面、すなわち、探針１１が固定され
ている面と反対側の面は、金またはアルミニウムがコー
ティングされて鏡面となっているので、カンチレバ１２
に当たったレーザ光のほとんどは、正反射（鏡面反射）
して光検出器１４に入射する。
【００１３】また、カンチレバ１２に当たって乱反射
（拡散反射）したレーザ光のうち、レーザ光軸Ｌの方へ
乱反射してハーフミラー１３で反射したレーザ光は、光
学顕微鏡１５のレンズに入射する。
（拡散反射）したレーザ光のうち、レーザ光軸Ｌの方へ
乱反射してハーフミラー１３で反射したレーザ光は、光
学顕微鏡１５のレンズに入射する。
【００１４】一方、光学顕微鏡１５からの照明光はハー
フミラー１３を照射し、ハーフミラー１３で反射した照
明光はカンチレバ１２の背面を照射すると共に、試料面
にほぼ垂直に入射する。
フミラー１３を照射し、ハーフミラー１３で反射した照
明光はカンチレバ１２の背面を照射すると共に、試料面
にほぼ垂直に入射する。
【００１５】そして、カンチレバ１２の背面は鏡面とな
っているので、カンチレバ１２を照射した照明光のほと
んどは、図１中Ａで示すように正反射し、カンチレバ１
２で反射した照明光のほとんどは、光学顕微鏡１５のレ
ンズに入射しない。このため、カンチレバのコントラス
トのある像は光学顕微鏡１５において作られない。
っているので、カンチレバ１２を照射した照明光のほと
んどは、図１中Ａで示すように正反射し、カンチレバ１
２で反射した照明光のほとんどは、光学顕微鏡１５のレ
ンズに入射しない。このため、カンチレバのコントラス
トのある像は光学顕微鏡１５において作られない。
【００１６】これに対し、試料に当たって正反射または
乱反射した照明光のうち、ハーフミラー１３で反射して
光学顕微鏡１５のレンズに入射する光の量は多いので、
試料４の像は光学顕微鏡１５において作られる。
乱反射した照明光のうち、ハーフミラー１３で反射して
光学顕微鏡１５のレンズに入射する光の量は多いので、
試料４の像は光学顕微鏡１５において作られる。
【００１７】以上の結果、図２に示すような光学顕微鏡
像がモニター１７に表示される。図２に示すように、カ
ンチレバの像は試料表面像を遮る影として見え、また、
カンチレバに当たっているレーザ光の像は、カンチレバ
の像上に光って見える。
像がモニター１７に表示される。図２に示すように、カ
ンチレバの像は試料表面像を遮る影として見え、また、
カンチレバに当たっているレーザ光の像は、カンチレバ
の像上に光って見える。
【００１８】そして、オペレータは、このモニター１７
に表示される光学像を見ながら、カンチレバ上へのレー
ザ光の位置合わせや、試料の観察位置を探す作業を行
う。このカンチレバ上へのレーザ光の位置合わせは、レ
ーザユニット９とハーフミラー１３間に配置された、レ
ーザ光源からのレーザ光を反射させるミラー（図示せ
ず）を調整することによって行われ、オペレータは、カ
ンチレバ上の適当な場所にレーザ光が位置するようにそ
のミラーを調整する。
に表示される光学像を見ながら、カンチレバ上へのレー
ザ光の位置合わせや、試料の観察位置を探す作業を行
う。このカンチレバ上へのレーザ光の位置合わせは、レ
ーザユニット９とハーフミラー１３間に配置された、レ
ーザ光源からのレーザ光を反射させるミラー（図示せ
ず）を調整することによって行われ、オペレータは、カ
ンチレバ上の適当な場所にレーザ光が位置するようにそ
のミラーを調整する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】 ところで、試料表面
における照明光の反射率が高い試料（たとえば白い試
料）を観察したときには、図２に示したように、コント
ラストのある試料像を得ることができる。
における照明光の反射率が高い試料（たとえば白い試
料）を観察したときには、図２に示したように、コント
ラストのある試料像を得ることができる。
【００２０】しかしながら、黒い試料のように、試料表
面における照明光の反射率が低い試料を観察したときに
は、モニター１７に表示される試料像は非常に暗いもの
となる。このため、オペレータは、モニター１７に表示
される光学像を見ても、カンチレバと試料とを見分ける
ことはほとんど出来ず、カンチレバ上へのレーザ光の位
置合わせが非常に困難となる。
面における照明光の反射率が低い試料を観察したときに
は、モニター１７に表示される試料像は非常に暗いもの
となる。このため、オペレータは、モニター１７に表示
される光学像を見ても、カンチレバと試料とを見分ける
ことはほとんど出来ず、カンチレバ上へのレーザ光の位
置合わせが非常に困難となる。
【００２１】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
ので、その目的は、どんな試料の場合でも、カンチレバ
上へのレーザ光の位置合わせが正確に行える走査形プロ
ーブ顕微鏡および走査形プローブ顕微鏡における光学像
観察方法を提供することにある。
ので、その目的は、どんな試料の場合でも、カンチレバ
上へのレーザ光の位置合わせが正確に行える走査形プロ
ーブ顕微鏡および走査形プローブ顕微鏡における光学像
観察方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】 この目的を達成する本
発明の走査形プローブ顕微鏡は、レーザ光源からのレー
ザ光をカンチレバに照射し、カンチレバで反射したレー
ザ光を光検出器で検出して、カンチレバの変位を測定す
るようにした走査形プローブ顕微鏡において、前記カン
チレバを観察可能な位置に配置され、光軸と同軸上に照
明可能に構成された光学顕微鏡と、該光学顕微鏡からの
照明光を反射および透過させるハーフミラーと、該ハー
フミラーで反射した照明光が前記カンチレバを照射し、
且つ試料面にほぼ垂直に入射するように、前記ハーフミ
ラーで反射した照明光を反射させるミラーを備え、前記
ハーフミラーを透過した照明光は前記カンチレバを照射
し、且つ試料面に斜めから入射するように構成されてい
ることを特徴とする。
発明の走査形プローブ顕微鏡は、レーザ光源からのレー
ザ光をカンチレバに照射し、カンチレバで反射したレー
ザ光を光検出器で検出して、カンチレバの変位を測定す
るようにした走査形プローブ顕微鏡において、前記カン
チレバを観察可能な位置に配置され、光軸と同軸上に照
明可能に構成された光学顕微鏡と、該光学顕微鏡からの
照明光を反射および透過させるハーフミラーと、該ハー
フミラーで反射した照明光が前記カンチレバを照射し、
且つ試料面にほぼ垂直に入射するように、前記ハーフミ
ラーで反射した照明光を反射させるミラーを備え、前記
ハーフミラーを透過した照明光は前記カンチレバを照射
し、且つ試料面に斜めから入射するように構成されてい
ることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】 以下、図面を用いて本発明の実
施の形態について説明する。
施の形態について説明する。
【００２４】図３は、本発明の走査形プローブ顕微鏡の
一例である、原子間力顕微鏡を示した図である。図３に
おいて、図１と同じ構成要素には図１と同じ番号が付け
られており、その詳しい説明を省略する。
一例である、原子間力顕微鏡を示した図である。図３に
おいて、図１と同じ構成要素には図１と同じ番号が付け
られており、その詳しい説明を省略する。
【００２５】図３の構成について説明すると、前記Ｚス
キャナ８にはカンチレバ支持部材１８が取り付けられて
おり、カンチレバ支持部材１８の先端には前記カンチレ
バ１２が取り付けられている。図３においては、カンチ
レバ１２がカンチレバの母材Ｋに固定されており、この
母材Ｋがカンチレバ支持部材１８に取り付けられてい
る。
キャナ８にはカンチレバ支持部材１８が取り付けられて
おり、カンチレバ支持部材１８の先端には前記カンチレ
バ１２が取り付けられている。図３においては、カンチ
レバ１２がカンチレバの母材Ｋに固定されており、この
母材Ｋがカンチレバ支持部材１８に取り付けられてい
る。
【００２６】図４は、カンチレバ支持部材１８に取り付
けられたカンチレバ１２をその背面側から見た図であ
る。この図４に示すように、カンチレバ１２は、母材Ｋ
のカンチレバ取付面１９に固定されており、カンチレバ
１２は、その背面とカンチレバ取付面１９が直交するよ
うに母材Ｋに固定されている。
けられたカンチレバ１２をその背面側から見た図であ
る。この図４に示すように、カンチレバ１２は、母材Ｋ
のカンチレバ取付面１９に固定されており、カンチレバ
１２は、その背面とカンチレバ取付面１９が直交するよ
うに母材Ｋに固定されている。
【００２７】また、ハーフミラー２０がカンチレバ支持
部材１８に固定されており、ハーフミラー２０は、前記
レーザユニット９とカンチレバ１２の間に位置してい
る。
部材１８に固定されており、ハーフミラー２０は、前記
レーザユニット９とカンチレバ１２の間に位置してい
る。
【００２８】２１は光学顕微鏡であり、光学顕微鏡２１
は、カンレバ上へのレーザ光の位置合わせや、試料の観
察位置を探すために配置されており、その倍率は数十倍
〜千数百倍である。
は、カンレバ上へのレーザ光の位置合わせや、試料の観
察位置を探すために配置されており、その倍率は数十倍
〜千数百倍である。
【００２９】この光学顕微鏡２１は、試料室チャンバ１
に取り付けられたフォーカス距離調整機構２２に固定さ
れており、フォーカス距離調整機構２２は、図中矢印Ｂ
およびＣ方向に移動可能に構成されている。このため、
光学顕微鏡２１は、そのフォーカス距離調整機構２２の
移動によって、光軸Ｏに沿って移動する。
に取り付けられたフォーカス距離調整機構２２に固定さ
れており、フォーカス距離調整機構２２は、図中矢印Ｂ
およびＣ方向に移動可能に構成されている。このため、
光学顕微鏡２１は、そのフォーカス距離調整機構２２の
移動によって、光軸Ｏに沿って移動する。
【００３０】前記ＣＣＤカメラ１６は光学顕微鏡２１に
取り付けられており、光学顕微鏡２１で得られた像は、
ＣＣＤカメラ１６によってモニター１７に表示されるよ
うになっている。
取り付けられており、光学顕微鏡２１で得られた像は、
ＣＣＤカメラ１６によってモニター１７に表示されるよ
うになっている。
【００３１】また、２３は、試料室チャンバ１の内側側
壁に取り付けられたハーフミラーであり、ハーフミラー
２３は、光学顕微鏡２１とカンチレバ１２の間に位置し
ている。
壁に取り付けられたハーフミラーであり、ハーフミラー
２３は、光学顕微鏡２１とカンチレバ１２の間に位置し
ている。
【００３２】以上、図３の装置構成について説明した
が、図３の装置においては、光学顕微鏡がカンチレバお
よび試料に対して、直上観察経路と斜方観察経路の２つ
の照明光経路を持つように構成されている。その直上観
察経路は、光学顕微鏡２１、ハーフミラー２３、ハーフ
ミラー２０、カンチレバ１２および試料４で構成され、
一方、斜方観察経路は、光学顕微鏡２１、ハーフミラー
２３、カンチレバ１２および試料４で構成されている。
が、図３の装置においては、光学顕微鏡がカンチレバお
よび試料に対して、直上観察経路と斜方観察経路の２つ
の照明光経路を持つように構成されている。その直上観
察経路は、光学顕微鏡２１、ハーフミラー２３、ハーフ
ミラー２０、カンチレバ１２および試料４で構成され、
一方、斜方観察経路は、光学顕微鏡２１、ハーフミラー
２３、カンチレバ１２および試料４で構成されている。
【００３３】以下にこのような装置の動作を説明する。
【００３４】前記レーザユニット９のレーザ光源で発生
したレーザ光のうち、ハーフミラー２０を透過したレー
ザ光はカンチレバ１２に当たる。上述したように、カン
チレバ１２の背面は鏡面となっているので、カンチレバ
１２に当たったレーザ光のほとんどは、正反射して光検
出器１４に入射する。
したレーザ光のうち、ハーフミラー２０を透過したレー
ザ光はカンチレバ１２に当たる。上述したように、カン
チレバ１２の背面は鏡面となっているので、カンチレバ
１２に当たったレーザ光のほとんどは、正反射して光検
出器１４に入射する。
【００３５】また、カンチレバ１２に当たって乱反射し
たレーザ光のうち、レーザ光軸Ｌの方へ乱反射してハー
フミラー２０で反射したレーザ光は、さらにハーフミラ
ー２３で反射して光学顕微鏡２１のレンズに入射する。
たレーザ光のうち、レーザ光軸Ｌの方へ乱反射してハー
フミラー２０で反射したレーザ光は、さらにハーフミラ
ー２３で反射して光学顕微鏡２１のレンズに入射する。
【００３６】一方、光学顕微鏡２１からの照明光は、上
述した直上観察経路と斜方観察経路の２つの照明光経路
に分かれて、カンチレバ１２と試料４を照射する。
述した直上観察経路と斜方観察経路の２つの照明光経路
に分かれて、カンチレバ１２と試料４を照射する。
【００３７】すなわち、ハーフミラー２３で反射した照
明光は、さらにハーフミラー２０で反射してカンチレバ
１２の背面を照射すると共に、試料面にほぼ垂直に入射
し、前記ハーフミラー２３を透過した照明光は、カンチ
レバ１２の背面を照射すると共に、試料面に斜めから入
射する。
明光は、さらにハーフミラー２０で反射してカンチレバ
１２の背面を照射すると共に、試料面にほぼ垂直に入射
し、前記ハーフミラー２３を透過した照明光は、カンチ
レバ１２の背面を照射すると共に、試料面に斜めから入
射する。
【００３８】さて、オペレータは、試料４の反射率に応
じて、直上観察経路における照明光と、斜方観察経路に
おける照明光のいずれか一方がカンチレバまたは試料上
にフォーカスするように、前記フォーカス距離調整機構
２２を用いて光学顕微鏡２１を光軸Ｏ方向に沿って移動
させてフォーカス距離を変化させる。
じて、直上観察経路における照明光と、斜方観察経路に
おける照明光のいずれか一方がカンチレバまたは試料上
にフォーカスするように、前記フォーカス距離調整機構
２２を用いて光学顕微鏡２１を光軸Ｏ方向に沿って移動
させてフォーカス距離を変化させる。
【００３９】たとえば、試料４が黒く、試料表面におけ
る照明光の反射率が低いときには、オペレータは、斜方
観察経路における照明光がカンチレバ上にフォーカスす
るように、前記フォーカス距離調整機構２２を用いて光
学顕微鏡２１を光軸Ｏ方向に沿って移動させる。
る照明光の反射率が低いときには、オペレータは、斜方
観察経路における照明光がカンチレバ上にフォーカスす
るように、前記フォーカス距離調整機構２２を用いて光
学顕微鏡２１を光軸Ｏ方向に沿って移動させる。
【００４０】この場合、カンチレバ１２の背面は鏡面と
なっているので、ハーフミラー２３を透過してカンチレ
バ１２を照射した照明光のほとんどは、図５のＤに示す
ように正反射する。従って、カンチレバ１２で正反射し
た光は光学顕微鏡２１のレンズに戻らない。
なっているので、ハーフミラー２３を透過してカンチレ
バ１２を照射した照明光のほとんどは、図５のＤに示す
ように正反射する。従って、カンチレバ１２で正反射し
た光は光学顕微鏡２１のレンズに戻らない。
【００４１】しかしながら、図５に示すように、ハーフ
ミラー２３を透過した照明光の一部はカンチレバ取付面
１９に当たり、カンチレバ取付面１９に当たって正反射
または乱反射した光Ｅがカンチレバ１２に当たると、光
軸Ｏ方向に反射する光が生じる。この反射光のうち、ハ
ーフミラー２３を透過した光は光学顕微鏡２１のレンズ
に入射し、カンチレバのコントラストのある像が光学顕
微鏡２１において作られる。
ミラー２３を透過した照明光の一部はカンチレバ取付面
１９に当たり、カンチレバ取付面１９に当たって正反射
または乱反射した光Ｅがカンチレバ１２に当たると、光
軸Ｏ方向に反射する光が生じる。この反射光のうち、ハ
ーフミラー２３を透過した光は光学顕微鏡２１のレンズ
に入射し、カンチレバのコントラストのある像が光学顕
微鏡２１において作られる。
【００４２】この結果、モニター１７には、カンチレバ
１２の光学像が表示され、カンチレバに当たっているレ
ーザ光の像は、カンチレバの像上に光って見える。そし
て、オペレータは、このモニター１７に表示される光学
像を見ながら、カンチレバ上へのレーザ光の位置合わせ
を行う。このカンチレバ上へのレーザ光の位置合わせ
は、レーザユニット９とハーフミラー２０間に配置され
た、レーザ光源からのレーザ光を反射させるミラー（図
示せず）を調整することによって行われ、オペレータ
は、カンチレバ上の適当な場所にレーザ光が位置するよ
うにそのミラーを調整する。
１２の光学像が表示され、カンチレバに当たっているレ
ーザ光の像は、カンチレバの像上に光って見える。そし
て、オペレータは、このモニター１７に表示される光学
像を見ながら、カンチレバ上へのレーザ光の位置合わせ
を行う。このカンチレバ上へのレーザ光の位置合わせ
は、レーザユニット９とハーフミラー２０間に配置され
た、レーザ光源からのレーザ光を反射させるミラー（図
示せず）を調整することによって行われ、オペレータ
は、カンチレバ上の適当な場所にレーザ光が位置するよ
うにそのミラーを調整する。
【００４３】このように、図３の装置において斜方観察
を行えば、試料表面の反射率が低い試料の場合でも、カ
ンチレバ上へのレーザ光の位置合わせが正確に行える。
を行えば、試料表面の反射率が低い試料の場合でも、カ
ンチレバ上へのレーザ光の位置合わせが正確に行える。
【００４４】なお、ハーフミラー２３で照明光は２分割
されるので、ハーフミラー２３を透過して試料面に斜め
から入射した照明光の光量は少なく、さらに試料の反射
率は低いので、試料面に斜めから入射した照明光は試料
表面でほとんど反射しない。このため、試料像は光学顕
微鏡２１において作られない。
されるので、ハーフミラー２３を透過して試料面に斜め
から入射した照明光の光量は少なく、さらに試料の反射
率は低いので、試料面に斜めから入射した照明光は試料
表面でほとんど反射しない。このため、試料像は光学顕
微鏡２１において作られない。
【００４５】また、このような斜方観察を行ったとき、
上述した直上観察経路における照明光がカンチレバ１２
および試料４を照射するが、カンチレバ１２を照射した
照明光のほとんどはカンチレバで正反射し、カンチレバ
で反射した照明光のほとんどは光学顕微鏡２１のレンズ
に入射しない。また、試料４を照射した照明光は、試料
の反射率が低いので、試料表面でほとんど反射しない。
このため、直上観察経路からの光の影響は、上述した斜
方観察像に現れない。
上述した直上観察経路における照明光がカンチレバ１２
および試料４を照射するが、カンチレバ１２を照射した
照明光のほとんどはカンチレバで正反射し、カンチレバ
で反射した照明光のほとんどは光学顕微鏡２１のレンズ
に入射しない。また、試料４を照射した照明光は、試料
の反射率が低いので、試料表面でほとんど反射しない。
このため、直上観察経路からの光の影響は、上述した斜
方観察像に現れない。
【００４６】ところで、試料表面の反射率が高い試料、
たとえば白い試料を、斜方観察経路における照明光をカ
ンチレバまたは試料上にフォーカスさせて斜方観察を行
っても、コントラストのあるカンチレバ像および試料表
面像を得られない。これは、試料表面の反射率が高くな
るに従って直上観察経路から光学顕微鏡に戻る光量が多
くなり、この直上観察経路から光学顕微鏡に戻る光は、
照明光がカンチレバまたは試料上にフォーカスしている
時のものではないのだが、斜方観察経路から光学顕微鏡
に戻る光のコントラストが前記直上観察経路から光学顕
微鏡に戻る光によって隠れてしまうためである。
たとえば白い試料を、斜方観察経路における照明光をカ
ンチレバまたは試料上にフォーカスさせて斜方観察を行
っても、コントラストのあるカンチレバ像および試料表
面像を得られない。これは、試料表面の反射率が高くな
るに従って直上観察経路から光学顕微鏡に戻る光量が多
くなり、この直上観察経路から光学顕微鏡に戻る光は、
照明光がカンチレバまたは試料上にフォーカスしている
時のものではないのだが、斜方観察経路から光学顕微鏡
に戻る光のコントラストが前記直上観察経路から光学顕
微鏡に戻る光によって隠れてしまうためである。
【００４７】そこで、オペレータは、色が白く、試料表
面の反射率が高い試料を観察するときには、直上観察経
路における照明光が試料上にフォーカスするように、前
記フォーカス距離調整機構２２を用いて光学顕微鏡２１
を光軸Ｏ方向に沿って移動させる。
面の反射率が高い試料を観察するときには、直上観察経
路における照明光が試料上にフォーカスするように、前
記フォーカス距離調整機構２２を用いて光学顕微鏡２１
を光軸Ｏ方向に沿って移動させる。
【００４８】この場合、カンチレバ１２の背面は鏡面と
なっているので、ハーフミラー２０で反射して、カンチ
レバ１２を照射した照明光のほとんどは正反射し、カン
チレバ１２で反射した照明光のほとんどは光学顕微鏡２
１のレンズに入射しない。このため、カンチレバのコン
トラストのある像は光学顕微鏡２１において作られな
い。
なっているので、ハーフミラー２０で反射して、カンチ
レバ１２を照射した照明光のほとんどは正反射し、カン
チレバ１２で反射した照明光のほとんどは光学顕微鏡２
１のレンズに入射しない。このため、カンチレバのコン
トラストのある像は光学顕微鏡２１において作られな
い。
【００４９】一方、試料に垂直に入射して試料面で正反
射または乱反射した照明光のうち、ハーフミラー２０で
反射し、さらにハーフミラー２３で反射して光学顕微鏡
２１のレンズに入射する光の量は多いので、試料４の像
は光学顕微鏡２１において作られる。
射または乱反射した照明光のうち、ハーフミラー２０で
反射し、さらにハーフミラー２３で反射して光学顕微鏡
２１のレンズに入射する光の量は多いので、試料４の像
は光学顕微鏡２１において作られる。
【００５０】この結果、モニター１７には、前記図２に
示したように、カンチレバの像は試料表面像を遮る影と
して表示され、また、カンチレバに当たっているレーザ
光の像は、カンチレバの像上に明るく表示される。
示したように、カンチレバの像は試料表面像を遮る影と
して表示され、また、カンチレバに当たっているレーザ
光の像は、カンチレバの像上に明るく表示される。
【００５１】そして、オペレータは、このモニター１７
に表示される光学像を見ながら、カンチレバ上へのレー
ザ光の位置合わせを行う。
に表示される光学像を見ながら、カンチレバ上へのレー
ザ光の位置合わせを行う。
【００５２】このように、試料表面の反射率が高い試料
を直上観察すれば、カンチレバ上へのレーザ光の位置合
わせが正確に行える。
を直上観察すれば、カンチレバ上へのレーザ光の位置合
わせが正確に行える。
【００５３】なお、このような直上観察を行ったとき、
上述した斜方観察経路における照明光がカンチレバ１２
および試料４を照射するが、この斜方観察経路から光学
顕微鏡に戻る光量は、直上観察経路から光学顕微鏡に戻
る光量よりもかなり少ないので、斜方観察経路からの光
の影響は、上述した直上観察像にあまり現れない。
上述した斜方観察経路における照明光がカンチレバ１２
および試料４を照射するが、この斜方観察経路から光学
顕微鏡に戻る光量は、直上観察経路から光学顕微鏡に戻
る光量よりもかなり少ないので、斜方観察経路からの光
の影響は、上述した直上観察像にあまり現れない。
【００５４】以上、図３の原子間力顕微鏡について説明
したが、次に、本発明の他の例について説明する。
したが、次に、本発明の他の例について説明する。
【００５５】図６は、本発明の走査形プローブ顕微鏡の
他の一例である、原子間力顕微鏡を示した図である。図
６において、図３と同じ構成要素には図３と同じ番号が
付けられており、その詳しい説明を省略する。
他の一例である、原子間力顕微鏡を示した図である。図
６において、図３と同じ構成要素には図３と同じ番号が
付けられており、その詳しい説明を省略する。
【００５６】図６の構成において、図３の構成と異なる
点は、ハーフミラー２３の代わりにミラー２４（第１の
ミラー）が配置されている点である。このミラー２４
は、試料室チャンバ１の内側側壁に取り外し可能に取り
付けられており、ミラー２４は、光学顕微鏡２１とカン
チレバ１２の間に位置している。
点は、ハーフミラー２３の代わりにミラー２４（第１の
ミラー）が配置されている点である。このミラー２４
は、試料室チャンバ１の内側側壁に取り外し可能に取り
付けられており、ミラー２４は、光学顕微鏡２１とカン
チレバ１２の間に位置している。
【００５７】このような構成において、前記レーザユニ
ット９のレーザ光源で発生したレーザ光のうち、ハーフ
ミラー２０（第２のミラー）を透過したレーザ光はカン
チレバ１２に当たる。上述したように、カンチレバ１２
の背面は鏡面となっているので、カンチレバ１２に当た
ったレーザ光のほとんどは、正反射して光検出器１４に
入射する。
ット９のレーザ光源で発生したレーザ光のうち、ハーフ
ミラー２０（第２のミラー）を透過したレーザ光はカン
チレバ１２に当たる。上述したように、カンチレバ１２
の背面は鏡面となっているので、カンチレバ１２に当た
ったレーザ光のほとんどは、正反射して光検出器１４に
入射する。
【００５８】また、カンチレバ１２に当たって乱反射し
たレーザ光のうち、レーザ光軸Ｌの方へ乱反射してハー
フミラー２０で反射したレーザ光は、さらにミラー２４
で反射して光学顕微鏡２１のレンズに入射する。
たレーザ光のうち、レーザ光軸Ｌの方へ乱反射してハー
フミラー２０で反射したレーザ光は、さらにミラー２４
で反射して光学顕微鏡２１のレンズに入射する。
【００５９】さて、オペレータは、試料４が黒く、試料
表面の反射率が低い試料を観察するときは、ミラー２４
を装置から取り外す。そして、オペレータは、光学顕微
鏡２１からの照明光がカンチレバ上にフォーカスするよ
うに、フォーカス距離調整機構２２を用いて光学顕微鏡
２１を光軸Ｏ方向に沿って移動させる。
表面の反射率が低い試料を観察するときは、ミラー２４
を装置から取り外す。そして、オペレータは、光学顕微
鏡２１からの照明光がカンチレバ上にフォーカスするよ
うに、フォーカス距離調整機構２２を用いて光学顕微鏡
２１を光軸Ｏ方向に沿って移動させる。
【００６０】この場合、カンチレバ１２の背面は鏡面と
なっているので、カンチレバ１２を照射した照明光のほ
とんどは、前記図５のＤに示したように正反射する。従
って、カンチレバ１２で正反射した光は光学顕微鏡２１
のレンズに戻らない。
なっているので、カンチレバ１２を照射した照明光のほ
とんどは、前記図５のＤに示したように正反射する。従
って、カンチレバ１２で正反射した光は光学顕微鏡２１
のレンズに戻らない。
【００６１】しかしながら、図５に示したように、光学
顕微鏡２１からの照明光の一部はカンチレバ取付面１９
に当たり、カンチレバ取付面１９に当たって正反射また
は乱反射した光Ｅがカンチレバ１２に当たると、光軸Ｏ
方向に反射する光が生じる。この反射光は光学顕微鏡２
１のレンズに入射し、カンチレバのコントラストのある
像が光学顕微鏡２１において作られる。
顕微鏡２１からの照明光の一部はカンチレバ取付面１９
に当たり、カンチレバ取付面１９に当たって正反射また
は乱反射した光Ｅがカンチレバ１２に当たると、光軸Ｏ
方向に反射する光が生じる。この反射光は光学顕微鏡２
１のレンズに入射し、カンチレバのコントラストのある
像が光学顕微鏡２１において作られる。
【００６２】この結果、モニター１７には、カンチレバ
１２の光学像が表示され、カンチレバに当たっているレ
ーザ光の像は、カンチレバの像上に光って見える。
１２の光学像が表示され、カンチレバに当たっているレ
ーザ光の像は、カンチレバの像上に光って見える。
【００６３】このように、図６の装置において、ミラー
２４を取り外して斜方観察を行えば、試料表面の反射率
が低い試料の場合でも、カンチレバ上へのレーザ光の位
置合わせが正確に行える。
２４を取り外して斜方観察を行えば、試料表面の反射率
が低い試料の場合でも、カンチレバ上へのレーザ光の位
置合わせが正確に行える。
【００６４】ところで、反射率が高いたとえば白い試料
を、ミラー２４を取り外し、光学顕微鏡２１からの照明
光をカンチレバ上にフォーカスさせて斜方観察すると、
図３の装置の場合と違ってカンチレバ像を得ることがで
きる。これは、ミラー２４を取り外すと、図３の装置に
おける直上観察経路がなくなるためである。
を、ミラー２４を取り外し、光学顕微鏡２１からの照明
光をカンチレバ上にフォーカスさせて斜方観察すると、
図３の装置の場合と違ってカンチレバ像を得ることがで
きる。これは、ミラー２４を取り外すと、図３の装置に
おける直上観察経路がなくなるためである。
【００６５】しかし、その際、光学顕微鏡２１からの照
明光を試料上にフォーカスさせて斜方観察すると、光学
顕微鏡の焦点深度が浅いために、試料表面像が見える領
域は限定されてしまう。
明光を試料上にフォーカスさせて斜方観察すると、光学
顕微鏡の焦点深度が浅いために、試料表面像が見える領
域は限定されてしまう。
【００６６】そこで、オペレータは、反射率が高い白い
試料を観察するときは、ミラー２４を装置に取り付け、
ミラー２４で反射し、さらにハーフミラー２０で反射し
た照明光が試料上にフォーカスするように、前記フォー
カス距離調整機構２２を用いて光学顕微鏡２１を光軸Ｏ
方向に沿って移動させる。
試料を観察するときは、ミラー２４を装置に取り付け、
ミラー２４で反射し、さらにハーフミラー２０で反射し
た照明光が試料上にフォーカスするように、前記フォー
カス距離調整機構２２を用いて光学顕微鏡２１を光軸Ｏ
方向に沿って移動させる。
【００６７】すると、照明光の焦点が試料上の広い領域
において合うので、モニター１７には、広い領域にわた
ってピントのあった試料表面像が表示される。なお、こ
の場合、カンチレバ１２を照射した照明光のほとんどは
正反射するので、カンチレバの像は試料表面像を遮る影
として表示され、また、カンチレバに当たっているレー
ザ光の像は、カンチレバの像上に明るく表示される。
において合うので、モニター１７には、広い領域にわた
ってピントのあった試料表面像が表示される。なお、こ
の場合、カンチレバ１２を照射した照明光のほとんどは
正反射するので、カンチレバの像は試料表面像を遮る影
として表示され、また、カンチレバに当たっているレー
ザ光の像は、カンチレバの像上に明るく表示される。
【００６８】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は上述した例に限定されるものではない。
が、本発明は上述した例に限定されるものではない。
【００６９】たとえば、本発明は、カンチレバを備えた
摩擦力顕微鏡にも適用できる。
摩擦力顕微鏡にも適用できる。
【図１】 従来の原子間力顕微鏡を示した図である。
【図２】 図１の装置において、反射率の高い試料を光
学顕微鏡で観察したときの、モニターに表示される像を
示した図である。
学顕微鏡で観察したときの、モニターに表示される像を
示した図である。
【図３】 本発明の一例である原子間力顕微鏡を示した
図である。
図である。
【図４】 図３の装置におけるカンチレバ１２をその背
面側から見た図である。
面側から見た図である。
【図５】 図３の装置において斜方観察を行ったとき
の、カンチレバ上での光の反射を説明するために示した
図である。
の、カンチレバ上での光の反射を説明するために示した
図である。
【図６】 本発明の一例である原子間力顕微鏡を示した
図である。
図である。
１…試料室チャンバ、２…試料室、３…試料ステージ、
４…試料、５…スキャナ、６…固定部、７…ＸＹスキャ
ナ、８…Ｚスキャナ、９…レーザユニット、１０、１８
…カンチレバ支持部材、１１…探針、１２…カンチレ
バ、１３、２０、２３…ハーフミラー、１４…光検出
器、１５、２１…光学顕微鏡、１６…ＣＣＤカメラ、１
７…モニター、１９…カンチレバ取付面、２２…フォー
カス距離調整機構、２４…ミラー
４…試料、５…スキャナ、６…固定部、７…ＸＹスキャ
ナ、８…Ｚスキャナ、９…レーザユニット、１０、１８
…カンチレバ支持部材、１１…探針、１２…カンチレ
バ、１３、２０、２３…ハーフミラー、１４…光検出
器、１５、２１…光学顕微鏡、１６…ＣＣＤカメラ、１
７…モニター、１９…カンチレバ取付面、２２…フォー
カス距離調整機構、２４…ミラー
Claims (3)
- 【請求項１】 レーザ光源からのレーザ光をカンチレバ
に照射し、カンチレバで反射したレーザ光を光検出器で
検出して、カンチレバの変位を測定するようにした走査
形プローブ顕微鏡において、前記カンチレバを観察可能
な位置に配置され、光軸と同軸上に照明可能に構成され
た光学顕微鏡と、該光学顕微鏡からの照明光を反射およ
び透過させるハーフミラーと、該ハーフミラーで反射し
た照明光が前記カンチレバを照射し、且つ試料面にほぼ
垂直に入射するように、前記ハーフミラーで反射した照
明光を反射させるミラーを備え、前記ハーフミラーを透
過した照明光は前記カンチレバを照射し、且つ試料面に
斜めから入射するように構成されていることを特徴とす
る走査形プローブ顕微鏡。 - 【請求項２】 レーザ光源からのレーザ光をカンチレバ
に照射し、カンチレバで反射したレーザ光を光検出器で
検出して、カンチレバの変位を測定するようにした走査
形プローブ顕微鏡において、前記カンチレバを観察可能
な位置に配置され、光軸と同軸上に照明可能に構成され
た光学顕微鏡と、該光学顕微鏡からの照明光を反射させ
る第１のミラーと、該第１のミラーで反射した照明光が
前記カンチレバを照射し、且つ試料面にほぼ垂直に入射
するように、前記第１のミラーで反射した照明光を反射
させる第２のミラーを備え、前記第１のミラーは装置か
ら取り外し可能に構成され、該第１のミラーが取り外さ
れたときには、前記光学顕微鏡からの照明光は前記カン
チレバを照射し、且つ試料面に斜めから入射するように
構成されていることを特徴とする走査形プローブ顕微
鏡。 - 【請求項３】 カンチレバと、レーザ光源と、前記カン
チレバで反射したレーザ光を検出する光検出器と、該光
検出器の出力に基づいて前記カンチレバの変位を測定す
る手段と、前記カンチレバを観察可能な位置に配置さ
れ、光軸と同軸上に照明可能に構成された光学顕微鏡
と、該光学顕微鏡からの照明光を反射させる第１のミラ
ーと、該第１のミラーで反射した照明光が前記カンチレ
バを照射し、且つ試料面にほぼ垂直に入射するように、
前記第１のミラーで反射した照明光を反射させる第２の
ミラーを備え、前記第１のミラーは装置から取り外し可
能に構成され、該第１のミラーが取り外されたときに
は、前記光学顕微鏡からの照明光は前記カンチレバを照
射し、且つ試料面に斜めから入射するように構成された
走査形プローブ顕微鏡を用意し、試料に応じて、前記第
１のミラーを装置から取り外すようにしたことを特徴と
する走査形プローブ顕微鏡における光学像観察方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30164399A JP2001124688A (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | 走査形プローブ顕微鏡および走査形プローブ顕微鏡における光学像観察方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30164399A JP2001124688A (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | 走査形プローブ顕微鏡および走査形プローブ顕微鏡における光学像観察方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001124688A true JP2001124688A (ja) | 2001-05-11 |
Family
ID=17899419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30164399A Withdrawn JP2001124688A (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | 走査形プローブ顕微鏡および走査形プローブ顕微鏡における光学像観察方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001124688A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006023443A (ja) * | 2004-07-07 | 2006-01-26 | Keyence Corp | 顕微鏡装置 |
| JP2006072081A (ja) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Keyence Corp | 顕微鏡装置 |
| JP2007163359A (ja) * | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Toyota Motor Corp | 位置調整機構 |
| KR100851394B1 (ko) | 2006-12-28 | 2008-08-08 | 한양대학교 산학협력단 | 원자간력 현미경용 조명장치 및 그 제어방법 |
| CN113466494A (zh) * | 2020-03-30 | 2021-10-01 | 株式会社岛津制作所 | 扫描探针显微镜以及扫描探针显微镜的光轴调整方法 |
-
1999
- 1999-10-22 JP JP30164399A patent/JP2001124688A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006023443A (ja) * | 2004-07-07 | 2006-01-26 | Keyence Corp | 顕微鏡装置 |
| JP2006072081A (ja) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Keyence Corp | 顕微鏡装置 |
| JP2007163359A (ja) * | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Toyota Motor Corp | 位置調整機構 |
| JP4525584B2 (ja) * | 2005-12-15 | 2010-08-18 | トヨタ自動車株式会社 | 位置調整機構 |
| KR100851394B1 (ko) | 2006-12-28 | 2008-08-08 | 한양대학교 산학협력단 | 원자간력 현미경용 조명장치 및 그 제어방법 |
| CN113466494A (zh) * | 2020-03-30 | 2021-10-01 | 株式会社岛津制作所 | 扫描探针显微镜以及扫描探针显微镜的光轴调整方法 |
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