JP2002181687A - 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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- Y10S977/85—Scanning probe control process
- Y10S977/851—Particular movement or positioning of scanning tip
Abstract
検出するいわゆる光てこ方式の検出手段を有し、第一の
操作で、試料表面の凹凸形状を得て、第二の操作で、針
先を第一の操作で得られた凹凸形状から一定距離離しな
がら、非接触状態での物理作用力情報を検出する走査型
プローブ顕微鏡において、試料表面の物性情報を正しく
測定する。 【解決手段】第一の操作時に、カンチレバ−の加振周波
数fと振幅量Aの依存曲線(Qカ−ブ)の半値幅となる
周波数帯の両外側をレバ−加振周波数とすることで、カ
ンチレバ−が減衰しにくい加振周波数領域(共振点近
傍)から離し、カンチレバ−の探針が試料に接触した後
の過渡振動変化の減衰を容易にし、試料表面に対する追
随性を高めた。
Description
を有するカンチレバーとカンチレバ−のレ−ザ反射面に
照射するレ−ザとレ−ザの反射光の位置を検出する光位
置検出器と試料を移動させる試料移動手段とカンチレバ
−を一定周期で所望の振幅量で振動させるレバ−加振手
段からなり、カンチレバ−の探針が試料表面に接触した
とき振幅量の減少分を光位置検出器でとらえて、減少し
た振幅量が一定になるように、試料移動手段の上下動作
を制御することで、上下動作の操作量から試料表面の凹
凸形状情報を測定する第一の操作と、次に針先を第一の
操作で得られた凹凸形状から一定距離離しながら、非接
触状態での物理作用力情報を検出する第二の操作を行う
走査型プローブ顕微鏡に関する。
微小な探針を有するカンチレバーとカンチレバ−のレ−
ザ反射面に照射するレ−ザとレ−ザの反射光の位置を検
出する光位置検出器と試料を移動させる試料移動手段と
カンチレバ−を一定周期で所望の振幅量で振動させるレ
バ−加振手段からなり、カンチレバ−の探針が試料表面
に接触したとき振幅量の減少分を光位置検出器でとらえ
て、減少した振幅量が一定になるように、試料移動手段
の上下動作を制御することで、上下動作の操作量から試
料表面の凹凸形状情報を測定する第一の操作と、次に、
針先を第一の操作で得られた凹凸形状から一定距離離し
ながら、非接触状態での物理作用力情報を検出する第二
の操作を行う走査型プローブ顕微鏡において、第一の操
作時に、カンチレバ−の加振周波数と振幅量の依存曲線
(Qカ−ブ)の共振点近傍をカンチレバ−の加振周波数
とすることで、試料表面の凹凸情報が測定する。次に、
第二の操作時に、針先を第一の操作で得られた凹凸形状
から一定距離 離しながら、非接触状態での物理作用力
情報を検出することで試料の物性情報が測定されてい
る。
相互作用で、カンチレバ−の振動形態に時間的遅れ(位
相)が発生したときの信号をとらえる位相検出器を有
し、カンチレバ−の加振周波数は、表面凹凸情報の測定
のときと同じく、Qカ−ブの共振点近傍として位相を検
出することで試料表面の物性の違いが測定されている。
顕微鏡では、第一の操作時にカンチレバ−の加振周波数
と振幅量の依存曲線(Qカ−ブ)の共振点近傍をレバ−
加振周波数としていたため、カンチレバ−は振動しやす
く減衰しにくい欠点があった。探針が試料表面との相互
作用を受けても減衰しにくく、振幅量の変化分がすぐ一
定にならず、試料移動手段の制御が遅れ気味となり、試
料移動手段の上下動作の操作量も遅れ気味となり、操作
量から得られる表面凹凸情報は、正しく測定できない欠
点があった。また、試料移動手段の上下動作の制御速度
を速める方法もあるが、振幅量の変化の方向と制御の上
下方向が一致しない発振現象が発生してしまう欠点があ
った。特に真空中測定においては、空気抵抗が無くなる
ため、カンチレバ−が減衰しにくくなるため、試料との
相互作用による変化すべき振幅量にすぐならない。制御
がますます遅れ気味になり、表面凹凸情報が測定できな
い欠点があった。
られた表面凹凸情報を基準に針先を一定距離離すが、表
面凹凸情報が正確に測定できていないため、針先を一定
距離離した状態での試料表面の物性情報を正しく検出で
きない欠点があった。
ンチレバ−の加振周波数と振幅量の依存曲線(Qカ−
ブ)の半値幅となる周波数帯の両外側をレバ−加振周波
数とすることで、カンチレバ−が減衰しにくい加振周波
数領域(共振点近傍)から離すことで、 カンチレバ−
の探針が試料に接触した後の過渡振動変化の減衰を容易
にし、特に空気抵抗の無い真空中での測定を可能とする
ことを課題とする。さらに、第二の操作時に、第一の操
作時に得られた試料表面凹凸情報を基準に針先を試料表
面から正確に一定距離離して、試料表面の物性情報を正
しく測定することを課題とする。
ために、本発明では、第一の操作時に、カンチレバ−の
加振周波数と振幅量の依存曲線(Qカ−ブ)の半値幅と
なる周波数帯の両外側をレバ−加振周波数とすること
で、カンチレバ−が減衰しにくい加振周波数領域(共振
点近傍)から離すことで、カンチレバ−の探針が試料に
接触した後の過渡振動変化の減衰を容易にし、特に空気
抵抗の無い真空中での試料表面凹凸情報の測定を可能と
した。さらに、第二の操作時に、第一の操作時に得られ
た試料表面凹凸情報を基準に針先を試料表面から正確に
一定距離離して、試料表面の物性情報を正しく測定する
ことを可能とした。
するカンチレバーとカンチレバ−のレ−ザ反射面に照射
するレ−ザとレ−ザの反射光の位置を検出する光位置検
出器と試料を移動させる試料移動手段とカンチレバ−を
一定周期で所望の振幅量で振動させるレバ−加振手段か
らなり、カンチレバ−の探針が試料表面に接触したとき
振幅量の減少分を光位置検出器でとらえて、減少した振
幅量が一定になるように 試料移動手段の上下動作を制
御することで、上下動作の操作量から試料表面の凹凸形
状情報を測定する第一の操作と、次に、針先を第一の操
作で得られた凹凸形状から一定距離離しながら、非接触
状態での物理作用力情報を検出する第二の操作を行う走
査型プローブ顕微鏡において、第一の操作時に、カンチ
レバ−の加振周波数と振幅量の依存曲線(Qカ−ブ)の
半値幅となる周波数帯の両外側をレバ−加振周波数とす
ることで、カンチレバ−が減衰しやすくなり、試料表面
の凹凸情報を得ることを可能にした。次に、第二の操作
時に、第一の操作時に得られた試料表面凹凸情報を基準
に針先を試料表面から正確に一定距離離して、試料表面
の物性情報を正しく測定することを可能とした。
図1,2,3は走査型プローブ顕微鏡の測定において
本発明の方式の模式図である。
を図1で説明する。探針1を有するカンチレバ−2は、
レバ−加振手段3に取り付けられている。レ−ザ反射面
4には、レ−ザ5が照射されていて、反射光7は光位置
検出器8の位置として検出される。探針1が上下動する
ように、カンチレバ−2はレバ−加振手段3により振動
している。探針1は試料9の表面凹部に接触したときレ
−ザ反射光は光位置検出器の位置Dに到達する。探針が
試料の凹部より離れ振動の上限になったときレ−ザ反射
光は光位置検出器の位置Bに到達する。探針が試料凹部
にあたったり離れたりの振動をしているときは、カンチ
レバ−の振幅量は、位置Dと位置Bの差として得られ
る。次に、試料移動手段10のスキャン動作11によ
り、左へ移動させると、探針は試料の凸部上であたった
り離れたりする。探針が凸部あたっているときレ−ザ反
射光は光位置検出器の位置Cへ到達する。探針が凸部か
ら離れ振動の上限になったときレ−ザ反射光は光位置検
出器の位置Bへ到達する。
動をしているときは、カンチレバ−の振幅量は、位置C
と位置Bの差として得られる。光位置検出器へのレ−ザ
反射光の到達位置の差を検出すれば試料の凹凸情報を測
定することができる。また、光位置検出器へのレ−ザ反
射光の到達位置の差が一定になるように、試料移動手段
10の上下動作12を制御し、上下動作の操作量から試
料の凹凸情報としてもよい。探針の試料へのあたりかた
(押し付け具合)は小さく一定にしたほうが、探針にも
試料表面にもダメ−ジを与えにくいため、通常は後者の
方法が取られている。
ときの模式図を示す。カンチレバ−2は、レバ−加振手
段3取り付けられている。レバ−加振手段3は、圧電素
子が用いられていて、圧電素子にある一定電圧が、ある
一定周期で印加される。圧電素子は上下方向の振動13
を起こし、カンチレバ−2を振動させる。カンチレバ−
はある振幅量Aで振動する。振幅量Aは、レバ−加振手
段3内の圧電素子への印加電圧と振動周波数に依存す
る。印加電圧を一定値に決めても、加振させる周波数に
大きく依存する。
レバ−の加振周波数領域を従来との違いとして示す。縦
軸はカンチレバ−の振幅量Aで、横軸はレバ−の加振周
波数である。加振周波数fを低周波より増加させていく
と、ある周波数のところで、カンチレバ−の振幅量Aは
最大値Amaxとなる。さらに加振周波数fを増加させ
ると、振幅量Aは小さくなっていく。どの周波数で最大
になるかは、カンチレバ−の材質、長さ、厚み、幅で決
まる。図に示すような、振幅量Aの加振周波数の依存曲
線をQカ−ブという。Qカ−ブのピ−クが共振点14と
なる。共振点のときの加振周波数を共振周波数という。
共振周波数前後の近傍でレバ−を加振させれば、振動し
やすく、減衰しにくい特性となる。共振する周波数近傍
(共振点14近傍)で加振させれば、カンチレバ−は同
一印加電圧でも振幅量Aが大きくなり、振動しやすく、
逆に減衰しにくい。探針が試料から作用を受けても、減
衰しにくいため、変化すべき振幅量にすぐならない。振
動しやすい点を優先させて、 従来からカンチレバ−の
加振周波数は共振点近傍とされてきた。
し、Amaxの1/2となる高さのQカ−ブ上の点の周
波数をf1とf2とすると、f1からf2の間を半値幅
の周波数帯とする。半値幅の周波数帯のなかでは、共振
点14に近いほどレバ−は振動しやすく、減衰しにくい
特性となる。本発明では、第一の操作時に、レバ−の加
振周波数を半値幅の周波数帯の両外側とした。半値幅の
周波数帯の両外側ではレバ−は振動しにくく、減衰しや
すい特性となる。レバ−の減衰しやすい加振周波数の領
域とすることで、試料の凹凸形状に応じて、レバ−の振
幅量は変化があっても減衰しやすく一定値になりやす
く、試料移動手段の上下動作の操作量をすぐ決めること
ができ、試料表面の凹凸に応じて、試料移動手段の上下
動作を追従できるため、上下動作の操作量から得られる
情報は試料表面の凹凸形状となる。正しい試料表面の凹
凸情報が測定可能となる。
るように、真空中で試料の凹凸形状を測定するとき、カ
ンチレバ−の振動量と試料表面との関係を模式図で示
す。探針が試料表面にあたっていないとき、カンチレバ
−は振幅量A0で振動している。試料移動手段10のス
キャン動作11により試料が左方向へ移動してくると、
探針が試料の凸面21にあたりカンチレバ−の振幅量が
A1になったとする。A1はA0よりも小さくなる。
この時点から、説明上制御を始めるとする。
がA1と一定になるように、試料移動手段10の上下動
作12を制御する。上下動作の操作量から試料表面の凹
凸形状を測定するのは前述のとうりである。スキャン動
作が進んで、試料がさらに左へ移動し探針が凸部21の
右角よりさらに右にきた瞬間、凸部と同一の高さの面が
急になくなるため、カンチレバ−の振幅量はA1から変
化することになるが、レバ−が減衰しにくいためすぐに
は安定しない。このとき振幅量がすぐ一定になれば、試
料移動手段の上下動作の操作量を決めることができ、振
幅量がA1となるまで、試料移動手段により試料を探針
に近づければ上下動作の操作量から凸部の高さを決める
ことができる。しかし、探針が凸部の右角から外れる
と、探針のあたるものが急に無くなり、カンチレバ−は
別の振幅量で振れ始める。しかし、カンチレバ−の周囲
に空気抵抗が無いため、減衰しにくいことで、振幅量が
すぐ一定に決まらない。実際の振幅量は、ある時間経過
後に、探針が試料表面の凹部にあたりだし、A2に落ち
着いて一定値になる。一定値になったA2と目標値であ
るA1とを比較し、振幅A2がA1と同じになるよう
に、試料移動手段の上下動作の操作量がはじめて決まる
ことになる。しかし、実際には、試料移動手段の上下動
作の操作量を決める制御は常時行なっているため、振幅
量がA2になっていく途中の情報で操作量が決まること
になる。つまり、探針が試料表面にあたっていないの
に、上下動作の操作量が決まることになる。カンチレバ
−の過渡的な振幅量から測定される試料表面凹凸情報は
試料表面本来の形状でなく、カンチレバ−の減衰のしに
くさがはいってしまうことになる。たとえば、試料の凹
凸の段差立ち下がり部、立ち上がり部では、カンチレバ
−の振幅量は、減衰のしにくさから試料表面の凹凸に追
従できず、過渡的に遅れる形で上下動作の操作量が決ま
るため、測定される(得られる)凹凸情報は、図5に示
すように、試料の凹凸情報と測定される凹凸情報に違い
が出ることになる。真空中においても、本発明では、第
一の操作時に、図3に示すように、カンチレバ−の加振
周波数をQカ−ブの半値幅の周波数帯の両外側とするこ
とで、カンチレバ−の振動が減衰しやすくなり、特に真
空中では、カンチレバ−の周囲の空気が無くなるため、
カンチレバ−が振動する際空気抵抗を受けず、 大気中
よりもさらに振動しやすく、一度振動し始めたら減衰し
にくくなる。カンチレバ−の加振周波数をQカ−ブの半
値幅の周波数帯の両外側とすることで、大気中と同じ
く、正しい試料表面の凹凸情報が測定可能となる。
得られた表面凹凸情報を基準に、針先を試料表面から一
定の距離離す。また、カンチレバ−の加振周波数は共振
点近傍に切り替える。
光位置検出器で検出される光位置出力信号の時間的関係
を示す。探針と試料表面が相互作用を受けなければ、印
加電圧波形と光位置出力波形は時間的な遅れが無く同一
となる。探針と試料表面は、静電気力、磁気力などによ
り時間的に遅れた応答をすることになる。探針が試料表
面から離れる方向の印加電圧をV1とし、探針が試料表
面に近づく方向の印加電圧を−V1とする。また、探針
が試料表面に近づく方向の光位置出力信号をW1とし、
探針が試料表面から離れる方向の光位置出力信号をW2
とする。探針と試料表面に前述の相互作用により、印加
電圧波形がV1になっても、光位置出力信号は時間T秒
後にW2になる。つまり、試料表面に物性による作用力
があると探針が試料表面から離れる方向のときに時間的
遅れ(位相)が発生する。
とで、試料表面の物性の大小を比較することができる。
針先が試料表面から非接触のときは、位相を測定する際
にレバ−加振周波数をQカ−ブの半値幅となる周波数帯
の両側とすると試料表面の物性の影響を受けても、レバ
−の振動は減衰しやすくなり共振しにくいため、高分解
能測定が犠牲になる。
に対して接触するため、カンチレバ−の加振周波数をQ
カ−ブの半値幅の周波数帯の両外側とすることで、カン
チレバ−の振動が減衰しやすくなり、正確な表面凹凸情
報を得て、第二の操作時には針先が試料表面に対して非
接触となるため、カンチレバ−の加振周波数をQカ−ブ
の共振点近傍と切り替えることで共振しやすくし、試料
表面の物性情報を感度よく測定することができる。
場、物理作用力などがある。例えば、カンチレバ−の探
針に磁性コ−トをしておけば、第二の操作時に試料表面
の磁場分布に応じて、磁性コ−トされた探針は引力、斥
力を受け、位相の違いとして検出される。測定したい領
域について位相信号をマッピングしていけば、試料表面
の磁場分布を測定できる磁気力顕微鏡となる。
をしておけば、第二の操作時に試料表面の電位分布に応
じて、導電性コ−トされた探針は静電誘導現象により引
力を受け、試料表面の電位の大きいところほど大きく引
力を浮け、位相の違いとして検出される。測定したい領
域について位相信号をマッピングしていけば、試料表面
の電位分布を測定できる電位力顕微鏡となる。
るいは高分子の球などを装着しておけば、第二の操作時
に試料表面の電位分布に応じて、樹脂コ−トあるいは高
分子の球などを装着された探針は、樹脂コ−トあるいは
高分子の球の材質で決まる帯電を持つため、試料表面の
場所ごとに引力、斥力を受ける。試料表面のプラス、マ
イナスに応じて、探針は引力あるいは斥力を位相の違い
として検出される。測定したい領域について位相信号を
マッピングしていけば、 試料表面の電位分布を測定で
きる電位力顕微鏡となる。
ト、樹脂コ−トなどに拘わらず、第二の操作時に、探針
と試料表面とが離れた状態での非接触な相互物理作用力
(ファンデルワ−ルス力など)は位相の違いとして検出
される。測定したい領域について位相信号をマッピング
していけば、試料表面の非接触相互物理作用力分布を測
定できる物理作用力顕微鏡となる。
トを得る手順を示す。位相信号を得る方法は図6と同じ
である。位相信号から共振周波数のシフト分を求めても
よい。 第二の操作時に、共振周波数のシフト分をマッ
ピングしていけば、前述と同じく 磁気力顕微鏡、電位
力顕微鏡、物理作用力顕微鏡となるのはいうまでもな
い。
させなくてもよい。振動させないときは、第二の操作時
に、カンチレバ−は試料表面の物性により非接触の拘束
力(静電気力、磁気力など)を受け、カンチレバ−のレ
−ザ反射面はたわむ。試料表面から引力を受けると針先
は試料面に近づき、反力を受けると試料表面から離れよ
うとする。たわみ量を光ヘッドで検出すれば、試料表面
の物性情報を測定することもできる。
域内においてポイントごとに行ってもよい。ある点にお
いて、第一の操作をしてすぐ第二の操作をする。針先と
試料の位置を相対的にずらして、隣のポイントにおいて
同じく第一の操作と第二の操作をする。同様に繰り返し
ていくことで、測定したい領域内の表面凹凸情報と試料
表面物性情報が得られる。
域内においてラインごとに行ってもよい。あるラインに
おいて、第一の操作をして測定ラインでの表面凹凸情報
を測定し記憶する。次に、記憶された表面凹凸情報を基
準に針先が試料表面から一定距離離して、同一ライン上
で第二の操作をする。針先と試料の位置を相対的にずら
して、隣のラインにおいて同じく第一の操作と第二の操
作をする。同様に繰り返していくことで、測定したい領
域内の表面凹凸情報と試料表面物性情報が得られる。
域内においてフレ−ムごとに行ってもよい。測定したい
領域(フレ−ム)をすべて第一の操作をする。このケ−
スでは、試料表面凹凸情報を2次元デ−タとして記憶す
る。次に記憶された2次元hの表面凹凸情報を基準に、
針先を試料表面から一定距離離して、第二の操作をす
る。
内のフレ−ムを測定し表面凹凸形状を得て、次に試料移
動手段により探針を測定したいポイントに移動させて、
そのポイントにおいてのみ第二の操作に入り表面物性情
報を測定してもよい。さらにポイントにおいての第二の
操作時に表面物性情報を得るとき試料に磁場あるいは電
界を印加させてもよい。なお磁場、電界など印加する強
さを変化させて第二の操作時で得られる表面物性情報の
変化を測定してもよい。
−ザ発生器61からのレ−ザ5はウインドウ62を透過
して真空容器63内へ導入される。真空容器とウインド
ウは気密性が確保されていて、真空容器は真空排気手段
64により真空状態が達成される。真空容器内にはカン
チレバ−2とレバ−加振手段3と試料9と試料を加熱あ
るいは冷却あるいは室温のまま載せる試料台65が設置
されている。試料台は試料台移動手段69によりスキャ
ン動作および上下動作が可能となっている。ウインドウ
を介し真空容器内に導入されたレ−ザは、カンチレバ−
2のレ−ザ反射面に照射され、レ−ザの反射光7はウイ
ンドウを介し真空容器外に設置された光位置検出器8へ
到達する。光位置検出器の位置により、カンチレバ−の
振幅量が得られる。第一の操作において 探針が試料表
面にあたることで振幅量が減少するが、減少した振幅量
を維持するように試料移動手段のスキャン動作に応じて
上下動作により操作量を決めれば試料凹凸情報を得るこ
とができる。この際、レバ−加振動周波数をQカ−ブの
半値幅の周波数帯の両外側とすることで、レバ−が減衰
しやすくなり、試料凹凸に追随しやすくなり、試料の凹
凸形状情報を測定することができる。また、第二の操作
において、レバ−加振手段3への印加電圧波形と光位置
検出器8の出力信号を測定することで、探針が離れる方
向のときの時間遅れ(位相)を得ることができ、時間遅
れの大小は試料表面の物性値の大小になるため、物性分
布を測定することができる。
気手段により真空にした後、真空容器にガス導入68し
て大気圧下で測定してもよい。さらに、ガス置換する際
に、湿度を含ませたガスを導入して測定してもよい。ま
た、真空排気せず、真空容器内へガスあるいは湿度を含
めたガスを常時流し続けて1気圧状態で測定してもよ
い。
ル内にセットして、試料移動手段上に置き溶液中で測定
してもよい。
いは任意の角度の磁場、電界などを印加して測定しても
よい。磁場あるいは電界を印加する手段は、試料の近く
周囲でも、真空容器の外に配置してもよい。例えば磁場
を印加する場合には、試料近傍にコイルを設置し、コイ
ルに電流を流すことで電流の大きさで印加磁場の強さを
変化させてもよい。また永久磁石を用いて試料との距離
を変化させることで印加磁場の強さを変化させてもよ
い。次に例えば電界を印加する場合には、試料近傍にコ
イルを設置し、コイルに電流を流すことで電流の大きさ
で印加電界の強さを変化させてもよい。また試料近傍に
板状の電極面を設置し、電極に電圧を印加し 印加する
電圧の強さを変化させることで試料への電界を変化させ
てもよい。
を、レバ−の振幅量と加振周波数の依存曲線(Qカ−
ブ)の半値幅となる周波数帯の両外側とすることで、レ
バ−の減衰をしやすくし、大気中のみならず真空中、ガ
ス中、溶液中においも、試料の凹凸に追随させ、試料表
面凹凸情報を正確に測定できる。また、第二の操作時に
は、第一で得られた表面凹凸情報を基準にすることがで
き、針先を試料表面から一定距離離した状態の物性情報
を測定できる。
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
と、該カンチレバ−のレ−ザ反射面に照射するレ−ザ
と、該レ−ザの反射光の位置を検出する光位置検出器
と、試料を移動させる試料移動手段と、カンチレバ−を
一定周期で所望の振幅量で振動させるレバ−加振手段と
からなり、カンチレバ−の探針が試料表面に接触したと
き振幅量の減少分を光位置検出器でとらえて、減少した
振幅量が一定になるように、試料移動手段の上下動作を
制御することで、上下動作の操作量から試料表面の凹凸
形状情報を測定する第一の操作と、次に針先を第一の操
作で得られた凹凸形状から一定距離離しながら、非接触
状態での物理作用力情報を検出する第二の操作を行う走
査型プローブ顕微鏡において、第一の操作時に、カンチ
レバ−の加振周波数と振幅量の依存曲線(Qカ−ブ)の
半値幅となる周波数帯の両外側をレバ−加振周波数とす
ることで、カンチレバ−が減衰しやすくなり、試料表面
の凹凸情報を正確に得ることを可能にした。次に、第二
の操作時に、第一の操作時に得られた試料表面凹凸情報
を基準に針先を試料表面から正確に一定距離離して、試
料表面の物性情報を正しく測定することを可能にする効
果がある。
るときの方式の模式図。
と本発明の加振周波数領域の説明図。
るときの、探針と試料表面の関係を示す説明図。
るときの、カンチレバ−が減衰しにくいときの測定され
る凹凸情報の説明図。
際、探針の試料表面から離れる時間的遅れ(位相)を示
す説明図。
際、探針の試料表面から離れる時間的遅れ(位相)から
共振周波数のシフト量を求める説明図。
び物性分布を測定する際の実施例を示す模式図。
への到達する位置 A、A0、A1、A2 カンチレバ−の振幅 Amax Qカ−ブの共振点の振幅量 f1、f2 Qカ−ブの共振点振幅量の半
分となる周波数 V1,−V1 レバ−加振手段への印加電圧 W1、W2 光位置検出器での光位置出力
信号
Claims (14)
- 【請求項1】 先端に微小な探針を有するカンチレバーと
カンチレバ−のレ−ザ反射面に照射するレ−ザとレ−ザ
の反射光の位置を検出する光位置検出器と試料を移動さ
せる試料移動手段とカンチレバ−を一定周期で所望の振
幅量で振動させるレバ−加振手段からなり、カンチレバ
−の探針が試料表面に接触したとき振幅量の減少分を光
位置検出器でとらえて、減少した振幅量が一定になるよ
うに、試料移動手段の上下動作を制御することで、上下
動作の操作量から試料表面の凹凸形状情報を測定する第
一の操作と、次に針先を第一の操作で得られた凹凸形状
から一定距離離しながら、非接触状態での物理作用力情
報を検出する第二の操作を行う走査型プローブ顕微鏡に
おいて、試料表面の凹凸形状情報を測定する第一の操作
時に、カンチレバ−の加振周波数と振幅量の依存曲線
(Qカ−ブ)の半値幅となる周波数帯の両外側をレバ−
加振周波数とし表面凹凸情報を測定し、次に、針先を第
一の操作で得られた凹凸形状から一定距離離しながら、
非接触状態での物理作用力情報を検出する第二の操作時
にカンチレバ−の加振周波数と振幅量の依存曲線(Qカ
−ブ)の共振点近傍をレバ−加振周波数とすることを特
徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項2】 先端に微小な探針を有するカンチレバー
とカンチレバ−のレ−ザ反射面に照射するレ−ザとレ−
ザの反射光の位置を検出する光位置検出器と試料を移動
させる試料移動手段とカンチレバ−を一定周期で所望の
振幅量で振動させるレバ−加振手段からなり、カンチレ
バ−の探針が試料表面に接触したとき振幅量の減少分を
光位置検出器でとらえて、減少した振幅量が一定になる
ように、試料移動手段の上下動作を制御することで、上
下動作の操作量から試料表面の凹凸形状情報を測定する
第一の操作と、次に針先を第一の操作で得られた凹凸形
状から一定距離離しながら、非接触状態での物理作用力
情報を検出する第二の操作を行う走査型プローブ顕微鏡
において、試料表面の凹凸形状情報を測定する第一の操
作時に、カンチレバ−の加振周波数と振幅量の依存曲線
(Qカ−ブ)の半値幅となる周波数帯の両外側をレバ−
加振周波数とし表面凹凸情報を測定し、次に、針先を第
一の操作で得られた凹凸形状から一定距離離しながら、
非接触状態での物理作用力情報を検出する第二の操作時
にカンチレバ−を積極的に振動させずにカンチレバ−の
たわみ量を検出することを特徴とする走査型プローブ顕
微鏡。 - 【請求項3】 試料表面とカンチレバ−の探針との相互
作用で、カンチレバ−の振動形態に時間的遅れ(位相)
が発生したときの信号をとらえる位相検出器を有し、位
相を検出することで試料表面の物性(磁場、電場、物理
作用力)の違いを測定するようにした請求項1記載の走
査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項4】 試料表面とカンチレバ−の探針との相互
作用で カンチレバ−の振動形態に時間的遅れ(位相)
が発生したときの信号をとらえる位相検出器を有し、カ
ンチレバ−の振動形態に共振周波数のシフトが発生した
ときの信号を位相検出器によりとらえる機能(手段)に
より、周波数のシフト量を検出することで試料表面の物
性(磁場、電場、物理作用力)の違いを測定するように
した請求項1記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項5】第一の操作と第二の操作が、測定ポイント
ごとに行っていくようにした請求項1から4のいずれか
一つに記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項6】第一の操作と第二の操作が、測定ラインご
とに行っていくようにした請求項1から4のいずれか一
つに記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項7】第一の操作と第二の操作が、測定面フレ−
ムごとに行っていくようにした請求項1から4のいずれ
か一つに記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項8】大気中で測定するようにした請求項1から
7のいずれか一つに記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項9】溶液を入れるセルを有し、試料を溶液中に
入れ、溶液中で測定するようにした請求項1から7のい
ずれか一つに記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項10】真空容器と排気の手段を有し、真空環境
で測定するようにした、請求項1から7のいずれか一つ
に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項11】一度真空にしてから真空容器をガス置換
してガス雰囲気中で測定できるようにした、請求項1か
ら7のいずれか一つに記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項12】測定試料を加熱あるいは冷却する機能を
有し、加熱あるいは冷却中で測定するようにした請求項
8から11のいずれか一つに記載の走査型プローブ顕微
鏡。 - 【請求項13】測定試料に磁場を印加する機能を有し、
磁場印加中で測定するようにした請求項8から12のい
ずれか一つに記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項14】測定試料に電界を印加する機能を有し、
電界印加中で測定するようにした請求項8から12のい
ずれか一つに記載の走査型プローブ顕微鏡。
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