JP2970949B2 - フォース顕微鏡 - Google Patents
フォース顕微鏡Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、フォース探索板の探針
チップとサンプルとにより生じるフォース（原子間力、
静電引力、磁力など）を検出して、サンプルの表面形
状、サンプルの表面エネルギー等が測定できるフォース
顕微鏡に関する。
チップとサンプルとにより生じるフォース（原子間力、
静電引力、磁力など）を検出して、サンプルの表面形
状、サンプルの表面エネルギー等が測定できるフォース
顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、トンネルチップとフォース探
索板とを有するトンネル顕微鏡が知られている。
索板とを有するトンネル顕微鏡が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしなから、上記の
顕微鏡は以下の様な欠点がある。サンプルに電流を流す
必要があり、サンプルは導電物に限られる。トンネル顕
微鏡の構造上、トンネルチップとフォース探索板との間
に相互作用力が働いてしまう。本発明の目的は、様々な
サンプルの表面具合が把握可能なフォース顕微鏡の提供
にある。
顕微鏡は以下の様な欠点がある。サンプルに電流を流す
必要があり、サンプルは導電物に限られる。トンネル顕
微鏡の構造上、トンネルチップとフォース探索板との間
に相互作用力が働いてしまう。本発明の目的は、様々な
サンプルの表面具合が把握可能なフォース顕微鏡の提供
にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為、
本発明は、以下の構成を採用した。請求項１は、微動機
構によりＸ軸方向及びＹ軸方向へ微動変位するサンプル
の表面に基部が固定されたフォース探索板の先端部に取
り付けられた探索チップを近接配置し、サンプルとフォ
ース探索板との間に作用する原子間力によるフォース探
索板の撓みに基づいてサンプル表面状態を検出するフォ
ース顕微鏡において、単色光のレーザビーム光を照射す
るレーザ照射装置と、レーザビームとの光軸と直交配置
され、入射されるレーザ光を所定角度の２光束回折光に
形成して出射すると共に入射される２光束回折光を干渉
光に形成して出射する回折格子と、該回折格子のサンプ
ル側に配置され、２光束回折光を所定の分解能に応じた
間隔をおいた平行光にしてフォース探索板の非サンプル
側の反射面に照射すると共に反射面からの反射回折光を
回折格子にて収束させる対物凸レンズと、回折格子から
出射される干渉光をレーザビームの光路外に取り出すビ
ームスプリッタと、該ビームスプリッタからの干渉光を
受光して干渉光強度に応じた電気信号を出力する光電変
換部材と、光電変換部材からの電気信号に基づいてフォ
ース探索板の撓み量を検出する撓み量検出手段と、探索
チップの先端に対してサンプルの測定範囲内を位置させ
るように微動機構を制御するサンプル走査手段とを備
え、フォース探索板における所定の間隔をおいた反射面
に平行して照射される各回折光の位相差に基づいて変化
する干渉光強度によりフォース探索板の撓み量を測定可
能にしたことを特徴としている。請求項２は、微動機構
によりＸ軸方向及びＹ軸方向へ微動変位するサンプルの
表面に基部が固定されたフォース探索板の先端部に取り
付けられた探索チップを近接配置し、サンプルとフォー
ス探索板との間に作用する原子間力によるフォース探索
板の撓みに基づいてサンプル表面状態を検出するフォー
ス顕微鏡において、単色光のレーザビーム光を照射する
レーザ照射装置と、レーザビームとの光軸と直交配置さ
れ、入射されるレーザ光を所定角度の２光束回折光に形
成して出射すると共に入射される２光束回折光を干渉光
に形成して出射する回折格子と、該回折格子のサンプル
側に配置され、２光束回折光を所定の分解能に応じた間
隔をおいた平行光にしてフォース探索板の非サンプル側
の反射面に照射すると共に反射面からの反射回折光を回
折格子にて収束させる対物凸レンズと、回折格子から出
射される干渉光をレーザビームの光路外に取り出すビー
ムスプリッタと、該ビームスプリッタからの干渉光を受
光して干渉光強度に応じた電気信号を出力する光電変換
部材と、光電変換部材からの電気信号に基づいてフォー
ス探索板の撓み量を検出する撓み量検出手段と、探索チ
ップの先端に対してサンプルの測定範囲内を位置させる
ように微動機構を制御するサンプル走査手段とを備え、
フォース探索板における所定の間隔をおいた反射面に平
行して照射される各回折光の位相差に基づいて変化する
干渉光強度によりフォース探索板の撓み量を測定可能に
したことを特徴としている。請求項３は、対物凸レンズ
と、該対物凸レンズの光軸上に位置し、凸レンズに向か
って単色光のビームを照射するレーザーと、前記対物凸
レンズの一方側焦点に配され、レーザ光を所定角度の２
光束回折光に形成して出射すると共に入射される２光束
回折光を干渉光に形成して出射する回折格子と、可変可
能な所定振動数で振動基台を振動させる励振装置と、基
部が前記振動基台に固定され、先部のサンプル側に探針
チップが突設され、前記対物凸レンズの他方側焦点に位
置する反サンプル側にレーザー反射面を形成したフォー
ス探索板と、前記対物凸レンズ、回折格子を経て戻って
来た干渉光強度に応じた電気信号へ変換する光電変換器
と、サンプルをＸ軸、Ｙ軸方向に微動変位させるＸ軸、
Ｙ軸微動機構と、前記探針チップの先端が前記サンプル
の測定範囲面を隅無く通過する様に、前記Ｘ軸、Ｙ軸微
動機構を操作するサンプル走査手段と、前記振動装置の
振動周波数を参照信号とし、前記電気信号を同期検波す
ることによりフォース探索板の振動振幅量を検知する振
幅量検出手段と、該振幅量検出手段で検出される振動振
幅量が最大となる様に、前記励振装置の振動周波数を調
節するサーボ回路とを備え、前記励振装置の微少な周波
数変位によりサンプルと探針チップとの間に作用するフ
ォースを測定可能にしたフォース顕微鏡。請求項４は、
対物凸レンズと、該対物凸レンズの光軸上に位置し、凸
レンズに向かって単色光のビームを照射するレーザー
と、前記対物凸レンズの一方側焦点に配され、レーザ光
を所定角度の２光束回折光に形成して出射すると共に入
射される２光束回折光を干渉光に形成して出射す回折格
子と、振動基台を所定振幅数で振動させる励振装置と、
基部が前記振動基台に固定され、先部のサンプル側に探
針チップが突設され、前記対物凸レンズの他方側焦点に
位置する反サンプル側にレーザー反射面を形成したフォ
ース探索板と、前記対物凸レンズ、回折格子を経て戻っ
て来た干渉光を電気信号に変換する光電変換器と、サン
プルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に微動変位させるＸ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸微動機構と、前記探針チップの先端が前記サン
プルの測定範囲面を隅無く通過する様に、前記Ｘ軸、Ｙ
軸微動機構を操作するサンプル走査手段と、前記振動装
置の振動周波数を参照信号とし、前記電気信号を同期検
波することによりフォース探索板の物理変化量を検出す
る物理変化量検出手段と、該物理変化量検出手段で検出
した物理変化量が一定値を保つ様に、前記Ｚ軸微動機構
を操作するサーボ機構とを備え、該サーボ機構の電気出
力により前記サンプルと探針チップとの間に作用するフ
ォースを測定可能にしたフォース顕微鏡。
本発明は、以下の構成を採用した。請求項１は、微動機
構によりＸ軸方向及びＹ軸方向へ微動変位するサンプル
の表面に基部が固定されたフォース探索板の先端部に取
り付けられた探索チップを近接配置し、サンプルとフォ
ース探索板との間に作用する原子間力によるフォース探
索板の撓みに基づいてサンプル表面状態を検出するフォ
ース顕微鏡において、単色光のレーザビーム光を照射す
るレーザ照射装置と、レーザビームとの光軸と直交配置
され、入射されるレーザ光を所定角度の２光束回折光に
形成して出射すると共に入射される２光束回折光を干渉
光に形成して出射する回折格子と、該回折格子のサンプ
ル側に配置され、２光束回折光を所定の分解能に応じた
間隔をおいた平行光にしてフォース探索板の非サンプル
側の反射面に照射すると共に反射面からの反射回折光を
回折格子にて収束させる対物凸レンズと、回折格子から
出射される干渉光をレーザビームの光路外に取り出すビ
ームスプリッタと、該ビームスプリッタからの干渉光を
受光して干渉光強度に応じた電気信号を出力する光電変
換部材と、光電変換部材からの電気信号に基づいてフォ
ース探索板の撓み量を検出する撓み量検出手段と、探索
チップの先端に対してサンプルの測定範囲内を位置させ
るように微動機構を制御するサンプル走査手段とを備
え、フォース探索板における所定の間隔をおいた反射面
に平行して照射される各回折光の位相差に基づいて変化
する干渉光強度によりフォース探索板の撓み量を測定可
能にしたことを特徴としている。請求項２は、微動機構
によりＸ軸方向及びＹ軸方向へ微動変位するサンプルの
表面に基部が固定されたフォース探索板の先端部に取り
付けられた探索チップを近接配置し、サンプルとフォー
ス探索板との間に作用する原子間力によるフォース探索
板の撓みに基づいてサンプル表面状態を検出するフォー
ス顕微鏡において、単色光のレーザビーム光を照射する
レーザ照射装置と、レーザビームとの光軸と直交配置さ
れ、入射されるレーザ光を所定角度の２光束回折光に形
成して出射すると共に入射される２光束回折光を干渉光
に形成して出射する回折格子と、該回折格子のサンプル
側に配置され、２光束回折光を所定の分解能に応じた間
隔をおいた平行光にしてフォース探索板の非サンプル側
の反射面に照射すると共に反射面からの反射回折光を回
折格子にて収束させる対物凸レンズと、回折格子から出
射される干渉光をレーザビームの光路外に取り出すビー
ムスプリッタと、該ビームスプリッタからの干渉光を受
光して干渉光強度に応じた電気信号を出力する光電変換
部材と、光電変換部材からの電気信号に基づいてフォー
ス探索板の撓み量を検出する撓み量検出手段と、探索チ
ップの先端に対してサンプルの測定範囲内を位置させる
ように微動機構を制御するサンプル走査手段とを備え、
フォース探索板における所定の間隔をおいた反射面に平
行して照射される各回折光の位相差に基づいて変化する
干渉光強度によりフォース探索板の撓み量を測定可能に
したことを特徴としている。請求項３は、対物凸レンズ
と、該対物凸レンズの光軸上に位置し、凸レンズに向か
って単色光のビームを照射するレーザーと、前記対物凸
レンズの一方側焦点に配され、レーザ光を所定角度の２
光束回折光に形成して出射すると共に入射される２光束
回折光を干渉光に形成して出射する回折格子と、可変可
能な所定振動数で振動基台を振動させる励振装置と、基
部が前記振動基台に固定され、先部のサンプル側に探針
チップが突設され、前記対物凸レンズの他方側焦点に位
置する反サンプル側にレーザー反射面を形成したフォー
ス探索板と、前記対物凸レンズ、回折格子を経て戻って
来た干渉光強度に応じた電気信号へ変換する光電変換器
と、サンプルをＸ軸、Ｙ軸方向に微動変位させるＸ軸、
Ｙ軸微動機構と、前記探針チップの先端が前記サンプル
の測定範囲面を隅無く通過する様に、前記Ｘ軸、Ｙ軸微
動機構を操作するサンプル走査手段と、前記振動装置の
振動周波数を参照信号とし、前記電気信号を同期検波す
ることによりフォース探索板の振動振幅量を検知する振
幅量検出手段と、該振幅量検出手段で検出される振動振
幅量が最大となる様に、前記励振装置の振動周波数を調
節するサーボ回路とを備え、前記励振装置の微少な周波
数変位によりサンプルと探針チップとの間に作用するフ
ォースを測定可能にしたフォース顕微鏡。請求項４は、
対物凸レンズと、該対物凸レンズの光軸上に位置し、凸
レンズに向かって単色光のビームを照射するレーザー
と、前記対物凸レンズの一方側焦点に配され、レーザ光
を所定角度の２光束回折光に形成して出射すると共に入
射される２光束回折光を干渉光に形成して出射す回折格
子と、振動基台を所定振幅数で振動させる励振装置と、
基部が前記振動基台に固定され、先部のサンプル側に探
針チップが突設され、前記対物凸レンズの他方側焦点に
位置する反サンプル側にレーザー反射面を形成したフォ
ース探索板と、前記対物凸レンズ、回折格子を経て戻っ
て来た干渉光を電気信号に変換する光電変換器と、サン
プルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に微動変位させるＸ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸微動機構と、前記探針チップの先端が前記サン
プルの測定範囲面を隅無く通過する様に、前記Ｘ軸、Ｙ
軸微動機構を操作するサンプル走査手段と、前記振動装
置の振動周波数を参照信号とし、前記電気信号を同期検
波することによりフォース探索板の物理変化量を検出す
る物理変化量検出手段と、該物理変化量検出手段で検出
した物理変化量が一定値を保つ様に、前記Ｚ軸微動機構
を操作するサーボ機構とを備え、該サーボ機構の電気出
力により前記サンプルと探針チップとの間に作用するフ
ォースを測定可能にしたフォース顕微鏡。
【０００５】
【０００６】
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【実施例】本発明の第１実施例を図１に基づいて説明す
る。フォース顕微鏡Ａは、対物凸レンズ１と、対物凸レ
ンズ１の光軸２上に位置するレーザー３と、対物凸レン
ズ１の一方側焦点に配される回折格子４と、先部のサン
プル５側に探針チップ６が突設され、対物凸レンズ１の
他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射面７
を形成し、基部８が固定されたフォース探索板９と、対
物凸レンズ１、回折格子４を経て戻って来た干渉光１０
を電気信号１１に変換する光電変換器１２と、サンプル
５をＸ軸、Ｙ軸方向に微動変位させる微動機構１３、１
４と、該微動機構１３、１４を操作するサンプル走査手
段１５と、光電変換器１２の電気信号１１からフォース
探索板９の静的な撓み量を検出する撓み量検出手段１６
と、撓み量検出手段１６で検出した撓み量を、サンプル
５と探針チップ６との間に作用するフォースの関連デー
タとして逐次記録していくレコーダー１７とを具備して
なる。このフォース顕微鏡Ａは、外部の振動の影響を排
除する為、エアダンパ式の防振台（８００ｍｍ×６００
ｍｍ）上に設置される。
る。フォース顕微鏡Ａは、対物凸レンズ１と、対物凸レ
ンズ１の光軸２上に位置するレーザー３と、対物凸レン
ズ１の一方側焦点に配される回折格子４と、先部のサン
プル５側に探針チップ６が突設され、対物凸レンズ１の
他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射面７
を形成し、基部８が固定されたフォース探索板９と、対
物凸レンズ１、回折格子４を経て戻って来た干渉光１０
を電気信号１１に変換する光電変換器１２と、サンプル
５をＸ軸、Ｙ軸方向に微動変位させる微動機構１３、１
４と、該微動機構１３、１４を操作するサンプル走査手
段１５と、光電変換器１２の電気信号１１からフォース
探索板９の静的な撓み量を検出する撓み量検出手段１６
と、撓み量検出手段１６で検出した撓み量を、サンプル
５と探針チップ６との間に作用するフォースの関連デー
タとして逐次記録していくレコーダー１７とを具備して
なる。このフォース顕微鏡Ａは、外部の振動の影響を排
除する為、エアダンパ式の防振台（８００ｍｍ×６００
ｍｍ）上に設置される。
【００１１】レーザー３は、波長６３２．８ｎｍの赤色
ビーム（１本）を発生させるＨｅ-Ｎｅレーザーであ
る。回折格子４は、ピッチ間隔２５μｍのものであり、
光軸２に直交して配され、回折レーザー光（２光束）を
スポット間隔約０．５ｍｍでフォース探索板９に夫々集
光させている。このため、外乱の影響を受け難く、フォ
ース探索板９の静的な撓み量を有効に検出できる。
ビーム（１本）を発生させるＨｅ-Ｎｅレーザーであ
る。回折格子４は、ピッチ間隔２５μｍのものであり、
光軸２に直交して配され、回折レーザー光（２光束）を
スポット間隔約０．５ｍｍでフォース探索板９に夫々集
光させている。このため、外乱の影響を受け難く、フォ
ース探索板９の静的な撓み量を有効に検出できる。
【００１２】サンプル５は、二次元格子状に微細加工し
たＰＭＭＡ膜に金を蒸着したものである。このサンプル
５は、マイクロメータを用いた粗動機構により位置決め
が成される。フォース探索板９は、導電性を有し、長さ
２ｍｍ、幅０．２５４ｍｍ、厚さ０．０１３ｍｍのタン
グステンリボン（フォース無時の共振周波数ｆ0 ＝２．
０２ｋＨｚ、弾性定数５．９Ｎ／ｍ）である。探針チッ
プ６は、直径１０μｍのタングステンワイヤーを、１規
定の水酸化ナトリウム溶液で電解研磨して製造したもの
である。光電変換器１２は、干渉光１０を光軸２から分
離するビームスプリッタ１８、干渉光１０を電気信号に
変換する変換器１９、この電気信号を増幅して電気信号
１１とする増幅器２０を備える。
たＰＭＭＡ膜に金を蒸着したものである。このサンプル
５は、マイクロメータを用いた粗動機構により位置決め
が成される。フォース探索板９は、導電性を有し、長さ
２ｍｍ、幅０．２５４ｍｍ、厚さ０．０１３ｍｍのタン
グステンリボン（フォース無時の共振周波数ｆ0 ＝２．
０２ｋＨｚ、弾性定数５．９Ｎ／ｍ）である。探針チッ
プ６は、直径１０μｍのタングステンワイヤーを、１規
定の水酸化ナトリウム溶液で電解研磨して製造したもの
である。光電変換器１２は、干渉光１０を光軸２から分
離するビームスプリッタ１８、干渉光１０を電気信号に
変換する変換器１９、この電気信号を増幅して電気信号
１１とする増幅器２０を備える。
【００１３】微動機構１３、１４は、直交して配された
バイモフ積層圧電素子であり、サンプル５の微動（５０
ｎｍ／Ｖ）は、後記するＤ- Ａコンバータ２２の出力電
圧を印加して行なわれる。サンプル走査手段１５は、マ
イクロコンピュータ２１、Ｄ- Ａコンバータ２２を備
え、探針チップ６の先端が測定範囲面（４μｍ×４μ
ｍ）を所定走査間隔でもって隈無く通過する様に微動機
構１３、１４を制御する。撓み量検出手段１６は、電気
信号１１から光学的手法により、探索板９の撓み量を検
出する電子装置である。レコーダー１７は、Ｘ-Ｙプロ
ッタであり、探針チップ６とサンプル５との間に作用す
る原子間力に比例した探索板９の撓み量を逐次記録して
いく。
バイモフ積層圧電素子であり、サンプル５の微動（５０
ｎｍ／Ｖ）は、後記するＤ- Ａコンバータ２２の出力電
圧を印加して行なわれる。サンプル走査手段１５は、マ
イクロコンピュータ２１、Ｄ- Ａコンバータ２２を備
え、探針チップ６の先端が測定範囲面（４μｍ×４μ
ｍ）を所定走査間隔でもって隈無く通過する様に微動機
構１３、１４を制御する。撓み量検出手段１６は、電気
信号１１から光学的手法により、探索板９の撓み量を検
出する電子装置である。レコーダー１７は、Ｘ-Ｙプロ
ッタであり、探針チップ６とサンプル５との間に作用す
る原子間力に比例した探索板９の撓み量を逐次記録して
いく。
【００１４】フォース顕微鏡Ａにおいて、サンプル走査
手段１５に拠るサンプル５の走査が完了すれば、レコー
ダー１７の記録から、走査範囲内におけるチップ６- サ
ンプル５間の原子間力の強弱分布が明らかになる。な
お、サンプル走査手段１５、撓み量検出手段１６、およ
びレコーダー１７を、微動機構１３、１４の制御機能、
電気信号１１からフォース探索板９の撓み量を検出する
演算処理機能、およびフォース探索板９の撓み量を逐次
記録する記録機能、を全て備えた一つのマイクロコンピ
ュータで代用しても良い。
手段１５に拠るサンプル５の走査が完了すれば、レコー
ダー１７の記録から、走査範囲内におけるチップ６- サ
ンプル５間の原子間力の強弱分布が明らかになる。な
お、サンプル走査手段１５、撓み量検出手段１６、およ
びレコーダー１７を、微動機構１３、１４の制御機能、
電気信号１１からフォース探索板９の撓み量を検出する
演算処理機能、およびフォース探索板９の撓み量を逐次
記録する記録機能、を全て備えた一つのマイクロコンピ
ュータで代用しても良い。
【００１５】本発明の第２実施例を図２に基づいて説明
する。フォース顕微鏡Ｂは、対物凸レンズ１と、対物凸
レンズ１の光軸２上に位置するレーザー３と、対物凸レ
ンズ１の一方側焦点に配される回折格子４と、先部のサ
ンプル５側に探針チップ６が突設され、対物凸レンズ１
の他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射面
７を形成し、基部８が固定されたフォース探索板９と、
対物凸レンズ１、回折格子４を経て戻って来た干渉光１
０を電気信号１１に変換する光電変換器１２と、サンプ
ル５をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に微動変位させる微動機構
１３、１４、２３と、微動機構１３、１４を操作するサ
ンプル走査手段１５と、電気信号１１が、フォース探索
板９の所定量の撓みに相当する状態を保持する様に微動
機構２３を操作するサーボ機構２４と、サーボ機構２４
の電気出力を、サンプル５と探針チップ６との間に作用
するフォースの関連データとして逐次記録していくレコ
ーダー１７とを具備してなる。このフォース顕微鏡Ｂ
も、第１実施例と同様の防振台上に設置される。
する。フォース顕微鏡Ｂは、対物凸レンズ１と、対物凸
レンズ１の光軸２上に位置するレーザー３と、対物凸レ
ンズ１の一方側焦点に配される回折格子４と、先部のサ
ンプル５側に探針チップ６が突設され、対物凸レンズ１
の他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射面
７を形成し、基部８が固定されたフォース探索板９と、
対物凸レンズ１、回折格子４を経て戻って来た干渉光１
０を電気信号１１に変換する光電変換器１２と、サンプ
ル５をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に微動変位させる微動機構
１３、１４、２３と、微動機構１３、１４を操作するサ
ンプル走査手段１５と、電気信号１１が、フォース探索
板９の所定量の撓みに相当する状態を保持する様に微動
機構２３を操作するサーボ機構２４と、サーボ機構２４
の電気出力を、サンプル５と探針チップ６との間に作用
するフォースの関連データとして逐次記録していくレコ
ーダー１７とを具備してなる。このフォース顕微鏡Ｂ
も、第１実施例と同様の防振台上に設置される。
【００１６】本実施例の、対物凸レンズ１、レーザ３、
回折格子４、サンプル５、フォース探索板９、探針チッ
プ６、光電変換器１２、およびサンプル走査手段１５
は、第１実施例と同じものである。微動機構１３、１
４、２３は、各々直交して配されたバイモフ積層圧電素
子であり、トライポット型に組み付けられている。サン
プル５のＸ軸、Ｙ軸方向の微動（５０ｎｍ／Ｖ）は、Ｄ
- Ａコンバータ２２の出力電圧を印加して行なわれる。
また、サーボ機構２４に拠るサンプル５のＺ方向の微動
は５０ｎｍ／Ｖである。レコーダー１７は、Ｘ- Ｙプロ
ッタであり、サーボ機構２４の電気出力を、探針チップ
６とサンプル５との間に作用する原子間力の関連データ
として逐次記録していく。
回折格子４、サンプル５、フォース探索板９、探針チッ
プ６、光電変換器１２、およびサンプル走査手段１５
は、第１実施例と同じものである。微動機構１３、１
４、２３は、各々直交して配されたバイモフ積層圧電素
子であり、トライポット型に組み付けられている。サン
プル５のＸ軸、Ｙ軸方向の微動（５０ｎｍ／Ｖ）は、Ｄ
- Ａコンバータ２２の出力電圧を印加して行なわれる。
また、サーボ機構２４に拠るサンプル５のＺ方向の微動
は５０ｎｍ／Ｖである。レコーダー１７は、Ｘ- Ｙプロ
ッタであり、サーボ機構２４の電気出力を、探針チップ
６とサンプル５との間に作用する原子間力の関連データ
として逐次記録していく。
【００１７】フォース顕微鏡Ｂにおいて、サンプル走査
手段１５に拠るサンプル５の走査が完了すれば、レコー
ダー１７の記録から、走査範囲内におけるチップ６- サ
ンプル５間の原子間力の強弱分布が明らかになる。な
お、１０-2ｎｍ程度の分解能（フォース顕微鏡Ａよりや
や優れる）が得られた。なお、サンプル走査手段１５お
よびレコーダー１７を、微動機構１３、１４の制御機能
およびフォース探索板９の撓み量を逐次記録する記録機
能、を備えた一つのマイクロコンピュータで代用しても
良い。
手段１５に拠るサンプル５の走査が完了すれば、レコー
ダー１７の記録から、走査範囲内におけるチップ６- サ
ンプル５間の原子間力の強弱分布が明らかになる。な
お、１０-2ｎｍ程度の分解能（フォース顕微鏡Ａよりや
や優れる）が得られた。なお、サンプル走査手段１５お
よびレコーダー１７を、微動機構１３、１４の制御機能
およびフォース探索板９の撓み量を逐次記録する記録機
能、を備えた一つのマイクロコンピュータで代用しても
良い。
【００１８】本発明の第３実施例を図３に基づいて説明
する。フォース顕微鏡Ｃは、対物凸レンズ１と、対物凸
レンズ１の光軸２上に位置するレーザー３と、対物凸レ
ンズ１の一方側焦点に配される回折格子４と、水晶振動
子２５を２ｋＨｚ前後の正弦波電圧で振動させる励振装
置２６と、基部８が水晶振動子２５に固定され、先部の
サンプル５側に探針チップ６が突設され、対物凸レンズ
１の他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射
面７を形成したフォース探索板９と、対物凸レンズ１、
回折格子４を経て戻って来た干渉光１０を電気信号１１
に変換する光電変換器１２と、サンプル５をＸ軸、Ｙ軸
方向に微動変位させる微動機構１３、１４と、微動機構
１３、１４を操作するサンプル走査手段１５と、発振器
３０の発振周波数を参照信号とし、電気信号１１を同期
検波することによりフォース探索板９の振動振幅量を検
出する振幅量検出手段２７と、振幅量検出手段２７で検
出される振動振幅量が最大となる様に振幅量検出手段２
７の振動周波数を調節するサーボ回路２８と、発振器３
０の微少な周波数変位を、サンプル５と探針チップ６と
の間に作用するフォースの関連データとして逐次記録し
ていくレコーダー１７とを具備してなる。このフォース
顕微鏡Ｃも、同様の防振台上に設置される。なお、サン
プル５と探針チップ６との間に静電引力を起こすための
直流電源２９（実験時、Ｅ＝１５Ｖ）が、サンプル５と
フォース探索板９との間に電気接続されている。
する。フォース顕微鏡Ｃは、対物凸レンズ１と、対物凸
レンズ１の光軸２上に位置するレーザー３と、対物凸レ
ンズ１の一方側焦点に配される回折格子４と、水晶振動
子２５を２ｋＨｚ前後の正弦波電圧で振動させる励振装
置２６と、基部８が水晶振動子２５に固定され、先部の
サンプル５側に探針チップ６が突設され、対物凸レンズ
１の他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射
面７を形成したフォース探索板９と、対物凸レンズ１、
回折格子４を経て戻って来た干渉光１０を電気信号１１
に変換する光電変換器１２と、サンプル５をＸ軸、Ｙ軸
方向に微動変位させる微動機構１３、１４と、微動機構
１３、１４を操作するサンプル走査手段１５と、発振器
３０の発振周波数を参照信号とし、電気信号１１を同期
検波することによりフォース探索板９の振動振幅量を検
出する振幅量検出手段２７と、振幅量検出手段２７で検
出される振動振幅量が最大となる様に振幅量検出手段２
７の振動周波数を調節するサーボ回路２８と、発振器３
０の微少な周波数変位を、サンプル５と探針チップ６と
の間に作用するフォースの関連データとして逐次記録し
ていくレコーダー１７とを具備してなる。このフォース
顕微鏡Ｃも、同様の防振台上に設置される。なお、サン
プル５と探針チップ６との間に静電引力を起こすための
直流電源２９（実験時、Ｅ＝１５Ｖ）が、サンプル５と
フォース探索板９との間に電気接続されている。
【００１９】本実施例の、対物凸レンズ１、レーザー
３、回折格子４、サンプル５、フォース探索板９、探針
チップ６、光電変換器１２、微動機構１３、１４、およ
びサンプル走査手段１５は、第１実施例と同じものであ
る。励振装置２６は、サーボ回路２８の電気出力で発振
周波数が可変される発振器３０と、該発振器３０の出力
を増幅して水晶振動子２５を駆動する増幅器３１とを備
える。
３、回折格子４、サンプル５、フォース探索板９、探針
チップ６、光電変換器１２、微動機構１３、１４、およ
びサンプル走査手段１５は、第１実施例と同じものであ
る。励振装置２６は、サーボ回路２８の電気出力で発振
周波数が可変される発振器３０と、該発振器３０の出力
を増幅して水晶振動子２５を駆動する増幅器３１とを備
える。
【００２０】以下、フォース顕微鏡Ｃの、作動原理（要
部）を簡単に説明する。フォース有時のフォース探索板
９の共振周波数ｆ0 −Δｆは、探針チップ６-サンプル
５間の静電引力勾配に比例した、Δｆ＝ｆ0 ×Ｆ’／２
ｋだけ変化する（Ｆ’；静電引力勾配、ｋ；フォース探
索板９の弾性定数、Δｆ；フォース探索板９の微少な共
振周波数変動値）。サーボ回路２８は、フォース探索板
９の共振状態を保持する様に、発振器３０の発振周波数
を調整する。発振器３０のΔｆを、チップ６- サンプル
５間の静電引力勾配値としてレコーダー１７が記録す
る。フォース顕微鏡Ｃにおいて、サンプル走査手段１５
に拠るサンプル５の走査が完了すれば、レコーダー１７
の記録から、走査範囲内におけるチップ６- サンプル５
間の静電引力勾配値の強弱分布が明らかになる。
部）を簡単に説明する。フォース有時のフォース探索板
９の共振周波数ｆ0 −Δｆは、探針チップ６-サンプル
５間の静電引力勾配に比例した、Δｆ＝ｆ0 ×Ｆ’／２
ｋだけ変化する（Ｆ’；静電引力勾配、ｋ；フォース探
索板９の弾性定数、Δｆ；フォース探索板９の微少な共
振周波数変動値）。サーボ回路２８は、フォース探索板
９の共振状態を保持する様に、発振器３０の発振周波数
を調整する。発振器３０のΔｆを、チップ６- サンプル
５間の静電引力勾配値としてレコーダー１７が記録す
る。フォース顕微鏡Ｃにおいて、サンプル走査手段１５
に拠るサンプル５の走査が完了すれば、レコーダー１７
の記録から、走査範囲内におけるチップ６- サンプル５
間の静電引力勾配値の強弱分布が明らかになる。
【００２１】回折レーザー光（２光束）をスポット間隔
約０．５ｍｍでフォース探索板９に夫々集光させている
ので、外乱の影響を受け難く、フォース探索板９の共振
状態を有効に検出できる。なお、サンプル走査手段１５
およびレコーダー１７を、微動機構１３、１４の制御機
能およびフォース探索板９の撓み量を逐次記録する記録
機能、を備えた一つのマイクロコンピュータで代用して
も良い。
約０．５ｍｍでフォース探索板９に夫々集光させている
ので、外乱の影響を受け難く、フォース探索板９の共振
状態を有効に検出できる。なお、サンプル走査手段１５
およびレコーダー１７を、微動機構１３、１４の制御機
能およびフォース探索板９の撓み量を逐次記録する記録
機能、を備えた一つのマイクロコンピュータで代用して
も良い。
【００２２】本発明の第４実施例を図４〜図８に基づい
て説明する。フォース顕微鏡Ｄは、対物凸レンズ１と、
対物凸レンズ１の光軸２上に位置するレーザー３と、対
物凸レンズ１の一方側焦点に配される回折格子４と、水
晶振動子２５を２ｋＨｚ前後の正弦波で電気振動させる
発振器３０および増幅器３１からなる励振装置２６と、
基部８が水晶振動子２５に固定され、先部のサンプル５
側に探針チップ６が突設され、対物凸レンズ１の他方側
焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射面７を形成
したフォース探索板９と、対物凸レンズ１、回折格子４
を経て戻って来た干渉光１０を電気信号１１に変換する
光電変換器１２と、サンプル５をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向
に微動変位させる微動機構１３、１４、２３と、微動機
構１３、１４を操作するサンプル走査手段１５と、発振
器３０の発振周波数を参照信号として電気信号１１を同
期検波するロック- イン増幅器３２と、ロック- イン増
幅器３２で検出される物理変化量が一定値を保つ様に、
微動機構２３を操作するサーボ機構２４と、サーボ機構
２４の電気出力をサンプル５と探針チップ６との間に作
用するフォースの関連データとして逐次記録していくレ
コーダー１７とを具備してなる。このフォース顕微鏡Ｄ
も、同様の防振台上に設置される。なお、サンプル５と
探針チップ６との間に静電引力を起こすための直流電源
２９が、サンプル５とフォース探索板９との間に電気接
続されている。
て説明する。フォース顕微鏡Ｄは、対物凸レンズ１と、
対物凸レンズ１の光軸２上に位置するレーザー３と、対
物凸レンズ１の一方側焦点に配される回折格子４と、水
晶振動子２５を２ｋＨｚ前後の正弦波で電気振動させる
発振器３０および増幅器３１からなる励振装置２６と、
基部８が水晶振動子２５に固定され、先部のサンプル５
側に探針チップ６が突設され、対物凸レンズ１の他方側
焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射面７を形成
したフォース探索板９と、対物凸レンズ１、回折格子４
を経て戻って来た干渉光１０を電気信号１１に変換する
光電変換器１２と、サンプル５をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向
に微動変位させる微動機構１３、１４、２３と、微動機
構１３、１４を操作するサンプル走査手段１５と、発振
器３０の発振周波数を参照信号として電気信号１１を同
期検波するロック- イン増幅器３２と、ロック- イン増
幅器３２で検出される物理変化量が一定値を保つ様に、
微動機構２３を操作するサーボ機構２４と、サーボ機構
２４の電気出力をサンプル５と探針チップ６との間に作
用するフォースの関連データとして逐次記録していくレ
コーダー１７とを具備してなる。このフォース顕微鏡Ｄ
も、同様の防振台上に設置される。なお、サンプル５と
探針チップ６との間に静電引力を起こすための直流電源
２９が、サンプル５とフォース探索板９との間に電気接
続されている。
【００２３】本実施例の、レーザー３、回折格子４、サ
ンプル５、フォース探索板９、探針チップ６、光電変換
器１２、微動機構１３、１４、サンプル走査手段１５、
および水晶振動子２５は、第３実施例と同じものであ
る。また、微動機構２３の構成は第２実施例のものと同
様である。
ンプル５、フォース探索板９、探針チップ６、光電変換
器１２、微動機構１３、１４、サンプル走査手段１５、
および水晶振動子２５は、第３実施例と同じものであ
る。また、微動機構２３の構成は第２実施例のものと同
様である。
【００２４】つぎに、本実施例のフォース顕微鏡Ｄを用
いた、静電引力測定、静電引力勾配測定について述べ
る。図５は、サーボ機構２４を手動で動かしチップ６-
サンプル５間距離を除々に近づけていった時（Ｅ＝５
Ｖ）のロック- イン増幅器３２の出力（＝フォース探索
板９の振動振幅量）を表している。ここで、物理法則に
拠り、フォース探索板９の共振周波数（ｆ1 ＝ｆ0 −Δ
ｆ）は、探針チップ６- サンプル５間の静電引力勾配に
比例した、Δｆ＝ｆ0 ×Ｆ’／２ｋだけ変化する
（Ｆ’；静電引力勾配、ｋ；フォース探索板９の弾性定
数、Δｆ；フォース探索板９の微少な共振周波数変動
値）。なお、フォース探索板９のフォース無時共振周波
数ｆ0 は２．０２ｋＨｚ、その弾性定数は５．９Ｎ／ｍ
に設定されており、また、発振器３０の発振周波数は
２．００ｋＨｚ（実験中固定）に設定されている。本実
験では、探針チップ６- サンプル５間距離が約１７ｎｍ
の時に、静電引力に拠り、フォース探索板９の共振周波
数がｆ1 ＝２．００ｋＨｚとなり共振現象が起き、フォ
ース探索板９の振動振幅が最大となった。
いた、静電引力測定、静電引力勾配測定について述べ
る。図５は、サーボ機構２４を手動で動かしチップ６-
サンプル５間距離を除々に近づけていった時（Ｅ＝５
Ｖ）のロック- イン増幅器３２の出力（＝フォース探索
板９の振動振幅量）を表している。ここで、物理法則に
拠り、フォース探索板９の共振周波数（ｆ1 ＝ｆ0 −Δ
ｆ）は、探針チップ６- サンプル５間の静電引力勾配に
比例した、Δｆ＝ｆ0 ×Ｆ’／２ｋだけ変化する
（Ｆ’；静電引力勾配、ｋ；フォース探索板９の弾性定
数、Δｆ；フォース探索板９の微少な共振周波数変動
値）。なお、フォース探索板９のフォース無時共振周波
数ｆ0 は２．０２ｋＨｚ、その弾性定数は５．９Ｎ／ｍ
に設定されており、また、発振器３０の発振周波数は
２．００ｋＨｚ（実験中固定）に設定されている。本実
験では、探針チップ６- サンプル５間距離が約１７ｎｍ
の時に、静電引力に拠り、フォース探索板９の共振周波
数がｆ1 ＝２．００ｋＨｚとなり共振現象が起き、フォ
ース探索板９の振動振幅が最大となった。
【００２５】図６は、発振器３０の発振周波数を変化さ
せて実験を行い（Ｅ＝１５Ｖ）、上記Δｆ＝ｆ0 ×Ｆ’
／２ｋに拠り、探針チップ６- サンプル５間距離と引力
勾配との関係を求めたグラフである。
せて実験を行い（Ｅ＝１５Ｖ）、上記Δｆ＝ｆ0 ×Ｆ’
／２ｋに拠り、探針チップ６- サンプル５間距離と引力
勾配との関係を求めたグラフである。
【００２６】図７は、発振器３０の発振周波数を変化さ
せて実験を行い（Ｅ＝１５Ｖ）、探針チップ６- サンプ
ル５間距離と静電引力との関係を求めたグラフである。
せて実験を行い（Ｅ＝１５Ｖ）、探針チップ６- サンプ
ル５間距離と静電引力との関係を求めたグラフである。
【００２７】つぎに、本実施例のフォース顕微鏡Ｄに拠
るサンプル５の表面形状測定を、作用効果を交えて述べ
る。レーザービームは、ビームスプリッタ１８を通過し
た後、回折格子４で二分され、各々対物凸レンズ１を通
り、レーザー反射面７で夫々反射し、再び、対物凸レン
ズ１を通り、回折格子４で合成され干渉光１０となる。
この干渉光１０は変換器１９で電気信号に変換され、こ
の電気信号は増幅器２０で増幅されて電気信号１１とな
る。マイクロコンピュータ２１は、Ｄ- Ａコンバータ２
２にサンプル走査用の操作用信号（ディジタル値）を送
出し、Ｄ- Ａコンバータ２２は、微動機構１３、１４に
走査用電圧を印加する。探針チップ６とサンプル５との
間に働く静電引力がサンプル５の表面形状に応じて変化
する。ロック- イン増幅器３２は、発振器３０の発振周
波数を参照信号として電気信号１１を同期検波する事に
より電気信号１１からフォース探索板９の振動振幅を検
出する。サーボ機構２４は、Ｅ＝１５Ｖの状態で、ロッ
ク- イン増幅器３２の出力に基づき、フォース探索板９
の振動振幅が一定（探針チップ６とサンプル５との静電
引力が１．９×１０-8Ｎ一定、探針チップ６- サンプル
５間距離５０ｎｍ一定）になる様に微動機構２３を操作
する。レコーダー１７は、サーボ機構２４の電気出力を
記録する。走査が完了した時点のレコーダー１７の記録
から、走査範囲内における探針チップ６- サンプル５間
距離分布が明らかになり、図８に示すＰＭＭＡレジスト
二次元像（４μｍ×４μｍ）が得られた。なお、１０-4
ｎｍ程度の高分解能が確保できた。
るサンプル５の表面形状測定を、作用効果を交えて述べ
る。レーザービームは、ビームスプリッタ１８を通過し
た後、回折格子４で二分され、各々対物凸レンズ１を通
り、レーザー反射面７で夫々反射し、再び、対物凸レン
ズ１を通り、回折格子４で合成され干渉光１０となる。
この干渉光１０は変換器１９で電気信号に変換され、こ
の電気信号は増幅器２０で増幅されて電気信号１１とな
る。マイクロコンピュータ２１は、Ｄ- Ａコンバータ２
２にサンプル走査用の操作用信号（ディジタル値）を送
出し、Ｄ- Ａコンバータ２２は、微動機構１３、１４に
走査用電圧を印加する。探針チップ６とサンプル５との
間に働く静電引力がサンプル５の表面形状に応じて変化
する。ロック- イン増幅器３２は、発振器３０の発振周
波数を参照信号として電気信号１１を同期検波する事に
より電気信号１１からフォース探索板９の振動振幅を検
出する。サーボ機構２４は、Ｅ＝１５Ｖの状態で、ロッ
ク- イン増幅器３２の出力に基づき、フォース探索板９
の振動振幅が一定（探針チップ６とサンプル５との静電
引力が１．９×１０-8Ｎ一定、探針チップ６- サンプル
５間距離５０ｎｍ一定）になる様に微動機構２３を操作
する。レコーダー１７は、サーボ機構２４の電気出力を
記録する。走査が完了した時点のレコーダー１７の記録
から、走査範囲内における探針チップ６- サンプル５間
距離分布が明らかになり、図８に示すＰＭＭＡレジスト
二次元像（４μｍ×４μｍ）が得られた。なお、１０-4
ｎｍ程度の高分解能が確保できた。
【００２８】本実施例では、フォース探索板９を振動さ
せ、ロック- イン増幅器３２の出力に基づき、フォース
探索板９の振動振幅が一定（探針チップ６とサンプル５
との静電引力一定、探針チップ６- サンプル５間距離一
定）になる様に微動機構２３をサーボ機構２４が操作す
るという構成を採用しているので、フォース探索板９の
有害な永久変形が防止でき、時間に対するドリフトが実
施例１、２と比較し著しく低減できた。
せ、ロック- イン増幅器３２の出力に基づき、フォース
探索板９の振動振幅が一定（探針チップ６とサンプル５
との静電引力一定、探針チップ６- サンプル５間距離一
定）になる様に微動機構２３をサーボ機構２４が操作す
るという構成を採用しているので、フォース探索板９の
有害な永久変形が防止でき、時間に対するドリフトが実
施例１、２と比較し著しく低減できた。
【００２９】回折レーザー光（２光束）をスポット間隔
約０．５ｍｍでフォース探索板９に夫々集光させている
ので、外乱の影響を受け難く、フォース探索板９の振動
振幅を有効に検出できる。なお、サンプル走査手段１５
およびレコーダー１７を、微動機構１３、１４の制御機
能およびフォース探索板９の撓み量を逐次記録する記録
機能、を備えた一つのマイクロコンピュータで代用して
も良い。
約０．５ｍｍでフォース探索板９に夫々集光させている
ので、外乱の影響を受け難く、フォース探索板９の振動
振幅を有効に検出できる。なお、サンプル走査手段１５
およびレコーダー１７を、微動機構１３、１４の制御機
能およびフォース探索板９の撓み量を逐次記録する記録
機能、を備えた一つのマイクロコンピュータで代用して
も良い。
【図１】本発明の第１実施例に係るフォース顕微鏡の構
造説明図である。
造説明図である。
【図２】本発明の第２実施例に係るフォース顕微鏡の構
造説明図である。
造説明図である。
【図３】本発明の第３実施例に係るフォース顕微鏡の構
造説明図である。
造説明図である。
【図４】本発明の第４実施例に係るフォース顕微鏡の構
造説明図である。
造説明図である。
【図５】第４実施例のフォース顕微鏡において、チップ
- サンプル間距離とロック- イン増幅器の出力との関係
を示すグラフである。
- サンプル間距離とロック- イン増幅器の出力との関係
を示すグラフである。
【図６】第４実施例のフォース顕微鏡において、チップ
- サンプル間距離と引力勾配との関係を示すグラフであ
る。
- サンプル間距離と引力勾配との関係を示すグラフであ
る。
【図７】第４実施例のフォース顕微鏡において、チップ
- サンプル間距離と静電引力との関係を示すグラフであ
る。
- サンプル間距離と静電引力との関係を示すグラフであ
る。
【図８】第４実施例のフォース顕微鏡において、サンプ
ルのＰＭＭＡレジスト二次元像の投影図である。
ルのＰＭＭＡレジスト二次元像の投影図である。
１ 対物凸レンズ ２ 光軸 ３ レーザー ４ 回折格子 ６ 探針チップ ７ レーザー反射面 ８ 基部 ９ フォース探索板 １０ 干渉光 １１ 電気信号 １２ 光電変換器 １３ 微動機構（Ｘ軸微動機構） １４ 微動機構（Ｙ軸微動機構） １５ サンプル操作手段 １６ 撓み量検出手段 １７ レコーダー（記録手段） ２３ 微動機構（Ｚ軸微動機構） ２４ サーボ機構 ２５ 水晶振動子（振動基台） ２６ 励振装置 ２７ 振幅量検出手段 ２８ サーボ回路 ３２ ロック- イン増幅器（物理変化量検出手段） Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ フォース顕微鏡
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−281103（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−148106（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−311839（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−299210（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 21/00 - 21/32
Claims (4)
- 【請求項１】微動機構によりＸ軸方向及びＹ軸方向へ微
動変位するサンプルの表面に基部が固定されたフォース
探索板の先端部に取り付けられた探索チップを近接配置
し、サンプルとフォース探索板との間に作用する原子間
力によるフォース探索板の撓みに基づいてサンプル表面
状態を検出するフォース顕微鏡において、単色光のレー
ザビーム光を照射するレーザ照射装置と、レーザビーム
との光軸と直交配置され、入射されるレーザ光を所定角
度の２光束回折光に形成して出射すると共に入射される
２光束回折光を干渉光に形成して出射する回折格子と、
該回折格子のサンプル側に配置され、２光束回折光を所
定の分解能に応じた間隔をおいた平行光にしてフォース
探索板の非サンプル側の反射面に照射すると共に反射面
からの反射回折光を回折格子にて収束させる対物凸レン
ズと、回折格子から出射される干渉光をレーザビームの
光路外に取り出すビームスプリッタと、該ビームスプリ
ッタからの干渉光を受光して干渉光強度に応じた電気信
号を出力する光電変換部材と、光電変換部材からの電気
信号に基づいてフォース探索板の撓み量を検出する撓み
量検出手段と、探索チップの先端に対してサンプルの測
定範囲内を位置させるように微動機構を制御するサンプ
ル走査手段とを備え、各回折光の位相差に基づいて変化
する干渉光強度に基づいてサンプル表面を測定可能にし
たフォース顕微鏡。 - 【請求項２】微動機構によりＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ
軸方向へ微動変位するサンプルの表面に基部が固定され
たフォース探索板の先端部に取り付けられた探索チップ
を近接配置し、サンプルとフォース探索板との間に作用
する原子間力によるフォース探索板の撓みに基づいてサ
ンプル表面状態を検出するフォース顕微鏡において、単
色光のレーザビーム光を照射するレーザ照射装置と、レ
ーザビームとの光軸と直交配置され、入射されるレーザ
光を所定角度の２光束回折光に形成して出射すると共に
入射される２光束回折光を干渉光に形成して出射する回
折格子と、該回折格子のサンプル側に配置され、２光束
回折光を所定の分解能に応じた間隔をおいた平行光にし
てフォース探索板の非サンプル側の反射面に照射すると
共に反射面からの反射回折光を回折格子にて収束させる
対物凸レンズと、回折格子から出射される干渉光をレー
ザビームの光路外に取り出すビームスプリッタと、該ビ
ームスプリッタからの干渉光を受光して干渉光強度に応
じた電気信号を出力する光電変換部材と、探索チップの
先端に対してサンプルの測定範囲内を位置させるように
微動機構を制御するサンプル走査手段と、光電変換部材
からの電気信号がフォース探索板の所定量の撓みに相当
する状態を維持するようにＺ軸の微動機構を制御するサ
ーボ制御手段とを備え、該サーボ機構の電気出力及び各
回折光の位相差に基づいて変化する干渉光強度によりサ
ンプル表面を測定可能にしたフォース顕微鏡。 - 【請求項３】対物凸レンズと、該対物凸レンズの光軸上
に位置し、凸レンズに向かって単色光のビームを照射す
るレーザーと、前記対物凸レンズの一方側焦点に配さ
れ、レーザ光を所定角度の２光束回折光に形成して出射
すると共に入射される２光束回折光を干渉光に形成して
出射する回折格子と、可変可能な所定振動数で振動基台
を振動させる励振装置と、基部が前記振動基台に固定さ
れ、先部のサンプル側に探針チップが突設され、前記対
物凸レンズの他方側焦点に位置する反サンプル側にレー
ザー反射面を形成したフォース探索板と、前記対物凸レ
ンズ、回折格子を経て戻って来た干渉光強度に応じた電
気信号へ変換する光電変換器と、サンプルをＸ軸、Ｙ軸
方向に微動変位させるＸ軸、Ｙ軸微動機構と、前記探針
チップの先端が前記サンプルの測定範囲面を隅無く通過
する様に、前記Ｘ軸、Ｙ軸微動機構を操作するサンプル
走査手段と、前記振動装置の振動周波数を参照信号と
し、前記電気信号を同期検波することによりフォース探
索板の振動振幅量を検知する振幅量検出手段と、該振幅
量検出手段で検出される振動振幅量が最大となる様に、
前記励振装置の振動周波数を調節するサーボ回路とを備
え、前記励振装置の微少な周波数変位によりサンプルと
探針チップとの間に作用するフォースを測定可能にした
フォース顕微鏡。 - 【請求項４】対物凸レンズと、該対物凸レンズの光軸上
に位置し、凸レンズに向かって単色光のビームを照射す
るレーザーと、前記対物凸レンズの一方側焦点に配さ
れ、レーザ光を所定角度の２光束回折光に形成して出射
すると共に入射される２光束回折光を干渉光に形成して
出射す回折格子と、振動基台を所定振幅数で振動させる
励振装置と、基部が前記振動基台に固定され、先部のサ
ンプル側に探針チップが突設され、前記対物凸レンズの
他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射面を
形成したフォース探索板と、前記対物凸レンズ、回折格
子を経て戻って来た干渉光を電気信号に変換する光電変
換器と、サンプルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に微動変位さ
せるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸微動機構と、前記探針チップの先
端が前記サンプルの測定範囲面を隅無く通過する様に、
前記Ｘ軸、Ｙ軸微動機構を操作するサンプル走査手段
と、前記振動装置の振動周波数を参照信号とし、前記電
気信号を同期検波することによりフォース探索板の物理
変化量を検出する物理変化量検出手段と、該物理変化量
検出手段で検出した物理変化量が一定値を保つ様に、前
記Ｚ軸微動機構を操作するサーボ機構とを備え、該サー
ボ機構の電気出力により前記サンプルと探針チップとの
間に作用するフォースを測定可能にしたフォース顕微
鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7928191A JP2970949B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | フォース顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7928191A JP2970949B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | フォース顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04315009A JPH04315009A (ja) | 1992-11-06 |
| JP2970949B2 true JP2970949B2 (ja) | 1999-11-02 |
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ID=13685484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7928191A Expired - Fee Related JP2970949B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | フォース顕微鏡 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2970949B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5725681B1 (ja) | 2014-01-22 | 2015-05-27 | レーザーテック株式会社 | 干渉計及び位相シフト量測定装置 |
-
1991
- 1991-04-11 JP JP7928191A patent/JP2970949B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH04315009A (ja) | 1992-11-06 |
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