JP4557773B2 - プローブ顕微鏡及び物性測定方法 - Google Patents
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Description
ステージに載置された試料をその表面と直交する方向に振動させるべく、ステージを支持するとともに垂直方向に振動自在に構成された支持手段と、
支持手段を所定の振動用周波数及び振動用振幅で振動させる加振手段と、
前記支持手段における垂直方向の移動を制御する移動制御手段と、
先端が試料表面に接触するように配置されたプローブと、
プローブ先端が試料表面に接触した状態でそのプローブ先端の振動状態を測定する第1の振動状態測定手段と、
加振手段を動作させた時に、載置面の振動状態を測定する第2の振動状態測定手段と、
前記第1の振動状態測定手段によって測定した振動状態の波形と、該振動状態の測定と同時に前記第2の振動状態測定手段によって測定した振動状態の波形と、を比較することで試料の物性を測定する測定処理手段と
を備えてなるプローブ顕微鏡である。
G=C/B
弾性の度合いGの値は、1に近いほど試料が硬く、0に近いほど試料2が軟らかいことを示す。
P=P2−P1
また、校正用レーザ光源43及び校正用フォトダイオード44は、第1の測定手段11と同様に、真空容器16の外部であって透明蓋20の上方に配されており、その透明蓋20を通してレーザ光Lが入射及び出射するようになっている。
なお、同図において図5と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。
1 プローブ顕微鏡
2 試料
2a 試料表面
3 試料台(ステージ)
3a 載置面
5 試料移動部(支持手段)
6 移動制御部(移動制御手段)
7 ピエゾ素子(加振手段)
9 探針
10 カンチレバー(プローブ)
11 第1の測定部
12 測定処理部(測定処理手段)
13、40、50、60 第2の測定部
15 XYステージ(走査手段)
16 真空容器(収納容器)
17 真空ポンプ(圧力調整手段)
18 環境調整手段
25 探針用レーザ光源(探針用光照射部)
26 探針用フォトダイオード(探針用光受光部)
27 載置面用レーザ光源(載置面用光照射部)
28 載置面用フォトダイオード(載置面用光検出部)
41 校正用カンチレバー(校正用プローブ)
42 校正用試料
42a 校正用試料表面
43 校正用レーザ光源(校正用光照射部)
44 校正用フォトダイオード(校正用光検出部)
51 歪ゲージ(撓み測定手段)
61 近接センサ
Claims (17)
- 試料を載置する載置面を有するステージと、
前記ステージに載置された試料をその表面と直交する方向に振動させるべく、前記ステージを支持するとともに垂直方向に振動自在に構成された支持手段と、
前記支持手段を所定の振動用周波数及び振動用振幅で振動させる加振手段と、
前記支持手段における垂直方向の移動を制御する移動制御手段と、
先端が前記試料表面に接触するように配置されたプローブと、
プローブ先端が前記試料表面に接触した状態でそのプローブの振動状態を測定する第1の振動状態測定手段と、
前記加振手段を動作させた時に、前記載置面の振動状態を測定する第2の振動状態測定手段と、
前記第1の振動状態測定手段によって測定した振動状態の波形と、該振動状態の測定と同時に前記第2の振動状態測定手段によって測定した振動状態の波形とを比較することで、前記試料の物性を測定する測定処理手段とを備えてなることを特徴とするプローブ顕微鏡。 - 上記プローブ先端の裏面に反射部を有し、前記第1の振動状態測定手段として、前記反射部に光を照射するプローブ用光照射部と、前記反射部で反射した反射光を検出するプローブ用光検出部とを備え、前記プローブ用光検出部は、反射光の入射位置の変動に基づいて前記プローブの振動状態を測定するように構成されていることを特徴とする請求項1記載のプローブ顕微鏡。
- 前記第2の振動状態測定手段として、前記載置面の表面に光を照射する載置面用光照射部と、載置面で反射した反射光を検出する載置面用光検出部とを備え、この載置面用光検出部は、載置面反射光の入射位置の変動に基づいて前記載置面の振動状態を測定するように構成されていることを特徴とする請求項1または2記載のプローブ顕微鏡。
- 前記第2の振動状態測定手段として、前記載置面に載置可能な校正用試料と、その校正用試料表面に接触するように配置された校正用プローブと、この校正用プローブ先端の裏面に設けられた反射部に対し光を照射する校正用光照射部と、前記反射部で反射した反射光を検出する校正用光検出部とを備え、前記校正用光検出部は、反射光の入射位置の変動に基づき前記校正用プローブ先端及び前記校正用試料を介して前記載置面の振動状態を測定するように構成されていることを特徴とする請求項1または2記載のプローブ顕微鏡。
- 前記第2の振動状態測定手段として、前記載置面に載置可能な校正用試料と、その校正用試料表面に接触するように配置された校正用プローブと、この校正用プローブの撓みを測定する撓み測定手段とを備え、前記撓み測定手段は、測定した前記校正用プローブの撓みの変化に基づき前記校正用プローブ先端及び前記校正用試料を介して前記載置面の振動状態を測定するように構成されていることを特徴とする請求項1または2記載のプローブ顕微鏡。
- 前記第2の振動状態測定手段として、前記載置面に載置可能な校正用試料と、その校正用試料に近接した状態で配置されその校正用試料表面との距離を測定する近接センサとを備え、前記近接センサは、測定した前記校正用試料表面との距離の変動に基づき前記校正用試料を介して前記載置面の振動状態を測定することを特徴とする請求項1又は2記載のプローブ顕微鏡。
- 前記プローブ先端が前記試料表面を走査するように前記プローブ先端と前記試料とを相対的に移動させる走査手段を備え、この走査手段の動作を前記移動制御手段が制御するように構成してなることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のプローブ顕微鏡。
- 前記加振手段は、振動用周波数を変化させながら前記支持手段を振動させるように構成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のプローブ顕微鏡。
- 少なくとも前記試料を密閉可能に収納する収納容器と、前記収納容器内の圧力を、所望の圧力に調整又は変化させる圧力調整手段とを備えていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のプローブ顕微鏡。
- 前記収納容器内の環境を、所望の環境条件に調整又は変化させる環境調整手段を備えていることを特徴とする請求項9記載のプローブ顕微鏡。
- 前記環境条件として、温度又は湿度の少なくともいずれか一方を含む請求項10記載のプローブ顕微鏡。
- ステージの載置面に載置された試料表面にプローブ先端を接触させた状態で、前記ステージに載置された試料をその表面と直交する方向に振動させるべく前記ステージを垂直方向に振動させ、前記プローブ先端の振動状態を測定することで試料の物性を測定する物性測定方法であって、
前記試料表面に前記プローブ先端が接触している状態で、前記ステージを所定の振動用周波数及び振動用振幅で振動させ、
前記プローブの振動状態を測定すると同時に前記載置面の振動状態を測定し、測定された載置面の振動状態の波形と、測定された前記プローブの振動状態の波形とを比較することで試料の物性を測定することを特徴とする物性測定方法。 - 前記物性を測定する際に、前記プローブ先端が前記試料表面を走査するように前記プローブ先端と前記試料とを相対的に移動させることを特徴とする請求項12記載の物性測定方法。
- 前記物性を測定する際に、前記ステージの振動用周波数を変化させることを特徴とする請求項12または13に記載の物性測定方法。
- 前記物性を測定する際に、前記試料の周囲の圧力を、所望の圧力に調整又は変化させることを特徴とする請求項12から14のいずれか1項に記載の物性測定方法。
- 前記物性を測定する際に、前記試料の周囲の環境条件を、所望の環境条件に調整又は変化させることを特徴とする請求項12から15のいずれか1項に記載の物性測定方法。
- 前記環境条件を調整または変化させる際に、温度又は湿度の少なくともいずれか一方を調整又は変化させることを特徴とする請求項16記載の物性測定方法。
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