JP4936541B2 - Atomic force microscope - Google Patents

Atomic force microscope Download PDF

Info

Publication number
JP4936541B2
JP4936541B2 JP2007208763A JP2007208763A JP4936541B2 JP 4936541 B2 JP4936541 B2 JP 4936541B2 JP 2007208763 A JP2007208763 A JP 2007208763A JP 2007208763 A JP2007208763 A JP 2007208763A JP 4936541 B2 JP4936541 B2 JP 4936541B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cantilever
light
test object
atomic force
displacement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007208763A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009042124A (en
Inventor
健太郎 末永
真人 根岸
健男 丸山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2007208763A priority Critical patent/JP4936541B2/en
Publication of JP2009042124A publication Critical patent/JP2009042124A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4936541B2 publication Critical patent/JP4936541B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

本発明は、原子間力を利用した走査型のプローブ顕微鏡である原子間力顕微鏡に関するものである。   The present invention relates to an atomic force microscope that is a scanning probe microscope using atomic force.

原子間力顕微鏡は、微細な探針を備えた片持ち梁(カンチレバー)を被検物表面に沿って走査させ、探針と被検物との間に作用する原子間力によるカンチレバーの変位量を検出することで被検物表面の微細構造を計測することができる装置である。その原理は、特許文献1に開示されている。特許文献1ではトンネル電流を検知することでカンチレバーの変位量を検出しているが、光テコ法や光干渉法を利用した方法も提案されている。   The atomic force microscope scans a cantilever with a fine probe along the surface of the specimen, and the amount of displacement of the cantilever due to the atomic force acting between the probe and the specimen Is a device that can measure the fine structure of the surface of the test object. The principle is disclosed in Patent Document 1. In Patent Document 1, the amount of displacement of the cantilever is detected by detecting a tunnel current, but methods using an optical lever method or an optical interference method have also been proposed.

しかしながら、一般的な原子間力顕微鏡では、カンチレバー変位を測定する際、被検物の変位情報を取得していない。特許文献1に開示されている原子間力顕微鏡も同様であり、振動や温度変化等の外乱によりカンチレバーと被検物との相対位置が変動した場合、その変動量が計測結果に重畳されてしまう問題があった。例えば、カンチレバーを共振周波数付近で振動させながら計測を行なうACモードでは、探針と被検物間の距離によって変化する原子間力を振幅変化により検出する。このとき探針と被検物間の距離は被検物の表面形状により変化することを仮定しているが、カンチレバーと被検物との相対位置変動が発生すれば、仮定が成り立たず誤差が発生することになる。   However, the general atomic force microscope does not acquire displacement information of the test object when measuring the cantilever displacement. The same applies to the atomic force microscope disclosed in Patent Document 1. When the relative position between the cantilever and the test object fluctuates due to disturbance such as vibration or temperature change, the fluctuation amount is superimposed on the measurement result. There was a problem. For example, in the AC mode in which measurement is performed while the cantilever is vibrated in the vicinity of the resonance frequency, an atomic force that varies depending on the distance between the probe and the test object is detected by a change in amplitude. At this time, it is assumed that the distance between the probe and the test object changes according to the surface shape of the test object, but if the relative position fluctuation between the cantilever and the test object occurs, the assumption does not hold and the error is Will occur.

カンチレバーと被検物との相対位置変動の影響を軽減可能な原子間力顕微鏡としては、特許文献2が提案されている。特許文献2では、二重焦点レンズを含む光学系を利用した光ヘテロダイン法によりカンチレバーの変位量を検出しており、その構成は図5に示す通りである。   Patent Document 2 has been proposed as an atomic force microscope capable of reducing the influence of relative position fluctuation between a cantilever and a test object. In Patent Document 2, the displacement amount of the cantilever is detected by an optical heterodyne method using an optical system including a bifocal lens, and the configuration thereof is as shown in FIG.

この装置では、偏波面が直交し、周波数がわずかに異なる2種類の直線偏光を含むレーザー光を出力可能なレーザー光源装置110を使用している。レーザー光源装置110から出力された2種類の直線偏光は二重焦点レンズ122に入射し、一方の直線偏光は平行光となり、被検物130の比較的広い範囲に照射される。他方の直線偏光は集束光となってカンチレバー126の背面へと集光される。カンチレバー背面からの反射光と被検物表面からの反射光は、計測用光センサ136へと入射する。ここで、カンチレバー背面からの反射光は、原子間力によるカンチレバー126の変位量に伴って光路長が変化するため、周波数変化を受ける。従って、計測用光センサ136で検出された光干渉のビート信号からカンチレバー126の変位量を算出することができる。   In this apparatus, a laser light source apparatus 110 that can output laser light including two types of linearly polarized light having orthogonal polarization planes and slightly different frequencies is used. Two types of linearly polarized light output from the laser light source device 110 are incident on the bifocal lens 122, and one of the linearly polarized light becomes parallel light and is irradiated on a relatively wide range of the test object 130. The other linearly polarized light becomes focused light and is condensed on the back surface of the cantilever 126. The reflected light from the back surface of the cantilever and the reflected light from the surface of the test object enter the measurement optical sensor 136. Here, the reflected light from the back surface of the cantilever is subjected to a frequency change because the optical path length changes with the amount of displacement of the cantilever 126 due to the atomic force. Therefore, the displacement amount of the cantilever 126 can be calculated from the beat signal of the optical interference detected by the measurement optical sensor 136.

特許文献2にACモードによる計測を適用した場合、被検物表面を基準としてカンチレバー変位の極大値と極小値を計測し振幅を求めることになる。従ってカンチレバーと被検物との相対位置変動が発生した場合でも、カンチレバー変位の極大値と極小値が相対位置変動分だけ等しく変化し、振幅計測結果に影響を与えない。このため、カンチレバーと被検物との相対位置変動の影響を軽減することが可能となる。   When the measurement in the AC mode is applied to Patent Document 2, the maximum value and the minimum value of the cantilever displacement are measured with respect to the surface of the test object, and the amplitude is obtained. Therefore, even when the relative position fluctuation between the cantilever and the test object occurs, the maximum value and the minimum value of the cantilever displacement change equally by the relative position fluctuation, and the amplitude measurement result is not affected. For this reason, it becomes possible to reduce the influence of the relative position fluctuation | variation of a cantilever and a test object.

特開昭62−130302号公報JP-A-62-130302 特許第2998333号公報Japanese Patent No. 2998333

しかしながら、特許文献2で開示されている原子間力顕微鏡の場合、カンチレバーと被検物との相対位置変動の影響を軽減することはできるが、被検物がカンチレバーに対して理想的にアライメントされていなければカンチレバー変位を計測することができない。すなわち、計測を実施する状態になって初めてカンチレバー変位を計測可能となる。このため、カンチレバー装着やカンチレバータッチダウン動作など、カンチレバー変位量を計測しながら調整を行なう計測準備作業に支障をきたし実用上問題があった。   However, in the case of the atomic force microscope disclosed in Patent Document 2, the influence of the relative position fluctuation between the cantilever and the test object can be reduced, but the test object is ideally aligned with the cantilever. Otherwise, the cantilever displacement cannot be measured. That is, the cantilever displacement can be measured only after the measurement is performed. For this reason, the measurement preparation work for performing adjustment while measuring the amount of cantilever displacement, such as cantilever mounting and cantilever touch-down operation, is hindered and has practical problems.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、被検物を計測基準としてカンチレバー変位を計測する原子間力顕微鏡において、被検物の状態に関わらずカンチレバー変位を計測可能な原子間力顕微鏡を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. In an atomic force microscope that measures cantilever displacement using a test object as a measurement reference, an interatomic device capable of measuring cantilever displacement regardless of the state of the test object. An object is to provide a force microscope.

本発明の原子間力顕微鏡は、探針を備えるカンチレバーを被検物に接近させ、前記探針と前記被検物の間に発生する原子間力を検出し、前記原子間力を一定に保ちつつ走査することにより、前記被検物の面形状を計測する原子間力顕微鏡において、光源と、前記光源からの光を第1及び第2の光ビームに分割する分割手段と、前記第1の光ビームを前記被検物及び前記カンチレバーに照射させ、それぞれ反射させて得られる第1の干渉縞から前記カンチレバーの変位を検出するための第1の光学系と、参照ミラーと、前記第1及び前記第2の光ビームをそれぞれ前記カンチレバー及び前記参照ミラーに照射させ、それぞれ反射させて得られる第2の干渉縞から前記カンチレバーの変位を検出するための第2の光学系と、を有することを特徴とする。   In the atomic force microscope of the present invention, a cantilever having a probe is brought close to a test object, an atomic force generated between the probe and the test object is detected, and the atomic force is kept constant. In the atomic force microscope that measures the surface shape of the test object by scanning while scanning, the light source, the dividing unit that divides the light from the light source into first and second light beams, and the first A first optical system for detecting displacement of the cantilever from first interference fringes obtained by irradiating the object and the cantilever with a light beam and reflecting the light beam, respectively, a reference mirror, the first and A second optical system for detecting displacement of the cantilever from second interference fringes obtained by irradiating the second light beam to the cantilever and the reference mirror, respectively, and reflecting the cantilever and the reference mirror, respectively. Features and That.

上記構成により、被検物を計測基準として第1の光学系によりカンチレバー変位を計測するとともに、参照ミラーを計測基準として第2の光学系によりカンチレバー変位を計測することも可能になる。このため、カンチレバー装着やカンチレバータッチダウンといった計測準備段階であっても、第2の光学系によるカンチレバー変位の計測結果を用いて調整作業を実施することができる。   With the above configuration, it is possible to measure the cantilever displacement by the first optical system using the test object as a measurement standard and to measure the cantilever displacement by the second optical system using the reference mirror as a measurement standard. For this reason, even in the measurement preparation stage such as cantilever mounting and cantilever touchdown, the adjustment work can be performed using the measurement result of the cantilever displacement by the second optical system.

また、第1の光学系において、偏光光学素子により光路を分割し、偏光光の一方をカンチレバー先端部に設けた反射面に照射させるとともに、他方の偏光光を被検物表面に照射させる。これに、波長板を回転させ光の偏光状態を操作する機構を組み合わせることで、被検物には偏光光が入射せず、カンチレバー先端部のみに第1の光ビームが入射する状態を作ることができる。このため、被検物の有無に関わらず参照ミラーを計測基準としてカンチレバー変位を計測することができる。   In the first optical system, the optical path is divided by the polarizing optical element, and one of the polarized lights is irradiated onto the reflecting surface provided at the tip of the cantilever and the other polarized light is irradiated onto the surface of the test object. By combining this with a mechanism that rotates the wave plate and manipulates the polarization state of the light, a state in which the polarized light does not enter the specimen and the first light beam enters only the tip of the cantilever is created. Can do. Therefore, the cantilever displacement can be measured using the reference mirror as a measurement standard regardless of the presence or absence of the test object.

さらに、シャッターにより参照ミラーへ入射する光(第2の光ビーム)を遮光する機構を備えることで、被検物基準でカンチレバー変位を計測する場合はシャッターを閉じて参照ミラーからの反射光を遮り、不要な干渉縞の発生を回避することができる。   Furthermore, by providing a mechanism that blocks the light (second light beam) incident on the reference mirror by the shutter, when measuring the cantilever displacement based on the test object, the shutter is closed to block the reflected light from the reference mirror. The generation of unnecessary interference fringes can be avoided.

このように波長板の回転機構とシャッターにより干渉させる光を選択することで、作業内容に応じたカンチレバー変位情報を適切に取得することができ、計測前の準備段階から実測定まで滞りなく実施可能な原子間力顕微鏡を実現することができる。   By selecting the light to be interfered by the wave plate rotation mechanism and the shutter in this way, it is possible to appropriately acquire cantilever displacement information according to the work contents, and it is possible to carry out from the preparation stage before measurement to actual measurement without delay. A simple atomic force microscope can be realized.

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、実施例1による原子間力顕微鏡の構成を示す。この装置は、針状の探針の原子と被検物1の表面の原子間に発生する原子間力を検出し、前記原子間力を一定に保ちつつ走査するもので、除振台2aを介して地面に固定されたベース2に、XYZステージ3とティップティルトステージ4を備えている。ティップティルトステージ4には被検物1が固定されており、XYZステージ3にはハウジング6が固定されている。ハウジング6には各種光学部品やセンサ類が内蔵されており、さらにXY方向の微動機構としてXYスキャナ7が固定されている。また、XYスキャナ7にはZ方向の微動機構としてチューブスキャナ8が固定されている。チューブスキャナ8には、カンチレバーユニット取り付けブロック9、加振用ピエゾアクチュエータ10、カンチレバーホルダー11を介して、前記探針を有するカンチレバー12が取り付けられている。カンチレバー12の先端部の背面には反射面が形成されている。   FIG. 1 shows a configuration of an atomic force microscope according to the first embodiment. This apparatus detects an atomic force generated between an atom of a needle-like probe and an atom on the surface of the test object 1 and performs scanning while keeping the atomic force constant. An XYZ stage 3 and a tip tilt stage 4 are provided on a base 2 that is fixed to the ground. A test object 1 is fixed to the tip tilt stage 4, and a housing 6 is fixed to the XYZ stage 3. Various optical components and sensors are built in the housing 6, and an XY scanner 7 is fixed as a fine movement mechanism in the XY directions. A tube scanner 8 is fixed to the XY scanner 7 as a fine movement mechanism in the Z direction. A cantilever 12 having the probe is attached to the tube scanner 8 via a cantilever unit attachment block 9, a piezoelectric actuator 10 for vibration, and a cantilever holder 11. A reflective surface is formed on the back surface of the tip of the cantilever 12.

以上説明した各種駆動機構を用いた計測動作を説明する。まず、被検物1をティップティルトステージ4に固定し、XYZステージ3とティップティルトステージ4を用いて被検物1とカンチレバー12との相対位置関係を調節する。その後チューブスキャナ8を用いて、被検物1とカンチレバー先端に設けた探針(不図示)との間に原子間力が働く程度までカンチレバー12を被検物1へと接近させる。そして原子間力を一定に保ちながらXYスキャナ7を用いてカンチレバー12を走査し、被検物1の表面の面形状を計測する。原子間力を一定に保つために、本実施例では光干渉を利用してカンチレバー先端の変位を計測している。なお、本実施例では加振用ピエゾアクチュエータ10を備えており、ACモードによる計測も可能である。   A measurement operation using the various drive mechanisms described above will be described. First, the test object 1 is fixed to the tip tilt stage 4, and the relative positional relationship between the test object 1 and the cantilever 12 is adjusted using the XYZ stage 3 and the tip tilt stage 4. Thereafter, the tube scanner 8 is used to bring the cantilever 12 closer to the test object 1 until an atomic force acts between the test object 1 and a probe (not shown) provided at the tip of the cantilever. The cantilever 12 is scanned using the XY scanner 7 while keeping the atomic force constant, and the surface shape of the surface of the test object 1 is measured. In order to keep the interatomic force constant, in this embodiment, the displacement of the tip of the cantilever is measured using optical interference. In this embodiment, the piezoelectric actuator 10 for vibration is provided, and measurement in the AC mode is also possible.

次に、本実施例における原子間力顕微鏡の第1の光学系(面形状計測用の光学系)と、この光学系によるカンチレバー先端変位の計測方法について説明する。   Next, a first optical system (an optical system for measuring the surface shape) of the atomic force microscope in this embodiment and a method for measuring the cantilever tip displacement using this optical system will be described.

光源21から出力された光は、光ファイバ22を通ってハウジング6の内部へと導かれ、コリメータ23により平行光へと変換される。このとき射出される平行光は、直線偏光となるように調節されている。その後2分の1波長板24及びハーフミラー26を透過した光(第1の光ビーム)は、ダイクロイックミラー27で反射して、偏光光学素子であるローションプリズム28へと入射する。ローションプリズム28は複屈折材料(例えば方解石)でできており、入射光を直交した2種類の直線偏光(S偏光とP偏光)に分離した上で異なる方向へと射出する。S偏光は集光レンズ29によってカンチレバー12の背面に設けられた反射面へ集光され、頂点反射する。その後は入射光路と同一光路を通りローションプリズム28へ再入射する。一方P偏光は被検物1の表面へ集光され、頂点反射する。その反射光は同一光路を通りローションプリズム28に再入射する。ローションプリズム28を透過したS偏光とP偏光はともに平行光として共通光路を通り、ダイクロイックミラー27及びハーフミラー26で反射する。そして4分の1波長板30、2分の1波長板31、ハーフミラー33、ハーフミラー34を透過し、偏光ビームスプリッタ35へ到達する。偏光ビームスプリッタ35において再びS偏光とP偏光に分割され、フォトディテクタ36とフォトディテクタ37へと入射する。2つのフォトディテクタでは光の強度情報が取得され演算装置38へと伝達される。演算装置38では2種類の強度情報を解析し、第1の干渉縞によるカンチレバー変位量を算出する。   The light output from the light source 21 is guided to the inside of the housing 6 through the optical fiber 22 and converted into parallel light by the collimator 23. The parallel light emitted at this time is adjusted to be linearly polarized light. Thereafter, the light (first light beam) transmitted through the half-wave plate 24 and the half mirror 26 is reflected by the dichroic mirror 27 and enters the lotion prism 28 which is a polarization optical element. The lotion prism 28 is made of a birefringent material (for example, calcite), and separates incident light into two types of orthogonally polarized light (S-polarized light and P-polarized light) and emits them in different directions. The S-polarized light is condensed by the condensing lens 29 onto the reflecting surface provided on the back surface of the cantilever 12 and is reflected at the vertex. Thereafter, the light enters the lotion prism 28 again through the same optical path as the incident optical path. On the other hand, the P-polarized light is condensed on the surface of the test object 1 and reflected at the apex. The reflected light enters the lotion prism 28 again through the same optical path. Both S-polarized light and P-polarized light transmitted through the lotion prism 28 pass through a common optical path as parallel light and are reflected by the dichroic mirror 27 and the half mirror 26. Then, the light passes through the quarter-wave plate 30, the half-wave plate 31, the half mirror 33, and the half mirror 34, and reaches the polarization beam splitter 35. The light is again split into S-polarized light and P-polarized light by the polarization beam splitter 35, and enters the photodetector 36 and the photodetector 37. The two photodetectors acquire light intensity information and transmit it to the arithmetic unit 38. The computing device 38 analyzes two types of intensity information and calculates the amount of cantilever displacement caused by the first interference fringes.

演算装置38における解析内容についてさらに詳細を説明する。フォトディテクタ36で取得された光情報をA1とし、フォトディテクタ37で取得された光情報をA2とすると、次式のように表すことができる。   The analysis contents in the arithmetic unit 38 will be described in further detail. If the optical information acquired by the photodetector 36 is A1, and the optical information acquired by the photodetector 37 is A2, the following information can be expressed.

Figure 0004936541
Figure 0004936541

Figure 0004936541
ここで、Aは光情報の大きさを定義する定数であり、λは使用している光の波長、ΔLはカンチレバー12と被検物1の間の相対的な変位情報、αはローションプリズム28で分離したS偏光とP偏光の光路長差から決まる初期位相である。Vは位相変化に対する光情報変化の感度を表す感度係数であり、0以上1以下の値をとる。また、Φは2分の1波長板31を回転させる回転機構32の回転角度に応じて変化する位相である。
Figure 0004936541
Here, A is a constant that defines the magnitude of the optical information, λ is the wavelength of the light being used, ΔL is the relative displacement information between the cantilever 12 and the test object 1, and α is the lotion prism 28. This is the initial phase determined from the optical path length difference between the S-polarized light and the P-polarized light separated by. V is a sensitivity coefficient representing the sensitivity of the optical information change with respect to the phase change, and takes a value from 0 to 1. Further, Φ is a phase that changes according to the rotation angle of the rotation mechanism 32 that rotates the half-wave plate 31.

演算装置38内において、これら2種類の信号を以下のように処理し、変位情報Sを得る。   In the arithmetic unit 38, these two types of signals are processed as follows to obtain displacement information S.

Figure 0004936541
ここでΦがαを打ち消すように2分の1波長板31の回転角度を調整し、かつ、ΔLは非常に微小量であるとすると、変位情報Sは次式のように近似できる。
Figure 0004936541
If the rotation angle of the half-wave plate 31 is adjusted so that Φ cancels α, and ΔL is a very small amount, the displacement information S can be approximated by the following equation.

Figure 0004936541
このようにして求められた変位情報Sを用いると、次式が得られる。
Figure 0004936541
When the displacement information S obtained in this way is used, the following equation is obtained.

Figure 0004936541
上式よりカンチレバー12と被検物1との間の相対的な変位情報を得ることができる。上式に含まれる感度係数Vは、S偏光とP偏光の重ね具合の良し悪しにより変化する値である。干渉縞がいわゆる縞一色状態であり、かつ高コントラストであれば、干渉縞の感度係数Vは1に近づく。
Figure 0004936541
From the above equation, relative displacement information between the cantilever 12 and the test object 1 can be obtained. The sensitivity coefficient V included in the above equation is a value that changes depending on whether the S-polarized light and the P-polarized light are superimposed. If the interference fringes are in a so-called fringe monochromatic state and have a high contrast, the sensitivity coefficient V of the interference fringes approaches 1.

後述するように、本実施例は、干渉縞の感度係数Vを1に近づけるための調整機構を備えているが、高精度な測定のためには干渉縞の感度係数Vを正確に実測し、それを用いて変位情報を計算することが望ましい。   As will be described later, this embodiment includes an adjustment mechanism for bringing the interference fringe sensitivity coefficient V close to 1. However, for high-precision measurement, the interference fringe sensitivity coefficient V is accurately measured, It is desirable to calculate displacement information using it.

干渉縞の感度係数Vの正確な値を得るため、2分の1波長板31を回転機構32により回転させながらフォトディテクタ36の強度情報を取得する。2分の1波長板31を回転させることにより、強度情報を表す次式に含まれる位相αが変化する。   In order to obtain an accurate value of the interference fringe sensitivity coefficient V, intensity information of the photodetector 36 is acquired while the half-wave plate 31 is rotated by the rotation mechanism 32. By rotating the half-wave plate 31, the phase α included in the following expression representing the intensity information changes.

Figure 0004936541
位相Φの変化に伴って強度情報が強弱し、最小強度Aminと最大強度Amaxを知ることができる。最低強度Aminと最大強度Amaxの値を用いると、干渉縞の感度係数Vは次式で求めることができる。
Figure 0004936541
As the phase Φ changes, the intensity information becomes stronger and the minimum intensity Amin and the maximum intensity Amax can be known. When the values of the minimum intensity Amin and the maximum intensity Amax are used, the interference fringe sensitivity coefficient V can be obtained by the following equation.

Figure 0004936541
上式により求めた感度係数Vの実測値を用いて変位情報Sを計算することで、カンチレバー12の変位を高精度に計測することができる。なお、感度係数Vの計測はフォトディテクタ37より得られる強度情報により実施してもよい。
Figure 0004936541
By calculating the displacement information S using the measured value of the sensitivity coefficient V obtained by the above equation, the displacement of the cantilever 12 can be measured with high accuracy. Note that the sensitivity coefficient V may be measured based on intensity information obtained from the photodetector 37.

次に、高精度計測を行なうために必要な各種調整機能について説明する。   Next, various adjustment functions necessary for performing high-precision measurement will be described.

本実施例において高精度計測を行なうためには、フォトディテクタ36及びフォトディテクタ37において検出される干渉縞が、いわゆる縞一色状態であることが望ましい。フォトディテクタ37において検出される干渉縞は、フォトディテクタ36で検出される干渉縞に対し位相が180度ずれた状態であるため、いずれか一方を縞一色状態とすれば他方も縞一色状態となる。   In order to perform high-precision measurement in the present embodiment, it is desirable that the interference fringes detected by the photodetector 36 and the photodetector 37 are in a so-called fringe single color state. The interference fringes detected by the photodetector 37 are in a state where the phase is shifted by 180 degrees with respect to the interference fringes detected by the photodetector 36. Therefore, if one of the interference fringes is in a single color state, the other is also in a single color state.

そこで本実施例では、干渉縞を縞一色状態に調整するためのセンサとしてCCDセンサ53を備えている。CCDセンサ53には、ハーフミラー34で分割され、偏光ビームスプリッタ51を透過し、ビームエクスパンダ52により拡大された光が入射する。従ってCCDセンサ53により観察される干渉縞は、フォトディテクタ36により検出される干渉縞と同じになる。このため、CCDセンサ53により観察される干渉縞が縞一色状態となるようにティップティルトステージ4を調整することで、フォトディテクタ36及びフォトディテクタ37において検出される干渉縞を縞一色状態とすることができる。   Therefore, in this embodiment, a CCD sensor 53 is provided as a sensor for adjusting the interference fringes to the one-color fringe state. Light that has been split by the half mirror 34, transmitted through the polarization beam splitter 51, and expanded by the beam expander 52 is incident on the CCD sensor 53. Accordingly, the interference fringes observed by the CCD sensor 53 are the same as the interference fringes detected by the photodetector 36. For this reason, by adjusting the tip tilt stage 4 so that the interference fringes observed by the CCD sensor 53 are in a striped color state, the interference fringes detected in the photo detector 36 and the photo detector 37 can be in a striped color state. .

ただし、被検物1が大きく傾いて固定された場合には、CCDセンサ53において干渉縞を観察できない可能性がある。そこで本実施例では、ポジションセンサ55を備えている。ポジションセンサ55には、ハーフミラー33により分割された光が入射する。従ってポジションセンサ55には、カンチレバー12からの反射光と被検物1からの反射光が入射することになる。そして、ポジションセンサ55において観察される2つの輝点が重なるようにティップティルトステージ4を調整する。これにより、カンチレバー12からの反射光と被検物1からの反射光が、ほぼ共通光路を取るように調整することができる。このため、CCDセンサ53において干渉縞が観察できる状態となり、干渉縞が縞一色状態となるように調整することができるようになる。   However, when the test object 1 is fixed with a large inclination, there is a possibility that the interference fringes cannot be observed in the CCD sensor 53. Therefore, in this embodiment, a position sensor 55 is provided. The light split by the half mirror 33 is incident on the position sensor 55. Therefore, the reflected light from the cantilever 12 and the reflected light from the test object 1 enter the position sensor 55. Then, the tip tilt stage 4 is adjusted so that two bright spots observed by the position sensor 55 overlap. Thereby, it can adjust so that the reflected light from the cantilever 12 and the reflected light from the to-be-tested object 1 may take a substantially common optical path. Therefore, the interference fringes can be observed in the CCD sensor 53, and the interference fringes can be adjusted to be in a single color state.

また、本実施例はカメラ56を備えており、カンチレバー先端部分の様子を観察することができる。このカメラ56を用いることで、集光レンズ29により集光された光がカンチレバー背面の所定の場所に照射されるように調整することが可能となる。   In addition, the present embodiment includes a camera 56 and can observe the state of the tip of the cantilever. By using the camera 56, it is possible to adjust so that the light condensed by the condenser lens 29 is irradiated to a predetermined place on the back surface of the cantilever.

このように被検物1を計測基準としてカンチレバー変位を計測することで、カンチレバー12と被検物1との相対位置変動の影響を軽減することができるが、被検物1が理想的にアライメントされなければカンチレバー変位を計測することはできない。   Thus, by measuring the displacement of the cantilever using the test object 1 as a measurement reference, the influence of the relative position fluctuation between the cantilever 12 and the test object 1 can be reduced, but the test object 1 is ideally aligned. Otherwise, the cantilever displacement cannot be measured.

そこで本実施例では、各種調整用の参照ミラー63を備え、参照ミラー63を計測基準とする第2の干渉縞からカンチレバー12の変位を検出するための第2の光学系を有する。   In this embodiment, therefore, the reference mirror 63 for various adjustments is provided, and a second optical system for detecting the displacement of the cantilever 12 from the second interference fringe using the reference mirror 63 as a measurement standard is provided.

参照ミラー63には、分割手段であるハーフミラー26で反射し、第1の光学系に入射する光(第1の光ビーム)から分離されて、4分の1波長板61及びシャッター62を透過した光(第2の光ビーム)が入射する。そして、参照ミラー63で反射した反射光はシャッター62、4分の1波長板61、ハーフミラー26を透過し、フォトディテクタ36及びフォトディテクタ37へ到達するように構成されている。   The reference mirror 63 is reflected by the half mirror 26 that is a dividing means, separated from the light (first light beam) incident on the first optical system, and transmitted through the quarter-wave plate 61 and the shutter 62. Light (second light beam) is incident. The reflected light reflected by the reference mirror 63 passes through the shutter 62, the quarter-wave plate 61, and the half mirror 26, and reaches the photodetector 36 and the photodetector 37.

さらに本実施例では、2分の1波長板24を光軸周りに回転させることができる回転機構25を備えており、2分の1波長板24より射出される直線偏光の偏光方向を自由に操作することができる。   Further, in this embodiment, a rotation mechanism 25 that can rotate the half-wave plate 24 around the optical axis is provided, and the polarization direction of the linearly polarized light emitted from the half-wave plate 24 can be freely set. Can be operated.

ここで、2分の1波長板24より射出される直線偏光がS偏光となるように調整した場合を考える。このとき、ハーフミラー26を透過してローションプリズム28に到達する第1の光ビームであるS偏光は、全てカンチレバー12の背面上へと入射し被検物1へは入射しない。このため最終的にフォトディテクタ36及びフォトディテクタ37へと到達する光はカンチレバー12からの反射光のみとなる。一方ハーフミラー26で反射した第2の光ビームである光は、参照ミラー63で反射して再度ハーフミラー26へ入射するが、その間4分の1波長板61を2度透過するためP偏光へと変換される。そして最終的にフォトディテクタ36及びフォトディテクタ37へと到達し、演算装置38により第2の干渉縞を用いた光路長差が計算される。このようにして、参照ミラー63を計測基準としたカンチレバー変位を検出することができる。   Here, consider a case where the linearly polarized light emitted from the half-wave plate 24 is adjusted so as to be S-polarized light. At this time, all of the S-polarized light, which is the first light beam that passes through the half mirror 26 and reaches the lotion prism 28, enters the back surface of the cantilever 12 and does not enter the test object 1. Therefore, the light finally reaching the photo detector 36 and the photo detector 37 is only the reflected light from the cantilever 12. On the other hand, the light that is the second light beam reflected by the half mirror 26 is reflected by the reference mirror 63 and is incident on the half mirror 26 again. During this time, the light passes through the quarter-wave plate 61 twice and becomes P-polarized light. Is converted. Finally, the light reaches the photo detector 36 and the photo detector 37, and the arithmetic unit 38 calculates the optical path length difference using the second interference fringes. In this way, the cantilever displacement with the reference mirror 63 as a measurement standard can be detected.

次に、2分の1波長板24より射出される直線偏光がS偏光成分とP偏光成分の両方を含む場合を考える。このとき、ハーフミラー26を透過してローションプリズム28に到達した光(第1の光ビーム)は、S偏光成分がカンチレバー12の背面上へと入射し、P偏光成分が被検物1へと入射する。そしてカンチレバー12の背面で反射した光と被検物1で反射した光がフォトディテクタ36及びフォトディテクタ37へと到達する。しかしながらハーフミラー26で反射し、参照ミラー63で反射した光(第2の光ビーム)もまたフォトディテクタ36及びフォトディテクタ37へと到達する。従って、フォトディテクタ36及びフォトディテクタ37では3種類の光が互いに干渉してしまい、光路長差を計算できなくなってしまう。   Next, consider a case where the linearly polarized light emitted from the half-wave plate 24 includes both an S-polarized component and a P-polarized component. At this time, in the light (first light beam) transmitted through the half mirror 26 and reaching the lotion prism 28, the S-polarized component is incident on the back surface of the cantilever 12, and the P-polarized component is incident on the test object 1. Incident. Then, the light reflected by the back surface of the cantilever 12 and the light reflected by the test object 1 reach the photodetector 36 and the photodetector 37. However, the light (second light beam) reflected by the half mirror 26 and reflected by the reference mirror 63 also reaches the photodetector 36 and the photodetector 37. Therefore, the three types of light interfere with each other in the photodetector 36 and the photodetector 37, and the optical path length difference cannot be calculated.

そこで本実施例では、駆動手段によって開閉駆動されるシャッター62を備え、シャッター62を閉じることで参照ミラー63への光路を遮光する。これによって、参照ミラー63からの反射光がフォトディテクタ36及びフォトディテクタ37に到達しなくなり、被検物1に対するカンチレバー12の変位を計測することが可能となる。   Therefore, in this embodiment, a shutter 62 that is opened and closed by a driving unit is provided, and the optical path to the reference mirror 63 is shielded by closing the shutter 62. As a result, the reflected light from the reference mirror 63 does not reach the photo detector 36 and photo detector 37, and the displacement of the cantilever 12 relative to the test object 1 can be measured.

以上説明した第2の光学系を使用したカンチレバータッチダウンシーケンスの一例について、図2のフローチャートを用いて説明する。   An example of a cantilever touchdown sequence using the second optical system described above will be described with reference to the flowchart of FIG.

タッチダウンコマンドが発行されたら(ステップS01)、まずシャッター62を開いて参照ミラー63へ光が入射する状態にする(ステップS02)。さらに2分の1波長板24を回転させ、直線偏光の偏光方向をS偏光に変更する(ステップS03)。このとき、フォトディテクタ36及びフォトディテクタ37では、カンチレバー12からの反射光と参照ミラー63からの反射光との干渉縞(第2の干渉縞)が検出される。   When the touchdown command is issued (step S01), first, the shutter 62 is opened so that light enters the reference mirror 63 (step S02). Further, the half-wave plate 24 is rotated to change the polarization direction of linearly polarized light to S-polarized light (step S03). At this time, the photodetector 36 and the photodetector 37 detect interference fringes (second interference fringes) between the reflected light from the cantilever 12 and the reflected light from the reference mirror 63.

次に2分の1波長板31を回転させて変位出力をゼロとすることで初期位相を打ち消す(ステップS04)。さらに2分の1波長板31を回転させることで(ステップS05)、位相変化に対するフォトディテクタ36及びフォトディテクタ37の感度係数Vを確認する(ステップS06)。ここで感度係数Vが低く、カンチレバー変位に対するフォトディテクタ感度が不十分な場合は、タッチダウンプロセスを中止し、カンチレバー12や参照ミラー63を調整して感度を確保する必要がある(ステップS07)。   Next, the half-wave plate 31 is rotated to make the displacement output zero, thereby canceling the initial phase (step S04). Further, by rotating the half-wave plate 31 (step S05), the sensitivity coefficient V of the photodetector 36 and the photodetector 37 with respect to the phase change is confirmed (step S06). Here, when the sensitivity coefficient V is low and the photodetector sensitivity to the cantilever displacement is insufficient, it is necessary to stop the touchdown process and adjust the cantilever 12 and the reference mirror 63 to ensure the sensitivity (step S07).

感度確認が完了したら、被検物1の測定ポイント上方にカンチレバー12が配置されるようにXYZステージ3を調整する。さらに集光レンズ29により集光される偏光光の主光線が被検物1に垂直入射するようにティップティルトステージ4を調整する。このときの調整は被検物1の設計値情報に基づいて行なう(ステップS08)。   When the sensitivity check is completed, the XYZ stage 3 is adjusted so that the cantilever 12 is disposed above the measurement point of the test object 1. Further, the tip tilt stage 4 is adjusted so that the principal ray of the polarized light condensed by the condenser lens 29 is perpendicularly incident on the test object 1. The adjustment at this time is performed based on the design value information of the test object 1 (step S08).

ステージ位置を調整したらZ軸を降下させ(ステップS09)、被検物1にカンチレバー12をタッチダウンさせる(ステップS10)。カンチレバー12がタッチダウンしたかどうかは、カンチレバー12の変位を計測することで判断することができる。   When the stage position is adjusted, the Z-axis is lowered (step S09), and the cantilever 12 is touched down on the test object 1 (step S10). Whether or not the cantilever 12 is touched down can be determined by measuring the displacement of the cantilever 12.

カンチレバー12がタッチダウンしたら、被検物1を計測基準としてカンチレバー12の変位を計測する構成(第1の光学系)へと変更する。すなわち、シャッター62を閉じて参照ミラー63からの反射光を遮り(ステップS11)、2分の1波長板24を回転させてP偏光成分とS偏光成分がともに射出されるように調整する(ステップS12)。このとき、P偏光成分とS偏光成分の割合を被検物1とカンチレバー12の反射率に応じて決定することが望ましい。具体的には、被検物1で反射したP偏光の光量とカンチレバー12で反射したS偏光の光量がほぼ等しくなるように調整することが望ましい。このように調整することで、フォトディテクタ36及びフォトディテクタ37で検出される干渉縞のコントラストが高くなり、高精度な計測を行なうことができる。   When the cantilever 12 is touched down, the configuration is changed to a configuration (first optical system) that measures the displacement of the cantilever 12 using the test object 1 as a measurement reference. That is, the shutter 62 is closed to block the reflected light from the reference mirror 63 (step S11), and the half-wave plate 24 is rotated so that both the P-polarized component and the S-polarized component are emitted (step S11). S12). At this time, it is desirable to determine the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component according to the reflectance of the test object 1 and the cantilever 12. Specifically, it is desirable to adjust so that the amount of P-polarized light reflected by the test object 1 and the amount of S-polarized light reflected by the cantilever 12 are substantially equal. By adjusting in this way, the contrast of the interference fringes detected by the photodetector 36 and the photodetector 37 is increased, and highly accurate measurement can be performed.

計測系の光学系を変更した後、ポジションセンサ55で検出される輝点の位置を確認する(ステップS13)。ポジションセンサ55には、被検物1からの反射光とカンチレバー12からの反射光が入射しており、2つの輝点の位置が一致していればフォトディテクタ36及びフォトディテクタ37において干渉縞を検出することができる。2つの輝点が一致していない場合は、被検物1からカンチレバー12をいったん離脱させ、ティップティルトステージ4を用いて被検物1の傾きを調整することで2つの輝点を一致させる(ステップS19)。調整後はシャッター62を開き(ステップS20)、2分の1波長板24を回転させて直線偏光の偏光方向をS偏光に変換することで(ステップS21)、参照ミラー63を計測基準としてカンチレバー12の変位を計測する第2の光学系とする。そして再びタッチダウンさせることで、被検物1の位置調整が完了する。   After changing the optical system of the measurement system, the position of the bright spot detected by the position sensor 55 is confirmed (step S13). Reflected light from the test object 1 and reflected light from the cantilever 12 are incident on the position sensor 55, and the interference fringes are detected by the photodetector 36 and the photodetector 37 if the positions of the two bright spots coincide. be able to. If the two bright spots do not match, the cantilever 12 is once detached from the test object 1 and the two bright spots are matched by adjusting the tilt of the test object 1 using the tip tilt stage 4 ( Step S19). After the adjustment, the shutter 62 is opened (step S20), and the half-wave plate 24 is rotated to convert the polarization direction of linearly polarized light into S-polarized light (step S21), and the cantilever 12 is measured using the reference mirror 63 as a measurement standard. The second optical system is used to measure the displacement of. Then, the position adjustment of the test object 1 is completed by touching down again.

被検物1にカンチレバー12がタッチダウンし、ポジションセンサ55で検出される2つの輝点の位置が一致したら、2分の1波長板31を回転させ変位出力をゼロとすることで初期位相を打ち消す(ステップS14)。さらに2分の1波長板31を回転させることで、位相変化に対するフォトディテクタ36及びフォトディテクタ37の感度を確認する(ステップS15)。ここで感度係数Vが低く、カンチレバー変位に対するフォトディテクタ感度が不十分な場合は(ステップS16)、タッチダウンプロセスを中止し(ステップS17)、被検物1を調整して感度を確保する必要がある。感度が良好であればタッチダウンプロセスは完了となり(ステップS18)、被検物1の面形状を計測するための準備が整ったことになる。   When the cantilever 12 touches down on the test object 1 and the positions of the two bright spots detected by the position sensor 55 coincide with each other, the half-wave plate 31 is rotated to set the displacement output to zero, thereby setting the initial phase. Cancel (step S14). Further, by rotating the half-wave plate 31, the sensitivity of the photodetector 36 and the photodetector 37 with respect to the phase change is confirmed (step S15). Here, when the sensitivity coefficient V is low and the photodetector sensitivity to the cantilever displacement is insufficient (step S16), it is necessary to stop the touchdown process (step S17) and adjust the test object 1 to ensure the sensitivity. . If the sensitivity is good, the touchdown process is completed (step S18), and the preparation for measuring the surface shape of the test object 1 is completed.

本実施例によれば、被検物の有無に関わらず参照ミラーを計測基準としてカンチレバー変位を計測することができ、計測前の準備段階から実測定まで滞りなく実施可能な原子間力顕微鏡を実現することができる。   According to the present embodiment, the cantilever displacement can be measured using the reference mirror as a measurement standard regardless of the presence or absence of the test object, and an atomic force microscope that can be carried out without delay from the preparation stage before measurement to actual measurement is realized. can do.

なお、本実施例では偏光光学素子としてローションプリズムを用いているが、代わりにウォラストンプリズムを使用しても同様の効果を得ることができる。また、本実施例ではS偏光をカンチレバー背面に照射させP偏光を被検物に照射させるとしているが、S偏光とP偏光を逆にしてもよい。この場合、2分の1波長板24より射出される直線偏光をP偏光とすることで、参照ミラー63を計測基準としてカンチレバー変位を計測することが可能となる。   In this embodiment, a lotion prism is used as the polarizing optical element, but the same effect can be obtained by using a Wollaston prism instead. In this embodiment, the S-polarized light is irradiated on the back surface of the cantilever and the P-polarized light is irradiated on the test object. However, the S-polarized light and the P-polarized light may be reversed. In this case, by making the linearly polarized light emitted from the half-wave plate 24 P-polarized light, it becomes possible to measure the cantilever displacement using the reference mirror 63 as a measurement standard.

図3は、実施例2による原子間力顕微鏡の構成を示す図である。実施例1と異なる点は、4分の1波長板30及び2分の1波長板31の位置と、ハーフミラー33の位置が逆転し、さらに、ハーフミラー33とポジションセンサ55との間に、偏光ビームスプリッタ54を挿入している点である。ポジションセンサ55には被検物1からの反射光のみが入射し、カンチレバー12からの反射光は入射しない構成となる。そして観察される1つの輝点の位置情報を用いて、干渉縞が縞一色状態となるようにティップティルトステージ4を調整する。すなわち、干渉縞が縞一色状態となる輝点の理想位置を予め把握しておき、理想位置に輝点が移動するようにティップティルトステージ4を調整する。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an atomic force microscope according to the second embodiment. The difference from the first embodiment is that the positions of the quarter-wave plate 30 and the half-wave plate 31 and the position of the half mirror 33 are reversed, and further, between the half mirror 33 and the position sensor 55, The polarization beam splitter 54 is inserted. Only the reflected light from the test object 1 is incident on the position sensor 55 and the reflected light from the cantilever 12 is not incident. Then, the tip tilt stage 4 is adjusted using the positional information of one bright spot to be observed so that the interference fringes are in a single color state. That is, the ideal position of the bright spot where the interference fringes are in a single-colored state is known in advance, and the tip tilt stage 4 is adjusted so that the bright spot moves to the ideal position.

本実施例の特徴は、ポジションセンサ55において検出される輝点がひとつしかないため、計算機による演算で輝点位置をより正確に算出可能な点である。このため、被検物1のアライメント状態を計算機のみで精度よく求めることができ、自動測定に適した形態である。   The feature of the present embodiment is that the bright spot position can be calculated more accurately by calculation by a computer because there is only one bright spot detected by the position sensor 55. For this reason, the alignment state of the test object 1 can be obtained with high accuracy only by a computer, and this is a form suitable for automatic measurement.

図4は、実施例3による原子間力顕微鏡の構成を示す図である。実施例1、2と異なる点は、干渉縞検出用のフォトディテクタを1つに減らした点である。この場合の演算装置38における解析内容について説明する。フォトディテクタ36で取得された光情報をA1とすると、実施例1において説明したように次式で表される。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an atomic force microscope according to the third embodiment. The difference from the first and second embodiments is that the number of interference fringe detection photodetectors is reduced to one. The analysis contents in the arithmetic unit 38 in this case will be described. Assuming that the optical information acquired by the photodetector 36 is A1, as described in the first embodiment, it is expressed by the following equation.

Figure 0004936541
ここで、Aは光情報の大きさを定義する定数であり、λは使用している光の波長、ΔLはカンチレバー12と被検物1の間の相対的な変位情報、αはローションプリズム28で分離したS偏光とP偏光の光路長差から決まる初期位相である。Vは干渉縞の感度係数であり0以上1以下の値をとる。また、Φは2分の1波長板31を回転させる回転機構32の回転角度に応じて変化する位相である。
Figure 0004936541
Here, A is a constant that defines the magnitude of the optical information, λ is the wavelength of the light being used, ΔL is the relative displacement information between the cantilever 12 and the test object 1, and α is the lotion prism 28. This is the initial phase determined from the optical path length difference between the S-polarized light and the P-polarized light separated by. V is a sensitivity coefficient of interference fringes and takes a value of 0 or more and 1 or less. Further, Φ is a phase that changes according to the rotation angle of the rotation mechanism 32 that rotates the half-wave plate 31.

ここでΦがαを打ち消すように2分の1波長板31の回転角度を調整し、かつ、ΔLは非常に微小量であるとすると、光情報A1は次式のように近似できる。   Here, if the rotation angle of the half-wave plate 31 is adjusted so that Φ cancels α, and ΔL is a very small amount, the optical information A1 can be approximated by the following equation.

Figure 0004936541
このようにして求められた光情報A1を用いると、次式が得られる。
Figure 0004936541
When the optical information A1 thus obtained is used, the following equation is obtained.

Figure 0004936541
上式より、カンチレバー12と被検物1との間の相対的な変位情報を得ることができる。上式に含まれる光情報の大きさAと干渉縞の感度係数Vは、2分の1波長板31を回転機構32により回転させながらフォトディテクタ36の強度情報を取得し、最小強度Aminと最大強度Amaxを求めることで次式のように計算することができる。
Figure 0004936541
From the above equation, relative displacement information between the cantilever 12 and the test object 1 can be obtained. The magnitude A of the optical information and the sensitivity coefficient V of the interference fringes included in the above formula are obtained by obtaining the intensity information of the photodetector 36 while rotating the half-wave plate 31 by the rotation mechanism 32, and the minimum intensity Amin and the maximum intensity. By calculating Amax, it can be calculated as follows.

Figure 0004936541
Figure 0004936541

Figure 0004936541
なお、本実施例の場合、カンチレバー変位の符号がわからない欠点がある。しかしながら、カンチレバーの振幅情報を用いて計測を行なうACモードではカンチレバー変位の符号情報を必要としないため、本実施例を適用することができる。
Figure 0004936541
In the case of this embodiment, there is a drawback that the sign of the cantilever displacement is not known. However, in the AC mode in which measurement is performed using the amplitude information of the cantilever, the sign information of the cantilever displacement is not required, and thus this embodiment can be applied.

実施例1による原子間力顕微鏡の構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an atomic force microscope according to Example 1. FIG. カンチレバータッチダウンプロセスを説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining a cantilever touchdown process. 実施例2による原子間力顕微鏡の構成を示す模式図である。6 is a schematic diagram illustrating a configuration of an atomic force microscope according to Example 2. FIG. 実施例3による原子間力顕微鏡の構成を示す模式図である。6 is a schematic diagram illustrating a configuration of an atomic force microscope according to Example 3. FIG. 一従来例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1 被検物
2 ベース
3 XYZステージ
4 ティップティルトステージ
6 ハウジング
7 XYスキャナ
8 チューブスキャナ
9 カンチレバー取り付けブロック
10 加振用ピエゾアクチュエータ
11 カンチレバーホルダー
12 カンチレバー
21 光源
22 光ファイバ
23 コリメータ
24 2分の1波長板
25 回転機構
26 ハーフミラー
27 ダイクロイックミラー
28 ローションプリズム
29 集光レンズ
30 4分の1波長板
31 2分の1波長板
32 回転機構
33 ハーフミラー
34 ハーフミラー
35 偏光ビームスプリッタ
36 フォトディテクタ
37 フォトディテクタ
51 偏光ビームスプリッタ
52 ビームエクスパンダ
53 CCDセンサ
54 偏光ビームスプリッタ
55 ポジションセンサ
56 カメラ
61 4分の1波長板
62 シャッター
63 参照ミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Test object 2 Base 3 XYZ stage 4 Tip tilt stage 6 Housing 7 XY scanner 8 Tube scanner 9 Cantilever mounting block 10 Excitation piezoelectric actuator 11 Cantilever holder 12 Cantilever 21 Light source 22 Optical fiber 23 Collimator 24 1/2 wavelength plate 25 Rotating mechanism 26 Half mirror 27 Dichroic mirror 28 Lotion prism 29 Condensing lens 30 Quarter wave plate 31 Half wave plate 32 Rotating mechanism 33 Half mirror 34 Half mirror 35 Polarizing beam splitter 36 Photo detector 37 Photo detector 51 Polarizing beam Splitter 52 Beam expander 53 CCD sensor 54 Polarizing beam splitter 55 Position sensor 56 Camera 61 Quarter wave plate 62 Shutter 63 Mirror

Claims (3)

探針を備えるカンチレバーを被検物に接近させ、前記探針と前記被検物の間に発生する原子間力を検出し、前記原子間力を一定に保ちつつ走査することにより、前記被検物の面形状を計測する原子間力顕微鏡において、
光源と、
前記光源からの光を第1及び第2の光ビームに分割する分割手段と、
前記第1の光ビームを前記被検物及び前記カンチレバーに照射させ、それぞれ反射させて得られる第1の干渉縞から前記カンチレバーの変位を検出するための第1の光学系と、
参照ミラーと、
前記第1及び前記第2の光ビームをそれぞれ前記カンチレバー及び前記参照ミラーに照射させ、それぞれ反射させて得られる第2の干渉縞から前記カンチレバーの変位を検出するための第2の光学系と、を有することを特徴とする原子間力顕微鏡。
A cantilever provided with a probe is brought close to the object to be detected, an atomic force generated between the probe and the object to be detected is detected, and scanning is performed while keeping the atomic force constant. In an atomic force microscope that measures the surface shape of an object,
A light source;
Splitting means for splitting light from the light source into first and second light beams;
A first optical system for detecting displacement of the cantilever from first interference fringes obtained by irradiating and reflecting the first light beam to the test object and the cantilever;
A reference mirror;
A second optical system for detecting displacement of the cantilever from second interference fringes obtained by irradiating the first and second light beams to the cantilever and the reference mirror, respectively, and reflecting them; An atomic force microscope characterized by comprising:
前記光源からの光の偏光方向を変更する波長板と、
前記光の光軸まわりに前記波長板を回転させる回転機構と、
前記第1の光ビームを2種類の偏光光に分割する偏光光学素子と、を有し、
前記第1の光学系は、前記偏光光学素子によって分割された前記2種類の偏光光のうちの一方を前記カンチレバーに照射させるとともに、他方の偏光光を前記被検物に集光させ、それぞれ反射させて前記第1の干渉縞を得ることを特徴とする請求項1記載の原子間力顕微鏡。
A wave plate for changing the polarization direction of light from the light source;
A rotation mechanism for rotating the wave plate around the optical axis of the light;
A polarizing optical element that divides the first light beam into two types of polarized light,
The first optical system irradiates the cantilever with one of the two types of polarized light divided by the polarizing optical element, and condenses the other polarized light on the test object, and reflects each of them. The atomic force microscope according to claim 1, wherein the first interference fringes are obtained.
前記参照ミラーに入射する前記第2の光ビームを遮光するためのシャッターと、
前記シャッターを開閉駆動する手段と、を有することを特徴とする請求項1又は2記載の原子間力顕微鏡。
A shutter for blocking the second light beam incident on the reference mirror;
The atomic force microscope according to claim 1, further comprising means for opening and closing the shutter.
JP2007208763A 2007-08-10 2007-08-10 Atomic force microscope Expired - Fee Related JP4936541B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007208763A JP4936541B2 (en) 2007-08-10 2007-08-10 Atomic force microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007208763A JP4936541B2 (en) 2007-08-10 2007-08-10 Atomic force microscope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009042124A JP2009042124A (en) 2009-02-26
JP4936541B2 true JP4936541B2 (en) 2012-05-23

Family

ID=40443005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007208763A Expired - Fee Related JP4936541B2 (en) 2007-08-10 2007-08-10 Atomic force microscope

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4936541B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101103324B1 (en) 2010-03-05 2012-01-11 에스엔유 프리시젼 주식회사 Atomic Force Microscope

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0223918B1 (en) * 1985-11-26 1990-10-24 International Business Machines Corporation Method and atomic force microscope for imaging surfaces with atomic resolution
JPH04162341A (en) * 1990-10-25 1992-06-05 Olympus Optical Co Ltd Sample surface picture forming method and device thereof
JP2998333B2 (en) * 1991-09-20 2000-01-11 ブラザー工業株式会社 Atomic force microscope
US5280341A (en) * 1992-02-27 1994-01-18 International Business Machines Corporation Feedback controlled differential fiber interferometer
JP3081979B2 (en) * 1992-05-08 2000-08-28 セイコーインスツルメンツ株式会社 microscope
JP2001343221A (en) * 2000-06-02 2001-12-14 Fujitsu Ltd Apparatus and method for measuring surface
JP4732832B2 (en) * 2005-08-17 2011-07-27 株式会社日立製作所 Displacement measuring method and apparatus, stage apparatus and probe microscope
JP4939086B2 (en) * 2006-03-15 2012-05-23 キヤノン株式会社 Atomic force microscope

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009042124A (en) 2009-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210364451A1 (en) Optical phase measurement method and system
EP2163906B1 (en) Method of detecting a movement of a measuring probe and measuring instrument
US7492469B2 (en) Interferometry systems and methods using spatial carrier fringes
JPH07107481B2 (en) Displacement measuring device
JP2006275531A (en) Displacement measuring method and its devise
JP5430472B2 (en) Surface shape measuring device
JP2009128139A (en) Scan probe microscope, and probe unit for the scan probe microscope
JP2003042731A (en) Apparatus and method for measurement of shape
KR101214854B1 (en) A heterodyne interferometer using dual-mode light source
JP3073268B2 (en) Small displacement detection method
TWI579525B (en) An optical system and measuring methods for simultanuous absolute positioning distance and tilting angular measurements of a moving object
JP4936541B2 (en) Atomic force microscope
JP5100248B2 (en) Atomic force microscope
JP2003294418A (en) Evaluation apparatus and evaluation method for minute cycle structure
US20230124422A1 (en) Optical metrology system and method
JP2001264036A (en) Measuring apparatus and measuring method for surface shape
JP4536873B2 (en) Three-dimensional shape measuring method and apparatus
KR101791669B1 (en) Dual channel scattering near-field scanning optical microscopy
JP3184914B2 (en) Surface shape measuring method and surface shape measuring instrument
JP2004279075A (en) Lens eccentricity measuring method and measuring device
JPH0579834A (en) Interatomic-force microscope
JP3184913B2 (en) Surface shape measuring method and surface shape measuring instrument
JP2942002B2 (en) Surface shape measuring device
JP2003014433A (en) Shape measuring apparatus, control device for shape measuring apparatus, and control program for shape measuring apparatus
JP2886755B2 (en) Microstructure measuring device

Legal Events

Date Code Title Description
RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20090527

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100805

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111222

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120124

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120220

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150302

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4936541

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150302

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees