JP5924191B2

JP5924191B2 - Scanning probe microscope

Info

Publication number: JP5924191B2
Application number: JP2012187359A
Authority: JP
Inventors: 秀郎中島; 浩新井
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2032-08-28
Also published as: JP2014044144A

Description

本発明は、走査型プローブ顕微鏡に関し、特にカンチレバーの背面を照射面として利用する光学式変位検出系を備える走査型プローブ顕微鏡に関する。 The present invention relates to a scanning probe microscope, and more particularly to a scanning probe microscope including an optical displacement detection system that uses the back surface of a cantilever as an irradiation surface.

走査型プローブ顕微鏡として、プローブ（カンチレバー）と試料（金属、半導体、生物、有機分子、絶縁物等の非導電物質等）の表面との間に働く原子間力を測定することによって、試料の表面の形状を観察することができる原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）が知られている。図５は、走査型プローブ顕微鏡を示す概略構成図である。 As a scanning probe microscope, the surface of the sample is measured by measuring the atomic force acting between the probe (cantilever) and the surface of the sample (metal, semiconductor, organism, organic molecule, non-conductive material such as an insulator). An atomic force microscope (AFM) capable of observing the shape is known. FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a scanning probe microscope.

走査型プローブ顕微鏡１０１は、筐体１０と、走査型プローブ顕微鏡１０１全体を制御する制御部（図示せず）とを備える。筐体１０内部には、カンチレバー２１が着脱可能なカンチレバー支持部２０と、レーザ光（検出光）を出射する光源部３０と、カンチレバー２１の変位を測定する変位測定部３１と、試料が載置される試料載置台３２とが配置されている。また、筐体１０上部には、光学顕微鏡３３が配置されている（例えば、特許文献１参照）。 The scanning probe microscope 101 includes a housing 10 and a control unit (not shown) that controls the entire scanning probe microscope 101. In the housing 10, a cantilever support unit 20 to which the cantilever 21 can be attached and detached, a light source unit 30 that emits laser light (detection light), a displacement measurement unit 31 that measures the displacement of the cantilever 21, and a sample are placed. A sample mounting table 32 is disposed. Further, an optical microscope 33 is disposed on the upper portion of the housing 10 (see, for example, Patent Document 1).

カンチレバー２１は、例えば長さ１００μｍ、幅３０μｍ、厚さ０．８μｍの板状体であり、先端部の下面に下方に向かって突出する先鋭な探針２１ａが形成されている。そして、カンチレバー２１の先端部の上面（背面）が、光源部３０からのレーザ光が照射されるための照射面となる。また、カンチレバー２１の他端部は、カンチレバー支持部２０の下端面に固定具（図示せず）で固定されるようになっている。固定具は、ねじやばね機構等の任意の固定手段を用いることができる。よって、測定者は、試料や測定目的に応じて複数種のカンチレバー２１の中から選択して取り付けて使用できるようになっている。 The cantilever 21 is, for example, a plate-like body having a length of 100 μm, a width of 30 μm, and a thickness of 0.8 μm, and a sharp probe 21 a that protrudes downward is formed on the lower surface of the tip portion. And the upper surface (back surface) of the front-end | tip part of the cantilever 21 becomes an irradiation surface for the laser beam from the light source part 30 to be irradiated. Further, the other end portion of the cantilever 21 is fixed to the lower end surface of the cantilever support portion 20 with a fixture (not shown). Arbitrary fixing means such as a screw or a spring mechanism can be used as the fixing tool. Therefore, the measurer can select and install from a plurality of types of cantilevers 21 according to the sample and the measurement purpose.

カンチレバー支持部２０は、筐体１０の右部に取り付けられており、支持部本体２２と支持レバー（図示せず）と固定具（図示せず）とを備える。そして、支持部本体２２が支持レバーによって筐体１０に対してＸ方向とＹ方向とＺ方向とに移動可能となっている。これにより、測定者は、支持部本体２２の下端面の所定位置にカンチレバー２１を固定具で取り付けるとともに、支持レバーを用いて筐体１０に対してＸ方向とＹ方向とＺ方向とに支持部本体２２を移動させることで、カンチレバー２１の位置を調整することができるようになっている。 The cantilever support portion 20 is attached to the right portion of the housing 10 and includes a support portion main body 22, a support lever (not shown), and a fixture (not shown). And the support part main body 22 can move to the X direction, the Y direction, and the Z direction with respect to the housing | casing 10 with a support lever. As a result, the measurer attaches the cantilever 21 to a predetermined position on the lower end surface of the support body 22 with the fixture, and uses the support lever to support the housing 10 in the X, Y, and Z directions. The position of the cantilever 21 can be adjusted by moving the main body 22.

光源部３０は、筐体１０の右上部に取り付けられており、レーザ光を出射するレーザ素子３０ａと、レーザ素子３０ａを移動させる駆動機構（図示せず）とを備える。そして、レーザ素子３０ａが駆動機構によって筐体１０に対して移動可能となっている。レーザ素子３０ａから出射されるレーザ光は、略左下方に向かって出射されており、その出射方向に垂直となる面では例えば直径５０μｍの円形状となっている。これにより、測定者は、駆動機構を用いて筐体１０に対してレーザ素子３０ａを移動させることで、レーザ光が照射される位置（スポット）を調整することができるようになっている。 The light source unit 30 is attached to the upper right part of the housing 10 and includes a laser element 30a that emits laser light and a drive mechanism (not shown) that moves the laser element 30a. The laser element 30a is movable with respect to the housing 10 by a drive mechanism. The laser light emitted from the laser element 30a is emitted substantially downward to the left, and has a circular shape with a diameter of 50 μm, for example, on a surface perpendicular to the emission direction. Thereby, the measurer can adjust the position (spot) irradiated with the laser light by moving the laser element 30a with respect to the housing 10 using the drive mechanism.

変位測定部３１は、筐体１０の左上部に取り付けられており、カンチレバー２１の背面で反射されたレーザ光を検出する光検出器３１ａを備える。よって、カンチレバー２１の背面からの反射光（レーザ光）の反射方向がカンチレバー２１のたわみ（変位）によって変化することを利用して、試料表面の形状を検出する。 The displacement measurement unit 31 is attached to the upper left part of the housing 10 and includes a photodetector 31 a that detects the laser light reflected by the back surface of the cantilever 21. Therefore, the shape of the sample surface is detected by utilizing the fact that the reflection direction of the reflected light (laser light) from the back surface of the cantilever 21 changes due to the deflection (displacement) of the cantilever 21.

試料載置台３２は、筐体１０の下部に取り付けられており、例えば平面視で直径１５ｍｍの円形状である載置面３２ａと、載置面３２ａの下部に取り付けられたピエゾスキャナ（走査手段）３２ｂとを備える。そして、載置面３２ａがピエゾスキャナ３２ｂによって筐体１０に対してＸ方向とＹ方向とＺ方向とに移動可能となっている。これにより、測定者は、載置面３２ａに試料を載置するとともに、ピエゾスキャナ３２ｂを用いて筐体１０に対してＸ方向とＹ方向とＺ方向とに載置面３２ａを移動させることで、測定前に試料の表面の初期位置を調整することができ、さらに測定中に試料の表面の測定位置をＸ方向とＹ方向とＺ方向とに走査することができるようになっている。 The sample mounting table 32 is attached to the lower part of the housing 10, for example, a circular mounting surface 32a having a diameter of 15 mm in plan view, and a piezo scanner (scanning means) attached to the lower part of the mounting surface 32a. 32b. The placement surface 32a can be moved in the X direction, the Y direction, and the Z direction with respect to the housing 10 by the piezo scanner 32b. Accordingly, the measurer places the sample on the placement surface 32a and moves the placement surface 32a in the X direction, the Y direction, and the Z direction with respect to the housing 10 using the piezo scanner 32b. The initial position of the surface of the sample can be adjusted before the measurement, and the measurement position on the surface of the sample can be scanned in the X, Y, and Z directions during the measurement.

ところで、このような走査型プローブ顕微鏡１０１では、カンチレバー２１は支持部本体２２に対して取り付け・取り外し自在となっている。よって、カンチレバー２１を交換した後には、レーザ光がカンチレバー２１の照射面に照射されるように、カンチレバー２１の位置を調整することが必要である。一般的にカンチレバー２１の長手方向の長さは０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度であるので、０．１ｍｍ以下のレベルでカンチレバー２１の位置を調整しなければならない。そのために、走査型プローブ顕微鏡１０１は光学顕微鏡３３を備えている。 By the way, in such a scanning probe microscope 101, the cantilever 21 can be attached to and detached from the support body 22. Therefore, after replacing the cantilever 21, it is necessary to adjust the position of the cantilever 21 so that the irradiation surface of the cantilever 21 is irradiated with the laser light. Generally, since the length of the cantilever 21 in the longitudinal direction is about 0.1 mm to 0.2 mm, the position of the cantilever 21 must be adjusted at a level of 0.1 mm or less. For this purpose, the scanning probe microscope 101 includes an optical microscope 33.

ここで、走査型プローブ顕微鏡１０１において、レーザ光がカンチレバー２１の照射面に照射されるように調整する光軸調整方法について説明する。図６は、光学顕微鏡３３で観察される画像の一例である。
まず、測定者は、載置面３２ａに試料を載置する。次に、測定者は、カンチレバー２１の照射面が光学顕微鏡３３の四角形の観察画像の中心の位置にセットされるように、光学顕微鏡３３の観察画像を観察しながら支持レバーを用いて支持部本体２２を移動させることで、カンチレバー２１の位置を調整する。次に、測定者は、レーザ光がカンチレバー２１の照射面に照射されるように、光学顕微鏡３３の観察画像を観察しながら光源部３０の駆動機構を用いてレーザ素子３０ａを移動させることで、レーザ光が照射されるスポットを調整する。 Here, an optical axis adjustment method for adjusting the laser beam to be irradiated onto the irradiation surface of the cantilever 21 in the scanning probe microscope 101 will be described. FIG. 6 is an example of an image observed with the optical microscope 33.
First, the measurer places a sample on the placement surface 32a. Next, the measurer uses the support lever while observing the observation image of the optical microscope 33 so that the irradiation surface of the cantilever 21 is set at the center position of the square observation image of the optical microscope 33. The position of the cantilever 21 is adjusted by moving 22. Next, the measurer moves the laser element 30a using the drive mechanism of the light source unit 30 while observing the observation image of the optical microscope 33 so that the irradiation surface of the cantilever 21 is irradiated with the laser light. The spot irradiated with the laser light is adjusted.

特開２０００−３２９７７２号公報JP 2000-329772 A

しかし、交換前のカンチレバー２１において、レーザ光のスポットはカンチレバー２１の照射面にセットされているので、交換後のカンチレバー２１の照射面からずれてしまうが、カンチレバー２１が存在する場所以外は空間であって、レーザ光が照射されるものは存在せず、交換後にレーザ光がどこを照射しているかを知ることができなかった。
もしくは、レーザ光が試料の表面に照射されても、光学顕微鏡３３の観察画像のピントはカンチレバー２１の照射面の高さに合っているため、測定者は光学顕微鏡３３の観察画像を観察しても、現在レーザ光がどこを照射しているかを知ることができなかった。
よって、測定者は、経験と勘とに基づいて光源部３０の駆動機構を用いてレーザ素子３０ａを移動させていた。すなわち、経験の浅い測定者は、操作において非常に多くの時間と労力を要するという問題点があった。 However, since the spot of the laser beam is set on the irradiation surface of the cantilever 21 in the cantilever 21 before the replacement, it is displaced from the irradiation surface of the cantilever 21 after the replacement, but in the space other than the place where the cantilever 21 exists. There was nothing to be irradiated with laser light, and it was impossible to know where the laser light was irradiated after replacement.
Alternatively, even when the surface of the sample is irradiated with the laser light, the focus of the observation image of the optical microscope 33 matches the height of the irradiation surface of the cantilever 21, so that the measurer observes the observation image of the optical microscope 33. However, it was not possible to know where the laser beam is currently irradiating.
Therefore, the measurer has moved the laser element 30a using the drive mechanism of the light source unit 30 based on experience and intuition. That is, there is a problem that an inexperienced measurer requires a great deal of time and labor in operation.

そこで、出願人は、レーザ光がカンチレバー２１の照射面に照射されるように調整する光軸調整方法について検討した。光軸調整を行う際、カンチレバー２１が存在する場所以外は空間であって、現在レーザ光がどこを照射しているかを知ることができないため、カンチレバー２１の下方に光学顕微鏡３３の観察画像のピントが合う補助照射面を形成するようにすることを見出した。また、走査型プローブ顕微鏡１０１に補助照射面を形成する場所がないため、光源部３０とカンチレバー支持部２０と変位測定部３１と光学顕微鏡３３とが、お互いの位置関係を維持したまま、試料を測定するための測定位置と、試料を交換するための準備位置とに試料載置台３２に対して移動可能となっている走査型プローブ顕微鏡を用いることにした。つまり、光源部３０とカンチレバー支持部２０と変位測定部３１と光学顕微鏡３３とが準備位置に配置されたときには、カンチレバー２１の下方に補助照射面が配置されるようにすることも見出した。 Therefore, the applicant studied an optical axis adjustment method for adjusting the laser beam so that the irradiation surface of the cantilever 21 is irradiated. When performing the optical axis adjustment, the space other than the location where the cantilever 21 exists is a space, and it is impossible to know where the laser beam is currently radiating, so the observation image of the optical microscope 33 is focused below the cantilever 21. It was found to form an auxiliary irradiation surface that matches. In addition, since there is no place for forming the auxiliary irradiation surface in the scanning probe microscope 101, the light source unit 30, the cantilever support unit 20, the displacement measuring unit 31, and the optical microscope 33 can be used while maintaining the positional relationship with each other. It was decided to use a scanning probe microscope that is movable with respect to the sample mounting table 32 at a measurement position for measurement and a preparation position for exchanging the sample. That is, it has also been found that when the light source unit 30, the cantilever support unit 20, the displacement measurement unit 31, and the optical microscope 33 are arranged at the preparation positions, the auxiliary irradiation surface is arranged below the cantilever 21.

すなわち、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、試料を載置する試料載置台と、検出光を出射する光源部と、前記検出光が照射されるための照射面を有するカンチレバーと、前記カンチレバーの照射面で反射した検出光を検出して、前記カンチレバーの変位を測定する変位測定部と、前記カンチレバーが着脱可能なカンチレバー支持部と、前記カンチレバーの照射面に検出光を照射するために観察される光学顕微鏡とを備える走査型プローブ顕微鏡であって、さらに、前記走査型プローブ顕微鏡は、前記光源部と前記カンチレバー支持部と前記変位測定部と前記光学顕微鏡とを、お互いの位置関係を維持した状態で移動させる移動機構を備え、前記光源部と前記カンチレバー支持部と前記変位測定部と前記光学顕微鏡とは、前記移動機構により、前記カンチレバーの下方に前記試料載置台が配置されて試料を測定する測定位置と、前記カンチレバーの下方に前記カンチレバーから所定距離内に補助照射面が配置されて前記カンチレバーの照射面に検出光が照射されるように調整するとともに、前記試料載置台に前記試料を載置する準備位置とに移動可能となっているようにしている。 That is, the scanning probe microscope of the present invention includes a sample mounting table on which a sample is mounted, a light source unit that emits detection light, a cantilever having an irradiation surface on which the detection light is irradiated, and irradiation of the cantilever Detected by detecting detection light reflected from the surface and measuring the displacement of the cantilever, a cantilever support portion to which the cantilever is detachable, and observed to irradiate the irradiation surface of the cantilever with the detection light A scanning probe microscope comprising an optical microscope , wherein the scanning probe microscope maintains the positional relationship between the light source unit, the cantilever support unit, the displacement measuring unit, and the optical microscope. in comprising a moving mechanism for moving, and the light source unit and the cantilever supporting part and the displacement measuring unit and the optical microscope, by the moving mechanism A measurement position the specimen table is disposed below the cantilever that measure the sample, auxiliary irradiation surface is disposed from said cantilever below the cantilever within a predetermined distance detection light irradiated surface of the cantilever There thereby adjusted so as to irradiate, and the Tei so that movable in the Preparation position for placing said sample in said sample mounting table.

ここで、「カンチレバーから所定距離内に配置される」とは、光学顕微鏡の観察画像のピントがカンチレバーの照射面の高さに合っていても、光学顕微鏡の観察画像で観察することができる距離のことをいい、例えばカンチレバーから１ｍｍ以内となる。
本発明の走査型プローブ顕微鏡によれば、まず、測定者は、光源部とカンチレバー支持部と変位測定部と光学顕微鏡とを準備位置に移動させる。次に、測定者は、試料載置台の載置面に試料を載置する。また、測定者等は、カンチレバーの照射面が光学顕微鏡の観察画像の中心の位置にセットされるように、光学顕微鏡の観察画像を利用してカンチレバーの位置を調整する。次に、測定者等は、レーザ光がカンチレバーの照射面に照射されるように、光学顕微鏡の観察画像を利用してレーザ光が照射されるスポットを調整する。このとき、レーザ光が照射される補助照射面が存在するので、測定者等は、現在レーザ光がどこを照射しているかを知ることができる。最後に、測定者は、光源部とカンチレバー支持部と変位測定部と光学顕微鏡とを測定位置に移動させる。 Here, “disposed within a predetermined distance from the cantilever” means a distance that can be observed with the observation image of the optical microscope even if the focus of the observation image of the optical microscope matches the height of the irradiation surface of the cantilever. For example, it is within 1 mm from the cantilever.
According to the scanning probe microscope of the present invention, first, the measurer moves the light source unit, the cantilever support unit, the displacement measurement unit, and the optical microscope to the preparation position. Next, the measurer places the sample on the placement surface of the sample placement table. The measurer or the like adjusts the position of the cantilever using the observation image of the optical microscope so that the irradiation surface of the cantilever is set at the center position of the observation image of the optical microscope. Next, the measurer or the like adjusts the spot irradiated with the laser beam using the observation image of the optical microscope so that the laser beam is irradiated onto the irradiation surface of the cantilever. At this time, since there is an auxiliary irradiation surface on which the laser beam is irradiated, the measurer or the like can know where the laser beam is currently irradiated. Finally, the measurer moves the light source unit, the cantilever support unit, the displacement measurement unit, and the optical microscope to the measurement position.

以上のように、本発明の走査型プローブ顕微鏡によれば、レーザ光がカンチレバーの照射面に照射されるように容易に調整することができる。 As described above, according to the scanning probe microscope of the present invention, it is possible to easily adjust the laser light so that the irradiation surface of the cantilever is irradiated.

（その他の課題を解決するための手段および効果）
また、本発明の走査型プローブ顕微鏡によれば、まず、測定者は、試料載置台を準備位置に移動させるとともに、補助照射面をカンチレバーの下方にカンチレバーから所定距離内に移動させる。次に、測定者は、試料載置台の載置面に試料を載置する。また、測定者等は、カンチレバーの照射面が光学顕微鏡の観察画像の中心の位置にセットされるように、光学顕微鏡の観察画像を利用してカンチレバーの位置を調整する。次に、測定者等は、レーザ光がカンチレバーの照射面に照射されるように、光学顕微鏡の観察画像を利用してレーザ光が照射されるスポットを調整する。このとき、レーザ光が照射される補助照射面が存在するので、測定者等は、現在レーザ光がどこを照射しているかを知ることができる。最後に、測定者は、試料載置台を測定位置に移動させるとともに、補助照射面を移動させる。これにより、レーザ光がカンチレバーの照射面に照射されるように容易に調整することができる。 (Means and effects for solving other problems)
Further , according to the scanning probe microscope of the present invention , first, the measurer moves the sample mounting table to the preparation position and moves the auxiliary irradiation surface below the cantilever within a predetermined distance from the cantilever. Next, the measurer places the sample on the placement surface of the sample placement table. The measurer or the like adjusts the position of the cantilever using the observation image of the optical microscope so that the irradiation surface of the cantilever is set at the center position of the observation image of the optical microscope. Next, the measurer or the like adjusts the spot irradiated with the laser beam using the observation image of the optical microscope so that the laser beam is irradiated onto the irradiation surface of the cantilever. At this time, since there is an auxiliary irradiation surface on which the laser beam is irradiated, the measurer or the like can know where the laser beam is currently irradiated. Lastly, the measurer moves the sample mounting table to the measurement position and moves the auxiliary irradiation surface. Thereby , it can adjust easily so that a laser beam may be irradiated to the irradiation surface of a cantilever .

また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、複数種のカンチレバーのそれぞれの形状情報を記憶する記憶部と、前記光学顕微鏡から観察画像を取得する制御部とを備え、前記制御部は、前記観察画像と前記形状情報とに基づいて前記カンチレバー支持部に取り付けられたカンチレバーの種類を判定するようにしてもよい。
さらに、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、前記制御部は、前記観察画像に基づいて前記光源部から照射される検出光の位置と、前記カンチレバーの照射面との位置関係を算出するようにしてもよい。これにより、光源部から照射される検出光の位置とカンチレバーの照射面との位置関係が算出されるので、レーザ光がカンチレバーの照射面に照射されるように容易に調整することができる。 Further, the scanning probe microscope of the present invention includes a storage unit that stores shape information of each of a plurality of types of cantilevers, and a control unit that acquires an observation image from the optical microscope, and the control unit includes the observation image. The type of cantilever attached to the cantilever support portion may be determined based on the shape information.
Furthermore, in the scanning probe microscope of the present invention, the control unit calculates a positional relationship between the position of the detection light irradiated from the light source unit and the irradiation surface of the cantilever based on the observation image. Also good. Thereby , since the positional relationship between the position of the detection light emitted from the light source unit and the irradiation surface of the cantilever is calculated, the laser light can be easily adjusted so as to be applied to the irradiation surface of the cantilever.

本発明の走査型プローブ顕微鏡の測定時の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure at the time of the measurement of the scanning probe microscope of this invention. 走査型プローブ顕微鏡の準備時の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure at the time of preparation of a scanning probe microscope. 光軸調整方法について説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the optical axis adjustment method. 光学顕微鏡で観察される画像の一例。An example of the image observed with an optical microscope. 走査型プローブ顕微鏡を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows a scanning probe microscope. 光学顕微鏡で観察される画像の一例。An example of the image observed with an optical microscope.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and it goes without saying that various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.

図１は、本発明の一実施形態である走査型プローブ顕微鏡の測定時の構成を示す概略図であり、図２は、走査型プローブ顕微鏡の準備時の構成を示す概略図である。なお、走査型プローブ顕微鏡１０１と同様のものについては、同じ符号を付している。
走査型プローブ顕微鏡１は、上部筐体１１と、ベース筐体１２と、走査型プローブ顕微鏡１全体を制御する制御部４０とを備える。上部筐体１１内部には、カンチレバー２１が着脱可能なカンチレバー支持部２０と、レーザ光（検出光）を出射する光源部３０と、カンチレバー２１の変位を測定する変位測定部３１とが配置されている。また、上部筐体１１上部には、光学顕微鏡３３が配置されている。一方、ベース筐体１２内部には、試料が載置される試料載置台３２と、補助照射面３４とが配置されている。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration at the time of measurement of a scanning probe microscope according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration at the time of preparation of the scanning probe microscope. The same reference numerals are assigned to the same components as those of the scanning probe microscope 101.
The scanning probe microscope 1 includes an upper housing 11, a base housing 12, and a control unit 40 that controls the entire scanning probe microscope 1. Inside the upper housing 11, a cantilever support portion 20 to which the cantilever 21 can be attached and detached, a light source portion 30 that emits laser light (detection light), and a displacement measurement portion 31 that measures the displacement of the cantilever 21 are arranged. Yes. An optical microscope 33 is disposed on the upper housing 11. On the other hand, a sample mounting table 32 on which a sample is mounted and an auxiliary irradiation surface 34 are arranged inside the base housing 12.

上部筐体１１は、ベース筐体１２に対して測定位置と準備位置とに移動機構３５によって移動可能となっている。すなわち、上部筐体１１に取り付けられたカンチレバー支持部２０と光源部３０と変位測定部３１とが、ベース筐体１２に取り付けられた試料載置台３２に対して移動可能となっている。これにより、ベース筐体１２が測定位置にあるときには、カンチレバー支持部２０のカンチレバー２１の下方には、試料載置台３２が配置されることになる（図１参照）。 The upper housing 11 is movable with respect to the base housing 12 by a moving mechanism 35 between a measurement position and a preparation position. That is, the cantilever support unit 20, the light source unit 30, and the displacement measurement unit 31 attached to the upper housing 11 are movable with respect to the sample mounting table 32 attached to the base housing 12. Thereby, when the base housing | casing 12 exists in a measurement position, the sample mounting base 32 is arrange | positioned under the cantilever 21 of the cantilever support part 20 (refer FIG. 1).

一方、ベース筐体１２が準備位置にあるときには、カンチレバー支持部２０のカンチレバー２１の下方には、補助照射面３４が配置されることになる（図２参照）。補助照射面３４は、例えば平面視で直径１５ｍｍの円形状となっており、カンチレバー２１の下方にカンチレバー２１から所定距離（例えば１ｍｍ）に配置される。これにより、光学顕微鏡３３の観察画像のピントがカンチレバー２１の照射面の高さに合っていても、光学顕微鏡３３の観察画像で補助照射面３４も観察することができる。よって、現在レーザ光がどこを照射しているかを知ることができる。なお、補助照射面３４を照明するための照明装置が、補助照射面３４の上方又は下方に配置されていてもよい。 On the other hand, when the base housing 12 is in the preparation position, the auxiliary irradiation surface 34 is disposed below the cantilever 21 of the cantilever support portion 20 (see FIG. 2). The auxiliary irradiation surface 34 has a circular shape with a diameter of 15 mm in a plan view, for example, and is disposed below the cantilever 21 at a predetermined distance (for example, 1 mm) from the cantilever 21. Thereby, even if the focus of the observation image of the optical microscope 33 matches the height of the irradiation surface of the cantilever 21, the auxiliary irradiation surface 34 can also be observed with the observation image of the optical microscope 33. Therefore, it can be known where the laser beam is currently radiating. An illumination device for illuminating the auxiliary irradiation surface 34 may be disposed above or below the auxiliary irradiation surface 34.

制御部４０は、ＣＰＵ４１とメモリ４２と表示装置４３と入力装置４４とを備える。また、ＣＰＵ４１が処理する機能をブロック化して説明すると、光学顕微鏡３３から観察画像を取得する観察画像取得部４１ａと、カンチレバー２１の種類を判定する判定部４１ｂと、光源部３０から照射されるレーザ光の位置とカンチレバー２１の照射面との位置関係を算出する算出部４１ｃと、光検出器３１ａからの信号を取得する測定部４１ｄとを有する。さらに、メモリ４２には、複数種のカンチレバー２１のそれぞれの形状情報（サイズ）が予め記憶されている。 The control unit 40 includes a CPU 41, a memory 42, a display device 43, and an input device 44. Further, the function processed by the CPU 41 will be described as a block. An observation image acquisition unit 41 a that acquires an observation image from the optical microscope 33, a determination unit 41 b that determines the type of the cantilever 21, and a laser emitted from the light source unit 30. A calculation unit 41c that calculates the positional relationship between the position of light and the irradiation surface of the cantilever 21 and a measurement unit 41d that acquires a signal from the photodetector 31a. Further, the memory 42 stores in advance the shape information (size) of each of the multiple types of cantilevers 21.

判定部４１ｂは、観察画像取得部４１ａで取得された観察画像と、メモリ４２に記憶された形状情報とに基づいて、カンチレバー支持部２０に取り付けられたカンチレバー２１の種類を判定して判定情報を作成する制御を行う。
算出部４１ｃは、観察画像取得部４１ａで取得された観察画像と、判定部４１ｂで作成された判定情報とに基づいて、光源部３０から照射されるレーザ光の位置とカンチレバー２１の照射面との位置関係を算出して、レーザ光がカンチレバー２１の照射面に照射されるために必要となるレーザ素子３０ａの移動方向と移動量とを表示装置４３に表示する制御を行う。 The determination unit 41b determines the type of the cantilever 21 attached to the cantilever support unit 20 based on the observation image acquired by the observation image acquisition unit 41a and the shape information stored in the memory 42, and determines the determination information. Control to create.
Based on the observation image acquired by the observation image acquisition unit 41a and the determination information created by the determination unit 41b, the calculation unit 41c determines the position of the laser light emitted from the light source unit 30 and the irradiation surface of the cantilever 21. Is calculated, and the display device 43 is controlled to display the moving direction and the moving amount of the laser element 30a necessary for the laser light to be irradiated onto the irradiation surface of the cantilever 21.

ここで、走査型プローブ顕微鏡１において、レーザ光がカンチレバー２１の照射面に照射されるように調整する光軸調整方法について説明する。図３は、光軸調整方法について説明するためのフローチャートである。また、図４は、光学顕微鏡３３で観察される画像の一例である。
まず、ステップＳ１０１の処理において、測定者は、上部筐体１１を準備位置に移動させる。 Here, in the scanning probe microscope 1, an optical axis adjustment method for adjusting the laser light so that the irradiation surface of the cantilever 21 is irradiated will be described. FIG. 3 is a flowchart for explaining the optical axis adjustment method. FIG. 4 is an example of an image observed with the optical microscope 33.
First, in the process of step S101, the measurer moves the upper housing 11 to the preparation position.

次に、ステップＳ１０２の処理において、測定者は、載置面３２ａに試料を載置する。このとき、載置面３２ａに試料を載置することができるように、載置面３２ａの上方から上部筐体１１が取り除かれている。
また、ステップＳ１０３の処理において、測定者は、カンチレバー２１の照射面が光学顕微鏡３３の四角形の観察画像の中心の位置にセットされるように、光学顕微鏡３３の観察画像を観察しながら支持レバーを用いて支持部本体２２を移動させることで、カンチレバー２１の位置を調整する。 Next, in the process of step S102, the measurer places a sample on the placement surface 32a. At this time, the upper housing 11 is removed from above the placement surface 32a so that the sample can be placed on the placement surface 32a.
In the process of step S103, the measurer moves the support lever while observing the observation image of the optical microscope 33 so that the irradiation surface of the cantilever 21 is set at the center position of the square observation image of the optical microscope 33. The position of the cantilever 21 is adjusted by moving the support portion main body 22 by using it.

次に、ステップＳ１０４の処理において、観察画像取得部４１ａは、光学顕微鏡３３から観察画像を取得する。このとき、レーザ光が照射される補助照射面３４が存在するので、観察画像取得部４１ａは、現在レーザ光がどこを照射しているかを知ることができる。
次に、ステップＳ１０５の処理において、判定部４１ｂは、観察画像取得部４１ａで取得された観察画像と、メモリ４２に記憶された形状情報とに基づいて、カンチレバー支持部２０に取り付けられたカンチレバー２１の種類を判定する。 Next, in the process of step S <b> 104, the observation image acquisition unit 41 a acquires an observation image from the optical microscope 33. At this time, since the auxiliary irradiation surface 34 on which the laser beam is irradiated exists, the observation image acquisition unit 41a can know where the laser beam is currently irradiated.
Next, in the process of step S <b> 105, the determination unit 41 b cantilever 21 attached to the cantilever support unit 20 based on the observation image acquired by the observation image acquisition unit 41 a and the shape information stored in the memory 42. Determine the type.

ステップＳ１０５の処理において判定部４１ｂがカンチレバー２１の種類を判定できたときには、ステップＳ１０６の処理において、判定部４１ｂは判定情報を作成する。一方、ステップＳ１０５の処理において判定部４１ｂがカンチレバー２１の種類を判定できなかったときには、ステップＳ１０７の処理において、判定部４１ｂはカンチレバー２１の種類が判定できなかったことを表示装置４３に表示し、測定者自身が入力装置４４を用いてカンチレバー２１の種類を入力して、判定情報を作成する。 When the determination unit 41b can determine the type of the cantilever 21 in the process of step S105, the determination unit 41b creates determination information in the process of step S106. On the other hand, when the determination unit 41b cannot determine the type of the cantilever 21 in the process of step S105, the determination unit 41b displays on the display device 43 that the type of the cantilever 21 cannot be determined in the process of step S107. The measurer himself inputs the type of the cantilever 21 using the input device 44 and creates determination information.

次に、ステップＳ１０６の処理又はステップＳ１０７の処理が終了したときには、ステップＳ１０８の処理において、算出部４１ｃは、観察画像取得部４１ａで取得された観察画像と、判定情報とに基づいて、光源部３０から照射されるレーザ光の位置とカンチレバー２１の照射面との位置関係を算出することができるか否かを判定する。光源部３０から照射されるレーザ光の位置とカンチレバー２１の照射面との位置関係を算出することができると判定したときには、ステップＳ１０９の処理において、算出部４１ｃは、レーザ光がカンチレバー２１の照射面に照射されるために必要となるレーザ素子３０ａの移動方向と移動量とを表示装置４３に表示する。 Next, when the process of step S106 or the process of step S107 is completed, in the process of step S108, the calculation unit 41c uses the light source unit based on the observation image acquired by the observation image acquisition unit 41a and the determination information. It is determined whether or not the positional relationship between the position of the laser beam irradiated from 30 and the irradiation surface of the cantilever 21 can be calculated. When it is determined that the positional relationship between the position of the laser light emitted from the light source unit 30 and the irradiation surface of the cantilever 21 can be calculated, in the process of step S109, the calculation unit 41c irradiates the cantilever 21 with the laser light. The moving direction and the moving amount of the laser element 30a necessary for irradiating the surface are displayed on the display device 43.

一方、光源部３０から照射されるレーザ光の位置とカンチレバー２１の照射面との位置関係を算出することがでないと判定したときには、ステップＳ１０４の処理に戻る。
次に、ステップＳ１１０の処理において、測定者は、表示装置４３に表示されたレーザ素子３０ａの移動方向と移動量とを参考にして光学顕微鏡３３の観察画像を観察しながら、レーザ光がカンチレバー２１の照射面に照射されるように、光源部３０の駆動機構を用いてレーザ素子３０ａを移動させることで、レーザ光が照射されるスポットを調整する。 On the other hand, when it is determined that the positional relationship between the position of the laser light emitted from the light source unit 30 and the irradiation surface of the cantilever 21 cannot be calculated, the process returns to step S104.
Next, in the process of step S110, the measurer observes the observation image of the optical microscope 33 with reference to the moving direction and the moving amount of the laser element 30a displayed on the display device 43, and the laser light is cantilever 21. The spot irradiated with the laser beam is adjusted by moving the laser element 30a using the drive mechanism of the light source unit 30 so as to irradiate the irradiation surface.

次に、ステップＳ１１１の処理において、測定者は、上部筐体１１を測定位置に移動させる。すなわち、光源部３０とカンチレバー支持部２０と変位測定部３１と光学顕微鏡３３とを測定位置に移動させる。このとき、光源部３０とカンチレバー支持部２０と変位測定部３１と光学顕微鏡３３とは、お互いの位置関係を維持したまま移動するので、上部筐体１１が測定位置に移動しても、レーザ光はカンチレバー２１の照射面に照射されることになる。 Next, in the process of step S111, the measurer moves the upper housing 11 to the measurement position. That is, the light source unit 30, the cantilever support unit 20, the displacement measurement unit 31, and the optical microscope 33 are moved to the measurement position. At this time, the light source unit 30, the cantilever support unit 20, the displacement measurement unit 31, and the optical microscope 33 move while maintaining their positional relationship, so even if the upper casing 11 moves to the measurement position, the laser beam Is irradiated onto the irradiation surface of the cantilever 21.

以上のように、本発明の走査型プローブ顕微鏡１によれば、レーザ光がカンチレバー２１の照射面に照射されるように容易に調整することができる。 As described above, according to the scanning probe microscope 1 of the present invention, it is possible to easily adjust the laser light so that the irradiation surface of the cantilever 21 is irradiated.

＜他の実施形態＞
（１）上述した走査型プローブ顕微鏡１では、カンチレバー２１の種類を判定する判定部４１ｂを備える構成を示したが、判定部を備えないような構成としてもよい。
（２）上述した走査型プローブ顕微鏡１では、上部筐体１１は、ベース筐体１２に対して測定位置と準備位置とに移動機構３５によって移動可能となっている構成を示したが、上部筐体１１は固定されており、補助照射面３４と試料載置台３２（ベース筐体１２）が移動可能となっているような構成としてもよい。 <Other embodiments>
(1) In the scanning probe microscope 1 described above, the configuration including the determination unit 41b that determines the type of the cantilever 21 is shown. However, the configuration may be such that the determination unit is not included.
(2) In the scanning probe microscope 1 described above, the upper casing 11 is configured to be movable with respect to the base casing 12 by the moving mechanism 35 between the measurement position and the preparation position. The body 11 may be fixed, and the auxiliary irradiation surface 34 and the sample mounting table 32 (base housing 12) may be movable.

本発明は、試料表面の観察に適した走査型プローブ顕微鏡等に使用することができる。 The present invention can be used for a scanning probe microscope suitable for observing a sample surface.

１走査型プローブ顕微鏡
２０カンチレバー支持部
２１カンチレバー
３０光源部
３１変位測定部
３２試料載置台
３２ａ載置面
３３光学顕微鏡
３４補助照射面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Scanning probe microscope 20 Cantilever support part 21 Cantilever 30 Light source part 31 Displacement measurement part 32 Sample mounting base 32a Mounting surface 33 Optical microscope 34 Auxiliary irradiation surface

Claims

A sample mounting table for mounting the sample;
A light source that emits detection light;
A cantilever having an irradiation surface for irradiation with the detection light;
A displacement measuring unit that detects the detection light reflected by the irradiation surface of the cantilever and measures the displacement of the cantilever;
A cantilever support part to which the cantilever is detachable;
A scanning probe microscope comprising an optical microscope that is observed for irradiating the irradiation surface of the cantilever with detection light,
Furthermore, the scanning probe microscope includes a moving mechanism that moves the light source unit, the cantilever support unit, the displacement measuring unit, and the optical microscope while maintaining a mutual positional relationship.
Wherein the light source unit and the cantilever supporting part and the displacement measuring unit and the optical microscope, by the moving mechanism, the measurement position the disposed the specimen table is below the cantilever that measure the sample, the cantilever while adjusting so that the detection light to the irradiated surface of the cantilever from the cantilever downwardly auxiliary irradiation surface is disposed within a predetermined distance are irradiated, and prepare position for placing said sample in said sample mounting table scanning probe microscope according to claim Tei Rukoto movable in.

A storage unit for storing shape information of each of the plurality of types of cantilevers;
A control unit for obtaining an observation image from the optical microscope,
The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the control unit determines a type of a cantilever attached to the cantilever support unit based on the observation image and the shape information.

The scanning probe according to claim 2 , wherein the control unit calculates a positional relationship between a position of detection light emitted from the light source unit and an irradiation surface of the cantilever based on the observation image. microscope.