JPH04110713A - Scanning type probe microscope - Google Patents

Scanning type probe microscope

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Publication number
JPH04110713A
JPH04110713A JP23010090A JP23010090A JPH04110713A JP H04110713 A JPH04110713 A JP H04110713A JP 23010090 A JP23010090 A JP 23010090A JP 23010090 A JP23010090 A JP 23010090A JP H04110713 A JPH04110713 A JP H04110713A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
cantilever
support member
photoelectric conversion
free end
Prior art date
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Pending
Application number
JP23010090A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kajimura
梶村 宏
Jun Funazaki
純 船崎
Hideo Tomabechi
苫米地 英夫
Hiroshi Tazaki
田崎 洋志
Keisuke Saito
圭介 斎藤
Yasushi Nakamura
泰 中村
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.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
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Priority to US07/748,687 priority patent/US5231286A/en
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Abstract

PURPOSE:To measure the surface of sample accurately be deflecting the optical beam to three directions with an optical deflecting element provided in a photowaveguide passage, and detecting displacement of a probe supporting member with the electrical signal from photoelectric transfer elements receiving the light. CONSTITUTION:The optical beam deflected to three directions by an optical deflecting element provided in a photowaveguide passage is converged on photoelectric transfer elements 17 - 19 to form image-formations O8, O12, O13. The elements 17 - 19 output the electrical signal corresponding to positions of the image-formations O8, O12, O13 to differential circuits 25 - 27. The differential circuits 25 - 27 output the differential signal output Stheta, SH, SV in response to the received electrical signal. The output SV is supplied to a comparison/switch circuit 30, in which the reference signal Ry is input, to stop a coarse adjustment 22 in response to the signal Ry, and drive a Z servo 31 to control a three- dimensional fine adjustment 23. The output Stheta, SH are respectively output to a theta servo 32, a epsilonH servo 33. Servo control in Z direction of a probe and servo control for compensating a shift quantity in X, Y directions can be thereby performed.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、試料の微細な表面形状を観察する走査型プロ
ーブ顕微鏡に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a scanning probe microscope for observing minute surface shapes of samples.

[従来の技術] 従来、走査型プローブ顕微鏡として、走査型トンネル顕
微鏡(STM)  原子開力顕微鏡(AFM)、磁気力
顕微鏡(MFM)等が知られている。
[Prior Art] Conventionally, scanning tunneling microscopes (STM), atomic force microscopes (AFM), magnetic force microscopes (MFM), and the like are known as scanning probe microscopes.

走査型トンネル顕微鏡(STM)は、ビニッヒ(Bin
nig)、ローラ(Rohrer)等によって1982
年に提案された装置であり、導電性試料の表面形状を原
子オーダーで観察することができ得る。
The scanning tunneling microscope (STM) is manufactured by Binnig.
nig), Rohrer et al. in 1982
This device was proposed in 2012, and is capable of observing the surface shape of conductive samples on the atomic order.

この走査型トンネル顕微鏡についての詳細はr G、B
i nni ng 、H、Rohrer、Ch、Ger
ber、 and 、E、Weibel ;5urra
ce 5tudies by Scanning Tu
nneling旧croscope、Phys、Rev
、Lett、、Vol、4957(1982)J中に記
述されている。走査型トンネル顕微鏡は、導電性の探針
を有し、この探針は、導電性試料の近傍に支持される。
For more information about this scanning tunneling microscope, see r G, B.
i nni ng, H., Rohrer, Ch., Ger.
ber, and , E, Weibel ;5urra
ce 5tudies by Scanning Tu
nneling old croscope, Phys, Rev
, Lett, Vol. 4957 (1982) J. A scanning tunneling microscope has a conductive probe that is supported near a conductive sample.

例えば、探針先端を試料表面にins程度まで近付け、
探針と試料との間に電圧を印加すると両者間にトンネル
電流が流れる。このトンネル電流は、探針と試料との間
の距離に依存して変化し、その大きさは、0.1r++
gの距離変化に対して1折径度変化する。探針は、試料
表面に沿って移動(例えば、ラスター走査)されるが、
この移動の間、探針と試料との間に流れるトンネル電流
値が一定となるように、探針と試料との間の距離を調整
する圧電体に制御電圧を印加し、探針と試料との間の距
離を一定に保つ。この結果、探針先端は、試料の表面形
状を反映した曲面上を移動する。従って、試料の表面形
状を示す3次元像が圧電体に印加した制御電圧から算出
される探針先端の位置データに基づいて構成される。
For example, by bringing the tip of the probe as close as ins to the sample surface,
When a voltage is applied between the probe and the sample, a tunnel current flows between the two. This tunneling current changes depending on the distance between the tip and the sample, and its magnitude is 0.1r++
The fold diameter changes by one degree with respect to a distance change in g. The probe is moved (e.g. raster scanned) along the sample surface,
During this movement, a control voltage is applied to the piezoelectric body that adjusts the distance between the tip and the sample so that the value of the tunneling current flowing between the tip and the sample remains constant. Keep the distance between them constant. As a result, the tip of the probe moves on a curved surface that reflects the surface shape of the sample. Therefore, a three-dimensional image showing the surface shape of the sample is constructed based on the position data of the tip of the probe calculated from the control voltage applied to the piezoelectric body.

また、絶縁体の表面形状を原子オーダーで観察すること
のできる装置として原子開力顕微鏡(AFM)が提案さ
れている。この詳細はr G、B1nn1g、C,F、
Quate;Atomic Force Micros
cope。
Furthermore, an atomic force microscope (AFM) has been proposed as a device capable of observing the surface shape of an insulator on the atomic order. The details are r G, B1nn1g, C, F,
Quant; Atomic Force Micros
copy.

Phys、Rev、Lett、、Vol、58930(
198B) J中に記述されている。この原子開力顕微
鏡では、探針は柔軟なカンチレバーによって支持されて
いる。探針が試料表面に近付くと、探針先端の原子と試
料表面の原子との間には、ファンデル・ワールス(va
nder vaals)相互作用による引力が働き、さ
らに原子の結合距離程度まで近付けると1.<ウリ(P
auli)の排他律による斥力が働く。これらの引力お
よび斥力(原子間力)は10−9〜IQ−12[N]と
非常に小さい。探針先端の原子が原子間力を受けると、
その大きさに応じてカンチレバーが変位する。探針を試
料表面に沿って走査させると、試料表面の凹凸に対応し
て探針と試料との間の距離が変化するため、カンチレバ
ーが変位する。
Phys, Rev. Lett., Vol. 58930 (
198B) Described in J. In this atomic force microscope, the probe is supported by a flexible cantilever. When the probe approaches the sample surface, there is a van der Waals (va) gap between the atoms at the tip of the probe and the atoms on the sample surface.
(under vals) interaction acts, and when the atoms are brought closer to the bond distance, 1. <Uri (P
auli)'s exclusion law works. These attractive forces and repulsive forces (atomic forces) are very small at 10-9 to IQ-12 [N]. When the atom at the tip of the probe receives an atomic force,
The cantilever is displaced depending on its size. When the probe is scanned along the sample surface, the distance between the probe and the sample changes in accordance with the unevenness of the sample surface, causing the cantilever to be displaced.

このカンチレバーの変位量を検出し、圧電体などの微動
素子をフィードバック制御して、カンチレバーの変位量
を一定に保つ。このときの圧電体への印加電圧は表面形
状に依存しているので、印加電圧情報より試料表面の凹
凸像が得られる。
The amount of displacement of the cantilever is detected, and a fine movement element such as a piezoelectric body is feedback-controlled to keep the amount of displacement of the cantilever constant. Since the voltage applied to the piezoelectric body at this time depends on the surface shape, an uneven image of the sample surface can be obtained from the applied voltage information.

また、磁気力顕微鏡(MFM)は、磁性体材料で形成さ
れた探針を有し、この構成は基本的に原子開力顕微鏡と
同様である。この場合も原子開力顕微鏡と同様に探針と
試料の磁性粒子との間に働く磁力を一定に保ちなから探
針を試料表面に対して走査させることによって、試料表
面の凹凸像を得ることができる。
Further, a magnetic force microscope (MFM) has a probe made of a magnetic material, and this configuration is basically the same as that of an atomic force microscope. In this case, as in the case of an atomic force microscope, by keeping the magnetic force acting between the probe and the magnetic particles of the sample constant and scanning the sample surface with the probe, an uneven image of the sample surface can be obtained. I can do it.

なお、原子開力顕微鏡又は磁気力顕微鏡に用いられるカ
ンチレバーに設けられた探針を導電性物質で構成し、ト
ンネル電流を検出できるようにすれば、原子開力顕微鏡
又は磁気力顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡とを兼用させ
ることができ得る。
In addition, if the probe attached to the cantilever used in an atomic force microscope or magnetic force microscope is made of a conductive material and can detect tunnel current, it is possible to combine the atomic force microscope or magnetic force microscope with scanning tunneling. It can also be used as a microscope.

[発明が解決しようとする課題] 上述したようなAFM又はMFMで使用されるカンチレ
バーを第6図及び第7図を参照して説明する。
[Problems to be Solved by the Invention] A cantilever used in AFM or MFM as described above will be explained with reference to FIGS. 6 and 7.

図中、符号1は、5in2 (又は5i3N4)製、外
形が長方形形状の片持ちカンチレバーを示す。第6図の
カンチレバー1は、基端部側(以下、底辺部すとする)
がパイレックスガラス2に装着されている。探針3は、
前記底辺部すとは反対側のカンチレバー1の先端部裏面
に、下方に微少量延出させて設けられている。この探針
3は、S i O2(’)m着後、この蒸着面上に開口
マスクをほぼ針の長さ分離間させて配置し、このマスク
の上から蒸着物質を堆積させていく過程で、中心に向か
って円錐状に尖らせて形成したものである。
In the figure, reference numeral 1 indicates a cantilever made of 5in2 (or 5i3N4) and having a rectangular outer shape. The cantilever 1 in Fig. 6 is on the proximal end side (hereinafter referred to as the bottom side).
is attached to Pyrex glass 2. The probe 3 is
It is provided on the back surface of the tip end of the cantilever 1 on the opposite side to the bottom side so as to extend downward by a small amount. After depositing SiO2(')m, this probe 3 places an aperture mask on the vapor deposition surface with a distance of about the length of the needle, and in the process of depositing the vapor deposition material from above this mask. , which is shaped like a cone and pointed toward the center.

また、カンチレバー1は、例えば、原子間力又は磁力等
の微小な力に対して、大きな変位を得るために、できる
だけ軽量且つ弾性係数の大きい物質を用いて薄板状に形
成されている。
Further, the cantilever 1 is formed into a thin plate shape using a material that is as light as possible and has a large elastic modulus in order to obtain a large displacement in response to a minute force such as an atomic force or a magnetic force.

ところで、例えば、厚さa1底辺部b1長さ1の形状の
片持ちバネの先端部に外力Fを負荷したときの先端部の
Z方向の変位ε7は、 εv−413F/a’ bE−−−−−−−(1)また
、第6図中、Y方向の変位εHは、εo −413F/
a b3E−−= (2)E;カンチレバーの長平方向
の弾性係数と夫々表される。
By the way, for example, when an external force F is applied to the tip of a cantilever spring having a thickness a1, a base part b1, and a length 1, the displacement ε7 of the tip in the Z direction is εv-413F/a' bE--- ----(1) Also, in Fig. 6, the displacement εH in the Y direction is εo −413F/
a b3E--= (2) E: Represented as the elastic modulus of the cantilever in the longitudinal direction.

この(1)及び(2)式がら1を長く、aを薄く、bを
小さくするとεV、ε□を夫々大きくすることができ得
る。
From equations (1) and (2), if 1 is made longer, a is made thinner, and b is made smaller, εV and ε□ can be made larger.

しかし、このようにカンチレバー1を長くすると、固有
振動数が低下し、走査時における試料の凹凸に追従する
応答性が低下する。
However, when the cantilever 1 is lengthened in this way, the natural frequency is lowered, and the response to follow the irregularities of the sample during scanning is lowered.

ここで弾性物質の固有振動数f。は、 f o = (E/ mo ) ”’ / 2 yr−
(3)mo ;弾性物質の負荷となる実行質量の式で算
出される。
Here, the natural frequency f of the elastic material. is f o = (E/ mo ) ”' / 2 yr−
(3) mo: Calculated using the formula for the effective mass serving as the load on the elastic material.

そこで、(3)式から明らかなように、カンチレバー1
を全体に薄く、幅狭の長方形形状とし、先端部に設けら
れた探針3を小型化することで実行質量が小さくなると
共に、固有振動数を上げることができ得る。
Therefore, as is clear from equation (3), cantilever 1
By making the overall thin and narrow rectangular shape and downsizing the probe 3 provided at the tip, the effective mass can be reduced and the natural frequency can be increased.

今日、カンチレバーの形状は、(厚さa1底辺部b、長
さl)が、夫々、(0,3,80,100)[μmコ 
又は、(0,6,120,200)[μm]等で、探針
の長さは2μm程度である。
Today, the shape of a cantilever is such that (thickness a1 base part b, length l) are (0, 3, 80, 100) [μm
Or (0, 6, 120, 200) [μm], etc., and the length of the probe is about 2 μm.

しかし、探針3を小型化するため短くすると、探針3の
先端が試料に対して0.1〜10nm程度まで接近した
場合、カンチレバー1の面及びパイレックスガラス2の
下面が、試料に対して2μm程度まで接近する。この結
果、表面形状が凹凸状の試料では、カンチレバー1及び
パイレックスガラス2の基板が試料に衝突する危険性が
ある。
However, if the tip of the probe 3 is shortened to make it smaller, when the tip of the probe 3 comes close to the sample by about 0.1 to 10 nm, the surface of the cantilever 1 and the bottom surface of the Pyrex glass 2 will be Get close to about 2 μm. As a result, in the case of a sample having an uneven surface shape, there is a risk that the cantilever 1 and the substrate of the Pyrex glass 2 will collide with the sample.

従って、試料とカンチレバー1との間隔を十分に保ち、
上述のような衝突が生じることなく試料表面を測定する
ためには、探針3は十分な長さが必要である。
Therefore, maintain a sufficient distance between the sample and the cantilever 1,
In order to measure the sample surface without causing the above-mentioned collision, the probe 3 needs to have a sufficient length.

しかし、探針3を長くすると、前述した質量増加の問題
が生じてしまうばかりでなく、探針3を試料表面に沿っ
てAFM又はMFM動作させる際、カンチレバー1の作
製上の歪み、試料から探針先端に作用する分子間吸着力
、ファンデルワールス力等の原子間力により、探針3の
先端位置は試料表面方向にシフトしてしまい、結果、測
定誤差を生じる恐れがある。
However, if the probe 3 is lengthened, not only will the above-mentioned problem of increase in mass occur, but when the probe 3 is operated along the sample surface by AFM or MFM, there will be distortion in the fabrication of the cantilever 1, and the probe from the sample may be Due to atomic forces such as intermolecular adsorption force and van der Waals force acting on the needle tip, the tip position of the probe 3 shifts toward the sample surface, which may result in measurement errors.

この対策として、第6図のカンチレバー1の底辺部すを
大きくすることで、第7図に示すような、R方向へのね
じれ回転量を最小にし得る方法がある。
As a countermeasure against this problem, there is a method of minimizing the amount of torsional rotation in the R direction as shown in FIG. 7 by increasing the bottom side of the cantilever 1 shown in FIG.

カンチレバー先端に探針を介して剪断力が作用すること
で生じる回転モーメントTによるカンチレバー1の先端
部の変位角θは、 θ−31T/ a ’ b G    −−−−・−(
4)G;カンチレバーの横弾性係数 で表される。
The displacement angle θ of the tip of the cantilever 1 due to the rotational moment T caused by the shearing force acting on the tip of the cantilever through the probe is: θ-31T/ a ' b G ------・-(
4) G: Represented by the transverse elastic modulus of the cantilever.

この時の探針先端のシフト量ΔMは、 6M −d Sinθ     ・・・・・・・・・(
5)により演算される。
The shift amount ΔM of the tip of the probe at this time is 6M − d Sinθ ・・・・・・・・・(
5) is calculated.

しかし、たとえ上述したように底辺部すを大きくしたと
しても、前記剪断力の影響を完全になくすことは不可能
であり、また、この場合、底辺部すを大きくしたことで
カンチレバーの質量が大きくなり、カンチレバーの固有
振動数が低下して資料表面の凹凸に対する応答性が悪く
なるという問題が生じてしまう。
However, even if the base part is made larger as described above, it is impossible to completely eliminate the effect of the shearing force, and in this case, the large base part increases the mass of the cantilever. This causes a problem in that the natural frequency of the cantilever decreases and the response to irregularities on the surface of the material deteriorates.

本発明は、このような課題を解決するためになされたも
ので、その目的とするところは、探針を長くし且つカン
チレバーを長くしたときにも、カンチレバー先端部に加
えられた原子間力に応じた先端部の変位ε9、ε□と、
探針先端に作用する原子間力等の外力を受けて生じる試
料表面方向の回転モーメントTに応じた回転変位角θと
を正確に検出すると共に、試料表面方向(XY部方向へ
の探針先端のシフト量を正確に検出し、シフトによる測
定誤差を補正することで、長い探針の持つ長所を活かし
た試料表面の精密測定ができる走査型プローブ顕微鏡を
提供することにある。
The present invention was made to solve these problems, and its purpose is to reduce the atomic force applied to the tip of the cantilever even when the probe is lengthened and the cantilever is lengthened. The corresponding tip displacement ε9, ε□,
It accurately detects the rotational displacement angle θ corresponding to the rotational moment T in the direction of the sample surface caused by external forces such as atomic forces acting on the tip of the probe. The object of the present invention is to provide a scanning probe microscope that can precisely measure the surface of a sample by taking advantage of the advantages of a long probe by accurately detecting the amount of shift and correcting measurement errors caused by the shift.

[課題を解決するための手段] このような課題を解決するために、本発明の走査型プロ
ーブ顕微鏡は、自由端部と固定端部とを有し、前記自由
端部に探針が設けられた探針支持部材と、 この探針支持部材の固定端部に設けられたレーザー光源
と、 このレーザー光源からのレーザービームを前記探針支持
部材の自由端部へ導く光導波路と、この光導波路に設け
られ、前記レーザービームを互いに直交する3方向のレ
ーザービームに分離させる光学素子と、 これら分離された夫々のレーザービームを受光し、対応
する電気信号に夫々変換して出力する光電変換素子と、 前記電気信号を夫々受信して所定の演算処理を施す演算
手段と、を備えたことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to solve such problems, the scanning probe microscope of the present invention has a free end portion and a fixed end portion, and a probe is provided on the free end portion. a probe support member; a laser light source provided at a fixed end of the probe support member; an optical waveguide that guides a laser beam from the laser light source to a free end of the probe support member; an optical element that is installed in the laser beam and separates the laser beam into three laser beams perpendicular to each other; and a photoelectric conversion element that receives each of the separated laser beams, converts them into corresponding electrical signals, and outputs them. The present invention is characterized by comprising: a calculation means for receiving each of the electric signals and performing predetermined calculation processing on the received electric signals.

また、本発明は、自由端部と固定端部とを有し、前記自
由端部に探針が設けられた探針支持部材と、 この探針支持部材の固定端部に設けられたレーザー光源
と、 このレーザー光源からのレーザービームを前記探針支持
部材の自由端部先端に設けられた開口へ導く光導波路と
、 前記開口から射出された前記レーザービームを受光し、
電気信号に変換して出力する第1の光電変換素子と、 前記光導波路中に設けられ、前記レーザービームを、前
記光導波路の長手方向に対して互いに直交する方向に偏
向させる第1及び第2の光学素子と、 これら第1及び第2の光学素子で夫々偏向された前記レ
ーザービームを夫々受光し、電気信号に変換して出力す
る第2及び第3の光電変換素子と、前記電気信号を夫々
受信して所定の演算処理を施す演算手段と、を備えたこ
とを特徴とする。
The present invention also provides a probe support member having a free end portion and a fixed end portion, and a probe provided at the free end portion, and a laser light source provided at the fixed end portion of the probe support member. an optical waveguide that guides the laser beam from the laser light source to an aperture provided at the tip of the free end of the probe support member; and receives the laser beam emitted from the aperture;
a first photoelectric conversion element that converts into an electrical signal and outputs it; and first and second photoelectric conversion elements that are provided in the optical waveguide and deflect the laser beam in directions perpendicular to the longitudinal direction of the optical waveguide. an optical element; second and third photoelectric conversion elements that respectively receive the laser beams deflected by the first and second optical elements, convert them into electrical signals, and output the electrical signals; The present invention is characterized in that it includes a calculation means for performing predetermined calculation processing on each received signal.

更に、本発明では、前記探針支持部材は、カンチレバー
であることを特徴とする。
Furthermore, the present invention is characterized in that the probe support member is a cantilever.

[作用] このように構成することで、本発明の走査型プローブ顕
微鏡は、探針支持部材の自由端部の3つの変位が検出さ
れ所定の演算が行われる。この結果、探針のシフトによ
る試料表面の測定誤差を補正することが可能となり、試
料表面の精密測定ができる。
[Operation] With this configuration, the scanning probe microscope of the present invention detects three displacements of the free end of the probe support member and performs predetermined calculations. As a result, it becomes possible to correct measurement errors on the sample surface due to the shift of the probe, allowing precise measurement of the sample surface.

[実施例] 以下、本発明の走査型プローブ顕微鏡の一実施例につい
て第1図ないし第5図を参照して説明する。
[Example] Hereinafter, an example of the scanning probe microscope of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

第1図ないし第4図に示すように、パイレックスガラス
2には、半導体レーサーからなるレーザー光源4が設け
られており、このレーザー光源4の図示しない開口部に
は、薄板長方形形状のカンチレバー1の固定端部が装着
されている。このカンチレバー1の中央部上面には、長
手軸に沿って前記固定端部から自由端部まで延出し、こ
の自由端部の端面の両側部に開口11.11を有する光
導波路6が形成されている。この光導波路6の幅方向中
央部には、固定端部から自由端部方向で見て、順に、ハ
ーフミラ−7とフレネルレンズ体8とが光学素子として
設けられている。ハーフミラ−7は、50%の透過率を
有し、光導波路6の長手軸に対して45°の角度に配置
され、フレネルレンズ体8は、プリズム形状又はフレネ
ルレンズ形状をなし、光導波路6の上面に配置されてい
る。
As shown in FIGS. 1 to 4, a laser light source 4 made of a semiconductor laser is provided in the Pyrex glass 2, and a thin rectangular cantilever 1 is inserted into an aperture (not shown) of the laser light source 4. A fixed end is attached. An optical waveguide 6 is formed on the upper surface of the central portion of the cantilever 1, extending along the longitudinal axis from the fixed end to the free end, and having openings 11.11 on both sides of the end surface of the free end. There is. At the center in the width direction of the optical waveguide 6, a half mirror 7 and a Fresnel lens body 8 are provided as optical elements in order when viewed from the fixed end to the free end. The half mirror 7 has a transmittance of 50% and is arranged at an angle of 45° with respect to the longitudinal axis of the optical waveguide 6. The Fresnel lens body 8 has a prism shape or a Fresnel lens shape, and placed on the top.

これらハーフミラ−7及びフレネルレンズ体8は、共に
、図示しない電子ビーム描画装置により光導波路6に加
工を施して形成される。更に、ハーフミラ−7の反射面
側には、カンチレバー1の長手軸に直交して光導波路6
から延出し、カンチレバ1の側面に開口9を有する光導
波路6aが形成されている。また、カンチレバー1の自
由端部裏面側には、下方に中心に向かってテーバが施さ
れた探針3が装着されている。
Both the half mirror 7 and the Fresnel lens body 8 are formed by processing the optical waveguide 6 using an electron beam drawing device (not shown). Further, on the reflective surface side of the half mirror 7, an optical waveguide 6 is arranged perpendicularly to the longitudinal axis of the cantilever 1.
An optical waveguide 6a extending from the cantilever 1 and having an opening 9 on the side surface of the cantilever 1 is formed. Further, on the back side of the free end of the cantilever 1, a probe 3 is attached which is tapered downward toward the center.

前記開口11.11に対向してカンチレバー1の前方に
凹面ミラー13が、また、前記開口9に対向してカンチ
レバー1の側方に凹面ミラー12が、これら凹面ミラー
12.13への入射レーザビームを上方に反射するよう
に、配設されている。また、これら両凹面ミラー12及
び13の垂直上方には、夫々、対向して二分割された光
電変換素子18及び19が配設されている。また、フレ
ネルレンズ体8に対向し、このフレネルレンズ体8から
距離りだけ上方に離間して二分割された光電変換素子1
7が配設されている。
A concave mirror 13 is placed in front of the cantilever 1 facing the aperture 11.11, and a concave mirror 12 is placed on the side of the cantilever 1 facing the aperture 9. The laser beam incident on these concave mirrors 12.13 is It is arranged so that it reflects the light upward. Further, vertically above the double concave mirrors 12 and 13, photoelectric conversion elements 18 and 19, which are divided into two and facing each other, are disposed, respectively. Further, a photoelectric conversion element 1 facing the Fresnel lens body 8 and separated upwardly by a distance from the Fresnel lens body 8 and divided into two parts.
7 are arranged.

前記両凹面ミラー12及び13は、夫々、ブロック15
及び16を介して、パイレックスガラス2の上方に並設
されたシリコン基板14に装着されている。なお、この
装着法としては陽極接合が好ましい。また、前記光電変
換素子17.18.19は、共に、シリコン基板14の
内面上に装着されている。また、パイレックスガラス2
は、ブロック15.16と同様のスペーサー又は圧電体
21(第3図参照)を介してシリコン基板14に装着さ
れている。
The biconcave mirrors 12 and 13 are respectively connected to a block 15.
and 16, it is attached to a silicon substrate 14 arranged above and in parallel with the Pyrex glass 2. Note that anodic bonding is preferred as this mounting method. Further, the photoelectric conversion elements 17, 18, and 19 are all mounted on the inner surface of the silicon substrate 14. In addition, Pyrex glass 2
are attached to the silicon substrate 14 via spacers or piezoelectric bodies 21 (see FIG. 3) similar to the blocks 15 and 16.

これら凹面ミラー12.13の夫々の曲率は、前記フレ
ネルレンズ体8で屈折された中央ビームB、(第2図参
照)が光電変換素子17上で合焦される距離りに対応し
て、構成される。また、これら凹面ミラー12.13及
びフレネルレンズ体8の合焦位置には、シリコン基板1
4の内表面が位置付けられており、この内表面上に上述
の光電変換素子17.18.19が夫々設けられている
The curvature of each of these concave mirrors 12 and 13 is configured in accordance with the distance at which the central beam B (see FIG. 2) refracted by the Fresnel lens body 8 is focused on the photoelectric conversion element 17. be done. Furthermore, a silicon substrate 1 is located at the focusing position of these concave mirrors 12 and 13 and the Fresnel lens body 8.
4 is positioned, and the above-mentioned photoelectric conversion elements 17, 18, and 19 are provided on this inner surface, respectively.

なお、これら光電変換素子17.18.19は、夫々の
2分割線が、夫々、カンチレバー1の長手軸に対して、
平行、垂直、直交するように、位置付けられている。
In addition, in these photoelectric conversion elements 17, 18, and 19, the respective bisecting lines are relative to the longitudinal axis of the cantilever 1, respectively.
They are positioned parallel, perpendicular, or perpendicular.

更に、第3図に示すように、本実施例の走査型プローブ
顕微鏡には、探針3の下に正確に観察用の試料20を位
置付けるように、Z方向で探針3側から見て、順に、2
方向微動装置23と2方向粗動装置22とが併設されて
備えられている。Z方向粗動装置22は、試料20を探
針3にZ方向で接近させる機能を有する。また、Z方向
微動装置23は、探針3と試料20との距離を一定に保
つ機能を有する。
Furthermore, as shown in FIG. 3, the scanning probe microscope of this embodiment has a structure in which the sample 20 for observation is accurately positioned under the probe 3 when viewed from the probe 3 side in the Z direction. In order, 2
A directional fine movement device 23 and a two-way coarse movement device 22 are provided side by side. The Z direction coarse movement device 22 has a function of bringing the sample 20 close to the probe 3 in the Z direction. Further, the Z-direction fine movement device 23 has a function of keeping the distance between the probe 3 and the sample 20 constant.

次に、このような構成の走査型プローブ顕微鏡の各構成
部品の内、主要な部品の製法の一例についに簡単に説明
する。
Next, an example of a manufacturing method for the main components of the scanning probe microscope having such a configuration will be briefly described.

まず、光電変換素子17.18.19は、夫々、公知の
PINタイプの光電ダイオードを予め特性を揃えるため
、ペアーで作成し、これらをシリコン基板14にボンデ
ィングする。あるいは、別のタイプの光検出素子を検出
出力を増幅又は信号弁別する回路と共に、シリコン基板
14に直接形成することか好ましい。
First, the photoelectric conversion elements 17, 18, and 19 are each made of a pair of well-known PIN type photoelectric diodes to have the same characteristics in advance, and these are bonded to the silicon substrate 14. Alternatively, it is preferable to form another type of photodetector element directly on the silicon substrate 14 together with a circuit for amplifying the detection output or discriminating the signal.

前記凹面ミラー12.13は、夫々、マイクロミラー、
又は、第4図に示すようなL字状のガラス部材40で、
カンチレバー1及びパイレックスガラス2に干渉しない
程度の大きさの板材に形成する。これら凹面は、夫々、
必ずしも球面形状である必要はなく、第4図に示すよう
なシリンドリカル形状でもよい。
The concave mirrors 12 and 13 are micromirrors, respectively.
Or, with an L-shaped glass member 40 as shown in FIG.
It is formed into a plate material of a size that does not interfere with the cantilever 1 and the Pyrex glass 2. These concave surfaces are, respectively,
It does not necessarily have to be a spherical shape, but may be a cylindrical shape as shown in FIG.

前記カンチレバー1は、シリコン基板上に、5i02 
(又はSL、04)を長方形のマスクパターンを介して
蒸着した後、異方性エツチングを施してシリコン基板を
除去し、所望の薄板形状に形成する。
The cantilever 1 is made of 5i02 on a silicon substrate.
(or SL, 04) is deposited through a rectangular mask pattern, and then anisotropic etching is performed to remove the silicon substrate and form a desired thin plate shape.

前記探針3は、カンチレバー1に5in2 (又は5i
3N4)を蒸着した後、カンチレバー1の自由端部裏面
上に開口マスクをほぼ針の長さ程度離間して配置し、こ
の開口マスクの上から蒸着物質を堆積していく過程で円
錐状に尖頭形成する。
The probe 3 is attached to the cantilever 1 at a distance of 5in2 (or 5i
3N4), an aperture mask is placed on the back surface of the free end of the cantilever 1 at a distance of approximately the length of a needle, and as the vapor deposition material is deposited from above the aperture mask, a conical point is formed. Form the head.

前記光導波路6は、前記5iOz(屈折率1.46)の
カンチレバー1の基板上に、コーニング7059ガラス
(屈折率1.5)をスパッタ法で堆積させ、光波を屈折
率の高い部分に伝播する性質を利用して構成する。
The optical waveguide 6 is formed by depositing Corning 7059 glass (refractive index 1.5) by sputtering on the substrate of the cantilever 1 of 5iOz (refractive index 1.46), and propagates light waves to a portion with a high refractive index. Construct using properties.

このような構成の走査型プローブ顕微鏡では、レーザー
光源4の開口より射出したレーザービーム5は、光導波
路6中を自由端部に向かって導かれる。このときの光導
波路6中のレーザービーム5の断面が、第1図の■−■
線に沿う断面として第2図に示されている。第2図に示
すように、光導波路6中のレーザービーム5は、中央ビ
ームBCとその両側のビームB、、B、とに分れている
。中央ビームBcは、レーザービーム5の断面積全体の
内、はぼ70%を占め、両側のビームB、、B、は、夫
々、はぼ15%ずつを占めるように設定されている。こ
の状態でレーザービーム5が自由端部付近に到達すると
、中央ビームBeは、ハーフミラ−7で、その50%が
反射し、残り50%が透過する。このとき、両側のビー
ムB、、B、は、ハーフミラ−7の影響を受けずにその
まま通過する。ハーフミラ−7で反射した中央ビームB
cは、光導波路6aを介して開口9から出射して凹面ミ
ラー12に入射する。ここで反射した中央ビームBcは
、対向する光電変換素子18上に収束して結像01□を
形成する。一方、ハーフミラ−7を透過した中央ビーム
B、は、反射角90″のフレネルレンズ体8に入射する
。ここで偏向された中央ビームBeは、フレネルレンズ
体8上方の光電変換素子17上に収束して結像08を形
成する。また、両側のビームB、、B。
In the scanning probe microscope having such a configuration, the laser beam 5 emitted from the aperture of the laser light source 4 is guided through the optical waveguide 6 toward the free end. The cross section of the laser beam 5 in the optical waveguide 6 at this time is
It is shown in FIG. 2 as a cross section along a line. As shown in FIG. 2, the laser beam 5 in the optical waveguide 6 is divided into a central beam BC and beams B, , B on both sides thereof. The central beam Bc is set to occupy about 70% of the entire cross-sectional area of the laser beam 5, and the beams B on both sides are set to occupy about 15% each. When the laser beam 5 reaches the vicinity of the free end in this state, 50% of the central beam Be is reflected by the half mirror 7 and the remaining 50% is transmitted. At this time, the beams B, , B on both sides pass through as they are without being affected by the half mirror 7. Central beam B reflected by half mirror 7
c exits from the aperture 9 via the optical waveguide 6a and enters the concave mirror 12. The central beam Bc reflected here converges on the opposing photoelectric conversion element 18 to form an image 01□. On the other hand, the central beam B transmitted through the half mirror 7 is incident on the Fresnel lens body 8 with a reflection angle of 90''.The central beam Be deflected here is converged on the photoelectric conversion element 17 above the Fresnel lens body 8. to form an image 08. Also, beams B, , B on both sides.

は、夫々、光導波路6を直進してカンチレバー1端面の
開口11.11から出射して凹面ミラー13に入射する
。ここで反射したビームB1、B、は、対向した光電変
換素子19上に収束して結像013を形成する。
go straight through the optical waveguide 6, exit from the openings 11 and 11 on the end face of the cantilever 1, and enter the concave mirror 13, respectively. The beams B1 and B reflected here converge on the opposing photoelectric conversion element 19 to form an image 013.

第5図に示すように、上述の光電変換素子17.18.
19は、夫々、結像08.01□、019位置に対応し
た電気信号を、差動回路25.26.27に夫々出力す
る。各電気信号を受信した対応する差動回路25.26
.27は、夫々、差動の信号出力Sa、SI(、Svを
出力する。信号出力Svは、参照信号Rvが入力された
比較/スイッチ回路30に接続され、参照信号Rvに対
応して粗動装置22又はZサーボ31に出力され、ここ
からの出力信号に応じて2サーボ31が圧電体21を駆
動させる。また、信号出力S6、SI(は、夫々、適宜
、θサーボ32、ε□サーボ33に出力される。かくし
て、探針のZ方向のサーボ制御及びXY力方向シフト量
を補償するサーボ制御が施される。
As shown in FIG. 5, the above-mentioned photoelectric conversion elements 17, 18.
19 outputs electrical signals corresponding to the imaging positions 08.01□ and 019, respectively, to differential circuits 25, 26, and 27, respectively. Corresponding differential circuit 25.26 receiving each electrical signal
.. 27 output differential signal outputs Sa, SI(, Sv). The second servo 31 drives the piezoelectric body 21 according to the output signal from the device 22 or the Z servo 31.The signal outputs S6 and SI (are also output to the θ servo 32 and ε□ servo, respectively) as appropriate. 33. Thus, servo control of the probe in the Z direction and servo control for compensating for the amount of shift in the XY force direction is performed.

また、光電変換素子17.18.19は、夫々、カンチ
レバー1の変位を検出するためのものである。即ち、光
電変換素子17は、カンチレバー1に作用する回転モー
メントT(第7図参照)によるカンチレバーlのR方向
へのねじれ回転による変位角度θを検出する。また、光
電変換素子18.19は、カンチレバー1の変位ε7、
ε□を検出する。かくして、カンチレバー1は、その変
位が3次元的に検出することができ得る。
Further, the photoelectric conversion elements 17, 18, and 19 are for detecting the displacement of the cantilever 1, respectively. That is, the photoelectric conversion element 17 detects the displacement angle θ caused by the torsional rotation of the cantilever 1 in the R direction due to the rotational moment T (see FIG. 7) acting on the cantilever 1. Further, the photoelectric conversion elements 18 and 19 are configured to have a displacement ε7 of the cantilever 1,
Detect ε□. Thus, the displacement of the cantilever 1 can be detected three-dimensionally.

次に、上述したような走査型プローブ顕微鏡の動作につ
いて説明する。
Next, the operation of the scanning probe microscope as described above will be explained.

カンチレバー1の探針3が試料20から離間している初
期状態において、上述の結像08.01□、0.3は、
夫々、光電変換素子17.18.19の2分割された領
域に相互に均等に形成されている。
In the initial state where the probe 3 of the cantilever 1 is separated from the sample 20, the above-mentioned images 08.01□, 0.3 are as follows.
The photoelectric conversion elements 17, 18, and 19 are formed equally in two divided regions, respectively.

このため、差動回路25.26.27には、夫々、同等
の電気信号が入力されている。
Therefore, the same electrical signals are input to the differential circuits 25, 26, and 27, respectively.

一般的なSTMの操作と同様に、粗動装置22により試
料20をZ方向に移動してカンチレバー1の探針3に接
近させる。このとき探針3と試料20との間には、ファ
ンデルワールス力による引力が働く。カンチレバー1は
、軽量の薄板状に形成され、一端がパイレックスガラス
2に固定されているため、カンチレバー1の他端は、前
記引力により引かれて2方向でみて下方に変位ε、だけ
反る。そして、この引力と変位ε1に対応したカンチレ
バー1の復元力とが釣合った状態が維持される。この釣
合状態を維持するカンチレバー1の引力領域設定は、カ
ンチレバー1の反りによる変位ε1−ε1を、予め、カ
ンチレバー1の特性で算出して規定され得る。更に、試
料20を探針3に接近させると、パウリの排他律による
斥力が試料20と探針3の間に働く。このとき、試料2
0は探針3を押戻すように作用し、前記εl−ε!より
小さい変位ε1−εR1が、試料20と探針3との距離
D −D R,で生じる。更に、試料20と探針3とを
接近させ両者開路#Dを小さくしつづけると、斥力が引
力を越えてカンチレバー1の変位がなくなり、更に、負
、即ち、カンチレバー1が上方に反るまで押戻される。
Similar to the operation of a general STM, the coarse movement device 22 moves the sample 20 in the Z direction to approach the probe 3 of the cantilever 1. At this time, an attractive force due to van der Waals force acts between the probe 3 and the sample 20. The cantilever 1 is formed into a lightweight thin plate shape, and one end is fixed to the Pyrex glass 2, so the other end of the cantilever 1 is pulled by the above-mentioned attractive force and warped downward by a displacement ε when viewed in two directions. Then, a state is maintained in which this attractive force and the restoring force of the cantilever 1 corresponding to the displacement ε1 are balanced. The setting of the attractive force region of the cantilever 1 that maintains this balanced state can be defined by calculating the displacement ε1−ε1 due to the warpage of the cantilever 1 in advance based on the characteristics of the cantilever 1. Furthermore, when the sample 20 is brought close to the probe 3, a repulsive force due to the Pauli exclusion law acts between the sample 20 and the probe 3. At this time, sample 2
0 acts to push back the probe 3, and the εl−ε! A smaller displacement ε1−εR1 occurs at the distance D−DR, between the sample 20 and the probe 3. Furthermore, when the sample 20 and the probe 3 are brought closer together and the open circuit #D between them continues to be small, the repulsive force exceeds the attractive force and the displacement of the cantilever 1 disappears. be returned.

このとき変位ε1−−εR2、この押戻された状態が、
パウリの排他律が作用する斥力領域設定である。これら
変位εR1、εR2も、カンチレバー1の特性に基づい
て予め算出され得る。
At this time, the displacement ε1−εR2, this pushed back state is
This is a repulsive region setting where Pauli's exclusion law acts. These displacements εR1 and εR2 can also be calculated in advance based on the characteristics of the cantilever 1.

前記開口11.11から出射した、ビームB1、B、は
、上述の変位ε1に対応して光電変換素子19上に収束
される。このとき、結像013領域は、2分割された光
電変換素子19の2分割線に対して相対的にずれている
。従って、充電変換素子19の2つの領域から出力され
る2つの電気信号も、その出力値が相対的に変位する。
The beams B1 and B emitted from the aperture 11.11 are focused on the photoelectric conversion element 19 in accordance with the above-mentioned displacement ε1. At this time, the imaging area 013 is shifted relative to the dividing line of the photoelectric conversion element 19 divided into two. Therefore, the output values of the two electrical signals outputted from the two regions of the charging conversion element 19 are also relatively displaced.

これら2つの出力値を差動回路27に入力して、カンチ
レバー1の変位ε1を信号出力S1として検出すること
ができ、例えば、上述の変位ε1  εR】、εR2を
信号出力SI、SRI、SR2として検出することがで
きる。即ち、Z方向粗動装置22で試料20が探針3に
接近したときのカンチレバー1の反りによる変位ε1に
対応する信号出力S1が、比較/スイッチ回路30で参
照信号RI”=SRIと比較され、変位ε1−εR1が
検出される。
By inputting these two output values to the differential circuit 27, the displacement ε1 of the cantilever 1 can be detected as the signal output S1. can be detected. That is, the signal output S1 corresponding to the displacement ε1 due to the warpage of the cantilever 1 when the sample 20 approaches the probe 3 by the Z-direction coarse movement device 22 is compared with the reference signal RI''=SRI by the comparison/switch circuit 30. , displacement ε1−εR1 is detected.

ここで、Z方向粗動装置22を停止させ、2方向微動装
置23に切り替える。そして、探針試料間距離を一定に
保つサーボ制御動作が2サーボ31により行われる。前
記2方向微動装置23は、円筒アクチュエータ又はトラ
イポット式圧電体の2方向駆動により動作する。
Here, the Z-direction coarse movement device 22 is stopped and switched to the two-direction fine movement device 23. Then, the two servos 31 perform a servo control operation to keep the distance between the probe and the sample constant. The two-way fine movement device 23 is operated by two-way driving of a cylindrical actuator or a tri-pot type piezoelectric body.

次に、2方向微動装置23をXY力方向駆動させ、試料
20表面に沿って探針3を走査させる。
Next, the two-direction fine movement device 23 is driven in the XY force directions to scan the probe 3 along the surface of the sample 20.

本実施例のカンチレバー1は薄板状長方形形状であり、
探針3は長く形成されている。このカンチレバー1を斥
力領域で作動させると、探針3直下のみならず探針3近
傍の試料20表面形状により、XY平面に沿って合成さ
れたベクトル形の弾性力を受けて、カンチレバー1が変
位する。この結果、前述した(1)式より探針先端の2
方向の変位が、(2)式よりY方向の変位が、(4)式
及び(5)式より探針先端の試料表面方向のシフト量が
、夫々、算出される。
The cantilever 1 of this embodiment has a thin rectangular shape,
The probe 3 is formed long. When the cantilever 1 is operated in the repulsive force region, the cantilever 1 is displaced by the combined vector-shaped elastic force along the do. As a result, from equation (1) mentioned above, 2
The displacement in the Y direction is calculated from equation (2), and the amount of shift of the tip of the probe in the direction of the sample surface is calculated from equations (4) and (5).

カンチレバー1のねじれにより変位角θが生じた場合、
フレネルレンズ体8で垂直方向に屈折された中央ビーム
Bcは、光電変換素子17上で収束位置がY方向にシフ
トする。このシフト分に応じた信号出力S、を検出し、
所定の演算を施すことで変位角θが検出される。また、
同様に光電変換素子19及び18からの電気信号を夫々
受けとった差動回路27及び26からの信号出力5vs
S)lを検出し、所定の演算を施すことによって変位ε
ν、εHが夫々検出される。このとき変位ε9、εH及
び変位角θを夫々一定に保つ、Zサボ31、ε□サーボ
33及びθサーボ32が作用する。
When the displacement angle θ occurs due to the twisting of the cantilever 1,
The central beam Bc refracted in the vertical direction by the Fresnel lens body 8 has its convergence position shifted in the Y direction on the photoelectric conversion element 17. A signal output S corresponding to this shift is detected,
The displacement angle θ is detected by performing a predetermined calculation. Also,
Similarly, the signal output 5vs from the differential circuits 27 and 26 which received the electric signals from the photoelectric conversion elements 19 and 18, respectively
By detecting S)l and performing a predetermined calculation, the displacement ε
ν and εH are detected respectively. At this time, the Z sabot 31, the ε□ servo 33, and the θ servo 32 act to keep the displacements ε9, εH and the displacement angle θ constant.

なお、本実施例は、上述のものに限られない。Note that this embodiment is not limited to the above.

例えば、本実施例では、探針3は、Z方向で試料20と
の距離を一定に維持させるサーボ制御をしつつ、XY方
向走査が行われているが、カンチレバー1の変位ε7、
ε8及び変位角θを所定位置に復元させるように、2サ
ーボ31、εHサーボ33及びθサーボ32のための圧
電駆動体を組込むことが好ましい。また、本実施例にお
いては、長方形形状のカンチレバーについて説明をして
きたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第8
図に示すような三角形状のカンチレバーを用いてもよい
。ただし、その場合、式(1)〜(4)の計算は異なる
For example, in this embodiment, the probe 3 scans in the XY directions while performing servo control to maintain a constant distance from the sample 20 in the Z direction, but the displacement ε7 of the cantilever 1,
It is preferable to incorporate piezoelectric drives for the 2 servo 31, the εH servo 33, and the θ servo 32 to restore ε8 and displacement angle θ to predetermined positions. Further, in this embodiment, a rectangular cantilever has been described, but the present invention is not limited to this.
A triangular cantilever as shown in the figure may also be used. However, in that case, the calculations of equations (1) to (4) are different.

[発明の効果] 本発明の走査型プローブ顕微鏡は、光導波路に設けられ
た光学偏向素子で光ビームを3方向に偏向させ、これら
3つの光ビームを夫々受光した光電変換素子からの電気
信号によ°す、探針支持部材の変位を検出する構成とし
た。この結果、探針支持部材に対して3方向での制御が
可能となり、試料表面の精密な観察ができる。
[Effects of the Invention] The scanning probe microscope of the present invention deflects a light beam in three directions with an optical deflection element provided in an optical waveguide, and converts these three light beams into electrical signals from the received photoelectric conversion elements. The configuration is such that the displacement of the probe support member is detected. As a result, the probe support member can be controlled in three directions, allowing precise observation of the sample surface.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の走査型プローブ顕微鏡の全体を一部
切欠して概略的に示した斜視図、第2図は、第1図の■
−■線に沿う断面図、第3図は、第1図の走査型プロー
ブ顕微鏡の側面図、第4図は、第1図の走査型プローブ
顕微鏡の構成部品である凹面ミラーの斜視図、第5図は
、第1図の走査型プローブ顕微鏡の3方向からの制御が
行われる制御系を示すブロック図、第6図ないし第8図
は、夫々、従来の走査型プローブ顕微鏡を部分的に示し
ており、夫々、長方形形状のカンチレバーがパイレック
スガラスに装着された状態を示す底面図、長方形形状の
カンチレバーの先端部分の正面図、外形3角形形状で中
抜きされたカンチレバーがパイレックスガラスに装着さ
れた状態を示す斜視図である。 1・・・カンチレバー 2・・・パイレックスガラス、
3・・・探針、4・・・レーザー光源、6.6a・・・
光導波路、7・・・ハーフミラ−8・・・フレネルレン
ズ体、12.13・・・凹面ミラー 17.18.19
・・・光電変換素子。 出願人代理人 弁理士 坪井 淳 第 図 1占 ;J
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view schematically showing the entire scanning probe microscope of the present invention, and FIG.
3 is a side view of the scanning probe microscope shown in FIG. 1, FIG. 4 is a perspective view of a concave mirror that is a component of the scanning probe microscope shown in FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a control system for controlling the scanning probe microscope shown in FIG. 1 from three directions, and FIGS. 6 to 8 each partially show a conventional scanning probe microscope. A bottom view showing a rectangular cantilever attached to Pyrex glass, a front view of the tip of a rectangular cantilever, and a hollow cantilever with a triangular outer shape attached to Pyrex glass. It is a perspective view showing a state. 1... Cantilever 2... Pyrex glass,
3... Probe, 4... Laser light source, 6.6a...
Optical waveguide, 7... Half mirror 8... Fresnel lens body, 12.13... Concave mirror 17.18.19
...Photoelectric conversion element. Applicant's agent Patent attorney Atsushi Tsuboi Figure 1; J

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、自由端部と固定端部とを有し、前記自由端部に探針
が設けられた探針支持部材と、 この探針支持部材の固定端部に設けられたレーザー光源
と、 このレーザー光源からのレーザービームを前記探針支持
部材の自由端部へ導く光導波路と、この光導波路に設け
られ、前記レーザービームを互いに直交する3方向のレ
ーザービームに分離させる光学素子と、 これら分離された夫々のレーザービームを受光し、対応
する電気信号に夫々変換して出力する光電変換素子と、 前記電気信号を夫々受信して所定の演算処理を施す演算
手段と、を備えたことを特徴とする走査型プローブ顕微
鏡。 2、自由端部と固定端部とを有し、前記自由端部に探針
が設けられた探針支持部材と、 この探針支持部材の固定端部に設けられたレーザー光源
と、 このレーザー光源からのレーザービームを前記探針支持
部材の自由端部先端に設けられた開口へ導く光導波路と
、 前記開口から射出された前記レーザービームを受光し、
電気信号に変換して出力する第1の光電変換素子と、 前記光導波路中に設けられ、前記レーザービームを、前
記光導波路の長手軸に対して互いに直交する方向に偏向
させる第1及び第2の光学素子と、これら第1及び第2
の光学素子で夫々偏向された前記レーザービームを夫々
受光し、電気信号に変換して出力する第2及び第3の光
電変換素子と、前記電気信号を夫々受信して所定の演算
処理を施す演算手段と、を備えたことを特徴とする走査
型プローブ顕微鏡。 3、前記探針支持部材は、カンチレバーであることを特
徴とする請求項1又は2に記載の走査型プローブ顕微鏡
[Claims] 1. A probe support member having a free end and a fixed end, and a probe provided at the free end; and a probe support member provided at the fixed end of the probe support member. a laser light source, an optical waveguide that guides the laser beam from the laser light source to the free end of the probe support member, and an optical system provided in the optical waveguide that separates the laser beam into three laser beams orthogonal to each other. a photoelectric conversion element that receives each of these separated laser beams, converts them into corresponding electrical signals, and outputs them; and a calculation means that receives each of the electrical signals and performs predetermined calculation processing. A scanning probe microscope characterized by: 2. A probe support member having a free end and a fixed end, and a probe provided at the free end; a laser light source provided at the fixed end of the probe support member; and the laser. an optical waveguide that guides a laser beam from a light source to an aperture provided at the tip of the free end of the probe support member; and receives the laser beam emitted from the aperture;
a first photoelectric conversion element that converts into an electric signal and outputs it; and first and second photoelectric conversion elements that are provided in the optical waveguide and deflect the laser beam in directions perpendicular to each other with respect to the longitudinal axis of the optical waveguide. optical elements, and these first and second optical elements.
second and third photoelectric conversion elements each receiving the laser beam deflected by the optical element, converting it into an electric signal and outputting it; and a calculation unit receiving the electric signal and performing predetermined calculation processing on the received electric signal. A scanning probe microscope comprising: means. 3. The scanning probe microscope according to claim 1 or 2, wherein the probe support member is a cantilever.
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