JPH04131710A

JPH04131710A - 走査型プローブ顕微鏡

Info

Publication number: JPH04131710A
Application number: JP25456890A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Saito; 圭介斎藤; Hiroshi Tazaki; 田崎　洋志; Jun Funazaki; 純船崎; Yasushi Nakamura; 泰中村; Hiroshi Kajimura; 梶村　宏; Hideo Tomabechi; 苫米地　英夫
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-09-25
Filing date: 1990-09-25
Publication date: 1992-05-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】：産業上の利用分野］この発明は、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。

［従来の技術］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
としては、走査型トンネル顕微鏡（３ｃａｎｎｉｎｇ　
Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＴＭ）
　、原子開力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ　Ｆｏｒｃｅ　Ｍｉ
ｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）　、磁気力顕微鏡（Ｍａｇ
ｎｅｔｉｃ　Ｆｏｒｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＭＦ
Ｍ）などが知られている。

走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭと略称）は、ビニッ
ヒ（Ｂｉｎｎｉｇ）、ローラ（Ｒｏｈｒｅｒ）らによっ
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の高分解能で観察できる。

その詳細は「Ｇ、Ｂ１ｎｎ１ｇ、Ｅｌ、Ｒｏｈｒｅｒ、
Ｃｈ、Ｇｅｒｂｅｒ　ａｎｄＥＪｅｉｂｅｌ：５ｕｒｆ
ａｃｅ　５ｔｕｄｉｅｓ　ｂｙ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｔ
ｕｎｎｅｌｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、　　Ｐｈｙ
ｓ、Ｒｅｖ、Ｌｅｔｔ、、Ｖｏ１４９５７（１９８２）
　ｊの中：こＪ己載されている。

Ｓ　Ｔ　Ｍは、導電性の探針を有し、この探針は導電性
試料の近傍に対向支持される。探針先端を試料表面にＩ
　Ｃｎｍコ程度まで近づけ探針と試料との間に電圧を印
加すると、両者の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距離に依存して変化し、その
大きさは０　、１　［ｎｍ］の距離変化に対して１桁程
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、その間、探針と試料との間に流れ
るトンネル電流が一定となるように、探針と試料間の距
離を調整する圧電体に制御電圧を印加し、探針と試料と
の距離を一定に保つ。その結果、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。したがって、試料
の表面形状を示す３次元像が、圧電体：：Ｔ加した制御
電圧から算出された探針先端の位置データに基づいて構
成される。

また、絶縁体試料の表面形状を原子オーダーの高分解能
で観察することのできる装置として原子開力顕微鏡（以
下ＡＦＭと略称）が提案されている。その詳細は７　Ｇ
、Ｂ１１ｎ１ｇ、Ｃ，Ｆ、Ｑｕａｔｅ：Ａｔｏｍｉｃ　
Ｆ。

ｒｃｅ　！４ｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、　Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ
、Ｌｅｔｔ、、Ｖｏ１５６９３０（１９８８）Ｊの中に
記載されている。

ＡＦＭでは、探針は柔軟なカンチレバー（片持ち梁）に
よって支持される。探針が試料表面に近づくと探針先端
の原子と試料表面の原子との間にはファンデルφワール
ス　（Ｖａｎ　Ｄｅｒ　Ｗａａｌｓ）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づけると、
パウリ　（Ｐａｕｌｉ）の排他律による斥力が働（。こ
れらの引力および斥力（原子間力）は１０′″１９〜１
０−”　ＣＮコと非常に小さい。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すると、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
、カンチレバーの変位量が変化する。このカンチレバー
の変位量を検出し、カンチレバーを支持する圧電体など
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から
、探針先端の軌跡に基づいて試料の表面形状の画像が得
られる。

また、磁気力顕微鏡（以下ＭＦＭと略称）は、磁性体材
料で形成された探針を有し、その他の構成は基本的に前
述したＡＦＭと同様である。ＭＦＭの場合、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
試料表面に沿って走査させることにより、試料表面の凹
凸像を得ることができる。

［発明が解決しようとする課題］上述したＡＦＭやＭＦＭで使用されるカンチレバーは、
微小な力（原子間力または磁力）に対して大きな変位が
得られるように、できる限り軽量かつ弾性係数の大きい
物質を用いて薄片・細長に形成される。その反面、カン
チレバーが長くなると固有振動数が低下し、走査時に探
針が試料の凹凸に追従する応答性が悪くなるとともに、
外部より混入する振動ノイズの除去が困難になる。一般
にカンチレバーの長さは１０００　［μｍ］以下に抑え
られ、固有振動数は数＋［ＫＨｚコに設定される。この
ためカンチレバーの変位の大きさが制限され、その変位
ｊｌ検出には浸れた感度をもつ変位量６系が２要となる
。

このようなカンチレバーの変位を検出する方法として、
例えば特開昭６２−１３０３０２号公報に記載されてい
るように、ＡＦＭのカンチレバーの背面ぐ探針のない側
の面）にＳＴＭ探針を配置し、カンチレバーの変位をＳ
ＴＭによって検出する方法がある。

この場合、カンチレバー変位検出系であるＳＴＭは探針
とカンチレバーとの間の距離に対して十分な感度を有す
るが、カンチレバーには、ＡＦＭ探針−試料間の原子開
力以外にＳＴＭ探針−カンチレバー間の原子間力が作用
してしまうため、試料表面の正確な測定ができないとい
う問題があった。

このような問題を克服するため、最近、カンチレバーの
変位を非接触で検出できる光を用いた変位検出計が提案
されている。例えば、光てこの原理を用い、カンチレバ
ーの先端部裏面に光学反射面を設け、この反射面にルビ
ー固体レーザーや、アルゴン気体レーザーのビームを入
射させ、カンチレバーの変位に応じて変化するビーム反
射角の変化をＰＳＤ（光位置検出器）などで検出し、こ
の出力値からカンチレバーの変位量を算出する方法があ
る。

しかしこの方法においては、てこの原理を利用してビー
ムのわずかな反射角の変化を拡大検出しているため、入
射光側の光路長（光源から反射面までの距離）に比べ、
反射光側の光路長（反射面からＰＳＤまでの距離）を遥
かに長くとらなければならず、結果、装置が大型になり
、装置全体の固有振動数が低下して逆にＳ／Ｎの低下を
招くという問題があった。さらにカンチレバー面上の反
射面への入射ビームは広がりを有するので、反射角検出
の分解能を向上させるのが困難であるという問題があっ
た。

さらに、また別の方法として、レーザー装置から出射さ
れたビーム光を参照光と検出光の２本のビームに分割し
、検出光ビームをカンチレバーの先端部裏面に設けた反
射面に照射し、この反射面からの反射光ビームを参照光
ビームと干渉させ、この干渉出力を光電検出する方法が
ある。

しかしながら、この方法で良好な感度を得るには、温度
や気圧の歪みなどの外部環境の影響を相殺するように参
照光学系と検出光学系の光路長を等しくしなければなら
ないため、装置が複雑になるという問題があった。さら
に、参照光学系と検出光学系を別体とした場合、各々の
光学系の固有振動数を等しく保つことは容易ではなく、
この点でも外部環境の影響を受けやすいという問題があ
った。

この発明は、以上のような問題に鑑みてなされたもので
あり、探針先端に作用する微弱な力によるカンチレバー
の変位を、外部環境に対して安定に、良好な感度で検出
できる小型の検出系を備えた走査型プローブ顕微鏡を提
供することを口約とする。

［課題を解決するための手段］この発明の走査型プローブ顕微鏡は、試料を走査する探
針と、探針を支持するとともに、探針に作用する力を受
けて変位する探針支持部材と、反射面を向かい合わせて
平行支持された２枚のハーフミラ−からなり、一方のハ
ーフミラ−が上記探針支持部材と一体に設けられている
ファブリー・ペロエタロンと、レーザー光ｉと１．ｌＥ
レーｆ−光源からのレーザー光を上記ファブリー・ペロ
エタロンに入射する光学系と、上記ファブリー・ペロエ
タロンの透過光の強度を電気信号に変換する光検出器と
、上記光検出器の出力信号を一定に保つように、上記レ
ーザー光源からのレーザー光の波長を制御する制御手段
と、上記制御手段の制御量から上記探針の変位量を算出
する演算手段とを有する。

また、この発明の別の走査型プローブ顕微鏡は、試料を
走査する探針と、探針を支持するとともに、探針に作用
する力を受けて変位する探針支持部材と、反射面を向か
い合わせて平行支持された２枚のハーフミラ−からなり
、一方のハーフミラ−が上記探針支持部材と一体に設け
られているファブｊ−・ペロエタロンと、レーサー光源
色、上記レーザー光源からのレーザー光を上記ファブリ
ー・ペロエタロンに入射する光学系と、上記ファブリー
・ペロエタロンの透過光の強度を電気信号に変換する光
検出器と、上記光検出器の出力信号かろ上記探針の変位
量を算出する演算手段とを有する。

さらに、望ましくは、上記探針支持部材は両持ち梁であ
り、上記光学系は、上記探針支持部材に設けられ、レー
ザー光源からのレーザー光を伝搬する光導波路と、上記
光導波路中に設けられ、伝搬されてきたレーザー光を探
針と平行なガロに偏向する光学素子とを有する。

［作用］上述した構成において、レーザー光源からのレーザー光
は、光学系を介して一方のハーフミラ−が探針支持部材
と一体に設けられているファブリー・ペロエタロンに入
射する。入射したレーザー光は、相対する２枚のハーフ
ミラ−の間で繰り返し多重干渉し、ファブリー・ペロエ
タロンを透過する透過光は、入射レーザー光の波長、ノ
・−フミラーへの入射角、および２枚のハーフミラ−の
間隔距離によって干渉条件が規定される同心円状の干渉
縞を生じる。この状態でＡ　Ｆ　、’ｚｌやＭＦＭによ
る測定動作を行うと、探針と試料との間に働（原子間力
や磁気力により探針支持部材が変形し、この変形によっ
てファプリーｅペロエタロンを構成する２枚のハーフミ
ラ−の間隔距離が変化する。

ハーフミラ−の間隔距離が変化すると、干渉条件が変わ
り、ファブリー・ペロエタロンの透過光強度が変化する
。

この発明の走査型プローブ顕微鏡では、この透過光強度
の変化を光検出器で検出する。そしてその強度が一定と
なるようにレーザー装置の発振波長を制御する。この発
振波長の制御量は、ファブリー・ペロエタロンのミラー
間隔、すなわち探針の変位量を反映するので、発振波長
の制御量から探針の変位量が算６される。

また、この発明の別の走査型プローブ顕微鏡では、透過
光強度の変化を光検出器で光電変換し出力する。この出
力信号はファブリー・ペロエタロンのミラーの間隔、す
なわち探針の変位量を反映するので、光検出器の出力か
ら探針の変位量が算出される。

口実施例］以下、図面を参照しながらこの発明の詳細な説明する。

第１図は、この発明の第１の実施例であるＡＦＭ装置の
構成を示す概略図である。同図において探針１は、探針
支持部材である両持ち梁基板２により試料１６に対向す
るように支持されている。

両持ち梁基板２は５ｉＣｈからなり、探針１はその下面
中央部に立設されている。両持ち梁基板２の上面には、
５ｉＣｈ基板にゲルマニウムを添加することによって、
両持ち梁基板２に対して屈折率差を与えた導波路３ａを
有する導波路基板３が形成されおり、さらにこの導波路
基板３の中央部付近には、グレーティング８が形成され
ている。

両持ち梁基板２および導波路基板３は、長方形の平板形
状を成し、その長平方向の両端部をガラス製の支持部材
５に陽極接合によって固定され、試料表面に対して水平
に支持されている。導波路基板３のグレーティング８の
上方には、図中上面に反射面を有するハーフミラ−６ａ
が、支持体４により両持ち梁基板２と水平に支持されて
いる。このハーフミラ−６ａはＳｉｇｈ層に誘電体多層
膜をコーティングし、反射率を９８〜９９％程度にした
ものである。ハーフミラ−６ａの上方には、ハーフミラ
−６ａと同様にして作成され、図中下面に反射面を有す
るハーフミラ−６ｂが、支持体１３によってハーフミラ
−６ａと離間して平行支持されており、ハーフミラ−６
ａとハーフミラ−６ｂとで、ファブリー・ペロエタロン
６が構成すれている。ハーフミラ−６ｂの上方にはフォ
トダイオード１０が設けられており、フォトダイオード
１０の出力は、半導体ＬＤ（レーザーダイオード）光源
１２に注入する電流を制御する制御回路からなる電流ド
ライバー１１に接続されている。

電流ドライバー１１の出力は、半導体ＬＤ光源１２とと
もに、演算回路１９に接続されている。また、半導体Ｌ
Ｄ光源１２のレーザー出射口は、カップリングレンズ１
４および光ファイバー１５によって前述した導波路基板
３内の導波路３ａの入射口に接続されている。さらに、
半導体ＬＤ光源１２には、その後方出射レーザー光量を
モニターするモニター検出器１７、およびこのモニター
検出器１７に接続されたＡ　Ｐ　Ｃ（Ａｕｔｏｍａｔｉ
ｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路１８が設けられ
ており、このＡＰＣ回路１８の出力は電流ドライバー１
１に接続されている。

次にこの実施例のＡ　Ｆ　Ｍ装置の動作について説明す
る。

半導体ＬＤ光源１２で発生されたレーザービームは、カ
ップリングレンズ１４および光ファイバー１５を介して
導波路基板３内の導波路３ａに導かれる。導波路３ａ内
に導かれたレーザービームは、グレーティング８により
図中上方に偏向され、ハーフミラ−６ａ、６ｂで構成さ
れるファブリー・ペロエタロン６に入射する。この状態
で不図示の試料駆動手段により試料１６を探針１に接近
させでゆくと、探針１先端の原子と試料１６の表面原子
との間に働く原子間力を受けて両持ち梁基板２および導
波路基板３が一体的に反る。このＡＦＭでは、この反り
が一定となる状態、すなわち試料−探針間に一定の原子
間力が作用している状態で試料表面の走査が行われる。

ここで、ファプリーφペロエタロンについて述べておく
。一般にファブリー・ペロエタロンとは第３図に示すよ
うに、２枚の平行平面ガラス２１ａ、２１ｂを間隔ｄで
互いに平行に支持し、同かい合った２つの面をそれぞれ
半鍍金し、光がその間で繰り返し反射するよう構成した
もので多光線干渉計として知られている。このファプリ
ーやペロエタロンに光束Ａが入射した場合を例にとって
説明すると、光束Ａは図に示したようにガラス２１ａと
２１ｂの間で多重反射し、透過光束ｔ工。

ｊ２＋ｊ３および、反射光束ｒ工＋　　ｒ２＋　　ｒ３
を生じる。今、エタロン内で反射する光の相対する反射
面への入射角をθとすると隣り合った透過光束および反
射光束の光路差は、ともに２　ａ　ｃｏｓθである。よ
ってｄが十分少さい値であれば透過光束ｊｌ＋　　ｔ、
、ｔ３および、反射光束ｒｌ＋ｒ２ｒ、により多数の干
渉縞が形成される。この場合の波長久は、２　ｄ　ｃｏｓθ＝ｍλ（ｍは整数）から求められる。

この実施例のＡＦＭにおいては、第１図に示したように
°、上述したファブリー・ペロエタロン６の一方のハー
フミラ−６ａが、探針１を支持する両持ち梁基板２と一
体に設けられている。また、グレーティング８により上
方へと偏向され、光導波路を出たレーザービームは、あ
る広がりをもつ光束となり、ファブリー・ペロエタロン
６への入射角は、グレーティング８から遠ざかるほど大
きくなるため、エタロン６の透過光が形成する干渉縞は
複数の同心円状の干渉縞となる。この実施例のＡＦＭで
は、このようにして形成される干渉縞の光強度がフォト
ダイオード１０により検出されることになる。

次に、ファブリー・ペロエタロンの透過光強度について
述べる。この透過光強度は、エタロンへの入射ビームの
波長、エタロンの２つのノ＼−フミラーの間隔距離、お
よびエタロン内での相対するハーフミラ−へのビームの
入射角によって決定される。ハーフミラ−６ａ、６ｂの
間隔をｄ１ハーフミラ−の強度反射率をＲ、ビームの入
射角度をθ、入射光強度を工１とすると、ファブリー・
ペロエタロンの透過光強度１．。、は、 ■。。、＝［：１＋（４Ｒｓｉｎ　　２　（φ／２））　　／（１
−Ｒ）　　２　コ−”ＩＬｍ・・・・・・（１） φ＝　４ｄｚｃｏｓθ／λ　　　　　　　　　・・・・
・・（２）で与えられる。

今、探針１を走査する以前においては、ファブリー・ペ
ロエタロン６のハーフミラ−６ａ、６ｂの間隔は、探針
１に一定の原子間力が作用している時にフォトダイオー
ド１０に最も大きな光強度が得られる間隔に調整されて
いる。この状態で探針１を走査してゆ（と、試料１６の
表面凹凸に従がい試料−探針間に作用する原子間力が変
化するため、探針１を支持する両持ち梁基板２と導波路
基板３とが一体的に図中上下方向に変位する。また、こ
の導波路基板３の動きにとらないハーフミラ−６ａも変
位し、ファプリー・ペコニ９ｏン６のミラー間隔ｄを変
化させる。

ファブリー・ペロエタロン６のミラー間隔ｄが変化する
と、上述し７：（１）、　（２）式にしたがって、ファ
ブリー・ペロエタロン６の透過光強度が変化する。今、
フ単のため、エタロン内での光の吸収。

損失は無視し、かつレーザービームはファブリー・ペロ
エタロンに対して垂直に入射スル（θ士Ｏ）とすると、
例えばｄ　＝１．４０４　［ｍｍ］のとき、エタロン間
隔ｄが５オングストローム変化するとＩ。ｕｔ＝０．８
６　Ｉ　ｔ−となり、光強度は、８６［％］に減少する
。

このようにフォトダイオード１０で検出された光強度は
光電変換され、電流ドライバー１１に入力される。電流
ドライバー１１は、フォトダイオード１０の出力の変化
を補償する、すなわち上記（２）式においてφを一定に
保つように半導体ＬＤ光源１２への注入電流を制御し、
半導体ＬＤ光源１２から射出するレーザービームの発振
波長をシフトさせる。この実施例では半導体ＬＤ光源と
して、周波数可変レーザーとして知られているＧａＡｓ
ダイオードレーザ−を採用し、励起ＩＫ流によって接合
部にジュール熱の変化にともなう温度変化が生じ、活性
層の屈折率が変化する現象を利用してレーザー発振波長
のシフトを行なう。この場合の可変波長範囲は０．５７
〜３２［μｍ］である。

ところで、レーザー光源への注入電流とレーザーの出力
には第４図に示すような関係がある。すなわち、上述の
ような周波数可変のレーザー光源において、発振波長を
シフトするために注入電流を変化させると、同時にレー
ザー光源から出射するレーザー光自体の光強度が変化す
る。したがってこの実施例において、フォトダイオード
１０で検出される透過光強度の変化が、ファブリー・ペ
ロエタロン６のミラー間隔の変化による光強度変化なの
か、レーザー発振波長のシフトのために注入電流を変化
させたことによる光強度変化なのかが判別できない。そ
こでこの実施例では、モニター検出器１７によって半導
体ＬＤ光源１２の後方出射レーザー光強度を検出し、こ
の検出値を受けとったＡＰＣ回路１８が、半導体ＬＤ光
源１２からのレーザー光強度が常に一定となるように電
流ドライバー１１を制御する。このような構成によれば
、発振波長をシフトさせた時でも、半導体ＬＤ光源１２
からは常に一定強度のレーザー光が出射する。したがっ
てフォトダイオード１０で検出される光強度の変化は、
ファブリー・ペロエタロン６のミラー間隔、すなわち探
針１の変位にのみ依存することになる。

この実施例では、電流ドライバー１１と接続された演算
回路１９が、電流ドライバー１１から半導体ＬＤ光源１
２への注入電流の情報を受け、半導体ＬＤ光源１２の発
振波長のシフト量を知り、前述した（１）式の関係に基
づいて探針１の変位量を算出する。算出された探針１の
変位量は、不図示の試料駆動手段から得た試料上の位置
情報と合わせて、試料１６の表面凹凸を示すＡＦＭデー
タとして出力される。

以上説明したように、この実施例によれば、従来の光て
こ方式、光干渉方式などの検出方式を用いた場合に比べ
、小型で、外部環境の影響を受けに（い安定した探針の
変位検出系を構成することができる。

次に、この発明の他の実施例について述べる。

第２図はこの発明の第２の実施例であるＡ　Ｆ　Ｍ装置
の構成を示す概略図である。なお、第１図に示した第１
の実施例と同じ部材には同じ符号を付し、詳細な説明は
省略する。

第２図に示した実施例が第１の実施例と異なるのは、探
針１の変位を、電流ドライバー１１から半導体ＬＤ光源
１２への注入電流の変化に基づくレーザー発振波長のシ
フト量から算出するのではなく、フォトダイオード１０
の光電出力から直接算出するよう構成した点である。ま
た、この実施例においては、フォトダイオード１０で検
出されるファブリー・ペロエタロン６の透過光強度を一
定に維持する必要がないため、半導体ＬＤ光源１２は一
定波長のレーザーを出力すれば良く、第１実施例のモニ
ター検出器１７およびＡＰＣ回路１８は省かれている。

すなわち、この実施列においては、フォトダイオード１
０と演算回路１つとが直接接続されており、フォトダイ
オード１０で検出されるファブリー・ペロエタロン６の
透過光強度は、演算回路１つに出力される。演算回路１
つは、フォトダイオード１０からの光電変換信号を用い
、先に述べた（１）式および（２）式に基づいて探針１
の変位量を算出する。算出された探針１の変位量は、不
図示の試料駆動手段から得た試料表面上の位置信号と合
わせて、試料の凹凸情報を示すＡＦＭデータとして出力
される。

この実施例によれば、試料表面の平坦度が高い試料に対
し、先に述べた第１実施例−の装置に比べ簡単を構成で
、かつ小型で外部環境の影響を受けにくい安定した探針
の変位検出系を提供することができる。

また、上述した第１．第２の実施例においては、ファ７
’　ＩＪ−・ペロエタロンのハーフミラ−は近接して配
置されるので、この間にある空気の揺らぎなどの影響ら
受けにくく、光学的変位検出系として安定に、リアルタ
イムでの変位測定が可能となる。

さらに、フォトダイオード１０によってエタロンの透過
光全体の光強度を測定したが、エタロンを通る光束の広
がり角が大きい場合には、透過光の中心部分の光強度の
みを測定するよう構成しても、充分な光強度の変化を検
出でき、高精度で試料の表面測定が可能である。

さらに、上記実施例では、光源として半導体レーザーを
用いた例を述べてきたが、この発明はこれに限定される
こと無く、例えば、色素レーザーなどを用いても良い。

また、上述した２つの実施例では、ファブリー・ペロエ
タロンの２枚のハーフミラ−が、平行度を維持しながら
その間隔のみを変えられるより好適な例として、両持ち
梁型の探針支持部材を例示して説明したが、探針支持部
材と一体に設けられたハーフミラ−の傾きがエタロンの
間隔距離の変化に対して無視できる範囲内での測定であ
れば、片持ち梁型のカンチレバーを用いることらてき、
同様の効果を生ずることができる。

［発明の効果］以上述べてきたように、この発明の走査型プローブ顕微
鏡によれば、例えば原子間力のような微小な力に対し、
良好な感度を示し、かつ種々の外部環境の変化に対し、
安定した検出結果を得られる検出系を有する走査型プロ
ーブ顕微鏡を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例であるＡＦＭ装置の構
成を示す概略図、第２図はこの発明の第２の実施例であ
るＡＦＭ装置の構成を示す概略図、第３図はファプリー
・ベロエタロン内での光の振る舞いを説明するための説
明図、第４図は半導体レーザーの出力特性を示す図であ
る。１・・・探針　２・・・両持ち梁基板　３ａ・・・光導
波路６・・・ファフリーφベロエタロン８・・・グレーティング　１０・・・フォトダイオード
１１・・・電流ドライバー　１２・・・半導体ＬＤ光源
１６・・・試料　１９・・・演算回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料を走査する探針と、探針を支持するとともに、探針に作用する力を受けて変
位する探針支持部材と、反射面を向かい合わせて平行支持された２枚のハーフミ
ラーからなり、一方のハーフミラーが上記探針支持部材
と一体に設けられているファブリー・ペロエタロンと、レーザー光源と、上記レーザー光源からのレーザー光を上記ファブリー・
ペロエタロンに入射する光学系と、上記ファブリー・ペ
ロエタロンの透過光の強度を電気信号に変換する光検出
器と、上記光検出器の出力信号を一定に保つように、上記レー
ザー光源からのレーザー光の波長を制御する制御手段と
、上記制御手段の制御量から上記探針の変位量を算出する
演算手段と、を有する走査型プローブ顕微鏡。
（２）試料を走査する探針と、探針を支持するとともに、探針に作用する力を受けて変
位する探針支持部材と、反射面を向かい合わせて平行支持された２枚のハーフミ
ラーからなり、一方のハーフミラーが上記探針支持部材
と一体に設けられているファブリー・ペロエタロンと、レーザー光源と、上記レーザー光源からのレーザー光を上記ファブリー・
ペロエタロンに入射する光学系と、上記ファブリー・ペ
ロエタロンの透過光の強度を電気信号に変換する光検出
器と、上記光検出器の出力信号から上記探針の変位量を算出す
る演算手段と、を有する走査型プローブ顕微鏡。
（３）上記探針支持部材は両持ち梁であり、上記光学系
は、上記探針支持部材に設けられ、レーザー光源からの
レーザー光を伝搬する光導波路と、上記光導波路中に設
けられ、伝搬されてきたレーザー光を探針と平行な方向
に偏向する光学素子とを有する請求項１または２に記載
の走査型プローブ顕微鏡。