JPH04161807A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡Info
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- JPH04161807A JPH04161807A JP2286985A JP28698590A JPH04161807A JP H04161807 A JPH04161807 A JP H04161807A JP 2286985 A JP2286985 A JP 2286985A JP 28698590 A JP28698590 A JP 28698590A JP H04161807 A JPH04161807 A JP H04161807A
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q20/00—Monitoring the movement or position of the probe
- G01Q20/02—Monitoring the movement or position of the probe by optical means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- G—PHYSICS
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- G01Q10/00—Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
- G01Q10/04—Fine scanning or positioning
- G01Q10/06—Circuits or algorithms therefor
- G01Q10/065—Feedback mechanisms, i.e. wherein the signal for driving the probe is modified by a signal coming from the probe itself
-
- G—PHYSICS
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- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q20/00—Monitoring the movement or position of the probe
- G01Q20/04—Self-detecting probes, i.e. wherein the probe itself generates a signal representative of its position, e.g. piezoelectric gauge
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
- Y10S977/86—Scanning probe structure
- Y10S977/868—Scanning probe structure with optical means
- Y10S977/87—Optical lever arm for reflecting light
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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。
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ｇ察する走査型プ
ローブ顕微鏡に係り、特に試料−探針間に働く原子間力
や磁力を利用した原子開力顕微鏡や磁気力顕微鏡などの
力顕微＠ （Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏ−ｓｃｏｐｅ）に
関する。
ローブ顕微鏡に係り、特に試料−探針間に働く原子間力
や磁力を利用した原子開力顕微鏡や磁気力顕微鏡などの
力顕微＠ （Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏ−ｓｃｏｐｅ）に
関する。
［従来の技術］
絶縁性試料の表面形状を原子オーダーで観察できる装置
に原子開力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃ
ｒｏ−ｓｃｏｐｅ（ＡＦＭ））がある、その詳細はｒＧ
、ｂｉｎｎｉｇ。
に原子開力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃ
ｒｏ−ｓｃｏｐｅ（ＡＦＭ））がある、その詳細はｒＧ
、ｂｉｎｎｉｇ。
Ｃ，Ｆ、Ｑｕａｔｅ、 ”Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉ
ｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ、 ＶＯｌ、５６．９３０（１９
８６）Ｊに記載されている。先端が鋭く尖った探針を試
料表面に近づけていくと、探針先端の原子と試料表面と
の原子との間にファン＝デル＝ワールス（ｖａｎｄｅｒ
Ｗａａｌｓ）相互作用による引力が働く、さらに原子
の結合距離程度まで近づけるとパウリ（Ｐａｕ ｌ ｉ
）の排他体による斥力が両者間に働く、これらの引力
および斥力が原子間力であって、その大きさは非常に小
さく １Ｏ−ＩＩ〜１０−１２［Ｎ］程度である。原子
開力顕微鏡はこの原子間力を利用して試料表面の凹凸を
調べる。その概要を述べると、 まず柔軟なカンチレバ
ーに探針を設け、探針先端の原子が原子間力を受けてカ
ンチレバーがある程度変位する距離まで探針を試料に近
づける。 この状態で探針を試料表面に沿って移動させ
ると、試料表面の凹凸に応じて探針と試料との間の距離
が変化することによりカンチレバーの変位量が変化する
。このとき圧電体などの微動素子を用いてカンチレバー
の変位量を初期値に戻す、試料の表面を探針がラスター
走査するあいだこの操作を繰り返すと、 ＳＴＭと同様
に探針先端が試料表面の凹凸を反映した曲面を描＜、シ
たがって圧電体に印加した電圧から試料の表面形状を示
す画像を得ることができる。
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉ
ｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ、 ＶＯｌ、５６．９３０（１９
８６）Ｊに記載されている。先端が鋭く尖った探針を試
料表面に近づけていくと、探針先端の原子と試料表面と
の原子との間にファン＝デル＝ワールス（ｖａｎｄｅｒ
Ｗａａｌｓ）相互作用による引力が働く、さらに原子
の結合距離程度まで近づけるとパウリ（Ｐａｕ ｌ ｉ
）の排他体による斥力が両者間に働く、これらの引力
および斥力が原子間力であって、その大きさは非常に小
さく １Ｏ−ＩＩ〜１０−１２［Ｎ］程度である。原子
開力顕微鏡はこの原子間力を利用して試料表面の凹凸を
調べる。その概要を述べると、 まず柔軟なカンチレバ
ーに探針を設け、探針先端の原子が原子間力を受けてカ
ンチレバーがある程度変位する距離まで探針を試料に近
づける。 この状態で探針を試料表面に沿って移動させ
ると、試料表面の凹凸に応じて探針と試料との間の距離
が変化することによりカンチレバーの変位量が変化する
。このとき圧電体などの微動素子を用いてカンチレバー
の変位量を初期値に戻す、試料の表面を探針がラスター
走査するあいだこの操作を繰り返すと、 ＳＴＭと同様
に探針先端が試料表面の凹凸を反映した曲面を描＜、シ
たがって圧電体に印加した電圧から試料の表面形状を示
す画像を得ることができる。
また、磁気力顕微鏡（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｏｒｃｅ
Ｍｉｃｒｏ−ｓｃｏｐｅ（ＭＦＭ））は磁性材料（試料
）の表面形状を調べる装置で、上述の原子開力顕微鏡に
非常に似ているが、原子間力の代わりに磁気力を利用す
る点が異なる。すなわち基本的な構成は原子開力顕微鏡
のそれと同じであるが、ただ探針を磁性体材料で形成し
た点が異なる。測定方法も原子開力顕微鏡と同様で、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が
ら試料表面に沿って探針を移動させ、探針先端の位置デ
ータから試料表面の凹凸像を得る。
Ｍｉｃｒｏ−ｓｃｏｐｅ（ＭＦＭ））は磁性材料（試料
）の表面形状を調べる装置で、上述の原子開力顕微鏡に
非常に似ているが、原子間力の代わりに磁気力を利用す
る点が異なる。すなわち基本的な構成は原子開力顕微鏡
のそれと同じであるが、ただ探針を磁性体材料で形成し
た点が異なる。測定方法も原子開力顕微鏡と同様で、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が
ら試料表面に沿って探針を移動させ、探針先端の位置デ
ータから試料表面の凹凸像を得る。
［発明が解決しようとする課題］
前述したＡＦＭやＭＦＭでは、探針と試料との間の距離
を一定に保ちながら、試料表面のｘｙ力方向対して探針
を相対的に移動させて試料表面の凹凸形状を測定する。
を一定に保ちながら、試料表面のｘｙ力方向対して探針
を相対的に移動させて試料表面の凹凸形状を測定する。
このような探針の（サーボ）制御は、例えば圧電体など
の微動素子を用いて試料表面に垂直な２方向に探針を移
動させて行なう。
の微動素子を用いて試料表面に垂直な２方向に探針を移
動させて行なう。
試料の表面近傍の原子や分子による原子間力や物理また
は化学的吸着力の作用する場に探針が近づいたときの探
針先端と試料表面の原子間の距離と力の関係は一般に第
６Ａ図のように表せる。たとえば図中のＡの位置で受け
る引力を一定に保つようにして探針と試料の間隔を一定
の距離にサーボ制御する場合、試料に酸化膜があっても
その酸化膜の表面に対してサーボが正常に動作している
限り探針が酸化膜やゴミ等に衝突することはない。
は化学的吸着力の作用する場に探針が近づいたときの探
針先端と試料表面の原子間の距離と力の関係は一般に第
６Ａ図のように表せる。たとえば図中のＡの位置で受け
る引力を一定に保つようにして探針と試料の間隔を一定
の距離にサーボ制御する場合、試料に酸化膜があっても
その酸化膜の表面に対してサーボが正常に動作している
限り探針が酸化膜やゴミ等に衝突することはない。
ＡＦＭとＭＦＭのいずれにおいても、探針が試料表面（
ｘｙ力方向を走査するあいだ探針と試料との間の距離を
一定に保つようにサーボｆｆ１Ｊ ｍする。
ｘｙ力方向を走査するあいだ探針と試料との間の距離を
一定に保つようにサーボｆｆ１Ｊ ｍする。
たとえば探針を２方向に移動させて探針と試料との間の
距離Δ２を一定に保ちなから探針を移動させるが、第６
Ｂ図に示すように探針の移動方向に急峻に立ち上がる斜
面があると探針は試料に衝突する。これは、探針の先端
付近の試料の勾配θ７が緩やかなため、サーボに応答し
て探針が上昇する間に移動する距離ΔｘＴが探針の側面
と試料の斜面との間の距離ΔＸ、よりも長いことにより
生じる。
距離Δ２を一定に保ちなから探針を移動させるが、第６
Ｂ図に示すように探針の移動方向に急峻に立ち上がる斜
面があると探針は試料に衝突する。これは、探針の先端
付近の試料の勾配θ７が緩やかなため、サーボに応答し
て探針が上昇する間に移動する距離ΔｘＴが探針の側面
と試料の斜面との間の距離ΔＸ、よりも長いことにより
生じる。
特に勾配θアがゼロまたは員の試料では探針の衝突は明
白である。なお、 これまでは急峻に立ち上がる斜面に
ついての説明であるが、もちろん斜面が急峻に下降する
場合にも探針の斜面側の側面と斜面との間で衝突が起き
る。
白である。なお、 これまでは急峻に立ち上がる斜面に
ついての説明であるが、もちろん斜面が急峻に下降する
場合にも探針の斜面側の側面と斜面との間で衝突が起き
る。
本発明は、ＡＦＭ−ＭＦＭ等の探針が試料表面を走査す
る間、急峻な試料の凹凸に遭遇した場合でも、探針と試
料とが衝突することのない装置の提供を目的とする。
る間、急峻な試料の凹凸に遭遇した場合でも、探針と試
料とが衝突することのない装置の提供を目的とする。
［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、試料の表面を調査
するための探針と、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、探針を任意の
少なくとも２次元方向に駆動する駆動体と、試料の表面
に垂直な２方向に沿った探針の変位を検出する第１の変
位検出手段と、探針の移動方向の変位を検出する第２の
変位検出手段と、第１の変位検出手段の出力を一定にす
べく駆動体を駆動するサーボ制御手段とを備え、第２の
変位検出手段の出力が所定値以上になった時にサーボ制
御手段とは無関係に探針と試料との間の距離を広げる。
するための探針と、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、探針を任意の
少なくとも２次元方向に駆動する駆動体と、試料の表面
に垂直な２方向に沿った探針の変位を検出する第１の変
位検出手段と、探針の移動方向の変位を検出する第２の
変位検出手段と、第１の変位検出手段の出力を一定にす
べく駆動体を駆動するサーボ制御手段とを備え、第２の
変位検出手段の出力が所定値以上になった時にサーボ制
御手段とは無関係に探針と試料との間の距離を広げる。
［作用コ
このように構成すれば、上記第２の変位検出手段によっ
て、前述した試料表面上の急峻（二立ち上がる斜面から
の作用力を検知し、探針と試料との接触を逃れることが
できる。
て、前述した試料表面上の急峻（二立ち上がる斜面から
の作用力を検知し、探針と試料との接触を逃れることが
できる。
［実施例コ
本発明の走査型プローブ顕微鏡の実施例を図面を参照に
しながら説明する。
しながら説明する。
第１図に示すように、カンチレノ＜−１２１よ一端が上
部シリコン基板１８に固定された片持ち番ｆ番〕で、
自由端部の上面には探針１４力（設＋１られ、し蔦っぽ
う下面には反射ミラー１６が設けられてし＼る。
部シリコン基板１８に固定された片持ち番ｆ番〕で、
自由端部の上面には探針１４力（設＋１られ、し蔦っぽ
う下面には反射ミラー１６が設けられてし＼る。
上部シリコン基板１８は、例えばパイレックスで形成し
た断面コ字状の中間ブロック２０を介して下部シリコン
基板２２に固定されてし＼る。下部シリコン基板２２に
は半導体プロセスを用（翫て形成した半導体レーザー２
４が設けられている。半導体レーザー２４は、 ブラッ
グ反射体またζよブＩＪズムを一端に有する光導波路２
６に結合されて（＼て、半導体レーザー２４からのレー
ザー光を所定の角度で射出する。 このようなブラッグ
反射体は例えば蒸着とエツチングを繰り返し用いること
によりシリコン基板２２上に形成することができる。光
導波路２６から出たレーザー光はカンチレバー１２上の
反射ミラー１６で反射される。この反射光は、下部シリ
コン基板２２上の第１の反射面２８・ｙ軸周りに回転可
能に設けられた回転ミラー４０・中間ブロック２０に設
けられた第２の反射面３０で順に反射され、最終的に下
部シリコン基板２２に設けられた受光器３２に照射され
る。
た断面コ字状の中間ブロック２０を介して下部シリコン
基板２２に固定されてし＼る。下部シリコン基板２２に
は半導体プロセスを用（翫て形成した半導体レーザー２
４が設けられている。半導体レーザー２４は、 ブラッ
グ反射体またζよブＩＪズムを一端に有する光導波路２
６に結合されて（＼て、半導体レーザー２４からのレー
ザー光を所定の角度で射出する。 このようなブラッグ
反射体は例えば蒸着とエツチングを繰り返し用いること
によりシリコン基板２２上に形成することができる。光
導波路２６から出たレーザー光はカンチレバー１２上の
反射ミラー１６で反射される。この反射光は、下部シリ
コン基板２２上の第１の反射面２８・ｙ軸周りに回転可
能に設けられた回転ミラー４０・中間ブロック２０に設
けられた第２の反射面３０で順に反射され、最終的に下
部シリコン基板２２に設けられた受光器３２に照射され
る。
第２図及び第３図に示すように、カンチレバー１２が力
Ｆを受けて湾曲したときの先端部の変位δは、カンチレ
バーの長さを１・厚さをｍ・幅をｎとする と、 δ ＝ ４１’Ｆ／ｍｎ’Ｅ
・・・ （１）で与えられる。ここに
Ｅはカンチレバー１２の縦弾性係数である。カンチレバ
ー１２がδだけ変位すると、第３図に示すように、 こ
れに応じて受光器３２に照射されるレーザー光の主光線
の位置はΔｙだけ移動する。カンチレバー１２の根元か
ら探針１４が取り付けられた位置までをａとし、 また
、反射ミラー１６から第１の反射面２８まで・第１の反
射面２８から回転ミラー４０まで・回転ミラー４０から
第２の反射面３０まで・第２の反射面３０から受光器３
２までのｙ−ｚ平面に射影した光路長をそれぞれｂ−ｃ
−ｄ−ｅとすると、これらのａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅと移動
量△ｙとの間には、△ｙｏｃδ（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）／ａ の関係がある。
Ｆを受けて湾曲したときの先端部の変位δは、カンチレ
バーの長さを１・厚さをｍ・幅をｎとする と、 δ ＝ ４１’Ｆ／ｍｎ’Ｅ
・・・ （１）で与えられる。ここに
Ｅはカンチレバー１２の縦弾性係数である。カンチレバ
ー１２がδだけ変位すると、第３図に示すように、 こ
れに応じて受光器３２に照射されるレーザー光の主光線
の位置はΔｙだけ移動する。カンチレバー１２の根元か
ら探針１４が取り付けられた位置までをａとし、 また
、反射ミラー１６から第１の反射面２８まで・第１の反
射面２８から回転ミラー４０まで・回転ミラー４０から
第２の反射面３０まで・第２の反射面３０から受光器３
２までのｙ−ｚ平面に射影した光路長をそれぞれｂ−ｃ
−ｄ−ｅとすると、これらのａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅと移動
量△ｙとの間には、△ｙｏｃδ（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）／ａ の関係がある。
第２図及び第４図に示すように、カンチレバー１２がモ
ーメント荷重Ｔを受けて回転したときの回転角θは、 θ ＝ ３１Ｔ／ｍｎ’Ｇ −（
２）で与えられる。 ここにＧはカンチレバー１２の横
弾性係数である。カンチレバー１２がθだけ回転すると
、回転ミラー４０がＸ−Ｚ平面に平行な場合に、これに
応じて受光器３２に照射されるレーザー光の主光線の位
置はΔＸだけ移動する。ΔＸを第４図中に図示すると、
光線ｇを２点鎖線の様に延長して得られる点Ｐ１と原点
Ｐ０との間の距離となる、この移動量ΔＸは、反射ミラ
ー１６から第１の反射面２８まで・第１の反射面２８か
ら回転ミラー４０まで・回転ミラー４０から第２の反射
面３０まで・第２の反射面３０から受光器３２までのＸ
−Ｚ平面に射影した光路長をそれぞれｆ−ｇ・ｈ−ｉと
すると。
ーメント荷重Ｔを受けて回転したときの回転角θは、 θ ＝ ３１Ｔ／ｍｎ’Ｇ −（
２）で与えられる。 ここにＧはカンチレバー１２の横
弾性係数である。カンチレバー１２がθだけ回転すると
、回転ミラー４０がＸ−Ｚ平面に平行な場合に、これに
応じて受光器３２に照射されるレーザー光の主光線の位
置はΔＸだけ移動する。ΔＸを第４図中に図示すると、
光線ｇを２点鎖線の様に延長して得られる点Ｐ１と原点
Ｐ０との間の距離となる、この移動量ΔＸは、反射ミラ
ー１６から第１の反射面２８まで・第１の反射面２８か
ら回転ミラー４０まで・回転ミラー４０から第２の反射
面３０まで・第２の反射面３０から受光器３２までのＸ
−Ｚ平面に射影した光路長をそれぞれｆ−ｇ・ｈ−ｉと
すると。
Δｘ ＝ （ｆ ＋ｇ十ｈ＋ ｉ ） ｓｉｎ ２θで
与えられる。
与えられる。
これらの移動量ΔＸ及びΔｙは受光器３２で検出される
。受光器３２の動作を第５図により説明する。受光器３
２は第５図に示される４分割された受光部り、・Ｄ２・
Ｄ、・Ｄ４を備え、受光部Ｄ１・Ｄ、・Ｄ、・Ｄ４から
の出力をそれぞれｄｌ−ｄ、・ｄ、・ｄ４として、公知
の加算器および減算器を組み合わせることにより、 Ｓδ ・（’１”ｄｚ）−（ｄ、＋ｄ４）
・・・（３）Ｓθ ” （ｄｔ−ｄｚ）＋（ｄＢ−
ｄ４） ・・・（４）が作り出され
る。これらの信号Ｓδ及びＳθはそれぞれΔｙ及びΔＸ
に比例する。従って、Ｓδ及びＳθからカンチレバー１
２の変位δ及び回転角θが求まる。
。受光器３２の動作を第５図により説明する。受光器３
２は第５図に示される４分割された受光部り、・Ｄ２・
Ｄ、・Ｄ４を備え、受光部Ｄ１・Ｄ、・Ｄ、・Ｄ４から
の出力をそれぞれｄｌ−ｄ、・ｄ、・ｄ４として、公知
の加算器および減算器を組み合わせることにより、 Ｓδ ・（’１”ｄｚ）−（ｄ、＋ｄ４）
・・・（３）Ｓθ ” （ｄｔ−ｄｚ）＋（ｄＢ−
ｄ４） ・・・（４）が作り出され
る。これらの信号Ｓδ及びＳθはそれぞれΔｙ及びΔＸ
に比例する。従って、Ｓδ及びＳθからカンチレバー１
２の変位δ及び回転角θが求まる。
下部シリコン基板２２は、圧電アクチュエーター３６を
介して粗動装置３８に固定される。この圧電アクチュエ
ーター３６はＳＴＭ等に用いられる公知の２方向微動装
置である。また、半導体レーザー２４から射出されたレ
ーザー光の光路上には、角度エンコーダー付の回転駆動
体４５によりｙ軸周りに回転可能に設けられ、 ｙ軸に
垂直な面に対して僅かに傾けたミラー面を有する回転ミ
ラー４０が配置されている。また、下部シリコン基板２
２には、移動量検知エンコーダー付のｙ方向に移動可能
なステージ４２を備える微動装置４３が取り付けられ、
下部シリコン基板２２の上面とほぼ同じ高さのステージ
４２上に受光器３２が固定される。
介して粗動装置３８に固定される。この圧電アクチュエ
ーター３６はＳＴＭ等に用いられる公知の２方向微動装
置である。また、半導体レーザー２４から射出されたレ
ーザー光の光路上には、角度エンコーダー付の回転駆動
体４５によりｙ軸周りに回転可能に設けられ、 ｙ軸に
垂直な面に対して僅かに傾けたミラー面を有する回転ミ
ラー４０が配置されている。また、下部シリコン基板２
２には、移動量検知エンコーダー付のｙ方向に移動可能
なステージ４２を備える微動装置４３が取り付けられ、
下部シリコン基板２２の上面とほぼ同じ高さのステージ
４２上に受光器３２が固定される。
この実施例で使用するカンチレバー１２は、第９図に図
示されるように、長手方向に２組のバイモルフ４４Ａ・
４４Ｂからなるバイモルフ駆動体４４を備える。 この
ようなバイモルフ４４Ａ・４４Ｂは、 スタンフォード
大学のクェートらによす発表され、 ＳＴＭカンチレ
バーに組み込まれたもので、その構成および動作を第９
図を参照しながら説明する。このようなバイモルフ４４
Ａ・４４Ｂは、カンチレバー１２の上下面に接地用のＡ
１電極４６を形成し、Ａ１電極４６の上下面にＺｎＯ等
の圧電体層４８を蒸着により形成し、圧電体層４８の上
下面にほぼ中央で２分される駆動用のＡ１電極５０ａ・
５０ｂ・５０ｃ・５０ｄを蒸着して形成される。 この
ような構造において、電極５０ａと電極５０ｄとの間に
挟まれる部分に１組のバイモルフ４４Ａが構成され、電
極５０ｂと電極５０ｃとの間に挟まれる部分にもう１組
のバイモルフ４４Ｂが構成される。
示されるように、長手方向に２組のバイモルフ４４Ａ・
４４Ｂからなるバイモルフ駆動体４４を備える。 この
ようなバイモルフ４４Ａ・４４Ｂは、 スタンフォード
大学のクェートらによす発表され、 ＳＴＭカンチレ
バーに組み込まれたもので、その構成および動作を第９
図を参照しながら説明する。このようなバイモルフ４４
Ａ・４４Ｂは、カンチレバー１２の上下面に接地用のＡ
１電極４６を形成し、Ａ１電極４６の上下面にＺｎＯ等
の圧電体層４８を蒸着により形成し、圧電体層４８の上
下面にほぼ中央で２分される駆動用のＡ１電極５０ａ・
５０ｂ・５０ｃ・５０ｄを蒸着して形成される。 この
ような構造において、電極５０ａと電極５０ｄとの間に
挟まれる部分に１組のバイモルフ４４Ａが構成され、電
極５０ｂと電極５０ｃとの間に挟まれる部分にもう１組
のバイモルフ４４Ｂが構成される。
電極５０ａ・５０ｂ・５０ｃ・５０ｄで覆われた部分の
圧電体４８をそれぞれ４８ａ・４８ｂ・４８ｃ・４８ｄ
とし、それぞれの長さを１ａ・１ｂ・ｌｃ・Ｉｄとする
。電極５０ａ・５０ｂ・５０ｃ・５０ｄｌ：そｔＬぞし
Ｖ、−Ｖｌ−Ｖ、−Ｖ、 （Ｖ、＞Ｖｌ）なる電圧が印
加されると、圧電体の各部分の長さはＩａ＝Ｉｃ）Ｉｂ
＝Ｉｄとなる。 この結果、バイモルフ４４Ａは下向き
に、バイモルフ４４Ｂは上向きに反り、カンチレバー１
２の先端は軸Ｑの周りを時計回り（ＣＷ）に回転変位す
る。また電圧の大きさを逆に即ちＶ、＜Ｖ、とすると１
反時計回り（ＣＣＷ）に回転変位する６ 以下、これら
回転モード制御をそれぞれＣＷ回転変位制御、ＣＣＷ回
転変位制御とする。
圧電体４８をそれぞれ４８ａ・４８ｂ・４８ｃ・４８ｄ
とし、それぞれの長さを１ａ・１ｂ・ｌｃ・Ｉｄとする
。電極５０ａ・５０ｂ・５０ｃ・５０ｄｌ：そｔＬぞし
Ｖ、−Ｖｌ−Ｖ、−Ｖ、 （Ｖ、＞Ｖｌ）なる電圧が印
加されると、圧電体の各部分の長さはＩａ＝Ｉｃ）Ｉｂ
＝Ｉｄとなる。 この結果、バイモルフ４４Ａは下向き
に、バイモルフ４４Ｂは上向きに反り、カンチレバー１
２の先端は軸Ｑの周りを時計回り（ＣＷ）に回転変位す
る。また電圧の大きさを逆に即ちＶ、＜Ｖ、とすると１
反時計回り（ＣＣＷ）に回転変位する６ 以下、これら
回転モード制御をそれぞれＣＷ回転変位制御、ＣＣＷ回
転変位制御とする。
これに対して電極５０ａ・５０ｂ・５０ｃ・５０ｄｌ＝
それぞれ■ｘ’ Ｖｔ’ Ｖａ’ Ｖｌ （Ｖｌ＞Ｖｌ
） ナル電圧を印加すると、圧電体の各部分の長さはｌ
ａ＝ Ｉｂ＞Ｉｃ＝Ｉｄとなり、カンチレバー１２の先
端は下向きに反る。また電圧の大小関係を逆に即ちＶ、
＜Ｖ。
それぞれ■ｘ’ Ｖｔ’ Ｖａ’ Ｖｌ （Ｖｌ＞Ｖｌ
） ナル電圧を印加すると、圧電体の各部分の長さはｌ
ａ＝ Ｉｂ＞Ｉｃ＝Ｉｄとなり、カンチレバー１２の先
端は下向きに反る。また電圧の大小関係を逆に即ちＶ、
＜Ｖ。
とすると、カンチレバー１２の先端は上向きに反る。こ
れらの変位モード制御をそれぞれｔＪＰ変位制御、 Ｄ
ＯＷＮ変位制御とする。
れらの変位モード制御をそれぞれｔＪＰ変位制御、 Ｄ
ＯＷＮ変位制御とする。
次に本実施例の初期設定と基本動作について説明する。
まず、Ｗｌ！定に先だって受光器３２及び回転ミラー４
０を予め定めた初期位置に配置する。つまり、探針と試
料との間の距離が第６Ａ図の点Ａの距離となり、カンチ
レバー１２がδ。だけ変位したときに出力ＳδがＳδ＝
０となるように受光器３２の位置を微動装置４３を用い
て調整する。この位置調整は予め求めた図示しないスケ
ールに従って微動装置４３を作動させて行なう、 また
、探針１４が試料３４から剪断力子。を受けてカンチレ
バー１２がθ。たけ回転変位したときに、受光器３２か
らの出力ＳθがＳθ＝０となるように、予め求めた図示
されないスケールに従って回転駆動体４５を作動させて
回転ミラー４０の角度方向を定めておく。
０を予め定めた初期位置に配置する。つまり、探針と試
料との間の距離が第６Ａ図の点Ａの距離となり、カンチ
レバー１２がδ。だけ変位したときに出力ＳδがＳδ＝
０となるように受光器３２の位置を微動装置４３を用い
て調整する。この位置調整は予め求めた図示しないスケ
ールに従って微動装置４３を作動させて行なう、 また
、探針１４が試料３４から剪断力子。を受けてカンチレ
バー１２がθ。たけ回転変位したときに、受光器３２か
らの出力ＳθがＳθ＝０となるように、予め求めた図示
されないスケールに従って回転駆動体４５を作動させて
回転ミラー４０の角度方向を定めておく。
測定の際、 まず、カンチレバー１２の先端部に設けら
れた探針１４は、圧電アクチュエーター３６に固定され
た粗動装置３８によって、下部シリコン基板２２と共に
試料３４に近づけられる。探針１４を試料３４に近づけ
る間、受光器３２からの出力Ｓδを監視しておき、出力
ＳδがＳδ；０となったところで粗動装置３８を停止さ
せる。 このとき、探針１４には第６Ａ図のＡ点に対応
する引力が働き、カンチレバー１２はδ。だけ上方に変
位する。
れた探針１４は、圧電アクチュエーター３６に固定され
た粗動装置３８によって、下部シリコン基板２２と共に
試料３４に近づけられる。探針１４を試料３４に近づけ
る間、受光器３２からの出力Ｓδを監視しておき、出力
ＳδがＳδ；０となったところで粗動装置３８を停止さ
せる。 このとき、探針１４には第６Ａ図のＡ点に対応
する引力が働き、カンチレバー１２はδ。だけ上方に変
位する。
続いて、基本動作として図示しない公知のパルスモータ
−によりデジタル的に駆動できるｘｙ走査装置１６０を
用いて、探針１４または試料３４がＸ方向に走査される
。探針１４のＸ方向の変位について考察すると、試料３
４の凹凸に応じて探針試料間距離が変化するために探針
１４に作用する原子間力が変化し、カンチレバー１２の
変位量が変化する。カンチレバー１２の変位量の変化は
、受光器３２へ投影するレーザー光のスポットの位置を
変え、結果としてＳδ（≠０）が出力される。信号Ｓδ
及びＳθによる各装置の制御について説明する。Ｓδは
２サ一ボ回路６１に入力され、 ２サ一ボ回路６１から
の出力は圧電アクチュエーター３６（上下駆動装置）に
入力され、変位δ。を一定に保つようにサーボ制御され
る。従って、 ２サ一ボ回路６１の出力信号で試料３４
の凹凸像が形成される。
−によりデジタル的に駆動できるｘｙ走査装置１６０を
用いて、探針１４または試料３４がＸ方向に走査される
。探針１４のＸ方向の変位について考察すると、試料３
４の凹凸に応じて探針試料間距離が変化するために探針
１４に作用する原子間力が変化し、カンチレバー１２の
変位量が変化する。カンチレバー１２の変位量の変化は
、受光器３２へ投影するレーザー光のスポットの位置を
変え、結果としてＳδ（≠０）が出力される。信号Ｓδ
及びＳθによる各装置の制御について説明する。Ｓδは
２サ一ボ回路６１に入力され、 ２サ一ボ回路６１から
の出力は圧電アクチュエーター３６（上下駆動装置）に
入力され、変位δ。を一定に保つようにサーボ制御され
る。従って、 ２サ一ボ回路６１の出力信号で試料３４
の凹凸像が形成される。
一方、探針１４の走査方向の変位について考察すると、
走査中、探針１４は試料３４から剪断力Ｔを受け、カン
チレバー１２の回転変位を引き起こし、 二の回転変位
は受光器３２からの出力Ｓθとして検出される。 とこ
ろで、 出力Ｓθは、探針１４が剪断力Ｔ０を受けたと
きにＳθ；０を出力するように初期設定されている。従
って、探針１４に働く剪断力は、Ｔｏからの相対的なず
れに対して、Ｓθ（≠０）が出力される。Ｓθは、その
出力がバイモルフ４４Ａ・４４Ｂに接続されたθサーボ
回路６２に入力され、カンチレバー１２の回転変位θ。
走査中、探針１４は試料３４から剪断力Ｔを受け、カン
チレバー１２の回転変位を引き起こし、 二の回転変位
は受光器３２からの出力Ｓθとして検出される。 とこ
ろで、 出力Ｓθは、探針１４が剪断力Ｔ０を受けたと
きにＳθ；０を出力するように初期設定されている。従
って、探針１４に働く剪断力は、Ｔｏからの相対的なず
れに対して、Ｓθ（≠０）が出力される。Ｓθは、その
出力がバイモルフ４４Ａ・４４Ｂに接続されたθサーボ
回路６２に入力され、カンチレバー１２の回転変位θ。
を一定に保つようにサーボ制御される。
探針１４が試料３４の表面を走査する時、最も先端にあ
る探針１４の原子Ｊ０とこれに最も近い試料３４の原子
に０との間に第６Ａ図に示す相関関係に従う力が作用し
ており、探針および試料を構成する他の原子の間に作用
する力は無視できるものとして、カンチレバー１２の変
位の初期設定変位δ。を定めている。 しかしながら
、探針の原子Ｊ。を先端の一部とする探針の曲面の曲率
Ｒアは、試料３４の部分表面の曲率Ｒ，とＲＴ＝ Ｒ，
となることは予想され、この場合にはＪｏ、 Ｋｏと対
等に相対する原子（Ｊｌ、 Ｋり、（’２．Ｋｘ）・・
・・・・が存在し、作用するカは積分された力となる。
る探針１４の原子Ｊ０とこれに最も近い試料３４の原子
に０との間に第６Ａ図に示す相関関係に従う力が作用し
ており、探針および試料を構成する他の原子の間に作用
する力は無視できるものとして、カンチレバー１２の変
位の初期設定変位δ。を定めている。 しかしながら
、探針の原子Ｊ。を先端の一部とする探針の曲面の曲率
Ｒアは、試料３４の部分表面の曲率Ｒ，とＲＴ＝ Ｒ，
となることは予想され、この場合にはＪｏ、 Ｋｏと対
等に相対する原子（Ｊｌ、 Ｋり、（’２．Ｋｘ）・・
・・・・が存在し、作用するカは積分された力となる。
また吸着力は探針原子と試料原子との組合せで選択性を
持ち、原子の組合せにより吸着が起きたり起こらなかっ
たりする。その相関曲線の力と距離のスケールは組合せ
で異なり（極性がある）。
持ち、原子の組合せにより吸着が起きたり起こらなかっ
たりする。その相関曲線の力と距離のスケールは組合せ
で異なり（極性がある）。
温度にも影響される。試料は複数の構成原子が種々の配
置で表面付近に並んでいて、しかも表面は粗い状態であ
るかも知れない、 また多孔性の固体物質の細孔に気体
が吸着していたり、探針自身に他の原子が吸着していた
りするかも知れない、探針または試料の表面の原子間の
結合（共有結合イオン結合）や欠陥を伴った構造などか
ら探針は走査中に試料より試料平面方向に場所により非
対称な力を受け、剪断力を受ける０以上、各種の力は探
針および試料の極性（イオン化等）と、各原子間の距離
に基づく相関関係は第６Ａ図の関係に相似しているとし
て、その積分した力が試料から探針に付与される。二の
剪断力の出力Ｓθ及び探針の上下変位信号Ｓδを第９図
のカンチレバーに適用した本発明の制御部の第１の実施
例を第７Ａ図に示し、第８図の動作チャートを用いて説
明する。
置で表面付近に並んでいて、しかも表面は粗い状態であ
るかも知れない、 また多孔性の固体物質の細孔に気体
が吸着していたり、探針自身に他の原子が吸着していた
りするかも知れない、探針または試料の表面の原子間の
結合（共有結合イオン結合）や欠陥を伴った構造などか
ら探針は走査中に試料より試料平面方向に場所により非
対称な力を受け、剪断力を受ける０以上、各種の力は探
針および試料の極性（イオン化等）と、各原子間の距離
に基づく相関関係は第６Ａ図の関係に相似しているとし
て、その積分した力が試料から探針に付与される。二の
剪断力の出力Ｓθ及び探針の上下変位信号Ｓδを第９図
のカンチレバーに適用した本発明の制御部の第１の実施
例を第７Ａ図に示し、第８図の動作チャートを用いて説
明する。
第７Ａ図において、変位信号Ｓδは探針と試料の距離を
一定に保つように２サ一ボ回路６１に入力され、 ２サ
一ボ回路６１の出力は、探針を上下する圧電アクチュエ
ーター３６に出力される。一方剪断力Ｔを反映した出力
Ｓθは、カンチレバーの回転変位を所定の角度（θ；０
でもよい）に一定に保つようにθサーボ回路６２に入力
されると共に、剪断力Ｔを受けて探針または試料が破損
されないように探針１４を試料３２に対し、 θサーボ
回路６２に出力に応じて上方に引き離す動作をするよう
に上記の２サ一ボ回路６１に入力される。
一定に保つように２サ一ボ回路６１に入力され、 ２サ
一ボ回路６１の出力は、探針を上下する圧電アクチュエ
ーター３６に出力される。一方剪断力Ｔを反映した出力
Ｓθは、カンチレバーの回転変位を所定の角度（θ；０
でもよい）に一定に保つようにθサーボ回路６２に入力
されると共に、剪断力Ｔを受けて探針または試料が破損
されないように探針１４を試料３２に対し、 θサーボ
回路６２に出力に応じて上方に引き離す動作をするよう
に上記の２サ一ボ回路６１に入力される。
θサーボ回路６２からの出力Ｏθは、前記のＣＷまたは
ＣＣＷ回転変位制御をするように回路群６７を介して、
バイモルフ駆動体４４に入力されている。
ＣＣＷ回転変位制御をするように回路群６７を介して、
バイモルフ駆動体４４に入力されている。
探針１４が試料表面３４を走査中に変位信号Ｓδを２サ
一ボ回路６１に入力し、カンチレバーは、探針と試料と
の間の距離を一定に保つように２方向のサーボを行なう
と共に、剪断力の信号Ｓθを受けたθサーボ回路６２は
カンチレバーの回転変位θを初期設定された角度に保ち
、探針の方位を一定に保つ、第８図（ａ）は試料３４の
表面の凹凸ｄを示し、探針１４は、剪断力Ｔを受けて表
面凹凸ｄ上を移動する。矢印りは探針の移動方向を示す
。
一ボ回路６１に入力し、カンチレバーは、探針と試料と
の間の距離を一定に保つように２方向のサーボを行なう
と共に、剪断力の信号Ｓθを受けたθサーボ回路６２は
カンチレバーの回転変位θを初期設定された角度に保ち
、探針の方位を一定に保つ、第８図（ａ）は試料３４の
表面の凹凸ｄを示し、探針１４は、剪断力Ｔを受けて表
面凹凸ｄ上を移動する。矢印りは探針の移動方向を示す
。
図中、ＰＩ、 Ｐ２． Ｐ３．・・・、 Ｐ６はサンプ
ル点で探針１４は範囲Ｗにわたって剪断力の影響を受け
ているものとして表される。第８図（ｂ）は、各サンプ
ル点での２サーボ制御出力を上下ベクトル・θサーボ制
御出力を左右のベクトルで表したもので、０θ２，０θ
４，０θ５，０θ、はそれぞれＰ２． Ｐ４． Ｐ５゜
Ｐ６での剪断力を示している。剪断力を示す０θは。
ル点で探針１４は範囲Ｗにわたって剪断力の影響を受け
ているものとして表される。第８図（ｂ）は、各サンプ
ル点での２サーボ制御出力を上下ベクトル・θサーボ制
御出力を左右のベクトルで表したもので、０θ２，０θ
４，０θ５，０θ、はそれぞれＰ２． Ｐ４． Ｐ５゜
Ｐ６での剪断力を示している。剪断力を示す０θは。
単純な探針試料関係（無極性等）では結果的にＳδを微
分して曲線に類似したものとして表され、第８図（ｃ）
にそれを示す。
分して曲線に類似したものとして表され、第８図（ｃ）
にそれを示す。
本実施例において、剪断力Ｔを受け、それに比例するθ
サーボ出力０θを、Ｓδにより作動する探針上下移動の
ための２サ一ボ回路に加算的に入力しているので、探針
が走査中、試料の凸部に近づくとθサーボ出力０θすな
わち剪断力Ｔが大となり、Ｓδのみによるサーボ制御で
は探針の上下移動が不十分であるとき（特に第６図の説
明参照）Ｏθ大入力より、探針の上下移動が加速され、
急速に探針と試料間の距離が引き離され、探針または試
料の破損を回避することができる。ここでＯθの入力は
、直接、圧電アクチュエーター３６に入力しても良い。
サーボ出力０θを、Ｓδにより作動する探針上下移動の
ための２サ一ボ回路に加算的に入力しているので、探針
が走査中、試料の凸部に近づくとθサーボ出力０θすな
わち剪断力Ｔが大となり、Ｓδのみによるサーボ制御で
は探針の上下移動が不十分であるとき（特に第６図の説
明参照）Ｏθ大入力より、探針の上下移動が加速され、
急速に探針と試料間の距離が引き離され、探針または試
料の破損を回避することができる。ここでＯθの入力は
、直接、圧電アクチュエーター３６に入力しても良い。
次に、この発明の第２の実施例を第７Ｂ図を用いて説明
する。
する。
この実施例が前述の実施例と異なる点は、信号０θを、
まず非線形増幅回路６３に入力し、その出力Ｖが２サ一
ボ回路６１に入力されるように構成されている点である
。
まず非線形増幅回路６３に入力し、その出力Ｖが２サ一
ボ回路６１に入力されるように構成されている点である
。
この非線形増幅回路の動作特性を示す０θ−■曲線およ
び出力カーブをそれぞれ第７Ｂ図および第８図（ｄ）に
示す、第７Ｂ図の実施例の場合、試料の凹凸変位勾配の
鋭い位置において０θに基づいて変調された２サーボへ
の制御入力があるので、探針（または試料）の上下動が
更に加速され、急速に探針試料間の一定距離に移動され
る。非線形増幅器６３を用いた場合、急峻な勾配はど探
針または試料の上下動の加速が急速に行なわれる。
び出力カーブをそれぞれ第７Ｂ図および第８図（ｄ）に
示す、第７Ｂ図の実施例の場合、試料の凹凸変位勾配の
鋭い位置において０θに基づいて変調された２サーボへ
の制御入力があるので、探針（または試料）の上下動が
更に加速され、急速に探針試料間の一定距離に移動され
る。非線形増幅器６３を用いた場合、急峻な勾配はど探
針または試料の上下動の加速が急速に行なわれる。
次に、この発明の第３の実施例について説明する。
この実施例が先に述べた第２の実施例と異なる点は、第
７Ｂ図において、非線形増幅器６３の出力■を比較ｌス
イッチ回路６５に入力し、その判断出力Ｈを、 Ｘ走査
パルス数を制御するＸ走査パルス制御回路６６に入力し
て、探針尾走査速度を制御するように構成した点である
。
７Ｂ図において、非線形増幅器６３の出力■を比較ｌス
イッチ回路６５に入力し、その判断出力Ｈを、 Ｘ走査
パルス数を制御するＸ走査パルス制御回路６６に入力し
て、探針尾走査速度を制御するように構成した点である
。
上述したように００の入力を加えた２サーボは、探針に
加わる走査方向Ｖからの斥力を受けて、上下動の応答性
を高く保証しているので、従来よりもＸ方向走査速度を
高く設定しても、探針と試料の間の衝突が回避される。
加わる走査方向Ｖからの斥力を受けて、上下動の応答性
を高く保証しているので、従来よりもＸ方向走査速度を
高く設定しても、探針と試料の間の衝突が回避される。
その速度は０゜を設定し、０θ−■曲線の信号出力Ｏｗ
＜０θ＜０！ｌで好適となるよう設定されている。
＜０θ＜０！ｌで好適となるよう設定されている。
しかしながら、所定のＸ走査距離で０θ〈０．の信号０
θしか得られないならば（条件Ｕ）、 Ｘ走査速度の設
定は低すぎたことになる。一方、０θ＞０．の信号が発
生すると（条件Ｄ）、設定速度は高すぎたことになる。
θしか得られないならば（条件Ｕ）、 Ｘ走査速度の設
定は低すぎたことになる。一方、０θ＞０．の信号が発
生すると（条件Ｄ）、設定速度は高すぎたことになる。
比較／スイッチ回路６５の３０２端子にはＯｗまたはＯ
Ｄに対応した電圧ｖ＝１．５または３．５が必要に応じ
て参照され、条件Ｕの判断信号Ｈｖで走査パルス数を所
定量ＮＬｌまで増加させ、条件りの判断信号ＨＩ、で走
査パルス数を所定量ＮＤまで減少させる。 また、０１
１．に対応するｖ＝１０の出力に対してパルス発生を停
止し、Ｘ走査装置を停止させて探針または試料の破損を
回避し、警告信号を出す。
Ｄに対応した電圧ｖ＝１．５または３．５が必要に応じ
て参照され、条件Ｕの判断信号Ｈｖで走査パルス数を所
定量ＮＬｌまで増加させ、条件りの判断信号ＨＩ、で走
査パルス数を所定量ＮＤまで減少させる。 また、０１
１．に対応するｖ＝１０の出力に対してパルス発生を停
止し、Ｘ走査装置を停止させて探針または試料の破損を
回避し、警告信号を出す。
また、例えばｖ＝７以上が異常値であるとするとならば
、 この条件の判断信号Ｈで警告を出しつつ、測定を続
けることもできる。
、 この条件の判断信号Ｈで警告を出しつつ、測定を続
けることもできる。
この判断信号Ｈを用いて、 Ｘ走査速度を３段で作動さ
せたチャートを第８図（ｅ）に示す０図において、中速
で走査を開始し、所定の時間（サンプル周期Ｔ、）にｖ
＜１．５の出力が発生しないと、高速Ｖ＝Ｈに切り換え
、ｖ＞３．５を検出すると低速Ｌ（または中速を選択し
てもよい）に減速走査する。走査中１８時間を越えてｖ
＞１．５が発生しなければ、 中速に戻る。 また走査
中ｖ＝１０を検出すると走査を停止する。
せたチャートを第８図（ｅ）に示す０図において、中速
で走査を開始し、所定の時間（サンプル周期Ｔ、）にｖ
＜１．５の出力が発生しないと、高速Ｖ＝Ｈに切り換え
、ｖ＞３．５を検出すると低速Ｌ（または中速を選択し
てもよい）に減速走査する。走査中１８時間を越えてｖ
＞１．５が発生しなければ、 中速に戻る。 また走査
中ｖ＝１０を検出すると走査を停止する。
［発明の効果〕
本発明は、探針の上下変位検出による２サーボに加えて
、探針に作用する横方向すなわち走査方向からの剪断力
を検出し、その剪断力を入力とする圧電体の探針位置サ
ーボ（θサーボ）とそのサーボ出力を２サーボに加算す
ることで、試料の状況により探針の上下動を迅速にする
ことで試料や探針の破損を回避することができる。
、探針に作用する横方向すなわち走査方向からの剪断力
を検出し、その剪断力を入力とする圧電体の探針位置サ
ーボ（θサーボ）とそのサーボ出力を２サーボに加算す
ることで、試料の状況により探針の上下動を迅速にする
ことで試料や探針の破損を回避することができる。
また剪断力の大きさを判断し、試料の凹凸情報によって
、探針の走査速度を制御して効率のよい走査速度を得る
ことができるとともに、異常に対して走査を停止するこ
とができる。
、探針の走査速度を制御して効率のよい走査速度を得る
ことができるとともに、異常に対して走査を停止するこ
とができる。
第１図は、 この発明の一実施例の構成を示す図、第２
図は、第１図のカンチレバーの大きさを説明する図、 第３図は、第１図のカンチレバーが原子間力により変位
した様子を説明する図、 第４図は、第１図中のカンチレバーが剪断力により回転
変位した様子を説明する図。 第５図は、第１図の受光器およびその周辺回路を示す図
。 第６Ａ図は、探針と試料との間の距離とこれらの間に作
用する原子間力との関係を示す図。 第６Ｂ図は、急峻な斜面に対する探針の位置関係を示す
図、 第７Ａ図は、この発明の制御部の一例を示す図、第７Ｂ
図は、この発明の制御部の別の例を示す図、 第８図は、 この発明の動作チャートを示す図、第９図
は、カンチレバーを示す斜視図である。 １２・・・カンチレバー、 １４・・・探針、 １６・
・・反射ミラー、 ２４・・・半導体レーザー、 ３２
・・・受光器。 出願人代理人 弁理士 坪 井 淳 第１図 第４図 第６Ａ［′ 第７Ａ ＷＩ！Ｊ 第 ９ 口
図は、第１図のカンチレバーの大きさを説明する図、 第３図は、第１図のカンチレバーが原子間力により変位
した様子を説明する図、 第４図は、第１図中のカンチレバーが剪断力により回転
変位した様子を説明する図。 第５図は、第１図の受光器およびその周辺回路を示す図
。 第６Ａ図は、探針と試料との間の距離とこれらの間に作
用する原子間力との関係を示す図。 第６Ｂ図は、急峻な斜面に対する探針の位置関係を示す
図、 第７Ａ図は、この発明の制御部の一例を示す図、第７Ｂ
図は、この発明の制御部の別の例を示す図、 第８図は、 この発明の動作チャートを示す図、第９図
は、カンチレバーを示す斜視図である。 １２・・・カンチレバー、 １４・・・探針、 １６・
・・反射ミラー、 ２４・・・半導体レーザー、 ３２
・・・受光器。 出願人代理人 弁理士 坪 井 淳 第１図 第４図 第６Ａ［′ 第７Ａ ＷＩ！Ｊ 第 ９ 口
Claims (3)
- （１）試料の表面を調査するための探針と、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、 探針を任意の少なくとも２次元方向に駆動する駆動体と
、 試料の表面に垂直なｚ方向に沿った探針の変位を検出す
る第１の変位検出手段と、 探針の移動方向の変位を検出する第２の変位検出手段と
、 第１及び第２の変位検出手段の出力に基づき、探針のｚ
方向の位置を制御するサーボ手段とを備える走査型プロ
ーブ顕微鏡。 - （２）試料の表面を調査するための探針と、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、 探針を任意の少なくとも２次元方向に駆動する駆動体と
、 試料の表面に垂直なｚ方向に沿った探針の変位を検出す
る第１の変位検出手段と、 探針の移動方向の変位を検出する第２の変位検出手段と
、 第１の変位検出手段の出力を一定にすべく駆動体を駆動
するサーボ制御手段とを備え、 第２の変位検出手段の出力が所定値以上になった時に、
サーボ制御手段とは無関係に探針と試料との間の距離を
広げることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - （３）試料の表面を調査するための探針と、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、 探針を任意の少なくとも２次元方向に駆動する駆動体と
、 試料の表面に垂直なｚ方向に沿った探針の変位を検出す
る第１の変位検出手段と、 探針の移動方向の変位を検出する第２の変位検出手段と
、 第１の変位検出手段の出力を一定にすべく駆動体を駆動
するサーボ制御手段と、 第２の変位検出手段の出力に基づいて探針の移動速度を
制御する第２の制御手段とを備える走査型プローブ顕微
鏡。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2286985A JPH04161807A (ja) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | 走査型プローブ顕微鏡 |
| US07/780,017 US5166516A (en) | 1990-10-26 | 1991-10-21 | Scanning probe microscope with slant detection and compensation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2286985A JPH04161807A (ja) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04161807A true JPH04161807A (ja) | 1992-06-05 |
Family
ID=17711527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2286985A Pending JPH04161807A (ja) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5166516A (ja) |
| JP (1) | JPH04161807A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1990
- 1990-10-26 JP JP2286985A patent/JPH04161807A/ja active Pending
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1991
- 1991-10-21 US US07/780,017 patent/US5166516A/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| US5166516A (en) | 1992-11-24 |
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