JPH04315009A - フォース顕微鏡 - Google Patents
フォース顕微鏡Info
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- JPH04315009A JPH04315009A JP7928191A JP7928191A JPH04315009A JP H04315009 A JPH04315009 A JP H04315009A JP 7928191 A JP7928191 A JP 7928191A JP 7928191 A JP7928191 A JP 7928191A JP H04315009 A JPH04315009 A JP H04315009A
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Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring 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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、フォース探索板の探針
チップとサンプルとにより生じるフォース（原子間力、
静電引力、磁力など）を検出して、サンプルの表面形状
、サンプルの表面エネルギー等が測定できるフォース顕
微鏡の提供にある。
チップとサンプルとにより生じるフォース（原子間力、
静電引力、磁力など）を検出して、サンプルの表面形状
、サンプルの表面エネルギー等が測定できるフォース顕
微鏡の提供にある。
【０００２】
【従来の技術】従来より、トンネルチップとフォース探
索板とを有するトンネル顕微鏡が知られている。
索板とを有するトンネル顕微鏡が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
顕微鏡は以下の様な欠点がある。サンプルに電流を流す
必要があり、サンプルは導電物に限られる。トンネル顕
微鏡の構造上、トンネルチップとフォース探索板との間
に相互作用力が働いてしまう。本考案の目的は、様々の
サンプルの表面具合が把握可能なフォース顕微鏡の提供
にある。
顕微鏡は以下の様な欠点がある。サンプルに電流を流す
必要があり、サンプルは導電物に限られる。トンネル顕
微鏡の構造上、トンネルチップとフォース探索板との間
に相互作用力が働いてしまう。本考案の目的は、様々の
サンプルの表面具合が把握可能なフォース顕微鏡の提供
にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為、
本発明は、以下の構成を採用した。 （１）対物凸レンズと、該対物凸レンズの光軸上に位置
し、凸レンズに向かって単色光のビームを照射するレー
ザーと、前記対物凸レンズの一方側焦点に配される回折
格子と、先部のサンプル側に探針チップが突設され、前
記対物凸レンズの他方側焦点に位置する反サンプル側に
レーザー反射面を形成し、基部が固定されたフォース探
索板と、前記対物凸レンズ、回折格子を経て戻って来た
干渉光を電気信号に変換する光電変換器と、サンプルを
Ｘ軸、Ｙ軸方向に微動変位させる微動機構と、前記探針
チップの先端が前記サンプルの測定範囲面を隈無く通過
する様に、前記微動機構を操作するサンプル走査手段と
、前記光電変換器の電気信号から前記フォース探索板の
撓み量を検出する撓み量検出手段と該撓み量検出手段で
検出した撓み量を、前記サンプルと探針チップとの間に
作用するフォースの関連データとして逐次記録していく
記録手段とを具備してなる。 （２）対物凸レンズと、該対物凸レンズの光軸上に位置
し、凸レンズに向かって単色光のビームを照射するレー
ザーと、前記対物凸レンズの一方側焦点に配される回折
格子と、先部のサンプル側に探針チップが突設され、前
記対物凸レンズの他方側焦点に位置する反サンプル側に
レーザー反射面を形成し、基部が固定されたフォース探
索板と、前記対物凸レンズ、回折格子を経て戻って来た
干渉光を電気信号に変換する光電変換器と、サンプルを
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に微動変位させるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸微動機構と、前記探針チップの先端が前記サンプルの
測定範囲面を隈無く通過する様に、前記Ｘ軸、Ｙ軸微動
機構を操作するサンプル走査手段と、前記電気信号が、
前記フォース探索板の所定量の撓みに相当する状態を保
持する様に前記Ｚ軸微動機構を操作するサーボ機構と、
該サーボ機構の電気出力を、前記サンプルと探針チップ
との間に作用するフォースの関連データとして逐次記録
していく記録手段とを具備してなる。 （３）対物凸レンズと、該対物凸レンズの光軸上に位置
し、凸レンズに向かって単色光のビームを照射するレー
ザーと、前記対物凸レンズの一方側焦点に配される回折
格子と、可変可能な所定振動数で振動基台を振動させる
励振装置と、基部が前記振動基台に固定され、先部のサ
ンプル側に探針チップが突設され、前記対物凸レンズの
他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射面を
形成したフォース探索板と、前記対物凸レンズ、回折格
子を経て戻って来た干渉光を電気信号に変換する光電変
換器と、サンプルをＸ軸、Ｙ軸方向に微動変位させるＸ
軸、Ｙ軸微動機構と、前記探針チップの先端が前記サン
プルの測定範囲面を隈無く通過する様に、前記Ｘ軸、Ｙ
軸微動機構を操作するサンプル走査手段と、前記振動装
置の振動周波数を参照信号とし、前記電気信号を同期検
波することによりフォース探索板の振動振幅量を検知す
る振幅量検出手段と、該振幅量検出手段で検出される振
動振幅量が最大となる様に、前記励振装置の振動周波数
を調節するサーボ回路と、前記励振装置の微少な周波数
変位を、前記サンプルと探針チップとの間に作用するフ
ォースの関連データとして逐次記録していく記録手段と
を具備してなる。 （４）対物凸レンズと、該対物凸レンズの光軸上に位置
し、凸レンズに向かって単色光のビームを照射するレー
ザーと、前記対物凸レンズの一方側焦点に配される回折
格子と、振動基台を所定振動数で振動させる励振装置と
、基部が前記振動基台に固定され、先部のサンプル側に
探針チップが突設され、前記対物凸レンズの他方側焦点
に位置する反サンプル側にレーザー反射面を形成したフ
ォース探索板と、前記対物凸レンズ、回折格子を経て戻
って来た干渉光を電気信号に変換する光電変換器と、サ
ンプルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸軸方向に微動変位させるＸ軸
、Ｙ軸、Ｚ軸微動機構と、前記探針チップの先端が前記
サンプルの測定範囲面を隈無く通過する様に、前記Ｘ軸
、Ｙ軸微動機構を操作するサンプル走査手段と、前記振
動装置の振動周波数を参照信号とし、前記電気信号を同
期検波することによりフォース探索板の物理変化量を検
出する物理変化量検出手段と、該物理変化量検出手段で
検出した物理変化量が一定値を保つ様に、前記Ｚ軸微動
機構を操作するサーボ機構と、該サーボ機構の電気出力
を、前記サンプルと探針チップとの間に作用するフォー
スの関連データとして逐次記録していく記録手段とを具
備してなる。
本発明は、以下の構成を採用した。 （１）対物凸レンズと、該対物凸レンズの光軸上に位置
し、凸レンズに向かって単色光のビームを照射するレー
ザーと、前記対物凸レンズの一方側焦点に配される回折
格子と、先部のサンプル側に探針チップが突設され、前
記対物凸レンズの他方側焦点に位置する反サンプル側に
レーザー反射面を形成し、基部が固定されたフォース探
索板と、前記対物凸レンズ、回折格子を経て戻って来た
干渉光を電気信号に変換する光電変換器と、サンプルを
Ｘ軸、Ｙ軸方向に微動変位させる微動機構と、前記探針
チップの先端が前記サンプルの測定範囲面を隈無く通過
する様に、前記微動機構を操作するサンプル走査手段と
、前記光電変換器の電気信号から前記フォース探索板の
撓み量を検出する撓み量検出手段と該撓み量検出手段で
検出した撓み量を、前記サンプルと探針チップとの間に
作用するフォースの関連データとして逐次記録していく
記録手段とを具備してなる。 （２）対物凸レンズと、該対物凸レンズの光軸上に位置
し、凸レンズに向かって単色光のビームを照射するレー
ザーと、前記対物凸レンズの一方側焦点に配される回折
格子と、先部のサンプル側に探針チップが突設され、前
記対物凸レンズの他方側焦点に位置する反サンプル側に
レーザー反射面を形成し、基部が固定されたフォース探
索板と、前記対物凸レンズ、回折格子を経て戻って来た
干渉光を電気信号に変換する光電変換器と、サンプルを
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に微動変位させるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸微動機構と、前記探針チップの先端が前記サンプルの
測定範囲面を隈無く通過する様に、前記Ｘ軸、Ｙ軸微動
機構を操作するサンプル走査手段と、前記電気信号が、
前記フォース探索板の所定量の撓みに相当する状態を保
持する様に前記Ｚ軸微動機構を操作するサーボ機構と、
該サーボ機構の電気出力を、前記サンプルと探針チップ
との間に作用するフォースの関連データとして逐次記録
していく記録手段とを具備してなる。 （３）対物凸レンズと、該対物凸レンズの光軸上に位置
し、凸レンズに向かって単色光のビームを照射するレー
ザーと、前記対物凸レンズの一方側焦点に配される回折
格子と、可変可能な所定振動数で振動基台を振動させる
励振装置と、基部が前記振動基台に固定され、先部のサ
ンプル側に探針チップが突設され、前記対物凸レンズの
他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射面を
形成したフォース探索板と、前記対物凸レンズ、回折格
子を経て戻って来た干渉光を電気信号に変換する光電変
換器と、サンプルをＸ軸、Ｙ軸方向に微動変位させるＸ
軸、Ｙ軸微動機構と、前記探針チップの先端が前記サン
プルの測定範囲面を隈無く通過する様に、前記Ｘ軸、Ｙ
軸微動機構を操作するサンプル走査手段と、前記振動装
置の振動周波数を参照信号とし、前記電気信号を同期検
波することによりフォース探索板の振動振幅量を検知す
る振幅量検出手段と、該振幅量検出手段で検出される振
動振幅量が最大となる様に、前記励振装置の振動周波数
を調節するサーボ回路と、前記励振装置の微少な周波数
変位を、前記サンプルと探針チップとの間に作用するフ
ォースの関連データとして逐次記録していく記録手段と
を具備してなる。 （４）対物凸レンズと、該対物凸レンズの光軸上に位置
し、凸レンズに向かって単色光のビームを照射するレー
ザーと、前記対物凸レンズの一方側焦点に配される回折
格子と、振動基台を所定振動数で振動させる励振装置と
、基部が前記振動基台に固定され、先部のサンプル側に
探針チップが突設され、前記対物凸レンズの他方側焦点
に位置する反サンプル側にレーザー反射面を形成したフ
ォース探索板と、前記対物凸レンズ、回折格子を経て戻
って来た干渉光を電気信号に変換する光電変換器と、サ
ンプルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸軸方向に微動変位させるＸ軸
、Ｙ軸、Ｚ軸微動機構と、前記探針チップの先端が前記
サンプルの測定範囲面を隈無く通過する様に、前記Ｘ軸
、Ｙ軸微動機構を操作するサンプル走査手段と、前記振
動装置の振動周波数を参照信号とし、前記電気信号を同
期検波することによりフォース探索板の物理変化量を検
出する物理変化量検出手段と、該物理変化量検出手段で
検出した物理変化量が一定値を保つ様に、前記Ｚ軸微動
機構を操作するサーボ機構と、該サーボ機構の電気出力
を、前記サンプルと探針チップとの間に作用するフォー
スの関連データとして逐次記録していく記録手段とを具
備してなる。
【０００５】
【作用および発明の効果】（請求項１の作用効果）単色
光のビームは回折格子で二分され、各々対物凸レンズを
通り、レーザー反射面で夫々反射し、再び、対物凸レン
ズを通り、回折格子で合成されて干渉光となり、この干
渉光は光電変換器で電気信号に変換される。サンプル走
査手段でサンプルを走査すると、探針チップとサンプル
との間に働くフォースが変化し、フォースの強度に応じ
てフォース探索板が撓み、電気信号が変化する。撓み量
検出手段は、電気信号に基づいてフォース探索板の撓み
量を光学的手法により検出する。撓み量検出手段で検出
した撓み量を、サンプルと探針チップとの間に作用する
フォースの関連データとして記録手段は逐次記録してい
く。走査が完了した時点の記録手段の記録から、走査範
囲内におけるフォースの強弱分布が明らかになり、サン
プルの表面具合が把握できる。
光のビームは回折格子で二分され、各々対物凸レンズを
通り、レーザー反射面で夫々反射し、再び、対物凸レン
ズを通り、回折格子で合成されて干渉光となり、この干
渉光は光電変換器で電気信号に変換される。サンプル走
査手段でサンプルを走査すると、探針チップとサンプル
との間に働くフォースが変化し、フォースの強度に応じ
てフォース探索板が撓み、電気信号が変化する。撓み量
検出手段は、電気信号に基づいてフォース探索板の撓み
量を光学的手法により検出する。撓み量検出手段で検出
した撓み量を、サンプルと探針チップとの間に作用する
フォースの関連データとして記録手段は逐次記録してい
く。走査が完了した時点の記録手段の記録から、走査範
囲内におけるフォースの強弱分布が明らかになり、サン
プルの表面具合が把握できる。
【０００６】（請求項２の作用効果）単色光のビームは
回折格子で二分され、各々対物凸レンズを通り、レーザ
ー反射面で夫々反射し、再び、対物凸レンズを通り、回
折格子で合成されて干渉光となり、この干渉光は光電変
換器で電気信号に変換される。サンプル走査手段でサン
プルを走査すると、探針チップとサンプルとの間に働く
フォースが変化するので、フォースの強度に応じてフォ
ース探索板が撓み、電気信号が変化する。サーボ機構は
、フォース探索板が所定撓み量を保持する様に電気信号
に基づいてＺ軸微動機構を操作する。サーボ機構の電気
出力を、サンプルと探針チップとの間に作用するフォー
スの関連データとして記録手段は記録する。走査が完了
した時点の記録手段の記録から、走査範囲内におけるフ
ォースの強弱分布が明らかになり、サンプルの表面具合
が把握できる。フォース探索板が所定撓み量を保持する
様に（電気信号が変化しない様に）Ｚ軸微動機構を操作
して（探針チップ− サンプル間のフォースが変化しな
い様に）、サーボ機構からフォースの関連データを電気
的に得ている。つまり、請求項１の撓み量検出手段（通
常、サーボ機構よりコストがかかる）が不要であり、製
造コストが低減できる。
回折格子で二分され、各々対物凸レンズを通り、レーザ
ー反射面で夫々反射し、再び、対物凸レンズを通り、回
折格子で合成されて干渉光となり、この干渉光は光電変
換器で電気信号に変換される。サンプル走査手段でサン
プルを走査すると、探針チップとサンプルとの間に働く
フォースが変化するので、フォースの強度に応じてフォ
ース探索板が撓み、電気信号が変化する。サーボ機構は
、フォース探索板が所定撓み量を保持する様に電気信号
に基づいてＺ軸微動機構を操作する。サーボ機構の電気
出力を、サンプルと探針チップとの間に作用するフォー
スの関連データとして記録手段は記録する。走査が完了
した時点の記録手段の記録から、走査範囲内におけるフ
ォースの強弱分布が明らかになり、サンプルの表面具合
が把握できる。フォース探索板が所定撓み量を保持する
様に（電気信号が変化しない様に）Ｚ軸微動機構を操作
して（探針チップ− サンプル間のフォースが変化しな
い様に）、サーボ機構からフォースの関連データを電気
的に得ている。つまり、請求項１の撓み量検出手段（通
常、サーボ機構よりコストがかかる）が不要であり、製
造コストが低減できる。
【０００７】（請求項３の作用効果）単色光のビームは
回折格子で二分され、各々対物凸レンズを通り、レーザ
ー反射面で夫々反射し、再び、対物凸レンズを通り、回
折格子で合成されて干渉光となり、光電変換器で電気信
号に変換される。サンプル走査手段はサンプルを走査す
る。振幅量検出手段は、励振装置の振動周波数を参照信
号とし、電気信号を同期検波することによりフォース探
索板の振動振幅量を検出する。サーボ回路は、フォース
探索板が共振する様に励振装置の振動周波数を調節する
。記録手段は、励振装置の微少な共振周波数変位を、サ
ンプルと探針チップとの間に作用するフォースの関連デ
ータとして記録する。走査が完了した時点の記録手段の
記録から、走査範囲内におけるフォースの強弱分布が明
らかになり、サンプルの表面具合が把握できる。振動す
るフォース探索板の微少な共振周波数変位に基づいてフ
ォースの関連データを得ているので、フォース顕微鏡が
外乱を受けてもフォース関連データが著しく影響を受け
ない。
回折格子で二分され、各々対物凸レンズを通り、レーザ
ー反射面で夫々反射し、再び、対物凸レンズを通り、回
折格子で合成されて干渉光となり、光電変換器で電気信
号に変換される。サンプル走査手段はサンプルを走査す
る。振幅量検出手段は、励振装置の振動周波数を参照信
号とし、電気信号を同期検波することによりフォース探
索板の振動振幅量を検出する。サーボ回路は、フォース
探索板が共振する様に励振装置の振動周波数を調節する
。記録手段は、励振装置の微少な共振周波数変位を、サ
ンプルと探針チップとの間に作用するフォースの関連デ
ータとして記録する。走査が完了した時点の記録手段の
記録から、走査範囲内におけるフォースの強弱分布が明
らかになり、サンプルの表面具合が把握できる。振動す
るフォース探索板の微少な共振周波数変位に基づいてフ
ォースの関連データを得ているので、フォース顕微鏡が
外乱を受けてもフォース関連データが著しく影響を受け
ない。
【０００８】（請求項４の作用効果）単色光のビームは
回折格子で二分され、各々対物凸レンズを通り、レーザ
ー反射面で夫々反射し、再び、対物凸レンズを通り、回
折格子で合成され、干渉光となり、この干渉光は、光電
変換器で電気信号に変換される。サンプル走査手段がサ
ンプルを走査すると、探針チップとサンプルとの間に働
くフォースが変化する。物理変化量検出手段は、励振装
置の振動周波数を参照信号とし、電気信号を同期検波す
ることによりフォース探索板の物理変化量を検出する。 サーボ機構は、物理変化量検出手段で検出したフォース
探索板の物理変化量が一定値を保つ様にＺ軸微動機構を
操作する。サーボ機構の電気出力を、サンプルと探針チ
ップとの間に作用するフォースの関連データとして記録
手段は記録する。走査が完了した時点の記録手段の記録
から、走査範囲内におけるフォースの強弱分布が明らか
になり、サンプルの表面具合が把握できる。フォース探
索板を振動させてフォースの関連データを得ているので
、フォース顕微鏡が外乱を受けてもフォース関連データ
が著しく影響を受けない。また、フォース探索板の物理
変化量が一定値を保つ様にしているので、有害なフォー
ス探索板の永久変形が防止できる。
回折格子で二分され、各々対物凸レンズを通り、レーザ
ー反射面で夫々反射し、再び、対物凸レンズを通り、回
折格子で合成され、干渉光となり、この干渉光は、光電
変換器で電気信号に変換される。サンプル走査手段がサ
ンプルを走査すると、探針チップとサンプルとの間に働
くフォースが変化する。物理変化量検出手段は、励振装
置の振動周波数を参照信号とし、電気信号を同期検波す
ることによりフォース探索板の物理変化量を検出する。 サーボ機構は、物理変化量検出手段で検出したフォース
探索板の物理変化量が一定値を保つ様にＺ軸微動機構を
操作する。サーボ機構の電気出力を、サンプルと探針チ
ップとの間に作用するフォースの関連データとして記録
手段は記録する。走査が完了した時点の記録手段の記録
から、走査範囲内におけるフォースの強弱分布が明らか
になり、サンプルの表面具合が把握できる。フォース探
索板を振動させてフォースの関連データを得ているので
、フォース顕微鏡が外乱を受けてもフォース関連データ
が著しく影響を受けない。また、フォース探索板の物理
変化量が一定値を保つ様にしているので、有害なフォー
ス探索板の永久変形が防止できる。
【０００９】（各請求項に共通する作用効果）サンプル
に必ずしも電流を流す必要が無いので、絶縁体であって
もサンプルに成り得る。フォース探索板の静的な撓み量
、振動振幅量、物理変化量を検知する部分は、対物凸レ
ンズ、レーザー、回折格子、励振装置、および光電変換
器からなる二光束干渉計で構成しているので小さくでき
る。このため、フォース顕微鏡自体も小型にできる。
に必ずしも電流を流す必要が無いので、絶縁体であって
もサンプルに成り得る。フォース探索板の静的な撓み量
、振動振幅量、物理変化量を検知する部分は、対物凸レ
ンズ、レーザー、回折格子、励振装置、および光電変換
器からなる二光束干渉計で構成しているので小さくでき
る。このため、フォース顕微鏡自体も小型にできる。
【００１０】
【実施例】本発明の第１実施例を図１に基づいて説明す
る。フォース顕微鏡Ａは、対物凸レンズ１と、対物凸レ
ンズ１の光軸２上に位置するレーザー３と、対物凸レン
ズ１の一方側焦点に配される回折格子４と、先部のサン
プル５側に探針チップ６が突設され、対物凸レンズ１の
他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射面７
を形成し、基部８が固定されたフォース探索板９と、対
物凸レンズ１、回折格子４を経て戻って来た干渉光１０
を電気信号１１に変換する光電変換器１２と、サンプル
５をＸ軸、Ｙ軸方向に微動変位させる微動機構１３、１
４と、該微動機構１３、１４を操作するサンプル走査手
段１５と、光電変換器１２の電気信号１１からフォース
探索板９の静的な撓み量を検出する撓み量検出手段１６
と、撓み量検出手段１６で検出した撓み量を、サンプル
５と探針チップ６との間に作用するフォースの関連デー
タとして逐次記録していくレコーダー１７とを具備して
なる。このフォース顕微鏡Ａは、外部の振動の影響を排
除する為、エアダンパ式の防振台（８００ｍｍ×６００
ｍｍ）上に設置される。
る。フォース顕微鏡Ａは、対物凸レンズ１と、対物凸レ
ンズ１の光軸２上に位置するレーザー３と、対物凸レン
ズ１の一方側焦点に配される回折格子４と、先部のサン
プル５側に探針チップ６が突設され、対物凸レンズ１の
他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射面７
を形成し、基部８が固定されたフォース探索板９と、対
物凸レンズ１、回折格子４を経て戻って来た干渉光１０
を電気信号１１に変換する光電変換器１２と、サンプル
５をＸ軸、Ｙ軸方向に微動変位させる微動機構１３、１
４と、該微動機構１３、１４を操作するサンプル走査手
段１５と、光電変換器１２の電気信号１１からフォース
探索板９の静的な撓み量を検出する撓み量検出手段１６
と、撓み量検出手段１６で検出した撓み量を、サンプル
５と探針チップ６との間に作用するフォースの関連デー
タとして逐次記録していくレコーダー１７とを具備して
なる。このフォース顕微鏡Ａは、外部の振動の影響を排
除する為、エアダンパ式の防振台（８００ｍｍ×６００
ｍｍ）上に設置される。
【００１１】レーザー３は、波長６３２．８ｎｍの赤色
ビーム（１本）を発生させるＨｅ−Ｎｅレーザーである
。回折格子４は、ピッチ間隔２５μｍのものであり、光
軸２に直交して配され、回折レーザー光（２光束）をス
ポット間隔約０．５ｍｍでフォース探索板９に夫々集光
させている。このため、外乱の影響を受け難く、フォー
ス探索板９の静的な撓み量を有効に検出できる。
ビーム（１本）を発生させるＨｅ−Ｎｅレーザーである
。回折格子４は、ピッチ間隔２５μｍのものであり、光
軸２に直交して配され、回折レーザー光（２光束）をス
ポット間隔約０．５ｍｍでフォース探索板９に夫々集光
させている。このため、外乱の影響を受け難く、フォー
ス探索板９の静的な撓み量を有効に検出できる。
【００１２】サンプル５は、二次元格子状に微細加工し
たＰＭＭＡ膜に金を蒸着したものである。このサンプル
５は、マイクロメータを用いた粗動機構により位置決め
が成される。フォース探索板９は、導電性を有し、長さ
２ｍｍ、幅０．２５４ｍｍ、厚さ０．０１３ｍｍのタン
グステンリボン（フォース無時の共振周波数ｆ０ ＝２
．０２ｋＨｚ、弾性定数５．９Ｎ／ｍ）である。探針チ
ップ６は、直径１０μｍのタングステンワイヤーを、１
規定の水酸化ナトリウム溶液で電解研磨して製造したも
のである。光電変換器１２は、干渉光１０を光軸２から
分離するビームスプリッタ１８、干渉光１０を電気信号
に変換する変換器１９、この電気信号を増幅して電気信
号１１とする増幅器２０を備える。
たＰＭＭＡ膜に金を蒸着したものである。このサンプル
５は、マイクロメータを用いた粗動機構により位置決め
が成される。フォース探索板９は、導電性を有し、長さ
２ｍｍ、幅０．２５４ｍｍ、厚さ０．０１３ｍｍのタン
グステンリボン（フォース無時の共振周波数ｆ０ ＝２
．０２ｋＨｚ、弾性定数５．９Ｎ／ｍ）である。探針チ
ップ６は、直径１０μｍのタングステンワイヤーを、１
規定の水酸化ナトリウム溶液で電解研磨して製造したも
のである。光電変換器１２は、干渉光１０を光軸２から
分離するビームスプリッタ１８、干渉光１０を電気信号
に変換する変換器１９、この電気信号を増幅して電気信
号１１とする増幅器２０を備える。
【００１３】微動機構１３、１４は、直交して配された
バイモフ積層圧電素子であり、サンプル５の微動（５０
ｎｍ／Ｖ）は、後記するＤ− Ａコンバータ２２の出力
電圧を印加して行なわれる。サンプル走査手段１５は、
マイクロコンピュータ２１、Ｄ− Ａコンバータ２２を
備え、探針チップ６の先端が測定範囲面（４μｍ×４μ
ｍ）を所定走査間隔でもって隈無く通過する様に微動機
構１３、１４を制御する。撓み量検出手段１６は、電気
信号１１から光学的手法により、探索板９の撓み量を検
出する電子装置である。レコーダー１７は、Ｘ−Ｙプロ
ッタであり、探針チップ６とサンプル５との間に作用す
る原子間力に比例した探索板９の撓み量を逐次記録して
いく。
バイモフ積層圧電素子であり、サンプル５の微動（５０
ｎｍ／Ｖ）は、後記するＤ− Ａコンバータ２２の出力
電圧を印加して行なわれる。サンプル走査手段１５は、
マイクロコンピュータ２１、Ｄ− Ａコンバータ２２を
備え、探針チップ６の先端が測定範囲面（４μｍ×４μ
ｍ）を所定走査間隔でもって隈無く通過する様に微動機
構１３、１４を制御する。撓み量検出手段１６は、電気
信号１１から光学的手法により、探索板９の撓み量を検
出する電子装置である。レコーダー１７は、Ｘ−Ｙプロ
ッタであり、探針チップ６とサンプル５との間に作用す
る原子間力に比例した探索板９の撓み量を逐次記録して
いく。
【００１４】フォース顕微鏡Ａにおいて、サンプル走査
手段１５に拠るサンプル５の走査が完了すれば、レコー
ダー１７の記録から、走査範囲内におけるチップ６−
サンプル５間の原子間力の強弱分布が明らかになる。な
お、サンプル走査手段１５、撓み量検出手段１６、およ
びレコーダー１７を、微動機構１３、１４の制御機能、
電気信号１１からフォース探索板９の撓み量を検出する
演算処理機能、およびフォース探索板９の撓み量を逐次
記録する記録機能、を全て備えた一つのマイクロコンピ
ュータで代用しても良い。
手段１５に拠るサンプル５の走査が完了すれば、レコー
ダー１７の記録から、走査範囲内におけるチップ６−
サンプル５間の原子間力の強弱分布が明らかになる。な
お、サンプル走査手段１５、撓み量検出手段１６、およ
びレコーダー１７を、微動機構１３、１４の制御機能、
電気信号１１からフォース探索板９の撓み量を検出する
演算処理機能、およびフォース探索板９の撓み量を逐次
記録する記録機能、を全て備えた一つのマイクロコンピ
ュータで代用しても良い。
【００１５】本発明の第２実施例を図２に基づいて説明
する。フォース顕微鏡Ｂは、対物凸レンズ１と、対物凸
レンズ１の光軸２上に位置するレーザー３と、対物凸レ
ンズ１の一方側焦点に配される回折格子４と、先部のサ
ンプル５側に探針チップ６が突設され、対物凸レンズ１
の他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射面
７を形成し、基部８が固定されたフォース探索板９と、
対物凸レンズ１、回折格子４を経て戻って来た干渉光１
０を電気信号１１に変換する光電変換器１２と、サンプ
ル５をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に微動変位させる微動機構
１３、１４、２３と、微動機構１３、１４を操作するサ
ンプル走査手段１５と、電気信号１１が、フォース探索
板９の所定量の撓みに相当する状態を保持する様に微動
機構２３を操作するサーボ機構２４と、サーボ機構２４
の電気出力を、サンプル５と探針チップ６との間に作用
するフォースの関連データとして逐次記録していくレコ
ーダー１７とを具備してなる。このフォース顕微鏡Ｂも
、第１実施例と同様の防振台上に設置される。
する。フォース顕微鏡Ｂは、対物凸レンズ１と、対物凸
レンズ１の光軸２上に位置するレーザー３と、対物凸レ
ンズ１の一方側焦点に配される回折格子４と、先部のサ
ンプル５側に探針チップ６が突設され、対物凸レンズ１
の他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射面
７を形成し、基部８が固定されたフォース探索板９と、
対物凸レンズ１、回折格子４を経て戻って来た干渉光１
０を電気信号１１に変換する光電変換器１２と、サンプ
ル５をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に微動変位させる微動機構
１３、１４、２３と、微動機構１３、１４を操作するサ
ンプル走査手段１５と、電気信号１１が、フォース探索
板９の所定量の撓みに相当する状態を保持する様に微動
機構２３を操作するサーボ機構２４と、サーボ機構２４
の電気出力を、サンプル５と探針チップ６との間に作用
するフォースの関連データとして逐次記録していくレコ
ーダー１７とを具備してなる。このフォース顕微鏡Ｂも
、第１実施例と同様の防振台上に設置される。
【００１６】本実施例の、対物凸レンズ１、レーザ３、
回折格子４、サンプル５、フォース探索板９、探針チッ
プ６、光電変換器１２、およびサンプル走査手段１５は
、第１実施例と同じものである。微動機構１３、１４、
２３は、各々直交して配されたバイモフ積層圧電素子で
あり、トライポット型に組み付けられている。サンプル
５のＸ軸、Ｙ軸方向の微動（５０ｎｍ／Ｖ）は、Ｄ−
Ａコンバータ２２の出力電圧を印加して行なわれる。 また、サーボ機構２４に拠るサンプル５のＺ方向の微動
は５０ｎｍ／Ｖである。レコーダー１７は、Ｘ− Ｙプ
ロッタであり、サーボ機構２４の電気出力を、探針チッ
プ６とサンプル５との間に作用する原子間力の関連デー
タとして逐次記録していく。
回折格子４、サンプル５、フォース探索板９、探針チッ
プ６、光電変換器１２、およびサンプル走査手段１５は
、第１実施例と同じものである。微動機構１３、１４、
２３は、各々直交して配されたバイモフ積層圧電素子で
あり、トライポット型に組み付けられている。サンプル
５のＸ軸、Ｙ軸方向の微動（５０ｎｍ／Ｖ）は、Ｄ−
Ａコンバータ２２の出力電圧を印加して行なわれる。 また、サーボ機構２４に拠るサンプル５のＺ方向の微動
は５０ｎｍ／Ｖである。レコーダー１７は、Ｘ− Ｙプ
ロッタであり、サーボ機構２４の電気出力を、探針チッ
プ６とサンプル５との間に作用する原子間力の関連デー
タとして逐次記録していく。
【００１７】フォース顕微鏡Ｂにおいて、サンプル走査
手段１５に拠るサンプル５の走査が完了すれば、レコー
ダー１７の記録から、走査範囲内におけるチップ６−
サンプル５間の原子間力の強弱分布が明らかになる。な
お、１０−２ｎｍ程度の分解能（フォース顕微鏡Ａより
やや優れる）が得られた。なお、サンプル走査手段１５
およびレコーダー１７を、微動機構１３、１４の制御機
能およびフォース探索板９の撓み量を逐次記録する記録
機能、を備えた一つのマイクロコンピュータで代用して
も良い。
手段１５に拠るサンプル５の走査が完了すれば、レコー
ダー１７の記録から、走査範囲内におけるチップ６−
サンプル５間の原子間力の強弱分布が明らかになる。な
お、１０−２ｎｍ程度の分解能（フォース顕微鏡Ａより
やや優れる）が得られた。なお、サンプル走査手段１５
およびレコーダー１７を、微動機構１３、１４の制御機
能およびフォース探索板９の撓み量を逐次記録する記録
機能、を備えた一つのマイクロコンピュータで代用して
も良い。
【００１８】本発明の第３実施例を図３に基づいて説明
する。フォース顕微鏡Ｃは、対物凸レンズ１と、対物凸
レンズ１の光軸２上に位置するレーザー３と、対物凸レ
ンズ１の一方側焦点に配される回折格子４と、水晶振動
子２５を２ｋＨｚ前後の正弦波電圧で振動させる励振装
置２６と、基部８が水晶振動子２５に固定され、先部の
サンプル５側に探針チップ６が突設され、対物凸レンズ
１の他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射
面７を形成したフォース探索板９と、対物凸レンズ１、
回折格子４を経て戻って来た干渉光１０を電気信号１１
に変換する光電変換器１２と、サンプル５をＸ軸、Ｙ軸
方向に微動変位させる微動機構１３、１４と、微動機構
１３、１４を操作するサンプル走査手段１５と、発振器
３０の発振周波数を参照信号とし、電気信号１１を同期
検波することによりフォース探索板９の振動振幅量を検
出する振幅量検出手段２７と、振幅量検出手段２７で検
出される振動振幅量が最大となる様に振幅量検出手段２
７の振動周波数を調節するサーボ回路２８と、発振器３
０の微少な周波数変位を、サンプル５と探針チップ６と
の間に作用するフォースの関連データとして逐次記録し
ていくレコーダー１７とを具備してなる。このフォース
顕微鏡Ｃも、同様の防振台上に設置される。なお、サン
プル５と探針チップ６との間に静電引力を起こすための
直流電源２９（実験時、Ｅ＝１５Ｖ）が、サンプル５と
フォース探索板９との間に電気接続されている。
する。フォース顕微鏡Ｃは、対物凸レンズ１と、対物凸
レンズ１の光軸２上に位置するレーザー３と、対物凸レ
ンズ１の一方側焦点に配される回折格子４と、水晶振動
子２５を２ｋＨｚ前後の正弦波電圧で振動させる励振装
置２６と、基部８が水晶振動子２５に固定され、先部の
サンプル５側に探針チップ６が突設され、対物凸レンズ
１の他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射
面７を形成したフォース探索板９と、対物凸レンズ１、
回折格子４を経て戻って来た干渉光１０を電気信号１１
に変換する光電変換器１２と、サンプル５をＸ軸、Ｙ軸
方向に微動変位させる微動機構１３、１４と、微動機構
１３、１４を操作するサンプル走査手段１５と、発振器
３０の発振周波数を参照信号とし、電気信号１１を同期
検波することによりフォース探索板９の振動振幅量を検
出する振幅量検出手段２７と、振幅量検出手段２７で検
出される振動振幅量が最大となる様に振幅量検出手段２
７の振動周波数を調節するサーボ回路２８と、発振器３
０の微少な周波数変位を、サンプル５と探針チップ６と
の間に作用するフォースの関連データとして逐次記録し
ていくレコーダー１７とを具備してなる。このフォース
顕微鏡Ｃも、同様の防振台上に設置される。なお、サン
プル５と探針チップ６との間に静電引力を起こすための
直流電源２９（実験時、Ｅ＝１５Ｖ）が、サンプル５と
フォース探索板９との間に電気接続されている。
【００１９】本実施例の、対物凸レンズ１、レーザー３
、回折格子４、サンプル５、フォース探索板９、探針チ
ップ６、光電変換器１２、微動機構１３、１４、および
サンプル走査手段１５は、第１実施例と同じものである
。励振装置２６は、サーボ回路２８の電気出力で発振周
波数が可変される発振器３０と、該発振器３０の出力を
増幅して水晶振動子２５を駆動する増幅器３１とを備え
る。
、回折格子４、サンプル５、フォース探索板９、探針チ
ップ６、光電変換器１２、微動機構１３、１４、および
サンプル走査手段１５は、第１実施例と同じものである
。励振装置２６は、サーボ回路２８の電気出力で発振周
波数が可変される発振器３０と、該発振器３０の出力を
増幅して水晶振動子２５を駆動する増幅器３１とを備え
る。
【００２０】以下、フォース顕微鏡Ｃの、作動原理（要
部）を簡単に説明する。フォース有時のフォース探索板
９の共振周波数ｆ０ −Δｆは、探針チップ６−サンプ
ル５間の静電引力勾配に比例した、Δｆ＝ｆ０ ×Ｆ’
／２ｋだけ変化する（Ｆ’；静電引力勾配、ｋ；フォー
ス探索板９の弾性定数、Δｆ；フォース探索板９の微少
な共振周波数変動値）。サーボ回路２８は、フォース探
索板９の共振状態を保持する様に、発振器３０の発振周
波数を調整する。発振器３０のΔｆを、チップ６− サ
ンプル５間の静電引力勾配値としてレコーダー１７が記
録する。フォース顕微鏡Ｃにおいて、サンプル走査手段
１５に拠るサンプル５の走査が完了すれば、レコーダー
１７の記録から、走査範囲内におけるチップ６− サン
プル５間の静電引力勾配値の強弱分布が明らかになる。
部）を簡単に説明する。フォース有時のフォース探索板
９の共振周波数ｆ０ −Δｆは、探針チップ６−サンプ
ル５間の静電引力勾配に比例した、Δｆ＝ｆ０ ×Ｆ’
／２ｋだけ変化する（Ｆ’；静電引力勾配、ｋ；フォー
ス探索板９の弾性定数、Δｆ；フォース探索板９の微少
な共振周波数変動値）。サーボ回路２８は、フォース探
索板９の共振状態を保持する様に、発振器３０の発振周
波数を調整する。発振器３０のΔｆを、チップ６− サ
ンプル５間の静電引力勾配値としてレコーダー１７が記
録する。フォース顕微鏡Ｃにおいて、サンプル走査手段
１５に拠るサンプル５の走査が完了すれば、レコーダー
１７の記録から、走査範囲内におけるチップ６− サン
プル５間の静電引力勾配値の強弱分布が明らかになる。
【００２１】回折レーザー光（２光束）をスポット間隔
約０．５ｍｍでフォース探索板９に夫々集光させている
ので、外乱の影響を受け難く、フォース探索板９の共振
状態を有効に検出できる。なお、サンプル走査手段１５
およびレコーダー１７を、微動機構１３、１４の制御機
能およびフォース探索板９の撓み量を逐次記録する記録
機能、を備えた一つのマイクロコンピュータで代用して
も良い。
約０．５ｍｍでフォース探索板９に夫々集光させている
ので、外乱の影響を受け難く、フォース探索板９の共振
状態を有効に検出できる。なお、サンプル走査手段１５
およびレコーダー１７を、微動機構１３、１４の制御機
能およびフォース探索板９の撓み量を逐次記録する記録
機能、を備えた一つのマイクロコンピュータで代用して
も良い。
【００２２】本発明の第４実施例を図４〜図８に基づい
て説明する。フォース顕微鏡Ｄは、対物凸レンズ１と、
対物凸レンズ１の光軸２上に位置するレーザー３と、対
物凸レンズ１の一方側焦点に配される回折格子４と、水
晶振動子２５を２ｋＨｚ前後の正弦波で電気振動させる
発振器３０および増幅器３１からなる励振装置２６と、
基部８が水晶振動子２５に固定され、先部のサンプル５
側に探針チップ６が突設され、対物凸レンズ１の他方側
焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射面７を形成
したフォース探索板９と、対物凸レンズ１、回折格子４
を経て戻って来た干渉光１０を電気信号１１に変換する
光電変換器１２と、サンプル５をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向
に微動変位させる微動機構１３、１４、２３と、微動機
構１３、１４を操作するサンプル走査手段１５と、発振
器３０の発振周波数を参照信号として電気信号１１を同
期検波するロック− イン増幅器３２と、ロック− イ
ン増幅器３２で検出される物理変化量が一定値を保つ様
に、微動機構２３を操作するサーボ機構２４と、サーボ
機構２４の電気出力をサンプル５と探針チップ６との間
に作用するフォースの関連データとして逐次記録してい
くレコーダー１７とを具備してなる。このフォース顕微
鏡Ｄも、同様の防振台上に設置される。なお、サンプル
５と探針チップ６との間に静電引力を起こすための直流
電源２９が、サンプル５とフォース探索板９との間に電
気接続されている。
て説明する。フォース顕微鏡Ｄは、対物凸レンズ１と、
対物凸レンズ１の光軸２上に位置するレーザー３と、対
物凸レンズ１の一方側焦点に配される回折格子４と、水
晶振動子２５を２ｋＨｚ前後の正弦波で電気振動させる
発振器３０および増幅器３１からなる励振装置２６と、
基部８が水晶振動子２５に固定され、先部のサンプル５
側に探針チップ６が突設され、対物凸レンズ１の他方側
焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射面７を形成
したフォース探索板９と、対物凸レンズ１、回折格子４
を経て戻って来た干渉光１０を電気信号１１に変換する
光電変換器１２と、サンプル５をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向
に微動変位させる微動機構１３、１４、２３と、微動機
構１３、１４を操作するサンプル走査手段１５と、発振
器３０の発振周波数を参照信号として電気信号１１を同
期検波するロック− イン増幅器３２と、ロック− イ
ン増幅器３２で検出される物理変化量が一定値を保つ様
に、微動機構２３を操作するサーボ機構２４と、サーボ
機構２４の電気出力をサンプル５と探針チップ６との間
に作用するフォースの関連データとして逐次記録してい
くレコーダー１７とを具備してなる。このフォース顕微
鏡Ｄも、同様の防振台上に設置される。なお、サンプル
５と探針チップ６との間に静電引力を起こすための直流
電源２９が、サンプル５とフォース探索板９との間に電
気接続されている。
【００２３】本実施例の、レーザー３、回折格子４、サ
ンプル５、フォース探索板９、探針チップ６、光電変換
器１２、微動機構１３、１４、サンプル走査手段１５、
および水晶振動子２５は、第３実施例と同じものである
。また、微動機構２３の構成は第２実施例のものと同様
である。
ンプル５、フォース探索板９、探針チップ６、光電変換
器１２、微動機構１３、１４、サンプル走査手段１５、
および水晶振動子２５は、第３実施例と同じものである
。また、微動機構２３の構成は第２実施例のものと同様
である。
【００２４】つぎに、本実施例のフォース顕微鏡Ｄを用
いた、静電引力測定、静電引力勾配測定について述べる
。図５は、サーボ機構２４を手動で動かしチップ６−
サンプル５間距離を除々に近づけていった時（Ｅ＝５Ｖ
）のロック− イン増幅器３２の出力（＝フォース探索
板９の振動振幅量）を表している。ここで、物理法則に
拠り、フォース探索板９の共振周波数（ｆ１ ＝ｆ０
−Δｆ）は、探針チップ６− サンプル５間の静電引力
勾配に比例した、Δｆ＝ｆ０ ×Ｆ’／２ｋだけ変化す
る（Ｆ’；静電引力勾配、ｋ；フォース探索板９の弾性
定数、Δｆ；フォース探索板９の微少な共振周波数変動
値）。なお、フォース探索板９のフォース無時共振周波
数ｆ０ は２．０２ｋＨｚ、その弾性定数は５．９Ｎ／
ｍに設定されており、また、発振器３０の発振周波数は
２．００ｋＨｚ（実験中固定）に設定されている。本実
験では、探針チップ６− サンプル５間距離が約１７ｎ
ｍの時に、静電引力に拠り、フォース探索板９の共振周
波数がｆ１ ＝２．００ｋＨｚとなり共振現象が起き、
フォース探索板９の振動振幅が最大となった。
いた、静電引力測定、静電引力勾配測定について述べる
。図５は、サーボ機構２４を手動で動かしチップ６−
サンプル５間距離を除々に近づけていった時（Ｅ＝５Ｖ
）のロック− イン増幅器３２の出力（＝フォース探索
板９の振動振幅量）を表している。ここで、物理法則に
拠り、フォース探索板９の共振周波数（ｆ１ ＝ｆ０
−Δｆ）は、探針チップ６− サンプル５間の静電引力
勾配に比例した、Δｆ＝ｆ０ ×Ｆ’／２ｋだけ変化す
る（Ｆ’；静電引力勾配、ｋ；フォース探索板９の弾性
定数、Δｆ；フォース探索板９の微少な共振周波数変動
値）。なお、フォース探索板９のフォース無時共振周波
数ｆ０ は２．０２ｋＨｚ、その弾性定数は５．９Ｎ／
ｍに設定されており、また、発振器３０の発振周波数は
２．００ｋＨｚ（実験中固定）に設定されている。本実
験では、探針チップ６− サンプル５間距離が約１７ｎ
ｍの時に、静電引力に拠り、フォース探索板９の共振周
波数がｆ１ ＝２．００ｋＨｚとなり共振現象が起き、
フォース探索板９の振動振幅が最大となった。
【００２５】図６は、発振器３０の発振周波数を変化さ
せて実験を行い（Ｅ＝１５Ｖ）、上記Δｆ＝ｆ０ ×Ｆ
’／２ｋに拠り、探針チップ６− サンプル５間距離と
引力勾配との関係を求めたグラフである。
せて実験を行い（Ｅ＝１５Ｖ）、上記Δｆ＝ｆ０ ×Ｆ
’／２ｋに拠り、探針チップ６− サンプル５間距離と
引力勾配との関係を求めたグラフである。
【００２６】図７は、発振器３０の発振周波数を変化さ
せて実験を行い（Ｅ＝１５Ｖ）、探針チップ６− サン
プル５間距離と静電引力との関係を求めたグラフである
。
せて実験を行い（Ｅ＝１５Ｖ）、探針チップ６− サン
プル５間距離と静電引力との関係を求めたグラフである
。
【００２７】つぎに、本実施例のフォース顕微鏡Ｄに拠
るサンプル５の表面形状測定を、作用効果を交えて述べ
る。レーザービームは、ビームスプリッタ１８を通過し
た後、回折格子４で二分され、各々対物凸レンズ１を通
り、レーザー反射面７で夫々反射し、再び、対物凸レン
ズ１を通り、回折格子４で合成され干渉光１０となる。 この干渉光１０は変換器１９で電気信号に変換され、こ
の電気信号は増幅器２０で増幅されて電気信号１１とな
る。マイクロコンピュータ２１は、Ｄ− Ａコンバータ
２２にサンプル走査用の操作用信号（ディジタル値）を
送出し、Ｄ− Ａコンバータ２２は、微動機構１３、１
４に走査用電圧を印加する。探針チップ６とサンプル５
との間に働く静電引力がサンプル５の表面形状に応じて
変化する。ロック− イン増幅器３２は、発振器３０の
発振周波数を参照信号として電気信号１１を同期検波す
る事により電気信号１１からフォース探索板９の振動振
幅を検出する。サーボ機構２４は、Ｅ＝１５Ｖの状態で
、ロック− イン増幅器３２の出力に基づき、フォース
探索板９の振動振幅が一定（探針チップ６とサンプル５
との静電引力が１．９×１０−８Ｎ一定、探針チップ６
− サンプル５間距離５０ｎｍ一定）になる様に微動機
構２３を操作する。レコーダー１７は、サーボ機構２４
の電気出力を記録する。走査が完了した時点のレコーダ
ー１７の記録から、走査範囲内における探針チップ６−
サンプル５間距離分布が明らかになり、図８に示すＰ
ＭＭＡレジスト二次元像（４μｍ×４μｍ）が得られた
。なお、１０−４ｎｍ程度の高分解能が確保できた。
るサンプル５の表面形状測定を、作用効果を交えて述べ
る。レーザービームは、ビームスプリッタ１８を通過し
た後、回折格子４で二分され、各々対物凸レンズ１を通
り、レーザー反射面７で夫々反射し、再び、対物凸レン
ズ１を通り、回折格子４で合成され干渉光１０となる。 この干渉光１０は変換器１９で電気信号に変換され、こ
の電気信号は増幅器２０で増幅されて電気信号１１とな
る。マイクロコンピュータ２１は、Ｄ− Ａコンバータ
２２にサンプル走査用の操作用信号（ディジタル値）を
送出し、Ｄ− Ａコンバータ２２は、微動機構１３、１
４に走査用電圧を印加する。探針チップ６とサンプル５
との間に働く静電引力がサンプル５の表面形状に応じて
変化する。ロック− イン増幅器３２は、発振器３０の
発振周波数を参照信号として電気信号１１を同期検波す
る事により電気信号１１からフォース探索板９の振動振
幅を検出する。サーボ機構２４は、Ｅ＝１５Ｖの状態で
、ロック− イン増幅器３２の出力に基づき、フォース
探索板９の振動振幅が一定（探針チップ６とサンプル５
との静電引力が１．９×１０−８Ｎ一定、探針チップ６
− サンプル５間距離５０ｎｍ一定）になる様に微動機
構２３を操作する。レコーダー１７は、サーボ機構２４
の電気出力を記録する。走査が完了した時点のレコーダ
ー１７の記録から、走査範囲内における探針チップ６−
サンプル５間距離分布が明らかになり、図８に示すＰ
ＭＭＡレジスト二次元像（４μｍ×４μｍ）が得られた
。なお、１０−４ｎｍ程度の高分解能が確保できた。
【００２８】本実施例では、フォース探索板９を振動さ
せ、ロック− イン増幅器３２の出力に基づき、フォー
ス探索板９の振動振幅が一定（探針チップ６とサンプル
５との静電引力一定、探針チップ６− サンプル５間距
離一定）になる様に微動機構２３をサーボ機構２４が操
作するという構成を採用しているので、フォース探索板
９の有害な永久変形が防止でき、時間に対するドリフト
が実施例１、２と比較し著しく低減できた。
せ、ロック− イン増幅器３２の出力に基づき、フォー
ス探索板９の振動振幅が一定（探針チップ６とサンプル
５との静電引力一定、探針チップ６− サンプル５間距
離一定）になる様に微動機構２３をサーボ機構２４が操
作するという構成を採用しているので、フォース探索板
９の有害な永久変形が防止でき、時間に対するドリフト
が実施例１、２と比較し著しく低減できた。
【００２９】回折レーザー光（２光束）をスポット間隔
約０．５ｍｍでフォース探索板９に夫々集光させている
ので、外乱の影響を受け難く、フォース探索板９の振動
振幅を有効に検出できる。なお、サンプル走査手段１５
およびレコーダー１７を、微動機構１３、１４の制御機
能およびフォース探索板９の撓み量を逐次記録する記録
機能、を備えた一つのマイクロコンピュータで代用して
も良い。
約０．５ｍｍでフォース探索板９に夫々集光させている
ので、外乱の影響を受け難く、フォース探索板９の振動
振幅を有効に検出できる。なお、サンプル走査手段１５
およびレコーダー１７を、微動機構１３、１４の制御機
能およびフォース探索板９の撓み量を逐次記録する記録
機能、を備えた一つのマイクロコンピュータで代用して
も良い。
【図１】本発明の第１実施例に係るフォース顕微鏡の構
造説明図である。
造説明図である。
【図２】本発明の第２実施例に係るフォース顕微鏡の構
造説明図である。
造説明図である。
【図３】本発明の第３実施例に係るフォース顕微鏡の構
造説明図である。
造説明図である。
【図４】本発明の第４実施例に係るフォース顕微鏡の構
造説明図である。
造説明図である。
【図５】第４実施例のフォース顕微鏡において、チップ
− サンプル間距離とロック− イン増幅器の出力との
関係を示すグラフである。
− サンプル間距離とロック− イン増幅器の出力との
関係を示すグラフである。
【図６】第４実施例のフォース顕微鏡において、チップ
− サンプル間距離と引力勾配との関係を示すグラフで
ある。
− サンプル間距離と引力勾配との関係を示すグラフで
ある。
【図７】第４実施例のフォース顕微鏡において、チップ
− サンプル間距離と静電引力との関係を示すグラフで
ある。
− サンプル間距離と静電引力との関係を示すグラフで
ある。
【図８】第４実施例のフォース顕微鏡において、サンプ
ルのＰＭＭＡレジスト二次元像の投影図である。
ルのＰＭＭＡレジスト二次元像の投影図である。
１ 対物凸レンズ
２ 光軸
３ レーザー
４ 回折格子
６ 探針チップ
７ レーザー反射面
８ 基部
９ フォース探索板
１０ 干渉光
１１ 電気信号
１２ 光電変換器
１３ 微動機構（Ｘ軸微動機構）
１４ 微動機構（Ｙ軸微動機構）
１５ サンプル操作手段
１６ 撓み量検出手段
１７ レコーダー（記録手段）
２３ 微動機構（Ｚ軸微動機構）
２４ サーボ機構
２５ 水晶振動子（振動基台）
２６ 励振装置
２７ 振幅量検出手段
２８ サーボ回路
３２ ロック− イン増幅器（物理変化量検出手段）
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ フォース顕微鏡
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ フォース顕微鏡
Claims (4)
- 【請求項１】 対物凸レンズと、該対物凸レンズの光
軸上に位置し、凸レンズに向かって単色光のビームを照
射するレーザーと、前記対物凸レンズの一方側焦点に配
される回折格子と、先部のサンプル側に探針チップが突
設され、前記対物凸レンズの他方側焦点に位置する反サ
ンプル側にレーザー反射面を形成し、基部が固定された
フォース探索板と、前記対物凸レンズ、回折格子を経て
戻って来た干渉光を電気信号に変換する光電変換器と、
サンプルをＸ軸、Ｙ軸方向に微動変位させる微動機構と
、前記探針チップの先端が前記サンプルの測定範囲面を
隈無く通過する様に、前記微動機構を操作するサンプル
走査手段と、前記光電変換器の電気信号から前記フォー
ス探索板の撓み量を検出する撓み量検出手段と該撓み量
検出手段で検出した撓み量を、前記サンプルと探針チッ
プとの間に作用するフォースの関連データとして逐次記
録していく記録手段とを具備してなるフォース顕微鏡。 - 【請求項２】 対物凸レンズと、該対物凸レンズの光
軸上に位置し、凸レンズに向かって単色光のビームを照
射するレーザーと、前記対物凸レンズの一方側焦点に配
される回折格子と、先部のサンプル側に探針チップが突
設され、前記対物凸レンズの他方側焦点に位置する反サ
ンプル側にレーザー反射面を形成し、基部が固定された
フォース探索板と、前記対物凸レンズ、回折格子を経て
戻って来た干渉光を電気信号に変換する光電変換器と、
サンプルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に微動変位させるＸ軸
、Ｙ軸、Ｚ軸微動機構と、前記探針チップの先端が前記
サンプルの測定範囲面を隈無く通過する様に、前記Ｘ軸
、Ｙ軸微動機構を操作するサンプル走査手段と、前記電
気信号が、前記フォース探索板の所定量の撓みに相当す
る状態を保持する様に前記Ｚ軸微動機構を操作するサー
ボ機構と、該サーボ機構の電気出力を、前記サンプルと
探針チップとの間に作用するフォースの関連データとし
て逐次記録していく記録手段とを具備してなるフォース
顕微鏡。 - 【請求項３】 対物凸レンズと、該対物凸レンズの光
軸上に位置し、凸レンズに向かって単色光のビームを照
射するレーザーと、前記対物凸レンズの一方側焦点に配
される回折格子と、可変可能な所定振動数で振動基台を
振動させる励振装置と、基部が前記振動基台に固定され
、先部のサンプル側に探針チップが突設され、前記対物
凸レンズの他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザ
ー反射面を形成したフォース探索板と、前記対物凸レン
ズ、回折格子を経て戻って来た干渉光を電気信号に変換
する光電変換器と、サンプルをＸ軸、Ｙ軸方向に微動変
位させるＸ軸、Ｙ軸微動機構と、前記探針チップの先端
が前記サンプルの測定範囲面を隈無く通過する様に、前
記Ｘ軸、Ｙ軸微動機構を操作するサンプル走査手段と、
前記励振装置の振動周波数を参照信号とし、前記電気信
号を同期検波することによりフォース探索板の振動振幅
量を検知する振幅量検出手段と、該振幅量検出手段で検
出される振動振幅量が最大となる様に、前記励振装置の
振動周波数を調節するサーボ回路と、前記励振装置の微
少な周波数変位を、前記サンプルと探針チップとの間に
作用するフォースの関連データとして逐次記録していく
記録手段とを具備してなるフォース顕微鏡。 - 【請求項４】 対物凸レンズと、該対物凸レンズの光
軸上に位置し、凸レンズに向かって単色光のビームを照
射するレーザーと、前記対物凸レンズの一方側焦点に配
される回折格子と、振動基台を所定振動数で振動させる
励振装置と、基部が前記振動基台に固定され、先部のサ
ンプル側に探針チップが突設され、前記対物凸レンズの
他方側焦点に位置する反サンプル側にレーザー反射面を
形成したフォース探索板と、前記対物凸レンズ、回折格
子を経て戻って来た干渉光を電気信号に変換する光電変
換器と、サンプルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸軸方向に微動変位
させるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸微動機構と、前記探針チップの
先端が前記サンプルの測定範囲面を隈無く通過する様に
、前記Ｘ軸、Ｙ軸微動機構を操作するサンプル走査手段
と、前記振動装置の振動周波数を参照信号とし、前記電
気信号を同期検波することによりフォース探索板の物理
変化量を検出する物理変化量検出手段と、該物理変化量
検出手段で検出した物理変化量が一定値を保つ様に、前
記Ｚ軸微動機構を操作するサーボ機構と、該サーボ機構
の電気出力を、前記サンプルと探針チップとの間に作用
するフォースの関連データとして逐次記録していく記録
手段とを具備してなるフォース顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7928191A JP2970949B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | フォース顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7928191A JP2970949B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | フォース顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04315009A true JPH04315009A (ja) | 1992-11-06 |
| JP2970949B2 JP2970949B2 (ja) | 1999-11-02 |
Family
ID=13685484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7928191A Expired - Fee Related JP2970949B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | フォース顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2970949B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5725681B1 (ja) * | 2014-01-22 | 2015-05-27 | レーザーテック株式会社 | 干渉計及び位相シフト量測定装置 |
-
1991
- 1991-04-11 JP JP7928191A patent/JP2970949B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5725681B1 (ja) * | 2014-01-22 | 2015-05-27 | レーザーテック株式会社 | 干渉計及び位相シフト量測定装置 |
| US9719859B2 (en) | 2014-01-22 | 2017-08-01 | Lasertec Corporation | Interferometer and phase shift amount measuring apparatus with diffraction gratings to produce two diffraction beams |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2970949B2 (ja) | 1999-11-02 |
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