JPH05231814A

JPH05231814A - 走査型プローブ顕微鏡

Info

Publication number: JPH05231814A
Application number: JP4069594A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Mishima; 周三三島; Norio Maruyama; 規夫丸山
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-02-19
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1993-09-07

Abstract

(57)【要約】【目的】試料に合わせて最適な観察光学系や走査型プ
ローブ顕微鏡を容易に選択可能な構成を持つ光学顕微鏡
一体型の走査型プローブ顕微鏡を提供する。【構成】試料台（１０３，２０３）と、試料台に対峙
する対物レンズ（１０１）と、対物レンズと試料台との
間に間挿される探針（１０２，２０１）とを有するプロ
ーブユニット（１００，２００）を基台ユニット（５
０）に対して着脱可能に設けると共に、試料（２０６）
を照明する照明光学系（３０）と、試料像を結像するた
めの結像光学系（２０）とからなる光学ユニット（４
０）の構成を変更可能としたことにより、測定すべき試
料に最も適した光学ユニット及びプローブユニットを容
易に選択可能とした光学顕微鏡一体の走査型プローブ顕
微鏡。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、走査型トンネル顕微
鏡（Scanning Tunneling Microscope: STM），原子間力
顕微鏡（Atomic Force Microscope: AFM）等の走査型プ
ローブ顕微鏡に係り、特に試料を光学的に観察するため
の観察光学系を合わせ持った光学顕微鏡一体型の走査型
プローブ顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＳＴＭやＡＦＭ等の走査型プロー
ブ顕微鏡は、原子オーダーの分解能を持つ顕微鏡として
利用が進んでいる。

【０００３】ＳＴＭでは、導電性の試料と探針との間に
電圧を印加して、両者を１nm以下の距離まで近づけた時
に流れるトンネル電流を検出しながら試料表面を探針で
走査する。走査中検出されるトンネル電流は試料−探針
間距離や試料の局所的電子状態に依存した値を示すの
で、このトンネル電流値に基づいて試料表面の局所的な
構造や物理特性を測定することができる。

【０００４】またＡＦＭでは、一端を固定した柔軟なカ
ンチレバーの自由端部に支持した探針の先端を試料に原
子レベルまで接近させ、試料表面を探針で走査する。こ
の時探針先端の原子と試料表面の原子との間にはその原
子間距離に依存して変化する原子間力が働き、カンチレ
バーを変位させる。よってカンチレバーの変位を検知す
れば凹凸像等の試料情報を得ることができる。このＡＦ
Ｍによれば、ＳＴＭでは測定が困難であった絶縁性試料
の測定が可能である。

【０００５】ビニッヒ(Binnig)らによって開発されたこ
れらの走査型プローブ顕微鏡は、光学顕微鏡では到底不
可能であったグラファイトやＳｉ表面の原子分解能での
観察を可能にし、その応用としては、従来、電子顕微鏡
で観察していた種々の試料の微細構造を大気中，液体中
で観察するという要請も高まっている。

【０００６】ところで、これらの走査型プローブ顕微鏡
においては、探針を試料上の所望の測定位置に設定する
のが非常に困難であるという問題があった。これは試料
上の測定位置の肉眼での同定が不可能であることに起因
し、所望の測定位置に探針を設定するまでに、無駄な測
定を繰り返し行なわなくてはならないという不具合があ
った。

【０００７】しかし最近では、光学顕微鏡と一体化さ
れ、高倍率の光顕観察により予め探針を試料上の所望の
測定位置へと高精度に設定できるＳＴＭ（国際公開WO89
/01603号公報）や、ＡＦＭ（特開平2-28113 号公報）も
提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、極めて透明に近い生態標本などの試料を染色しない
で光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡とで同時に観察し
たいというニーズに対して、ＳＴＭ等の走査型プローブ
顕微鏡に通常の光学顕微鏡を一体化してやるだけでは、
透明試料の光顕による十分な観察が不可能であるという
問題がある。この場合、透明試料の観察に有効な位相差
顕微鏡やノマルスキー顕微鏡を走査型プローブ顕微鏡と
一体化し、試料の微妙な位相変化を強度変化に変えて観
察することが考えられるが、多様化する測定対象に対し
て、それぞれ最適の観察光学系をマッチさせるには、走
査型プローブ顕微鏡と各種の特殊光学顕微鏡とをマルチ
に結合可能とするためのモジュール化が必要となってき
ている。これら特殊光学顕微鏡としては、位相差顕微鏡
やノマルスキー顕微鏡に止まらず、暗視野顕微鏡，蛍光
顕微鏡などがあり、特殊照明光学系，特殊結像光学系
等、試料に応じてこれら特殊光学系を切替え可能とする
と共に、前述したように走査型プローブ顕微鏡の方もＳ
ＴＭ，ＡＦＭ等、試料に応じて容易に交換可能な光学顕
微鏡一体型走査型プローブ顕微鏡が望まれていた。

【０００９】この発明は、このように多種多様な試料に
合わせて最適な観察光学系や走査型プローブ顕微鏡を容
易に選択可能な構成を持つ光学顕微鏡一体型走査型プロ
ーブ顕微鏡の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明では、観察光学系と一体に組み込まれ、光
学観察と同時に探針による試料測定が可能な走査型プロ
ーブ顕微鏡において、試料台と、試料台に対峙する対物
レンズと、対物レンズと試料台との間に間挿される探針
とを有するプローブユニットと、試料を照明する照明光
学系と、試料像を結像するための結像光学系とを有する
光学ユニットと、上記プローブユニットと光学ユニット
とを支持する基台ユニットとを具備したことを特徴とす
る。

【００１１】また上記プローブユニットは、好ましくは
薄板を探針支持部材とするトンネル電流探針を有する。

【００１２】さらに上記プローブユニットは、好ましく
はカンチレバーにより支持された原子間力探針と、カン
チレバーの変位を検出する変位検出器とを有する。

【００１３】

【作用】このような構成により、試料台上の試料に対物
レンズが対峙して試料の情報を光学的に抽出すると共
に、試料と対物レンズとの間に間挿された探針により光
学情報の抽出と同時に試料の局所的な情報を抽出する。

【００１４】またプローブユニットがＳＴＭのトンネル
電流探針を有する場合、対物レンズが試料に対して合焦
状態にある状態で、薄板を支持台としたトンネル電流探
針が試料上を走査し、ＳＴＭとして動作する。

【００１５】更に、プローブユニットがカンチレバーの
先端に原子間力探針を有する場合、変位検出器によりカ
ンチレバーの変位を検出しながら探針を試料上で走査す
ることにより、ＡＦＭとして動作する。

【００１６】これらＳＴＭとＡＦＭ等のプローブユニッ
トは、互換可能に共通の基台ユニットに支持される。

【００１７】またこの基台ユニットは、例えば位相差顕
微鏡，ノマルスキー顕微鏡，蛍光顕微鏡，暗視野顕微鏡
等の種々の顕微鏡の照明光学系とそれらに対応した結像
光学系からなる光学ユニットを、プローブユニットの対
物レンズに対して同軸に支持し、試料に応じた方法で試
料の光学情報を抽出すると共に、プローブユニットの探
針による試料測定位置の同定に寄与する。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。

【００１９】図１は、この発明の走査型プローブ顕微鏡
の光学ユニット及びそれを支持する基台ユニットを示す
正面図であり、図２はその側面図である。

【００２０】基台１上にはこの基台上面の周縁部に沿っ
て枠体７が設けらている。枠体７には後述するプローブ
ユニットを設置する際に取り外される前方カバー７ａ，
及びその固定ネジ７ｂが設けられている。この枠体７か
らは支柱２が立設されており、支柱２の上部には回転軸
１５の下端部が埋設固定されている。回転軸１５の上端
部はアーム３の基端部内部に嵌挿されると共に、アーム
３にはこの回転軸１５回りのアーム３の回転をロックす
るためのノブ１４が設けられ、支柱２に対してアーム３
が回動自在に支持されている。これら基台１，支柱２，
アーム３，枠体７により、基台ユニット５０が構成され
ている。

【００２１】アーム３先端部の上方には、鉛直方向と４
５°傾けられた部分反射ミラー１１を内蔵する中空ブロ
ック４を分岐点として上方に結像光学系２０、側方へ照
明光学系３０の２光路が形成されている。結像光学系２
０は、結像系鏡筒６，結像レンズ１０及び結像面１２に
より構成されており、また照明光学系３０は、部分反射
ミラー１１，部分反射ミラー１１の側方に設けられたフ
ィルター８，及びファイバー光源９から構成されてい
る。そしてこれら結像光学系２０及び照明光学系３０に
より光学ユニット４０が構成されている。なお、アーム
３先端部には結像光学系２０と同軸の開口１３が形成さ
れている。

【００２２】次に、上述した光学ユニットの基台１とア
ーム３との間に設置される互換ユニットであるプローブ
ユニットの一例として、ＡＦＭユニットを図３（ａ），
及び（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）はＡＦＭユニ
ットの正面図，図３（ｂ）はその側面図である。

【００２３】試料を載置すると共に試料を３次元方向に
走査可能なチューブスキャナーからなる試料台１０３の
上方には、自由端に探針１０２を備えるカンチレバーを
保持するためのカンチレバーホルダー１０７が支持され
ている。またこのカンチレバーホルダー１０７の上方に
は、試料及び探針を光学的に観察する結像光学系２０及
び照明光学系３０からなる光学ユニット４０と、カンチ
レバーの変位を検知する光学検知器１０６とに共用され
る対物レンズ１０１が支持される。また対物レンズ１０
１の上方には光学ユニット４０と光学検知器１０６との
光路を分岐するためのミラー１０５が設けられている。
これら試料台１０３，カンチレバーホルダー１０７，ミ
ラー１０５，光学検出器１０６は支持ブロック１０４に
よって支持され、また支持ブロック１０４の底部にはＡ
ＦＭユニット１００を基台１に固定するための３本のピ
ン１０９が設けられている。尚、試料台１０３はＤＣモ
ーター１１０の駆動により不図示の粗動機構を介してＺ
方向にスライド可能に設けられている。

【００２４】次に前述した光学ユニットの基台１にＡＦ
Ｍユニット１００を装着する機構について図４（ａ），
及び（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）において基台
１にはＡＦＭユニット１００底部に設けられた３本のピ
ン１０９と係合する当接片１１１，１１２，１１３が３
角形の頂点位置に配置されている。これら当接片には、
夫々ＡＦＭユニット１００のピン１０９を係合位置に案
内するためのガイド溝１１４が設けられていると共に、
当接片１１１には図中Ｙ方向に伸びるＶ字溝１１６，当
接片１１２には半球状凹部１１５，当接片１１３にはフ
ラットな平面部１１７が設けられている。

【００２５】図４（ｂ）は、プローブユニット１００を
基台１に装着する時に３本のピン１０９が当接片１１
１，１１２，及び１１３に係合する様子を示している。
装着時には、ＡＦＭユニット１００の枠体７内への導入
を容易にするため図１及び図２に示した光学ユニットの
枠体７の前方カバー７ａを取り去ると共に、図１の状態
からアーム３を回動して跳ね除ける。枠体７内に導入さ
れたプローブユニット１００の３本のピン１０９は、そ
れぞれガイド溝１１４により図中右方向に案内される。
そしてまず破線で示すように当接片１１１のＶ字溝１１
６にピン１０９の１つが落とし込まれる。さらにこの当
接片１１１のＶ時溝６に沿ってプローブユニット１００
を図中Ｙ方向に振ることによってもう１つのピン１０９
が当接片１１２の半球状凹部１１５に落とし込まれ、プ
ローブユニット１００の位置決めが完了する。位置決め
が完了した後は、枠体７の前方カバー７ａを元通り装着
し、ネジ７ｂにて固定する。そしてアーム３を再び図１
の状態まで戻し、ＡＦＭユニット１００の装着が完了す
る。

【００２６】次に上述した基台ユニット５０にＡＦＭユ
ニット１００を組み込んだ状態を図５を用いて説明す
る。ＡＦＭユニット１００は、光学ユニット４０の結像
光学系２０の光軸がＡＦＭユニット１００の対物レンズ
１０１の光軸と一致するように、図４（ａ），及び
（ｂ）に示された３点支持機構により支持される。この
状態で光学ユニット４０の結像光学系２０及び照明光学
系３０の光路はアーム３の開口１３を介して対物レンズ
１０５に導かれる。

【００２７】次に上述した光学ユニット４０及びＡＦＭ
ユニット１００により、試料の光学観察とＡＦＭ測定と
を行なう様子について説明する。

【００２８】ファイバー光源９からの照射光は、必要に
応じてこの照射光の特定波長のみを透過させたり、ある
いは照射光を偏光させたりするためのフィルター８を介
して部分反射ミラー１１により偏向され、開口１３を介
してＡＦＭユニット１００へと進行する。ミラー１０５
を介して対物レンズ１０１へと導かれた光は、試料台１
０３上の試料を照明する。この状態でＤＣモーター１１
０により試料台を駆動し結像光学系２０の焦点を試料表
面に合焦させる。試料により反射された光，あるいは試
料自身からの発光は、ミラー１０５及び部分反射ミラー
１１を透過して結像系鏡筒６に入射する。結像系鏡筒６
では、結像レンズ１０により結像面１２に試料像が結像
され、この像が図示されないＣＣＤ撮像カメラで撮像さ
れる。撮像された像には、試料像と共に対物レンズ１０
５直下のプローブ先端が写し込まれる。したがって、カ
ンチレバーホルダー１０７を支持する図示しない微動機
構により探針１０２を移動させ、試料上の所望の測定位
置まで位置決めをすることができる。

【００２９】次に、この装置を用いたＡＦＭ測定の様子
について説明する。上述したように試料上の所望の位置
に探針１０２が位置決めされた後、試料台１０３のチュ
ーブスキャナーにより試料を原子レベルまで探針に近づ
けると試料の構成原子と探針１０２先端の構成原子との
間に原子間力が生じ、カンチレバーが変位する。このカ
ンチレバーの変位はファイバー光源１０９から射出さ
れ、試料を照明した光を対物レンズ１０１及びミラー１
０５を介して光学検出器１０６に入射して検出する。検
出方法は公知の光テコ法や臨界角法が用いられる。この
状態でチューブスキャナーからなる試料台１０３にＸＹ
の走査信号を入力すると試料の凹凸に応じて変化する試
料−探針間距離に応じて原子間力が変化し、カンチレバ
ーを変位させる。この時光学検出器１０６の出力は不図
示のサーボ回路に入力され、サーボ回路はカンチレバー
の変位が一定となるように試料台１０３のチューブスキ
ャナーを駆動制御する。したがって、このサーボ回路の
出力を上述したＸＹの走査信号と同期して記録すること
により、試料の凹凸像を得ることができる。

【００３０】次に上述した基台ユニット５０に装着可能
なプローブユニットの別の例としてＳＴＭユニット２０
０を図６及び図７を用いて説明する。

【００３１】略Ｌ字状の支持台２１０の上には、ノブ２
１４の回動によりＹ方向にスライド可能にＬ字状の中間
支持台２１３が支持されている。また中間支持台２１３
の側方には、ノブ２１２の回動によりＺ方向にスライド
可能に逆Ｌ字状のレンズ支持台２１１が支持されてい
る。レンズ支持台２１１の水平板部分には、開口２１８
が設けられていると共に、水平板部分の開口の２１８下
方には対物レンズ１０１が支持されている。

【００３２】一方、支持台２１０の側部には、水平板部
分に大径チューブスキャナー２０８を立設したＬ字状の
摺動アーム２０９が、支持台２１０背後のパルスモータ
ー２１５及びこのパルスモーター２１５に不図示の制御
回路から駆動パルス信号を印加する配線２１６によりＺ
方向にスライド駆動可能に支持されている。また大径チ
ューブスキャナー２０８の上端部には、ＳＴＭ探針２０
１を固着した探針保持板２０３を押え部材２０５により
支持する中間板２０４が固着されている。更に支持台２
１０の水平板部分からは、上述した摺動アーム２０９の
水平板部分を貫通し、大径チューブスキャナー２０８の
内部に挿入するされる小径チューブスキャナー２０７が
立設されており、この小径チューブスキャナー２０７の
上端面に試料２０６が載置されている。尚、支持台２１
０の底面には、前述したＡＦＭユニット１００と同様の
ピン１０９が設けられているが、簡単のため説明は省略
する。また、支持台２１０の側面に設けられたＢＯＸ２
１７内には探針により検出されたトンネル電流を増幅す
るためのプリアンプが内蔵されている。

【００３３】図７Ａ及び７Ｂは、ＳＴＭ探針２０１を探
針保持板２０３上に保持する機構を説明するための図で
ある。

【００３４】図７Ａは、外径０．５ｍｍ，内径０．３ｍ
ｍの中空のステンレスパイプ２０２をその先端部が探針
保持板２０３の長辺より突出するように接着剤２１９に
より接着したものである。ステンレスパイプ２０２に
は、トンネル電流を出力するためのリード線２２０が接
続されると共に、先端部にはＳＴＭ探針２０１が嵌挿さ
れる。また図７Ｂでは、探針保持板２０３の上面にＶ溝
２２１が形成されており、探針２０１はこの溝内に先端
部を残して嵌合し、上からバネ部材２２２で押圧されて
固定される。この図７Ａ，及び７Ｂに示すように構成す
れば、探針２０１の破損時には、破損した探針のみを、
あるいは探針保持板２０３と一体に、容易に着脱交換す
ることができる。

【００３５】上述したＳＴＭユニット２００は、前述し
たＡＦＭユニット１００と同様に基台ユニット５０の基
台１に設けられた当接片１１１，１１２，１１３に底面
のピン１０９を係合させることにより、３点支持で基台
１上に固定される。この状態でレンズ支持台２１１に設
けた開口２１８は基台ユニット５０のアーム３に設けた
開口１３と対向し、対物レンズ１０１の光軸は光学ユニ
ット４０の結像光学系２０の光軸と一致する。

【００３６】次にこのＳＴＭユニット２００及び光学ユ
ニットにより、試料の光学観察とＳＴＭ測定とを行なう
様子を図５及び図６を用いて説明する。

【００３７】ファイバー光源９からの照射光は、必要に
応じてフィルター８を介して部分反射ミラー１１により
偏向され、開口１３を介してＳＴＭユニット２００へと
進行する。開口２１８を介して対物レンズ１０１へと導
かれた光は、試料台上の試料２０６を照明する。次にパ
ルスモーター１１０により摺動アーム２０９をＺ方向に
駆動し、結像光学系２０の焦点を試料表面に合焦させ
る。この状態でノブ２１２，２１４の回動及び探針保持
板２０３の移動により試料上の所望の測定位置に探針が
設定される。次に大径チューブスキャナー２０８を縮
め、探針保持板２０３に保持されるＳＴＭ探針２０１を
試料２０６に接近させる。この間試料２０６と探針２０
１との間には、不図示のシールド線を介してバイアス電
圧が印加されており、更に試料−探針間に流れるトンネ
ル電流は電流検出回路によりモニターされている。そし
て所定のトンネル電流が検出されると、大径チューブス
キャナー２０８を縮める駆動信号は止められる。この状
態で小径チューブスキャナー２０７に、ＸＹの走査信号
を印加すると試料の凹凸に応じて変化する試料−探針間
距離に応じて流れるトンネル電流が変化する。この時ト
ンネル電流検出回路の出力は不図示のサーボ回路に入力
され、サーボ回路はトンネル電流の値が一定となるよう
に大径チューブスキャナー２０８の伸縮量を変化させ、
試料−探針間距離を一定に保つように制御する。したが
ってこのサーボ回路の出力信号をＸＹ走査信号と同期し
て記録することにより、試料表面の凹凸像を得ることが
できる。

【００３８】ところで、以上の実施例は光学ユニット４
０や対物レンズ１０１の構成、すなわち観察光学系を司
る部分の構成を変化させずにＳＴＭユニット１００やＡ
ＦＭユニット２００を交換する例について述べたもので
あるが、先に述べたように、例えば測定対象が無色透明
な生体試料あったり、あるいはウィルスの局在等を観察
したい場合、無色透明な生体試料に対しては位相差顕微
鏡やノマルスキー顕微鏡、またウィルスの局在に対して
は蛍光顕微鏡というように、ＳＴＭやＡＦＭに組み込ま
れる光学ユニット４０及び対物レンズ１０１の構成も各
々の試料に最適な観察光学系を構成すべく変化させる必
要がある。

【００３９】よって次に、この発明の走査型プローブ顕
微鏡において、このように試料に応じて最適な観察光学
系を構成するように光学ユニット４０及び対物レンズ１
０１を変化させる実施例について説明する。

【００４０】図８（ａ）〜（ｃ）は、光学ユニット４０
の変形例を示す概略図であり、図８（ａ）は先に図５に
て説明した光学ユニット４０及び対物レンズ１０１の内
部に配置されるべき各光学素子の構成を模式的に示した
ものである。また図８（ｂ），（ｃ）はそれぞれ対物レ
ンズ１Ｏ１の別の態様を示す図である。

【００４１】図８（ａ）に示したように観察光学系は大
きく分けて光源Ｓ，結像光学系２０，照明光学系３０，
及び対物レンズ１０１から構成されている。結像光学系
２０は主として結像レンズＬ₂からなり、また照明光学
系３０はコンデンサーレンズＬ_C，構成すべき観察光学
系の種類に応じて設定されるフィルターＦ₁〜Ｆ₃，及
びハーフミラーＨから構成されている。またプローブユ
ニット側に支持される対物レンズ１０１も、構成すべき
観察光学系の種類に応じて図８（ａ）〜（ｃ）に示すＬ
₁〜Ｌ₃の態様をとるものである。

【００４２】表１は、対物レンズ，フィルター，及び光
源の設定を、構成すべき観察光学系の種類別に示したも
のである。

【００４３】

【表１】

【００４４】表１から明らかなように、例えば暗視野顕
微鏡を構成したい場合には、対物レンズとして図８
（ｂ）に示した落射型暗視野用対物レンズＬ₂、光源と
してタングステン光源、フィルターＦ₁としてリングス
リットを用いる。また、ノマルスキー顕微鏡を構成した
い場合には、対物レンズとして図８（ｃ）に示したノマ
ルスキープリズムを含む対物レンズＬ₃、光源としてタ
ングステン光源、フィルターＦ₁として偏光用フィルタ
ー、フィルターＦ₂として1/4 波長板、フィルターＦ₃
として検出用フィルターを用いる。

【００４５】このように構成したことにより、光源、対
物レンズ、及びフィルターを交換するだけで、観測すべ
き試料に最適の観察光学系が容易に設定できる。

【００４６】ここで述べた各種の光学顕微鏡は、上述し
たＡＦＭ，ＳＴＭの切り替えと独立して設定できるの
で、多種多様化する試料に対しても、最適なプローブユ
ニット及び観察光学系の設定が容易に達成できる。

【００４７】尚、この発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、種々変更して実施可能である。例えば
プローブユニットとしては、ＳＴＭやＡＦＭに限らず磁
気力顕微鏡，あるいは走査型サーマルプロファイラー等
も応用可能であることは言うまでもない。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、多種多様な試料に合わせて最適な観察光学系や走査
型プローブ顕微鏡を容易に選択可能な構成を持つ光学顕
微鏡一体型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】

【図１】本発明の光学ユニット及び基台ユニットを示
す正面図。

【図２】本発明の光学ユニット及び基台ユニットを示
す側面図。

【図３】（ａ）は本発明のＡＦＭユニットを示す正面
図、（ｂ）は本発明のＡＦＭユニットを示す側面図。

【図４】（ａ）は図４のＡＦＭユニットを基台に装着
する機構を示す説明図、（ｂ）は図４のＡＦＭユニット
を装着する手順を示す説明図。

【図５】図３のプローブユニットを図１の光学ユニッ
ト及び基台ユニットに装着した状態を示す説明図。

【図６】本発明のＳＴＭユニットを示す斜視図。

【図７】ＳＴＭ探針を保持する機構を説明するための
説明図。

【図８】（ａ）は他の実施例の各光学素子の構成を模
式的に示した図、（ｂ）及び（ｃ）は対物レンズ１Ｏ１
の別の態様を示す図。

【符号の説明】

２０結像光学系３０照明光学系４０光学ユニット５０基台ユニット１００ＡＦＭユニット１０１対物レンズ１０２ＡＦＭ探針１０３試料台１０６光学検出器２００ＳＴＭユニット２０１ＳＴＭ探針２０３探針保持板

【手続補正書】

【提出日】平成４年４月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】次に、この装置を用いたＡＦＭ測定の様子
について説明する。上述したように試料上の所望の位置
に探針１０２が位置決めされた後、試料台１０３のチュ
ーブスキャナーにより試料を原子レベルまで探針に近づ
けると試料の構成原子と探針１０２先端の構成原子との
間に原子間力が生じ、カンチレバーが変位する。このカ
ンチレバーの変位は、光学検出器１０６内に設けられた
レーザーダイオードから射出されミラー１０５及び対物
レンズ１０１を介してカンチレバーにて反射された光
を、再び対物レンズ１０１及びミラー１０５を介して光
学検出器１０６に入射して検出する。検出方法は公知の
光テコ法や臨界角法が用いられる。尚、変位検出用の光
はファイバー光源９から入射させても良い。この状態で
チューブスキャナーからなる試料台１０３にＸＹの走査
信号を入力すると試料の凹凸に応じて変化する試料−探
針間距離に応じて原子間力が変化し、カンチレバーを変
位させる。この時光学検出器１０６の出力は不図示のサ
ーボ回路に入力され、サーボ回路はカンチレバーの変位
が一定となるように試料台１０３のチューブスキャナー
を駆動制御する。したがって、このサーボ回路の出力を
上述したＸＹの走査信号と同期して記録することによ
り、試料の凹凸像を得ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観察光学系と一体に組み込まれ、光学観
察と同時に探針による試料測定が可能な走査型プローブ
顕微鏡において、試料台と、試料台に対峙する対物レンズと、対物レンズ
と試料台との間に間挿される探針とを有するプローブユ
ニットと、試料を照明する照明光学系と、試料像を結像するための
結像光学系とを有する光学ユニットと、上記プローブユニットと光学ユニットとを支持する基台
ユニットと、を具備したことを特徴とする走査型プロー
ブ顕微鏡。
【請求項２】上記探針は、薄板に支持されたトンネル
電流探針であることを特徴とする請求項１記載の走査型
プローブ顕微鏡。
【請求項３】上記探針は、カンチレバー先端に支持さ
れた原子間力探針であり、上記プローブユニットは、こ
のカンチレバーの変位を検出するための変位検出器を更
に備えたことを特徴とする請求項１記載の走査型プロー
ブ顕微鏡。