JPH05306925A - Interatomic force microscope - Google Patents

Interatomic force microscope

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JPH05306925A
JPH05306925A JP11177692A JP11177692A JPH05306925A JP H05306925 A JPH05306925 A JP H05306925A JP 11177692 A JP11177692 A JP 11177692A JP 11177692 A JP11177692 A JP 11177692A JP H05306925 A JPH05306925 A JP H05306925A
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JP
Japan
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cantilever
measured
atomic force
displacement
probe
Prior art date
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Pending
Application number
JP11177692A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiichiro Murai
誠一郎 村井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH05306925A publication Critical patent/JPH05306925A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain an interatomic force microscope which is simplified in the structure of a displacement measuring system for detecting the displacement of a probe and which can perform highly accurate measurement. CONSTITUTION:This microscope holds a probe 4 on a cantilever 20 and is equipped with a displacement measuring means 22 which measures the displacement of the cantilever 20. The means 22 measures an interatomic force from the displacement of the cantilever 20 and, at the same time, detects a fine shape on the surface of an object S to be measured by scanning the surface of the object S while the interatomic force is maintained constant. The means 22 is constituted of a piezo-electric thin film 22A covering the rear of the cantilever 20.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、原子間力顕微鏡に関す
る。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an atomic force microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】超精密表面粗さ計として、走査型トンネ
ル顕微鏡(Scanning TunnelingMicroscope:ST
M)の実用化が進んでいる。このSTMは、試料表面と
探針との間に流れるトンネル電流の値が、試料表面と探
針との距離と相関を持つことを利用した顕微鏡である。
2. Description of the Related Art As an ultra-precision surface roughness meter, a scanning tunneling microscope (ST) is used.
M) is being put to practical use. This STM is a microscope that utilizes the fact that the value of the tunnel current flowing between the sample surface and the probe correlates with the distance between the sample surface and the probe.

【0003】ただし、このSTMは試料表面と探針との
間にトンネル電流が流れなければ測定できない。すなわ
ち、試料表面が導電体でなければ測定できない。当然、
実際に測定したい試料は、導電体ばかりでなく、非導電
体もあり、非導電物質の表面を、数nmの分解能で確実に
測定できる顕微鏡が望まれている。
However, this STM cannot be measured unless a tunnel current flows between the sample surface and the probe. That is, measurement cannot be performed unless the sample surface is a conductor. Of course,
The sample to be actually measured includes not only a conductor but also a nonconductor, and a microscope capable of reliably measuring the surface of a nonconductor with a resolution of several nm is desired.

【0004】上記STMの技術を用いて、トンネル電流
以外の表面の局所的情報Xから像を構成するSXM(S
canning X Microscope )と呼ばれる顕微鏡があ
る。ここで、局所的情報Xは、力、光、音、イオン伝導
等である。
Using the STM technique, an SXM (S
There is a microscope called canning X Microscope. Here, the local information X is force, light, sound, ionic conduction, or the like.

【0005】その代表的なものとして、原子間に働く原
子間力を利用した、原子間力顕微鏡(Atomic Force
Microscope:AFM)がある。これは、上記STMとは
異なり、電気伝導性のない材料表面や有機分子がnm(ナ
ノメートル)スケールで観察できることから、広範囲の
応用が期待される。図7に示すように、従来の原子間力
顕微鏡が構成される。
As a typical example thereof, an atomic force microscope (Atomic Force Microscope) utilizing the atomic force acting between atoms is used.
Microscope (AFM). Unlike the above-mentioned STM, this is expected to have a wide range of applications because the surface of a material having no electrical conductivity and organic molecules can be observed on the nm (nanometer) scale. As shown in FIG. 7, a conventional atomic force microscope is constructed.

【0006】本体1上に、たとえばチューブ型スキャナ
であるXYZ駆動系2が設けられ、ここに試料である被
測定物Sが載置される。被測定物Sは、上記駆動系2に
よりXYZ方向に変位されるようになっている。
An XYZ drive system 2 which is, for example, a tube type scanner is provided on the main body 1, and an object to be measured S which is a sample is placed on the XYZ drive system 2. The object to be measured S is displaced in the XYZ directions by the drive system 2.

【0007】また、本体1上部には、レバー変調用圧電
素子からなるホルダ3が設けられる。このホルダ3に
は、先端に小さな探針4を持つ、板ばね状のカンチレバ
ー5が取付けられ、これらでカンチレバー部6が構成さ
れる。上記カンチレバー5は、微細な金属箔や、SiO
2 薄膜で作られる。
A holder 3 made of a lever modulation piezoelectric element is provided on the upper portion of the main body 1. A leaf spring-shaped cantilever 5 having a small probe 4 at the tip is attached to the holder 3, and a cantilever portion 6 is constituted by these. The cantilever 5 is made of fine metal foil or SiO.
Made of 2 thin films.

【0008】さらに、本体1には、上記カンチレバー5
の曲りを測定する系である、後述する変位測定手段7が
設けられる。この変位測定手段7は、増幅回路8を介し
てZ制御信号を発する第1の制御回路9に電気的に接続
される。上記XYZ駆動系2は、この第1の制御回路9
と、XY走査信号を発する第2の制御回路10とに電気
的に接続される。
Further, the main body 1 is provided with the above cantilever 5.
Displacement measuring means 7, which will be described later, is provided which is a system for measuring the bend. The displacement measuring means 7 is electrically connected to a first control circuit 9 which outputs a Z control signal via an amplifier circuit 8. The XYZ drive system 2 includes the first control circuit 9
And a second control circuit 10 that outputs an XY scanning signal.

【0009】しかして、原子間力が斥力として働くま
で、被測定物Sの表面を探針4に近付ける。なお、一般
に無極性の物質表面間には、遠距離で分散力による引力
が働き、近距離でPauliの排他律による斥力が働くこと
は、周知である。
The surface of the object S to be measured is brought close to the probe 4 until the interatomic force acts as a repulsive force. It is well known that, in general, a non-polar substance surface exerts an attractive force by a dispersive force at a long distance and a repulsive force by a Pauli exclusion rule at a short distance.

【0010】上記探針4を備えたカンチレバー5は、先
端が被測定物Sから離れようとするので、撓み変形が生
じる。適当な値にカンチレバー5が撓んだ状態を基準と
して、第2の制御回路10はXY走査信号の出力をな
し、被測定物SをXY方向に走査する。
The tip of the cantilever 5 having the probe 4 tends to move away from the object S to be measured, so that the cantilever 5 is bent and deformed. The second control circuit 10 outputs an XY scanning signal based on the state in which the cantilever 5 is bent to an appropriate value, and scans the measured object S in the XY directions.

【0011】すると、被測定物S表面の凹凸状態によ
り、探針4と被測定物S表面との距離が変化するので、
原子間力の大きさが変り、カンチレバー5の撓み量が変
化する。この撓み量を、上記変位測定手段7が測定し
て、基準とした撓み量になるようXYZ駆動系2で被測
定物Sを上下方向であるZ方向に動かす。このとき、駆
動系2に加えた電圧の変化分布が被測定物S表面の凹凸
形状に比例する。すなわち、第1の制御回路9のZ制御
信号出力が探針4の軌跡となり、被測定物Sの表面形状
を反映するので、その表面形状を知ることができる。
Then, the distance between the probe 4 and the surface of the object S to be measured changes depending on the unevenness of the surface of the object S to be measured.
The magnitude of the interatomic force changes, and the amount of bending of the cantilever 5 changes. This displacement amount is measured by the displacement measuring means 7, and the XYZ drive system 2 moves the object S to be measured in the Z direction which is the vertical direction so that the displacement amount becomes a reference amount. At this time, the change distribution of the voltage applied to the drive system 2 is proportional to the uneven shape of the surface of the measured object S. That is, the Z control signal output of the first control circuit 9 becomes the locus of the probe 4 and reflects the surface shape of the measured object S, so that the surface shape can be known.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の原
子間力顕微鏡において、その精度は、カンチレバー5が
原子間力の変化にどれだけ忠実に撓み変位するかという
ことと、その変位をどの程度の精度で読み取れるかにか
かっている。従来、上記カンチレバー5の変位を測定す
る具体的手段は、図8(A),(B),(C)に示すよ
うな手段から選択される。
By the way, in this type of atomic force microscope, the accuracy is how much the cantilever 5 is flexibly displaced in accordance with the change in the atomic force, and to what extent the displacement is. It depends on whether it can be read with the accuracy of. Conventionally, the specific means for measuring the displacement of the cantilever 5 is selected from the means shown in FIGS. 8 (A), (B) and (C).

【0013】同図(A)では、カンチレバー5からバイ
アス電圧が比較回路11に印加される。探針4が設けら
れるカンチレバー5先端に狭小の間隙を介して、トンネ
ルチップ12が設けられ、カンチレバー5に対して力を
及ぼす。上記比較回路11では、カンチレバー5とトン
ネルチップ12からの値を比較し、対応する方の値を検
出信号として送る。
In FIG. 1A, a bias voltage is applied from the cantilever 5 to the comparison circuit 11. A tunnel tip 12 is provided at the tip of the cantilever 5 provided with the probe 4 through a narrow gap, and exerts a force on the cantilever 5. The comparison circuit 11 compares the values from the cantilever 5 and the tunnel chip 12 and sends the corresponding value as a detection signal.

【0014】この場合は、比較的簡便な構成であり、原
理的には感度が高いが、カンチレバー5の背面側に設け
られるトンネルチップ12は、チップ12先端やカンチ
レバー5背面に存在する種々の吸着層を通し、逆にカン
チレバー5に対して力を及ぼす。そのため、力の検出感
度に制限を与え、動作を不安定にするという欠点があ
る。
In this case, the tunnel tip 12 has a relatively simple structure and high sensitivity in principle, but the tunnel tip 12 provided on the back side of the cantilever 5 has various adsorptions at the tip of the tip 12 and the back side of the cantilever 5. A force is exerted on the cantilever 5 through the layers and vice versa. Therefore, there is a drawback that the detection sensitivity of the force is limited and the operation becomes unstable.

【0015】同図(B)では、カンチレバー5の先端
に、He−Neレーザ発振器13から発振されるレーザ
光を偏光分離素子14を介してカンチレバー5先端に収
束して導く光ファイバ15が対向して設けられる。ま
た、上記偏光分離素子14に反射した光を光検出器16
で取り出し、これを検出信号として送る、いわゆる光波
干渉方式である。
In FIG. 1B, the tip of the cantilever 5 is opposed to the optical fiber 15 which guides the laser light oscillated from the He-Ne laser oscillator 13 by converging to the tip of the cantilever 5 via the polarization separation element 14. Is provided. In addition, the light reflected by the polarization separation element 14 is detected by the photodetector 16
This is a so-called light wave interference method in which the light is extracted as described above and sent as a detection signal.

【0016】同図(C)では、He−Neレーザ発振器
16から発振されるレーザ光をカンチレバー5の先端に
収束して導く光ファイバ17が設けられる。この反射光
を、2分割光検出器18で検出し、これを差動アンプ1
9が2分割の差に応じた検出信号として送る、いわゆる
光てこ方式である。
In FIG. 1C, an optical fiber 17 that converges and guides the laser light emitted from the He-Ne laser oscillator 16 to the tip of the cantilever 5 is provided. This reflected light is detected by the two-split photodetector 18, and this is detected by the differential amplifier 1
9 is a so-called optical lever system, which sends a detection signal according to the difference between two divisions.

【0017】同図(B),(C)に示した構成では、光
ファイバ15,17からレーザ光を収束してカンチレバ
ー5に投光したり、その反射光を受ける検出器16,1
8を、正確な位置決めをなして配備する必要があり、カ
ンチレバー5が数μm程度の極く微細なものであるとこ
ろから、位置合わせのアライメントが極めて面倒で手間
がかかる。
In the configurations shown in FIGS. 1B and 1C, the detectors 16 and 1 that converge the laser light from the optical fibers 15 and 17 and project it on the cantilever 5 or receive the reflected light.
Since the cantilever 5 is extremely fine with a size of about several μm, alignment for alignment is extremely troublesome and troublesome.

【0018】一方、この原子間力顕微鏡では、走査型ト
ンネル顕微鏡等と比較して、探針4を被測定物S表面に
接近させなければならないので、探針4は被測定物S表
面性状の影響を受け易いものである。
On the other hand, in this atomic force microscope, the probe 4 has to be brought closer to the surface of the object S to be measured, as compared with a scanning tunneling microscope or the like. It is easily affected.

【0019】特に、水などの異物が被測定物S表面に付
着していると、探針4が異物に吸着されてしまうため、
正確な測定が行われない。すなわち、探針4に吸着され
ていた異物が何らかの原因により離反すると、そのとき
の衝撃がカンチレバー5の振動になって現れ、測定デー
タの画像表示の上でパルス状のノズルに変わる。
In particular, if foreign matter such as water adheres to the surface of the object S to be measured, the probe 4 will be attracted to the foreign matter.
Accurate measurement is not possible. That is, when the foreign matter attracted to the probe 4 separates for some reason, the impact at that time appears as vibration of the cantilever 5 and changes to a pulsed nozzle on the image display of the measurement data.

【0020】本発明は上記事情に着目してなされたもの
であり、その第1の目的とするところは、探針の変位を
検出する変位測定系の構造を簡素化し、かつ高精度の測
定を可能とした原子間力顕微鏡を提供するものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its first object is to simplify the structure of a displacement measuring system for detecting the displacement of a probe and to perform high-precision measurement. An atomic force microscope made possible.

【0021】第2の目的とするところは、被測定物表面
に付着した異物の影響を確実に除去して、その形状を正
確に観察できるようにした原子間力顕微鏡を提供するも
のである。
A second object is to provide an atomic force microscope in which the influence of foreign matter adhering to the surface of the object to be measured can be surely removed and its shape can be accurately observed.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明は、探針を保持するカンチレバーと、こ
のカンチレバーの変位を測定する変位測定手段を具備
し、上記カンチレバーの変位から原子間力を変位測定手
段で測定し、かつこの原子間力を一定に保持しながら被
測定物表面を走査することにより、被測定物表面の微細
形状を検出する原子間力顕微鏡において、上記変位測定
手段は、上記カンチレバーに直接備えられることを特徴
とする原子間力顕微鏡である。第2の発明は、上記変位
測定手段は、カンチレバーの表面を被覆する薄膜状の圧
電材料であることを特徴とする請求項1記載の原子間力
顕微鏡である。第3の発明は、上記変位測定手段は、カ
ンチレバーの表面に取着される半導体歪みゲージである
ことを特徴とする請求項1記載の原子間力顕微鏡であ
る。
In order to achieve the above object, the first invention comprises a cantilever for holding a probe and a displacement measuring means for measuring the displacement of the cantilever. In the atomic force microscope, which measures the atomic force with a displacement measuring means and scans the surface of the object to be measured while keeping the atomic force constant, the atomic force microscope detects the fine shape of the surface of the object to be measured. The measuring means is an atomic force microscope, which is directly provided on the cantilever. A second invention is the atomic force microscope according to claim 1, wherein the displacement measuring means is a thin film piezoelectric material that covers the surface of the cantilever. A third invention is the atomic force microscope according to claim 1, wherein the displacement measuring means is a semiconductor strain gauge attached to the surface of the cantilever.

【0023】第4の発明は、探針を保持するカンチレバ
ーと、このカンチレバーの変位を測定する変位測定手段
を具備し、上記カンチレバーの変位から原子間力を変位
測定手段で測定し、かつこの原子間力を一定に保持しな
がら被測定物表面を走査することにより、被測定物表面
の微細形状を検出する原子間力顕微鏡において、上記カ
ンチレバーの走査直前位置に、被測定物表面に付着する
異物を除去するための探針を保持するダミーカンチレバ
ーを備えたことを特徴とする原子間力顕微鏡である。
A fourth invention comprises a cantilever for holding the probe and a displacement measuring means for measuring the displacement of the cantilever, the atomic force is measured from the displacement of the cantilever by the displacement measuring means, and this atomic force is measured. In the atomic force microscope that detects the fine shape of the surface of the object to be measured by scanning the surface of the object to be measured while keeping the force constant, the foreign matter adhering to the surface of the object to be measured immediately before the scanning of the cantilever. The atomic force microscope is characterized by comprising a dummy cantilever for holding a probe for removing the.

【0024】[0024]

【作用】第1ないし第3の本発明においては、探針の変
位検出を、カンチレバー上の薄膜に形成された圧電材料
や半導体歪みゲージで行うことにより、変位測定手段が
簡素化し、カンチレバーに対する位置合わせが不要で、
高精度の測定が可能となる。第4の発明においては、ダ
ミーカンチレバーで被測定物表面に付着する異物の影響
を除去して、正確な表面微細形状の観察を実現できる。
In the first to third inventions, the displacement of the probe is detected by the piezoelectric material or the semiconductor strain gauge formed on the thin film on the cantilever, so that the displacement measuring means is simplified and the position relative to the cantilever is increased. No alignment required,
Highly accurate measurement is possible. In the fourth aspect of the invention, the dummy cantilever can be used to remove the influence of foreign matter adhering to the surface of the object to be measured, and to realize accurate observation of the surface fine shape.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて
説明する。図1に示すように、従来の原子間力顕微鏡が
構成される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a conventional atomic force microscope is constructed.

【0026】本体1上に、たとえばチューブ型スキャナ
であるXYZ駆動系2が設けられ、ここに試料である被
測定物Sが載置される。被測定物Sは、上記駆動系2に
よりXYZ方向に変位走査されるようになっている。
An XYZ drive system 2 which is, for example, a tube type scanner is provided on the main body 1, and an object to be measured S which is a sample is placed on the XYZ drive system 2. The object S to be measured is displaced and scanned in the XYZ directions by the drive system 2.

【0027】また、本体1上部には、レバー変調用圧電
素子からなるホルダ3が設けられ、このホルダ3に先端
に小さな探針4を持つ後述するカンチレバー20が取付
けられ、これらでカンチレバー部21が構成される。
Further, a holder 3 composed of a piezoelectric element for lever modulation is provided on the upper part of the main body 1, and a cantilever 20 described later having a small probe 4 at the tip thereof is attached to the holder 3 to form a cantilever portion 21. Composed.

【0028】上記カンチレバー20は、微細な金属箔
や、SiO2 薄膜で作られる板ばね状のものであること
は変わりがない。その背面に直接、変位測定手段22が
設けられる。
The cantilever 20 still has the shape of a leaf spring made of a fine metal foil or a SiO 2 thin film. Displacement measuring means 22 is provided directly on the back surface thereof.

【0029】図2に示すように、上記カンチレバー20
の背面側には、変位測定手段である圧電材薄膜、すなわ
ちPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)薄膜22Aが被覆形
成されている。
As shown in FIG. 2, the above cantilever 20 is used.
A piezoelectric material thin film, which is a displacement measuring means, that is, a PZT (lead zirconate titanate) thin film 22A, is formed on the back surface side of the above.

【0030】このPZTは、電圧をかけると伸び縮みす
る性質があり、近年開発されたゲル状のPZTから基板
上に結晶薄膜を直接合成する技術を応用することによ
り、膜厚を0.01μmから1μm程度までコントロー
ルすることが可能である。再び図1に示すように、上記
PZT薄膜22Aは、増幅回路8を介してZ制御信号を
発する第1の制御回路9に電気的に接続される。上記X
YZ駆動系2は、この第1の制御回路9と、XY操作信
号を発する第2の制御回路10とに電気的に接続され
る。
This PZT has the property of expanding and contracting when a voltage is applied. By applying the technique of directly synthesizing a crystalline thin film on a substrate from gel-like PZT developed recently, the film thickness can be reduced from 0.01 μm. It is possible to control up to about 1 μm. As shown in FIG. 1 again, the PZT thin film 22A is electrically connected to the first control circuit 9 which issues the Z control signal through the amplifier circuit 8. X above
The YZ drive system 2 is electrically connected to the first control circuit 9 and the second control circuit 10 which issues an XY operation signal.

【0031】しかして、原子間力が斥力として働くま
で、被測定物Sの表面を探針4に近付ける。探針4を備
えたカンチレバー20は、先端が被測定物Sから離れよ
うとするので、撓み変形が生じる。適当な値にカンチレ
バー20が撓んだ状態を基準として、被測定物SをXY
方向に走査する。
The surface of the object S to be measured is brought close to the probe 4 until the interatomic force acts as a repulsive force. Since the tip of the cantilever 20 equipped with the probe 4 tends to move away from the object S to be measured, bending deformation occurs. With the state in which the cantilever 20 bends to an appropriate value as a reference, the measured object S is XY
Scan in the direction.

【0032】すると、被測定物S表面の凹凸状態によ
り、探針4と被測定物S表面との距離が変化するので、
原子間力の大きさが変り、カンチレバー20の撓み量が
変化する。この撓み応力に比例した電圧がPZT薄膜2
2Aから出る。
Then, the distance between the probe 4 and the surface of the object S to be measured changes depending on the unevenness of the surface of the object S to be measured.
The magnitude of the interatomic force changes, and the amount of bending of the cantilever 20 changes. A voltage proportional to this bending stress is applied to the PZT thin film 2
Get out of 2A.

【0033】すなわち、図2(A)に示すように、カン
チレバー20の撓み変形がほとんどない状態でのPZT
薄膜22Aの出力電圧がV0 であり、同図(B)に示す
ように、カンチレバー20がある程度撓み変形してPZ
T薄膜22Aに応力が発生し、このときの応力に比例し
た電圧である出力電圧がV1 が発生する。換言すれば、
カンチレバー20の変位に比例した電圧が発生すること
になる。
That is, as shown in FIG. 2 (A), the PZT in a state in which the cantilever 20 has almost no bending deformation
The output voltage of the thin film 22A is V 0 , and the cantilever 20 is flexed and deformed to some extent as shown in FIG.
Stress is generated in the T thin film 22A, and an output voltage V 1 that is a voltage proportional to the stress at this time is generated. In other words,
A voltage proportional to the displacement of the cantilever 20 will be generated.

【0034】そこで、第1の制御回路9では、(V0
1 )が常に0になるようにZ方向の位置を制御するよ
うなZ制御信号を出す。カンチレバー20は常に一定の
状態に保たれ、XYZ駆動系2に加えた電圧の変化分布
が、被測定物Sの表面形状を表す。
Therefore, in the first control circuit 9, (V 0
A Z control signal is output to control the position in the Z direction so that V 1 ) is always 0. The cantilever 20 is always kept in a constant state, and the change distribution of the voltage applied to the XYZ drive system 2 represents the surface shape of the measured object S.

【0035】上記PZT薄膜22Aは、カンチレバー2
0背面に直接備えたものであるから、別途測定系を配置
したり、面倒な位置合わせをする必要がなく、簡素な構
成ですむ。そして、カンチレバー20の撓み変形に応じ
て応力が発生し、その変形に比例した電圧を正確に出力
する。したがって、測定誤差の無いことは勿論、動作が
安定して、精度の高い検出が行える。
The PZT thin film 22A is the cantilever 2.
Since it is equipped directly on the back side, there is no need to arrange a separate measurement system or troublesome positioning, and a simple configuration is required. Then, stress is generated in accordance with the bending deformation of the cantilever 20, and a voltage proportional to the deformation is accurately output. Therefore, of course, there is no measurement error, the operation is stable, and highly accurate detection can be performed.

【0036】なお、上記実施例においては、PZT薄膜
22Aをカンチレバー22の背面に形成するようにした
が、これに限定されるものではなく、上記探針4を備え
た面に形成しても、同様の効果を得られる。また、これ
はPZTに限定されない。PLZTなどの光歪素子や、
PVDF(ポリフッ化ビリデン)、ZnOなどの高分子
圧電材であってもよい。
Although the PZT thin film 22A is formed on the back surface of the cantilever 22 in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and it may be formed on the surface provided with the probe 4. The same effect can be obtained. Also, this is not limited to PZT. Optical distortion element such as PLZT,
A polymer piezoelectric material such as PVDF (polyvinylidene fluoride) or ZnO may be used.

【0037】図3に示すように、カンチレバー20の背
面に、変位測定手段である歪みゲージ22Bを備えても
よい。この場合には、カンチレバー20上の歪み量が一
定になるように制御すれば、上記実施例と全く同様の作
用効果を奏する。
As shown in FIG. 3, a strain gauge 22B as a displacement measuring means may be provided on the back surface of the cantilever 20. In this case, if the strain on the cantilever 20 is controlled to be constant, the same operational effect as that of the above-described embodiment can be obtained.

【0038】図4に示すように、先に説明したと同様
の、変位測定手段であるPZT薄膜22Aがその背面に
形成されるカンチレバー20と直列に、ダミーカンチレ
バー30を設けてもよい。
As shown in FIG. 4, a dummy cantilever 30 may be provided in series with the cantilever 20 on the back surface of which the PZT thin film 22A serving as the displacement measuring means is formed, as described above.

【0039】この場合、上記ダミーカンチレバー30
は、変位測定される正規のカンチレバー30の走査直前
位置に備えなければならない。その先端には探針4が設
けられており、上記PZT薄膜22Aが形成されないこ
とを除いて、全く同様の形状構造のものを用いる。ただ
し、他の構成部品に対する何等の電気的な接続はなく、
それ単体で取付けられる。
In this case, the dummy cantilever 30 is used.
Must be provided at the position just before scanning of the regular cantilever 30 whose displacement is measured. A probe 4 is provided at the tip of the probe, and a probe having the same shape and structure is used except that the PZT thin film 22A is not formed. However, there is no electrical connection to other components,
It can be installed by itself.

【0040】図中矢印方向への走査がなされていて、被
測定物S表面に異物、たとえば水滴Wが付着している
と、被測定物Sの表面性状を検知すべきカンチレバー2
0が水滴Wに到達する直前で、ダミーカンチレバー30
の先端部と、ここに設けられる探針4が、その水滴Wに
当たる。
When scanning is carried out in the direction of the arrow in the figure and foreign matter, for example water droplets W, adheres to the surface of the object to be measured S, the cantilever 2 which should detect the surface texture of the object to be measured S.
Just before 0 reaches the water drop W, the dummy cantilever 30
And the probe 4 provided therein hits the water droplet W.

【0041】異物である水滴Wは、ダミーカンチレバー
30の先端部と探針4によって押し退けられ、あるいは
これらに引っ掛けられて、引き摺られる状態になる。い
ずれにしても、PZT薄膜22Aが形成されるカンチレ
バー20の探針4が、その部位に到達したときには、何
らの異物も存在しないから、被測定物Sの表面性状を正
確に検知できる。
The water droplet W, which is a foreign substance, is pushed away by the tip of the dummy cantilever 30 and the probe 4, or is hooked by these and is dragged. In any case, when the probe 4 of the cantilever 20 on which the PZT thin film 22A is formed reaches that portion, no foreign matter is present, so that the surface texture of the measured object S can be accurately detected.

【0042】当然、異物Wが存在していたために生じて
いたパルス状のノイズが無くなり、測定精度が向上す
る。また、これらのノイズは、同じ領域を繰り返し測定
すると、走査線上に付着していた異物Wがダミーカンチ
レバー30の探針4で除去されることが保証される。
Naturally, the pulse-like noise generated due to the presence of the foreign matter W is eliminated, and the measurement accuracy is improved. Further, with respect to these noises, when the same region is repeatedly measured, it is guaranteed that the foreign matter W attached on the scanning line is removed by the probe 4 of the dummy cantilever 30.

【0043】図4に示すように、変位測定手段であるP
ZT薄膜22Aが背面に形成されるカンチレバー20の
走査直前位置に、複数本(ここでは3本)のダミーカン
チレバー30…を所定間隔を存して直列に備えてもよ
い。
As shown in FIG. 4, the displacement measuring means P
A plurality (three in this case) of dummy cantilevers 30 ... May be provided in series at predetermined intervals at a position immediately before scanning of the cantilever 20 on which the ZT thin film 22A is formed on the back surface.

【0044】上記各ダミーカンチレバー30の形状構造
は、先に説明した通りであって、この場合、一度の走査
で、複数回の異物除去走査ができることとなり、時間的
な節約が図れる。
The shape and structure of each dummy cantilever 30 is as described above. In this case, the foreign matter removal scanning can be performed a plurality of times by one scanning, and the time can be saved.

【0045】図5に示すように、走査方向が図において
左右方向の場合には、変位測定手段であるPZT薄膜2
2Aが背面に形成されるカンチレバー20の左右位置
に、複数本(ここでは、各2本づつ)のダミーカンチレ
バー30…を所定間隔を存して直列に備えてもよい。
As shown in FIG. 5, when the scanning direction is the left-right direction in the figure, the PZT thin film 2 which is the displacement measuring means.
A plurality of (two in this case) dummy cantilevers 30 ... May be provided in series at predetermined intervals at the left and right positions of the cantilever 20 having 2A formed on the back surface.

【0046】すなわち、走査方向が左右いずれの方向で
あっても、上記各ダミーカンチレバー30は一度の走査
で、複数回の異物除去走査をすることとなり、時間的な
節約が図れる。
That is, regardless of whether the scanning direction is left or right, each dummy cantilever 30 carries out foreign matter removal scanning a plurality of times by one scanning, and time can be saved.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、カ
ンチレバーの変位測定手段を、カンチレバーの表面に直
接備えた。上記変位測定手段はカンチレバーの表面を被
覆する薄膜状の圧電材料であり、もしくはカンチレバー
の表面に取着される半導体歪みゲージとした。
As described above, according to the present invention, the cantilever displacement measuring means is provided directly on the surface of the cantilever. The displacement measuring means is a thin film piezoelectric material that covers the surface of the cantilever, or is a semiconductor strain gauge attached to the surface of the cantilever.

【0048】したがって、別途、変位測定系を配置する
必要がなく、面倒な位置合わせの必要がない。この構造
を簡素化でき、かつカンチレバーに対して力を及ぼして
力の検出感度に制限を加えることがなく、動作的に安定
し、高精度の測定ができるという効果を奏する。
Therefore, it is not necessary to dispose a displacement measuring system separately, and there is no need for troublesome positioning. This structure can be simplified, and the effect that the force can be exerted on the cantilever and the detection sensitivity of the force is not limited, the operation is stable, and highly accurate measurement can be performed.

【0049】また、本発明によれば、カンチレバーの走
査直前位置に、被測定物表面に付着する異物を除去する
ための探針を保持するダミーカンチレバーを備えたか
ら、被測定物表面に付着した異物の影響を確実に除去し
て、表面性状を正確に観察できる効果を奏する。
Further, according to the present invention, since the dummy cantilever holding the probe for removing the foreign matter adhering to the surface of the object to be measured is provided immediately before the scanning of the cantilever, the foreign matter adhering to the surface of the object to be measured is provided. The effect of being able to remove the influence of is surely observed, and the surface texture can be observed accurately.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す、原子間力顕微鏡の概
略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an atomic force microscope showing an embodiment of the present invention.

【図2】(A)は、同実施例の、カンチレバーの概略構
成図。(B)は、同図(A)とは異なる状態の、カンチ
レバーの概略構成図。
FIG. 2A is a schematic configuration diagram of a cantilever of the same embodiment. FIG. 6B is a schematic configuration diagram of the cantilever in a state different from that of FIG.

【図3】他の実施例の、カンチレバーの概略構成図。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a cantilever according to another embodiment.

【図4】さらに他の実施例の、原子間力顕微鏡の一部の
概略構成図。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a part of an atomic force microscope according to still another embodiment.

【図5】さらに他の実施例の、原子間力顕微鏡の一部の
概略構成図。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a part of an atomic force microscope according to still another embodiment.

【図6】さらに他の実施例の、原子間力顕微鏡の一部の
概略構成図。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a part of an atomic force microscope according to still another embodiment.

【図7】本発明の従来例を示す、原子間力顕微鏡の概略
構成図。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an atomic force microscope showing a conventional example of the present invention.

【図8】(A)ないし(C)は、従来例の、互いに異な
る原子間力顕微鏡一部の概略構成図。
8A to 8C are schematic configuration diagrams of a part of an atomic force microscope different from each other in a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4…探針、20…カンチレバー、22…変位測定手段、
22A…薄膜状圧電材料(PZT薄膜)、22B…半導
体歪みゲージ、30…ダミーカンチレバー。
4 ... probe, 20 ... cantilever, 22 ... displacement measuring means,
22A ... Thin film piezoelectric material (PZT thin film), 22B ... Semiconductor strain gauge, 30 ... Dummy cantilever.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】探針を保持するカンチレバーと、このカン
チレバーの変位を測定する変位測定手段を具備し、上記
カンチレバーの変位から原子間力を変位測定手段で測定
し、かつこの原子間力を一定に保持しながら被測定物表
面を走査することにより、被測定物表面の微細形状を検
出する原子間力顕微鏡において、上記変位測定手段は、
上記カンチレバーに直接備えられることを特徴とする原
子間力顕微鏡。
1. A cantilever for holding a probe and a displacement measuring means for measuring the displacement of the cantilever, the atomic force is measured from the displacement of the cantilever by the displacement measuring means, and the atomic force is constant. By scanning the measured object surface while holding, in the atomic force microscope to detect the fine shape of the measured object surface, the displacement measuring means,
An atomic force microscope characterized by being directly provided on the cantilever.
【請求項2】上記変位測定手段は、上記カンチレバーの
表面を被覆する薄膜状の圧電材料であることを特徴とす
る請求項1記載の原子間力顕微鏡。
2. The atomic force microscope according to claim 1, wherein the displacement measuring means is a thin film piezoelectric material that covers the surface of the cantilever.
【請求項3】上記変位測定手段は、上記カンチレバーの
表面に取着される半導体歪みゲージであることを特徴と
する請求項1記載の原子間力顕微鏡。
3. The atomic force microscope according to claim 1, wherein the displacement measuring means is a semiconductor strain gauge attached to the surface of the cantilever.
【請求項4】探針を保持するカンチレバーと、このカン
チレバーの変位を測定する変位測定手段を具備し、上記
カンチレバーの変位から原子間力を変位測定手段で測定
し、かつこの原子間力を一定に保持しながら被測定物表
面を走査することにより、被測定物表面の微細形状を検
出する原子間力顕微鏡において、上記カンチレバーの走
査直前位置に、被測定物表面に付着する異物を除去する
ための探針を保持するダミーカンチレバーを備えたこと
を特徴とする原子間力顕微鏡。
4. A cantilever holding a probe and a displacement measuring means for measuring the displacement of the cantilever, the atomic force is measured from the displacement of the cantilever by the displacement measuring means, and the atomic force is constant. By scanning the surface of the object to be measured while holding it in an atomic force microscope that detects the fine shape of the surface of the object to be measured, in order to remove foreign matter adhering to the surface of the object to be measured, immediately before the scanning of the cantilever. Atomic force microscope equipped with a dummy cantilever for holding the probe.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005084582A (en) * 2003-09-11 2005-03-31 Sii Nanotechnology Inc Method for removing particle from photomask
WO2009157055A1 (en) * 2008-06-24 2009-12-30 株式会社フォスメガ Magnetic head, head assembly, and magnetic recording device

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