JPH06221846A - 走査型力顕微鏡、電位計、電位及び形状測定器 - Google Patents
走査型力顕微鏡、電位計、電位及び形状測定器Info
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- JPH06221846A JPH06221846A JP1294993A JP1294993A JPH06221846A JP H06221846 A JPH06221846 A JP H06221846A JP 1294993 A JP1294993 A JP 1294993A JP 1294993 A JP1294993 A JP 1294993A JP H06221846 A JPH06221846 A JP H06221846A
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- voltage
- measuring
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ac検出法による利点を維持しつつ、片持ち
梁の振幅の基準を表す電圧除去手段を不要とし、この電
圧除去手段に伴う弊害を解消し得るようにすること。 【構成】 測定対象物21に対向させた探針25を片持
ち梁27の先端に保持させ、前記測定対象物21と前記
探針25との間に作用する力によって、前記片持ち梁2
7を変形させ、この片持ち梁27の変形の検出により前
記測定対象物21と前記探針25との間に作用する力を
検出し、前記測定対象物21の状態を測定するようにし
た走査型力顕微鏡において、前記測定対象物21を前記
探針25の方向に前記片持ち梁27の共振周波数又はこ
の共振周波数とほぼ等しい周波数で振動させる対象物加
振手段40を設け、測定対象物21側を振動させるよう
にした。
梁の振幅の基準を表す電圧除去手段を不要とし、この電
圧除去手段に伴う弊害を解消し得るようにすること。 【構成】 測定対象物21に対向させた探針25を片持
ち梁27の先端に保持させ、前記測定対象物21と前記
探針25との間に作用する力によって、前記片持ち梁2
7を変形させ、この片持ち梁27の変形の検出により前
記測定対象物21と前記探針25との間に作用する力を
検出し、前記測定対象物21の状態を測定するようにし
た走査型力顕微鏡において、前記測定対象物21を前記
探針25の方向に前記片持ち梁27の共振周波数又はこ
の共振周波数とほぼ等しい周波数で振動させる対象物加
振手段40を設け、測定対象物21側を振動させるよう
にした。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば電子写真装置に
おける感光体ドラム表面の電位分布測定や、トナー形状
或いはトナー帯電分布測定、又は、静電気メモリのピッ
クアップなどに用いられる走査型力顕微鏡、電位計、電
位及び形状測定器に関する。
おける感光体ドラム表面の電位分布測定や、トナー形状
或いはトナー帯電分布測定、又は、静電気メモリのピッ
クアップなどに用いられる走査型力顕微鏡、電位計、電
位及び形状測定器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、測定対象物の表面形状を測定する
方式として種々のものが提案されている。その内、第1
の従来例として、「dc検出法」又は「静的検出法」と
称される図19に示すような方式がある。まず、測定対
象物なる試料1をZ軸アクチュエータ2を介してX,Y
ステージ3上に搭載する一方、試料1表面に対向させて
探針4を固定台5に取付けた片持ち梁6の先端に保持さ
せて設けられている。そして、原子間力の斥力又は引力
により、探針4に加えられた力による片持ち梁6の曲が
りを変位計7により検出し、A/D変換器8に取込まれ
る。ここに、原子間力は探針4先端と試料1表面との間
の距離により変化する。今、コンピュータ9によりX,
Y走査信号を与えてX,Yステージ3により試料1を動
かすと、試料1表面の凹凸により、探針4先端と試料1
表面との間の距離も変化し、原子間力が変化しようとす
る。これに対して、この原子間力が一定となるようにコ
ンピュータ9がZ軸アクチュエータ2を制御する。この
Z軸アクチュエータ2に対するZ軸制御信号を解析する
ことにより、試料1の表面形状を測定し得るというもの
である。
方式として種々のものが提案されている。その内、第1
の従来例として、「dc検出法」又は「静的検出法」と
称される図19に示すような方式がある。まず、測定対
象物なる試料1をZ軸アクチュエータ2を介してX,Y
ステージ3上に搭載する一方、試料1表面に対向させて
探針4を固定台5に取付けた片持ち梁6の先端に保持さ
せて設けられている。そして、原子間力の斥力又は引力
により、探針4に加えられた力による片持ち梁6の曲が
りを変位計7により検出し、A/D変換器8に取込まれ
る。ここに、原子間力は探針4先端と試料1表面との間
の距離により変化する。今、コンピュータ9によりX,
Y走査信号を与えてX,Yステージ3により試料1を動
かすと、試料1表面の凹凸により、探針4先端と試料1
表面との間の距離も変化し、原子間力が変化しようとす
る。これに対して、この原子間力が一定となるようにコ
ンピュータ9がZ軸アクチュエータ2を制御する。この
Z軸アクチュエータ2に対するZ軸制御信号を解析する
ことにより、試料1の表面形状を測定し得るというもの
である。
【0003】このようなdc検出法によれば、変位計7
から出力される片持ち梁変位信号がほぼ直流電圧信号と
なるため、ロックインアンプが不要で、その出力電圧の
リップルが問題となることはない。しかし、直流電圧信
号であるため、熱雑音、その他の雑音の影響で検出が困
難となりやすい。また、全体の熱膨張等によりオフセッ
トドリフトも生じやすい。
から出力される片持ち梁変位信号がほぼ直流電圧信号と
なるため、ロックインアンプが不要で、その出力電圧の
リップルが問題となることはない。しかし、直流電圧信
号であるため、熱雑音、その他の雑音の影響で検出が困
難となりやすい。また、全体の熱膨張等によりオフセッ
トドリフトも生じやすい。
【0004】このような欠点を解消する第2の従来例と
して、「ac検出法」と称される図20に示すような方
式がある。これは、片持ち梁6を圧電素子10を介して
固定台5に支持させ、この圧電素子10を加振電圧源1
1により片持ち梁6の共振周波数又はその近傍の周波数
で振動させるようにしたものである。ここに、探針4と
試料1表面との間に原子間力が働くと、等価的に片持ち
梁6のバネ定数が変化し、これにより、共振周波数が変
化する。しかし、圧電素子10による片持ち梁6の加振
周波数は変化しないので、片持ち梁6の振動振幅は小さ
くなる。この片持ち梁6の振動を変位計7で測定する。
即ち、片持ち梁6の振動の振幅変調により信号を取出
し、これを加振電圧源11からの信号を参照信号として
ロックインアンプ12に取込むものである。そして、原
子間力が働いた時のロックインアンプ12の出力電圧か
ら、原子間力が働かない時のロックインアンプ12の出
力電圧を、オフセット除去回路13により除去し、原子
間力の有無による変動分のみをA/D変換器14に入力
して、片持ち梁6の振動振幅が一定となるようにコンピ
ュータ9でZ軸アクチュエータ2を制御する。このZ軸
アクチュエータ2に対するZ軸制御信号を解析すること
により、試料1の表面形状を測定し得るというものであ
る。
して、「ac検出法」と称される図20に示すような方
式がある。これは、片持ち梁6を圧電素子10を介して
固定台5に支持させ、この圧電素子10を加振電圧源1
1により片持ち梁6の共振周波数又はその近傍の周波数
で振動させるようにしたものである。ここに、探針4と
試料1表面との間に原子間力が働くと、等価的に片持ち
梁6のバネ定数が変化し、これにより、共振周波数が変
化する。しかし、圧電素子10による片持ち梁6の加振
周波数は変化しないので、片持ち梁6の振動振幅は小さ
くなる。この片持ち梁6の振動を変位計7で測定する。
即ち、片持ち梁6の振動の振幅変調により信号を取出
し、これを加振電圧源11からの信号を参照信号として
ロックインアンプ12に取込むものである。そして、原
子間力が働いた時のロックインアンプ12の出力電圧か
ら、原子間力が働かない時のロックインアンプ12の出
力電圧を、オフセット除去回路13により除去し、原子
間力の有無による変動分のみをA/D変換器14に入力
して、片持ち梁6の振動振幅が一定となるようにコンピ
ュータ9でZ軸アクチュエータ2を制御する。このZ軸
アクチュエータ2に対するZ軸制御信号を解析すること
により、試料1の表面形状を測定し得るというものであ
る。
【0005】このようなac検出法によれば、ロックイ
ンアンプ12の使用により熱雑音、その他の雑音に対す
るS/N比が向上するとともに、変位計7の出力の内、
片持ち梁6の振動を表す交流成分のみを信号処理すれば
よいので、直流レベルのノイズである光学系の熱膨張に
よるオフセットドリフトの問題がない、という利点を持
つ。
ンアンプ12の使用により熱雑音、その他の雑音に対す
るS/N比が向上するとともに、変位計7の出力の内、
片持ち梁6の振動を表す交流成分のみを信号処理すれば
よいので、直流レベルのノイズである光学系の熱膨張に
よるオフセットドリフトの問題がない、という利点を持
つ。
【0006】また、第3の従来例として、このようなa
c検出法において、片持ち梁6の加振方法を変更した図
21に示すようなものもある。これは、図20の圧電素
子10及び加振電圧源11による加振法に代えて、固定
台5に支持された片持ち梁6にLD電源15により変調
駆動されるレーザダイオード(LD)16でレーザビー
ムを照射することによるフォトサーマル振動を利用した
加振法である。より詳細には、片持ち梁6の根元に、強
度変調されたレーザビームを集光照射し、その光吸収エ
ネルギーによって発生した熱によって表面が膨張し、片
持ち梁6が撓む。ここに、レーザ変調周波数と片持ち梁
6の共振周波数とが一致すると片持ち梁6は共振振動す
る。この他の測定動作は図20の場合と同様である。
c検出法において、片持ち梁6の加振方法を変更した図
21に示すようなものもある。これは、図20の圧電素
子10及び加振電圧源11による加振法に代えて、固定
台5に支持された片持ち梁6にLD電源15により変調
駆動されるレーザダイオード(LD)16でレーザビー
ムを照射することによるフォトサーマル振動を利用した
加振法である。より詳細には、片持ち梁6の根元に、強
度変調されたレーザビームを集光照射し、その光吸収エ
ネルギーによって発生した熱によって表面が膨張し、片
持ち梁6が撓む。ここに、レーザ変調周波数と片持ち梁
6の共振周波数とが一致すると片持ち梁6は共振振動す
る。この他の測定動作は図20の場合と同様である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、第1の従来
例による場合、探針4・試料1表面間に力が働いていな
い時の振幅を基準とし、そこからの振幅変動分を力検出
信号とするため、基準値(オフセット)除去のための回
路が必須となる。通常、オフセット値に対して力検出に
よる変動分が非常に小さいため、オフセット除去回路1
3の安定性が問題となりドリフト等の不具合が生ずる。
また、圧電素子10により片持ち梁6を加振するため、
圧電素子駆動電圧から探針4を絶縁することが困難とな
る。これは、片持ち梁6の根元に歪抵抗を設けることに
より、片持ち梁6の振動を検出する場合も、圧電素子駆
動電圧からのノイズの問題が生ずる。
例による場合、探針4・試料1表面間に力が働いていな
い時の振幅を基準とし、そこからの振幅変動分を力検出
信号とするため、基準値(オフセット)除去のための回
路が必須となる。通常、オフセット値に対して力検出に
よる変動分が非常に小さいため、オフセット除去回路1
3の安定性が問題となりドリフト等の不具合が生ずる。
また、圧電素子10により片持ち梁6を加振するため、
圧電素子駆動電圧から探針4を絶縁することが困難とな
る。これは、片持ち梁6の根元に歪抵抗を設けることに
より、片持ち梁6の振動を検出する場合も、圧電素子駆
動電圧からのノイズの問題が生ずる。
【0008】第3の従来例はこのような問題点を解決す
るためのものであり、圧電素子駆動電圧からのノイズの
問題は生じない。しかし、片持ち梁6の温度の上昇・下
降を利用しているため、高周波の共振周波数を持つ片持
ち梁6の場合には加振できない。また、歪抵抗による片
持ち梁6の振動検出法では、歪抵抗がレーザビームによ
り熱を受けてしまうため、特性が大きく変化してしま
い、検出不可能となる。また、多数の片持ち梁6を同時
に加振することによる多点測定にも利用できない。さら
には、測定対象物が感光体のような感光性物質の場合、
レーザビームの散乱光により測定対象物の表面状態が乱
されてしまう弊害も生ずる。
るためのものであり、圧電素子駆動電圧からのノイズの
問題は生じない。しかし、片持ち梁6の温度の上昇・下
降を利用しているため、高周波の共振周波数を持つ片持
ち梁6の場合には加振できない。また、歪抵抗による片
持ち梁6の振動検出法では、歪抵抗がレーザビームによ
り熱を受けてしまうため、特性が大きく変化してしま
い、検出不可能となる。また、多数の片持ち梁6を同時
に加振することによる多点測定にも利用できない。さら
には、測定対象物が感光体のような感光性物質の場合、
レーザビームの散乱光により測定対象物の表面状態が乱
されてしまう弊害も生ずる。
【0009】このような点を考慮すると、ac検出法に
よる熱雑音、光学系の熱膨張によるオフセットドリフト
に強い、という利点を維持しつつ、オフセット除去回路
の不安定さに起因するドリフトの問題を解決し得ること
が望まれる。さらに、片持ち梁を加振するために、片持
ち梁と圧電素子とが隣接することによる両者間の絶縁及
びノイズの問題を解消し得ることが要望される。この
際、歪抵抗を持つ片持ち梁の使用が可能で、感光性物質
を測定対象物とすることも可能なことが要望される。
よる熱雑音、光学系の熱膨張によるオフセットドリフト
に強い、という利点を維持しつつ、オフセット除去回路
の不安定さに起因するドリフトの問題を解決し得ること
が望まれる。さらに、片持ち梁を加振するために、片持
ち梁と圧電素子とが隣接することによる両者間の絶縁及
びノイズの問題を解消し得ることが要望される。この
際、歪抵抗を持つ片持ち梁の使用が可能で、感光性物質
を測定対象物とすることも可能なことが要望される。
【0010】また、さらなる要望としては、測定対象物
をドラム状の感光体等とした場合に、その測定精度が高
いことが望まれる。即ち、電位及び表面形状を測定する
際、このような測定対象物には、100μmオーダの表
面うねりや、μmオーダの傷などが存在し得るものであ
り、オーダの異なるこれらの双方の距離変動に対して1
つのアクチュエータで制御するのは極めて困難である。
よって、これに対処し得ることが要望される。
をドラム状の感光体等とした場合に、その測定精度が高
いことが望まれる。即ち、電位及び表面形状を測定する
際、このような測定対象物には、100μmオーダの表
面うねりや、μmオーダの傷などが存在し得るものであ
り、オーダの異なるこれらの双方の距離変動に対して1
つのアクチュエータで制御するのは極めて困難である。
よって、これに対処し得ることが要望される。
【0011】さらなる要望としては、Z軸アクチュエー
タのヒステリシス特性等の改善がある。即ち、Z軸アク
チュエータとしては、通常、粗動用と微動用との2つの
アクチュエータを組合せて使用し、微動用には一般にP
ZT等の圧電素子が用いられる。しかし、PZTは印加
電圧と距離変位との間の直線性の点で比較的優れている
ものの、ヒステリシス特性を有しており、測定精度に問
題がある。また、PZTは電気的には容量性負荷である
ため、容量の充放電のために十数kHz以上での応答性
が悪いものである。また、これ以上の周波数での駆動に
おいては、容量性電流による損失により、電源又はPZ
T自身が破損してしまう。従って、試料表面形状の測定
時にこれ以上の周波数をもって現れ得る表面の凹凸に追
随して、試料表面と片持ち梁先端における探針との間の
距離を一定に保つことができない。この結果、この周波
数帯域における測定精度が低下してしまう。よって、Z
軸アクチュエータのヒステリシス特性、高周波応答の悪
さによる測定誤差を少なくし、測定精度を向上させ得る
ことが要望される。
タのヒステリシス特性等の改善がある。即ち、Z軸アク
チュエータとしては、通常、粗動用と微動用との2つの
アクチュエータを組合せて使用し、微動用には一般にP
ZT等の圧電素子が用いられる。しかし、PZTは印加
電圧と距離変位との間の直線性の点で比較的優れている
ものの、ヒステリシス特性を有しており、測定精度に問
題がある。また、PZTは電気的には容量性負荷である
ため、容量の充放電のために十数kHz以上での応答性
が悪いものである。また、これ以上の周波数での駆動に
おいては、容量性電流による損失により、電源又はPZ
T自身が破損してしまう。従って、試料表面形状の測定
時にこれ以上の周波数をもって現れ得る表面の凹凸に追
随して、試料表面と片持ち梁先端における探針との間の
距離を一定に保つことができない。この結果、この周波
数帯域における測定精度が低下してしまう。よって、Z
軸アクチュエータのヒステリシス特性、高周波応答の悪
さによる測定誤差を少なくし、測定精度を向上させ得る
ことが要望される。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、測定対象物に対向させた探針を片持ち梁の先端に保
持させ、前記測定対象物と前記探針との間に作用する力
によって、前記片持ち梁を変形させ、この片持ち梁の変
形の検出により前記測定対象物と前記探針との間に作用
する力を検出し、前記測定対象物の状態を測定するよう
にした走査型力顕微鏡において、前記測定対象物を前記
探針の方向に振動させる対象物加振手段を設けた。
は、測定対象物に対向させた探針を片持ち梁の先端に保
持させ、前記測定対象物と前記探針との間に作用する力
によって、前記片持ち梁を変形させ、この片持ち梁の変
形の検出により前記測定対象物と前記探針との間に作用
する力を検出し、前記測定対象物の状態を測定するよう
にした走査型力顕微鏡において、前記測定対象物を前記
探針の方向に振動させる対象物加振手段を設けた。
【0013】特に、請求項2記載の発明では、請求項1
記載の発明において、測定対象物を片持ち梁の共振周波
数又はこの共振周波数とほぼ等しい周波数で振動させる
対象物加振手段とした。
記載の発明において、測定対象物を片持ち梁の共振周波
数又はこの共振周波数とほぼ等しい周波数で振動させる
対象物加振手段とした。
【0014】請求項3記載の発明では、請求項1又は2
記載の発明に加えて、片持ち梁の振幅が一定となるよう
に対象物加振手段の振動振幅を制御する振動制御手段
と、この振動振幅を測定する振動振幅測定手段とを設け
た。
記載の発明に加えて、片持ち梁の振幅が一定となるよう
に対象物加振手段の振動振幅を制御する振動制御手段
と、この振動振幅を測定する振動振幅測定手段とを設け
た。
【0015】請求項4記載の発明では、請求項2記載の
発明に加えて、片持ち梁の振幅が一定となるように対象
物加振手段の振動周波数を制御する振動制御手段と、こ
の振動周波数を測定する振動周波数測定手段とを設け
た。
発明に加えて、片持ち梁の振幅が一定となるように対象
物加振手段の振動周波数を制御する振動制御手段と、こ
の振動周波数を測定する振動周波数測定手段とを設け
た。
【0016】請求項5記載の発明では、請求項1又は2
記載の発明の対象物加振手段を、測定対象物変位用のア
クチュエータとした。
記載の発明の対象物加振手段を、測定対象物変位用のア
クチュエータとした。
【0017】請求項6記載の発明では、測定対象物に対
向させた導電性の探針を片持ち梁の先端に保持させ、前
記測定対象物と前記探針との間に作用する静電力によっ
て、前記片持ち梁を変形させ、この片持ち梁の変形の検
出により前記静電力を検出し、前記測定対象物の電位状
態を測定するようにした電位計において、前記測定対象
物を前記探針の方向に振動させる対象物加振手段を設け
た。
向させた導電性の探針を片持ち梁の先端に保持させ、前
記測定対象物と前記探針との間に作用する静電力によっ
て、前記片持ち梁を変形させ、この片持ち梁の変形の検
出により前記静電力を検出し、前記測定対象物の電位状
態を測定するようにした電位計において、前記測定対象
物を前記探針の方向に振動させる対象物加振手段を設け
た。
【0018】特に、請求項7記載の発明では、請求項6
記載の発明において、測定対象物を片持ち梁の共振周波
数又はこの共振周波数とほぼ等しい周波数で振動させる
対象物加振手段とした。
記載の発明において、測定対象物を片持ち梁の共振周波
数又はこの共振周波数とほぼ等しい周波数で振動させる
対象物加振手段とした。
【0019】請求項8記載の発明では、請求項6又は7
記載の発明に加えて、静電力が零又はほぼ零になるよう
に探針の電位を可変制御する電位制御手段と、この電位
制御手段により可変制御された前記探針の電位を測定す
る電位測定手段とを設けた。
記載の発明に加えて、静電力が零又はほぼ零になるよう
に探針の電位を可変制御する電位制御手段と、この電位
制御手段により可変制御された前記探針の電位を測定す
る電位測定手段とを設けた。
【0020】請求項9記載の発明では、請求項6又は7
記載の発明に加えて、探針に対して直流電圧に交流電圧
を重畳して交流電圧が正側に振れた時の静電力と負側に
振れた時の静電力とが等しくなるように前記直流電圧を
制御する電位制御手段と、前記探針の前記直流電圧の電
位を測定する電位測定手段とを設けた。
記載の発明に加えて、探針に対して直流電圧に交流電圧
を重畳して交流電圧が正側に振れた時の静電力と負側に
振れた時の静電力とが等しくなるように前記直流電圧を
制御する電位制御手段と、前記探針の前記直流電圧の電
位を測定する電位測定手段とを設けた。
【0021】請求項10記載の発明では、請求項6又は
7記載の発明の対象物加振手段を、測定対象物変位用の
アクチュエータとした。
7記載の発明の対象物加振手段を、測定対象物変位用の
アクチュエータとした。
【0022】請求項11記載の発明では、測定対象物に
対向させた導電性の探針を片持ち梁の先端に保持させ、
前記測定対象物と前記探針との間に作用する静電力によ
って、前記片持ち梁を変形させ、この片持ち梁の変形の
検出により前記静電力を検出し、前記測定対象物の電位
及び形状を測定するようにした電位及び形状測定器にお
いて、前記測定対象物を前記探針の方向に振動させる対
象物加振手段と、前記探針に対して直流電圧に交流電圧
を重畳して交流電圧が正側に振れた時の静電力と負側に
振れた時の静電力とが等しくなるように前記直流電圧を
制御する電位制御手段と、前記探針の前記直流電圧の電
位を測定する電位測定手段と、前記交流電圧が、正側に
振れた時の静電力が一定となり、又は、負側に振れた時
の静電力が一定となり、又は、正側に振れた時の静電力
と負側に振れた時の静電力との和が一定となるように前
記測定対象物と前記探針との間の距離を制御するアクチ
ュエータを備えた距離制御手段と、前記アクチュエータ
の変位量を測定する変位量測定手段とを設けた。
対向させた導電性の探針を片持ち梁の先端に保持させ、
前記測定対象物と前記探針との間に作用する静電力によ
って、前記片持ち梁を変形させ、この片持ち梁の変形の
検出により前記静電力を検出し、前記測定対象物の電位
及び形状を測定するようにした電位及び形状測定器にお
いて、前記測定対象物を前記探針の方向に振動させる対
象物加振手段と、前記探針に対して直流電圧に交流電圧
を重畳して交流電圧が正側に振れた時の静電力と負側に
振れた時の静電力とが等しくなるように前記直流電圧を
制御する電位制御手段と、前記探針の前記直流電圧の電
位を測定する電位測定手段と、前記交流電圧が、正側に
振れた時の静電力が一定となり、又は、負側に振れた時
の静電力が一定となり、又は、正側に振れた時の静電力
と負側に振れた時の静電力との和が一定となるように前
記測定対象物と前記探針との間の距離を制御するアクチ
ュエータを備えた距離制御手段と、前記アクチュエータ
の変位量を測定する変位量測定手段とを設けた。
【0023】特に、請求項12記載の発明では、請求項
11記載の発明において、測定対象物を片持ち梁の共振
周波数又はこの共振周波数とほぼ等しい周波数で振動さ
せる対象物加振手段とした。
11記載の発明において、測定対象物を片持ち梁の共振
周波数又はこの共振周波数とほぼ等しい周波数で振動さ
せる対象物加振手段とした。
【0024】請求項13記載の発明では、請求項11又
は12記載の発明に関し、距離制御手段のアクチュエー
タを対象物加振手段とした。
は12記載の発明に関し、距離制御手段のアクチュエー
タを対象物加振手段とした。
【0025】請求項14記載の発明では、請求項13記
載の発明に関し、アクチュエータとして粗動アクチュエ
ータと微動アクチュエータとを設け、前記アクチュエー
タに対する制御信号を周波数帯域により分離して前記粗
動アクチュエータと微動アクチュエータとに別個に入力
させるとともに、何れか一方に対する制御信号に測定対
象物を振動させる加振用の信号を重畳させる距離制御手
段とした。
載の発明に関し、アクチュエータとして粗動アクチュエ
ータと微動アクチュエータとを設け、前記アクチュエー
タに対する制御信号を周波数帯域により分離して前記粗
動アクチュエータと微動アクチュエータとに別個に入力
させるとともに、何れか一方に対する制御信号に測定対
象物を振動させる加振用の信号を重畳させる距離制御手
段とした。
【0026】請求項15記載の発明では、測定対象物に
対向させた導電性の探針を片持ち梁の先端に保持させ、
前記測定対象物と前記探針との間に作用する静電力によ
って、前記片持ち梁を変形させ、この片持ち梁の変形の
検出により前記静電力を検出し、前記測定対象物の電位
及び形状を測定するようにした電位及び形状測定器にお
いて、前記測定対象物を前記探針の方向に振動させる対
象物加振手段と、前記探針に対して直流電圧に交流電圧
を重畳して交流電圧が正側に振れた時の静電力と負側に
振れた時の静電力とが等しくなるように前記直流電圧を
制御する電位制御手段と、前記探針の前記直流電圧の電
位を測定する電位測定手段と、前記交流電圧が、正側に
振れた時の前記探針の振幅が一定となり、又は、負側に
振れた時の前記探針の振幅が一定となり、又は、正側に
振れた時の前記振幅と負側に振れた時の前記振幅との和
が一定となるように前記対象物加振手段の振動振幅を制
御する振動振幅制御手段と、この振動振幅を測定する振
動振幅測定手段とを設けた。
対向させた導電性の探針を片持ち梁の先端に保持させ、
前記測定対象物と前記探針との間に作用する静電力によ
って、前記片持ち梁を変形させ、この片持ち梁の変形の
検出により前記静電力を検出し、前記測定対象物の電位
及び形状を測定するようにした電位及び形状測定器にお
いて、前記測定対象物を前記探針の方向に振動させる対
象物加振手段と、前記探針に対して直流電圧に交流電圧
を重畳して交流電圧が正側に振れた時の静電力と負側に
振れた時の静電力とが等しくなるように前記直流電圧を
制御する電位制御手段と、前記探針の前記直流電圧の電
位を測定する電位測定手段と、前記交流電圧が、正側に
振れた時の前記探針の振幅が一定となり、又は、負側に
振れた時の前記探針の振幅が一定となり、又は、正側に
振れた時の前記振幅と負側に振れた時の前記振幅との和
が一定となるように前記対象物加振手段の振動振幅を制
御する振動振幅制御手段と、この振動振幅を測定する振
動振幅測定手段とを設けた。
【0027】特に、請求項16記載の発明では、請求項
15記載の発明において、測定対象物を片持ち梁の共振
周波数又はこの共振周波数とほぼ等しい周波数で振動さ
せる対象物加振手段とした。
15記載の発明において、測定対象物を片持ち梁の共振
周波数又はこの共振周波数とほぼ等しい周波数で振動さ
せる対象物加振手段とした。
【0028】請求項17記載の発明では、請求項16記
載の発明の振動振幅制御手段、振動振幅測定手段に代え
て、対象物加振手段の振動周波数を制御する振動周波数
制御手段と、この振動周波数を測定する振動周波数測定
手段とを設けた。
載の発明の振動振幅制御手段、振動振幅測定手段に代え
て、対象物加振手段の振動周波数を制御する振動周波数
制御手段と、この振動周波数を測定する振動周波数測定
手段とを設けた。
【0029】請求項18記載の発明では、請求項15記
載の発明と同様であるが、交流電圧が、正側に振れた時
の探針の振幅が一定となり、又は、負側に振れた時の探
針の振幅が一定となり、又は、正側に振れた時の前記振
幅と負側に振れた時の前記振幅との和が一定となるよう
に制御するための帰還信号を周波数帯域により分離する
分離手段を有して分離された一部の周波数帯域の帰還信
号により対象物加振手段の振動振幅を制御する振動振幅
制御手段とし、さらに、分離手段により分離された帰還
信号中から前記一部の周波数帯域の信号を除く帰還信号
により測定対象物と前記探針との間の距離を制御するア
クチュエータを備えた距離制御手段と、前記アクチュエ
ータの変位量を測定する変位量測定手段とを設けた。
載の発明と同様であるが、交流電圧が、正側に振れた時
の探針の振幅が一定となり、又は、負側に振れた時の探
針の振幅が一定となり、又は、正側に振れた時の前記振
幅と負側に振れた時の前記振幅との和が一定となるよう
に制御するための帰還信号を周波数帯域により分離する
分離手段を有して分離された一部の周波数帯域の帰還信
号により対象物加振手段の振動振幅を制御する振動振幅
制御手段とし、さらに、分離手段により分離された帰還
信号中から前記一部の周波数帯域の信号を除く帰還信号
により測定対象物と前記探針との間の距離を制御するア
クチュエータを備えた距離制御手段と、前記アクチュエ
ータの変位量を測定する変位量測定手段とを設けた。
【0030】特に、請求項19記載の発明では、請求項
18記載の発明において、測定対象物を片持ち梁の共振
周波数又はこの共振周波数とほぼ等しい周波数で振動さ
せる対象物加振手段とした。
18記載の発明において、測定対象物を片持ち梁の共振
周波数又はこの共振周波数とほぼ等しい周波数で振動さ
せる対象物加振手段とした。
【0031】請求項20記載の発明では、請求項18記
載の発明の振動振幅制御手段、距離制御定手段に代え
て、分離された一部の周波数帯域の帰還信号により対象
物加振手段の振動周波数を制御する振動周波数制御手段
と、分離手段により分離された帰還信号中から前記一部
の周波数帯域の信号を除く帰還信号により測定対象物と
探針との間の距離を制御するアクチュエータを備えた距
離制御手段とを設けた。
載の発明の振動振幅制御手段、距離制御定手段に代え
て、分離された一部の周波数帯域の帰還信号により対象
物加振手段の振動周波数を制御する振動周波数制御手段
と、分離手段により分離された帰還信号中から前記一部
の周波数帯域の信号を除く帰還信号により測定対象物と
探針との間の距離を制御するアクチュエータを備えた距
離制御手段とを設けた。
【0032】
【作用】請求項1記載の発明の走査型力顕微鏡において
は、対象物加振手段によって測定対象物を探針の方向に
振動させて、測定対象物と探針との間に作用する力を検
出するようにしたので、ac検出法による熱雑音、光学
系の熱膨張によるオフセットドリフトに強い、という利
点を維持しつつ、基準の片持ち梁振幅を表す電圧を除去
するための回路の不安定性に起因するドリフトの問題を
回避し得るものとなる。また、片持ち梁と圧電素子とが
隣接するようなことがないので、両者間の絶縁とかノイ
ズの問題も生じない。これにより、歪抵抗を持つ片持ち
梁の使用が可能である上に感光性材質のものでも測定対
象物とし得ることになる。
は、対象物加振手段によって測定対象物を探針の方向に
振動させて、測定対象物と探針との間に作用する力を検
出するようにしたので、ac検出法による熱雑音、光学
系の熱膨張によるオフセットドリフトに強い、という利
点を維持しつつ、基準の片持ち梁振幅を表す電圧を除去
するための回路の不安定性に起因するドリフトの問題を
回避し得るものとなる。また、片持ち梁と圧電素子とが
隣接するようなことがないので、両者間の絶縁とかノイ
ズの問題も生じない。これにより、歪抵抗を持つ片持ち
梁の使用が可能である上に感光性材質のものでも測定対
象物とし得ることになる。
【0033】特に、請求項2記載の発明の走査型力顕微
鏡においては、対象物加振手段によって測定対象物を探
針の方向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させるの
で、一層感度が向上するものとなる。
鏡においては、対象物加振手段によって測定対象物を探
針の方向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させるの
で、一層感度が向上するものとなる。
【0034】請求項3記載の発明の走査型力顕微鏡にお
いては、対象物加振手段によって測定対象物を探針の方
向に振動させて、測定対象物と探針との間に作用する力
を検出する上に、片持ち梁の振幅が一定となるように測
定対象物を振動させる振動振幅を振動制御手段で制御
し、この振動振幅から測定対象物と探針との間に働く力
を測定するようにしたので、請求項1又は2記載の発明
の作用を維持した上に、ヒステリシスのない高周波特性
に優れた走査型力顕微鏡となる。
いては、対象物加振手段によって測定対象物を探針の方
向に振動させて、測定対象物と探針との間に作用する力
を検出する上に、片持ち梁の振幅が一定となるように測
定対象物を振動させる振動振幅を振動制御手段で制御
し、この振動振幅から測定対象物と探針との間に働く力
を測定するようにしたので、請求項1又は2記載の発明
の作用を維持した上に、ヒステリシスのない高周波特性
に優れた走査型力顕微鏡となる。
【0035】請求項4記載の発明の走査型力顕微鏡にお
いては、対象物加振手段によって測定対象物を探針の方
向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させて、測定対象
物と探針との間に作用する力を検出する上に、片持ち梁
の振幅が一定となるように測定対象物を振動させる振動
周波数を振動制御手段で制御し、この振動周波数から測
定対象物と探針との間に働く力を測定するようにしたの
で、請求項2記載の発明の作用を維持した上に、ヒステ
リシスのない高周波特性に優れた走査型力顕微鏡とな
る。
いては、対象物加振手段によって測定対象物を探針の方
向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させて、測定対象
物と探針との間に作用する力を検出する上に、片持ち梁
の振幅が一定となるように測定対象物を振動させる振動
周波数を振動制御手段で制御し、この振動周波数から測
定対象物と探針との間に働く力を測定するようにしたの
で、請求項2記載の発明の作用を維持した上に、ヒステ
リシスのない高周波特性に優れた走査型力顕微鏡とな
る。
【0036】請求項5記載の発明の走査型力顕微鏡にお
いては、アクチュエータを対象物加振手段として、測定
対象物をアクチュエータにより変位させるとともに、測
定対象物を片持ち梁の共振周波数程度の周波数で加振さ
せるようにしたので、Z軸アクチュエータの数を減ら
し、測定対象物側の構造を単純化し、信頼性を向上させ
得るものとなる。
いては、アクチュエータを対象物加振手段として、測定
対象物をアクチュエータにより変位させるとともに、測
定対象物を片持ち梁の共振周波数程度の周波数で加振さ
せるようにしたので、Z軸アクチュエータの数を減ら
し、測定対象物側の構造を単純化し、信頼性を向上させ
得るものとなる。
【0037】請求項6記載の発明の電位計においては、
対象物加振手段によって測定対象物を探針の方向に振動
させて、測定対象物と探針との間に作用する静電力を検
出するようにしたので、ac検出法による熱雑音、光学
系の熱膨張によるオフセットドリフトに強い、という利
点を維持しつつ、基準の片持ち梁振幅を表す電圧を除去
するための回路の不安定性に起因するドリフトの問題を
回避し得るものとなる。また、片持ち梁と圧電素子とが
隣接するようなことがないので、両者間の絶縁とかノイ
ズの問題も生じない。これにより、歪抵抗を持つ片持ち
梁の使用が可能である上に感光性材質のものでも測定対
象物とし得ることになる。
対象物加振手段によって測定対象物を探針の方向に振動
させて、測定対象物と探針との間に作用する静電力を検
出するようにしたので、ac検出法による熱雑音、光学
系の熱膨張によるオフセットドリフトに強い、という利
点を維持しつつ、基準の片持ち梁振幅を表す電圧を除去
するための回路の不安定性に起因するドリフトの問題を
回避し得るものとなる。また、片持ち梁と圧電素子とが
隣接するようなことがないので、両者間の絶縁とかノイ
ズの問題も生じない。これにより、歪抵抗を持つ片持ち
梁の使用が可能である上に感光性材質のものでも測定対
象物とし得ることになる。
【0038】特に、請求項7記載の発明の電位計におい
ては、対象物加振手段によって測定対象物を探針の方向
に片持ち梁の共振周波数程度で振動させるので、一層感
度が向上するものとなる。
ては、対象物加振手段によって測定対象物を探針の方向
に片持ち梁の共振周波数程度で振動させるので、一層感
度が向上するものとなる。
【0039】請求項8記載の発明の電位計においては、
対象物加振手段によって測定対象物を探針の方向に振動
させた上で、測定対象物と探針との間に作用する静電力
が零又はほぼ零になるように電位制御手段で探針の電位
を可変制御し、可変制御された探針の電位を電位測定手
段により測定することで測定対象物の電位を測定するよ
うにしたので、請求項6又は7記載の発明と同等の作用
が得られる。
対象物加振手段によって測定対象物を探針の方向に振動
させた上で、測定対象物と探針との間に作用する静電力
が零又はほぼ零になるように電位制御手段で探針の電位
を可変制御し、可変制御された探針の電位を電位測定手
段により測定することで測定対象物の電位を測定するよ
うにしたので、請求項6又は7記載の発明と同等の作用
が得られる。
【0040】請求項9記載の発明の電位計においては、
対象物加振手段によって測定対象物を探針の方向に振動
させた上で、探針に対して直流電圧に交流電圧を重畳し
て交流電圧が正側に振れた時の静電力と負側に振れた時
の静電力とが等しくなるように電位制御手段により直流
電圧を制御し、この直流電圧の電位を電位測定手段によ
り測定することで測定対象物の電位を測定するようにし
たので、請求項6又は7記載の発明と同等の作用が得ら
れる。
対象物加振手段によって測定対象物を探針の方向に振動
させた上で、探針に対して直流電圧に交流電圧を重畳し
て交流電圧が正側に振れた時の静電力と負側に振れた時
の静電力とが等しくなるように電位制御手段により直流
電圧を制御し、この直流電圧の電位を電位測定手段によ
り測定することで測定対象物の電位を測定するようにし
たので、請求項6又は7記載の発明と同等の作用が得ら
れる。
【0041】請求項10記載の発明の電位計において
は、アクチュエータを対象物加振手段として、測定対象
物をアクチュエータにより変位させるとともに、測定対
象物を加振させるようにしたので、Z軸アクチュエータ
の数を減らし、測定対象物側の構造を単純化し、信頼性
を向上させ得るものとなる。
は、アクチュエータを対象物加振手段として、測定対象
物をアクチュエータにより変位させるとともに、測定対
象物を加振させるようにしたので、Z軸アクチュエータ
の数を減らし、測定対象物側の構造を単純化し、信頼性
を向上させ得るものとなる。
【0042】請求項11記載の発明の電位及び形状測定
器においては、対象物加振手段によって測定対象物を探
針の方向に振動させるとともに、探針に対して直流電圧
に交流電圧を重畳して交流電圧が正側に振れた時の静電
力と負側に振れた時の静電力とが等しくなるように電位
制御手段により直流電圧を制御し、この直流電圧の電位
を電位測定手段により測定することで測定対象物の電位
を測定する一方、前記交流電圧が、正側に振れた時の静
電力が一定となり、又は、負側に振れた時の静電力が一
定となり、又は、正側に振れた時の静電力と負側に振れ
た時の静電力との和が一定となるように前記測定対象物
と前記探針との間の距離をアクチュエータにより制御
し、このアクチュエータの変位量を変位量測定手段によ
り測定することで、測定対象物の表面形状を測定するよ
うにしたので、ac検出法による熱雑音、光学系の熱膨
張によるオフセットドリフトに強い、という利点を維持
しつつ、基準の片持ち梁振幅を表す電圧を除去するため
の回路の不安定性に起因するドリフトの問題を回避し得
るものとなる。また、片持ち梁と圧電素子とが隣接する
ようなことがないので、両者間の絶縁とかノイズの問題
も生じない。これにより、歪抵抗を持つ片持ち梁の使用
が可能である上に感光性材質のものでも測定対象物とし
得ることになる。
器においては、対象物加振手段によって測定対象物を探
針の方向に振動させるとともに、探針に対して直流電圧
に交流電圧を重畳して交流電圧が正側に振れた時の静電
力と負側に振れた時の静電力とが等しくなるように電位
制御手段により直流電圧を制御し、この直流電圧の電位
を電位測定手段により測定することで測定対象物の電位
を測定する一方、前記交流電圧が、正側に振れた時の静
電力が一定となり、又は、負側に振れた時の静電力が一
定となり、又は、正側に振れた時の静電力と負側に振れ
た時の静電力との和が一定となるように前記測定対象物
と前記探針との間の距離をアクチュエータにより制御
し、このアクチュエータの変位量を変位量測定手段によ
り測定することで、測定対象物の表面形状を測定するよ
うにしたので、ac検出法による熱雑音、光学系の熱膨
張によるオフセットドリフトに強い、という利点を維持
しつつ、基準の片持ち梁振幅を表す電圧を除去するため
の回路の不安定性に起因するドリフトの問題を回避し得
るものとなる。また、片持ち梁と圧電素子とが隣接する
ようなことがないので、両者間の絶縁とかノイズの問題
も生じない。これにより、歪抵抗を持つ片持ち梁の使用
が可能である上に感光性材質のものでも測定対象物とし
得ることになる。
【0043】特に、請求項12記載の発明の電位及び形
状測定器においては、対象物加振手段によって測定対象
物を探針の方向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させ
るので、一層感度が向上するものとなる。
状測定器においては、対象物加振手段によって測定対象
物を探針の方向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させ
るので、一層感度が向上するものとなる。
【0044】請求項13記載の発明の電位及び形状測定
器においては、距離制御手段のアクチュエータを対象物
加振手段として、測定対象物をアクチュエータにより変
位させるとともに、測定対象物を加振させるようにした
ので、Z軸アクチュエータの数を減らし、測定対象物側
の構造を単純化し、信頼性を向上させ得るものとなる。
器においては、距離制御手段のアクチュエータを対象物
加振手段として、測定対象物をアクチュエータにより変
位させるとともに、測定対象物を加振させるようにした
ので、Z軸アクチュエータの数を減らし、測定対象物側
の構造を単純化し、信頼性を向上させ得るものとなる。
【0045】この際、請求項14記載の発明の電位及び
形状測定器においては、アクチュエータとして粗動アク
チュエータと微動アクチュエータとを設ける一方、アク
チュエータに対する制御信号を周波数帯域により分離し
て粗動アクチュエータと微動アクチュエータとに別個に
入力させるとともに、何れか一方に対する制御信号に測
定対象物を振動させる加振用の信号を重畳させるように
したので、請求項11ないし13記載の発明の作用を維
持した上で、測定対象物表面のうねりによる100μm
オーダの低周波の探針・測定対象物表面間の距離変動
と、測定対象物表面の傷などによるμmオーダの高周波
の探針・測定対象物表面間の距離変動との双方の距離変
動に対する制御を適正に行うことができ、より高精度に
表面電位と表面形状とを測定し得るものとなる。
形状測定器においては、アクチュエータとして粗動アク
チュエータと微動アクチュエータとを設ける一方、アク
チュエータに対する制御信号を周波数帯域により分離し
て粗動アクチュエータと微動アクチュエータとに別個に
入力させるとともに、何れか一方に対する制御信号に測
定対象物を振動させる加振用の信号を重畳させるように
したので、請求項11ないし13記載の発明の作用を維
持した上で、測定対象物表面のうねりによる100μm
オーダの低周波の探針・測定対象物表面間の距離変動
と、測定対象物表面の傷などによるμmオーダの高周波
の探針・測定対象物表面間の距離変動との双方の距離変
動に対する制御を適正に行うことができ、より高精度に
表面電位と表面形状とを測定し得るものとなる。
【0046】また、請求項15記載の発明の電位及び形
状測定器においては、対象物加振手段によって測定対象
物を探針の方向に振動させるとともに、探針に対して直
流電圧に交流電圧を重畳して交流電圧が正側に振れた時
の静電力と負側に振れた時の静電力とが等しくなるよう
に電位制御手段により直流電圧を制御し、この直流電圧
の電位を電位測定手段により測定することで測定対象物
の電位を測定する一方、交流電圧が、正側に振れた時の
探針の振幅が一定となり、又は、負側に振れた時の探針
の振幅が一定となり、又は、正側に振れた時の振幅と負
側に振れた時の振幅との和が一定となるように対象物加
振手段の振動振幅を振動振幅制御手段により制御し、こ
の振動振幅を振動振幅測定手段により測定することで、
振動振幅から探針と測定対象物表面との間の距離を測定
して表面形状を知るようにしたので、請求項11記載の
発明と同等の作用を維持しつつ、ヒステリシスのない高
周波特性に優れた電位及び形状測定器となる。
状測定器においては、対象物加振手段によって測定対象
物を探針の方向に振動させるとともに、探針に対して直
流電圧に交流電圧を重畳して交流電圧が正側に振れた時
の静電力と負側に振れた時の静電力とが等しくなるよう
に電位制御手段により直流電圧を制御し、この直流電圧
の電位を電位測定手段により測定することで測定対象物
の電位を測定する一方、交流電圧が、正側に振れた時の
探針の振幅が一定となり、又は、負側に振れた時の探針
の振幅が一定となり、又は、正側に振れた時の振幅と負
側に振れた時の振幅との和が一定となるように対象物加
振手段の振動振幅を振動振幅制御手段により制御し、こ
の振動振幅を振動振幅測定手段により測定することで、
振動振幅から探針と測定対象物表面との間の距離を測定
して表面形状を知るようにしたので、請求項11記載の
発明と同等の作用を維持しつつ、ヒステリシスのない高
周波特性に優れた電位及び形状測定器となる。
【0047】特に、請求項16記載の発明の電位及び形
状測定器においては、対象物加振手段によって測定対象
物を探針の方向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させ
るので、一層感度が向上するものとなる。
状測定器においては、対象物加振手段によって測定対象
物を探針の方向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させ
るので、一層感度が向上するものとなる。
【0048】請求項17記載の発明の電位及び形状測定
器においては、請求項16記載の発明中の「振動振幅」
に代えて、「振動周波数」を扱うようにしたものであ
り、同等の作用が得られる。
器においては、請求項16記載の発明中の「振動振幅」
に代えて、「振動周波数」を扱うようにしたものであ
り、同等の作用が得られる。
【0049】請求項18記載の発明の電位及び形状測定
器においては、対象物加振手段によって測定対象物を探
針の方向に振動させるとともに、探針に対して直流電圧
に交流電圧を重畳して交流電圧が正側に振れた時の静電
力と負側に振れた時の静電力とが等しくなるように電位
制御手段により直流電圧を制御し、この直流電圧の電位
を電位測定手段により測定することで測定対象物の電位
を測定する一方、交流電圧が、正側に振れた時の探針の
振幅が一定となり、又は、負側に振れた時の探針の振幅
が一定となり、又は、正側に振れた時の振幅と負側に振
れた時の振幅との和が一定となるように制御するための
帰還信号を周波数帯域により分離する分離手段を有し
て、分離された一部の周波数帯域の帰還信号により対象
物加振手段の振動振幅を制御するものとし、さらに、分
離手段により分離された帰還信号中から前記一部の周波
数帯域の信号を除く帰還信号により測定対象物と前記探
針との間の距離をアクチュエータにより制御し、このア
クチュエータの変位量を変位量測定手段により測定する
ことで、測定対象物の表面形状を知るようにしたので、
請求項9記載の発明と同等の作用を維持しつつ、アクチ
ュエータのヒステリシス特性による測定誤差がなくて高
周波特性に優れ、かつ、大きなうねりのある測定対象物
についても測定精度及び分解能を低下させることのない
電位及び形状測定器となる。
器においては、対象物加振手段によって測定対象物を探
針の方向に振動させるとともに、探針に対して直流電圧
に交流電圧を重畳して交流電圧が正側に振れた時の静電
力と負側に振れた時の静電力とが等しくなるように電位
制御手段により直流電圧を制御し、この直流電圧の電位
を電位測定手段により測定することで測定対象物の電位
を測定する一方、交流電圧が、正側に振れた時の探針の
振幅が一定となり、又は、負側に振れた時の探針の振幅
が一定となり、又は、正側に振れた時の振幅と負側に振
れた時の振幅との和が一定となるように制御するための
帰還信号を周波数帯域により分離する分離手段を有し
て、分離された一部の周波数帯域の帰還信号により対象
物加振手段の振動振幅を制御するものとし、さらに、分
離手段により分離された帰還信号中から前記一部の周波
数帯域の信号を除く帰還信号により測定対象物と前記探
針との間の距離をアクチュエータにより制御し、このア
クチュエータの変位量を変位量測定手段により測定する
ことで、測定対象物の表面形状を知るようにしたので、
請求項9記載の発明と同等の作用を維持しつつ、アクチ
ュエータのヒステリシス特性による測定誤差がなくて高
周波特性に優れ、かつ、大きなうねりのある測定対象物
についても測定精度及び分解能を低下させることのない
電位及び形状測定器となる。
【0050】特に、請求項19記載の発明の電位及び形
状測定器においては、対象物加振手段によって測定対象
物を探針の方向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させ
るので、一層感度が向上するものとなる。
状測定器においては、対象物加振手段によって測定対象
物を探針の方向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させ
るので、一層感度が向上するものとなる。
【0051】請求項20記載の発明の電位及び形状測定
器においては、請求項19記載の発明中の「振動振幅」
に代えて、「振動周波数」を扱うようにしたものであ
り、同等の作用が得られる。
器においては、請求項19記載の発明中の「振動振幅」
に代えて、「振動周波数」を扱うようにしたものであ
り、同等の作用が得られる。
【0052】
【実施例】請求項1及び2記載の発明の一実施例を図1
及び図2に基づいて説明する。まず、測定対象物となる
試料21がZ軸アクチュエータ22及びZ軸粗動アクチ
ュエータ・X,Y軸アクチュエータ23を介して台24
上に保持されている。このような試料21の表面に先端
を近接対向させた探針25が設けられている。この探針
25は固定台26に一端が固定された片持ち梁27の先
端下部に接着固定されたものである。つまり、探針25
は片持ち梁27を板バネとするような形でその先端側に
変位自在に支持されている。
及び図2に基づいて説明する。まず、測定対象物となる
試料21がZ軸アクチュエータ22及びZ軸粗動アクチ
ュエータ・X,Y軸アクチュエータ23を介して台24
上に保持されている。このような試料21の表面に先端
を近接対向させた探針25が設けられている。この探針
25は固定台26に一端が固定された片持ち梁27の先
端下部に接着固定されたものである。つまり、探針25
は片持ち梁27を板バネとするような形でその先端側に
変位自在に支持されている。
【0053】一方、片持ち梁27の探針25背面位置に
は鏡28が固定されており、この鏡28を利用して片持
ち梁27先端部分の変位を検出する光テコ法変位検出器
29が設けられている。この光テコ法変位検出器29
は、この鏡28とともに、前記鏡28部分にレーザ光を
照射するレーザダイオード30と、鏡28部分の変位に
応じて角度変位した位置に反射光を受ける位置検出フォ
トダイオード(PSD)31とにより構成されている。
このPSD31の出力はプリアンプ32により変位を表
す電気信号V0 として出力される。
は鏡28が固定されており、この鏡28を利用して片持
ち梁27先端部分の変位を検出する光テコ法変位検出器
29が設けられている。この光テコ法変位検出器29
は、この鏡28とともに、前記鏡28部分にレーザ光を
照射するレーザダイオード30と、鏡28部分の変位に
応じて角度変位した位置に反射光を受ける位置検出フォ
トダイオード(PSD)31とにより構成されている。
このPSD31の出力はプリアンプ32により変位を表
す電気信号V0 として出力される。
【0054】この電気信号V0 は後述するように交流信
号となるので、AM復調器(=ロックインアンプ)33
により復調されて、電気信号V0 の振幅の実効値に比例
した直流電圧V1 とされる。この直流電圧V1 は比較器
34で基準電圧V2 と比較され、その差が積分器35に
より積分されて電圧V5 とされる。この積分電圧V5は
電位計36により測定される一方、パワーアンプ37で
増幅されて電圧V6 として前記Z軸アクチュエータ22
に駆動制御信号として与えられる。なお、AM復調器3
3で復調された直流電圧V1 は、他方では、A/D変換
器38によりデジタル情報に変換された後、コンピユー
タ39に与えられ、Z軸粗動アクチュエータ・X,Y軸
アクチュエータ23の駆動制御用に供される。
号となるので、AM復調器(=ロックインアンプ)33
により復調されて、電気信号V0 の振幅の実効値に比例
した直流電圧V1 とされる。この直流電圧V1 は比較器
34で基準電圧V2 と比較され、その差が積分器35に
より積分されて電圧V5 とされる。この積分電圧V5は
電位計36により測定される一方、パワーアンプ37で
増幅されて電圧V6 として前記Z軸アクチュエータ22
に駆動制御信号として与えられる。なお、AM復調器3
3で復調された直流電圧V1 は、他方では、A/D変換
器38によりデジタル情報に変換された後、コンピユー
タ39に与えられ、Z軸粗動アクチュエータ・X,Y軸
アクチュエータ23の駆動制御用に供される。
【0055】しかして、試料21とZ軸アクチュエータ
22との間には対象物加振手段となる加振アクチュエー
タ40が介在され、加振用電源41によって試料21自
身を探針25の方向、即ち、Z軸方向に振動させ得るよ
うに構成されている。ここに、この振動周波数は、片持
ち梁27の共振周波数(又は、ほぼ共振周波数に等しい
周波数)に設定されている。
22との間には対象物加振手段となる加振アクチュエー
タ40が介在され、加振用電源41によって試料21自
身を探針25の方向、即ち、Z軸方向に振動させ得るよ
うに構成されている。ここに、この振動周波数は、片持
ち梁27の共振周波数(又は、ほぼ共振周波数に等しい
周波数)に設定されている。
【0056】このような構成において、その動作につい
て図2を参照して説明する。今、探針25と試料21表
面との間に原子間力Fが働く場合を考える。図2は原子
間力Fが探針25と試料21表面との間の距離dに応じ
て変化する様子を示すものである。試料21が探針25
から原子間力Fの及ばない距離にある場合、探針25は
片持ち梁27を介して固定台26に固定支持されている
ので動かない。従って、片持ち梁27の振幅(変位)を
表す電圧V1 はV1 =0となる。一方、試料21は加振
アクチュエータ40により振幅Δd、周波数f0 で振動
している。このような状態で、Z軸粗動アクチュエータ
・X,Y軸アクチュエータ23のZ軸粗動アクチュエー
タにより試料21表面を探針25側に近付けて、距離d
を小さくしていき、d=d1 になった場合を考える。図
2によれば、距離d1 においては探針25・試料21表
面間に原子間力F1 が働く。同時に、試料21表面は探
針25に対して距離d1 を中心として振幅Δdで振動し
ている。よって、原子間力FはF1 を中心に振幅ΔF1
で変化するものとなる。即ち、試料21表面から原子間
力を介して振幅ΔF1 、周波数f0 の力で、探針25を
加振していると等価的となる。この加振周波数f0 は片
持ち梁27の共振周波数であるので、片持ち梁27は共
振振動を始め、光テコ法変位検出器29によりこの振動
が検出され、直流電圧V1 としてV1 =V11が現れる。
即ち、探針25先端と試料21表面との距離dが近づく
ことにより、振幅を示す直流電圧V1 が0からV11に増
加することになる。
て図2を参照して説明する。今、探針25と試料21表
面との間に原子間力Fが働く場合を考える。図2は原子
間力Fが探針25と試料21表面との間の距離dに応じ
て変化する様子を示すものである。試料21が探針25
から原子間力Fの及ばない距離にある場合、探針25は
片持ち梁27を介して固定台26に固定支持されている
ので動かない。従って、片持ち梁27の振幅(変位)を
表す電圧V1 はV1 =0となる。一方、試料21は加振
アクチュエータ40により振幅Δd、周波数f0 で振動
している。このような状態で、Z軸粗動アクチュエータ
・X,Y軸アクチュエータ23のZ軸粗動アクチュエー
タにより試料21表面を探針25側に近付けて、距離d
を小さくしていき、d=d1 になった場合を考える。図
2によれば、距離d1 においては探針25・試料21表
面間に原子間力F1 が働く。同時に、試料21表面は探
針25に対して距離d1 を中心として振幅Δdで振動し
ている。よって、原子間力FはF1 を中心に振幅ΔF1
で変化するものとなる。即ち、試料21表面から原子間
力を介して振幅ΔF1 、周波数f0 の力で、探針25を
加振していると等価的となる。この加振周波数f0 は片
持ち梁27の共振周波数であるので、片持ち梁27は共
振振動を始め、光テコ法変位検出器29によりこの振動
が検出され、直流電圧V1 としてV1 =V11が現れる。
即ち、探針25先端と試料21表面との距離dが近づく
ことにより、振幅を示す直流電圧V1 が0からV11に増
加することになる。
【0057】両者間の距離dをさらに小さくし、d=d
2 にすると、図2より、距離d2 における原子間力Fの
傾斜が大きくなるので、力の振幅ΔF2 は振幅ΔF1 よ
り大きくなる。即ち、片持ち梁27を加振する力の振幅
が大きくなるので(片持ち梁27の加振パワーが大きく
なるので)、その振幅も大きくなり、振幅を示す直流電
圧V1 もV1 =V12(>V11)と大きくなる。
2 にすると、図2より、距離d2 における原子間力Fの
傾斜が大きくなるので、力の振幅ΔF2 は振幅ΔF1 よ
り大きくなる。即ち、片持ち梁27を加振する力の振幅
が大きくなるので(片持ち梁27の加振パワーが大きく
なるので)、その振幅も大きくなり、振幅を示す直流電
圧V1 もV1 =V12(>V11)と大きくなる。
【0058】よって、このようなことから、振幅を示す
直流電圧V1 が増加することにより、試料21表面と探
針25先端とが近づいたことを知ることができる。ここ
に、直流電圧V1 は比較器34で基準電圧V2 と比較さ
れ、その差が積分器35により積分されて電圧V5 とさ
れる。ここに、基準電圧V2 は、所望の距離dに対応す
る電圧V1 と等しい値に予め設定されたものである。よ
って、積分電圧V5 は電圧V1 ,V2 が等しくなるまで
変化するものとなり、この電圧V5 がパワーアンプ37
で増幅されて電圧V6 としてZ軸アクチュエータ22に
駆動制御信号として与えられることで、距離dを変化さ
せ、所望の距離dとなるまでZ軸アクチュエータ22に
より試料21を変位させる。これにより、表面に凹凸の
ある試料21を探針25によってX,Y軸方向にスキャ
ンしても、試料21表面と探針25先端との距離を常に
所望の距離dに保つことができる。そして、Z軸アクチ
ュエータ22の変位とその駆動電圧V6 との関係を予め
測定しておけば、X,Y座標に対する駆動電圧V6 の変
化から、試料21の表面形状を知ることができる。
直流電圧V1 が増加することにより、試料21表面と探
針25先端とが近づいたことを知ることができる。ここ
に、直流電圧V1 は比較器34で基準電圧V2 と比較さ
れ、その差が積分器35により積分されて電圧V5 とさ
れる。ここに、基準電圧V2 は、所望の距離dに対応す
る電圧V1 と等しい値に予め設定されたものである。よ
って、積分電圧V5 は電圧V1 ,V2 が等しくなるまで
変化するものとなり、この電圧V5 がパワーアンプ37
で増幅されて電圧V6 としてZ軸アクチュエータ22に
駆動制御信号として与えられることで、距離dを変化さ
せ、所望の距離dとなるまでZ軸アクチュエータ22に
より試料21を変位させる。これにより、表面に凹凸の
ある試料21を探針25によってX,Y軸方向にスキャ
ンしても、試料21表面と探針25先端との距離を常に
所望の距離dに保つことができる。そして、Z軸アクチ
ュエータ22の変位とその駆動電圧V6 との関係を予め
測定しておけば、X,Y座標に対する駆動電圧V6 の変
化から、試料21の表面形状を知ることができる。
【0059】このように、本実施例によれば、従来のa
c検出法を基本としているので、その利点、即ち、熱雑
音、光学系の熱膨張によるオフセットドリフトの影響を
受けない点を維持できる。その上、探針25が試料21
表面に近づくことにより、片持ち梁27の振幅が0から
増加していく特徴を持つので、従来のオフセット除去回
路13のような原子間力が作用しない場合の振幅分を除
去する手段が不要となり、オフセット除去回路13に伴
う弊害を除去し得る。また、試料21を加振する加振ア
クチュエータ40は例えば圧電素子により構成される
が、試料21下面側に存在して片持ち梁27からは離れ
ているので、両者間の絶縁ないしはノイズの問題を生ず
ることもない。同時に、試料21として感光性材質によ
るものも、何んの支障もなく適用し得るものとなる。
c検出法を基本としているので、その利点、即ち、熱雑
音、光学系の熱膨張によるオフセットドリフトの影響を
受けない点を維持できる。その上、探針25が試料21
表面に近づくことにより、片持ち梁27の振幅が0から
増加していく特徴を持つので、従来のオフセット除去回
路13のような原子間力が作用しない場合の振幅分を除
去する手段が不要となり、オフセット除去回路13に伴
う弊害を除去し得る。また、試料21を加振する加振ア
クチュエータ40は例えば圧電素子により構成される
が、試料21下面側に存在して片持ち梁27からは離れ
ているので、両者間の絶縁ないしはノイズの問題を生ず
ることもない。同時に、試料21として感光性材質によ
るものも、何んの支障もなく適用し得るものとなる。
【0060】なお、本実施例では、振幅に相当する電圧
V1 をZ軸アクチュエータ22にフィードバックさせる
方式としたが、このようなフィードバックをかけず、単
に振幅に相当する電圧V1 の変動から試料21の表面形
状を解析するようにしてもよい。
V1 をZ軸アクチュエータ22にフィードバックさせる
方式としたが、このようなフィードバックをかけず、単
に振幅に相当する電圧V1 の変動から試料21の表面形
状を解析するようにしてもよい。
【0061】また、試料21を振動させる周波数は、好
ましくは、片持ち梁27の共振周波数又はほぼ共振周波
数であるほうがよいが、充分な感度が得られれば、共振
周波数以外の周波数で振動させてもよい。
ましくは、片持ち梁27の共振周波数又はほぼ共振周波
数であるほうがよいが、充分な感度が得られれば、共振
周波数以外の周波数で振動させてもよい。
【0062】つづいて、請求項6及び7記載の発明の一
実施例を図3ないし図5により説明する。前記実施例で
示した部分と同一部分は同一符号を用いて示す(以下の
実施例でも同様とする)。本実施例では、探針25及び
片持ち梁27を導電性のものとし、かつ、探針25が片
持ち梁27の根元を介して接地されているものとして、
前記実施例による走査型力顕微鏡を電位計として用いる
ようにしたものである。電圧計36が電位測定手段とな
る。
実施例を図3ないし図5により説明する。前記実施例で
示した部分と同一部分は同一符号を用いて示す(以下の
実施例でも同様とする)。本実施例では、探針25及び
片持ち梁27を導電性のものとし、かつ、探針25が片
持ち梁27の根元を介して接地されているものとして、
前記実施例による走査型力顕微鏡を電位計として用いる
ようにしたものである。電圧計36が電位測定手段とな
る。
【0063】ここに、説明を単純化するために、図4に
模式的に示すように、探針25の先端を面積Sを持つ平
板と考え、試料21表面に対して平行に対向しているも
のとする。また、探針25先端と試料21表面との間の
距離をd、両者間の電位差をVとする。すると、両者間
に働く静電力Fは、 F=−a・V2/d2 ………………………………(1) で表される。ただし、aは比例定数である。
模式的に示すように、探針25の先端を面積Sを持つ平
板と考え、試料21表面に対して平行に対向しているも
のとする。また、探針25先端と試料21表面との間の
距離をd、両者間の電位差をVとする。すると、両者間
に働く静電力Fは、 F=−a・V2/d2 ………………………………(1) で表される。ただし、aは比例定数である。
【0064】従って、図5に示すように、距離dが小さ
く、また、電位差Vが大きいほど、静電力Fの絶対値は
大きくなる。今、試料21表面の電位がVbであったと
すると、探針25と試料21表面との間の電位差VもV
=Vbとなる。
く、また、電位差Vが大きいほど、静電力Fの絶対値は
大きくなる。今、試料21表面の電位がVbであったと
すると、探針25と試料21表面との間の電位差VもV
=Vbとなる。
【0065】この場合、前記実施例の場合と同様に、静
電力Fが働かないほどに距離dが大きい場合には、片持
ち梁27は振動せず、振幅に相当する電圧V1 は0であ
る。ここで、図5において距離dがd1 まで小さくなっ
たとする。この時、試料21は加振されて振幅Δdで振
動しているので、片持ち梁27はΔFb の振幅を持った
静電力により加振されたと等価的に振動するようにな
り、電圧V1 としてV1bなる値が出る。即ち、bを定数
とすると、ΔFは(1)式より ΔF=(∂F/∂d)Δd=b(V2/d3)Δd ……………(2) となる。
電力Fが働かないほどに距離dが大きい場合には、片持
ち梁27は振動せず、振幅に相当する電圧V1 は0であ
る。ここで、図5において距離dがd1 まで小さくなっ
たとする。この時、試料21は加振されて振幅Δdで振
動しているので、片持ち梁27はΔFb の振幅を持った
静電力により加振されたと等価的に振動するようにな
り、電圧V1 としてV1bなる値が出る。即ち、bを定数
とすると、ΔFは(1)式より ΔF=(∂F/∂d)Δd=b(V2/d3)Δd ……………(2) となる。
【0066】また、ΔFとV1 とはほぼ比例すると考え
られるので、cを定数とすると、 V1 =c(V2/d3)Δd …………………………(3) となり、よって、 V1b=c(Vb 2/d3)Δd …………………………(4) となる。
られるので、cを定数とすると、 V1 =c(V2/d3)Δd …………………………(3) となり、よって、 V1b=c(Vb 2/d3)Δd …………………………(4) となる。
【0067】今、試料21の電位VがVb からVa に変
化したとする。ただし、0<Vb <Va とする。この時
の電圧V1 であるV1aは、 V1a=c(Va 2/d3)Δd …………………………(5) となる。ここに、0<Vb <Va であるので、 V1a>V1b …………………………(6) となる。
化したとする。ただし、0<Vb <Va とする。この時
の電圧V1 であるV1aは、 V1a=c(Va 2/d3)Δd …………………………(5) となる。ここに、0<Vb <Va であるので、 V1a>V1b …………………………(6) となる。
【0068】同様に、試料21の電位VがVb からVc
に変化したとする。ただし、Vb >Vc とする。この時
の電圧V1 であるV1cは、 V1c=c(Vc 2/d3)Δd …………………………(7) となる。ここに、Vb >Vc であるので、 V1c<V1b …………………………(8) となる。
に変化したとする。ただし、Vb >Vc とする。この時
の電圧V1 であるV1cは、 V1c=c(Vc 2/d3)Δd …………………………(7) となる。ここに、Vb >Vc であるので、 V1c<V1b …………………………(8) となる。
【0069】よって、電圧V1 の変化から、試料21の
表面電位の変化を知ることができる。図3はこの電圧V
1 に基づきZ軸アクチュエータ22にフィードバックを
かけた例を示し、距離dをこのZ軸アクチュエータ22
により変化させて電圧V1 を一定に保つように制御させ
るフィードバックのシーケンスは、図1の場合と同様で
ある。
表面電位の変化を知ることができる。図3はこの電圧V
1 に基づきZ軸アクチュエータ22にフィードバックを
かけた例を示し、距離dをこのZ軸アクチュエータ22
により変化させて電圧V1 を一定に保つように制御させ
るフィードバックのシーケンスは、図1の場合と同様で
ある。
【0070】即ち、フィードバック系は、Z軸アクチュ
エータ22により距離dを変化させて、(3)式に示さ
れる電圧V1 を一定に維持するように働くので、電圧V
1 は定数と見做すことができる。また、Δdも定数であ
る。従って、(3)式を変形すれば、 V=e・√d3 ……………………………………………………(9) ただし、e=√(V1 /c・Δd)となる。
エータ22により距離dを変化させて、(3)式に示さ
れる電圧V1 を一定に維持するように働くので、電圧V
1 は定数と見做すことができる。また、Δdも定数であ
る。従って、(3)式を変形すれば、 V=e・√d3 ……………………………………………………(9) ただし、e=√(V1 /c・Δd)となる。
【0071】よって、予めZ軸アクチュエータ22の変
位とその駆動電圧V6 との関係を測定しておけば、電圧
V6 からdを知ることができ、さらに、(9)式よりV
を知ることができるので、試料21の表面電位を測定し
得るものとなる。
位とその駆動電圧V6 との関係を測定しておけば、電圧
V6 からdを知ることができ、さらに、(9)式よりV
を知ることができるので、試料21の表面電位を測定し
得るものとなる。
【0072】なお、本実施例において、距離dを一定に
保ようにすれば、フィードバック系を設けなくても、電
圧V1 の変化から試料21の表面電位を測定し得るもの
となる。
保ようにすれば、フィードバック系を設けなくても、電
圧V1 の変化から試料21の表面電位を測定し得るもの
となる。
【0073】次いで、請求項8記載の発明の一実施例を
図6により説明する。本実施例では、比較器34、積分
器35及びパワーアンプ37によるフィードバック系を
電位制御手段45とし、パワーアンプ37より出力され
る電圧V6 を、Z軸アクチュエータ22ではなく、片持
ち梁27を介して探針25に与えてその電位を制御する
ようにしたものである。
図6により説明する。本実施例では、比較器34、積分
器35及びパワーアンプ37によるフィードバック系を
電位制御手段45とし、パワーアンプ37より出力され
る電圧V6 を、Z軸アクチュエータ22ではなく、片持
ち梁27を介して探針25に与えてその電位を制御する
ようにしたものである。
【0074】今、前記実施例と同様に、最初、電圧V6
が0で、試料21の表面電位Vs =Vb とすると、V=
Vb であり、距離dがd1 に近づくと、ΔFb の振幅で
振動する力で探針25が加振され、片持ち梁27が振動
を始める。この時の電圧V1をV1bとする。ここで、表
面電位Vs がVb からVa に変化すると、ΔFa の増加
により、電圧V1 の値が大きくなる。そこで、電位制御
手段45は電圧V1 を一定に保つように電圧V6 を上昇
させていき、V6 =Va −Vb となる。この時、探針2
5と試料21表面との間の電位差はVb となる。よっ
て、最終的には、電圧V1 はV1bに戻る。この時の電圧
V6 は、最初の値0から表面電位Vs の変動分Va −V
b 分だけ変化している。従って、電圧V6 と比例する電
圧V5 の値を電位計36により測定することにより、試
料21の表面電位の変動を測定できるものとなる。
が0で、試料21の表面電位Vs =Vb とすると、V=
Vb であり、距離dがd1 に近づくと、ΔFb の振幅で
振動する力で探針25が加振され、片持ち梁27が振動
を始める。この時の電圧V1をV1bとする。ここで、表
面電位Vs がVb からVa に変化すると、ΔFa の増加
により、電圧V1 の値が大きくなる。そこで、電位制御
手段45は電圧V1 を一定に保つように電圧V6 を上昇
させていき、V6 =Va −Vb となる。この時、探針2
5と試料21表面との間の電位差はVb となる。よっ
て、最終的には、電圧V1 はV1bに戻る。この時の電圧
V6 は、最初の値0から表面電位Vs の変動分Va −V
b 分だけ変化している。従って、電圧V6 と比例する電
圧V5 の値を電位計36により測定することにより、試
料21の表面電位の変動を測定できるものとなる。
【0075】また、基準電圧V2 を0Vとし、電圧V1
が0Vになるように電圧V6 にフィードバックをかけれ
ば、電圧V6 と表面電位Vs とは常に等しくなる。従っ
て、この場合にも、電圧V5 の値から表面電位を測定し
得るものとなる。
が0Vになるように電圧V6 にフィードバックをかけれ
ば、電圧V6 と表面電位Vs とは常に等しくなる。従っ
て、この場合にも、電圧V5 の値から表面電位を測定し
得るものとなる。
【0076】さらに、請求項9記載の発明の一実施例を
図7ないし図9により説明する。本実施例も、電位計に
適用したもので、試料21としては基板21aに感光体
21bを積層させたものが用いられている。ここに、感
光体21bの表面には電荷Qが存在し、接地GNDとの
間に電位差(表面電位)VS を生じている。このような
感光体21b表面に近接対向させて導電性の探針25が
設けられている。この探針25は、固定台26に対して
一端が固定支持された導電性の片持ち梁27の先端下部
に取付けられている。一方、試料21は台24上に加振
アクチュエータ40、例えば、ピエゾ圧電素子を介して
保持されており、加振アクチュエータ40には加振用電
源41によって交流電圧V8 が印加されている。これに
より、加振アクチュエータ40は交流電圧V8 の周波数
で振動するように構成されている。この周波数は、片持
ち梁27の機械的振動の共振点f0 (又はこれとほぼ同
等なもの)とされている。
図7ないし図9により説明する。本実施例も、電位計に
適用したもので、試料21としては基板21aに感光体
21bを積層させたものが用いられている。ここに、感
光体21bの表面には電荷Qが存在し、接地GNDとの
間に電位差(表面電位)VS を生じている。このような
感光体21b表面に近接対向させて導電性の探針25が
設けられている。この探針25は、固定台26に対して
一端が固定支持された導電性の片持ち梁27の先端下部
に取付けられている。一方、試料21は台24上に加振
アクチュエータ40、例えば、ピエゾ圧電素子を介して
保持されており、加振アクチュエータ40には加振用電
源41によって交流電圧V8 が印加されている。これに
より、加振アクチュエータ40は交流電圧V8 の周波数
で振動するように構成されている。この周波数は、片持
ち梁27の機械的振動の共振点f0 (又はこれとほぼ同
等なもの)とされている。
【0077】一方、片持ち梁27の探針25背面側に対
する光テコ法変位検出器29は前述した実施例と同様に
構成され、静電力検出手段を構成するものとされてい
る。この光テコ法変位検出器29の位置検出フォトダイ
オード31の出力はプリアンプ32により振幅を表す電
気信号V0 として出力される。
する光テコ法変位検出器29は前述した実施例と同様に
構成され、静電力検出手段を構成するものとされてい
る。この光テコ法変位検出器29の位置検出フォトダイ
オード31の出力はプリアンプ32により振幅を表す電
気信号V0 として出力される。
【0078】ここに、探針25先端と感光体21b表面
との間に静電力が作用するほどに両者が近づくと、前述
した実施例の場合と同じように、片持ち梁27が振動す
るようになる。そして、両者間に働く静電力の絶対値が
大きいほど、片持ち梁27の振動振幅は大きくなる。こ
のような振動振幅の増加は、片持ち梁27先端の変位量
の増加として光テコ法変位検出器29により捉えられ
る。つまり、光テコ法変位検出器29による変位検出
は、探針25が受けている静電引力を検出することに相
当する。
との間に静電力が作用するほどに両者が近づくと、前述
した実施例の場合と同じように、片持ち梁27が振動す
るようになる。そして、両者間に働く静電力の絶対値が
大きいほど、片持ち梁27の振動振幅は大きくなる。こ
のような振動振幅の増加は、片持ち梁27先端の変位量
の増加として光テコ法変位検出器29により捉えられ
る。つまり、光テコ法変位検出器29による変位検出
は、探針25が受けている静電引力を検出することに相
当する。
【0079】さらに、前記光テコ法変位検出器29の出
力V0 に基づき前記探針25の電位を可変制御する電位
制御手段46が設けられている。この電位制御手段46
は、直流電圧V9 に電源47による台形状波形の交流電
圧V4 を重畳するゲイン0の加算器48と、この加算器
48の出力電圧V5 を増幅して前記探針25(片持ち梁
27)に出力電圧V6 を印加するゲインGのパワーアン
プ37と、前記プリアンプ32の出力V0 の振幅を直流
電圧V1 に変換するAM復調器33と、この直流電圧V
1 を所定タイミングでサンプリングして保持するサンプ
ルホールド回路49,50と、これらのサンプルホール
ド回路49,50から得られる電圧V21,V22間の差を
とる差動アンプ51と、この差動アンプ51の出力電圧
V3 を積分して前記直流電圧V9 を増減させる反転積分
器構成の積分器35とをループ状に接続して構成されて
いる。
力V0 に基づき前記探針25の電位を可変制御する電位
制御手段46が設けられている。この電位制御手段46
は、直流電圧V9 に電源47による台形状波形の交流電
圧V4 を重畳するゲイン0の加算器48と、この加算器
48の出力電圧V5 を増幅して前記探針25(片持ち梁
27)に出力電圧V6 を印加するゲインGのパワーアン
プ37と、前記プリアンプ32の出力V0 の振幅を直流
電圧V1 に変換するAM復調器33と、この直流電圧V
1 を所定タイミングでサンプリングして保持するサンプ
ルホールド回路49,50と、これらのサンプルホール
ド回路49,50から得られる電圧V21,V22間の差を
とる差動アンプ51と、この差動アンプ51の出力電圧
V3 を積分して前記直流電圧V9 を増減させる反転積分
器構成の積分器35とをループ状に接続して構成されて
いる。
【0080】ここに、前記電源47から前記サンプルホ
ールド回路50に対するシンクロ信号V72が交流電圧V
4 に同期して取出され、サンプルホールド回路49に対
してはインバータ52により反転されたシンクロ信号V
71が与えられている。
ールド回路50に対するシンクロ信号V72が交流電圧V
4 に同期して取出され、サンプルホールド回路49に対
してはインバータ52により反転されたシンクロ信号V
71が与えられている。
【0081】さらに、前記直流電圧V9 の値を測定して
電位測定手段となる電圧計53が設けられている。
電位測定手段となる電圧計53が設けられている。
【0082】このような構成において、図8及び図9に
示すタイミング波形図を参照して表面電位VS の測定動
作を説明する。まず、加振アクチュエータ40には図8
(a)に示すように交流電圧V8 が印加され、また、同
図(b)に示す台形状波形の交流電圧V4 は、この交流
電圧V8 の周期よりも低い周波数(好ましくは、1/1
0以下)に設定されて加算器48の一方の入力端子に入
力され、さらに、表面電位をVS とした時に、同図
(c)に示すようにVS /Gなる電圧V9 がこの加算器
48の他方の入力端子に入力されているとする。する
と、加算器48の出力電圧V5 は同図(d)に示すよう
になり、さらに、ゲインGのパワーアンプ37で増幅し
た出力信号V6 は同図(e)に示すようになる。即ち、
直流電圧VS を中心にVS −(V4a・G)/2からVS
+(V4a・G)/2の間で振れる電圧、つまり、直流電
圧VS に交流電圧V4 をG倍した交流電圧を重畳した波
形の電圧となる。よって、探針25の先端電位もこの出
力電圧V6 に相当する電位となる。なお、図8では、便
宜上、VS とV4a・Gとを同レベルとして図示するが、
実際はV4a・Gの値はVSの1/50以下となるように
設定される。
示すタイミング波形図を参照して表面電位VS の測定動
作を説明する。まず、加振アクチュエータ40には図8
(a)に示すように交流電圧V8 が印加され、また、同
図(b)に示す台形状波形の交流電圧V4 は、この交流
電圧V8 の周期よりも低い周波数(好ましくは、1/1
0以下)に設定されて加算器48の一方の入力端子に入
力され、さらに、表面電位をVS とした時に、同図
(c)に示すようにVS /Gなる電圧V9 がこの加算器
48の他方の入力端子に入力されているとする。する
と、加算器48の出力電圧V5 は同図(d)に示すよう
になり、さらに、ゲインGのパワーアンプ37で増幅し
た出力信号V6 は同図(e)に示すようになる。即ち、
直流電圧VS を中心にVS −(V4a・G)/2からVS
+(V4a・G)/2の間で振れる電圧、つまり、直流電
圧VS に交流電圧V4 をG倍した交流電圧を重畳した波
形の電圧となる。よって、探針25の先端電位もこの出
力電圧V6 に相当する電位となる。なお、図8では、便
宜上、VS とV4a・Gとを同レベルとして図示するが、
実際はV4a・Gの値はVSの1/50以下となるように
設定される。
【0083】ここに、今、感光体21bの表面電位はV
S であるので、電圧V6 がVS よりV4a・G/2だけ大
きくなっている時刻t1 と、VS よりV4a・G/2だけ
小さくなっている時刻t2 とにおいて、探針25の先端
は表面電位VS との間で各々F1 ,F2 なる静電引力F
S を受ける。この時の距離dに対する傾きFS′ =∂F
S /∂dは同図(f)に示すようにF1′ ,F2′ とな
る。これにより、前述したように片持ち梁27が静電引
力FS を介して加振されるパワーが大きくなり、この片
持ち梁27、従って、探針25の振動振幅が大きくな
る。よって、光テコ法変位検出器29を通して得られる
振幅信号V0 は同図(g)に示すように大きくなる。な
お、時刻t3 においては、V6 =VS であり、同電位で
あるので、探針25は静電引力FS を受けず、振幅信号
V0 の振幅は0となる。
S であるので、電圧V6 がVS よりV4a・G/2だけ大
きくなっている時刻t1 と、VS よりV4a・G/2だけ
小さくなっている時刻t2 とにおいて、探針25の先端
は表面電位VS との間で各々F1 ,F2 なる静電引力F
S を受ける。この時の距離dに対する傾きFS′ =∂F
S /∂dは同図(f)に示すようにF1′ ,F2′ とな
る。これにより、前述したように片持ち梁27が静電引
力FS を介して加振されるパワーが大きくなり、この片
持ち梁27、従って、探針25の振動振幅が大きくな
る。よって、光テコ法変位検出器29を通して得られる
振幅信号V0 は同図(g)に示すように大きくなる。な
お、時刻t3 においては、V6 =VS であり、同電位で
あるので、探針25は静電引力FS を受けず、振幅信号
V0 の振幅は0となる。
【0084】このような振幅信号V0 はAM復調器33
により復調され、同図(h)に示すような直流電圧V1
に変換される。ここに、時刻t1 における電圧V11と時
刻t2 における電圧V12とは等しくなる。これは、時刻
t1 ,t2 における電圧V6の各々の値と、電圧VS と
の差の絶対値が等しく、時刻t1 ,t2 において作用す
る静電引力F1 ,F2 の値が等しいためである。
により復調され、同図(h)に示すような直流電圧V1
に変換される。ここに、時刻t1 における電圧V11と時
刻t2 における電圧V12とは等しくなる。これは、時刻
t1 ,t2 における電圧V6の各々の値と、電圧VS と
の差の絶対値が等しく、時刻t1 ,t2 において作用す
る静電引力F1 ,F2 の値が等しいためである。
【0085】ここに、電源47からはその交流電圧V4
に同期した同図(j)に示すようなシンクロ信号V72が
取出され、サンプルホールド回路50のサンプリング時
刻が決められている。同様に、同図(i)に示すよう
に、このシンクロ信号V72を反転させたシンクロ信号V
71が生成され、サンプルホールド回路49のサンプリン
グ時刻が決められている。本例では、これらのサンプル
ホールド回路49,50がシンクロ信号V71,V72の立
上りでサンプリングするように構成されているので、サ
ンプルホールド回路49は時刻t1 における直流電圧V
1 の値をV21=V11として、サンプルホールド回路50
は時刻t2 における直流電圧V1 の値をV22=V12とし
て各々サンプルホールドする(同図(k)(l)参
照)。
に同期した同図(j)に示すようなシンクロ信号V72が
取出され、サンプルホールド回路50のサンプリング時
刻が決められている。同様に、同図(i)に示すよう
に、このシンクロ信号V72を反転させたシンクロ信号V
71が生成され、サンプルホールド回路49のサンプリン
グ時刻が決められている。本例では、これらのサンプル
ホールド回路49,50がシンクロ信号V71,V72の立
上りでサンプリングするように構成されているので、サ
ンプルホールド回路49は時刻t1 における直流電圧V
1 の値をV21=V11として、サンプルホールド回路50
は時刻t2 における直流電圧V1 の値をV22=V12とし
て各々サンプルホールドする(同図(k)(l)参
照)。
【0086】これらの電圧V21,V22は差動アンプ51
に入力されて差がとられ、V3 として出力される。今、
前述したようにV11=V22によりV21=V22であるの
で、同図(m)に示すように、V3 =V22−V21=0と
なる。この差動アンプ51の出力V3 は積分器35に入
力されるが、V3 =0であるので、積分器35出力であ
る直流電圧V9 の値は当初のVS /Gのまま変化しな
い、従って、探針25に印加する電圧V6 の値も変化し
ない。
に入力されて差がとられ、V3 として出力される。今、
前述したようにV11=V22によりV21=V22であるの
で、同図(m)に示すように、V3 =V22−V21=0と
なる。この差動アンプ51の出力V3 は積分器35に入
力されるが、V3 =0であるので、積分器35出力であ
る直流電圧V9 の値は当初のVS /Gのまま変化しな
い、従って、探針25に印加する電圧V6 の値も変化し
ない。
【0087】このように感光体21bの表面電位VS が
変化しない限り、探針25の先端電位も図8(e)に示
す電圧V6 のような波形を維持し続ける。よって、表面
電位VS は直流電圧V9 を電圧計53で読取り、パワー
アンプ37のゲインGを掛けることにより求められる。
変化しない限り、探針25の先端電位も図8(e)に示
す電圧V6 のような波形を維持し続ける。よって、表面
電位VS は直流電圧V9 を電圧計53で読取り、パワー
アンプ37のゲインGを掛けることにより求められる。
【0088】ところで、感光体21bの表面電位が変化
した場合に、電圧計53の指示値がどのように変化する
かを図9を参照して説明する。今、表面電位がVS から
VS−ΔVS に変化したとする。また、探針25の先端
電位V6 は図8(e)に示した値と同じであるとする。
すると、図9(a)に示すように感光体21bの表面と
探針25先端との電位差は、時刻t1 においてはV4a・
G/2+ΔVS 、時刻t2 においてはV4a・G/2−Δ
VS となる。つまり、時刻t1 における電位差が、時刻
t2 における電位差よりも大きくなる。従って、探針2
5先端の受ける静電引力FS の距離dに対する傾き∂F
S /∂dも同図(b)に示すように時刻t2 の時よりも
時刻t1 の時のほうが大きくなる。この結果、前述した
ように、時刻t1 におけるサンプルホールド電圧V11は
時刻t2 におけるサンプルホールド電圧V12の値より大
きくなる(同図(d)〜(f)参照)。よって、サンプ
ルホールド回路49,50の各々の出力電圧V21,V22
の間には、V21<V22なる関係が成立する。従って、差
動アンプ51の出力V3 は同図(g)に示すように正の
電圧となる。ここに、積分器35は反転積分器なので、
電圧V3 を積分し、直流電圧V9 の電位は当初の値VS
/Gから減少されていく。
した場合に、電圧計53の指示値がどのように変化する
かを図9を参照して説明する。今、表面電位がVS から
VS−ΔVS に変化したとする。また、探針25の先端
電位V6 は図8(e)に示した値と同じであるとする。
すると、図9(a)に示すように感光体21bの表面と
探針25先端との電位差は、時刻t1 においてはV4a・
G/2+ΔVS 、時刻t2 においてはV4a・G/2−Δ
VS となる。つまり、時刻t1 における電位差が、時刻
t2 における電位差よりも大きくなる。従って、探針2
5先端の受ける静電引力FS の距離dに対する傾き∂F
S /∂dも同図(b)に示すように時刻t2 の時よりも
時刻t1 の時のほうが大きくなる。この結果、前述した
ように、時刻t1 におけるサンプルホールド電圧V11は
時刻t2 におけるサンプルホールド電圧V12の値より大
きくなる(同図(d)〜(f)参照)。よって、サンプ
ルホールド回路49,50の各々の出力電圧V21,V22
の間には、V21<V22なる関係が成立する。従って、差
動アンプ51の出力V3 は同図(g)に示すように正の
電圧となる。ここに、積分器35は反転積分器なので、
電圧V3 を積分し、直流電圧V9 の電位は当初の値VS
/Gから減少されていく。
【0089】直流電圧V9 が減少すると、同図(h)に
示すように、探針25(片持ち梁27)に対する電圧V
6 の交流振幅のバイアス電圧Vb(振幅の中心電圧)も
小さくなり、このバイアス電圧VbがVS −ΔVS とな
った時にVbの変動は止まる。そして、図8の場合と同
様に、電圧V6 はVb=VS −ΔVS なる直流電圧を中
心とし振幅V4a・G/2の電圧となる。この時の感光体
21bの表面電位はVS −ΔVS であるので、図9
(i)に示すように、時刻t1 ,t2 において受ける静
電引力F1 ,F2 はF1 =F2 となる。この結果、電圧
V3 はV3 =0となり、直流電圧V9 は(VS −Δ
VS )/Gなる電圧を維持する。この時の感光体21b
の表面電位は、電圧計53の指示値(VS −ΔVS )/
Gに既知の値Gを掛けた値により求められる。
示すように、探針25(片持ち梁27)に対する電圧V
6 の交流振幅のバイアス電圧Vb(振幅の中心電圧)も
小さくなり、このバイアス電圧VbがVS −ΔVS とな
った時にVbの変動は止まる。そして、図8の場合と同
様に、電圧V6 はVb=VS −ΔVS なる直流電圧を中
心とし振幅V4a・G/2の電圧となる。この時の感光体
21bの表面電位はVS −ΔVS であるので、図9
(i)に示すように、時刻t1 ,t2 において受ける静
電引力F1 ,F2 はF1 =F2 となる。この結果、電圧
V3 はV3 =0となり、直流電圧V9 は(VS −Δ
VS )/Gなる電圧を維持する。この時の感光体21b
の表面電位は、電圧計53の指示値(VS −ΔVS )/
Gに既知の値Gを掛けた値により求められる。
【0090】感光体21bの表面電位がVS +ΔVS に
変化した場合は、上記の処理の電圧の増減関係が逆にな
るだけで、同様に電圧V9 を可変させる制御を行なうこ
とにより、最終的にはVb=VS +ΔVS となる。
変化した場合は、上記の処理の電圧の増減関係が逆にな
るだけで、同様に電圧V9 を可変させる制御を行なうこ
とにより、最終的にはVb=VS +ΔVS となる。
【0091】また、試料21を振動させる周波数は、好
ましくは、片持ち梁27の共振周波数又はほぼ共振周波
数であるほうがよいが、充分な感度が得られれば、共振
周波数以外の周波数で振動させてもよい。
ましくは、片持ち梁27の共振周波数又はほぼ共振周波
数であるほうがよいが、充分な感度が得られれば、共振
周波数以外の周波数で振動させてもよい。
【0092】さらに、請求項11及び12記載の発明の
一実施例を図10ないし図13により説明する。本実施
例は、前記実施例をベースとして、加算器等を始めとす
るもう一つのフィードバック系を付加して、電位及び形
状測定器として構成したものである。まず、試料21側
については、加振アクチュエータ40の上に試料21を
Z軸方向に移動させるためのZ軸アクチュエータ55が
介在されている。もう一つのフィードバック系は、この
Z軸アクチュエータ55用であり、前記サンプルホール
ド回路49,50からの出力V21,V22を加算する加算
器56が設けられ、この加算器56からの出力V10を予
め設定された基準電圧(基準値)V13と比較する差動増
幅器57が設けられている。この差動増幅器57の出力
V14を積分する積分器58が設けられ、この積分器58
の出力V15を増幅するパワーアンプ59が設けられてい
る。このパワーアンプ59の出力V16が前記Z軸アクチ
ュエータ55に対する駆動用の制御信号としてフィード
バックされ、距離制御手段60が構成されている。
一実施例を図10ないし図13により説明する。本実施
例は、前記実施例をベースとして、加算器等を始めとす
るもう一つのフィードバック系を付加して、電位及び形
状測定器として構成したものである。まず、試料21側
については、加振アクチュエータ40の上に試料21を
Z軸方向に移動させるためのZ軸アクチュエータ55が
介在されている。もう一つのフィードバック系は、この
Z軸アクチュエータ55用であり、前記サンプルホール
ド回路49,50からの出力V21,V22を加算する加算
器56が設けられ、この加算器56からの出力V10を予
め設定された基準電圧(基準値)V13と比較する差動増
幅器57が設けられている。この差動増幅器57の出力
V14を積分する積分器58が設けられ、この積分器58
の出力V15を増幅するパワーアンプ59が設けられてい
る。このパワーアンプ59の出力V16が前記Z軸アクチ
ュエータ55に対する駆動用の制御信号としてフィード
バックされ、距離制御手段60が構成されている。
【0093】さらに、前記積分器58から出力される出
力V15の値を測定して変位量測定手段となる電圧計61
が設けられている。
力V15の値を測定して変位量測定手段となる電圧計61
が設けられている。
【0094】このような構成において、本実施例の表面
電位VS 及び表面形状の測定動作を図11ないし図13
のタイミング波形図に示す。まず、探針25に対する電
圧フィードバック制御は、基本的には、前記実施例の場
合と同様である。そして、X,Yステージ(図示せず)
により試料21と探針25との間の相対的位置関係を変
化させ(即ち、X,Y座標上をスキャンさせ)、試料2
1表面の凹凸により両者間の距離dが小さくなったとす
る。一方、探針25には直流電圧V9 に交流電圧V4 が
重畳された電圧V6 が印加されている。よって、探針電
圧へのフィードバックにより感光体21bの表面電位V
s と直流電圧V9 とが等しくなっても、一定の交流電圧
V4 の振幅分の電位差が、探針25と感光体21b表面
との間に存在することになる。
電位VS 及び表面形状の測定動作を図11ないし図13
のタイミング波形図に示す。まず、探針25に対する電
圧フィードバック制御は、基本的には、前記実施例の場
合と同様である。そして、X,Yステージ(図示せず)
により試料21と探針25との間の相対的位置関係を変
化させ(即ち、X,Y座標上をスキャンさせ)、試料2
1表面の凹凸により両者間の距離dが小さくなったとす
る。一方、探針25には直流電圧V9 に交流電圧V4 が
重畳された電圧V6 が印加されている。よって、探針電
圧へのフィードバックにより感光体21bの表面電位V
s と直流電圧V9 とが等しくなっても、一定の交流電圧
V4 の振幅分の電位差が、探針25と感光体21b表面
との間に存在することになる。
【0095】ここに、請求項6及び7記載の発明の実施
例で説明したように、距離dが小さくなると、探針25
と感光体21b表面との電位差が一定であっても、傾き
∂Fs /∂dは大きくなる。従って、探針25の電位が
感光体21bの表面電位Vsと等しい電圧を中心に、
正、負側に各々振れた時の片持ち梁27の振幅は、距離
dが大きい時に比べ大きくなる(図11(g)と図12
(g)との対比により明かである)。これにより、電圧
V10は基準電圧V13よりも大きくなり、電圧V14が負と
なるため、Z軸アクチュエータ55は縮んでいき(距離
dが大きくなっていき)、最終的に一定の値となる。
例で説明したように、距離dが小さくなると、探針25
と感光体21b表面との電位差が一定であっても、傾き
∂Fs /∂dは大きくなる。従って、探針25の電位が
感光体21bの表面電位Vsと等しい電圧を中心に、
正、負側に各々振れた時の片持ち梁27の振幅は、距離
dが大きい時に比べ大きくなる(図11(g)と図12
(g)との対比により明かである)。これにより、電圧
V10は基準電圧V13よりも大きくなり、電圧V14が負と
なるため、Z軸アクチュエータ55は縮んでいき(距離
dが大きくなっていき)、最終的に一定の値となる。
【0096】このようにX,Yステージにより走査を行
いつつ、Z軸アクチュエータ55を制御する電圧V15の
値を電圧計61により測定することにより、感光体21
の表面電位測定とは独立しつつ同時に、その表面形状を
測定し得るものとなる。
いつつ、Z軸アクチュエータ55を制御する電圧V15の
値を電圧計61により測定することにより、感光体21
の表面電位測定とは独立しつつ同時に、その表面形状を
測定し得るものとなる。
【0097】ここに、表面電位Vs のみが変化した場合
は、図13に示すように、感光体21b表面と探針25
先端との電位差が大きくなった時刻t1 の振幅が、時刻
t2の振幅よりも大きくなるため、探針電位にフィード
バックがかかる。一方、加算器56の出力V10は、V21
が増加し、V22が減少して変化しないため、表面形状測
定結果に影響を及ぼすことはない。従って、表面電位の
みの変動を捉え、かつ、表面形状測定結果には、表面電
位の変動が現れない。よって、表面電位も独立しつつ同
時に測定し得ることになる。
は、図13に示すように、感光体21b表面と探針25
先端との電位差が大きくなった時刻t1 の振幅が、時刻
t2の振幅よりも大きくなるため、探針電位にフィード
バックがかかる。一方、加算器56の出力V10は、V21
が増加し、V22が減少して変化しないため、表面形状測
定結果に影響を及ぼすことはない。従って、表面電位の
みの変動を捉え、かつ、表面形状測定結果には、表面電
位の変動が現れない。よって、表面電位も独立しつつ同
時に測定し得ることになる。
【0098】また、請求項5記載の発明の一実施例を図
14により説明する。本実施例は、請求項1記載の発明
の走査型力顕微鏡を実現するに当り、アクチュエータ数
の問題を解消し得るようにするため、Z軸アクチュエー
タ22を試料21を加振させるための対象物加振手段と
して兼用させ、図1に示した加振アクチュエータ40を
省略したものである。このため、パワーアンプ37の入
力側には、加算器62が設けられ、試料21と探針25
との間の距離を制御する信号電圧V4 と、加振用電源4
1による駆動電圧V8 とを加算した信号がZ軸アクチュ
エータ22に供給されるように構成されている。これに
より、このZ軸アクチュエータ22は、試料21と探針
25との間の距離dの制御機能と、試料21を片持ち梁
27の共振周波数程度の周波数で振動させる加振機能と
を持つものとなる。これにより、必要とするアクチュエ
ータ数を減らし、試料21側のZ軸アクチュエータ構造
を単純化し、コスト、信頼性を向上させることができ
る。
14により説明する。本実施例は、請求項1記載の発明
の走査型力顕微鏡を実現するに当り、アクチュエータ数
の問題を解消し得るようにするため、Z軸アクチュエー
タ22を試料21を加振させるための対象物加振手段と
して兼用させ、図1に示した加振アクチュエータ40を
省略したものである。このため、パワーアンプ37の入
力側には、加算器62が設けられ、試料21と探針25
との間の距離を制御する信号電圧V4 と、加振用電源4
1による駆動電圧V8 とを加算した信号がZ軸アクチュ
エータ22に供給されるように構成されている。これに
より、このZ軸アクチュエータ22は、試料21と探針
25との間の距離dの制御機能と、試料21を片持ち梁
27の共振周波数程度の周波数で振動させる加振機能と
を持つものとなる。これにより、必要とするアクチュエ
ータ数を減らし、試料21側のZ軸アクチュエータ構造
を単純化し、コスト、信頼性を向上させることができ
る。
【0099】なお、本実施例は、請求項6及び7記載の
発明対応の図3の構成のものにも、請求項9記載の発明
対応の図7の構成のものにも、同様に適用し得る(請求
項10,13記載の発明に相当)。
発明対応の図3の構成のものにも、請求項9記載の発明
対応の図7の構成のものにも、同様に適用し得る(請求
項10,13記載の発明に相当)。
【0100】また、試料21を振動させる周波数は、好
ましくは、片持ち梁27の共振周波数又はほぼ共振周波
数であるほうがよいが、充分な感度が得られれば、共振
周波数以外の周波数で振動させてもよい。
ましくは、片持ち梁27の共振周波数又はほぼ共振周波
数であるほうがよいが、充分な感度が得られれば、共振
周波数以外の周波数で振動させてもよい。
【0101】さらに、請求項14記載の発明の一実施例
を図15により説明する。本実施例は、探針25先端と
感光体21b表面との間の距離dの変化が、低周波で大
きな成分と、高周波で変動幅の小さな成分とを含んでい
る場合に適切に対処し得るようにしたものである。即
ち、本実施例では、Z軸アチュエータ22を微動アクチ
ュエータとして、電圧V15をHPF(ハイ・パス・フィ
ルタ)65を通して高周波成分の制御信号を抽出してこ
のZ軸アクチュエータ(微動アクチュエータ)22に与
える一方、別のZ軸アクチュエータ66を粗動アクチュ
エータとして設け、電圧V15をLPF(ロー・パス・フ
ィルタ)67、増幅器68を通して低周波成分の制御信
号を抽出してこのZ軸アクチュエータ(粗動アクチュエ
ータ)66に与えるようにしたものである。ここに、Z
軸アクチュエータ22側が例えば圧電素子構成であるの
に対して、Z軸アクチュエータ66側はボイスコイル構
成のものとされている。
を図15により説明する。本実施例は、探針25先端と
感光体21b表面との間の距離dの変化が、低周波で大
きな成分と、高周波で変動幅の小さな成分とを含んでい
る場合に適切に対処し得るようにしたものである。即
ち、本実施例では、Z軸アチュエータ22を微動アクチ
ュエータとして、電圧V15をHPF(ハイ・パス・フィ
ルタ)65を通して高周波成分の制御信号を抽出してこ
のZ軸アクチュエータ(微動アクチュエータ)22に与
える一方、別のZ軸アクチュエータ66を粗動アクチュ
エータとして設け、電圧V15をLPF(ロー・パス・フ
ィルタ)67、増幅器68を通して低周波成分の制御信
号を抽出してこのZ軸アクチュエータ(粗動アクチュエ
ータ)66に与えるようにしたものである。ここに、Z
軸アクチュエータ22側が例えば圧電素子構成であるの
に対して、Z軸アクチュエータ66側はボイスコイル構
成のものとされている。
【0102】即ち、距離dの制御信号である電圧V15を
HPF65とLPF67とにより周波数帯域に応じて分
離し、HPF65側から出力される電圧V16なる制御信
号により、高周波特性はよいが変位量が数10μm程度
の微動アクチュエータ22を駆動させるものとするが、
LPF67側から出力される電圧V17なる制御信号によ
り、変位量はmm程度までで大きいが低周波にしか応答
しない高周波特性の悪い粗動アクチュエータ66を駆動
させるようにしたものである。
HPF65とLPF67とにより周波数帯域に応じて分
離し、HPF65側から出力される電圧V16なる制御信
号により、高周波特性はよいが変位量が数10μm程度
の微動アクチュエータ22を駆動させるものとするが、
LPF67側から出力される電圧V17なる制御信号によ
り、変位量はmm程度までで大きいが低周波にしか応答
しない高周波特性の悪い粗動アクチュエータ66を駆動
させるようにしたものである。
【0103】これにより、低周波で変動幅の大きな成分
と、高周波で変動幅の小さな成分を含んでいる距離変動
に対して適切に対処して距離dの制御を行うことがで
き、適正かつ精度よく、感光体21bの表面電位及び表
面形状を測定し得るものとなる。
と、高周波で変動幅の小さな成分を含んでいる距離変動
に対して適切に対処して距離dの制御を行うことがで
き、適正かつ精度よく、感光体21bの表面電位及び表
面形状を測定し得るものとなる。
【0104】なお、これらの実施例にあっても、試料2
1側でなく、探針25側をアクチュータ駆動させるよう
にしてもよい。
1側でなく、探針25側をアクチュータ駆動させるよう
にしてもよい。
【0105】さらに、請求項15,16,18及び19
記載の発明の一実施例を図16により説明する。本実施
例は、BPF(バンドパスフィルタ)69により分離さ
れた最高周波帯域の信号VH を、電圧源47に代えて、
加振アクチュエータ40用の加振用電源41に帰還入力
させ、信号VH により加振用電源41の電圧振幅(振動
振幅)を制御するようにしたものである。具体的には、
信号VH が減少すれば交流電圧V8 の振幅は小さくな
る。信号VH の出力ラインにはその電圧振幅を測定する
振動振幅測定手段となる電圧計70が接続されている。
記載の発明の一実施例を図16により説明する。本実施
例は、BPF(バンドパスフィルタ)69により分離さ
れた最高周波帯域の信号VH を、電圧源47に代えて、
加振アクチュエータ40用の加振用電源41に帰還入力
させ、信号VH により加振用電源41の電圧振幅(振動
振幅)を制御するようにしたものである。具体的には、
信号VH が減少すれば交流電圧V8 の振幅は小さくな
る。信号VH の出力ラインにはその電圧振幅を測定する
振動振幅測定手段となる電圧計70が接続されている。
【0106】ただし、本実施例では、探針25・感光体
21b表面間の距離dの制御に関しては、試料21側で
はなく、片持ち梁27側に設けたアクチュエータ71に
より制御するように構成されている。まず、探針25は
固定台26に対して粗動アクチュエータとしてのボイス
コイル71と、微動アクチュエータとしてのPZT72
とにより支持された片持ち梁27の先端に保持されてい
る。試料21側はX,Y軸アクチュエータ73、加振ア
クチュエータ40上に保持されている。さらに、積分器
58の出力V15について周波数帯域により分離する分離
手段となる前記BPF69は、出力V15を高帯域成分信
号VH 、中帯域成分信号VM 、低帯域成分信号VL との
3信号に分離するものである。分離されたこれらの信号
につき、高帯域成分信号VH は駆動電圧V8 を発生させ
るための加振用電源41に振幅制御信号としてフィード
バックされ、中帯域成分信号VM はパワーアンプ73を
介して微動アクチュエータ、即ちPZT72に制御信号
としてフィードバックされ、低帯域成分信号VL はパワ
ーアンプ74を介して粗動アクチュエータ、即ちボイス
コイル71にフィードバックされている。よって、高帯
域成分信号VH のフィードバック系が交流電圧V4 の振
幅を制御する振幅制御手段75を構成しており、この出
力線に対してはその交流電位を測定する交流電位測定手
段となる電圧計70が接続されている。また、中帯域成
分信号VM 、低帯域成分信号VL のフィードバック系が
距離制御手段76を構成しており、各々の出力線に対し
ても変位測定手段となる電圧計77,78が接続されて
いる。
21b表面間の距離dの制御に関しては、試料21側で
はなく、片持ち梁27側に設けたアクチュエータ71に
より制御するように構成されている。まず、探針25は
固定台26に対して粗動アクチュエータとしてのボイス
コイル71と、微動アクチュエータとしてのPZT72
とにより支持された片持ち梁27の先端に保持されてい
る。試料21側はX,Y軸アクチュエータ73、加振ア
クチュエータ40上に保持されている。さらに、積分器
58の出力V15について周波数帯域により分離する分離
手段となる前記BPF69は、出力V15を高帯域成分信
号VH 、中帯域成分信号VM 、低帯域成分信号VL との
3信号に分離するものである。分離されたこれらの信号
につき、高帯域成分信号VH は駆動電圧V8 を発生させ
るための加振用電源41に振幅制御信号としてフィード
バックされ、中帯域成分信号VM はパワーアンプ73を
介して微動アクチュエータ、即ちPZT72に制御信号
としてフィードバックされ、低帯域成分信号VL はパワ
ーアンプ74を介して粗動アクチュエータ、即ちボイス
コイル71にフィードバックされている。よって、高帯
域成分信号VH のフィードバック系が交流電圧V4 の振
幅を制御する振幅制御手段75を構成しており、この出
力線に対してはその交流電位を測定する交流電位測定手
段となる電圧計70が接続されている。また、中帯域成
分信号VM 、低帯域成分信号VL のフィードバック系が
距離制御手段76を構成しており、各々の出力線に対し
ても変位測定手段となる電圧計77,78が接続されて
いる。
【0107】ここに、(3)式に示したように、cを定
数、Vを探針25先端と感光体21b表面との間の電位
差、dを両者間の距離とすると、AM復調器33の出力
電圧V1 は、V1 =c(V2/d3)Δdで表される。
今、距離dが小さくなったとすると電圧V1 は大きくな
るので、特に、この電圧V1 の変動の内、高周波成分に
ついては高帯域成分信号VH を通して加振用電源41の
振幅にフィードバックをかける。つまり、振幅を小さく
することにより、加振アクチュエータ40の振動振幅Δ
dを小さくし、電圧V1 を一定に保つ。このように高帯
域成分信号VH を測定することにより、この帰還量を電
圧計42により検出することで、感光体21bの表面形
状を測定することができる。
数、Vを探針25先端と感光体21b表面との間の電位
差、dを両者間の距離とすると、AM復調器33の出力
電圧V1 は、V1 =c(V2/d3)Δdで表される。
今、距離dが小さくなったとすると電圧V1 は大きくな
るので、特に、この電圧V1 の変動の内、高周波成分に
ついては高帯域成分信号VH を通して加振用電源41の
振幅にフィードバックをかける。つまり、振幅を小さく
することにより、加振アクチュエータ40の振動振幅Δ
dを小さくし、電圧V1 を一定に保つ。このように高帯
域成分信号VH を測定することにより、この帰還量を電
圧計42により検出することで、感光体21bの表面形
状を測定することができる。
【0108】また、従来であれば、小さい振幅の距離変
動に対して圧電素子を用いている。この点、本実施例に
よれば、高周波で変位量の少ない距離変動については圧
電素子を用いずに帰還をかけることができるので、圧電
素子のヒステリシス、高周波特性の悪さによる測定誤差
を小さくすることができる。
動に対して圧電素子を用いている。この点、本実施例に
よれば、高周波で変位量の少ない距離変動については圧
電素子を用いずに帰還をかけることができるので、圧電
素子のヒステリシス、高周波特性の悪さによる測定誤差
を小さくすることができる。
【0109】特に、請求項18及び19記載の発明にい
うように粗動、微動用のボイスコイル71、PZT72
により、低周波で大きい振幅の感光体21b表面と探針
25との間の距離変動を除去しており、高周波で小さい
振幅の距離変動を試料21を加振させるための加振電圧
の振幅変動により測定する場合は、この加振電圧の振幅
変動と距離との間に比例関係が成立し、容易に表面形状
を測定し得る。ここに、電圧V8 の振幅VZ は信号VH
により制御されているので、VH とVZ との間に比例関
係があれば、電圧計70の測定結果により表面の突起の
高さΔxの値を直線性をもって測定できる。
うように粗動、微動用のボイスコイル71、PZT72
により、低周波で大きい振幅の感光体21b表面と探針
25との間の距離変動を除去しており、高周波で小さい
振幅の距離変動を試料21を加振させるための加振電圧
の振幅変動により測定する場合は、この加振電圧の振幅
変動と距離との間に比例関係が成立し、容易に表面形状
を測定し得る。ここに、電圧V8 の振幅VZ は信号VH
により制御されているので、VH とVZ との間に比例関
係があれば、電圧計70の測定結果により表面の突起の
高さΔxの値を直線性をもって測定できる。
【0110】なお、請求項3記載の発明の走査型力顕微
鏡に関しても本実施例に準じて構成すればよい。
鏡に関しても本実施例に準じて構成すればよい。
【0111】つづいて、請求項17及び20記載の発明
の一実施例を図17及び図18により説明する。構成的
には前記実施例と同様であるが、前記実施例がBPF6
9により周波数分離された高周波成分の信号VH を加振
アクチュエータ40用の加振用電源41の振動振幅制御
用として用いたのに対して、本実施例ではこの信号VH
により加振用電源41による振動周波数を制御するよう
にしたものである。この信号VH の減少により駆動電圧
V8 の周波数は増加する。また、信号VH の出力ライン
にはその周波数を測定する振動周波数測定手段となる電
圧計79が接続されている。
の一実施例を図17及び図18により説明する。構成的
には前記実施例と同様であるが、前記実施例がBPF6
9により周波数分離された高周波成分の信号VH を加振
アクチュエータ40用の加振用電源41の振動振幅制御
用として用いたのに対して、本実施例ではこの信号VH
により加振用電源41による振動周波数を制御するよう
にしたものである。この信号VH の減少により駆動電圧
V8 の周波数は増加する。また、信号VH の出力ライン
にはその周波数を測定する振動周波数測定手段となる電
圧計79が接続されている。
【0112】このような構成において、本実施例の動作
を判りやすくするため、加振アクチュエータ40を加振
させる振幅V8 の周波数と片持ち梁27の振動振幅との
関係から説明する。今、図18において探針25と試料
21表面との間に働く力が無い状態で片持ち梁27が振
動していない状態から、探針25と試料21表面とが近
づき、両者間に力が働き、片持ち梁27の振動振幅Aと
加振周波数f(図17においては駆動電圧V8 の周波数
となる)との特性がで示すようになっているとする。
ついで、探針25先端が試料21表面にさらに近付き、
前述したように試料21表面から探針25への加振パワ
ーが増加することにより、振幅A−加振周波数f特性が
で示すようになったとする。
を判りやすくするため、加振アクチュエータ40を加振
させる振幅V8 の周波数と片持ち梁27の振動振幅との
関係から説明する。今、図18において探針25と試料
21表面との間に働く力が無い状態で片持ち梁27が振
動していない状態から、探針25と試料21表面とが近
づき、両者間に力が働き、片持ち梁27の振動振幅Aと
加振周波数f(図17においては駆動電圧V8 の周波数
となる)との特性がで示すようになっているとする。
ついで、探針25先端が試料21表面にさらに近付き、
前述したように試料21表面から探針25への加振パワ
ーが増加することにより、振幅A−加振周波数f特性が
で示すようになったとする。
【0113】ここで、周波数f1 で試料21を加振させ
た場合、その振幅はA1 からA2 に増加する。これによ
り、電圧V1 の値が増加するので、加振用電源41の出
力電圧V8 の周波数はf1 からf2 になる。これによ
り、振幅はA1 に戻る。また、の状態から探針25と
試料21表面とが離れた場合は、周波数fと振幅Aとの
関係は、のようになり、振幅はA3 となる。これによ
り、前述したように帰還がかかり、周波数f3 となる。
ここに、周波数fは高帯域成分信号VH により制御して
いるので、電圧計79によりこの信号VH を測定するこ
とにより、探針25と試料21表面との間の距離変動に
より生じた周波数fの変動量Δf2 を知ることができ、
よって、試料21の表面形状を測定することができる。
た場合、その振幅はA1 からA2 に増加する。これによ
り、電圧V1 の値が増加するので、加振用電源41の出
力電圧V8 の周波数はf1 からf2 になる。これによ
り、振幅はA1 に戻る。また、の状態から探針25と
試料21表面とが離れた場合は、周波数fと振幅Aとの
関係は、のようになり、振幅はA3 となる。これによ
り、前述したように帰還がかかり、周波数f3 となる。
ここに、周波数fは高帯域成分信号VH により制御して
いるので、電圧計79によりこの信号VH を測定するこ
とにより、探針25と試料21表面との間の距離変動に
より生じた周波数fの変動量Δf2 を知ることができ、
よって、試料21の表面形状を測定することができる。
【0114】特に、請求項20記載の発明にいうように
粗動、微動用のボイスコイル71、PZT72により、
低周波で大きい振幅の試料21表面と探針25との間の
距離変動を除去しており、高周波で小さい振幅の距離変
動を試料21を加振する加振アクチュエータ40への駆
動電圧V8 の周波数変化により測定する場合は、この加
振電圧の周波数変動と距離との間に比例関係が成立し、
容易に表面形状を測定し得る。
粗動、微動用のボイスコイル71、PZT72により、
低周波で大きい振幅の試料21表面と探針25との間の
距離変動を除去しており、高周波で小さい振幅の距離変
動を試料21を加振する加振アクチュエータ40への駆
動電圧V8 の周波数変化により測定する場合は、この加
振電圧の周波数変動と距離との間に比例関係が成立し、
容易に表面形状を測定し得る。
【0115】この時のΔxは、周波数fの変化Δfから
比例式により容易に知ることができる。即ち、周波数変
化Δfが高周波成分の信号VH に比例するようにしてお
けば、この信号VH の値によりΔxの値を比例式より求
めることができる。
比例式により容易に知ることができる。即ち、周波数変
化Δfが高周波成分の信号VH に比例するようにしてお
けば、この信号VH の値によりΔxの値を比例式より求
めることができる。
【0116】なお、請求項4記載の発明の走査型力顕微
鏡に関しても本実施例に準じて構成すればよい。
鏡に関しても本実施例に準じて構成すればよい。
【0117】
【発明の効果】請求項1記載の発明の走査型力顕微鏡に
よれば、対象物加振手段によって測定対象物を探針の方
向に振動させて、測定対象物と探針との間に作用する力
を検出するようにしたので、ac検出法による熱雑音、
光学系の熱膨張によるオフセットドリフトに強い、とい
う利点を維持しつつ、基準の片持ち梁振幅を表す電圧を
除去するための回路の不安定性に起因するドリフトの問
題を回避でき、さらには、片持ち梁と圧電素子とが隣接
するようなことがないので、両者間の絶縁とかノイズの
問題も生じることがなく、歪抵抗を持つ片持ち梁の使用
が可能である上に感光性材質のものでも測定対象物とし
得るものとなる。
よれば、対象物加振手段によって測定対象物を探針の方
向に振動させて、測定対象物と探針との間に作用する力
を検出するようにしたので、ac検出法による熱雑音、
光学系の熱膨張によるオフセットドリフトに強い、とい
う利点を維持しつつ、基準の片持ち梁振幅を表す電圧を
除去するための回路の不安定性に起因するドリフトの問
題を回避でき、さらには、片持ち梁と圧電素子とが隣接
するようなことがないので、両者間の絶縁とかノイズの
問題も生じることがなく、歪抵抗を持つ片持ち梁の使用
が可能である上に感光性材質のものでも測定対象物とし
得るものとなる。
【0118】特に、請求項2記載の発明の走査型力顕微
鏡によれば、対象物加振手段によって測定対象物を探針
の方向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させるように
したので、一層感度を向上させることができる。
鏡によれば、対象物加振手段によって測定対象物を探針
の方向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させるように
したので、一層感度を向上させることができる。
【0119】請求項3記載の発明の走査型力顕微鏡によ
れば、対象物加振手段によって測定対象物を探針の方向
に振動させて、測定対象物と探針との間に作用する力を
検出する上に、片持ち梁の振幅が一定となるように測定
対象物を振動させる振動振幅を振動制御手段で制御し、
この振動振幅から測定対象物と探針との間に働く力を測
定するようにしたので、請求項1又は2記載の発明の効
果を維持した上に、ヒステリシスのない高周波特性に優
れた走査型力顕微鏡とすることができる。
れば、対象物加振手段によって測定対象物を探針の方向
に振動させて、測定対象物と探針との間に作用する力を
検出する上に、片持ち梁の振幅が一定となるように測定
対象物を振動させる振動振幅を振動制御手段で制御し、
この振動振幅から測定対象物と探針との間に働く力を測
定するようにしたので、請求項1又は2記載の発明の効
果を維持した上に、ヒステリシスのない高周波特性に優
れた走査型力顕微鏡とすることができる。
【0120】請求項4記載の発明の走査型力顕微鏡によ
れば、対象物加振手段によって測定対象物を探針の方向
に片持ち梁の共振周波数程度で振動させて、測定対象物
と探針との間に作用する力を検出する上に、片持ち梁の
振幅が一定となるように測定対象物を振動させる振動周
波数を振動制御手段で制御し、この振動周波数から測定
対象物と探針との間に働く力を測定するようにしたの
で、請求項2記載の発明の効果を維持した上に、ヒステ
リシスのない高周波特性に優れた走査型力顕微鏡とする
ことができる。
れば、対象物加振手段によって測定対象物を探針の方向
に片持ち梁の共振周波数程度で振動させて、測定対象物
と探針との間に作用する力を検出する上に、片持ち梁の
振幅が一定となるように測定対象物を振動させる振動周
波数を振動制御手段で制御し、この振動周波数から測定
対象物と探針との間に働く力を測定するようにしたの
で、請求項2記載の発明の効果を維持した上に、ヒステ
リシスのない高周波特性に優れた走査型力顕微鏡とする
ことができる。
【0121】請求項5記載の発明の走査型力顕微鏡によ
れば、アクチュエータを対象物加振手段として、測定対
象物をアクチュエータにより変位させるとともに、測定
対象物を加振させるようにしたので、Z軸アクチュエー
タの数を減らし、測定対象物側の構造を単純化し、信頼
性を向上させることができる。
れば、アクチュエータを対象物加振手段として、測定対
象物をアクチュエータにより変位させるとともに、測定
対象物を加振させるようにしたので、Z軸アクチュエー
タの数を減らし、測定対象物側の構造を単純化し、信頼
性を向上させることができる。
【0122】請求項6記載の発明の電位計によれば、対
象物加振手段によって測定対象物を探針の方向に振動さ
せて、測定対象物と探針との間に作用する静電力を検出
するようにしたので、ac検出法による熱雑音、光学系
の熱膨張によるオフセットドリフトに強い、という利点
を維持しつつ、基準の片持ち梁振幅を表す電圧を除去す
るための回路の不安定性に起因するドリフトの問題を回
避でき、さらには、片持ち梁と圧電素子とが隣接するよ
うなことがないので、両者間の絶縁とかノイズの問題も
生じることがなく、歪抵抗を持つ片持ち梁の使用が可能
である上に感光性材質のものでも測定対象物とすること
ができる。
象物加振手段によって測定対象物を探針の方向に振動さ
せて、測定対象物と探針との間に作用する静電力を検出
するようにしたので、ac検出法による熱雑音、光学系
の熱膨張によるオフセットドリフトに強い、という利点
を維持しつつ、基準の片持ち梁振幅を表す電圧を除去す
るための回路の不安定性に起因するドリフトの問題を回
避でき、さらには、片持ち梁と圧電素子とが隣接するよ
うなことがないので、両者間の絶縁とかノイズの問題も
生じることがなく、歪抵抗を持つ片持ち梁の使用が可能
である上に感光性材質のものでも測定対象物とすること
ができる。
【0123】特に、請求項7記載の発明の電位計によれ
ば、対象物加振手段によって測定対象物を探針の方向に
片持ち梁の共振周波数程度で振動させるようにしたの
で、一層感度を向上させることができる。
ば、対象物加振手段によって測定対象物を探針の方向に
片持ち梁の共振周波数程度で振動させるようにしたの
で、一層感度を向上させることができる。
【0124】請求項8記載の発明の電位計によれば、対
象物加振手段によって測定対象物を探針の方向に振動さ
せた上で、測定対象物と探針との間に作用する静電力が
零又はほぼ零になるように電位制御手段で探針の電位を
可変制御し、可変制御された探針の電位を電位測定手段
により測定することで測定対象物の電位を測定するよう
にしたので、請求項6又は7記載の発明と同等の効果が
得られる。
象物加振手段によって測定対象物を探針の方向に振動さ
せた上で、測定対象物と探針との間に作用する静電力が
零又はほぼ零になるように電位制御手段で探針の電位を
可変制御し、可変制御された探針の電位を電位測定手段
により測定することで測定対象物の電位を測定するよう
にしたので、請求項6又は7記載の発明と同等の効果が
得られる。
【0125】請求項9記載の発明の電位計によれば、対
象物加振手段によって測定対象物を探針の方向に振動さ
せた上で、探針に対して直流電圧に交流電圧を重畳して
交流電圧が正側に振れた時の静電力と負側に振れた時の
静電力とが等しくなるように電位制御手段により直流電
圧を制御し、この直流電圧の電位を電位測定手段により
測定することで測定対象物の電位を測定するようにした
ので、請求項6又は7記載の発明と同等の効果が得られ
る。
象物加振手段によって測定対象物を探針の方向に振動さ
せた上で、探針に対して直流電圧に交流電圧を重畳して
交流電圧が正側に振れた時の静電力と負側に振れた時の
静電力とが等しくなるように電位制御手段により直流電
圧を制御し、この直流電圧の電位を電位測定手段により
測定することで測定対象物の電位を測定するようにした
ので、請求項6又は7記載の発明と同等の効果が得られ
る。
【0126】請求項10記載の発明の電位計によれば、
アクチュエータを対象物加振手段として、測定対象物を
アクチュエータにより変位させるとともに、測定対象物
を加振させるようにしたので、Z軸アクチュエータの数
を減らし、測定対象物側の構造を単純化し、信頼性を向
上させることができる。
アクチュエータを対象物加振手段として、測定対象物を
アクチュエータにより変位させるとともに、測定対象物
を加振させるようにしたので、Z軸アクチュエータの数
を減らし、測定対象物側の構造を単純化し、信頼性を向
上させることができる。
【0127】請求項11記載の発明の電位及び形状測定
器によれば、対象物加振手段によって測定対象物を探針
の方向に振動させるとともに、探針に対して直流電圧に
交流電圧を重畳して交流電圧が正側に振れた時の静電力
と負側に振れた時の静電力とが等しくなるように電位制
御手段により直流電圧を制御し、この直流電圧の電位を
電位測定手段により測定することで測定対象物の電位を
測定する一方、前記交流電圧が、正側に振れた時の静電
力が一定となり、又は、負側に振れた時の静電力が一定
となり、又は、正側に振れた時の静電力と負側に振れた
時の静電力との和が一定となるように前記測定対象物と
前記探針との間の距離をアクチュエータにより制御し、
このアクチュエータの変位量を変位量測定手段により測
定することで、測定対象物の表面形状を測定するように
したので、ac検出法による熱雑音、光学系の熱膨張に
よるオフセットドリフトに強い、という利点を維持しつ
つ、基準の片持ち梁振幅を表す電圧を除去するための回
路の不安定性に起因するドリフトの問題を回避すること
ができ、さらに、片持ち梁と圧電素子とが隣接するよう
なことがないので、両者間の絶縁とかノイズの問題も生
じることがないので、歪抵抗を持つ片持ち梁の使用が可
能である上に感光性材質のものでも測定対象物とするこ
とができる。
器によれば、対象物加振手段によって測定対象物を探針
の方向に振動させるとともに、探針に対して直流電圧に
交流電圧を重畳して交流電圧が正側に振れた時の静電力
と負側に振れた時の静電力とが等しくなるように電位制
御手段により直流電圧を制御し、この直流電圧の電位を
電位測定手段により測定することで測定対象物の電位を
測定する一方、前記交流電圧が、正側に振れた時の静電
力が一定となり、又は、負側に振れた時の静電力が一定
となり、又は、正側に振れた時の静電力と負側に振れた
時の静電力との和が一定となるように前記測定対象物と
前記探針との間の距離をアクチュエータにより制御し、
このアクチュエータの変位量を変位量測定手段により測
定することで、測定対象物の表面形状を測定するように
したので、ac検出法による熱雑音、光学系の熱膨張に
よるオフセットドリフトに強い、という利点を維持しつ
つ、基準の片持ち梁振幅を表す電圧を除去するための回
路の不安定性に起因するドリフトの問題を回避すること
ができ、さらに、片持ち梁と圧電素子とが隣接するよう
なことがないので、両者間の絶縁とかノイズの問題も生
じることがないので、歪抵抗を持つ片持ち梁の使用が可
能である上に感光性材質のものでも測定対象物とするこ
とができる。
【0128】特に、請求項12記載の発明の電位及び形
状測定器によれば、対象物加振手段によって測定対象物
を探針の方向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させる
ようにしたので、一層感度を向上させることができる。
状測定器によれば、対象物加振手段によって測定対象物
を探針の方向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させる
ようにしたので、一層感度を向上させることができる。
【0129】請求項13記載の発明の電位及び形状測定
器によれば、距離制御手段のアクチュエータを対象物加
振手段として、測定対象物をアクチュエータにより変位
させるとともに、測定対象物を加振させるようにしたの
で、Z軸アクチュエータの数を減らし、測定対象物側の
構造を単純化し、信頼性を向上させることができる。
器によれば、距離制御手段のアクチュエータを対象物加
振手段として、測定対象物をアクチュエータにより変位
させるとともに、測定対象物を加振させるようにしたの
で、Z軸アクチュエータの数を減らし、測定対象物側の
構造を単純化し、信頼性を向上させることができる。
【0130】この際、請求項14記載の発明の電位及び
形状測定器によれば、アクチュエータとして粗動アクチ
ュエータと微動アクチュエータとを設ける一方、アクチ
ュエータに対する制御信号を周波数帯域により分離して
粗動アクチュエータと微動アクチュエータとに別個に入
力させるとともに、何れか一方に対する制御信号に測定
対象物を振動させる加振用の信号を重畳させるようにし
たので、請求項11,13記載の発明の効果を維持した
上で、測定対象物表面のうねりによる100μmオーダ
の低周波の探針・測定対象物表面間の距離変動と、測定
対象物表面の傷などによるμmオーダの高周波の探針・
測定対象物表面間の距離変動との双方の距離変動に対す
る制御を適正に行うことができ、より高精度に表面電位
と表面形状とを測定することができる。
形状測定器によれば、アクチュエータとして粗動アクチ
ュエータと微動アクチュエータとを設ける一方、アクチ
ュエータに対する制御信号を周波数帯域により分離して
粗動アクチュエータと微動アクチュエータとに別個に入
力させるとともに、何れか一方に対する制御信号に測定
対象物を振動させる加振用の信号を重畳させるようにし
たので、請求項11,13記載の発明の効果を維持した
上で、測定対象物表面のうねりによる100μmオーダ
の低周波の探針・測定対象物表面間の距離変動と、測定
対象物表面の傷などによるμmオーダの高周波の探針・
測定対象物表面間の距離変動との双方の距離変動に対す
る制御を適正に行うことができ、より高精度に表面電位
と表面形状とを測定することができる。
【0131】また、請求項15記載の発明の電位及び形
状測定器によれば、対象物加振手段によって測定対象物
を探針の方向に振動させるとともに、探針に対して直流
電圧に交流電圧を重畳して交流電圧が正側に振れた時の
静電力と負側に振れた時の静電力とが等しくなるように
電位制御手段により直流電圧を制御し、この直流電圧の
電位を電位測定手段により測定することで測定対象物の
電位を測定する一方、交流電圧が、正側に振れた時の探
針の振幅が一定となり、又は、負側に振れた時の探針の
振幅が一定となり、又は、正側に振れた時の振幅と負側
に振れた時の振幅との和が一定となるように対象物加振
手段の振動振幅を振動振幅制御手段により制御し、この
振動振幅を振動振幅測定手段により測定することで、振
動振幅から探針と測定対象物表面との間の距離を測定し
て表面形状を知るようにしたので、請求項11記載の発
明と同等の効果を維持しつつ、ヒステリシスのない高周
波特性に優れた電位及び形状測定器とすることができ
る。
状測定器によれば、対象物加振手段によって測定対象物
を探針の方向に振動させるとともに、探針に対して直流
電圧に交流電圧を重畳して交流電圧が正側に振れた時の
静電力と負側に振れた時の静電力とが等しくなるように
電位制御手段により直流電圧を制御し、この直流電圧の
電位を電位測定手段により測定することで測定対象物の
電位を測定する一方、交流電圧が、正側に振れた時の探
針の振幅が一定となり、又は、負側に振れた時の探針の
振幅が一定となり、又は、正側に振れた時の振幅と負側
に振れた時の振幅との和が一定となるように対象物加振
手段の振動振幅を振動振幅制御手段により制御し、この
振動振幅を振動振幅測定手段により測定することで、振
動振幅から探針と測定対象物表面との間の距離を測定し
て表面形状を知るようにしたので、請求項11記載の発
明と同等の効果を維持しつつ、ヒステリシスのない高周
波特性に優れた電位及び形状測定器とすることができ
る。
【0132】特に、請求項16記載の発明の電位及び形
状測定器によれば、対象物加振手段によって測定対象物
を探針の方向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させる
ようにしたので、一層感度を向上させることができる。
状測定器によれば、対象物加振手段によって測定対象物
を探針の方向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させる
ようにしたので、一層感度を向上させることができる。
【0133】請求項17記載の発明の電位及び形状測定
器によれば、請求項16記載の発明中の「振動振幅」に
代えて、「振動周波数」を扱うようにしたものであり、
同等の効果が得られる。
器によれば、請求項16記載の発明中の「振動振幅」に
代えて、「振動周波数」を扱うようにしたものであり、
同等の効果が得られる。
【0134】請求項18記載の発明の電位及び形状測定
器によれば、対象物加振手段によって測定対象物を探針
の方向に振動させるとともに、探針に対して直流電圧に
交流電圧を重畳して交流電圧が正側に振れた時の静電力
と負側に振れた時の静電力とが等しくなるように電位制
御手段により直流電圧を制御し、この直流電圧の電位を
電位測定手段により測定することで測定対象物の電位を
測定する一方、交流電圧が、正側に振れた時の探針の振
幅が一定となり、又は、負側に振れた時の探針の振幅が
一定となり、又は、正側に振れた時の振幅と負側に振れ
た時の振幅との和が一定となるように制御するための帰
還信号を周波数帯域により分離する分離手段を有して、
分離された一部の周波数帯域の帰還信号により対象物加
振手段の振動振幅を制御するものとし、さらに、分離手
段により分離された帰還信号中から前記一部の周波数帯
域の信号を除く帰還信号により測定対象物と前記探針と
の間の距離をアクチュエータにより制御し、このアクチ
ュエータの変位量を変位量測定手段により測定すること
で、測定対象物の表面形状を知るようにしたので、請求
項11記載の発明と同等の効果を維持しつつ、アクチュ
エータのヒステリシス特性による測定誤差がなくて高周
波特性に優れ、かつ、大きなうねりのある測定対象物に
ついても測定精度及び分解能を低下させることのない電
位及び形状測定器とすることができる。
器によれば、対象物加振手段によって測定対象物を探針
の方向に振動させるとともに、探針に対して直流電圧に
交流電圧を重畳して交流電圧が正側に振れた時の静電力
と負側に振れた時の静電力とが等しくなるように電位制
御手段により直流電圧を制御し、この直流電圧の電位を
電位測定手段により測定することで測定対象物の電位を
測定する一方、交流電圧が、正側に振れた時の探針の振
幅が一定となり、又は、負側に振れた時の探針の振幅が
一定となり、又は、正側に振れた時の振幅と負側に振れ
た時の振幅との和が一定となるように制御するための帰
還信号を周波数帯域により分離する分離手段を有して、
分離された一部の周波数帯域の帰還信号により対象物加
振手段の振動振幅を制御するものとし、さらに、分離手
段により分離された帰還信号中から前記一部の周波数帯
域の信号を除く帰還信号により測定対象物と前記探針と
の間の距離をアクチュエータにより制御し、このアクチ
ュエータの変位量を変位量測定手段により測定すること
で、測定対象物の表面形状を知るようにしたので、請求
項11記載の発明と同等の効果を維持しつつ、アクチュ
エータのヒステリシス特性による測定誤差がなくて高周
波特性に優れ、かつ、大きなうねりのある測定対象物に
ついても測定精度及び分解能を低下させることのない電
位及び形状測定器とすることができる。
【0135】特に、請求項19記載の発明の電位及び形
状測定器によれば、対象物加振手段によって測定対象物
を探針の方向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させる
ようにしたので、一層感度を向上させることができる。
状測定器によれば、対象物加振手段によって測定対象物
を探針の方向に片持ち梁の共振周波数程度で振動させる
ようにしたので、一層感度を向上させることができる。
【0136】請求項20記載の発明の電位及び形状測定
器によれば、請求項19記載の発明中の「振動振幅」に
代えて、「振動周波数」を扱うようにしたものであり、
同等の効果が得られる。
器によれば、請求項19記載の発明中の「振動振幅」に
代えて、「振動周波数」を扱うようにしたものであり、
同等の効果が得られる。
【図1】請求項1及び2記載の発明の一実施例を示す回
路構成図である。
路構成図である。
【図2】その動作を説明するための原子間力−距離特性
図である。
図である。
【図3】請求項6及び7記載の発明の一実施例を示す回
路構成図である。
路構成図である。
【図4】探針付近を拡大して示す模式図である。
【図5】その動作を説明するための原子間力−距離特性
図である。
図である。
【図6】請求項8記載の発明の一実施例を示す回路構成
図である。
図である。
【図7】請求項9記載の発明の一実施例を示す回路構成
図である。
図である。
【図8】表面電位の変動及び距離の変動のない場合の測
定動作を示すタイミング波形図である。
定動作を示すタイミング波形図である。
【図9】距離が変動して場合の測定動作を示すタイミン
グ波形図である。
グ波形図である。
【図10】請求項11及び12記載の発明の一実施例を
示す回路構成図である。
示す回路構成図である。
【図11】表面電位の変動及び距離の変動のない場合の
測定動作を示すタイミング波形図である。
測定動作を示すタイミング波形図である。
【図12】距離が変動した場合の測定動作を示すタイミ
ング波形図である。
ング波形図である。
【図13】表面電位の変動した場合の測定動作を示すタ
イミング波形図である。
イミング波形図である。
【図14】請求項5記載の発明の一実施例を示す回路構
成図である。
成図である。
【図15】請求項14記載の発明の一実施例を示す回路
構成図である。
構成図である。
【図16】請求項15,16,18及び19記載の発明
の一実施例を示す回路構成図である。
の一実施例を示す回路構成図である。
【図17】請求項17及び20記載の発明の一実施例を
示す回路構成図である。
示す回路構成図である。
【図18】加振周波数‐振動振幅特性図である。
【図19】第1の従来例を示す回路構成図である。
【図20】第2の従来例を示す回路構成図である。
【図21】第3の従来例を示す回路構成図である。
21 測定対象物 22 アクチュエータ、微動アクチュエータ 25 探針 27 片持ち梁 36 電位測定手段 40 対象物加振手段 45 電位制御手段 46 電位制御手段 53 電位測定手段 66 アクチュエータ、粗動アクチュエータ 69 分離手段 70 振動振幅測定手段 75 振幅制御手段 76 距離制御手段 77 変位測定手段 78 変位測定手段 79 振動周波数測定手段
Claims (20)
- 【請求項1】 測定対象物に対向させた探針を片持ち梁
の先端に保持させ、前記測定対象物と前記探針との間に
作用する力によって、前記片持ち梁を変形させ、この片
持ち梁の変形の検出により前記測定対象物と前記探針と
の間に作用する力を検出し、前記測定対象物の状態を測
定するようにした走査型力顕微鏡において、前記測定対
象物を前記探針の方向に振動させる対象物加振手段を設
けたことを特徴とする走査型力顕微鏡。 - 【請求項2】 測定対象物を片持ち梁の共振周波数又は
この共振周波数とほぼ等しい周波数で振動させる対象物
加振手段としたことを特徴とする請求項1記載の走査型
力顕微鏡。 - 【請求項3】 片持ち梁の振幅が一定となるように対象
物加振手段の振動振幅を制御する振動制御手段と、この
振動振幅を測定する振動振幅測定手段とを設けたことを
特徴とする請求項1又は2記載の走査型力顕微鏡。 - 【請求項4】 片持ち梁の振幅が一定となるように対象
物加振手段の振動周波数を制御する振動制御手段と、こ
の振動周波数を測定する振動周波数測定手段とを設けた
ことを特徴とする請求項2記載の走査型力顕微鏡。 - 【請求項5】 対象物加振手段を、測定対象物変位用の
アクチュエータとしたことを特徴とする請求項1又は2
記載の走査型力顕微鏡。 - 【請求項6】 測定対象物に対向させた導電性の探針を
片持ち梁の先端に保持させ、前記測定対象物と前記探針
との間に作用する静電力によって、前記片持ち梁を変形
させ、この片持ち梁の変形の検出により前記静電力を検
出し、前記測定対象物の電位状態を測定するようにした
電位計において、前記測定対象物を前記探針の方向に振
動させる対象物加振手段を設けたことを特徴とする電位
計。 - 【請求項7】 測定対象物を片持ち梁の共振周波数又は
この共振周波数とほぼ等しい周波数で振動させる対象物
加振手段としたことを特徴とする請求項6記載の電位
計。 - 【請求項8】 静電力が零又はほぼ零になるように探針
の電位を可変制御する電位制御手段と、この電位制御手
段により可変制御された前記探針の電位を測定する電位
測定手段とを設けたことを特徴とする請求項6又は7記
載の電位計。 - 【請求項9】 探針に対して直流電圧に交流電圧を重畳
して交流電圧が正側に振れた時の静電力と負側に振れた
時の静電力とが等しくなるように前記直流電圧を制御す
る電位制御手段と、前記探針の前記直流電圧の電位を測
定する電位測定手段とを設けたことを特徴とする請求項
6又は7記載の電位計。 - 【請求項10】 対象物加振手段を、測定対象物変位用
のアクチュエータとしたことを特徴とする請求項6又は
7記載の電位計。 - 【請求項11】 測定対象物に対向させた導電性の探針
を片持ち梁の先端に保持させ、前記測定対象物と前記探
針との間に作用する静電力によって、前記片持ち梁を変
形させ、この片持ち梁の変形の検出により前記静電力を
検出し、前記測定対象物の電位及び形状を測定するよう
にした電位及び形状測定器において、前記測定対象物を
前記探針の方向に振動させる対象物加振手段と、前記探
針に対して直流電圧に交流電圧を重畳して交流電圧が正
側に振れた時の静電力と負側に振れた時の静電力とが等
しくなるように前記直流電圧を制御する電位制御手段
と、前記探針の前記直流電圧の電位を測定する電位測定
手段と、前記交流電圧が、正側に振れた時の静電力が一
定となり、又は、負側に振れた時の静電力が一定とな
り、又は、正側に振れた時の静電力と負側に振れた時の
静電力との和が一定となるように前記測定対象物と前記
探針との間の距離を制御するアクチュエータを備えた距
離制御手段と、前記アクチュエータの変位量を測定する
変位量測定手段とを設けたことを特徴とする電位及び形
状測定器。 - 【請求項12】 測定対象物を片持ち梁の共振周波数又
はこの共振周波数とほぼ等しい周波数で振動させる対象
物加振手段としたことを特徴とする請求項11記載の電
位及び形状測定器。 - 【請求項13】 距離制御手段のアクチュエータを対象
物加振手段としたことを特徴とする請求項11又は12
記載の電位及び形状測定器。 - 【請求項14】 アクチュエータとして粗動アクチュエ
ータと微動アクチュエータとを設け、前記アクチュエー
タに対する制御信号を周波数帯域により分離して前記粗
動アクチュエータと微動アクチュエータとに別個に入力
させるとともに、何れか一方に対する制御信号に測定対
象物を振動させる加振用の信号を重畳させる距離制御手
段としたことを特徴とする請求項13記載の電位及び形
状測定器。 - 【請求項15】 測定対象物に対向させた導電性の探針
を片持ち梁の先端に保持させ、前記測定対象物と前記探
針との間に作用する静電力によって、前記片持ち梁を変
形させ、この片持ち梁の変形の検出により前記静電力を
検出し、前記測定対象物の電位及び形状を測定するよう
にした電位及び形状測定器において、前記測定対象物を
前記探針の方向に振動させる対象物加振手段と、前記探
針に対して直流電圧に交流電圧を重畳して交流電圧が正
側に振れた時の静電力と負側に振れた時の静電力とが等
しくなるように前記直流電圧を制御する電位制御手段
と、前記探針の前記直流電圧の電位を測定する電位測定
手段と、前記交流電圧が、正側に振れた時の前記探針の
振幅が一定となり、又は、負側に振れた時の前記探針の
振幅が一定となり、又は、正側に振れた時の前記振幅と
負側に振れた時の前記振幅との和が一定となるように前
記対象物加振手段の振動振幅を制御する振動振幅制御手
段と、この振動振幅を測定する振動振幅測定手段とを設
けたことを特徴とする電位及び形状測定器。 - 【請求項16】 測定対象物を片持ち梁の共振周波数又
はこの共振周波数とほぼ等しい周波数で振動させる対象
物加振手段としたことを特徴とする請求項15記載の電
位及び形状測定器。 - 【請求項17】 測定対象物に対向させた導電性の探針
を片持ち梁の先端に保持させ、前記測定対象物と前記探
針との間に作用する静電力によって、前記片持ち梁を変
形させ、この片持ち梁の変形の検出により前記静電力を
検出し、前記測定対象物の電位及び形状を測定するよう
にした電位及び形状測定器において、前記測定対象物を
前記探針の方向に前記片持ち梁の共振周波数又はこの共
振周波数とほぼ等しい周波数で振動させる対象物加振手
段と、前記探針に対して直流電圧に交流電圧を重畳して
交流電圧が正側に振れた時の静電力と負側に振れた時の
静電力とが等しくなるように前記直流電圧を制御する電
位制御手段と、前記探針の前記直流電圧の電位を測定す
る電位測定手段と、前記交流電圧が、正側に振れた時の
前記探針の振幅が一定となり、又は、負側に振れた時の
前記探針の振幅が一定となり、又は、正側に振れた時の
前記振幅と負側に振れた時の前記振幅との和が一定とな
るように前記対象物加振手段の振動周波数を制御する振
動周波数制御手段と、この振動周波数を測定する振動周
波数測定手段とを設けたことを特徴とする電位及び形状
測定器。 - 【請求項18】 測定対象物に対向させた導電性の探針
を片持ち梁の先端に保持させ、前記測定対象物と前記探
針との間に作用する静電力によって、前記片持ち梁を変
形させ、この片持ち梁の変形の検出により前記静電力を
検出し、前記測定対象物の電位及び形状を測定するよう
にした電位及び形状測定器において、前記測定対象物を
前記探針の方向に振動させる対象物加振手段と、前記探
針に対して直流電圧に交流電圧を重畳して交流電圧が正
側に振れた時の静電力と負側に振れた時の静電力とが等
しくなるように前記直流電圧を制御する電位制御手段
と、前記探針の前記直流電圧の電位を測定する電位測定
手段と、前記交流電圧が、正側に振れた時の前記探針の
振幅が一定となり、又は、負側に振れた時の前記探針の
振幅が一定となり、又は、正側に振れた時の前記振幅と
負側に振れた時の前記振幅との和が一定となるように制
御するための帰還信号を周波数帯域により分離する分離
手段を有して分離された一部の周波数帯域の帰還信号に
より前記対象物加振手段の振動振幅を制御する振動振幅
制御手段と、前記分離手段により分離された帰還信号中
から前記一部の周波数帯域の信号を除く帰還信号により
前記測定対象物と前記探針との間の距離を制御するアク
チュエータを備えた距離制御手段と、前記アクチュエー
タの変位量を測定する変位量測定手段とを設けたことを
特徴とする電位及び形状測定器。 - 【請求項19】 測定対象物を片持ち梁の共振周波数又
はこの共振周波数とほぼ等しい周波数で振動させる対象
物加振手段としたことを特徴とする請求項18記載の電
位及び形状測定器。 - 【請求項20】 測定対象物に対向させた導電性の探針
を片持ち梁の先端に保持させ、前記測定対象物と前記探
針との間に作用する静電力によって、前記片持ち梁を変
形させ、この片持ち梁の変形の検出により前記静電力を
検出し、前記測定対象物の電位及び形状を測定するよう
にした電位及び形状測定器において、前記測定対象物を
前記探針の方向に前記片持ち梁の共振周波数又はこの共
振周波数とほぼ等しい周波数で振動させる対象物加振手
段と、前記探針に対して直流電圧に交流電圧を重畳して
交流電圧が正側に振れた時の静電力と負側に振れた時の
静電力とが等しくなるように前記直流電圧を制御する電
位制御手段と、前記探針の前記直流電圧の電位を測定す
る電位測定手段と、前記交流電圧が、正側に振れた時の
前記探針の振幅が一定となり、又は、負側に振れた時の
前記探針の振幅が一定となり、又は、正側に振れた時の
前記振幅と負側に振れた時の前記振幅との和が一定とな
るように制御するための帰還信号を周波数帯域により分
離する分離手段を有して分離された一部の周波数帯域の
帰還信号により前記対象物加振手段の振動周波数を制御
する振動周波数制御手段と、前記分離手段により分離さ
れた帰還信号中から前記一部の周波数帯域の信号を除く
帰還信号により前記測定対象物と前記探針との間の距離
を制御するアクチュエータを備えた距離制御手段と、前
記アクチュエータの変位量を測定する変位量測定手段と
を設けたことを特徴とする電位及び形状測定器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5012949A JP3054509B2 (ja) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | 走査型力顕微鏡、電位計、電位及び形状測定器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5012949A JP3054509B2 (ja) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | 走査型力顕微鏡、電位計、電位及び形状測定器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06221846A true JPH06221846A (ja) | 1994-08-12 |
JP3054509B2 JP3054509B2 (ja) | 2000-06-19 |
Family
ID=11819536
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5012949A Expired - Fee Related JP3054509B2 (ja) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | 走査型力顕微鏡、電位計、電位及び形状測定器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3054509B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006220599A (ja) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Jeol Ltd | 走査形プローブ顕微鏡 |
-
1993
- 1993-01-28 JP JP5012949A patent/JP3054509B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006220599A (ja) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Jeol Ltd | 走査形プローブ顕微鏡 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3054509B2 (ja) | 2000-06-19 |
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