JPH0626854A - 走査力顕微鏡 - Google Patents

走査力顕微鏡

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JPH0626854A
JPH0626854A JP5046345A JP4634593A JPH0626854A JP H0626854 A JPH0626854 A JP H0626854A JP 5046345 A JP5046345 A JP 5046345A JP 4634593 A JP4634593 A JP 4634593A JP H0626854 A JPH0626854 A JP H0626854A
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JP
Japan
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specimen
lever arm
optical lever
scanning
force microscope
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JP5046345A
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English (en)
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Ronald C Gamble
シー ガンブル ロナルド
Paul E West
イー ウェスト ポール
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Topometrix
Original Assignee
Topometrix
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Publication date
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    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
    • G01Q30/08—Means for establishing or regulating a desired environmental condition within a sample chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q20/00—Monitoring the movement or position of the probe
    • G01Q20/02—Monitoring the movement or position of the probe by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
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    • G01Q30/08—Means for establishing or regulating a desired environmental condition within a sample chamber
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    • G—PHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 原則的に制限なしに微小の試料および１グラ
ムより重い静止試料の表面を検査するのに使用すること
ができる改良自由起立型走査力顕微鏡を提供することを
目的とする。 【構成】 この走査力顕微鏡は、流体と接触している試
料を走査する能力を持っていて、広い範囲の大きさおよ
び重量の静止検体を検査するための一体化走査駆動体を
備えた改良自由起立型走査力顕微鏡である。また、走査
力顕微鏡は、検体へのセンサヘッドの接近の自動化を考
慮して試料への光学レバーアームおよびセンサヘッドの
接近を操作するためのモータ付き駆動体脚部を有してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に走査力顕微鏡に関
し、より詳細には、静止検体に使用する一体化走査駆動
体を備えた走査力顕微鏡用のセンサモジュールに関す
る。
【０００２】
【従来技術および発明が解決しようとする課題】原子力
顕微鏡としても知られている走査力顕微鏡は原子ほどの
小さい物体の像を形成するのに有用である。この走査力
顕微鏡は走査トンネル型顕微鏡およびスタイラスプロフ
ィロメトリ技術に密接に関連されているが、代表的な走
査力顕微鏡では、検体の外形をならうプローブの垂直方
向の移動によるレーザビームの反射は、プローブを取付
けた反射型レザーアームにより増幅される。レーザビー
ムの偏向は代表的には偏向レーザビームの光路において
光検出器により監視され、光検出器が試料の垂直位置決
めを制御するフィードバックループにより試料の表面に
対するプローブの垂直位置を実質的に一定に保ちなが
ら、試料をラスター走査することができるように、試料
を三次元においてわずかな距離、移動可能な台に設け
る。
【０００３】このような走査力顕微鏡は、センサヘッド
を静止させ且つ試料を移動させる走査組立体から分離さ
せながら、三次元において移動する試料の像を形成する
のに有用である。しかしながら、この従来の設計は、比
較的小さいか或いは顕微鏡の走査台上で検査すべきより
大きい検体から十分に小さく切断することができる試料
だけに有用である。また、このような試料は、代表的に
は、共振作用によりひずみを引き起こすことなしに比較
的高い走査速度に適応するために約１グラムまたはそれ
以下の重さでなければならない。自由起立型走査力顕微
鏡用の１つの設計は大きい試料を走査するために走査機
構およびセンサ要素を有しているが、この設計は操作し
難く、且つ多くのポリマーおよび生物学的分子を走査す
るための顕微鏡の使用を妨げる試料に対してセンサヘッ
ド力を採用している。従って、原則的に制限なしに微小
の試料および大きいサイズで且つ１グラムより重い静止
試料の表面を検査するために使用することができる改良
自由起立型走査力顕微鏡を提供することが望ましい。
【０００４】また、特別な流体セルまたは特別なアダプ
タを用意することなしに流体と接触している試料を走査
する能力を有する走査力顕微鏡を提供することが望まし
い。この能力は、このような環境が走査条件および機会
を著しく変化させ、機器により展開された試料の像の質
を向上させることができるので、いくつかの用途で特に
有用である。
【０００５】従来の走査力顕微鏡では、センサヘッドの
フィードバック位置制御が実際になされる前に、試料に
急激に接近することによりプローブを損傷してしまう。
代表的には、使用者は、試料の表面へのレバーアーム／
プローブ組立体の接近を容易に見てプローブの正確な位
置決めを確保することはできない。走査力顕微鏡と共に
光学顕微鏡を使用して試料を検視する場合でも、走査力
顕微鏡とともに光学顕微鏡を配置するのは不利であり且
つ不体裁であり、走査力顕微鏡の操作を妨げてしまう。
更に、試料へのセンサヘッドの接近工程を自動化するた
めにフィードバック制御手段により制御することができ
る試料への光学レバーアームおよびセンサヘッドの接近
を操作するためのモータ付き駆動体手段を顕微鏡の基部
に設けることが望ましい。本発明はこれらの要求を満た
す。
【０００６】
【課題を解決する手段】簡単に述べると、一般的に、本
発明は、流体と接触している試料を操作する能力を持っ
ていて、比較的広い範囲の大きさおよび重量の静止検体
を検査するための一体化操作駆動体と、検体へのセンサ
ヘッドの接近の自動化を考慮して試料への光学レバーア
ームおよびセンサヘッドの接近を操作するためのモータ
付き駆動体手段とを備えていることを特徴とする改良自
由起立型走査力顕微鏡を提供する。
【０００７】従って、本発明は静止検体の表面外形を検
査するための走査力顕微鏡を提供する。この顕微鏡は好
ましくは、検体の検査用の基質に位置決めされるように
なっている基部を持つボディと、静止検体に対して三次
元で即ち３つの自由度で顕微鏡のセンサプローブを走査
するために顕微鏡に一体化された走査駆動体を有する走
査手段とを備えている。センサプローブは好ましくは顕
微鏡ボディに磁気的に固着される反射性光学レバーアー
ム手段に取付けられている。センサプローブは好ましく
は実質的に一定量の力で検体の表面外形に接触してたど
るように顕微鏡の一体化駆動体により制御される。
【０００８】また、顕微鏡のボディには、光学レバーア
ーム手段に当てられてそれにより反射される集束レーザ
ビームを生じるためのレーザ光源手段が設けられてお
り、また、顕微鏡のボディには、反射レーザビームを入
力し、光学レバーアーム手段によるレーザビームの反射
度を示す出力信号を生じる光検出器手段が設けられてい
る。また、光学レバーアーム、プローブ手段および隣接
した検体を見るための手段が設けられている。
【０００９】光学レバーアーム手段は好ましくはプロー
ブチップを取付けた自由端部を持つ反射性片持ちばりア
ームを有しており、光学レバーアーム手段は好ましくは
ボディに磁気的に固着されている。光検出器手段は好ま
しくはボディに取付けられた光検出器と、ボディ内に設
けられてレーザビームを光学レバーアーム手段から光検
出器へ反射させるミラー手段とを有している。また、好
ましくは、検体の表面外形に対するプローブ手段の一定
力を維持するための制御手段が設けられている。好適な
別の実施例では、顕微鏡は液体環境で検体を検査するた
めに検体を収容する液体中に設置し得るシールされた窓
を有している。
【００１０】
【実施例】走査力顕微鏡は代表的には、共振作用により
歪みを引き起こすことなしにこのような顕微鏡の走査速
度に適応するために１グラムまたはそれ以下の比較的小
さい試料についての使用に制限されている。自由起立型
走査力顕微鏡はしばしば、多くのポリマーおよび生物学
的分子の検査を禁止している試料ではセンサヘッド力を
操作し採用することが困難である。また、このような顕
微鏡は代表的には液体環境中で試料を走査する能力を有
しておらず、検体を見るための質および機会を制限して
しまう。また、走査力顕微鏡は一般に、プローブの正確
な位置決めを確保すべく試料の表面へのレバーアーム／
プローブ組立体の接近のフィードバック制御を考慮して
おらず、急激な接近によりプローブを損傷してしまう。
【００１１】図面に示すように、本発明は静止ボディ１
２を有する改良自由起立型走査力顕微鏡１０に実施され
る。ボディには、下方基部１４がねじ又はボルトにより
固着されており、顕微鏡のボディを基板１３に支持し、
顕微鏡のボディを基板１３に対して設けられた検体１８
に対して垂直な次元で移動させるための調節可能なモー
タ駆動式脚部１６ａ、１６ｂ、１６ｃが設けられてい
る。これらのモータ駆動式脚部の各々は後で説明するよ
うに制御ユニットに連結された光学符号化スクリュウ駆
動モータ１７を有しており、制御ユニットは、モータが
一致して作動して顕微鏡を一様の昇降させるように光学
符号化スクリュウ駆動モータ１７からの位置信号に応答
して脚部の作動を調整する。検査すべき検体は、実際に
は、基板の一部であってもよく、従って、原則的に、例
えば航空機の羽根またはデスク頂部のような任意の大き
さまたは重量のものである。
【００１２】顕微鏡の基部は、代表的には矩形ブロック
の概形を有しており、好ましくは、センサヘッドが検査
すべき検体まで延びるための、および後述のようにセン
サヘッドの光学レバーアームへのレーザビームの光路用
の中央ボア２０を有している。基部のモータ付き調整可
能な支持脚部１６ａ、１６ｂ、１６ｃは好ましくは数が
３つ、三脚台状に配列されるが、矩形基部の隅に配列さ
れた例えば４つのような他の数の支持脚部も可能であ
る。基部の低部からの支持脚部の延び長さは好ましくは
支持脚部を取付けたスクリュウ駆動モータ２２ａ、２２
ｂ、２２ｃにより調整可能であり、スクリュウ駆動モー
タは代表的には支持脚部が基部のボアを通って延びた状
態で基部の上側に取付けられる。また、基部の矩形ブロ
ックはこれを通って延び、且つ光学レバーアーム、セン
サヘッドおよび検体の表面が集まる領域に焦点が合う対
物レンズ２５または電荷結合装置（図示せず）用のボア
２４を有するのがよい。また、基部にはこれを貫通して
第２ボア２６が設けられるのがよく、このボア２６も、
光学レバーアームおよび検体の領域に差し向けられてお
り、検体へのセンサヘッドの接近を光学的に見るために
照明をランプ２７から例えばこの領域まで差し向けるよ
うになっている。好ましくは、基部の上側には、下方脚
部３０ａ、３０ｂ、３０ｃを有するスキャナ組立体シェ
ル２８がキャク部取付け箇所３２ａ、３２ｂ、３２ｃで
取付けられている。このスキャナシェル組立体の上端部
はレーザ光源／センサヘッド組立体３６を有する概ね円
筒形の内側センサ組立体すなわちカーネル（kernel) ３
５のボディ用の枢軸３４を取付けるための場所を提供す
る。
【００１３】センサヘッド組立体３６は好ましく後で更
に説明するように内側センサ組立体のボディに固着され
た光学レバーアーム４０を有しており、また好ましくは
内側センサ組立体のボディに固着された磁石４４に磁気
的に固着された磁性鋼の半体ワッシャ部材４２を有して
いる。この半体ワッシャ部材の中央部分には、半体ワッ
シャ部材の開放中間部分まで延びる一体の片持ちばり支
持部材４５が取付けられている。この一体の片持ちばり
支持部材４５の自由端部４７には、第１および第２アー
ム４８ａ、４８ｂから三角形の形状で形成された反射性
片持ちばりアーム部４６が一端で固着されており、これ
らのアームはそれらの自由端部５０で互いに接合されて
いる。片持ちばりアーム部のアームは代表的には幅が約
１８ミクロン、長さが約２００ミクロン、厚さが約0.６
ミクロンであり、一体の片持ちばり支持部材は約１２０
ミクロン離れて固着されている。片持ちばりアーム部の
構成材料である窒化珪素材料（バーク・サイエンチフィ
ック・インストルメントから市販されている）が通常、
全く剛性であると考えられるが、これらの寸法では、片
持ちばりアーム部は、後で更に説明するように、検体に
対するプローブチップの力に応答して２０°ほど弓状に
曲がってレーザビームの反射を増幅する。一体の片持ち
ばり支持部材および反射性片持ちばりアーム部は非常に
小さいので、窒化珪素から殆ど有利にエッチングされる
が、エッチング、精密機械加工または集積回路チップを
製造する当業者にとって慣れた他のこのような処理を受
け易く且つ反射面を構成することができるシリコンのよ
うな他の材料も同様に適している。片持ちばりアーム部
の自由端部５０には、プローブ手段６０が取付けられて
おり、このプローブ手段６０は検体の表面外形に接触し
てならうようになっている遠位のニードル状プローブチ
ップを有している。
【００１４】ボディの上部分には、反射性片持ちばりア
ーム部に当てられ、それにより反射される集束レーザビ
ーム７２を生じるためのレーザダイオードのようなレー
ザ光源手段７０が関連光学素子を備えて設けられてい
る。市販されている１つの好適なレーザダイオードは６
７０nmの範囲のビームを生じる３ミリワットのレーザダ
イオードである。レーザビームを片持ちばりアーム部ま
で通すために、取外し可能な基部には、開口部７３が設
けられている。好ましくは、ボディに設けられたねじ出
入り口７６には、レーザ光源の整合および目標を調整す
るための３つまたはそれ以上の調整ねじ７４が設けられ
ている。好ましくは、反射ビーム８６を反射レーザビー
ムを受けるためにボディに取付けられた光検出器８８へ
反射させるために、ボディの内面には、ねじ出入り口８
４を通る調整ねじ８２の遠位端部に平面鏡８０のような
反射手段が設けられている。光検出器は好ましくは片持
ちばりアーム部によりレーザビームの反射度を示す電気
出力信号を反射レーザビームに応答して出力する。光検
出器はボディの光検出器口９４を通る反射レーザビーム
を受けるように設けられており、代表的には、頂対９２
ａが連合信号を生じるように連結され、底対９２ｂが連
合信号を生じるように連結された４つの光検出器列９０
として構成されている。反射レーザビームは代表的に
は、光検出器の頂部分と底部との間の中央点に当てら
れ、これらの部分からの連合信号を処理して、出力信号
を発し、これらの出力信号を制御手段１１０により比較
して示差誤差信号を生じる。
【００１５】センサヘッドをラスター走査する機構は、
好ましくは、ほぼゼロ〜２００ミクロンの範囲である低
解像度または大規模のＸ／Ｙラスター走査移動可能に互
いに対して直角に水平に配向されたスキャナシェル組立
体に配置された一対の積層圧電駆動体１００と、対応す
る対向コイル圧縮ばね１０２とを有している。運動の大
きい水平圧電駆動体１００および対向コイルばねは、こ
れらの両者の一端を収容して固着するプッシュロッド室
９８を有するプッシュロッド９６に内側スキャナ組立体
とスキャナシェルとの間に設けられている。ほぼゼロ〜
２０ミクロンの垂直すなわちＺ次元におけるセンサヘッ
ド組立体の大規模の運動は、例えば当業界で周知である
種類のエポキシのような接着剤により、圧電管駆動体１
０８の一部に設けられ、好ましくはコーニング社からマ
カー（MACOR)の商品名で市販されているもののような絶
縁セラミックで形成されたホルダ１０６に垂直に設けら
れた積層圧電駆動体１０４により制御される。圧電駆動
体１０４の上端部は好ましくはエポキシのような接着剤
で固着されており、圧電駆動体１０４の下端部は好まし
くはマカー（MACOR)のような絶縁セラミックで形成され
たセンサヘッド取付けブロック１０９にエポキシのよう
な接着剤で固着されており、センサヘッド取付けブロッ
ク１０９には、センサヘッド組立体の磁石が固着されて
いる。積層圧電駆動体の運動範囲はもちろん選択した圧
電材料および圧電積層体の長さにより決まる。圧電管駆
動体１０８はセンサヘッド組立体の小規模のＸ、Ｙ、Ｚ
運動を行うように内側センサ組立体のボディの下端部に
取付けられている。圧電管駆動体で達成可能な小規模の
運動は、センサヘッド組立体の片持ちばりアームの大き
さにより、垂直方向すなわちＺ方向ではほぼゼロ〜５ミ
クロンの範囲であり、水平方向すなわちＸおよびＹ方向
ではほぼゼロ〜１０ミクロンの範囲であり、代表的に
は、原子解像度が垂直方向ではほぼ0.０２ほどであり水
平方向ではほぼ0.０３ほどである。
【００１６】また、走査手段は好ましくは、検体の表面
に対するプローブ手段の実質的に一定の力を維持するた
めに、プローブチップが検体の外形を横切るときに圧電
管を垂直方向に駆動するためのフィードバック制御手段
１１０を有している。この制御手段は、好ましくは、光
学レバーアーム手段からのレーザビームの反射を示す出
力信号を受け、検体表面に対するプローブチップの一定
量の力からの分散を示す誤差信号を発生させるために線
１１３により光検出器手段に電気的に接続されたマイク
ロプロセッサ手段１１２を備えている。この制御手段
は、検体に対してセンサヘッド組立体を昇降させてプロ
ーブチップの力を増減させて検体表面に対するプローブ
チップの実質的に一定量の力を維持し、ＸおよびＹ方向
において水平平面でセンサヘッド組立体をラスター走査
するために、制御線１１４ａ〜１１４ｃにより圧電駆動
体に電気的に接続されている。モータ駆動式脚部の光学
的符号化スクリュウ駆動モータ１７も制御線１１６によ
り制御手段１１０に接続されており、それにより、制御
手段は駆動モータから光学的符号化位置信号を受け、顕
微鏡を昇降させる際に駆動モータの作動を一様に調整す
ることができる。
【００１７】別の好適な一実施例では、管状圧電セラミ
ック駆動体１２０には、中間の検視管１２４を有する端
部片すなわちキャップ１２２が嵌合されており、検視管
１２４はその上端部１２６でキャップに固着され、そこ
から下方に延びている。検視管は、圧電管を液体中に設
置し得るために、薄い板ガラスのような窓１３０により
その下端部１２８でシールされている。圧電管には、セ
ンサヘッド組立体の大きな垂直方向移動用の積層圧電駆
動体１３１が固着されており、この圧電駆動体の下端部
には、好ましくはマカー（MACOR)のような絶縁セラミッ
クで形成されたセンサヘッド取付けブロック１３５がエ
ポキシのような接着剤により固着されている。この取付
けブロックは磁石ホルダ１３２を有しており、光学レバ
ーアーム１３４は好ましくは先の実施例におけるよう
に、この磁石ホルダ１３２に磁気的に固着される。かく
して、磁石には、磁性鋼製の半体ワッシャ部材１３６が
磁気的に固着され、片持ちばりアーム１４０を支持する
ために一体の片持ちばり支持部材１３８が半体ワッシャ
部材の途中から延びている。プローブチップ１４２は、
好ましくは水、プロパノール、エタノール等のような液
体環境１４８中で基質１４６に設けられた検体１４４と
接触状態に置かれるように片持ちばりアームの下側から
延びている。この別の実施例における走査力顕微鏡の構
造の残部は先の実施例のものと実質的に同じである。か
くして、静止検体を走査するためにセンサヘッド組立体
を液体環境に沈めることができる。
【００１８】従って、本発明の走査力顕微鏡では、取扱
容易であり且つ顕微鏡に装着容易である顕微鏡プローブ
の取付けが向上することを実証した。この顕微鏡の一体
化光学素子により、使用者は試料の表面へのレバーおよ
びプローブ組立体の接近を見て検体近くでのプローブの
安全且つ正確な位置決めを確実に行うことができる。ま
た、この走査力顕微鏡は流体環境で検体を走査する能力
を有しており、これにより機器により生じられた検体の
像の質を著しく向上させることができる。
【００１９】以上から、本発明の特定な形態を図示し且
つ説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱すること
なしに、種々の変更例を行うことができることは明らか
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】検査用基質に設置された本発明の走査力顕微鏡
の概略側面図である。
【図２】本発明の走査力顕微鏡の切取り頂平面図であ
る。
【図３】本発明の走査力顕微鏡の基部の底平面図であ
る。
【図４】図２の線４−４に沿った本発明の走査力顕微鏡
の横断面立面図である。
【図５】図２の線５−５に沿った本発明の走査力顕微鏡
の部分拡大横断面立面図である。
【図６】本発明の走査力顕微鏡の主要素の空間関係を示
す概略分解斜視図である。
【図７】本発明の走査力顕微鏡の光学レバーアーム組立
体の取付けを示す拡大分解図である。
【図８】本発明の光学レバーアーム組立体の一体の支持
部材、片持ちばりアームおよびプローブチップの拡大斜
視図である。
【図９】液体環境中の検体を検視するための走査力顕微
鏡の圧電管内にシールされた検視管を有する本発明の走
査力顕微鏡の別の実施例の拡大部分断面図である。
【符号の説明】
１０ 自由起立型走査力顕微鏡 １２ 不動ボディ １３ 基質 １４ 下方基部 １６ａ、１６ｂ、１６ｃ 調整可能なモータ駆動式脚部 １７ 光学的符号化スクリュウ駆動モータ １８ 検体 ２０ 中央ボア ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ スクリュウ駆動モータ ２４ ボア ２５ 対物レンズ ２７ ランプ ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 下方脚部 ３４ 枢軸 ３５ 内側センサ組立体 ３６ レーザ光源／センサヘッド組立体 ４０ 光学レバーアーム部 ４２ 半体ワッシャ部材 ４４ 磁石 ４５ 片持ちばり支持部材 ４８ａ、４８ｂ 第１および第２アーム ６０ プローブ手段 ６２ プローブチップ ７０ レバー光源手段 ７２ 集束レーザビーム ７４ 調節ねじ ８０ 平面ミラー ８８ 光検出器 １００ 圧電駆動体 １０２ コイル圧縮ばね １１０ フィードバック制御手段 １１２ マイクロプロセッサ手段 １２２ キャップ １３０ 窓

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 静止検体の表面外形を検査するための走
    査力顕微鏡において、 イ）上記検体に対して基質上に位置決めされるようにな
    っている基部を有するハウジングと、 ロ）上記ハウジングにこれに対して移動可能に取付けら
    れたセンサ手段とを備え、該センサ手段は光学レバーア
    ーム手段、反射面、および上記光学レバーアーム手段に
    連結されたプローブチップを有しており、上記プローブ
    チップは実質的に一定な量の力で検体の表面外形に接触
    してこれらの外形をたどるようになっており、 ニ）上記ハウジングに取付けられ、上記光学レバーアー
    ム手段に当てられてこれにより反射される集束レーザビ
    ームを生じるためのレーザ光源と、 ホ）上記光学レバーアーム手段により反射された上記レ
    ーザビームを受け、上記光学レバーアーム手段による上
    記レーザビームの偏向度を示す出力を発生させるための
    光検出器手段とを備え、上記光検出器手段は上記ハウジ
    ング内に設けられており、 ヘ）上記ハウジングに対して３つの自由度で上記検体に
    対して上記センサ手段を移動させるための走査手段と、 ト）上記検体の上記表面外形に対する上記プローブチッ
    プの一定の力を維持するための制御手段とを備えている
    ことを特徴とする走査力顕微鏡。
  2. 【請求項２】 上記光学レバーアームは自由端部を持つ
    反射性片持ちばりアーム部を有していることを特徴とす
    る請求項１に記載の走査力顕微鏡。
  3. 【請求項３】 上記プローブチップは上記片持ちばりア
    ーム部の上記自由端部に取付けられていることを特徴と
    する請求項２に記載の走査力顕微鏡。
  4. 【請求項４】 上記光学レバーアームは上記ハウジング
    に磁気的に固着されていることを特徴とする請求項１に
    記載の走査力顕微鏡。
  5. 【請求項５】 上記センサ手段は磁性部分を有してお
    り、上記光学レバーアームは上記センサ手段の上記磁性
    部分に磁気的に固着される磁性鋼部材を有しており、上
    記片持ちばりアームは上記磁性鋼部材に取付けられてい
    ることを特徴とする請求項２に記載の走査力顕微鏡。
  6. 【請求項６】 上記光学レバーアームは自由端部を有し
    ており、上記プローブチップは上記光学レバーアームの
    上記自由端部に取付けられていることを特徴とする請求
    項１に記載の走査力顕微鏡。
  7. 【請求項７】 上記光検出器手段は上記ハウジングに取
    付けられた光検出器を有しており、更に上記光学レバー
    アーム手段からの上記レーザビームを上記光検出器に反
    射させるように上記ハウジング内に設けられたミラー手
    段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の走査力顕
    微鏡。
  8. 【請求項８】 上記走査手段は、上記ハウジングに隣接
    して配置された複数の圧電駆動部材を有しており、これ
    らの圧電駆動部材は上記光学レバーアーム手段およびこ
    れに固着された上記プローブチップを上記検体の上記表
    面外形に対して３つの自由度で移動させるように上記制
    御手段に作動的連結されていることを特徴とする請求項
    １に記載の走査力顕微鏡。
  9. 【請求項９】 上記ハウジングは上記基質からの上記基
    部分の距離を調整する手段を有していることを特徴とす
    る請求項１に記載の走査力顕微鏡。
  10. 【請求項１０】 距離を調整する上記手段は、上記基部
    に取付けられ、上記基質に接触するようになっている複
    数の調整可能なフット部材と、これらのフット部材およ
    び上記ハウジングに連結されて上記複数のフット部材を
    上記基部に対して個々に伸張させたり引っ込めたりする
    ためのフット部材駆動手段とよりなり、上記フット部材
    駆動手段は上記制御手段に作動的に連結されていること
    を特徴とする請求項９に記載の走査力顕微鏡。
  11. 【請求項１１】 上記基部は上記検体を受け入れるため
    の室を有していることを特徴とする請求項１に記載の走
    査力顕微鏡。
  12. 【請求項１２】 上記制御手段は、上記光検出器手段に
    連結され、上記光学レバーアーム手段からの上記レーザ
    ビームの反射を示す上記出力信号を入力するための手段
    と、上記検体表面に対する上記プローブチップの上記一
    定量の力の分散を示す誤差信号を発生させるための手段
    と、上記誤差信号に応答し、上記検体表面に対する上記
    プローブチップの力を増減させて上記検体表面に対する
    上記プローブチップの実質的に一定の力を維持するため
    に上記検体を上記プローブチップに対して昇降させるた
    めの電気駆動手段とよりなることを特徴とする請求項１
    に記載の走査力顕微鏡。
  13. 【請求項１３】 上記調整可能なフット部材駆動手段
    は、上記フット部材と関連し、上記基部に取付けられ、
    上記顕微鏡を昇降させるために上記フット部材を駆動す
    るための複数の対応する光学的に符号化されたスクリュ
    ウ駆動モータよりなり、これらの駆動モータは関連した
    フット部材の位置を示す位置信号を発生させるようにな
    っており、上記制御装置は上記位置信号を入力し、上記
    駆動モータの作動を制御して上記顕微鏡を上記基質に対
    して一様に昇降させるために上記複数の駆動モータに連
    結されていることを特徴とする請求項１に記載の走査力
    顕微鏡。
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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5155361A (en) 1991-07-26 1992-10-13 The Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Acting For And On Behalf Of Arizona State University Potentiostatic preparation of molecular adsorbates for scanning probe microscopy
US5672816A (en) * 1992-03-13 1997-09-30 Park Scientific Instruments Large stage system for scanning probe microscopes and other instruments
US5476006A (en) * 1992-07-07 1995-12-19 Matsushita Electronics Corporation Crystal evaluation apparatus and crystal evaluation method
US5481908A (en) * 1993-04-28 1996-01-09 Topometrix Corporation Resonance contact scanning force microscope
US5681987A (en) * 1993-04-28 1997-10-28 Topometrix Corporation Resonance contact scanning force microscope
US5463897A (en) * 1993-08-17 1995-11-07 Digital Instruments, Inc. Scanning stylus atomic force microscope with cantilever tracking and optical access
US5440920A (en) 1994-02-03 1995-08-15 Molecular Imaging Systems Scanning force microscope with beam tracking lens
US5753814A (en) * 1994-05-19 1998-05-19 Molecular Imaging Corporation Magnetically-oscillated probe microscope for operation in liquids
US5515719A (en) 1994-05-19 1996-05-14 Molecular Imaging Corporation Controlled force microscope for operation in liquids
US5513518A (en) * 1994-05-19 1996-05-07 Molecular Imaging Corporation Magnetic modulation of force sensor for AC detection in an atomic force microscope
US5866805A (en) 1994-05-19 1999-02-02 Molecular Imaging Corporation Arizona Board Of Regents Cantilevers for a magnetically driven atomic force microscope
JP3523688B2 (ja) * 1994-07-06 2004-04-26 オリンパス株式会社 試料測定用プローブ装置
US5489774A (en) * 1994-09-20 1996-02-06 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford University Combined atomic force and near field scanning optical microscope with photosensitive cantilever
US5750989A (en) * 1995-02-10 1998-05-12 Molecular Imaging Corporation Scanning probe microscope for use in fluids
US5675154A (en) * 1995-02-10 1997-10-07 Molecular Imaging Corporation Scanning probe microscope
US5621210A (en) * 1995-02-10 1997-04-15 Molecular Imaging Corporation Microscope for force and tunneling microscopy in liquids
US5949070A (en) * 1995-08-18 1999-09-07 Gamble; Ronald C. Scanning force microscope with integral laser-scanner-cantilever and independent stationary detector
US5811802A (en) * 1995-08-18 1998-09-22 Gamble; Ronald C. Scanning probe microscope with hollow pivot assembly
US5874726A (en) * 1995-10-10 1999-02-23 Iowa State University Research Foundation Probe-type near-field confocal having feedback for adjusting probe distance
US5874668A (en) * 1995-10-24 1999-02-23 Arch Development Corporation Atomic force microscope for biological specimens
US5821545A (en) * 1995-11-07 1998-10-13 Molecular Imaging Corporation Heated stage for a scanning probe microscope
US5654546A (en) * 1995-11-07 1997-08-05 Molecular Imaging Corporation Variable temperature scanning probe microscope based on a peltier device
US5834644A (en) * 1995-11-13 1998-11-10 The University Of Virginia Patent Foundation Automatic atomic force microscope with piezotube scanner
US6189374B1 (en) * 1999-03-29 2001-02-20 Nanodevices, Inc. Active probe for an atomic force microscope and method of use thereof
JP4008176B2 (ja) * 2000-02-10 2007-11-14 独立行政法人科学技術振興機構 超微小押し込み試験装置
JP2002187092A (ja) * 2000-12-21 2002-07-02 Japan Science & Technology Corp 送り装置
JP2002286614A (ja) * 2001-03-28 2002-10-03 Toyota Motor Corp 走査型プローブ顕微鏡を用いた液中試料観察方法
US6748795B1 (en) 2001-07-27 2004-06-15 Molecular Imaging Corporation Pendulum scanner for scanning probe microscope
JP3731070B2 (ja) * 2002-11-14 2006-01-05 ダイキン工業株式会社 空気調和機の室内機および空気調和機の室内機の組立方法
US6912893B2 (en) * 2003-04-17 2005-07-05 Veeco Instruments Inc. Apparatus and method for improving tuning of a probe-based instrument
US7114406B2 (en) * 2004-09-16 2006-10-03 The Boeing Company End effector inspection apparatus and method
US7225665B2 (en) * 2005-07-27 2007-06-05 Corning Incorporated Process and apparatus for measuring the shape of an article
DE102006043352A1 (de) 2006-09-15 2008-03-27 Westfälische Wilhelms-Universität Münster Einrichtung zum Abtasten einer von einer Flüssigkeit bedeckten Probenoberfläche
US7759631B2 (en) * 2008-01-22 2010-07-20 Nanosurf Ag Raster scanning microscope having transparent optical element with inner curved surface
US9110093B2 (en) * 2011-11-15 2015-08-18 National University Corporation Kanazawa University Sealed AFM cell
US8950054B2 (en) * 2012-10-10 2015-02-10 The Boeing Company Manufacturing method and robotic assembly system
CN103235158B (zh) * 2013-01-10 2015-07-01 北京航空航天大学 一种电化学原子力显微镜探针架-电解池装置
US9097737B2 (en) * 2013-11-25 2015-08-04 Oxford Instruments Asylum Research, Inc. Modular atomic force microscope with environmental controls
CN106197232A (zh) * 2015-06-01 2016-12-07 高准有限公司 用于壳状元件的检测装置和检测方法
CN107727886B (zh) * 2017-10-31 2020-09-04 北京航空航天大学 一种倒置式高速电化学原子力显微镜

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH643397A5 (de) * 1979-09-20 1984-05-30 Ibm Raster-tunnelmikroskop.
DE68916667T2 (de) * 1988-03-04 1995-01-12 Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki, Kanagawa Mikroskop.
US4947042A (en) * 1988-12-13 1990-08-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Tunnel unit and scanning head for scanning tunneling microscope
US4935634A (en) * 1989-03-13 1990-06-19 The Regents Of The University Of California Atomic force microscope with optional replaceable fluid cell
US4987303A (en) * 1989-04-07 1991-01-22 Olympus Optical Co., Inc. Micro-displacement detector device, piezo-actuator provided with the micro-displacement detector device and scanning probe microscope provided with the piezo-actuator
US5025658A (en) * 1989-11-28 1991-06-25 Digital Instruments, Inc. Compact atomic force microscope
US5189906A (en) * 1989-11-28 1993-03-02 Digital Instruments, Inc. Compact atomic force microscope
US5103095A (en) * 1990-05-23 1992-04-07 Digital Instruments, Inc. Scanning probe microscope employing adjustable tilt and unitary head
US5245863A (en) * 1990-07-11 1993-09-21 Olympus Optical Co., Ltd. Atomic probe microscope
JP2501945B2 (ja) * 1990-08-28 1996-05-29 三菱電機株式会社 原子間力顕微鏡のカンチレバ―及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
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DE69325409D1 (de) 1999-07-29

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