JPH07159155A - 走査型プローブ顕微測定法および走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微測定法および走査型プローブ顕微鏡Info
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- JPH07159155A JPH07159155A JP30820793A JP30820793A JPH07159155A JP H07159155 A JPH07159155 A JP H07159155A JP 30820793 A JP30820793 A JP 30820793A JP 30820793 A JP30820793 A JP 30820793A JP H07159155 A JPH07159155 A JP H07159155A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】試料表面のより正確な像を得られる走査型プロ
ーブ顕微測定法を提供する。 【構成】カンチレバーの変位検出系は、光てこ式変位セ
ンサーと光干渉式変位センサーを組み合わせて構成され
ている。光てこ式変位センサーの検出光１１０は、カン
チレバー１０２の自由端の背面（探針１０４を設けた面
の反対側の面）に斜めに入射し、そこで反射され四分割
フォトダイオードに入射する。四分割フォトダイオード
の出力に基づいて、力Ｆx による変位と力Ｆy ＋Ｆz に
よる変位が得られる。光干渉式変位センサーの検出光は
光ファイバー１０６からカンチレバー１０２の自由端の
背面に照射され、その反射光により生じる干渉に基づい
て、力Ｆz による変位が得られる。（力Ｆy ＋Ｆz によ
る変位）−（力Ｆz による変位）を求めることにより、
力Ｆx 、力Ｆy 、力Ｆz による各変位が得られる。
ーブ顕微測定法を提供する。 【構成】カンチレバーの変位検出系は、光てこ式変位セ
ンサーと光干渉式変位センサーを組み合わせて構成され
ている。光てこ式変位センサーの検出光１１０は、カン
チレバー１０２の自由端の背面（探針１０４を設けた面
の反対側の面）に斜めに入射し、そこで反射され四分割
フォトダイオードに入射する。四分割フォトダイオード
の出力に基づいて、力Ｆx による変位と力Ｆy ＋Ｆz に
よる変位が得られる。光干渉式変位センサーの検出光は
光ファイバー１０６からカンチレバー１０２の自由端の
背面に照射され、その反射光により生じる干渉に基づい
て、力Ｆz による変位が得られる。（力Ｆy ＋Ｆz によ
る変位）−（力Ｆz による変位）を求めることにより、
力Ｆx 、力Ｆy 、力Ｆz による各変位が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型プローブ顕微鏡
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）では観察
できない絶縁性の試料を原子サイズの分解能で観察でき
る顕微鏡として、原子間力顕微鏡（AFM; Atomic Force
Microscope）が G. Binnigにより提案されている（特開
昭６２−１３０３０２）。
できない絶縁性の試料を原子サイズの分解能で観察でき
る顕微鏡として、原子間力顕微鏡（AFM; Atomic Force
Microscope）が G. Binnigにより提案されている（特開
昭６２−１３０３０２）。
【０００３】ＡＦＭはＳＴＭに類似しており、走査型プ
ローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の一つとして位置づけられる。
ＡＦＭでは、自由端に鋭い突起部分（探針部）を持つカ
ンチレバーを、試料に対向・近接して配置し、探針の先
端の原子と試料原子との間に働く相互作用力により変位
するカンチレバーの動きを電気的手段あるいは光学的手
段を用いて測定しつつ試料をＸＹ方向に走査し、カンチ
レバーの探針部との位置関係を相対的に変化させること
によって、試料の凹凸情報などを原子サイズの分解能で
三次元的にとらえることができる。
ローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の一つとして位置づけられる。
ＡＦＭでは、自由端に鋭い突起部分（探針部）を持つカ
ンチレバーを、試料に対向・近接して配置し、探針の先
端の原子と試料原子との間に働く相互作用力により変位
するカンチレバーの動きを電気的手段あるいは光学的手
段を用いて測定しつつ試料をＸＹ方向に走査し、カンチ
レバーの探針部との位置関係を相対的に変化させること
によって、試料の凹凸情報などを原子サイズの分解能で
三次元的にとらえることができる。
【０００４】ＡＦＭ測定法のうちコンタクトモードと呼
ばれる測定法では、カンチレバー先端の探針部を極めて
弱い力で試料に接触させながら探針または試料を走査し
てデータの取り込みを行なう。このときの針圧は１×１
０-7Ｎ程度以下に設定される。ＡＦＭでは、このように
小さい針圧の制御が可能であるため、従来の触針式のプ
ロファイロメータに比べてはるかに高い分解能で測定で
きる。
ばれる測定法では、カンチレバー先端の探針部を極めて
弱い力で試料に接触させながら探針または試料を走査し
てデータの取り込みを行なう。このときの針圧は１×１
０-7Ｎ程度以下に設定される。ＡＦＭでは、このように
小さい針圧の制御が可能であるため、従来の触針式のプ
ロファイロメータに比べてはるかに高い分解能で測定で
きる。
【０００５】ＡＦＭにおいて、最近はカンチレバーの変
位検出に光学式変位センサーが一般に用いられている。
その検出方式としては、光てこ式、光干渉式などがあ
る。なかでも光てこ式は、その構成が簡単なことから多
くの装置で採用されている。
位検出に光学式変位センサーが一般に用いられている。
その検出方式としては、光てこ式、光干渉式などがあ
る。なかでも光てこ式は、その構成が簡単なことから多
くの装置で採用されている。
【０００６】光てこ式変位センサーを組み込んだＡＦＭ
の構成を図４に簡略して示す。測定する試料３０８はＸ
ＹＺ走査用のチューブスキャナー３１０の上に載置され
る。カンチレバー３０２は支持部３０６によって支持さ
れており、その先端に設けた探針３０４が試料３０８に
極めて軽い針圧で接触するように配置してある。
の構成を図４に簡略して示す。測定する試料３０８はＸ
ＹＺ走査用のチューブスキャナー３１０の上に載置され
る。カンチレバー３０２は支持部３０６によって支持さ
れており、その先端に設けた探針３０４が試料３０８に
極めて軽い針圧で接触するように配置してある。
【０００７】光てこ式の光学式変位センサーは、半導体
レーザー３１２、レンズ３１４、カンチレバー３０２の
背面、四分割フォトダイオード３１６で構成されてい
る。このように四分割フォトダイオード１６を用いた構
成では、カンチレバー３０２の反りに加えて、ねじれも
検出できる。半導体レーザー３１２から射出された光は
レンズ３１４によってカンチレバー３０２の先端の背面
に集光される。その反射光は四分割フォトダイオード３
１６に入射する。四分割フォトダイオード３１６は、カ
ンチレバー３０２が測定時の基準位置にあるときに、反
射光が中心に入射するように予め調整しておく。
レーザー３１２、レンズ３１４、カンチレバー３０２の
背面、四分割フォトダイオード３１６で構成されてい
る。このように四分割フォトダイオード１６を用いた構
成では、カンチレバー３０２の反りに加えて、ねじれも
検出できる。半導体レーザー３１２から射出された光は
レンズ３１４によってカンチレバー３０２の先端の背面
に集光される。その反射光は四分割フォトダイオード３
１６に入射する。四分割フォトダイオード３１６は、カ
ンチレバー３０２が測定時の基準位置にあるときに、反
射光が中心に入射するように予め調整しておく。
【０００８】カンチレバー３０２の反りは、四分割フォ
トダイオード３１６の各受光部の出力をそれぞれP1〜P4
とすると、差動アンプ３２０を用いて（P1＋P2）−（P3
＋P4）を演算することにより求められる。また、カンチ
レバー３０２のねじれは、差動アンプ３１８を用いて
（P1＋P4）−（P2＋P3）を演算することにより求められ
る。
トダイオード３１６の各受光部の出力をそれぞれP1〜P4
とすると、差動アンプ３２０を用いて（P1＋P2）−（P3
＋P4）を演算することにより求められる。また、カンチ
レバー３０２のねじれは、差動アンプ３１８を用いて
（P1＋P4）−（P2＋P3）を演算することにより求められ
る。
【０００９】また、光ファイバーを用いてファブリーペ
ロー式の干渉計を構成してなる光干渉式変位センサーの
構成を図５に示す。この変位センサーは、レーザー光源
４０２、ふたつのフォトディテクター４１６と４１８を
有している。これらはそれぞれ光ファイバー４０４ａ、
４０４ｂ、４０４ｃによりＸカプラー４０６に接続され
ている。Ｘカプラー４０６には更に別の光ファイバー４
０４ｄが接続されており、図６に示すように、その端面
４１４はカンチレバー４１０の先端近くにその背面と平
行に所定の間隔ｄをおいて配置されている。
ロー式の干渉計を構成してなる光干渉式変位センサーの
構成を図５に示す。この変位センサーは、レーザー光源
４０２、ふたつのフォトディテクター４１６と４１８を
有している。これらはそれぞれ光ファイバー４０４ａ、
４０４ｂ、４０４ｃによりＸカプラー４０６に接続され
ている。Ｘカプラー４０６には更に別の光ファイバー４
０４ｄが接続されており、図６に示すように、その端面
４１４はカンチレバー４１０の先端近くにその背面と平
行に所定の間隔ｄをおいて配置されている。
【００１０】図５において、半導体レーザー４０２から
射出された光は、光ファイバー４０４ａを通ってＸカプ
ラー４０６に進入し、光ファイバー４０４ｃと４０４ｄ
に射出される。光ファイバー４０４ｄを進行する光は、
図６に示すように、一部が端面４１４で反射されて戻
り、残りは端面４１４から射出されカンチレバー４１０
の背面で反射されたのち再び光ファイバー４０４ｄに進
入する。端面４１４で反射された光とカンチレバー４１
０で反射された光とが、端面４１４とカンチレバー４１
０の間隔ｄに応じて干渉を起こす。この干渉光は、光フ
ァイバー４０４ｄ、Ｘカプラー４０６、光ファイバー４
０４ｂを通り、フォトディテクター４１６に入射する。
干渉光はレーザーの発振波長の四分の一の距離毎に強弱
を繰り返し、これをフォトディテクター４１６で検出す
る。フォトディテクター４１６の出力に基づいてカンチ
レバー４０２の変位を見積もる。
射出された光は、光ファイバー４０４ａを通ってＸカプ
ラー４０６に進入し、光ファイバー４０４ｃと４０４ｄ
に射出される。光ファイバー４０４ｄを進行する光は、
図６に示すように、一部が端面４１４で反射されて戻
り、残りは端面４１４から射出されカンチレバー４１０
の背面で反射されたのち再び光ファイバー４０４ｄに進
入する。端面４１４で反射された光とカンチレバー４１
０で反射された光とが、端面４１４とカンチレバー４１
０の間隔ｄに応じて干渉を起こす。この干渉光は、光フ
ァイバー４０４ｄ、Ｘカプラー４０６、光ファイバー４
０４ｂを通り、フォトディテクター４１６に入射する。
干渉光はレーザーの発振波長の四分の一の距離毎に強弱
を繰り返し、これをフォトディテクター４１６で検出す
る。フォトディテクター４１６の出力に基づいてカンチ
レバー４０２の変位を見積もる。
【００１１】また、特開昭６２−３６５０２の微小変位
測定顕微鏡では、光学式変位測定用センサーとして臨界
角方式の光学式変位センサー（エラー信号変位センサ
ー）を用いている。また、特開平３−１０２２０９に開
示されているＡＦＭ装置では、同じ方式のセンサーを用
いてカンチレバーの変位測定を行なっている。特開平３
−１０２２０９の光学式変位センサーでは、変位センサ
ーの対物レンズを光学顕微鏡の対物レンズとしても共用
して、測定試料の表面観察と同時に、カンチレバーの位
置確認、カンチレバーに照射される光学式変位センサー
の光スポットの位置確認などが行なえる。
測定顕微鏡では、光学式変位測定用センサーとして臨界
角方式の光学式変位センサー（エラー信号変位センサ
ー）を用いている。また、特開平３−１０２２０９に開
示されているＡＦＭ装置では、同じ方式のセンサーを用
いてカンチレバーの変位測定を行なっている。特開平３
−１０２２０９の光学式変位センサーでは、変位センサ
ーの対物レンズを光学顕微鏡の対物レンズとしても共用
して、測定試料の表面観察と同時に、カンチレバーの位
置確認、カンチレバーに照射される光学式変位センサー
の光スポットの位置確認などが行なえる。
【００１２】また、ＡＦＭにおいて、光学式変位センサ
ー以外を用いてカンチレバーの変位を検知しようとする
試みがされている。たとえば、ＰＣＴ出願ＷＯ９２／１
２３９８にはカンチレバーに変位計測機能を集積化し
た、集積型カンチレバーが開示されている。この集積型
カンチレバーでは、カンチレバーの上にピエゾ抵抗層が
設けられている。測定の際、ピエゾ抵抗層に一定電圧が
印加され、電流が流される。カンチレバーが変形する
と、ピエゾ抵抗層の抵抗値が変化し、これに伴なって電
流値が変化する。ピエゾ抵抗層の抵抗値はカンチレバー
の変形に応じて変化するので、この電流値の変化を調べ
ることによりカンチレバーの変位を求めることができ
る。
ー以外を用いてカンチレバーの変位を検知しようとする
試みがされている。たとえば、ＰＣＴ出願ＷＯ９２／１
２３９８にはカンチレバーに変位計測機能を集積化し
た、集積型カンチレバーが開示されている。この集積型
カンチレバーでは、カンチレバーの上にピエゾ抵抗層が
設けられている。測定の際、ピエゾ抵抗層に一定電圧が
印加され、電流が流される。カンチレバーが変形する
と、ピエゾ抵抗層の抵抗値が変化し、これに伴なって電
流値が変化する。ピエゾ抵抗層の抵抗値はカンチレバー
の変形に応じて変化するので、この電流値の変化を調べ
ることによりカンチレバーの変位を求めることができ
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】これらの変位センサー
を用いて得られたＡＦＭ像は、使用した変位センサーの
特徴を反映しており、必ずしも同じ像とならない。図７
に、コンタクトモードでＡＦＭ測定を行なった場合にお
けるカンチレバーの変形の様子を示す。カンチレバー５
０２の軸方向をＹ軸にとり、その法線方向をＺ方向とす
る。カンチレバー５０２の探針５０４を試料に軽く接触
させた状態で試料をＹ方向に移動させると、（ｂ）に示
すように、カンチレバー５０２は試料の凹凸をとらえて
固定端５０６からＺ方向に反るとともに、（ｃ）に示す
ように、試料の横方向に働く摩擦力Ｆy の影響を受けて
探針の付け根付近から更に反る。
を用いて得られたＡＦＭ像は、使用した変位センサーの
特徴を反映しており、必ずしも同じ像とならない。図７
に、コンタクトモードでＡＦＭ測定を行なった場合にお
けるカンチレバーの変形の様子を示す。カンチレバー５
０２の軸方向をＹ軸にとり、その法線方向をＺ方向とす
る。カンチレバー５０２の探針５０４を試料に軽く接触
させた状態で試料をＹ方向に移動させると、（ｂ）に示
すように、カンチレバー５０２は試料の凹凸をとらえて
固定端５０６からＺ方向に反るとともに、（ｃ）に示す
ように、試料の横方向に働く摩擦力Ｆy の影響を受けて
探針の付け根付近から更に反る。
【００１４】このようなカンチレバーの変形を、ＡＦＭ
で広く用いられている光てこ式変位センサーを用いて測
定した場合、このＺ方向の反りと探針付近の反りとが分
離できず、両者の反りが足し合わされた信号が出力され
る。このため、たとえば原子像を観察した際、予想され
る原子の凹凸の高さより数倍大きな凹凸が検出される。
これは、見かけ上、光センサーの感度を上げるが、真の
試料表面の凹凸をとらえているとはいえない。
で広く用いられている光てこ式変位センサーを用いて測
定した場合、このＺ方向の反りと探針付近の反りとが分
離できず、両者の反りが足し合わされた信号が出力され
る。このため、たとえば原子像を観察した際、予想され
る原子の凹凸の高さより数倍大きな凹凸が検出される。
これは、見かけ上、光センサーの感度を上げるが、真の
試料表面の凹凸をとらえているとはいえない。
【００１５】さらに、試料の凹凸をとらえるのではな
く、探針端が試料から受ける力を計測し検討しようとす
る場合、力を換算するためにはカンチレバーの変位が正
確にとらえられている必要がある。カンチレバーは探針
を介して試料表面から力を受ける。この値からは、試料
表面からその法線方向に受ける力Ｆz と、走査したとき
に摩擦により試料表面方向に受ける力Ｆx とＦy との合
力であり、カンチレバーはこの合力を受けて変形する。
先に図４に示した四分割フォトダイオードを有する光て
こ式変位センサーでは、変位に対応したＡＦＭ信号と、
ねじれに対応したＬＦＭ信号とを得ている。ＬＦＭ信号
は力Ｆx のみを受けて変位したカンチレバーの反りを検
出している。これに対して、ＡＦＭ信号は合力Ｆy ＋Ｆ
z により変位したカンチレバーの反りを検出しており、
Ｆy とＦz による変位（反り）情報を分離して検出する
ことはできない。
く、探針端が試料から受ける力を計測し検討しようとす
る場合、力を換算するためにはカンチレバーの変位が正
確にとらえられている必要がある。カンチレバーは探針
を介して試料表面から力を受ける。この値からは、試料
表面からその法線方向に受ける力Ｆz と、走査したとき
に摩擦により試料表面方向に受ける力Ｆx とＦy との合
力であり、カンチレバーはこの合力を受けて変形する。
先に図４に示した四分割フォトダイオードを有する光て
こ式変位センサーでは、変位に対応したＡＦＭ信号と、
ねじれに対応したＬＦＭ信号とを得ている。ＬＦＭ信号
は力Ｆx のみを受けて変位したカンチレバーの反りを検
出している。これに対して、ＡＦＭ信号は合力Ｆy ＋Ｆ
z により変位したカンチレバーの反りを検出しており、
Ｆy とＦz による変位（反り）情報を分離して検出する
ことはできない。
【００１６】一方、トンネル電流や光干渉を利用してカ
ンチレバーの変位を測定するセンサーは、カンチレバー
の平均的変位を検出しているので、ＬＦＭ（Lateral Fo
rceMicroscopy）やＦＦＭ（Friction Force Microscopy
）等のようにカンチレバーのＺ方向の変化のほかにね
じれ検出を行なう必要のある測定法には適用できない。
すなわち、このような変位センサーでは、いろいろな方
向に変位するカンチレバーに対して、ひとつの変位情報
だけしか得られない。ＰＣＴ出願ＷＯ９２／１２３９８
に開示されている集積型カンチレバーもまたねじれを検
出できない。
ンチレバーの変位を測定するセンサーは、カンチレバー
の平均的変位を検出しているので、ＬＦＭ（Lateral Fo
rceMicroscopy）やＦＦＭ（Friction Force Microscopy
）等のようにカンチレバーのＺ方向の変化のほかにね
じれ検出を行なう必要のある測定法には適用できない。
すなわち、このような変位センサーでは、いろいろな方
向に変位するカンチレバーに対して、ひとつの変位情報
だけしか得られない。ＰＣＴ出願ＷＯ９２／１２３９８
に開示されている集積型カンチレバーもまたねじれを検
出できない。
【００１７】このように、従来の変位センサーでは、い
ろいろな方向に変位するカンチレバーに対して、せいぜ
いふたつの変位情報が得られるだけであり、このため試
料表面の状態を正確にとらえることができない。また、
探針にかかる力を各方向に分離して検出することもでき
ない。本発明は、試料表面のより正確な像を得ることの
できる走査型プローブ顕微測定法および走査型プローブ
顕微鏡を提供することを目的とする。
ろいろな方向に変位するカンチレバーに対して、せいぜ
いふたつの変位情報が得られるだけであり、このため試
料表面の状態を正確にとらえることができない。また、
探針にかかる力を各方向に分離して検出することもでき
ない。本発明は、試料表面のより正確な像を得ることの
できる走査型プローブ顕微測定法および走査型プローブ
顕微鏡を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段および作用】本発明では、
カンチレバーの自由端に設けられた探針を試料表面に近
づけて支持し、探針を試料表面に沿って走査し、互いに
独立な三方向の力によるカンチレバーの変位成分を検出
し、この互いに独立な三方向の力によるカンチレバーの
変位成分に基づいて試料表面に関する像を形成する。
カンチレバーの自由端に設けられた探針を試料表面に近
づけて支持し、探針を試料表面に沿って走査し、互いに
独立な三方向の力によるカンチレバーの変位成分を検出
し、この互いに独立な三方向の力によるカンチレバーの
変位成分に基づいて試料表面に関する像を形成する。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
説明する。第一実施例の走査型プローブ顕微鏡の変位セ
ンサーを図１に示す。本実施例の変位センサーは、光干
渉変位センサーと光てこ変位センサーを組み合わせてお
り、カンチレバー近傍における両センサーの光路が図に
示してある。
説明する。第一実施例の走査型プローブ顕微鏡の変位セ
ンサーを図１に示す。本実施例の変位センサーは、光干
渉変位センサーと光てこ変位センサーを組み合わせてお
り、カンチレバー近傍における両センサーの光路が図に
示してある。
【００２０】光てこ変位センサーの検出光１１０は、カ
ンチレバー１０２の自由端の背面（探針１０４を設けた
面の反対側の面）に斜めに入射し、図の右斜め上方に反
射される。この光路の先には、四分割フォトダイオード
が配置してあり、カンチレバー１０２が探針１０４に働
く力に応じて変位すると、四分割フォトダイオード上の
光スポットの位置がずれる。この四分割フォトダイオー
ドの出力信号に対し、たとえば前述の演算を行なうこと
により、力Ｆx による変位情報と力Ｆy ＋Ｆzによる変
位情報とが得られる。
ンチレバー１０２の自由端の背面（探針１０４を設けた
面の反対側の面）に斜めに入射し、図の右斜め上方に反
射される。この光路の先には、四分割フォトダイオード
が配置してあり、カンチレバー１０２が探針１０４に働
く力に応じて変位すると、四分割フォトダイオード上の
光スポットの位置がずれる。この四分割フォトダイオー
ドの出力信号に対し、たとえば前述の演算を行なうこと
により、力Ｆx による変位情報と力Ｆy ＋Ｆzによる変
位情報とが得られる。
【００２１】また、カンチレバー１０２の自由端の上方
に光ファイバー１０６が配置されている。光ファイバー
１０６は、その端面がカンチレバー１０２の背面に平行
となるように配置されている。前述したように、光ファ
イバー１０６から射出された検出光１０８は、カンチレ
バー１０２の自由端の背面に照射され、その反射光が再
び光ファイバー１０６に入射し、光ファイバー１０６の
端面で反射された光と干渉を起こす。この干渉を検出す
ることにより、力Ｆz による変位情報が得られる。
に光ファイバー１０６が配置されている。光ファイバー
１０６は、その端面がカンチレバー１０２の背面に平行
となるように配置されている。前述したように、光ファ
イバー１０６から射出された検出光１０８は、カンチレ
バー１０２の自由端の背面に照射され、その反射光が再
び光ファイバー１０６に入射し、光ファイバー１０６の
端面で反射された光と干渉を起こす。この干渉を検出す
ることにより、力Ｆz による変位情報が得られる。
【００２２】このように本実施例では、光干渉変位セン
サーと光てこ変位センサーを組み合わせたため、それぞ
れＦx 、Ｆy ＋Ｆz 、Ｆz による三つの変位情報（Δx
、Δy ＋Δz 、Δz ）が得られる。したがって、（Δy
＋Δz ）−Δz の演算を行なうことにより、Ｆy ＋Ｆz
による変位情報（Δy ＋Δz ）の分離が行なえ、ＸＹ
Ｚ方向の変位情報Δx 、Δy 、Δz が得られる。また、
変位情報に対して所定の演算を行なうことにより力成分
Ｆx 、Ｆy 、Ｆz が独立に得られる。
サーと光てこ変位センサーを組み合わせたため、それぞ
れＦx 、Ｆy ＋Ｆz 、Ｆz による三つの変位情報（Δx
、Δy ＋Δz 、Δz ）が得られる。したがって、（Δy
＋Δz ）−Δz の演算を行なうことにより、Ｆy ＋Ｆz
による変位情報（Δy ＋Δz ）の分離が行なえ、ＸＹ
Ｚ方向の変位情報Δx 、Δy 、Δz が得られる。また、
変位情報に対して所定の演算を行なうことにより力成分
Ｆx 、Ｆy 、Ｆz が独立に得られる。
【００２３】第二実施例の走査型プローブ顕微鏡の変位
センサーの構成を図２に示す。本実施例の変位センサー
は、光てこ式変位センサーとＰＣＴ出願ＷＯ９２／１２
３９８に開示されている集積型カンチレバーとを組み合
わせた構成となっている。
センサーの構成を図２に示す。本実施例の変位センサー
は、光てこ式変位センサーとＰＣＴ出願ＷＯ９２／１２
３９８に開示されている集積型カンチレバーとを組み合
わせた構成となっている。
【００２４】集積型カンチレバー２０２は、図３に示す
ように、支持部２１０に固定され、固定端から先端にか
けてコ字状にピエゾ抵抗層２０６が設けられている。先
端には探針２０４が設けられている。
ように、支持部２１０に固定され、固定端から先端にか
けてコ字状にピエゾ抵抗層２０６が設けられている。先
端には探針２０４が設けられている。
【００２５】図２において、集積型カンチレバー２０２
は、支持部２１０に固定されており、その先端に設けた
探針２０４がスキャナー２１４に載せた試料２１２に軽
い針圧で接するように支持されている。
は、支持部２１０に固定されており、その先端に設けた
探針２０４がスキャナー２１４に載せた試料２１２に軽
い針圧で接するように支持されている。
【００２６】また、カンチレバー２０２の先端に向けて
光を射出する半導体レーザー２１６、半導体レーザー２
１６の射出光をカンチレバー２０２の先端に集光させる
レンズ２１８、カンチレバー２０２からの反射光を受光
し受光面に形成されるスポットの移動を検出する四分割
フォトダイオード２２０によって光てこ式変位センサー
が構成されている。
光を射出する半導体レーザー２１６、半導体レーザー２
１６の射出光をカンチレバー２０２の先端に集光させる
レンズ２１８、カンチレバー２０２からの反射光を受光
し受光面に形成されるスポットの移動を検出する四分割
フォトダイオード２２０によって光てこ式変位センサー
が構成されている。
【００２７】集積型カンチレバー２０２は、その先端の
三角形状の探針周辺部２０８にはピエゾ抵抗層２０６が
設けられていないので、その変位信号は、図７（ｃ）に
示したようなＦy による変位の影響の少ない、ほぼＦz
のみに対応したものとなる。
三角形状の探針周辺部２０８にはピエゾ抵抗層２０６が
設けられていないので、その変位信号は、図７（ｃ）に
示したようなＦy による変位の影響の少ない、ほぼＦz
のみに対応したものとなる。
【００２８】また、光てこ式変位センサーで得られる二
種類の信号は、前述したように、Ｆx とＦy ＋Ｆz に対
応したものとなる。したがって、Ｆx 、Ｆy ＋Ｆz 、Ｆ
z の三種類の信号が得られる。（Ｆy ＋Ｆz ）−Ｆz の
演算を行なうことにより、Ｆx 、Ｆy 、Ｆz の信号を分
離して得られる。
種類の信号は、前述したように、Ｆx とＦy ＋Ｆz に対
応したものとなる。したがって、Ｆx 、Ｆy ＋Ｆz 、Ｆ
z の三種類の信号が得られる。（Ｆy ＋Ｆz ）−Ｆz の
演算を行なうことにより、Ｆx 、Ｆy 、Ｆz の信号を分
離して得られる。
【００２９】実施例では、光てこ式変位センサーと光干
渉式変位センサー、光てこ式変位センサーと集積型カン
チレバーを組み合わせた二種類の変位センサーについて
説明したが、Ｆx 、Ｆy 、Ｆz による信号を分離して得
られるのであれば、他の組み合わせであってもよい。た
とえば、光てこ式変位センサーと臨界角式変位センサー
（エラー信号変位センサー）を組み合わせてもよい。ま
た、組み合わせは二種類に限らず、三種類を組み合わて
もよい。
渉式変位センサー、光てこ式変位センサーと集積型カン
チレバーを組み合わせた二種類の変位センサーについて
説明したが、Ｆx 、Ｆy 、Ｆz による信号を分離して得
られるのであれば、他の組み合わせであってもよい。た
とえば、光てこ式変位センサーと臨界角式変位センサー
（エラー信号変位センサー）を組み合わせてもよい。ま
た、組み合わせは二種類に限らず、三種類を組み合わて
もよい。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、探針に働く力を三方向
に分離して検出することのできる走査型プローブ顕微鏡
が得られる。これにより、実際の試料表面の形状に近い
観察像が得られるようになる。また、摩擦力等を対象と
する研究に適した新しい走査型プローブ顕微鏡が提供さ
れるようになる。
に分離して検出することのできる走査型プローブ顕微鏡
が得られる。これにより、実際の試料表面の形状に近い
観察像が得られるようになる。また、摩擦力等を対象と
する研究に適した新しい走査型プローブ顕微鏡が提供さ
れるようになる。
【図１】本発明の第一実施例による走査型プローブ顕微
鏡の変位検出系を示す。
鏡の変位検出系を示す。
【図２】本発明の第二実施例による走査型プローブ顕微
鏡の変位検出系を示す。
鏡の変位検出系を示す。
【図３】図２に示した集積型カンチレバーの構成を示
す。
す。
【図４】光てこ式変位センサーの構成を示す。
【図５】光ファイバーを用いた光干渉式変位センサーの
構成を示す。
構成を示す。
【図６】図５のカンチレバーの周辺を拡大して示す。
【図７】探針が受ける力とカンチレバーの変形の様子と
の関係を示す。
の関係を示す。
１０２…カンチレバー、１０４…探針、１０６…光ファ
イバー。
イバー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 康弘 広島県東広島市西条町御薗宇771 ローズ ハイツＡ101
Claims (8)
- 【請求項１】 カンチレバーの自由端に設けられた探針
を試料表面に近づけて支持し、探針を試料表面に沿って
相対的に走査し、互いに独立な三方向の力によるカンチ
レバーの変位成分を検出し、この互いに独立な三方向の
力によるカンチレバーの変位成分に基づいて試料表面に
関する像を形成する走査型プローブ顕微測定法。 - 【請求項２】 カンチレバーの自由端に設けられた探針
を試料表面に近づけて支持し、探針を試料表面に沿って
相対的に走査し、互いに独立な三方向の力によるカンチ
レバーの変位成分を検出し、この互いに独立な三方向の
力によるカンチレバーの変位成分に基づいて探針が受け
る力のＸＹＺ方向の力成分を求め、このＸＹＺ方向の力
成分に基づいて試料表面に関する像を形成する走査型プ
ローブ顕微測定法。 - 【請求項３】 自由端に探針を有するカンチレバーと、 探針を試料表面に沿って相対的に走査する走査手段と、 互いに独立な三方向の力によるカンチレバーの変位成分
を検出する変位検出手段と、 変位検出手段で得た互いに独立な三方向の力によるカン
チレバーの変位成分を、ＸＹＺ方向に関するカンチレバ
ーの変位成分に変換する変換手段と、 走査手段と変換手段の情報に基づいて試料表面に関する
像を形成する第一の画像形成手段とを備えている走査型
プローブ顕微鏡。 - 【請求項４】 変位検出手段で得た互いに独立な三方向
の力によるカンチレバーの変位成分に基づいて、探針が
受ける力のＸＹＺ方向の力成分を求める演算手段と、演
算手段と走査手段の情報に基づいて試料表面に関する像
を形成する第二の画像形成手段とを更に備えている請求
項３に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項５】 変位検出手段は、光てこ式変位センサー
と光干渉式変位センサーを組み合わせて構成されている
請求項３に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項６】 変位検出手段は、光てこ式変位センサー
と集積型カンチレバーを組み合わせて構成されている請
求項３に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項７】 変位検出手段は、光てこ式変位センサー
とエラー信号変位センサーを組み合わせて構成されてい
る請求項３に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項８】 第一の画像形成手段と第二の画像形成手
段で得られた試料表面に関するふたつの像を同時に表示
する表示手段を更に備えている請求項４に記載の走査型
プローブ顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30820793A JPH07159155A (ja) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | 走査型プローブ顕微測定法および走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30820793A JPH07159155A (ja) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | 走査型プローブ顕微測定法および走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07159155A true JPH07159155A (ja) | 1995-06-23 |
Family
ID=17978212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30820793A Withdrawn JPH07159155A (ja) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | 走査型プローブ顕微測定法および走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07159155A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008096251A (ja) * | 2006-10-11 | 2008-04-24 | Yokohama National Univ | 高帯域原子間力顕微鏡装置 |
| JP2009069014A (ja) * | 2007-09-13 | 2009-04-02 | Yokohama National Univ | 原子間力顕微鏡装置 |
| JP2009210361A (ja) * | 2008-03-03 | 2009-09-17 | Yokohama National Univ | 原子間力顕微鏡装置 |
| JP2011522273A (ja) * | 2008-06-06 | 2011-07-28 | インフィニテシマ・リミテッド | プローブ検出システム |
-
1993
- 1993-12-08 JP JP30820793A patent/JPH07159155A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008096251A (ja) * | 2006-10-11 | 2008-04-24 | Yokohama National Univ | 高帯域原子間力顕微鏡装置 |
| JP2009069014A (ja) * | 2007-09-13 | 2009-04-02 | Yokohama National Univ | 原子間力顕微鏡装置 |
| JP2009210361A (ja) * | 2008-03-03 | 2009-09-17 | Yokohama National Univ | 原子間力顕微鏡装置 |
| JP2011522273A (ja) * | 2008-06-06 | 2011-07-28 | インフィニテシマ・リミテッド | プローブ検出システム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010306 |