JPH07181030A - Interatomic force microscope - Google Patents

Interatomic force microscope

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Publication number
JPH07181030A
JPH07181030A JP5327733A JP32773393A JPH07181030A JP H07181030 A JPH07181030 A JP H07181030A JP 5327733 A JP5327733 A JP 5327733A JP 32773393 A JP32773393 A JP 32773393A JP H07181030 A JPH07181030 A JP H07181030A
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JP
Japan
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cantilever
sample
tube scanner
force microscope
light
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5327733A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masatoshi Suzuki
正敏 鈴木
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH07181030A publication Critical patent/JPH07181030A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q30/00Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
    • G01Q30/02Non-SPM analysing devices, e.g. SEM [Scanning Electron Microscope], spectrometer or optical microscope
    • G01Q30/025Optical microscopes coupled with SPM
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q10/00Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
    • G01Q10/04Fine scanning or positioning

Abstract

PURPOSE:To provide an interatomic force microscope which can measure the profile of a relatively large sample without sacrifice of measuring accuracy and in which the sample can be observed from above through the use of a built-in optical microscope. CONSTITUTION:A Y-axis moving means comprising a parallel spring 15, a multilayer piezoelectric element, etc., is combined with an actuator provided with a cantilever 3 at the forward end thereof and allowing biaxial movement of a tube scanner 5 or the like thus allowing movement of the cantilever 3 in three directions of X, Y and Z axes. A light source section 1 and a detecting section 6 constituting an optical lever are disposed on the outside of the Y-axis inching means and the actuator. This structure allows movement of the cantilever 3 itself. Furthermore, the tube scanner 5 is disposed while setting the axis thereof in parallel with the sample plane 7 and an optical microscope 20 is built in so that the sample 7 and the cantilever 3 can be observed simultaneously from directly above the cantilever 3.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、表面形状を観察するた
めの走査型顕微鏡の一種である、原子間力顕微鏡の性能
向上に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to improving the performance of an atomic force microscope, which is a type of scanning microscope for observing surface topography.

【0002】[0002]

【従来の技術】試料の表面形状を観察する手段として、
原子間力顕微鏡(以下、「AFM」と称する)が知られ
ている。このAFMは、板ばね状の形状を呈するカンチ
レバーのように、可撓性を有する部材の先端に設けられ
た探針を、計測対象である試料の表面上で、該試料に対
して相対的に移動させ、走査し、走査中の前記探針の上
下の変位量を測定することによって、試料の表面形状を
計測するものである。
2. Description of the Related Art As means for observing the surface shape of a sample,
Atomic force microscopes (hereinafter referred to as "AFM") are known. In this AFM, like a cantilever having a leaf spring shape, a probe provided at the tip of a flexible member is provided on the surface of a sample to be measured, relative to the sample. The surface shape of the sample is measured by moving, scanning, and measuring the amount of vertical displacement of the probe during scanning.

【0003】図3に、従来の光てこ方式のAFMの構成
図の一例を示す。
FIG. 3 shows an example of a configuration diagram of a conventional optical lever type AFM.

【0004】このAFMは、可撓性を有するカンチレバ
ー31と、該カンチレバー31の先端部に設けられた探
針32、試料をXYZ方向に移動させるためのアクチュ
エータ33、カンチレバー31の背面に設けられた反射
面31aに、レーザ光を照射する光源36、レーザ光を
所定エリアに照射するために、レーザ光を集光(35
は、集光されたレーザ光)するためのレンズ41、前記
反射面31aで反射したレーザ光を受光する、2つの受
光部からなる2分割光検出器37、アクチュエータの動
作の制御およびZ軸方向のカンチレバー31の移動量に
基づき、試料の形状を求める処理を行う制御手段38、
得られた表面形状を表示する表示手段39、与えられた
試料の形状計測が可能なエリアまで、試料をXYZ軸方
向に移動させるためのXYZ軸粗動ステージ40を有し
て構成されている。
This AFM is provided with a flexible cantilever 31, a probe 32 provided at the tip of the cantilever 31, an actuator 33 for moving the sample in the XYZ directions, and a rear surface of the cantilever 31. A light source 36 for irradiating a laser beam on the reflecting surface 31a, and a laser beam is condensed (35) for irradiating a predetermined area with the laser beam.
Is a lens 41 for collecting laser light), a two-divided photodetector 37 including two light receiving portions for receiving the laser light reflected by the reflecting surface 31a, control of the operation of the actuator and the Z-axis direction. Control means 38 for performing processing for obtaining the shape of the sample based on the movement amount of the cantilever 31 of
The display means 39 for displaying the obtained surface shape, and an XYZ axis coarse movement stage 40 for moving the sample in the XYZ axis directions up to an area where the shape of a given sample can be measured are configured.

【0005】そして、カンチレバー31、光源36、2
分割光検出器37、レンズ41は、固定部に固定されて
いる。
The cantilever 31, the light sources 36, 2
The split photodetector 37 and the lens 41 are fixed to a fixed portion.

【0006】従来から、アクチュエータとして最も一般
的に使用されているのは、チューブスキャナと称される
移動手段である。かかるチューブスキャナは、図4に示
すように、例えば、PZT等の材料を使用して製造され
た、円筒型のチューブの外周上に、4つの電極を分割し
て貼り付け、XYZ3方向の動きを可能にしたアクチュ
エータである。
Conventionally, the most commonly used actuator is a moving means called a tube scanner. As shown in FIG. 4, such a tube scanner divides and attaches four electrodes on the outer circumference of a cylindrical tube, which is manufactured using a material such as PZT, and moves in the XYZ3 directions. It is an enabled actuator.

【0007】具体的には、図4に示すように座標系を設
定すると、電極61a、61bに、大きさが同じで符号
の異なる電圧を印加することにより、X軸方向の走査が
可能となり、また、同様に、電極62a、62bに、大
きさが同じで符号の異なる電圧を印加することによりY
軸方向の走査が可能となる。また、チューブの内周に
は、共通電極63が設けられており、該共通電極と、す
べての電極61a、61b、62a、62bとの間に、
所定の電圧を印加することにより、チューブをZ方向に
伸縮させることも可能である。したがって、図4に示す
チューブスキャナは、試料を、X、Y、Z3軸方向に移
動させるアクチュエータとして機能する。
Specifically, when the coordinate system is set as shown in FIG. 4, by applying voltages having the same magnitude but different signs to the electrodes 61a and 61b, scanning in the X-axis direction becomes possible, Similarly, by applying voltages having the same magnitude but different signs to the electrodes 62a and 62b, Y
Axial scanning is possible. Further, a common electrode 63 is provided on the inner circumference of the tube, and between the common electrode and all the electrodes 61a, 61b, 62a, 62b,
The tube can be expanded and contracted in the Z direction by applying a predetermined voltage. Therefore, the tube scanner shown in FIG. 4 functions as an actuator that moves the sample in the X, Y, and Z axis directions.

【0008】さて、アクチュエータ33上に、載置され
た試料34の表面形状を観察する際には、制御手段38
によって、アクチュエータの各軸方向における移動量を
制御し、試料表面における、XY平面上の所定領域で、
探針に対し試料を相対移動させ、試料の形状を計測する
ための走査を行う。かかる走査によって、探針と試料と
の間に、いわゆる原子間力が作用し、この力の大きさに
よって、カンチレバー31がたわみ、探針32がZ軸方
向に変位するので、カンチレバーの撓み量が、一定にな
るように、フィードバック制御しながら、試料を走査し
ていくことにより、前記フィードバック制御量に対応し
て、試料の表面形状が求まる。なお、カンチレバーの撓
み量を一定にするためには、光源36から放射され、レ
ンズ41にて集光されて、カンチレバー31の反射面3
1aに照射され反射したレーザ光を、2分割光検出器3
7で受光し、各受光部からの差動出力が等しくなるよう
に、アクチュエータの移動量を制御して、試料を、Z方
向に移動する制御を行えば良い。
When observing the surface shape of the sample 34 placed on the actuator 33, the control means 38 is used.
The movement amount of the actuator in each axial direction is controlled by, and in a predetermined area on the XY plane on the sample surface,
The sample is moved relative to the probe to perform scanning for measuring the shape of the sample. By such scanning, a so-called atomic force acts between the probe and the sample, the cantilever 31 bends and the probe 32 is displaced in the Z-axis direction due to the magnitude of this force, and thus the amount of deflection of the cantilever is By scanning the sample while performing feedback control so as to be constant, the surface shape of the sample can be obtained corresponding to the feedback control amount. In order to keep the amount of bending of the cantilever constant, the light is emitted from the light source 36, is condensed by the lens 41, and is reflected by the reflecting surface 3 of the cantilever 31.
The laser light reflected by the laser beam 1a and reflected by the 1a is divided into two photodetectors 3
Light may be received at 7, and the movement amount of the actuator may be controlled so that the differential output from each light receiving unit becomes equal to control the sample to move in the Z direction.

【0009】なお、XYZ軸粗動ステージ40は、必須
の手段ではないが、与えられた試料の形状計測が可能な
エリアまで、試料34をXYZ軸方向に移動させるため
に、通常は、かかる手段を設けた構成になっている。
The XYZ axis coarse movement stage 40 is not an essential means, but it is usually used for moving the sample 34 in the XYZ axis directions to an area where the shape of a given sample can be measured. Is provided.

【0010】また、光源36から放射され、レンズ41
にて集光されて、カンチレバー31の反射面31aに照
射され反射したレーザ光を、2分割光検出器37で受光
する、光学系は、いわゆる「光てこ」を構成しているた
め、本光学系を採用している原子間力顕微鏡は、一般
に、「光てこ方式型」とも称される。前記光てことは、
具体的には、カンチレバー31の撓み角の、2倍の角度
の反射角度を有して、カンチレバー31の反射面31a
からレーザ光が反射する構成になっていることである。
Further, the light is emitted from the light source 36 and the lens 41
The optical system that receives the laser beam that has been condensed by the laser beam and is reflected by the reflection surface 31a of the cantilever 31 by the two-division photodetector 37 constitutes a so-called "optical lever". Atomic force microscopes that employ the system are also commonly referred to as "optical lever type". The light is
Specifically, the reflecting surface 31a of the cantilever 31 has a reflection angle that is twice the bending angle of the cantilever 31.
That is, the laser light is reflected from the laser.

【0011】また、AFMに、試料の状態や、試料上に
おけるカンチレバーの位置を観察するための光学顕微鏡
を備え付けた構成を有する顕微鏡も提案されている。
A microscope having a structure in which the AFM is equipped with an optical microscope for observing the state of the sample and the position of the cantilever on the sample has also been proposed.

【0012】その構成方法として、カンチレバーの真上
に光学顕微鏡を備え付け、カンチレバーの真上方向か
ら、試料を観察する方法や、固定部の底面に対し、斜め
方向に光学顕微鏡を備え付け、斜め方向から、試料を観
察する方法が提案されていた。
As a method of constructing the method, an optical microscope is provided directly above the cantilever, and the sample is observed from directly above the cantilever, or an optical microscope is provided obliquely to the bottom surface of the fixed portion, and the oblique direction is provided. , A method of observing a sample has been proposed.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のよう
な、光てこ方式のAFMにおいては、試料をアクチュエ
ータに載置し、試料自体を直接、XYZ方向に移動させ
るものである。
By the way, in the conventional optical lever type AFM, a sample is placed on an actuator and the sample itself is directly moved in the XYZ directions.

【0014】したがって、PZT等の圧電性の材料を使
用して製作するチューブスキャナ(最大径30(mm)
程度である)には、製造上、大きさに制約が有り、チュ
ーブスキャナに載置可能な試料の大きさにも制限があ
る。また、大きな試料を載置した場合には、アクチュエ
ータの共振周波数の低下を招き、分解能が低下してしま
うという問題点があった。すなわち、通常、機械系の共
振周波数は、高めに設定しておき、外乱の影響を受けに
くい構成にし、測定精度の向上を図るようにしている
が、大きな試料を載置した場合には、前記共振周波数が
低くなることによって、外乱の影響を受けやすいシステ
ムになってしまう問題点もあった。
Therefore, a tube scanner manufactured using a piezoelectric material such as PZT (maximum diameter 30 (mm))
There is a limit to the size in manufacturing, and there is also a limit to the size of the sample that can be placed on the tube scanner. In addition, when a large sample is placed, the resonance frequency of the actuator is lowered and the resolution is lowered. That is, usually, the resonance frequency of the mechanical system is set to a high value so that it is less susceptible to the influence of disturbance and the measurement accuracy is improved. There is also a problem that the system becomes susceptible to the influence of disturbance due to the lower resonance frequency.

【0015】また、AFMに、試料の状態や、試料上に
おけるカンチレバーの位置を観察するための光学顕微鏡
を備え付けた構成を有する顕微鏡の場合、カンチレバー
の真上に光学顕微鏡を備え付け、カンチレバーの真上方
向から、試料を観察する方法では、カンチレバーの上方
に、光学顕微鏡を備え付けるための十分なスペースを確
保しなければならないという制約があり、固定部の底面
に対し、斜め方向に光学顕微鏡を備え付け、斜め方向か
ら、試料を観察する方法では、斜めからの試料を観察す
るため、試料の全面に対し、同時に、光学顕微鏡の焦点
を合わせることができないという欠点があった。
Further, in the case of a microscope having a structure in which the AFM is equipped with an optical microscope for observing the state of the sample and the position of the cantilever on the sample, an optical microscope is provided directly above the cantilever and directly above the cantilever. In the method of observing the sample from the direction, there is a constraint that a sufficient space for installing the optical microscope must be secured above the cantilever, and with respect to the bottom surface of the fixed part, the optical microscope is installed in an oblique direction, The method of observing a sample from an oblique direction has a drawback that the optical microscope cannot be focused on the entire surface of the sample at the same time because the sample is observed from an oblique direction.

【0016】すなわち、光学顕微鏡による観察を併用す
る場合には、試料面の情報を有効に得るために、カンチ
レバーの真上から観察する方が有利であるものの、かか
る方法によれば、カンチレバー上方に、光学顕微鏡を備
え付けるための、十分なスペースを確保する必要があっ
た。
That is, when the observation with the optical microscope is also used, it is advantageous to observe from directly above the cantilever in order to effectively obtain the information of the sample surface. , It was necessary to secure sufficient space for installing the optical microscope.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、以下の手段が考えられる。
In order to solve the above problems, the following means are considered.

【0018】すなわち、与えられた試料の形状を計測す
る探針を備えるカンチレバーと、光源と、該光源から放
射した光を集光するレンズと、集光された光のカンチレ
バーによる反射光を受光する受光器と、前記カンチレバ
ーを固定し、直交する2軸方向にカンチレバーを移動可
能な第1の変位手段と、該第1の変位手段を固定し、カ
ンチレバーの移動方向である前記2軸方向と直交する1
軸方向に、前記第1の変位手段を移動可能な第2の変位
手段と、前記第1および第2の変位手段に所定の信号を
与え、前記探針と試料とを相対的に移動させる処理、お
よび、前記受光器からの出力に対応し、前記カンチレバ
ーの撓み量を所定量にするための前記第1の変位手段に
与える信号に応じて、試料の形状を計測する処理を少な
くとも行う制御手段と、計測された形状を少なくとも表
示する表示手段とを有して構成される原子間力顕微鏡で
ある。
That is, a cantilever having a probe for measuring the shape of a given sample, a light source, a lens for condensing light emitted from the light source, and a reflected light of the cantilever for the condensed light. A light receiver and a first displacement means that fixes the cantilever and can move the cantilever in two orthogonal directions, and a first displacement means that fixes the first displacement means and is orthogonal to the two-axis direction that is the movement direction of the cantilever. Do 1
Second displacement means capable of moving the first displacement means in the axial direction, and processing for giving a predetermined signal to the first and second displacement means to relatively move the probe and the sample. And a control means which corresponds to the output from the light receiver and at least performs a process of measuring the shape of the sample in response to a signal given to the first displacement means for making the amount of bending of the cantilever a predetermined amount. And an atomic force microscope configured to include a display unit for displaying at least the measured shape.

【0019】また、前記第1の変位手段は、チューブス
キャナで構成され、また、前記第2の変位手段は、平行
ばねと、これを押圧する圧電素子を有して構成される原
子間力顕微鏡や、前記第1の変位手段は、チューブスキ
ャナで構成され、また、前記第2の変位手段は、圧電素
子で構成される原子間力顕微鏡が好ましい。
The first displacing means is composed of a tube scanner, and the second displacing means is composed of a parallel spring and a piezoelectric element for pressing the parallel spring. Alternatively, the first displacement means is preferably a tube scanner, and the second displacement means is preferably an atomic force microscope composed of a piezoelectric element.

【0020】また、前記カンチレバーの直上に、光学顕
微鏡および光学顕微鏡の焦点をカンチレバーに合わせる
ための対物レンズを設けた構成も考えられる。
Further, a structure in which an optical microscope and an objective lens for focusing the optical microscope on the cantilever are provided directly above the cantilever can be considered.

【0021】[0021]

【作用】本発明は、平行ばね、積層型圧電素子等を有し
て構成された、Y方向1軸微動手段と、先端にカンチレ
バーを備えた、チューブスキャナ等の2軸方向の移動を
可能とするアクチュエータを組み合わせ、X、Y、Zの
3方向の、カンチレバーの移動を可能とする。そして、
光てこを構成する光源部と検出部を、前記Y方向1軸微
動手段およびアクチュエータの外側に設ける。これによ
り、カンチレバー自体の移動を可能にする。さらに、チ
ューブスキャナを、その中心軸が、試料面と平行になる
ように配置し、備え付けた光学顕微鏡で、カンチレバー
の真上から試料とカンチレバーを同時に観察可能な原子
間力顕微鏡を提供する。
According to the present invention, it is possible to move a Y-direction uniaxial fine movement means having a parallel spring, a laminated piezoelectric element and the like, and a cantilever at the tip end thereof in a biaxial direction such as a tube scanner. It is possible to move the cantilever in three directions of X, Y and Z by combining the actuators. And
A light source section and a detection section that constitute an optical lever are provided outside the Y direction uniaxial fine movement means and the actuator. This allows movement of the cantilever itself. Further, the tube scanner is arranged such that its central axis is parallel to the sample surface, and an atomic force microscope capable of simultaneously observing the sample and the cantilever from directly above the cantilever is provided by an optical microscope provided.

【0022】上記の構成により、チューブスキャナ先端
には、カンチレバーのみが取り付けられ、軽量、かつ、
一定量の負荷のもとで、Z方向での前記フィードバック
制御が可能となる。
With the above construction, only the cantilever is attached to the tip of the tube scanner, and the weight is light and
The feedback control in the Z direction is possible under a certain amount of load.

【0023】また、試料に対する探針の走査は、XY平
面上で探針自体の移動によって行われる。したがって、
計測対象となる試料の大きさや重さに対する制約は、大
きく軽減される。また、カンチレバーは、試料面と平行
に伸びたチューブスキャナの先端に配置されるため、カ
ンチレバー周辺に、光学顕微鏡を備え付け可能な十分な
スペースが確保でき、光学顕微鏡や、光てこを構成する
光源部と検出部の配置が容易になる。
The scanning of the probe with respect to the sample is performed by moving the probe itself on the XY plane. Therefore,
The restrictions on the size and weight of the sample to be measured are greatly reduced. Also, since the cantilever is placed at the tip of the tube scanner that extends parallel to the sample surface, a sufficient space for mounting an optical microscope can be secured around the cantilever, and the light source part that constitutes the optical microscope and the optical lever is secured. And the arrangement of the detection unit becomes easy.

【0024】[0024]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】図1は、本発明の第1実施例の構成図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram of the first embodiment of the present invention.

【0026】7は、形状の計測対象となる試料である。Reference numeral 7 is a sample whose shape is to be measured.

【0027】3は、その先端に探針を備える、カンチレ
バーであり、例えば、シリコン等を材料にして、板ばね
状に製造される。なお、カンチレバー3の裏面には、光
を反射する反射面を備えている。
Reference numeral 3 denotes a cantilever having a probe at its tip, which is made of, for example, silicon or the like into a leaf spring shape. The back surface of the cantilever 3 is provided with a reflection surface that reflects light.

【0028】5は、チューブスキャナであり、その詳細
構成は、従来技術で述べたように、図4に示される。チ
ューブスキャナ5によって、カンチレバー3のX、Z方
向の移動機構を実現できる。
Reference numeral 5 is a tube scanner, the detailed construction of which is shown in FIG. 4 as described in the prior art. The tube scanner 5 can realize a moving mechanism of the cantilever 3 in the X and Z directions.

【0029】1は、レーザ光を放射する光源であり、例
えば、半導体レーザを使用して実現される。
Reference numeral 1 is a light source for emitting a laser beam, which is realized by using, for example, a semiconductor laser.

【0030】2は、光源1から照射された光を、前記カ
ンチレバー3の裏面に設けられた反射面に照射すべく、
レーザ光を集光する集光レンズである。
Reference numeral 2 is for irradiating the reflection surface provided on the back surface of the cantilever 3 with the light emitted from the light source 1.
It is a condenser lens for condensing laser light.

【0031】6は、カンチレバー3の裏面に設けられた
反射面での反射光を検出するための、2分割光検出器で
ある。例えば、シリコンフォトダイオードによって構成
可能である。
Reference numeral 6 is a two-division photodetector for detecting the reflected light on the reflecting surface provided on the back surface of the cantilever 3. For example, it can be configured by a silicon photodiode.

【0032】なお、図1(b)は、光源1とレンズ2お
よび2分割光検出器6の配置関係を、図1(a)のY軸
方向から見た状態を示したものである。図1(a)に
は、光源1とレンズ2および2分割光検出器6を図示し
ていないが、実際には、Y軸方向から見たとき、図1
(b)に示すような光学系が、固定部10に固定されて
いることになる。なお、光源1から放射されたレーザ光
は、レンズ2によって集光され、チューブスキャナ5の
先端に備えられたカンチレバー3の裏面に設けられた反
射面で反射し、該反射光は、2分割光検出器6にて受光
される光学系を形成し、いわゆる、光てこを構成してい
る。光てこは、チューブスキャナ5の外側の余裕のある
スペース内に構成される。なお、試料の形状計測のため
には、常に、反射光が得られるように、カンチレバー3
の裏面に設けられた反射面に、レーザ光が照射されてい
る必要がある。
Incidentally, FIG. 1B shows the arrangement of the light source 1, the lens 2 and the two-divided photodetector 6 as viewed from the Y-axis direction in FIG. 1A. Although FIG. 1A does not show the light source 1, the lens 2 and the two-divided photodetector 6, in reality, when viewed from the Y-axis direction, FIG.
The optical system as shown in (b) is fixed to the fixed portion 10. The laser light emitted from the light source 1 is condensed by the lens 2 and is reflected by the reflection surface provided on the back surface of the cantilever 3 provided at the tip of the tube scanner 5, and the reflected light is divided into two parts. An optical system that receives light by the detector 6 is formed and constitutes a so-called optical lever. The optical lever is formed inside the extra space outside the tube scanner 5. For measuring the shape of the sample, the cantilever 3 should always be used so that the reflected light can be obtained.
The laser beam needs to be irradiated on the reflection surface provided on the back surface of the.

【0033】17は、圧電素子、15は、平行ばねであ
る。圧電素子17は、例えば、PZT等を材料とし、圧
電材料を積層状に配置して構成した、積層型圧電素子を
使用すれば良い。圧電素子17に、制御回路から所定の
電圧が印加されると、Y軸方向への押圧が生じ、当該押
圧によって、平行ばね15は、Y軸方向に移動する。し
たがって、平行ばね15に備え付けられたチューブスキ
ャナ5の、先端に備えられたカンチレバー3は、Y軸方
向に移動することになる。このように、圧電素子17に
所定量の電圧を印加することにより、カンチレバー3
を、Y軸方向に所定量移動可能となる。すなわち、平行
ばね15と圧電素子17とを有した構成により、Y軸方
向の移動機構が実現できる。
Reference numeral 17 is a piezoelectric element, and 15 is a parallel spring. For the piezoelectric element 17, for example, a laminated piezoelectric element made of PZT or the like and having piezoelectric materials arranged in a laminated manner may be used. When a predetermined voltage is applied to the piezoelectric element 17 from the control circuit, the piezoelectric element 17 is pressed in the Y-axis direction, and the parallel spring 15 is moved in the Y-axis direction by the pressing. Therefore, the cantilever 3 provided at the tip of the tube scanner 5 provided on the parallel spring 15 moves in the Y-axis direction. In this way, by applying a predetermined amount of voltage to the piezoelectric element 17, the cantilever 3
Can be moved in the Y-axis direction by a predetermined amount. That is, with the configuration having the parallel spring 15 and the piezoelectric element 17, a moving mechanism in the Y-axis direction can be realized.

【0034】図6(a)に、平行ばね15の変位の様子
を示す。図中、aは、平行ばねの微動側、bは、平行ば
ねの固定側であり、bは、固定部10に固定されてい
る。
FIG. 6A shows how the parallel spring 15 is displaced. In the figure, a is a fine movement side of the parallel spring, b is a fixed side of the parallel spring, and b is fixed to the fixing portion 10.

【0035】Y軸方向に、力が加えられた場合、平行ば
ねは変形し、点線で示すような形状となる。したがっ
て、平行ばね15にチューブスキャナ5を備え、その先
端にカンチレバー3を設けた構成とすることにより、カ
ンチレバー3をY軸方向に移動する機構を実現できる。
When a force is applied in the Y-axis direction, the parallel spring is deformed into a shape shown by a dotted line. Therefore, by providing the parallel spring 15 with the tube scanner 5 and providing the cantilever 3 at the tip thereof, a mechanism for moving the cantilever 3 in the Y-axis direction can be realized.

【0036】9は、XYZステージであり、例えば、微
動機構上に載置された試料7を、形状測定可能なエリア
まで、移動させるための手段であり、通常市販されてい
る、光学用移動ステージを使用して構成すれば良い。な
お、本手段は必須ではないが備えておくのが好ましい。
Reference numeral 9 denotes an XYZ stage, which is a means for moving the sample 7 mounted on the fine movement mechanism to an area where the shape can be measured, and is a commercially available optical moving stage. Can be configured using. This means is not essential, but it is preferable to have it.

【0037】11は、制御回路であり、少なくとも以下
の処理を行う手段で、例えば、CPU、ROM(予め所
定の処理を行うプログラムを内蔵しておく)、RAM、
各種CMOS等の電子デバイスによって実現される。
Reference numeral 11 denotes a control circuit, which is a means for performing at least the following processing, such as a CPU, a ROM (a program for performing a predetermined processing is stored in advance), a RAM,
It is realized by various electronic devices such as CMOS.

【0038】まず、チューブスキャナ5に対して、所定
の駆動電圧を印加し、X、Z方向に、カンチレバー3を
移動させる処理である。
First, a process of applying a predetermined drive voltage to the tube scanner 5 to move the cantilever 3 in the X and Z directions.

【0039】次に、カンチレバー3を、Y軸方向に移動
するための所定の信号を送信する処理である。具体的に
は、上記のように、所定電圧を圧電素子17に印加す
る。
Next, it is a process of transmitting a predetermined signal for moving the cantilever 3 in the Y-axis direction. Specifically, the predetermined voltage is applied to the piezoelectric element 17 as described above.

【0040】さらに、2分割光検出器6によって、カン
チレバー3からの反射光を受光し、各受光部からの差動
出力が等しくなるように、チューブスキャナ5の移動量
を制御し、すなわち、カンチレバー3の撓み量が一定に
なるように、フィードバック制御しながら、該フィード
バック制御量に対応する、試料7の表面形状を求める処
理を行う。
Further, the two-divided photodetector 6 receives the reflected light from the cantilever 3 and controls the moving amount of the tube scanner 5 so that the differential output from each light receiving section becomes equal, that is, the cantilever. While performing feedback control so that the deflection amount of No. 3 becomes constant, processing for obtaining the surface shape of the sample 7 corresponding to the feedback control amount is performed.

【0041】12は、表示装置であり、制御回路11に
よって検出した、試料7の形状情報を少なくとも表示す
る機能を有し、例えば、CRT、ELディスプレイ、液
晶ディスプレイによって実現される。
A display device 12 has a function of displaying at least the shape information of the sample 7 detected by the control circuit 11, and is realized by, for example, a CRT, an EL display, or a liquid crystal display.

【0042】10は、固定部であり、光源1、レンズ
2、2分割光検出器6を固定し、さらに、XYZステー
ジ9を、その下部に固定する手段である。例えば、防錆
加工処理された金属材料等を使用し、所望の形状を呈す
るように、設計、製作すれば良い。
Reference numeral 10 denotes a fixing portion, which is a means for fixing the light source 1, the lens 2 and the two-divided photodetector 6, and further fixing the XYZ stage 9 to the lower part thereof. For example, a metal material or the like that has been subjected to rust prevention processing may be used and designed and manufactured to have a desired shape.

【0043】20は、光学顕微鏡であり、18は、試料
7に焦点を合わせるための対物レンズである。光学顕微
鏡20は、図1に示すように、固定部10に固定され、
試料7を、その上部から観察可能である。
Reference numeral 20 is an optical microscope, and reference numeral 18 is an objective lens for focusing on the sample 7. The optical microscope 20 is fixed to the fixing portion 10 as shown in FIG.
The sample 7 can be observed from above.

【0044】なお、光学顕微鏡は、十分に空間的な余裕
を有して、固定部10に取り付けられていることが分か
る。
It is understood that the optical microscope is attached to the fixed portion 10 with a sufficient spatial margin.

【0045】また、圧電素子17で駆動される、平行ば
ね15の微動側(図中、aは、平行ばねの微動側、b
は、平行ばねの固定側である)に、チューブスキャナ5
の中心軸が、試料面と平行になるように、チューブスキ
ャナ5を固定し、その先端下部に、カンチレバー3を備
えた構成にするのが好ましい。
Further, the fine movement side of the parallel spring 15 driven by the piezoelectric element 17 (in the figure, a is the fine movement side of the parallel spring, and b is the fine movement side).
Is the fixed side of the parallel spring) and the tube scanner 5
It is preferable that the tube scanner 5 is fixed so that the central axis of is parallel to the sample surface, and the cantilever 3 is provided at the lower end of the tip.

【0046】Z方向のフィードバック制御と、XY平面
内での走査の一方(一般的には走査速度の早い方の走
査:2次元でラスタースキャンを行う場合、一方の方向
の走査速度が速く、他方の方向の走査速度は遅い)を、
チューブスキャナの動作で行ない、面内走査のもう一方
の走査(すなわち、速度の遅い方の走査)を、平行ばね
で行なえばよい。
Feedback control in the Z direction and one of scanning in the XY plane (generally, scanning with a higher scanning speed: when two-dimensional raster scanning is performed, the scanning speed in one direction is high and the other is The scanning speed in the direction of is slow)
The other operation of the in-plane scanning (that is, the scanning with the slower speed) may be performed by the operation of the tube scanner with the parallel spring.

【0047】また、チューブスキャナの中心軸方向に大
きな変位量を得ようとすると、チューブスキャナは非常
に長くなってしまうが、その方向の変位は、平行ばねで
行われるので、このような問題は生じない。
Further, if an attempt is made to obtain a large displacement amount in the central axis direction of the tube scanner, the tube scanner becomes very long, but since the displacement in that direction is performed by the parallel spring, such a problem is caused. Does not happen.

【0048】一例として、「外径7(mm)、内径5
(mm)、長さ30(mm)」の大きさのチューブスキ
ャナでは、屈曲方向には、±250(V)の印加電圧
で、約25(μm)の変位が得られるのに対し、中心軸
方向には、500(V)の印加電圧で、約4(μm)の
変位しか得られない。
As an example, "outer diameter 7 (mm), inner diameter 5"
(Mm), length 30 (mm) ", the displacement of about 25 (μm) can be obtained in the bending direction by the applied voltage of ± 250 (V), while the central axis In the direction, with an applied voltage of 500 (V), only a displacement of about 4 (μm) can be obtained.

【0049】一方、積層型圧電素子であって、その大き
さが「5×5×18(mm)」のものでは、例えば、1
00(V)の印加電圧で、約15(μm)の変位が得ら
れ、平行ばねで、2倍のてこ比(機械的てこ比)で変位
を拡大することにより、約30(μm)の変位が得られ
ることになる。
On the other hand, in the case of a laminated piezoelectric element having a size of “5 × 5 × 18 (mm)”, for example, 1
A displacement of about 15 (μm) can be obtained with an applied voltage of 00 (V), and a displacement of about 30 (μm) can be obtained by enlarging the displacement with a double leverage ratio (mechanical lever ratio) with a parallel spring. Will be obtained.

【0050】このことを、図6(b)を参照して説明す
る。平行ばねに、図に示すようにY軸方向の力が作用し
たとする。なお、力の作用点は、平行ばねの一辺eの中
点であるとする。このとき、平行ばねは、点線で示すよ
うに変形される。力は、平行ばねの一辺eの中点に作用
するため、図に示す変位量dは、変位量cの2倍となる
ことがわかる。したがって、上述のように、平行ばねを
使用して、2倍のてこ比(機械的てこ比)で変位を拡大
することが可能となる。
This will be described with reference to FIG. 6 (b). It is assumed that a force in the Y-axis direction acts on the parallel spring as shown in the figure. The point of action of the force is assumed to be the midpoint of one side e of the parallel spring. At this time, the parallel spring is deformed as shown by the dotted line. Since the force acts on the midpoint of one side e of the parallel spring, it can be seen that the displacement amount d shown in the figure is twice the displacement amount c. Therefore, as described above, the parallel spring can be used to magnify the displacement with a double lever ratio (mechanical lever ratio).

【0051】さらに、チューブスキャナは、2軸の屈曲
動作のみを利用するように使用されるので、一般の使用
法である、3軸動作時のように、中心軸方向に大きく、
チューブが変位しているときは、屈曲方向の変位量が制
限されてしまうような欠点は発生しない。
Further, since the tube scanner is used so as to utilize only the biaxial bending operation, it is large in the central axis direction as in the general usage of the triaxial operation.
When the tube is displaced, the defect that the displacement amount in the bending direction is limited does not occur.

【0052】さて、図1を参照して、動作を説明する。The operation will now be described with reference to FIG.

【0053】まず、使用者は、試料7をXYZステージ
上に載置するとともに、XYZステージ9を使用して、
試料7の形状が計測可能な位置まで、3次元方向に、試
料7を移動させる。カンチレバー直上の空間には、カン
チレバー3と試料7を観察するための光学顕微鏡20が
配置されているため、使用者は、これを使用して試料の
載置の仕方が適切か、すなわち、試料7のカンチレバー
3に対する位置が適切になっているか等を確認しなが
ら、試料7の設定作業を行うことが可能であり、機器の
操作性が向上する。
First, the user mounts the sample 7 on the XYZ stage and uses the XYZ stage 9 to
The sample 7 is moved in a three-dimensional direction to a position where the shape of the sample 7 can be measured. Since the optical microscope 20 for observing the cantilever 3 and the sample 7 is arranged in the space immediately above the cantilever, the user can use this to mount the sample properly, that is, the sample 7 It is possible to perform the setting work of the sample 7 while confirming whether or not the position of the sample with respect to the cantilever 3 is appropriate, and the operability of the device is improved.

【0054】そして、機器の動作を開始させると、制御
回路11は、前述のように、チューブスキャナ5、圧電
素子17に所定の信号を与える。
When the operation of the equipment is started, the control circuit 11 gives a predetermined signal to the tube scanner 5 and the piezoelectric element 17 as described above.

【0055】カンチレバー3の先端に設けられた探針
は、試料7に対して、X、Y軸方向で走査を開始する。
そして、制御回路11は、2分割光検出器6によって受
光されたカンチレバー3からの反射光に対応する、各受
光部からの差動出力が等しくなるように、チューブスキ
ャナ5のZ軸方向の移動量を制御し、すなわち、カンチ
レバーの撓み量が、一定になるように、フィードバック
制御しながら、該フィードバック制御量に対応する、試
料7の表面形状を求める処理を行う。
The probe provided at the tip of the cantilever 3 starts scanning the sample 7 in the X and Y axis directions.
Then, the control circuit 11 moves the tube scanner 5 in the Z-axis direction so that the differential outputs from the respective light receiving portions corresponding to the reflected light from the cantilever 3 received by the two-division photodetector 6 become equal. The amount of the cantilever is controlled, that is, the deflection of the cantilever is controlled to be constant, and the surface shape of the sample 7 corresponding to the feedback control amount is obtained while performing feedback control.

【0056】なお、試料の走査は、例えば、ラスタース
キャンにより行う。そして、ラスタースキャンにおけ
る、走査速度の速い方向(本実施例では、X方向)での
走査を、チューブスキャナ5によって行い、X方向と直
交する、走査速度の遅い方向(本実施例では、Y方向)
での走査を、圧電素子17と平行ばね15とを有して構
成される移動機構によって行うようにしている。このた
め、XYZステージ9に載置される、試料7の大きさや
重量に影響を受けずに、高速の走査を実現可能とする。
The sample is scanned by, for example, a raster scan. Then, in the raster scan, the tube scanner 5 performs scanning in a direction with a high scanning speed (X direction in this embodiment), and a direction with a low scanning speed (Y direction in this embodiment) orthogonal to the X direction. )
The scanning is performed by a moving mechanism including a piezoelectric element 17 and a parallel spring 15. Therefore, high-speed scanning can be realized without being affected by the size and weight of the sample 7 placed on the XYZ stage 9.

【0057】以上の走査によって測定された形状は、表
示装置12に表示されることとなり、試料7の形状計測
が完了する。
The shape measured by the above scanning is displayed on the display device 12, and the shape measurement of the sample 7 is completed.

【0058】なお、光源1から放射されたレーザ光は、
レンズ2によって集光され、走査によってカンチレバー
3が移動しても、常に、カンチレバー3の反射面からの
反射光が得られるように、レーザー光の照射エリアが、
所定値以上の広さを有するように、光源1およびレンズ
2が設定されなければならない。この様子を、図4に示
す。図4に示すように、カンチレバーの走査範囲が、カ
ンチレバー上のレーザスポット内に存在するように、光
源1およびレンズ2を設定しなければならないことにな
る。
The laser light emitted from the light source 1 is
Even if the cantilever 3 is moved by scanning after being focused by the lens 2, the irradiation area of the laser light is always so that the reflected light from the reflecting surface of the cantilever 3 can be obtained.
The light source 1 and the lens 2 must be set so as to have a width equal to or larger than a predetermined value. This state is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the light source 1 and the lens 2 must be set so that the scanning range of the cantilever exists within the laser spot on the cantilever.

【0059】以上のように、第一実施例によれば、比較
的大きな試料の形状計測も可能な原子間力顕微鏡を提供
することができ、また、カンチレバー上方に備え付けら
れた光学顕微鏡により、試料の載置状態等を確認でき、
操作性も向上する。
As described above, according to the first embodiment, it is possible to provide an atomic force microscope capable of measuring the shape of a relatively large sample, and the optical microscope installed above the cantilever enables the sample to be measured. You can check the placement status of
Operability is also improved.

【0060】図2は、本発明の第2実施例の構成図であ
る。
FIG. 2 is a block diagram of the second embodiment of the present invention.

【0061】本実施例と、第一実施例との違いは、第一
実施例で示した、圧電素子17と平行ばね15の組合せ
で構成したY軸方向の移動手段の代わりに、積層型圧電
素子等の圧電素子21でY軸方向の移動手段を実現した
点にある。
The difference between this embodiment and the first embodiment is that instead of the moving means in the Y-axis direction composed of the combination of the piezoelectric element 17 and the parallel spring 15 shown in the first embodiment, a laminated piezoelectric element is used. The piezoelectric element 21 such as an element realizes a moving means in the Y-axis direction.

【0062】なお、図1と同一符号が付されている構成
要素は、図1と全く同一のものと考えて良い。また、本
実施例においても、図示はしていないが、Y軸方向から
見たとき、図1(b)に示すように、光学系が配置され
ている。もちろん、光学系の構成要素も、第一実施例と
同一の物で実現すれば良い。
The components designated by the same reference numerals as in FIG. 1 may be considered to be completely the same as those in FIG. Also in this embodiment, although not shown, the optical system is arranged as shown in FIG. 1B when viewed from the Y-axis direction. Of course, the constituent elements of the optical system may be realized by the same ones as in the first embodiment.

【0063】さて、本実施例では、圧電素子21がカン
チレバー3のY軸方向の移動を可能としている。かかる
圧電素子21としては、例えば、PZT等の材料を積層
状に配置して構成した、積層型圧電素子を使用するのが
好ましい。
In this embodiment, the piezoelectric element 21 enables the cantilever 3 to move in the Y-axis direction. As the piezoelectric element 21, for example, it is preferable to use a laminated piezoelectric element configured by arranging materials such as PZT in a laminated shape.

【0064】圧電素子21が変位する側に(図2に示す
ように、反対側は固定されている)に、その中心軸が試
料面と平行になるようにチューブスキャナ5を固定し、
さらに、チューブスキャナ5の先端部にカンチレバー3
を備えた構成である。
The tube scanner 5 is fixed to the side where the piezoelectric element 21 is displaced (the opposite side is fixed as shown in FIG. 2) so that its central axis is parallel to the sample surface,
Further, the cantilever 3 is attached to the tip of the tube scanner 5.
It is a configuration provided with.

【0065】制御回路11が、圧電素子21に所定の電
圧を印加することにより、圧電素子21がY方向に変位
し、チューブスキャナ5をY方向に移動させる。そし
て、チューブスキャナ5の先端部に備えた、カンチレバ
ー3のY方向の走査を可能にする。
When the control circuit 11 applies a predetermined voltage to the piezoelectric element 21, the piezoelectric element 21 is displaced in the Y direction and the tube scanner 5 is moved in the Y direction. Then, the cantilever 3 provided at the tip of the tube scanner 5 can be scanned in the Y direction.

【0066】本実施例では、以上のように、カンチレバ
ー3のY方向の走査を、圧電素子21によって実現し、
X方向の走査およびZ方向のフィードバック制御を、チ
ューブスキャナ5で行う。
In the present embodiment, as described above, the scanning of the cantilever 3 in the Y direction is realized by the piezoelectric element 21,
The tube scanner 5 performs scanning in the X direction and feedback control in the Z direction.

【0067】その他の動作等については、第一実施例と
全く同様なので、重複して説明することは省略する。
The other operations and the like are exactly the same as those in the first embodiment, and therefore a duplicate description will be omitted.

【0068】以上のように、第二実施例によっても、比
較的大きな試料の形状計測も可能な原子間力顕微鏡を提
供することができ、また、カンチレバー上方に備え付け
られた光学顕微鏡により、試料の載置状態等を確認で
き、操作性も向上する。
As described above, also according to the second embodiment, it is possible to provide the atomic force microscope capable of measuring the shape of a relatively large sample, and the optical microscope provided above the cantilever can be used to measure the sample. You can check the mounting status and improve operability.

【0069】なお、上記実施例にて述べた移動機構は、
原子間力顕微鏡に限らず、他の各種の観察装置に応用可
能であることは、いうまでもない。
The moving mechanism described in the above embodiment is
Needless to say, the present invention can be applied not only to the atomic force microscope but also to various other observation devices.

【0070】[0070]

【発明の効果】本発明によれば、カンチレバーを備え
た、3軸微動機構を構成し、前記フィードバック制御と
XY走査を、軽量かつ一定の負荷のもとで行うことがで
き、比較的大きな試料の形状計測も可能となる。また、
カンチレバーは、試料面と平行に伸びたチューブスキャ
ナの先端に配置されるため、カンチレバー周辺に、光学
顕微鏡を備え付け可能な十分なスペースが確保でき、光
学顕微鏡や、光てこを構成する光源部と検出部の配置が
容易になり、設計自由度が増す。
According to the present invention, a three-axis fine movement mechanism having a cantilever is constructed, and the feedback control and XY scanning can be performed under a light weight and a constant load, and a relatively large sample can be obtained. The shape of can be measured. Also,
Since the cantilever is placed at the tip of the tube scanner that extends parallel to the sample surface, it is possible to secure a sufficient space around the cantilever where an optical microscope can be installed, and the light source that constitutes the optical microscope and the optical lever can be detected. The layout of the parts becomes easier and the degree of freedom in design increases.

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

【図1】本発明の第1実施例の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.

【図3】従来の原子間力顕微鏡の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional atomic force microscope.

【図4】従来の原子間力顕微鏡に使用される、チューブ
スキャナの構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of a tube scanner used in a conventional atomic force microscope.

【図5】レーザ光照射領域と、カンチレバーの移動領域
の関係の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a relationship between a laser light irradiation region and a moving region of a cantilever.

【図6】平行ばねの変位の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of displacement of a parallel spring.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源、2…レンズ、3…カンチレバー、5…チュー
ブスキャナ、6…2分割光検出器、7…試料、9…XY
Zステージ、10…固定部、11…制御回路、12…表
示装置、15…平行ばね、17…圧電素子、18…対物
レンズ、20…光学顕微鏡、31…カンチレバー、32
…探針、33…アクチュエータ、36…光源、41…レ
ンズ、37…2分割光検出器、38…制御手段、39…
表示手段、40…XYZ軸粗動ステージ
1 ... Light source, 2 ... Lens, 3 ... Cantilever, 5 ... Tube scanner, 6 ... Two-part photodetector, 7 ... Sample, 9 ... XY
Z stage, 10 ... Fixed part, 11 ... Control circuit, 12 ... Display device, 15 ... Parallel spring, 17 ... Piezoelectric element, 18 ... Objective lens, 20 ... Optical microscope, 31 ... Cantilever, 32
... probe, 33 ... actuator, 36 ... light source, 41 ... lens, 37 ... two-part photodetector, 38 ... control means, 39 ...
Display means, 40 ... XYZ axis coarse movement stage

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】与えられた試料の形状を計測する探針を備
えるカンチレバーと、光源と、該光源から放射した光を
集光するレンズと、集光された光のカンチレバーによる
反射光を受光する受光器と、前記カンチレバーを固定
し、直交する2軸方向にカンチレバーを移動可能な第1
の変位手段と、該第1の変位手段を支持し、カンチレバ
ーの移動方向である前記2軸方向と直交する1軸方向
に、前記第1の変位手段を移動可能な第2の変位手段
と、前記第1および第2の変位手段に所定の信号を与
え、前記探針と試料とを相対的に移動させる処理、およ
び、前記受光器からの出力に対応し、前記カンチレバー
の撓み量を所定量にするための前記第1の変位手段に与
える信号に応じて、試料の形状を計測する処理を少なく
とも行う制御手段と、計測された形状を少なくとも表示
する表示手段とを有して構成される原子間力顕微鏡。
1. A cantilever having a probe for measuring the shape of a given sample, a light source, a lens for condensing light emitted from the light source, and a reflected light of the cantilever for the condensed light. A first light receiving device, which fixes the cantilever and can move the cantilever in two orthogonal directions.
Displacing means, and second displacing means that supports the first displacing means and is capable of moving the first displacing means in one axial direction orthogonal to the two axial directions that are the moving directions of the cantilever, Corresponding to the process of giving a predetermined signal to the first and second displacement means to relatively move the probe and the sample, and the output from the light receiver, the bending amount of the cantilever is set to a predetermined amount. Atom configured to have at least a process for measuring the shape of the sample in response to a signal given to the first displacement means and a display means for displaying at least the measured shape. Force microscope.
【請求項2】請求項1において、前記第1の変位手段
は、チューブスキャナで構成され、また、前記第2の変
位手段は、平行ばねと、これを押圧する圧電素子を有し
て構成されることを特徴とする原子間力顕微鏡。
2. The first displacing means according to claim 1, wherein the first displacing means comprises a tube scanner, and the second displacing means comprises a parallel spring and a piezoelectric element for pressing the parallel spring. Atomic force microscope characterized in that
【請求項3】請求項2において、前記チューブスキャナ
は、その中心軸が、試料面と平行となるように、前記平
行ばねの変位側に固定され、また、前記カンチレバー
は、前記チューブスキャナの先端下部に設けられている
ことを特徴とする原子間力顕微鏡。
3. The tube scanner according to claim 2, wherein the central axis of the tube scanner is fixed to a displacement side of the parallel spring so that the central axis is parallel to the sample surface, and the cantilever is a tip of the tube scanner. An atomic force microscope characterized by being provided at the bottom.
【請求項4】請求項1、2および3のいずれかにおい
て、前記レンズは、前記カンチレバーの変位領域を含む
領域を、前記光源からの光の照射エリアとするように、
光を集光することを特徴とする原子間力顕微鏡。
4. The lens according to claim 1, wherein the lens includes an area including a displacement area of the cantilever as an irradiation area of light from the light source.
An atomic force microscope characterized by collecting light.
【請求項5】請求項1、2、3および4のいずれかにお
いて、さらに、試料を載置し、試料を3軸方向に移動可
能とする、粗動手段を備えたことを特徴とする原子間力
顕微鏡。
5. An atom according to any one of claims 1, 2, 3 and 4, further comprising coarse moving means for placing a sample and allowing the sample to move in three axial directions. Force microscope.
【請求項6】請求項1において、前記第1の変位手段
は、チューブスキャナで構成され、また、前記第2の変
位手段は、圧電素子で構成されることを特徴とする原子
間力顕微鏡。
6. The atomic force microscope according to claim 1, wherein the first displacement means is a tube scanner, and the second displacement means is a piezoelectric element.
【請求項7】請求項6において、前記チューブスキャナ
は、その中心軸が、試料面と平行となるように、前記圧
電素子の変位端に固定され、また、前記カンチレバー
は、前記チューブスキャナの先端下部に設けられている
ことを特徴とする原子間力顕微鏡。
7. The tube scanner according to claim 6, wherein the center axis of the tube scanner is fixed to a displacement end of the piezoelectric element so that the center axis is parallel to the sample surface, and the cantilever is a tip of the tube scanner. An atomic force microscope characterized by being provided at the bottom.
【請求項8】請求項2および6のいずれかにおいて、前
記圧電素子は、積層型圧電素子であることを特徴とする
原子間力顕微鏡。
8. The atomic force microscope according to claim 2, wherein the piezoelectric element is a laminated piezoelectric element.
【請求項9】請求項1、2、3、4、5、6、7および
8のいずれかにおいて、前記カンチレバーの直上に、光
学顕微鏡および光学顕微鏡の焦点をカンチレバーに合わ
せるための対物レンズを設けたことを特徴とする原子間
力顕微鏡。
9. The optical microscope according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8, wherein an optical microscope and an objective lens for focusing the optical microscope on the cantilever are provided directly above the cantilever. Atomic force microscope characterized in that
【請求項10】与えられた試料を載置する試料台と、試
料を計測するプローブと、前記プローブを固定し、直交
する2軸方向にプローブを移動可能な第1の変位手段
と、該第1の変位手段を支持し、プローブの移動方向で
ある前記2軸方向と直交する1軸方向に、前記第1の変
位手段を移動可能な第2の変位手段を有して構成される
観察装置。
10. A sample table on which a given sample is placed, a probe for measuring the sample, a first displacement means for fixing the probe and capable of moving the probe in two orthogonal axis directions, An observing device configured to support one displacing means and have a second displacing means capable of moving the first displacing means in a uniaxial direction orthogonal to the biaxial direction which is a moving direction of the probe .
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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