JPH07243832A - 走査型原子間力顕微鏡 - Google Patents
走査型原子間力顕微鏡Info
- Publication number
- JPH07243832A JPH07243832A JP6036735A JP3673594A JPH07243832A JP H07243832 A JPH07243832 A JP H07243832A JP 6036735 A JP6036735 A JP 6036735A JP 3673594 A JP3673594 A JP 3673594A JP H07243832 A JPH07243832 A JP H07243832A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser light
- probe
- sample
- scanning
- sample surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- 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
-
- 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]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
- G01Q60/38—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
- Y10S977/86—Scanning probe structure
- Y10S977/868—Scanning probe structure with optical means
- Y10S977/87—Optical lever arm for reflecting light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザ光の照射によって発生する、カンチレ
バー、探針、および試料表面の温度変化を抑制した、安
定性の高いＡＦＭを提供する。 【構成】 試料表面に対向し、かつ試料表面に近接して
配置された探針と、探針を先端に保持するカンチレバー
と、探針を試料表面に対して三次元空間的に移動させる
移動手段と、探針で得られる試料表面の構造に対応した
信号を検出する信号検出手段と、探針と試料表面との相
対的位置と検出された信号とを対応させて試料表面像を
構成し出力する画像処理手段とで構成され、信号検出手
段が、レーザ光を発振するレーザ光発振素子と、レーザ
光発振素子から射出されてカンチレバーによって反射さ
れる反射レーザ光を受光するレーザ光受光部とを備えて
いる走査型原子間力顕微鏡であり、レーザ光発振素子が
発振するレーザ光をパルス状に射出させる機能を有する
レーザ光射出手段を備えている。
バー、探針、および試料表面の温度変化を抑制した、安
定性の高いＡＦＭを提供する。 【構成】 試料表面に対向し、かつ試料表面に近接して
配置された探針と、探針を先端に保持するカンチレバー
と、探針を試料表面に対して三次元空間的に移動させる
移動手段と、探針で得られる試料表面の構造に対応した
信号を検出する信号検出手段と、探針と試料表面との相
対的位置と検出された信号とを対応させて試料表面像を
構成し出力する画像処理手段とで構成され、信号検出手
段が、レーザ光を発振するレーザ光発振素子と、レーザ
光発振素子から射出されてカンチレバーによって反射さ
れる反射レーザ光を受光するレーザ光受光部とを備えて
いる走査型原子間力顕微鏡であり、レーザ光発振素子が
発振するレーザ光をパルス状に射出させる機能を有する
レーザ光射出手段を備えている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、走査型原子間力顕微
鏡の探針の空間変位検出装置に関し、特にレーザ光を用
いた空間変位検出装置に関する。
鏡の探針の空間変位検出装置に関し、特にレーザ光を用
いた空間変位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子的スケールの空間分解能を持つ表面
顕微鏡の一つとして走査型原子間力顕微鏡（以下、ＡＦ
Ｍと記述する）が実用化されている。ＡＦＭは探針と試
料表面に働く原子間力を利用し、二次元平面的に試料表
面を操作しながら探針と試料とに働く力を検出すること
によって凹凸情報を持つ試料表面像を構成する。
顕微鏡の一つとして走査型原子間力顕微鏡（以下、ＡＦ
Ｍと記述する）が実用化されている。ＡＦＭは探針と試
料表面に働く原子間力を利用し、二次元平面的に試料表
面を操作しながら探針と試料とに働く力を検出すること
によって凹凸情報を持つ試料表面像を構成する。
【０００３】ＡＦＭは探針と試料との間の原子間力を測
定するので、金属等の導電性の物質のみならず有機物を
含めた非導電性の物質の表面をも測定できるという長所
がある。以下に、一般的なＡＦＭ装置の構成を説明す
る。
定するので、金属等の導電性の物質のみならず有機物を
含めた非導電性の物質の表面をも測定できるという長所
がある。以下に、一般的なＡＦＭ装置の構成を説明す
る。
【０００４】探針は通常、曲率半径が数百ナノメートル
程度の鋭利に尖った先端を持ち、カンチレバーと呼ばれ
る薄膜状のバネ性のレバーの自由端近傍に形成されてい
る。カンチレバーまたは試料台座には、三次元方向への
変位が可能なように例えば圧電素子のようなアクチュエ
ータが取り付けられていて、探針と試料台座は相対的に
三次元動作可能な構成になっている。
程度の鋭利に尖った先端を持ち、カンチレバーと呼ばれ
る薄膜状のバネ性のレバーの自由端近傍に形成されてい
る。カンチレバーまたは試料台座には、三次元方向への
変位が可能なように例えば圧電素子のようなアクチュエ
ータが取り付けられていて、探針と試料台座は相対的に
三次元動作可能な構成になっている。
【０００５】探針を試料表面に対して数Å以下に接近さ
せると、探針と試料表面の間には、分散力からなる引力
とパウリの排他原理に起因する斥力からなる原子間力が
有効に働き、場合によっては、静電気力または接触した
場合の吸着物質を媒介にした吸着力等が働く。カンチレ
バーはこれらの局所的な力の和に比例して湾曲する。し
たがって、カンチレバーの湾曲を検出することによって
試料表面の凹凸または物性に関する情報を得ることがで
きる。
せると、探針と試料表面の間には、分散力からなる引力
とパウリの排他原理に起因する斥力からなる原子間力が
有効に働き、場合によっては、静電気力または接触した
場合の吸着物質を媒介にした吸着力等が働く。カンチレ
バーはこれらの局所的な力の和に比例して湾曲する。し
たがって、カンチレバーの湾曲を検出することによって
試料表面の凹凸または物性に関する情報を得ることがで
きる。
【０００６】さらに、探針に電気相極子または磁気相極
子を持つ物質を用いたり、誘導起電力を検出する機構を
設けることによって試料表面または試料内部の電磁気的
性質を調べるという目的への応用も行われている。
子を持つ物質を用いたり、誘導起電力を検出する機構を
設けることによって試料表面または試料内部の電磁気的
性質を調べるという目的への応用も行われている。
【０００７】ＡＦＭにおいて、試料表面に対して垂直方
向（Ｚ方向）へのカンチレバーの変位を検出する方法と
しては、レーザ光を用いた光てこ法またはレーザ干渉法
が装置構成上の利便性から一般に広く使用されている。
これらの方法では、連続的に発せられる集束レーザ光を
カンチレバー先端に照射し、カンチレバー背面で反射さ
れたレーザ光の反射角の偏位を検出することによって探
針のＺ方向の変位を検出する。この変位をもとにして、
例えば試料表面の高さ方向の分布を求める。
向（Ｚ方向）へのカンチレバーの変位を検出する方法と
しては、レーザ光を用いた光てこ法またはレーザ干渉法
が装置構成上の利便性から一般に広く使用されている。
これらの方法では、連続的に発せられる集束レーザ光を
カンチレバー先端に照射し、カンチレバー背面で反射さ
れたレーザ光の反射角の偏位を検出することによって探
針のＺ方向の変位を検出する。この変位をもとにして、
例えば試料表面の高さ方向の分布を求める。
【０００８】探針はカンチレバーのバネ力で押えられる
か、または試料表面との引力によって試料表面近傍に位
置する。このとき、カンチレバーの支持部と試料表面の
平均水平面からの距離は一定に保たれ、カンチレバーの
振動変位を試料表面凹凸情報として検出する。または、
探針と試料表面とに働く力を一定に保つように、すなわ
ちカンチレバー背面で反射されるレーザ光の反射角を一
定に保つように、フォトダイオードの出力を探針または
試料に取り付けられたＺ方向の変位を司るアクチュエー
タの帰還制御信号として用い、その帰還制御信号を試料
表面凹凸信号として検出する方法が採られることもあ
る。
か、または試料表面との引力によって試料表面近傍に位
置する。このとき、カンチレバーの支持部と試料表面の
平均水平面からの距離は一定に保たれ、カンチレバーの
振動変位を試料表面凹凸情報として検出する。または、
探針と試料表面とに働く力を一定に保つように、すなわ
ちカンチレバー背面で反射されるレーザ光の反射角を一
定に保つように、フォトダイオードの出力を探針または
試料に取り付けられたＺ方向の変位を司るアクチュエー
タの帰還制御信号として用い、その帰還制御信号を試料
表面凹凸信号として検出する方法が採られることもあ
る。
【０００９】上記のような構成のＡＦＭにおいて、探針
を試料表面に対してＸＹ平面的に走査し、試料表面座標
に対応して試料表面凹凸信号を表示させることによっ
て、試料表面凹凸拡大像を得ることができる。
を試料表面に対してＸＹ平面的に走査し、試料表面座標
に対応して試料表面凹凸信号を表示させることによっ
て、試料表面凹凸拡大像を得ることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなＡＦＭに
おいて、レーザ干渉法または光てこ法のように、レーザ
光を用いたカンチレバーの微小変位検出方法を用いた場
合、レーザ光のエネルギによってカンチレバーの温度が
上昇し、温度が上昇したカンチレバーの熱伸縮によって
反りまたは歪みが生じ、本来の試料表面の凹凸とは無関
係に温度変化による反射レーザ光の反射角のドリフトを
発生する。特に、カンチレバーの片面をカンチレバーと
は異なる組成を持つ物質でコートしている場合において
は、カンチレバーが非対称な組成の構造を持つので、異
なる組成の物質における熱膨張係数の違いによってカン
チレバー表面と裏面とでの熱伸縮の差が顕著になるた
め、カンチレバーの反りまたは歪みが増すという問題点
がある。
おいて、レーザ干渉法または光てこ法のように、レーザ
光を用いたカンチレバーの微小変位検出方法を用いた場
合、レーザ光のエネルギによってカンチレバーの温度が
上昇し、温度が上昇したカンチレバーの熱伸縮によって
反りまたは歪みが生じ、本来の試料表面の凹凸とは無関
係に温度変化による反射レーザ光の反射角のドリフトを
発生する。特に、カンチレバーの片面をカンチレバーと
は異なる組成を持つ物質でコートしている場合において
は、カンチレバーが非対称な組成の構造を持つので、異
なる組成の物質における熱膨張係数の違いによってカン
チレバー表面と裏面とでの熱伸縮の差が顕著になるた
め、カンチレバーの反りまたは歪みが増すという問題点
がある。
【００１１】また、レーザ光をカンチレバーの先端部の
みに照射するために集光レンズによってカンチレバーの
先端に焦点が合わされているが、実際にはカンチレバー
の形状および大きさに起因するレーザ光の拡散、または
カンチレバーによるレーザ光の回折等のために、レーザ
光の一部が探針および試料表面にも照射されてしまう。
そのために探針および試料表面の温度が上昇し、試料表
面の物性変化を引き起こす場合がある。試料の種類によ
っては、光励起による一時的または恒常的な物性変化を
引き起こし、上記の物性変化は試料の形態変化を引き起
こす場合もある。上記の形態変化が起こった場合、レー
ザ照射前とは異なる試料表面凹凸像を形成するという問
題点がある。
みに照射するために集光レンズによってカンチレバーの
先端に焦点が合わされているが、実際にはカンチレバー
の形状および大きさに起因するレーザ光の拡散、または
カンチレバーによるレーザ光の回折等のために、レーザ
光の一部が探針および試料表面にも照射されてしまう。
そのために探針および試料表面の温度が上昇し、試料表
面の物性変化を引き起こす場合がある。試料の種類によ
っては、光励起による一時的または恒常的な物性変化を
引き起こし、上記の物性変化は試料の形態変化を引き起
こす場合もある。上記の形態変化が起こった場合、レー
ザ照射前とは異なる試料表面凹凸像を形成するという問
題点がある。
【００１２】さらに、通常大気中では試料および探針表
面に存在する水分子等の吸着物を媒介にした吸着力が探
針と試料表面との間に働いていて、この吸着力が探針と
試料表面との間に働く引力の主要な部分を占めることが
ある。ところが、レーザ光照射によって試料または探針
の温度が上昇すると吸着分子の解離が起こり、吸着力が
減少する。ＡＦＭによる測定では、探針に加わる力を試
料表面凹凸情報として検出するように、あるいは探針に
加わる力を一定にするように制御されている。このた
め、探針と試料との間の吸着力が変化すると、時間とと
もに探針に加わる力が変化し、解像度の変化をもたらし
てしまうという問題点がある。
面に存在する水分子等の吸着物を媒介にした吸着力が探
針と試料表面との間に働いていて、この吸着力が探針と
試料表面との間に働く引力の主要な部分を占めることが
ある。ところが、レーザ光照射によって試料または探針
の温度が上昇すると吸着分子の解離が起こり、吸着力が
減少する。ＡＦＭによる測定では、探針に加わる力を試
料表面凹凸情報として検出するように、あるいは探針に
加わる力を一定にするように制御されている。このた
め、探針と試料との間の吸着力が変化すると、時間とと
もに探針に加わる力が変化し、解像度の変化をもたらし
てしまうという問題点がある。
【００１３】しかも、大気中を含めた気体中では、カン
チレバーの熱伝導または熱輻射による熱放出過程に加
え、気体分子の衝突による気体分子へのエネルギの伝達
によって放熱が行われるが、真空中でＡＦＭによる測定
を行う場合には気体分子の密度が非常に小さいため、カ
ンチレバーの放熱能力が低下し温度上昇を起こすという
問題点がある。したがって、上記のようなカンチレバー
の熱伸縮による反りまたは歪みを発生するという問題点
がある。
チレバーの熱伝導または熱輻射による熱放出過程に加
え、気体分子の衝突による気体分子へのエネルギの伝達
によって放熱が行われるが、真空中でＡＦＭによる測定
を行う場合には気体分子の密度が非常に小さいため、カ
ンチレバーの放熱能力が低下し温度上昇を起こすという
問題点がある。したがって、上記のようなカンチレバー
の熱伸縮による反りまたは歪みを発生するという問題点
がある。
【００１４】本発明はこのような点に鑑み、レーザ光の
照射によって発生する、カンチレバー、探針、および試
料表面の温度変化を抑制した、安定性の高いＡＦＭを提
供することを目的とする。
照射によって発生する、カンチレバー、探針、および試
料表面の温度変化を抑制した、安定性の高いＡＦＭを提
供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の走査型原子間力
顕微鏡は、試料表面に対向し、かつ前記試料表面に近接
して配置された探針と、前記探針を先端に保持するカン
チレバーと、前記探針を前記試料表面に対して三次元空
間的に移動させる移動手段と、前記探針で得られる前記
試料表面の構造に対応した信号を検出する信号検出手段
と、前記探針と前記試料表面との相対的位置と前記検出
された信号とを対応させて前記試料表面像を構成し出力
する画像処理手段とで構成され、前記信号検出手段が、
レーザ光を発振するレーザ光発振素子と、前記レーザ光
発振素子から射出されて前記カンチレバーによって反射
される反射レーザ光を受光するレーザ光受光部とを備え
ている走査型原子間力顕微鏡であり、前記レーザ光発振
素子が発振する前記レーザ光をパルス状に射出させる機
能を有するレーザ光射出手段を備えている。
顕微鏡は、試料表面に対向し、かつ前記試料表面に近接
して配置された探針と、前記探針を先端に保持するカン
チレバーと、前記探針を前記試料表面に対して三次元空
間的に移動させる移動手段と、前記探針で得られる前記
試料表面の構造に対応した信号を検出する信号検出手段
と、前記探針と前記試料表面との相対的位置と前記検出
された信号とを対応させて前記試料表面像を構成し出力
する画像処理手段とで構成され、前記信号検出手段が、
レーザ光を発振するレーザ光発振素子と、前記レーザ光
発振素子から射出されて前記カンチレバーによって反射
される反射レーザ光を受光するレーザ光受光部とを備え
ている走査型原子間力顕微鏡であり、前記レーザ光発振
素子が発振する前記レーザ光をパルス状に射出させる機
能を有するレーザ光射出手段を備えている。
【００１６】上記本発明の走査型原子間力顕微鏡は、前
記レーザ光射出手段が、前記試料表面上のあらかじめ設
定された測定点または前記測定点近傍の測定領域に前記
探針が位置するときに同期して、前記レーザ光発振素子
に前記レーザ光を射出させる機能を有することができ
る。
記レーザ光射出手段が、前記試料表面上のあらかじめ設
定された測定点または前記測定点近傍の測定領域に前記
探針が位置するときに同期して、前記レーザ光発振素子
に前記レーザ光を射出させる機能を有することができ
る。
【００１７】上記本発明の走査型原子間力顕微鏡は、前
記試料表面上のあらかじめ設定された測定点または前記
測定点近傍の測定領域よりも広い走査領域を設定し、前
記レーザ光射出手段が、前記走査領域上の、前記測定点
または前記測定点近傍の前記測定領域に前記探針が位置
するときに同期して、前記レーザ光発振素子に前記レー
ザ光を射出させ、かつ、前記走査領域上の、前記測定点
または前記測定点近傍の前記測定領域以外の領域に前記
探針が位置するときに、前記レーザ光発振素子に前記レ
ーザ光の射出を停止させることができる。
記試料表面上のあらかじめ設定された測定点または前記
測定点近傍の測定領域よりも広い走査領域を設定し、前
記レーザ光射出手段が、前記走査領域上の、前記測定点
または前記測定点近傍の前記測定領域に前記探針が位置
するときに同期して、前記レーザ光発振素子に前記レー
ザ光を射出させ、かつ、前記走査領域上の、前記測定点
または前記測定点近傍の前記測定領域以外の領域に前記
探針が位置するときに、前記レーザ光発振素子に前記レ
ーザ光の射出を停止させることができる。
【００１８】上記本発明の走査型原子間力顕微鏡は、前
記測定点または前記測定点近傍の前記測定領域に前記探
針が位置するときに同期して射出される前記レーザ光
が、連続した複数のパルス状であることができる。
記測定点または前記測定点近傍の前記測定領域に前記探
針が位置するときに同期して射出される前記レーザ光
が、連続した複数のパルス状であることができる。
【００１９】上記本発明の走査型原子間力顕微鏡は、前
記画像処理手段が、断続的に検出される前記試料表面の
凹凸構造に対応した前記反射レーザ光の反射角の偏位信
号と、前記反射レーザ光が検出された時点における前記
探針の位置する前記試料表面の座標とを対応させて、前
記試料表面像を構成し出力することができる。
記画像処理手段が、断続的に検出される前記試料表面の
凹凸構造に対応した前記反射レーザ光の反射角の偏位信
号と、前記反射レーザ光が検出された時点における前記
探針の位置する前記試料表面の座標とを対応させて、前
記試料表面像を構成し出力することができる。
【００２０】上記本発明の走査型原子間力顕微鏡は、前
記画像処理手段が、断続的に検出される前記偏位信号の
信号間に存在する無信号部を、前記無信号部の前後で検
出された前記偏位信号をもとに補間する機能を有するこ
とができる。
記画像処理手段が、断続的に検出される前記偏位信号の
信号間に存在する無信号部を、前記無信号部の前後で検
出された前記偏位信号をもとに補間する機能を有するこ
とができる。
【００２１】
【作用】本発明の走査型原子間力顕微鏡は、レーザ光発
振素子が発振するレーザ光をパルス状に射出させる機能
を有するレーザ光射出手段を備えていて、レーザ光射出
手段が、試料表面上のあらかじめ設定された測定点また
は測定点近傍の測定領域に探針が位置するときに同期し
て、レーザ光発振素子に単数または連続した複数のパル
ス状のレーザ光を射出させるので、連続してレーザ光を
照射する場合に比べて、カンチレバー、探針、および試
料表面への単位時間当たりのレーザ光の照射量を低減す
ることができ、温度変化を抑制することができる。この
ため、カンチレバーの熱伸縮による反りまたは歪み、試
料表面の物性変化による試料の形態変化、および探針と
試料表面との吸着力の減少による探針に加わる力の変化
を抑制することができる。
振素子が発振するレーザ光をパルス状に射出させる機能
を有するレーザ光射出手段を備えていて、レーザ光射出
手段が、試料表面上のあらかじめ設定された測定点また
は測定点近傍の測定領域に探針が位置するときに同期し
て、レーザ光発振素子に単数または連続した複数のパル
ス状のレーザ光を射出させるので、連続してレーザ光を
照射する場合に比べて、カンチレバー、探針、および試
料表面への単位時間当たりのレーザ光の照射量を低減す
ることができ、温度変化を抑制することができる。この
ため、カンチレバーの熱伸縮による反りまたは歪み、試
料表面の物性変化による試料の形態変化、および探針と
試料表面との吸着力の減少による探針に加わる力の変化
を抑制することができる。
【００２２】また、試料表面上のあらかじめ設定された
測定点または測定点近傍の測定領域よりも広い走査領域
を設定している場合においても、レーザ光射出手段が、
走査領域上の、測定点または測定点近傍の測定領域に探
針が位置するときに同期して、レーザ光発振素子に単数
または連続した複数のパルス状のレーザ光を射出させ、
かつ、走査領域上の、測定点または測定点近傍の測定領
域以外の領域に探針が位置するときに、レーザ光発振素
子にレーザ光の射出を停止させるので、上記と同様に、
連続してレーザ光を射出させる場合に比べて、カンチレ
バー、探針、および試料表面への単位時間当たりのレー
ザ光の照射量を低減することができ、温度変化を抑制す
ることができる。このため、カンチレバーの熱伸縮によ
る反りまたは歪み、試料表面の物性変化による試料の形
態変化、および探針と試料表面との吸着力の減少による
探針に加わる力の変化を抑制することができる。
測定点または測定点近傍の測定領域よりも広い走査領域
を設定している場合においても、レーザ光射出手段が、
走査領域上の、測定点または測定点近傍の測定領域に探
針が位置するときに同期して、レーザ光発振素子に単数
または連続した複数のパルス状のレーザ光を射出させ、
かつ、走査領域上の、測定点または測定点近傍の測定領
域以外の領域に探針が位置するときに、レーザ光発振素
子にレーザ光の射出を停止させるので、上記と同様に、
連続してレーザ光を射出させる場合に比べて、カンチレ
バー、探針、および試料表面への単位時間当たりのレー
ザ光の照射量を低減することができ、温度変化を抑制す
ることができる。このため、カンチレバーの熱伸縮によ
る反りまたは歪み、試料表面の物性変化による試料の形
態変化、および探針と試料表面との吸着力の減少による
探針に加わる力の変化を抑制することができる。
【００２３】さらに、画像処理手段が、断続的に検出さ
れる試料表面の凹凸構造に対応した反射レーザ光の反射
角の偏位信号と、反射レーザ光が検出された時点におけ
る探針の位置する試料表面の座標とを対応させて、試料
表面像を構成し出力するので、連続してレーザ光を射出
させる場合に比べて、走査の所要時間を長くすることな
く表示画像の精度を保つことができ、レーザ光を射出す
る周期については規則的であっても不規則であっても良
い。
れる試料表面の凹凸構造に対応した反射レーザ光の反射
角の偏位信号と、反射レーザ光が検出された時点におけ
る探針の位置する試料表面の座標とを対応させて、試料
表面像を構成し出力するので、連続してレーザ光を射出
させる場合に比べて、走査の所要時間を長くすることな
く表示画像の精度を保つことができ、レーザ光を射出す
る周期については規則的であっても不規則であっても良
い。
【００２４】また、画像処理手段が、断続的に検出され
る偏位信号の信号間に存在する無信号部を、無信号部の
前後で検出された偏位信号をもとに補間する機能を有す
るので、上記と同様に、連続してレーザ光を射出させる
場合に比べて、走査の所要時間を長くすることなく表示
画像の精度を保つことができ、レーザ光を射出する周期
については規則的であっても不規則であっても良い。
る偏位信号の信号間に存在する無信号部を、無信号部の
前後で検出された偏位信号をもとに補間する機能を有す
るので、上記と同様に、連続してレーザ光を射出させる
場合に比べて、走査の所要時間を長くすることなく表示
画像の精度を保つことができ、レーザ光を射出する周期
については規則的であっても不規則であっても良い。
【００２５】上記本発明のＡＦＭ装置は、従来のＡＦＭ
装置の制御機構および画像処理機構の変更、およびレー
ザ光射出手段の追加だけで実施できるので、既存のＡＦ
Ｍ装置を大幅に変更することなく実現することができ
る。
装置の制御機構および画像処理機構の変更、およびレー
ザ光射出手段の追加だけで実施できるので、既存のＡＦ
Ｍ装置を大幅に変更することなく実現することができ
る。
【００２６】
【実施例】本発明の第１の実施例について、図１および
２を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施例
におけるＡＦＭの概略構成図である。図２は、図１の構
成における走査領域の測定点と走査順序との関係の一例
を示す図である。
２を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施例
におけるＡＦＭの概略構成図である。図２は、図１の構
成における走査領域の測定点と走査順序との関係の一例
を示す図である。
【００２７】初めに、ＡＦＭユニット１００の構成を説
明する。試料１０１は試料台１０２に固定されている。
試料台１０２の底部は、ＸＹＺ微動機構１０６に取り付
けられている。探針１０３は、カンチレバー１０４の一
方の自由端近傍に保持されている。カンチレバー１０４
は、探針を保持していない方の一端が、架設台１０５を
介してＡＦＭユニット基台１０９に固定されていて、カ
ンチレバー１０４表面は、測定上十分なレーザ光の反射
率を有する鏡面精度を持つ。探針１０３およびカンチレ
バー１０４は、一体成形されたものであっても良い。Ｘ
ＹＺ微動機構１０６は、円筒型圧電アクチュエータで構
成されていて、Ｚ粗動機構１０７に固定されている。Ｚ
粗動機構１０７は、ＸＹ位置決め機構１０８に接続され
ている。ＸＹ位置決め機構１０８は、ＡＦＭユニット基
台１０９に固定されている。レーザ発光素子１１０は、
ＡＦＭユニット基台１０９に取り付けられていて、レー
ザ光を射出する。射出されるレーザ光は、カンチレバー
１０４の自由端近傍に照射されるように、方向が調節さ
れている。レーザ光受光部１１１は、フォトダイオード
からなる二分割センサで構成されていて、ＡＦＭユニッ
ト基台１０９に取り付けられている。レーザ受光部１１
１は、カンチレバー１０４によって反射された反射レー
ザ光を受光する。
明する。試料１０１は試料台１０２に固定されている。
試料台１０２の底部は、ＸＹＺ微動機構１０６に取り付
けられている。探針１０３は、カンチレバー１０４の一
方の自由端近傍に保持されている。カンチレバー１０４
は、探針を保持していない方の一端が、架設台１０５を
介してＡＦＭユニット基台１０９に固定されていて、カ
ンチレバー１０４表面は、測定上十分なレーザ光の反射
率を有する鏡面精度を持つ。探針１０３およびカンチレ
バー１０４は、一体成形されたものであっても良い。Ｘ
ＹＺ微動機構１０６は、円筒型圧電アクチュエータで構
成されていて、Ｚ粗動機構１０７に固定されている。Ｚ
粗動機構１０７は、ＸＹ位置決め機構１０８に接続され
ている。ＸＹ位置決め機構１０８は、ＡＦＭユニット基
台１０９に固定されている。レーザ発光素子１１０は、
ＡＦＭユニット基台１０９に取り付けられていて、レー
ザ光を射出する。射出されるレーザ光は、カンチレバー
１０４の自由端近傍に照射されるように、方向が調節さ
れている。レーザ光受光部１１１は、フォトダイオード
からなる二分割センサで構成されていて、ＡＦＭユニッ
ト基台１０９に取り付けられている。レーザ受光部１１
１は、カンチレバー１０４によって反射された反射レー
ザ光を受光する。
【００２８】制御機構１２１は、パルス変調回路１２２
に電圧を出力させ、ＸＹ走査回路１２３にＸＹ走査信号
を出力させ、さらに画像処理機構１２７に試料１０１表
面座標情報を送る。パルス変調回路１２２は、電圧を出
力してレーザ発光素子１１０にレーザ光を射出させる。
ＸＹ走査回路１２３は、ＸＹ走査信号を出力してＸＹＺ
微動機構１０６を作動させる。差信号増幅回路１２５
は、レーザ光受光部１１１で検出された差信号を増幅
し、帰還信号として帰還回路１２４および画像処理機構
１２７に出力する。帰還回路１２４は、ＸＹＺ微動機構
１０６を作動させる。Ｚ粗動機構駆動回路１２６は、Ｚ
粗動機構１０７を作動させる。画像処理機構１２７は、
画素信号を記憶装置１２８に出力し、画像処理を行って
試料１０１表面凹凸像を表示装置１２９に出力する。
に電圧を出力させ、ＸＹ走査回路１２３にＸＹ走査信号
を出力させ、さらに画像処理機構１２７に試料１０１表
面座標情報を送る。パルス変調回路１２２は、電圧を出
力してレーザ発光素子１１０にレーザ光を射出させる。
ＸＹ走査回路１２３は、ＸＹ走査信号を出力してＸＹＺ
微動機構１０６を作動させる。差信号増幅回路１２５
は、レーザ光受光部１１１で検出された差信号を増幅
し、帰還信号として帰還回路１２４および画像処理機構
１２７に出力する。帰還回路１２４は、ＸＹＺ微動機構
１０６を作動させる。Ｚ粗動機構駆動回路１２６は、Ｚ
粗動機構１０７を作動させる。画像処理機構１２７は、
画素信号を記憶装置１２８に出力し、画像処理を行って
試料１０１表面凹凸像を表示装置１２９に出力する。
【００２９】次に、動作について説明する。ＸＹＺ微動
機構１０６を構成する円筒型圧電アクチュエータは、円
筒型圧電素子の外周面に分割された電極が配置され、そ
れぞれの分割電極に印加する電圧を制御することによっ
て円筒を変形させる。この円筒の変形によって、試料１
０１および試料台１０２を三次元空間的に微小変位させ
ることができる。したがって、このＸＹＺ微動機構１０
６は試料台１０２を試料１０１平面におよそ平行なＸＹ
方向に移動させるためのＸＹ軸駆動機構の役割と、探針
１０３を試料表面に対してある一定の距離を保つように
するためのＺ軸駆動機構の役割を持つ。Ｚ粗動機構１０
７は、カンチレバー１０４がある一定の力を受けるま
で、試料１０１をカンチレバー１０４に接近させる。Ｚ
粗動機構１０７の構成は、マイクロメータを手動で駆動
する、圧電素子等を取り付けて電気的に駆動する、また
はマイクロメータと圧電素子等とを組み合わせる等の方
法で実現することができる。ＸＹ位置決め機構１０８
は、探針１０３の試料１０１表面上の測定領域に対する
およその位置を決めるもので、Ｚ粗動機構１０７をＸ方
向またはＹ方向に移動させる移動機構を持ち、測定者の
目視または光学顕微鏡による観察で、探針１０３の位置
決めを行う。レーザ光受光部１１１は二分割センサのそ
れぞれの受光部で検出される光量の差から、反射レーザ
光の反射角の偏位を検出する。このレーザ光受光部１１
１は、ＡＦＭユニット基台１０９上において移動可能で
あり、レーザ光を最適に受光するように受光位置が調節
可能である。レーザ発光素子１１０から射出されたレー
ザ光がカンチレバー１０４に照射され、カンチレバー１
０４から反射された反射レーザ光をレーザ受光部１１１
において受光することによって、カンチレバー１０４の
変位を検出する。
機構１０６を構成する円筒型圧電アクチュエータは、円
筒型圧電素子の外周面に分割された電極が配置され、そ
れぞれの分割電極に印加する電圧を制御することによっ
て円筒を変形させる。この円筒の変形によって、試料１
０１および試料台１０２を三次元空間的に微小変位させ
ることができる。したがって、このＸＹＺ微動機構１０
６は試料台１０２を試料１０１平面におよそ平行なＸＹ
方向に移動させるためのＸＹ軸駆動機構の役割と、探針
１０３を試料表面に対してある一定の距離を保つように
するためのＺ軸駆動機構の役割を持つ。Ｚ粗動機構１０
７は、カンチレバー１０４がある一定の力を受けるま
で、試料１０１をカンチレバー１０４に接近させる。Ｚ
粗動機構１０７の構成は、マイクロメータを手動で駆動
する、圧電素子等を取り付けて電気的に駆動する、また
はマイクロメータと圧電素子等とを組み合わせる等の方
法で実現することができる。ＸＹ位置決め機構１０８
は、探針１０３の試料１０１表面上の測定領域に対する
およその位置を決めるもので、Ｚ粗動機構１０７をＸ方
向またはＹ方向に移動させる移動機構を持ち、測定者の
目視または光学顕微鏡による観察で、探針１０３の位置
決めを行う。レーザ光受光部１１１は二分割センサのそ
れぞれの受光部で検出される光量の差から、反射レーザ
光の反射角の偏位を検出する。このレーザ光受光部１１
１は、ＡＦＭユニット基台１０９上において移動可能で
あり、レーザ光を最適に受光するように受光位置が調節
可能である。レーザ発光素子１１０から射出されたレー
ザ光がカンチレバー１０４に照射され、カンチレバー１
０４から反射された反射レーザ光をレーザ受光部１１１
において受光することによって、カンチレバー１０４の
変位を検出する。
【００３０】制御機構１２１は、試料１０１表面上のあ
らかじめ設定された測定領域の走査面上の画素を表面座
標に分割し、パルス変調回路１２２に対して、探針１０
３が各表面座標に位置した時刻に同期して、あらかじめ
設定された時間だけパルス状に電圧を出力させる。パル
ス変調回路１２２は、制御機構１２１に制御されて出力
する電圧によって、レーザ発光素子１１０にパルス状の
レーザ光を射出させる。パルス変調回路１２２がレーザ
発光素子１１０から射出させるレーザ光は、単一のパル
スであっても良いし、連続した複数のパルスであっても
良い。ある測定点において射出されるレーザ光が複数の
パルスである場合、その測定点における検出信号は、複
数のパルス的に検出される信号の平均値をとることとし
た。レーザ光の射出と走査との関係は、レーザ光を射出
している間も探針１０３を静止させることなく走査を続
けても良く、レーザ光を射出している間は探針１０３を
一時的に静止させても良い。
らかじめ設定された測定領域の走査面上の画素を表面座
標に分割し、パルス変調回路１２２に対して、探針１０
３が各表面座標に位置した時刻に同期して、あらかじめ
設定された時間だけパルス状に電圧を出力させる。パル
ス変調回路１２２は、制御機構１２１に制御されて出力
する電圧によって、レーザ発光素子１１０にパルス状の
レーザ光を射出させる。パルス変調回路１２２がレーザ
発光素子１１０から射出させるレーザ光は、単一のパル
スであっても良いし、連続した複数のパルスであっても
良い。ある測定点において射出されるレーザ光が複数の
パルスである場合、その測定点における検出信号は、複
数のパルス的に検出される信号の平均値をとることとし
た。レーザ光の射出と走査との関係は、レーザ光を射出
している間も探針１０３を静止させることなく走査を続
けても良く、レーザ光を射出している間は探針１０３を
一時的に静止させても良い。
【００３１】また、制御機構１２１は、試料１０１表面
のあらかじめ設定された測定領域の走査面上の画素を表
面座標に分割し、ＸＹ走査回路１２３に対して各表面座
標を順に走査するようにＸＹ走査信号を出力させる。Ｘ
Ｙ走査回路１２３は制御機構１２１に制御されて出力す
るＸＹ走査信号によって、ＸＹＺ微動機構１０６を作動
させ、ＸＹＺ微動機構１０６に取り付けられた試料台１
０２、および試料台１０２に取り付けられた試料１０１
を二次元平面的に移動させる。したがって、固定された
探針１０３は相対的に試料表面上を走査することにな
る。制御機構１２１から出力されるＸＹ走査信号の走査
経路としては、図２に示したように、あるＸ走査線上の
操作を終えるとＹ方向に移動し隣のＸ走査線上を走査す
ることを繰り返すこととした。ただし、走査経路は、最
終的に全画素を網羅することができるものであれば、い
かなる経路をとっても良い。
のあらかじめ設定された測定領域の走査面上の画素を表
面座標に分割し、ＸＹ走査回路１２３に対して各表面座
標を順に走査するようにＸＹ走査信号を出力させる。Ｘ
Ｙ走査回路１２３は制御機構１２１に制御されて出力す
るＸＹ走査信号によって、ＸＹＺ微動機構１０６を作動
させ、ＸＹＺ微動機構１０６に取り付けられた試料台１
０２、および試料台１０２に取り付けられた試料１０１
を二次元平面的に移動させる。したがって、固定された
探針１０３は相対的に試料表面上を走査することにな
る。制御機構１２１から出力されるＸＹ走査信号の走査
経路としては、図２に示したように、あるＸ走査線上の
操作を終えるとＹ方向に移動し隣のＸ走査線上を走査す
ることを繰り返すこととした。ただし、走査経路は、最
終的に全画素を網羅することができるものであれば、い
かなる経路をとっても良い。
【００３２】レーザ発光素子１１０から射出されたレー
ザ光はカンチレバー１０４の探針１０３を保持している
面とは反対の面で反射され、反射レーザ光はレーザ光受
光部１１１で受光される。レーザ光受光部１１１の二分
割センサで受光した反射レーザ光は、カンチレバー１０
４の曲がりに比例した反射角の偏位を示す差信号として
検出される。すなわち、試料１０１表面の凹凸に応じて
反射レーザ光の反射角が変化する。検出された差信号
は、差信号増幅回路１２５を介して帰還信号として、帰
還回路１２４および画像処理機構１２７に出力される。
ザ光はカンチレバー１０４の探針１０３を保持している
面とは反対の面で反射され、反射レーザ光はレーザ光受
光部１１１で受光される。レーザ光受光部１１１の二分
割センサで受光した反射レーザ光は、カンチレバー１０
４の曲がりに比例した反射角の偏位を示す差信号として
検出される。すなわち、試料１０１表面の凹凸に応じて
反射レーザ光の反射角が変化する。検出された差信号
は、差信号増幅回路１２５を介して帰還信号として、帰
還回路１２４および画像処理機構１２７に出力される。
【００３３】帰還回路１２４は差信号増幅回路１２５か
ら出力された帰還信号によって、カンチレバー１０４の
たわみがなく探針１０３の受ける力が一定になるよう
に、すなわちレーザ受光部１１１が受光する反射レーザ
光の反射角が一定になるように、ＸＹＺ微動機構１０６
を作動させＺ方向に試料位置制御を行う。これによっ
て、探針１０３と試料１０１表面の距離が一定に保たれ
る。
ら出力された帰還信号によって、カンチレバー１０４の
たわみがなく探針１０３の受ける力が一定になるよう
に、すなわちレーザ受光部１１１が受光する反射レーザ
光の反射角が一定になるように、ＸＹＺ微動機構１０６
を作動させＺ方向に試料位置制御を行う。これによっ
て、探針１０３と試料１０１表面の距離が一定に保たれ
る。
【００３４】画像処理機構１２７は、制御機構１２１か
ら送られた試料１０１表面座標情報と差信号増幅回路１
２５から出力された帰還信号とを対応させて、帰還信号
を試料１０１表面座標に対する高さ情報として画素信号
を構成し、記憶装置１２８に出力する。また、画像処理
を行い、試料１０１表面凹凸像を表示装置１２９に出力
する。表示装置１２９は、試料１０１表面凹凸像を、鳥
瞰図または輝度変調図として表示する。
ら送られた試料１０１表面座標情報と差信号増幅回路１
２５から出力された帰還信号とを対応させて、帰還信号
を試料１０１表面座標に対する高さ情報として画素信号
を構成し、記憶装置１２８に出力する。また、画像処理
を行い、試料１０１表面凹凸像を表示装置１２９に出力
する。表示装置１２９は、試料１０１表面凹凸像を、鳥
瞰図または輝度変調図として表示する。
【００３５】本発明の第２の実施例について、図３を参
照して説明する。図３は本発明の第２の実施例における
探針走査の画像表示領域と走査領域の関係を示す図であ
る。装置の構成は、第１の実施例で用いた図１と同じで
ある。
照して説明する。図３は本発明の第２の実施例における
探針走査の画像表示領域と走査領域の関係を示す図であ
る。装置の構成は、第１の実施例で用いた図１と同じで
ある。
【００３６】図３（ａ）に示すように第１の実施例で
は、走査範囲は測定する試料表面上の領域と一致してい
たが、図３（ｂ）に示すように第２の実施例では、測定
する領域よりもＸ方向に広い領域を走査させることとす
る。第２の実施例では、画像表示をさせる領域を探針１
０３が走査している間だけレーザ光を射出し、それ以外
の領域を走査している間はレーザ光を射出しないことに
よって、不連続にレーザ光を射出する。この場合のパル
ス幅は、画像表示領域のＸ走査長をＸ走査速度で割った
値となる。したがって、第２の実施例において全走査領
域を走査するために必要な時間を第１の実施例と比べる
と、探針の走査速度が同じ場合には、画像表示させない
範囲の走査分だけ若干長くなる。
は、走査範囲は測定する試料表面上の領域と一致してい
たが、図３（ｂ）に示すように第２の実施例では、測定
する領域よりもＸ方向に広い領域を走査させることとす
る。第２の実施例では、画像表示をさせる領域を探針１
０３が走査している間だけレーザ光を射出し、それ以外
の領域を走査している間はレーザ光を射出しないことに
よって、不連続にレーザ光を射出する。この場合のパル
ス幅は、画像表示領域のＸ走査長をＸ走査速度で割った
値となる。したがって、第２の実施例において全走査領
域を走査するために必要な時間を第１の実施例と比べる
と、探針の走査速度が同じ場合には、画像表示させない
範囲の走査分だけ若干長くなる。
【００３７】本発明の第３の実施例について、図４を参
照して説明する。図４は、本発明の第３の実施例におけ
るＡＦＭの概略構成図である。ＡＦＭユニット４００の
構成は、第１の実施例のＡＦＭユニット１００の構成と
同様であり、第１の実施例と同様または類似の機能を有
するものについては、同じ名称および同じ末尾の符号に
よって表されている。装置の構成、および第１の実施例
と同様の動作についての説明は省略する。
照して説明する。図４は、本発明の第３の実施例におけ
るＡＦＭの概略構成図である。ＡＦＭユニット４００の
構成は、第１の実施例のＡＦＭユニット１００の構成と
同様であり、第１の実施例と同様または類似の機能を有
するものについては、同じ名称および同じ末尾の符号に
よって表されている。装置の構成、および第１の実施例
と同様の動作についての説明は省略する。
【００３８】第３の実施例では、パルス変調回路４２２
は制御機構４２１の命令は受けずに独立してパルス変調
を行う。すなわち、制御機構４２１がＸＹ走査回路４２
３に出力させるＸＹ走査信号には同期せず、独立して設
定された周期および振幅を持ったパルス電圧を連続的に
出力し、レーザ発光素子４１０にパルス状のレーザ光を
連続的に射出させる。第３の実施例では、パルス変調回
路４２２が電気的にパルス信号を出力し、レーザ光をパ
ルス状に射出させる方法を採用したが、機械的にレーザ
光を遮断する方法でも良い。機械的な方法の例として
は、レーザ光がカンチレバー４０４に届く手前で、任意
の間隔で配置された複数の翼を持つ回転翼のようなもの
を用いて任意の時間間隔で、レーザ光の光路を遮断する
ことによって、レーザ光をパルス状に射出させる等の方
法がある。さらに、パルス幅およびパルス間隔は、必ず
しも規則的である必要はなく不規則であっても良い。
は制御機構４２１の命令は受けずに独立してパルス変調
を行う。すなわち、制御機構４２１がＸＹ走査回路４２
３に出力させるＸＹ走査信号には同期せず、独立して設
定された周期および振幅を持ったパルス電圧を連続的に
出力し、レーザ発光素子４１０にパルス状のレーザ光を
連続的に射出させる。第３の実施例では、パルス変調回
路４２２が電気的にパルス信号を出力し、レーザ光をパ
ルス状に射出させる方法を採用したが、機械的にレーザ
光を遮断する方法でも良い。機械的な方法の例として
は、レーザ光がカンチレバー４０４に届く手前で、任意
の間隔で配置された複数の翼を持つ回転翼のようなもの
を用いて任意の時間間隔で、レーザ光の光路を遮断する
ことによって、レーザ光をパルス状に射出させる等の方
法がある。さらに、パルス幅およびパルス間隔は、必ず
しも規則的である必要はなく不規則であっても良い。
【００３９】レーザ光受光部４１１は、パルス状の反射
レーザ光の信号部分と反射レーザ光の間に存在する無信
号部分とを交互に検出する。画像処理機構４２７は制御
機構４２１が出力するＸＹ走査信号を受けて、試料４０
１表面における探針４０３の平面座標と差信号増幅回路
４２５からの試料表面凹凸信号を表面座標上または時間
軸上で対応させる。次に、無信号部分については、その
前後の複数個の信号値を用いた補間計算によって推定す
る。また、差信号増幅回路４２５からＺ軸駆動用の帰還
回路４２４に出力される信号の場合、無信号部分につい
てはその直前の有信号部分における信号値で代用され
る。
レーザ光の信号部分と反射レーザ光の間に存在する無信
号部分とを交互に検出する。画像処理機構４２７は制御
機構４２１が出力するＸＹ走査信号を受けて、試料４０
１表面における探針４０３の平面座標と差信号増幅回路
４２５からの試料表面凹凸信号を表面座標上または時間
軸上で対応させる。次に、無信号部分については、その
前後の複数個の信号値を用いた補間計算によって推定す
る。また、差信号増幅回路４２５からＺ軸駆動用の帰還
回路４２４に出力される信号の場合、無信号部分につい
てはその直前の有信号部分における信号値で代用され
る。
【００４０】図５は図４の構成におけるパルス状のレー
ザ光と試料表面凹凸信号の表面座標上での対応を示す図
である。ただし、第３の実施例では、表示装置４２９と
してＲＧＢ式モニタを用いて試料４０１表面像を表示さ
せているが、表示装置４２９の走査線密度によって決ま
る画素密度よりも、画像表示させる試料４０１表面凹凸
信号密度の方が大きくなるように、レーザ光を射出する
周期を短く設定すれば画像の荒さを無視することができ
る。
ザ光と試料表面凹凸信号の表面座標上での対応を示す図
である。ただし、第３の実施例では、表示装置４２９と
してＲＧＢ式モニタを用いて試料４０１表面像を表示さ
せているが、表示装置４２９の走査線密度によって決ま
る画素密度よりも、画像表示させる試料４０１表面凹凸
信号密度の方が大きくなるように、レーザ光を射出する
周期を短く設定すれば画像の荒さを無視することができ
る。
【００４１】
【発明の効果】本発明の走査型原子間力顕微鏡は、レー
ザ光発振素子が発振するレーザ光をパルス状に射出させ
る機能を有するレーザ光射出手段を備えていて、レーザ
光射出手段が、試料表面上のあらかじめ設定された測定
点または測定点近傍の測定領域に探針が位置するときに
同期して、レーザ光発振素子に単数または連続した複数
のパルス状のレーザ光を射出させることによって、連続
してレーザ光を照射する場合に比べて、カンチレバー、
探針、および試料表面への単位時間当たりのレーザ光の
照射量を低減することができ、温度変化を抑制した、安
定性の高いＡＦＭを提供することができるという効果を
有する。
ザ光発振素子が発振するレーザ光をパルス状に射出させ
る機能を有するレーザ光射出手段を備えていて、レーザ
光射出手段が、試料表面上のあらかじめ設定された測定
点または測定点近傍の測定領域に探針が位置するときに
同期して、レーザ光発振素子に単数または連続した複数
のパルス状のレーザ光を射出させることによって、連続
してレーザ光を照射する場合に比べて、カンチレバー、
探針、および試料表面への単位時間当たりのレーザ光の
照射量を低減することができ、温度変化を抑制した、安
定性の高いＡＦＭを提供することができるという効果を
有する。
【００４２】また、試料表面上のあらかじめ設定された
測定点または測定点近傍の測定領域よりも広い走査領域
を設定している場合においても、レーザ光射出手段が、
走査領域上の、測定点または測定点近傍の測定領域に探
針が位置するときに同期して、レーザ光発振素子に単数
または連続した複数のパルス状のレーザ光を射出させ、
かつ、走査領域上の、測定点または測定点近傍の測定領
域以外の領域に探針が位置するときに、レーザ光発振素
子にレーザ光の射出を停止させることによっても、上記
と同様に、連続してレーザ光を射出させる場合に比べ
て、カンチレバー、探針、および試料表面への単位時間
当たりのレーザ光の照射量を低減することができ、温度
変化を抑制した、安定性の高いＡＦＭを提供することが
できるという効果を有する。
測定点または測定点近傍の測定領域よりも広い走査領域
を設定している場合においても、レーザ光射出手段が、
走査領域上の、測定点または測定点近傍の測定領域に探
針が位置するときに同期して、レーザ光発振素子に単数
または連続した複数のパルス状のレーザ光を射出させ、
かつ、走査領域上の、測定点または測定点近傍の測定領
域以外の領域に探針が位置するときに、レーザ光発振素
子にレーザ光の射出を停止させることによっても、上記
と同様に、連続してレーザ光を射出させる場合に比べ
て、カンチレバー、探針、および試料表面への単位時間
当たりのレーザ光の照射量を低減することができ、温度
変化を抑制した、安定性の高いＡＦＭを提供することが
できるという効果を有する。
【００４３】さらに、画像処理手段が、断続的に検出さ
れる試料表面の凹凸構造に対応した反射レーザ光の反射
角の偏位信号と、反射レーザ光が検出された時点におけ
る探針の位置する試料表面の座標とを対応させて、試料
表面像を構成し出力することによって、連続してレーザ
光を射出させる場合に比べて、走査の所要時間を長くす
ることなく表示画像の精度を保つことができ、レーザ光
を射出する周期については規則的であっても不規則であ
っても良いという効果を有する。
れる試料表面の凹凸構造に対応した反射レーザ光の反射
角の偏位信号と、反射レーザ光が検出された時点におけ
る探針の位置する試料表面の座標とを対応させて、試料
表面像を構成し出力することによって、連続してレーザ
光を射出させる場合に比べて、走査の所要時間を長くす
ることなく表示画像の精度を保つことができ、レーザ光
を射出する周期については規則的であっても不規則であ
っても良いという効果を有する。
【００４４】また、画像処理手段が、断続的に検出され
る偏位信号の信号間に存在する無信号部を、無信号部の
前後で検出された偏位信号をもとに補間する機能を有す
ることによっても、上記と同様に、連続してレーザ光を
射出させる場合に比べて、走査の所要時間を長くするこ
となく表示画像の精度を保つことができ、レーザ光を射
出する周期については規則的であっても不規則であって
も良いという効果を有する。
る偏位信号の信号間に存在する無信号部を、無信号部の
前後で検出された偏位信号をもとに補間する機能を有す
ることによっても、上記と同様に、連続してレーザ光を
射出させる場合に比べて、走査の所要時間を長くするこ
となく表示画像の精度を保つことができ、レーザ光を射
出する周期については規則的であっても不規則であって
も良いという効果を有する。
【００４５】上記本発明のＡＦＭ装置は、従来のＡＦＭ
装置の制御機構および画像処理機構の変更、およびレー
ザ光射出手段の追加だけで実施できるため、既存のＡＦ
Ｍ装置を大幅に変更することなく実現することができる
という効果を有する。
装置の制御機構および画像処理機構の変更、およびレー
ザ光射出手段の追加だけで実施できるため、既存のＡＦ
Ｍ装置を大幅に変更することなく実現することができる
という効果を有する。
【００４６】上記のことから、カンチレバーの熱伸縮に
よる反りまたは歪みを抑制し、温度ドリフトの影響を受
けない反射レーザ光の反射角を得ることができるという
効果を有する。また、試料表面の物性変化による試料の
形態変化を抑制し、高精度な試料表面凹凸データを得る
ことができるという効果を有する。さらに、探針と試料
表面との吸着力の減少による探針に加わる力の変化を抑
制し、安定した解像度を得ることができるという効果を
有する。
よる反りまたは歪みを抑制し、温度ドリフトの影響を受
けない反射レーザ光の反射角を得ることができるという
効果を有する。また、試料表面の物性変化による試料の
形態変化を抑制し、高精度な試料表面凹凸データを得る
ことができるという効果を有する。さらに、探針と試料
表面との吸着力の減少による探針に加わる力の変化を抑
制し、安定した解像度を得ることができるという効果を
有する。
【図１】本発明の第１の実施例におけるＡＦＭの概略構
成図
成図
【図２】図１の構成における走査領域の測定点と走査順
序との関係の一例を示す図
序との関係の一例を示す図
【図３】本発明の第２の実施例における探針走査の画像
表示領域と走査領域の関係を示す図
表示領域と走査領域の関係を示す図
【図４】本発明の第３の実施例におけるＡＦＭの概略構
成図
成図
【図５】図４の構成におけるパルス状のレーザ光と試料
表面凹凸信号の表面座標上での対応を示す図
表面凹凸信号の表面座標上での対応を示す図
１００、４００ ＡＦＭユニット １０１、４０１ 試料 １０２、４０２ 試料台 １０３、４０３ 探針 １０４、４０４ カンチレバー １０５、４０５ 架設台 １０６、４０６ ＸＹＺ微動機構 １０７、４０７ Ｚ粗動機構 １０８、４０８ ＸＹ位置決め機構 １０９、４０９ ＡＦＭユニット基台 １１０、４１０ レーザ発光素子 １１１、４１１ レーザ光受光部 １２１、４２１ 制御機構 １２２、４２２ パルス変調回路 １２３、４２３ ＸＹ走査回路 １２４、４２４ 帰還回路 １２５、４２５ 差信号増幅回路 １２６、４２６ Ｚ粗動機構駆動回路 １２７、４２７ 画像処理機構 １２８、４２８ 記憶装置 １２９、４２９ 表示装置
Claims (6)
- 【請求項１】 試料表面に対向し、かつ前記試料表面に
近接して配置された探針と、前記探針を先端に保持する
カンチレバーと、前記探針を前記試料表面に対して三次
元空間的に移動させる移動手段と、前記探針で得られる
前記試料表面の構造に対応した信号を検出する信号検出
手段と、前記探針と前記試料表面との相対的位置と前記
検出された信号とを対応させて前記試料表面像を構成し
出力する画像処理手段とで構成され、前記信号検出手段
が、レーザ光を発振するレーザ光発振素子と、前記レー
ザ光発振素子から射出されて前記カンチレバーによって
反射される反射レーザ光を受光するレーザ光受光部とを
備えている走査型原子間力顕微鏡において、 前記レーザ光発振素子が発振する前記レーザ光をパルス
状に射出させる機能を有するレーザ光射出手段を備えて
いることを特徴とする、走査型原子間力顕微鏡。 - 【請求項２】 前記レーザ光射出手段が、前記試料表面
上のあらかじめ設定された測定点または前記測定点近傍
の測定領域に前記探針が位置するときに同期して、前記
レーザ光発振素子に前記レーザ光を射出させる機能を有
する、請求項１に記載の走査型原子間力顕微鏡。 - 【請求項３】 前記試料表面上のあらかじめ設定された
測定点または前記測定点近傍の測定領域よりも広い走査
領域を設定し、前記レーザ光射出手段が、前記走査領域
上の、前記測定点または前記測定点近傍の前記測定領域
に前記探針が位置するときに同期して、前記レーザ光発
振素子に前記レーザ光を射出させ、かつ、前記走査領域
上の、前記測定点または前記測定点近傍の前記測定領域
以外の領域に前記探針が位置するときに、前記レーザ光
発振素子に前記レーザ光の射出を停止させる、請求項１
に記載の走査型原子間力顕微鏡。 - 【請求項４】 前記測定点または前記測定点近傍の前記
測定領域に前記探針が位置するときに同期して射出され
る前記レーザ光が、連続した複数のパルス状である、請
求項２または３に記載の走査型原子間力顕微鏡。 - 【請求項５】 前記画像処理手段が、断続的に検出され
る前記試料表面の凹凸構造に対応した前記反射レーザ光
の反射角の偏位信号と、前記反射レーザ光が検出された
時点における前記探針の位置する前記試料表面の座標と
を対応させて、前記試料表面像を構成し出力する、請求
項１ないし４のいずれか１項に記載の走査型原子間力顕
微鏡。 - 【請求項６】 前記画像処理手段が、断続的に検出され
る前記偏位信号の信号間に存在する無信号部を、前記無
信号部の前後で検出された前記偏位信号をもとに補間す
る機能を有する、請求項１ないし５のいずれか１項に記
載の走査型原子間力顕微鏡。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03673594A JP3471882B2 (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 走査型原子間力顕微鏡 |
| US08/399,521 US5567872A (en) | 1994-03-08 | 1995-03-07 | Scanning atomic force microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03673594A JP3471882B2 (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 走査型原子間力顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07243832A true JPH07243832A (ja) | 1995-09-19 |
| JP3471882B2 JP3471882B2 (ja) | 2003-12-02 |
Family
ID=12477999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03673594A Expired - Fee Related JP3471882B2 (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 走査型原子間力顕微鏡 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5567872A (ja) |
| JP (1) | JP3471882B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6266581B1 (en) * | 1996-05-10 | 2001-07-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Spatial RAM for high precision data acquisition systems |
| US5866806A (en) * | 1996-10-11 | 1999-02-02 | Kla-Tencor Corporation | System for locating a feature of a surface |
| JP3202646B2 (ja) * | 1997-04-09 | 2001-08-27 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 走査型プローブ顕微鏡 |
| TW435701U (en) | 2000-05-03 | 2001-05-16 | Ind Tech Res Inst | Atomic force microscope |
| US7230719B2 (en) * | 2003-12-02 | 2007-06-12 | National University Of Singapore | High sensitivity scanning probe system |
| JP2013101101A (ja) | 2011-10-12 | 2013-05-23 | Canon Inc | 質量分布計測方法及び質量分布計測装置 |
| US11619649B1 (en) * | 2021-11-26 | 2023-04-04 | Park Systems Corp. | Atomic force microscope equipped with optical measurement device and method of acquiring information on surface of measurement target using the same |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5323003A (en) * | 1991-09-03 | 1994-06-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning probe microscope and method of observing sample by using such a microscope |
| US5210410A (en) * | 1991-09-26 | 1993-05-11 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Scanning probe microscope having scan correction |
| US5204531A (en) * | 1992-02-14 | 1993-04-20 | Digital Instruments, Inc. | Method of adjusting the size of the area scanned by a scanning probe |
| JP2966189B2 (ja) * | 1992-05-01 | 1999-10-25 | キヤノン株式会社 | 走査型プローブ顕微鏡 |
| JPH06258014A (ja) * | 1993-03-05 | 1994-09-16 | Canon Inc | 走査型プローブ顕微鏡、およびそれを用いた記録装置および／または再生装置 |
| US5357105A (en) * | 1993-11-09 | 1994-10-18 | Quesant Instrument Corporation | Light modulated detection system for atomic force microscopes |
-
1994
- 1994-03-08 JP JP03673594A patent/JP3471882B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-03-07 US US08/399,521 patent/US5567872A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5567872A (en) | 1996-10-22 |
| JP3471882B2 (ja) | 2003-12-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4689491A (en) | Semiconductor wafer scanning system | |
| US5406832A (en) | Synchronous sampling scanning force microscope | |
| JP2501282B2 (ja) | 原子間力走査顕微鏡を使用した表面プロフィル検査方法及びその装置 | |
| USRE33387E (en) | Atomic force microscope and method for imaging surfaces with atomic resolution | |
| US20110138506A1 (en) | Method of probe alignment | |
| US8296856B2 (en) | Control system for scanning probe microscope | |
| US5253516A (en) | Atomic force microscope for small samples having dual-mode operating capability | |
| JPH0754249B2 (ja) | サンプルの表面を検査する方法及び装置 | |
| JPS62289703A (ja) | 表面プロフィール測定装置および方法 | |
| JP7029469B2 (ja) | 走査型プローブ顕微鏡のための装置および方法 | |
| JP3471882B2 (ja) | 走査型原子間力顕微鏡 | |
| JPS63279548A (ja) | 走査型光学顕微鏡 | |
| WO2015133014A1 (ja) | 走査プローブ顕微鏡及び、これを用いた試料測定方法 | |
| US6576902B2 (en) | Correction method of scanning electron microscope | |
| WO2010067570A1 (ja) | 走査型プローブ顕微鏡の出力処理方法および走査型プローブ顕微鏡 | |
| JP2018091695A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
| JP6342570B1 (ja) | ギャップ計測方法 | |
| WO2000019166A1 (en) | Multidimensional sensing system for atomic force miscroscopy | |
| US6748795B1 (en) | Pendulum scanner for scanning probe microscope | |
| JP2002296168A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
| JP2001227932A (ja) | マスク検査装置 | |
| EP0683414A1 (en) | Optical scanning apparatus | |
| JP2006023443A (ja) | 顕微鏡装置 | |
| JP2023055301A (ja) | 原子間力顕微鏡、及び試料の測定方法 | |
| JPH0248138B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |