JPH08129018A - 非接触モ−ド原子間力顕微鏡／静電容量顕微鏡複合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原子間力顕微鏡と静電容量顕微鏡を合体した
顕微鏡を作ろうとすると、センサ部分に導電性のカンチ
レバ−を必要とする。カンチレバ−の先端下部に探針を
設け、探針と試料との間の静電容量を検出する。カンチ
レバ−と探針の一部に金属を被覆して導電性を与えてい
る。原子間力顕微鏡として利用する時、探針は試料の面
に接触しながら走査する。接触により探針の金属被覆が
摩耗したり、剥離したりする。すると静電容量を測定で
きなくなる。非接触であって原子間力顕微鏡として機能
し得る複合顕微鏡を提案することが目的である。 【構成】 探針を試料に接触させず、試料の近傍でカン
チレバ−を微小振動させる。探針と試料表面の距離Ｄに
より振動の共振周波数が変化する。共振周波数の変化を
カンチレバ−の振幅の変化によって知り、試料と探針の
距離Ｄを求める。距離Ｄを一定にするように、カンチレ
バ−の振動駆動電圧を調整したり、カンチレバ−と試料
を上下方向に相対移動させたりする。いずれにしても探
針と試料を接触させることなく、原子間力の変化を求め
ることができるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）と走査形静電容量顕微鏡（ＳＣａＭ）を結合した顕
微鏡に関する。原子間力顕微鏡は試料表面の凹凸を原子
単位で観察できる顕微鏡である。静電容量顕微鏡は探針
と試料表面の静電容量の微細な変化を測定するための顕
微鏡である。これらは目的や原理が異なる顕微鏡であ
る。しかしいずれも半導体の表面などの微細な構造、組
成などを観察するための手段として極めて有力である。
そこで本発明者は両方の顕微鏡の機能を結合して複合的
な装置を開発している。ここでは非接触モ−ドの複合顕
微鏡を提案しようとする。

【０００２】

【従来の技術】走査型静電容量顕微鏡（ＳＣａＭ）は、
導電性の探針を試料に接近させ、探針と試料表面の電荷
との間で形成される静電容量を測定し、試料表面の静電
容量分布を検出するものである。センサ部は、金属の短
い探針である。撓む必要はない。試料面に垂直に電流を
流す事ができるから、探針の他の部分と、試料の間に生
ずる静電容量は小さくする事ができる。原理図を図２に
示す。探針３が試料４に対向している。バイアス電源８
により試料４にバイアス電圧が印加される。探針につな
がれた容量センサ７が探針３と試料４の間の静電容量を
測定している。探針は当然導電性のものである。

【０００３】原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）は近接した原子
の間に働く原子間力を検出することにより試料表面の凹
凸の情報を得る顕微鏡である。具体的には、絶縁性の撓
み易い部材を試料に接近させ、この部材原子と試料原子
の間に働く原子間力による部材の撓みを光学的或いは静
電的に検出する。撓みの量が原子間力に比例する。原子
間力は短距離力であるから、原子間力より試料の微細な
凹凸を知ることができる。

【０００４】原子間力を検出するための部材は板ばねと
いうこともある。かたもちばりであり、よく撓むので、
この部材をカンチレバーと呼ぶこともある。カンチレバ
ーは絶縁性で撓み易いのが条件である。Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、Ｓ
ｉＯ₂ 、Ｓｉ等のヤング率の低い材料の薄膜を用いる。
カンチレバーは、板バネとも、バネともいう人がいる。
探針を試料表面に接近させると、試料原子とカンチレバ
ーの先に力が生じるのでこの力を測定する。電気的な機
構を用いないので、カンチレバーは絶縁性で良いのであ
る。カンチレバーの撓みは、レ−ザ光を当てて反射する
光の変位を受光素子によって検出して求める。原理図を
図１に示す。

【０００５】ホルダ−１の先に撓みやすいカンチレバ−
２を取り付けてある。カンチレバ−の先には先鋭な探針
３が固着されている。試料４の表面を探針３によってな
ぞってゆく。試料の凹凸に従ってカンチレバ−が上下に
撓む。レ−ザ５から光をカンチレバ−２の背面に当て
る。反射光が斜め上方に設けられた検出器６に入る。こ
れは複数箇所に分割された検出部を持ち、カンチレバ−
の撓み量に応じて、各部の入力量の比が変化するので、
カンチレバ−の撓みが分かる。

【０００６】本発明者は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）と
静電容量顕微鏡（ＳＣａＭ）のふたつを結合した顕微鏡
を提案する。この場合、ＳＣａＭの探針と、ＡＦＭのカ
ンチレバ−をひとつに纏めたセンサとしなければならな
い。このため静電容量を測定できるためにカンチレバ−
に導電性を賦与する必要がある。これは金属の薄膜をカ
ンチレバ−の一部にコ−テイングすることによって可能
になる。反対にＳＣａＭの場合は単なる探針でよいもの
が、ＡＦＭとしても作用しなければならないからカンチ
レバ−を採用しなければならない。カンチレバ−は試料
に平行にして用いるからカンチレバ−と試料間の容量
が、探針と試料間の容量に対してノイズになる。このノ
イズを最小にする工夫が必要である。このようにふたつ
の顕微鏡を統合しようとするとセンサ部に工夫をしなけ
ればならない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】原子間力顕微鏡は試料
原子と探針原子の間に働く原子間力を、カンチレバ−の
撓みによって検知するから、探針の先端は試料に接触し
ている。探針と試料が接触した状態で原子間力の変動を
調べるようになっている。これはこれで差し支えない。
探針の先が摩滅しても、原子間力の作用に変化はないか
らである。ところが、ＡＦＭとＳＣａＭを同一の顕微鏡
に設置しようとすると問題が発生する。ＡＦＭは探針を
接触させるが、尖った探針であるから先が摩滅する。先
が摩滅すると、接触面積が変化するので静電容量がこれ
によって変化してしまう。同じ条件下で探針と試料表面
の静電容量を求めることができない。

【０００８】さらにＳＣａＭとするには、カンチレバ−
を導電性にしなければならない。全体を金属にすると剛
性が大きくなりすぎる。複合顕微鏡においてもカンチレ
バ−は従来のように、ＳｉＯ₂ 、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、Ｓｉなど
を使いたい。するとこれらの材料の上に金属薄膜をコ−
テイングするという方法により導電性を与えることにな
る。もしもカンチレバ−の探針が試料に常時接触してい
るとすると、金属薄膜が剥がれるか薄膜が摩滅してなく
なってしまう。すると導電性を喪失し静電容量顕微鏡と
して使うことができなくなる。ＡＦＭとしてだけなら
ば、探針と試料が接触するのは差し支えない。しかしＳ
ＣａＭとしても利用したい場合は探針が試料に接触しな
い方が良い。

【０００９】

【課題を解決するための手段】金属薄膜をコ−テイング
し導電性を持つカンチレバ−をピエゾ振動子（圧電素
子）によって、試料から離れたところで振動させてお
き、探針と試料表面の距離Ｄの関数として共振周波数Ｆ
_r が変わることを利用して距離Ｄを求める。これにはい
くつかの方法がある。距離Ｄを一定に保つようにピエゾ
振動子の電圧振幅を変動させるようにする場合は、探針
と試料の間隔Ｄが同一であるから、表面の凹凸の影響を
受けることなく静電容量を測定できる。カンチレバ−を
振動させて、距離Ｄにより共振周波数Ｆ_r が変化する理
由は後に説明する。距離Ｄの求め方には次のようなモ−
ドがあり得る。

【００１０】圧電素子により共振周波数でカンチレバ
−を振動させておく。圧電素子の電圧振幅Ｖを一定にす
る。距離Ｄが異なると共振周波数がずれるから、カンチ
レバ−の振幅Ａが減少する。カンチレバ−の振動の振幅
Ａは検出器によって光学的に求められる。これによって
共振周波数のずれが分かり、距離Ｄが求められる。

【００１１】圧電素子により共振周波数からずれた周
波数Ｆにおいて、カンチレバ−を振動させる。電圧振幅
Ｖは一定とする。距離Ｄにより共振周波数Ｆ_r が異なる
ので、同じ周波数Ｆ、同じ電圧振幅Ｖであってもカンチ
レバ−の振幅Ａが変化する。カンチレバ−の振幅は検出
器によって求められるから、振幅Ａの変化により、共振
周波数のずれが分かり、距離Ｄが分かる。

【００１２】圧電素子により共振周波数からずれたあ
る一定周波数Ｆにおいてカンチレバ−を振動させる。距
離Ｄにより共振周波数が変わる。するとカンチレバ−の
振幅Ａが変わる。振動の振幅Ａは検出器によって分か
る。振幅Ａを一定に保つように、圧電素子に加える電圧
振幅Ｖをフィ−ドバック制御する。電圧Ｖにより距離Ｄ
が分かる。

【００１３】圧電素子により共振周波数からずれた周
波数域（Ｆ１〜Ｆ２）のある周波数Ｆによってカンチレ
バ−を振動させる。電圧振幅Ｖは一定とする。距離Ｄに
よって共振周波数が変化する。するとカンチレバ−の振
動の振幅Ａも変化する。振幅Ａを一定値に保つように、
圧電素子の周波数Ｆをフィ−ドバック制御する。

【００１４】圧電素子により共振周波数Ｆ_r でカンチ
レバ−を振動させる。距離Ｄの変動により共振周波数Ｆ
_r が変化する。電圧振幅Ｖを一定にして圧電素子の周波
数を変えて、振幅Ａを最大にする新たな共振周波数を求
める。つまり常に共振周波数によって圧電素子を振動さ
せる。Ｆ_r を正確に求めながら距離Ｄを求めることがで
きる。

【００１５】パラメ−タを整理して直観的に分かりやす
く説明する。圧電素子の周波数をＦ、カンチレバ−の共
振周波数をＦ_r 、距離をＤ、圧電素子の電圧振幅をＶ、
カンチレバ−の振幅をＡとする。Ａは、Ｆ、Ｆ_r 、Ｖの
関数であり、Ｆ_r はＤの関数であるから、

【００１６】 Ａ＝ｆ（Ｆ，Ｆ_r （Ｄ），Ｖ，） （１）

【００１７】と書くことができる。はＦ＝Ｆ_r とし
て、Ｖを一定にし、ＡからＤを求める。はＦ≠Ｆ_r と
して、Ｖを一定にし、ＡからＤを求める。はＦ≠Ｆ
_r 、Ａを一定にして、ＶからＤを求める。はＶ、Ａを
一定にし、Ｆを変えて、ＦからＤを求める。はＦ_r か
らＤを求める。

【００１８】以上の５つの方法は距離Ｄが変数であって
これを求めるものである。つまりカンチレバ−の運動は
上下方向には単純な単振動ｚ＝Ａｓｉｎωｔ＋Ｚ₀ によ
って表すことができる。Ｚ₀ は試料表面近くに定義した
三次元座標のＸＹ面からのカンチレバ−の探針の高さで
ある。直流電圧Ｕを圧電素子に印加することによりＺ₀
を変更することができる。上の５つの方法はいずれも圧
電素子の平均の高さＺ₀ は一定にして、試料表面からの
距離Ｄを求めるものであった。

【００１９】反対に距離Ｄを一定に保持することにより
表面の凹凸を知るということも勿論可能である。圧電素
子は微小振動を与えるだけでなく、任意の直流的な上下
方向変位Ｚを与えることができるものとする。この場
合、圧電素子に印加する電圧は、Ｖｓｉｎωｔ＋Ｕとな
る。カンチレバ−の圧電素子が直流的な変位を与えるこ
とができない場合もある。しかしそれは差し支えないこ
とである。試料を支持する圧電素子のＺ方向電極に直流
電圧を加えることにより、カンチレバ−の相対的な高さ
Ｄを調整できるからである。カンチレバ−の圧電素子、
試料の圧電素子のＺ成分のいずれを直流的に制御しても
良い。都合の良い方を選べば良い。

【００２０】ここではカンチレバ−の圧電素子のＺ方向
の直流成分というふうに説明する。圧電素子の駆動電圧
の内、直流電圧ＵがＺ₀ を決め、交流振幅Ｖが振幅Ａを
決めるのである。このようにするとカンチレバ−の運動
は振動と変位を組み合わせたものになる。自由度が先程
の場合よりも増える。〜の他にもいくつかの検出モ
−ドが可能である。距離Ｄを一定に保持するということ
であれば、変数の変化をフィ−ドバック制御することに
なる。この場合は（１）の他に次の二つの式（２）、
（３）が成り立つ。

【００２１】 Ａ＝ｆ（Ｆ，Ｆ_r （Ｄ），Ｖ，） （１） Ｚ＝Ｚ₀ ＋ｇ（Ｕ） （２） Ｚ＝Ｄ＋Ｓ （３）

【００２２】Ｓは試料表面の高さである。これに距離Ｄ
を加えたものが探針の下端の高さＺである。 圧電素子の振動電圧Ｖは一定とし、共振周波数Ｆ_r
によって駆動し、カンチレバ−の振動振幅Ａが一定にな
るように、直流電圧Ｕを調整する。これによりカンチレ
バ−の先端が昇降する。（１）式からＡ、Ｆ、Ｖが一定
であれば距離Ｄが一定であることが分かる。このように
直流電圧Ｕを調整すると、このとき探針と試料の距離は
Ｄであるはずである。このときの探針の高さＺは、撓み
に表れるので検出器の直流分から分かる。また圧電素子
に加えている直流電圧Ｕからも分かる。

【００２３】 圧電素子の振動電圧Ｖは一定にする。
周波数は共振周波数以外の一定周波数Ｆとする。カンチ
レバ−の振幅Ａを検出器で観測し、これが一定になるよ
うに圧電素子の直流電圧Ｕを調整する。Ａ、Ｆ、Ｖが一
定であると距離Ｄが一定であるから、試料表面の高さＳ
が分かる。探針の高さＺは、検出器の直流分あるいは、
圧電素子の直流電圧Ｕから分かる。

【００２４】距離Ｄを一定にする測定モ−ド、は、
これを静電容量顕微鏡として利用する時には有用であ
る。距離Ｄを一定に保持しつつ、試料と探針間の静電容
量を測定すると、試料の電荷密度が直接に分かるからで
ある。以上に述べたのは試料のある箇所での凹凸、電荷
状態の測定である。実際には試料を平面方向（ＸＹ方
向）に走査するから、試料表面全体に渡る凹凸、電荷状
態を求めることができる。

【００２５】

【作用】本発明が利用しようとするのは、探針と試料間
の距離Ｄによって、カンチレバ−の共振周波数が変化す
るという性質である。長距離力、例えばク−ロン力など
の場合は、ふたつの物体が接近しても、離隔しても殆ど
力は変わらない。ために力の方向に振動する振動子があ
っても共振周波数に変化がない。振動の中心点が力に応
じて少し変化するだけである。一次元振動子によってこ
れを始めに説明する。振動子の座標をｚで表現する。振
動子のバネ定数をＫとする。振動子の質量をｍ（これは
慣性モメント−の場合もある）とすると、

【００２６】 ｍｄ² ｚ／ｄｔ² ＋Ｋ（ｚ−ｚ₀ ）＝０ （４） という運動方程式が成り立つ。点ｚ₀ は平衡点である。
共振周波数は

【００２７】 Ｆ_r ＝（Ｋ／ｍ）^1/2 ／２π （５） である。これが例えば重力のように一定の力の場に置か
れると、 ｍｄ² ｚ／ｄｔ² ＋Ｋ（ｚ−ｚ₀ ）＝−ｍｇ （６）

【００２８】となるが、これは平衡点（振動の中心）が
ｚ₀ −ｍｇ／Ｋに変わるだけである。共振周波数に変化
はない。同様にク−ロン力のように長距離力の場合は、
振動子の動く範囲で一定である。この場合も平衡の位置
が少しずれるだけである。共振周波数は不変である。

【００２９】ところがファンデルワ−ルス力のように極
めて短距離しか働かない力の場合は、事情が少し変わっ
てくる。ファンデルワ−ルス力は距離の６乗に反比例す
る引力であると言われる。ファンデルワ−ルス力はイオ
ン間のク−ロン力ではなく、不対電子を持たない原子同
士の力である。引力だけでは平衡しないから時に距離の
１２乗に反比例する斥力を加えることもある。Ｚ＝Ｓの
点に原子があると、これによるファンデルワ−ルス力Ｖ
Ｆ（ｚ）は

【００３０】 ＶＦ（ｚ）＝−Ｑ（ｚ−Ｓ）^-6＋Ｒ（ｚ−Ｓ）^-12 （７）

【００３１】となる。第１項が引力（Ｑは正）を第２項
が斥力（Ｒは正）を表す。振動子の平衡点の近くでこれ
を展開する。但し、探針と試料原子の距離がかなりある
から斥力の項は殆ど無視できる。

【００３２】 ＶＦ（ｚ）＝−Ｑ（ｚ₀ −Ｓ）^-6−６（ｚ−ｚ₀ ）Ｑ（ｚ₀ −Ｓ）^-7＋‥‥ （８）

【００３３】となる。振動子の振動の中心がｚ_f ＝ｚ₀
−Ｑ（ｚ₀ −Ｓ）^-6／Ｋにずれる。これはどうでも良い
ことである。注意すべきことは共振周波数が変化すると
いうことである。

【００３４】 Ｆ_r ＝［｛Ｋ＋６Ｑ（ｚ₀ −Ｓ）^-7｝／ｍ］^1/2 ／２π （９）

【００３５】この式はファンデルワ−ルス力を発生する
試料原子の座標Ｓを含んでいる。Ｓが増えると、つまり
試料が探針に近付くと共振周波数が増加する。反対に試
料が探針から遠ざかると共振周波数が減少する。探針の
座標がｚ₀ であり試料表面の原子座標がＳであるから、
ｚ₀ −Ｓ＝Ｄ（距離）である。

【００３６】 Ｆ_r ＝［｛Ｋ＋６ＱＤ^-7｝／ｍ］^1/2 ／２π （１０） これが式（１）に表れるＦ_r （Ｄ）の具体的な表現であ
る。距離Ｄの変化による共振周波数の変化は、

【００３７】 ｄＦ_r ／ｄＤ＝−２１ＱＤ^-8［｛Ｋ＋６ＱＤ^-7｝ｍ］^-1/2／２π （１１） によって与えられる。実際には振動用圧電素子にはｓｉ
ｎωｔの強制振動を加えるのであるから、次のような運
動方程式によって表現される。

【００３８】 ｍｄ² ｚ／ｄｔ² ＋Ｋ（ｚ−ｚ₀ ）＝ＶＦ（ｚ）＋ｑＶｓｉｎωｔ （１２） ｑは比例定数である。これの解は、

【００３９】 ｚ−ｚ_f ＝ｑＶ［ｍ（−ω² ＋ω_r ²）］^-1ｓｉｎωｔ （１３）

【００４０】但しω_r ＝２πＦ_r ＝［｛Ｋ＋６ＱＤ^-7｝
／ｍ］^1/2 である。これらの式から、試料の原子が動く
ことにより距離Ｄが増減し、これに伴って共振周波数が
変動するということが分かる。またカンチレバ−の振動
の振幅Ａは、

【００４１】 Ａ＝ｑＶ［ｍ（−ω² ＋ω_r ²）］^-1 （１４）

【００４２】であるから、振幅Ａも距離Ｄによって変動
することが分かる。振幅Ａは周波数ωによっても変化す
る。もちろん駆動電圧Ｖによっても変わる。従って、
ω、Ｖを一定にして、探針の位置ｚ₀ も一定にして距離
Ｄを知ることができる。これから試料表面の高さＳ（Ｓ
＝ｚ₀ −Ｄ）を求めることができる。あるいは、試料の
圧電素子を制御して試料を上昇下降させ、Ｄとｚ₀ を常
に一定にし（ｚ₀ ＝Ｄ＋Ｓ）試料の上昇下降の量から、
試料表面の高さＳを求めることもできる。このように本
発明は原子間力の大きい力の勾配による共振周波数の変
化を利用して試料表面の高さを求めている。

【００４３】

【実施例】図３によって本発明の実施例を説明する。カ
ンチレバ−２は撓みやすい絶縁体（ＳｉＯ₂ 、Ｓｉ₃ Ｎ
₄ 、Ｓｉ）から成り導電性を与えるために金属被膜を一
部に被覆したものである。カンチレバ−２の先端に先鋭
な探針３が設けられる。試料４は半導体、誘電体、金属
など任意の材料である。これを圧電素子（ピエゾ）９の
上に固着する。ピエゾ素子９は円筒形であり、表面に幾
つかの対の電極が形成してある。電極に電圧を印加し、
素子を撓ませることにより、平面方向（Ｘ、Ｙ）方向に
変位できるようになっている。また上下方向（Ｚ方向）
にも変位できるようになっている。Ｚ方向変位によって
試料の高さを変えて、試料と探針の距離Ｄを任意に調整
することができる。これによって試料は３方向に独立変
位することができ、変位量も圧電素子の３方向の駆動電
圧Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚによって知ることができる。

【００４４】レ−ザ５が広がりの小さい光を発生する。
これがカンチレバ−２の背面に当たり、反射される。反
射光が検出器６に入る。検出器６は分割されたセンサを
持つので、分割部での光の入射量を比較すると、反射光
の方向が分かる。つまりカンチレバ−の撓みが求められ
る。試料４にはバイアス電源８によりバイアス電圧が印
加される。容量センサ７により探針と試料表面間の静電
容量が測定される。これは静電容量顕微鏡としての機能
を果たすものである。試料と探針の距離Ｄを一定に保ち
つつ静電容量を測ると、表面の電荷の分布が分かる。

【００４５】試料４をＸＹ方向に走査するのは走査用の
ピエゾ（圧電素子）９であるが、先程の検出の出力を、
サ−ボ回路１２に入れて、試料と探針の距離を一定に保
つようにピエゾをＺ方向にも変位させることができる。
サ−ボ回路１２はカンチレバ−の撓みが一定になるよう
に圧電素子のＺ方向電圧を制御する。カンチレバ−２
は、振動用のピエゾ素子（圧電素子）１３に取り付けら
れている。このピエゾ素子１３はカンチレバ−を微小振
動させるためのものである。Ｚ方向に微小振動させて、
距離による共振周波数の変化を検知できるようにする。
Ｚ方向の直流変位をも、このピエゾ素子によって行なわ
せることができるようにしても良い。このピエゾがＺ方
向の直流変位ができないとしても、走査用ピエゾがＺ方
向の微小変位をするので差し支えない。

【００４６】Ｚ方向の変位によって試料と探針の距離Ｄ
を一定に保つ。これはカンチレバ−の振動電圧の振幅
Ｖ、カンチレバ−の実際の振幅Ａを一定値に保持するよ
うに、試料の高さをサ−ボ回路１２、ピエゾ９によって
調整することによってなされる。振幅Ａは検出器６によ
って測定できる。探針は試料に接触しない。探針と試料
の距離Ｄによってカンチレバ−の振動の共振周波数が変
化することによって探針と試料の距離Ｄが分かる。距離
Ｄを一定値に保持することができるので、探針が試料表
面をなぞっているのと同じ測定をすることができる。つ
まり非接触の原子間力顕微鏡になるし、静電容量顕微鏡
にもなる。試料表面の状態はデイスプレイ１１に表示さ
れる。

【００４７】

【発明の効果】原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）と静電容量顕
微鏡（ＳＣａＭ）とを組み合わせた複合顕微鏡におい
て、カンチレバ−は導電性を持つものでなければならな
い。カンチレバ−の全体を金属にすると剛性が大きくな
り撓みが小さくなる。柔軟性を損なわないために絶縁体
のカンチレバ−に金属の薄膜を部分的に被覆する。とこ
ろがカンチレバ−の探針を試料に接触させると、測定を
重ねる内に金属被覆が摩滅してしまう。本発明は、探針
と試料が非接触になっている。探針に被覆した金属薄膜
が剥離したり、摩滅したりしない。結果として探針、カ
ンチレバ−の寿命が長くなる。カンチレバ−をたびたび
取り替える必要がない。カンチレバ−の節約になるだけ
でなく、条件が安定するので、永年に渡って安定した測
定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】原子間力顕微鏡の測定原理図。

【図２】静電容量顕微鏡の測定原理図。

【図３】本発明の複合顕微鏡の概略構成図。

【符号の説明】

１ ホルダ− ２ カンチレバ− ３ 探針 ４ 試料 ５ レ−ザ ６ 検出器 ７ 容量センサ ８ バイアス電源 ９ 走査用圧電素子（走査用ピエゾ） １０ 走査回路 １１ デイスプレイ １２ サ−ボ回路 １３ 振動用圧電素子（振動用ピエゾ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｊ 37/28 Ｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その上に試料を固定し平面内でのＸ、Ｙ
   ２方向への走査とＺ方向の変位を行う走査用圧電素子
   と、撓みやすい材料でできており一部に金属被膜を形成
   して導電性としたカンチレバ−と、カンチレバ−の先端
   に設けられた探針と、カンチレバ−の基部が固定されカ
   ンチレバ−を上下方向に微小振幅で振動させる振動用圧
   電素子と振動用圧電素子を振動させるための電源と、試
   料にバイアス電圧を印加するバイアス電源と、カンチレ
   バ−の探針と試料間の静電容量を測定する容量センサ
   と、カンチレバ−の背面に光を当てるレ−ザと、カンチ
   レバ−からの反射光の方向を検出する検出器と、検出の
   出力からカンチレバ−の撓みを知り試料と探針の距離を
   調整するサ−ボ回路と、試料を平面方向のＸ、Ｙ方向に
   走査する走査回路とを含み、カンチレバ−の探針を試料
   に接触させることなく、試料の近傍でＺ方向に微小振動
   させ、探針と試料との距離Ｄによってカンチレバ−の共
   振周波数が異なることを利用し、共振周波数の変化から
   距離Ｄを求め、探針と試料の間の静電容量と、探針と試
   料の距離Ｄをともに測定できるようにしたことを特徴と
   する非接触モ−ド原子間力顕微鏡／静電容量顕微鏡複合
   装置。