JPH08278317A

JPH08278317A - 原子間力顕微鏡

Info

Publication number: JPH08278317A
Application number: JP7083626A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Nakano; 勝志中野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-04-10
Filing date: 1995-04-10
Publication date: 1996-10-22

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】原子間力検出用の光が、探針走査時でも、常に
カンチレバー上に照射でき、コンパクトで簡単な探針走
査駆動装置を有する原子間力顕微鏡を提供する。【構成】支持部材６と、一端がヒンジ７ａを介して支持
部材６に固定され、Ｘ方向用駆動部材１と、カンチレバ
ー４１とチップ４２とを有した探針４と、その探針４を
Ｙ方向に駆動するＹ方向用駆動部材２と、光源９と、ヒ
ンジ７ａの屈曲する中心より第１の光路変換部材１１
と、反射面を有した第２の光路変換部材１２と、第２の
光路変換部材にて反射したカンチレバーの反射光を受光
する複数の受光面を有したを受光部材１３とを備え、光
源からの光を第１の光路変換部材１１によって第２の光
路変換部材１２に照射し、更に第１の光路変換部材１１
からの光を第２の光路変換部材１２によってカンチレバ
ー４１に照射するよう光源と第１の光路変換部材１１と
第２の変換部材１２と設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カンチレバーを用いた
原子間力顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、試料表面に探針を近づけて２次元
平面内で走査し、試料と探針との間に作用するトンネル
電流や原子間力などを検出することにより試料表面の微
細構造を観察する走査型プローブ顕微鏡の開発、改良が
盛んに行われている。図５および図６は、走査型プロー
ブ顕微鏡の一つである従来の原子間力顕微鏡の概念構成
図である。プローブには、試料面上を走査するチップ８
４とカンチレバー８３とから構成されている。また、表
面を観察する試料８７は、円筒型圧電駆動機構の自由端
側に配置される。この圧電駆動機構については、円筒状
の圧電素子８０でできており、円筒型圧電素子の内側に
図示していないグランドの電極を持ち、外側に４分割さ
れた電極８２を持つ構成である。駆動方法は、外側の対
向する電極８２に、グランドの電極に対してそれぞれ正
負反対の電圧を印加する。その結果、円筒状の圧電素子
８０は横方向にたわむことができる。この横方向に撓む
現象を利用して、ＸあるいはＹ方向の走査駆動が行われ
る。また、Ｚ方向の走査駆動は外側の電極にそれぞれ同
電圧のオフセットを印加する。円筒状の圧電素子８０が
Ｚ方向に伸縮変位することができる。これらの動作を行
うことにより３次元微動駆動が実現されている。

【０００３】一般に、原子間力顕微鏡において用いられ
ている原子間力の検出方法は、光てこ法を用いて検出し
ている。この光てこ法の場合、光源８５とカンチレバー
８３の位置関係および光検出器８６とカンチレバー８３
の位置関係が相対的に不動でなければならない。従っ
て、従来のカンチレバーと光てこ法を使った原子間力顕
微鏡における検出系は、固定されており、試料側を走査
することで試料表面の形状を観察していた。

【０００４】しかしながら、この試料駆動による走査方
法では、大面積の試料や質量の大きい試料の観察を行う
場合、走査が困難となる。よって、現在ではチップを有
するカンチレバー自体を走査して試料の表面を観察する
原子間力顕微鏡が要求されている。そのカンチレバーを
走査する原子間力顕微鏡の従来技術の一例として特開平
６−８２２４９号がある。これは、カンチレバーと光て
こ法を用いた原子間力検出系を１つの構造の中に組み込
み、それら全体を走査することによって、光源とカンチ
レバー８３の位置関係および光検出器とカンチレバーの
位置関係が相対的に保たれている方法である。

【０００５】一方、最近では、原子間力顕微鏡を光学顕
微鏡に搭載し、試料を同時観察することも行われてい
る。その方法として、対物レンズを包み込める大きさを
有した円筒状の圧電駆動素子を利用し、その一端を対物
レンズの鏡筒に固定する。また、他端には透明な板状の
部材を張り付け、その板状の部材にカンチレバーとチッ
ポを有した探針を固定する。この方法では、光学顕微鏡
で原子間力顕微鏡で走査している直上を観察するため
に、円筒型圧電駆動部材の内部に対物レンズを配置して
いる。（特開平２−２８１１０３号に記載の技術）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の光てこ法を利用
し、原子間力を検出するた原子間力顕微鏡では、大面積
の試料を測定しようとすると、その試料の質量により、
圧電駆動部材の共振周波数の低下を招き、観察が困難で
あった。また、従来の方法では、光てこ法による原子間
力の検出系全体を走査するため、必然的に走査する部材
が大きな質量を持つことになり、高速な走査は不可能で
あった。

【０００７】よって、本発明の目的は、原子間力検出用
の光が、探針走査時でも、常にカンチレバー上に照射す
ることができ、コンパクトで簡単な探針走査駆動装置を
有する原子間力顕微鏡を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、支持部材と、一端がヒンジを介して支
持部材に固定され、試料面と平行な方向であるＸ方向に
伸縮可能なＸ方向用駆動部材と、そのＸ方向用駆動部材
の他端に設けられ、カンチレバーとチップとを有した探
針と、その探針を試料面と平行な方向でかつＸ方向とは
異なる方向であるＹ方向に駆動するＹ方向用駆動部材
と、光源と、Ｘ方向用駆動部材と支持部材との間に設け
られたヒンジの屈曲する中心よりＸ方向用駆動部材側に
固定された第１の光路変換部材と、Ｘ方向用駆動部材に
設けられ、反射面を有した第２の光路変換部材と、第２
の光路変換部材にて反射したカンチレバーの反射光を受
光する複数の受光面を有したを受光部材とを備え、光源
からの光を第１の光路変換部材によって第２の光路変換
部材に照射し、更に第１の光路変換部材からの光を第２
の光路変換部材によってカンチレバーに照射するよう光
源と第１の光路変換部材と第２の変換部材と設けたこと
とした（請求項１記載の発明）。

【０００９】また、更に本発明では、第１の光路変換部
材については、光源からの光を第２の光路変換部材へ照
射するよう反射面を有し、第１の光路変換部材の光源か
らの光を受光する反射面の位置は、Ｘ方向用駆動部材と
支持部材との間に設けられたヒンジの屈曲する中心から
光源からの光の光軸の延長上に対応する位置であり、更
に、第２の光路変換部材については、第１の光路変換部
材からの光をカンチレバーに照射し、かつカンチレバー
からの反射光を前記第１の光路変換部材に照射する反射
面を有し、更に、受光部材については、第２の光路変換
部材と第１の光路変換部材とを経たカンチレバーからの
反射光を受光する複数の受光面を有することが好ましい
（請求項２記載の発明）。

【００１０】また、更に本発明では、光源と第１の光路
変換部材との間に光源からの光を透過し、かつ第１の光
路変換部材からの反射光を反射するカンチレバー反射光
分割部材を設けることが好ましい（請求項３記載の発
明）。また、本発明では、Ｘ方向用駆動部材について
は、複数の圧電体をＸ方向に積層した圧電駆動部材であ
り、Ｙ方向用駆動部材は、一端がヒンジを介して支持部
材に固定され、かつ、他端がヒンジを介してＸ方向用圧
電駆動部材に固定され、複数の圧電体をＹ方向に積層し
た圧電駆動部材であることが好ましい（請求項４記載の
発明）。また、Ｘ方向用駆動部材の他端に、試料面に対
し垂直な方向であるＺ方向に複数の圧電体を積層し、Ｚ
方向に伸縮可能なＺ方向用駆動部材を設け、Ｚ方向用駆
動部材の試料面側の端に探針を設けたことが好ましい
（請求項５記載の発明）。

【００１１】以上の構成によって、課題を解決すること
を試みた。

【００１２】

【作用】光てこ法による原子間力の検出は、カンチレバ
ーの撓み量に応じ、反射光の光軸変化を検出する方法で
ある。よって、この方法でカンチレバーの撓み量を正確
に検出するための必要条件は次の２点である。カンチレバーへの入射光の光軸が変わらない。

【００１３】カンチレバーの撓み量が一定である場
合、反射光を受光する光検出器の受光位置が変わらな
い。本発明者は、この２点に着目し、探針が移動してもカン
チレバーへの入射光の光軸が変化せず、かつ、カンチレ
バーの撓み量が一定である場合、反射光の光軸に対し
て、反射光を受光する光検出器の受光位置が変わらない
光学系を発明した。

【００１４】また、本発明では、各駆動部材に掛かる質
量を出来るだけ小さくするため、光源と受光部材とを駆
動部材上に配置しない構成を採った。また、直接、光源
の光をカンチレバーに照射した場合、駆動部材によって
探針を駆動しようとすると、探針が移動してしまうため
光源からの光がカンチレバーに照射されないといった問
題が生じていたので、そこで、本発明では、これを解決
するために、第１の光路変換部材によって、Ｘ方向用駆
動部材の伸縮方向の軸に対して光源からの光の光軸が、
常に一定の関係を持つようにした。具体的に説明する
と、例えば、Ｘ方向用駆動部材の伸縮方向の軸に対し、
第１の光路変換部材を経た光源からの光の光軸が平行で
ある場合、Ｙ方向用駆動部材が駆動したことによって、
Ｘ方向用駆動部材の軸が変化した場合、その第１の光路
変換部材がヒンジの屈曲する中心よりＸ方向駆動部材側
に設けられているので、常にＸ方向用駆動部材の軸と第
１の光路変換部材を経た光源からの光の光軸とは平行に
なる。また、Ｘ方向用駆動部材が伸縮した場合について
は、伸縮したとしても光軸とＸ方向用駆動部材との軸は
変わらないので、何ら影響が無い。

【００１５】この様にして、探針を駆動しても第１の光
路変換部材からの光の光軸とＸ方向用駆動部材とは、一
定の関係を持つ。そして、本発明では、第１の光路変換
部材からの光をカンチレバーへ照射させるための第２の
光路変換部材を設けている。この第２の光路変換部材
は、Ｘ方向用駆動部材に取り付けられているので、第１
の光路変換部材からの光の光軸に対して、第２の光路変
換部材の反射面と第１の光路変換部材からの光の光軸と
の角度は、常に一定に保つことが出来る。

【００１６】この様にして、各駆動部材が駆動しても、
光源からの光をカンチレバーへ一定の入射角で入射する
ことが出来る。そして、カンチレバーからの反射光は、
第２の光路変換部材と第１の光路変換部材を経て受光部
材に照射されるので、各駆動部材が駆動したとしても、
カンチレバーが撓まない限り、受光部材の同じ場所に、
カンチレバーからの反射光が到達する。

【００１７】また、本発明には、更に第１の光路変換部
材に反射面を設けた。その反射面は、ヒンジの屈曲する
中心に配置し、その中心より圧電駆動部材側に固定す
る。よって、そのヒンジに固定された圧電駆動部材に支
持部材に対する角度変化がおきても、第１の光路変換部
材は、その角度変化と同じ量角度変化を起こすので、そ
の角度変化量と同じ分光軸を変化させることができる。
更に、第１の光路変換部材の反射面の中心の位置も変わ
らないため、また、第２の光路変換部材を角度変化の起
こす圧電駆動部材に固定することで、カンチレバーが移
動しても、常に同じ部分に照射することができる。

【００１８】ちなみに、この圧電駆動部材が伸縮した場
合は、光軸の変化は起こらないため説明を省略する。ま
た、反射面を設けた第１の光路変換部材と光源との間
に、カンチレバーからの反射光を反射するビームスプリ
ッタを設けると、光源からの光の光軸とカンチレバーか
らの反射光の光軸とを完全に変えられることができる。
この様な原子間力顕微鏡は、カンチレバーの撓み量はご
く小さいものなので、光源からの光の光軸とカンチレバ
ーからの反射光の光軸は、ほとんど平行になってしま
う。そこで、ビームスプリッタを設れば、光源と受光部
材の配置が簡単になる。

【００１９】以下に、実施例でもって、本発明を更に詳
しく説明するが、本発明はこれに限られるものではな
い。

【００２０】

【実施例】図１は、本発明にかかる原子間力顕微鏡の実
施例の構成斜視図である。この原子間力顕微鏡は、試料
面に対し平行なＸ方向に伸縮可能なＸ方向用圧電駆動部
材１と、試料面に対し平行でかつＸ方向とは直角方向に
伸縮可能なＹ方向用圧電駆動部材２と、試料面に対し垂
直に伸縮可能なＺ方向用圧電駆動部材３をそれぞれ組み
合わせて、探針４をあらゆる位置に移動することが出来
る駆動装置を有している。探針４については、カンチレ
バー４１とチップ４２とで構成されている。

【００２１】ところで、Ｘ方向用圧電駆動部材１は、一
端にヒンジ７ａを介して支持基板６に固定されている。
また、Ｘ方向用圧電駆動部材１の他端には、ブロック８
を固定している。Ｙ方向用圧電駆動部材２は、ヒンジ７
ｂを介して支持基板６に固定されている。Ｙ方向用圧電
駆動部材２の他端には、ヒンジ７ｃを介してブロック８
に固定されている。この様にしてＸ方向用圧電駆動部材
とＹ方向用圧電駆動部材とで、直角にそれぞれを固定し
ている。

【００２２】また、Ｚ方向用圧電駆動部材３は、ブロッ
ク８に固定されている。Ｚ方向用圧電駆動部材３の試料
面側の端には、探針４が固定されている。ところで、支
持基板６は、探針４と試料５との間を粗動で位置調整を
行うためのマイクロメーター１４を設けており、この支
持基板６を支持している。また、支持基板６には、レー
ザー光源９と、偏光ビームスプリッター１０、λ／４板
１７、４分割ポジションセンサーフォトダイオード１３
が設けられている。

【００２３】レーザー光源９は、探針４のカンチレバー
４１の撓み量を光てこ法で検出するための光源である。
このレーザー光源９には、偏光している光源、例えば、
半導体レーザーなどを使用している。偏光ビームスプリ
ッター１０は、レーザー光源９からの光を透過し、カン
チレバー４１で反射された光を４分割ポジションセンサ
ー１３へ反射させるためのもである。偏光ビームスプリ
ッター１０及び４分割ポジションセンサーダイオード１
３には、それぞれ偏光ビームスプリッター用微動機構１
５及び４分割ポジションセンサーフォトダイオード用微
動機構１６が設けられていて、この偏光ビームスプリッ
ター用微動機構１５によって、偏光ビームスプリッター
１０からの反射光の光軸を調整することができ、４分割
ポジションセンサーフォトダイオード用微動機構１６に
よって、４分割ポジションセンサーフォトダイオード１
３の受光面の位置および受光面の角度を調整することが
出来る。

【００２４】また、ヒンジ７ａ上には、第１の反射鏡１
１が設けられている。また、ブロック８には、第２の反
射鏡１２が設けられている。この第１の反射鏡１１は、
レーザー光源９からの光を反射して、その反射光をＸ方
向圧電駆動部材１の伸縮方向と平行な光軸にさせる。こ
の第１の反射鏡１１は、ヒンジ７ａが屈曲する中心よ
り、Ｘ方向用圧電駆動部材１側に固定されており、か
つ、第１の反射鏡がレーザー光源９を受光し反射する部
分は、丁度ヒンジ７ａの屈曲する中心の直上になるよう
している。この様にすることで、ヒンジ７ａがＹ方向用
圧電駆動部材２の伸縮変化によって屈曲するときに、そ
の屈曲した角度と同じく、反射面も同じ角度変化するよ
うになっている。

【００２５】第２の反射鏡１２は、第１の反射鏡１１か
ら反射された光を、カンチレバー４１に照射する。次
に、以上の構成を有した原子間力顕微鏡において、カン
チレバー４１の撓み量の検出について説明する。レーザ
ー光源９からのレーザー光は、偏光ビームスプリッター
１０に入射する。このレーザー光の偏光面は偏光ビーム
スプリッター１０を透過する向きに調整しているため、
レーザー光は、偏光ビームスプリッター１０を透過し、
λ／４板１７に入射する。ここでレーザー光は円偏光と
なる。円偏光となったレーザー光は、第１の反射鏡１１
に入射する。ここで、レーザー光の光軸は、Ｘ方向用圧
電駆動部材の軸方向と平行となる。次に、第１の反射鏡
１１を反射したレーザー光は、第２の反射鏡１２に入射
する。ここでレーザー光の光軸が変えられ、カンチレバ
ー４１に入射し、反射する。カンチレバー４１によって
反射されたレーザー光は、第２の反射鏡１２および第１
の反射鏡１１を経て、λ／４板１７を透過する。ここで
レーザー光は再び直線偏光となる。そして、カンチレバ
ー４１を反射してきたレーザー光は、レーザー光源９か
ら発せられたレーザー光の偏光面とは直交した偏光面を
有する。よって、このカンチレバー４１からの反射光
は、偏光ビームスプリッター１０によって反射され、４
分割ポジションセンサーフォトダイオード１３に入射す
る。

【００２６】ところで、圧電駆動部材を駆動させたとき
について、以下に説明する。Ｙ方向用圧電駆動部材２を
駆動させた場合を図２に示す。細い点線で示した部分
は、Ｙ方向用圧電駆動部材２が駆動していないときの状
態を示しており、実線で示した部分は、Ｙ方向用圧電駆
動部材２が駆動した後の状態を示している。Ｙ方向用圧
電駆動部材２が変位すると、Ｘ方向用圧電駆動部材１が
傾く。それと同時に第１の反射鏡１１もヒンジ７ａのＸ
方向用圧電駆動部材１側に取り付けられているため、Ｘ
方向用圧電駆動部材１が傾いた量と同じ量傾くことが出
来る。したがって、Ｙ方向用圧電駆動部材２の変位後
も、Ｘ方向用圧電駆動部材１の軸方向と第１の反射鏡１
１から反射光の光軸との関係は変わらない。また、同時
に第２の反射鏡１２は、Ｘ方向用圧電駆動部材１に直接
に固定されたブロック８に固定されているため、第１の
反射鏡１１からの反射光の光軸との関係は変わらない。
よって、Ｙ方向用圧電駆動部材２が変位しても、常にカ
ンチレバー４１にレーザー光を照射することが出来る。

【００２７】また、Ｘ方向用圧電駆動部材１が変位した
場合について説明する。このＸ方向用圧電駆動部材が変
位した場合は、第２の反射鏡１２と第１の反射鏡１１と
の距離は変わるだけで、第１の反射鏡１１の反射光の光
軸と第２の反射鏡の反射面との関係はいっさい変わらな
い。よって、レーザー光は常にカンチレバー４１に照射
することができる。

【００２８】ここで探針４を走査して、試料５の表面を
計測する方法を説明する。その方法を図３を用いて説明
する。カンチレバー４１の撓み量が変化すると、カンチ
レバー４１を反射したレーザー光の光軸が変化する。こ
の反射光の光軸の変化は、４分割ポジションセンサー１
３におけるレーザー光のスポットの位置の変化として表
れる。このレーザー光のスポットの位置の変化は、４分
割ポジションセンサーフォトダイオード１３のそれぞれ
の受光面から得られる電流の相違によって検出される。
それぞれ４つの受光面から得られる電流をＩ／Ｖ変換機
３１ａ、３１ｂで、それぞれの電流に対応する電圧に変
換する。Ｉ／Ｖ変換機で変換された電圧を差動増幅器３
２に入力する。そこで、それぞれの電圧の差を算出し、
ＣＰＵ３３に入力する。ＣＰＵ３３では、それぞれの電
圧の差から、カンチレバー４１の撓み量の変化を算出す
る。次に、ＣＰＵ３３では、カンチレバー４１が一定の
撓み量になるようＺ方向用圧電駆動部材３を変位させる
ようピエゾ駆動回路３４へＺ方向用圧電駆動部材３を変
位させる信号を出力する。また、ピエゾ駆動回路３４か
らそれぞれの圧電駆動部材の伸縮量は、ＣＰＵ３３に入
力される。ＣＰＵ３３では、それぞれの圧電駆動部材の
伸縮量から、それぞれの試料面の位置における凹凸の大
きさを算出し、そのデーターをメモリー３５に出力す
る。そして、このメモリー３５から、一括して位置のデ
ーターとその位置における凹凸の情報を表示装置３６に
出力する。そして、表示装置３６では、３次元的に試料
表面の像を表示する。

【００２９】この様に本実施例における原子間力顕微鏡
は、圧電駆動部材によって支持する原子間力を検出する
ための部材が、第１の反射鏡１１と第２の反射鏡１２だ
けであるので、走査する質量を比較的小さくすることが
できる。特に、この場合、第１の反射鏡１１に比べ、第
２の反射鏡１２は小さくても良い。なぜなら、レーザー
光源９からの光はカンチレバー４１上にレーザー光源９
内に設けられているレンズによって集光されているため
である。つまり、カンチレバー４１に近づくにつれ、レ
ーザー光の幅が小さくなるためで、第２の反射鏡１２に
照射されたときのレーザー光の光束の直径は、第１の反
射鏡１１に照射されるときより小さくなるためである。
ところで、第１の反射鏡１１は、ある程度の大きさを持
っていなければならない。しかし、第１の反射鏡１１は
ヒンジ７ａの上で端に回転運動するのみで、大きな力を
必要としない。

【００３０】以上の様に、カンチレバー４１の走査も伴
い、大きく動かす必要がある第２の反射鏡１２は、小さ
くして軽くすることが出来、走査移動させる必要の無い
第１の反射鏡１１は、軽くする必要がないという効率の
良い光学計の配置に成っているため、探針４をＸ方向及
びＹ方向のどちらの方向に対して、高速に走査しても正
確に原子間力を検出することが出来る。また、走査させ
る質量が小さくなったため、共振周波数を高く採ること
が出来る。この様に共振周波数を高く出来ることで、振
動に対する影響が少なくなり、探針３を走査しても分解
能を高くすることが出来る。

【００３１】更に、カンチレバー４１へ入射する光およ
びカンチレバー４１から反射された光は、同じ経路を辿
るため、λ／４板１７や偏光ビームスプリッター１０を
第１の反射鏡１１とレーザー光源９との間に挿入するこ
とで、レーザー光源９と４分割ポジションセンサーフォ
トダイオード１３とを近くに配置することができる。よ
って、本実施例における原子間力顕微鏡は、従来のもの
に比べコンパンクトになった。

【００３２】また、本実施例では、レーザー光源９から
の光を受光する第１の反射鏡１１の反射面の位置をヒン
ジ７ａに屈曲する中心の直上にし、更に第２の反射鏡１
２をＸ方向用駆動部材１のＺ方向用駆動部材３が取り付
けられた端に設けたことで、各圧電駆動部材が駆動して
探針４の位置が変わっても、レーザー光源９と４分割ポ
ジションセンサーフォトダイオード１３とを移動するこ
とせずに常にカンチレバー４１に光を照射させ、かつカ
ンチレバー４１からの反射光を受光出来るようになっ
た。

【００３３】また、第２の反射鏡１２から反射された光
の光軸をカンチレバーの反射面に対して垂直になるよ
う、第２の反射鏡１２の反射面を取り付ければ、カンチ
レバー４１が撓んで変化する４分割ポジションセンサー
フォトダイオード１３上の反射光の変化が大きくなり、
測定検出感度が高く取れることが出来る。また、本実施
例における原子間力顕微鏡では、探針４の上にレーザー
光源９や４分割ポジションセンサーフォトダイオード１
３を設けていないため、光学顕微鏡の対物レンズ１０１
を図４に様に配置することが出来る。従来の原子間力顕
微鏡と比較して、本実施例では、探針４上にレーザー光
源やポジションセンサーフォトダイオードを配置するこ
とを避けることが出来るため、薄型に出来る。よって、
光学顕微鏡にこの原子間力顕微鏡を搭載する際には、光
学顕微鏡の設計変更や改造が不要であり、既存の光学顕
微鏡の機能を最大限に活用しながら、原子間力顕微鏡と
の同時観察を行うことを可能とした。また、原子間力顕
微鏡を狭い範囲内で観察し、同時に広い範囲内を光学顕
微鏡で観察することができるため、顕微鏡としての利用
価値が格段に向上することができる。

【００３４】ところで、本実施例の第１の反射鏡および
第２の反射鏡は、鏡でもまたはプリズムでも良い。レー
ザー光の光軸を変えられるものであればいっこうに構わ
ない。特に第１の反射鏡については、レーザー光源から
の光を反射し、かつ、第２の反射鏡から反射された光を
反射するものでなくても構わない。他には、第１の反射
鏡を設けずに、レーザー光源からの光を、光ファイバー
によって第２の反射鏡に照射してカンチレバーの撓み量
を検出する。そして、カンチレバーからの反射光につい
ては、第２の反射鏡を経て、直接ポジションセンサーフ
ォトダイオードに入射することでも構わない。

【００３５】また、本実施例でのカンチレバーの撓み量
を検出するための光源として、レーザー光源を用いた
が、光束を十分小さいものにできるものであったら、そ
の他の光源でも構わない。例えば、発光ダイオードにレ
ンズを設けるなどして光束を十分小さいものにした光源
でも構わない。また、カンチレバー４からの反射光が十
分強いものであれば、λ／４板１７と偏光ビームスプリ
ッター１０の変わりに、ハーフミラーを用いることでも
構わない。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、原子間力顕微鏡のカン
チレバーの撓み量を検出するレーザー光源やポジション
センサーフォトダイオードをカンチレバーの上に配置す
ることなく、任意の位置に配置できる。また、コンパク
トな原子間力顕微鏡を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】：本発明にかかる実施例の斜視構成図である。

【図２】：実施例におけるＹ方向用圧電駆動部材が変位
した場合の状態を示した図である。

【図３】：カンチレバーの撓み量を算出する構成を示し
たブロック図である。

【図４】：実施例の原子間呂顕微鏡の周囲に光学顕微鏡
の対物レンズを配置したときの図である。

【図５】：従来の原子間力顕微鏡の概念構成図である。

【図６】：従来の原子間力顕微鏡のカンチレバーの撓み
量を検出する構成を示した概略図である。

【符号の説明】

１Ｘ方向用圧電駆動部材２Ｙ方向用圧電駆動部材３Ｚ方向用圧電駆動部材４探針４１カンチレバー４２スタイラス５試料６支持基板７ヒンジ８ブロック９レーザー光源１０偏光ビームスプリッター１１第１の反射鏡１２第２の反射鏡１３４分割ポジションセンサーフォトダイオード１４マイクロメーター１５、１６微動機構１７ λ／４板３１Ｉ／Ｖ変換機３２差動増幅器３３ＣＰＵ３４ピエゾ駆動回路３５メモリー３６表示装置３７レーザー用電源４１光学顕微鏡用の対物レンズ８０チューブ型の圧電駆動部材８２４分割された電極８３カンチレバー８４スタイラス８５レーザー光源８６フォトディテクター８７試料以上

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持部材と、一端がヒンジを介して前記支持部材に固定され、試料面
と平行な方向であるＸ方向に伸縮可能なＸ方向用駆動部
材と、前記Ｘ方向用駆動部材の他端に設けられ、カンチレバー
とチップとを有した探針と、前記探針を試料面と平行な方向でかつ前記Ｘ方向とは異
なる方向であるＹ方向に駆動するＹ方向用駆動部材と、光源と、前記Ｘ方向用駆動部材と前記支持部材との間に設けられ
たヒンジの屈曲する中心より前記Ｘ方向用駆動部材側に
固定された第１の光路変換部材と、前記Ｘ方向用駆動部材に設けられ、反射面を有した第２
の光路変換部材と、前記第２の光路変換部材にて反射した前記カンチレバー
の反射光を受光する複数の受光面を有したを受光部材と
を備え、前記光源からの光を前記第１の光路変換部材によって前
記第２の光路変換部材に照射し、更に第１の光路変換部
材からの光を前記第２の光路変換部材によって前記カン
チレバーに照射するよう前記光源と前記第１の光路変換
部材と前記第２の変換部材と設けたことを特徴とする原
子間力顕微鏡。
【請求項２】前記第１の光路変換部材は、前記光源か
らの光を前記第２の光路変換部材へ照射するよう反射面
を有し、前記第１の光路変換部材の前記光源からの光を
受光する反射面の位置は、前記Ｘ方向用駆動部材と前記
支持部材との間に設けられたヒンジの屈曲する中心から
前記光源からの光の光軸の延長上に対応する位置であ
り、更に、前記第２の光路変換部材は、前記第１の光路変換
部材からの光を前記カンチレバーに照射し、かつ前記カ
ンチレバーからの反射光を前記第１の光路変換部材に照
射する反射面を有し、更に、前記受光部材は、前記第２の光路変換部材と前記
第１の光路変換部材とを経た前記カンチレバーからの反
射光を受光する複数の受光面を有したことを特徴とする
請求項１記載の原子間力顕微鏡。
【請求項３】前記光源と前記第１の光路変換部材との
間に光源からの光を透過し、かつ前記第１の光路変換部
材からの反射光を反射するカンチレバー反射光分割部材
を設けたことを特徴とする請求項２記載の原子間力顕微
鏡。
【請求項４】前記Ｘ方向用駆動部材は、複数の圧電体
を前記Ｘ方向に積層した圧電駆動部材であり、前記Ｙ方向用駆動部材は、一端がヒンジを介して前記支
持部材に固定され、かつ、他端がヒンジを介して前記Ｘ
方向用圧電駆動部材に固定され、複数の圧電体を前記Ｙ
方向に積層した圧電駆動部材であることを特徴とする請
求項１記載の原子間力顕微鏡。
【請求項５】前記Ｘ方向用駆動部材の他端に、試料面
に対し垂直な方向であるＺ方向に複数の圧電体を積層
し、前記Ｚ方向に伸縮可能なＺ方向用駆動部材を設け、前記Ｚ方向用駆動部材の試料面側の端に前記探針を設け
たことを特徴とする請求項１記載の原子間力顕微鏡。