JPH0829434A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡Info
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- JPH0829434A JPH0829434A JP16514694A JP16514694A JPH0829434A JP H0829434 A JPH0829434 A JP H0829434A JP 16514694 A JP16514694 A JP 16514694A JP 16514694 A JP16514694 A JP 16514694A JP H0829434 A JPH0829434 A JP H0829434A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】カンチレバーの変位を検出しながら、同時に、
カンチレバーの傾斜角度を検出することが可能な走査型
プローブ顕微鏡を提供する。 【構成】先端に尖鋭化された探針２を有するカンチレバ
ー４と、このカンチレバー４を所定の傾斜角度で支持し
つつ探針２を試料８所定の圧力で接触させる圧電体６
と、試料８を載置可能であって且つ試料８を探針２に対
して相対的に３次元走査させる３次元アクチュエータ１
０と、カンチレバー４の変位を光学的に検出する変位検
出器１２と、試料８表面に対するカンチレバー４の傾斜
角度変化を光学的に検出する角度変化検出器１４とを備
えている。
カンチレバーの傾斜角度を検出することが可能な走査型
プローブ顕微鏡を提供する。 【構成】先端に尖鋭化された探針２を有するカンチレバ
ー４と、このカンチレバー４を所定の傾斜角度で支持し
つつ探針２を試料８所定の圧力で接触させる圧電体６
と、試料８を載置可能であって且つ試料８を探針２に対
して相対的に３次元走査させる３次元アクチュエータ１
０と、カンチレバー４の変位を光学的に検出する変位検
出器１２と、試料８表面に対するカンチレバー４の傾斜
角度変化を光学的に検出する角度変化検出器１４とを備
えている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、試料を走査することに
よって、試料の表面情報を測定する走査型プローブ顕微
鏡に関する。
よって、試料の表面情報を測定する走査型プローブ顕微
鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の走査型プローブ顕微鏡に
おいて、探針と試料との間に作用する力の検出は、探針
が力を受けることによって生じるカンチレバー自由端の
変位を検出することによって行われている。
おいて、探針と試料との間に作用する力の検出は、探針
が力を受けることによって生じるカンチレバー自由端の
変位を検出することによって行われている。
【０００３】カンチレバー自由端の変位を検出する変位
検出光学系には、例えば干渉法、合焦検出法や角度検出
法等が適用されている。干渉法は、カンチレバーの自由
端裏面（即ち探針が設けられた面とは反対側の面）に設
けられたミラー面にレーザービームを照射し、カンチレ
バーの変位により生じる反射光の光路長変化を干渉計に
よって検出する方法である。
検出光学系には、例えば干渉法、合焦検出法や角度検出
法等が適用されている。干渉法は、カンチレバーの自由
端裏面（即ち探針が設けられた面とは反対側の面）に設
けられたミラー面にレーザービームを照射し、カンチレ
バーの変位により生じる反射光の光路長変化を干渉計に
よって検出する方法である。
【０００４】合焦検出法は、臨界角プリズムやシリンド
リカルレンズやナイフエッジ等の光学素子を介してカン
チレバーのミラー面にレーザービームを照射し、カンチ
レバーの変位により生じる反射光の合焦点状態を受光器
等によって検出する方法である。角度検出法は、カンチ
レバーのミラー面から反射した反射光の反射角変化を２
分割受光素子によって検出する方法である。
リカルレンズやナイフエッジ等の光学素子を介してカン
チレバーのミラー面にレーザービームを照射し、カンチ
レバーの変位により生じる反射光の合焦点状態を受光器
等によって検出する方法である。角度検出法は、カンチ
レバーのミラー面から反射した反射光の反射角変化を２
分割受光素子によって検出する方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の走査型プローブ
顕微鏡は、カンチレバーの変位のみを測定し、この変位
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
の表面情報の測定が行われている。
顕微鏡は、カンチレバーの変位のみを測定し、この変位
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
の表面情報の測定が行われている。
【０００６】従って、例えば、走査型プローブ顕微鏡本
体に温度ドリフトが発生して、カンチレバーの傾斜角度
が変化することによって探針と試料間の接触圧が変化し
た場合（とりわけ、接触圧が負圧になり、測定不能とな
ってしまう場合）、試料走査の前段階である探針のアプ
ローチ動作からやり直して再度データを取り直す必要が
あり、測定効率が低下してしまうといった問題があっ
た。
体に温度ドリフトが発生して、カンチレバーの傾斜角度
が変化することによって探針と試料間の接触圧が変化し
た場合（とりわけ、接触圧が負圧になり、測定不能とな
ってしまう場合）、試料走査の前段階である探針のアプ
ローチ動作からやり直して再度データを取り直す必要が
あり、測定効率が低下してしまうといった問題があっ
た。
【０００７】このため、試料走査中において、カンチレ
バーの傾斜角度を検出することができる走査型プローブ
顕微鏡の開発が望まれていた。本発明は、このような要
望に答えるために成されたものであり、その目的は、カ
ンチレバーの変位を検出しながら、同時に、カンチレバ
ーの傾斜角度を検出することが可能な走査型プローブ顕
微鏡を提供することにある。
バーの傾斜角度を検出することができる走査型プローブ
顕微鏡の開発が望まれていた。本発明は、このような要
望に答えるために成されたものであり、その目的は、カ
ンチレバーの変位を検出しながら、同時に、カンチレバ
ーの傾斜角度を検出することが可能な走査型プローブ顕
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】このような目的を達成す
るために、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、先端に尖
鋭化された探針を有するカンチレバーと、このカンチレ
バーを所定の傾斜角度で支持しつつ前記探針を試料に所
定の圧力で接触させる圧電体と、試料を載置可能であっ
て且つ試料を探針に対して相対的に３次元走査させる３
次元アクチュエータと、カンチレバーの変位を光学的に
検出する変位検出器と、試料表面に対するカンチレバー
の傾斜角度変化を光学的に検出する角度変化検出器とを
備える。
るために、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、先端に尖
鋭化された探針を有するカンチレバーと、このカンチレ
バーを所定の傾斜角度で支持しつつ前記探針を試料に所
定の圧力で接触させる圧電体と、試料を載置可能であっ
て且つ試料を探針に対して相対的に３次元走査させる３
次元アクチュエータと、カンチレバーの変位を光学的に
検出する変位検出器と、試料表面に対するカンチレバー
の傾斜角度変化を光学的に検出する角度変化検出器とを
備える。
【０００９】
【作用】カンチレバーの変位を検出しながら、同時に、
カンチレバーの傾斜角度が検出される。
カンチレバーの傾斜角度が検出される。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の原理について説明した後、か
かる原理を適用した実施例について説明を加える。図１
には、本発明の原理の構成が示されている。
かる原理を適用した実施例について説明を加える。図１
には、本発明の原理の構成が示されている。
【００１１】図１に示すように、本原理に係る走査型プ
ローブ顕微鏡は、先端に尖鋭化された探針２を有するカ
ンチレバー４と、このカンチレバー４を所定の傾斜角度
で支持しつつ探針２を試料８に所定の圧力で接触させる
圧電体６と、試料８を載置可能であって且つ試料８を探
針２に対して相対的に３次元走査させる３次元アクチュ
エータ１０と、カンチレバー４の変位を光学的に検出す
る変位検出器１２と、試料２表面に対するカンチレバー
４の傾斜角度変化を光学的に検出する角度変化検出器１
４とを備えている。
ローブ顕微鏡は、先端に尖鋭化された探針２を有するカ
ンチレバー４と、このカンチレバー４を所定の傾斜角度
で支持しつつ探針２を試料８に所定の圧力で接触させる
圧電体６と、試料８を載置可能であって且つ試料８を探
針２に対して相対的に３次元走査させる３次元アクチュ
エータ１０と、カンチレバー４の変位を光学的に検出す
る変位検出器１２と、試料２表面に対するカンチレバー
４の傾斜角度変化を光学的に検出する角度変化検出器１
４とを備えている。
【００１２】次に、このような構成を有する本原理の動
作を説明する。圧電体６によってカンチレバー４の探針
２を試料８に圧接させた状態で、３次元アクチュエータ
１０によって試料８を探針２に対して相対的に３次元走
査させる。
作を説明する。圧電体６によってカンチレバー４の探針
２を試料８に圧接させた状態で、３次元アクチュエータ
１０によって試料８を探針２に対して相対的に３次元走
査させる。
【００１３】この間、カンチレバー４の変位は、変位検
出器１２によって光学的に検出され、その検出データに
基づいて試料８の表面情報が画像化される。ところで、
３次元走査中において、例えば温度ドリフト等によって
走査型プローブ顕微鏡の各構成要素に位置ずれが発生し
た場合、かかる位置ずれに起因して試料８に対する探針
２の接触圧が変化してしまう。このような状態におい
て、画像化された試料８の表面情報は、その試料８の正
確な表面情報を表すものではない。
出器１２によって光学的に検出され、その検出データに
基づいて試料８の表面情報が画像化される。ところで、
３次元走査中において、例えば温度ドリフト等によって
走査型プローブ顕微鏡の各構成要素に位置ずれが発生し
た場合、かかる位置ずれに起因して試料８に対する探針
２の接触圧が変化してしまう。このような状態におい
て、画像化された試料８の表面情報は、その試料８の正
確な表面情報を表すものではない。
【００１４】かかる接触圧の変化は、試料８表面に対す
るカンチレバー４の傾斜角度変化として現れるため、角
度変化検出器１４によって、その傾斜角度変化が光学的
に検出され、その検出データに基づいて圧電体６を駆動
させる。
るカンチレバー４の傾斜角度変化として現れるため、角
度変化検出器１４によって、その傾斜角度変化が光学的
に検出され、その検出データに基づいて圧電体６を駆動
させる。
【００１５】この結果、カンチレバー４の傾斜角度は、
当初の傾斜角度に復帰されることになるため、試料８に
対する探針２の接触圧が一定に保持される。このように
本原理によれば、角度変化検出器１４によって、常時、
カンチレバー４の傾斜角度変化が光学的に検出されてい
るため、走査型プローブ顕微鏡の各構成要素に位置ずれ
に起因して試料８に対する探針２の接触圧が変化した場
合でも、カンチレバー４の傾斜角度を補正することによ
って常に一定の接触圧状態に維持させることができる。
従って、試料８に対する探針２の接触圧を常時一定に維
持させた状態で試料８の表面情報を３次元的に高精度に
測定することが可能となる。
当初の傾斜角度に復帰されることになるため、試料８に
対する探針２の接触圧が一定に保持される。このように
本原理によれば、角度変化検出器１４によって、常時、
カンチレバー４の傾斜角度変化が光学的に検出されてい
るため、走査型プローブ顕微鏡の各構成要素に位置ずれ
に起因して試料８に対する探針２の接触圧が変化した場
合でも、カンチレバー４の傾斜角度を補正することによ
って常に一定の接触圧状態に維持させることができる。
従って、試料８に対する探針２の接触圧を常時一定に維
持させた状態で試料８の表面情報を３次元的に高精度に
測定することが可能となる。
【００１６】なお、上述した原理では、角度変化検出器
１４から出力された検出データをカンチレバー４の傾斜
角度を補正するための（即ち、試料８に対する探針２の
接触圧を一定に維持させるための）データとして用いて
いるが、これに限定されることはなく、例えば、角度変
化検出器１４から出力された検出データを試料８の画像
化データとして直接適用させることも可能である。
１４から出力された検出データをカンチレバー４の傾斜
角度を補正するための（即ち、試料８に対する探針２の
接触圧を一定に維持させるための）データとして用いて
いるが、これに限定されることはなく、例えば、角度変
化検出器１４から出力された検出データを試料８の画像
化データとして直接適用させることも可能である。
【００１７】更に、角度変化検出器１４から出力された
検出データに基づいて、変位検出器１２から出力される
検出データに補正を加えて画像化データとすることも可
能である。
検出データに基づいて、変位検出器１２から出力される
検出データに補正を加えて画像化データとすることも可
能である。
【００１８】次に、このような原理を適用した本発明の
第１の実施例に係る走査型プローブ顕微鏡について図１
ないし図３及び図４（ａ）を参照して説明する。なお、
図２及び図３には、変位検出器１２及び角度変化検出器
１４によって変位及び傾斜角度変化を検出するための構
成が開示されている。特に、図２には、変位検出器１２
及び角度変化検出器１４を構成するプリズム光学系１６
が示されている。
第１の実施例に係る走査型プローブ顕微鏡について図１
ないし図３及び図４（ａ）を参照して説明する。なお、
図２及び図３には、変位検出器１２及び角度変化検出器
１４によって変位及び傾斜角度変化を検出するための構
成が開示されている。特に、図２には、変位検出器１２
及び角度変化検出器１４を構成するプリズム光学系１６
が示されている。
【００１９】図１及び図２に示すように、カンチレバー
４から反射した反射光Ｌは、ビームスプリッタ１８によ
って２方向に振り分けられる。即ち、一方の反射光Ｌ
は、ビームスプリッタ１８から反射して第１の臨界角プ
リズム２０に入射され、他方の反射光Ｌは、ビームスプ
リッタ１８を透過して第２の臨界角プリズム２２に入射
される。
４から反射した反射光Ｌは、ビームスプリッタ１８によ
って２方向に振り分けられる。即ち、一方の反射光Ｌ
は、ビームスプリッタ１８から反射して第１の臨界角プ
リズム２０に入射され、他方の反射光Ｌは、ビームスプ
リッタ１８を透過して第２の臨界角プリズム２２に入射
される。
【００２０】第１の臨界角プリズム２０に入射した反射
光Ｌは、第１及び第２の反射面２０ａ，２０ｂで反射さ
れた後、第１の２分割光検出器２４（例えば、２分割フ
ォトダイオード、２分割フォトトランジスタ）に照射さ
れる。一方、第２の臨界角プリズム２２に入射した反射
光Ｌは、第１及び第２の反射面２２ａ，２２ｂで反射さ
れた後、第２の２分割光検出器２６（例えば、２分割フ
ォトダイオード、２分割フォトトランジスタ）に照射さ
れる。
光Ｌは、第１及び第２の反射面２０ａ，２０ｂで反射さ
れた後、第１の２分割光検出器２４（例えば、２分割フ
ォトダイオード、２分割フォトトランジスタ）に照射さ
れる。一方、第２の臨界角プリズム２２に入射した反射
光Ｌは、第１及び第２の反射面２２ａ，２２ｂで反射さ
れた後、第２の２分割光検出器２６（例えば、２分割フ
ォトダイオード、２分割フォトトランジスタ）に照射さ
れる。
【００２１】第１の２分割光検出器２４には、第１受光
面２４ａ及び第２受光面２４ｂが、第２の２分割光検出
器２６には、第１受光面２６ａ及び第２受光面２６ｂが
夫々設けられており、各受光面２４ａ，２４ｂ，２６
ａ，２６ｂから受光量に対応した電気信号が出力され
る。
面２４ａ及び第２受光面２４ｂが、第２の２分割光検出
器２６には、第１受光面２６ａ及び第２受光面２６ｂが
夫々設けられており、各受光面２４ａ，２４ｂ，２６
ａ，２６ｂから受光量に対応した電気信号が出力され
る。
【００２２】ここで、第１受光面２４ａ及び第２受光面
２４ｂからから出力される電気信号をＡ，Ｂとし、第１
受光面２６ａ及び第２受光面２６ｂから出力される電気
信号をＣ，Ｄとすると、 Ａ＝Ｐ（１−ΔA ）（１＋ｋｘ） Ｂ＝Ｐ（１−ΔB ）（１−ｋｘ） Ｃ＝Ｐ（１−ΔB ）（１＋ｋｘ） Ｄ＝Ｐ（１−ΔA ）（１−ｋｘ） Ｐ；反射光の光強度（光量） ΔA ，ΔB ；光軸ずれや回折に起因する光量変化 ｋ；臨界角プリズムの焦点ずれに起因する光量変化 ｘ；カンチレバーの変位量 なる関係が与えられる。
２４ｂからから出力される電気信号をＡ，Ｂとし、第１
受光面２６ａ及び第２受光面２６ｂから出力される電気
信号をＣ，Ｄとすると、 Ａ＝Ｐ（１−ΔA ）（１＋ｋｘ） Ｂ＝Ｐ（１−ΔB ）（１−ｋｘ） Ｃ＝Ｐ（１−ΔB ）（１＋ｋｘ） Ｄ＝Ｐ（１−ΔA ）（１−ｋｘ） Ｐ；反射光の光強度（光量） ΔA ，ΔB ；光軸ずれや回折に起因する光量変化 ｋ；臨界角プリズムの焦点ずれに起因する光量変化 ｘ；カンチレバーの変位量 なる関係が与えられる。
【００２３】 従って、（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）＝２Ｐｋｘ（２−ΔA −ΔB ） …（１） Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＝２Ｐ（２−ΔA −ΔB ） …（２） から、（１）／（２）＝ｋｘとなることが分かる。
【００２４】即ち、｛（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）｝／（Ａ
＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）の演算結果は、光軸ずれや回折に影響さ
れることなく、焦点ずれのみに起因した光量変化、つま
り、カンチレバー４の変位を表していることになる。
＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）の演算結果は、光軸ずれや回折に影響さ
れることなく、焦点ずれのみに起因した光量変化、つま
り、カンチレバー４の変位を表していることになる。
【００２５】一方、図１及び図３に示すように、カンチ
レバー４から反射した反射光Ｌの光量Ｐは、カンチレバ
ー４の傾斜角度θに対応して変化することが分かる。こ
の反射光量Ｐは、近似的に Ｐ＝Ｓ／（πｒ2 ） ＝（２／３６０）ｃｏｓ-1｛２（θ／α）2 −１｝−
（２θ／πα）｛１−（θ／α）｝-2 ｒ；反射光Ｌを角度変化検出器１４に取り込む対物レン
ズ２８（図４（ａ）参照）の半径 α；カンチレバーに照射される入射光Ｅの開光角 Ｓ；上記対物レンズによって取り込むことが可能な反射
光Ｌの取込領域（図３（ｂ）の斜線領域） となる。
レバー４から反射した反射光Ｌの光量Ｐは、カンチレバ
ー４の傾斜角度θに対応して変化することが分かる。こ
の反射光量Ｐは、近似的に Ｐ＝Ｓ／（πｒ2 ） ＝（２／３６０）ｃｏｓ-1｛２（θ／α）2 −１｝−
（２θ／πα）｛１−（θ／α）｝-2 ｒ；反射光Ｌを角度変化検出器１４に取り込む対物レン
ズ２８（図４（ａ）参照）の半径 α；カンチレバーに照射される入射光Ｅの開光角 Ｓ；上記対物レンズによって取り込むことが可能な反射
光Ｌの取込領域（図３（ｂ）の斜線領域） となる。
【００２６】このような関係によれば、開光角αとカン
チレバー４の傾斜角度θとの比によって、反射光量Ｐが
変化することになる。よって、反射光量Ｐを検出するこ
とにより傾斜角度θの変化を見積る（検出する）ことが
可能になる。
チレバー４の傾斜角度θとの比によって、反射光量Ｐが
変化することになる。よって、反射光量Ｐを検出するこ
とにより傾斜角度θの変化を見積る（検出する）ことが
可能になる。
【００２７】具体的な数値を当てはめると、例えば、５
０倍の対物レンズ２８（図４（ａ）参照）を使用した場
合、開光角αは、約１６°となり、このとき、傾斜角度
θを１°とすると、反射光量Ｐは、０．９２となる。ま
た、傾斜角度θを８°とすると、反射光量Ｐは０．３９
となる。従って、反射光量Ｐを１％の精度で測定するこ
とによって、傾斜角度θの変化を、０．１°以下の分解
能で検出することが可能となる。
０倍の対物レンズ２８（図４（ａ）参照）を使用した場
合、開光角αは、約１６°となり、このとき、傾斜角度
θを１°とすると、反射光量Ｐは、０．９２となる。ま
た、傾斜角度θを８°とすると、反射光量Ｐは０．３９
となる。従って、反射光量Ｐを１％の精度で測定するこ
とによって、傾斜角度θの変化を、０．１°以下の分解
能で検出することが可能となる。
【００２８】なお、（２）式において、カンチレバー４
がミラーで形成されている場合、回折効果は無視できる
ため、ΔA ＝−ΔB となる。よって、（２）式により、
Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄは、光量Ｐに比例することになる。従っ
て、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの演算結果が、カンチレバー４の傾
斜角度θの変化を表すことになる。
がミラーで形成されている場合、回折効果は無視できる
ため、ΔA ＝−ΔB となる。よって、（２）式により、
Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄは、光量Ｐに比例することになる。従っ
て、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの演算結果が、カンチレバー４の傾
斜角度θの変化を表すことになる。
【００２９】このように本実施例によれば、カンチレバ
ー４の変位を検出しながら、同時に、カンチレバー４の
傾斜角度を検出することができるため、常時、試料８に
対する探針２の接触圧を一定に維持させた状態で試料８
の表面情報を３次元的に高精度に測定することが可能と
なる。
ー４の変位を検出しながら、同時に、カンチレバー４の
傾斜角度を検出することができるため、常時、試料８に
対する探針２の接触圧を一定に維持させた状態で試料８
の表面情報を３次元的に高精度に測定することが可能と
なる。
【００３０】なお、本発明は、上述した実施例の構成に
限定されることはなく、例えば、図４（ｂ）に示すよう
に、対物レンズ２８とカンチレバー４との間の光路中に
開閉自在な絞り３０を配置して、対物レンズ２８から出
射される入射光Ｅ（図３（ａ）参照）の開光角αを変化
させることによって、傾斜角度変化の検出感度を向上さ
せることが可能となる。
限定されることはなく、例えば、図４（ｂ）に示すよう
に、対物レンズ２８とカンチレバー４との間の光路中に
開閉自在な絞り３０を配置して、対物レンズ２８から出
射される入射光Ｅ（図３（ａ）参照）の開光角αを変化
させることによって、傾斜角度変化の検出感度を向上さ
せることが可能となる。
【００３１】具体的には、開光角がα＝２θ（θ；カン
チレバー４の傾斜角度）なる関係を満足するように、絞
り３０を調節することが好ましい。なお、絞り３０は、
無限遠光学系を使用している場合、対物レンズ２８に向
かって照射される光の光路中に配置させても同様の効果
を得ることができる。
チレバー４の傾斜角度）なる関係を満足するように、絞
り３０を調節することが好ましい。なお、絞り３０は、
無限遠光学系を使用している場合、対物レンズ２８に向
かって照射される光の光路中に配置させても同様の効果
を得ることができる。
【００３２】次に、本発明の第２の実施例に係る走査型
プローブ顕微鏡について図５を参照して説明する。な
お、本実施例の説明に際し、上記実施例と同一の構成に
は同一符号を付して、その説明を省略する。
プローブ顕微鏡について図５を参照して説明する。な
お、本実施例の説明に際し、上記実施例と同一の構成に
は同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３３】図５に示すように、本実施例の走査型プロ
ーブ顕微鏡は、カンチレバー４から反射した反射光の光
学的特性によって、カンチレバー４の変位及び傾斜角度
変化を検出する光検出器３２と、試料８に対する探針２
の接触圧を常時一定に維持させた状態で試料８の表面情
報が３次元的に測定されるように、圧電体６及び３次元
アクチュエータ１０を制御する第１及び第２のサーボ回
路３４，３６とを備えている。
ーブ顕微鏡は、カンチレバー４から反射した反射光の光
学的特性によって、カンチレバー４の変位及び傾斜角度
変化を検出する光検出器３２と、試料８に対する探針２
の接触圧を常時一定に維持させた状態で試料８の表面情
報が３次元的に測定されるように、圧電体６及び３次元
アクチュエータ１０を制御する第１及び第２のサーボ回
路３４，３６とを備えている。
【００３４】光検出器３２は、変位検出器１２及び角度
変化検出器１４（図１参照）を兼ね備えた機能を有して
おり、その構成は、プリズム光学系１６（図２参照）と
同様である。
変化検出器１４（図１参照）を兼ね備えた機能を有して
おり、その構成は、プリズム光学系１６（図２参照）と
同様である。
【００３５】第１及び第２のサーボ回路３４，３６は、
一般的な回路構成を有しており、対応する圧電体６及び
３次元アクチュエータ１０を駆動制御可能な回路であれ
ばその種類は問わない。
一般的な回路構成を有しており、対応する圧電体６及び
３次元アクチュエータ１０を駆動制御可能な回路であれ
ばその種類は問わない。
【００３６】このような構成によれば、カンチレバー４
から反射した反射光は、対物レンズ２８によって取り込
まれた後、反射ミラー３８によって光検出器３２に導光
される。
から反射した反射光は、対物レンズ２８によって取り込
まれた後、反射ミラー３８によって光検出器３２に導光
される。
【００３７】光検出器３２は、反射光の光学的変化によ
って、現在のカンチレバー４の変位状況及び傾斜角度の
変化状況を検出し、その検出データに基づいて、第１及
び第２のサーボ回路３４，３６に制御信号を出力する。
って、現在のカンチレバー４の変位状況及び傾斜角度の
変化状況を検出し、その検出データに基づいて、第１及
び第２のサーボ回路３４，３６に制御信号を出力する。
【００３８】第１のサーボ回路３４は、制御信号に基づ
いて、カンチレバー４の傾斜角度が一定に維持されるよ
うに、圧電体６を駆動制御し、第２のサーボ回路３６
は、制御信号に基づいて、試料８に対する探針２の接触
圧が一定に維持されるように、３次元アクチュエータ１
０を３次元駆動制御する。
いて、カンチレバー４の傾斜角度が一定に維持されるよ
うに、圧電体６を駆動制御し、第２のサーボ回路３６
は、制御信号に基づいて、試料８に対する探針２の接触
圧が一定に維持されるように、３次元アクチュエータ１
０を３次元駆動制御する。
【００３９】このように本実施例によれば、カンチレバ
ー４の変位を検出しながら、同時に、カンチレバー４の
傾斜角度を検出することができるため、試料８に対する
探針２（図１参照）の接触圧を常時一定に維持させた状
態で試料８の表面情報を３次元的に高精度に測定するこ
とが可能となる。
ー４の変位を検出しながら、同時に、カンチレバー４の
傾斜角度を検出することができるため、試料８に対する
探針２（図１参照）の接触圧を常時一定に維持させた状
態で試料８の表面情報を３次元的に高精度に測定するこ
とが可能となる。
【００４０】なお、本発明は、上述した各実施例におい
て、臨界角プリズム２０，２２を用いたプリズム光学系
１６（図２参照）が適用されているが、これに限定され
ることはなく、例えば、図６に示すような光検出系４０
を適用しても上述した各実施例と同様の作用効果が得ら
れる。
て、臨界角プリズム２０，２２を用いたプリズム光学系
１６（図２参照）が適用されているが、これに限定され
ることはなく、例えば、図６に示すような光検出系４０
を適用しても上述した各実施例と同様の作用効果が得ら
れる。
【００４１】図６に示すように、本変形例に係る光検出
系４０は、光てこ法を用いた傾斜角度検出系と、変位を
検出するレーザー干渉測長器４２とを備えている。傾斜
角度検出系には、カンチレバー４の反射面に向けてレー
ザー光を出射可能な半導体レーザー４４と、反射面から
反射した反射光を受光して、その光量変化に対応した電
気信号を出力可能な２分割フォトディテクタ４６とが設
けられている。従って、カンチレバー４の傾斜角度が変
化した場合には、２分割フォトディテクタ４６から出力
される電気信号の電圧レベルも変化するので、かかる電
圧レベルを監視することによって、カンチレバー４の傾
斜角度変化を検出することが可能となる。
系４０は、光てこ法を用いた傾斜角度検出系と、変位を
検出するレーザー干渉測長器４２とを備えている。傾斜
角度検出系には、カンチレバー４の反射面に向けてレー
ザー光を出射可能な半導体レーザー４４と、反射面から
反射した反射光を受光して、その光量変化に対応した電
気信号を出力可能な２分割フォトディテクタ４６とが設
けられている。従って、カンチレバー４の傾斜角度が変
化した場合には、２分割フォトディテクタ４６から出力
される電気信号の電圧レベルも変化するので、かかる電
圧レベルを監視することによって、カンチレバー４の傾
斜角度変化を検出することが可能となる。
【００４２】レーザー干渉測定長器４２は、周波数が安
定した光源から出射されたレーザー光をカンチレバー４
の反射面に照射することによって生じる干渉縞の本数変
化に基づいて、カンチレバー４の変位を検出することが
できる。
定した光源から出射されたレーザー光をカンチレバー４
の反射面に照射することによって生じる干渉縞の本数変
化に基づいて、カンチレバー４の変位を検出することが
できる。
【００４３】
【発明の効果】本発明の走査型プローブ顕微鏡によれ
ば、カンチレバーの変位を検出しながら、同時に、カン
チレバーの傾斜角度を検出することができる。従って、
試料の表面情報を高精度に測定することが可能となる。
ば、カンチレバーの変位を検出しながら、同時に、カン
チレバーの傾斜角度を検出することができる。従って、
試料の表面情報を高精度に測定することが可能となる。
【図１】本発明の原理の構成を示す図。
【図２】本発明の第１の実施例に適用された変位検出器
及び角度変化検出器を構成するプリズム光学系の構成を
概略的に示す図。
及び角度変化検出器を構成するプリズム光学系の構成を
概略的に示す図。
【図３】（ａ）は、カンチレバーの傾斜角度に対する入
射光と反射光との関係を概略的に示す図、（ｂ）は、対
物レンズによって取り込むことが可能な反射光の取込領
域を概略的に示す図。
射光と反射光との関係を概略的に示す図、（ｂ）は、対
物レンズによって取り込むことが可能な反射光の取込領
域を概略的に示す図。
【図４】（ａ）は、対物レンズを介してカンチレバーに
変位検出用の光が照射されている状態を示す図、（ｂ）
は、変位検出感度が向上するように、対物レンズとカン
チレバーとの間の光路中に開閉自在な絞りが配置された
状態を示す図。
変位検出用の光が照射されている状態を示す図、（ｂ）
は、変位検出感度が向上するように、対物レンズとカン
チレバーとの間の光路中に開閉自在な絞りが配置された
状態を示す図。
【図５】本発明の第２の実施例に係る走査型プローブ顕
微鏡の構成を概略的に示す図。
微鏡の構成を概略的に示す図。
【図６】本発明の変形例であって、光てこ法を用いた傾
斜角度検出系と、変位を検出するレーザー干渉測長器と
を備えた光検出系の構成を概略的に示す図。
斜角度検出系と、変位を検出するレーザー干渉測長器と
を備えた光検出系の構成を概略的に示す図。
２…探針、４…カンチレバー、６…圧電体、８…試料、
１０…３次元アクチュエータ、１２…変位検出器、１４
…角度変化検出器。
１０…３次元アクチュエータ、１２…変位検出器、１４
…角度変化検出器。
Claims (2)
- 【請求項１】 先端に尖鋭化された探針を有するカンチ
レバーと、 このカンチレバーを所定の傾斜角度で支持しつつ前記探
針を試料に所定の圧力で接触させる圧電体と、 試料を載置可能であって且つ試料を探針に対して相対的
に３次元走査させる３次元アクチュエータと、 カンチレバーの変位を光学的に検出する変位検出器と、 試料表面に対するカンチレバーの傾斜角度変化を光学的
に検出する角度変化検出器とを備えていることを特徴と
する走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項２】 前記角度変化検出器から出力された検出
データに基づいて、前記試料に対する前記探針の接触圧
が常時一定に維持されるように、圧電体を駆動制御する
サーボ回路を備えていることを特徴とする請求項１に記
載の走査型プローブ顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16514694A JPH0829434A (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16514694A JPH0829434A (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0829434A true JPH0829434A (ja) | 1996-02-02 |
Family
ID=15806766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16514694A Withdrawn JPH0829434A (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0829434A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018146391A (ja) * | 2017-03-06 | 2018-09-20 | 株式会社東京精密 | 表面形状測定装置及び表面形状測定方法 |
| JP2022109321A (ja) * | 2020-12-24 | 2022-07-27 | 株式会社東京精密 | 表面形状測定装置及び表面形状測定方法 |
-
1994
- 1994-07-18 JP JP16514694A patent/JPH0829434A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018146391A (ja) * | 2017-03-06 | 2018-09-20 | 株式会社東京精密 | 表面形状測定装置及び表面形状測定方法 |
| JP2022109321A (ja) * | 2020-12-24 | 2022-07-27 | 株式会社東京精密 | 表面形状測定装置及び表面形状測定方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20011002 |