JPH1078440A - 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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- JPH1078440A JPH1078440A JP8231975A JP23197596A JPH1078440A JP H1078440 A JPH1078440 A JP H1078440A JP 8231975 A JP8231975 A JP 8231975A JP 23197596 A JP23197596 A JP 23197596A JP H1078440 A JPH1078440 A JP H1078440A
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- cantilever
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- 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
- G01Q60/32—AC mode
- G01Q60/34—Tapping mode
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- 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)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】試料全体に亘って常に一定の荷重でＡＣモード
測定を行うことが可能な走査型プローブ顕微鏡を提供す
る。 【解決手段】カンチレバー１０を励振させることによっ
て探針６を所定の振幅で振動させがらＡＣモードのタッ
ピング走査を行う際に、試料４に加える探針の荷重が一
定に維持されるように、カンチレバーのタッピング最下
点ラインＴを検出可能なピーク検出器２８を備えてい
る。また、コンピュータ１８は、タッピング最下点ライ
ンと探針先端と試料表面との間に相互作用が働かない状
態のカンチレバーの振幅最下点ラインＰとに基づいて、
カンチレバーの撓み角θA を演算する。そして、コンピ
ュータは、この撓み角を維持するように、サーボ回路２
４を介してＸＹＺスキャナ８をフィードバック制御しな
がら、ＸＹＺスキャナをＸＹ方向に変位制御する。
測定を行うことが可能な走査型プローブ顕微鏡を提供す
る。 【解決手段】カンチレバー１０を励振させることによっ
て探針６を所定の振幅で振動させがらＡＣモードのタッ
ピング走査を行う際に、試料４に加える探針の荷重が一
定に維持されるように、カンチレバーのタッピング最下
点ラインＴを検出可能なピーク検出器２８を備えてい
る。また、コンピュータ１８は、タッピング最下点ライ
ンと探針先端と試料表面との間に相互作用が働かない状
態のカンチレバーの振幅最下点ラインＰとに基づいて、
カンチレバーの撓み角θA を演算する。そして、コンピ
ュータは、この撓み角を維持するように、サーボ回路２
４を介してＸＹＺスキャナ８をフィードバック制御しな
がら、ＸＹＺスキャナをＸＹ方向に変位制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特にＡＣモード測
定によって試料の表面情報を測定するための走査型プロ
ーブ顕微鏡に関する。
定によって試料の表面情報を測定するための走査型プロ
ーブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、カンチレバーの振動振幅が一定に
維持されるように、探針先端と試料表面との間の位置関
係をフィードバック制御しながら試料の表面情報を測定
するＡＣモードの走査型プローブ顕微鏡（ＡＣモードＳ
ＰＭ）が知られている（特開昭６３−３０９８０３号公
報参照）。
維持されるように、探針先端と試料表面との間の位置関
係をフィードバック制御しながら試料の表面情報を測定
するＡＣモードの走査型プローブ顕微鏡（ＡＣモードＳ
ＰＭ）が知られている（特開昭６３−３０９８０３号公
報参照）。
【０００３】ＡＣモードＳＰＭの一例としては、図２
（ａ）に示すように、所定の液体（図示しない）を収容
した試料容器２内にセットされた試料４に対して、探針
６先端を一定の振動振幅でタッピング走査することによ
って試料４の表面情報を測定するＡＣモードＳＰＭがあ
る。なお、試料容器２は、Ｘ走査信号ＳX 、Ｙ走査信号
ＳY 、Ｚサーボ信号ＳZ によってＸＹＺ方向に変位自在
なＸＹＺスキャナ８上に支持されている。
（ａ）に示すように、所定の液体（図示しない）を収容
した試料容器２内にセットされた試料４に対して、探針
６先端を一定の振動振幅でタッピング走査することによ
って試料４の表面情報を測定するＡＣモードＳＰＭがあ
る。なお、試料容器２は、Ｘ走査信号ＳX 、Ｙ走査信号
ＳY 、Ｚサーボ信号ＳZ によってＸＹＺ方向に変位自在
なＸＹＺスキャナ８上に支持されている。
【０００４】このようなＡＣモードＳＰＭにおいて、試
料４に対向して配置されたカンチレバー１０は、その基
端が保持部材１２に着脱自在に固定されており、その先
端には尖鋭化した探針６が形成されている。
料４に対向して配置されたカンチレバー１０は、その基
端が保持部材１２に着脱自在に固定されており、その先
端には尖鋭化した探針６が形成されている。
【０００５】保持部材１２には、圧電素子１４が固定さ
れており、この圧電素子１４は、励振信号発生器１６を
介してコンピュータ１８に接続されている。この構成に
おいて、コンピュータ１８からの指示信号Ｓ１に基づい
て励振信号発生器１６を駆動すると、この励振信号発生
器１６から発生した励振信号Ｓ２に基づいて圧電素子１
４が所定周波数で振動する。このとき、圧電素子１４の
振動が保持部材１２を介してカンチレバー１０に伝達さ
れ、カンチレバー１０を所定の振幅で振動させることに
なる。
れており、この圧電素子１４は、励振信号発生器１６を
介してコンピュータ１８に接続されている。この構成に
おいて、コンピュータ１８からの指示信号Ｓ１に基づい
て励振信号発生器１６を駆動すると、この励振信号発生
器１６から発生した励振信号Ｓ２に基づいて圧電素子１
４が所定周波数で振動する。このとき、圧電素子１４の
振動が保持部材１２を介してカンチレバー１０に伝達さ
れ、カンチレバー１０を所定の振幅で振動させることに
なる。
【０００６】このような保持部材１２は、カンチレバー
１０の変位状態を光学的に検出するカンチレバー変位セ
ンサ２０に支持されており、このカンチレバー変位セン
サ２０は、振幅検出器２２を介してサーボ回路２４及び
コンピュータ１８に接続されている。
１０の変位状態を光学的に検出するカンチレバー変位セ
ンサ２０に支持されており、このカンチレバー変位セン
サ２０は、振幅検出器２２を介してサーボ回路２４及び
コンピュータ１８に接続されている。
【０００７】振幅検出器２２は、カンチレバー変位セン
サ２０からの変位信号Ｓ３に基づいて、カンチレバー１
０の振幅を検出可能に構成されている。また、サーボ回
路２４は、振幅検出器２２からの振幅検出信号Ｓ４に基
づいてＺサーボ信号ＳZ を出力し、カンチレバー１０の
振動振幅が所望の値に維持されるようにＸＹＺスキャナ
８をフィードバック制御する。なお、Ｚサーボ信号ＳZ
は、高圧アンプ２６を介してＸＹＺスキャナ８に印加さ
れる。
サ２０からの変位信号Ｓ３に基づいて、カンチレバー１
０の振幅を検出可能に構成されている。また、サーボ回
路２４は、振幅検出器２２からの振幅検出信号Ｓ４に基
づいてＺサーボ信号ＳZ を出力し、カンチレバー１０の
振動振幅が所望の値に維持されるようにＸＹＺスキャナ
８をフィードバック制御する。なお、Ｚサーボ信号ＳZ
は、高圧アンプ２６を介してＸＹＺスキャナ８に印加さ
れる。
【０００８】フィードバック制御中、コンピュータ１８
は、高圧アンプ２６を介してＸＹＺスキャナ８にＸ走査
信号ＳX 及びＹ走査信号ＳY を印加して、ＸＹＺスキャ
ナ８をＸＹ方向に変位させる。同時に、コンピュータ１
８は、Ｘ走査信号ＳX 、Ｙ走査信号ＳY 、Ｚサーボ信号
ＳZ に基づいて、試料４の表面情報（具体的には、試料
４表面の三次元凹凸情報）を検出する。そして、このと
き検出された試料４の表面情報に対して画像処理を施す
ことによって、試料４の表面画像が形成されることにな
る。
は、高圧アンプ２６を介してＸＹＺスキャナ８にＸ走査
信号ＳX 及びＹ走査信号ＳY を印加して、ＸＹＺスキャ
ナ８をＸＹ方向に変位させる。同時に、コンピュータ１
８は、Ｘ走査信号ＳX 、Ｙ走査信号ＳY 、Ｚサーボ信号
ＳZ に基づいて、試料４の表面情報（具体的には、試料
４表面の三次元凹凸情報）を検出する。そして、このと
き検出された試料４の表面情報に対して画像処理を施す
ことによって、試料４の表面画像が形成されることにな
る。
【０００９】次に、従来のＡＣモードＳＰＭの動作につ
いて、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。まず、
探針６先端と試料４表面との間に相互作用が働かない状
態において、カンチレバー１０を励振させる。
いて、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。まず、
探針６先端と試料４表面との間に相互作用が働かない状
態において、カンチレバー１０を励振させる。
【００１０】カンチレバー１０の振動状態は、カンチレ
バー変位センサ２０によって検出され、その変位信号Ｓ
３が振幅検出器２２に出力される。このとき、振幅検出
器２２は、変位信号Ｓ３に基づいてカンチレバー１０の
振動振幅を検出し、その振幅検出信号Ｓ４をサーボ回路
２４及びコンピュータ１８に出力する。
バー変位センサ２０によって検出され、その変位信号Ｓ
３が振幅検出器２２に出力される。このとき、振幅検出
器２２は、変位信号Ｓ３に基づいてカンチレバー１０の
振動振幅を検出し、その振幅検出信号Ｓ４をサーボ回路
２４及びコンピュータ１８に出力する。
【００１１】コンピュータ１８は、カンチレバー１０の
振動振幅が一定値に維持されるように、指示信号Ｓ１を
励振信号発生器１６に出力する。励振信号発生器１６
は、指示信号Ｓ１に基づいて演算した励振信号Ｓ２を圧
電素子１４に出力し、圧電素子１４を所定の周波数で振
動させる。
振動振幅が一定値に維持されるように、指示信号Ｓ１を
励振信号発生器１６に出力する。励振信号発生器１６
は、指示信号Ｓ１に基づいて演算した励振信号Ｓ２を圧
電素子１４に出力し、圧電素子１４を所定の周波数で振
動させる。
【００１２】この結果、カンチレバー１０は、一定の振
幅で振動することになる。なお、この場合、カンチレバ
ー１０の固有の共振点付近の周波数でカンチレバー１０
を振動させることが好ましい。
幅で振動することになる。なお、この場合、カンチレバ
ー１０の固有の共振点付近の周波数でカンチレバー１０
を振動させることが好ましい。
【００１３】カンチレバー１０の振動振幅が一定状態に
安定した後、コンピュータ１８は、サーボ回路２４を制
御して、高圧アンプ２６を介してＺサーボ信号ＳZ をＸ
ＹＺスキャナ８に印加する。この結果、ＸＹＺスキャナ
８がＺ方向に変位することによって、探針６と試料４と
が接近若しくは接触する。
安定した後、コンピュータ１８は、サーボ回路２４を制
御して、高圧アンプ２６を介してＺサーボ信号ＳZ をＸ
ＹＺスキャナ８に印加する。この結果、ＸＹＺスキャナ
８がＺ方向に変位することによって、探針６と試料４と
が接近若しくは接触する。
【００１４】探針６と試料４とを接近若しくは接触させ
ることによって、探針６先端と試料４表面との間に相互
作用力が働いた場合、前述した状態（相互作用力が働か
ない状態）と比べて、カンチレバー１０の共振点の位置
が変動（シフト）する。これは、カンチレバー１０の固
有振動数が、探針６先端と試料４表面との間の相互作用
力によって変化するためである。
ることによって、探針６先端と試料４表面との間に相互
作用力が働いた場合、前述した状態（相互作用力が働か
ない状態）と比べて、カンチレバー１０の共振点の位置
が変動（シフト）する。これは、カンチレバー１０の固
有振動数が、探針６先端と試料４表面との間の相互作用
力によって変化するためである。
【００１５】このとき、カンチレバー１０の共振点のシ
フト量は、カンチレバー変位センサ２０によって検出さ
れた後、そのシフト量データが振幅検出器２２を介して
コンピュータ１８に入力される。
フト量は、カンチレバー変位センサ２０によって検出さ
れた後、そのシフト量データが振幅検出器２２を介して
コンピュータ１８に入力される。
【００１６】次に、コンピュータ１８に入力されたシフ
ト量データに基づいて、探針６先端と試料４表面との間
に作用する力が一定値となるように、ＡＣモード測定の
基準となるシフト量（即ち、カンチレバー１０の基準振
動振幅値）を決定する。
ト量データに基づいて、探針６先端と試料４表面との間
に作用する力が一定値となるように、ＡＣモード測定の
基準となるシフト量（即ち、カンチレバー１０の基準振
動振幅値）を決定する。
【００１７】この後、基準振動振幅値が維持されるよう
にフィードバック制御しながら、ＸＹＺスキャナ８にＸ
走査信号ＳX 及びＹ走査信号ＳY を印加して、探針６先
端を試料４表面に沿ってＡＣモード走査（即ち、タッピ
ング走査又は非接触走査）する。
にフィードバック制御しながら、ＸＹＺスキャナ８にＸ
走査信号ＳX 及びＹ走査信号ＳY を印加して、探針６先
端を試料４表面に沿ってＡＣモード走査（即ち、タッピ
ング走査又は非接触走査）する。
【００１８】そして、このようなフィードバック制御中
において、Ｘ走査信号ＳX 、Ｙ走査信号ＳY 、Ｚサーボ
信号ＳZ に基づいて、試料４の表面情報（具体的には、
試料４表面の三次元凹凸情報）が検出されることにな
る。
において、Ｘ走査信号ＳX 、Ｙ走査信号ＳY 、Ｚサーボ
信号ＳZ に基づいて、試料４の表面情報（具体的には、
試料４表面の三次元凹凸情報）が検出されることにな
る。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、探針６先端
と試料４表面との間に働く相互作用力によって、カンチ
レバー１０の共振点がシフトする現象（振動振幅が変化
する現象）は、距離依存性と称される。
と試料４表面との間に働く相互作用力によって、カンチ
レバー１０の共振点がシフトする現象（振動振幅が変化
する現象）は、距離依存性と称される。
【００２０】この距離依存性は、探針６先端と試料４表
面との間の距離が一定であっても、試料４の種類によっ
て異なった特性を奏する。このような特性は、特に、タ
ッピング走査において、以下のような問題となって現わ
れることが知られている。
面との間の距離が一定であっても、試料４の種類によっ
て異なった特性を奏する。このような特性は、特に、タ
ッピング走査において、以下のような問題となって現わ
れることが知られている。
【００２１】測定対象となるべき試料４は、その全体に
亘って、必ずしも均一な硬さを有しない場合、即ち部分
的に硬い部分や柔らかい部分が混在する場合がある。例
えば、細胞等の生体試料は、ごく柔らかい試料であっ
て、その全体が均等な硬さを有していない。
亘って、必ずしも均一な硬さを有しない場合、即ち部分
的に硬い部分や柔らかい部分が混在する場合がある。例
えば、細胞等の生体試料は、ごく柔らかい試料であっ
て、その全体が均等な硬さを有していない。
【００２２】このような試料４に対して、探針６の荷重
を一定に維持しながらタッピング走査しても、硬い部分
と柔らかい部分では、試料４に対する探針６の押し込み
量が変化してしまう。換言すれば、カンチレバー１０の
振動振幅値が変化してしまうことになる。
を一定に維持しながらタッピング走査しても、硬い部分
と柔らかい部分では、試料４に対する探針６の押し込み
量が変化してしまう。換言すれば、カンチレバー１０の
振動振幅値が変化してしまうことになる。
【００２３】具体的に説明すると、例えば図２（ｂ）に
示すように、同一平面内に硬い部分４ａと柔らかい部分
４ｂが連続した試料４に対して、一定の振動振幅値Ｗ１
でタッピング走査した場合、硬い部分４ａに比べて柔ら
かい部分４ｂの押し込み量が増加するため、振動振幅値
は、Ｗ１＋Ｗ２となってしまう。
示すように、同一平面内に硬い部分４ａと柔らかい部分
４ｂが連続した試料４に対して、一定の振動振幅値Ｗ１
でタッピング走査した場合、硬い部分４ａに比べて柔ら
かい部分４ｂの押し込み量が増加するため、振動振幅値
は、Ｗ１＋Ｗ２となってしまう。
【００２４】従来のＡＣモードＳＰＭでは、カンチレバ
ー１０の振動振幅が変化した場合、基準振幅値（この例
では、Ｗ１）に復帰するようにフィードバック制御され
る。即ち、「探針６先端と試料４表面との間の距離が小
さくすると振動振幅が減少する」という距離依存性に基
づいて、探針６先端と試料４表面との間の距離を小さく
するようにフィードバック制御が成される。
ー１０の振動振幅が変化した場合、基準振幅値（この例
では、Ｗ１）に復帰するようにフィードバック制御され
る。即ち、「探針６先端と試料４表面との間の距離が小
さくすると振動振幅が減少する」という距離依存性に基
づいて、探針６先端と試料４表面との間の距離を小さく
するようにフィードバック制御が成される。
【００２５】図２（ｃ）には、このようなフィードバッ
ク制御の状態が示されている。この場合、試料４の硬い
部分４ａから柔らかい部分４ｂに亘って、カンチレバー
１０の振動振幅が一定値に維持されるようにフィードバ
ック制御されているため、カンチレバー１０の振れ角θ
は、一定に保たれる。
ク制御の状態が示されている。この場合、試料４の硬い
部分４ａから柔らかい部分４ｂに亘って、カンチレバー
１０の振動振幅が一定値に維持されるようにフィードバ
ック制御されているため、カンチレバー１０の振れ角θ
は、一定に保たれる。
【００２６】しかしながら、カンチレバー１０の探針６
が試料４に最も押し込まれたときの、撓み角は、θA か
らθB へ変化する（θA ＜θB ）。なお、撓み角θA ，
θBは、夫々、相互作用が働かない状態でのカンチレバ
ー１０の振動振幅の最下点ラインＰとタッピング振幅の
最下点ラインＴとの成す角度である。
が試料４に最も押し込まれたときの、撓み角は、θA か
らθB へ変化する（θA ＜θB ）。なお、撓み角θA ，
θBは、夫々、相互作用が働かない状態でのカンチレバ
ー１０の振動振幅の最下点ラインＰとタッピング振幅の
最下点ラインＴとの成す角度である。
【００２７】この場合、カンチレバー１０のばね定数を
Ｋとすると、探針６が試料４に加えるタッピング荷重
は、ＫθA からＫθB へ増加する（ＫθA ＜ＫθB ）。
ＡＣモードによるタッピング走査では、試料４に加える
荷重は、常に、一定であることが好ましい。特に、生体
試料等の硬い部分４ａと柔らかい部分４ｂが混在した試
料４では、試料４の損傷を防ぐためにも、試料４の全体
に亘って均一な荷重でタッピング走査することが望まれ
ている。
Ｋとすると、探針６が試料４に加えるタッピング荷重
は、ＫθA からＫθB へ増加する（ＫθA ＜ＫθB ）。
ＡＣモードによるタッピング走査では、試料４に加える
荷重は、常に、一定であることが好ましい。特に、生体
試料等の硬い部分４ａと柔らかい部分４ｂが混在した試
料４では、試料４の損傷を防ぐためにも、試料４の全体
に亘って均一な荷重でタッピング走査することが望まれ
ている。
【００２８】しかしながら、従来のＡＣモードＳＰＭで
は、上述したように試料４に対する探針６の荷重を一定
に保つようなフィードバック制御が成されていないた
め、試料４の柔らかい部分４ｂに対して必要以上の損傷
を与えてしまう場合がある。特に、タッピング走査で
は、探針６によって試料４表面を叩いているため、この
ような場合には、必要以上に試料４を傷付けてしまうこ
とになる。
は、上述したように試料４に対する探針６の荷重を一定
に保つようなフィードバック制御が成されていないた
め、試料４の柔らかい部分４ｂに対して必要以上の損傷
を与えてしまう場合がある。特に、タッピング走査で
は、探針６によって試料４表面を叩いているため、この
ような場合には、必要以上に試料４を傷付けてしまうこ
とになる。
【００２９】そこで、硬い部分４ａと柔らかい部分４ｂ
が混在した試料４を用いた場合であっても、試料４全体
に亘って常に一定の荷重でＡＣモード測定を行うことが
できる技術の開発が望まれている。
が混在した試料４を用いた場合であっても、試料４全体
に亘って常に一定の荷重でＡＣモード測定を行うことが
できる技術の開発が望まれている。
【００３０】本発明は、このような要望に答えるために
成されており、その目的は、試料全体に亘って常に一定
の荷重でＡＣモード測定を行う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。
成されており、その目的は、試料全体に亘って常に一定
の荷重でＡＣモード測定を行う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。
【００３１】
【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、カンチレ
バーを励振させることによって探針を所定の振幅で振動
させがらＡＣモード測定を行う際に、試料に加える前記
探針の荷重が一定に維持されるように、前記カンチレバ
ーの振幅最下点を検出可能な検出手段を備えている。
るために、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、カンチレ
バーを励振させることによって探針を所定の振幅で振動
させがらＡＣモード測定を行う際に、試料に加える前記
探針の荷重が一定に維持されるように、前記カンチレバ
ーの振幅最下点を検出可能な検出手段を備えている。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態に係
る走査型プローブ顕微鏡ついて、図１を参照して説明す
る。なお、本実施の形態の説明に際し、従来の走査型プ
ローブ顕微鏡（図２参照）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。
る走査型プローブ顕微鏡ついて、図１を参照して説明す
る。なお、本実施の形態の説明に際し、従来の走査型プ
ローブ顕微鏡（図２参照）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１（ａ）に示すように、本実施の形態の
走査型プローブ顕微鏡は、カンチレバー１０を励振させ
ることによって探針６を所定の振幅で振動させがらＡＣ
モード測定を行う際に、試料４に加える探針６の荷重が
一定に維持されるように、カンチレバー１０の振幅最下
点を検出可能な検出手段即ちピーク検出器２８を備えて
いる。
走査型プローブ顕微鏡は、カンチレバー１０を励振させ
ることによって探針６を所定の振幅で振動させがらＡＣ
モード測定を行う際に、試料４に加える探針６の荷重が
一定に維持されるように、カンチレバー１０の振幅最下
点を検出可能な検出手段即ちピーク検出器２８を備えて
いる。
【００３４】そして、ピーク検出器２８によって検出さ
れた振幅最下点を一定に維持するように、サーボ回路２
４が、ＸＹＺスキャナ８を駆動制御するように構成され
ている。
れた振幅最下点を一定に維持するように、サーボ回路２
４が、ＸＹＺスキャナ８を駆動制御するように構成され
ている。
【００３５】このように本実施の形態の走査型プローブ
顕微鏡は、従来の振幅検出器２２の代わりにピーク検出
器２８を配置した点に特徴を有しており、他の構成は従
来と同様であるため、その説明は省略する。
顕微鏡は、従来の振幅検出器２２の代わりにピーク検出
器２８を配置した点に特徴を有しており、他の構成は従
来と同様であるため、その説明は省略する。
【００３６】次に、本実施の形態の動作を簡単に説明す
る。まず、探針６先端と試料４表面との間に相互作用が
働かない状態（以下、フリー状態という）において、カ
ンチレバー１０を励振させる。
る。まず、探針６先端と試料４表面との間に相互作用が
働かない状態（以下、フリー状態という）において、カ
ンチレバー１０を励振させる。
【００３７】カンチレバー１０の振動状態は、カンチレ
バー変位センサ２０によって検出され、その変位信号Ｓ
３がピーク検出器２８に出力される。このとき、ピーク
検出器２８は、変位信号Ｓ３に基づいてカンチレバー１
０の振動振幅の最大値と最小値を検出し、そのピーク検
出信号ＳP をコンピュータ１８に出力する。
バー変位センサ２０によって検出され、その変位信号Ｓ
３がピーク検出器２８に出力される。このとき、ピーク
検出器２８は、変位信号Ｓ３に基づいてカンチレバー１
０の振動振幅の最大値と最小値を検出し、そのピーク検
出信号ＳP をコンピュータ１８に出力する。
【００３８】コンピュータ１８は、ピーク検出信号ＳP
に所定の演算処理を施して、フリー状態のカンチレバー
１０の振幅最下点ラインＰを記憶する。続いて、ＡＣモ
ード測定の基準となるカンチレバー１０の振動振幅を決
定した後、この基準振動振幅値が維持されるようにフィ
ードバック制御しながら、ＸＹＺスキャナ８にＸ走査信
号ＳX 及びＹ走査信号ＳY を印加して、探針６先端を試
料４表面に沿ってＡＣモード走査（本実施の形態では、
タッピング走査）する。
に所定の演算処理を施して、フリー状態のカンチレバー
１０の振幅最下点ラインＰを記憶する。続いて、ＡＣモ
ード測定の基準となるカンチレバー１０の振動振幅を決
定した後、この基準振動振幅値が維持されるようにフィ
ードバック制御しながら、ＸＹＺスキャナ８にＸ走査信
号ＳX 及びＹ走査信号ＳY を印加して、探針６先端を試
料４表面に沿ってＡＣモード走査（本実施の形態では、
タッピング走査）する。
【００３９】以下、タッピング走査の説明を簡単にする
ため、図１（ｂ）に示すように、同一平面内に硬い部分
４ａと柔らかい部分４ｂが連続した試料４に対して、探
針６をタッピング走査する場合について説明する。
ため、図１（ｂ）に示すように、同一平面内に硬い部分
４ａと柔らかい部分４ｂが連続した試料４に対して、探
針６をタッピング走査する場合について説明する。
【００４０】図１（ｂ）に示すように、硬い部分４ａの
試料４表面に探針６をタッピング走査する際、カンチレ
バー変位センサ２０からの変位信号Ｓ３に基づいて、ピ
ーク検出器２８は、タッピング振幅の最大値と最小値を
検出し、そのピーク検出信号ＳP をコンピュータ１８に
出力する。
試料４表面に探針６をタッピング走査する際、カンチレ
バー変位センサ２０からの変位信号Ｓ３に基づいて、ピ
ーク検出器２８は、タッピング振幅の最大値と最小値を
検出し、そのピーク検出信号ＳP をコンピュータ１８に
出力する。
【００４１】コンピュータ１８は、ピーク検出信号ＳP
に所定の演算処理を施して、カンチレバー１０のタッピ
ング最下点ラインＴを記憶する。そして、先に記憶した
振幅最下点ラインＰとタッピング最下点ラインＴに基づ
いて、カンチレバー１０の撓み角θA を演算する。
に所定の演算処理を施して、カンチレバー１０のタッピ
ング最下点ラインＴを記憶する。そして、先に記憶した
振幅最下点ラインＰとタッピング最下点ラインＴに基づ
いて、カンチレバー１０の撓み角θA を演算する。
【００４２】そして、コンピュータ１８は、この撓み角
θA を維持するように、サーボ回路２４を介してＸＹＺ
スキャナ８をフィードバック制御しながら、ＸＹＺスキ
ャナ８をＸＹ方向に変位制御する。なお、このとき、カ
ンチレバー１０の振れ角は、θとなっている。
θA を維持するように、サーボ回路２４を介してＸＹＺ
スキャナ８をフィードバック制御しながら、ＸＹＺスキ
ャナ８をＸＹ方向に変位制御する。なお、このとき、カ
ンチレバー１０の振れ角は、θとなっている。
【００４３】この結果、硬い部分４ａの試料４表面に対
する探針６のタッピング荷重は、常に一定に維持される
ことになる。このようなＡＣモード走査中において、柔
らかい部分４ｂの試料４が走査対象となったとき、試料
４に対する探針６の押し込み量が変化してカンチレバー
１０の基準振動振幅値が変化する。
する探針６のタッピング荷重は、常に一定に維持される
ことになる。このようなＡＣモード走査中において、柔
らかい部分４ｂの試料４が走査対象となったとき、試料
４に対する探針６の押し込み量が変化してカンチレバー
１０の基準振動振幅値が変化する。
【００４４】このとき、コンピュータ１８は、先に演算
したカンチレバー１０の撓み角θAが維持されるよう
に、サーボ回路２４を介してＸＹＺスキャナ８をＺ方向
に変位制御する。
したカンチレバー１０の撓み角θAが維持されるよう
に、サーボ回路２４を介してＸＹＺスキャナ８をＺ方向
に変位制御する。
【００４５】この場合、柔らかい部分４ｂでのカンチレ
バーの振れ角は、硬い部分４ａでの角度θからθ′に変
化する（θ＜θ′）ことになるが、柔らかい部分４ｂの
試料４に探針６が最も押し込まれた際の撓み角は、“θ
A ”に維持される。
バーの振れ角は、硬い部分４ａでの角度θからθ′に変
化する（θ＜θ′）ことになるが、柔らかい部分４ｂの
試料４に探針６が最も押し込まれた際の撓み角は、“θ
A ”に維持される。
【００４６】この結果、柔らかい部分４ｂの試料４表面
に対する探針６のタッピング荷重は、硬い部分４ａに対
する荷重と同一荷重に維持されることになる。このよう
に、本実施の形態によれば、距離依存性が変化してしま
う場合でも、探針６が試料４にタッピングする際のカン
チレバー１０の撓み角θA は、常時、一定に維持される
ため、試料４に加えられる探針６のタッピング荷重は、
試料４全体に亘って変化しない。従って、探針６が試料
４に加える荷重がＡＣモード測定中に増加することが防
止できるため、特に、培養液中の培養細胞等の表面が柔
らかく壊れやすい試料４を用いた場合でも、かかる試料
４を傷付けること無くＡＣモード測定を行うことが可能
となる。
に対する探針６のタッピング荷重は、硬い部分４ａに対
する荷重と同一荷重に維持されることになる。このよう
に、本実施の形態によれば、距離依存性が変化してしま
う場合でも、探針６が試料４にタッピングする際のカン
チレバー１０の撓み角θA は、常時、一定に維持される
ため、試料４に加えられる探針６のタッピング荷重は、
試料４全体に亘って変化しない。従って、探針６が試料
４に加える荷重がＡＣモード測定中に増加することが防
止できるため、特に、培養液中の培養細胞等の表面が柔
らかく壊れやすい試料４を用いた場合でも、かかる試料
４を傷付けること無くＡＣモード測定を行うことが可能
となる。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、試料全体に亘って常に
一定の荷重でＡＣモード測定を行うことが可能な走査型
プローブ顕微鏡を提供することができる。
一定の荷重でＡＣモード測定を行うことが可能な走査型
プローブ顕微鏡を提供することができる。
【図１】（ａ）は、本発明の一実施の形態に係る走査型
プローブ顕微鏡の構成を示す図、（ｂ）は、同図（ａ）
の走査型プローブ顕微鏡によって、硬い部分と柔らかい
部分が連続している試料をＡＣモード測定している状態
を示す図。
プローブ顕微鏡の構成を示す図、（ｂ）は、同図（ａ）
の走査型プローブ顕微鏡によって、硬い部分と柔らかい
部分が連続している試料をＡＣモード測定している状態
を示す図。
【図２】（ａ）は、従来の走査型プローブ顕微鏡の構成
を示す図、（ｂ）は、試料の硬い部分と柔らかい部分に
おいて振動振幅値が変化している状態を示す図、（ｃ）
は、同図（ａ）の走査型プローブ顕微鏡によって、硬い
部分と柔らかい部分が連続している試料をＡＣモード測
定している状態を示す図。
を示す図、（ｂ）は、試料の硬い部分と柔らかい部分に
おいて振動振幅値が変化している状態を示す図、（ｃ）
は、同図（ａ）の走査型プローブ顕微鏡によって、硬い
部分と柔らかい部分が連続している試料をＡＣモード測
定している状態を示す図。
４ 試料 ６ 探針 ８ ＸＹＺスキャナ １０ カンチレバー １８ コンピュータ ２４ サーボ回路 ２８ ピーク検出器 Ｐ カンチレバーの振幅最下点ライン Ｔ タッピング最下点ライン θA カンチレバーの撓み角
Claims (2)
- 【請求項１】 カンチレバーを励振させることによって
探針を所定の振幅で振動させがらＡＣモード測定を行う
際に、試料に加える前記探針の荷重が一定に維持される
ように、前記カンチレバーの振幅最下点を検出可能な検
出手段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】 前記検出手段には、前記カンチレバーの
振動振幅の最大値と最小値を検出可能なピーク検出器が
設けられ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 |
|---|---|---|---|
| JP23197596A JP3859275B2 (ja) | 1996-09-02 | 1996-09-02 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23197596A JP3859275B2 (ja) | 1996-09-02 | 1996-09-02 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1078440A true JPH1078440A (ja) | 1998-03-24 |
| JP3859275B2 JP3859275B2 (ja) | 2006-12-20 |
Family
ID=16931987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23197596A Expired - Fee Related JP3859275B2 (ja) | 1996-09-02 | 1996-09-02 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3859275B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009063574A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | タッピングモードにおける衝撃力を低減化した原子間力顕微鏡の操作方法 |
-
1996
- 1996-09-02 JP JP23197596A patent/JP3859275B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009063574A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | タッピングモードにおける衝撃力を低減化した原子間力顕微鏡の操作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3859275B2 (ja) | 2006-12-20 |
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