JPH11211734A - プローブ顕微鏡 - Google Patents
プローブ顕微鏡Info
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- JPH11211734A JPH11211734A JP1442498A JP1442498A JPH11211734A JP H11211734 A JPH11211734 A JP H11211734A JP 1442498 A JP1442498 A JP 1442498A JP 1442498 A JP1442498 A JP 1442498A JP H11211734 A JPH11211734 A JP H11211734A
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- JP
- Japan
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- force
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 バネ要素、光検出素子などにより構成された
検出手段部が微動素子先端に取り付けられた構成からな
る原子間力顕微鏡や磁気力顕微鏡といったプロ−ブ顕微
鏡のおいて、移動手段（ステ−ジ）を用いて、バネ要素
を搭載ブロックと検出手段部間で容易に交換可能な手段
を有する構成にしたプロ−ブ顕微鏡の提供を目的とする
ものである。 【解決手段】 バネ要素を複数個搭載可能な搭載ブロッ
クを試料移動手段であるステージに設けステージ移動に
より検出手段部に位置合わせする。検出手段部には磁性
板を介してバネ要素を保持する磁石が構成してある。ま
た搭載ブロックには同じく磁性板を介してバネ要素を保
持する磁石または真空吸着機構が形成されている。そし
て、搭載ブロック側の保持力を制御することで、搭載ブ
ロック側と検出手段部側との磁性板に固定されたバネ要
素の保持力関係（強弱）を調整しバネ要素を搭載ブロッ
ク側と検出手段部側で受け渡しするものである。
検出手段部が微動素子先端に取り付けられた構成からな
る原子間力顕微鏡や磁気力顕微鏡といったプロ−ブ顕微
鏡のおいて、移動手段（ステ−ジ）を用いて、バネ要素
を搭載ブロックと検出手段部間で容易に交換可能な手段
を有する構成にしたプロ−ブ顕微鏡の提供を目的とする
ものである。 【解決手段】 バネ要素を複数個搭載可能な搭載ブロッ
クを試料移動手段であるステージに設けステージ移動に
より検出手段部に位置合わせする。検出手段部には磁性
板を介してバネ要素を保持する磁石が構成してある。ま
た搭載ブロックには同じく磁性板を介してバネ要素を保
持する磁石または真空吸着機構が形成されている。そし
て、搭載ブロック側の保持力を制御することで、搭載ブ
ロック側と検出手段部側との磁性板に固定されたバネ要
素の保持力関係（強弱）を調整しバネ要素を搭載ブロッ
ク側と検出手段部側で受け渡しするものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は物質間に働く原子
間力または磁気力といった様々な力を微小なバネ要素で
変位に変換し、その変位をレーザー光をバネ要素に照射
しその反射光の位置ずれとして光検出素子で検出して制
御信号とする方式の原子間力顕微鏡や磁気力顕微鏡とい
ったプロ−ブ顕微鏡に関する。
間力または磁気力といった様々な力を微小なバネ要素で
変位に変換し、その変位をレーザー光をバネ要素に照射
しその反射光の位置ずれとして光検出素子で検出して制
御信号とする方式の原子間力顕微鏡や磁気力顕微鏡とい
ったプロ−ブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】プロ−ブ顕微鏡の一種である原子間力顕
微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｅ）はＳＴＭの発明者であるＧ．Ｂｉｎｎｉｇらによっ
て考案（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ ｖｏｌ．５６ ｐ９３０１９８６）されて以来、
新規な絶縁性物質の表面形状観察手段として期待され、
研究が進められている。その原理は先端を充分に鋭くし
た検出チップと試料間に働く原子間力を、前記検出チッ
プが取り付けられているばね要素の変位として測定し、
前記ばね要素の変位量を一定に保ちながら前記試料表面
を走査し、前記ばね要素の変位量を一定に保つための制
御信号を形状情報として、前記試料表面の形状を測定す
るものである。
微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｅ）はＳＴＭの発明者であるＧ．Ｂｉｎｎｉｇらによっ
て考案（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ ｖｏｌ．５６ ｐ９３０１９８６）されて以来、
新規な絶縁性物質の表面形状観察手段として期待され、
研究が進められている。その原理は先端を充分に鋭くし
た検出チップと試料間に働く原子間力を、前記検出チッ
プが取り付けられているばね要素の変位として測定し、
前記ばね要素の変位量を一定に保ちながら前記試料表面
を走査し、前記ばね要素の変位量を一定に保つための制
御信号を形状情報として、前記試料表面の形状を測定す
るものである。
【０００３】ばね要素の変位検出手段としてはトンネル
電流を用いるＳＴＭ方式と光学的方式に大別される。
ＳＴＭ方式は二つの導体を数ナノメータ〜数オングスト
ロームの距離に近付け電圧を印加すると電流が流れ始め
るいわゆるトンネル現象を利用するものである。ばね要
素に導電性を付与しておき、鋭利な金属針をばね要素に
１ナノメータ程度まで接近させてトンネル電流を流し、
その電流値をばね要素の変位信号として制御を行う。
電流を用いるＳＴＭ方式と光学的方式に大別される。
ＳＴＭ方式は二つの導体を数ナノメータ〜数オングスト
ロームの距離に近付け電圧を印加すると電流が流れ始め
るいわゆるトンネル現象を利用するものである。ばね要
素に導電性を付与しておき、鋭利な金属針をばね要素に
１ナノメータ程度まで接近させてトンネル電流を流し、
その電流値をばね要素の変位信号として制御を行う。
【０００４】光学的方式にはいわゆる干渉法そのものを
使った例（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＶａｃｕｕｍ Ｓｃｉ
ｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａ６（２）ｐ２６６
Ｍａｒ／Ａｐｒ １９８８）や、レーザー光をばね要素
に照射しその反射光の位置ずれを光検出素子で検出して
変位信号とする、光てこ方式と呼ばれる例（Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ６５
（１）、１ ｐ１６４ Ｊａｎｕａｒｙ １９８９）が
報告されている。
使った例（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＶａｃｕｕｍ Ｓｃｉ
ｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａ６（２）ｐ２６６
Ｍａｒ／Ａｐｒ １９８８）や、レーザー光をばね要素
に照射しその反射光の位置ずれを光検出素子で検出して
変位信号とする、光てこ方式と呼ばれる例（Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ６５
（１）、１ ｐ１６４ Ｊａｎｕａｒｙ １９８９）が
報告されている。
【０００５】本発明は光てこ方式のプロ−ブ顕微鏡に係
わる。プロ−ブ顕微鏡は試料にあい対する位置に配置さ
れたプロ−ブが試料から原子間力を受けるものならば原
子間力顕微鏡と称され、磁気力ならば磁気力顕微鏡と称
される様に試料から生じる様々な力を検出して試料の状
態を観察できるものである。プローブ顕微鏡の構成とし
て観察試料が小さいものでは、電圧を印可することで変
形する圧電素子を組み込んだ三次元に動作する微動機構
側に試料を配置するものが主であるが、一方ではハード
デイ スクや半導体関連のウエ ハ試料を小片にせずに観察
したいというニーズがある。そこで、微動機構側に変位
検出系を設けた構成のプローブ顕微鏡がある。プローブ
顕微鏡は基本動作として微動機構を面内に動作させバネ
要素に構成された探針を試料面に対し面内に移動させ
る、それにより、試料と探針間に働く物理力によるバネ
要素の変形をモニタし微動機構を鉛直方向に動作させた
結果により試料表面形状及び状態を視覚化するものであ
る。
わる。プロ−ブ顕微鏡は試料にあい対する位置に配置さ
れたプロ−ブが試料から原子間力を受けるものならば原
子間力顕微鏡と称され、磁気力ならば磁気力顕微鏡と称
される様に試料から生じる様々な力を検出して試料の状
態を観察できるものである。プローブ顕微鏡の構成とし
て観察試料が小さいものでは、電圧を印可することで変
形する圧電素子を組み込んだ三次元に動作する微動機構
側に試料を配置するものが主であるが、一方ではハード
デイ スクや半導体関連のウエ ハ試料を小片にせずに観察
したいというニーズがある。そこで、微動機構側に変位
検出系を設けた構成のプローブ顕微鏡がある。プローブ
顕微鏡は基本動作として微動機構を面内に動作させバネ
要素に構成された探針を試料面に対し面内に移動させ
る、それにより、試料と探針間に働く物理力によるバネ
要素の変形をモニタし微動機構を鉛直方向に動作させた
結果により試料表面形状及び状態を視覚化するものであ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】プローブ顕微鏡では基
本的に試料と探針間に働く物理力は小さいものとされて
いるが、探針が試料面内を走査することにより探針の破
損や磨耗が生じることがある。また、この探針は主に、
シリコン系物質等をエッチング加工で作製されており、
加工の初期不良もある。探針、主に先端の形状の変形は
観察結果の差として生じ同じ観察部分を見ても異なる結
果となり、装置の信頼性及び分解能に問題を生じること
になる。そのため、探針先端の観察結果をもとに探針の
異常が確認された際にはバネ要素ごと交換する必要があ
る。
本的に試料と探針間に働く物理力は小さいものとされて
いるが、探針が試料面内を走査することにより探針の破
損や磨耗が生じることがある。また、この探針は主に、
シリコン系物質等をエッチング加工で作製されており、
加工の初期不良もある。探針、主に先端の形状の変形は
観察結果の差として生じ同じ観察部分を見ても異なる結
果となり、装置の信頼性及び分解能に問題を生じること
になる。そのため、探針先端の観察結果をもとに探針の
異常が確認された際にはバネ要素ごと交換する必要があ
る。
【０００７】この発明は、検出手段部（変位検出系）が
微動機構先端に取り付けられた構成からなる原子間力顕
微鏡や磁気力顕微鏡といったプロ−ブ顕微鏡のバネ要素
の交換を容易に行う手段を有する構成のプロ−ブ顕微鏡
の提供を目的とするものである。
微動機構先端に取り付けられた構成からなる原子間力顕
微鏡や磁気力顕微鏡といったプロ−ブ顕微鏡のバネ要素
の交換を容易に行う手段を有する構成のプロ−ブ顕微鏡
の提供を目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、検出手段部
が微動素子先端に取り付けられた構造において、試料を
３次元に移動させる移動手段（Ｘ、Ｙ、Ｚステ−ジまた
は、Ｒ、Ｚ、θステージ ここで、θは回転ステージを
意味する）に構成されたバネ要素が複数個保持可能とす
るブロックと変位検出部間でバネ要素を保持する保持力
強度を調整することでバネ要素を受け渡しする構成にし
た。
が微動素子先端に取り付けられた構造において、試料を
３次元に移動させる移動手段（Ｘ、Ｙ、Ｚステ−ジまた
は、Ｒ、Ｚ、θステージ ここで、θは回転ステージを
意味する）に構成されたバネ要素が複数個保持可能とす
るブロックと変位検出部間でバネ要素を保持する保持力
強度を調整することでバネ要素を受け渡しする構成にし
た。
【０００９】［作用］この発明は、上記の手段を講じる
ことにより、バネ要素を複数個装置内に配置することが
でき、しかも、新に位置合わせ機構を設けることなく、
本来試料を精密に移動させるため用意した移動手段
（Ｘ、Ｙ、Ｚステ−ジまたは、Ｒ、Ｚ、θステージ）を
用いて検出手段部への受け渡しが可能になる。
ことにより、バネ要素を複数個装置内に配置することが
でき、しかも、新に位置合わせ機構を設けることなく、
本来試料を精密に移動させるため用意した移動手段
（Ｘ、Ｙ、Ｚステ−ジまたは、Ｒ、Ｚ、θステージ）を
用いて検出手段部への受け渡しが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明は、試料と試料から受ける
原子間力及び磁気力等の物理量を検出する機構を３次元
的に相対運動させる、粗い位置決め的な粗動機構及び微
細な位置決め的な微動機構と、上記試料と上記原子間力
等の物理量を検出する機構間を一定の距離に保つ制御手
段と、設置環境からくる装置への振動伝達を低減させる
除振機構と、装置全体を制御する制御部及びコンピュー
タを有し、前記物理量を検出する機構を前記微動機構側
に配置した構成からなる、試料表面の形状及び状態を観
察するプロ−ブ顕微鏡において、上記物理量を検出する
機構がバネ要素からなり、上記バネ要素を保持する保持
部材を有し、上記バネ要素直接または部材を介して複数
個配置可能とするブロックを装置内に設け、上記試料を
３次元的に移動させる移動手段（ステ−ジ）を用いて、
上記バネ要素を上記ブロックと上記検出手段部間で交換
可能にした構成で、上記ブロックと上記検出手段部間の
上記バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整するこ
とで上記バネ要素を上記ブロックと上記検出手段部間で
受け渡しする構成を有しているものである。
原子間力及び磁気力等の物理量を検出する機構を３次元
的に相対運動させる、粗い位置決め的な粗動機構及び微
細な位置決め的な微動機構と、上記試料と上記原子間力
等の物理量を検出する機構間を一定の距離に保つ制御手
段と、設置環境からくる装置への振動伝達を低減させる
除振機構と、装置全体を制御する制御部及びコンピュー
タを有し、前記物理量を検出する機構を前記微動機構側
に配置した構成からなる、試料表面の形状及び状態を観
察するプロ−ブ顕微鏡において、上記物理量を検出する
機構がバネ要素からなり、上記バネ要素を保持する保持
部材を有し、上記バネ要素直接または部材を介して複数
個配置可能とするブロックを装置内に設け、上記試料を
３次元的に移動させる移動手段（ステ−ジ）を用いて、
上記バネ要素を上記ブロックと上記検出手段部間で交換
可能にした構成で、上記ブロックと上記検出手段部間の
上記バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整するこ
とで上記バネ要素を上記ブロックと上記検出手段部間で
受け渡しする構成を有しているものである。
【００１１】上記ブロックと上記前記検出手段部間の上
記バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制御
対象として磁気力を用いても良い。上記ブロックと上記
検出手段部間の上記バネ要素を保持する保持力の強度関
係を調整する制御対象として真空吸着力を用いても良
い。上記ブロックと上記検出手段部間の上記バネ要素を
保持する保持力の強度関係を調整する制御対象として磁
気力と真空吸着力を組み合わせた構成にしても良い。
記バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制御
対象として磁気力を用いても良い。上記ブロックと上記
検出手段部間の上記バネ要素を保持する保持力の強度関
係を調整する制御対象として真空吸着力を用いても良
い。上記ブロックと上記検出手段部間の上記バネ要素を
保持する保持力の強度関係を調整する制御対象として磁
気力と真空吸着力を組み合わせた構成にしても良い。
【００１２】また、上記ブロックと上記検出手段部間の
上記バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制
御対象として磁気力を用いた構成で永久磁石の位置を変
えることにより磁気力を制御する構成にしても良い。ま
た、上記ブロックと上記検出手段部間の上記バネ要素を
保持する保持力の強度関係を調整する制御対象として磁
気力を用いた構成で永久磁石と保持部材を介した前記バ
ネ要素間に磁力遮へい材（磁性金属板）を抜き差しする
ことにより磁気力を制御する構成にしても良い。磁性金
属板を永久磁石と保持部材を介した前記バネ要素間に挿
入すれば永久磁石の磁界がバネ要素側に漏れなくなり、
永久磁石の保持部材を介した前記バネ要素への保持力を
弱める働きをする。また永久磁石裏面、つまりバネ要素
とは反対側の面に挿入すれば永久磁石の磁気力が増し、
逆に前記バネ要素への保持力を強める働きをする。
上記バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制
御対象として磁気力を用いた構成で永久磁石の位置を変
えることにより磁気力を制御する構成にしても良い。ま
た、上記ブロックと上記検出手段部間の上記バネ要素を
保持する保持力の強度関係を調整する制御対象として磁
気力を用いた構成で永久磁石と保持部材を介した前記バ
ネ要素間に磁力遮へい材（磁性金属板）を抜き差しする
ことにより磁気力を制御する構成にしても良い。磁性金
属板を永久磁石と保持部材を介した前記バネ要素間に挿
入すれば永久磁石の磁界がバネ要素側に漏れなくなり、
永久磁石の保持部材を介した前記バネ要素への保持力を
弱める働きをする。また永久磁石裏面、つまりバネ要素
とは反対側の面に挿入すれば永久磁石の磁気力が増し、
逆に前記バネ要素への保持力を強める働きをする。
【００１３】また、上記ブロックと上記検出手段部間の
上記バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制
御対象として磁気力を用いた構成で電磁石により磁気力
を制御する構成にしても良い。 また、上記ブロ
ックと上記検出手段部間の上記バネ要素を保持する保持
力の強度関係を調整する制御対象として真空吸着力を用
いた構成で真空バルブを用いて真空吸着力を制御する構
成にしても良い。特に真空吸着力を用いることは磁気力
顕微鏡に用いられる磁気コート探針への磁気の影響を少
なくできる点において有効である。
上記バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制
御対象として磁気力を用いた構成で電磁石により磁気力
を制御する構成にしても良い。 また、上記ブロ
ックと上記検出手段部間の上記バネ要素を保持する保持
力の強度関係を調整する制御対象として真空吸着力を用
いた構成で真空バルブを用いて真空吸着力を制御する構
成にしても良い。特に真空吸着力を用いることは磁気力
顕微鏡に用いられる磁気コート探針への磁気の影響を少
なくできる点において有効である。
【００１４】また、上記ブロックと上記検出手段部間の
上記バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制
御対象として磁気力と真空吸着力を組み合わせた構成で
真空電磁弁を用いて真空吸着力分を付加したり、減らし
たりすることで保持力関係を調整する構成をにしても良
い。また、上記ブロックと上記検出手段部間の上記バネ
要素を保持する保持力の強度関係を調整する制御対象と
して磁気力と真空吸着力を組み合わせた構成で磁気力と
して電磁石を用い電磁石を付加したり、減らしたりする
ことで保持力関係を調整する構成にしても良い。
上記バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制
御対象として磁気力と真空吸着力を組み合わせた構成で
真空電磁弁を用いて真空吸着力分を付加したり、減らし
たりすることで保持力関係を調整する構成をにしても良
い。また、上記ブロックと上記検出手段部間の上記バネ
要素を保持する保持力の強度関係を調整する制御対象と
して磁気力と真空吸着力を組み合わせた構成で磁気力と
して電磁石を用い電磁石を付加したり、減らしたりする
ことで保持力関係を調整する構成にしても良い。
【００１５】
【実施例】以下、図面に基ずき実施例について説明して
いく。本発明の構成は例えば「Measurement of Si w
afer and SiO2 layer microroughness by large sampl
e atomic force microscope J.Vac.Sci.Technol.b 12
(3),May/Jun 1994 P1572-1576 及び特願平9-330064」
に記載の三次元動作ステージを有するプローブ顕微鏡に
組み込まれる。図１はバネ要素を複数搭載するブロック
の略図である。搭載ブロック１は三次元動作ステージの
角にステージベース２を介して取り付けられている。本
実施例では装置正面からみて左奥角に構成した。搭載ブ
ロック１はバネ要素を載せるバネ要素取付盤３、搭載ブ
ロックベース４、裏ブタ５からなり、バネ要素を検出手
段部に受け渡す際に検出手段部及びセラミックスで構成
された微動機構に衝撃を与えない様に緩衝材６を介して
ステージベース２に取り付けられている。緩衝材として
ゴムシートを用いている。搭載ブロック１はステージベ
ース２に固定してもよいが、バネ要素の搭載作業のし易
さを考えて、取り外し可能にすることも考えられる。そ
の際は取り付け時の位置の再現性を考慮した図１に示す
ようなガイドピン７が構成される。
いく。本発明の構成は例えば「Measurement of Si w
afer and SiO2 layer microroughness by large sampl
e atomic force microscope J.Vac.Sci.Technol.b 12
(3),May/Jun 1994 P1572-1576 及び特願平9-330064」
に記載の三次元動作ステージを有するプローブ顕微鏡に
組み込まれる。図１はバネ要素を複数搭載するブロック
の略図である。搭載ブロック１は三次元動作ステージの
角にステージベース２を介して取り付けられている。本
実施例では装置正面からみて左奥角に構成した。搭載ブ
ロック１はバネ要素を載せるバネ要素取付盤３、搭載ブ
ロックベース４、裏ブタ５からなり、バネ要素を検出手
段部に受け渡す際に検出手段部及びセラミックスで構成
された微動機構に衝撃を与えない様に緩衝材６を介して
ステージベース２に取り付けられている。緩衝材として
ゴムシートを用いている。搭載ブロック１はステージベ
ース２に固定してもよいが、バネ要素の搭載作業のし易
さを考えて、取り外し可能にすることも考えられる。そ
の際は取り付け時の位置の再現性を考慮した図１に示す
ようなガイドピン７が構成される。
【００１６】図２は搭載ブロック１の断面略図である。
搭載ブロックベース４の内部にはバネ要素の保持力を調
整するために電磁石８が構成されている。バネ要素は一
般的に図３に示される形状をしている。巾約１．５mm、
長さ３．５ｍｍ、厚み０．５ｍｍ程度の保持部分３１、
３２の先に巾数１０μｍ、長さ数１００μｍ、厚み数μ
ｍ程度の板バネ状のバネ部分３３、３４があり、その先
端に探針３５、３６が形成されている。
搭載ブロックベース４の内部にはバネ要素の保持力を調
整するために電磁石８が構成されている。バネ要素は一
般的に図３に示される形状をしている。巾約１．５mm、
長さ３．５ｍｍ、厚み０．５ｍｍ程度の保持部分３１、
３２の先に巾数１０μｍ、長さ数１００μｍ、厚み数μ
ｍ程度の板バネ状のバネ部分３３、３４があり、その先
端に探針３５、３６が形成されている。
【００１７】材質はシリコンまたは窒化シリコンからな
りエッチング作業で作製される。バネ要素は形状寸法及
び平面度は良い精度に形成されているが材質的には非磁
性材のため磁力による固定ができない、そこで、本実施
例では図４（ａ）に示す磁性材からなる磁性板４１を介
してバネ要素４０を保持している。次に、検出手段部側
の構成について示す。本実施例では基本構成として例え
ば「特開平6-82249 」に記載のものを用いている。
りエッチング作業で作製される。バネ要素は形状寸法及
び平面度は良い精度に形成されているが材質的には非磁
性材のため磁力による固定ができない、そこで、本実施
例では図４（ａ）に示す磁性材からなる磁性板４１を介
してバネ要素４０を保持している。次に、検出手段部側
の構成について示す。本実施例では基本構成として例え
ば「特開平6-82249 」に記載のものを用いている。
【００１８】図５、６は検出手段部を示した略図であ
る。三次元に微小移動する圧電材からなる圧電素子５０
の先端に検出手段部５１が構成されており、磁性板４１
に保持されたバネ要素４０はバネ要素４０を振動させる
圧電素子板５２を介して固定された磁石５３に保持され
る構成に成っている。また、図６に示す様にバネ要素固
定ホルダ６０を介してバネ要素４０が保持される構成も
ある。その場合、バネ要素固定ホルダ６０は図７に示す
様に磁石６１が組み込まれており、図６に示されている
圧電素子板５２を介して検出手段部５１に固定された磁
性板５４に磁力保持される様になっている。また、バネ
要素固定ホルダ６０側に、圧伝素子板５２を設けること
も考えられる。図５に示すタイプは搭載ブロック１から
バネ要素４０を受け取る際にステージを動かして、検出
手段部内のレーザ光軸をバネ要素４０に位置合わせする
ものであり、図６のタイプは別に設けられた治具を用い
て位置合わせするものである。この方式に関しては例え
ば「特願平9-321498」に記載する内容が考えられる。
る。三次元に微小移動する圧電材からなる圧電素子５０
の先端に検出手段部５１が構成されており、磁性板４１
に保持されたバネ要素４０はバネ要素４０を振動させる
圧電素子板５２を介して固定された磁石５３に保持され
る構成に成っている。また、図６に示す様にバネ要素固
定ホルダ６０を介してバネ要素４０が保持される構成も
ある。その場合、バネ要素固定ホルダ６０は図７に示す
様に磁石６１が組み込まれており、図６に示されている
圧電素子板５２を介して検出手段部５１に固定された磁
性板５４に磁力保持される様になっている。また、バネ
要素固定ホルダ６０側に、圧伝素子板５２を設けること
も考えられる。図５に示すタイプは搭載ブロック１から
バネ要素４０を受け取る際にステージを動かして、検出
手段部内のレーザ光軸をバネ要素４０に位置合わせする
ものであり、図６のタイプは別に設けられた治具を用い
て位置合わせするものである。この方式に関しては例え
ば「特願平9-321498」に記載する内容が考えられる。
【００１９】次に動作の流れを示す。 １）搭載ブロック１に磁性板４１に保持されたバネ要素
４０を収納する（図４（ｂ）に示す状態）。その際、バ
ネ要素４０の探針３６を下向きに配置する。搭載ブロッ
ク１が分離できるタイプについては、搭載ブロック１を
ステージベース２の所定の位置に配置する。 ２）ステージ２０を移動して、搭載ブロック１のこれか
ら取り付け様とするバネ要素の上に検出手段部５１を位
置合わせする。この位置は事前にコンピュータに登録し
ておき、このデータをもとに操作されるものである。 ３）ステージ２０の垂直方向を動作させる。 ４）ステージ２０の垂直方向動作により検出手段部５１
に設けられた磁石５３とバネ要素４０を保持している磁
性板４１が接する。この位置も事前にコンピュータに登
録しておき、このデータをもとに操作されるものであ
る。この時点ではバネ要素４０を保持している磁性板４
１の保持力は搭載ブロック１側の方が検出手段部５１に
設けられた磁石５３の保持力より強い状態にある。つま
り、磁性板４１に保持されているバネ要素４０は搭載ブ
ロック１側に保持されていることになる。５）ステージ
２０を面内動作させレーザ光とバネ要素の位置合わせを
する。 ６）搭載ブロック１側の保持力を弱めまたは取り除くこ
とで磁性板４１に保持されているバネ要素４０を検出手
段部５１に設けられた磁石５３に受け渡しする。 ７）ステージ２０の垂直方向を動作させる。 ８）ステージ２０を所定の位置に移動させる。
４０を収納する（図４（ｂ）に示す状態）。その際、バ
ネ要素４０の探針３６を下向きに配置する。搭載ブロッ
ク１が分離できるタイプについては、搭載ブロック１を
ステージベース２の所定の位置に配置する。 ２）ステージ２０を移動して、搭載ブロック１のこれか
ら取り付け様とするバネ要素の上に検出手段部５１を位
置合わせする。この位置は事前にコンピュータに登録し
ておき、このデータをもとに操作されるものである。 ３）ステージ２０の垂直方向を動作させる。 ４）ステージ２０の垂直方向動作により検出手段部５１
に設けられた磁石５３とバネ要素４０を保持している磁
性板４１が接する。この位置も事前にコンピュータに登
録しておき、このデータをもとに操作されるものであ
る。この時点ではバネ要素４０を保持している磁性板４
１の保持力は搭載ブロック１側の方が検出手段部５１に
設けられた磁石５３の保持力より強い状態にある。つま
り、磁性板４１に保持されているバネ要素４０は搭載ブ
ロック１側に保持されていることになる。５）ステージ
２０を面内動作させレーザ光とバネ要素の位置合わせを
する。 ６）搭載ブロック１側の保持力を弱めまたは取り除くこ
とで磁性板４１に保持されているバネ要素４０を検出手
段部５１に設けられた磁石５３に受け渡しする。 ７）ステージ２０の垂直方向を動作させる。 ８）ステージ２０を所定の位置に移動させる。
【００２０】以上で収納されたバネ要素を検出手段部に
取り付けることができる。逆の動作を行うことで同様に
バネ要素４０を収納場所である搭載ブロック１に収納す
ることができることは明らかである。 先の実施例は磁
力を調整して行うものであるが、プローブ顕微鏡におい
ては形状測定だけでなくハードデイ スク等の磁気状態を
測定するものもある。この場合、探針には磁気コートし
たものが用いられるのが一般で、探針に形成された磁性
が変化すると測定に支障が生じることになる。そこで、
第二の実施例として磁気力と真空吸着力を組み合わせた
タイプを作製した。図８は搭載ブロックの一部分を示し
た図であり、バネ要素取り付け盤７１には磁石７２及び
吸気穴７３か構成されている。磁石７２は検出手段部５
１側に構成された磁石より磁力が弱いものである。この
様な磁石７２を構成することによりバネ要素４０を搭載
ブロックに搭載した状態で持ち運びでき、搭載ブロック
を分離できるタイプでも、バネ要素４０を落とすことな
く装置内のステージベース２に取り付けることもでき
る。この考えは第一実施例に示したタイプにおいても、
同様に用いることは有効である。バネ要素４０を保持す
る磁性板８１はバネ要素４０の固定時に傾きをできるだ
け減らす様に図９に示す様な形状にした。このタイプに
おいては磁性板８１に保持されているバネ要素４０の保
持力は吸気穴７３による真空吸着力と磁石７２の磁力が
組合わさることで検出手段部５１側の磁力に勝る様に成
っている。そして、真空吸着力を調整することで保持力
関係を制御し、バネ要素４０の受け渡しをする。この様
な構成にすることで、バネ要素４０に強い磁界をあてる
ことなく、第一実施例と同様に搭載ブロック１と検出手
段部５１間でバネ要素４０の受け渡しができる。
取り付けることができる。逆の動作を行うことで同様に
バネ要素４０を収納場所である搭載ブロック１に収納す
ることができることは明らかである。 先の実施例は磁
力を調整して行うものであるが、プローブ顕微鏡におい
ては形状測定だけでなくハードデイ スク等の磁気状態を
測定するものもある。この場合、探針には磁気コートし
たものが用いられるのが一般で、探針に形成された磁性
が変化すると測定に支障が生じることになる。そこで、
第二の実施例として磁気力と真空吸着力を組み合わせた
タイプを作製した。図８は搭載ブロックの一部分を示し
た図であり、バネ要素取り付け盤７１には磁石７２及び
吸気穴７３か構成されている。磁石７２は検出手段部５
１側に構成された磁石より磁力が弱いものである。この
様な磁石７２を構成することによりバネ要素４０を搭載
ブロックに搭載した状態で持ち運びでき、搭載ブロック
を分離できるタイプでも、バネ要素４０を落とすことな
く装置内のステージベース２に取り付けることもでき
る。この考えは第一実施例に示したタイプにおいても、
同様に用いることは有効である。バネ要素４０を保持す
る磁性板８１はバネ要素４０の固定時に傾きをできるだ
け減らす様に図９に示す様な形状にした。このタイプに
おいては磁性板８１に保持されているバネ要素４０の保
持力は吸気穴７３による真空吸着力と磁石７２の磁力が
組合わさることで検出手段部５１側の磁力に勝る様に成
っている。そして、真空吸着力を調整することで保持力
関係を制御し、バネ要素４０の受け渡しをする。この様
な構成にすることで、バネ要素４０に強い磁界をあてる
ことなく、第一実施例と同様に搭載ブロック１と検出手
段部５１間でバネ要素４０の受け渡しができる。
【００２１】
【発明の効果】以上示した構成にすることで、バネ要素
を装置内に複数個設け、バネ要素の先端に構成された探
針の変形に対し交換がシステム的に外部制御で容易にお
こなえる。しかも、本来精密に試料を移動させるために
構成した移動手段を用いているため、交換が容易に行え
るという効果がある。
を装置内に複数個設け、バネ要素の先端に構成された探
針の変形に対し交換がシステム的に外部制御で容易にお
こなえる。しかも、本来精密に試料を移動させるために
構成した移動手段を用いているため、交換が容易に行え
るという効果がある。
【図１】本発明のバネ要素を複数搭載するブロックの略
図を示す図である。
図を示す図である。
【図２】本発明の搭載ブロック１の断面略図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、一般的なバネ要素の形状を
示す図である。
示す図である。
【図４】（ａ）は本発明のバネ要素を保持する磁性板、
（ｂ）はバネ要素を磁性板で保持した状態を示す図であ
る。
（ｂ）はバネ要素を磁性板で保持した状態を示す図であ
る。
【図５】本発明の検出手段部を示しす略図である。
【図６】本発明の検出手段部を示した略図である。
【図７】（ａ）は本発明のバネ要素固定ホルダの形状
を、（ｂ）はその断面形状を示す図である。
を、（ｂ）はその断面形状を示す図である。
【図８】本発明の第二実施例の搭載ブロックの一部を示
す図である。
す図である。
【図９】（ａ）は本発明の第二実施例のバネ要素を保持
する磁性板を、（ｂ）はバネ要素を磁性板で保持した状
態を示す図である。
する磁性板を、（ｂ）はバネ要素を磁性板で保持した状
態を示す図である。
１ 搭載ブロック ２ ステージベース ３、７１ バネ要素取付盤 ４ 搭載ブロックベース ５ 裏ブタ ６ 緩衝材 ７ ガイドピン ８ 電磁石 ２０ ステージ ３１、３２ 保持部分 ３３、３４ バネ部分 ３５、３６ 探針 ４０ バネ要素 ４１、８１ 磁性板 ５０ 圧電素子 ５１ 検出手段部 ５２ 圧電素子板 ５３、６１、７２ 磁石 ５４ 磁性板 ６０ バネ要素固定ホルダ
Claims (10)
- 【請求項１】 試料と試料から受ける原子間力及び磁気
力等の物理量を検出する機構を３次元的に相対運動させ
る、粗い位置決め的な粗動機構及び微細な位置決め的な
微動機構と、前記試料と前記原子間力及び磁気力等の物
理量を検出する機構間を一定の距離に保つ制御手段と、
設置環境からくる装置への振動伝達を低減させる除振機
構と、装置全体を制御する制御部及びコンピュータを有
し、前記物理量を検出する機構を前記微動機構側に配置
した構成からなる、試料表面の形状及び状態を観察する
プロ−ブ顕微鏡において、前記物理量を検出する機構が
バネ要素からなり、前記バネ要素を保持する保持部材を
有し、前記バネ要素を直接または部材を介して複数個配
置可能とするブロックを装置内に設け、前記試料を３次
元的に移動させる移動手段（ステ−ジ）を用いて、前記
バネ要素を前記ブロックと前記検出手段部間で交換可能
にした構成で、前記ブロックと前記検出手段部間の前記
バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整することで
前記バネ要素を前記ブロックと前記検出手段部間で受け
渡しする構成にしたことを特徴とするプロ−ブ顕微鏡。 - 【請求項２】 前記ブロックと前記検出手段部間の前記
バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制御対
象として磁気力を用いたことを特徴とする請求項１に記
載のプロ−ブ顕微鏡。 - 【請求項３】 前記ブロックと前記検出手段部間の前記
バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制御対
象として真空吸着力を用いたことを特徴とする請求項１
に記載のプロ−ブ顕微鏡。 - 【請求項４】 前記ブロックと前記検出手段部間の前記
バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制御対
象として磁気力と真空吸着力を組み合わせた構成にした
ことを特徴とする請求項１に記載のプロ−ブ顕微鏡。 - 【請求項５】前記ブロックと前記検出手段部間の前記バ
ネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制御対象
として磁気力を用いた構成で永久磁石の位置を変えるこ
とにより磁気力を制御していることを特徴とする請求項
２又は４に記載のプロ−ブ顕微鏡。 - 【請求項６】 前記ブロックと前記検出手段部間の前記
バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制御対
象として磁気力を用いた構成で永久磁石と保持部材を介
した前記バネ要素間に磁力遮へい材（磁性金属板）を抜
き差しすることにより磁気力を制御していることを特徴
とする請求項２又は４に記載のプロ−ブ顕微鏡。 - 【請求項７】 前記ブロックと前記検出手段部間の前記
バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制御対
象として磁気力を用いた構成で電磁石により磁気力を制
御していることを特徴とする請求項２又は４に記載のプ
ロ−ブ顕微鏡。 - 【請求項８】前記ブロックと前記検出手段部間の前記バ
ネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制御対象
として真空吸着力を用いた構成で真空バルブを用いて真
空吸着力を制御していることを特徴とする請求項３又は
４に記載のプロ−ブ顕微鏡。 - 【請求項９】 前記ブロックと前記検出手段部間の前記
バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制御対
象として磁気力と真空吸着力を組み合わせた構成で真空
電磁弁を用いて真空吸着力分を付加したり、減らしたり
することで保持力関係を調整にしたことを特徴とする請
求項４に記載のプロ−ブ顕微鏡。 - 【請求項１０】 前記ブロックと前記検出手段部間の前
記バネ要素を保持する保持力の強度関係を調整する制御
対象として磁気力と真空吸着力を組み合わせた構成で磁
気力として電磁石を用い電磁石を付加したり、減らした
りすることで保持力関係を調整にしたことを特徴とする
請求項４に記載のプロ−ブ顕微鏡
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1442498A JPH11211734A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1442498A JPH11211734A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11211734A true JPH11211734A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=11860648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1442498A Pending JPH11211734A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11211734A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002168755A (ja) * | 2000-12-04 | 2002-06-14 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 走査型プローブ顕微鏡 |
| JP2002168753A (ja) * | 2000-11-29 | 2002-06-14 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 走査型プローブ顕微鏡 |
| CN109932530A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-06-25 | 天津大学 | 一种原子力显微镜扫描探针夹持器 |
-
1998
- 1998-01-27 JP JP1442498A patent/JPH11211734A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002168753A (ja) * | 2000-11-29 | 2002-06-14 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 走査型プローブ顕微鏡 |
| JP2002168755A (ja) * | 2000-12-04 | 2002-06-14 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 走査型プローブ顕微鏡 |
| CN109932530A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-06-25 | 天津大学 | 一种原子力显微镜扫描探针夹持器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040302 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Effective date: 20040526 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 |