JPH1123588A - 走査プローブ顕微鏡 - Google Patents
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ばね定数の大きいカンチレバーや固有振動数の
高いニードルタイプのＳＰＭを用いて、試料の凹凸画像
および試料の表面電位像の各分解能を向上する。 【解決手段】光検出器７からの出力信号の変化がＦ／Ｖ
変換器２２によってカンチレバー１の力の勾配を示す電
圧に変換されて誤差増幅器１１に供給され、この電圧信
号固有振動数とのずれを一定に保つようにフィルタ１２
を介して圧電走査素子４のＺ方向の変位にフィードバッ
クされる。そして、フィルタ１２の出力が試料３の凹凸
像の信号となる。また、第１のロックインアンプ１４が
Ｆ／Ｖ変換器２２の出力から所定周波数ω成分を検出
し、誤差増幅器１７はこのω成分がゼロとなるＤＣ電圧
Ｖｄｃを出力し、このＤＣ電圧Ｖｄｃが加算器１８を介
してカンチレバー１にフィードバックされ、試料３の表
面電位とチップ２の電位とが同電位に保たれるととも
に、ＤＣ電圧Ｖｄｃが試料３の表面電位となる。
高いニードルタイプのＳＰＭを用いて、試料の凹凸画像
および試料の表面電位像の各分解能を向上する。 【解決手段】光検出器７からの出力信号の変化がＦ／Ｖ
変換器２２によってカンチレバー１の力の勾配を示す電
圧に変換されて誤差増幅器１１に供給され、この電圧信
号固有振動数とのずれを一定に保つようにフィルタ１２
を介して圧電走査素子４のＺ方向の変位にフィードバッ
クされる。そして、フィルタ１２の出力が試料３の凹凸
像の信号となる。また、第１のロックインアンプ１４が
Ｆ／Ｖ変換器２２の出力から所定周波数ω成分を検出
し、誤差増幅器１７はこのω成分がゼロとなるＤＣ電圧
Ｖｄｃを出力し、このＤＣ電圧Ｖｄｃが加算器１８を介
してカンチレバー１にフィードバックされ、試料３の表
面電位とチップ２の電位とが同電位に保たれるととも
に、ＤＣ電圧Ｖｄｃが試料３の表面電位となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子間力顕微鏡
（ＡＦＭ）等の試料からの力を受けて試料表面の凹凸像
を観察するとともに、試料の表面電位像を観察する走査
プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の技術分野に属するものであ
る。
（ＡＦＭ）等の試料からの力を受けて試料表面の凹凸像
を観察するとともに、試料の表面電位像を観察する走査
プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の技術分野に属するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】チップ（探針）と試料との間に生じる物
理的な力を測定して試料表面の凹凸像を観察するととも
に、試料表面の電位を観察するＳＰＭが、従来から開発
されている。図４はこのようなＳＰＭの中の、ＫＦＭ
（Kelvin probe Force micro-scopy）法によるＡＦＭの
一例を模式的に示す図である。図中、１は金等の金属を
コーティングした導電性でかつ弾性を有するカンチレバ
ー、２はカンチレバー１の先端に取り付けられたチッ
プ、３は試料、４はＸ軸（図４の左右方向）、Ｙ軸（図
４の紙面に直交する方向）、およびＺ軸方向（図４の上
下方向）の試料３の各位置を制御する圧電走査素子、５
はカンチレバー１の後端支持部に取り付けられた加振用
の圧電素子、６は光源（例 レーザ光源等）、７はオプ
チカルディテクター（以下、光検出器ともいう）、８は
プリアンプ、９は発振用の圧電素子５に加振出力信号
を、振幅を調整して供給するオシレータ（発振電源）、
１０はオシレータ９の加振出力信号が供給され、この加
振出力信号と同期した振幅変化分の信号をセレクトする
凹凸像（Topo像）観察用のロックインアンプまたはＲＭ
ＳーＤＣ、１１は誤差増幅器、１２はフィルタ、１３は
Ｚ圧電素子駆動電源、１４は表面電位観察用の第１のロ
ックインアンプ、１５は表面電位観察用の第２のロック
インアンプ、１６は第１および第２のロックインアンプ
１４,１５に所定周波数ωの交流電圧の参照信号を供給
するとともに、振幅を所定の大きさに調整して出力する
オシレータ、１７は０調整すなわち第１のロックインア
ンプ１４からの入力が０となる直流電圧Ｖｄｃを出力す
るとともに、この直流電圧Ｖｄｃをカンチレバー１にフ
ィードバックさせるためのフィルタ等を有する誤差増幅
器、１８はオシレータ１６の加振出力信号と誤差増幅器
１７の出力直流電圧Ｖｄｃとを加算した電位をカンチレ
バー１に印加する加算器１８である。
理的な力を測定して試料表面の凹凸像を観察するととも
に、試料表面の電位を観察するＳＰＭが、従来から開発
されている。図４はこのようなＳＰＭの中の、ＫＦＭ
（Kelvin probe Force micro-scopy）法によるＡＦＭの
一例を模式的に示す図である。図中、１は金等の金属を
コーティングした導電性でかつ弾性を有するカンチレバ
ー、２はカンチレバー１の先端に取り付けられたチッ
プ、３は試料、４はＸ軸（図４の左右方向）、Ｙ軸（図
４の紙面に直交する方向）、およびＺ軸方向（図４の上
下方向）の試料３の各位置を制御する圧電走査素子、５
はカンチレバー１の後端支持部に取り付けられた加振用
の圧電素子、６は光源（例 レーザ光源等）、７はオプ
チカルディテクター（以下、光検出器ともいう）、８は
プリアンプ、９は発振用の圧電素子５に加振出力信号
を、振幅を調整して供給するオシレータ（発振電源）、
１０はオシレータ９の加振出力信号が供給され、この加
振出力信号と同期した振幅変化分の信号をセレクトする
凹凸像（Topo像）観察用のロックインアンプまたはＲＭ
ＳーＤＣ、１１は誤差増幅器、１２はフィルタ、１３は
Ｚ圧電素子駆動電源、１４は表面電位観察用の第１のロ
ックインアンプ、１５は表面電位観察用の第２のロック
インアンプ、１６は第１および第２のロックインアンプ
１４,１５に所定周波数ωの交流電圧の参照信号を供給
するとともに、振幅を所定の大きさに調整して出力する
オシレータ、１７は０調整すなわち第１のロックインア
ンプ１４からの入力が０となる直流電圧Ｖｄｃを出力す
るとともに、この直流電圧Ｖｄｃをカンチレバー１にフ
ィードバックさせるためのフィルタ等を有する誤差増幅
器、１８はオシレータ１６の加振出力信号と誤差増幅器
１７の出力直流電圧Ｖｄｃとを加算した電位をカンチレ
バー１に印加する加算器１８である。
【０００３】このＡＦＭはチップ２と試料３とが互いに
対向して非接触（Non Contact）で配置されるＮＣーＡ
ＦＭであり、光源６からレーザ光等の光がカンチレバー
１の背面にフォーカスするように照射されるとともにこ
の背面に当たって反射し、その反射光が光検出器７に入
射するようになっており、光源６、カンチレバー１およ
び光検出器７により光てこ方式のカンチレバー１の変位
の検出系が構成されている。この光てこ方式の変位検出
系はチップ２−試料３間の原子間力によりカンチレバー
１が撓むことによる反射角の変化をカンチレバー１から
離れた位置に置かれた光検出器７上での照射位置の変化
とし、この照射位置の変化からカンチレバー１の撓み量
を検出する方法である。
対向して非接触（Non Contact）で配置されるＮＣーＡ
ＦＭであり、光源６からレーザ光等の光がカンチレバー
１の背面にフォーカスするように照射されるとともにこ
の背面に当たって反射し、その反射光が光検出器７に入
射するようになっており、光源６、カンチレバー１およ
び光検出器７により光てこ方式のカンチレバー１の変位
の検出系が構成されている。この光てこ方式の変位検出
系はチップ２−試料３間の原子間力によりカンチレバー
１が撓むことによる反射角の変化をカンチレバー１から
離れた位置に置かれた光検出器７上での照射位置の変化
とし、この照射位置の変化からカンチレバー１の撓み量
を検出する方法である。
【０００４】このような構成をしたＡＦＭにおいては、
オシレータ９から発振出力信号が圧電素子５に供給され
ることにより、カンチレバー１がそのほぼ固有振動数程
度の周波数で加振される。この状態で、チップ２を試料
３に数ｎｍ程度に接近させると、チップ２と試料３との
間に発生する物理的な力によりカンチレバー１が撓む。
これにより光検出器７の出力が変化し、変化した出力信
号がプリアンプ８によって適当な振幅に増幅されて凹凸
像観察用のロックインアンプ１０に供給される。このロ
ックインアンプ１０は、供給された光検出器７の出力信
号とオシレータ９からの出力信号とに含まれる周波数成
分とを比較して、共通の周波数成分の振幅に比例した信
号を出力し、この出力信号が誤差増幅器１１に送られ
る。誤差増幅器１１はこの出力と参照電圧Ｖにより設定
された一定電圧、すなわち固有振動数とのずれを一定に
保つように出力し、この出力がフィルタ１２を介してＺ
圧電素子駆動電源１３に送られる。このＺ圧電素子駆動
電源１３は、圧電走査素子４に対して、フィルタ１２か
らの出力信号に基づいてチップ２−試料３間の距離を制
御するようにフィードバック制御を行う。
オシレータ９から発振出力信号が圧電素子５に供給され
ることにより、カンチレバー１がそのほぼ固有振動数程
度の周波数で加振される。この状態で、チップ２を試料
３に数ｎｍ程度に接近させると、チップ２と試料３との
間に発生する物理的な力によりカンチレバー１が撓む。
これにより光検出器７の出力が変化し、変化した出力信
号がプリアンプ８によって適当な振幅に増幅されて凹凸
像観察用のロックインアンプ１０に供給される。このロ
ックインアンプ１０は、供給された光検出器７の出力信
号とオシレータ９からの出力信号とに含まれる周波数成
分とを比較して、共通の周波数成分の振幅に比例した信
号を出力し、この出力信号が誤差増幅器１１に送られ
る。誤差増幅器１１はこの出力と参照電圧Ｖにより設定
された一定電圧、すなわち固有振動数とのずれを一定に
保つように出力し、この出力がフィルタ１２を介してＺ
圧電素子駆動電源１３に送られる。このＺ圧電素子駆動
電源１３は、圧電走査素子４に対して、フィルタ１２か
らの出力信号に基づいてチップ２−試料３間の距離を制
御するようにフィードバック制御を行う。
【０００５】ところで、フィルタ１２はこのようなフィ
ードバック回路を安定に動作させるためのものであり、
このフィルタ１２の出力が試料３表面の凹凸像の信号と
なり、この凹凸像の信号が、図示しない画像表示装置に
送られる。そして、このようなチップ２と試料３との間
の距離一定制御を行いながらチップ２または試料３を２
次元走査（Ｘ、Ｙ方向）することにより、試料３の表面
の凹凸画像が画像表示装置において得られる。
ードバック回路を安定に動作させるためのものであり、
このフィルタ１２の出力が試料３表面の凹凸像の信号と
なり、この凹凸像の信号が、図示しない画像表示装置に
送られる。そして、このようなチップ２と試料３との間
の距離一定制御を行いながらチップ２または試料３を２
次元走査（Ｘ、Ｙ方向）することにより、試料３の表面
の凹凸画像が画像表示装置において得られる。
【０００６】一方、プリアンプ８によって振幅が増幅さ
れた光検出器７の出力は、試料３の表面電位像観察用の
第１のロックインアンプ１４および第２のロックインア
ンプ１５に入力される。また、これらの第１および第２
のロックインアンプ１４,１５には、オシレータ１６か
ら所定周波数ωの交流電圧の参照信号が供給されてい
る。そして、第１のロックインアンプ１４では、この参
照信号の所定周波数ωと同じ周期（すなわちω成分）の
振幅に相当する信号が検出され、また第２のロックイン
アンプ１５では、この参照信号の周波数ωと２倍周期
（すなわち２ω成分）の振幅に相当する信号が検出され
る。
れた光検出器７の出力は、試料３の表面電位像観察用の
第１のロックインアンプ１４および第２のロックインア
ンプ１５に入力される。また、これらの第１および第２
のロックインアンプ１４,１５には、オシレータ１６か
ら所定周波数ωの交流電圧の参照信号が供給されてい
る。そして、第１のロックインアンプ１４では、この参
照信号の所定周波数ωと同じ周期（すなわちω成分）の
振幅に相当する信号が検出され、また第２のロックイン
アンプ１５では、この参照信号の周波数ωと２倍周期
（すなわち２ω成分）の振幅に相当する信号が検出され
る。
【０００７】第１のロックインアンプ１４で検出された
ω成分は誤差増幅器１７に送られ、誤差増幅器１７は入
力されるこのω成分がゼロとなるような直流電圧（ＤＣ
電圧）Ｖｄｃを出力し（すなわち０調整を行う）、この
出力が加算器１８に送られる。また、加算器１８には、
オシレータ１６から参照信号と同じ周波数ωの交流電圧
がオシレータ１６内の振幅調整器によって振幅が所定の
大きさに調整されて供給されている。加算器１８は、オ
シレータ１６からの周波数ωの交流電圧と誤差増幅器１
７からの直流電圧Ｖｄｃを加算してカンチレバー１に印
加することにより、電圧がフィードバックされる。
ω成分は誤差増幅器１７に送られ、誤差増幅器１７は入
力されるこのω成分がゼロとなるような直流電圧（ＤＣ
電圧）Ｖｄｃを出力し（すなわち０調整を行う）、この
出力が加算器１８に送られる。また、加算器１８には、
オシレータ１６から参照信号と同じ周波数ωの交流電圧
がオシレータ１６内の振幅調整器によって振幅が所定の
大きさに調整されて供給されている。加算器１８は、オ
シレータ１６からの周波数ωの交流電圧と誤差増幅器１
７からの直流電圧Ｖｄｃを加算してカンチレバー１に印
加することにより、電圧がフィードバックされる。
【０００８】カンチレバー１への交流電圧の印加によ
り、アース電位である試料３とカンチレバー１先端のチ
ップ２との間に静電気力が働き、カンチレバー１の固有
振動数のシフトが印加される交流電圧の周期で生じる。
このシフトの周期がω成分であり、試料３の表面電位と
チップ２の先端の電位が同じとき、２ω成分だけにな
る。また、カンチレバー１への直流電圧Ｖｄｃのフィー
ドバックにより、試料３の表面電位とチップ２の先端の
電位とが同電位に保たれる。ところで、誤差増幅器１７
から出力される直流電圧Ｖｄｃが試料３の表面電位とな
り、この直流電圧Ｖｄｃを図示しない画像表示装置に供
給することにより、画像表示装置において試料３の表面
電位像が得られる。
り、アース電位である試料３とカンチレバー１先端のチ
ップ２との間に静電気力が働き、カンチレバー１の固有
振動数のシフトが印加される交流電圧の周期で生じる。
このシフトの周期がω成分であり、試料３の表面電位と
チップ２の先端の電位が同じとき、２ω成分だけにな
る。また、カンチレバー１への直流電圧Ｖｄｃのフィー
ドバックにより、試料３の表面電位とチップ２の先端の
電位とが同電位に保たれる。ところで、誤差増幅器１７
から出力される直流電圧Ｖｄｃが試料３の表面電位とな
り、この直流電圧Ｖｄｃを図示しない画像表示装置に供
給することにより、画像表示装置において試料３の表面
電位像が得られる。
【０００９】一方、第２のロックインアンプ１５で検出
された２ω成分の信号には、チップ２−試料３間の容量
に関係した情報が含まれており、表面電位の観察に応じ
てこの信号も画像表示装置に表面電位と同時表示させ
る。
された２ω成分の信号には、チップ２−試料３間の容量
に関係した情報が含まれており、表面電位の観察に応じ
てこの信号も画像表示装置に表面電位と同時表示させ
る。
【００１０】このように、この例のＡＦＭでは、試料３
の表面電位像を観察する手法として、静電気力を直接力
Ｆ、すなわちカンチレバー１の撓みとして検出し、静電
気力が最小となるチップ印加電圧を求めることにより、
チップ表面に対する相対的な試料３の表面電位を得ると
いう、いわゆるＫＦＭ法が用いられている。
の表面電位像を観察する手法として、静電気力を直接力
Ｆ、すなわちカンチレバー１の撓みとして検出し、静電
気力が最小となるチップ印加電圧を求めることにより、
チップ表面に対する相対的な試料３の表面電位を得ると
いう、いわゆるＫＦＭ法が用いられている。
【００１１】図５は、従来のＳＰＭの中の、ＳＭＭ法に
よるＡＦＭの一例を模式的に示す図である。なお、図４
に示すＡＦＭと同じ構成要素には同じ符号を付すことに
より、その詳細な説明は省略する。
よるＡＦＭの一例を模式的に示す図である。なお、図４
に示すＡＦＭと同じ構成要素には同じ符号を付すことに
より、その詳細な説明は省略する。
【００１２】前述の図４に示す例では、ロックインアン
プ１０によって出力される出力信号を用いてチップ２−
試料３間の距離が一定となるように制御しているが、こ
の例では前述の図４のＡＦＭにおける第２のロックイン
アンプ１５の出力である２倍周期の信号（２ω成分）の
振幅をチップ２−試料３間の距離の制御信号として用
い、この振幅の値が一定となるようにチップ２−試料３
間の距離を制御している。
プ１０によって出力される出力信号を用いてチップ２−
試料３間の距離が一定となるように制御しているが、こ
の例では前述の図４のＡＦＭにおける第２のロックイン
アンプ１５の出力である２倍周期の信号（２ω成分）の
振幅をチップ２−試料３間の距離の制御信号として用
い、この振幅の値が一定となるようにチップ２−試料３
間の距離を制御している。
【００１３】すなわち、図５に示すようにこの例のＡＦ
Ｍでは、第２のロックインアンプ１５の出力が誤差増幅
器１１に入力されるようになっている。この例のＡＦＭ
の他の構成は、図４に示す例のＡＦＭと同じである。
Ｍでは、第２のロックインアンプ１５の出力が誤差増幅
器１１に入力されるようになっている。この例のＡＦＭ
の他の構成は、図４に示す例のＡＦＭと同じである。
【００１４】このように構成されたＡＦＭにおいては、
誤差増幅器１１が第２のロックインアンプ１５の出力２
ωと参照電圧Ｖにより設定された一定電圧すなわち固有
振動数とのずれを一定に保つように出力し、この出力が
フィルタ１２を介してＺ圧電素子駆動電源１３に送られ
る。そして、Ｚ圧電素子駆動電源１３は、圧電走査素子
４に対して、フィルタ１２からの出力信号に基づいてチ
ップ２と試料３との間の距離を制御するようにフィード
バック制御を行う。この例のＡＦＭの他の作用効果は、
図４に示す例のＡＦＭと同じである。
誤差増幅器１１が第２のロックインアンプ１５の出力２
ωと参照電圧Ｖにより設定された一定電圧すなわち固有
振動数とのずれを一定に保つように出力し、この出力が
フィルタ１２を介してＺ圧電素子駆動電源１３に送られ
る。そして、Ｚ圧電素子駆動電源１３は、圧電走査素子
４に対して、フィルタ１２からの出力信号に基づいてチ
ップ２と試料３との間の距離を制御するようにフィード
バック制御を行う。この例のＡＦＭの他の作用効果は、
図４に示す例のＡＦＭと同じである。
【００１５】このようにこの例のＡＦＭでは、試料３の
表面電位像を観察する手法として、カンチレバー１の撓
みを検出し、チップ２への印加交流電圧と同周期のカン
チレバー１の振動成分がゼロとなるチップ印加ＤＣ電圧
を求めることにより、チップ表面に対する相対的な試料
３の表面電位を得るという、いわゆるＳＭＭ法が用いら
れている。
表面電位像を観察する手法として、カンチレバー１の撓
みを検出し、チップ２への印加交流電圧と同周期のカン
チレバー１の振動成分がゼロとなるチップ印加ＤＣ電圧
を求めることにより、チップ表面に対する相対的な試料
３の表面電位を得るという、いわゆるＳＭＭ法が用いら
れている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前述の図４
および図５に示す、直接力Ｆを検出するような従来のＡ
ＦＭでは、カンチレバー１の撓みの検出を確実に行うよ
うにするためには、ばね定数が小さいカンチレバー１を
使用しなければならない。しかしながら、カンチレバー
１のばね定数を小さくすると、カンチレバー１が撓み易
くなり、カンチレバー１の先端のチップ２が試料３に接
触してしまうおそれがある。特に、図５に示すＡＦＭで
は、２倍周期の信号（２ω成分）を用いているため、チ
ップ２−試料３間の距離が小さくなり過ぎて、チップ２
が試料３に接触したとき、カンチレバー１の振動が止ま
り、２ω成分がゼロとなってしまう。このように２ω成
分がゼロになることは、チップ２−試料３間の距離が大
きい場合と同じになり、したがってチップ２−試料３間
の距離をもっと小さくする方向にフィードバックが働い
てしまうため、チップ２と試料３とが完全にぶつかって
しまう。
および図５に示す、直接力Ｆを検出するような従来のＡ
ＦＭでは、カンチレバー１の撓みの検出を確実に行うよ
うにするためには、ばね定数が小さいカンチレバー１を
使用しなければならない。しかしながら、カンチレバー
１のばね定数を小さくすると、カンチレバー１が撓み易
くなり、カンチレバー１の先端のチップ２が試料３に接
触してしまうおそれがある。特に、図５に示すＡＦＭで
は、２倍周期の信号（２ω成分）を用いているため、チ
ップ２−試料３間の距離が小さくなり過ぎて、チップ２
が試料３に接触したとき、カンチレバー１の振動が止ま
り、２ω成分がゼロとなってしまう。このように２ω成
分がゼロになることは、チップ２−試料３間の距離が大
きい場合と同じになり、したがってチップ２−試料３間
の距離をもっと小さくする方向にフィードバックが働い
てしまうため、チップ２と試料３とが完全にぶつかって
しまう。
【００１７】このため、チップ２−試料３間の距離をあ
まり小さくすることはできなく、その結果試料３の表面
電位と同時に観察される凹凸像の分解能をよくすること
ができないという問題がある。
まり小さくすることはできなく、その結果試料３の表面
電位と同時に観察される凹凸像の分解能をよくすること
ができないという問題がある。
【００１８】一方、ＮＣーＡＦＭによる、表面電位像と
同時に観察される試料３表面の凹凸像の観察方法におい
ては、近年ばね定数の比較的大きいカンチレバー１を超
高真空下で使用することにより、試料３の原子像観察が
可能となっている。このような原子像観察が可能な状態
で、従来のように直接力Ｆを検出するようにした場合に
は、表面電位の分解能が非常に悪くなってしまうという
問題がある。
同時に観察される試料３表面の凹凸像の観察方法におい
ては、近年ばね定数の比較的大きいカンチレバー１を超
高真空下で使用することにより、試料３の原子像観察が
可能となっている。このような原子像観察が可能な状態
で、従来のように直接力Ｆを検出するようにした場合に
は、表面電位の分解能が非常に悪くなってしまうという
問題がある。
【００１９】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的はばね定数の大きいカンチレバ
ーや固有振動数の高いニードルタイプのＳＰＭを用いて
試料表面の凹凸画像の分解能を高くしながら、しかも試
料表面の電位像の分解能を向上させることのできる走査
プローブ顕微鏡を提供することである。
ものであって、その目的はばね定数の大きいカンチレバ
ーや固有振動数の高いニードルタイプのＳＰＭを用いて
試料表面の凹凸画像の分解能を高くしながら、しかも試
料表面の電位像の分解能を向上させることのできる走査
プローブ顕微鏡を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、請求項１の発明は、試料に対向して配置された探
針と、前記探針を支持しかつこの探針を加振する第１の
加振手段と、この第１の加振手段の固有振動数に等しい
共振周波数で前記第１の加振手段を共振する加振駆動手
段と、前記探針の振動周波数の変化をこの変化に対応し
た電圧に変換する周波数−電圧変換器と、この周波数−
電圧変換器の出力と前記固有振動数とのずれを一定に保
つように出力する誤差増幅器と、この誤差増幅器の出力
に基づいて前記探針と前記試料との間の距離を制御する
探針−試料間距離制御手段と、所定周波数の交流電圧の
参照信号を出力する第２の加振手段と、前記周波数−電
圧変換器の出力からこの第２の加振手段の出力する参照
信号と同じ所定周波数成分を検出し出力する第１の周波
数検出手段と、この第１の周波数検出手段の出力がゼロ
となる直流電圧を出力する第２の誤差増幅器と、前記第
２の加振手段が出力する参照信号の交流電圧と前記第２
の誤差増幅器が出力する直流電圧とを加算した電圧を探
針−試料間に印加する加算手段とを備え、前記誤差増幅
器の出力信号に基づいて、前記試料表面の凹凸像を得る
とともに、前記第２の誤差増幅器の出力信号に基づい
て、前記試料の表面電位像を得ることを特徴としてい
る。
めに、請求項１の発明は、試料に対向して配置された探
針と、前記探針を支持しかつこの探針を加振する第１の
加振手段と、この第１の加振手段の固有振動数に等しい
共振周波数で前記第１の加振手段を共振する加振駆動手
段と、前記探針の振動周波数の変化をこの変化に対応し
た電圧に変換する周波数−電圧変換器と、この周波数−
電圧変換器の出力と前記固有振動数とのずれを一定に保
つように出力する誤差増幅器と、この誤差増幅器の出力
に基づいて前記探針と前記試料との間の距離を制御する
探針−試料間距離制御手段と、所定周波数の交流電圧の
参照信号を出力する第２の加振手段と、前記周波数−電
圧変換器の出力からこの第２の加振手段の出力する参照
信号と同じ所定周波数成分を検出し出力する第１の周波
数検出手段と、この第１の周波数検出手段の出力がゼロ
となる直流電圧を出力する第２の誤差増幅器と、前記第
２の加振手段が出力する参照信号の交流電圧と前記第２
の誤差増幅器が出力する直流電圧とを加算した電圧を探
針−試料間に印加する加算手段とを備え、前記誤差増幅
器の出力信号に基づいて、前記試料表面の凹凸像を得る
とともに、前記第２の誤差増幅器の出力信号に基づい
て、前記試料の表面電位像を得ることを特徴としてい
る。
【００２１】また請求項２の発明は、試料に対向して配
置された探針と、前記探針を支持しかつこの探針を加振
する第１の加振手段と、この第１の加振手段の固有振動
数に等しい共振周波数で前記第１の加振手段を共振する
加振駆動手段と、前記探針の振動周波数の変化をこの変
化に対応した電圧に変換する周波数−電圧変換器と、所
定周波数の交流電圧の参照信号を出力する第２の加振手
段と、前記周波数−電圧変換器の出力からこの第２の加
振手段の出力する参照信号の所定周波数と同じ周期の周
波数成分を検出し出力する第１の周波数検出手段と、前
記周波数−電圧変換器の出力から前記第２の加振手段の
出力する参照信号の所定周波数の２倍の周期の周波数成
分を検出し出力する第２の周波数検出手段と、入力信号
と前記固有振動数とのずれを一定に保つように出力する
第１の誤差増幅器と、前記第１の誤差増幅器を、前記周
波数−電圧変換器にまたは前記第２の周波数検出手段に
選択的に切替接続する切替手段と、前記第１の周波数検
出手段の出力がゼロとなる直流電圧を出力する第２の誤
差増幅器と、前記第２の加振手段が出力する参照信号の
交流電圧と前記第２の誤差増幅器が出力する直流電圧と
を加算した電圧を探針−試料間に印加する加算手段と、
この第１の誤差増幅器の出力に基づいて前記探針と前記
試料との間の距離を制御する探針−試料間距離制御手段
とを備え、前記第１の誤差増幅器の出力信号に基づい
て、前記試料表面の凹凸像を得るとともに、前記第２の
誤差増幅器の出力信号に基づいて、前記試料の表面電位
像を得ることを特徴としている。
置された探針と、前記探針を支持しかつこの探針を加振
する第１の加振手段と、この第１の加振手段の固有振動
数に等しい共振周波数で前記第１の加振手段を共振する
加振駆動手段と、前記探針の振動周波数の変化をこの変
化に対応した電圧に変換する周波数−電圧変換器と、所
定周波数の交流電圧の参照信号を出力する第２の加振手
段と、前記周波数−電圧変換器の出力からこの第２の加
振手段の出力する参照信号の所定周波数と同じ周期の周
波数成分を検出し出力する第１の周波数検出手段と、前
記周波数−電圧変換器の出力から前記第２の加振手段の
出力する参照信号の所定周波数の２倍の周期の周波数成
分を検出し出力する第２の周波数検出手段と、入力信号
と前記固有振動数とのずれを一定に保つように出力する
第１の誤差増幅器と、前記第１の誤差増幅器を、前記周
波数−電圧変換器にまたは前記第２の周波数検出手段に
選択的に切替接続する切替手段と、前記第１の周波数検
出手段の出力がゼロとなる直流電圧を出力する第２の誤
差増幅器と、前記第２の加振手段が出力する参照信号の
交流電圧と前記第２の誤差増幅器が出力する直流電圧と
を加算した電圧を探針−試料間に印加する加算手段と、
この第１の誤差増幅器の出力に基づいて前記探針と前記
試料との間の距離を制御する探針−試料間距離制御手段
とを備え、前記第１の誤差増幅器の出力信号に基づい
て、前記試料表面の凹凸像を得るとともに、前記第２の
誤差増幅器の出力信号に基づいて、前記試料の表面電位
像を得ることを特徴としている。
【００２２】更に請求項３の発明は、前記第１の加振手
段が、先端に前記探針を支持するカンチレバーと、前記
カンチレバーの後端に支持しかつこのカンチレバーを加
振する加振用圧電素子と、前記カンチレバーの撓みを検
出して出力する検出器とを備え、この加振用圧電素子に
よってカンチレバーがこのカンチレバーの固有振動数で
加振されるとともに、前記周波数−電圧変換器が前記検
出器の出力周波数を電圧に変換することを特徴としてい
る。
段が、先端に前記探針を支持するカンチレバーと、前記
カンチレバーの後端に支持しかつこのカンチレバーを加
振する加振用圧電素子と、前記カンチレバーの撓みを検
出して出力する検出器とを備え、この加振用圧電素子に
よってカンチレバーがこのカンチレバーの固有振動数で
加振されるとともに、前記周波数−電圧変換器が前記検
出器の出力周波数を電圧に変換することを特徴としてい
る。
【００２３】更に請求項４の発明は、前記第１および第
２の周波数検出手段を、前記カンチレバーのばね定数が
大きいときは前記周波数−電圧変換器にまたは前記カン
チレバーのばね定数が小さいときは前記検出器に選択的
に切替接続する第２の切替手段を備え、前記第２の切替
手段により前記カンチレバーのばね定数が大きいときは
前記前記周波数−電圧変換器の出力を前記第１および第
２の周波数検出手段に入力するとともに、また前記カン
チレバーのばね定数が小さいときは前記検出器の出力を
前記第１および第２の周波数検出手段に入力することを
特徴としている。
２の周波数検出手段を、前記カンチレバーのばね定数が
大きいときは前記周波数−電圧変換器にまたは前記カン
チレバーのばね定数が小さいときは前記検出器に選択的
に切替接続する第２の切替手段を備え、前記第２の切替
手段により前記カンチレバーのばね定数が大きいときは
前記前記周波数−電圧変換器の出力を前記第１および第
２の周波数検出手段に入力するとともに、また前記カン
チレバーのばね定数が小さいときは前記検出器の出力を
前記第１および第２の周波数検出手段に入力することを
特徴としている。
【００２４】更に請求項５の発明は、前記第１の加振手
段が、先端に前記探針を支持しかつこの探針を加振する
水晶発振器を備え、前記水晶発振器がこの水晶発振器の
固有振動数で加振されるとともに、前記周波数−電圧変
換器が前記水晶発振器の加振周波数を電圧に変換するこ
とを特徴としている。
段が、先端に前記探針を支持しかつこの探針を加振する
水晶発振器を備え、前記水晶発振器がこの水晶発振器の
固有振動数で加振されるとともに、前記周波数−電圧変
換器が前記水晶発振器の加振周波数を電圧に変換するこ
とを特徴としている。
【００２５】
【作用】このような構成をした請求項１の発明の走査プ
ローブ顕微鏡においては、周波数−電圧変換器の出力で
ある力の勾配を用いて試料の表面電位が検出されるよう
になる。したがって、表面電位の検出において、ばね定
数の大きいカンチレバーや固有振動数の高いニードルタ
イプのＳＰＭを使用しても、表面電位像の分解能が良好
になるとともに、ばね定数の大きいカンチレバーや固有
振動数の高いニードルタイプのＳＰＭを使用することに
より、表面電位像と同時観察される試料の凹凸像の分解
能が原子レベルまで向上するようになる。
ローブ顕微鏡においては、周波数−電圧変換器の出力で
ある力の勾配を用いて試料の表面電位が検出されるよう
になる。したがって、表面電位の検出において、ばね定
数の大きいカンチレバーや固有振動数の高いニードルタ
イプのＳＰＭを使用しても、表面電位像の分解能が良好
になるとともに、ばね定数の大きいカンチレバーや固有
振動数の高いニードルタイプのＳＰＭを使用することに
より、表面電位像と同時観察される試料の凹凸像の分解
能が原子レベルまで向上するようになる。
【００２６】また、請求項２の発明の走査プローブ顕微
鏡においては、ＳＭＭ法による観察を行う際に、始めに
切替手段により第１の誤差増幅器を周波数−電圧変換器
に接続することにより、ＫＦＭ法に基づいてチップ−試
料間の距離が設定される。次いで、切替手段により第１
の誤差増幅器を第２の周波数検出手段に接続してＳＭＭ
法による観察のためのチップ−試料間の距離設定が、Ｋ
ＦＭ法により設定されたチップ−試料間の距離に基づい
て行われる。これにより、ＳＭＭ法による観察における
チップ−試料間の距離を、チップを試料にぶつけてクラ
ッシュさせることなく最適値に容易に設定することが可
能となる。しかも、切替手段により、ＫＦＭ法による観
察およびＳＭＭ法による観察のいずれも簡単に行うこと
が可能となる。
鏡においては、ＳＭＭ法による観察を行う際に、始めに
切替手段により第１の誤差増幅器を周波数−電圧変換器
に接続することにより、ＫＦＭ法に基づいてチップ−試
料間の距離が設定される。次いで、切替手段により第１
の誤差増幅器を第２の周波数検出手段に接続してＳＭＭ
法による観察のためのチップ−試料間の距離設定が、Ｋ
ＦＭ法により設定されたチップ−試料間の距離に基づい
て行われる。これにより、ＳＭＭ法による観察における
チップ−試料間の距離を、チップを試料にぶつけてクラ
ッシュさせることなく最適値に容易に設定することが可
能となる。しかも、切替手段により、ＫＦＭ法による観
察およびＳＭＭ法による観察のいずれも簡単に行うこと
が可能となる。
【００２７】更に、請求項３の発明においては、カンチ
レバーの力の勾配を用いて試料表面の表面電位像および
凹凸像の観察が行われる。したがって、ばね定数の大き
いカンチレバーのＳＰＭを使用しても、試料の表面電位
像および試料の凹凸像の分解能がともに高レベルに向上
するようになる。特に、請求項４の発明においては、カ
ンチレバーのばね定数に基づいて、すなわちこのばね定
数が小さいときはカンチレバーの力を用いて表面電位の
観察および凹凸像の観察が可能になるとともに、ばね定
数が大きいときはカンチレバーの力の勾配を用いて表面
電位の観察および凹凸像の観察が可能になる。その場
合、第２の切替手段により、カンチレバーの力あるいは
力の勾配のいずれかの選択を簡単に行うことが可能とな
る。
レバーの力の勾配を用いて試料表面の表面電位像および
凹凸像の観察が行われる。したがって、ばね定数の大き
いカンチレバーのＳＰＭを使用しても、試料の表面電位
像および試料の凹凸像の分解能がともに高レベルに向上
するようになる。特に、請求項４の発明においては、カ
ンチレバーのばね定数に基づいて、すなわちこのばね定
数が小さいときはカンチレバーの力を用いて表面電位の
観察および凹凸像の観察が可能になるとともに、ばね定
数が大きいときはカンチレバーの力の勾配を用いて表面
電位の観察および凹凸像の観察が可能になる。その場
合、第２の切替手段により、カンチレバーの力あるいは
力の勾配のいずれかの選択を簡単に行うことが可能とな
る。
【００２８】更に、請求項５の発明においては、水晶発
振器を用いて試料表面の凹凸像および表面電位像が観察
される。この場合、水晶発振器を用いることによりカン
チレバーより高い固有振動数が簡単に得られるため、力
の勾配を検出する上でネックとなっている周波数−電圧
変換器の応答周波数帯域を改善することが可能となる。
振器を用いて試料表面の凹凸像および表面電位像が観察
される。この場合、水晶発振器を用いることによりカン
チレバーより高い固有振動数が簡単に得られるため、力
の勾配を検出する上でネックとなっている周波数−電圧
変換器の応答周波数帯域を改善することが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図１は本発明にかかる走査プローブ
顕微鏡の実施の形態の一例を、ＡＦＭに適用した場合に
ついて模式的に示す図である。なお、図４に示す従来の
ＡＦＭと同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、
その詳細な説明は省略する。
の形態を説明する。図１は本発明にかかる走査プローブ
顕微鏡の実施の形態の一例を、ＡＦＭに適用した場合に
ついて模式的に示す図である。なお、図４に示す従来の
ＡＦＭと同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、
その詳細な説明は省略する。
【００３０】前述の図４に示すＡＦＭにおいては、オシ
レータ９およびロックインアンプまたはＲＭＳーＤＣ１
０が設けられているが、本例のＡＦＭは、図１に示すよ
うにこれらのオシレータ９およびロックインアンプまた
はＲＭＳーＤＣ１０が削除されており、代わりにプリア
ンプ８の出力が位相調整器１９に入力されるとともに、
この位相調整器１９の出力が波形変換器２０に入力され
るようになっている。また、波形変換器２０の出力が振
幅調整器を有するアッテネータ２１および周波数−電圧
変換器（Ｆ／Ｖ変換器）２２に供給されるようになって
いる。
レータ９およびロックインアンプまたはＲＭＳーＤＣ１
０が設けられているが、本例のＡＦＭは、図１に示すよ
うにこれらのオシレータ９およびロックインアンプまた
はＲＭＳーＤＣ１０が削除されており、代わりにプリア
ンプ８の出力が位相調整器１９に入力されるとともに、
この位相調整器１９の出力が波形変換器２０に入力され
るようになっている。また、波形変換器２０の出力が振
幅調整器を有するアッテネータ２１および周波数−電圧
変換器（Ｆ／Ｖ変換器）２２に供給されるようになって
いる。
【００３１】アッテネータ２１の出力は、振幅が調整さ
れて加振用圧電素子５に供給されるようになっており、
またＦ／Ｖ変換器２２の出力が、誤差増幅器１１、第１
および第２のロックインアンプ１４,１５に供給される
ようになっている。本例のＡＦＭの他の構成は、図４に
示す従来のＡＦＭと同じである。
れて加振用圧電素子５に供給されるようになっており、
またＦ／Ｖ変換器２２の出力が、誤差増幅器１１、第１
および第２のロックインアンプ１４,１５に供給される
ようになっている。本例のＡＦＭの他の構成は、図４に
示す従来のＡＦＭと同じである。
【００３２】このように構成された本例のＡＦＭにおい
ては、図４のＡＦＭと同様に光源６からの光がカンチレ
バー１に当たって反射した反射光が光検出器７によって
検出され、この光検出器７の出力がプリアンプ８によっ
て適当な大きさの振幅に増幅される。プリアンプ８で振
幅が増幅された光検出器７の出力は、位相調整器１９に
よって発振系（加振用圧電素子５ー光検出器７ープリア
ンプ８ー位相調整器１９ー波形変換器２０ーアッテネー
タ２１からなる系）が加振用圧電素子５への最大の正帰
還となるようにその位相が調整された後、例えばコンパ
レータ等の波形変換器２０により電源電圧のようなある
一定の振幅の方形波に変換されて、参照波が形成され
る。その場合、この参照波が予期しないカンチレバー１
の振幅の変化に対しても変化しない程度にプリアンプ８
のゲインを調整しておく。
ては、図４のＡＦＭと同様に光源６からの光がカンチレ
バー１に当たって反射した反射光が光検出器７によって
検出され、この光検出器７の出力がプリアンプ８によっ
て適当な大きさの振幅に増幅される。プリアンプ８で振
幅が増幅された光検出器７の出力は、位相調整器１９に
よって発振系（加振用圧電素子５ー光検出器７ープリア
ンプ８ー位相調整器１９ー波形変換器２０ーアッテネー
タ２１からなる系）が加振用圧電素子５への最大の正帰
還となるようにその位相が調整された後、例えばコンパ
レータ等の波形変換器２０により電源電圧のようなある
一定の振幅の方形波に変換されて、参照波が形成され
る。その場合、この参照波が予期しないカンチレバー１
の振幅の変化に対しても変化しない程度にプリアンプ８
のゲインを調整しておく。
【００３３】更に、アッテネータ２１は、この参照波の
抵抗分割等によって、カンチレバー１の振動振幅が適当
な大きさになるように、加振用圧電素子５に印加する電
圧振幅を設定する。以上の発振系により、カンチレバー
１は、その加振振幅が一定に保持された状態でかつカン
チレバー１の固有振動数で発振する。
抵抗分割等によって、カンチレバー１の振動振幅が適当
な大きさになるように、加振用圧電素子５に印加する電
圧振幅を設定する。以上の発振系により、カンチレバー
１は、その加振振幅が一定に保持された状態でかつカン
チレバー１の固有振動数で発振する。
【００３４】一方、波形変換器２０からの参照波は、そ
の周波数の変化がＦ／Ｖ変換器２２によってその変化に
対応した電圧に変換される。このＦ／Ｖ変換器２２の出
力は誤差増幅器１１に供給され、前述の図４のＡＦＭと
同様にこの誤差増幅器１１において参照電圧Ｖにより設
定された一定電圧すなわち固有振動数とのずれを一定に
保つようにフィルタ１２およびＺ圧電素子駆動電源１３
を介して圧電走査素子４のＺ方向の変位にフィードバッ
クされる。そして、フィルタ１２はこのフィードバック
回路を安定させ、その出力が試料３の凹凸像の信号とな
る。
の周波数の変化がＦ／Ｖ変換器２２によってその変化に
対応した電圧に変換される。このＦ／Ｖ変換器２２の出
力は誤差増幅器１１に供給され、前述の図４のＡＦＭと
同様にこの誤差増幅器１１において参照電圧Ｖにより設
定された一定電圧すなわち固有振動数とのずれを一定に
保つようにフィルタ１２およびＺ圧電素子駆動電源１３
を介して圧電走査素子４のＺ方向の変位にフィードバッ
クされる。そして、フィルタ１２はこのフィードバック
回路を安定させ、その出力が試料３の凹凸像の信号とな
る。
【００３５】この凹凸像を観察する部分はＦＭ検出法を
用いたＮＣ−ＡＦＭであり、プリアンプ８の出力がカン
チレバー１の力Ｆとなっているとともに、Ｆ／Ｖ変換器
２２の出力がカンチレバー１の力の勾配（周波数シフ
ト）Ｆ′となっている。このＦ／Ｖ変換器２２の出力信
号が第１および第２のロックインアンプ１４,１５に入
力される。以後、前述の図４に示すＡＦＭと同様に、誤
差増幅器１７は第１のロックインアンプ１４で検出され
たω成分がゼロとなるＤＣ電圧Ｖｄｃを出力し、このＤ
Ｃ電圧Ｖｄｃが加算器１８を介してカンチレバー１にフ
ィードバックされ、試料３の表面電位とチップ２の先端
の電位とが同電位に保たれるとともに、ＤＣ電圧Ｖｄｃ
が試料３の表面電位となる。また、第２のロックインア
ンプ１５で検出された２ω成分の信号により、チップ２
−試料３間の容量に関係した情報の画像が画像表示装置
に表面電位と同時表示される。
用いたＮＣ−ＡＦＭであり、プリアンプ８の出力がカン
チレバー１の力Ｆとなっているとともに、Ｆ／Ｖ変換器
２２の出力がカンチレバー１の力の勾配（周波数シフ
ト）Ｆ′となっている。このＦ／Ｖ変換器２２の出力信
号が第１および第２のロックインアンプ１４,１５に入
力される。以後、前述の図４に示すＡＦＭと同様に、誤
差増幅器１７は第１のロックインアンプ１４で検出され
たω成分がゼロとなるＤＣ電圧Ｖｄｃを出力し、このＤ
Ｃ電圧Ｖｄｃが加算器１８を介してカンチレバー１にフ
ィードバックされ、試料３の表面電位とチップ２の先端
の電位とが同電位に保たれるとともに、ＤＣ電圧Ｖｄｃ
が試料３の表面電位となる。また、第２のロックインア
ンプ１５で検出された２ω成分の信号により、チップ２
−試料３間の容量に関係した情報の画像が画像表示装置
に表面電位と同時表示される。
【００３６】このようにして、本例のＡＦＭによれば、
第１および第２のロックインアンプ１４,１５にカンチ
レバー１に作用する力の勾配Ｆ′を用いているので、従
来のようなカンチレバー１に作用する力Ｆを用いる場合
に比べて、ばね定数の大きいカンチレバー１を用いての
表面電位の観察が可能となり、表面電位の分解能が向上
する。また、ばね定数の大きいカンチレバー１を用いる
ことから、チップ２−試料３間の距離をより小さくする
ことができるようになる。したがって、試料３の表面の
凹凸像の分解能も向上する。
第１および第２のロックインアンプ１４,１５にカンチ
レバー１に作用する力の勾配Ｆ′を用いているので、従
来のようなカンチレバー１に作用する力Ｆを用いる場合
に比べて、ばね定数の大きいカンチレバー１を用いての
表面電位の観察が可能となり、表面電位の分解能が向上
する。また、ばね定数の大きいカンチレバー１を用いる
ことから、チップ２−試料３間の距離をより小さくする
ことができるようになる。したがって、試料３の表面の
凹凸像の分解能も向上する。
【００３７】図２は、本発明の実施の形態の他の例を示
す、図１と同様の図である。なお、図１および図４に示
す従来のＡＦＭと同じ構成要素には同じ符号を付すこと
により、その詳細な説明は省略する。
す、図１と同様の図である。なお、図１および図４に示
す従来のＡＦＭと同じ構成要素には同じ符号を付すこと
により、その詳細な説明は省略する。
【００３８】図１に示す例のＡＦＭでは、カンチレバー
１を用いているが、この例のＡＦＭは、図２に示すよう
にカンチレバー１に代えて、チップ２が取り付けられた
クォーツ（水晶発振器）２３を用いたニードルタイプの
ＡＦＭである。この例のＡＦＭは、図１に示す例のＡＦ
Ｍにおける、加振用圧電素子５、光源６、光検出器７、
プリアンプ８、位相調整器１９、波形変換器２０、およ
びアッテネータ２１を備えていない。
１を用いているが、この例のＡＦＭは、図２に示すよう
にカンチレバー１に代えて、チップ２が取り付けられた
クォーツ（水晶発振器）２３を用いたニードルタイプの
ＡＦＭである。この例のＡＦＭは、図１に示す例のＡＦ
Ｍにおける、加振用圧電素子５、光源６、光検出器７、
プリアンプ８、位相調整器１９、波形変換器２０、およ
びアッテネータ２１を備えていない。
【００３９】そして、このクォーツ２３がオシレータ駆
動電源２４に接続されているとともに、このオシレータ
駆動電源２４はＦ／Ｖ変換器２２にも接続されている。
この例のＡＦＭの他の構成は、図１に示す例のＡＦＭと
同じである。
動電源２４に接続されているとともに、このオシレータ
駆動電源２４はＦ／Ｖ変換器２２にも接続されている。
この例のＡＦＭの他の構成は、図１に示す例のＡＦＭと
同じである。
【００４０】このように構成されたこの例のＡＦＭにお
いては、オシレータ駆動電源２４により、クォーツ２３
をその固有振動数（共振周波数）で共振させる。これに
より、チップ２はクォーツ２３の固有振動数で振動する
が、チップ２−試料３間の力の勾配Ｆ′によってこのチ
ップ２の共振周波数がシフトする。オシレータ駆動電源
２４からこの周波数のシフトが生じた発振波形がＦ／Ｖ
変換器２２に入力される。以後、図１の例のＡＦＭと同
様に、Ｆ／Ｖ変換器２２で周波数のシフトが電圧に変換
されて、試料３の凹凸像、試料３の表面電位像、および
チップ２−試料３間の容量に関係した情報の像が得られ
る。
いては、オシレータ駆動電源２４により、クォーツ２３
をその固有振動数（共振周波数）で共振させる。これに
より、チップ２はクォーツ２３の固有振動数で振動する
が、チップ２−試料３間の力の勾配Ｆ′によってこのチ
ップ２の共振周波数がシフトする。オシレータ駆動電源
２４からこの周波数のシフトが生じた発振波形がＦ／Ｖ
変換器２２に入力される。以後、図１の例のＡＦＭと同
様に、Ｆ／Ｖ変換器２２で周波数のシフトが電圧に変換
されて、試料３の凹凸像、試料３の表面電位像、および
チップ２−試料３間の容量に関係した情報の像が得られ
る。
【００４１】この例のＡＦＭでは、水晶発振器２３を用
いているので、カンチレバー１よりも高い固有振動数が
簡単に得られ、力の勾配Ｆ′を検出する上でネックとな
るＦ／Ｖ変換器２２の応答周波数帯域が改善されるよう
になる。この例のＡＦＭの他の作用効果は、図１の例と
同じである。なお、前述の各例では、ＮＣ−ＡＦＭによ
りＦＭ検出法を用いているが、スロープ（Slope）検出
法にも本発明を適用することができる。
いているので、カンチレバー１よりも高い固有振動数が
簡単に得られ、力の勾配Ｆ′を検出する上でネックとな
るＦ／Ｖ変換器２２の応答周波数帯域が改善されるよう
になる。この例のＡＦＭの他の作用効果は、図１の例と
同じである。なお、前述の各例では、ＮＣ−ＡＦＭによ
りＦＭ検出法を用いているが、スロープ（Slope）検出
法にも本発明を適用することができる。
【００４２】図３は、本発明の実施の形態の更に他の例
を示す、図１と同様の図である。なお、図１および図４
に示す従来のＡＦＭと同じ構成要素には同じ符号を付す
ことにより、その詳細な説明は省略する。
を示す、図１と同様の図である。なお、図１および図４
に示す従来のＡＦＭと同じ構成要素には同じ符号を付す
ことにより、その詳細な説明は省略する。
【００４３】図１の例のＡＦＭでは、表面電位像の観察
手法としてＫＦＭ法のみを用いるようにしているが、こ
の例のＡＦＭでは、表面電位像の観察手法としてＫＦＭ
法とＳＭＭ法との両方を用いることができるようにして
いる。すなわち、図３に示すようにこの例のＡＦＭは、
ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ２５と、カンチレバー１の
ばね定数切替スイッチ２６とを備えている。
手法としてＫＦＭ法のみを用いるようにしているが、こ
の例のＡＦＭでは、表面電位像の観察手法としてＫＦＭ
法とＳＭＭ法との両方を用いることができるようにして
いる。すなわち、図３に示すようにこの例のＡＦＭは、
ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ２５と、カンチレバー１の
ばね定数切替スイッチ２６とを備えている。
【００４４】ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ２５は、試料
３の表面電位の観察をＫＦＭ法で行う場合には破線で示
す位置に設定され、また表面電位の観察をＳＭＭ法で行
う場合には実線で示す位置に設定されるようになってい
る。
３の表面電位の観察をＫＦＭ法で行う場合には破線で示
す位置に設定され、また表面電位の観察をＳＭＭ法で行
う場合には実線で示す位置に設定されるようになってい
る。
【００４５】ばね定数切替スイッチ２６は、カンチレバ
ー１のばね定数ｋが大きく、カンチレバー１の力の勾配
Ｆ′で試料３の表面電位の観察を行う場合は実線で示す
位置に設定され、またカンチレバー１のばね定数ｋが小
さく、カンチレバー１の力Ｆで試料３の表面電位の観察
を行う場合は破線で示す位置に設定されるようになって
いる。この例のＡＦＭの他の構成は、図１に示すＡＦＭ
と同じである このように構成されたこの例のＡＦＭにおいては、ま
ず、ばね定数ｋの大きなカンチレバー１を用いてＫＦＭ
法で試料３の凹凸像および表面電位像の観察を行う場合
は、ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ２５を破線で示す位置
に設定するとともに、ばね定数切替スイッチ２６を実線
で示す位置に設定する。これにより、Ｆ／Ｖ変換器２２
の出力がＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ２５を介して誤差
増幅器１１に入力されるとともに、ばね定数切替スイッ
チ２６を介して第１および第２ロックインアンプ１４,
１５に入力される。この状態は、図１に示す例のＡＦＭ
とまったく同じ状態になっており、この状態でのＡＦＭ
の作動についての説明は前述と同じであるので省略す
る。
ー１のばね定数ｋが大きく、カンチレバー１の力の勾配
Ｆ′で試料３の表面電位の観察を行う場合は実線で示す
位置に設定され、またカンチレバー１のばね定数ｋが小
さく、カンチレバー１の力Ｆで試料３の表面電位の観察
を行う場合は破線で示す位置に設定されるようになって
いる。この例のＡＦＭの他の構成は、図１に示すＡＦＭ
と同じである このように構成されたこの例のＡＦＭにおいては、ま
ず、ばね定数ｋの大きなカンチレバー１を用いてＫＦＭ
法で試料３の凹凸像および表面電位像の観察を行う場合
は、ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ２５を破線で示す位置
に設定するとともに、ばね定数切替スイッチ２６を実線
で示す位置に設定する。これにより、Ｆ／Ｖ変換器２２
の出力がＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ２５を介して誤差
増幅器１１に入力されるとともに、ばね定数切替スイッ
チ２６を介して第１および第２ロックインアンプ１４,
１５に入力される。この状態は、図１に示す例のＡＦＭ
とまったく同じ状態になっており、この状態でのＡＦＭ
の作動についての説明は前述と同じであるので省略す
る。
【００４６】ばね定数ｋの小さなカンチレバー１を用い
てＫＦＭ法で試料３の凹凸像および表面電位の観察を行
う場合は、ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ２５およびばね
定数切替スイッチ２６をともに破線で示す位置に設定す
る。これにより、Ｆ／Ｖ変換器２２の出力がＫＦＭ／Ｓ
ＭＭ切替スイッチ２５を介して誤差増幅器１１に入力さ
れるとともに、プリアンプ８の出力がばね定数切替スイ
ッチ２６を介して第１および第２ロックインアンプ１
４,１５に入力される。この状態では、発振系、試料３
の凹凸像の観察、およびＺ圧電素子駆動電源１３によ
る、チップ２−試料３間の距離を一定に保つ圧電走査素
子４に対するフィードバック制御が、それぞれ図１に示
す例のＡＦＭと同じになる。また、この状態での表面電
位の観察、チップ２−試料３間の容量に関係する情報の
観察、およびチップ２への電圧フィードバック制御が、
図４に示す従来のＡＦＭと同じになる。
てＫＦＭ法で試料３の凹凸像および表面電位の観察を行
う場合は、ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ２５およびばね
定数切替スイッチ２６をともに破線で示す位置に設定す
る。これにより、Ｆ／Ｖ変換器２２の出力がＫＦＭ／Ｓ
ＭＭ切替スイッチ２５を介して誤差増幅器１１に入力さ
れるとともに、プリアンプ８の出力がばね定数切替スイ
ッチ２６を介して第１および第２ロックインアンプ１
４,１５に入力される。この状態では、発振系、試料３
の凹凸像の観察、およびＺ圧電素子駆動電源１３によ
る、チップ２−試料３間の距離を一定に保つ圧電走査素
子４に対するフィードバック制御が、それぞれ図１に示
す例のＡＦＭと同じになる。また、この状態での表面電
位の観察、チップ２−試料３間の容量に関係する情報の
観察、およびチップ２への電圧フィードバック制御が、
図４に示す従来のＡＦＭと同じになる。
【００４７】ばね定数ｋの大きなカンチレバー１を用い
てＳＭＭ法で試料３の凹凸像の観察および表面電位の観
察を行う場合は、まず、チップ２を試料３にアプローチ
するために、ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ２５を破線で
示すＫＦＭ側に設定するとともに、ばね定数切替スイッ
チ２６を実線で示す位置に設定する。このようにＫＦＭ
／ＳＭＭ切替スイッチ２５をＫＦＭ側に設定した後、通
常のＮＣ−ＡＦＭと同様にチップ２を試料３に接近させ
る。チップ２のアプローチが完了した後、前述と同様の
ＮＣ−ＡＦＭでのＫＦＭ法による周波数のシフト量を観
察し、そのときのＦ／Ｖ変換器２２の出力を記憶してお
く。次に、Ｚ圧電素子駆動電源１３を用いて、試料３を
チップ２から一旦遠ざけた後、ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイ
ッチ２５を実線で示すＳＭＭ側に設定する。次いで、誤
差増幅器１１の参照電圧Ｖの値、すなわちチップ２−試
料３間の距離を、先ほど記憶したＦ／Ｖ変換器２２の出
力を目安に設定し直す。そして、ＫＦＭ／ＳＭＭ切替ス
イッチ２５を実線位置（ＳＭＭ側）に設定した状態で
は、Ｆ／Ｖ変換器２２の出力がばね定数切替スイッチ２
６を介して第１および第２ロックインアンプ１４,１５
に入力されるとともに、第２のロックインアンプ１５の
出力（２ω成分）が誤差増幅器１１に入力されるように
なる。
てＳＭＭ法で試料３の凹凸像の観察および表面電位の観
察を行う場合は、まず、チップ２を試料３にアプローチ
するために、ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ２５を破線で
示すＫＦＭ側に設定するとともに、ばね定数切替スイッ
チ２６を実線で示す位置に設定する。このようにＫＦＭ
／ＳＭＭ切替スイッチ２５をＫＦＭ側に設定した後、通
常のＮＣ−ＡＦＭと同様にチップ２を試料３に接近させ
る。チップ２のアプローチが完了した後、前述と同様の
ＮＣ−ＡＦＭでのＫＦＭ法による周波数のシフト量を観
察し、そのときのＦ／Ｖ変換器２２の出力を記憶してお
く。次に、Ｚ圧電素子駆動電源１３を用いて、試料３を
チップ２から一旦遠ざけた後、ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイ
ッチ２５を実線で示すＳＭＭ側に設定する。次いで、誤
差増幅器１１の参照電圧Ｖの値、すなわちチップ２−試
料３間の距離を、先ほど記憶したＦ／Ｖ変換器２２の出
力を目安に設定し直す。そして、ＫＦＭ／ＳＭＭ切替ス
イッチ２５を実線位置（ＳＭＭ側）に設定した状態で
は、Ｆ／Ｖ変換器２２の出力がばね定数切替スイッチ２
６を介して第１および第２ロックインアンプ１４,１５
に入力されるとともに、第２のロックインアンプ１５の
出力（２ω成分）が誤差増幅器１１に入力されるように
なる。
【００４８】この状態で、ＮＣ−ＡＦＭでのＳＭＭ法に
よる凹凸像および表面電位像の観察を行う。その場合、
誤差増幅器１１は、第２ロックインアンプからの出力
（２ω成分）と新しく設定し直された参照電圧Ｖに基づ
いて、前述と同様に固有振動数のずれを一定に保つよう
に出力し、フィルタ１２を介してＺ圧電素子駆動電源１
３に送り、Ｚ圧電素子駆動電源１３は圧電走査素子４に
対して、チップ２−試料３間の距離を一定に保つように
フィードバック制御を行う。そして、このときのフィル
タ１２の出力が試料３表面の凹凸像（Ｔｏｐｏ像）の信
号となる。また、表面電位像の観察は、Ｆ／Ｖ変換器２
２の出力が第１および第２ロックインアンプ１４,１５
に供給されることから、図１に示す例のＡＦＭでのＫＦ
Ｍ法による場合と同じに行われる。
よる凹凸像および表面電位像の観察を行う。その場合、
誤差増幅器１１は、第２ロックインアンプからの出力
（２ω成分）と新しく設定し直された参照電圧Ｖに基づ
いて、前述と同様に固有振動数のずれを一定に保つよう
に出力し、フィルタ１２を介してＺ圧電素子駆動電源１
３に送り、Ｚ圧電素子駆動電源１３は圧電走査素子４に
対して、チップ２−試料３間の距離を一定に保つように
フィードバック制御を行う。そして、このときのフィル
タ１２の出力が試料３表面の凹凸像（Ｔｏｐｏ像）の信
号となる。また、表面電位像の観察は、Ｆ／Ｖ変換器２
２の出力が第１および第２ロックインアンプ１４,１５
に供給されることから、図１に示す例のＡＦＭでのＫＦ
Ｍ法による場合と同じに行われる。
【００４９】更に、ばね定数ｋの小さなカンチレバー１
を用いてＳＭＭ法で試料３の凹凸像の観察および表面電
位像の観察を行う場合は、チップ２を試料３にアプロー
チするために、ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ２５を破線
で示すＫＦＭ側に設定するとともに、ばね定数切替スイ
ッチ２６を破線で示す位置に設定する。そして、前述の
ＳＭＭ法の場合と同様に、誤差増幅器１１の参照電圧Ｖ
を設定し直して、ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ２５を実
線のＳＭＭ側に設定する。
を用いてＳＭＭ法で試料３の凹凸像の観察および表面電
位像の観察を行う場合は、チップ２を試料３にアプロー
チするために、ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ２５を破線
で示すＫＦＭ側に設定するとともに、ばね定数切替スイ
ッチ２６を破線で示す位置に設定する。そして、前述の
ＳＭＭ法の場合と同様に、誤差増幅器１１の参照電圧Ｖ
を設定し直して、ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ２５を実
線のＳＭＭ側に設定する。
【００５０】この状態で、試料３の凹凸像観察と表面電
位観察とを行うが、凹凸像の観察は前述のＳＭＭ法によ
る観察と同じであり、また表面電位像の観察は、図５に
示す従来のＮＣ−ＡＦＭでのＳＭＭ法による表面電位像
の観察と同じである。
位観察とを行うが、凹凸像の観察は前述のＳＭＭ法によ
る観察と同じであり、また表面電位像の観察は、図５に
示す従来のＮＣ−ＡＦＭでのＳＭＭ法による表面電位像
の観察と同じである。
【００５１】なお、前述のカンチレバーによるＡＦＭの
各例では、光てこ方式を用いているが、これに限定され
るものではなく、光干渉、静電容量等の他の方式を用い
ることもできる。
各例では、光てこ方式を用いているが、これに限定され
るものではなく、光干渉、静電容量等の他の方式を用い
ることもできる。
【００５２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１の発明の走査プローブ顕微鏡によれば、力の勾配を用
いて試料の凹凸像および表面電位像を観察しているの
で、ばね定数の大きいカンチレバーや固有振動数の高い
ニードルタイプのＳＰＭを使用できる。これにより、表
面電位像の分解能を良好にできるとともに、試料の凹凸
像の分解能を原子レベルまで向上できる。
１の発明の走査プローブ顕微鏡によれば、力の勾配を用
いて試料の凹凸像および表面電位像を観察しているの
で、ばね定数の大きいカンチレバーや固有振動数の高い
ニードルタイプのＳＰＭを使用できる。これにより、表
面電位像の分解能を良好にできるとともに、試料の凹凸
像の分解能を原子レベルまで向上できる。
【００５３】また、請求項２の発明の走査プローブ顕微
鏡によれば、ＳＭＭ法による観察のためのチップ−試料
間の距離設定を、ＫＦＭ法により設定したチップ−試料
間の距離に基づいて行うようにしているので、ＳＭＭ法
による観察におけるチップ−試料間の距離を、チップを
試料にぶつけてクラッシュさせることなく最適値に容易
に設定することができる。しかも、切替手段により、Ｋ
ＦＭ法による観察およびＳＭＭ法による観察のいずれも
簡単に行うことが可能となる。
鏡によれば、ＳＭＭ法による観察のためのチップ−試料
間の距離設定を、ＫＦＭ法により設定したチップ−試料
間の距離に基づいて行うようにしているので、ＳＭＭ法
による観察におけるチップ−試料間の距離を、チップを
試料にぶつけてクラッシュさせることなく最適値に容易
に設定することができる。しかも、切替手段により、Ｋ
ＦＭ法による観察およびＳＭＭ法による観察のいずれも
簡単に行うことが可能となる。
【００５４】更に、請求項３の発明によれば、カンチレ
バーの力の勾配を用いて試料表面の表面電位像および凹
凸像の観察を行うようにしているので、ばね定数の大き
いカンチレバーを使用することができる。これにより、
試料の表面電位像および試料の凹凸像の分解能をともに
高レベルに向上できる。特に、請求項４の発明によれ
ば、カンチレバーのばね定数が小さいときはカンチレバ
ーの力を用いて表面電位の観察および凹凸像の観察を行
うことができるとともに、ばね定数が大きいときはカン
チレバーの力の勾配を用いて表面電位の観察および凹凸
像の観察を行うことができる。その場合、第２の切替手
段により、カンチレバーの力あるいは力の勾配のいずれ
かの選択を簡単に行うことが可能となる。
バーの力の勾配を用いて試料表面の表面電位像および凹
凸像の観察を行うようにしているので、ばね定数の大き
いカンチレバーを使用することができる。これにより、
試料の表面電位像および試料の凹凸像の分解能をともに
高レベルに向上できる。特に、請求項４の発明によれ
ば、カンチレバーのばね定数が小さいときはカンチレバ
ーの力を用いて表面電位の観察および凹凸像の観察を行
うことができるとともに、ばね定数が大きいときはカン
チレバーの力の勾配を用いて表面電位の観察および凹凸
像の観察を行うことができる。その場合、第２の切替手
段により、カンチレバーの力あるいは力の勾配のいずれ
かの選択を簡単に行うことが可能となる。
【００５５】更に、請求項５の発明によれば、水晶発振
器を用いて試料表面の凹凸像および表面電位像を観察す
るようにしているので、水晶発振器を用いることにより
カンチレバーより高い固有振動数が簡単に得られるた
め、力の勾配を検出する上でネックとなっている周波数
−電圧変換器の応答周波数帯域を改善することが可能と
なる。
器を用いて試料表面の凹凸像および表面電位像を観察す
るようにしているので、水晶発振器を用いることにより
カンチレバーより高い固有振動数が簡単に得られるた
め、力の勾配を検出する上でネックとなっている周波数
−電圧変換器の応答周波数帯域を改善することが可能と
なる。
【図１】 本発明にかかる走査プローブ顕微鏡の実施の
形態の一例を模式的に示す図である。
形態の一例を模式的に示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態の他の例を模式的に示す
図である。
図である。
【図３】 本発明の実施の形態の他の例を模式的に示す
図である。
図である。
【図４】 従来の走査プローブ顕微鏡の一例で、ＫＦＭ
法による例を模式的に示す図である。
法による例を模式的に示す図である。
【図５】 従来の走査プローブ顕微鏡の他の例で、ＳＭ
Ｍ法による例を模式的に示す図である。
Ｍ法による例を模式的に示す図である。
１…カンチレバー、２…チップ（探針）、３…試料、４
…圧電走査素子、５…加振用圧電素子、６…光源、７…
オプティカルディテクター（光検出器）、８…プリアン
プ、１１…誤差増幅器、１２…フィルタ、１３…Ｚ圧電
素子駆動電源、１４…第１のロックインアンプ、１５…
第２のロックインアンプ、１６…オシレータ／振幅調整
器、１７…誤差増幅器／フィルタ、１８…加算器、１９
…位相調整器、２０…波形変換器、２１…アッテネー
タ、２２…周波数−電圧変換器（Ｆ／Ｖ変換器）、２３
…クォーツ（水晶発振器）、２４…オシレータ駆動電
源、２５…ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ、２６…ばね定
数切替スイッチ
…圧電走査素子、５…加振用圧電素子、６…光源、７…
オプティカルディテクター（光検出器）、８…プリアン
プ、１１…誤差増幅器、１２…フィルタ、１３…Ｚ圧電
素子駆動電源、１４…第１のロックインアンプ、１５…
第２のロックインアンプ、１６…オシレータ／振幅調整
器、１７…誤差増幅器／フィルタ、１８…加算器、１９
…位相調整器、２０…波形変換器、２１…アッテネー
タ、２２…周波数−電圧変換器（Ｆ／Ｖ変換器）、２３
…クォーツ（水晶発振器）、２４…オシレータ駆動電
源、２５…ＫＦＭ／ＳＭＭ切替スイッチ、２６…ばね定
数切替スイッチ
Claims (5)
- 【請求項１】 試料に対向して配置された探針と、前記
探針を支持しかつこの探針を加振する第１の加振手段
と、この第１の加振手段の固有振動数に等しい共振周波
数で前記第１の加振手段を共振する加振駆動手段と、前
記探針の振動周波数の変化をこの変化に対応した電圧に
変換する周波数−電圧変換器と、この周波数−電圧変換
器の出力と前記固有振動数とのずれを一定に保つように
出力する誤差増幅器と、この誤差増幅器の出力に基づい
て前記探針と前記試料との間の距離を制御する探針−試
料間距離制御手段と、所定周波数の交流電圧の参照信号
を出力する第２の加振手段と、前記周波数−電圧変換器
の出力からこの第２の加振手段の出力する参照信号と同
じ所定周波数成分を検出し出力する第１の周波数検出手
段と、この第１の周波数検出手段の出力がゼロとなる直
流電圧を出力する第２の誤差増幅器と、前記第２の加振
手段が出力する参照信号の交流電圧と前記第２の誤差増
幅器が出力する直流電圧とを加算した電圧を探針−試料
間に印加する加算手段とを備え、 前記誤差増幅器の出力信号に基づいて、前記試料表面の
凹凸像を得るとともに、前記第２の誤差増幅器の出力信
号に基づいて、前記試料の表面電位像を得ることを特徴
とする走査プローブ顕微鏡。 - 【請求項２】 試料に対向して配置された探針と、前記
探針を支持しかつこの探針を加振する第１の加振手段
と、この第１の加振手段の固有振動数に等しい共振周波
数で前記第１の加振手段を共振する加振駆動手段と、前
記探針の振動周波数の変化をこの変化に対応した電圧に
変換する周波数−電圧変換器と、所定周波数の交流電圧
の参照信号を出力する第２の加振手段と、前記周波数−
電圧変換器の出力からこの第２の加振手段の出力する参
照信号の所定周波数と同じ周期の周波数成分を検出し出
力する第１の周波数検出手段と、前記周波数−電圧変換
器の出力から前記第２の加振手段の出力する参照信号の
所定周波数の２倍の周期の周波数成分を検出し出力する
第２の周波数検出手段と、入力信号と前記固有振動数と
のずれを一定に保つように出力する第１の誤差増幅器
と、前記第１の誤差増幅器を、前記周波数−電圧変換器
にまたは前記第２の周波数検出手段に選択的に切替接続
する切替手段と、前記第１の周波数検出手段の出力がゼ
ロとなる直流電圧を出力する第２の誤差増幅器と、前記
第２の加振手段が出力する参照信号の交流電圧と前記第
２の誤差増幅器が出力する直流電圧とを加算した電圧を
探針−試料間に印加する加算手段と、この第１の誤差増
幅器の出力に基づいて前記探針と前記試料との間の距離
を制御する探針−試料間距離制御手段とを備え、 前記第１の誤差増幅器の出力信号に基づいて、前記試料
表面の凹凸像を得るとともに、前記第２の誤差増幅器の
出力信号に基づいて、前記試料の表面電位像を得ること
を特徴とする走査プローブ顕微鏡。 - 【請求項３】 前記第１の加振手段は、先端に前記探針
を支持するカンチレバーと、前記カンチレバーの後端に
支持しかつこのカンチレバーを加振する加振用圧電素子
と、前記カンチレバーの撓みを検出して出力する検出器
とを備え、この加振用圧電素子によってカンチレバーが
このカンチレバーの固有振動数で加振されるとともに、
前記周波数−電圧変換器が前記検出器の出力周波数を電
圧に変換することを特徴とする請求項１または２記載の
走査プローブ顕微鏡。 - 【請求項４】 前記第１および第２の周波数検出手段
を、前記カンチレバーのばね定数が大きいときは前記周
波数−電圧変換器にまたは前記カンチレバーのばね定数
が小さいときは前記検出器に選択的に切替接続する第２
の切替手段を備え、前記第２の切替手段により前記カン
チレバーのばね定数が大きいときは前記前記周波数−電
圧変換器の出力を前記第１および第２の周波数検出手段
に入力するとともに、また前記カンチレバーのばね定数
が小さいときは前記検出器の出力を前記第１および第２
の周波数検出手段に入力することを特徴とする請求項３
記載の走査プローブ顕微鏡。 - 【請求項５】 前記第１の加振手段は、先端に前記探針
を支持しかつこの探針を加振する水晶発振器を備え、前
記水晶発振器がこの水晶発振器の固有振動数で加振され
るとともに、前記周波数−電圧変換器が前記水晶発振器
の加振周波数を電圧に変換することを特徴とする請求項
１または２記載の走査プローブ顕微鏡。
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