JPH11271342A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡Info
- Publication number
- JPH11271342A JPH11271342A JP7392398A JP7392398A JPH11271342A JP H11271342 A JPH11271342 A JP H11271342A JP 7392398 A JP7392398 A JP 7392398A JP 7392398 A JP7392398 A JP 7392398A JP H11271342 A JPH11271342 A JP H11271342A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cantilever
- scanning
- sample
- probe
- displacement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】共振周波数が高く且つ剛性の高いスキャナを備
えた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２０の探針２２を試料１６表
面に沿ってＸＹ方向に走査させることが可能なＸＹ走査
機構２４と、カンチレバーの探針を試料に対してＺ方向
に移動させることが可能なＺ移動機構２６と、ＸＹ走査
機構とＺ移動機構との間に設けられ且つカンチレバーの
変位を検出することが可能な変位検出機構２８とを備え
ている。
えた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２０の探針２２を試料１６表
面に沿ってＸＹ方向に走査させることが可能なＸＹ走査
機構２４と、カンチレバーの探針を試料に対してＺ方向
に移動させることが可能なＺ移動機構２６と、ＸＹ走査
機構とＺ移動機構との間に設けられ且つカンチレバーの
変位を検出することが可能な変位検出機構２８とを備え
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば原子オーダ
ーの分解能で試料の表面情報を測定することが可能な走
査型プローブ顕微鏡に関する。
ーの分解能で試料の表面情報を測定することが可能な走
査型プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：
Scanning Probe Microscope ）の一例として、ビニッヒ
(Binnig)やローラー(Rohrer)等によって、走査型トンネ
ル顕微鏡（ＳＴＭ：Scanning Tunneling Microscope ）
が発明されている。しかし、ＳＴＭでは、観察できる試
料が導電性の試料に限られている。そこで、サーボ技術
を始めとするＳＴＭの要素技術を利用し、絶縁性の試料
をナノメートルオーダーの分解能で観察できる装置とし
て原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic ForceMicroscope）
が提案されている（特開昭６２−１３０３０２号公報参
照）。
Scanning Probe Microscope ）の一例として、ビニッヒ
(Binnig)やローラー(Rohrer)等によって、走査型トンネ
ル顕微鏡（ＳＴＭ：Scanning Tunneling Microscope ）
が発明されている。しかし、ＳＴＭでは、観察できる試
料が導電性の試料に限られている。そこで、サーボ技術
を始めとするＳＴＭの要素技術を利用し、絶縁性の試料
をナノメートルオーダーの分解能で観察できる装置とし
て原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic ForceMicroscope）
が提案されている（特開昭６２−１３０３０２号公報参
照）。
【０００３】また、近年では、光学顕微鏡をＡＦＭに組
み込んで構成されたＳＰＭ装置が提案されており（特開
平８−２８５８６５号公報参照）、このＳＰＭ装置は、
例えば図４に示すように、カンチレバー２を試料４に対
して移動させることが可能な電極が４分割された４分割
スキャナ６と、探針１２先端と試料４との間に働く相互
作用（原子間力、摩擦力、吸着力、接触力など）に基づ
く、カンチレバー２の自由端の撓み変位を光学的に検出
可能な光てこ方式のカンチレバー変位センサ８と、スキ
ャナ６内に挿入され、カンチレバー２の走査領域（即
ち、試料４表面）を光学的に観察可能な光学顕微鏡用対
物レンズ１０と備えている。
み込んで構成されたＳＰＭ装置が提案されており（特開
平８−２８５８６５号公報参照）、このＳＰＭ装置は、
例えば図４に示すように、カンチレバー２を試料４に対
して移動させることが可能な電極が４分割された４分割
スキャナ６と、探針１２先端と試料４との間に働く相互
作用（原子間力、摩擦力、吸着力、接触力など）に基づ
く、カンチレバー２の自由端の撓み変位を光学的に検出
可能な光てこ方式のカンチレバー変位センサ８と、スキ
ャナ６内に挿入され、カンチレバー２の走査領域（即
ち、試料４表面）を光学的に観察可能な光学顕微鏡用対
物レンズ１０と備えている。
【０００４】そして、対物レンズ１０を介して走査領域
にカンチレバー２の探針１２を位置付けた後、変位セン
サ８からのＺ変位信号に基づいてスキャナ６をＺ方向に
フィードバック制御しながら、例えば探針１２先端と試
料４表面との距離を一定に維持しつつ、探針１２を試料
４に沿ってＸＹ走査させ、上記相互作用に基づく試料情
報を検出して表示することができるようになっている。
にカンチレバー２の探針１２を位置付けた後、変位セン
サ８からのＺ変位信号に基づいてスキャナ６をＺ方向に
フィードバック制御しながら、例えば探針１２先端と試
料４表面との距離を一定に維持しつつ、探針１２を試料
４に沿ってＸＹ走査させ、上記相互作用に基づく試料情
報を検出して表示することができるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−２８５８６５号公報のＳＰＭ装置には、以下のよう
な欠点がある。即ち、４分割スキャナ６の先端に変位セ
ンサ８及びカンチレバー２を共に搭載しているため、４
分割スキャナ６の共振周波数が高くない。このため、４
分割スキャナ６の走査速度を遅くせざるを得ず、この結
果、測定時間を短縮化することができないといった問題
がある。また、４分割スキャナ６の剛性が低いため、測
定データに対して振動等の外乱ノイズの影響を受け易い
といった問題もある。
８−２８５８６５号公報のＳＰＭ装置には、以下のよう
な欠点がある。即ち、４分割スキャナ６の先端に変位セ
ンサ８及びカンチレバー２を共に搭載しているため、４
分割スキャナ６の共振周波数が高くない。このため、４
分割スキャナ６の走査速度を遅くせざるを得ず、この結
果、測定時間を短縮化することができないといった問題
がある。また、４分割スキャナ６の剛性が低いため、測
定データに対して振動等の外乱ノイズの影響を受け易い
といった問題もある。
【０００６】本発明は、このような問題点を解決するた
めに成されており、その目的は、共振周波数が高く且つ
剛性の高いスキャナを備えた走査型プローブ顕微鏡を提
供することにある。
めに成されており、その目的は、共振周波数が高く且つ
剛性の高いスキャナを備えた走査型プローブ顕微鏡を提
供することにある。
【０００７】
【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
バーの探針を試料表面に沿って水平方向に走査させるこ
とが走査機構と、カンチレバーの探針を試料に対して垂
直方向に移動させることが可能な移動機構と、走査機構
と移動機構との間に設けられ且つカンチレバーの変位を
検出することが可能な変位検出機構とを備えている。
るために、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、カンチレ
バーの探針を試料表面に沿って水平方向に走査させるこ
とが走査機構と、カンチレバーの探針を試料に対して垂
直方向に移動させることが可能な移動機構と、走査機構
と移動機構との間に設けられ且つカンチレバーの変位を
検出することが可能な変位検出機構とを備えている。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
に係る走査型プローブ顕微鏡について、図１を参照して
説明する。なお、本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡
に適用可能な測定法としては、探針接触圧設定時のカン
チレバーの撓み状態を一定に維持しながら、カンチレバ
ーを励振させること無く探針を試料に沿って走査するこ
とによって、試料の表面情報を測定するスタティックモ
ード測定法と、所定の共振周波数でカンチレバーを励振
させた状態において、振動中心と試料表面との間の距離
を一定に維持しながら、探針を試料に沿って走査するこ
とによって、試料の表面情報を測定するダイナミックモ
ード測定法とが知られているが、以下の説明では、両測
定法を総称して単にＳＰＭ測定ということとする。
に係る走査型プローブ顕微鏡について、図１を参照して
説明する。なお、本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡
に適用可能な測定法としては、探針接触圧設定時のカン
チレバーの撓み状態を一定に維持しながら、カンチレバ
ーを励振させること無く探針を試料に沿って走査するこ
とによって、試料の表面情報を測定するスタティックモ
ード測定法と、所定の共振周波数でカンチレバーを励振
させた状態において、振動中心と試料表面との間の距離
を一定に維持しながら、探針を試料に沿って走査するこ
とによって、試料の表面情報を測定するダイナミックモ
ード測定法とが知られているが、以下の説明では、両測
定法を総称して単にＳＰＭ測定ということとする。
【０００９】図１に示すように、本実施の形態では、固
定された試料台１４上に載置した試料１６に対してカン
チレバー２０先端の探針２２を所定方向に移動（走査）
させることによって、探針２２先端と試料１６との間に
働く相互作用に基づいて、試料１６の表面情報をＳＰＭ
測定する探針走査型のプローブ顕微鏡１８を想定してい
る。
定された試料台１４上に載置した試料１６に対してカン
チレバー２０先端の探針２２を所定方向に移動（走査）
させることによって、探針２２先端と試料１６との間に
働く相互作用に基づいて、試料１６の表面情報をＳＰＭ
測定する探針走査型のプローブ顕微鏡１８を想定してい
る。
【００１０】探針走査型のプローブ顕微鏡１８は、カン
チレバー２０の探針２２を試料１６表面に沿ってＸＹ方
向（水平方向）に走査させることが可能なＸＹ走査機構
２４と、カンチレバー２０の探針２２を試料１６に対し
てＺ方向（垂直方向）に移動させることが可能なＺ移動
機構２６と、ＸＹ走査機構２４とＺ移動機構２６との間
に設けられ且つカンチレバー２０の変位を検出すること
が可能な変位検出機構２８とを備えている。
チレバー２０の探針２２を試料１６表面に沿ってＸＹ方
向（水平方向）に走査させることが可能なＸＹ走査機構
２４と、カンチレバー２０の探針２２を試料１６に対し
てＺ方向（垂直方向）に移動させることが可能なＺ移動
機構２６と、ＸＹ走査機構２４とＺ移動機構２６との間
に設けられ且つカンチレバー２０の変位を検出すること
が可能な変位検出機構２８とを備えている。
【００１１】なお、Ｚ移動機構２６における「移動」と
は、試料１６の表面形状に応じて変化するカンチレバー
２０の撓み状態を一定に保つためのフィードバック制御
におけるＺ移動機構２６を用いたカンチレバー２０の
「移動」を含むものとする。
は、試料１６の表面形状に応じて変化するカンチレバー
２０の撓み状態を一定に保つためのフィードバック制御
におけるＺ移動機構２６を用いたカンチレバー２０の
「移動」を含むものとする。
【００１２】ＸＹ走査機構２４には、基端が固定ベース
３０に固定され且つ例えば電極３２が４分割された円筒
状の４分割型圧電体スキャナ３４が適用されており、こ
の４分割型圧電体スキャナ３４は、所定の電圧を印加す
ることによって、その先端（可動端）をＸＹ方向に変位
させることができるようになっている。
３０に固定され且つ例えば電極３２が４分割された円筒
状の４分割型圧電体スキャナ３４が適用されており、こ
の４分割型圧電体スキャナ３４は、所定の電圧を印加す
ることによって、その先端（可動端）をＸＹ方向に変位
させることができるようになっている。
【００１３】変位検出機構２８は、４分割型圧電体スキ
ャナ３４の先端（可動端）に固定さており、カンチレバ
ー２０の背面（探針２２が配置された面とは反対側の
面）に変位測定用光を照射可能な光源（例えば、半導体
レーザ）３６と、カンチレバー２０の背面からの反射光
を受光し、その受光量に対応した電気信号を出力可能な
受光素子３８とを備えている。そして、光源３６及び受
光素子３８等から成る変位センサは、共に、１つのユニ
ット体４０に収容保持されており、このユニット体４０
が、４分割型圧電体スキャナ３４の先端（可動端）に固
定されている。
ャナ３４の先端（可動端）に固定さており、カンチレバ
ー２０の背面（探針２２が配置された面とは反対側の
面）に変位測定用光を照射可能な光源（例えば、半導体
レーザ）３６と、カンチレバー２０の背面からの反射光
を受光し、その受光量に対応した電気信号を出力可能な
受光素子３８とを備えている。そして、光源３６及び受
光素子３８等から成る変位センサは、共に、１つのユニ
ット体４０に収容保持されており、このユニット体４０
が、４分割型圧電体スキャナ３４の先端（可動端）に固
定されている。
【００１４】Ｚ移動機構２６には、基端がユニット体４
０に固定され且つ例えば電極（図示しない）が分割され
ていないチューブ型圧電体スキャナ４２が適用されてお
り、このチューブ型圧電体スキャナ４２は、所定の電圧
を印加することによって、その先端（可動端）をＺ方向
に変位させることができるようになっている。
０に固定され且つ例えば電極（図示しない）が分割され
ていないチューブ型圧電体スキャナ４２が適用されてお
り、このチューブ型圧電体スキャナ４２は、所定の電圧
を印加することによって、その先端（可動端）をＺ方向
に変位させることができるようになっている。
【００１５】なお、カンチレバー２０は、チューブ型圧
電体スキャナ４２の先端（可動端）に固定された保持部
材４４に支持されている。また、保持部材４４には、光
源３６からの変位測定用光及びカンチレバー２０の背面
からの反射光が通過可能な開口４４ａが形成されてお
り、カンチレバー２０は、その先端（探針２２）側の部
分が開口４４ａ中の光路上に位置付けられるように、保
持部材４４に支持されている。
電体スキャナ４２の先端（可動端）に固定された保持部
材４４に支持されている。また、保持部材４４には、光
源３６からの変位測定用光及びカンチレバー２０の背面
からの反射光が通過可能な開口４４ａが形成されてお
り、カンチレバー２０は、その先端（探針２２）側の部
分が開口４４ａ中の光路上に位置付けられるように、保
持部材４４に支持されている。
【００１６】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。まず、例えばチューブ型圧電体スキャナ４２の先端
（可動端）をＺ方向に変位させて、カンチレバー２０の
探針２２を試料１６表面に対して所定距離だけ近接させ
る。
る。まず、例えばチューブ型圧電体スキャナ４２の先端
（可動端）をＺ方向に変位させて、カンチレバー２０の
探針２２を試料１６表面に対して所定距離だけ近接させ
る。
【００１７】次に、例えば４分割型圧電体スキャナ３４
の先端（可動端）をＸＹ方向に変位させて、ユニット体
４０を所定の範囲でＸＹ方向に移動させると、このユニ
ット体４０に収容保持された変位センサ（光源３６及び
受光素子３８など）、及び、チューブ型圧電体スキャナ
４２、並びに、このチューブ型圧電体スキャナ４２の先
端に保持部材４４を介して支持されたカンチレバー２０
は、共に一体的にＸＹ方向に移動する。
の先端（可動端）をＸＹ方向に変位させて、ユニット体
４０を所定の範囲でＸＹ方向に移動させると、このユニ
ット体４０に収容保持された変位センサ（光源３６及び
受光素子３８など）、及び、チューブ型圧電体スキャナ
４２、並びに、このチューブ型圧電体スキャナ４２の先
端に保持部材４４を介して支持されたカンチレバー２０
は、共に一体的にＸＹ方向に移動する。
【００１８】このとき、カンチレバー２０の探針２２
は、試料１６表面に沿ってＸＹ方向に走査され、試料１
６表面の凹凸状態に応じて探針２２先端と試料１６表面
との間の相互作用（例えば、原子間力、斥力、引力、粘
性、磁気力など）によって、カンチレバー２０の先端が
変位し、そのＺ方向の角度が変化する。
は、試料１６表面に沿ってＸＹ方向に走査され、試料１
６表面の凹凸状態に応じて探針２２先端と試料１６表面
との間の相互作用（例えば、原子間力、斥力、引力、粘
性、磁気力など）によって、カンチレバー２０の先端が
変位し、そのＺ方向の角度が変化する。
【００１９】このようなＸＹ走査中、光源３６から保持
部材４４の開口４４ａを介してカンチレバー２０の背面
に変位測定用光が照射されていると、カンチレバー２０
の先端の変位量（角度変化量）に応じて、カンチレバー
２０の背面からの反射光の反射角度が変化して、受光素
子３８上のスポット位置が変化する。
部材４４の開口４４ａを介してカンチレバー２０の背面
に変位測定用光が照射されていると、カンチレバー２０
の先端の変位量（角度変化量）に応じて、カンチレバー
２０の背面からの反射光の反射角度が変化して、受光素
子３８上のスポット位置が変化する。
【００２０】このとき、受光素子３８からは、スポット
位置変化に対応した電気信号即ち変位信号が出力され、
図示しないフィードバック制御回路は、この変位信号が
一定になるように（即ち、探針２２先端と試料１６表面
との間の距離（若しくは、相互作用）が一定になるよう
に）、チューブ型圧電体スキャナ４２に制御電圧を印加
して、その先端（可動端）をＺ方向に変位制御する。こ
の場合、チューブ型圧電体スキャナ４２の先端（可動
端）のＺ方向変位量は、試料１６表面の凹凸状態（若し
くは、相互作用の変化）に対応しているため、ＸＹ走査
中にフィードバック制御回路から出力される制御電圧に
基づいて、チューブ型圧電体スキャナ４２の先端（可動
端）のＺ方向変位量を検出することによって、試料１６
の表面凹凸情報（相互作用に基づく試料情報）を測定す
ることができる。
位置変化に対応した電気信号即ち変位信号が出力され、
図示しないフィードバック制御回路は、この変位信号が
一定になるように（即ち、探針２２先端と試料１６表面
との間の距離（若しくは、相互作用）が一定になるよう
に）、チューブ型圧電体スキャナ４２に制御電圧を印加
して、その先端（可動端）をＺ方向に変位制御する。こ
の場合、チューブ型圧電体スキャナ４２の先端（可動
端）のＺ方向変位量は、試料１６表面の凹凸状態（若し
くは、相互作用の変化）に対応しているため、ＸＹ走査
中にフィードバック制御回路から出力される制御電圧に
基づいて、チューブ型圧電体スキャナ４２の先端（可動
端）のＺ方向変位量を検出することによって、試料１６
の表面凹凸情報（相互作用に基づく試料情報）を測定す
ることができる。
【００２１】本実施の形態において、カンチレバー２０
と変位センサ（光源３６及び受光素子３８）は、共に一
体的にＸＹＺ方向に移動する。従って、光源３６からの
変位測定用光がカンチレバー２０の背面に照射され且つ
カンチレバー２０の背面からの反射光が受光素子３８上
に照射されるように、カンチレバー２０と変位センサと
の間の位置関係を設定すれば、上記のようなＸＹ走査を
伴う測定中、光源３６からの変位測定用光がカンチレバ
ー２０の背面から外れることは無い。
と変位センサ（光源３６及び受光素子３８）は、共に一
体的にＸＹＺ方向に移動する。従って、光源３６からの
変位測定用光がカンチレバー２０の背面に照射され且つ
カンチレバー２０の背面からの反射光が受光素子３８上
に照射されるように、カンチレバー２０と変位センサと
の間の位置関係を設定すれば、上記のようなＸＹ走査を
伴う測定中、光源３６からの変位測定用光がカンチレバ
ー２０の背面から外れることは無い。
【００２２】ところで、光源３６は、図示しないが、例
えば、半導体レーザ、レーザー出射方向調整機構、数個
のレンズや数個の機械部品等により構成され、また、受
光素子３８は、図示しないが、例えば、４分割フォトダ
イオード、機械部品から成る２次元調整機構等により構
成される。
えば、半導体レーザ、レーザー出射方向調整機構、数個
のレンズや数個の機械部品等により構成され、また、受
光素子３８は、図示しないが、例えば、４分割フォトダ
イオード、機械部品から成る２次元調整機構等により構
成される。
【００２３】この場合、変位センサ（光源３６及び受光
素子３８など）全体の質量は、約４０ｇ程度になってし
まうため、このような重量構造物である変位センサを従
来技術（特開平８−２８５８６５号公報参照）のように
スキャナの先端に搭載すると（図４参照）、スキャナの
共振周波数を高くすることができなくなってしまう。
素子３８など）全体の質量は、約４０ｇ程度になってし
まうため、このような重量構造物である変位センサを従
来技術（特開平８−２８５８６５号公報参照）のように
スキャナの先端に搭載すると（図４参照）、スキャナの
共振周波数を高くすることができなくなってしまう。
【００２４】そこで、本実施の形態では、このような重
量構造物である変位センサを固定ベース３０に接近させ
て配置するように、変位センサ（光源３６及び受光素子
３８など）を収容保持したユニット体４０を４分割型圧
電体スキャナ３４とチューブ型圧電体スキャナ４２との
間に配置し、且つ、カンチレバー２０をチューブ型圧電
体スキャナ４２の先端（可動端）に配置した。なお、カ
ンチレバー２０の質量は、約１０ｍｇ程度、保持部材４
４の質量は、約１ｇ以下に設定できるため、これらカン
チレバー２０や保持部材４４をチューブ型圧電体スキャ
ナ４２の先端（可動端）に取り付けても、チューブ型圧
電体スキャナ４２の共振周波数を低下させることは無
い。
量構造物である変位センサを固定ベース３０に接近させ
て配置するように、変位センサ（光源３６及び受光素子
３８など）を収容保持したユニット体４０を４分割型圧
電体スキャナ３４とチューブ型圧電体スキャナ４２との
間に配置し、且つ、カンチレバー２０をチューブ型圧電
体スキャナ４２の先端（可動端）に配置した。なお、カ
ンチレバー２０の質量は、約１０ｍｇ程度、保持部材４
４の質量は、約１ｇ以下に設定できるため、これらカン
チレバー２０や保持部材４４をチューブ型圧電体スキャ
ナ４２の先端（可動端）に取り付けても、チューブ型圧
電体スキャナ４２の共振周波数を低下させることは無
い。
【００２５】従って、本実施の形態の探針走査型のプロ
ーブ顕微鏡１８によれば、従来技術に比べて、より高い
共振周波数を得ることが可能となる。また、本実施の形
態の探針走査型のプローブ顕微鏡１８のうち、例えば固
定ベース３０からカンチレバー２０までの全長が同一で
あると仮定して、変位センサ（光源３６及び受光素子３
８など）を収容保持したユニット体４０を固定ベース３
０から全長の約７０％程度の位置に配置したとすると、
振動学の公式から、共振周波数は、従来技術に比べて約
１．７倍に向上させることができる。そして、このよう
に共振周波数を高くすれば、走査速度を向上させること
ができるため、測定時間の短縮化を実現することができ
る。具体的には、測定時間を従来技術に比べて約４３％
程度短縮することができる。
ーブ顕微鏡１８によれば、従来技術に比べて、より高い
共振周波数を得ることが可能となる。また、本実施の形
態の探針走査型のプローブ顕微鏡１８のうち、例えば固
定ベース３０からカンチレバー２０までの全長が同一で
あると仮定して、変位センサ（光源３６及び受光素子３
８など）を収容保持したユニット体４０を固定ベース３
０から全長の約７０％程度の位置に配置したとすると、
振動学の公式から、共振周波数は、従来技術に比べて約
１．７倍に向上させることができる。そして、このよう
に共振周波数を高くすれば、走査速度を向上させること
ができるため、測定時間の短縮化を実現することができ
る。具体的には、測定時間を従来技術に比べて約４３％
程度短縮することができる。
【００２６】また、共振周波数が約１．７倍に向上する
と、４分割型圧電体スキャナ３４及びチューブ型圧電体
スキャナ４２から成るスキャナ全体の弾性定数を従来技
術に比べて約３倍程度に向上させることができる。この
結果、従来技術と同一の外乱振動に対するスキャナ全体
の変位量を約１／３程度に減少させることができるた
め、外乱振動に対して剛性の高いスキャナを実現するこ
とができる。
と、４分割型圧電体スキャナ３４及びチューブ型圧電体
スキャナ４２から成るスキャナ全体の弾性定数を従来技
術に比べて約３倍程度に向上させることができる。この
結果、従来技術と同一の外乱振動に対するスキャナ全体
の変位量を約１／３程度に減少させることができるた
め、外乱振動に対して剛性の高いスキャナを実現するこ
とができる。
【００２７】このように本実施の形態によれば、共振周
波数が高く且つ剛性の高いスキャナを備えた走査型プロ
ーブ顕微鏡を提供することができる。なお、上述した実
施の形態では、固定ベース３０に固定された４分割圧電
体スキャナ３４の先端（可動端）に変位センサ（光源３
６及び受光素子３８など）を収容保持したユニット体４
０を固定し、このユニット体４０の下側にカンチレバー
２０を支持したチューブ型圧電体スキャナ４２を配置し
たが、これに代えて、例えば、チューブ型圧電体スキャ
ナ４２を固定ベース３０に固定し、４分割圧電体スキャ
ナ３４の先端（可動端）にカンチレバー２０を支持して
も良い。即ち、固定ベース３０に固定されたチューブ型
圧電体スキャナ４２の先端（可動端）に変位センサ（光
源３６及び受光素子３８など）を収容保持したユニット
体４０を固定し、このユニット体４０の下側にカンチレ
バー２０を支持した４分割圧電体スキャナ３４を配置し
ても良い。
波数が高く且つ剛性の高いスキャナを備えた走査型プロ
ーブ顕微鏡を提供することができる。なお、上述した実
施の形態では、固定ベース３０に固定された４分割圧電
体スキャナ３４の先端（可動端）に変位センサ（光源３
６及び受光素子３８など）を収容保持したユニット体４
０を固定し、このユニット体４０の下側にカンチレバー
２０を支持したチューブ型圧電体スキャナ４２を配置し
たが、これに代えて、例えば、チューブ型圧電体スキャ
ナ４２を固定ベース３０に固定し、４分割圧電体スキャ
ナ３４の先端（可動端）にカンチレバー２０を支持して
も良い。即ち、固定ベース３０に固定されたチューブ型
圧電体スキャナ４２の先端（可動端）に変位センサ（光
源３６及び受光素子３８など）を収容保持したユニット
体４０を固定し、このユニット体４０の下側にカンチレ
バー２０を支持した４分割圧電体スキャナ３４を配置し
ても良い。
【００２８】次に、本発明の第２の実施の形態に係る走
査型プローブ顕微鏡について、図２を参照して説明す
る。なお、本実施の形態の説明に際し、第１の実施の形
態と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を省
略する。
査型プローブ顕微鏡について、図２を参照して説明す
る。なお、本実施の形態の説明に際し、第１の実施の形
態と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を省
略する。
【００２９】図２に示すように、本実施の形態は、探針
走査型のプローブ顕微鏡１８の改良であって、Ｚ移動機
構２６には、基端がユニット体４０に固定され且つ先端
（可動端）に保持部材４４を介してカンチレバー２０を
支持した積層型圧電体４６が適用されている。
走査型のプローブ顕微鏡１８の改良であって、Ｚ移動機
構２６には、基端がユニット体４０に固定され且つ先端
（可動端）に保持部材４４を介してカンチレバー２０を
支持した積層型圧電体４６が適用されている。
【００３０】この積層型圧電体４６は、所定の電圧を印
加することによって、その先端（可動端）をＺ方向に変
位させることができるようになっている。また、カンチ
レバー２０と光源３６との間の光路中にハーフミラー４
８を介在させ、このハーフミラー４８の近傍には、ハー
フミラー４８を介してカンチレバー２６と試料１６を観
察するための光学顕微鏡５０を配置している。ハーフミ
ラー４８は、支持部材５２を介してユニット体４０に固
定されている。
加することによって、その先端（可動端）をＺ方向に変
位させることができるようになっている。また、カンチ
レバー２０と光源３６との間の光路中にハーフミラー４
８を介在させ、このハーフミラー４８の近傍には、ハー
フミラー４８を介してカンチレバー２６と試料１６を観
察するための光学顕微鏡５０を配置している。ハーフミ
ラー４８は、支持部材５２を介してユニット体４０に固
定されている。
【００３１】なお、その他の構成は、第１の実施の形態
と同一であるため、その説明は省略する。本実施の形態
の走査型プローブ顕微鏡の動作は、第１の実施の形態と
同一であるが、Ｚ移動機構２６として積層型圧電体４６
を用いたことによって、カンチレバー２０の上側にスペ
ースが形成され、装置の構成上の自由度が向上する。そ
こで、本実施の形態では、このスペースにハーフミラー
４８及び光学顕微鏡５０を配置し、光学顕微鏡５０から
ハーフミラー４８を介してカンチレバー２０及び試料１
６までの観察光路を形成している。このため、カンチレ
バー２０をＸＹＺ方向に走査中又はその前後において、
光学顕微鏡５０を用いてカンチレバー２０及び試料１６
の観察や、カンチレバー２０と試料１６との間の位置関
係を観察することが可能となる。また、光学顕微鏡５０
は、カンチレバー２０及び試料１６を表示するあめのモ
ニタ（図示しない）を備えており、このモニタ上でカン
チレバー２０に照射されるレーザー光の位置調整を行う
ことができる。
と同一であるため、その説明は省略する。本実施の形態
の走査型プローブ顕微鏡の動作は、第１の実施の形態と
同一であるが、Ｚ移動機構２６として積層型圧電体４６
を用いたことによって、カンチレバー２０の上側にスペ
ースが形成され、装置の構成上の自由度が向上する。そ
こで、本実施の形態では、このスペースにハーフミラー
４８及び光学顕微鏡５０を配置し、光学顕微鏡５０から
ハーフミラー４８を介してカンチレバー２０及び試料１
６までの観察光路を形成している。このため、カンチレ
バー２０をＸＹＺ方向に走査中又はその前後において、
光学顕微鏡５０を用いてカンチレバー２０及び試料１６
の観察や、カンチレバー２０と試料１６との間の位置関
係を観察することが可能となる。また、光学顕微鏡５０
は、カンチレバー２０及び試料１６を表示するあめのモ
ニタ（図示しない）を備えており、このモニタ上でカン
チレバー２０に照射されるレーザー光の位置調整を行う
ことができる。
【００３２】なお、本実施の形態の他の作用効果は、第
１の実施の形態と同一であるため、その説明は省略す
る。また、上述した第１及び第２の実施の形態の探針走
査型のプローブ顕微鏡１８は、いずれも図３に示すよう
な測定装置に組み込むことが可能である。
１の実施の形態と同一であるため、その説明は省略す
る。また、上述した第１及び第２の実施の形態の探針走
査型のプローブ顕微鏡１８は、いずれも図３に示すよう
な測定装置に組み込むことが可能である。
【００３３】例えば図３（ａ）に示された測定装置にお
いて、探針走査型のプローブ顕微鏡１８は、観察光学系
５４と共にスライダ５６に固定されており、このスライ
ダ５６は、固定台５８上に立ち上げられた案内アーム６
０に沿って図中矢印Ｓ方向にスライド自在に構成されて
いる。そして、固定台５８には、試料１６を載置可能な
試料ステージ６２が固定されている。
いて、探針走査型のプローブ顕微鏡１８は、観察光学系
５４と共にスライダ５６に固定されており、このスライ
ダ５６は、固定台５８上に立ち上げられた案内アーム６
０に沿って図中矢印Ｓ方向にスライド自在に構成されて
いる。そして、固定台５８には、試料１６を載置可能な
試料ステージ６２が固定されている。
【００３４】このような測定装置によれば、例えば観察
光学系５４によって試料１６を観察した後、スライダ５
６をスライドさせて、探針走査型のプローブ顕微鏡１８
を試料１６上に位置付けることによって、例えば観察光
学系５４で観察した試料１６の観察部分のＳＰＭ測定を
行うことができる。
光学系５４によって試料１６を観察した後、スライダ５
６をスライドさせて、探針走査型のプローブ顕微鏡１８
を試料１６上に位置付けることによって、例えば観察光
学系５４で観察した試料１６の観察部分のＳＰＭ測定を
行うことができる。
【００３５】また、例えば図３（ｂ）に示された測定装
置において、探針走査型のプローブ顕微鏡１８は、観察
光学系５４と共に、固定台６４上に立ち上げられたアー
ム６６に固定されている。そして、固定台６４には、試
料１６を載置した状態で図中矢印Ｓ方向に移動可能な試
料ステージ６８が設けられている。
置において、探針走査型のプローブ顕微鏡１８は、観察
光学系５４と共に、固定台６４上に立ち上げられたアー
ム６６に固定されている。そして、固定台６４には、試
料１６を載置した状態で図中矢印Ｓ方向に移動可能な試
料ステージ６８が設けられている。
【００３６】このような測定装置によれば、例えば観察
光学系５４によって試料１６を観察した後、試料ステー
ジ６８をスライドさせて、試料１６を探針走査型のプロ
ーブ顕微鏡１８の測定領域下に位置付けることによっ
て、例えば観察光学系５４で観察した試料１６の観察部
分のＳＰＭ測定を行うことができる。
光学系５４によって試料１６を観察した後、試料ステー
ジ６８をスライドさせて、試料１６を探針走査型のプロ
ーブ顕微鏡１８の測定領域下に位置付けることによっ
て、例えば観察光学系５４で観察した試料１６の観察部
分のＳＰＭ測定を行うことができる。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、共振周波数が高く且つ
剛性の高いスキャナを備えた走査型プローブ顕微鏡を提
供することができる。
剛性の高いスキャナを備えた走査型プローブ顕微鏡を提
供することができる。
【図１】本発明の第１の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。
ブ顕微鏡の構成を示す図。
【図２】本発明の第２の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。
ブ顕微鏡の構成を示す図。
【図３】（ａ），（ｂ）は、夫々、第１及び第２の実施
の形態の走査型プローブ顕微鏡が測定装置に組み込まれ
た状態を示す図。
の形態の走査型プローブ顕微鏡が測定装置に組み込まれ
た状態を示す図。
【図４】従来の走査型プローブ顕微鏡の構成を示す図。
１６ 試料 ２０ カンチレバー ２２ 探針 ２４ ＸＹ走査機構 ２６ Ｚ移動機構 ２８ 変位検出機構
Claims (2)
- 【請求項１】 カンチレバーの探針を試料表面に沿って
水平方向に走査させることが可能な走査機構と、 カンチレバーの探針を試料に対して垂直方向に移動させ
ることが可能な移動機構と、 走査機構と移動機構との間に設けられ且つカンチレバー
の変位を検出することが可能な変位検出機構とを備えて
いることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項２】 前記変位検出機構は、カンチレバーに変
位測定用光を照射可能な光源と、カンチレバーからの反
射光を受光し、その受光量に対応した電気信号を出力可
能な受光素子とを有する変位センサを備えており、変位
センサは、１つのユニット体に収容保持され、このユニ
ット体が、走査機構と移動機構との間に配置されている
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 (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7392398A JPH11271342A (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 走査型プローブ顕微鏡 |
| US09/265,184 US6437343B1 (en) | 1998-03-13 | 1999-03-09 | Scanner system and piezoelectric micro-inching mechansim used in scanning probe microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7392398A JPH11271342A (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11271342A true JPH11271342A (ja) | 1999-10-08 |
Family
ID=13532167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7392398A Withdrawn JPH11271342A (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-23 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11271342A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101449777B1 (ko) * | 2007-03-16 | 2014-10-14 | 브루커 나노, 인코퍼레이션. | 고속 스캐닝하는 주사 탐침 현미경 스캐너 및 이의 작동 방법 |
-
1998
- 1998-03-23 JP JP7392398A patent/JPH11271342A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101449777B1 (ko) * | 2007-03-16 | 2014-10-14 | 브루커 나노, 인코퍼레이션. | 고속 스캐닝하는 주사 탐침 현미경 스캐너 및 이의 작동 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5587523A (en) | Atomic force microscope employing beam tracking | |
| KR101488059B1 (ko) | 탐침 검출 시스템 | |
| US6928863B2 (en) | Apparatus and method for isolating and measuring movement in a metrology apparatus | |
| JP2516292B2 (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| US5507179A (en) | Synchronous sampling scanning force microscope | |
| JP3174465B2 (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JP3511361B2 (ja) | 走査プローブ顕微鏡 | |
| JP2005517911A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
| US7581438B2 (en) | Surface texture measuring probe and microscope utilizing the same | |
| JP3497734B2 (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
| US6437343B1 (en) | Scanner system and piezoelectric micro-inching mechansim used in scanning probe microscope | |
| JPH11271342A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
| JP2005147979A (ja) | 走査形プローブ顕微鏡 | |
| JP2008051690A (ja) | 光学式変位検出機構及びそれを用いた表面情報計測装置 | |
| JP3523754B2 (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
| US10564181B2 (en) | Atomic force microscope with optical guiding mechanism | |
| JP3892184B2 (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
| JPH07174767A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
| JP4162508B2 (ja) | 走査型プローブ顕微鏡用の走査機構及び走査型プローブ顕微鏡 | |
| JP2011227097A (ja) | 光学式変位検出機構のスポット光の位置合わせ方法およびそれを用いた走査型プローブ顕微鏡 | |
| JP4262621B2 (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JPH06258068A (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JP2000121534A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
| JPH05256642A (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JPH0868799A (ja) | 走査型プロ−ブ顕微鏡 |
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: 20050607 |