KR20160115672A

KR20160115672A - 주사 프로브 현미경

Info

Publication number: KR20160115672A
Application number: KR1020150180845A
Authority: KR
Inventors: 히로요시 야마모토
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크 사이언스
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: CN106018882A; KR102461129B1; US9678104B2; JP6581790B2; CN106018882B; JP2016183869A; US20160282383A1

Abstract

(과제) 주사 프로브 현미경에 배치한 대물렌즈의 분해능의 저하를 억제하고, 또한 상기 대물렌즈를 이용하여 광 레버의 광축 조정을 용이하게 행할 수 있는 주사 프로브 현미경을 제공한다.
(해결 수단) 시료(18)의 표면에 근접시키는 탐침(99)이 설치된 캔틸레버(4)와, 광원부(1)와, 광원부로부터 조사되는 입사광(L0)을 반사하여 캔틸레버에 설치된 반사면으로 이끄는 제1 반사부(3)와, 수광부(6)와, 반사면에서 반사된 반사광(L1)을 반사하여 수광부로 이끄는 제2 반사부(5)와, 캔틸레버에 대향해서 배치되고, 캔틸레버의 근방을 관찰 또는 촬상하는 개구수가 NA인 대물렌즈(17)를 구비한 주사 프로브 현미경(100)으로서, 제1 반사부는, 제1 반사부에서 반사된 입사광(L0)의 광로와, 대물렌즈의 광축(O)이 이루는 각(φ)이 0°＜φ＜θ(단, θ는 개구각(°)으로서, NA=n·sinθ로 나타내어지고, n은 대물렌즈와 캔틸레버 사이의 매질의 굴절률)가 되도록 배치되어 있다.

Description

주사 프로브 현미경{SCANNING PROBE MICROSCOPE}

본 발명은, 시료의 표면에 탐침을 근접시켜 주사함으로써, 시료의 표면 형상이나 점탄성 등의 각종 물성 정보를 측정하는 주사 프로브 현미경에 관한 것이다.

주사 프로브 현미경(SPM：Scanning Probe Microscope)은, 캔틸레버의 선단에 부착한 탐침을 시료 표면에 근접 또는 접촉시키고, 시료의 표면 형상을 측정하는 것이다. 이 주사 프로브 현미경으로서, 레이저광을 캔틸레버 선단의 배면에 조사하고, 그 반사광을 검출하는, 이른바 광 레버 방식을 채용한 것이 알려져 있다. 광 레버 방식에서는, 캔틸레버에 조사한 광의 반사광의 위치 어긋남을 캔틸레버의 변위로서 검출하고, 캔틸레버의 변위량을 일정하게 유지하도록 피드백 제어하면서 시료 표면을 주사한다. 그리고, 이 피드백 제어 신호를 물성 정보로 하여, 시료 표면의 표면 형상이나 점탄성 등의 물성을 측정할 수 있다.

그러나, 광 레버 방식으로는, 캔틸레버로부터 반사된 반사광의 강도가 가장 높아지도록, 레이저광이나 검출기의 위치를 조정하는 「광축 조정」이 필요하다. 그래서, 캔틸레버의 바로 위에 광학 현미경 및 비디오 카메라를 설치함과 더불어, 광학 현미경의 광축 상에 빔 스플리터를 배치하고, 측방으로부터 출사된 레이저광을, 빔 스플리터를 통해 하방으로 이끌어 캔틸레버에 조사하는 기술이 개발되어 있다(특허 문헌 1). 이 기술에 의하면, 레이저광의 일부가 빔 스플리터를 통해 상방으로 향해지고, 광학 현미경으로 레이저광의 위치를 직접 확인할 수 있으므로, 광축 조정이 용이해진다.

또, 시료의 측정 전에 광학 현미경으로 측정 개소를 특정하고 싶다는 요망이 있다. 그래서, 본 출원인은, 캔틸레버의 상방이나 하방에 광학 현미경을 설치함과 더불어, 광학 현미경 등에 레이저광이 맞지 않도록 레이저광을 비스듬하게 하여 조사하는 기술을 개발했다(특허 문헌 2). 이 기술에서는, 레이저광의 진로를 바꾸는 반사부를 광학 현미경의 시야 밖에 배치하고 있기 때문에, 광학 현미경에 의한 시료의 관찰을 선명하게 행할 수 있다.

일본국 특허공개 2012-225722호 공보 국제공개 W02006/090593호(도 7)

그러나, 특허 문헌 1에 기재된 기술의 경우, 광학 현미경의 광축 상에 빔 스플리터(반사부)가 배치되고, 광학 현미경의 광축 중심을 막으므로, 현미경의 분해능이 저하된다는 문제가 있다.

한편, 특허 문헌 2에 기재된 기술의 경우, 광학 현미경의 시야 밖에 반사부 등이 배치되어 있기 때문에, 현미경의 분해능은 저하하지 않는다. 그러나, 특허 문헌 2에 기재된 기술에 있어서 광축 조정을 행할 때, 레이저광이 광학 현미경의 시야 밖에서 조사 및 반사되므로, 광학 현미경에서 레이저광을 직접 관찰할 수 없다. 따라서, 산란판 등을 이용하여 레이저광을 산란시켜, 광학 현미경의 시야내에 도입할 필요가 있고, 광축 조정을 하기 어려운 경우가 있다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 이루어지는 것이며, 주사 프로브 현미경에 배치한 대물렌즈의 분해능의 저하를 억제하고, 또한 상기 대물렌즈를 이용하여 광 레버의 광축 조정을 용이하게 행할 수 있는 주사 프로브 현미경의 제공을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 주사 프로브 현미경은, 시료의 표면에 근접시키는 탐침이 설치된 캔틸레버와, 광을 조사하는 광원부와, 상기 광원부로부터 조사되는 입사광(L0)을 반사하여 상기 캔틸레버에 설치된 반사면으로 이끄는 제1 반사부와, 상기 광을 수광하는 수광부와, 상기 반사면에서 반사된 반사광(L1)을 반사하여 상기 수광부로 이끄는 제2 반사부와, 상기 캔틸레버에 대향하여 배치되고, 상기 캔틸레버의 근방을 관찰 또는 촬상하는 개구수가 NA인 대물렌즈를 구비한 주사 프로브 현미경으로서, 상기 제1 반사부는, 상기 대물렌즈와 상기 캔틸레버의 사이에서, 상기 제1 반사부에서 반사된 상기 입사광(L0)의 광로와, 상기 대물렌즈의 광축(O)이 이루는 각(φ)이 0°＜φ＜θ(단, θ는 개구각(°)으로서, NA=n·sinθ로 나타내어지고, n은 상기 대물렌즈와 상기 캔틸레버 사이의 매질의 굴절률)이 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 주사 프로브 현미경에 의하면, 입사광(L0)이 캔틸레버의 반사면과 포개지도록, 광원부의 위치를 조정하는 「거친 조정」을 행할 때, 제1 반사부가 대물렌즈의 광축 중심을 막지 않기 때문에, 대물렌즈의 분해능의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 제1 반사부가 대물렌즈의 광축으로부터 어긋나 있으므로, 제1 반사부가 광축 상에 존재하는 경우에 비해, 시료의 표면으로부터의 반사광의 강도가 너무 강해 지지 않고, 반사광을 관찰하기 쉽다. 한편, 제1 반사부는, 개구수 NA로 정해지는 대물렌즈의 시야내에 위치하고, 그 반사광을 대물렌즈로 직접 관찰할 수 있으므로, 이 점에서도 대물렌즈로 반사광의 강도를 확인하기 쉽다.

상기 제1 반사부는, 3°≤φ≤10°가 되는 위치에 배치되어 있어도 된다.

제1 반사부가 0°＜φ이면 광축(O)을 막지 않지만, 실제의 제1 반사부는, 입사광이 입사하는 광로 상의 점이 아니라, 이 점의 주위에 어느 정도의 크기를 가짐과 더불어, 광원부로부터 출사되는 광도 어느 정도의 퍼짐을 갖는다. 그래서, 3°≤φ로 하면, 제1 반사부 중 광로 상의 점의 주위의 부재도 광축을 확실히 막지 않도록 할 수 있다.

상기 제2 반사부는, 상기 대물렌즈와 상기 캔틸레버의 사이에서, 상기 반사면에서 반사된 상기 반사광(L1)의 광로와, 상기 대물렌즈의 광축(O)이 이루는 각이 θ보다 커지도록 배치되어 있어도 된다.

이 주사 프로브 현미경에 의하면, 제2 반사부가, 대물렌즈의 NA로 정해지는 관찰 시야의 외측이 되는 θ＜φ의 위치에 배치되어 있으므로, 대물렌즈의 분해능이 저하하는 것을 보다 한층 억제할 수 있다.

상기 광원부에 접속되어 상기 광원부의 위치를 조정함으로써, 상기 입사광(L0)의 상기 제1 반사면으로의 조사 위치를 조정 가능한 조사 위치 조정 기구를 더 구비하고 있어도 된다.

이 주사 프로브 현미경에 의하면, 상기 「거친 조정」을 행한 후, 캔틸레버로부터의 반사광(L1)의 광강도가 수광부의 직전에서 가장 강해지도록, 광원부의 위치(조사 위치)를 조정하는 「미세 조정」을 용이하게 행할 수 있다.

상기 수광부에 접속되어 상기 수광부의 위치를 조정함으로써, 상기 반사광(L1)의 상기 수광부에서의 수광 위치를 조정 가능한 수광 위치 조정 기구를 더 구비하고 있어도 된다.

이 주사 프로브 현미경에 의하면, 상기 「미세 조정」을 행한 후, 캔틸레버로부터 반사된 반사광(L1)의 수광 강도가 가장 높아지도록, 수광부의 위치를 조정하는 것을 용이하게 행할 수 있다.

상기 시료를 올려놓는 시료대를 더 구비하고, 상기 시료대가 1 또는 복수의 캔틸레버를 유지 가능한 캔틸레버 공급 기구를 가져도 된다.

이 주사 프로브 현미경에 의하면, 시료대 근방의 캔틸레버 공급 기구로부터, 캔틸레버를 용이하고 신속하게 교환할 수 있다.

상기 시료를 올려놓는 시료대를 더 구비하고, 측정시에, 상기 광축(O) 방향으로 상기 탐침과 포개지도록 상기 시료대를 이동할 수 있어도 된다.

이 주사 프로브 현미경에 의하면, 광축(O) 방향으로 탐침과 어긋난 위치에 시료대를 이동하여 상기 「거친 조정」을 행한 후, 시료대를 되돌려 통상의 측정으로 복귀할 수 있다.

상기 시료대는, 상기 캔틸레버를 측정시와 같은 방향으로 유지하고, 상기 시료대는 또한, 상기 입사광(L0)을 반사하고, 상기 유지된 캔틸레버와 함께 상기 입사광(L0)의 광축 맞춤을 하기 위한 광반사면을 가져도 된다.

이 주사 프로브 현미경에 의하면, 광원부의 위치를 조정하는 조사 위치 조정 기구를 구비하고 있지 않는 경우라도, 시료의 표면으로부터가 아니라, 캔틸레버 공급 기구에 설치된 광반사면으로부터의 반사광을 대물렌즈로 관찰하여 「거친 조정」을 할 수 있다.

또, 시료의 종류나 표면 상태에 따라서는, 시료의 표면으로부터의 반사광의 강도가 충분하지 않은 경우가 있지만, 광반사면으로부터의 반사광은 일정한 강도를 확보할 수 있으므로, 「거친 조정」을 하기 쉬워진다.

본 발명에 의하면, 주사 프로브 현미경에 배치한 대물렌즈의 분해능의 저하를 억제하고, 또한 상기 대물렌즈를 이용하여 광 레버의 광축 조정을 용이하게 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관련된 주사 프로브 현미경의 블럭도이다.
도 2는 도 1의 부분 확대도이다.
도 3은 대물렌즈로 관찰되는 시료 표면 상의 점으로부터의 반사광을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관련된 주사 프로브 현미경의 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관련된 주사 프로브 현미경의 광축 조정의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 제1 실시 형태에 관련된 주사 프로브 현미경을 이용했을 때, 대물렌즈로 관찰되는 반사광을 나타내는 도면이다.
도 7은 제1 실시 형태에 관련된 주사 프로브 현미경을 이용하고, 제1 반사부를 대물렌즈의 광축 상에 배치했을 때, 대물렌즈로 관찰되는 반사광을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관련된 주사 프로브 현미경(100)의 블럭도, 도 2는 도 1의 캔틸레버(4) 근방의 부분 확대도이다.

도 1에 있어서, 주사 프로브 현미경(100)은, 시료(18)의 표면에 근접시키는 탐침(99)을 선단에 갖는 캔틸레버(4)와, 캔틸레버(4)의 하방에 배치되어 시료(18)를 올려놓는 시료대(스테이지)(19)와, 광 레버에 이용하는 레이저광을 조사하는 광원부(반도체 레이저 광원)(1)와, 제1 반사부(제1 미러)(3)와, 레이저광을 수광하는 수광부(4분할 광검출 소자)(6)와, 제2 반사부(제2 미러)(5)와, 캔틸레버(4) 및 시료(18)에 대향하여 배치되는 대물렌즈(17)와, 제어 수단(40) 등을 갖는다. 또한, 대물렌즈(17)에서 집광된 광은 광학 현미경 본체(25)에서 관찰 또는 촬상된다.

또, 제1 실시 형태에 관련된 주사 프로브 현미경(100)은, 캔틸레버(4)가 고정되고, 시료(18)측을 스캔하는 샘플 스캔 방식으로 되어 있다.

광원부(1)는, 대물렌즈(17)와 캔틸레버(4)의 사이에서, 대물렌즈(17)보다 외측의 θ＜φ가 되는 위치(후술)에 배치되고, 레이저광을 측방에 조사한다. 제1 반사부(3)는, 광원부(1)로부터 조사되는 레이저광을 하방에 반사하고, 캔틸레버(4)의 배면에 설치된 반사면(도시 생략)으로 이끈다. 제2 반사부(5)는, 캔틸레버(4)의 반사면에서 상방으로 반사된 레이저광을 측방으로 반사하여 수광부(6)로 이끈다. 수광부(6)는 제2 반사부(5)보다 외측에 배치되고, 수광면이 측방을 향하고 있다.

제어 수단(40)은 주사 프로브 현미경(100)의 동작을 제어하고, 콘트롤러, 컴퓨터 등을 구비하고 있다. 컴퓨터는, 제어 기판, CPU(중앙 제어 처리 장치), ROM, RAM, 하드 디스크 등의 기억 수단, 인터페이스, 조작부 등을 갖는다.

시료대(19)는 미동 기구(스캐너)(20)의 상방에 부착되고, 또한 미동 기구(20)는 조동 기구(21)의 상방에 부착되어 있다. 또, 조동 기구(21)는 베이스부(하우징)(22) 상에 고정되어 있다.

조동 기구(21)는, 미동 기구(20) 및 그 상방의 시료대(19)를 대략적으로 3차원 이동시키는 것이며, 제어 수단(40)에 의해 동작이 제어된다.

미동 기구(20)는, 시료대(19)(및 시료(18))를 3차원으로 이동(미동)시키는 것이며, 시료대(19)를 각각 xy(시료(18)의 평면) 방향으로 주사하는 2개의(2축의) 압전 소자와, 시료대(19)를 z(높이) 방향으로 주사하는 압전 소자를 구비한 원통형의 스캐너(액추에이터)이다. 압전 소자는, 전계를 인가하면 결정이 뒤틀리고, 외력으로 결정을 강제적으로 뒤틀리게 하면 전계가 발생하는 소자이며, 압전 소자로서는, 세라믹스의 일종인 PZT(티탄산지르콘산납)를 일반적으로 사용할 수 있지만 이것에 한정되지 않는다.

각 압전 소자는, 제어 수단(40)으로부터의 소정의 제어 신호(전압)에 의해, 각각 xy 방향 및 z 방향으로 구동한다.

그리고, 시료대(19) 상에 시료(18)가 올려지고, 시료(18)가 탐침(99)에 대향 배치되어 있다.

캔틸레버(4)는 본체부와 팁부를 가지며, 본체부의 측면에 접한 팁부가 외팔보 스프링의 구조를 구성하고 있다. 캔틸레버(4)는, 캔틸레버 고정부(스프링)(12)에 의해 경사면 블록(11)에 밀착되고, 경사면 블록(11)은, 가진기(진동자)(13)에 고정되어 있다. 그리고, 가진기(13)는 가진 전원(도시 생략)으로부터의 전기 신호에 의해 진동하고, 캔틸레버(4) 및 그 선단의 탐침(99)을 진동시킨다. 캔틸레버의 가진 방법으로서, 압전 소자, 전기장이나 자장, 광조사, 전류의 통전 등도 포함된다. 가진기(13)는, 캔틸레버를 공진 주파수 근방에서 강제 진동시키는 다이나믹·포스·모드(DFM 측정 모드)로, 시료의 형상을 측정할 때에 이용한다.

그리고, 캔틸레버(4)의 상하(z 방향)의 이동량은, 수광부(6)에 입사되는 레이저의 광로의 변화(입사 위치)에 반영된다. 따라서, 이 입사 위치로부터 캔틸레버(4)의 변위량이 수광부(6)에서 검출되게 된다. 이와 같이 하여, 시료(18)와 탐침(99)의 사이에 작용하는 원자간력에 의해 생기는 캔틸레버(4)의 변위를 상술의 기구로 검출하고, 탐침(99)(캔틸레버(4))의 진동 진폭이 목표 진폭이 되도록 미동 기구(20)를 z 방향으로 변위시키고, 탐침(99)과 시료(18)가 접하는 힘을 제어한다. 그리고, 이 상태에서, 미동 기구(20)를 xy 방향으로 변위시켜 시료(18)의 스캔을 행하고, DFM 측정 모드로 표면의 형상이나 물성치를 매핑한다.

컴퓨터(40)는, 프로브 현미경(100)의 각 동작을 제어하고, 측정된 데이터를 들여와 제어하고, 표면 형상 측정, 표면 물성 측정 등을 실현한다. 그리고, 시료대(19)의 xy면내의 변위에 대해서, (i) 시료대(19)의 높이의 변위로부터 3차원 형상상을, (ii) 공진 상태의 위상의 값으로부터 위상상을, (iii) 진동 진폭의 목표치와의 차에 의해 오차 신호상을, (iv) 탐침시료간의 물성치로부터 다기능 측정상을, 컴퓨터(40) 상에 표시하고, 해석이나 처리를 행함으로써, 프로브 현미경으로서 동작시킨다.

또한, 프레임형의 베이스부(22)의 프레임체의 상방에는 광헤드 하우징(16)이 고정되고, 광헤드 하우징(16)의 상면의 중앙부가 개구되어 있다. 그리고, 이 개구 부에 대물렌즈(17)가 설치되고, 개구부를 통해 하방의 캔틸레버(4) 및 시료(18)에 면하고 있다.

또, 광헤드 하우징(16)에는 광원측 모듈(10)이 부착되고, 광원측 모듈(10)의 내부에는 광원측 2축 조정 스테이지(7)가 배치되어 있다. 광원측 2축 조정 스테이지(7)에는 2축 조정 기구(7a)를 개재하여 광원 홀더(8)가 부착되고, 광원 홀더(8) 내에 광원부(1) 및 광원부(1)로부터 출사되는 레이저광을 집광하는 제1 집광렌즈(2)가 유지되고 있다. 또한, 광원측 모듈(10)에는 제1 미러 홀더(9)가 고정되고, 제1 미러 홀더(9)에 제1 반사부(3)가 부착되어 있다.

그리고, 2축 조정 기구(7a)를, Z 방향과 Y 방향(또는 X 방향)의 2방향으로 조정함으로써, 광원부(1)로부터의 레이저광이 캔틸레버의 반사면과 포개지도록, 광원부(1)로부터 출사되는 레이저광의 위치를 조정하는 「광축 조정」을 행할 수 있다. 또한, 가진기(13)는 광원측 모듈(10)의 하방에 부착되어 있다.

2축 조정 기구(7a)가 특허청구범위의 「조사 위치 조정 기구」에 상당한다.

또, 광헤드 하우징(16)에는 제2 미러 홀더(15)가 고정되고, 제2 미러 홀더(15)에 제2 반사부(5) 및 제2 집광렌즈(23)가 부착되어 있다. 제2 집광렌즈(23)는, 캔틸레버(4)로부터 반사된 레이저광을 수광부(6)에 집광한다. 또한, 광헤드 하우징(16)에는 수광측 2축 조정 스테이지(14)가 부착되고, 수광측 2축 조정 스테이지(14)에는 2축 조정 기구(14a)를 개재하여 수광부(6)가 부착되어 있다. 그리고, 2축 조정 기구(14a)를, Z 방향과 Y 방향(또는 X 방향)의 2방향으로 조정함으로써, 캔틸레버(4)로부터 반사된 반사광의 수광 강도가 가장 높아지도록, 수광부(6)의 위치를 조정하는 「광축 조정」을 행할 수 있다.

2축 조정 기구(14a)가 특허청구범위의 「수광 위치 조정 기구」에 상당한다.

다음에, 도 2, 도 3을 참조하여, 본 발명의 특징 부분인, 제1 반사부(3)의 배치, 및 광축 조정에 대해 설명한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 시료(18)를 올려놓는 시료대(19)는 수평으로 되어 있고, 대물렌즈(17)의 광축(O)은 수직으로 향하고 있다. 또, 본 예에서는, 캔틸레버(4)의 반사면은 수평면에 대해서 약 11°의 각도로 도 2의 우상향으로 기울어져 있다. 그리고, 대물렌즈(17)의 개구수를 NA로 했을 때, NA=n·sinθ로 나타내어진다. 단, θ는 개구각(°), n은 대물렌즈(17)와 캔틸레버(4)(시료(18)의 표면) 사이의 매질(통상은 공기)의 굴절률이다.

여기서, 제1 반사부(3)는, 대물렌즈(17)와 캔틸레버(4)의 사이에서, 제1 반사부(3)에서 반사된 입사 레이저광(L0)의 광로와, 대물렌즈의 광축(O)이 이루는 각(φ)이 0°＜φ＜θ가 되도록 배치되어 있다. 또한, 본 예에서는, 제1 반사부(3)가 φ=6°로 하고 있다. 또, 제1 반사부(3)에서 반사된 입사 레이저광(L0)의 광로와, 캔틸레버(4)의 반사면의 교점을 P로 한다.

이때, 캔틸레버(4)의 반사면이 수평에 대해서 비스듬하게 기울어져 있기 때문에, 캔틸레버(4)에 입사한 입사 레이저광(L0)은, 교점(P)에서 제1 반사부(3)보다 광축(O)에 대해서 외측으로 기우는(도 2의 예에서는 θ＜φ) 각도의 반사광(L1)이 되어 제2 반사부(5)에 입사하고, 수광부(6)에서 검출되게 된다.

또한, 제1 반사부(3)가 0°＜φ＜θ가 되도록 배치되어 있다는 것은, 제1 반사부(3) 중 입사 레이저광(L0)을 반사시키는 위치(이론상은 점)에서 0°＜φ＜θ가 되도록 배치되어 있다는 의미이다. 단, 실제의 제1 반사부(3)는, 입사 레이저광(L0)을 반사시키는 위치(점)뿐만 아니라, 이 점의 주위에 어느 정도의 크기를 갖는다. 따라서, 제1 반사부(3)의 모든 부위가 0°＜φ＜θ가 되는 위치에 배치되어 있지 않아도 되고, 예를 들면 제1 반사부(3) 중 가장 광축(O)으로부터 먼 외측 부위가 θ보다 외측(즉, 대물렌즈(17)의 관찰 시야 밖)에 배치되어도 된다. 단, 제1 반사부(3) 중 가장 광축(O)에 가까운 부위(예를 들면, 도 2의 부재(3e))가 광축(O)을 막지 않는, 즉, 부재(3e)가 0°보다 커지는 위치에 배치되어 있을 필요가 있다.

한편, 제2 반사부(5)는, 입사 레이저광(L0)이 캔틸레버(4)의 반사면에서 상방으로 반사된 반사광(L1)의 광로 상에 배치되어 있을 필요가 있다. 여기서, 반사광(L1)의 광로, 나아가서는 제2 반사부(5)의 위치는, 입사 레이저광(L0)의 입사각 및 캔틸레버(4)의 반사면의 기울기에 의해서 정해진다. 예를 들면, 상술과 같이 캔틸레버(4)의 반사면이 수평면에 대해서 11° 기울기, φ=6°인 경우, 반사광(L1)의 광로는 대물렌즈(17)의 광축(O)에 대해서 (6＋11×2=) 28°의 각도를 이룬다.

또, 본 예에서는, 제2 반사부(5)는, 대물렌즈(17)와 캔틸레버(4)의 사이에서, 캔틸레버(4)의 반사면에서 반사된 반사광(L1)의 광로와, 광축(O)이 이루는 각이 θ보다 커지도록(대물렌즈(17)의 관찰 시야 밖이 되도록) 배치되어 있다. 이와 같이 하면, 제2 반사부(5)가 대물렌즈(17)를 막지 않기 때문에, 대물렌즈(17)의 분해능이 저하하는 것을 보다 한층 억제할 수 있다. 단, 후술하는 바와 같이 제2 반사부(5)가 반사광(L1)의 광로와 광축(O)이 이루는 각이 θ 이하가 되도록 배치되고, 대물렌즈(17)의 관찰 시야를 다소 막아도 문제없다.

또한, 제2 반사부(5)가 θ보다 커지도록 배치되어 있다는 것은, 제2 반사부(5) 중 반사광(L1)을 반사시키는 위치(이론상은 점)에서 θ보다 커지도록 배치되어 있다는 의미이다. 따라서, 제2 반사부(5)의 모든 부위가 θ보다 커지는 위치에 배치되어 있지 않아도 되고, 예를 들면 제2 반사부(5) 중 가장 광축(O)에 가까운 부위가 θ 이하가 되는 위치에 배치되어도 된다.

다음에, 캔틸레버(4)의 교점(P)에서 반사되는 반사광(L1)이, 수광부(6)에서 가장 강하게 수광되도록, 광원부(1)의 위치를 조정하는 「광축 조정」에 대해 설명한다.

또한, 본 발명은, 「광축 조정」 중, 입사 레이저광(L0)이 캔틸레버(4)의 반사면과 겹치도록, 광원부(1)의 위치(도 4의 레버 스캔 방식의 경우는 캔틸레버(4)의 위치)를 조정하는 「거친 조정」을 용이하게 하는 것이다. 그 후, 종래와 같이, 캔틸레버(4)로부터의 반사광(L1)의 광강도가 수광부(6)의 직전에서 가장 강해지도록, 광원부(1)의 위치(조사 위치)를 조정하는 「미세 조정」을 행한다. 또한, 캔틸레버(4)로부터 반사된 반사광의 수광 강도가 가장 높아지도록, 수광부(6)의 위치를 조정한다.

우선, 도 2에 나타내는 바와 같이, 교점(P)으로부터 약간 어긋난 시료(18)의 표면 상의 점(Q)에 대물렌즈(17)의 광축(O)이 교차하도록, 광원부(1)의 위치를 조정한다. 이때, 제1 반사부(3)에서 하방으로 향해진 입사 레이저광(L0)은, 0°＜φ＜θ의 각도로 점(Q)에 입사하고, 점(Q)으로부터 0°＜φ＜θ의 각도로 반사하여 반사광(L2)이 된다. 대물렌즈(17)는, 광축(O)에 대해서 개구각(θ)의 각도의 원추면(L3)의 내부를 통과하는 광만을 관찰 시야로서 받아들일 수 있지만, 점(Q)에 의한 반사광(L2)의 반사 각도가 φ＜θ이므로, 이 반사광(L2)이 대물렌즈(17)에 받아들여져 직접 관찰 가능해진다(도 3 참조).

또한, 반사광(L2)은 광축(O)에 대해서 입사 레이저광(L0)과 대칭이며, 입사 레이저광(L0)이 상기 원추면(L3)의 내부로부터 조사되기 때문에, 반사광(L2)은 반드시 상기 원추면(L3)의 내부를 통하고, 대물렌즈(17)에서 직접 관찰되게 된다.

도 3에, 대물렌즈(17)에서 관찰되는 점(Q)(Q1, Q2)으로부터의 반사광(L2)을 나타낸다. 대물렌즈(17)에는, 반사광(L2)의 휘점 및 캔틸레버(4)의 화상이 관찰된다. 여기서, 점(Q1)으로부터의 반사광(L2)이 캔틸레버(4)의 반사면(교점(P))에 보다 가까워지도록, 대물렌즈(17)로 관찰하면서 광원부(1)의 위치를 조정하면, 점(Q2)으로부터의 반사광(L2)의 휘점이 관찰된다. 점(Q2)은 점(Q1)보다 거리 A만큼 캔틸레버(4)에 가까워진 시료(18)의 표면 상의 광축(O)을 나타낸다.

다음에, 반사광(L2)이 캔틸레버(4)의 반사면(교점(P))에 더 가까워지도록, 대물렌즈(17)로 관찰하면서 광원부(1)의 위치를 조정해 가면, 입사 레이저광(L0)이 캔틸레버(4)에 조사된 시점에서, 반사광(L2)은 반사광(L1)의 경로로 바뀌고, 관찰 화면으로부터 사라지므로, 입사 레이저광(L0)이 캔틸레버(4)의 반사면과 포개진 것을 알 수 있고, 「거친 조정」이 종료된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 광원부(1)로부터의 입사광(L0)을 캔틸레버(4)의 반사면에 포개는 광축 조정을, 캔틸레버(4) 근방의 시료(18)의 표면으로부터의 반사광(L2)을 대물렌즈(17)로 직접 관찰하여 행할 수 있으므로, 광축 조정이 용이해진다.

또, 광원부(1)로부터의 광을 캔틸레버(4)에 입사시키는 제1 반사부(3)가, 대물렌즈(17)의 광축(O)으로부터 어긋나고(0°＜φ), 광축(O)을 막지 않기 때문에, 대물렌즈(17)의 분해능이 저하하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제1 반사부(3)가 대물렌즈(17)의 광축(O)으로부터 어긋나 있으므로, 제1 반사부(3)가 광축(O) 상에 존재하는 경우에 비해, 시료(18)의 표면으로부터의 반사광(L2)의 강도가 너무 강해지지 않고, 반사광(L2)을 관찰하기 쉽다.

또한, 제2 반사부(5)가, 대물렌즈(17)의 NA로 정해지는 관찰 시야의 외측이 되는 θ＜φ의 위치에 배치되어 있으므로, 대물렌즈(17)의 분해능이 저하하는 것을 보다 한층 억제할 수 있다.

제1 반사부(3)가, 3°≤φ≤10°가 되는 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 제1 반사부(3)가 0°＜φ이면 광축(O)을 막지 않지만, 실제의 제1 반사부(3)는, 입사 레이저광(L0)이 입사하는 광로 상의 점이 아니라, 이 점의 주위에 어느 정도의 크기를 가짐과 더불어, 광원부(1)로부터 출사되는 광도 어느 정도의 퍼짐을 갖는다. 이 때문에, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 반사부(3)의 반사 위치보다 내측에도 제1 반사부(3)의 부재(3e)가 개재된다.

그래서, 3°≤φ로 하면, 이러한 부재(3e)가 광축(O)을 확실히 막지 않도록 할 수 있다. 또, 일반적인 대물렌즈(17)에서 실현 가능한 NA의 값으로부터, φ≤10° 정도가 된다.

제1 반사부(3)가, 3°＜φ＜10°가 되는 위치에 배치되어 있는 것이 더욱 바람직하다.

다음에, 도 4, 도 5를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태와 관련된 주사 프로브 현미경(100B)에 대해서 설명한다. 또한, 제2 실시 형태에 관련된 주사 프로브 현미경(100B)은, 캔틸레버(4)측을 스캔하여 측정을 행하는 레버 스캔 방식으로 되어 있고, 제1 실시 형태에 관련된 주사 프로브 현미경(100)과 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

도 4에 있어서, 주사 프로브 현미경(100B)은, 탐침(99)을 선단에 갖는 캔틸레버(4)와, 캔틸레버(4)의 하방에 배치되어 시료(18)를 올려놓는 시료대(19)와, 광 레버에 이용하는 레이저광을 조사하는 광원부(1)와, 제1 반사부(3)와, 수광부(6)와, 제2 반사부(5)와, 캔틸레버(4) 및 시료(18)에 대향하여 배치되는 대물렌즈(17) 및 광학 현미경 본체(25)와, 제어 수단(40B) 등을 갖는다.

제1 실시 형태와 같이, 광원부(1)는, 대물렌즈(17)와 캔틸레버(4)의 사이에서, 0°＜θ＜φ가 되는 위치에 배치되어 있다. 또, 제1 반사부(3)는, 대물렌즈(17)와 캔틸레버(4)의 사이에서, 0°＜φ＜θ가 되는 위치에 배치되고, 제2 반사부(5)는, 대물렌즈(17)와 캔틸레버(4)의 사이에서, θ＜φ가 되는 위치에 배치되어 있다.

시료대(19B)는 XY 스테이지(28)의 상방에 부착되고, XY 스테이지(28)는 베이스부(하우징)(22B) 상에 고정되어 있다. XY 스테이지(28)는, 시료대(19B)를 대략적으로 3차원 이동시키고, 캔틸레버(4)와 시료(18)의 위치 관계를 조정하는 것이며, 제어 수단(40)에 의해 동작이 제어된다. 그리고, 시료대(19B) 상에 시료(18)가 올려지고, 시료(18)가 탐침(99)에 대향 배치되어 있다. 또한, XY 스테이지(28) 상에는, 복수의 교환용 캔틸레버를 유지한 캔틸레버 공급 기구(29)가 배치되어 있다.

캔틸레버(4)는, 경사면 블록(11B) 내에 설치된 진공 배관(30)에 의해 경사면 블록(11B)에 흡착 고정되고, 경사면 블록(11B)은, 가진기(진동자)(13)에 고정되어 있다.

주사 프로브 현미경(100B)에 있어서는, 변위 검출계와 캔틸레버를 부착한 경사면 블록(11B)이 일체가 되어, 광헤드를 구성하고 있다. 구체적으로는, 베이스부(22B)의 수직 방향의 붐 부위의 측면에 조동 기구(21B)를 개재하여 연결부(26)가 부착되어 있다.

연결부(26)의 하면에는, 중앙부가 개구하는 미동 기구(스캐너)(20B)가 부착되어 있다. 또, 미동 기구(20B)의 하면에는, 중앙부가 개구하는 프레임형의 광헤드 하우징(16B)이 고정되어 있다. 미동 기구(20B)는, 광헤드 하우징(16B)을 3차원으로 이동(미동)시키는 것이며, 소정의 압전 소자를 구비한 플랫 스캐너(액추에이터)이다. 그리고, 광헤드 하우징(16B)의 개구부에 대물렌즈(17)가 설치되고, 개구 부를 통해 하방의 캔틸레버(4) 및 시료(18)에 면하고 있다.

또, 광헤드 하우징(16B)의 하면에는 광원측 모듈(10B)이 부착되고, 광원측 모듈(10B)의 내부에는 광원측 2축 조정 스테이지(7)가 배치되어 있다. 광원측 2축 조정 스테이지(7)에는 2축 조정 기구(7a)를 개재하여, 광원부(1) 및 제1 집광렌즈(2)가 설치되어 있다. 또한, 광원측 모듈(10B)에는 소정의 미러 홀더를 개재하여 제1 반사부(3)가 부착되어 있다. 그리고, 2축 조정 기구(7a)를, Z 방향과 Y 방향(또는 X 방향)의 2방향으로 조정함으로써, 제1 실시 형태와 같이, 광원부(1)로부터의 레이저광이 캔틸레버의 반사면과 포개지도록, 「광축 조정」을 행할 수 있다.

단, 제2 실시 형태에 있어서는, 미동 기구(20B)에 매달리는 광헤드 하우징(16B)의 중량 저감을 도모하는 등의 여러 가지의 이유로 인해, 2축 조정 기구(7a)가 설치되지 않는 경우도 있다. 이 경우에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 시료(18)의 표면으로부터가 아니라, 캔틸레버 공급 기구(29)에 설치된 광축 조정용 미러(29m)로부터의 반사광(L2)을 대물렌즈(17)로 관찰하여 광축 조정할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 2축 조정 기구의 유무에 관계없이 광축 조정이 가능해진다. 또, 시료(18)의 종류나 표면 상태에 따라서는, 시료(18)의 표면으로부터의 반사광(L2)의 강도가 충분하지 않는 경우가 있지만, 광축 조정용 미러(29m)로부터의 반사광은 일정한 강도를 확보할 수 있으므로, 반사광(L2)을 대물렌즈(17)로 관찰하기 쉬워지고, 광축 조정을 하기 쉬워진다는 효과도 있다. 광축 조정용 미러(29m)를 이용한 광축 조정에 대해서는 후술한다.

한편, 가진기(13)는 광원측 모듈(10B)의 하방에 부착되고, 캔틸레버(4)는 광헤드의 선단에 배치되게 된다.

또한, 광헤드 하우징(16)의 하측에는, 광원측 모듈(10B)에 대향하여 소정의 미러 홀더가 고정되고, 이 미러 홀더에 제2 반사부(5) 및 제2 집광렌즈(23)가 부착되어 있다. 또한, 광헤드 하우징(16B)에는 수광측 2축 조정 스테이지(14B)가 부착되고, 수광측 2축 조정 스테이지(14B)에는 2축 조정 기구(14a)를 개재하여 수광부(6)가 부착되어 있다. 그리고, 2축 조정 기구를, Z 방향과 Y 방향(또는 X 방향)의 2방향으로 조정함으로써, 수광 강도가 가장 높아지도록, 수광부(6)의 위치를 조정하는 「광축 조정」을 행할 수 있다.

그리고, 미동 기구(20B)의 선단에 부착된 광헤드의 캔틸레버(4)는, 시료(18)에 대해서, 높이(Z) 방향의 위치가 제어되면서 시료면(XY) 안쪽 방향으로 주사된다. 이때, 우선, XY 스테이지(28)에 의해 캔틸레버(4)를 시료(18)의 표면 내의 임의의 위치에 위치 결정한 후, 조동 기구(21B)(또는 미동 기구(20B))에 의해 캔틸레버(4)가 시료(18)에 접촉 또는 근접하는 높이 위치까지 보내진다.

캔틸레버(4)의 상하(z 방향)의 이동량은, 수광부(6)에 입사되는 레이저의 광로의 변화(입사 위치)에 반영된다. 따라서, 이 입사 위치로부터 캔틸레버(4)의 변위량이 수광부(6)에서 검출되게 된다. 이와 같이 하여, 시료(18)와 탐침(99) 사이에 작용하는 원자간력에 의해 생기는 캔틸레버(4)의 변위를 상술의 기구로 검출하고, 탐침(99)(캔틸레버(4))의 진동 진폭이 목표 진폭이 되도록 미동 기구(20)를 z 방향으로 변위시키고, 탐침(99)과 시료(18)가 접하는 힘을 제어한다. 그리고, 이 상태에서, 미동 기구(20)를 xy 방향으로 변위시켜 시료(18)의 스캔을 행하고, DFM 측정 모드로 표면의 형상이나 물성치를 매핑한다.

이와 같이 하여, 시료(18)에 캔틸레버(4)의 탐침을 근접 또는 접촉시켰을 때의 캔틸레버(1)의 변위를, 상술의 광 레버 방식으로 검출하고, 미동 기구(20B)에 의해 캔틸레버(4)의 변위량을 일정하게 유지하면서 시료(18) 표면을 주사하고, 측정을 행할 수 있다.

다음에, 도 5를 참조하여, 광축 조정용 미러(29m)를 이용하여, 광원부(1)로부터의 레이저광이 캔틸레버(4)의 반사면에 포개지도록 행하는 「광축 조정」에 대해 설명한다.

도 5에 있어서, 캔틸레버 공급 기구(29)의 상면에, 광축 조정용 미러(광반사면)(29m)가 자신의 반사면이 수평이 되도록 설치되어 있다. 또, 캔틸레버(4)는, 경사면 블록(11B)에 장착되었을 때와 동일한 기울기로, 또한 광축 조정용 미러(29m)의 상방에 탐침이 대향하는 위치에서, 캔틸레버 공급 기구(29)에 유지되어 있다.

여기서, 도 5의 예에서는, 광축 조정시, 캔틸레버(4)는 경사면 블록(11B)에 아직 장착되어 있지 않고, 캔틸레버 공급 기구(29) 상에 유지되어 있다. 그리고, 이 상태에서, XY 스테이지(28)를 조정하고, 광축 조정용 미러(29m)의 표면 상의 점(Qx)에 대물렌즈(17)의 광축(O)이 교차하도록, 캔틸레버 공급 기구(29)의 위치를 조정한다. 이때, 제1 반사부(3)에서 하방으로 향해진 입사 레이저광(L0)은, 0°＜φ＜θ의 각도로 점(Qx)에 입사하고, 점(Qx)으로부터 0°＜φ＜θ의 각도로 반사하여 반사광(L2)이 되어 대물렌즈(17)에 받아들여지고, 직접 관찰 가능해진다.

이와 같이 하여, 대물렌즈(17)에는, 반사광(L2)의 휘점, 및 캔틸레버 공급 기구(29) 상의 캔틸레버(4)의 화상이 관찰된다. 여기서, 점(Qx)으로부터의 반사광(L2)이 캔틸레버(4)의 반사면(교점(Px))에 보다 가까워지도록, 대물렌즈(17)로 관찰하면서 캔틸레버 공급 기구(29)의 위치를 조정하면, 입사 레이저광(L0)이 캔틸레버(4)에 조사된 시점에서, 반사광(L2)은 반사광(L1)의 경로로 바뀌고, 관찰 화면으로부터 사라지므로, 입사 레이저광(L0)이 캔틸레버(4)의 반사면과 포개진 것을 알 수 있다.

또한, 캔틸레버 공급 기구(29) 상의 캔틸레버(4)의 위치와, 경사면 블록(11B)에 장착한 후의 캔틸레버(4)의 위치는, 캔틸레버(4)의 장축 방향(도 5의 좌우 방향)으로 약간의 위치 어긋남이 있지만, 그 위치 어긋남을 예측하여 도 5의 상태에서 캔틸레버(4)의 위치를 맞춤으로써, 실용상 문제는 없다. 따라서, 도 5의 상태에서 캔틸레버(4)의 위치를 맞춤으로써 「거친 조정」이 종료되고, 다음에 캔틸레버(4)를 경사면 블록(11B)에 장착하여 측정으로 이행하면 된다. 또한, 도 5의 상태에서 캔틸레버(4)의 위치를 맞출 때, 캔틸레버(4)의 상면과 경사면 블록(11B)의 하면의 Z 방향의 거리는, 통상 0.5㎜ 정도이다.

제2 실시 형태에 있어서도, 캔틸레버(4) 근방의 광축 조정용 미러(29m)(또는 시료(18))의 표면으로부터의 반사광(L2)을 대물렌즈(17)로 직접 관찰하여 행할 수 있으므로, 광축 조정이 용이해진다.

또, 제1 반사부(3)가 대물렌즈(17)의 광축(O)을 막지 않기 때문에, 대물렌즈(17)의 분해능이 저하하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제1 반사부(3)가 대물렌즈(17)의 광축(O)으로부터 어긋나 있으므로, 광축 조정용 미러(29m)(또는 시료(18))의 표면으로부터의 반사광(L2)의 강도가 너무 강해지지 않고, 반사광(L2)을 관찰하기 쉽다.

본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 주사 프로브 현미경의 측정 모드로는 한정되지 않고, 상술의 DFM 측정 모드 외, 탐침과 시료 사이의 원자간력을 일정하게 유지하여 시료의 표면 형상을 측정하는 컨택트·모드나, 논컨택트 측정 모드를 예시할 수 있다.

또, 주사 프로브 현미경은 시료의 표면 형상을 측정하는 것으로 한정하지 않고, 탐침을 근접 또는 접촉시켜 주사하는 것이면, 시료의 각종 물성 정보를 측정하는 것이어도 된다.

광원부, 제1 반사부, 수광부, 제2 반사부나, 대물렌즈의 종류도 상기 실시 형태로 한정되지 않는다.

[실시예]

도 1, 도 2에 나타낸 제1 실시 형태에 관련된 주사 프로브 현미경(100)을 이용하여, 캔틸레버(4)의 반사면을 수평면에 대해서 약 11°의 각도로 기울이고, 제1 반사부(3)의 φ=6°로 했다. 또, 대물렌즈(17)의 NA를 0.28로 하고, n을 대기중의 굴절률로 했다. 또, 대물렌즈(17)와 캔틸레버(4)의 반사면의 제작 치수(WD)를 33.5㎜로 했다. 광원(1)으로서는, 수퍼루미네슨트 다이오드(SLD)를 이용했다.

그리고, 캔틸레버(4)의 선단의 탐침(99)과, 시료(18)의 표면과의 수직 방향의 거리(S(㎜))를 여러 가지로 변경하고, 대물렌즈(17)로 관찰되는 반사광을 촬상했다.

얻어진 결과를 도 6에 나타낸다. 또, 비교로서, 제1 반사부(3)의 φ=0°로 하고, 특허 문헌 1에 기재된 기술과 마찬가지로 제1 반사부(3)를 빔 스플리터로 하고, 마찬가지로 대물렌즈(17)로 관찰되는 반사광을 촬상했다. 제1 반사부(3)의 φ=0°으로 했을 때의 결과를 도 7에 나타낸다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 반사부(3)의 φ=6°로 한 본 발명예의 경우, 거리(S)가 커지면 반사광의 강도가 약간 약해짐과 더불어, 반사광의 중심 위치가 옆으로 어긋나지만, 반사광의 강도가 너무 강해지지 않고, 반사광을 관찰하기 쉽고, 광축 조정이 용이했다. 또한, 거리(S)가 ＋는, 탐침(99)이 시료(18)의 표면보다 대물렌즈(17)측(상방)에 위치하는 것을 나타낸다. 또, 거리(S)가 -는, 경사면 블록(11)을 떼어내고 캔틸레버(4)가 없는 상태로, 시료(18)의 표면으로부터의 반사광만을 관찰한 것이다.

한편, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제1 반사부(3)의 φ=0°로 한 비교예의 경우, 거리(S)에 따르지 않고 반사광의 중심 위치가 변하지 않으며, 대물렌즈(17)를 이용하여 광축 조정을 행할 수는 있었지만, 반사광의 강도가 너무 강해서 관찰하기 어려웠다. 또, 제1 반사부(3)가 대물렌즈(17)의 광축(O) 중심을 막기 때문에, 대물렌즈(17)로 시료(18)를 관찰할 때에 분해능이 저하했다.

1: 광원부 3: 제1 반사부
4: 캔틸레버 5: 제2 반사부
6: 수광부 7a: 조사 위치 조정 기구
14a: 수광 위치 조정 기구 17: 대물렌즈
18: 시료 19: 시료대
29: 캔틸레버 공급 기구 29m: 광축 조정용 미러(광반사면)
99: 탐침 100, 100B: 주사 프로브 현미경
O: 대물렌즈의 광축

Claims

시료의 표면에 근접시키는 탐침이 설치된 캔틸레버와,
광을 조사하는 광원부와,
상기 광원부로부터 조사되는 입사광(L0)을 반사하여 상기 캔틸레버에 설치된 반사면으로 이끄는 제1 반사부와,
상기 광을 수광하는 수광부와,
상기 반사면에서 반사된 반사광(L1)을 반사하여 상기 수광부로 이끄는 제2 반사부와,
상기 캔틸레버에 대향하여 배치되고, 상기 캔틸레버의 근방을 관찰 또는 촬상하는 개구수가 NA인 대물렌즈를 구비한 주사 프로브 현미경으로서,
상기 제1 반사부는, 상기 대물렌즈와 상기 캔틸레버의 사이에서, 상기 제1 반사부에서 반사된 상기 입사광(L0)의 광로와, 상기 대물렌즈의 광축(O)이 이루는 각(φ)이 0°＜φ＜θ(단, θ는 개구각(°)으로서, NA=n·sinθ로 나타내어지고, n은 상기 대물렌즈와 상기 캔틸레버 사이의 매질의 굴절률)가 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 주사 프로브 현미경.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 반사부는, 3°≤φ≤10°가 되는 위치에 배치되어 있는 주사 프로브 현미경.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제2 반사부는, 상기 대물렌즈와 상기 캔틸레버의 사이에서, 상기 반사면에서 반사된 상기 반사광(L1)의 광로와, 상기 대물렌즈의 광축(O)이 이루는 각이 θ보다 커지도록 배치되어 있는 주사 프로브 현미경.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원부에 접속되어 상기 광원부의 위치를 조정함으로써, 상기 입사광(L0)의 상기 제1 반사면으로의 조사 위치를 조정 가능한 조사 위치 조정 기구를 더 구비하고 있는 주사 프로브 현미경.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수광부에 접속되어 상기 수광부의 위치를 조정함으로써, 상기 반사광(L1)의 상기 수광부에서의 수광 위치를 조정 가능한 수광 위치 조정 기구를 더 구비하고 있는 주사 프로브 현미경.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시료를 올려놓는 시료대를 더 구비하고,
상기 시료대가 1 또는 복수의 캔틸레버를 유지 가능한 캔틸레버 공급 기구를 갖는 주사 프로브 현미경.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시료를 올려놓는 시료대를 더 구비하고,
측정시에, 상기 광축(O) 방향으로 상기 탐침과 겹치도록 상기 시료대를 이동 가능한 주사 프로브 현미경.
청구항 7에 있어서,
상기 시료대는, 상기 캔틸레버를 측정시와 같은 방향으로 유지하고,
상기 시료대는 또한, 상기 입사광(L0)을 반사하고, 상기 유지된 캔틸레버와 함께 상기 입사광(L0)의 광축 맞춤을 하기 위한 광반사면을 갖는 주사 프로브 현미경.