WO2006090593A1

WO2006090593A1 - 走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構およびこれを用いた走査型プローブ顕微鏡

Info

Publication number: WO2006090593A1
Application number: PCT/JP2006/302315
Authority: WO
Inventors: Masato Iyoki; Hiroyoshi Yamamoto
Original assignee: Sii Nanotechnology Inc.
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2006-08-31
Also published as: WO2006090593A9; JP5305650B2; US7614287B2; DE112006000419T5; US20080048115A1; JPWO2006090593A1

Abstract

　試料やカンチレバーの上方や下方に対物レンズや照明系を配置しても、迅速かつ高精度に測定することができる走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構およびこれを含む走査型プローブ顕微鏡を提供することを課題とする。　カンチレバー２０を支持する支持部２２と、反射面１４に光を照射する光源部１１４と、前記反射面１４によって反射された光を受光する受光部１２１とを備え、この受光部１２１の受光位置によってカンチレバー２０の変位を検出する走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構１１２において、前記カンチレバー２０の後端部が、前記支持部２２に固定され、上面視して前記カンチレバー２０の長さ方向に延びるＹ軸と、前記反射面１４を通り前記Ｙ軸と直交する方向に延びるＸ軸とによって区画される領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのうち、前記カンチレバー２０の先端側の領域Ｂ，Ｃの上方から、前記Ｘ軸およびＹ軸に対して傾けて前記反射面１４に前記光を入射させるようにした。

Description

明細書

走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構およびこれを用いた走査型プローブ顕微鏡

技術分野

[0001] 本発明は、試料の表面にプローブを近接させて走査することにより、試料の表面形状や粘弾性等の各種の物性情報を測定する走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構およびこれを有する走査型プローブ顕微鏡に関するものである。

背景技術

[0002] 周知のように、金属、半導体、セラミック、榭脂、高分子、生体材料、絶縁物等の試料を微小領域にて測定し、試料の粘弾性等の物性情報や試料の表面形状の観察等を行う装置として、走査型プローブ顕微鏡（SPM : Scanning Probe Microscope)が知られている。

[0003] これら走査型プローブ顕微鏡の中には、反射面を有する長尺状のカンチレバーと、このカンチレバーを片持ち支持するカンチレバーホルダと、光を照射する光源部と、この光源部力照射された光を受光する受光部と、を備えたものが周知となっている (例えば、特許文献 1参照)。

[0004] このような構成のもと、光源部力反射面に光を照射すると、反射面によって反射された光が受光部に到達する。このとき、例えば試料の凹凸形状に応じてカンチレバ一が橈むと、受光部への到達ポイントがズレることになる。そこで、それら到達ポイントを測定することにより、試料の凹凸形状を測定することができる。

[0005] ここで、試料の詳細測定を行う前に、初期観察を行って測定箇所を特定すると、効率の良い詳細測定が可能となる。そのため、試料やカンチレバーの上方や下方に、対物レンズや照明系を配置することにより、試料の光学像が得られ、これにより、例えば試料の表面の傷などが観察されて測定すべき箇所が特定される。

[0006] しかし、測定効率を向上させるために、試料やカンチレバーの上方や下方に、対物レンズや照明系を配置すると、上述の光源部ゃ受光部を設置するスペースが少なくなるため、光源部からの光を上方力も垂直に反射面にあてることができなくなる。そこで、光源部力の光を斜めから反射面に照射することが考えられる。

特許文献 1：特開 2000— 346784号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] し力しながら、単に斜め力も照射するだけでは、対物レンズや照明系、カンチレバ一ホルダ、あるいは、カンチレバーと一体に成形されたベース部分などに光源部からの光があたってしまい、その進行が遮られてしまう。そのため、反射面ゃ受光部などに適切に光を到達させることができず、測定自体が困難になるという問題がある。

[0008] 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、試料やカンチレバーの上方や下方に対物レンズや照明系を配置しても、迅速かつ高精度に測定することができる走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構およびこれを含む走査型プローブ顕微鏡を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0009] 上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。

[0010] 試料の表面に近接させるプローブが設けられたカンチレバーを支持する支持部と、前記カンチレバーに設けられた反射面に光を照射する光源部と、該光源部から照射されて前記反射面によって反射された光を受光する受光部とを含み、該受光部の受光位置によってカンチレバーの変位を検出する走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、前記カンチレバーの後端部が、前記支持部に固定され、上面視して前記カンチレバーの長さ方向に延びる Y軸と、前記反射面を通り前記 Y軸と直交する方向に延びる X軸とによって区画される領域のうち、前記カンチレバーの先端側の領域の上方から、前記 X軸および Y軸に対して傾けて前記反射面に前記光を入射させることを特徴とする。

[0011] 上記の構成力もなる SPM走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構においては、 X 軸と Y軸とによって区画される領域のうち、カンチレバーの先端側の領域の上方から、光源部力ゝらの光が X軸および Y軸に対して傾けられて反射面に入射するようになる

[0012] これにより、カンチレバーの先端側上方の開放されたスペースを利用することができ、光源部力の光の進行を遮らせることなぐその光を反射面に容易に到達させることがでさる。

[0013] また、上記の SPM走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、反射面に入射した光が、 Y軸を挟んで反対側の領域の上方に、 X軸および Y軸に対して傾けて反射するようにしてもよヽ。

[0014] これにより、反射面からの反射光の進行を遮らせることなぐその反射光を受光部に容易に到達させることができる

上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、前記 X軸と Y軸とを含む

XY平面に平行な平面上に、前記光源部から照射された光の進行方向を変更する進行方向変更手段が設けることで、光源部から照射された光の進行方向が、進行方向変更手段により、変更できるようにしてもよい。

[0015] これにより、 XY平面上のスペースを有効利用することができ、小型化を容易にすることができる。

[0016] さらに、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、前記進行方向変更手段が、前記光源部力照射された光の光路上に複数設けられており、これら複数の進行方向変更手段と前記光源部と前記受光部とが、前記カンチレバーの先端側の領域において、上面視して略環状に配置されるようにして、光源部からの光が、複数の進行方向変更手段により、その進行方向を変更しながら、反射面に到達し、その反射光が受光部に到達するようにしてもよい。ここで、進行方向変更手段、光源部および受光部は、略環状に配置されていることから、前記光は、カンチレバーの先端側の領域において、上面視して略環状に進行する。そのため、カンチレバーの上方に対物レンズやコンデンサレンズなどを配置しても、前記光は、それら対物レンズやコンデンサレンズなどに遮られることなく進行する。

[0017] これにより、 XY平面上のスペースをより有効利用することができる。

[0018] さらに、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、前記光源部から照射された光の光路上に、光路長のズレを補正する光路長補正手段を備えることで

、光路長変更手段により、光路長のズレが補正してもよい。

[0019] これにより、液中測定と空気中測定とで光路長にズレが生じても、迅速かつ容易にそのズレを補正することができる。

[0020] さらに、本発明の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構では、前記プローブ、力ンチレバーまたは試料の少なくとも一つが観察可能な任意の位置に対物レンズを配置したことを特徴とする。

[0021] これにより、前記走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構によって対物レンズが邪魔されることなぐプローブ、カンチレバーまたは試料のいずれか一つに対物レンズを一層近づけることができ、そのため高 NAの対物レンズを設けることができる。

[0022] さらに、本発明の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構では、前記プローブ、力ンチレバーまたは試料の少なくとも一つに任意の方向から照明光を照射することを特徴とする。

[0023] これにより、前記走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構によって照明光が邪魔されることなぐ高精度な初期観察を行うことができる。

[0024] さらに、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、前記カンチレバ一または試料を微動させるスキャナを備えることで、スキャナによってカンチレバーまたは試料が微動させてもよ!ヽ。

[0025] これにより、プローブを試料に精度よく確実に走査させることができる。

[0026] 上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構にぉ、て、前記スキャナが、前記 X 軸および Y軸に直交する Z軸の延在する方向に向けられた貫通孔を備え、さらにこの貫通孔に照明光が通すようにしてもよい。

[0027] これにより、スキャナによって照明光が邪魔されることなぐ高精度な初期観察を行うことができる。

[0028] また、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、前記貫通孔を介して、前記プローブ、カンチレバーまたは試料のいずれか一つが観察可能な位置に、 Z軸に沿って前記カンチレバーの上方または下方に対物レンズを備えるようにしてもよい。

[0029] これにより、スキャナによって対物レンズが邪魔されることなぐプローブ、カンチレバーまたは試料のいずれか一つに対物レンズを一層近づけることができ、そのため高 NAの対物レンズを設けることができる。 [0030] また、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構にぉ、て、前記スキャナが、前記 X軸および Y軸に沿って前記カンチレバーを微動させる XYスキャナを備えて、カンチレバーを X軸および Y軸に沿って確実に微動させるようにしてもよい。

[0031] また、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、前記スキャナが、前記 X軸および Y軸に直交する Z軸に沿って前記カンチレバーを微動させる Zスキヤナを備えて、カンチレバーを z軸に沿って確実に微動させることができるようにしてもよい。

[0032] また、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、前記スキャナが、前記 X軸および Y軸と、これら X軸および Y軸に直交する Z軸とに沿って前記カンチレバーを微動させる XYZスキャナを備えて、カンチレバーを X軸、 Y軸および Z軸に沿つて確実に微動させることができるようにしてもょ、。

[0033] また、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構にお!、て、前記光源部が、低コヒーレント光源にしてもよ、。

[0034] これにより、干渉縞の発生を抑制することができ、高精度な測定を行うことができる。

[0035] また、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、前記光源部から照射された光の光路上に、シリンドリカルレンズが設けて、光源部から照射された光が、シリンドリカルレンズを透過するようにしてもよい。

[0036] これにより、非点収差を補正することができ、高精度な測定を行うことができる。

[0037] また、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、前記反射面から反射され、前記受光部に至る前記光の光路上に、集光レンズが設けて、反射面から反射した光が集光レンズを透過するようにしてもよ!、。

[0038] これにより、受光部に到達するスポットを、受光面内に収まるように適切な大きさにするとともに、光が進む媒質やカンチレバーの種類の違いにより、反射光がずれた場合でも、受光可能な一定の領域に光を集光することができる。

[0039] さらに、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、前記プローブと対向する位置に散乱板を配置し、前記プローブを有するカンチレバーの上方または下方の任意の位置に対物レンズを配置し、前記光源部から照射させた光を散乱板により散乱させて、前記対物レンズによりカンチレバーと散乱光のスポットを観察しながら、前記カンチレバーの反射面にスポットの位置合わせを行うようにしてもよい。

[0040] これにより、対物レンズの光軸に対して光源部からの光を斜め力照射させた場合でも、散乱光を観察することにより光のスポットを観察することができ、カンチレバーの反射面にスポットの位置合わせを容易に行うことができる。

[0041] また、本発明は、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構を備えた走査型プローブ顕微鏡であることを特徴とする。

[0042] この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、上記請求項 1から請求項 16のいずれかの発明と同様の効果を奏することができる。

発明の効果

[0043] 本発明によれば、試料やカンチレバーの上方や下方に対物レンズや照明系を配置しても、光源部力の光の進行を遮らせることなぐその光をカンチレバーの反射面に容易〖こ到達させることができる。

[0044] また、走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構を薄型に構成することができるため、高 NAの対物レンズや照明系のコンデンサレンズを使用することが可能となり、分解能が高く鮮明な光学顕微鏡像を得ることができる。これにより、走査型プローブ顕微鏡と光学顕微鏡を組み合わせ、この光学顕微鏡によって、より高精度に被測定箇所の位置決めを行うことができ、迅速かつ高精度に走査型プローブ顕微鏡像を測定することがでさる。

図面の簡単な説明

[0045] [図 1]本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の第 1の実施例を示す図であって、（a)は走査型プローブ顕微鏡の正面図、（b)は (_a)において符号 Eによって示す領域の拡大図である。

[図 2]図 1のステージ微動機構部を拡大して示す平面図である。

[図 3]図 2のステージ微動機構部を示す底面図である。

[図 4]図 1のプローブ微動機構部を拡大して示す平面図である。

[図 5]図 4のプローブ微動機構部に変位検出機構部が設けられた様子を示す平面図である。

[図 6]図 4の変位検出機構部によって、反射面に光が入射する様子を示す説明図である。

[図 7]図 5の I I線矢視図である。

[図 8]図 5の変位検出機構部の光路を一部簡略ィ匕して直線上に展開した光路図である。

[図 9]カンチレバーの反射面への入射光線を X— Z平面に投影した光路図である。

[図 10] (a)散乱板の平面図である。

[0046] (b) (a)の M— M断面図である

[図 11]本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の第 2の実施例を示す正面図である。符号の説明

[0047] 1 走査型プローブ顕微鏡

10 対物レンズ

14 反射面

20 カンチレバー

20a 後端 (後端部）

21 プローブ

22 カンチレバーホルダー（支持部）

26 プローブ微動機構部 (XYスキャナ）

70 プローブ側貫通孔

109 ステージ側貫通孔

110 筒孔 (貫通孔）

112 変位検出機構部

114 SLD (光源部、低コヒーレント光源）

119 シリンドリカノレレンズ

121 フォトディテクタ (受光部）

122 第 1の反射部 (進行方向変更手段）

123 第 2の反射部 (進行方向変更手段）

126 補正ガラス (光路補正手段）

128 集光レンズ 140 散乱板

S 試料

発明を実施するための最良の形態

[0048] (実施例 1)

以下、本発明の第 1実施例における走査型プローブ顕微鏡について、図面を参照して説明する。本実施例においては、カンチレバーを共振周波数付近で振動させな力試料に近づけ、振巾や位相の変化量により、プローブと試料間の距離を一定に保ちながら走査する DFMモード（Dynamic Force Mode)による液中測定を行うものとする。

[0049] この走査型プローブ顕微鏡 1は、倒立顕微鏡と組み合わせたものであり、図 1 (a)および (b)に示すように、基台としての除振台 2に設置された本体部 3と、この本体部 3 の上方に設けられた測定部 4と、測定部 4の下方に設けられた倒立顕微鏡 8と、測定部 4の上方に設けられた照明部 5とを備えている。

[0050] 倒立顕微鏡 8は、 XYステージ 31を介して除振台 2に載置されている。そして、倒立顕微鏡 8の上端には、レボルバ 9が設けられており、このレボルバ 9に、それぞれ倍率の異なる複数の対物レンズ 10が設けられている。そして、レボルバ 9を回すことにより、複数の対物レンズ 10の配置が変更されるようになっており、複数の対物レンズ 10を観察位置 Kに選択的に配置することができるようになつている。観察位置 Kとは、試料 Sの下方であって試料 Sを観察するための位置をいう。

[0051] 本体部 3は、除振台 2から垂直に延びる支柱 12に支持された、平板状のベース 13 を備えて構成されるものである。ベース 13の中央部には、ベース開口部 15が形成されており、このベース開口部 15内に、試料 Sが載置されるステージ 16が設けられている。このステージ 16の中央にはステージ開口部 17が形成されている。

[0052] ステージ 16は、ステージ微動機構部 27により、 Z軸方向に沿って移動するようになつている。なお、 Z軸とは、後述する反射面 14を通り、試料 Sの表面およびステージ 1 6に垂直に延びる軸をいい、後述する X軸、 Y軸に直交する軸をいう。また、 Z軸方向とは、 Z軸の延びる方向をいい、走査型プローブ顕微鏡 1の高さ方向をいう。

[0053] ステージ微動機構部 27は、図 2および図 3に示すように、略長方形状に形成された機構本体部 86と、この機構本体部 86から、機構本体部 86の厚さ方向（すなわち Z軸方向）に交差する方向（すなわち X軸方向）に延出する延出部 87とを備えている。

[0054] 延出部 87には、上述のステージ 16が設けられている。

[0055] 機構本体部 86には、延出部 87の延出方向と反対方向に延びる本体固定部 91が設けられている。本体固定部 91は、図 1に示すベース 13の所定の位置に固定されており、これにより、機構本体部 86が片持ち支持されている。

[0056] また、機構本体部 86の内部には、空洞部 93が設けられている。空洞部 93の上内壁部 94の X軸方向の両端のうち、本体固定部 91が設けられた方の端部には、第 1平行パネ 101が設けられており、延出部 87が設けられた方の端部には、第 2平行パネ 102が設けられている。一方、下内壁部 97の X軸方向の両端のうち、延出部 87が設けられた方の端部には、第 3平行パネ 103が、本体固定部 91が設けられた方の端部には、第 4平行パネ 104が設けられている。また、第 2平行パネ 102の近傍には、上内壁部 94から下方に向けて延びる下方壁部 95が設けられており、第 4平行パネ 104 の近傍には、下内壁部 97から上方に向けて延びる上方壁部 96が設けられている。すなわち、下方壁部 95および上方壁部 96が、互いに反対方向に延ばされて対向して配置されている。

[0057] そして、これら下方壁部 95と上方壁部 96との間に、 Z駆動部 85が設けられている。

Z駆動部 85は、後述する Y駆動部 51および X駆動部 52とは、物理的に分離して別個に設けられたものであり、それぞれ独立して機能するものである。 Z駆動部 85は、 X 軸方向に向けられた積層型の Z側圧電素子 90からなるものである。そして、 Z側圧電素子 90は、その一端が下方壁部 95に固定され、他端が上方壁部 96に固定されている。

[0058] このような構成のもと、 Z側圧電素子 90に電圧を印加すると、 Z側圧電素子 90が X 軸方向に伸縮するようになっている。 Z側圧電素子 90が伸びると、下方壁部 95および上方壁部 96が X軸方向外方に押圧され、上方壁部 96は固定端付近を中心に図 2 における時計方向に回転するとともに、下方壁部 95も固定端付近を中心に時計方向に回転し、結果として、第 1から第 4の平行パネ 101 , 102, 103, 104に案内されて、延出部 87が Z軸方向に移動し、延出部 87に連結されたステージ 16が Z軸方向に移動するようになって、る。

[0059] なお、符号 108は静電容量センサを示すものであり、この静電容量センサ 108によつて機構本体部 86の微動量を検出することにより、ステージ 16の Z軸方向の微動量の変位を検出したり、検出された変位により、 Z側圧電素子 90に印加される電圧に対して、ステージ 16を線形に移動させることができるようになつている。

[0060] さらに、図 1 (a)および (b)に示すように、ステージ 16の上面には、上述の測定部 4 が設置されている。測定部 4は、プローブ微動機構部 (XYスキャナ） 26を備えており、このプローブ微動機構部 26には、クランク状のクランク固定部 30が設けられている。そして、クランク固定部 30により、プローブ微動機構部 26は、その中心がステージ開口部 17に一致するように設置されている。さらに、プローブ微動機構部 26は、図 4 に示すように、幅寸法の異なる矩形枠状の外フレーム部 48および内フレーム部 49を備えており、これら外フレーム部 48および内フレーム部 49は、低熱膨張铸鉄によりフラット状に形成されている。また、外フレーム部 48と内フレーム部 49とは、 Y駆動部 5 1と X駆動部 52とを介して、互いに同心上に連結されており、外フレーム部 48および内フレーム部 49の上面は面一にして配されている。 Y駆動部 51は、外フレーム部 48 に形成された X軸に沿って延びる Y側空洞部 57内に設置されており、 X駆動部 52は、同様に Y軸に沿って延びる X側空洞部 60内に設置されている。

[0061] Y駆動部 51は、 X軸方向に向けられた積層型の Y側圧電素子 54を備えている。 Y 側圧電素子 54には、その周囲を取り囲むように、上面視して略ひし形の Y側変位拡大機構部 55が設けられている。そして、 Y側変位拡大機構部 55は、 Y側連結部 56を介して、内フレーム部 49に連結されている。

[0062] また、 X駆動部 52は、 Y軸方向に向けられた積層型の X側圧電素子 61を備えている。 X側圧電素子 61の周囲には、上記と同様に、略ひし形の X側変位拡大機構部 6 2が設けられており、 X側変位拡大機構部 62は、 X側連結部 63を介して、内フレーム部 49に連結されている。

[0063] また、内フレーム部 49の四隅には、平行パネ 67が設置されている。内フレーム部 4 9の底面には、略矩形の基板部 68が設けられており、基板部 68は、 X軸と Y軸とを含む XY平面に平行に設けられている。この基板部 68の下方には、後述するようにカンチレバーホルダー（支持部） 22に支持されたカンチレバー 20が設けられている。

[0064] このような構成のもと、 Y側圧電素子 54および X側圧電素子 61に電圧を印加することにより、 Y側変位拡大機構部 55および X側変位拡大機構部 62が、それぞれ Y軸方向、 X軸方向に拡大縮小し、これにより内フレーム部 49を Y軸、 X軸方向に微動させて、基板部 68を介してカンチレバー 20を Y軸、 X軸方向に微動させるようになつている。

[0065] ここで、 Y軸とは、上面視してカンチレバー 20の長さ方向に延びる軸を、、、すなわち、カンチレバー 20を任意の水平面に投影した直線をいうものとする。そして、 Y 軸方向とは、 Y軸の延びる方向をいい、走査型プローブ顕微鏡 1の奥行方向をいう。

[0066] また、 X軸とは、反射面 14を通り、前記任意の水平面上において Y軸と直行する方向に延びる軸をいうものとする。そして、 X軸方向とは、 X軸の延びる方向をいい、走查型プローブ顕微鏡 1の幅方向をいう。

[0067] また、これら X軸と Y軸とによって区画された 4つの領域を、上面視して右上の領域力図 4における反時計回りに、それぞれ A, B, C, D領域と呼ぶこととする。すなわち、 X軸および Y軸を座標軸として、第 1象限を A領域、第 2象限を B領域、第 3象限を C領域、第 4象限を D領域という。そして、カンチレバー 20の基端側には A、 B領域が配され、先端側には C、 D領域が配されている。

[0068] また、符号 78, 81は静電容量センサを示し、符号 77, 80はターゲットを示すものであり、これら静電容量センサ 78, 81によって内フレーム部 49の Y軸、 X軸方向の微動量を検出することにより、内フレーム部 49を介してカンチレバー 20の Y軸、 X軸方向の微動量の誤差を算出し、 Y側圧電素子 54、 X側圧電素子 61に印加する電圧に対して、内フレーム部 49が線形に移動できるようになって、る。

するようになっている。

[0069] また、カンチレバーホルダ 22の中央には、図 6に示すように、ガラスからなるガラスホルダ 23が設けられている。このガラスホルダ 23は、試料 Sとガラスホルダ 23との間に、液の粘性による膜を形成させて、これによつて液中測定時において、後述する変位検出機構 112の光源部力の光や、光源 40からの照明光の乱反射等を防止するためのものである。カンチレバーホルダ 22には、 Y軸に沿って柱状に延びる支持部材 19が設けられており、支持部材 19の先端には、この先端から下方に垂下する垂下部材 18が設けられている。垂下部材 18の下端には、不図示のワイヤが設けられている。

[0070] カンチレバー 20は、ステージ開口部 17の上方に設けられている。長尺状のカンチレバー 20の先端には、その下面側に、先鋭ィ匕されたプローブ 21が設けられており、上面側には、光を反射させる反射面 14が設けられている。また、カンチレバー 20の後端 (後端部） 20aは、ピエゾ素子 28を介してガラスホルダ 23に接着固定された支持台 24に載置され、前述の垂下部材 18に設けられたワイヤにより支持台 24に固定されている。これにより、カンチレバー 20は、プローブ 21が設けられた先端側が自由端となるように片持ち支持されて、る。

[0071] このように構成されたカンチレバーホルダ 22において、ピエゾ素子 28に電圧を印加することにより、 Z軸方向に沿って所定の周波数及び振幅でカンチレバー 20が振動するようになっている。

[0072] また、プローブ微動機構部 26の近傍には、図 1 (a)および (b)に示すように、モータ一 37によってカンチレバー 20を Z軸方向に粗動移動させるための Z粗動機構部 33 が設けられており、 Z粗動機構部 33のベース部材 34力本体部 3のベース 13に固定されている。この Z粗動機構部 33の上面には XYステージ 35が設けられており、この XYステージ 35の上面に、前記クランク固定部 30が固定されている。

[0073] さらに、プローブ微動機構部 26の上方には、上述の照明部 5が設けられている。照明部 5は、照明光を発する光源 40と、この光源 40からの照明光を集光するためのコンデンサレンズ 41とを備えている。コンデンサレンズ 41は、倒立顕微鏡 8に連なるレンズ支持部 42によって、プローブ微動機構部 26の中心上方に配されて、プローブ微動機構部 26に対して上下動可能に支持されている。

[0074] さらに、本実施例におけるプローブ微動機構部 26は、図 5に示すように、基板部 68 の上面に、カンチレバー 20の変位を検出する変位検出機構部 112が設けられて構成されている。変位検出機構部 112は、低コヒーレント光源としての波長 830nmの近赤外光の波長を持つ、スーパ一'ルミネッサンス 'ダイオード（以下、「SLD」という） 11 4を備えている。 SLD (光源部、低コヒーレント光源） 114は、基板部 68の四隅の角部のうち、 D領域に配される角部の近傍に設置されている。そして、 SLD114を駆動すると、 Y軸を挟んだ反対の領域、すなわち C領域に向けて、 X軸に沿って進行する低コヒーレント光を照射するようになっている。 SLD114の近傍であって、 SLD114力の光の光路上には、光学系 115が設置されている。光学系 115は、 SLD114に対向して配置された集光用の非球面レンズ 117を備えている。そして、この非球面レンズ 117から、 D領域から C領域に向力う方向に、収差補正用のァクロマテックレンズ 118 、シリンドリカルレンズ 119が順番に配列されて!、る。

[0075] 光学系 115を構成するレンズ群 117, 118, 119は、 SLD114からの出射光をカンチレバー 20の反射面 14に結像させるようになって、る。

[0076] シリンドリカルレンズ 119は、非点収差補正用に設けられたものであり、反射面 14への結像スポットの広がりを補正するようになって、る。

[0077] また、前記四隅の角部のうち C領域に配される角部の近傍には、第 1の反射部 (進行方向変更手段） 122が設けられている。第 1の反射部 122は、 SLD114および光学系 115と X軸線に沿って配列されており、これにより SLD114力もの光力光学系 115を透過して、第 1の反射部 122に到達するようになっている。さらに、第 1の反射部 122は、その到達した光を反射させて、その進行方向を変更し、反射光を Y軸に沿って進行させるようになつている。さらに、 C領域内における X軸の近傍には、図 5 および図 7に示す第 2の反射部 (進行方向変更手段） 123が設けられており、これら第 1の反射部 122と第 2の反射部 123との間には、平板状の補正ガラス (光路補正手段） 126が設けられている。すなわち、第 1の反射部 122、補正ガラス 126および第 2 の反射部 123は、 Y軸に沿って配列されている。

[0078] 補正ガラス 126は、ガラス支持部 127により光路上力も着脱可能に支持されており、補正ガラス 126を所定の位置に取り付けると、第 1の反射部 122からの反射光が補正ガラス 126を透過するようになっている。そして、この補正ガラス 126を取り付けたときと、取り外したときとでは、補正ガラス 126による屈折の有無によって、光路長が変わるようになっている。

[0079] ここで、液中測定を行うときと、大気中測定を行うときとでは、光路長が異なるようになる。なぜなら、反射面 14への入射光が培養液を透過することにより屈折するからである。本実施例においては、補正ガラス 126を透過させることにより、液中測定に適した光路長になるように設定され、補正ガラス 126を取り外すと、大気中測定に適した光路長〖こなるように設定されて、る。

[0080] 第 2の反射部 123は、第 1の反射部 122からの反射光をさらに反射させて、進行方向を変更し、その反射光を反射面 14に向けて照射するようになって、る。

[0081] また、 D領域におけるカンチレバー 20の近傍であって、反射面 14からの反射光の光路上には、その反射光を集光するための、例えば両凸レンズからなる集光レンズ 1

28と、例えば四分割されて構成されたフォトディテクタ (受光部） 121とが設けられている。

[0082] そして、上述した SLD114、光学系 115、第 1の反射部 122、補正ガラス 126、第 2 の反射部 123、反射面 14、集光レンズ 128およびフォトディテクタ 121は、 C領域および D領域にわたって、上面視して略環状に配置されて、る。

[0083] このような構成のもと、図 5および図 6に示すように、反射面 14には、第 2の反射部 1 23からの反射光力 C領域の上方から、 X軸および Y軸に対して傾けられて入射し、さら〖こ、 D領域の上方に向けて、 X軸および Y軸に対して傾けられて出射するようになつている。

[0084] 例えば、本実施例においては、第 2の反射部 123の設置角度は、その反射面が、 Z 軸に対して 60° 、Y軸に対して 48° になるように設定されている。これにより、第 2の反射部 123において反射した光は、 Ζ軸に対して 50° 、Χ軸に対して 15° に傾けられて反射面 14に入射するようになっている。また、カンチレバー 20の設置角度は、 Υ 軸に対して 9° に設定されている。

[0085] なお、これらの角度は、上述の設定に限られたものではなぐ適宜変更可能である。特に、反射面 14への入射光は、 X軸に対して 0° を超えて 45° 以下に設定するのが好ましい。

[0086] さらに、変位検出機構部 112は、フォトディテクタ 121を Υ軸、 Ζ軸方向に移動させる受光側 ΥΖステージ 131と、 SLD114および光学系 115を Υ軸、 Ζ軸方向に移動させる光源側 ΥΖステージ 132とを備えている。そして、受光側 ΥΖステージ 131は、レバ一 133を備えており、このレバー 133を操作することにより、フォトディテクタ 121の Υ 軸、 z軸方向における位置を調整することができるようになつている。同様にして、光源側 YZステージ 132により、 SLD114および光学系 115の Y軸、 Z軸方向における位置を調整することができるようになって、る。

[0087] また、本実施例における基板部 68の中央には、 Z軸方向に向けられたプローブ側貫通孔 70が形成されている。そして、このプローブ側貫通孔 70に、図 1に示す光源 4

0からの照明光が通されるようになって、る。

[0088] また、図 2に示すように、本実施例における延出部 87には、 Z軸方向に向けられたステージ側貫通孔 109が形成されている。さらに、図 1に示す倒立顕微鏡 8に設けられたフォーカシングダイヤル 8aを操作することにより、対物レンズ 10が上下動するようになっており、ステージ側貫通孔 109を介して、対物レンズ 10により試料 Sを観察することができるようになって!/、る。

[0089] 次に、このように構成された本実施例における走査型プローブ顕微鏡 1の作用について説明する。

[0090] まず、試料 Sを不図示の液中セルを介してステージ 16に載置する。そして、光源 40 をオンにし、試料 Sに向けて照明光を照射する。すると、その照明光は、プローブ側貫通孔 70を通り、カンチレバーホルダ 22のガラスホルダ 23、試料 Sを順に透過して、さらにステージ側開口部 17を通ることにより、観察位置 Kに配された対物レンズ 10に到達する。これによつて、対物レンズ 10を介して、試料 Sの状態が観察される。このとき、レボルバ 9を回すと、はじめの対物レンズ 10が観察位置 Kから外れ、他の対物レンズ 10が観察位置 Kに配置される。これにより、適切な倍率の対物レンズ 10が選択される。また、フォーカシングダイヤル 8aを操作すると、対物レンズ 10が上方に移動し、対物レンズ 10が試料 Sに近接し、フォーカシングされる。

[0091] これによつて試料 Sの初期観察が行われる。この結果に応じて、詳細な被測定箇所を特定し、走査型プローブ顕微鏡による詳細測定が行われる。このときの測定箇所は、 XYステージ 31により、倒立顕微鏡 8を動力ゝして位置決めされる。

[0092] 詳細測定を行うには、まず補正ガラス 126を取り付けて、さらに試料 Sの表面とプローブ 21の位置を、倒立顕微鏡 8の像を見ながら、 XYステージ 35により位置合わせをする。次に、 SLD114、光学系 115およびフォトディテクタ 121の位置を調整する。すなわち、図 5に示すように、 SLD114から照射した光 L力反射面 14に確実に入射するように、光源側 YZステージ 132で位置調整を行う。また、フォトディテクタ 121上にスポットがくるように、受光側 YZステージ 131によって位置調整を行う。それから、モ一ター 37を駆動して、 Z粗動機構部 33により、カンチレバー 20を粗動移動させて、カンチレバー 20を液中セルの培養液に浸漬させる。そして、プローブ 21を試料 Sの表面近傍に位置させる。

[0093] ここで、図 5、図 6、図 8、図 9を参照しながら、光の進行状態を説明する。なお、図 8 は、第 1の反射部 122、第 2の反射部 123、ガラスホルダ 23、カンチレバー 20の周囲の媒質を省略して、光路を直線上に展開したものである。したがって、実際の屈折の状態は反映されていない。

[0094] SLD114を駆動すると、 SLD114から低コヒーレントな光 Lが照射され、この光が C領域に向力つて X軸に沿って進行する。そして、光 Lは、非球面レンズ 117を透過することによって集光させられた状態で、ァクロマテックレンズ 118を透過する。このァクロマテックレンズ 118透過することによって収差補正がなされ、ァクロマテックレンズ 118を透過した光はシリンドリカルレンズ 119を透過する。このシリンドリカルレンズ 11 9を透過することにより、非点収差補正がなされる。

[0095] さらに、シリンドリカルレンズ 119を透過した光 Lは、第 1の反射部 122に到達する。

そして、その光 Lは反射して B領域に向力つて Y軸に沿って進行し、補正ガラス 126 を透過する。この補正ガラス 126を透過することにより、光 Lが屈折し光路長が変更されて、液中測定に適した光路長になる。

[0096] さらに、補正ガラス 126を透過した光 Lは、第 2の反射部 123に到達し、そこで反射する。この反射光は、上述したように、 X軸、 Y軸および Z軸に対して所定の角度だけ傾けられて C領域の上方から反射面 14に結像する。本実施例では反射面 14における SLDのスポットサイズは直径約 10 mである。反射面 14に入射した光 Lは、そこで反射して、再び拡がりながら D領域に向けて進行する。すなわち、 X軸、 Y軸および Z 軸に対して所定の角度だけ傾けられて D領域の上方に向けて進行する。反射面 14 力もの光 Lは、集光レンズ 128を透過することにより、フォトディテクタ 121に向かって結像する。 [0097] このように、 SLD114から照射された光 Lは、 C領域および D領域にわたって、上面視して略環状に進行する。

[0098] ここでカンチレバー 20の種類や、カンチレバーホルダ 22への取付誤差などにより反射面 14の位置が変わる。また、ガラスホルダ 23とサンプル S間の媒質 (液体や空気）によって光が屈折し、反射面 14への入射角が変わり、 XY平面内で結像位置のずれが生じる。また、光軸方向の結像位置も変わる。このとき、光源側 YZステージ 13 2で SLD114と光学系 115を動力ゝすこと〖こより、結像位置を XY平面内で動かすことができ、反射面 14へ SLD114のスポットを結像させることができる。また、補正ガラス 126により光路長を変えることができ、異なる媒質間での光軸方向の結像位置の補正も可能である。

[0099] ここで、 SLD114から照射した光 Lを、カンチレバー 20の反射面 14に位置合わせする場合には、倒立顕微鏡に設けられた対物レンズ 10により、カンチレバー 20と光 L のスポットを同一の視野内で観察しながら位置を調整する。位置合わせ前は、光のスポットはカンチレバー 20の反射面 14から大きくずれているため、ある程度の視野面積を確保できた方が位置合わせを行いやすい。このため、本実施例では、倍率 4倍の対物レンズで観察を行った。

[0100] ここで、カンチレバー 20の反射面 14への入射光線を X—Z平面に投影した光路図を図 9に示す。この図からわ力るように、対物レンズ 10の立体角に対して、入射光は、暗視野照明の状態で入射するため、対物レンズ 10に光が入らず、スポットを観察することが困難である。そこで、本発明では、あら力じめ、 Z粗動機構部 33により、カンチレバー 20と試料 Sの間にすきまを設け、この間に散乱板 140を挿入し、散乱板 140 上で散乱された光のスポットと、カンチレバー 20を対物レンズ 10で観察し、スポットを反射面 14に位置合わせを行った後、散乱板 140を引き抜いて Z粗動機構部 33により試料 Sにプローブ 21を近接させるようにした。散乱板 140による位置合わせの際には、光路のずれを防ぐため、散乱板 140とガラスホルダ 23の間に培養液を入れた。散舌 L板 140は、図 10に示すようにガラスの基板 141に厚さ 20nmのクロムの膜 142を 2 mピッチで格子上に設けたものを使用した。このような散乱板 140を用いると、クロムの膜がっヽてヽな、部分力もガラス基板 141を透過してカンチレバー 20が観察でき、またクロム膜 142の部分でスポットが散乱されて散乱光が対物レンズ 10により集光され、スポット観察も可能となる。

[0101] SLD114は波長 830nmの近赤外光である。近赤外光を使うことでバイオサンプルの測定時などに蛍光が励起されづらヽと、つた利点がある。対物レンズ 10でスポットを観察する場合には、安全性を考慮して CCDカメラ（図示せず）により行うが、 CCD力メラは赤外にも感度を持っため、可視光以外の光でも観察することが可能である。

[0102] なお、散乱板 140は、対物レンズ 10と試料 Sの下面の間に配置してもよい。また、スポットの観察は、試料 Sの直上に配置した反射型の顕微鏡で行ってもょ、。

[0103] また、反射面 14からの反射光の反射角は、前述の入射角の違いにより異なり、また、媒質の違いにより反射光の屈折角も変わる。したがって、反射光の光路は一義的には定まらない。また、反射面 14に結像されたあと光は再び広がる。

[0104] このような条件で、フォトディテクタ 121で反射光のスポットの検出を行う場合には、任意の方向に進行する光線上にフォトディテクタ 121を位置合わせするために、広ヽ領域で位置合わせ可能な受光側 YZステージ 131を準備する必要があり、また、広がる光線をフォトディテクタ 121上の受光面内に収めるためには大きな面積を持つフォトディテクタを準備する必要がある。このような構成とした場合には装置が大型化し、走査型プローブ顕微鏡の測定精度が低下する。また、位置合わせも非常に困難となる。

[0105] そこで、反射面 14力もフォトディテクタ 121面に至る光路中の適切な位置に集光レンズ 128を配置することにより、フォトディテクタ 121に向力つて光が結像し、フォトディテクタ 121面内に収まるような適切なスポットサイズを選択できるとともに、集光レンズ 128により、光線を屈折させて特定の領域内にスポットを集めることができる。このように構成することでフォトディテクタ 121や受光側 YZステージ 131を小型化でき、フォトディテクタ 121の位置合わせも容易に行うことが可能となる。

ここで、カンチレバー 20が Z軸方向に橈んだ場合、フォトディテクタ 121面上のスポットは円弧の軌跡を描くが、橈み量が微小な場合には、概ね Y軸に対して 15度傾いた方向に線形に移動する。また、摩擦力顕微鏡などで使用する場合には、カンチレバ一 20の長軸周りのカンチレバーのねじれを検出するが、カンチレバーがねじれた場合には、 Y—Z平面で橈みの軌跡と概ね直交する方向に移動する。

[0106] この状態から、ピエゾ素子 28に電圧を印加して、カンチレバー 20を介してプローブ 21を、 Ζ軸に沿って所定の周波数および振幅で振動させる。そして、図 4に示す Υ側圧電素子 54および X側圧電素子 61に電圧を印加する。すると、 Υ側圧電素子 54および X側圧電素子 61が伸縮し、 Υ側変位拡大機構部 55および X側変位拡大機構部 62を介して、内フレーム部 49が ΧΥ軸方向に微動する。これにより、プローブ 21が試料 S上を所定の走査速度でラスタースキャンする。

[0107] このとき、内フレーム部 49が X軸、 Υ軸方向に微動すると、静電容量センサ 78, 81 によって、その X軸、 Υ軸方向の微動量が検出されて、 X軸、 Υ軸方向の誤差が補正される。このように、 X軸、 Υ軸方向の微動量を補正することによって、 Υ側圧電素子 5 4や X側圧電素子 61のヒステリシスやクリープに影響されず、 X軸、 Υ軸方向に線形に動作する。

[0108] 走査の際、試料 Sの凹凸に応じて、プローブ 21と試料 Sの表面との距離が変わると、原子間力や間欠的な接触力によりプローブ 21が斥力または引力を受けるので、力ンチレバー 20の振動状態が変化し、振巾や位相が変わる。フォトディテクタ 121として受光面を四分割したディテクタを用いた場合、この振巾や位相の変化は、フォトディテクタ 121の異なる 2対の分割面の出力差 (DIF信号と呼ぶ）として検出される。この DIF信号は、不図示の Ζ電圧フィードバック回路に入力される。そして、 Ζ電圧フィードバック回路は、 DIF信号により振巾や位相が同じになるように、図 2に示す Ζ側圧電素子 90に電圧を印加する。

[0109] Ζ側圧電素子 90は、電圧が印加されることにより高速で伸縮を繰り返す。 Ζ側圧電素子 90が伸縮すると、延出部 87を介してステージ 16が非常に高い周波数で Ζ軸方向に移動し、ステージ 16上の試料 Sが Ζ軸方向に移動する。これにより、上記走査の際、プローブ 21と試料 Sの表面との間の距離が常に一定に保たれる。

[0110] また、ステージ 16が Ζ軸方向に移動すると、静電容量センサ 108により、機構本体部 86の微動量が検出され、この検出結果に応じて、ステージ 16の Ζ軸方向の微動量の誤差が算出され、 Ζ軸方向の誤差が補正される。これにより、ステージ 16が Ζ軸方向に線形に動作させることができる。 [0111] なお、静電容量センサ 108により微動量を検出し、それを走査型プローブ顕微鏡の高さ情報として表示させてもよい。この場合、より高速走査が可能となる。

[0112] このようにして、 X側、 Y側、 Z側圧電素子 54、 61、 90に印加した電圧を不図示の制御部に入力し、画像ィ匕することで試料 Sの表面の形状像を測定することができる。また、プローブ 21と試料 Sとの間に働くいろいろな力や物理作用を測定することで、粘弾性、試料 Sの表面電位分布、試料 Sの表面の漏れ磁界分布、近接場光学像等の各種の物性情報の測定が行われる。

[0113] 以上より、本実施例における走査型プローブ顕微鏡 1によれば、 C領域の上方から、 X軸、 Y軸および Z軸に対して傾けて、反射面 14に光 Lを入射させることにより、カンチレバー 20の先端側上方の開放されたスペースを有効利用することができ、カンチレバー 20の上方にコンデンサレンズ 41を配置しても、光 Lの進行を遮らせることなぐ光 Lを反射面 14に容易に入射させることができる。そのため、倒立顕微鏡 8と組み合わせて、迅速かつ高精度な測定を行うことができる。

[0114] また、 C領域から反射面 14に入射した光 Lを、 X軸、 Y軸および Z軸に対して傾けて D領域に向けて反射させることにより、その反射した光 Lの進行を遮らせることなぐフオトディテクタ 121に容易〖こ到達させることができる。

[0115] さらに、光源部 114に半導体レーザを使用した場合、カンチレバー 20の反射面 14 やサンプル Sの表面からの戻り光によりノイズが発生する力この戻り光が抑制されて、戻り光ノイズが少なくなる。このため、光源力もの光量を大きくすることができ、測定感度も向上する。

[0116] また、第 1の反射部 122および第 2の反射部 123を基板部 68に設けて、 SLD114 力もの光 Lが反射面 14に向力ように進行方向を変更させていることから、基板部 68 上のスペースを有効利用することができ、小型化を容易にすることができる。

[0117] さらに、 SLD114や第 1の反射部 122、第 2の反射部 123、フォトディテクタ 121などを、上面視して略環状に配置しているため、装置を薄く構成でき、その環状の中央の上方に、コンデンサレンズ 41を配置することができ、基板部 68上のスペースをより有効的に利用することができる。

[0118] また、補正ガラス 126を着脱可能に設けていることから、補正ガラス 126を着脱することにより、液中測定に必要な光路長と、大気中測定に必要な光路長とのズレを迅速かつ容易に補正することができる。これにより、光軸方向の移動機構を設けたり、媒質によりカンチレバーホルダ 22を交換したりする必要がなぐ装置を小型化でき、操作'性ち向上させることができる。

[0119] また、プローブ微動機構部 26によって、プローブ 21を X軸、 Y軸方向に確実に移動させることができ、プローブ 21を試料 Sに精度よく確実に走査させることができる。

[0120] さらに、プローブ微動機構部 26にプローブ側貫通孔 70を設け、このプローブ側貫通孔 70に照明光を通していることから、照明光の進行が変位検出機構 112によって邪魔されることなぐ高精度に測定することができる。また、変位検出機構 112を薄型に構成できるため、 NAの大きなコンデンサレンズが使用でき、倒立顕微鏡 8の像がより高分解能で明瞭となる。

[0121] また、ステージ微動機構部 27にステージ開口部 17を設けていることから、対物レンズ 10を試料 Sに一層近接させることができ、高 NAの対物レンズを設けて高精度な測定を行うことができる。

[0122] また、光源部として SLD114を設け、低コヒーレント光を照射させることから、カンチレバー 20の反射面 14からの反射光と、サンプル Sの表面力の反射光とが干渉することによって発生する干渉縞を抑制することができ、高精度な測定を行うことができる

[0123] さらに、シリンドリカルレンズ 119を設けたことから、ガラスホルダ 23を透過させて斜め力も光を入射した場合でも、光学系の非点収差を補正することができ、小型で円形に近、スポット形状が得られ、一層高精度な測定を行うことができる。

[0124] また、集光レンズ 128を設けたことから、フォトディテクタ 121に到達するスポットを、フォトディテクタ 121面内に収まるような適切な大きさにでき、狭い領域に集めることができる。

(実施例 2)

次に、本発明の第 2の実施例について説明する。

[0125] 図 11は、本発明の第 2の実施例を示したものである。

[0126] 図 11において、図 1から図 10に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。

[0127] この実施例と上記第 1の実施例とは基本的構成は同一であり、以下の点において異なるものとなっている。

[0128] すなわち、本実施例における走査型プローブ顕微鏡 1は、正立顕微鏡 8と組み合わせたものであり、正立顕微鏡 8には光源 40が設けられ、本体部 3の光源 40の上方にはコンデンサレンズ 41が設けられている。また、コンデンサレンズ 41の上方にはステージ微動機構部 27が設けられて、る。ステージ微動機構部 27は Z側圧電素子 90からなり、 Z側圧電素子 90は Z軸方向に向けて設置されている。 Z側圧電素子 90には、 Z軸方向に向けられた筒孔（貫通孔） 110が形成されており、この筒孔 110に光源 40 力の照明光が通されるようになって、る。

[0129] また、プローブ微動機構部 26の上方には、観察位置 Kに対物レンズ 10が設けられている。ここでの観察位置 Kとは、プローブ微動機構部 26の上方から、プローブ 21またはカンチレバー 20を観察する位置をいう。対物レンズ 10は、観察位置 Kにおいて上下動するようになっており、下方に移動させると、プローブ側貫通孔 70に挿入されるようになっている。

[0130] このような構成のもと、光源 40からの照明光は、筒孔 110を通って試料 Sを透過する。また、対物レンズ 10を下方に移動させて、プローブ側貫通孔 70に挿入すると、対物レンズ 10はカンチレバー 20または試料 Sに近接する。

[0131] 以上より、ステージ微動機構部 27には筒孔 110が設けられ、この筒孔 110に照明光を通していることから、照明光の進行を邪魔することなぐ高精度に測定することができる。

また、 SLDのスポットをカンチレバーの反射面に位置合わせする場合にも、第一の実施例と同じぐカンチレバーとサンプルの間に散乱板を配置し、正立顕微鏡の対物レンズ 10で観察することにより行うことが可能となる。この場合の散乱板は半導体ゥェハなど反射性の基板上に散乱体を構成することが望ましい。

[0132] また、この対物レンズ 10を、プローブ側貫通孔 70に挿入することができることから、カンチレバー 20や試料 Sに対物レンズ 10を一層近接させることができ、高 NAの対物レンズを設けて高精度な測定を行うことができる。 [0133] なお、上記第 1および第 2の実施例では、 XYスキャナとして、カンチレバー 20を X 軸、 Y軸方向に微動させるプローブ微動機構部 26を設けたが、これに限ることはなく、プローブ微動機構部 26を Zスキャナとして、カンチレバー 20を Z軸方向に微動させてもよい。この場合、 XYスキャナとしてのステージ微動機構部 27によって、ステージ 16を X軸、 Y軸方向に移動させる。

[0134] また、プローブ微動機構部 26とステージ微動機構部 27とを設けたが、これに限ることはなぐ XYZスキャナとして 3次元ァクチユエータなどを設けるようにしてもよい。このとき、 3次元ァクチユエータは、プローブ側、サンプル側のいずれに配置してもよい。

[0135] また、上記実施例では、走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構は、カンチレバーまたは試料を微動させるスキャナと一体構成とした力スキャナとは独立に構成してもよぐまた、 XYZのスキャナの一部または全部を備えていない場合も本発明に含まれる。

[0136] また、カンチレバー 20は長尺状のものに限定されず、上面視して三角形状のものや、断面が円形で光ファイバ一の先端を先鋭ィ匕して湾曲させた近接場顕微鏡用のベントプローブなどでもよ、。

[0137] また、 DFMモードによる観察とした力これに限ることはなぐコンタクト AFMなどの種々のモードに適用可能である。

さらに、顕微鏡として透過照明法を利用した倒立顕微鏡と正立顕微鏡の他、反射照明法による顕微鏡も本発明に含まれる。

さらに、近接場顕微鏡にも適用することができる。近接場顕微鏡に適用すると、高 N Aの対物レンズを、プローブ先端が観察可能な位置に任意の角度で対物レンズを配置することができるため、近接場光の励起や集光効率を向上させることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 試料の表面に近接させるプローブが設けられたカンチレバーを支持する支持部と、前記カンチレバーに設けられた反射面に光を照射する光源部と、該光源部から照射されて前記反射面によって反射された光を受光する受光部とを含み、該受光部の受光位置によってカンチレバーの変位を検出する走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、

前記カンチレバーの後端部が、前記支持部に固定され、

上面視して前記カンチレバーの長さ方向に延びる Y軸と、前記反射面を通り前記 Y 軸と直交する方向に延びる X軸とによって区画される領域のうち、前記カンチレバーの先端側の領域の上方から、前記 X軸および Y軸に対して傾けて前記反射面に前記光を入射させることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。

[2] 前記反射面に入射した光を、前記 Y軸を挟んで反対側の領域の上方に、前記 X軸および Y軸に対して傾けて反射させ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用変位検出機構。

[3] 前記 X軸と Y軸とを含む XY平面に平行な平面上に、前記光源部から照射された光の進行方向を変更する進行方向変更手段が設けられていることを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。

[4] 前記進行方向変更手段が、前記光源部から照射された光の光路上に複数設けられており、これら複数の進行方向変更手段と前記光源部と前記受光部とが、前記力ンチレバーの先端側の領域にぉ、て、上面視して略環状に配置されて、ることを特徴とする請求項 3に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。

[5] 前記光源部から照射された光の光路上に、光路長のズレを補正する光路長補正手段を備えることを特徴とする請求項 3または請求項 4に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。

[6] 前記プローブ、カンチレバーまたは試料の少なくとも一つが観察可能な任意の位置に対物レンズを配置したことを特徴とする請求項 1または請求項 5に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。

[7] 前記プローブ、カンチレバーまたは試料の少なくとも一つに任意の方向から照明光を照射することを特徴とする請求項 1または請求項 6に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。

[8] 前記カンチレバーまたは試料を微動させるスキャナを備えることを特徴とする請求項 1から請求項 8のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構

[9] 前記スキャナが、前記 X軸および Y軸に直交する Z軸の延在する方向に向けられた貫通孔を備えることを特徴とする請求項 8に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。

[10] 前記貫通孔に、照明光が通されることを特徴とする請求項 9に記載の走査型プロ一ブ顕微鏡用変位検出機構。

[11] 前記貫通孔を介して、前記プローブ、カンチレバーまたは試料のいずれか一つが観察可能な任意の位置に対物レンズを配置したことを特徴とする請求項 9または請求項 10に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。

前記スキャナが、前記 X軸および Y軸と、これら X軸および Y軸に直交する Z軸と〖こ沿って前記カンチレバーを微動させる XYZスキャナを備えることを特徴とする請求項

8から請求項 11のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。

[12] 前記光源部が、低コヒーレント光源であることを特徴とする請求項 1から請求項 14のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。

[13] 前記光源部から照射された光の光路上に、シリンドリカルレンズが設けられていることを特徴とする請求項 1から請求項 15のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。

[14] 前記反射面から反射され、前記受光部に至る前記光の光路上に、集光レンズが設けられていることを特徴とする請求項 1から請求項 16のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。

[15] 前記プローブと対向する位置に散乱板を配置し、前記プローブを有するカンチレバ一の上方または下方の任意の位置に対物レンズを配置し、前記光源部から照射させた光を散乱板により散乱させて、前記対物レンズによりカンチレバーと散乱光のスポットを観察しながら、前記カンチレバーの反射面にスポットの位置合わせを行うことを特徴とする請求項 1から請求項 17のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。

請求項 1から請求項 18のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構を含むことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。