JP2000258332A - 原子間力顕微鏡のための垂直力検出用カンチレバー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡＦＭのための垂直力検出用カンチレバー
を、曲げ剛性に影響を与えることなくねじり剛性を向上
させ、ねじり変形の影響を受けないで垂直力を検出可能
にする。 【解決手段】 被験試料１の表面に対して平行に向く複
数枚の平行な板ばね３を間隔を置いて対向配置すること
によりカンチレバー本体２を構成する。その基端をＡＦ
Ｍに取り付けたベース７に固定し、カンチレバー本体２
の先端部分にブロック状をなすヘッド４を設ける。その
ヘッド４の試料１側に向いている面にプローブ５を設
け、カンチレバー本体２の変位または角度を検出可能に
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子間力顕微鏡
（ＡＦＭ）において、試料表面形状あるいは垂直力測定
のために用いる垂直力検出用カンチレバーに関し、特
に、試料表面形状の高精度測定や、試料に接触するプロ
ーブ先端部分の不変の接触点を実現できるようにした垂
直力検出用カンチレバーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＡＦＭのための垂直力検出用カン
チレバーは、通常、図３に示すように、ＡＦＭのベース
部分に取り付けるカンチレバー本体１１を単一の板ばね
構造とし、そのカンチレバー本体１１の先端にプローブ
１２を取り付けている。このような従来のカンチレバー
では、曲げ剛性を減少させて垂直方向の力の検出感度を
向上させようとすると、ねじり剛性も下がるため、図４
に示すようなプローブ１２のねじり変位により、試料１
０に対するプローブ先端位置が変化してしまい、正確な
形状の測定が困難になるという問題があった。また、フ
ォーカスカーブを測定しようとするときに、図５の
（Ａ）（Ｂ）に示すように、フォーカスカーブの大きさ
によってプローブ１２が試料１０に接触する位置が変化
してしまい、常に同一条件での測定ができなかった。同
様に、垂直荷重を変化させたときも、プローブの接触位
置が変化してしまい、同一条件での測定ができなかっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解消するためになされたもので、その技術的課題
は、基本的には、カンチレバー本体の曲げ剛性に影響を
与えることなくねじり剛性を向上させ、ねじり変形の影
響をほとんど受けない状態で垂直力を検出できるように
したＡＦＭのための垂直力検出用カンチレバーを提供す
ることにある。また、本発明の他の技術的課題は、形状
の高精度測定、試料に接触するプローブ先端部分の不変
の接触点を実現できるようにしたＡＦＭのための垂直力
検出用カンチレバーを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のＡＦＭのための垂直力検出用カンチレバー
は、被験試料の表面に対して平行に向く複数枚の互いに
平行な板ばねを、間隔を置いて対向配置し、それらの板
ばねの両端を相互に拘束することによりカンチレバー本
体を構成し、その基端をＡＦＭに取り付けたベースに固
定可能にすると共に、それらのカンチレバー本体の先端
部分にブロック状をなすヘッドを設け、そのヘッドの試
料側に向いている面にプローブを設け、カンチレバー本
体に変位または角度の検出手段を設けたことを特徴とす
るものである。

【０００５】上記構成を有するＡＦＭのための垂直力検
出用カンチレバーは、試料がプローブを垂直上方に押す
と、プローブはヘッドと共に角度を変えずに平行に上方
向に変位する。この垂直力検出用カンチレバーが変位検
出方式のＡＦＭに取り付けられている場合には、ヘッド
の上のプローブと反対側の面の上下方向の変位を、レー
ザー光等を用いて検出する変位検出手段を設け、それに
よって上記変位が検出される。垂直力検出用カンチレバ
ーが角度検出方式のＡＦＭに取り付けられている場合に
は、板ばねの中央付近の角度をレーザー光等を用いて検
出する角度検出手段を設け、それによって上記角度が検
出される。さらに、上記構造のカンチレバー本体によ
り、高精度の垂直力の測定、試料に接触するプローブ先
端部分の不変の接触点を実現することもできる。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１及び図２は、本発明に係るＡ
ＦＭのための垂直力検出用カンチレバーの実施例を示し
ている。この実施例の垂直力検出用カンチレバーは、被
験試料１の表面に対して平行に向く２枚の互いに平行な
板ばね３を、適当な間隔を置いて対向配置することによ
りカンチレバー本体２を構成し、それらのカンチレバー
本体２の先端と基端部を相互に拘束して、すなわち、そ
の基端を一体化してＡＦＭに取り付けたベース７に固定
すると共に、その板ばね３からなるカンチレバー本体２
の先端部分をブロック状をなすヘッド４により結合し、
そのヘッド４の試料１側に向いている面にプローブ５を
設けている。

【０００７】したがって、図２に示すように、試料１の
表面が垂直上方に変位してプローブ５を押すと、プロー
ブ５がヘッド４と共に角度を変えることなく上方に平行
に変位する。これによって、荷重の大きさに依存しない
プローブ５と試料１の接触状態が保たれる。試料１が水
平方向に移動したときにも、同様にヘッド４が角度を変
化させることはない。

【０００８】この垂直力検出用カンチレバーが変位検出
方式のＡＦＭであって、それに取り付けるベース７にカ
ンチレバー本体２が取り付けられている場合には、ヘッ
ド４上のプローブ５と反対側の面を反射面として、その
ヘッド４の上下方向の変位をレーザー光等を用いて検出
する図示しないフォトディテクタ等の変位検出手段を設
け、それによって上記ヘッド４の変位を検出することが
できる。また、垂直力検出用カンチレバーが角度検出方
式のＡＦＭであって、それに取り付けるベース７にカン
チレバー本体７が取り付けられている場合には、板ばね
３の中央付近の角度をレーザー光等を用いて検出するフ
ォトディテクタ等の角度検出手段を設け、それによって
上記角度を検出することができる。

【０００９】さらに、上記複数の平行な板ばね３の両端
を結合した構造のカンチレバー本体２により、図４及び
図５に示すようなプローブ１２のねじり変位や、試料１
０に対するプローブ１２の先端位置の変化が生じないよ
うになるため、高精度の垂直力の測定を実現することが
可能になり、また、フォーカスカーブの測定時や垂直荷
重の変化時にも、試料１に接触するプローブ５の先端部
分の不変の接触点を実現することができ、常に同一条件
での測定を行うことが可能になる。

【００１０】上記図１のＡＦＭのための垂直力検出用カ
ンチレバーにおいては、２枚の平行な板ばね３を、適当
な間隔を置いて互いに対向配置することによりカンチレ
バー本体２を構成しているが、上記板ばね３の枚数を３
枚以上としてそれらをブロック状のヘッド４で連結した
ものとすることができる。また、上記ヘッド４の変位や
角度検出の感度を向上させるために、ヘッド４やカンチ
レバー本体２を構成する板ばね３に金属をコーティング
することもできる。

【００１１】

【発明の効果】以上に詳述した本発明のＡＦＭのための
垂直力検出用カンチレバーによれば、少なくとも２枚の
平行な板ばねを間隔を置いて対向配置し、その先端と基
部を拘束してカンチレバー本体を構成したので、プロー
ブがヘッドと共に角度を変えずに上下方向に変位し、カ
ンチレバー本体の曲げ剛性に影響を与えることなくねじ
り剛性を向上させ、ねじり変形の影響をほとんど受けな
い状態で垂直力を検出することができる。また、形状の
高精度測定、試料に接触するプローブ先端部分の不変の
接触点を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＡＦＭのための垂直力検出用カン
チレバーの実施例の構成を示す斜視図である。

【図２】同実施例の使用状態を示す斜視図である。

【図３】従来の垂直力検出用カンチレバーの構成例を示
す斜視図である。

【図４】図３の垂直力検出用カンチレバーの動作例を示
す斜視図である。

【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の垂直力検出用カン
チレバーにおける動作例の概要を示す側面図である。

【符号の説明】

１ 試料 ２ カンチレバー本体 ３ 板ばね ４ ヘッド ５ プローブ ７ ベース

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被験試料の表面に対して平行に向く複数枚
   の互いに平行な板ばねを、間隔を置いて対向配置し、そ
   れらの板ばねの両端を相互に拘束することによりカンチ
   レバー本体を構成し、その基端を原子間力顕微鏡に取り
   付けたベースに固定可能にすると共に、それらのカンチ
   レバー本体の先端部分にブロック状をなすヘッドを設
   け、そのヘッドの試料側に向いている面にプローブを設
   け、カンチレバー本体に変位・角度検出手段を設けた、
   ことを特徴とする原子間力顕微鏡のための垂直力検出用
   カンチレバー。