JPH0477611A - 原子プローブ顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、試料の微細な表面形状を観察する原子プロ
ーブ顕微鏡に関する。

［従来の技術］ このような原子プローブ顕微鏡としては、走査型トンネ
ル顕微Ｍ　（ＳＴＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌ
ｉｎｇＭ　１ｃｒｏｓｃｏｐｃ）、原子開力顕微鏡（Ａ
ＦＭ；Ａｔｏｍｉｃ　ＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ
）、磁気力顕微ｔａ　（ＭＦＭ；Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｐ
ｏｒｃｃＭ　１ｃｒｏｓｃｏｐｃ）などが知られている
。

走査型トンネル顕微鏡は、ビニッヒ（Ｂｉｎｎｉｇ）、
ローラー（Ｒｏｈｒｅｒ）他によって１９８２年に提案
され、導電性試料の表面形状を原子オーダーで観測でき
る。その詳細はｒＧ、Ｂ１ｎｎ１ｇ、　Ｈ，Ｒｏｈｒｅ
ｒ。

Ｃｈ、ｇｅｒｂｅｒ　ａｎｄ　Ｅ、Ｗｅｉｂｅｌ、　５
ｕｒｆａｃｅ　５ｔｕｄｉｅｓ　ｂｙＳｃａｎｎｉｎｇ
　Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ　、　Ｐ
ｈｙｓｉｃａＲｅｖｉｅｗ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　Ｖｏｌ
、４９．５７（１９８２）Ｊの中に記述される。走査型
トンネル顕微鏡は導電性の探針を有し、探針は導電性試
料の表面近傍に支持される。

探針先端を試料表面にＩｎｓ程度まで近づけ、探釧と試
料との間に電圧を印加すると両者の間にトンネル電流が
流れる。　トンネル電流は探針と試料の間の距離に依存
して変化し、　その大きさは０．１０鎮の距離変位に対
して１桁程度変化する。観察の際探針は試料表面に沿っ
て移動（例えばラスター走査）され、その間、探針と試
料との間に流れるトンネル電流が一定に保たれるように
、探針と試料との間の距Ｎｊが圧電体などのｖ！１ｇＪ
ＪＪ素ｆ−によって制御される。このため、探針と試料
との間の距Ｎ「が一定に保たれ、探針先端は試料表面に
平行な表面形状を反映した曲面」二を移動する。従って
、試料の表面の形状を示す３次元像が、圧電体に印加し
た電圧から算出される探針先端の位置データに基づいて
構成される。

また、絶縁性試料の表面形状を原子オーダーで観察でき
る装置として、原子間力顕ｖＩｉ鏡が提案されている。

その詳細はｒＧ、ｂｉｎｎｉｇ、　Ｃ，ｌ’、ＱｕａＬ
ｅ。

人しｏｌｌｉｃ　　Ｆｏｒｃｅ　　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｅ　　、　　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　　ＲｅｖｉｅｗＬｅｔ
ｔｅｒｓ、　Ｖｏｌ、５６．９３０（１９８６）Ｊの中
に記述される。

ＪＭ″ｆ−ｔＩＩｌｊＪ顕微鏡では、探針は柔軟なカン
チレバーによって支持される。探針が試料表面に近づく
と。

探針先端の原子と試料表面との原子との間には、ファン
・デル・ワールス（νａｎ　ｄｅｒ　Ｗａａｌｓ）相互
作用による引力が働き、　さらに原子の結合距離程度ま
で近づくと、パウリ（Ｐａｕｌｉ）の排他律による斥力
が働＜、　　これらの引力および斥力（原子間力）は非
常に小さく、　　１０−９〜１０−１２［Ｎ］程度であ
る。　−・般に原Ｔ−間力顕微鏡では、観察の際、探針
先端の原子が原子間ツノを受けてカンチレバーがある程
度変位する距ｌ１ｌ１１まで、探針が試料表面に近づけ
られる。

この状態から、探針を試料表面に沿って走査させると、
試料表面の凹凸に対応して探針と試料との間の距離が変
化するため、　カンチレバーの変位量が変化する。この
変化を検出し、　カンチレバーの変位量を初期の状態に
保つように、圧電体などの微動素子を用いてフィードバ
ック制御する。　この結果、探針先端は試料表面に平行
な而」二を移動する。　このときの圧電体の印加電圧に
↓（づいて試料の表面形状の画像を構成する。

磁気力Ｗｉ微鏡は磁性体材料で形成された探針を有し、
他の構成は基本的に原子開力顕微鏡と同様である。　こ
の場合も原子開力顕微鏡と同様に、探針と試料の磁性粒
子との間に働く磁力を一定に保ちながら探針を試料面に
対して走査させることによって、試料表面の凹凸像を得
ることができる。

このようなカンチレバーの変位検出には、いくつかの方
法が知られている１例えば、　カンチレバーの裏面（探
針のない側の面）に対してＳ　’Ｉ’　Ｍを構成し、カ
ンチレバーの変位をトンネル電流の変化として検出する
方法がある。また、カンチレバーの先端部裏面に光学反
射面を設け、　この反射面にルビー固体レーザーやアル
ゴン気体レーザーのビームを入射させ、カンチレバーの
変位に応じて変化する反射角をＰＳＤ（光位置検出器）
で検出する方法がある。　さらに、　レーザーから射出
された光を参照光と検出光の２木のビームに分割し、検
出光ビームをカンチレバーの先端部裏面に設けた光学反
射面に照射し、反射面からの反射ビームを参照光ビーム
と干渉させ、干渉出力を光電検出する方法がある。

［発明が解決しようとする課題］ このようなＡＦＭやＳＴＭでは、試料表面の凹凸形状を
測定するため、探針は試料表面にほぼ平行なｘ−ｙ平面
に沿って相対的に移動される。この間、探針は、試料と
の間の距離を一定に保つように、試料表面に垂直なＺ方
向にサーボ制御されるー 二のような探針のサーボ制御は、Ｓｉ’Ｍでは、探針と
導電性試料との間に流れるトンネル電流を一定に保つよ
うに、探針のＺ方向位置をフィードバック制御して行わ
れる。このため、試料の表面にゴミが付着していたり、
表面の一部が酸化膜で覆われていたりした場合、所定の
トンネル電流値を確保するために、探針はこれらのゴミ
や酸化膜を押し退けて試料に接近する。

また、　ＡＦＭ及びＳ　Ｔ　Ｍのいずれにおいても、探
針は、　２方向に対してサーボ制御されながら試料の表
面下またはその極近傍を表面に沿って移動するため、探
針先端より上方に酸化膜やゴミなどがあると、探針はこ
れらからＸまたはｙ方向に剪断力を受ける。このため、
探針の先端の実際の位置と、探針を微小移動させる圧電
体に印加した電圧から求まる位置との間にずれが生じる
。

この発明は、微弱な力によるカンチレバーの変位を、外
部環境に対して安定に、良好な感度で検出できる小型の
検出系を備える原子プローブ顕微鏡の提供を目的とする
。

［課題をＭ決するための手段］ この発明の原子プローブｙ（微鏡は、試料を走査する探
針と、探針を先端部の一方の而に有するカンチレバーと
、先端部の他方の面に設けられた反射面と、反射面に光
を照射するレーザー光源と、反射面で反射された光を受
光し、反射面の移動及び回転を検出する受光器とを備え
る。

［作用］ この発明の原子プローブ顕微鏡では、８劃が試料を走査
する間に、探側が原子間力や化学的吸満力などを受けた
とき、カンチレバーは試料面に垂直な方向に沿って変位
する。　また、探針がカンチレバーの長平方向に直交す
る方向に剪断力を受けたとき、発生する回転モーメント
によって、　カンチレバーは長手軸周りの回転変位する
。　このようなカンチレバーの変位及び回転変位は１反
射面の移動及び回転として、受光器によって検出される
。

受光器で検出されるカンチレバーの変位を入力とするり
−水回路を設けて、探針と試料との間の距Ｎｔを一定に
保つようにサーボ制御するとともに。

探釦に作用する剪断力によって生じる回転変位を検出す
る受光器からの出ノＪを入力とするサーボＬｌ路を設け
、　カンチレバーの回転変位を一定に保つようにサーボ
制御することにより、剪断力による探針の傾きの影響が
除かれ、走査位置に正確に対応した試料情報を測定する
ことができる。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら、この発明の原子プローブ顕
ｍｍの実施例について説明する。

第１図に示されるように、　カンチレバー１２は。

先端部の表裏面に探釦１４及び反射ミラーＩ６を備え、
他端部は上部シリコン基板１８に固定されている。」二
部シリコン基板１８は５例えばバイレックスで形成され
た断面コ字状の中間ブロック２０を介して５　下部シリ
コン基板２２に固定される。

下部シリコン基板２２上は、半導体プロセスを用いて形
成された半導体レーザー２４、及び、一端にブラッグ反
射体またはプリズムを有し、半導体レーザー２４からの
レーザー光を所定の角度で射出する光導波路２６を備え
る。　このような光導波路２６は、シリコン基板２２上
に例えば蒸着・エツチングを繰り返し用いて形成される
。光導波路２６から射出されたレーザー光は、カンチレ
バー１２上の反射ミラー１６で反射される１反射ミラー
１６で反射された光は、下部シリコン基板２２上の第１
の反射面２８、中間ブロック２０に設けられた第２の反
射面で順に反射され、最終的に下部シリコン基板２２に
設けられた受光器３２に照射される。

カンチレバー１２が力Ｆを受けてδだけ変位した場合、
第２図に図示されるように、カンチレバーの長さを１、
厚さをａ、幅をｂとすると、変位δ　は、 δ　＝　４　　ｌ　　’Ｆ／ａ　　ｂ’Ｅ　　　　　　
　　　　　　−（ｉ）で与えられる。　ここに、　Ｅは
カンチレバー１２の縦弾性係数である。また、カンチレ
バー１２がδだけ変位すると２　これに応じて受光器３
２に照射されるレーザー光の主光線の位置はΔｙだけ移
動する。第３図に示されるように、カンチレバー１２の
根元から探針１４が取り付けられた位置までをａとし、
　また１反射ミラー１６から第１の反射面２８まで、第
１の反射面２８から第２の反射面３０まで、第２の反射
面３０から受光器３２までのｙ−ｚ平面に射影された光
路長をそれぞれす。

ｃｄとすると、　これらのａ　　ｂ、　　ｃ、　　ｄと
移動量△ｙとの間には、 △ｙｏｃδ（ａ＋ｂ＋ｃ　＋ｄ）／ａ の関係がある。

また、カンチレバー１２がモーメント荷ｆｉＴを受けて
、　Ｏだけ回転した場合、　回転角Ｏは。

θ＝　３　Ｉ　Ｔ／ａ　ｂ’Ｇ　　　　　　　　　−（
２）で与えられる。ここに、Ｇはカンチレバー１２の横
弾性係数である。カンチレバー１２がＯだけ回転すると
、これに応じて受光器３２に照射されるレーザー光の主
光線の位置はΔＸだけ移動する。

この移動量ΔＸは、第４図、に示されるように、反射ミ
ラー１６から第１の反射面２８まで、第１の反射面２８
から第２の反射面３０まで、第２の反射面３０から受光
器３２までのｘ−ｚ平面に射影された光路長をそれぞれ
ｇ、　　ｈ、　　ｉとすると、Δ　ｘ＝ｓｉｎ２　　θ
　（ｇ＋ｈ＋ｉ）で与えられる。

これらの移動量ΔＸ及びΔｙは受光器３２で検出される
。受光器３２は４分割された受光部ＤＩＤ２、Ｄ、、Ｄ
４を備え、受光部り０、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ４からの出力を
それぞれｄ、、ｄ、、ｄ、、ｄ４として、第５図に示さ
れるように、公知の加算器および減算器を組み合わせる
ことにより、 Ｓδ＝　（ｄ　、＋　ｄ　２）−（ｄ　、十ｄ　、）　
　　・・・（３）Ｓθ＝　（ｄ　、＋　ｄ　２）＋　（
ｄ　、−ｄ　、）　　　・・・（４）が作り出される。

これらの信号Ｓδ及びＳＯはそれぞれΔｙ及びΔＸに比
例する。従って、　Ｓδ及びＳＯからカンチレバー１２
の変位δ及び回転角θが求まる。

ところで、受光器３２は、カンチレバー１２が例えばδ
。だけ変位したときに、　Ｓδ＝０が出力される位置に
設けられる。つまり、設計段階において、例えば第６図
に示される原子間力と探針・試料間の距離の関係を参照
して、距＃＃へのときに作用する力に対して、使用する
カンチレバー１２の変位δ。を（１）式を用いて予め求
めておき、カンチレバーＩ２がδ。だけ変位したときに
Ｓδ；〔）が出力される位置に受光器３２が配置される
。

次に測定動作について説明する。測定の際、下部シリコ
ン基板２２に取り付けられた図示しない粗動機構を用い
て、装置全体をＺ方向に移動することにより、カンチレ
バー１２に取り付けられた探針１４が試料３４に近づけ
られる。探釦１４を試料３４に近づける間、半導体レー
ザー２４からはレーザー光が射出されており、　Ｓδの
出力がＯになったときに探針１４の接近を停止する。こ
の結果、カンチレバー１２はδ。だけ変位した状態で停
止される。

続いて、図示されない微動機構を用いて、　ド部シリコ
ン基板２２ごと、８劃１４を試料３４に対してｘｙ力方
向移動する。探針】４を移動させると、試料３４の表面
の凹凸に応じて、探針Ｉ４と試料３４との間の距離が変
化し、探針１４に作用する原子間力が変化する。この結
果、カンチレバー１２の変位量がδ。がら変化する。こ
のカンチレバー１２の変位は、上述したように、半導体
レーザー２４からのレーザー光の反射ミラー１６におけ
る反射角βが変化させ、（１）式及び（３）式に従う受
光器３２からの出力信号Ｓδとして検出される。

また、探針１４に剪断力が作用したとき、カンチレバー
１２に回転変位が現れる。　このときの回転角θは、（
２）式及び（４〉式に従う受光器からの出方信号Ｓθと
して検出される。この実施例では、探針１４は引力領域
で動作するように設定されているので、試料の凹凸はＡ
位置からほぼ±０．２ｎＩｍの範囲内で正常にカンチレ
バー１２は変位する。探針１４が試料３４から０．８ｎ
ｍ以上離れると、カンチレバー１２は平行位置で止まっ
て変位しなくなり、また、０．２ｎ鵬以下まで接近する
と、探針・試料間の距離と原子間力が１対ｌで対応しな
くなる。

次に第７図乃至第９図を参照しながら、この発明の原子
プローブ顕微鏡の別の実施例について説明する。なお、
上述の実施例と同様の部材には同一符号を付け、その説
明は省略する。

この実施例では、下部シリコン基板２２は、圧電アクチ
ュエーター３６を介してＩＩ動装置３８に固定される。

　この圧電アクチュエーター３６は。

Ｓ　Ｔ　Ｍ等に用いられる公知の２方向微動装置である
。　また、半導体レーザー２４がら射出されたレーザー
光の光路上には、　ｙ軸周りに回転可能に設けられ、　
ｙ軸に垂直な面に対して僅かに傾けたミラー面を有する
回転ミラー４０が配置されている。

また、　下部シリコン基板２２には、　ｙ方向に移動可
能なステージ４２を備える微動装置４４が取り付けられ
、下部シリコン基板２２の上面とほぼ同じ高さのステー
ジ４２上に受光器３２が固定される。

この実施例で使用されるカンチレバー１２は、第９図に
図示されるように、長手方向に２組のバイモルフ４４Ａ
、４４Ｂを備える。　このようなバイモルフ４４Ａ、　
４４Ｂは、　スタンフォード大学のクェートらにより発
表され、　ＳＴＭカンチレバーに組み込まれたもので、
その構成および動作を第９因を参照しながら説明する。

　このようなバイモルフ４４Ａ、４４［３は、カンチレ
バー１２の１−下面に接地用のＡＩ電％４６を形成し、
＾１電極４６の上下面にＺｎＯ等の圧電体層４８を蒸着
により形成し、圧電体層４８の上下面にほぼ中央で２分
される駆動用の＾１電極５０ａ、　５０ｂ、　５０ｃ、
　５０ｄを蒸着して形成される。　このような横進にお
し＼て、電極５０ａと電極５０ｄとの間に挟まれる部分
に１組のバイモルフ４４Ａが構成され、電極５ｏｂと電
極５０ｃとの間に挟まれる部分にもう１組のバイモルフ
４４Ｂが構成される。

電極５０ａ、　５０ｂ、５０ｃ、　５０ｄで覆われた部
分の圧電体４８をそれぞれ４８ａ、４８ｂ、４、８　ｃ
、４．８　ｄとし、それぞれの長さを１ａ、ｌｂ、ｌｃ
、　１ｄとする。１！極５０ａ、５０ｂ、５０　ｃ、　
　５０　ｄ　ｌ＝　ソれぞしｖｌ、■２、■３、Ｖ、（
ｖｌ＞ｖ２）なる電圧が印加されると、圧電体の各部分
の長さはＩａ＝ｌｃ＞Ｉｂ＝Ｉｄとなる。この結果、バ
イモルフ４４Δは下向きに、バイモルフ４４１３は上向
きに反り、カンチレバーＩ２の先端は軸Ｑの周りを時計
回り（ＣＷ）に回転変位する。　また、電圧の大きさを
逆に、　すなわちｖｌくｖ７と′すると、　反時計回り
（ＡＣＷ）に回転変位する。以下、　これら回転モード
制御をそれぞれＣＷ回転変位制御、ＡＣＷ回転変位制御
とする。

これに対して電極５０ａ、　　５０ｂ、　　５０ｃ、　
５０ａ１ｍそれぞｉｖ、、Ｖ　、、Ｖ　２．　　Ｖｘ　
（Ｖ　ｒ＞　Ｖ　ｉ）なる電圧を印加すると、圧電体の
各部分の長さは１ａ＝Ｉｂ＞１ｃ＝ｌｄとなり、カンチ
レバー１２の先端は下向きに反る。　また、電圧の大小
関係を逆、つまりＶ、＜Ｖ２にすると、　カンチレノ（
−１２の先端は上向きに反る。　これらの変位モード制
御をそれぞれＵＰ変位制御、　ＤＯＷＮ変位制御とする
。

次に第７図及び第８図を参照しながら動作について説明
する。

まず、　　８ＩＩＩ定に先だって受光器３２及び回転ミ
ラー４０を予め定めた初期位置に配置する。つまり、受
光器３２は、探針・試料間の距離が第６図の０点の位置
になり、カンチレバー１２がδ。だけ変位したときに、
出力ＳδがＳδ＝０となる位置に微動装置４３を用いて
配置される。この位置調整は。

予め求めた図示されないスケールに従って行われる。ま
た、探針１４が試料３４から剪断力Ｔ０を受けてカンチ
レバー１２がθ。だけ回転変位したときに、受光器３２
からの出力ＳＯが５ｅ＝ｏとなるように、予め求めた図
示されないスケールに従って回転ミラー４０の角度方向
を定めておく。

測定の際、　まず、カンチレバーＩ２の先端部に設けら
れた探針Ｉ４は、圧電アクチュエーター３６に固定され
た粗動装置３８によって、下部シリコン基板２２と共に
試料３４に近づけられる。探針１４を試料３４に近づけ
る間、受光器３２からの出力Ｓδを監視しておき、出力
ＳδがＳδ＝０となったところで粗動装置３８を停止さ
せる。このとき、探針１４には第６図の０点に対応する
斥力が働き、カンチレバー１２はδ。たけＦ方に変位す
る。

続いて、図示しない公知のＸＹ走査装置を用いて、探針
１４がＸ方向に走査されると、試料３４の凹凸に応じて
探針・試料間距離が変化するために探針１４に作用する
原子間力が変化し、カンチレバー１２の変位量が変化す
る。カンチレバー１２の変位量の変化は、　レーザー光
の受光器３２への投射位置を変え５　結果としてＳδ（
≠０）が出力される。　Ｓδは図示しないＺサーボ回路
に入力され、　Ｚサーボ回路からの出力は圧電アクチュ
エーター３６に入力され、変位δ。を一定に保つように
サーボ制御される。従って２　Ｚサーボ回路の出力信号
で試料３４の凹凸増が形成される。

一方、走査中、探針１４は試料３４から剪断力′ｌ゛を
受け、カンチレバー】２の回転変位を引き起こし、　こ
の回転変位は受光器３２からの出力Ｓθとして検出され
る。ところで、出力Ｓθは、探針１４が剪断力Ｔ０を受
けたときにＳθ＝＝０を出力するように初期設定されて
いる。従って、探針１４に働く剪断力は、Ｔ、からの相
対的なずれに対して、ＳＯ（≠０）が出力される。　Ｓ
Ｏは、その出力がバイモルフ４４Ａ、４４Ｂに接続され
た図示しないθサーボ回路に入力され、カンチレバー１
２の回転変位Ｏ０を一定に保つようにサーボ制御される
。

この実施例では、探針１４の動作範囲を斥力領域に設定
して説明したが、その動作範囲を引力領域に設定するこ
ともできる。　また、カンチレバー１２の変位をδ。に
保つようにＺ方向にサーボ制御されるので、上述の実施
例とは異なり、広範囲にわたって動作可能である。　さ
らに、初期設定で、予めバイモルフ４４Ａ、４４Ｂを回
転モード制御し、探針１４の側面が試料面にできるだけ
垂直になるように回転変位させ固定して、出力Ｓδ−〇
となるように回転ミラー４０を調整しておくこともでき
る。

次に、さらに別の実施例について第１０＠を参照し、上
述の実施例との相違を延べながら説明する。

カンチレバー１２は、その長手方向に２つのバイモルフ
５２及び５４を備える。バイモルフ５２及び５４の各々
は、第９図に示した構造を有し、それぞれに反りモード
制御の図示しない駆動回路が接続されている。これらの
駆動回路の一方には。

カンチレバー１２の反射ミラー１６の反射角を制御する
入力１ｄと回転モード制御する人ノＪＩＬが設けられて
いる。他方の駆動回路には、　一方のバイモルフが例え
ばＵＰ変位制御されたとき、同量だけＤＯＷＮ変位制御
する人力ｌｃ７！＋（設けられている。

この入力１ｃは受光器３２からの出力Ｓδに接続されて
おり１反射ミラー１６の反射角を一定に保ったまま、探
側１４をＺ方向に移動できる。また人力Ｉｔには前述の
Ｏサーボ回路を介して受光器：１２の出力ＳＯが接続さ
れている。　また、探針１４の下方に位置する下部シリ
コン基板２２の一部には開１」５６が設けられており、
対物レンズ光学系を用いての試料の光学的な観察を可能
にしている。

次に作用について説明する１図示されない粗動装置を用
いて探針１４を試料３４に近づけていくと、探針１４と
試料３４との間に原子間力が生じ。

カンチレバー１２が上方に例えばδ。だけ変位し受光器
３２からＳδが出）Ｊされる。ここで粗動装置を停止さ
せ、図示されないＸＹ走査装置を用いて探釦１４をＸＹ
力方向移動させるとともに、７゜方向にサーボ制御する
。探針１４の移動によって５試料３４の表面までの距離
が減少すると、探釦１４に作用する引力が増加し、カン
チレバー１２はさらに上方に変位しようとするが、バイ
モルフ５２をＤＯＷＮ変位制御するとともにバイモルフ
５４をＵＰ変位制御する。　これにより１反射ミラーの
反射角が元に戻され、探針１４に作用する原子間力が所
定の大きさに維持される。一方、試料３４から受ける剪
断力Ｔは出力Ｓθをθサーボ回路を介して入力１ｄに回
転モード制御を与えるように駆動回路を駆動する。ここ
で、カンチレバー１２に作用する所定値の原子間力に合
わせてカンチレバー１２の変位でサーボ動作の動作点を
設定すれば、　Ｚサーボ回路とθサーボ回路から所定の
原子間力での試料３４の凹凸と剪断力の情報が得られる
。

また、　さらに別の実施例について第１１図及び第１２
図を参照りながら説明する６図において、符号５８は下
部シリコン基板２２に取り付けられた公知の円筒型圧電
アクチュエーターで、その側面の一部にレーザー光を導
入する開口部６０を備える０円筒型圧電アクチュエータ
ー５８の内側には受光器３２を備える中間ブロック２０
が設けられている。　また、円筒型圧電アクチュエータ
ー３２の上部に設けられた上部シリコン基板１８には、
先端部に探剣１４及び反射ミラー１６を備えるカンチレ
バー１２が設けられる。

円筒型圧電アクチュエーター５８は、内側側壁に共通電
極を有し、外側側壁に円筒軸方向に４分割された電極を
備え、公知の電極電圧印加方法によって、カンチレバー
１２をＯ１γ、２方向に変位させることができる。　こ
れは、上述の実施例における。バイモルフ４４Ａ、４／
１１３および圧電アクチュエーター３６の機能に相当す
る。なお２円筒型圧電アクチュエーターの代わりに４個
の棒状または板状アクチュエーターを用いてもよい。

この発明は、上述の実施例に限定されることな（１発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々の修正や変更が可能であ
る。

［発明の効果］ この発明によれば、へＦＭ動作中のカンチレバーが試料
から受ける剪断力を測定し試料表面または試料表面の付
着物質の凹凸情報を合わせて、試料の平面方向に作用し
あう試料情報をを提供できる。　また、剪断力が変化す
る試料により探針が走行方向前後にシフトして、データ
のＸＹ位置関係が崩れることなく正確なデータが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の構成を示す図、第２図
は、第１図中のカンチレバーの大きさを説明する図。 第３図は、第１図中のカンチレバーが原−ｆ−開力によ
り変位した様子を説明する図。 第４図は、第１図中のカンチレバーが剪断力により回転
変位した様子を説明する図、 第５図は、第１図の受光器およびその周辺回路を示す図
、 第６図は、探針・試料間の距離とそれらの間に働く原子
間力との関係を示す図。 第７図は、　この発明の別の実施例を示す図、第８図は
、カンチレバーがＯだけ回転変位したときの光路を説明
する図。 第９図は、第７図のカンナｌツバ−を示す斜視図、第１
０図は、さらに別の実施例の構成を示す図、第１１図及
び第１２図は、　また別の実施例を説明する図である。 １２・・カンチレバー、　　＋４　・探針、　１６・反
射ミラー５２４　・半導体レーザー、　３２・・受光器
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 試料を走査する探針と、 探針を先端部の一方の面に有するカンチレバーと、 先端部の他方の面に設けられた反射面と、 反射面に光を照射するレーザー光源と、 反射面で反射された光を受光し、反射面の移動及び回転
   を検出する受光器とを備え、試料の凹凸情報および探針
   に作用する剪断力試料情報を測定する原子プローブ顕微
   鏡。