JPH07181030A

JPH07181030A - 原子間力顕微鏡

Info

Publication number: JPH07181030A
Application number: JP5327733A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Suzuki; 正敏鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1995-07-18

Abstract

(57)【要約】【目的】計測精度を劣化させずに、比較的大きな試料の
形状も計測可能であり、さらに、備え付けた光学顕微鏡
により、試料の上面からの観察を可能とする原子間力顕
微鏡を提供すること。【構成】平行ばね、積層型圧電素子等を有して構成され
た、Ｙ方向１軸移動手段と、先端にカンチレバーを備え
た、チューブスキャナ等の２軸方向の移動を可能とする
アクチュエータを組み合わせ、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向の、
カンチレバーの移動を可能とする。そして、光てこを構
成する光源部と検出部を、前記Ｙ方向１軸微動手段およ
びアクチュエータの外側に設ける。これにより、カンチ
レバー自体の移動を可能にする。さらに、チューブスキ
ャナを、その中心軸が、試料面と平行になるように配置
し、備え付けた光学顕微鏡で、カンチレバーの真上から
試料とカンチレバーを同時に観察可能とした原子間力顕
微鏡である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面形状を観察するた
めの走査型顕微鏡の一種である、原子間力顕微鏡の性能
向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料の表面形状を観察する手段として、
原子間力顕微鏡（以下、「ＡＦＭ」と称する）が知られ
ている。このＡＦＭは、板ばね状の形状を呈するカンチ
レバーのように、可撓性を有する部材の先端に設けられ
た探針を、計測対象である試料の表面上で、該試料に対
して相対的に移動させ、走査し、走査中の前記探針の上
下の変位量を測定することによって、試料の表面形状を
計測するものである。

【０００３】図３に、従来の光てこ方式のＡＦＭの構成
図の一例を示す。

【０００４】このＡＦＭは、可撓性を有するカンチレバ
ー３１と、該カンチレバー３１の先端部に設けられた探
針３２、試料をＸＹＺ方向に移動させるためのアクチュ
エータ３３、カンチレバー３１の背面に設けられた反射
面３１ａに、レーザ光を照射する光源３６、レーザ光を
所定エリアに照射するために、レーザ光を集光（３５
は、集光されたレーザ光）するためのレンズ４１、前記
反射面３１ａで反射したレーザ光を受光する、２つの受
光部からなる２分割光検出器３７、アクチュエータの動
作の制御およびＺ軸方向のカンチレバー３１の移動量に
基づき、試料の形状を求める処理を行う制御手段３８、
得られた表面形状を表示する表示手段３９、与えられた
試料の形状計測が可能なエリアまで、試料をＸＹＺ軸方
向に移動させるためのＸＹＺ軸粗動ステージ４０を有し
て構成されている。

【０００５】そして、カンチレバー３１、光源３６、２
分割光検出器３７、レンズ４１は、固定部に固定されて
いる。

【０００６】従来から、アクチュエータとして最も一般
的に使用されているのは、チューブスキャナと称される
移動手段である。かかるチューブスキャナは、図４に示
すように、例えば、ＰＺＴ等の材料を使用して製造され
た、円筒型のチューブの外周上に、４つの電極を分割し
て貼り付け、ＸＹＺ３方向の動きを可能にしたアクチュ
エータである。

【０００７】具体的には、図４に示すように座標系を設
定すると、電極６１ａ、６１ｂに、大きさが同じで符号
の異なる電圧を印加することにより、Ｘ軸方向の走査が
可能となり、また、同様に、電極６２ａ、６２ｂに、大
きさが同じで符号の異なる電圧を印加することによりＹ
軸方向の走査が可能となる。また、チューブの内周に
は、共通電極６３が設けられており、該共通電極と、す
べての電極６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂとの間に、
所定の電圧を印加することにより、チューブをＺ方向に
伸縮させることも可能である。したがって、図４に示す
チューブスキャナは、試料を、Ｘ、Ｙ、Ｚ３軸方向に移
動させるアクチュエータとして機能する。

【０００８】さて、アクチュエータ３３上に、載置され
た試料３４の表面形状を観察する際には、制御手段３８
によって、アクチュエータの各軸方向における移動量を
制御し、試料表面における、ＸＹ平面上の所定領域で、
探針に対し試料を相対移動させ、試料の形状を計測する
ための走査を行う。かかる走査によって、探針と試料と
の間に、いわゆる原子間力が作用し、この力の大きさに
よって、カンチレバー３１がたわみ、探針３２がＺ軸方
向に変位するので、カンチレバーの撓み量が、一定にな
るように、フィードバック制御しながら、試料を走査し
ていくことにより、前記フィードバック制御量に対応し
て、試料の表面形状が求まる。なお、カンチレバーの撓
み量を一定にするためには、光源３６から放射され、レ
ンズ４１にて集光されて、カンチレバー３１の反射面３
１ａに照射され反射したレーザ光を、２分割光検出器３
７で受光し、各受光部からの差動出力が等しくなるよう
に、アクチュエータの移動量を制御して、試料を、Ｚ方
向に移動する制御を行えば良い。

【０００９】なお、ＸＹＺ軸粗動ステージ４０は、必須
の手段ではないが、与えられた試料の形状計測が可能な
エリアまで、試料３４をＸＹＺ軸方向に移動させるため
に、通常は、かかる手段を設けた構成になっている。

【００１０】また、光源３６から放射され、レンズ４１
にて集光されて、カンチレバー３１の反射面３１ａに照
射され反射したレーザ光を、２分割光検出器３７で受光
する、光学系は、いわゆる「光てこ」を構成しているた
め、本光学系を採用している原子間力顕微鏡は、一般
に、「光てこ方式型」とも称される。前記光てことは、
具体的には、カンチレバー３１の撓み角の、２倍の角度
の反射角度を有して、カンチレバー３１の反射面３１ａ
からレーザ光が反射する構成になっていることである。

【００１１】また、ＡＦＭに、試料の状態や、試料上に
おけるカンチレバーの位置を観察するための光学顕微鏡
を備え付けた構成を有する顕微鏡も提案されている。

【００１２】その構成方法として、カンチレバーの真上
に光学顕微鏡を備え付け、カンチレバーの真上方向か
ら、試料を観察する方法や、固定部の底面に対し、斜め
方向に光学顕微鏡を備え付け、斜め方向から、試料を観
察する方法が提案されていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のよう
な、光てこ方式のＡＦＭにおいては、試料をアクチュエ
ータに載置し、試料自体を直接、ＸＹＺ方向に移動させ
るものである。

【００１４】したがって、ＰＺＴ等の圧電性の材料を使
用して製作するチューブスキャナ（最大径３０（ｍｍ）
程度である）には、製造上、大きさに制約が有り、チュ
ーブスキャナに載置可能な試料の大きさにも制限があ
る。また、大きな試料を載置した場合には、アクチュエ
ータの共振周波数の低下を招き、分解能が低下してしま
うという問題点があった。すなわち、通常、機械系の共
振周波数は、高めに設定しておき、外乱の影響を受けに
くい構成にし、測定精度の向上を図るようにしている
が、大きな試料を載置した場合には、前記共振周波数が
低くなることによって、外乱の影響を受けやすいシステ
ムになってしまう問題点もあった。

【００１５】また、ＡＦＭに、試料の状態や、試料上に
おけるカンチレバーの位置を観察するための光学顕微鏡
を備え付けた構成を有する顕微鏡の場合、カンチレバー
の真上に光学顕微鏡を備え付け、カンチレバーの真上方
向から、試料を観察する方法では、カンチレバーの上方
に、光学顕微鏡を備え付けるための十分なスペースを確
保しなければならないという制約があり、固定部の底面
に対し、斜め方向に光学顕微鏡を備え付け、斜め方向か
ら、試料を観察する方法では、斜めからの試料を観察す
るため、試料の全面に対し、同時に、光学顕微鏡の焦点
を合わせることができないという欠点があった。

【００１６】すなわち、光学顕微鏡による観察を併用す
る場合には、試料面の情報を有効に得るために、カンチ
レバーの真上から観察する方が有利であるものの、かか
る方法によれば、カンチレバー上方に、光学顕微鏡を備
え付けるための、十分なスペースを確保する必要があっ
た。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、以下の手段が考えられる。

【００１８】すなわち、与えられた試料の形状を計測す
る探針を備えるカンチレバーと、光源と、該光源から放
射した光を集光するレンズと、集光された光のカンチレ
バーによる反射光を受光する受光器と、前記カンチレバ
ーを固定し、直交する２軸方向にカンチレバーを移動可
能な第１の変位手段と、該第１の変位手段を固定し、カ
ンチレバーの移動方向である前記２軸方向と直交する１
軸方向に、前記第１の変位手段を移動可能な第２の変位
手段と、前記第１および第２の変位手段に所定の信号を
与え、前記探針と試料とを相対的に移動させる処理、お
よび、前記受光器からの出力に対応し、前記カンチレバ
ーの撓み量を所定量にするための前記第１の変位手段に
与える信号に応じて、試料の形状を計測する処理を少な
くとも行う制御手段と、計測された形状を少なくとも表
示する表示手段とを有して構成される原子間力顕微鏡で
ある。

【００１９】また、前記第１の変位手段は、チューブス
キャナで構成され、また、前記第２の変位手段は、平行
ばねと、これを押圧する圧電素子を有して構成される原
子間力顕微鏡や、前記第１の変位手段は、チューブスキ
ャナで構成され、また、前記第２の変位手段は、圧電素
子で構成される原子間力顕微鏡が好ましい。

【００２０】また、前記カンチレバーの直上に、光学顕
微鏡および光学顕微鏡の焦点をカンチレバーに合わせる
ための対物レンズを設けた構成も考えられる。

【００２１】

【作用】本発明は、平行ばね、積層型圧電素子等を有し
て構成された、Ｙ方向１軸微動手段と、先端にカンチレ
バーを備えた、チューブスキャナ等の２軸方向の移動を
可能とするアクチュエータを組み合わせ、Ｘ、Ｙ、Ｚの
３方向の、カンチレバーの移動を可能とする。そして、
光てこを構成する光源部と検出部を、前記Ｙ方向１軸微
動手段およびアクチュエータの外側に設ける。これによ
り、カンチレバー自体の移動を可能にする。さらに、チ
ューブスキャナを、その中心軸が、試料面と平行になる
ように配置し、備え付けた光学顕微鏡で、カンチレバー
の真上から試料とカンチレバーを同時に観察可能な原子
間力顕微鏡を提供する。

【００２２】上記の構成により、チューブスキャナ先端
には、カンチレバーのみが取り付けられ、軽量、かつ、
一定量の負荷のもとで、Ｚ方向での前記フィードバック
制御が可能となる。

【００２３】また、試料に対する探針の走査は、ＸＹ平
面上で探針自体の移動によって行われる。したがって、
計測対象となる試料の大きさや重さに対する制約は、大
きく軽減される。また、カンチレバーは、試料面と平行
に伸びたチューブスキャナの先端に配置されるため、カ
ンチレバー周辺に、光学顕微鏡を備え付け可能な十分な
スペースが確保でき、光学顕微鏡や、光てこを構成する
光源部と検出部の配置が容易になる。

【００２４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【００２５】図１は、本発明の第１実施例の構成図であ
る。

【００２６】７は、形状の計測対象となる試料である。

【００２７】３は、その先端に探針を備える、カンチレ
バーであり、例えば、シリコン等を材料にして、板ばね
状に製造される。なお、カンチレバー３の裏面には、光
を反射する反射面を備えている。

【００２８】５は、チューブスキャナであり、その詳細
構成は、従来技術で述べたように、図４に示される。チ
ューブスキャナ５によって、カンチレバー３のＸ、Ｚ方
向の移動機構を実現できる。

【００２９】１は、レーザ光を放射する光源であり、例
えば、半導体レーザを使用して実現される。

【００３０】２は、光源１から照射された光を、前記カ
ンチレバー３の裏面に設けられた反射面に照射すべく、
レーザ光を集光する集光レンズである。

【００３１】６は、カンチレバー３の裏面に設けられた
反射面での反射光を検出するための、２分割光検出器で
ある。例えば、シリコンフォトダイオードによって構成
可能である。

【００３２】なお、図１（ｂ）は、光源１とレンズ２お
よび２分割光検出器６の配置関係を、図１（ａ）のＹ軸
方向から見た状態を示したものである。図１（ａ）に
は、光源１とレンズ２および２分割光検出器６を図示し
ていないが、実際には、Ｙ軸方向から見たとき、図１
（ｂ）に示すような光学系が、固定部１０に固定されて
いることになる。なお、光源１から放射されたレーザ光
は、レンズ２によって集光され、チューブスキャナ５の
先端に備えられたカンチレバー３の裏面に設けられた反
射面で反射し、該反射光は、２分割光検出器６にて受光
される光学系を形成し、いわゆる、光てこを構成してい
る。光てこは、チューブスキャナ５の外側の余裕のある
スペース内に構成される。なお、試料の形状計測のため
には、常に、反射光が得られるように、カンチレバー３
の裏面に設けられた反射面に、レーザ光が照射されてい
る必要がある。

【００３３】１７は、圧電素子、１５は、平行ばねであ
る。圧電素子１７は、例えば、ＰＺＴ等を材料とし、圧
電材料を積層状に配置して構成した、積層型圧電素子を
使用すれば良い。圧電素子１７に、制御回路から所定の
電圧が印加されると、Ｙ軸方向への押圧が生じ、当該押
圧によって、平行ばね１５は、Ｙ軸方向に移動する。し
たがって、平行ばね１５に備え付けられたチューブスキ
ャナ５の、先端に備えられたカンチレバー３は、Ｙ軸方
向に移動することになる。このように、圧電素子１７に
所定量の電圧を印加することにより、カンチレバー３
を、Ｙ軸方向に所定量移動可能となる。すなわち、平行
ばね１５と圧電素子１７とを有した構成により、Ｙ軸方
向の移動機構が実現できる。

【００３４】図６（ａ）に、平行ばね１５の変位の様子
を示す。図中、ａは、平行ばねの微動側、ｂは、平行ば
ねの固定側であり、ｂは、固定部１０に固定されてい
る。

【００３５】Ｙ軸方向に、力が加えられた場合、平行ば
ねは変形し、点線で示すような形状となる。したがっ
て、平行ばね１５にチューブスキャナ５を備え、その先
端にカンチレバー３を設けた構成とすることにより、カ
ンチレバー３をＹ軸方向に移動する機構を実現できる。

【００３６】９は、ＸＹＺステージであり、例えば、微
動機構上に載置された試料７を、形状測定可能なエリア
まで、移動させるための手段であり、通常市販されてい
る、光学用移動ステージを使用して構成すれば良い。な
お、本手段は必須ではないが備えておくのが好ましい。

【００３７】１１は、制御回路であり、少なくとも以下
の処理を行う手段で、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ（予め所
定の処理を行うプログラムを内蔵しておく）、ＲＡＭ、
各種ＣＭＯＳ等の電子デバイスによって実現される。

【００３８】まず、チューブスキャナ５に対して、所定
の駆動電圧を印加し、Ｘ、Ｚ方向に、カンチレバー３を
移動させる処理である。

【００３９】次に、カンチレバー３を、Ｙ軸方向に移動
するための所定の信号を送信する処理である。具体的に
は、上記のように、所定電圧を圧電素子１７に印加す
る。

【００４０】さらに、２分割光検出器６によって、カン
チレバー３からの反射光を受光し、各受光部からの差動
出力が等しくなるように、チューブスキャナ５の移動量
を制御し、すなわち、カンチレバー３の撓み量が一定に
なるように、フィードバック制御しながら、該フィード
バック制御量に対応する、試料７の表面形状を求める処
理を行う。

【００４１】１２は、表示装置であり、制御回路１１に
よって検出した、試料７の形状情報を少なくとも表示す
る機能を有し、例えば、ＣＲＴ、ＥＬディスプレイ、液
晶ディスプレイによって実現される。

【００４２】１０は、固定部であり、光源１、レンズ
２、２分割光検出器６を固定し、さらに、ＸＹＺステー
ジ９を、その下部に固定する手段である。例えば、防錆
加工処理された金属材料等を使用し、所望の形状を呈す
るように、設計、製作すれば良い。

【００４３】２０は、光学顕微鏡であり、１８は、試料
７に焦点を合わせるための対物レンズである。光学顕微
鏡２０は、図１に示すように、固定部１０に固定され、
試料７を、その上部から観察可能である。

【００４４】なお、光学顕微鏡は、十分に空間的な余裕
を有して、固定部１０に取り付けられていることが分か
る。

【００４５】また、圧電素子１７で駆動される、平行ば
ね１５の微動側（図中、ａは、平行ばねの微動側、ｂ
は、平行ばねの固定側である）に、チューブスキャナ５
の中心軸が、試料面と平行になるように、チューブスキ
ャナ５を固定し、その先端下部に、カンチレバー３を備
えた構成にするのが好ましい。

【００４６】Ｚ方向のフィードバック制御と、ＸＹ平面
内での走査の一方（一般的には走査速度の早い方の走
査：２次元でラスタースキャンを行う場合、一方の方向
の走査速度が速く、他方の方向の走査速度は遅い）を、
チューブスキャナの動作で行ない、面内走査のもう一方
の走査（すなわち、速度の遅い方の走査）を、平行ばね
で行なえばよい。

【００４７】また、チューブスキャナの中心軸方向に大
きな変位量を得ようとすると、チューブスキャナは非常
に長くなってしまうが、その方向の変位は、平行ばねで
行われるので、このような問題は生じない。

【００４８】一例として、「外径７（ｍｍ）、内径５
（ｍｍ）、長さ３０（ｍｍ）」の大きさのチューブスキ
ャナでは、屈曲方向には、±２５０（Ｖ）の印加電圧
で、約２５（μｍ）の変位が得られるのに対し、中心軸
方向には、５００（Ｖ）の印加電圧で、約４（μｍ）の
変位しか得られない。

【００４９】一方、積層型圧電素子であって、その大き
さが「５×５×１８（ｍｍ）」のものでは、例えば、１
００（Ｖ）の印加電圧で、約１５（μｍ）の変位が得ら
れ、平行ばねで、２倍のてこ比（機械的てこ比）で変位
を拡大することにより、約３０（μｍ）の変位が得られ
ることになる。

【００５０】このことを、図６（ｂ）を参照して説明す
る。平行ばねに、図に示すようにＹ軸方向の力が作用し
たとする。なお、力の作用点は、平行ばねの一辺ｅの中
点であるとする。このとき、平行ばねは、点線で示すよ
うに変形される。力は、平行ばねの一辺ｅの中点に作用
するため、図に示す変位量ｄは、変位量ｃの２倍となる
ことがわかる。したがって、上述のように、平行ばねを
使用して、２倍のてこ比（機械的てこ比）で変位を拡大
することが可能となる。

【００５１】さらに、チューブスキャナは、２軸の屈曲
動作のみを利用するように使用されるので、一般の使用
法である、３軸動作時のように、中心軸方向に大きく、
チューブが変位しているときは、屈曲方向の変位量が制
限されてしまうような欠点は発生しない。

【００５２】さて、図１を参照して、動作を説明する。

【００５３】まず、使用者は、試料７をＸＹＺステージ
上に載置するとともに、ＸＹＺステージ９を使用して、
試料７の形状が計測可能な位置まで、３次元方向に、試
料７を移動させる。カンチレバー直上の空間には、カン
チレバー３と試料７を観察するための光学顕微鏡２０が
配置されているため、使用者は、これを使用して試料の
載置の仕方が適切か、すなわち、試料７のカンチレバー
３に対する位置が適切になっているか等を確認しなが
ら、試料７の設定作業を行うことが可能であり、機器の
操作性が向上する。

【００５４】そして、機器の動作を開始させると、制御
回路１１は、前述のように、チューブスキャナ５、圧電
素子１７に所定の信号を与える。

【００５５】カンチレバー３の先端に設けられた探針
は、試料７に対して、Ｘ、Ｙ軸方向で走査を開始する。
そして、制御回路１１は、２分割光検出器６によって受
光されたカンチレバー３からの反射光に対応する、各受
光部からの差動出力が等しくなるように、チューブスキ
ャナ５のＺ軸方向の移動量を制御し、すなわち、カンチ
レバーの撓み量が、一定になるように、フィードバック
制御しながら、該フィードバック制御量に対応する、試
料７の表面形状を求める処理を行う。

【００５６】なお、試料の走査は、例えば、ラスタース
キャンにより行う。そして、ラスタースキャンにおけ
る、走査速度の速い方向（本実施例では、Ｘ方向）での
走査を、チューブスキャナ５によって行い、Ｘ方向と直
交する、走査速度の遅い方向（本実施例では、Ｙ方向）
での走査を、圧電素子１７と平行ばね１５とを有して構
成される移動機構によって行うようにしている。このた
め、ＸＹＺステージ９に載置される、試料７の大きさや
重量に影響を受けずに、高速の走査を実現可能とする。

【００５７】以上の走査によって測定された形状は、表
示装置１２に表示されることとなり、試料７の形状計測
が完了する。

【００５８】なお、光源１から放射されたレーザ光は、
レンズ２によって集光され、走査によってカンチレバー
３が移動しても、常に、カンチレバー３の反射面からの
反射光が得られるように、レーザー光の照射エリアが、
所定値以上の広さを有するように、光源１およびレンズ
２が設定されなければならない。この様子を、図４に示
す。図４に示すように、カンチレバーの走査範囲が、カ
ンチレバー上のレーザスポット内に存在するように、光
源１およびレンズ２を設定しなければならないことにな
る。

【００５９】以上のように、第一実施例によれば、比較
的大きな試料の形状計測も可能な原子間力顕微鏡を提供
することができ、また、カンチレバー上方に備え付けら
れた光学顕微鏡により、試料の載置状態等を確認でき、
操作性も向上する。

【００６０】図２は、本発明の第２実施例の構成図であ
る。

【００６１】本実施例と、第一実施例との違いは、第一
実施例で示した、圧電素子１７と平行ばね１５の組合せ
で構成したＹ軸方向の移動手段の代わりに、積層型圧電
素子等の圧電素子２１でＹ軸方向の移動手段を実現した
点にある。

【００６２】なお、図１と同一符号が付されている構成
要素は、図１と全く同一のものと考えて良い。また、本
実施例においても、図示はしていないが、Ｙ軸方向から
見たとき、図１（ｂ）に示すように、光学系が配置され
ている。もちろん、光学系の構成要素も、第一実施例と
同一の物で実現すれば良い。

【００６３】さて、本実施例では、圧電素子２１がカン
チレバー３のＹ軸方向の移動を可能としている。かかる
圧電素子２１としては、例えば、ＰＺＴ等の材料を積層
状に配置して構成した、積層型圧電素子を使用するのが
好ましい。

【００６４】圧電素子２１が変位する側に（図２に示す
ように、反対側は固定されている）に、その中心軸が試
料面と平行になるようにチューブスキャナ５を固定し、
さらに、チューブスキャナ５の先端部にカンチレバー３
を備えた構成である。

【００６５】制御回路１１が、圧電素子２１に所定の電
圧を印加することにより、圧電素子２１がＹ方向に変位
し、チューブスキャナ５をＹ方向に移動させる。そし
て、チューブスキャナ５の先端部に備えた、カンチレバ
ー３のＹ方向の走査を可能にする。

【００６６】本実施例では、以上のように、カンチレバ
ー３のＹ方向の走査を、圧電素子２１によって実現し、
Ｘ方向の走査およびＺ方向のフィードバック制御を、チ
ューブスキャナ５で行う。

【００６７】その他の動作等については、第一実施例と
全く同様なので、重複して説明することは省略する。

【００６８】以上のように、第二実施例によっても、比
較的大きな試料の形状計測も可能な原子間力顕微鏡を提
供することができ、また、カンチレバー上方に備え付け
られた光学顕微鏡により、試料の載置状態等を確認で
き、操作性も向上する。

【００６９】なお、上記実施例にて述べた移動機構は、
原子間力顕微鏡に限らず、他の各種の観察装置に応用可
能であることは、いうまでもない。

【００７０】

【発明の効果】本発明によれば、カンチレバーを備え
た、３軸微動機構を構成し、前記フィードバック制御と
ＸＹ走査を、軽量かつ一定の負荷のもとで行うことがで
き、比較的大きな試料の形状計測も可能となる。また、
カンチレバーは、試料面と平行に伸びたチューブスキャ
ナの先端に配置されるため、カンチレバー周辺に、光学
顕微鏡を備え付け可能な十分なスペースが確保でき、光
学顕微鏡や、光てこを構成する光源部と検出部の配置が
容易になり、設計自由度が増す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成図である。

【図２】本発明の第２実施例の構成図である。

【図３】従来の原子間力顕微鏡の構成図である。

【図４】従来の原子間力顕微鏡に使用される、チューブ
スキャナの構成図である。

【図５】レーザ光照射領域と、カンチレバーの移動領域
の関係の説明図である。

【図６】平行ばねの変位の説明図である。

【符号の説明】

１…光源、２…レンズ、３…カンチレバー、５…チュー
ブスキャナ、６…２分割光検出器、７…試料、９…ＸＹ
Ｚステージ、１０…固定部、１１…制御回路、１２…表
示装置、１５…平行ばね、１７…圧電素子、１８…対物
レンズ、２０…光学顕微鏡、３１…カンチレバー、３２
…探針、３３…アクチュエータ、３６…光源、４１…レ
ンズ、３７…２分割光検出器、３８…制御手段、３９…
表示手段、４０…ＸＹＺ軸粗動ステージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】与えられた試料の形状を計測する探針を備
えるカンチレバーと、光源と、該光源から放射した光を
集光するレンズと、集光された光のカンチレバーによる
反射光を受光する受光器と、前記カンチレバーを固定
し、直交する２軸方向にカンチレバーを移動可能な第１
の変位手段と、該第１の変位手段を支持し、カンチレバ
ーの移動方向である前記２軸方向と直交する１軸方向
に、前記第１の変位手段を移動可能な第２の変位手段
と、前記第１および第２の変位手段に所定の信号を与
え、前記探針と試料とを相対的に移動させる処理、およ
び、前記受光器からの出力に対応し、前記カンチレバー
の撓み量を所定量にするための前記第１の変位手段に与
える信号に応じて、試料の形状を計測する処理を少なく
とも行う制御手段と、計測された形状を少なくとも表示
する表示手段とを有して構成される原子間力顕微鏡。
【請求項２】請求項１において、前記第１の変位手段
は、チューブスキャナで構成され、また、前記第２の変
位手段は、平行ばねと、これを押圧する圧電素子を有し
て構成されることを特徴とする原子間力顕微鏡。
【請求項３】請求項２において、前記チューブスキャナ
は、その中心軸が、試料面と平行となるように、前記平
行ばねの変位側に固定され、また、前記カンチレバー
は、前記チューブスキャナの先端下部に設けられている
ことを特徴とする原子間力顕微鏡。
【請求項４】請求項１、２および３のいずれかにおい
て、前記レンズは、前記カンチレバーの変位領域を含む
領域を、前記光源からの光の照射エリアとするように、
光を集光することを特徴とする原子間力顕微鏡。
【請求項５】請求項１、２、３および４のいずれかにお
いて、さらに、試料を載置し、試料を３軸方向に移動可
能とする、粗動手段を備えたことを特徴とする原子間力
顕微鏡。
【請求項６】請求項１において、前記第１の変位手段
は、チューブスキャナで構成され、また、前記第２の変
位手段は、圧電素子で構成されることを特徴とする原子
間力顕微鏡。
【請求項７】請求項６において、前記チューブスキャナ
は、その中心軸が、試料面と平行となるように、前記圧
電素子の変位端に固定され、また、前記カンチレバー
は、前記チューブスキャナの先端下部に設けられている
ことを特徴とする原子間力顕微鏡。
【請求項８】請求項２および６のいずれかにおいて、前
記圧電素子は、積層型圧電素子であることを特徴とする
原子間力顕微鏡。
【請求項９】請求項１、２、３、４、５、６、７および
８のいずれかにおいて、前記カンチレバーの直上に、光
学顕微鏡および光学顕微鏡の焦点をカンチレバーに合わ
せるための対物レンズを設けたことを特徴とする原子間
力顕微鏡。
【請求項１０】与えられた試料を載置する試料台と、試
料を計測するプローブと、前記プローブを固定し、直交
する２軸方向にプローブを移動可能な第１の変位手段
と、該第１の変位手段を支持し、プローブの移動方向で
ある前記２軸方向と直交する１軸方向に、前記第１の変
位手段を移動可能な第２の変位手段を有して構成される
観察装置。