JPH08285865A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、光学顕微鏡等を収納し、簡単な構成
でステージ機構のｘ変位がｚ変位に影響せず、歪みの無
い像を得る走査型プローブ顕微鏡を提供することを目的
とする。 【構成】本発明は、試料若しくはカンチレバーを走査す
る円筒型圧電体１８のｚ変位を測定する変位センサ４０
を円筒型圧電体１８の外側に設け、試料測定に先立ち、
プリスキャンを行い、円筒型圧電体１８のｚ変位を測定
し、ｘ変位に対するｚ変位の関係（各ｘ点に対するｚ変
位の誤差）を求め、メモリに記憶する。試料を測定（Ｓ
ＰＭ測定）し、測定されたｚ変位の値からプリスキャン
時の誤差を減算し、実際の円筒型圧電体１８のｚ変位を
求めることにより、そのｚ変位を試料の凹凸信号とする
ことにより、ｚ方向に関してゆがみのないＳＰＭ像が得
られる走査型プローブ顕微鏡である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測定像がｚ方向に歪ま
ない走査型プローブ顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や、
特開昭６２−１３０３０２号公報（ＩＢＭ、Ｇ．ビニッ
ヒ、サンプル表面の像を形成する方法及び装置）による
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等、簡単な構成で原子サイズ
レベルの高い縦横方向分解能を有する走査型プローブ顕
微鏡が提案されている。

【０００３】この走査型プローブ顕微鏡で高い分解能を
実現するためには、プローブと測定試料の相対位置を精
度良くコントロールできるようなステージが必要とな
り、一般的には、圧電体を用いたトライポッド型若しく
は、チューブ型の圧電体スキャナが用いられている。

【０００４】このようなステージは、ＳＴＭにおいて
は、探針が設けられたステージであり、ＡＦＭにおいて
は、試料が載置されるステージである。このような構成
で通常、数ボルトから数百ボルトの電圧を印加して、ｘ
ｙ及びｚ方向に変位を生じさせる機構になっている。

【０００５】また、特開昭５−３１２５６４号公報に
は、図６に記載されるステージ機構を持つ走査型プロー
ブ顕微鏡ある。この走査型プローブ顕微鏡においては、
円筒型圧電体１０２の自由端に試料１０３が固定され
る。円筒型圧電体１０２は、ｘ走査信号発生器１１１と
ｙ走査信号発生器１１２から発生するｘ，ｙ走査信号に
より、ｘ，ｙ方向に走査される。よって、円筒型圧電体
１０２上の試料１０３は、ｘ，ｙ方向に走査される。そ
のときにカンチレバー１０４は試料１０３に接近してい
て、試料の凹凸に応じてｚ方向に撓む。

【０００６】そして、レーザダイオード１０５から発せ
られた光は、カンチレバー１０４の表面で反射し、フォ
トダイオード１０７に入射する。カンチレバー１０４の
たわみは、フォトダイオード１０７上のビームの位置を
モニタすることにより検出される。その撓みが一定にな
るようにサーボ回路１０９を用いて円筒型圧電体１０２
をｚ方向に制御する。このとき、圧電体をｚ方向に駆動
するために印加した電圧を凹凸情報としてモニタする
と、圧電体固有のヒステリシス、クリープ等が原因で像
が歪む。

【０００７】そこで、円筒型圧電体の内側に光ファイバ
ー１１４を固定し、ｚ方向の変位を検出し、その変位信
号に基づいて凹凸像を形成することにより、ｚ方向にゆ
がまない凹凸像が得られる。

【０００８】また、従来技術としてＵ．Ｓ．Ｐ．５１９
６７１３号には図７のようなステージ機構が開示されて
いる。このステージ機構において、円筒型圧電体１１８
にステージ１１９、探針１２０取り付けられている。こ
のステージ１１９には、コーナーキューブ１２１が固定
され、そのコーナーキューブ１２１と対向する位置にハ
ーフミラー１２３が配置され、その横にポジションディ
テクタ１２４が、その下方には、レンズ１２５が配置さ
れ、レンズ１２５の下には光源１２６が配置される。ポ
ジションディテクタ１２４の出力は、ｚ変位表示装置１
２７に入力する。

【０００９】そして光源１２６から発生された光は、ハ
ーフミラー１２３で反射され光１２８として、コーナー
キューブ１２１に入射する。この光１２８はコーナーキ
ューブ１２１で反射されて、光１２９となり、ハーフミ
ラー１２３を通過した後、光１３０になる。光１３０
は、ポジションディテクタ１２４に入射する。もし、円
筒型圧電体１１８がｚ方向に変位すると、ポジションデ
ィテクタ１２４上の光１３０の入射位置が変位する。そ
の変位量を検知することにより、円筒型圧電体１１８の
ｚ方向の変位量（ｚ変位）を検出する。この円筒型圧電
体１１８のｚ変位に基づいて、凹凸像を形成することに
より、ｚ方向に関して歪みの無い凹凸像を得ることがで
きるというものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した特開
昭６２−１３０３０２号公報に記載されるステージ機構
には以下の欠点がある。このＳＴＭにおいて、走査用の
ステージに圧電体が用いられている。圧電体には、印加
電圧と変位の関係で、ヒステリシスやクリープなどの現
象を示すことがよく知られている。このような印加電圧
変位特性における非直線性は、ステージが直線的な移動
をせず、湾曲した移動となるため、走査型プローブ顕微
鏡においては像の端部になるほど歪みとなって現れ、定
量的な測定をしようとする時の妨げとなる。

【００１１】また、特開昭５１−３１２５６４号公報に
記載されるステージ機構には、以下の欠点がある。この
ステージ機構においては、円筒型圧電体１１８の内側に
光ファイバー１２０を固定しているため、円筒型圧電体
１１８の内側に他の機能を配置することが困難になる。
例えば試料１０３の上側に対物レンズを配置し、試料台
を透明にし、試料台の下側かつ円筒型圧電体１１８の内
側に照明装置を配置することにより、試料を透過照明で
照明しながら、光学顕微鏡で観察するというようなこと
が困難である。

【００１２】さらに、Ｕ．Ｓ．Ｐ．５１９６７１３号に
は、以下の欠点がある。このようなステージ機構を用い
ると、円筒型圧電体１８の回転方向の変位に伴うｚ変位
検出誤差を拾ってしまう。しかし、プリスキャンを行っ
て予めｚ変位検出誤差を補正する手段を有していないた
め、像の歪みを完全に補正することができない。さらに
ステージ１１９にコーナーキューブ１２１を固定してい
るため、円筒型圧電体１１８が駆動する負荷が重くな
る。そのため、円筒型圧電体１１８のｘ，ｙ，ｚ方向の
固有振動数が低下し、走査型プローブ顕微鏡への有害な
振動の原因となる。そこで本発明は、光学顕微鏡等を収
納し、簡単な構成で歪みの無い像を得る走査型プローブ
顕微鏡を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、走査物を固持する移動体と、上記移動体を
固定して、該移動体を３次元に微動させる、中空形状の
円筒型圧電体と、上記円筒型圧電体の外側に配置され、
該円筒型圧電体が伸縮した際の上記移動体のｚ方向の変
位量を検出する変位センサと、予め走査の際に生じる上
記走査物の角度変化若しくは走査物の凹凸に対応した上
記移動体のｚ方向の変位検出誤差を上記変位センサを用
いて抽出し、以後の各走査毎に、得られたｚ方向の変位
量から変位検出誤差を削除する変位量補正手段とで構成
される走査型プローブ顕微鏡を提供する。

【００１４】

【作用】以上のような構成の走査型プローブ顕微鏡は、
予め行ったプリスキャンにより得られた、移動体のｚ変
位の検出に及ぼす誤差が記憶され、走査型プローブ顕微
鏡測定時のｚ変位から誤差を引くことにより、ｘ変位の
影響が削除される。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１には、本発明による第１実施例として
の走査型プローブ顕微鏡のステージ機構の一例を示し説
明する。この図１は、本実施例のステージ機構をプロー
ブスキャン型の走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）に応用
した例である。プローブとしては、カンチレバーを用
い、カンチレバーの変位は、光梃方式により検出する。

【００１６】この走査型プローブ顕微鏡のステージ機構
において、ベース３４には、アプローチ機構１８ｂ、ア
ーム１８ａを介して円筒型圧電体１８が固定される。そ
の自由端に移動体となるヘッド３６が固定される。この
ヘッド３６の内部には、カンチレバー４の変位を検出す
るための光梃方式の光学系が組み込まれている。

【００１７】この光学系は、レーザダイオード５とフォ
トダイオード７とを有し、レーザダイオード５から出射
されたビーム５ａがカンチレバー４の背面で反射して、
フォトダイオード７に入射されるように配置される。そ
して円筒型圧電体１８をｚ方向に制御するためのサーボ
回路９と、円筒型圧電体１８に高電圧を印加するための
高圧アンプ１３が設けられる。

【００１８】そして高圧アンプ１３には、円筒型圧電体
１８をｘ方向に走査するための走査信号を発生するため
のｘ走査信号発生器１１と、同様にｙ方向に走査するた
めのｙ走査信号発生器２２が接続される。

【００１９】上記カンチレバー４の先端には、探針１２
が取り付けられ、該探針１２に近接する位置にステージ
３５が配置される。このステージ３５は、ベース３４上
に安定に固定されており、ｘ，ｙ方向に自由に移動可能
である。ステージ３５上に上記試料３が載置され、探針
１２と近接する。

【００２０】一方、円筒型圧電体１８の内側には、カン
チレバー４と試料３を拡大して見るための光学顕微鏡の
対物レンズ３３が配置される。対物レンズ３３は、アー
ム３３ａによりベース３４に固定される。また、対物レ
ンズ３３の上には、接眼レンズ３２が固定され、その上
方には、ＣＣＤ３０が設けられている。上記ＣＣＤ３０
は、カンチレバー４ａと試料３をモニタするためのモニ
タ３１に接続される。

【００２１】さらに、円筒型圧電体１８と対向し、ヘッ
ド３６に近接する位置に変位センサ４０が設けられる。
この変位センサ４０は、ベース３４に一端が固定された
アーム４０ａの他端に固定される。この変位センサ４０
は、ヘッド３６のｚ方向の変位を検出するためのもの
で、例えば、容量検出方式が用いられている。但し、こ
の変位センサ４０は、容量検出方式のセンサに限らず、
被測定物に光を照射し、その反射光の光量をモニタする
方式の光学センサや、被測定物の変位を数ナノメートル
の分解能で検出できるセンサでもよい。

【００２２】上記変位センサ４０は、アンプ４１に接続
されており、このアンプ４１は、切り替えスイッチ４３
を介してメモリ３７または、差動アンプ３８に接続す
る。上記差動アンプ３８は、試料３の表面形状を表示す
るための表示装置３９に接続される。

【００２３】以上のような構成のステージ機構は、円筒
型圧電体１８のｚ変位を測定するための変位センサ４０
を円筒型圧電体１８の外側に設け、試料測定に先立ち、
プリスキャンを行い、ｘ方向の変位量（ｘ変位）に対す
るｚ変位の誤差を記憶しておき、実際の試料測定（ＳＰ
Ｍ測定）で得られた値から誤差を減算して、歪みのない
ＳＰＭ像が得られる。

【００２４】次に図２を参照して、このようなＳＰＭに
よる測定について詳細に説明する。まず、実際のＳＰＭ
測定に先立ち、試料３から探針１２を離した位置でｘ方
向に走査させたプリスキャンを行う。その時に、切り換
えスイッチ４３をメモリ３７側に切替えておき、ｘ走査
信号発生器１１から出力する走査信号に従って、高圧ア
ンプ１３を介して円筒型圧電体１８をｘ方向に１回、プ
リスキャンする。

【００２５】このプリスキャンにおいて、円筒型圧電体
１８をｘ方向に変位させると、ヘッド３６は角度変位す
る。変位センサ４０は、円筒型圧電体１８の中心からＬ
だけ離れた位置にあるので、測定点４０ｂは円筒型圧電
体１８のｘ変位にともなって、ｚ方向に変位する。その
変位量をＺｐとする。このＺｐは、円筒型圧電体１８の
中心のｚ変位を測定する際に誤差になる。そこで、各ｘ
点に対する変位量Ｚｐをアンプ４１で増幅した後、切り
換えスイッチ４３を経てメモリ３７に記憶する。 次
に、ＳＰＭ測定を行うために、モニタ３１に映るカンチ
レバー４と試料３を観察しながら、ステージ３５を移動
させて、探針１２を試料３の測定開始位置に合わせる。

【００２６】その位置決めの後、ＳＰＭ測定を行う。ま
ず、切り換えスイッチ４３を、差動アンプ側に切り替え
る。そして、アプローチ機構１８ｂを用いて、探針１２
を試料３にアプローチさせる。このアプローチ動作は、
探針１２と試料３の表面間に、相互作用力が働くまで近
接させる。

【００２７】そして、ｘ走査信号発生器１１とｙ走査信
号発生器２２からの走査信号に基づき、探針１２を試料
３に対して、ｘ，ｙ方向に走査する。この走査により、
試料３の凹凸形状に合わせて、探針１２に働く相互作用
力が変化して、カンチレバー４が撓み、信号が発生す
る。この撓み信号をフォトダイオード７で検知する。

【００２８】このフォトダイオード７で検知された撓み
信号は、サーボ回路９に入力され、この検知される歪み
信号のレベルが一定になるように、円筒型圧電体１８を
ｚ方向に伸縮させる。つまり、試料表面の凹凸形状に対
応して、ヘッド３６はｚ方向に変位（Ｚｔ）する。この
変位量Ｚｔを検出することにより、試料３の真の凹凸形
状が得られる。

【００２９】そこで、変位センサ４０により、ヘッド３
６の測定点４０ｂのｚ変位を検出する。その測定結果
は、変位量Ｚｍとして差動アンプ３８に入力する。図２
に示したように、この変位量Ｚｍは、試料表面の凹凸形
状に対応した変位量Ｚｔに加えて、ｘ走査による誤差Ｚ
ｐを含んでいる。従って、差動アンプ３８を用いて、各
ｘ点において、 Ｚｔ＝Ｚｍ−Ｚｐ なる演算を行い、真のｚ方向の変位量Ｚｔを求める。

【００３０】そして、表示装置３９により、この変位量
Ｚｔを各ｘ，ｙ点に対して画像化することにより、ｚ方
向に関して歪みの無い凹凸像３９ａが得られる。但し、
変位センサ４０は、ｘ軸上に設置されているため、ｚ変
位の検出は、ｘ変位の影響は受けるが、ｙ変位の影響は
受けない。よってｙ変位時の誤差をキャンセルする必要
はない。しかし、変位センサ４０の取り付け誤差によ
り、正確にｘ軸上に配置できなかったときは、同様にし
て、ｙ変位時の誤差をキャンセルすることができる。

【００３１】以上説明したように、第１実施例の走査型
プローブ顕微鏡のステージ機構によれば、円筒型圧電体
１８のｘ変位による検出結果から誤差を差し引いて、ヘ
ッド３６のｚ変位を正確に検出することができ、ＳＰＭ
測定時にｚ方向に関して、歪みの無い凹凸像が得られ
る。また、構成上、円筒型圧電体１８の内側に空間を設
けているため、光学観察用の対物レンズを配置すること
ができる。つまり、所望のＳＰＭ測定ポイントを目視に
より、短時間で探し出し、探針１２を測定開始位置に移
動することができる。

【００３２】本発明による第２実施例としての走査型プ
ローブ顕微鏡のステージ機構について説明する。図３に
は、第２実施例の走査型プローブ顕微鏡のステージ機構
の構成を示す。本実施例は、ヘッドのｚ変位検出をより
正確に行うものであり、さらにヘッドの変位をｚ方向で
けでなく、前述した第１実施例の構成に、ｘ，ｙ変位検
出センサをつけ加え、ｘ，ｙ方向も検出する。その検出
方法は、特願平５−２０３３１９号公報と同様に光学式
変位センサで行うこととし、ここでの詳細な説明は省略
する。

【００３３】走査型プローブ顕微鏡のステージ機構にお
いて、光源５０がベース３４に固定される。この光源５
０に対向して、ハーフミラー５１が配置され、そのハー
フミラー５１には、レンズ５３が接着される。

【００３４】またヘッド３６には、光源５０からの光を
反射するためのミラー５２が固定される。レンズ５３の
下方には、４分割型のフォトダイオード５６が配置され
る。フォトダイオード５６の上方には、レンズ５３によ
り集光されたスポット５４が照射される。フォトダイオ
ード５６には、ｘｙ変位検出回路５６が接続される。

【００３５】このように構成された走査型プローブ顕微
鏡のステージ機構の動作について説明する。但し、本実
施例の動作において、前述した第１実施例と同様なもの
については、その説明を省略し、違う点のみを説明す
る。

【００３６】まず、ＳＰＭ測定に先立って、プリスキャ
ンを行う。前述した第１実施例では、ｘ走査信号発生器
１１とｙ走査信号発生器２２により、出力したｘ，ｙ走
査信号に従うオープン制御によりｘ，ｙ走査を行ってい
た。しかし、本実施例では、ヘッド３６のｘ，ｙ位置を
常にモニタし、その位置信号をｘｙサーボ回路５７と高
圧アンプ１３を介して円筒型圧電体１８にフィードバッ
クする。従って、円筒型圧電体１８がｘ，ｙ方向におい
てフィードバック制御される。

【００３７】上記円筒型圧電体１８のｘｙ位置の検出
は、フォトタイオード５５上のスポット５４の位置をモ
ニタすることにより行う。このｘ，ｙ方向のフィードバ
ック制御により、円筒型圧電体１８は、常に、ｘｙ走査
信号に追従したｘｙ変位を行うことができる。この状態
下で、ｘ方向にプリスキャンを行い、各ｘ点に対するｚ
変位の誤差Ｚｐをメモリ３７に記憶させる。

【００３８】つぎに、試料３のＳＰＭ測定を行う。ＳＰ
Ｍ測定時にも、当然、円筒型圧電体１８は、ｘ，ｙ方向
にフィードバック制御しており、センサ４０により、ヘ
ッド３６の測定点４０ｂのｚ変位を検出する。

【００３９】その測定による結果を変位量Ｚｍとして差
動アンプ３８に入力する。差動アンプ３８を用いて、各
ｘ点において、 Ｚｔ＝Ｚｍ−Ｚｐ なる演算を行い、真のｚ変位量Ｚｔを求める。これらの
動作は、第１実施例と同様である。但し、本実施例にお
いては、円筒型圧電体１８をｘ，ｙ方向にフィードバッ
ク制御しており、ｘ走査信号と、円筒型圧電体１８のｘ
位置は、常に１対１の関係にある。従って、同じｘ走査
信号に対する、プリスキャンしたときのｘ位置と、ＳＰ
Ｍ測定時のｘ位置は、全く同じになる。よって、プリス
キャン時のｚ測定誤差ＺｐとＳＰＭ測定時のｚ測定誤差
Ｚｐは、全く同一になる。つまり、（Ｚｍ−Ｚｐ）の演
算により求めたヘッド３６の真のｚ変位量Ｚｔは、より
正確な値になる。

【００４０】以上のように第２実施例によれば、前述し
た第１実施例と全く同様の効果が得られ、さらに、より
高い精度でヘッド３６のｚ変位を測定することができ、
ＳＰＭ像のｚ方向の情報をより高精度で得ることができ
る。

【００４１】図４には、次に本発明による第３実施例と
しての走査型プローブ顕微鏡のステージ機構の構成を示
し説明する。ここで本実施例の構成部材で、図３に示し
た第２実施例の構成部材と同じものには同じ参照符号を
付してその説明を省略する。

【００４２】本実施例は、図３に示したメモリ３７の代
りに信号発生器６０を設け、切り換えスイッチ４３を不
要としている。また、センサ４０は、アンプ４１に接続
し、アンプ４１は、差動アンプ３８に接続する。また、
ｘｙ変位検出回路は、信号発生器６０に接続される。

【００４３】本実施例は、ヘッドのｚ変位検出をより簡
単に行う、つまり、円筒型圧電体のｘ変位時にセンサに
より検出されるｚ誤差Ｚｐをメモリには記憶せず、ｘの
関数として信号発生器から出力させるものである。ま
た、本実施例では、第２実施例と同様に、ヘッドの変位
をｘ，ｙ．ｚ方向に対して検出し、円筒型圧電体をｘｙ
ｚ方向にフィードバック制御するものである。

【００４４】このように構成された走査型プローブ顕微
鏡のステージ機構では、プリスキャンを行い、得られた
誤差Ｚｐをメモリに記憶する必要がない。その代りに、
信号発生器６０により、ｚ検出誤差信号Ｚｐを出力す
る。

【００４５】ここで図２を参照して、ｚ検出誤差信号Ｚ
ｐの生成方法について説明する。前述した第１実施例の
ように円筒型圧電体１８がｘ変位するときには、ヘッド
３６は角度変位する。変位量ｘに対する角度変化をθと
する。また、円筒型圧電体１８の中心から測定点４０ｂ
までの距離をＬとする。幾何学的な関係により、円筒型
圧電体１８がθ角度変位したときの測定点４０ｂのｚ変
位Ｚｐは、角度θが１分程度の微小角度なので、 Ｚｐ＝Ｌ・ｔａｎθ＝Ｌ・θ （１） となる。一方、角度θが小さいので、θとｘ方向の変位
ｘは比例関係にある。したがって、 Ｚｐ＝Ｌ・ｋ・ｘ （２） となる。但し、ｋは定数。

【００４６】つまり、Ｚｐとｘは比例関係にある。従っ
て、ｘ変位から容易にＺｐを算出することができる。信
号発生器６０は、ｘｙ変位検出回路５６から入力される
ｘ変位信号と（２）式の関係にしたがって、ｚ検出誤差
信号Ｚｐを生成する。

【００４７】以上に述べたように、ＳＰＭ測定時にも、
あるｘ位置に対するｚ検出誤差信号Ｚｐはリアルタイム
に信号発生器６０により発生され、差動アンプに入力さ
れる。一方、センサ４０は、試料３の凹凸形状に対応し
た変位量Ｚｔと円筒型圧電体１８のｘ変位に起因するｚ
変位が合成された変位量Ｚｍを検出する。ここで、第
１，２実施例と同様に、差動アンプにより、（Ｚｍ−Ｚ
ｐ）の演算を行えば、試料３の凹凸形状に対応した変位
量Ｚｔを算出することができる。

【００４８】以上のように第３実施例によれば、前述し
た第１，２実施例と全く同様の効果が得られる。また、
本実施例によれば、ＳＰＭ測定前にプリスキャンを行う
必要がなくなるので、ＳＰＭの測定時間が短くなるとい
う効果がある。

【００４９】次に図５には、本発明による第４実施例と
しての走査型プローブ顕微鏡のステージ機構の構成を示
し説明する。このステージ機構において、円筒型圧電体
１８の自由端には、試料４を載置する試料台６５が固定
される。上記試料４に近接して探針１２の付いたカンチ
レバー４が配置され、カンチレバー４の変位は、カンチ
レバー変位センサ６６により測定される。また試料台６
５は、円筒型圧電体１８の外側へ延びる張り出し部分を
有し、その張り出し部分の下方に試料台６５のｚ変位を
検出するためのセンサ４０が配置される。

【００５０】このような第４実施例は、前述した第１，
２，３実施例におけるセンサ４０がヘッド３６のｚ変位
を検出するのと同様に、センサ４０は、試料台６５のｚ
変位を検出する。その他の信号処理は、第３実施例と全
く同様に行う。

【００５１】以上のような第４実施例によれば、試料走
査型のＳＰＭの場合にも正確に試料のｚ方向の変位量を
検出できるため、ｚ方向に関してゆがみのないＳＰＭ像
を得ることができる。

【００５２】以上の実施例に基づいて説明したが、本明
細書には、以下のような発明も含まれる。 （１） 少なくともプローブと試料のいずれか一方を固
定した移動体と、移動体を微動させるために一端を固定
した円筒型圧電体と、上記移動体のｚ方向の変位を検出
するための変位センサと、試料の凹凸に対応した上記移
動体のｚ変位検出に及ぼす、ｘ変位の影響をキャンセル
する手段を具備することを特徴とした走査型プローブ顕
微鏡のステージ機構。

【００５３】従って、移動体のｚ変位の検出に及ぼす、
ｘ変位の影響をキャンセルすることにより、ｚ方向に歪
みの無いＳＰＭ像が得られる。 （２） 上記キャンセル手段が差動アンプと走査信号と
記憶装置からなる上記（１）項記載の走査型プローブ顕
微鏡。

【００５４】従って、差動アンプと走査信号と記憶装置
が、試料の凹凸に対応した円筒型圧電体のｚ変位検出に
及ぼす、円筒型圧電体のｘ変位の影響をキャンセルする
ことにより、ｚ方向に歪みの無いＳＰＭ像が得られる。

【００５５】（３） 上記キャンセル手段が上記円筒型
圧電体のｘｙ変位検出手段と、差動アンプと記憶装置か
らなる上記（１）項記載の走査型プローブ顕微鏡。従っ
て、差動アンプとｘｙ変位検出手段と記憶装置が、試料
の凹凸に対応した円筒型圧電体のｚ変位検出に及ぼす、
円筒型圧電体のｘ変位の影響をキャンセルすることによ
り、ｚ方向に歪みの無いＳＰＭ像が得られる。

【００５６】（４） 上記キャンセル手段が上記円筒型
圧電体のｘｙ変位検出手段と、差動アンプと信号発生器
からなる上記（１）項記載の走査型プローブ顕微鏡。従
って、差動アンプとｘｙ変位検出手段と信号発生器が試
料の凹凸に対応した円筒型圧電体のｚ変位検出に及ぼ
す、円筒型圧電体のｘ変位の影響をキャンセルすること
により、ｚ方向に歪みの無いＳＰＭ像が得られる。

【００５７】（５） 上記変位センサが静電容量検出方
式のセンサである上記（１）項記載の走査型プローブ顕
微鏡。従って、円筒型圧電体のｚ変位を検出するための
センサを簡単な構成にでき、ｚ方向に歪みの無いＳＰＭ
像が得られる。

【００５８】（６） 上記静電容量検出方式のセンサ
が、上記円筒型圧電体の外側に配置されることを特徴と
した上記（５）項記載の走査型プローブ顕微鏡。従っ
て、円筒型圧電体の内部空間に光学顕微鏡等を挿入可能
な構造となる。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、光
学顕微鏡等を収納し、簡単な構成で歪みの無い像を得る
走査型プローブ顕微鏡を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１実施例としての走査型プロー
ブ顕微鏡のステージ機構の構成例を示す図である。

【図２】実施例における円筒型圧電体及びヘッドの変位
と変位センサとの関係を示す図である。

【図３】本発明による第２実施例としての走査型プロー
ブ顕微鏡のステージ機構の構成例を示す図である。

【図４】本発明による第３実施例としての走査型プロー
ブ顕微鏡のステージ機構の構成例を示す図である。

【図５】本発明による第４実施例としての走査型プロー
ブ顕微鏡のステージ機構の構成例を示す図である。

【図６】従来の走査型プローブ顕微鏡のステージ機構の
構成を示す図である。

【図７】従来のステージ機構の構成を示す図である。

【符号の説明】

３…試料、４…カンチレバー、５…レーザダイオード、
５ａ…ビーム、７…フォトダイオード、９…サーボ回
路、１１…ｘ走査信号発生器、１２…探針、１８…円筒
型圧電体、１８ａ，４０ａ，３３ａ…アーム、１８ｂ…
アプローチ機構、２２…ｙ走査信号発生器、３０…ＣＣ
Ｄ、３１…モニタ、３２…接眼レンズ、３３…対物レン
ズ、３４…ベース、３５…ステージ、３６…ヘッド、３
７…メモリ、３８…差動アンプ、３９…表示装置、３９
ａ…凹凸像、４０…変位センサ、４１…アンプ、４３…
切り替えスイッチ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走査物を固持する移動体と、 上記移動体を固定して、該移動体を３次元に微動させ
   る、中空形状の円筒型圧電体と、 上記円筒型圧電体の外側に配置され、該円筒型圧電体が
   伸縮した際の上記移動体のｚ方向の変位量を検出する変
   位センサと、 予め走査の際に生じる上記走査物の角度変化若しくは走
   査物の凹凸に対応した上記移動体のｚ方向の変位検出誤
   差を上記変位センサを用いて抽出し、以後の各走査毎
   に、得られたｚ方向の変位量から変位検出誤差を削除す
   る変位量補正手段と、を具備することを特徴とした走査
   型プローブ顕微鏡。
2. 【請求項２】 上記変位量補正手段が、 予め走査を行い、上記変位センサを用いて、上記走査物
   の角度変化若しくは走査物の凹凸に対応した上記移動体
   のｚ方向の変位検出誤差を抽出する変位検出誤差抽出手
   段と、 上記変位検出誤差抽出手段による変位検出誤差を格納す
   る記憶手段と、 各走査毎に、得られたｚ方向の変位量から上記変位検出
   誤差の差し引き出力する演算手段と、を具備することを
   特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡。
3. 【請求項３】 走査物を固持する移動体と、 上記移動体を固定して、該移動体を３次元に微動させ
   る、中空形状の円筒型圧電体と、 上記円筒型圧電体の外側に配置され、該円筒型圧電体が
   伸縮した際の上記移動体のｚ方向の変位量を検出する変
   位センサと、 上記円筒型圧電体のｘ方向及びｙ方向の変位量を検出す
   るｘｙ変位量検出手段と、 上記変位センサを用いて、予め走査の際に生じる上記走
   査物の角度変化若しくは走査物の凹凸に対応した上記移
   動体のｚ方向の変位検出誤差を抽出する変位検出誤差抽
   出手段と、 上記変位検出誤差抽出手段からの変位検出誤差を上記ｘ
   ｙ変位量検出手段からのｘｙ変位信号に基づいて記憶す
   る、若しくは上記変位検出誤差と上記ｘｙ変位量検出手
   段からのｘｙ変位信号に基づいて同等の変位検出誤差を
   生成する変位検出誤差記憶生成手段と、 以後の各走査毎に、得られたｚ方向の変位量から、上記
   変位検出誤差記憶生成手段より生成した変位検出誤差を
   削除する変位量補正手段と、を具備することを特徴とし
   た走査型プローブ顕微鏡。