JPH11352135A

JPH11352135A - 原子間力顕微鏡

Info

Publication number: JPH11352135A
Application number: JP15611198A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Miyatani; 竜也宮谷; Kunio Nakajima; 邦雄中島; Kazuo Kayane; 一夫茅根; Toshihiko Sakuhara; 寿彦作原; Tatsuaki Ataka; 龍明安宅; Masamichi Fujihira; 正道藤平
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1998-06-04
Filing date: 1998-06-04
Publication date: 1999-12-24

Abstract

(57)【要約】【課題】カンチレバーをその共振周波数以下の周波数
で振動させ、プローブと試料が周期的に接触と離脱を繰
り返すようにしながら走査することによってプローブお
よび試料のダメージを低減し、さらに、プローブと試料
との間に働く相互作用および試料の物性を画像化する原
子間力顕微鏡を提供する。【解決手段】カンチレバーまたは試料をカンチレバー
の共振周波数以下で、試料表面に対して垂直に振動させ
てプローブと試料が周期的に接触と離脱を繰り返すよう
に走査させる。このとき、プローブに働く最大斥力を設
定した値に保つように制御することによって試料のトポ
グラフィーを得ることができる。また、走査中のカンチ
レバーのたわみ信号を記録することによってプローブと
試料表面間に働く相互作用及び試料の物性の分布を画像
化することができる。本装置では、プローブと試料は周
期的に接触しているのでプローブが試料を引きずること
がないのでプローブおよび試料のダメージを低減するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物質間に作用する
原子間力を利用して、試料の表面形状を観察する原子間
力顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子間力顕微鏡は、基本的に先端に探針
（プローブ）をもつ片持ちはり（カンチレバー）とその
たわみを検出する検出器、位置制御用の微動機構、それ
らを制御し、測定結果を表示するためのコンピューター
で構成されている。原子間力顕微鏡は、その走査方法に
よって接触式（コンタクトAFM）、非接触式（ノンコン
タクトAFM）、サイクリックコンタクト式に分けられ
る。

【０００３】接触式は、プローブを試料表面に接触させ
ながら試料表面を走査させる方式で表面形状に加えて、
摩擦や硬さといった表面の物性の分布を観察することが
できる。非接触式は、カンチレバーをその共振周波数付
近で振動させることによってプローブが試料にふれるこ
となく走査する方式である。非接触なので、試料へのダ
メージが少ないといった特徴がある。

【０００４】サイクリックコンタクト式は、非接触式と
同様にカンチレバーをその共振周波数付近で振動させる
が、プローブが周期的に試料に接触しながら走査すると
いった違いがある。接触式に比べて、この方式は、試料
の引きずりが少ないため、試料のダメージが小さいとい
う特徴がある。接触式のAFMには、他の二方式にはない
特徴がある。それは、プローブと試料間に働く力の測定
である。力の測定は、図１に記載の力曲線を測定するこ
とで行われる。この力曲線からは、試料表面に関する重
要な情報が得られる。領域101では、試料表面の凹凸と
硬さに関する情報、領域102では、プローブと試料間に
働く引力及び斥力に関する情報、領域103では、プロー
ブと試料間に働く吸着力に関する情報が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のAFMによる力測
定は、通常、試料の表面形状像を測定した後、表面形状
像上で場所を指定し、その場所で図１に記載したような
力曲線を測定することによって行われる。この場合、得
られるのは、その位置での吸着力等の情報である。しか
し、ほとんどの試料表面は不均一なので、試料表面の面
内での吸着力等の分布を測定する必要がある。

【０００６】そのためには、力曲線を連続して測定しな
がら試料表面を走査しなければならない。通常、力曲線
を測定するためには、試料またはカンチレバーを上下に
振動させるが、その周波数は、高くても数十Hzである。
これは、その振動が等速であり、周波数が低く制限され
るためである。通常のAFMの表面形状像は65536画素で構
成されているから50Hzで力曲線を測定したとしても、一
つの画像を得るためには20分ほどかかってしまう。これ
は、通常のAFM測定のおよそ５倍ほどである。

【０００７】そこで、本発明は力曲線を高速に測定し、
通常のAFMと同等の短い測定時間で、表面形状に加え
て、吸着力等の力曲線から得られる試料表面に関する情
報の面内での分布を同時に測定し画像化することを課題
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の原子間力顕微鏡は、カンチレバーとプロー
ブを有し、試料またはカンチレバーに取り付けられたプ
ロ−ブを正弦波で振動させることによって、力曲線の測
定を高速化し、通常のAFMと同等の短い測定時間で、表
面形状に加えて、吸着力等の力曲線から得られる試料表
面に関する情報の面内での分布を同時に測定し画像化で
きるようにしたものである。

【０００９】さらに、プローブに働く最大斥力を一定に
保つようにプローブまたは試料の位置を制御しながら試
料表面上を操作することによって、試料表面の表面形状
像を得ることができるような原子間力顕微鏡とした。さ
らに、プローブと試料との距離が十分離れていてカンチ
レバーがたわんでいない状態でのカンチレバーのたわみ
を表す信号と、プローブが試料から受ける斥力が最大と
なっている状態でのカンチレバーのたわみを表す信号と
の差からプローブに働く最大斥力を決定することができ
るような原子間力顕微鏡とした。

【００１０】さらに、試料の表面形状像と、試料表面上
でのプローブと試料表面との間に働く相互作用および試
料の物性分布と、を同時に画像化することができるよう
な原子間力顕微鏡とした。さらに、プローブと試料表面
との間に働く引力及び斥力を画像化することができるよ
うな原子間力顕微鏡とした。

【００１１】さらに、カンチレバーまたは試料の振動に
同期した二つのトリガ信号のタイミングを調節し、それ
ぞれのタイミングでのカンチレバーのたわみを表す信号
の差からプローブと試料との間に働く引力および斥力を
決定することができるような原子間力顕微鏡とした。さ
らに、プローブと試料との間に働く吸着力の分布を画像
化することができるような原子間力顕微鏡とした。

【００１２】さらに、カンチレバーまたは試料の振動に
同期した開始と終了のトリガ信号のタイミングを調節
し、開始トリガから終了トリガの間でのカンチレバーの
たわみを表す信号からプローブと試料との間に働く吸着
力を決定することができるような原子間力顕微鏡とし
た。さらに、試料表面の硬さの分布を画像化することが
できるような原子間力顕微鏡とした。

【００１３】さらに、カンチレバーまたは試料の振動に
同期した二つのトリガ信号のタイミングを調節し、それ
ぞれのタイミングでのカンチレバーのたわみを表す信号
の差から試料表面の硬さを決定することができるような
原子間力顕微鏡とした。さらに、カンチレバーのたわみ
を表す信号から試料表面に関する情報を取得するタイミ
ングと、表面形状に関する情報を取得するタイミングを
同期させることができるような原子間力顕微鏡とした。

【００１４】さらに、試料表面の形状測定と同時に試料
表面上の各位置でのカンチレバーのたわみを表す信号の
一周期分または、その一部を記憶装置に保存することが
できるような原子間力顕微鏡とした。さらに、試料表面
の形状に関する情報を取得するタイミングと、試料表面
上の各位置でのカンチレバーのたわみを表す信号の一周
期分または、その一部を記憶装置に保存するタイミング
と、を同期させることができるような原子間力顕微鏡と
した。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施例を図面
に基づいて説明する。［実施の形態１］本発明で述べている新規AFMは、カン
チレバーまたは、試料をカンチレバーの共振周波数以下
で振動させている。

【００１６】図２は、試料を正弦波で振動させた場合の
カンチレバーのたわみの変化を模式的に示している。グ
ラフの横軸は時間、縦軸は変位量である。実線で示した
曲線は、カンチレバーの先端の変位量であり、破線は試
料の変位量である。プローブと試料が十分に離れている
状態ではプローブに力が働いていないので、カンチレバ
ー先端の位置は変化しない。試料がプローブに近づくに
つれプローブと試料との間に引力が働きその引力の勾配
とカンチレバーのバネ定数が釣り合った点aでカンチレ
バーが試料側にたわんでプローブが試料表面に接触す
る。その後、プローブは試料と共に上昇し、カンチレバ
ーは上側にたわむ。試料の変位量が最大になった後、プ
ローブは試料と共に下降し、カンチレバーは下向きにた
わむ。多くの場合、吸着力によってプローブはa点での
位置よりもさらに、下降する。吸着力とカンチレバーの
復元力が釣り合うd点でプローブは試料表面から離れ、
カンチレバーは自由振動をはじめる。大気中では、大気
の粘性抵抗によって自由振動は減衰し、カンチレバーは
たわみのない状態に戻り、再び、e点でプローブが試料
に接触する。この、a点からe点までのカンチレバーのた
わみ量から、プローブと試料との間に働く相互作用およ
び試料表面の物性に関する情報を得ることができる。た
とえばa点からd点までの、プローブが試料に接触してい
る領域では試料表面の硬さに関する情報を得ることがで
きる。

【００１７】また、プローブが試料表面から離れるd点
でのカンチレバーのたわみ量からプローブと試料との間
に働く吸着力に関する情報を得ることができ、e点の直
前のカンチレバーのたわみ量からは、プローブと試料と
の間に働く引力や斥力に関する情報を得ることができ
る。さらに、プローブが試料によって押し上げられたと
きのカンチレバーの最大たわみ量201を一定に保つよう
にフィードバック制御を行いながら、試料表面を走査す
ることによって試料の表面形状に加えて前記のプローブ
と試料との間に働く相互作用および試料表面の物性の分
布像を得ることができる。

【００１８】［実施の形態２］AFMでは、カンチレバー
のたわみをたわみ検出器によって検出している。たわみ
検出器はカンチレバーのたわみに比例した電気信号（た
わみ信号）を出力する。図３および４を用いて、たわみ
信号から、第一実施例で述べた試料の表面形状、プロー
ブと試料との間に働く相互作用および試料表面の物性に
関する情報を取得するためのたわみ信号処理装置につい
て説明する。図３および図４は、それぞれ、たわみ信号
処理装置のブロック図、たわみ信号処理装置の動作を示
すタイミングチャートである。

【００１９】たわみ信号処理装置は、おもにカンチレバ
ーまたは試料を振動させる加振信号と同期したトリガを
発生させるトリガ発生回路301、トリガのタイミングを
調節するトリガ調節回路303a〜h、リファレンス信号サ
ンプル＆ホールド回路304、極大値ホールド回路305、極
小値ホールド回路306、引力・斥力用サンプル＆ホール
ド回路307、弾性用サンプル＆ホールド回路308および30
9、減算器310a〜dで構成されている。

【００２０】たわみ検出器からのたわみ信号はリファレ
ンス信号サンプル＆ホールド回路304、極大値ホールド
回路305、極小値ホールド回路306、引力・斥力用サンプ
ル＆ホールド回路307、弾性用サンプル＆ホールド回路3
08および309へ入力される。トリガ調節回路303aを使っ
て、402のaに示すようにカンチレバーがたわんでいない
状態にトリガのタイミングを調節することによって、リ
ファレンス信号サンプル＆ホールド回路304がリファレ
ンス信号となるカンチレバーのたわんでいない状態での
たわみ信号をの大きさを出力する。この、リファレンス
信号はカンチレバーのたわみがない状態を表す。

【００２１】極大値ホールド回路305は、任意の時間窓
内での極大値を検出し出力する回路である。トリガ調節
回路303bおよび303cを使って403bおよび403cのタイミン
グを調節する。このとき、たわみ信号401が極大になる
時刻が403bから403cの間にくるようにする。極大値ホー
ルド回路305はトリガ403bから403cまでの時間内でたわ
み信号401の最大値を検出し出力する。この信号とリフ
ァレンス信号との差を一定に保つようにフィードバック
制御を行いながら試料表面を走査することによって、試
料の表面形状を得ることができる。

【００２２】極小値ホールド回路306は、任意の時間窓
内での極小値を検出し出力する回路である。トリガ調節
回路303dおよび303eを使って404dおよび404eのタイミン
グを調節する。このとき、プローブが試料から離れる時
刻が404dと404eの間にくるように調節する。極小値ホー
ルド回路306はトリガ404dから404eまでの時間内でたわ
み信号401の極小値を検出し出力する。この信号とリフ
ァレンス信号との差がプローブと試料との間に働く吸着
力の大きさを表す。カンチレバーのバネ定数を用いれ
ば、吸着力を求めることができる。

【００２３】引力・斥力用サンプル＆ホールド回路307
が、たわみ信号をサンプリングするタイミングはトリガ
調節回路、303fを使って、405のfに示すように、プロー
ブが試料に接触する直前のプローブと試料との間に働く
引力または斥力によってカンチレバーがたわんでいる領
域に調節する。引力・斥力用サンプル＆ホールド回路30
7の出力とリファレンス信号との差がプローブと試料と
の間に働く引力および斥力といったプローブと試料間に
働く相互作用の大きさを表す。

【００２４】弾性用サンプル＆ホールド回路308および3
09がたわみ信号をサンプリングするタイミングは、トリ
ガ調節回路303gおよび303hを使って、406のgおよび407
のhに示すように、プローブが試料に接触していて、カ
ンチレバーのたわみが増加または減少するどちらか一方
の側で時刻をずらして調節する。弾性用サンプル＆ホー
ルド回路308および309の出力の差が試料表面の硬さを表
す。

【００２５】試料表面を走査しながら、上記の表面形
状、吸着力、引力・斥力、硬さを反映する信号をサンプ
リングすることにより、表面形状像と同時に吸着力、引
力・斥力、硬さの分布像を得ることができる。また、試
料又はカンチレバーを振動させる信号と表面形状像等を
取得するためのサンプリングのタイミングを同期させる
ことにより、実際の試料表面と、取得した画像との整合
性をより高めることができる。

【００２６】［実施の形態３］図５および図６は、たわ
み信号処理装置のブロック図とタイミングチャートであ
る。たわみ信号処理装置は、おもにカンチレバーまたは
試料を振動させる加振信号と同期したトリガを発生させ
るトリガ発生回路501、トリガのタイミングを調節する
トリガ調節回路503a〜e、サンプリング回路および記憶
装置504および509、リファレンス信号サンプル＆ホール
ド回路505、極大値ホールド回路506、減算器507で構成
されている。

【００２７】たわみ検出器からのたわみ信号はサンプリ
ング回路および記憶装置504、リファレンス信号サンプ
ル＆ホールド回路505、極大値ホールド回路506へ入力さ
れる。トリガ調節回路503aを使って、602のaに示すよう
にカンチレバーがたわんでいない状態にトリガのタイミ
ングを調節することによって、リファレンス信号サンプ
ル＆ホールド回路505がリファレンス信号となるカンチ
レバーのたわんでいない状態でのたわみ信号の大きさを
出力する。この、リファレンス信号はカンチレバーのた
わみがない状態を表す。

【００２８】極大値ホールド回路506は、任意の時間窓
内での極大値を検出し出力する回路である。トリガ調節
回路503bおよび503cを使って603bおよび603cのタイミン
グを調節する。このとき、たわみ信号601が極大になる
時刻が603bから603cの間にくるようにする。極大値ホー
ルド回路506はトリガ603bから603cまでの時間内でたわ
み信号601の極大値を検出し出力する。この信号とリフ
ァレンス信号との差を一定に保つようにフィードバック
制御を行いながら試料表面を走査することによって、試
料の表面形状を得ることができる。

【００２９】サンプリング回路および記憶装置504は、
時刻602aから時刻602dまで、たわみ信号をサンプリング
し試料表面上の各点での一周期分のたわみ信号を連続し
て記憶装置に保存する。表面形状像を測定した後、記憶
装置に保存してあるたわみ信号から任意のタイミングで
のたわみ信号を抽出することにより、引力・斥力分布
像、吸着力分布像、硬さ分布像を形成する。

【００３０】また、サンプリング回路および記憶装置50
9は、たわみ信号の一部分をサンプリングし記憶装置に
保存するものである。その、サンプリングする範囲は、
トリガ調節回路503dと503eを使って、604eおよび604ｆ
のに示すように調節する。ここで、604eおよび604fはそ
れぞれ、サンプリングの開始トリガと終了トリガであ
る。同様の回路を複数使用することによってたわみ信号
の複数の任意の部分をサンプリングして記憶装置に保存
することができる。これによって、記憶装置の容量を小
さくすることができる。

【００３１】このように、たわみ信号のすべてまたは一
部を記録し保存することで面内だけでなく、プローブと
試料との距離に対するプローブと試料間に働く相互作用
の分布を得ることができる。また、試料又はカンチレバ
ーを振動させる信号と表面形状像等を取得するためのサ
ンプリングのタイミングとサンプリング回路および記憶
装置がサンプリングを開始するタイミングとを同期させ
ることにより、実際の試料表面と、取得した画像との整
合性をより高めることができる。

【００３２】［実施の形態４］図７から図９は、実施の
形態３から４を利用したAFMのブロック図である。図７
は、試料走査用のXYZトランスレータ705を利用して試料
を振動させる形式のAFMのブロック図である。XYZトラン
スレータ705のZ端子に高さの制御信号に加算器711を使
って加振信号を重畳するによって、試料を振動させる。

【００３３】また、図７のXYZトランスレータを利用し
て試料を振動させる方式は、簡便ではあるが、一般的に
XYZトランスレータの共振周波数が低いため加振周波数
の範囲が狭くなってしまう。そこで、図8に示すように
XYZトランスレータとは独立に共振周波数の高い加振
用アクチュエータ810を付加し試料を振動させることに
よって、加振周波数の範囲を広くすることができる。

【００３４】また、図９で示すように、加振用アクチュ
エータ910にカンチレバーを固定してカンチレバーを振
動させることによっても同様の効果を得ることができ
る。

【００３５】

【発明の効果】従来のAFMでは、試料表面上の一点での
測定に限られていたプローブ−試料間の相互作用測定
が、本発明によって、平面内での相互作用分布に加え試
料表面に対して垂直方向の相互作用分布を測定できるよ
うになる。また、副次的な効果としてサイクリックコン
タクト式に比べてプローブが試料に接触する回数が少な
いので試料およびプローブのダメージが少ないという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】距離に対する力曲線の模式図である。円または
楕円で囲んだ部分は、それぞれの情報が得られると思わ
れる領域を示している。

【図２】本発明を応用したAFMの例としてサンプルを振
動させた場合のカンチレバーのたわみの変化を示す時間
に対するたわみ曲線の図である。

【図３】たわみ信号処理装置のブロック図である。

【図４】本発明による装置の動作を示すタイミングチャ
ートである。

【図５】別タイプのたわみ信号処理装置のブロック図で
ある。

【図６】本発明による別タイプの装置の動作をしめすタ
イミングチャートである。

【図７】本発明を応用した、試料を走査させ、XYZトラ
ンスレータのZトランスレータによって加振するタイプ
のAFMのブロック図である。

【図８】本発明を応用した、試料を走査させ、XYZトラ
ンスレータに付加したアクチュエータによって加振する
タイプのAFMのブロック図である。

【図９】本発明を応用した、試料を走査させ、カンチレ
バーをアクチュエータに固定して加振するタイプのAFM
のブロック図である。

【符号の説明】

101 距離に対する力曲線から試料のトポグラフィー、
粘弾性に関する情報が得られる領域 102 距離に対する力曲線からプローブと試料との間の
引力・斥力に関する情報が得られる領域 103 距離に対する力曲線からプローブと試料との間に
働く吸着力に関する情報が得られる領域 201 フィードバックコントロールおよびトポグラフィ
ー像に使用される信号 202 カンチレバーのたわみ信号 204 プローブと試料との間にはたらく吸着力の大きさ
を示す信号 205 試料表面の硬さを示す信号 206 プローブと試料との間にはたらく引力・斥力の大
きさを示す信号 310 減算器 311 コンピュータおよびAFMコントローラ 401 カンチレバーのたわみ信号 402 リファレンス信号取得用のトリガ信号 403 極大値ホールド回路用のトリガ信号 404 極小値ホールド回路用のトリガ信号 405 引力・斥力用サンプル＆ホールド回路用のトリガ
信号 406 弾性用サンプル＆ホールド回路用のトリガ信号 407 弾性用サンプル＆ホールド回路用のトリガ信号 507 減算器 508 コンピュータおよびAFMコントローラ 602 極大値ホールド回路用のトリガ信号 603 リファレンス信号取得用のトリガ信号 604 サンプリング範囲を指定するトリガ信号 703 カンチレバー 704 試料 705 XYZトランスレータ 706 たわみ信号処理装置 707 コンピュータおよびAFMコントローラ 708 発振器 709 Zトランスレータコントローラ 710 XYトランスレータコントローラ 711 加算器 808 発振器 810 加振用圧電アクチュエータ 908 発振器 910 加振用圧電アクチュエータ

フロントページの続き (72)発明者作原寿彦千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者安宅龍明千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者藤平正道神奈川県川崎市麻生区下麻生1103−５藤平正道内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カンチレバーとプローブを有し、カンチ
レバーに取り付けられたプローブの先端が試料の表面を
走査するときに、プローブの位置に対して、試料表面を
反映するデータを収集する原子間力顕微鏡において、前
記プローブまたは試料を前記カンチレバーの共振周波数
以下の周波数で振動させて、前記プローブと前記試料を
周期的に接触させながら試料表面を走査することによっ
て、前記試料表面の形状に関する情報に加えて、前記試
料表面の性質を表す情報を複数取得し、同時に画像化す
ることを特徴とする原子間力顕微鏡。
【請求項２】前記原子間力顕微鏡において、プローブ
に働く最大斥力を一定に保つようにプローブまたは試料
の位置を制御しながら試料表面上を操作することによっ
て、試料表面の表面形状像を得ることを特徴とする請求
項１記載の原子間力顕微鏡。
【請求項３】プローブと試料との距離が十分離れてい
てカンチレバーがたわんでいない状態でのカンチレバー
のたわみを表す信号と、プローブが試料から受ける斥力
が最大となっている状態でのカンチレバーのたわみを表
す信号との差からプローブに働く最大斥力を決定するこ
とを特徴とする請求項２記載の原子間力顕微鏡。
【請求項４】カンチレバーまたは試料の振動に同期し
たトリガ信号のタイミングを調節し、そのトリガにあわ
せてカンチレバーのたわみを表す信号を測定することに
よって、カンチレバーがたわんでいない状態でのカンチ
レバーのたわみを表す信号を決定することを特徴とする
請求項３記載の原子間力顕微鏡。
【請求項５】カンチレバーまたは試料の振動に同期し
た開始と終了のトリガ信号のタイミングを調節し、開始
トリガから終了トリガの間でのカンチレバーのたわみを
表す信号から、プローブに働く最大斥力を決定すること
を特徴とする請求項３記載の原子間力顕微鏡。
【請求項６】プローブが試料表面に接触した後、プロ
ーブを試料表面から引き離すのに充分な大きさの振幅で
前記プローブを振動させることを特徴とする、請求項１
記載の原子間力顕微鏡。
【請求項７】前記振動段階において、正弦波で振動さ
せることを特徴とする請求項１記載の原子間力顕微鏡。
【請求項８】試料の表面形状像と、試料表面上でのプ
ローブと試料表面との間に働く相互作用および試料の物
性分布と、を同時に画像化することを特徴とする請求項
１記載の原子間力顕微鏡。
【請求項９】プローブと試料表面との間に働く引力及
び斥力を画像化することを特徴とする請求項８記載の原
子間力顕微鏡。
【請求項１０】カンチレバーまたは試料の振動に同期
した二つのトリガ信号のタイミングを調節し、それぞれ
のタイミングでのカンチレバーのたわみを表す信号の差
からプローブと試料との間に働く引力および斥力を決定
することを特徴とする請求項９記載の原子間力顕微鏡。
【請求項１１】プローブと試料との間に働く吸着力の
分布を画像化する事を特徴とする請求項８記載の原子間
力顕微鏡。
【請求項１２】カンチレバーまたは試料の振動に同期
した開始と終了のトリガ信号のタイミングを調節し、開
始トリガから終了トリガの間でのカンチレバーのたわみ
を表す信号からプローブと試料との間に働く吸着力を決
定することを特徴とする請求項１１記載の原子間力顕微
鏡。
【請求項１３】試料表面の硬さの分布を画像化するこ
とを特徴とする請求項８記載の原子間力顕微鏡。
【請求項１４】カンチレバーまたは試料の振動に同期
した二つのトリガ信号のタイミングを調節し、それぞれ
のタイミングでのカンチレバーのたわみを表す信号の差
から試料表面の硬さを決定することを特徴とする請求項
１３記載の原子間力顕微鏡。
【請求項１５】カンチレバーのたわみを表す信号から
試料表面に関する情報を取得するタイミングと、表面形
状に関する情報を取得するタイミングを同期させること
を特徴とする請求項１０、１２および１４のいずれか１
つに記載の原子間力顕微鏡。
【請求項１６】試料表面の形状測定と同時に試料表面
上の各位置でのカンチレバーのたわみを表す信号の一周
期分または、その一部を記憶装置に保存することを特徴
とする請求項２記載の原子間力顕微鏡。
【請求項１７】請求項１５記載の装置において、試料
表面の形状に関する情報を取得するタイミングと、試料
表面上の各位置でのカンチレバーのたわみを表す信号の
一周期分または、その一部を記憶装置に保存するタイミ
ングと、を同期させることを特徴とする請求項２記載の
原子間力顕微鏡。
【請求項１８】前記記憶装置に保存した、一周期分の
カンチレバーのたわみを表す信号からプローブと試料と
の間に働く引力及び斥力を決定し、引力及び斥力の分布
を画像化する事を特徴とする請求項１６または１７記載
の原子間力顕微鏡置。
【請求項１９】前記記憶装置に保存した、一周期分の
カンチレバーのたわみを表す信号からプローブと試料と
の間に働く吸着力を決定し、吸着力分布を画像化する事
を特徴とする請求項１６または１７記載の原子間力顕微
鏡。
【請求項２０】前記記憶装置に保存した、一周期分の
カンチレバーのたわみを表す信号から試料の硬さを決定
し、硬さ分布を画像化することを特徴とする請求項１６
または１７記載の原子間力顕微鏡。