JP3258120B2 - プローブ顕微鏡 - Google Patents
プローブ顕微鏡Info
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- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
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Description
または磁気力といった様々な力を微小なばね要素で変位
に変換し、その変位をレーザー光をばね要素に照射しそ
の反射光の位置ずれとして光検出素子で検出して制御信
号とする方式の原子間力顕微鏡や磁気力顕微鏡といった
プローブ顕微鏡に関する。
微鏡(Atomic Force Microscope) はSTMの発明者であ
るG.Binnigらによって発明(Physical Review L
ettersvol. 56 p.930 1986) されて以来、新規な絶縁
性物質の表面形状観察手段として期待され、研究が進め
られている。その原理は先端を充分に鋭くした検出チッ
プと試料間に働く原子間力を、前記検出用の探針(プロ
ーブ)が取り付けられているばね要素の変位として測定
し、前記ばね要素の変位量を一定に保ちながら前記試料
表面を走査し、前記ばね要素の変位量を一定に保つため
の制御信号を形状情報として、前記試料表面の形状を測
定するものである。
電流を用いるSTM方式と光学的方式に大別される。S
TM方式は二つの導体を数ナノメータ〜数オングストロ
ームの距離に近付け電圧を印加すると電流が流れ始める
いわゆるトンネル現象を利用するものである。ばね要素
に導電性を付与しておき、鋭利な金属針(探針)をばね
要素に1ナノメータ程度まで接近させてトンネル電流を
流し、その電流値をばね要素の変位信号として制御を行
う。
使った例(Jounal of Vacuum Science Technology A6(2)
p.266 Mar./Apr. 1988) や、レーザー光をばね要素に
照射しその反射光の位置ずれを光検出素子で検出して変
位信号とする、光てこ方式と呼ばれる例(Jounal of App
lied physics 65(1) p.164 January 1989)が報告され
ている。
する。プローブ顕微鏡は試料に相い対する位置に配置さ
れたプローブが試料から原子間力を受けるものならば原
子間力顕微鏡と称され、磁気力ならば磁気力顕微鏡と称
される様に試料から生じる様々な力を検出して試料の状
態を観察できるものである。そこで、従来の光てこ方式
の原子間力顕微鏡の概略構成を図8に示す。
された半導体レーザ106より出射された光はレンズa
108によりばね要素2の裏面に集光され、その反射光
はレンズb109により光検出素子111上に集光され
る。光検出素子111として例えば2分割型のフォディ
テクターを使用した場合においては、あらかじめ分割さ
れた素子に均等に光が入射する様に調整しておき、2分
割素子の差分信号を差分アンプ19にて取れば、探針を
取りつけたばね要素2の変位を得ることができる。その
信号をサーボ系120に採り込み、その信号に応じて微
動素子104のZ方向を駆動する。そして、その微動素
子104のZ方向への駆動信号をコンピュータ121に
採り込み試料101の表面形状を観察する。
微鏡では試料101を粗動機構105に取りつけられた
微動素子104により駆動する方式を取っているため、
大きな試料を観察しようとすると微動素子の共振周波数
の低下を招き、観察が困難であった。また微動素子10
4自体小さいもの、例えば円筒型の圧電素子を使うとき
は直径が最大でも30ミリ程度で物理的にも試料取り付
けが困難であり、例えば半導体のウェハーや光ディスク
基板を観察するためには試料を裁断(分割)する必要が
あった。そのため原子間力顕微鏡の持つ非破壊観察とい
う利点を生かすことができないという欠点があった。
動する方式であるため、微動素子104の負荷質量が測
定の度に変動することになり、制御特性や測定スピード
が一定しないという問題点があった。そこで、図9に示
すごとく、ばね要素2、光検出素子111などにより構
成された変位検出系が微動素子104先端に取り付けら
れ、試料101は粗動機構105に固定される。微動素
子104に対する負荷を軽減するため半導体レーザ10
6はフレーム114内に設け、レーザ光は光ファイバー
107によって微動素子先端に導く。ばね要素2は支持
部材112にばね113によって押圧され、レンズa1
08からの出射光軸に対し傾いて固定される。ファイバ
ー107からの光はレンズa108によりばね要素2先
端部に集光され、その反射光は鏡110を介して2分割
の光検出素子111に入射される。微動素子部に隣接し
て金属顕微鏡115が設けられ、粗動機構105はxy
z3軸方向のステージで構成され、試料101を金属顕
微鏡115と原子間力顕微鏡との間で搬送する。このよ
うな構成により金属顕微鏡で予め大まかな観察をした後
より詳細に観察したい部分を原子間力顕微鏡で見るとい
うことが可能となるという構成の原子間力顕微鏡があ
る。
においては、ばね要素2、光検出素子111などにより
構成された変位検出系が微動素子先端に取り付けられて
いることにより、半導体レーザ光をばね要素2先端に集
光させる位置合わせ機構を設けることは微動機構先端を
重くすることになり困難である。そのため、十数μの大
きさからなるばね要素2先端部にレーザ光を位置合わせ
することが容易でない。
素、光検出素子などにより構成された変位検出系が微動
素子先端に取り付けられた構成からなる原子間力顕微鏡
や磁気力顕微鏡といったプローブ顕微鏡の半導体レーザ
光をばね要素先端に容易に位置合わせし集光させる手段
を有する構成のプローブ顕微鏡の提供を目的とするもの
である。
光検出素子などにより構成された変位検出系が微動素子
先端に取り付けられた構造において、試料を3次元に移
動させる移動手段(ステージ)に容易に取り付け取り外
しが出来るように構成された位置合わせ用治具部を用い
て、磁力により光検出系に固定されたばね要素が付けら
れているホルダ部を移動させ、その際、ばね要素とレー
ザ光の位置合わせ状況をカメラ等でモニタに写し確認し
ながら容易にレーザ光をばね要素先端に位置合わせし集
光させるものである。
に位置合わせ機構を設けることなく、本来試料を精密に
移動させるため用意した移動手段(ステージ)を用いて
位置合わせが行われる。そして、位置合わせ用治具部が
容易に移動手段間と取り付け取り外し可能な構造である
ことから試料の取り付け領域に制約を生じさせない。
いく。図1は、ばね要素2を粗付けするホルダ部1と位
置合わせ用治具部10を示した斜視図である。図2と図
3はそれぞれ、ホルダ部1と位置合わせ治具10の断面
図である。ホルダ部1は以下の構成からなる。ばね要素
2は磁性材からなる板3に接着により固定されている。
そして、前記ばね要素2は前記ベース4に固定された磁
石5の磁力によりベース4に固定されている。ばね要素
2を板3を介さずに直接ベース4に接着等で固定するこ
と可能である。しかし、ばね要素2は比較的小さいもの
でありベース4の中央をねらって固定することが容易で
ないことも考えられる。そこで、前記構成にすることに
よりばね要素2を板3に粗い位置合わせで固定した状態
で用意しておけば、磁力により固定されるため容易にば
ね要素の交換が可能となりしかも、溶剤などによりばね
要素2と板3の接着をとることにより板3の再利用が可
能という利点がある。また、ベース4には位置合わせ用
の穴6が構成されている。
成からなる。基盤11(基板11)上にレバーブロック
12が固定されている。前記レバーブロック12の先に
はピン13が固定されている。前記ピン13は前記ベー
ス4の穴6より細くなっている。また、前記レバーブロ
ック12及びピン13に弾性を設けることにより、位置
合わせ作業時の衝撃を緩和することもできる。前記基盤
11には、ばね要素とレーザ光の位置合わせ状況を見る
ための鏡14が固定されている。
中の基板11を図4に示すようなカセットブロック21
として構成することにより図5に示すように3次元的に
移動させる移動手段(ステージ)上に固定したカセット
ブロック固定盤22を介して容易に取り付け取り外しが
出来る構成になる。
況は、図6に示す様に前記鏡14に写った状態または、
直接にCCDカメラ31にてみた像をモニタ33に表示
して確認できる。また、光学顕微鏡にてみるという構成
もある。次に位置あわせ手順を図7にそって説明してい
く。ステップ1において、ばね要素2が固定されたホル
ダ部1を位置合わせ用治具部10にセッチングする。ス
テップ2にてステージ23を面内(X,Y)移動させて
変位検出部41の下に位置合わせする。変位検出部41
は固定であることから事前にコンピュータに位置を記憶
させておくことにより容易に位置合わせができる。ステ
ップ3にてステージ23を高さ方向(Z)移動させる
と、ある位置までくるとホルダ部1に固定された磁石に
よりホルダ部1が変位検出系41に構成された磁性体に
引き寄せられ位置合わせ治具部10より離れる。離れた
時点でステージの移動を止める。この位置に関しても事
前にコンピュータに位置を記憶させておくことことが考
えられる。この時点では位置合わせ用治具部10のピン
13はホルダ部1の穴6からは外れてはいない。ステッ
プ4にてステージ23を面内(X,Y)移動させてばね
要素とレーザ光の位置合わせ状況をカメラ等でモニタに
写し確認しながらホルダ部1を移動させ位置合わせを行
う。ステップ5にてステージ23を下げてホルダ部1と
位置合わせ治具部10とを分離する。以上の手順によっ
てばね要素とレーザ光の位置合わせを行うものである
ために構成した移動手段を用いて位置合わせを行うため
十数μの大きさからなるばね要素の先端部にレーザ光を
位置合わせすることが容易に行えるという効果がある。
部と位置合わせ治具部を示す斜視図である。
部を示す断面図である。
面図である。
たカセットブロックを示す斜視図である。
たカセットブロックを位置合わせ手段(ステージ)に取
り付けた状態を示す側面図である。
合わせ状態を観察する手段を示した図である。
合わせ手順を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 試料表面より受ける原子間力や磁気力等
を変位に変換するばね要素と、その変位をレーザー光を
ばね要素に照射しその反射光の位置ずれとして光検出素
子にて検出する変位検出手段と、試料とばね要素を3次
元的に相対運動させる粗動機構及び微動素子と、試料と
ばね要素間を一定の距離に保つ制御手段と、装置から振
動を除去する除震機構と、装置全体を制御するコンピュ
ータを有し、前記ばね要素と前記変位検出手段を前記微
動素子側に配置した構成からなる試料表面の形状を観察
するプローブ顕微鏡において、前記試料を3次元的に移
動させる移動手段(ステージ)を操作して、前記移動手
段に設けられた取り付け取り外しが可能な位置合わせ用
治具により前記ばね要素の先端部とレーザー光の位置合
わせを行わせる手段を設けてなるプローブ顕微鏡。 - 【請求項2】 直接にまたは、磁性材からなる板3を介
してベース4に固定された磁石5の磁力によりベース4
にばね要素2を保持した構成からなるホルダ部1と、基
板11上に先端に前記ホルダ部1の穴6と勘合するピン
13が固定されたレバーブロック12とばね要素とレー
ザ光の位置合わせ状況を見るための鏡14が固定されて
なる前記位置合わせ用治具とを用いて、磁力により光検
出系に固定されたホルダ部1のばね要素とレーザ光の位
置合わせ状況をカメラ31等でモニタ33に写し確認し
ながら試料を移動させるための移動手段(ステージ)2
3を操作して前記位置合わせ用治具を介してホルダ部1
を移動し、前記ばね要素の先端部とレーザー光の位置合
わせを行わせる手段を設けてなる請求項1記載のプロー
ブ顕微鏡。 - 【請求項3】 試料表面より受ける原子間力や磁気力等
を変位に変換するばね要素と、前記変位をレーザー光を
ばね要素に照射しその反射光の位置ずれとして光検出素
子にて検出する変位検出手段と、前記試料と前記ばね要
素を相対運動させる粗動機構及び微動素子と、前記試料
と前記ばね要素間を一定の距離に保つ制御手段と、前記
微動素子に設けられた前記変位検出手段と、前記変位検
出手段に設置されるばね要素とから成り、前記試料を3
次元的に移動させる移動手段を操作して、前記移動手段
に設けられた取り付け取り外しが可能な位置合わせ用治
具を前記ばね要素のホルダ部に適用することにより、前
記ばね要素の先端部と レーザー光の位置合わせを行うこ
とを特徴とするプローブ顕微鏡。 - 【請求項4】 前記ホルダ部には穴が設けられており、
また前記位置合わせ用治具にはピンが設けられていて、
前記穴と前記ピンとが勘合させることによって、前記ホ
ルダ部が前記位置合わせ用治具にセットされることを特
徴とする請求項3記載のプローブ顕微鏡。 - 【請求項5】 前記ホルダ部には磁性体が固定されてお
り、また前記変位検出手段にも磁性体が構成されてい
て、前記移動体を高さ方向に移動させると、前記ホルダ
部が前記変位検出手段に引き寄せられて、前記位置合わ
せ用治具にセットされている前記ホルダ部が前記位置合
わせ用治具から離れることを特徴とする請求項4記載の
プローブ顕微鏡。
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JP06713093A JP3258120B2 (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | プローブ顕微鏡 |
US08/217,747 US5423514A (en) | 1993-03-25 | 1994-03-25 | Alignment assembly for aligning a spring element with a laser beam in a probe microscope |
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JP (1) | JP3258120B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108856127A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-11-23 | 中北大学 | 一种集成化原子力显微镜探针保存运输与清洗装置 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5705814A (en) * | 1995-08-30 | 1998-01-06 | Digital Instruments, Inc. | Scanning probe microscope having automatic probe exchange and alignment |
JP3723681B2 (ja) * | 1998-03-11 | 2005-12-07 | 株式会社島津製作所 | 微小材料試験装置 |
JP2001188035A (ja) * | 1999-03-17 | 2001-07-10 | Seiko Instruments Inc | 走査型プローブ顕微鏡 |
US6912893B2 (en) * | 2003-04-17 | 2005-07-05 | Veeco Instruments Inc. | Apparatus and method for improving tuning of a probe-based instrument |
ATE520990T1 (de) * | 2006-05-26 | 2011-09-15 | Nanoworld Ag | Selbstausrichtende abtastsonden für rastersondenmikroskop |
CN100556248C (zh) * | 2007-04-27 | 2009-10-28 | 富葵精密组件(深圳)有限公司 | 柔性电路板激光加工承载装置 |
CN104122416A (zh) * | 2014-08-07 | 2014-10-29 | 苏州飞时曼精密仪器有限公司 | 一种基于扫描探针显微镜的激光检测装置 |
DE102015210159B4 (de) * | 2015-06-02 | 2018-09-20 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Sondensystem und Verfahren zum Aufnehmen einer Sonde eines Rastersondenmikroskops |
CN109916257B (zh) * | 2019-04-12 | 2023-09-22 | 成都市博杰自动化设备有限公司 | 一种用于微动检测产品的工装 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2815196B2 (ja) * | 1989-10-02 | 1998-10-27 | オリンパス光学工業株式会社 | 微細表面形状計測装置 |
JP2598851B2 (ja) * | 1992-01-23 | 1997-04-09 | 松下電器産業株式会社 | 位置決め装置 |
-
1993
- 1993-03-25 JP JP06713093A patent/JP3258120B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-03-25 US US08/217,747 patent/US5423514A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108856127A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-11-23 | 中北大学 | 一种集成化原子力显微镜探针保存运输与清洗装置 |
Also Published As
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---|---|
JPH06281446A (ja) | 1994-10-07 |
US5423514A (en) | 1995-06-13 |
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