JPH10267950A - 横励振摩擦力顕微鏡 - Google Patents
横励振摩擦力顕微鏡Info
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- JPH10267950A JPH10267950A JP8725797A JP8725797A JPH10267950A JP H10267950 A JPH10267950 A JP H10267950A JP 8725797 A JP8725797 A JP 8725797A JP 8725797 A JP8725797 A JP 8725797A JP H10267950 A JPH10267950 A JP H10267950A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】試料と探針の間に与える横振動の振幅が、試料
の重さに影響されない横励振摩擦力顕微鏡が得られる。 【解決手段】試料102は三次元微動機構であるスキャ
ナー104の上に載置される。カンチレバーホルダー3
00はカンチレバーユニット108をY方向に振動可能
に支持する。カンチレバーユニット108は、基盤11
0と、これに固定されたカンチレバー112、その先端
に形成された探針114を有している。対物レンズ11
6は、ビームスプリッター118を介して、ZPセンサ
ー200と光学的に結合している。カンチレバー112
の変位信号とねじれ信号を算出する演算器120、スキ
ャナーのZ方向の変位を制御するサーボ回路122、X
Y走査のためにスキャナーを駆動するXY走査回路12
4、正弦波を出力する励振器126、ねじれ信号と正弦
波を比較する振幅検出器128が設けられている。
の重さに影響されない横励振摩擦力顕微鏡が得られる。 【解決手段】試料102は三次元微動機構であるスキャ
ナー104の上に載置される。カンチレバーホルダー3
00はカンチレバーユニット108をY方向に振動可能
に支持する。カンチレバーユニット108は、基盤11
0と、これに固定されたカンチレバー112、その先端
に形成された探針114を有している。対物レンズ11
6は、ビームスプリッター118を介して、ZPセンサ
ー200と光学的に結合している。カンチレバー112
の変位信号とねじれ信号を算出する演算器120、スキ
ャナーのZ方向の変位を制御するサーボ回路122、X
Y走査のためにスキャナーを駆動するXY走査回路12
4、正弦波を出力する励振器126、ねじれ信号と正弦
波を比較する振幅検出器128が設けられている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は走査型プローブ顕
微鏡とくに横励振摩擦力顕微鏡に関する。
微鏡とくに横励振摩擦力顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡は、走査型トンネ
ル顕微鏡や原子間力顕微鏡など、探針(プローブ)を用
いて試料表面の情報を得る装置の総称であり、その一つ
に、探針先端と試料表面の相互間に作用する力に基づい
て試料表面の情報を得る走査型力顕微鏡がある。走査型
力顕微鏡は、一般に、柔軟なカンチレバーの自由端に支
持された鋭く尖った探針(プローブ)を持ち、この探針
を試料表面に近づけ、探針先端と試料表面の原子間に発
生する相互作用力をカンチレバーの変形として捕らえつ
つ、探針を試料表面に亘りXY走査し、探針の位置の情
報とそのときのカンチレバーの変形の情報に基づいて、
試料表面の種々の情報を得る。
ル顕微鏡や原子間力顕微鏡など、探針(プローブ)を用
いて試料表面の情報を得る装置の総称であり、その一つ
に、探針先端と試料表面の相互間に作用する力に基づい
て試料表面の情報を得る走査型力顕微鏡がある。走査型
力顕微鏡は、一般に、柔軟なカンチレバーの自由端に支
持された鋭く尖った探針(プローブ)を持ち、この探針
を試料表面に近づけ、探針先端と試料表面の原子間に発
生する相互作用力をカンチレバーの変形として捕らえつ
つ、探針を試料表面に亘りXY走査し、探針の位置の情
報とそのときのカンチレバーの変形の情報に基づいて、
試料表面の種々の情報を得る。
【0003】さらに、走査型力顕微鏡の一つに横励振摩
擦力顕微鏡(LMFFM:LateralModulation Friction
Force Microscope)がある。この装置は原子間力顕微
鏡を更に発展させたもので、XY走査の際に試料をY方
向に振動させ、この振動により生じるカンチレバーのね
じれの振幅と位相を調べることにより、試料表面の凹凸
像の他に、試料と探針の間に働く摩擦力、試料の弾性率
や粘性が測定できる。
擦力顕微鏡(LMFFM:LateralModulation Friction
Force Microscope)がある。この装置は原子間力顕微
鏡を更に発展させたもので、XY走査の際に試料をY方
向に振動させ、この振動により生じるカンチレバーのね
じれの振幅と位相を調べることにより、試料表面の凹凸
像の他に、試料と探針の間に働く摩擦力、試料の弾性率
や粘性が測定できる。
【0004】一例として、工業技術院機械技術研究所の
山中氏らにより提案されている横励振摩擦力顕微鏡を図
7に示す。試料12はスキャナー14の上に載置され
る。スキャナー14の上方にはカンチレバーユニット1
6が配置される。カンチレバーユニット16は、基盤1
8とカンチレバー20とその先端に形成された探針22
を有している。また、カンチレバー20の変位とねじれ
を検出する光てこ式の光センサーが設けられている。こ
の光センサーは半導体レーザー24と集光レンズ26と
四分割フォトダイオード28により構成されている。さ
らに、四分割フォトダイオード28の出力からカンチレ
バー20の変位信号とねじれ信号を算出する演算器3
0、変位信号に基づいてスキャナー14のZ方向の位置
を制御するサーボ回路32、XY走査のためにスキャナ
ー14を駆動する走査回路34、探針22と試料12の
間にY方向の振動を与えるための正弦波を出力する励振
器36、走査回路34の出力するY信号に励振器36の
出力する正弦波を重畳する加算器38、演算器30の出
力するねじれ信号と励振器36の出力する正弦波を比較
する振幅検出器40が設けられている。
山中氏らにより提案されている横励振摩擦力顕微鏡を図
7に示す。試料12はスキャナー14の上に載置され
る。スキャナー14の上方にはカンチレバーユニット1
6が配置される。カンチレバーユニット16は、基盤1
8とカンチレバー20とその先端に形成された探針22
を有している。また、カンチレバー20の変位とねじれ
を検出する光てこ式の光センサーが設けられている。こ
の光センサーは半導体レーザー24と集光レンズ26と
四分割フォトダイオード28により構成されている。さ
らに、四分割フォトダイオード28の出力からカンチレ
バー20の変位信号とねじれ信号を算出する演算器3
0、変位信号に基づいてスキャナー14のZ方向の位置
を制御するサーボ回路32、XY走査のためにスキャナ
ー14を駆動する走査回路34、探針22と試料12の
間にY方向の振動を与えるための正弦波を出力する励振
器36、走査回路34の出力するY信号に励振器36の
出力する正弦波を重畳する加算器38、演算器30の出
力するねじれ信号と励振器36の出力する正弦波を比較
する振幅検出器40が設けられている。
【0005】スキャナー14には、走査回路34の出力
するX走査のためのX信号と、走査回路の出力するY走
査のための信号に励振器36の正弦波が重畳されたY信
号が供給される。この結果、スキャナー14はY方向に
所定の振幅で振動し、探針22はその振動する試料12
の表面をラスター走査することになる。演算器30は、
四分割フォトダイオード28の各受光部の出力a、b、
c、dから、変位信号AFM=a+b−c−dとねじれ
信号LFM=a−b−c+dを出力する。サーボ回路3
2は、変位信号AFMを一定の値に保つようにスキャナ
ー14を制御するZ信号を出力する。これは、試料表面
の凹凸を反映しており、これは凹凸信号として処理され
る。振幅検出器40は、励振器36の出力する正弦波
と、演算器30の出力するねじれ信号LFMを比較し、
試料表面の局所的な弾性率、粘性、摩擦力を反映してい
る振幅信号を出力する。凹凸信号と振幅信号を、走査回
路34の出力する走査信号に同期させて処理することに
より、試料表面の凹凸や弾性率の分布などの情報が得ら
れる。
するX走査のためのX信号と、走査回路の出力するY走
査のための信号に励振器36の正弦波が重畳されたY信
号が供給される。この結果、スキャナー14はY方向に
所定の振幅で振動し、探針22はその振動する試料12
の表面をラスター走査することになる。演算器30は、
四分割フォトダイオード28の各受光部の出力a、b、
c、dから、変位信号AFM=a+b−c−dとねじれ
信号LFM=a−b−c+dを出力する。サーボ回路3
2は、変位信号AFMを一定の値に保つようにスキャナ
ー14を制御するZ信号を出力する。これは、試料表面
の凹凸を反映しており、これは凹凸信号として処理され
る。振幅検出器40は、励振器36の出力する正弦波
と、演算器30の出力するねじれ信号LFMを比較し、
試料表面の局所的な弾性率、粘性、摩擦力を反映してい
る振幅信号を出力する。凹凸信号と振幅信号を、走査回
路34の出力する走査信号に同期させて処理することに
より、試料表面の凹凸や弾性率の分布などの情報が得ら
れる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上に述べた横励振摩擦
力顕微鏡では、XY走査の際に試料をY方向に振動させ
ており、その振動の振幅は励振器の出力の周波数と試料
の重さにより決まる。このため、試料の重さが変われ
ば、これに伴なって試料とスキャナーからなる系のY方
向の共振周波数も変わるので、同じY信号を印加してい
ても、Y方向の振動の振幅は異なったものとなってしま
う。本発明は、試料と探針の間に与える横向きの振動の
振幅が、試料の重さに影響されることのない横励振摩擦
力顕微鏡を提供することを目的とする。
力顕微鏡では、XY走査の際に試料をY方向に振動させ
ており、その振動の振幅は励振器の出力の周波数と試料
の重さにより決まる。このため、試料の重さが変われ
ば、これに伴なって試料とスキャナーからなる系のY方
向の共振周波数も変わるので、同じY信号を印加してい
ても、Y方向の振動の振幅は異なったものとなってしま
う。本発明は、試料と探針の間に与える横向きの振動の
振幅が、試料の重さに影響されることのない横励振摩擦
力顕微鏡を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の横励振摩擦力顕
微鏡は、自由端に探針を持つカンチレバーと、カンチレ
バーを試料表面に平行に振動させる励振手段と、試料を
移動させて探針を試料表面に亘り走査する走査手段と、
カンチレバーの自由端の変位とねじれを調べる検知手段
とを有している。
微鏡は、自由端に探針を持つカンチレバーと、カンチレ
バーを試料表面に平行に振動させる励振手段と、試料を
移動させて探針を試料表面に亘り走査する走査手段と、
カンチレバーの自由端の変位とねじれを調べる検知手段
とを有している。
【0008】本発明では、試料を移動させることで探針
の走査が行なわれ、カンチレバーを振動させることで、
探針と試料の間に、試料表面に平行な相対的な振動が与
えられる。従って、探針の振幅は、試料の重さには影響
されない。
の走査が行なわれ、カンチレバーを振動させることで、
探針と試料の間に、試料表面に平行な相対的な振動が与
えられる。従って、探針の振幅は、試料の重さには影響
されない。
【0009】
【発明の実施の形態】この発明の第一の実施の形態につ
いて図1ないし図3を用いて説明する。試料102は、
三次元微動機構であるスキャナー104の上に載置され
る。スキャナー104の上方には、カンチレバーユニッ
ト108がカンチレバーホルダー300により支持され
る。カンチレバーホルダー300はカンチレバーユニッ
ト108をY方向に振動させる機能を有している。カン
チレバーホルダー300の具体的な構造については後に
詳しく述べる。カンチレバーユニット108は、基盤1
10、これに固定された短冊状のカンチレバー112、
カンチレバー112の先端部に形成された探針114を
有している。基盤110は例えば長さ4mm、幅2m
m、厚さ0.5mmの大きさのガラスやシリコンウェハ
ーからなる。カンチレバー112は例えば長さ200μ
m、幅20μm、厚さ1μmの大きさに形成され、探針
114はシリコンプロセス等により例えば長さ10μm
に形成される。カンチレバーユニット108は基盤11
0をカンチレバーホルダー300に接着あるいは板バネ
などを用いて弾性的に固定することにより取り付けられ
る。
いて図1ないし図3を用いて説明する。試料102は、
三次元微動機構であるスキャナー104の上に載置され
る。スキャナー104の上方には、カンチレバーユニッ
ト108がカンチレバーホルダー300により支持され
る。カンチレバーホルダー300はカンチレバーユニッ
ト108をY方向に振動させる機能を有している。カン
チレバーホルダー300の具体的な構造については後に
詳しく述べる。カンチレバーユニット108は、基盤1
10、これに固定された短冊状のカンチレバー112、
カンチレバー112の先端部に形成された探針114を
有している。基盤110は例えば長さ4mm、幅2m
m、厚さ0.5mmの大きさのガラスやシリコンウェハ
ーからなる。カンチレバー112は例えば長さ200μ
m、幅20μm、厚さ1μmの大きさに形成され、探針
114はシリコンプロセス等により例えば長さ10μm
に形成される。カンチレバーユニット108は基盤11
0をカンチレバーホルダー300に接着あるいは板バネ
などを用いて弾性的に固定することにより取り付けられ
る。
【0010】探針114の上方には対物レンズ116が
あり、対物レンズ116はその上方のビームスプリッタ
ー118を介して、カンチレバー112の変位とねじれ
を検知するためのZPセンサー200と光学的に結合し
ている。ビームスプリッター118の上方には、図には
示さないが、対物レンズ116と協同する観察光学系が
配置される。
あり、対物レンズ116はその上方のビームスプリッタ
ー118を介して、カンチレバー112の変位とねじれ
を検知するためのZPセンサー200と光学的に結合し
ている。ビームスプリッター118の上方には、図には
示さないが、対物レンズ116と協同する観察光学系が
配置される。
【0011】カンチレバーホルダー300は、探針11
4の位置を調整するため、ZPセンサー200と同じ構
造体に固定された調整ジグ(図示せず)に取り付けられ
る。また、スキャナー104は、探針114と試料10
2の間の距離を調整するため、Z方向粗動ステージ(図
示せず)に搭載される。
4の位置を調整するため、ZPセンサー200と同じ構
造体に固定された調整ジグ(図示せず)に取り付けられ
る。また、スキャナー104は、探針114と試料10
2の間の距離を調整するため、Z方向粗動ステージ(図
示せず)に搭載される。
【0012】さらに、ZPセンサー200の出力からカ
ンチレバー112の変位信号とねじれ信号を算出する演
算器120、変位信号に基づいてスキャナーのZ方向の
変位を制御するサーボ回路122、XY走査のためにス
キャナーを駆動するXY走査回路124、探針114を
Y方向に振動させるための正弦波を出力する励振器12
6、演算器120の出力するねじれ信号と励振器126
の出力する正弦波を比較する振幅検出器128が設けら
れている。
ンチレバー112の変位信号とねじれ信号を算出する演
算器120、変位信号に基づいてスキャナーのZ方向の
変位を制御するサーボ回路122、XY走査のためにス
キャナーを駆動するXY走査回路124、探針114を
Y方向に振動させるための正弦波を出力する励振器12
6、演算器120の出力するねじれ信号と励振器126
の出力する正弦波を比較する振幅検出器128が設けら
れている。
【0013】ZPセンサー200は、図2に示すよう
に、半導体レーザー202、その射出光を平行光にする
コリメートレンズ204、この平行光を対物レンズ11
6に入射させるビームスプリッター206、カンチレバ
ー112からの反射光を異なる2方向へ分割するハーフ
ミラー208、このハーフミラー208で分割されたそ
れぞれの光を偏向する二つの臨界角プリズム400と2
10、それぞれの臨界角プリズム400と210で反射
された光を受光する二つの二分割フォトダイオード21
2と214で構成されている。半導体レーザー202か
ら射出した光は、コリメートレンズ204により平行光
となり、ビームスプリッター206で反射し、対物レン
ズ116によりカンチレバー112の面上に集光する。
対物レンズ116は、(A)に示すように、平行光が基
準位置にあるカンチレバー112の面上で焦点を結ぶよ
うに予め調整されている。カンチレバー112で反射し
た光は、対物レンズ116を通り、ビームスプリッター
206を透過し、ハーフミラー208で2方向へ分割さ
れ、臨界角プリズム400と210で反射した成分が二
分割受光素子212と214に入射する。カンチレバー
112(すなわち探針114)のZ方向の変位は、対物
レンズ116の焦点位置からのずれとして求まり、二分
割フォトダイオード212と214の各受光素子の出力
を図に示したようにA、B、C、Dとすると、その変位
信号AFMはAFM=A−B−C+Dの演算により求ま
る。また、カンチレバーがねじれると、(B)に示すよ
うに、二分割フォトダイオード212と214に対する
ビームの入射位置がずれるので、そのねじれ信号LFM
はLFM=A−B+C−Dの演算により求まる。本実施
例ではカンチレバー112の変位とねじれの検出にZP
センサー200を用いているが、従来例(図7)で説明
した光てこ方式の変位センサーを用いても一向に構わな
い。
に、半導体レーザー202、その射出光を平行光にする
コリメートレンズ204、この平行光を対物レンズ11
6に入射させるビームスプリッター206、カンチレバ
ー112からの反射光を異なる2方向へ分割するハーフ
ミラー208、このハーフミラー208で分割されたそ
れぞれの光を偏向する二つの臨界角プリズム400と2
10、それぞれの臨界角プリズム400と210で反射
された光を受光する二つの二分割フォトダイオード21
2と214で構成されている。半導体レーザー202か
ら射出した光は、コリメートレンズ204により平行光
となり、ビームスプリッター206で反射し、対物レン
ズ116によりカンチレバー112の面上に集光する。
対物レンズ116は、(A)に示すように、平行光が基
準位置にあるカンチレバー112の面上で焦点を結ぶよ
うに予め調整されている。カンチレバー112で反射し
た光は、対物レンズ116を通り、ビームスプリッター
206を透過し、ハーフミラー208で2方向へ分割さ
れ、臨界角プリズム400と210で反射した成分が二
分割受光素子212と214に入射する。カンチレバー
112(すなわち探針114)のZ方向の変位は、対物
レンズ116の焦点位置からのずれとして求まり、二分
割フォトダイオード212と214の各受光素子の出力
を図に示したようにA、B、C、Dとすると、その変位
信号AFMはAFM=A−B−C+Dの演算により求ま
る。また、カンチレバーがねじれると、(B)に示すよ
うに、二分割フォトダイオード212と214に対する
ビームの入射位置がずれるので、そのねじれ信号LFM
はLFM=A−B+C−Dの演算により求まる。本実施
例ではカンチレバー112の変位とねじれの検出にZP
センサー200を用いているが、従来例(図7)で説明
した光てこ方式の変位センサーを用いても一向に構わな
い。
【0014】カンチレバーホルダー300は、図3に示
すように、カンチレバーユニット108を装着する装着
部302、装置本体に取り付けられる取付部304、装
着部302と取付部304をつなぐ弾性変形部308を
有している。取付部304には装置本体に固定される固
定軸306が設けられている。弾性変形部308は、平
行バネを構成する互いに平行な二枚の側壁310を有し
ており、X方向とZ方向には剛性が高く、Y方向には振
動し易い構造になっている。その素材としては、弾性的
変形を行なう素材であれば何でもよい。それぞれの側壁
310の内側には圧電素子312が取り付けられてい
て、それぞれユニモルフ型のアクチュエーターを構成し
ている。二つの圧電素子312の分極方向は図示のよう
に同じ方向となっており、これはY方向に一致してい
る。二つの圧電素子312の側壁側の電極を接地してお
き、内側の電極に同じ正弦波を印加すると、二つの圧電
素子312は逆位相で伸縮動作を行ない、言い換えれば
一方が伸びると反対側が縮むため、装着部302はY方
向に振動する。この結果、そこに装着されたカンチレバ
ーユニット108がY方向に振動し、探針114がY方
向に励振される。
すように、カンチレバーユニット108を装着する装着
部302、装置本体に取り付けられる取付部304、装
着部302と取付部304をつなぐ弾性変形部308を
有している。取付部304には装置本体に固定される固
定軸306が設けられている。弾性変形部308は、平
行バネを構成する互いに平行な二枚の側壁310を有し
ており、X方向とZ方向には剛性が高く、Y方向には振
動し易い構造になっている。その素材としては、弾性的
変形を行なう素材であれば何でもよい。それぞれの側壁
310の内側には圧電素子312が取り付けられてい
て、それぞれユニモルフ型のアクチュエーターを構成し
ている。二つの圧電素子312の分極方向は図示のよう
に同じ方向となっており、これはY方向に一致してい
る。二つの圧電素子312の側壁側の電極を接地してお
き、内側の電極に同じ正弦波を印加すると、二つの圧電
素子312は逆位相で伸縮動作を行ない、言い換えれば
一方が伸びると反対側が縮むため、装着部302はY方
向に振動する。この結果、そこに装着されたカンチレバ
ーユニット108がY方向に振動し、探針114がY方
向に励振される。
【0015】続いて、動作について説明する。図1から
分かるように、スキャナー104は、XY走査回路12
4から供給されるXY信号を受けて、試料102をXY
方向に移動させる。これと同時に、カンチレバーホルダ
ー300は、励振器126から供給される正弦波信号を
受けて、カンチレバーユニット108をY方向に所定の
周波数で振動させる。これにより探針114は、Y方向
に所定の振幅たとえば1nmないし1μmの振幅で振動
しながら、例えば100μm角の領域を512点128
ラインで覆うようにラスター走査される。
分かるように、スキャナー104は、XY走査回路12
4から供給されるXY信号を受けて、試料102をXY
方向に移動させる。これと同時に、カンチレバーホルダ
ー300は、励振器126から供給される正弦波信号を
受けて、カンチレバーユニット108をY方向に所定の
周波数で振動させる。これにより探針114は、Y方向
に所定の振幅たとえば1nmないし1μmの振幅で振動
しながら、例えば100μm角の領域を512点128
ラインで覆うようにラスター走査される。
【0016】カンチレバー112のZ方向の変位を示す
変位信号AFMは、ZPセンサー200の出力信号A、
B、C、Dに対して、演算器120において、AFM=
A−B−C+Dの演算を行なうことにより求まる。ま
た、カンチレバーのねじれを示すねじれ信号LFMは、
演算器120において、LFM=A−B+C−Dの演算
を行なうことにより求まる。また、光てこ方式の変位セ
ンサーを用いた場合の演算は、図7で説明したのと同様
であるため、ここでの説明は省略する。
変位信号AFMは、ZPセンサー200の出力信号A、
B、C、Dに対して、演算器120において、AFM=
A−B−C+Dの演算を行なうことにより求まる。ま
た、カンチレバーのねじれを示すねじれ信号LFMは、
演算器120において、LFM=A−B+C−Dの演算
を行なうことにより求まる。また、光てこ方式の変位セ
ンサーを用いた場合の演算は、図7で説明したのと同様
であるため、ここでの説明は省略する。
【0017】サーボ回路122は、変位信号AFMを一
定の値に保つようにスキャナー104のZ方向の動きを
制御するZ信号をスキャナー104に供給する。これに
より、カンチレバー112は予め定めた量だけ変位した
姿勢に常に維持される。サーボ回路122の出力するZ
信号は、試料表面の凹凸を反映しており、これは凹凸信
号として、XY信号と共に、画像を構築する処理装置
(図示せず)に取り込まれる。
定の値に保つようにスキャナー104のZ方向の動きを
制御するZ信号をスキャナー104に供給する。これに
より、カンチレバー112は予め定めた量だけ変位した
姿勢に常に維持される。サーボ回路122の出力するZ
信号は、試料表面の凹凸を反映しており、これは凹凸信
号として、XY信号と共に、画像を構築する処理装置
(図示せず)に取り込まれる。
【0018】振幅検出器128は、励振器126の出力
信号に同期して、振幅検出あるいは位相検出を行なう。
これにより振幅検出器128の出力信号Loutは、試
料表面の探針114が接している部分の局所的な弾性率
や粘性、摩擦の特性を反映しており、前述の凹凸信号と
同様に、処理装置(図示せず)に取り込まれる。
信号に同期して、振幅検出あるいは位相検出を行なう。
これにより振幅検出器128の出力信号Loutは、試
料表面の探針114が接している部分の局所的な弾性率
や粘性、摩擦の特性を反映しており、前述の凹凸信号と
同様に、処理装置(図示せず)に取り込まれる。
【0019】これまでに説明したように、本実施例で
は、カンチレバーホルダー300はカンチレバーユニッ
ト108が取り付けられる装着部302を横方向に振動
させる機能を有しており、カンチレバーユニット108
をY方向に振動させることで、探針114と試料表面の
間に横向きの振動を与えている。振動する部材がカンチ
レバーユニット108であるため、試料102を交換し
ても共振特性は変わらない。つまり、振動の周波数は試
料102の重さには影響されない。
は、カンチレバーホルダー300はカンチレバーユニッ
ト108が取り付けられる装着部302を横方向に振動
させる機能を有しており、カンチレバーユニット108
をY方向に振動させることで、探針114と試料表面の
間に横向きの振動を与えている。振動する部材がカンチ
レバーユニット108であるため、試料102を交換し
ても共振特性は変わらない。つまり、振動の周波数は試
料102の重さには影響されない。
【0020】また、カンチレバーユニット108は試料
に比べて小型であるため、振動の周波数を高く設定する
ことができるという利点もある。さらに、横振動を与え
るための信号とY走査のためのY信号とが完全に分離さ
れているので、検出される信号の精度が向上するという
利点もある。
に比べて小型であるため、振動の周波数を高く設定する
ことができるという利点もある。さらに、横振動を与え
るための信号とY走査のためのY信号とが完全に分離さ
れているので、検出される信号の精度が向上するという
利点もある。
【0021】以下、カンチレバーホルダーのいくつかの
変形例について図4ないし図7を参照しながら説明す
る。図4ないし図7では、図3のカンチレバーホルダー
の部材と同じ部材は同じ参照符号で示してあり、それら
の部材の詳しい説明はここでは省く。
変形例について図4ないし図7を参照しながら説明す
る。図4ないし図7では、図3のカンチレバーホルダー
の部材と同じ部材は同じ参照符号で示してあり、それら
の部材の詳しい説明はここでは省く。
【0022】第一変形例のカンチレバーホルダーを図4
に示す。このカンチレバーホルダーは、図3のカンチレ
バーホルダーの弾性変形部308の開口に粘性的な素材
314たとえばゴムや振動吸収性のゲル状素材を充填し
た構成となっている。このような粘性的な素材314
は、装着部のY方向の共振のQ値が高くなりすぎて励振
の周波数近辺で振動させたときに振幅値の変動が大きく
なりすぎないように、Y方向の共振のQ値を低下させ
る。例えばQ値が100のものをQ値が10以下になる
ようにして励振周波数変動による影響を1/10以下に
できる。
に示す。このカンチレバーホルダーは、図3のカンチレ
バーホルダーの弾性変形部308の開口に粘性的な素材
314たとえばゴムや振動吸収性のゲル状素材を充填し
た構成となっている。このような粘性的な素材314
は、装着部のY方向の共振のQ値が高くなりすぎて励振
の周波数近辺で振動させたときに振幅値の変動が大きく
なりすぎないように、Y方向の共振のQ値を低下させ
る。例えばQ値が100のものをQ値が10以下になる
ようにして励振周波数変動による影響を1/10以下に
できる。
【0023】第二変形例のカンチレバーホルダーを図5
に示す。このカンチレバーホルダーは、図3のカンチレ
バーホルダーにおいて平行バネを構成している二枚の側
壁を、一枚の板バネ316に変更し、その両面に圧電素
子312を設けた構成となっている。つまり、本変形例
の弾性変形部308’はバイモルフ型のアクチュエータ
ーとなっている。本変形例のカンチレバーホルダーで
は、図3のカンチレバーホルダーを作製する際に弾性変
形部を平行バネ状の形成するために必要であった穴開け
加工が不要となり、製造コストが低くなるという利点が
ある。
に示す。このカンチレバーホルダーは、図3のカンチレ
バーホルダーにおいて平行バネを構成している二枚の側
壁を、一枚の板バネ316に変更し、その両面に圧電素
子312を設けた構成となっている。つまり、本変形例
の弾性変形部308’はバイモルフ型のアクチュエータ
ーとなっている。本変形例のカンチレバーホルダーで
は、図3のカンチレバーホルダーを作製する際に弾性変
形部を平行バネ状の形成するために必要であった穴開け
加工が不要となり、製造コストが低くなるという利点が
ある。
【0024】第三変形例のカンチレバーホルダーを図6
に示す。このカンチレバーホルダーは、液浸での試料観
察に対応するもので、取付部304’がL字形状となっ
ていて、水槽の横壁に対する逃げが設けられている。ま
た、水中への漏れ電流が発生しないように、弾性変形部
308の開口には防水用の充填材320が充填されてい
るとともに、励振信号を供給するための導線322も被
覆されている。本変形例のカンチレバーホルダーを使用
することで、液浸での試料観察が行なえる。
に示す。このカンチレバーホルダーは、液浸での試料観
察に対応するもので、取付部304’がL字形状となっ
ていて、水槽の横壁に対する逃げが設けられている。ま
た、水中への漏れ電流が発生しないように、弾性変形部
308の開口には防水用の充填材320が充填されてい
るとともに、励振信号を供給するための導線322も被
覆されている。本変形例のカンチレバーホルダーを使用
することで、液浸での試料観察が行なえる。
【0025】以上、図面を参考にしながら本発明の具体
的な例について説明したが、本発明は上述の実施例に限
るものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内に種々
多くの変形や変更が可能である。
的な例について説明したが、本発明は上述の実施例に限
るものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内に種々
多くの変形や変更が可能である。
【0026】なお、本発明は以下のように表現すること
ができる。 1.自由端に探針を持つカンチレバーと、カンチレバー
を試料表面に平行に振動させる励振手段と、試料を移動
させて探針を試料表面に亘り走査する走査手段と、カン
チレバーの自由端の変位とねじれを調べる検知手段とを
有している横励振摩擦力顕微鏡。
ができる。 1.自由端に探針を持つカンチレバーと、カンチレバー
を試料表面に平行に振動させる励振手段と、試料を移動
させて探針を試料表面に亘り走査する走査手段と、カン
チレバーの自由端の変位とねじれを調べる検知手段とを
有している横励振摩擦力顕微鏡。
【0027】2.上記1項において、励振手段は、カン
チレバーを支持するカンチレバーホルダーで、固定的に
支持される取付部と、カンチレバーが装着される装着部
と、取付部に対して装着部を試料表面に平行な方向に移
動可能に支持する弾性的に変形する弾性変形部と、装着
部を振動させる振動発生手段とを有するカンチレバーホ
ルダーと、振動発生手段を駆動する正弦波信号を出力す
る励振器とを含んでいる、横励振摩擦力顕微鏡。
チレバーを支持するカンチレバーホルダーで、固定的に
支持される取付部と、カンチレバーが装着される装着部
と、取付部に対して装着部を試料表面に平行な方向に移
動可能に支持する弾性的に変形する弾性変形部と、装着
部を振動させる振動発生手段とを有するカンチレバーホ
ルダーと、振動発生手段を駆動する正弦波信号を出力す
る励振器とを含んでいる、横励振摩擦力顕微鏡。
【0028】3.上記2項において、弾性変形部はその
法線が振動方向に一致する弾性的に変形する互いに平行
な二枚の板バネ材を有し、振動発生手段はそれぞれの板
バネ材の片側に設けられた互いに逆相で伸縮する二つの
圧電素子を有している、横励振摩擦力顕微鏡。
法線が振動方向に一致する弾性的に変形する互いに平行
な二枚の板バネ材を有し、振動発生手段はそれぞれの板
バネ材の片側に設けられた互いに逆相で伸縮する二つの
圧電素子を有している、横励振摩擦力顕微鏡。
【0029】4.上記2項において、弾性変形部はその
法線が振動方向に一致する弾性的に変形する一枚の板バ
ネ材を有し、振動発生手段は板バネ材の両側に設けられ
た互いに逆相で伸縮する二つの圧電素子を有している、
横励振摩擦力顕微鏡。
法線が振動方向に一致する弾性的に変形する一枚の板バ
ネ材を有し、振動発生手段は板バネ材の両側に設けられ
た互いに逆相で伸縮する二つの圧電素子を有している、
横励振摩擦力顕微鏡。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、試料と探針の間に与え
る横振動が、試料の重さに影響されることのない横励振
摩擦力顕微鏡が得られる。
る横振動が、試料の重さに影響されることのない横励振
摩擦力顕微鏡が得られる。
【図1】本発明の実施例の横励振摩擦力顕微鏡の構成を
示す図である。
示す図である。
【図2】図1に示したZPセンサーの構成を示す図であ
る。
る。
【図3】図1のカンチレバーホルダーの構成を示す図で
ある。
ある。
【図4】カンチレバーホルダーの第一変形例を示す図で
ある。
ある。
【図5】カンチレバーホルダーの第二変形例を示す図で
ある。
ある。
【図6】カンチレバーホルダーの第三変形例を示す図で
ある。
ある。
【図7】横励振摩擦力顕微鏡の従来例を示す図である。
102 試料 104 スキャナー 108 カンチレバーユニット 112 カンチレバー 114 探針 120 演算器 122 サーボ回路 124 XY走査回路 126 励振器 128 振幅検出器 200 ZPセンサー 300 カンチレバーホルダー 302 装着部 304 取付部 308 弾性変形部 312 圧電素子
Claims (1)
- 【請求項1】自由端に探針を持つカンチレバーと、 カンチレバーを試料表面に平行に振動させる励振手段
と、 試料を移動させて探針を試料表面に亘り走査する走査手
段と、 カンチレバーの自由端の変位とねじれを調べる検知手段
とを有している横励振摩擦力顕微鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8725797A JPH10267950A (ja) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | 横励振摩擦力顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8725797A JPH10267950A (ja) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | 横励振摩擦力顕微鏡 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10267950A true JPH10267950A (ja) | 1998-10-09 |
Family
ID=13909733
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8725797A Withdrawn JPH10267950A (ja) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | 横励振摩擦力顕微鏡 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10267950A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100420384B1 (ko) * | 2001-05-25 | 2004-03-04 | 학교법인연세대학교 | 다중 숫자화 데이터 기록 미디어 및 그 데이터 기록재생방법 |
JP2007017388A (ja) * | 2005-07-11 | 2007-01-25 | Jeol Ltd | 走査形プローブ顕微鏡 |
JP2008191062A (ja) * | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Jeol Ltd | 走査型プローブ顕微鏡 |
JP2010190858A (ja) * | 2009-02-20 | 2010-09-02 | Sii Nanotechnology Inc | 走査型プローブ顕微鏡用のカンチレバーの加振方法ならびにその方法による走査型プローブ顕微鏡 |
JP2012181107A (ja) * | 2011-03-01 | 2012-09-20 | Sii Nanotechnology Inc | 機械的特性評価方法および装置 |
-
1997
- 1997-03-24 JP JP8725797A patent/JPH10267950A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100420384B1 (ko) * | 2001-05-25 | 2004-03-04 | 학교법인연세대학교 | 다중 숫자화 데이터 기록 미디어 및 그 데이터 기록재생방법 |
JP2007017388A (ja) * | 2005-07-11 | 2007-01-25 | Jeol Ltd | 走査形プローブ顕微鏡 |
JP2008191062A (ja) * | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Jeol Ltd | 走査型プローブ顕微鏡 |
JP2010190858A (ja) * | 2009-02-20 | 2010-09-02 | Sii Nanotechnology Inc | 走査型プローブ顕微鏡用のカンチレバーの加振方法ならびにその方法による走査型プローブ顕微鏡 |
JP2012181107A (ja) * | 2011-03-01 | 2012-09-20 | Sii Nanotechnology Inc | 機械的特性評価方法および装置 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040601 |