JPH10282128A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡Info
- Publication number
- JPH10282128A JPH10282128A JP8247797A JP8247797A JPH10282128A JP H10282128 A JPH10282128 A JP H10282128A JP 8247797 A JP8247797 A JP 8247797A JP 8247797 A JP8247797 A JP 8247797A JP H10282128 A JPH10282128 A JP H10282128A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cantilever
- spring constant
- probe microscope
- scanning probe
- displacement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
き、また、求めたバネ定数に基づいてパラメータを自動
設定することができる走査型プローブ顕微鏡を提供す
る。 【解決手段】 カンチレバーの変位検出によって試料の
表面観察を行う走査型プローブ顕微鏡1において、走査
型プローブ顕微鏡が備えるカンチレバー20の変位検出
手段2の出力に基づいてカンチレバー20のバネ定数を
測定する測定手段5を備え、これによって、バネ定数を
求めるための格別の装置を設けることなく、走査型プロ
ーブ顕微鏡が備える変位検出手段の出力を用いてカンチ
レバーのバネ定数を求め、個々のカンチレバーの特性を
求める。カンチレバーのバネ定数を測定する測定手段4
は、変位検出手段2の出力からカンチレバーの熱ゆらぎ
を検出し、熱ゆらぎとバネ定数との関係からバネ定数を
演算する。
Description
微鏡に関し、特に走査型プローブ顕微鏡が備えるカンチ
レバーのバネ定数ないしパラメータの設定に関する。
と試料表面間に働く原子間力を測定する原子間力顕微鏡
(AFM)が知られている。この走査型プローブ顕微鏡
は、探針および探針を支持するカンチレバーと、このカ
ンチレバーの曲がりを検出する変位測定系とを備え、探
針と試料との間の原子間力(引力または斥力)を検出
し、この原子間力が一定となるように制御することによ
って、試料表面の形状を観察するものであり、生物,有
機分子,絶縁物等の非導電物質の観察を行うことができ
る顕微鏡である。
ド、コンタクトハイトモード、ノンコンタクトモード、
ダイナミックモード等の各種の測定モードを備えてい
る。コンタクトモードはカンチレバーと試料との間に働
く斥力が一定となる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し、フィードバック量から高さを測
定するモードであり、コンタクトハイトモードはカンチ
レバーの高さを一定に保ちながら試料表面を走査し、カ
ンチレバーのたわみ量から高さを測定するモードであ
り、ノンコンタクトモードは共振点付近で振動している
カンチレバーと試料との間に働く引力が一定となるよう
にフィードバック制御を行いながら試料表面を走査し、
フィードバック量から高さを測定するモードであり、ダ
イナミックモードは共振点付近で振動しているカンチレ
バーと試料との間に働く斥力が一定となるようにフィー
ドバック制御を行いながら試料表面を走査し、フィード
バック量から高さを測定するモードである。
状をカンチレバーの変位に置き換えて検出を行うもので
あり、カンチレバーの背面からの反射光の反射方向がカ
ンチレバーのたわみによって変化することを利用して検
出を行うものである。カンチレバーは、通常、長さ数百
ミクロンの大きさで、先端に先鋭な探針が形成されてお
り、試料や測定目的に応じて用意された複数種のカンチ
レバーの中から選択して用いている。また、試料は走査
手段によって三次元方向に走査・制御され、カンチレバ
ーは試料表面の形状をトレースして、三次元の観察像を
得ている。試料走査型の他にカンチレバー走査型の走査
手段を用いることもできる。
ンチレバーのたわみを利用して検出を行うため、カンチ
レバーの素材や長さ,厚さあるいは形状等によって、探
針と試料との接触圧や振動数等の条件が異なる。そこ
で、カンチレバーによる測定結果の偏差を除去するため
に、カンチレバーのバネ定数等のパラメータを測定手段
に入力し、該パラメータに基づいて測定結果の校正を行
っている。
は、あらかじめコンピュータによるシミュレーションで
計算しておいたバネ定数を、オペレータが人手で入力し
設定を行っている。
顕微鏡では、カンチレバーのバネ定数等のパラメータの
設定において、使用する各カンチレバーの特性のばらつ
きを無視し、カンチレバーの種類毎に定められた一定の
所定値を設定しているため、力の検出精度に限界があ
り、測定の良好な再現性を得ることができないという問
題がある。
た場合にパラメータの変更を怠ると、不適切なパラメー
タ設定によってカンチレバーや試料に損傷を与えるおそ
れがある。
とパラメータの設定ができなくなり、また、カンチレバ
ーのバネ定数の測定を行うにも適当な測定装置がなく、
バネ定数を知ることができず、場合によっては該カンチ
レバーの使用をあきらめなければならないという問題も
ある。
ローブ顕微鏡の持つ問題点を解決し、カンチレバーのバ
ネ定数を求めることができ、また、求めたバネ定数に基
づいてパラメータを自動設定することができる走査型プ
ローブ顕微鏡を提供することを目的とする。
顕微鏡は、バネ定数を求めるための格別の装置を設ける
ことなく、走査型プローブ顕微鏡が備える機構を用いて
カンチレバーのバネ定数を求め、個々のカンチレバーの
特性を求めることができるものであり、バネ定数に基づ
いてパラメータの自動設定を行うことができるものであ
る。
数の上記測定を行うために、カンチレバーの変位検出に
よって試料の表面観察を行う走査型プローブ顕微鏡にお
いて、走査型プローブ顕微鏡が備えるカンチレバーの変
位検出手段の出力に基づいてカンチレバーのバネ定数を
測定する測定手段を備える。これによって、バネ定数を
求めるための格別の装置を設けることなく、走査型プロ
ーブ顕微鏡が備える変位検出手段の出力を用いてカンチ
レバーのバネ定数を求め、個々のカンチレバーの特性を
求めることができる。
段は、変位検出手段の出力からカンチレバーの熱ゆらぎ
を検出し、熱ゆらぎとバネ定数との関係からバネ定数を
演算するものである。
て知られる微小振動を行っている。カンチレバーのバネ
定数をkとし、熱ゆらぎの振幅をxとすると、熱ゆらぎ
とバネ定数との関係は、以下の式(1)で表される。
マン定数であり、Tは絶対温度である。
ワースペクトルで表すと、熱ゆらぎの振幅の自乗平均
〈x2〉は以下の式(2)で示すようにパワースペクト
ルの面積Sで表される。
(3)で表される。
積Sと絶対温度Tから求めることができ、したがって、
カンチレバーの熱ゆらぎを測定することによって、バネ
定数kを自動的に求めることができる。
よれば、走査型プローブ顕微鏡を非測定状態とし、この
ときの変位検出手段の出力の振幅と周波数からパワース
ペクトルを求め、この出力のパワースペクトルの積算値
Sを求める。更に、バネ定数kとパワースペクトルの積
算値Sとの関係を表す上記式(3)に、パワースペクト
ルの積算値Sと絶対値温度Tを代入することによってバ
ネ定数kを求めることができる。
ブ顕微鏡に登録しておき、求めたバネ定数を用いてパラ
メータを読み出し、自動設定を行うことができる。
レバーのバネ定数を測定する測定手段は、変位検出手段
の出力からカンチレバーの熱ゆらぎを検出し、熱ゆらぎ
とバネ定数との関係からバネ定数を演算する演算部を備
え、これによって、走査型プローブ顕微鏡のバネ定数を
求める装置を付加することなく、カンチレバーのバネ定
数を自動で求めることができる。
ータを記憶する記憶手段を備え、求めたバネ定数に基づ
いて該記憶手段からパラメータを選択し、走査型プロー
ブ顕微鏡に設定することができる。
参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の形態の構
成例について、図1の本発明の走査型プローブ顕微鏡の
実施形態を説明する概略ブロック線図を用いて説明す
る。
力顕微鏡の場合の構成を示している。走査型プローブ顕
微鏡1は、試料sの表面形状を測定するための変位検出
系2と、試料Sを三次元方向に移動可能な走査系3と、
測定および走査の制御を行う制御部4を備える。
カンチレバー20と、このカンチレバー20の背面にレ
ーザー光等の照射光を照射するためのレーザーダイオー
ド等の光源22と、照射光を収束させるレンズ23と、
照射光をカンチレバー20側に向けるビームスプリッタ
24と、カンチレバー20の背面で反射された反射光の
光路を調整するミラー25と、反射光を検出するフォト
検出器26を備える。カンチレバー20が試料sの表面
形状に応じて変位すると、カンチレバー20の背面に照
射された光の反射角度はその変位に応じて変化する。フ
ォト検出器26はこのカンチレバー20の変位に基づく
反射光を検出する。なお、変位検出系は、上記した光て
こ法による変位検出系の他に、光干渉法や光臨界角法に
よる変位検出系を用いることができる。以下、光てこ法
による変位検出系を一例として説明する。
移動可能な三次元アクチュエータ30を備え、該三次元
アクチュエータ30上に試料sを支持する。三次元アク
チュエータ30のX,Y方向の移動制御はX,Y走査部
31によって行い、Z方向の移動制御はフォト検出器2
6からの測定信号を入力するサーボ回路6によって行
う。この移動制御のデータは、測定信号処理部32中の
記憶部に記憶し、信号処理によって試料sの表面形状を
測定して表示装置に表示する。なお、記憶部および表示
装置は図示していない。
ータ部5と、Z方向の移動制御を行うサーボ回路6を備
える。パラメータ部5が設定するパラメータは、カンチ
レバーのバネ定数等のカンチレバーの個々の特性を表す
値であり、これによって、測定値を校正し、カンチレバ
ーによる測定結果の偏差の除去を行う。
の機能ブロック図である。図2において、パラメータ部
5は、フォト検出器26からの検出信号を受け、その振
幅と周波数を求める信号検出部5aと、温度を測定する
測温部5bと、検出信号の振幅と周波数および絶対温度
Tを入力してカンチレバーのバネ定数kを求める演算部
5cと、求めたバネ定数kに基づいて記憶しておいたパ
ラメータpを読み出すパラメータ記憶部5d等の各機能
部を含んでいる。
出したカンチレバー20の変位信号からカンチレバーの
変位の振幅xと周波数fを検出し演算部5cに送る。演
算部5cは、信号検出部5aからの入力したカンチレバ
ーの変位の振幅xと周波数fからパワースペクトルを求
める。図3はカンチレバーのパワースペクトルの一例で
あり、横軸に周波数fを示し、縦軸に振幅xを自乗した
値x2を周波数fで除した値を示している。演算部5c
は、カンチレバーの変位の振幅xと周波数fからパワー
スペクトルの面積Sを求め(演算部5c中の5c1)、
このパワースペクトルの面積Sと測温部5bからの絶対
温度Tとからバネ定数kを求める(演算部5c中の5c
2)。このバネ定数kの演算は、前記式(3)中にパワ
ースペクトルの面積Sと絶対温度Tを代入することによ
って求めることができる。 求めたバネ定数kは測定信
号処理部32に送られ、試料sの測定信号処理に用いら
れる。
めバネ定数およびカンチレバーの特性を表すパラメータ
pを格納しておき、求めたバネ定数kを用いてパラメー
タpを読み出し、測定信号処理部32に送り、試料sの
測定信号処理に用いる。
のバネ定数およびパラメータの設定を、通常の走査型顕
微鏡に対してバネ定数測定のための装置を付加すること
なく行うことができる。
ローブ顕微鏡によれば、カンチレバーのバネ定数を求め
ることができ、また、求めたバネ定数に基づいてパラメ
ータを自動設定することができる。
明する概略ブロック線図である。
の機能を説明するための機能ブロック図である。
る。
系、4…制御部、5…パラメータ部、5a…信号検出
部、5b…測温部、5c…演算部、5d…パラメータ記
憶部、6…サーボ部、20…カンチレバー、21…探
針、22…光源、23…レンズ、24…ビームスプリッ
タ、25…ミラー、26…フォト検出器、30…三次元
アクチュエータ、31…X,Y走査部、32…走査試料
処理部、s…試料。
Claims (1)
- 【請求項1】 カンチレバーの変位検出によって試料の
表面観察を行う走査型プローブ顕微鏡において、カンチ
レバーの変位検出手段の出力に基づいてカンチレバーの
バネ定数を測定する測定手段を備えたことを特徴とする
走査型プローブ顕微鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08247797A JP3713695B2 (ja) | 1997-04-01 | 1997-04-01 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08247797A JP3713695B2 (ja) | 1997-04-01 | 1997-04-01 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10282128A true JPH10282128A (ja) | 1998-10-23 |
JP3713695B2 JP3713695B2 (ja) | 2005-11-09 |
Family
ID=13775605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08247797A Expired - Fee Related JP3713695B2 (ja) | 1997-04-01 | 1997-04-01 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3713695B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2401945A (en) * | 2003-05-21 | 2004-11-24 | Secretary Trade Ind Brit | Atomic force microscope (AFM) cantilever calibration |
WO2004104516A2 (en) * | 2003-05-21 | 2004-12-02 | The Secretary Of State For Trade And Industry | Spring constant calibration device |
WO2006073068A1 (ja) * | 2005-01-06 | 2006-07-13 | National University Corporation Hokkaido University | 表面位置計測方法および表面位置計測装置 |
US8584261B2 (en) | 2011-09-06 | 2013-11-12 | Sii Nanotechnology Inc. | Method of determining a spring constant of a cantilever and scanning probe microscope using the method |
-
1997
- 1997-04-01 JP JP08247797A patent/JP3713695B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2401945A (en) * | 2003-05-21 | 2004-11-24 | Secretary Trade Ind Brit | Atomic force microscope (AFM) cantilever calibration |
WO2004104516A2 (en) * | 2003-05-21 | 2004-12-02 | The Secretary Of State For Trade And Industry | Spring constant calibration device |
WO2004104516A3 (en) * | 2003-05-21 | 2005-09-15 | Secretary Trade Ind Brit | Spring constant calibration device |
GB2401945B (en) * | 2003-05-21 | 2007-01-03 | Secretary Trade Ind Brit | Calibration Device |
WO2006073068A1 (ja) * | 2005-01-06 | 2006-07-13 | National University Corporation Hokkaido University | 表面位置計測方法および表面位置計測装置 |
EP1845361A1 (en) * | 2005-01-06 | 2007-10-17 | National University Corporation Hokkaido University | Surface position measuring method and surface position measuring device |
EP1845361A4 (en) * | 2005-01-06 | 2011-11-30 | Univ Hokkaido Nat Univ Corp | SURFACE POSITION MEASUREMENT METHOD AND DEVICE |
JP4876216B2 (ja) * | 2005-01-06 | 2012-02-15 | 国立大学法人北海道大学 | 表面位置計測方法および表面位置計測装置 |
US8584261B2 (en) | 2011-09-06 | 2013-11-12 | Sii Nanotechnology Inc. | Method of determining a spring constant of a cantilever and scanning probe microscope using the method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3713695B2 (ja) | 2005-11-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7091476B2 (en) | Scanning probe microscope assembly | |
US5994691A (en) | Near-field scanning optical microscope | |
US6242734B1 (en) | Scanning probe microscope assembly and method for making confocal, spectrophotometric, near-field, and scanning probe measurements and associated images | |
EP0574234B1 (en) | Automatic tip approach method and apparatus for scanning probe microscope | |
US5125746A (en) | Surface topography measurement apparatus and method | |
US10119990B2 (en) | Scanning probe microscope and method for examining a surface with a high aspect ratio | |
JPH0774735B2 (ja) | サンプルの表面構造の寸法の測定装置及び方法 | |
US4443106A (en) | Measuring device for measuring the amount of change in thickness of the paint layer | |
US9081028B2 (en) | Scanning probe microscope with improved feature location capabilities | |
JP6135820B2 (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
US7434445B2 (en) | Apparatus for determining cantilever parameters | |
JP3713695B2 (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
WO2010067570A1 (ja) | 走査型プローブ顕微鏡の出力処理方法および走査型プローブ顕微鏡 | |
JPH0743144A (ja) | 3次元表面形状測定装置 | |
JP2001165844A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
JPH07174767A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
JPH04171646A (ja) | 原子間力顕微鏡装置 | |
JPH11326347A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
JPH08320222A (ja) | 変位測定装置 | |
JP3230604B2 (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
JP2006276027A (ja) | 走査プローブ顕微鏡 | |
JPH08285865A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
JP2001289768A (ja) | 試料の物性分布のマッピング方法及びその装置 | |
JPH0886792A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
KR20070031596A (ko) | 스캐닝 탐침 현미경의 탐침 특성 측정장치 및 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040706 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040730 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040922 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050801 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050814 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080902 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090902 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090902 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100902 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110902 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110902 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120902 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120902 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130902 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |