JP2833491B2 - Scanning probe microscope - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は走査型プローブ顕微鏡に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope.
【0002】[0002]
【従来の技術】金属や半導体の試料面上の微細構造を測
定する有力な装置として走査型トンネル顕微鏡(ST
M)がある。また、最近では、そのSTMの技術を応用
して、探針先端と試料との間に働く力量(原子と探針先
端間の引力等)をプローブとして試料表面の微細構造を
観察する走査型プローブ顕微鏡が開発されている。2. Description of the Related Art A scanning tunneling microscope (ST) is a powerful device for measuring a fine structure of a metal or semiconductor on a sample surface.
M). Recently, a scanning probe that uses the STM technology to observe the fine structure of the sample surface using the force acting between the tip of the probe and the sample (eg, the attractive force between the atom and the tip of the probe) as a probe. Microscopes are being developed.
【0003】この走査型プローブ顕微鏡は、探針をもつ
カンチレバーを試料表面に沿って2次元状に走査する
と、そのカンチレバーが試料の表面形状に応じて変位す
る点を利用し、カンチレバーの変位を検出することによ
り試料表面の微細形状を原子レベルで測定する装置であ
る。In this scanning probe microscope, when a cantilever having a probe is two-dimensionally scanned along the surface of a sample, the cantilever is displaced according to the surface shape of the sample to detect the displacement of the cantilever. This is an apparatus that measures the fine shape of the sample surface at the atomic level.
【0004】また、この種の走査型プローブ顕微鏡にお
いては、図5に示すように、レーザダイオードLDの出力
光をレンズLe,ビームスプリッタBSを介してカンチレバ
ーCLに照射し、その反射光をフォトダイオードPDで受光
するといった構成の測定光学部を、試料Sの上方に配置
してカンチレバーCLの変位を検出する構造のものがあ
る。In this type of scanning probe microscope, as shown in FIG. 5, the output light of a laser diode LD is applied to a cantilever CL via a lens Le and a beam splitter BS, and the reflected light is applied to a photodiode. There is a structure in which a measurement optical unit configured to receive light with a PD is disposed above a sample S and detects displacement of the cantilever CL.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の走査
型プローブ顕微鏡によれば、図6に示すように、カンチ
レバーCLの変位検出用の光学系が配置された測定光学部
101を、試料Sが置かれるスキャナ(チューブピエ
ゾ)121の上方に固定配置して測定を行う構造となっ
ていることから、試料Sの交換の際には測定光学部10
1を装置から取り外す必要があり、このため試料の交換
作業が煩雑となっていた。According to the conventional scanning probe microscope, as shown in FIG. 6, the measurement optical unit 101 provided with the optical system for detecting the displacement of the cantilever CL is used for the sample S. Since the structure is such that measurement is performed by being fixedly arranged above the scanner (tube piezo) 121 to be placed, the measurement optical unit 10
1 had to be removed from the apparatus, and the work of exchanging the sample was complicated.
【0006】本発明はそのような点を解消すべくなされ
たもので、試料の交換作業が簡単な走査型プローブ顕微
鏡の提供を目的とする。The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a scanning probe microscope in which a sample can be easily exchanged.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、実施例に対応す
る図1〜図4に示すように、測定光学部1が、スキャナ
21に対し所定の位置関係で固定されるベース12とこ
のベース12上に配置される測定部11によって構成さ
れ、その測定部11のフレーム11aは、前面の開口部
から後部側に向けて延びる空洞Cが形成された構造で、
その空洞Cの内部にカンチレバー3が配置され、かつ、
このカンチレバー3の変位を検出するための光学系がフ
レーム11aに配置されているとともに、測定光学部1
には、測定部11をベース12に対し前後方向に移動し
てカンチレバー3をスキャナ21の上方の測定位置また
はそのスキャナ21の上方領域とは干渉しない位置のい
ずれか一方の位置に選択的に配置するための移動機構
(例えばリンク機構)と、測定部11を上記測定位置に
配置したときに、当該測定部1をベース12に対して固
定するための固定機構(固定レバー6及び溝11c)が
設けられていることによって特徴づけられる。In order to achieve the above object, a scanning probe microscope according to the present invention comprises a measuring optical unit 1 provided to a scanner 21 as shown in FIGS. On the other hand, it is constituted by a base 12 fixed in a predetermined positional relationship and a measuring unit 11 arranged on the base 12, and a frame 11a of the measuring unit 11 has a cavity C extending from the opening on the front surface toward the rear. With the formed structure,
The cantilever 3 is arranged inside the cavity C, and
An optical system for detecting the displacement of the cantilever 3 is arranged on the frame 11a, and the measuring optical unit 1
The cantilever 3 is selectively disposed at one of a measurement position above the scanner 21 and a position not interfering with the region above the scanner 21 by moving the measurement unit 11 in the front-rear direction with respect to the base 12. And a fixing mechanism (fixing lever 6 and groove 11c) for fixing the measuring unit 1 to the base 12 when the measuring unit 11 is arranged at the measurement position. It is characterized by being provided.
【0008】[0008]
【作用】測定部11をベース12に対して前後方向に移
動させるだけで、スキャナ21に置かれた試料Sの上方
領域に交換作業を行うための空間Aを確保できる。従っ
て試料交換の際に測定光学部1を装置から取り外す必要
がなくなる。By simply moving the measuring section 11 in the front-rear direction with respect to the base 12, a space A for performing an exchange operation can be secured above the sample S placed on the scanner 21. Therefore, it is not necessary to remove the measuring optical unit 1 from the apparatus when exchanging the sample.
【0009】また、測定部11を測定位置に配置したと
きには、固定機構によって測定部11をベース12に固
定できるので、測定光学部1を測定部11とベース12
の二つのユニットで構成しても、測定に悪影響が及ぶこ
とはない。When the measuring section 11 is arranged at the measuring position, the measuring section 11 can be fixed to the base 12 by a fixing mechanism.
Even with the two units, there is no adverse effect on the measurement.
【0010】[0010]
【実施例】本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説
明する。図1は本発明実施例の構造を模式的に示す図
で、(a) 及び(b) はそれぞれ測定時及び試料交換時の状
態を示す。また、図2は本発明実施例の測定光学部1の
外観斜視図である。なお、図2(a) はカンチレバー交換
時の状態を示し、また同図(b) は試料交換時の状態を示
す。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of the embodiment of the present invention, wherein (a) and (b) show the state at the time of measurement and at the time of sample replacement, respectively. FIG. 2 is an external perspective view of the measuring optical unit 1 according to the embodiment of the present invention. FIG. 2A shows a state when the cantilever is replaced, and FIG. 2B shows a state when the sample is replaced.
【0011】さらに、図3はその測定光学部1の要部構
造を示す図で、(a) は正面部分断面図、(b) はその(a)
のX−X矢視断面図である。まず、この実施例の顕微鏡
は測定光学部1と試料Sの走査を行う走査機構部2によ
って構成されている。Further, FIG. 3 is a view showing the structure of a main part of the measuring optical unit 1, in which (a) is a partial front sectional view, and (b) is (a).
It is sectional drawing in the XX arrow of No .. First, the microscope of this embodiment includes a measuring optical unit 1 and a scanning mechanism unit 2 for scanning the sample S.
【0012】走査機構部2は、試料Sが置かれるスキャ
ナ(チューブピエゾ)21及び支持台22を備えた構造
で、その支持台22の上方に測定光学部1が配置され
る。また、支持台22にはスキャナ21の周辺の複数部
位(3か所)に調節ねじ23・・23が配設されており、
この各調節ねじ23の操作により、スキャナ21上の試
料Sに対する測定光学部1の高さ位置を粗調節すること
ができる。なお、測定光学部1は支持台22に対して、
例えばねじと引張ばねまたはプランジャ等(図示せず)
を利用した機構によって固定される。The scanning mechanism 2 has a scanner (tube piezo) 21 on which the sample S is placed and a support 22. The measurement optical unit 1 is disposed above the support 22. Adjustment screws 23 are provided on the support base 22 at a plurality of locations (three places) around the scanner 21.
By operating the adjusting screws 23, the height position of the measuring optical unit 1 with respect to the sample S on the scanner 21 can be roughly adjusted. Note that the measuring optical unit 1 is
For example, screws and tension springs or plungers (not shown)
It is fixed by a mechanism using.
【0013】さて、測定光学部1は、測定部11とベー
ス12の二つのユニットで構成されている。その測定部
11のフレーム11aには、前面側が開放された空洞C
が設けられており、その空洞Cの奥方にカンチレバー3
がホルダ4を利用して装着される。また、フレーム11
aには、図示しないが、カンチレバー3の変位を検出す
るための光学系(先の図5または図6を参照)が組み込
まれている。また、ベース12の中央部にはU字形の切
欠き12aが設けられており、この切欠き12aを通じ
てスキャナ21の上端部が空洞Cの内部に臨む。The measuring optical unit 1 is composed of two units, a measuring unit 11 and a base 12. In the frame 11a of the measuring section 11, a cavity C having an open front side is provided.
Is provided, and a cantilever 3 is provided at the back of the cavity C.
Are mounted using the holder 4. Also, the frame 11
Although not shown, an optical system (see FIG. 5 or FIG. 6) for detecting the displacement of the cantilever 3 is incorporated in a. A U-shaped notch 12a is provided at the center of the base 12, and the upper end of the scanner 21 faces the inside of the cavity C through the notch 12a.
【0014】フレーム11aの左右の側壁下部には、そ
れぞれ、側壁に対して所定の間隔を隔てて延びる内部壁
11bが一体に形成されており、その左右の内部壁11
bには、それぞれ前後の2か所にリンク5・・5がピン5
aによって連結されている。また、各リンク5の他端は
ベース12にピン5bを介して回動自在に支承されてお
り、これらの部材により構成される4節リンク機構によ
って、測定部11の全体がベース12に対して前後方向
に移動可能となっている。Inner walls 11b are formed integrally with the lower portions of the left and right side walls of the frame 11a so as to extend at a predetermined distance from the side walls, respectively.
b, there are two links 5.
a. The other end of each link 5 is rotatably supported by a base 12 via a pin 5b, and the entire measurement unit 11 is moved relative to the base 12 by a four-bar linkage constituted by these members. It can be moved in the front-back direction.
【0015】そして、測定部11を、ベース12の前部
側の位置に配置した状態で、カンチレバー3がスキャナ
21に置かれた試料Sの上方に位置して測定可能な状態
となり、また、試料Sを交換する際には、測定部11を
後方へと移動させる、といった簡単な作業により、試料
Sの上方領域に、交換作業のための空間Aを確保するこ
とができる。In a state where the measuring section 11 is arranged at a position on the front side of the base 12, the cantilever 3 is positioned above the sample S placed on the scanner 21 to be in a measurable state. When exchanging S, a space A for the exchanging operation can be secured in the upper region of the sample S by a simple operation such as moving the measurement unit 11 backward.
【0016】ここで、測定部11を測定位置に配置した
ときには、測定部11をベース12に固定する必要があ
り、その手段として本発明実施例では、図4に示す固定
レバー6を設けている。この固定レバー6は、ベース1
2に設けられた支点12bに回動自在に支承されてお
り、その力点側を操作することにより、荷重点側の先端
6aが、測定部11の内部壁11bに設けた溝11cに
嵌り込む。この溝11cはベース12の後方側に向かう
につれて上方へと傾く形状に加工されており、従って固
定レバー6の力点側をベース12の前方側への向きに回
すと、固定レバー6の先端6aが溝11cの下側の面を
下方へと押圧し、これにより測定部11がベース12に
強固に固定される。Here, when the measuring section 11 is arranged at the measuring position, it is necessary to fix the measuring section 11 to the base 12, and in the embodiment of the present invention, a fixing lever 6 shown in FIG. 4 is provided. . The fixed lever 6 is attached to the base 1
2 is rotatably supported by a fulcrum 12b provided on the second member 2. By operating the fulcrum side, the tip 6a on the load point side fits into a groove 11c provided on the inner wall 11b of the measuring section 11. The groove 11c is formed so as to be inclined upward toward the rear side of the base 12, so that when the force point side of the fixed lever 6 is turned toward the front side of the base 12, the tip 6a of the fixed lever 6 is turned. The lower surface of the groove 11c is pressed downward, whereby the measuring unit 11 is firmly fixed to the base 12.
【0017】なお、以上の実施例では、測定部11の移
動機構としてリンク機構を採用しているが、これに限ら
れることなく、例えば測定部11をベース12上に沿っ
て移動させるスライド機構などの他の公知の機構であっ
てもよい。また、固定機構としては固定レバーに代え
て、例えばプランジャ又はピンを利用した他の公知の固
定手段を採用してもよい。In the above embodiment, a link mechanism is employed as a moving mechanism of the measuring section 11. However, the present invention is not limited to this. For example, a slide mechanism for moving the measuring section 11 along the base 12 may be used. Other known mechanisms may be used. As the fixing mechanism, other known fixing means using, for example, a plunger or a pin may be employed instead of the fixing lever.
【0018】[0018]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の走査型プ
ローブ顕微鏡によれば、試料上方に配置される測定光学
部を、測定部とベースの二つのユニットで構成し、その
測定部をベースに対して前後方向に移動する機構(リン
ク機構等)を設けたので、試料交換の際には、測定部を
移動させるだけで試料の上方に広い空間を確保でき、そ
の結果、試料交換の作業性が大幅に向上する。As described above, according to the scanning probe microscope of the present invention, the measuring optical unit arranged above the sample is constituted by two units, the measuring unit and the base, and the measuring unit is used as the base. A mechanism (link mechanism, etc.) that moves in the front-rear direction with respect to the sample can be secured, so that when exchanging samples, a large space can be secured above the sample simply by moving the measurement unit. The performance is greatly improved.
【図1】本発明実施例の構造を模式的に示す図FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of an embodiment of the present invention.
【図2】本発明実施例の測定光学部1の構造を示す外観
斜視図FIG. 2 is an external perspective view showing the structure of a measuring optical unit 1 according to the embodiment of the present invention.
【図3】その測定光学部1の要部構造を示す縦断面図FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a structure of a main part of the measuring optical unit 1.
【図4】本発明実施例の固定レバー6の構造を示す部分
斜視図FIG. 4 is a partial perspective view showing the structure of a fixed lever 6 according to the embodiment of the present invention.
【図5】走査型プローブ顕微鏡の測定光学部の構成例を
示す図FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a measurement optical unit of the scanning probe microscope.
【図6】測定光学部を試料上方に配置した走査型プロー
ブ顕微鏡の従来の構造例を示す図FIG. 6 is a diagram showing an example of a conventional structure of a scanning probe microscope in which a measurement optical unit is arranged above a sample.
1 測定光学部 11 測定部 11a フレーム 11b 内部壁 11c 溝 12 ベース 12b 支点 2 走査部 21 スキャナ 22 支持台 3 カンチレバー 4 ホルダ 5・・5 リンク 5a・・5a,5b・・5b ピン 6 固定レバー 6a 固定レバーの先端 Reference Signs List 1 measurement optical unit 11 measurement unit 11a frame 11b inner wall 11c groove 12 base 12b fulcrum 2 scanning unit 21 scanner 22 support base 3 cantilever 4 holder 5.5 link 5a 5a 5b 5b pin 6 fixed lever 6a fixed Lever tip
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 37/00 G01B 21/30 G01B 7/34 G01B 11/30 H01J 37/28──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G01N 37/00 G01B 21/30 G01B 7/34 G01B 11/30 H01J 37/28
Claims (1)
あって、探針をもつカンチレバーと、試料を上記探針に
対して2次元の方向に走査するスキャナを有し、このス
キャナの上方に測定光学部が配置される走査型プローブ
顕微鏡において、上記測定光学部は、上記スキャナに対
し所定の位置関係で固定されるベースとこのベース上に
配置される測定部によって構成され、その測定部のフレ
ームは前面の開口部から後部側に向けて延びる空洞が形
成された構造で、その空洞内部に上記カンチレバーが配
置され、かつ、このカンチレバーの変位を検出するため
の光学系が当該フレームに配置されているとともに、上
記測定光学部には、上記測定部を上記ベースに対し前後
方向に移動して上記カンチレバーを上記スキャナの上方
の測定位置またはそのスキャナの上方領域とは干渉しな
い位置のいずれか一方の位置に選択的に配置するための
移動機構と、上記測定部を上記測定位置に配置したとき
に、当該測定部を上記ベースに対して固定するための固
定機構が設けられていることを特徴とする走査型プロー
ブ顕微鏡。1. A microscope for measuring a fine structure on a sample surface, comprising: a cantilever having a probe; and a scanner for scanning the sample in a two-dimensional direction with respect to the probe. In a scanning probe microscope in which a measuring optical unit is arranged, the measuring optical unit is constituted by a base fixed in a predetermined positional relationship to the scanner and a measuring unit arranged on the base, and the measuring unit The frame has a structure in which a cavity extending from the front opening to the rear side is formed, and the cantilever is arranged inside the cavity, and an optical system for detecting displacement of the cantilever is arranged in the frame. In addition, the measuring optical unit moves the measuring unit in the front-rear direction with respect to the base, and moves the cantilever to a measuring position above the scanner or the measuring position. A moving mechanism for selectively arranging the measurement unit at one of the positions not interfering with the upper region of the scanner, and when the measurement unit is arranged at the measurement position, the measurement unit is moved relative to the base. A scanning probe microscope having a fixing mechanism for fixing.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23729294A JP2833491B2 (en) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Scanning probe microscope |
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JP23729294A JP2833491B2 (en) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Scanning probe microscope |
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JPH08101219A JPH08101219A (en) | 1996-04-16 |
JP2833491B2 true JP2833491B2 (en) | 1998-12-09 |
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ID=17013216
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JP23729294A Expired - Lifetime JP2833491B2 (en) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Scanning probe microscope |
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- 1994-09-30 JP JP23729294A patent/JP2833491B2/en not_active Expired - Lifetime
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