扫描型探针显微镜制造技术

提供一种扫描型探针显微镜，其具备：测定光照射部(171)，其向设置于悬臂(15)的可动端的反射面照射光；光检测部(174)，其具有比从反射面反射的反射光的入射区域大的受光面，通过该受光面被分割成了多个区域的受光面来检测该反射光；挠曲量计算部(42)，其基于向多个区域入射的光量的比例来求出悬臂(15)的挠曲量；判定部(42)，其判定悬臂(15)的挠曲的针对悬臂(15)的基端与试样(10)之间的距离的变化量是否为阈值Kth以上；以及受光面移动部(18)，其在变化量比阈值Kth小的情况下，使受光面移动使得抵消变化量。

Scanning probe microscope

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】扫描型探针显微镜
本专利技术涉及一种通过用探针对试样表面进行扫描来获得该试样表面的信息的扫描型探针显微镜(SPM：ScanningProbeMicroscope)。
技术介绍
扫描型探针显微镜将微小的探针(Probe)的前端接近试样表面，一边用该探针对试样表面进行扫描一边检测该探针与试样的力学/电磁的相互作用。由此获取到的数据被扫描型探针显微镜用的数据处理装置取入，以供试样表面的形状、物理属性的解析。图1示出扫描型探针显微镜的主要部分结构。扫描型探针显微镜包括测定部101和控制处理部102。测定部101基于来自控制处理部102的控制信号进行动作，用测定部101获取到的测定数据依次被发送到控制处理部102以供分析。关于测定部101，作为测定对象的试样110被载置在设置于扫描器112的上方的试样台111上。扫描器112包括：XY扫描器1121，其使试样台111沿着在水平面内彼此正交的X轴、Y轴这两个方向移动；以及Z扫描器1122，其使试样台111沿着与X轴及Y轴正交的Z轴方向(铅垂方向)移动。XY扫描器1121和Z扫描器1122分别由基于来自控制处理部102的控制信号进行动作的压电元件(未图示)驱动。前端(可动端)具有探针116且具有挠性的悬臂115的基端被固定在扫描器112的上方。为了检测悬臂115的挠曲，在悬臂115的可动端的探针116的背面形成有反射面，另外在其上方设置有包括激光光源1171、半透半反镜1172、反射镜1173以及光检测器1174的光学位移检测部117。在光学位移检测部117中，用半透半反镜1172使从激光光源1171射出的激光向大致垂直下方反射，来照射到悬臂115的反射面。在该反射面上反射的光经由反射镜1173入射到光检测器1174。光检测器1174是具有例如被分割为四份的受光面的四分割光检测器。当悬臂115挠曲时，所述反射面的角度发生变化，向四个分割受光面入射的光量的比例发生变化。来自光检测器1174的输出信号被发送到控制处理部102。控制处理部102对与光检测器1174的多个分割受光面上的受光光量的比例相应的检测信号进行运算处理，来计算悬臂115的挠曲量(即，前端部的位移量)。作为扫描型探针显微镜的测定模式之一，存在一种接触模式。在该测定模式下，例如利用扫描器112使试样台111上升，一边使试样110表面靠近探针116一边测定悬臂115的挠曲量，由此获取表示试样110表面与悬臂115的基端之间的距离同悬臂115的挠曲量的关系的接近线，另外，一边使试样110表面远离探针116一边测定悬臂115的挠曲量，由此同样地获取释放线(例如专利文献1)。接近线与释放线的组合被称为力曲线。另外，在扫描型探针显微镜的其它测定模式中存在一种动态模式。在动态模式下，例如一边使悬臂115以规定的频率振动一边以使探针接近试样110表面的状态对该表面进行扫描，由此测定悬臂115的由与试样110的相互作用引起的振动频率的变化(例如专利文献2)。专利文献1：日本特开2005-283433号公报专利文献2：日本特开2011-33482号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题如在专利文献2中记载的那样，在使用了扫描型探针显微镜的试样110的测定中，除了在探针与试样之间的距离接近几nm左右的状态下发挥作用的力学/电磁的相互作用(短距离力)以外，也存在对悬臂115的动作造成影响的因素。作为这样的因素，例如能够列举测定环境的温度变化、因向悬臂115的反射面照射激光而产生的发热、在探针与试样之间的距离间距为几μm左右的状态下发挥作用的静电力(长距离力)。在专利文献2中记载了以下内容：在动态模式下，通过每当悬臂115的振动频率的变化超过预先决定的阈值时对该阈值加上偏移量(频率)，来排除这些因素的影响。但是，在接触模式下，当由于上述因素导致悬臂115的挠曲量变化时，在光检测器1174的受光面上从悬臂115的反射面反射的反射光的受光位置变化。如果该变化持续，则例如成为以下状态：在初始状态下如图2的(a)所示那样入射到受光面的中央的反射光如图2的(b)所示那样仅入射到1个分割受光面。如上所述，该光检测器1174通过对与多个分割受光面上的受光光量的比例相应的检测信号进行运算处理来计算悬臂115的挠曲量，因此存在以下问题：如果反射光仅入射到1个分割受光面，则无法求出悬臂115的挠曲量。本专利技术要解决的问题在于提供如下一种扫描型探针显微镜：即使在试样的测定中由于测定环境的温度变化等不期望的因素导致悬臂发生挠曲的情况下，也能够准确地测定探针与试样的力学/电磁的相互作用(短距离力)。用于解决问题的方案为了解决上述问题而完成的本专利技术是一种扫描型探针显微镜，使用具有挠性且两端为基端和可动端的悬臂来通过设置于该可动端的探针对试样表面进行扫描，该扫描型探针显微镜具备：a)测定光照射部，其向设置于所述可动端的反射面照射光；b)光检测部，其通过比从所述反射面反射的反射光的入射区域大且被分割成多个区域的受光面来检测该反射光；c)挠曲量计算部，其基于向所述多个区域入射的光量的比例来求出所述悬臂的挠曲量；d)判定部，其判定所述悬臂的挠曲的针对所述悬臂的基端与所述试样之间的距离的变化量是否为预先决定的阈值以上；以及e)入射位置移动部，其在所述变化量比所述阈值小的情况下，使所述反射光的向所述受光面入射的入射位置移动使得抵消该变化量。所述入射位置移动部例如是使所述受光面的位置移动的受光面移动部或者使配置在所述反射面与所述受光面之间的光学元件的位置移动的光学元件移动部。扫描型探针显微镜测定设置于悬臂的可动端的探针与试样的力学/电磁的相互作用(短距离力)。这种短距离力是在悬臂的基端与试样表面的距离远的期间不起作用、当该距离接近到几nm左右时急剧地发挥作用的力，另外，使悬臂的挠曲的针对悬臂的基端与试样表面之间的距离的变化量大。另一方面，由测定环境的温度变化、因向悬臂的反射面照射激光而产生的发热之类的因素引起的挠曲的变化量同悬臂的基端与试样之间的距离无关。另外，由在试样与悬臂之间起作用的静电力等(长距离力)引起的挠曲的针对悬臂的基端与试样之间的距离的变化量比由短距离力引起的挠曲的针对悬臂的基端与试样之间的距离的变化量小。因而，事先以仅使基于短距离力的挠曲的变化量有效的方式决定所述阈值，在悬臂的挠曲的变化量比该阈值小的情况下使受光面移动使得抵消该变化量，由此能够排除由不期望的因素引起的悬臂的挠曲的变化量，从而能够准确地测定悬臂的探针与试样的力学/电磁的相互作用(短距离力)。本专利技术所涉及的扫描型探针显微镜例如能够构成为：所述挠曲量计算部按第一周期求出所述悬臂的挠曲量，所述判定部按第二周期判定所述悬臂的挠曲的针对所述悬臂与所述试样之间的距离的变化量是否为预先决定的阈值以上，其中，所述第二周期比所述第一周期长。专利技术的效果通过使用本专利技术所涉及的扫描型探针显微镜，即使在试样的测定中由于测定环境的温度变化等不期望的因素导致悬臂发生挠曲的情况下，也能够准确地测定探针与试样的力学/电磁的相互作用(短距离力)。附图说明图1是以往的扫描型探针显微镜的主要部分结构图。图2是说明从悬臂的反射面向光检测器的受光面入射的光的入射位置的图。图3是本专利技术所涉及的扫描型探针显微镜的一个实施例的主要部分结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扫描型探针显微镜，使用具有挠性且两端为基端和可动端的悬臂来通过设置于该可动端的探针对试样表面进行扫描，该扫描型探针显微镜的特征在于，具备：a)测定光照射部，其向设置于所述可动端的反射面照射光；b)光检测部，其通过比从所述反射面反射的反射光的入射区域大且被分割成多个区域的受光面来检测该反射光；c)挠曲量计算部，其基于向所述多个区域入射的光量的比例来求出所述悬臂的挠曲量；d)判定部，其判定所述悬臂的挠曲的针对所述悬臂的基端与所述试样之间的距离的变化量是否为预先决定的阈值以上；以及e)入射位置移动部，其在所述变化量比所述阈值小的情况下，使所述反射光的向所述受光面入射的入射位置移动使得抵消该变化量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.22 JP 2017-0314471.一种扫描型探针显微镜，使用具有挠性且两端为基端和可动端的悬臂来通过设置于该可动端的探针对试样表面进行扫描，该扫描型探针显微镜的特征在于，具备：a)测定光照射部，其向设置于所述可动端的反射面照射光；b)光检测部，其通过比从所述反射面反射的反射光的入射区域大且被分割成多个区域的受光面来检测该反射光；c)挠曲量计算部，其基于向所述多个区域入射的光量的比例来求出所述悬臂的挠曲量；d)判定部，其判定所述悬臂的挠曲的针对所述悬臂的基端...

【专利技术属性】
技术研发人员：大田昌弘，
申请(专利权)人：株式会社岛津制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP