原子間力顕微鏡
【課題】剛性のない被測定物の形状を高精度に測定できる原子間力顕微鏡を提供する。
【解決手段】原子間力顕微鏡１００は、先端に探針１４２を有するカンチレバー１３０と、カンチレバー１３０を支持する支持部１１０と、カンチレバー１３０に振動を与える振動発生部１２０とを備えている。カンチレバー１３０は、基端側に位置する基端側部１３２と、探針側に位置する探針側部１３６とを有している。探針側部１３６は基端側部１３２から屈折して延びている。基端側部１３２と探針側部１３６は、一方が他方に対して整数倍の固有振動数を有している。
【解決手段】原子間力顕微鏡１００は、先端に探針１４２を有するカンチレバー１３０と、カンチレバー１３０を支持する支持部１１０と、カンチレバー１３０に振動を与える振動発生部１２０とを備えている。カンチレバー１３０は、基端側に位置する基端側部１３２と、探針側に位置する探針側部１３６とを有している。探針側部１３６は基端側部１３２から屈折して延びている。基端側部１３２と探針側部１３６は、一方が他方に対して整数倍の固有振動数を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子間力顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
探針と被測定物に一方向の相対的な振動を与えて測定する原子間力顕微鏡が知られている。このような原子間力顕微鏡では、感知される接触圧力（探針と被測定物の間に作用する力）が被測定物の表面の傾斜角度に依存する。たとえば、探針と被測定物が縦方向に相対的に振動している場合、被測定物の表面が平らに近い部分すなわち表面に立てた法線が縦方向に対してなす角度が小さい部分では、接触圧力は縦方向成分が大きく横方向成分が小さいので、感知される接触圧力は探針と被測定物の間に働く実際の接触圧力に近いが、被測定物の表面が急な部分すなわち表面に立てた法線が縦方向に対してなす角度が大きい部分では、接触圧力は縦方向成分が小さく横方向成分が大きいので、感知される接触圧力は探針と被測定物の間に働く実際の接触圧力よりもはるかに小さい。このため、急な表面部分をもつ被測定物を高精度に測定することは難しい。
【０００３】
特開平７−１３４０２３号公報は、被測定物を載せているステージを縦方向と横方向を振動させて、探針と被測定物の間に円運動を発生させる原子間力顕微鏡を開示している。この原子間力顕微鏡では、感知される接触圧力は被測定物の表面の傾斜角度に依存しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１３４０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の原子間力顕徴鏡は、被測定物を載せているステージを縦方向と横方向を振動させているため、細胞などの剛性のない被測定物は振動によって各部が容易に移動してしまうので、剛性のない被測定物を測定することは難しい。また、真直度などのステージの精度の低下を引き起こしてしまう。
【０００６】
本発明は、剛性のない被測定物の形状を高精度に測定できる原子間力顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による原子間力顕微鏡は、先端に探針を有するカンチレバーと、前記カンチレバーを支持する支持部と、前記カンチレバーに振動を与える振動発生部と、前記カンチレバーの変位を検出する変位検出系とを備えている。前記カンチレバーは、基端側に位置する基端側部と、前記基端側部から屈折して延びている探針側に位置する探針側部とを有している。前記基端側部と前記探針側部は、一方が他方に対して整数倍の固有振動数を有している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、剛性のない被測定物の形状を高精度に測定できる原子間力顕微鏡が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による原子間力顕微鏡の全体構成を示している。
【図２】図１に示されるカンチレバーとその周辺部材を探針側から見た平面図である。
【図３】本発明の第２実施形態による原子間力顕微鏡の全体構成を示している。
【図４】図３に示されるカンチレバーの先端部周辺を拡大して示している。
【図５】図３に示されるカンチレバーとその周辺部材を図３の右側から見た正面図である。
【図６】図３に示されるカンチレバーとその周辺部材を探針側から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
＜第一実施形態＞
図１に示すように、原子間力顕微鏡１００は、先端に探針１４２を有するカンチレバー１３０と、カンチレバー１３０を支持する支持部１１０と、カンチレバー１３０に振動を与える振動発生部１２０とを備えている。
【００１２】
カンチレバー１３０は、平板状で、基端と先端の間に屈折部１３４を有し、そこでほぼ直角に折り曲がっている。この屈折部１３４よりも基端側の部分を基端側部１３２とし、屈折部１３４よりも探針側の部分を探針側部１３６とする。言い換えれば、カンチレバー１３０は、基端側に位置する基端側部１３２と、探針側に位置する探針側部１３６とを有し、探針側部１３６は基端側部１３２から直角に屈折して延びている。基端側部１３２と探針側部１３６は、一方が他方に対して整数倍の固有振動数を有している。たとえば、基端側部１３２と探針側部１３６は等しい固有振動数を有している。たとえば、探針側部１３６は基端側部１３２に比べて幅が狭く長さが長く構成されている。
【００１３】
カンチレバー１３０は、図２から分かるように、等角台形形状の基部１３８と、基部１３８の短い側の底の中央から突出している長方形形状の突出部１４０とを有している。
基部１３８は、基端側部１３２と探針側部１３６、および屈折部１３４を含み、仮に屈折部１３４を平らに拡げた状態で、平面視すると、等角台形形状となっている。ここで等角台形とは、底の両側の角が等しい台形を言う。つまり等角台形は、一組の対辺が平行であり、別の一組の対辺の長さが等しく、対角の和が１８０度である四辺形である。等角台形はたとえば、ニ等辺三角形の頂角を底辺に平行な直線で切り落とした形状である。なお等角台形は長方形を含み得る。
そして、突出部１４０の先端に四角錐状の探針１４２が取り付けられている。
【００１４】
図１に示すように、振動発生部１２０は支持部１１０に固定され、カンチレバー１３０は基端側部１３２が振動発生部１２０に固定されている。
カンチレバー１３０の基部１３８が、ニ等辺三角形の頂角を底辺に平行な直線で切り落とした形状である等角台形形状の場合には、振動発生部１２０へ固定される部分の幅が探針側部１３６より広くなり、カンチレバー１３０のねじれが少なくなる。
【００１５】
カンチレバー１３０は、探針１４２の近くに、たとえば探針１４２の反対側に、反射部１４４を有している。反射部１４４は、複数たとえば２つの反射面１４６，１４８を有している。２つの反射面１４６，１４８はたとえば直交している。反射面１４６は基端側部１３２を向いており、反射面１４８はその反対側を向いている。
【００１６】
原子間力顕微鏡１００はまた、探針１４２の変位を検出する光テコ方式の変位検出系として、反射面１４６，１４８に照射される光をそれぞれ射出する複数たとえば２つの光源１７２，１８２と、反射面１４６，１４８からの反射光をそれぞれ感知する複数たとえば２つの光センサ１７４，１８４とを有している。光源１７２，１８２から射出された光はそれぞれ反射面１４６，１４８に直接照射される。
【００１７】
光源１７２，１８２はたとえば半導体レーザーで構成される。光源１７２，１８２が照射する光の波長はたとえばそれぞれ異なっている。しかしそれらは同じであってもよい。
【００１８】
光センサ１７４，１８４は、光ビームの入射位置の変化すなわちビームスポットの移動を反映した信号を出力する。光センサ１７４，１８４は、たとえば２分割フォトダイオードで構成される。この場合、光ビームの入射位置の変化を反映した信号は、２つの受光部の出力の差信号で得られる。光センサ１７４，１８４はまた、位置検出素子（ＰＳＤ）で構成されてもよい。
【００１９】
支持部１１０と光源１７２，１８２と光センサ１７４，１８４はヘッド１０２に保持されている。
【００２０】
被測定物Ｓは、ＸＹＺステージ１０４に載置され、探針１４２の下方に配置される。ＸＹＺステージ１０４は、探針１４２と被測定物Ｓを互いに近づけたり遠ざけたりするために探針１４２と被測定物Ｓを相対的にＺ軸に沿って移動させるＺ走査機能と、Ｚ軸に直交するＸ軸に沿って探針１４２と被測定物Ｓを相対的に移動させるＸ走査機能と、Ｚ軸とＸ軸に直交するＹ軸に沿って探針１４２と被測定物Ｓを相対的に移動させるＹ走査機能とを有している。Ｘ走査機能とＹ走査機能とＺ走査機能は、適宜、ヘッド１０２の側に分散されてもよい。つまり、被測定物Ｓを移動させる代わりにヘッド１０２を移動させる構成としてもよい。
【００２１】
原子間力顕微鏡１００はまた、装置全体を制御するコントローラ１０６を有している。コントローラ１０６は、振動発生部１２０、光源１７２，１８２の駆動、光センサ１７４，１８４と共働したＸＹＺステージ１０４の制御、被測定物Ｓの測定画像の構築、構築画像の表示や保存、保存画像の読み出しなどをおこなう。
【００２２】
このような構成の原子間力顕微鏡１００において、振動発生部１２０はカンチレバー１３０を振動させる。カンチレバー１３０の基端側部１３２と探針側部１３６は互いにほぼ直交する方向に振動する。基端側部１３２探針側部１３６は、一方が他方に対して整数倍の固有振動数を有しているため、ほぼ等しい角振動数で振動する。その結果、探針１４２が擬似的な円運動をおこなう。
【００２３】
図１において、光源１７２から射出された光ビームは、反射部１４４の反射面１４６で反射され、光センサ１７４に入射する。また、光源１８２から射出された光ビームは、反射部１４４の反射面１４８で反射され、光センサ１８４に入射する。探針１４２が被測定物Ｓから受ける力に応じてカンチレバー１３０の先端が変位し、これに応じて反射部１４４の反射面１４６，１４８の向きが変化する。その結果、光センサ１７４，１８４へ入射する光ビームの位置が変化する。光センサ１７４，１８４は、この光ビームの入射位置の変化を反映した信号を出力する。
【００２４】
コントローラ１０６は、ＸＹＺステージ１０４を制御して、探針１４２と被測定物ＳをＸ軸とＹ軸に沿って相対的に移動させるＸＹ走査をおこないながら光センサ１７４，１８４の出力信号を一定に保つように探針１４２と被測定物ＳをＺ軸に沿って相対的に移動させるＺ走査をおこない（Ｚサーボをかけ）、ＸＹＺステージ１０４の制御情報から被測定物Ｓの測定画像を構築する。
【００２５】
本実施形態の原子間力顕微鏡１００では、探針１４２が円運動をおこなうので、変位検出系によって感知される接触圧力すなわち探針１４２と被測定物Ｓの間に作用する力は被測定物の表面の傾斜角度に依存しない。このため、ＸＹ走査のあいだ探針１４２と被測定物Ｓの間の距離が被測定物の表面の傾斜角度によらずに一定に保たれる。また、探針１４２の円運動のためにカンチレバー１３０自体が振動されるので、被測定物Ｓを載せいているＸＹＺステージ１０４の精度の低下や被測定物Ｓの各部の移動が起こらない。このため、剛性のない被測定物Ｓの形状測定を高精度におこなうことができる。
【００２６】
＜第二実施形態＞
図３に示すように、原子間力顕微鏡２００は、カンチレバー２３０と、カンチレバー２３０を支持する支持部２１０と、カンチレバー２３０に振動を与える振動発生部２２０とを備えている。
【００２７】
カンチレバー２３０は、平板状で、基端と先端の間に屈折部２３４を有し、そこで鋭角に折り曲がっている。この屈折部２３４よりも基端側の部分を基端側部２３２とし、屈折部２３４よりも探針側の部分を探針側部２３６とする。言い換えれば、カンチレバー２３０は、基端側に位置する基端側部２３２と、探針側に位置する探針側部２３６とを有し、探針側部２３６は基端側部２３２から鋭角に屈折して延びている。基端側部２３２と探針側部２３６は、一方が他方に対して整数倍の固有振動数を有している。たとえば、基端側部２３２と探針側部２３６は等しい固有振動数を有している。たとえば、探針側部２３６は基端側部２３２に比べて幅が狭く長さが長く構成されている。
【００２８】
カンチレバー２３０は、図５と図６から分かるように、平面視で、つまり平らに拡げた状態で、二等辺三角形形状をしており、その先端が探針２４２と機能する。つまり、カンチレバー２３０は先端に探針２４２を有し、探針２４２は探針側部２３６に平行に延びている。
なお、カンチレバー２３０は、等角台形形状でもよく、その場合には、探針側部２３６の側の底の中央部に、探針側部２３６と平行に、カンチレバー２３０の先端側に向けられた探針が設けられる。突出部が設けられてさらにその先端に探針が配置されてもよい。
【００２９】
図３に示すように、振動発生部２２０は支持部２１０に固定され、カンチレバー２３０は基端側部２３２が振動発生部２２０に固定されている。支持部２１０は四角錐台形状をしており、小さい側の底面の端部に振動発生部２２０が固定されている。振動発生部２２０は一辺にわたって延び、振動発生部２２０の側面は支持部２１０の傾斜側面と同一面上に位置している。振動発生部２２０は、これに限らないが、たとえば圧電素子で構成される。
なお、カンチレバー２３０が二等辺三角形形状、またはニ等辺三角形の頂角を底辺に平行な直線で切り落とした形状である等角台形形状の場合には、振動発生部２２０へ固定される部分の幅が探針側部２３６より広くなり、カンチレバー２３０のねじれが少なくなる。
【００３０】
カンチレバー２３０は、探針２４２の近くに、反射部２４４を有している。図４に示すように、反射部２４４は、複数たとえば２つの反射面２４６，２４８を有している。反射面２４６は基端側部２３２を向いており、反射面２４８はその反対側を向いている。
【００３１】
図３に示すように、原子間力顕微鏡２００はまた、探針２４２の変位を検出する光テコ方式の変位検出系として、反射面２４６，２４８に照射される光をそれぞれ射出する２つの光源２７２，２８２と、反射面２４６，２４８からの反射光をそれぞれ感知する２つの光センサ２７４，２８４とを有している。
【００３２】
光源２７２，２８２はたとえば半導体レーザーで構成される。光源２７２，２８２が照射する光の波長は干渉を避けるためそれぞれ異なっている。
【００３３】
光センサ２７４，２８４は、光ビームの入射位置の変化すなわちビームスポットの移動を反映した信号を出力する。光センサ２７４，２８４は、たとえば２分割フォトダイオードや位置検出素子（ＰＳＤ）で構成される。
【００３４】
光源２７２，２８２から射出された光を反射部２４４の反射面２４６，２４８へ導くため、支持部２１０は、光の通過を許す透光部２１２を有し、カンチレバー２３０の基端側部２３２は、光の通過を許す透光部２３８を有し、また原子間力顕微鏡２００は、支持部２１０に支持された光ガイド部２５０と、光ガイド部２５０に支持された反射部材２６０を備えている。
【００３５】
カンチレバー２３０の基端側部２３２の透光部２３８は貫通穴で構成されている。光ガイド部２５０は、カンチレバー２３０の基端側部２３２の透光部２３８を通って延びている。光ガイド部２５０は、たとえば、外側の側面に反射コートが施された四角柱形状の石英部材で構成される。
【００３６】
図４に示すように、反射部材２６０は、カンチレバー２３０に対向する反射面２６２を有している。カンチレバー２３０は、反射部材２６０の反射面２６２に対向する面に反射面を有している。
【００３７】
原子間力顕微鏡２００はまた、図３に示すように、光源２８２から光センサ２８４へ至る光路を折り曲げるためのミラー２８８と、光源２８２から射出される光と光センサ２８４へ向かう光とを分離するためのハーフミラー２８６とを備えている。
【００３８】
カンチレバー２３０は、図３に示すように、探針２４２を下にして配置されたとき、図６に示すように、水平面への投影において支持部２１０の内側に位置している。
【００３９】
支持部２１０と光源２７２，２８２と光センサ２７４，２８４とハーフミラー２８６とミラー２８８はヘッド２０２に保持されている。
【００４０】
被測定物Ｓは、ＸＹＺステージ２０４に載置され、探針２４２の下方に配置される。ＸＹＺステージ２０４は、探針２４２と被測定物Ｓを互いに近づけたり遠ざけたりするために探針２４２と被測定物Ｓを相対的にＺ軸に沿って移動させるＺ走査機能と、Ｚ軸に直交するＸ軸に沿って探針２４２と被測定物Ｓを相対的に移動させるＸ走査機能と、Ｚ軸とＸ軸に直交するＹ軸に沿って探針２４２と被測定物Ｓを相対的に移動させるＹ走査機能とを有している。Ｘ走査機能とＹ走査機能とＺ走査機能は、適宜、ヘッド２０２の側に分散されてもよい。
【００４１】
原子間力顕微鏡２００はまた、装置全体を制御するコントローラ２０６を有している。コントローラ２０６は、振動発生部２２０、光源２７２，２８２の駆動、光センサ２７４，２８４と共働したＸＹＺステージ２０４の制御、被測定物Ｓの測定画像の構築、構築画像の表示や保存、保存画像の読み出しなどをおこなう。
【００４２】
このような構成の原子間力顕微鏡２００において、振動発生部２２０はカンチレバー２３０を振動させる。カンチレバー２３０の基端側部２３２と探針側部２３６は互いに異なる方向に振動する。基端側部２３２探針側部２３６は、一方が他方に対して整数倍の固有振動数を有しているため、ほぼ等しい角振動数で振動する。その結果、探針２４２が擬似的な円運動をおこなう。言い換えれば、カンチレバー２３０は、振動発生部２２０によって振動されたときに探針２４２が擬似的な円運動をおこなうように設計されている。
【００４３】
図３と図４において、光源２７２から射出された光ビームは、支持部２１０の透光部２１２を通って光ガイド部２５０内に進入し、光ガイド部２５０の側面で反射されて光ガイド部２５０を出たのち、カンチレバー２３０の探針側部２３６と反射部材２６０の反射面２６２で順に反射されて反射部２４４の反射面２４６へ向かう。その後、光ビームは、反射部２４４の反射面２４６で反射され、反射部材２６０の反射面２６２とカンチレバー２３０の探針側部２３６とで順に反射され、光ガイド部２５０と支持部２１０の透光部２１２を通って光センサ２７４に入射する。
【００４４】
また、光源２８２から射出された光ビームは、ハーフミラー２８６に入射し、その一部が反射される。ハーフミラー２８６で反射された光ビームは、ミラー２８８で反射され、支持部２１０の透光部２１２を通って光ガイド部２５０内に進入し、光ガイド部２５０の側面で反射されて光ガイド部２５０を出たのち、カンチレバー２３０の探針側部２３６で反射されて反射部２４４の反射面２４８へ向かう。その後、光ビームは、反射部２４４の反射面２４８で反射され、カンチレバー２３０の探針側部２３６で反射されて光ガイド部２５０内に進入し、光ガイド部２５０の側面で反射されて光ガイド部２５０を出たのち、支持部２１０の透光部２１２を通り、ミラー２８８で反射され、ハーフミラー２８６に入射し、その一部が透過する。ハーフミラー２８６で反射された光ビームは光センサ２８４に入射する。
【００４５】
このように、光源２７２，２８２からの光は、支持部２１０の透光部２１２と（支持部２１０の透光部２１２と）光ガイド部２５０の通過と、反射部材２６０とカンチレバー２３０と反射部２４４による反射とを経て、光センサ２７４，２８４に到達する。
【００４６】
探針２４２が被測定物Ｓから受ける力に応じてカンチレバー２３０の先端が変位し、これに応じて反射部２４４の反射面２４６，２４８の向きが変化する。その結果、光センサ２７４，２８４へ入射する光ビームの位置が変化する。光センサ２７４，２８４は、この光ビームの入射位置の変化を反映した信号を出力する。
【００４７】
コントローラ２０６は、ＸＹＺステージ２０４を制御して、探針２４２と被測定物ＳをＸ軸とＹ軸に沿って相対的に移動させるＸＹ走査をおこないながら光センサ２７４，２８４の出力信号を一定に保つように探針２４２と被測定物ＳをＺ軸に沿って相対的に移動させるＺ走査をおこない（Ｚサーボをかけ）、ＸＹＺステージ２０４の制御情報から被測定物Ｓの測定画像を構築する。
【００４８】
本実施形態の原子間力顕微鏡２００では、探針２４２が円運動をおこなうので、変位検出系によって感知される接触圧力すなわち探針２４２と被測定物Ｓの間に作用する力は被測定物の表面の傾斜角度に依存しない。このため、ＸＹ走査のあいだ探針２４２と被測定物Ｓの間の距離が被測定物の表面の傾斜角度によらずに一定に保たれる。また、探針２４２の円運動のためにカンチレバー２３０自体が振動されるので、被測定物Ｓを載せいているＸＹＺステージ２０４の精度の低下や被測定物Ｓの各部の移動が起こらない。このため、剛性のない被測定物Ｓの形状測定を高精度におこなうことができる。
【００４９】
また原子間力顕微鏡２００は、探針２４２が探針側部２３６に平行に延びており、さらに水平面への投影においてカンチレバー２３０が支持部２１０の内側に位置しているので、探針２４２の周囲の空間が空いている。このため本実施形態の原子間力顕微鏡２００は、その表面が全体的に大きく湾曲している被測定物をも高精度に測定し得る。
【００５０】
本実施形態において、変位検出系は、図３の構成に限らず、適宜変更されてよい。たとえば、反射部２４４の反射面２４６，２４８の向きを互いに内側に傾斜するように変更し、光ガイド部２５０と反射部材２６０を適宜省いた構成としてもよい。
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００５１】
光源と光センサの位置関係は逆であってもよい。
【００５２】
反射部の反射面の数は２つに限らず３つ以上であってもよい。
【００５３】
探針の変位検出系は、光テコ方式のものに限らず、歪みゲージ方式や静電容量方式など、他の方式のもので構成されてもよい。
【００５４】
カンチレバーの屈折部の数は１つに限らず２つ以上であってもよい。また、カンチレバーの折り曲がり角度は直角または鋭角に限らず鈍角であってもよい。
【００５５】
探針の運動は円運動に限らず他の運動であってもよい。たとえば逆Ｖ字形の運動であってもよい。この場合、逆Ｖ字の２つの下端位置で力が感知される。
【００５６】
光源は半導体レーザー限らず他の発光素子で構成されてもよく、また光ファイバなどの導光部材をさらに有する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１００…原子間力顕微鏡、１０２…ヘッド、１０４…ＸＹＺステージ、１０６…コントローラ、１１０…支持部、１２０…振動発生部、１３０…カンチレバー、１３２…基端側部、１３４…屈折部、１３６…探針側部、１３８…基部、１４０…突出部、１４２…探針、１４４…反射部、１４６…反射面、１４８…反射面、１７２…光源、１７４…光センサ、１８２…光源、１８４…光センサ、２００…原子間力顕微鏡、２０２…ヘッド、２０４…ＸＹＺステージ、２０６…コントローラ、２１０…支持部、２１２…透光部、２２０…振動発生部、２３０…カンチレバー、２３２…基端側部、２３４…屈折部、２３６…探針側部、２３８…透光部、２４２…探針、２４４…反射部、２４６…反射面、２４８…反射面、２５０…光ガイド部、２６０…反射部材、２６２…反射面、２７２…光源、２７４…光センサ、２８２…光源、２８４…光センサ、２８６…ハーフミラー、２８８…ミラー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子間力顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
探針と被測定物に一方向の相対的な振動を与えて測定する原子間力顕微鏡が知られている。このような原子間力顕微鏡では、感知される接触圧力（探針と被測定物の間に作用する力）が被測定物の表面の傾斜角度に依存する。たとえば、探針と被測定物が縦方向に相対的に振動している場合、被測定物の表面が平らに近い部分すなわち表面に立てた法線が縦方向に対してなす角度が小さい部分では、接触圧力は縦方向成分が大きく横方向成分が小さいので、感知される接触圧力は探針と被測定物の間に働く実際の接触圧力に近いが、被測定物の表面が急な部分すなわち表面に立てた法線が縦方向に対してなす角度が大きい部分では、接触圧力は縦方向成分が小さく横方向成分が大きいので、感知される接触圧力は探針と被測定物の間に働く実際の接触圧力よりもはるかに小さい。このため、急な表面部分をもつ被測定物を高精度に測定することは難しい。
【０００３】
特開平７−１３４０２３号公報は、被測定物を載せているステージを縦方向と横方向を振動させて、探針と被測定物の間に円運動を発生させる原子間力顕微鏡を開示している。この原子間力顕微鏡では、感知される接触圧力は被測定物の表面の傾斜角度に依存しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１３４０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の原子間力顕徴鏡は、被測定物を載せているステージを縦方向と横方向を振動させているため、細胞などの剛性のない被測定物は振動によって各部が容易に移動してしまうので、剛性のない被測定物を測定することは難しい。また、真直度などのステージの精度の低下を引き起こしてしまう。
【０００６】
本発明は、剛性のない被測定物の形状を高精度に測定できる原子間力顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による原子間力顕微鏡は、先端に探針を有するカンチレバーと、前記カンチレバーを支持する支持部と、前記カンチレバーに振動を与える振動発生部と、前記カンチレバーの変位を検出する変位検出系とを備えている。前記カンチレバーは、基端側に位置する基端側部と、前記基端側部から屈折して延びている探針側に位置する探針側部とを有している。前記基端側部と前記探針側部は、一方が他方に対して整数倍の固有振動数を有している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、剛性のない被測定物の形状を高精度に測定できる原子間力顕微鏡が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による原子間力顕微鏡の全体構成を示している。
【図２】図１に示されるカンチレバーとその周辺部材を探針側から見た平面図である。
【図３】本発明の第２実施形態による原子間力顕微鏡の全体構成を示している。
【図４】図３に示されるカンチレバーの先端部周辺を拡大して示している。
【図５】図３に示されるカンチレバーとその周辺部材を図３の右側から見た正面図である。
【図６】図３に示されるカンチレバーとその周辺部材を探針側から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
＜第一実施形態＞
図１に示すように、原子間力顕微鏡１００は、先端に探針１４２を有するカンチレバー１３０と、カンチレバー１３０を支持する支持部１１０と、カンチレバー１３０に振動を与える振動発生部１２０とを備えている。
【００１２】
カンチレバー１３０は、平板状で、基端と先端の間に屈折部１３４を有し、そこでほぼ直角に折り曲がっている。この屈折部１３４よりも基端側の部分を基端側部１３２とし、屈折部１３４よりも探針側の部分を探針側部１３６とする。言い換えれば、カンチレバー１３０は、基端側に位置する基端側部１３２と、探針側に位置する探針側部１３６とを有し、探針側部１３６は基端側部１３２から直角に屈折して延びている。基端側部１３２と探針側部１３６は、一方が他方に対して整数倍の固有振動数を有している。たとえば、基端側部１３２と探針側部１３６は等しい固有振動数を有している。たとえば、探針側部１３６は基端側部１３２に比べて幅が狭く長さが長く構成されている。
【００１３】
カンチレバー１３０は、図２から分かるように、等角台形形状の基部１３８と、基部１３８の短い側の底の中央から突出している長方形形状の突出部１４０とを有している。
基部１３８は、基端側部１３２と探針側部１３６、および屈折部１３４を含み、仮に屈折部１３４を平らに拡げた状態で、平面視すると、等角台形形状となっている。ここで等角台形とは、底の両側の角が等しい台形を言う。つまり等角台形は、一組の対辺が平行であり、別の一組の対辺の長さが等しく、対角の和が１８０度である四辺形である。等角台形はたとえば、ニ等辺三角形の頂角を底辺に平行な直線で切り落とした形状である。なお等角台形は長方形を含み得る。
そして、突出部１４０の先端に四角錐状の探針１４２が取り付けられている。
【００１４】
図１に示すように、振動発生部１２０は支持部１１０に固定され、カンチレバー１３０は基端側部１３２が振動発生部１２０に固定されている。
カンチレバー１３０の基部１３８が、ニ等辺三角形の頂角を底辺に平行な直線で切り落とした形状である等角台形形状の場合には、振動発生部１２０へ固定される部分の幅が探針側部１３６より広くなり、カンチレバー１３０のねじれが少なくなる。
【００１５】
カンチレバー１３０は、探針１４２の近くに、たとえば探針１４２の反対側に、反射部１４４を有している。反射部１４４は、複数たとえば２つの反射面１４６，１４８を有している。２つの反射面１４６，１４８はたとえば直交している。反射面１４６は基端側部１３２を向いており、反射面１４８はその反対側を向いている。
【００１６】
原子間力顕微鏡１００はまた、探針１４２の変位を検出する光テコ方式の変位検出系として、反射面１４６，１４８に照射される光をそれぞれ射出する複数たとえば２つの光源１７２，１８２と、反射面１４６，１４８からの反射光をそれぞれ感知する複数たとえば２つの光センサ１７４，１８４とを有している。光源１７２，１８２から射出された光はそれぞれ反射面１４６，１４８に直接照射される。
【００１７】
光源１７２，１８２はたとえば半導体レーザーで構成される。光源１７２，１８２が照射する光の波長はたとえばそれぞれ異なっている。しかしそれらは同じであってもよい。
【００１８】
光センサ１７４，１８４は、光ビームの入射位置の変化すなわちビームスポットの移動を反映した信号を出力する。光センサ１７４，１８４は、たとえば２分割フォトダイオードで構成される。この場合、光ビームの入射位置の変化を反映した信号は、２つの受光部の出力の差信号で得られる。光センサ１７４，１８４はまた、位置検出素子（ＰＳＤ）で構成されてもよい。
【００１９】
支持部１１０と光源１７２，１８２と光センサ１７４，１８４はヘッド１０２に保持されている。
【００２０】
被測定物Ｓは、ＸＹＺステージ１０４に載置され、探針１４２の下方に配置される。ＸＹＺステージ１０４は、探針１４２と被測定物Ｓを互いに近づけたり遠ざけたりするために探針１４２と被測定物Ｓを相対的にＺ軸に沿って移動させるＺ走査機能と、Ｚ軸に直交するＸ軸に沿って探針１４２と被測定物Ｓを相対的に移動させるＸ走査機能と、Ｚ軸とＸ軸に直交するＹ軸に沿って探針１４２と被測定物Ｓを相対的に移動させるＹ走査機能とを有している。Ｘ走査機能とＹ走査機能とＺ走査機能は、適宜、ヘッド１０２の側に分散されてもよい。つまり、被測定物Ｓを移動させる代わりにヘッド１０２を移動させる構成としてもよい。
【００２１】
原子間力顕微鏡１００はまた、装置全体を制御するコントローラ１０６を有している。コントローラ１０６は、振動発生部１２０、光源１７２，１８２の駆動、光センサ１７４，１８４と共働したＸＹＺステージ１０４の制御、被測定物Ｓの測定画像の構築、構築画像の表示や保存、保存画像の読み出しなどをおこなう。
【００２２】
このような構成の原子間力顕微鏡１００において、振動発生部１２０はカンチレバー１３０を振動させる。カンチレバー１３０の基端側部１３２と探針側部１３６は互いにほぼ直交する方向に振動する。基端側部１３２探針側部１３６は、一方が他方に対して整数倍の固有振動数を有しているため、ほぼ等しい角振動数で振動する。その結果、探針１４２が擬似的な円運動をおこなう。
【００２３】
図１において、光源１７２から射出された光ビームは、反射部１４４の反射面１４６で反射され、光センサ１７４に入射する。また、光源１８２から射出された光ビームは、反射部１４４の反射面１４８で反射され、光センサ１８４に入射する。探針１４２が被測定物Ｓから受ける力に応じてカンチレバー１３０の先端が変位し、これに応じて反射部１４４の反射面１４６，１４８の向きが変化する。その結果、光センサ１７４，１８４へ入射する光ビームの位置が変化する。光センサ１７４，１８４は、この光ビームの入射位置の変化を反映した信号を出力する。
【００２４】
コントローラ１０６は、ＸＹＺステージ１０４を制御して、探針１４２と被測定物ＳをＸ軸とＹ軸に沿って相対的に移動させるＸＹ走査をおこないながら光センサ１７４，１８４の出力信号を一定に保つように探針１４２と被測定物ＳをＺ軸に沿って相対的に移動させるＺ走査をおこない（Ｚサーボをかけ）、ＸＹＺステージ１０４の制御情報から被測定物Ｓの測定画像を構築する。
【００２５】
本実施形態の原子間力顕微鏡１００では、探針１４２が円運動をおこなうので、変位検出系によって感知される接触圧力すなわち探針１４２と被測定物Ｓの間に作用する力は被測定物の表面の傾斜角度に依存しない。このため、ＸＹ走査のあいだ探針１４２と被測定物Ｓの間の距離が被測定物の表面の傾斜角度によらずに一定に保たれる。また、探針１４２の円運動のためにカンチレバー１３０自体が振動されるので、被測定物Ｓを載せいているＸＹＺステージ１０４の精度の低下や被測定物Ｓの各部の移動が起こらない。このため、剛性のない被測定物Ｓの形状測定を高精度におこなうことができる。
【００２６】
＜第二実施形態＞
図３に示すように、原子間力顕微鏡２００は、カンチレバー２３０と、カンチレバー２３０を支持する支持部２１０と、カンチレバー２３０に振動を与える振動発生部２２０とを備えている。
【００２７】
カンチレバー２３０は、平板状で、基端と先端の間に屈折部２３４を有し、そこで鋭角に折り曲がっている。この屈折部２３４よりも基端側の部分を基端側部２３２とし、屈折部２３４よりも探針側の部分を探針側部２３６とする。言い換えれば、カンチレバー２３０は、基端側に位置する基端側部２３２と、探針側に位置する探針側部２３６とを有し、探針側部２３６は基端側部２３２から鋭角に屈折して延びている。基端側部２３２と探針側部２３６は、一方が他方に対して整数倍の固有振動数を有している。たとえば、基端側部２３２と探針側部２３６は等しい固有振動数を有している。たとえば、探針側部２３６は基端側部２３２に比べて幅が狭く長さが長く構成されている。
【００２８】
カンチレバー２３０は、図５と図６から分かるように、平面視で、つまり平らに拡げた状態で、二等辺三角形形状をしており、その先端が探針２４２と機能する。つまり、カンチレバー２３０は先端に探針２４２を有し、探針２４２は探針側部２３６に平行に延びている。
なお、カンチレバー２３０は、等角台形形状でもよく、その場合には、探針側部２３６の側の底の中央部に、探針側部２３６と平行に、カンチレバー２３０の先端側に向けられた探針が設けられる。突出部が設けられてさらにその先端に探針が配置されてもよい。
【００２９】
図３に示すように、振動発生部２２０は支持部２１０に固定され、カンチレバー２３０は基端側部２３２が振動発生部２２０に固定されている。支持部２１０は四角錐台形状をしており、小さい側の底面の端部に振動発生部２２０が固定されている。振動発生部２２０は一辺にわたって延び、振動発生部２２０の側面は支持部２１０の傾斜側面と同一面上に位置している。振動発生部２２０は、これに限らないが、たとえば圧電素子で構成される。
なお、カンチレバー２３０が二等辺三角形形状、またはニ等辺三角形の頂角を底辺に平行な直線で切り落とした形状である等角台形形状の場合には、振動発生部２２０へ固定される部分の幅が探針側部２３６より広くなり、カンチレバー２３０のねじれが少なくなる。
【００３０】
カンチレバー２３０は、探針２４２の近くに、反射部２４４を有している。図４に示すように、反射部２４４は、複数たとえば２つの反射面２４６，２４８を有している。反射面２４６は基端側部２３２を向いており、反射面２４８はその反対側を向いている。
【００３１】
図３に示すように、原子間力顕微鏡２００はまた、探針２４２の変位を検出する光テコ方式の変位検出系として、反射面２４６，２４８に照射される光をそれぞれ射出する２つの光源２７２，２８２と、反射面２４６，２４８からの反射光をそれぞれ感知する２つの光センサ２７４，２８４とを有している。
【００３２】
光源２７２，２８２はたとえば半導体レーザーで構成される。光源２７２，２８２が照射する光の波長は干渉を避けるためそれぞれ異なっている。
【００３３】
光センサ２７４，２８４は、光ビームの入射位置の変化すなわちビームスポットの移動を反映した信号を出力する。光センサ２７４，２８４は、たとえば２分割フォトダイオードや位置検出素子（ＰＳＤ）で構成される。
【００３４】
光源２７２，２８２から射出された光を反射部２４４の反射面２４６，２４８へ導くため、支持部２１０は、光の通過を許す透光部２１２を有し、カンチレバー２３０の基端側部２３２は、光の通過を許す透光部２３８を有し、また原子間力顕微鏡２００は、支持部２１０に支持された光ガイド部２５０と、光ガイド部２５０に支持された反射部材２６０を備えている。
【００３５】
カンチレバー２３０の基端側部２３２の透光部２３８は貫通穴で構成されている。光ガイド部２５０は、カンチレバー２３０の基端側部２３２の透光部２３８を通って延びている。光ガイド部２５０は、たとえば、外側の側面に反射コートが施された四角柱形状の石英部材で構成される。
【００３６】
図４に示すように、反射部材２６０は、カンチレバー２３０に対向する反射面２６２を有している。カンチレバー２３０は、反射部材２６０の反射面２６２に対向する面に反射面を有している。
【００３７】
原子間力顕微鏡２００はまた、図３に示すように、光源２８２から光センサ２８４へ至る光路を折り曲げるためのミラー２８８と、光源２８２から射出される光と光センサ２８４へ向かう光とを分離するためのハーフミラー２８６とを備えている。
【００３８】
カンチレバー２３０は、図３に示すように、探針２４２を下にして配置されたとき、図６に示すように、水平面への投影において支持部２１０の内側に位置している。
【００３９】
支持部２１０と光源２７２，２８２と光センサ２７４，２８４とハーフミラー２８６とミラー２８８はヘッド２０２に保持されている。
【００４０】
被測定物Ｓは、ＸＹＺステージ２０４に載置され、探針２４２の下方に配置される。ＸＹＺステージ２０４は、探針２４２と被測定物Ｓを互いに近づけたり遠ざけたりするために探針２４２と被測定物Ｓを相対的にＺ軸に沿って移動させるＺ走査機能と、Ｚ軸に直交するＸ軸に沿って探針２４２と被測定物Ｓを相対的に移動させるＸ走査機能と、Ｚ軸とＸ軸に直交するＹ軸に沿って探針２４２と被測定物Ｓを相対的に移動させるＹ走査機能とを有している。Ｘ走査機能とＹ走査機能とＺ走査機能は、適宜、ヘッド２０２の側に分散されてもよい。
【００４１】
原子間力顕微鏡２００はまた、装置全体を制御するコントローラ２０６を有している。コントローラ２０６は、振動発生部２２０、光源２７２，２８２の駆動、光センサ２７４，２８４と共働したＸＹＺステージ２０４の制御、被測定物Ｓの測定画像の構築、構築画像の表示や保存、保存画像の読み出しなどをおこなう。
【００４２】
このような構成の原子間力顕微鏡２００において、振動発生部２２０はカンチレバー２３０を振動させる。カンチレバー２３０の基端側部２３２と探針側部２３６は互いに異なる方向に振動する。基端側部２３２探針側部２３６は、一方が他方に対して整数倍の固有振動数を有しているため、ほぼ等しい角振動数で振動する。その結果、探針２４２が擬似的な円運動をおこなう。言い換えれば、カンチレバー２３０は、振動発生部２２０によって振動されたときに探針２４２が擬似的な円運動をおこなうように設計されている。
【００４３】
図３と図４において、光源２７２から射出された光ビームは、支持部２１０の透光部２１２を通って光ガイド部２５０内に進入し、光ガイド部２５０の側面で反射されて光ガイド部２５０を出たのち、カンチレバー２３０の探針側部２３６と反射部材２６０の反射面２６２で順に反射されて反射部２４４の反射面２４６へ向かう。その後、光ビームは、反射部２４４の反射面２４６で反射され、反射部材２６０の反射面２６２とカンチレバー２３０の探針側部２３６とで順に反射され、光ガイド部２５０と支持部２１０の透光部２１２を通って光センサ２７４に入射する。
【００４４】
また、光源２８２から射出された光ビームは、ハーフミラー２８６に入射し、その一部が反射される。ハーフミラー２８６で反射された光ビームは、ミラー２８８で反射され、支持部２１０の透光部２１２を通って光ガイド部２５０内に進入し、光ガイド部２５０の側面で反射されて光ガイド部２５０を出たのち、カンチレバー２３０の探針側部２３６で反射されて反射部２４４の反射面２４８へ向かう。その後、光ビームは、反射部２４４の反射面２４８で反射され、カンチレバー２３０の探針側部２３６で反射されて光ガイド部２５０内に進入し、光ガイド部２５０の側面で反射されて光ガイド部２５０を出たのち、支持部２１０の透光部２１２を通り、ミラー２８８で反射され、ハーフミラー２８６に入射し、その一部が透過する。ハーフミラー２８６で反射された光ビームは光センサ２８４に入射する。
【００４５】
このように、光源２７２，２８２からの光は、支持部２１０の透光部２１２と（支持部２１０の透光部２１２と）光ガイド部２５０の通過と、反射部材２６０とカンチレバー２３０と反射部２４４による反射とを経て、光センサ２７４，２８４に到達する。
【００４６】
探針２４２が被測定物Ｓから受ける力に応じてカンチレバー２３０の先端が変位し、これに応じて反射部２４４の反射面２４６，２４８の向きが変化する。その結果、光センサ２７４，２８４へ入射する光ビームの位置が変化する。光センサ２７４，２８４は、この光ビームの入射位置の変化を反映した信号を出力する。
【００４７】
コントローラ２０６は、ＸＹＺステージ２０４を制御して、探針２４２と被測定物ＳをＸ軸とＹ軸に沿って相対的に移動させるＸＹ走査をおこないながら光センサ２７４，２８４の出力信号を一定に保つように探針２４２と被測定物ＳをＺ軸に沿って相対的に移動させるＺ走査をおこない（Ｚサーボをかけ）、ＸＹＺステージ２０４の制御情報から被測定物Ｓの測定画像を構築する。
【００４８】
本実施形態の原子間力顕微鏡２００では、探針２４２が円運動をおこなうので、変位検出系によって感知される接触圧力すなわち探針２４２と被測定物Ｓの間に作用する力は被測定物の表面の傾斜角度に依存しない。このため、ＸＹ走査のあいだ探針２４２と被測定物Ｓの間の距離が被測定物の表面の傾斜角度によらずに一定に保たれる。また、探針２４２の円運動のためにカンチレバー２３０自体が振動されるので、被測定物Ｓを載せいているＸＹＺステージ２０４の精度の低下や被測定物Ｓの各部の移動が起こらない。このため、剛性のない被測定物Ｓの形状測定を高精度におこなうことができる。
【００４９】
また原子間力顕微鏡２００は、探針２４２が探針側部２３６に平行に延びており、さらに水平面への投影においてカンチレバー２３０が支持部２１０の内側に位置しているので、探針２４２の周囲の空間が空いている。このため本実施形態の原子間力顕微鏡２００は、その表面が全体的に大きく湾曲している被測定物をも高精度に測定し得る。
【００５０】
本実施形態において、変位検出系は、図３の構成に限らず、適宜変更されてよい。たとえば、反射部２４４の反射面２４６，２４８の向きを互いに内側に傾斜するように変更し、光ガイド部２５０と反射部材２６０を適宜省いた構成としてもよい。
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００５１】
光源と光センサの位置関係は逆であってもよい。
【００５２】
反射部の反射面の数は２つに限らず３つ以上であってもよい。
【００５３】
探針の変位検出系は、光テコ方式のものに限らず、歪みゲージ方式や静電容量方式など、他の方式のもので構成されてもよい。
【００５４】
カンチレバーの屈折部の数は１つに限らず２つ以上であってもよい。また、カンチレバーの折り曲がり角度は直角または鋭角に限らず鈍角であってもよい。
【００５５】
探針の運動は円運動に限らず他の運動であってもよい。たとえば逆Ｖ字形の運動であってもよい。この場合、逆Ｖ字の２つの下端位置で力が感知される。
【００５６】
光源は半導体レーザー限らず他の発光素子で構成されてもよく、また光ファイバなどの導光部材をさらに有する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１００…原子間力顕微鏡、１０２…ヘッド、１０４…ＸＹＺステージ、１０６…コントローラ、１１０…支持部、１２０…振動発生部、１３０…カンチレバー、１３２…基端側部、１３４…屈折部、１３６…探針側部、１３８…基部、１４０…突出部、１４２…探針、１４４…反射部、１４６…反射面、１４８…反射面、１７２…光源、１７４…光センサ、１８２…光源、１８４…光センサ、２００…原子間力顕微鏡、２０２…ヘッド、２０４…ＸＹＺステージ、２０６…コントローラ、２１０…支持部、２１２…透光部、２２０…振動発生部、２３０…カンチレバー、２３２…基端側部、２３４…屈折部、２３６…探針側部、２３８…透光部、２４２…探針、２４４…反射部、２４６…反射面、２４８…反射面、２５０…光ガイド部、２６０…反射部材、２６２…反射面、２７２…光源、２７４…光センサ、２８２…光源、２８４…光センサ、２８６…ハーフミラー、２８８…ミラー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に探針を有するカンチレバーと、
前記カンチレバーを支持する支持部と、
前記カンチレバーに振動を与える振動発生部と、
前記カンチレバーの変位を検出する変位検出系とを備え、
前記カンチレバーは、基端側に位置する基端側部と、前記基端側部から屈折して延びている探針側に位置する探針側部とを有し、前記基端側部と前記探針側部は、一方が他方に対して整数倍の固有振動数を有している原子間力顕微鏡。
【請求項２】
前記基端側部と前記探針側部は等しい固有振動数を有している、請求項１に記載の原子間力顕微鏡。
【請求項３】
前記振動発生部は前記支持部に固定され、前記カンチレバーは前記基端側部が前記振動発生部に固定されている、請求項１または２に記載の原子間力顕微鏡。
【請求項４】
前記カンチレバーは、複数の反射面を有する反射部を前記探針の近くに有し、前記変位検出系は、前記複数の反射面に照射される光をそれぞれ射出する複数の光源と、前記複数の反射面からの反射光をそれぞれ感知する複数の光センサとを有している、請求項１ないし３のいずれかひとつに記載の原子間力顕微鏡。
【請求項５】
前記複数の光源が照射する光の波長はそれぞれ異なっている、請求項４に記載の原子間力顕微鏡。
【請求項６】
前記探針側部は前記基端側部から鋭角に屈折して延び、前記探針は前記探針側部に平行に延びており、前記カンチレバーは、前記探針を下にして配置されたとき、水平面への投影において前記支持部の内側に位置している、請求項５に記載の原子間力顕微鏡。
【請求項７】
前記支持部は、光の通過を許す透光部を有し、前記カンチレバーの前記基端側部は、光の通過を許す透光部を有しており、前記光源からの光は、前記支持部の前記透光部と前記カンチレバーの前記透光部の通過と、前記反射部による反射とを経て、前記光センサに到達する、請求項６に記載の原子間力顕微鏡。
【請求項８】
前記カンチレバーの前記基端側部の前記透光部を通って延び、前記支持部に支持された光ガイド部をさらに備えており、前記光源からの光は、前記支持部の前記透光部と前記光ガイド部の通過と、前記反射部による反射とを経て、前記光センサに到達する、請求項７に記載の原子間力顕微鏡。
【請求項９】
前記光ガイド部に支持された反射部材をさらに備えており、前記反射部材は、前記カンチレバーに対向する反射面を有し、前記カンチレバーは、前記反射部材の前記反射面に対向する面に反射面を有しており、前記光源からの光は、前記支持部の前記透光部と前記光ガイド部の通過と、前記反射部材と前記カンチレバーと前記反射部による反射とを経て、前記光センサに到達する、請求項８に記載の原子間力顕微鏡。
【請求項１】
先端に探針を有するカンチレバーと、
前記カンチレバーを支持する支持部と、
前記カンチレバーに振動を与える振動発生部と、
前記カンチレバーの変位を検出する変位検出系とを備え、
前記カンチレバーは、基端側に位置する基端側部と、前記基端側部から屈折して延びている探針側に位置する探針側部とを有し、前記基端側部と前記探針側部は、一方が他方に対して整数倍の固有振動数を有している原子間力顕微鏡。
【請求項２】
前記基端側部と前記探針側部は等しい固有振動数を有している、請求項１に記載の原子間力顕微鏡。
【請求項３】
前記振動発生部は前記支持部に固定され、前記カンチレバーは前記基端側部が前記振動発生部に固定されている、請求項１または２に記載の原子間力顕微鏡。
【請求項４】
前記カンチレバーは、複数の反射面を有する反射部を前記探針の近くに有し、前記変位検出系は、前記複数の反射面に照射される光をそれぞれ射出する複数の光源と、前記複数の反射面からの反射光をそれぞれ感知する複数の光センサとを有している、請求項１ないし３のいずれかひとつに記載の原子間力顕微鏡。
【請求項５】
前記複数の光源が照射する光の波長はそれぞれ異なっている、請求項４に記載の原子間力顕微鏡。
【請求項６】
前記探針側部は前記基端側部から鋭角に屈折して延び、前記探針は前記探針側部に平行に延びており、前記カンチレバーは、前記探針を下にして配置されたとき、水平面への投影において前記支持部の内側に位置している、請求項５に記載の原子間力顕微鏡。
【請求項７】
前記支持部は、光の通過を許す透光部を有し、前記カンチレバーの前記基端側部は、光の通過を許す透光部を有しており、前記光源からの光は、前記支持部の前記透光部と前記カンチレバーの前記透光部の通過と、前記反射部による反射とを経て、前記光センサに到達する、請求項６に記載の原子間力顕微鏡。
【請求項８】
前記カンチレバーの前記基端側部の前記透光部を通って延び、前記支持部に支持された光ガイド部をさらに備えており、前記光源からの光は、前記支持部の前記透光部と前記光ガイド部の通過と、前記反射部による反射とを経て、前記光センサに到達する、請求項７に記載の原子間力顕微鏡。
【請求項９】
前記光ガイド部に支持された反射部材をさらに備えており、前記反射部材は、前記カンチレバーに対向する反射面を有し、前記カンチレバーは、前記反射部材の前記反射面に対向する面に反射面を有しており、前記光源からの光は、前記支持部の前記透光部と前記光ガイド部の通過と、前記反射部材と前記カンチレバーと前記反射部による反射とを経て、前記光センサに到達する、請求項８に記載の原子間力顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１９６７２４（Ｐ２０１１−１９６７２４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６１５８７（Ｐ２０１０−６１５８７）
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
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