扫描型探针显微镜制造技术

本发明专利技术提供扫描型探针显微镜，即使是在试样表面倾斜状态等也可以适当测量力曲线的数据。具备：位置变更部(位置变更控制部172等)，在悬臂(12)的固定端(122)与试样表面接近及远离的Z方向以及垂直于Z方向的X方向与Y方向上，使固定端与试样表面的位置相对地变化；挠曲量测量部(挠曲量计算部171等)，测量悬臂(12)的挠曲量；Z方向移动距离检测部(173)，在固定端相对于试料表面从初始位置移动到探针(11)的前端与试样表面接触且挠曲量达到规定值为止的期间，检测Z方向的移动距离；初始位置变更部(14)，当移动距离低于下限值时将初始位置变更为更远离试样表面的位置，当移动距离超过上限值时将初始位置变更更为接近试样表面的位置。

Scanning probe microscope

The invention provides a scanning probe microscope, which can properly measure force curve data even in the inclined state of sample surface. It has: position change part (position change control unit 172, etc.), Z direction near and far from the specimen surface at the fixed end (122) of the cantilever (12) and X direction and Y direction perpendicular to Z direction, so that the position of the fixed end and the specimen surface changes relatively; deflection measurement part (deflection calculation unit 171, etc.) measures the deflection of the cantilever (12). The Z-direction moving distance detection unit (173) detects the Z-direction moving distance during the period when the fixed end moves from the initial position to the front end of the probe (11) relative to the surface of the sample and the deflection reaches the specified value; the initial position change unit (14) changes the initial position when the moving distance is lower than the lower limit value. When the moving distance exceeds the upper limit, the initial position will be changed closer to the surface of the specimen.

【技术实现步骤摘要】
扫描型探针显微镜
本专利技术涉及通过用探针扫描试样表面来得到该试样表面的信息的扫描型探针显微镜(ScanningProbeMicroscope:SPM)。
技术介绍
在SPM中，使探针与试样的相对位置沿着该试样的表面变化，并且通过检测探针的前端与试样表面之间的相互作用，获取试样的表面信息。例如,在原子力显微镜(AtomicForceMicroscope:AFM)中，检测探针前端的原子与试样表面的原子之间产生的原子力。在观察试样表面的形状时，控制在垂直于试样表面的方向(Z方向)的探针前端的位置，以使探针前端与试样表面之间的原子力恒定，并且使探针在垂直于Z方向(平行于X-Y面)的方向上移动。由此，探针前端与试样表面的距离保持恒定，并且沿着该试样表面移动(扫描试样表面)，因此，根据该探针前端的位置可以得到试样表面的形状的数据。虽然在上述例子中，一边使探针前端与试样表面之间的原子力成为恒定，一边扫描了试样表面，但是也有以下的测量方法：在试样表面的各点，一边使探针前端在Z方向上移动，一边测量原子力(例如，参照专利文献1、非专利文献1)。通过该方法在试样表面的各点得到的数据被称为力曲线。力曲线如后述那样，用于测量聚合物或生物等的试样的柔软性，或用于测量色粉等试样对其他物体的附着力等。图5(a)所示为用于获取力曲线的SPM的构成的一例。该装置具有悬臂92，该悬臂92由具有挠性的棒材构成，在一端设置有探针91。悬臂92的另一端被固定于固定部(支承件)93。以下，因为悬臂92的所述一端由于悬臂92的挠性而能够在上下方向(Z方向)上移动，所以称为“可动端921”，因为所述另一端被固定于固定部93，所以称为“固定端922”。探针91的下方设置有试样台94，试样被载置于试样台94的上表面。试料台94通过压电元件在Z方向上移动，由此，固定端922的Z方向的位置相对试样的表面(试样表面S)而变化。在此，通过施加于试样台94的压电元件的电压，求出固定端922的Z方向位置Z1。在悬臂92的上方，设置有：激光光源95，向悬臂92的可动端921照射激光；受光器96，检测在可动端921被反射的激光。激光入射至受光器96的位置因可动端921的Z方向的位置而不同，所以通过检测该入射位置，可求出可动端921的Z方向的位置Z2。这样一来，因为可求出可动端921以及固定端922的Z方向的位置Z1以及Z2，所以基于两者的差(Z1-Z2)可求出悬臂92的挠曲量d。以下，将在悬臂92没有挠曲时的(Z1-Z2)作为Z0，以d＝(Z0-(Z1-Z2))来定义挠曲量d。即，在悬臂92以可动端92向上的方式挠曲时挠曲量d具有正值，在悬臂92以可动端92向下的方式挠曲时挠曲量d具有负值。图5(a)～(e)示出获取力曲线的过程中探针91的动作(位置以及形状)以及试样台94的动作(位置)的例子，图6示出力曲线的一例。另外，图5(b)～(e)中省略了激光光源95以及受光器96。图6的力曲线的横轴表示悬臂92的固定端922相对于试样台94在Z方向上的位置，纵轴表示悬臂92的挠曲量d。力曲线的测量如下所述地进行。首先，使试样台94向上方移动，探针91的前端渐渐接近试样表面S。在探针91的前端与试样表面S之间远离一定距离时，由于探针91的前端与试样表面S之间的原子力小到可以忽略，所以挠曲量为0(a)。若探针91的前端进一步接近试样表面S，则作为探针91的前端与试样表面S之间的原子力的范德瓦尔斯力(vanderWaalsforce)变大到不能忽视的程度，因此悬臂92以可动端921向下的方式弯曲，挠曲量取负值(b)。若从该状态使试样台94进一步向上方移动，则在探针91的前端接触到试样表面S的状态下，悬臂92的固定端922向试样表面S接近。由此，悬臂92与(b)的时候反方向，即挠曲量d变为正，以其绝对值变大的方式挠曲(c)。随之，由于探针91的前端不断按压试样表面S，探针91的前端受到来自试样表面S的反作用力。当悬臂92的挠曲量达到规定的最大值dM(Z方向的位置Zf：参照图6)时，试样台94的移动方向从上方切换至下方。由此，挠曲量d转为减少。挠曲量d达到0后，因试样表面S的粘接性使探针91的前端附着于试样表面S，探针91的前端没有立即从试样表面S脱离，悬臂92与(c)的时候反方向，即挠曲量d变为负，以其绝对值变大的方式挠曲(d)。不久，通过由悬臂92的该挠曲引起的弹性力而作用于探针91的前端的向上的力，使探针91的前端从试样表面S远离，悬臂92的挠曲急剧减少，挠曲量d变为0(e)。通过以上一系列的操作，获取试样表面S上的一个点的力曲线，在试样表面S上多个点进行同样的测量。这样获取的力曲线，包含关于试样表面的以下信息。首先，在(c)中得到的力曲线表示试样表面的柔软性。随着悬臂92中的探针91的固定端922越靠近试样表面S(力曲线的横轴的左侧)挠曲量的变化越小，即在(c)中的力曲线的倾斜越小，意味着试样的柔软性越大。此外，在(e)中挠曲量发生急剧变化的位置越接近力曲线的横轴的右侧，意味着试样对探针91的附着力越大。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2005-283433号公报非专利文献非专利文献1：水口由纪子等人，《通过原子力显微镜进行固体表面-粒子间的附着力测量与解析》，柯尼卡美能达技术报告，第1卷，第19-22页，2004年
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题进行力曲线测量时，在试样表面S从垂直于Z方向的一面倾斜而将试样安装在试样台的情况下，或在试样表面S的凹凸较大的情况下，试样表面S的高度(Z方向的位置)因X-Y面内的位置而不同。由此，在开始测量时，在X-Y面内的某个位置设置固定端922的Z方向的初始位置Zi(参照图6)，则在该初始位置Zi的情况下，探针91的前端与试样表面S的距离Li也因在X-Y面内的每个位置而不同。此外，因为需要在X-Y面内测量每个点的力曲线，所以测量时间长，随着测量中的温度变化而可能产生被称为热漂移的Z方向的位置偏移。由于这些原因，在X-Y面内的某个测量点，可能会在初始位置Zi的距离Li过近或者相反在过远的状态下进行力曲线的测量。如果初始位置Zi的距离Li过近，则如图7所示，在(d)的阶段，悬臂92以探针91的前端附着在试样表面S的状态返回到Z方向的初始位置Zi。这样，悬臂92在X-Y面的位置就不能移动了。另一方面，如果初始位置Zi的距离Li过远，则如图8所示，在(c)的阶段，即使悬臂92的支承件移动到下端的位置Zm，悬臂92的挠曲量未达到最大值dM而仍在上升。这样，不能正确测量试样表面的柔软性。如果初始位置Zi的距离Li更远，则如图9所示，在(a)的阶段，即使悬臂92的支承件移动到下端的位置Zm，探针91甚至不与试样接触而上升。这样，不能完全测量试样表面的柔软性或试样对探针91的附着力。本专利技术想要解决的课题是提供一种即使是在试样表面倾斜的状态下、试样表面的凹凸较大的情况下、或者是测量中发生热漂移的情况下，也能够适当地测量力曲线数据的扫描型探针显微镜。用于解决上述技术问题的方案为了解决上述技术问题而完成的本专利技术的扫描型探针显微镜，悬臂的一端作为固定端，另一端作为可动端，使设置于悬臂的该可动端的探针的前端接近并接触试样表面后，使该探针前端从该试样表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扫描型探针显微镜，悬臂的一端作为固定端，另一端作为可动端，使设置于悬臂的该可动端的探针的前端接近并接触试样表面后，使该探针前端从该试样表面脱离，在此过程中测量该悬臂的挠曲量而进行力曲线测量，其特征在于，具备：a)位置变更机构，在Z方向以及X方向与Y方向上，使该固定端与该试样表面的位置相对地变化，所述Z方向为所述固定端与所述试样表面接近以及远离的方向，所述X方向与Y方向垂直于该Z方向；b)挠曲量测量机构，测量所述悬臂的挠曲量；c)Z方向移动距离检测机构，在所述固定端相对于该试样表面从规定的初始位置相对地移动到所述探针前端与所述试样表面接触且所述挠曲量达到规定值为止的期间，检测所述固定端在Z方向上的移动距离；d)初始位置变更机构，当所述移动距离低于规定的下限值时，将所述初始位置变更为更远离所述试样表面的位置，当所述移动距离超过规定的上限值时，将所述初始位置变更为更接近所述试样表面的位置。

【技术特征摘要】
2017.04.17 JP 2017-0811701.一种扫描型探针显微镜，悬臂的一端作为固定端，另一端作为可动端，使设置于悬臂的该可动端的探针的前端接近并接触试样表面后，使该探针前端从该试样表面脱离，在此过程中测量该悬臂的挠曲量而进行力曲线测量，其特征在于，具备：a)位置变更机构，在Z方向以及X方向与Y方向上，使该固定端与该试样表面的位置相对地变化，所述Z方向为所述固定端与所述试样表面接近以及远离的方向，所述X方向与Y方向垂直于该Z方向；b)挠曲量测量机构，测量所述悬臂的挠曲量；c)Z方向移动距离检测机构，在所述固定端相对于该试样表面从规定的初始位置相对地移动到所述探针前端与所述...

【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