掃描探針顯微鏡的制作方法
【專利摘要】提供掃描探針顯微鏡，其抑制配置在掃描探針顯微鏡上的物鏡的分辨率的降低、且能夠使用該物鏡容易地進行光杠桿的光軸調整。掃描探針顯微鏡(100)具有設置有接近試樣(18)的表面的探針(99)的懸臂(4)、光源部(1)、反射從光源部照射的入射光L0以將其引導至設置于懸臂的反射面的第1反射部(3)、受光部(6)、反射被反射面反射后的反射光L1以將其引導至受光部的第2反射部(5)、以及與懸臂對置配置并對懸臂的附近進行觀察或攝像的數(shù)值孔徑為NA的物鏡(17)，第1反射部被配置成，在第1反射部反射后的入射光L0的光路與物鏡的光軸O所成的角為(其中，θ為開口角(°)，由NA＝n·sinθ表示，n為物鏡與懸臂之間的介質的折射率)。
【專利說明】
掃描探針顯微鏡
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及通過使探針接近試樣的表面進行掃描來測定試樣的表面形狀和粘彈 性等各種物性信息的掃描探針顯微鏡。
【背景技術】
[0002] 掃描探針顯微鏡（SPM:Scanning Probe Microscope)使安裝于懸臂的前端的探針 接近或接觸試樣表面，測定試樣的表面形狀。作為該掃描探針顯微鏡，公知采用對懸臂前端 的背面照射激光并檢測其反射光的所謂的光杠桿方式。在光杠桿方式中，檢測照射到懸臂 的光的反射光的位置偏移作為懸臂的移位，W使懸臂的移位量保持恒定的方式進行反饋控 制并掃描試樣表面。然后，將該反饋控制信號作為物性信息，能夠測定試樣表面的表面形狀 和粘彈性等物性。
[0003] 但是，在光杠桿方式中，需要進行調整激光或檢測器的位置W使得從懸臂反射的 反射光的強度最高的"光軸調整"。因此，開發(fā)了如下技術:在懸臂的正上方設置光學顯微鏡 和攝像機，并且，在光學顯微鏡的光軸上配置分束器(beam splitter),將從側方出射的激 光隔著分束器引導至下方，對懸臂進行照射(專利文獻1)。根據(jù)該技術，激光的一部分隔著 分束器而朝向上方，能夠利用光學顯微鏡直接確認激光的位置，所W，光軸調整容易。
[0004] 并且，存在希望在試樣的測定前利用光學顯微鏡確定測定部位的期望。因此，本申 請人開發(fā)了如下技術:在懸臂的上方或下方設置光學顯微鏡，并且，從傾斜方向照射激光W 使得激光不會照射到光學顯微鏡等(專利文獻2)。在該技術中，由于將改變激光的行進路線 的反射部配置在光學顯微鏡的視野外，所W，能夠鮮明地進行基于光學顯微鏡的試樣觀察。
[0005] 專利文獻1:日本特開2012-225722號公報
[0006] 專利文獻2:國際公開W02006/090593號（圖7)
[0007] 但是，在專利文獻1記載的技術的情況下，在光學顯微鏡的光軸上配置分束器(反 射部），遮擋光學顯微鏡的光軸中屯、，所W，存在顯微鏡的分辨率降低的問題。
[000引另一方面，在專利文獻2記載的技術的情況下，在光學顯微鏡的視野外配置反射部 等，所W，顯微鏡的分辨率不會降低。但是，在專利文獻2記載的技術中，在進行光軸調整時， 激光在光學顯微鏡的視野外進行照射和反射，所W，無法利用光學顯微鏡直接觀察激光。因 此，需要使用散射板等使激光進行散射并將其導入到光學顯微鏡的視野內，有時很難進行 光軸調整。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其目的在于，提供抑制了配置在掃描探針 顯微鏡上的物鏡的分辨率的降低、并且能夠使用該物鏡容易地進行光杠桿的光軸調整的掃 描探針顯微鏡。
[0010] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的掃描探針顯微鏡具有:懸臂，其設置有接近試樣的表 面的探針;光源部，其照射光;第1反射部，其反射從所述光源部照射的入射光LOW將其引導 至設置于所述懸臂的反射面;受光部，其接收所述光;第2反射部，其反射被所述反射面反射 后的反射光Ll W將其引導至所述受光部；W及物鏡，其與所述懸臂對置配置，對該懸臂的附 近進行觀察或攝像，數(shù)值孔徑為NA,所述掃描探針顯微鏡的特征在于，所述第1反射部被配 置成，在所述物鏡與所述懸臂之間，在所述第1反射部反射后的所述入射光LO的光路與所述 物鏡的光軸O所成的角中為〇9<(|)<9,其中，0為開口角(°)，由NA = n ? sin0表示，n為所述物鏡 與所述懸臂之間的介質的折射率。
[0011]根據(jù)該掃描探針顯微鏡，在進行調整光源部的位置W使得入射光LO與懸臂的反射 面重合的"粗調整"時，第1反射部不會遮擋物鏡的光軸中屯、，所W，能夠抑制物鏡的分辨率 的降低。進而，由于第1反射部從物鏡的光軸偏移，所W，與第1反射部存在于光軸上的情況 相比，來自試樣表面的反射光的強度不會過強，容易觀察反射光。另一方面，第1反射部位于 由數(shù)值孔徑NA決定的物鏡的視野內，能夠利用物鏡直接觀察該反射光，所W，關于運點，也 容易利用物鏡確認反射光的強度。
[001^ 也可W是，所述第1反射部被配置在3。呈巧則0。的位置。
[0013] 如果〇9々P，則第1反射部不會遮擋光軸0,但是，實際的第1反射部不是入射光入射 的光路上的點，而是在該點周圍具有某種程度的大小，并且，從光源部出射的光也具有某種 程度的展寬。因此，當設時，第1反射部中的光路上的點的周圍的部件也能夠可靠地不 會遮擋光軸。
[0014] 也可W是，所述第2反射部被配置成，在所述物鏡與所述懸臂之間，在所述反射面 反射后的所述反射光Ll的光路與所述物鏡的光軸0所成的角大于0。
[0015] 根據(jù)該掃描探針顯微鏡，第2反射部被配置在作為由物鏡的NA決定的觀察視野的 外側的0<q>的位置，所W，能夠進一步抑制物鏡的分辨率降低。
[0016] 也可W是，所述掃描探針顯微鏡還具有照射位置調整機構，該照射位置調整機構 與所述光源部連接，能夠通過對該光源部的位置進行調整而對所述入射光LO照射到所述第 1反射面的照射位置進行調整。
[0017] 根據(jù)該掃描探針顯微鏡，在進行上述"粗調整"后，能夠容易地進行調整光源部的 位置(照射位置)W使得來自懸臂的反射光Ll的光強度在受光部之前成為最強的"微調整"。
[0018] 也可W是，所述掃描探針顯微鏡還具有受光位置調整機構，該受光位置調整機構 與所述受光部連接，能夠通過對該受光部的位置進行調整而對所述反射光Ll在該受光部的 受光位置進行調整。
[0019] 根據(jù)該掃描探針顯微鏡，在進行上述"微調整"后，能夠容易地調整受光部的位置 W使得從懸臂反射的反射光Ll的受光強度成為最高。
[0020] 也可W是，所述掃描探針顯微鏡還具有載置所述試樣的試樣臺，所述試樣臺具有 能夠保持1個或多個懸臂的懸臂供給機構。
[0021] 根據(jù)該掃描探針顯微鏡，能夠從試樣臺附近的懸臂供給機構容易且迅速地更換懸 臂。
[0022] 也可W是，所述掃描探針顯微鏡還具有載置所述試樣的試樣臺，在測定時，能夠移 動所述試樣臺，W使得在所述光軸0的方向上與所述探針重合。
[0023] 根據(jù)該掃描探針顯微鏡，在將試樣臺移動到光軸0方向上與探針偏移的位置并進 行上述"粗調整"后，能夠使試樣臺返回并恢復為通常的測定。
[0024] 也可W是，所述試樣臺在與測定時相同的朝向上保持所述懸臂，所述試樣臺還具 有光反射面，該光反射面反射所述入射光LO，用于與被保持的所述懸臂一起進行所述入射 光LO的光軸對齊。
[0025] 根據(jù)該掃描探針顯微鏡，在不具有調整光源部的位置的照射位置調整機構的情況 下，也能夠利用物鏡觀察不是來自試樣表面、而是來自設置于懸臂供給機構的光反射面的 反射光，進行"粗調整"。
[0026] 并且，根據(jù)試樣的種類和表面狀態(tài)，有時來自試樣表面的反射光的強度不充分，但 是，由于來自光反射面的反射光能夠確保恒定強度，所W容易進行"粗調整"。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，抑制了配置在掃描探針顯微鏡上的物鏡的分辨率的降低，并且能夠 使用該物鏡容易地進行光杠桿的光軸調整。
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明的第1實施方式的掃描探針顯微鏡的框圖。
[0029] 圖2是圖1的局部放大圖。
[0030] 圖3是示出物鏡中觀察到的來自試樣表面上的點的反射光的示意圖。
[0031 ]圖4是本發(fā)明的第2實施方式的掃描探針顯微鏡的框圖。
[0032] 圖5是示出本發(fā)明的第2實施方式的掃描探針顯微鏡的光軸調整的一例的圖。
[0033] 圖6是示出使用第1實施方式的掃描探針顯微鏡時物鏡中觀察到的反射光的圖。
[0034] 圖7是示出使用第1實施方式的掃描探針顯微鏡、將第1反射部配置在物鏡的光軸 上時物鏡中觀察到的反射光的圖。
[0035] 標號說明
[0036] 1:光源部;3:第1反射部;4:懸臂;5:第2反射部;6:受光部;7a:照射位置調整機構； 14a:受光位置調整機構；17:物鏡；18:試樣；19:試樣臺；29:懸臂供給機構;29m:光軸調整用 反射鏡(光反射面）；99:探針;100、1OOB:掃描探針顯微鏡;0:物鏡的光軸。
【具體實施方式】
[0037] 下面，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
[0038] 圖1是本發(fā)明的第1實施方式的掃描探針顯微鏡100的框圖，圖2是圖1的懸臂4附近 的局部放大圖。
[0039] 在圖1中，掃描探針顯微鏡100具有在前端具有接近試樣18的表面的探針99的懸臂 4、配置在懸臂4的下方且載置試樣18的試樣臺（載物臺）19、照射光杠桿中使用的激光的光 源部(半導體激光器光源）1、第1反射部(第1反射鏡)3、接收激光的受光部(4分割光檢測元 件)6、第2反射部(第2反射鏡)5、與懸臂4和試樣18對置配置的物鏡17、控制單元40等。另外， 利用光學顯微鏡主體25對由物鏡17會聚的光進行觀察或攝像。
[0040] 并且，第1實施方式的掃描探針顯微鏡100是懸臂4固定、對試樣18側進行掃描的試 樣掃描方式。
[0041] 光源部1配置在物鏡17與懸臂4之間、比物鏡17更靠外側的的位置(后述），在側 方照射激光。第1反射部3向下方反射從光源部1照射的激光W將其引導至懸臂4的背面設置 的反射面(未圖示）。第2反射部5向側方反射被懸臂4的反射面向上方反射的激光W將其引 導至受光部6。受光部6配置在比第2反射部5更靠外側，受光面朝向側方。
[0042] 控制單元40對掃描探針顯微鏡100的動作進行控制，具有控制器、計算機等。計算 機具有控制基板、CPU(中央控制處理裝置）、R0M、RAM、硬盤等存儲單元、接口、操作部等。
[0043] 試樣臺19安裝在微動機構（掃描儀)20的上方，進而，微動機構20安裝在粗動機構 21的上方。并且，粗動機構21固定在基體部(售體)22上。
[0044] 粗動機構21使微動機構20及其上方的試樣臺19大致=維移動，通過控制單元40對 動作進行控制。
[0045] 微動機構20使試樣臺19(和試樣18)S維移動(微動），是具有分別在xy(試樣18的 平面)方向上掃描試樣臺19的2個(雙軸)壓電元件和在Z(高度)方向上掃描試樣臺19的壓電 元件的圓筒形的掃描儀(致動器）。壓電元件是如下元件：當施加電場時，晶體翅曲，當利用 外力使晶體強制翅曲時，產生電場，作為壓電元件，一般可W使用作為陶瓷的一種的PZT(錯 鐵酸鉛），但是不限于此。
[0046] 各壓電元件通過來自控制單元40的規(guī)定控制信號（電壓)而分別向xy方向和Z方向 驅動。
[0047] 而且，在試樣臺19上載置試樣18,試樣18與探針99對置配置。
[0048] 懸臂4具有主體部和薄片部，與主體部的側面相切的薄片部構成懸臂彈黃的構造。 懸臂4通過懸臂固定部(彈黃)12被按壓到斜面塊11上，斜面塊11固定在勵振器(振子）13上。 而且，勵振器13通過來自勵振電源(未圖示）的電信號進行振動，使懸臂4及其前端的探針99 進行振動。作為懸臂的勵振方法，包含壓電元件、電場、磁場、光照射、電流的通電等。在W使 懸臂在諧振頻率附近進行強制振動的動態(tài)力模式(DFM測定模式)測定試樣的形狀時，使用 勵振器13。
[0049] 而且，懸臂4的上下（Z方向）的移動量反映在入射到受光部6的激光的光路的變化 (入射位置）中。因此，根據(jù)該入射位置，利用受光部6檢測懸臂4的移位量。運樣，利用上述機 構檢測由于作用于試樣18與探針99之間的原子間力而產生的懸臂4的移位，使微動機構20 在Z方向上移位W使得探針99(懸臂4)的振動振幅成為目標振幅，對探針99與試樣18相切的 力進行控制。而且，在該狀態(tài)下，使微動機構20在xy方向上移位而進行試樣18的掃描，在DFM 測定模式下對表面的形狀和物性值進行映射。
[0050] 計算機40對探針顯微鏡100的各動作進行控制，取入控制所測定的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)表面 形狀測定、表面物性測定等。而且，針對試樣臺19的xy面內的移位，（i)根據(jù)試樣臺19的高度 的移位而在計算機40上顯示=維形狀像，（ii)根據(jù)諧振狀態(tài)的相位的值而在計算機40上顯 示相位像，（iii)根據(jù)振動振幅與目標值之差而在計算機40上顯示誤差信號像，（iv)根據(jù)探 針試樣間的物性值而在計算機40上顯示多功能測定像，通過進行解析和處理，作為探針顯 微鏡進行動作。
[0051] 另外，在框狀的基體部22的框體的上方固定有光頭售體16,光頭售體16的上表面 的中央部開口。而且，在該開口部中設置有物鏡17,通過開口部而與下方的懸臂4和試樣18 相面對。
[0052] 并且，在光頭售體16上安裝有光源側模塊10,在光源側模塊10的內部配置有光源 側雙軸調整載物臺7。在光源側雙軸調整載物臺7上隔著雙軸調整機構7a而安裝有光源保持 架8,在光源保持架8內保持光源部1和會聚光源部1出射的激光的第1會聚透鏡2。進而，在光 源側模塊10上固定有第I反射鏡保持架9,在第I反射鏡保持架9上安裝有第I反射部3。
[0053] 而且，通過在Z方向和Y方向（或X方向）運2個方向上調整雙軸調整機構7a，能夠進 行調整從光源部1出射的激光的位置W使得來自光源部1的激光與懸臂的反射面重合的"光 軸調整"。另外，勵振器13安裝在光源側模塊10的下方。
[0054] 雙軸調整機構7a相當于權利要求書的"照射位置調整機構"。
[0055] 并且，在光頭售體16上固定有第2反射鏡保持架15,在第2反射鏡保持架15上安裝 有第2反射部5和第2會聚透鏡23。第2會聚透鏡23向受光部6會聚從懸臂4反射的激光。進而， 在光頭售體16上安裝有受光側雙軸調整載物臺14,在受光側雙軸調整載物臺14上隔著雙軸 調整機構Ha而安裝有受光部6。而且，通過在Z方向和Y方向（或X方向）運2個方向上調整雙 軸調整機構14a，能夠進行調整受光部6的位置W使得從懸臂4反射的反射光的受光強度成 為最高的"光軸調整"。
[0056] 雙軸調整機構14a相當于權利要求書的"受光位置調整機構"。
[0057] 接著，參照圖2、圖3對本發(fā)明的特征部分即第1反射部3的配置和光軸調整進行說 明。
[005引如圖2所示，載置試樣18的試樣臺19呈水平，物鏡17的光軸0朝向垂直。并且，在本 例中，懸臂4的反射面相對于水平面W大約11°的角度向圖2的右上方傾斜。而且，當設物鏡 17的數(shù)值孔徑為NA時，由NA = n ? sin0表示。其中，0為開口角(°)，n為物鏡17與懸臂4(試樣 18的表面)之間的介質(通常為空氣）的折射率。
[0059] 運里，第1反射部3被配置成，在物鏡17與懸臂4之間，在第1反射部3反射的入射激 光LO的光路與物鏡的光軸0所成的角(p為〇°<9<0。另外，在本例中，設為第1反射部3的q>=6°。 并且，設在第1反射部3反射的入射激光LO的光路與懸臂4的反射面的交點為P。
[0060] 此時，由于懸臂4的反射面相對于水平向傾斜方向傾斜，所W，入射到懸臂4的入射 激光LO成為在交點P處相對于光軸化k第1反射部3更向外側傾斜(在圖2的例子中為0<中)角 度的反射光Ll，入射到第2反射部5，利用受光部6進行檢測。
[0061] 另外，第1反射部3被配置成r々p<e是指，被配置成在第1反射部3中的使入射激光 LO反射的位置(理論上為點）處〇°<cp<e。但是，實際的第1反射部3不僅是使入射激光LO反射 的位置(點），在該點的周圍還具有某種程度的大小。因此，也可W不將第1反射部3的全部部 位配置在的位置，例如也可W將第1反射部3中的離光軸0最遠的外側部位配置在比0 更靠外側（即物鏡17的觀察視野外）。但是，需要使第1反射部3中的離光軸0最近的部位(例 如圖2的部件3e)不遮擋光軸0,即，將部件3e配置在大于0°的位置。
[0062] 另一方面，需要將第2反射部5配置在入射激光LO在懸臂4的反射面向上方反射后 的反射光Ll的光路上。運里，反射光Ll的光路乃至第2反射部5的位置由入射激光LO的入射 角和懸臂4的反射面的傾斜決定。例如，如上所述，在懸臂4的反射面相對于水平面傾斜11°、 巧=6°的情況下，反射光Ll的光路相對于物鏡17的光軸0呈(6+11 X 2 = )28°的角度。
[0063] 并且，在本例中，第2反射部5被配置成，在物鏡17與懸臂4之間，在懸臂4的反射面 反射的反射光Ll的光路與光軸0所成的角大于0(物鏡17的觀察視野外）。運樣，由于第2反射 部5不會遮擋物鏡17,所W，能夠進一步抑制物鏡17的分辨率降低。但是，如后所述，第2反射 部5被配置成反射光Ll的光路與光軸0所成的角為0 W下，即使稍微遮擋物鏡17的觀察視野 也沒有問題。
[0064] 另外，第2反射部5被配置成大于0是指，在第2反射部5中的使反射光LI反射的位置 (理論上為點）處大于0。因此，也可W不將第2反射部5的全部部位配置在大于0的位置，例如 也可W將第2反射部5中的離光軸0最近的部位配置在0W下的位置。
[0065] 接著，對調整光源部1的位置W使得在受光部6中最強地接收在懸臂4的交點P處反 射的反射光Ll的"光軸調整"進行說明。
[0066] 另外，在本發(fā)明中，容易進行"光軸調整"中的、調整光源部1的位置（圖4的桿掃描 方式的情況下為懸臂4的位置）W使得入射激光LO與懸臂4的反射面重合的"粗調整"。然后， 與W往同樣，進行調整光源部1的位置(照射位置）W使得來自懸臂4的反射光Ll的光強度在 受光部6之前成為最強的"微調整"。進而，調整受光部6的位置W使得從懸臂4反射的反射光 的雙光強度最局。
[0067] 首先，如圖2所示，調整光源部1的位置W使得物鏡17的光軸0與從交點P稍微偏移 的試樣18的表面上的點Q相交。此時，在第1反射部3中朝向下方的入射激光LO化(F<cp.<0的角 度入射到點Q，從點的角度進行反射而成為反射光12。物鏡17能夠僅取入相對于 光軸0穿過開口角0的角度的圓錐面L3的內部的光作為觀察視野，但是，由于基于點Q的反射 光L2的反射角度為所W，該反射光L2被物鏡17取入而能夠直接觀察(參照圖3)。
[0068] 另外，反射光L2相對于光軸0而與入射激光LO對稱，從上述圓錐面L3的內部照射入 射激光L0,所W，反射光L2必定穿過上述圓錐面L3的內部，利用物鏡17可直接觀察。
[0069] 圖3示出物鏡17中觀察到的來自點Q(Q1，Q2)的反射光L2。在物鏡17中觀察到反射 光L2的亮點和懸臂4的圖像。運里，當一邊利用物鏡17觀察一邊調整光源部1的位置W使得 來自點Ql的反射光L2更加接近懸臂4的反射面(交點P)時，觀察到來自點Q2的反射光L2的亮 點。點Q2表示W距離A比點Ql更接近懸臂4的試樣18的表面上的光軸0。
[0070] 接著，當一邊利用物鏡17觀察一邊調整光源部1的位置W使得反射光L2更加接近 懸臂4的反射面(交點P)時，在入射激光LO照射到懸臂4的時點，反射光L2變化為反射光Ll的 路徑，從觀察畫面中消失，所W，可知入射激光LO與懸臂4的反射面重合，"粗調整"結束。
[0071] 如上所述，在本實施方式中，利用物鏡17能夠直接觀察來自懸臂4附近的試樣18的 表面的反射光L2,并進行使來自光源部1的入射光LO與懸臂4的反射面重合的光軸調整，所 W，光軸調整容易。
[0072] 并且，使來自光源部1的光入射到懸臂4的第1反射部3從物鏡17的光軸0偏移 (0°<q>)，不遮擋光軸0,所W，能夠抑制物鏡17的分辨率降低。進而，由于第1反射部3從物鏡 17的光軸0偏移，所W，與第1反射部3存在于光軸0上的情況相比，來自試樣18的表面的反射 光L2的強度不會過強，容易觀察反射光L2。
[0073] 進而，由于第2反射部5配置在由物鏡17的NA決定的觀察視野的外側的e<q>的位置， 所W，能夠進一步抑制物鏡17的分辨率降低。
[0074] 優(yōu)選第1反射部3被配置在3°呈早呈10。的位置。如果爐<9,則第1反射部3不會遮擋光 軸0,但是，實際的第1反射部3不是入射激光LO入射的光路上的點，而是在該點周圍具有某 種程度的大小，并且，從光源部1出射的光也具有某種程度的展寬。因此，如圖2所示，第1反 射部3的部件3e介在于比第1反射部3的反射位置更靠內側。
[00巧]因此，當設為3°^cp時，運種部件3e能夠可靠地不會遮擋光軸0。并且，根據(jù)一般的 物鏡17能夠實現(xiàn)的NA的值，成為(p呈10°左右。
[0076] 更加優(yōu)選第I反射部3被配置在3°<(p<10°的位置。
[0077] 接著，參照圖4、圖5對本發(fā)明的第2實施方式的掃描探針顯微鏡IOOB進行說明。另 夕h第2實施方式的掃描探針顯微鏡IOOB成為對懸臂4側進行掃描并進行測定的桿掃描方 式，對與第1實施方式的掃描探針顯微鏡100相同的結構部分標注相同標號并省略說明。
[0078] 在圖4中，掃描探針顯微鏡IOOB具有在前端具有探針99的懸臂4、配置在懸臂4的下 方且載置試樣18的試樣臺19B、照射光杠桿中使用的激光的光源部1、第1反射部3、受光部6、 第2反射部5、與懸臂4和試樣18對置配置的物鏡17和光學顯微鏡主體25、控制單元40B等。
[00巧]與第1實施方式同樣，光源部1配置在物鏡17與懸臂4之間、(F<e<cp的位置。并且，第 1反射部3配置在物鏡17與懸臂4之間、(F<cp<e的位置，第2反射部5配置在物鏡17與懸臂4之 間、e<cp的位置。
[0080] 試樣臺19B安裝在XY載物臺28的上方，XY載物臺28固定在基體部（售體)22B上。XY 載物臺28使試樣臺19B大致=維移動，對懸臂4與試樣18的位置關系進行調整，通過控制單 元40對動作進行控制。而且，在試樣臺19B上載置試樣18，試樣18與探針99對置配置。另外， 在XY載物臺28上配置有保持了多個更換用懸臂的懸臂供給機構29。
[0081] 懸臂4通過設置在斜面塊IlB內的真空配管30而吸附固定在斜面塊IlB上，斜面塊 IlB固定在勵振器(振子)13上。
[0082] 在掃描探針顯微鏡IOOB中，移位檢測系統(tǒng)和安裝了懸臂的斜面塊IlB成為一體，構 成光頭。具體而言，在基體部22B的垂直方向的吊桿(boom)部位的側面隔著粗動機構21B安 裝有連結部26。
[0083] 在連結部26的下表面安裝有中央部開口的微動機構(掃描儀)20B。并且，在微動機 構20B的下表面固定有中央部開口的框狀的光頭售體16B。微動機構20B使光頭售體16B=維 移動(微動），是具有規(guī)定壓電元件的平面掃描儀(致動器）。而且，在光頭售體16B的開口部 設置有物鏡17,通過開口部而與下方的懸臂4和試樣18相面對。
[0084] 并且，在光頭售體16B的下表面安裝有光源側模塊10B，在光源側模塊IOB的內部配 置有光源側雙軸調整載物臺7。在光源側雙軸調整載物臺7上隔著雙軸調整機構7a安裝有光 源部1和第1會聚透鏡2。進而，在光源側模塊IOB上隔著規(guī)定的反射鏡保持架安裝有第1反射 部3。而且，通過在Z方向和Y方向（或X方向）運2個方向上調整雙軸調整機構7a，與第1實施方 式同樣，能夠進行"光軸調整"W使得來自光源部1的激光與懸臂的反射面重合。
[0085] 雙軸調整機構7a相當于權利要求書的"照射位置調整機構"。
[0086] 但是，在第2實施方式中，由于實現(xiàn)懸吊在微動機構20B上的光頭售體16B的重量減 輕等各種理由，有時不設置雙軸調整機構7曰。該情況下，如圖5所示，能夠利用物鏡17觀察不 是來自試樣18的表面、而是來自設置于懸臂供給機構29的光軸調整用反射鏡29m的反射光 L2,并進行光軸調整。由此，與有無雙軸調整機構無關，能夠進行光軸調整。并且，根據(jù)試樣 18的種類和表面狀態(tài)，有時來自試樣18的表面的反射光L2的強度不充分，但是，由于來自光 軸調整用反射鏡29m的反射光能夠確保恒定強度，所W，還具有容易利用物鏡17觀察反射光 L2、容易進行光軸調整的效果。使用光軸調整用反射鏡29m的光軸調整在后面敘述。
[0087] 另一方面，勵振器13安裝在光源側模塊IOB的下方，懸臂4配置在光頭的前端。
[0088] 進而，在光頭售體16的下側，與光源側模塊IOB對置地固定有規(guī)定反射鏡保持架， 在該反射鏡保持架上安裝有第2反射部5和第2會聚透鏡23。進而，在光頭售體16B上安裝有 受光側雙軸調整載物臺14B，在受光側雙軸調整載物臺14B上隔著雙軸調整機構14a而安裝 有受光部6。而且，通過在Z方向和Y方向（或X方向）運2個方向上調整雙軸調整機構，能夠進 行調整受光部6的位置W使得受光強度成為最高的"光軸調整"。
[0089] 雙軸調整機構14a相當于權利要求書的"受光位置調整機構"。
[0090] 而且，安裝在微動機構20B的前端的光頭的懸臂4相對于試樣18, 一邊控制高度(Z) 方向的位置，一邊在試樣面(XY)內方向上進行掃描。此時，首先，在通過XY載物臺28將懸臂4 定位在試樣18的表面內的任意位置后，通過粗動機構21B(或微動機構20B)將懸臂4送到接 觸或接近試樣18的高度位置。
[0091] 懸臂4的上下（Z方向）的移動量反映在入射到受光部6的激光的光路的變化(入射 位置）中。因此，根據(jù)該入射位置，利用受光部6檢測懸臂4的移位量。運樣，利用上述機構檢 測由于作用于試樣18與探針99之間的原子間力而產生的懸臂4的移位，使微動機構20在Z方 向上移位W使得探針99(懸臂4)的振動振幅成為目標振幅，對探針99與試樣18相切的力進 行控制。而且，在該狀態(tài)下，使微動機構20在xy方向上移位而進行試樣18的掃描，在DFM測定 模式下對表面的形狀和物性值進行映射。
[0092] 運樣，能夠利用上述光杠桿方式檢測使懸臂4的探針接近或接觸試樣1別寸的懸臂1 的移位，通過微動機構20B使懸臂4的移位量保持恒定并對試樣18表面進行掃描而進行測 定。
[0093] 接著，參照圖5,對使用光軸調整用反射鏡29m進行的、使來自光源部1的激光與懸 臂4的反射面重合的"光軸調整"進行說明。
[0094] 在圖5中，在懸臂供給機構29的上表面，W自身的反射面成為水平的方式設置有光 軸調整用反射鏡(光反射面)29m。并且，懸臂4W與裝配在斜面塊IlB上時相同的傾斜、并且 在探針與光軸調整用反射鏡29m的上方對置的位置處保持在懸臂供給機構29上。
[00M]運里，在圖5的例子中，在光軸調整時，懸臂4還未裝配在斜面塊IlB上，而是保持在 懸臂供給機構29上。而且，在該狀態(tài)下，調整XY載物臺28，調整懸臂供給機構29的位置W使 得物鏡17的光軸0與光軸調整用反射鏡29m的表面上的點Qx相交。此時，在第1反射部3朝向 下方的入射激光L〇W〇°<q)<e的角度入射到點妃，從點QxW〇°<q)<9的角度進行反射而成為反 射光L2，被物鏡17取入，能夠直接觀察。
[0096] 運樣，在物鏡17中可觀察到反射光L2的亮點和懸臂供給機構29上的懸臂4的圖像。 運里，當一邊利用物鏡17觀察一邊調整懸臂供給機構29的位置W使得來自點妃的反射光L2 更加接近懸臂4的反射面(交點Px)時，在入射激光LO照射到懸臂4的時點，反射光L2變化為 反射光Ll的路徑，從觀察畫面中消失，所W，可知入射激光LO與懸臂4的反射面重合。
[0097] 另外，懸臂供給機構29上的懸臂4的位置和裝配在斜面塊IlB上之后的懸臂4的位 置在懸臂4的長軸方向（圖5的左右方向）上存在些許的位置偏移，但是，透過該位置偏移，通 過在圖5的狀態(tài)下使懸臂4的位置對齊，實用上沒有問題。因此，通過在圖5的狀態(tài)下使懸臂4 的位置對齊，"粗調整"結束，接著，將懸臂4裝配在斜面塊IlB上并轉移到測定即可。另外，在 圖5的狀態(tài)下使懸臂4的位置對齊時，懸臂4的上表面與斜面塊IlB下表面的Z方向的距離通 常為0.5mm左右。
[0098] 在第2實施方式中，也能夠利用物鏡17直接觀察來自懸臂4附近的光軸調整用反射 鏡29m(或試樣18)的表面的反射光L2,所W，光軸調整容易進行。
[0099] 并且，由于第I反射部3不遮擋物鏡17的光軸0,所W，能夠抑制物鏡17的分辨率降 低。進而，由于第1反射部3從物鏡17的光軸0偏移，所W，來自光軸調整用反射鏡29m(或試樣 18)的表面的反射光L2的強度不會過強，容易觀察反射光L2。
[0100] 本發(fā)明不限于上述實施方式。例如，掃描探針顯微鏡的測定模式沒有限定，除了上 述DFM測定模式W外，還可W例示使探針與試樣之間的原子間力保持恒定并測定試樣的表 面形狀的接觸模式、非接觸測定模式。
[0101] 并且，掃描探針顯微鏡不限于測定試樣的表面形狀，只要是使探針接近或接觸來 進行掃描即可，也可W測定試樣的各種物性信息。
[0102] 光源部、第1反射部、受光部、第2反射部、物鏡的種類也不限于上述實施方式。
[0103] 【實施例】
[0104] 使用圖1、圖2所示的第1實施方式的掃描探針顯微鏡100,使懸臂4的反射面相對于 水平面W大約11°的角度傾斜，設為第1反射部3的(p=6'=|并且，設物鏡17的NA為0.28,設n為 大氣中的折射率。并且，設物鏡17與懸臂4的反射面的工作距離WD為33.5mm。作為光源1，使 用超福射發(fā)光二極管(SLD)。
[0105] 而且，對懸臂4的前端的探針99與試樣18的表面的垂直方向的距離S(mm)進行各種 變更，對物鏡17中觀察到的反射光進行攝像。
[0106] 圖6示出所得到的結果。并且，作為比較，設為第1反射部3的與專利文獻1記 載的技術同樣，設第1反射部3為分束器，同樣對物鏡17中觀察到的反射光進行攝像。圖7示 出設為第1反射部3的cp=〇°時的結果。
[0107] 如圖6所示，在設為第1反射部3的cp=6°的本發(fā)明例子的情況下，當距離S較大時，反 射光的強度稍微減弱，并且，反射光的中屯、位置橫向偏移，但是，反射光的強度不會過強，容 易觀察反射光，光軸調整容易進行。另外，距離S為+表示探針99位于比試樣18的表面更靠物 鏡17側化方）。
[0108] 并且，距離S為-是取下斜面塊11而不存在懸臂4的狀態(tài)，僅觀察來自試樣18的表面 的反射光。
[0109] 另一方面，如圖7所示，在設為第1反射部3的cp=〇°的比較例的情況下，與距離S無 關，反射光的中屯、位置不變，雖然能夠使用物鏡17進行光軸調整，但是，反射光的強度過強 而很難觀察。并且，由于第1反射部3遮擋物鏡17的光軸0中屯、，所W，在利用物鏡17觀察試樣 1別寸，分辨率降低。
【主權項】
1. 一種掃描探針顯微鏡，其具有： 懸臂，其設置有接近試樣的表面的探針； 光源部，其照射光； 第1反射部，其反射從所述光源部照射的入射光(LO)以將其引導至設置于所述懸臂的 反射面； 受光部，其接收所述光； 第2反射部，其反射被所述反射面反射后的反射光(LI)以將其引導至所述受光部；以及 物鏡，其與所述懸臂對置配置，對該懸臂的附近進行觀察或攝像，數(shù)值孔徑為NA， 所述掃描探針顯微鏡的特征在于， 所述第1反射部被配置成，在所述物鏡與所述懸臂之間，在所述第1反射部反射后的所 述入射光(LO)的光路與所述物鏡的光軸(O)所成的角Φ為〇°<φ<θ，其中，Θ為開口角(° )，由 ΝΑ = η · sin0表示，η為所述物鏡與所述懸臂之間的介質的折射率。2. 根據(jù)權利要求1所述的掃描探針顯微鏡，其中， 所述第1反射部被配置在3° S φ S 1〇°的位置。3. 根據(jù)權利要求1或2所述的掃描探針顯微鏡，其中， 所述第2反射部被配置成，在所述物鏡與所述懸臂之間，在所述反射面反射后的所述反 射光(LI)的光路與所述物鏡的光軸(0)所成的角大于Θ。4. 根據(jù)權利要求1~3中的任意一項所述的掃描探針顯微鏡，其中， 所述掃描探針顯微鏡還具有照射位置調整機構，該照射位置調整機構與所述光源部連 接，能夠通過對該光源部的位置進行調整而對所述入射光(LO)照射到所述第1反射面的照 射位置進行調整。5. 根據(jù)權利要求1~4中的任意一項所述的掃描探針顯微鏡，其中， 所述掃描探針顯微鏡還具有受光位置調整機構，該受光位置調整機構與所述受光部連 接，能夠通過對該受光部的位置進行調整而對所述反射光(LI)在該受光部的受光位置進行 調整。6. 根據(jù)權利要求1~5中的任意一項所述的掃描探針顯微鏡，其中， 所述掃描探針顯微鏡還具有載置所述試樣的試樣臺， 所述試樣臺具有能夠保持1個或多個懸臂的懸臂供給機構。7. 根據(jù)權利要求1~6中的任意一項所述的掃描探針顯微鏡，其中， 所述掃描探針顯微鏡還具有載置所述試樣的試樣臺， 在測定時，能夠移動所述試樣臺，以使得在所述光軸(0)的方向上與所述探針重合。8. 根據(jù)權利要求7所述的掃描探針顯微鏡，其中， 所述試樣臺在與測定時相同的朝向上保持所述懸臂， 所述試樣臺還具有光反射面，該光反射面使所述入射光(LO)反射，用于與被保持的所 述懸臂一起進行所述入射光(LO)的光軸對齊。
【文檔編號】G01Q10/00GK106018882SQ201610152514
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月17日
【發(fā)明人】山本浩令
【申請人】日本株式會社日立高新技術科學