专利名称:摩擦力显微镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及在扫描型探測器(probe)显微镜中根据悬臂(cantilever)的扭曲(振れ、捻れ)程度测定摩擦力的摩擦カ显微镜。
背景技术：
在扫描型探測器显微镜中，摩擦力显微镜作为测定作用于样品与悬臂的探针前端之间的摩擦力的装置而开发，其基本原理是，在使悬臂的探针前端与样本接触的状态下，相对于悬臂的长度方向沿直角方向扫描，取得此时的各位置处的悬臂的扭曲方向的位移量，由此使測定区域内的摩擦力的分布图像化(參照专利文献I)。
然而，现有的摩擦力显微镜容易对测定区域内的探针的样本表面的摩擦力的相对 的分布进行測定，但难以对摩擦力的绝对值进行測定。这起因于对于每个悬臂而言，特性存在着偏差。因此，难以用于使用多个悬臂来比较多个样本的摩擦力的用途。
在此，作为悬臂的特性的偏差而成为问题的是为了从所测定的扭曲位移信号来计算摩擦力所需要的參数，(i)悬臂的扭曲弹簧常数、(ii)悬臂的扭曲信号的灵敏度、(iii)悬臂的探针的闻度。
进行通过对每个悬臂測定这些參数来进行摩擦力的绝对值測定的尝试，而关于其方法，分别使用这样的方法(i)使用从悬臂的尺寸求出的扭曲弹簧常数；(ii)与悬臂的挠曲(橈み)方向的信号的灵敏度相等或作为一定的比率而使用挠曲方向的信号的灵敏度；(iii)由电子显微镜或光学显微镜等測定探针高度。
专利文献I :日本特开平6-241762号公报
发明内容
然而，在用于修正上述的悬臂的各參数的方法中，分别存在着如下问题。
(i)难以精度良好地測定厚度以作为悬臂的尺寸，而且，扭曲方向的弹簧常数与厚度的3次方成比例，所以原来的测长的误差被放大，难以计算精度良好的扭曲弹簧常数的值。
(ii)由于照射至悬臂的激光的斑点形状或強度的分布、悬臂的反射面的不均匀导致挠曲方向和扭曲方向的灵敏度并不相同或成一定的比率。
(iii)悬臂的探针前端小到在光学显微镜中不能观察，而难以測定，而且，在扫描型探測器显微镜中，在根据悬臂的扭曲来測定摩擦力的摩擦力显微镜中，为了计算摩擦力所需要的探针的高度不单是从安装有探针的悬臂的表面至探针前端的长度，而且是从悬臂的扭曲的旋转中心至探针前端的长度。然而，仅靠通过显微镜等从外部观察，不能确定悬臂的扭曲的旋转中心，不存在判断测定从哪个部分至探针前端的长度较好的方案。
为了解决以上的课题，在本发明中，其目的在于，提供这样的方法不直接測定在根据外观的观察来測定尺寸的情况下測定误差大的悬臂的探针高度和悬臂的厚度，而是从悬臂的位移信号和悬臂的谐振频率计算，由此，减小悬臂的形状等的测定误差，更高精度地求出样品的摩擦力。
为了解决上述课题，本发明的摩擦力显微镜，具有在前端带有探针的悬臂，具备使探针相对于与该探针对置配置的样本表面而在平行的X-Y平面移动的XY驱动机构及沿与样本表面垂直的Z方向移动的Z驱动机构、以及检测悬臂的挠曲方向的位移信息及扭曲方向的位移信息的位移检测单元，其中，具备摩擦力计算单元，分别根据从悬臂的挠曲方向的位移信息求出的挠曲灵敏度以及从扭曲方向的位移信息求出的扭曲灵敏度来计算从悬臂的扭曲的中心至探针的前端的探针高度h及悬臂的扭曲所导致的扭曲弹簧常数Kt，以作为为了从基于扭曲方向的位移信息的扭曲位移信号来计算摩擦力所需要的參数，根据该计算出的探针高度h及扭曲弹簧常数Kt来计算摩擦力。
另外，在摩擦力计算单元中，根据既定的计算式计算从悬臂的扭曲的中心至探针的前端的探针高度h及悬臂的扭曲所导致的扭曲弹簧常数Kt。
具体而言，使用悬臂的杆部(lever)长度L、悬臂的从探针侧端部至探针前端位置的与杆部平行的长度d、Z方向的悬臂的挠曲方向的位移信号和位移量的比率SDIF、Z方向的悬臂的挠曲方向的位移信号放大率Gdif、XY方向的悬臂的扭曲方向的位移信号和位移量的··比率SFFM、XY方向的所述悬臂的挠曲方向的位移信号放大率Gffm、所述悬臂的宽度W、所述悬臂的扭曲模式的谐振频率ft、所述悬臂的基于材质的密度P以及所述悬臂的基于材质的横弾性系数G，根据数学式I及数学式2来计算。
[数学式I]
权利要求
1.ー种摩擦力显微镜，其特征在干，具有在前端带有探针的悬臂，具备使所述探针相对于与该探针对置配置的样本表面而在平行的X-Y平面移动的XY驱动机构及沿与所述样本表面垂直的Z方向移动的Z驱动机构、以及检测悬臂的挠曲方向的位移信息及扭曲方向的位移信息的位移检测单元， 所述摩擦カ显微镜具备摩擦力计算单元，分别根据从所述悬臂的挠曲方向的位移信息求出的挠曲灵敏度及从所述扭曲方向的位移信息求出的扭曲灵敏度来计算从悬臂的扭曲的中心至所述探针的前端的探针高度h及悬臂的扭曲所导致的扭曲弹簧常数Kt，以作为为了从基于所述扭曲方向的位移信息的扭曲位移信号来计算摩擦力所需要的參数，根据该计算出的探针高度h及扭曲弹簧常数Kt来计算摩擦力。
2.如权利要求
I所述的摩擦力显微镜,其中， 根据下式求出所述探针高度h ； [数学式I]
3.如权利要求
I或2所述的摩擦力显微镜，其中， 根据下式求出所述扭曲弹簧常数Kt ； [数学式2]
4.如权利要求
I所述的摩擦力显微镜,其中， 具有使所述悬臂沿Z方向振动的悬臂激振単元， 根据从使该悬臂在其挠曲方向的谐振频率附近的既定的频率范围扫描时的振动状态得到的挠曲方向的频率特性及与其一起取得的扭曲方向的频率特性，求出所述扭曲方向的谐振频率ft O
5.如权利要求
I所述的摩擦力显微镜,其中， 所述悬臂的杆部长度し 所述悬臂的从所述探针侧端部至所述探针前端位置的与所述杆部平行的长度d、以及所述悬臂的宽度W，以光学图像或电子图像为基础而进行测长。、
专利摘要
本发明提供一种摩擦力显微镜，其中具备摩擦力的计算机构，分别根据从悬臂的挠曲方向的位移信息求出的挠曲灵敏度及从扭曲方向的位移信息求出扭曲灵敏度来计算悬臂的有效探针高度及扭曲弹簧常数，并使用该计算值。从而在摩擦力显微镜中，能够进行悬臂的定量的摩擦力的测定。
文档编号G01Q60/26GKCN102721834SQ201210063860
公开日2012年10月10日 申请日期2012年3月2日
发明者安武正敏, 渡边将史 申请人:精工电子纳米科技有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan