扫描探针显微镜的制作方法
【专利摘要】提供扫描探针显微镜，其抑制配置在扫描探针显微镜上的物镜的分辨率的降低、且能够使用该物镜容易地进行光杠杆的光轴调整。扫描探针显微镜(100)具有设置有接近试样(18)的表面的探针(99)的悬臂(4)、光源部(1)、反射从光源部照射的入射光L0以将其引导至设置于悬臂的反射面的第1反射部(3)、受光部(6)、反射被反射面反射后的反射光L1以将其引导至受光部的第2反射部(5)、以及与悬臂对置配置并对悬臂的附近进行观察或摄像的数值孔径为NA的物镜(17)，第1反射部被配置成，在第1反射部反射后的入射光L0的光路与物镜的光轴O所成的角为(其中，θ为开口角(°)，由NA＝n·sinθ表示，n为物镜与悬臂之间的介质的折射率)。
【专利说明】
扫描探针显微镜
技术领域
[0001] 本发明设及通过使探针接近试样的表面进行扫描来测定试样的表面形状和粘弹 性等各种物性信息的扫描探针显微镜。
【背景技术】
[0002] 扫描探针显微镜（SPM:Scanning Probe Microscope)使安装于悬臂的前端的探针 接近或接触试样表面，测定试样的表面形状。作为该扫描探针显微镜，公知采用对悬臂前端 的背面照射激光并检测其反射光的所谓的光杠杆方式。在光杠杆方式中，检测照射到悬臂 的光的反射光的位置偏移作为悬臂的移位，W使悬臂的移位量保持恒定的方式进行反馈控 制并扫描试样表面。然后，将该反馈控制信号作为物性信息，能够测定试样表面的表面形状 和粘弹性等物性。
[0003] 但是，在光杠杆方式中，需要进行调整激光或检测器的位置W使得从悬臂反射的 反射光的强度最高的"光轴调整"。因此，开发了如下技术:在悬臂的正上方设置光学显微镜 和摄像机，并且，在光学显微镜的光轴上配置分束器(beam splitter),将从侧方出射的激 光隔着分束器引导至下方，对悬臂进行照射(专利文献1)。根据该技术，激光的一部分隔着 分束器而朝向上方，能够利用光学显微镜直接确认激光的位置，所W，光轴调整容易。
[0004] 并且，存在希望在试样的测定前利用光学显微镜确定测定部位的期望。因此，本申 请人开发了如下技术:在悬臂的上方或下方设置光学显微镜，并且，从倾斜方向照射激光W 使得激光不会照射到光学显微镜等(专利文献2)。在该技术中，由于将改变激光的行进路线 的反射部配置在光学显微镜的视野外，所W，能够鲜明地进行基于光学显微镜的试样观察。
[0005] 专利文献1:日本特开2012-225722号公报
[0006] 专利文献2:国际公开W02006/090593号（图7)
[0007] 但是，在专利文献1记载的技术的情况下，在光学显微镜的光轴上配置分束器(反 射部），遮挡光学显微镜的光轴中屯、，所W，存在显微镜的分辨率降低的问题。
[000引另一方面，在专利文献2记载的技术的情况下，在光学显微镜的视野外配置反射部 等，所W，显微镜的分辨率不会降低。但是，在专利文献2记载的技术中，在进行光轴调整时， 激光在光学显微镜的视野外进行照射和反射，所W，无法利用光学显微镜直接观察激光。因 此，需要使用散射板等使激光进行散射并将其导入到光学显微镜的视野内，有时很难进行 光轴调整。
【发明内容】
[0009] 本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供抑制了配置在扫描探针 显微镜上的物镜的分辨率的降低、并且能够使用该物镜容易地进行光杠杆的光轴调整的扫 描探针显微镜。
[0010] 为了实现上述目的，本发明的扫描探针显微镜具有:悬臂，其设置有接近试样的表 面的探针;光源部，其照射光;第1反射部，其反射从所述光源部照射的入射光LOW将其引导 至设置于所述悬臂的反射面;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将其引导至所述受光部；W及物镜，其与所述悬臂对置配置，对该悬臂的附 近进行观察或摄像，数值孔径为NA,所述扫描探针显微镜的特征在于，所述第1反射部被配 置成，在所述物镜与所述悬臂之间，在所述第1反射部反射后的所述入射光LO的光路与所述 物镜的光轴O所成的角中为〇9<(|)<9,其中，0为开口角(°)，由NA = n ? sin0表示，n为所述物镜 与所述悬臂之间的介质的折射率。
[0011]根据该扫描探针显微镜，在进行调整光源部的位置W使得入射光LO与悬臂的反射 面重合的"粗调整"时，第1反射部不会遮挡物镜的光轴中屯、，所W，能够抑制物镜的分辨率 的降低。进而，由于第1反射部从物镜的光轴偏移，所W，与第1反射部存在于光轴上的情况 相比，来自试样表面的反射光的强度不会过强，容易观察反射光。另一方面，第1反射部位于 由数值孔径NA决定的物镜的视野内，能够利用物镜直接观察该反射光，所W，关于运点，也 容易利用物镜确认反射光的强度。
[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，则第1反射部不会遮挡光轴0,但是，实际的第1反射部不是入射光入射 的光路上的点，而是在该点周围具有某种程度的大小，并且，从光源部出射的光也具有某种 程度的展宽。因此，当设时，第1反射部中的光路上的点的周围的部件也能够可靠地不 会遮挡光轴。
[0014] 也可W是，所述第2反射部被配置成，在所述物镜与所述悬臂之间，在所述反射面 反射后的所述反射光Ll的光路与所述物镜的光轴0所成的角大于0。
[0015] 根据该扫描探针显微镜，第2反射部被配置在作为由物镜的NA决定的观察视野的 外侧的0<q>的位置，所W，能够进一步抑制物镜的分辨率降低。
[0016] 也可W是，所述扫描探针显微镜还具有照射位置调整机构，该照射位置调整机构 与所述光源部连接，能够通过对该光源部的位置进行调整而对所述入射光LO照射到所述第 1反射面的照射位置进行调整。
[0017] 根据该扫描探针显微镜，在进行上述"粗调整"后，能够容易地进行调整光源部的 位置(照射位置)W使得来自悬臂的反射光Ll的光强度在受光部之前成为最强的"微调整"。
[0018] 也可W是，所述扫描探针显微镜还具有受光位置调整机构，该受光位置调整机构 与所述受光部连接，能够通过对该受光部的位置进行调整而对所述反射光Ll在该受光部的 受光位置进行调整。
[0019] 根据该扫描探针显微镜，在进行上述"微调整"后，能够容易地调整受光部的位置 W使得从悬臂反射的反射光Ll的受光强度成为最高。
[0020] 也可W是，所述扫描探针显微镜还具有载置所述试样的试样台，所述试样台具有 能够保持1个或多个悬臂的悬臂供给机构。
[0021] 根据该扫描探针显微镜，能够从试样台附近的悬臂供给机构容易且迅速地更换悬 臂。
[0022] 也可W是，所述扫描探针显微镜还具有载置所述试样的试样台，在测定时，能够移 动所述试样台，W使得在所述光轴0的方向上与所述探针重合。
[0023] 根据该扫描探针显微镜，在将试样台移动到光轴0方向上与探针偏移的位置并进 行上述"粗调整"后，能够使试样台返回并恢复为通常的测定。
[0024] 也可W是，所述试样台在与测定时相同的朝向上保持所述悬臂，所述试样台还具 有光反射面，该光反射面反射所述入射光LO，用于与被保持的所述悬臂一起进行所述入射 光LO的光轴对齐。
[0025] 根据该扫描探针显微镜，在不具有调整光源部的位置的照射位置调整机构的情况 下，也能够利用物镜观察不是来自试样表面、而是来自设置于悬臂供给机构的光反射面的 反射光，进行"粗调整"。
[0026] 并且，根据试样的种类和表面状态，有时来自试样表面的反射光的强度不充分，但 是，由于来自光反射面的反射光能够确保恒定强度，所W容易进行"粗调整"。
[0027] 根据本发明，抑制了配置在扫描探针显微镜上的物镜的分辨率的降低，并且能够 使用该物镜容易地进行光杠杆的光轴调整。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明的第1实施方式的扫描探针显微镜的框图。
[0029] 图2是图1的局部放大图。
[0030] 图3是示出物镜中观察到的来自试样表面上的点的反射光的示意图。
[0031 ]图4是本发明的第2实施方式的扫描探针显微镜的框图。
[0032] 图5是示出本发明的第2实施方式的扫描探针显微镜的光轴调整的一例的图。
[0033] 图6是示出使用第1实施方式的扫描探针显微镜时物镜中观察到的反射光的图。
[0034] 图7是示出使用第1实施方式的扫描探针显微镜、将第1反射部配置在物镜的光轴 上时物镜中观察到的反射光的图。
[0035] 标号说明
[0036] 1:光源部;3:第1反射部;4:悬臂;5:第2反射部;6:受光部;7a:照射位置调整机构； 14a:受光位置调整机构；17:物镜；18:试样；19:试样台；29:悬臂供给机构;29m:光轴调整用 反射镜(光反射面）；99:探针;100、1OOB:扫描探针显微镜;0:物镜的光轴。
【具体实施方式】
[0037] 下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0038] 图1是本发明的第1实施方式的扫描探针显微镜100的框图，图2是图1的悬臂4附近 的局部放大图。
[0039] 在图1中，扫描探针显微镜100具有在前端具有接近试样18的表面的探针99的悬臂 4、配置在悬臂4的下方且载置试样18的试样台（载物台）19、照射光杠杆中使用的激光的光 源部(半导体激光器光源）1、第1反射部(第1反射镜)3、接收激光的受光部(4分割光检测元 件)6、第2反射部(第2反射镜)5、与悬臂4和试样18对置配置的物镜17、控制单元40等。另外， 利用光学显微镜主体25对由物镜17会聚的光进行观察或摄像。
[0040] 并且，第1实施方式的扫描探针显微镜100是悬臂4固定、对试样18侧进行扫描的试 样扫描方式。
[0041] 光源部1配置在物镜17与悬臂4之间、比物镜17更靠外侧的的位置(后述），在侧 方照射激光。第1反射部3向下方反射从光源部1照射的激光W将其引导至悬臂4的背面设置 的反射面(未图示）。第2反射部5向侧方反射被悬臂4的反射面向上方反射的激光W将其引 导至受光部6。受光部6配置在比第2反射部5更靠外侧，受光面朝向侧方。
[0042] 控制单元40对扫描探针显微镜100的动作进行控制，具有控制器、计算机等。计算 机具有控制基板、CPU(中央控制处理装置）、R0M、RAM、硬盘等存储单元、接口、操作部等。
[0043] 试样台19安装在微动机构（扫描仪)20的上方，进而，微动机构20安装在粗动机构 21的上方。并且，粗动机构21固定在基体部(售体)22上。
[0044] 粗动机构21使微动机构20及其上方的试样台19大致=维移动，通过控制单元40对 动作进行控制。
[0045] 微动机构20使试样台19(和试样18)S维移动(微动），是具有分别在xy(试样18的 平面)方向上扫描试样台19的2个(双轴)压电元件和在Z(高度)方向上扫描试样台19的压电 元件的圆筒形的扫描仪(致动器）。压电元件是如下元件：当施加电场时，晶体翅曲，当利用 外力使晶体强制翅曲时，产生电场，作为压电元件，一般可W使用作为陶瓷的一种的PZT(错 铁酸铅），但是不限于此。
[0046] 各压电元件通过来自控制单元40的规定控制信号（电压)而分别向xy方向和Z方向 驱动。
[0047] 而且，在试样台19上载置试样18,试样18与探针99对置配置。
[0048] 悬臂4具有主体部和薄片部，与主体部的侧面相切的薄片部构成悬臂弹黃的构造。 悬臂4通过悬臂固定部(弹黃)12被按压到斜面块11上，斜面块11固定在励振器(振子）13上。 而且，励振器13通过来自励振电源(未图示）的电信号进行振动，使悬臂4及其前端的探针99 进行振动。作为悬臂的励振方法，包含压电元件、电场、磁场、光照射、电流的通电等。在W使 悬臂在谐振频率附近进行强制振动的动态力模式(DFM测定模式)测定试样的形状时，使用 励振器13。
[0049] 而且，悬臂4的上下（Z方向）的移动量反映在入射到受光部6的激光的光路的变化 (入射位置）中。因此，根据该入射位置，利用受光部6检测悬臂4的移位量。运样，利用上述机 构检测由于作用于试样18与探针99之间的原子间力而产生的悬臂4的移位，使微动机构20 在Z方向上移位W使得探针99(悬臂4)的振动振幅成为目标振幅，对探针99与试样18相切的 力进行控制。而且，在该状态下，使微动机构20在xy方向上移位而进行试样18的扫描，在DFM 测定模式下对表面的形状和物性值进行映射。
[0050] 计算机40对探针显微镜100的各动作进行控制，取入控制所测定的数据，实现表面 形状测定、表面物性测定等。而且，针对试样台19的xy面内的移位，（i)根据试样台19的高度 的移位而在计算机40上显示=维形状像，（ii)根据谐振状态的相位的值而在计算机40上显 示相位像，（iii)根据振动振幅与目标值之差而在计算机40上显示误差信号像，（iv)根据探 针试样间的物性值而在计算机40上显示多功能测定像，通过进行解析和处理，作为探针显 微镜进行动作。
[0051] 另外，在框状的基体部22的框体的上方固定有光头售体16,光头售体16的上表面 的中央部开口。而且，在该开口部中设置有物镜17,通过开口部而与下方的悬臂4和试样18 相面对。
[0052] 并且，在光头售体16上安装有光源侧模块10,在光源侧模块10的内部配置有光源 侧双轴调整载物台7。在光源侧双轴调整载物台7上隔着双轴调整机构7a而安装有光源保持 架8,在光源保持架8内保持光源部1和会聚光源部1出射的激光的第1会聚透镜2。进而，在光 源侧模块10上固定有第I反射镜保持架9,在第I反射镜保持架9上安装有第I反射部3。
[0053] 而且，通过在Z方向和Y方向（或X方向）运2个方向上调整双轴调整机构7a，能够进 行调整从光源部1出射的激光的位置W使得来自光源部1的激光与悬臂的反射面重合的"光 轴调整"。另外，励振器13安装在光源侧模块10的下方。
[0054] 双轴调整机构7a相当于权利要求书的"照射位置调整机构"。
[0055] 并且，在光头售体16上固定有第2反射镜保持架15,在第2反射镜保持架15上安装 有第2反射部5和第2会聚透镜23。第2会聚透镜23向受光部6会聚从悬臂4反射的激光。进而， 在光头售体16上安装有受光侧双轴调整载物台14,在受光侧双轴调整载物台14上隔着双轴 调整机构Ha而安装有受光部6。而且，通过在Z方向和Y方向（或X方向）运2个方向上调整双 轴调整机构14a，能够进行调整受光部6的位置W使得从悬臂4反射的反射光的受光强度成 为最高的"光轴调整"。
[0056] 双轴调整机构14a相当于权利要求书的"受光位置调整机构"。
[0057] 接着，参照图2、图3对本发明的特征部分即第1反射部3的配置和光轴调整进行说 明。
[005引如图2所示，载置试样18的试样台19呈水平，物镜17的光轴0朝向垂直。并且，在本 例中，悬臂4的反射面相对于水平面W大约11°的角度向图2的右上方倾斜。而且，当设物镜 17的数值孔径为NA时，由NA = n ? sin0表示。其中，0为开口角(°)，n为物镜17与悬臂4(试样 18的表面)之间的介质(通常为空气）的折射率。
[0059] 运里，第1反射部3被配置成，在物镜17与悬臂4之间，在第1反射部3反射的入射激 光LO的光路与物镜的光轴0所成的角(p为〇°<9<0。另外，在本例中，设为第1反射部3的q>=6°。 并且，设在第1反射部3反射的入射激光LO的光路与悬臂4的反射面的交点为P。
[0060] 此时，由于悬臂4的反射面相对于水平向倾斜方向倾斜，所W，入射到悬臂4的入射 激光LO成为在交点P处相对于光轴化k第1反射部3更向外侧倾斜(在图2的例子中为0<中)角 度的反射光Ll，入射到第2反射部5，利用受光部6进行检测。
[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(理论上为点）处〇°<cp<e。但是，实际的第1反射部3不仅是使入射激光LO反射 的位置(点），在该点的周围还具有某种程度的大小。因此，也可W不将第1反射部3的全部部 位配置在的位置，例如也可W将第1反射部3中的离光轴0最远的外侧部位配置在比0 更靠外侧（即物镜17的观察视野外）。但是，需要使第1反射部3中的离光轴0最近的部位(例 如图2的部件3e)不遮挡光轴0,即，将部件3e配置在大于0°的位置。
[0062] 另一方面，需要将第2反射部5配置在入射激光LO在悬臂4的反射面向上方反射后 的反射光Ll的光路上。运里，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 角和悬臂4的反射面的倾斜决定。例如，如上所述，在悬臂4的反射面相对于水平面倾斜11°、 巧=6°的情况下，反射光Ll的光路相对于物镜17的光轴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，在物镜17与悬臂4之间，在悬臂4的反射面 反射的反射光Ll的光路与光轴0所成的角大于0(物镜17的观察视野外）。运样，由于第2反射 部5不会遮挡物镜17,所W，能够进一步抑制物镜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的光路与光轴0所成的角为0 W下，即使稍微遮挡物镜17的观察视野 也没有问题。
[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 (理论上为点）处大于0。因此，也可W不将第2反射部5的全部部位配置在大于0的位置，例如 也可W将第2反射部5中的离光轴0最近的部位配置在0W下的位置。
[0065] 接着，对调整光源部1的位置W使得在受光部6中最强地接收在悬臂4的交点P处反 射的反射光Ll的"光轴调整"进行说明。
[0066] 另外，在本发明中，容易进行"光轴调整"中的、调整光源部1的位置（图4的杆扫描 方式的情况下为悬臂4的位置）W使得入射激光LO与悬臂4的反射面重合的"粗调整"。然后， 与W往同样，进行调整光源部1的位置(照射位置）W使得来自悬臂4的反射光Ll的光强度在 受光部6之前成为最强的"微调整"。进而，调整受光部6的位置W使得从悬臂4反射的反射光 的雙光强度最局。
[0067] 首先，如图2所示，调整光源部1的位置W使得物镜17的光轴0与从交点P稍微偏移 的试样18的表面上的点Q相交。此时，在第1反射部3中朝向下方的入射激光LO化(F<cp.<0的角 度入射到点Q，从点的角度进行反射而成为反射光12。物镜17能够仅取入相对于 光轴0穿过开口角0的角度的圆锥面L3的内部的光作为观察视野，但是，由于基于点Q的反射 光L2的反射角度为所W，该反射光L2被物镜17取入而能够直接观察(参照图3)。
[0068] 另外，反射光L2相对于光轴0而与入射激光LO对称，从上述圆锥面L3的内部照射入 射激光L0,所W，反射光L2必定穿过上述圆锥面L3的内部，利用物镜17可直接观察。
[0069] 图3示出物镜17中观察到的来自点Q(Q1，Q2)的反射光L2。在物镜17中观察到反射 光L2的亮点和悬臂4的图像。运里，当一边利用物镜17观察一边调整光源部1的位置W使得 来自点Ql的反射光L2更加接近悬臂4的反射面(交点P)时，观察到来自点Q2的反射光L2的亮 点。点Q2表示W距离A比点Ql更接近悬臂4的试样18的表面上的光轴0。
[0070] 接着，当一边利用物镜17观察一边调整光源部1的位置W使得反射光L2更加接近 悬臂4的反射面(交点P)时，在入射激光LO照射到悬臂4的时点，反射光L2变化为反射光Ll的 路径，从观察画面中消失，所W，可知入射激光LO与悬臂4的反射面重合，"粗调整"结束。
[0071] 如上所述，在本实施方式中，利用物镜17能够直接观察来自悬臂4附近的试样18的 表面的反射光L2,并进行使来自光源部1的入射光LO与悬臂4的反射面重合的光轴调整，所 W，光轴调整容易。
[0072] 并且，使来自光源部1的光入射到悬臂4的第1反射部3从物镜17的光轴0偏移 (0°<q>)，不遮挡光轴0,所W，能够抑制物镜17的分辨率降低。进而，由于第1反射部3从物镜 17的光轴0偏移，所W，与第1反射部3存在于光轴0上的情况相比，来自试样18的表面的反射 光L2的强度不会过强，容易观察反射光L2。
[0073] 进而，由于第2反射部5配置在由物镜17的NA决定的观察视野的外侧的e<q>的位置， 所W，能够进一步抑制物镜17的分辨率降低。
[0074] 优选第1反射部3被配置在3°呈早呈10。的位置。如果炉<9,则第1反射部3不会遮挡光 轴0,但是，实际的第1反射部3不是入射激光LO入射的光路上的点，而是在该点周围具有某 种程度的大小，并且，从光源部1出射的光也具有某种程度的展宽。因此，如图2所示，第1反 射部3的部件3e介在于比第1反射部3的反射位置更靠内侧。
[00巧]因此，当设为3°^cp时，运种部件3e能够可靠地不会遮挡光轴0。并且，根据一般的 物镜17能够实现的NA的值，成为(p呈10°左右。
[0076] 更加优选第I反射部3被配置在3°<(p<10°的位置。
[0077] 接着，参照图4、图5对本发明的第2实施方式的扫描探针显微镜IOOB进行说明。另 夕h第2实施方式的扫描探针显微镜IOOB成为对悬臂4侧进行扫描并进行测定的杆扫描方 式，对与第1实施方式的扫描探针显微镜100相同的结构部分标注相同标号并省略说明。
[0078] 在图4中，扫描探针显微镜IOOB具有在前端具有探针99的悬臂4、配置在悬臂4的下 方且载置试样18的试样台19B、照射光杠杆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、与悬臂4和试样18对置配置的物镜17和光学显微镜主体25、控制单元40B等。
[00巧]与第1实施方式同样，光源部1配置在物镜17与悬臂4之间、(F<e<cp的位置。并且，第 1反射部3配置在物镜17与悬臂4之间、(F<cp<e的位置，第2反射部5配置在物镜17与悬臂4之 间、e<cp的位置。
[0080] 试样台19B安装在XY载物台28的上方，XY载物台28固定在基体部（售体)22B上。XY 载物台28使试样台19B大致=维移动，对悬臂4与试样18的位置关系进行调整，通过控制单 元40对动作进行控制。而且，在试样台19B上载置试样18，试样18与探针99对置配置。另外， 在XY载物台28上配置有保持了多个更换用悬臂的悬臂供给机构29。
[0081] 悬臂4通过设置在斜面块IlB内的真空配管30而吸附固定在斜面块IlB上，斜面块 IlB固定在励振器(振子)13上。
[0082] 在扫描探针显微镜IOOB中，移位检测系统和安装了悬臂的斜面块IlB成为一体，构 成光头。具体而言，在基体部22B的垂直方向的吊杆(boom)部位的侧面隔着粗动机构21B安 装有连结部26。
[0083] 在连结部26的下表面安装有中央部开口的微动机构(扫描仪)20B。并且，在微动机 构20B的下表面固定有中央部开口的框状的光头售体16B。微动机构20B使光头售体16B=维 移动(微动），是具有规定压电元件的平面扫描仪(致动器）。而且，在光头售体16B的开口部 设置有物镜17,通过开口部而与下方的悬臂4和试样18相面对。
[0084] 并且，在光头售体16B的下表面安装有光源侧模块10B，在光源侧模块IOB的内部配 置有光源侧双轴调整载物台7。在光源侧双轴调整载物台7上隔着双轴调整机构7a安装有光 源部1和第1会聚透镜2。进而，在光源侧模块IOB上隔着规定的反射镜保持架安装有第1反射 部3。而且，通过在Z方向和Y方向（或X方向）运2个方向上调整双轴调整机构7a，与第1实施方 式同样，能够进行"光轴调整"W使得来自光源部1的激光与悬臂的反射面重合。
[0085] 双轴调整机构7a相当于权利要求书的"照射位置调整机构"。
[0086] 但是，在第2实施方式中，由于实现悬吊在微动机构20B上的光头售体16B的重量减 轻等各种理由，有时不设置双轴调整机构7曰。该情况下，如图5所示，能够利用物镜17观察不 是来自试样18的表面、而是来自设置于悬臂供给机构29的光轴调整用反射镜29m的反射光 L2,并进行光轴调整。由此，与有无双轴调整机构无关，能够进行光轴调整。并且，根据试样 18的种类和表面状态，有时来自试样18的表面的反射光L2的强度不充分，但是，由于来自光 轴调整用反射镜29m的反射光能够确保恒定强度，所W，还具有容易利用物镜17观察反射光 L2、容易进行光轴调整的效果。使用光轴调整用反射镜29m的光轴调整在后面叙述。
[0087] 另一方面，励振器13安装在光源侧模块IOB的下方，悬臂4配置在光头的前端。
[0088] 进而，在光头售体16的下侧，与光源侧模块IOB对置地固定有规定反射镜保持架， 在该反射镜保持架上安装有第2反射部5和第2会聚透镜23。进而，在光头售体16B上安装有 受光侧双轴调整载物台14B，在受光侧双轴调整载物台14B上隔着双轴调整机构14a而安装 有受光部6。而且，通过在Z方向和Y方向（或X方向）运2个方向上调整双轴调整机构，能够进 行调整受光部6的位置W使得受光强度成为最高的"光轴调整"。
[0089] 双轴调整机构14a相当于权利要求书的"受光位置调整机构"。
[0090] 而且，安装在微动机构20B的前端的光头的悬臂4相对于试样18, 一边控制高度(Z) 方向的位置，一边在试样面(XY)内方向上进行扫描。此时，首先，在通过XY载物台28将悬臂4 定位在试样18的表面内的任意位置后，通过粗动机构21B(或微动机构20B)将悬臂4送到接 触或接近试样18的高度位置。
[0091] 悬臂4的上下（Z方向）的移动量反映在入射到受光部6的激光的光路的变化(入射 位置）中。因此，根据该入射位置，利用受光部6检测悬臂4的移位量。运样，利用上述机构检 测由于作用于试样18与探针99之间的原子间力而产生的悬臂4的移位，使微动机构20在Z方 向上移位W使得探针99(悬臂4)的振动振幅成为目标振幅，对探针99与试样18相切的力进 行控制。而且，在该状态下，使微动机构20在xy方向上移位而进行试样18的扫描，在DFM测定 模式下对表面的形状和物性值进行映射。
[0092] 运样，能够利用上述光杠杆方式检测使悬臂4的探针接近或接触试样1別寸的悬臂1 的移位，通过微动机构20B使悬臂4的移位量保持恒定并对试样18表面进行扫描而进行测 定。
[0093] 接着，参照图5,对使用光轴调整用反射镜29m进行的、使来自光源部1的激光与悬 臂4的反射面重合的"光轴调整"进行说明。
[0094] 在图5中，在悬臂供给机构29的上表面，W自身的反射面成为水平的方式设置有光 轴调整用反射镜(光反射面)29m。并且，悬臂4W与装配在斜面块IlB上时相同的倾斜、并且 在探针与光轴调整用反射镜29m的上方对置的位置处保持在悬臂供给机构29上。
[00M]运里，在图5的例子中，在光轴调整时，悬臂4还未装配在斜面块IlB上，而是保持在 悬臂供给机构29上。而且，在该状态下，调整XY载物台28，调整悬臂供给机构29的位置W使 得物镜17的光轴0与光轴调整用反射镜29m的表面上的点Qx相交。此时，在第1反射部3朝向 下方的入射激光L〇W〇°<q)<e的角度入射到点妃，从点QxW〇°<q)<9的角度进行反射而成为反 射光L2，被物镜17取入，能够直接观察。
[0096] 运样，在物镜17中可观察到反射光L2的亮点和悬臂供给机构29上的悬臂4的图像。 运里，当一边利用物镜17观察一边调整悬臂供给机构29的位置W使得来自点妃的反射光L2 更加接近悬臂4的反射面(交点Px)时，在入射激光LO照射到悬臂4的时点，反射光L2变化为 反射光Ll的路径，从观察画面中消失，所W，可知入射激光LO与悬臂4的反射面重合。
[0097] 另外，悬臂供给机构29上的悬臂4的位置和装配在斜面块IlB上之后的悬臂4的位 置在悬臂4的长轴方向（图5的左右方向）上存在些许的位置偏移，但是，透过该位置偏移，通 过在图5的状态下使悬臂4的位置对齐，实用上没有问题。因此，通过在图5的状态下使悬臂4 的位置对齐，"粗调整"结束，接着，将悬臂4装配在斜面块IlB上并转移到测定即可。另外，在 图5的状态下使悬臂4的位置对齐时，悬臂4的上表面与斜面块IlB下表面的Z方向的距离通 常为0.5mm左右。
[0098] 在第2实施方式中，也能够利用物镜17直接观察来自悬臂4附近的光轴调整用反射 镜29m(或试样18)的表面的反射光L2,所W，光轴调整容易进行。
[0099] 并且，由于第I反射部3不遮挡物镜17的光轴0,所W，能够抑制物镜17的分辨率降 低。进而，由于第1反射部3从物镜17的光轴0偏移，所W，来自光轴调整用反射镜29m(或试样 18)的表面的反射光L2的强度不会过强，容易观察反射光L2。
[0100] 本发明不限于上述实施方式。例如，扫描探针显微镜的测定模式没有限定，除了上 述DFM测定模式W外，还可W例示使探针与试样之间的原子间力保持恒定并测定试样的表 面形状的接触模式、非接触测定模式。
[0101] 并且，扫描探针显微镜不限于测定试样的表面形状，只要是使探针接近或接触来 进行扫描即可，也可W测定试样的各种物性信息。
[0102] 光源部、第1反射部、受光部、第2反射部、物镜的种类也不限于上述实施方式。
[0103] 【实施例】
[0104] 使用图1、图2所示的第1实施方式的扫描探针显微镜100,使悬臂4的反射面相对于 水平面W大约11°的角度倾斜，设为第1反射部3的(p=6'=|并且，设物镜17的NA为0.28,设n为 大气中的折射率。并且，设物镜17与悬臂4的反射面的工作距离WD为33.5mm。作为光源1，使 用超福射发光二极管(SLD)。
[0105] 而且，对悬臂4的前端的探针99与试样18的表面的垂直方向的距离S(mm)进行各种 变更，对物镜17中观察到的反射光进行摄像。
[0106] 图6示出所得到的结果。并且，作为比较，设为第1反射部3的与专利文献1记 载的技术同样，设第1反射部3为分束器，同样对物镜17中观察到的反射光进行摄像。图7示 出设为第1反射部3的cp=〇°时的结果。
[0107] 如图6所示，在设为第1反射部3的cp=6°的本发明例子的情况下，当距离S较大时，反 射光的强度稍微减弱，并且，反射光的中屯、位置横向偏移，但是，反射光的强度不会过强，容 易观察反射光，光轴调整容易进行。另外，距离S为+表示探针99位于比试样18的表面更靠物 镜17侧化方）。
[0108] 并且，距离S为-是取下斜面块11而不存在悬臂4的状态，仅观察来自试样18的表面 的反射光。
[0109] 另一方面，如图7所示，在设为第1反射部3的cp=〇°的比较例的情况下，与距离S无 关，反射光的中屯、位置不变，虽然能够使用物镜17进行光轴调整，但是，反射光的强度过强 而很难观察。并且，由于第1反射部3遮挡物镜17的光轴0中屯、，所W，在利用物镜17观察试样 1別寸，分辨率降低。
【主权项】
1. 一种扫描探针显微镜，其具有： 悬臂，其设置有接近试样的表面的探针； 光源部，其照射光； 第1反射部，其反射从所述光源部照射的入射光(LO)以将其引导至设置于所述悬臂的 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)以将其引导至所述受光部；以及 物镜，其与所述悬臂对置配置，对该悬臂的附近进行观察或摄像，数值孔径为NA， 所述扫描探针显微镜的特征在于， 所述第1反射部被配置成，在所述物镜与所述悬臂之间，在所述第1反射部反射后的所 述入射光(LO)的光路与所述物镜的光轴(O)所成的角Φ为〇°<φ<θ，其中，Θ为开口角(° )，由 ΝΑ = η · sin0表示，η为所述物镜与所述悬臂之间的介质的折射率。2. 根据权利要求1所述的扫描探针显微镜，其中， 所述第1反射部被配置在3° S φ S 1〇°的位置。3. 根据权利要求1或2所述的扫描探针显微镜，其中， 所述第2反射部被配置成，在所述物镜与所述悬臂之间，在所述反射面反射后的所述反 射光(LI)的光路与所述物镜的光轴(0)所成的角大于Θ。4. 根据权利要求1~3中的任意一项所述的扫描探针显微镜，其中， 所述扫描探针显微镜还具有照射位置调整机构，该照射位置调整机构与所述光源部连 接，能够通过对该光源部的位置进行调整而对所述入射光(LO)照射到所述第1反射面的照 射位置进行调整。5. 根据权利要求1~4中的任意一项所述的扫描探针显微镜，其中， 所述扫描探针显微镜还具有受光位置调整机构，该受光位置调整机构与所述受光部连 接，能够通过对该受光部的位置进行调整而对所述反射光(LI)在该受光部的受光位置进行 调整。6. 根据权利要求1~5中的任意一项所述的扫描探针显微镜，其中， 所述扫描探针显微镜还具有载置所述试样的试样台， 所述试样台具有能够保持1个或多个悬臂的悬臂供给机构。7. 根据权利要求1~6中的任意一项所述的扫描探针显微镜，其中， 所述扫描探针显微镜还具有载置所述试样的试样台， 在测定时，能够移动所述试样台，以使得在所述光轴(0)的方向上与所述探针重合。8. 根据权利要求7所述的扫描探针显微镜，其中， 所述试样台在与测定时相同的朝向上保持所述悬臂， 所述试样台还具有光反射面，该光反射面使所述入射光(LO)反射，用于与被保持的所 述悬臂一起进行所述入射光(LO)的光轴对齐。
【文档编号】G01Q10/00GK106018882SQ201610152514
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】山本浩令
【申请人】日本株式会社日立高新技术科学