(57)【要約】【課題】手動調整においても光軸調整を簡単な構成で容易化かつ能率向上を図ることができる走査型プローブ顕微鏡を提供する。【解決手段】  走査型プローブ顕微鏡において、カンチレバー１３の撓み量を検出するための光ビームの光軸調整において、検出器１９における光ビームの入射光量や入射位置のずれ量を、音変換回路２１により音出力回路２２への出力値として変換し、操作者へ音信号として報知する。  操作者は検出器１９の光軸のずれ量に関する情報を耳から取得することができるため、検出器位置調節つまみから視線を離すことなく調整作業に専念することができ、作業性の向上と疲労回避を図ることができる。【選択図】  図２
0003131828.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
自由端に有するプローブの試料との相互作用により撓み変化可能なカンチレバーと、
該カンチレバーに光ビームを照射するための光源と、
前記カンチレバーで反射された光ビームを検出するための検出器と、
を具備する走査型プローブ顕微鏡であって、
前記検出器における光ビームの入射情報を音声で報知する光軸位置報知手段をさらに備えていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記入射情報は、前記検出器への入射光量情報及び／又は入射位置情報であることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項３】
前記光軸位置報知手段は、入射情報のずれ量が所定の閾値を越えた際に報知開始することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、試料の微細観察や微細加工用顕微観察等に用いられる走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope：ＳＰＭ）に関するものであり、特に光てこ方式を利用した走査型プローブ顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ミクロンオーダー、ナノオーダーといった高精密な顕微鏡観察や細胞等の取り扱い、あるいは微細加工、精密検査などといった分野において、走査型プローブ顕微鏡が利用されている。走査型プローブ顕微鏡は、先端を尖らせた探針（カンチレバーの自由変位端に設けられたプローブ）を物質の表面と所定の相関に保って走査させることにより、その表面状態を顕微観察することができる。例えば、プローブを試料表面に接触させた状態で試料表面をなぞるように走査した場合には、プローブの上下方向の移動距離が試料表面の凹凸に相当する（コンタクトモード）。あるいは、試料表面との間に働く力を一定に保つようにプローブ又は試料ステージを上下駆動制御することによって、この制御信号を試料表面状態（凹凸）として検出することができる（ノンコンタクトモード）。
【０００３】
プローブの位置を精密に検知するための方法としては、光てこ方式による検知手法が広く用いられている。光てこ方式は、プローブの変位量を、これが固定されているカンチレバーの撓み量として検出する方法であって、カンチレバーにレーザ光などの測定光を照射し、このカンチレバーからの反射光の状態を検出器で捕らえることにより、カンチレバーの撓み具合を検出している。検出器は、例えば特許文献１の図８に示す上下２分割方式のものや、同文献図９に示す４分割方式のものが一般的である。カンチレバーの撓み量が各受光領域における受光量差として検出され、例えばその光量差をなくすように試料位置をアクチュエータによって上下に駆動制御しつつ試料表面を走査させることにより、試料表面の高低データを取得することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４６１１号公報
【特許文献２】特開２００４−２７９１９５号公報
【非特許文献１】「カンチレバーの種類と用途および特性について」http://www.siint.com/documents/products/cantilever_guide.pdf
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述するような光てこ方式での測定を行う際には、まずレーザ光源からカンチレバー、検出器に亘る光学系の光軸調整を精密に行っておくことが必要になる。また、消耗品であるカンチレバーを交換する際や、選択した測定モードや測定試料に応じて適切なカンチレバーに交換する必要がある（非特許文献１）場合にも、都度の光軸調整が必要になる。
【０００６】
光軸の調整には、まずはカンチレバーに入射するレーザ光の位置を調整する作業が必要になる。操作者（調整者）は、レーザ光がカンチレバー先端で反射し、且つ検出器に入射する光量が適切なものとなるように、光学顕微鏡でカンチレバー先端付近を観察し、カンチレバー先端部にレーザスポットの位置合わせをしながら、さらに走査型プローブ顕微鏡本体の表示部や別途のパソコン等の表示部に表示される光量値もモニターしながら光量値が最大値の半分以上となるようにレーザ光の入射位置を調整する。
【０００７】
また、操作者は、検出器への入射位置も適切なものとするために、例えば走査型プローブ顕微鏡本体の表示部に表示される分割式検出器の光量差をモニターしながら、この光量差がほぼ無くなる方向に検出器位置を調整すべく、検出器位置調整つまみを緻密に操作して光軸を調整していた。
【０００８】
このように操作者は、光軸位置調整の操作つまみと光軸位置のモニター画面とを両方見ながら作業を進める必要があり、視線が動き、煩雑で疲れる作業となっていた。そのため、光軸調整を自動化しようとする試み（特許文献１）や、光軸調整は行わずその余の工夫により光軸調整作業を免れようとする試み（特許文献２）もなされているが、余分なハードウェアやソフトウェアを追加しなければならず、コスト面で大きな負担となっている。
【０００９】
本考案は、手動調整においても光軸調整を簡単な構成で容易化かつ能率向上を図ることができる走査型プローブ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】
【００１０】
本考案にかかる走査型プローブ顕微鏡は、自由端に有するプローブの試料との相互作用により撓み変化可能なカンチレバーと、該カンチレバーに光ビームを照射するための光源と、前記カンチレバーで反射された光ビームを検出するための検出器と、を具備する走査型プローブ顕微鏡であって、前記検出器における光ビームの入射情報を音声で報知する光軸位置報知手段をさらに備えていることを特徴としている。
【００１１】
さらに望ましくは、前記光軸位置報知手段は、入射情報のずれ量が所定の閾値を越えた際に報知開始するものとされている。
【考案の効果】
【００１２】
本考案にかかる走査型プローブ顕微鏡は、光軸の様子を音声にて操作者に報知することができるため、操作者はプローブ交換時等の光軸の初期調整に際しては、モニターを目で追うことなく光軸調整の作業に集中することができる。また、走査型プローブ顕微鏡の使用中においても、光軸のずれを操作者が早期に把握することが可能となり、観察結果の信憑性を高めることができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本考案にかかる走査型プローブ顕微鏡の好ましい実施形態について説明する。
図１は走査型プローブ顕微鏡の一種である原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope：ＡＦＭ）の光てこ検出方式、ノンコンタクト測定モード採用時の一般的な構成説明図である。
【００１４】
ステージ１１上に、表面観察の対象となる試料Ｓが載置されている。カンチレバー１３はシリコンやシリコンナイトライドなどから成る極薄の板バネ状のものであって、図では右側が固定され、左側が自由端である。カンチレバー１３の自由端には試料側に向けてプローブ（探針）１４が突出するように固設されており、試料Ｓとプローブ１４とを近接させることにより両者の原子間力によってカンチレバー１３に撓みが生じるように構成されている。カンチレバーは、非特許文献１に示されるように、測定方法や試料に応じて都度選択されて顕微鏡に取り付けられる。また、プローブ１４の磨耗状態に応じて適宜交換される。
【００１５】
試料Ｓとプローブ１４との原子間力に起因するカンチレバー１３の撓み量は、光てこ方式によって簡便に検出することができる。まず、半導体レーザ等の光源１５からの光は、必要によりレンズ１４によって集光されてビームスプリッタ１８に入射される。光軸を同じくして２方向に分離された光は、一方をカンチレバー１３の背面側（プローブ１４と反対面側）に照射されるが、幅３０μ程度の微小なカンチレバー１３背面へ正確に照射することは極めて高い精度での位置調整が必要であり、これは一般に操作者の手動操作により行われている。ビームスプリッタ１８で分離されたもう一方の光は光学顕微鏡の対物レンズ２０へ入射するようにされており、ＡＦＭの操作者は、光学顕微鏡でカンチレバー１３の先端付近を観察しながら、レーザ光スポットがカンチレバー１３の先端にくるように、また同時に検出器１９で測定されＡＦＭ本体の表示部に表示される光量値が最大値の半分以上となるように、ＡＦＭ本体のレーザ位置調整つまみ等で光軸調整を行う。
【００１６】
このようにしてカンチレバー１３の先端部背面で反射された光は、ミラー１７で進行方向を変えられて検出器１９へ適切な光量をもって入射する。検出器１９としては、特許文献１の図８や図９に示されるような２分割または４分割のフォトダイオードなど、公知のものが採用できる。あるいは特許文献２に示されるようなＣＣＤアレイでも良い。検出器１９に入射した光は、測定開始時には、所定の位置、例えば各受光領域の中央に位置し、各受光素子に均等に入射するように調整される。試料Ｓとプローブ１４との相互作用によりカンチレバー１３に撓みが生じると、検出器１９への光の入射位置がずれることになり、各受光素子間で光量差が生じるので、この差信号からカンチレバー１３の撓み量が把握できる。差信号の計算方法自体は従前のものと変わりがなく、本考案の要旨ではないため詳述は割愛する。そして、この差信号が一定の値となるように、即ち試料Ｓとプローブ１４との間に働く力が一定となるように、例えばチューブスキャナ１２などにフィードバックをかけて、ステージ１１をＺ軸方向へ精密に駆動し、試料Ｓとプローブ１４との距離を調整する。Ｚ軸方向への調整量が即ち試料表面の高低情報となる。このようにして、プローブ１４を試料表面のＸＹ方向へ走査させることにより、試料表面の凹凸情報を得る。
【００１７】
ＡＦＭはこのように準備調整され測定されるが、前述するようにレーザ光のカンチレバー１３への入射調整は極めて微細な調整作業が必要であり、また検出器１９は極微小なカンチレバー１３の撓み量を検出するので高度な精密さを要求されるため、初期調整は極めて正確に行っておく必要がある。しかし、一般にこうした光軸調整は手動でなされるため、操作者は、光軸の位置情報を別途のモニターで確認しつつ、同時に光軸位置調整のためのつまみ等を操作しなければならず、作業が煩雑で視線も往復させる必要があるため、操作者の疲労を誘起する作業であった。
【００１８】
そこで、本考案においては、図２に示すように、検出器１９における光ビームの入射位置情報を音声で報知する光軸位置報知手段２１、２２をさらに備えていることを特徴としている。ここでいう入射位置情報とは、レーザ位置調整時における検出器への入射光量に関する情報や、検出器における入射位置ずれ量に関する情報をいう。例えば検出器１９を前述した分割式受光素子からなるものとし、差信号の大きさを音変換回路２１において所定のルールにより音出力回路２２への出力値として変換する。ここでいう所定のルールとは、例えば差信号が大きい場合は即ち検出器１９の光軸のずれ量が大きい場合であるため、操作者へ強く警告する意図となるよう、音を大きくしたり、音程を高くしたり、あるいは音の間隔を狭くしたりという変化をもたせることを意味している。勿論、この逆の変化としても構わない。操作者は、光軸のずれ量に関する情報を耳から得ることができるため、視線は検出器位置調節つまみから離すことなく調整作業に専念することができ、作業性の向上と疲労回避を図ることができる。レーザ位置調整時における検出器への入射光量に関しても同様に、最大光量値の半分の値以上を適正な値として音声設定を行い、光量が不足するに従って操作者に強く警告する意図となるように音声出力を行えばよい。
【００１９】
あるいは、ＡＦＭ測定開始時やカンチレバー交換時のみならず、ＡＦＭ測定時や測定待機等においても、上記報知手段をＯＮにしておくことにより、光軸の初期値が自然にずれてきており再調整が必要な状況になっていることを音によって操作者に知らせることができる。また、その際の報知すべき差信号の閾値は、予め設定しておくことが望ましい。
【００２０】
以上の実施例では、走査型プローブ顕微鏡の一つであるＡＦＭを例としたが、他のＳＰＭ装置でも勿論構わない。また、このＡＦＭではステージ移動式のものを例としたが、プローブ移動式のものであっても、その余の測定モードのものであっても勿論構わない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】走査型プローブ顕微鏡の構成を説明する図である。
【図２】本考案の走査型プローブ顕微鏡の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００２２】
Ｓ・・・試料
１１・・・ステージ
１２・・・チューブスキャナ
１３・・・カンチレバー
１４・・・プローブ
１５・・・光源
１６・・・レンズ
１７・・・ミラー
１８・・・ビームスプリッタ
１９・・・検出器
２０・・・対物レンズ（光学顕微鏡）
２１・・・音変換回路
２２・・・音出力回路
【図１】
0003131828.tif 000003
【図２】
0003131828.tif 000004