專利名稱:摩擦力顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在掃描型探測器(probe)顯微鏡中根據(jù)懸臂(cantilever)的扭曲(振れ、捻れ)程度測定摩擦力的摩擦カ顯微鏡。
背景技術(shù)：
在掃描型探測器顯微鏡中，摩擦力顯微鏡作為測定作用于樣品與懸臂的探針前端之間的摩擦力的裝置而開發(fā)，其基本原理是，在使懸臂的探針前端與樣本接觸的狀態(tài)下，相對于懸臂的長度方向沿直角方向掃描，取得此時的各位置處的懸臂的扭曲方向的位移量，由此使測定區(qū)域內(nèi)的摩擦力的分布圖像化(參照專利文獻I)。
然而，現(xiàn)有的摩擦力顯微鏡容易對測定區(qū)域內(nèi)的探針的樣本表面的摩擦力的相對 的分布進行測定，但難以對摩擦力的絕對值進行測定。這起因于對于每個懸臂而言，特性存在著偏差。因此，難以用于使用多個懸臂來比較多個樣本的摩擦力的用途。
在此，作為懸臂的特性的偏差而成為問題的是為了從所測定的扭曲位移信號來計算摩擦力所需要的參數(shù)，(i)懸臂的扭曲彈簧常數(shù)、(ii)懸臂的扭曲信號的靈敏度、(iii)懸臂的探針的聞度。
進行通過對每個懸臂測定這些參數(shù)來進行摩擦力的絕對值測定的嘗試，而關(guān)于其方法，分別使用這樣的方法(i)使用從懸臂的尺寸求出的扭曲彈簧常數(shù)；(ii)與懸臂的撓曲(橈み)方向的信號的靈敏度相等或作為一定的比率而使用撓曲方向的信號的靈敏度；(iii)由電子顯微鏡或光學顯微鏡等測定探針高度。
專利文獻I :日本特開平6-241762號公報

發(fā)明內(nèi)容
然而，在用于修正上述的懸臂的各參數(shù)的方法中，分別存在著如下問題。
(i)難以精度良好地測定厚度以作為懸臂的尺寸，而且，扭曲方向的彈簧常數(shù)與厚度的3次方成比例，所以原來的測長的誤差被放大，難以計算精度良好的扭曲彈簧常數(shù)的值。
(ii)由于照射至懸臂的激光的斑點形狀或強度的分布、懸臂的反射面的不均勻?qū)е聯(lián)锨较蚝团で较虻撵`敏度并不相同或成一定的比率。
(iii)懸臂的探針前端小到在光學顯微鏡中不能觀察，而難以測定，而且，在掃描型探測器顯微鏡中，在根據(jù)懸臂的扭曲來測定摩擦力的摩擦力顯微鏡中，為了計算摩擦力所需要的探針的高度不單是從安裝有探針的懸臂的表面至探針前端的長度，而且是從懸臂的扭曲的旋轉(zhuǎn)中心至探針前端的長度。然而，僅靠通過顯微鏡等從外部觀察，不能確定懸臂的扭曲的旋轉(zhuǎn)中心，不存在判斷測定從哪個部分至探針前端的長度較好的方案。
為了解決以上的課題，在本發(fā)明中，其目的在于，提供這樣的方法不直接測定在根據(jù)外觀的觀察來測定尺寸的情況下測定誤差大的懸臂的探針高度和懸臂的厚度，而是從懸臂的位移信號和懸臂的諧振頻率計算，由此，減小懸臂的形狀等的測定誤差，更高精度地求出樣品的摩擦力。
為了解決上述課題，本發(fā)明的摩擦力顯微鏡，具有在前端帶有探針的懸臂，具備使探針相對于與該探針對置配置的樣本表面而在平行的X-Y平面移動的XY驅(qū)動機構(gòu)及沿與樣本表面垂直的Z方向移動的Z驅(qū)動機構(gòu)、以及檢測懸臂的撓曲方向的位移信息及扭曲方向的位移信息的位移檢測單元，其中，具備摩擦力計算單元，分別根據(jù)從懸臂的撓曲方向的位移信息求出的撓曲靈敏度以及從扭曲方向的位移信息求出的扭曲靈敏度來計算從懸臂的扭曲的中心至探針的前端的探針高度h及懸臂的扭曲所導致的扭曲彈簧常數(shù)Kt，以作為為了從基于扭曲方向的位移信息的扭曲位移信號來計算摩擦力所需要的參數(shù)，根據(jù)該計算出的探針高度h及扭曲彈簧常數(shù)Kt來計算摩擦力。
另外，在摩擦力計算單元中，根據(jù)既定的計算式計算從懸臂的扭曲的中心至探針的前端的探針高度h及懸臂的扭曲所導致的扭曲彈簧常數(shù)Kt。
具體而言，使用懸臂的桿部(lever)長度L、懸臂的從探針側(cè)端部至探針前端位置的與桿部平行的長度d、Z方向的懸臂的撓曲方向的位移信號和位移量的比率SDIF、Z方向的懸臂的撓曲方向的位移信號放大率Gdif、XY方向的懸臂的扭曲方向的位移信號和位移量的··比率SFFM、XY方向的所述懸臂的撓曲方向的位移信號放大率Gffm、所述懸臂的寬度W、所述懸臂的扭曲模式的諧振頻率ft、所述懸臂的基于材質(zhì)的密度P以及所述懸臂的基于材質(zhì)的橫弾性系數(shù)G，根據(jù)數(shù)學式I及數(shù)學式2來計算。
[數(shù)學式I]
權(quán)利要求
1.ー種摩擦力顯微鏡，其特征在干，具有在前端帶有探針的懸臂，具備使所述探針相對于與該探針對置配置的樣本表面而在平行的X-Y平面移動的XY驅(qū)動機構(gòu)及沿與所述樣本表面垂直的Z方向移動的Z驅(qū)動機構(gòu)、以及檢測懸臂的撓曲方向的位移信息及扭曲方向的位移信息的位移檢測單元， 所述摩擦カ顯微鏡具備摩擦力計算單元，分別根據(jù)從所述懸臂的撓曲方向的位移信息求出的撓曲靈敏度及從所述扭曲方向的位移信息求出的扭曲靈敏度來計算從懸臂的扭曲的中心至所述探針的前端的探針高度h及懸臂的扭曲所導致的扭曲彈簧常數(shù)Kt，以作為為了從基于所述扭曲方向的位移信息的扭曲位移信號來計算摩擦力所需要的參數(shù)，根據(jù)該計算出的探針高度h及扭曲彈簧常數(shù)Kt來計算摩擦力。
2.如權(quán)利要求
I所述的摩擦力顯微鏡,其中， 根據(jù)下式求出所述探針高度h ； [數(shù)學式I]
3.如權(quán)利要求
I或2所述的摩擦力顯微鏡，其中， 根據(jù)下式求出所述扭曲彈簧常數(shù)Kt ； [數(shù)學式2]
4.如權(quán)利要求
I所述的摩擦力顯微鏡,其中， 具有使所述懸臂沿Z方向振動的懸臂激振単元， 根據(jù)從使該懸臂在其撓曲方向的諧振頻率附近的既定的頻率范圍掃描時的振動狀態(tài)得到的撓曲方向的頻率特性及與其一起取得的扭曲方向的頻率特性，求出所述扭曲方向的諧振頻率ft O
5.如權(quán)利要求
I所述的摩擦力顯微鏡,其中， 所述懸臂的桿部長度し 所述懸臂的從所述探針側(cè)端部至所述探針前端位置的與所述桿部平行的長度d、以及所述懸臂的寬度W，以光學圖像或電子圖像為基礎(chǔ)而進行測長。、
專利摘要
本發(fā)明提供一種摩擦力顯微鏡，其中具備摩擦力的計算機構(gòu)，分別根據(jù)從懸臂的撓曲方向的位移信息求出的撓曲靈敏度及從扭曲方向的位移信息求出扭曲靈敏度來計算懸臂的有效探針高度及扭曲彈簧常數(shù)，并使用該計算值。從而在摩擦力顯微鏡中，能夠進行懸臂的定量的摩擦力的測定。
文檔編號G01Q60/26GKCN102721834SQ201210063860
公開日2012年10月10日 申請日期2012年3月2日
發(fā)明者安武正敏, 渡邊將史 申請人:精工電子納米科技有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan