特許ウォッチ

公開番号2025034085
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023140248
出願日2023-08-30
発明の名称光てこ感度の決定方法
出願人アンリツ株式会社,国立大学法人熊本大学
代理人弁理士法人栄光事務所
主分類G01Q 20/02 20100101AFI20250306BHJP(測定;試験)
要約【課題】カンチレバーを被測定物に押し当てた状態で、光てこ感度をその場で精度よく決定する。
【解決手段】光てこ感度算出方法が、カンチレバー(2)を被測定物(11)に接触させた状態で、接触共振振動数と、前記カンチレバーに加わる力と、前記被測定物のたわみ量とを同時に測定する測定ステップと、測定された値に基づいて、光てこ感度を算出する算出ステップとを有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
カンチレバー（２）を被測定物（１１）に接触させた状態で、接触共振振動数と、前記カンチレバーに加わる力と、前記被測定物のたわみ量とを同時に測定する測定ステップと、
測定された値に基づいて、光てこ感度を算出する算出ステップと、
を有する、光てこ感度算出方法。
続きを表示（約 680 文字）【請求項２】
前記算出ステップでは、
接触共振振動数に基づいて第１計算値を算出し、
前記カンチレバーに加わる力と前記被測定物のたわみ量とに基づいて第２計算値を算出し、
前記第１計算値と前記第２計算値とを比較することにより、前記光てこ感度を算出する、
請求項１に記載の光てこ感度算出方法。
【請求項３】
前記算出ステップでは、
前記第１計算値を、
TIFF
2025034085000007.tif
19
163
に基づく値として算出し、
前記第２計算値を、
TIFF
2025034085000008.tif
9
163
に基づく値として算出し、
ｋ
ｓ
は被測定物の弾性定数、ｋ
ｃ
はカンチレバーのバネ定数、ｆ
ＣＲ
は被測定物が接触しているときのカンチレバーの接触共振振動数、ｆ
０
はカンチレバーの固有振動数、Ｆは被測定物とカンチレバーとにかかる力であり、δは被測定物のたわみ量である、
請求項２に記載の光てこ感度算出方法。
【請求項４】
前記測定ステップでは、前記カンチレバーのたわみ量測定時に前記カンチレバーから反射したレーザ光をフォトダイオード（４）で検出した検出信号をスペクトラムアナライザ（６）に入力することにより、前記接触共振振動数を測定する、
請求項１に記載の光てこ感度算出方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光てこ感度の決定方法に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
被測定物の凹凸や変位を測定する方法として、光てこ法が知られている。光てこ法では、カンチレバーの先端に針を配置する。針を被測定物に接触させ、被測定物の凹凸や変位をカンチレバーの変位として計測する。カンチレバーの背面に照射され反射したレーザ光の変化をフォトダイオードが検出することによって、カンチレバーの変位を計測する。フォトダイオードは、例えば２分割または４分割のものが用いられる。
【０００３】
特許文献１には、先端に探針を備えたカンチレバーを取付け部に着脱自在に設け、探針を試料に対して接近させて試料表面の情報を得る測定装置を備え、カンチレバーを測定条件に応じて変更するように構成された走査型プローブ顕微鏡が記載されている。走査型プローブ顕微鏡は、変更されたカンチレバーについてカンチレバーの種類または製造ばらつきを検出する検出手段と、検出手段で得られた検出情報に基づき測定装置で設定されるパラメータの値を決定するパラメータ決定手段と、決定されたパラメータの値で測定装置のパラメータの設定値を変更するパラメータ変更手段とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００５－３０８４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、カンチレバーの変位はフォトダイオードの検出量と比例する。この場合の比例定数が、光てこ感度と呼ばれる。
【０００６】
光てこ感度をαと表記することとする。光てこ感度αは、十分に硬い被測定物、例えば被測定物の自由表面からの歪みが０の物質に対して、カンチレバーの変位と、フォトダイオードの比例係数から計算されることがある。しかしながら、被測定物が本当に十分硬いか分からない。また、被測定物が変わると測定のための光の経路がずれるため、光てこ感度αが変化する可能性がある。また、カンチレバーの探針を被測定物の硬い表面に押し付けるので、針先の形状が変化し光てこ感度αが変化する可能性がある。したがって、この方法による光てこ感度αの算出には不確かさが残る。
【０００７】
光てこ感度αは、熱励振によるカンチレバーの固有振動スペクトルのフィッティングから求められることもある。しかしこの場合、カンチレバーが被測定物に接触していない状態で光てこ感度αを計算している。そのため、実際にカンチレバーを被測定物に近づけると、光の経路が変化するため、光てこ感度αが変化する可能性がある。さらに、この方法は、探針の形状などを仮定した理論式を基にしたフィッティングにより光てこ感度αを求めるので、探針の形状が変化すれば結果も変わり得るし、誤差も大きい。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、カンチレバーを被測定物に押し当てた状態で、光てこ感度をその場で精度よく決定する、光てこ感度の決定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するために、本発明に係る光てこ感度算出方法は、下記［１］～［４］を特徴としている。
［１］
カンチレバー（２）を被測定物（１１）に接触させた状態で、接触共振振動数と、前記カンチレバーに加わる力と、前記被測定物のたわみ量とを同時に測定する測定ステップと、
測定された値に基づいて、光てこ感度を算出する算出ステップと、
を有する、光てこ感度算出方法。
［２］
前記算出ステップでは、
接触共振振動数に基づいて第１計算値を算出し、
前記カンチレバーに加わる力と前記被測定物のたわみ量とに基づいて第２計算値を算出し、
前記第１計算値と前記第２計算値とを比較することにより、前記光てこ感度を算出する、
［１］に記載の光てこ感度算出方法。
［３］
前記算出ステップでは、
前記第１計算値を、
TIFF
2025034085000002.tif
19
164
に基づく値として算出し、
前記第２計算値を、
TIFF
2025034085000003.tif
11
162
に基づく値として算出し、
ｋ
ｓ
は被測定物の弾性定数、ｋ
ｃ
はカンチレバーのバネ定数、ｆ
ＣＲ
は被測定物が接触しているときのカンチレバーの接触共振振動数、ｆ
０
はカンチレバーの固有振動数、Ｆは被測定物とカンチレバーとにかかる力であり、δは被測定物のたわみ量である、
［２］に記載の光てこ感度算出方法。
［４］
前記測定ステップでは、前記カンチレバーのたわみ量測定時に前記カンチレバーから反射したレーザ光をフォトダイオード（４）で検出した検出信号をスペクトラムアナライザ（６）に入力することにより、前記接触共振振動数を測定する、
［１］から［３］のうちいずれかに記載の光てこ感度算出方法。
【００１０】
上記［１］の構成によれば、カンチレバーを被測定物に押し当てた状態で、接触共振振動数と、カンチレバーに加わる力と、被測定物のたわみ量とを同時に測定することにより、光てこ感度を被測定物のセットアップ時などにその場で精度よく決定することができる。
上記［２］の構成によれば、２つの計算値の比較に基づいて光てこ感度を決定するので、光てこ感度を精度よく決定することができる。
上記［３］の構成によれば、２つの計算式を用いて求まる被測定物の弾性定数ｋ
ｓ
を比較することにより光てこ感度を決定するので、一般的な計算機を用いてその場ですぐに光てこ感度を決定することができる。
上記［４］の構成によれば、フォトダイオードの検出信号の周波数成分を解析するために用いられている一般的なスペクトラムアナライザを利用して光てこ感度を決定することができる。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許