JPH11118813A - Atomic force microscope with solution cell - Google Patents
Atomic force microscope with solution cellInfo
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- JPH11118813A JPH11118813A JP28830397A JP28830397A JPH11118813A JP H11118813 A JPH11118813 A JP H11118813A JP 28830397 A JP28830397 A JP 28830397A JP 28830397 A JP28830397 A JP 28830397A JP H11118813 A JPH11118813 A JP H11118813A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】溶液中の試料を観察する原子間力顕微鏡で溶液
に残った気泡の影響がないようにする。
【解決手段】試料を三次元的に走査するピエゾスキャナ
6の上に載置された試料7と、カンチレバー1が固定さ
れているカンチレバーホルダ2の間は、変形可能なシー
ル3によって密封されており、溶液4が満たされてい
る。レーザー光源からの入射光Nはカンチレバーの背面
で反射され、その反射光Hの方向変化が受光器によって
検出される。試料表面の凹凸に応じてカンチレバー1が
上下し反射光Hの方向が変化するが、その変化を相殺す
るようにピエゾスキャナ6を制御し、溶液中で試料の凹
凸を観察・測定することができる。カンチレバーホルダ
2の内側上面は傾斜しており、溶液内に残った気泡5は
上部隅に集まり入射光Nと反射光Hの光路からはずれ、
測定の邪魔となることがない。
(57) [Problem] To eliminate the influence of bubbles remaining in a solution by an atomic force microscope for observing a sample in the solution. A cantilever holder, on which a cantilever is fixed, and a sample mounted on a piezo scanner for three-dimensionally scanning the sample, are sealed by a deformable seal. , Solution 4 is filled. The incident light N from the laser light source is reflected on the back surface of the cantilever, and a change in the direction of the reflected light H is detected by the light receiver. The direction of the reflected light H changes according to the unevenness of the sample surface, and the direction of the reflected light H changes. However, the piezo scanner 6 is controlled so as to cancel the change, and the unevenness of the sample can be observed and measured in the solution. . The inner upper surface of the cantilever holder 2 is inclined, and the air bubbles 5 remaining in the solution gather at the upper corner and deviate from the optical paths of the incident light N and the reflected light H,
Does not interfere with measurement.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、溶液(あるいは一
般的に液体)中にある試料をそのままの状態で観察する
ための溶液セルを有する原子間力顕微鏡に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an atomic force microscope having a solution cell for observing a sample in a solution (or generally a liquid) as it is.
【0002】[0002]
【従来の技術】溶液中の試料を原子間力顕微鏡で観察す
る場合に、カンチレバーとともに試料の回りを溶液で満
たし、試料を3次元的に走査したときのカンチレバーの
上下の動きから試料面形状の観察と測定が行われる。2. Description of the Related Art When observing a sample in a solution with an atomic force microscope, the area around the sample together with the cantilever is filled with the solution, and the vertical movement of the cantilever when the sample is scanned three-dimensionally causes the shape of the sample surface to change. Observation and measurement are performed.
【0003】図2は従来の溶液セル付き原子間力顕微鏡
の一例である。溶液セル18はカンチレバー11が内側
に取り付けられたカンチレバーホルダ12とシール13
からなる。試料17を3次元的に動かすピエゾスキャナ
16とカンチレバーホルダ12との間はシール13を用
いて密閉され、その内部空間には溶液14が満たされて
いる。カンチレバー11と試料17の表面との距離は原
子間力の測定が行える距離に調整されている。カンチレ
バーホルダ12は装置のフレームなどに固定されてお
り、シール13はOリングなどの柔らかい材料でできて
いるので、ピエゾスキャナ16が微小にスキャンするの
に応じてその上に載置された試料17がカンチレバー1
1に対してスキャンされる。FIG. 2 shows an example of a conventional atomic force microscope equipped with a solution cell. The solution cell 18 includes a cantilever holder 12 having a cantilever 11 mounted inside and a seal 13.
Consists of The space between the piezo scanner 16 that moves the sample 17 three-dimensionally and the cantilever holder 12 is sealed with a seal 13, and the interior space is filled with a solution 14. The distance between the cantilever 11 and the surface of the sample 17 is adjusted to a distance at which an atomic force can be measured. Since the cantilever holder 12 is fixed to the frame of the apparatus, and the seal 13 is made of a soft material such as an O-ring, the sample 17 placed on the piezo scanner 16 is finely scanned by the piezo scanner 16. Is the cantilever 1
1 is scanned.
【0004】カンチレバーホルダ12は透明な材料で形
成されており、レーザー光源からの入射光Nがカンチレ
バー11の先端背面に照射され、その反射光Hは受光面
が2分割されたフォトダイオードなどからなる受光器に
よって検出され、反射光Hの反射方向のずれが検出され
る。試料表面の凹凸に応じてカンチレバー11が上下し
反射光Hの方向が変化するが、その変化を相殺するよう
にピエゾスキャナ16を制御することで試料表面の凹凸
を観察し形状を測定することができる。The cantilever holder 12 is formed of a transparent material, and the incident light N from the laser light source irradiates the back of the tip of the cantilever 11, and the reflected light H is composed of a photodiode having a light-receiving surface divided into two. The shift in the reflection direction of the reflected light H is detected by the light receiver. The direction of the reflected light H changes according to the irregularity of the sample surface, and the direction of the reflected light H changes. By controlling the piezo scanner 16 to cancel the change, it is possible to observe the irregularity of the sample surface and measure the shape. it can.
【0005】溶液セル18の内部は溶液14によって満
たされているが、溶液14の注入の際に気泡をすべて追
い出すことは難しいので、溶液セル18の内部には気泡
15が残留することが多い。Although the inside of the solution cell 18 is filled with the solution 14, it is difficult to expel all the bubbles when the solution 14 is injected. Therefore, the bubbles 15 often remain in the solution cell 18.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の溶液セ
ルでは内部に気泡が残留することを防ぐことは難しく、
図2に示すようにその気泡15が入射光Nと反射光Hの
光路に当たる位置にたまたま滞留すると散乱光Sが気泡
15の部分で発生することになる。この散乱光Sは受光
器に対してバックグラウンドとなるので信号対ノイズ比
を低下させ、試料形状の測定精度が悪くなるという問題
点があった。また、測定中に振動などによって気泡が動
くと屈折率などの関係から入射光Nや反射光Hの光路が
わずかに変化し、これも試料形状の測定精度を悪くする
ことになった。In the above-mentioned conventional solution cell, it is difficult to prevent air bubbles from remaining inside.
As shown in FIG. 2, if the bubble 15 happens to stay at a position corresponding to the optical path of the incident light N and the reflected light H, the scattered light S will be generated at the bubble 15 portion. Since the scattered light S becomes a background with respect to the light receiver, there is a problem that the signal-to-noise ratio is reduced and the measurement accuracy of the sample shape is deteriorated. In addition, if bubbles move due to vibration or the like during the measurement, the optical paths of the incident light N and the reflected light H slightly change due to the relationship between the refractive index and the like, which also deteriorates the measurement accuracy of the sample shape.
【0007】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、溶液セル中に残留した気泡の影響を受け
ず、常に測定精度のよい溶液セル付き原子間力顕微鏡を
提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide an atomic force microscope with a solution cell always having high measurement accuracy without being affected by bubbles remaining in the solution cell. Aim.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、試料表面を溶液中で観察するための溶液
セルを有する原子間力顕微鏡において、前記溶液セルの
内面上部が水平面に対して傾斜していることを特徴とす
る。In order to solve the above problems, the present invention provides an atomic force microscope having a solution cell for observing a sample surface in a solution. It is characterized by being inclined with respect to.
【0009】溶液セル内に溶液を注入する際に溶液セル
内に気泡が残ったとしても、溶液セルの内面上部が水平
面に対して傾斜しているので、その気泡は傾斜面に沿っ
て上昇し結果的に溶液セルの隅に集められることにな
る。したがって、カンチレバーに照射される入射光やカ
ンチレバーで反射された反射光の通路部分には気泡が滞
留することなく、測定の邪魔となる散乱光を発生するこ
とがない。同時に気泡による光路のゆらぎも生じないの
で原子間力顕微鏡としての測定精度が向上する。Even if bubbles remain in the solution cell when the solution is injected into the solution cell, the bubbles rise along the inclined surface because the upper portion of the inner surface of the solution cell is inclined with respect to the horizontal plane. As a result, it will be collected in the corner of the solution cell. Therefore, bubbles do not stay in the path of the incident light irradiated on the cantilever or the reflected light reflected by the cantilever, and scattered light that hinders measurement is not generated. At the same time, the optical path does not fluctuate due to bubbles, so that the measurement accuracy as an atomic force microscope is improved.
【0010】なお、ここでいう溶液とは、純粋の水や所
要の成分が含まれる水溶液に限られず、測定対象となる
試料によって適宜選択される油や有機溶媒なども含み、
液体全般を指しているものである。[0010] The solution referred to herein is not limited to pure water or an aqueous solution containing required components, but also includes oils and organic solvents appropriately selected depending on the sample to be measured.
It refers to all liquids.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を、図面を
参照しながら説明する。図1は本発明の溶液セル付き原
子間力顕微鏡の主要部である溶液セル8の部分を示す図
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing a part of a solution cell 8 which is a main part of an atomic force microscope with a solution cell of the present invention.
【0012】カンチレバー1が内部に固定されたカンチ
レバーホルダ2と、載置された試料7を3次元的に走査
するためのピエゾスキャナ6との間がOリングによるシ
ール3によって密閉され、その内部に溶液4が満たされ
ている。カンチレバーホルダ2の外形は円筒形であり、
ピエゾスキャナもほぼ円筒形である。カンチレバーホル
ダ2はガラスやプラスチックなどの透明な材料を用いて
内部の上面9が水平面に対して傾斜するように形成され
ている。溶液セル8の外部からレーザービームの入射光
Nがカンチレバー1の先端背面に照射され、そこからの
反射光Hは受光面が2分割されたフォトダイオードなど
からなる受光器によって検出され、反射光Hの反射方向
のずれが検出される。この光てこ機構によってカンチレ
バー1のたわみが検出される。The space between the cantilever holder 2 in which the cantilever 1 is fixed and the piezo scanner 6 for three-dimensionally scanning the placed sample 7 is sealed by an O-ring seal 3. Solution 4 is full. The outer shape of the cantilever holder 2 is cylindrical,
Piezo scanners are also generally cylindrical. The cantilever holder 2 is formed using a transparent material such as glass or plastic so that the upper surface 9 inside is inclined with respect to a horizontal plane. The incident light N of the laser beam is emitted from the outside of the solution cell 8 to the back surface of the tip of the cantilever 1, and the reflected light H therefrom is detected by a light receiver such as a photodiode having a light-receiving surface divided into two, and the reflected light H Is detected in the reflection direction. The deflection of the cantilever 1 is detected by this optical lever mechanism.
【0013】カンチレバー1と試料7の表面との距離
は、カンチレバー1と試料7表面との間の原子間力の測
定が行える距離にあらかじめ調整されている。カンチレ
バーホルダ2は装置のフレームなどに固定されており、
シール3はゴム製のOリングなどの柔らかい材料ででき
ているので、ピエゾスキャナ6が微小に水平方向に2次
元的に走査するのに応じて、その上に載置された試料7
がカンチレバー1に対して走査される。The distance between the cantilever 1 and the surface of the sample 7 is previously adjusted to a distance at which the measurement of the atomic force between the cantilever 1 and the surface of the sample 7 can be performed. The cantilever holder 2 is fixed to a frame or the like of the device.
Since the seal 3 is made of a soft material such as a rubber O-ring, the sample 7 placed on the piezo scanner 6 is finely scanned two-dimensionally in the horizontal direction.
Is scanned with respect to the cantilever 1.
【0014】ピエゾスキャナ6を水平方向に2次元的に
走査すると試料表面の凹凸に応じてカンチレバー1が上
下し反射光Hの方向が変化するが、その変化がなくなる
ようにピエゾスキャナ6の上下方向をフィードバック制
御することでピエゾスキャナ6の上下方向の移動量が試
料表面の凹凸に対応するので、その移動量に基づいて試
料表面の凹凸形状を観察し測定することができる。When the piezo scanner 6 is scanned two-dimensionally in the horizontal direction, the cantilever 1 moves up and down according to the unevenness of the sample surface, and the direction of the reflected light H changes. , The amount of vertical movement of the piezo scanner 6 corresponds to the unevenness of the sample surface, so that the unevenness of the sample surface can be observed and measured based on the amount of movement.
【0015】カンチレバーホルダ2の内部上面は水平面
に対して傾斜するように形成されている。溶液セル8に
溶液4を注入する際に、気泡を全くなくすことは難し
く、多くの場合に気泡が溶液セル8の内部に残留する。
この気泡(空気)は溶液4より軽いので溶液セル8の上
部に移動するが、溶液セル8内部の上面9が傾斜してい
るので気泡5は図1に示すように隅の方に集まることに
なる。カンチレバー1は溶液セル8のほぼ中央に配置さ
れているので、その先端に照射される入射光Nおよび反
射光Hも溶液セル8の中央付近を通過することになる。
したがって気泡5は入射光Nおよび反射光Hの光路位置
に滞留することがなく、測定に影響を与えない。The inner upper surface of the cantilever holder 2 is formed so as to be inclined with respect to a horizontal plane. When injecting the solution 4 into the solution cell 8, it is difficult to completely eliminate bubbles, and in many cases, bubbles remain inside the solution cell 8.
Since the bubbles (air) are lighter than the solution 4, they move to the upper part of the solution cell 8, but the upper surface 9 inside the solution cell 8 is inclined, so that the bubbles 5 gather in the corner as shown in FIG. Become. Since the cantilever 1 is arranged substantially at the center of the solution cell 8, the incident light N and the reflected light H applied to the tip thereof also pass near the center of the solution cell 8.
Therefore, the bubble 5 does not stay at the optical path position of the incident light N and the reflected light H, and does not affect the measurement.
【0016】図1に例示した溶液セルを構成するカンチ
レバーホルダでは、内部の上面9が傾斜していて外部の
面は水平であるが、本発明の溶液セルとしてはこの形態
だけでなく外部面も内部面と平行なように傾斜していて
もよい。また、溶液セルを密閉するためのシールはゴム
製のOリングに限られず変形可能な材料であれば形状は
限定されない。In the cantilever holder constituting the solution cell illustrated in FIG. 1, the inner upper surface 9 is inclined and the outer surface is horizontal. However, the solution cell of the present invention has not only this form but also an outer surface. It may be inclined so as to be parallel to the inner surface. Further, the seal for sealing the solution cell is not limited to a rubber O-ring, and the shape is not limited as long as it is a deformable material.
【0017】なお、図1においては入射光および反射光
の光路が両方とも、溶液4とカンチレバーホルダ2との
境界、さらに、カンチレバーホルダ2と外部空間との境
界において発生する光の屈折の影響を無視して描かれて
いるが、実際の装置においては屈折の影響を考慮して受
光器などを配置するものである。In FIG. 1, the optical paths of the incident light and the reflected light are both affected by the refraction of light generated at the boundary between the solution 4 and the cantilever holder 2 and at the boundary between the cantilever holder 2 and the external space. Although it is neglected, in an actual apparatus, a light receiver and the like are arranged in consideration of the influence of refraction.
【0018】[0018]
【発明の効果】本発明の溶液セル付き原子間力顕微鏡は
溶液セル内部の上面が傾斜しているので、溶液セル内部
に残留した気泡が溶液セルの隅に移動し、光てこの光路
の邪魔となることがない。したがって、バックグラウン
ドとなる気泡からの散乱光が発生せず、同時に気泡によ
る光路のゆらぎも生じないので原子間力顕微鏡としての
測定精度が向上する。According to the atomic force microscope with a solution cell of the present invention, since the upper surface inside the solution cell is inclined, air bubbles remaining inside the solution cell move to the corner of the solution cell and obstruct the optical path of the light lever. And never. Therefore, scattered light from bubbles serving as a background is not generated, and at the same time, the optical path does not fluctuate due to the bubbles, so that the measurement accuracy as an atomic force microscope is improved.
【図1】本発明の一実施の形態である原子間力顕微鏡の
主要部を示す。FIG. 1 shows a main part of an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention.
【図2】従来の溶液セル付きの原子間力顕微鏡の主要部
を示す。FIG. 2 shows a main part of an atomic force microscope equipped with a conventional solution cell.
1…カンチレバー 2…カンチレバーホルダ 3…シール 4…溶液 5…気泡 6…ピエゾスキャナ 7…試料 8…溶液セル 9…上面 11…カンチレバー 12…カンチレバーホルダ 13…シール 14…溶液 15…気泡 16…ピエゾスキャナ 17…試料 18…溶液セル N…入射光 H…反射光 S…散乱光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cantilever 2 ... Cantilever holder 3 ... Seal 4 ... Solution 5 ... Bubbles 6 ... Piezo scanner 7 ... Sample 8 ... Solution cell 9 ... Top surface 11 ... Cantilever 12 ... Cantilever holder 13 ... Seal 14 ... Solution 15 ... Bubbles 16 ... Piezo scanner 17: sample 18: solution cell N: incident light H: reflected light S: scattered light
Claims (1)
セルを有する原子間力顕微鏡において、前記溶液セルの
内面上部が水平面に対して傾斜していることを特徴とす
る溶液セル付き原子間力顕微鏡。1. An atomic force microscope having a solution cell for observing a sample surface in a solution, wherein an upper portion of an inner surface of the solution cell is inclined with respect to a horizontal plane. Force microscope.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28830397A JPH11118813A (en) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | Atomic force microscope with solution cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28830397A JPH11118813A (en) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | Atomic force microscope with solution cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11118813A true JPH11118813A (en) | 1999-04-30 |
Family
ID=17728432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28830397A Pending JPH11118813A (en) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | Atomic force microscope with solution cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11118813A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007132781A (en) * | 2005-11-10 | 2007-05-31 | Sii Nanotechnology Inc | Cantilever holder for liquid and scanning probe microscope |
| JP2008209127A (en) * | 2007-02-23 | 2008-09-11 | Sii Nanotechnology Inc | Scanning probe microscope |
| US8332187B2 (en) | 2007-10-26 | 2012-12-11 | Mizuho Information & Research Institute, Inc. | Cantilever evaluation system, cantilever evaluation method, and cantilever evaluation program |
-
1997
- 1997-10-21 JP JP28830397A patent/JPH11118813A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007132781A (en) * | 2005-11-10 | 2007-05-31 | Sii Nanotechnology Inc | Cantilever holder for liquid and scanning probe microscope |
| JP2008209127A (en) * | 2007-02-23 | 2008-09-11 | Sii Nanotechnology Inc | Scanning probe microscope |
| US8332187B2 (en) | 2007-10-26 | 2012-12-11 | Mizuho Information & Research Institute, Inc. | Cantilever evaluation system, cantilever evaluation method, and cantilever evaluation program |
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Legal Events
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Effective date: 20040622 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20060110 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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| A521 | Written amendment |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060718 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061114 |