JP2000275260A

JP2000275260A - 走査型プローブ顕微鏡及びその測定方法

Info

Publication number: JP2000275260A
Application number: JP8397199A
Authority: JP
Inventors: Masaya Okazaki; 賢哉岡咲
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】探針や試料に与えるダメージを軽減すると共
に、試料の表面情報を精度良く測定することが可能なサ
ーボ応答性に優れた低コストな走査型プローブ顕微鏡を
提供する。【解決手段】探針２を有するカンチレバー６と、主走査
面Ｈに直交する方向Ｇに対して所定角度θだけ傾いた傾
斜方向Ｋに沿ってサーボを掛けながら探針２を主走査面
Ｈに沿って走査することが可能な走査手段とを備えてお
り、この走査手段には、探針２を主走査面Ｈに沿って相
対的に走査させるスキャナ１０と、このスキャナ１０を
制御するコントローラ１４とが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば原子オーダ
ーの分解能で試料の表面情報を測定するための走査型プ
ローブ顕微鏡及びその測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の走査型プローブ顕微鏡は、自由
端に尖鋭化した探針を持つカンチレバーと、探針と試料
とを相対的に移動させるスキャナとを備えている。そし
て、探針を試料に対向して近接させると、探針先端と試
料表面の間に働く相互作用（例えば、原子間力、斥力、
引力、粘性、磁気力など）によって、カンチレバーの自
由端が変位する。この自由端に生じる変位量を電気的あ
るいは光学的に検出しながら、探針を試料表面に沿って
ＸＹ方向に相対的に走査することによって、試料の表面
情報等（例えば、凹凸情報）を三次元的にＳＰＭ測定し
ている。

【０００３】従来、このようなＳＰＭ測定を行う方法と
して、例えば特公平７−７４７３５号公報には、ＸＹ方
向に直交するＺ方向にサーボを掛けながら試料の凹部内
に探針をアプローチさせた後、サーボ方向をＸ方向に切
り換えることによって、試料凹部内の側壁を測定する方
法が提案されている（第１の従来技術）。

【０００４】また、例えば特開平９−１７１０２９号公
報には、まず、探針を初期設定した角度だけ傾けた状態
でＳＰＭ測定した後、次に、この初期設定した角度とは
反対方向に探針を傾けた状態でＳＰＭ測定し、これら２
つの測定データを合成することによって、試料の表面凹
凸情報を測定する方法が提案されている（第２の従来技
術）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た第１及び第２の従来技術には、以下のような問題が存
在する。

【０００６】第１の従来技術では、試料の表面状態に対
応してサーボ方向をＸ方向とＺ方向に切り換えなければ
ならないため、走査型プローブ顕微鏡の測定方法が複雑
になると共に測定時間が長くなってしまうだけで無く、
２軸方向（Ｘ方向、Ｚ方向）に対応したカンチレバーの
変位を測定するためのセンサ系及びサーボ系等が個別に
必要となるため、走査型プローブ顕微鏡を構成する部品
点数が増加して製造コストが上昇してしまう。

【０００７】第２の従来技術では、ＳＰＭ測定時に探針
を傾けてはいるものの、サーボ方向は一定方向（即ち、
試料面に対して垂直方向）であるため、探針や試料にダ
メージを与え易くなっているだけで無く、例えば傾斜角
度のきつい試料面をＳＰＭ測定するとき、サーボ応答に
遅れが生じて精度良くＳＰＭ測定を行うことができな
い。更に、第２の従来技術では、探針の傾き角を調整す
るための機構を別途設ける必要があるため、走査型プロ
ーブ顕微鏡を構成する部品点数が増加して製造コストが
上昇してしまう。

【０００８】本発明は、このような問題を解決するため
に成されており、その目的は、探針や試料に与えるダメ
ージを軽減すると共に、試料の表面情報を精度良く測定
することが可能なサーボ応答性に優れた低コストな走査
型プローブ顕微鏡を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、探針を有
するカンチレバーと、主走査面に直交する方向に対して
所定角度だけ傾いた傾斜方向に沿ってサーボを掛けなが
ら探針を主走査面に沿って相対的に走査することが可能
な走査手段とを備えている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態に係
る走査型プローブ顕微鏡について、添付図面を参照して
説明する。

【００１１】図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施
の形態の走査型プローブ顕微鏡は、主走査面Ｈに直交す
る方向Ｇに対して所定角度θだけ傾いた傾斜方向Ｋに沿
ってサーボを掛けながら探針２を主走査面Ｈに沿って走
査することができるように構成されている。なお、主走
査面Ｈとは、例えば試料４をＸＹ平面上に位置付けた場
合、その試料４の試料面４ａ（即ち、ＸＹ平面）に相当
し、また、主走査面Ｈに直交する方向Ｇとは、試料面４
ａ（ＸＹ平面）に垂直なＺ方向に相当する。

【００１２】このような構成において、主走査面Ｈに直
交するＺ方向に対して所定角度θだけ傾いた傾斜方向Ｋ
に沿ってサーボを掛けながら探針２を主走査面Ｈに沿っ
て走査すると、９０−θ度の傾きを持った試料面４ａ
（主走査面Ｈ）に対して探針２を走査している状態と同
等となる。このため、従来ではサーボ応答の遅れが生じ
易かった傾斜角度のきつい試料面４ａであっても、サー
ボ方向を切り換える必要がないため、サーボ応答の遅れ
を生じること無く試料４の表面情報を精度良く測定する
ことができる。更に、上述した構成によれば、試料面４
ａ（主走査面Ｈ）に対して角度θを持って探針２を走査
することができるため、従来のような試料面４ａに垂直
なＺ方向のみのサーボに比べて、探針２や試料４に与え
るダメージを軽減することができる。

【００１３】上述したような構成、作用効果を実現する
ために、本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡は、以下
のような仕様を成している。

【００１４】まず、本実施の形態の走査型プローブ顕微
鏡に適用可能な測定法としては、探針接触圧設定時のカ
ンチレバー６の撓み状態を一定に維持しながら、カンチ
レバー６を励振させること無く探針２を試料４に沿って
走査することによって、探針２先端と試料面４ａとの間
に働く相互作用（例えば、原子間力、斥力、引力、粘
性、磁気力など）に基づく試料４の表面情報を測定する
スタティックモード測定法と、所定の共振周波数でカン
チレバー６を励振させた状態において、例えば振動中心
と試料面４ａとの間の距離を一定に維持しながら（或い
は、振動振幅を一定に維持しながら）、探針２を試料４
に沿って走査することによって、探針２先端と試料面４
ａとの間に働く相互作用に基づく試料４の表面情報を測
定するダイナミックモード測定法とが知られているが、
以下の説明では、両測定法を総称して単にＳＰＭ測定と
いうこととする。

【００１５】また、走査型プローブ顕微鏡は、固定した
試料４に対して探針２を所定方向に移動させることによ
って、試料４の表面情報をＳＰＭ測定する探針走査型
と、固定した探針２に対して試料４を所定方向に移動さ
せることによって、試料４の表面情報をＳＰＭ測定する
試料走査型とに大別されるが、いずれにも本実施の形態
に適用することができる。

【００１６】本実施の形態では、その一例として、図１
（ａ）に示すように、ステージ８上にセットされた試料
４の試料面４ａ（主走査面Ｈ）に沿ってカンチレバー６
先端の探針２を走査させることによって、試料４の表面
情報をＳＰＭ測定する探針走査型のプローブ顕微鏡を想
定している。

【００１７】この場合、カンチレバー６は、スキャナ１
０（例えば、チューブ型圧電体スキャナ）の可動端に所
定の傾斜角度だけ傾けて取り付けられており、このスキ
ャナ１０は、Ｚ方向に移動可能なＺ軸粗動機構１２に支
持されている。スキャナ１０及びＺ軸粗動機構１２は、
コントローラ１４によって駆動制御されるようになって
いる。具体的には、コントローラ１４からスキャナ１０
に印加する電圧Ｖを制御して、スキャナ１０をＺ方向に
伸縮させ及びＸＹ方向に変位させることによって、カン
チレバー６先端に設けられた探針２を試料４に対してＸ
ＹＺ方向に所定量だけ移動させることができると共に、
コントローラ１４から出力される制御信号Ｔに基づいて
Ｚ軸粗動機構１２の動作（移動、停止）を制御すること
によって、スキャナ１０及びカンチレバー６（探針２）
をＺ方向に上下動させることができる。

【００１８】本実施の形態において、スキャナ１０及び
コントローラ１４は、主走査面Ｈに直交する方向Ｇに対
して所定角度θだけ傾いた傾斜方向Ｋに沿ってサーボを
掛けながら探針２を主走査面Ｈに沿って相対的に走査す
るための走査手段として用いられている。

【００１９】また、本実施の形態の走査型プローブ顕微
鏡には、ＳＰＭ測定時に、カンチレバー６先端の変位状
態を検出することが可能な変位センサが設けられてお
り、この変位センサとしては、光学的に変位を検出する
変位センサ、電気的に変位を検出する静電容量センサ、
或いは、レーザー干渉計等の種々のセンサを適用するこ
とが可能である。

【００２０】本実施の形態では、その一例として、光て
こ方式の変位センサが用いられており、この変位センサ
は、スキャナ１０の可動端に取り付けられている。この
変位センサ１０は、カンチレバー６の背面（探針２が設
けられている面とは反対側の面）に変位測定用レーザー
光を照射することが可能な光源１６と、カンチレバー６
の背面から反射した反射光を受光し、その受光位置及び
受光量の変化に基づいて、カンチレバー６の変位状態を
光学的に検出することが可能な受光素子１８とを備えて
いる。

【００２１】次に、本実施の形態の動作について、図１
〜図３を参照して説明する。

【００２２】なお、この動作説明では、探針２を試料４
の試料面４ａ（主走査面Ｈ）に沿って矢印Ｄ方向（−Ｘ
側から＋Ｘ側）にラスタ走査する場合を想定している
（図２参照）。

【００２３】まず、コントローラ１４からＺ軸粗動機構
１２を動作させるための所定の制御信号Ｔを送出し、探
針２を試料４の試料面４ａに近づける。この動作の間、
変位センサ１０の値をモニタし、この値が変化した時点
で、コントローラ１４は、Ｚ軸粗動機構１２を停止させ
るための制御信号Ｔを送出する。続いて、コントローラ
１４からスキャナ１０に印加する電圧Ｖを制御すること
によって、スキャナ１０をＺ方向に変位させて探針２を
試料面４ａに微動アプローチさせる。このとき、探針２
先端と試料面４ａとの間に作用する相互作用（斥力、引
力）によって、カンチレバー６は、若干撓んだ状態にな
る。

【００２４】この状態において、上述した光てこ方式の
変位センサによって、カンチレバー６の撓み変位状態が
光学的に検出され、その変位信号Ｅがコントローラ１４
に入力される。そして、コントローラ１４は、ＳＰＭ測
定中、この変位信号Ｅを一定に維持するように、スキャ
ナ１０に対してフィードバック制御（即ち、サーボ）を
掛ける。

【００２５】サーボ方向は、試料面４ａ（主走査面Ｈ）
に直交する方向Ｇに対して所定角度θだけ傾いた傾斜方
向Ｋであるが、以下の動作説明では、その一例として、
探針２の法線方向（以下、この法線方向を符号Ｋで示
す）に沿ってサーボを掛けた場合について説明する。な
お、法線方向Ｋに沿ったサーボ量を符号Ｓで示す。

【００２６】このサーボ量Ｓは、コントローラ１４内に
おいて、Ｚサーボ成分ＳｚとＸサーボ成分Ｓｘとの合成
データとして随時設定及び更新される。

【００２７】Ｚサーボ成分Ｓｚは、ＳＰＭ測定中におい
て試料面４ａの凹凸状態に合わせて探針２を追従させる
ように、スキャナ１０をＺ方向に変位させたときのスキ
ャナ１０の変位量に相当し、この変位量を得るために、
コントローラ１４からスキャナ１０に所定のフィードバ
ック制御用電圧Ｖが印加される。そして、このスキャナ
１０の変位量（即ち、フィードバック制御用電圧Ｖ）に
基づいて、試料４の表面情報（試料面４ａの凹凸情報等
のＳＰＭ測定データ）が測定される。

【００２８】なお、試料４の表面情報は、フィードバッ
ク制御用電圧Ｖだけでなく、カンチレバー６の撓み状態
の変化（変位信号Ｅ）に基づいて得ることができる。つ
まり、カンチレバー６の撓み状態の変化は、試料面４ａ
の凹凸状態に合わせた探針２の変位を反映しており、サ
ーボが掛かった状態で、変位信号Ｅを試料４の走査位置
（ＸＹ座標）に対応してプロットすることによって、試
料４の表面情報を検出することができる。

【００２９】Ｘサーボ成分Ｓｘは、探針２の法線方向Ｋ
に沿ったサーボ方向を維持するように、Ｚサーボ成分Ｓ
ｚに基づいて随時設定及び更新される。具体的には、コ
ントローラ１４内において、Ｓｘ＝Ｓｚ×ｔａｎθ なる演算処理が行われることによって設定及び更新され
る。

【００３０】従って、平坦な試料面４ａ（主走査面Ｈ）
を走査している間には、フィードバック制御が行われな
いため、Ｚサーボ成分Ｓｚ及びＸサーボ成分Ｓｘは、探
針２の法線方向Ｋに沿ったサーボ方向を維持するよう
に、一定状態に維持される。

【００３１】ここで、図２に示すように、凹部２０が形
成された試料面４ａに対して矢印Ｄ方向（−Ｘ側から＋
Ｘ側）に向かって一定の速度で探針２をラスタ走査し、
等時間間隔でＳＰＭ測定データをサンプリング（サンプ
リングポイントを黒丸で示す）した場合の動作について
説明する。なお、図２（ａ）〜（ｅ）は、時間経過に従
った走査状況を示しており、同図（ｆ）〜（ｊ）は、時
間経過に従ったＳＰＭ測定データを示している。

【００３２】また、本実施の形態においては、サンプリ
ングポイントは、走査速度とサンプリングの時間間隔と
によって一義的に決定されるものとして扱う。つまり、
図２（ｆ）〜（ｊ）に示すとおり、ＳＰＭ測定データ
は、実測の位置とは関係なく等間隔に設定されたサンプ
リングポイントでプロットされる。

【００３３】平坦な試料面４ａ（主走査面Ｈ）の走査が
行われている間、フィードバック制御が行われないた
め、Ｚサーボ成分Ｓｚ及びＸサーボ成分Ｓｘは、探針２
の法線方向Ｋに沿ったサーボ方向を維持するように、一
定状態に維持されるため、そのＳＰＭ測定データ（図２
（ｆ）参照）は一定の値となる。つまり、平坦な試料面
４ａにおいては、走査速度の変化等の走査条件の変化が
ないため、実際にＳＰＭ測定データをサンプリングする
位置とサンプリングポイントとが一致する。そして、同
図（ａ）に示すように、探針２が凹部２０に差し掛かる
と、−Ｚ方向にサーボが掛かり、その結果、Ｚサーボ成
分Ｓｚが、−Ｚ側に転じる。

【００３４】このとき、Ｘサーボ成分Ｓｘが、＋Ｘ方向
に加わるため、同図（ｂ）に示すように、矢印Ｄ方向へ
のラスタ走査速度にＸサーボ成分Ｓｘが加算されること
によって、凹部２０内のサンプリングポイントＰ１は、
目標とするサンプリングポイントＰ２よりも＋ΔＸだけ
ずれる。つまり、走査速度が加速されるのでサンプリン
グ間隔が広くなる。このため、ＳＰＭ測定データは、同
図（ｇ）に示すように、ずれ量＋ΔＸ分だけ変形したも
のとなって現れる。即ち、実測において、サンプリング
ポイントＰ１で得られたＳＰＭ測定データが、図２
（ｇ）では、隣り合うサンプリングポイントと等間隔に
設定されたサンプリングポイントＰ２で得られたものと
してプロットされる。

【００３５】この後、凹部２０内の走査が行われている
間、Ｚサーボ成分Ｓｚ及びＸサーボ成分Ｓｘは、探針２
の法線方向Ｋに沿ったサーボ方向を維持するように、一
定状態に維持されるため、そのＳＰＭ測定データ（図２
（ｈ）参照）も一定となる。つまり、図２（ｆ）と同様
に、実測においてもＳＰＭ測定データをサンプリングす
る位置とサンプリングポイントとが一致する。

【００３６】そして、同図（ｃ）に示すように、探針２
が凹部２０の＋Ｘ側側壁２０ａに差し掛かると、＋Ｚ方
向にサーボが掛かり、その結果、Ｚサーボ成分Ｓｚが、
＋Ｚ側に転じ、これに合わせて、−Ｘ方向にＸサーボ成
分Ｓｘが加わる。この状態において、サーボ方向である
法線方向Ｋは、探針２先端が凹部２０の＋Ｘ側側壁２０
ａに近接する方向となっているため、探針２先端は、凹
部２０の＋Ｘ側側壁２０ａに沿って走査される（同図
（ｄ）参照）。この結果、ＳＰＭ測定データは、同図
（ｉ）に示すように、ほぼ凹部２０の＋Ｘ側側壁２０ａ
に沿った形状を成して得られる。

【００３７】このとき、Ｘサーボ成分Ｓｘが、−Ｘ方向
に加わるため、図２（ｄ）に示すとおり、サンプリング
ポイントＰ３は、目標とするサンプリングポイントＰ４
よりも−ΔＸ′だけずれる。つまり、走査速度が減速さ
れるのでサンプリング間隔が狭くなる。このため、ＳＰ
Ｍ測定データは、同図（ｉ）に示すように、ずれ量−Δ
Ｘ′分だけ変形したものとなって現れる。即ち、実測に
おいて、サンプリングポイントＰ３で得られたＳＰＭ測
定データが、図２（ｉ）では、隣り合うサンプリングポ
イントと等間隔に設定されたサンプリングポイントＰ４
で得られたものとしてプロットされる。

【００３８】この後、平坦な試料面４ａの走査が行われ
ている間、Ｚサーボ成分Ｓｚ及びＸサーボ成分Ｓｘは、
探針２の法線方向Ｋに沿ったサーボ方向を維持するよう
に、一定状態に維持されるため、そのＳＰＭ測定データ
（図２（ｊ）参照）も一定となる。つまり、図２（ｆ）
と同様に、実測においてもＳＰＭ測定データをサンプリ
ングする位置とサンプリングポイントとが一致する。

【００３９】このようなプロセスを経て得られたＳＰＭ
測定データは、図２（ｊ）に示すように、凹部２０の−
側側壁２０ｂのデータが変形し、且つ、＋側側壁２０ａ
のデータがほぼ凹部２０の＋Ｘ側側壁２０ａに沿った形
状を成したものとなる。

【００４０】このようなＳＰＭ測定データ（図３（ａ）
参照）は、コントローラ１４に入力され、そのＳＰＭ測
定データのＺ座標成分に基づいてＸ座標成分の再校正
（図３（ｂ）参照）が施される。

【００４１】Ｘ座標成分の再構成値Ｘcor は、図３にお
ける座標軸に基づけば、Ｘcor ＝−Ｓｚ×ｔａｎθ なる演算処理によって算出される。つまり、Ｚサーボ成
分Ｓｚの値に応じて再構成値Ｘcor が決定する。なお、
Ｚサーボ成分Ｓｚの値は、図３のＺ座標軸の符号に一致
するものとする。

【００４２】具体的には、Ｚ座標成分が−Ｚ方向に変位
している箇所Ｗ１において、Ｘ座標成分を＋Ｘ方向に再
校正する。つまり、図２（ｂ）及び同図（ｇ）におい
て、サンプリングポイントＰ１でプロットされたＳＰＭ
測定データは、再構成によりサンプリングポイントＰ２
に再プロットされる。従って、実測した位置と再プロッ
トされた位置が一致する。

【００４３】また、Ｚ座標成分が＋Ｚ方向に変位してい
る箇所Ｗ２において、Ｘ座標成分を−Ｘ方向に再校正す
る。つまり、図２（ｄ）及び同図（ｉ）において、サン
プリングポイントＰ３でプロットされたＳＰＭ測定デー
タは、再構成によりサンプリングポイントＰ４に再プロ
ットされる。従って、実測した位置と再プロットされた
位置が一致する。

【００４４】このような再校正が施されることによっ
て、図３（ｂ）に示すように、最終的に得られたＳＰＭ
測定データは、凹部２０の＋Ｘ側側壁２０ａの形状を正
確に反映したものとなる。

【００４５】なお、上述したような再校正プロセスは、
ＳＰＭ測定中、１ラインＳＰＭ測定データ毎にリアルタ
イムで行っても良いし、或いは、全てのＳＰＭ測定デー
タを得た後に一括して行っても良い。

【００４６】このように本実施の形態によれば、主走査
面Ｈに直交するＺ方向に対して所定角度θだけ傾いた傾
斜方向Ｋに沿ってサーボを掛けながら探針２を主走査面
Ｈに沿って走査すると、９０−θ度の傾きを持った試料
面４ａ（主走査面Ｈ）に対して探針２を走査している状
態と同等となる。このため、従来ではサーボ応答の遅れ
が生じ易かった傾斜角度のきつい試料面４ａであって
も、サーボ方向を切り換える必要がないため、サーボ応
答の遅れを生じること無く試料４の表面情報を精度良く
測定することができる。

【００４７】更に、本実施の形態によれば、試料面４ａ
（主走査面Ｈ）に対して角度θを持って探針２を走査す
ることができるため、従来のような試料面４ａに垂直な
Ｚ方向のみのサーボに比べて、探針２や試料４に与える
ダメージを軽減することができる。

【００４８】なお、上述した実施の形態では、等時間間
隔でＳＰＭ測定データをサンプリングする方法について
説明したが、この方法に代えて、例えば一定の走査距離
毎（等距離毎）にＳＰＭ測定データをサンプリングする
方法を適用しても上記実施の形態と同様の作用効果を実
現することができる。

【００４９】探針２の走査距離を測定する方法として
は、例えば、静電容量センサやレーザー干渉計等の外部
センサを用いる方法、又は、スキャナ１０のＸＹ方向
（主走査面Ｈ方向）への変位量から逆算する方法等が考
えられる。

【００５０】この変形例では、その一例として、探針２
を試料４の試料面４ａ（主走査面Ｈ）に沿って矢印Ｄ方
向（−Ｘ側から＋Ｘ側）にラスタ走査する場合を想定し
（図２参照）、その場合におけるスキャナ１０の矢印Ｄ
方向への変位量から探針２の走査距離を逆算する方法に
ついて説明する。

【００５１】この場合、スキャナ１０の矢印Ｄ方向への
変位量Ｌは、上述したＸサーボ成分Ｓｘに基づいて規定
され、Ｓｘ＝Ｓｚ×ｔａｎθより、Ｌ＝Ｖ×ｔ＋Ｓｘ＝Ｖ×ｔ＋Ｓｚ×ｔａｎθ Ｖ：スキャナ１０の変位速度ｔ：前回サンプリング後の経過時間なる演算処理によって算出することができる。

【００５２】このような一定の走査距離毎（等距離毎）
にＳＰＭ測定データをサンプリングする方法によれば、
等時間間隔でＳＰＭ測定データをサンプリングする方法
で行われていたような再校正（図３参照）が不要となる
ため、より効率良くＳＰＭ測定データを得ることが可能
となる。

【００５３】また、上述した実施の形態では、探針２の
法線方向Ｋに沿ってサーボを掛けた場合について説明し
たが、サーボ方向は、試料４の試料面４ａの凹凸形状に
合わせて任意の角度θに設定変更することができる。

【００５４】このため、例えば４（ａ）に示すように、
試料面４ａの凹部２０に形成された両側壁２０ａ，２０
ｂの角度が９０度又はそれ以上である場合、法線方向Ｋ
よりも大きな角度θ′だけ傾けた方向に沿ってサーボを
掛けることによって、角度のきつい凹部２０（側壁２０
ａ，２０ｂ）の形状を反映した試料面４ａのＳＰＭ測定
データ（図４（ｂ）参照）を再現性良く得ることができ
る。

【００５５】また、例えば図５（ａ）に示すように、試
料面４ａの凹部２０に形成された両側壁２０ａ，２０ｂ
の角度が９０度以下である場合、法線方向Ｋよりも小さ
な角度θ″だけ傾けた方向に沿ってサーボを掛けること
によって、角度の緩やかな凹部２０（側壁２０ａ，２０
ｂ）の形状を反映した試料面４ａのＳＰＭ測定データ
（図５（ｂ）参照）を再現性良く得ることができる。

【００５６】本発明の要旨をまとめると、（１）探針を有するカンチレバーと、主走査面に直交
する方向に対して所定角度だけ傾いた傾斜方向に沿って
サーボを掛けながら探針を主走査面に沿って相対的に走
査することが可能な走査手段とを備えていることを特徴
とする走査型プローブ顕微鏡。

【００５７】（２）前記走査手段には、探針を主走査
面に沿って相対的に走査させるスキャナと、このスキャ
ナを制御するコントローラとが設けられていることを特
徴とする請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。

【００５８】（３）主走査面に直交する方向に対して
所定角度だけ傾いた傾斜方向に沿ってサーボを掛けなが
ら探針を主走査面に沿って相対的に走査することを特徴
とする走査型プローブ顕微鏡の測定方法。

【００５９】（４）前記コントローラは、前記サーボ
の傾斜角度を任意に設定可能である前記１項又は２項に
記載の走査型プローブ顕微鏡。

【００６０】（５）前記コントローラは、前記スキャ
ナの走査速度を走査面の形状に応じて可変に制御するこ
とを特徴とする前記１項、２項及び４項のいずれか１に
記載の走査型プローブ顕微鏡。

【００６１】（６）更に、探針と走査面との相対的な
移動量を検出する手段を有していることを特徴とする前
記１項、２項、４項及び５項のいずれか１に記載の走査
型プローブ顕微鏡。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、探針や試料に与えるダ
メージを軽減すると共に、試料の表面情報を精度良く測
定することが可能なサーボ応答性に優れた低コストな走
査型プローブ顕微鏡を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本実施の形態の走査型プローブ顕微
鏡の構成を示す図、（ｂ）は、サーボ方向を説明するた
めの図。

【図２】一定の速度で探針を試料面に沿ってラスタ走査
し、等時間間隔でＳＰＭ測定データをサンプリングして
いる状態を示す図であって、（ａ）〜（ｅ）は、時間経
過に従った走査状況を示す図、（ｆ）〜（ｊ）は、時間
経過に従ったＳＰＭ測定データを示す図。

【図３】ＳＰＭ測定データの再校正プロセスを説明する
ための図であって、（ａ）は、再校正前のＳＰＭ測定デ
ータを示す図、（ｂ）は、再校正後のＳＰＭ測定データ
を示す図。

【図４】本発明の変形例を示す図であって、（ａ）は、
法線方向よりも大きな角度だけ傾けた方向に沿ってサー
ボを掛けている状態を示す図、（ｂ）は、角度のきつい
凹部（側壁）の形状を反映した試料面のＳＰＭ測定デー
タを示す図。

【図５】本発明の変形例を示す図であって、（ａ）は、
法線方向よりも小さな角度だけ傾けた方向に沿ってサー
ボを掛けている状態を示す図、（ｂ）は、角度の緩やか
な凹部（側壁）の形状を反映した試料面のＳＰＭ測定デ
ータを示す図。

【符号の説明】

２探針６カンチレバー１０スキャナ１４コントローラＨ主走査面Ｇ主走査面に直交する方向Ｋ傾斜方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】探針を有するカンチレバーと、主走査面に直交する方向に対して所定角度だけ傾いた傾
斜方向に沿ってサーボを掛けながら探針を主走査面に沿
って相対的に走査することが可能な走査手段とを備えて
いることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】前記走査手段には、探針を主走査面に沿
って相対的に走査させるスキャナと、このスキャナを制
御するコントローラとが設けられていることを特徴とす
る請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項３】主走査面に直交する方向に対して所定角
度だけ傾いた傾斜方向に沿ってサーボを掛けながら探針
を主走査面に沿って相対的に走査することを特徴とする
走査型プローブ顕微鏡の測定方法。