CN107533083A - 扫描型探针显微镜 - Google Patents

Abstract

提供一种能够使探针的相对速度变快，并且难以对样品的表面形状的测量结果产生噪声的扫描型探针显微镜。在向X方向以及与X方向相反的方向往返移动时，在切换探针的相对移动的方向时(开始位置P1以及折返位置P2)，使相对速度逐渐地降低之后切换方向，在切换后使相对速度逐渐地上升，防止探针的相对速度急剧地变化。在向Y方向以及与Y方向相反的方向位移移动时(开始位置P1以及折返位置P2)，使探针的相对速度逐渐地上升后，使相对速度逐渐地降低，由此防止探针的相对速度急剧地变化。

Description

扫描型探针显微镜

技术领域

本发明涉及通过使探针沿着样品表面相对移动而用于测量样品的表面形状的扫描型探针显微镜。

背景技术

在扫描型探针显微镜中，相对于载置在位移台上的样品的表面，通过使探针在XY平面内相对移动并进行扫描，在其扫描中检测作用于探针与样品表面之间的物理量(隧道电流或者原子力等)的变化。而且为了使扫描中的上述物理量保持恒定而反馈控制探针在Z方向的相对位置，由此能够基于该反馈量测量样品的表面形状(例如，参照下述专利文献1)。

图8是用于说明使探针在样品的表面上相对移动时的、以往的方案的概略图。图9A以及图9B是示出使图8的方案的探针相对移动时的时间与探针的相对位置的关系的图，图9A示出X方向上的探针的相对位置，图9B示出Y方向上的探针的相对位置。

如图8所示，在使探针在样品的表面上相对移动时，交替地重复以下动作：使探针在X方向(去路)以及与X方向相反的方向(回路)相对移动，由此在1行上往返移动的动作；以及使探针在Y方向上逐个像素地相对移动，由此进行位移移动的动作。由此检测各行中往返移动中的物理量，使用分别在去路以及回路检测出的物理量来调整反馈量。

如图9A所示，探针向X方向的相对速度在去路以及回路中均为恒定。即，从开始位置P1开始向X方向相对移动的探针，开始后不久以恒定速度在去路上相对移动，相对移动的方向在折返位置P2处切换为相反方向。此时探针从相对移动的方向切换后不久以恒定速度在回路上相对移动，向开始位置P1返回。像这样地，通过交替地切换以恒定速度相对移动的探针的相对移动的方向，使探针在各行上相对地往返移动。

如图9B所示，每当在X方向以及与X方向相反的方向往返移动的探针返回到开始位置P1时，就逐个像素地进行探针向Y方向的移动。从开始位置P1开始向Y方向相对移动的探针，开始后不久以恒定速度相对移动，如果相对移动了1个像素则停止相对移动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4432806号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

扫描型探针显微镜中探针的相对速度(扫描速度)一般较慢，为了测量样品整体的表面形状需要几分钟的时间。因此，期望是如下这样的构成：使扫描型探针显微镜中探针的相对速度变快，能够以更短时间测量样品的表面形状。

但是，在使探针的相对速度变快的情况下，在开始位置P1或折返位置P2处，存在容易对样品的表面形状的测量结果产生噪声(干扰)这样的问题。作为其原因，认为是因为探针的相对速度在开始位置P1或折返位置P2处不连续。

即，关于探针向X方向的相对移动，在开始位置P1以及折返位置P2处，因为在探针相对地急停的同时开始向相反方向移动，探针的相对速度急剧地变化。此外，关于探针向Y方向的相对移动，探针的相对速度也在开始位置P1急剧地变化。由于这样的探针的相对速度急剧的变化，在开始位置P1以及折返位置P2因位移台的共振频率而变得容易振动，因此容易发生周期性的噪声。

本发明是鉴于上述情况而提出，目的在于提供一种能够使探针的相对速度变快并且难以对样品的表面形状的测量结果产生噪声的扫描型探针显微镜。

用于解决上述技术问题的方案

本发明的扫描型探针显微镜具备：探针、往返移动控制部、位移移动控制部以及测量控制部。所述探针沿着样品的表面相对移动。所述往返移动控制部使所述探针相对于样品的表面在第1方向以及与该第1方向相反的方向相对移动，由此进行往返移动。所述位移移动控制部使所述探针相对于样品的表面在与所述第1方向正交的第2方向相对移动，由此进行位移移动。所述测量控制部，基于通过所述往返移动控制部以及所述位移移动控制部沿着样品的表面相对移动的所述探针的、向所述第1方向以及与所述第2方向正交的方向移动的相对位移量，测量样品的表面形状。所述往返移动控制部在切换所述探针的相对移动的方向时，在使相对速度逐渐降低之后切换方向，在切换后使相对速度逐渐地上升，由此使所述探针相对地往返移动。所述位移移动控制部使所述探针的相对速度逐渐地上升后，使相对速度逐渐地降低，由此使所述探针相对地位移移动。

根据这样的构成，在往返移动时探针的相对移动方向切换时或探针位移移动时，能够防止探针的相对速度变得不连续。即，在往返移动时切换探针的相对移动的方向时，使相对速度逐渐地降低之后切换方向，在切换后使相对速度逐渐地上升，由此能够防止探针的相对速度急剧地变化。此外，在位移移动时，在使探针的相对速度逐渐地上升后，使相对速度逐渐地降低，由此能够防止探针的相对速度急剧地变化。由此，即便在使探针的相对速度变快的情况下，也能够防止发生周期性的噪声，因此能够使探针的相对速度变快，并且难以对样品的表面形状的测量结果产生噪声。

也可以是，所述往返移动控制部，在使所述探针的相对速度逐渐地降低前使所述探针以恒定速度相对移动。

根据这样的构成，在往返移动时，在使探针以恒定速度相对移动时，能够高精度地测量样品的表面形状。因此，即便使探针的相对速度变快的情况下，也难以对样品的表面形状的测量结果产生噪声，并且能够得到高精度的测量结果。

也可以是，所述扫描型探针显微镜还具备显示部。也可以是，在这种情况下，所述测量控制部仅基于在使所述探针以所述恒定速度相对移动时的测量结果，在所述显示部显示样品表面的凹凸图像。

根据这样的构成，能够仅基于在使探针以恒定速度相对移动时获得的高精度的测量结果，在显示部显示样品表面的凹凸图像。

也可以是，在通过所述往返移动控制部切换相对移动的方向之前与之后，使所述探针在样品表面的不同位置相对移动。也可以是，在这种情况下，所述探针通过所述往返移动控制部进行多次的相对往返移动，由此沿着所述第1方向以及与该第1方向相反的方向在样品表面的相同位置相对移动。

根据这样的构成，探针的相对的往返移动并不持续地在去路以及回路的相同位置进行，而是在去路以及回路的不同位置进行，通过进行多次的该往返移动，能够得到相同位置的去路以及回路的测量结果。由此，能够有效地防止探针的相对速度的急剧变化，并且测量样品整体的表面形状。

也可以是，在通过所述往返移动控制部切换相对移动的方向之前与之后，使所述探针在样品表面的相同位置相对移动。也可以是，在这种情况下，在通过所述往返移动控制部切换相对移动的方向的期间，通过所述位移移动控制部使所述探针向第2方向逐渐地相对移动后、向与该第2方向相反的方向逐渐地相对移动。

根据这样的构成，探针的相对的往返移动持续地在去路以及回路的相同位置进行时，在切换其相对移动的方向的期间，使探针向第2方向逐渐地相对移动后，逐渐地相对移动至相反方向从而返回到原本的位置。由此，即便探针的相对的往返移动持续地在去路以及回路的相同位置进行，也能够有效地防止探针的相对速度的急剧变化。

也可以是，所述探针通过所述往返移动控制部向第1方向相对移动的期间以及向与该第1方向相反的方向相对移动的期间，通过所述位移移动控制部反复进行向第2方向逐渐地相对移动后、向与该第2方向相反的方向逐渐地相对移动的动作。也可以是，在这种情况下，通过所述往返移动控制部进行多次的相对的往返移动，由此能够使所述探针沿着所述第1方向以及与该第1方向相反的方向在样品表面的相同位置相对移动。

根据这样的构成，在往返移动时，探针并非是在沿着第1方向笔直的行上相对移动，而是逐渐地相对移动至第2方向后逐渐地相对移动至相反方向，通过重复这样的动作而能够横跨多行相对移动。通过进行多次这样的往返移动，能够得到相同位置的去路以及回路的测量结果，因此能够有效地防止探针的相对速度的急剧变化，并且测量样品整体的表面形状。

发明效果

根据本发明，即便在使探针的相对速度变快的情况下，也能够防止发生周期性的噪声，因此能够使探针的相对速度变快，并且难以对样品的表面形状的测量结果产生噪声。

附图说明

图1是示出本发明的一实施方式的扫描型探针显微镜的构成例的概略图。

图2是用于说明使探针在样品的表面上相对移动时的第1方案的概略图。

图3A是示出在图2的方案中使探针相对移动时的、时间与探针的相对位置关系的图，示出X方向上的探针的相对位置。

图3B是示出在图2的方案中使探针相对移动时的、时间与探针的相对位置关系的图，示出Y方向上的探针的相对位置。

图4是用于说明使探针在样品的表面上相对移动时的第2方案的概略图。

图5A是示出在图4的方案中使探针相对移动时的、时间与探针的相对位置关系的图，示出X方向上的探针的相对位置。

图5B是示出在图4的方案中使探针相对移动时的、时间与探针的相对位置关系的图，示出Y方向上的探针的相对位置。

图6是用于说明使探针在样品的表面上相对移动时的第3方案的概略图。

图7A是示出在图6的方案中使探针相对移动时的、时间与探针的相对位置关系的图，示出X方向上的探针的相对位置。

图7B是示出在图6的方案中使探针相对移动时的、时间与探针的相对位置关系的图，示出Y方向上的探针的相对位置。

图8是用于说明使探针在样品的表面上相对移动时的以往的方案的概略图。

图9A是示出在图8的方案中使探针相对移动时的、时间与探针的相对位置关系的图，示出X方向上的探针的相对位置。

图9B是示出在图8的方案中使探针相对移动时的、时间与探针的相对位置关系的图，示出Y方向上的探针的相对位置。

具体实施方式

图1是示出本发明的一实施方式的扫描型探针显微镜的构成例的概略图。该扫描型探针显微镜例如是原子力显微镜(AFM：Atomic Force Microscope)，相对于载置在位移台1上的样品S的表面，使探针2在XY平面内(与图1的纸面正交的面内)相对移动并进行扫描，由此在其扫描中，作用于探针2与样品S表面之间的原子力变化。探针2例如由悬臂支承的悬臂构成，自由端侧的前端部与样品S的表面接触。

位移台1例如是圆柱状的部件，在其端面上载置有样品S。在位移台1的外周面安装有第1压电元件11、第2压电元件12以及第3压电元件13。各压电元件11、12、13通过被施加电压而变形，位移台1随着其变形而变形，由此位移台1上的样品S的位置变化。由此能够使探针2沿着样品S的表面相对移动。

第1压电元件11夹着位移台1的中心轴线L而在对置于X方向的位置各设置1个。第2压电元件12夹着位移台1的中心轴线L而在对置于与X方向正交的Y方向的位置各设置1个。即，1对第1压电元件11并排的方向(X方向)与1对第2压电元件12(Y方向)相互地正交。第3压电元件13呈圆环状地设置在位移台1的外周面。

因此，通过使施加至1对第1压电元件11的电压变化，使位移台1向X方向或者与X方向相反的方向变形，能够使探针2沿着位移台1上的样品S的表面在X方向或者与X方向相反的方向上进行扫描。此外，通过使施加至1对第2压电元件12的电压变化，使位移台1向Y方向或者与Y方向相反的方向变形，能够使探针2沿着位移台1上的样品S的表面在Y方向或者与Y方向相反的方向上进行扫描。在使位移台1在Z方向或者与Z方向相反的方向上移动时，只要使施加至第3压电元件13的电压变化即可。

随着这样的位移台1的变形，在样品S的表面上相对移动的探针2照射有来自发光部3的激光等的光，来自探针2的反射光被受光部4受光。在使探针2沿着样品S的表面的凹凸相对移动的情况下，探针2根据凹凸的形状而挠曲，在受光部4中对来自探针2的反射光进行受光的位置发生变化。因此，能够基于受光部4中的反射光的受光位置的变化，检测在扫描中作用于探针2与样品S的表面之间的原子力的变化。

该扫描型探针显微镜的动作例如由包括CPU(Central Processing Unit)的控制部5控制。通过CPU执行程序，控制部5作为往返移动控制部51、位移移动控制部52、反馈控制部53以及测量控制部54等起作用。

往返移动控制部51对施加在第1压电元件11的电压进行控制。通过该往返移动控制部51的控制，使探针2相对于样品S的表面在X方向以及与X方向相反的方向相对移动，由此能够使探针2相对于样品S的表面相对地往返移动。由此进行探针2相对于样品S的表面向与X方向平行的方向移动的扫描。

位移移动控制部52对施加在第2压电元件12的电压进行控制。通过该位移移动控制部52的控制，使探针2相对于样品S的表面在Y方向相对移动，由此能够使探针2相对于样品S的表面相对地位移移动。由此进行探针2相对于样品S的表面向与Y方向平行的方向移动的扫描。

反馈控制部53基于受光部4中反射光的受光位置，控制施加在第3压电元件13的电压。具体而言，为了将受光部4中反射光的受光位置保持在恒定位置，即为了作用于探针2与样品S的表面之间的原子力恒定而探针2不变形，反馈控制部53使施加在第3压电元件13的电压发生变化。由此，位移台1根据样品S的表面形状向Z方向或者与Z方向相反的方向移动。

测量控制部54基于反馈控制部53的控制，进行测量样品S的表面形状的处理。即，基于沿着样品S的表面在XY平面内相对移动的探针2向Z方向以及与Z方向相反的方向的相对位移量(位移台1相对于样品S的表面向Z方向以及与Z方向相反的方向的位移量)，测量样品S的表面形状，由此得到样品S的表面的凹凸图像。测量控制部54例如在由液晶显示器构成的显示部6中显示获取的样品S的表面的凹凸图像。

图2是用于说明使探针2在样品S的表面上相对移动时的第1方案的概略图。图3A以及图3B是示出在图2的方案中使探针2相对移动时的、时间与探针2的相对位置关系的图，图3A示出X方向上的探针2的相对位置，图3B示出Y方向上的探针2的相对位置。

如图2所示，在使探针2在样品S的表面上相对移动时，组合地执行以下的动作：通过使探针2在X方向(去路)以及与X方向相反的方向(回路)相对移动而往返移动的动作、以及通过使探针2在Y方向以及与Y方向相反的方向相对移动而位移移动的动作。在该例中，不仅在去路的开始位置P1，而且在从去路向回路折返的折返位置P2也进行探针2的位移移动(换行移动)。

具体而言，探针2在折返位置P2在Y方向逐个位移移动2个像素，并且每当从折返位置P2返回到开始位置P1时，就在与Y方向相反的方向逐个像素地位移移动。由此，因为在开始位置P1与折返位置P2的位移量不同，所以在开始位置P1与折返位置P2，探针2的相对移动的方向被切换为X方向或者与X方向相反的方向之前与之后，探针2在样品S的表面中的不同位置(不同的行)相对移动。由此，探针2不在1行上往返移动，而是横跨多行往返移动。

此外，如图2所示，通过重复上述那样的往返移动以及位移移动，在第3行以后，沿着X方向以及与X方向相反的方向在样品S的表面的相同位置(相同行)相对移动。即，探针2的相对的往返移动不在去路以及回路的相同位置进行，而在去路以及回路的不同位置进行，通过进行多次该往复移动，能够得到相同位置的去路以及回路的测量结果。

在该例中，基于相同位置的去路以及回路的测量结果得到的第3行以后的测量结果，在显示部6显示样品S的表面的凹凸图像。此时，检测往返移动中的原子力，使用去路以及回路分别检测的原子力，调整反馈控制部53的反馈量，由此能够测量样品S整体的表面形状。

但是，在不进行使用上述的去路以及回路的测量结果的反馈量的调整的情况下，也可以构成为以在各行仅获得去路或者回路的一者的测量结果的方式，在开始位置P1以及折返位置P2中进行探针2的位移移动。在这种情况下，与使用对各行的去路以及回路这两者的测量结果的构成相比较，能够提高样品S的表面形状的测量速度。

如图3A所示，在探针2向X方向以及与X方向相反的方向往复移动时，在开始位置P1以及折返位置P2处切换探针2的相对移动的方向时，使相对速度逐渐地降低之后切换方向，在切换后逐渐地提高相对速度。具体而言，使探针2的相对速度从开始位置P1向X方向逐渐地上升后，将相对速度在恒定时间维持为恒定，之后使相对速度逐渐地降低之后在折返位置P2切换为与X方向相反的方向。而且，使探针2的相对速度从折返位置P2向与X方向相反的方向逐渐地上升后，将相对速度在恒定时间维持为恒定，之后使相对速度逐渐地降低之后在开始位置P1处切换为X方向。

此外，如图3B所示，在探针2向Y方向以及与Y方向相反的方向位移移动时，在探针2的相对速度逐渐地上升后，使相对速度逐渐地降低。具体而言，在折返位置P2中，使探针2的相对速度在Y方向逐渐地上升后，使相对速度逐渐地降低，由此位移移动2个像素。在开始位置P1处，使探针2的相对速度在与Y方向相反的方向逐渐地上升后，使相对速度逐渐地降低，由此位移移动1个像素。

通过重复上述那样的往返运动以及位移移动，在往返移动时探针2的相对移动方向切换时或探针2位移移动时，能够防止探针2的相对速度变得不连续。即，在往返移动时切换探针2的相对移动的方向时，使相对速度逐渐地降低之后切换方向，在切换后使相对速度逐渐地上升，由此能够防止探针2的相对速度急剧地变化。此外，在位移移动时，在使探针2的相对速度逐渐地上升后，使相对速度逐渐地降低，由此能够防止探针2的相对速度急剧地变化。由此，即便在使探针2的相对速度变快的情况下，也能够防止发生周期性的噪声，因此能够使探针2的相对速度变快，并且难以对样品S的表面形状的测量结果产生噪声(干扰)。

此外，因为在往返移动时，在使探针2的相对速度逐渐地降低前，使探针2以恒定速度相对移动，所以在使探针2以恒定速度相对移动时，能够高精度地测量样品S的表面形状。在该例中，仅基于探针2在上述恒定速度下相对移动时的测量结果，在显示部6显示样品S的表面的凹凸图像。

即，在开始位置P1与折返位置P2之间的测量结果之中，仅基于探针2以上述恒定速度相对移动的位置P3与位置P4之间的测量结果，在显示部6显示样品S的表面的凹凸图像。因此，即便在使探针2的相对速度变快的情况下，也难以对样品S的表面形状的测量结果产生噪声，并且能够得到高精度的测量结果，能够仅基于得到的高精度的测量结果，在显示部6中显示样品S的表面的凹凸图像。上述恒定速度在去路以及回路中可以是相同速度，也可以是不同速度。

图4是用于说明使探针2在样品S的表面上相对移动时的第2方案的概略图。图5A以及图5B是示出在图4的方案中使探针2相对移动时的、时间与探针2的相对位置关系的图，图5A示出X方向上的探针2的相对位置，图5B示出Y方向上的探针的相对位置。

如图4所示，在使探针2在样品S的表面上相对移动时，组合地执行以下的动作：通过使探针2在X方向(去路)以及与X方向相反的方向(回路)相对移动而往返移动的动作、以及通过使探针2在Y方向以及与Y方向相反的方向相对移动而位移移动的动作。在该例中，不仅在去路的开始位置P1，而且在从去路向回路折返的折返位置P2也进行探针2的位移移动。

具体而言，探针2的相对移动的方向在折返位置P2从X方向切换为相反方向的期间，探针2逐渐地相对移动至Y方向后，在与Y方向相反的方向上逐渐地相对移动，由此返回到原本的行。由此，相对移动的方向在折返位置P2从X方向切换为相反方向之前与之后，探针2在样品S的表面中的相同位置(相同行)相对移动。

每当探针2从折返位置P2返回到开始位置P1时，就在与Y方向逐个像素地位移移动。基于像这样地在各行上得到的去路以及回路的测量结果，在显示部6显示样品S的表面的凹凸图像。此时，检测往返移动中的原子力，使用去路以及回路分别检测的原子力，调整反馈控制部53的反馈量，由此能够测量样品S整体的表面形状。

如图5A所示，在探针2向X方向以及与X方向相反的方向往返移动时，在开始位置P1以及折返位置P2处切换探针2的相对移动方向时，使相对速度逐渐地降低之后切换方向，在切换后使相对速度逐渐地上升。具体而言，使探针2的相对速度从开始位置P1向X方向逐渐地上升后，将相对速度在恒定时间维持为恒定，之后使相对速度逐渐地降低之后在折返位置P2切换为与X方向相反的方向。而且，使探针2的相对速度从折返位置P2向与X方向相反的方向逐渐地上升后，将相对速度在恒定时间维持为恒定，之后使相对速度逐渐地降低之后在开始位置P1切换为X方向。

此外，如图5B所示，在探针2向Y方向以及与Y方向相反的方向位移移动时，在探针2的相对速度逐渐地上升后，使相对速度逐渐地降低。具体而言，在折返位置P2处，使探针2的相对速度在Y方向逐渐地上升后，使相对速度逐渐地降低，之后使相对速度在与Y方向相反的方向逐渐地上升之后，再次使相对速度逐渐地降低，由此使探针2的位置返回到原本的行上。在开始位置P1处，使探针2的相对速度在Y方向逐渐地上升后，使相对速度逐渐地降低，由此位移移动1个像素。

通过重复上述那样的往返运动以及位移移动，在往返移动时探针2的相对移动方向切换时或探针2位移移动时，能够防止探针2的相对速度变得不连续。因此，即便在图4、图5A以及图5B那样的方案下，也能够在使探针2的相对速度变快的情况下，防止发生周期性的噪声，因此能够使探针2的相对速度变快，并且难以对样品S的表面形状的测量结果产生噪声。

特别是，在该例中，探针2的相对的往返移动持续地在去路以及回路的相同位置(相同行)进行时，在切换其相对移动的方向的期间，能够使探针2向Y方向逐渐地相对移动后、逐渐地相对移动至相反方向从而返回到原本的位置。由此，即便在探针2的相对的往返移动持续地在去路以及回路的相同位置进行的情况下，也能够有效地防止探针2的相对速度的急剧变化。

此外，因为在往返移动时，在使探针2的相对速度逐渐地降低前，使探针2以恒定速度相对移动，所以在使探针2以上述恒定速度相对移动时，能够高精度地测量样品S的表面形状。在该例中，仅基于探针2在上述恒定速度下相对移动时的测量结果，在显示部6显示样品S的表面的凹凸图像。

即，在开始位置P1与折返位置P2之间的测量结果之中，仅基于探针2以上述恒定速度相对移动的位置P3与位置P4之间的测量结果，在显示部6显示样品S的表面的凹凸图像。因此，即便在使探针2的相对速度变快的情况下，也难以对样品S的表面形状的测量结果产生噪声，并且能够得到高精度的测量结果，能够仅基于得到的高精度的测量结果，在显示部6显示样品S的表面的凹凸图像。上述恒定速度在去路以及回路中可以是相同速度，也可以是不同速度。

图6是用于说明使探针2在样品S的表面上相对移动时的第3方案的概略图。图7A以及图7B是示出在图6的方案中使探针2相对移动时的、时间与探针2的相对位置关系的图，图7A示出X方向上的探针2的相对位置，图7B示出Y方向上的探针2的相对位置。

如图6所示，在使探针2在样品S的表面上相对移动时，组合地执行以下的动作：通过使探针2在X方向(去路)以及与X方向相反的方向(回路)相对移动而往返移动的动作与通过使探针2在Y方向以及与Y方向相反的方向相对移动而位移移动的动作。在该例中，不仅在去路的开始位置P1以及从去路向回路折返的折返位置P2，而且在往返移动中总是周期性地进行探针2的位移移动。

具体而言，探针2并非是在沿着X方向的笔直的行上相对移动，而是探针2以2个像素的振幅恒定周期地在Y方向以及与Y方向相反的方向上反复位移移动，由此一边横跨3行位移移动，一边在X方向以及与X方向相反的方向往返移动。而且，每当探针2从折返位置P2返回到开始位置P1时，就在Y方向上位移移动1个像素。

另外，在图6中，以实线示出去路，以虚线示出回路。此外，为了使说明容易理解，在图6以及图7B中，探针2在Y方向以及与Y方向相反的方向重复位移移动的周期比实际的周期更大地示出。

如图6所示，通过重复上述那样的往返移动以及位移移动，在第2行以后，沿着X方向以及与X方向相反的方向在样品S的表面的相同位置(相同行)相对移动。即，如果适当地设定探针2在Y方向以及与Y方向相反的方向位移移动时的周期，则探针2在同一行上，在去路以及回路的通过位置周期性地重合，因此能够得到与该重合相对应的位置的去路以及回路的测量结果。

在该例中，基于相同位置的去路以及回路的测量结果得到的第2行以后的测量结果，在显示部6显示样品S的表面的凹凸图像。此时，检测往返移动中的原子力，使用去路以及回路分别检测的原子力，调整反馈控制部53的反馈量，由此能够测量样品S整体的表面形状。

如图7A所示，在探针2向X方向以及与X方向相反的方向往返移动时，在开始位置P1以及折返位置P2处切换探针2的相对移动方向时，使相对速度逐渐地降低之后切换方向，在切换后使相对速度逐渐地上升。具体而言，使探针2的相对速度从开始位置P1向X方向逐渐地上升后，将相对速度在恒定时间维持为恒定，之后使相对速度逐渐地降低之后在折返位置P2处切换为与X方向相反的方向。而且，使探针2的相对速度从折返位置P2向与X方向相反的方向逐渐地上升后，将相对速度在恒定时间维持为恒定，之后使相对速度逐渐地降低之后在开始位置P1处切换为X方向。

此外，如图7B所示，在探针2向Y方向以及与Y方向相反的方向位移移动时，在探针2的相对速度逐渐地上升后，使相对速度逐渐地降低。具体而言，在折返位置P2处，在探针2向X方向相对移动的期间，以及在与X方向相反的方向相对移动的期间(包括以恒定的相对速度维持的期间)，反复进行如下动作：使探针2在Y方向上逐渐地相对移动后，在与Y方向相反的方向上逐渐地相对移动。

通过重复上述那样的往返运动以及位移移动，在往返移动时探针2的相对移动方向切换时或探针2位移移动时，能够防止探针2的相对速度变得不连续。因此，即便在图6、图7A以及图7B那样的方案下，也能够在使探针2的相对速度变快的情况下，防止发生周期性的噪声，因此能够使探针2的相对速度变快，并且难以对样品S的表面形状的测量结果产生噪声。

在以上的实施方式中，对使用了压电元件11、12、13作为用于使探针2相对于样品S的表面相对移动的机构进行了说明。作为这样的压电元件11、12、13能够例示管型压电元件或者层叠型压电元件等。但是，用于使探针2相对于样品S的表面相对移动的机构并不限于压电元件11、12、13，也能够使用其他任意的机构，从而使位移台1相对于探针2的位置发生变化。此外，也可以是如下的机构：并非使位移台1相对于探针2的位置发生变化，而使探针2相对于位移台1的位置发生变化，由此使探针2相对于样品S的表面相对移动。

在以上的实施方式中，对将本发明应用于扫描型探针显微镜的一例即原子力显微镜的构成进行了说明。但是，本发明并不限于原子力显微镜，也能够应用于隧道显微镜(STM：Scanning Tunneling Microscope)等其他的扫描型探针显微镜。

附图标记说明

1 位移台

2 探针

3 发光部

4 受光部

5 控制部

6 显示部

11 第1压电元件

12 第2压电元件

13 第3压电元件

51 往返移动控制部

52 位移移动控制部

53 反馈控制部

54 测量控制部

Claims (9)

1.一种扫描型探针显微镜，具备：

探针，沿着样品的表面相对移动；

往返移动控制部，使所述探针相对于样品的表面在第1方向以及与该第1方向相反的方向相对移动，由此进行往返移动；

位移移动控制部，使所述探针相对于样品的表面在与所述第1方向正交的第2方向相对移动，由此进行位移移动；

测量控制部，基于通过所述往返移动控制部以及所述位移移动控制部而沿着样品的表面相对移动的所述探针的、向与所述第1方向以及所述第2方向正交的方向移动的相对位移量，测量样品的表面形状，

所述往返移动控制部在切换所述探针的相对移动的方向时，在使相对速度逐渐降低之后切换方向，在切换方向后使相对速度逐渐地上升，由此使所述探针相对地往返移动，

所述位移移动控制部使所述探针的相对速度逐渐地上升后、使相对速度逐渐地降低，由此使所述探针相对地位移移动。

2.如权利要求1所述的扫描型探针显微镜，其特征在于，所述往返移动控制部，在使所述探针的相对速度逐渐地降低前使所述探针以恒定速度相对移动。

3.如权利要求2所述的扫描型探针显微镜，其特征在于，还具备显示部，

所述测量控制部仅基于在使所述探针以所述恒定速度相对移动时的测量结果，在所述显示部显示样品表面的凹凸图像。

4.如权利要求1～3的任一项所述的扫描型探针显微镜，其特征在于，在通过所述往返移动控制部切换相对移动的方向之前与之后，使所述探针在样品表面的不同位置相对移动。

5.如权利要求4所述的扫描型探针显微镜，其特征在于，所述探针通过所述往返移动控制部进行多次的相对往返移动，由此沿着所述第1方向以及与该第1方向相反的方向在样品表面的相同位置相对移动。

6.如权利要求1～3的任一项所述的扫描型探针显微镜，其特征在于，在通过所述往返移动控制部切换相对移动的方向之前与之后，使所述探针在样品表面的相同位置相对移动。

7.如权利要求6所述的扫描型探针显微镜，在通过所述往返移动控制部切换相对移动的方向的期间，通过所述位移移动控制部使所述探针向第2方向逐渐地相对移动后、向与该第2方向相反的方向逐渐地相对移动。

8.如权利要求1所述的扫描型探针显微镜，所述探针通过所述往返移动控制部向第1方向相对移动的期间以及向与该第1方向相反的方向相对移动的期间，通过所述位移移动控制部反复进行向第2方向逐渐地相对移动后、向与该第2方向相反的方向逐渐地相对移动的动作。

9.如权利要求8所述的扫描型探针显微镜，通过所述往返移动控制部进行多次的相对往返移动，由此能够使所述探针沿着所述第1方向以及与该第1方向相反的方向在样品表面的相同位置相对移动。