JP2006250690A - Scanning probe microscope, evaluation method of probe of scanning probe microscope, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、走査型プローブ顕微鏡、走査型プローブ顕微鏡の探針の評価方法、およびプログラムに関する。 The present invention relates to a scanning probe microscope, a probe evaluation method for a scanning probe microscope, and a program.
走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等の走査型プローブ顕微鏡は、使用する探針の形状が測定値の精度に大きな影響を与える。探針は、エッチング法などにより無機物や金属を４角錐などの形状に形成したものであり、消耗品として使用される。先端角度の小さい探針を形成するのは困難であるため、目的の形状を有していない探針が含まれていることがある。また探針は、破損しやすく、異物が付着することもある。このような不良の探針を見分ける方法として、特許文献１には、予め形状が認知されている標準試料を用いて正しい測定値が得られることを確認してから測定用の試料を測定する方法が開示されている。 In a scanning probe microscope such as a scanning atomic force microscope (AFM), the shape of a probe to be used greatly affects the accuracy of measurement values. The probe is formed by forming an inorganic material or metal into a shape such as a quadrangular pyramid by an etching method or the like, and is used as a consumable item. Since it is difficult to form a probe having a small tip angle, a probe that does not have a target shape may be included. In addition, the probe is easily damaged and foreign matter may adhere to it. As a method for identifying such a defective probe, Patent Document 1 discloses a method of measuring a measurement sample after confirming that a correct measurement value can be obtained using a standard sample whose shape is recognized in advance. Is disclosed.
しかし、この方法では、標準試料はきわめて高価であり、また測定用の試料と標準試料とを交換する手間がかかる。
本発明の目的は、標準試料を測定することなく探針の評価を行うことのできる走査型プローブ顕微鏡、走査型プローブ顕微鏡の探針の評価方法、およびプログラムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a scanning probe microscope, a method for evaluating a probe of a scanning probe microscope, and a program capable of evaluating the probe without measuring a standard sample.
本発明にかかる走査型原子間力顕微鏡は、
試料を複数の画素に分割して、各画素の高さを、探針と試料との間に作用する物理量を検出することにより測定する測定部と、
前記測定部が測定した各画素の高さと隣接する画素の高さに基づいてそれぞれ勾配を算出する勾配算出部と、
算出した前記勾配を用いて、勾配を階級とした頻度分布を作成する頻度分布作成部と、
前記頻度分布に基づいて、前記探針の評価を行う探針評価部と、
を含む。
Scanning atomic force microscope according to the present invention,
A measurement unit that divides the sample into a plurality of pixels and measures the height of each pixel by detecting a physical quantity acting between the probe and the sample;
A gradient calculation unit that calculates a gradient based on the height of each pixel measured by the measurement unit and the height of an adjacent pixel;
Using the calculated gradient, a frequency distribution creating unit that creates a frequency distribution with the gradient as a class,
A probe evaluation unit that evaluates the probe based on the frequency distribution;
including.
本発明にかかる走査型原子間力顕微鏡によれば、標準試料を用いることなく探針の評価を行うことができる。 According to the scanning atomic force microscope of the present invention, the probe can be evaluated without using a standard sample.
本発明にかかる走査型原子間力顕微鏡において、
前記探針評価部は、前記頻度分布が所定の階級の範囲内に頻度がゼロの階級を有する場合に、前記探針に異常があると評価することができる。
In the scanning atomic force microscope according to the present invention,
The probe evaluation unit can evaluate that the probe is abnormal when the frequency distribution has a class with a frequency of zero within a predetermined class range.
本発明にかかる走査型原子間力顕微鏡において、
前記探針の先端角度を取得し、取得した前記先端角度に基づいて前記所定の階級の範囲を決定する階級範囲決定部をさらに含むことができる。
In the scanning atomic force microscope according to the present invention,
The apparatus may further include a class range determining unit that acquires the tip angle of the probe and determines the range of the predetermined class based on the acquired tip angle.
本発明にかかる走査型原子間力顕微鏡において、
前記探針評価部は、前記頻度分布が所定値以上の極大値を有し、当該極大値を有するピークの階級範囲が、ゼロを含まない場合に、前記探針に異常があると評価することができる。
In the scanning atomic force microscope according to the present invention,
The probe evaluation unit evaluates that the probe is abnormal when the frequency distribution has a maximum value greater than or equal to a predetermined value, and the class range of the peak having the maximum value does not include zero. Can do.
本発明にかかる走査型原子間力顕微鏡において、
前記探針評価部は、前記頻度分布が所定値以上の複数の極大値を有する場合に、前記探針に異常があると評価することができる。
In the scanning atomic force microscope according to the present invention,
The probe evaluation unit can evaluate that there is an abnormality in the probe when the frequency distribution has a plurality of maximum values greater than or equal to a predetermined value.
本発明にかかる走査型原子間力顕微鏡において、
前記探針評価部は、前記頻度分布の勾配がゼロの階級を対称中心とした場合に、頻度分布曲線が非対称である場合に、前記探針に異常があると評価することができる。
In the scanning atomic force microscope according to the present invention,
The probe evaluation unit can evaluate that the probe is abnormal when the frequency distribution curve is asymmetric when the frequency distribution gradient is zero.
本発明にかかる走査型原子間力顕微鏡において、
前記測定部は、前記試料を載置する試料台に対して水平方向であるｘ軸方向に前記探針を走査することにより各画素の高さを測定し、
前記頻度分布作成部は、各画素の高さに基づいて算出されたｘ軸方向の勾配を用いて、勾配を階級とした第１の頻度分布を作成し、
前記探針に異常があると前記探針評価部が評価した場合に、前記測定部は、前記試料台に対して−ｘ軸方向に前記探針を走査することにより各画素の高さを測定し、
前記勾配算出部は、前記測定部が測定した各画素の高さと隣接する画素の高さに基づいてそれぞれ−ｘ軸方向の勾配を算出し、
前記頻度分布作成部は、前記−ｘ軸方向の勾配を用いて、勾配を階級とした第２の頻度分布を作成し、
前記探針評価部は、前記第１の頻度分布および第２の頻度分布に基づいて、前記探針の評価を行うことができる。
In the scanning atomic force microscope according to the present invention,
The measurement unit measures the height of each pixel by scanning the probe in the x-axis direction which is a horizontal direction with respect to a sample stage on which the sample is placed.
The frequency distribution creating unit creates a first frequency distribution with the gradient as a class using the gradient in the x-axis direction calculated based on the height of each pixel,
When the probe evaluation unit evaluates that the probe is abnormal, the measurement unit measures the height of each pixel by scanning the probe in the −x-axis direction with respect to the sample stage. And
The gradient calculation unit calculates a gradient in the −x-axis direction based on the height of each pixel measured by the measurement unit and the height of an adjacent pixel,
The frequency distribution creating unit creates a second frequency distribution with the gradient as a class, using the gradient in the −x-axis direction,
The probe evaluation unit can evaluate the probe based on the first frequency distribution and the second frequency distribution.
本発明にかかる走査型原子間力顕微鏡において、
前記測定部は、前記試料を載置する試料台に対して水平方向であるｘ軸方向および−ｘ軸方向に前記探針を走査することにより各画素の高さを測定し、
前記勾配算出部は、前記測定部が測定した各画素の高さと隣接する画素の高さに基づいてそれぞれｘ軸方向および−ｘ軸方向の勾配を算出し、
前記頻度分布作成部は、ｘ軸方向の勾配を用いて、勾配を階級とした第１の頻度分布を作成し、かつ−ｘ軸方向の勾配を用いて、勾配を階級とした第２の頻度分布を作成し、
前記探針評価部は、前記第１の頻度分布および第２の頻度分布に基づいて、前記探針の評価を行うことができる。
In the scanning atomic force microscope according to the present invention,
The measurement unit measures the height of each pixel by scanning the probe in the x-axis direction and the -x-axis direction that are horizontal with respect to the sample stage on which the sample is placed,
The gradient calculation unit calculates the gradient in the x-axis direction and the −x-axis direction based on the height of each pixel measured by the measurement unit and the height of an adjacent pixel, respectively.
The frequency distribution creating unit creates a first frequency distribution with a gradient as a class using a gradient in the x-axis direction and a second frequency with a gradient as a class using a gradient in the -x-axis direction. Create a distribution,
The probe evaluation unit can evaluate the probe based on the first frequency distribution and the second frequency distribution.
本発明にかかる走査型原子間力顕微鏡において、
前記探針に異常があると前記探針評価部が評価した場合に、前記探針を他の探針に交換する探針交換部をさらに含むことができる。
In the scanning atomic force microscope according to the present invention,
The probe evaluation unit may further include a probe replacement unit that replaces the probe with another probe when the probe evaluation unit evaluates that there is an abnormality in the probe.
本発明にかかる走査型原子間力顕微鏡において、
前記物理量は、原子間力であり、
前記走査型プローブ顕微鏡は、走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）であることができる。
In the scanning atomic force microscope according to the present invention,
The physical quantity is an atomic force,
The scanning probe microscope may be a scanning atomic force microscope (AFM).
本発明にかかる走査型原子間力顕微鏡の探針の評価方法は、
試料を複数の画素に分割して、各画素の高さを、探針と試料との間に作用する物理量を検出することにより測定し、
測定した各画素の高さと隣接する画素の高さに基づいてそれぞれ勾配を算出し、
算出した前記勾配を用いて、勾配を階級とした頻度分布を作成し、
前記頻度分布に基づいて、前記探針の評価を行う。
The evaluation method of the probe of the scanning atomic force microscope according to the present invention is:
The sample is divided into a plurality of pixels, and the height of each pixel is measured by detecting a physical quantity acting between the probe and the sample,
Calculate the slope based on the measured height of each pixel and the height of adjacent pixels,
Using the calculated gradient, create a frequency distribution with the gradient as the class,
The probe is evaluated based on the frequency distribution.
本発明にかかるプログラムは、
コンピュータを、走査型プローブ顕微鏡の探針の評価装置として機能させるためのコンピュータ読み取り可能なプログラムであって、
コンピュータを、
試料を複数の画素に分割して、各画素の高さを、探針と試料との間に作用する物理量を検出することにより測定する測定手段、
測定した各画素の高さと隣接する画素の高さに基づいてそれぞれ勾配を算出する勾配算出手段、
算出した前記勾配を用いて、勾配を階級とした頻度分布を作成する頻度分布作成手段、および
前記頻度分布に基づいて、前記探針の評価を行う探針評価手段として機能させる。
The program according to the present invention is:
A computer-readable program for causing a computer to function as an evaluation device for a probe of a scanning probe microscope,
Computer
Measuring means for dividing the sample into a plurality of pixels and measuring the height of each pixel by detecting a physical quantity acting between the probe and the sample;
A gradient calculating means for calculating a gradient based on the measured height of each pixel and the height of an adjacent pixel;
Using the calculated gradient, function as frequency distribution creating means for creating a frequency distribution with the gradient as a class, and probe evaluation means for evaluating the probe based on the frequency distribution.
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施の形態では、走査型プローブ顕微鏡の一例として走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, a scanning atomic force microscope (AFM) will be described as an example of a scanning probe microscope.
１．走査型原子間力顕微鏡
図１は、本実施の形態にかかる走査型原子間力顕微鏡の機能構成を示すブロック図である。走査型原子間力顕微鏡１００は、コンピュータ１１０と、測定部１２０と、探針交換部１３０とを備える。コンピュータ１１０は、情報処理部１１１と、測定制御部１４０と、記憶部１５０と、表示部１６０と、入力部１７０とを含む。
1. Scanning Atomic Force Microscope FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of a scanning atomic force microscope according to the present embodiment. The scanning atomic force microscope 100 includes a computer 110, a measurement unit 120, and a probe replacement unit 130. The computer 110 includes an information processing unit 111, a measurement control unit 140, a storage unit 150, a display unit 160, and an input unit 170.
測定部１２０は、試料を複数の画素に分割して、各画素の高さを、探針と試料との間に作用する物理量を検出することにより測定する。測定部１２０の詳細については、後述する。 The measurement unit 120 divides the sample into a plurality of pixels, and measures the height of each pixel by detecting a physical quantity that acts between the probe and the sample. Details of the measurement unit 120 will be described later.
情報処理部１１１は、勾配算出部１１２と、頻度分布作成部１１４と、探針評価部１１６と、階級範囲決定部１１８とを有する。勾配算出部１１２は、測定部１２０が測定した各画素の高さと隣接する画素の高さに基づいてそれぞれ勾配を算出し、頻度分布作成部１１４に送る。頻度分布作成部１１４は、勾配算出部１１２が算出した勾配を用いて、勾配を階級とした頻度分布を作成し、探針評価部１１６に送る。階級範囲決定部１１８は、探針１２６の先端角度を記憶部１５０または入力部１７０から取得し、取得した先端角度に基づいて所定の階級の範囲を決定し、探針評価部１１６に送る。探針評価部１１６は、頻度分布作成部１１４が作成した頻度分布と、階級範囲決定部１１８が決定した所定の階級の範囲とに基づいて、測定部１２０の探針１２６の評価を行う。 The information processing unit 111 includes a gradient calculation unit 112, a frequency distribution creation unit 114, a probe evaluation unit 116, and a class range determination unit 118. The gradient calculation unit 112 calculates a gradient based on the height of each pixel measured by the measurement unit 120 and the height of adjacent pixels, and sends the gradient to the frequency distribution creation unit 114. The frequency distribution creation unit 114 creates a frequency distribution with the gradient as a class using the gradient calculated by the gradient calculation unit 112 and sends the frequency distribution to the probe evaluation unit 116. The class range determination unit 118 acquires the tip angle of the probe 126 from the storage unit 150 or the input unit 170, determines a predetermined class range based on the acquired tip angle, and sends it to the probe evaluation unit 116. The probe evaluation unit 116 evaluates the probe 126 of the measurement unit 120 based on the frequency distribution created by the frequency distribution creation unit 114 and the predetermined class range determined by the class range determination unit 118.
測定制御部１４０は、測定部１２０に試料を測定させるための制御を行う。また、測定制御部１４０は、探針評価部１１６が行った評価に基づいて測定部１２０および探針交換部１３０の制御を行う。 The measurement control unit 140 performs control for causing the measurement unit 120 to measure the sample. The measurement control unit 140 controls the measurement unit 120 and the probe replacement unit 130 based on the evaluation performed by the probe evaluation unit 116.
記憶部１５０は、各種の設定データ（たとえば、測定制御用データなど）を記憶する他に、情報処理部１１１および測定制御部１４０の各種処理機能を実現するためのワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭ、ＲＯＭ、光ディスク、光磁気ディスクなどのハードウエアにより実現できる。また記憶部１５０には、走査型原子間力顕微鏡１００の各部を探針の評価装置として機能させるためのプログラムが格納されていてもよい。コンピュータ１１０は、記憶部１５０に格納されているプログラムを読み取って走査型原子間力顕微鏡１００の各部の機能を実現させてもよい。また、記憶部１５０に代えて、上述した各機能を実現するためのプログラム等を、伝送路を介してホスト装置等からダウンロードすることによって上述した走査型原子間力顕微鏡１００の各部の機能を実現することも可能である。 The storage unit 150 is a work area for realizing various processing functions of the information processing unit 111 and the measurement control unit 140 in addition to storing various setting data (for example, measurement control data). The function can be realized by hardware such as a RAM, a ROM, an optical disk, and a magneto-optical disk. The storage unit 150 may store a program for causing each unit of the scanning atomic force microscope 100 to function as a probe evaluation device. The computer 110 may read the program stored in the storage unit 150 to realize the functions of each unit of the scanning atomic force microscope 100. Further, the functions of the respective units of the scanning atomic force microscope 100 described above are realized by downloading a program or the like for realizing the functions described above from the host device or the like via a transmission path instead of the storage unit 150. It is also possible to do.
表示部１６０は、走査型原子間力顕微鏡１００の設定状態あるいは作動状態などを画像出力するものであり、その機能はＣＲＴ、ＬＣＤ、タッチパネル型ディスプレイ等の公知のハードウエアにより実現できる。 The display unit 160 outputs an image of a setting state or an operating state of the scanning atomic force microscope 100, and the function can be realized by known hardware such as a CRT, LCD, touch panel display or the like.
入力部１７０は、走査型原子間力顕微鏡１００のオペレータが各種の設定データや操作データを入力するためのものであり、その機能は、キーボード、操作ボタン、タッチパネル型ディスプレイなどのハードウエアにより実現できる。 The input unit 170 is for an operator of the scanning atomic force microscope 100 to input various setting data and operation data, and the function can be realized by hardware such as a keyboard, operation buttons, and a touch panel display. .
探針交換部１３０は、探針評価部１１６の探針の評価に基づいて探針１２６を交換する。 The probe replacement unit 130 replaces the probe 126 based on the probe evaluation of the probe evaluation unit 116.
次に、測定部１２０の詳細について説明する。測定部１２０は、公知のＡＦＭの原理に基づいて動作する。図２は、走査型原子間力顕微鏡１００の測定部１２０を模式的に示す斜視図である。測定部１２０は、プローブ１２２と、圧電素子１２８と、走査回路部１２９とを含む。走査回路部１２９は、圧電素子１２８を制御することにより、試料台１２７の位置を適切な位置に配置する。 Next, details of the measurement unit 120 will be described. The measurement unit 120 operates based on a known AFM principle. FIG. 2 is a perspective view schematically showing the measurement unit 120 of the scanning atomic force microscope 100. The measurement unit 120 includes a probe 122, a piezoelectric element 128, and a scanning circuit unit 129. The scanning circuit unit 129 controls the piezoelectric element 128 to place the sample stage 127 at an appropriate position.
より具体的には、測定部１２０は、図２に示すように、プローブ１２２と、試料台１２７と、圧電素子１２８と、半導体レーザ７と、レンズ８と、フォトダイオード９とを含む。プローブ１２２は、カンチレバー１２４と、支持部１２５と、探針１２６とを有する。試料台１２７の上には試料４が載置される。 More specifically, the measurement unit 120 includes a probe 122, a sample stage 127, a piezoelectric element 128, a semiconductor laser 7, a lens 8, and a photodiode 9, as shown in FIG. The probe 122 includes a cantilever 124, a support part 125, and a probe 126. A sample 4 is placed on the sample table 127.
なお、本実施の形態において、画素とは、たとえば試料台１２７と水平な面において、試料を複数の領域に分割したときの各領域をいう。 In the present embodiment, the pixel refers to each region when the sample is divided into a plurality of regions on a plane parallel to the sample table 127, for example.
走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）１００の測定部１２０は、探針１２６と試料４との間の物理的相互作用として、探針１２６と試料４の間に作用する力（原子間力）を検出する。探針１２６はカンチレバー１２４の先端部に取り付けられているため、探針１２６と試料４の間に力が作用するとカンチレバー１２４が上下方向に撓む。半導体レーザ７は、カンチレバー１２４上にレーザ光を出射する。レンズ８は、当該レーザ光をカンチレバー１２４の先端の適切な位置に照射するように集光する。フォトダイオード９は、レーザ光の反射光を検出することにより、カンチレバー１２４のたわみ量（変位）を検出する。Ｚ軸方向の圧電素子１２８は、探針１２６と試料４との間に作用する力を一定に保つように、走査回路部１２９によって制御される。Ｘ軸方向およびＹ軸方向の圧電素子１２８は、試料４上を探針１２６に走査させるために、走査回路部１２９によって制御される。 The measurement unit 120 of the scanning atomic force microscope (AFM) 100 generates a force (atomic force) acting between the probe 126 and the sample 4 as a physical interaction between the probe 126 and the sample 4. To detect. Since the probe 126 is attached to the tip of the cantilever 124, when a force acts between the probe 126 and the sample 4, the cantilever 124 bends in the vertical direction. The semiconductor laser 7 emits laser light on the cantilever 124. The lens 8 condenses the laser light so as to irradiate an appropriate position at the tip of the cantilever 124. The photodiode 9 detects the amount of deflection (displacement) of the cantilever 124 by detecting the reflected light of the laser beam. The piezoelectric element 128 in the Z-axis direction is controlled by the scanning circuit unit 129 so that the force acting between the probe 126 and the sample 4 is kept constant. The piezoelectric elements 128 in the X-axis direction and the Y-axis direction are controlled by the scanning circuit unit 129 in order to cause the probe 126 to scan the sample 4.
２．走査型原子間力顕微鏡の探針の評価方法
図３は、走査型原子間力顕微鏡１００の動作を示すフローチャートである。なお、図３では、ｘ軸方向に探針１２６を走査して測定した例を示しているが、ｙ軸方向に探針１２６を走査して測定した場合についても、走査型原子間力顕微鏡１００は、同様に動作する。
2. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the scanning atomic force microscope 100. FIG. 3 shows an example in which measurement is performed by scanning the probe 126 in the x-axis direction, but the scanning atomic force microscope 100 is also used in the case where measurement is performed by scanning the probe 126 in the y-axis direction. Works similarly.
まず、測定部１２０は、試料４の表面形状をｘ軸方向に探針１２６を走査することにより測定する（ステップＳ１００）。表面形状は、試料４の表面の相対的な高さを示すものである。測定部１２０は、試料４をｘおよびｙ軸方向に分割して複数の画素とし、各画素の高さを示す情報を測定値とする。 First, the measurement unit 120 measures the surface shape of the sample 4 by scanning the probe 126 in the x-axis direction (step S100). The surface shape indicates the relative height of the surface of the sample 4. The measurement unit 120 divides the sample 4 in the x and y axis directions to form a plurality of pixels, and uses information indicating the height of each pixel as a measurement value.
次に、勾配算出部１１２は、測定値を微分することにより画素毎の勾配を算出する（ステップＳ１０２）。勾配算出部１１２は、ある一の画素の高さを示す情報と、当該一の画素と隣接する他の画素の高さを示す情報から、局所勾配である微分値を求める。微分は、公知の方法を用いて行われ、たとえば、差分法、Ｓｏｂｅｌ法等の画像微分法、３または４つの画素からポリゴンまたはファセットと呼ばれる傾いた面を定義し、その面の傾きを求める方法、複数の画素を平均化し、これら複数の画素を改めて１画素と定義した上で微分する方法、同様に定義された画素をさらに複数集めてポリゴンまたはファセットと呼ばれる傾いた面を定義し、その面の傾きを求める方法等によって行われる。微分は、Ｘ方向と、それと直交するＹ方向との２方向において行われる。 Next, the gradient calculation unit 112 calculates a gradient for each pixel by differentiating the measurement value (step S102). The gradient calculation unit 112 obtains a differential value that is a local gradient from information indicating the height of a certain pixel and information indicating the height of another pixel adjacent to the one pixel. Differentiation is performed using a known method. For example, an image differentiation method such as a difference method or a Sobel method, a method of defining an inclined surface called a polygon or a facet from three or four pixels, and obtaining the inclination of the surface A method of averaging a plurality of pixels and differentiating them after defining these pixels as one pixel again, collecting a plurality of similarly defined pixels and defining a tilted surface called a polygon or facet, This is performed by a method of obtaining the inclination of Differentiation is performed in two directions, the X direction and the Y direction orthogonal to the X direction.
次に、頻度分布作成部１１４は、勾配算出部１１２が算出した勾配を用いて、勾配（角度）を階級とし、勾配毎の画素数を頻度とした第１の頻度分布曲線を作成する（ステップＳ１０４）。図６に頻度分布曲線の一例を示す。 Next, the frequency distribution creation unit 114 creates a first frequency distribution curve using the gradient calculated by the gradient calculation unit 112 as a grade (angle) and a number of pixels per gradient as a frequency (step). S104). FIG. 6 shows an example of the frequency distribution curve.
次に、探針評価部１１６は、頻度分布作成部１１４が作成した第１の頻度分布曲線に基づいて探針１２６の評価を行う（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６における探針評価部１１６の詳細な動作を図４を用いて以下に説明する。 Next, the probe evaluation unit 116 evaluates the probe 126 based on the first frequency distribution curve created by the frequency distribution creation unit 114 (step S106). The detailed operation of the probe evaluation unit 116 in step S106 will be described below with reference to FIG.
まず、探針評価部１１６は、第１の頻度分布曲線が複数の所定値以上の極大値を有するか否かを判断する（ステップＳ２００）。所定値以上の極大値とは、測定において誤差範囲外にある極大値を意味する。図６では、たとえば、試料Ａ（ｄｘ）の曲線は、ピークＡ１とピークＡ２の２つの極大値を有する。ここで探針評価部１１６は、第１の頻度分布曲線が複数の所定値以上の極大値を有するか否かの判断にかえて、頻度分布が所定値以上の極大値を有し、当該極大値が、勾配がゼロの階級を含まないピークの極大値であるか否かの判断を行っても良い。この場合においても、試料Ａ（ｄｘ）の曲線では、上述したピークＡ１は、その極大値が、勾配がゼロの階級を含み、ピークＡ２は、その極大値が、勾配がゼロの階級を含まないことから、同様の判断結果が得られる。 First, the probe evaluation unit 116 determines whether or not the first frequency distribution curve has a maximum value equal to or more than a plurality of predetermined values (step S200). The maximum value not less than a predetermined value means a maximum value that is outside the error range in the measurement. In FIG. 6, for example, the curve of the sample A (dx) has two maximum values, a peak A1 and a peak A2. Here, instead of determining whether or not the first frequency distribution curve has a plurality of maximum values that are greater than or equal to a predetermined value, the probe evaluation unit 116 has a frequency distribution that has a maximum value that is greater than or equal to a predetermined value. It may be determined whether or not the value is a maximum value of a peak that does not include a class having a gradient of zero. Even in this case, in the curve of the sample A (dx), the peak A1 described above includes a class whose maximum value has a gradient of zero, and the peak A2 does not include a class whose maximum value is a gradient. Therefore, the same judgment result can be obtained.
次に、探針評価部１１６は、第１の頻度分布曲線が所定の階級の範囲内に頻度がゼロの階級を有するか否かを判断する（ステップＳ２０２）。ここで所定の階級の範囲とは、探針１２６の探針が測定可能な勾配の範囲であり、階級範囲決定部１１８によって予め決定される。 Next, the probe evaluation unit 116 determines whether or not the first frequency distribution curve has a class with a frequency of zero within a predetermined class range (step S202). Here, the predetermined class range is a range of the gradient that can be measured by the probe of the probe 126 and is determined in advance by the class range determination unit 118.
図７を用いて、所定の階級の範囲の決定方法を以下に説明する。階級範囲決定部１１８は、探針１２６の所望の先端角度２ａを記憶部１５０から取得する。探針１２６の所望の先端角度２ａは、たとえば、予め入力部１７０を介して記憶部１５０に記憶されている。探針１２６の所望の先端角度２ａは、試料の種類などに応じて決めることができる。階級範囲決定部１１８は、取得した先端角度２ａに基づいて測定可能な勾配の最大値ｂを算出する。階級範囲決定部１１８は、たとえば９０度からａを差し引いてｂを算出する。所定の階級の範囲Ｘは、階級が−ｂ≦Ｘ≦ｂの範囲となる。図６において、たとえばｂ＝７０の場合には、頻度分布曲線が所定の階級の範囲内に頻度がゼロの階級を有するのは、試料Ａ（ｄｘ）の曲線および試料Ｂ（ｄｘ）の曲線である。試料Ａ（ｄｘ）の曲線は、階級が＋５３度以上の頻度がゼロである。これは、試料Ａ（ｄｘ）を測定した探針１２６の測定可能な勾配の最大値が＋５３度未満であることを示しており、探針１２６の実際の先端角度が所望の先端角度より大きいことを示している。図７は、探針１２６の先端角度が所望の先端角度である場合の探針１２６の走査状態を模式的に示す図であり、図８は、探針１２６の先端角度が所望の先端角度より大きい場合の探針１２６の走査状態を模式的に示す図である。走査型原子間力顕微鏡１００は、探針１２６の実際の先端角度が所望の先端角度である場合には、図７の矢印に示すように、試料４の表面形状を正確に測定することができる。しかし、走査型原子間力顕微鏡１００は、探針１２６の実際の先端角度が所望の先端角度より大きい場合には、図８の矢印に示すように、試料４の表面形状を正確に測定することができない。 A method for determining the range of the predetermined class will be described below with reference to FIG. The class range determination unit 118 acquires the desired tip angle 2 a of the probe 126 from the storage unit 150. The desired tip angle 2a of the probe 126 is stored in the storage unit 150 via the input unit 170 in advance, for example. The desired tip angle 2a of the probe 126 can be determined according to the type of sample. The class range determination unit 118 calculates the maximum value b of the measurable gradient based on the acquired tip angle 2a. The class range determination unit 118 calculates b by subtracting a from 90 degrees, for example. The range X of the predetermined class is a range where the class is −b ≦ X ≦ b. In FIG. 6, for example, when b = 70, the frequency distribution curve has a class with a frequency of zero within a predetermined class range in the curve of the sample A (dx) and the curve of the sample B (dx). is there. In the curve of sample A (dx), the frequency of the class of +53 degrees or more is zero. This indicates that the maximum measurable gradient of the probe 126 that measured the sample A (dx) is less than +53 degrees, and the actual tip angle of the probe 126 is larger than the desired tip angle. Is shown. FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a scanning state of the probe 126 when the tip angle of the probe 126 is a desired tip angle. FIG. 8 is a diagram illustrating the tip angle of the probe 126 from the desired tip angle. It is a figure which shows typically the scanning state of the probe 126 in the case of big. When the actual tip angle of the probe 126 is a desired tip angle, the scanning atomic force microscope 100 can accurately measure the surface shape of the sample 4 as shown by the arrow in FIG. . However, when the actual tip angle of the probe 126 is larger than the desired tip angle, the scanning atomic force microscope 100 accurately measures the surface shape of the sample 4 as shown by the arrow in FIG. I can't.
次に、探針評価部１１６は、第１の頻度分布曲線が非対称であるか否かを判断する（ステップＳ２０４）。試料の表面形状が人工的に形成されたものでない場合には、通常、頻度分布曲線は勾配ゼロを中心としてほぼ対称の曲線となるため、頻度分布曲線が非対称のときには、探針１２６に異常がある可能性が高い。たとえば、図６において、試料Ａ（ｄｘ）の曲線、試料Ｂ（ｄｘ）の曲線、および試料Ｂ（ｄｙ）の曲線は、非対称の曲線である。ここで探針評価部１１６は、ＡＦＭの誤差範囲内のみの非対称性であれば、対称性の曲線であると判断する。したがって探針評価部１１６は、たとえば図６の試料Ａ（ｄｙ）の曲線については、対称であると判断する。 Next, the probe evaluation unit 116 determines whether or not the first frequency distribution curve is asymmetric (step S204). When the surface shape of the sample is not artificially formed, the frequency distribution curve is generally a symmetric curve centered on zero gradient. Therefore, when the frequency distribution curve is asymmetric, the probe 126 is abnormal. There is a high possibility. For example, in FIG. 6, the curve of sample A (dx), the curve of sample B (dx), and the curve of sample B (dy) are asymmetric curves. Here, the probe evaluation unit 116 determines that the curve is a symmetry curve if it is asymmetric only within the error range of the AFM. Therefore, for example, the probe evaluation unit 116 determines that the curve of the sample A (dy) in FIG. 6 is symmetric.
次に、探針評価部１１６は、ステップＳ２００において第１の頻度分布曲線が複数の所定値以上の極大値を有すると判断した場合、ステップＳ２０２において第１の頻度分布曲線が所定の階級の範囲内に頻度ゼロの階級を有すると判断した場合、またはステップＳ２０４において第１の頻度分布曲線が非対称であると判断した場合に、探針１２６に異常があると判断し（ステップＳ２０８）、図３のステップＳ１０８にすすむ。 Next, when the probe evaluation unit 116 determines in step S200 that the first frequency distribution curve has a plurality of local maximum values, the first frequency distribution curve is in a predetermined class range in step S202. If it is determined that the probe has a class with a frequency of zero within, or if it is determined in step S204 that the first frequency distribution curve is asymmetric, it is determined that the probe 126 is abnormal (step S208), and FIG. The process proceeds to step S108.
一方探針評価部１１６は、ステップＳ２００において第１の頻度分布曲線が複数の所定値以上の極大値を有しないと判断し、ステップＳ２０２において第１の頻度分布曲線が所定の階級の範囲内に頻度ゼロの階級を有しないと判断し、かつステップＳ２０４において第１の頻度分布曲線が非対称ではないと判断した場合に、探針１２６に異常はないと判断する（ステップＳ２０６）。 On the other hand, the probe evaluation unit 116 determines in step S200 that the first frequency distribution curve does not have a plurality of local maximum values, and in step S202, the first frequency distribution curve falls within a predetermined class range. If it is determined that there is no class of zero frequency and it is determined in step S204 that the first frequency distribution curve is not asymmetric, it is determined that the probe 126 is not abnormal (step S206).
探針評価部１１６が探針１２６に異常があると判断（ステップＳ２０８）した場合に、測定部１２０は、ステップＳ１００のｘ軸方向とは逆方向の−ｘ軸方向に走査することにより、試料４の表面形状を測定する（ステップＳ１０８）。 When the probe evaluation unit 116 determines that the probe 126 has an abnormality (step S208), the measurement unit 120 scans in the −x-axis direction opposite to the x-axis direction in step S100, whereby the sample 4 is measured (step S108).
次に、勾配算出部１１２は、測定値を微分することにより画素毎の勾配を算出する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０の詳細は、ステップＳ１０２と同様であるので説明を省略する。 Next, the gradient calculation unit 112 calculates a gradient for each pixel by differentiating the measured value (step S110). The details of step S110 are the same as step S102, and a description thereof will be omitted.
次に、頻度分布作成部１１４は、勾配算出部１１２が算出した勾配を用いて、勾配（角度）を階級とし、勾配毎の画素数を頻度とした第２の頻度分布曲線を作成する（ステップＳ１１２）。ステップＳ１１２の詳細は、ステップＳ１０４と同様であるので説明を省略する。 Next, the frequency distribution creating unit 114 creates a second frequency distribution curve using the gradient calculated by the gradient calculating unit 112 as a grade (angle) and a number of pixels per gradient as a frequency (step). S112). The details of step S112 are the same as step S104, and a description thereof will be omitted.
次に、探針評価部１１６は、頻度分布作成部１１４が作成した第２の頻度分布曲線に基づいて探針１２６の評価を行う（ステップＳ１１４）。ステップＳ１１４における探針評価部１１６の詳細な動作を、図５を用いて以下に説明する。 Next, the probe evaluation unit 116 evaluates the probe 126 based on the second frequency distribution curve created by the frequency distribution creation unit 114 (step S114). The detailed operation of the probe evaluation unit 116 in step S114 will be described below with reference to FIG.
まず、探針評価部１１６は、第２の頻度分布曲線が複数の所定値以上の極大値を有するか否かを判断する（ステップＳ２１０）。ここで探針評価部１１６は、第２の頻度分布曲線が複数の所定値以上の極大値を有するか否かの判断にかえて、頻度分布が所定値以上の極大値を有し、当該極大値が、勾配がゼロの階級を含まないピークの極大値であるか否かの判断を行っても良い。 First, the probe evaluation unit 116 determines whether or not the second frequency distribution curve has a maximum value equal to or more than a plurality of predetermined values (step S210). Here, instead of determining whether the second frequency distribution curve has a plurality of maximum values or more, the probe evaluation unit 116 has a maximum value that the frequency distribution has more than a predetermined value, and the maximum It may be determined whether or not the value is a maximum value of a peak that does not include a class having a gradient of zero.
探針評価部１１６が第２の頻度分布曲線が複数の所定値以上の極大値を有しないと判断した場合に、探針評価部１１６の動作はステップＳ２１４にジャンプする。 If the probe evaluation unit 116 determines that the second frequency distribution curve does not have a plurality of local maximum values, the operation of the probe evaluation unit 116 jumps to step S214.
一方、探針評価部１１６は、第２の頻度分布曲線が複数の所定値以上の極大値を有すると判断した場合に、第２の頻度分布曲線の複数の所定値以上の極大値が、第１の頻度分布曲線の所定値以上の極大値と対応するものであるか否かを判断する（ステップＳ２１２）。たとえば探針評価部１１６は、第２の頻度分布曲線が階級５０に頻度５０００程度の極大値を有する場合、第１の頻度分布曲線の極大値が階級−５０に頻度５０００程度であれば、第１の頻度分布曲線の極大値と第２の頻度分布曲線の極大値とが対応すると判断する。ここで探針評価部１１６は、ある程度の誤差を考慮してもよく、たとえば第２の頻度分布曲線が階級５０に頻度５０００程度の極大値を有するとき、第１の頻度分布曲線の極大値が階級−４５から−５５の範囲内で頻度４０００から６０００程度であれば、第１の頻度分布曲線の極大値と第２の頻度分布曲線の極大値が対応すると判断してもよい。 On the other hand, when the probe evaluation unit 116 determines that the second frequency distribution curve has a plurality of maximum values that are greater than or equal to a plurality of predetermined values, It is determined whether or not the frequency distribution curve corresponds to a maximum value greater than or equal to a predetermined value (step S212). For example, if the second frequency distribution curve has a maximum value of about 5000 in the class 50, the probe evaluation unit 116 determines that if the maximum value of the first frequency distribution curve is in the class −50, the frequency is about 5000. It is determined that the maximum value of the first frequency distribution curve corresponds to the maximum value of the second frequency distribution curve. Here, the probe evaluation unit 116 may consider a certain amount of error. For example, when the second frequency distribution curve has a maximum value of about 5000 in the class 50, the maximum value of the first frequency distribution curve is If the frequency is about 4000 to 6000 within the range of −45 to −55, it may be determined that the maximum value of the first frequency distribution curve corresponds to the maximum value of the second frequency distribution curve.
探針評価部１１６は、第２の頻度分布曲線の複数の所定値以上の極大値が、第１の頻度分布曲線の所定値以上の極大値と対応するものであると判断した場合、およびステップＳ２１０において第２の頻度分布曲線が複数の所定値以上の極大値を有しないと判断した場合に、第２の頻度分布曲線が所定の階級の範囲内に頻度がゼロの階級を有するか否かを判断する（ステップＳ２１４）。 The probe evaluation unit 116 determines that a plurality of maximum values greater than or equal to a predetermined value of the second frequency distribution curve correspond to maximum values greater than or equal to a predetermined value of the first frequency distribution curve, and step Whether or not the second frequency distribution curve has a class with a frequency of zero within a predetermined class when it is determined in S210 that the second frequency distribution curve does not have a plurality of maximum values greater than or equal to a predetermined value Is determined (step S214).
第２の頻度分布曲線が所定の階級の範囲内に頻度がゼロの階級を有しないと判断した場合に、探針評価部１１６の動作はステップＳ２１８にジャンプする。 When it is determined that the second frequency distribution curve does not have a class with a frequency of zero within the predetermined class range, the operation of the probe evaluation unit 116 jumps to step S218.
一方第２の頻度分布曲線が所定の階級の範囲内に頻度がゼロの階級を有すると判断した場合に、探針評価部１１６は、第２の頻度分布曲線の頻度ゼロの階級が、第１の頻度分布曲線の頻度ゼロの階級と対応するか否かを判断する（ステップＳ２１６）。探針評価部１１６は、たとえば、第２の頻度分布曲線において階級−７０付近で頻度ゼロであった場合に、第１の頻度分布曲線において階級７０付近で頻度ゼロであれば、第２の頻度分布曲線の頻度ゼロの階級が、第１の頻度分布曲線の頻度ゼロの階級と対応すると判断する。ここで探針評価部１１６は、ある程度の誤差を考慮してもよく、たとえば、第２の頻度分布曲線において階級−７０付近で頻度ゼロであった場合に、第１の頻度分布曲線が階級６０から８０の範囲内で頻度ゼロの階級を有していれば、第２の頻度分布曲線の頻度ゼロの階級が、第１の頻度分布曲線の頻度ゼロの階級と対応すると判断してもよい。 On the other hand, when it is determined that the second frequency distribution curve has a class with a frequency of zero within a predetermined class range, the probe evaluation unit 116 determines that the class with a frequency of zero in the second frequency distribution curve has the first class. It is determined whether the frequency distribution curve corresponds to the zero-frequency class (step S216). For example, when the frequency is zero in the vicinity of class −70 in the second frequency distribution curve and the frequency is zero in the vicinity of class 70 in the second frequency distribution curve, the probe evaluation unit 116 determines the second frequency. It is determined that the zero frequency class of the distribution curve corresponds to the zero frequency class of the first frequency distribution curve. Here, the probe evaluation unit 116 may consider a certain amount of error. For example, when the frequency is zero in the vicinity of class -70 in the second frequency distribution curve, the first frequency distribution curve is classified into class 60. If it has a zero frequency class within the range of 80 to 80, it may be determined that the zero frequency class of the second frequency distribution curve corresponds to the zero frequency class of the first frequency distribution curve.
探針評価部１１６は、第２の頻度分布曲線の頻度ゼロの階級が、第１の頻度分布曲線の頻度ゼロの階級と対応すると判断した場合、およびステップＳ２１４において第２の頻度分布曲線が所定の階級の範囲内に頻度がゼロの階級を有しないと判断した場合に、第２の頻度分布曲線が非対称であるか否かを判断する（ステップＳ２１８）。 The probe evaluation unit 116 determines that the zero frequency class of the second frequency distribution curve corresponds to the zero frequency class of the first frequency distribution curve, and the second frequency distribution curve is predetermined in step S214. If it is determined that there is no class having a frequency of zero within the class range, it is determined whether or not the second frequency distribution curve is asymmetric (step S218).
第２の頻度分布曲線が非対称ではないと判断した場合に、探針評価部１１６の動作はステップＳ２２２にジャンプする。 When it is determined that the second frequency distribution curve is not asymmetric, the operation of the probe evaluation unit 116 jumps to step S222.
一方探針評価部１１６は、第２の頻度分布曲線が非対称であると判断した場合に、第１の頻度分布曲線の形状が第２の頻度分極線の形状と対応するか否かを判断する（ステップＳ２２０）。探針評価部１１６は、たとえば、すべての階級において、第１の頻度分布曲線の階級Ｘの頻度と、第２の頻度分極線の階級−Ｘの頻度との差が所定値（たとえば１０００）以下であれば、第１の頻度分布曲線の形状が第２の頻度分極線の形状と対応すると判断する。 On the other hand, when the probe evaluation unit 116 determines that the second frequency distribution curve is asymmetric, the probe evaluation unit 116 determines whether the shape of the first frequency distribution curve corresponds to the shape of the second frequency polarization line. (Step S220). For example, in all the classes, the probe evaluation unit 116 has a difference between the frequency of the class X of the first frequency distribution curve and the frequency of the class -X of the second frequency polarization line equal to or less than a predetermined value (for example, 1000). If so, it is determined that the shape of the first frequency distribution curve corresponds to the shape of the second frequency polarization line.
探針評価部１１６は、第１の頻度分布曲線の形状が第２の頻度分極線の形状と対応すると判断した場合、およびステップＳ２１８において第２の頻度分布曲線が非対称ではないと判断した場合に、探針１２６に異常はないと判断する（ステップＳ２２２）。 When the probe evaluation unit 116 determines that the shape of the first frequency distribution curve corresponds to the shape of the second frequency polarization line, and when it is determined in step S218 that the second frequency distribution curve is not asymmetric. Then, it is determined that the probe 126 has no abnormality (step S222).
一方、ステップＳ２１２において第２の頻度分布曲線の複数の所定値以上の極大値が、第１の頻度分布曲線の所定値以上の極大値と対応するものではないと判断した場合、ステップＳ２１６において第２の頻度分布曲線の頻度ゼロの階級が、第１の頻度分布曲線の頻度ゼロの階級と対応しないと判断した場合、およびステップＳ２２０において第１の頻度分布曲線の形状が第２の頻度分極線の形状と対応しないと判断した場合に、探針評価部１１６は、探針１２６に異常があると判断する（ステップＳ２２４）。 On the other hand, if it is determined in step S212 that the plurality of maximum values not less than the predetermined value of the second frequency distribution curve do not correspond to the maximum values not less than the predetermined value of the first frequency distribution curve, in step S216, the If it is determined that the zero frequency class of the second frequency distribution curve does not correspond to the zero frequency class of the first frequency distribution curve, and the shape of the first frequency distribution curve is the second frequency polarization line in step S220. When it is determined that the probe does not correspond to the shape of the probe, the probe evaluation unit 116 determines that the probe 126 is abnormal (step S224).
Ｓ１１４において、探針評価部１１６が探針に異常があると判断した場合に、探針交換部１３０は、プローブ１２２の探針１２６を他の探針と交換する（ステップＳ１１６）。そして、走査型原子間力顕微鏡１００は、図３〜図５に示す動作を他の探針を用いて再度行わなければならない。 In S114, when the probe evaluation unit 116 determines that there is an abnormality in the probe, the probe replacement unit 130 replaces the probe 126 of the probe 122 with another probe (step S116). The scanning atomic force microscope 100 must perform the operation shown in FIGS. 3 to 5 again using another probe.
一方、ステップＳ１０６またはステップＳ１１４において探針評価部１１６が探針１２６に異常はないと判断した場合に、走査型原子間力顕微鏡１００の動作は、終了する。すなわち、走査型原子間力顕微鏡１００は、探針１２６を交換することなく次の測定を行うことができる。 On the other hand, when the probe evaluation unit 116 determines in step S106 or step S114 that there is no abnormality in the probe 126, the operation of the scanning atomic force microscope 100 ends. That is, the scanning atomic force microscope 100 can perform the next measurement without exchanging the probe 126.
以上の動作により、走査型原子間力顕微鏡１００は、探針１２６を評価することができる。特に、本実施の形態によれば、探針１２６を確認するための標準試料等を用いることなく、探針１２６を評価することができる。よって、標準試料にかかるコストを削減することができる。また、測定のための試料４を用いて探針１２６を評価することができるため、探針１２６に異常がなければ評価に用いた測定結果を試料４の測定値として有効に利用することができ、全体の測定時間を短縮することができる。 With the above operation, the scanning atomic force microscope 100 can evaluate the probe 126. In particular, according to the present embodiment, the probe 126 can be evaluated without using a standard sample or the like for confirming the probe 126. Therefore, the cost for the standard sample can be reduced. In addition, since the probe 126 can be evaluated using the sample 4 for measurement, the measurement result used for the evaluation can be effectively used as the measured value of the sample 4 if the probe 126 is not abnormal. The entire measurement time can be shortened.
また、本実施の形態によれば、走査型原子間力顕微鏡１００は、ステップＳ１０６において探針に異常があると判断した場合に、逆方向に走査して得られた測定値から、探針に異常があるか否かをステップＳ１１４において再度確認している。これにより、より確実に不良な探針を見分けることができる。 In addition, according to the present embodiment, when the scanning atomic force microscope 100 determines that there is an abnormality in the probe in step S106, the scanning atomic force microscope 100 applies the probe based on the measured value obtained by scanning in the reverse direction. Whether or not there is an abnormality is confirmed again in step S114. Thereby, a defective probe can be identified more reliably.
３．変形例
図３のフローチャートにおいて、走査型原子間力顕微鏡１００は、ｘ軸方向に探針を走査することにより試料を測定して、探針に異常があると判断した場合に、−ｘ軸方向に探針を走査することにより試料を測定しているが、これにかえて、予めｘ軸方向および−ｘ軸方向に探針を走査することにより試料を測定した後に、探針に異常があるか否かを判断してもよい。
3. Modified Example In the flowchart of FIG. 3, when the scanning atomic force microscope 100 measures a sample by scanning the probe in the x-axis direction and determines that the probe is abnormal, the −x-axis direction The sample is measured by scanning the probe in advance, but instead, the probe is abnormal after measuring the sample by scanning the probe in the x-axis direction and the -x-axis direction in advance. It may be determined whether or not.
図９は、変形例にかかる走査型原子間力顕微鏡１００の動作を示すフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the scanning atomic force microscope 100 according to the modification.
まず、測定部１２０は、試料４の表面形状をｘ軸方向に探針１２６を走査することにより測定する（ステップＳ３００）。 First, the measurement unit 120 measures the surface shape of the sample 4 by scanning the probe 126 in the x-axis direction (step S300).
次に、測定部１２０は、試料４の表面形状を−ｘ軸方向に探針１２６を走査することにより測定する（ステップＳ３０２）。 Next, the measurement unit 120 measures the surface shape of the sample 4 by scanning the probe 126 in the −x-axis direction (step S302).
次に、勾配算出部１１２は、ｘ軸方向および−ｘ軸方向の走査結果のそれぞれについて、測定値を微分することにより画素毎の勾配を算出する（ステップＳ３０４）。 Next, the gradient calculation unit 112 calculates a gradient for each pixel by differentiating the measurement value for each of the scanning results in the x-axis direction and the −x-axis direction (step S304).
次に、頻度分布作成部１１４は、勾配算出部１１２が算出した勾配を用いて、勾配（角度）を階級とし、勾配毎の画素数を頻度とした、ｘ軸方向の走査結果に基づく第１の頻度分布曲線および−ｘ軸方向の走査結果に基づく第２の頻度分布曲線を作成する（ステップＳ３０６）。 Next, the frequency distribution creation unit 114 uses the gradient calculated by the gradient calculation unit 112 to set the gradient (angle) as a class and the number of pixels for each gradient as the frequency based on the first scan result in the x-axis direction. The second frequency distribution curve based on the frequency distribution curve and the scan result in the −x-axis direction is created (step S306).
次に、探針評価部１１６は、頻度分布作成部１１４が作成した第１の頻度分布曲線および第２の頻度分布曲線に基づいて探針１２６に異常があるか否かを判断する（ステップＳ３０８）。ステップＳ３０８における探針評価部１１６の詳細な動作を図１０を用いて以下に説明する。 Next, the probe evaluation unit 116 determines whether or not the probe 126 is abnormal based on the first frequency distribution curve and the second frequency distribution curve created by the frequency distribution creation unit 114 (step S308). ). The detailed operation of the probe evaluation unit 116 in step S308 will be described below with reference to FIG.
まず、探針評価部１１６は、第１の頻度分布曲線および第２の頻度分布曲線の少なくとも一方が複数の所定値以上の極大値を有するか否かを判断する（ステップＳ４００）。ここで探針評価部１１６は、複数の所定値以上の極大値を有するか否かの判断にかえて、頻度分布が所定値以上の極大値を有し、当該極大値が、勾配がゼロの階級を含まないピークの極大値であるか否かの判断を行っても良い。 First, the probe evaluation unit 116 determines whether or not at least one of the first frequency distribution curve and the second frequency distribution curve has a maximum value equal to or more than a plurality of predetermined values (step S400). Here, instead of determining whether or not the probe evaluation unit 116 has a plurality of maximum values that are equal to or greater than a predetermined value, the frequency distribution has a maximum value that is equal to or greater than the predetermined value, and the maximum value has a slope of zero. It may be determined whether or not the maximum value of the peak does not include the class.
次に、探針評価部１１６は、第１の頻度分布曲線および第２の頻度分布曲線の少なくとも一方が複数の所定値以上の極大値を有すると判断した場合に、第１の頻度分布曲線および第２の頻度分布曲線の双方が複数の所定値以上の極大値を有するか否かを判断する（ステップＳ４０２）。 Next, when the probe evaluation unit 116 determines that at least one of the first frequency distribution curve and the second frequency distribution curve has a plurality of local maximum values, the first frequency distribution curve and the first frequency distribution curve It is determined whether or not both of the second frequency distribution curves have a plurality of maximum values greater than or equal to a predetermined value (step S402).
次に、探針評価部１１６は、第１の頻度分布曲線および第２の頻度分布曲線の双方が複数の所定値以上の極大値を有すると判断した場合に、第１の頻度分布曲線の複数の所定値以上の極大値が、第２の頻度分布曲線の所定値以上の極大値と対応するものであるか否かを判断する（ステップＳ４０４）。 Next, when the probe evaluation unit 116 determines that both the first frequency distribution curve and the second frequency distribution curve have a plurality of maximum values that are greater than or equal to a plurality of predetermined values, a plurality of first frequency distribution curves are used. It is determined whether or not the maximum value equal to or greater than the predetermined value corresponds to the maximum value equal to or greater than the predetermined value of the second frequency distribution curve (step S404).
次に、探針評価部１１６は、ステップＳ４００において第１の頻度分布曲線および第２の頻度分布曲線の双方とも複数の所定値以上の極大値を有していないと判断した場合、およびステップＳ４０４において第１の頻度分布曲線の複数の所定値以上の極大値が、第２の頻度分布曲線の所定値以上の極大値と対応するものであると判断した場合に、第１の頻度分布曲線および第２の頻度分布曲線の少なくとも一方が所定の階級の範囲内に頻度がゼロの階級を有するか否かを判断する（ステップＳ４０６）。 Next, when the probe evaluation unit 116 determines in step S400 that both the first frequency distribution curve and the second frequency distribution curve do not have a plurality of maximum values equal to or greater than a predetermined value, and step S404. When it is determined that a plurality of maximum values not less than a predetermined value of the first frequency distribution curve correspond to maximum values not less than a predetermined value of the second frequency distribution curve, the first frequency distribution curve and It is determined whether or not at least one of the second frequency distribution curves has a class with a frequency of zero within a predetermined class range (step S406).
次に、探針評価部１１６は、第１の頻度分布曲線および第２の頻度分布曲線の少なくとも一方が所定の階級の範囲内に頻度がゼロの階級を有すると判断した場合に、第１の頻度分布曲線および第２の頻度分布曲線の双方が所定の階級の範囲内に頻度がゼロの階級を有するか否かを判断する（ステップＳ４０８）。 Next, when the probe evaluation unit 116 determines that at least one of the first frequency distribution curve and the second frequency distribution curve has a class with a frequency of zero within a predetermined class range, It is determined whether or not both the frequency distribution curve and the second frequency distribution curve have a class with a frequency of zero within a predetermined class range (step S408).
次に、探針評価部１１６は、第１の頻度分布曲線および第２の頻度分布曲線の双方が所定の階級の範囲内に頻度がゼロの階級を有すると判断した場合に、第１の頻度分布曲線の頻度ゼロの階級が、第２の頻度分布曲線の頻度ゼロの階級と対応するか否かを判断する（ステップＳ４１０）。 Next, when the probe evaluation unit 116 determines that both the first frequency distribution curve and the second frequency distribution curve have a class with a frequency of zero within a predetermined class range, the first frequency distribution curve 116 It is determined whether or not the zero frequency class of the distribution curve corresponds to the zero frequency class of the second frequency distribution curve (step S410).
ステップＳ４０６において第１の頻度分布曲線および第２の頻度分布曲線の双方が所定の階級の範囲内に頻度がゼロの階級を有しないと判断した場合、およびステップＳ４１０において第１の頻度分布曲線の頻度ゼロの階級が、第２の頻度分布曲線の頻度ゼロの階級と対応すると判断した場合に、探針評価部１１６は、探針１２６に異常はないと判断し（ステップＳ４１２）、走査型原子間力顕微鏡１００は動作を終了する。 When it is determined in step S406 that both the first frequency distribution curve and the second frequency distribution curve do not have a class with a frequency of zero within the predetermined class range, and in step S410, the first frequency distribution curve When it is determined that the zero-frequency class corresponds to the zero-frequency class of the second frequency distribution curve, the probe evaluation unit 116 determines that the probe 126 is normal (step S412), and the scanning atom The atomic force microscope 100 ends its operation.
一方、ステップＳ４０２において第１の頻度分布曲線および第２の頻度分布曲線のいずれか一方が複数の所定値以上の極大値を有しないと判断した場合、ステップＳ４０４において第１の頻度分布曲線の複数の所定値以上の極大値が、第２の頻度分布曲線の所定値以上の極大値と対応しないと判断した場合、ステップＳ４０８において第１の頻度分布曲線および第２の頻度分布曲線のいずれか一方が所定の階級の範囲内に頻度がゼロの階級を有しないと判断した場合、およびステップＳ４１０において第１の頻度分布曲線の頻度ゼロの階級が、第２の頻度分布曲線の頻度ゼロの階級と対応しないと判断した場合に、探針評価部１１６は、探針１２６に異常があると判断する（ステップＳ４１４）。 On the other hand, when it is determined in step S402 that either one of the first frequency distribution curve and the second frequency distribution curve does not have a plurality of local maximum values, a plurality of first frequency distribution curves are determined in step S404. When it is determined that the local maximum value equal to or greater than the predetermined value does not correspond to the local maximum value equal to or greater than the predetermined value of the second frequency distribution curve, one of the first frequency distribution curve and the second frequency distribution curve is determined in step S408. Is determined not to have a zero-frequency class within a predetermined class range, and the zero-frequency class of the first frequency distribution curve is determined to be the zero-frequency class of the second frequency distribution curve in step S410. If it is determined that the probe does not correspond, the probe evaluation unit 116 determines that the probe 126 is abnormal (step S414).
次に、探針１２６に異常があると探針評価部１１６が判断した場合に、探針交換部１３０は、プローブ１２２の探針１２６を他の探針と交換する（ステップＳ３１０）。そして、走査型原子間力顕微鏡１００は、探針評価部１１６が探針に異常がないと判断するまで図９および図１０に示す動作を他の探針を用いて行う。 Next, when the probe evaluation unit 116 determines that there is an abnormality in the probe 126, the probe replacement unit 130 replaces the probe 126 of the probe 122 with another probe (step S310). The scanning atomic force microscope 100 performs the operations shown in FIGS. 9 and 10 using other probes until the probe evaluation unit 116 determines that there is no abnormality in the probe.
このように、同一の試料をｘ軸方向および−ｘ軸方向の双方についての測定値に基づいて作成された頻度分布曲線を照らし合わせて探針の評価を行うことにより、より確実に探針の評価を行うことができる。 As described above, the probe is evaluated more reliably by comparing the same sample with the frequency distribution curve created based on the measurement values in both the x-axis direction and the −x-axis direction. Evaluation can be made.
１００ 走査型原子間力顕微鏡、１１０ コンピュータ、１１１ 情報処理部、１１２ 勾配算出部、１１４ 頻度分布作成部、１１６ 探針評価部、１１８ 階級範囲決定部、１２０ 測定部、１２２ プローブ、１２４ カンチレバー、１２６ 探針、１２８ 圧電素子、１２９ 走査回路部、１３０ 探針交換部、１４０ 測定制御部、１５０ 記憶部、１６０ 表示部、１７０ 入力部 100 Scanning Atomic Force Microscope, 110 Computer, 111 Information Processing Unit, 112 Gradient Calculation Unit, 114 Frequency Distribution Creation Unit, 116 Probe Evaluation Unit, 118 Class Range Determination Unit, 120 Measurement Unit, 122 Probe, 124 Cantilever, 126 Probe, 128 piezoelectric element, 129 scanning circuit unit, 130 probe replacement unit, 140 measurement control unit, 150 storage unit, 160 display unit, 170 input unit
Claims (12)
前記測定部が測定した各画素の高さと隣接する画素の高さに基づいてそれぞれ勾配を算出する勾配算出部と、
算出した前記勾配を用いて、勾配を階級とした頻度分布を作成する頻度分布作成部と、
前記頻度分布に基づいて、前記探針の評価を行う探針評価部と、
を含む、走査型プローブ顕微鏡。 A measurement unit that divides the sample into a plurality of pixels and measures the height of each pixel by detecting a physical quantity acting between the probe and the sample;
A gradient calculation unit that calculates a gradient based on the height of each pixel measured by the measurement unit and the height of an adjacent pixel;
Using the calculated gradient, a frequency distribution creating unit that creates a frequency distribution with the gradient as a class,
A probe evaluation unit that evaluates the probe based on the frequency distribution;
A scanning probe microscope.
前記探針評価部は、前記頻度分布が所定の階級の範囲内に頻度がゼロの階級を有する場合に、前記探針に異常があると評価する、走査型プローブ顕微鏡。 In claim 1,
The probe evaluation unit is a scanning probe microscope that evaluates that the probe has an abnormality when the frequency distribution has a class with a frequency of zero within a predetermined class range.
前記探針の先端角度を取得し、取得した前記先端角度に基づいて前記所定の階級の範囲を決定する階級範囲決定部をさらに含む、走査型プローブ顕微鏡。 In claim 2,
The scanning probe microscope further comprising a class range determination unit that acquires a tip angle of the probe and determines the range of the predetermined class based on the acquired tip angle.
前記探針評価部は、前記頻度分布が所定値以上の極大値を有し、当該極大値を有するピークの階級範囲が、ゼロを含まない場合に、前記探針に異常があると評価する、走査型プローブ顕微鏡。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The probe evaluation unit evaluates that the probe has an abnormality when the frequency distribution has a maximum value greater than or equal to a predetermined value and the class range of the peak having the maximum value does not include zero. Scanning probe microscope.
前記探針評価部は、前記頻度分布が所定値以上の複数の極大値を有する場合に、前記探針に異常があると評価する、走査型プローブ顕微鏡。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The probe evaluation unit is a scanning probe microscope that evaluates that the probe has an abnormality when the frequency distribution has a plurality of maximum values equal to or greater than a predetermined value.
前記探針評価部は、前記頻度分布の勾配がゼロの階級を対称中心としたときに、頻度分布曲線が非対称である場合に、前記探針に異常があると評価する、走査型プローブ顕微鏡。 In any of claims 1 to 5,
The probe evaluation unit is a scanning probe microscope that evaluates that the probe is abnormal when the frequency distribution curve is asymmetric when the frequency distribution gradient is zero as the center of symmetry.
前記測定部は、前記試料を載置する試料台に対して水平方向であるｘ軸方向に前記探針を走査することにより各画素の高さを測定し、
前記頻度分布作成部は、各画素の高さに基づいて算出されたｘ軸方向の勾配を用いて、勾配を階級とした第１の頻度分布を作成し、
前記探針に異常があると前記探針評価部が評価した場合に、前記測定部は、前記試料台に対して−ｘ軸方向に前記探針を走査することにより各画素の高さを測定し、
前記勾配算出部は、前記測定部が測定した各画素の高さと隣接する画素の高さに基づいてそれぞれ−ｘ軸方向の勾配を算出し、
前記頻度分布作成部は、前記−ｘ軸方向の勾配を用いて、勾配を階級とした第２の頻度分布を作成し、
前記探針評価部は、前記第１の頻度分布および第２の頻度分布に基づいて、前記探針の評価を行う、走査型プローブ顕微鏡。 In any one of Claims 1 thru | or 6.
The measurement unit measures the height of each pixel by scanning the probe in the x-axis direction which is a horizontal direction with respect to a sample stage on which the sample is placed.
The frequency distribution creating unit creates a first frequency distribution with the gradient as a class using the gradient in the x-axis direction calculated based on the height of each pixel,
When the probe evaluation unit evaluates that the probe is abnormal, the measurement unit measures the height of each pixel by scanning the probe in the −x-axis direction with respect to the sample stage. And
The gradient calculation unit calculates a gradient in the −x-axis direction based on the height of each pixel measured by the measurement unit and the height of an adjacent pixel,
The frequency distribution creating unit creates a second frequency distribution with the gradient as a class, using the gradient in the −x-axis direction,
The probe evaluation unit is a scanning probe microscope that evaluates the probe based on the first frequency distribution and the second frequency distribution.
前記測定部は、前記試料を載置する試料台に対して水平方向であるｘ軸方向および−ｘ軸方向に前記探針を走査することにより各画素の高さを測定し、
前記勾配算出部は、前記測定部が測定した各画素の高さと隣接する画素の高さに基づいてそれぞれｘ軸方向および−ｘ軸方向の勾配を算出し、
前記頻度分布作成部は、ｘ軸方向の勾配を用いて、勾配を階級とした第１の頻度分布を作成し、かつ−ｘ軸方向の勾配を用いて、勾配を階級とした第２の頻度分布を作成し、
前記探針評価部は、前記第１の頻度分布および第２の頻度分布に基づいて、前記探針の評価を行う、走査型プローブ顕微鏡。 In any one of Claims 1 thru | or 7,
The measurement unit measures the height of each pixel by scanning the probe in the x-axis direction and the -x-axis direction that are horizontal with respect to the sample stage on which the sample is placed,
The gradient calculation unit calculates the gradient in the x-axis direction and the −x-axis direction based on the height of each pixel measured by the measurement unit and the height of an adjacent pixel, respectively.
The frequency distribution creating unit creates a first frequency distribution with a gradient as a class using a gradient in the x-axis direction and a second frequency with a gradient as a class using a gradient in the -x-axis direction. Create a distribution,
The probe evaluation unit is a scanning probe microscope that evaluates the probe based on the first frequency distribution and the second frequency distribution.
前記探針に異常があると前記探針評価部が評価した場合に、前記探針を他の探針に交換する探針交換部をさらに含む、走査型プローブ顕微鏡。 In any of claims 1 to 8,
A scanning probe microscope, further comprising a probe replacement unit that replaces the probe with another probe when the probe evaluation unit evaluates that the probe is abnormal.
前記物理量は、原子間力であり、
前記走査型プローブ顕微鏡は、走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）である、走査型プローブ顕微鏡。 In any one of Claim 1 thru | or 9,
The physical quantity is an atomic force,
The scanning probe microscope is a scanning atomic force microscope (AFM).
測定した各画素の高さと隣接する画素の高さに基づいてそれぞれ勾配を算出し、
算出した前記勾配を用いて、勾配を階級とした頻度分布を作成し、
前記頻度分布に基づいて、前記探針の評価を行う、走査型プローブ顕微鏡の探針の評価方法。 The sample is divided into a plurality of pixels, and the height of each pixel is measured by detecting a physical quantity acting between the probe and the sample,
Calculate the slope based on the measured height of each pixel and the height of adjacent pixels,
Using the calculated gradient, create a frequency distribution with the gradient as the class,
A probe evaluation method for a scanning probe microscope, wherein the probe is evaluated based on the frequency distribution.
コンピュータを、
試料を複数の画素に分割して、各画素の高さを、探針と試料との間に作用する物理量を検出することにより測定する測定手段、
測定した各画素の高さと隣接する画素の高さに基づいてそれぞれ勾配を算出する勾配算出手段、
算出した前記勾配を用いて、勾配を階級とした頻度分布を作成する頻度分布作成手段、および
前記頻度分布に基づいて、前記探針の評価を行う探針評価手段として機能させる、プログラム。 A computer-readable program for causing a computer to function as an evaluation device for a probe of a scanning probe microscope,
Computer
Measuring means for dividing the sample into a plurality of pixels and measuring the height of each pixel by detecting a physical quantity acting between the probe and the sample;
A gradient calculating means for calculating a gradient based on the measured height of each pixel and the height of an adjacent pixel;
A program that functions as a frequency distribution creating unit that creates a frequency distribution using a gradient as a class using the calculated gradient, and a probe evaluating unit that evaluates the probe based on the frequency distribution.
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2005
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