JP2007333432A - 走査型プローブ顕微鏡及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のカンチレバーのそれぞれからの反射光を識別可能な走査型プローブ顕微鏡を提供する。
【解決手段】 照射光を発する光源5、第1の周波数で振動しながら試料50a上を走査し、照射光を第1反射光として反射する第1カンチレバー10、第1の周波数とは異なる第2の周波数で振動しながら試料50b上を走査し、照射光を第2反射光として反射する第2カンチレバー20、第1反射光及び第2反射光を電気信号に光電変換する光電変換素子6、電気信号から第1の周波数で振動する第1の測定信号を抽出する第1位相検波器35、及び電気信号から第2の周波数で振動する第2の測定信号を抽出する第2位相検波器45を備える走査型プローブ顕微鏡。
【選択図】 図1

Description

本発明は表面形状検査技術に係り、特に走査型プローブ顕微鏡及び検査方法に関する。

走査型プローブ顕微鏡（SPM）は、真空や液体等の様々な測定環境下でデオキシリボ核酸(DNA)等の微細な試料を観察可能であり、ナノメーター以上の分解能を有する。またSPMは試料を単に可視化するだけでなく、ナノマニュピレーション、ナノリソグラフィ、あるいはピコニュートンレベルでの結合力測定等も可能にする。そのため、SPMはナノテクノロジーやバイオテクノロジーを牽引する重要なツールととらえられている。また、従来SPMは1本のカンチレバーを有していたが、走査可能な範囲を広げるために複数のカンチレバーを有するSPMが開発されている（例えば特許文献1参照。）。しかし、複数のカンチレバーを有するSPMを用いると、複数のカンチレバーのそれぞれからの反射光の識別が困難であるという問題があった。
特表2005-532555号公報

本発明は、複数のカンチレバーのそれぞれからの反射光を識別可能な走査型プローブ顕微鏡及び検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第1の特徴は、（イ）照射光を発する光源と、（ロ）第1の周波数で振動しながら試料上を走査し、照射光を第1反射光として反射する第1カンチレバーと、（ハ）第1の周波数とは異なる第2の周波数で振動しながら試料上を走査し、照射光を第2反射光として反射する第2カンチレバーと、（ニ）第1反射光及び第2反射光を電気信号に光電変換する光電変換素子と、（ホ）電気信号から、第1の周波数で振動する第1の測定信号を抽出する第1位相検波器と、（ヘ）電気信号から、第2の周波数で振動する第2の測定信号を抽出する第2位相検波器とを備える走査型プローブ顕微鏡であることを要旨とする。第1カンチレバーと第2カンチレバーが近接して配置されると、第1反射光と第2反射光とを空間的に分離することが困難な場合がある。これに対し、第1の位相検波器で抽出される第1の測定信号は、第2反射光の影響を受けない。また、第2の位相検波器で抽出される第2の測定信号は、第1反射光の影響を受けない。すなわち、第１の周波数を基準とする第1の位相検波器及び第2の周波数を基準とする第2の位相検波器を備えることで、第1カンチレバーの動きに対応する電気信号と第2カンチレバーの動きに対応する電気信号を分離することが可能となる。よって第1カンチレバー及び第2カンチレバーのそれぞれの動きを独立に検出することが可能となる。

本発明の第2の特徴は、（イ）照射光を発するステップと、（ロ）第1の周波数で振動しながら試料上を走査する第1カンチレバーで、照射光を第1反射光として反射するステップと、（ハ）第1の周波数とは異なる第2の周波数で振動しながら試料上を走査する第2カンチレバーで、照射光を第2反射光として反射するステップと、（ニ）第1反射光及び第2反射光を電気信号に光電変換するステップと、（ホ）電気信号から、第1の周波数で振動する第1の測定信号を抽出するステップと、（ヘ）電気信号から、第2の周波数で振動する第2の測定信号を抽出するステップとを含む検査方法であることを要旨とする。

本発明によれば、複数のカンチレバーのそれぞれからの反射光を識別可能な走査型プローブ顕微鏡及び検査方法を提供可能である。

次に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお以下の示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において種々の変更を加えることができる。

（第1の実施の形態）
第1の実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡は、図1に示すように、照射光を発する光源5、第1の周波数で上下に振動しながら試料50a上を走査し、照射光を第1反射光として反射する第1カンチレバー10、及び第1の周波数とは異なる第2の周波数で上下に振動しながら試料50b上を走査し、照射光を第2反射光として反射する第2カンチレバー20を備える。なお試料50aと試料50bは、同一物体の異なる部分でもよいし、異なる物体でもよい。

さらに走査型プローブ顕微鏡は、光電変換素子6、第1位相検波器135、及び第2位相検波器145を備える。光電変換素子6は第1反射光及び第2反射光を受光し、電気信号に光電変換する。第1カンチレバー10が第1の周波数で振動しているため、第1反射光の光電変換素子6への入射位置は、第1の周波数で上下に振動する。また第2カンチレバー20が第2の周波数で振動しているため、第2反射光の光電変換素子6への入射位置は、第2の周波数で上下に振動する。第1位相検波器135は、電気信号から第1の周波数で振動する電気的な信号である第1の測定信号を抽出する。第2位相検波器145は、電気信号から第2の周波数で振動する電気的な信号である第2の測定信号を抽出する。

試料50a及び試料50bは水平方向（以下、XY方向）にラスター走査するサンプルスキャナ70上に配置されている。サンプルスキャナ70にはピエゾ圧電素子等が使用可能である。光源5は、波長780nmの赤色レーザビーム等の照射光を第1カンチレバー10及び第2カンチレバー20に向けて照射する。第1カンチレバー10は、XY方向及びXY方向に対して上下方向に移動可能な第1ホルダ12に保持される。第1ホルダ12には、第1ホルダ12をXY方向及び上下方向に粗動駆動する第1粗動モジュール31が接続されている。第1粗動モジュール31には、アクチュエータ、モータ、あるいはピエゾ圧電素子等が使用可能である。第1粗動モジュール31は、第1カンチレバー10の先端に配置された第1の探針11を、試料50a上の任意の位置に位置決めする。第1ホルダ12には第1加振器13が接続されている。第1加振器13は、第1ホルダ12を介して第1カンチレバー10を第1の周波数で振動させる。第1の周波数は、例えば100kHzである。第1加振器13にはピエゾ圧電素子等が使用可能である。また第1加振器13は、第1の周波数で振動する電気的な信号である第1の参照信号を生成する。

第2カンチレバー20は、XY方向及び上下方向に移動可能な第2ホルダ22に保持される。第2ホルダ22には、第2ホルダ22をXY方向及び上下方向に粗動駆動する第2粗動モジュール41が接続されている。第2粗動モジュール41は、第2カンチレバー20の先端に配置された第2の探針21を、試料50b上の任意の位置に位置決めする。第2ホルダ22には第2加振器23が接続されている。第2加振器23は、第2ホルダ22を介して第2カンチレバー20を第2の周波数で振動させる。第2の周波数は、例えば103kHzである。また第2加振器23は、第2の周波数で振動する電気的な信号である第2の参照信号を生成する。

第1の探針11を試料50a表面に、第2の探針21を試料50b表面に接近させ、サンプルスキャナ70をラスタスキャンさせると、第1カンチレバー10が試料50a表面を走査し、第2カンチレバー20が試料50b表面を走査する。第1反射光及び第2反射光を受光する光電変換素子6には2分割フォトダイオード等が使用可能であり、上段受光部106a及び下段受光部106bを備える。なお上段受光部106a及び下段受光部106bのそれぞれは、第1反射光及び第2反射光以外に入射してくる外乱光等も受光する。上段受光部106aは、受光した第1反射光、第2反射光、及び外乱光の光強度を電気信号に光電変換し、上段電気信号として差分算出モジュール136に伝送する。下段受光部106bは、受光した第1反射光、第2反射光、及び外乱光の光強度を電気信号に光電変換し、下段電気信号として差分算出モジュール136に伝送する。

ここで、試料50a表面を走査中に第1カンチレバー10が上方に移動すると、下段受光部106bが受光する第1反射光の光強度が減少し、上段受光部106aが受光する第1反射光の光強度が増加する。第1カンチレバー10が下方に移動すると、上段受光部106aが受光する第1反射光の光強度が減少し、下段受光部106bが受光する第1反射光の光強度が増加する。また、試料50b表面を走査中に第2カンチレバー20が上方に移動すると、下段受光部106bが受光する第2反射光の光強度が減少し、上段受光部106aが受光する第2反射光の光強度が増加する。第2カンチレバー20が下方に移動すると、上段受光部106aが受光する第2反射光の光強度が減少し、下段受光部106bが受光する第2反射光の光強度が増加する。したがって、第1カンチレバー10及び第2カンチレバー20のそれぞれの上下方向の動きに従って、上段受光部106aが出力する上段電気信号と下段受光部106bが出力する下段電気信号の差が変化する。

差分算出モジュール136は、上段電気信号と下段電気信号との差をとり、差分測定信号を算出する。差分算出モジュール136に第1位相検波器135及び第2位相検波器145が接続されている。第1位相検波器135は第1加振器13に接続されており、第1の周波数で振動する第1の参照信号を第1加振器13から受信する。また第1位相検波器135は差分測定信号と第1の参照信号との積演算を行い、ローパスフィルタで積分することにより、差分測定信号から第1の周波数で振動する第1の測定信号を抽出する。なお差分測定信号のうち第1の周波数以外の周波数で振動する周波数成分は、積分すると0となる。したがって第1の測定信号は、第2反射光及び外乱光の影響を受けず、第1反射光のみを反映する。

第1位相検波器135には第1フィードバックモジュール32が接続されており、第1位相検波器135は第1フィードバックモジュール32に第1の測定信号を伝送する。第1フィードバックモジュール32には、第1ピエゾ33が接続されている。第1ピエゾ33は、第1ホルダ12を介して、第1カンチレバー10を上下方向に移動させる。ここでサンプルスキャナ70が試料50aをXY方向に走査中に試料50aに凹凸があると、第1の探針11と試料50a表面との距離が変化する。第1の探針11と試料50aとの距離が変化すると、例えばファンデルワールス力及び磁気力等の、第1の探針11と試料50a表面の間の相互作用の強さが変化する。そのため、第1カンチレバー10の振動の振幅が変化する。第1フィードバックモジュール32は第1の測定信号の振幅の変化を監視することにより、第1カンチレバー10の振幅の変化を検知する。第1カンチレバー10の振幅が変化した時には、第1フィードバックモジュール32は第1ピエゾ33に第1のフィードバック電圧を印加して第1カンチレバー10の上下位置を変動させ、第1の周波数(100kHz)における第1カンチレバー10の振幅を一定に保たせる。第1カンチレバー10の振幅を一定に保たせることにより、第1の探針11と試料50a表面との距離が一定に保たれる。第1フィードバックモジュール32には第1画像生成モジュール37が接続されている。第1フィードバックモジュール32は、第1のフィードバック電圧を第1画像生成モジュール37にも伝送する。第1画像生成モジュール37は、試料50a上を第1カンチレバー10が走査した際の第1のフィードバック電圧の履歴に基づいて、試料50aの表面画像を生成する。

第2位相検波器145は第2加振器23に接続されており、第2の周波数で振動する第2の参照信号を第2加振器23から受信する。また第2位相検波器145は差分測定信号と第2の参照信号との積演算を行い、ローパスフィルタで積分することにより、差分測定信号から第2の周波数で振動する第2の測定信号を抽出する。なお差分測定信号のうち第2の周波数以外の周波数で振動する周波数成分は、積分すると0となる。したがって第2の測定信号は、第2反射光及び外乱光の影響を受けず、第2反射光のみを反映する。

第2位相検波器145には第2フィードバックモジュール42が接続されており、第2位相検波器145は第2フィードバックモジュール42に第2の測定信号を伝送する。第2フィードバックモジュール42には、第2ピエゾ43が接続されている。第2ピエゾ43は、第2ホルダ22を介して、第2カンチレバー20を上下方向に移動させる。ここでサンプルスキャナ70が試料50bをXY方向に走査中に試料50bに凹凸があると、第2の探針21と試料50b表面との距離が変化する。第2の探針21と試料50bとの距離が変化すると、第2の探針21と試料50b表面の間の相互作用の強さが変化する。そのため、第2カンチレバー20の振動の振幅が変化する。第2フィードバックモジュール42は第2の測定信号の振幅の変化を監視することにより第2カンチレバー20の振幅の変化を検知する。第2カンチレバー20の振幅が変化した時には、第2フィードバックモジュール42は第2ピエゾ43に第2のフィードバック電圧を印加して第2カンチレバー20の上下位置を変動させ、第2の周波数(103kHz)における第2カンチレバー20の振幅を一定に保たせる。第2カンチレバー20の振幅を一定に保たせることにより、第2の探針21と試料50b表面との距離が一定に保たれる。第2フィードバックモジュール42には第2画像生成モジュール47が接続されている。第2フィードバックモジュール42は、第2のフィードバック電圧を第2画像生成モジュール47に伝送する。第2画像生成モジュール47は、試料50b上を第2カンチレバー20が走査した際の第2のフィードバック電圧の履歴に基づいて、試料50bの表面画像を生成する。

第1画像生成モジュール37及び第2画像生成モジュール47には、出力装置251が接続されている。出力装置251は、第1画像生成モジュール37で生成された試料50aの表面画像及び第2画像生成モジュール47で生成された試料50bの表面画像を表示する。出力装置251には、液晶モニタ等が使用可能である。

サンプルスキャナ70、第1粗動モジュール31、第1加振器13、及び第1フィードバックモジュール32のそれぞれは、制御モジュール150に接続されている。制御モジュール150はサンプルスキャナ70を制御して、試料50aをXY方向に走査させる。また制御モジュール150は、第1粗動モジュール31に試料50a上における第1の探針11の配置を指示する。さらに制御モジュール150は、第1加振器13に第1の周波数を設定し、第1フィードバックモジュール32に第1加振器13に設定した第1の周波数を伝達する。また第2粗動モジュール41、第2加振器23、及び第2フィードバックモジュール42のそれぞれも、制御モジュール150に接続されている。制御モジュール150は第2粗動モジュール41に試料50b上における第2の探針21の配置を指示する。さらに制御モジュール150は、第2加振器23に第2の周波数を設定し、第2フィードバックモジュール42に第2加振器23に設定した第2の周波数を伝達する。制御モジュール150には、入力装置250が接続されている。入力装置250は、制御モジュール150にサンプルスキャナ70の走査条件、第1の探針11の配置、第2の探針21の配置、第1の周波数、及び第2の周波数等を入力するために用いられる。入力装置250には、キーボード等が使用可能である。

次に第1の実施の形態に係る検査方法を、図2に示すフローチャートを用いて説明する。

(a) ステップS101で、図1に示す第1加振器13で第1カンチレバー10を第1の周波数で振動させ、第2加振器23で第2カンチレバー20を第2の周波数で振動させる。さらに光源5から第1カンチレバー10及び第2カンチレバー20に向けて照射光を発する。次に第1粗動モジュール31で第1の探針11を試料50aの検査位置に近接させ、第2粗動モジュール41で第2の探針21を試料50bの検査位置に近接させる。その後、サンプルスキャナ70をラスタースキャンさせることにより、第1カンチレバー10で試料50aを走査し、第2カンチレバー20で試料50bを走査する。

(b) ステップS201で、試料50aを走査中の第1カンチレバー10は照射光を第1反射光として反射する。この時、試料50aの表面形状に応じて第1カンチレバー10の振幅が変動すると、光電変換素子6へ入射する第1反射光の振幅も、試料50aの表面形状に応じて変動する。ステップS201と同時にステップS301で、試料50bを走査中の第2カンチレバー20は照射光を第2反射光として反射する。この時、試料50bの表面形状に応じて第2カンチレバー20の振幅が変動すると、光電変換素子6へ入射する第2反射光の振幅も、試料50bの表面形状に応じて変動する。

(c) ステップS401で光電変換素子6の上段受光部106aは、第1反射光、第2反射光、及び外乱交を受光し、上段電気信号に光電変換する。同時に、光電変換素子6の下段受光部106bは、第1反射光、第2反射光、及び外乱交を受光し、下段電気信号に光電変換する。光電変換素子6は、上段電気信号及び下段電気信号のそれぞれを、差分算出モジュール136に伝送する。ステップS402で差分算出モジュール136は、上段電気信号と下段電気信号との差をとり、差分測定信号を算出する。

(d) ステップS501で第1位相検波器135は、第1の周波数で振動する第1の参照信号を第1加振器13から受信する。次に第1位相検波器135は、差分測定信号と第1の参照信号との積演算を行い、ローパスフィルタで積分して、第1の周波数で振動する第1の測定信号を抽出する。第1位相検波器135は第1の測定信号を第1フィードバックモジュール32に伝送する。次に第1フィードバックモジュール32は、第1の測定信号の振幅の変化から第1カンチレバー10の振幅の変化を検知すると、ステップS502で第1ピエゾ33に第1のフィードバック電圧を印加し、第1の周波数における第1カンチレバー10の振幅を一定に保たせる。

(e) ステップS503で第1画像生成モジュール37は、第1フィードバックモジュール32から第1のフィードバック電圧を受信する。第1画像生成モジュール37は第1の探針11が試料50a上の各位置を走査した時に第1フィードバックモジュール32が第1ピエゾ33に印加した第1のフィードバック電圧の履歴に基づいて、試料50aの表面画像を生成する。

(f) ステップS601で第2位相検波器145は、第2の周波数で振動する第2の参照信号を第2加振器23から受信する。次に第2位相検波器145は、差分測定信号と第2の参照信号との積演算を行い、ローパスフィルタで積分して、第2の周波数で振動する第2の測定信号を抽出する。第2位相検波器145は第2の測定信号を第2フィードバックモジュール42に伝送する。次に第2フィードバックモジュール42は第2の測定信号の振幅の変化から第2カンチレバー20の振幅の変化を検知すると、ステップS602で第2ピエゾ43に第2のフィードバック電圧を印加し、第2の周波数における第2カンチレバー20の振幅を一定に保たせる。

(g) ステップS603で第2画像生成モジュール47は、第2フィードバックモジュール42から第2のフィードバック電圧を受信する。第2画像生成モジュール47は第1の探針11が試料50a上の各位置を走査した時に第2フィードバックモジュール42が第2ピエゾ43に印加した第2のフィードバック電圧の履歴に基づいて、試料50bの表面画像を生成する。なお、ステップS601乃至ステップS603は、ステップS501乃至ステップS503と並行して実施される。

(h) ステップS701で第1画像生成モジュール37は、出力装置251に試料50aの表面画像を伝送する。また第2画像生成モジュール47は、出力装置251に試料50bの表面画像を伝送する。出力装置251は、試料50aの表面画像及び試料50bの表面画像を表示し、第1の実施の形態に係る検査方法を終了する。

従来、複数のカンチレバーを有するSPMで試料を観察すると、複数のカンチレバーのそれぞれからの反射光を独立して検出することは困難であった。これに対し、図1に示す走査型プローブ顕微鏡及び図2に示す検査方法によれば、図1に示す第1カンチレバー10及び第2カンチレバー20のそれぞれを、異なる周波数で振動させる。そのため、第1カンチレバー10からの第1反射光及び第2カンチレバー20からの第2反射光のそれぞれの光電変換素子6への入射位置は、異なる周波数で振動する。したがって、光電変換素子6が第1反射光及び第2反射光の両方を受光しても、第1位相検波器135で第1反射光のみを反映する第1の測定信号を抽出可能であり、第2位相検波器145で第2反射光のみを反映する第2の測定信号を抽出可能である。そのため、第1カンチレバー10と第2カンチレバー20が近接していて、第1反射光と第2反射光とを空間的に分離する光学系の配置が困難である場合や、複数の光電変換素子の配置が困難である場合でも、高い精度で第1カンチレバー10で検査された試料50aと第2カンチレバー20で検査された試料50bのそれぞれの表面画像を生成することが可能となる。

（第1の実施の形態の変形例）
図1に示す走査型プローブ顕微鏡と異なり、図3に示す変形例に係る走査型プローブ顕微鏡においては、光電変換素子6に第1位相検波器35及び第2位相検波器45が接続されている。第1位相検波器35は第1加振器13に接続されており、第1の参照信号を第1加振器13から受信する。第1位相検波器35は上段電気信号と第1の参照信号との積演算を行い、ローパスフィルタで積分することにより、上段電気信号から第1の周波数で振動する第1の上段測定信号を抽出する。また第1位相検波器35は下段電気信号と第1の参照信号との積演算を行い、ローパスフィルタで積分することにより、下段電気信号から第1の周波数で振動する第1の下段測定信号を抽出する。第1位相検波器35には、第1差分算出モジュール36が接続されている。第1差分算出モジュール36は、第1の上段測定信号と第1の下段測定信号との差をとり、第1の差分測定信号を算出する。第1差分算出モジュール36は、第1フィードバックモジュール32に第1の差分測定信号を伝送する。第1フィードバックモジュール32は第1の差分測定信号の振幅の変化を監視することにより、第1カンチレバー10の振幅の変化を検知する。

第2位相検波器45は第2加振器23に接続されており、第2の参照信号を第2加振器23から受信する。第2位相検波器45は上段電気信号と第2の参照信号との積演算を行い、ローパスフィルタで積分することにより、上段電気信号から第2の周波数で振動する第2の上段測定信号を抽出する。また第2位相検波器45は下段電気信号と第2の参照信号との積演算を行い、ローパスフィルタで積分することにより、下段電気信号から第2の周波数で振動する第2の下段測定信号を抽出する。第2位相検波器45には、第2差分算出モジュール46が接続されている。第2差分算出モジュール46は、第2の上段測定信号と第2の下段測定信号との差をとり、第2の差分測定信号を算出する。第2差分算出モジュール46は、第2フィードバックモジュール42に第2の差分測定信号を伝送する。第2フィードバックモジュール42は第2の差分測定信号の振幅の変化を監視することにより、第2カンチレバー20の振幅の変化を検知する。その他の構成要件は図1と同様であるので、説明は省略する。

（第2の実施の形態）
図1に示す走査型プローブ顕微鏡と異なり、図4に示す第2の実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡は、第1の光源15及び第2の光源25を備える。第1の光源15は、照射光を第1カンチレバー10に向けて照射する。第2の光源25は、照射光を第2カンチレバー20に向けて照射する。また第2の実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡は、第1反射光を受光する第1の光電変換素子16及び第2反射光を受光する第2の光電変換素子26を備える。第1の光電変換素子16及び第2の光電変換素子26のそれぞれには、2分割フォトダイオード等が使用可能である。第1の光電変換素子16は、上段受光部116a及び下段受光部116bを備える。第2の光電変換素子26は、上段受光部126a及び下段受光部126bを備える。第1の光電変換素子16の上段受光部116aは、第1反射光を第1の上段電気信号に光電変換する。第1の光電変換素子16の下段受光部116bは、第1反射光を第1の下段電気信号に光電変換する。第2の光電変換素子26の上段受光部126aは、第2反射光を第2の上段電気信号に光電変換する。第2の光電変換素子26の下段受光部126bは、第2反射光を第2の下段電気信号に光電変換する。

第1の光電変換素子16には、第1差分算出モジュール236が接続されている。第1差分算出モジュール236は、第1の上段測定信号と第1の下段測定信号との差をとり、第1の差分電気信号を算出する。第1差分算出モジュール236には、第1位相検波器235が接続されている。第1位相検波器235は第1の差分電気信号と第1の参照信号との積演算を行い、ローパスフィルタで積分して、第1の周波数で振動する第1の差分測定信号を抽出する。第2の光電変換素子26には、第2差分算出モジュール246が接続されている。第2差分算出モジュール246は、第2の上段測定信号と第2の下段測定信号との差をとり、第2の差分電気信号を算出する。第2差分算出モジュール246には、第2位相検波器245が接続されている。第2位相検波器245は第2の差分電気信号と第2の参照信号との積演算を行い、ローパスフィルタで積分して、第2の周波数で振動する第2の差分測定信号を抽出する。図4に示す走査型プローブ顕微鏡のその他の構成要素は、図1と同様であるので説明は省略する。

第1反射光に対して第1の光電変換素子16を配置し、第2反射光に対して第2の光電変換素子26を配置しても、第1の光電変換素子16に第2反射光や外乱光が入射したり、第2の光電変換素子26に第1反射光や外乱光が入射する場合がある。これに対して、第2の実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡は、第1の光電変換素子16に接続された第1位相検波器235、及び第2の光電変換素子26に接続された第2位相検波器245を備える。そのため、高い精度で第1カンチレバー10で検査された試料50aと第2カンチレバー20で検査された試料50bのそれぞれの表面画像を生成することが可能となる。

（第2の実施の形態の第1の変形例）
図4に示す走査型プローブ顕微鏡と異なり、図5に示す第1の変形例に係る走査型プローブ顕微鏡においては、第1の光電変換素子16に第1位相検波器35が接続されており、第2の光電変換素子26に第2位相検波器45が接続されている。第1位相検波器35は、第1の上段電気信号と第1の参照信号との積演算を行い、ローパスフィルタで積分して、第1の周波数で振動する第1の上段測定信号を抽出する。また第1位相検波器35は、第1の下段電気信号と第1の参照信号との積演算を行い、ローパスフィルタで積分して、第1の周波数で振動する第1の下段測定信号を抽出する。第2の光電変換素子26には、第2位相検波器45が接続されている。第2位相検波器45は、第2の上段電気信号と第2の参照信号との積演算を行い、ローパスフィルタで積分して、第2の周波数で振動する第2の上段測定信号を抽出する。また第2位相検波器45は、第2の下段電気信号と第2の参照信号との積演算を行い、ローパスフィルタで積分して、第2の周波数で振動する第2の下段測定信号を抽出する。図5に示す走査型プローブ顕微鏡のその他の構成要素は、図4と同様であるので説明は省略する。

（第2の実施の形態の第2の変形例）
図4に示す走査型プローブ顕微鏡と異なり、図6に示す第2の変形例に係る走査型プローブ顕微鏡は、照射光を発する光源5を備える。照射光の進行方向には、コリメートレンズ90が配置されている。コリメートレンズ90は、照射光を平行光にする。平行光にされた照射光の進行方向には、プリズム91が配置されている。プリズム91は、照射光を第1カンチレバー10及び第2カンチレバー20の方向に屈折させる。プリズム91で屈折された照射光の進行方向には、第1集光レンズ92及び第2集光レンズ93が配置されている。第1集光レンズ92は、照射光を第1カンチレバー10上に集光する。第2集光レンズ93は、照射光を第2カンチレバー20上に集光する。

第1カンチレバー10上で反射された第1反射光の進行方向には、第1反射鏡94が配置されている。第1反射鏡94は、第1反射光を第1の光電変換素子16に向けて反射する。第2カンチレバー20上で反射された第2反射光の進行方向には、第2反射鏡95が配置されている。第2反射鏡95は、第2反射光を第2の光電変換素子26に向けて反射する。その他の構成要素は、図4に示す走査型プローブ顕微鏡と同様であるので、説明は省略する。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。例えば第1の実施の形態では、図1に示す光源5は照射光として赤色レーザビームを発すると説明した。これに対し光源5は、近赤外レーザ、青色レーザ、及び緑色レーザ等を発してもよい。また第1の実施の形態では、光電変換素子6が2分割フォトダイオードである場合を説明した。これに対し光電変換素子6は、4分割フォトダイオードであってもよい。この場合、4分割フォトダイオードを構成する4つの受光部のそれぞれに第1位相検波器及び第2位相検波器を接続すれば、上下方向のみならず、第1カンチレバー10及び第2カンチレバー20のそれぞれのXY方向の変位を検出することも可能となる。さらに第1の実施の形態では、第1フィードバックモジュール32は第1の測定信号の振幅の変化を監視することにより、第1カンチレバー10の振幅の変化を検知すると説明したが、第1フィードバックモジュール32は第1の測定信号の位相の変化を監視することにより、第1カンチレバー10の位相の変化を検知してもよい。この場合、第1カンチレバー10の位相が変化した時には、第1フィードバックモジュール32は第1ピエゾ33に第1のフィードバック電圧を印加して第1カンチレバー10の上下位置を変動させ、第1の周波数(100kHz)における第1カンチレバー10の位相を一定に保たせる。第2カンチレバー20についても同様である。以上示したように、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明からは妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る検査方法を示すフローチャート図である。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る走査型プローブ顕微鏡を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態の第１の変形例に係る走査型プローブ顕微鏡を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態の第２の変形例に係る走査型プローブ顕微鏡を示すブロック図である。

符号の説明

5…光源
6…光電変換素子
10…第1カンチレバー
11…第1の探針
12…第1ホルダ
13…第1加振器
15…第1の光源
16…第1の光電変換素子
20…第2カンチレバー
21…第2の探針
22…第2ホルダ
23…第2加振器
25…第2の光源
26…第2の光電変換素子
31…第1粗動モジュール
32…第1フィードバックモジュール
33…第1ピエゾ
35, 135, 235…第1位相検波器
36, 236…第1差分算出モジュール
37…第1画像生成モジュール
41…第2粗動モジュール
42…第2フィードバックモジュール
43…第2ピエゾ
45, 145, 245…第2位相検波器
46, 246…第2差分算出モジュール
47…第2画像生成モジュール
50a, 50b…試料
70…サンプルスキャナ
90…コリメートレンズ
91…プリズム
92…第1集光レンズ
93…第2集光レンズ
94…第1反射鏡
95…第2反射鏡
106a, 116a, 126a…上段受光部
106b, 116b, 126b…下段受光部
136…差分算出モジュール
150…制御モジュール
250…入力装置
251…出力装置

Claims (8)

1. 照射光を発する光源と、
   第１の周波数で振動しながら試料上を走査し、前記照射光を第１反射光として反射する第１カンチレバーと、
   前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で振動しながら前記試料上を走査し、前記照射光を第２反射光として反射する第２カンチレバーと、
   前記第１反射光及び前記第２反射光を電気信号に光電変換する光電変換素子と、
   前記電気信号から、前記第１の周波数で振動する第１の測定信号を抽出する第１位相検波器と、
   前記電気信号から、前記第２の周波数で振動する第２の測定信号を抽出する第２位相検波器
   とを備えることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
2. 前記第１の測定信号から前記試料の表面画像を生成する第１画像生成モジュールを更に備え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。
3. 前記第２の測定信号から前記試料の表面画像を生成する第２画像生成モジュールを更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の走査型プローブ顕微鏡。
4. 照射光を発するステップと、
   第１の周波数で振動しながら試料上を走査する第１カンチレバーで、前記照射光を第１反射光として反射するステップと、
   前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で振動しながら前記試料上を走査する第２カンチレバーで、前記照射光を第２反射光として反射するステップと、
   前記第１反射光及び前記第２反射光を電気信号に光電変換するステップと、
   前記電気信号から、前記第１の周波数で振動する第１の測定信号を抽出するステップと、
   前記電気信号から、前記第２の周波数で振動する第２の測定信号を抽出するステップ
   とを含むことを特徴とする検査方法。
5. 前記第１の周期で振動する第１の参照信号を生成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の検査方法。
6. 前記第１の測定信号を抽出するステップが、前記電気信号と前記第１の参照信号との積演算を行うステップを更に含むことを特徴とする請求項５に記載の検査方法。
7. 前記第２の周期で振動する第２の参照信号を生成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の検査方法。
8. 前記第２の測定信号を抽出するステップが、前記電気信号と前記第２の参照信号との積演算を行うステップを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の検査方法。

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