JP2010066077A - 原子間力顕微鏡装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明に係る原子力顕微鏡装置は、試料表面と原子間力を介して相互作用する探針を有し、原子間力によってたわみを生ずるカンチレバと、カンチレバに向けて第1のレーザ光を入射するレーザ光提供手段と、カンチレバが第1のレーザ光を反射することにより発せられた第2のレーザ光を検出する光検出手段と、試料を載せたZピエゾと、X軸方向に探針を走査させ、試料表面の同一ラインを往復走査する際に、往路での走査の速さと復路での走査の速さとを異ならせるXスキャナと、出力yおよび制御入力uからサンプル点間を含む表面形状を推定するオブザーバと、それを学習するスタックメモリとを備え、メモリを適切に読み出してフィードフォワード学習信号を与えるコントローラを備えたことを特徴とする。
【選択図】図4
Description
(力学モデル)
図1は、本発明に係るAFMの力学モデル(非特許文献6)を示している。
図1に示されている力学モデルにおいて、mcは、AFMのカンチレバの探針102の質量であり、kcは、バネ203のバネ係数であり、Lc0は、バネ203の自然長であり、krは、バネ201のバネ係数であり、Lr0は、バネ201の自然長である。また、図1において、bcは、摩擦力発生源205のダンパ係数であり、Lc、Lrは、それぞれ、バネ203とバネ201の現在の長さであり、xpzは、Zスキャナ(Zピエゾ)に対する操作量、dは、試料表面103の表面形状である。
図4は、本発明に係るAFM(原子間力顕微鏡装置)100を示す図である。
AFMにより、等速Xスキャンがなされる場合について以下で説明する。等速Xスキャンとは、AFMにより試料のX軸方向の同一経路で往復走査であって、往路での試料の走査(FWS(フォワードスキャン))の速さ(vfws)と、復路での試料の走査(BWS(バックワードスキャン))の速さ(vbws)が等しい走査をいう。
以下では、表面形状オブザーバ(STO)(非特許文献6)について説明する。STOは、図5のブロック501である。
式(5)において、Acpは、np(整数)×np(整数)の行列であり、bcpは、np×1の行列であり、ccpは、1×npの行列である。
以下では、単方向型表面形状学習オブザーバ(SD−STLO)(非特許文献7)について説明する。
AFMにより、非等速Xスキャンがなされる場合について以下で説明する。非等速Xスキャンとは、AFMにより試料のX軸方向の同一経路の往復走査において、往路でのスキャナの走査(FWS(フォワードスキャン))の速さ(vfws)と、復路でのスキャナの走査(BWS(バックワードスキャン))の速さ(vbws)が異なる走査をいう。
以下では、図9を参照して、サンプル点間保持型STLOを説明する。サンプル点間保持型STLOは、AFMで非等速Xスキャンを用いる場合に、STLOを容易に適用できる。
以下では、図10、11を参照して、表面形状学習サンプル点間オブザーバを説明する。表面形状学習サンプル点間オブザーバは、AFMで非等速Xスキャンを用いる場合に、FWSのデータ点数と、BWSのその時々のフィードフォワード補償で必要となるデータ点数とを等しくするものである。
以下で、従来技術に係るAFM、AFMにおいて、式(10)で表されるSTOを、サンプル点間保持型STLOにより、SD−STLOに適用した場合、およびAFMにおいて、表面形状学習サンプル点間オブザーバをSD−STLOに適用した場合のシミュレーションについて説明する。
以下では、AFMにおいてサンプル点間保持型STLOを用いた場合と、AFMにおいて表面形状学習サンプル点間オブザーバを用いた場合との差を、実験の結果を参照して説明する。
101 カンチレバ
102 探針
103 試料表面
104 レーザ光
105 四分割フォトダイオード
106 レーザ光
107 Zスキャナ(Zピエゾ)
Claims (4)
- 試料表面の表面形状をコンタクトモードで画像化する原子間力顕微鏡装置であって、
前記試料表面と原子間力を介して相互作用する探針を有し、前記原子間力によってたわみを生ずるカンチレバと、
前記カンチレバに向けて第1のレーザ光を入射するレーザ光提供手段と、
前記カンチレバが前記第1のレーザ光を反射することにより発せられた第2のレーザ光を検出する光検出手段と、
前記試料を載せたZピエゾと、
前記試料上で前記試料のX軸方向に前記探針を走査させ、前記探針が、前記試料表面の同一経路を往復走査する際に、往路での走査の速さと復路での走査の速さとを異ならせるXスキャナと、
前記試料表面と前記探針との間の距離を前記Zピエゾに入力電圧を印加することにより制御し、前記第2のレーザ光によりフォトダイオードが受ける光強度の相対変化から前記カンチレバの前記たわみを出力電圧として検出し、
前記出力電圧と、前記入力電圧とから、前記試料表面の表面形状を計測するときに、前記探針が、前記試料表面の同一経路を往復走査する際に、往路での走査でオブザーバにより推定された表面形状を受け取り、復路での走査でフィードフォワード補償信号を出力するコントローラとを備えたことを特徴とする原子間力顕微鏡装置。 - 前記往路での走査の速さは、前記復路での走査の速さよりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の原子間力顕微鏡装置。
- 前記オブザーバは、表面形状オブザーバであって、前記表面形状オブザーバにより推定された表面形状を一定時間保持することにより、前記往路での走査で表面形状オブザーバにより推定された表面形状の数と、前記フィードフォワード制御信号に必要とされるデータ点数とが異なっても、前記フィードフォワード学習信号を出力することを特徴とする請求項2に記載の原子間力顕微鏡装置。
- 前記オブザーバは、表面形状学習サンプル点間オブザーバであって、前記表面形状学習サンプル点間オブザーバにより推定された前記表面形状の数と、前記フィードフォワード学習信号に必要とされるデータ点数とを等しくすることを特徴とする請求項2に記載の原子間力顕微鏡装置。
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