JP2017181135A5

JP2017181135A5 -

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Publication number: JP2017181135A5
Application number: JP2016065007A
Authority: JP
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2019-04-11

Description

また、本発明の一態様は、上述の走査型プローブ顕微鏡であって、前記変位検出部により検出された前記ねじれ量又は前記たわみ量が所定の境界値を維持し、他方は所定の範囲を維持するように制御を行う、前記プローブで走査する移動駆動部をさらに備える。

本実施形態における走査型プローブ顕微鏡１の概略構成の一例を示す図である。本実施形態における斜面を有する試料Ｓと、カンチレバー２との斜視図である。本実施形態における第１の範囲及び第２の範囲について説明する図である。本実施形態におけるドーム状の試料Ｓの平面図であり、試料Ｓの形状測定の測定点（１）〜（７）を示す図である。本実施形態における試料Ｓの測定点（１）に、プローブ２ａが接触したときのカンチレバー２の変位を示す図である。本実施形態における試料Ｓの測定点（２）に、プローブ２ａが接触したときのカンチレバー２の変位を示す図である。本実施形態における試料Ｓの測定点（３）に、プローブ２ａが接触したときのカンチレバー２の変位を示す図である。本実施形態における試料Ｓの測定点（４）に、プローブ２ａが接触したときのカンチレバー２の変位を示す図である。本実施形態における試料Ｓの測定点（５）に、プローブ２ａが接触したときのカンチレバー２の変位を示す図である。本実施形態における試料Ｓの測定点（６）に、プローブ２ａが接触したときのカンチレバー２の変位を示す図である。本実施形態における試料Ｓの測定点（７）に、プローブ２ａが接触したときのカンチレバー２の変位を示す図である。本実施形態の制御装置７におけるプローブ２ａと試料Ｓの表面との接触を検出する接触検出処理の流れを示す図である。本実施形態の制御装置７におけるプローブ２ａと試料Ｓの表面との接触を検出する接触検出処理の他の例の流れを示す図である。

図８は、本実施形態における試料Ｓの測定点（４）に、プローブ２ａが接触したときのカンチレバー２の変位を示す図である。図８（ａ）は、測定点（４）にプローブ２ａが接触した状態における−Ｙ方向から見たカンチレバー２の側面図を示し、図８（ｂ）は、測定点（４）にプローブ２ａが接触した状態における−Ｘ方向から見たカンチレバー２の側面図を示す。図８（ｃ）は、測定点（４）にプローブ２ａが接触してから、さらに押し込んだ状態における−Ｙ方向から見たカンチレバー２の側面図を示し、図８（ｄ）は、測定点（４）にプローブ２ａが接触してから、さらに押し込んだ状態における−Ｘ方向から見たカンチレバー２の側面図を示す。

図９は、試料Ｓの測定点（５）に、プローブ２ａが接触したときのカンチレバー２の変位を示す図である。図９（ａ）は、測定点（５）にプローブ２ａが接触した状態における−Ｙ方向から見たカンチレバー２の側面図を示し、図９（ｂ）は、測定点（５）にプローブ２ａが接触した状態における−Ｘ方向から見たカンチレバー２の側面図を示す。図９（ｃ）は、測定点（５）にプローブ２ａが接触してから、さらに押し込んだ状態における−Ｙ方向から見たカンチレバー２の側面図を示し、図９（ｄ）は、測定点（５）にプローブ２ａが接触してから、さらに押し込んだ状態における−Ｘ方向から見たカンチレバー２の側面図を示す。

従来の走査型プローブ顕微鏡は、＋Ｚ方向のたわみ量が一定値を超えた場合にのみ、プローブ２ａが試料Ｓの表面に接触したと判定するため、測定点（７）にプローブ２ａが接触した一次の接触状態（図１１（ａ），（ｂ））では、プローブ２ａと試料Ｓとの接触を判定することができない。したがって、上述したように、従来の走査型プローブ顕微鏡は、より大きな押し付け力で試料Ｓを押し付け、カンチレバー２が＋Ｚ方向にたわんだ二次の接触状態（図１１（ｃ），（ｄ））のときに、プローブ２ａと試料Ｓとの接触を検出することになる。そのため、プローブ２ａの摩耗や試料Ｓの変形を引き起こす場合がある。本実施形態の走査型プローブ顕微鏡１は、カンチレバー２のたわみ量が第１の範囲を超えた場合に、プローブ２ａが試料Ｓの表面に接触したと判定するため、たわみ方向にかかわらず、プローブ２ａと試料Ｓとの一次の接触状態を判定することができる。そのため、プローブ２ａの摩耗や試料Ｓの変形を抑制できる。

以下に、本実施形態の制御装置７におけるプローブ２ａと試料Ｓの表面との接触を検出する接触検出処理の流れについて、説明する。図１２は、本実施形態の制御装置７におけるプローブ２ａと試料Ｓの表面との接触を検出する接触検出処理の流れを示す図である。なお、初期条件として、所定の測定点における測定下降位置にプローブ２ａが位置している場合とする。

このように、本実施形態における並列測定は、カンチレバー２を停止させずに、カンチレバーのプローブ２ａが試料Ｓに接触したときの相対距離を測定することができる。カンチレバー２を停止させてから、相対距離を測定すると、カンチレバー２を停止するまでのわずかな時間、オーバーランすることになり、測定部４４の測定値の誤差が増加し、試料Ｓへの力が誤差分だけ強く押込まれる場合がある。
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡１は、プローブ２ａと試料Ｓとの接触の検出と、その接触時の相対距離の測定とを同時に行うことができるため、カンチレバー２のオーバーランを抑制し、測定部４４の測定値の誤差の増加を抑制することができる。したがって、走査型プローブ顕微鏡１は、試料Ｓへの力が強く押込まれることを低減することができる。

Claims

試料表面にプローブを接触させて、前記試料表面を前記プローブで走査する走査型プローブ顕微鏡であって、
先端に前記プローブを備えるカンチレバーと、
前記カンチレバーのたわみ量とねじれ量とを検出する変位検出部と、
前記変位検出部により検出された、無変形のカンチレバーにおける全方位のたわみ量とねじれ量とに基づいて前記プローブの前記試料表面への一次の接触を判定する接触判定部と、
を備える走査型プローブ顕微鏡。
前記接触判定部は、前記たわみ量と前記ねじれ量との少なくともいずれか一方が所定の範囲を超えた場合に、前記プローブが前記試料表面に接触したと判定する請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
前記プローブと前記試料表面とを接触させる際に、いずれか一方を相対的に他方に対して移動させた距離である相対距離を測定する測定部をさらに備える請求項１又は請求項２に記載の走査型プローブ顕微鏡。
前記測定部により前記相対距離が測定された後、前記プローブを前記試料から離れる方向に退避させ、前記試料の次の測定位置に移動する移動駆動部をさらに備える請求項３に記載の走査型プローブ顕微鏡。
前記たわみ量及び前記ねじれ量に基づいて、前記プローブを前記試料から離れる方向への退避距離の算出部をさらに備える請求項４に記載の走査型プローブ顕微鏡。
前記移動駆動部は、上記退避後に、前記プローブに接触しない前記次の測定位置の直上に位置する測定下降位置に移動し、前記測定下降位置から前記測定位置まで前記プローブを下降させる請求項４又は請求項５に記載の走査型プローブ顕微鏡。
前記変位検出部により検出された前記ねじれ量又は前記たわみ量が所定の境界値を維持し、他方は所定の範囲を維持するように制御を行う、前記プローブで走査する移動駆動部をさらに備える請求項２又は３に記載の走査型プローブ顕微鏡。
試料表面にプローブを接触させて、前記試料表面を前記プローブで走査する走査型プローブ顕微鏡のプローブ接触検出方法であって、
先端に前記プローブを備えるカンチレバーのたわみ量とねじれ量とを検出する変位検出ステップと、
前記変位検出ステップにより検出された、無変形のカンチレバーにおける全方位のたわみ量とねじれ量とに基づいて前記プローブの前記試料表面への一次の接触を判定する接触判定ステップと、
を備える走査型プローブ顕微鏡のプローブ接触検出方法。