JP2021060432A - Scanning probe microscope and probe contact detection method thereof - Google Patents

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Abstract

To provide a scanning probe microscope capable of improving a phenomenon in which the value of the pressing force for detecting contact between a probe and a sample surface changes compared to a horizontal plane in the case when the sample surface that the probe contact is a slope.SOLUTION: The scanning probe microscope brings a probe into contact with the surface of a sample and scans the surface of the sample with the probe. The scanning probe microscope includes: a cantilever that has the probe at the tip; a displacement detection unit that detects a deflection amount and a twist amount of the cantilever; and a contact determination unit configured to determine a primary contact of the probe to the surface of the sample based on the deflection amount and twist amount in all directions in the cantilever detected by the displacement detection unit.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、走査型プローブ顕微鏡及びそのプローブ接触検出方法に関する。 The present invention relates to a scanning probe microscope and a probe contact detection method thereof.

従来から、カンチレバーの先端に形成されたプローブと試料間との相互作用(例えば、カンチレバーの振幅やカンチレバーのたわみ)を一定に保ちながら、試料表面において連続的にプローブを走査させことで、試料表面の凸凹形状を測定する走査型プローブ顕微鏡が知られている(特許文献1参照)。しかしながら、特許文献1に記載の走査型プローブ顕微鏡では、常にプローブと試料とが接しているため、プローブの摩耗や試料の損傷が発生する可能性がある。 Conventionally, the sample surface is continuously scanned on the sample surface while keeping the interaction between the sample and the probe formed at the tip of the cantilever (for example, the amplitude of the cantilever and the deflection of the cantilever) constant. A scanning probe microscope for measuring the uneven shape of a sample is known (see Patent Document 1). However, in the scanning probe microscope described in Patent Document 1, since the probe and the sample are always in contact with each other, the probe may be worn or the sample may be damaged.

これに対して、特許文献2、3には、予め設定された複数の試料表面の測定点のみ、プローブと試料表面とを接触させ試料表面を間欠的に走査することで、試料表面の凸凹形状を測定する間欠的測定方法が提案されている。この方法では、カンチレバーに加わる力(たわみ)が一定値以上になった場合に、プローブと試料表面とが接触したことを判定し、プローブが試料に接触したときのプローブの高さを計測する。これにより、間欠的測定方法は、特許文献1と比較してプローブと試料表面とが測定点のみで接触しているため最小の接触ですみ、プローブの摩耗や試料の損傷を低減することができる。 On the other hand, in Patent Documents 2 and 3, the uneven shape of the sample surface is obtained by intermittently scanning the sample surface by bringing the probe into contact with the sample surface only at a plurality of preset measurement points on the sample surface. An intermittent measurement method has been proposed. In this method, when the force (deflection) applied to the cantilever exceeds a certain value, it is determined that the probe and the sample surface are in contact with each other, and the height of the probe when the probe is in contact with the sample is measured. As a result, in the intermittent measurement method, as compared with Patent Document 1, the probe and the sample surface are in contact with each other only at the measurement point, so that the minimum contact is required, and wear of the probe and damage to the sample can be reduced. ..

特開平10−62158号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-62158 特開2001−33373号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-33373 特開2007−85764号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-85764

しかしながら、カンチレバーのたわみは、プローブが試料表面を押し付ける力(以下、「押し付け力」という。)以外に、その押し付ける試料表面の形状の影響を受ける。例えば、プローブが接触する試料表面が斜面である場合、カンチレバーのたわみが一定値以上になるには、水平面と比較して、より大きな押し付け力が必要となる場合があった。したがって、測定点である試料表面が斜面である場合には、プローブと試料表面との接触を検出する押し付け力の値が、水平面と比較して変化する場合があった。そのため、試料表面の斜面における形状測定に誤差が発生するとともに、プローブの摩耗や試料の変形を引き起こす場合がある。このような問題は間欠的測定方法に限られた問題ではなく、プローブを試料表面に接触させる工程を有する測定方法に共通する問題である。 However, the deflection of the cantilever is affected by the shape of the sample surface to be pressed in addition to the force by which the probe presses the sample surface (hereinafter referred to as "pressing force"). For example, when the surface of the sample with which the probe comes into contact is a slope, a larger pressing force may be required in order for the deflection of the cantilever to exceed a certain value, as compared with the horizontal plane. Therefore, when the sample surface, which is the measurement point, is a slope, the value of the pressing force for detecting the contact between the probe and the sample surface may change as compared with the horizontal plane. Therefore, an error may occur in the shape measurement on the slope of the sample surface, and the probe may be worn or the sample may be deformed. Such a problem is not limited to the intermittent measurement method, but is a problem common to measurement methods having a step of bringing the probe into contact with the sample surface.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、プローブが接触する試料表面が斜面である場合に発生する力の値の変化量について、プローブと試料表面との接触を感知するカンチレバーの変形として、たわみのみならずねじれも対象とした上で其々の変形方向として無変形から上下のたわみと左右のねじれの全方位を対象とすることで改善可能な、走査型プローブ顕微鏡及びそのプローブ接触検出方法を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to make contact between the probe and the sample surface with respect to the amount of change in the value of the force generated when the sample surface with which the probe contacts is a slope. Scanning probe that can be improved by targeting not only deflection but also twist as the deformation of the cantilever to be detected, and then targeting all directions from no deformation to vertical deflection and left and right twist as the respective deformation directions. The present invention provides a microscope and a method for detecting contact with a probe thereof.

本発明の一態様は、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、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である。 One aspect of the present invention is a scanning probe microscope in which a probe is brought into contact with the sample surface and the sample surface is scanned by the probe, the cantilever having the probe at the tip, and the amount of deflection and twist of the cantilever. A displacement detection unit that detects the above, and a contact determination unit that determines the primary contact of the probe with the sample surface based on the amount of deflection and the amount of twist in the cantilever detected by the displacement detection unit. , A scanning probe microscope.

本発明の一態様は、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、カンチレバーにおける−Z方向のたわみ量の値を用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ことが可能である接触判定部と、を備える走査型プローブ顕微鏡である。 One aspect of the present invention is a scanning probe microscope in which a probe is brought into contact with the sample surface and the sample surface is scanned by the probe, the cantilever having the probe at the tip, and the amount of deflection and twist of the cantilever. It is possible to determine the primary contact of the probe with the sample surface by using the displacement detecting unit for detecting the above and the value of the amount of deflection in the −Z direction in the cantilever detected by the displacement detecting unit. It is a scanning probe microscope including a contact determination unit.

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。 Further, one aspect of the present invention is the scanning probe microscope described above, and the contact determination unit uses the probe when at least one of the deflection amount and the twist amount exceeds a predetermined range. Is in contact with the surface of the sample.

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。 Further, one aspect of the present invention is the above-mentioned scanning probe microscope, which is a relative distance at which one of the probes is relatively moved with respect to the other when the probe and the surface of the sample are brought into contact with each other. A measuring unit for measuring a distance is further provided.

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。 Further, one aspect of the present invention is the scanning probe microscope described above, in which the probe is retracted in a direction away from the sample after the relative distance is measured by the measuring unit, and the next measurement of the sample is performed. It further includes a moving drive unit that moves to a position.

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。 Further, one aspect of the present invention is the scanning probe microscope described above, which further includes a unit for calculating the evacuation distance of the probe in the direction away from the sample based on the amount of deflection and the amount of twist.

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。 Further, one aspect of the present invention is the scanning probe microscope described above, in which the moving drive unit moves to a measurement descending position located directly above the next measurement position that does not come into contact with the probe after the evacuation. , The probe is lowered from the measurement lowering position to the measurement position.

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たわみ量が第1の範囲内であり、且つ、前記ねじれ量が第2の範囲内になるように前記プローブで走査する移動駆動部をさらに備える。 Further, one aspect of the present invention is the scanning probe microscope described above, wherein the amount of deflection detected by the displacement detection unit is within the first range, and the amount of twist is within the second range. A moving drive unit that scans with the probe is further provided.

また、本発明の一態様は、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、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である。 Further, one aspect of the present invention is a probe contact detection method of a scanning probe microscope in which a probe is brought into contact with the sample surface and the sample surface is scanned by the probe, and the amount of deflection of the cantilever provided with the probe at the tip. A contact for determining the primary contact of the probe with the sample surface based on the displacement detection step for detecting the twist amount and the twist amount, and the omnidirectional deflection amount and the twist amount of the cantilever detected by the displacement detection step. It is a probe contact detection method of a scanning probe microscope including a determination step.

以上説明したように、本発明によれば、プローブが接触する試料表面が斜面である場合において、プローブと試料表面との接触を検出する押し付け力の値が、水平面と比較して変化する現象を改善可能な、走査型プローブ顕微鏡及びそのプローブ接触検出方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, when the sample surface with which the probe contacts is a slope, the value of the pressing force for detecting the contact between the probe and the sample surface changes as compared with the horizontal plane. It is possible to provide a scanning probe microscope and a method for detecting probe contact thereof, which can be improved.

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。It is a figure which shows an example of the schematic structure of the scanning probe microscope 1 in this embodiment. 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。It is a perspective view of the sample S having a slope in this embodiment, and the cantilever 2. 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。It is a figure explaining the 1st range and the 2nd range in this embodiment. 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。It is a plan view of the dome-shaped sample S in this embodiment, and is the figure which shows the measurement point (1)-(7) of the shape measurement of a sample S. 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。It is a figure which shows the displacement of the cantilever 2 when the probe 2a comes into contact with the measurement point (1) of the sample S in this embodiment. 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。It is a figure which shows the displacement of the cantilever 2 when the probe 2a comes into contact with the measurement point (2) of the sample S in this embodiment. 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。It is a figure which shows the displacement of the cantilever 2 when the probe 2a comes into contact with the measurement point (3) of the sample S in this embodiment. 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。It is a figure which shows the displacement of the cantilever 2 when the probe 2a comes into contact with the measurement point (4) of the sample S in this embodiment. 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。It is a figure which shows the displacement of the cantilever 2 when the probe 2a comes into contact with the measurement point (5) of the sample S in this embodiment. 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。It is a figure which shows the displacement of the cantilever 2 when the probe 2a comes into contact with the measurement point (6) of the sample S in this embodiment. 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。It is a figure which shows the displacement of the cantilever 2 when the probe 2a comes into contact with the measurement point (7) of the sample S in this embodiment. 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。It is a figure which shows the flow of the contact detection process which detects the contact between the probe 2a and the surface of a sample S in the control device 7 of this embodiment. 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。It is a figure which shows the flow of another example of the contact detection process which detects the contact between the probe 2a and the surface of a sample S in the control device 7 of this embodiment.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the inventions that fall within the scope of the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention. In the drawings, the same or similar parts may be designated by the same reference numerals to omit duplicate explanations.

実施形態における走査型プローブ顕微鏡は、試料表面にプローブを接触させて、その試料表面を走査するものであって、そのプローブのたわみ量とねじれ量とに基づいてプローブが試料表面に接触したか否かを判定する。以下、実施形態の走査型プローブ顕微鏡を、図面を用いて説明する。 The scanning probe microscope in the embodiment scans the sample surface by bringing the probe into contact with the sample surface, and whether or not the probe has come into contact with the sample surface based on the amount of deflection and the amount of twist of the probe. Is determined. Hereinafter, the scanning probe microscope of the embodiment will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態の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。図1に示すように、走査型プローブ顕微鏡1は、カンチレバー2、試料台4、移動駆動部5、変位検出部6及び制御装置7を備えている。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the scanning probe microscope 1 of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the scanning probe microscope 1 includes a cantilever 2, a sample table 4, a moving drive unit 5, a displacement detection unit 6, and a control device 7.

カンチレバー2は、先端にプローブ2aを備える。カンチレバー2は、その基端が固定され、先端が自由端となっている。カンチレバー2は、小さいバネ定数Kを備える弾性レバー部材であり、先端のプローブ2aと試料Sの表面とが接触すると、先端のプローブ2aが試料Sの表面を押圧する押し付け力に応じたたわみが生じる。また、カンチレバー2は、先端のプローブ2aと試料Sの表面とが接触した場合に、その試料Sの表面に傾きがある場合には、その傾きと、先端のプローブ2aと試料Sの表面との接触点である支点の支点反力と、に応じたねじれやたわみが生じる。本実施形態における走査型プローブ顕微鏡1の特徴の一つは、先端のプローブ2aと試料Sの表面とが接触することで生じるカンチレバー2のたわみとねじれとに基づいてプローブ2aと試料Sの表面との接触を検出するところにある。 The cantilever 2 includes a probe 2a at its tip. The base end of the cantilever 2 is fixed, and the tip is a free end. The cantilever 2 is an elastic lever member having a small spring constant K, and when the probe 2a at the tip comes into contact with the surface of the sample S, the probe 2a at the tip bends according to the pressing force pressing the surface of the sample S. .. Further, when the cantilever 2 comes into contact with the probe 2a at the tip and the surface of the sample S, if the surface of the sample S has an inclination, the inclination and the inclination of the probe 2a at the tip and the surface of the sample S Twisting and bending occur according to the fulcrum reaction force of the fulcrum, which is the contact point. One of the features of the scanning probe microscope 1 in the present embodiment is the deflection and twist of the cantilever 2 caused by the contact between the probe 2a at the tip and the surface of the sample S, and the surface of the probe 2a and the sample S. It is in the place to detect the contact of.

移動駆動部5は、Z方向駆動装置22及びXYスキャナ25を備える。
Z方向駆動装置22は、その下端にカンチレバー2が取付けられており、カンチレバー2を水平面に垂直な方向(Z方向)に移動させる。例えば、Z方向駆動装置22は、圧電素子である。Z方向駆動装置22は、制御装置7から出力される第1駆動信号に基づいてカンチレバー2を試料Sの表面に接近させたり、カンチレバー2を試料Sの表面から退避(又は離脱)させる。ただし、Z方向駆動装置22及びXYスキャナ25は、試料側に一体化した配置や、カンチレバー側に一体化した配置等など、相対的に3次元形状観察の走査が可能な構成であれば、配置関係は問わない。
The mobile drive unit 5 includes a Z-direction drive device 22 and an XY scanner 25.
A cantilever 2 is attached to the lower end of the Z-direction drive device 22, and the cantilever 2 is moved in a direction perpendicular to the horizontal plane (Z direction). For example, the Z-direction drive device 22 is a piezoelectric element. The Z-direction drive device 22 brings the cantilever 2 closer to the surface of the sample S or retracts (or detaches) the cantilever 2 from the surface of the sample S based on the first drive signal output from the control device 7. However, the Z-direction drive device 22 and the XY scanner 25 are arranged as long as they can be relatively scanned for three-dimensional shape observation, such as an arrangement integrated with the sample side or an arrangement integrated with the cantilever side. The relationship does not matter.

XYスキャナ25上には、試料台4が載置されている。試料台4には、カンチレバー2のプローブ2aに対向配置するように試料Sが載置されている。XYスキャナ25は、制御装置7から第2駆動信号が出力されると、その第2駆動信号の電圧値や極性に応じて、プローブ2aと試料Sとを、XY方向に対して相対的に移動させる。なお、図1において試料台4の表面に平行な面は水平面であり、ここでは直交の2軸X,YによりXY平面と定義される。 A sample table 4 is placed on the XY scanner 25. The sample S is placed on the sample table 4 so as to face the probe 2a of the cantilever 2. When the second drive signal is output from the control device 7, the XY scanner 25 moves the probe 2a and the sample S relative to the XY direction according to the voltage value and polarity of the second drive signal. Let me. In FIG. 1, the plane parallel to the surface of the sample table 4 is a horizontal plane, and here, it is defined as an XY plane by the two orthogonal axes X and Y.

変位検出部6は、カンチレバー2のたわみ量とねじれ量とを検出する。本実施形態では、変位検出部6は、光てこ式を用いてカンチレバー2のたわみ量とねじれ量とを検出する場合について説明する。
変位検出部6は、光照射部31及び光検出部33を備える。
光照射部31は、カンチレバー2の裏面に形成された図示しない反射面に対してレーザ光L1を照射する。
The displacement detection unit 6 detects the amount of deflection and the amount of twist of the cantilever 2. In the present embodiment, the case where the displacement detection unit 6 detects the amount of deflection and the amount of twist of the cantilever 2 by using the optical lever type will be described.
The displacement detection unit 6 includes a light irradiation unit 31 and a light detection unit 33.
The light irradiation unit 31 irradiates the laser beam L1 on a reflective surface (not shown) formed on the back surface of the cantilever 2.

光検出部33は、上記反射面で反射されたレーザ光L2を受光する。光検出部33は、当該背面で反射されたレーザ光L2を受光する4分割の受光面27を備えた光検出器である。すなわち、カンチレバー2の背面で反射されたレーザ光L2は、光検出部33の4分割された複数の受光面27に入射されるように光路を(通常は、受光面27の中心付近に)調整する。以下に、本実施形態におけるカンチレバー2のたわみ量とねじれ量との検出方法について、図1及び図2を用いて、説明する。
図2は、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。
The photodetector 33 receives the laser beam L2 reflected by the reflecting surface. The photodetector 33 is a photodetector provided with a quadrant light receiving surface 27 that receives the laser beam L2 reflected on the back surface. That is, the laser beam L2 reflected by the back surface of the cantilever 2 adjusts the optical path (usually near the center of the light receiving surface 27) so as to be incident on the plurality of light receiving surfaces 27 divided into four by the photodetector 33. To do. Hereinafter, a method for detecting the amount of deflection and the amount of twist of the cantilever 2 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 2 is a perspective view of the sample S having a slope and the cantilever 2.

カンチレバー2は、プローブ2aと試料Sの表面とが接触した場合にZ方向とY方向のいずれか一方、又は両方に変位が生じる。本実施形態において、Z方向に生じるカンチレバー2の変位をたわみ量と称し、Y方向に生じるカンチレバー2の変位をねじれ量と称する。例えば、初期条件では、プローブ2aに力が加わっていない状態で反射されたレーザ光L2の光検出部33の受光面27における入射スポット位置を、受光面27の中心位置とする。なお、プローブ2aに力が加わっていない状態とは、例えば、プローブ2aと試料Sの表面とが接触していないカンチレバーが無変形な状態である。 When the probe 2a and the surface of the sample S come into contact with each other, the cantilever 2 is displaced in either one or both of the Z direction and the Y direction. In the present embodiment, the displacement of the cantilever 2 that occurs in the Z direction is referred to as the amount of deflection, and the displacement of the cantilever 2 that occurs in the Y direction is referred to as the amount of twist. For example, in the initial condition, the incident spot position on the light receiving surface 27 of the photodetector 33 of the laser beam L2 reflected in the state where no force is applied to the probe 2a is set as the center position of the light receiving surface 27. The state in which no force is applied to the probe 2a is, for example, a state in which the cantilever in which the probe 2a and the surface of the sample S are not in contact is not deformed.

コンタクトモードにおいて、プローブ2aと試料Sの表面とが接触すると、プローブ2aに力が加わることで、カンチレバー2にたわみ量やねじれ量が生じる。したがって、たわみ量やねじれ量が生じたカンチレバー2の背面で反射されたレーザ光L2の反射スポット位置は、その中心位置から変位する。そのため、走査型プローブ顕微鏡1は、光検出部33の受光面27における当該スポット位置の移動方向を捉えることによってプローブ2aに加わった力の大きさと方向を検出可能となる。例えば、図1において、カンチレバー2にねじれ量が発生した場合には、光検出部33の受光面27においてα方向のスポット位置の変化を捉えることができる。また、カンチレバー2にたわみ量が発生した場合には、受光面27でβ方向のスポット位置の変化を捉えることができる。中心位置からのスポット位置の変化量は、ねじれ量やたわみ量に依存する。また、カンチレバー2が+Z方向にたわんだ場合には、光検出部33の受光面27におけるレーザ光L2の反射スポットは、+β方向に変化する。また、カンチレバー2が−Z方向にたわんだ場合には、光検出部33の受光面27におけるレーザ光L2の反射スポットは、−β方向に変化する。一方、カンチレバー2が+Y方向にねじれ量が発生した場合には、光検出部33の受光面27におけるレーザ光L2の反射スポット位置は、+α方向に変化する。また、カンチレバー2が−Y方向にねじれ量が発生した場合には、光検出部33の受光面27におけるレーザ光L2の反射スポットは、−α方向に変化する。 In the contact mode, when the probe 2a and the surface of the sample S come into contact with each other, a force is applied to the probe 2a, so that the cantilever 2 is bent or twisted. Therefore, the position of the reflection spot of the laser beam L2 reflected on the back surface of the cantilever 2 in which the amount of deflection and the amount of twist are generated is displaced from the center position thereof. Therefore, the scanning probe microscope 1 can detect the magnitude and direction of the force applied to the probe 2a by capturing the moving direction of the spot position on the light receiving surface 27 of the photodetector 33. For example, in FIG. 1, when a twist amount is generated in the cantilever 2, the change in the spot position in the α direction can be captured on the light receiving surface 27 of the photodetector 33. Further, when the amount of deflection occurs in the cantilever 2, the light receiving surface 27 can capture the change in the spot position in the β direction. The amount of change in the spot position from the center position depends on the amount of twist and the amount of deflection. Further, when the cantilever 2 is bent in the + Z direction, the reflection spot of the laser beam L2 on the light receiving surface 27 of the photodetector 33 changes in the + β direction. Further, when the cantilever 2 is bent in the −Z direction, the reflection spot of the laser beam L2 on the light receiving surface 27 of the photodetector 33 changes in the −β direction. On the other hand, when the cantilever 2 is twisted in the + Y direction, the reflection spot position of the laser beam L2 on the light receiving surface 27 of the photodetector 33 changes in the + α direction. When the cantilever 2 is twisted in the −Y direction, the reflection spot of the laser beam L2 on the light receiving surface 27 of the photodetector 33 changes in the −α direction.

光検出部33は、受光面27の±Z方向におけるレーザ光L2の反射スポット位置に応じた第1検出信号を制御装置7に出力する。すなわち、第1検出信号は、カンチレバー2のたわみ量に応じたDIF信号(たわみ信号)である。また、光検出部33は、受光面27の±Y方向におけるレーザ光L2の反射スポット位置に応じた第2検出信号を制御装置7に出力する。すなわち、第2検出信号は、カンチレバー2のねじれ量に応じたFFM信号(ねじれ信号)である。 The photodetector 33 outputs a first detection signal corresponding to the position of the reflection spot of the laser beam L2 in the ± Z direction of the light receiving surface 27 to the control device 7. That is, the first detection signal is a DIF signal (deflection signal) corresponding to the amount of deflection of the cantilever 2. Further, the photodetector 33 outputs a second detection signal corresponding to the position of the reflection spot of the laser beam L2 in the ± Y direction of the light receiving surface 27 to the control device 7. That is, the second detection signal is an FFM signal (twist signal) corresponding to the amount of twist of the cantilever 2.

図1に示すように、制御装置7は、接触判定部42、駆動部43及び測定部44を備える。
接触判定部42は、光検出部33から出力される第1検出信号及び第2検出信号に基づいて、プローブ2aが試料Sの表面に接触したか否かを判定する。すなわち、接触判定部42は、カンチレバー2のたわみ量とねじれ量とに基づいてプローブ2aが試料Sの表面に接触したか否かを判定する。
As shown in FIG. 1, the control device 7 includes a contact determination unit 42, a drive unit 43, and a measurement unit 44.
The contact determination unit 42 determines whether or not the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S based on the first detection signal and the second detection signal output from the light detection unit 33. That is, the contact determination unit 42 determines whether or not the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S based on the amount of deflection and the amount of twist of the cantilever 2.

接触判定部42は、第1判定部421及び第2判定部422を備える。
第1判定部421は、光検出部33から出力される第1検出信号が示すたわみ量が第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。第1判定部421は、プローブ2aが試料Sの表面に接触したと判定した場合に、プローブ2aが試料Sの表面に接触したことを示す第1接触信号を駆動部43に出力する。
The contact determination unit 42 includes a first determination unit 421 and a second determination unit 422.
The first determination unit 421 determines that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S when the amount of deflection indicated by the first detection signal output from the light detection unit 33 exceeds the first range. When the first determination unit 421 determines that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S, the first determination unit 421 outputs a first contact signal indicating that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S to the drive unit 43.

第2判定部422は、光検出部33から出力される第2検出信号が示すねじれ量が第2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。第2判定部422は、プローブ2aが試料Sの表面に接触したと判定した場合に、プローブ2aが試料Sの表面に接触したことを示す第2接触信号を駆動部43に出力する。このように、接触判定部42は、光検出部33から出力される第1検出信号が示すたわみ量が第1の範囲を超える第1条件と、光検出部33から出力される第2検出信号が示すねじれ量が第2の範囲を超える第2条件と、のうち少なくともいずれか一方が成立した場合に、プローブ2aが試料Sの表面に接触したと判定する。上記では、第1検出信号と第2検出信号が、独立して判定される例であるが、接触判定部42内で、「第1検出信号の2乗」と「第2検出信号の2乗」を足し合わせ、その和の平方根の正の数が、一定以上となった場合に接したと判定する等、特性に応じた設定値により判定してもよい。 The second determination unit 422 determines that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S when the amount of twist indicated by the second detection signal output from the light detection unit 33 exceeds the second range. When the second determination unit 422 determines that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S, the second determination unit 422 outputs a second contact signal indicating that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S to the drive unit 43. As described above, the contact determination unit 42 has the first condition that the amount of deflection indicated by the first detection signal output from the light detection unit 33 exceeds the first range, and the second detection signal output from the light detection unit 33. When at least one of the second conditions in which the twist amount indicated by the above exceeds the second range is satisfied, it is determined that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S. In the above, the first detection signal and the second detection signal are determined independently, but in the contact determination unit 42, "square of the first detection signal" and "square of the second detection signal". , And the positive number of the square root of the sum is determined to be in contact when the value exceeds a certain level.

以下に、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、図3を用いて説明する。図3は、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。 Hereinafter, the first range and the second range in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a first range and a second range in the present embodiment.

図3に示すように、第1の範囲は、たわみ上限閾値及びたわみ下限閾値を備える。たわみ上限値は、プローブ2aと試料Sとの表面が接触することで+Z方向にたわんだカンチレバー2のたわみ量である。一方、たわみ下限値は、プローブ2aと試料Sとの表面が接触することで−Z方向にたわんだカンチレバー2のたわみ量である。したがって、第1判定部421は、光検出部33から出力される第1検出信号が示すたわみ量がたわみ上限値を超えた場合、又は第1検出信号が示すたわみ量がたわみ下限値を下回った場合、プローブ2aが試料Sの表面に接触したと判定する。 As shown in FIG. 3, the first range includes a deflection upper limit threshold and a deflection lower limit threshold. The upper limit of the deflection is the amount of deflection of the cantilever 2 that is deflected in the + Z direction due to the contact between the surface of the probe 2a and the sample S. On the other hand, the lower limit of deflection is the amount of deflection of the cantilever 2 that is deflected in the −Z direction due to the contact between the surface of the probe 2a and the sample S. Therefore, in the first determination unit 421, when the amount of deflection indicated by the first detection signal output from the light detection unit 33 exceeds the upper limit value of the deflection, or the amount of deflection indicated by the first detection signal falls below the lower limit value of the deflection. In this case, it is determined that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S.

第2の範囲は、ねじれ上限閾値及びねじれ下限閾値を備える。ねじれ上限値は、プローブ2aと試料Sとの表面が接触することで+Y方向にねじれたカンチレバー2のねじれ量である。一方、ねじれ下限値は、プローブ2aと試料Sの表面とが接触することで−Y方向にねじれたカンチレバー2のねじれ量である。したがって、第2判定部422は、光検出部33から出力される第2検出信号が示すねじれ量がねじれ上限値を超えた場合、又は第2検出信号が示すねじれ量がねじれ下限値を下回った場合、プローブ2aが試料Sの表面に接触したと判定する。このように、図3に示すたわみ量とねじれ量との2次元座標において、第1検出信号が示すたわみ量と、第2検出信号が示すねじれ量とが示す位置が、斜線で示された範囲の外に位置された場合にプローブ2aが試料Sの表面に接触したと判定されることになる。 The second range includes a twist upper limit threshold and a twist lower limit threshold. The upper limit of twist is the amount of twist of the cantilever 2 twisted in the + Y direction due to the contact between the surface of the probe 2a and the sample S. On the other hand, the lower limit of twist is the amount of twist of the cantilever 2 twisted in the −Y direction due to contact between the probe 2a and the surface of the sample S. Therefore, in the second determination unit 422, when the twist amount indicated by the second detection signal output from the light detection unit 33 exceeds the twist upper limit value, or the twist amount indicated by the second detection signal falls below the twist lower limit value. In this case, it is determined that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S. In this way, in the two-dimensional coordinates of the amount of deflection and the amount of twist shown in FIG. 3, the positions indicated by the amount of deflection indicated by the first detection signal and the amount of twist indicated by the second detection signal are in the range indicated by diagonal lines. When the probe 2a is located outside the sample S, it is determined that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S.

以下に、本実施形態におけるプローブ2aと試料Sの表面との接触を判定する方法について、説明する。図4は、ドーム状の試料Sの平面図であり、プローブ2aと試料Sの表面とが接触する位置、すなわち試料Sの形状測定の測定点(1)〜(7)を示す図である。 Hereinafter, a method for determining the contact between the probe 2a and the surface of the sample S in the present embodiment will be described. FIG. 4 is a plan view of the dome-shaped sample S, and is a diagram showing positions where the probe 2a and the surface of the sample S come into contact with each other, that is, measurement points (1) to (7) for shape measurement of the sample S.

図5は、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。図5(a)は、測定点(1)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5(b)は、測定点(1)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5(c)は、測定点(1)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5(d)は、測定点(1)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。 FIG. 5 is a diagram showing the displacement of the cantilever 2 when the probe 2a comes into contact with the measurement point (1) of the sample S in the present embodiment. FIG. 5A shows a side view of the cantilever 2 as seen from the −Y direction when the probe 2a is in contact with the measurement point (1), and FIG. 5B shows the probe 2a at the measurement point (1). The side view of the cantilever 2 seen from the −X direction in the contact state is shown. FIG. 5 (c) shows a side view of the cantilever 2 as seen from the −Y direction in a state where the probe 2a comes into contact with the measurement point (1) and then further pushed in, and FIG. 5 (d) shows the measurement point (d). The side view of the cantilever 2 seen from the −X direction in the state where the probe 2a is brought into contact with 1) and then pushed further is shown.

図5(a),(b)に示すように、測定点(1)にプローブ2aが接触した一次の接触状態の場合、カンチレバー2には多少のたわみ量が発生するが、測定点(1)の表面に傾きが無い(水平である)ため、ねじれ量が発生しない。また、図5(c),(d)に示すように、測定点(1)にプローブ2aが接触した状態から押し付けた二次の接触状態の場合、カンチレバー2は押し付け力に応じたたわみ量が発生する。ただし、測定点(1)の表面に傾きが無いため、ねじれ量が発生しない。したがって、接触判定部42は、第1検出信号が示すたわみ量がたわみ上限閾値を超えるか否かでプローブ2aが試料Sの表面に接触したか否かを判定する。 As shown in FIGS. 5A and 5B, in the primary contact state in which the probe 2a is in contact with the measurement point (1), the cantilever 2 is slightly deflected, but the measurement point (1) Since the surface of the surface is not tilted (horizontal), no twist amount is generated. Further, as shown in FIGS. 5 (c) and 5 (d), in the secondary contact state in which the probe 2a is pressed against the measurement point (1) from the state in which the probe 2a is in contact, the cantilever 2 has a deflection amount corresponding to the pressing force. appear. However, since the surface of the measurement point (1) is not tilted, no twist amount is generated. Therefore, the contact determination unit 42 determines whether or not the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S based on whether or not the amount of deflection indicated by the first detection signal exceeds the upper limit of the deflection.

図6は、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。図6(a)は、測定点(2)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6(b)は、測定点(2)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6(c)は、測定点(2)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6(d)は、測定点(2)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。 FIG. 6 is a diagram showing the displacement of the cantilever 2 when the probe 2a comes into contact with the measurement point (2) of the sample S in the present embodiment. FIG. 6A shows a side view of the cantilever 2 as seen from the −Y direction when the probe 2a is in contact with the measurement point (2), and FIG. 6B shows the probe 2a at the measurement point (2). The side view of the cantilever 2 seen from the −X direction in the contact state is shown. FIG. 6 (c) shows a side view of the cantilever 2 as viewed from the −Y direction in a state where the probe 2a comes into contact with the measurement point (2) and then is further pushed in, and FIG. 6 (d) shows the measurement point (d). The side view of the cantilever 2 seen from the −X direction in the state where the probe 2a is brought into contact with 2) and then pushed further is shown.

図6(a),(b)に示すように、測定点(2)にプローブ2aが接触した一次の接触状態の場合、カンチレバー2は、押し付け力に対応した垂直抗力により、試料Sの表面に垂直な軸方向に、プローブ2aを傾ける力と、押し付け力と、に対応した−Z方向のたわみ量が発生する。ただし、測定点(2)の表面に±Y方向の傾きが無いため、ねじれ量が発生しない。一方、図6(c),(d)に示すように、測定点(2)にプローブ2aが接触した状態から押し付けた二次の接触状態の場合、カンチレバー2はその押し付け力が垂直抗力によるたわみ量を発生させる力を上回るとたわみ方向が変化し、+Z方向にたわむ量が発生する。ただし、測定点(2)の表面に±Y方向の傾きが無いため、ねじれ量が発生しない。 As shown in FIGS. 6A and 6B, in the primary contact state in which the probe 2a is in contact with the measurement point (2), the cantilever 2 is placed on the surface of the sample S by a normal force corresponding to the pressing force. A amount of deflection in the −Z direction corresponding to the force for tilting the probe 2a and the pressing force is generated in the vertical axial direction. However, since the surface of the measurement point (2) has no inclination in the ± Y direction, no twist amount is generated. On the other hand, as shown in FIGS. 6 (c) and 6 (d), in the case of a secondary contact state in which the probe 2a is pressed against the measurement point (2) from the state in which the probe 2a is in contact with the measurement point (2), the pressing force of the cantilever 2 is deflected by the normal force. When the force that generates the amount is exceeded, the bending direction changes, and the amount of bending in the + Z direction is generated. However, since the surface of the measurement point (2) has no inclination in the ± Y direction, no twist amount is generated.

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。したがって、従来の走査型プローブ顕微鏡は、測定点(2)にプローブ2aが接触した一次の接触状態(図6(a),(b))では、−Z方向にたわみ量が発生しているため、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、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のとき(図6(c),(d))に、プローブ2aと試料Sとの接触を判定することになる。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。 The conventional scanning probe microscope determines that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S only when the amount of deflection in the + Z direction exceeds a certain value. Therefore, in the conventional scanning probe microscope, the amount of deflection is generated in the −Z direction in the primary contact state (FIGS. 6A and 6B) in which the probe 2a is in contact with the measurement point (2). , The contact between the probe 2a and the sample S cannot be determined. Therefore, the conventional scanning probe microscope presses the sample S with a larger pressing force, and the probe 2a is in a secondary contact state in which the cantilever 2 is bent in the + Z direction (FIGS. 6 (c) and 6 (d)). The contact between the sample S and the sample S will be determined. Therefore, the probe 2a may be worn or the sample S may be deformed. Since the scanning probe microscope 1 of the present embodiment determines that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S when the amount of deflection of the cantilever 2 exceeds the first range, the probe 2a is determined to be in contact with the surface of the sample S. The primary contact state between the sample S and the sample S can be determined. Therefore, wear of the probe 2a and deformation of the sample S can be suppressed.

図7は、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。図7(a)は、測定点(3)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7(b)は、測定点(3)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7(c)は、測定点(3)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7(d)は、測定点(3)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。 FIG. 7 is a diagram showing the displacement of the cantilever 2 when the probe 2a comes into contact with the measurement point (3) of the sample S in the present embodiment. FIG. 7A shows a side view of the cantilever 2 as seen from the −Y direction when the probe 2a is in contact with the measurement point (3), and FIG. 7B shows the probe 2a at the measurement point (3). The side view of the cantilever 2 seen from the −X direction in the contact state is shown. FIG. 7 (c) shows a side view of the cantilever 2 as viewed from the −Y direction in a state where the probe 2a comes into contact with the measurement point (3) and then is further pushed in, and FIG. 7 (d) shows the measurement point (d). The side view of the cantilever 2 seen from the −X direction in the state where the probe 2a is brought into contact with 3) and then pushed further is shown.

図7(a),(b)に示すように、測定点(3)にプローブ2aが接触した場合、カンチレバー2には、押し付け力に対応した垂直抗力により、試料Sの表面に垂直な軸方向に、プローブ2aを傾ける力と、押し付け力と、に対応した+Z方向のたわみ量が発生する。ただし、測定点(3)の表面に±Y方向の傾きが無いため、ねじれ量が発生しない。一方、図7(c),(d)に示すように、測定点(3)にプローブ2aが接触した状態から押し付けた場合、カンチレバー2は押し付け力に応じたたわみ量が発生する。ただし、測定点(3)の表面に±Y方向の傾きが無いため、ねじれ量が発生しない。したがって、接触判定部42は、第1検出信号が示すたわみ量がたわみ上限閾値を超えるか否かでプローブ2aが試料Sの表面に接触したか否かを判定する。 As shown in FIGS. 7A and 7B, when the probe 2a comes into contact with the measurement point (3), the cantilever 2 is subjected to a vertical drag corresponding to the pressing force in the axial direction perpendicular to the surface of the sample S. In addition, the amount of deflection in the + Z direction corresponding to the force for tilting the probe 2a and the pressing force is generated. However, since the surface of the measurement point (3) has no inclination in the ± Y direction, no twist amount is generated. On the other hand, as shown in FIGS. 7 (c) and 7 (d), when the probe 2a is pressed against the measurement point (3) from the state of being in contact with the measurement point (3), the cantilever 2 generates a deflection amount according to the pressing force. However, since the surface of the measurement point (3) has no inclination in the ± Y direction, no twist amount is generated. Therefore, the contact determination unit 42 determines whether or not the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S based on whether or not the amount of deflection indicated by the first detection signal exceeds the upper limit of the deflection.

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。 FIG. 8 is a diagram showing the displacement of the cantilever 2 when the probe 2a comes into contact with the measurement point (4) of the sample S in the present embodiment. FIG. 8A shows a side view of the cantilever 2 as seen from the −Y direction when the probe 2a is in contact with the measurement point (4), and FIG. 8B shows the probe 2a at the measurement point (4). The side view of the cantilever 2 seen from the −X direction in the contact state is shown. FIG. 8 (c) shows a side view of the cantilever 2 as seen from the −Y direction in a state where the probe 2a comes into contact with the measurement point (4) and then further pushed in, and FIG. 8 (d) shows the measurement point (d). The side view of the cantilever 2 seen from the −X direction in the state where the probe 2a is brought into contact with 4) and then pushed further is shown.

図8(a),(b)に示すように、測定点(4)にプローブ2aが接触した場合、カンチレバー2は多少のたわみ量が発生するとともに、押し付け力に対応した垂直抗力により+Y方向のねじれ量が発生する。これは、測定点(4)における試料Sの表面に+Y方向の傾きがあるからである。また、図8(c),(d)に示すように、測定点(4)にプローブ2aが接触した状態から押し付けた場合、カンチレバー2は押し付け力に応じたたわみ量が発生するとともに、押し付け力に対応した垂直抗力により+Y方向のねじれ量が発生する。 As shown in FIGS. 8A and 8B, when the probe 2a comes into contact with the measurement point (4), the cantilever 2 generates a slight amount of deflection, and the vertical drag corresponding to the pressing force causes the cantilever 2 to bend in the + Y direction. A twist amount is generated. This is because the surface of the sample S at the measurement point (4) has an inclination in the + Y direction. Further, as shown in FIGS. 8 (c) and 8 (d), when the probe 2a is pressed against the measurement point (4) from the state of being in contact with the measurement point (4), the cantilever 2 generates a deflection amount corresponding to the pressing force and the pressing force. The amount of twist in the + Y direction is generated by the normal force corresponding to.

ここで、カンチレバー2に発生するたわみ量は、押し付け力以外に、その押し付ける試料Sの表面の傾きの影響を受ける。例えば、プローブ2aが接触する試料Sの表面が斜面である場合、カンチレバー2のたわみ量が一定値以上になるには、水平面と比較して、より大きな押し付け力が必要となる。したがって、測定点(1)と測定点(4)とを比較した場合、測定点(1)と同等のたわみ量を発生させるには、より大きな押し付け力が必要となる。 Here, the amount of deflection generated in the cantilever 2 is affected by the inclination of the surface of the sample S to be pressed in addition to the pressing force. For example, when the surface of the sample S with which the probe 2a comes into contact is a slope, a larger pressing force is required in order for the amount of deflection of the cantilever 2 to exceed a certain value, as compared with a horizontal plane. Therefore, when the measurement point (1) and the measurement point (4) are compared, a larger pressing force is required to generate the same amount of deflection as the measurement point (1).

従来の走査型プローブ顕微鏡において、上記一定値はプローブ2aが測定点(1)に接触したときのたわみ量に設定されている。これは、従来の走査型プローブ顕微鏡では、カンチレバー2のたわみが一定になるように設定されているためである。したがって、従来の走査型プローブ顕微鏡では、測定点(4)にプローブ2aが接触した状態(図8(a),(b))では、プローブ2aと試料Sとの接触を検出することができない。したがって、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が一定値を超える程度の−Z方向のたわみ量が発生したときに、プローブ2aと試料Sとの接触を検出することになる(図8(c),(d))。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のねじれ量に基づいてプローブ2aと試料Sとの接触を検出することができる。すなわち、走査型プローブ顕微鏡1は、斜面を有する測定点(4)にプローブ2aが接触した場合に(図8(a),(b))、カンチレバー2のねじれ量に基づいてプローブ2aと試料Sとの接触を検出することができる。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。 In the conventional scanning probe microscope, the constant value is set to the amount of deflection when the probe 2a comes into contact with the measurement point (1). This is because in the conventional scanning probe microscope, the deflection of the cantilever 2 is set to be constant. Therefore, in the conventional scanning probe microscope, the contact between the probe 2a and the sample S cannot be detected in the state where the probe 2a is in contact with the measurement point (4) (FIGS. 8A and 8B). Therefore, the conventional scanning probe microscope presses the sample S with a larger pressing force, and when the amount of deflection in the −Z direction to the extent that the cantilever 2 exceeds a certain value is generated, the probe 2a and the sample S come into contact with each other. It will be detected (FIGS. 8 (c) and 8 (d)). Therefore, the probe 2a may be worn or the sample S may be deformed. The scanning probe microscope 1 of the present embodiment can detect the contact between the probe 2a and the sample S based on the amount of twist of the cantilever 2. That is, in the scanning probe microscope 1, when the probe 2a comes into contact with the measurement point (4) having a slope (FIGS. 8A and 8B), the probe 2a and the sample S are based on the amount of twist of the cantilever 2. Contact with can be detected. Therefore, wear of the probe 2a and deformation of the sample S can be suppressed.

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。 FIG. 9 is a diagram showing the displacement of the cantilever 2 when the probe 2a comes into contact with the measurement point (5) of the sample S. FIG. 9A shows a side view of the cantilever 2 as seen from the −Y direction when the probe 2a is in contact with the measurement point (5), and FIG. 9B shows the probe 2a at the measurement point (5). The side view of the cantilever 2 seen from the −X direction in the contact state is shown. FIG. 9 (c) shows a side view of the cantilever 2 as viewed from the −Y direction in a state where the probe 2a comes into contact with the measurement point (5) and then is further pushed in, and FIG. 9 (d) shows the measurement point (d). The side view of the cantilever 2 seen from the −X direction in the state where the probe 2a is brought into contact with 5) and then pushed further is shown.

図9(a),(b)に示すように、測定点(5)にプローブ2aが接触した場合、カンチレバー2は多少のたわみ量が発生するとともに、押し付け力に対応した垂直抗力により+Y方向のねじれ量が発生する。これは、測定点(5)における試料Sの表面に−Y方向の傾きがあるからである。また、図9(c),(d)に示すように、測定点(5)にプローブ2aが接触した状態から押し付けた場合、カンチレバー2は押し付け力に応じたたわみ量が発生するとともに、押し付け力に対応した垂直抗力により−Y方向のねじれ量が発生する。 As shown in FIGS. 9A and 9B, when the probe 2a comes into contact with the measurement point (5), the cantilever 2 generates a slight amount of deflection, and the vertical drag corresponding to the pressing force causes the cantilever 2 to bend in the + Y direction. A twist amount is generated. This is because the surface of the sample S at the measurement point (5) has an inclination in the −Y direction. Further, as shown in FIGS. 9 (c) and 9 (d), when the probe 2a is pressed against the measurement point (5) from the state of being in contact with the measurement point (5), the cantilever 2 generates a deflection amount corresponding to the pressing force and the pressing force. The amount of twist in the -Y direction is generated by the normal force corresponding to.

ここで、カンチレバー2に発生するたわみ量は、押し付け力以外に、その押し付ける試料Sの表面の傾きの影響を受ける。例えば、プローブ2aが接触する試料Sの表面が斜面である場合、カンチレバー2のたわみ量が一定値以上になるには、水平面と比較して、より大きな押し付け力が必要となる。したがって、測定点(1)と測定点(5)とを比較した場合、測定点(1)と同等のたわみ量を発生させるには、より大きな押し付け力が必要となる。 Here, the amount of deflection generated in the cantilever 2 is affected by the inclination of the surface of the sample S to be pressed in addition to the pressing force. For example, when the surface of the sample S with which the probe 2a comes into contact is a slope, a larger pressing force is required in order for the amount of deflection of the cantilever 2 to exceed a certain value, as compared with a horizontal plane. Therefore, when the measurement point (1) and the measurement point (5) are compared, a larger pressing force is required to generate the same amount of deflection as the measurement point (1).

従来の走査型プローブ顕微鏡において、上記一定値はプローブ2aが測定点(1)に接触したときのたわみ量に設定されている。したがって、従来の走査型プローブ顕微鏡では、測定点(5)にプローブ2aが接触した状態(図9(a),(b))では、プローブ2aと試料Sとの接触を検出することができない。そのため、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が一定値を超える程度の+Z方向のたわみ量が発生したときに、プローブ2aと試料Sとの接触を検出することになる(図9(c),(d))。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のねじれ量に基づいてプローブ2aと試料Sとの接触を検出することができる。すなわち、走査型プローブ顕微鏡1は、斜面を有する測定点(5)にプローブ2aが接触した場合に(図9(a),(b))、カンチレバー2のねじれ量に基づいてプローブ2aと試料Sとの接触を検出することができる。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。 In the conventional scanning probe microscope, the constant value is set to the amount of deflection when the probe 2a comes into contact with the measurement point (1). Therefore, in the conventional scanning probe microscope, the contact between the probe 2a and the sample S cannot be detected in the state where the probe 2a is in contact with the measurement point (5) (FIGS. 9A and 9B). Therefore, the conventional scanning probe microscope presses the sample S with a larger pressing force, and detects the contact between the probe 2a and the sample S when the amount of deflection in the + Z direction to the extent that the cantilever 2 exceeds a certain value is generated. (Fig. 9 (c), (d)). Therefore, the probe 2a may be worn or the sample S may be deformed. The scanning probe microscope 1 of the present embodiment can detect the contact between the probe 2a and the sample S based on the amount of twist of the cantilever 2. That is, in the scanning probe microscope 1, when the probe 2a comes into contact with the measurement point (5) having a slope (FIGS. 9A and 9B), the probe 2a and the sample S are based on the amount of twist of the cantilever 2. Contact with can be detected. Therefore, wear of the probe 2a and deformation of the sample S can be suppressed.

図10は、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。図10(a)は、測定点(6)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10(b)は、測定点(6)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10(c)は、測定点(6)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10(d)は、測定点(6)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。 FIG. 10 is a diagram showing the displacement of the cantilever 2 when the probe 2a comes into contact with the measurement point (6) of the sample S. FIG. 10A shows a side view of the cantilever 2 as seen from the −Y direction when the probe 2a is in contact with the measurement point (6), and FIG. 10B shows the probe 2a at the measurement point (6). The side view of the cantilever 2 seen from the −X direction in the contact state is shown. FIG. 10 (c) shows a side view of the cantilever 2 as seen from the −Y direction in a state where the probe 2a comes into contact with the measurement point (6) and then is further pushed in, and FIG. 10 (d) shows the measurement point (d). The side view of the cantilever 2 seen from the −X direction in the state where the probe 2a is brought into contact with 6) and then pushed further is shown.

図10(a),(b)に示すように、測定点(6)にプローブ2aが接触した場合、カンチレバー2には、押し付け力に対応した垂直抗力により、試料Sの表面に垂直な軸方向に、プローブ2aを傾ける力と、押し付け力と、に対応した+Z方向のたわみ量が発生する。また、カンチレバー2には、押し付け力に対応した垂直抗力により−Y方向のねじれが発生する。また、図10(c),(d)に示すように、測定点(6)にプローブ2aが接触した状態から押し付けた場合、カンチレバー2は押し付け力に応じたたわみ量が発生するとともに、押し付け力に対応した垂直抗力により−Y方向のねじれ量が発生する。したがって、接触判定部42は、第1検出信号が示すたわみ量がたわみ上限閾値を超えるか否か、又は第2検出信号が示すねじれ量がねじれ上限閾値を超えるか否かでプローブ2aが試料Sの表面に接触したか否かを判定することができる。 As shown in FIGS. 10A and 10B, when the probe 2a comes into contact with the measurement point (6), the cantilever 2 is subjected to a vertical drag corresponding to the pressing force in the axial direction perpendicular to the surface of the sample S. In addition, the amount of deflection in the + Z direction corresponding to the force for tilting the probe 2a and the pressing force is generated. Further, the cantilever 2 is twisted in the −Y direction due to the normal force corresponding to the pressing force. Further, as shown in FIGS. 10 (c) and 10 (d), when the probe 2a is pressed against the measurement point (6) from the state of being in contact with the measurement point (6), the cantilever 2 generates a deflection amount corresponding to the pressing force and the pressing force. The amount of twist in the -Y direction is generated by the normal force corresponding to. Therefore, in the contact determination unit 42, the probe 2a determines whether the deflection amount indicated by the first detection signal exceeds the deflection upper limit threshold value or the twist amount indicated by the second detection signal exceeds the twist upper limit threshold value. It is possible to determine whether or not it has come into contact with the surface of the.

図11は、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。図11(a)は、測定点(7)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11(b)は、測定点(7)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11(c)は、測定点(7)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11(d)は、測定点(7)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。 FIG. 11 is a diagram showing the displacement of the cantilever 2 when the probe 2a comes into contact with the measurement point (7) of the sample S. FIG. 11A shows a side view of the cantilever 2 as seen from the −Y direction when the probe 2a is in contact with the measurement point (7), and FIG. 11B shows the probe 2a at the measurement point (7). The side view of the cantilever 2 seen from the −X direction in the contact state is shown. FIG. 11 (c) shows a side view of the cantilever 2 as seen from the −Y direction in a state where the probe 2a comes into contact with the measurement point (7) and then is further pushed in, and FIG. 11 (d) shows the measurement point (d). The side view of the cantilever 2 seen from the −X direction in the state where the probe 2a is brought into contact with 7) and then pushed further is shown.

図11(a),(b)に示すように、測定点(7)にプローブ2aが接触した一次の接触状態の場合、カンチレバー2には、押し付け力に対応した垂直抗力により、試料Sの表面に垂直な軸方向に、プローブ2aを傾ける力と、押し付け力と、に対応した−Z方向のたわみ量が発生する。また、カンチレバー2には、押し付け力に対応した垂直抗力により−Y方向のねじれ量が発生する。一方、図11(c),(d)に示すように、測定点(6)にプローブ2aが接触した状態から押し付けた二次の接触状態の場合、カンチレバー2はその押し付け力が垂直抗力によるたわみ量を発生させる力を上回るとたわみ方向が変化し、+Z方向にたわみ量が発生する。また、カンチレバー2には、押し付け力に対応した垂直抗力により−Y方向のねじれ量が発生する。 As shown in FIGS. 11A and 11B, in the primary contact state in which the probe 2a is in contact with the measurement point (7), the cantilever 2 has a normal force corresponding to the pressing force on the surface of the sample S. The amount of deflection in the −Z direction corresponding to the force for tilting the probe 2a and the pressing force is generated in the axial direction perpendicular to. Further, the cantilever 2 is twisted in the −Y direction due to the normal force corresponding to the pressing force. On the other hand, as shown in FIGS. 11 (c) and 11 (d), in the case of a secondary contact state in which the probe 2a is pressed against the measurement point (6) from the state in which the probe 2a is in contact with the measurement point (6), the pressing force of the cantilever 2 is deflected by the normal force. When the force for generating the amount is exceeded, the bending direction changes, and the bending amount is generated in the + Z direction. Further, the cantilever 2 is twisted in the −Y direction due to the normal force corresponding to the pressing force.

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。 In the conventional scanning probe microscope, it is determined that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S only when the amount of deflection in the + Z direction exceeds a certain value. In the contact state (FIGS. 11A and 11B), the contact between the probe 2a and the sample S cannot be determined. Therefore, as described above, in the conventional scanning probe microscope, the sample S is pressed with a larger pressing force, and the cantilever 2 is bent in the + Z direction in the secondary contact state (FIGS. 11 (c) and 11 (d)). Occasionally, the contact between the probe 2a and the sample S will be detected. Therefore, the probe 2a may be worn or the sample S may be deformed. Since the scanning probe microscope 1 of the present embodiment determines that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S when the amount of deflection of the cantilever 2 exceeds the first range, the probe 2a is determined to be in contact with the surface of the sample S. The primary contact state between the sample S and the sample S can be determined. Therefore, wear of the probe 2a and deformation of the sample S can be suppressed.

上述したように、従来の走査型プローブ顕微鏡では、プローブが接触する試料表面の形状によって、プローブ2aと試料Sとの接触を検出する接触検出時における押し付け力にばらつきが生じていた。本実施形態の走査型プローブ顕微鏡1では、試料Sにプローブ2aが接した状態を、持ち上がり方向(+Z方向)によるたわみ量以外に、持ち下がり方向(−Z方向)、ねじれ方向(±Y方向)の変位(ねじれ量)であっても全方位で検出し判定するため、試料Sの表面の傾斜の影響による押し付け力のばらつきを低減し、プローブ2aを試料Sへの過剰な押し付けを未然に防止できる。 As described above, in the conventional scanning probe microscope, the pressing force at the time of contact detection for detecting the contact between the probe 2a and the sample S varies depending on the shape of the sample surface with which the probe contacts. In the scanning probe microscope 1 of the present embodiment, the state in which the probe 2a is in contact with the sample S is measured in the lifting direction (−Z direction) and the twisting direction (± Y direction) in addition to the amount of deflection in the lifting direction (+ Z direction). Since even the displacement (twist amount) of the sample S is detected and judged in all directions, the variation in the pressing force due to the influence of the inclination of the surface of the sample S is reduced, and the probe 2a is prevented from being excessively pressed against the sample S. it can.

図1に戻り、駆動部43は、移動駆動部5によるカンチレバー2の駆動を制御する。駆動部43は、移動駆動部5によりカンチレバー2を下降させることでプローブ2aを試料Sの表面とを接触させる。そして、測定部44は、プローブ2aと試料Sの表面とが接触すると、カンチレバーが移動した距離を測定することで、試料Sの表面の凸凹形状を測定する。このように、測定部44は、プローブ2aと試料Sの表面とが接触させる際に、相対的に他方に対して移動させた距離である相対距離(以下、単に「相対距離」という。)を測定する。本実施形態では、相対距離は、プローブ2aと試料Sの表面とが接触するまでカンチレバー2を下降させた移動距離であるが、プローブ2aと試料Sの表面とが接触するまで試料Sを上昇させた移動距離でもよい。なお、測定部44は、試料Sの表面の物性を測定してもよい。例えば、測定部44は、プローブ2aと試料Sの表面とが接触した状態で試料Sの表面を連続的に走査することで、試料Sの表面の凸凹形状を測定してもよい。また、駆動部43は、予め設定された複数の試料Sの表面の測定点のみ、プローブ2aと試料Sの表面とを接触させることで試料Sの表面を間欠的に走査し、試料Sの表面の凸凹形状を測定する間欠的測定方法で測定してもよい。間欠的測定方法は、プローブ2aが予め設定された複数の測定点の間を移動するときには、試料Sの凸部への接触を避けるためプローブ2aを試料Sの表面から一定距離(以下、「引き離し距離」という。)だけ離した状態で移動し、次の測定点の箇所でプローブ2aを試料Sの表面に接近させる。そして、プローブ2aを試料Sの表面に接触させて試料Sの表面の凸凹形状の測定を行い、その後に再び引き離し距離だけ離れた位置にプローブ2aを退避させる測定方法である。
本実施形態では、制御装置7が間欠的測定方法を用いる場合について説明する。
Returning to FIG. 1, the drive unit 43 controls the drive of the cantilever 2 by the mobile drive unit 5. The drive unit 43 brings the probe 2a into contact with the surface of the sample S by lowering the cantilever 2 by the moving drive unit 5. Then, the measuring unit 44 measures the uneven shape of the surface of the sample S by measuring the distance that the cantilever has moved when the probe 2a and the surface of the sample S come into contact with each other. In this way, the measuring unit 44 determines the relative distance (hereinafter, simply referred to as “relative distance”), which is the distance moved relative to the other when the probe 2a and the surface of the sample S are brought into contact with each other. Measure. In the present embodiment, the relative distance is the moving distance in which the cantilever 2 is lowered until the probe 2a and the surface of the sample S come into contact with each other, but the sample S is raised until the probe 2a and the surface of the sample S come into contact with each other. It may be the distance traveled. The measuring unit 44 may measure the physical characteristics of the surface of the sample S. For example, the measuring unit 44 may measure the uneven shape of the surface of the sample S by continuously scanning the surface of the sample S in a state where the probe 2a and the surface of the sample S are in contact with each other. Further, the driving unit 43 intermittently scans the surface of the sample S by bringing the probe 2a and the surface of the sample S into contact with each other only at the measurement points on the surface of the plurality of sample S set in advance, and the surface of the sample S. It may be measured by an intermittent measuring method for measuring the uneven shape of the sample. In the intermittent measurement method, when the probe 2a moves between a plurality of preset measurement points, the probe 2a is separated from the surface of the sample S by a certain distance (hereinafter, “pulled apart” in order to avoid contact with the convex portion of the sample S. The probe 2a is moved closer to the surface of the sample S at the next measurement point by moving with a distance (referred to as "distance"). Then, the probe 2a is brought into contact with the surface of the sample S to measure the uneven shape of the surface of the sample S, and then the probe 2a is retracted to a position separated by the separation distance again.
In the present embodiment, a case where the control device 7 uses the intermittent measurement method will be described.

駆動部43は、第1駆動部431及び第2駆動部432を備える。
第1駆動部431は、試料Sの表面を走査する場合に、プローブ2aと試料Sの表面とを接触させるため第1駆動信号をZ方向駆動装置22に出力し、カンチレバー2を下降させる。これにより、第1駆動部431は、プローブ2aと試料Sの表面とを接近させる。
The drive unit 43 includes a first drive unit 431 and a second drive unit 432.
When scanning the surface of the sample S, the first drive unit 431 outputs a first drive signal to the Z-direction drive device 22 in order to bring the probe 2a into contact with the surface of the sample S, and lowers the cantilever 2. As a result, the first driving unit 431 brings the probe 2a and the surface of the sample S close to each other.

第1駆動部431は、接触判定部42から第1接触信号と第2接触信号とのうち、少なくともいずれか一方が出力された場合、Z方向駆動装置22に対する第1駆動信号の出力を停止することで、カンチレバー2の下降動作を停止させる。 The first drive unit 431 stops the output of the first drive signal to the Z-direction drive device 22 when at least one of the first contact signal and the second contact signal is output from the contact determination unit 42. As a result, the lowering operation of the cantilever 2 is stopped.

第1駆動部431によりカンチレバー2の下降動作が停止された後、測定部44は、相対距離を測定する。第1駆動部431は、測定部44による相対距離の測定が完了した場合、プローブ2aを試料Sの表面から引き離し距離だけ退避させる。そして、第2駆動部432は、次の測定位置の直上に位置する測定下降位置にプローブ2aを移動させるために、XYスキャナ25に第2駆動信号を出力する。そして、第1駆動部431は、その測定下降位置からカンチレバー2を下降させ、次の測定位置においてプローブ2aを接触させ、再度測定部44による相対距離の測定が開始される。 After the lowering operation of the cantilever 2 is stopped by the first driving unit 431, the measuring unit 44 measures the relative distance. When the measurement of the relative distance by the measuring unit 44 is completed, the first driving unit 431 pulls the probe 2a away from the surface of the sample S and retracts it by the distance. Then, the second drive unit 432 outputs the second drive signal to the XY scanner 25 in order to move the probe 2a to the measurement lowering position located immediately above the next measurement position. Then, the first drive unit 431 lowers the cantilever 2 from the measurement lowering position, contacts the probe 2a at the next measurement position, and the measurement unit 44 starts measuring the relative distance again.

測定部44は、プローブ2aと試料Sの表面とが接触している状態で、試料Sの表面の凸凹形状を測定する。すなわち、測定部44は、相対距離を測定位置毎に取得することで、試料Sの表面の凸凹形状を測定する。例えば、測定部44は、プローブ2aと試料Sの表面とが接触している状態における第1駆動信号の電圧値に基づいて相対距離を算出してもよい。また、測定部44は、第1駆動部431の変位をセンサー(不図示)により直接計測してもよいし、プローブの高さをセンサー(不図示)により直接計測してもよい。 The measuring unit 44 measures the uneven shape of the surface of the sample S in a state where the probe 2a and the surface of the sample S are in contact with each other. That is, the measuring unit 44 measures the uneven shape of the surface of the sample S by acquiring the relative distance for each measurement position. For example, the measuring unit 44 may calculate the relative distance based on the voltage value of the first drive signal in a state where the probe 2a and the surface of the sample S are in contact with each other. Further, the measuring unit 44 may directly measure the displacement of the first driving unit 431 by a sensor (not shown), or may directly measure the height of the probe by a sensor (not shown).

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。 The flow of the contact detection process for detecting the contact between the probe 2a and the surface of the sample S in the control device 7 of the present embodiment will be described below. FIG. 12 is a diagram showing a flow of a contact detection process for detecting contact between the probe 2a and the surface of the sample S in the control device 7 of the present embodiment. As an initial condition, it is assumed that the probe 2a is located at the measurement descending position at a predetermined measurement point.

第1駆動部431は、プローブ2aと試料Sの表面とを接触させるため第1駆動信号をZ方向駆動装置22に出力し、カンチレバー2を下降させることでプローブ2aを試料Sの表面に接近させる接近動作を開始する(ステップS100)。 The first drive unit 431 outputs a first drive signal to the Z-direction drive device 22 in order to bring the probe 2a into contact with the surface of the sample S, and lowers the cantilever 2 to bring the probe 2a closer to the surface of the sample S. The approaching operation is started (step S100).

第1判定部421は、光検出部33から出力される第1検出信号が示すたわみ量が第1の範囲外か否かを判定する(ステップS101)。第1判定部421は、光検出部33から出力される第1検出信号が示すたわみ量が第1の範囲外である場合に、プローブ2aが試料Sの表面に接触したと判定し、第1接触信号を第1駆動部431に出力する。第2判定部422は、光検出部33から出力される第1検出信号が示すたわみ量が第1の範囲内であると判定された場合に、光検出部33から出力される第2検出信号が示すねじれ量が第2の範囲外か否かを判定する(ステップS102)。第2判定部422は、光検出部33から出力される第2検出信号が示すねじれ量が第2の範囲外である場合に、プローブ2aが試料Sの表面に接触したと判定し、第2接触信号を第1駆動部431に出力する。第2判定部422は、光検出部33から出力される第2検出信号が示すねじれ量が第2の範囲外ではない場合には、カンチレバーの接近動作を継続する。なお、図12において、ステップS101の処理の後に、ステップS102の処理を実行したが、これに限定されない。本実施形態における制御装置7は、ステップS102の処理の後に、ステップS101の処理を行ってもよいし、ステップS101の処理と、ステップS102の処理とを並列に実行してもよい。 The first determination unit 421 determines whether or not the amount of deflection indicated by the first detection signal output from the light detection unit 33 is out of the first range (step S101). The first determination unit 421 determines that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S when the amount of deflection indicated by the first detection signal output from the light detection unit 33 is out of the first range, and the first determination unit 421 determines that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S. The contact signal is output to the first drive unit 431. The second determination unit 422 outputs a second detection signal from the light detection unit 33 when it is determined that the amount of deflection indicated by the first detection signal output from the light detection unit 33 is within the first range. It is determined whether or not the amount of twist indicated by is out of the second range (step S102). The second determination unit 422 determines that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S when the amount of twist indicated by the second detection signal output from the light detection unit 33 is out of the second range, and the second determination unit 422 determines that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S. The contact signal is output to the first drive unit 431. The second determination unit 422 continues the approaching operation of the cantilever when the twist amount indicated by the second detection signal output from the light detection unit 33 is not outside the second range. In FIG. 12, the process of step S102 is executed after the process of step S101, but the present invention is not limited to this. The control device 7 in the present embodiment may perform the process of step S101 after the process of step S102, or may execute the process of step S101 and the process of step S102 in parallel.

第1駆動部431は、第1接触信号と第2接触信号とのうち、少なくともいずれか一方を取得した場合、Z方向駆動装置22に対する第1駆動信号の出力を停止することで、カンチレバー2の接近動作を停止させる(ステップS103)。 When the first drive unit 431 acquires at least one of the first contact signal and the second contact signal, the first drive unit 431 stops the output of the first drive signal to the Z-direction drive device 22 to cause the cantilever 2 to operate. The approaching operation is stopped (step S103).

測定部44は、プローブ2aと試料Sの表面とが接触している状態で、第1駆動信号の電圧値に基づいて相対距離を算出することで、試料Sの表面の凸凹形状を測定する(ステップS104)。 The measuring unit 44 measures the uneven shape of the surface of the sample S by calculating the relative distance based on the voltage value of the first drive signal in a state where the probe 2a and the surface of the sample S are in contact with each other (the uneven shape of the surface of the sample S is calculated. Step S104).

第1駆動部431は、測定部44による所定の測定位置における凸凹形状の測定が完了すると、プローブ2aを試料Sの表面から引き離し距離だけ退避させる(ステップS105)。そして、第2駆動部432は、XYスキャナ25に第2駆動信号を出力することで、次の測定位置の直上に位置する測定下降位置にプローブ2aを移動させる(ステップS106)。 When the measurement of the uneven shape at a predetermined measurement position by the measurement unit 44 is completed, the first drive unit 431 pulls the probe 2a away from the surface of the sample S and retracts it by a distance (step S105). Then, the second drive unit 432 outputs the second drive signal to the XY scanner 25 to move the probe 2a to the measurement lowering position located immediately above the next measurement position (step S106).

なお、走査型プローブ顕微鏡1は、接触検出処理において、上記の様な時系列的な測定だけでなく、並列的な測定(以下、「並列測定」という。)を行ってもよい。例えば、測定部44は、接触判定部42から第1接触信号と第2接触信号とのうち、少なくともいずれか一方が出力された時の相対距離を測定すると同時に、第1駆動部431がZ方向駆動装置22に対する第1駆動信号の出力を反転することで、カンチレバー2の下降動作を反転させる。以下、本実施形態における並列測定について、説明する。図13は、本実施形態における接触検出処理の並列測定の流れを示す図である。 In the contact detection process, the scanning probe microscope 1 may perform not only the time-series measurement as described above but also parallel measurement (hereinafter, referred to as “parallel measurement”). For example, the measuring unit 44 measures the relative distance when at least one of the first contact signal and the second contact signal is output from the contact determination unit 42, and at the same time, the first driving unit 431 is in the Z direction. By inverting the output of the first drive signal to the drive device 22, the lowering operation of the cantilever 2 is reversed. Hereinafter, the parallel measurement in the present embodiment will be described. FIG. 13 is a diagram showing a flow of parallel measurement of the contact detection process in the present embodiment.

第1駆動部431は、プローブ2aと試料Sの表面とを接触させるため第1駆動信号をZ方向駆動装置22に出力し、カンチレバー2を下降させることでプローブ2aを試料Sの表面に接近させる接近動作を開始する(ステップS200)。 The first drive unit 431 outputs a first drive signal to the Z-direction drive device 22 in order to bring the probe 2a into contact with the surface of the sample S, and lowers the cantilever 2 to bring the probe 2a closer to the surface of the sample S. The approaching operation is started (step S200).

第1判定部421は、光検出部33から出力される第1検出信号が示すたわみ量が第1の範囲外か否かを判定する(ステップS201)。第1判定部421は、光検出部33から出力される第1検出信号が示すたわみ量が第1の範囲外である場合に、プローブ2aが試料Sの表面に接触したと判定し、第1接触信号を第1駆動部431に出力する。第2判定部422は、光検出部33から出力される第1検出信号が示すたわみ量が第1の範囲内であると判定された場合に、光検出部33から出力される第2検出信号が示すねじれ量が第2の範囲外か否かを判定する(ステップS202)。第2判定部422は、光検出部33から出力される第2検出信号が示すねじれ量が第2の範囲外である場合に、プローブ2aが試料Sの表面に接触したと判定し、第2接触信号を第1駆動部431に出力する。 The first determination unit 421 determines whether or not the amount of deflection indicated by the first detection signal output from the light detection unit 33 is out of the first range (step S201). The first determination unit 421 determines that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S when the amount of deflection indicated by the first detection signal output from the light detection unit 33 is out of the first range, and the first determination unit 421 determines that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S. The contact signal is output to the first drive unit 431. The second determination unit 422 outputs a second detection signal from the light detection unit 33 when it is determined that the amount of deflection indicated by the first detection signal output from the light detection unit 33 is within the first range. It is determined whether or not the amount of twist indicated by is out of the second range (step S202). The second determination unit 422 determines that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S when the amount of twist indicated by the second detection signal output from the light detection unit 33 is out of the second range, and the second determination unit 422 determines that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S. The contact signal is output to the first drive unit 431.

例えば、測定部44は、接触検出処理が開始されると連続的に相対距離を測定する。そして、測定部44は、接触判定部42から第1接触信号と第2接触信号とのうち、少なくともいずれか一方が出力された時の相対距離を、プローブ2aが試料Sに接触した時の相対距離に決定する(ステップS203)。なお、測定部44は、接触判定部42から第1接触信号と第2接触信号が出力された場合にのみ、相対距離を測定してもよい。
第1駆動部431は、測定部44により相対距離が決定されると同時に、プローブ2aを試料Sの表面から引き離し距離だけ退避させる(ステップS203)。そして、第2駆動部432は、XYスキャナ25に第2駆動信号を出力することで、次の測定位置の直上に位置する測定下降位置にプローブ2aを移動させる(ステップS204)。
For example, the measuring unit 44 continuously measures the relative distance when the contact detection process is started. Then, the measuring unit 44 sets the relative distance when at least one of the first contact signal and the second contact signal is output from the contact determination unit 42, and the relative distance when the probe 2a comes into contact with the sample S. The distance is determined (step S203). The measuring unit 44 may measure the relative distance only when the first contact signal and the second contact signal are output from the contact determination unit 42.
At the same time that the relative distance is determined by the measuring unit 44, the first driving unit 431 pulls the probe 2a away from the surface of the sample S and retracts it by the distance (step S203). Then, the second drive unit 432 outputs the second drive signal to the XY scanner 25 to move the probe 2a to the measurement lowering position located immediately above the next measurement position (step S204).

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。
As described above, in the parallel measurement in the present embodiment, the relative distance when the probe 2a of the cantilever comes into contact with the sample S can be measured without stopping the cantilever 2. When the relative distance is measured after the cantilever 2 is stopped, an overrun occurs for a short time until the cantilever 2 is stopped, the error of the measured value of the measuring unit 44 increases, and the force on the sample S increases. It may be pushed hard by the amount of error.
Since the scanning probe microscope 1 of the present embodiment can simultaneously detect the contact between the probe 2a and the sample S and measure the relative distance at the time of the contact, the overrun of the cantilever 2 is suppressed and the measurement is performed. It is possible to suppress an increase in the error of the measured value of the unit 44. Therefore, the scanning probe microscope 1 can reduce the strong pressing of the force on the sample S.

上述したように、本実施形態における走査型プローブ顕微鏡1は、試料Sの表面にプローブ2aを接触させて、試料Sの表面をプローブ2aで走査する走査型プローブ顕微鏡であって、カンチレバー2のたわみ量とねじれ量とに基づいてプローブ2aが試料Sの表面に接触したか否かを判定する。具体的には、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の範囲を超える第1条件と、カンチレバー2のねじれ量が第2の範囲を超える第2条件の少なくともいずれか一方が成立した場合に、プローブ2aが試料Sの表面に接触したと判定する。これにより、プローブ2aが接触する試料Sの表面が斜面である場合において、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の押し付け力の値が、水平面と比較して変化する現象を改善することができる。 As described above, the scanning probe microscope 1 in the present embodiment is a scanning probe microscope in which the probe 2a is brought into contact with the surface of the sample S and the surface of the sample S is scanned by the probe 2a, and the deflection of the cantilever 2 is obtained. It is determined whether or not the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S based on the amount and the amount of twist. Specifically, the scanning probe microscope 1 has at least one of a first condition in which the amount of deflection of the cantilever 2 exceeds the first range and a second condition in which the amount of twist of the cantilever 2 exceeds the second range. When it is established, it is determined that the probe 2a has come into contact with the surface of the sample S. As a result, when the surface of the sample S with which the probe 2a comes into contact is a slope, the value of the contact detection pressing force for detecting the contact between the probe 2a and the surface of the sample S changes as compared with the horizontal plane. Can be improved.

また、上述の実施形態において、走査型プローブ顕微鏡1は、光検出部33により出力される第2検出信号が示すねじれ量に基づいて、走査方向における試料Sの表面に傾斜があるか否かを判定してもよい。また、走査型プローブ顕微鏡1は、光検出部33により出力される第2検出信号が示すねじれ量の大きさに基づいて、走査方向における試料Sの表面の傾斜の大きさ(角度)を予測してもよい。また、走査型プローブ顕微鏡1は、光検出部33により出力される第2検出信号が示すねじれ量の符号に基づいて、走査方向における試料Sの表面の傾斜が下り傾斜か上り傾斜かを判定してもよい。 Further, in the above-described embodiment, the scanning probe microscope 1 determines whether or not the surface of the sample S in the scanning direction is inclined based on the amount of twist indicated by the second detection signal output by the photodetector 33. You may judge. Further, the scanning probe microscope 1 predicts the magnitude (angle) of the surface inclination of the sample S in the scanning direction based on the magnitude of the twist amount indicated by the second detection signal output by the photodetector 33. You may. Further, the scanning probe microscope 1 determines whether the inclination of the surface of the sample S in the scanning direction is a downward inclination or an upward inclination based on the code of the amount of twist indicated by the second detection signal output by the photodetector 33. You may.

また、上述の実施形態において、走査型プローブ顕微鏡1は、光検出部33により出力される第2検出信号が示すねじれ量に基づいて、プローブ2aを試料Sから離れる方向に退避させる引き離し距離を算出する算出部をさらに備えてもよい。すなわち、走査型プローブ顕微鏡1は、間欠的測定方法において、カンチレバー2のねじれ量に基づいて次の測定下降位置へ移動する場合の引き離し距離を決定してもよい。例えば、算出部は、光検出部33により出力される第2検出信号が示すねじれ量の大きさや符号に基づいて、引き離し距離を決定する。また、算出部は、ねじれ量と引き離し距離とが関連付けされたテーブルを備え、光検出部33により出力される第2検出信号が示すねじれ量に対応する引き離し距離を、上記テーブルから選択することで、引き離し距離を決定してもよい。引き離し距離の最適値は、試料Sの表面の形状により異なる。したがって、試料表面の形状が解らない未知の試料を走査する場合では、事前に最適な引き離し距離を推定する必要がある。本実施形態では、走査方向における試料Sの斜面の傾斜に応じて引き離し距離を決定することができるため、次の測定位置の直上に位置する測定下降位置にプローブ2aを移動させる場合に、プローブ2aと試料Sの接触を低減し、且つ測定時間を短縮することが可能となる。 Further, in the above-described embodiment, the scanning probe microscope 1 calculates the separation distance for retracting the probe 2a in the direction away from the sample S based on the amount of twist indicated by the second detection signal output by the photodetector 33. A calculation unit may be further provided. That is, in the intermittent measurement method, the scanning probe microscope 1 may determine the pulling distance when moving to the next measurement lowering position based on the twist amount of the cantilever 2. For example, the calculation unit determines the separation distance based on the magnitude and sign of the twist amount indicated by the second detection signal output by the light detection unit 33. Further, the calculation unit includes a table in which the twist amount and the separation distance are associated with each other, and by selecting the separation distance corresponding to the twist amount indicated by the second detection signal output by the photodetection unit 33 from the above table. , The separation distance may be determined. The optimum value of the pulling distance depends on the shape of the surface of the sample S. Therefore, when scanning an unknown sample whose surface shape is unknown, it is necessary to estimate the optimum separation distance in advance. In the present embodiment, the pulling distance can be determined according to the inclination of the slope of the sample S in the scanning direction. Therefore, when the probe 2a is moved to the measurement descending position located directly above the next measurement position, the probe 2a It is possible to reduce the contact between the sample S and the sample S and shorten the measurement time.

また、上述の実施形態において、走査型プローブ顕微鏡1は、次の測定位置の直上に位置する測定下降位置にプローブ2aを移動させる場合に、光検出部33により出力される第2検出信号が示すねじれ量に基づいて、プローブ2aと試料Sの表面との接触を検出してもよい。例えば、走査型プローブ顕微鏡1は、次の測定位置の直上に位置する測定下降位置へのプローブ2aの移動時において、プローブ2aと試料Sの表面との接触を検出した場合には、その移動を停止し、プローブ2aを試料Sの表面から+Z方向に退避させる。これにより、プローブ2aが測定下降位置に移動している場合において、プローブ2aと試料Sが接触したとしても、従来と比較してプローブ2aの摩耗や試料Sの損傷を抑制することができる。 Further, in the above-described embodiment, the scanning probe microscope 1 is indicated by a second detection signal output by the photodetector 33 when the probe 2a is moved to a measurement descending position located immediately above the next measurement position. The contact between the probe 2a and the surface of the sample S may be detected based on the amount of twist. For example, when the scanning probe microscope 1 detects contact between the probe 2a and the surface of the sample S when the probe 2a is moved to the measurement descending position located immediately above the next measurement position, the movement is performed. The probe 2a is stopped and retracted from the surface of the sample S in the + Z direction. As a result, when the probe 2a is moved to the measurement lowering position, even if the probe 2a and the sample S come into contact with each other, it is possible to suppress the wear of the probe 2a and the damage of the sample S as compared with the conventional case.

また、上述の実施形態において、走査型プローブ顕微鏡1は、間欠的測定方法における退避動作において、第1検出信号が示すたわみ量と、第2検出信号が示すねじれ量とに基づいて、プローブ2aと試料Sの表面とが接触していないことを判定してもよい。 Further, in the above-described embodiment, the scanning probe microscope 1 has the probe 2a and the probe 2a based on the amount of deflection indicated by the first detection signal and the amount of twist indicated by the second detection signal in the retracting operation in the intermittent measurement method. It may be determined that the surface of the sample S is not in contact with the surface.

また、上述の実施形態において、走査型プローブ顕微鏡1は、プローブ2aと試料Sの表面とが接触した状態で試料Sの表面を連続的に走査する場合に、第1検出信号が示すたわみ量が第1の範囲内であり、且つ、第2検出信号が示すねじれ量が第2の範囲内になるように、Z方向駆動装置22を制御してもよい。これにより、試料Sの表面が斜面を有する場合であっても、プローブ2aと試料Sの表面との距離が一定の距離に保持することができる。 Further, in the above-described embodiment, when the scanning probe microscope 1 continuously scans the surface of the sample S in a state where the probe 2a and the surface of the sample S are in contact with each other, the amount of deflection indicated by the first detection signal is large. The Z-direction drive device 22 may be controlled so that it is within the first range and the amount of twist indicated by the second detection signal is within the second range. As a result, even when the surface of the sample S has a slope, the distance between the probe 2a and the surface of the sample S can be maintained at a constant distance.

また、上述の実施形態において、試料台4を移動させるのではなく、カンチレバー2を移動させることで、プローブ2aと試料Sとを、XY方向に対して相対的に移動させるようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the probe 2a and the sample S may be moved relative to the XY direction by moving the cantilever 2 instead of moving the sample table 4.

上述した実施形態における制御装置7をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。 The control device 7 in the above-described embodiment may be realized by a computer. In that case, the program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium may be read by the computer system and executed. The term "computer system" as used herein includes hardware such as an OS and peripheral devices. Further, the "computer-readable recording medium" refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, or a CD-ROM, or a storage device such as a hard disk built in a computer system. Further, a "computer-readable recording medium" is a communication line for transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, and dynamically holds the program for a short period of time. In that case, a program may be held for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system serving as a server or a client. Further, the above program may be for realizing a part of the above-mentioned functions, and may be further realized for realizing the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system. It may be realized by using a programmable logic device such as FPGA (Field Programmable Gate Array).

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The execution order of each process such as operation, procedure, step, and step in the device, system, program, and method shown in the claims, the specification, and the drawing is particularly "before" and "prior to". It should be noted that it can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Even if the scope of claims, the specification, and the operation flow in the drawings are explained using "first", "next", etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It's not a thing.

1 走査型プローブ顕微鏡
2 カンチレバー
5 移動駆動部
6 変位検出部
7 制御装置
42 接触判定部
43 駆動部
44 測定部
421 第1判定部
422 第2判定部
1 Scanning probe microscope 2 Cantilever 5 Moving drive unit 6 Displacement detection unit 7 Control device 42 Contact judgment unit 43 Drive unit 44 Measurement unit 421 1st judgment unit 422 2nd judgment unit

Claims (9)

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、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。
A scanning probe microscope in which a probe is brought into contact with the sample surface and the sample surface is scanned by the probe.
A cantilever equipped with the probe at the tip,
A displacement detection unit that detects the amount of deflection and the amount of twist of the cantilever,
A contact determination unit that determines the primary contact of the probe with the sample surface based on the amount of deflection and the amount of twist in the cantilever detected by the displacement detection unit.
A scanning probe microscope equipped with.
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、カンチレバーにおける−Z方向のたわみ量の値を用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ことが可能である接触判定部と、
を備える走査型プローブ顕微鏡。
A scanning probe microscope in which a probe is brought into contact with the sample surface and the sample surface is scanned by the probe.
A cantilever equipped with the probe at the tip,
A displacement detection unit that detects the amount of deflection and the amount of twist of the cantilever,
A contact determination unit capable of determining the primary contact of the probe with the sample surface using the value of the amount of deflection in the −Z direction of the cantilever detected by the displacement detection unit.
A scanning probe microscope equipped with.
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又は請求項2に記載の走査型プローブ顕微鏡。 The first or second aspect of the present invention, wherein the contact determination unit determines that the probe has come into contact with the sample surface when at least one of the deflection amount and the twist amount exceeds a predetermined range. Scanning probe microscope. 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から請求項3のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡。 Any of claims 1 to 3, further comprising a measuring unit that measures a relative distance, which is a distance that one of the probes is relatively moved relative to the other when the probe and the surface of the sample are brought into contact with each other. The scanning probe microscope according to one item. 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4に記載の走査型プローブ顕微鏡。 The scanning probe according to claim 4, further comprising a moving drive unit that retracts the probe in a direction away from the sample and moves to the next measurement position of the sample after the relative distance is measured by the measuring unit. microscope. 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5に記載の走査型プローブ顕微鏡。 The scanning probe microscope according to claim 5, further comprising a calculation unit for a retracting distance of the probe in a direction away from the sample based on the amount of deflection and the amount of twist. 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5又は請求項6に記載の走査型プローブ顕微鏡。 The movement driving unit moves to a measurement lowering position located directly above the next measurement position that does not come into contact with the probe after the evacuation, and lowers the probe from the measurement lowering position to the measurement position. The scanning probe microscope according to claim 6. 前記変位検出部により検出された前記たわみ量が第1の範囲内であり、且つ、前記ねじれ量が第2の範囲内になるように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3又は4に記載の走査型プローブ顕微鏡。 Claim 3 or claim 3, further comprising a moving drive unit that scans with the probe so that the amount of deflection detected by the displacement detection unit is within the first range and the amount of twist is within the second range. 4. The scanning probe microscope according to 4. 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、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。
This is a probe contact detection method of a scanning probe microscope in which a probe is brought into contact with the sample surface and the sample surface is scanned by the probe.
A displacement detection step for detecting the amount of deflection and the amount of twist of the cantilever provided with the probe at the tip,
A contact determination step for determining the primary contact of the probe with the sample surface based on the amount of deflection and the amount of twist in the cantilever detected by the displacement detection step.
A method for detecting probe contact with a scanning probe microscope.
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