JP5031609B2 - 走査プローブ顕微鏡 - Google Patents
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Description
補正高さZ0=カンチレバー取り付け部の高さ(t=t1)−接近速度・ΔT
によって探針と試料が実質的にゼロとなった瞬間の補正高さZ0が求められることとなる。
探針と試料との接近速度が一定でない場合には、
補正高さZ0=カンチレバー取り付け部の高さ(t=t1―ΔT)
によって探針と試料との接触力が実質的にゼロとなった瞬間の補正高さZ0が求められることとなる。
t0=ta+ts・(b0−b(ta))/(b(ta+ts)−b(ta))
によって外挿して求める。接触力ゼロで接触した瞬間の前後の2点を用いる場合は、
b(ta−ts)、b(ta)のデータを用いてb0と交わる点の時刻t0を、
t0=ta+ts・(b0−b(ta))/(b(ta)−b(ta−ts))
によって内挿して求める。つぎに、このt0の値とt0の前後の高さ信号データz(ta−ts)、z(ta)を用いて、t0の瞬間の高さz0を
z0=z(ta)+(z(ta)−z(ta−ts))・(t0−ta)/ts
によって内挿して求める。
t0=(b0−d)/c
によって求められ、t0における高さ信号は、データの組(ta+ts・n、z(ta+ts・n))に対して直線を当てはめ、その式をzf(t)=e・t+gとすると、時刻t0における高さz0は
z0=zf(t0)=e・t0+g
によって求めることができる。
探針先端高さオフセット=非接触時レバー撓みによるb0オフセット/光テコ感度
によって、探針先端高さオフセットを見積もることが可能なので、このオフセットを波形解析部261によって測定し、形状補正部262はこれを受け取って各測定点ごとにこのオフセット分だけ、実施例1のようにして求めた探針−試料間の接触力がゼロの場合の試料表面高さデータに対して補正を行うと、試料非接触時のカンチレバーの熱応力などによる撓みに影響を減じた、正確な試料表面形状データを得ることが出来る。
102 鏡筒
103 探針
109 対物レンズ
111 光源
112 レンズ
113 ミラー
114 ミラー
115 レンズ
116 検出器
131 光源
132 レンズ
133 ビームスプリッタ
134 ビームスプリッタ
135 レンズ
136 検出器
154 照明光源
153 コンデンサレンズ
155 ビームスプリッタ
152 結像レンズ
151 イメージセンサ
182 レンズ
185 レンズ
193 カンチレバー
197 カンチレバー取り付け部
198 変位検出器
201 走査制御部
202 探針駆動部
203 探針ホルダー駆動部
204 近接センサ
205 接触力検出センサ
206 光学像センサ
208 SPM像形成装置
250 全体制御装置
251 入力・表示装置
252 探針移動機構
253 探針ホルダー上下機構
261 波形解析部
262 形状補正部
291 振動解析部
302 試料ステージ
501 試料
510 真の形状
510’ 測定された形状
511 水平位置誤差
Claims (13)
- 探針を先端にもつカンチレバーの保持部と試料を保持する試料台との相対的な位置を精密に制御可能な駆動機構と、カンチレバーの変形状態を計測することが可能なセンサをもち、試料の立体表面形状その他の表面分布を計測することが可能な走査プローブ顕微鏡において、探針と試料の相対距離を接近させていったときに探針と試料が触れることによってカンチレバーの変形状態を表す信号に現れる形状の変化を検出し、このときの探針の高さを記録することを、探針の水平方向位置を走査しながら試料上の各点で行うことにより、試料の表面形状を測定し、
カンチレバーの変形状態を表す信号に現れる形状の変化の検出が信号処理によって遅れる時間を考慮して、探針が試料にほぼ接触力ゼロで触れた時点の探針の高さを測定することを可能とすることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。 - カンチレバーの変形状態を表す信号に現れる形状の変化を、信号の傾きが所定の値を越したことによって検出することを特徴とする、請求項1に記載の走査プローブ顕微鏡。
- カンチレバーの変形状態を表す信号に現れる形状の変化を、傾きの変化率、すなわち、曲率が所定の値を越したことによって検出することを特徴とする、請求項1に記載の走査プローブ顕微鏡。
- カンチレバーの変形状態を表す信号に現れる形状の変化を、基準値との偏差が所定の値を越したことによって検出することを特徴とする、請求項1に記載の走査プローブ顕微鏡。
- カンチレバーに試料への接触による力が加わっていないときの、接触による力以外の力に起因するカンチレバーの変形による探針先端のカンチレバー基部に対する相対的な位置変化量を、このときのカンチレバーの変形状態を表す信号から換算して求め、この探針先端のカンチレバー基部に対する相対的な位置変化量を用いて、カンチレバー基部の高さから測定された試料の表面の高さを補正することを特徴とする、請求項1ないし4に記載の 走査プローブ顕微鏡。
- 探針が試料に触れたときの探針の高さを、探針先端の高さを直接測定することが可能な検出器を用いて測定することを特徴とする、請求項1ないし4に記載の走査プローブ顕微鏡。
- 前記探針先端の高さを直接測定することが可能な検出器はレーザ光を先端部に照射して反射したレーザ光の参照光との干渉によって測定することを特徴とする、請求項6に記載の走査プローブ顕微鏡。
- カンチレバーの変形状態を表す信号に現れる形状の変化を、信号に現れるカンチレバーの振動に対応する成分が変化することによって検出することを特徴とする、請求項1に記載の走査プローブ顕微鏡。
- 探針と試料を離間するときに、カンチレバーの変形状態を表す信号に現れるカンチレバーの振動に対応する成分が変化することによって、探針が試料より離れたことを検出し、これによってカンチレバーの試料に対する相対的な引き上げ量を決定することを特徴とする、請求項1ないし8に記載の走査プローブ顕微鏡。
- 探針と試料が接していない状態で探針を次の測定点に移動する際に、カンチレバーの変形状態を表す信号に現れるカンチレバーの振動に対応する成分が変化することによって、意図しない探針と試料との接触を検知することを特徴とする、請求項1ないし9に記載の走査プローブ顕微鏡。
- 上記カンチレバーの振動に対応する成分の変化は、探針先端が縦方向に運動する振動の振幅あるいは位相あるいは周波数の変化、横方向に運動する振動の振幅あるいは位相あるいは周波数の変化、のいずれか一方または双方の合成したものによることを特徴とする、請求項8ないし10に記載の走査プローブ顕微鏡。
- 上記カンチレバーの振動を生起するための圧電素子、電磁石、レーザのいずれかを具備することを特徴とする、請求項8ないし11に記載の走査プローブ顕微鏡。
- 探針の変形による水平方向の測定誤差を、カンチレバーの変形状態を示す信号のうち、カンチレバーの捩れを示す信号から推定し、この水平方向の測定誤差を補正することを特徴とする、請求項11ないし12に記載の走査プローブ顕微鏡。
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