(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022040403
(43)【公開日】2022-03-10
(54)【発明の名称】走査プローブ顕微鏡
(51)【国際特許分類】
G01Q 30/04 20100101AFI20220303BHJP
G01Q 60/10 20100101ALI20220303BHJP
G01Q 60/24 20100101ALI20220303BHJP
【ＦＩ】
G01Q30/04
G01Q60/10
G01Q60/24
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022008371
(22)【出願日】2022-01-24
(62)【分割の表示】P 2018011262の分割
【原出願日】2018-01-26
(71)【出願人】
【識別番号】503460323
【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクサイエンス
(74)【代理人】
【識別番号】100113022
【弁理士】
【氏名又は名称】赤尾 謙一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100110249
【弁理士】
【氏名又は名称】下田 昭
(72)【発明者】
【氏名】岩佐 真行
(72)【発明者】
【氏名】鹿倉 良晃
(72)【発明者】
【氏名】工藤 慎也
(72)【発明者】
【氏名】上野 利浩
(57)【要約】
【課題】測定データと、その差分データの分布像とを選択的又は共に表示可能で、エッジ強調画像が得られると共に、ユーザの利便性を向上させた走査プローブ顕微鏡を提供する。
【解決手段】カンチレバー１と、カンチレバーの変位を示す信号を検出する変位検出器５とを備え、探針９９を試料３００の表面に沿って相対的に走査させたときに得られた測定データを取得する走査プローブ顕微鏡２００において、測定データの１次元又は２次元の第１の分布像２０１と、測定データの隣接するデータの差分データの１次元又は２次元の第２の分布像２０２とを算出する分布像算出手段４０ａと、分布像算出手段に対し、第１の分布像及び第２の分布像のいずれか一方又は両方の算出を指示すると共に、算出させた分布像を所定の表示手段に表示させる表示制御手段４０ｂと、をさらに備える。
【選択図】図４
【解決手段】カンチレバー１と、カンチレバーの変位を示す信号を検出する変位検出器５とを備え、探針９９を試料３００の表面に沿って相対的に走査させたときに得られた測定データを取得する走査プローブ顕微鏡２００において、測定データの１次元又は２次元の第１の分布像２０１と、測定データの隣接するデータの差分データの１次元又は２次元の第２の分布像２０２とを算出する分布像算出手段４０ａと、分布像算出手段に対し、第１の分布像及び第２の分布像のいずれか一方又は両方の算出を指示すると共に、算出させた分布像を所定の表示手段に表示させる表示制御手段４０ｂと、をさらに備える。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
試料の表面に接触又は近接させる探針が設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を示す信号を検出する変位検出器とを備え、前記信号に基づいて前記カンチレバーと前記試料の表面との間の所定の物理量を一定に維持させながら、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に走査させたときに得られた測定データを取得する走査プローブ顕微鏡において、
前記測定データの１次元又は２次元の第１の分布像と、前記測定データを走査方向の順に並べると共に、前記走査方向と交差する方向に各走査毎に離間して並べて２次元上に並べたときの隣接するデータの差分データの１次元又は２次元の第２の分布像とを算出する分布像算出手段と、
前記分布像算出手段に対し、前記第１の分布像及び前記第２の分布像のいずれか一方又は両方の算出を指示すると共に、当該算出させた分布像を所定の表示手段に表示させる表示制御手段と、
をさらに備えたことを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
前記測定データの１次元又は２次元の第１の分布像と、前記測定データを走査方向の順に並べると共に、前記走査方向と交差する方向に各走査毎に離間して並べて２次元上に並べたときの隣接するデータの差分データの１次元又は２次元の第２の分布像とを算出する分布像算出手段と、
前記分布像算出手段に対し、前記第１の分布像及び前記第２の分布像のいずれか一方又は両方の算出を指示すると共に、当該算出させた分布像を所定の表示手段に表示させる表示制御手段と、
をさらに備えたことを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
【請求項2】
前記表示制御手段は、前記第１の分布像及び前記第２の分布像の両方を表示する際、同一位置の前記測定データ及び前記差分データを同時に表示させる請求項１に記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項3】
前記第１の分布像及び前記第２の分布像を算出する際のデータの算出方向を指定する算出方向指定手段をさらに備え、
前記分布像算出手段は、前記算出方向指定手段によって指定された前記算出方向に沿って、第１の分布像及び前記第２の分布像のうち、前記表示手段に表示される分布像を算出する請求項１又は２に記載の走査プローブ顕微鏡。
前記分布像算出手段は、前記算出方向指定手段によって指定された前記算出方向に沿って、第１の分布像及び前記第２の分布像のうち、前記表示手段に表示される分布像を算出する請求項１又は２に記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項4】
前記第２の分布像を算出する際の隣接するデータの差分の差引き順序を指定する差引き順序指定手段をさらに備え、
前記分布像算出手段は、前記差引き順序指定手段によって指定された差引き順序で、前記第２の分布像を算出する請求項１～３のいずれか一項に記載の走査プローブ顕微鏡。
前記分布像算出手段は、前記差引き順序指定手段によって指定された差引き順序で、前記第２の分布像を算出する請求項１～３のいずれか一項に記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項5】
前記表示制御手段は、走査方向又は前記算出方向に沿う差分データ毎に前記第２の分布像を順次表示させ、
前記分布像算出手段は、前記第２の分布像の表示中に、前記算出方向指定手段及び／又は前記差引き順序指定手段によって前記算出方向及び／又は前記差引き順序が指定されたとき、指定された前記算出方向及び／又は前記差引き順序に基づいて前記第２の分布像を算出する請求項３又は４に記載の走査プローブ顕微鏡。
前記分布像算出手段は、前記第２の分布像の表示中に、前記算出方向指定手段及び／又は前記差引き順序指定手段によって前記算出方向及び／又は前記差引き順序が指定されたとき、指定された前記算出方向及び／又は前記差引き順序に基づいて前記第２の分布像を算出する請求項３又は４に記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項6】
前記分布像算出手段は、指定された前記算出方向及び／又は前記差引き順序に基づいて、当該指定前の前記測定データによる前記第２の分布像を再算出し、
前記表示制御手段は、前記再算出した前記第２の分布像と、前記指定後の前記第２の分布像とを共に表示させる請求項５に記載の走査プローブ顕微鏡。
前記表示制御手段は、前記再算出した前記第２の分布像と、前記指定後の前記第２の分布像とを共に表示させる請求項５に記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項7】
前記表示制御手段は、走査方向又は前記算出方向の１ライン毎に、前記測定データ及び／又は前記差分データを表示させる請求項１～６のいずれか一項に記載の走査プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、試料と探針間の物理的な相互作用を検出し、試料と探針間の距離の制御や相互作用した物理的な測定データの取得に用いる走査プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【0002】
走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）は、探針を試料表面に近接又は接触させ、試料の表面形状や物性を測定するものである。走査プローブ顕微鏡の測定モードとしてはＳＴＭ（走査トンネル顕微鏡）、ＡＦＭ（走査原子間力顕微鏡）など多くの種類が存在する。もっとも良く使用されるＡＦＭは、（１）探針と試料の間の原子間力をカンチレバーのたわみとして検出し、一定に保って試料の表面形状を測定するコンタクト・モードの他、（２）カンチレバーをピエゾ素子等によって共振周波数近傍で強制振動させ、探針を試料に接触又は近接させた時に、両者の間にはたらく間欠的な力によって探針の振幅が変化するのを利用して試料の形状を測定する方法（以下、適宜「ダイナミック・フォース・モード（ＤＦＭ測定モード）」という）などが知られている。
これらの走査プローブ顕微鏡は、カンチレバーの変位を示す信号を検出し、この信号に基づいてカンチレバーと試料の表面との間の物理量（力や振動振幅）を一定に維持させながら、探針を試料の表面に沿って相対的に走査させ、試料表面形状や、カンチレバーと試料が相互作用した物理的な測定データを取得する。
これらの走査プローブ顕微鏡は、カンチレバーの変位を示す信号を検出し、この信号に基づいてカンチレバーと試料の表面との間の物理量（力や振動振幅）を一定に維持させながら、探針を試料の表面に沿って相対的に走査させ、試料表面形状や、カンチレバーと試料が相互作用した物理的な測定データを取得する。
【0003】
ところで、例えばＳＰＭを用いて取得した試料表面の凹凸像（形状像）は、高低で配色され、低い場所が暗く、高い場所が明るく表現されるのが一般的である。しかしながら、従来の形状像では、試料表面に大きな凹凸と小さな凹凸が含まれる場合、大きな凹凸の高低に合わせて配色すると小さな凹凸のコントラストが小さくなって見にくく、一方、小さな凹凸の高低に合わせて配色すると大きな凹凸のコントラストがレンジオーバーしてしまい、両者を同一画像内で表現することが困難であった。
一方、従来から画像処理の分野では、隣接する画像データの差分画像を生成して見やすくするエッジ強調（画像強調）と称される技術が用いられている。しかしながら、走査プローブ顕微鏡の分野では、差分データは、例えば画像の歪み成分を除去して画像の精度を改善するための利用に留まっていた（特許文献１参照）。この理由として、走査型プローブ顕微鏡の分野におけるエッジ強調は、ＡＦＭにおけるカンチレバーの走査方向の変位信号や、ＤＦＭにおけるカンチレバーの走査方向の振動振幅の変位信号である誤差信号を利用した誤差信号像を得ることで行われるためと考えられる。
一方、従来から画像処理の分野では、隣接する画像データの差分画像を生成して見やすくするエッジ強調（画像強調）と称される技術が用いられている。しかしながら、走査プローブ顕微鏡の分野では、差分データは、例えば画像の歪み成分を除去して画像の精度を改善するための利用に留まっていた（特許文献１参照）。この理由として、走査型プローブ顕微鏡の分野におけるエッジ強調は、ＡＦＭにおけるカンチレバーの走査方向の変位信号や、ＤＦＭにおけるカンチレバーの走査方向の振動振幅の変位信号である誤差信号を利用した誤差信号像を得ることで行われるためと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平１１－９４８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従って、従来の走査プローブ顕微鏡の測定データを差分してエッジ強調したい場合、取り込んだ測定データを別のソフトウェア等で差分処理し、測定データと別個に画面表示等する必要があり、作業が煩雑かつ利便性に劣る。
又、用途に応じて、測定データのみを取得して表示したい場合もあれば、差分データを取得して表示したい場合、又は測定データと差分データの両方を画面上に表示したい場合もある。このような各種要望に対し、例えば一律に差分データを計算すると、差分データが不要な場合にコンピュータの処理が無駄になると共に、処理速度が低下するという問題がある。又、特定の試料や表面形状の場合にのみ選択的に差分データを取得したい場合に対応できない。
そして、測定データと差分データの両方を画面上に表示する走査プローブ顕微鏡はこれまで開発されていない。
又、用途に応じて、測定データのみを取得して表示したい場合もあれば、差分データを取得して表示したい場合、又は測定データと差分データの両方を画面上に表示したい場合もある。このような各種要望に対し、例えば一律に差分データを計算すると、差分データが不要な場合にコンピュータの処理が無駄になると共に、処理速度が低下するという問題がある。又、特定の試料や表面形状の場合にのみ選択的に差分データを取得したい場合に対応できない。
そして、測定データと差分データの両方を画面上に表示する走査プローブ顕微鏡はこれまで開発されていない。
【0006】
また、走査型プローブ顕微鏡の分野における誤差信号像は、いわゆる光てこシステムにおいて、カンチレバーの変位検出用の４分割受光セルの受光量が不均等になることで得られる誤差信号に基づく。換言すれば、変位の制御基準からのズレであり、本来はそれズレが無いように制御することが理想である。このため、誤差信号像は、測定精度が向上するほど形状像との差異が小さくなるため、測定精度が向上するにつれて、エッジ強調手段となり得なくなるという問題がある。
【0007】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、測定データと、その差分データの分布像とを選択的又は共に表示可能で、測定精度に関わらずエッジ強調画像が得られると共に、ユーザの利便性を向上させた走査プローブ顕微鏡の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の目的を達成するために、本発明の走査プローブ顕微鏡は、試料の表面に接触又は近接させる探針が設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を示す信号を検出する変位検出器とを備え、前記信号に基づいて前記カンチレバーと前記試料の表面との間の所定の物理量を一定に維持させながら、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に走査させたときに得られた測定データを取得する走査プローブ顕微鏡において、前記測定データの１次元又は２次元の第１の分布像と、前記測定データを走査方向の順に並べると共に、前記走査方向と交差する方向に各走査毎に離間して並べて２次元上に並べたときの隣接するデータの差分データの１次元又は２次元の第２の分布像とを算出する分布像算出手段と、前記分布像算出手段に対し、前記第１の分布像及び前記第２の分布像のいずれか一方又は両方の算出を指示すると共に、当該算出させた分布像を所定の表示手段に表示させる表示制御手段と、をさらに備えたことを特徴とする。
【0009】
この走査プローブ顕微鏡によれば、測定データからなる第１の分布像が見にくい場合に、その差分データからなる第２の分布像を算出することで、エッジ強調画像が得られ、試料表面の物理量の分布を見やすくなる。特に、差分データを用いることで、誤差信号像を用いた従来の走査プローブ顕微鏡とは異なり、測定精度に関わらず第２の分布像（エッジ強調画像）が得られる。
又、第１の分布像と第２の分布像を１つの表示手段に表示させれば、各分布像の一方を表示させた場合に比べ、元の像（例えば形状像）である第１の分布像と、差分データからなる第２の分布像を、一画面上で見比べることができるので、より有用な情報が得られる。
又、第１の分布像と第２の分布像を１つの表示手段に表示させれば、各分布像の一方を表示させた場合に比べ、元の像（例えば形状像）である第１の分布像と、差分データからなる第２の分布像を、一画面上で見比べることができるので、より有用な情報が得られる。
【0010】
本発明の走査プローブ顕微鏡において、前記表示制御手段は、前記第１の分布像及び前記第２の分布像の両方を表示する際、同一位置の前記測定データ及び前記差分データを同時に表示させてもよい。
この走査プローブ顕微鏡によれば、同一位置の第１の分布像と第２の分布像とを同時に表示させるので、両分布像の相違を同一位置で比較でき、さらに有用な情報が得られる。
この走査プローブ顕微鏡によれば、同一位置の第１の分布像と第２の分布像とを同時に表示させるので、両分布像の相違を同一位置で比較でき、さらに有用な情報が得られる。
【0011】
本発明の走査プローブ顕微鏡において、前記第１の分布像及び前記第２の分布像を算出する際のデータの算出方向を指定する算出方向指定手段をさらに備え、前記分布像算出手段は、前記算出方向指定手段によって指定された前記算出方向に沿って、第１の分布像及び前記第２の分布像のうち、前記表示手段に表示される分布像を算出してもよい。
データの算出方向によっては、第１の分布像や第２の分布像のコントラスト等が低下して見にくくなり、有用な情報が得られないことがある。そこで、この走査プローブ顕微鏡によれば、算出方向を変えることで、第１の分布像や第２の分布像のコントラスト等を増加させて見やすくし、さらに有用な情報が得られる。
データの算出方向によっては、第１の分布像や第２の分布像のコントラスト等が低下して見にくくなり、有用な情報が得られないことがある。そこで、この走査プローブ顕微鏡によれば、算出方向を変えることで、第１の分布像や第２の分布像のコントラスト等を増加させて見やすくし、さらに有用な情報が得られる。
【0012】
本発明の走査プローブ顕微鏡において、前記第２の分布像を算出する際の隣接するデータの差分の差引き順序を指定する差引き順序指定手段をさらに備え、前記分布像算出手段は、前記差引き順序指定手段によって指定された差引き順序で、前記第２の分布像を算出してもよい。
データの差引き順序によっては、第２の分布像のコントラスト等が低下して見にくくなり、有用な情報が得られないことがある。そこで、この走査プローブ顕微鏡によれば、差引き順序を変えることで第２の分布像の明暗を反転させ、コントラスト等を増加させて見やすくし、さらに有用な情報が得られる。
データの差引き順序によっては、第２の分布像のコントラスト等が低下して見にくくなり、有用な情報が得られないことがある。そこで、この走査プローブ顕微鏡によれば、差引き順序を変えることで第２の分布像の明暗を反転させ、コントラスト等を増加させて見やすくし、さらに有用な情報が得られる。
【0013】
本発明の走査プローブ顕微鏡において、前記表示制御手段は、走査方向又は前記算出方向に沿う差分データ毎に前記第２の分布像を順次表示させ、前記分布像算出手段は、前記第２の分布像の表示中に、前記算出方向指定手段及び／又は前記差引き順序指定手段によって前記算出方向及び／又は前記差引き順序が指定されたとき、指定された前記算出方向及び／又は前記差引き順序に基づいて前記第２の分布像を算出してもよい。
この走査プローブ顕微鏡によれば、差分データ毎に前記第２の分布像を順次表示させることで、第２の分布像のコントラスト等が低下して見にくくなったと感じたときにすぐに算出方向及び／又は前記差引き順序を変えることができ、その後の第２の分布像を見やすくし、有用な情報が得られるようになる。
この走査プローブ顕微鏡によれば、差分データ毎に前記第２の分布像を順次表示させることで、第２の分布像のコントラスト等が低下して見にくくなったと感じたときにすぐに算出方向及び／又は前記差引き順序を変えることができ、その後の第２の分布像を見やすくし、有用な情報が得られるようになる。
【0014】
本発明の走査プローブ顕微鏡において、前記分布像算出手段は、指定された前記算出方向及び／又は前記差引き順序に基づいて、当該指定前の前記測定データによる前記第２の分布像を再算出し、前記表示制御手段は、前記再算出した前記第２の分布像と、前記指定後の前記第２の分布像とを共に表示させてもよい。
この走査プローブ顕微鏡によれば、差分データ毎に前記第２の分布像を順次表示させることで、第２の分布像のコントラスト等が低下して見にくくなったと感じた過去の（算出済の）第２の分布像を、算出方向及び／又は前記差引き順序を変えて再算出するので、過去の第２の分布像をも見やすくし、有用な情報が得られるようになる。
この走査プローブ顕微鏡によれば、差分データ毎に前記第２の分布像を順次表示させることで、第２の分布像のコントラスト等が低下して見にくくなったと感じた過去の（算出済の）第２の分布像を、算出方向及び／又は前記差引き順序を変えて再算出するので、過去の第２の分布像をも見やすくし、有用な情報が得られるようになる。
【0015】
本発明の走査プローブ顕微鏡において、前記表示制御手段は、走査方向又は前記算出方向の１ライン毎に、前記測定データ及び前記差分データを表示させてもよい。
この走査プローブ顕微鏡によれば、１ライン毎に、測定データ及び／又は差分データを表示させるので、リアルタイムで即座に測定データ及び／又は差分データを見ることができる。又、測定データ及び／又は差分データが見にくいと感じたときにすぐに対応（算出方向及び／又は前記差引き順序の変更）ができる。
この走査プローブ顕微鏡によれば、１ライン毎に、測定データ及び／又は差分データを表示させるので、リアルタイムで即座に測定データ及び／又は差分データを見ることができる。又、測定データ及び／又は差分データが見にくいと感じたときにすぐに対応（算出方向及び／又は前記差引き順序の変更）ができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、走査プローブ顕微鏡の測定データと、その差分データの分布像とを選択的又は共に表示可能で、エッジ強調画像が得られると共に、ユーザの利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の実施形態に係る走査プローブ顕微鏡のブロック図である。
【図2】走査プローブ顕微鏡のコンピュータのブロック図である。
【図3】走査プローブ顕微鏡のコンピュータにおける処理フローを示す図である。
【図4】第１の分布像と第２の分布像の両方を１つのモニタに表示させた状態を示す模式図である。
【図5】試料が十字の凸部を有する場合の第２の分布像の算出方向を示す図である。
【図8】データの算出方向の一例を示す図である。
【図9】算出方向を指定したとき、再算出した第２の分布像と、指定後の第２の分布像とを共に表示する態様を示す模式図である。
【図10】第２の分布像を算出する際のデータの差分の差引き順序を示す図である。
【図11】算出方向と差引き順序を共に指定したとき、再算出した第２の分布像と、指定後の第２の分布像とを共に表示する態様を示す模式図である。
【図12】実際の試料の第１の分布像と第２の分布像を示す図である。
【図13】実際の試料の第１の分布像と第２の分布像を示す別の図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【0019】
図１は本発明の実施形態に係る走査プローブ顕微鏡２００のブロック図である。なお、図１（ａ）が走査プローブ顕微鏡２００の全体図であり、図１（ｂ）はカンチレバー１近傍の部分拡大図である。
図１（ａ）において、走査プローブ顕微鏡２００は、先端に探針９９を有するカンチレバー１と、試料３００が載置される試料台１０と、カンチレバー１に振動を与えるカンチレバー加振部３と、カンチレバー加振部３を駆動させるための加振電源（加振信号発生器）２１と、カンチレバー１の変位を示す信号を検出する変位検出器５と、交流－直流変換機構６と、制御手段（プローブ顕微鏡コントローラー２４、コンピュータ４０）等とを有する。
プローブ顕微鏡コントローラー２４は周波数・振動特性検出機構７を有している。
コンピュータ４０は、走査プローブ顕微鏡２００の動作を制御するための制御基板、ＣＰＵ（中央制御処理装置）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等の記憶手段、インターフェース、操作部等を有する。又、コンピュータ４０にはモニタ（表示手段）４１及びキーボード４２が接続されている。
なお、走査プローブ顕微鏡２００は、カンチレバー１が固定され、試料３００側をスキャンするサンプルスキャン方式となっている。
図１（ａ）において、走査プローブ顕微鏡２００は、先端に探針９９を有するカンチレバー１と、試料３００が載置される試料台１０と、カンチレバー１に振動を与えるカンチレバー加振部３と、カンチレバー加振部３を駆動させるための加振電源（加振信号発生器）２１と、カンチレバー１の変位を示す信号を検出する変位検出器５と、交流－直流変換機構６と、制御手段（プローブ顕微鏡コントローラー２４、コンピュータ４０）等とを有する。
プローブ顕微鏡コントローラー２４は周波数・振動特性検出機構７を有している。
コンピュータ４０は、走査プローブ顕微鏡２００の動作を制御するための制御基板、ＣＰＵ（中央制御処理装置）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等の記憶手段、インターフェース、操作部等を有する。又、コンピュータ４０にはモニタ（表示手段）４１及びキーボード４２が接続されている。
なお、走査プローブ顕微鏡２００は、カンチレバー１が固定され、試料３００側をスキャンするサンプルスキャン方式となっている。
【0020】
プローブ顕微鏡コントローラー２４は、後述するＺ制御回路２０、周波数・振動特性検出機構７、加振電源２１、Ｘ，Ｙ，Ｚ出力アンプ２２、粗動制御回路２３を有する。プローブ顕微鏡コントローラー２４はコンピュータ４０に接続されてデータの高速通信が可能である。コンピュータ４０は、プローブ顕微鏡コントローラー２４内の回路の動作条件を制御し、測定されたデータを取り込み制御し、表面形状等の表面物性測定などを実現する。
プローブ顕微鏡コントローラー２４は、測定データを適宜増幅し、試料表面形状や、カンチレバーと試料が相互作用した物理量を取得する
なお、バイアス電源回路２９は、試料台１０へ直接バイアス電圧を印加し、探針９９と試料３００間の表面電位を測定するKFMなどでも使用する。
プローブ顕微鏡コントローラー２４は、測定データを適宜増幅し、試料表面形状や、カンチレバーと試料が相互作用した物理量を取得する
なお、バイアス電源回路２９は、試料台１０へ直接バイアス電圧を印加し、探針９９と試料３００間の表面電位を測定するKFMなどでも使用する。
【0021】
コンピュータ４０が、特許請求の範囲の「分布像算出手段」、「表示制御手段」、「算出方向指定手段」、「差引き順序指定手段」に相当する。
【0022】
粗動機構１２は、アクチュエータ１１及びその上方の試料台１０を大まかに３次元移動させるものであり、粗動制御回路２３によって動作が制御される。
アクチュエータ（スキャナ）１１は、試料台１０（及び試料３００）を３次元に移動（微動）させるものであり、試料台１０をそれぞれｘｙ（試料３００の平面）方向に走査する２つの（２軸の）圧電素子１１ａ、１１ｂと、試料台１０をｚ（高さ）方向に走査する圧電素子１１ｃと、を備えた円筒になっている。圧電素子は、電界を印加すると結晶がひずみ、外力で結晶を強制的にひずませると電界が発生する素子であり、圧電素子としては、セラミックスの一種であるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を一般に使用することができるが、粗動機構１２の形状や動作方法はこれに限られない。
圧電素子１１ａ～１１ｃはＸ，Ｙ，Ｚ出力アンプ２２に接続され、Ｘ，Ｙ，Ｚ出力アンプ２２から所定の制御信号（電圧）を出力して圧電素子１１ａ、１１ｂをそれぞれｘｙ方向へ駆動し、圧電素子１１ｃをｚ方向へ駆動する。圧電素子１１ｃへ出力される電気信号は、プローブ顕微鏡コントローラー２４の中で検出され、上述の「測定データ」として取り込まれる。
アクチュエータ（スキャナ）１１は、試料台１０（及び試料３００）を３次元に移動（微動）させるものであり、試料台１０をそれぞれｘｙ（試料３００の平面）方向に走査する２つの（２軸の）圧電素子１１ａ、１１ｂと、試料台１０をｚ（高さ）方向に走査する圧電素子１１ｃと、を備えた円筒になっている。圧電素子は、電界を印加すると結晶がひずみ、外力で結晶を強制的にひずませると電界が発生する素子であり、圧電素子としては、セラミックスの一種であるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を一般に使用することができるが、粗動機構１２の形状や動作方法はこれに限られない。
圧電素子１１ａ～１１ｃはＸ，Ｙ，Ｚ出力アンプ２２に接続され、Ｘ，Ｙ，Ｚ出力アンプ２２から所定の制御信号（電圧）を出力して圧電素子１１ａ、１１ｂをそれぞれｘｙ方向へ駆動し、圧電素子１１ｃをｚ方向へ駆動する。圧電素子１１ｃへ出力される電気信号は、プローブ顕微鏡コントローラー２４の中で検出され、上述の「測定データ」として取り込まれる。
【0023】
試料台１０上に試料３００が載置され、試料３００は探針９９に対向配置されている。
カンチレバー１は、カンチレバーチップ部８の側面に接し、片持ちバネの構造を構成している。カンチレバーチップ部８は、カンチレバーチップ部押さえ９により斜面ブロック２に押さえつけられ、斜面ブロック２は、加振器３に固定されている。そして、加振機３は加振電源２１からの電気信号により振動し、カンチレバー１及びその先端の探針９９を振動させる。カンチレバーの加振方法として、圧電素子、電場や磁場、光照射、電流の通電なども含まれる。
カンチレバー１は、カンチレバーチップ部８の側面に接し、片持ちバネの構造を構成している。カンチレバーチップ部８は、カンチレバーチップ部押さえ９により斜面ブロック２に押さえつけられ、斜面ブロック２は、加振器３に固定されている。そして、加振機３は加振電源２１からの電気信号により振動し、カンチレバー１及びその先端の探針９９を振動させる。カンチレバーの加振方法として、圧電素子、電場や磁場、光照射、電流の通電なども含まれる。
【0024】
そして、レーザ光源３０からレーザ光がダイクロックミラー３１に入射されカンチレバー１の背面に照射され、カンチレバー１から反射されたレーザ光はミラー３２で反射されて変位検出器５で検出される。変位検出器５は、例えば４分割光検出器であり、カンチレバー１の上下（ｚ方向）の変位量は、カンチレバー１から反射されたレーザの光路の変化（入射位置）として変位検出器５で検出される。つまり、カンチレバー１の振動振幅は、変位検出器５の電気信号の振幅に対応する。
変位検出器５の電気信号の振幅は、プリアンプ５０を通過して適宜増幅され、交流－直流変換機構６により振幅の大きさに対応した直流のレベル信号に変換される。
変位検出器５の電気信号の振幅は、プリアンプ５０を通過して適宜増幅され、交流－直流変換機構６により振幅の大きさに対応した直流のレベル信号に変換される。
【0025】
交流－直流変換機構６の直流レベル信号は、Ｚ制御回路２０へ入力される。Ｚ制御回路２０は、ＤＦＭ測定モードにおける探針９９の目標振幅と一致するように、Ｚ出力アンプ２２のＺ信号部へ制御信号を伝達し、Ｚ信号部は圧電素子１１ｃをｚ方向へ駆動する制御信号（電圧）を出力する。すなわち、試料３００と探針９９の間に働く原子間力によって生じるカンチレバー１の変位を上述の機構で検出し、探針９９（カンチレバー１）の振動振幅が目標振幅となるようにアクチュエータ１１ｃを変位させ、探針９９と試料３００の接する力を制御する。そして、この状態で、Ｘ，Ｙ，Ｚ出力アンプ２２にてｘｙ方向にアクチュエータ１１ａ、１１ｂを変位させて試料３００のスキャンを行い、表面の形状や物性値をマッピングする。
【0026】
又、交流－直流変換機構６の直流レベル信号は、プローブ顕微鏡コントローラー２４の周波数・振動特性検出機構７へ入力される。又、加振電源２１からの電気信号も、周波数・振動特性検出機構７へ入力される。周波数・振動特性検出機構７は、交流－直流変換機構６及び加振電源２１からの入力に基づいて演算した所定の周波数・振動特性信号を処理してロックイン検出によるsin、cos、振幅信号等を取得し、コンピュータ４０へ伝達する。
そして、試料台１０のｘｙ面内の変位に対して、(i) 試料台１０の高さの変位から３次元形状像を、(ii)共振状態の位相の値から位相像を、(iii)振動振幅の目標値との差により誤差信号像を、(iv)探針試料間の物性値から多機能測定像を、コンピュータ４０上に表示し、解析や処理を行うことにより、プローブ顕微鏡として動作させる。
そして、試料台１０のｘｙ面内の変位に対して、(i) 試料台１０の高さの変位から３次元形状像を、(ii)共振状態の位相の値から位相像を、(iii)振動振幅の目標値との差により誤差信号像を、(iv)探針試料間の物性値から多機能測定像を、コンピュータ４０上に表示し、解析や処理を行うことにより、プローブ顕微鏡として動作させる。
【0027】
次に、図２～図１０を参照し、本発明の特徴部分について説明する。本発明は、測定データの１次元又は２次元の第１の分布像と、測定データの隣接するデータの差分データの１次元又は２次元の第２の分布像とを、選択的又は共に算出して表示する。以下、測定データが形状データの場合を例として説明する。
【0028】
図２に示すように、表示制御手段４０ｂは、キーボード４２からユーザの要求があった分布像の算出を指示する。分布像算出手段４０ａは、プローブ顕微鏡コントローラー２４から測定データを取り込み、表示制御手段４０ｂから指示された分布像を算出する。
又、分布像算出手段４０ａは、算出方向指定手段４０ｃからの指示に従った算出方向で、第１の分布像及び第２の分布像を算出する。同様に、分布像算出手段４０ａは、差引き順序指定手段４０ｄからの指示に従った差引き順序で、第２の分布像を算出する。
なお、算出方向指定手段４０ｃ及び差引き順序指定手段４０ｄの指示は、キーボード４２からユーザが行う。
そして、表示制御手段４０ｂは、分布像算出手段４０ａが算出した分布像をモニタ４１に表示させる。
又、分布像算出手段４０ａは、算出方向指定手段４０ｃからの指示に従った算出方向で、第１の分布像及び第２の分布像を算出する。同様に、分布像算出手段４０ａは、差引き順序指定手段４０ｄからの指示に従った差引き順序で、第２の分布像を算出する。
なお、算出方向指定手段４０ｃ及び差引き順序指定手段４０ｄの指示は、キーボード４２からユーザが行う。
そして、表示制御手段４０ｂは、分布像算出手段４０ａが算出した分布像をモニタ４１に表示させる。
【0029】
次に、コンピュータ４０における処理フローについて説明する。
図３において、例えばキーボード４２からユーザが第１の分布像と第２の分布像のいずれか(本例では、第１の分布像と第２の分布像の両方)を取得（表示）したい旨の要求を入力すると、表示制御手段４０ｂは、要求があった分布像の算出を分布像算出手段４０ａに指示する(ステップＳ１００)。
分布像算出手段４０ａは、後述するステップＳ１１０の判定処理の後、指示された分布像を１ライン毎に算出する(ステップＳ１０２)。
表示制御手段４０ｂは、算出された分布像を１ライン毎にモニタ４１に表示させる(ステップＳ１０４)。
ここで、後述するステップＳ１１０で指定が無い限り、ステップＳ１０２、１０４では、後述する算出方向及び差引き順序はデフォルトの値（例えば、算出方向は走査方向と同一）である。又、算出方向が走査方向と同一の場合、１ラインは１つの走査線に相当する。
図３において、例えばキーボード４２からユーザが第１の分布像と第２の分布像のいずれか(本例では、第１の分布像と第２の分布像の両方)を取得（表示）したい旨の要求を入力すると、表示制御手段４０ｂは、要求があった分布像の算出を分布像算出手段４０ａに指示する(ステップＳ１００)。
分布像算出手段４０ａは、後述するステップＳ１１０の判定処理の後、指示された分布像を１ライン毎に算出する(ステップＳ１０２)。
表示制御手段４０ｂは、算出された分布像を１ライン毎にモニタ４１に表示させる(ステップＳ１０４)。
ここで、後述するステップＳ１１０で指定が無い限り、ステップＳ１０２、１０４では、後述する算出方向及び差引き順序はデフォルトの値（例えば、算出方向は走査方向と同一）である。又、算出方向が走査方向と同一の場合、１ラインは１つの走査線に相当する。
【0030】
図４は、図３の処理によって、第１の分布像２０１と第２の分布像２０２の両方を１つのモニタ４１に表示させた状態を示す模式図である。第１の分布像２０１のＬ１～Ｌ３は、この順で、それぞれ１ライン毎の一次元の測定データの分布像を示している。同様に、第２の分布像２０２のＤ１～Ｄ３は、この順で、それぞれ１ライン毎の一次元の差分データの分布像を示している。そして、各ラインを経時で並べることで、測定データ及び差分データの２次元の分布像となる。
【0031】
形状像である第１の分布像２０１には、大きな山Ｍ１と小さな山Ｍ２が含まれており、これを大きな凹凸の高低に合わせて２次元上で配色すると小さな山Ｍ２のコントラストが小さくなって見にくくなる等の問題がある。
そこで、隣接する測定データのの差分データからなる第２の分布像２０２を算出して表示することで、例えば大きな山Ｍ１と小さな山Ｍ２が同一画像上に含まれていても、エッジ強調して山Ｍ１、Ｍ２を区別した明瞭な画像２０２が得られる。
そこで、隣接する測定データのの差分データからなる第２の分布像２０２を算出して表示することで、例えば大きな山Ｍ１と小さな山Ｍ２が同一画像上に含まれていても、エッジ強調して山Ｍ１、Ｍ２を区別した明瞭な画像２０２が得られる。
【0032】
特に、第１の分布像２０１と第２の分布像２０２を１つのモニタ４１に表示させれば、各分布像の一方を表示させた場合に比べ、元の像（例えば形状像）である第１の分布像２０１と、差分データからなる第２の分布像２０２とを、一画面上で見比べることができるので、より有用な情報が得られる。
とりわけ、第１の分布像２０１と、第２の分布像２０２とにおいて、同一位置の測定データ及び差分データを同時に表示させると、両分布像の相違を同一位置で比較できるので、さらに有用な情報が得られる。
とりわけ、第１の分布像２０１と、第２の分布像２０２とにおいて、同一位置の測定データ及び差分データを同時に表示させると、両分布像の相違を同一位置で比較できるので、さらに有用な情報が得られる。
【0033】
ここで、「同一位置」とは、例えば測定データの１画素に対応したものでもよいが、通常は走査線等の１ライン毎に表示を行うので、測定データの特定の１ラインと、その１ラインの測定データに基づく差分データによる１ライン分のデータとを同一位置としてよい。
又、「同時」とは、測定データの１画素を逐次表示する場合であれば、測定データの１画素と、その前後の差分データによる１画素とを対応させて同時刻に表示させる。但し、通常は走査線等の１ライン毎に表示を行うので、測定データの特定の１ラインと、その差分データによる１ライン分のデータとを同時刻に表示させてもよい。
又、上記趣旨に含まれる限り、他のデータの単位を「同一位置」や、「同時」に表示させても良い(例えば２ライン分を１単位として同時に表示するなど)。
又、「同時」とは、測定データの１画素を逐次表示する場合であれば、測定データの１画素と、その前後の差分データによる１画素とを対応させて同時刻に表示させる。但し、通常は走査線等の１ライン毎に表示を行うので、測定データの特定の１ラインと、その差分データによる１ライン分のデータとを同時刻に表示させてもよい。
又、上記趣旨に含まれる限り、他のデータの単位を「同一位置」や、「同時」に表示させても良い(例えば２ライン分を１単位として同時に表示するなど)。
【0034】
ところで、図５に示すように、例えば試料３０１が十字の凸部を有する場合、走査方向Ｓ１が十字の一方に平行な向きであると、凸部の十字の中心を通って平らな表面上を走査したときに何ら凹凸情報が得られず、ひいては、図６に示すように、その差分データである第２の分布像２０２ｘもフラットで有用な情報を含まないことがある。
そこで、第１の分布像及び第２の分布像を算出する算出方向Ｓ２を、走査方向Ｓ１と同一方向でなく、例えば十字を横断する縦向きとすると、図７に示すように、第２の分布像２０２ｙに有用な情報を含ませることができる。
そこで、第１の分布像及び第２の分布像を算出する算出方向Ｓ２を、走査方向Ｓ１と同一方向でなく、例えば十字を横断する縦向きとすると、図７に示すように、第２の分布像２０２ｙに有用な情報を含ませることができる。
【0035】
図７の処理は、図３のステップＳ１１０～１１４のように行うことができる。
まず、分布像算出手段４０ａは、ステップＳ１００の後でＳ１０２の前に、データの算出方向及び/又は差引き順序が指定されたか否かを判定する（ステップＳ１１０）。差引き順序については後述する。
ここで、算出方向の指定は、例えばキーボード４２からユーザが算出方向を入力すると、算出方向指定手段４０ｃがその算出方向を分布像算出手段４０ａに設定して行うことができる。
ステップＳ１１０で「Ｙｅｓ」であれば、ステップＳ１１２に移行し、「Ｎｏ」であれば、ステップＳ１０２に移行する。
まず、分布像算出手段４０ａは、ステップＳ１００の後でＳ１０２の前に、データの算出方向及び/又は差引き順序が指定されたか否かを判定する（ステップＳ１１０）。差引き順序については後述する。
ここで、算出方向の指定は、例えばキーボード４２からユーザが算出方向を入力すると、算出方向指定手段４０ｃがその算出方向を分布像算出手段４０ａに設定して行うことができる。
ステップＳ１１０で「Ｙｅｓ」であれば、ステップＳ１１２に移行し、「Ｎｏ」であれば、ステップＳ１０２に移行する。
【0036】
ステップＳ１１２で、分布像算出手段４０ａは、指定された算出方向に沿って、第１の分布像及び第２の分布像のうち、表示手段に表示された分布像(本例では、第１の分布像と第２の分布像の両方)を１ライン毎に算出する。
続いて、ステップＳ１１４で「Ｎｏ」であれば、ステップＳ１０４に移行し、指定された算出方向で算出された分布像を表示する。
続いて、ステップＳ１１４で「Ｎｏ」であれば、ステップＳ１０４に移行し、指定された算出方向で算出された分布像を表示する。
【0037】
図８は、データの算出方向の一例を示す。図８のａ１～ａ９は、個々の測定データを示す。
測定データａ１、ａ２、ａ３の並ぶ方向を走査方向Ｓ１とすると、走査方向Ｓ１と異なる算出方向は多数あり、例えば走査方向Ｓ１に直交する算出方向Ｓ２の他、Ｓ１とＳ２のなす角(本例では９０度)の二等分線となる算出方向Ｓ３１、Ｓ１とＳ３１の間の算出方向Ｓ３２、Ｓ２とＳ３１の間の算出方向Ｓ３３など、個々の測定データを一列に結ぶ方向であれば制限されない。
又、１ラインとは、例えば算出方向Ｓ３１の場合、算出方向Ｓ３１に平行な個々の線上のすべてのデータであり、図８では、データａ１、ａ５、ａ９が１ライン、データａ４、ａ８が１ラインである。又、算出方向Ｓ３１のように算出方向が走査方向Ｓ１に対して斜め（直交する算出方向Ｓ２を除く）の場合、１ラインのデータ数は一定ではなく、例えば上述のように、算出方向Ｓ３１の場合は、１ラインでデータが２個、３個の異なる場合がある。但し、１ラインでデータ１個となる場合は算出方向から除く。
測定データａ１、ａ２、ａ３の並ぶ方向を走査方向Ｓ１とすると、走査方向Ｓ１と異なる算出方向は多数あり、例えば走査方向Ｓ１に直交する算出方向Ｓ２の他、Ｓ１とＳ２のなす角(本例では９０度)の二等分線となる算出方向Ｓ３１、Ｓ１とＳ３１の間の算出方向Ｓ３２、Ｓ２とＳ３１の間の算出方向Ｓ３３など、個々の測定データを一列に結ぶ方向であれば制限されない。
又、１ラインとは、例えば算出方向Ｓ３１の場合、算出方向Ｓ３１に平行な個々の線上のすべてのデータであり、図８では、データａ１、ａ５、ａ９が１ライン、データａ４、ａ８が１ラインである。又、算出方向Ｓ３１のように算出方向が走査方向Ｓ１に対して斜め（直交する算出方向Ｓ２を除く）の場合、１ラインのデータ数は一定ではなく、例えば上述のように、算出方向Ｓ３１の場合は、１ラインでデータが２個、３個の異なる場合がある。但し、１ラインでデータ１個となる場合は算出方向から除く。
【0038】
ところで、ユーザが図６の第２の分布像２０２を１ライン毎に順次見て、途中から算出方向Ｓ２を変えた方が良いと判断する場合があり、むしろ最初から最適な算出方向が既知であるよりは、第２の分布像２０２を見てから算出方向を修正することが多いと考えられる。
この場合、図９（ａ）に示すように、測定スタートから３本の各ラインＤ１，Ｄ２，Ｄ３が表示され、これを見たユーザが算出方向Ｓ２を変えた場合、第２の分布像２０２ｘｙは、各ラインＤ１，Ｄ２，Ｄ３におけるフラットな分布像と、算出方向Ｓ２による各ラインＤ４～Ｄ６の分布像が併存し、算出方向Ｓ２による全体像を把握し難いことがある。
この場合、図９（ａ）に示すように、測定スタートから３本の各ラインＤ１，Ｄ２，Ｄ３が表示され、これを見たユーザが算出方向Ｓ２を変えた場合、第２の分布像２０２ｘｙは、各ラインＤ１，Ｄ２，Ｄ３におけるフラットな分布像と、算出方向Ｓ２による各ラインＤ４～Ｄ６の分布像が併存し、算出方向Ｓ２による全体像を把握し難いことがある。
【0039】
そこで、図９（ｂ）に示すように、算出方向Ｓ２を変える前（指定前）の測定データについても、算出方向Ｓ２で第２の分布像をライン毎に再算出し、指定後の算出方向Ｓ２の第２の分布像（各ラインＤ４～Ｄ６）と共に表示すると好ましい。
なお、図９（ｂ）において、指定前の走査方向Ｓ１では、測定データによる第２の分布像が３ライン（Ｄ１～Ｄ３）得られるが、図８の算出方向Ｓ３１に示すように、算出方向が走査方向Ｓ１に対して斜めの場合、測定スタートからの測定データが同一であっても、得られる第２の分布像は同数のラインになるとは限らず、２ライン（Ｄ１１、Ｄ１２）に減少しても構わない。
なお、図９（ｂ）において、指定前の走査方向Ｓ１では、測定データによる第２の分布像が３ライン（Ｄ１～Ｄ３）得られるが、図８の算出方向Ｓ３１に示すように、算出方向が走査方向Ｓ１に対して斜めの場合、測定スタートからの測定データが同一であっても、得られる第２の分布像は同数のラインになるとは限らず、２ライン（Ｄ１１、Ｄ１２）に減少しても構わない。
【0040】
図９（ｂ）の処理は、図３のステップＳ１１４～１２０のように行うことができる。
まず、分布像算出手段４０ａは、ステップＳ１１２の後、算出方向の指定前の第２の分布像を再算出するか否かを判定する（ステップＳ１１４）。
ここで、再算出の有無は、例えばキーボード４２からユーザが再算出の要求を入力すると、分布像算出手段４０ａがその要求を取得して行うことができる。又、デフォルトで再算出するよう設定されていてもよい。
ステップＳ１１４で「Ｙｅｓ」であれば、ステップＳ１１６に移行して後述するフラグがあるか否かを判定し、「Ｙｅｓ」であれば、ステップＳ１０４に移行し、「Ｎｏ」であれば、ステップＳ１１８に移行する。
まず、分布像算出手段４０ａは、ステップＳ１１２の後、算出方向の指定前の第２の分布像を再算出するか否かを判定する（ステップＳ１１４）。
ここで、再算出の有無は、例えばキーボード４２からユーザが再算出の要求を入力すると、分布像算出手段４０ａがその要求を取得して行うことができる。又、デフォルトで再算出するよう設定されていてもよい。
ステップＳ１１４で「Ｙｅｓ」であれば、ステップＳ１１６に移行して後述するフラグがあるか否かを判定し、「Ｙｅｓ」であれば、ステップＳ１０４に移行し、「Ｎｏ」であれば、ステップＳ１１８に移行する。
【0041】
ステップＳ１１８では、分布像算出手段４０ａは、指定前の測定データにより指定された算出方向にて、第２の分布像を再算出し、再算出した旨のフラグを立てる。
続いてステップＳ１２０では、、表示制御手段４０ｂは、Ｓ１１８で再算出した第２の分布像と、算出方向を指定後の第２の分布像とをまとめてモニタ４１に表示させる。
ステップＳ１２０又はステップＳ１０４に続き、ステップＳ１３０では、分布像算出手段４０ａは、測定データが終了したか否かを判定し、「Ｙｅｓ」であれば処理を終了し、「Ｎｏ」であれば、ステップＳ１１０に戻って処理を繰り返す。
続いてステップＳ１２０では、、表示制御手段４０ｂは、Ｓ１１８で再算出した第２の分布像と、算出方向を指定後の第２の分布像とをまとめてモニタ４１に表示させる。
ステップＳ１２０又はステップＳ１０４に続き、ステップＳ１３０では、分布像算出手段４０ａは、測定データが終了したか否かを判定し、「Ｙｅｓ」であれば処理を終了し、「Ｎｏ」であれば、ステップＳ１１０に戻って処理を繰り返す。
【0042】
なお、最初のステップＳ１１４で第２の分布像を再算出すると、Ｓ１１８でフラグが立てられた後、Ｓ１２０で再算出した第２の分布像と、算出方向を指定後の第２の分布像とをまとめて表示する。次に、２回目以降のステップＳ１１４では、既に再算出した旨のフラグが立っているので、「Ｎｏ」と判定され、これ以上の再算出をせずにＳ１０４へ移行する。
つまり、例えば図９（ｂ）にて、最初のステップＳ１１４では再算出した第２の分布像Ｄ１１、Ｄ１２と、算出方向を指定後の第２の分布像Ｄ４～Ｄ６がまとめて表示されるが、２回目以降のステップＳ１１４では、指定後の第２の分布像が１ライン毎にＤ６の後に付け加えられることとなる。
つまり、例えば図９（ｂ）にて、最初のステップＳ１１４では再算出した第２の分布像Ｄ１１、Ｄ１２と、算出方向を指定後の第２の分布像Ｄ４～Ｄ６がまとめて表示されるが、２回目以降のステップＳ１１４では、指定後の第２の分布像が１ライン毎にＤ６の後に付け加えられることとなる。
【0043】
次に、図１０、図１１を参照し、差引き順序について説明する。
図１０（ａ）に示すように、第２の分布像を算出する際、隣接するデータの差分の差引き順序としては、（１）１ライン上の時系列的に後のデータａ２から時系列的に前のデータａ１を差し引いて差分Ｄ（＝ａ２－ａ１）を算出する他、（２）（１）と逆の順序で、差分－Ｄ（＝ａ１－ａ２）を算出するものがある。そして、差分Ｄと差分－Ｄとは高低が逆になり、第２の分布像の明暗を反転させる効果があり、差分Ｄによる第２の分布像が見難い場合に、明暗を反転させて差分－Ｄを表示すると見やすくなることがある。このように、目的に応じて差引き順序を選択することができる。
従って、例えば図７にて、Ｄ１～Ｄ３の第２の分布像２０２が見難い場合に、例えばキーボード４２からユーザが差引き順序を入力すると、差引き順序指定手段４０ｄがその差引き順序を分布像算出手段４０ａに設定して行うことができる。
図１０（ａ）に示すように、第２の分布像を算出する際、隣接するデータの差分の差引き順序としては、（１）１ライン上の時系列的に後のデータａ２から時系列的に前のデータａ１を差し引いて差分Ｄ（＝ａ２－ａ１）を算出する他、（２）（１）と逆の順序で、差分－Ｄ（＝ａ１－ａ２）を算出するものがある。そして、差分Ｄと差分－Ｄとは高低が逆になり、第２の分布像の明暗を反転させる効果があり、差分Ｄによる第２の分布像が見難い場合に、明暗を反転させて差分－Ｄを表示すると見やすくなることがある。このように、目的に応じて差引き順序を選択することができる。
従って、例えば図７にて、Ｄ１～Ｄ３の第２の分布像２０２が見難い場合に、例えばキーボード４２からユーザが差引き順序を入力すると、差引き順序指定手段４０ｄがその差引き順序を分布像算出手段４０ａに設定して行うことができる。
【0044】
なお、差分Ｄを求める隣接データは、図１０（ａ）のような図８の横軸に沿ったデータ列に限らず、例えば図１０（ｂ）のような図８の縦軸に沿ったデータ列でもよく、横軸と縦軸の間の斜めに沿ったデータ列でもよい。
以後、図８の縦軸に沿ったデータ列に基づく図１０（ｂ）の差分をＤ'，－Ｄ'で表す。
以後、図８の縦軸に沿ったデータ列に基づく図１０（ｂ）の差分をＤ'，－Ｄ'で表す。
【0045】
なお、分布像算出手段４０ａが、差引き順序指定手段４０ｄによって指定された差引き順序で、第２の分布像を算出する処理は、指定された算出方向で行うステップＳ１１０～Ｓ１２０（図３）と同様である。
又、図１１に示すように、算出方向と差引き順序とを共に指定することもできる。この場合、図９（ｂ）に相当する図１１（ａ）にて、算出方向Ｓ２の第２の分布像（各ラインＤ１１，Ｄ１２，Ｄ４～Ｄ６）を見たユーザが差分Ｄに対応する差引き順序ｄから差分－Ｄに対応する－ｄに変えた場合、差引き順序を変える前の第２の分布像（各ラインＤ１１，Ｄ１２，Ｄ４～Ｄ６）について、差引き順序－ｄで第２の分布像を再算出し、指定後の差引き順序の第２の分布像（各ラインＤ７以降）と共に表示すると好ましい。差引き順序－ｄで再算出した第２の分布像を、模式的にラインＤ１１０，Ｄ１２０，Ｄ４０～Ｄ６０で表す。
又、図１１に示すように、算出方向と差引き順序とを共に指定することもできる。この場合、図９（ｂ）に相当する図１１（ａ）にて、算出方向Ｓ２の第２の分布像（各ラインＤ１１，Ｄ１２，Ｄ４～Ｄ６）を見たユーザが差分Ｄに対応する差引き順序ｄから差分－Ｄに対応する－ｄに変えた場合、差引き順序を変える前の第２の分布像（各ラインＤ１１，Ｄ１２，Ｄ４～Ｄ６）について、差引き順序－ｄで第２の分布像を再算出し、指定後の差引き順序の第２の分布像（各ラインＤ７以降）と共に表示すると好ましい。差引き順序－ｄで再算出した第２の分布像を、模式的にラインＤ１１０，Ｄ１２０，Ｄ４０～Ｄ６０で表す。
【0046】
図１２、図１３は、第１の分布像（形状像）と、差分による第２の分布像の実際の測定例を示す。なお、図１２は複数の波形の畝部が平行に並ぶ試料の像であり、図１２は複数の線形の畝部が平行に並ぶ試料の像である。
図１２（ａ）は第１の分布像（形状像）Ｐ１であり、図１２（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ図８の横軸に沿った差分＋Ｄ，－Ｄ（図１０（ａ）参照）を行った第２の分布像Ｐ１＋Ｄ、Ｐ１－Ｄを示す。
一方、図１２（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ図８の縦軸に沿った差分＋Ｄ'，－Ｄ' （図１０（ｂ）参照）を行った第２の分布像Ｐ１＋Ｄ'、Ｐ１－Ｄ'を示す。
図１３についても同様であり、図１２の符号Ｐ１をそれぞれＰ２で置き換えることとする。
差分＋Ｄ，－Ｄの間で高低（明暗）が反転し、同様に差分＋Ｄ'，－Ｄ' の間で高低（明暗）が反転することがわかる。従って、必要に応じて所定の差分を行って第２の分布像を得ることで、より多くの情報を取得することができる。
図１２（ａ）は第１の分布像（形状像）Ｐ１であり、図１２（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ図８の横軸に沿った差分＋Ｄ，－Ｄ（図１０（ａ）参照）を行った第２の分布像Ｐ１＋Ｄ、Ｐ１－Ｄを示す。
一方、図１２（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ図８の縦軸に沿った差分＋Ｄ'，－Ｄ' （図１０（ｂ）参照）を行った第２の分布像Ｐ１＋Ｄ'、Ｐ１－Ｄ'を示す。
図１３についても同様であり、図１２の符号Ｐ１をそれぞれＰ２で置き換えることとする。
差分＋Ｄ，－Ｄの間で高低（明暗）が反転し、同様に差分＋Ｄ'，－Ｄ' の間で高低（明暗）が反転することがわかる。従って、必要に応じて所定の差分を行って第２の分布像を得ることで、より多くの情報を取得することができる。
【0047】
なお、図７、図８等では第２の分布像のみを表示したが、ステップＳ１０４で第１の分布像と第２の分布像の両方を表示させた場合、対応する第１の分布像についても、図７、図８等と同様に、指定後の算出方向Ｓ２で再算出するのはいうまでもない。
【0048】
本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、上記実施形態では、測定データが形状データの場合について説明したが、走査プローブ顕微鏡で測定可能な他の物理量であってもよい。又、上記実施形態では、ＤＦＭ測定モードについて説明したが、例えばコンタクトモードに、本発明を適用できる。例えば、コンタクトモードで摩擦像を測定する際に、本発明を適用できる。
又、本発明は、走査プローブ顕微鏡のカンチレバー側をスキャンして測定を行うレバースキャン方式にも適用できる。
例えば、上記実施形態では、測定データが形状データの場合について説明したが、走査プローブ顕微鏡で測定可能な他の物理量であってもよい。又、上記実施形態では、ＤＦＭ測定モードについて説明したが、例えばコンタクトモードに、本発明を適用できる。例えば、コンタクトモードで摩擦像を測定する際に、本発明を適用できる。
又、本発明は、走査プローブ顕微鏡のカンチレバー側をスキャンして測定を行うレバースキャン方式にも適用できる。
【符号の説明】
【0049】
１ カンチレバー
５ 変位検出器
４０ａ 分布像算出手段
４０ｂ 表示制御手段
４０ｃ 算出方向指定手段
４０ｄ 差引き順序指定手段
４１ 表示手段（モニタ）
９９ 探針
２００ 走査プローブ顕微鏡
２０１ 第１の分布像
２０２、２０２ｘ 第２の分布像
２０２ｙ 算出方向を指定後の第２の分布像
２０６ 差引き順序を指定後の第２の分布像
３００，３０１ 試料
Ｓ１ 走査方向
Ｓ２、Ｓ３１，Ｓ３２，Ｓ３３ 算出方向
Ｌ１～Ｌ３ 走査方向の１ライン
Ｄ１～Ｄ３、Ｄ４～Ｄ７、Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１１０，Ｄ１２０，Ｄ４０～Ｄ６０ 算出方向の１ライン
５ 変位検出器
４０ａ 分布像算出手段
４０ｂ 表示制御手段
４０ｃ 算出方向指定手段
４０ｄ 差引き順序指定手段
４１ 表示手段（モニタ）
９９ 探針
２００ 走査プローブ顕微鏡
２０１ 第１の分布像
２０２、２０２ｘ 第２の分布像
２０２ｙ 算出方向を指定後の第２の分布像
２０６ 差引き順序を指定後の第２の分布像
３００，３０１ 試料
Ｓ１ 走査方向
Ｓ２、Ｓ３１，Ｓ３２，Ｓ３３ 算出方向
Ｌ１～Ｌ３ 走査方向の１ライン
Ｄ１～Ｄ３、Ｄ４～Ｄ７、Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１１０，Ｄ１２０，Ｄ４０～Ｄ６０ 算出方向の１ライン
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【手続補正書】
【提出日】2022-01-24
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
試料の表面に接触又は近接させる探針が設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を示す信号を検出する変位検出器とを備え、前記信号に基づいて前記カンチレバーと前記試料の表面との間の所定の物理量を一定に維持させながら、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に走査させたときに得られた測定データを取得する走査プローブ顕微鏡において、
前記測定データの１次元又は２次元の第１の分布像と、前記測定データの並ぶ方向を走査方向とし、前記走査方向、前記走査方向と直交する方向、又は前記走査方向と前記走査方向と直交する方向とのなす角の二等分線となる方向を算出方向とし、前記算出方向に隣接するデータの差分データの１次元又は２次元の第２の分布像とを算出する分布像算出手段と、
前記分布像算出手段に対し、前記第１の分布像及び前記第２の分布像のいずれか一方又は両方の算出を指示すると共に、当該算出させた分布像を所定の表示手段に表示させる表示制御手段と、
をさらに備えたことを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
前記測定データの１次元又は２次元の第１の分布像と、前記測定データの並ぶ方向を走査方向とし、前記走査方向、前記走査方向と直交する方向、又は前記走査方向と前記走査方向と直交する方向とのなす角の二等分線となる方向を算出方向とし、前記算出方向に隣接するデータの差分データの１次元又は２次元の第２の分布像とを算出する分布像算出手段と、
前記分布像算出手段に対し、前記第１の分布像及び前記第２の分布像のいずれか一方又は両方の算出を指示すると共に、当該算出させた分布像を所定の表示手段に表示させる表示制御手段と、
をさらに備えたことを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
【請求項2】
試料の表面に接触又は近接させる探針が設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を示す信号を検出する変位検出器とを備え、前記信号に基づいて前記カンチレバーと前記試料の表面との間の所定の物理量を一定に維持させながら、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に走査させたときに得られた測定データを取得する走査プローブ顕微鏡において、
前記測定データは少なくとも第１の走査をすることにより得られた第１の測定データを含み、
第１の分布像と第２の分布像を算出する分布像算出手段を有し、
前記第１の分布像は少なくとも前記第１の測定データであり、
前記第２の分布像は、前記第１の測定データの個々のデータのうち、所望のデータとその後ろのデータとの差分、又は所望のデータとその前のデータとの差分を算出することにより得られる差分データを含み、
更に表示手段に情報を表示する表示制御手段を有し、前記表示制御手段は前記第１の分布像と前記第２の分布像の少なくとも一方を表示することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
前記測定データは少なくとも第１の走査をすることにより得られた第１の測定データを含み、
第１の分布像と第２の分布像を算出する分布像算出手段を有し、
前記第１の分布像は少なくとも前記第１の測定データであり、
前記第２の分布像は、前記第１の測定データの個々のデータのうち、所望のデータとその後ろのデータとの差分、又は所望のデータとその前のデータとの差分を算出することにより得られる差分データを含み、
更に表示手段に情報を表示する表示制御手段を有し、前記表示制御手段は前記第１の分布像と前記第２の分布像の少なくとも一方を表示することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
【請求項3】
試料の表面に接触又は近接させる探針が設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を示す信号を検出する変位検出器とを備え、前記信号に基づいて前記カンチレバーと前記試料の表面との間の所定の物理量を一定に維持させながら、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に走査させたときに得られた測定データを取得する走査プローブ顕微鏡において、
前記測定データは少なくとも第１の走査をすることにより得られた第１の測定データと第２の走査をすることにより得られた第２の測定データとを含み、
第１の分布像と第２の分布像を算出する分布像算出手段を有し、
前記第１の分布像は少なくとも前記第１の測定データであり、
前記第２の分布像は、前記第１の測定データと前記第２の測定データとの差分を算出することにより得られる差分データを含む第２の分布像であり、
更に表示手段に情報を表示する表示制御手段を有し、前記表示制御手段は前記第１の分布像と前記第２の分布像の少なくとも一方を表示することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
前記測定データは少なくとも第１の走査をすることにより得られた第１の測定データと第２の走査をすることにより得られた第２の測定データとを含み、
第１の分布像と第２の分布像を算出する分布像算出手段を有し、
前記第１の分布像は少なくとも前記第１の測定データであり、
前記第２の分布像は、前記第１の測定データと前記第２の測定データとの差分を算出することにより得られる差分データを含む第２の分布像であり、
更に表示手段に情報を表示する表示制御手段を有し、前記表示制御手段は前記第１の分布像と前記第２の分布像の少なくとも一方を表示することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
【請求項4】
前記表示制御手段は、前記第１の分布像及び前記第２の分布像の両方を表示する際、同一位置の前記測定データ及び前記差分データを同時に表示させる請求項１～３のいずれか一項に記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項5】
前記第１の分布像及び前記第２の分布像を算出する際のデータの算出方向を指定する算出方向指定手段をさらに備え、
前記分布像算出手段は、前記算出方向指定手段によって指定された前記算出方向に沿って、第１の分布像及び前記第２の分布像のうち、前記表示手段に表示される分布像を算出する請求項１～４のいずれか一項に記載の走査プローブ顕微鏡。
前記分布像算出手段は、前記算出方向指定手段によって指定された前記算出方向に沿って、第１の分布像及び前記第２の分布像のうち、前記表示手段に表示される分布像を算出する請求項１～４のいずれか一項に記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項6】
前記第２の分布像を算出する際の隣接するデータの差分の差引き順序を指定する差引き順序指定手段をさらに備え、
前記分布像算出手段は、前記差引き順序指定手段によって指定された差引き順序で、前記第２の分布像を算出する請求項１～５のいずれか一項に記載の走査プローブ顕微鏡。
前記分布像算出手段は、前記差引き順序指定手段によって指定された差引き順序で、前記第２の分布像を算出する請求項１～５のいずれか一項に記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項7】
前記表示制御手段は、走査方向又は前記算出方向に沿う差分データ毎に前記第２の分布像を順次表示させ、
前記分布像算出手段は、前記第２の分布像の表示中に、前記算出方向指定手段及び／又は前記差引き順序指定手段によって前記算出方向及び／又は前記差引き順序が指定されたとき、指定された前記算出方向及び／又は前記差引き順序に基づいて前記第２の分布像を算出する請求項５又は６に記載の走査プローブ顕微鏡。
前記分布像算出手段は、前記第２の分布像の表示中に、前記算出方向指定手段及び／又は前記差引き順序指定手段によって前記算出方向及び／又は前記差引き順序が指定されたとき、指定された前記算出方向及び／又は前記差引き順序に基づいて前記第２の分布像を算出する請求項５又は６に記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項8】
前記分布像算出手段は、指定された前記算出方向及び／又は前記差引き順序に基づいて、当該指定前の前記測定データによる前記第２の分布像を再算出し、
前記表示制御手段は、前記再算出した前記第２の分布像と、前記指定後の前記第２の分布像とを共に表示させる請求項７に記載の走査プローブ顕微鏡。
前記表示制御手段は、前記再算出した前記第２の分布像と、前記指定後の前記第２の分布像とを共に表示させる請求項７に記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項9】
前記表示制御手段は、走査方向又は前記算出方向の１ライン毎に、前記測定データ及び／又は前記差分データを表示させる請求項１～８のいずれか一項に記載の走査プローブ顕微鏡。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0008】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の走査プローブ顕微鏡は、試料の表面に接触又は近接させる探針が設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を示す信号を検出する変位検出器とを備え、前記信号に基づいて前記カンチレバーと前記試料の表面との間の所定の物理量を一定に維持させながら、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に走査させたときに得られた測定データを取得する走査プローブ顕微鏡において、前記測定データの１次元又は２次元の第１の分布像と、前記測定データの並ぶ方向を走査方向とし、前記走査方向、前記走査方向と直交する方向、又は前記走査方向と前記走査方向と直交する方向とのなす角の二等分線となる方向を算出方向とし、前記算出方向に隣接するデータの差分データの１次元又は２次元の第２の分布像とを算出する分布像算出手段と、前記分布像算出手段に対し、前記第１の分布像及び前記第２の分布像のいずれか一方又は両方の算出を指示すると共に、当該算出させた分布像を所定の表示手段に表示させる表示制御手段と、をさらに備えたことを特徴とする。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0010】
本発明の第２の態様の走査プローブ顕微鏡は、試料の表面に接触又は近接させる探針が設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を示す信号を検出する変位検出器とを備え、前記信号に基づいて前記カンチレバーと前記試料の表面との間の所定の物理量を一定に維持させながら、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に走査させたときに得られた測定データを取得する走査プローブ顕微鏡において、前記測定データは少なくとも第１の走査をすることにより得られた第１の測定データを含み、第１の分布像と第２の分布像を算出する分布像算出手段を有し、前記第１の分布像は少なくとも前記第１の測定データであり、前記第２の分布像は、前記第１の測定データの個々のデータのうち、所望のデータとその後ろのデータとの差分、又は所望のデータとその前のデータとの差分を算出することにより得られる差分データを含み、更に表示手段に情報を表示する表示制御手段を有し、前記表示制御手段は前記第１の分布像と前記第２の分布像の少なくとも一方を表示することを特徴とする。
本発明の第３の態様の走査プローブ顕微鏡は、試料の表面に接触又は近接させる探針が設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を示す信号を検出する変位検出器とを備え、前記信号に基づいて前記カンチレバーと前記試料の表面との間の所定の物理量を一定に維持させながら、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に走査させたときに得られた測定データを取得する走査プローブ顕微鏡において、前記測定データは少なくとも第１の走査をすることにより得られた第１の測定データと第２の走査をすることにより得られた第２の測定データとを含み、第１の分布像と第２の分布像を算出する分布像算出手段を有し、前記第１の分布像は少なくとも前記第１の測定データであり、前記第２の分布像は、前記第１の測定データと前記第２の測定データとの差分を算出することにより得られる差分データを含む第２の分布像であり、更に表示手段に情報を表示する表示制御手段を有し、前記表示制御手段は前記第１の分布像と前記第２の分布像の少なくとも一方を表示することを特徴とする。
本発明の走査プローブ顕微鏡において、前記表示制御手段は、前記第１の分布像及び前記第２の分布像の両方を表示する際、同一位置の前記測定データ及び前記差分データを同時に表示させてもよい。
この走査プローブ顕微鏡によれば、同一位置の第１の分布像と第２の分布像とを同時に表示させるので、両分布像の相違を同一位置で比較でき、さらに有用な情報が得られる。
本発明の第３の態様の走査プローブ顕微鏡は、試料の表面に接触又は近接させる探針が設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を示す信号を検出する変位検出器とを備え、前記信号に基づいて前記カンチレバーと前記試料の表面との間の所定の物理量を一定に維持させながら、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に走査させたときに得られた測定データを取得する走査プローブ顕微鏡において、前記測定データは少なくとも第１の走査をすることにより得られた第１の測定データと第２の走査をすることにより得られた第２の測定データとを含み、第１の分布像と第２の分布像を算出する分布像算出手段を有し、前記第１の分布像は少なくとも前記第１の測定データであり、前記第２の分布像は、前記第１の測定データと前記第２の測定データとの差分を算出することにより得られる差分データを含む第２の分布像であり、更に表示手段に情報を表示する表示制御手段を有し、前記表示制御手段は前記第１の分布像と前記第２の分布像の少なくとも一方を表示することを特徴とする。
本発明の走査プローブ顕微鏡において、前記表示制御手段は、前記第１の分布像及び前記第２の分布像の両方を表示する際、同一位置の前記測定データ及び前記差分データを同時に表示させてもよい。
この走査プローブ顕微鏡によれば、同一位置の第１の分布像と第２の分布像とを同時に表示させるので、両分布像の相違を同一位置で比較でき、さらに有用な情報が得られる。