特許 7625971 走査型プローブ顕微鏡および制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-27

(45)【発行日】2025-02-04

(54)【発明の名称】走査型プローブ顕微鏡および制御方法

(51)【国際特許分類】

   G01Q 10/06 20100101AFI20250128BHJP

   G01Q 60/24 20100101ALI20250128BHJP

【ＦＩ】

G01Q10/06

G01Q60/24

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021089041

(22)【出願日】2021-05-27

(65)【公開番号】P2022181852

(43)【公開日】2022-12-08

【審査請求日】2023-08-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】平出 雅人

【審査官】森口 正治

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１０／０１３２８８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－３２９６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１７１１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｑ １０／０６

Ｇ０１Ｑ ６０／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料を測定する走査型プローブ顕微鏡であって、
前記試料が配置される試料台と、
前記試料に対向して配置される探針と、
前記探針と前記試料との間に作用する物理量が一定となるように第１制御が実行されることにより、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に移動させる第１駆動機構と、
前記第１制御が実行されたにもかかわらず前記物理量が一定とならない場合に前記試料の測定を停止する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記試料の同一の測定経路において、前記試料の高さ方向と直交する第１方向および該第１方向とは逆方向である第２方向で前記探針を相対的に往復移動させて、前記試料の測定データを取得し、
前記物理量が一定とならない場合において、前記第１方向での前記探針の移動により取得した第１測定データと、前記第２方向での前記探針の移動により取得した第２測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値より大きい場合に、前記試料は過大な凹部または過大な凸部を有するという原因を示す原因情報を記憶し、
前記物理量が一定とならない場合において、前記一致度が前記閾値より小さい場合に、前記走査型プローブ顕微鏡の熱ドリフトが発生しているという原因を示す原因情報を記憶する、走査型プローブ顕微鏡。

【請求項2】

試料を測定する走査型プローブ顕微鏡であって、
前記試料が配置される試料台と、
前記試料に対向して配置される探針と、
前記探針と前記試料との間に作用する物理量が一定となるように第１制御が実行されることにより、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に移動させる第１駆動機構と、
前記第１制御が実行されたにもかかわらず前記物理量が一定とならない場合に前記試料の測定を停止する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記試料の同一の測定経路において、前記試料の高さ方向と直交する第１方向および該第１方向とは逆方向である第２方向で前記探針を相対的に往復移動させて、前記試料の測定データを取得し、
前記物理量が一定とならない場合において、前記第１方向での前記探針の移動により取得した第１測定データと、前記第２方向での前記探針の移動により取得した第２測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値より大きい場合に、前記試料の測定範囲を前記物理量が一定とならなかった箇所を除く測定範囲に設定する第２制御を実行し、
前記第２制御を実行した後、前記試料の測定を再開する、走査型プローブ顕微鏡。

【請求項3】

試料を測定する走査型プローブ顕微鏡であって、
前記試料が配置される試料台と、
前記試料に対向して配置される探針と、
前記探針と前記試料との間に作用する物理量が一定となるように第１制御が実行されることにより、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に移動させる第１駆動機構と、
前記第１制御が実行されたにもかかわらず前記物理量が一定とならない場合に前記試料の測定を停止する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記試料の同一の測定経路において、前記試料の高さ方向と直交する第１方向および該第１方向とは逆方向である第２方向で前記探針を相対的に往復移動させて、前記試料の測定データを取得し、
前記物理量が一定とならない場合において、前記第１方向での前記探針の移動により取得した第１測定データと、前記第２方向での前記探針の移動により取得した第２測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値より小さい場合に、予め定められた待機時間に亘って前記試料の測定を停止する第２制御を実行し、
前記第２制御を実行した後、前記試料の測定を再開する、走査型プローブ顕微鏡。

【請求項4】

試料を測定する走査型プローブ顕微鏡であって、
前記試料が配置される試料台と、
前記試料に対向して配置される探針と、
前記探針と前記試料との間に作用する物理量が一定となるように第１制御が実行されることにより、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に移動させる第１駆動機構と、
前記第１制御が実行されたにもかかわらず前記物理量が一定とならない場合に前記試料の測定を停止する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記試料の同一の測定経路において、前記試料の高さ方向と直交する第１方向および該第１方向とは逆方向である第２方向で前記探針を相対的に往復移動させて、前記試料の測定データを取得し、
前記物理量が一定とならない場合において、前記第１方向での前記探針の移動により取得した第１測定データと、前記第２方向での前記探針の移動により取得した第２測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値より小さい場合に、
前記試料の第１測定経路における前記第１測定データと前記第２測定データとに基づいて第１測定差分値を算出し、
前記試料の第２測定経路における前記第１測定データと前記第２測定データとに基づいて第２測定差分値を算出し、
前記第１測定経路において前記探針の相対的な往復移動が終了したときから、前記第２測定経路において前記探針の相対的な往復移動が終了したときまでの経過時間を取得し、
前記第１測定差分値と、前記第２測定差分値と、前記経過時間とに基づいて、待機時間を算出し、
算出された前記待機時間に亘って前記試料の測定を停止する第２制御を実行し、
前記第２制御を実行した後、前記試料の測定を再開する、走査型プローブ顕微鏡。

【請求項5】

前記制御装置は、
前記物理量が一定とならない場合に、前記試料の測定を停止した後、第２制御を実行し、
前記第２制御を実行した後、前記試料の測定を再開する、請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。

【請求項6】

前記走査型プローブ顕微鏡は、前記探針と前記試料台との間隔を増大させる退避処理を実行する第２駆動機構をさらに備え、
前記第２制御は、前記退避処理を含む、請求項５に記載の走査型プローブ顕微鏡。

【請求項7】

前記第１駆動機構は、
印加された電圧に応じて、前記試料台を駆動し、
印加された電圧が０である場合には、前記試料台を初期位置に駆動し、
前記第２制御は、前記第１駆動機構に印加される電圧を０にする処理を含む、請求項５または請求項６に記載の走査型プローブ顕微鏡。

【請求項8】

前記設定される測定範囲は、前記箇所と隣接している範囲である、請求項２に記載の走査型プローブ顕微鏡。

【請求項9】

前記制御装置は、前記第１測定データおよび前記第２測定データが記憶されていない場合には、前記試料の測定を停止する、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。

【請求項10】

前記制御装置は、前記原因情報に基づく通知を実行する、請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。

【請求項11】

前記制御装置は、
前記試料の測定を停止した後に前記試料の測定を再開する第１モードと、
前記試料の測定を停止した後に前記試料の測定を再開しない第２モードとをユーザの入力により切替可能である、請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。

【請求項12】

試料が配置される試料台と、
前記試料に対向して配置される探針と、
前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に移動させる第１駆動機構とを備え、前記試料を測定する走査型プローブ顕微鏡の制御方法であって、
前記制御方法は、
前記探針と前記試料との間に作用する物理量が一定となるような第１制御を実行することと、
前記第１制御が実行されたにもかかわらず前記物理量が一定とならない場合に前記試料の測定を停止することと、
前記試料の同一の測定経路において、前記試料の高さ方向と直交する第１方向および該第１方向とは逆方向である第２方向で前記探針を相対的に往復移動させて、前記試料の測定データを取得することと、
前記物理量が一定とならない場合において、前記第１方向での前記探針の移動により取得した第１測定データと、前記第２方向での前記探針の移動により取得した第２測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値より大きい場合に、前記試料は過大な凹部または過大な凸部を有するという原因を示す原因情報を記憶することと、
前記物理量が一定とならない場合において、前記一致度が前記閾値より小さい場合に、前記走査型プローブ顕微鏡の熱ドリフトが発生しているという原因を示す原因情報を記憶することとを備える、制御方法。

【請求項13】

試料が配置される試料台と、
前記試料に対向して配置される探針と、
前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に移動させる第１駆動機構とを備え、前記試料を測定する走査型プローブ顕微鏡の制御方法であって、
前記制御方法は、
前記探針と前記試料との間に作用する物理量が一定となるような第１制御を実行することと、
前記第１制御が実行されたにもかかわらず前記物理量が一定とならない場合に前記試料の測定を停止することと、
前記試料の同一の測定経路において、前記試料の高さ方向と直交する第１方向および該第１方向とは逆方向である第２方向で前記探針を相対的に往復移動させて、前記試料の測定データを取得することと、
前記物理量が一定とならない場合において、前記第１方向での前記探針の移動により取得した第１測定データと、前記第２方向での前記探針の移動により取得した第２測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値より大きい場合に、前記試料の測定範囲を前記物理量が一定とならなかった箇所を除く測定範囲に設定する第２制御を実行することと、
前記第２制御を実行した後、前記試料の測定を再開することとを備える、制御方法。

【請求項14】

試料が配置される試料台と、
前記試料に対向して配置される探針と、
前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に移動させる第１駆動機構とを備え、前記試料を測定する走査型プローブ顕微鏡の制御方法であって、
前記制御方法は、
前記探針と前記試料との間に作用する物理量が一定となるような第１制御を実行することと、
前記第１制御が実行されたにもかかわらず前記物理量が一定とならない場合に前記試料の測定を停止することと、
前記試料の同一の測定経路において、前記試料の高さ方向と直交する第１方向および該第１方向とは逆方向である第２方向で前記探針を相対的に往復移動させて、前記試料の測定データを取得することと、
前記物理量が一定とならない場合において、前記第１方向での前記探針の移動により取得した第１測定データと、前記第２方向での前記探針の移動により取得した第２測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値より小さい場合に、予め定められた待機時間に亘って前記試料の測定を停止する第２制御を実行することと、
前記第２制御を実行した後、前記試料の測定を再開することとを備える、制御方法。

【請求項15】

試料が配置される試料台と、
前記試料に対向して配置される探針と、
前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に移動させる第１駆動機構とを備え、前記試料を測定する走査型プローブ顕微鏡の制御方法であって、
前記制御方法は、
前記探針と前記試料との間に作用する物理量が一定となるような第１制御を実行することと、
前記第１制御が実行されたにもかかわらず前記物理量が一定とならない場合に前記試料の測定を停止することと、
前記試料の同一の測定経路において、前記試料の高さ方向と直交する第１方向および該第１方向とは逆方向である第２方向で前記探針を相対的に往復移動させて、前記試料の測定データを取得することと、
前記物理量が一定とならない場合において、前記第１方向での前記探針の移動により取得した第１測定データと、前記第２方向での前記探針の移動により取得した第２測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値より小さい場合に、
前記試料の第１測定経路における前記第１測定データと前記第２測定データとに基づいて第１測定差分値を算出することと、
前記試料の第２測定経路における前記第１測定データと前記第２測定データとに基づいて第２測定差分値を算出することと、
前記第１測定経路において前記探針の相対的な往復移動が終了したときから、前記第２測定経路において前記探針の相対的な往復移動が終了したときまでの経過時間を取得することと、
前記第１測定差分値と、前記第２測定差分値と、前記経過時間とに基づいて、待機時間を算出することと、
算出された前記待機時間に亘って前記試料の測定を停止する第２制御を実行することと、
前記第２制御を実行した後、前記試料の測定を再開することとを備える、制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、走査型プローブ顕微鏡および制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、試料の表面に沿って相対移動されるプローブを備えた走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope）が提案されている。たとえば、特開２０２１－００４８５９号公報（特許文献１）に記載のＳＰＭは、制御装置と、試料が配置される試料台と、該試料の表面に沿って相対移動させる探針とを備える。ＳＰＭは、該試料台をＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に駆動することにより該試料を測定する。また、制御装置は、探針と試料との間に作用する物理量（たとえば、原子間力）が一定となるようにフィードバック制御を実行する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２１－００４８５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のＳＰＭによる試料の測定中において、上述のフィードバック制御が実行されたにも関わらず、探針と試料との間に作用する物理量が一定とならない場合がある。この場合とは、たとえば、ＳＰＭが測定することができない程大きな凸部が試料に存在する場合である。試料に該凸部が存在する状態で測定を継続すると、不正確な測定結果を取得してしまうという問題が生じ得る。

【0005】

この発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、探針と試料との間に作用する物理量が一定とならない場合であっても、不正確な測定結果を取得することを低減する技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の走査型プローブ顕微鏡は、試料を測定する。走査型プローブ顕微鏡は、走査型プローブ顕微鏡であって、試料が配置される試料台と、試料に対向して配置される探針と、探針と試料との間に作用する物理量が一定となるように第１制御が実行されることにより、探針を試料の表面に沿って相対的に移動させる第１駆動機構と、第１制御が実行されたにもかかわらず物理量が一定とならない場合に試料の測定を停止する制御装置とを備える。

【0007】

本開示の制御方法は、走査型プローブ顕微鏡の制御方法である。走査型プローブ顕微鏡は、試料が配置される試料台と、試料に対向して配置される探針と、探針を試料の表面に沿って相対的に移動させる第１駆動機構とを備える。制御方法は、探針と試料との間に作用する物理量が一定となるような第１制御を実行することと、第１制御が実行されたにもかかわらず物理量が一定とならない場合に試料の測定を停止することとを備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、探針と試料との間に作用する物理量が一定となるように制御が実行されたにも関わらず物理量が一定とならない場合には、試料の測定を停止する。したがって、本開示によれば、不正確な測定結果を取得することを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態に係るＳＰＭの構成を概略的に示す図である。

【図2】情報処理装置のハードウェア構成例を示す図である。

【図3】測定範囲の一例を示す図である。

【図4】情報処理装置の機能ブロック図である。

【図5】熱ドリフトの発生の検出の手法を示す図である。

【図6】過大凹凸部が試料に存在する場合の第２制御を示す図である。

【図7】ＳＰＭの動作方法を説明するためのフローチャートである。

【図8】第３実施形態のＳＰＭの動作方法を説明するためのフローチャートである。

【図9】表示装置に表示される通知文の一例を示す。

【図10】表示装置の表示領域に表示される通知文の一例を示す。

【図11】モードの選択画面の一例である。

【図12】待機時間の予測の手法を説明するための図である。

【図13】熱ドリフトを説明するための図である。

【図14】変形例のＳＰＭの動作方法を説明するためのフローチャートである。

【図15】待機時間算出処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0011】

［第１の実施の形態］
図１は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の構成を概略的に示す図である。本実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡１００は、代表的には、プローブ（探針）３と試料Ｓの表面との間に働く物理量を利用して試料Ｓの表面の形状を測定する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）である。その他の走査型プローブ顕微鏡、例えば走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ：Scanning Tunneling Microscope）にも本開示を同様に適用することができる。なお、物理量は、たとえば、原子間力（引力または斥力）である。以下では、試料Ｓの高さ方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に直交する方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とする。

【0012】

図１に示すように、走査型プローブ顕微鏡１００は、主たる構成要素として、測定装置１０と、情報処理装置２０と、表示装置３０と、入力装置４０とを備える。測定装置１０は、主たる構成要素として、光学系１と、カンチレバー２と、微動機構１２（スキャナ）と、試料台１４と、粗動機構１３と、ＸＹ方向駆動部１６と、Ｚ方向駆動部１８と、フィードバック信号発生部２２とを有する。本実施の形態の「微動機構１２」は、本開示の「第１駆動機構」に対応し、本実施の形態の「粗動機構１３」は、本開示の「第２駆動機構」に対応する。

【0013】

試料Ｓは、試料台１４上に配置される。試料台１４は、微動機構１２上に配置される。微動機構１２は、試料Ｓと探針３との相対的な位置関係を変化させるための移動装置である。微動機構１２は、ＸＹスキャナ１２ｘｙと、Ｚスキャナ１２ｚとを有する。ＸＹスキャナ１２ｘｙは、試料台１４を、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動させる。Ｚスキャナ１２ｚは、試料台１４をＺ軸方向に微動させる。ＸＹスキャナ１２ｘｙは、ＸＹ方向駆動部１６から印加される電圧によって変形する圧電素子を有する。Ｚスキャナ１２ｚは、Ｚ方向駆動部１８から印加される電圧によって伸縮する圧電素子を有する。この圧電素子により、Ｚスキャナ１２ｚは伸縮する。なお、ＸＹスキャナ１２ｘｙおよびＺスキャナ１２ｚは、圧電素子を有する構成に限定されない。

【0014】

本実施の形態においては、Ｚ方向駆動部１８が印加する電圧が、最大値Ｖｍａｘであるときに、試料台１４はＺ軸方向において最も高い位置に駆動される。また、Ｚ方向駆動部１８が印加する電圧が、最小値Ｖｍｉｎであるときに、試料台１４はＺ軸方向において最も低い位置に駆動される。たとえば、最大値Ｖｍａｘは、＋Ｖ１（Ｖ１は正の実数）であり、最小値Ｖｍｉｎは、－Ｖ１である。また、Ｚ方向駆動部１８が印加する電圧が、０であるときに、試料台１４は、初期位置に駆動される。本実施の形態においては、初期位置は、Ｚ軸方向において中央の位置となる。なお、変形例として、Ｚ方向駆動部１８が印加する電圧が最大値Ｖｍａｘであるときに、試料台１４はＺ軸方向において最も低い位置に駆動され、該電圧が最小値Ｖｍｉｎであるときに、試料台１４はＺ軸方向において最も高い位置に駆動されてもよい。

【0015】

カンチレバー２は、板ばね状に形成されており、その一方端がホルダ４によって支持されている。カンチレバー２の他方端は自由端であり、試料Ｓに対向するように配置される。図１に示した例では、Ｚ軸方向の上方に配置されている。カンチレバー２は、試料Ｓと対向する表面と、表面と反対側の裏面とを有する。カンチレバー２の自由端の先端部の表面には、試料Ｓに対向するように探針３が配置されている。当該先端部の裏面は、光を反射するように構成されている。探針３と試料Ｓとの間に働く物理量（たとえば、原子間力）によって、カンチレバー２の先端部がＺ軸方向に変位する。

【0016】

カンチレバー２のＺ軸方向の上方には、カンチレバー２の撓み量（すなわち、先端部の変位量）を検出するための光学系１が設けられている。光学系１は、試料Ｓの測定時にレーザ光をカンチレバー２の裏面（反射面）に照射し、当該反射面で反射されたレーザ光を検出する。具体的には、光学系１は、レーザ光源６と、ビームスプリッタ５と、反射鏡７と、光検出器８とを有する。

【0017】

レーザ光源６は、レーザ光を発射するレーザ発振器を有する。光検出器８は、入射されたレーザ光を検出するフォトダイオードを有する。レーザ光源６から発射されたレーザ光ＬＡは、ビームスプリッタ５で反射され、カンチレバー２の裏面（反射面）に照射される。カンチレバー２の裏面で反射されたレーザ光は、さらに反射鏡７によって反射されて光検出器８に入射する。

【0018】

光検出器８は、カンチレバー２のＺ軸方向（変位方向）に複数（たとえば、２つ）に分割された受光面を有する。あるいは、光検出器８は、Ｚ軸方向およびＹ軸方向に４分割された受光面を有する。カンチレバー２の先端部がＺ軸方向に変位すると、複数の受光面に照射される光量の割合が変化することから、その複数の受光光量に基づいて、カンチレバー２の撓み量（変位量）を検出することができる。

【0019】

フィードバック信号発生部２２は、光検出器８から与えられる検出信号を演算処理することによって、カンチレバー２の撓み量を算出する。フィードバック信号発生部２２は、探針３と試料Ｓとの間の原子間力が一定になるように試料ＳのＺ方向位置を制御する。以下では、この制御は、「フィードバック制御」と称される。また、フィードバック制御は、本開示の「第１制御」に対応する。具体的には、フィードバック信号発生部２２は、算出したカンチレバー２の撓み量と目標値との偏差Ｓｄを算出し、偏差ＳｄがゼロになるようにＺスキャナ１２ｚを駆動するための制御量を算出する。フィードバック信号発生部２２は、この制御量に対応してＺスキャナ１２ｚを変位させるための電圧値Ｖｚを算出する。フィードバック信号発生部２２は、電圧値Ｖｚを示す電圧信号をＺ方向駆動部１８に出力する。Ｚ方向駆動部１８は、電圧値ＶｚをＺスキャナ１２ｚに印加する。このように、Ｚ方向駆動部１８は、フィードバック信号発生部２２からの電圧値の入力を受付け、該電圧値に基づいた電圧をＺスキャナ１２ｚに印加する。

【0020】

情報処理装置２０は、予め設定された走査条件に従って、試料台１４が探針３に対してＸ軸およびＹ軸方向に相対移動するように、ＸＹ方向駆動部１６をＸ軸方向の電圧値ＶｘおよびＹ軸方向の電圧値Ｖｙを算出し、ＸＹ方向駆動部１６に出力する。ＸＹ方向駆動部１６は、電圧値ＶｘおよびＶｙをＸＹスキャナ１２ｘｙに印加する。

【0021】

粗動機構１３は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に試料台１４を移動させる。また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向において、微動機構１２による試料台１４の第１移動範囲は、粗動機構１３による試料台１４の第２移動範囲よりも小さくなるように構成されている。また、後述の原因により、ＳＰＭ１００が試料Ｓを適切に測定できない場合がある。この場合には、情報処理装置２０の制御により粗動機構１３は、退避処理を実行する。退避処理は、探針３と試料台１４との間隔を増大させる処理である。粗動機構１３は、情報処理装置２０により駆動される。

【0022】

情報処理装置２０は、主として測定装置１０の動作を制御する。Ｚ軸方向のフィードバック量（Ｚスキャナ１２ｚへの印加電圧Ｖｚおよび偏差Ｓｄ）を示す測定データはＺ方向駆動部１８から情報処理装置２０に送られる。測定データは、試料ＳのＹ軸方向（図３参照）において、所定の間隔毎に定められている測定点毎に送信される。情報処理装置２０は、測定データを記憶する。情報処理装置２０は、予め記憶されている電圧Ｖｚとそれに対応した試料Ｓ（試料台１４）のＺ軸方向の変位量との関係を示す相関情報に基づいて、電圧Ｖｚから試料ＳのＺ軸方向の変位量を算出する。算出された変位量は、試料ＳのＺ軸方向の位置を示す値（以下、「Ｚ値」とも称する）を反映した値である。情報処理装置２０は、走査範囲におけるＸ軸およびＹ軸方向の各位置において、試料ＳのＺ軸方向の変位量を算出することにより、試料Ｓの表面の形状を表す２次元または３次元の測定データを作成する。情報処理装置２０は、該測定データに基づいて試料Ｓの表面の形状などの情報を表示装置３０に表示させる。

【0023】

情報処理装置２０により作成された画像データは、ＸＹ平面上の各位置におけるＺ軸方向の位置を示す値（Ｚ値）とを含んでいる。なお、Ｚ値は、試料台１４上の各位置における表面の高さに対応し、そのうち試料Ｓが存在する位置では試料Ｓを含む高さに対応している。情報処理装置２０は、作成した画像データを表示装置３０に表示する。また、入力装置４０からは、ユーザから様々な情報が入力される。

【0024】

［情報処理装置のハードウェア構成］
図２は、情報処理装置２０のハードウェア構成例を示す図である。図２を参照して、情報処理装置２０は、主たる構成要素として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１６０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１６２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１６４と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１６６と、通信Ｉ／Ｆ（Interface）１６８と、表示Ｉ／Ｆ１７０と、入力Ｉ／Ｆ１７２とを有する。各構成要素はデータバスによって相互に接続されている。なお、情報処理装置２０のハードウェア構成のうち少なくとも一部分は、測定装置１０の内部にあってもよい。あるいは、情報処理装置２０は、走査型プローブ顕微鏡１００とは別体として構成し、走査型プローブ顕微鏡１００との間で双方向に通信を行なうように構成してもよい。

【0025】

通信Ｉ／Ｆ１６８は、測定装置１０と通信するためのインターフェイスである。表示Ｉ／Ｆ１７０は、表示装置３０と通信するためのインターフェイスである。入力Ｉ／Ｆ１７２は、入力装置４０と通信するためのインターフェイスである。

【0026】

ＲＯＭ１６２は、ＣＰＵ１６０にて実行されるプログラムを格納する。ＲＡＭ１６４は、ＣＰＵ１６０におけるプログラムの実行により生成されるデータ、および通信Ｉ／Ｆ１６８を経由して入力されるデータを一時的に格納することができる。ＲＡＭ１６４は、作業領域として利用される一時的なデータメモリとして機能し得る。ＨＤＤ１６６は、不揮発性の記憶装置である。ＨＤＤ１６６に代えて、フラッシュメモリなどの半導体記憶装置を採用してもよい。

【0027】

ＲＯＭ１６２に格納されているプログラムは、記憶媒体に格納されて、プログラムプロダクトとして流通されてもよい。または、プログラムは、情報提供事業者によって、いわゆるインターネットなどによりダウンロード可能なプロダクトプログラムとして提供されてもよい。情報処理装置２０は、記憶媒体またはインターネットなどにより提供されたプログラムを読み取る。情報処理装置２０は、読み取ったプログラムを所定の記憶領域（例えばＲＯＭ１６２）に記憶する。ＣＰＵ１６０は、当該プログラムを実行することにより、後述する画像データの取得処理を実行することができる。

【0028】

表示装置３０は、画像データの取得条件を設定するための設定画面を表示することができる。また、画像データの取得中、表示装置３０は、情報処理装置２０にて作成された画像データおよび、この画像データを処理して得られたデータを表示することができる。

【0029】

入力装置４０は、ユーザ（例えば、分析者）からの情報処理装置２０に対する指示を含む入力を受け付ける。入力装置４０は、キーボード、マウスおよび、表示装置３０の表示画面と一体的に構成されたタッチパネルなどを含み、画像の取得条件などを受け付ける。

【0030】

［試料Ｓの測定範囲］
ユーザは、入力装置４０から、試料Ｓの測定範囲を入力可能である。図３は、測定範囲Ｒ１の一例を示す図である。図３の例では、測定範囲Ｒ１は矩形状に設定されている。図３に示すように、情報処理装置２０は、試料ＳのＹ軸方向の測定経路Ｌ（１ライン目の経路）に沿って、探針３が往復するように相対移動させる。図３の例では、Ｙ軸の正方向が、本開示の「第１方向」に対応し、Ｙ軸の負方向が、本開示の「第２方向」に対応する。測定経路Ｌにおいて、探針３の往復移動が終了すると、探針３は、Ｘ軸方向に所定量分、相対移動される。そして、探針３は、次の測定経路（２ライン目の経路）において、再び往復するように相対移動する。このように、探針３は、測定範囲Ｒ１において、全てのラインにおいて往復移動する。なお、変形例として、探針３は、Ｘ軸方向に往復移動するようにしてもよい。

【0031】

［情報処理装置の処理］
図４は、情報処理装置２０の機能ブロック図である。情報処理装置２０は、入力部１０２と、処理部１０４と、駆動部１０６と、記憶部１０８とを有する。入力部１０２には、Ｚ方向駆動部１８からの測定データ（印加電圧Ｖｚおよび偏差Ｓｄ）が入力される。この測定データは、処理部１０４に出力される。処理部１０４は、試料ＳのＺ軸方向の変位量を算出することにより、測定データを作成する。ここで、探針３が上述の第１方向に相対移動されたときに処理部１０４が作成するデータを「第１測定データ」と称する。第１測定データは、往路における測定データである。また、探針３が上述の第２方向に相対移動されたときに処理部１０４が作成するデータを「第２測定データ」と称する。第２測定データは、復路における測定データである。このように、処理部１０４は、第１測定データおよび第２測定データを作成する。

【0032】

また、処理部１０４は、偏差Ｓｄがゼロとなっているかを判断する。試料Ｓの測定において、正常な状況である場合には、上述のフィードバック制御が実行されることにより偏差Ｓｄはゼロとなる。しかしながら、以下に示す原因により、偏差Ｓｄはゼロとはならない場合がある。原因は、第１原因と第２原因とを含む。

【0033】

第１原因は、後述の過大凹凸部が試料Ｓに存在するという原因である。過大凹凸部は、過度に高い凸部および過度に深い凹部をいう。過度に高い凸部は、Ｚ軸方向の上述の第１移動範囲（微動機構１２による試料台１４の移動範囲）より長い高さを有する凸部である。また、過度に深い凹部は、Ｚ軸方向の上述の第１移動範囲より長い深さを有する凹部である。ここで、微動機構１２による試料台１４の第１移動範囲は数μｍから数十μｍである。

【0034】

第２原因は熱ドリフトが発生しているという原因である。熱ドリフトは、ＳＰＭ１００による試料Ｓの測定中に、ＳＰＭ１００の機器または試料Ｓからの発熱により生じる。ＳＰＭ１００装置全体の熱ドリフトにより、意図しない、探針３と試料Ｓとの相対位置の変化が生じる場合がある。

【0035】

意図しない探針３と試料Ｓとの相対位置の変化には、探針３が時間の経過とともに試料Ｓに近づく場合と、探針３が時間の経過とともに試料Ｓに遠ざかる場合とがある。例えば、探針３が試料Ｓに近づく方向に熱ドリフトが発生している場合には、試料Ｓの測定を継続すると、Ｚスキャナ１２ｚが縮みきっている状態となっても偏差Ｓｄがゼロにならないという現象が起こり得る。逆に、探針３が試料Ｓから遠ざかる方向に熱ドリフトが発生している場合には、Ｚスキャナ１２ｚが伸びきっている状態となっても偏差Ｓｄがゼロにならないという現象が起こり得る。つまり、熱ドリフトが発生することによりＺスキャナ１２ｚにＺ方向駆動部１８が印加する電圧が、最大値Ｖｍａｘの状態、または、最小値Ｖｍｉｎの状態となっているため、上述のフィーバック制御が実行されたにも関わらず偏差Ｓｄがゼロにならない（原子間力が一定にならない）。このような状態を、微動機構１２の稼働範囲を超える熱ドリフトによる影響が発生した状態と称する。

【0036】

以下では、「時間の経過とともに、探針３と試料Ｓとが近づくように作用する熱ドリフト」は、「第１熱ドリフト」とも称される。また、「時間の経過とともに、探針３と試料Ｓとが遠ざかるように作用する熱ドリフト」は、「第２熱ドリフト」とも称される。また、熱ドリフトが発生した場合において、途中から該熱ドリフトの種別が変化することはないとする。たとえば、第１熱ドリフトが発生した場合において、途中から第２熱ドリフトが発生する場合はないとする。また、第２熱ドリフトが発生した場合において、途中から第１熱ドリフトが発生する場合はないとする。

【0037】

次に、原因の種別（第１原因および第２原因のいずれであるか）を特定する手法を説明する。処理部１０４は、偏差Ｓｄがゼロではないと判断した場合には、記憶部１０８に記憶されている測定データ（過去に取得された測定データ）を取得する。たとえば、処理部１０４は、直近に記憶された（直近に取得された）Ｎ個の測定データを取得する。Ｎは１以上の整数である。なお、Ｎ個の測定データの各々に第１測定データと第２測定データとが含まれている。そして、処理部１０４は、該測定データに基づいて、原因の種別を特定する。

【0038】

図５は、過去の測定データの一例である。図５（Ａ）～図５（Ｃ）において、横軸は、時間ｔを示し、縦軸は、ＳＰＭ１０により測定された試料Ｓの高さを示す。また、図５では、往路の測定データおよび復路の測定データが示されている。往路における測定の開示時刻を「ｔ０」とし、往路から復路への反転時刻を「ｔ１」とし、復路における測定の終了時刻を「ｔ２」とする。なお、図５の例では、便宜上、往路から復路への反転時において、往路における測定の終了時刻と、復路における測定の開始時刻とが同一となっているが、測定の終了時刻と、復路における測定の開始時刻とは異なる場合がある。

【0039】

処理部１０４は、復路における測定データを、該復路の測定データの時系列を逆転させた逆データ（第３測定データ）に変換する。そして、処理部１０４は、該復路に対応する往路の測定データ（第１測定データ）と、逆データとの一致度を算出する。一致度は、往路の測定データと、逆データとの一致度合いを示す値である。一致度は、例えば、往路の測定データと、逆データとの試料Ｓの複数の同一位置の測定データにより示される値の差分の平均値または標準偏差に基づいて算出される。

【0040】

図５（Ａ）は、熱ドリフトが生じておらず、過大凹凸部が存在するという原因（つまり第１原因）を説明するための図である。図５（Ａ）に示すように、往路における測定期間の測定データと、逆データとは一致している（一致度は、閾値以上である）。したがって、処理部１０４は、偏差Ｓｄがゼロではない場合において、図５（Ａ）に示す過去の測定データを取得した場合には、第１原因を特定する。

【0041】

図５（Ｂ）は、探針３と、試料Ｓとが近づくように作用する熱ドリフト（第１熱ドリフト）が発生している場合を示す。図５（Ｂ）において、復路における測定データは、該第１熱ドリフトの影響により、探針３と、試料Ｓとが近づくことを示すデータとなっている。

【0042】

図５（Ｃ）は、探針３と、試料Ｓとが遠ざかるように作用する熱ドリフト（第２熱ドリフト）が発生している場合を示す。図５（Ｃ）において、復路における測定データは、該第２熱ドリフトの影響により、探針３と、試料Ｓとが遠ざかることを示すデータとなっている。なお、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）の復路において、熱ドリフトが発生していないときの波形（正常波形）が破線で示されている。

【0043】

なお、図５の測定データは一例である。たとえば、ＳＰＭ１００の構成によっては、第１熱ドリフトが発生しているときに図５（Ｃ）の測定データが取得され、第２熱ドリフトが発生しているときに図５（Ｂ）の測定データが取得される場合がある。

【0044】

図５（Ｂ）および図５（Ｃ）に示すように、往路における測定期間の測定データと、逆データとは一致していない（一致度は、閾値未満である）。したがって、処理部１０４は、偏差Ｓｄがゼロではない場合において、図５（Ｂ）に示す過去の測定データを取得した場合には、第２原因（第１熱ドリフトの発生）を特定する。また、処理部１０４は、偏差Ｓｄがゼロではない場合において、図５（Ｃ）に示す過去の測定データを取得した場合には、第２原因（第２熱ドリフトの発生）を特定する。

【0045】

また、処理部１０４は、原因の種別を特定したときには、該原因の種別を特定可能なフラグ（原因情報）を記憶部１０８に記憶させる。処理部１０４は、第１原因を特定した場合には、凹凸部フラグを記憶部１０８に記憶させる。この凹凸部フラグは、過大凹凸部が検出されたことを示すフラグである。処理部１０４は、第２原因を特定した場合には、熱ドリフトフラグを記憶部１０８に記憶させる。熱ドリフトフラグは、熱ドリフトが検出されたことを示すフラグである。さらに処理部１０４は、第１原因または第２原因を特定すると該特定した原因を示す原因信号を測定装置１０に送信する。測定装置１０は、この原因信号を受信することにより、発生した原因を特定できる。

【0046】

また、試料Ｓに第１原因である過大凹凸部がある場合には、ＳＰＭ１００は、適切に試料Ｓを測定できないのみならず、測定を継続すると、試料Ｓおよび探針３が接触することによって、試料Ｓおよび探針３の少なくとも一方が破損する場合がある。そこで、本実施形態のＳＰＭ１００は、第１原因の影響を解消するための第２制御を実行し、該第２制御の後に測定を継続する。

【0047】

図６は、第１原因の影響を解消するための第２制御を示す図である。図６においては、試料Ｓと、ユーザにより設定された測定範囲Ｒ１とが示されている。そして、図６（Ａ）に示すように部分αにおいて、偏差Ｓｄがゼロにならなかった（特殊な凸部が存在した）とする。この場合には、駆動部１０６は、粗動機構１３を駆動することにより、退避処理（探針３と試料台１４（試料Ｓ）との間隔を増大させる処理）を実行する。これにより、ＳＰＭ１００は、探針３と試料Ｓとの衝突を防止できる。そして、測定装置１０は、Ｚ方向駆動部１８からＺスキャナ１２ｚに印加される電圧を０にする。過大凹凸部の形状に追従するために、Ｚスキャナ１２ｚが縮みきっている、あるいは、伸びきっている可能性が高いためである。さらに、処理部１０４は、図６（Ｂ）に示すように、測定範囲を、測定範囲Ｒ１から新たな測定範囲Ｒ２に変更する。駆動部１０６は、粗動機構１３を駆動することにより新たな測定範囲Ｒ２を測定可能なように移動する。そして、測定装置１０は、測定範囲Ｒ２において、試料Ｓの測定を再開する。Ｚ方向駆動部１８からＺスキャナに印加される電圧を０にしたため、試料台１４は、初期位置に駆動される。したがって、ＳＰＭ１００は、探針３と試料台１４とが衝突することを低減できるとともに、Ｚスキャナ１２ｚの伸縮範囲に余裕をもって測定範囲Ｒ２を測定することができる。

【0048】

ここで、測定範囲Ｒ２は、部分αが除外された範囲、つまり、原子間力が一定とならなかった部分αを除く測定範囲であって、測定範囲Ｒ１と同じ面積にすることが望ましい。より詳細には、測定範囲Ｒ２は、部分αと隣接する範囲である。「部分αと隣接する」とは、「測定範囲Ｒ２を形成する枠上に部分αが存在する」を意味してもよい。また、「部分αと隣接する」とは、「測定範囲Ｒ２を形成する枠から所定距離、離れている」を意味してもよい。また、情報処理装置２０は、第１原因が発生した部分αのＸＹ座標を記憶する。そして、情報処理装置２０は、部分αのＸＹ座標を基準にして、測定範囲Ｒ２を新たに設定する。

【0049】

また、新たな測定範囲Ｒ２で再度の第１原因が発生した場合には、該再度の第１原因が発生した部分αが除外された新たな測定範囲が設定される。このように、ＳＰＭ１００は、第１原因が発生せずに該測定範囲での測定が完了するまで、測定範囲の再設定を繰り返す。また、試料Ｓにおいて、測定範囲の再度の設定を複数回実行したにもかかわらず、第１原因が発生しない測定範囲が設定できなかった場合には、ＳＰＭ１００は、該試料Ｓについての測定は不可能であるとして判断して測定処理を終了する。したがって、情報処理装置２０は、該測定不可能であることを示す通知を実行する。

【0050】

また、第２原因である熱ドリフトが発生している場合には、ＳＰＭ１００は、適切に試料Ｓを測定できない。そこで、本実施形態のＳＰＭ１００は、第２原因の影響を低減させるための第２制御を実行し、該第２制御の後に測定を継続する。

【0051】

試料Ｓの測定中、偏差Ｓｄがゼロにならなかった（微動機構１２の稼働範囲を超える熱ドリフトによる影響が発生した）とする。この場合には、駆動部１０６は、粗動機構１３を駆動することにより、退避処理（探針３と試料台１４（試料Ｓ）との間隔を増大させる処理）を実行する必要がある。第１原因および第２原因を解消するための第２制御は、この退避処理を含む。これにより、探針３と試料Ｓとの衝突を防止できる。そして、測定装置１０は、Ｚスキャナ１２ｚへの印加電圧を０にする。前述の通り、「微動機構１２の稼働範囲を超える熱ドリフトによる影響が発生した状態」では、Ｚスキャナ１２ｚにＺ方向駆動部１８が印加する電圧が、最大値Ｖｍａｘの状態、または、最小値Ｖｍｉｎの状態となっているため、該電圧を０に調整する。第１原因および第２原因を解消するための第２制御は、印加電圧を０にする処理を含む。さらに、駆動部１０６は、粗動機構１３を駆動することにより再び探針３と試料Ｓを近接させ、測定範囲Ｒ１において試料Ｓの測定を再開する。Ｚ方向駆動部１８からＺスキャナに印加される電圧を０にしたため、Ｚスキャナ１２ｚは再び伸縮することができる。

【0052】

［ＳＰＭの動作方法］
図７は、ＳＰＭ１００の動作方法を説明するためのフローチャートである。図７の処理は、設定された測定範囲の測定点毎に実行される。

【0053】

ステップＳ２において、ＳＰＭ１００は、偏差Ｓｄを取得する。次にステップＳ４において、ＳＰＭ１００は、フィードバック制御を実行することによりＳｄ＝０となるようにＺスキャナ１２ｚを駆動する。次に、ステップＳ５において、ＳＰＭ１００は、Ｓｄ＝０となっているか否かを判断する。ＳＰＭ１００は、Ｓｄ＝０となっている場合には、ステップＳ２１において、該Ｓｄ＝０と判断されたときの測定データを記憶部１０８に記憶させる。次に、ステップＳ２２において、ＳＰＭ１００は、試料Ｓの測定が終了したか否かを判断する。Ｓ２２においてＹＥＳと判断された場合には、処理は終了する。一方、ステップＳ２２において、ＮＯと判断された場合には、処理は、ステップＳ２に戻る。

【0054】

また、ステップＳ５でＮＯと判断された場合には、ステップＳ６において、ＳＰＭ１００は、測定を一旦停止する。次に、ステップＳ７において、ＳＰＭ１００は、粗動機構１３を駆動することにより、試料台１４をカンチレバー２から退避させる。そして、Ｓ８において、ＳＰＭ１００は、Ｚ方向駆動部１８からＺスキャナ１２への印加電圧を０にする。さらに、ステップＳ９においては、ＳＰＭ１００は、Ｓｄ＝０とならなかった原因を特定する。

【0055】

図８は、ステップＳ９の原因特定処理を説明するための図である。ステップＳ７２において、ＳＰＭ１００は、測定データが記憶部１０８に記憶されているか否かを判断する。ここで、測定データは、図７の処理が開始された試料Ｓについての測定データである。測定データが存在しない場合（たとえば、１ライン目の測定が終了していない場合）には、ＳＰＭ１００は原因を特定できない。したがって、ステップＳ７２において、測定データが記憶部１０８に記憶されていない場合には（ステップＳ７２でＮＯ）、ステップＳ８２において、ＳＰＭ１００は、測定を停止し、その後、処理を終了する。また、ＳＰＭ１００は、処理を終了した旨をユーザに通知するようにしてもよい。

【0056】

一方、ステップＳ７２においてＹＥＳと判断された場合には、処理は、ステップＳ７４に進む。ステップＳ７４において、ＳＰＭ１００は、上述の逆データを生成する。次に、ステップＳ７６において、往路データと、生成された逆データとの一致度が、閾値以上であるか否かを判断する（図５の説明参照）。

【0057】

ステップＳ７６においてＹＥＳと判断された場合（つまり、図５（Ａ）である場合）には、ステップＳ７８において、ＳＰＭ１００は、過大凹凸部を検出する（第１原因を特定する）。一方、ステップＳ７６においてＮＯと判断された場合（つまり、図５（Ｂ）または図５（Ｃ）である場合）には、ステップＳ８０において、ＳＰＭ１００は、熱ドリフトを検出する（第２原因を特定する）。

【0058】

説明を図７に戻す。ＳＰＭ１００は、ステップＳ９の処理が終了すると、ステップＳ１０において、特定した原因を判別する。原因が過大凹凸部である場合には、処理は、ステップＳ１１に進み、原因が熱ドリフトである場合には、処理は、ステップＳ１６に進む。

【0059】

ステップＳ１１において、ＳＰＭ１００は、凹凸部フラグを所定の記憶領域（たとえば、図２に示すＲＡＭ１６４）に記憶する。次に、ステップＳ１２において、ＳＰＭ１００は、過大凹凸部の箇所（つまり、ステップＳ５において偏差Ｓｄ＝０ではないと判断された箇所）が除外された新たな測定範囲Ｒ２（図６参照）を設定する。次に、ステップＳ１４において、ＳＰＭ１００は、該新たな測定範囲Ｒ２において試料Ｓの測定を再開し、処理は、ステップＳ２に戻る。

【0060】

また、ステップＳ１６においてＳＰＭ１００は、熱ドリフトフラグを記憶する。次に、ステップＳ２０において、ＳＰＭ１００は、再び粗動機構１３を駆動することにより、探針３と試料台１４（試料Ｓ）を近接させて、測定範囲Ｒ１において試料Ｓの測定を再開し、処理は、ステップＳ２に戻る。

【0061】

従来のＳＰＭによる試料の測定中において、上述のフィードバック制御が実行されたにも関わらず、原子間力が一定とならない場合がある。この場合とは、たとえば、ＳＰＭが測定することができない程大きな凸部が試料に存在する場合である。試料に該凸部が存在する状態で測定を継続すると、不正確な測定結果を取得してしまうという問題が生じ得る。

【0062】

そこで、ＳＰＭ１００は、Ｓｄ＝０とはならない場合には（ステップＳ５でＮＯと判断された場合には）、ステップＳ６において、測定を停止する。したがって、ＳＰＭ１００は、不正確な測定結果を取得することを低減することができる。

【0063】

また、ＳＰＭが試料の測定が停止したままであると、試料の測定終了時間の遅延が生じるという問題が生じ得る。

【0064】

また、たとえば、ＳＰＭ１００が長時間を要する測定を実行する場合がある。長時間を要する測定とは、たとえば、高画素での測定、遅い走査速度での測定、複数の試料の測定などである。このように長時間を要する測定の場合には、ユーザは、ＳＰＭ１００から離れた場所に位置する場合がある。この場合において、ユーザが意図せずに、試料の測定が停止してしまうと、ユーザが測定停止に気が付かずに長時間が経過してしまう恐れがある。また、再度、測定を開始する必要があり、ユーザの負担を強いることになる。

【0065】

これに対し、原子間力が一定とならない場合には、ＳＰＭ１００は、試料Ｓの測定を停止した後、第２制御を実行し、第２制御を実行した後、前記試料の測定を再開する（図７のステップＳ１４およびステップＳ２０参照）。また、第２制御は、発生した原因による影響を低減するための制御である。本実施の形態では、この第２制御は、たとえば、ステップＳ７、およびステップＳ８などである。そして、ＳＰＭ１００は、該第２制御を実行した後、試料の測定を再開する（ステップＳ１４およびステップＳ２０）。したがって、ＳＰＭ１００は、Ｓｄ＝０とはならない原因を解消した後に、試料Ｓの測定を再開できる。よって、ユーザは、試料の測定の遅延が生じることを低減できる。また、ユーザは、再度、試料Ｓを測定させる操作をＳＰＭ１００に対して行う必要がなく、その結果、ユーザの負担を軽減できる。

【0066】

また、第２制御は、試料台１４の退避処理（ステップＳ７）を含む。したがって、探針３と試料台１４とが衝突することを低減できる。

【0067】

また、第２制御は、Ｚスキャナ１２ｚへの印加電圧を０にする処理を含む。したがって、試料台１４は、初期位置に駆動される。よって、ＳＰＭ１００は、探針３と試料台１４とが衝突することを低減できるとともに、Ｚスキャナ１２ｚの伸縮範囲に余裕をもって測定範囲Ｒ２を測定することができる。

【0068】

また、ＳＰＭ１００は、過去の第１測定データおよび第２測定データに基づいて原因を特定する（図８参照）。したがって、ＳＰＭ１００は、原子間力が一定とならなかった原因を特定することができる。

【0069】

また、ＳＰＭ１００は、上述の往路データと逆データとの一致度が閾値よりも高い場合には、凹凸部フラグを記憶するとともに、ステップＳ１２の制御を第２制御として実行する。ステップＳ１２の制御は、試料Ｓの測定範囲を原子間力が一定とならなかった箇所を除く測定範囲に設定する制御である。したがって、ＳＰＭ１００は、試料Ｓの測定範囲Ｒ１を部分αを除く測定範囲Ｒ２に設定することにより、特殊な凸部以外の箇所の試料Ｓを測定することができる。

【0070】

また、図６に示すように、新たに設定される測定範囲Ｒ２は、特殊凸部が存在する部分α（フィーバック制御が実行されたにも関わらず偏差Ｓｄがゼロにならない部分）と隣接する範囲となる。したがって、測定範囲を変更する際のＸＹ平面での移動量を最小にすることができる。

【0071】

また、ＳＰＭ１００は、第１測定データおよび第２測定データが取得されていない場合には（図８のステップＳ７２でＮＯ）、試料の測定を停止する（ステップＳ８２）。したがって、Ｓｄがゼロではない原因が特定できない状態で試料Ｓの測定が継続されることを防止できる。

【0072】

［その他の実施形態］
（１） 情報処理装置２０は、特定された原因（記憶されたフラグの種別）に基づく通知を実行するようにしてもよい。たとえば、第１原因が特定されたとき（測定範囲Ｒ１を測定範囲Ｒ２に設定したとき）には、表示装置３０によりユーザに通知するようにしてもよい。図９は、表示装置３０の表示領域３０Ａに表示される通知文の一例を示す。図９の例においては「測定不可能な凸部または凹部があったため測定範囲が変更されました」という通知文１４０が表示されている。この通知は、第１原因が発生した以降の所定のタイミングで実行される。この所定のタイミングは、たとえば、測定範囲Ｒ２での試料Ｓの測定が終了したタイミングである。これにより、ＳＰＭ１００は、測定範囲内に測定不可能な凸部または凹部があったこと、および測定範囲が変更されたことを、ユーザに認識させることができる。

【0073】

また、情報処理装置２０は、第２原因が発生したときに表示装置３０によりユーザに通知するようにしてもよい。図１０は、表示装置３０の表示領域３０Ａに表示される通知文の一例を示す。図１０の通知文１５０は、「熱ドリフトが発生しました」という文である。このような通知により、ＳＰＭ１００は、熱ドリフトが発生したことを、ユーザに認識させることができる。

【0074】

（２） 図６では、試料Ｓの特殊凸部または特殊凹部が検出された場合には、ＳＰＭ１００は、自動で測定範囲を変更する構成を説明した。しかしながら、このように測定範囲の変更をユーザが所望していない場合などがある。このような点を鑑み、ＳＰＭ１００は、自動測定モードと、停止モードとをユーザが選択できる構成を採用してもよい。自動測定モードは、試料Ｓの測定を停止した後に試料Ｓの測定を再開するモードである。停止モードは、試料Ｓの測定を停止した後に試料Ｓの測定を再開しないモードである。自動測定モードは、本開示の「第１モード」に対応し、停止モードは、本開示の「第２モード」に対応する。

【0075】

図１１は、モードの選択画面の一例である。この選択画面は、表示装置３０の表示領域３０Ａに表示される。この選択画面には、「モードを選択してください」という文１９０と、自動測定モードの選択肢１９２と、停止モードの選択肢１９４とが含まれている。

【0076】

ユーザは、所望の選択肢のチェックボックスにチェックを入力することによりモードを設定できる。ユーザは、たとえば、入力装置４０を用いて、チェックボックスにチェックを付与する。ＳＰＭ１００は、ユーザからのモードの選択の入力を受け付けることにより、該選択されたモードを設定する。このように、停止モードおよび自動測定モードのいずれかをユーザは選択できることから、ユーザの利便性を向上させることができる。

【0077】

（３）図７では、熱ドリフトが発生している場合には、ステップＳ８でＺスキャナ１２ｚへの印加電圧を０にリセットした後、直ちにステップＳ２０で測定を再開する構成を説明した。しかしながら、直ちに測定を再開するとＳＰＭ１００全体の熱ドリフトの影響が残存している場合があり、再び微動機構１２の稼働範囲を超える熱ドリフトによる影響により、意図しない、探針３と試料Ｓとの相対位置の変化が生じる場合がある。

【0078】

そこで、試料Ｓの測定を再開する前にＳＰＭ１００全体の熱ドリフトが低減または消滅するための待機時間を設けてもよい。このように、熱ドリフトが発生した場合の第２制御は、待機時間に亘って試料Ｓの測定を停止する処理を含む。

【0079】

この変形例では、この待機時間の算出の手法を説明する。一般的に、熱ドリフトが発生した場合には、該発生時からの時間の経過とともに、熱ドリフト量（熱ドリフトの影響度合い）は低減する（図１２のグラフＡ参照）。この変形例のＳＰＭ１００は、この現象に基づいて、待機時間を算出（または推定）する。

【0080】

図１２は、待機時間の予測の手法を説明するための図である。図１２に示すように、タイミングｔ１１での熱ドリフト量Ｍ１と、タイミングｔ１２での熱ドリフト量Ｍ２と、プロットＡ１と、プロットＡ２とが示されている。さらに、待機時間と、熱ドリフトとの関係を示す関数のグラフＡが示されている。

【0081】

情報処理装置２０は、熱ドリフト量Ｍ１と、熱ドリフト量Ｍ２と、経過時間Ｔ０とに基づいて、関数のグラフＡを作成する。より詳細には、情報処理装置２０は、熱ドリフト量Ｍ１と、熱ドリフト量Ｍ２との差分ΔＭを算出する。そして、情報処理装置２０は、差分ΔＭを経過時間Ｔ０で除算することにより、熱ドリフト量の変化率を算出する。そして、該変化率に基づいて、関数のグラフＡを作成する。関数の作成式については、たとえば、記憶部１０８に記憶されている。

【0082】

そして、情報処理装置２０は、グラフＡに基づいて熱ドリフト量が最小値Ｍ０となるとき（タイミングｔ１３）までの時間Ｔ１を待機時間として算出する。なお、待機時間Ｔ１の開始タイミングは、たとえば、待機時間Ｔ１の算出が終了したタイミングである。

【0083】

図１３は、熱ドリフト量Ｍ１と、熱ドリフト量Ｍ２とを説明するための図である。情報処理装置２０は、２以上の測定経路（２ライン以上）の過去の測定データを用いる。図１３（Ａ）に示すように、情報処理装置２０は、試料Ｓの第１測定経路（図１３の例では、１ライン目）において、第１測定データ（往路の測定データ）および第２測定データ（復路の測定データ）に基づいて第１測定差分値Ｍ１ａを算出する。具体的には、情報処理装置２０は、往路の逆データ（時系列が逆転されたデータ）を算出する。図１３（Ａ）では、往路の逆データは、破線で示されている。そして、情報処理装置２０は、該逆データと、復路データとの差分値である第１測定差分値Ｍ１ａを算出する。第１測定差分値Ｍ１ａは、熱ドリフト量に応じた値である。熱ドリフト量が大きいほど、測定差分値も大きくなる。また、情報処理装置２０は、第１測定差分値Ｍ１ａに対して、所定の係数Ｃを乗算することにより、熱ドリフト量Ｍ１を算出する。係数Ｃは、実数であり、１としてもよい。

【0084】

また、図１３（Ｂ）に示すように、情報処理装置２０は、試料Ｓの第２測定経路（図１３の例では、２ライン目）において、第１測定データ（往路の測定データ）および第２測定データ（復路の測定データ）に基づいて第２測定差分値Ｍ２ａを算出する。具体的には、情報処理装置２０は、往路の逆データ（時系列が逆転されたデータ）を算出する。図１３（Ｂ）では、往路の逆データは、破線で示されている。そして、情報処理装置２０は、該逆データと、復路データとの差分値である第２測定差分値Ｍ２ａを算出する。第２測定差分値Ｍ２ａは、熱ドリフト量に応じた値である。また、上述のように、一般的に、熱ドリフトが発生した場合には、該発生時からの時間の経過とともに、熱ドリフト量は低減する。したがって、第２測定差分値Ｍ２ａは、第１測定差分値Ｍ１ａよりも小さい。また、情報処理装置２０は、第２測定差分値Ｍ２ａに対して、上記の係数Ｃを乗算することにより、熱ドリフト量Ｍ２を算出する。

【0085】

さらに、情報処理装置２０は、第１測定経路において探針３の相対的な往復移動が終了したとき（図１２のタイミングｔ１１）から、前記第２測定経路において前記探針の相対的な往復移動が終了したとき（図１２のタイミングｔ１２）までの経過時間Ｔ０を取得する。情報処理装置２０は、探針３の走査速度および測定する画素数などから経過時間Ｔ０を取得できる。また、情報処理装置２０は、経過時間Ｔ０を計測するためのタイマを有していてもよい。

【0086】

そして、情報処理装置２０は、熱ドリフト量Ｍ１（第１測定差分値Ｍ１ａから算出される値）と、熱ドリフト量Ｍ２（第２測定差分値Ｍ２ａから算出される値）と、経過時間Ｔ０とに基づいて、グラフＡを作成し、該グラフＡを用いて、待機時間Ｔ１を算出する。

【0087】

図１４は、本変形例のＳＰＭの動作方法を説明するためのフローチャートである。図１４のフローチャートでは、図７のフローチャートのステップＳ１６とステップＳ２０との間に、ステップＳ１７およびステップＳ１８が追加されている。

【0088】

ステップＳ１６の処理が終了すると、ステップＳ１７において、ＳＰＭ１００は、待機時間Ｔ１を算出する。次に、ステップＳ１８において、ＳＰＭ１００は、待機時間Ｔ１が経過したか否かを判断する。ＳＰＭ１００は、待機時間に亘って試料Ｓの測定を停止する処理を上述の第２制御として実行する（ステップＳ１８でＮＯ）。そして、待機時間Ｔ１が経過したときには（ステップＳ１８でＹＥＳ）、ステップＳ２０において、ＳＰＭ１００は、試料Ｓの測定を再開する。

【0089】

図１５は、ステップＳ１７の待機時間算出処理のフローチャートである。ステップＳ１０２において、ＳＰＭ１００は、過去の第１測定経路における第１測定データおよび第２測定データに基づいて第１測定差分値Ｍ１ａを算出する。次に、ステップＳ１０４において、ＳＰＭ１００は、過去の第２測定経路における第１測定データおよび第２測定データに基づいて第２測定差分値Ｍ２ａを算出する。

【0090】

次に、ステップＳ１０６において、ＳＰＭ１００は、経過時間Ｔ０を取得する。そして、ＳＰＭ１００は、グラフＡを作成することにより、待機時間Ｔ１を算出する。なお、この変形例では、図１２に示すように２つのプロット（プロットＡ１およびプロットＡ２）のデータを用いて、待機時間Ｔ１を算出したが、３つ以上のプロットのデータを用いて、グラフＡを算出するようにしてもよい。

【0091】

この変形例によれば、ＳＰＭ１００は発生している熱ドリフト量に応じた待機時間Ｔ１を算出することができる。さらに、ＳＰＭ１００は、待機時間Ｔ１が経過した後に試料Ｓの測定を再開することから、熱ドリフトの影響が低減された測定を試料Ｓに対して実行することができる。

【0092】

また、この変形例では、ＳＰＭ１００は、待機時間Ｔ１を算出したが、待機時間Ｔ１は、予め定められた時間としてもよい。予め定められた時間は、たとえば、１時間である。また、待機時間Ｔ１は、ユーザが設定可能としてもよい。このような構成であっても、ＳＰＭ１００は、待機時間Ｔ１が経過した後に試料Ｓの測定を再開することから、熱ドリフトの影響が低減された測定を試料Ｓに対して実行することができる。

【0093】

［態様］
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

【0094】

（第１項） 一態様に係る走査型プローブ顕微鏡は、試料を測定し、試料が配置される試料台と、試料に対向して配置される探針と、探針と試料との間に作用する物理量が一定となるように第１制御が実行されることにより、探針を試料の表面に沿って相対的に移動させる第１駆動機構と、第１制御が実行されたにもかかわらず物理量が一定とならない場合に試料の測定を停止する制御装置とを備える。

【0095】

このような構成によれば、探針と試料との間に作用する物理量が一定とならない場合であっても、試料の測定を停止することから、不正確な測定結果を取得することを低減できる。

【0096】

（第２項） 第１項に記載の走査型プローブ顕微鏡は、制御装置は、物理量が一定とならない場合に、試料の測定を停止した後、第２制御を実行し、第２制御を実行した後、試料の測定を再開する。

【0097】

このような構成によれば、探針と試料との間に作用する物理量が一定とならない場合であっても、試料の測定を再開することができる。

【0098】

（第３項） 第２項に記載の走査型プローブ顕微鏡は、探針と試料台との間隔を増大させる退避処理を実行する第２駆動機構をさらに備え、第２制御は、退避処理を含む。

【0099】

このような構成によれば、探針と試料との間に作用する物理量が一定とならない場合に、探針と試料台との間隔を増大させる退避処理が実行されることから、探針と試料台とが衝突することを低減できる。

【0100】

（第４項） 第２項または第３項に記載の走査型プローブ顕微鏡において、第１駆動機構は、印加された電圧に応じて、試料台を駆動し、印加された電圧が０である場合には、試料台を初期位置に駆動し、第２制御は、第１駆動機構に印加される電圧を０にする処理を含む。

【0101】

このような構成によれば、探針と試料との間に作用する物理量が一定とならない場合に、試料台を初期位置に駆動できることから、試料の測定の再開の際に、探針と試料台とが衝突することを低減できる。

【0102】

（第５項） 第２項～第４項のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、制御装置は、試料の同一の測定経路において、試料の高さ方向と直交する第１方向および該第１方向とは逆方向である第２方向で探針を相対的に往復移動させて、試料の測定データを取得し、同一の測定経路において、第１方向での探針の移動により取得した第１測定データと、第２方向での探針の移動により取得した第２測定データとを記憶し、物理量が一定とならない場合に、記憶された第１測定データと第２測定データとに基づいて、物理量が一定とならなかった原因を特定し、該特定した原因を特定可能な原因情報を記憶する。

【0103】

このような構成によれば、第１測定データと第２測定データとに基づいて原因情報を特定することができる。

【0104】

（第６項） 第５項に記載の走査型プローブ顕微鏡において、制御装置は、第１測定データと第２測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値以上である場合に、試料の測定範囲を物理量が一定とならなかった箇所を除く測定範囲に設定する制御を第２制御として実行する。

【0105】

このような構成によれば、上述の一致度が閾値以上である場合には、走査型プローブ顕微鏡が測定不可能な凸部または凹部が試料に存在していた可能性が高い。このような凸部または凹部が存在する箇所を含む測定範囲での測定は不可能であることから、凸部または凹部が存在する箇所を除く測定範囲を設定することにより、試料を適切に測定することができる。

【0106】

（第７項） 第６項に記載の走査型プローブ顕微鏡において、設定される測定範囲は、箇所と隣接している範囲である。

【0107】

このような構成によれば、範囲を変更する際の第１駆動機構の駆動量を最小にすることができる。

【0108】

（第８項） 第５項～第７項のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、制御装置は、第１測定データと第２測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値未満である場合に、予め定められた待機時間に亘って前記試料の測定を停止する処理を前記第２制御として実行する。

【0109】

このような構成によれば、走査型プローブ顕微鏡は、待機時間が経過した後に試料の測定を再開することから、熱ドリフトの影響が低減された測定を試料Ｓに対して実行することができる。

【0110】

（第９項） 第５項～第７項のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、制御装置は、第１測定データと第２測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値未満である場合に、前記試料の第１測定経路における前記第１測定データと前記第２測定データとに基づいて第１測定差分値を算出し、前記試料の第２測定経路における前記第１測定データと前記第２測定データとに基づいて第２測定差分値を算出し、前記第１測定経路において前記探針の相対的な往復移動が終了したときから、前記第２測定経路において前記探針の相対的な往復移動が終了したときまでの経過時間を取得し、前記第１測定差分値と、前記第２測定差分値と、前記経過時間とに基づいて、待機時間を算出し、算出された前記待機時間に亘って前記試料の測定を停止する処理を前記第２制御として実行する。

【0111】

このような構成によれば、発生している熱ドリフト量に応じた待機時間を算出することができる。さらに、走査型プローブ顕微鏡は、待機時間が経過した後に試料の測定を再開することから、熱ドリフトの影響が低減された測定を試料Ｓに対して実行することができる。

【0112】

（第１０項） 第５項～第９項のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、制御装置は、第１測定データおよび第２測定データが記憶されていない場合には、試料の測定を停止する。

【0113】

このような構成によれば、上述の第１測定データおよび第２測定データが記憶されていない場合、たとえば、上記の１回の往復移動が終了していない場合には、原因を特定することができない。この場合には、試料の測定を停止できることから、安全性を担保することができる。

【0114】

（第１１項） 第５項～第１０項のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、制御装置は、原因情報に基づく通知を実行する。

【0115】

このような構成によれば、原因が発生した旨をユーザに認識させることができる。
（第１２項） 第２項～第１１項のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、制御装置は、試料の測定を停止した後に試料の測定を再開する第１モードと、試料の測定を停止した後に試料の測定を再開しない第２モードとをユーザの入力により切替可能である。

【0116】

このような構成によれば、試料の測定を停止した後に試料の測定を再開する第１モードと、記試料の測定を停止した後に試料の測定を再開しない第２モードとのいずれかをユーザは選択できる。

【0117】

（第１３項） 別の態様に係る制御方法は、試料が配置される試料台と、試料に対向して配置される探針と、探針を試料の表面に沿って相対的に移動させる第１駆動機構とを備え、試料を測定する走査型プローブ顕微鏡の制御方法であって、制御方法は、探針と試料との間に作用する物理量が一定となるような第１制御を実行することと、第１制御が実行されたにもかかわらず物理量が一定とならない場合に試料の測定を停止することとを備える。

【0118】

このような構成によれば、探針と試料との間に作用する物理量が一定とならない場合であっても、試料の測定を停止することから、不正確な測定結果を取得することを低減できる。

【0119】

なお、上述した実施の形態および変更例について、明細書内で言及されていない組み合わせを含めて、不都合または矛盾が生じない範囲内で、実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。

【0120】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0121】

１ 光学系、２ カンチレバー、３ 探針、４ ホルダ、５ ビームスプリッタ、６ レーザ光源、７ 反射鏡、８ 光検出器、１０ 測定装置、１２ 微動機構、１３ 粗動機構、１４ 試料台、２０ 情報処理装置、２２ フィードバック信号発生部、３０ 表示装置、３０Ａ 表示領域、４０ 入力装置、１００ 走査型プローブ顕微鏡、１０２ 入力部、１０４ 処理部、１０６ 駆動部、１６２ ＲＯＭ、１６４ ＲＡＭ。

【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】

【図14】

【図15】