(57)【要約】      （修正有）【課題】試料の帯電を除去するための除電器を備えた走査型プローブ顕微鏡の小型化を実現する。【解決手段】走査型プローブ顕微鏡１００は、先端部に探針３を有するカンチレバー２と、測定時に、レーザ光をカンチレバー２に照射し、カンチレバー２で反射されたレーザ光を検出する光学系１と、試料を移動させるためのスキャナ１０と、スキャナ１０を駆動するための駆動電圧を生成する電源回路１８と、試料の帯電を除去するための除電器３０とを備える。除電器３０は、電極に高電圧を印加することにより放電を発生させるように構成される。電源回路１８は、駆動電圧から高電圧を生成して電極に印加するように構成された電圧生成回路を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に探針を有するカンチレバーと、
測定時に、レーザ光を前記カンチレバーに照射し、前記カンチレバーで反射されたレーザ光を検出する光学系と、
試料を移動させるためのスキャナと、
前記スキャナを駆動するための駆動電圧を生成する電源回路と、
前記試料の帯電を除去するための除電器とを備え、
前記除電器は、電極に高電圧を印加することにより放電を発生させるように構成され、
前記電源回路は、前記駆動電圧から前記高電圧を生成して前記電極に印加するように構成された電圧生成回路を含む、走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記走査型プローブ顕微鏡による前記試料の測定と、前記試料の除電とを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、測定時に前記電圧生成回路を停止させる一方で、除電時に前記高電圧を生成するように前記電圧生成回路を制御する、請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項３】
前記電極は、前記カンチレバーに対して着脱可能に構成される、請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項４】
前記電極は、前記探針に近接して設けられた針状の先端部を有する、請求項３に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項５】
前記探針は、導電部を有し、
前記電極は、前記カンチレバーに取り付けられた状態において前記導電部と電気的に接続される、請求項３に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項６】
前記除電器は、前記電極を前記カンチレバーに着脱可能とする直脱装置を含み、
前記制御装置は、測定時に前記カンチレバーに前記電極を取り付けるように前記着脱装置を制御する一方で、除電時に前記電極を前記カンチレバーから取り外すように前記着脱装置を制御する、請求項２に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項７】
前記試料の測定中、前記制御装置は、前記光学系の検出信号に基づいて前記試料の表面形状を表す画像を生成するとともに、前記画像から帯電している測定点を検出してその位置情報を記憶し、
前記試料の測定後、前記制御装置は、記憶された前記位置情報を基に、前記帯電している測定点の除電を行ない、かつ、除電された測定点を再測定する、請求項２または６に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−１９５５４７号公報（特許文献１）には、カンチレバーの先端に探針を設け、探針を試料に対して接近させて試料表面の情報を得る測定ユニットと、試料の帯電を除去するための除電装置とを備える走査型プローブ顕微鏡が開示される。
【０００３】
特許文献１に記載される走査型プローブ顕微鏡では、測定ユニットは、原子間力顕微鏡（Auto  Force  Microwave：ＡＦＭ）センサユニットと、除電器とを有する。除電器は、電極針を有する。電極針は、電源により高電圧（例えば３ｋＶ）の電圧を印加されると、電極針と接地面との間にコロナ放電を発生させ、正イオンおよび負イオンを多数生成する。これらのイオンにより、帯電している試料を電気的に中和し除電する。
【０００４】
測定ユニットにおいて、ＡＦＭセンサユニットおよび除電器の下方には、試料が載置された試料ステージが設けられている。試料ステージは、試料を水平面（ＸＹ平面）上で試料を移動させるＸＹステージと、垂直方向に試料を移動させるＺステージとを有する。試料ステージは、試料の除電を行なうときには除電器の直下に試料を配置させ、ＡＦＭ測定を行なうときにはＡＦＭセンサユニットの直下に試料を配置するように動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１９５５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の走査型プローブ顕微鏡では、測定ユニット内部に除電器を備えているため、試料ステージを駆動してＡＦＭセンサユニットの直下から除電器の直下に試料を移動させることで、試料を測定ユニット外部に取り出すことなく、試料の除電を行なうことができる。その一方で、測定ユニットには除電器の電極針に高電圧を印加するための電源が設けられるため、測定ユニットが大型化することが懸念される。
【０００７】
また、特許文献１に記載の走査型プローブ顕微鏡では、ＡＦＭ測定中の試料が帯電している場合において、除電を行なった後の試料を再測定するときには、ＡＦＭユニットの直下に試料の測定点が正確に位置するように試料ステージを移動させるための駆動機構およびその制御装置が必要となる。その結果、測定ユニットの大型化を増長させることが懸念される。
【０００８】
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、その目的は、試料の帯電を除去するための除電器を備えた走査型プローブ顕微鏡の小型化を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様は、走査型プローブ顕微鏡に関する。走査型プローブ顕微鏡は、先端部に探針を有するカンチレバーと、測定時に、レーザ光をカンチレバーに照射し、カンチレバーで反射されたレーザ光を検出する光学系と、試料を移動させるためのスキャナと、スキャナを駆動するための駆動電圧を生成する電源回路と、試料の帯電を除去するための除電器とを備える。除電器は、電極に高電圧を印加することにより放電を発生させるように構成される。電源回路は、駆動電圧から高電圧を生成して電極に印加するように構成された電圧生成回路を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、試料の帯電を除去するための除電器を備えた走査型プローブ顕微鏡の小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１に示した除電器の第１の構成例を概略的に示す図である。
【図３】図１に示した除電器の第２の構成例を概略的に示す図である。
【図４】図１に示した制御装置の機能的構成を概略的に示す図である。
【図５】実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡が実行する測定処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分に同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。  
【００１３】
（走査型プローブ顕微鏡の構成）
図１は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の構成を概略的に示す図である。実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡１００は、プローブ（探針）と試料Ｓの表面との間に働く原子間力（引力または斥力）を用いた原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）である。
【００１４】
図１を参照して、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡１００は、主たる構成要素として、光学系１と、カンチレバー２と、スキャナ１０と、試料保持部１２と、駆動部１６と、電源回路１８と、制御装置２０とを備える。
【００１５】
スキャナ１０は円筒形状を有する。試料Ｓは、スキャナ１０上に載置された試料保持部１２の上に保持される。スキャナ１０は、試料Ｓを互いに直交するＸ、Ｙの２軸方向に走査するＸＹスキャナと、試料ＳをＸ軸およびＹ軸に対して直交するＺ軸方向に微動させるＺスキャナとを有する。ＸＹスキャナおよびＺスキャナは、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駆動源としている。
【００１６】
駆動部１６は、スキャナ１０に含まれる圧電素子に電圧を印加することにより、スキャナ１０を３次元方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）に駆動する。これにより、スキャナ１０に載置された試料Ｓと探針３との間の相対的な位置関係を変化させることができる。
【００１７】
電源回路１８は、図示しない電源から電力供給を受けて、駆動部１６の動作電源電圧を生成する。電源回路１８の構成については後述する。
【００１８】
試料Ｓの上方にはカンチレバー２が配置される。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しており、ホルダ４によって支持されている。カンチレバー２は、表面の自由端である先端部に探針３を有する。探針３は試料Ｓに対向して配置される。探針３と試料Ｓとの間に働く原子間力によって、カンチレバー２がＺ軸方向に変位する。
【００１９】
カンチレバー２のＺ軸方向の変位を検出するために、カンチレバー２の上方には光学系１が設けられている。光学系１は、測定時に、レーザ光をカンチレバー２の裏面に照射し、カンチレバー２の裏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。
【００２０】
レーザ光源６は、レーザ光を発射するレーザ発振器などを有する。光検出器８は、入射されるレーザ光を検出するフォトダイオードなどを有する。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の裏面に入射される。
【００２１】
カンチレバー２は、シリコンまたは窒化シリコンなどで形成されるが、その表面（試料Ｓとの対向面）および裏面には金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属薄膜が蒸着等により形成されている。これにより、カンチレバー２の裏面は鏡面となっており、光学系１から照射されたレーザ光を高い確率で反射することができる。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に入射される。光検出器８にてレーザ光を検出することにより、カンチレバー２の変位を検出することができる。
【００２２】
具体的には、光検出器８は、カンチレバー２の変位方向（Ｚ軸方向）に複数（通常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がＺ軸方向に変位すると、これら複数の受光面に入射する光量の割合が変化する。その複数の受光光量に応じた検出信号を演算処理することで、カンチレバー２の変位量（撓み量）を算出することができる。
【００２３】
（除電器の構成）
走査型プローブ顕微鏡１００においては、試料Ｓが帯電すると、帯電した試料Ｓから静電気による引力（または斥力）をカンチレバー２が受けるため、試料Ｓに接近できなくなり、測定不能な状態に陥ることがある。そこで、走査型プローブ顕微鏡１００は、試料Ｓの帯電を除去（除電）するための構成として、除電器３０をさらに備える。
【００２４】
本実施の形態では、除電器３０は、コロナ放電を利用して試料Ｓを除電するように構成される。具体的には、除電器３０は、先端部が針状の電極を有しており、この電極へ電界を集中させることによりコロナ放電を発生させる。コロナ放電が発生することで、電極の先端部の周囲の空気がイオン化される。このイオン化された空気によって試料Ｓの静電気が除去される。
【００２５】
図２は、図１に示した除電器３０の第１の構成例を概略的に示す図である。
図２を参照して、第１の構成例に係る除電器３０は、電極３２と、配線３６と、着脱装置３８とを有する。電極３２は、例えば金属板または金属箔などの導電体により構成される。電極３２は、カンチレバー２に対して着脱可能に構成される。電極３２の着脱は、ユーザが手動で行なうことができる。あるいは、以下に示す着脱装置３８を用いることで、電極３２の着脱を自動的に行なうことができる。
【００２６】
着脱装置３８は、カンチレバー２に対して電極３２を自動的に着脱することが可能に構成される。例えば、試料Ｓの測定時には、着脱装置３８は、カンチレバー２から電極３２を取り外す方向に電極３２を移動させる。これに対して、試料Ｓの除電時には、着脱装置３８は、カンチレバー２に電極３２を取り付ける方向に電極３２を移動させる。着脱装置３８の動作は制御装置２０によって制御される。
【００２７】
電極３２は、針状に先鋭化された先端部３４を有する。先端部３４は、金属板または金属箔から起立するように設けられる。先端部３４は、電極３２がカンチレバー２に装着された状態において、カンチレバー２の探針３と同様に、試料Ｓと対向するように配置される。図２に示すように、先端部３４は探針３に近接して配置される。
【００２８】
配線３６は、電極３２と電源回路１８とを電気的に接続する。電源回路１８は、配線３６を介して電極３２に高電圧を印加する。高電圧は、例えば３ｋＶ程度の電圧である。
【００２９】
第１の構成例では、試料Ｓを除電するときには、図２に示すように、着脱装置３８によってカンチレバー２に電極３２が取り付けられ、電極３２の先端部３４が試料Ｓに近接して配置される。電極３２の先端部３４と試料Ｓとの相対的な位置関係はスキャナ１０によって調整することができる。
【００３０】
この状態で電源回路１８が電極３２に高電圧を印加し、電極３２の先端部３４にコロナ放電を発生させる。コロナ放電が発生すると、先端部３４の周辺に存在している空気が電気的に分解され、イオンが発生する。このイオンで反対極性の静電気を電気的に中和することで試料Ｓを除電することができる。
【００３１】
除電された試料Ｓを測定するときには、着脱装置３８によってカンチレバー２から電極３２を取り外すとともに、電極３２への高電圧の印加を停止する。
【００３２】
第１の構成例によると、カンチレバー２の探針３と除電器３０の電極３２とが近接して配置されるため、試料Ｓの位置を変えることなく、試料Ｓの除電と試料Ｓの測定とを行なうことができる。従来技術のように、カンチレバーと除電器とが離れて設置されている場合には、試料を除電するために、カンチレバーの下方から除電器の下方に試料を移動させるためにスキャナを駆動し、除電後に試料を再びカンチレバーまで移動させるためにスキャナを駆動する処理が必要となる。この場合、除電の前後で試料の測定点がずれないようにスキャナを駆動するための機構および制御が必要となる。これに対し、第１の構成例では、試料を移動させることなく試料の除電と試料の測定とを行なうことができるため、試料の測定点を合わせるためのスキャナの制御が不要となる。よって、試料を測定する処理の簡素化に寄与し得る。
【００３３】
また、第１の構成例によれば、カンチレバー２と除電器３０とを近接させることができるとともに、除電器３０をカンチレバー２相当の大きさとすることができるため、走査型プローブ顕微鏡１００をコンパクトな構成とすることができる。
【００３４】
さらに、除電器３０に印加する高電圧を、駆動部１６の電源回路１８で生成することができるため、除電器３０専用の電源の設置が不要となる。よって、走査型プローブ顕微鏡１００の一層の小型化が可能となる。
【００３５】
図３は、図１に示した除電器３０の第２の構成例を概略的に示す図である。第２の構成例に係る除電器３０は、金属材料などの導電体で形成された探針３を有するカンチレバー２に対して適用することができる。
【００３６】
図３を参照して、第２の構成例に係る除電器３０は、電極３２と、配線３６と、着脱装置３８とを有する。電極３２は、例えば金属板または金属箔などの導電体により構成される。電極３２は、カンチレバー２に対して着脱可能に構成される。電極３２の着脱は、ユーザが手動で行なうことができる。あるいは、着脱装置３８を用いることで、電極３２の着脱を自動的に行なうことができる。
【００３７】
第２の構成例では、カンチレバー２の探針３は、その先端部３Ａが導電体で形成されている。なお、探針３は、少なくとも先端部３Ａが導電体で形成されていればよい。
【００３８】
電極３２は、カンチレバー２に取り付けられた状態において、探針３の先端部３Ａと電気的に接続されるように構成される。第２の構成例は、第１の構成例を比較して、電極３２が針状の先端部３４を有していない点が異なる。第２の構成例では、電極３２を探針３の先端部３Ａに電気的に接続することで、先端部３Ａを電極３２の先端部として利用する。
【００３９】
第２の構成例では、試料Ｓを除電するときには、図３に示すように、着脱装置３８によってカンチレバー２に電極３２が取り付けられる。この状態で、電源回路１８が配線３６を介して電極３２に高電圧を印加すると、電極３２と電気的に接続される探針３の先端部３Ａにコロナ放電が発生する。コロナ放電が発生すると、先端部３Ａの周辺に存在している空気が電気的に分解され、イオンが発生する。このイオンで反対極性の静電気を電気的に中和することで試料Ｓを除電することができる。
【００４０】
除電された試料Ｓを測定するときには、着脱装置３８によってカンチレバー２から電極３２を取り外すとともに、電極３２への高電圧の印加を停止する。
【００４１】
第２の構成例によると、第１の構成例と同様の効果を得ることができる。さらに、第２の構成例では、カンチレバー２の探針３を除電器３０の電極３２として利用することができるため、走査型プローブ顕微鏡１００の小型化に寄与することができる。
【００４２】
（制御装置の構成）
図１に戻って、制御装置２０は、光学系１、駆動部１６および電源回路１８と通信接続される。制御装置２０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）２２と、記憶部２４と、表示部２６と、入力部２８とを有する。
【００４３】
ＣＰＵ２２は、光検出器８による検出信号を取得すると、検出信号に基づいてカンチレバー２の変位を測定する。ＣＰＵ２２は、カンチレバー２の変位に基づいて、試料Ｓの特性を測定する。また、ＣＰＵ２２は、スキャナ１０を３次元方向に駆動するように、駆動部１６を制御する。ＣＰＵ２２は、さらに、電源回路１８における電源供給を制御する。
【００４４】
表示部２６は、試料Ｓの特性の測定結果などを表示するためのものであって、液晶パネルなどにより構成される。入力部２８は、ユーザの入力操作を受け付ける。入力部２８は、ユーザの操作に応じて、操作内容を示す信号をＣＰＵ２２へ出力する。入力部２８は、表示部２６上に設けられたタッチパネルであってもよいし、専用の操作ボタン、マウスまたかキーボードなどの物理操作キーであってもよい。
【００４５】
記憶部２４は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）およびＲＯＭ（Read  Only  Memory）などのメモリを含む。記憶部２４には，走査型プローブ顕微鏡１００の制御および試料の測定に関するプログラムなどが格納される。ＣＰＵ２２は、記憶部２４に予め格納されているプログラムを読み込んで、プログラムに含まれる命令を実行することにより、光学系１、駆動部１６および電源回路１８の動作を制御する。ＣＰＵ２２は、光検出器８の検出信号および試料Ｓの特性の測定結果などを記憶部２４に保存することができる。
【００４６】
図４は、図１に示した制御装置２０の機能的構成を概略的に示す図である。
図４を参照して、ＣＰＵ２２は、測定制御部４０と、データ処理部４２と、電源制御部４４と、着脱制御部４６とを有する。これらの機能ブロックは、ＣＰＵ２２が測定用プログラムを実行することにより具現化される。
【００４７】
測定制御部４０は、主として走査型プローブ顕微鏡１００の測定動作を制御する。測定制御部４０は、ユーザが入力部２８に入力する種々の測定条件に基づいて、スキャナ１０を駆動することにより、カンチレバー２で試料Ｓの表面を走査する。
【００４８】
測定制御部４０は、光検出器８の検出信号から算出されるカンチレバー２の変位量に基づいて、フォースカーブを測定する。フォーカスカーブは、試料Ｓ表面の複数の測定位置の各々において取得されるデータであり、探針３を試料表面に近づけつつデータを取得するアプローチラインと、探針３を試料表面から遠ざけつつデータを取得するリリースラインとからなる。測定により得られたデータは記憶部２４に保存される。
【００４９】
測定制御部４０は、スキャナ１０を駆動する駆動部１６に対し、スキャナ１０の動作を制御するための制御信号を出力する。具体的には、測定制御部４０は、カンチレバー２の変位量と目標量との偏差が零になるようにＺスキャナを駆動するための制御量を算出し、駆動部１６を介してＺスキャナの動作を制御する。測定制御部４０は、予め決められた速度、方向および順序で試料ＳがＸ軸方向及びＹ軸方向に移動するように、駆動部１６を介してＸＹスキャナの動作を制御する。
【００５０】
データ処理部４２は、測定したフォースカーブの特徴量に基づいて、試料表面の吸着力の情報、試料表面の凹凸形状の情報、および試料表面の硬さの情報などを取得する。データ処理部４２は、さらに、各測定点の特徴量から、１測定点を１画素とする試料表面の二次元マッピング画像を作成する。この二次元マッピング画像は、試料表面の凹凸形状を表す画像を含む。試料表面形状の画像は、濃淡表示、疑似カラー表示および三次元鳥瞰図などで表現される。作成された画像は、表示部２６の表示画面に表示される。
【００５１】
電源制御部４４は、電源回路１８の動作を制御する。電源回路１８は、駆動部１６の動作電源電圧を生成する電源部１８０と、電源部１８０の電圧から除電器３０の電極３２に印加する高電圧を生成するための高電圧生成回路１８２とを有する。高電圧生成回路１８２は、スキャナ１０の駆動用電圧（数百Ｖ程度）を高電圧（数ｋＶ程度）に昇圧する昇圧コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を含む。
【００５２】
電源制御部４４は、高電圧生成回路１８２を制御することにより、電源回路１８から除電器３０の電極３２への高電圧の印加を制御する。具体的には、電源制御部４４は、試料Ｓの測定時、高電圧生成回路１８２を停止することにより、電極３２への高電圧の印加を停止する。試料Ｓの除電時には、電源制御部４４は、高電圧生成回路１８２を動作させて高電圧を生成し、生成した高電圧を電極３２に印加する。
【００５３】
着脱制御部４６は、除電器３０の着脱装置３８の動作を制御する。具体的には、着脱制御部４６は、試料Ｓの測定時にはカンチレバー２から電極３２を取り外すように着脱装置３８を制御する。一方、試料Ｓの除電時には、着脱制御部４６は、カンチレバー２に電極３２を取り付けるように着脱装置３８を制御する。
【００５４】
ここで、試料表面の複数の測定点のうちの１つの測定点に帯電が生じている場合を想定する。この場合、測定中、当該測定点の上方にカンチレバー２が移動したときに、カンチレバー２が測定点から静電気による引力（または斥力）を受けるため、カンチレバー２の探針３が測定点に接近できず、測定不能となり得る。その結果、試料表面形状画像においては、当該測定点に対応する画素の濃淡値が、帯電していない測定点に対応する画素の濃淡値とはかけ離れた値を示すことになる。
【００５５】
データ処理部４２は、測定中、試料表面形状画像における測定点ごとの画素の濃淡値に基づいて、試料Ｓの各測定点が帯電しているか否かを判定する。具体的には、データ処理部４２は、１つの測定点に対応する画素の濃淡値が予め設定された正常範囲内にあるか否かを判定する。データ処理部４２は、１つの測定点の画素の濃淡値が正常範囲から外れている場合、当該測定点が帯電していると判定する。データ処理部４２は、帯電していると判定された測定点の位置情報を記憶部２４に保存する。この測定点の位置情報は、試料表面形状画像における画素の位置情報で表わすことができる。
【００５６】
試料表面の全ての測定点の測定が終了すると、制御装置２０は、記憶部２４に保存されている帯電している測定点の位置情報を基に、帯電している測定点の除電を行なう。その後、制御装置２０は、除電した測定点を再測定する。
【００５７】
具体的には、全ての測定点の測定が終了すると、測定制御部４０は、駆動部１６を制御することにより、記憶部２４に保存されている帯電している測定点の位置情報に基づいて、帯電している測定点の上方にカンチレバー２が位置するようにスキャナ１０を駆動する。着脱制御部４６は、着脱装置３８を制御することにより、除電器３０の電極３２にカンチレバー２を取り付ける。これにより、電極３２の先端部３４が除電対象となる測定点に近接して配置される。電源制御部４４は、電源回路１８を制御することにより、配線３６を介して電極３２に高電圧を印加する。電極３２の先端部にコロナ放電を発生させることにより、測定点が除電される。
【００５８】
測定点の除電を終えると、電源制御部４４は、電源回路１８を制御することにより、電極３２への高電圧の印加を停止する。着脱制御部４６は、着脱装置３８を制御することにより、カンチレバー２から電極３２を取り外す。その後、測定制御部４０は、除電された測定点の再測定を行ない、当該測定点のフォーカスカーブを測定する。データ処理部４２は、再測定されたフォーカスカーブの特徴量を用いて、二次元マッピング画像の対応する画素を補正し、補正された二次元マッピング画像を表示部２６に表示する。
【００５９】
以上のような構成とすることにより、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡１００では、試料を測定する処理において、帯電している測定点の検出、当該測定点の除電、および当該測定点の再測定を自動的に行なうことが可能となる。また、カンチレバー２に対する電極３２の着脱を切り替えることで、試料を移動させることなく測定点の除電と除電された測定点の再測定とを行なうことができる。これによると、測定点を合わせるためのスキャナ１０の制御が不要となるため、試料を測定する処理を効率化することができる。
【００６０】
（走査型プローブ顕微鏡の動作）
図５は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡が実行する測定処理の手順を示すフローチャートである。
【００６１】
図５を参照して、ステップＳ０１において、スキャナ１０上に載置された試料保持部１２上に試料Ｓがセットされる。この状態で試料Ｓの測定前に試料Ｓの除電が行なわれる。具体的には、ステップＳ０２において、制御装置２０は、スキャナ１０を駆動して、試料Ｓの表面の所定領域の上方にカンチレバー２を移動させるとともに、着脱装置３８によってカンチレバー２に電極３２を取り付ける。制御装置２０は、高電圧を生成するように電源回路１８を制御する。この状態で、ステップＳ０３において、制御装置２０は、電源回路１８から電極３２に高電圧を印加することにより試料Ｓの除電を行なう。
【００６２】
なお、ステップＳ０３に示す測定前の試料Ｓの除電は、試料Ｓを試料保持部１２にセットする前に、走査型プローブ顕微鏡１００の外部に設置された別の除電器を用いて行なってもよい。
【００６３】
試料Ｓの除電を終えると、ステップＳ０４において、制御装置２０は、電極３２への高電圧の印加を停止するとともに、着脱装置３８によってカンチレバー２から電極３２を取り外す。
【００６４】
ステップＳ０５において、制御装置２０は、試料Ｓの測定を行なう。制御装置２０は、スキャナ１０（Ｚスキャナ）を駆動してカンチレバー２の探針３を試料Ｓの表面に近づける。制御装置２０は、光検出器８の検出信号に基づいて、カンチレバー２の変位量を測定する。この状態において、スキャナ１０（ＸＹスキャナ）を駆動して試料表面に対して探針３を移動させることにより、試料表面を走査する。制御装置２０は、カンチレバー２の変位量に基づいてフォーカスカーブを測定し、測定したフォーカスカーブの特徴量に基づいて試料表面形状画像を作成する。制御装置２０は、作成した試料表面形状画像を表示部２６に表示する。
【００６５】
ステップＳ０５の測定中、制御装置２０は、ステップＳ０６において、測定点ごとの画素の濃淡値に基づいて、各測定点が帯電しているか否かを判定する。１つの測定点に対応する画素の濃淡値が予め設定された正常範囲から外れている場合、制御装置２０は、当該測定点が帯電していると判定する（Ｓ０６にてＹＥＳ）。制御装置２０は、ステップＳ０７において、帯電していると判定された測定点の位置情報を記憶部２４に保存する。
【００６６】
ステップＳ０８において、制御装置２０は、試料表面の全ての測定点について測定が終了したか否かを判定する。全ての測定点の測定が終了していなければ（Ｓ０８にてＮＯ）、制御装置２０はステップＳ０５に戻り、次の測定点の測定を行なう。
【００６７】
全ての測定点の測定が終了すると（Ｓ０８にてＹＥＳ）、制御装置２０は、帯電している測定点の除電を行なう。具体的には、ステップＳ０９において、制御装置２０は、スキャナ１０を駆動して、試料表面の帯電している測定点の上方にカンチレバー２を移動させるとともに、着脱装置３８によってカンチレバー２に電極３２を取り付ける。制御装置２０は、高電圧を生成するように電源回路１８を制御する。この状態で、ステップＳ１０において、制御装置２０は、電源回路１８から電極３２に高電圧を印加することにより測定点の除電を行なう。
【００６８】
測定点の除電を終えると、ステップＳ１１において、制御装置２０は、電極３２への高電圧の印加を停止するとともに、着脱装置３８によってカンチレバー２から電極３２を取り外す。
【００６９】
ステップＳ１２において、制御装置２０は、除電した測定点の再測定を行なう。なお、このとき、カンチレバー２の探針３は測定点の表面に近づいているため、制御装置２０は、ＸＹスキャナを駆動する必要がない。制御装置２０は、再測定された測定点のデータを用いて、試料表面形状画像を補正して表示部２６に表示する。
【００７０】
［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。
【００７１】
（第１項）一態様に係る走査型プローブ顕微鏡は、先端部に探針（３）を有するカンチレバー（２）と、測定時に、レーザ光をカンチレバー（２）に照射し、カンチレバー（２）で反射されたレーザ光を検出する光学系（１）と、試料を移動させるためのスキャナ（１０）と、スキャナ（１０）を駆動するための駆動電圧を生成する電源回路（１８）と、試料の帯電を除去するための除電器（３０）とを備える。除電器（３０）は、電極（３２）に高電圧を印加することにより放電を発生させるように構成される。電源回路（１８）は、駆動電圧から高電圧を生成して電極（３２）に印加するように構成された電圧生成回路（１８２）を含む。
【００７２】
第１項に記載の走査型プローブ顕微鏡によれば、除電器（３０）に印加する高電圧を、スキャナ（１０）駆動用の電源回路（１８）で生成することができるため、除電器（３０）専用の電源の設置が不要となる。よって、走査型プローブ顕微鏡の小型化を実現することができる。
【００７３】
（第２項）第１項に記載の走査型プローブ顕微鏡は、走査型プローブ顕微鏡（１００）による試料の測定と、試料の除電とを制御する制御装置（２０）をさらに備える。制御装置（２０）は、測定時に電圧生成回路（１８２）を停止させる一方で、除電時に高電圧を生成するように電圧生成回路（１８２）を制御する。
【００７４】
第２項に記載の走査型プローブ顕微鏡によれば、電源回路（１８）から除電器（３０）に対する高電圧の印加および印加の停止を自動的に行なうことができるため、試料の測定および試料の除電時の利便性を向上させることができる。
【００７５】
（第３項）第１項に記載の走査型プローブ顕微鏡において、電極（３２）は、カンチレバー（３）に対して着脱可能に構成される。
【００７６】
第３項に記載の走査型プローブ顕微鏡によれば、除電器（３０）をカンチレバー（２）に近接させることができるため、カンチレバー（２）と除電器（３０）とが離れて設置されている構成に比べて、走査型プローブ顕微鏡の小型化を実現できる。また、除電器（３０）をカンチレバー（２）相当の大きさとすることで、走査型プローブ顕微鏡の一層の小型化を実現できる。
【００７７】
（第４項）第３項に記載の走査型プローブ顕微鏡において、電極（３２）は、探針（３）に近接して設けられた針状の先端部（３４）を有する。
【００７８】
第４項に記載の走査型プローブ顕微鏡によれば、除電器（３０）の先端部（３４）をカンチレバー（２）に近接させたことで、試料を移動させることなく試料の除電と試料の測定とを行なうことが可能となる。これによると、除電した試料を再測定する際、試料を移動させるためのスキャナ（１０）の制御が不要となるため、測定処理の効率化を図ることができる。
【００７９】
（第５項）第３項に記載の走査型プローブ顕微鏡において、探針（３）は導電部（３Ａ）を有する。電極（３２）は、カンチレバー（２）に取り付けられた状態において導電部（３Ａ）と電気的に接続される。
【００８０】
第５項に記載の走査型プローブ顕微鏡によれば、カンチレバー（２）の探針（３）を除電器（３０）の電極（３２）として利用することができるため、走査型プローブ顕微鏡の小型化に寄与することができる。
【００８１】
（第６項）第２項に記載の走査型プローブ顕微鏡において、除電器（３０）は、電極（３２）をカンチレバー（２）に着脱可能とする直脱装置（３８）を含む。制御装置（２０）は、測定時にカンチレバー（２）に電極を取り付けるように着脱装置（３８）を制御する一方で、除電時に電極（３２）をカンチレバー（２）から取り外すように着脱装置（３８）を制御する。
【００８２】
第６項に記載の走査型プローブ顕微鏡によれば、カンチレバー（２）に対する除電器（３０）の着脱を自動的に行なうことができるため、試料の測定および試料の除電時の利便性を向上させることができる。
【００８３】
（第７項）第２項または第６項に記載の走査型プローブ顕微鏡において、試料の測定中、制御装置（２０）は、光学系（１）の検出信号に基づいて試料の表面形状を表す画像を生成するとともに、画像から帯電している測定点を検出してその位置情報を記憶する。試料の測定後、制御装置（２０）は、記憶された位置情報を基に、帯電している測定点の除電を行ない、かつ、除電された測定点を再測定する。
【００８４】
第７項に記載の走査型プローブ顕微鏡によれば、試料を測定する処理において、帯電している測定点の検出、当該測定点の除電、および当該測定点の再測定を自動的に行なうことが可能となる。また、カンチレバー（２）に対する除電器（３０）の着脱を切り替えることで、試料を移動させることなく測定点の除電と測定点の再測定とを行なうことができるため、測定点を合わせるためのスキャナ（１０）の制御が不要となる。これにより、試料を測定する処理を簡素化できるため、測定処理の効率化を実現できる。
【００８５】
なお、上述した実施の形態では、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の代表例としてＡＦＭの構成について説明したが、本発明は基本的に、走査型プローブ顕微鏡全般に広く適用することができる。
【００８６】
また、上述した実施の形態では、直流の高電圧を電極針に印加してコロナ放電を発生させるように構成された除電器を例示したが、本発明に係る除電器は、交流の高電圧を電極針に印加するように構成された除電器であってもよい。
【００８７】
また、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。
【００８８】
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】
【００８９】
１  光学系、２  カンチレバー、３  探針、３Ａ  先端部、４  、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  スキャナ、１２  試料保持部、１６  駆動部、１８  電源回路、２０  制御装置、２２  ＣＰＵ、２４  記憶部、２６  表示部、２８  入力部、３０  除電器、３２  電極、３４  先端部、３６  配線、３８  着脱装置、４０  測定制御部、４２  データ処理部、４４  電源制御部、４６  着脱制御部、１００  走査型プローブ顕微鏡、Ｓ  試料。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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