(57)【要約】      （修正有）【課題】高さ測定だけでなく側壁角度などのも測定できる３次元特性をも測定できるＡＦＭの提供。【解決手段】第１のアームおよび第２のアームによって担持されるプローブ・チップを備えるプローブ・システム。照射システムが、第１の作動場所における第１のアームおよび第２の作動場所における第２のアームの各々を、それぞれの照射出力で照射することによって、プローブを変形するように構成される。作動制御装置が、プローブの高さ、傾斜角、および横方向位置を制御するために、各作動場所における照射出力を独立して制御するように構成される。第１のアームおよび第２のアームは、プローブ・チップを通る対称面の両側における互いの鏡像である。プローブ・チップの高さを測定して高さ信号を生成するのみでなく、プローブの傾斜角を測定して傾斜信号を生成する検出システムが提供される。この傾斜信号から、チップの横方向位置を求めることができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアームおよび第２のアームを有するプローブ、ならびに前記第１のアームおよび前記第２のアームによって担持される、高さおよび傾斜角を有するプローブ・チップと、
第１の作動場所における前記第１のアームおよび第２の作動場所における前記第２のアームの各々を、それぞれの照射出力で照射することによって、前記プローブを変形するように構成される照射システムと、
前記プローブ・チップの前記高さおよび前記傾斜角を制御するために、各作動場所における前記照射出力を独立して制御するように構成される、作動制御装置と、
を備える、プローブ・システム。
【請求項２】
前記第１のアームおよび前記第２のアームは、前記プローブ・チップを通る対称面の両側における互いの鏡像である、請求項１に記載のプローブ・システム。
【請求項３】
前記第１のアームおよび前記第２のアームを接合するプローブ・チップ支持体を更に備え、前記プローブ・チップ支持体は前記プローブ・チップを担持する、請求項１または２に記載のプローブ・システム。
【請求項４】
前記プローブ・チップの高さを測定して高さ信号を生成するように構成され、また、前記プローブ・チップの傾斜角を測定して傾斜信号を生成するようにも構成される検出システムを更に備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のプローブ・システム。
【請求項５】
プローブと、
前記プローブの高さを測定して高さ信号を生成するように構成され、また、前記プローブの傾斜角を測定して傾斜信号を生成するようにも構成される検出システムと、
各々の第１の作動場所および第２の作動場所においてそれぞれの照射出力で前記プローブを照射することによって前記プローブを変形するように構成される照射システムと、前記プローブの前記高さおよび前記傾斜角を制御するために、各作動場所において前記照射出力を独立して制御するように構成される作動制御装置と、
を備える、プローブ・システム。
【請求項６】
前記プローブは、チップ支持構造によって担持されるプローブ・チップを備え、前記第１の作動場所および前記第２の作動場所は前記チップ支持構造上にある、請求項５に記載のプローブ・システム。
【請求項７】
前記チップ支持構造は、前記プローブ・チップを通る対称面を有し、前記第１の作動場所および前記第２の作動場所は前記対称面の両側に位置決めされる、請求項６に記載のプローブ・システム。
【請求項８】
前記作動場所は、前記第１の作動場所における前記照射出力を変更するが前記第２の作動場所における前記照射出力を変更しないことによって、前記傾斜信号の変化が生じ、前記第２の作動場所における前記照射出力を変更するが前記第１の作動場所における前記照射出力を変更しないことによって、前記傾斜信号の変化が生じ、双方の作動場所における前記照射出力を同時に変更することによって前記高さ信号における変更を生じさせることができるように位置決めされる、請求項４から７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記作動制御装置は、第１の制御信号に従って前記第１の作動場所における前記照射出力を制御するように構成され、前記作動制御装置は、前記第１の制御信号と異なる第２の制御信号に従って前記第２の作動場所における前記照射出力を制御するように構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記作動制御装置は、前記第２の作動場所における前記照射出力を同時に変更することなく、前記第１の作動場所における前記照射出力を変更するように動作可能であり、また、前記作動制御装置は、前記第１の作動場所における前記照射出力を同時に変更することなく、前記第２の作動場所における前記照射出力を変更するようにも動作可能である、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記作動場所は、双方の作動場所における前記照射出力を同時に変更することによって、前記傾斜信号における対応する変化を実質的に伴うことなく、前記高さ信号の変更が生じることができるように位置決めされる、請求項４から１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記作動位置は、前記第１の作動場所における前記照射出力を増大させるが、前記第２の作動場所における前記照射出力を増大させないことによって、前記傾斜信号の増大が生じ、前記第２の作動場所における前記照射出力を増大させるが、前記第１の作動場所における前記照射出力を増大させないことによって、前記傾斜信号の減少が生じ、双方の作動場所における前記照射出力を同時に増大させることによって前記高さ信号の変化を生じさせるように位置決めされる、請求項４から１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記作動制御装置は、双方の作動場所において前記照射出力を同時に変更するように動作可能である、請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記検出システムは、２つ以上の検出場所における放射により前記プローブを照射し、各検出場所から反射ビームを受信し、前記反射ビームと基準ビームとの間の経路差に従って、検出場所ごとの検出信号を生成するように構成され、各検出信号は、前記検出場所のそれぞれにおける前記プローブの高さを示し、前記検出システムは、前記検出信号から前記高さ信号を導出するように構成される、請求項４から１３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
プローブを作動させる方法であって、前記プローブは、第１のアームおよび第２のアームと、前記第１のアームおよび前記第２のアームによって担持される、高さおよび傾斜角を有するプローブ・チップとを備え、前記方法は、
前記アームの各々をそれぞれの照射出力で照射することによって前記プローブを変形させることと、
前記プローブ・チップの高さおよび傾斜角を制御するために各アームにおける前記照射出力を独立して制御することと、
を含む、方法。
【請求項１６】
プローブを作動させ測定する方法であって、
前記プローブの高さを測定して高さ信号を生成することと、
前記プローブの傾斜角を測定して傾斜信号を生成することと、
各々の第１の作動場所および第２の作動場所においてそれぞれの照射出力で前記プローブを照射することによって前記プローブを変形させることと、
前記プローブの前記高さおよび前記傾斜角を制御するために各作動場所における前記照射出力を独立して制御することと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブ・システムおよび関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子のフィーチャ・サイズがますます小型化し、トランジスタが３次元になるにつれ、幅およびライン・エッジ・ラフネス（ＬＥＲ：Ｌｉｎｅ  Ｅｄｇｅ  Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）等の２次元特徴化は、これらの素子を特徴付けるのにもはや十分でない。高さ、側壁ラフネス（ＳＷＲ：Ｓｉｄｅｗａｌｌ  Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）および側壁角度（ＳＷＡ：Ｓｉｄｅｗａｌｌ  Ａｎｇｌｅ）等の素子の３次元特性に基づく特徴が、これらの計量用途にとってますます重要な測定基準となっている。しかしながら、そのような小さな構造に関する必要な３次元情報を提供することは、現在の計量技術にとってますます困難となっている。
【０００３】
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）は、研究目的で広く用いられており、産業において計量ツールとしても用いられている。計量におけるＡＦＭの主要な用途のうちの１つは、高さ測定である。しかしながら、ほとんどのＡＦＭがトップダウン構成で動作しているため、ＡＦＭは、溝または他の構造の側壁へのアクセスが限られている。これは、側壁角度が９０度に近いかまたは９０度を超えるときに特にあてはまる。これには、新規のプローブ設計を用い、圧電アクチュエーターを用いてプローブ・チップにある程度の横方向の動きを組み込むことによって、または、プローブを、ねじりを伴って振動させることによって対処することができる。しかしながら、この横方向の動きは、インライン計量用途には低速すぎる場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様は、第１のアームおよび第２のアームを有するプローブ、ならびに第１のアームおよび第２のアームによって支持される、高さおよび傾斜角を有するプローブ・チップと、第１の作動場所における第１のアームおよび第２の作動場所における第２のアームの各々を、それぞれの照射出力で照射することによって、プローブを変形するように構成される照射システムと、プローブ・チップの高さおよび傾斜角を制御するために、各作動場所における照射出力を独立して制御するように構成される、作動制御装置とを備える、プローブ・システムを提供する。また、本発明の第１の態様はプローブを作動させる方法を提供し、プローブは、第１のアームおよび第２のアームと、第１のアームおよび第２のアームによって支持される、高さおよび傾斜角を有するプローブ・チップとを備え、本方法は、アームの各々をそれぞれの照射出力で照射することによってプローブを変形させることと、プローブ・チップの高さおよび傾斜角を制御するために各アームにおける照射出力を独立して制御することとを含む。
【０００５】
好ましくは、第１のアームおよび第２のアームは、プローブ・チップを通る対称面の両側における互いの鏡像である。
【０００６】
任意選択で、プローブは１つまたは複数の追加のアームを更に備え、プローブ・チップは、第１のアーム、第３のアームおよび追加のアームによって支持される。照射システムは、それぞれの作動場所においてこの（または各）追加のアームを照射することによって、プローブを変形するように構成される。
【０００７】
検出システムは、プローブ・チップの高さのみを測定するように構成され得る。しかし
ながら、より好ましくは、プローブ・チップの高さを測定して高さ信号を生成するのみでなく、プローブ・チップの傾斜角を測定して傾斜信号を生成する検出システムが提供される。
【０００８】
任意選択で、プローブ・システムは、第１のアームおよび第２のアームを結合する（パッドまたはブリッジ等の）プローブ・チップ支持体を備え、プローブ・チップ支持体はプローブ・チップを支持する。プローブ・チップ支持体は、長方形または任意の他の形状（例えば、Ｖ字形プローブの場合、三角形）であり得る。代替的に、第１のアームおよび第２のアームの遠位端は、（プローブ・チップ支持体によって接続されるのではなく）互いに直接連結されてもよく、プローブ・チップは、アームが合流する接合点において支持される。
【０００９】
本発明の第２の態様は、プローブと、プローブの高さを測定して高さ信号を生成するように構成され、また、プローブ・チップの傾斜角を測定して傾斜信号を生成するようにも構成される検出システムと、各々の第１の作動場所および第２の作動場所においてそれぞれの照射出力でプローブを照射することによってプローブを変形するように構成される照射システムと、プローブの高さおよび傾斜角を制御するために、各作動場所において照射出力を独立して制御するように構成される作動制御装置とを備える、プローブ・システムを提供する。また、本発明の第２の態様は、プローブを作動させ測定する方法であって、プローブの高さを測定して高さ信号を生成することと、プローブの傾斜角を測定して傾斜信号を生成することと、各々の第１の作動場所および第２の作動場所においてそれぞれの照射出力でプローブを照射することによってプローブを変形させることと、プローブの高さおよび傾斜角を制御するために各作動場所における照射出力を独立して制御することとを含む方法を提供する。
【００１０】
通常、プローブは、チップ支持構造によって支持されるプローブ・チップを備え、第１の作動場所および第２の作動場所はチップ支持構造上にある。チップ支持構造は、（本発明の第１の態様におけるように）第１のアームおよび第２のアームを備えることができ、照射システムは、第１の作動場所における第１のアームおよび第２の作動場所における第２のアームを照射するように構成される。代替的に、チップ支持構造は、単一のアームを備えることができ、第１の作動場所および第２の作動場所はそのアームの異なる部分にある。しかしながら、（本発明の第１の態様におけるように）２つのアームの使用が好ましい。なぜなら、これによって、アームがアーム間の空隙によって熱的に隔離されることが可能になるためである。
【００１１】
好ましくは、チップ支持構造は、プローブ・チップを通る対称面を有し、第１の作動場所および第２の作動場所は対称面の両側に位置決めされる。
【００１２】
任意選択で、システムは、所望の高さ値（時間と共に変動する場合がある）を生成するように構成される高さ制御装置と、検出システムから高さ信号を受信し、高さ制御装置から所望の高さ値を受信し、双方の作動場所において、高さ信号および所望の高さ値に従って照射出力を変更し、高さ信号が所望の高さ値に向かって駆動されるようにするように構成される高さフィードバック制御装置とを更に備える。高さフィードバック制御装置は、高さ信号と所望の高さ値との差に従ってプローブの照射を変動させ、高さ信号が所望の高さ値に向かって駆動されるようにするように構成され得る。代替的に、高さフィードバック制御装置はモデルベースのフィードバック制御プロセスを用いてもよい。
【００１３】
任意選択で、システムは、所望の傾斜値（時間と共に変動する場合がある）を生成するように構成される傾斜制御装置と、検出システムから傾斜信号を受信し、傾斜制御装置から所望の傾斜値を受信し、しかしながらまたは双方の作動場所において、傾斜信号および
所望の傾斜値に従って照射出力を変更し、傾斜信号が所望の傾斜値に向かって駆動されるようにするように構成される傾斜フィードバック制御装置とを更に備える。傾斜フィードバック制御装置は、傾斜信号と所望の傾斜値との差に従ってプローブの照射を変動させ、傾斜信号が所望の傾斜値に向かって駆動されるようにするように構成され得る。代替的に、傾斜フィードバック制御装置はモデルベースのフィードバック制御プロセスを用いてもよい。
【００１４】
以下の補足説明は、本発明の双方の態様に適用される。
【００１５】
本発明の第１の態様および第２の態様は、２つの場所における照射出力を独立して変動させることによってプローブの高さおよび傾斜角の双方が制御されることを可能にし、プローブ・チップの高さおよび横方向の動きの双方が迅速に、正確に、かつ高い分解能で制御されることを可能にする。プローブの変形は、圧電作動ではなく照射によって生じる。変形は、プローブの光熱による加熱によってまたは放射圧等の任意の他のメカニズムによって生じ得る。プローブの変形によって、プローブの高さおよび／または傾斜角を変更させ、それによって今度は高さ信号および／または傾斜信号を変動させる。
【００１６】
傾斜信号は、プローブの傾斜角を直接示すことができ、例えば、傾斜信号はＴｉｐα＝ａｔａｎ（（Ｈｂ−Ｈａ）／Ｌ）とすることができ、ここで、Ｌは検出システムの２つの検出点間の距離であり、ＨｂおよびＨａはこれらの２つの検出点の高さである。代替的に、傾斜信号は、プローブの傾斜角を間接的に示すことができ、例えば、傾斜信号は、プローブ・チップ横方向位置信号ＴｉｐＰｏｓＸ＝Ｄ＊（（Ｈｂ−Ｈａ）／Ｌ）であり得る。ここで、Ｄはプローブ・チップの長さであり、Ｌは検出システムの２つの検出点間の距離であり、ＨｂおよびＨａはこれらの２つの検出点の高さである。
【００１７】
プローブは、第１の作動場所および第２の作動場所においてのみ照射システムによって照射されることが可能であり、別個の放射ビームは、第１の照射場所および第２の照射場所においてそれぞれの別個の照射スポットを形成する。代替的に、照射システムは、スポットにわたって変動する輝度で単一のスポットを用いて双方の作動場所を照射してもよい。
【００１８】
プローブは、第１の作動場所および第２の作動場所において同時に照射されてもよく、単一の作動ビームを用いて、２つの作動場所間を循環するフライング・スポットを生成してもよく、各場所において費やされる時間および／または各場所におけるフライング・スポットの輝度は、照射出力を制御するために変動する。
【００１９】
通常、作動場所は、第１の作動場所における照射出力を変更するが第２の作動場所における照射出力を変更しないことによって、傾斜信号の変化が生じ、逆もまた同様であるように位置決めされる。
【００２０】
双方の作動場所における照射出力を同時に変更することによって、通常、高さ信号における変更が生じるが、いくつかの特殊な事例では、例えば、照射出力が一方の作動場所において増大し、他方の作動場所において同じ量だけ減少し、このため、２つのアームが反対方向に同じ量だけ曲がる場合、高さ信号における変更が生じない場合がある。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態では、各作動場所における照射出力を増大させることによって、プローブが同じ方向に曲げられる。代替的に、一方の場所において照射出力を増大させることによって、プローブが一方の方向（例えばサンプルに向かって）曲げられ、他方の場所において照射出力を増大させることによって、プローブが反対方向（例えばサンプルから離れるように）曲げられる。
【００２２】
通常、作動制御装置は、第１の制御信号に従って第１の作動場所における照射出力を制御し、第１の制御信号と異なる第２の制御信号に従って第２の作動場所における照射出力を制御するように構成される。制御信号は、作動制御装置に対する入力、または作動制御装置から照射システムへの入力とすることができる。
【００２３】
作動制御装置は、各作動場所における照射出力を独立して制御するように構成される。すなわち、作動制御装置は、第２の場所における照射出力と独立して第１の場所における照射出力を変更することができ、逆もまた同様である。作動制御装置は通常、第２の作動場所における照射出力を同時に変更することなく、第１の作動場所における照射出力を変更するように動作可能であり、逆もまた同様である。また、作動制御装置は、双方の作動場所における照射出力を、同じ量だけ、または異なる量だけ同時に変更するように動作可能である。
【００２４】
作動場所は、双方の作動場所における照射出力を同時に変更することによって、傾斜信号における対応する変化を実質的に伴うことなく、高さ信号の変更を生じさせることができるように位置決めされ得る。例えば、プローブの２つのアームが同じ方向に同時に曲がることができ、これによって高さ（Ｚ）方向における動きを生じさせ、Ｙ方向（Ｚに直交する）における傾斜角の小さな変更を生じさせるが、Ｘ方向（ＹおよびＺに直交する）における傾斜角の変更は生じさせない。
【００２５】
通常、作動場所は、第１の作動場所における照射出力を増大させるが、第２の作動場所における照射出力を増大させないことによって、傾斜信号の増大が生じさせ、第２の作動場所における照射出力を増大させるが、第１の作動場所における照射出力を増大させないことによって、傾斜信号の減少を生じさせ、双方の作動場所における照射出力を同時に増大させることによって高さ信号の変化を生じさせるように位置決めされる。
【００２６】
好ましい実施形態では、検出システムは、２つ以上の検出場所における放射によりプローブを照射し、各検出場所から反射ビームを受信し、反射ビームと基準ビームとの間の経路差に従って、検出場所ごとの検出信号を生成するように構成され、各検出信号は、検出場所のそれぞれにおけるプローブの高さを示し、検出システムは、検出信号から高さ信号を導出するように構成される。各検出場所は、アームのそれぞれに、またはプローブ・チップを支持するプローブ・チップ支持体構造（パッドまたはブリッジ等）に位置決めされ得る。
【００２７】
別の実施形態では、検出システムは、検出場所における放射を用いてプローブを照射するように構成される照射システムと、検出場所からの反射ビームを高さ検出ビームと傾斜検出ビームとに分割するように構成されるビーム・スプリッターと、高さ検出ビームと基準ビームとの間の経路差に従って高さ信号を生成するように構成される干渉計と、傾斜検出ビームを受信し、傾斜検出ビームの角度に基づいて傾斜信号を生成するように構成される傾斜センサーとを備える。そのような検出システムの一例は、国際特許出願第２００９／１４７４５０号において与えられている。
【００２８】
別の実施形態では、検出システムは、プローブの高さおよび傾斜角を独立して検出する、すなわち、各々が、プローブの異なる部分を照射する独自の独立した照射システムを有する、干渉計および傾斜センサーを備える。
【００２９】
プローブ・チップは、通常、高さ基準に対する高さと、傾斜基準に対する傾斜角を有する。高さ基準は、例えば、第１のアームおよび第２のアームを支持するマウント、サンプル・ステージ、または干渉計高さ検出器とすることができる。同様に、傾斜基準は、例え
ば、第１のアームおよび第２のアーム、サンプル・ステージまたは傾斜センサーを支持するマウントであってもよい。
【００３０】
プローブ・システムは、プローブがスキャナーによってサンプルに対して（または逆もまた同様）動かされて、相対的な走査運動を生成する走査プローブ装置の一部であり得る。このため、プローブ・システムは、サンプルに対して（または逆もまた同様）プローブを動かして、相対的な走査運動を生成するように構成されるスキャナーも更に備えることができる。
【００３１】
プローブ・システムは、プローブがサンプルと相互作用してサンプルの何らかの特性（例えば、その表面トポロジー、弾性または組成等の材料特性）を測定する顕微鏡または他の装置の一部であってもよい。代替的に、プローブは、サンプル上の材料を除去するかもしくは蒸着させ、または何らかの他の方法でサンプルを変更するのに用いられてもよい。
【００３２】
ここで、添付の図面を参照して、本発明の実施形態が説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】走査プローブ顕微鏡を示す。
【図２】図１の顕微鏡において用いられるプローブの平面図である。
【図３】図２のプローブの端面図である。
【図４】干渉計検出システムを示す。
【図５ａ】図１の顕微鏡における制御システムの更なる詳細を示す。
【図５ｂ】代替的なフィードバック制御システムを示す。
【図５ｃ】フィードフォワード制御と組み合わされたフィードバック制御システムを示す。
【図６ａ】好ましい動作モードを概略形態で示す。
【図６ｂ】好ましい動作モードを概略形態で示す。
【図６ｃ】好ましい動作モードを概略形態で示す。
【図６ｄ】好ましい動作モードを概略形態で示す。
【図６ｅ】好ましい動作モードを概略形態で示す。
【図６ｆ】フィードバック制御に起因するプローブ振動、サンプル・インデンテーション、および輝度変動を含む好ましい動作モードを示す。
【図６ｇ】フィードバック制御に起因するプローブ振動、サンプル・インデンテーション、および輝度変動を含む好ましい動作モードを示す。
【図６ｈ】フィードバック制御に起因するプローブ振動、サンプル・インデンテーション、および輝度変動を含む好ましい動作モードを示す。
【図６ｉ】フィードバック制御に起因するプローブ振動、サンプル・インデンテーション、および輝度変動を含む好ましい動作モードを示す。
【図６ｊ】フィードバック制御に起因するプローブ振動、サンプル・インデンテーション、および輝度変動を含む好ましい動作モードを示す。
【図７】３つのカンチレバー・アームを有する代替的なプローブの平面図である。
【図８】図７のプローブを組み込む走査プローブ顕微鏡を示す。
【図９】正方形の「ピクチャー・フレーム」プローブの平面図である。
【図１０】三角形の「ピクチャー・フレーム」プローブの平面図である。
【図１１】単一のＴ型アームを有するプローブの平面図である。
【図１２】単一の走査作動ビームを有する代替的な顕微鏡の一部を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、ステージ２にある試料１を測定するための走査型プローブ顕微鏡を示す。ステージ２は、ＸＹ位置フィードバック制御装置５から制御ライン４の制御でＹ方向（図１の
平面の内外）およびＸ方向（図１における左右）にステージを動かすことができる圧電素子３を組み込む。ステージ２は、ステージのＸ方向およびＹ方向の位置を検知する干渉計、静電容量センサまたは歪みゲージセンサ等のセンサ６も組み込む。センサ６は、検知ライン７において、Ｘ位置およびＹ位置をＸＹ位置フィードバック制御装置５に出力する。
【００３５】
図２および図３に示すプローブ・チップ１０を有するプローブがステージの上に搭載される。プローブ・チップ１０は円錐構造またはピラミッド構造を含み、この構造は、基部から、試料１と相互作用する最も近い点である遠位端までテーパ状に細くなる。プローブ・チップ１０は、軸が垂直方向（すなわち、図１に示す基準系に基づく−Ｚ方向）に延びた状態で示される。プローブ・チップ１０は、図２に示す第１のカンチレバー・アームおよび第２のカンチレバー・アーム１１ａ、１１ｂを含むチップ支持構造によって支持される。各カンチレバー・アームはカンチレバー・マウント１３から延び、近位端はマウントによって支持され、支持されない遠位端はマウントから離れている。各カンチレバー・アームの遠位端は、下側にプローブ・チップ１０を支持するブリッジ１４によってつながれる。
【００３６】
アーム１１ａ、１１ｂは、熱による膨張が異なる２つ（以上）の材料、通常、金またはアルミニウムのコーティングを有するシリコンまたは窒化シリコン基部から構成される熱バイモルフ構造である。コーティングは、アームの長さにわたって延び、チップ１０の逆側を覆う。作動制御装置２４の制御下で（１対のレーザ２２ａ、２２ｂの形態による）照射システムは、アームのコーティングされた側を、それぞれの第１の作動場所および第２の作動場所において、それぞれの輝度が変調された第１の照射スポットおよび第２の照射スポット１５ａ、１５ｂで照射するように構成される。
【００３７】
アーム１１ａ、１１ｂおよびブリッジ１４は、均一の厚みを有するモノリシック構造から形成される。例えば、モノリシック構造は、Ａｌｂｒｅｃｈｔ  Ｔ．、Ａｋａｍｉｎｅ，  Ｓ．、Ｃａｒｖｅｒ，  Ｔ．Ｅ．、Ｑｕａｔｅ、Ｃ．Ｆ．  Ｊ．「Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ  ｓｔｙｌｉ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ」Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ａ  １９９０，  ８，  ３３８６（以後、「Ａｌｂｒｅｃｈｔ他」と呼ばれる）に記載されているようなＳｉＯ２またはＳｉＮ４の薄膜を選択的にエッチングすることによって形成することができる。チップ１０は、Ａｌｂｒｅｃｈｔ他に記載されているように、アーム１１ａ、１１ｂおよびブリッジ１４と一体に形成されてもよく、電子ビーム蒸着等のアディティブ工法によって形成されてもよく、または別個に形成され、接着剤もしくは何らかの他の取付け方法によって取り付けられてもよい。
【００３８】
図１に戻ると、放射スポット１５ａ、１５ｂは、レーザ２２ａ、２２ｂから出力されるそれぞれの作動ビーム２０ａ、２０ｂによって生成される。作動制御装置２４は、第１の制御信号Ａ１をレーザ２２ａに出力し、レーザ２２ａは、これに従って自身のレーザ・ビーム２０ａの照射出力を制御し、同様に、作動制御装置２４は、第２の制御信号Ａ２をレーザ２２ｂに出力し、レーザ２２ｂは、これに従って自身のレーザ・ビーム２０ｂの照射出力を制御する。以下に更に詳細に説明するように、プローブ・チップ１０の高さおよび傾斜角を制御するために、２つの異なる制御信号Ａ１およびＡ２が独立して２つの作動場所における照射出力を制御する。
【００３９】
チップ支持構造は、プローブ・チップ１０を通る対称面１６を有し、第１の作動場所および第２の作動場所にあるスポット１５ａ、１５ｂは、対称面１６の両側に対称的に位置決めされる。
【００４０】
作動ビームの波長は、コーティングによって良好に吸収されるように選択され、それに
よって、各放射スポットは自身のそれぞれのアームのコーティングを加熱し、アームはその長手方向に沿って曲がり、プローブ・チップ１０を動かす。この例では、コーティングは試料と逆側にあり、このため、各アームは加熱されると試料の方に曲がるが、代替的に、コーティングは試料と同じ側にあってもよく、この場合、各アームが加熱されると試料から離れるように曲がる。更なる代替的な実施形態では、２つのアームのためのコーティングは、反対側にあってもよい。すなわち、アーム１１ａにおけるコーティングは上側（試料と逆側）にあって、アーム１１ａは加熱されると試料の方に曲がり、アーム１１ｂにおけるコーティングは下側（試料と同じ側）にあって、アーム１１ｂは加熱されると試料から離れる反対方向に曲がる。
【００４１】
一対の干渉計高さ検出器３０ａ、３０ｂが、対称面１６の両側に対称的に位置決めされた第１の検出場所および第２の検出場所における検出スポット３４ａ、３４ｂを介して２つの離間された検出場所においてプローブの高さを測定するように構成される。検出器３０ａ、３０ｂは図１に概略的に示され、図４は、干渉計３０ａのうちの１つをより詳細に示す（他方の干渉計３０ｂは同一である）。
【００４２】
図４を参照すると、光源５０からの光は、ビーム・スプリッタ５１によって、検出ビーム３２および基準ビーム３３に分岐される。検出ビーム３２は、対物レンズ５４によってプローブの背面上に合焦される。プローブから反射した後、反射した検出ビームは、ビーム・スプリッタ５５に向けられる。基準ビーム３３は、レトロリフレクタ５２を介して、ビーム・スプリッタ５５に向けられる。
【００４３】
ビーム・スプリッタ５５は、エネルギー吸収コーティングを有し、検出ビームおよび基準ビームの双方を分岐して、９０度の相対位相シフトを有する第１のインターフェログラムおよび第２のインターフェログラムを生成する。２つのインターフェログラムは、光検出器５３、５４においてそれぞれ検出される。
【００４４】
理想的には、光検出器信号は、９０度の位相差を有する相補的なサイン信号およびコサイン信号である。更に、これらの信号はＤＣオフセットがなく、等しい振幅を有し、カンチレバーの位置およびレーザ１０の波長のみに依拠する。光路差を変えながら既知の方法を用いて光検出器５３、５４の出力を監視し、それによって、等しい振幅および同相直角位相を有する２つの光検出器信号が完全に調和していないことの結果として生じる誤差を求め、補正を適用する。同様に、当該技術分野において知られている方法に従って、ＤＣオフセットレベルも補正される。
【００４５】
これらの光検出器信号は、専用ハードウェアまたはプログラムされたコンピューターとして提供することができる従来の干渉計可逆フリンジ・カウント装置およびフリンジ分割装置と共に用いるのに適している。直角位相フリンジ・カウント装置は、カンチレバーの位置における変位をλ／８の精度まで測定することが可能である。すなわち、５３２ｎｍの光の場合、６６ｎｍまでの精度である。信号のアーク・タンジェントに基づく既知のフリンジ分割技法は、ナノメートル・スケール以下までの精度への改善を可能にする。
【００４６】
２つのコヒーレント・ビーム間の経路差を抽出する干渉計測法は当該技術分野においてよく知られており、そのため更に詳細に説明することはしない。
【００４７】
本明細書において説明される干渉計は、ホモダイン・システムの１つの例である。説明される特定のシステムは、この用途に対しいくつかの利点を提供する。２つの直角位相インターフェログラムを用いることによって、複数のフリンジにわたって、このため大きな変位範囲にわたってカンチレバー変位の測定が可能になる。ビーム・スプリッタ５５における位相シフト・コーティングを用いることによって、例えば、検出ビームがカンチレバ
ーから反射されるときの偏光の変化から生じる偏光効果に対する干渉計の感度が低減する。これらの原理に基づく干渉計の例が、米国特許第６６７８０５６号および国際特許出願第２０１０／０６７１２９号に記載されている。光学経路長の変化を測定することが可能な代替的な干渉計システムも本発明と共に用いることができ、例えば、２つの直角位相インターフェログラムを生成する偏光方法または二重周波数レーザを用いることにより実装されるヘテロダイン式干渉計を用いてホモダイン干渉計を実装することができる。適切なホモダイン偏光干渉計は、欧州特許第１８９２７２７号に記載されており、適切なヘテロダイン式干渉計は、本発明と共に用いるように適合され得る米国特許第５１４４１５０号に記載されている。
【００４８】
このため、検出場所ごとに測定される高さ信号Ｈａ、Ｈｂが、検出場所から反射された検出ビーム３２と基準ビーム３３との間の経路差に従って高さ検出器３０ａ、３０ｂによって生成される。２つの検出場所において検出ビーム３２によって生成される放射スポットは、図２において３４ａ、３４ｂをラベル付けされる。
【００４９】
図１に戻ると、測定される高さ信号Ｈａ、Ｈｂは、プローブ位置信号プロセッサ４０に入力される。プローブ位置信号プロセッサ４０は、プローブのチップの高さを示すプローブ・チップ高さ信号ＴｉｐＰｏｓＺ＝（Ｈａ＋Ｈｂ）／２と、プローブの傾斜角を示す傾斜信号Ｔｉｐα＝ａｔａｎ（（Ｈｂ−Ｈａ）／Ｌ）（ここで、Ｌは検出スポット３４ａ、３４ｂ間の距離である）と、プローブ・チップ横方向位置信号ＴｉｐＰｏｓＸ＝Ｄ＊（（Ｈｂ−Ｈａ）／Ｌ）（ここで、Ｄはプローブ・チップ１０の長さである）とを生成する。ＴｉｐＰｏｓＸのこの計算は、チップが２つの検出スポット３４ａ、３４ｂの中間にあると仮定する。他の形状も可能であるが、ＴｉｐＰｏｓＸの計算に影響を及ぼす。
【００５０】
ＴｉｐＰｏｓＺは、試料の表面に直交する方向（Ｚ）におけるプローブの測定された位置を示し、ＴｉｐＰｏｓＸは、試料の表面に平行な横方向（Ｘ）におけるプローブの測定された位置を示す。
【００５１】
これらの信号ＴｉｐＰｏｓＺ、ＴｉｐＰｏｓＸおよびＴｉｐαは、プローブの高さ、Ｘ位置および傾斜角を近似的に示すのみであるが、これは、高さ、Ｘ位置および傾斜角におけるわずかな変化についてかなり正確な近似であることに留意されたい。
【００５２】
プローブが作動スポット１５ａ、１５ｂの双方によって同じ照射出力で同時に照射されるとき、アーム１１ａ、１１ｂは同じ量だけ下方に曲がり、それによってプローブは試料の方に（ＺＹ面において、本質的に、小さな角度の場合はＺ方向において）動き、高さ信号Ｈａ、ＨｂおよびＴｉｐＰｏｓＺに変化を引き起こすが、本質的に、ＴｉｐαまたはＴｉｐＰｏｓＸには変化を引き起こさない。
【００５３】
プローブが他のスポット１５ｂよりも大きな照射出力でスポット１５ａによって照射されるとき、プローブは（図３の視点から）時計回りに傾斜し、傾斜信号に負の変化を引き起こす。同様に、プローブが他のスポット１５ａよりも大きな出力でスポット１５ｂによって照射されるとき、プローブは（図３の視点から）反時計回りに傾斜し、傾斜信号に正の変化を引き起こす。プローブの動きは純粋な回転ではなく、プローブ高さ、従ってＴｉｐＰｏｓＺの変化もある程度引き起こすが、この高さの変化は、小さな傾斜角の場合、無視できると想定することができ、追加の高さ調整を導入することによって補正可能であることに留意されたい。
【００５４】
図１に戻ると、高さ信号ＴｉｐＰｏｓＺはＺ位置フィードバック制御装置４２に出力され、Ｚ位置フィードバック制御装置４２は、カンチレバー・ビームＺ制御信号を作動制御装置２４に提供する。同様に、横方向位置信号ＴｉｐＰｏｓＸはＸ位置フィードバック制
御装置４３に出力され、Ｘ位置フィードバック制御装置４３はカンチレバー・ビームＸ制御信号を作動制御装置２４に提供する。
【００５５】
画像は２つの方法のうちの１つにおいて生成することができる。（干渉計検出を用いる）１つの例では、高さ信号ＴｉｐＰｏｓＺは画像収集および走査制御装置４１に出力され、画像収集および走査制御装置４１は走査の進路にわたるＴｉｐＰｏｓＺの変動に基づいて画像を編集する。（従来の走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）に類似した）別の例では、代わりに、カンチレバー・ビームＺ制御信号が画像編集のために制御装置４１に出力される。
【００５６】
プロセスの全体制御は、上記で説明した制御装置４１〜４３によって調整される。制御装置４１は、高さ信号ＴｉｐＰｏｓＺのための目標値（ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄ）および横方向位置信号ＴｉｐＰｏｓＸのための目標値（ＴｉｐＰｏｓＸ＿Ｄｅｓｉｒｅｄ）を生成するように構成される。目標値（ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄ、ＴｉｐＰｏｓＸ＿Ｄｅｓｉｒｅｄ）は、試料の表面に直交する方向（Ｚ）におけるプローブの目標位置を表すプローブの目標位置ＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄ、および試料の表面に平行な方向（Ｘ）におけるプローブの目標位置を表すＴｉｐＰｏｓＸ＿Ｄｅｓｉｒｅｄを効果的に表す。これらの目標値（ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄ、ＴｉｐＰｏｓＸ＿Ｄｅｓｉｒｅｄ）の各々は時間と共に変動する。プローブが目標高さ値ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄまで動かされるか、または同等に試料との目標相互作用レベルおよび／または目標横方向の位置ＴｉｐＰｏｓＸ＿Ｄｅｓｉｒｅｄまで動かされる場合、制御装置４１はＴｉｐＰｏｓＸ＿ＤｅｓｉｒｅｄおよびＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄをフィードバック制御装置４２、４３に入力する。Ｚフィードバック制御装置４２は、ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄと比較した高さ信号ＴｉｐＰｏｓＺを監視し、カンチレバー・ビームＺ制御信号を決定し、これを作動制御装置２４に出力する。カンチレバー・ビームＺ制御信号がΔＺだけ変化するとき、作動制御装置２４はΔＺに従って双方の作動場所における照射出力を変更し、測定される高さ信号ＴｉｐＰｏｓＺが目標高さ値ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄに向けて制御されるようにする。同様に、Ｘフィードバック制御装置４３は、ＴｉｐＰｏｓＸ＿Ｄｅｓｉｒｅｄと比較した傾斜信号ＴｉｐＰｏｓＸを監視し、カンチレバー・ビームＸ制御信号を決定し、これを作動制御装置２４に出力する。カンチレバー・ビームＸ制御信号がΔＸだけ変化するとき、作動制御装置２４はΔＸに従って作動場所における照射出力間の差を変更し、測定される横方向位置信号ＴｉｐＰｏｓＸが目標横方向位置ＴｉｐＰｏｓＸ＿Ｄｅｓｉｒｅｄに向けて制御されるようにする。
【００５７】
プローブがＺおよびＸの双方に動かされるとき、作動制御装置２４は、レーザ２２ａにレーザ２２ａの輝度Ａ１を量（ΔＺ＋ΔＸ／２）だけ変化させ、レーザ２２ｂに、レーザ２２ｂの輝度Ａ２を（ΔＺ−ΔＸ／２）だけ変化させる。
【００５８】
２つの独立したＸおよびＺフィードバック制御装置４２、４３を有するのではなく、２つのフィードバック制御装置４２、４３を、Ｘ位置およびＺ位置の双方を制御する単一のフィードバック制御ユニットに統合することができることに留意されたい。ＸとＺとの間の結合による補正が必要な場合、単一のフィードバック制御装置への統合が好ましい場合がある。
【００５９】
ここで、好ましい動作モードを図５および図６ａ〜図６ｊを参照して説明する。図６ａは、ステップ１ａを有する試料１の走査結果を示す。制御装置４１は、図６ｃに示す波形を生成する、図５ａに示す波形生成器４１ｂを組み込む。上に記したように、図６ｃに示す目標値ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄは、時間とともに変動する。波形によって、プローブは、プローブの共振周波数よりも低い周波数に設定された周期的な往復運動を辿ることになる。波形は、図６ｂに示すように試料表面に対しチップを近付けることと離すこ
ととを繰り返すと、図６ｃにおけるように周期的である場合もあるし、非周期的である場合もある。換言すれば、チップの往復運動の周期は、一定の時間間隔で分けられてもよく、例えば、規則的に間隔を空けられた画素格子をサンプリングするのではなく、試料の表面にわたって不規則な間隔で離れた様々な点をサンプリングするために、一定でない時間間隔で分けられてもよい。
【００６０】
測定の経過中、プローブは、表面検出器４１ａ（以下で更に詳細に説明される）によって表面が検出されるまで、一定の速度で試料表面に向かって動かされる。表面が検出された時点で、プローブは引き上げられ、表面検出地点における高さ信号ＴｉｐＰｏｓＺが記録される。次に、表面高さの画像（すなわち、測定のマップ）が、圧電素子３の制御下で試料を横方向に動かしながらこのプロセスを繰り返すことによって作成される。これは通常、ラスター・パターンを辿るが、任意のｘ、ｙ配列を辿り得る。
【００６１】
次に、図６ａ〜図６ｊに示す動作モードを参照して、フィードバック制御装置４２、４３の動作が説明される。プローブが目標高さ値ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄおよび／または目標横方向位置ＴｉｐＰｏｓＸ＿Ｄｅｓｉｒｅｄに動かされる場合、制御装置４１は、ＴｉｐＰｏｓＸ＿ＤｅｓｉｒｅｄおよびＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄをフィードバック制御装置４２、４３に入力する。
【００６２】
この例では、ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄは、図６ｃに示すように時間と共に往復して変動し、プローブが一定の速度で試料に向かって動くと、一定の率で減少する。走査制御装置４１は、プローブ高さ制御データを含むメモリ４１ｃを含み、このプローブ高さ制御データおよび表面検出器４１ａの出力に従って、ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄを生成するように構成される。プローブ高さ制御データは、Ｚ方向におけるプローブの必要な往復運動を定義し、例えば、試料に向かう接近速度、運動の最大振幅、および運動の繰返し間隔を定義する。代替的に、プローブ高さ制御データは、ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄが、試料の走査中にオン・ザ・フライで計算されることを可能にするアルゴリズムを定義することができる。いずれの場合も、プローブ高さ制御データは、試料の走査中にオン・ザ・フライで生成されるのではなく、方法の実行の前にメモリ４１ｃに記憶されているという意味で、事前に定義されている。
【００６３】
試料に向かうそのような一定の接近速度を確保するために、Ｚフィードバック制御装置４２は、時変信号ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄと比較した高さ信号ＴｉｐＰｏｓＺを監視し、差を求め、この差を誤差信号（図６ｅに示す）として比例・積分・微分（ＰＩＤ）フィードバック制御装置４２ａに出力する。ＰＩＤフィードバック制御装置は、誤差信号に従ってカンチレバー・ビームＺ制御信号を生成し、このカンチレバー・ビームＺ制御信号を作動制御装置２４に出力する。次に、作動制御装置２４は、カンチレバー・ビームＺ制御信号における任意の変化ΔＺに従って双方の作動場所における照射出力を変更し、測定された高さ信号ＴｉｐＰｏｓＺが目標高さ値ＴｉｐＰｏｓＺ＿ｄｅｓｉｒｅｄに向けて制御されるようにする。照射出力の変動が図６ｄに示される。
【００６４】
任意選択で、ｚ位置決めシステム（図示せず）は、カンチレバー・マウント１３または試料１の高さを制御することができ、設定された平均レベルのプローブ周期振幅を維持するように操作され得る。ここで、「プローブ周期振幅」とは、完全に引き上げた位置と、表面検出の地点との間の、周期ごとの高さの差である。この任意選択の構成の一例が図５ｂに示されている。図５ｂは、光熱作動システム２２ａ、２２ｂ、２４よりも大きな量だけカンチレバー・マウント１３を垂直（Ｚ）方向に上下に動かすことができる圧電ベース位置決めシステム６０も備える点を除いて、図５ａと同様である代替的な実施形態を示す。通常、位置決めシステム６０は、光熱作動システム２２ａ、２２ｂ、２４によって提供される運動の最大範囲よりも約１０倍の５μｍ（５＊１０−６ｍ）のオーダーの最大距離
だけカンチレバー・マウント１３を動かすことができる。更なるＰＩＤフィードバック制御装置６１は、カンチレバー・マウント１３のＺ位置を制御し、プローブを光熱作動システム２２ａ、２２ｂ、２４の範囲内に維持する。
【００６５】
図５ｃは、フィードバック制御装置に加えてフィードフォワード制御装置６２も含む点を除いて、図５ａと同様である更なる代替的な実施形態を示す。図５ｃは概略図にすぎず、ループ接続はより複雑であり得ることに留意されたい。フィードフォワード制御装置６２は、フィードフォワードが、全体的な周波数応答を拡張するためにプローブ／チップ動的転送機能の逆を用いるという点で、モデルベースのフィードバックの一形態を提供する。これは、熱力学、光力学および機械力学に対処することができる。フィードフォワード手法は、例えば、Ｐａｏ，  Ｌ．  Ｙ．、Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ，  Ｊ．  Ａ．およびＡｂｒａｍｏｖｉｔｃｈ，  Ｄ．  Ｙ．、２００７「Ｃｏｍｂｉｎｅｄ  Ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ／Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ」Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ２００７  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ＮＹ，  Ｊｕｌ．  １１−１３，  ｐｐ．  ３５０９−３５１５において、また、Ｃｌａｙｔｏｎ他、２００９「Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ  ｉｎ  Ｎａｎｏｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ
ＳＰＭ」Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ，  １３１：６，０６１１０１において知られている。
【００６６】
表面検出器４１ａは、プローブ・チップが試料表面と相互作用する周期における地点を示す。図５ａ〜図５ｃの実施形態では、表面検出器４１ａへの入力は、Ｚフィードバック制御装置からの誤差信号（図６ｅ）であり、表面位置は、誤差信号が一定期間での閾値を超える各周期内の地点から表面検出器４１ａによって抽出される。代替的に、プローブを、小さな振幅および高い周波数での共振で振動させ、「ディザリング」運動をもたらすことができる。この「ディザリング」運動は、図６ｃに示すより大きな振幅およびより低い周波数の波形に重ね合わされる。表面検出器は、信号ＴｉｐＰｏｓＺ内のこのディザリング運動の位相、振幅または周波数を監視し、位相、振幅または周波数が大幅に変化するとき、プローブが表面位置にあることを検出する。この場合、高周波数のディザリング運動は、信号ＴｉｐＰｏｓＺからフィルタリングされ、平均ＴｉｐＰｏｓＺ信号が生成され、この平均ＴｉｐＰｏｓＺ信号は、フィードバック制御装置に入力され、時変信号ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄと比較され、誤差信号が生成される。代替的に、平均ＴｉｐＰｏｓＺ信号を用いるのではなく、ディザリング運動の最大点または最小点をフィードバック制御装置に入力し、時変信号ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄと比較し、誤差信号を生成する。代替的に、平均ＴｉｐＰｏｓＺ信号を用いるのではなく、ディザリング運動の最大点または最小点をフィードバック制御装置に入力し、時変信号ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄと比較し、誤差信号を生成することができる。
【００６７】
別の例（図示せず）では、表面検出器４１ａへの入力は、位置プロセッサ４０からの信号ＴｉｐＰｏｓＺであり得る。プローブ速度、または同等に高さ信号の変化率は、チップが表面に当たり、相互作用し始めると降下する。したがって、ＴｉｐＰｏｓＺの変化率が一定期間での閾値未満に降下する各周期内の地点から、表面位置が抽出される。
【００６８】
表面検出地点が決定されると、表面検出ユニット４１ａは、トリガー信号を波形発生器４１ｂに送信する。これに応答して、波形発生器４１ｂは試料から離れるようにチップを引き上げるために、自身の出力（ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄ）を変更する。
【００６９】
表面検出時のＴｉｐＰｏｓＺの値は、プローブ周期の各期間内でプローブが表面と相互
作用するときのプローブの高さを与える。すなわち、この値は、画像を構築するために用いることができるプローブのｘ、ｙ位置における表面高さの尺度を提供する。測定される表面高さを表す各データ点は、走査ｘ、ｙ位置にマッピングされ、このため、画像における地点または画素を形成する。任意選択で、表面高さの複数の測定値を用いて、各画素を形成することができる。
【００７０】
画像は、プローブ周期の各期間内にプローブが表面を検出するかまたは表面と相互作用するときのプローブの高さｈ２（図６ｂに示す）に基づくことができる。代替的に、画像は、プローブが完全に引き上げられた位置から表面位置に到達するのにかかる時間ｔ２−ｔ１（これも図６ｂに示す）に基づき得る。完全に引き上げられた位置の高さｈ１および試料に向けたプローブ・チップの接近率ｖがわかっているので、高さｈ２はｈ２＝ｈ１−ｖ１＊（ｔ２−ｔ１）として計算することができる。
【００７１】
また、プローブが試料と相互作用する期間にわたって、高さ信号ＴｉｐＰｏｓＺを監視して、弾性データまたは試料の材料特性を示す他の材料データ、および画像を形成するのに用いられる材料データを生成することができる。これは、ステップ１ａの横断中のプローブ高さをより現実的に表す図６ｇに示されている。図６ｇでは、引き上げるフェーズ７０中のプローブの振動およびリング・ダウン、ならびに、プローブが７２において引き下げられる前に７１において試料に貫入するときのチップの高さの漸進的低減を含む。図６ｉは図６ｄと同様であるが、Ｚフィードバック制御装置４２がプローブの振動に応じて生じる輝度変動を含む。特に、接近フェーズ中の輝度変動７５は、（図６ｄと異なり）線形でなく、輝度は、プローブを迅速に引き込むために７６においてゼロの近くまで降下する。図６ｊは、誤差信号における振動、および表面検出器４１ａによって用いられるトリガー閾値７７の値も示す。
【００７２】
試料の画像は、通常、チップを試料に対しラスター・パターンで動かすことによって作成される。試料に対するプローブの必要な横方向（Ｘ）位置は、走査エリアの対向するエッジにおいて一定の速度および瞬時の方向反転を用いた高速ラスター走査を達成するための「三角波」往復運動である。この走査運動の基本周波数は、Ｘ方向において必要な周波数でステージの正弦波運動を生成する圧電素子３によって達成される。より高い周波数のＸ運動は、プローブを前後に傾斜させるレーザ２２ａ、２２ｂによって駆動される。したがって、ＴｉｐＰｏｓＸ＿Ｄｅｓｉｒｅｄは、プローブ・ラスターが試料にわたって走査するにつれ経時的に周期的に変動する。走査制御装置４１は、プローブ横方向位置制御データを含むメモリ（図示せず）を備え、このプローブ横方向位置制御データに従ってＴｉｐＰｏｓＸ＿Ｄｅｓｉｒｅｄを変動させるように構成される。このため、目標値ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄが図６ｃに示すように時間と共に変動するのとちょうど同様に、目標値ＴｉｐＰｏｓＸ＿Ｄｅｓｉｒｅｄも時間と共に（三角波として）変動する。
【００７３】
Ｘフィードバック制御装置４３は、図５に示すＺフィードバック制御装置と同様の動作モードを有し、作動制御装置２４に出力されるカンチレバー・ビームＸ−制御信号を生成する。次に、作動制御装置２４は、作動場所における照射出力間の差を変更し、測定される横方向位置信号ＴｉｐＰｏｓＸが目標横方向位置ＴｉｐＰｏｓＸ＿Ｄｅｓｉｒｅｄに向けて駆動されるようにする。
【００７４】
上記の例では、制御装置４１は、ＴｉｐＰｏｓＸ＿Ｄｅｓｉｒｅｄをフィードバック制御装置４３に入力し、このため、目標値は、ＴｉｐＰｏｓＸによって測定されるようなプローブの目標横方向位置を表す。代替的に、制御装置４１は、目標値Ｔｉｐα＿Ｄｅｓｉｒｅｄをフィードバック制御装置４３に入力することができ、このため、目標値は、Ｔｉｐαによって測定されるようなプローブの目標傾斜角を表す。
【００７５】
図７は、３つのカンチレバー・アーム１１ａ〜１１ｃによって担持されるプローブ・チップ１１０を備える代替的なプローブを示す。各カンチレバー・アームは、カンチレバー・マウント１１３から延び、近位端はマウントによって担持され、自由遠位端はマウントから離れている。パッド１１６は下側にプローブ・チップ１１０を担持する。サイド・アーム１１１ａ、１１１ｂは、ヒンジ部材１１７ａ、１１７ｂによってパッドの両側に結合され、中心アーム１１１ｃはヒンジ部材１１７ｃによってパッドに結合される。アーム１１１ａ〜１１１ｃ、ヒンジ１１７ａ〜１１７ｃおよびパッド１１６は、通常、均一の厚みを有するモノリシック構造から形成されるが、任意選択で、ヒンジ１１７ａ〜１１７ｃは、アーム１１１ａ〜１１１ｃおよびパッド１１６よりも薄くてもよい。
【００７６】
第１の実施形態では、サイド・アーム１１１ａ、１１１ｂは、アーム１１ａ、１１ｂと同様の形式で操作される。すなわち、サイド・アーム１１１ａが他のサイド・アームよりも大きい出力でスポット１１５ａによって照射されるとき、パッドは時計回りに傾斜し、サイド・アーム１１１ｂが他のサイド・アームよりも大きい出力でスポット１１５ｂによって照射されるとき、パッドは反時計回りに傾斜する。中心アーム１１１ｃは、更なる度合いの制御を与える。すなわち、スポット１１５ｃの輝度が（サイド・スポット１１５ａ、１１５ｂの輝度を変化させることなく）変化するとき、中心アーム１１１ｃは曲がり、パッドをＹ方向に傾斜させる。
【００７７】
図８は、図７のプローブを組み込む走査プローブ顕微鏡を示す。出力ビーム１２０ａ〜１２０ｃを有する３つの作動レーザー１２２ａ〜１２２ｃが、それぞれ作動スポット１１５ａ〜１１５ｃを生成する。３つの干渉計高さ検出器１３０ａ〜１３０ｃは、図７の検出スポット１３４ａ〜１３４ｃによって示されるパッド１１６上の３つの検出場所においてプローブの高さを測定するように構成される。各高さ検出器１３０ａ〜１３０ｃは、図４に示す干渉計と同じように動作する。高さ信号Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃは、それぞれ検出スポット１３４ａ〜１３４ｃによりサンプリングされる。検出スポット１４ａ〜１４ｃは、半径ｒを有し、このため１２０度の角度分離を有して、プローブ・チップ１１０を中心とする円の外周上に配置される。
【００７８】
サンプリングされた高さＨａ、Ｈｂ、Ｈｃは、プローブ位置信号プロセッサ４０に入力され、プローブ位置信号プロセッサ４０は、プローブのチップの高さを示すプローブ・チップ高さ信号ＴｉｐＰｏｓＺ＝（Ｈａ＋Ｈｂ＋Ｈｃ）／３と、Ｘ方向におけるプローブの傾斜角を示すＸ傾斜信号Ｔｉｐα＝ａｔａｎ（（Ｈｂ−Ｈａ）／（ｓｑｒｔ（３）ｘｒ））と、Ｙ方向におけるプローブの傾斜角を示すＹ傾斜信号Τｉｐγ＝ａｔａｎ（（Ｈａ＋Ｈｂ−２ｘＨｃ）／（３ｘｒ））とを生成する。
【００７９】
また、位置信号プロセッサ４０は、Ｘ位置信号ＴｉｐＰｏｓＸおよびＹ位置信号ＴｉｐＰｏｓＹも生成し、これらはそれぞれ、Ｘ位置フィードバック制御装置４３およびＹＺフィードバック制御装置４２ａに入力される。Ｘ位置信号ＴｉｐＰｏｓＸおよびＹ位置信号ＴｉｐＰｏｓＹは、図１の実施形態におけるＴｉｐＰｏｓＸと同様にしてプローブ・チップの長さに基づいて計算される。
【００８０】
図１のＺフィードバック制御装置４２は、ＹＺフィードバック制御装置４２ａと置き換えられる。ＹＺフィードバック制御装置４２ａは、プローブがＺ  ＴｉｐＰｏｓＺ＿Ｄｅｓｉｒｅｄにおける所望の軌道のみでなく、Ｙ  ＴｉｐＰｏｓＹ＿Ｄｅｓｉｒｅｄにおける所望の軌道も辿るようにプローブを位置決めするようフィードバック・ループを操作する。
【００８１】
図９は、本発明の更なる実施形態によるプローブの平面図である。プローブは、正方形の「ピクチャー・フレーム」マウント２１３および４つのカンチレバー・アーム２１１ａ
〜２１１ｄを備える。各カンチレバー・アームはマウント２１３から延び、近位端はマウントによって担持され、自由遠位端はマウントから離れている。パッド２１６は下側にプローブ・チップ２１０を担持する。サイド・アーム２１１ａ、２１１ｂは、それぞれのヒンジ部材によってパッドの両側に結合され、中心アーム１１１ｃ、１１１ｄはそれぞれのヒンジ部材によってパッドに結合される。アーム２１１ａ〜２１１ｄ、ヒンジ部材およびパッド２１６は、通常、均一の厚みを有するモノリシック構造から形成されるが、任意選択で、ヒンジ部材は、アーム２１１ａ〜２１１ｄおよびパッド２１６よりも薄くてもよい。
【００８２】
第１の実施形態では、サイド・アーム２１１ａ、２１１ｂは、アーム１１ａ、１１ｂと同様の形式で動作する。すなわち、サイド・アーム２１１ａが反対側のサイド・アームにおけるスポット２１５ｂよりも大きい出力でスポット２１５ａによって照射されるとき、パッドはＸ方向において時計回りに傾斜し、サイド・アーム２１１ｂがより大きい出力でスポット２１５ｂによって照射されるとき、パッドはＸ方向において反時計回りに傾斜する。同様に、中心アーム２１１ｃが他方の中心アーム２１１ｄよりも大きい出力でスポット２１５ｃによって照射されるとき、パッドはＹ方向において時計回りに傾斜し、中心アーム２１１ｄが他方の中心アーム２１１ｃよりも大きい出力でスポット２１５ｄによって照射されるとき、パッドはＹ方向において反時計回りに傾斜する。
【００８３】
それぞれ４つのアーム上にある検出スポット２３４ａ〜２３４ｄからサンプリングされた高さ信号Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃ、Ｈｄは、プローブ位置信号プロセッサ４０に入力され、プローブ位置信号プロセッサ４０は、プローブのチップの高さを示すプローブ・チップ高さ信号ＴｉｐＰｏｓＺ＝（Ｈａ＋Ｈｂ＋Ｈｃ＋Ｈｄ）／４と、Ｘ方向におけるプローブの傾斜角を示すＸ傾斜信号Ｔｉｐα＝ａｔａｎ（（Ｈｂ＋Ｈｄ−Ｈａ−Ｈｃ）／２Ｌ）（ならびに関連するＸ位置信号ＴｉｐＰｏｓＸ）と、Ｙ方向におけるプローブの傾斜角を示すＹ傾斜信号Τｉｐγ＝ａｔａｎ（（Ｈａ＋Ｈｂ−Ｈｃ−Ｈｄ）／２Ｌ）（ならびに関連するＸ位置信号ＴｉｐＰｏｓＸ）とを生成する。ここで、Ｌは上記の式において、４つの検出スポットの中心を結合する正方形の辺の長さである。
【００８４】
図１０は、本発明の更なる実施形態によるプローブの平面図である。プローブは、三角形の「ピクチャー・フレーム」マウント３１３および３つのカンチレバー・アーム３１１ａ〜３１１ｃを備える。各カンチレバー・アームはマウント３１３から延び、近位端はマウントによって担持され、自由遠位端はマウントから離れている。パッド３１６は下側にプローブ・チップ３１０を担持する。アーム３１１ａ〜３１１ｃは、それぞれのヒンジ部材２１７ａ〜２１７ｃによってパッドに結合される。アーム３１１ａ〜３１１ｃ、ヒンジ３１７ａ〜３１７ｃおよびパッド３１６は、通常、均一の厚みを有するモノリシック構造から形成されるが、任意選択で、ヒンジ３１７ａ〜３１７ｃは、アーム３１１ａ〜３１１ｃおよびパッド３１６よりも薄くてもよい。
【００８５】
アーム３１１ａ〜３１１ｃは、各アームにおける作動スポットと、それぞれ高さＨａ、Ｈｂ、Ｈｃを測定するおよび検出スポット３３４ａ〜３３４ｃとを用いて、上記で説明した実施形態と同様に作動され、測定される。検出スポットは、半径ｒを有し、このため１２０度の角度分離を有して、プローブ・チップ３１０を中心とする円の外周上に配置される。高さ信号Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃは、プローブ位置信号プロセッサ４０に入力され、プローブ位置信号プロセッサ４０は、プローブのチップの高さを示すプローブ・チップ高さ信号ＴｉｐＰｏｓＺ＝（Ｈａ＋Ｈｂ＋Ｈｃ）／３と、Ｘ方向におけるプローブの傾斜角を示す傾斜信号Ｔｉｐα＝ａｔａｎ（（Ｈｂ−Ｈｃ）／（ｓｑｒｔ（３）ｘｒ））（ならびに関連するＸ位置信号ＴｉｐＰｏｓＸ）と、Ｙ方向におけるプローブの傾斜角を示すＹ傾斜信号Τｉｐγ＝ａｔａｎ（（２ｘＨａ−Ｈｂ−Ｈｃ）／（３ｘｒ））（ならびに関連するＹ位置信号ＴｉｐＰｏｓＹ）とを生成する。
【００８６】
「ピクチャー・フレーム」マウント２１３、３１３は、それぞれ４つおよび３つの辺を有する多角形であり、原理は、任意の数の辺（および関連付けられたカンチレバー）を有する多角形「ピクチャー・フレーム」マウントまたは円形の「ピクチャー・フレーム」マウントに拡張することができる。
【００８７】
図７〜図１０の実施形態では、Ｘ横方向位置信号およびＹ横方向位置信号ＴｉｐＰｏｓＸ／ＴｉｐＰｏｓＹならびにそれらの関連付けられた所望の値ＴｉｐＰｏｓＸ＿Ｄｅｓｉｒｅｄ／ＴｉｐＰｏｓＹ＿Ｄｅｓｉｒｅｄを、図８に示すようにフィードバック制御装置４２ａ、４３に入力することができるが、代替的に、Τｉｐα／Τｉｐγおよび関連付けられた所望の値Ｔｉｐα＿Ｄｅｓｉｒｅｄ／Ｔｉｐγ＿Ｄｅｓｉｒｅｄを代わりにフィードバック制御装置４２ａ、４３に入力し、同様の結果を達成してもよい。
【００８８】
図１１は、本発明の更なる実施形態によるプローブの平面図である。単一のカンチレバー・アーム４１１がマウント４１３から延びる。アームは、その自由端にクロスバー４１４を有するＴ形状を有する。検出スポット４３４ａ、４３４ｂは、クロスバー４１４の両端に位置決めされ、プローブ・チップ４１０は、アームの対称面４１６上の検出スポットの中間で中心に位置決めされる。作動スポット４１５ａ、４１５ｂは、アームの対称面の各側に１つずつ、アームの近位端に位置決めされる。プローブが同じ出力で双方の作動スポット４１５ａ、４１５ｂによって照射されるとき、アームはねじれることなく曲がり、それによってプローブはサンプルの方に（ＺＹ平面内を）動き、ＴｉｐＰｏｓＺにおける変化を引き起こすが、ＴｉｐαまたはＴｉｐＰｏｓＸには変化を引き起こさない。プローブが他のスポット４１５ｂよりも大きな出力でスポット４１５ａによって照射されるとき、アーム４１１は時計回りにねじれる。同様に、プローブが他のスポット４１５ａよりも大きな出力でスポット４１５ｂによって照射されるとき、アーム４１１は反時計回りにねじれる。
【００８９】
図１〜図８および図１１の実施形態は、全て共通モードで動作可能であり、作動制御装置２４は、（制御信号Ａ１、Ａ２、Ａ３等の動作によって）照射出力を全ての作動場所で同じ量だけ変更し、それによって、プローブは、Ｘの傾斜なしでその高さを変更し（このため、高さ信号ＴｉｐＰｏｓＺにおける変更を引き起こし）、このため、傾斜信号ＴｉｐαまたはＴｉｐＰｏｓＸに同時の変更が存在しない（ただし、ΤｉｐγおよびＴｉｐＰｏｓＹには小さな変更が存在することになる）。これらの実施形態について、プロセッサ２４はまた、傾斜モードにおいてプローブを駆動するように動作可能である。傾斜モードにおいて、プロセッサ２４は照射出力間の差を変更し、それによってプローブが傾斜し、その結果、ＴｉｐＰｏｓＺを同時に大きく変更することなく、Ｔｉｐαおよび／またはΤｉｐγの変更を引き起こすようにする。Ｘ、ＹまたはＺの所望の変更を達成するための照射出力の精密な変更は、前に説明したフィードバック・ループの動作によって決定される。
【００９０】
図９および図１０の「ピクチャー・フレーム」の実施形態は、共通モードにおいても動作可能である。共通モードでは、作動制御装置２４は、照射出力（Ａ１、Ａ２、Ａ３等）を全ての作動場所で同じ量だけ変更し、それによって、プローブはその高さを変更する（このため、高さ信号ＴｉｐＰｏｓＺにおける変更を引き起こす）。しかしながら、図１〜図８の実施形態と異なり、図９および図１０の「ピクチャー・フレーム」実施形態は、ＸまたはＹにおいて傾斜することなく、プローブがＺにおいて動くことを可能にする（このため、傾斜信号ＴｉｐαまたはΤｉｐγのいずれにも同時の変更が存在しない）。図１〜図８の実施形態と同様に、図９および図１０の「ピクチャー・フレーム」の実施形態はまた、プローブを傾斜モードにおいて駆動するように動作可能である。傾斜モードでは、プロセッサ２４は、照射出力間の差を変更し、それによって、プローブが傾斜し、その結果、ＴｉｐＰｏｓＺを同時に大きく変更することなく、Ｔｉｐαおよび／またはΤｉｐγの
変更を引き起こすようにする。
【００９１】
上記で説明した本発明の実施形態では、最小で２つの作動ビーム２０ａ〜２０ｃおよび２つの検出ビーム３２が存在する。図１２の代替的な実施形態では、単一の作動ビーム２０のみが単一の作動レーザー２２から生成され、このビームは、音響−光変調器（ＡＯＭ）または走査ミラーを有する走査システム５００によってプローブにわたって走査され、それによって、単一の作動場所に固定されるのではなく、２つ以上の作動場所間で循環するフライング・スポットを生成する。換言すれば、図９の実施形態を例として用いて、ビームは、自身の時間の４分の１をスポット２３４ａの生成に費やし、自身の時間の４分の１をスポット２３４ｂに費やし、以下同様である。走査ミラーを有する適切な走査システム５００の詳細は、国際特許出願第２０１３／１１４１００号に記載されており、この国際特許出願の詳細は参照により本明細書に援用される。常にオンである「フライング・スポット」を用いるのではなく、ビーム２０は、走査ミラーが作動場所のうちの１つに向けられていないとき、オフに切り替えられてもよい。
【００９２】
同様の原理を検出ビームに適用することができる。換言すれば、複数の検出ビーム３２を用いてプローブを同時に照射するのではなく、単一の検出ビームを様々な検出場所に順次方向付けて、それらのそれぞれの高さをサンプリングすることができる。
【００９３】
上記で記載した本発明の実施形態では、照射出力Ａ１、Ａ２等は、作動レーザー２２ａ、２２ｂ等の輝度を変調することによって変更される。このため、この場合、作動スポットの瞬時加熱力が変化してプローブを動かす。代替的な実施形態では、レーザー２２ａ、２２ｂの輝度１２２ａ〜１２２ｃは一定に保たれるが、連続パルスにおいてオンおよびオフにされ、プローブに送達される平均照射出力、すなわち、平均出力を決定するパルスのマーク／スペース比を変動させることができる。同等に、単一のフライング・スポットが用いられる場合、各作動場所においてフライング・スポットによって費やされる時間量を変更し、それによって、各作動場所に送達される平均照射出力を独立して制御することができる。
【００９４】
図１〜図１２の顕微鏡は、限定ではないが、図６に示す撮像モードを含むいくつかの異なる撮像モードで動作することができる。全ての場合に、横方向（ＸＹ）ラスター走査運動が、ＸＹ位置フィードバック制御装置５の動作によってサンプル１を動かすことによって、プローブ・チップ１０とサンプル１との間で生成される。接触撮像モードでは、プローブ・チップ１０は、全ての時点においてサンプルと接触を保ち、その測定された高さＴｉｐＰｏｓＺは、画像収集および走査制御装置４１によって、サンプル表面のトポグラフィー形状の画像を編纂するのに用いられる。図６を参照して上記で説明した断続的接触撮像モード（例えば、国際特許出願第２０１２／１０４６２５号に更なる詳細が記載されているように、その内容は参照により本明細書に援用される）では、プローブは、サンプル表面に向かうこととサンプル表面から離れることとを繰り返して動き、サンプル表面に断続的にのみ接触する。
【００９５】
本発明は、１つまたは複数の好ましい実施形態を参照して説明されたが、添付の特許請求の範囲に規定されるような本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正を行うことができることが理解されよう。
【図１】
2020112566.tif 000002
【図２】
2020112566.tif 000003
【図３】
2020112566.tif 000004
【図４】
2020112566.tif 000005
【図５ａ】
2020112566.tif 000006
【図５ｂ】
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【図５ｃ】
2020112566.tif 000008
【図６ａ】
2020112566.tif 000009
【図６ｂ】
2020112566.tif 000010
【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図６ｅ】
2020112566.tif 000013
【図６ｆ】
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【図６ｇ】
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【図６ｈ】
2020112566.tif 000016
【図６ｉ】
2020112566.tif 000017
【図６ｊ】
2020112566.tif 000018
【図７】
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【図８】
2020112566.tif 000020
【図９】
2020112566.tif 000021
【図１０】
2020112566.tif 000022
【図１１】
2020112566.tif 000023
【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月10日(2020.4.10)
【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】
第１のカンチレバー・アームと、第２のカンチレバー・アームと、それぞれカンチレバー・マウントから延びる前記第１のカンチレバー・アームおよび前記第２のカンチレバー・アームを接合するプローブ・チップ支持体と、前記プローブ・チップ支持体によって担持される、高さおよび傾斜角を有するプローブ・チップと、を備えるプローブと、
第１の作動場所において前記第１のカンチレバー・アームを、第２の作動場所において前記第２のカンチレバー・アームを、それぞれの照射出力で照射することによって、前記プローブを変形するように構成される照射システムと、
前記プローブ・チップの前記高さおよび前記傾斜角を制御するために、各作動場所における前記照射出力を独立して制御するように構成される、作動制御装置と、
前記プローブ・チップの高さを測定して高さ信号を生成するように構成され、また、前記プローブ・チップの傾斜角を測定して傾斜信号を生成するようにも構成される検出システムと、
を備え、
前記検出システムは、２つ以上の検出場所への放射により前記プローブを照射し、各検出場所から反射ビームを受信し、前記反射ビームと基準ビームとの間の経路差に従って、検出場所ごとの検出信号を生成するように構成され、各検出信号は、前記検出場所のそれぞれにおける前記プローブの高さを示し、前記検出システムは、前記検出信号から前記高さ信号および前記傾斜信号を導出するように構成され、
各検出場所は、カンチレバー・アームのそれぞれに、または前記プローブ・チップ支持体に位置決めされる、プローブ・システム。
【請求項２】
前記第１のカンチレバー・アームおよび前記第２のカンチレバー・アームは、前記プローブ・チップを通る対称面の両側における互いの鏡像である、請求項１に記載のプローブ・システム。
【請求項３】
前記第１の作動場所および前記第２の作動場所は前記対称面の両側に位置決めされる、請求項２に記載のプローブ・システム。
【請求項４】
各作動場所は、前記第１の作動場所における前記照射出力を変更するが前記第２の作動場所における前記照射出力を変更しないことによって、前記傾斜信号の変化が生じ、前記第２の作動場所における前記照射出力を変更するが前記第１の作動場所における前記照射
出力を変更しないことによって、前記傾斜信号の変化が生じ、双方の作動場所における前記照射出力を同時に変更することによって前記高さ信号における変更を生じさせることができるように位置決めされる、請求項１から３のいずれか一項に記載のプローブ・システム。
【請求項５】
前記作動制御装置は、第１の制御信号に従って前記第１の作動場所における前記照射出力を制御するように構成され、前記作動制御装置は、前記第１の制御信号と異なる第２の制御信号に従って前記第２の作動場所における前記照射出力を制御するように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のプローブ・システム。
【請求項６】
前記作動制御装置は、前記第２の作動場所における前記照射出力を同時に変更することなく、前記第１の作動場所における前記照射出力を変更するように動作可能であり、また、前記作動制御装置は、前記第１の作動場所における前記照射出力を同時に変更することなく、前記第２の作動場所における前記照射出力を変更するようにも動作可能である、請求項１から５のいずれか一項に記載のプローブ・システム。
【請求項７】
各作動場所は、双方の作動場所における前記照射出力を同時に変更することによって、前記傾斜信号における対応する変化を実質的に伴うことなく、前記高さ信号の変更が生じることができるように位置決めされる、請求項１から６のいずれか一項に記載のプローブ・システム。
【請求項８】
各作動場所は、前記第１の作動場所における前記照射出力を増大させるが、前記第２の作動場所における前記照射出力を増大させないことによって、前記傾斜信号の増大が生じ、前記第２の作動場所における前記照射出力を増大させるが、前記第１の作動場所における前記照射出力を増大させないことによって、前記傾斜信号の減少が生じ、双方の作動場所における前記照射出力を同時に増大させることによって前記高さ信号の変化を生じさせるように位置決めされる、請求項１から７のいずれか一項に記載のプローブ・システム。
【請求項９】
前記作動制御装置は、双方の作動場所において前記照射出力を同時に変更するように動作可能である、請求項１から８のいずれか一項に記載のプローブ・システム。
【請求項１０】
前記プローブ・チップは、２つの検出場所の間にある、請求項１から９のいずれか一項に記載のプローブ・システム。
【請求項１１】
前記プローブ・チップは、２つの検出場所の中間にある、請求項１から１０のいずれか一項に記載のプローブ・システム。
【請求項１２】
前記プローブ・チップ支持体はパッドであり、
各カンチレバー・アームは、ヒンジ部材によって前記パッドに結合される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のプローブ・システム。
【請求項１３】
各カンチレバー・アームは、前記カンチレバー・マウントから平行に延びる、請求項１から１２のいずれか一項に記載のプローブ・システム。
【請求項１４】
第１のカンチレバー・アームと、および第２のカンチレバー・アームと、前記第１のカンチレバー・アームおよび前記第２のカンチレバー・アームによって担持される、高さおよび傾斜角を有するプローブ・チップと、を備えるプローブと、
第１の作動場所において前記第１のカンチレバー・アームを、第２の作動場所において前記第２のカンチレバー・アームを、それぞれの照射出力で照射することによって、前記プローブを変形するように構成される照射システムと、
各カンチレバー・アームはカンチレバー・マウントから延びて、各カンチレバー・アームは前記カンチレバー・マウントに担持される近位端および前記カンチレバー・マウントから離れた支持されていない遠位端を有し、各カンチレバー・アームの遠位端は前記プローブ・チップを下側に担持するブリッジによってつながれており、前記プローブ・チップの前記高さおよび前記傾斜角を制御するために、各作動場所における前記照射出力を独立して制御するように構成される、作動制御装置と、
前記プローブ・チップの高さを測定して高さ信号を生成するように構成され、また、前記プローブ・チップの傾斜角を測定して傾斜信号を生成するようにも構成される検出システムと、
を備え、
前記検出システムは、２つ以上の検出場所への放射により前記プローブを照射し、各検出場所から反射ビームを受信し、前記反射ビームと基準ビームとの間の経路差に従って、検出場所ごとの検出信号を生成するように構成され、各検出信号は、前記検出場所のそれぞれにおける前記プローブの高さを示し、前記検出システムは、前記検出信号から前記高さ信号および前記傾斜信号を導出するように構成され、
各検出場所は、カンチレバー・アームのそれぞれに、または前記ブリッジに位置決めされ、
前記プローブ・チップは２つの検出場所の中間にある、プローブ・システム。
【請求項１５】
プローブを作動させる方法であって、
前記プローブは、第１のカンチレバー・アームと、第２のカンチレバー・アームと、それぞれカンチレバー・マウントから延びる前記第１のカンチレバー・アームおよび前記第２のカンチレバー・アームを接合するプローブ・チップ支持体と、前記プローブ・チップ支持体によって担持される、高さおよび傾斜角を有するプローブ・チップと、を備え、
前記方法は、
前記カンチレバー・アームの各々をそれぞれの照射出力で照射することによって前記プローブを変形させることと、
前記プローブ・チップの高さおよび傾斜角を制御するために各アームにおける前記照射出力を独立して制御することと、
前記プローブ・チップの高さを測定して高さ信号を生成するように構成され、また、前記プローブ・チップの傾斜角を測定して傾斜信号を生成するようにも構成される検出システムを操作することと、
を含み、
前記検出システムは、２つ以上の検出場所への放射により前記プローブを照射し、各検出場所から反射ビームを受信し、前記反射ビームと基準ビームとの間の経路差に従って、検出場所ごとの検出信号を生成し、各検出信号は、前記検出場所のそれぞれにおける前記プローブの高さを示し、前記検出システムは、前記検出信号から前記高さ信号および前記傾斜信号を導出し、
各検出場所は、カンチレバー・アームのそれぞれに、または前記プローブ・チップ支持体に位置決めされる、方法。