(57)【要約】  走査型プローブ顕微鏡１は、制御部１５を備える。制御部１５には、信号取得処理部１５１、画像取得処理部１５２、走査条件変更処理部１５４、走査処理部１５５及びノイズ判定処理部１５６が含まれる。走査型プローブ顕微鏡１において、試料の表面画像に含まれるノイズを除去する場合には、走査条件変更処理部１５４は、走査条件を変更する。そして、信号取得処理部１５１は、検出部１２からの出力信号を取得する。画像取得処理部１５２は、その出力信号に基づいて試料Ｓの表面画像を取得する。ノイズ判定処理部１５６は、走査条件変更処理部１５４により走査条件が変更されたときの出力信号の変化又は試料Ｓの表面画像の変化に基づいて、出力信号にノイズが含まれているか否かを判定する。そのため、出力信号にノイズが含まれている場合に、そのことを正しく判定できる。
2019146103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の表面に沿ってカンチレバーを相対移動させることにより、主走査方向及び副走査方向への走査を行う走査処理部と、
走査中の前記カンチレバーの撓み量に応じた出力信号に基づいて試料の表面画像を取得する画像取得処理部と、
前記主走査方向への走査速度及び走査範囲の少なくとも一方を含む走査条件を変更する走査条件変更処理部と、
前記走査条件変更処理部により前記走査条件が変更されたときの前記出力信号の変化又は試料の表面画像の変化に基づいて、前記出力信号にノイズが含まれているか否かを判定するノイズ判定処理部とを備えることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記ノイズ判定処理部は、前記走査条件変更処理部により前記走査速度が変更されたときに、前記出力信号に含まれる周期的特徴又は試料の表面画像に含まれる周期的特徴が変化すれば、前記出力信号にノイズが含まれていると判定することを特徴とする請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項３】
前記ノイズ判定処理部は、前記走査条件変更処理部により前記走査範囲が変更されたときに、前記出力信号に含まれる周期的特徴又は試料の表面画像に含まれる周期的特徴が変化しなければ、前記出力信号にノイズが含まれていると判定することを特徴とする請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項４】
前記ノイズ判定処理部により前記出力信号にノイズが含まれていると判定された場合に、取得される試料の表面画像からノイズを除去するノイズ除去処理部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項５】
試料の表面に沿ってカンチレバーを相対移動させ、主走査方向及び副走査方向への走査を行うことにより、走査中の前記カンチレバーの撓み量に応じた出力信号に基づいて試料の表面画像を取得する走査型プローブ顕微鏡を用いた分析方法であって、
前記主走査方向への走査速度及び走査範囲の少なくとも一方を含む走査条件を変更する走査条件変更ステップと、
前記走査条件変更ステップにより前記走査条件が変更されたときの前記出力信号の変化又は試料の表面画像の変化に基づいて、前記出力信号にノイズが含まれているか否かを判定するノイズ判定ステップとを含むことを特徴とする分析方法。
【請求項６】
前記ノイズ判定ステップでは、前記走査条件変更ステップにより前記走査速度が変更されたときに、前記出力信号に含まれる周期的特徴又は試料の表面画像に含まれる周期的特徴が変化すれば、前記出力信号にノイズが含まれていると判定することを特徴とする請求項５に記載の分析方法。
【請求項７】
前記ノイズ判定ステップでは、前記走査条件変更ステップにより前記走査範囲が変更されたときに、前記出力信号に含まれる周期的特徴又は試料の表面画像に含まれる周期的特徴が変化しなければ、前記出力信号にノイズが含まれていると判定することを特徴とする請求項５に記載の分析方法。
【請求項８】
前記ノイズ判定ステップにより前記出力信号にノイズが含まれていると判定された場合に、取得される試料の表面画像からノイズを除去するノイズ除去ステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の表面に沿ってカンチレバーを相対移動させて走査を行うことで、試料の表面画像を取得する走査型プローブ顕微鏡、及び、当該走査型プローブ顕微鏡を用いた分析方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、試料の微細な表面形状を検査する装置として、走査型プローブ顕微鏡が利用されている。走査型プローブ顕微鏡では、試料の表面に対して、プローブを相対移動させて走査することにより、その走査中にプローブと試料表面との間に作用する物理量（トンネル電流又は原子間力など）の変化が検出される。そして、走査中の上記物理量を一定に保つようにプローブの相対位置がフィードバック制御されることにより、そのフィードバック量に基づいて試料の表面形状を測定することができる（例えば、下記特許文献１参照）。【０００３】
このような走査型プローブ顕微鏡において、カンチレバーは、例えば、その長さが１００〜５００μｍ程度であって、その幅が数十μｍ程度である非常に小さな部材として構成されている。そして、走査型プローブ顕微鏡では、このカンチレバーを試料の表面に対して相対移動させることで、試料の微小な表面画像を高い分解能で取得している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２１１３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したような従来の走査型プローブ顕微鏡において、取得した画像中に実際に存在しない像が含まれるという不具合が生じることがあった。具体的には、走査型プローブ顕微鏡は、高分解能で画像を取得するため、観察する際の周囲の影響（外部ノイズ）を受けやすい。例えば、走査型プローブ顕微鏡を用いて試料を観察する際において、床振動、空調による空気の流れ、電源ノイズなどが発生している場合には、取得した画像中に実際に存在しない像（ノイズにより生じる像）が模様のように表れる。この場合、画像中において、実際の試料表面を表す像と、ノイズにより生じる像とが混在するため、ユーザが正しい観察を行うことができないことがある。【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、出力信号にノイズが含まれている場合に、そのことを正しく判定できる走査型プローブ顕微鏡及び分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係る走査型プローブ顕微鏡は、走査処理部と、画像取得処理部と、走査条件変更処理部と、ノイズ判定処理部とを備える。前記走査処理部は、試料の表面に沿ってカンチレバーを相対移動させることにより、主走査方向及び副走査方向への走査を行う。前記画像取得処理部は、走査中の前記カンチレバーの撓み量に応じた出力信号に基づいて試料の表面画像を取得する。前記走査条件変更処理部は、前記主走査方向への走査速度及び走査範囲の少なくとも一方を含む走査条件を変更する。前記ノイズ判定処理部は、前記走査条件変更処理部により前記走査条件が変更されたときの前記出力信号の変化又は試料の表面画像の変化に基づいて、前記出力信号にノイズが含まれているか否かを判定する。【０００８】
走査型プローブ顕微鏡を用いて試料を観察する際において、床振動、空調による空気の流れ、電源ノイズなどが発生している場合には、取得した画像中に実際に存在しない像が模様のように表れる。これは、出力信号にノイズが含まれることに起因している。【０００９】
また、走査型プローブ顕微鏡では、走査条件を変更して走査すると、出力信号において、実際の試料表面を表す信号と、ノイズにより生じる信号とが異なる態様で変化する。同様に、表面画像において、実際の試料表面を表す像と、ノイズにより生じる像とが異なる態様で変化する。【００１０】
上記した本発明の構成によれば、ノイズ判定処理部は、走査条件が変更されたときにおける、カンチレバーの撓み量に応じた出力信号、又は、画像取得処理部により取得される表面画像の変化に基づいて、出力信号にノイズが含まれているか否かを判定する。
そのため、出力信号にノイズが含まれている場合に、そのことを正しく判定できる。【００１１】
（２）また、前記ノイズ判定処理部は、前記走査条件変更処理部により前記走査速度が変更されたときに、前記出力信号に含まれる周期的特徴又は試料の表面画像に含まれる周期的特徴が変化すれば、前記出力信号にノイズが含まれていると判定してもよい。【００１２】
走査型プローブ顕微鏡では、走査速度を変更して走査すると、出力信号において、実際の試料表面を表す信号は変化せず、ノイズにより生じる信号（周期的特徴）が変化する。同様に、表面画像において、実際の試料表面を表す像は変化せず、ノイズにより生じる像（周期的特徴）が変化する。
上記した構成によれば、走査条件変更処理部により走査速度を変更させることで、ノイズ判定処理により出力信号にノイズが含まれているか否かを判定する。
そのため、簡易な制御処理で、出力信号にノイズが含まれていることを正しく判定できる。【００１３】
（３）また、前記ノイズ判定処理部は、前記走査条件変更処理部により前記走査範囲が変更されたときに、前記出力信号に含まれる周期的特徴又は試料の表面画像に含まれる周期的特徴が変化しなければ、前記出力信号にノイズが含まれていると判定してもよい。【００１４】
走査型プローブ顕微鏡では、走査範囲を変更して走査すると、出力信号において、実際の試料表面を表す信号が変化し、ノイズにより生じる信号（周期的特徴）は変化しない。同様に、表面画像において、実際の試料表面を表す像が変化し、ノイズにより生じる像（周期的特徴）は変化しない。【００１５】
上記した構成によれば、走査条件変更処理部により走査範囲を変更させることで、ノイズ判定処理により出力信号にノイズが含まれているか否かを判定する。
そのため、簡易な制御処理で、出力信号にノイズが含まれていることを正しく判定できる。【００１６】
（４）また、前記走査型プローブ顕微鏡は、ノイズ除去処理部をさらに備えてもよい。前記ノイズ除去処理部は、前記ノイズ判定処理部により前記出力信号にノイズが含まれていると判定された場合に、取得される試料の表面画像からノイズを除去する。【００１７】
このような構成によれば、試料の表面形状にのみ由来する表面画像を取得できる。
その結果、試料の観察を正しく行うことができる。【００１８】
（５）本発明に係る分析方法は、試料の表面に沿ってカンチレバーを相対移動させ、主走査方向及び副走査方向への走査を行うことにより、走査中の前記カンチレバーの撓み量に応じた出力信号に基づいて試料の表面画像を取得する走査型プローブ顕微鏡を用いた分析方法である。前記分析方法は、走査条件変更ステップと、ノイズ判定ステップとを含む。前記走査条件変更ステップでは、前記主走査方向への走査速度及び走査範囲の少なくとも一方を含む走査条件を変更する。前記ノイズ判定ステップでは、前記走査条件変更ステップにより前記走査条件が変更されたときの前記出力信号の変化又は試料の表面画像の変化に基づいて、前記出力信号にノイズが含まれているか否かを判定する。【００１９】
（６）また、前記ノイズ判定ステップでは、前記走査条件変更ステップにより前記走査速度が変更されたときに、前記出力信号に含まれる周期的特徴又は試料の表面画像に含まれる周期的特徴が変化すれば、前記出力信号にノイズが含まれていると判定してもよい。【００２０】
（７）また、前記ノイズ判定ステップでは、前記走査条件変更ステップにより前記走査範囲が変更されたときに、前記出力信号に含まれる周期的特徴又は試料の表面画像に含まれる周期的特徴が変化しなければ、前記出力信号にノイズが含まれていると判定してもよい。【００２１】
（８）また、前記分析方法は、ノイズ除去ステップをさらに含んでもよい。前記ノイズ除去ステップは、前記ノイズ判定ステップにより前記出力信号にノイズが含まれていると判定された場合に、取得される試料の表面画像からノイズを除去する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、走査型プローブ顕微鏡において、ノイズ判定処理部は、走査条件が変更されたときにおける、カンチレバーの撓み量に応じた出力信号、又は、画像取得処理部により取得される表面画像の変化に基づいて、出力信号にノイズが含まれているか否かを判定する。そのため、出力信号にノイズが含まれている場合に、そのことを正しく判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡の構成例を示した概略図である。
【図２】制御部及びその周辺の部材の電気的構成を示したブロック図である。
【図３】制御部による制御動作の一例を示したフローチャートである。
【図４Ａ】走査型プローブ顕微鏡で取得する試料の表面画像の一例を示した図であって、ノイズ除去処理を開始する前の表面画像を示している。
【図４Ｂ】走査型プローブ顕微鏡で取得する試料の表面画像の一例を示した図であって、走査速度を変更した後の表面画像を示している。
【図４Ｃ】本発明の第２実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡で取得する試料の表面画像の一例を示した図であって、走査範囲を変更した後の表面画像を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
１．走査型プローブ顕微鏡の全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡１の構成例を示した概略図である。この走査型プローブ顕微鏡１（ＳＰＭ）は、例えば、ステージ２、カンチレバー３、光照射部４、ビームスプリッタ５、ミラー６及び受光部７などを備え、試料Ｓの表面に対してカンチレバー３を走査させることにより、試料Ｓの表面の凹凸画像を得るためのものである。
【００２５】
走査型プローブ顕微鏡１では、試料Ｓは、ステージ２上に載置されている。走査型プローブ顕微鏡１では、ステージ２及びカンチレバー３のいずれか一方を変位させることで、試料Ｓの表面に沿ってカンチレバー３が相対移動される。
【００２６】
ステージ２は、例えば、その外周面に圧電素子（図示せず）が設けられている。ステージ２を変位（変形）させる場合には、圧電素子に電圧が印加される。これにより、ステージ２が適宜変形して、ステージ２上の試料Ｓの位置が変化する。
【００２７】
カンチレバー３は、ステージ２上の試料Ｓに対向する位置に設けられている。カンチレバー３は、例えば、長さが１５０μｍ程度、幅が３０〜４０μｍ程度の非常に小さい長尺状の部材であって、片持ち支持されている。カンチレバー３の自由端側の先端部には、反射面３１が形成されている。カンチレバー３において、反射面３１と反対側の面には、探針３２が設けられている。この探針３２を試料Ｓの表面に沿って移動させることにより、試料Ｓの表面の凹凸画像を得ることができるようになっている。
【００２８】
光照射部４は、例えば、半導体レーザなどのレーザ光源を備えている。
ビームスプリッタ５は、光照射部４からの光が入射される位置に配置されている。光照射部４からの光は、ビームスプリッタ５を経て、カンチレバー３に入射する。
【００２９】
なお、光照射部４からカンチレバー３までの光路中には、例えば、コリメートレンズやフォーカスレンズ（いずれも図示せず）などの他の光学部材が設けられていてもよい。この場合、光照射部４からの照射光をコリメートレンズにより平行光とした後、その平行光をフォーカスレンズで集光させてカンチレバー３側へと導くことができる。
【００３０】
ビームスプリッタ５の他、上記コリメートレンズ及びフォーカスレンズなどは、光照射部４からの照射光をカンチレバー３へと導くための光学系を構成している。ただし、光学系の構成は、これに限られるものではなく、上記のような各光学部材の少なくとも１つが備えられていないような構成などであってもよい。
【００３１】
ミラー６は、カンチレバー３の反射面３１で反射した光を、再度反射させることにより受光部７に導く。
受光部７は、例えば、４分割フォトダイオードなどのように、フォトダイオードを備えた構成である。
【００３２】
走査型プローブ顕微鏡１において、試料Ｓの観察を行う場合には、ステージ２上に試料Ｓがセットされた状態で、試料Ｓの表面に対して、カンチレバー３の探針３２が相対移動されて、試料Ｓの表面に沿って走査が行われる。この走査中にカンチレバー３の探針３２と試料Ｓとの表面との間に作用する原子間力などの物理量が変化する。
【００３３】
また、光照射部４からは、レーザ光が照射される。光照射部４からの光は、ビームスプリッタ５を経て、カンチレバー３の反射面３１に向かう。そして、カンチレバー３の反射面３１で反射された光（反射光）は、ミラー６で再度反射されて受光部７で受光される。
【００３４】
ここで、カンチレバー３の反射面３１は、光照射部４からの照射光の光軸Ｌに直交する方向に対して所定の傾斜角度θで傾斜している。したがって、試料Ｓの表面の凹凸に沿ってカンチレバー３の探針３２を移動させた場合には、カンチレバー３が撓み、反射面３１の傾斜角度θが変化する。このとき、受光部７において反射面３１からの反射光を受光する位置が変化する。したがって、受光部７における反射光の受光位置の変化に基づいて、走査中にカンチレバー３の探針３２と試料Ｓの表面との間に作用する物理量の変化を検出することができる。そして、この物理量を一定に保つようにカンチレバー３の探針３２の相対位置がフィードバック制御され、そのフィードバック量に基づいて試料Ｓの表面形状が測定される（表面画像が取得される）。
【００３５】
このように走査型プローブ顕微鏡１を用いて試料Ｓを観察する際において、床振動や、空調による空気の流れなどが発生して、取得する信号にノイズが含まれることがある。この走査型プローブ顕微鏡１では、このノイズを判別して除去するために、以下の構成を備え、また、以下の制御動作を行っている。
【００３６】
２．制御部及びその周辺の部材の電気的構成
図２は、走査型プローブ顕微鏡１の制御部１５及びその周辺の部材の電気的構成を示したブロック図である。
走査型プローブ顕微鏡１は、電気的構成として、表示部１１、検出部１２、操作部１３、変位部１４及び制御部１５などを備えている。
【００３７】
表示部１１は、例えば、液晶表示器などにより構成される。
検出部１２は、カンチレバー３の探針３２の相対位置のフィードバック量を検出するとともに、検出結果に基づく信号を出力する。すなわち、検出部１２は、カンチレバー３の撓み量に応じた信号（出力信号）を出力する。
【００３８】
操作部１３は、例えば、キーボードおよびマウスを含む構成である。
変位部１４は、ステージ２上の試料Ｓに対するカンチレバー３の相対位置を変位させて、主走査方向及び副走査方向への走査を行うためのものである。具体的には、変位部１４は、カンチレバー３の位置を固定した状態でステージ２を変位させる動作、又は、ステージ２の位置を固定した状態でカンチレバー３を変位させる動作を行う。
【００３９】
制御部１５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む構成である。制御部１５には、表示部１１、検出部１２、操作部１３及び変位部１４などが電気的に接続されている。制御部１５は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、信号取得処理部１５１、画像取得処理部１５２、設定受付部１５３、走査条件変更処理部１５４、走査処理部１５５、ノイズ判定処理部１５６、補正情報取得処理部１５７及びノイズ除去処理部１５８などとして機能する。
【００４０】
信号取得処理部１５１は、検出部１２からの出力信号を取得する。
画像取得処理部１５２は、信号取得処理部１５１が取得する検出部１２の出力信号に基づいて、試料Ｓの表面画像を取得する。
設定受付部１５３は、ユーザによる操作部１３の操作に基づいて、各種設定を受け付ける。具体的には、設定受付部１５３は、ノイズ除去の設定を受け付ける。
【００４１】
走査条件変更処理部１５４は、設定受付部１５３が設定を受け付けたことに基づいて、走査型プローブ顕微鏡１における走査の条件を変更する。
走査処理部１５５は、走査条件変更処理部１５４が変更した後の走査条件に基づいて、変位部１４を動作させて、主走査方向及び副走査方向への走査を行う。また、走査処理部１５５は、信号取得処理部１５１が取得する検出部１２の出力信号に基づいて、変位部１４を動作させて、主走査方向及び副走査方向への走査を行う（フィードバック制御を行う）。
【００４２】
ノイズ判定処理部１５６は、設定受付部１５３が設定を受け付けたことに応じて、画像取得処理部１５２が取得する画像、又は、信号取得処理部１５１が取得する出力信号に基づき、出力信号にノイズが含まれるか否かを判定する。
補正情報取得処理部１５７は、ノイズ判定処理部１５６の判定結果に基づいて、ノイズを除去するための情報（補正情報）を取得する。
【００４３】
ノイズ除去処理部１５８は、補正情報取得処理部１５７が取得した補正情報に基づいて、画像取得処理部１５２が取得する試料Ｓの表面画像からノイズを除去する。
【００４４】
３．制御部の制御動作
図３は、制御部１５による制御動作の一例を示したフローチャートである。
走査型プローブ顕微鏡１において、試料Ｓの表面画像を取得する場合には、まず、検出部１２が、カンチレバー３の探針３２の相対位置のフィードバック量を検出する。そして、信号取得処理部１５１が、検出部１２からの出力信号を取得する。また、画像取得処理部１５２が、信号取得処理部１５１により取得された出力信号に基づいて試料Ｓの表面画像の取得を開始する。
【００４５】
このとき、床振動や、空調による空気の流れなどが発生して、検出部１２からの出力信号にノイズが含まれることがある。この場合、画像取得処理部１５２が取得する試料Ｓの表面画像にもノイズが含まれることとなる。
【００４６】
この場合、ユーザは、表示部１１に表示される試料Ｓの表面画像を確認し、ノイズが含まれる可能性があるか否かを判断する。そして、ユーザは、試料Ｓの表面画像にノイズが含まれる可能性があると判断する場合には、操作部１３を操作して、ノイズ除去処理を開始するための入力を行う（ステップＳ１０１でＹＥＳ）。なお、ノイズ除去処理は、ユーザの入力操作（設定操作）によらず、自動的に開始されてもよい。例えば、試料Ｓの表面画像に周期的特徴が含まれていることに応じて、自動的にノイズ除去処理が開始されてもよい。
【００４７】
図４Ａは、走査型プローブ顕微鏡１で取得する試料Ｓの表面画像の一例を示した図であって、ノイズ除去処理を開始する前の表面画像を示している。図４Ａでは、試料Ｓの表面画像として表れる像（特徴）がＡで示され、ノイズとして表れる像（特徴）がＢで示されている。
【００４８】
図４ＡのＸ軸方向が主走査方向であり、Ｙ軸方向が副走査方向である。走査型プローブ顕微鏡１では、試料Ｓの表面とカンチレバー３とを直線状に（ラインに沿うように）相対移動させる主走査方向での動作と、試料Ｓの表面とカンチレバー３との相対位置を副走査方向に１ラインずらす動作とが交互に行われる。すなわち、試料Ｓとカンチレバー３との相対位置を直線状に（ラインに沿うように）変化させる際の移動方向が主走査方向であり、主走査方向と直交する方向が副走査方向である。
【００４９】
図４Ａに示すように、像Ａは、非周期的な像（特徴）であるのに対して、像Ｂは、周期定期な像（特徴）として表れている。像Ｂが周期的特徴として表れることは、ノイズの原因となる床振動や、空調による空気の流れなどが周期的に発生していることに起因している。
【００５０】
走査型プローブ顕微鏡１において、試料Ｓの表面画像の取得を開始した結果、図４Ａに示す画像が表示部１１に表示される場合には、ユーザは、像Ａ，Ｂにノイズが含まれる可能性があるか否かを判断する。例えば、像Ｂのように、表面画像に周期的な像（周期的特徴）が含まれる場合には、その像は、ノイズである可能性が高いと判断できる。このような場合に、ユーザは、ステップＳ１０１で、ノイズ除去処理を開始するための入力操作（設定操作）を行う。
【００５１】
すると、設定受付部１５３は、ユーザによる設定を受け付ける。そして、走査条件変更処理部１５４は、設定受付部１５３が設定を受け付けたことに応じて、走査型プローブ顕微鏡１における走査条件を変更する（ステップＳ１０２：走査条件変更ステップ）。そして、ノイズ判定処理部１５６は、設定受付部１５３がノイズ除去の設定を受け付けた後に、画像取得処理部１５２で取得される試料Ｓの表面画像に基づいて、ノイズが発生しているか否かを判定する（ステップＳ１０３：ノイズ判定ステップ）。
【００５２】
具体的には、走査条件変更処理部１５４は、試料Ｓに対するカンチレバー３の相対位置の変位の速度（走査型プローブ顕微鏡１における走査速度）を変更する。そして、変更した後の条件で、信号取得処理部１５１が検出部１２からの出力信号を再度取得し、画像取得処理部１５２が出力信号に基づいて試料Ｓの表面画像を再度取得する。
図４Ｂは、走査型プローブ顕微鏡１で取得する試料Ｓの表面画像の一例を示した図であって、走査速度を変更した後の表面画像を示している。
【００５３】
図４Ｂに示すように、走査速度を変更した後に取得した試料Ｓの表面画像では、像Ａは変化せず、像Ｂが変化している。この例では、走査条件変更処理部１５４は、試料Ｓに対するカンチレバー３の相対位置の変位の速度が速くなるように（走査速度が高速になるように）、走査条件を変更している。そして、この条件に基づいて、試料Ｓの表面画像が取得されている。図４Ａと図４Ｂとを比較すると、図４Ｂでは、周期的に表れる像Ｂの間隔が大きなっている。これは、走査速度を速くした結果、信号取得処理部１５１が取得する信号において、ノイズが表れる間隔が大きくなることに起因している。一方、像Ａは、試料Ｓの表面形状に由来しているため、走査速度が変更されても変化しない。
なお、走査条件変更処理部１５４は、走査速度が低速になるように走査条件を変更してもよい。この場合は、表面画像において表れるノイズの像の間隔は小さくなる。
【００５４】
そして、ノイズ判定処理部１５６は、図４Ａと図４Ｂとの比較から、走査条件変更処理部１５４により走査速度が変更されたときに、表面画像に含まれる周期的特徴である像Ｂが変化していることに基づいて、検出部１２からの出力信号にノイズが含まれていると判定する。このとき、ノイズ判定処理部１５６は、表面画像に含まれる像Ｂがノイズを表す像であると判断する。
【００５５】
また、補正情報取得処理部１５７は、ノイズ判定処理部１５６がノイズの発生を判定したことに基づいて、ノイズを除去するための補正情報を取得する（ステップＳ１０４）。具体的には、補正情報取得処理部１５７は、ノイズ判定処理部１５６がノイズであると判断した像Ｂを除去するための周波数フィルタを作成する。また、走査処理部１５５は、走査動作を完了させる（ステップＳ１０５）。
【００５６】
そして、ノイズ除去処理部１５８は、補正情報取得処理部１５７により取得された補正情報（周波数フィルタ）を用いて、表面画像からノイズである像Ｂを除去する（ステップＳ１０６：ノイズ除去ステップ）。
【００５７】
その後、次の試料Ｓがある場合には（ステップＳ１０７でＮＯ）、その試料Ｓに対する走査が行われ、その後、走査が完了される。そして、信号取得処理部１５１が、検出部１２からの出力信号を取得する。また、画像取得処理部１５２が、その出力信号に基づいて試料Ｓの表面画像を取得する。さらに、ノイズ除去処理部１５８は、ステップ１０４で補正情報取得処理部１５７により取得された補正情報（周波数フィルタ）を用いて、画像取得処理部１５２が取得する表面画像からノイズを除去する。
そして、すべての試料Ｓに対する測定が終了すると（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、制御部１５の制御動作が終了する。
【００５８】
なお、ノイズ判定処理部１５６は、ステップＳ１０３において、信号取得処理部１５１が取得する検出部１２からの出力信号の変化に基づいて、その出力信号にノイズが含まれているかを判定してもよい。具体的には、ノイズ判定処理部１５６は、信号取得処理部１５１が取得する出力信号の強度分布を表すデータに基づいて、出力信号にノイズが含まれているかを判定してもよい。この場合、ノイズ判定処理部１５６は、出力信号において、実際の試料表面を表す信号と、ノイズにより生じる信号とが異なる態様で変化することから、出力信号にノイズが含まれているかを判定する。
【００５９】
この場合、ステップＳ１０４において、補正情報取得処理部１５７は、ノイズ判定処理部１５６がノイズであると判断した信号を除去するための周波数フィルタを作成する。また、ステップＳ１０５において、ノイズ除去処理部１５８は、補正情報取得処理部１５７により取得された補正情報（周波数フィルタ）を用いて、出力信号からノイズである信号を除去する。
【００６０】
４．作用効果
（１）本実施形態によれば、走査型プローブ顕微鏡１は、制御部１５を備える。制御部１５には、信号取得処理部１５１、画像取得処理部１５２、走査条件変更処理部１５４、走査処理部１５５及びノイズ判定処理部１５６が含まれる。走査型プローブ顕微鏡１において、試料Ｓの表面画像に含まれるノイズを除去する場合には、走査条件変更処理部１５４は、走査条件を変更する（図２のステップＳ１０２：走査条件変更ステップ）。ノイズ判定処理部１５６は、走査条件変更処理部１５４により走査条件が変更されたときの出力信号の変化又は試料Ｓの表面画像の変化に基づいて、出力信号にノイズが含まれているか否かを判定する（ステップＳ１０３：ノイズ判定ステップ）。
そのため、出力信号にノイズが含まれている場合に、そのことを正しく判定できる。
【００６１】
（２）また、本実施形態によれば、ノイズ判定処理部１５６は、走査条件変更処理部１５４により走査速度が変更されたときに、出力信号に含まれる周期的特徴又は試料Ｓの表面画像に含まれる周期的特徴（図４Ｂにおける像Ｂ）が変化すれば、出力信号にノイズが含まれていると判定する。
【００６２】
すなわち、ノイズ判定処理部１５６は、走査速度が変更されたときに、出力信号において、実際の試料表面を表す特徴は変化せず、ノイズにより生じる特徴（周期的特徴）が変化することに着目して、又は、試料Ｓの表面画像において、実際の試料表面を表す像は変化せず、ノイズにより生じる像（周期的特徴）が変化することに着目して、出力信号にノイズが含まれているか否かを判定する。
そのため、簡易な制御処理で、出力信号にノイズが含まれていることを正しく判定できる。
【００６３】
（３）また、本実施形態によれば、走査型プローブ顕微鏡１において、制御部１５は、ノイズ除去処理部１５８を含む。ノイズ除去処理部１５８は、ノイズ判定処理部１５６により出力信号にノイズが含まれていると判定された場合に、取得される試料Ｓの表面画像からノイズを除去する。
そのため、試料Ｓの表面形状にのみ由来する表面画像を取得できる。
その結果、試料の観察を正しく行うことができる。
【００６４】
５．第２実施形態
以下では、図４Ｃを用いて、本発明の他の実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、上記と同様の符号を用いることにより説明を省略する。
図４Ｃは、走査型プローブ顕微鏡１で取得する試料Ｓの表面画像の一例を示した図であって、走査範囲を変更した後の表面画像を示している。図４Ａにおける領域Ｃが、図４Ｃの表面画像（全体画像）に対応している。
【００６５】
第２実施形態では、上記した図３のステップＳ１０２において、走査条件変更処理部１５４は、試料Ｓに対するカンチレバー３の相対位置の変位領域（走査型プローブ顕微鏡１における走査範囲）を変更する。そして、変更した後の条件で、信号取得処理部１５１が検出部１２からの出力信号を再度取得し、画像取得処理部１５２が出力信号に基づいて試料Ｓの表面画像を再度取得する。
【００６６】
図４Ａと図４Ｃとを比較すると、走査範囲を変更した後に取得した試料Ｓの表面画像である図４Ｃでは、像Ｂは変化せず、像Ａが変化している。この例では、走査条件変更処理部１５４は、試料Ｓに対するカンチレバー３の相対位置の変位領域が小さくなるように（走査範囲が小さくなるように）走査条件を変更している。そして、この条件に基づいて、試料Ｓの表面画像が取得されている。
【００６７】
図４Ａと図４Ｃとを比較すると、図４Ｃでは、像Ａが拡大された状態で表れている。その一方で、図４Ｃでは、像Ｂは変化していない。これは、走査範囲を小さくしても、走査速度が一定であれば、信号取得処理部１５１が取得する信号において、ノイズが表れる間隔（回数）が変わらないことに起因している。なお、走査条件変更処理部１５４は、走査範囲が大きくなるように走査条件を変更してもよい。この場合においても、表面画像において表れるノイズの像は変化しない。
【００６８】
さらに、ノイズ判定処理部１５６は、図４Ａと図４Ｃとの比較から、走査条件変更処理部１５４により走査速度が変更されたときに、表面画像に含まれる周期的特徴である像Ｂが変化していないことに基づいて、検出部１２からの出力信号にノイズが含まれていると判定する。このとき、ノイズ判定処理部１５６は、表面画像に含まれる像Ｂがノイズを表す像であると判断する。
【００６９】
その後は、上記した第１実施形態の場合と同様に、補正情報取得処理部１５７により補正情報が取得され、ノイズ除去処理部１５８により表面画像からノイズが除去される。
【００７０】
このように、第２実施形態によれば、ノイズ判定処理部１５６は、走査条件変更処理部１５４により走査範囲が変更されたときに、出力信号に含まれる周期的特徴又は試料Ｓの表面画像に含まれる周期的特徴（図４Ｃにおける像Ｂ）が変化しなければ、出力信号にノイズが含まれていると判定する。
【００７１】
すなわち、ノイズ判定処理部１５６は、走査範囲を変更して走査したときに、出力信号において、実際の試料表面を表す信号が変化し、ノイズにより生じる信号（周期的特徴）は変化しないことに着目して、又は、表面画像において、実際の試料表面を表す像が変化し、ノイズにより生じる像（周期的特徴）は変化しないことに着目して、出力信号にノイズが含まれているか否かを判定する。
そのため、簡易な制御処理で、出力信号にノイズが含まれていることを正しく判定できる。
【００７２】
６．変形例
以上の実施形態では、ノイズの除去処理を行う場合において（図３のステップＳ１０２において）、走査条件変更処理部１５４は、走査速度及び走査範囲のいずれか一方を変更するとして説明した。しかし、走査条件変更処理部１５４は、走査速度及び走査範囲の両方を変更してもよい。また、走査条件変更処理部１５４は、走査速度及び走査範囲のいずれか一方を変更した状態で表面画像を取得し、その後、走査速度及び走査範囲のもう一方を変更した状態で表面画像を取得してもよい。
【００７３】
また、以上の実施形態では、試料Ｓとカンチレバー３とが水平面上で相対移動される構成を説明した。しかし、走査型プローブ顕微鏡１において、試料Ｓとカンチレバー３とを鉛直面上で相対移動させる構成（高さ方向に走査測定を行う構成）を用いることも可能である。この場合、高さ方向（Ｚ軸方向）を主走査方向とし、上記したＸ軸方向を副走査方向としてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１        走査型プローブ顕微鏡
３        カンチレバー
１５      制御部
３２      探針
１５１    信号取得処理部
１５２    画像取得処理部
１５４    走査条件変更処理部
１５５    走査処理部
１５６    ノイズ判定処理部
１５８    ノイズ除去処理部
【図１】
2019146103.tif 000003
【図２】
2019146103.tif 000004
【図３】
2019146103.tif 000005
【図４Ａ】
2019146103.tif 000006
【図４Ｂ】
2019146103.tif 000007
【図４Ｃ】
2019146103.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和2年4月30日(2020.4.30)
【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】
試料の表面に沿ってカンチレバーを相対移動させることにより、主走査方向及び副走査方向への走査を行う走査処理部と、
走査中の前記カンチレバーの撓み量に応じた出力信号に基づいて試料の表面画像を取得する画像取得処理部と、
前記主走査方向への走査速度及び走査範囲の少なくとも一方を含む走査条件を変更する走査条件変更処理部と、
前記走査条件変更処理部により前記走査条件が変更されたときの前記出力信号の変化又は試料の表面画像の変化に基づいて、前記出力信号にノイズが含まれているか否かを判定するノイズ判定処理部とを備え、
前記ノイズ判定処理部は、前記走査条件変更処理部により前記走査速度が高速に変更されたときに、前記出力信号に含まれる周期的特徴の間隔又は試料の表面画像に含まれる周期的特徴の間隔が大きくなり、あるいは、前記走査条件変更処理部により前記走査速度が低速に変更されたときに、前記出力信号に含まれる周期的特徴の間隔又は試料の表面画像に含まれる周期的特徴の間隔が小さくなることに基づいて、前記出力信号にノイズが含まれていると判定することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
試料の表面に沿ってカンチレバーを相対移動させることにより、主走査方向及び副走査方向への走査を行う走査処理部と、
走査中の前記カンチレバーの撓み量に応じた出力信号に基づいて試料の表面画像を取得する画像取得処理部と、
前記主走査方向への走査速度及び走査範囲の少なくとも一方を含む走査条件を変更する走査条件変更処理部と、
前記走査条件変更処理部により前記走査条件が変更されたときの前記出力信号の変化又は試料の表面画像の変化に基づいて、前記出力信号にノイズが含まれているか否かを判定するノイズ判定処理部とを備え、
前記ノイズ判定処理部は、前記走査条件変更処理部により前記走査範囲が小さくなるように走査条件が変更されたとき、又は、前記走査条件変更処理部により前記走査範囲が大きくなるように走査条件が変更されたときにおいて、前記出力信号に含まれる周期的特徴の間隔又は試料の表面画像に含まれる周期的特徴の間隔が変化しないことに基づいて、前記出力信号にノイズが含まれていると判定することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項３】
前記ノイズ判定処理部により前記出力信号にノイズが含まれていると判定された場合に、取得される試料の表面画像からノイズを除去するノイズ除去処理部をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項４】
試料の表面に沿ってカンチレバーを相対移動させ、主走査方向及び副走査方向への走査を行うことにより、走査中の前記カンチレバーの撓み量に応じた出力信号に基づいて試料の表面画像を取得する走査型プローブ顕微鏡を用いた分析方法であって、
前記主走査方向への走査速度及び走査範囲の少なくとも一方を含む走査条件を変更する走査条件変更ステップと、
前記走査条件変更ステップにより前記走査条件が変更されたときの前記出力信号の変化又は試料の表面画像の変化に基づいて、前記出力信号にノイズが含まれているか否かを判定するノイズ判定ステップとを含み、
前記ノイズ判定ステップでは、前記走査条件変更ステップにより前記走査速度が高速に変更されたときに、前記出力信号に含まれる周期的特徴の間隔又は試料の表面画像に含まれる周期的特徴の間隔が大きくなり、あるいは、前記走査条件変更ステップにより前記走査速度が低速に変更されたときに、前記出力信号に含まれる周期的特徴の間隔又は試料の表面画像に含まれる周期的特徴の間隔が小さくなることに基づいて、前記出力信号にノイズが含まれていると判定することを特徴とする分析方法。
【請求項５】
試料の表面に沿ってカンチレバーを相対移動させ、主走査方向及び副走査方向への走査を行うことにより、走査中の前記カンチレバーの撓み量に応じた出力信号に基づいて試料の表面画像を取得する走査型プローブ顕微鏡を用いた分析方法であって、
前記主走査方向への走査速度及び走査範囲の少なくとも一方を含む走査条件を変更する走査条件変更ステップと、
前記走査条件変更ステップにより前記走査条件が変更されたときの前記出力信号の変化又は試料の表面画像の変化に基づいて、前記出力信号にノイズが含まれているか否かを判定するノイズ判定ステップとを含み、
前記ノイズ判定ステップでは、前記走査条件変更ステップにより前記走査範囲が小さくなるように走査条件が変更されたとき、又は、前記走査条件変更ステップにより前記走査範囲が大きくなるように走査条件が変更されたときにおいて、前記出力信号に含まれる周期的特徴の間隔又は試料の表面画像に含まれる周期的特徴の間隔が変化しないことに基づいて、前記出力信号にノイズが含まれていると判定することを特徴とする分析方法。
【請求項６】
前記ノイズ判定ステップにより前記出力信号にノイズが含まれていると判定された場合に、取得される試料の表面画像からノイズを除去するノイズ除去ステップをさらに含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の分析方法。
【国際調査報告】
2019146103.tif 000009
2019146103.tif 000010
2019146103.tif 000011
2019146103.tif 000012