(57)【要約】  本発明の表面物性計測方法は、探針（２）と試料（６）との間の相互作用に起因する物理量であって、測定されるべき所望の物理量と、探針（２）と試料（６）との間の測定距離との対応関係に基づき、探針（２）と試料（６）との間の測定距離を変化させて所望の物理量が実際に測定されるように距離制御フィードバックをかけた状態において、所望の物理量に対応する、測定距離を変化させるための設定値を設定する設定ステップと、設定した設定値により変化した後の探針（２）と試料（６）との間の測定距離と、その測定距離において測定された物理量との関係を、設定した設定値ごとに記録する記録ステップと、を含む。それゆえ、探針（２）と試料（６）が互いに非常に近い領域においても、両者の衝突を回避しつつ、精密かつ迅速に物理量を計測することができる。
2009136490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
探針を試料の表面に近接させて、該試料の表面物性を計測する表面物性計測方法であって、
前記探針と前記試料との間の相互作用に起因する物理量であって、測定されるべき所望の物理量と、前記探針と前記試料との間の測定距離との対応関係に基づき、前記探針と前記試料との間の測定距離を変化させて前記所望の物理量が実際に測定されるように距離制御フィードバックをかけた状態において、
前記所望の物理量に対応する、前記測定距離を変化させるための設定値を設定する設定ステップと、
前記設定ステップにより設定された設定値により変化した後の前記探針と前記試料との間の測定距離と、その測定距離において測定された物理量との関係を、設定した設定値ごとに記録する記録ステップと、を含むことを特徴とする表面物性計測方法。
【請求項２】
前記設定値は、その設定値が設定される直前に測定された前記物理量からは独立して、前記測定されるべき所望の物理量に対応して設定されることを特徴とする請求項１に記載の表面物性計測方法。
【請求項３】
前記設定値は、その設定値が設定される直前に測定された前記物理量を所望の量だけシフトさせた物理量に対応して設定されることを特徴とする請求項１に記載の表面物性計測方法。
【請求項４】
前記物理量は、前記探針と前記試料との間に働く作用力が反映された、前記探針を支持するためのカンチレバーの共振周波数変動であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の表面物性計測方法。
【請求項５】
前記測定距離と前記共振周波数変動との関係に基づいて、前記測定距離と前記作用力との関係を示すフォースカーブを取得することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の表面物性計測方法。
【請求項６】
探針を試料の表面に近接させて、該試料の表面物性を計測する表面物性計測装置であって、
前記探針と前記試料との間の相互作用に起因する物理量であって、測定されるべき所望の物理量と、前記探針と前記試料との間の測定距離との対応関係に基づき、前記探針と前記試料との間の測定距離を変化させて前記所望の物理量が実際に測定されるように距離制御フィードバックをかけるフィードバック制御手段と、
前記所望の物理量に対応する、前記測定距離を変化させるための設定値を設定する設定手段と、
前記フィードバック制御手段が前記距離制御フィードバックをかけた状態において、前記設定手段により設定された設定値により変化した後の前記探針と前記試料との間の測定距離と、その測定距離において測定された物理量との関係を、設定した設定値ごとに記録する記録手段と、を備えることを特徴とする表面物性計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、探針を試料の表面に近接させて、該試料の表面物性を計測する表面物性計測方法、及びその方法を用いて試料の表面物性を計測する表面物性計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、走査型プローブ顕微鏡として、プローブと試料表面間に働く原子間力を用いた走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）が知られている。ＡＦＭは、探針と、探針を支持するカンチレバーと、カンチレバーの曲がりを検出する変位測定系とを備え、探針と試料との間の作用力Ｆｔｓ（引力または斥力）を検出して、試料表面の形状観察を行うものである。このＡＦＭによって、原子、分子、有機分子、絶縁体などの非導電物質における表面の局所的な情報を得ることができる。ＡＦＭによる観察では、コンタクトモード、ダイナミックモード等の各種の測定モードによって表面形状を測定することができる。【０００３】
ここで、カンチレバーとは、微細な探針が固定された矩形板または三角形板のバネのことであり、その長手方向をＸ方向、短手方向をＹ方向、探針と試料との対向する向きをＺ方向とすると、カンチレバーの探針と試料との間の距離Ｄは、カンチレバーの探針のＺ方向位置と換言できる。ＡＦＭにおいて、探針のＺ方向位置、すなわちカンチレバーのＺ方向の変位を制御する理由は、距離Ｄが一定でないと、試料表面を正確に観察できないためである。この距離Ｄを一定に保つために、ＡＦＭにおいて、探針と試料の間に働く作用力Ｆｔｓを常に検出し、この作用力Ｆｔｓが常に設定値となるように距離Ｄを制御している。この制御を探針試料間距離制御フィードバックと呼ぶ。【０００４】
一般にＡＦＭは、カンチレバーの探針と試料との間に働く作用力Ｆｔｓと距離Ｄとの関係を測定するフォースカーブの測定機能を備えている。従来のフォースカーブの測定においては、探針と試料の間の距離Ｄを一定に保った状態において、先述の探針試料間距離制御フィードバックを切り、距離Ｄを変化させ、作用力Ｆｔｓを測定し、距離Ｄに対する作用力Ｆｔｓの変化を求めている。【０００５】
図６は、上記従来の方法によって取得したフォースカーブを示す図である。横軸は、カンチレバーの探針と試料との間の距離Ｄ（ｎｍ）を表し、基準位置（横軸のゼロに相当する位置）の左側が探針と試料とが近づく方向を、右側がその逆方向を示す。縦軸は、探針と試料との間の作用力Ｆｔｓをカンチレバーの共振周波数の変化量、つまり周波数シフト量（Ｈｚ）で表しており、図６の下方向に向かうほど、作用力Ｆｔｓが大きくなることを表す。図６に示すように、距離Ｄが小さくなるほど探針と試料との間の作用力Ｆｔｓは増加する。そして、距離Ｄが小さい領域（図６の楕円で囲った領域）ほど、物性評価において非常に重要な領域であるため、その領域におけるフォースカーブの取得が極めて重要であることが知られている。【０００６】
特許文献１には、カンチレバーの探針と試料との間に働く作用力Ｆｔｓによる探針の変位を検出しながら、その変位に基づいてアクチュエータの動作を制御するフォースカーブの取得方法が記載されている。この方法により、探針と試料とを近づける際に、試料が探針に必要以上に押圧されず、また、試料と探針を遠ざける際に、試料が探針に過度に吸着することを防止している。【０００７】
特許文献２には、フォースカーブを測定する範囲をカンチレバーのたわみ量で指定し、測定される作用力Ｆｔｓを設定した限界値内に制限して過剰な力が作用するのを防止するフォースカーブの取得方法が記載されている。【０００８】
特許文献３には、フォースカーブを測定する範囲として、カンチレバーの探針と試料との間に働く作用力Ｆｔｓの最大作用力および／もしくは最小作用力を指定し、さらに測定回数Ｎを設定したうえで、前記最大作用力および／もしくは前記最小作用力の範囲内においてカンチレバーの探針と試料との間の距離Ｄを変化させ、作用力Ｆｔｓを測定している。この方法によって、試料に対して、最大作用力と最小作用力との範囲内で作用力が及ぶようにし、過剰な作用力の発生を防止している。【０００９】
しかしながら、上記従来のフォースカーブの取得方法では、コンタクトモード、あるいはダイナミックモードによって表面形状の測定をする際に、ドリフトなどの影響で探針と試料の距離Ｄが意図せずに変化してしまった場合、探針が試料に衝突する場合がある。この時、非常に柔らかな試料の場合にはこの探針の押圧力よって試料が破壊されるという問題が生じていた。あるいは、試料が堅い場合には、逆に探針が破壊されるという問題が生じていた。【００１０】
特許文献１、２、３に記載のフォースカーブの取得方法では、以下のような問題が生じていた。つまり、カンチレバーの探針位置あるいは試料位置、もしくはカンチレバーのたわみ量を指定することでフォースカーブの測定範囲を設定するため、温度ドリフト、振動ドリフト等によって指定位置からの位置ずれが生じた場合、探針と試料とが衝突し、両者共に破損するという問題である。さらに、その位置ずれによってフォースカーブが歪み、正確なフォースカーブが取得できないという問題がある。あるいは、探針と試料との間の距離Ｄの変化に対して作用力Ｆｔｓの変化が非常に大きい領域、つまり、探針と試料との距離が互いに非常に近い領域（物性評価において非常に重要な領域）では、距離Ｄの微小な変化に対して作用力Ｆｔｓが大きく変化してしまうため、精密なフォースカーブの取得が困難である。【００１１】
特許文献３に記載のフォースカーブの取得方法では、探針と試料が互いに非常に近い領域においてフォースカーブを測定する場合に、以下のような問題が生じうる。つまり、当該領域はフォースカーブの傾きが急峻であり、また、１回の測定において探針が進む距離が同一の距離になるよう設定されているため、探針と試料との衝突を避けるためには測定回数Ｎの数を多く取る必要がある。そうすると測定時間が長くなり、その分だけドリフトによる影響を受けやすくなる。その結果、探針と試料とが衝突して、両者共に破損するという問題が生じていた。【００１２】
あるいは、特許文献１、２、３に記載のフォースカーブの取得方法では、クリープによって探針と試料が衝突するという問題が生じうる。クリープとは、信号（電圧印加）に対する応答遅れが原因で探針の動きが瞬時に停止しない現象のことであり、探針と試料が互いに非常に近い領域においては、クリープによって探針と試料が衝突する危険性がある。特に特許文献３に記載のフォースカーブの取得方法では、上記急峻な領域を測定しようとすると測定回数Ｎの数を増やす必要がある。その場合、フォースカーブの測定に要する時間が長くなり、ドリフトが発生しやすくなる。そこで、１回の測定に要する測定時間を短くしてドリフトの発生を抑えようとした場合、時間当たりの信号送信回数が増え、今度はクリープの発生による探針と試料との衝突の頻度が増加するという問題が生じていた。【００１３】
そして、上述した種々の問題は、フォースカーブの取得のみならず、探針と試料との間で計測される物性、例えば局所的トンネル電流、局所的表面電位、局所的磁気力などを計測する際にも生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平８−２０１４０６号公報（平成８年８月９日公開）
【特許文献２】特開２０００−３４６７８２号公報（平成１２年１２月１５日公開）
【特許文献３】特開２０００−１８０３４０号公報（平成１２年６月３０日公開）
【発明の概要】
【００１５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、探針と試料が互いに非常に近い領域においても、精密かつ迅速に表面物性を計測することが可能な表面物性計測方法、及びその方法を用いて試料の表面物性を計測する表面物性計測装置を提供することにある。
【００１６】
本発明に係る表面物性計測方法は、上記課題を解決するために、探針を試料の表面に近接させて、該試料の表面物性を計測する表面物性計測方法であって、前記探針と前記試料との間の相互作用に起因する物理量であって、測定されるべき所望の物理量と、前記探針と前記試料との間の測定距離との対応関係に基づき、前記探針と前記試料との間の測定距離を変化させて前記所望の物理量が実際に測定されるように距離制御フィードバックをかけた状態において、前記所望の物理量に対応する、前記測定距離を変化させるための設定値を設定する設定ステップと、前記設定ステップにより設定された設定値により変化した後の前記探針と前記試料との間の測定距離と、その測定距離において測定された物理量との関係を、設定した設定値ごとに記録する記録ステップと、を含む。
【００１７】
また、本発明に係る表面物性計測装置は、上記課題を解決するために、探針を試料の表面に近接させて、該試料の表面物性を計測する表面物性計測装置であって、前記探針と前記試料との間の相互作用に起因する物理量であって、測定されるべき所望の物理量と、前記探針と前記試料との間の測定距離との対応関係に基づき、前記探針と前記試料との間の測定距離を変化させて前記所望の物理量が実際に測定されるように距離制御フィードバックをかけるフィードバック制御手段と、前記所望の物理量に対応する、前記測定距離を変化させるための設定値を設定する設定手段と、前記フィードバック制御手段が前記距離制御フィードバックをかけた状態において、前記設定手段により設定された設定値により変化した後の前記探針と前記試料との間の測定距離と、その測定距離において測定された物理量との関係を、設定した設定値ごとに記録する記録手段と、を備えることを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、本発明に係る表面物性計測方法及び表面物性計測装置では、所望の物理量に対応する、探針と試料との間の測定距離を変化させるための設定値が設定され、その設定値に対応する所望の物理量が実際に測定されるように探針と試料との間の測定距離がフィードバック制御される。そして、ある設定値に対応して探針と試料との間の距離が制御された後に、さらに他の設定値が設定され、それに伴って探針と試料との間の距離が制御される。こうして、設定値ごとに、測定距離と、その測定距離において測定された物理量との関係が記録される。
【００１９】
このように、本発明に係る表面物性計測方法及び表面物性計測装置では、測定距離ではなく、ある所望の物理量に対応する設定値に対応して、探針と試料との間の測定距離が制御される。従って、物理量と測定距離との関係において、物理量の傾きが大きい領域では、設定値を適宜設定することにより、単位時間当たりの測定距離の変化量を小さくすることができ、クリープによる探針と試料との衝突を回避することができる。また、物理量と測定距離との関係において、物理量に関する情報を特に必要としない領域においては、設定値を適宜設定することにより物理量の測定時間を短縮することができる。その結果、温度ドリフト、振動ドリフト等の影響を受ける頻度が軽減され、探針と試料との衝突を防止することができる。
【００２０】
従って、例えば本発明に係る表面物性計測方法を後述するフォースカーブの取得に用いた場合には、設定値を適宜設定することにより測定距離を制御できるため、従来の方法では取得不可能であったフォースカーブの傾きが大きい領域（物性評価において非常に重要な領域）においても、フォースカーブを取得することが可能になる。そして、設定値に基づいて測定距離が制御されるため、上述したように、探針と試料との衝突が回避される。また、ドリフトなどによる意図しない距離変化が起こった場合でも、設定値に基づいて測定距離が制御されるため、探針と試料との衝突を回避することができる。
【００２１】
このように、本発明に係る表面物性計測方法及び表面物性計測装置は、上記の構成を備えることにより、探針と試料が互いに非常に近い領域においても、精密かつ迅速に試料の表面物性を測定することができ、従来では取得できなかった試料表面における局所的な物性情報を得ることができる。
【００２２】
以上のように、本発明に係る表面物性計測方法は、探針と試料との間の相互作用に起因する物理量であって、測定されるべき所望の物理量と、前記探針と前記試料との間の測定距離との対応関係に基づき、前記探針と前記試料との間の測定距離を変化させて前記所望の物理量が実際に測定されるように距離制御フィードバックをかけた状態において、前記所望の物理量に対応する、前記測定距離を変化させるための設定値を設定する設定ステップと、前記設定ステップにより設定された設定値により変化した後の前記探針と前記試料との間の測定距離と、その測定距離において測定された物理量との関係を、設定した設定値ごとに記録する記録ステップと、を含む構成である。
【００２３】
また、本発明に係る表面物性計測装置は、以上のように、探針と試料との間の相互作用に起因する物理量であって、測定されるべき所望の物理量と、前記探針と前記試料との間の測定距離との対応関係に基づき、前記探針と前記試料との間の測定距離を変化させて前記所望の物理量が実際に測定されるように距離制御フィードバックをかけるフィードバック制御手段と、前記所望の物理量に対応する、前記測定距離を変化させるための設定値を設定する設定手段と、前記フィードバック制御手段が前記距離制御フィードバックをかけた状態において、前記設定手段により設定された設定値により変化した後の前記探針と前記試料との間の測定距離と、その測定距離において測定された物理量との関係を、設定した設定値ごとに記録する記録手段と、を備える構成である。
【００２４】
それゆえ、探針と試料とが互いに非常に近い領域においても、探針と試料との衝突を回避しつつ、精密かつ迅速に物理量を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施の形態に係るフォースカーブの取得方法の概念図である。
【図２】本実施の形態に係るフォースカーブの取得方法によって取得されるフォースカーブである。
【図３】サンプルホールド回路の概略図である。
【図４】本実施の形態に係る他のフォースカーブの取得方法の概念図である。
【図５】本実施の形態に係るさらに他のフォースカーブの取得方法の概念図である。
【図６】従来の方法によって測定したフォースカーブである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本実施の形態に係る表面物性計測方法は、フォースカーブの測定に限らず、例えば、局所的トンネル電流測定、局所的表面電位測定、局所的磁気力測定などにも応用することができる。この場合、探針と試料との間で計測される物性値は、それぞれ、探針と試料との間の相互作用に起因する電流、電圧、磁気となる。また、局所的トンネル電流測定において、電流値を測定しながら、探針と試料間に働く力で探針と試料間の距離制御フォードバックを行い、距離制御を行うなど、各々の組み合わせが可能である。また、本実施の形態に係る表面物性計測装置は、探針振動周波数変調検出方式走査型原子間力顕微鏡のみならず、探針振動振幅検出方式走査型原子間力顕微鏡、探針たわみ検出方式走査型原子間力顕微鏡、探針振動位相検出方式走査型原子間力顕微鏡などの各種走査型原子間力顕微鏡やその他の走査型顕微鏡、探針を利用して局所的物性を測定する装置に対しても適用可能である。
【００２７】
このことを踏まえつつ、本実施の形態に係る表面物性計測方法、及び表面物性計測装置を具体的に説明するために、探針振動周波数変調検出方式走査型原子間力顕微鏡によるフォースカーブの測定方法を一例として用いることとする。
（実施の形態１）
本実施の形態について、図１〜３に基づいて説明すると以下の通りである。
【００２８】
図１は、本実施の形態に係るフォースカーブの取得方法の概念図である。図１の走査型原子力間力顕微鏡１は、探針２と、探針２を支持するカンチレバー３と、探針２と試料６との間に働く作用力Ｆｔｓを共振周波数として検出する作用力検出器４と、作用力検出器４によって検出された作用力Ｆｔｓが電圧値として入力されるフィードバック回路５と、探針・試料間距離制御信号１１（制御信号）に基づいて、圧電素子によりＺ軸方向、及びＸ軸、Ｙ軸方向に試料６を移動させるＰＺＴスキャナ７と、を備え、探針２と試料６との間の作用力Ｆｔｓを検出することによって試料６の表面形状の観察を行っている。
【００２９】
作用力検出器４は、作用力Ｆｔｓそのものは検出できないため、作用力Ｆｔｓを反映する物理量としてカンチレバー３の共振周波数変動を検出しているが、これに限らず他の検出方式を用いてもよい。
【００３０】
フィードバック回路５には、作用力検出器４によって検出されたカンチレバー３の共振周波数変動が電圧値として入力されると共に、設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０（設定値）が入力される。設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０は、探針２と試料６との間の作用力Ｆｔｓを当該設定値に対応する作用力に保つことを目的として入力されるものであり、電圧値として入力される。つまり、当該設定値をフィードバック回路５に入力することで、カンチレバー３の共振周波数変動が制御される。その詳細な動作については後述する。
【００３１】
ＰＺＴスキャナ７は、圧電素子によって試料６を走査させる機構である。なお、本実施の形態においては、圧電素子の材料としてセラミックスの一種であるＰＺＴ(チタン酸ジルコン酸鉛)を使用しているが、これに限らず他の材料のスキャナを使用してもよい。
【００３２】
上記構成において、本実施の形態に係るフォースカーブの取得方法を、図１に基づいて説明すると以下の通りである。
【００３３】
まず、探針２と試料６との間の距離（測定距離）を、測定開始時における通常の任意の距離に離す。次に、その距離において、探針２と試料６との間の作用力Ｆｔｓを作用力検出器４によって検出する。上述したとおり、作用力Ｆｔｓそのものは検出されないため、作用力Ｆｔｓを反映する物理量としてカンチレバー３の共振周波数変動が検出される。作用力検出器４によって検出された共振周波数変動は、作用力検出器４において電圧値に変換され、その後にフィードバック回路５に入力される。
【００３４】
さらに、フィードバック回路５には設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０が入力される。設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０は、探針２と試料６との間の作用力Ｆｔｓを当該設定値に対応する作用力に保つことを目的として入力されるものであり、電圧値として入力される。なお、設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０は、ＰＺＴスキャナ７の内部あるいは外部に設けられた図示しない設定部（設定手段）から設定される構成としてよい。
【００３５】
このように、フィードバック回路５には、電圧値に変換されたカンチレバー３の共振周波数変動と、設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０とが入力される。なお、設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０の範囲は予め決められており、その決められた範囲内における所定の値がフィードバック回路５に入力される。
【００３６】
次に、フィードバック回路５は、フィードバック回路５に入力された設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０に基づいて、探針・試料間距離制御信号１１を出力する。探針・試料間距離制御信号１１は、作用力Ｆｔｓが設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０に対応する作用力になるように、探針２と試料６との間の距離Ｄを制御する信号である。すなわち、探針・試料間距離制御信号１１は、設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０に基づいて生成される、探針２と試料６との間の距離を制御する信号である。
【００３７】
したがって、探針・試料間距離制御信号１１がＰＺＴスキャナ７に入力され、その信号に基づいてＰＺＴスキャナ７が試料６を走査し、探針２と試料６との間の距離は、その距離における探針２と試料６との間の作用力が設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０に対応する作用力になる位置に位置決めされる。
【００３８】
その後、設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０に対応する作用力Ｆｔｓに相当するカンチレバー３の共振周波数変動が作用力検出器４によって検出され、その検出値がフィードバック回路５に入力される。そして、フィードバック回路５には、前回とは異なる別の設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０が入力され、その設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０に基づいて新たな探針・試料間距離制御信号１１が生成される。あるいは、フィードバック回路５は、フィードバック回路５に入力された共振周波数変動と設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０に相当する共振周波数変動とを比較して、両者が同じである場合に前回とは異なる別の設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０が入力される構成であってもよい。本実施の形態では、これらの動作をフィードバックと称している。なお、上記の説明から分かるように、設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０は、その設定値が設定される直前に測定された共振周波数変動とは無関係に、換言すると、その設定値が設定される直前に測定された共振周波数変動からは独立して、測定されるべき所望の作用力に対応して設定される。
【００３９】
その後の動作は、上述した動作と同様であり、新たな設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０が入力されると、その設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０に対応する作用力Ｆｔｓが設定される。つまり、これら一連の動作は、距離制御フィードバックをかけた状態で行われており、それゆえ、ユーザが所望する作用力Ｆｔｓと、その作用力Ｆｔｓに相当する設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０と、その設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０により制御される探針２と試料６との間の距離とは、それぞれ対応関係にあると言える。
【００４０】
このように、本実施の形態では、距離制御フィードバックをかけた状態でフィードバック回路５に設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０が入力され、探針２と試料６との間の距離が変化する。そして、その距離と、その距離において測定された物理量との関係が、設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０ごとに記録され、当該距離と共振周波数変動との関係に基づいて、探針２と試料６との間の距離と作用力Ｆｔｓとの関係を示すフォースカーブが取得される。なお、探針２と試料６との間の距離と測定された物理量との関係は、ＰＺＴスキャナ７の内部あるいは外部に設けられた図示しない記録部（記録手段）で記録される構成でよい。そして、記録部で記録された上記距離と測定された物理量との関係を図示しない表示部等に表示することにより、ユーザは取得したフォースカーブを確認することができる。
【００４１】
上記動作において、距離制御フィードバックをかけた状態でフォースカーブを取得する効果を、図１〜３に基づいて説明すると以下の通りである。
【００４２】
本実施の形態に係るフォースカーブの取得方法は、設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０を適宜変更することにより、従来の方法では取得できなかったフォースカーブの傾きが大きい領域（物性評価において非常に重要な領域）においても、そのフォースカーブを取得することができる。その際、設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０の範囲を予め決め、距離制御フィードバックを利用して距離Ｄを自動制御するため、探針２と試料６との衝突を回避することができる。
【００４３】
そして、フォースカーブの傾きが大きい領域では、自動的に単位時間当たりの距離Ｄの変化量を小さくすることができる。つまり、同じ設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０の変化量であっても、距離Ｄに対する作用力Ｆｔｓの変化量（フォースカーブの傾き）に応じて、１回の測定における距離Ｄの変化量は、フォースカーブの傾きが急峻な領域においてはゆっくりと、フォースカーブの傾きが穏やかな領域では急速に変化する。これにより、情報を特に必要としない領域におけるフォースカーブの測定時間を短縮することができ、全体的な測定時間を短縮することができる。そして、測定時間を短縮することで、ドリフトの影響を受ける頻度を軽減することができ、それにより探針２と試料６との衝突を回避できる。また、設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０の値を適宜変更することができ、かつ、フォースカーブの傾きが急峻な領域においてはゆっくりと測定するため、クリープによる探針２と試料６との衝突を防止できる。
【００４４】
図２は、走査型原子力間力顕微鏡１によって取得されたフォースカーブである。図２の楕円で囲まれた領域が示すように、本実施の形態に係るフォースカーブの取得方法によって、従来では取得できなかった領域のフォースカーブ（例えば周波数シフト量が−２０Ｈｚ付近の領域）を取得することができる。これは、上述した効果、つまり、予め決められた範囲内で設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０を変化させ、その変化に応じて距離Ｄが自動制御され、距離Ｄに相当する作用力Ｆｔｓを検出するという距離制御フィードバックによって初めて実現できる効果であり、フォースカーブの傾きが大きい領域においても、精密にフォースカーブの測定が可能となる。さらに、上述したように、フォースカーブの傾きが大きい領域では、自動的に単位時間当たりの距離Ｄの変化量を小さくすることができるため、上記急峻な領域では、そうでない領域に比べて、より多くの測定点を取ることができる。上記急峻な領域は、物性評価において非常に重要な領域であるため、当該領域において測定点を多く取るほど、試料の物性情報をより多く取得することができる。
【００４５】
さらに、本実施の形態に係るフォースカーブの取得方法では、距離制御フィードバックを利用して探針２と試料６との間の距離Ｄを自動的に制御するため、サンプルホールド回路を使用する必要がないという利点がある。
【００４６】
サンプルホールド回路とは、アナログ信号を抜き出して標本化（サンプリング）し、一定時間保持（ホールド）する回路である。ここで、図３を用いて、サンプルホールド回路を説明する。図３は、サンプルホールド回路の概略図である。サンプルホールド回路１５は、アナログスイッチ１６と、コンデンサ１７と、を含む。アナログスイッチ１６をオンにして、入力信号をコンデンサ１７に充電した後に、アナログスイッチ１６をオフにしてコンデンサ１７に充電された電圧をホールドする。この状態において、コンデンサ１７に蓄えられた電圧によって所定の情報が保持される。
【００４７】
しかしながら、このサンプルホールド回路１５において、アナログスイッチ１６をオフに保持していると、コンデンサ１７から徐々に電荷が放出される。そうすると、前記情報の内容が、コンデンサから電荷が放出されることで変化してしまう。このように、コンデンサから電流がリークすることによってホールド電圧の変化が起こる現象を回路のドリープといい、ドループによってコンデンサに保持された情報の内容が変化するという問題が生じうる。
【００４８】
サンプルホールド回路を備えた従来の走査型原子力間力顕微鏡では、ある時点における探針の位置情報が、コンデンサに蓄えられたホールド電圧として保持されている。そして、上述したように、コンデンサから徐々に電荷が放出されるため、探針の位置情報が変化するという問題があった。つまり、探針の位置が時間の経過と共に当初の位置からずれていくという、見かけはドリフトに似た問題が生じていた。そして、ドループによって、探針と試料が衝突し両者共に破損する、もしくは正確なフォースカーブ測定が出来ないという問題が生じていた。
【００４９】
この点、本実施の形態に係るフォースカーブの取得方法では、距離制御フィードバックを利用して探針２と試料６との間の距離を自動的に制御するため、サンプルホールド回路を使用する必要がない。従って、従来のフォースカーブの取得方法で問題となっていた回路のドループが発生することもなく、それが原因で生じる探針２の位置ずれも起こらない。つまり、本実施の形態に係るフォースカーブの取得方法は、従来のフォースカーブの取得方法に比べ、より精密にフォースカーブを測定することができる。
【００５０】
このように、本実施の形態に係るフォースカーブの取得方法は、距離制御フィードバックを利用して探針２と試料６との間の距離を自動的に制御するため、上述した従来の課題を克服することができる。その結果、探針２と試料６が互いに非常に近い領域においても、精密かつ迅速にフォースカーブを測定することができる。従来は、フィードバック制御ではなく、例えば作用力Ｆｔｓの上限値、下限値というリミットをかけてフォースカーブを取得していた。つまり、本実施の形態に係るフォースカーブの取得方法は、従来とは全く異なるアプローチを採用することで、上記従来の課題を克服している。
（実施の形態２）
実施の形態２について、図４に基づいて説明すると以下の通りである。なお、図４について、図１を参照して前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、それらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００５１】
図４は、本実施の形態に係る他のフォースカーブの取得方法の概念図である。図４の走査型原子力間力顕微鏡２０は、探針２と、探針２を支持するカンチレバー３と、探針２と試料６との間に働く作用力Ｆｔｓを共振周波数として検出する作用力検出器２１と、探針・試料間距離制御信号２６（制御信号）に基づいて、圧電素子によりＺ軸方向、及びＸ軸、Ｙ軸方向に試料６を移動させるＰＺＴスキャナ７と、外部発振器２２と、乗算器２３と、ＰＬＬ２４と、フィードバック回路２５と、を備える。
【００５２】
外部発振器２２は可変の外部周波数を発振し、その外部周波数は乗算器２３に入力される。乗算器２３は、作用力検出器２１によって検出されたカンチレバー３の共振周波数を、外部発振器２２から出力された外部周波数との和または差の周波数に周波数変換し、ＰＬＬ２４に出力する。ＰＬＬ２４は、乗算器２３から出力された周波数変換後の周波数を位相ロックループによって周波数−電圧変換し、フィードバック回路２５へ出力する。フィードバック回路２５は、ＰＬＬ２４から出力されたカンチレバーの共振周波数に対応した電圧値と、予め決められた所定の基準電圧（設定値）とを比較し、その結果に基づいて、探針・試料間距離制御信号２６を生成し、ＰＺＴスキャナ７に出力する。なお、基準電圧は、図示しない設定部を介してフィードバック回路２５に設定される構成でよい。また、設定される基準電圧は、その基準電圧が設定される直前に測定された共振周波数変動とは無関係に、換言すると、その設定値が設定される直前に測定された共振周波数変動からは独立して、測定されるべき所望の作用力に対応して設定される。
【００５３】
上記構成において、本実施の形態に係るフォースカーブの取得方法を、図４に基づいて説明すると以下の通りである。なお、図１を参照して説明した走査型原子力間力顕微鏡１に係る動作と同一の動作については、その詳細な説明を省略する。また、説明の便宜のため、具体的な数値を用いて説明するが、本実施の形態は、その数値に限定されず、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【００５４】
まず、探針２と試料６との間の距離を、測定開始時における通常の任意の距離に離す。次に、その距離において、探針２と試料６との間の作用力Ｆｔｓを作用力検出器２１によって検出する。上述したとおり、作用力Ｆｔｓそのものは検出されないため、作用力Ｆｔｓを反映する物理量としてカンチレバー３の共振周波数が検出される。作用力検出器２１によって検出された共振周波数は、次に、乗算器２３に入力される。なお、本実施の形態では、検出されるカンチレバー３の共振周波数は３００ｋＨｚである。さらに、乗算器２３へは、外部発振器２２から可変の外部周波数が入力される。外部周波数は可変であるため、任意の外部周波数を選択することができるが、本実施の形態では４．２ＭＨｚ付近の周波数が乗算器２３に入力される。なお、ＰＬＬ２４の出力電圧値について、予め決められた基準値は５Ｖであるものとして説明する。
【００５５】
上述したように、乗算器２３には、共振周波数が３００ｋＨｚのカンチレバー３の共振周波数と、４．２ＭＨｚ付近の外部周波数とが入力され、それらを乗算した約４．５ＭＨｚの周波数がＰＬＬ２４に入力される。ＰＬＬ２４は、入力周波数に対応した電圧値を出力し、その出力をフィードバック回路２５に入力する。本実施形態では、ＰＬＬ２４への入力周波数が４．５ＭＨｚであった場合は、ＰＬＬ２４の出力電圧値は５Ｖである。
【００５６】
フィードバック回路２５では、ＰＬＬ２４から出力された電圧値と、予め決められた所定の基準値が一致しているか否かを確認する。一致していない場合は、一致するように探針２と試料６との距離を変化させる探針・試料間距離制御信号２６が生成され、その後、その信号がＰＺＴスキャナ７に入力される。
【００５７】
以下、より具体的に説明する。ＰＬＬ２４への入力周波数が４．５１ＭＨｚである場合、ＰＬＬ２４に出力は５．１Ｖとなるため、探針・試料間距離制御信号２６は、次にフィードバック回路２５に入力される入力電圧があらかじめ定められた基準値である５Ｖとなるように、カンチレバー３の共振周波数を２９０ｋＨｚに設定しようとする。つまり、カンチレバー３の共振周波数が２９０ｋＨｚとなるように、探針２と試料６との間の距離が探針・試料間距離制御信号２６によって制御される。あるいは、例えば外部発振器２２が４．１９ＭＨｚの発振周波数を乗算器２３に出力した場合、探針・試料間距離制御信号２６は、カンチレバー３の共振周波数が３１０ｋＨｚとなるように、フィードバック回路２５からＰＺＴスキャナ７に送信される。このように、フィードバック回路２５は、ＰＬＬ２４から入力される入力電圧と基準値（たとえば５Ｖ）と一致しているか否かに基づいて、探針・試料間距離制御信号２６を生成し、探針２と試料６との間の距離を制御している。そして、これら一連の動作は、外部発振器２２を用いた距離制御フィードバックをかけた状態で行われている。
【００５８】
このように、本実施の形態に係る走査型原子力間力顕微鏡２０では、外部発振器２２が発振する外部周波数を適宜調節することによって、探針２と試料６との間の距離を自動的に変化させている。そして、その距離および作用力の値を記録することによって、フォースカーブを取得している。
【００５９】
上記動作において、距離制御フィードバックをかけた状態でフォースカーブを取得する効果は、図１を参照して説明した走査型原子力間力顕微鏡１によって得られる効果と同一であるため、その説明は省略する。ただし、走査型原子力間力顕微鏡１と走査型原子力間力顕微鏡２０とは、以下の点で相違する。つまり、走査型原子力間力顕微鏡１は、フィードバック回路５に電圧値として入力された設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０に基づいて、探針２と試料６との間の距離を制御し、その距離における作用力Ｆｔｓを検出している。これに対し、走査型原子力間力顕微鏡２０は、外部発振器２２が発振する可変の外部周波数を介して、フィードバック回路２５において入力周波数と基準周波数とを比較し、その比較結果に基づいて、探針２と試料６との間の距離を制御し、その距離における作用力を検出してフォースカーブを取得している。このように、外部から入力されるのが電圧値であるか周波数であるかの違いはあるものの、共に距離制御フィードバックをかけた状態でフォースカーブを取得しており、走査型原子力間力顕微鏡２０を用いたフォースカーブの取得方法によっても、上述した従来の課題を克服することができる。そして、走査型原子力間力顕微鏡２０に係るフォースカーブの取得方法によって、探針と試料が互いに非常に近い領域においても、精密かつ迅速にフォースカーブを測定することができる。
（実施の形態３）
実施の形態３について、図５に基づいて説明すると以下の通りである。なお、図５について、図１を参照して前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００６０】
図５は、本実施の形態に係るさらに他のフォースカーブの取得方法の概念図である。走査型原子力間力顕微鏡３０は、探針２と、探針２を支持するカンチレバー３と、探針２と試料６との間に働く作用力Ｆｔｓを共振周波数として検出する作用力検出器４と、探針・試料間距離制御信号３４（制御信号）に基づいて、圧電素子によりＺ軸方向、及びＸ軸、Ｙ軸方向に試料６を移動させるＰＺＴスキャナ７と、加算器３１と、フィードバック回路３２と、を備える。
【００６１】
加算器３１には、外部から入力される可変の外部加算値３３（設定値）と、作用力検出器４からカンチレバー３の共振周波数変動とがそれぞれ電圧値として入力される。そして、加算器３１は、それらを加算した値（加算値）をフィードバック回路３２に入力する。なお、走査型原子力間力顕微鏡１に係る設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０と外部加算値３３との相違点は、設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０が“作用力Ｆｔｓを表す共振周波数変動を何Ｈｚにするか”を指定するものであるのに対し、外部加算値３３は、カンチレバー３の共振周波数変動を、“その時点における共振周波数変動から何Ｈｚだけシフトさせるか”を指定する、という点である。
【００６２】
フィードバック回路３２は、加算器３１から入力された加算値に基づいて探針・試料間距離制御信号３４を生成し、ＰＺＴスキャナ７にその信号を出力する。
【００６３】
上記構成において、本実施の形態に係るフォースカーブの取得方法を、図５に基づいて説明すると以下の通りである。なお、図１を参照して説明した走査型原子力間力顕微鏡１に係る動作と同一の動作については、その詳細な説明を省略する。
【００６４】
まず、探針２と試料６との間の距離を、測定開始時における通常の任意の距離に離す。次に、その距離において、探針２と試料６との間の作用力Ｆｔｓを作用力検出器４によって検出する。上述したとおり、作用力Ｆｔｓそのものは検出されないため、作用力Ｆｔｓを反映する物理量としてカンチレバー３の共振周波数変動が検出される。作用力検出器４によって検出された共振周波数変動は、作用力検出器４において電圧値に変換され、その後に加算器３１に入力される。加算器３１には、カンチレバー３の共振周波数変動と共に、外部から可変の外部加算値３３が入力される。それらは、共に電圧値として入力される。そして、加算器３１は、その２つの入力を加算し、得られた加算値をフィードバック回路３２に入力する。
【００６５】
フィードバック回路３２は、加算器３１から入力された加算値に基づいて、探針・試料間距離制御信号３４を生成する。その探針・試料間距離制御信号３４がＰＺＴスキャナ７に入力され、その信号に基づいて、ＰＺＴスキャナ７が試料６を走査し、探針２と試料６との間の距離を制御し、その距離における探針２と試料６との間の作用力が検出される。そして、その作用力の検出値は、外部加算値３３に相当する分だけ前回の測定時よりも周波数がシフトしている。
【００６６】
その後、外部加算値３３に相当する分だけ共振周波数がシフトしたカンチレバー３の共振周波数変動が、再び作用力検出器４によって検出され、その検出値が加算器３１に入力される。その後の動作は、上述した動作と同様であり、入力された外部加算値３３に基づいて、作用力Ｆｔｓが設定される。そして、これら一連の動作は、加算器３１を用いた距離制御フィードバックをかけた状態で行われている。
【００６７】
このように、本実施の形態に係る走査型原子力間力顕微鏡３０では、加算器３１に入力する外部加算値３３を適宜調節することで、探針２と試料６との間の距離を自動的に変化させている。そして、その距離の値および作用力の値を記録することによって、フォースカーブを取得している。
【００６８】
上記動作において、距離制御フィードバックをかけた状態でフォースカーブを取得する効果は、図１を参照して説明した走査型原子力間力顕微鏡１によって得られる効果と同一であるため、その説明は省略する。ただし、走査型原子力間力顕微鏡１と走査型原子力間力顕微鏡３０とは、以下の点で相違する。つまり、上述したように、走査型原子力間力顕微鏡１に係る設定値（Ｆｔｓ＿ｓｅｔ）１０が“作用力Ｆｔｓを何Ｈｚにするか”を指定するものであるのに対し、走査型原子力間力顕微鏡３０に係る外部加算値３３は、カンチレバー３の共振周波数変動を、“その時点における共振周波数変動から何Ｈｚだけシフトさせるか”を指定する、という点である。
【００６９】
このように、走査型原子力間力顕微鏡１と走査型原子力間力顕微鏡３０とは、入力値に関する相違点はあるものの、共に距離制御フィードバックをかけた状態でフォースカーブを取得しており、走査型原子力間力顕微鏡３０を用いたフォースカーブの取得方法によっても、上述した従来の課題を克服することができる。そして、走査型原子力間力顕微鏡２０に係るフォースカーブの取得方法によって、探針と試料が互いに非常に近い領域においても、精密かつ迅速にフォースカーブを測定することができる。
【００７０】
以上、本発明に係る種々の実施の形態を説明した。ここで、さらに他の実施の態様として、以下の構成を追加することもできる。つまり、一般的に、走査型原子間力顕微鏡のフォースカーブを取得しようとする場合、探針と試料との間には作用力（引力または斥力）が働く。そして、フィードバックをかけた状態でフォースカーブを取得する場合、その作用力の極性（フォースカーブの傾き）が一定でないとフィードバックは使用できない。この点、本実施の形態に係るフォースカーブの取得方法は、特に、探針と試料との距離が互いに非常に近い領域（物性評価において非常に重要な領域）であって、フォースカーブの傾きが一定の領域におけるフォースカーブの取得に重点を置いている。しかしながら、フォースカーブの傾き（微分値）を検出し、その微分値がゼロとなるところでフィードバックの極性を反転させることで、極性が変化する場合にも、本実施の形態に係るフォースカーブの取得方法を利用することができる。
【００７１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００７２】
本発明に係る表面物性計測方法では、前記設定値は、その設定値が設定される直前に測定された前記物理量からは独立して、前記測定されるべき所望の物理量に対応して設定されることが好ましい。
【００７３】
これにより、ある設定値に対応して測定距離が制御され、所望の物理量が測定された後に、その所望の物理量とは無関係に、新たな所望の物理量に対応する設定値を設定することができる。つまり、ユーザが測定を所望する物理量に対応する設定値をそのまま設定することができ、ユーザは、自身が所望する物理量を精密かつ迅速に測定することができる。
【００７４】
本発明に係る表面物性計測方法では、前記設定値は、その設定値が設定される直前に測定された前記物理量を所望の量だけシフトさせた物理量に対応して設定されることが好ましい。
【００７５】
これにより、本発明に係る表面物性計測方法では、ユーザは、設定値を設定する直前に測定された物理量を確認してから、その物理量に対して所望の量だけシフトさせた物理量に対応する新たな設定値を設定することができる。つまり、測定された物理量の状態を確認しつつ、新たな物理量の測定に進むことができる。
【００７６】
それゆえ、探針と試料とが非常に近い領域においても、クリープやドリフトを懸念することなく、精密かつ迅速に物理量を測定することが可能となる。
【００７７】
本発明に係る表面物性計測方法では、前記物理量は、前記探針と前記試料との間に働く作用力が反映された、前記探針を支持するためのカンチレバーの共振周波数変動であることが好ましい。
【００７８】
本発明に係る表面物性計測方法では、前記測定距離と前記共振周波数変動との関係に基づいて、前記測定距離と前記作用力との関係を示すフォースカーブを取得することが好ましい。
【００７９】
本発明に係る表面物性計測方法では、探針と試料との間に働く作用力を直接検出することはできないため、作用力を反映する物理量として、探針を支持するためのカンチレバーの共振周波数変動が検出される。これにより、本発明に係る表面物性計測方法では、その共振周波数変動を介して、作用力を検出することができ、その結果、前記測定距離と前記作用力との関係を示すフォースカーブを取得することができる。
（その他）
本発明に係る表面物性計測方法は、探針を試料の表面に近接させて、該試料の表面物性を計測する表面物性計測方法であって、制御信号に基づいて前記探針と前記試料との間の距離を制御する距離制御フィードバックをかけた状態で、前記制御信号に基づいて前記探針と前記試料との間の距離を設定し、前記距離における前記探針と前記試料との間の物性値を検出し、前記距離と前記物性値との関係を記録してもよい。
【００８０】
上記の構成によれば、本発明に係る表面物性計測方法は、制御信号に基づいて探針と試料との間の距離を制御する距離制御フィードバックをかけた状態で、探針と試料との間の距離を制御し、その距離における探針と試料との間の物性値を検出し、距離と物性値の関係を記録している。従って、例えばフォースカーブを取得するような場合には、制御信号によって距離を自動制御することができるため、従来の方法では取得できなかったフォースカーブの傾きが大きい領域（物性評価において非常に重要な領域）においても、フォースカーブを取得することが可能となる。そして、制御信号に基づいて探針と試料との間の距離が自動制御されるため、探針と試料との衝突を回避することができる。また、ドリフトなどにより意図しない距離変化が起こった場合でも、探針と試料の間の距離が自動制御されるため、衝突を回避する事ができる。
【００８１】
また、制御信号に基づいて距離が制御されるため、フォースカーブの傾きが大きい領域では、自動的に単位時間当たりの距離Ｄの変化量を小さくすることができる。これにより、クリープによる探針と試料との衝突を回避することができる。また、情報を特に必要としない領域におけるフォースカーブの測定時間を、制御信号に基づいて短縮することができるため、全体の測定時間を短縮することができる。そして、測定時間が短縮することにより、温度ドリフト、振動ドリフト等の影響を受ける頻度を軽減し、それにより探針と試料との衝突を防止することができる。
【００８２】
このように、上記の構成を備えることにより、探針と試料が互いに非常に近い領域においても、精密かつ迅速に試料の表面物性を測定できるという効果を奏する。
【００８３】
本発明に係る表面物性計測方法では、前記制御信号は、前記物性値の設定値に基づいて生成されてもよい。
【００８４】
上記構成を備えることにより、物性値の設定値に基づく制御信号が生成され、その制御信号に基づいて探針と試料との間の距離が自動的に制御される。そして、その距離における物性値が設定した値に設定される。従って、例えばフォースカーブを取得するような場合には、作用力の設定値を入力するだけで、探針と試料が互いに非常に近い領域においても、精密かつ迅速にフォースカーブを測定することができる。
【００８５】
本発明に係る表面物性計測方法では、前記制御信号は、前記物性値の検出値と外部から入力される外部入力値との加算値に基づいて生成されてもよい。
【００８６】
上記構成を備えることにより、外部加算値を外部から入力するだけで、物性値の検出値と外部加算値との加算値が計算され、その加算値に基づく制御信号が生成され、探針と試料との間の距離が自動的に制御される。従って、例えばフォースカーブを取得するような場合には、外部加算値を適宜入力することにより、探針と試料が互いに非常に近い領域においても、精密かつ迅速にフォースカーブを測定することができる。
【００８７】
本発明に係る表面物性計測方法では、前記制御信号は、入力周波数から算出される値と所定の基準値に基づいて生成され、前記入力周波数は、前記探針を支持するカンチレバーの共振周波数を外部発振器から発振される可変の外部周波数を用いて周波数変換した周波数であってもよい。
【００８８】
上記構成を備えることにより、外部から外部周波数を入力するだけで、入力周波数と基準周波数との和または差の周波数に基づいて制御信号が生成され、探針と試料との間の距離が自動的に制御される。したがって、例えばフォースカーブを取得するような場合には、外部周波数を適宜入力することにより、探針と試料が互いに非常に近い領域においても、精密かつ迅速にフォースカーブを測定することが可能となる。
【００８９】
本発明に係る表面物性計測方法では、前記物性値は作用力であり、前記距離と前記作用力との関係を記録することによってフォースカーブを取得してもよい。
【００９０】
上記構成を備えることにより、前記探針と前記試料との間の作用力が検出され、前記距離と前記作用力との関係を記録することにより、フォースカーブを取得することができる。
【００９１】
本発明に係る表面物性計測装置は、上記何れかの表面物性計測方法を用いることにより試料の表面物性を計測してもよい。
【００９２】
上記の構成によれば、本発明に係る表面物性計測装置は、探針と試料が互いに非常に近い領域においても、精密かつ迅速に試料の表面物性を計測することができ、その結果、これまで得ることができなかった試料表面の局所的な情報を得ることができる。
【００９３】
本発明に係る表面物性計測方法は、探針を試料の表面に近接させて、該試料の表面物性を計測する表面物性計測方法であって、制御信号に基づいて前記探針と前記試料との間の距離を制御する距離制御フィードバックをかけた状態で、前記制御信号に基づいて前記探針と前記試料との間の距離を設定し、前記距離における前記探針と前記試料との間の物性値を検出し、前記距離と前記物性値との関係を記録する構成でもよい。これにより、例えばフォースカーブを取得するような場合には、探針と試料との衝突を回避しつつ、探針と試料が互いに非常に近い領域においても、精密かつ迅速にフォースカーブを計測できるという効果を奏する。
【００９４】
本発明に係る表面物性計測装置は、上記の表面物性計測方法を用いる構成でもよい。これにより、探針と試料が互いに非常に近い領域においても、精密かつ迅速に試料の表面物性を測定することができ、これまで得ることができなかった試料表面の局所的な情報を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、探針を試料の表面に近接させて、該試料の表面物性を計測する表面物性計測方法、及びその方法を用いて試料の表面物性を計測する表面物性計測装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１、２０、３０    走査型原子力間力顕微鏡
２                探針
３                カンチレバー
４、２１          作用力検出器
５、２５、３２    フィードバック回路
６                試料
７                ＰＺＴスキャナ
１０              設定値
１１、２６、３４  探針・試料間距離制御信号（制御信号）
１５              サンプルホールド回路
１６              アナログスイッチ
１７              コンデンサ
２２              外部発振器
２３              乗算器
２４              ＰＬＬ
３１              加算器
３３              外部加算値（設定値）
【図１】
2009136490.tif 000003
【図２】
2009136490.tif 000004
【図３】
2009136490.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2009136490.tif 000008
【国際調査報告】
2009136490.tif 000009
2009136490.tif 000010
2009136490.tif 000011
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