(57)【要約】  カンチレバー（４）の変位を検出するためにレーザ光源（１１）から出射された光の一部をハーフミラー（２０）で取り出し、４分割された受光面を有する光検出器（２１）に導入する。周囲温度の変化等の要因により出射光の出射方向が傾くと、光検出器（２１）の受光面上で光スポット位置が移動するから、その移動量と移動方向から出射方向の傾き量と傾き方向とが認識可能である。駆動量演算部（２２）はその傾き量及び方向に応じて駆動量を計算し、アクチュエータ（２３）によりレーザ光源（１１）をＹ軸周り及びＺ軸周りに変位させる。これにより、出射光の出射方向の傾きが補償され、試料表面の凹凸であるとの誤認識を防止することができる。
2009093284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
探針が設けられた可撓性を有するカンチレバーと、前記カンチレバーに対し光を照射するための光源部と、その照射光に対する前記カンチレバーからの反射光を検出する検出器と、を具備し、前記探針が試料表面を走査する際に、前記検出器により得られる反射光の位置情報に基づいて前記カンチレバーの変位を求める走査型プローブ顕微鏡において、
a)前記光源部から前記カンチレバーまでの照射光の光路上で光束を分割して取り出す光分割手段と、
b)前記光分割手段により分割して取り出された光の到達位置を検出する光検出手段と、
c)前記光検出手段により得られる情報に応じて前記光源部から出射される光の出射角の変化を認識し、前記反射光の位置情報における前記変化の影響が軽減されるように前記光源部を制御する補償手段と、
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】
探針が設けられた可撓性を有するカンチレバーと、前記カンチレバーに対し光を照射するための光源部と、その照射光に対する前記カンチレバーからの反射光を検出する検出器と、を具備し、前記探針が試料表面を走査する際に、前記検出器により得られる反射光の位置情報に基づいて前記カンチレバーの変位を求める走査型プローブ顕微鏡において、
a)前記光源部から前記カンチレバーまでの照射光の光路上で光束を分割して取り出す光分割手段と、
b)前記光分割手段により分割して取り出された光の到達位置を検出する光検出手段と、
c)前記光検出手段により得られる情報に応じて前記光源部から出射される光の出射角の変化を認識し、前記反射光の位置情報における前記変化の影響が軽減されるように前記照射光の光路中に挿入された光学素子を制御する補償手段と、
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３】
探針が設けられた可撓性を有するカンチレバーと、前記カンチレバーに対し光を照射するための光源部と、その照射光に対する前記カンチレバーからの反射光を検出する検出器と、を具備し、前記探針が試料表面を走査する際に、前記検出器により得られる反射光の位置情報に基づいて前記カンチレバーの変位を求める走査型プローブ顕微鏡において、
a)前記光源部から前記カンチレバーまでの照射光の光路上で光束を分割して取り出す光分割手段と、
b)前記光分割手段により分割して取り出された光の到達位置を検出する光検出手段と、
c)前記試料と前記カンチレバーとの相対的な距離を変化させるべく少なくともいずれか一方を移動させる移動手段と、
d)前記光検出手段により得られる情報に応じて前記光源部から出射される光の出射角の変化を認識し、前記反射光の位置情報における前記変化の影響が軽減されるように前記移動手段を制御する補償手段と、
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４】
探針が設けられた可撓性を有するカンチレバーと、前記カンチレバーに対し光を照射するための光源部と、その照射光に対する前記カンチレバーからの反射光を検出する検出器と、を具備し、前記探針が試料表面を走査する際に、前記検出器により得られる反射光の位置情報に基づいて前記カンチレバーの変位を求める走査型プローブ顕微鏡において、
a)前記光源部から前記カンチレバーまでの照射光の光路上で光束を分割して取り出す光分割手段と、
b)前記光分割手段により分割して取り出された光の到達位置を検出する光検出手段と、
c)前記光検出手段により得られる情報に応じて前記光源部から出射される光の出射角の変化を認識し、その変化量に応じて、前記反射光の位置情報又は該位置情報に基づいて得られる試料表面の凹凸や物性を反映したデータを補正する補償手段と、
を備えることを特徴とする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し、さらに詳しくは、探針が設けられたカンチレバーの機械的な変位を光学的に検出する変位検出手段を備える走査型プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属、半導体、セラミック、合成樹脂等の表面観察や表面粗さ等の測定を行うものとして、探針（プローブ）と試料表面間に作用する原子間力を測定する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ＝Atomic Force Microscope）を代表とする走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ＝Scanning Probe Microscope）が広く知られている。原子間力顕微鏡ではいくつかの測定モードが用いられるが、最近では、探針を設けたカンチレバーをその共振点付近で振動させ、その状態で探針に働く試料表面との間の相互作用をカンチレバーの振動の振幅、位相、或いは周波数の変化に変換して検出する、ノンコンタクトモードやダイナミックモードと呼ばれる方法が用いられることが多い。【０００３】
図５は例えば特許文献１などに記載の従来から知られている走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図である。観察対象である試料１は略円筒形状であるスキャナ３の上に設けられた試料台２の上に保持される。このスキャナ３は、試料１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３ａとＸ軸及びＹ軸に対し直交するＺ軸方向に微動させるＺスキャナ３ｂとを含み、それぞれ外部から印加される電圧によって変位を生じる圧電素子を駆動源としている。試料１の上方には先端に探針５を備えるカンチレバー４が配置され、このカンチレバー４は図示しない圧電素子を含む励振部により振動される。【０００４】
カンチレバー４のＺ軸方向の変位を検出するために、カンチレバー４の上方には、レーザ光源１１、ミラー１３、１４、及び光検出器１５を含む光学的変位検出部１０が設けられている。光学的変位検出部１０では、レーザ光源１１から出射したレーザ光をミラー１３で略垂直に反射させ、カンチレバー４の先端付近に照射する。そして、カンチレバー４で反射した光をミラー１４を介して光検出器１５で検出する。光検出器１５はカンチレバー４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か、或いは、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に４分割された受光面を有する。カンチレバー４が上下に変位すると複数の受光面に入射する光量の割合が変化するから、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４の変位量を算出することができる。【０００５】
上記構成の走査型プローブ顕微鏡におけるノンコンタクトモードでの測定動作を簡単に説明する。図示しない励振部により、カンチレバー４はその共振点付近の周波数でＺ軸方向に振動される。このとき探針５と試料１の表面との間に引力又は斥力が作用すると、カンチレバー４の振動振幅が変化する。光検出器１５による検出信号によりこの振動振幅の微小な変化量を検知し、この変化量をゼロにする、つまり振動振幅を一定に維持するように試料１をＺ軸方向に移動させるべく、Ｚスキャナ３ｂの圧電素子をフィードバック制御する。その状態でＸＹスキャナ３ａの圧電素子を制御することで試料１をＸ−Ｙ面内で走査すると、上述したＺ軸方向に関するフィードバック制御量は試料１表面の微小な凹凸を反映したものとなる。そこで、この信号を用いて試料１の表面画像を作成することができる。【０００６】
上記構成の走査型プローブ顕微鏡において、レーザ光源１１から出射するレーザ光の出射角（出射方向）は、レーザ発振回路の特性の温度変化などの影響により微妙に変化することがある。このようにレーザ光の出射角の変動が生じると、次のような問題が起こる。【０００７】
図６は光学的変位検出部１０の通常の動作を模式的に示した図である。試料１上の平坦面を探針５が走査しているときには、図６（ａ）に示すように、光検出器１５の受光面上でＰで示す位置にカンチレバー４からの反射光のスポットが得られる。探針５が試料１上の凸部１ａに達すると、図５（ｂ）に示すようにカンチレバー４は上方向に撓み、光検出器１５の受光面上における反射光のスポット位置Ｐは下方向に変位する。このような変位によって光検出器１５からの検出信号は変化し、凸部１ａの高さ等を反映した情報が得られる。【０００８】
一方、図７はレーザ光源１１からのレーザ光の出射方向が上向きに傾いた場合の動作を模式的に示した図である。図７（ａ）に示すように、レーザ光の出射方向に傾き（ずれ）がない（この例ではＸ軸方向に出射する）場合には、光検出器１５の受光面上でＰで示す位置にカンチレバー４からの反射光のスポットが得られる。これは図６（ａ）と同じである。例えば周囲温度の変化の影響でレーザ光の出射方向が僅かに上向きに傾くと、カンチレバー４への照射光Ｌｍの入射角も変化する。そのため、試料１上の平坦面を探針５が走査しているにも拘わらず、光検出器１５の受光面上における反射光のスポット位置Ｐは下方向に変位する。即ち、光検出器１５の受光面上では、図６（ｂ）に示したように試料１表面に凸部１ａがある場合と同様の状態になる。そのため、上述のようにレーザ光の出射方向（出射角）が変化すると、試料１表面に凸部又は凹部があるものと誤認識することになる。【０００９】
上記のような誤認識を防止するには、温度等に対する出射角の変化を抑えたレーザ光源１１を採用するか、或いはレーザ光源１１の周囲温度を一定に維持するような温調装置を設けることなどの対策が考えられる。しかしながら、いずれにしても大幅なコストアップが避けられない。また、温度以外の要因、例えば経時変化などにより出射角が変化することがある場合には対応できない。【００１０】
【特許文献１】特開2005-233669号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、レーザ光源からのレーザ光の出射角に変化が生じた場合でも、それが試料表面の凹凸であると誤認識してしまうことを防止することができる走査型プローブ顕微鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために成された第１発明は、探針が設けられた可撓性を有するカンチレバーと、前記カンチレバーに対し光を照射するための光源部と、その照射光に対する前記カンチレバーからの反射光を検出する光検出器と、を具備し、前記探針が試料表面を走査する際に、前記光検出器により得られる反射光の位置情報に基づいて前記カンチレバーの変位を求める走査型プローブ顕微鏡において、
a)前記光源部から前記カンチレバーまでの照射光の光路上で光束を分割して取り出す光分割手段と、
b)前記光分割手段により分割して取り出された光の到達位置を検出する補償用光検出手段と、
c)前記補償用光検出手段により得られる情報に応じて前記光源部から出射される光の出射角の変化を認識し、前記反射光の位置情報において前記変化の影響が軽減されるように前記光源部を制御する補償手段と、
を備えることを特徴としている。【００１３】
ここで、補償手段が光源部を制御する方法として、最も容易であるのは、光源部の姿勢（傾き）を変化させることである。そうした変化のための駆動源としては、圧電素子などのアクチュエータを利用することができる。【００１４】
また上記課題を解決するために成された第２発明は、探針が設けられた可撓性を有するカンチレバーと、前記カンチレバーに対し光を照射するための光源部と、その照射光に対する前記カンチレバーからの反射光を検出する光検出器と、を具備し、前記探針が試料表面を走査する際に、前記光検出器により得られる反射光の位置情報に基づいて前記カンチレバーの変位を求める走査型プローブ顕微鏡において、
a)前記光源部から前記カンチレバーまでの照射光の光路上で光束を分割して取り出す光分割手段と、
b)前記光分割手段により分割して取り出された光の到達位置を検出する補償用光検出手段と、
c)前記補償用光検出手段により得られる情報に応じて前記光源部から出射される光の出射角の変化を認識し、前記反射光の位置情報において前記変化の影響が軽減されるように前記照射光の光路中に挿入された光学素子を制御する補償手段と、
を備えることを特徴としている。【００１５】
ここで、前記光学素子としては例えば単独のレンズ又は複数のレンズを組み合わせたレンズ機構とすることができ、補償手段は、そうしたレンズ機構の位置や角度などを制御するものとすることができる。もちろん、電気的に光学特性を変化させることができる光学素子を用いることもできる。【００１６】
また上記課題を解決するために成された第３発明は、探針が設けられた可撓性を有するカンチレバーと、前記カンチレバーに対し光を照射するための光源部と、その照射光に対する前記カンチレバーからの反射光を検出する光検出器と、を具備し、前記探針が試料表面を走査する際に、前記光検出器により得られる反射光の位置情報に基づいて前記カンチレバーの変位を求める走査型プローブ顕微鏡において、
a)前記光源部から前記カンチレバーまでの照射光の光路上で光束を分割して取り出す光分割手段と、
b)前記光分割手段により分割して取り出された光の到達位置を検出する補償用光検出手段と、
c)前記試料と前記カンチレバーとの相対的な距離を変化させるべく少なくともいずれか一方を移動させる移動手段と、
d)前記補償用光検出手段により得られる情報に応じて前記光源部から出射される光の出射角の変化を認識し、前記反射光の位置情報において前記変化の影響が軽減されるように前記移動手段を制御する補償手段と、
を備えることを特徴としている。【００１７】
ここで、前記移動手段は、例えば試料を移動させる、圧電素子を駆動源とするスキャナとすることができる。【００１８】
また上記課題を解決するために成された第４発明は、探針が設けられた可撓性を有するカンチレバーと、前記カンチレバーに対し光を照射するための光源部と、その照射光に対する前記カンチレバーからの反射光を検出する光検出器と、を具備し、前記探針が試料表面を走査する際に、前記光検出器により得られる反射光の位置情報に基づいて前記カンチレバーの変位を求める走査型プローブ顕微鏡において、
a)前記光源部から前記カンチレバーまでの照射光の光路上で光束を分割して取り出す光分割手段と、
b)前記光分割手段により分割して取り出された光の到達位置を検出する補償用光検出手段と、
c)前記補償用光検出手段により得られる情報に応じて前記光源部から出射される光の出射角の変化を認識し、その変化量に応じて、前記反射光の位置情報又は該位置情報に基づいて得られる試料表面の凹凸や物性を反映したデータを補正する補償手段と、
を備えることを特徴としている。【００１９】
第１乃至第４発明に係る走査型プローブ顕微鏡において、上記光分割手段としては例えばハーフミラー等のビームスプリッタを用いることができる。また、上記補償用光検出手段としては受光面が２、４など複数に分割されたフォトダイオードなどの光検出器を用いることができる。また、カンチレバーには小さなスポット径で光を照射する必要があるから、通常、上記光源部はレーザ光源である。【００２０】
例えば周囲温度等の環境の変化によって光源部から出射される光の出射角（出射方向）に変化が生じた場合、カンチレバーに対する照射光の入射角も変化する。このとき、補償用光検出手段の受光面においては光分割手段で分割して取り出された光の到達位置が変化し、その変化量は出射角の変化に対応したものとなる。このような、光源部から出射される光の出射角の変化を認識する手法は、第１乃至第４発明で共通であり、その変化の影響を軽減するための手法、つまりは補償手段の技術事項が第１乃至第４発明ではそれぞれ異なる。【００２１】
第１及び第２発明に係る走査型プローブ顕微鏡では、光源部からの出射光の出射角が変化したことによる光路の変化を修正することにより、カンチレバーの変位を検出するための光検出器の受光面上において得られる反射光のスポット位置がずれないようにする。この場合、補償用光検出手段で得られる情報に基づいてフィードバック制御を行うことで、ほぼリアルタイムで出射角の変動の影響を解消することができる。【００２２】
第３発明に係る走査型プローブ顕微鏡では、探針で試料表面を走査する際に、光検出器の受光面上における反射光のスポット位置の変化に応じてフィードバック制御される移動手段の移動量を、補償用光検出手段により得られる情報に基づいて変化させる。したがって、カンチレバーへ照射される光の光路は変わらないものの、光検出器の受光面上における反射光のスポット位置には、出射光の出射角の変動の影響は現れない。【００２３】
第４発明に係る走査型プローブ顕微鏡では、光源部からの出射光の出射角が変化しても、カンチレバーに当たる照射光の光路や試料とカンチレバーとの間の距離などについては特に変えないから、出射角の変化は光検出器の受光面上における反射光のスポット位置の変化としてそのまま現れる。即ち、このとき光検出器により得られる反射光の位置情報は出射光の出射角の変化の影響を含む。但し、その影響の度合いは光検出手段により得られる情報に基づいて定量的に把握可能であるから、例えば試料表面の凹凸や物性を反映したデータが算出された後に、出射光の出射角の変化量に応じてデータを補正する。
【発明の効果】
【００２４】
第１乃至第４発明に係る走査型プローブ顕微鏡によれば、例えば周囲温度の変化などにの要因によって光源部から出射される光の出射角が変動した場合でも、その変動が試料表面の凹凸であると誤って認識されることがなくなり、高い精度で以て試料の表面画像を作成したり表面粗さの測定を行ったりすることができる。また、光源部自体で出射角の温度依存性を改善したり光源部の温調を行ったりする場合に比較して、コストを抑えることができるとともに、その効果もより確実である。さらにまた、温度以外の経時変化などの要因による出射角の変化に対しても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施例による走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図。
【図２】第２実施例による走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図。
【図３】第３実施例による走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図。
【図４】第４実施例による走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図。
【図５】従来の走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図。
【図６】光学的変位検出部の通常の動作を模式的に示した図。
【図７】レーザ光源からのレーザ光の出射方向が上向きに傾いた場合の動作を模式的に示した図。
【図８】第１乃至第４実施例の走査型プローブ顕微鏡における特徴的な動作を説明するための図。
【符号の説明】
【００２６】
１…試料
２…試料台
３…スキャナ
３ａ…ＸＹスキャナ
３ｂ…Ｚスキャナ
４…カンチレバー
５…探針
１０…光学的変位検出部
１１…レーザ光源
１４…ミラー
１５…光検出器
１７…駆動部
２０…ハーフミラー
２１…補償用光検出器
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ…受光面
１６、２２、３０…駆動量演算部
２３、２４…アクチュエータ
３１…加算部
４０、４１…Ａ／Ｄ変換器
４２…データ処理部
４３…凹凸データ算出処理部
４４…出射角データ算出処理部
４５…補正処理部
４６…表示部
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
［第１実施例］
まず第１発明の一実施例（第１実施例）である走査型プローブ顕微鏡について、図面を参照して具体的に説明する。図１は第１実施例による走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図である。既に説明した図５中に記載の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を略す。【００２８】
この走査型プローブ顕微鏡では、光学的変位検出部１０にあって、従来のミラー１３に代えて本発明における光分割手段に相当するハーフミラー２０が設けられ、このハーフミラー２０により、レーザ光源１１から出射され光がカンチレバー４へ向かう照射光Ｌｍとモニタ光Ｌｓとに分割される。このモニタ光Ｌｓの到達位置を検出するために、受光面が図８に示すように、Ｙ軸、Ｚ軸の２軸方向に沿って４分割された、本発明における補償用光検出手段に相当する光検出器２１が配設されている。また、レーザ光源１１は圧電素子などから構成されるアクチュエータ２３により、Ｙ軸周りの回転方向、Ｚ軸周りの回転方向にそれぞれ所定角度範囲で回動可能となっている。光検出器２１の４つの受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄによる検出信号は駆動量演算部２２に入力され、この駆動量演算部２２がＹ軸及びＺ軸周りの回転方向の駆動量を算出してアクチュエータ２３を制御する。【００２９】
いま、レーザ光源１１からの出射される光の出射方向がＸ軸方向と一致しているとき、図８（ａ）に示すように、光検出器２１の受光面上におけるモニタ光Ｌｓの光スポットＱが、４分割された分割受光面２１ａ〜２１ｄの中心に位置しているものとする。この場合、４つの分割受光面２１ａ〜２１ｄでそれぞれ得られる検出信号は理想的には同一である。このときには駆動量演算部２２は駆動量をゼロとし、アクチュエータ２３は動作しない。【００３０】
周囲温度の変化等の影響でレーザ光源１１からの出射される光の出射方向がＸ軸方向から傾いたとすると、光検出器２１の受光面上でモニタ光Ｌｓによる光スポットＱの位置が、例えば図８（ｂ）に示すように移動する。このときの光スポットＱの移動量は光の出射方向の傾きの大きさに対応し、移動方向は傾きの方向に対応する。そこで、駆動量演算部２２は４つの検出信号を演算処理することで、光の出射方向の傾きの大きさと方向とを認識し、それを相殺できるような駆動量を求める。そうして求めた駆動量に応じた駆動信号をアクチュエータ２３に送り、アクチュエータ２３の変位量を制御する。【００３１】
アクチュエータ２３の変位によりレーザ光源１１の姿勢は変化し、レーザ光源１１からの出射光の方向はＸ軸方向に近付く。これにより、光検出器２１の受光面上におけるモニタ光Ｌｓの光スポットＱの位置は図８（ａ）の状態に近づく。この状態で図８（ａ）の状態との誤差があればさらに駆動量を修正し、光スポットＱが図８（ａ）の状態になるように調整する。このように光検出器２１で得られた検出信号に基づいたフィードバック制御を行うことにより、レーザ光源１１からの光の出射方向がＸ軸方向と一致するようにすることができる。これによって、レーザ光源１１からの光の出射方向の傾きの影響は解消される。【００３２】
なお、上記説明のように受光面が４分割された光検出器２１を用いれば、出射光のあらゆる方向への傾きを検知可能であるが、レーザ光源１１の特性上、傾きの方向が限定されている場合には、光検出器２１として受光面が２分割されたものを用いることができる。【００３３】
［第２実施例］
次に第２発明の一実施例（第２実施例）である走査型プローブ顕微鏡について、図面を参照して具体的に説明する。図２は第２実施例による走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図である。既に説明した図１、図５中に記載の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を略す。【００３４】
第１実施例では、レーザ光源１１自体の姿勢を制御することで出射光の出射方向のずれ（傾き）を補償するようにしていたが、この第２実施例の構成では、レーザ光源１１は固定し、レーザ光源１１とハーフミラー２０との間の光路中に挿入したレンズ２５をアクチュエータ２４によりＹ軸及びＺ軸の２軸方向に移動可能としている。このレンズ２５は単一のレンズでもよいが、複数枚のレンズを組み合わせたレンズ群とし、その中の１乃至少数枚のレンズを移動させるようにすると、レーザ光源１１からの出射光の方向がＸ軸方向から傾いた場合でも、その傾きを修正してＸ軸方向に沿ってハーフミラー２０に入射させることが容易になる。また、レンズ２５をＹ軸及びＺ軸の２軸方向に移動させるほかに、第１実施例と同様に回動させるようにしてもよい。【００３５】
［第３実施例］
次に第３発明の一実施例（第３実施例）である走査型プローブ顕微鏡について、図面を参照して具体的に説明する。図３は第３実施例による走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図である。既に説明した図１、図５中に記載の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を略す。【００３６】
駆動量演算部１６は光検出器１５による検出信号によりカンチレバー４の振動振幅の微小な変化量を求め、この変化量をゼロにする、つまり振動振幅を一定に維持するような駆動量Ｋａを求める。従来の走査型プローブ顕微鏡では、駆動部１７はこの駆動量Ｋａに応じて、試料１をＺ軸方向に移動させるべく、Ｚスキャナ３ｂの圧電素子をフィードバック制御している。それに対し、第３実施例の走査型プローブ顕微鏡では、駆動量演算部３０は光検出器２１の４つの検出信号に基づいて出射光の出射角のＺ軸方向におけるずれ量を計算し、それを相殺するような補償駆動量Ｋｂを算出する。そして、加算器３１において駆動量Ｋａから補償駆動量Ｋｂを差し引き、駆動部１７は駆動量Ｋａ−Ｋｂで以てＺスキャナ３ｂの圧電素子を駆動する。これにより、Ｚスキャナ３ｂによる試料１のＺ軸方向の変位量は、レーザ光源１１からの光の出射の方向の傾きの影響を軽減するように変化する。【００３７】
この実施例の構成では、第１、第２実施例と同様にフィードバック制御を行うことで、レーザ光源１１からの光の出射の方向の傾きの影響を最小化することができるが、第１、第２実施例に比べると制御の応答性が悪い。しかしながら、一般に、レーザ光源１１からの光の出射の方向の変化は徐々に起こるので、こうした遅い変化に対しては十分に追従が可能である。【００３８】
［第４実施例］
次に第４発明の一実施例（第４実施例）である走査型プローブ顕微鏡について、図面を参照して具体的に説明する。図４は第４実施例による走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図である。既に説明した図１、図５中に記載の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を略す。【００３９】
この第４実施例に係る走査型プローブ顕微鏡では、第１乃至第３実施例のようなフィードバック制御を行わず、レーザ光源１１から出射される光の方向の変化に相当する誤差量をデータ処理上で補正している。即ち、光検出器１５の検出信号はＡ／Ｄ変換器４０でデジタルデータに変換されてデータ処理部４２に含まれる凹凸データ算出処理部４３に入力される。ここでは、従来と同様に、試料１表面の凹凸を反映したデータが算出されるが、レーザ光源１１から出射される光の方向が変化した場合にはその変化に伴い誤差を含むことになる。【００４０】
他方、光検出器２１の検出信号はＡ／Ｄ変換器４１でデジタルデータに変換されてデータ処理部４２に含まれる出射角データ算出処理部４４に入力される。出射角データ算出処理部４４はレーザ光源１１から出射される光の方向変化に伴う誤差データを算出する。したがって、例えば図８（ａ）に示したように出射角に変化がない場合には、出射角データ算出処理部４４により算出される誤差データはゼロである。そして、補正処理部４５は凹凸データ算出処理部４３で得られるデータから誤差データを差し引くことで、出射光の方向変動の影響を除去する補正を行い、補正されたデータを出力することで、精度の高い試料表面画像を表示部４６に表示する。【００４１】
なお、１つの試料についての試料表面の凹凸データを収集するには或る程度時間が掛かるが、上述のように一般的にはレーザ光源１１からの出射光の方向変化の速度は緩慢であるので、凹凸データの各測定点（Ｘ−Ｙ面上の１つの測定点）毎に誤差データを求めず、代表の誤差データを用いて補正を行っても十分であることが多い。もちろん、凹凸データの各測定点毎に誤差データを求めて補正を行えば、より高精度な補正が可能となる。また、デジタル化する前のアナログ信号の段階で同様の補正を行うことも可能である。【００４２】
なお、上述した各実施例は本発明の一例に過ぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜に修正、変更、追加などを行っても本願請求の範囲に包含されることは明らかである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年5月10日(2010.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
図６は光学的変位検出部１０の通常の動作を模式的に示した図である。試料１上の平坦面を探針５が走査しているときには、図６（ａ）に示すように、光検出器１５の受光面上でＰで示す位置にカンチレバー４からの反射光のスポットが得られる。探針５が試料１上の凸部１ａに達すると、図６（ｂ）に示すようにカンチレバー４は上方向に撓み、光検出器１５の受光面上における反射光のスポット位置Ｐは下方向に変位する。このような変位によって光検出器１５からの検出信号は変化し、凸部１ａの高さ等を反映した情報が得られる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
第４発明に係る走査型プローブ顕微鏡では、光源部からの出射光の出射角が変化しても、カンチレバーに当たる照射光の光路や試料とカンチレバーとの間の距離などについては特に変えないから、出射角の変化は光検出器の受光面上における反射光のスポット位置の変化としてそのまま現れる。即ち、このとき光検出器により得られる反射光の位置情報は出射光の出射角の変化の影響を含む。但し、その影響の度合いは補償用光検出手段により得られる情報に基づいて定量的に把握可能であるから、例えば試料表面の凹凸や物性を反映したデータが算出された後に、出射光の出射角の変化量に応じてデータを補正する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
第１乃至第４発明に係る走査型プローブ顕微鏡によれば、例えば周囲温度の変化などの要因によって光源部から出射される光の出射角が変動した場合でも、その変動が試料表面の凹凸であると誤って認識されることがなくなり、高い精度で以て試料の表面画像を作成したり表面粗さの測定を行ったりすることができる。また、光源部自体で出射角の温度依存性を改善したり光源部の温調を行ったりする場合に比較して、コストを抑えることができるとともに、その効果もより確実である。さらにまた、温度以外の経時変化などの要因による出射角の変化に対しても同様の効果を得ることができる。
【国際調査報告】
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