(57)【要約】【課題】  測定データから測定装置の一定の走査方向にのみ特有に出現するノイズ成分を除去し、精度の高い測定データを得られる走査型プローブ顕微鏡を提供する。【解決手段】  走査型プローブ顕微鏡は、探針１３を有するカンチレバー１４と、試料１０に対する探針の位置を相対的に変化させる移動機構１１，１７と、所定物理量を検出する検出手段と、試料表面を測定する測定手段と、移動機構と測定手段の動作を制御する測定制御手段６０を備える。測定制御手段は、任意角度で交差する第１走査方向と第２走査方向を設定する走査方向設定手段６１、第１走査方向と第２走査方向のそれぞれで探針を走査移動して試料表面を測定し、測定データを得る測定実行手段６２、第１ラインデータと第２ラインデータとの間のデータ差を演算する第１減算手段６３と、第１走査方向に係る測定データから上記データ差を減算する第２減算手段６４とを有する。【選択図】      図１１
2006138655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由端に設けられた探針を有するカンチレバーと、試料に対する前記探針の位置を相対的に変化させる移動機構と、前記探針と前記試料の間に作用する物理量を検出する検出手段と、前記移動機構で前記探針を相対的に移動させて前記探針が前記試料の表面を走査するとき、前記検出手段で検出される前記物理量を利用して前記試料の表面を測定する測定手段と、前記移動機構と前記測定手段の動作を制御する測定制御手段とを備えた走査型プローブ顕微鏡において、
前記測定制御手段は、
前記試料と前記探針の位置関係について任意角度で交差する第１走査方向と第２走査方向を設定する走査方向設定手段と、
前記試料の表面で設定された測定範囲内で、前記走査方向設定手段で設定された前記第１走査方向と前記第２走査方向のそれぞれで前記探針を走査移動して試料表面を測定し、測定データを得る測定実行手段と、
前記第１走査方向に係る測定データのうち任意の第１ラインデータと、前記第２走査方向に係る測定データのうち前記第１データラインに対応する第２ラインデータとの間のデータ差を演算する第１減算手段と、
前記第１走査方向に係る測定データから前記データ差を減算する第２減算手段と、を有する、
ことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記第１走査方向は特徴的なノイズ成分が生じる特定方向であり、前記第２走査方向は特徴的なノイズ成分が生じない特定方向であることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項３】
前記第１走査方向と前記第２走査方向の作る前記任意角度は９０°であることを特徴とする請求項１または２記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項４】
前記測定実行手段による前記第１走査方向に係る測定で面データを取得し、この面データから前記第１ラインデータを選択し、前記測定実行手段による前記第２走査方向に係る測定で前記第２ラインデータに対応する線データを取得することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項５】
前記走査方向設定手段は、前記試料の配置状態を同一平面内で前記任意角度の分回転させる試料回転機構であることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項６】
前記走査方向設定手段は、前記第１走査方向に対してほぼ同一方向に前記第２走査方向を設定し、かつ前記第１走査方向に対して高速な走査を行う走査実行手段であることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項７】
前記第１ラインデータと前記第２ラインデータをそれぞれ同数の複数本としたことを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項８】
走査回数、走査ピッチ、および前記第１走査方向は任意に設定することが可能であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項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し、特に、試料表面の測定範囲を探針で走査して得た線または面の測定値の精度を高くするのに好適な走査型プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の一例として原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）がある。原子間力顕微鏡は、片持ち梁構造で支持され、かつ弾性を有して撓みまたは捩れの変形を生じるカンチレバーを有する。カンチレバーの自由端には探針（プローブ）が設けられている。試料の表面を測定するとき、探針を試料の表面に接触または近接させ、測定範囲を線状または面状に走査させる。試料表面に沿って探針を走査させるとき、試料表面の形状変化や電気的特定に応じて変化する探針と試料の間の原子間力に応じて変形するカンチレバーの撓み変形等を検出し、この検出情報を探針の位置情報と関連付けて処理することにより試料表面の形状また性質を測定することができる。
【０００３】
試料表面の凹凸形状等の情報は、通常、Ｚ軸に割り当てられる高さ方向の情報と、Ｘ軸およびＹ軸に割り当てられるＸＹ平面方向の情報がある。高さ方向の情報は、カンチレバーの変位と、その変位に対応して探針の先端と試料表面との関係を一定に保つように変化するＺ軸移動機構により得られる。ＸＹ平面方向の情報は、探針と試料を相対的に移動させるＸ軸およびＹ軸の移動機構により得られる。
【０００４】
探針をＸＹ平面方向に移動させるには機械的な移動機構やピエゾ素子が使用される。機械的な移動機構は、原理上、ドリフト的要素（時間的変化の要因）、バックラッシや摺動部分の摩擦の影響、温度変化や湿度変化等の環境要因などによる動作の非線形性を必ず内在している。ピエゾ素子は、素子固有のヒステリシスなどに起因する動作の非線形性を有している。さらに装置の老朽化などの劣化に伴い、移動機構の非線形性は増大する傾向にある。
【０００５】
原子間力顕微鏡における上記移動機構の非線形性の動作特性は、試料表面における探針の平面位置情報やそれに対応する高さ位置情報などの測定データに対して、試料または探針の走査方向に関して一定の走査方向にのみ出現する特徴的なノイズとして、影響を及ぼす。
【０００６】
原子間力顕微鏡による測定で得られた測定データから上記のごときのノイズを除去する方法として特許文献１に記載される方法がある。この方法では、走査型プローブ顕微鏡による測定で、サンプルの一部に係る測定走査データと、サンプルの一部の参照イメージに係る参照走査データとを取得し、測定走査データから参照走査データを減算し、訂正されたイメージを得るためのデータを取得するようにしている。
【特許文献１】国際公開番号：WO099/15851（特許公表2001-517777号公報）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した特許文献１のノイズ除去の方法によれば、サンプルを基準にして上記の測定走査データと参照走査データをそれぞれ得る場合において、測定用試料部分と参照用試料部分のそれぞれを測定する際には、前述した一定の走査方向にのみ出現する固有の特徴的なノイズがランダムに重畳している。そのため、参照用試料部分の測定時に重畳したノイズは、測定用試料部分の測定時に重畳したノイズとは異なる場合がある。この結果、参照走査データを利用して減算処理を行っても、測定走査データに重畳した一定走査方向に固有なノイズを確実に除去するには有効でないという問題点が提起される。
【０００８】
さらに、測定対象である試料と参照用の試料は基本的に別のものであるので、２つの試料の間の性質の差が演算結果に反映されるおそれがあるという問題点も提起される。
【０００９】
従って本発明の課題は、測定対象の試料の測定データから、試料等の一定の走査方向にのみ出現する特徴的なノイズを高い精度で除去できるようにするものである。
【００１０】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、走査型プローブ顕微鏡の測定装置で得た線または面に係る測定データから当該装置の一定の走査方向にのみ特有に出現するノイズ成分を除去し、精度の高い測定データを得ることのできる走査型プローブ顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る走査型プローブ顕微鏡は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【００１２】
第１の走査型プローブ顕微鏡（請求項１に対応）は、自由端に設けられた探針を有するカンチレバーと、試料に対する探針の位置を相対的に変化させる移動機構（ＸＹ微動機構、ＸＹＺステージ）と、探針と試料の間に作用する物理量を検出する検出手段と、移動機構で探針を相対的に移動させて探針が試料の表面を走査するとき、検出手段で検出される物理量を利用して試料の表面を測定する測定手段と、移動機構と測定手段の動作を制御する測定制御手段とを備え、この測定制御手段は、試料と探針の位置関係について任意角度で交差する第１走査方向と第２走査方向を設定する走査方向設定手段と、試料の表面で設定された測定範囲内で、走査方向設定手段で設定された第１走査方向と第２走査方向のそれぞれで探針を走査移動して試料表面を測定し、測定データを得る測定実行手段と、第１走査方向に係る測定データのうち任意の第１ラインデータと、第２走査方向に係る測定データのうち第１データラインに対応する第２ラインデータとの間のデータ差を演算する第１減算手段と、第１走査方向に係る測定データから上記データ差を減算する第２減算手段と、を有している。ここで上記の第１走査方向と第２走査方向とが交差する任意角度には０°も含まれる。
【００１３】
上記の走査型プローブ顕微鏡では、測定データが、後述するごとく特に環境要因等に起因して測定時の走査方向（第１走査方向）に特徴的に出現するノイズ成分を含んでいる場合に、当該ノイズ成分を含まない第２走査方向を設定して測定を行い、さらに任意に選択した第１ラインデータと第２ラインデータの差によりノイズ成分を算出し、当該ノイズ成分を本来の測定データから減算して特徴的なノイズ成分が除去された精度の高い測定データを取得する。
【００１４】
第２の走査型プローブ顕微鏡（請求項２に対応）は、上記の第１の装置構成において、好ましくは、第１走査方向は特徴的なノイズ成分が生じる特定方向であり、第２走査方向は特徴的なノイズ成分が生じない特定方向であることで特徴づけられる。これにより、走査方向の異なる２つの測定データを利用することにより差データとして特徴的なノイズに係る特性データを得ることができる。
【００１５】
第３の走査型プローブ顕微鏡（請求項３に対応）は、上記の各装置構成において、好ましくは、第１走査方向と第２走査方向の作る任意角度は９０°であることで特徴づけられる。温度や湿度等の環境要因等が原因で生じ走査機械系等の特徴的なノイズが生じるとき、その直角方向が最もノイズが生じないデータを得ることができる。
【００１６】
第４の走査型プローブ顕微鏡（請求項４に対応）は、上記の各装置構成において、好ましくは、測定実行手段による第１走査方向に係る測定で面データを取得し、この面データから第１ラインデータを選択し、測定実行手段による第２走査方向に係る測定で第２ラインデータに対応する線データを取得することで特徴づけられる。
【００１７】
第５の走査型プローブ顕微鏡（請求項５に対応）は、上記の各装置構成において、好ましくは、走査方向設定手段は、試料の配置状態を同一平面内で任意角度の分回転させる試料回転機構である。試料の位置や姿勢等の配置状態を試料回転機構で変化させることにより上記の異なる方向の２つの走査方向を実現することができる。
【００１８】
第６の走査型プローブ顕微鏡（請求項６に対応）は、上記の各装置構成において、好ましくは、走査方向設定手段は、第１走査方向に対してほぼ同一方向に第２走査方向を設定し、かつ第１走査方向に対して高速な走査を行う走査実行手段であるである。第１走査方向に対する走査速度を高めることにより、試料を回転させることなく、簡易な構成で迅速に温度等のドリフトノイズを含まない第２走査方向の測定を行うことができる。
【００１９】
第７の走査型プローブ顕微鏡（請求項７に対応）は、上記の各装置構成において、好ましくは、第１ラインデータと第２ラインデータをそれぞれ同数の複数本としたことを特徴とする。これに構成により、特徴的なノイズ成分が除去されたより精度の高い測定データを得ることができる。ノイズを算出するための第１ラインデータと第２ラインデータの本数を増すことにより測定範囲の各場所に応じたノイズを得ることができ、測定データの精度を高めることができる。
【００２０】
第８の走査型プローブ顕微鏡（請求項８に対応）は、上記の各装置構成において、好ましくは、走査回数、走査ピッチ、および前記第１走査方向は任意に設定することが可能である。この構成によれば、走査型プローブ顕微鏡装置の構成の自由度を高めることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば次の効果を奏する。
（１）原子間力顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡による試料の表面特性の測定において、温度条件や湿度条件等の環境要因に起因する走査機械系等に由来する試料または探針の走査方向に特徴的なノイズが重畳した測定データから簡単にノイズ成分を除去することができ、高い精度の測定データおよび画像データを得ることができる。
（２）ノイズ成分を除去するプロセスの中に試料または探針の走査方向に特徴的なノイズを算出するステップが含まれておリ、これにより測定データに当該ノイズが重畳しているか簡単に確認することができる。
（３）同一の試料の同一の測定箇所を利用して測定データを得るため、例えば標準試験片等のような別個の参照試料を用いた場合、あるいは同一試料内の別の場所を参照した場合に比較して、試料間の特性のばらつき等の影響を受けにくいノイズ除去を行うことができる。
（４）ノイズ成分を抽出するために選択されるラインデータを複数本用いる場合には、各ラインデータに対応する測定範囲の各場所のノイズ成分を得ることができるので、より精度の高い測定データおよび画像データを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の代表的実施形態を示し、走査型プローブ顕微鏡の要部構成を示している。この走査型プローブ顕微鏡は代表的に原子間力顕微鏡であるが、これに限定されない。
【００２４】
１０は、測定対象である試料の一部を拡大して誇張して示している。試料１０は、試料移動用のＸＹＺステージ１１の上に置かれている。ここでＸ，Ｙ，Ｚは、３次元座標系１２を形成する３つの軸Ｘ，Ｙ，Ｚを示している。ＸＹＺステージ１１は、試料１０の位置を３次元座標系１２において相対的に大きな距離で移動させる粗動機構である。ＸＹＺステージ１１は、一般的には、電気的駆動源および機械的構成によって作られている。ＸＹＺステージ１１はＸＹ粗動機構部とＺ粗動機構部を含んでいる。ＸＹＺステージ１１は通常基準となるテーブルの上に取り付けられている。
【００２５】
試料１０の上側表面１０ａは測定対象の凹凸表面である。試料１０の表面１０ａに対しては探針１３がその先端を対向させる状態で配置されている。探針１３は、片持ち梁構造で取り付けられたカンチレバー１４の自由端に設けられている。カンチレバ−１４では、その基端がカンチレバー取付け部１５に固定されている。カンチレバー取付け部１５はＺ方向微動機構１６に設けられ、さらにＺ方向微動機構１６はＸＹ微動機構１７に固定されている。ＸＹ微動機構１７は不図示のフレームに固定されている。Ｚ方向微動機構１６はカンチレバー１４すなわち探針１３をＺ方向に微細な距離で移動させる移動機構であり、ＸＹ微動機構１７はカンチレバー１４すなわち探針１３をＸＹ平面方向に微細な距離で走査移動させる移動機構である。
【００２６】
カンチレバー１４に対しては、その上側に、レーザ発振器（レーザ光源）１８と光検出器１９が設けられる。レーザ発振器１８から出力されたレーザ光２０はカンチレバー１４の背面に照射される。レーザ光２０はカンチレバー１４の背面で反射され、原則的に光検出器１９の受光面に入射される。光検出器１９の受光面は４分割され４つの受光領域を備えている。
【００２７】
探針１３の先端と試料１０の表面との間には原子間力が作用するような状態で、探針１３は試料１０の表面１０ａに対向して配置される。探針１３と試料１０の間の距離は、所定の原子間力が生じて一定距離ｄに保持されるようにフィードバックサーボ制御ループで制御される。フィードバックサーボ制御ループは、次のように構成される。
【００２８】
試料１０と探針１３との関係でカンチレバー１４で撓み変形等が生じると、光検出器１９の受光面でのレーザ光２０の入射位置が変化する。光検出器１９から出力される検出信号Ｖｄは減算器２１に入力される。減算器２１では検出信号Ｖｄと基準値（Ｖref）との偏差が算出され、その偏差信号ΔＶが制御器２２に入力される。制御器２２は、偏差信号が０になるように、探針・試料間距離を調整するための制御信号をＺ方向微動機構１６に供給する。制御器２２から出力される偏差信号を０にすることにより、実際には、基準となる目標撓み量（基準値Ｖref）に対して実際のカンチレバー１４の撓み量が一致するような制御が行われる。
【００２９】
２３はＺ方向微動機構１６のＺ方向微動量を検出する変位検出器である。制御器２２から出力される制御信号ＳＧ１と変位検出器２３から出力される検出信号ＳＧ２は制御用コントローラ３１に入力される。コントローラ３１で、当該制御信号ＳＧ１は、試料１０の表面１０ａの凹凸形状等が反映された検出信号すなわち測定データとして扱われる。
【００３０】
上位制御装置３２は、前述したＸＹＺステージ１１、ＸＹ微動機構１７等の各移動機構の動作を制御し、測定を制御する機能を有している。上位制御装置３２は、ＸＹＺステージ１１に基づく走査動作を指令する制御信号と、ＸＹ微動機構１７に基づく微細な走査動作を指令する制御信号を与える。また上位制御装置３２から出力される移動動作のためのこれらの制御信号は、上位制御装置３２において同様にまた測定データとして扱われる。さらに上位制御装置３２は、上記のＺ方向に係る測定データと走査位置に係る測定データに基づいて試料表面の画像データを作成し、当該画像データによって作られる画像のイメージを表示装置（モニタ）３３の画面に表示する。また上位制御装置３２は、自動測定条件の設定や保存等を行う。さらに上位制御装置３２は、測定範囲や測定スピード等の基本項目の設定、パターン検出時の探針走査条件の設定、それらの設定ファイルの管理、外部との通信等の機能も併せて備えている。
【００３１】
上記のコントローラ３１と上位制御装置３２は、前述したＸＹＺステージ１１、Ｚ方向微動機構１６、ＸＹ微動機構１７等の各移動機構の動作を制御し、制御信号等を処理し、画像データの表示処理を行うことにより、測定を制御する手段として機能する。
【００３２】
図２は、試料１０の表面１０ａを走査する探針１３の走査動作のモードの例を示す。図２の（Ａ）は連続的コンタクトモードに基づく微小範囲の表面状態を測定する微細測定走査モード（ファインモード）の動作原理を示す。図２の（Ｂ）は連続的コンタクトモードに基づく大きな範囲の表面状態を測定する粗動による測定走査モード（ワイドモード）の動作原理を示す。図２の（Ｃ）は間欠的コンタクトモードに基づく微小範囲の表面状態を測定する走査モード（ステップインモード）の動作原理を示す。３４はステップインモードによる探針１３の移動軌跡を示している。
【００３３】
上記のファインモードの走査移動ではＺ方向微動機構１６とＸＹ微動機構１７のそれぞれが動作する。上記のワイドモードの走査移動ではＺ方向微動機構１６とＸＹＺステージ１１のＸＹ粗動機構部のそれぞれが動作する。上記のステップインモードの走査動作ではＺ方向微動機構１６とＸＹ微動機構１７のそれぞれが動作する。
【００３４】
図３は、試料１０の表面１０ａにおける探針１３の走査移動パターンの一例を示す。３５は試料１０の表面１０ａの上で設定された例えば矩形の測定範囲を示している。この測定範囲３５に対して３６は探針１３の走査移動の軌跡パターンを示している。上記のＸＹ微動機構１７とＸＹＺステージ１１のＸＹ粗動機構部のそれぞれを動作させることによって探針１３と試料１０の相対的位置をＸＹ方向の走査移動に基づき変化させながら、Ｚ方向微動機構１６によりカンチレバー１４の撓み量を一定に制御し、試料表面の凹凸形状等の特性を測定する。１辺が例えば２０ｍｍの四角領域を１ｍｍ／秒でＸ方向に粗動機構が走査し、Ｙ方向に０．１ｍｍで送り、またＸ走査すると、１時間以上の測定となり、ｎｍオーダでの温度等のドリフトノイズがＹ方向に重なる。
【００３５】
次に、図４〜図１０に基づいて、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡すなわち原子間力顕微鏡における特徴的な測定および画像データの作成の方法について説明する。この特徴的な測定および画像データの作成の方法によれば、背景技術の欄で説明した、原子間力顕微鏡装置における移動機構（走査機械系）等の非線形性の動作特性等に起因して生じる、試料または探針の走査方向に関して一定の走査方向にのみ特徴的に出現する規則的またはランダムなノイズ成分が除去された測定データおよび画像データが作成される。図４〜図９は測定データまたは画像データのイメージを模式的に示し、図１０は処理の手順を示している。
【００３６】
図４は、試料１０の表面の上記測定範囲３５に関して波を打った面状態４１が示されている。この波を打つ面状態４１はＹ軸方向に生じておリ、Ｘ軸方向には生じていない。波を打つ面状態４１は、Ｙ軸方向の走査方向に特徴的な機械的非線形性を有している原子間力顕微鏡装置による測定で得られた画像データで作成されるイメージを示している。図４によれば、Ｙ軸方向の走査方向（第１走査方向）での走査では線形に走査移動を行えないため、移動機構に弾性的な撓みが生じて高さ方向が変位し、Ｙ軸方向の走査で得られる測定データに対して特徴的なノイズ成分の影響が与えられている。図４で、範囲４２は、さらに限定された測定領域を示している。最初に測定範囲４２が測定される（ステップＳ１１）。
【００３７】
図５は、図４で示された試料の同一の測定範囲部分を測定することにおいて、探針１３の走査面に平行な面内で探針１３の走査方向を代表的に９０°回転し（ステップＳ１２）、この９０°回転した走査方向（第２走査方向）において同一の原子間力顕微鏡装置で測定範囲４３を走査して測定を行い（ステップＳ１３）、当該測定で得た画像データに基づくイメージ図である。第２走査方向は第１走査方向と９０°の角度で交差している。
【００３８】
なお走査方向の９０°の回転（ステップＳ１２）は、試料回転機構を設けて試料側を回転させてよいし、探針回転機構を設けて探針側を回転させるようにしてもよい。さらに、走査方向に応じて相対的に高速に走査できる走査実行手段を設けるように構成することもできる。
【００３９】
図４で特徴的に現われていたＹ軸方向の画像歪みを生じさせるノイズ成分が、図５では同一の測定範囲内で９０°回転した試料の測定データにおいてもなおＹ軸方向に出現している。このことから、画像上の測定データのゆがみは試料１０に固有なものではなく、Ｙ軸方向の走査方向に特徴的なノイズ成分であることが判明する。図５において、範囲４３は、上記図４で示した矩形の範囲４２に対応する測定領域で、９０°回転させられた位置関係になる。
【００４０】
そこで、次に、図４で示した測定データの範囲４２において、好ましくはＹ軸方向の走査方向に平行な、Ｙ軸の走査方向に特徴的なノイズ成分を含む任意のデータラインを選択し、ステップＳ１１で測定したデータの中からそのデータラインの測定データを得る（ステップＳ１４）。図６に、選択したデータライン４４を示す。
【００４１】
さらに図５で示した測定データの範囲４３において、図６で選択したデータライン４４に対応する、試料１０上で同一に対応する箇所のデータライン４５を選択し、ステップＳ１３で測定したデータの中からそのデータラインの測定データを得る（ステップＳ１５）。このデータライン４５は図７に示されている。
【００４２】
図５に示した範囲４３に係る測定データは、図４に示した範囲４２に係る測定データに対して、同一の試料１０を９０°回転させた結果である。範囲４３における、データライン４４に対応するデータライン４５は、原子間力顕微鏡装置のＹ軸方向の走査方向に対して９０°の角度を有するデータラインであり、Ｙ軸方向の走査方向に特徴的なノイズ成分を含まないデータラインである。
【００４３】
従って、図８に示すごとく、データライン４４に係る測定データ（ラインデータであってＺ方向測定値）５１からデータライン４５に係る測定データ（ラインデータであってＺ方向測定値）５２を減算する（ステップＳ１６）と、５３に示すごときデータラインが得られ、当該データライン５３で示される数値データ（Ｚ方向の数値データ）は、原子間力顕微鏡装置のＹ軸走査方向に特徴的に現われたノイズ成分を意味する。上記の減算処理によって、本実施形態に係る原子間力顕微鏡装置のＹ軸走査方向に特徴的に現われたノイズ成分のみが抽出される。
【００４４】
上記の手順で抽出されたＹ軸方向の走査方向に特徴的なノイズを、図４に示した測定データの画像全体から減ずる演算処理（ステップＳ１７）を行う。その演算結果を図９のデータ模式図に示す。範囲５５は、最終的に得られた画像データ５６のイメージである（ステップＳ１８）。図４と比較すると、Ｙ軸方向の走査方向に特徴的に生じるノイズ成分が効果的に除去されていることが分かる。
【００４５】
上記の実施形態による測定方法では、図４に示した測定画像から選択した任意のデータライン４４と、走査方向を９０°回転して得られた図５の測定画像中、図４で選択したデータライン４４に対応する箇所のデータライン４５を使用して演算処理を行ったが、試料を９０°回転した後にデータライン４５に対応する１本の走査ラインだけを測定して演算処理を行うことも可能である。この場合にも同等の効果を得ることができる。この構成によれば、画像を２枚作成する時間を節約でき、より簡便に特徴的なノイズを除去することができる。
【００４６】
さらに上記実施形態では、走査方向を９０°回転した方向を第２走査方向としたが、これに限らず特徴的なノイズの現われない任意の方向を第２走査方向としてもよい。また第２走査方向が第１走査方向と同一でも、第２走査方向に高速走査を行うことによって、時間成分のドリフトノイズを除去することができる。
【００４７】
ＬＳＩウェーハのように微細な凹凸パターンがある場合は、この凹凸の位置が走査方向の違うデータライン間で一致しないと、かえってノイズを生じさせてしまう。これを防ぐためには凹凸の影響を低減するようにデータラインの測定データそのものに、例えば１０μｍエリア平均化のようなフィルタをかける。フィルタサイズは、データライン間の位置合わせ精度より大きな値の方が望ましく、またウェーハの凹凸量が求める精度よりも大きければ、これを低減する十分なフィルタが必要である。一方、補正したノイズの周波数成分よりは小さなフィルタサイズの制限がある。これらは、要は、フィルタの効果であるので、求める精度が高いほど必要サイズやフィルタリング点数が増えていく。多くは、実験的に決める方が実用的である。
【００４８】
図１１に、上記原子間力顕微鏡における上記測定方法（ノイズ除去方法）の実施を可能にするコントローラ３１および上位制御装置３２で実現される測定制御手段の機能の機能ブロック構成図を示す。測定制御を行う手段６０は、試料１０と探針１３の位置関係について任意角度で交差する第１走査方向７１（例えばＹ軸方向）と第２走査方向７２（例えばＹ軸方向に直交する方向）を設定する走査方向設定手段６１と、試料１０の表面１０ａで設定された測定範囲内で、走査方向設定手段６１で設定された第１走査方向と第２走査方向のそれぞれで探針１３を走査移動して試料表面を測定し、測定データを得る測定実行手段６２と、第１走査方向に係る測定データのうち任意の第１ラインデータと、第２走査方向に係る測定データのうち第１データラインに対応する第２ラインデータとの間のデータ差を演算する第１減算手段６３と、第１走査方向に係る測定データからデータ差を減算する第２減算手段６４とを有している。
【００４９】
上記において、走査方向設定手段６１は、試料の配置状態を同一平面内で任意角度の分回転させる試料回転機構であってもよいし、または第１走査方向に比較して、第２走査方向に対して相対的に高速な走査を行う走査実行手段であってもよい。また上記の走査型プローブ顕微鏡等において、走査回数、走査ピッチ、および前記第１走査方向は任意に設定することが可能である。
【００５０】
前述の実施形態では、データライン（４４，４５）の本数を１本としたが、データラインの本数はこれに限定されない。例えば４本、８本など複数本設定することが可能である。第１走査方向の複数のデータラインと第２走査方向の複数のデータラインのそれぞれとは位置的関係は対応している。複数のデータラインを利用してそれぞれの場所における特徴的なノイズ成分を求め、第１走査方向の測定範囲に係る測定データから場所に応じた特徴的なノイズ成分を除去するように処理を行えば、さらに精度の高い測定データ（画像データ）を得ることができる。
【００５１】
具体的には、複数のデータラインのうちＸ方向における左、真中、右のライン（８１，８２，８３）を比べたときに、全体にひねりがある、あるいはうねり方に差があることが考えられる。これを図１２の（Ａ）ひねり、（Ｂ）うねりに示す。これらの面としての特徴的なノイズ成分は、真中のデータライン８２のみでは補正できず、複数本のライン８１〜８３により補正することができる。これらの複数データ間は補間（例えば近似曲線）することになるが、元々補正しようとしている特徴ノイズの性質によって計算方法が選ばれる。補間計算は、各データラインでノイズが計算された後に実行し、元の面に対してノイズ減算するのが効率がよい。
【００５２】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、走査型プローブ顕微鏡による試料表面の測定で環境要因に起因する走査方向に出現する特徴的なノイズを正確に抽出し、得られた測定データから当該ノイズを除去するのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の装置構成を示す構成図である。
【図２】試料表面を走査する探針の３種類の走査モードを示す図である。
【図３】試料表面上での測定範囲における走査軌跡の一例を示す斜視図である。
【図４】Ｙ軸方向の走査方向に特徴的なノイズが生じている試料表面の状態と測定範囲の一例を示す斜視図である。
【図５】Ｙ軸方向に９０°で交差する方向に走査方向を設定した場合の試料表面の状態と他の測定範囲の例を示す斜視図である。
【図６】図４における状態で第１のデータラインの選択例を示す図である。
【図７】第５図の状態で第２のデータラインの選択例を示す図である。
【図８】第１と第２のデータラインの各変化特性と特徴的なノイズの変化特性を示す特性図である。
【図９】特徴的なノイズを除去した測定データで画像イメージを示す図である。
【図１０】ノイズを除去するプロセスを示すフローチャートである。
【図１１】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の特徴的構成を示す機能ブロック図である。
【図１２】複数データライン処理に係る特徴的ノイズを説明する図で、（Ａ）はひねりを示す図、（Ｂ）はうねりを示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０      試料
１１      ＸＹＺステージ
１３      探針
１４      カンチレバー
１６      Ｚ方向微動機構
１７      ＸＹ微動機構
２２      制御器
３１      コントローラ
３２      上位制御装置
４４      データライン
４５      データライン
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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