(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部から自由端まで延在するカンチレバー、および前記カンチレバーの前記自由端によって運ばれるプローブチップを備えたプローブと、
第１の駆動装置入力を持つ第１の駆動装置であって、前記第１の駆動装置入力における第１の駆動信号に従って前記プローブを駆動するように構成された、第１の駆動装置と、
第２の駆動装置入力を持つ第２の駆動装置であって、前記第２の駆動装置入力における第２の駆動信号に従って前記プローブを駆動するように構成された、第２の駆動装置と、
前記第１の駆動装置が一連のサイクルで試料の表面に近づく方向および離れる方向に繰返し前記カンチレバーの前記基部を駆動するように、前記第１の駆動信号を制御するように構成された制御システムと、
各サイクルにおいて、前記プローブチップと前記試料の前記表面との相互作用を検出するときに表面信号を生成するように構成された表面検出器と、
を備えた走査型プローブシステムであって、
前記制御システムは、前記表面検出器からの前記表面信号の受取りに応答して前記第２の駆動信号を修正するようにも構成され、前記第２の駆動信号の前記修正によって前記第２の駆動装置が前記プローブチップを制御し、
前記制御システムは、前記表面信号の生成前の接近フェーズであって、前記第１の駆動装置が前記カンチレバーの前記基部および前記プローブチップを前記試料の前記表面に向かって動かす接近フェーズ、ならびに、前記表面信号の生成後の後退フェーズであって、前記第１の駆動装置が前記カンチレバーの前記基部および前記プローブチップを前記試料の前記表面から離れる方向に動かす後退フェーズ、が各サイクルに存在するように、前記第１の駆動信号を制御するように構成され、
前記第２の駆動信号の修正によって、前記プローブチップの角度が前記カンチレバーの前記基部に対して変化して前記プローブチップの前記試料に向かう運動が減速または停止するように前記カンチレバーが変形し、
前記制御システムは、各サイクルにおいて、前記表面信号の受取りに応答して前記第２の駆動信号が修正されるまで前記プローブチップが前記試料の前記表面に向かって動くときに、前記第２の駆動信号が実質的に一定のままであるように、前記第２の駆動信号を制御するように構成され、それにより、前記表面信号が生成されるとき前記プローブチップが前記カンチレバーの前記基部に対して所定の角度であることを保証する、
走査型プローブシステム。
【請求項２】
前記制御システムは、前記第１の駆動装置が各サイクルにおいて第１の移動距離にわたって前記プローブチップを駆動するように、前記第１の駆動信号を制御するように構成され、
前記制御システムは、前記第２の駆動装置が各サイクルにおいて前記第１の移動距離より小さい第２の移動距離にわたって前記プローブチップを駆動するように、前記第２の駆動信号を制御するようにも構成される、
請求項１に記載の走査型プローブシステム。
【請求項３】
前記第２の駆動信号の前記修正によって、前記プローブチップが前記カンチレバーの前記基部に対して動くように前記カンチレバーが変形する、
請求項１または２に記載の走査型プローブシステム。
【請求項４】
前記第２の駆動装置は、前記第２の駆動装置入力における前記第２の駆動信号に従って作動ビームを前記カンチレバーに照射するように構成される、
請求項３に記載の走査型プローブシステム。
【請求項５】
前記制御システムは、
前記第１の駆動装置が前記カンチレバーの前記基部および前記プローブチップを前記試料の前記表面に向かって動かす、前記表面信号の生成前の接近フェーズと、
前記第２の駆動信号の前記修正によって前記プローブチップが前記試料の前記表面から離れる方向に動く一方、前記第１の駆動装置が前記カンチレバーの前記基部を前記試料の前記表面に向かって動かし続ける、前記表面信号の生成後の第１の後退フェーズと、
前記第１の駆動装置が前記カンチレバーの前記基部および前記プローブチップを前記試料の前記表面から離れる方向に動かす、前記第１の後退フェーズ後の第２の後退フェーズと、
が各サイクルに対して存在するように、前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号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走査型プローブシステム。
【請求項６】
前記制御システムは、前記第１の後退フェーズと前記第２の後退フェーズとの間のオーバシュートフェーズであって、前記第１の駆動装置が前記カンチレバーの前記基部および前記プローブチップを前記試料の前記表面に向かって動かすオーバシュートフェーズが、各サイクルに存在するように、各サイクルにおいて前記第１の駆動信号を制御するように構成される、
請求項５に記載の走査型プローブシステム。
【請求項７】
前記制御システムは、前記第２の駆動信号が修正された後、かつ次のサイクルの前に、前記第２の駆動信号をリセットするようにも構成され、前記第２の駆動信号の前記リセットによって前記第２の駆動装置が前記プローブチップを前記試料の前記表面に向かって動かす、
請求項１から６のいずれか一項に記載の走査型プローブシステム。
【請求項８】
前記表面検出器は、前記カンチレバー上に検知ビームを向け、それにより、前記プローブチップと前記試料の前記表面との前記相互作用を検出するために分析される反射検知ビームを生成するように構成される、
請求項１から７のいずれか一項に記載の走査型プローブシステム。
【請求項９】
前記表面検出器は、前記反射検知ビームを基準ビームと組み合わせてインタフェログラムを生成し、前記インタフェログラムから検出信号を生成する、干渉計を備え、
前記検出信号は、前記プローブチップと前記試料の前記表面との前記相互作用を検出す
るために分析される、
請求項８に記載の走査型プローブシステム。
【請求項１０】
前記表面検出器は光てこを備える、
請求項８に記載の走査型プローブシステム。
【請求項１１】
前記システムは、前記表面検出器からの前記表面信号の受取りに応答して各サイクルにおいて前記試料の前記表面から測定を行う測定システムをさらに備え、
前記測定システムは、前記反射検知ビームを基準ビームと組み合わせてインタフェログラムを生成し、前記インタフェログラムから検出信号を生成するように構成された、干渉計を備える、
請求項１０に記載の走査型プローブシステム。
【請求項１２】
前記制御システムは、前記表面信号の受取りに応答して前記第１の駆動信号を修正するようにも構成され、前記第１の駆動信号の前記修正によって前記第１の駆動装置が前記カンチレバーの前記基部を前記試料の前記表面から離れる方向に後退させる、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の走査型プローブシステム。
【請求項１３】
前記制御システムは、各サイクルについて同じである所定の方式で前記第１の駆動信号が変化するように、前記表面信号の生成前に前記第１の駆動信号を制御するように構成される、
請求項１から１２のいずれか一項に記載の走査型プローブシステム。
【請求項１４】
前記第２の駆動信号の修正によって前記第２の駆動装置が前記プローブチップを減速させる、
請求項１から１３のいずれか一項に記載の走査型プローブシステム。
【請求項１５】
前記プローブは、前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号に従って前記第１の駆動装置および前記第２の駆動装置により生成される第１の駆動力および第２の駆動力に対して機械的に応答し、前記第２の駆動信号の前記修正によって、前記第２の駆動装置が、前記試料の前記表面から離れる方向に向いた第２の駆動力を生成する、
請求項１から１４のいずれか一項に記載の走査型プローブシステム。
【請求項１６】
前記一連のサイクルは、連続的な一連のサイクルである、
請求項１から１５のいずれか一項に記載の走査型プローブシステム。
【請求項１７】
前記一連のサイクル中に表面信号が生成されないサイクルが存在しない、
請求項１から１６のいずれか一項に記載の走査型プローブシステム。
【請求項１８】
前記一連のサイクル中に前記表面信号の受取りに応答して前記第２の駆動信号が修正されないサイクルが存在しない、
請求項１から１７のいずれか一項に記載の走査型プローブシステム。
【請求項１９】
前記制御システムは、各サイクルについて、前記第１の駆動装置が、前記表面信号の生成後のみに前記カンチレバーの前記基部および前記プローブチップを前記試料の前記表面から離れる方向に動かすように、前記第１の駆動信号を制御するように構成される、
請求項１から１８のいずれか一項に記載の走査型プローブシステム。
【請求項２０】
基部から自由端まで延在するカンチレバー、および前記カンチレバーの前記自由端によって運ばれるプローブチップを備えたプローブと、
第１の駆動装置入力を持つ第１の駆動装置であって、前記第１の駆動装置入力における第１の駆動信号に従って前記プローブを駆動するように構成された、第１の駆動装置と、
第２の駆動装置入力を持つ第２の駆動装置であって、前記第２の駆動装置入力における第２の駆動信号に従って前記プローブを駆動するように構成された、第２の駆動装置と、
を備える走査型プローブシステムを用いた試料走査方法であって、
前記第１の駆動装置が一連のサイクルで試料の表面に近づく方向および離れる方向に繰返し前記カンチレバーの前記基部を駆動するように、前記第１の駆動信号を制御することと、
各サイクルにおいて、前記プローブチップと前記試料の前記表面との相互作用を検出するときに表面信号を生成することと、
前記表面信号の受取りに応答して前記第２の駆動信号を修正し、前記第２の駆動信号の前記修正によって前記第２の駆動装置が前記プローブチップを制御することと、
を含み、
前記表面信号の生成前の接近フェーズであって、前記第１の駆動装置が前記カンチレバーの前記基部および前記プローブチップを前記試料の前記表面に向かって動かす接近フェーズ、ならびに、前記表面信号の生成後の後退フェーズであって、前記第１の駆動装置が前記カンチレバーの前記基部および前記プローブチップを前記試料の前記表面から離れる方向に動かす後退フェーズが、各サイクルに存在し、
前記第２の駆動信号の修正によって前記第２の駆動装置が前記プローブチップの角度を前記カンチレバーの前記基部に対して変化させて、前記試料に向かう運動を減速または停止させ、
各サイクルにおいて、前記表面信号の受取りに応答して前記第２の駆動信号が修正されるまで前記プローブチップが前記試料の前記表面に向かって動くときに、前記第２の駆動信号が実質的に一定のままであるように、前記第２の駆動信号を制御するように構成され、それにより、前記表面信号が生成されるとき前記プローブチップが前記カンチレバーの前記基部に対して所定の角度であることを保証する、
試料走査方法。
【請求項２１】
前記プローブは、前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号に従って前記第１の駆動装置および前記第２の駆動装置により生成される第１の駆動力および第２の駆動力に対して機械的に応答し、前記第２の駆動信号の前記修正によって、前記第２の駆動装置が、前記試料の前記表面から離れる方向に向いた第２の駆動力を生成する、
請求項２０に記載の試料走査方法。
【請求項２２】
前記一連のサイクルは、連続的な一連のサイクルである、
請求項２０または２１に記載の試料走査方法。
【請求項２３】
前記一連のサイクル中に表面信号が生成されないサイクルが存在しない、
請求項２０から２２のいずれか一項に記載の試料走査方法。
【請求項２４】
前記一連のサイクル中に前記表面信号の受取りに応答して前記第２の駆動信号が修正されないサイクルが存在しない、
請求項２０から２３のいずれか一項に記載の試料走査方法。
【請求項２５】
各サイクルについて、前記第１の駆動装置が、前記表面信号の生成後のみに前記カンチレバーの前記基部および前記プローブチップを前記試料の前記表面から離れる方向に動かす、
請求項２０から２４のいずれか一項に記載の試料走査方法。
【請求項２６】
基部から自由端まで延在するカンチレバー、および前記カンチレバーの前記自由端によ
って運ばれるプローブチップを含むプローブと、第１の駆動装置入力における第１の駆動信号に従って前記プローブを駆動するように構成された、第１の駆動装置と、を備える走査型プローブシステムを用いた試料走査方法であって、
前記第1の駆動装置が、前記プローブチップおよび前記カンチレバーの前記基部を、一
連のサイクルにおいて、前記試料の表面に近づく方向および離れる方向に繰返し平行移動させるように、前記第1の駆動装置入力を制御することと、
前記カンチレバー上に検知ビームを向け、それにより反射ビームを生成することと、
前記プローブチップが前記試料の前記表面に向かって動くときに前記プローブチップと前記試料の前記表面との相互作用を検出するために前記反射ビームを分析することと、
前記プローブチップと前記試料の前記表面との前記相互作用を検出したときに表面信号を生成することと、
前記表面信号の受取りに応答して、前記検知ビームに対する前記カンチレバーの角度が変化して前記プローブチップの前記試料に向かう運動が減速または停止するように、第2
の駆動装置から照射される作動ビームによって前記カンチレバーの形状を変更することと、
を含み、
前記検知ビームに対する前記カンチレバーの前記角度は、前記プローブチップおよび前記カンチレバーの前記基部が前記試料の前記表面に向かってともに平行移動するとき実質的に一定のままである、
試料走査方法。
【請求項２７】
前記検知ビームに対する前記カンチレバーの平均角度は、前記プローブチップおよび前記カンチレバーの前記基部が前記試料の前記表面に向かってともに平行移動するとき実質的に一定のままである、
請求項２６に記載の試料走査方法。
【請求項２８】
第１の駆動装置入力を持つ第１の駆動装置と、
基部から自由端まで前記第１の駆動装置から延在するカンチレバー、および前記カンチレバーの前記自由端によって運ばれるプローブチップを備えたプローブと、
前記第１の駆動装置は、前記第１の駆動装置入力における第１の駆動信号に従って前記プローブチップおよび前記カンチレバーの前記基部をともに平行移動させるように構成され、
第２の駆動装置入力を持つ第２の駆動装置と、
前記第２の駆動装置は、前記第２の駆動装置入力における第２の駆動信号に従って前記プローブの形状を変更するように構成され、
前記第１の駆動装置が前記プローブチップおよび前記カンチレバーの前記基部を試料の表面に近づく方向および離れる方向に繰返しともに平行移動させるように、前記第１の駆動信号を制御するように構成された制御システムと、
前記カンチレバー上に検知ビームを向け、それにより、前記プローブチップと前記試料の前記表面との相互作用を検出するために分析される反射ビームを生成するように構成される、表面検出器と、
を備えた、走査型プローブシステムであって、
前記表面検出器は、各サイクルにおいて、前記プローブチップと前記試料の前記表面との相互作用を検出するときに表面信号を生成するように構成され、
前記制御システムは、前記表面検出器からの前記表面信号の受取りに応答して前記第２の駆動信号を修正するように構成され、前記第２の駆動信号の前記修正によって、前記検知ビームに対する前記カンチレバーの角度が変化して前記プローブの前記試料に向かう運動が減速または停止するように前記カンチレバーが形状を変更し、
前記制御システムは、前記プローブチップおよび前記カンチレバーの前記基部が前記試料の前記表面に向かってともに平行移動するとき前記第２の駆動信号が実質的に一定のま
まであるように、前記第２の駆動信号を制御するように構成される、
走査型プローブシステム。
【請求項２９】
前記制御システムは、前記プローブチップおよび前記カンチレバーの前記基部が前記試料の前記表面に向かってともに平行移動するとき前記第２の駆動信号の平均が実質的に一定のままであるように、前記第２の駆動信号を制御するように構成される、
請求項２８に記載の走査型プローブシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型プローブシステムおよび関連方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の走査型プローブシステムは、米国特許出願公開第２０１４／００２６２６３号明細書で説明される。プローブは、駆動力に対して機械的に応答する。信号発生器は、駆動力を生成するアクチュエータに駆動信号を提供し、駆動信号は、アクチュエータが試料に近づく方向および離れる方向にプローブを繰返し動かすようにするものである。検出システムは、プローブから反射される光と高さ基準ビームとの光路差を示す高さ信号を出力するように構成される。画像処理装置は、高さ信号を使用して試料の画像を形成するように構成される。信号処理装置は、プローブが試料に接近するときプローブを監視し、プローブが試料と相互作用する表面位置を検出するように構成される。表面位置の検出に応答して、信号処理装置は、信号発生器に駆動信号を修正するよう促す。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の第１の実施態様は、請求項１に記載の走査型プローブシステムを提供する。本発明の第２の実施態様は、請求項２１に記載の走査型プローブシステムを用いて試料を走査する方法を提供する。
【０００４】
米国特許出願公開第２０１４／００２６２６３号明細書では、試料に近づく方向および離れる方向に繰返しプローブを駆動するために、単一の駆動装置のみが使用される。本発明の第１の実施態様および第２の実施態様は、第１の駆動装置および第２の駆動装置を使用し、表面信号は、第２の駆動装置にプローブチップを制御させるトリガの役割を果たし、それにより試料の表面とのプローブチップの相互作用を制御する。これは、第１の駆動装置および第２の駆動装置をそれらのそれぞれの機能のために最適化することを可能にし、例えば、第２の駆動装置は、第１の駆動装置よりも短い移動距離および速い応答時間を有する。
【０００５】
制御システムは、表面信号の生成前の接近フェーズであって、第１の駆動装置がカンチレバーの基部およびプローブチップを試料の表面に向かって動かす接近フェーズ、ならびに、表面信号の生成後の後退フェーズであって、第１の駆動装置がカンチレバーの基部およびプローブチップを試料の表面から離れる方向に動かす後退フェーズで、各サイクルにおいて第１の駆動信号によって第１の駆動装置がプローブを駆動するように、第１の駆動信号を制御するように構成される。後退フェーズは、表面信号の生成直後に開始することができるが、より典型的には、第１の駆動信号によって第１の駆動装置がカンチレバーの基部およびプローブチップを試料の表面に向かって動かし続ける、表面信号の生成と後退フェーズとの間のオーバシュートフェーズが存在する。
【０００６】
通常、第２の駆動信号の修正によって第２の駆動装置がプローブチップの軌道を制御する。この場合、第２の駆動信号の修正は、表面信号の生成の直後の測定フェーズの間に、プローブチップの軌道を正確に制御し、例えば試料への損傷を回避し、および／またはプローブに制御された力を加える手段を提供する。
【０００７】
通常、プローブは、第１の駆動信号および第２の駆動信号に従って第１の駆動装置および第２の駆動装置により生成される第１の駆動力および第２の駆動力に機械的に応答する。
【０００８】
通常、第２の駆動信号の修正によって、第２の駆動装置が試料の表面に向かうプローブチップの運動を減速または停止させる。プローブチップの減速の後、次に任意選択で第２の駆動信号によって第２の駆動装置がプローブチップを試料の表面から離れる方向に加速させる。あるいは、プローブチップと試料の表面との相互作用は、第２の駆動信号が修正される前にプローブを減速または停止させる場合がある。この場合、第２の駆動信号の修正によって第２の駆動装置がプローブチップの軌道を何か他の方法で制御する−例えば、プローブチップをすぐに後退させ、または測定フェーズの間にプローブチップを一定の高さに保持する。
【０００９】
好ましくは、第２の駆動信号の修正によって、第２の駆動装置は、試料の表面から離れる方向に向いた第２の駆動力を生成する。例えば、第２の駆動力は、試料の表面から離れる直交方向に向けられた単一軸の駆動力、試料の表面から離れる斜めの角度に向けられた単一軸の駆動力、試料の表面から離れる方向にカンチレバーを曲げまたは伸ばす曲げ力、またはプローブチップが試料から離れる方向に回転するようにカンチレバーをねじるねじり駆動力とすることができる。
【００１０】
好ましくは、第２の駆動信号の修正によって、第２の駆動装置が第１の駆動力に少なくとも部分的に反対の第２の駆動力を生成する。任意選択で、第１の駆動力および第２の駆動力は、実質的に平行な単一軸の駆動力であり、したがって第２の駆動信号の修正によって第２の駆動装置は第１の駆動信号と正反対にプローブを駆動する。あるいは、第１の駆動力および第２の駆動力は非平行とすることができ、したがって第２の駆動信号の修正によって、第２の駆動装置は第１の駆動力にただ部分的に反対の第２の駆動力を加えることができる。
【００１１】
任意選択で、第１の駆動装置によって生成される第１の駆動力は、第１の駆動軸に沿ってカンチレバーの基部を駆動する。第１の駆動軸の方向は、各サイクルに対して同じであってもよく、サイクルごとに変動してもよい。
【００１２】
任意選択で、第１の駆動装置は、カンチレバーの基部を回転させずにカンチレバーの基部を平行移動させるように構成される。
【００１３】
任意選択で、第１の駆動装置は、カンチレバーを変形させずにカンチレバーの基部を駆動するように構成される。これは、第１の駆動装置の作用が基部に対するプローブチップの角度を変更しないことを保証する。
【００１４】
通常、制御システムは、第１の駆動装置が各サイクルに対して第１の移動距離にわたってプローブチップを駆動するように、第１の駆動信号を制御するように構成され、制御システムは、第２の駆動装置が各サイクルに対して第２の移動距離にわたってプローブチップを駆動するように、第２の駆動信号を制御するように構成される。通常、第２の移動距離は第１の移動距離より小さい。
【００１５】
任意選択で、制御システムは、プローブチップが試料の表面内の段を横断した後に第１の移動距離が事前設定値に戻るように、第１の駆動信号を制御するように構成される。
【００１６】
好ましくは、第２の駆動信号の修正によって、プローブチップがカンチレバーの基部に対して動くようにカンチレバーが変形する（例えば曲がるまたはねじれる）。例えば、第２の駆動装置は、電気的にまたは照射によってカンチレバーを加熱して、カンチレバーを変形させる駆動力を生成することができる。あるいは、第２の駆動信号の修正によって、カンチレバーがプローブチップおよびカンチレバーの基部をともに平行移動させてもよい−例えば第２の駆動装置は、カンチレバーの基部に単一軸駆動力を加えるために伸縮する
圧電アクチュエータとすることができる。
【００１７】
好ましくは、第１の駆動信号の修正によって、カンチレバーがプローブチップおよびカンチレバーの基部をともに平行移動させる−例えば第１の駆動装置は、（直接、または第１の駆動装置によって運ばれる別の圧電アクチュエータである第２の駆動装置を介して）カンチレバーの基部に単一軸駆動力を加えるために伸縮する圧電アクチュエータとすることができる。あるいは、第１の駆動信号の修正によって、プローブチップがカンチレバーの基部に対して動くようにカンチレバーが変形（例えば曲がるまたはねじれる）してもよい。例えば、第１の駆動装置は、電気的にまたは照射によってカンチレバーを加熱して、カンチレバーを変形させる駆動力を生成することができる。
【００１８】
任意選択で、制御システムは、次のサイクルの前に（例えば後退フェーズの間に）第２の駆動信号をリセットするように構成され、第２の駆動信号のリセットによって第２の駆動装置がプローブチップを試料の表面に向かって動かす。
【００１９】
任意選択で、制御システムは、第１の駆動装置がカンチレバーの基部およびプローブチップを試料の表面に向かって動かす、表面信号の生成前の接近フェーズと、第２の駆動信号の修正によってプローブチップが試料の表面から離れる方向に動き、一方第１の駆動装置がカンチレバーの基部を試料の表面に向かって動かし続ける、表面信号の生成後の第１の後退フェーズと、第１の駆動装置がカンチレバーの基部およびプローブチップを試料の表面から離れる方向に動かす、第１の後退フェーズ後の第２の後退フェーズとが、各サイクルに対して存在するように、第１の駆動信号および第２の駆動信号を制御するように構成される。
【００２０】
第２の後退フェーズは第１の後退フェーズのすぐ後に続いてもよく、または、制御システムは、第１の駆動装置がカンチレバーの基部およびプローブチップを試料の表面に向かって動かす、第１の後退フェーズと第２の後退フェーズとの間のオーバシュートフェーズが各サイクルに対して存在するように、各サイクルに対して第１の駆動信号を制御するように構成されてもよい。通常、オーバシュートフェーズの間の試料の表面に向かうプローブチップの移動距離は、第１の後退フェーズの間の試料から離れるプローブチップの移動距離より小さい。
【００２１】
好ましくは、表面検出器は、カンチレバー上に検知ビームを向け、それにより、プローブチップと試料の表面との相互作用を検出するために分析される反射検知ビームを生成するように構成される。例えば、表面検出器は、反射検知ビームの角度を測定する光てこ、または、カンチレバー上に検知ビームを向けてそれにより反射検知ビームを生成し、反射検知ビームを基準ビームと組み合わせてインタフェログラムを生成し、インタフェログラムから検出信号を生成するように構成された干渉計を備えることができる。
【００２２】
任意選択で、第２の駆動信号の修正によって、カンチレバーの角度が検知ビームに対して変化するようにカンチレバーが変形し（例えば曲がりまたはねじれ）、制御システムは、表面信号の受取りに応答して第２の駆動信号が修正されるまでプローブチップが試料の表面に向かって動くとき、各サイクルに対して第２の駆動信号が実質的に一定のままであるように、第２の駆動信号を制御するように構成され、それにより、表面信号が生成されるときカンチレバーが検知ビームに対して所定の角度であることを保証する。この構成は、カンチレバーの角度に基づく較正を不要にし、または光てこ表面検出器の使用を可能にするので、特に有利である。
【００２３】
上記の通り、任意選択で、表面信号の受取りに応答して第２の駆動信号が修正されるまでプローブチップが試料の表面に向かって動くとき、第２の駆動信号は実質的に一定のま
まである。任意選択で、第２の駆動信号は、プローブチップが試料の表面に向かって動くときわずかに振動して、−例えば試料の表面に近づき離れるカンチレバーの基部の運動の振幅より１０倍以上（または１００倍以上）小さい振幅、および試料の表面に近づき離れるカンチレバーの基部の運動の周波数より１０倍以上（または１００倍以上）高い周波数で−プローブチップの小さい振幅の周期的運動を駆動することができる。この場合、運動の振幅が相対的に小さいので、プローブチップが試料の表面に向かって動くとき、第２の駆動信号は実質的に一定であるとみなすことができる。同様に、第２の駆動信号は平均の両側に急速に振動していることになるので、プローブチップが試料の表面に向かって動くとき、第２の駆動信号の平均は通常、実質的に一定のままである。
【００２４】
第１の駆動信号は、すべてのサイクルに対して同じであってもよく、あるいは、表面信号の受取りに応答して第１の駆動信号を修正するように制御システムを構成し、任意選択で上述のオーバシュートフェーズの後、第１の駆動信号の修正によって第１の駆動装置がカンチレバーの基部を試料の表面から離れる方向に後退させてもよい。
【００２５】
好ましくは、第１の駆動信号は、プローブチップが試料の表面に向かって所定の軌道に従う、表面信号の生成前の接近フェーズを各サイクルに対して有する。
【００２６】
通常、制御システムは、各サイクルに対して同じである所定の方式で第１の駆動信号が変化するように、表面信号の生成前に第１の駆動信号を制御するように構成される。例えば、第１の駆動信号は、実質的に一定の所定の割合で変化することができ、したがってプローブチップは、実質的に一定の所定の速度で試料の表面に向かって動くことができる。
【００２７】
好ましくは、システムは、表面検出器からの表面信号の受取りに応答して各サイクルに対して試料の表面から測定を行う測定システムをさらに備える。例えば、各測定は、高さ測定とすることができる。任意選択で、測定を使用して試料の表面の微細構成を決定することができる。あるいは、測定を使用して試料の表面の材料特性（例えば剛性）を決定することができる。
【００２８】
測定システムは、表面検出器からの表面信号の受取りに応答して各サイクルに対して試料の表面から１つの測定または複数の測定を行うことができる。
【００２９】
システムの主な目的は、試料の測定、または試料の修正（例えばナノリソグラフィ）とすることができる。
【００３０】
任意選択で、測定システムは、カンチレバー上に検知ビームを向けてそれにより反射検知ビームを生成し、反射検知ビームを基準ビームと組み合わせてインタフェログラムを生成し、インタフェログラムから検出信号を生成するように構成された干渉計を備える。１つの実施形態で、干渉計からの検出信号は、試料の表面から測定を行うために測定システムによって使用されるのみならず、プローブチップと試料の表面との相互作用を検出するために表面検出器によっても使用される。あるいは、干渉計からの検出信号は、試料の表面から測定を行うために測定システムによって使用されるが、それはプローブチップと試料の表面との相互作用を検出するために表面検出器によって使用されない。例えば、表面検出器は、プローブチップと試料の表面との相互作用を検出するために光てこベースの角度信号を使用することができる。
【００３１】
表面検出器は、１サイクルにつき複数の表面信号を生成することができるが、より典型的には、制御システムは、表面検出器が１サイクルにつき２つ以上の表面信号を生成しないように、第１の駆動信号および第２の駆動信号を制御するように構成される。
【００３２】
好ましくは、第１の駆動信号の各サイクルは、実質的に同じ期間を有する。
【００３３】
プローブチップは、ただ単一のカンチレバービームだけで支持してもよく、または、例として国際公開第２０１５／１２８４５９号パンフレットで示されるように、複数のカンチレバービームで支持してもよい。
【００３４】
制御システムは、波形発生器などの単一制御ユニットで、または複数の分散型制御ユニットで実施することができる。
【００３５】
一連のサイクルは、連続的な一連のサイクルである−換言すれば、一連のサイクル中の各サイクルは、一連のサイクル中の先行するサイクルの直後に開始する。
【００３６】
好ましくは、一連のサイクル中に表面信号が生成されないサイクルは存在せず、一連のサイクル中に表面信号の受取りに応答して第２の駆動信号が修正されないサイクルは存在しない。
【００３７】
好ましくは、制御システムは、各サイクルに対して第１の駆動装置がただ表面信号の生成後だけカンチレバーの基部およびプローブチップを試料の表面から離れる方向に動かすように、第１の駆動信号を制御するように構成される。
【００３８】
本発明の第３の実施態様は、請求項３１に記載の走査型プローブシステムを提供する。本発明の第３の実施態様で、表面信号の受取りに応答して第２の駆動信号が修正されるまでプローブチップが試料の表面に向かって動くとき、第２の駆動信号は実質的に一定のままである。任意選択で、第２の駆動信号は、プローブチップが試料の表面に向かって動くときわずかに振動して、−例えば、試料の表面に近づき離れるカンチレバーの基部の平行移動の振幅より１０倍以上（または１００倍以上）小さい振幅、および試料の表面に近づき離れるカンチレバーの基部の平行移動の周波数より１０倍以上（または１００倍以上）高い周波数で−プローブチップの小さい振幅の周期的ディザ運動を駆動することができる。この場合、ディザ運動の振幅が相対的に小さいので、プローブチップが試料の表面に向かって動くとき、第２の駆動信号は実質的に一定であるとみなすことができる。同様に、第２の駆動信号は平均の両側に急速に振動していることになるので、プローブチップが試料の表面に向かって動くとき、第２の駆動信号の平均は通常、実質的に一定のままである。
【００３９】
本発明の第４の実施態様は、請求項２８に記載の試料の走査方法を提供する。本発明の第４の実施態様で、検知ビームに対するカンチレバーの角度（以下「角度」と呼ぶ）は、表面信号の受取りに応答して角度が修正されるまでプローブチップが試料の表面に向かって動くとき、実質的に一定のままである。任意選択で、−例えば、試料の表面に近づき離れるカンチレバーの基部の平行移動の振幅より１０倍以上（または１００倍以上）小さい振幅、および試料の表面に近づき離れるカンチレバーの基部の平行移動の周波数より１０倍以上（または１００倍以上）高い周波数での−プローブチップの小さい振幅の周期的ディザ運動に起因して、プローブチップが試料の表面に向かって動くとき角度はわずかに振動し得る。この場合、ディザ運動の振幅が相対的に小さいので、プローブチップが試料の表面に向かって動くとき、角度は実質的に一定であるとみなすことができる。同様に、角度は平均の両側に急速に振動していることになるので、プローブチップが試料の表面に向かって動くとき、角度の平均は実質的に一定のままである。
【００４０】
本発明の第３の実施態様および第４の実施態様は、カンチレバーの角度に基づく較正を不要にし、または干渉計ほど高価でない光てこ表面検出器の使用を可能にするので、有利である。
【００４１】
カンチレバーの形状を変更することは、カンチレバーを曲げること、伸ばすこと、ねじることまたは解捻することを含み得る。第２の駆動装置は、電気的にまたは照射によってカンチレバーを加熱することができ、したがって第２の駆動信号の修正によってカンチレバーの形状を変更することができる。カンチレバーの加熱は表面信号の受取りに応答して増加され得るが、より典型的には、カンチレバーがより弛緩した状態をとるように、カンチレバーの加熱は表面信号の受取りに応答して減少される。
【００４２】
本発明の第１の実施態様および第２の実施態様の好ましい特徴のいずれかを任意選択で第３の実施態様および第４の実施態様にそれぞれ取り入れることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
次に、本発明の実施形態について添付の図面を参照して説明する。
【００４４】
【図１】図１は、走査型プローブ顕微鏡システムを示す。
【図２】図２は、図１のシステム中の検出器の詳細図である。
【図３】図３は、第１の駆動信号および第２の駆動信号ならびにプローブチップの関連軌道を示す。
【図３ａ】図３ａは、表面信号の生成の直前直後のカンチレバーの角度を示すグラフである。
【図４】図４は、プローブが試料の表面内の下向きの段を横断しているところを示す。
【図５】図５は本発明のさらなる実施形態による走査型プローブ顕微鏡システムを示す。
【図６】図６は、図５のシステム中の検出器の詳細図である。
【図７】図７は、本発明のさらなる実施形態による走査型プローブ顕微鏡システムを示す。
【図８】図８は、本発明のさらなる実施形態による走査型プローブ顕微鏡システムを示す。
【図９】図９は、本発明のさらなる実施形態による走査型プローブ顕微鏡システムを示す。
【図１０】図１０は、本発明のさらなる実施形態による第１の駆動信号および第２の駆動信号ならびにプローブチップの関連軌道を示す。
【図１１】図１１は、本発明のさらなる実施形態による第１の駆動信号および第２の駆動信号ならびにプローブチップの関連軌道を示す。
【図１２】図１２は、本発明のさらなる実施形態による第１の駆動信号および第２の駆動信号ならびにプローブチップの関連軌道を示す。
【図１３】図１３は、表面位置信号の生成後の本発明のさらなる実施形態による第１の駆動信号および第２の駆動信号ならびにプローブチップの関連軌道を示す拡大図である。
【図１４】図１４は、表面位置信号の生成後の本発明のさらなる実施形態による第１の駆動信号および第２の駆動信号ならびにプローブチップの関連軌道を示す拡大図である。
【図１５】図１５は、表面位置信号の生成後の本発明のさらなる実施形態による第１の駆動信号および第２の駆動信号ならびにプローブチップの関連軌道を示す拡大図である。
【図１６】図１６Ａ〜Ｇは、単一測定サイクルの間の異なる時刻におけるプローブチップの位置を示す。
【図１７】図１７は、プローブチップが特徴を横断するときサイクル間でのプローブチップの接近角度の変動を示す。
【図１８】図１８は、単一測定サイクルの間のプローブチップの軌道を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明の第１の実施形態による走査型プローブ顕微鏡システムが図１に示される。システムは、第１の駆動装置４ならびにカンチレバー２およびプローブチップ３を備えたプローブを備える。第１の駆動装置４の最下部は、プローブに対する支持を提供し、カンチレバー２は、基部２ａから自由端２ｂまで、第１の駆動装置４から延在する。プローブチップ３は、カンチレバー２の自由端２ｂによって運ばれる。
【００４６】
プローブチップ３は、３次元の、しばしば円錐形またはピラミッド形の構造を備える。チップは、その取調べ中の表面との相互作用の最接近点である点まで先細になる。カンチレバー２は、プローブチップ３を除いて、ビーム（梁）そのものであり、その自由端２ｂでプローブチップ３を支持し、その基部２ａで第１の駆動装置４によって保持される。
【００４７】
プローブは一般に、ケイ素または窒化ケイ素から製造される。通常、カンチレバー２は、長さ約５０〜２００μｍ、幅２０〜５０μｍおよび厚さ約０．２〜２μｍであるが、このサイズはもちろん、用途に従って変えることができる。同様に、形状を変えることができ、通常、矩形または三角形であり、後者の場合、チップが頂点の近傍にある。チップ３は、通常、その基部で５μｍ、高さ３〜１０μｍであり、端部曲率半径が２〜２０ｎｍである。使用中に、チップの終端の尖端点は、試料７に向けられている。あるいは、プローブは、長さ約５〜２０μｍおよび幅３〜１０μｍ程度のカンチレバーでありこれに対応してより小さいチップを備えたカンチレバー、を有してもよい。
【００４８】
第１の駆動装置４は、第１の駆動装置入力５における第１の駆動信号に従ってＺ方向に上下に伸縮する圧電アクチュエータである。下にさらに説明されるように、第１の駆動信号によって、第１の駆動装置４は、一連のサイクルで試料７に近づく方向および離れる方向に繰返しプローブを動かす。第１の駆動信号は、第１の制御装置８によって生成される。通常、第１の駆動装置４は、フレキシャ（不図示）によって機械的に案内される。
【００４９】
干渉計検出器１０は、プローブチップ３の対面側でカンチレバー２の自由端２ｂの高さを検出するように構成される。図１はただ概略的に検出器１０を示すだけであり、図２はより詳細な図を与える。レーザ１０１からの光１００は、ビームスプリッタ１０２によって検知ビーム１０３および基準ビーム１０４に分割される。基準ビーム１０４は、適切に配置された再帰反射器１２０に向けられ、その後逆戻りしてビームスプリッタ１０２に向けられる。再帰反射器１２０は、試料７の垂直（Ｚ）位置に対して固定光路長を提供するように位置合わせされる。ビームスプリッタ１０２は、エネルギー吸収コーティングを有し、入射ビーム１０３と基準ビーム１０４の両方を分割して、９０度の相対位相シフトで第１のインタフェログラムおよび第２のインタフェログラムを作り出す。２つのインタフェログラムは、第１の光検出器１２１および第２の光検出器１２２においてそれぞれ検出される。
【００５０】
理想的には、光検出器１２１、１２２からの出力は、９０度の位相差を持つ相補的な正弦信号および余弦信号である。さらに、それらはＤＣオフセットを有さず、等しい振幅を有し、ただカンチレバーの位置およびレーザ１０１の波長に依存するだけであるべきである。２つの光検出器出力が等しい振幅を持ち直交位相で完全に調和的というわけではないことの結果として生じる誤差に対する補正を決定し適用するために、既知の方法を使用して、光路差を変更すると同時に光検出器１２１、１２２の出力を監視する。同じく、ＤＣオフセットレベルが当技術分野で既知の方法に従って同様に補正される。
【００５１】
これらの光検出器出力は、専用ハードウェア、ＦＰＧＡ、ＤＳＰとしてまたはプログラ
ム式計算機として提供され得る、従来の干渉計リバーシブル干渉縞計数装置および干渉縞細分割装置１２３とともに使用するのに適している。直交位相干渉縞計数装置は、λ／８の精度まで、カンチレバーの位置における変位を測定することが可能である。すなわち、５３２ｎｍの光に対して６６ｎｍまでである。既知の干渉縞細分割技術は、信号の逆正接に基づいて、ナノメートルスケールまたはより小さいスケールまで、精度の改善を可能にする。上述の実施形態で、基準ビーム１０４は、試料７のＺ位置に対して固定光路長を有するように構成される。基準ビーム１０４は、それに応じて、試料７が載せられるステージ（不図示）の表面から、またはその位置がステージの位置とリンクされている再帰反射器から、反射され得る。基準経路長は、プローブから反射されるビーム１０３が従う経路の長さより大きく、または小さくすることができる。あるいは、反射器と試料のＺ位置の関係は、固定されなくてもよい。このような実施形態で、基準ビームは、固定点から反射することができ、固定点は、試料のＺ位置と既知の（しかし変動する）関係を有する。チップの高さは、したがって、干渉計で測定された光路差および固定点に対する試料のＺ位置から導き出される。
【００５２】
干渉計検出器１０は、ホモダインシステムの１つの実施例である。説明される特定のシステムは、この適用例に多くの利点を提示する。２つの直交位相インタフェログラムの使用は、複数の干渉縞にわたる、したがって大きな変位範囲にわたる、カンチレバー変位の測定を可能にする。これらの原理に基づく干渉計の実施例は、米国特許第６６７８０５６号明細書および国際公開第２０１０／０６７１２９号パンフレットに説明されている。光路長における変化を測定可能な代替の干渉計システムを同様に使うことができる。適切なホモダイン偏光干渉計は、欧州特許第１，８９２，７２７号明細書に説明されており、適切なヘテロダイン干渉計は、米国特許第５，１４４，１５０号明細書に説明されている。
【００５３】
図１に戻って、検出器１０の出力は、表面高さ計算器２１および表面検出ユニット２２に入力される、高さ検出線２０上の高さ信号である。表面検出ユニット２２は、プローブチップ３と試料７との相互作用を検出するとき、各サイクルに対して表面検出器出力線２３上に表面信号を生成するように構成される。
【００５４】
カンチレバー２は、第２の駆動装置入力３１を持つ第２の駆動装置３０によって同様に駆動される。この実施形態で、第２の駆動装置３０は、作動ビーム３２でカンチレバーを照射するレーザであり、作動ビーム３２は、カンチレバー２を加熱しカンチレバー２をその長さに沿って下方に曲がらせて、プローブチップ３がカンチレバーの基部２ａに対して下方に動くようにする。好ましくは、窒化ケイ素カンチレバー２は、その上面に金被覆を有する。この金被覆は、作動ビームによって加熱されるとき、窒化ケイ素材料より大きく熱膨張する。したがって、作動ビーム３２の強度の任意の修正によって、カンチレバー２が熱くなりまたは冷たくなり、それにより、第１の駆動装置４に対して下方に曲がりまたは上方に伸びる。
【００５５】
下の説明で、カンチレバー２は、作動ビーム３２がオンにされるとき、試料に向かって下方に曲がり、作動ビーム３２がオフにされてカンチレバーがより弛緩した状態をとるとき、試料から離れて上方に伸びると想定される。しかしながら、反対の構成を展開してもよいこと−すなわち、カンチレバーは、作動ビーム３２がオンにされるとき試料から離れて上方に曲がり、作動ビーム３２がオフにされるとき試料に向かって下方に伸びてもよいこと−が理解されよう。これは、カンチレバーの上面よりむしろカンチレバーの下面に金被覆を配置することによって達成することができる。
【００５６】
第２の駆動装置３０は、第２の駆動装置入力３１における第２の駆動信号に従ってカンチレバー２を動かすように構成される。第２の駆動信号は、第２の制御装置３３によって生成される。下にさらに詳細に説明されるように、波形発生器４０は、表面検出器出力線
２３から表面信号を受け取り、表面信号の受取りに応答して第２の駆動装置入力３１上の第２の駆動信号を修正するように構成され、第２の駆動信号の修正によって、第２の駆動装置３０がプローブを制御する。より具体的には、プローブチップ３がＺ方向に減速し、次いで試料７から離れる方向に後退するように、第１の駆動信号と反対にプローブを駆動する。
【００５７】
波形発生器４０は、試料の走査の間に、図３に示されるように、第１の駆動信号および第２の駆動信号を制御するように構成される。プローブが試料から離れた自由空間にあるとき、第１の駆動信号は、４３で示される無修整の形を有する。無修整の第１の駆動信号４３は、各サイクルが同一な周期的な形を有する。各サイクルは、第１の駆動装置４、カンチレバー２およびプローブチップ３がともに下方に平行移動する接近フェーズ４１と、それらがともに上方に平行移動する後退フェーズ４２とを有する。
【００５８】
図３の最下部に、試料７の表面が段５０とともに示され、表面を横断して走査するプローブチップ３の軌道が示される。時刻ｔ１とｔ２との間に表面信号生成前のチップ接近フェーズが存在し、第１の駆動装置４がカンチレバー２およびプローブチップ３を試料の表面に向かって下方に動かす。ｔ１とｔ２との間のプローブチップ軌道５３の垂直（Ｚ）成分が第１の駆動装置４により駆動されるのに対して、水平（Ｘ）成分は、走査制御装置２６およびアクチュエータ制御装置２７の制御の下で、試料７を運ぶ試料ステージ（不図示）を動かす圧電ＸＹアクチュエータ１１により駆動される。したがって、この実施例で、ＸＹ平面内のプローブと試料との間の相対的水平運動は、プローブの運動よりむしろ試料の運動によって生成される。別の実施形態で、ＸＹ平面内の相対的運動は、その代わりに（試料は静止したままで）プローブの運動によって生成することができる。
【００５９】
第１の駆動装置４がもたらす周期的垂直運動は、１０ｋＨｚのオーダの周波数および２００ｎｍのオーダの振幅を有する。ＸＹアクチュエータ１１がもたらすＸ方向のラスタ走査水平運動は、１〜１００Ｈｚのオーダの周波数および１ミクロンのオーダの振幅を有する。したがって、垂直（Ｚ）運動が支配的であり、図３における軌道のＸ成分およびＺ成分は、原寸に比例しない。
【００６０】
連続的なラスタ走査運動をもたらすよりむしろ、ＸＹアクチュエータ１１はその代わりに、各接近／後退サイクルが（Ｚ方向の運動はあるが、ＸＹアクチュエータがＸまたはＹ方向にもたらす運動はない）静的な場所で行われる、停止およびステップ運動を生成することができる。これは、測定サイクルの間にＸＹ運動が望ましくない、非常に深くかつ狭い構造に対して好ましい場合がある。
【００６１】
ｔ１とｔ２との間の大部分の時間に対して、第１の駆動信号５２は、実質的に一定の所定の割合で変化するので、プローブチップ３は、直線５６によって表示されるように実質的に一定速度で試料の表面に向かって動く。
【００６２】
時刻ｔ２において、表面検出ユニット２２は、プローブチップ３と試料７の表面との相互作用を検出し、表面信号を出力する。表面信号は、次のように動作する共振検出方法によって生成される。波形発生器４０は、カンチレバー２のたわみまたはねじれの共振周波数に同調されている周期的なディザ信号を提供する。このディザ信号は、レーザ３０、または別の光熱作動レーザ（不図示）を調整するために使用される。ディザ信号は、ＭＨｚのオーダの周波数で通常１〜１０ナノメートルの間の振幅の周期運動を励起する、カンチレバー内の周期的光熱応力を引き起こす。周期的ディザ運動の振幅は、図３に５３および５５で表示される、第２の駆動装置入力３１上に第２の駆動信号５９によって生成される非共振運動よりずっと低いことに留意されたい。例として、非共振運動５３、５５は、周期的ディザ運動の振幅より１０〜１０００倍大きい移動距離を有し得る。
【００６３】
上記の例で、ディザ信号は、カンチレバー２のたわみまたはねじれの共振周波数に同調され、周期的共振運動を引き起こすが、代替の実施形態で、ディザ運動が共振しないようにディザ信号は異なる周波数であってもよい。
【００６４】
プローブは、通常は反発力に起因して、チップ３が表面と相互作用するまで表面に向かって前進するが、存在している任意の力の相互作用が原則として使われ得る。結果として、表面検出ユニット２２によって検出され表面検出ユニット２２に表面信号を生成させる、周期的ディザ運動の振幅、位相または周波数の変化が起こる。共振検出のための他の検出方式が当技術分野で知られており、それらの検出方式を適宜実装することができる。例えば、ねじり共振を使い、プローブのねじれ運動を監視することができる。
【００６５】
表面高さ計算器２１、または任意の他の適切な測定システムは、表面信号の生成の時点で干渉計１０の出力に基づいて表面高さを測定する。表面高さの各測定（１サイクルにつき１つ）は、表面信号によってトリガされ、表面高さ計算器２１によってデータ収集ユニット２５に送られる。
【００６６】
時刻ｔ１と時刻ｔ２との間のチップ接近フェーズの間、第２の駆動信号はハイであり、したがって作動ビーム３２はオンであり、カンチレバーは図４の最上部に示されるように曲がった形状をしている。時刻ｔ２における表面信号は、波形発生器４０が第２の駆動装置入力３１上の第２の駆動信号５９を図３に５１で表示されるように修正するためのトリガの役割を果たし、したがって第２の駆動信号がハイからローになる（作動ビーム３２をオフにする）。第２の駆動信号のこの修正によって、カンチレバー２は冷え、プローブチップ３は表面位置６０（図４）から破線で示される後退位置６１まで、試料７から離れる方向に後退する。時刻ｔ２における表面信号の生成直後のこのカンチレバー後退フェーズの間に、カンチレバー２は、図４に示されるようにまっすぐに伸びることによって変形し、一方第１の駆動信号は、カンチレバーの基部２ａを下方に駆動し続けている。したがって第２の駆動信号の修正５１によって、試料７に向かってプローブを下方に駆動し続けている第１の駆動信号と反対に、第２の駆動装置３０はプローブを上方に駆動する。第２の駆動信号５９のこの修正５１によって、プローブチップ３は、急速に減速し次いで試料の表面から離れる方向に急速に後退し、一方第１の駆動装置４は、カンチレバーの基部２ａを試料の表面に向かってゆっくり下方に動かし続ける。
【００６７】
波形発生器４０は、表面信号の受取りに応答して第１の駆動信号を修正するように同様に構成され、第１の駆動信号の修正によって、第１の駆動装置４は、第２の駆動信号の修正に起因する減速よりゆっくりと減速し、次いでカンチレバーの基部を試料から離れる方向に後退させる。修正された第１の駆動信号は、図３に５２で表示される。第１の駆動装置４の最大減速率は、多くの要因−例えば圧電アクチュエータのサイズおよび重量、またはカンチレバーと圧電アクチュエータの最下部との間の接続などのシステムの他の部分−によって限定され得るので、第１の駆動信号５２は、表面信号の受取りに応答して第２の駆動信号５９よりもゆっくりと修正される。第１の駆動信号をゆっくりと修正することにより、制御された運動が保証され、例えば、望ましくない共振の発生が回避される。
【００６８】
時刻ｔ２において、波形発生器４０は、第１の駆動装置入力５上の第１の駆動信号を修正し、したがって第１の駆動信号の変化率が次第に極性を反転させる−換言すれば、第１の駆動装置４がｔ１とｔ３との間の接近フェーズでカンチレバーの基部を下方に試料に向かって駆動することから、時刻ｔ３とｔ５との間の後退フェーズでカンチレバーの基部を上方に試料から離れる方向に駆動することへ反転する。
【００６９】
プローブチップを急速に減速させるために５１で表示されるように時刻ｔ２において急
速に修正される第２の駆動信号と異なり、第１の駆動信号のこの反転は、より緩やかであり、したがって時刻ｔ２と時刻ｔ３との間に、第１の駆動装置４およびカンチレバーの基部２ａがゆっくりと減速し試料表面に向かって動き続ける、オーバシュートフェーズが存在する。上記のカンチレバー後退フェーズで、カンチレバー２は急速にまっすぐに伸びており、したがって、第１の駆動装置４およびカンチレバー２の基部２ａはまだ試料に向かってゆっくりと動いているけれども、まっすぐに伸びることに起因するプローブチップ３の運動が支配的であるため、プローブチップ３の全体的な運動は、図３に５３で表示されるように急速な減速とその後に続く急速な後退である。しかしながら、カンチレバー２が完全にまっすぐに伸びた時点で、その後プローブチップ３の運動は第１の駆動装置４によって制御されるため、時刻ｔ２とｔ３との間のオーバシュートフェーズの残りの部分でプローブチップ３のＺ運動が反転し、したがって図３に５４で表示の通りプローブチップ３が試料の表面に向かって再び下方に動き始める。
【００７０】
オーバシュートフェーズの終わりに時刻ｔ３において、第１の駆動装置４は、このサイクルに対してその最下点に到達し、Ｚ方向に静止している。第１の駆動装置４は、それから、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの支持部後退フェーズで、プローブを上方に試料表面から離れる方向に後退させる。
【００７１】
時刻ｔ３とｔ４との間の後退フェーズの第１の部分の間に、カンチレバー２はまっすぐに伸ばされる。時刻ｔ４において、５７で表示されるように、波形発生器４０は第２の駆動信号をリセットする。第２の駆動信号のリセットによって作動ビーム３２が再びオンになる。これにより、６３で図４に破線で表示されるように、カンチレバー２が再び曲がり、図３に５５で表示されるように、プローブチップ３が試料に向かって急速に動く。第２の駆動信号のこのリセットは、第１の駆動信号の次のサイクルの始まりの前に時刻ｔ４において後退フェーズの間に行われ、または、それは後退フェーズの終わりに時刻ｔ５において行われてもよい。
【００７２】
次のサイクルで、プローブは、試料の表面内の段５０を横断しており、したがって時刻ｔ６においてそのサイクルに対する表面信号が生成されるとき、カンチレバーの基部２ａは、前のサイクルよりもさらに下方に動いている。時刻ｔ７において第２の駆動信号はリセットされる。
【００７３】
図３および図４に示された駆動方法の利点は、表面信号の受取りに応答して時刻ｔ２において第２の駆動信号が修正されるまで（時刻ｔ１と時刻ｔ２との間に）プローブが試料の表面に向かって動くとき、５８で表示されるように、各サイクルに対して第２の駆動信号が実質的に一定のままであることである。これは、表面信号が検出されるとき、カンチレバー２が干渉計検出器１０の検知ビーム１０３に対して既知の角度であることを保証する。換言すれば、表面位置の検出の時点（ｔ２またはｔ６）で、作動ビーム３２はオンであり、カンチレバー２は所定の量だけ下方に曲がっている。したがって、干渉計検出器１０の検知ビーム１０３に対するカンチレバー２の角度は、表面位置の検出の時点で、各サイクルに対して同じである。これは、干渉計検出器１０の出力の補正が必要とされないことを意味するので、有利である。
【００７４】
図３ａは、時刻ｔ２における表面検出の直前直後の検知ビーム１０３に対するカンチレバーの角度を示すグラフである。上記のように、周期的ディザ信号は、レーザ３０、または別の光熱作動レーザ（不図示）からの作動ビーム３２を調整するために使用され、この周期的ディザ信号によって、カンチレバーがＭＨｚのオーダの周波数で通常１〜１０ナノメートルの間の振幅の周期的ディザ運動で振動する。この周期的ディザ運動は、図３ａで見られ、それは自由空間で完全な振幅での周期的ディザ運動の３つのサイクル７０を示し、それから試料との相互作用によって、表面が時刻ｔ２において検出されカンチレバーが
１００ｎｍのオーダの移動距離で急速にまっすぐに伸びるまで、２つのさらなるサイクル７１のうちに振幅が減少する。まっすぐに伸びたカンチレバーは、それから、いくつかのサイクル７２、すなわち、品質係数（Ｑ値）に依存することになるリンギングを経て、１〜１０ｎｍの定常状態振幅に戻る。まっすぐに伸びたカンチレバーは、それから、７３で表示される１〜１０ｎｍの完全な自由空間振幅で示されるように振動し続ける。
【００７５】
プローブの正確な軌道は、試料の相互作用の性質および接近の速度などの、多くの要因に依存することになる。相互作用は、７１で図３ａに示されているよりも多いまたは少ないサイクルにわたって起こり得る。プローブの弛緩に関連したとき定数が同様に存在することになる。
【００７６】
プローブチップの小さい振幅の周期的ディザ運動に起因して、プローブチップが試料の表面に向かって動くとき、角度は７０で示されるようにわずかに振動する。しかしながら、図３ａに示されるディザ運動の振幅は、試料の表面に近づき離れるカンチレバーの基部の平行移動の振幅と比較して非常に小さいので、プローブチップが試料の表面に向かって動くとき、角度は実質的に一定であるとみなすことができる。図３は、第１の駆動信号５２によって駆動される、試料の表面に近づき離れるカンチレバーの基部のこの平行移動を表示する破線８０を含む。この運動の振幅は、第１のサイクルに対してＡ１とラベル付けされ、最後のサイクルに対してＡ２とラベル付けされる。振幅Ａ１、Ａ２は、通常５００〜１０００ｎｍのオーダであり、したがって図３ａに示されるディザ運動の１〜１０ｎｍ振幅よりずっと大きい。同じく、図３に５３で表示される、時刻ｔ２におけるプローブチップの後退は、１００ｎｍのオーダであり、したがって同様に、図３ａに示されるディザ運動の１〜１０ｎｍ振幅よりずっと大きい。
【００７７】
プローブチップおよびカンチレバーの基部が試料の表面に向かってともに平行移動するとき、検知ビームに対するカンチレバーの平均角度７３は、実質的に一定のままである。なぜならば、角度は、図３ａに示されるように平均７３の両側に急速に、すなわちＭＨｚのオーダの周波数で、振動しており、これは、試料の表面に近づき離れるカンチレバーの基部の平行移動の周波数（１０ｋＨｚのオーダ）よりずっと高いためである。同じことが第２の駆動信号５９に当てはまる。すなわち、波形発生器４０は、プローブチップおよびカンチレバーの基部が試料の表面に向かってともに平行移動するとき第２の駆動信号の平均が実質的に一定のままであるように、第２の駆動信号５９を制御するように構成される。
【００７８】
時刻ｔ２およびｔ６における表面信号の受取りに応答して、検知ビーム１０３に対するカンチレバーの角度が変化するようにカンチレバーの形状が変更される。上記の実施例で、カンチレバーの加熱は、作動ビーム３２をオフにすることによって、表面信号の受取りに応答して減少される。これにより、カンチレバーは、（この場合、まっすぐに伸びることによって）より弛緩した状態をとる。代替の実施形態で、カンチレバーの加熱はその代わりに、表面信号の受取りに応答して増加されてもよい。換言すれば、作動ビーム３２は、時刻ｔ２およびｔ６で、オフにするよりむしろ、オンにすることができる。
【００７９】
図１および図２の実施形態で、干渉計からの高さ信号は、試料の表面から測定を行うために表面高さ計算器２１によって使用されるのみならず、プローブチップと試料の表面との相互作用を検出するために表面検出ユニット２２によっても使用される。図５および図６のさらなる実施形態で、干渉計からの高さ信号は、試料の表面から測定を行うために表面高さ計算器２１によって使用されるが、それはプローブチップと試料の表面との相互作用を検出するために表面検出ユニットによって使用されない。むしろ、表面検出は、プローブチップと試料の表面との相互作用を検出するために光てこベースの角度信号１２４を使用する。換言すれば、光てこベースの角度信号１２４は、干渉計ベースの高さ信号２０
よりむしろ、表面位置を検出するために使用される。この場合、カンチレバーからの反射ビームは、ビームスプリッタ１０６により第１の成分１０７および第２の成分１１０に分割される。第１の成分１０７は、レンズ１０９を介して分割型フォトダイオード１０８に向けられ、第２の成分１１０は、ビームスプリッタ１０２によって分割され、出力線２０上の高さ信号の生成のためにフォトダイオード１２１、１２２に向けられる。
【００８０】
図５および図６の実施形態は、任意選択で、図１に関連して上述した共振検出方法よりむしろ、表面信号を生成するためにＤＣ閾値検出方法を使用することができる。ディザ信号が波形発生器４０によって印加されず、その代わりに分割型フォトダイオード１０８を使用して、表面検出ユニット２２に入力される角度信号１２４を提供する。分割型フォトダイオード１０８は、いくつかのセグメント（通常４つ）に分割されている。カンチレバー２の角度が変化する場合、フォトダイオード１０８上の反射ビームの位置が同様に変化する。したがって、分割型フォトダイオード１０８のセグメントの相対的出力は、検知ビーム１０３に対するカンチレバーの角度の指標となる。これは、出力線１２４上に角度信号として出力される。
【００８１】
上記のように、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の接近フェーズの間にカンチレバー２の角度は実質的に一定である。時刻ｔ２において、プローブチップ３は試料７の表面と相互作用し、それによりカンチレバー２が上方に曲がる。（出力線１２４上の角度信号で測定される）カンチレバー２の角度が事前設定ＤＣ閾値より多く変化するとき、表面検出ユニット２２は表面信号を生成する。
【００８２】
図７は、本発明のさらなる実施形態による走査型プローブ顕微鏡システムを示す。図７の要素の多くは、図１、図２、図５および図６に等価物を有し、等価な構成要素を表示するために同じ参照番号が使用される。
【００８３】
図６の検出器１０ａは、干渉法によりプローブの高さを検出するための１対のフォトダイオード１２１、１２２、および光てこを用いてプローブの角度を検出するための分割型フォトダイオード１０８を内蔵する。図７の実施形態で、検出器１０ａは、ただ光てこを用いてプローブの角度を検出するだけの検出器２００で置き換えられる。したがって、検出器２００は、検知ビーム２０１をカンチレバー上に向けるレーザからなり、反射ビーム２０２は、上述の分割型フォトダイオード１０８と同様のやり方で動作する分割型フォトダイオード２０３上に当たる。
【００８４】
検出器２００から出力される角度信号は、前述の共振検出方法または前述のＤＣ閾値検出方法のいずれかを使用して表面位置信号を生成する、表面検出ユニット２２に送り込まれる。
【００８５】
前の実施形態の場合、表面高さ計算器２１は、表面信号の生成の時点で干渉計から出力される高さ信号２０に基づいて表面高さを測定する。図７の場合、表面高さ計算器２１は、その代わりに、第１の駆動装置４の圧電動作に基づいて表面高さを測定する。すなわち、表面高さ計算器２１は、表面信号の生成の時点で第１の駆動装置入力５における第１の駆動信号の値に基づいて各サイクルに対して表面高さを測定する。あるいは、第１の駆動装置４上にその伸長を測定する、ひずみゲージなどの、センサが存在してもよい。このセンサを使用して、第１の駆動装置４を制御し、同様に表面高さの決定のために第１の駆動装置４の位置／伸長の測定を提供することができる。ひずみゲージセンサからの信号は、（したがって両矢印として示される）線路５に出力し、次いで高さ計算器２１に伝えることができる。
【００８６】
図７の実施形態は、干渉計ベースの検出システムを不要にすることにより複雑度を減少
させるので、特に好ましいことに留意されたい。重要なことに、カンチレバーの角度は、接近フェーズの間に変化せず、したがって、光てこベースの検出器２００により測定される、表面検出点における試料に起因するその角度の変化は、表面位置信号を生成するために使用することができる。
【００８７】
図８は、本発明のさらなる実施形態による走査型プローブ顕微鏡システムを示す。図８の要素の多くは、先ほど説明した等価な構成要素を有し、等価な構成要素を表示するために同じ参照番号が使用される。
【００８８】
前の実施形態で、第２の駆動装置３０は、作動ビーム３２を用いて光熱的にプローブを駆動する。図８の場合、第２の駆動装置は、その代わりに第２の圧電アクチュエータ３００である。第２の圧電アクチュエータ３００の最下部は、プローブに対する支持を提供し、カンチレバー２は、第２の圧電アクチュエータ３００から延在する。第２の圧電アクチュエータ３００は、今度は第１の圧電アクチュエータ４により支持される。したがって、図８における第１の圧電アクチュエータ４および第２の圧電アクチュエータ３００は、入れ子構成を有する−第１のアクチュエータ４は、第２のアクチュエータ３００とプローブの両方を動かす。第２のアクチュエータ３００は、第１のアクチュエータ４より小さく、したがってより高い周波数で動作することが可能である。反対に、第１のアクチュエータ４は、第２のアクチュエータ３００より大きく、したがってより大きな移動距離にわたって動くことが可能である。
【００８９】
図８のシステムは、前の実施形態と同様の方式で動作する−第２のアクチュエータ３００は、第２の駆動装置３０と同じ機能を提供する。
【００９０】
図９は、本発明のさらなる実施形態による走査型プローブ顕微鏡システムを示す。図９の要素の多くは、先ほど説明した等価な構成要素を有し、等価な構成要素を表示するために同じ参照番号が使用される。
【００９１】
前の実施形態で、第１の駆動装置４は、プローブに対する支持を提供しプローブ２、３をＺ方向に上下に平行移動する、圧電駆動装置である。図９の実施形態で、圧電アクチュエータ４は、光熱駆動装置４００で置き換えられる。光熱駆動装置４００は、作動ビーム４０１でカンチレバーを照射するレーザであり、作動ビーム４０１は、カンチレバー２を加熱しカンチレバー２をその長さに沿って下方に曲がらせる。
【００９２】
光熱駆動装置３０からの作動ビーム３２は、光熱駆動装置４００からの作動ビーム４０１よりも、カンチレバーの基部２ａからさらに遠くでカンチレバーを照射する。カンチレバー２は、したがって、作動ビーム４０１によるよりも作動ビーム３２によって、より高い周波数で駆動することが可能である。反対に、光熱駆動装置４００からの作動ビーム４０１は、光熱駆動装置３０からの作動ビーム３２よりも、カンチレバーの基部２ａのより近くでカンチレバーを照射する。プローブチップ３は、したがって、作動ビーム３２によるよりも作動ビーム４０１によって、より大きな移動距離にわたって駆動することが可能である。
【００９３】
任意選択で、カンチレバー２は、その自由端よりもその基部２ａに向かってより広く、したがって、ビーム４０１による照射点におけるカンチレバー２の幅は、ビーム３２による照射点におけるカンチレバーの幅幅よりも大きい。カンチレバーに対する適切な形状の実施例は、例えば、米国特許出願公開第２０１５／００２０２４４号明細書の図８で与えられる。
【００９４】
図９のシステムは、前の実施形態と同様の方式で動作する−光熱駆動装置４００は、圧
電型の第１のアクチュエータ４と同じ機能を提供する。
【００９５】
図１０は、試料の走査の間に第１の駆動信号および第２の駆動信号を制御する波形発生器４０のための代替の方法を示す。第１の駆動信号５２は、カンチレバーの基部２ａを関連付けられた第１の移動距離（ｄ１＋ｄ２）にわたって移動させる、各サイクルに対する電圧変化（ｖ１＋ｖ２）を印加する。同じく、第２の駆動信号５９は、プローブチップ３を関連付けられた第２の移動距離（ｄ３＋ｄ４）にわたって上下に移動させる、各サイクルに対する強度変化（ｉ１＋ｉ２）を加える。第２の移動距離（ｄ３＋ｄ４）は、各サイクルに対して第１の移動距離（ｄ１＋ｄ２）より小さい。段５０ａの後、第１の駆動装置がもたらす第１の移動距離（ｄ１＋ｄ２）は減少するが、第２の駆動装置がもたらす第２の移動距離（ｄ３＋ｄ４）よりも大きいままである。
【００９６】
図３で、第１の駆動信号は、先行する後退フェーズの終わりにすぐ次の接近フェーズを開始するので、第２のサイクルの期間Ｐ２は、第１のサイクルの期間Ｐ１よりも長い。図１０では、各後退フェーズの終わりに第１の駆動信号に対するホールドフェーズが存在し、各ホールドフェーズの長さは、各サイクルの期間Ｐが同じであるように制御される。
【００９７】
図１１は、試料の走査の間に第１の駆動信号および第２の駆動信号を制御する波形発生器４０のための代替の方法を示す。電圧変化（ｖ１＋ｖ２）および関連付けられた第１の移動距離（ｄ１＋ｄ２）は、段５０ａにおいて１つのサイクルに対して減少し、次いで次のサイクルに対して事前設定値にすぐに戻る。
【００９８】
図１２は、試料の走査の間に第１の駆動信号および第２の駆動信号を制御する波形発生器４０のための代替の方法を示す。電圧変化（ｖ１＋ｖ２）および関連付けられた第１の移動距離（ｄ１＋ｄ２）は、段５０ａにおいて減少し、（この場合およそ４サイクルのうちに）より緩やかに事前設定値に戻る。
【００９９】
図１３は、時刻ｔ２およびｔ３における第１の駆動信号５２および第２の駆動信号５９を示す拡大図である。時刻ｔ２において、作動ビーム３２はオフになるので、プローブチップは、５３で表示されるように、Ｚ方向に静止するまで急速に減速し次いですぐに後退する。あるいは、第２の駆動装置３０は、減速した後プローブをすぐに後退させない場合があり、その代わりにそれは、測定フェーズの間に試料に関する情報（例えばその材料剛性）を測定するために第１の駆動装置および第２の駆動装置によってプローブチップにもたらされる複合運動を制御する場合がある。図１４および図１５は、波形発生器４０がこの測定フェーズの間に第１の駆動信号および第２の駆動信号をどのように制御し得るかについての実施例を与える。図１４で、第２の駆動信号５９は、第１の駆動信号５２がもたらす運動を的確に相殺するようにプローブを制御し、したがってプローブチップの合成的な複合運動は、プローブチップ軌道で水平線５１ａによって表示されるようにプローブチップの高さが時刻ｔ２と時刻ｔｎとの間で一定に保持される、測定フェーズである。このような一定の静止位置は、試料の表面との一定の相互作用を提供することになり、測定フェーズの間に複数の高さ測定（または他の試料相互作用測定）を行うことを可能にする。これらの複数の測定はそれから、信号対雑音比を改善するために平均することができる。
【０１００】
図１５で、第２の駆動信号５９は、プローブチップが急速に減速するようにプローブを駆動するが、それからプローブチップを後退させるまたは保持する代わりに、第２の駆動信号５９は、プローブチップ軌道で下方に傾斜している直線５１ｂによって表示されるように、より低速でではあるが、測定の間にプローブチップを下方に動き続けさせる。この実施例で、第１の駆動信号４２と組み合わされる、第２の駆動信号５９は、測定フェーズの間に試料の表面によって反応するプローブチップに一定の下方への力を加える。この下方への力は、正確に制御され、結果として生じる測定フェーズの間のプローブチップの軌
道は、試料の剛性に依存することになる。したがって、例として、試料の表面が特に堅い場合、プローブチップはより浅い軌道５１ｃに従うことになる。したがって、測定フェーズ中の軌道５１ｂ、５１ｃのプロファイルは、試料の剛性を決定するために分析することができる。あるいは、既知の下方への力の適用を使用してナノリソグラフィのために試料を修正することができる。
【０１０１】
上述の本発明の実施形態で、第１の駆動装置および第２の駆動装置は、両方とも試料７の表面に直交するＺ（高さ）方向とほぼ整列している駆動軸に沿って、それぞれ第１の駆動力および第２の駆動力を生成する。したがって、これらの実施形態では、第２の駆動信号の修正によって、第２の駆動装置が第１の駆動信号と正反対にプローブを駆動する。換言すれば、表面位置が検出されるとき、第１の駆動装置がプローブを下方（−Ｚ）に駆動し続ける第１の駆動力を生成すると同時に、第２の駆動装置がプローブを上方（＋Ｚ）に駆動する第２の駆動力を生成する。しかしながら、本発明は、ベクトル・アプローチ・プロービング方法が適用され駆動力が必ずしも平行ではない、Gaoliang Daiらによる"Development of a 3D-AFM for true 3D measurements of nanostructures", 2011 Meas. Sci. Technol. 22 094009 doi:10.1088/0957-0233/22/9/094009に説明されるタイプの方法で同様に実装することができる。
【０１０２】
図１６〜図１８は、このようなベクトル・アプローチ・プロービング方法の実施例を与える。図１６Ａ〜Ｇは、微細加工構造５０２の側壁などの、急勾配の垂直成分を持つ特徴５０１を探査する単一測定サイクルの間のプローブチップの位置の連続を示す。図１７は、そのサイクルの間のプローブチップの軌道を示し、図１６Ａ〜Ｇと一致する文字Ａ〜Ｇでラベル付けされる。図１６Ａで、プローブチップは、図１７で位置Ａにあり、側壁５０２の測定をするために接近フェーズを始める準備ができている。図１６Ｂで、プローブチップは、第１の駆動装置によって駆動されて側壁５０２に接近している。図１６Ｃで、プローブチップは、表面位置にあり、表面信号が生成される。プローブチップが軌道５０３に沿って図１６Ｅの位置まで急速に後退するように、第２の駆動信号はこの時点で修正される。ＥとＦとの間で、プローブチップは、短いオーバシュートフェーズ５０４のために再び側壁に接近する。Ｆにおいて、プローブチップは、静止しており、その接近フェーズの終わりにある。ＦとＧとの間で、プローブチップは、次のサイクルのために準備ができて後退する。図１８は、特徴の全面にわたる一連のサイクルの間のプローブチップの接近軌道を表示する。
【０１０３】
プローブチップの（ＡとＣとの間の）直線接近軌道および（ＦとＧとの間の）直線後退軌道は、ＸＺ平面内の任意の方向にカンチレバーの基部を駆動することができる、ＸＺ圧電アクチュエータなどの第１の駆動装置によって駆動される。
【０１０４】
Ｃ、ＤおよびＥ間の急速な後退は、第２の駆動装置によって駆動される。第２の駆動装置は、例えば、カンチレバーをその長さに沿ってねじれさせ図１６に示されるようにプローブチップを傾かせる、ねじり力を生成するように片側にカンチレバーを照射するレーザとすることができる（カンチレバーは図１６の平面からＹ方向に延在することに留意されたい）。このようなねじり駆動力を生成する適切な方法の実施例は、国際公開第２０１５／１２８４５９号パンフレットに説明されており、その内容は参照により本明細書に援用される。
【０１０５】
あるいは、図１６〜図１８の実施形態のための第１の駆動装置および第２の駆動装置は、図８と同様の入れ子となった圧電アクチュエータであってもよい。
【０１０６】
この実施例で、第１の駆動装置によって生成される第１の駆動力の駆動軸は、先ほどの実施形態のように試料の表面に常に直交するよりむしろ、図１８に示されるようにサイク
ルごとに変動する。同様に、第２の駆動装置は、プローブチップを平行移動させるよりむしろプローブチップを傾けるので、第１の駆動装置の駆動軸と実質的に平行な駆動軸に沿って第１の駆動装置と正反対にプローブを駆動するよりむしろ、第２の駆動信号の修正によって、第２の駆動装置は、第１の駆動力にただ部分的に反対の第２の駆動力を生成して、プローブチップが減速し次いで曲線状の軌道５０３に従うようにすることが図１６からわかる。
【０１０７】
上述の方法のすべてで、第１の駆動装置４、４００は、一連のサイクルで、試料の表面に近づく方向および離れる方向に繰返しカンチレバーの基部を駆動する。一連のサイクルは、連続的な一連のサイクルである−換言すれば、一連のサイクル中の各サイクルは、一連のサイクル中の先行するサイクルの直後に開始する。第１の駆動信号５２の各サイクルに対して、第１の駆動装置４、４００がカンチレバーの基部およびプローブチップを試料の表面に向かって動かす、表面信号の生成前の接近フェーズ、ならびに第１の駆動装置４、４００がカンチレバーの基部およびプローブチップを試料の表面から離れる方向に動かす、表面信号の生成後の後退フェーズが存在する。図１０および図１１の場合、各サイクルは、後退フェーズの終わりにホールドフェーズを同様に有する。
【０１０８】
各サイクルに対して、第１の駆動装置４、４００は、ただ表面信号の生成後だけ、カンチレバーの基部およびプローブチップを試料の表面から離れる方向に動かす。換言すれば、各サイクルに対して、第１の駆動信号５２は、表面信号の生成前には、カンチレバーの基部およびプローブチップを試料の表面から離れる方向に動かさない。
【０１０９】
表面検出器２２は、プローブチップと試料の表面との相互作用を検出するとき、一連のサイクル中の各サイクルに対して表面信号を生成するように構成される。換言すれば、一連のサイクル中に表面信号が生成されないサイクルは存在せず、したがって、一連のサイクル中に表面信号の受取りに応答して第２の駆動信号が修正されないサイクルは存在しない。これは、各サイクルが第２の駆動信号５９の修正を含む、連続的な一連の４個のサイクルを各々示す図１０および図１１から、ならびに同様に、各サイクルが第２の駆動信号５９の修正を含む、一連の７個のサイクルを示す図１２から、明らかである。
【０１１０】
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上述されたが、添付の特許請求の範囲に記述された本発明の適用範囲から逸脱することなくさまざまな変更または修正がなされ得ることは、理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３ａ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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