(57)【要約】【課題】  個々のカンチレバー１３ごとに最適な撓み量増幅率（Ｗ）を設定することができる走査型プローブ顕微鏡を提供する。【解決手段】  カンチレバー１３の撓みを検出して、撓み量信号Ｓ１として出力する撓み量検出部３１と、撓み量信号Ｓ１を撓み量増幅率Ｗで増幅して撓み量増幅信号Ｓ２として出力する撓み量信号増幅部３２と、撓み量増幅信号Ｓ２に基づいてフィードバック信号Ｓ３を生成するフィードバック信号生成部３３と、試料の高さ方向の測定範囲を決定する測定範囲増幅率Ｈが設定され、フィードバック信号Ｓ３をこの測定範囲増幅率Ｈで増幅して高さ制御信号Ｓ４を出力する測定範囲設定部３４と、高さ制御信号Ｓ４に基づいて試料とプローブとの距離を制御する距離制御部３５とを備え、カンチレバー１３に撓みを与え、このときに出力される撓み量増幅信号Ｓ２に基づいて撓み量増幅率Ｗを調整する。【選択図】図１
2005257502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カンチレバーに取り付けられたプローブを試料に近接させることにより生じるカンチレバーの撓みを検出して、撓み量信号として出力する撓み量検出部と、撓み量信号を撓み量増幅率で増幅して撓み量増幅信号として出力する撓み量信号増幅部と、撓み量増幅信号に基づいてフィードバック信号を生成するフィードバック信号生成部と、試料の高さ方向の測定範囲を決定する測定範囲増幅率が設定され、フィードバック信号をこの測定範囲増幅率で増幅して高さ制御信号を出力する測定範囲設定部と、高さ制御信号に基づいて試料とプローブとの距離を制御する距離制御部とを備えた走査型プローブ顕微鏡において、
カンチレバーに撓みを与えるとともに、与えた撓みに応答して出力される撓み量増幅信号に基づいて撓み量増幅率を調整する撓み量増幅率調整部を設けたことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
撓み量増幅率調整部は、測定範囲設定部に対してプローブと試料との距離を変化させるためのダミー信号を出力し、撓み量検出部は、ダミー信号に基づいて試料とプローブとの距離が変化した後のカンチレバーの撓みを検出し、撓み量増幅率調整部が、このときに出力される撓み量増幅信号に基づいて撓み量増幅率を調整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】
撓み量増幅率調整部は、ダミー信号として、測定範囲設定部に対して制御可能な最小単位の制御信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項４】
測定範囲設定部は、複数の測定範囲増幅率が設定可能に構成され、撓み量信号増幅部は、各測定範囲増幅率に対して撓み量増幅率調整部により調整された撓み量増幅率を記憶する記憶部を有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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などの走査型プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）に代表される走査型プローブ顕微鏡では、プローブと試料との間に働く作用力を検出して、試料表面の形状を観察することができる。
図５は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の概略構成を説明する模式図である。この原子間力顕微鏡は、ステージ１１、チューブスキャナ１２、カンチレバー１３、プローブ１４、レーザ光源１５、レンズ１６、ミラー１７、ビームスプリッタ１８、検出器１９、対物レンズ２０とから構成される。
【０００３】
ステージ１１上には、表面観察の対象となる試料Ｓが載せられる。ステージ１１は、チューブスキャナ１２にて、試料Ｓの高さ方向であるＺ方向、および、試料表面に沿った方向であるＸＹ方向に駆動され、試料ＳをＸＹＺ方向に移動する。
【０００４】
カンチレバー１３は、その自由端にプローブ１４が取り付けられており、プローブ１４が試料Ｓの表面に近接するようにすることで、試料Ｓとプローブ１４との間に原子間力（引力または斥力）が作用するようになっている。この原子間力によりカンチレバー１３は撓むようになる。
【０００５】
一方、レーザ光源１５から出射されるレーザ光は、レンズ１６、ミラー１７、ビームスプリッタ１８により光路が調整されて、カンチレバー１３の背面側に照射される。そして、カンチレバー１３で反射されたレーザ光は検出器１９に導かれる。このとき、光てこの原理により、カンチレバー１３の撓み量に応じて、レーザ光の検出器１９への入射位置が変位するので、この変位量から撓み量を検出することができる。
【０００６】
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）では、一般に、撓み量が一定となるように、フィードバック制御が行われる（例えば特許文献１参照）。すなわち、検出器１９で検出されるカンチレバー１３の撓み量が一定となるように、試料Ｓとプローブ１４との距離を一定に保つフィードバック制御が行われる。
具体的には、チューブスキャナ１２により、試料のＺ方向位置を制御して、試料Ｓとプローブ１４との間の距離を一定にしながら、試料表面方向（ＸＹ方向）に走査する。このときのチューブスキャナ１２のＺ方向位置の制御信号（高さ制御信号）は、試料表面の凹凸形状を反映することになるので、高さ制御信号を用いて試料表面を表すことができる。
【０００７】
図４は、従来の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の制御系を説明するブロック構成図である。この原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の制御系は、カンチレバー１３の撓み量を検出して、撓み量信号Ｓ１を出力する撓み量検出部３１と、撓み量信号Ｓ１を増幅して撓み量増幅信号Ｓ２として出力する撓み量信号増幅部３２と、撓み量増幅信号Ｓ２に基づいてフィードバック信号Ｓ３を生成するフィードバック信号生成部３３と、フィードバック信号Ｓ３を測定範囲増幅率（Ｈ）で増幅して高さ制御信号Ｓ４を出力する測定範囲設定部３４と、高さ制御信号Ｓ４に基づいて試料Ｓとプローブ１４との距離を制御する距離制御部３５とからなる。
なお、図５との関係を説明すると、撓み量検出部３１は、図５のレンズ１６、ミラー１７、ビームスプリッタ１８、検出器１９で構成される撓み量検出光学系に対応する。また、位置制御部３５は、図５のステージ１１、チューブスキャナ１２からなる走査駆動系に対応する。
【０００８】
この原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて試料Ｓを観察する場合の動作について説明する。
最初に、ユーザは試料の高さ方向（Ｚ方向）の測定範囲を決定し、測定範囲設定部３４に対して、測定範囲増幅率（Ｈ）として設定する。一般に、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）では、複数の測定範囲増幅率（Ｈ）が設定できるようにしてあり、ユーザが選択できるようにしてある。
この測定範囲増幅率（Ｈ）を大きな値に設定すると、フィードバック信号生成部３から送られてくるフィードバック制御信号Ｓ３を大きく増幅した高さ制御信号Ｓ４が出力されることになり、距離制御部３５は高さ方向（Ｚ方向）に大きく変化することになり、測定範囲は広がる。しかし、その一方で、測定範囲が広がった分だけＺ方向の制御可能な最小単位が大きくなり、分解能が下がることになる。
【０００９】
逆に、この測定範囲増幅率（Ｈ）を小さな値に設定することで、フィードバック制御信号Ｓ３を小さく増幅した高さ制御信号Ｓ４が出力されることとなり、距離制御部３５のＺ方向への移動は小さくなり、測定範囲が狭くなる。その一方で、測定範囲が狭くなった分だけＺ方向の制御可能な最小単位が小さくなり、分解能が上がることになる。
したがって、ユーザが測定範囲増幅率（Ｈ）の設定値を選択することで、広い測定範囲で測定するか、分解能を上げて測定するかを選択する。
【００１０】
続いて、プローブ１４を試料Ｓに近接させる。これにより、試料Ｓとプローブ１４との間に原子間力が働き、カンチレバー１３が撓む。
カンチレバー１３の撓みは、撓み量検出部３１（図５の検出器１９）により検出され、撓み量信号Ｓ１が出力される。この撓み量信号Ｓ１は、撓み量信号増幅部３２に送られる。
撓み量信号増幅部３２では、撓み量信号Ｓ１を増幅する撓み量増幅率（Ｗ）が、上述した測定範囲設定部３４の測定範囲増幅率（Ｈ）に依存するようにして設定してある。そして撓み量信号Ｓ１が、撓み量増幅率（Ｗ）で増幅され、撓み量増幅信号Ｓ２として出力される。
【００１１】
撓み量増幅信号Ｓ２は、フィードバック信号生成部３３に送られ、プローブ１４と試料Ｓとの間に作用する力が一定となるように、すなわちカンチレバー１３の撓み量が一定となるようにＰＩＤ制御信号あるいはＰＩ制御信号が生成され、フィードバック制御信号Ｓ３として出力される。なお、ＰＩＤ制御信号やＰＩ制御信号は、周知の演算による。
【００１２】
フィードバック信号生成部３３から出力されたフィードバック信号Ｓ３は、上述したように測定範囲設定部３４に送られ、ユーザが設定した測定範囲増幅率（Ｈ）で増幅されて高さ制御信号Ｓ４として出力される。
さらに、高さ制御信号Ｓ４は、距離制御部３５に送られ、プローブ１４と試料Ｓとの間の距離を変化させ、常にカンチレバー１３の撓み量が一定になるように制御される。
【００１３】
このとき、高さ制御信号Ｓ４は、試料表面の凹凸情報を表しているので、これをＣＲＴ３６に送って画像化することにより試料の表面形状を表示することができる。
【特許文献１】特開平１０−２８２１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来の走査型プローブ顕微鏡では、撓み量信号増幅部３２の撓み量増幅率（Ｗ）は、測定範囲設定部３４の測定範囲増幅率（Ｈ）のみに依存するように設定してある。
すなわち、大きな測定範囲増幅率（Ｈ）を設定し、測定範囲を広くした場合は、カンチレバー１３の撓みが大きく変化するため、撓み量検出部３１から出力される撓み量信号Ｓ１の変動も大きくなる。そのため、撓み量信号増幅部３２の撓み量増幅率（Ｗ）は、撓み量増幅信号Ｓ２が過大とならないように、小さな値に設定される。
一方、小さな測定範囲増幅率（Ｈ）を設定し、測定範囲を狭くした場合は、逆にカンチレバー１３の撓みの変化が小さくなるため、撓み量検出部３１から出力される撓み量信号Ｓ１の変動も小さいものとなる。そのため、撓み量信号増幅部３２の撓み量増幅率（Ｗ）は、撓み量増幅信号Ｓ２が過小とならないように、大きな値に設定される。
【００１５】
しかしながら、カンチレバー１３の実際の撓み量は、ユーザが設定する測定範囲に依存するだけではなく、カンチレバー１３自体の撓みやすさにも依存する。
そのため、撓み量増幅率（Ｗ）を、単に測定範囲のみに依存して決定すると、撓みにくいカンチレバー１３を用いた場合には、微細な撓みを検出できない場合がある。また、撓みやすいカンチレバー１３を用いた場合には、撓み量信号Ｓ１、さらに、これを増幅した撓み量増幅信号Ｓ２が過大になるので、撓み量増幅信号Ｓ２を元にして生成されるフィードバック信号Ｓ３が飽和してしまう場合がある。
【００１６】
また、カンチレバー１３の撓みやすさは、同じ規格のカンチレバー１３であっても個々のカンチレバー１３によって撓みやすさのばらつきが大きく、たとえ、同じ規格のカンチレバー１３に交換したとしても、個体差により、カンチレバー１３を交換するごとに撓みやすさが異なる。
【００１７】
そこで、本発明は、単に、測定範囲に依存して定めた撓み量信号増幅部３２の撓み量増幅率（Ｗ）ではなく、個々のカンチレバー自体の撓みやすさも加味した撓み量増幅率（Ｗ）を用いる走査型プローブ顕微鏡を提供することを目的とする。
また、本発明は、個々のカンチレバー１３ごとに最適な撓み量増幅率（Ｗ）が設定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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するためになされた本発明の走査型プローブ顕微鏡は、使用するカンチレバーごとに、撓み量増幅率の調整を行う。撓み量増幅率の調整の際は、カンチレバーに撓みを与えて撓み量を検出し、検出した撓み量からカンチレバーの撓みやすさを求める。これにより、当初は測定範囲に対応して設定していた撓み量増幅率を、カンチレバーの撓みやすさに基づいて調整し、調整後の撓み量増幅率を新しい撓み量増幅率として決定するものである。
【００１９】
すなわち、第１の発明は、カンチレバーに取り付けられたプローブを試料に近接させることにより生じるカンチレバーの撓みを検出して、撓み量信号として出力する撓み量検出部と、撓み量信号を撓み量増幅率で増幅して撓み量増幅信号として出力する撓み量信号増幅部と、撓み量増幅信号に基づいてフィードバック信号を生成するフィードバック信号生成部と、試料の高さ方向の測定範囲を決定する測定範囲増幅率が設定され、フィードバック信号をこの測定範囲増幅率で増幅して高さ制御信号を出力する測定範囲設定部と、高さ制御信号に基づいて試料とプローブとの距離を制御する距離制御部とを備えた走査型プローブ顕微鏡において、カンチレバーに撓みを与えるとともに、与えた撓みに応答して出力される撓み量増幅信号に基づいて撓み量増幅率を調整する撓み量増幅率調整部を設けるようにしている。
【００２０】
また、第２の発明では、撓み量増幅率調整部は、測定範囲設定部に対してプローブと試料との距離を変化させるためのダミー信号を出力し、撓み量検出部は、ダミー信号に基づいて試料とプローブとの距離が変化した後のカンチレバーの撓みを検出し、撓み量増幅率調整部が、このときに出力される撓み量増幅信号に基づいて撓み量増幅率を調整するようにしている。
【００２１】
また、弟３の発明では、撓み量増幅率調整部は、ダミー信号として、測定範囲設定部に対して制御可能な最小単位の制御信号を出力するようにしている。
【００２２】
また、第４の発明では、測定範囲設定部は、複数の測定範囲増幅率が設定可能に構成され、撓み量信号増幅部は、各測定範囲増幅率に対して撓み量増幅率調整部により調整された撓み量増幅率を記憶する記憶部を有するようにしている。
【発明の効果】
【００２３】
第１の発明によれば、撓み量増幅率（Ｗ）を調整する場合に、個々のカンチレバーに実際に撓みを与えた上で、そのときに出力される撓み量増幅信号に基づいて、カンチレバーの撓み量増幅率が調整されるので、カンチレバーの撓みやすさを考慮せずに設定してある撓み量増幅率を、個々のカンチレバーについて実測した撓みやすさに基づいて調整することができ、最適な撓み量増幅率にすることができる。
【００２４】
また、第２の発明によれば、撓み量増幅率調整部は、測定範囲設定部に対して、プローブと試料との距離を変化させるためのダミー信号を出力する。出力されたダミー信号に基づいて、プローブと試料との距離が変化し、カンチレバーの撓みが変化する。撓み量検出部は、試料とプローブとの距離が変化した後のカンチレバーの撓みを検出する。撓み量増幅率調整部は、このとき出力される撓み量増幅信号に基づいて撓み量増幅率を調整する。
これにより、走査型プローブ顕微鏡に新たな機器を設けることなく、ソフトウェアの変更のみで生成することができるダミー信号を元にして調整を行い、最適な撓み量増幅率（Ｗ）を自動的に求めて設定することができる
【００２５】
また、第３の発明によれば、撓み量増幅率調整部は、ダミー信号として、測定範囲設定部に対して制御可能な最小単位の制御信号を出力するようにしているので、距離制御部による試料とプローブの距離の変化も制御可能な最小のものとなり、さらにはカンチレバーの撓みの変化も最小のものとなる。
このカンチレバーの撓みの変化を撓み量検出部で検出し、最小の撓み量信号を出力する。そして、最小の撓み量信号を増幅した最小の撓み量増幅信号を、撓み量増幅率調整部に送る。このとき、撓み量増幅信号が検出できない場合は撓み量増幅率を大きくし、検出できるときは撓み量増幅率を小さくする。この動作を繰り返すことにより、試料とプローブとの距離が最小単位だけ変化した場合に、その変化を検出できる撓み量増幅率の最小値を求めることができる。
このようにして得られた撓み量増幅率は、撓みを確実に検出することができるとともに、フィードバック信号生成の元になる撓み量増幅信号を十分が小さくすることができ、撓み量増幅信号が大きくなりすぎることでフィードバック信号が飽和してしまうことも防ぐことができる。
【００２６】
また、第４の発明によれば、測定範囲設定部は、複数の測定範囲増幅率が設定可能に構成され、撓み量信号増幅部は、各測定範囲増幅率に対応する撓み量増幅率調整部により調整された撓み量増幅率を記憶する記憶部を有する。これにより、ユーザが測定際に所望の測定範囲増幅率を設定すると、これに対応して予め記憶部に記憶してある調整された撓み量増幅率を選択することができ、最適な条件で観察を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形実施することが可能である。
図１は、本発明の走査型プローブ顕微鏡の一実施形態である原子間力顕微鏡の制御系を説明するブロック構成図である。なお、従来例として、図４で示したものと同じ構成部分については、同符号を付すことにより、説明を一部省略する。また、この原子間力顕微鏡の概略構成については図５と同じであるので、本実施形態でも図５を参照する。
また、本発明は、高さ方向（Ｚ方向）の制御について特徴を有しているものであり、ＸＹ方向の走査の制御については、通常の走査型プローブ顕微鏡でなされているのと同様であるので、ＸＹ方向の制御についての詳細な説明は省略する。
【００２８】
本実施形態の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）は、図４の従来例と同様に、撓み量検出部３１、撓み量信号増幅部３２、フィードバック信号生成部３３、測定範囲設定部３４、距離制御部３５、ＣＲＴ３６を備えており、上記各部に加えて、撓み量増幅率調整部３７を備えている。
【００２９】
撓み量検出部３１は、カンチレバー１３の撓みを検出し、撓み量信号Ｓ１を出力する。カンチレバー１３の撓みの検出方法としては、図５にて示した光てこ方式を用いている。なお、撓みを検出できるものであれば、検出方法は特に限定されない。
撓み量信号増幅部３２は、撓み量増幅率（Ｗ）が設定されており、撓み量検出部３１から出力される撓み量信号Ｓ１を、この撓み量増幅率（Ｗ）で増幅して、撓み量増幅信号Ｓ２を出力する。
撓み量増幅率（Ｗ）は、初期設定の状態、すなわち最適化を行う前の状態では、従来例と同様に、測定範囲増幅率（Ｈ）にのみ依存するように設定してある。測定範囲増幅率（Ｈ）が大きい値であるときは、撓み量増幅率（Ｗ）は小さい値が設定され、測定範囲増幅率（Ｈ）が小さい値であるときは、撓み量増幅率（Ｗ）は大きい値が設定され、互いに相補的な関係となるようにしてある。なお、測定範囲増幅率（Ｈ）の設定切り替えと対応する撓み量増幅率（Ｗ）に切り替えとの連動動作は、従来からなされている一般的な制御プログラムによる。
【００３０】
フィードバック信号生成部３３は、撓み量増幅信号Ｓ２に基づいて、カンチレバー１３の撓み量が一定になるように、すなわち、カンチレバー１３と試料Ｓとの距離が一定となるように、フィードバック信号Ｓ３を生成して測定範囲設定部３４に出力する。フィードバックの制御方式はＰＩＤ制御であっても、ＰＩ制御であってもよい。
【００３１】
測定範囲設定部３４は、予め、試料の高さ方向（Ｚ方向）の測定範囲を決定するための測定範囲増幅率（Ｈ）が、ユーザにより設定されており、フィードバック信号Ｓ３を、この測定範囲増幅率（Ｈ）で増幅して、高さ制御信号Ｓ４を出力する。
測定範囲増幅率（Ｈ）を大きな値に設定すると、フィードバック信号生成部３からのフィードバック制御信号Ｓ３を大きく増幅した高さ制御信号Ｓ４が出力されることになる。逆に、測定範囲増幅率（Ｈ）を小さな値に設定すると、フィードバック制御信号Ｓ３を小さく増幅した高さ制御信号Ｓ４が出力されることになる。
測定範囲設定部３４は、さらに、後述する撓み量増幅率調整部３７からダミー信号Ｓ５を受けた場合にも、ダミー信号Ｓ５を測定範囲増幅率（Ｈ）で増幅して、高さ制御信号Ｓ４として出力する。
距離制御部３６は、高さ制御信号Ｓ４に基づいて試料Ｓを上下移動し、試料Ｓとプローブ１４との距離を変化する。フィードバック信号Ｓ３を測定範囲増幅率（Ｈ）で増幅した高さ制御信号Ｓ４により制御されているときは、試料Ｓとプローブ１４との距離が一定になるように制御されることになる。
ＣＲＴ３６は、試料ＳをＸＹ方向に走査しながら取得される高さ制御信号Ｓ４に基づいて、高さ方向の凹凸を画像化した画面を表示する。
【００３２】
撓み量増幅率調整部３７は、ダミー信号Ｓ５を測定範囲設定部３４に出力する。ダミー信号Ｓ５は、撓み量増幅率調整部３７から出力することができる最小単位の信号が出力されるようにしてある。例えば、ダミー信号Ｓ５がデジタル信号として送られる場合であって、ダミー信号の大きさがパルス数に比例するものとすると、最小単位である1パルスがダミー信号として出力されるようにしてある。
撓み量増幅率調整部３７から出力されたダミー信号Ｓ５は、測定範囲設定部３４において、測定範囲増幅率（Ｈ）で増幅され、その測定範囲増幅率（Ｈ）の元での最小単位の変位を生じさせる高さ制御信号Ｓ４となって距離制御部３５に出力される。
その結果、距離制御部３５では、ダミー信号Ｓ５に基づいて、カンチレバー１３と試料Ｓとの距離が、その測定範囲増幅率（Ｈ）の元での最小単位分だけ変化する。
【００３３】
最小単位のダミー信号Ｓ５に基づいて生じたカンチレバー１３の最小単位の撓み量変化は、撓み量検出部３１で検出され、最小単位の検出信号Ｓ１として出力される。撓み量信号増幅部３２は、現在の（最適化調整をしていない）撓み量増幅率（Ｗ）を用いて、最小単位の撓み量信号Ｓ１を増幅し、最小単位の撓み量増幅信号Ｓ２として出力する。なお、撓み量増幅率（Ｗ）の初期値は、従来例と同様に、測定範囲増幅率（Ｈ）に依存する値が設定してある。
【００３４】
撓み量増幅率調整部３７は、このときに出力される最小単位の撓み量増幅信号Ｓ２に基づいて、撓み量増幅率（Ｗ）を調整するようにしてある。すなわち、ダミー信号Ｓ５に起因して生じたカンチレバー１３の最小単位の撓み量変化を、最小単位の撓み量増幅信号Ｓ２として検出できなければ、現在、撓み量信号増幅部３２に設定されている撓み量増幅率（Ｗ）を大きくする。逆に、最小単位の撓み量増幅信号Ｓ２の値が大きすぎる場合は、後段のフィードバック信号生成部３３に、撓み量増幅信号Ｓ２を送ったときに、入力の最大値を超えて飽和する可能性が出てくるので、より小さい撓み量増幅率（Ｗ）に変更する。
そして、同様の試行を繰り返すことで、使用するカンチレバー１３に対して、撓み量増幅率調整部３７は、ユーザが設定した測定範囲増幅率（Ｈ）ごとに、それぞれ最適な撓み量増幅率（Ｗ）を求めることができるようにしてある。
【００３５】
次に、カンチレバーごとに撓み量増幅率（Ｗ）の最適化調整を行うときの動作について、図２のフロー図を用いて説明する。なお、このフローは、一例に過ぎず、ここで説明するフローと同等のフローがいろいろ考えられることは言うまでもない。
【００３６】
まず、撓み量増幅率（Ｗ）の調整をするカンチレバー１３を、走査型プローブ顕微鏡にセットする（Ｓ１０１）。
測定範囲設定部３４に、高さ方向の測定範囲を設定することにより、測定範囲増幅率（Ｈ）を決定する（Ｓ１０２）。
撓み量増幅率（Ｗ）として設定可能な最も大きい値（Ｗ（ｍａｘ））を、初期値として設定する（Ｓ１０３）。最も大きな値を初期値としているのは、大きい値から順次小さくすることにより、最適化のフローを簡略化するためである。
走査型プローブ電子顕微鏡（ＳＰＭ）のステージ１１に載置される試料Ｓとプローブ１４との距離を近接させ、原子間力が作用した状態で基準高さ（基準点）を決定する（Ｓ１０４）。
【００３７】
撓み量増幅率調整部３７からダミー信号Ｓ５を出力し、距離制御部３５によって、基準高さに対する最小の高さ変化を与える（Ｓ１０５）。
距離制御部３５の最小の高さ変化に起因して生じる最小のカンチレバー１３の撓み量変化を、撓み量検出部３１により検出し、最小の撓み量信号Ｓ１として出力する（Ｓ１０６）。
撓み量信号増幅部３２において、最小の撓み量信号Ｓ１を、現在の撓み量増幅率（Ｗ）で増幅し、最小の撓み量増幅信号Ｓ２を出力する（Ｓ１０７）。
撓み量増幅率調整部３７において、最小の撓み量増幅信号Ｓ２が検出限界以下であるかを判断する（Ｓ１０８）。
最小の撓み量増幅信号Ｓ２が検出限界以下でない場合は、撓み量信号増幅率を一段小さい値に変化させる（Ｓ１０９）。すなわち、現在の撓み量信号増幅率（Ｗ（ｍａｘ））を次に大きい撓み量増幅率（Ｗ（ｍａｘ−１））にして、Ｓ１０４に戻り、以下、同様の動作を順次繰り返す。
Ｓ１０８からＳ１０９へ進み、Ｓ１０４に戻って再びＳ１０８まで行う動作を順次繰り返した結果、最小の撓み量増幅信号Ｓ２が検出限界以下となった場合は、そのときの撓み量増幅率（Ｗ（ｎ））を、ひとつ前の値（Ｗ（ｎ＋１））に戻す（Ｓ１１０）。この値が、最小の撓み量増幅信号Ｓ２を検出することができる検出限界ぎりぎりの撓み量増幅率となる。
Ｓ１１０で求めた撓み量増幅率を最適化した撓み量増幅率（Ｗ）として決定する（Ｓ１１１）。
【００３８】
以上の動作を実行することにより、設定した測定範囲増幅率（Ｈ）の元で、ダミー信号により距離制御部３５に最小単位の高さ変化が与えられた場合でも、これによって生じるカンチレバーの撓みを検出することができる。しかも、そのときに出力される撓み量増幅信号が過大なものとならず、フィードバック信号が飽和することもない。
【００３９】
上述したフローでは、Ｓ１０３で入力する撓み量増幅率（Ｗ）の初期値として設定可能な最も大きな撓み量増幅率の値を設定したが、これに代えて、最も小さな値を初期値として設定するフローにしてもよい。また、多少複雑なフローになるが、撓み量増幅率の初期値として中間的な撓み量増幅率の値を初期値とするフローにしてもよい。従来例のときのように測定範囲増幅率に対応して定められる相補的な撓み量増幅率を初期値として設定するフローにしてもよい。
【００４０】
次に、本発明の他の実施形態である走査型プローブ顕微鏡について図３の制御系ブロック構成図を用いて説明する。
図３において、図１と同じものについては同符号を付すことにより説明を省略する。
本実施形態では、測定範囲設定部３４において、複数の測定範囲増幅率（Ｈ）が選択可能に用意されている。
また、撓み量信号増幅部３２には、撓み量増幅率記憶部３８が付設されている。ここには、撓み量増幅率調整部３７によって、各測定範囲増幅率（Ｈ）に対してそれぞれ調整された複数の撓み量増幅率（Ｗ）が記憶されるようにしてある。
この実施形態では、予め、測定範囲設定部３４で各測定範囲増幅率（Ｈ）がひとつひとつ選択され、それぞれについて、撓み量増幅率調整部３７により、対応する撓み量増幅率（Ｗ）の最適調整値が求められ、撓み量記憶部３８に対応付けて記憶させてある。
【００４１】
そして、走査型プローブ顕微鏡として試料観察を行う際に、ユーザが測定範囲を設定すると、対応する測定範囲増幅率（Ｈ）が選択され、さらに、その測定範囲増幅率（Ｈ）に対応付けられた撓み量増幅率（Ｗ）が、撓み量記憶部３８から選択されて撓み量信号増幅部３２にセットされるようになっている。
したがって、使用の際に、ユーザが設定した測定範囲に対応する最適な撓み量増幅率（Ｗ）が即座に設定できるので、使い勝手のよい装置となる。
また、測定範囲増幅率（Ｈ）に対応して、最適な撓み量増幅率（Ｗ）が設定されることにより、試料の表面形状の正確な画像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、カンチレバーの撓みを検出する走査型プローブ顕微鏡に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態である走査型プローブ顕微鏡の制御系を説明するブロック構成図。
【図２】本発明の一実施形態である走査型プローブ顕微鏡の撓み量増幅率を調整する際の動作フロー図。
【図３】本発明の他の一実施形態である走査型プローブ顕微鏡の制御系を説明するブロック構成図。
【図４】従来からの走査型プローブ顕微鏡の制御系を説明するブロック構成図。
【図５】走査型プローブ顕微鏡の構成を示す図。
【符号の説明】
【００４４】
１３：  カンチレバー
１４：  プローブ
３１：  撓み量検出部
３２：  撓み量信号増幅部
３３：  フィードバック信号生成部
３４：  測定範囲設定部
３５：  距離制御部
３６：  ＣＲＴ
Ｓ：    試料
Ｓ１：  撓み量信号
Ｓ２：  撓み量増幅信号
Ｓ３：  フィードバック信号
Ｓ４：  高さ制御信号
Ｓ５：  ダミー信号
【図１】
2005257502.tif 000003
【図２】
2005257502.tif 000004
【図３】
2005257502.tif 000005
【図４】
2005257502.tif 000006
【図５】
2005257502.tif 000007