(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カンチレバーを試料に接近させて走査し試料表面の凹凸像を観察する凹凸像観察モードと、カンチレバーをリフトアップして走査し試料表面の磁気モーメントを測定するリフト像観察モードの走査方式を有する走査型プロープ顕微鏡において、像観察後に走査方式を変更し、変更後の走査方式により像観察表示をしないで帰りの走査を行い、帰りの走査後に該変更した走査方式により次の観察を行うことを特徴とする走査型プロープ顕微鏡。
【請求項２】
カンチレバーを試料に接近させて走査し試料表面の凹凸像を観察する凹凸像観察モードと、カンチレバーをリフトアップして走査し試料表面の磁気モーメントを測定するリフト像観察モードの走査方式を有する走査型プロープ顕微鏡において、リフト像観察後に走査方式を凹凸像観察モードに変更し、凹凸像観察モードの走査方式により像観察表示をしないで帰りの走査を行い、帰りの走査後に凹凸像観察モードの走査方式により次の観察を行うことを特徴とする走査型プロープ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は凹凸像観察モードと磁気力像観察モードを備えた走査型プロープ顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の誕生後、走査型プロープ顕微鏡（ＳＰＭ）における技術的進展は目を見張るものがある。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の発明以来、試料表面での色々の力を測定する技術も確立してきている。この中で材料の表面磁界の分布を測定する磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）は色々な分野で注目されている。特に、材料開発においては磁性材料分野でも素材の薄膜化や微細化が進展しており、このような材料では表面の影響により、従来の素材とは異なる全く新しい材料の誕生も期待されている。試料表面の磁気分布を測定する方法としては、電子顕微鏡でのローレンツ顕微鏡等があるが、分解能等の点で限界があった。その点、ＭＦＭは数十ｎｍ程度の分解能まで測定可能であり、分解能の向上が期待されている。
【０００３】
図５は現在行っているＭＦＭ像の測定方法を説明する図である。
ＭＦＭの技術はＡＦＭの技術をそのまま利用したものであり、一般的にはカンチレバーの先端部にＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の強磁性材料をコーティングして、試料表面からの磁気モーメントを測定している。試料表面の極く近傍で磁気モーメントを測定した場合には、試料表面の凹凸の効果がＭＦＭ像に現れて、像の解釈に問題を起こす。そこで最近のＭＦＭ測定では、試料表面の凹凸の問題を最小化するために、まず、カンチレバー（図示せず）を試料１の表面に極く接近させて走査し、ＡＦＭにより試料表面の凹凸像２を観察しておき、次いで、カンチレバーを試料表面からＺ方向に一定距離だけリフトアップして遠ざけ、次のラインでＭＦＭ像を観察する。こうして観察されるＭＦＭ像は図示するように凹凸像と磁気力像が加算されたリフト像３となり、凹凸像２を差し引くことによりＭＦＭ像を求めることができる。なお、測定方法としては、１ライン毎に凹凸像とＭＦＭ像を測定する方式のほか、各点毎に凹凸像とＭＦＭ像を測定する方式もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法で測定した場合、行きの走査でＭＦＭ像を観察した後、帰りの走査時カンチレバーをリフトアップしたまま戻し、次いで、凹凸像を観察するためにカンチレバーを試料に近づけて行きの走査を行うため、カンチレバーをリフトダウンするとき試料に衝突してクラッシュを起こす問題や、ピエゾ素子からなるスキャナーのヒステリシスやクリープの問題が発生し、その影響が凹凸像に反映されるため、安定した凹凸像が得られず、結果としてＭＦＭ像も安定しない問題がある。また、この問題を避けるため、走査開始時に一定時間停止し、ヒステリシスがなくなってから走査を開始する方式も取られているが、普通でも走査速度が問題となるＳＰＭではますます速度が遅くなって現実的ではなく、このことは、ＭＦＭでの分解能を一層向上させようとした場合にはさらに問題になるものと懸念される。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためのもので、走査速度を落とさず、かつ安定した凹凸像とリフト像が得られるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、カンチレバーを試料に接近させて走査し試料表面の凹凸像を観察する凹凸像観察モードと、カンチレバーをリフトアップして走査し試料表面の磁気モーメントを測定するリフト像観察モードの走査方式を有する走査型プロープ顕微鏡において、像観察後に走査方式を変更し、変更後の走査方式により像観察表示をしないで帰りの走査を行い、帰りの走査後に該変更した走査方式により次の観察を行うことを特徴とする。
また、本発明は、カンチレバーを試料に接近させて走査し試料表面の凹凸像を観察する凹凸像観察モードと、カンチレバーをリフトアップして走査し試料表面の磁気モーメントを測定するリフト像観察モードの走査方式を有する走査型プロープ顕微鏡において、リフト像観察後に走査方式を凹凸像観察モードに変更し、凹凸像観察モードの走査方式により像観察表示をしないで帰りの走査を行い、帰りの走査後に凹凸像観察モードの走査方式により次の観察を行うことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、カンチレバー（図示せず）を試料に接近させて走査し凹凸像を観察するモードと、カンチレバーをリフトアップして走査するリフト像観察モードを有する走査型プローブ顕微鏡において、像観察表示をしない帰りの走査を利用してヒステリシスを最小化し、安定した像観察が行えるようにしたものである。
【０００８】
図１は本発明の観察方法を説明する図、図２はカンチレバーの走査方法を説明する図である。
凹凸像観察モードにおける行きの走査時に凹凸像を観察し表示する（図２Ｓ１）。即ち、カンチレバーを試料１の表面の極く近傍に近ずけて走査し、ＡＦＭにより、図１（ａ）に示すように試料表面の凹凸像を観察する。
続く帰りの走査時はリフト像観察モードの走査方式に変更し、このときリフト像は表示しない（図２Ｓ２）。即ち、カンチレバーをリフトアップして帰りの走査を行い、このとき、図１（ｂ）に示すように、リフト像（凹凸像＋ＭＦＭ像）が測定されるが、この像は表示しない。この像観察表示しない帰りの走査期間においてリフトアップにより生ずるヒステリシス等は減衰する。
【０００９】
次いで、カンチレバーをリフトアップした状態のまま行きの走査を行い、リフト像を観察する（図２Ｓ３）。即ち、試料表面の凹凸の問題を最小化するためにカンチレバーを一定距離だけリフトアップしたまま試料表面の磁気モーメントを測定し、図１（ｃ）に示すように、凹凸像と磁気力像が加えられたリフト像を観察して表示する。このリフト像の観察においては、直前の帰りの走査でヒステリシスが減衰しているのでその影響はない。
続く帰りの走査時は凹凸像観察モードの走査方式に変更し、このとき像は表示しない（図２Ｓ４）。即ち、カンチレバーをリフトダウンして試料１の表面の極く近傍に近ずけ、ＡＦＭにより、図１（ｄ）に示すように、試料表面の凹凸像をトレースする形で帰りの走査を行い、このとき凹凸像は表示しない。
続いて、Ｓ１に戻り凹凸像を観察するが、このときカンチレバーのリフトダウンはないのでヒステリシスやクリープ、クラッシュの問題は発生しない。以後、このプロセスを繰り返して像観察が行われる。
【００１０】
このように、凹凸像又はリフト像観察後の帰りの走査方式を変更して像を表示しないようにし、変更した走査方式により次の像観察を行うようにしたので、帰りの走査の過程でスキャナーのヒステリシスは減少あるいは消滅するので、続く行きの走査における像観察でヒステリシスがなくなるまで走査を停止させる必要がなく、また、クラッシュ等の問題も発生しない。
【００１１】
図３は本発明の観察方法の他の例を説明する図、図４はカンチレバーの走査方法を説明する図である。
まず、行きの走査時に凹凸像を観察し表示する（図４Ｓ１１）。即ち、カンチレバーを試料１の表面の極く近傍に近ずけて走査し、ＡＦＭにより、図３（ａ）に示すように試料表面の凹凸像を観察する。
続く、帰りの走査時は凹凸像を観察するモードで像自体は表示しない（図４Ｓ１２）。即ち、カンチレバーは試料１の表面の極く近傍に近ずけたまま、ＡＦＭにより、図３（ｂ）に示すように、試料表面の凹凸像をトレースする形で帰りの走査を行い、このとき凹凸像は表示しない。
【００１２】
次いで、カンチレバーをリフトアップして行きの走査を行い、リフト像を観察する（図４Ｓ１３）。即ち、試料表面の凹凸の問題を最小化するために、カンチレバーを一定距離だけリフトアップして試料表面の磁気モーメントを測定し、図３（ｃ）に示すように、凹凸像と磁気力像が加えられたリフト像を観察して表示する。リフト像の観察においてはスキャナのヒステリシスの影響は凹凸像の観察に比して小さいので、それ程問題にならない。
【００１３】
続く、帰りの走査時は凹凸像を観察するモードで像自体は表示しない（図４Ｓ１４）。即ち、カンチレバーをリフトダウンして試料１の表面の極く近傍に近ずけて走査し、ＡＦＭにより、図３（ｄ）に示すように、試料表面の凹凸像をトレースする形で帰りの走査を行い、このとき凹凸像は表示しない。
【００１４】
続いて、Ｓ１に戻り凹凸像を観察するが、このときカンチレバーのリフトダウンはないのでヒステリシスやクリープ、クラッシュの問題は発生しない。
【００１５】
このように、帰りの走査時カンチレバーをリフトダウンして凹凸像観察モードとして像を表示しないようにし、この帰りの走査の過程でスキャナーのヒステリシスを減少あるいは消滅するので、続く行きの走査での凹凸像観察でヒステリシスがなくなるまで走査を停止させる必要がなく、また、クラッシュの問題も発生しない。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば像観察表示をしない帰りの走査を利用してヒステリシスを最小化するようにしたので、走査を停止することなく続く行きの走査で安定した凹凸像とリフト像を得ることが可能となり、また、凹凸像観察モード時のクラッシュの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の観察方法を説明する図である。
【図２】  カンチレバーの走査方法を説明する図である。
【図３】  本発明の観察方法の他の例を説明する図である。
【図４】  カンチレバーの走査方法を説明する図である。
【図５】  従来のＭＦＭ像の測定方法を説明する図である。
【符号の説明】
１…試料、２…凹凸像、３…リフト像。
【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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