[发明专利]扫描型探针显微镜

说明书

在利用探针(16)以正向对试样(10)上的同一区域进行扫描并且获取跟踪图像数据时和以反向对该试样(10)上的同一区域进行扫描并且获取回扫图像数据时，偏差信息存储部(32)存储由偏差检测部(20)检测的偏差。该偏差表示该时间点的探针‑试样间的距离与该距离的目标值之间的偏差。因此图像数据选择部(31)针对每个测量点将正向扫描时的偏差与反向扫描时的偏差进行比较，选择偏差较小的扫描时获取到的图像数据，作为选择图像数据保存在图像数据存储部(33)的存储区域(33c)中。图像形成部(30)基于该选择图像数据生成试样表面形状图像并且显示在显示部(5)中。由此，即使在试样(10)上具有陡的凹凸并且探针‑试样间距离的反馈控制产生了跟踪延迟、紊乱的情况下，也能够显示接近实际的试样表面形状的准确的图像。

技术领域

本发明涉及一种扫描型探针显微镜，更详细地说，涉及一种在扫描型探针显微镜中得到的反映了试样表面形状的图像数据的处理技术。

背景技术

扫描型探针显微镜(Scanning Probe Microscope，以下简称为“SPM”)使微小的探针(Probe)的前端靠近试样表面，一边检测该探针与试样之间的力学或电磁的相互作用一边利用该探针扫描试样表面，观察该试样表面的形状、电气特性的分布等。在作为代表性的SPM的原子力显微镜(Atomic Force Microscope，以下简称为“AFM”)中，测量原子力来作为在探针与试样表面之间作用的相互作用(参照非专利文献1等)。

AFM一般具备使试样在彼此正交的X、Y、Z这三轴方向上移动的扫描器(在此，设为在载置试样的平面内取X轴、Y轴，在与该平面正交的方向上取Z轴)、配置在相对于该试样在Z轴方向上分离的位置并且在前端安装有探针的悬臂、以及检测该悬臂的挠曲的位移检测部，使探针的前端靠近试样的极附近(约数nm以下的间隙)处。此时，在探针与试样之间作用有原子力(引力或斥力)。当将该原子力保持为固定，并且驱动扫描器以使探针和试样沿着试样表面、也就是在X轴、Y轴这二轴方向上相对移动时，悬臂根据试样表面的凹凸而在Z轴方向上位移。因此，利用位移检测部检测该位移量，对扫描器进行反馈控制，以使试样在Z轴方向上微动来使所述间隙固定。用于该反馈控制的控制量反映了试样表面的凹凸，因此将该控制量取入到数据处理部中进行处理，由此生成并且显示试样表面图像。

AFM具有几个动作模式，代表性的动作模式为接触模式和无接触(动态)模式。在接触模式中，检测由于在使探针靠近试样时作用于该探针与试样表面之间的斥力产生的悬臂的翘曲，对扫描器进行反馈控制以使该翘曲的程度固定。另一方面，在动态模式中，以悬臂的谐振点附近的频率来激励靠近试样表面的悬臂。于是，由于作用于探针与试样表面之间的主要是引力，振动的振幅发生变化。因此，对扫描器进行反馈控制以使该振动的振幅固定。在任一模式中，利用用于反馈控制的控制量来生成试样表面图像都是相同的。

然而，如果在利用探针对试样表面进行扫描时在该试样表面具有陡的凹凸，则有时扫描器的反馈控制产生跟踪延迟、或者没有跟踪完而反馈控制暂时紊乱。在这样的情况下，基于用于反馈控制的控制量得到的图像数据是未反映了实际的试样表面的形状的不准确的图像数据。

在SPM中，通常在利用探针对试样表面进行扫描时，对同一一维区域进行正向和反向的两次扫描(也就是往复扫描)，分别独立地收集图像数据。一般将正向扫描称作跟踪，将反向扫描称作回扫。像这样进行往复扫描的一个大的理由是因为探针的前端形状、悬臂的弹性常数等根据扫描方向的不同而产生差异，即使在恰当地在试样表面上进行了扫描的情况下，有时跟踪时和回扫时的图像数据也不同。因此，总是获取在跟踪时得到的图像数据(以下称作“跟踪图像数据”)和在回扫时得到的图像数据(以下称作“回扫图像数据”)的平均来生成试样表面图像。