本發明涉及掃描型探針顯微鏡及其探針接觸檢測方法。

背景技術：

目前公知以下這樣的掃描型探針顯微鏡，在恒定地保持在懸臂的前端形成的探針與試樣間的相互作用(例如，懸臂的振幅或懸臂的撓曲)的同時，在試樣表面使探針連續地進行掃描，由此來測定試樣表面的凸凹形狀(參照專利文獻1)。但是，在專利文獻1所記載的掃描型探針顯微鏡中，因為探針與試樣始終相接，所以有可能發生探針的磨損或試樣的損傷。

與此相對，在專利文獻2、3中提出了以下這樣的間歇性測定方法，僅在預先設定的多個試樣表面的測定點使探針與試樣表面接觸并間歇地掃描試樣表面，由此來測定試樣表面的凸凹形狀。在此方法中，當對懸臂施加的力(撓曲)為固定值以上時，判定探針與試樣表面進行了接觸，測量探針與試樣接觸時的探針的高度。由此，間歇性測定方法與專利文獻1相比，探針與試樣表面僅在測定點接觸，所以以最小的接觸就足夠了，能夠降低探針的磨損或試樣的損傷。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平10-62158號公報

專利文獻2：日本特開2001-33373號公報

專利文獻3：日本特開2007-85764號公報

技術實現要素：

發明所要解決的課題

但是，懸臂的撓曲除了探針壓接試樣表面的力(以下，稱為“壓接力”。)以外，還受到所壓接的試樣表面的形狀的影響。例如，在探針接觸的試樣表面是斜面的情況下，存在懸臂的撓曲為固定值以上需要與水平面相比更大的壓接力的情況。因此，在作為測定點的試樣表面是斜面的情況下，存在檢測探針與試樣表面的接觸的壓接力的值與水平面相比發生變化的情況。因此，存在在試樣表面的斜面的形狀測定中產生誤差并且引起探針的磨損或試樣的變形的情況。這樣的問題不僅限于間歇性測定方法的問題，而是具有使探針與試樣表面接觸的工序的測定方法共同的問題。

本發明是鑒于這樣的情況而作出的，其目的是提供以下這樣的掃描型探針顯微鏡及其探針接觸檢測方法，作為感知探針與試樣表面的接觸的懸臂變形，不僅撓曲連扭曲也成為了對象，而且可通過將作為各個變形方向從無變形起的上下撓曲與左右扭曲的全方位作為對象來改善在探針接觸的試樣表面是斜面時產生的力的值的變化量。

解決問題的手段

本發明的一方式是掃描型探針顯微鏡，使探針與試樣表面接觸，利用上述探針掃描上述試樣表面，該掃描型探針顯微鏡具備：懸臂，其在前端具有上述探針；位移檢測部，其檢測上述懸臂的撓曲量和扭曲量；以及接觸判定部，其根據由上述位移檢測部檢測到的無變形的懸臂中的全方位的撓曲量和扭曲量，判定上述探針對于上述試樣表面的一次接觸。

另外，本發明的一方式是上述的掃描型探針顯微鏡，其中，上述接觸判定部在上述撓曲量與上述扭曲量中的至少任意一個超過預定范圍的情況下，判定為上述探針與上述試樣表面接觸。

另外，本發明的一方式是上述的掃描型探針顯微鏡，其中，還具備測定部，該測定部在使上述探針與上述試樣表面接觸時，測定任意一方相對于另一方進行相對移動的距離即相對距離。

另外，本發明的一方式是上述的掃描型探針顯微鏡，其中，還具備移動驅動部，該移動驅動部在由上述測定部測定上述相對距離之后，使上述探針向從上述試樣離開的方向進行退避，移動至上述試樣的下一測定位置。

另外，本發明的一方式是上述的掃描型探針顯微鏡，其中，還具備計算部，該計算部根據上述撓曲量以及上述扭曲量，計算使上述探針向從上述試樣離開的方向退避的退避距離。

另外，本發明的一方式是上述的掃描型探針顯微鏡，其中，上述移動驅動部在上述退避之后，使上述探針移動至位于與上述探針不接觸的上述下一測定位置的正上方的測定下降位置，并從上述測定下降位置下降到上述測定位置。

另外，本發明的一方式是上述的掃描型探針顯微鏡，其中，還具備移動驅動部，該移動驅動部進行控制而使的由上述位移檢測部檢測到的上述扭曲量或上述撓曲量中的一方維持預定的邊界值且另一方成為范圍內，在這樣的狀態下利用上述探針進行掃描。

另外，本發明的一方式是掃描型探針顯微鏡的探針接觸檢測方法，使探針與試樣表面接觸，利用上述探針掃描上述試樣表面，該掃描型探針顯微鏡的探針接觸檢測方法具備以下的步驟：位移檢測步驟，檢測在前端具有上述探針的懸臂的撓曲量和扭曲量；以及接觸判定步驟，根據通過上述位移檢測步驟檢測出的無變形的懸臂中的全方位的撓曲量和扭曲量，判定上述探針對于上述試樣表面的一次接觸。

發明效果

如以上所說明的那樣，根據本發明能夠提供在探針接觸的試樣表面是斜面的情況下能改善檢測出探針與試樣表面的接觸的壓接力的值相比于水平面發生變化的現象的掃描型探針顯微鏡及其探針接觸檢測方法。

附圖說明

圖1是示出本實施方式中的掃描型探針顯微鏡1的概括結構的一例的圖。

圖2是本實施方式中的具有斜面的試樣s與懸臂2的立體圖。

圖3是說明本實施方式中的第1范圍以及第2范圍的圖。

圖4是本實施方式中的拱頂狀的試樣s的俯視圖，是示出試樣s的形狀測定的測定點(1)～(7)的圖。

圖5是示出探針2a接觸到本實施方式中的試樣s的測定點(1)時的懸臂2的位移的圖。

圖6是示出探針2a接觸到本實施方式中的試樣s的測定點(2)時的懸臂2的位移的圖。

圖7是示出探針2a接觸到本實施方式中的試樣s的測定點(3)時的懸臂2的位移的圖。

圖8是示出探針2a接觸到本實施方式中的試樣s的測定點(4)時的懸臂2的位移的圖。

圖9是示出探針2a接觸到本實施方式中的試樣s的測定點(5)時的懸臂2的位移的圖。

圖10是示出探針2a接觸到本實施方式中的試樣s的測定點(6)時的懸臂2的位移的圖。

圖11是示出探針2a接觸到本實施方式中的試樣s的測定點(7)時的懸臂2的位移的圖。

圖12是示出檢測本實施方式的控制裝置7中的探針2a與試樣s1的表面的接觸的接觸檢測處理的流程的圖。

圖13是示出檢測本實施方式的控制裝置7中的探針2a與試樣s1的表面的接觸的接觸檢測處理的其它例的流程的圖。

標號說明

1掃描型探針顯微鏡

2懸臂

5移動驅動部

6位移檢測部

7控制裝置

42接觸判定部

43驅動部

44測定部

421第1判定部

422第2判定部

具體實施方式

以下，雖然通過發明的實施方式來說明本發明，但以下的實施方式不限定權利要求范圍所涉及的發明。另外，實施方式所說明的特征組合在發明的解決手段中并非都是必須的。此外，在附圖中，對相同或類似的部分標注同一符號，有時省略重復的說明。

實施方式中的掃描型探針顯微鏡使探針與試樣表面接觸，掃描該試樣表面，根據該探針的撓曲量和扭曲量，判定探針是否與試樣表面接觸。以下，采用附圖說明實施方式的掃描型探針顯微鏡。

圖1是示出本實施方式的掃描型探針顯微鏡1的概括結構的一例的圖。如圖1所示，掃描型探針顯微鏡1具備懸臂2、試樣臺4、移動驅動部5、位移檢測部6以及控制裝置7。

懸臂2在前端具備探針2a。懸臂2固定其基端，前端成為自由端。懸臂2是具有小的彈簧常數k的彈性桿部件，當前端的探針2a與試樣s的表面接觸時，前端的探針2a產生與按壓試樣s的表面的壓接力相應的撓曲。另外，懸臂2當在前端的探針2a與試樣s的表面接觸的情況下在該試樣s的表面具有傾斜時，產生與該傾斜以及前端的探針2a和試樣s的表面的接觸點即支點的支點反作用力相應的扭曲或撓曲。本實施方式中的掃描型探針顯微鏡1的特征之一在于，根據由前端的探針2a與試樣s的表面接觸而產生的懸臂2的撓曲和扭曲，來檢測探針2a與試樣s的表面的接觸。

移動驅動部5具備z方向驅動裝置22以及xy掃描儀25。

z方向驅動裝置22在其下端安裝有懸臂2，使懸臂2在與水平面垂直的方向(z方向)上進行移動。例如，z方向驅動裝置22是壓電元件。z方向驅動裝置22根據從控制裝置7輸出的第1驅動信號，使懸臂2接近于試樣s的表面，或者使懸臂2從試樣s的表面退避(或脫離)。但是，z方向驅動裝置22以及xy掃描儀25只要是在試樣側一體化的配置或在懸臂側一體化的配置等能相對地進行3維形狀觀察的掃描的結構，就無所謂配置關系。

在xy掃描儀25上載置有試樣臺4。在試樣臺4上以與懸臂2的探針2a相對配置的方式載置有試樣s。xy掃描儀25當從控制裝置7輸出第2驅動信號時，根據該第2驅動信號的電壓值或極性，使探針2a和試樣s相對于xy方向進行相對移動。此外，在圖1中與試樣臺4的表面平行的面是水平面，這里，利用正交的2軸x、y，定義為xy平面。

位移檢測部6檢測懸臂2的撓曲量和扭曲量。在本實施方式中，說明位移檢測部6采用光杠桿方式(opticallever)來檢測懸臂2的撓曲量和扭曲量的情況。

位移檢測部6具備光照射部31以及光檢測部33。

光照射部31針對在懸臂2的背面形成的未圖示的反射面照射激光l1。

光檢測部33接受在上述反射面上反射的激光l2。光檢測部33是具有接受在該背面反射的激光l2的4分割的受光面27的光檢測器。即，調整光路(通常在受光面27的中心附近)以使在懸臂2的背面反射的激光l2入射到光檢測部33的4分割的多個受光面27。以下，采用圖1以及圖2，來說明本實施方式中的懸臂2的撓曲量與扭曲量的檢測方法。

圖2是具有斜面的試樣s和懸臂2的立體圖。

懸臂2在探針2a與試樣s的表面接觸的情況下，向z方向與y方向的任意一方或雙方產生位移。在本實施方式中，將在z方向上產生的懸臂2的位移稱為撓曲量，將在y方向上產生的懸臂2的位移稱為扭曲量。例如，在初始條件下，將以對探針2a未施加力的狀態下反射的激光l2的光檢測部33的受光面27中的入射點位置作為受光面27的中心位置。此外，所謂對探針2a未施加力的狀態是指例如探針2a與試樣s的表面未接觸的懸臂無變形的狀態。

在接觸模式中，當探針2a與試樣s的表面接觸時，通過對探針2a施加力，在懸臂2上產生撓曲量或扭曲量。因此，在產生了撓曲量或扭曲量的懸臂2的背面反射的激光l2的反射點位置從其中心位置進行位移。從而，掃描型探針顯微鏡1可通過捕捉光檢測部33的受光面27中的該點位置的移動方向，來檢測對探針2a施加的力的大小和方向。例如，在圖1中，當在懸臂2上產生扭曲量時，可在光檢測部33的受光面27中捕捉α方向的點位置的變化。另外，當在懸臂2上產生撓曲量時，可在受光面27中捕捉β方向的點位置的變化。來自中心位置的點位置的變化量依賴于扭曲量或撓曲量。另外，當懸臂2在+z方向上撓曲時，光檢測部33的受光面27中的激光l2的反射點在+β方向上進行變化。另外，當懸臂2在-z方向上撓曲時，光檢測部33的受光面27中的激光l2的反射點在-β方向上進行變化。另一方面，當懸臂2在+y方向上產生扭曲量時，光檢測部33的受光面27中的激光l2的反射點位置在+α方向上產生變化。另外，當懸臂2在-y方向上產生扭曲量時，光檢測部33的受光面27中的激光l2的反射點在-α方向上產生變化。

光檢測部33將與受光面27的±z方向的激光l2的反射點位置相應的第1檢測信號輸出至控制裝置7。即，第1檢測信號是與懸臂2的撓曲量相應的dif信號(撓曲信號)。另外，光檢測部33將于受光面27的±y方向的激光l2的反射點位置相應的第2檢測信號輸出至控制裝置7。即，第2檢測信號是與懸臂2的扭曲量相應的ffm信號(扭曲信號)。

如圖1所示，控制裝置7具備接觸判定部42、驅動部43以及測定部44。

接觸判定部42根據從光檢測部33輸出的第1檢測信號以及第2檢測信號，判定探針2a是否與試樣s的表面接觸。即，接觸判定部42根據懸臂2的撓曲量和扭曲量，判定探針2a是否與試樣s的表面接觸。

接觸判定部42具備第1判定部421以及第2判定部422。

第1判定部421在從光檢測部33輸出的第1檢測信號所示的撓曲量超過第1范圍的情況下，判定為探針2a與試樣s的表面接觸。第1判定部421在判定為探針2a與試樣s的表面接觸的情況下，將表示探針2a與試樣s的表面接觸的情況的第1接觸信號輸出至驅動部43。

第2判定部422在從光檢測部33輸出的第2檢測信號所示的扭曲量超過第2范圍的情況下，判定為探針2a與試樣s的表面接觸。第2判定部422在判定為探針2a與試樣s的表面接觸的情況下，將表示探針2a與試樣s的表面接觸的情況的第2接觸信號輸出至驅動部43。這樣，接觸判定部42在從光檢測部33輸出的第1檢測信號所示的撓曲量超過第1范圍的第1條件以及從光檢測部33輸出的第2檢測信號所示的扭曲量超過第2范圍的第2條件中的至少任意一個成立的情況下，判定為探針2a與試樣s的表面接觸。上述雖然是獨立判定第1檢測信號和第2檢測信號的例子，但也可以在接觸判定部42內，對“第1檢測信號的平方”與“第2檢測信號的平方”進行求和，在該和的平方根的正數為一定以上時判斷為相接等利用與特性相應的設定值進行判定。

以下，采用圖3說明本實施方式中的第1范圍以及第2范圍。圖3是說明本實施方式中的第1范圍以及第2范圍的圖。

如圖3所示，第1范圍具備撓曲上限閾值以及撓曲下限閾值。撓曲上限值是通過探針2a與試樣s的表面接觸而在+z方向上撓曲的懸臂2的撓曲量。另一方面，撓曲下限值是通過探針2a與試樣s的表面接觸而在-z方向上撓曲的懸臂2的撓曲量。因此，第1判定部421在從光檢測部33輸出的第1檢測信號所示的撓曲量超過撓曲上限值的情況或第1檢測信號所示的撓曲量低于撓曲下限值的情況下，判定為探針2a與試樣s的表面接觸。

第2范圍具備扭曲上限閾值以及扭曲下限閾值。扭曲上限值是通過探針2a與試樣s的表面接觸而在+y方向上扭曲的懸臂2的扭曲量。另一方面，扭曲下限值是通過探針2a與試樣s的表面接觸而在-y方向上扭曲的懸臂2的扭曲量。因此，第2判定部422在從光檢測部33輸出的第2檢測信號所示的扭曲量超過扭曲上限值的情況或第2檢測信號所示的扭曲量低于扭曲下限值的情況下，判定為探針2a與試樣s的表面接觸。這樣，在圖3所示的撓曲量與扭曲量的2維座標中，當第1檢測信號所示的撓曲量和第2檢測信號所示的扭曲量表示的位置位于斜線所示的范圍之外時，判定為探針2a與試樣s的表面接觸。

以下，說明判定本實施方式中的探針2a與試樣s的表面的接觸的方法。圖4是拱頂狀的試樣s的俯視圖，是示出探針2a與試樣s的表面接觸的位置即試樣s的形狀測定的測定點(1)～(7)的圖。

圖5是示出探針2a接觸到本實施方式中的試樣s的測定點(1)時的懸臂2的位移的圖。圖5(a)示出探針2a接觸到測定點(1)的狀態下的、從-y方向觀察的懸臂2的側視圖，圖5(b)示出探針2a接觸到測定點(1)的狀態下的、從-x方向觀察的懸臂2的側視圖。圖5(c)示出在探針2a接觸到測定點(1)之后還進行按壓的狀態下的、從-y方向觀察的懸臂2的側視圖，圖5(d)示出在探針2a接觸到測定點(1)之后還進行按壓的狀態下的、從-x方向觀察的懸臂2的側視圖。

如圖5(a)、(b)所示，在探針2a接觸到測定點(1)的一次接觸狀態的情況下，雖然在懸臂2上產生一些撓曲量，但因為在測定點(1)的表面上沒有傾斜(是水平的)，所以不產生扭曲量。另外，如圖5(c)、(d)所示，在從探針2a接觸到測定點(1)的狀態進行壓接的二次接觸狀態的情況下，懸臂2產生與壓接力相應的撓曲量。但是，因為在測定點(1)的表面上沒有傾斜，所以不產生扭曲量。因此，接觸判定部42通過第1檢測信號所示的撓曲量是否超過撓曲上限閾值，判定探針2a是否接觸到試樣s的表面。

圖6是示出探針2a接觸到本實施方式中的試樣s的測定點(2)時的懸臂2的位移的圖。圖6(a)示出探針2a接觸到測定點(2)的狀態下的、從-y方向觀察的懸臂2的側視圖，圖6(b)示出探針2a接觸到測定點(2)的狀態下的、從-x方向觀察的懸臂2的側視圖。圖6(c)示出在探針2a接觸到測定點(2)之后還進行按壓的狀態下的、從-y方向觀察的懸臂2的側視圖，圖6(d)示出在探針2a接觸到測定點(2)之后還按壓的狀態下的、從-x方向觀察的懸臂2的側視圖。

如圖6(a)、(b)所示，在探針2a接觸到測定點(2)的一次接觸狀態的情況下，懸臂2由于與壓接力對應的垂直抗力，而在與試樣s的表面垂直的軸方向上，產生與使探針2a傾斜的力和壓接力對應的-z方向的撓曲量。但是，因為在測定點(2)的表面上沒有±y方向的傾斜，所以不產生扭曲量。另一方面，如圖6(c)、(d)所示，在從探針2a接觸到測定點(2)的狀態壓接的二次接觸狀態的情況下，懸臂2當其壓接力超出產生由垂直抗力引起的撓曲量的力時，撓曲方向發生變化，產生在+z方向上撓曲的量。但是，因為在測定點(2)的表面上沒有±y方向的傾斜，所以不產生扭曲量。

現有的掃描型探針顯微鏡僅在+z方向的撓曲量超過固定值時，判定為探針2a與試樣s的表面接觸。因此，現有的掃描型探針顯微鏡在探針2a接觸到測定點(2)的一次接觸狀態(圖6(a)、(b))下，在-z方向上產生撓曲量，所以無法判定探針2a與試樣s的接觸。因此，現有的掃描型探針顯微鏡利用更大的壓接力來壓接試樣s，當懸臂2在+z方向撓曲的二次接觸狀態時(圖6(c)、(d))，判定探針2a與試樣s的接觸。所以，存在引起探針2a的磨損或試樣s的變形的情況。本實施方式的掃描型探針顯微鏡1在懸臂2的撓曲量超過第1范圍的情況下，判定為探針2a與試樣s的表面接觸，所以與撓曲方向無關，都能夠判定探針2a與試樣s的一次接觸狀態。因此，能夠抑制探針2a的磨損或試樣s的變形。

圖7是示出探針2a接觸到本實施方式中的試樣s的測定點(3)時的懸臂2的位移的圖。圖7(a)示出探針2a接觸到測定點(3)的狀態下的、從-y方向觀察的懸臂2的側視圖，圖7(b)示出探針2a接觸到測定點(3)的狀態下的、從-x方向觀察的懸臂2的側視圖。圖7(c)示出在探針2a接觸到測定點(3)之后還進行按壓的狀態下的、從-y方向觀察的懸臂2的側視圖，圖7(d)示出在探針2a接觸到測定點(3)之后還進行按壓的狀態下的、從-x方向觀察的懸臂2的側視圖。

如圖7(a)、(b)所示，在探針2a接觸到測定點(3)的情況下，懸臂2由于與壓接力對應的垂直抗力，而在與試樣s的表面垂直的軸方向上，產生與使探針2a傾斜的力和壓接力對應的+z方向的撓曲量。但是，因為在測定點(3)的表面上沒有±y方向的傾斜，所以不產生扭曲量。另一方面，如圖7(c)、(d)所示，在從探針2a接觸到測定點(3)的狀態進行壓接的情況下，懸臂2產生與壓接力相應的撓曲量。但是，因為在測定點(3)的表面上沒有±y方向的傾斜，所以不產生扭曲量。因此，接觸判定部42通過第1檢測信號所示的撓曲量是否超過撓曲上限閾值，判定探針2a是否與試樣s的表面接觸。

圖8是示出探針2a接觸到本實施方式中的試樣s的測定點(4)時的懸臂2的位移的圖。圖8(a)示出探針2a接觸到測定點(4)的狀態下的、從-y方向觀察的懸臂2的側視圖，圖8(b)示出探針2a接觸到測定點(4)的狀態下的、從-x方向觀察的懸臂2的側視圖。圖8(c)示出在探針2a接觸到測定點(4)之后還進行按壓的狀態下的、從-y方向觀察的懸臂2的側視圖，圖8(d)示出在探針2a接觸到測定點(4)之后還進行按壓的狀態下的、從-x方向觀察的懸臂2的側視圖。

如圖8(a)、(b)所示，在探針2a接觸到測定點(4)的情況下，懸臂2產生一些撓曲量，并且由于與壓接力對應的垂直抗力而產生+y方向的扭曲量。這時因為，在測定點(4)中的試樣s的表面上具有+y方向的傾斜。另外，如圖8(c)、(d)所示，在從探針2a接觸到測定點(4)的狀態進行壓接時，懸臂2產生與壓接力對應的撓曲量，并且由于與壓接力對應的垂直抗力而產生+y方向的扭曲量。

這里，在懸臂2上產生的撓曲量除了壓接力以外，還受該壓接的試樣s的表面的傾斜的影響。例如，在探針2a接觸的試樣s的表面是斜面的情況下，為了使懸臂2的撓曲量成為固定值以上，需要比水平面更大的壓接力。因此，在比較測定點(1)與測定點(4)的情況下，為了產生與測定點(1)等同的撓曲量，需要更大的壓接力。

在現有的掃描型探針顯微鏡中，將上述固定值設定為探針2a接觸到測定點(1)時的撓曲量。這是因為，在現有的掃描型探針顯微鏡中將懸臂2的撓曲設定為固定。因此，在現有的掃描型探針顯微鏡中，在探針2a接觸到測定點(4)的狀態(圖8(a)、(b))下，不能檢測出探針2a與試樣s的接觸。因此，現有的掃描型探針顯微鏡以更大的壓接力對試樣s進行壓接，當懸臂2產生超過固定值的程度的-z方向的撓曲量時，檢測出探針2a與試樣s的接觸(圖8(c)、(d))。因此，存在引起探針2a的磨損或試樣s的變形的情況。本實施方式的掃描型探針顯微鏡1可根據懸臂2的扭曲量來檢測探針2a與試樣s的接觸。即，掃描型探針顯微鏡1在探針2a接觸到具有斜面的測定點(4)時(圖8(a)、(b))，可根據懸臂2的扭曲量，來檢測探針2a與試樣s的接觸。因此，能夠抑制探針2a的磨損或試樣s的變形。

圖9是示出探針2a接觸到試樣s的測定點(5)時的懸臂2的位移的圖。圖9(a)示出探針2a接觸到測定點(5)的狀態下的、從+y方向觀察的懸臂2的側視圖，圖9(b)示出探針2a接觸到測定點(5)的狀態下的、從-x方向觀察的懸臂2的側視圖。圖9(c)示出在探針2a接觸到測定點(5)之后還進行按壓的狀態下的、從+y方向觀察的懸臂2的側視圖，圖9(d)示出在探針2a接觸到測定點(5)之后還進行按壓的狀態下的、從-x方向觀察的懸臂2的側視圖。

如圖9(a)、(b)所示，在探針2a接觸到測定點(5)的情況下，懸臂2產生一些撓曲量，并且由于與壓接力對應的垂直抗力而產生+y方向的扭曲量。這是因為，在測定點(5)中的試樣s的表面上具有-y方向的傾斜。另外，如圖9(c)、(d)所示，在從探針2a接觸到測定點(5)的狀態進行壓接時，懸臂2產生與壓接力相應的撓曲量，并且由于與壓接力對應的垂直抗力而產生-y方向的扭曲量。

這里，在懸臂2上產生的撓曲量除了壓接力以外，還受該壓接的試樣s的表面的傾斜的影響。例如，在探針2a接觸的試樣s的表面是斜面的情況下，為了使懸臂2的撓曲量成為固定值以上，需要比水平面更大的壓接力。因此，在比較測定點(1)和測定點(5)的情況下，為了產生與測定點(1)等同的撓曲量，需要更大的壓接力。

在現有的掃描型探針顯微鏡中，將上述固定值設定為探針2a接觸到測定點(1)時的撓曲量。因此，在現有的掃描型探針顯微鏡中，在探針2a接觸到測定點(5)的狀態(圖9(a)、(b))下，不能檢測出探針2a與試樣s的接觸。因此，現有的掃描型探針顯微鏡以更大的壓接力對試樣s進行壓接，當懸臂2產生超過固定值的程度的+z方向的撓曲量時，檢測出探針2a與試樣s的接觸(圖9(c)、(d))。因此，存在引起探針2a的磨損或試樣s的變形的情況。本實施方式的掃描型探針顯微鏡1可根據懸臂2的扭曲量，來檢測探針2a與試樣s的接觸。即，掃描型探針顯微鏡1在探針2a接觸到具有斜面的測定點(5)的情況下(圖9(a)、(b))，可根據懸臂2的扭曲量來檢測探針2a與試樣s的接觸。因此，能夠抑制探針2a的磨損或試樣s的變形。

圖10是示出探針2a接觸到試樣s的測定點(6)時的懸臂2的位移的圖。圖10(a)示出探針2a接觸到測定點(6)的狀態下的、從-y方向觀察的懸臂2的側視圖，圖10(b)示出探針2a接觸到測定點(6)的狀態下的、從-x方向觀察的懸臂2的側視圖。圖10(c)示出在探針2a接觸到測定點(6)之后還進行按壓的狀態下的、從-y方向觀察的懸臂2的側視圖，圖10(d)示出在探針2a接觸到測定點(6)之后還進行按壓的狀態下的、從-x方向觀察的懸臂2的側視圖。

如圖10(a)、(b)所示，在探針2a接觸到測定點(6)的情況下，懸臂2由于與壓接力對應的垂直抗力，而在與試樣s的表面垂直的軸方向上產生與傾斜探針2a的力和壓接力的對應的+z方向的撓曲量。另外，懸臂2由于與壓接力對應的垂直抗力而產生-y方向的扭曲。另外，如圖10(c)、(d)所示，在從探針2a接觸到測定點(6)的狀態進行壓接時，懸臂2產生與壓接力相應的撓曲量，并且由于與壓接力對應的垂直抗力而產生-y方向的扭曲量。因此，接觸判定部42可通過第1檢測信號所示的撓曲量是否超過撓曲上限閾值或第2檢測信號所示的扭曲量是否超過扭曲上限閾值，判定探針2a是否與試樣s的表面接觸。

圖11是示出探針2a接觸到試樣s的測定點(7)時的懸臂2的位移的圖。圖11(a)示出探針2a接觸到測定點(7)的狀態下的、從-y方向觀察的懸臂2的側視圖，圖11(b)示出探針2a接觸到測定點(7)的狀態下的、從-x方向觀察的懸臂2的側視圖。圖11(c)示出在探針2a接觸到測定點(7)之后還進行按壓的狀態下的、從-y方向觀察的懸臂2的側視圖，圖11(d)示出在探針2a接觸到測定點(7)之后還進行按壓的狀態下的、從-x方向觀察的懸臂2的側視圖。

如圖11(a)、(b)所示，在探針2a接觸到測定點(7)的一次接觸狀態的情況下，懸臂2由于與壓接力對應的垂直抗力，而在與試樣s的表面垂直的軸方向上產生與使探針2a傾斜的力和壓接力對應的-z方向的撓曲量。另外，懸臂2由于與壓接力對應的垂直抗力而產生-y方向的扭曲量。另一方面，如圖11(c)、(d)所示，在從探針2a接觸到測定點(6)的狀態進行壓接的二次接觸狀態的情況下，懸臂2當其壓接力超出產生由垂直抗力引起的撓曲量的力時，撓曲方向產生變化，在+z方向上產生撓曲量。另外，懸臂2由于與壓接力對應的垂直抗力而產生-y方向的扭曲量。

現有的掃描型探針顯微鏡僅僅在+z方向的撓曲量超過固定值時，判定為探針2a與試樣s的表面接觸，所以在探針2a接觸到測定點(7)的一次接觸狀態(圖11(a)、(b))下，無法判定探針2a與試樣s的接觸。因此，如上所述，現有的掃描型探針顯微鏡以更大的壓接力對試樣s進行壓接，當懸臂2在+z方向上撓曲的二次接觸狀態(圖11(c)、(d))時，檢測出探針2a與試樣s的接觸。因此，存在引起探針2a的磨損或試樣s的變形的情況。本實施方式的掃描型探針顯微鏡1在懸臂2的撓曲量超過第1范圍的情況下，判定為探針2a與試樣s的表面接觸，所以與撓曲方向無關，都能夠判定探針2a與試樣s的一次觸接觸狀態。因此，能夠抑制探針2a的磨損或試樣s的變形。

如上所述，在現有的掃描型探針顯微鏡中，根據探針接觸的試樣表面的形狀，在檢測探針2a與試樣s的接觸的接觸檢測時的壓接力中產生偏差。在本實施方式的掃描型探針顯微鏡1中，除了抬起方向(+z方向)引起的撓曲量以外，即使是下落方向(-z方向)、扭曲方向(±y方向)的位移(扭曲量)，也能全方位地檢測并判定試樣s與探針2a相接的狀態，因此能夠減低由于試樣s的表面傾斜的影響而引起的壓接力的偏差，并預先防止探針2a向試樣s產生過剩的壓接。

返回圖1，驅動部43控制由移動驅動部5進行的懸臂2的驅動。驅動部43通過利用移動驅動部5使懸臂2下降，來使探針2a與試樣s的表面接觸。并且，測定部44在探針2a與試樣s的表面接觸時，測定懸臂移動的距離，由此測定試樣s的表面的凸凹形狀。這樣，測定部44在探針2a與試樣s的表面接觸時，測定相對于另一方進行相對移動的距離即相對距離(以下，簡稱為“相對距離”。)。在本實施方式中，雖然相對距離是在探針2a與試樣s的表面接觸之前使懸臂2下降的移動距離，但也可以是在探針2a與試樣s的表面接觸之前使試樣s上升的移動距離。此外，測定部44可測定試樣s的表面的物性。例如，測定部44在探針2a與試樣s的表面接觸的狀態下連續地掃描試樣s的表面，由此可測定試樣s的表面的凸凹形狀。另外，驅動部43可利用間歇性測定方法進行測定，該間歇性測定方法僅在預先設定的多個試樣s的表面的測定點使探針2a與試樣s的表面接觸，由此間歇地掃描試樣s的表面，并測定試樣s的表面的凸凹形狀。間歇性測定方法當探針2a在預先設定的多個測定點之間移動時，為了避免試樣s與凸部的接觸，而使探針2a在從試樣s的表面分開一定距離(以下，稱為“抬離的距離”。)的狀態下進行移動，在下一測定點處使探針2a接近于試樣s的表面。并且，此測定方法使探針2a與試樣s的表面接觸，進行試樣s的表面的凸凹形狀的測定，然后再次使探針2a退避至分開了抬離距離的位置。

在本實施方式中，說明控制裝置7采用間歇性測定方法的情況。

驅動部43具備第1驅動部431以及第2驅動部432。

第1驅動部431在掃描試樣s的表面的情況下，為了使探針2a與試樣s的表面接觸而將第1驅動信號輸出至z方向驅動裝置22，使懸臂2下降。由此，第1驅動部431使探針2a與試樣s的表面接近。

第1驅動部431在從接觸判定部42輸出第1接觸信號與第2接觸信號中的至少任意一個時，停止對z方向驅動裝置22輸出第1驅動信號，由此停止懸臂2的下降動作。

在利用第1驅動部431停止懸臂2的下降動作之后，測定部44測定相對距離。第1驅動部431在由測定部44進行的相對距離的測定結束時，使探針2a從試樣s的表面退避抬離距離。并且，第2驅動部432為了使探針2a移動到位于下一測定位置的正上方的測定下降位置，而對xy掃描儀25輸出第2驅動信號。然后，第1驅動部431使懸臂2從該測定下降位置下降，在下一測定位置處使探針2a接觸，開始由測定部44再次測定相對距離。

測定部44在探針2a與試樣s的表面接觸的狀態下，測定試樣s的表面的凸凹形狀。即，測定部44通過在每個測定位置取得相對距離，來測定試樣s的表面的凸凹形狀。例如，測定部44可根據探針2a與試樣s的表面接觸的狀態下的第1驅動信號的電壓值，計算相對距離。另外，測定部44可利用傳感器(未圖示)直接測量第1驅動部431的位移，或者利用傳感器(未圖示)直接測量探針的高度。

以下，說明檢測本實施方式的控制裝置7中的探針2a與試樣s1的表面的接觸的接觸檢測處理的流程。圖12是示出檢測本實施方式的控制裝置7中的探針2a與試樣s1的表面的接觸的接觸檢測處理的流程的圖。此外，初始條件為探針2a位于預定的測定點中的測定下降位置的情況。

第1驅動部431為了使探針2a與試樣s的表面接觸，而將第1驅動信號輸出至z方向驅動裝置22，開始通過降低懸臂2來使探針2a接近于試樣s的表面的接近動作(步驟s100)。

第1判定部421判定從光檢測部33輸出的第1檢測信號所示的撓曲量是否處于第1范圍外(步驟s101)。第1判定部421在從光檢測部33輸出的第1檢測信號所示的撓曲量是第1范圍外時，判定為探針2a與試樣s的表面接觸，并將第1接觸信號輸出至第1驅動部431。第2判定部422在判定為從光檢測部33輸出的第1檢測信號所示的撓曲量是第1范圍內時，判定從光檢測部33輸出的第2檢測信號所示的扭曲量是否是第2范圍外(步驟s102)。第2判定部422在從光檢測部33輸出的第2檢測信號所示的扭曲量是第2范圍外時，判定為探針2a與試樣s的表面接觸，并將第2接觸信號輸出至第1驅動部431。第2判定部422在從光檢測部33輸出的第2檢測信號所示的扭曲量不是第2范圍外時，繼續懸臂的接近動作。此外，在圖12中，在步驟s101的處理之后執行步驟s102的處理，但不僅限于此。本實施方式中的控制裝置7在步驟s102的處理之后，可進行步驟s101的處理，或者并列地進行步驟s101的處理和步驟s102的處理。

第1驅動部431在取得第1接觸信號與第2接觸信號中的至少任意一個的情況下，通過停止對z方向驅動裝置22輸出第1驅動信號，來停止懸臂2的接近動作(步驟s103)。

測定部44在探針2a與試樣s的表面接觸的狀態下，根據第1驅動信號的電壓值計算相對距離，由此測定試樣s的表面的凸凹形狀(步驟s104)。

第1驅動部431在由測定部44進行的預定的測定位置中的凸凹形狀的測定結束時，使探針2a從試樣s的表面退避抬離距離(步驟s105)。然后，第2驅動部432通過向xy掃描儀25輸出第2驅動信號，來使探針2a移動到位于下一測定位置的正上方的測定下降位置(步驟s106)。

此外，掃描型探針顯微鏡1在接觸檢測處理中，不僅僅是上述的各個時系列的測定，還可以進行並列的測定(以下，稱為“並列測定”。)。例如，測定部44在由接觸判定部42測定輸出第1接觸信號與第2接觸信號中的至少任意一個時的相對距離的同時，第1驅動部431反轉對z方向驅動裝置22的第1驅動信號的輸出，由此使懸臂2的下降動作進行反轉。以下，說明本實施方式中的並列測定。圖13是示出本實施方式中的接觸檢測處理的並列測定的流程的圖。

第1驅動部431為了使探針2a與試樣s的表面接觸，而將第1驅動信號輸出至z方向驅動裝置22，并使懸臂2下降，由此開始使探針2a接近于試樣s的表面的接近動作(步驟s200)。

第1判定部421判定從光檢測部33輸出的第1檢測信號所示的撓曲量是否是第1范圍外(步驟s201)。第1判定部421在從光檢測部33輸出的第1檢測信號所示的撓曲量是第1范圍外的情況下，判定為探針2a與試樣s的表面接觸，將第1接觸信號輸出至第1驅動部431。第2判定部422在判定為從光檢測部33輸出的第1檢測信號所示的撓曲量是第1范圍內的情況下，判斷從光檢測部33輸出的第2檢測信號所示的扭曲量是否是第2范圍外(步驟s202)。第2判定部422在從光檢測部33輸出的第2檢測信號所示的扭曲量是第2范圍外的情況下，判定為探針2a與試樣s的表面接觸，并將第2接觸信號輸出至第1驅動部431。

例如，測定部44在開始接觸檢測處理時，連續地測定相對距離。并且，測定部44將從接觸判定部42輸出第1接觸信號與第2接觸信號中的至少任意一個時的相對距離決定為在探針2a與試樣s接觸時的相對距離(步驟s203)。此外，測定部44僅在從接觸判定部42輸出第1接觸信號和第2接觸信號的情況下，可測定相對距離。

第1驅動部431在利用測定部44決定相對距離的同時，使探針2a從試樣s的表面退避抬離距離(步驟s203)。然后，第2驅動部432通過對xy掃描儀25輸出第2驅動信號，來使探針2a移動至位于下一測定位置的正上方的測定下降位置(步驟s204)。

這樣，本實施方式中的並列測定可不停止懸臂2，測定懸臂的探針2a與試樣s接觸時的相對距離。當在停止懸臂2之后測定相對距離時，懸臂2在停止懸臂2之前的稍許時間會駛過(overrun)，從而存在測定部44的測定值的誤差增加并且施加對應該誤差量的對于試樣s按壓的力的情況。

本實施方式的掃描型探針顯微鏡1因為能夠同時進行探針2a與試樣s的接觸的檢測和此接觸時的相對距離的測定，所以能夠抑制懸臂2的駛過，抑制測定部44的測定值的誤差增加。因此，掃描型探針顯微鏡1能夠降低對于試樣s較強按壓的力的情況。

如上所述，本實施方式中的掃描型探針顯微鏡1使探針2a接觸到試樣s的表面，利用探針2a掃描試樣s的表面，該掃描型探針顯微鏡根據懸臂2的撓曲量和扭曲量，判定探針2a是否與試樣s的表面接觸。具體地說，掃描型探針顯微鏡1在懸臂2的撓曲量超過第1范圍的第1條件和懸臂2的扭曲量超過第2范圍的第2條件中的至少任意一個成立的情況下，判定為探針2a與試樣s的表面接觸。由此，在探針2a接觸的試樣s的表面是斜面的情況下，能夠改善檢測探針2a與試樣s的表面的接觸的接觸檢測的壓接力的值相比于水平面發生變化的現象。

另外，在上述的實施方式中，掃描型探針顯微鏡1可根據由光檢測部33輸出的第2檢測信號所示的扭曲量，判定在掃描方向中的試樣s的表面上是否具有傾斜。另外，掃描型探針顯微鏡1可根據由光檢測部33輸出的第2檢測信號所示的扭曲量的大小，來預測掃描方向中的試樣s的表面的傾斜的大小(角度)。另外，掃描型探針顯微鏡1可根據由光檢測部33輸出的第2檢測信號所示的扭曲量的符號，判定掃描方向中的試樣s的表面的傾斜是下傾斜還是上傾斜。

另外，在上述的實施方式中，掃描型探針顯微鏡1還可以具備計算部，該計算部根據由光檢測部33輸出的第2檢測信號所示的扭曲量，計算使探針2a在從試樣s離開的方向上退避的抬離距離。即，掃描型探針顯微鏡1在間歇性測定方法中，可根據懸臂2的扭曲量來決定向下一測定下降位置移動時的抬離距離。例如，計算部根據由光檢測部33輸出的第2檢測信號所示的扭曲量的大小或符號，來決定抬離距離。另外，計算部具有使扭曲量與抬離距離相關聯的表，通過從上述表中選擇與由光檢測部33輸出的第2檢測信號所示的扭曲量對應的抬離距離，可決定抬離距離。抬離距離的最佳值根據試樣s的表面的形狀而不同。因此，在掃描不知道試樣表面的形狀的未知試樣的情況下，需要事先估計最佳的抬離距離。在本實施方式中，因為可根據掃描方向中的試樣s的斜面的傾斜來決定抬離距離，所以在使探針2a移動至位于下一測定位置的正上方的測定下降位置的情況下，能夠減低探針2a與試樣s的接觸且縮短測定時間。

另外，在上述的實施方式中，掃描型探針顯微鏡1在使探針2a移動至位于下一測定位置的正上方的測定下降位置的情況下，可根據由光檢測部33輸出的第2檢測信號所示的扭曲量，來檢測探針2a與試樣s的表面的接觸。例如，掃描型探針顯微鏡1在探針2a向位于下一測定位置的正上方的測定下降位置移動時檢測探針2a與試樣s的表面的接觸的情況下，停止該移動，使探針2a從試樣s的表面向+z方向進行退避。由此，在探針2a移動至測定下降位置的情況下，即使探針2a與試樣s接觸，與現有的相比也能夠抑制探針2a的磨損或試樣s的損傷。

另外，在上述的實施方式中，掃描型探針顯微鏡1在間歇性測定方法內的退避動作中，可根據第1檢測信號所示的撓曲量和第2檢測信號所示的扭曲量，判定探針2a與試樣s的表面未接觸的情況。

另外，在上述的實施方式中，掃描型探針顯微鏡1在探針2a與試樣s的表面接觸的狀態下連續地掃描試樣s的表面時，可控制z方向驅動裝置22，以使第1檢測信號所示的撓曲量是第1范圍內且第2檢測信號所示的扭曲量是第2范圍內。由此，即使在試樣s的表面具有斜面的情況下，也能夠使探針2a與試樣s的表面的距離保持為固定的距離。

另外，在上述的實施方式中，不是使試樣臺4移動，而是使懸臂2進行移動，由此能夠使探針2a與試樣s針對xy方向相對地進行移動。

可利用計算機來實現上述的實施方式中的控制裝置7。在此情況下，可通過在計算機可讀取的記錄介質中記錄用于實現該功能的程序，使計算機系統讀入并執行該記錄介質所記錄的程序，來予以實現。此外，這里所說的“計算機系統”是指包含os或周邊設備等硬件的系統。另外，所謂“計算機可讀取的記錄介質”是指軟盤、光磁盤、rom、cd-rom等可移動介質、內置于計算機系統的硬盤等存儲裝置。此外，所謂“計算機可讀取的記錄介質”還可以包含如經由互聯網等網絡或電話線路等通信線路發送程序時的通信線那樣在短時間之內動態地保持程序的介質以及如成為此時的服務器或客戶機的計算機系統內部的揮發性存儲器那樣在固定時間內保持程序的介質。另外，上述程序可以是用于實現上述功能的一部分的程序，還可以是通過與在計算機系統中已經記錄的程序的組合來實現上述功能的程序，可以是采用fpga(fieldprogrammablegatearray：現場可編程門陣列)等可編程邏輯設備來實現的程序。

以上，參照附圖詳細地敘述了本發明的實施方式，但具體的結構不被該實施方式所限定，還包含不脫離本發明要旨的范圍的設計等。

在權利要求的范圍、說明書以及附圖中示出的裝置、系統、程序以及方法內的動作、順序、步驟以及階段等各個處理的執行順序未特別明示為“更前”、“之前”等，另外，只要不是在后面的處理中采用前面處理的輸出，就應該留意到能夠以任意的順序來實現。關于權利要求的范圍、說明書以及附圖中的動作流程，即使為了方便而采用“首先”“接著”等進行說明，也不表示必須以此順序來實施。