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JP7625971B2 - Scanning probe microscope and control method - Google Patents

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JP7625971B2 JP2021089041A JP2021089041A JP7625971B2 JP 7625971 B2 JP7625971 B2 JP 7625971B2 JP 2021089041 A JP2021089041 A JP 2021089041A JP 2021089041 A JP2021089041 A JP 2021089041A JP 7625971 B2 JP7625971 B2 JP 7625971B2
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q10/00Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
    • G01Q10/04Fine scanning or positioning
    • G01Q10/06Circuits or algorithms therefor
    • G01Q10/065Feedback mechanisms, i.e. wherein the signal for driving the probe is modified by a signal coming from the probe itself

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Description

本開示は、走査型プローブ顕微鏡および制御方法に関する。 This disclosure relates to a scanning probe microscope and a control method.

従来、試料の表面に沿って相対移動されるプローブを備えた走査型プローブ顕微鏡(SPM:Scanning Probe Microscope)が提案されている。たとえば、特開2021-004859号公報(特許文献1)に記載のSPMは、制御装置と、試料が配置される試料台と、該試料の表面に沿って相対移動させる探針とを備える。SPMは、該試料台をX軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向に駆動することにより該試料を測定する。また、制御装置は、探針と試料との間に作用する物理量(たとえば、原子間力)が一定となるようにフィードバック制御を実行する。 Conventionally, a scanning probe microscope (SPM) equipped with a probe that moves relatively along the surface of a sample has been proposed. For example, the SPM described in JP 2021-004859 A (Patent Document 1) includes a control device, a sample stage on which a sample is placed, and a probe that moves relatively along the surface of the sample. The SPM measures the sample by driving the sample stage in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. In addition, the control device performs feedback control so that the physical quantity (e.g., atomic force) acting between the probe and the sample is constant.

特開2021-004859号公報JP 2021-004859 A

上述のSPMによる試料の測定中において、上述のフィードバック制御が実行されたにも関わらず、探針と試料との間に作用する物理量が一定とならない場合がある。この場合とは、たとえば、SPMが測定することができない程大きな凸部が試料に存在する場合である。試料に該凸部が存在する状態で測定を継続すると、不正確な測定結果を取得してしまうという問題が生じ得る。 During measurement of a sample by the SPM described above, even if the feedback control described above is performed, there are cases where the physical quantity acting between the probe and the sample does not remain constant. This is the case, for example, when the sample has a convex portion that is too large to be measured by the SPM. If the measurement is continued while the convex portion is present on the sample, there is a possibility that an inaccurate measurement result will be obtained.

この発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、探針と試料との間に作用する物理量が一定とならない場合であっても、不正確な測定結果を取得することを低減する技術を提供することである。 This invention was made to solve these problems, and aims to provide a technique that reduces the occurrence of inaccurate measurement results even when the physical quantity acting between the probe and the sample is not constant.

本開示の走査型プローブ顕微鏡は、試料を測定する。走査型プローブ顕微鏡は、走査型プローブ顕微鏡であって、試料が配置される試料台と、試料に対向して配置される探針と、探針と試料との間に作用する物理量が一定となるように第1制御が実行されることにより、探針を試料の表面に沿って相対的に移動させる第1駆動機構と、第1制御が実行されたにもかかわらず物理量が一定とならない場合に試料の測定を停止する制御装置とを備える。 The scanning probe microscope of the present disclosure measures a sample. The scanning probe microscope is a scanning probe microscope that includes a sample stage on which the sample is placed, a probe placed facing the sample, a first drive mechanism that moves the probe relatively along the surface of the sample by executing a first control so that a physical quantity acting between the probe and the sample becomes constant, and a control device that stops the measurement of the sample if the physical quantity does not become constant despite the execution of the first control.

本開示の制御方法は、走査型プローブ顕微鏡の制御方法である。走査型プローブ顕微鏡は、試料が配置される試料台と、試料に対向して配置される探針と、探針を試料の表面に沿って相対的に移動させる第1駆動機構とを備える。制御方法は、探針と試料との間に作用する物理量が一定となるような第1制御を実行することと、第1制御が実行されたにもかかわらず物理量が一定とならない場合に試料の測定を停止することとを備える。 The control method disclosed herein is a method for controlling a scanning probe microscope. The scanning probe microscope comprises a sample stage on which a sample is placed, a probe placed facing the sample, and a first drive mechanism for relatively moving the probe along the surface of the sample. The control method comprises executing a first control such that a physical quantity acting between the probe and the sample becomes constant, and stopping measurement of the sample if the physical quantity does not become constant despite the execution of the first control.

本開示によれば、探針と試料との間に作用する物理量が一定となるように制御が実行されたにも関わらず物理量が一定とならない場合には、試料の測定を停止する。したがって、本開示によれば、不正確な測定結果を取得することを低減することができる。 According to the present disclosure, even if control is performed so that the physical quantity acting between the probe and the sample is constant, if the physical quantity does not become constant, the measurement of the sample is stopped. Therefore, according to the present disclosure, it is possible to reduce the acquisition of inaccurate measurement results.

実施の形態に係るSPMの構成を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an SPM according to an embodiment. 情報処理装置のハードウェア構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of an information processing device. 測定範囲の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a measurement range. 情報処理装置の機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of an information processing device. 熱ドリフトの発生の検出の手法を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a method for detecting the occurrence of thermal drift. 過大凹凸部が試料に存在する場合の第2制御を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a second control in a case where an excessively large uneven portion is present on the sample. SPMの動作方法を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining an operation method of the SPM. 第3実施形態のSPMの動作方法を説明するためのフローチャートである。13 is a flowchart for explaining an operation method of the SPM according to the third embodiment. 表示装置に表示される通知文の一例を示す。11 shows an example of a notification message displayed on the display device. 表示装置の表示領域に表示される通知文の一例を示す。13 shows an example of a notification message displayed in a display area of a display device. モードの選択画面の一例である。13 is an example of a mode selection screen. 待機時間の予測の手法を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining a method for predicting a waiting time. 熱ドリフトを説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining thermal drift. 変形例のSPMの動作方法を説明するためのフローチャートである。13 is a flowchart for explaining an operation method of the SPM of the modified example. 待機時間算出処理のフローチャートである。13 is a flowchart of a waiting time calculation process.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings are given the same reference numerals and their description will not be repeated.

[第1の実施の形態]
図1は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡(SPM)の構成を概略的に示す図である。本実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡100は、代表的には、プローブ(探針)3と試料Sの表面との間に働く物理量を利用して試料Sの表面の形状を測定する原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)である。その他の走査型プローブ顕微鏡、例えば走査型トンネル顕微鏡(STM:Scanning Tunneling Microscope)にも本開示を同様に適用することができる。なお、物理量は、たとえば、原子間力(引力または斥力)である。以下では、試料Sの高さ方向をZ軸方向とし、Z軸方向に直交する方向をX軸方向およびY軸方向とする。
[First embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a scanning probe microscope (SPM) according to an embodiment. A scanning probe microscope 100 according to the present embodiment is typically an atomic force microscope (AFM) that measures the shape of the surface of a sample S by utilizing a physical quantity acting between a probe (needle) 3 and the surface of the sample S. The present disclosure can be similarly applied to other scanning probe microscopes, for example, a scanning tunneling microscope (STM). The physical quantity is, for example, an atomic force (attractive or repulsive force). In the following, the height direction of the sample S is the Z-axis direction, and the directions perpendicular to the Z-axis direction are the X-axis direction and the Y-axis direction.

図1に示すように、走査型プローブ顕微鏡100は、主たる構成要素として、測定装置10と、情報処理装置20と、表示装置30と、入力装置40とを備える。測定装置10は、主たる構成要素として、光学系1と、カンチレバー2と、微動機構12(スキャナ)と、試料台14と、粗動機構13と、XY方向駆動部16と、Z方向駆動部18と、フィードバック信号発生部22とを有する。本実施の形態の「微動機構12」は、本開示の「第1駆動機構」に対応し、本実施の形態の「粗動機構13」は、本開示の「第2駆動機構」に対応する。 As shown in FIG. 1, the scanning probe microscope 100 includes, as its main components, a measuring device 10, an information processing device 20, a display device 30, and an input device 40. The measuring device 10 includes, as its main components, an optical system 1, a cantilever 2, a fine movement mechanism 12 (scanner), a sample stage 14, a coarse movement mechanism 13, an XY direction drive unit 16, a Z direction drive unit 18, and a feedback signal generating unit 22. The "fine movement mechanism 12" in this embodiment corresponds to the "first drive mechanism" in this disclosure, and the "coarse movement mechanism 13" in this embodiment corresponds to the "second drive mechanism" in this disclosure.

試料Sは、試料台14上に配置される。試料台14は、微動機構12上に配置される。微動機構12は、試料Sと探針3との相対的な位置関係を変化させるための移動装置である。微動機構12は、XYスキャナ12xyと、Zスキャナ12zとを有する。XYスキャナ12xyは、試料台14を、X軸方向およびY軸方向に移動させる。Zスキャナ12zは、試料台14をZ軸方向に微動させる。XYスキャナ12xyは、XY方向駆動部16から印加される電圧によって変形する圧電素子を有する。Zスキャナ12zは、Z方向駆動部18から印加される電圧によって伸縮する圧電素子を有する。この圧電素子により、Zスキャナ12zは伸縮する。なお、XYスキャナ12xyおよびZスキャナ12zは、圧電素子を有する構成に限定されない。 The sample S is placed on the sample stage 14. The sample stage 14 is placed on the fine movement mechanism 12. The fine movement mechanism 12 is a moving device for changing the relative positional relationship between the sample S and the probe 3. The fine movement mechanism 12 has an XY scanner 12xy and a Z scanner 12z. The XY scanner 12xy moves the sample stage 14 in the X-axis direction and the Y-axis direction. The Z scanner 12z finely moves the sample stage 14 in the Z-axis direction. The XY scanner 12xy has a piezoelectric element that deforms in response to a voltage applied from the XY direction drive unit 16. The Z scanner 12z has a piezoelectric element that expands and contracts in response to a voltage applied from the Z direction drive unit 18. The Z scanner 12z expands and contracts due to this piezoelectric element. Note that the XY scanner 12xy and the Z scanner 12z are not limited to a configuration having a piezoelectric element.

本実施の形態においては、Z方向駆動部18が印加する電圧が、最大値Vmaxであるときに、試料台14はZ軸方向において最も高い位置に駆動される。また、Z方向駆動部18が印加する電圧が、最小値Vminであるときに、試料台14はZ軸方向において最も低い位置に駆動される。たとえば、最大値Vmaxは、+V1(V1は正の実数)であり、最小値Vminは、-V1である。また、Z方向駆動部18が印加する電圧が、0であるときに、試料台14は、初期位置に駆動される。本実施の形態においては、初期位置は、Z軸方向において中央の位置となる。なお、変形例として、Z方向駆動部18が印加する電圧が最大値Vmaxであるときに、試料台14はZ軸方向において最も低い位置に駆動され、該電圧が最小値Vminであるときに、試料台14はZ軸方向において最も高い位置に駆動されてもよい。 In this embodiment, when the voltage applied by the Z-direction driving unit 18 is the maximum value Vmax, the sample stage 14 is driven to the highest position in the Z-axis direction. When the voltage applied by the Z-direction driving unit 18 is the minimum value Vmin, the sample stage 14 is driven to the lowest position in the Z-axis direction. For example, the maximum value Vmax is +V1 (V1 is a positive real number), and the minimum value Vmin is -V1. When the voltage applied by the Z-direction driving unit 18 is 0, the sample stage 14 is driven to the initial position. In this embodiment, the initial position is the center position in the Z-axis direction. As a modified example, when the voltage applied by the Z-direction driving unit 18 is the maximum value Vmax, the sample stage 14 may be driven to the lowest position in the Z-axis direction, and when the voltage is the minimum value Vmin, the sample stage 14 may be driven to the highest position in the Z-axis direction.

カンチレバー2は、板ばね状に形成されており、その一方端がホルダ4によって支持されている。カンチレバー2の他方端は自由端であり、試料Sに対向するように配置される。図1に示した例では、Z軸方向の上方に配置されている。カンチレバー2は、試料Sと対向する表面と、表面と反対側の裏面とを有する。カンチレバー2の自由端の先端部の表面には、試料Sに対向するように探針3が配置されている。当該先端部の裏面は、光を反射するように構成されている。探針3と試料Sとの間に働く物理量(たとえば、原子間力)によって、カンチレバー2の先端部がZ軸方向に変位する。 The cantilever 2 is formed in the shape of a leaf spring, one end of which is supported by a holder 4. The other end of the cantilever 2 is a free end, and is arranged to face the sample S. In the example shown in FIG. 1, it is arranged upward in the Z-axis direction. The cantilever 2 has a front surface that faces the sample S, and a back surface opposite the front surface. A probe 3 is arranged on the surface of the tip of the free end of the cantilever 2 so as to face the sample S. The back surface of the tip is configured to reflect light. The tip of the cantilever 2 is displaced in the Z-axis direction by a physical quantity (e.g., atomic force) acting between the probe 3 and the sample S.

カンチレバー2のZ軸方向の上方には、カンチレバー2の撓み量(すなわち、先端部の変位量)を検出するための光学系1が設けられている。光学系1は、試料Sの測定時にレーザ光をカンチレバー2の裏面(反射面)に照射し、当該反射面で反射されたレーザ光を検出する。具体的には、光学系1は、レーザ光源6と、ビームスプリッタ5と、反射鏡7と、光検出器8とを有する。 An optical system 1 is provided above the cantilever 2 in the Z-axis direction to detect the amount of deflection of the cantilever 2 (i.e., the amount of displacement of the tip). When measuring the sample S, the optical system 1 irradiates the back surface (reflecting surface) of the cantilever 2 with laser light and detects the laser light reflected by the reflecting surface. Specifically, the optical system 1 has a laser light source 6, a beam splitter 5, a reflecting mirror 7, and a photodetector 8.

レーザ光源6は、レーザ光を発射するレーザ発振器を有する。光検出器8は、入射されたレーザ光を検出するフォトダイオードを有する。レーザ光源6から発射されたレーザ光LAは、ビームスプリッタ5で反射され、カンチレバー2の裏面(反射面)に照射される。カンチレバー2の裏面で反射されたレーザ光は、さらに反射鏡7によって反射されて光検出器8に入射する。 The laser light source 6 has a laser oscillator that emits laser light. The photodetector 8 has a photodiode that detects the incident laser light. The laser light LA emitted from the laser light source 6 is reflected by the beam splitter 5 and irradiated onto the back surface (reflection surface) of the cantilever 2. The laser light reflected by the back surface of the cantilever 2 is further reflected by the reflector 7 and enters the photodetector 8.

光検出器8は、カンチレバー2のZ軸方向(変位方向)に複数(たとえば、2つ)に分割された受光面を有する。あるいは、光検出器8は、Z軸方向およびY軸方向に4分割された受光面を有する。カンチレバー2の先端部がZ軸方向に変位すると、複数の受光面に照射される光量の割合が変化することから、その複数の受光光量に基づいて、カンチレバー2の撓み量(変位量)を検出することができる。 The photodetector 8 has a light receiving surface that is divided into multiple (e.g., two) parts in the Z-axis direction (displacement direction) of the cantilever 2. Alternatively, the photodetector 8 has a light receiving surface that is divided into four parts in the Z-axis direction and the Y-axis direction. When the tip of the cantilever 2 is displaced in the Z-axis direction, the ratio of the amount of light irradiated to the multiple light receiving surfaces changes, and the amount of deflection (displacement) of the cantilever 2 can be detected based on the multiple amounts of light received.

フィードバック信号発生部22は、光検出器8から与えられる検出信号を演算処理することによって、カンチレバー2の撓み量を算出する。フィードバック信号発生部22は、探針3と試料Sとの間の原子間力が一定になるように試料SのZ方向位置を制御する。以下では、この制御は、「フィードバック制御」と称される。また、フィードバック制御は、本開示の「第1制御」に対応する。具体的には、フィードバック信号発生部22は、算出したカンチレバー2の撓み量と目標値との偏差Sdを算出し、偏差SdがゼロになるようにZスキャナ12zを駆動するための制御量を算出する。フィードバック信号発生部22は、この制御量に対応してZスキャナ12zを変位させるための電圧値Vzを算出する。フィードバック信号発生部22は、電圧値Vzを示す電圧信号をZ方向駆動部18に出力する。Z方向駆動部18は、電圧値VzをZスキャナ12zに印加する。このように、Z方向駆動部18は、フィードバック信号発生部22からの電圧値の入力を受付け、該電圧値に基づいた電圧をZスキャナ12zに印加する。 The feedback signal generating unit 22 calculates the amount of deflection of the cantilever 2 by arithmetic processing of the detection signal provided by the photodetector 8. The feedback signal generating unit 22 controls the Z-direction position of the sample S so that the atomic force between the probe 3 and the sample S is constant. Hereinafter, this control is referred to as "feedback control". The feedback control corresponds to the "first control" of this disclosure. Specifically, the feedback signal generating unit 22 calculates the deviation Sd between the calculated amount of deflection of the cantilever 2 and a target value, and calculates a control amount for driving the Z scanner 12z so that the deviation Sd becomes zero. The feedback signal generating unit 22 calculates a voltage value Vz for displacing the Z scanner 12z corresponding to this control amount. The feedback signal generating unit 22 outputs a voltage signal indicating the voltage value Vz to the Z direction driving unit 18. The Z direction driving unit 18 applies the voltage value Vz to the Z scanner 12z. In this way, the Z-direction drive unit 18 accepts the input of a voltage value from the feedback signal generator 22 and applies a voltage based on that voltage value to the Z scanner 12z.

情報処理装置20は、予め設定された走査条件に従って、試料台14が探針3に対してX軸およびY軸方向に相対移動するように、XY方向駆動部16をX軸方向の電圧値VxおよびY軸方向の電圧値Vyを算出し、XY方向駆動部16に出力する。XY方向駆動部16は、電圧値VxおよびVyをXYスキャナ12xyに印加する。 The information processing device 20 calculates the voltage value Vx in the X-axis direction and the voltage value Vy in the Y-axis direction to the XY-direction driving unit 16 so that the sample stage 14 moves relative to the probe 3 in the X-axis and Y-axis directions according to preset scanning conditions, and outputs them to the XY-direction driving unit 16. The XY-direction driving unit 16 applies the voltage values Vx and Vy to the XY scanner 12xy.

粗動機構13は、X軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向に試料台14を移動させる。また、X軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向において、微動機構12による試料台14の第1移動範囲は、粗動機構13による試料台14の第2移動範囲よりも小さくなるように構成されている。また、後述の原因により、SPM100が試料Sを適切に測定できない場合がある。この場合には、情報処理装置20の制御により粗動機構13は、退避処理を実行する。退避処理は、探針3と試料台14との間隔を増大させる処理である。粗動機構13は、情報処理装置20により駆動される。 The coarse movement mechanism 13 moves the sample stage 14 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. Furthermore, in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, the first movement range of the sample stage 14 by the fine movement mechanism 12 is configured to be smaller than the second movement range of the sample stage 14 by the coarse movement mechanism 13. Furthermore, due to causes described below, the SPM 100 may not be able to properly measure the sample S. In this case, the coarse movement mechanism 13 executes a retraction process under the control of the information processing device 20. The retraction process is a process for increasing the distance between the probe 3 and the sample stage 14. The coarse movement mechanism 13 is driven by the information processing device 20.

情報処理装置20は、主として測定装置10の動作を制御する。Z軸方向のフィードバック量(Zスキャナ12zへの印加電圧Vzおよび偏差Sd)を示す測定データはZ方向駆動部18から情報処理装置20に送られる。測定データは、試料SのY軸方向(図3参照)において、所定の間隔毎に定められている測定点毎に送信される。情報処理装置20は、測定データを記憶する。情報処理装置20は、予め記憶されている電圧Vzとそれに対応した試料S(試料台14)のZ軸方向の変位量との関係を示す相関情報に基づいて、電圧Vzから試料SのZ軸方向の変位量を算出する。算出された変位量は、試料SのZ軸方向の位置を示す値(以下、「Z値」とも称する)を反映した値である。情報処理装置20は、走査範囲におけるX軸およびY軸方向の各位置において、試料SのZ軸方向の変位量を算出することにより、試料Sの表面の形状を表す2次元または3次元の測定データを作成する。情報処理装置20は、該測定データに基づいて試料Sの表面の形状などの情報を表示装置30に表示させる。 The information processing device 20 mainly controls the operation of the measuring device 10. Measurement data indicating the amount of feedback in the Z-axis direction (applied voltage Vz to the Z scanner 12z and deviation Sd) is sent from the Z-axis driving unit 18 to the information processing device 20. The measurement data is transmitted for each measurement point determined at a predetermined interval in the Y-axis direction of the sample S (see FIG. 3). The information processing device 20 stores the measurement data. The information processing device 20 calculates the amount of displacement of the sample S in the Z-axis direction from the voltage Vz based on correlation information indicating the relationship between the voltage Vz stored in advance and the corresponding amount of displacement of the sample S (sample stage 14) in the Z-axis direction. The calculated amount of displacement is a value reflecting a value indicating the position of the sample S in the Z-axis direction (hereinafter also referred to as the "Z value"). The information processing device 20 creates two-dimensional or three-dimensional measurement data representing the shape of the surface of the sample S by calculating the amount of displacement of the sample S in the Z-axis direction at each position in the X-axis and Y-axis directions in the scanning range. The information processing device 20 causes the display device 30 to display information such as the shape of the surface of the sample S based on the measurement data.

情報処理装置20により作成された画像データは、XY平面上の各位置におけるZ軸方向の位置を示す値(Z値)とを含んでいる。なお、Z値は、試料台14上の各位置における表面の高さに対応し、そのうち試料Sが存在する位置では試料Sを含む高さに対応している。情報処理装置20は、作成した画像データを表示装置30に表示する。また、入力装置40からは、ユーザから様々な情報が入力される。 The image data created by the information processing device 20 includes a value (Z value) indicating the position in the Z-axis direction at each position on the XY plane. The Z value corresponds to the surface height at each position on the sample stage 14, and at the position where the sample S is present, it corresponds to the height including the sample S. The information processing device 20 displays the created image data on the display device 30. In addition, various information is input from the user via the input device 40.

[情報処理装置のハードウェア構成]
図2は、情報処理装置20のハードウェア構成例を示す図である。図2を参照して、情報処理装置20は、主たる構成要素として、CPU(Central Processing Unit)160と、ROM(Read Only Memory)162と、RAM(Random Access Memory)164と、HDD(Hard Disk Drive)166と、通信I/F(Interface)168と、表示I/F170と、入力I/F172とを有する。各構成要素はデータバスによって相互に接続されている。なお、情報処理装置20のハードウェア構成のうち少なくとも一部分は、測定装置10の内部にあってもよい。あるいは、情報処理装置20は、走査型プローブ顕微鏡100とは別体として構成し、走査型プローブ顕微鏡100との間で双方向に通信を行なうように構成してもよい。
[Hardware configuration of information processing device]
2 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the information processing device 20. Referring to FIG. 2, the information processing device 20 has, as main components, a central processing unit (CPU) 160, a read only memory (ROM) 162, a random access memory (RAM) 164, a hard disk drive (HDD) 166, a communication interface (I/F) 168, a display I/F 170, and an input I/F 172. The components are connected to each other by a data bus. At least a part of the hardware configuration of the information processing device 20 may be located inside the measuring device 10. Alternatively, the information processing device 20 may be configured as a separate entity from the scanning probe microscope 100, and configured to communicate bidirectionally with the scanning probe microscope 100.

通信I/F168は、測定装置10と通信するためのインターフェイスである。表示I/F170は、表示装置30と通信するためのインターフェイスである。入力I/F172は、入力装置40と通信するためのインターフェイスである。 The communication I/F 168 is an interface for communicating with the measurement device 10. The display I/F 170 is an interface for communicating with the display device 30. The input I/F 172 is an interface for communicating with the input device 40.

ROM162は、CPU160にて実行されるプログラムを格納する。RAM164は、CPU160におけるプログラムの実行により生成されるデータ、および通信I/F168を経由して入力されるデータを一時的に格納することができる。RAM164は、作業領域として利用される一時的なデータメモリとして機能し得る。HDD166は、不揮発性の記憶装置である。HDD166に代えて、フラッシュメモリなどの半導体記憶装置を採用してもよい。 The ROM 162 stores the programs executed by the CPU 160. The RAM 164 can temporarily store data generated by the execution of the programs in the CPU 160 and data input via the communication I/F 168. The RAM 164 can function as a temporary data memory used as a working area. The HDD 166 is a non-volatile storage device. A semiconductor storage device such as a flash memory may be used instead of the HDD 166.

ROM162に格納されているプログラムは、記憶媒体に格納されて、プログラムプロダクトとして流通されてもよい。または、プログラムは、情報提供事業者によって、いわゆるインターネットなどによりダウンロード可能なプロダクトプログラムとして提供されてもよい。情報処理装置20は、記憶媒体またはインターネットなどにより提供されたプログラムを読み取る。情報処理装置20は、読み取ったプログラムを所定の記憶領域(例えばROM162)に記憶する。CPU160は、当該プログラムを実行することにより、後述する画像データの取得処理を実行することができる。 The program stored in ROM 162 may be stored in a storage medium and distributed as a program product. Alternatively, the program may be provided by an information provider as a so-called product program that can be downloaded via the Internet or the like. The information processing device 20 reads the program provided on a storage medium or via the Internet or the like. The information processing device 20 stores the read program in a specified storage area (e.g., ROM 162). By executing the program, the CPU 160 can execute the image data acquisition process described below.

表示装置30は、画像データの取得条件を設定するための設定画面を表示することができる。また、画像データの取得中、表示装置30は、情報処理装置20にて作成された画像データおよび、この画像データを処理して得られたデータを表示することができる。 The display device 30 can display a setting screen for setting the conditions for acquiring image data. In addition, while acquiring image data, the display device 30 can display image data created by the information processing device 20 and data obtained by processing this image data.

入力装置40は、ユーザ(例えば、分析者)からの情報処理装置20に対する指示を含む入力を受け付ける。入力装置40は、キーボード、マウスおよび、表示装置30の表示画面と一体的に構成されたタッチパネルなどを含み、画像の取得条件などを受け付ける。 The input device 40 accepts inputs, including instructions from a user (e.g., an analyst) to the information processing device 20. The input device 40 includes a keyboard, a mouse, and a touch panel that is integrated with the display screen of the display device 30, and accepts image acquisition conditions, etc.

[試料Sの測定範囲]
ユーザは、入力装置40から、試料Sの測定範囲を入力可能である。図3は、測定範囲R1の一例を示す図である。図3の例では、測定範囲R1は矩形状に設定されている。図3に示すように、情報処理装置20は、試料SのY軸方向の測定経路L(1ライン目の経路)に沿って、探針3が往復するように相対移動させる。図3の例では、Y軸の正方向が、本開示の「第1方向」に対応し、Y軸の負方向が、本開示の「第2方向」に対応する。測定経路Lにおいて、探針3の往復移動が終了すると、探針3は、X軸方向に所定量分、相対移動される。そして、探針3は、次の測定経路(2ライン目の経路)において、再び往復するように相対移動する。このように、探針3は、測定範囲R1において、全てのラインにおいて往復移動する。なお、変形例として、探針3は、X軸方向に往復移動するようにしてもよい。
[Measurement range of sample S]
A user can input a measurement range of the sample S from the input device 40. FIG. 3 is a diagram showing an example of the measurement range R1. In the example of FIG. 3, the measurement range R1 is set to a rectangular shape. As shown in FIG. 3, the information processing device 20 relatively moves the probe 3 so as to reciprocate along a measurement path L (first line path) in the Y-axis direction of the sample S. In the example of FIG. 3, the positive direction of the Y-axis corresponds to the "first direction" of the present disclosure, and the negative direction of the Y-axis corresponds to the "second direction" of the present disclosure. When the reciprocating movement of the probe 3 ends in the measurement path L, the probe 3 is relatively moved a predetermined amount in the X-axis direction. Then, the probe 3 relatively moves so as to reciprocate again in the next measurement path (second line path). In this way, the probe 3 reciprocates in all lines in the measurement range R1. In addition, as a modified example, the probe 3 may be reciprocated in the X-axis direction.

[情報処理装置の処理]
図4は、情報処理装置20の機能ブロック図である。情報処理装置20は、入力部102と、処理部104と、駆動部106と、記憶部108とを有する。入力部102には、Z方向駆動部18からの測定データ(印加電圧Vzおよび偏差Sd)が入力される。この測定データは、処理部104に出力される。処理部104は、試料SのZ軸方向の変位量を算出することにより、測定データを作成する。ここで、探針3が上述の第1方向に相対移動されたときに処理部104が作成するデータを「第1測定データ」と称する。第1測定データは、往路における測定データである。また、探針3が上述の第2方向に相対移動されたときに処理部104が作成するデータを「第2測定データ」と称する。第2測定データは、復路における測定データである。このように、処理部104は、第1測定データおよび第2測定データを作成する。
[Processing of information processing device]
FIG. 4 is a functional block diagram of the information processing device 20. The information processing device 20 has an input unit 102, a processing unit 104, a driving unit 106, and a storage unit 108. The input unit 102 receives measurement data (applied voltage Vz and deviation Sd) from the Z-direction driving unit 18. This measurement data is output to the processing unit 104. The processing unit 104 creates measurement data by calculating the amount of displacement of the sample S in the Z-axis direction. Here, data created by the processing unit 104 when the probe 3 is relatively moved in the first direction described above is referred to as "first measurement data". The first measurement data is measurement data in the forward path. Moreover, data created by the processing unit 104 when the probe 3 is relatively moved in the second direction described above is referred to as "second measurement data". The second measurement data is measurement data in the return path. In this way, the processing unit 104 creates the first measurement data and the second measurement data.

また、処理部104は、偏差Sdがゼロとなっているかを判断する。試料Sの測定において、正常な状況である場合には、上述のフィードバック制御が実行されることにより偏差Sdはゼロとなる。しかしながら、以下に示す原因により、偏差Sdはゼロとはならない場合がある。原因は、第1原因と第2原因とを含む。 The processing unit 104 also determines whether the deviation Sd is zero. When the measurement of the sample S is in a normal state, the deviation Sd becomes zero as a result of the above-mentioned feedback control being executed. However, the deviation Sd may not become zero due to the following reasons. The reasons include a first cause and a second cause.

第1原因は、後述の過大凹凸部が試料Sに存在するという原因である。過大凹凸部は、過度に高い凸部および過度に深い凹部をいう。過度に高い凸部は、Z軸方向の上述の第1移動範囲(微動機構12による試料台14の移動範囲)より長い高さを有する凸部である。また、過度に深い凹部は、Z軸方向の上述の第1移動範囲より長い深さを有する凹部である。ここで、微動機構12による試料台14の第1移動範囲は数μmから数十μmである。 The first cause is the presence of excessively uneven portions in the sample S, as described below. Excessively uneven portions refer to excessively high convex portions and excessively deep concave portions. Excessively high convex portions are convex portions having a height greater than the above-mentioned first movement range in the Z-axis direction (the movement range of the sample stage 14 by the fine movement mechanism 12). Moreover, excessively deep concave portions are concave portions having a depth greater than the above-mentioned first movement range in the Z-axis direction. Here, the first movement range of the sample stage 14 by the fine movement mechanism 12 is several μm to several tens of μm.

第2原因は熱ドリフトが発生しているという原因である。熱ドリフトは、SPM100による試料Sの測定中に、SPM100の機器または試料Sからの発熱により生じる。SPM100装置全体の熱ドリフトにより、意図しない、探針3と試料Sとの相対位置の変化が生じる場合がある。 The second cause is the occurrence of thermal drift. Thermal drift occurs due to heat generation from the SPM100 device or the sample S during measurement of the sample S by the SPM100. Thermal drift of the entire SPM100 device may cause an unintended change in the relative position between the probe 3 and the sample S.

意図しない探針3と試料Sとの相対位置の変化には、探針3が時間の経過とともに試料Sに近づく場合と、探針3が時間の経過とともに試料Sに遠ざかる場合とがある。例えば、探針3が試料Sに近づく方向に熱ドリフトが発生している場合には、試料Sの測定を継続すると、Zスキャナ12zが縮みきっている状態となっても偏差Sdがゼロにならないという現象が起こり得る。逆に、探針3が試料Sから遠ざかる方向に熱ドリフトが発生している場合には、Zスキャナ12zが伸びきっている状態となっても偏差Sdがゼロにならないという現象が起こり得る。つまり、熱ドリフトが発生することによりZスキャナ12zにZ方向駆動部18が印加する電圧が、最大値Vmaxの状態、または、最小値Vminの状態となっているため、上述のフィーバック制御が実行されたにも関わらず偏差Sdがゼロにならない(原子間力が一定にならない)。このような状態を、微動機構12の稼働範囲を超える熱ドリフトによる影響が発生した状態と称する。 There are two types of unintended changes in the relative position between the probe 3 and the sample S: the probe 3 approaches the sample S over time, and the probe 3 moves away from the sample S over time. For example, if thermal drift occurs in the direction in which the probe 3 approaches the sample S, the deviation Sd may not become zero even if the Z scanner 12z is fully contracted when the measurement of the sample S is continued. Conversely, if thermal drift occurs in the direction in which the probe 3 moves away from the sample S, the deviation Sd may not become zero even if the Z scanner 12z is fully extended. In other words, the voltage applied to the Z scanner 12z by the Z direction drive unit 18 due to the occurrence of thermal drift is at the maximum value Vmax or the minimum value Vmin, so that the deviation Sd does not become zero (the atomic force does not become constant) even if the feedback control described above is executed. Such a state is referred to as a state in which the influence of thermal drift beyond the operating range of the fine movement mechanism 12 occurs.

以下では、「時間の経過とともに、探針3と試料Sとが近づくように作用する熱ドリフト」は、「第1熱ドリフト」とも称される。また、「時間の経過とともに、探針3と試料Sとが遠ざかるように作用する熱ドリフト」は、「第2熱ドリフト」とも称される。また、熱ドリフトが発生した場合において、途中から該熱ドリフトの種別が変化することはないとする。たとえば、第1熱ドリフトが発生した場合において、途中から第2熱ドリフトが発生する場合はないとする。また、第2熱ドリフトが発生した場合において、途中から第1熱ドリフトが発生する場合はないとする。 In the following, "thermal drift that acts to bring the probe 3 and the sample S closer together over time" is also referred to as "first thermal drift". Also, "thermal drift that acts to move the probe 3 and the sample S away from each other over time" is also referred to as "second thermal drift". Also, when thermal drift occurs, the type of the thermal drift does not change midway. For example, when a first thermal drift occurs, there is no case where a second thermal drift occurs midway. Also, when a second thermal drift occurs, there is no case where a first thermal drift occurs midway.

次に、原因の種別(第1原因および第2原因のいずれであるか)を特定する手法を説明する。処理部104は、偏差Sdがゼロではないと判断した場合には、記憶部108に記憶されている測定データ(過去に取得された測定データ)を取得する。たとえば、処理部104は、直近に記憶された(直近に取得された)N個の測定データを取得する。Nは1以上の整数である。なお、N個の測定データの各々に第1測定データと第2測定データとが含まれている。そして、処理部104は、該測定データに基づいて、原因の種別を特定する。 Next, a method for identifying the type of cause (whether it is the first cause or the second cause) will be described. When the processing unit 104 determines that the deviation Sd is not zero, it acquires the measurement data (previously acquired measurement data) stored in the memory unit 108. For example, the processing unit 104 acquires the most recently stored (most recently acquired) N pieces of measurement data, where N is an integer equal to or greater than 1. Each of the N pieces of measurement data includes the first measurement data and the second measurement data. Then, the processing unit 104 identifies the type of cause based on the measurement data.

図5は、過去の測定データの一例である。図5(A)~図5(C)において、横軸は、時間tを示し、縦軸は、SPM10により測定された試料Sの高さを示す。また、図5では、往路の測定データおよび復路の測定データが示されている。往路における測定の開示時刻を「t0」とし、往路から復路への反転時刻を「t1」とし、復路における測定の終了時刻を「t2」とする。なお、図5の例では、便宜上、往路から復路への反転時において、往路における測定の終了時刻と、復路における測定の開始時刻とが同一となっているが、測定の終了時刻と、復路における測定の開始時刻とは異なる場合がある。 Figure 5 is an example of past measurement data. In Figures 5(A) to 5(C), the horizontal axis indicates time t, and the vertical axis indicates the height of the sample S measured by the SPM 10. Figure 5 also shows measurement data for the outbound journey and measurement data for the return journey. The start time of the measurement on the outbound journey is "t0", the reversal time from the outbound journey to the return journey is "t1", and the end time of the measurement on the return journey is "t2". Note that in the example of Figure 5, for convenience, when reversing from the outbound journey to the return journey, the end time of the measurement on the outbound journey is the same as the start time of the measurement on the return journey, but the end time of the measurement may differ from the start time of the measurement on the return journey.

処理部104は、復路における測定データを、該復路の測定データの時系列を逆転させた逆データ(第3測定データ)に変換する。そして、処理部104は、該復路に対応する往路の測定データ(第1測定データ)と、逆データとの一致度を算出する。一致度は、往路の測定データと、逆データとの一致度合いを示す値である。一致度は、例えば、往路の測定データと、逆データとの試料Sの複数の同一位置の測定データにより示される値の差分の平均値または標準偏差に基づいて算出される。 The processing unit 104 converts the measurement data on the return journey into inverse data (third measurement data) in which the time series of the measurement data on the return journey is reversed. The processing unit 104 then calculates the degree of agreement between the measurement data on the forward journey (first measurement data) corresponding to the return journey and the inverse data. The degree of agreement is a value indicating the degree of agreement between the measurement data on the forward journey and the inverse data. The degree of agreement is calculated, for example, based on the average value or standard deviation of the differences between the values indicated by the measurement data on the forward journey and the inverse data, which are measured at multiple identical positions on the sample S.

図5(A)は、熱ドリフトが生じておらず、過大凹凸部が存在するという原因(つまり第1原因)を説明するための図である。図5(A)に示すように、往路における測定期間の測定データと、逆データとは一致している(一致度は、閾値以上である)。したがって、処理部104は、偏差Sdがゼロではない場合において、図5(A)に示す過去の測定データを取得した場合には、第1原因を特定する。 Figure 5 (A) is a diagram for explaining the cause of the absence of thermal drift and the presence of excessively large unevenness (i.e., the first cause). As shown in Figure 5 (A), the measurement data during the measurement period on the forward path matches the reverse data (the degree of match is equal to or greater than a threshold). Therefore, when the deviation Sd is not zero and the processing unit 104 acquires the past measurement data shown in Figure 5 (A), it identifies the first cause.

図5(B)は、探針3と、試料Sとが近づくように作用する熱ドリフト(第1熱ドリフト)が発生している場合を示す。図5(B)において、復路における測定データは、該第1熱ドリフトの影響により、探針3と、試料Sとが近づくことを示すデータとなっている。 Figure 5 (B) shows a case where a thermal drift (first thermal drift) occurs that causes the probe 3 and the sample S to approach each other. In Figure 5 (B), the measurement data on the return path shows that the probe 3 and the sample S are approaching each other due to the influence of the first thermal drift.

図5(C)は、探針3と、試料Sとが遠ざかるように作用する熱ドリフト(第2熱ドリフト)が発生している場合を示す。図5(C)において、復路における測定データは、該第2熱ドリフトの影響により、探針3と、試料Sとが遠ざかることを示すデータとなっている。なお、図5(B)および図5(C)の復路において、熱ドリフトが発生していないときの波形(正常波形)が破線で示されている。 Figure 5(C) shows a case where a thermal drift (second thermal drift) occurs that acts to move the probe 3 and the sample S away from each other. In Figure 5(C), the measurement data on the return path shows that the probe 3 and the sample S move away from each other due to the influence of the second thermal drift. Note that the waveforms when no thermal drift occurs (normal waveforms) on the return paths in Figures 5(B) and 5(C) are shown by dashed lines.

なお、図5の測定データは一例である。たとえば、SPM100の構成によっては、第1熱ドリフトが発生しているときに図5(C)の測定データが取得され、第2熱ドリフトが発生しているときに図5(B)の測定データが取得される場合がある。 Note that the measurement data in FIG. 5 is an example. For example, depending on the configuration of the SPM 100, the measurement data in FIG. 5(C) may be acquired when a first thermal drift occurs, and the measurement data in FIG. 5(B) may be acquired when a second thermal drift occurs.

図5(B)および図5(C)に示すように、往路における測定期間の測定データと、逆データとは一致していない(一致度は、閾値未満である)。したがって、処理部104は、偏差Sdがゼロではない場合において、図5(B)に示す過去の測定データを取得した場合には、第2原因(第1熱ドリフトの発生)を特定する。また、処理部104は、偏差Sdがゼロではない場合において、図5(C)に示す過去の測定データを取得した場合には、第2原因(第2熱ドリフトの発生)を特定する。 As shown in Figures 5(B) and 5(C), the measurement data during the measurement period on the forward path does not match the reverse data (the degree of match is less than a threshold). Therefore, when the deviation Sd is not zero and the processing unit 104 acquires the past measurement data shown in Figure 5(B), it identifies the second cause (the occurrence of a first thermal drift). Also, when the deviation Sd is not zero and the processing unit 104 acquires the past measurement data shown in Figure 5(C), it identifies the second cause (the occurrence of a second thermal drift).

また、処理部104は、原因の種別を特定したときには、該原因の種別を特定可能なフラグ(原因情報)を記憶部108に記憶させる。処理部104は、第1原因を特定した場合には、凹凸部フラグを記憶部108に記憶させる。この凹凸部フラグは、過大凹凸部が検出されたことを示すフラグである。処理部104は、第2原因を特定した場合には、熱ドリフトフラグを記憶部108に記憶させる。熱ドリフトフラグは、熱ドリフトが検出されたことを示すフラグである。さらに処理部104は、第1原因または第2原因を特定すると該特定した原因を示す原因信号を測定装置10に送信する。測定装置10は、この原因信号を受信することにより、発生した原因を特定できる。 When the processing unit 104 identifies the type of cause, it stores a flag (cause information) capable of identifying the type of cause in the storage unit 108. When the processing unit 104 identifies the first cause, it stores an unevenness flag in the storage unit 108. This unevenness flag is a flag indicating that an excessively uneven portion has been detected. When the processing unit 104 identifies the second cause, it stores a thermal drift flag in the storage unit 108. The thermal drift flag is a flag indicating that a thermal drift has been detected. Furthermore, when the processing unit 104 identifies the first or second cause, it transmits a cause signal indicating the identified cause to the measuring device 10. By receiving this cause signal, the measuring device 10 can identify the cause that has occurred.

また、試料Sに第1原因である過大凹凸部がある場合には、SPM100は、適切に試料Sを測定できないのみならず、測定を継続すると、試料Sおよび探針3が接触することによって、試料Sおよび探針3の少なくとも一方が破損する場合がある。そこで、本実施形態のSPM100は、第1原因の影響を解消するための第2制御を実行し、該第2制御の後に測定を継続する。 Furthermore, if the sample S has an excessively uneven portion, which is the first cause, not only will the SPM 100 be unable to measure the sample S properly, but continuing the measurement may cause the sample S and the probe 3 to come into contact with each other, damaging at least one of the sample S and the probe 3. Therefore, the SPM 100 of this embodiment executes a second control to eliminate the influence of the first cause, and continues the measurement after the second control.

図6は、第1原因の影響を解消するための第2制御を示す図である。図6においては、試料Sと、ユーザにより設定された測定範囲R1とが示されている。そして、図6(A)に示すように部分αにおいて、偏差Sdがゼロにならなかった(特殊な凸部が存在した)とする。この場合には、駆動部106は、粗動機構13を駆動することにより、退避処理(探針3と試料台14(試料S)との間隔を増大させる処理)を実行する。これにより、SPM100は、探針3と試料Sとの衝突を防止できる。そして、測定装置10は、Z方向駆動部18からZスキャナ12zに印加される電圧を0にする。過大凹凸部の形状に追従するために、Zスキャナ12zが縮みきっている、あるいは、伸びきっている可能性が高いためである。さらに、処理部104は、図6(B)に示すように、測定範囲を、測定範囲R1から新たな測定範囲R2に変更する。駆動部106は、粗動機構13を駆動することにより新たな測定範囲R2を測定可能なように移動する。そして、測定装置10は、測定範囲R2において、試料Sの測定を再開する。Z方向駆動部18からZスキャナに印加される電圧を0にしたため、試料台14は、初期位置に駆動される。したがって、SPM100は、探針3と試料台14とが衝突することを低減できるとともに、Zスキャナ12zの伸縮範囲に余裕をもって測定範囲R2を測定することができる。 FIG. 6 is a diagram showing the second control for eliminating the influence of the first cause. In FIG. 6, the sample S and the measurement range R1 set by the user are shown. Then, as shown in FIG. 6(A), it is assumed that the deviation Sd does not become zero (a special convex portion exists) in the portion α. In this case, the driving unit 106 executes a retraction process (a process for increasing the distance between the probe 3 and the sample stage 14 (sample S)) by driving the coarse movement mechanism 13. This allows the SPM 100 to prevent the probe 3 from colliding with the sample S. Then, the measuring device 10 sets the voltage applied from the Z direction driving unit 18 to the Z scanner 12z to 0. This is because there is a high possibility that the Z scanner 12z is fully contracted or fully extended in order to follow the shape of the excessively uneven portion. Furthermore, the processing unit 104 changes the measurement range from the measurement range R1 to a new measurement range R2 as shown in FIG. 6(B). The driving unit 106 drives the coarse movement mechanism 13 to move the new measurement range R2 so that it can be measured. Then, the measurement device 10 resumes measurement of the sample S in the measurement range R2. Because the voltage applied to the Z scanner from the Z direction driving unit 18 is set to 0, the sample stage 14 is driven to the initial position. Therefore, the SPM 100 can reduce collision between the probe 3 and the sample stage 14, and can measure the measurement range R2 with a margin in the extension and contraction range of the Z scanner 12z.

ここで、測定範囲R2は、部分αが除外された範囲、つまり、原子間力が一定とならなかった部分αを除く測定範囲であって、測定範囲R1と同じ面積にすることが望ましい。より詳細には、測定範囲R2は、部分αと隣接する範囲である。「部分αと隣接する」とは、「測定範囲R2を形成する枠上に部分αが存在する」を意味してもよい。また、「部分αと隣接する」とは、「測定範囲R2を形成する枠から所定距離、離れている」を意味してもよい。また、情報処理装置20は、第1原因が発生した部分αのXY座標を記憶する。そして、情報処理装置20は、部分αのXY座標を基準にして、測定範囲R2を新たに設定する。 Here, the measurement range R2 is the range excluding the portion α, that is, the measurement range excluding the portion α where the atomic force was not constant, and is desirably the same area as the measurement range R1. More specifically, the measurement range R2 is the range adjacent to the portion α. "Adjacent to the portion α" may mean "the portion α exists on the frame that forms the measurement range R2". Also, "adjacent to the portion α" may mean "a predetermined distance away from the frame that forms the measurement range R2". Also, the information processing device 20 stores the XY coordinates of the portion α where the first cause occurred. Then, the information processing device 20 sets a new measurement range R2 based on the XY coordinates of the portion α.

また、新たな測定範囲R2で再度の第1原因が発生した場合には、該再度の第1原因が発生した部分αが除外された新たな測定範囲が設定される。このように、SPM100は、第1原因が発生せずに該測定範囲での測定が完了するまで、測定範囲の再設定を繰り返す。また、試料Sにおいて、測定範囲の再度の設定を複数回実行したにもかかわらず、第1原因が発生しない測定範囲が設定できなかった場合には、SPM100は、該試料Sについての測定は不可能であるとして判断して測定処理を終了する。したがって、情報処理装置20は、該測定不可能であることを示す通知を実行する。 Furthermore, if the first cause occurs again in the new measurement range R2, a new measurement range is set excluding the portion α where the first cause occurred again. In this way, SPM 100 repeats resetting the measurement range until the measurement in that measurement range is completed without the first cause occurring. Furthermore, if a measurement range in which the first cause does not occur cannot be set for sample S despite resetting the measurement range multiple times, SPM 100 determines that measurement of sample S is impossible and ends the measurement process. Therefore, information processing device 20 executes a notification indicating that measurement is impossible.

また、第2原因である熱ドリフトが発生している場合には、SPM100は、適切に試料Sを測定できない。そこで、本実施形態のSPM100は、第2原因の影響を低減させるための第2制御を実行し、該第2制御の後に測定を継続する。 Furthermore, if thermal drift, which is the second cause, occurs, the SPM 100 cannot properly measure the sample S. Therefore, the SPM 100 of this embodiment executes a second control to reduce the influence of the second cause, and continues the measurement after the second control.

試料Sの測定中、偏差Sdがゼロにならなかった(微動機構12の稼働範囲を超える熱ドリフトによる影響が発生した)とする。この場合には、駆動部106は、粗動機構13を駆動することにより、退避処理(探針3と試料台14(試料S)との間隔を増大させる処理)を実行する必要がある。第1原因および第2原因を解消するための第2制御は、この退避処理を含む。これにより、探針3と試料Sとの衝突を防止できる。そして、測定装置10は、Zスキャナ12zへの印加電圧を0にする。前述の通り、「微動機構12の稼働範囲を超える熱ドリフトによる影響が発生した状態」では、Zスキャナ12zにZ方向駆動部18が印加する電圧が、最大値Vmaxの状態、または、最小値Vminの状態となっているため、該電圧を0に調整する。第1原因および第2原因を解消するための第2制御は、印加電圧を0にする処理を含む。さらに、駆動部106は、粗動機構13を駆動することにより再び探針3と試料Sを近接させ、測定範囲R1において試料Sの測定を再開する。Z方向駆動部18からZスキャナに印加される電圧を0にしたため、Zスキャナ12zは再び伸縮することができる。 During the measurement of the sample S, it is assumed that the deviation Sd does not become zero (the influence of thermal drift exceeding the operating range of the fine movement mechanism 12 occurs). In this case, the driving unit 106 needs to execute a retraction process (a process of increasing the distance between the probe 3 and the sample stage 14 (sample S)) by driving the coarse movement mechanism 13. The second control for eliminating the first cause and the second cause includes this retraction process. This makes it possible to prevent the probe 3 from colliding with the sample S. Then, the measuring device 10 sets the applied voltage to the Z scanner 12z to 0. As described above, in the "state in which the influence of thermal drift exceeding the operating range of the fine movement mechanism 12 occurs", the voltage applied to the Z scanner 12z by the Z direction driving unit 18 is in the maximum value Vmax or the minimum value Vmin, so the voltage is adjusted to 0. The second control for eliminating the first cause and the second cause includes a process of setting the applied voltage to 0. Furthermore, the driving unit 106 drives the coarse movement mechanism 13 to bring the probe 3 and the sample S closer together again, and resumes the measurement of the sample S in the measurement range R1. Since the voltage applied to the Z scanner from the Z direction driving unit 18 is set to 0, the Z scanner 12z can expand and contract again.

[SPMの動作方法]
図7は、SPM100の動作方法を説明するためのフローチャートである。図7の処理は、設定された測定範囲の測定点毎に実行される。
[How SPM works]
Fig. 7 is a flow chart for explaining the operation method of the SPM 100. The process in Fig. 7 is executed for each measurement point in the set measurement range.

ステップS2において、SPM100は、偏差Sdを取得する。次にステップS4において、SPM100は、フィードバック制御を実行することによりSd=0となるようにZスキャナ12zを駆動する。次に、ステップS5において、SPM100は、Sd=0となっているか否かを判断する。SPM100は、Sd=0となっている場合には、ステップS21において、該Sd=0と判断されたときの測定データを記憶部108に記憶させる。次に、ステップS22において、SPM100は、試料Sの測定が終了したか否かを判断する。S22においてYESと判断された場合には、処理は終了する。一方、ステップS22において、NOと判断された場合には、処理は、ステップS2に戻る。 In step S2, the SPM 100 acquires the deviation Sd. Next, in step S4, the SPM 100 drives the Z scanner 12z so that Sd = 0 by executing feedback control. Next, in step S5, the SPM 100 judges whether or not Sd = 0. If Sd = 0, the SPM 100 stores the measurement data at the time when it was judged that Sd = 0 in the memory unit 108 in step S21. Next, in step S22, the SPM 100 judges whether or not the measurement of the sample S has been completed. If it is judged YES in S22, the process ends. On the other hand, if it is judged NO in step S22, the process returns to step S2.

また、ステップS5でNOと判断された場合には、ステップS6において、SPM100は、測定を一旦停止する。次に、ステップS7において、SPM100は、粗動機構13を駆動することにより、試料台14をカンチレバー2から退避させる。そして、S8において、SPM100は、Z方向駆動部18からZスキャナ12への印加電圧を0にする。さらに、ステップS9においては、SPM100は、Sd=0とならなかった原因を特定する。 If the answer is NO in step S5, then in step S6, the SPM 100 temporarily stops the measurement. Next, in step S7, the SPM 100 drives the coarse movement mechanism 13 to move the sample stage 14 away from the cantilever 2. Then, in S8, the SPM 100 sets the voltage applied from the Z direction drive unit 18 to the Z scanner 12 to 0. Furthermore, in step S9, the SPM 100 identifies the reason why Sd=0 was not achieved.

図8は、ステップS9の原因特定処理を説明するための図である。ステップS72において、SPM100は、測定データが記憶部108に記憶されているか否かを判断する。ここで、測定データは、図7の処理が開始された試料Sについての測定データである。測定データが存在しない場合(たとえば、1ライン目の測定が終了していない場合)には、SPM100は原因を特定できない。したがって、ステップS72において、測定データが記憶部108に記憶されていない場合には(ステップS72でNO)、ステップS82において、SPM100は、測定を停止し、その後、処理を終了する。また、SPM100は、処理を終了した旨をユーザに通知するようにしてもよい。 Figure 8 is a diagram for explaining the cause identification process of step S9. In step S72, SPM 100 judges whether measurement data is stored in memory 108. Here, the measurement data is the measurement data for sample S for which the process of Figure 7 has been started. If there is no measurement data (for example, if the measurement of the first line has not been completed), SPM 100 cannot identify the cause. Therefore, if the measurement data is not stored in memory 108 in step S72 (NO in step S72), SPM 100 stops the measurement in step S82 and then ends the process. SPM 100 may also notify the user that the process has ended.

一方、ステップS72においてYESと判断された場合には、処理は、ステップS74に進む。ステップS74において、SPM100は、上述の逆データを生成する。次に、ステップS76において、往路データと、生成された逆データとの一致度が、閾値以上であるか否かを判断する(図5の説明参照)。 On the other hand, if the answer is YES in step S72, the process proceeds to step S74. In step S74, SPM100 generates the reverse data described above. Next, in step S76, it is determined whether the degree of match between the forward data and the generated reverse data is equal to or greater than a threshold value (see the explanation of FIG. 5).

ステップS76においてYESと判断された場合(つまり、図5(A)である場合)には、ステップS78において、SPM100は、過大凹凸部を検出する(第1原因を特定する)。一方、ステップS76においてNOと判断された場合(つまり、図5(B)または図5(C)である場合)には、ステップS80において、SPM100は、熱ドリフトを検出する(第2原因を特定する)。 If the answer is YES in step S76 (i.e., the case is as shown in FIG. 5(A)), then in step S78, SPM 100 detects an excessively uneven portion (identifies the first cause). On the other hand, if the answer is NO in step S76 (i.e., the case is as shown in FIG. 5(B) or FIG. 5(C)), then in step S80, SPM 100 detects thermal drift (identifies the second cause).

説明を図7に戻す。SPM100は、ステップS9の処理が終了すると、ステップS10において、特定した原因を判別する。原因が過大凹凸部である場合には、処理は、ステップS11に進み、原因が熱ドリフトである場合には、処理は、ステップS16に進む。 Returning to FIG. 7 for explanation, when the processing of step S9 is completed, the SPM 100 determines the identified cause in step S10. If the cause is excessive unevenness, the processing proceeds to step S11, and if the cause is thermal drift, the processing proceeds to step S16.

ステップS11において、SPM100は、凹凸部フラグを所定の記憶領域(たとえば、図2に示すRAM164)に記憶する。次に、ステップS12において、SPM100は、過大凹凸部の箇所(つまり、ステップS5において偏差Sd=0ではないと判断された箇所)が除外された新たな測定範囲R2(図6参照)を設定する。次に、ステップS14において、SPM100は、該新たな測定範囲R2において試料Sの測定を再開し、処理は、ステップS2に戻る。 In step S11, SPM 100 stores the uneven portion flag in a predetermined storage area (for example, RAM 164 shown in FIG. 2). Next, in step S12, SPM 100 sets a new measurement range R2 (see FIG. 6) that excludes the excessively uneven portion (i.e., the portion determined in step S5 that the deviation Sd is not 0). Next, in step S14, SPM 100 resumes measurement of sample S in the new measurement range R2, and the process returns to step S2.

また、ステップS16においてSPM100は、熱ドリフトフラグを記憶する。次に、ステップS20において、SPM100は、再び粗動機構13を駆動することにより、探針3と試料台14(試料S)を近接させて、測定範囲R1において試料Sの測定を再開し、処理は、ステップS2に戻る。 In addition, in step S16, the SPM 100 stores the thermal drift flag. Next, in step S20, the SPM 100 again drives the coarse adjustment mechanism 13 to bring the probe 3 and the sample stage 14 (sample S) closer together, resumes measurement of the sample S in the measurement range R1, and the process returns to step S2.

従来のSPMによる試料の測定中において、上述のフィードバック制御が実行されたにも関わらず、原子間力が一定とならない場合がある。この場合とは、たとえば、SPMが測定することができない程大きな凸部が試料に存在する場合である。試料に該凸部が存在する状態で測定を継続すると、不正確な測定結果を取得してしまうという問題が生じ得る。 During sample measurement with a conventional SPM, there are cases where the atomic force does not remain constant even if the above-mentioned feedback control is performed. This is the case, for example, when the sample has a convex portion that is too large for the SPM to measure. If the measurement is continued with the convex portion present on the sample, there is a possibility that an inaccurate measurement result will be obtained.

そこで、SPM100は、Sd=0とはならない場合には(ステップS5でNOと判断された場合には)、ステップS6において、測定を停止する。したがって、SPM100は、不正確な測定結果を取得することを低減することができる。 Therefore, if Sd=0 is not satisfied (if the result of step S5 is NO), SPM100 stops the measurement in step S6. Therefore, SPM100 can reduce the occurrence of inaccurate measurement results.

また、SPMが試料の測定が停止したままであると、試料の測定終了時間の遅延が生じるという問題が生じ得る。 In addition, if the SPM stops measuring the sample, there may be a problem of a delay in the end time of the sample measurement.

また、たとえば、SPM100が長時間を要する測定を実行する場合がある。長時間を要する測定とは、たとえば、高画素での測定、遅い走査速度での測定、複数の試料の測定などである。このように長時間を要する測定の場合には、ユーザは、SPM100から離れた場所に位置する場合がある。この場合において、ユーザが意図せずに、試料の測定が停止してしまうと、ユーザが測定停止に気が付かずに長時間が経過してしまう恐れがある。また、再度、測定を開始する必要があり、ユーザの負担を強いることになる。 In addition, for example, there are cases where the SPM 100 executes a measurement that requires a long time. Measurements that require a long time include, for example, measurements with a high pixel count, measurements at a slow scanning speed, measurements of multiple samples, and the like. In the case of measurements that require a long time like this, the user may be located at a distance from the SPM 100. In this case, if the sample measurement stops unintentionally by the user, there is a risk that a long time will pass without the user noticing that the measurement has stopped. Furthermore, it will be necessary to start the measurement again, which places a burden on the user.

これに対し、原子間力が一定とならない場合には、SPM100は、試料Sの測定を停止した後、第2制御を実行し、第2制御を実行した後、前記試料の測定を再開する(図7のステップS14およびステップS20参照)。また、第2制御は、発生した原因による影響を低減するための制御である。本実施の形態では、この第2制御は、たとえば、ステップS7、およびステップS8などである。そして、SPM100は、該第2制御を実行した後、試料の測定を再開する(ステップS14およびステップS20)。したがって、SPM100は、Sd=0とはならない原因を解消した後に、試料Sの測定を再開できる。よって、ユーザは、試料の測定の遅延が生じることを低減できる。また、ユーザは、再度、試料Sを測定させる操作をSPM100に対して行う必要がなく、その結果、ユーザの負担を軽減できる。 On the other hand, if the atomic force is not constant, the SPM 100 stops the measurement of the sample S, executes the second control, and resumes the measurement of the sample after executing the second control (see steps S14 and S20 in FIG. 7). The second control is a control for reducing the influence of the cause that has occurred. In the present embodiment, the second control is, for example, steps S7 and S8. The SPM 100 resumes the measurement of the sample after executing the second control (steps S14 and S20). Therefore, the SPM 100 can resume the measurement of the sample S after eliminating the cause that does not result in Sd=0. This allows the user to reduce the occurrence of delays in the measurement of the sample. The user does not need to perform an operation to have the SPM 100 measure the sample S again, which reduces the burden on the user.

また、第2制御は、試料台14の退避処理(ステップS7)を含む。したがって、探針3と試料台14とが衝突することを低減できる。 The second control also includes a process of retracting the sample stage 14 (step S7). This reduces the risk of the probe 3 colliding with the sample stage 14.

また、第2制御は、Zスキャナ12zへの印加電圧を0にする処理を含む。したがって、試料台14は、初期位置に駆動される。よって、SPM100は、探針3と試料台14とが衝突することを低減できるとともに、Zスキャナ12zの伸縮範囲に余裕をもって測定範囲R2を測定することができる。 The second control also includes a process of setting the voltage applied to the Z scanner 12z to 0. Therefore, the sample stage 14 is driven to the initial position. Therefore, the SPM 100 can reduce the collision between the probe 3 and the sample stage 14, and can measure the measurement range R2 with a margin in the extension and contraction range of the Z scanner 12z.

また、SPM100は、過去の第1測定データおよび第2測定データに基づいて原因を特定する(図8参照)。したがって、SPM100は、原子間力が一定とならなかった原因を特定することができる。 Furthermore, the SPM 100 identifies the cause based on the past first measurement data and second measurement data (see FIG. 8 ). Therefore, the SPM 100 can identify the cause why the atomic force is not constant.

また、SPM100は、上述の往路データと逆データとの一致度が閾値よりも高い場合には、凹凸部フラグを記憶するとともに、ステップS12の制御を第2制御として実行する。ステップS12の制御は、試料Sの測定範囲を原子間力が一定とならなかった箇所を除く測定範囲に設定する制御である。したがって、SPM100は、試料Sの測定範囲R1を部分αを除く測定範囲R2に設定することにより、特殊な凸部以外の箇所の試料Sを測定することができる。 Furthermore, if the degree of agreement between the forward data and reverse data described above is higher than a threshold value, SPM100 stores a concave/convex portion flag and executes the control of step S12 as the second control. The control of step S12 is a control for setting the measurement range of the sample S to a measurement range excluding the portion where the atomic force was not constant. Therefore, SPM100 can measure the sample S in the portion other than the special convex portion by setting the measurement range R1 of the sample S to the measurement range R2 excluding the portion α.

また、図6に示すように、新たに設定される測定範囲R2は、特殊凸部が存在する部分α(フィーバック制御が実行されたにも関わらず偏差Sdがゼロにならない部分)と隣接する範囲となる。したがって、測定範囲を変更する際のXY平面での移動量を最小にすることができる。 As shown in FIG. 6, the newly set measurement range R2 is adjacent to the portion α where the special convex portion exists (the portion where the deviation Sd does not become zero even when feedback control is executed). Therefore, the amount of movement on the XY plane when changing the measurement range can be minimized.

また、SPM100は、第1測定データおよび第2測定データが取得されていない場合には(図8のステップS72でNO)、試料の測定を停止する(ステップS82)。したがって、Sdがゼロではない原因が特定できない状態で試料Sの測定が継続されることを防止できる。 If the first measurement data and the second measurement data have not been acquired (NO in step S72 in FIG. 8), the SPM 100 stops measuring the sample (step S82). This makes it possible to prevent the measurement of the sample S from being continued in a state in which the cause of Sd not being zero cannot be identified.

[その他の実施形態]
(1) 情報処理装置20は、特定された原因(記憶されたフラグの種別)に基づく通知を実行するようにしてもよい。たとえば、第1原因が特定されたとき(測定範囲R1を測定範囲R2に設定したとき)には、表示装置30によりユーザに通知するようにしてもよい。図9は、表示装置30の表示領域30Aに表示される通知文の一例を示す。図9の例においては「測定不可能な凸部または凹部があったため測定範囲が変更されました」という通知文140が表示されている。この通知は、第1原因が発生した以降の所定のタイミングで実行される。この所定のタイミングは、たとえば、測定範囲R2での試料Sの測定が終了したタイミングである。これにより、SPM100は、測定範囲内に測定不可能な凸部または凹部があったこと、および測定範囲が変更されたことを、ユーザに認識させることができる。
[Other embodiments]
(1) The information processing device 20 may execute a notification based on the identified cause (the type of the stored flag). For example, when the first cause is identified (when the measurement range R1 is set to the measurement range R2), the display device 30 may notify the user. FIG. 9 shows an example of a notification message displayed in the display area 30A of the display device 30. In the example of FIG. 9, a notification message 140 is displayed saying "The measurement range has been changed because an unmeasurable convex or concave portion was found." This notification is executed at a predetermined timing after the occurrence of the first cause. This predetermined timing is, for example, the timing when the measurement of the sample S in the measurement range R2 is completed. This allows the SPM 100 to make the user aware that an unmeasurable convex or concave portion was found in the measurement range and that the measurement range has been changed.

また、情報処理装置20は、第2原因が発生したときに表示装置30によりユーザに通知するようにしてもよい。図10は、表示装置30の表示領域30Aに表示される通知文の一例を示す。図10の通知文150は、「熱ドリフトが発生しました」という文である。このような通知により、SPM100は、熱ドリフトが発生したことを、ユーザに認識させることができる。 Furthermore, the information processing device 20 may notify the user via the display device 30 when the second cause occurs. FIG. 10 shows an example of a notification message displayed in the display area 30A of the display device 30. The notification message 150 in FIG. 10 reads, "Thermal drift has occurred." By providing such a notification, the SPM 100 can make the user aware that thermal drift has occurred.

(2) 図6では、試料Sの特殊凸部または特殊凹部が検出された場合には、SPM100は、自動で測定範囲を変更する構成を説明した。しかしながら、このように測定範囲の変更をユーザが所望していない場合などがある。このような点を鑑み、SPM100は、自動測定モードと、停止モードとをユーザが選択できる構成を採用してもよい。自動測定モードは、試料Sの測定を停止した後に試料Sの測定を再開するモードである。停止モードは、試料Sの測定を停止した後に試料Sの測定を再開しないモードである。自動測定モードは、本開示の「第1モード」に対応し、停止モードは、本開示の「第2モード」に対応する。 (2) In FIG. 6, a configuration has been described in which the SPM 100 automatically changes the measurement range when a special convex portion or special concave portion of the sample S is detected. However, there are cases in which the user does not wish to change the measurement range in this manner. In consideration of this, the SPM 100 may be configured to allow the user to select between an automatic measurement mode and a stop mode. The automatic measurement mode is a mode in which measurement of the sample S is resumed after measurement of the sample S is stopped. The stop mode is a mode in which measurement of the sample S is not resumed after measurement of the sample S is stopped. The automatic measurement mode corresponds to the "first mode" of the present disclosure, and the stop mode corresponds to the "second mode" of the present disclosure.

図11は、モードの選択画面の一例である。この選択画面は、表示装置30の表示領域30Aに表示される。この選択画面には、「モードを選択してください」という文190と、自動測定モードの選択肢192と、停止モードの選択肢194とが含まれている。 Figure 11 is an example of a mode selection screen. This selection screen is displayed in the display area 30A of the display device 30. This selection screen includes a sentence 190 saying "Please select a mode," an option 192 for an automatic measurement mode, and an option 194 for a stop mode.

ユーザは、所望の選択肢のチェックボックスにチェックを入力することによりモードを設定できる。ユーザは、たとえば、入力装置40を用いて、チェックボックスにチェックを付与する。SPM100は、ユーザからのモードの選択の入力を受け付けることにより、該選択されたモードを設定する。このように、停止モードおよび自動測定モードのいずれかをユーザは選択できることから、ユーザの利便性を向上させることができる。 The user can set the mode by checking the check box of the desired option. For example, the user uses the input device 40 to check the check box. The SPM 100 accepts the mode selection input from the user and sets the selected mode. In this way, the user can select either the stop mode or the automatic measurement mode, which improves user convenience.

(3)図7では、熱ドリフトが発生している場合には、ステップS8でZスキャナ12zへの印加電圧を0にリセットした後、直ちにステップS20で測定を再開する構成を説明した。しかしながら、直ちに測定を再開するとSPM100全体の熱ドリフトの影響が残存している場合があり、再び微動機構12の稼働範囲を超える熱ドリフトによる影響により、意図しない、探針3と試料Sとの相対位置の変化が生じる場合がある。 7, when thermal drift occurs, the voltage applied to the Z scanner 12z is reset to 0 in step S8, and then the measurement is immediately resumed in step S20. However, if the measurement is immediately resumed, the influence of the thermal drift of the entire SPM 100 may remain, and an unintended change in the relative position between the probe 3 and the sample S may occur again due to the influence of the thermal drift exceeding the operating range of the fine movement mechanism 12.

そこで、試料Sの測定を再開する前にSPM100全体の熱ドリフトが低減または消滅するための待機時間を設けてもよい。このように、熱ドリフトが発生した場合の第2制御は、待機時間に亘って試料Sの測定を停止する処理を含む。 Therefore, a waiting time may be provided for the thermal drift of the entire SPM 100 to be reduced or eliminated before the measurement of the sample S is resumed. In this way, the second control in the event that thermal drift occurs includes a process of stopping the measurement of the sample S for the waiting time.

この変形例では、この待機時間の算出の手法を説明する。一般的に、熱ドリフトが発生した場合には、該発生時からの時間の経過とともに、熱ドリフト量(熱ドリフトの影響度合い)は低減する(図12のグラフA参照)。この変形例のSPM100は、この現象に基づいて、待機時間を算出(または推定)する。 In this modified example, a method for calculating this waiting time will be described. Generally, when thermal drift occurs, the amount of thermal drift (degree of influence of thermal drift) decreases with the passage of time from the time of occurrence (see graph A in FIG. 12). The SPM 100 of this modified example calculates (or estimates) the waiting time based on this phenomenon.

図12は、待機時間の予測の手法を説明するための図である。図12に示すように、タイミングt11での熱ドリフト量M1と、タイミングt12での熱ドリフト量M2と、プロットA1と、プロットA2とが示されている。さらに、待機時間と、熱ドリフトとの関係を示す関数のグラフAが示されている。 Figure 12 is a diagram for explaining a method for predicting waiting time. As shown in Figure 12, the amount of thermal drift M1 at timing t11, the amount of thermal drift M2 at timing t12, plot A1, and plot A2 are shown. In addition, graph A of a function showing the relationship between waiting time and thermal drift is shown.

情報処理装置20は、熱ドリフト量M1と、熱ドリフト量M2と、経過時間T0とに基づいて、関数のグラフAを作成する。より詳細には、情報処理装置20は、熱ドリフト量M1と、熱ドリフト量M2との差分ΔMを算出する。そして、情報処理装置20は、差分ΔMを経過時間T0で除算することにより、熱ドリフト量の変化率を算出する。そして、該変化率に基づいて、関数のグラフAを作成する。関数の作成式については、たとえば、記憶部108に記憶されている。 The information processing device 20 creates function graph A based on the thermal drift amount M1, the thermal drift amount M2, and the elapsed time T0. More specifically, the information processing device 20 calculates the difference ΔM between the thermal drift amount M1 and the thermal drift amount M2. The information processing device 20 then calculates the rate of change of the thermal drift amount by dividing the difference ΔM by the elapsed time T0. Then, the information processing device 20 creates function graph A based on the rate of change. The formula for creating the function is stored in the memory unit 108, for example.

そして、情報処理装置20は、グラフAに基づいて熱ドリフト量が最小値M0となるとき(タイミングt13)までの時間T1を待機時間として算出する。なお、待機時間T1の開始タイミングは、たとえば、待機時間T1の算出が終了したタイミングである。 Then, the information processing device 20 calculates the time T1 until the amount of thermal drift reaches the minimum value M0 (timing t13) based on graph A as the waiting time. Note that the start timing of the waiting time T1 is, for example, the timing when the calculation of the waiting time T1 is completed.

図13は、熱ドリフト量M1と、熱ドリフト量M2とを説明するための図である。情報処理装置20は、2以上の測定経路(2ライン以上)の過去の測定データを用いる。図13(A)に示すように、情報処理装置20は、試料Sの第1測定経路(図13の例では、1ライン目)において、第1測定データ(往路の測定データ)および第2測定データ(復路の測定データ)に基づいて第1測定差分値M1aを算出する。具体的には、情報処理装置20は、往路の逆データ(時系列が逆転されたデータ)を算出する。図13(A)では、往路の逆データは、破線で示されている。そして、情報処理装置20は、該逆データと、復路データとの差分値である第1測定差分値M1aを算出する。第1測定差分値M1aは、熱ドリフト量に応じた値である。熱ドリフト量が大きいほど、測定差分値も大きくなる。また、情報処理装置20は、第1測定差分値M1aに対して、所定の係数Cを乗算することにより、熱ドリフト量M1を算出する。係数Cは、実数であり、1としてもよい。 Figure 13 is a diagram for explaining the thermal drift amount M1 and the thermal drift amount M2. The information processing device 20 uses past measurement data of two or more measurement paths (two or more lines). As shown in Figure 13 (A), the information processing device 20 calculates a first measurement difference value M1a based on the first measurement data (measurement data of the forward path) and the second measurement data (measurement data of the return path) in the first measurement path of the sample S (the first line in the example of Figure 13). Specifically, the information processing device 20 calculates the reverse data of the forward path (data whose time series is reversed). In Figure 13 (A), the reverse data of the forward path is shown by a dashed line. Then, the information processing device 20 calculates the first measurement difference value M1a, which is the difference value between the reverse data and the return path data. The first measurement difference value M1a is a value according to the thermal drift amount. The larger the thermal drift amount, the larger the measurement difference value. In addition, the information processing device 20 calculates the amount of thermal drift M1 by multiplying the first measurement difference value M1a by a predetermined coefficient C. The coefficient C is a real number and may be set to 1.

また、図13(B)に示すように、情報処理装置20は、試料Sの第2測定経路(図13の例では、2ライン目)において、第1測定データ(往路の測定データ)および第2測定データ(復路の測定データ)に基づいて第2測定差分値M2aを算出する。具体的には、情報処理装置20は、往路の逆データ(時系列が逆転されたデータ)を算出する。図13(B)では、往路の逆データは、破線で示されている。そして、情報処理装置20は、該逆データと、復路データとの差分値である第2測定差分値M2aを算出する。第2測定差分値M2aは、熱ドリフト量に応じた値である。また、上述のように、一般的に、熱ドリフトが発生した場合には、該発生時からの時間の経過とともに、熱ドリフト量は低減する。したがって、第2測定差分値M2aは、第1測定差分値M1aよりも小さい。また、情報処理装置20は、第2測定差分値M2aに対して、上記の係数Cを乗算することにより、熱ドリフト量M2を算出する。 Also, as shown in FIG. 13B, the information processing device 20 calculates a second measurement difference value M2a based on the first measurement data (measurement data of the forward path) and the second measurement data (measurement data of the return path) in the second measurement path of the sample S (the second line in the example of FIG. 13). Specifically, the information processing device 20 calculates the reverse data of the forward path (data whose time series is reversed). In FIG. 13B, the reverse data of the forward path is shown by a broken line. Then, the information processing device 20 calculates a second measurement difference value M2a, which is a difference value between the reverse data and the return path data. The second measurement difference value M2a is a value according to the amount of thermal drift. Also, as described above, in general, when thermal drift occurs, the amount of thermal drift decreases with the passage of time from the time of the occurrence. Therefore, the second measurement difference value M2a is smaller than the first measurement difference value M1a. Also, the information processing device 20 calculates the amount of thermal drift M2 by multiplying the second measurement difference value M2a by the above-mentioned coefficient C.

さらに、情報処理装置20は、第1測定経路において探針3の相対的な往復移動が終了したとき(図12のタイミングt11)から、前記第2測定経路において前記探針の相対的な往復移動が終了したとき(図12のタイミングt12)までの経過時間T0を取得する。情報処理装置20は、探針3の走査速度および測定する画素数などから経過時間T0を取得できる。また、情報処理装置20は、経過時間T0を計測するためのタイマを有していてもよい。 Furthermore, the information processing device 20 acquires the elapsed time T0 from when the relative reciprocating movement of the probe 3 in the first measurement path ends (timing t11 in FIG. 12) to when the relative reciprocating movement of the probe in the second measurement path ends (timing t12 in FIG. 12). The information processing device 20 can acquire the elapsed time T0 from the scanning speed of the probe 3 and the number of pixels to be measured. The information processing device 20 may also have a timer for measuring the elapsed time T0.

そして、情報処理装置20は、熱ドリフト量M1(第1測定差分値M1aから算出される値)と、熱ドリフト量M2(第2測定差分値M2aから算出される値)と、経過時間T0とに基づいて、グラフAを作成し、該グラフAを用いて、待機時間T1を算出する。 Then, the information processing device 20 creates graph A based on the thermal drift amount M1 (a value calculated from the first measurement difference value M1a), the thermal drift amount M2 (a value calculated from the second measurement difference value M2a), and the elapsed time T0, and uses the graph A to calculate the waiting time T1.

図14は、本変形例のSPMの動作方法を説明するためのフローチャートである。図14のフローチャートでは、図7のフローチャートのステップS16とステップS20との間に、ステップS17およびステップS18が追加されている。 Figure 14 is a flowchart for explaining the operation method of the SPM of this modified example. In the flowchart of Figure 14, steps S17 and S18 are added between steps S16 and S20 of the flowchart of Figure 7.

ステップS16の処理が終了すると、ステップS17において、SPM100は、待機時間T1を算出する。次に、ステップS18において、SPM100は、待機時間T1が経過したか否かを判断する。SPM100は、待機時間に亘って試料Sの測定を停止する処理を上述の第2制御として実行する(ステップS18でNO)。そして、待機時間T1が経過したときには(ステップS18でYES)、ステップS20において、SPM100は、試料Sの測定を再開する。 When the process of step S16 is completed, in step S17, SPM100 calculates the waiting time T1. Next, in step S18, SPM100 determines whether the waiting time T1 has elapsed. SPM100 executes the process of stopping the measurement of the sample S for the waiting time as the second control described above (NO in step S18). Then, when the waiting time T1 has elapsed (YES in step S18), SPM100 resumes the measurement of the sample S in step S20.

図15は、ステップS17の待機時間算出処理のフローチャートである。ステップS102において、SPM100は、過去の第1測定経路における第1測定データおよび第2測定データに基づいて第1測定差分値M1aを算出する。次に、ステップS104において、SPM100は、過去の第2測定経路における第1測定データおよび第2測定データに基づいて第2測定差分値M2aを算出する 15 is a flowchart of the waiting time calculation process in step S17. In step S102, the SPM 100 calculates a first measurement difference value M1a based on the first and second measurement data in the past first measurement path. Next, in step S104, the SPM 100 calculates a second measurement difference value M2a based on the first and second measurement data in the past second measurement path .

次に、ステップS106において、SPM100は、経過時間T0を取得する。そして、SPM100は、グラフAを作成することにより、待機時間T1を算出する。なお、この変形例では、図12に示すように2つのプロット(プロットA1およびプロットA2)のデータを用いて、待機時間T1を算出したが、3つ以上のプロットのデータを用いて、グラフAを算出するようにしてもよい。 Next, in step S106, SPM 100 acquires elapsed time T0. Then, SPM 100 calculates waiting time T1 by creating graph A. Note that in this modified example, waiting time T1 is calculated using data from two plots (plot A1 and plot A2) as shown in FIG. 12, but graph A may be calculated using data from three or more plots.

この変形例によれば、SPM100は発生している熱ドリフト量に応じた待機時間T1を算出することができる。さらに、SPM100は、待機時間T1が経過した後に試料Sの測定を再開することから、熱ドリフトの影響が低減された測定を試料Sに対して実行することができる。 According to this modified example, the SPM 100 can calculate the waiting time T1 according to the amount of thermal drift that is occurring. Furthermore, the SPM 100 resumes the measurement of the sample S after the waiting time T1 has elapsed, so that the measurement of the sample S can be performed with reduced effects of thermal drift.

また、この変形例では、SPM100は、待機時間T1を算出したが、待機時間T1は、予め定められた時間としてもよい。予め定められた時間は、たとえば、1時間である。また、待機時間T1は、ユーザが設定可能としてもよい。このような構成であっても、SPM100は、待機時間T1が経過した後に試料Sの測定を再開することから、熱ドリフトの影響が低減された測定を試料Sに対して実行することができる。 In this modified example, the SPM 100 calculates the waiting time T1, but the waiting time T1 may be a predetermined time. The predetermined time is, for example, one hour. The waiting time T1 may also be set by the user. Even with this configuration, the SPM 100 resumes measurement of the sample S after the waiting time T1 has elapsed, so that a measurement of the sample S with reduced effects of thermal drift can be performed.

[態様]
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
[Aspects]
It will be appreciated by those skilled in the art that the exemplary embodiments described above are examples of the following aspects.

(第1項) 一態様に係る走査型プローブ顕微鏡は、試料を測定し、試料が配置される試料台と、試料に対向して配置される探針と、探針と試料との間に作用する物理量が一定となるように第1制御が実行されることにより、探針を試料の表面に沿って相対的に移動させる第1駆動機構と、第1制御が実行されたにもかかわらず物理量が一定とならない場合に試料の測定を停止する制御装置とを備える。 (1) A scanning probe microscope according to one embodiment measures a sample and includes a sample stage on which the sample is placed, a probe positioned opposite the sample, a first drive mechanism that moves the probe relatively along the surface of the sample by executing a first control so that a physical quantity acting between the probe and the sample becomes constant, and a control device that stops the measurement of the sample if the physical quantity does not become constant despite the execution of the first control.

このような構成によれば、探針と試料との間に作用する物理量が一定とならない場合であっても、試料の測定を停止することから、不正確な測定結果を取得することを低減できる。 With this configuration, even if the physical quantity acting between the probe and the sample is not constant, the measurement of the sample is stopped, thereby reducing the possibility of obtaining inaccurate measurement results.

(第2項) 第1項に記載の走査型プローブ顕微鏡は、制御装置は、物理量が一定とならない場合に、試料の測定を停止した後、第2制御を実行し、第2制御を実行した後、試料の測定を再開する。 (2) In the scanning probe microscope described in 1, when the physical quantity does not become constant, the control device stops the measurement of the sample, executes the second control, and resumes the measurement of the sample after executing the second control.

このような構成によれば、探針と試料との間に作用する物理量が一定とならない場合であっても、試料の測定を再開することができる。 With this configuration, it is possible to resume measurement of the sample even if the physical quantity acting between the probe and the sample is not constant.

(第3項) 第2項に記載の走査型プローブ顕微鏡は、探針と試料台との間隔を増大させる退避処理を実行する第2駆動機構をさらに備え、第2制御は、退避処理を含む。 (Clause 3) The scanning probe microscope described in paragraph 2 further includes a second drive mechanism that executes a retraction process to increase the distance between the probe and the sample stage, and the second control includes the retraction process.

このような構成によれば、探針と試料との間に作用する物理量が一定とならない場合に、探針と試料台との間隔を増大させる退避処理が実行されることから、探針と試料台とが衝突することを低減できる。 With this configuration, when the physical quantity acting between the probe and the sample is not constant, a retraction process is performed to increase the distance between the probe and the sample stage, thereby reducing collisions between the probe and the sample stage.

(第4項) 第2項または第3項に記載の走査型プローブ顕微鏡において、第1駆動機構は、印加された電圧に応じて、試料台を駆動し、印加された電圧が0である場合には、試料台を初期位置に駆動し、第2制御は、第1駆動機構に印加される電圧を0にする処理を含む。 (Clause 4) In the scanning probe microscope described in clause 2 or 3, the first driving mechanism drives the sample stage in response to an applied voltage, and when the applied voltage is zero, drives the sample stage to an initial position, and the second control includes a process of setting the voltage applied to the first driving mechanism to zero.

このような構成によれば、探針と試料との間に作用する物理量が一定とならない場合に、試料台を初期位置に駆動できることから、試料の測定の再開の際に、探針と試料台とが衝突することを低減できる。 With this configuration, when the physical quantity acting between the probe and the sample is not constant, the sample stage can be driven to the initial position, reducing the chance of the probe colliding with the sample stage when sample measurement is resumed.

(第5項) 第2項~第4項のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、制御装置は、試料の同一の測定経路において、試料の高さ方向と直交する第1方向および該第1方向とは逆方向である第2方向で探針を相対的に往復移動させて、試料の測定データを取得し、同一の測定経路において、第1方向での探針の移動により取得した第1測定データと、第2方向での探針の移動により取得した第2測定データとを記憶し、物理量が一定とならない場合に、記憶された第1測定データと第2測定データとに基づいて、物理量が一定とならなかった原因を特定し、該特定した原因を特定可能な原因情報を記憶する。 (5) In the scanning probe microscope described in any one of paragraphs 2 to 4, the control device relatively moves the probe back and forth in a first direction perpendicular to the height direction of the sample and in a second direction opposite to the first direction along the same measurement path of the sample to obtain measurement data of the sample, stores the first measurement data obtained by moving the probe in the first direction and the second measurement data obtained by moving the probe in the second direction along the same measurement path, and, if the physical quantity is not constant, identifies the cause why the physical quantity is not constant based on the stored first measurement data and second measurement data, and stores cause information that can identify the identified cause.

このような構成によれば、第1測定データと第2測定データとに基づいて原因情報を特定することができる。 With this configuration, cause information can be identified based on the first measurement data and the second measurement data.

(第6項) 第5項に記載の走査型プローブ顕微鏡において、制御装置は、第1測定データと第2測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値以上である場合に、試料の測定範囲を物理量が一定とならなかった箇所を除く測定範囲に設定する制御を第2制御として実行する。 (6) In the scanning probe microscope described in 5, when the degree of agreement between the first measurement data and the data obtained by reversing the time series of the second measurement data is equal to or greater than a threshold, the control device executes, as the second control, a control for setting the measurement range of the sample to a measurement range excluding the portion where the physical quantity is not constant.

このような構成によれば、上述の一致度が閾値以上である場合には、走査型プローブ顕微鏡が測定不可能な凸部または凹部が試料に存在していた可能性が高い。このような凸部または凹部が存在する箇所を含む測定範囲での測定は不可能であることから、凸部または凹部が存在する箇所を除く測定範囲を設定することにより、試料を適切に測定することができる。 With this configuration, if the degree of coincidence is equal to or greater than the threshold, there is a high possibility that the sample contains a convex or concave portion that cannot be measured by the scanning probe microscope. Since it is impossible to perform measurement in a measurement range that includes the location where such a convex or concave portion exists, the sample can be properly measured by setting a measurement range that excludes the location where the convex or concave portion exists.

(第7項) 第6項に記載の走査型プローブ顕微鏡において、設定される測定範囲は、箇所と隣接している範囲である。 (7) In the scanning probe microscope described in 6, the measurement range that is set is a range adjacent to the location.

このような構成によれば、範囲を変更する際の第1駆動機構の駆動量を最小にすることができる。 This configuration allows the amount of drive of the first drive mechanism to be minimized when changing the range.

(第8項) 第5項~第7項のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、制御装置は、第1測定データと第2測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値未満である場合に、予め定められた待機時間に亘って前記試料の測定を停止する処理を前記第2制御として実行する。 (Item 8) In the scanning probe microscope described in any one of Items 5 to 7, the control device executes, as the second control, a process of stopping the measurement of the sample for a predetermined waiting time when the degree of agreement between the first measurement data and the data obtained by reversing the time series of the second measurement data is less than a threshold value.

このような構成によれば、走査型プローブ顕微鏡は、待機時間が経過した後に試料の測定を再開することから、熱ドリフトの影響が低減された測定を試料Sに対して実行することができる。 With this configuration, the scanning probe microscope resumes measuring the sample after the standby time has elapsed, allowing measurements to be performed on the sample S with reduced effects of thermal drift.

(第9項) 第5項~第7項のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、制御装置は、第1測定データと第2測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値未満である場合に、前記試料の第1測定経路における前記第1測定データと前記第2測定データとに基づいて第1測定差分値を算出し、前記試料の第2測定経路における前記第1測定データと前記第2測定データとに基づいて第2測定差分値を算出し、前記第1測定経路において前記探針の相対的な往復移動が終了したときから、前記第2測定経路において前記探針の相対的な往復移動が終了したときまでの経過時間を取得し、前記第1測定差分値と、前記第2測定差分値と、前記経過時間とに基づいて、待機時間を算出し、算出された前記待機時間に亘って前記試料の測定を停止する処理を前記第2制御として実行する。 (Item 9) In the scanning probe microscope described in any one of Items 5 to 7, when the degree of agreement between the first measurement data and the data obtained by reversing the time series of the second measurement data is less than a threshold value, the control device calculates a first measurement difference value based on the first measurement data and the second measurement data in the first measurement path of the sample, calculates a second measurement difference value based on the first measurement data and the second measurement data in the second measurement path of the sample, obtains the elapsed time from when the relative reciprocating movement of the probe ends in the first measurement path to when the relative reciprocating movement of the probe ends in the second measurement path, calculates a waiting time based on the first measurement difference value, the second measurement difference value, and the elapsed time, and executes a process of stopping the measurement of the sample for the calculated waiting time as the second control.

このような構成によれば、発生している熱ドリフト量に応じた待機時間を算出することができる。さらに、走査型プローブ顕微鏡は、待機時間が経過した後に試料の測定を再開することから、熱ドリフトの影響が低減された測定を試料Sに対して実行することができる。 With this configuration, it is possible to calculate a waiting time according to the amount of thermal drift that is occurring. Furthermore, since the scanning probe microscope resumes measuring the sample after the waiting time has elapsed, it is possible to perform measurements on the sample S with reduced effects of thermal drift.

(第10項) 第5項~第9項のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、制御装置は、第1測定データおよび第2測定データが記憶されていない場合には、試料の測定を停止する。 (10) In the scanning probe microscope described in any one of paragraphs 5 to 9, the control device stops measuring the sample if the first measurement data and the second measurement data are not stored.

このような構成によれば、上述の第1測定データおよび第2測定データが記憶されていない場合、たとえば、上記の1回の往復移動が終了していない場合には、原因を特定することができない。この場合には、試料の測定を停止できることから、安全性を担保することができる。 With this configuration, if the first and second measurement data are not stored, for example if one reciprocating movement is not completed, the cause cannot be identified. In this case, the measurement of the sample can be stopped, ensuring safety.

(第11項) 第5項~第10項のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、制御装置は、原因情報に基づく通知を実行する。 (Item 11) In the scanning probe microscope according to any one of items 5 to 10, the control device executes a notification based on the cause information.

このような構成によれば、原因が発生した旨をユーザに認識させることができる。
(第12項) 第2項~第11項のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、制御装置は、試料の測定を停止した後に試料の測定を再開する第1モードと、試料の測定を停止した後に試料の測定を再開しない第2モードとをユーザの入力により切替可能である。
According to this configuration, it is possible to make the user aware of the occurrence of the cause.
(Item 12) In the scanning probe microscope described in any one of Items 2 to 11, the control device is capable of switching between a first mode in which the sample measurement is stopped and then restarted, and a second mode in which the sample measurement is not restarted and then stopped, by user input.

このような構成によれば、試料の測定を停止した後に試料の測定を再開する第1モードと、記試料の測定を停止した後に試料の測定を再開しない第2モードとのいずれかをユーザは選択できる。 With this configuration, the user can select either a first mode in which the sample measurement is stopped and then restarted, or a second mode in which the sample measurement is stopped and then not restarted.

(第13項) 別の態様に係る制御方法は、試料が配置される試料台と、試料に対向して配置される探針と、探針を試料の表面に沿って相対的に移動させる第1駆動機構とを備え、試料を測定する走査型プローブ顕微鏡の制御方法であって、制御方法は、探針と試料との間に作用する物理量が一定となるような第1制御を実行することと、第1制御が実行されたにもかかわらず物理量が一定とならない場合に試料の測定を停止することとを備える。 (Clause 13) A control method according to another aspect is a control method for a scanning probe microscope that measures a sample and that includes a sample stage on which a sample is placed, a probe placed facing the sample, and a first drive mechanism that moves the probe relatively along the surface of the sample, the control method including executing a first control that keeps a physical quantity acting between the probe and the sample constant, and stopping the measurement of the sample if the physical quantity does not become constant despite the execution of the first control.

このような構成によれば、探針と試料との間に作用する物理量が一定とならない場合であっても、試料の測定を停止することから、不正確な測定結果を取得することを低減できる。 With this configuration, even if the physical quantity acting between the probe and the sample is not constant, the measurement of the sample is stopped, thereby reducing the possibility of obtaining inaccurate measurement results.

なお、上述した実施の形態および変更例について、明細書内で言及されていない組み合わせを含めて、不都合または矛盾が生じない範囲内で、実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。 It is intended from the outset that the configurations described in the above-mentioned embodiments and modified examples may be combined as appropriate, including combinations not mentioned in the specification, to the extent that no inconvenience or contradiction arises.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims, not the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

1 光学系、2 カンチレバー、3 探針、4 ホルダ、5 ビームスプリッタ、6 レーザ光源、7 反射鏡、8 光検出器、10 測定装置、12 微動機構、13 粗動機構、14 試料台、20 情報処理装置、22 フィードバック信号発生部、30 表示装置、30A 表示領域、40 入力装置、100 走査型プローブ顕微鏡、102 入力部、104 処理部、106 駆動部、162 ROM、164 RAM。 1 Optical system, 2 Cantilever, 3 Probe, 4 Holder, 5 Beam splitter, 6 Laser light source, 7 Reflector, 8 Photodetector, 10 Measuring device, 12 Fine movement mechanism, 13 Coarse movement mechanism, 14 Sample stage, 20 Information processing device, 22 Feedback signal generating unit, 30 Display device, 30A Display area, 40 Input device, 100 Scanning probe microscope, 102 Input unit, 104 Processing unit, 106 Driving unit, 162 ROM, 164 RAM.

Claims (15)

試料を測定する走査型プローブ顕微鏡であって、
前記試料が配置される試料台と、
前記試料に対向して配置される探針と、
前記探針と前記試料との間に作用する物理量が一定となるように第1制御が実行されることにより、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に移動させる第1駆動機構と、
前記第1制御が実行されたにもかかわらず前記物理量が一定とならない場合に前記試料の測定を停止する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記試料の同一の測定経路において、前記試料の高さ方向と直交する第1方向および該第1方向とは逆方向である第2方向で前記探針を相対的に往復移動させて、前記試料の測定データを取得し、
前記物理量が一定とならない場合において、前記第1方向での前記探針の移動により取得した第1測定データと、前記第2方向での前記探針の移動により取得した第2測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値より大きい場合に、前記試料は過大な凹部または過大な凸部を有するという原因を示す原因情報を記憶し、
前記物理量が一定とならない場合において、前記一致度が前記閾値より小さい場合に、前記走査型プローブ顕微鏡の熱ドリフトが発生しているという原因を示す原因情報を記憶する、走査型プローブ顕微鏡。
1. A scanning probe microscope for measuring a sample, comprising:
a sample stage on which the sample is placed;
A probe disposed facing the sample;
a first drive mechanism that relatively moves the probe along the surface of the sample by executing a first control so that a physical quantity acting between the probe and the sample is constant;
a control device that stops the measurement of the sample when the physical quantity does not become constant despite the execution of the first control,
The control device includes:
a first direction perpendicular to a height direction of the sample and a second direction opposite to the first direction are perpendicular to the height direction of the sample, and the probe is moved back and forth relative to the first direction along the same measurement path of the sample to acquire measurement data of the sample;
when the physical quantity is not constant, if a degree of agreement between first measurement data acquired by moving the probe in the first direction and time-series reversed data of second measurement data acquired by moving the probe in the second direction is greater than a threshold, cause information indicating a cause that the sample has an excessively large concave portion or an excessively large convex portion is stored;
When the physical quantity does not become constant and the degree of coincidence is smaller than the threshold value, cause information indicating that a cause is that thermal drift of the scanning probe microscope is occurring is stored .
試料を測定する走査型プローブ顕微鏡であって、1. A scanning probe microscope for measuring a sample, comprising:
前記試料が配置される試料台と、a sample stage on which the sample is placed;
前記試料に対向して配置される探針と、A probe disposed facing the sample;
前記探針と前記試料との間に作用する物理量が一定となるように第1制御が実行されることにより、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に移動させる第1駆動機構と、a first drive mechanism that relatively moves the probe along the surface of the sample by executing a first control so that a physical quantity acting between the probe and the sample is constant;
前記第1制御が実行されたにもかかわらず前記物理量が一定とならない場合に前記試料の測定を停止する制御装置とを備え、a control device that stops the measurement of the sample when the physical quantity does not become constant despite the execution of the first control,
前記制御装置は、The control device includes:
前記試料の同一の測定経路において、前記試料の高さ方向と直交する第1方向および該第1方向とは逆方向である第2方向で前記探針を相対的に往復移動させて、前記試料の測定データを取得し、a first direction perpendicular to a height direction of the sample and a second direction opposite to the first direction are perpendicular to the height direction of the sample, and the probe is moved back and forth relative to the first direction along the same measurement path of the sample to obtain measurement data of the sample;
前記物理量が一定とならない場合において、前記第1方向での前記探針の移動により取得した第1測定データと、前記第2方向での前記探針の移動により取得した第2測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値より大きい場合に、前記試料の測定範囲を前記物理量が一定とならなかった箇所を除く測定範囲に設定する第2制御を実行し、executing a second control for setting a measurement range of the sample to a measurement range excluding a portion where the physical quantity did not become constant when a degree of agreement between first measurement data acquired by moving the probe in the first direction and time-series reversed data of second measurement data acquired by moving the probe in the second direction is greater than a threshold value when the physical quantity does not become constant;
前記第2制御を実行した後、前記試料の測定を再開する、走査型プローブ顕微鏡。After executing the second control, the scanning probe microscope resumes measurement of the sample.
試料を測定する走査型プローブ顕微鏡であって、1. A scanning probe microscope for measuring a sample, comprising:
前記試料が配置される試料台と、a sample stage on which the sample is placed;
前記試料に対向して配置される探針と、A probe disposed facing the sample;
前記探針と前記試料との間に作用する物理量が一定となるように第1制御が実行されることにより、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に移動させる第1駆動機構と、a first drive mechanism that relatively moves the probe along the surface of the sample by executing a first control so that a physical quantity acting between the probe and the sample is constant;
前記第1制御が実行されたにもかかわらず前記物理量が一定とならない場合に前記試料の測定を停止する制御装置とを備え、a control device that stops the measurement of the sample when the physical quantity does not become constant despite the execution of the first control,
前記制御装置は、The control device includes:
前記試料の同一の測定経路において、前記試料の高さ方向と直交する第1方向および該第1方向とは逆方向である第2方向で前記探針を相対的に往復移動させて、前記試料の測定データを取得し、a first direction perpendicular to a height direction of the sample and a second direction opposite to the first direction are perpendicular to the height direction of the sample, and the probe is moved back and forth relative to the first direction along the same measurement path of the sample to obtain measurement data of the sample;
前記物理量が一定とならない場合において、前記第1方向での前記探針の移動により取得した第1測定データと、前記第2方向での前記探針の移動により取得した第2測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値より小さい場合に、予め定められた待機時間に亘って前記試料の測定を停止する第2制御を実行し、executing a second control for stopping measurement of the sample for a predetermined waiting time when a degree of agreement between first measurement data acquired by moving the probe in the first direction and time-reversed data of second measurement data acquired by moving the probe in the second direction is smaller than a threshold value when the physical quantity is not constant;
前記第2制御を実行した後、前記試料の測定を再開する、走査型プローブ顕微鏡。After executing the second control, the scanning probe microscope resumes measurement of the sample.
試料を測定する走査型プローブ顕微鏡であって、
前記試料が配置される試料台と、
前記試料に対向して配置される探針と、
前記探針と前記試料との間に作用する物理量が一定となるように第1制御が実行されることにより、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に移動させる第1駆動機構と、
前記第1制御が実行されたにもかかわらず前記物理量が一定とならない場合に前記試料の測定を停止する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記試料の同一の測定経路において、前記試料の高さ方向と直交する第1方向および該第1方向とは逆方向である第2方向で前記探針を相対的に往復移動させて、前記試料の測定データを取得し、
前記物理量が一定とならない場合において、前記第1方向での前記探針の移動により取得した第1測定データと、前記第2方向での前記探針の移動により取得した第2測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値より小さい場合に、
前記試料の第1測定経路における前記第1測定データと前記第2測定データとに基づいて第1測定差分値を算出し、
前記試料の第2測定経路における前記第1測定データと前記第2測定データとに基づいて第2測定差分値を算出し、
前記第1測定経路において前記探針の相対的な往復移動が終了したときから、前記第2測定経路において前記探針の相対的な往復移動が終了したときまでの経過時間を取得し、
前記第1測定差分値と、前記第2測定差分値と、前記経過時間とに基づいて、待機時間を算出し、
算出された前記待機時間に亘って前記試料の測定を停止する第2制御を実行し、
前記第2制御を実行した後、前記試料の測定を再開する、走査型プローブ顕微鏡。
1. A scanning probe microscope for measuring a sample, comprising:
a sample stage on which the sample is placed;
A probe disposed facing the sample;
a first drive mechanism that relatively moves the probe along the surface of the sample by executing a first control so that a physical quantity acting between the probe and the sample is constant;
a control device that stops the measurement of the sample when the physical quantity does not become constant despite the execution of the first control,
The control device includes:
a first direction perpendicular to a height direction of the sample and a second direction opposite to the first direction are perpendicular to the height direction of the sample, and the probe is moved back and forth relative to the first direction along the same measurement path of the sample to acquire measurement data of the sample;
When the physical quantity is not constant, if a degree of agreement between first measurement data acquired by moving the probe in the first direction and time-reversed data of second measurement data acquired by moving the probe in the second direction is smaller than a threshold value,
calculating a first measurement difference value based on the first measurement data and the second measurement data in a first measurement path of the sample;
calculating a second measurement difference value based on the first measurement data and the second measurement data in a second measurement path of the sample;
acquiring an elapsed time from when the relative reciprocating movement of the probe ends in the first measurement path to when the relative reciprocating movement of the probe ends in the second measurement path;
calculating a standby time based on the first measurement difference value, the second measurement difference value, and the elapsed time;
executing a second control for stopping the measurement of the sample for the calculated waiting time;
After executing the second control, the scanning probe microscope resumes measurement of the sample .
前記制御装置は、
前記物理量が一定とならない場合に、前記試料の測定を停止した後、第2制御を実行し、
前記第2制御を実行した後、前記試料の測定を再開する、請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。
The control device includes:
if the physical quantity does not become constant, stopping the measurement of the sample and then executing a second control;
2. The scanning probe microscope according to claim 1 , wherein measurement of the sample is resumed after the second control is executed.
前記走査型プローブ顕微鏡は、前記探針と前記試料台との間隔を増大させる退避処理を実行する第2駆動機構をさらに備え、
前記第2制御は、前記退避処理を含む、請求項5に記載の走査型プローブ顕微鏡。
the scanning probe microscope further includes a second drive mechanism that executes a retraction process to increase a distance between the probe and the sample stage;
The scanning probe microscope according to claim 5 , wherein the second control includes the retraction process.
前記第1駆動機構は、
印加された電圧に応じて、前記試料台を駆動し、
印加された電圧が0である場合には、前記試料台を初期位置に駆動し、
前記第2制御は、前記第1駆動機構に印加される電圧を0にする処理を含む、請求項5または請求項6に記載の走査型プローブ顕微鏡。
The first drive mechanism includes:
Driving the sample stage in response to the applied voltage;
When the applied voltage is zero, the sample stage is driven to an initial position;
7. The scanning probe microscope according to claim 5 , wherein the second control includes a process of setting a voltage applied to the first driving mechanism to zero.
前記設定される測定範囲は、前記箇所と隣接している範囲である、請求項2に記載の走査型プローブ顕微鏡。 3. The scanning probe microscope according to claim 2 , wherein the set measurement range is a range adjacent to the location. 前記制御装置は、前記第1測定データおよび前記第2測定データが記憶されていない場合には、前記試料の測定を停止する、請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の走査型プローブ顕微鏡。 9. The scanning probe microscope according to claim 1 , wherein the control device stops the measurement of the sample when the first measurement data and the second measurement data are not stored. 前記制御装置は、前記原因情報に基づく通知を実行する、請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。 The scanning probe microscope according to claim 1 , wherein the control device executes a notification based on the cause information. 前記制御装置は、
前記試料の測定を停止した後に前記試料の測定を再開する第1モードと、
前記試料の測定を停止した後に前記試料の測定を再開しない第2モードとをユーザの入力により切替可能である、請求項1~請求項10のいずれか1項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
The control device includes:
a first mode in which the measurement of the sample is stopped and then resumed;
11. The scanning probe microscope according to claim 1 , wherein a first mode is switchable by a user input between a first mode in which the measurement of the sample is stopped and a second mode in which the measurement of the sample is not resumed.
試料が配置される試料台と、
前記試料に対向して配置される探針と、
前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に移動させる第1駆動機構とを備え、前記試料を測定する走査型プローブ顕微鏡の制御方法であって、
前記制御方法は、
前記探針と前記試料との間に作用する物理量が一定となるような第1制御を実行することと、
前記第1制御が実行されたにもかかわらず前記物理量が一定とならない場合に前記試料の測定を停止することと
前記試料の同一の測定経路において、前記試料の高さ方向と直交する第1方向および該第1方向とは逆方向である第2方向で前記探針を相対的に往復移動させて、前記試料の測定データを取得することと、
前記物理量が一定とならない場合において、前記第1方向での前記探針の移動により取得した第1測定データと、前記第2方向での前記探針の移動により取得した第2測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値より大きい場合に、前記試料は過大な凹部または過大な凸部を有するという原因を示す原因情報を記憶することと、
前記物理量が一定とならない場合において、前記一致度が前記閾値より小さい場合に、前記走査型プローブ顕微鏡の熱ドリフトが発生しているという原因を示す原因情報を記憶することとを備える、制御方法。
a sample stage on which a sample is placed;
A probe disposed facing the sample;
a first drive mechanism that relatively moves the probe along a surface of the sample, the method comprising:
The control method includes:
executing a first control such that a physical quantity acting between the probe and the sample becomes constant;
stopping the measurement of the sample when the physical quantity does not become constant despite the execution of the first control ;
Acquiring measurement data of the sample by relatively reciprocating the probe in a first direction perpendicular to a height direction of the sample and in a second direction opposite to the first direction along the same measurement path of the sample;
storing cause information indicating a cause that the sample has an excessively large concave portion or an excessively large convex portion when a degree of agreement between first measurement data acquired by moving the probe in the first direction and time-series reversed data of second measurement data acquired by moving the probe in the second direction is greater than a threshold value when the physical quantity is not constant;
and storing cause information indicating that a cause is that thermal drift is occurring in the scanning probe microscope when the physical quantity does not become constant and the degree of coincidence is smaller than the threshold value .
試料が配置される試料台と、a sample stage on which a sample is placed;
前記試料に対向して配置される探針と、A probe disposed facing the sample;
前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に移動させる第1駆動機構とを備え、前記試料を測定する走査型プローブ顕微鏡の制御方法であって、a first drive mechanism that relatively moves the probe along a surface of the sample, the method comprising:
前記制御方法は、The control method includes:
前記探針と前記試料との間に作用する物理量が一定となるような第1制御を実行することと、executing a first control such that a physical quantity acting between the probe and the sample becomes constant;
前記第1制御が実行されたにもかかわらず前記物理量が一定とならない場合に前記試料の測定を停止することと、stopping the measurement of the sample when the physical quantity does not become constant despite the execution of the first control;
前記試料の同一の測定経路において、前記試料の高さ方向と直交する第1方向および該第1方向とは逆方向である第2方向で前記探針を相対的に往復移動させて、前記試料の測定データを取得することと、Acquiring measurement data of the sample by relatively reciprocating the probe in a first direction perpendicular to a height direction of the sample and in a second direction opposite to the first direction along the same measurement path of the sample;
前記物理量が一定とならない場合において、前記第1方向での前記探針の移動により取得した第1測定データと、前記第2方向での前記探針の移動により取得した第2測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値より大きい場合に、前記試料の測定範囲を前記物理量が一定とならなかった箇所を除く測定範囲に設定する第2制御を実行することと、executing a second control for setting a measurement range of the sample to a measurement range excluding a portion where the physical quantity does not become constant when a degree of agreement between first measurement data acquired by moving the probe in the first direction and time-series reversed data of second measurement data acquired by moving the probe in the second direction is greater than a threshold value when the physical quantity does not become constant;
前記第2制御を実行した後、前記試料の測定を再開することとを備える、制御方法。and resuming measurement of the sample after performing the second control.
試料が配置される試料台と、a sample stage on which a sample is placed;
前記試料に対向して配置される探針と、A probe disposed facing the sample;
前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に移動させる第1駆動機構とを備え、前記試料を測定する走査型プローブ顕微鏡の制御方法であって、a first drive mechanism that relatively moves the probe along a surface of the sample, the method comprising:
前記制御方法は、The control method includes:
前記探針と前記試料との間に作用する物理量が一定となるような第1制御を実行することと、executing a first control such that a physical quantity acting between the probe and the sample becomes constant;
前記第1制御が実行されたにもかかわらず前記物理量が一定とならない場合に前記試料の測定を停止することと、stopping the measurement of the sample when the physical quantity does not become constant despite the execution of the first control;
前記試料の同一の測定経路において、前記試料の高さ方向と直交する第1方向および該第1方向とは逆方向である第2方向で前記探針を相対的に往復移動させて、前記試料の測定データを取得することと、Acquiring measurement data of the sample by relatively reciprocating the probe in a first direction perpendicular to a height direction of the sample and in a second direction opposite to the first direction along the same measurement path of the sample;
前記物理量が一定とならない場合において、前記第1方向での前記探針の移動により取得した第1測定データと、前記第2方向での前記探針の移動により取得した第2測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値より小さい場合に、予め定められた待機時間に亘って前記試料の測定を停止する第2制御を実行することと、executing a second control for stopping measurement of the sample for a predetermined waiting time when a degree of agreement between first measurement data acquired by moving the probe in the first direction and time-reversed data of second measurement data acquired by moving the probe in the second direction is smaller than a threshold value when the physical quantity is not constant;
前記第2制御を実行した後、前記試料の測定を再開することとを備える、制御方法。and resuming measurement of the sample after performing the second control.
試料が配置される試料台と、a sample stage on which a sample is placed;
前記試料に対向して配置される探針と、A probe disposed facing the sample;
前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に移動させる第1駆動機構とを備え、前記試料を測定する走査型プローブ顕微鏡の制御方法であって、a first drive mechanism that relatively moves the probe along a surface of the sample, the method comprising:
前記制御方法は、The control method includes:
前記探針と前記試料との間に作用する物理量が一定となるような第1制御を実行することと、executing a first control such that a physical quantity acting between the probe and the sample becomes constant;
前記第1制御が実行されたにもかかわらず前記物理量が一定とならない場合に前記試料の測定を停止することと、stopping the measurement of the sample when the physical quantity does not become constant despite the execution of the first control;
前記試料の同一の測定経路において、前記試料の高さ方向と直交する第1方向および該第1方向とは逆方向である第2方向で前記探針を相対的に往復移動させて、前記試料の測定データを取得することと、Acquiring measurement data of the sample by relatively reciprocating the probe in a first direction perpendicular to a height direction of the sample and in a second direction opposite to the first direction along the same measurement path of the sample;
前記物理量が一定とならない場合において、前記第1方向での前記探針の移動により取得した第1測定データと、前記第2方向での前記探針の移動により取得した第2測定データの時系列を逆転させたデータとの一致度が閾値より小さい場合に、When the physical quantity is not constant, if a degree of agreement between first measurement data acquired by moving the probe in the first direction and time-reversed data of second measurement data acquired by moving the probe in the second direction is smaller than a threshold value,
前記試料の第1測定経路における前記第1測定データと前記第2測定データとに基づいて第1測定差分値を算出することと、calculating a first measurement difference value based on the first measurement data and the second measurement data in a first measurement path of the sample;
前記試料の第2測定経路における前記第1測定データと前記第2測定データとに基づいて第2測定差分値を算出することと、calculating a second measurement difference value based on the first measurement data and the second measurement data in a second measurement path of the sample;
前記第1測定経路において前記探針の相対的な往復移動が終了したときから、前記第2測定経路において前記探針の相対的な往復移動が終了したときまでの経過時間を取得することと、acquiring an elapsed time from when the relative reciprocating movement of the probe ends in the first measurement path to when the relative reciprocating movement of the probe ends in the second measurement path;
前記第1測定差分値と、前記第2測定差分値と、前記経過時間とに基づいて、待機時間を算出することと、calculating a standby time based on the first measurement difference value, the second measurement difference value, and the elapsed time;
算出された前記待機時間に亘って前記試料の測定を停止する第2制御を実行することと、executing a second control of stopping the measurement of the sample for the calculated waiting time;
前記第2制御を実行した後、前記試料の測定を再開することとを備える、制御方法。and resuming measurement of the sample after performing the second control.
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