JP2001249067A

JP2001249067A - 走査型プローブ顕微鏡を用いて輪郭走査を実行する装置および方法

Info

Publication number: JP2001249067A
Application number: JP2001005529A
Authority: JP
Inventors: Chen Don; ドン・チェン; M Hammond James; ジェームス・エム・ハモンド; G Roseler Kenneth; ケニス・ジー・ロースラー
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】走査型プローブ顕微鏡を用いて輪郭走査を実
行する装置および方法を提供する。【解決手段】片持ちばり１３２に取り付けられた走査
プローブ先端１３０を励起振動数でＺ方向に振動させ、
それと同時にＺ方向に対して垂直な平面内で円形パター
ンを描くようにディザリング振動数でディザリングさせ
る。ディザリング振動数は励起振動数よりはるかに低
い。プローブ先端がサンプル１３５表面上の側壁１５３
に接近するにつれて、プローブ先端のＺ方向の振動はデ
ィザリング振動数で変調される。この変調とプローブ先
端を円形パターンで駆動する信号の１つとの間の位相角
θを使用して、側壁から円形パターンの中心までの法線
１９０の角度を決定する。法線に対して垂直な接線は、
採用される方向を局所的に規定し、これによりプローブ
先端を側壁の輪郭線に沿って走査させることができるよ
うになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】関連出願の相互参照本願は、
本願と同じ譲受人に譲渡され、この記述により参照によ
って本明細書に組み込まれる、１９９８年７月２９日に
出願された、「Apparatus and Methodfor Determining
Side Wall Profiles Using a Scanning Probe Microsco
pe Having a Probe Dithered in Lateral Directions」
と題する同時係属出願第０８／１２４３０２号に関連す
る。この同時係属出願には、走査中のサンプルの表面全
体と平行な平面内のディザリング運動をプローブ先端に
加える装置が記載されている。プローブ先端を、この平
面に沿ってＸ方向またはＹ方向に、あるいは走査を行う
平面に対して垂直なＺ方向に励起振動を加えて形成され
る走査線に沿って走査させる。第１の動作モードでは、
このディザリング振動が、走査を行う線に沿ってプロー
ブ先端に加えられる。第２の動作モードでは、プローブ
先端がディザリングによって円運動し、これを使用し
て、サンプル表面に沿って壁面が延びる方向を識別す
る。第３の動作モードでは、プローブ先端をＸ方向およ
びＹ方向に異なる振動数でディザリングさせ、壁面のこ
の方向を識別する。各モードでは、この方向を識別した
後で、プローブがその壁面に沿って真っ直ぐ上または下
に進み、壁面の形状の正確な輪郭を得る。

【０００２】また、本願は、本願と同じ譲受人に譲渡さ
れ、この記述により参照によって本明細書に組み込まれ
る、１９９８年９月４日に出願された、「A Scanning F
orceMicroscope with Automatic Surface Engagement a
nd Improved Amplitude Demodulation」と題する同時係
属出願第０９／０７２２３０号にも関連する。この出願
には、走査プローブ用の自動表面係合機構が、そのよう
な顕微鏡のための振幅復調装置とともに記載されてい
る。

【０００３】

【従来の技術】従来の走査型プローブ顕微鏡では、走査
動作中にプローブがサンプル表面に沿って移動する際
に、片持ちばりの遠位端に取り付けられたプローブを、
片持ちばりの固有振動数に近い励起振動数で測定中のサ
ンプルの表面に対して基本的に垂直な方向に振動させ
る。サンプル表面の高さに変化が現れると、先端の振動
する振幅が変化し、プローブの振動振幅が所定レベルに
戻るまで、先端の近位端がサンプル表面に向かって、ま
たはそこから離れるように運動する。

【０００４】このように、従来技術の走査型プローブ顕
微鏡を使用してサンプル表面の地形を調べることは、例
えば北と南の間に延びる一連の平行な経路のみに沿って
移動することによって地球の地形を調べるようなもので
ある。地球の一部、またそれと同様にいくつかのサンプ
ル表面では、このタイプの移動は有効である。しかし、
地球のいくつかの部分では、山などの構造の周りを進む
ことができ、かつこうした構造を調べようとするときに
は、離間したいくつかの水平方向経路でその構造に沿っ
て進む、またはその構造の周りを進むことができると特
に便利である。走査型プローブ顕微鏡の分野では、直立
した構造および下方に延びる構造の位置を突きとめ、あ
る増分距離だけ垂直方向に離間したいくつかの輪郭線を
形成するかたちでそれらの周りを進む方法が必要とされ
ている。

【０００５】図１は、サンプル表面１のトレンチを、サ
ンプル表面１の表面の特徴を決定するために従来の走査
型プローブ顕微鏡で使用される非常に鋭いプローブ先端
２とともに示す横断面図である。このプローブ先端２
は、測定中のサンプルの表面１全体に対して垂直な一般
に「Ｚ方向」と呼ばれる方向に振動し、プローブ２とサ
ンプル表面１の間の相対運動は、サンプル表面に沿っ
て、図示のＸ方向などの走査方向に起こる。所定の走査
動作の終了時に、プローブとサンプルの間の相対運動
は、サンプル表面に沿って走査方向に対して垂直な方向
に起こる。この運動は、その前の走査線と平行な新しい
走査線を開始するために使用され、したがってサンプル
表面の所定部分はラスタ・パターンで横切られることに
なる。走査型力顕微鏡では、プローブ先端２は、片持ち
ばりの遠位端に固定され、片持ちばりの近位端はＺ方向
に一定の振幅と振動数で振動する。こうした条件下で
は、その結果生じる先端２の振動の振幅は、プローブ先
端２とサンプル表面１の間の係合のレベルによって決ま
る。したがって、サーボ・ループを確立して片持ちばり
の近位端をＺ方向に動かし、プローブ先端２の振動の振
幅を一定に維持する。その結果生じる片持ちばりの近位
端の運動は、プローブがＸ方向に走査する際にＺ方向に
起こるサンプルの振動に従うので、この運動を引き起こ
すためにサーボ・ループ中で生成される駆動信号は、サ
ンプル表面２のＺ方向の振動を表す信号として記憶され
る。

【０００６】この従来の方法は、比較的緩やかな上向き
および下向きの傾斜があるいくつかのタイプのサンプル
表面を調べるには有効であるが、図１のトラフ６などの
リッジおよびトラフのある表面を調べるために使用した
ときには、深刻な限界が現れる。プローブ先端２がサン
プル表面１の形状に従うために上方または下方に運動す
ることができる傾斜角は、プローブの振動がＺ方向のみ
であること、およびプローブの物理的形状によって制限
される。図１の例では、Ｘ方向に進行するプローブ先端
２は、最初に切下げ壁面１０の上側縁部８と接触する。
振動のパターンの変化は、プローブ先端２とサンプル表
面１の間の接触が増大していることを示すので、先端２
は、縁部８と接触したまま上方に移動する。こうして、
切下げ壁面１０の実際の形状は、表面１０の測定として
使用されるプローブ先端２の運動には反映されない。

【０００７】さらに、この従来の方法では、走査方向へ
の運動を続行しながら壁面を越えるのに十分に速くプロ
ーブ２を上昇させることができない場合に、プローブ先
端２と上向きに延びる壁面表面の間で「クラッシュ」が
起こる可能性も生じる。こうした事態は、プローブ２お
よびサンプル表面１の双方を破損させるものと予想され
る。

【０００８】したがって、図１の従来の方法を考慮する
ときには、壁面の傾斜角に変動があってもプローブ先端
がサンプル表面をたどることができるようにし、プロー
ブ先端と上向きに延びる表面の間のクラッシュを防止す
る方法が必要である。

【０００９】図１の従来の方法の限界に鑑みて、走査型
プローブ顕微鏡を使用して壁面のプロフィルを測定する
ために、特許文献に記載されたいくつかの方法が開発さ
れている。

【００１０】例えば、Nyyssonenの米国特許第５１８６
０４１号には、サンプルに対して相対的に運動するプロ
ーブで検査するサンプル中のトレンチの深さおよび幅を
測定するための測定システムが記載されている。このシ
ステムは、トレンチの底部を形成する表面およびトレン
チの側壁に対する、プローブの近さを検出する。このシ
ステムは、プローブとサンプルの相対位置を、出力信号
に関連して垂直方向および水平方向に調節する。

【００１１】図２は、米国特許第５１９６０４１号に記
載の、米国特許第５１９６０４１号に記載の、トレンチ
の深さおよび幅を検出するための３つの突起を有するプ
ローブ１２の側面図である。第１の突起１４は下向きに
延び、トレンチの底部を検出する。側方突起１６は、ト
レンチの幅方向にプローブから反対向きに延び、トレン
チの側壁を検出する。このプローブ１２と連動した装置
は、プローブをＺ方向またはＸ方向に振動させる手段、
ならびにＺ方向およびＸ方向の振動を測定するための干
渉装置（interferometric apparatus）を有する。

【００１２】図３は、トレンチを測定するために使用さ
れる図２のプローブの運動を示す破線２２とともにトレ
ンチ２０を含むサンプル表面１８を示す横断面図であ
る。トレンチの両側の表面の高さを地点２４で測定した
後で、プローブ先端１２は、Ｚ方向に振動しながら下向
きに駆動され、中心地点２６でトレンチの深さを測定す
る。次に、プローブ１２は増分距離だけ上向きに移動
し、地点３０で測定を行う間プローブをＸ方向に振動さ
せながら、対向する側壁２８のそれぞれに対して交互に
駆動される。

【００１３】Clabes他の米国特許第５３２１９７７号に
は、統合先端歪みセンサを表面のプロフィルを３次元で
決定するための単軸の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）と組み
合わせて使用することが記載されている。片持ちばりの
ビームは、圧電膜歪みセンサをその上に付着させた統合
先端ステムを担持する。重なり合った４つの素子を備え
た圧電ジャケットが、先端ステム上に付着している。圧
電センサは、原子間力顕微鏡中のプローブの平面に対し
て垂直な平面内で機能する。すなわち、先端が側壁表面
と接触すると、先端の変更が引き起こされ、それに応じ
て、比例した電気出力が生じる。標準的な単軸ＡＦＭの
先端に結合されたこの先端歪みセンサにより、破局的な
先端のクラッシュを回避しながら３次元測定が可能とな
る。

【００１４】Martin他の米国特許第５２８３４４２号お
よび第５３４７８５４号には、走査型力顕微鏡を使用し
てトレンチや筋（line）の側壁などの表面をプロファイ
リングするための方法および装置が記載されている。こ
の方法は、実時間測定した表面の局所的な傾斜に応じて
先端の位置を制御することにより、測定確度の改善をも
たらす。

【００１５】図４は、プローブ先端３０の下側の角にあ
る突起３４、３６を米国特許第５２８３４４２号に記載
されるように使用してトレンチ４０を含むサンプル表面
３８のプロフィルを確立する、片持ちばり３２から下向
きに延びる平坦なプローブ先端３０を示す図である。

【００１６】図５は、レーザ干渉計によって検出され
る、図４のプローブ先端３０のＺ方向の振動を表すグラ
フである。より振動数の高い実際の振動は、曲線４２で
示してある。曲線４２の包絡線４４は、先端の振動の振
幅を表し、これはプローブ先端３０とサンプル表面３８
が係合すると変動する。振動する先端３０がプロファイ
リングする表面に近づくにつれて、先端と表面の間の力
の勾配（force gradient）が増大し、先端の振動の振幅
は減少する。測定中のサンプル表面が平坦かつＸ方向に
同じ高さである場合には、包絡線４４は変動しない。表
面がＸ方向に傾斜している場合には、ディザリング振動
数での振動がこの方向に発生するので、振幅包絡線４４
はディザリング振動数で変動する。ディザリング振動数
での包絡線４４の変動の大きさは、サンプル表面の局所
的な傾斜を表す。

【００１７】図６は、湾曲した表面４６の形状をプロー
ブ先端３０の突起３４でたどるために米国特許第５２８
３４４２号の装置が行う一連の動作を表す図である。初
期地点４７において、表面の法線は、Ｚ軸に対して角度
αをなす矢印４８で示してある。次いで、このシステム
は、矢印４８で示す表面の法線に対して垂直な矢印５０
で示す走査方向に沿って、地点５２で終端する増分距離
だけプローブ先端を移動させる。この地点では、プロー
ブ先端は表面４６から離れているので、プローブ先端３
０のＺ方向の振動は、所定の制御値より大きい。したが
って、プローブ先端３０は、表面４６に隣接する地点５
４に向かって移動する。この移動は、特に次の測定地点
が記録されたときにトレンチの角で先端とサンプル表面
が接触する可能性を低下させるために、計算機システム
を援用して決定される角度θに沿って起こる。ここで、
先端の突起３４は一般に、プロファイリング中の表面か
ら２０〜５０オングストロームしか離れていないことに
留意されたい。図５の曲線から決定される先端と表面の
係合および傾斜の測定結果を使用して表面４６に沿って
プローブ先端を移動させて、このプロセスを繰り返す。

【００１８】米国特許第５２８３４４２号の装置では、
プローブ先端のＺ軸およびＸ軸（走査方向）方向の振動
のレベルは、励起振動数とディザリング振動数の差を用
いて図５に示す単一の信号から分離されるが、米国特許
第５３４７８５４号の装置は、Ｚ方向およびＸ方向の運
動を別個に検出し、これら２つの方向の振動を示す別個
の信号を提供する光検出器を含む。これらの別個の信号
の比を使用して、測定中のサンプル表面の局所的な傾斜
を決定する。

【００１９】米国特許第５１８６０４１号および第５３
２１９９７号の装置および方法に関する１つの問題は、
横方向の走査運動が１つの走査方向にしか行われないこ
とから生じる。側壁を感知するために使用される横方向
に延びる突起も、この方向、またはそれと反対の方向に
延びる。したがって、基本的にこの走査方向に対して実
質上垂直でない平面内で上向きまたは下向きに延びる側
壁にプローブが衝突した場合には、プローブが側壁と接
触した状態で上向きまたは下向きに移動する速度は、そ
の側壁の傾斜の正確な画像を与えない。特に、側壁が基
本的に走査方向に対して垂直に延びているときに問題が
生じる。側壁と走査方向とが角度をなしていても側壁に
接触したことを示す同じタイプの指示を提供するように
成形されたプローブ先端、ならびにこの角度に関わらず
一様な接触が起こり、かつプローブが側壁と接触した後
で、側壁に沿って真っ直ぐに上または下に移動するよう
にプローブとサンプルの間で相対運動を引き起こす方法
が必要とされている。

【００２０】米国特許第５１０７１１４号および第５５
８９６８６号には、走査型プローブ顕微鏡のプローブ先
端が３つの方向全てに短い距離だけ運動する装置が記載
されている。

【００２１】特に、Nishioka他の米国特許第５１０７１
１４号には、３次元に変位可能な円筒形圧電素子を含む
原子間力顕微鏡用の微細走査機構が記載されている。円
筒形圧電素子の自由端は、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方
向に変位させることができる。第１のプローブは、円筒
形圧電素子の自由端に取り付けられる。バイモルフ圧電
素子も、円筒形圧電素子の自由端に取り付けられ、それ
自体はＺ方向に一次元に変位可能である。片持ちばり
は、片持ちばりの自由端が第１のプローブの下に隣接し
て位置するように、バイモルフ圧電素子の自由端から延
びるように取り付けられる。第２のプローブは、片持ち
ばりの自由端から下向きに延び、サンプル表面と係合す
るように取り付けられる。静止サンプル・トレイは、第
２のプローブと対向するように配置される。この機構を
使用して、所定のパターンに従ってサンプルを横切るよ
うに、第１および第２のプローブをサンプル表面を横方
向に横切るように同期して走査させる。

【００２２】サンプル表面中の壁面に近接した異常を感
知するのに適したプローブの形状を使用するすること、
ならびに第１および第２のプローブの円運動が達成され
るように円筒形圧電素子の様々なセクションにディザリ
ング信号を印加することが必要とされている。さらに、
プローブが面に沿って上または下に移動する際にこのよ
うな壁面に対して垂直な方向にプローブを横方向に運動
させる方法が必要とされている。このような運動によ
り、第２のプローブは、側壁の異常（side wallsof ano
malies）の存在を判定する際、およびこのような側壁の
形状を決定する際に特に効果的なかたちで運動すること
になる。さらに、サンプル表面中の壁面の急激な立上り
および立下りを検出し、これらをたどることができるよ
うに、走査方向にディザリング振動をもたらす手段が必
要とされている。

【００２３】Oharaの米国特許第５５８９６８６号に
は、任意選択で（alternately）走査型トンネル顕微
鏡、原子間力顕微鏡、あるいは容量型（capacitive）ま
たは磁気力のフィールド感知システムとともに使用され
る感知プローブの位置のナノメートル・スケールの実時
間連続位置決めデータを生成する方法および装置が記載
されている。このシステムは、プローブに対して相対運
動する原子表面その他格子など周期的な起伏のある表面
からのプローブの距離および位置を測定するために使用
される。プローブと表面の間には、正弦電圧の制御下で
のプローブの急速振動による感知フィールドが存在し、
感知フィールド中の電流によって生成される出力正弦電
圧の位相および振幅を比較して、最も近い原子または表
面の起伏の頂点の方向および距離を示す位置信号を提供
する。望ましい場合には、位置信号をフィードバックし
て、プローブと表面の相対運動を制御する。

【００２４】したがって、米国特許第５５８９６８６号
の方法は、周期的な起伏のある試験サンプルの特徴を決
定するためにしか動作可能でない。別のタイプの試験サ
ンプルでは、この方法が必要とする正弦曲線の出力信号
を感知フィールドから生成しない。異常のある壁面表面
の特徴を、これらの壁面表面が未知の角度をなし、かつ
互いに未知の非周期的な距離だけ離れているときに決定
することができる方法が必要とされている。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の問題を克服するための、走査型プローブ顕微鏡を用い
て輪郭走査を実行する装置および方法を提供することで
ある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様によ
れば、サンプル表面内の側壁の地形的特徴を測定する方
法が提供される。この方法は、サンプル表面と、第１の
方向に励起振動数で振動する片持ちばりに取り付けられ
たプローブ先端との間で相対運動を引き起こすことを含
み、この相対運動は、第１の所定の輪郭表面と側壁の交
線に沿って延びる輪郭経路に沿ってプローブ先端を移動
させるものであり、輪郭経路に沿ったプローブと側壁の
係合は、第１の方向に励起振動数で振動するプローブ先
端の測定された振幅の変動に応じた範囲内で保持され
る。

【００２７】この相対運動は、プローブ先端を、輪郭経
路に沿って第１の複数の直線線分中を移動させるもので
あり、第１の複数の直線線分はそれぞれ、プローブ先端
の振動の測定した振幅が所定の許容振動振幅範囲外にあ
ると判定されると終端する。この相対運動はまた、プロ
ーブ先端を輪郭経路に沿って第２の複数の直線線分中を
移動させるものであり、第２の複数の直線線分はそれぞ
れ、第１の複数の直線線分の隣接した直線線分間に延
び、第１の複数の直線線分はそれぞれ、輪郭経路に沿っ
て延びる線の局所接線に沿って延びる。

【００２８】プローブ先端はさらに、プローブを前記平
面に沿って第２の方向にディザリングさせる第１の信号
によって、第１の方向に対して垂直な平面に沿ってディ
ザリング振動数で円形パターンを描いてディザリングす
る。ディザリング振動数での測定された振動振幅を変調
する信号と第１の信号との間で位相角が測定される。

【００２９】側壁に対して垂直な局所法線の角度を決定
する。局所法線は、ディザリング運動の中心を通って、
前記第１の方向に対して垂直な平面に沿って延び、局所
法線の角度は、位相角の関数として決定される。

【００３０】

【発明の実施の形態】図７は、本発明に従って構築した
走査型力顕微鏡１１０の部分概略側面図である。装置１
１０は、クランプされた端部１１４と自由端１１６の間
に延びる圧電アクチュエータ１１２を含む。自由端１１
６は、Ｘ軸ドライバ１１８からの電圧信号に応答してＸ
軸方向に、Ｙ軸ドライバ１２２からの電圧信号に応答し
て矢印１２０のＹ軸方向に、Ｚ軸ドライバ１２６からの
電圧信号に応答して矢印１２４のＺ軸方向に移動する。
自由端１１６はまた、励起ドライバ１２８からの発振電
圧信号に応答してＺ軸方向に振動する。Ｘ軸ドライバ１
１８、Ｙ軸ドライバ１２２、およびＺ軸ドライバ１２６
の出力は、信号分配回路１２９を介して圧電アクチュエ
ータ１１２の適当な電極に向けて送られる。

【００３１】図８および図９に関連して以下に述べる方
法では、ｘ軸ドライバ１１８およびｙ軸ドライバ１２２
は、片持ちばり１３２および取付け板１３３によって圧
電アクチュエータ１１２の自由端１１６に取り付けられ
た表面感知用のプローブ先端１３０を円形ディザリング
・パターンで駆動するために使用される。この円運動
は、増幅器１３３ｂを介してＸ軸ドライバ１１８に入力
として印加される発振器１３３ａの発振出力信号により
得られるものである。発振器１３３ａの出力は、遅延回
路１３３ｃおよび増幅器１３３ｄを介して入力としてＹ
軸ドライバ１２２にも印加される。遅延回路１３３ｃ
は、Ｘ軸駆動信号と適当な位相角の関係を有するＹ軸駆
動信号を導出し、これによりプローブの円運動を確立す
ることができる。

【００３２】システム稼働中に、プローブ先端１３０
は、発振器１３６から励起ドライバ１２８への発振信号
の印加により、サンプル１３５の表面１３４と係合した
状態で、矢印１２４のＺ軸方向にも振動する。このプロ
ーブ先端１３０の振動は、発振器１３６の駆動周波数で
起こり、この振動数は、片持ちばり１３２の共振振動数
に近いがそれよりもいくらか高いことが好ましい。矢印
１２４のＺ軸方向でのプローブ先端１３０の振動は、光
学手段を使用してプローブ先端１３０の運動を示す運動
信号を発生させるレーザ検出器１３８によって測定され
る。この光学手段は、例えば、ヘテロダイン干渉法を使
用して、プローブ先端１３０とともに運動する反射表面
１３９に向かって下向きに延びる光路長の変化を示す。
別法として、特定の光検出素子を照明した状態で、斜め
に入射したレーザ・ビームが反射表面１３９で反射され
レーザ検出器１３８内の光検出素子のアレイに当たる位
置を使用して、反射表面１３９の位置を決定する。いず
れの場合も、レーザ検出器１３８からの出力信号は、プ
ローブ先端１３０とともに運動する反射表面１３９の、
矢印１２４のＺ軸方向の運動成分に基づいている。レー
ザ検出器１３８の出力は、駆動信号の範囲内の周波数を
含む出力信号は通し、この範囲より大幅に低い周波数は
通さない広域フィルタ１４０を介して駆動される。広域
フィルタ１４０からの出力信号は、レーザ検出器１３８
からの励起ドライバ１２８の励起振動数での先端の運動
信号の平均振動振幅を反映した出力信号を発生させる復
調器１４１への入力として提供される。

【００３３】本発明の好ましい態様によれば、サンプル
１３５に加えられるＸおよびＹ方向の走査運動は、プロ
ーブ先端１３０とサンプル表面１３４の間の係合レベル
を所定範囲内に維持するために使用される。この係合レ
ベルは、励起振動数での振動の平均振幅で示される。し
たがって、復調器１４１の出力は、比較回路１４２に入
力として提供される。これは、励起発振器１３６の周波
数範囲内の振動の平均振幅が所定範囲内であるか、この
所定範囲より大きいか、またはこの所定範囲より小さい
かを判定するために使用される。アナログ・デジタル変
換器１４３を介して駆動されるこの比較回路の出力は、
COMPARISON SIGNAL入力として計算機システム１４４に
印加される。計算機システム１４４は、デジタル・アナ
ログ変換器１４４ａを介して比較回路１４２に入力とし
て提供される出力信号も生成する。この出力信号は、設
定値レベルおよび許容偏差レベルを比較回路１４２に与
え、これにより、復調器１４１からの出力信号は、それ
が設定値レベルと許容偏差レベルの合計より小さく、設
定値レベルと許容偏差レベルの差より大きい場合には、
所定範囲内であると判定される。COMPARISON SIGNALに
は３つのレベルがあり、第１のレベルは復調器１４１の
出力のレベルが所定範囲より低いことを示し、第２のレ
ベルはそのレベルが所定範囲内であることを示し、第３
のレベルはそのレベルが所定範囲より高いことを示すも
のである。

【００３４】計算機システム１４４は、メモリ１４５を
含み、このメモリは、ランダム・アクセス・メモリ回
路、ならびに実行されるプログラムを記憶し、またこの
プログラムの実行の結果として得られるデータを記憶す
るハード・ディスクを有することがある。表示装置１４
６は、このデータを目に見えるようにする。プログラム
は、磁気ディスクなどの機械可読媒体１４７を介してロ
ードすることができる。

【００３５】輪郭走査プロセス中に、計算機システム１
４４内で実行されるプログラムは、サンプル１３５のＸ
およびＹ方向の運動を制御するSCANNING MOTION DATA信
号を生成する。すなわち、SCANNING MOTION DATA信号
は、独立にＸおよびＹ方向の運動を示すデジタル・エン
コードされたデータを含む。この信号は、デジタル・ア
ナログ変換器１４７に入力として印加され、このデジタ
ル・アナログ変換器が別個のＸアナログ信号およびＹア
ナログ信号を提供して走査運動ドライバ１４８を駆動
し、これが走査運動アクチュエータ１４９を駆動する。

【００３６】計算機システム１４４は、Z-AXIS DRIVE D
ATA信号も生成し、この信号はアナログ・デジタル変換
器１４９ａを介してＺ軸ドライバ１２６を駆動するため
に使用される。この信号のレベルの変化は、例えば、連
続した輪郭走査と輪郭走査の間にプローブ１３０をＺ方
向に運動させるために使用され、また、プローブ１３０
とサンプル表面の平坦部分の間の相対運動と合わせて使
用し、直立側壁を発見するために使用することもでき
る。

【００３７】レーザ検出器１３８の出力はまた、この出
力信号の、発振器１３３ａの出力として生成された円形
ディザリング信号の範囲内の周波数を有する部分は通す
が、この出力信号の、発振器１３６の出力を使用して生
成された励起振動の範囲内の周波数を有する部分は通さ
ない低域フィルタ１５０にも、入力として提供される。
低域フィルタの出力は、位相角復調器１５１に入力とし
て提供される。発振器１３３ａの出力も、復調器１５１
に対する入力として提供され、これが、低域フィルタ１
５０の出力と発振器１３３ａの出力の間の位相角を示す
出力を提供する。位相角復調器１５１の出力は、アナロ
グ・デジタル変換器１５２を介して計算機システム１４
４に入力として提供される。図８に関連して述べる方法
でこの位相角の関係を使用して、プローブ１３０と隣接
するサンプルの側壁１５３との間の角度関係を決定す
る。

【００３８】図８は、圧電アクチュエータ１１２および
それと連動した駆動回路を示す部分概略等角図である。
圧電アクチュエータ１１２は、圧電材料で構成された中
空シリンダ１５５を含み、電圧を印加して様々な方法で
シリンダ１５５を偏向させるために、様々な表面に沿っ
て電極が延びている。中空シリンダ１５５の内側表面に
沿って延びる内側電極１５６には、大地電位が印加され
る。

【００３９】一般に、中空シリンダ１５５の外側表面の
周りに部分的に延びる電極に正電圧を印加すると、シリ
ンダのその電極に隣接する部分が圧縮され、このような
電極に不電圧を印加すると、シリンダのこの部分が拡張
する。本願では、付随する運動をＺ方向には引き起こさ
ずに、ＸまたはＹいずれかの走査方向にプローブ１３０
を運動させることができることが特に望ましい。したが
って、ＸまたはＹ方向の運動は、圧電アクチュエータ１
１２の両側に、異極性の所定の電圧を印加することによ
って確立される。Ｘ軸駆動信号の異極性を得るために、
Ｘ軸ドライバ１１８の出力は符号変換器１５８を介して
供給され、この増幅器１５８の出力が、加算増幅器１６
０に入力として印加される。この増幅器１６０の出力
は、−Ｘ電極１６２に印加される。Ｘ軸ドライバ１１８
の出力は、加算増幅器１６６を介して、−Ｘ電極１６２
とは正反対に位置する＋Ｘ電極１６４にも供給される。

【００４０】同様に、異極性のＹ軸駆動信号を得るため
に、Ｙ軸ドライバ１２２の出力は符号変換器１６８を介
して供給され、この増幅器１６８の出力が加算増幅器１
７０に入力として印加される。この増幅器１７０の出力
は、−Ｙ電極１７２に印加される。Ｙ軸ドライバ１２２
の出力は、加算増幅器１７６を介して、−Ｙ電極１７２
とは正反対に位置する＋Ｙ電極１７４にも供給される。

【００４１】正電圧がＸ軸ドライバ１１８の出力として
与えられたときには、プローブ１３０は、矢印１８０の
Ｘ方向に偏向し、この偏向の距離は基本的にその正電圧
に比例する。これに対して、負電圧がＸ軸ドライバ１１
８の出力として与えられたときには、プローブ１３０
は、矢印１８０のＸ方向とは反対の方向に偏向し、この
偏向の距離は基本的にその負電圧に比例する。同様に、
正電圧がＹ軸ドライバ１２２の出力として与えられたと
きには、プローブ１３０は、矢印１２０のＹ方向に偏向
し、この偏向の距離は基本的にその正電圧に比例する。
負電圧がＹ軸ドライバ１２２の出力として与えられたと
きには、プローブ１３０は、矢印１２０のＹ方向とは反
対の方向に偏向し、この偏向の距離は基本的にその負電
圧に比例する。

【００４２】全てのＸ電極およびＹ電極１６２、１６
４、１７２、１７４に同時に正電圧が印加されたときに
は、圧電材料の中空シリンダ１５５は軸方向に圧縮さ
れ、プローブ１３０は矢印１２４のＺ方向に上昇するこ
とになる。全てのＸ電極およびＹ電極１６２、１６４、
１７２、１７４に同時に負電圧が印加されたときには、
中空シリンダ１５５は軸方向に拡張し、プローブ１３０
は矢印１２４のＺ方向とは反対の方向に降下することに
なる。したがって、Ｚ軸ドライバ１２６からの出力信号
は、加算増幅器１６０、１６６、１７０、１７６を介し
て、これら全ての電極１６２、１６４、１７２、１７４
に印加される。

【００４３】励起ドライバ回路１２８からの発振電圧駆
動信号も、中空シリンダ１５５の一部分の周りに環状に
延びる励起電極１８４に印加され、プローブ１３０を矢
印１２４のＺ方向に振動させる。励起ドライバ回路１２
８から印加される励起電圧信号Ｖ_Eは、下記の数式１で
与えられる。測定中のサンプル表面の変動に対する走査
型プローブ顕微鏡の感度を最適化する従来の方法では、
パラメータωの値は、片持ちばりの強制振動がその共振
振動数付近で起こるように選択される。

【数１】Ｖ_E＝Ｚ₀ｓｉｎ（ωｔ）

【００４４】本発明によれば、プローブ１３０は、Ｘ軸
ドライバ１２２およびＹ軸ドライバ１１８から印加され
る信号によって、破線１８８で示すように円形のディザ
リング・パターンを描くように駆動されることが好まし
い。Ｘ軸駆動電圧Ｖ_Xは、下記の数式２で与えられる。
Ｙ軸駆動電圧Ｖ_Yは、下記の数式３で与えられる。ディ
ザリング運動によって引き起こされる効果の検出を容易
にするために、パラメータΩの値は、プローブ１３０の
ディザリング運動が、励起ドライバ１２８を介してアク
チュエータ１１２に与えられる励起振動数よりはるかに
低い振動数で起こるように選択される。

【数２】Ｖ_X＝Ｘ₀ｓｉｎΩｔ

【数３】

【００４５】図８には、装置の動作の例示のために、サ
ンプル表面の検査中にプローブ１３０が通常突き当た
る、サンプル表面１３４上にある上向きに傾斜した壁面
１５３も示してある。

【００４６】図９は、本発明の装置を介して同時に印加
および測定される様々な信号を示すグラフであり、
Ｖ_E、Ｖ_X、およびＶ_Yとして上述した駆動信号と、レー
ザ検出器１３８の出力として与えられるプローブ１３０
の位置を示すプローブ位置信号Ｖ _Pとが示してある。

【００４７】図７から図９を参照すると、従来通りの走
査型プローブ顕微鏡の動作方法で、サンプルを検査する
際には、プローブ１３０に近い片持ちばり１３２の先端
の振動が測定される。プローブ１３０がサンプル表面の
平坦な部分１５４を横切って移動する際には、片持ちば
りの先端は、一定の振幅で、励起ドライバ回路１２８か
らの励起振動数で振動する。しかし、プローブ１３０が
サンプル表面の側壁に接近するにつれて、励起ドライバ
回路１２８からの励起振動数での振動は減衰し、それに
伴って振動の振幅も減少し、それにより励起振動数での
片持ちばりの先端の振動がプローブの円運動のディザリ
ング振動数で変調されることになり、プローブの円形デ
ィザリング運動によってプローブと隣接する側壁の間の
距離が周期的に変化するので、駆動信号Ｖ_XまたはＶ_Yの
いずれかを片持ちばりの先端の振動の測定によって生じ
た信号とともに使用して、プローブ１３０に隣接するサ
ンプル表面の側壁の配向を決定することができる。この
プロセスにより、レーザ検出器１３８からの出力信号Ｖ
_Pは、図９に示す形状をとることになる。

【００４８】図８の例では、上向きに延びる側壁１５３
は、側壁１５３とディザリング経路１８８の中心１９２
との間に延び、かつ側壁１５３に対して垂直な線１９０
が、Ｘ軸に対して角度Ψをなしてディザリング経路１８
８と交差するような配向で延びる。側壁１５３の始まり
にともなって高さが上向きに変化すると、励起ドライバ
回路１２８によってプローブ１３０に加えられている励
起振動の減衰が増大するので、ディザリングするプロー
ブ１３０がＸ軸から角度Ψだけ回転すると、励起振動の
振幅は最小となる。したがって、ディザリングするプロ
ーブがＸ軸から角度θだけ回転すると、励起振動の振幅
は最大となる。ここで、θは下記の数式４で与えられ
る。ディザリング・プロセス中のＸ方向のプローブの運
動は、Ｘ軸に沿って最大となるので、θは、図９のＸ方
向駆動信号Ｖ_Xとプローブ位置信号Ｖ_Pの位相角でもあ
る。

【数４】θ＝Ψ−Π

【００４９】したがって、プローブ位置信号Ｖ_Pを使用
して、円形のディザリング・パターン１８８で駆動され
るプローブ１３０と係合した側壁１５３が延びる方向が
容易に決定される。この目的のために、位相角復調器１
５１が、位相角θを示す出力信号を提供する。この出力
信号は、計算機システム１４４内で実行されるプログラ
ム中で使用するために、アナログ・デジタル変換器１５
２内でデジタルにコード化される。このプログラムは、
ディザリングするプローブ１３０が衝突した直立側壁の
接線が、位相角θの線に対して垂直に延びる線に沿って
いずれの方向に延びるかを決定する。すなわち、Ｘ軸の
方向と側壁１５３に沿って延びる接線とがなす角度は、
下記の数式５で与えられる。さらに、Ｘ軸と、側壁１５
３に対して垂直なディザリング・パターン１８８の中心
を通って延びる法線とがなす角度も、計算機システム１
４４内で実行されるプログラムによって決定される。Ｘ
軸と側壁１５３から遠ざかるように延びる法線１９４と
がなす角度は、位相角θで与えられ、Ｘ軸と側壁１５３
に向かって延びる法線１９０とがなす角度は、下記の数
式６で与えられる。

【数５】

【数６】Ψ＝θ＋Π

【００５０】図１０は、本発明による上向きに延びる側
壁２００に沿って輪郭線を追跡するためのプローブ１３
０とサンプル表面１３４の間の相対運動がそれに沿って
起こる経路１９８を示す概略平面図である。図８に関連
して上述した円形ディザリング・プローブ運動は、この
追跡プロセス中も引き続き行われるが、ディザリングに
よるプローブの運動は、経路１９８の追跡運動に比べる
と極めて小さい。

【００５１】図１１は、直立側壁２００を発見するプロ
セス中、およびその側壁に沿った輪郭線をプローブ１３
０で追跡する後続プロセス中にディザリングするプロー
ブ１３０とサンプル１３５の間の相対運動を決定するた
めに図７の計算機システム１４４内で実行されるプログ
ラムの流れ図である。

【００５２】図７、図１０、および図１１を参照する
と、破線２０２、２０４は、励起ドライバ１２８の励起
振動数でのプローブの運動の平均振幅が、計算機システ
ム１４４からデジタル・アナログ変換器１４４ａを介し
て供給される設定値信号および許容偏差信号によって規
定される所定範囲内であるかどうかを比較回路１４２が
判定する領域の限界を示している。

【００５３】図７の装置例では、図１０に示す走査運動
は、サンプル１３５が走査運動アクチュエータ１４９に
よってＸ方向および／またはＹ方向に移動するときに起
こる。圧電アクチュエータ１１２の近位端プレート１１
４に取り付けられた走査運動アクチュエータを使用する
ことにより、またはＸ軸ドライバ１１８およびＹ軸ドラ
イバ１２２に追加の走査運動信号を印加することによ
り、サンプル１３５を静止した状態に保ちながらこれと
同等の運動を実現することもできることを理解された
い。

【００５４】いずれの場合も、プローブ１３０とサンプ
ル１３５の間の相対走査運動は、図１１のプログラムの
開始ステップ２０５で生じる。次いで、ステップ２０８
で、相対運動により、プローブ１３０を経路１９８の探
索線分２１０に沿って走査させる。プローブはサンプル
表面の比較的平坦な部分に沿って滑る。Ｚ軸ドライバ１
２６を用いたＺ方向のプローブの運動は、次第に現れる
サンプル表面の高さの変化を補償するために使用するこ
とができる。サンプル表面は比較的平坦であるので、励
起ドライバ１２８のディザリング振動数での変調がな
く、プローブ先端の振動の平均振幅は比較的一定であ
る。定期的に行われるステップ２１０では、比較回路１
４２の出力をチェックし、発振器１３６の励起振動数で
の先端の振動の振幅が所定範囲内であるかどうかを判定
する。この範囲内である場合には、プログラムはステッ
プ２０８に戻り、探索線分２１０に沿った走査を続行す
る。ステップ２１０で振幅がこの範囲内でないと判定さ
れた場合には、ステップ２１２で、その振幅が所定範囲
より小さいかどうかを判定する。振幅がその範囲より小
さくない場合には、サンプル表面は下向きに傾斜してい
るはずであり、したがって、比較回路１４２の出力をス
テップ２１０で定期的にチェックしながら、振幅が所定
範囲内に戻るまで、ステップ２１４でＺ軸ドライバ１２
６がプローブを徐々に下向きに移動させる。このように
して振幅が所定範囲内であると判定されると、プログラ
ムはステップ２０８に戻り、探索パターンに沿った走査
を再開する。

【００５５】これに対して、ステップ２１２で振幅がそ
の範囲より小さいことが示された場合には、この振幅の
変化は、サンプル表面が上向きに徐々に傾斜しているこ
とによる（これに対しては補償を行うことになる）、あ
るいは図１０の地点２１５などで側壁に衝突したことに
よるものとすることができる。側壁に衝突した場合に
は、振幅の関数は励起振動数で変調され、図９にＶ_Pで
示す形状となる。したがって、ステップ２１６で、位相
復調器１５１の出力を検査し、このタイプの変調が行わ
れているかどうかを調べる。このような変調が行われて
いない場合には、ステップ２１８でプローブを上向きに
移動させ、サンプル表面の緩やかな上向きの傾斜を補償
する。この変調が行われている場合には、ステップ２２
０で位相復調器１５１の出力を使用して、図８に関連し
て上述した方法で隣接する側壁の接線および法線を確立
する。次いで、ステップ２２２で、ステップ２２０で確
立された接線２２３に沿って移動して輪郭線を走査する
プロセスを開始する。

【００５６】このようにして接線を確立することで、反
対向きの２方向への運動の可能性がもたらされるのは明
らかである。これらの方向の１つが、プロセッサ１４４
内で実行されるプログラムによって選択され、これによ
り輪郭線を走査するプロセスが所定の一般的な（genera
l）方向に行われることになる。

【００５７】走査プロセスの続行中に、プロセッサ１４
４中で実行されるプログラムは、ステップ２２４で、走
査終了条件が満たされているかどうかを判定するために
定期的にチェックを行う。例えば所定の端の位置まで走
査する、または柱など直立した別個のフィーチャの周り
を走査することによってこの条件に達し、輪郭線の走査
が開始された地点に戻ることがある。走査の終了に達す
ると、ステップ２２６で、特定の輪郭線に沿った走査プ
ロセスが終了する。走査終了条件に達しないときには、
ステップ２２８で、振幅が所定範囲内であるかどうかの
判定が行われる。所定範囲内である場合には、プログラ
ムはステップ２２２に戻り、接線２２３の走査を続行す
る。これに対して、地点２３０などで振幅が所定範囲内
ではないことが分かったときには、プログラムはステッ
プ２３２に進み、ここで、再度位相復調器１５１の出力
を使用して図８および図９に関連して上述した方法で新
しい接線および法線が決定される。

【００５８】次に、ステップ２３４で、復調器１４１に
よって測定された振動の平均振幅が所定範囲の振幅より
大きいか小さいかを判定する。地点２３０など、この振
動の平均振幅が所定範囲より小さい場合には、サンプル
１３５とプローブ先端１３０の間の相対運動をステップ
２３６を確立し、プローブ１３０を新しい法線２３８に
沿って側壁２００から離れるように外向きに走査させ
る。次に、プログラムはステップ２２２に戻り、ステッ
プ２３２で決定された接線に沿った新しい走査運動２４
０を開始する。これに対して、地点２４２などで振動の
平均振幅が所定範囲の振幅より大きいとステップ２３４
で決定された場合には、プログラムはステップ２４４に
進み、プローブ１３０を新しい法線２４６に沿って側壁
２００に向かって内向きに走査させる。次いで、プログ
ラムはステップ２２２に戻り、新しい接線に沿った新し
い走査運動２４８を開始する。

【００５９】図１０の例に示すように、線２３８および
２４６などの各法線に沿ったプローブの運動は、プロー
ブ１３０が線２０２と２０４の間の所定範囲を完全に横
切ったときに終了する。この方法は、側壁２００が同じ
方向に湾曲し続けているときには、法線間の長い接線走
査を行うことの利点を制限する。別法として、各法線に
沿った運動は、所定範囲内のより中央寄りの地点でやは
り平均振幅を検査することによって終了することもでき
る。

【００６０】本発明の好ましい態様によれば、励起振動
および円形ディザリング運動はともに、走査プロセスの
間維持される。別法として、円形ディザリング運動は、
接線方向および法線方向を決定する必要があるときにの
み与えることもできる。

【００６１】図１２は、側壁２５０の一部分を検査する
ために使用した本発明を示す図であり、励起振動によっ
てプローブ１３０が駆動されるＺ方向に対して垂直な平
坦面を形成するいくつかの輪郭表面によって、輪郭線２
５２が確立されている。輪郭線２５２の各末端の走査限
界は予め決められており、プローブ１３０は、走査線の
各末端で、Ｚ方向に次の輪郭表面に移る。

【００６２】図１３は、丸形直立構造２５４を検査する
ために使用した本発明を示す図である。輪郭線２５６の
末端の走査限界は、その線がその開始地点を通過する地
点に確立され、この場合も、プローブ１３０は次の輪郭
表面に移る。

【００６３】本発明について、直立した壁面の地形的特
徴を決定するために使用するものとしてある程度詳細に
述べたが、トレンチの下向きに延びる壁面を検査する際
にも、上述の方法でトレンチの底面からプローブの運動
を開始することにより、あるいは上にある表面からトレ
ンチの縁部にわたってプローブを移動させることによ
り、本発明を使用できることを理解されたい。図１１の
サブルーチン例では、励起振動数でのプローブの振動の
平均振幅が所定範囲の振幅より小さい（直立壁面が始ま
ったことを示す）とステップ２１２で判定された場合に
のみ、ステップ２１６でディザリング振動数での変調が
存在するかどうかを判定したが、別法として、プローブ
の振動の振幅が所定範囲の振幅より大きいかどうか（ト
レンチの始まりを示す）を判定した後で、変調を示す指
示を求めることもできる。

【００６４】図１４は、輪郭線２６０を形成するいくつ
かの輪郭平面の間を進む、下向きに延びる穴２５８の側
壁表面を検査するために同様に使用した本発明を示す図
である。

【００６５】上記の例では、プローブの経路を形成する
輪郭線は、サンプル表面と１つまたは複数の輪郭表面の
交差線に沿って形成され、各輪郭表面は、プローブの励
起振動が起こるＺ方向に対して垂直なＸ−Ｙ平面内に延
びる。

【００６６】図１５は、本発明の文脈ではプローブの運
動を決定し、輪郭線を確立するための輪郭平面として使
用することができる、Ｚ方向に対して垂直ないくつかの
輪郭平面２６４および単一の斜面２６６と交差する直立
円筒を示す図である。

【００６７】図１６は、プローブ先端がいくつかの交差
した斜めの輪郭表面に沿って移動することによって形成
された輪郭線２７０を有する直立側壁２６８を示す図で
ある。

【００６８】好ましい実施形態に関連して、本発明につ
いて詳細に図示および記述したが、本発明の趣旨および
範囲を逸脱することなく、形態および詳細を様々に変更
することができることを当業者なら理解されたい。

【００６９】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。

【００７０】（１）サンプル表面内の側壁の地形的特徴
を測定する方法であって、前記サンプル表面と励起振動
数で第１の方向に振動する片持ちばりに取り付けられた
プローブ先端との間で相対運動を引き起こすステップを
含む方法であり、前記相対運動が、前記プローブ先端
を、第１の所定の輪郭表面と前記側壁の交差線に沿って
延びる輪郭経路に沿って運動させるものであり、前記プ
ローブと前記側壁の前記輪郭経路に沿った係合が、前記
励起振動数での前記第１の方向への前記プローブ先端の
振動の測定した振幅の変動に応じた範囲内で保持される
方法。（２）前記相対運動が、前記プローブ先端を、前記輪郭
経路に沿って第１の複数の直線線分中を運動させるもの
であり、前記第１の複数の直線線分の各直線線分が、前
記プローブ先端の振動の前記測定した振幅が所定の許容
振動振幅範囲外であると判定されると終端する、上記
（１）に記載の方法。（３）前記相対運動がさらに、前記プローブ先端を前記
輪郭経路に沿って第２の複数の直線線分中を移動させる
ものであり、前記第２の複数の直線線分の各直線線分
が、前記第１の複数の直線線分の隣接した直線線分間に
延び、前記第１の複数の直線線分の各直線線分が、前記
輪郭経路に沿って延びる線の局所接線に沿って延びる、
上記（２）に記載の方法。（４）前記プローブ先端を、前記プローブを前記平面に
沿って第２の方向にディザリングさせる第１の信号によ
って、前記第１の方向に対して垂直な平面に沿ってディ
ザリング振動数で円形パターンを描くようにディザリン
グさせるステップと、前記ディザリング振動数での振動
の前記測定した振幅を変調する信号と前記第１の信号の
間の位相角を測定するステップと、前記側壁に対して垂
直な局所法線の角度を決定するステップとをさらに含む
方法であり、前記局所法線が、前記ディザリング運動の
中心を通って前記第１の方向に対して垂直な前記平面に
沿って延び、前記局所法線の前記角度が前記位相角の関
数として決定される、上記（１）に記載の方法。（５）前記第１の信号が正弦関数であり、前記局所法線
と前記第１の信号によって前記プローブ先端を運動させ
る方向とがなす角度が、前記位相角とπラジアンの和で
決定される、上記（４）に記載の方法。（６）前記励起振動数が前記片持ちばりの固有振動数に
近く、前記ディザリング振動数が前記励起振動数より大
幅に低い、上記（４）に記載の方法。（７）前記相対運動が、前記プローブ先端を、前記輪郭
経路に沿って第１の複数の直線線分中を運動させるもの
であり、前記第１の複数の直線線分の各直線線分が、前
記直線線分の始点の近傍で決定された前記局所法線に対
して垂直に延び、前記第１の複数の直線線分の各直線線
分が、前記プローブ先端の振動の前記測定した振幅が所
定の許容振動振幅範囲外であると判定されると終端す
る、上記（４）に記載の方法。（８）前記相対運動がさらに、前記プローブ先端を前記
輪郭経路に沿って第２の複数の直線線分中を移動させる
ものであり、前記第２の複数の直線線分の各直線線分
が、前記第１の複数の直線線分の隣接した直線線分間に
延び、前記第２の複数の直線線分の各直線線分が、前記
第２の複数の直線線分の前記直線線分の近傍で決定され
た前記局所法線に沿って延びる、上記（７）に記載の方
法。（９）前記第１の所定の輪郭表面が、前記第１の方向に
対して垂直な平坦面である、上記（１）に記載の方法。（１０）前記サンプル表面と励起振動数で第１の方向に
振動する片持ちばりに取り付けられたプローブ先端との
間で相対運動を引き起こすステップをさらに含む方法で
あって、前記相対運動が、前記プローブ先端を、複数の
所定の輪郭表面と前記側壁の交差線に沿って延びる複数
の輪郭経路に沿って運動させるものであり、前記プロー
ブと前記側壁の前記複数の輪郭経路内の各輪郭経路に沿
った係合が、前記励起振動数での前記第１の方向への前
記プローブ先端の振動の測定した振幅の変動に応じた範
囲内で保持される、上記（１）に記載の方法。（１１）第１の方向に対して垂直に延びる平面内のサン
プル表面の側壁に沿った接線の方向を決定する方法であ
って、（ａ）前記サンプル表面と励起振動数で第１の方
向に振動する片持ちばりに取り付けられたプローブ先端
との間で、前記プローブ先端を前記側壁と係合させる相
対運動を引き起こし、同時に前記第１の方向への前記プ
ローブ先端の振動の振幅を測定するステップであって、
前記側壁との係合が前記振動振幅の変化によって判定さ
れるステップと、（ｂ）前記励起振動数での前記第１の
方向の前記プローブ先端の振動を続行しながら、前記プ
ローブ先端を、前記側壁と係合させた状態で、前記第１
の方向に対して垂直に延びるディザリング平面中で円形
パターンでディザリングさせ、同時に前記ディザリング
平面内の第２の方向へのディザリング運動と、前記プロ
ーブ先端の振動の前記振幅の前記ディザリング振動数で
の変調との間の位相角を測定するステップと、（ｃ）前
記接線の方向を前記位相角の関数として決定するステッ
プとを含む方法。（１２）前記プローブ先端が正弦関数に従って前記第２
の方向に運動し、前記局所法線と前記第１の信号によっ
て前記プローブ先端が運動する方向とがなす角度が、前
記位相角とπラジアンの和で決定される、上記（１１）
に記載の方法。（１３）前記励起振動数が前記片持ちばりの固有振動数
に近く、前記ディザリング振動数が前記励起振動数より
大幅に低い、上記（１０）に記載の方法。（１４）サンプル表面内の側壁の地形的特徴を測定する
方法であって、（ａ）第１の方向に対して垂直な平面内
でプローブ先端を通って前記側面に対して垂直に延びる
法線の方向を決定するステップと、（ｂ）前記プローブ
先端が第１の所定の輪郭表面に沿って前記法線に対して
垂直な方向に運動するように、前記サンプル表面と前記
プローブ先端の間で相対運動を引き起こすステップと、
（ｃ）前記プローブが前記側壁との所定の係合範囲内に
あるか、前記所定の係合範囲より前記側壁に接近してい
るか、または前記所定の係合範囲より前記側壁から離れ
ているかを判定するステップと、（ｄ）前記プローブ先
端が前記側壁との前記所定の係合範囲内にあると判定さ
れたときに、ステップ（ｂ）に戻り、引き続き前記サン
プル表面と前記プローブ先端の間の相対運動を引き起こ
すステップと、（ｅ）前記プローブが前記所定の係合範
囲より前記側壁に接近していると判定されたときに、前
記第１の方向に対して垂直な平面内で前記プローブ先端
を通って前記側壁に対して垂直に延びる新たな法線の方
向を決定し、前記法線の方向を前記新たな法線の方向に
置き換え、前記プローブ先端が前記新たな法線に沿って
前記側壁から離れるように移動するように前記サンプル
表面と前記プローブ先端の間で相対運動を引き起こし、
ステップ（ｂ）に戻るステップと（ｆ）前記プローブ先
端が前記所定の係合範囲より前記側壁から離れていると
判定されたときに、前記第１の方向に対して垂直な平面
内で前記プローブ先端を通って前記側壁に対して垂直に
延びる新たな法線の方向を決定し、前記法線の方向を前
記新たな法線の方向に置き換え、前記プローブ先端が前
記新たな法線に沿って前記側壁に向かって移動するよう
に前記サンプル表面と前記プローブ先端の間で相対運動
を引き起こし、ステップ（ｂ）に戻るステップとを含む
方法。（１５）前記プローブ先端が、前記第１の方向に励起振
動数で振動する片持ちばり上に取り付けられ、前記励起
振動数での前記プローブ先端の振動の平均振幅が測定さ
れ、ステップ（ｃ）で、前記振動の平均振幅が振幅値許
容範囲内であると判定されたときに、前記プローブ先端
が前記所定の係合範囲内であると判定され、前記振動の
平均振幅が前記振幅値許容範囲以下であると判定された
ときに、前記プローブ先端が前記所定の係合範囲より前
記側壁に接近していると判定され、前記振動の平均振幅
が前記振幅値許容範囲以上であると判定されたときに、
前記プローブ先端が前記所定の係合範囲より前記側壁か
ら離れていると判定される、上記（１４）に記載の方
法。（１６）前記プローブ先端がさらに、前記第１の方向に
対して垂直な前記平面に沿ってディザリング振動数で円
形ディザリング・パターンで駆動され、前記プローブ先
端が前記側壁と係合しているときに、前記平均振幅が前
記ディザリング振動数で変調され、ステップ（ａ）、
（ｅ）、および（ｆ）で、前記法線の方向および前記新
たな法線の方向が、前記ディザリング振動数での前記平
均振幅の変調と、前記プローブ先端を第２の方向に運動
させるディザリング信号の位相角の関数として決定され
る、上記（１５）に記載の方法。（１７）前記プローブ先端を前記第２の方向に運動させ
る前記ディザリング信号が正弦関数であり、前記局所法
線と前記第２の方向とがなす角度が、前記位相角とπラ
ジアンの和で決定される、上記（１６）に記載の方法。（１８）前記励起振動数が前記片持ちばりの固有振動数
に近く、前記ディザリング振動数が前記励起振動数より
大幅に低い、上記（１６）に記載の方法。（１９）前記所定の輪郭表面が、前記第１の方向に離間
した複数の所定の輪郭表面のうちの第１の所定の輪郭表
面であり、前記複数の輪郭表面の各輪郭表面が、前記第
１の方向に対して垂直な平坦面であり、前記プローブ先
端を、前記側壁および前記各輪郭表面に沿って延びる走
査線に沿って運動させるために、ステップ（ａ）から
（ｆ）が繰り返され、前記プローブ先端が、前記複数の
輪郭表面の隣接する輪郭表面間で前記第１の方向に運動
する、上記（１４）に記載の方法。（２０）サンプル表面内の側壁の地形的特徴を測定する
方法であって、片持ちばりと、前記片持ちばりの端部に
取り付けられたプローブ先端と、前記片持ちばりを第１
の方向に振動させる励起ドライブと、前記プローブ先端
を前記第１の方向に対して垂直な平面に沿って円形パタ
ーンで運動させるために前記片持ちばりを運動させるデ
ィザリング・ドライブと、前記サンプル表面を前記プロ
ーブ先端に対して露出させた状態でサンプルを保持する
サンプル保持器と、前記片持ちばりと前記サンプル保持
器の間の相対運動を、前記第１の方向に対して垂直な平
面内で引き起こす走査ドライブと、前記励起振動数での
前記第１の方向への前記プローブ先端の振動の振幅の平
均値を示す第１の信号を提供する第１の復調器と、前記
プローブ先端の振動の戦記振幅の変調と前記プローブ先
端を前記円形パターンで運動させるために直線的な運動
成分を引き起こすディザリング信号の間の位相角を示す
第２の信号を提供する第２の復調器と、プロセッサと、
前記円形パターンの中心と前記側壁の間に延びる法線の
方向を決定するために前記プロセッサ内で実行されるプ
ログラムとを含み、前記法線が前記第１の方向に対して
垂直な前記平面内で前記側壁に対して垂直に延び、前記
法線の前記方向が前記位相角の関数として決定される装
置。（２１）前記プロセッサが前記走査ドライブの動作を制
御し、前記サンプル表面と前記プローブ先端の間の相対
運動を引き起こし、前記相対運動が、前記プローブ先端
を、第１の所定の輪郭表面と前記側壁の交差線に沿って
延びる輪郭経路に沿って運動させるものであり、前記プ
ローブと前記側壁の前記輪郭経路に沿った係合が、前記
励起振動数での前記第１の方向への前記プローブ先端の
振動の測定した振幅の変動に応じた範囲内で保持され
る、上記（２０）に記載の装置。（２２）前記相対運動が、前記プローブ先端を、前記輪
郭経路に沿って第１の複数の直線線分中を運動させるも
のであり、前記第１の複数の直線線分の各直線線分が、
前記プローブ先端の振動の前記測定した振幅が所定の許
容振動振幅範囲外であると判定されると終端する、上記
（２０）に記載の装置。（２３）前記相対運動がさらに、前記プローブ先端を前
記輪郭経路に沿って第２の複数の直線線分中を移動させ
るものであり、前記第２の複数の直線線分の各直線線分
が、前記第１の複数の直線線分の隣接した直線線分間に
延び、前記第１の直線線分の各直線線分が、前記直線線
分の始点で算出された方向を有する前記法線に対して垂
直に延びる、上記（２２）に記載の装置。（２４）前記ディザリング・ドライブが、前記プローブ
先端を正弦関数に従って前記第２の方向に運動させ、前
記局所法線と前記第２の方向がなす角度が、前記位相角
とπラジアンの和で決定される、上記（２０）に記載の
装置。

【図面の簡単な説明】

【図１】サンプル表面内のトレンチ、および走査型プロ
ーブ顕微鏡の従来のプローブ先端を示す部分横断面図で
ある。

【図２】従来技術に記載の、走査型プローブ顕微鏡用の
第１のタイプのプローブ先端を示す部分側面図である。

【図３】従来技術に記載の、図２のプローブ先端のトレ
ンチを検査するための連続運動を示す破線とともに、サ
ンプル表面内のトレンチを示す横断面図である。

【図４】サンプル表面中のトレンチ内にある、従来技術
に記載の走査型プローブ顕微鏡用の第２のタイプのプロ
ーブ先端を示す部分図である。

【図５】従来技術に記載の、図４のプローブ先端の振動
を表す出力信号を示すグラフである。

【図６】従来技術に記載の、湾曲表面をたどるための図
４のプローブの増分運動を示す図である。

【図７】本発明に従って構築した装置を示す概略図であ
る。

【図８】互いに直交した３つの方向にプローブを移動さ
せるために使用される片持ちばりおよび圧電アクチュエ
ータとともに、図７の走査型力顕微鏡で使用されるプロ
ーブを示す等角図である。

【図９】図７の装置によって同時に印加および測定され
る様々な信号を示すグラフである。

【図１０】サンプルの側壁に沿って輪郭線を追跡するた
めのプローブとサンプルの間の相対運動がそれに沿って
起こる、図７の装置内の経路を示す概略平面図である。

【図１１】プローブとサンプルの間の相対運動を決定す
るために図７の装置の計算機システム内で実行されるプ
ログラムの流れ図である。

【図１２】側壁の一部分を検査するために図７の装置が
使用するパターンを示す図である。

【図１３】丸形直立構造を検査するために検査するため
に図７の装置が使用するパターンを示す図である。

【図１４】穴の側壁を検査するために図７の装置が使用
するパターンを示す図である。

【図１５】輪郭線を確立するために図７の装置が使用す
ることができるいくつかの輪郭平面と交差する直立円筒
を示す図である。

【図１６】交差したいくつかの斜めの輪郭表面に沿った
図７の装置のプローブ先端の運動によって形成された輪
郭線を有する直立側壁を示す図である。

【符号の説明】

１１２圧電アクチュエータ１１８Ｘ軸ドライバ１２２Ｙ軸ドライバ１２６Ｚ軸ドライバ１２８励起ドライバ１３８レーザ検出器１４０高域フィルタ１４１復調器１４２比較回路１４５計算機システム１４６表示装置１５０低域フィルタ１５１復調器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ドン・チェンアメリカ合衆国33498 フロリダ州ボカラトンブエナ・ヴェンチュラ・ドライブ 10386 (72)発明者ジェームス・エム・ハモンドアメリカ合衆国33486 フロリダ州ボカラトンサウス・ウェスト・トウェルフス・ストリート 1365 (72)発明者ケニス・ジー・ロースラーアメリカ合衆国33431 フロリダ州ボカラトンノース・ウェスト・サーティース・ロード 2096

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サンプル表面内の側壁の地形的特徴を測定
する方法であって、前記サンプル表面と励起振動数で第
１の方向に振動する片持ちばりに取り付けられたプロー
ブ先端との間で相対運動を引き起こすステップを含む方
法であり、前記相対運動が、前記プローブ先端を、第１
の所定の輪郭表面と前記側壁の交差線に沿って延びる輪
郭経路に沿って運動させるものであり、前記プローブと
前記側壁の前記輪郭経路に沿った係合が、前記励起振動
数での前記第１の方向への前記プローブ先端の振動の測
定した振幅の変動に応じた範囲内で保持される方法。
【請求項２】前記相対運動が、前記プローブ先端を、前
記輪郭経路に沿って第１の複数の直線線分中を運動させ
るものであり、前記第１の複数の直線線分の各直線線分
が、前記プローブ先端の振動の前記測定した振幅が所定
の許容振動振幅範囲外であると判定されると終端する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記相対運動がさらに、前記プローブ先端
を前記輪郭経路に沿って第２の複数の直線線分中を移動
させるものであり、前記第２の複数の直線線分の各直線
線分が、前記第１の複数の直線線分の隣接した直線線分
間に延び、前記第１の複数の直線線分の各直線線分が、
前記輪郭経路に沿って延びる線の局所接線に沿って延び
る、請求項２に記載の方法。
【請求項４】前記プローブ先端を、前記プローブを前記
平面に沿って第２の方向にディザリング（dithering）
させる第１の信号によって、前記第１の方向に対して垂
直な平面に沿ってディザリング振動数で円形パターンを
描くようにディザリングさせるステップと、前記ディザリング振動数での振動の前記測定した振幅を
変調する信号と前記第１の信号の間の位相角を測定する
ステップと、前記側壁に対して垂直な局所法線の角度を決定するステ
ップとをさらに含む方法であり、前記局所法線が、前記
ディザリング運動の中心を通って前記第１の方向に対し
て垂直な前記平面に沿って延び、前記局所法線の前記角
度が前記位相角の関数として決定される、請求項１に記
載の方法。
【請求項５】前記第１の信号が正弦関数であり、前記局所法線と前記第１の信号によって前記プローブ先
端を運動させる方向とがなす角度が、前記位相角とπラ
ジアンの和で決定される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】前記励起振動数が前記片持ちばりの固有振
動数に近く、前記ディザリング振動数が前記励起振動数
より大幅に低い、請求項４に記載の方法。
【請求項７】前記相対運動が、前記プローブ先端を、前
記輪郭経路に沿って第１の複数の直線線分中を運動させ
るものであり、前記第１の複数の直線線分の各直線線分
が、前記直線線分の始点の近傍で決定された前記局所法
線に対して垂直に延び、前記第１の複数の直線線分の各
直線線分が、前記プローブ先端の振動の前記測定した振
幅が所定の許容振動振幅範囲外であると判定されると終
端する、請求項４に記載の方法。
【請求項８】前記相対運動がさらに、前記プローブ先端
を前記輪郭経路に沿って第２の複数の直線線分中を移動
させるものであり、前記第２の複数の直線線分の各直線
線分が、前記第１の複数の直線線分の隣接した直線線分
間に延び、前記第２の複数の直線線分の各直線線分が、
前記第２の複数の直線線分の前記直線線分の近傍で決定
された前記局所法線に沿って延びる、請求項７に記載の
方法。
【請求項９】前記第１の所定の輪郭表面が、前記第１の
方向に対して垂直な平坦面である、請求項１に記載の方
法。
【請求項１０】前記サンプル表面と励起振動数で第１の
方向に振動する片持ちばりに取り付けられたプローブ先
端との間で相対運動を引き起こすステップをさらに含む
方法であって、前記相対運動が、前記プローブ先端を、
複数の所定の輪郭表面と前記側壁の交差線に沿って延び
る複数の輪郭経路に沿って運動させるものであり、前記
プローブと前記側壁の前記複数の輪郭経路内の各輪郭経
路に沿った係合が、前記励起振動数での前記第１の方向
への前記プローブ先端の振動の測定した振幅の変動に応
じた範囲内で保持される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】第１の方向に対して垂直に延びる平面内
のサンプル表面の側壁に沿った接線の方向を決定する方
法であって、（ａ）前記サンプル表面と励起振動数で第１の方向に振
動する片持ちばりに取り付けられたプローブ先端との間
で、前記プローブ先端を前記側壁と係合させる相対運動
を引き起こし、同時に前記第１の方向への前記プローブ
先端の振動の振幅を測定するステップであって、前記側
壁との係合が前記振動振幅の変化によって判定されるス
テップと、（ｂ）前記励起振動数での前記第１の方向の前記プロー
ブ先端の振動を続行しながら、前記プローブ先端を、前
記側壁と係合させた状態で、前記第１の方向に対して垂
直に延びるディザリング平面中で円形パターンでディザ
リングさせ、同時に前記ディザリング平面内の第２の方
向へのディザリング運動と、前記プローブ先端の振動の
前記振幅の前記ディザリング振動数での変調との間の位
相角を測定するステップと、（ｃ）前記接線の方向を前記位相角の関数として決定す
るステップとを含む方法。
【請求項１２】前記プローブ先端が正弦関数に従って前
記第２の方向に運動し、前記局所法線と前記第１の信号によって前記プローブ先
端が運動する方向とがなす角度が、前記位相角とπラジ
アンの和で決定される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】前記励起振動数が前記片持ちばりの固有
振動数に近く、前記ディザリング振動数が前記励起振動
数より大幅に低い、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】サンプル表面内の側壁の地形的特徴を測
定する方法であって、（ａ）第１の方向に対して垂直な平面内でプローブ先端
を通って前記側面に対して垂直に延びる法線の方向を決
定するステップと、（ｂ）前記プローブ先端が第１の所定の輪郭表面に沿っ
て前記法線に対して垂直な方向に運動するように、前記
サンプル表面と前記プローブ先端の間で相対運動を引き
起こすステップと、（ｃ）前記プローブが前記側壁との所定の係合範囲内に
あるか、前記所定の係合範囲より前記側壁に接近してい
るか、または前記所定の係合範囲より前記側壁から離れ
ているかを判定するステップと、（ｄ）前記プローブ先端が前記側壁との前記所定の係合
範囲内にあると判定されたときに、ステップ（ｂ）に戻
り、引き続き前記サンプル表面と前記プローブ先端の間
の相対運動を引き起こすステップと、（ｅ）前記プローブが前記所定の係合範囲より前記側壁
に接近していると判定されたときに、前記第１の方向に
対して垂直な平面内で前記プローブ先端を通って前記側
壁に対して垂直に延びる新たな法線の方向を決定し、前
記法線の方向を前記新たな法線の方向に置き換え、前記
プローブ先端が前記新たな法線に沿って前記側壁から離
れるように移動するように前記サンプル表面と前記プロ
ーブ先端の間で相対運動を引き起こし、ステップ（ｂ）
に戻るステップと（ｆ）前記プローブ先端が前記所定の係合範囲より前記
側壁から離れていると判定されたときに、前記第１の方
向に対して垂直な平面内で前記プローブ先端を通って前
記側壁に対して垂直に延びる新たな法線の方向を決定
し、前記法線の方向を前記新たな法線の方向に置き換
え、前記プローブ先端が前記新たな法線に沿って前記側
壁に向かって移動するように前記サンプル表面と前記プ
ローブ先端の間で相対運動を引き起こし、ステップ
（ｂ）に戻るステップとを含む方法。
【請求項１５】前記プローブ先端が、前記第１の方向に
励起振動数で振動する片持ちばり上に取り付けられ、前記励起振動数での前記プローブ先端の振動の平均振幅
が測定され、ステップ（ｃ）で、前記振動の平均振幅が振幅値許容範
囲内であると判定されたときに、前記プローブ先端が前
記所定の係合範囲内であると判定され、前記振動の平均
振幅が前記振幅値許容範囲以下であると判定されたとき
に、前記プローブ先端が前記所定の係合範囲より前記側
壁に接近していると判定され、前記振動の平均振幅が前
記振幅値許容範囲以上であると判定されたときに、前記
プローブ先端が前記所定の係合範囲より前記側壁から離
れていると判定される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】前記プローブ先端がさらに、前記第１の
方向に対して垂直な前記平面に沿ってディザリング振動
数で円形ディザリング・パターンで駆動され、前記プローブ先端が前記側壁と係合しているときに、前
記平均振幅が前記ディザリング振動数で変調され、ステップ（ａ）、（ｅ）、および（ｆ）で、前記法線の
方向および前記新たな法線の方向が、前記ディザリング
振動数での前記平均振幅の変調と、前記プローブ先端を
第２の方向に運動させるディザリング信号の位相角の関
数として決定される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】前記プローブ先端を前記第２の方向に運
動させる前記ディザリング信号が正弦関数であり、前記局所法線と前記第２の方向とがなす角度が、前記位
相角とπラジアンの和で決定される、請求項１６に記載
の方法。
【請求項１８】前記励起振動数が前記片持ちばりの固有
振動数に近く、前記ディザリング振動数が前記励起振動
数より大幅に低い、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】前記所定の輪郭表面が、前記第１の方向
に離間した複数の所定の輪郭表面のうちの第１の所定の
輪郭表面であり、前記複数の輪郭表面の各輪郭表面が、
前記第１の方向に対して垂直な平坦面であり、前記プローブ先端を、前記側壁および前記各輪郭表面に
沿って延びる走査線に沿って運動させるために、ステッ
プ（ａ）から（ｆ）が繰り返され、前記プローブ先端が、前記複数の輪郭表面の隣接する輪
郭表面間で前記第１の方向に運動する、請求項１４に記
載の方法。
【請求項２０】サンプル表面内の側壁の地形的特徴を測
定する方法であって、片持ちばりと、前記片持ちばりの端部に取り付けられたプローブ先端
と、前記片持ちばりを第１の方向に振動させる励起ドライブ
と、前記プローブ先端を前記第１の方向に対して垂直な平面
に沿って円形パターンで運動させるために前記片持ちば
りを運動させるディザリング・ドライブと、前記サンプル表面を前記プローブ先端に対して露出させ
た状態でサンプルを保持するサンプル保持器と、前記片持ちばりと前記サンプル保持器の間の相対運動
を、前記第１の方向に対して垂直な平面内で引き起こす
走査ドライブと、前記励起振動数での前記第１の方向への前記プローブ先
端の振動の振幅の平均値を示す第１の信号を提供する第
１の復調器と、前記プローブ先端の振動の戦記振幅の変調と前記プロー
ブ先端を前記円形パターンで運動させるために直線的な
運動成分を引き起こすディザリング信号の間の位相角を
示す第２の信号を提供する第２の復調器と、プロセッサと、前記円形パターンの中心と前記側壁の間に延びる法線の
方向を決定するために前記プロセッサ内で実行されるプ
ログラムとを含み、前記法線が前記第１の方向に対して
垂直な前記平面内で前記側壁に対して垂直に延び、前記
法線の前記方向が前記位相角の関数として決定される装
置。
【請求項２１】前記プロセッサが前記走査ドライブの動
作を制御し、前記サンプル表面と前記プローブ先端の間
の相対運動を引き起こし、前記相対運動が、前記プロー
ブ先端を、第１の所定の輪郭表面と前記側壁の交差線に
沿って延びる輪郭経路に沿って運動させるものであり、
前記プローブと前記側壁の前記輪郭経路に沿った係合
が、前記励起振動数での前記第１の方向への前記プロー
ブ先端の振動の測定した振幅の変動に応じた範囲内で保
持される、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】前記相対運動が、前記プローブ先端を、
前記輪郭経路に沿って第１の複数の直線線分中を運動さ
せるものであり、前記第１の複数の直線線分の各直線線
分が、前記プローブ先端の振動の前記測定した振幅が所
定の許容振動振幅範囲外であると判定されると終端す
る、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】前記相対運動がさらに、前記プローブ先
端を前記輪郭経路に沿って第２の複数の直線線分中を移
動させるものであり、前記第２の複数の直線線分の各直
線線分が、前記第１の複数の直線線分の隣接した直線線
分間に延び、前記第１の直線線分の各直線線分が、前記
直線線分の始点で算出された方向を有する前記法線に対
して垂直に延びる、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】前記ディザリング・ドライブが、前記プ
ローブ先端を正弦関数に従って前記第２の方向に運動さ
せ、前記局所法線と前記第２の方向がなす角度が、前記
位相角とπラジアンの和で決定される、請求項２０に記
載の装置。