JP7255521B2 - 走査型プローブ顕微鏡および走査型プローブ顕微鏡における光軸調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、走査型プローブ顕微鏡および走査型プローブ顕微鏡における光軸調整方法に関する。

走査型プローブ顕微鏡では、探針が形成されたカンチレバーと呼ばれる片持ち梁を使用する。走査型プローブ顕微鏡では、カンチレバーの反りまたは振動の変化を、カンチレバー背面に照射したレーザの反射光の変化に変換してフォトディテクタによって検出する。フォトディテクタは、反射光の位置、強度、および位相等の変化を検出する。走査型プローブ顕微鏡は、フォトディテクタが検出した情報を様々な物理情報に変換をする（たとえば、特許文献１（特開２０００－３４６７８２号公報）を参照）。

特開２０００－３４６７８２号公報

走査型プローブ顕微鏡では、試料の測定に先だって、カンチレバーの反射光が正しくフォトディテクタに入射され、反射光のスポットがフォトディテクタの中央に位置するように、フォトディテクタの位置を調整することが必要である。フォトディテクタの位置の調整は、カンチレバーを交換する度に必要な作業であるため、短時間で済むことが望ましい。また、フォトディテクタの位置の調整は、カンチレバーを交換する度に必要な作業であるため、自動で行われることが望まれている。

フォトディテクタの位置調整を自動で行おうとした場合に、レーザの反射光の少なくとも一部がフォトディテクタに入射していれば、走査型プローブ顕微鏡は、反射光の入射位置を基に、フォトディテクタと反射光との相対的な位置関係を把握でき、フォトディテクタの中央に反射光のスポットが位置するようにフォトディテクタを移動させることができる。

レーザの反射光がフォトディテクタに入射していない場合、走査型プローブ顕微鏡は、フォトディテクタと反射光との相対的な位置関係を把握することができない。この場合、たとえば、のフォトディテクタを可動範囲内で隅々まで動かすことで、フォトディテクタにレーザの反射光を入射させる方法が考えられる。しかし、フォトディテクタを隅々まで動かす方法では、フォトディテクタにレーザの反射光を入射させるまでに時間を要する虞がある。

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、フォトディテクタのような検出部の位置の調整にかかる時間を短縮することである。

この発明のある局面に従う走査型プローブ顕微鏡は、カンチレバーと、レーザ光をカンチレバーに照射する照射部と、カンチレバーで反射されたレーザ光を受けるための受光面を含み、受光面に入射したレーザ光を検出する検出部と、受光面に入射するレーザ光の光軸と交差する面に沿って検出部を移動させる駆動部と、駆動部を制御する制御部とを含む。受光面は、複数の受光領域を有する。制御部は、複数の受光領域同士を分ける境界線と平行な軸に対して検出部が斜めに移動するように駆動部を制御する第１制御を行い、レーザ光を受光面が受けたことに応じて、受光面におけるレーザ光のスポットの重心が受光面の中央に位置するように調整する第２制御を行う。

本発明によれば、検出部の位置の調整にかかる時間を短縮できる。

実施形態の走査型プローブ顕微鏡１の構成を模式的に示す図である。 測定開始時に行う光軸調整方法の概略を説明するための図である。 検出器２８の構成を示す図である。 制御装置１００が実行する検出器２８の位置調整処理Ｓ２のフローチャートである。 Ｓ２１０の処理を繰り返すことで辿られる検出器２８の経路の一例を示す図である。 検出器２８の経路の別の例を示す図である。 検出器２８の経路の別の例を示す図である。 検出器２８の経路の別の例を示す図である。 検出器２８の経路の別の例を示す図である。 検出器２８の位置調整処理Ｓ２の開始時の状態を示す図である。 検出器２８を斜めに動かしたときの状態を示す図である。 受光面２８０の中心がスポットｓ２の重心位置に向かうように検出器２８を動かしたときの状態を示す図である。 経路の条件を説明するための図である。 変形例に係る制御装置１００が実行する検出器２８の位置調整処理Ｓ２のフローチャートである。 スポットｓ２の重心位置の特定方法を示す図である。 比較例に係る検出器２８の経路を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

［走査型プローブ顕微鏡１の構成］
図１は、実施形態の走査型プローブ顕微鏡１の構成を模式的に示す図である。以下では、走査型プローブ顕微鏡１の接地面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面に対して垂直な軸をＺ軸とする。

図１を参照して、走査型プローブ顕微鏡１は、主たる構成要素として、カンチレバー１０と、ホルダ１４と、光学系２０と、駆動機構３０，４０と、スキャナ５０と、試料保持部５２と、撮像部６０と、制御装置１００とを備える。

カンチレバー１０は、測定時において試料保持部５２に載置された試料Ｓの上方に位置するように設けられている。カンチレバー１０は、上下方向に振動可能にホルダ１４に支持されており、ホルダ１４に支持されていない側（先端側）に探針１２を有する。

光学系２０は、測定時に、カンチレバー１０の裏面（試料Ｓと対向する表面と反対側の面）にレーザ光ＬＡを照射し、カンチレバー１０の裏面で反射されたレーザ光ＬＡを検出する。制御装置１００は、光学系２０が検出したレーザ光ＬＡに基づいて、カンチレバー１０の撓みを演算する。光学系２０は、レーザ光源２２と、ビームスプリッタ２４と、反射鏡２６と、検出器２８とを備える。

レーザ光源２２は、レーザ光ＬＡを発射するレーザ発振器などによって構成される。レーザ光源２２から発射されたレーザ光ＬＡは、ビームスプリッタ２４で反射されて、カンチレバー１０に照射される。カンチレバー１０に照射されたレーザ光ＬＡは、カンチレバー１０の裏面で反射され、反射鏡２６によってさらに反射されて、検出器２８に入射される。検出器２８は、カンチレバー１０の裏面で反射されたレーザ光ＬＡを受けるための受光面２８０を有する。検出器２８は、受光面２８０が受けたレーザ光ＬＡを検出し、得られた検出結果を制御装置１００に出力する。

駆動機構３０は、レーザ光源２２から発射するレーザ光ＬＡの光軸に対して直交する面（図１に示す例では、図中のＹＺ平面）に沿ってレーザ光源２２を移動させる。駆動機構３０は、制御装置１００からの制御信号に従ってモータを駆動させることで、レーザ光源２２を移動させ、レーザ光ＬＡがカンチレバー１０に反射するようにレーザ光ＬＡの光軸が調整される。

駆動機構４０は、反射鏡２６によって反射されて受光面２８０に入射するレーザ光ＬＡの光軸と直交する面（図１に示す例では、図中のＹＺ平面）に沿って検出器２８を移動させる。駆動機構４０は、たとえば、制御装置１００からの制御信号に従ってモータを駆動させることで、検出器２８を移動させ、カンチレバー１０で反射されたレーザ光ＬＡが、受光面２８０の中央に入射するように検出器２８の位置が調整される。

スキャナ５０は円筒形状を有する。試料Ｓは、スキャナ５０上に載置された試料保持部５２の上に保持される。スキャナ５０は、試料Ｓを互いに直交するＸ、Ｙの２軸方向に走査するＸＹスキャナと、試料ＳをＸ軸およびＹ軸に対して直交するＺ軸方向に微動させるＺスキャナとを有する。ＸＹスキャナおよびＺスキャナは、図示しない駆動部から印加される電圧によって変形する圧電素子を駆動源としている。ＸＹスキャナおよびＺスキャナによってスキャナ５０は３次元方向に駆動する。

駆動部は、制御装置１００からの制御信号に従ってＸＹスキャナおよびＺスキャナを制御し、これにより、スキャナ５０上の試料Ｓと探針１２との間の相対的な位置関係を変化させる。

撮像部６０は、探針１２の上方に配置されており、カンチレバー１０を上部から撮像する。撮像部６０は、撮像視野に存在する被写体を撮像して画像データを取得する。撮像部６０は、主たる構成要素として、レンズや絞りなどの光学系と、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの受光素子とを含む。撮像部６０は、取得した画像データを制御装置１００に出力する。撮像部６０が取得した画像データは、たとえば、レーザ光ＬＡの光軸を調整するために用いられる。

制御装置１００は、走査型プローブ顕微鏡１を構成する各部の動作を制御する。制御装置１００は、一例として、汎用的なコンピュータアーキテクチャに従って構成される。なお、制御装置１００は、走査型プローブ顕微鏡１に専用のハードウェアを用いて実装されてもよい。制御装置１００は、プロセッサ１２０と、メモリ１４０と、表示部１６０と、入力部１８０とを備える。

プロセッサ１２０は、典型的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Multi Processing Unit）などの演算処理部である。プロセッサ１２０は、メモリ１４０に記憶されたプログラムを読み出して実行することで、後述する制御装置１００の処理の各々を実現する。なお、図３の例では、プロセッサが単数である構成を例示しているが、制御装置１００は、複数のプロセッサを有していてもよい。

メモリ１４０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびフラッシュメモリなどの不揮発性メモリによって実現される。メモリ１４０は、プロセッサ１２０によって実行されるプログラム、またはプロセッサ１２０によって用いられるデータなどを記憶する。たとえば、メモリ１４０は、後述するレーザ光源２２の位置調整処理Ｓ１および検出器２８の位置調整処理Ｓ２を実行するためのプログラムを格納する。

なお、メモリ１４０は、コンピュータの一種である制御装置１００が可読可能な形式で非一時的にプログラムを記録することができれば、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc - Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disk - Read Only Memory）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、メモリーカード、ＦＤ（Flexible Disk）、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気テープ、カセットテープ、ＭＯ（Magnetic Optical Disc）、ＭＤ（Mini Disc）、ＩＣ（Integrated Circuit）カード（メモリーカードを除く）、光カード、マスクＲＯＭ、またはＥＰＲＯＭであってもよい。

表示部１６０は、液晶表示パネルなどによって構成される。表示部１６０は、たとえば、走査型プローブ顕微鏡１によって測定した測定結果、または走査型プローブ顕微鏡１による測定を行うための各種設定画面などを表示する。

入力部１８０は、マウス、キーボードなどによって構成される。入力部１８０は、入力部１８０を介して入力された情報を受け付ける入力インターフェイスである。なお、制御装置１００は、表示部１６０および入力部１８０が一体となった、タッチパネルを備えてもよい。

［測定開始時に行う光軸調整］
走査型プローブ顕微鏡１においては、カンチレバー１０に撓みがない状態でカンチレバー１０に反射したレーザ光ＬＡの位置（受光量が最も大きい位置）が、検出器２８の受光面２８０の中央に入射するように光学系２０が調整されている必要がある。こうした光軸調整は、カンチレバー１０を交換する度に行われる。

図２は、測定開始時に行う光軸調整方法の概略を説明するための図である。光軸調整に係る処理は、レーザ光源２２の位置調整処理Ｓ１と、検出器２８の位置調整処理Ｓ２とを含む。

制御装置１００は、光軸調整の開始指示を受け付けると、レーザ光源２２の位置調整処理Ｓ１を実行する。レーザ光源２２の位置調整処理Ｓ１において、制御装置１００は、レーザ光ＬＡが試料保持部５２またはカンチレバー１０に照射されて形成されるスポットｓ１がカンチレバー１０の先端の位置に来るようにレーザ光源２２の位置を調整する。制御装置１００は、撮像部６０が生成した画像Ｐに基づいて、スポットｓ１とカンチレバー１０の先端との位置関係を特定する。制御装置１００は、特定した位置関係に基づいて駆動機構３０を制御し、スポットｓ１がカンチレバー１０の先端に位置するように図中のＹ方向およびＺ方向にレーザ光源２２を移動させる。

制御装置１００は、スポットｓ１がカンチレバー１０の先端に位置していると判断すると、検出器２８の位置調整処理Ｓ２を実行する。なお、検出器２８の位置調整処理Ｓ２は、検出器２８の位置調整処理Ｓ２の開始指示を受け付けたことに応じて実行されてもよい。検出器２８の位置調整処理Ｓ２において、制御装置１００は、カンチレバー１０に反射したレーザ光ＬＡのスポットｓ２（レーザ光ＬＡが受光面２８０に照射されて形成されるスポットｓ２）が、受光面２８０の中央に位置するように検出器２８の位置を調整する。

なお、ステップＳ１の処理は、ユーザによって行われてもよい。具体的には、レーザ光源２２を移動させる駆動機構３０を駆動させるために使用される操作部を走査型プローブ顕微鏡１にさらに設け、表示部１６０に表示される画像Ｐを確認しながらユーザが操作部を操作することでステップＳ１の処理が実現されてもよい。

［検出器２８の構成］
図３は、検出器２８の構成を示す図である。検出器２８は、受光面２８０を備える。検出器２８は、反射鏡２６によって反射されたレーザ光ＬＡと直交する面（ＹＺ平面）と受光面２８０とが平行になるように設置されている。

受光面２８０は、４つのフォトダイオード２８２を有する。すなわち、受光面２８０は、４分割されており、４つの受光領域を有する。各フォトダイオード２８２は、入射した光の光量を電圧に変換し、変換した電圧を受光信号として外部に出力する。検出器２８は、出力された各受光信号を比較することで、受光面２８０におけるスポットｓ２の重心位置を検出する。ここで、スポットｓ２の重心位置は、スポットｓ２の光量の重心を意味する。

より具体的には、検出器２８は、各フォトダイオード２８２から出力される各受光信号を比較することでスポットｓ２のＺ方向の変位を示す縦方向信号と、スポットｓ２のＹ方向の変位を示す横方向信号とを求める。検出器２８は、縦方向信号と、横方向信号と、受光面２８０が受けたレーザ光ＬＡの強度を示す信号とを制御装置１００に出力する。

縦方向信号は、たとえば、フォトダイオード２８２ａからの受光信号とフォトダイオード２８２ｄからの受光信号との和と、フォトダイオード２８２ｂからの受光信号とフォトダイオード２８２ｃからの受光信号との和と、を差し引くことで得られる。

横方向信号は、たとえば、フォトダイオード２８２ａからの受光信号とフォトダイオード２８２ｂからの受光信号との和と、フォトダイオード２８２ｃからの受光信号とフォトダイオード２８２ｄからの受光信号との和と、を差し引くことで得られる。

たとえば、スポットｓ２の重心が受光面２８０をＺ軸方向に分割する境界線２８４ｙを通過すると、縦方向信号の正負は逆転する。一方、スポットｓ２の重心が受光面２８０をＹ軸方向に分割する境界線２８４ｚを通過すると、横方向信号の正負は逆転する。また、スポットｓ２の重心が受光面２８０の中央に位置する場合、すなわち、スポットｓ２の重心が境界線２８４ｙと境界線２８４ｚとが交差する位置にある場合、縦方向信号および縦方向信号は、いずれも０となる。

なお、横方向信号および縦方向信号を演算する主体は、検出器２８に限られない。たとえば、横方向信号および縦方向信号を演算する主体は、制御装置１００であってもよい。この場合、検出器２８は、各フォトダイオード２８２からの受光信号を制御装置１００に出力する。

［検出器２８の位置調整処理Ｓ２］
図４は、制御装置１００が実行する検出器２８の位置調整処理Ｓ２のフローチャートである。Ｓ２１０において、制御装置１００は、検出器２８を斜めに移動させる。ここで、「斜め」とは、検出器２８が動く平面上であって、フォトダイオード２８２間を分ける境界線２８４ｙおよび境界線２８４ｚのうちの少なくとも一方に対して平行でもなく、かつ直角でもないことを意味する。

Ｓ２２０において、制御装置１００は、レーザ光ＬＡの少なくとも一部が受光面２８０に入射したか否かを判定する。たとえば、制御装置１００は、検出器２８から出力された強度を示す信号が予め定められた閾値を超えているか否かに基づいて、レーザ光ＬＡの少なくとも一部が受光面２８０に入射したか否かを判定する。

制御装置１００は、レーザ光ＬＡの少なくとも一部が受光面２８０に入射していると判定した場合（Ｓ２２０においてＹＥＳ）、Ｓ２３０以降の処理を実行する。

制御装置１００は、レーザ光ＬＡが受光面２８０に入射していないと判定した場合（Ｓ２２０においてＮＯ）、Ｓ２１０の処理を実行する。たとえば、制御装置１００は、Ｓ２１０の処理を実行して検出器２８を予め定められた経路に沿って予め定められた距離を移動させるごとにＳ２２０の処理を実行し、さらに検出器２８を移動させるか、あるいは、Ｓ２３０以降の処理を実行するかを判定する。

制御装置１００は、検出器２８を斜めに移動させつつ、レーザ光ＬＡの少なくとも一部が受光面２８０に入射したことに応じて、Ｓ２３０以降の処理を実行する。

Ｓ２４０において、制御装置１００は、スポットｓ２の重心位置と受光面２８０の中心とを一致させるように検出器２８を移動させる。たとえば、制御装置１００は、検出器２８からの出力結果に基づいて受光面２８０面内におけるスポットｓ２の重心位置のおおよその位置を特定し、特定した位置に向けて検出器２８を移動させる。

Ｓ２４０において、制御装置１００は、スポットｓ２の重心位置と受光面２８０の中心とが一致したか否かを判定する。制御装置１００は、スポットｓ２の重心位置と受光面２８０の中心とが一致していると判定した場合（Ｓ２４０においてＹＥＳ）、検出器２８の位置調整処理Ｓ２を終了する。

制御装置１００は、スポットｓ２の重心位置と受光面２８０の中心とが一致していないと判定した場合（Ｓ２４０においてＮＯ）、スポットｓ２の重心位置と受光面２８０の中心とが一致するまでＳ２３０の処理を繰り返す。

すなわち、制御装置１００は、レーザ光ＬＡの少なくとも一部が受光面２８０に入射するまでは予め定められた経路に沿って検出器２８を動かし、レーザ光ＬＡの少なくとも一部が受光面２８０に入射したことに応じて、スポットｓ２の重心位置と受光面２８０の中心とが一致するように検出器２８からの出力結果に基づいてフィードバック制御を行う。

なお、制御装置１００は、Ｓ２１０を実行することで、カンチレバー１０に反射したレーザ光ＬＡのおおよその位置を特定する。そして、制御装置１００は、Ｓ２４０を実行することで、スポットｓ２の重心位置と受光面２８０の中心とが一致するように検出器２８の位置を微調整する。そのため、制御装置１００は、Ｓ２１０を実行することで検出器２８を移動させる距離を、Ｓ２３０を実行することで検出器２８を移動させる距離よりも長くしてもよい。これにより、制御装置１００は、カンチレバー１０に反射したレーザ光ＬＡのおおよその位置を早く特定できる。

［検出器２８の経路］
図５は、Ｓ２１０の処理を繰り返すことで辿られる検出器２８の経路の一例を示す図である。図６～図９は、検出器２８の経路の別の例を示す図である。ここで、図中の領域Ａ１は、検出器２８を動かすことが可能な可動範囲である。

たとえば、制御装置１００は、Ｙ方向への移動が許容される限界位置に到達するまで検出器２８を斜めに動かし、限界位置に到達すると、進行方向を変えて、Ｙ方向への移動が許容される限界位置に到達するまで再度検出器２８を斜めに動かす。限界位置への到達と進行方向の変更とを繰り返すことで、検出器２８は、所定の角度を有したジグザグ状の経路を辿ることとなる。

なお、図５に示す検出器２８の経路は、Ｚ軸方向に沿ってジグザグ状である。なお、検出器２８の経路は、図６に示すように、Ｙ軸方向に沿ってジグザグ状であってもよい。また、検出器２８の経路は、図７に示すように斜め方向に沿ってジグザグ状であってもよい。また、検出器２８の経路は、図８に示すように、ジグザグ状の経路の角を曲線にした波線状の経路であってもよい。また、図９に示すように、経路の一部が直線であってもよい。

［検出器２８の位置調整の流れ］
図１０～図１２を参照して、検出器２８の位置調整の流れを説明する。図１０は、検出器２８の位置調整処理Ｓ２の開始時の状態を示す図である。図１１は、検出器２８を斜めに動かしたときの状態を示す図である。図１２は、受光面２８０の中心がスポットｓ２の重心位置に向かうように検出器２８を動かしたときの状態を示す図である。

図１０に示すように、検出器２８の位置調整処理Ｓ２の開始時にレーザ光ＬＡが受光面２８０に入射していない場合、制御装置１００は、領域Ａ１中のいずれの位置にスポットｓ２が形成されるかを特定できない。本実施の形態において、制御装置１００は、この状態で、検出器２８を斜めに動かす。

検出器２８を斜めに動かしていき、図１１に示すように、レーザ光ＬＡの少なくとも一部が受光面２８０に入射したとする。レーザ光ＬＡの少なくとも一部が受光面２８０に入射すると、制御装置１００は、検出器２８から出力される横方向信号および縦方向信号に基づいて、受光面２８０のどの辺りにレーザ光ＬＡが入射したかを特定できる。そのため、制御装置１００は、図１２に示すように、受光面２８０の中心がスポットｓ２の重心位置に向かうように検出器２８を動かすことができる。

図１６は、比較例に係る検出器２８の経路を示す図である。図１６中の領域Ａ３は、受光面２８０でレーザ光ＬＡを捉えることが可能な範囲である。図１６に示すように、受光面２８０でレーザ光ＬＡを捉えることが可能な範囲全体を隅々まで検出器２８を動かすと、検出器２８をＹ軸方向に平行にまたは垂直に動かす必要がある。図１１と図１６とを比較して分かるように、検出器２８を斜めに動かした場合、受光面２８０でレーザ光ＬＡを捉えることが可能な範囲全体を通過するように検出器２８を動かした場合に比べて、受光面２８０がレーザ光ＬＡを捉えるまでに必要な移動量を短くすることができる。

ここで、図１１に示すように、検出器２８を斜めに動かすと、領域Ａ２上を受光面２８０は通過しない。レーザ光ＬＡは、その性質上、ある程度の広がりを持つ。そのため、スポットｓ２は、Ｚ軸方向およびＹ軸方向に所定の長さを有する。スポットｓ２がある程度の大きさを有するため、検出器２８を斜めに動かすことで受光面２８０が通過しない領域Ａ２が生じたとしても、受光面２８０でレーザ光ＬＡの少なくとも一部を捉えることができる。

このように、本実施の形態において、検出器２８を斜めに動かすことで、受光面２８０がレーザ光ＬＡを捉えるまでに必要な移動量を短くすることができ、その結果、検出器２８の位置調整に要する時間を短縮することができる。

なお、検出器２８を斜めに動かすと、受光面２８０が通過しない領域Ａ２が生じる。そのため、斜めに動かすにあたっては、受光面２８０が通過しない領域Ａ２が生じたとしても、受光面２８０でレーザ光ＬＡの少なくとも一部を捉えられる程度の傾斜であることが好ましい。

図１３は、経路の条件を説明するための図である。たとえば、検出器２８の経路は、隣接する経路間の最大距離ｄが、受光面２８０の直径と、スポットｓ２の直径とを足し合わせた長さよりも短くなるような経路であることが好ましい。また、他の観点では、検出器２８の経路は、境界線２８４ｙに対する角度θが１０度以下であることが好ましい。

［変形例］
（フィードバック制御に切り替える条件）
図１４は、変形例に係る制御装置１００が実行する検出器２８の位置調整処理Ｓ２のフローチャートである。図１４に示す検出器２８の位置調整処理Ｓ２は、上記実施の形態に係る検出器２８の位置調整処理Ｓ２と比較して、Ｓ２２０の代わりにＳ２２０Ａを実行する点で異なる。以下では、上記実施の形態に係る検出器２８の位置調整処理Ｓ２と異なる点を中心に説明する。

Ｓ２２０Ａにおいて、制御装置１００は、スポットｓ２の重心が境界線２８４ｙと境界線２８４ｚとを通過したか否かを判定する。具体的には、制御装置１００は、検出器２８から出力される横方向信号の正負の逆転と、縦方向信号の正負の逆転と両方を検知したかを判定する。なお、横方向信号の正負の逆転を検知したタイミングと、縦方向信号の正負の逆転を検知したタイミングとは、一致している必要はない。制御装置１００は、スポットｓ２の重心が境界線２８４ｙと境界線２８４ｚとを通過したと判定した場合（Ｓ２２０ＡにおいてＹＥＳ）、Ｓ２３０以降のフィードバック制御に切り替える。

すなわち、フィードバック制御に切り替える条件は、上記実施の形態で示した条件に限られず、境界線２８４ｙ上と境界線２８４ｚ上とをスポットｓ２の重心が通過したことを条件としてもよい。

なお、フィードバック制御に切り替える条件は、境界線２８４ｙおよび境界線２８４ｚのうちの少なくとも一方の境界線２８４上をスポットｓ２の重心が通過したことを条件としてもよい。

図１５は、スポットｓ２の重心位置の特定方法を示す図である。たとえば、制御装置１００は、Ｓ２１０において、検出器２８をＹＺ平面上の（ｙ１，ｚ１）から（ｙ２，ｚ２）に移動させたとする。この場合、境界線２８４ｙおよび境界線２８４ｚの両方がスポットｓ２の重心Ｇを通過する。そのため、制御装置１００は、重心Ｇが（ｙ２＜ｙ＜ｙ１，ｚ２＜ｚ＜ｚ１）の範囲内（図１５中の斜線で示した範囲）にあることを特定できる。

レーザ光ＬＡの一部が受光面２８０に入射した段階では、制御装置１００は、レーザ光ＬＡのおおよその位置を把握できるに過ぎない。これに対して、スポットｓ２の重心がいずれかの境界線２８４を通過した場合、検出器２８から送られた信号の正負が逆転したタイミングで検出器２８が位置していた場所にスポットｓ２の重心が位置していることを特定できる。そのため、Ｓ２３０以降の処理に要する時間を短縮することができる。その結果、検出器２８の位置調整処理Ｓ２にかかる全体の時間を短縮できる。

（検出器２８の経路）
上記実施の形態において、Ｓ２１０の処理を繰り返すことで辿られる検出器２８の経路は、ジグザグ状であるとした。なお、検出器２８の可動範囲が十分に狭い場合、Ｓ２１０の処理を繰り返すことで辿られる検出器２８の経路は、斜めの経路となることもある。また、上記実施の形態において、検出器２８の経路は予め定められた経路であるとした。なお、制御装置１００は、Ｓ２１０において、検出器２８をランダムに斜めに移動させるようにしてもよい。また、制御装置１００は、レーザ光ＬＡの強度、レーザ光ＬＡのカンチレバー１０に対する反射率、受光面２８０の面積、検出器２８の可動範囲などに基づいて検出器２８の経路を生成し、生成した経路に沿って検出器２８を移動させるようにしてもよい。

（受光面２８０の分割数）
上記実施の形態において、検出器２８は、４分割された受光面２８０を有するものとして説明した。なお、検出器２８が有する受光面２８０は、２分割されていてもよく、また、５分割以上されていてもよい。

（スポットの重心位置と受光面の中心とを一致させるように調整する方法）
上記実施の形態において、制御装置１００は、Ｓ２３０において、検出器２８を移動させるものとした。なお、スポットの重心位置と受光面の中心とを一致させるように調整する方法は、検出器２８を移動させる方法に限られない。たとえば、制御装置１００は、反射鏡２６を動かすことで、スポットの重心位置と受光面の中心とを一致させるように調整してもよい。

（処理の実現方法）
上記実施の形態において、プロセッサ１２０がプログラムを実行することでレーザ光源２２の位置調整処理Ｓ１および検出器２８の位置調整処理Ｓ２が実行される構成例を示したが、これらの処理によって提供される機能の一部または全部は、専用のハードウェア回路（例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）など）を用いて実装されてもよい。

（検出器２８の可動範囲）
上記実施の形態において、検出器２８を動かすことが可能な可動範囲は、ＹＺ平面内の四角形の領域Ａ１であるとした。なお、検出器２８の可動範囲は、ＹＺ平面内に限らず、カンチレバーで反射されたレーザ光ＬＡの光軸と交差する面内に設定されていればよい。また、検出器２８の可動範囲である領域Ａ１の形状は、四角形に限られるものではなく、円形等、そのほかの形であってもよい。

［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。

（第１項）一態様に係る走査型プローブ顕微鏡は、カンチレバーと、レーザ光をカンチレバーに照射する照射部と、カンチレバーで反射されたレーザ光を受けるための受光面を含み、受光面に入射したレーザ光を検出する検出部と、受光面に入射するレーザ光の光軸と交差する面に沿って検出部を移動させる駆動部と、駆動部を制御する制御部とを備える。受光面は、複数の受光領域を有する。制御部は、複数の受光領域同士を分ける境界線と平行な軸に対して検出部が斜めに移動するように駆動部を制御する第１制御を行い、レーザ光を受光面が受けたことに応じて、受光面におけるレーザ光のスポットの重心が受光面の中央に位置するように調整する第２制御を行う。

第１項に記載の走査型プローブ顕微鏡によれば、検出部の位置の調整にかかる時間を短縮できる。

（第２項）第１項に記載の走査型プローブ顕微鏡において、制御部は、複数の受光領域同士を分ける境界線上を、スポットの重心が通過したことを検出部が検出したことに応じて第２制御を行ってもよい。

第２項に記載の走査型プローブ顕微鏡によれば、検出部の位置の調整にかかる時間を短縮できる。また、制御装置は、スポットの重心位置のおおよその位置を特定できる。その結果、第２制御にかかる時間を短縮できる。

（第３項）第２項に記載の走査型プローブ顕微鏡において、受光面は、受光領域を４つ有する。制御部は、受光面を第１の方向で分割する第１境界線上と、受光面を第１の方向とは異なる第２の方向で分割する第２境界線上とをスポットの重心が通過したことを検出部が検出したことに応じて第２制御を行ってもよい。

第３項に記載の走査型プローブ顕微鏡によれば、検出部の位置の調整にかかる時間を短縮できる。また、制御装置は、スポットの重心位置のおおよその位置を特定できる。その結果、第２制御にかかる時間を短縮できる。

（第４項）第１項～第３項のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡において、第２制御は、検出部の検出結果に基づいて駆動部を制御するフィードバック制御であってもよい。

第４項に記載の走査型プローブ顕微鏡によれば、検出部の位置の調整にかかる時間を短縮できる。

（第５項）第１項～第４項のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡において、第１制御は、ジグザグ状の経路を含む経路に沿って検出部を移動させる制御であってもよい。この場合に、ジグザグ状の経路は、隣接する経路間の最大距離が受光面におけるレーザ光のスポットの直径に受光面の直径を加えた長さよりも小さい経路であることが好ましい。

第５項に記載の走査型プローブ顕微鏡によれば、検出部の位置の調整にかかる時間を短縮できる。

（第６項）第１項～第４項のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡において、制御部は、複数の受光領域同士を分ける境界線と平行な軸に対して検出部の進行方向が１０度以下となるように第１制御を行ってもよい。

第６項に記載の走査型プローブ顕微鏡によれば、検出部の位置の調整にかかる時間を短縮できる。

（第７項）一態様に係る走査型プローブ顕微鏡における光軸調整方法において、走査型プローブ顕微鏡は、カンチレバーと、レーザ光をカンチレバーに照射する照射部と、カンチレバーで反射されたレーザ光を受けるための受光面を含み、受光面に入射したレーザ光を検出する検出部とを備える。受光面は、複数の受光領域を有する。光軸調整方法は、受光面に入射するレーザ光の光軸と交差する面上であって、複数の受光領域同士を分ける境界線と平行な軸に対して斜めに検出部を移動させるステップと、レーザ光を受光面が受けたことに応じて、受光面におけるレーザ光のスポットの重心が受光面の中央に位置するように調整するステップとを備える。

第７項に記載の走査型プローブ顕微鏡の位置調整方法によれば、検出部の位置の調整にかかる時間を短縮できる。

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。

１ 走査型プローブ顕微鏡、１０ カンチレバー、１２ 探針、１４ ホルダ、２０ 光学系、２２ レーザ光源、２４ ビームスプリッタ、２６ 反射鏡、２８ 検出器、３０，４０ 駆動機構、５０ スキャナ、５２ 試料保持部、６０ 撮像部、１００ 制御装置、１２０ プロセッサ、１４０ メモリ、１６０ 表示部、１８０ 入力部、２０５ 検査プログラム、２８０ 受光面、２８２ フォトダイオード、２８４ 境界線、ＬＡ レーザ光、Ｐ 画像、Ｓ 試料。

Claims (7)

1. カンチレバーと、
   レーザ光を前記カンチレバーに照射する照射部と、
   前記カンチレバーで反射された前記レーザ光を受けるための受光面を含み、前記受光面に入射した前記レーザ光を検出する検出部と、
   前記受光面に入射する前記レーザ光の光軸と交差する面に沿って前記検出部を移動させる駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部とを備え、
   前記受光面は、複数の受光領域を有し、
   前記制御部は、前記複数の受光領域同士を分ける境界線と平行な軸に対して前記検出部が斜めに移動するように前記駆動部を制御する第１制御を行い、前記レーザ光を前記受光面が受けたことに応じて、前記受光面における前記レーザ光のスポットの重心が前記受光面の中央に位置するように調整する第２制御を行う、走査型プローブ顕微鏡。
2. 前記制御部は、前記複数の受光領域同士を分ける境界線上を、前記スポットの重心が通過したことを前記検出部が検出したことに応じて前記第２制御を行う、請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
3. 前記受光面は、前記受光領域を４つ有し、
   前記制御部は、前記受光面を第１の方向で分割する第１境界線上と、前記受光面を前記第１の方向とは異なる第２の方向で分割する第２境界線上とを前記スポットの重心が通過したことを前記検出部が検出したことに応じて前記第２制御を行う、請求項２に記載の走査型プローブ顕微鏡。
4. 前記第２制御は、前記検出部の検出結果に基づいて前記駆動部を制御するフィードバック制御である、請求項１～請求項３のうちいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
5. 前記第１制御は、ジグザグ状の経路を含む経路に沿って前記検出部を移動させる制御であって、
   前記ジグザグ状の経路は、隣接する経路間の最大距離が前記受光面における前記レーザ光のスポットの直径に前記受光面の直径を加えた長さよりも小さい経路である、請求項１～請求項４のうちいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
6. 前記制御部は、前記複数の受光領域同士を分ける境界線と平行な軸に対して前記検出部の進行方向が１０度以下となるように前記第１制御を行う、請求項１～請求項４のうちいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
7. 走査型プローブ顕微鏡における光軸調整方法であって、
   前記走査型プローブ顕微鏡は、
   カンチレバーと、
   レーザ光を前記カンチレバーに照射する照射部と、
   前記カンチレバーで反射された前記レーザ光を受けるための受光面を含み、前記受光面に入射した前記レーザ光を検出する検出部とを備え、
   前記受光面は、複数の受光領域を有し、
   前記光軸調整方法は、
   前記受光面に入射する前記レーザ光の光軸と交差する面上であって、前記複数の受光領域同士を分ける境界線と平行な軸に対して斜めに前記検出部を移動させるステップと、
   前記レーザ光を前記受光面が受けたことに応じて、前記受光面における前記レーザ光のスポットの重心が前記受光面の中央に位置するように調整するステップとを備える、走査型プローブ顕微鏡における光軸調整方法。

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