扫描型探针显微镜的制作方法

扫描型探针显微镜
1.本技术是基于发明名称为“扫描型探针显微镜及其扫描方法”，申请日为2018年3月6日，申请号为201810182105.1的发明专利申请的分案(申请号为202110422491.9)的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及扫描型探针显微镜及其扫描方法。


背景技术：

3.以往，公知有如下的扫描型探针显微镜：在恒定地保持形成在悬臂的前端的探针与试样之间的相互作用(例如，悬臂的振幅或悬臂的挠曲)的同时，在试样表面使探针连续地进行扫描，由此来测定试样表面的凸凹形状(参照专利文献1)。但是，在专利文献1所记载的扫描型探针显微镜中，由于探针与试样始终接触，因此有可能发生探针的磨损或试样的损伤。
4.与此相对，在专利文献2、3中提出了如下的间歇性测定方法：仅在预先设定的多个试样表面的测定点使探针与试样表面接触并间歇地扫描试样表面，由此来测定试样表面的凸凹形状。在该间歇性测定方法中，使探针从规定的测定点的上空接近到试样表面，计测该探针与试样表面接触时的探针的高度。然后，当该计测结束时，使与试样表面接触的探针从试样表面分开所设定的“分开距离”，移动到下一个测定点的上空。这样，上述间歇性测定方法与专利文献1相比，探针与试样表面仅在测定点接触，因此以最小的接触就足够了，能够降低探针的磨损或试样的损伤。
5.尤其是，在以恒定地保持悬臂的挠曲的方式进行控制的同时测定表面形状的所谓的接触模式中进行间歇性测定方法的情况下，扫描型探针显微镜通常通过重复进行使探针接近试样表面，在施加给悬臂的力(挠曲)为一定值以上的情况下判断为接触并计测探针的高度的工序、将探针和试样分开上述“分开距离”而将该探针移动到下一个测定位置的上空的工序间歇地扫描试样表面。
6.专利文献1：日本特开平10-62158号公报
7.专利文献2：日本特开2001-33373号公报
8.专利文献3：日本特开2007-85764号公报
9.这里，上述“分开距离”是为了使探针从试样分开而需要被设定为使通过悬臂的弹簧常数与分开距离的乘积而计算出的力比探针与试样之间的吸附力大。然而，探针与试样之间的吸附力依赖于试样表面的各位置而变化。因此，在探针与试样之间的吸附力因试样表面的位置而较大不同的试样的情况下，即使在最大吸附力的位置，分开距离也被设定为具有足够的余量的较大的值，以使得能够可靠地分开。并且，该值也将在将探针从某一测定点分开后的上空的移动时不会与试样的凸部接触的情况放入考虑，从而操作者们根据经验而将具有余量的值设定为分开距离。因此，因超过预测的较大的吸附力或较高的凸部的存在而导致分开距离不足，因而会发生探针和试样接触而相互损伤的情况。
10.但是，若将分开距离设定为具有足够的余量的较大的值设定，则到下一个测定点的上空为止的移动路径变长。其结果是，测定试样表面的凸凹形状的整个时间变长，试样表面的凸凹形状的测定效率降低。


技术实现要素：

11.本发明就是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供能够提高试样表面的凸凹形状的测定效率的扫描型探针显微镜及其扫描方法。
12.本发明的一个方式是扫描型探针显微镜，其使探针与试样表面接触，利用所述探针间歇地扫描所述试样表面，其具有：悬臂，在其前端具有所述探针；驱动部，其从所述探针与所述试样表面接触的状态起进行将所述试样和所述探针分开的分开动作；激振部，其在所述分开动作中使所述试样和所述悬臂以规定的频率相对振动；判定部，其在所述分开动作中根据所述悬臂在挠曲方向或扭曲方向上的所述规定的频率的振幅的变化判定所述探针相对于所述试样表面的分离；以及驱动控制部，其在通过该判定部判定为分离的时刻中止所述驱动部的所述分开动作，使所述探针和所述试样表面相对移动到所述试样的下一个测定点上。
13.本发明的一个方式是上述的扫描型探针显微镜，其中，所述规定的频率是所述悬臂的非谐振频率，所述判定部在所述分开动作中在所述悬臂在挠曲方向或扭曲方向上的所述非谐振频率下的振幅的减小量超过规定的值的情况下，判定为所述探针从所述试样表面离开。
14.本发明的一个方式是上述的扫描型探针显微镜，其中，所述规定的频率是所述悬臂与所述试样接触的状态下的所述悬臂的谐振频率，所述判定部在所述分开动作中在所述悬臂在挠曲方向或扭曲方向上的振幅的减小量超过规定的值的情况下，判定为所述探针从所述试样表面离开。
15.本发明的一个方式是上述的扫描型探针显微镜，其中，所述规定的频率是所述悬臂的谐振频率，所述判定部在所述分开动作中在所述悬臂在挠曲方向或扭曲方向上的所述谐振频率下的振幅的增加量超过规定的值的情况下，判定为所述探针从所述试样表面离开。
16.如以上所说明的那样，根据本发明，能够消除对分开距离的设定考虑试样表面的未知的吸附力或凸部高度的烦琐并且避免探针和试样的损伤，从而能够提高试样表面的凸凹形状的测定效率。
附图说明
17.图1是示出第一实施方式的扫描型探针显微镜a的概略结构的一例的图。
18.图2是第一实施方式的具有斜面的试样s和悬臂2的立体图。
19.图3是示出第一实施方式的扫描型探针显微镜a的间歇性测定方法的流程的图。
20.图4是对第一实施方式的第一范围和第二范围进行说明的图。
21.图5是示出以通常的速度使试样s向从探针2a分开的方向进行动作的情况下的悬臂2的情形的图。
22.图6是示出第一实施方式的分开动作中(以超过悬臂2的响应速度的速度使试样s
向从探针2a分开的方向动作的情况下)的悬臂2的情形的图。
23.图7是第一实施方式的分离判定处理的流程图。
24.图8是示出第一实施方式的z方向驱动装置51的概略结构的一例的图。
25.图9是示出第二实施方式的扫描型探针显微镜b的概略结构的一例的图。
26.图10是示出在第二实施方式的分开动作中悬臂2在挠曲方向上的速度变化的曲线图。
27.图11是示出第二实施方式的分开动作中(以小于悬臂2的响应速度的速度使试样s向从探针2a分开的方向动作的情况下)的悬臂2的情形的图。
28.图12是第二实施方式的分离判定处理的流程图。
29.图13是示出第三实施方式的扫描型探针显微镜c的概略结构的一例的图。
30.图14是示出第三实施方式的分开动作下的悬臂2的情形的图(图14的(a)示出了在挠曲方向上振动的情况，图14的(b)示出了在扭曲方向上振动的情况)。
31.图15是示出第四实施方式的扫描型探针显微镜d的概略结构的一例的图。
32.图16是对检测第四实施方式的悬臂在挠曲方向或扭曲方向上的非谐振频率下的振幅的减小量的方法进行说明的图(图16的(a)示出了在挠曲方向上振动的情况，图16的(b)示出了在扭曲方向上振动的情况)。
33.图17是对检测第四实施方式的悬臂在挠曲方向或扭曲方向上的谐振频率下的振幅的增加量的方法进行说明的图(图17的(a)示出了在挠曲方向上振动的情况，图17的(b)示出了在扭曲方向上振动的情况)。
34.图18是对检测第四实施方式的悬臂在挠曲方向或扭曲方向上的谐振频率下的振幅的减小量的方法进行说明的图(图18的(a)示出了在挠曲方向上振动的情况，图18的(b)示出了在扭曲方向上振动的情况)。
35.图19是示出第五实施方式的扫描型探针显微镜e的概略结构的一例的图。
36.图20是对第五实施方式的分离判定处理进行说明的图。
37.标号说明
38.1：扫描型探针显微镜；2：悬臂；3：激振部；5：移动驱动部；6：位移检测部；7：控制装置；42：判定部；43：驱动控制部；44：测定部；51：z方向驱动装置(驱动部)；52：xy扫描仪(扫描仪部)。
具体实施方式
39.本发明的一个实施方式的扫描型探针显微镜是使用了使探针与试样表面接触从而利用探针间歇地扫描该试样表面的所谓的间歇性测定方法的扫描型探针显微镜。
40.下面，使用附图对本发明的一个实施方式的扫描型探针显微镜进行说明。另外，在附图中，对相同或类似的部分标注相同的标号，有时省略重复的说明。另外，附图中的要素的形状以及大小等有时被放大，以便更明确的说明。
41.(第一实施方式)
42.图1是示出第一实施方式的扫描型探针显微镜a的概略结构的一例的图。如图1所示，扫描型探针显微镜a具有悬臂2、试样台4、移动驱动部5、位移检测部6以及控制装置7。
43.悬臂2在前端具有探针2a。悬臂2其基端被固定，前端为自由端。悬臂2是具有较小
的弹簧常数k的弹性杆部件，当前端的探针2a与试样s的表面(下面称为“试样表面”。)接触时，产生与前端的探针2a按压试样表面的压接力对应的挠曲。
44.另外，悬臂2在前端的探针2a与试样表面接触的情况下且在该试样表面存在倾斜的情况下，产生与该试样表面的倾斜以及前端的探针2a和试样表面的接触点即支点的支点反作用力对应的扭曲或挠曲。
45.移动驱动部5使探针2a和试样s相对于三维方向相对移动。移动驱动部5具有z方向驱动装置51(驱动部)以及xy扫描仪52(扫描仪部)。
46.在z方向驱动装置51上载置有试样台4。在该试样台4上以与悬臂2的探针2a对置配置的方式载置有试样s。
47.z方向驱动装置51使试样台4在与水平面垂直的方向(z方向)上移动。例如，z方向驱动装置51是压电元件。
48.z方向驱动装置51根据来自控制装置7的控制，使试样台4在z方向上移动，由此进行使试样表面接近探针2a的接近动作、或者进行使试样s向从探针2a分开的方向动作的分开动作。
49.xy扫描仪52根据来自控制装置7的控制使探针2a和试样s相对于xy方向相对移动。另外，在图1中与试样台4的表面平行的面是水平面，这里，利用正交的2轴x、y定义为xy平面。例如，xy扫描仪52是压电元件。
50.另外，z方向驱动装置51和xy扫描仪52只要是能够相对地进行三维形状观察的扫描的结构，则无所谓配置关系。
51.位移检测部6对悬臂2的挠曲量和扭曲量进行检测。在第一实施方式中，对位移检测部6使用光杠杆方式来检测悬臂2的挠曲量和扭曲量的情况进行说明。
52.位移检测部6具有光照射部61以及光检测部62。
53.光照射部61针对形成在悬臂2的背面上的未图示的反射面照射激光l1。
54.光检测部62接收被上述反射面反射后的激光l2。光检测部62是具有接收被该背面反射后的激光l2的4分割的受光面27的光检测器。即，调整光路(通常在受光面27的中心附近)以使得被悬臂2的背面反射后的激光l2入射到光检测部62的4分割的多个受光面27。
55.下面，使用图1和图2对第一实施方式的悬臂2的挠曲量和扭曲量的检测方法进行说明。图2是具有斜面的试样s和悬臂2的立体图。
56.悬臂2在探针2a与试样表面接触的情况下，向z方向和y方向中的任意一方或两者产生位移。在第一实施方式中，将在z方向上产生的悬臂2的位移称为挠曲量，将在y方向上产生的悬臂2的位移称为扭曲量。例如，在初始条件下，将以未对探针2a施加力的状态下反射的激光l2的光检测部62的受光面27中的入射点位置作为受光面27的中心位置。另外，所谓未对探针2a施加力的状态是指例如探针2a与试样表面未接触的悬臂无变形的状态(下面称为“自由状态”。)。
57.在接触模式中，当探针2a与试样表面接触时，通过对探针2a施加力，在悬臂2上产生挠曲量或扭曲量。因此，被产生了挠曲量或扭曲量的悬臂2的背面反射后的激光l2的反射点位置从其中心位置进行位移。因此，扫描型探针显微镜a可以通过捕捉光检测部62的受光面27中的该点位置的移动方向检测施加给探针2a的力的大小和方向。
58.例如，在图1中，在悬臂2上产生扭曲量的情况下，能够在光检测部62的受光面27中
捕捉α方向的点位置的变化。另外，在悬臂2上产生挠曲量的情况下，能够在受光面27中捕捉β方向的点位置的变化。
59.这里，来自中心位置的点位置的变化量依赖于扭曲量或挠曲量。具体而言，在悬臂2在 z方向上挠曲的情况下，光检测部62的受光面27中的激光l2的反射点在 β方向上变化。另外，在悬臂2在-z方向上挠曲的情况下，光检测部62的受光面27中的激光l2的反射点在-β方向上变化。另一方面，在悬臂2在 y方向上产生扭曲量的情况下，光检测部62的受光面27中的激光l2的反射点位置在 α方向上变化。另外，在悬臂2在-y方向上产生扭曲量的情况下，光检测部62的受光面27中的激光l2的反射点在-α方向上变化。
60.光检测部62将与受光面27的
±
z方向的激光l2的反射点位置对应的第一检测信号输出给控制装置7。即，第一检测信号是与悬臂2的挠曲量对应的dif信号(挠曲信号)。另外，光检测部62将与受光面27的
±
y方向的激光l2的反射点位置对应的第二检测信号输出给控制装置7。即，第二检测信号是与悬臂2的扭曲量对应的ffm信号(扭曲信号)。
61.接下来，对第一实施方式的控制装置7进行说明。
62.如图1所示，控制装置7具有判定部42、驱动控制部43以及测定部44。
63.判定部42根据从光检测部62输出的第一检测信号和第二检测信号判定探针2a是否与试样表面接触。另外，在以下的说明中，将判定探针2a是否与试样表面接触的处理称为“接触判定处理”。
64.另外，判定部42根据从光检测部62输出的第一检测信号和第二检测信号判定探针2a是否相对于试样表面分离。另外，在以下的说明中，将判定探针2a是否相对于试样表面分离的处理称为“分离判定处理”。
65.驱动控制部43通过移动驱动部5来控制探针2a与试样s的相对移动量。这里，本发明的一个实施方式的扫描型探针显微镜a使用间歇性测定方法，该间歇性测定方法仅在试样表面上的预先设定的多个测定点使探针2a与试样表面接触，由此间歇地扫描试样表面。因此，驱动控制部43对使探针2a接近测定位置的接近动作、将探针2a和试样s分开的分开动作、以及使探针2a移动到下一个测定位置的上空的移动动作的各自的动作进行控制。
66.具体而言，驱动控制部43为了使探针2a与试样表面接触而将接触动作信号输出给z方向驱动装置51，使试样s上升。由此，驱动控制部43使探针2a和试样表面接近。
67.驱动控制部43在通过接触判定处理判定为探针2a与试样表面接触的情况下，停止对z方向驱动装置51的接触动作信号的输出，由此停止使试样s上升的接近动作。
68.驱动控制部43为了将试样表面从探针2a分开而将分开动作信号输出给z方向驱动装置51，使试样s下降。由此，驱动控制部43使试样表面向从探针2a分开的方向动作。即，驱动控制部43使试样表面从与探针2a接触的状态退避。
69.这里，第一实施方式的特征之一在于，驱动控制部43在分开动作中以超过悬臂2的响应速度的速度使试样s向从探针2a分开的方向动作。这里，所谓响应速度是根据悬臂2的谐振频率和在该谐振频率下能够稳定地动作的振幅计算出的平均移动速度。这样，所谓第一实施方式的分开动作是从探针2a与试样表面接触的状态起以超过悬臂2的响应速度的速度使试样s向从探针2a分开的方向动作的动作。
70.驱动控制部43在通过分离判定处理判定为探针2a相对于试样表面分离的情况下，停止对z方向驱动装置51的分开动作信号的输出，由此停止使试样s下降的分开动作。
71.驱动控制部43通过向xy扫描仪52输出驱动信号，使探针2a移动到位于下一个测定位置的正上方的测定下降位置。
72.测定部44在探针2a与试样表面接触的状态下，测定试样表面的凸凹形状。例如，测定部44在通过接触判定处理判定为探针2a与试样表面接触的情况下，测定在接近动作中试样s相对于探针2a相对移动的距离(下面简称为“相对距离”。)，由此测定试样表面的凸凹形状。例如，测定部44可以根据探针2a与试样表面接触的状态下的驱动信号的电压值计算相对距离。另外，测定部44也可以通过传感器(未图示)直接计测试样台4的位移，也可以通过传感器(未图示)直接计测试样台4的高度。
73.接下来，使用图3对第一实施方式的扫描型探针显微镜a的间歇性测定方法的流程进行说明。另外，作为初始条件，采用探针2a位于规定的测定点的测定下降位置的情况。
74.驱动控制部43将接触动作信号输出给z方向驱动装置51，使试样台4上升，由此开始使探针2a接近试样表面的接近动作(步骤s101)。
75.判定部42在接近动作开始的情况下，执行根据从光检测部62输出的第一检测信号和第二检测信号判定探针2a是否与试样表面接触的接触判定处理(步骤s102)。
76.判定部42在通过接触判定处理判定为探针2a与试样表面接触的情况下，停止上述接近动作(步骤s103)。在该情况下，由于探针2a与试样表面接触，因此在悬臂上产生一定以上的扭曲或挠曲。
77.测定部44在判定为探针2a与试样表面接触的情况下，测定相对距离，由此测定试样表面的凸凹形状(步骤s104)。
78.驱动控制部43在由测定部44进行的相对距离的测定完成的情况下，开始以超过悬臂2的响应速度的速度使试样s向从探针2a分开的方向动作的分开动作(步骤s105)。
79.判定部42在分开动作开始的情况下，执行根据从检测部33输出的第一检测信号和第二检测信号判定探针2a是否相对于试样表面分离的分离判定处理(步骤s106)。
80.驱动控制部43在通过分离判定处理判定为探针2a相对于试样表面分离的情况下，停止上述分开动作(步骤s107)。然后，驱动控制部43通过向xy扫描仪52输出驱动信号，使探针2a移动到位于下一个测定位置的正上方的测定下降位置(步骤s108)。然后，驱动控制部43使悬臂2从该测定下降位置下降，在下一个测定位置处使探针2a接触，开始由测定部44再次测定相对距离。这样，扫描型探针显微镜a与试样s的各测定点对应地进行步骤s101至步骤s108的动作，由此间歇地扫描试样表面。
81.下面，对第一实施方式的接触判定处理进行说明。
82.判定部42在从光检测部62输出的第一检测信号所示的挠曲量超过第一范围的情况下，判定为探针2a与试样表面接触。
83.判定部42在从光检测部62输出的第二检测信号所示的扭曲量超过第二范围的情况下，判定为探针2a与试样表面接触。
84.这样，判定部42在从光检测部62输出的第一检测信号所示的挠曲量超过第一范围的第一条件和从光检测部62输出的第二检测信号所示的扭曲量超过第二范围的第二条件中的至少任意一方成立的情况下，判定为探针2a与试样表面接触。另外，上述虽然是独立判定第一检测信号和第二检测信号的例子，但也可以在判定部42内，对“第一检测信号的平方”与“第二检测信号的平方”进行求和，在该和的平方根的正数为一定以上的情况下判定
为接触等利用与特性对应的设定值进行判定。
85.下面，使用图4对本实施方式中的第一范围和第二范围进行说明。如图4所示，第一范围是挠曲上限阈值与挠曲下限阈值之间的范围。挠曲上限值是通过探针2a与试样s的表面接触而在 z方向上挠曲的悬臂2的挠曲量。另一方面，挠曲下限值是通过探针2a与试样s的表面接触而在-z方向上挠曲的悬臂2的挠曲量。因此，判定部42在从光检测部62输出的第一检测信号所示的挠曲量超过挠曲上限值的情况下、或者第一检测信号所示的挠曲量低于挠曲下限值的情况下，判定为探针2a与试样表面接触。
86.第二范围是扭曲上限阈值与扭曲下限阈值之间的范围。扭曲上限值是通过探针2a与试样s的表面接触而在 y方向上扭曲的悬臂2的扭曲量。另一方面，扭曲下限值是通过探针2a与试样表面接触而在-y方向上扭曲的悬臂2的扭曲量。因此，判定部42在从光检测部62输出的第二检测信号所示的扭曲量超过扭曲上限值的情况下、或者第二检测信号所示的扭曲量低于扭曲下限值的情况下，判定为探针2a与试样表面接触。这样，在图4所示的挠曲量和扭曲量的二维坐标中，第一检测信号所示的挠曲量和第二检测信号所示的扭曲量所表示的位置位于斜线所示的范围之外的情况下，判定为探针2a与试样表面接触。
87.接下来，对第一实施方式的分离判定处理进行说明。
88.判定部42在分开动作中，在该悬臂的谐振频率下检测到悬臂2的规定振幅的振动的情况下，判定为探针2a相对于试样表面分离。另外，所谓规定的振幅是以悬臂2的自由状态的位置为基准，比探针2a与试样表面接触的状态下的悬臂2的位移小的范围。
89.例如，所谓分离判定处理是在以超过悬臂2的响应速度的速度使试样s向从探针2a分开的方向动作的情况下，对悬臂2的谐振频率附近处的挠曲方向上的振幅的变化率是否为规定的值以上进行判定的处理。这里，所谓挠曲方向上的振幅的变化率为规定的值以上的情况表示挠曲方向上的振幅急剧增加的情况。另外，所谓分离判定处理也可以采用如下处理：在以超过悬臂2的响应速度的速度使试样s向从探针2a分开的方向动作的情况下，对悬臂2的规定振幅的振动的频率是否是该悬臂的谐振频率进行判定。
90.判定部42在以超过悬臂2的响应速度的速度使试样s向从探针2a分开的方向动作的情况下判定为悬臂2的振动频率是该悬臂的谐振频率并且悬臂2的振幅的变化率为规定的值以上的情况下，判定为探针2a相对于试样表面分离。另一方面，判定部42在以超过悬臂2的响应速度的速度使试样s向从探针2a分开的方向动作的情况下判定为悬臂2的振动的频率不是该悬臂的谐振频率或者悬臂2的振幅的变化率小于规定的值的情况下，判定为探针2a与试样表面接触(未分离)。
91.下面，使用图5、图6对第一实施方式的分离判定处理的作用效果进行说明。
92.图5是示出以通常的速度使试样s向从探针2a分开的方向动作的情况下的悬臂2的情形的图。图6是示出第一实施方式的分开动作中(以超过悬臂2的响应速度的速度使试样s向从探针2a分开的方向动作的情况下)的悬臂2的情形的图。图5的(a)、图6的(a)示出了从-y方向观察的悬臂2的侧视图，图5的(b)、图6的(b)示出了从-x方向观察的悬臂2的侧视图。
93.判定部42在上述的接触判定处理中在悬臂2的挠曲量和扭曲量中的至少任意一方处于规定的范围外的情况下，判定为探针2a与试样表面接触。因此，如果对偶地进行考虑，则只要悬臂2的挠曲量和扭曲量分别处于规定的范围内，则探针2a与试样表面不接触、即探针2a与试样表面分离。
94.然而，有时在探针2a与试样表面之间存在吸附力。因此，如图5所示，在以通常的速度将试样s从探针2a分开的情况下，即使悬臂2的挠曲量和扭曲量分别处于规定的范围内，也有时因上述吸附力而导致探针2a与试样表面接触。另外，探针2a与试样s之间的吸附力有时在各测定点处不同。因此，无法唯一设定探针2a与试样表面分离时的挠曲量和扭曲量各自的阈值。
95.另一方面，如图6所示，在第一实施方式中，驱动控制部43以超过悬臂2的响应速度的速度将试样s从探针2a分开。这里，探针2a无法比悬臂2的响应速度快地移动。因此，当以超过悬臂2的响应速度的速度将试样s从探针2a分开时，即使在探针2a与试样表面之间存在吸附力的情况下，探针2a也能从与试样表面接触的状态立即分离。
96.因此，悬臂2以从探针2a与试样表面接触的状态、即从探针2a被按向上方的状态到自由状态的振幅进行谐振。换言之，悬臂2在谐振频率下的挠曲方向上的振幅急剧增加。因此，第一实施方式的判定部42在分开动作中在利用该悬臂2的谐振频率(包含高阶的频率)检测到悬臂2在挠曲方向的振幅下的振动的情况下，判定为探针2a相对于试样表面分离。由此，即使在探针2a与试样表面之间存在吸附力的情况下，也能够可靠地检测到探针2a相对于试样表面分离。
97.另外，在以超过悬臂2的响应速度的速度进行分开的情况下，在探针2a与试样表面之间不存在吸附力的情况下，以悬臂2的挠曲状态为起点的振动在挠曲方向的谐振频率下产生。
98.下面，使用图7对第一实施方式的分离判定处理的流程进行说明。
99.判定部42对从光检测部62输出的第一检测信号所示的挠曲量是否处于第一范围内进行判定(步骤s201)。判定部42在判定为从光检测部62输出的第一检测信号所示的挠曲量处于第一范围内的情况下，对从光检测部62输出的第二检测信号所示的扭曲量是否处于第二范围内进行判定(步骤s202)。另一方面，判定部42在判定为从光检测部62输出的第一检测信号所示的挠曲量处于第一范围外的情况下，判定探针2a相对于试样表面未分离(步骤s206)。
100.判定部42在判定为从光检测部62输出的第二检测信号所示的扭曲量处于第二范围内的情况下，对第一检测信号的频率是否是悬臂2的谐振频率进行判定(步骤s203)。另一方面，判定部42在判定为从光检测部62输出的第二检测信号所示的扭曲量处于第二范围外的情况下，判定探针2a相对于试样表面未分离(步骤s206)。
101.判定部42在判定为第一检测信号的频率是悬臂2的谐振频率的情况下，对该第一检测信号所示的挠曲量的变化率是否超过规定的值进行判定(步骤s204)。另一方面，判定部42在判定为第一检测信号的频率不是悬臂2的谐振频率的情况下，判定探针2a相对于试样表面未分离(步骤s206)。
102.判定部42在第一检测信号所示的挠曲量的变化超过规定的值的情况下，判定为探针2a相对于试样表面分离(步骤s205)。另一方面，判定部42在第一检测信号所示的挠曲量的变化小于规定的值的情况下，判定为探针2a相对于试样表面未分离(步骤s206)。
103.另外，在图7中，在步骤s201的处理之后执行步骤s202的处理，但不限定于此。本实施方式中的判定部42可以在步骤s202的处理之后进行步骤s201的处理，也可以并列地执行步骤s201的处理和步骤s202的处理。同样地，判定部42可以在步骤s203的处理之后执行步
骤s204的处理，也可以并列地执行步骤s203的处理和步骤s204的处理。
104.如上所述，第一实施方式的扫描型探针显微镜a在以超过悬臂2的响应速度的速度将试样s从探针2a分开的分开动作中，在该悬臂2的(包含高阶频率的)谐振频率下检测到悬臂2的规定振幅的振动的情况下，判定为探针2a相对于试样表面分离。然后，扫描型探针显微镜a在判定为探针2a相对于试样表面分离的时刻中止z方向驱动装置51的分开动作，以使探针2a位于试样s的下一个测定点的正上方的方式使该探针2a和试样相对移动。
105.由此，在扫描型探针显微镜a中，由于在试样s的各测定点处以最佳的分开距离动作，因此能够在最短的时间内实现试样表面上的凸凹形状的测定。因此，扫描型探针显微镜a能够提高试样表面上的凸凹形状的测定效率。
106.这里，示出挠曲量的第一检测信号有时根据温度变化等而发生漂移(drift)。因此，以往需要还考虑该漂移的影响来确定分开距离，因而有时事先无法最佳化。
107.另一方面，第一实施方式的扫描型探针显微镜a即使在第一检测信号发生漂移的情况下，也能依次判定探针2a是否相对于试样表面分离。因此，扫描型探针显微镜a能够以最佳的分开距离动作，而不受漂移的影响。
108.另外，在上述的实施方式中，z方向驱动装置51需要高速进行使试样s向从探针2a分开的方向动作的分开动作而不产生振动。为此，z方向驱动装置51可以采用使用了层叠压电元件510的结构。例如如图8所示，z方向驱动装置51具有层叠压电元件510、弹簧常数相同的板簧511、512、分别固定板簧511、512的支承板521、522、以及载台530。
109.在层叠压电元件510的一端隔着板簧511设置有试样台4和试样s。另外，在层叠压电元件510的另一端隔着板簧512设置有载台530。该载台530的重量相当于试样台4和试样s的重量。
110.而且，在固定z方向驱动装置51的情况下，以支承板521、522各自的重心固定。因此，z方向驱动装置51即使在分开动作中，也能够不向周围传递振动。
111.(第二实施方式)
112.下面，使用附图对第二实施方式的扫描型探针显微镜b进行说明。第二实施方式的扫描型探针显微镜b的分离判定处理与第一实施方式的“分离判定处理”不同，根据悬臂2在挠曲方向上的速度变化进行分离判定处理。另外，第二实施方式的扫描型探针显微镜b的“接触判定处理”进行与第一实施方式的“接触判定处理”相同的处理。
113.图9是示出第二实施方式的扫描型探针显微镜b的概略结构的一例的图。如图9所示，扫描型探针显微镜b具有悬臂2、试样台4、移动驱动部5、位移检测部6以及控制装置7b。
114.控制装置7b具有判定部42b、驱动控制部43b以及测定部44。
115.判定部42b进行根据从光检测部62输出的第一检测信号和第二检测信号判定探针2a是否与试样表面接触的接触判定处理。该判定部42b的接触判定处理与第一实施方式的接触判定处理是相同的。
116.另外，判定部42b进行根据从光检测部62输出的第一检测信号和第二检测信号判定探针2a是否相对于试样表面分离的分离判定处理。具体而言，判定部42b的分离判定处理是在分开动作中根据悬臂2在挠曲方向上的速度变化判定探针2a相对于试样表面的分离的处理。
117.驱动控制部43b在分开动作中以悬臂2的响应速度以下的速度使试样s向从探针2a
分开的方向动作。即，在分开动作中，在第一实施方式中是以超过悬臂2的响应速度的速度使试样s向从探针2a分开的方向动作，但在第二实施方式中是以悬臂2的响应速度以下的速度使试样s向从探针2a分开的方向动作。另外，上述分开动作以外的与驱动控制部43b相关的动作与驱动控制部43是相同的。
118.下面，对第二实施方式的分离判定处理进行说明。
119.判定部42b在以悬臂2的响应速度以下的速度将试样s从探针2a分开的分开动作中，根据悬臂2在挠曲方向上的速度变化判定探针2a相对于试样表面的分离。
120.这里，判定部42b能够根据悬臂2的挠曲量vd与将试样s从探针2a分开的距离h之比(vd/h)计算悬臂2在挠曲方向上的速度变化。另外，判定部42b能够通过对悬臂2的挠曲量vd进行微分计算悬臂2在挠曲方向上的速度变化。
121.判定部42b在以悬臂2的响应速度以下的速度将试样s从探针2a分开的分开动作中在悬臂2在挠曲方向上的速度为规定的值以下的情况下，判定为探针2a从试样表面离开。
122.另外，判定部42b在以悬臂2的响应速度以下的速度将试样s从探针2a分开的分开动作中在悬臂2的速度方向反转的情况下，判定为探针2a从试样表面离开。
123.下面，使用附图对第二实施方式的分离判定处理的作用效果进行说明。
124.图10是示出在第二实施方式的分开动作中悬臂2在挠曲方向上的速度变化的曲线图。图10的(a)是探针2a与试样s之间的吸附力不存在的情况下的悬臂2在挠曲方向上的速度变化的曲线图。图10是(b)是探针2a与试样s之间的吸附力存在的情况下的悬臂2在挠曲方向上的速度变化的曲线图。图11是示出第二实施方式1分开动作中(以悬臂2的响应速度以下的速度使试样s向从探针2a分开的方向动作的情况下)的悬臂2的情形的图。图11的(a)示出了从-y方向观察的悬臂2的侧视图，图11的(b)示出了从-x方向观察的悬臂2的侧视图。
125.在分开动作中，在探针2a与试样表面接触的情况下，悬臂2在挠曲方向上的速度为恒定值。
126.这里，如图10的(a)所示，在探针2a与试样s之间的吸附力不存在的情况下，当探针2a和试样表面分离时，悬臂2的挠曲量的变化、即悬臂2的速度在自由状态下大致为0。因此，判定部42b在以悬臂2的响应速度以下的速度将试样s从探针2a分开的分开动作中在悬臂2在挠曲方向上的速度为规定的值以下的情况下，判定为探针2a从试样表面离开。由此，判定部42b在探针2a与试样s之间的吸附力不存在的情况下，能够可靠地检测探针2a与试样s的分离。另外，该规定的值是小于探针2a与试样表面接触的情况下的悬臂2在挠曲方向上的速度的值。
127.另一方面，如图10的(b)、图11所示，在探针2a与试样s之间存在吸附力的情况下，当探针2a和试样表面分离时，基于该吸附力的挠曲量返回，因此vd/h的值的符号反转。即，当探针2a和试样表面分离时，悬臂2的速度方向反转。因此，判定部42b在分开动作中在悬臂2的速度方向反转的情况下，判定为探针2a从试样表面离开。由此，判定部42b即使在探针2a与试样s之间的吸附力存在的情况下，也能够可靠地检测探针2a与试样s的分离。
128.下面，使用图12对第二实施方式的分离判定处理的流程进行说明。
129.判定部42b对从光检测部62输出的第一检测信号所示的挠曲量是否处于第一范围内进行判定(步骤s301)。判定部42b在判定为从光检测部62输出的第一检测信号所示的挠曲量处于第一范围内的情况下，对从光检测部62输出的第二检测信号所示的扭曲量是否处
于第二范围内进行判定(步骤s302)。另一方面，判定部42b在判定为从光检测部62输出的第一检测信号所示的挠曲量处于第一范围外的情况下，判定探针2a相对于试样表面未分离(步骤s306)。
130.判定部42b在判定为从光检测部62输出的第二检测信号所示的扭曲量处于第二范围内的情况下，对根据第一检测信号计算出的悬臂2的速度是否为规定的值以下进行判定(步骤s303)。另一方面，判定部42b在判定为从光检测部62输出的第二检测信号所示的扭曲量处于第二范围外的情况下，判定探针2a相对于试样表面未分离(步骤s306)。
131.判定部42b在判定为悬臂2的速度为规定的值以下的情况下，判定为探针2a相对于试样表面分离(步骤s305)，另一方面，判定部42b在判定为悬臂2的速度超过规定的值的情况下，对悬臂2的速度方向是否反转进行判定(步骤s304)。
132.判定部42b在判定为悬臂2的速度方向反转的情况下，判定为探针2a相对于试样表面分离(步骤s305)。另一方面，判定部42b在判定为悬臂2的速度方向未反转的情况下，判定探针2a相对于试样表面未分离(步骤s306)。
133.另外，在图12中，在步骤s301的处理之后执行步骤s302的处理，但不限定于此。本实施方式中的判定部42b可以在步骤s302的处理之后进行步骤s301的处理，也可以并列执行步骤s301的处理和步骤s302的处理。同样地，判定部42b可以在步骤s303的处理之后执行步骤s304的处理，也可以并列执行步骤s303的处理和步骤s304的处理。
134.如上所述，第二实施方式的扫描型探针显微镜b在以不超过悬臂2的响应速度的速度将试样s从探针2a分开的分开动作中根据悬臂2在挠曲方向上的速度变化判定探针2a相对于试样表面的分离。
135.例如，判定部42b在悬臂2在挠曲方向上的速度为规定的值以下的情况下，判定为探针2a从试样表面离开。另外，判定部42b在悬臂2的速度方向反转的情况下，判定为探针2a从试样表面离开。
136.由此，在扫描型探针显微镜b中，即使在探针2a与试样s之间的吸附力存在的情况下，也能在试样s的各测定点处以最佳的分开距离动作，因此能够在最短的时间内实现试样表面上的凸凹形状的测定。因此，扫描型探针显微镜b能够提高试样表面上的凸凹形状的测定效率。
137.另外，在第二实施方式中，在分开动作中，通过使试样s下降，将试样和探针2a分开，但不限定于此。驱动控制部43b也可以在分开动作中通过使探针2a上升，将试样s和探针2a分开。
138.(第三实施方式)
139.下面，使用附图对第三实施方式的扫描型探针显微镜c进行说明。第三实施方式的扫描型探针显微镜c的分离判定处理与第一实施方式的“分离判定处理”不同，根据悬臂2的振动的振幅的增加或该振动的振动频率的变化进行分离判定处理。另外，第三实施方式的扫描型探针显微镜c的“接触判定处理”进行与第一实施方式的“接触判定处理”相同的处理。
140.图13是示出第三实施方式的扫描型探针显微镜c的概略结构的一例的图。如图13所示，扫描型探针显微镜c具有悬臂2、试样台4、移动驱动部5、位移检测部6以及控制装置7c。
141.控制装置7c具有判定部42c、驱动控制部43b以及测定部44。
142.判定部42c进行根据从光检测部62输出的第一检测信号和第二检测信号判定探针2a是否与试样表面接触的接触判定处理。该判定部42c的接触判定处理与第一实施方式的接触判定处理相同。
143.判定部42c进行根据从检测部62输出的第一检测信号和第二检测信号判定探针2a是否相对于试样表面分离的分离判定处理。
144.下面，参照图14对第三实施方式的分离判定处理进行说明。
145.在第三实施方式的分离判定处理中，大致区分为“检测由悬臂的热振动引起的挠曲或扭曲振幅的变化的方法”、“检测由悬臂的热振动引起的挠曲或扭曲谐振频率的变化的方法”这两种方法。
146.(检测由悬臂的热振动引起的挠曲或扭曲振幅的变化的方法)
147.悬臂2其基端被固定，前端(探针2a)为自由端。因此，在探针2a与试样表面不接触的情况即分离的情况下，悬臂2因热振动而以较大的振幅进行谐振。以下，将基端为固定端且前端(探针2a)为自由端的悬臂2的状态称为悬臂状态。
148.另一方面，在探针2a与试样表面接触的情况下，探针2a被试样表面固定。即，悬臂2的基端和前端均为固定端。因此，由热振动引起的谐振的振幅为比悬臂状态小的振幅。以下，将基端和前端均为固定端的悬臂2的状态称为双支承状态。
149.因此，在从探针2a与试样表面接触的状态转移到探针2a相对于试样表面分离的状态的情况下，悬臂2的振动的振幅会增加。因此，判定部42c在分开动作中根据悬臂2的振动的振幅的增加判定探针2a相对于试样表面的分离。例如，判定部42c在分开动作中在悬臂2的振动的振幅为规定的值以上的情况下，判定为探针2a和试样表面分离。另外，所谓悬臂2的振动的振幅是挠曲振幅和扭曲振幅中的至少任意一方。另外，该规定的值是根据双支承状态下的悬臂2的振动的振幅而设定的。
150.(检测由杆的热振动引起的挠曲或扭曲谐振频率的变化的方法)
151.因热振动而进行谐振的悬臂2的谐振频率在悬臂状态和双支承状态下不同。因此，在从探针2a与试样表面接触的状态转移到探针2a相对于试样表面分离的状态的情况下，悬臂2的谐振频率发生变化。以下，将处于悬臂状态的悬臂2的谐振频率称为悬臂谐振频率。另一方面，将处于双支承状态的悬臂2的谐振频率称为双支承谐振频率。
152.因此，判定部42c在分开动作中根据悬臂2的振动的谐振频率的变化判定探针2a相对于试样表面的分离。例如，判定部42c在分开动作中在悬臂2的振动频率的变化为规定的值以上的情况下，判定为探针2a和试样表面分离。另外，所谓悬臂2的振动频率是挠曲方向和扭曲方向中的至少任意一方方向上的振动的频率。另外，该规定的值是根据双支承谐振频率而设定的。
153.另外，在上述两种分离判定处理的任意一种分离判定处理中，判定为探针2a相对于试样表面分离的条件是：从光检测部62输出的第一检测信号所示的挠曲量处于第一范围内并且从光检测部62输出的第二检测信号所示的扭曲量处于第二范围内。
154.如上所述，第三实施方式的扫描型探针显微镜c在分开动作中根据悬臂2的振动的振幅的增加或该振动的振动频率的变化判定探针2a相对于试样表面的分离。由此，扫描型探针显微镜c即使在探针2a与试样s之间的吸附力存在的情况下，也能在试样s的各测定点
处以最佳的分开距离动作，因此能够在最短的时间内实现试样表面上的凸凹形状的测定。因此，扫描型探针显微镜b能够提高试样表面上的凸凹形状的测定效率。
155.另外，扫描型探针显微镜c通过热振动来检测探针2a与试样表面的分离，因此不需要新设置构造体。
156.(第四实施方式)
157.下面，使用附图对第四实施方式的扫描型探针显微镜d进行说明。第四实施方式的扫描型探针显微镜d具有激振部3，与第一实施方式的“分离判定处理”不同，根据悬臂2在挠曲方向或扭曲方向上的规定的频率的振幅的变化进行分离判定处理。另外，第四实施方式的扫描型探针显微镜c的“接触判定处理”进行与第一实施方式的“接触判定处理”相同的处理。
158.图15是示出第四实施方式的扫描型探针显微镜d的概略结构的一例的图。如图15所示，扫描型探针显微镜d具有悬臂2、激振部3、试样台4、移动驱动部5、位移检测部6以及控制装置7d。
159.激振部3在分开动作中使试样s和悬臂2以规定的频率相对振动。例如，激振部3可以对悬臂2进行激振，也可以对试样台4进行激振。另外，使试样s和悬臂2以规定的频率相对振动的方向可以是与试样台4的水平面垂直的方向(z方向)，也可以是水平方向(y方向)。在以下的说明中，将该规定的频率称为激振频率。
160.控制装置7d具有判定部42d、驱动控制部43d以及测定部44。
161.判定部42d进行根据从光检测部62输出的第一检测信号和第二检测信号判定探针2a是否相对于试样表面分离的分离判定处理。具体而言、判定部42d的分离判定处理是根据悬臂2在挠曲方向或扭曲方向上的激振频率的振幅的变化判定探针2a相对于试样表面的分离的处理。
162.驱动控制部43d具有与驱动控制部43b相同的功能。另外，驱动控制部43d控制激振部3的动作。即，驱动控制部43d控制试样s与悬臂2的相对振动。
163.下面，参照图16、17、18对第四实施方式的分离判定处理进行说明。
164.第四实施方式的分离判定处理大致区分为“检测悬臂在挠曲方向或扭曲方向上的非谐振频率下的振幅的减小量的方法”、“检测悬臂在挠曲方向或扭曲方向上的谐振频率下的振幅的增加量的方法”、“检测悬臂在挠曲方向或扭曲方向上的谐振频率下的振幅的减小量的方法”这三种方法。
165.(检测悬臂在挠曲方向或扭曲方向上的非谐振频率下的振幅的减小量的方法：图16)
166.在该方法中，激振频率被设定为悬臂2的非谐振频率。而且，激振部3在分开动作中使试样s和悬臂2以非谐振频率相对微小振动。在这种情况下，在探针2a与试样表面接触的状态下，以探针2a为支点悬臂2的角度发生变化。即，在使用了光杠杆方式的检测方式中，悬臂2的角度变化作为悬臂2的较大的振幅被检测。
167.另一方面，在分开动作中，在探针2a和试样表面分离的情况下，探针2a从试样表面离开，因此悬臂2的角度变化减小。因此，在使用了光杠杆方式的检测方式中，作为悬臂2的较小的振幅而被检测。因此，在从探针2a与试样表面接触的状态转移到探针2a相对于试样表面分离的状态的情况下，悬臂2的振幅减小。这里，所谓悬臂2的振幅是挠曲方向的振幅和
扭曲方向的振幅中的至少任意一个。挠曲方向的振幅是第一检测信号所示的挠曲量。扭曲方向的振幅是第二检测信号所示的扭曲量。
168.因此，判定部42d在分开动作中在悬臂2在挠曲方向或扭曲方向上的非谐振频率下的振幅的减小量超过规定的值的情况下，判定为探针2a从试样表面离开。另外，该规定的值是根据在分开动作中在探针2a与试样表面接触的状态下检测到的挠曲量或扭曲量而设定的。
169.另外，在该方法中，可以使悬臂2以非谐振频率在挠曲方向上微小振动，也可以使悬臂2在水平方向上振动。另外，在第四实施方式中，可以使试样s以非谐振频率在挠曲方向上微小振动，也可以使试样s在水平方向上振动。
170.(检测悬臂在挠曲方向或扭曲方向上的谐振频率下的振幅的增加量的方法；图17)
171.在该方法中，激振频率被设定为悬臂谐振频率。而且，激振部3在分开动作中使试样s和悬臂2以悬臂谐振频率相对微小振动。在这种情况下，在探针2a与试样表面接触的状态下，悬臂2处于双支承状态。因此，悬臂2即使被激振部3以悬臂谐振频率进行激振，也不会进行谐振而以较小的振幅进行振动。
172.另一方面，在分开动作中，在探针2a和试样表面分离的情况下，探针2a从试样表面离开，因此悬臂2处于悬臂状态。因此，悬臂2被激振部3以悬臂谐振频率进行激振，由此进行谐振，以较大的振幅进行振动。
173.因此，在从探针2a与试样表面接触的状态转移到探针2a相对于试样表面分离的状态的情况下，悬臂2在悬臂谐振频率下的振动的振幅增加。因此，判定部42d在分开动作中根据悬臂2在悬臂谐振频率下的振动的振幅的增加判定探针2a相对于试样表面的分离。例如，判定部42c在分开动作中在悬臂2在悬臂谐振频率下的振动的振幅的增加量超过规定的值的情况下，判定为探针2a和试样表面分离。另外，所谓悬臂2的振动的振幅是挠曲振幅和扭曲振幅中的至少任意一方。
174.另外，在该方法中，可以使悬臂2以悬臂谐振频率在挠曲方向上微小振动，也可以使悬臂2以悬臂谐振频率在水平方向上振动。另外，可以使试样s以悬臂谐振频率在挠曲方向上微小振动，也可以使试样s以悬臂谐振频率在水平方向上振动。
175.但是，在挠曲方向上微小振动的情况下，激振频率是悬臂2在挠曲方向上的悬臂谐振频率。另一方面，在水平方向上微小振动的情况下，激振频率是悬臂2在水平方向上的悬臂谐振频率。
176.(检测悬臂在挠曲方向或扭曲方向上的谐振频率下的振幅的减小量的方法；图18)
177.在该方法中，激振频率被设定为双支承谐振频率。而且，激振部3在分开动作中使试样s和悬臂2以双支承谐振频率相对微小振动。在这种情况下，在探针2a与试样表面接触的状态下，悬臂2处于双支承状态。因此，悬臂2被激振部3以双支承谐振频率进行激振，由此进行谐振，以较大的振幅进行振动。
178.另一方面，在分开动作中，在探针2a和试样表面分离的情况下，探针2a从试样表面离开，因此悬臂2处于悬臂状态。因此，悬臂2即使被激振部3以双支承谐振频率进行激振，也不会进行谐振而以较小的振幅进行振动。
179.因此，在从探针2a与试样表面接触的状态转移到探针2a相对于试样表面分离的状态的情况下，悬臂2在双支承谐振频率下的振动的振幅减小。因此，判定部42d在分开动作中
根据悬臂2在双支承谐振频率下的振动的振幅的减小判定探针2a相对于试样表面的分离。例如，判定部42c在分开动作中在悬臂2在双支承谐振频率下的振动的振幅的减小量超过规定的值的情况下，判定为探针2a和试样表面分离。另外，所谓悬臂2的振动的振幅是挠曲方向的振幅和扭曲方向的振幅中的至少任意一方。
180.另外，在该方法中，使悬臂2以双支承谐振频率在挠曲方向上微小振动，也可以使悬臂2以双支承谐振频率在水平方向上振动。另外，可以使试样s以双支承谐振频率在挠曲方向上微小振动，也可以使试样s以双支承谐振频率在水平方向上振动。
181.但是，在挠曲方向上微小振动的情况下，激振频率是悬臂2在挠曲方向上的双支承谐振频率。另一方面，在水平方向上微小振动的情况下，激振频率是悬臂2在水平方向上的双支承谐振频率。
182.另外，在第四实施方式的三种分离判定处理的任意一种分离判定处理中，判定为探针2a相对于试样表面分离的条件是：从光检测部62输出的第一检测信号所示的挠曲量处于第一范围内并且从光检测部62输出的第二检测信号所示的扭曲量处于第二范围内。
183.如上所述，第四实施方式的扫描型探针显微镜d具有：激振部3，其在分开动作中使试样s和悬臂2以规定的频率相对振动；以及判定部42d，其在该分开动作中根据悬臂2在挠曲方向或扭曲方向上的规定的频率下的振幅的变化判定探针2a相对于试样表面的分离。由此，扫描型探针显微镜d即使在探针2a与试样s之间的吸附力存在的情况下，也能在试样s的各测定点处以最佳的分开距离动作，因此能够在最短的时间内实现试样表面上的凸凹形状的测定。因此，扫描型探针显微镜b能够提高试样表面上的凸凹形状的测定效率。
184.另外，在第四实施方式中，在挠曲或扭曲方向上以非谐振的频率微小振动的方法适于如下的情况：在探针2a相对于试样表面分离的瞬间振幅急剧变小，响应快，高速地动作。
185.另一方面，利用谐振频率(悬臂谐振频率、双支承谐振频率)施加微小的振幅的方法由于能够以比非谐振以小的振幅进行检测，因此对凹凸形状的测定的影响较小。
186.(第五实施方式)
187.下面，使用附图对第五实施方式的扫描型探针显微镜e进行说明。第五实施方式的扫描型探针显微镜e与第四实施方式同样地具有激振部3，与第一实施方式的“分离判定处理”不同，根据悬臂2在挠曲方向或扭曲方向上的振动的相位与通过激振部3进行激振的谐振频率的相位的相位差进行分离判定处理。另外，第五实施方式的扫描型探针显微镜c的“接触判定处理”进行与第一实施方式的“接触判定处理”相同的处理。
188.图19是示出第五实施方式的扫描型探针显微镜e的概略结构的一例的图。如图19所示，扫描型探针显微镜e具有悬臂2、激振部3、试样台4、移动驱动部5、位移检测部6以及控制装置7e。
189.控制装置7e具有判定部42e、驱动控制部43d以及测定部44。
190.判定部42e进行根据从光检测部62输出的第一检测信号和第二检测信号判定探针2a是否相对于试样表面分离的分离判定处理。具体而言，判定部42e的分离判定处理是在分开动作中根据悬臂2在挠曲方向或扭曲方向上的振动的相位与通过激振部3进行激振的谐振频率的相位的相位差判定探针2a相对于试样表面的分离的处理。
191.下面，使用图20对第五实施方式的分离判定处理进行说明。
192.在该方法中，激振频率被设定为悬臂谐振频率。而且，激振部3在分开动作中使试样s和悬臂2以悬臂谐振频率相对微小振动。在这种情况下，在探针2a与试样表面接触的状态下，悬臂2处于双支承状态。因此，悬臂2即使被激振部3以悬臂谐振频率进行激振，也不会进行谐振而以非谐振进行振动。因此，悬臂2的振动的相位与通过激振部3进行激振的激振频率的相位的相位差较小。
193.另一方面，在分开动作中，在探针2a和试样表面分离的情况下，探针2a从试样表面离开，因此悬臂2处于悬臂状态。因此，悬臂2被激振部3以悬臂谐振频率进行激振，由此进行谐振。因此，悬臂2的振动的相位与通过激振部3进行激振的激振频率的相位的相位差大致为90度。即，悬臂2的振动的相位是相对于通过激振部3进行激振的激振频率的相位滞后90
°
的相位。
194.因此，在从探针2a与试样表面接触的状态转移到探针2a相对于试样表面分离的状态的情况下，悬臂2的振动的相位与通过激振部3进行激振的激振频率的相位的相位差会增加。因此，判定部42e在分开动作中根据悬臂2在挠曲方向或扭曲方向上的振动的相位与通过激振部3进行激振的谐振频率的相位的相位差判定探针2a相对于试样表面的分离。例如，判定部42e在分开动作中在悬臂2在挠曲方向或扭曲方向上的振动的相位与通过激振部3进行激振的谐振频率的相位的相位差超过规定的值的情况下，判定为探针2a和试样表面分离。
195.另外，在该方法中，可以使悬臂2以悬臂谐振频率在挠曲方向上微小振动，也可以使悬臂2以悬臂谐振频率在水平方向上振动。另外，可以使试样s以悬臂谐振频率在挠曲方向上微小振动，也可以使试样s以悬臂谐振频率在水平方向上振动。
196.但是，在挠曲方向上微小振动的情况下，激振频率是悬臂2在挠曲方向上的悬臂谐振频率。另一方面，在水平方向上微小振动的情况下，激振频率是悬臂2在水平方向上的悬臂谐振频率。
197.另外，在第五实施方式的分离判定处理中，判定为探针2a相对于试样表面分离的条件是：从光检测部62输出的第一检测信号所示的挠曲量处于第一范围内并且从光检测部62输出的第二检测信号所示的扭曲量处于第二范围内。
198.如上所述，第五实施方式的扫描型探针显微镜e具有：激振部3，其在分开动作中使试样s和悬臂2以规定的频率相对振动；以及判定部42e，其在该分开动作中，根据悬臂2在挠曲方向或扭曲方向上的振动的相位与通过激振部3进行激振的谐振频率的相位之间的相位差，判定探针2a相对于试样表面的分离。由此，扫描型探针显微镜d即使在探针2a与试样s之间的吸附力存在的情况下，也能在试样s的各测定点处以最佳的分开距离动作，因此能够在最短的时间内实现试样表面上的凸凹形状的测定。因此，扫描型探针显微镜b能够提高试样表面上的凸凹形状的测定效率。
199.如上所述，本发明的一个实施方式中的扫描型探针显微镜并不是像现有那样对是否从试样表面分开预先设定的“分开距离”而使探针2a和试样表面分离进行判定，而是一边进行分开动作一边判定探针2a和试样表面是否分离，在判定为探针和试样表面分离的情况下停止分开动作。然后，扫描型探针显微镜在停止分开动作之后使探针移动到下一个测定点的上空。
200.这里，在分开动作中，还考虑了如下的方法：如果悬臂2的挠曲量和扭曲量分别处
于规定的范围内，则判定为探针2a与试样表面不接触、即探针2a和试样表面分离。但是，在该方法中，即使悬臂2的挠曲量和扭曲量分别处于规定的范围内，有时也会因上述吸附力而导致探针2a与试样表面接触，无法正确地检测到探针和试样表面分离。
201.另一方面，本发明的一个实施方式中的扫描型探针显微镜在分开动作中，应用上述第一实施方式至第五实施方式中的任意一个分离判定处理，由此能够可靠地检测探针2a与试样表面的分离。
202.另外，上述的扫描型探针显微镜在停止分开动作之后的到下一个测定点的上空为止的移动中，执行上述第一实施方式至第五实施方式中的任意一个分离判定处理，由此能够避免探针2a与试样发生碰撞。
203.例如，上述的扫描型探针显微镜进行接近动作(1)，判定探针2a与试样表面是否接触(2)。扫描型探针显微镜在判定为探针2a与试样表面接触的情况下停止接近动作并测定相对距离(3)。然后，扫描型探针显微镜在测定了相对距离之后开始分开动作并利用第一实施方式至第五实施方式中的任意一个分离判定处理判定探针2a和试样表面是否分离(4)。然后，扫描型探针显微镜在判定为探针2a和试样表面分离的情况停止分开动作(5)，使探针2a移动到下一个测定点的上空(6)。这里，扫描型探针显微镜在使探针2a移动到下一个测定点的上空的期间利用第一实施方式至第五实施方式中的任意一个分离判定处理判定探针2a和试样表面是否分离。然后，扫描型探针显微镜在判定为探针2a和试样表面分离的期间继续上述移动，在判定为探针2a和试样表面未分离的情况下，返回到上述(5)，执行分开动作而开始第一实施方式至第五实施方式中的任意一个分离判定处理。
204.由此，本发明的一个实施方式中的扫描型探针显微镜在到下一个测定点的上空为止的移动中，能够避免探针2a与试样发生碰撞。
205.可以利用计算机来实现上述的实施方式中的控制装置7、7b～7e。在该情况下，可以通过在计算机可读取的记录介质中记录用于实现该功能的程序，使计算机系统读入并执行该记录介质所记录的程序予以实现。另外，这里所说的“计算机系统”是指包含os或周边设备等硬件的系统。另外，所谓“计算机可读取的记录介质”是指软盘(flexible disk)、光磁盘、rom、cd-rom等可移动介质、内置于计算机系统的硬盘等存储装置。并且，所谓“计算机可读取的记录介质”还可以包含像经由互联网等网络或电话线路等通信线路发送程序的情况下的通信线那样在短时间之内动态地保持程序的介质以及像作为该情况下的服务器或客户端的计算机系统内部的易失性存储器那样在一定时间内保持程序的介质。另外，上述程序可以是用于实现上述功能的一部分的程序，还可以是能够通过与在计算机系统中已经记录的程序的组合来实现上述功能的程序，可以是使用fpga(field programmable gate array：现场可编程门阵列)等可编程逻辑设备来实现的程序。
206.以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但具体的结构不限于该实施方式，还包含不脱离本发明的主旨的范围的设计等。
207.在权利要求书、说明书以及附图中示出的装置、系统、程序以及方法中的动作、过程、步骤以及阶段等各处理的执行顺序未特别明示为“更前”、“之前”等，另外，只要不是在后面的处理中使用前面处理的输出，就应该注意到能够以任意的顺序来实现。关于权利要求书、说明书以及附图中的动作流程，即使为了方便而使用“首先”“接下来”等进行说明，也不意味着必须以该顺序来实施。