JPH06258014A - 走査型プローブ顕微鏡、およびそれを用いた記録装置および／または再生装置 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡、およびそれを用いた記録装置および／または再生装置Info
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- JPH06258014A JPH06258014A JP4550493A JP4550493A JPH06258014A JP H06258014 A JPH06258014 A JP H06258014A JP 4550493 A JP4550493 A JP 4550493A JP 4550493 A JP4550493 A JP 4550493A JP H06258014 A JPH06258014 A JP H06258014A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＳＴＭによる試料表面の観察を行なうに際し
て、ほぼ同時に複数種類の観察像信号を得る。また、観
察中にプローブの試料表面に対する相対位置がドリフ等
によって変化してもその相対位置のずれを分解能程度に
抑える。 【構成】 プローブと試料との間に印加するバイアス
電圧を交流電圧とし、異なる複数の位相点における異な
る各々のバイアス電圧の印加時に、プローブと試料表面
との間に流れる電流を検出することで、複数種類の観察
像信号がほぼ同時に得られる。また、前記交流電圧の周
波数は、上記異なる複数の位相点が必要な分解能内に納
まるような周波数とする。
て、ほぼ同時に複数種類の観察像信号を得る。また、観
察中にプローブの試料表面に対する相対位置がドリフ等
によって変化してもその相対位置のずれを分解能程度に
抑える。 【構成】 プローブと試料との間に印加するバイアス
電圧を交流電圧とし、異なる複数の位相点における異な
る各々のバイアス電圧の印加時に、プローブと試料表面
との間に流れる電流を検出することで、複数種類の観察
像信号がほぼ同時に得られる。また、前記交流電圧の周
波数は、上記異なる複数の位相点が必要な分解能内に納
まるような周波数とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は走査型プローブ顕微鏡、
および、それを用いた情報記録装置および／または再生
装置に関するものである。
および、それを用いた情報記録装置および／または再生
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、走査型トンネル顕微鏡（以後ＳＴ
Ｍと略す）が開発され［G. Binnig etal., Phys. Rev.
Lett., 49, 57(1982)］、単結晶、非晶質を問わず導体
表面の実空間像を原子オーダーの高い分解能で観察でき
るようになった。ＳＴＭは金属の探針と導体表面との間
に電圧を加えて、両者間の距離を１ｎｍ程度まで近づけ
るとトンネル電流が流れることを利用している。トンネ
ル電流は両者間の距離に極めて敏感である。このトンネ
ル電流を一定に保つように両者間の距離を制御しながら
探針を導体表面上で走査させ、距離の制御信号から導体
の表面形状が構成される。この時、面内方向の分解能は
０．１ｎｍ程度に達する。最近では導体表面に吸着した
稀ガス原子あるいは有機分子の原子像あるいは分子像の
観察すら可能であることが報告されている。これらの結
果は、ＳＴＭが探針先端の電子雲と試料表面の電子雲と
の相互作用に関する情報を検出しているとして解釈され
ている。
Ｍと略す）が開発され［G. Binnig etal., Phys. Rev.
Lett., 49, 57(1982)］、単結晶、非晶質を問わず導体
表面の実空間像を原子オーダーの高い分解能で観察でき
るようになった。ＳＴＭは金属の探針と導体表面との間
に電圧を加えて、両者間の距離を１ｎｍ程度まで近づけ
るとトンネル電流が流れることを利用している。トンネ
ル電流は両者間の距離に極めて敏感である。このトンネ
ル電流を一定に保つように両者間の距離を制御しながら
探針を導体表面上で走査させ、距離の制御信号から導体
の表面形状が構成される。この時、面内方向の分解能は
０．１ｎｍ程度に達する。最近では導体表面に吸着した
稀ガス原子あるいは有機分子の原子像あるいは分子像の
観察すら可能であることが報告されている。これらの結
果は、ＳＴＭが探針先端の電子雲と試料表面の電子雲と
の相互作用に関する情報を検出しているとして解釈され
ている。
【０００３】ＳＴＭは、試料に電流による損傷を与えず
に低電力で観察を行なえる利点を有している。更に大気
中で動作させることができ、種々の材料に対して用いる
ことができる。このため表面観察に限らず広範な分野で
の応用が期待されている。例えば、表面の微細加工や高
密度情報記録への応用が提案されている。また更に、Ｓ
ＴＭの技術を応用し、試料表面とプローブ先端との間の
様々なタイプの相互作用を検出することによって表面状
態を観察する顕微鏡が開発されており、これらはＳＴＭ
も含め走査型プローブ顕微鏡と総称されている。
に低電力で観察を行なえる利点を有している。更に大気
中で動作させることができ、種々の材料に対して用いる
ことができる。このため表面観察に限らず広範な分野で
の応用が期待されている。例えば、表面の微細加工や高
密度情報記録への応用が提案されている。また更に、Ｓ
ＴＭの技術を応用し、試料表面とプローブ先端との間の
様々なタイプの相互作用を検出することによって表面状
態を観察する顕微鏡が開発されており、これらはＳＴＭ
も含め走査型プローブ顕微鏡と総称されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＳＴＭによる表面観察
を行なう場合、トンネル電流を流すため試料と探針との
間にはバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧
は、観察すべき試料の種類によって最も適当な電圧に設
定されるべきものである。しかし、試料によってはバイ
アス電圧によって観察される像が異なる場合がある。例
えば、ヒ化ガリウム結晶面のＳＴＭ像において、バイア
ス電圧によりヒ素原子のＳＴＭ像とガリウム原子のＳＴ
Ｍ像とが別々に観察されている報告がある。また、グラ
ファイト上に形成された有機分子層（アルキルシアノビ
フェニル等の液晶分子、飽和脂肪酸等）を観察する場
合、高バイアス電圧下では上層の有機分子の分子像が得
られ、低バイアス電圧下では下層のグラファイトの結晶
格子像が得られる。たとえば、バイアス１．０Ｖでは飽
和脂肪酸の分子像が得られる一方、バイアス０．１Ｖで
は基板に用いたグラファイトの格子像が得られる。しか
も、バイアス電圧を繰り返し変化させた場合でも可逆的
に係る像変化が観察される。このような現象を利用し
て、同一の試料を用い、異なるバイアス電圧で観察され
た像を比較して、有機分子の下層基板の結晶格子に対す
る吸着構造が議論されている。
を行なう場合、トンネル電流を流すため試料と探針との
間にはバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧
は、観察すべき試料の種類によって最も適当な電圧に設
定されるべきものである。しかし、試料によってはバイ
アス電圧によって観察される像が異なる場合がある。例
えば、ヒ化ガリウム結晶面のＳＴＭ像において、バイア
ス電圧によりヒ素原子のＳＴＭ像とガリウム原子のＳＴ
Ｍ像とが別々に観察されている報告がある。また、グラ
ファイト上に形成された有機分子層（アルキルシアノビ
フェニル等の液晶分子、飽和脂肪酸等）を観察する場
合、高バイアス電圧下では上層の有機分子の分子像が得
られ、低バイアス電圧下では下層のグラファイトの結晶
格子像が得られる。たとえば、バイアス１．０Ｖでは飽
和脂肪酸の分子像が得られる一方、バイアス０．１Ｖで
は基板に用いたグラファイトの格子像が得られる。しか
も、バイアス電圧を繰り返し変化させた場合でも可逆的
に係る像変化が観察される。このような現象を利用し
て、同一の試料を用い、異なるバイアス電圧で観察され
た像を比較して、有機分子の下層基板の結晶格子に対す
る吸着構造が議論されている。
【０００５】しかしながら、従来は、異なるバイアス電
圧でのＳＴＭ像を個別に観察しているため、観察時間中
にプローブの試料表面に対する相対位置がドリフト等に
よって変化している場合には、下層基板表面の原子に対
する基板表面上の有機分子中の原子位置の相対関係が正
確に得られなかった。
圧でのＳＴＭ像を個別に観察しているため、観察時間中
にプローブの試料表面に対する相対位置がドリフト等に
よって変化している場合には、下層基板表面の原子に対
する基板表面上の有機分子中の原子位置の相対関係が正
確に得られなかった。
【０００６】さらに、係る下層基板表面の結晶格子の観
察によって試料表面上でのプローブの位置を較正する方
法が提案されている。
察によって試料表面上でのプローブの位置を較正する方
法が提案されている。
【０００７】また走査型プローブ顕微鏡の原理を応用し
た記録および／または再生装置において、記録時または
再生時のプローブの位置決めに、観察される結晶格子を
用いる方法が提案されている。しかし、この場合も下層
基板表面の結晶格子像か、記録媒体表面像のいずれかを
観察するものであって、ドリフト等がある場合には正確
な位置決めが行なわれないおそれがあった。
た記録および／または再生装置において、記録時または
再生時のプローブの位置決めに、観察される結晶格子を
用いる方法が提案されている。しかし、この場合も下層
基板表面の結晶格子像か、記録媒体表面像のいずれかを
観察するものであって、ドリフト等がある場合には正確
な位置決めが行なわれないおそれがあった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は係る問題点に鑑
みてなされたものである。すなわち、本発明はバイアス
電圧として交流電圧を印加することを特徴とする。交流
電圧の周波数はＳＴＭにおける帰還制御の遮断周波数よ
りも低く設定される。ＳＴＭ動作は、係る交流電圧印加
中、プローブと試料との間を流れる電流を常に一定に保
持するように、探針先端と試料表面との間の距離を帰還
制御して行なう。さらに係る帰還制御信号を前記交流電
圧の異なる位相点でそれぞれ検出して、それぞれの位相
点に対応してそれぞれ異なるバイアス電圧でのＳＴＭ像
をほぼ同時に観察することを特徴とする。
みてなされたものである。すなわち、本発明はバイアス
電圧として交流電圧を印加することを特徴とする。交流
電圧の周波数はＳＴＭにおける帰還制御の遮断周波数よ
りも低く設定される。ＳＴＭ動作は、係る交流電圧印加
中、プローブと試料との間を流れる電流を常に一定に保
持するように、探針先端と試料表面との間の距離を帰還
制御して行なう。さらに係る帰還制御信号を前記交流電
圧の異なる位相点でそれぞれ検出して、それぞれの位相
点に対応してそれぞれ異なるバイアス電圧でのＳＴＭ像
をほぼ同時に観察することを特徴とする。
【０００９】
【作用】プローブと試料との間に印加するバイアス電圧
を交流電圧とし、プローブと試料表面との間を流れる電
流について、異なる複数の位相点での異なるバイアス電
圧の印加時に、それぞれ検出することによって、複数種
類の観察像信号をほぼ同時に得ることができる。
を交流電圧とし、プローブと試料表面との間を流れる電
流について、異なる複数の位相点での異なるバイアス電
圧の印加時に、それぞれ検出することによって、複数種
類の観察像信号をほぼ同時に得ることができる。
【００１０】
【実施例】図１は、本発明の走査型トンネル顕微鏡のブ
ロック構成図である。
ロック構成図である。
【００１１】図１において、１１はプローブ（電極）、
１２は観察対象である試料、１３はプローブ１１と試料
１２表面との間に流れる電流を検出する電流検出回路、
１４はプローブ１１と試料１２との間にバイアス電圧を
印加するための電圧印加回路で、バイアス電圧として交
流電圧を用いる。１５はサンプル／ホールド回路２４，
２５にサンプリングするタイミングを与えるタイミング
回路である。２１は電流検出回路１３の検出出力を対数
変換する対数変換回路、２２は対数変換された入力と参
照電流値との差信号を出力する比較器、２３は指定され
た遮断周波数以下の成分を出力するローパスフィルタ
ー、２４，２５はそれぞれ異なるタイミング信号に基づ
いてｚ方向駆動回路３１の出力をサンプリングし保持す
るサンプル／ホールド回路、２６はｘｙ方向制御回路３
３の出力によりプローブ１１のｘｙ軸方向の動きに同期
させて、サンプル／ホールド回路の出力信号を試料表面
の形状として画像表示する画像形成装置である。３１は
フィルターの出力信号に基づいてｚ方向微動装置３２を
駆動するために出力するｚ方向駆動回路、３２は試料１
２表面とプローブ１１との間の距離を変えるｚ方向微動
装置、３３はｘｙ方向駆動回路３４及び画像形成装置に
出力するｘｙ方向制御回路、３４はｘｙ方向制御回路３
３の出力信号に基づいてｘｙ方向微動装置３５を駆動す
るために出力するｘｙ方向駆動回路、３５はプローブを
試料１２の表面内のｘｙ軸方向に微動させるｘｙ方向微
動装置である。
１２は観察対象である試料、１３はプローブ１１と試料
１２表面との間に流れる電流を検出する電流検出回路、
１４はプローブ１１と試料１２との間にバイアス電圧を
印加するための電圧印加回路で、バイアス電圧として交
流電圧を用いる。１５はサンプル／ホールド回路２４，
２５にサンプリングするタイミングを与えるタイミング
回路である。２１は電流検出回路１３の検出出力を対数
変換する対数変換回路、２２は対数変換された入力と参
照電流値との差信号を出力する比較器、２３は指定され
た遮断周波数以下の成分を出力するローパスフィルタ
ー、２４，２５はそれぞれ異なるタイミング信号に基づ
いてｚ方向駆動回路３１の出力をサンプリングし保持す
るサンプル／ホールド回路、２６はｘｙ方向制御回路３
３の出力によりプローブ１１のｘｙ軸方向の動きに同期
させて、サンプル／ホールド回路の出力信号を試料表面
の形状として画像表示する画像形成装置である。３１は
フィルターの出力信号に基づいてｚ方向微動装置３２を
駆動するために出力するｚ方向駆動回路、３２は試料１
２表面とプローブ１１との間の距離を変えるｚ方向微動
装置、３３はｘｙ方向駆動回路３４及び画像形成装置に
出力するｘｙ方向制御回路、３４はｘｙ方向制御回路３
３の出力信号に基づいてｘｙ方向微動装置３５を駆動す
るために出力するｘｙ方向駆動回路、３５はプローブを
試料１２の表面内のｘｙ軸方向に微動させるｘｙ方向微
動装置である。
【００１２】次に、本実施例の動作について説明する。
試料１２に対向して設けられたプローブ１１は、ｚ方向
微動装置３２およびｘｙ方向微動装置３５によってｘ，
ｙ，およびｚ軸方向に微小量動くことができる。電圧印
加回路１４によってプローブ１１と試料１２との間にバ
イアス電圧を印加し、電流検出回路１３によってプロー
ブ１１と試料１２との間を流れる電流を検出し、その電
流を一定に保つ様に、ｚ方向微動装置３２によりプロー
ブ１１先端と試料１２表面との距離を帰還制御する。係
る帰還制御を行ないながら、プローブ１１を試料１２表
面上でｘｙ方向制御回路３３の出力にしたがってｘｙ方
向微動装置３５により駆動する。プローブ１１のｘｙ軸
方向の動きに同期させてｚ方向微動装置３２の制御信号
すなわちｚ方向駆動回路３１の出力により画像形成装置
２６を用いて画像化を行なうことで試料表面の形状を得
ることができる。
試料１２に対向して設けられたプローブ１１は、ｚ方向
微動装置３２およびｘｙ方向微動装置３５によってｘ，
ｙ，およびｚ軸方向に微小量動くことができる。電圧印
加回路１４によってプローブ１１と試料１２との間にバ
イアス電圧を印加し、電流検出回路１３によってプロー
ブ１１と試料１２との間を流れる電流を検出し、その電
流を一定に保つ様に、ｚ方向微動装置３２によりプロー
ブ１１先端と試料１２表面との距離を帰還制御する。係
る帰還制御を行ないながら、プローブ１１を試料１２表
面上でｘｙ方向制御回路３３の出力にしたがってｘｙ方
向微動装置３５により駆動する。プローブ１１のｘｙ軸
方向の動きに同期させてｚ方向微動装置３２の制御信号
すなわちｚ方向駆動回路３１の出力により画像形成装置
２６を用いて画像化を行なうことで試料表面の形状を得
ることができる。
【００１３】電圧印加回路１４は交流電圧を出力し、こ
の交流電圧をプローブ１１と試料１２の間にバイアス電
圧を印加する。このときプローブ１１と試料１２の間を
流れる電流が電流検出回路１３により検出される。検出
された電流信号は対数変換回路２１により対数変換され
た後、比較器２２により参照電流値との差が取り出さ
れ、ローパスフィルター２３によって指定された遮断周
波数以下の成分が抽出される。抽出された信号を補償す
るように、ｚ方向駆動回路３１によりｚ方向微動装置３
２が駆動され、プローブ１１先端と試料１２表面との距
離が帰還制御される。このとき、交流であるバイアス電
圧の変動による電流の変動成分がｚ方向微動装置の制御
信号に含まれ、プローブ１１がバイアス電圧の交流周波
数でｚ軸方向に振動し、それぞれの時点でのバイアス電
圧の下で、設定された参照電流値が常に得られるように
プローブ１１先端と試料１２表面との距離が帰還制御さ
れる。
の交流電圧をプローブ１１と試料１２の間にバイアス電
圧を印加する。このときプローブ１１と試料１２の間を
流れる電流が電流検出回路１３により検出される。検出
された電流信号は対数変換回路２１により対数変換され
た後、比較器２２により参照電流値との差が取り出さ
れ、ローパスフィルター２３によって指定された遮断周
波数以下の成分が抽出される。抽出された信号を補償す
るように、ｚ方向駆動回路３１によりｚ方向微動装置３
２が駆動され、プローブ１１先端と試料１２表面との距
離が帰還制御される。このとき、交流であるバイアス電
圧の変動による電流の変動成分がｚ方向微動装置の制御
信号に含まれ、プローブ１１がバイアス電圧の交流周波
数でｚ軸方向に振動し、それぞれの時点でのバイアス電
圧の下で、設定された参照電流値が常に得られるように
プローブ１１先端と試料１２表面との距離が帰還制御さ
れる。
【００１４】同時にｚ方向駆動回路３１の出力が試料表
面形状を画像化するための信号として用いられる。タイ
ミング回路１５により電圧印加回路１４の出力に同期し
て指定された一定の位相点でタイミング信号を出力する
（図２）。このタイミング信号にしたがってバイアス電
圧の異なる位相点におけるｚ方向駆動回路３１の出力、
すなわち、各タイミングでのそれぞれのバイアス電圧に
おける試料表面形状に相当する信号がサンプル／ホール
ド回路２４、および２５によってサンプリングされ、画
像形成装置２６によって異なるバイアス電圧の下での種
類の異なる各々のＳＴＭ像が得られる。
面形状を画像化するための信号として用いられる。タイ
ミング回路１５により電圧印加回路１４の出力に同期し
て指定された一定の位相点でタイミング信号を出力する
（図２）。このタイミング信号にしたがってバイアス電
圧の異なる位相点におけるｚ方向駆動回路３１の出力、
すなわち、各タイミングでのそれぞれのバイアス電圧に
おける試料表面形状に相当する信号がサンプル／ホール
ド回路２４、および２５によってサンプリングされ、画
像形成装置２６によって異なるバイアス電圧の下での種
類の異なる各々のＳＴＭ像が得られる。
【００１５】ローパスフィルター２３の遮断周波数は、
プローブ１１の走査周波数と必要な分解能から求められ
る観察試料の表面形状の空間周波数とをカバーするよう
に設定するのが好ましい。一方、バイアス電圧の交流周
波数にプローブ１１の動きを追従させるためには、バイ
アス電圧の周波数がローパスフィルター２３の遮断周波
数より低く設定されている必要がある。かつまた、バイ
アス電圧の周波数は、少なくとも前記観察試料の表面形
状の前記空間周波数程度を有し、必要な分解能内で異な
るバイアス電圧値をとる必要がある。したがって、例え
ばプローブを１０Ｈｚで走査し、走査線１本当たり５０
０画素で観察像を得るためには、バイアス電圧の周波数
を５ｋＨｚ程度に設定すればよく、このため前記ローパ
スフィルターの遮断周波数は５ｋＨｚをカバーするよう
に、例えば１０ｋＨｚ程度あるいはそれ以上に設定する
のが好ましい。
プローブ１１の走査周波数と必要な分解能から求められ
る観察試料の表面形状の空間周波数とをカバーするよう
に設定するのが好ましい。一方、バイアス電圧の交流周
波数にプローブ１１の動きを追従させるためには、バイ
アス電圧の周波数がローパスフィルター２３の遮断周波
数より低く設定されている必要がある。かつまた、バイ
アス電圧の周波数は、少なくとも前記観察試料の表面形
状の前記空間周波数程度を有し、必要な分解能内で異な
るバイアス電圧値をとる必要がある。したがって、例え
ばプローブを１０Ｈｚで走査し、走査線１本当たり５０
０画素で観察像を得るためには、バイアス電圧の周波数
を５ｋＨｚ程度に設定すればよく、このため前記ローパ
スフィルターの遮断周波数は５ｋＨｚをカバーするよう
に、例えば１０ｋＨｚ程度あるいはそれ以上に設定する
のが好ましい。
【００１６】なお、サンプリングが行なわれるバイアス
電圧の位相点は、２点に限定されるものではなく、３点
以上でもよい。また、図１に示したように、サンプリン
グを行なう位相点の数だけサンプル／ホールド回路を設
けても良く、あるいはサンプル／ホールド回路がタイミ
ング回路１５のタイミング信号にしたがってバイアス電
圧の複数の位相点それぞれでのｚ方向駆動回路３１の出
力信号をサンプリングし、出力するものであっても良
い。
電圧の位相点は、２点に限定されるものではなく、３点
以上でもよい。また、図１に示したように、サンプリン
グを行なう位相点の数だけサンプル／ホールド回路を設
けても良く、あるいはサンプル／ホールド回路がタイミ
ング回路１５のタイミング信号にしたがってバイアス電
圧の複数の位相点それぞれでのｚ方向駆動回路３１の出
力信号をサンプリングし、出力するものであっても良
い。
【００１７】係る方法によって、ＳＴＭによる試料表面
の観察を行なうことにより、同一試料に対し異なる２以
上のバイアス電圧での２種類以上のＳＴＭ像がほぼ同時
に得られる。更に下層基板表面と基板表面上の有機分子
とを異なるバイアス電圧で観察する場合などに、観察時
間中にプローブの試料表面に対する相対位置がドリフト
等によって変化しても、必要な分解能以下の領域内で異
なるバイアス電圧それぞれに対する観察像を構成するた
めの信号を検出することができるので、下層基板表面の
原子と表面上の有機分子中の原子との相対位置のずれは
分解能程度あるいはそれ以下に抑えられる。
の観察を行なうことにより、同一試料に対し異なる２以
上のバイアス電圧での２種類以上のＳＴＭ像がほぼ同時
に得られる。更に下層基板表面と基板表面上の有機分子
とを異なるバイアス電圧で観察する場合などに、観察時
間中にプローブの試料表面に対する相対位置がドリフト
等によって変化しても、必要な分解能以下の領域内で異
なるバイアス電圧それぞれに対する観察像を構成するた
めの信号を検出することができるので、下層基板表面の
原子と表面上の有機分子中の原子との相対位置のずれは
分解能程度あるいはそれ以下に抑えられる。
【００１８】ドリフト等によって像に歪が生じても、下
層基板表面の結晶格子が既知であれば、観察された下層
基板表面の結晶格子を既知の格子に変換する操作と同じ
操作を下層基板上の試料に対する観察像に施すことによ
って、歪のない観察像を再構成することができる。
層基板表面の結晶格子が既知であれば、観察された下層
基板表面の結晶格子を既知の格子に変換する操作と同じ
操作を下層基板上の試料に対する観察像に施すことによ
って、歪のない観察像を再構成することができる。
【００１９】また走査型プローブ顕微鏡の原理を応用し
た記録および／または再生装置において、記録時または
再生時のプローブの位置決めに記録媒体の下層基板表面
の結晶格子を用いる場合にも、下層基板表面の結晶格子
と記録媒体表面像との両方を同時に観察しながら、記録
媒体の状態を検出して記録または再生操作が行なえるた
め、ドリフト等がある場合にも正確な位置決めを行なう
ことができる。また、結晶格子以外にも下層基板表面を
あらかじめＳＴＭ観察できるように改質して、その既知
の改質形状を観察することで位置決めを行なうこともで
きる。
た記録および／または再生装置において、記録時または
再生時のプローブの位置決めに記録媒体の下層基板表面
の結晶格子を用いる場合にも、下層基板表面の結晶格子
と記録媒体表面像との両方を同時に観察しながら、記録
媒体の状態を検出して記録または再生操作が行なえるた
め、ドリフト等がある場合にも正確な位置決めを行なう
ことができる。また、結晶格子以外にも下層基板表面を
あらかじめＳＴＭ観察できるように改質して、その既知
の改質形状を観察することで位置決めを行なうこともで
きる。
【００２０】
【発明の効果】本発明によってＳＴＭによる試料表面の
観察を行なう際、同一試料に対して異なる２以上のバイ
アス電圧での２種類以上のＳＴＭ像がほぼ同時に得るこ
とが可能になった。更に下層基板表面と該基板表面上の
試料とを異なるバイアス電圧で観察する場合にも、観察
時間中にプローブの試料表面に対する相対位置のドリフ
ト等による変化の有無によらずに、下層基板表面の原子
と該表面上の試料中の原子との相対位置を正確に得るこ
とが可能になった。
観察を行なう際、同一試料に対して異なる２以上のバイ
アス電圧での２種類以上のＳＴＭ像がほぼ同時に得るこ
とが可能になった。更に下層基板表面と該基板表面上の
試料とを異なるバイアス電圧で観察する場合にも、観察
時間中にプローブの試料表面に対する相対位置のドリフ
ト等による変化の有無によらずに、下層基板表面の原子
と該表面上の試料中の原子との相対位置を正確に得るこ
とが可能になった。
【００２１】また走査型プローブ顕微鏡の原理を応用し
た記録および／または再生装置において、記録時または
再生時のプローブの位置決めに記録媒体の下層基板を用
いる場合にも、下層基板表面を観察しながら記録媒体の
状態を検出できるため、ドリフト等の有無によらずに正
確な位置決めを行なうことが可能になった。
た記録および／または再生装置において、記録時または
再生時のプローブの位置決めに記録媒体の下層基板を用
いる場合にも、下層基板表面を観察しながら記録媒体の
状態を検出できるため、ドリフト等の有無によらずに正
確な位置決めを行なうことが可能になった。
【図１】本発明の第１実施例におけるＳＴＭの構成を示
すブロック図。
すブロック図。
【図２】（ａ）：本発明の第１実施例におけるＳＴＭ動
作時のバイアス電圧波形を示す図。 （ｂ）（ｃ）：ｚ方向駆動回路の出力信号検出のタイミ
ング信号を示す図。
作時のバイアス電圧波形を示す図。 （ｂ）（ｃ）：ｚ方向駆動回路の出力信号検出のタイミ
ング信号を示す図。
１１ プローブ １２ 試料 １３ 電流検出回路 １４ 電圧印加回路 １５ タイミング回路 ２１ 対数変換回路 ２２ 比較器 ２３ ローパスフィルター ２４，２５ サンプル／ホールド回路 ２６ 画像形成装置 ３１ ｚ方向駆動回路 ３２ ｚ方向微動装置 ３３ ｘｙ方向制御回路 ３４ ｘｙ方向駆動回路 ３５ ｘｙ方向微動装置
フロントページの続き (72)発明者 矢野 亨治 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 プローブと、該プローブを試料表面に沿
って移動させる移動手段と、前記プローブと前記試料と
の間に電圧を印加して前記プローブと前記試料表面との
間を流れる電流を検出し、該電流を一定に保持するよう
に前記プローブと前記試料表面との間の距離を帰還制御
する制御手段を有する走査型プローブ顕微鏡において、 前記制御手段が、 前記プローブと前記試料との間に交流電圧を印加する電
圧印加手段と、 前記交流電圧の異なる複数の位相点でのそれぞれの信号
を検出する検出手段とを有し、 前記交流電圧が前記制御手段の追従しうる周波数の交流
電圧であることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項２】 前記検出手段が、前記プローブと前記試
料表面との間を流れる電流を一定に保持するように前記
プローブと前記試料表面との間の距離を微小量変化させ
る微動手段を制御する制御信号を検出する検出手段であ
ることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微
鏡。 - 【請求項３】 プローブを介して記録媒体に情報の記録
および／または記録媒体から情報の再生を行なう装置に
おいて、 前記プローブと前記記録媒体との間に電圧を印加して前
記プローブと前記記録媒体表面との間を流れる電流を検
出し、該電流を一定に保持するように前記プローブと前
記記録媒体表面との間の距離を制御する制御手段を有
し、 前記制御手段が、 前記プローブと前記媒体との間に交流電圧を印加する電
圧印加手段と、 前記交流電圧の異なる複数の位相点でのそれぞれの信号
を検出する検出手段とを有し、 前記交流電圧が前記制御手段の追従しうる周波数の交流
電圧であることを特徴とする記録装置および／または再
生装置。 - 【請求項４】 前記検出手段が、前記プローブと前記記
録媒体表面との間を流れる電流を一定に保持するように
前記プローブと前記記録媒体表面との間の距離を微小量
変化させる微動手段を制御する制御信号を検出する検出
手段であることを特徴とする請求項３記載の記録装置お
よび／または再生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4550493A JPH06258014A (ja) | 1993-03-05 | 1993-03-05 | 走査型プローブ顕微鏡、およびそれを用いた記録装置および／または再生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4550493A JPH06258014A (ja) | 1993-03-05 | 1993-03-05 | 走査型プローブ顕微鏡、およびそれを用いた記録装置および／または再生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06258014A true JPH06258014A (ja) | 1994-09-16 |
Family
ID=12721243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4550493A Pending JPH06258014A (ja) | 1993-03-05 | 1993-03-05 | 走査型プローブ顕微鏡、およびそれを用いた記録装置および／または再生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06258014A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5481529A (en) * | 1993-02-17 | 1996-01-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning probe microscope for observing a sample surface while applying an AC bias voltage between the sample and a probe |
| US5567872A (en) * | 1994-03-08 | 1996-10-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning atomic force microscope |
| CN104865410A (zh) * | 2015-05-04 | 2015-08-26 | 华中科技大学 | 一种基于静电控制扭摆的导体表面电势测量仪 |
| CN111830290A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-10-27 | 广州大学 | 扫描电化学显微镜系统及其控制方法 |
-
1993
- 1993-03-05 JP JP4550493A patent/JPH06258014A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5481529A (en) * | 1993-02-17 | 1996-01-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning probe microscope for observing a sample surface while applying an AC bias voltage between the sample and a probe |
| US5567872A (en) * | 1994-03-08 | 1996-10-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning atomic force microscope |
| CN104865410A (zh) * | 2015-05-04 | 2015-08-26 | 华中科技大学 | 一种基于静电控制扭摆的导体表面电势测量仪 |
| CN111830290A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-10-27 | 广州大学 | 扫描电化学显微镜系统及其控制方法 |
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