JPH10282123A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡Info
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- JPH10282123A JPH10282123A JP9092636A JP9263697A JPH10282123A JP H10282123 A JPH10282123 A JP H10282123A JP 9092636 A JP9092636 A JP 9092636A JP 9263697 A JP9263697 A JP 9263697A JP H10282123 A JPH10282123 A JP H10282123A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 試料の観察面が全体的に傾斜している場合で
も、その表面形状を正確に検出できるようにした走査型
プローブ顕微鏡を提供する。 【解決手段】 試料５２の表面と探針５４との間隙を目
標値と比較して誤差信号Ｓ２を発生する比較器７５と、
探針５４を試料５２に対して相対的にＸＹＺ方向へ微動
させるアクチュエータ５５および駆動増幅器７０と、誤
差信号Ｓ２に基づいて、試料表面と探針５４との間隙を
予定値に保つための制御信号Ｓ６を発生するＰＩ制御部
７６と、試料表面が傾斜しているために試料の表面形状
とは別にＺ方向に生じる偏差を補正する傾き補正信号Ｓ
４を発生する傾き補正手段８１と、制御信号Ｓ６に傾き
補正信号Ｓ４を加算する加算手段８２とを設けた。
も、その表面形状を正確に検出できるようにした走査型
プローブ顕微鏡を提供する。 【解決手段】 試料５２の表面と探針５４との間隙を目
標値と比較して誤差信号Ｓ２を発生する比較器７５と、
探針５４を試料５２に対して相対的にＸＹＺ方向へ微動
させるアクチュエータ５５および駆動増幅器７０と、誤
差信号Ｓ２に基づいて、試料表面と探針５４との間隙を
予定値に保つための制御信号Ｓ６を発生するＰＩ制御部
７６と、試料表面が傾斜しているために試料の表面形状
とは別にＺ方向に生じる偏差を補正する傾き補正信号Ｓ
４を発生する傾き補正手段８１と、制御信号Ｓ６に傾き
補正信号Ｓ４を加算する加算手段８２とを設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査型原子間力顕
微鏡（ＡＦＭ： Atomic Force Microscope）に代表され
る走査型プローブ顕微鏡に係り、特に、試料の観察面が
全体的に傾斜している場合でも、その表面形状を正確に
検出できるようにした走査型プローブ顕微鏡に関する。
微鏡（ＡＦＭ： Atomic Force Microscope）に代表され
る走査型プローブ顕微鏡に係り、特に、試料の観察面が
全体的に傾斜している場合でも、その表面形状を正確に
検出できるようにした走査型プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＡＦＭ等の走査型プローブ顕微鏡では、
試料表面と走査プローブとの間の相互作用を利用して試
料表面の微細な組織や構造を検出するために、片持ち梁
の先端に探針を装着したカンチレバーが走査プローブと
して使用される。このようなカンチレバーを用いると、
探針を試料表面で走査した際に試料表面と探針との間に
は原子間力に基づく引力または斥力が発生する。したが
って、この原子間力をカンチレバーの撓み量として検出
し、この撓み量が一定となるように、すなわち試料表面
と探針との間隙が一定となるように試料ステージをＺ軸
方向へ微動させる制御を実行すれば、その際の制御信号
あるいは検出された撓み量そのものが試料表面の形状を
代表するようになる。 図５は、従来の走査型プローブ
顕微鏡の信号処理装置の一例を示したブロック図であ
る。３次元試料ステージ５５上には試料５２が載置さ
れ、試料５２の上方には、カンチレバー５３の自由端に
取り付けられた探針５４が対向して配置されている。カ
ンチレバー５３の撓み量は、レーザ発生器７１から放出
されてカンチレバー５３の背面で反射されたレーザ光７
２のスポット位置を位置検出器７３で測定することによ
り検出される。
試料表面と走査プローブとの間の相互作用を利用して試
料表面の微細な組織や構造を検出するために、片持ち梁
の先端に探針を装着したカンチレバーが走査プローブと
して使用される。このようなカンチレバーを用いると、
探針を試料表面で走査した際に試料表面と探針との間に
は原子間力に基づく引力または斥力が発生する。したが
って、この原子間力をカンチレバーの撓み量として検出
し、この撓み量が一定となるように、すなわち試料表面
と探針との間隙が一定となるように試料ステージをＺ軸
方向へ微動させる制御を実行すれば、その際の制御信号
あるいは検出された撓み量そのものが試料表面の形状を
代表するようになる。 図５は、従来の走査型プローブ
顕微鏡の信号処理装置の一例を示したブロック図であ
る。３次元試料ステージ５５上には試料５２が載置さ
れ、試料５２の上方には、カンチレバー５３の自由端に
取り付けられた探針５４が対向して配置されている。カ
ンチレバー５３の撓み量は、レーザ発生器７１から放出
されてカンチレバー５３の背面で反射されたレーザ光７
２のスポット位置を位置検出器７３で測定することによ
り検出される。
【０００３】位置検出器７３は、例えば４分割された光
検出電極から構成されており、カンチレバー５３の撓み
量が０の時にはレーザ光７２のスポットが該４分割電極
の中央に来るように位置合わせされている。このため、
カンチレバー５３に撓みが発生すると、該レーザ光７２
のスポットが該４分割電極上を移動し、４分割電極から
出力される電圧に差が発生する。この電圧差は差動増幅
器７４によって増幅され、撓み量信号Ｓ１として比較器
７５の非反転入力端子（＋）に入力される。比較器７５
の反転入力端子（−）には、カンチレバー５３の撓み量
に関する目標値信号が目標値設定部７９から入力され
る。
検出電極から構成されており、カンチレバー５３の撓み
量が０の時にはレーザ光７２のスポットが該４分割電極
の中央に来るように位置合わせされている。このため、
カンチレバー５３に撓みが発生すると、該レーザ光７２
のスポットが該４分割電極上を移動し、４分割電極から
出力される電圧に差が発生する。この電圧差は差動増幅
器７４によって増幅され、撓み量信号Ｓ１として比較器
７５の非反転入力端子（＋）に入力される。比較器７５
の反転入力端子（−）には、カンチレバー５３の撓み量
に関する目標値信号が目標値設定部７９から入力され
る。
【０００４】比較器７５から出力される誤差信号Ｓ２は
比例積分（ＰＩ）制御部７６に入力され、誤差信号Ｓ２
およびその積分値を合成した信号が、観察像信号を兼ね
た制御信号Ｓ３としてアクチュエータ駆動増幅器７０お
よび観察像信号増幅器７７に入力される。観察像信号増
幅器７７は制御信号Ｓ３を増幅し、これを観察像信号Ｓ
５として画像表示装置（例えば、ＣＲＴ）８０へ供給す
る。走査信号発生部７８は、試料５２をＸＹ方向へ微動
させるための微動信号をアクチュエータ駆動増幅器７０
へ供給する。
比例積分（ＰＩ）制御部７６に入力され、誤差信号Ｓ２
およびその積分値を合成した信号が、観察像信号を兼ね
た制御信号Ｓ３としてアクチュエータ駆動増幅器７０お
よび観察像信号増幅器７７に入力される。観察像信号増
幅器７７は制御信号Ｓ３を増幅し、これを観察像信号Ｓ
５として画像表示装置（例えば、ＣＲＴ）８０へ供給す
る。走査信号発生部７８は、試料５２をＸＹ方向へ微動
させるための微動信号をアクチュエータ駆動増幅器７０
へ供給する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した構成の走査型
プローブ顕微鏡では、試料表面の凹凸が表示装置８０上
では輝度の強弱として観察されるため、解像度やＳＮ比
を向上させるためには、観察像信号増幅器７７から表示
装置８０へ供給される信号の最大振幅と当該表示装置８
０の入力定格とを略一致させることが望ましい。このた
め、観察像信号増幅器７７の増幅度は入力信号の大きさ
に応じて制御されていた。 一方、試料の表面形状が同
じであっても、図６に示したように試料表面が全体的に
傾斜している場合と、図７に示したように傾斜しておら
ず平坦な場合とを比較すると、試料表面が傾斜していな
ければ、図７に示したように、検出される振幅Δｄ２は
試料表面の凹凸成分の振幅と一致する。したがって、図
８に示したように、振幅Δｄ２が表示装置８０の定格と
一致するように制御信号Ｓ３を増幅すれば、解像度やＳ
Ｎ比の優れた画像を得ることができる。
プローブ顕微鏡では、試料表面の凹凸が表示装置８０上
では輝度の強弱として観察されるため、解像度やＳＮ比
を向上させるためには、観察像信号増幅器７７から表示
装置８０へ供給される信号の最大振幅と当該表示装置８
０の入力定格とを略一致させることが望ましい。このた
め、観察像信号増幅器７７の増幅度は入力信号の大きさ
に応じて制御されていた。 一方、試料の表面形状が同
じであっても、図６に示したように試料表面が全体的に
傾斜している場合と、図７に示したように傾斜しておら
ず平坦な場合とを比較すると、試料表面が傾斜していな
ければ、図７に示したように、検出される振幅Δｄ２は
試料表面の凹凸成分の振幅と一致する。したがって、図
８に示したように、振幅Δｄ２が表示装置８０の定格と
一致するように制御信号Ｓ３を増幅すれば、解像度やＳ
Ｎ比の優れた画像を得ることができる。
【０００６】これに対して、図６に示したように試料表
面が全体的に傾斜していると、制御信号Ｓ３には傾き成
分が含まれてしまうために変位量Δｄ１が比較的大きく
なってしまう。したがって、観察像信号増幅器７７は増
幅度を上げることができず、傾斜していない場合に比べ
て凹凸成分の振幅が小さくなるので解像度やＳＮ比が低
下してしまうという問題があった。
面が全体的に傾斜していると、制御信号Ｓ３には傾き成
分が含まれてしまうために変位量Δｄ１が比較的大きく
なってしまう。したがって、観察像信号増幅器７７は増
幅度を上げることができず、傾斜していない場合に比べ
て凹凸成分の振幅が小さくなるので解像度やＳＮ比が低
下してしまうという問題があった。
【０００７】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決し、試料表面が全体的に傾斜している場合で
も、その表面形状を正確に検出できるようにした走査型
プローブ顕微鏡を提供することにある。
点を解決し、試料表面が全体的に傾斜している場合で
も、その表面形状を正確に検出できるようにした走査型
プローブ顕微鏡を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ために、本発明では、試料表面に探針を近接させ、両者
の間隙が予定値に保たれるように、探針および試料の少
なくとも一方をＺ方向へ微動させながら探針を試料表面
でＸＹ方向に走査させる走査型プローブ顕微鏡におい
て、以下のような手段を講じた点に特徴がある。 (1) 試料表面と探針との間隙を予定値に保つための制御
信号を発生する制御手段と、試料表面が傾斜しているた
めに試料の表面形状とは別にＺ方向に生じる偏差を補正
する傾き補正信号を走査位置の関数として発生する傾き
補正手段と、制御信号に傾き補正信号を加算する加算手
段と、制御信号に基づいて観察像信号を発生する手段
と、加算手段の出力信号に応答して探針をＺ方向へ微動
させるＺ方向微動手段とを具備した。 (2) 試料表面と探針との間隙を予定値に保つための制御
信号を発生する制御手段と、試料表面が傾斜しているた
めに試料の表面形状とは別にＺ方向に生じる偏差を補正
する傾き補正信号を走査位置の関数として発生する傾き
補正手段と、制御信号に傾き補正信号を加算する加算手
段と、加算手段の出力信号に基づいて観察像信号を発生
する手段と、制御信号に応答して探針をＺ方向へ微動さ
せるＺ方向微動手段とを具備した。
ために、本発明では、試料表面に探針を近接させ、両者
の間隙が予定値に保たれるように、探針および試料の少
なくとも一方をＺ方向へ微動させながら探針を試料表面
でＸＹ方向に走査させる走査型プローブ顕微鏡におい
て、以下のような手段を講じた点に特徴がある。 (1) 試料表面と探針との間隙を予定値に保つための制御
信号を発生する制御手段と、試料表面が傾斜しているた
めに試料の表面形状とは別にＺ方向に生じる偏差を補正
する傾き補正信号を走査位置の関数として発生する傾き
補正手段と、制御信号に傾き補正信号を加算する加算手
段と、制御信号に基づいて観察像信号を発生する手段
と、加算手段の出力信号に応答して探針をＺ方向へ微動
させるＺ方向微動手段とを具備した。 (2) 試料表面と探針との間隙を予定値に保つための制御
信号を発生する制御手段と、試料表面が傾斜しているた
めに試料の表面形状とは別にＺ方向に生じる偏差を補正
する傾き補正信号を走査位置の関数として発生する傾き
補正手段と、制御信号に傾き補正信号を加算する加算手
段と、加算手段の出力信号に基づいて観察像信号を発生
する手段と、制御信号に応答して探針をＺ方向へ微動さ
せるＺ方向微動手段とを具備した。
【０００９】上記した構成(1) によれば、観察像信号発
生手段は、試料の傾き成分が含まれていない制御信号を
増幅することになるので、観察像信号としての制御信号
を十分に増幅することができ、鮮明でノイズの少ない画
像が得られるようになる。上記した構成(2) によれば、
制御信号には試料の傾き成分が含まれているものの、観
察像信号発生手段に入力される信号からは傾き成分が取
り除かれている。したがって、観察像信号発生段は、観
察像信号としての制御信号を十分に増幅することがで
き、鮮明でノイズの少ない画像が得られるようになる。
生手段は、試料の傾き成分が含まれていない制御信号を
増幅することになるので、観察像信号としての制御信号
を十分に増幅することができ、鮮明でノイズの少ない画
像が得られるようになる。上記した構成(2) によれば、
制御信号には試料の傾き成分が含まれているものの、観
察像信号発生手段に入力される信号からは傾き成分が取
り除かれている。したがって、観察像信号発生段は、観
察像信号としての制御信号を十分に増幅することがで
き、鮮明でノイズの少ない画像が得られるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態である走
査型プローブ顕微鏡の信号処理装置のブロック図であ
り、前記と同一の符号は同一または同等部分を表してい
る。図５に関して説明した従来技術のブロック図と比較
すれば明らかなように、本実施形態では、試料表面の傾
きを検出する傾き検出回路９０と、試料表面が傾斜して
いるために試料の表面形状とは別にＺ方向に生じる偏差
を補正するための傾き補正信号Ｓ４を発生する傾き補正
回路８１と、この傾き補正信号Ｓ４を制御信号Ｓ６に加
算する加算回路８２とを付加した点に特徴がある。 以
下、傾き検出回路９０および傾き補正回路８１の動作に
ついて説明する。傾き検出回路９０は、作業者が実際の
観察に先立って試料表面でＸ方向へ探針を走査した際
に、その走査ライン上での一端の高さを、走査開始直後
に検出された制御信号Ｓ６に基づいて求める。さらに、
その走査ライン上での他端の高さを、走査終了直前に検
出された制御信号Ｓ６に基づいて求める。そして、図２
に示したように、検出された高さの偏差ΔＺ0 とその間
の走査距離とに基づいてＸ方向に関する傾斜角θ（θX
）を求め、これを傾き補正回路８１に登録する。Ｙ方
向に関しても、走査開始直後および走査終了直前に検出
された制御信号Ｓ６ならびに走査距離に基づいてＹ方向
に関する傾斜角θ（θY ）を求め、これを傾き補正回路
８１に登録する。
細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態である走
査型プローブ顕微鏡の信号処理装置のブロック図であ
り、前記と同一の符号は同一または同等部分を表してい
る。図５に関して説明した従来技術のブロック図と比較
すれば明らかなように、本実施形態では、試料表面の傾
きを検出する傾き検出回路９０と、試料表面が傾斜して
いるために試料の表面形状とは別にＺ方向に生じる偏差
を補正するための傾き補正信号Ｓ４を発生する傾き補正
回路８１と、この傾き補正信号Ｓ４を制御信号Ｓ６に加
算する加算回路８２とを付加した点に特徴がある。 以
下、傾き検出回路９０および傾き補正回路８１の動作に
ついて説明する。傾き検出回路９０は、作業者が実際の
観察に先立って試料表面でＸ方向へ探針を走査した際
に、その走査ライン上での一端の高さを、走査開始直後
に検出された制御信号Ｓ６に基づいて求める。さらに、
その走査ライン上での他端の高さを、走査終了直前に検
出された制御信号Ｓ６に基づいて求める。そして、図２
に示したように、検出された高さの偏差ΔＺ0 とその間
の走査距離とに基づいてＸ方向に関する傾斜角θ（θX
）を求め、これを傾き補正回路８１に登録する。Ｙ方
向に関しても、走査開始直後および走査終了直前に検出
された制御信号Ｓ６ならびに走査距離に基づいてＹ方向
に関する傾斜角θ（θY ）を求め、これを傾き補正回路
８１に登録する。
【００１１】次いで、傾き補正回路８１の動作を説明す
る。本発明の傾き補正回路８１は、Ｘ方向およびＹ方向
のそれぞれに対して傾き補正信号Ｓ４を出力するが、こ
こでは、Ｘ方向に関する動作のみを説明し、Ｙ方向に関
する動作説明は省略する。傾き補正回路８１には、図２
に示したように、Ｘ方向に関する走査位置ｘと、当該走
査位置ｘでの傾き補正量Δｚとの関係を表す一次関数Δ
ｚ＝ｆ（ｘ）が前記傾斜角θに基づいて登録され、走査
信号発生部７８から出力されるＸ走査信号と前記一次関
数ｆ（ｘ）とに基づいて、各走査位置ごとに補正量Δｚ
を算出し、これを傾き補正信号Ｓ４として出力する。す
なわち、図２に示したように試料表面が右上がりに傾斜
している場合、傾き補正回路８１は、この傾斜角θに応
じた一次関数ｆ（ｘ）を利用して、図９(a) に示したよ
うに、探針５４の走査位置が左端から右端へ移動するに
したがって増加する傾き補正信号Ｓ４を出力する。
る。本発明の傾き補正回路８１は、Ｘ方向およびＹ方向
のそれぞれに対して傾き補正信号Ｓ４を出力するが、こ
こでは、Ｘ方向に関する動作のみを説明し、Ｙ方向に関
する動作説明は省略する。傾き補正回路８１には、図２
に示したように、Ｘ方向に関する走査位置ｘと、当該走
査位置ｘでの傾き補正量Δｚとの関係を表す一次関数Δ
ｚ＝ｆ（ｘ）が前記傾斜角θに基づいて登録され、走査
信号発生部７８から出力されるＸ走査信号と前記一次関
数ｆ（ｘ）とに基づいて、各走査位置ごとに補正量Δｚ
を算出し、これを傾き補正信号Ｓ４として出力する。す
なわち、図２に示したように試料表面が右上がりに傾斜
している場合、傾き補正回路８１は、この傾斜角θに応
じた一次関数ｆ（ｘ）を利用して、図９(a) に示したよ
うに、探針５４の走査位置が左端から右端へ移動するに
したがって増加する傾き補正信号Ｓ４を出力する。
【００１２】図３は、前記傾き補正回路８１の具体的な
構成の一例を示した図である。走査信号発生部７８から
出力された走査信号は抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続部に入力さ
れる。ここで、試料表面が右上がりに傾斜している場
合、抵抗Ｒ１は、オペアンプＯＰ１の入力端子へ０Ｖ
（接地電位）が印加されるように調整され、抵抗Ｒ２
は、オペアンプＯＰ２の入力端子へ前記傾斜角度θに応
答した電圧が印加されるように調整される。この結果、
傾き補正回路８１からは、図９(a) に示したように、Ｘ
方向に関する走査位置に比例した傾き補正信号Ｓ４が出
力される。
構成の一例を示した図である。走査信号発生部７８から
出力された走査信号は抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続部に入力さ
れる。ここで、試料表面が右上がりに傾斜している場
合、抵抗Ｒ１は、オペアンプＯＰ１の入力端子へ０Ｖ
（接地電位）が印加されるように調整され、抵抗Ｒ２
は、オペアンプＯＰ２の入力端子へ前記傾斜角度θに応
答した電圧が印加されるように調整される。この結果、
傾き補正回路８１からは、図９(a) に示したように、Ｘ
方向に関する走査位置に比例した傾き補正信号Ｓ４が出
力される。
【００１３】なお、試料表面が右下がりに傾斜していれ
ば、抵抗Ｒ１は、オペアンプＯＰ１の入力端子へ傾斜角
度θに応答した電圧が印加されるように調整され、抵抗
Ｒ２は、オペアンプＯＰ２の入力端子に０Ｖ（接地電
位）が印加されるように調整される。このような構成に
おいて、探針５４を試料５２の表面に近接させた状態で
試料ステージをＸ方向へ走査すると、試料表面と探針５
４との間の原子間力によってカンチレバー５３が撓み、
これが位置検出器７３および差動増幅器７４で検出され
る。探針５４と試料表面との間隙が前記ＰＩ制御部７６
によって制御されていれば、作動増幅器７４から出力さ
れる撓み量信号Ｓ１は試料５２の表面と探針５４との間
隙を代表するから、比較器７５から出力される誤差信号
Ｓ２は、探針５４によって検出された試料表面形状と実
際の試料表面形状との差を表すことになる。
ば、抵抗Ｒ１は、オペアンプＯＰ１の入力端子へ傾斜角
度θに応答した電圧が印加されるように調整され、抵抗
Ｒ２は、オペアンプＯＰ２の入力端子に０Ｖ（接地電
位）が印加されるように調整される。このような構成に
おいて、探針５４を試料５２の表面に近接させた状態で
試料ステージをＸ方向へ走査すると、試料表面と探針５
４との間の原子間力によってカンチレバー５３が撓み、
これが位置検出器７３および差動増幅器７４で検出され
る。探針５４と試料表面との間隙が前記ＰＩ制御部７６
によって制御されていれば、作動増幅器７４から出力さ
れる撓み量信号Ｓ１は試料５２の表面と探針５４との間
隙を代表するから、比較器７５から出力される誤差信号
Ｓ２は、探針５４によって検出された試料表面形状と実
際の試料表面形状との差を表すことになる。
【００１４】ＰＩ制御部７６は、誤差信号Ｓ２およびそ
の積分値を合成した信号を、観察像信号を兼ねた制御信
号Ｓ６として出力する。このとき、傾き補正回路８１は
Ｘ方向に関する各走査位置ｘごとに傾き補正信号Ｓ４を
発生し、この傾き補正信号Ｓ４は加算回路８２によって
前記制御信号Ｓ６に加算される。したがって、ＰＩ制御
部７６から出力される制御信号Ｓ６からは、図９(b) に
示したように、傾き成分が取り除かれていることにな
る。したがって、観察像信号増幅器７７は入力信号（制
御信号Ｓ６）を十分に増幅することができ、鮮明でノイ
ズの少ない画像が得られるようになる。 図４は、本発
明の第２実施形態の構成を示したブロック図であり、前
記と同一の符号は同一または同等部分を表している。本
実施形態では、観察像信号増幅器７７に入力される信号
に傾き補正信号Ｓ４を加算することで、観察像信号発生
手段７７に入力される信号から傾き成分を取り除くよう
にした点に特徴がある。
の積分値を合成した信号を、観察像信号を兼ねた制御信
号Ｓ６として出力する。このとき、傾き補正回路８１は
Ｘ方向に関する各走査位置ｘごとに傾き補正信号Ｓ４を
発生し、この傾き補正信号Ｓ４は加算回路８２によって
前記制御信号Ｓ６に加算される。したがって、ＰＩ制御
部７６から出力される制御信号Ｓ６からは、図９(b) に
示したように、傾き成分が取り除かれていることにな
る。したがって、観察像信号増幅器７７は入力信号（制
御信号Ｓ６）を十分に増幅することができ、鮮明でノイ
ズの少ない画像が得られるようになる。 図４は、本発
明の第２実施形態の構成を示したブロック図であり、前
記と同一の符号は同一または同等部分を表している。本
実施形態では、観察像信号増幅器７７に入力される信号
に傾き補正信号Ｓ４を加算することで、観察像信号発生
手段７７に入力される信号から傾き成分を取り除くよう
にした点に特徴がある。
【００１５】なお、本実施例では傾き補正信号Ｓ４の極
性を第１実施形態とは逆にする必要があるので、傾き補
正回路８１では、試料表面が右上がりに傾斜している場
合、抵抗Ｒ２は、オペアンプＯＰ２の入力端子へ０Ｖ
（接地電位）が印加されるように調整され、抵抗Ｒ１
は、オペアンプＯＰ１の入力端子へ傾斜角度θに応答し
た電圧が印加されるように調整される。また、試料表面
が右下がりに傾斜していれば、抵抗Ｒ１は、オペアンプ
ＯＰ１の入力端子へ０Ｖ（接地電位）が印加されるよう
に調整され、抵抗Ｒ２は、オペアンプＯＰ２の入力端子
へ前記傾斜角度θに応答した電圧が印加されるように調
整される。
性を第１実施形態とは逆にする必要があるので、傾き補
正回路８１では、試料表面が右上がりに傾斜している場
合、抵抗Ｒ２は、オペアンプＯＰ２の入力端子へ０Ｖ
（接地電位）が印加されるように調整され、抵抗Ｒ１
は、オペアンプＯＰ１の入力端子へ傾斜角度θに応答し
た電圧が印加されるように調整される。また、試料表面
が右下がりに傾斜していれば、抵抗Ｒ１は、オペアンプ
ＯＰ１の入力端子へ０Ｖ（接地電位）が印加されるよう
に調整され、抵抗Ｒ２は、オペアンプＯＰ２の入力端子
へ前記傾斜角度θに応答した電圧が印加されるように調
整される。
【００１６】このような構成では、ＰＩ制御部７６から
出力される制御信号Ｓ３には傾き成分が含まれることに
なるが、観察像信号増幅器７７へは、傾き成分が取り除
かれた信号が入力される。したがって、観察像信号増幅
器７７は入力信号を十分に増幅することができ、鮮明で
ノイズの少ない画像が得られるようになる。なお、上記
した各実施形態では、試料表面に探針５４を近接させる
ための微動機構として試料ステージ５５を用い、試料５
２をカンチレバー５３に対して微動させるものとして説
明したが、本発明はこれのみに限定されるものではな
く、探針５４を試料５２に対して相対的に微動されるこ
とができるのであれば、その駆動機構はカンチレバー５
３（または、探針５４そのもの）をＺ軸方向へ駆動する
機構であっても良い。
出力される制御信号Ｓ３には傾き成分が含まれることに
なるが、観察像信号増幅器７７へは、傾き成分が取り除
かれた信号が入力される。したがって、観察像信号増幅
器７７は入力信号を十分に増幅することができ、鮮明で
ノイズの少ない画像が得られるようになる。なお、上記
した各実施形態では、試料表面に探針５４を近接させる
ための微動機構として試料ステージ５５を用い、試料５
２をカンチレバー５３に対して微動させるものとして説
明したが、本発明はこれのみに限定されるものではな
く、探針５４を試料５２に対して相対的に微動されるこ
とができるのであれば、その駆動機構はカンチレバー５
３（または、探針５４そのもの）をＺ軸方向へ駆動する
機構であっても良い。
【００１７】また、上記した各実施形態では、試料面の
傾斜角θが傾き検出回路９０によって自動的に求められ
て傾き補正回路８１に登録されるものとして説明した
が、本発明はこれのみに限定されるものではなく、傾き
検出回路９０を動作させることなく作業者が傾き補正回
路８１の抵抗Ｒ１，Ｒ２を手動操作により調整して傾斜
角θを登録するようにしても良い。
傾斜角θが傾き検出回路９０によって自動的に求められ
て傾き補正回路８１に登録されるものとして説明した
が、本発明はこれのみに限定されるものではなく、傾き
検出回路９０を動作させることなく作業者が傾き補正回
路８１の抵抗Ｒ１，Ｒ２を手動操作により調整して傾斜
角θを登録するようにしても良い。
【００１８】さらに、上記した各実施形態では、試料表
面が全体的に傾斜している場合を例にして本発明を説明
したが、Ｚ軸中心と探針５４とのずれによって試料表面
が傾いているように見える場合にも同様に適用すること
ができる。さらに、ボイスコイルモータはリニアリティ
に優れるので、試料ステージ５５をＸＹＺ方向へ微動さ
せる駆動手段としてボイスコイルモータを利用すれば、
本発明による効果は更に顕著なものとなる。
面が全体的に傾斜している場合を例にして本発明を説明
したが、Ｚ軸中心と探針５４とのずれによって試料表面
が傾いているように見える場合にも同様に適用すること
ができる。さらに、ボイスコイルモータはリニアリティ
に優れるので、試料ステージ５５をＸＹＺ方向へ微動さ
せる駆動手段としてボイスコイルモータを利用すれば、
本発明による効果は更に顕著なものとなる。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、試料表面が全体的に傾
いていても、映像信号の増幅部へ供給される信号からは
傾き成分が取り除かれ、観察しようとする凹凸成分のみ
が供給される。したがって、増幅部は入力信号を十分に
増幅することができ、鮮明でノイズの少ない画像が得ら
れるようになる。
いていても、映像信号の増幅部へ供給される信号からは
傾き成分が取り除かれ、観察しようとする凹凸成分のみ
が供給される。したがって、増幅部は入力信号を十分に
増幅することができ、鮮明でノイズの少ない画像が得ら
れるようになる。
【図１】本発明の第１実施形態である走査型プローブ顕
微鏡のブロック図である。
微鏡のブロック図である。
【図２】傾き検出回路の動作を模式的に表した図であ
る。
る。
【図３】傾き補正回路の具体的な構成の一例を示した図
である。
である。
【図４】本発明の第２実施形態である走査型プローブ顕
微鏡のブロック図である。
微鏡のブロック図である。
【図５】従来技術の走査型プローブ顕微鏡の信号処理系
のブロック図である。
のブロック図である。
【図６】従来技術の問題点を説明するための図である。
【図７】従来技術の問題点を説明するための図である。
【図８】従来技術の問題点を説明するための図である。
【図９】図１の主要部の信号波形図である。
５２ 試料 ５３ カンチレバー ５４ 探針 ５５ ３次元試料ステージ ６１ 増幅器 ６２ 加算器 ７０ アクチュエータ駆動増幅器 ７１ レーザ発生器 ７３ 位置検出器 ７４ 差動増幅器 ７５ 比較器 ７６ 比例積分（ＰＩ）制御部 ７７ 観察像信号増幅器 ７９ 目標値設定部
Claims (4)
- 【請求項１】 試料表面に探針を近接させ、両者の間隙
が予定値に保たれるように、探針および試料の少なくと
も一方をＺ方向へ微動させながら、探針を試料表面でＸ
Ｙ方向に走査させる走査型プローブ顕微鏡において、 ＸＹ方向に関する走査信号を発生する走査信号発生手段
と、 前記走査信号に応答して、探針を試料に対して相対的に
ＸＹ方向へ微動させるＸＹ方向微動手段と、 試料表面と探針との間隙を代表する信号を前記予定値を
代表する信号と比較し、両者の差分を誤差信号として発
生する手段と、 前記誤差信号に基づいて、試料表面と探針との間隙を予
定値に保つための制御信号を発生する制御手段と、 試料表面が傾斜しているために試料の表面形状とは別に
Ｚ方向に生じる偏差を補正する傾き補正信号を走査位置
の関数として発生する傾き補正手段と、 前記制御信号に前記傾き補正信号を加算する加算手段
と、 前記制御信号に基づいて観察像信号を発生する手段と、 前記加算手段の出力信号に応答して、探針を試料に対し
て相対的にＺ方向へ微動させるＺ方向微動手段とを具備
したことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項２】 試料表面に探針を近接させ、両者の間隙
が予定値に保たれるように、探針および試料の少なくと
も一方をＺ方向へ微動させながら、探針を試料表面でＸ
Ｙ方向に走査させる走査型プローブ顕微鏡において、
ＸＹ方向に関する走査信号を発生する走査信号発生手段
と、 前記走査信号に応答して、探針を試料に対して相対的に
ＸＹ方向へ微動させるＸＹ方向微動手段と、 試料表面と探針との間隙を代表する信号を前記予定値を
代表する信号と比較し、両者の差分を誤差信号として発
生する手段と、 前記誤差信号に基づいて、試料表面と探針との間隙を予
定値に保つための制御信号を発生する制御手段と、 試料表面が傾斜しているために試料の表面形状とは別に
Ｚ方向に生じる偏差を補正する傾き補正信号を走査位置
の関数として発生する傾き補正手段と、 前記制御信号に前記傾き補正信号を加算する加算手段
と、 前記加算手段の出力信号に基づいて観察像信号を発生す
る手段と、 前記制御信号に応答して、探針を試料に対して相対的に
Ｚ方向へ微動させるＺ方向微動手段とを具備したことを
特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項３】 Ｘ方向およびＹ方向の少なくとも一方に
関して、走査の一端および他端で得られた制御信号に基
づいて、それぞれＸ方向およびＹ方向の少なくとも一方
に関する試料面の傾きを検出する傾き検出手段をさらに
具備し、 前記傾き補正手段は、前記検出された傾きに基づいて傾
き補正信号を発生することを特徴とする請求項１または
２に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項４】 自由端に探針が形成されたカンチレバー
と、 カンチレバーの撓み量を検出する手段とを具備し、 前記試料表面と探針との間隙は、前記検出されたカンチ
レバーの撓み量で代表されることを特徴とする請求項１
ないし３のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9092636A JPH10282123A (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9092636A JPH10282123A (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10282123A true JPH10282123A (ja) | 1998-10-23 |
Family
ID=14059942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9092636A Pending JPH10282123A (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10282123A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018211563A1 (ja) * | 2017-05-15 | 2018-11-22 | オリンパス株式会社 | 原子間力顕微鏡 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04212001A (ja) * | 1990-09-14 | 1992-08-03 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 走査型トンネル顕微鏡 |
| JPH05180614A (ja) * | 1991-12-27 | 1993-07-23 | Olympus Optical Co Ltd | 表面観察方法 |
| JPH06174461A (ja) * | 1992-12-10 | 1994-06-24 | Hitachi Ltd | 走査型プローブ顕微鏡 |
-
1997
- 1997-04-10 JP JP9092636A patent/JPH10282123A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04212001A (ja) * | 1990-09-14 | 1992-08-03 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 走査型トンネル顕微鏡 |
| JPH05180614A (ja) * | 1991-12-27 | 1993-07-23 | Olympus Optical Co Ltd | 表面観察方法 |
| JPH06174461A (ja) * | 1992-12-10 | 1994-06-24 | Hitachi Ltd | 走査型プローブ顕微鏡 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018211563A1 (ja) * | 2017-05-15 | 2018-11-22 | オリンパス株式会社 | 原子間力顕微鏡 |
| US10928417B2 (en) | 2017-05-15 | 2021-02-23 | Olympus Corporation | Atomic force microscope, atomic force microscopy, and controlling method of an atomic force microscopy |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040302 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20040526 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040803 |