JP2000036139A - 表面観察方法及び記録再生方法、並びに、走査型プローブ顕微鏡及び記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、試料の観察や、記録媒体への情報記
録を行うに際して、試料や記録媒体の凹凸が激しい領域
や欠陥のある領域の走査を回避し、観察や記録を行う範
囲に容易に探針を移動することができ、探針を試料や記
録媒体に高速に接近させることができて、高速走査が可
能な表面観察方法及び記録再生方法、並びに、走査型プ
ローブ顕微鏡及び記録再生装置を提供することを目的と
している。 【解決手段】本発明の表面観察方法及び記録再生方法、
並びに、走査型プローブ顕微鏡及び記録再生装置は、ま
ず第一の試料または記録媒体表面走査によって試料また
は記録媒体表面のおおまかな凹凸を検出し、この第一の
試料または記録媒体表面走査の結果を参照して観察範囲
または記録再生範囲を指定し、第二の試料または記録媒
体表面走査において、前記指定された観察範囲を走査
し、前記探針と前記試料または記録媒体との物理相互作
用を検出して、前記試料または記録媒体表面の詳細な情
報を得ることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表面観察方法及び記
録再生方法、並びに、走査型プローブ顕微鏡及び記録再
生装置に関するものであって、トンネル顕微鏡（以下、
ＡＦＭと略す）や原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭと略
す）等の走査型プローブ顕微鏡（以下、ＳＰＭと略す）
及び、ＳＰＭの原理を応用した技術分野に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、ナノメートル以下の分解能で導電
性物質表面を観察可能な走査型トンネル顕微鏡（以下Ｓ
ＴＭと略す）が開発され（米国特許第４，３４３，９９
３号明細書）、金属・半導体表面の原子配列、有機分子
の配向等の観察が原子・分子スケールでなされている。
また、ＳＴＭ技術を発展させ、絶縁物質等の表面をＳＴ
Ｍと同様の分解能で観察可能な原子間力顕微鏡（以下Ａ
ＦＭと略す）も開発された（米国特許第４，７２４，３
１８号明細書）。さらに別の発展形として、尖鋭な探針
先端の微小開口からしみ出すエバネッセント光を利用し
て試料表面状態を調べる走査型近接場光顕微鏡（以下Ｓ
ＮＯＭと略す）［Ｄｕｒｉｇ他，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．５９，３３１８（１９８６）］も開発された。現在
ではトンネル電流、電子状態密度、原子間力、分子間
力、摩擦力、弾性、エバネッセント光、磁力等試料表面
の種々の物理量を高い分解能で測定できるこれらの顕微
鏡を走査型プローブ顕微鏡（以下ＳＰＭと略す）と総称
している。

【０００３】さらに、このようなＳＰＭ技術はメモリ技
術にも応用されつつある。例えば、特開昭６３−１６１
５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３号公報等に
は、記録層として電圧電流のスイッチング特性に対して
メモリ効果を持つ材料、例えばπ電子系有機化合物やカ
ルコゲン化合物類の薄膜層を記録媒体として、記録・再
生をＳＴＭで行う方法が開示されている。この方法によ
れば、ＳＴＭの探針にあるしきい値以上の電圧を印加す
ることにより、探針直下の記録媒体に微小な領域で特性
変化を生じさせて記録を行い、探針と記録媒体間に流れ
るトンネル電流が記録部と非記録部により変化すること
を利用して再生を行うことができる。この方法を用い
て、記録のビットサイズを直径１０ｎｍとすれば、１０
¹²ビット／ｃｍ²の記録密度を持つ情報処理装置が実現
できる。また、記録媒体としてあるしきい値以上の電圧
を印加すると表面が局所的に溶融または蒸発して表面形
状が凹または凸に変化する材料、例えば、Ａｕ、Ｐｔな
どの金属薄膜を用いることにより同様に記録再生を行な
うことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たようなＳＰＭでは、観察領域が非常に小さいため、試
料上の観察すべき場所に探針を移動させるのが難しく、
試行錯誤で走査を行う必要があるという問題点があっ
た。また、試料に大きな凹凸がある領域で走査を行う
と、探針が試料に届かなくて観察ができなかったり、探
針が試料に衝突してしまうという問題点があった。ま
た、記録再生を行う際に、記録媒体に大きな凹凸がある
領域や記録媒体に欠陥がある個所で記録再生が行えずに
エラーが生じてしまうという問題点があった。また、走
査速度が遅いという問題点があった。特に、試料や記録
媒体の一部の凹凸が大きいと、それにあわせて全体の速
度を下げなければならないという問題点があった。ま
た、試料から離した探針を試料に接近させるのに時間が
かかるという問題点があった。これは、特に試料上の複
数の領域を走査するために探針を移動させる時に問題と
なっていた。また、記録再生を行う際に、目的の情報に
アクセス（シーク動作）するために、記録媒体から離し
た探針を記録媒体に接近させようとすると、時間がかか
るという問題点があった。

【０００５】そこで、本発明は、試料の観察や、記録媒
体への情報記録を行うに際して、試料や記録媒体の凹凸
が激しい領域や欠陥のある領域の走査を回避し、観察や
記録を行う範囲に容易に探針を移動することができ、探
針を試料や記録媒体に高速に接近させることができて、
高速走査が可能な表面観察方法及び記録再生方法、並び
に、走査型プローブ顕微鏡及び記録再生装置を提供する
ことを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するため、表面観察方法及び記録再生方法、並びに、
走査型プローブ顕微鏡及び記録再生装置を、つぎのよう
に構成したことを特徴とするものである。すなわち、本
発明の表面観察方法は、試料表面に対し探針を相対的に
走査し、前記試料表面の観察をする表面観察方法におい
て、前記探針と前記試料との物理相互作用を検出し、試
料表面のおおまかな凹凸を検出する第一の試料表面走査
の手順と、前記第一の試料表面走査の結果を参照して観
察範囲を指定する手順と、前記指定された観察範囲を走
査することによって、前記探針と前記試料との物理相互
作用を検出し、前記試料表面の詳細な情報を得る第二の
試料表面走査の手順と、に基づいて前記試料表面の観察
を行うことを特徴としている。また、本発明の記録再生
方法は、記録媒体表面に対して探針を相対的に走査し、
情報の記録再生を行う情報記録再生方法において、前記
探針と前記記録媒体との物理相互作用を検出し、記録媒
体表面のおおまかな凹凸を検出する第一の記録媒体表面
走査の手順と、前記第一の記録媒体表面走査の結果を参
照して記録再生範囲を指定する手順と、前記指定された
記録再生範囲を走査することによって、前記探針と前記
記録媒体との物理相互作用を検出し、情報の記録再生を
行う第二の記録媒体表面走査の手順と、に基づいて前記
情報の記録再生を行うことを特徴としている。そして、
本発明のこれらの方法においては、前記第一の試料表面
走査または前記第一の記録媒体表面走査は、前記探針と
前記試料または前記記録媒体表面との間の距離間隔が、
前記第二の試料表面走査または前記第二の記録媒体表面
走査の場合よりも長い距離間隔で走査されることを特徴
としている。また、本発明のこれらの方法においては、
前記検出される物理相互作用が、前記第一の試料表面走
査の手順または前記第一の記録媒体表面走査の手順と、
前記第二の試料表面走査の手順または前記第二の記録媒
体表面走査の手順とで、異なっていることを特徴として
いる。また、本発明のこれらの方法においては、前記第
二の試料表面走査の手順または前記第二の記録媒体表面
走査の手順において、前記第一の試料または記録媒体表
面走査の結果に基づいて前記探針の高さを制御すること
を特徴としている。また、本発明のこれらの方法におい
ては、前記第二の試料表面走査の手順または前記第二の
記録媒体表面走査の手順において、前記第一の試料また
は記録媒体表面走査の結果に基づいて前記探針の移動速
度を制御しながら走査することを特徴としている。ま
た、本発明のこれらの方法においては、前記第二の試料
表面走査の手順または前記第二の記録媒体表面走査の手
順において、前記第一の試料または記録媒体表面走査の
結果に基づいて前記探針を前記試料または記録媒体表面
に接近させることを特徴としている。

【０００７】また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、
探針と試料を三次元的に相対移動させる移動手段を備
え、試料表面に対し探針を相対的に走査し、前記試料表
面の観察をする走査型プローブ顕微鏡において、前記走
査によって前記探針と前記試料との物理相互作用を検出
する検出手段と、前記検出手段によって得られた前記試
料表面のおおまかな凹凸情報を記憶する粗表面記録手段
と、前記記憶情報を参照して観察範囲を決定する手段
と、前記決定された観察範囲を走査して前記探針と前記
試料との物理相互作用を検出するように装置全体を制御
する制御手段と、を有することを特徴としている。ま
た、本発明の記録再生装置は、探針と記録媒体を三次元
的に相対移動させる移動手段を備え、記録媒体表面に対
し探針を相対的に走査し、情報の記録再生を行う記録再
生装置において、前記走査によって前記探針と前記記録
媒体との物理相互作用を検出する検出手段と、前記検出
手段によって得られた前記記録媒体表面のおおまかな凹
凸情報を記憶する粗表面記録手段と、前記記憶情報を参
照して観察範囲を決定する手段と、前記決定された観察
範囲を走査して前記探針と前記記録媒体との物理相互作
用を検出して情報の記録再生を行うように装置全体を制
御する制御手段と、を有することを特徴としている。そ
して、本発明のこれらの装置においては、前記物理相互
作用検出時の、前記探針と前記試料または前記記録媒体
間の距離間隔を変化させる距離可変手段を有することを
特徴としている。また、本発明のこれらの装置において
は、前記検出手段が、少なくとも２種類以上の物理相互
作用を検出できることを特徴としている。また、本発明
のこれらの装置においては、前記粗表面記録手段に記憶
されているデータに基づいて前記探針の高さを制御する
探針高さ制御手段を有することを特徴としている。ま
た、本発明のこれらの装置においては、前記粗表面記録
手段に記憶されているデータに基づいて前記探針の移動
速度を制御する探針速度制御手段を有することを特徴と
している。また、本発明のこれらの装置においては、前
記粗表面記録手段に記憶されているデータに基づいて前
記探針を前記試料または前記記録媒体表面に接近させる
探針接近手段を有することを特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】（１）本発明の表面観察方法にお
いては、第一の試料表面走査の手順において探針と試料
の物理相互作用を検出することで試料表面のおおまかな
凹凸を検出し、その結果を参照しながら観察範囲を指定
するので、従来のように走査を行う範囲を試行錯誤する
手間がかからなくなり、速く正確に走査を行う範囲を指
定することができる。ここで、探針と試料との物理相互
作用とは、探針と試料間に働く原子間力や電磁気力、探
針と試料間に流れるトンネル電流や、近接場光等のこと
である。 （２）また、本発明の表面観察方法においては、第一の
試料表面の走査で、第二の試料表面走査よりも探針−試
料間距離を離すことで、より高速に試料表面の走査を行
い、短い時間でおおまかな凹凸の検出ができる。 （３）また、本発明の表面観察方法においては、前記第
一の試料表面走査の手順で検出する物理相互作用が、前
記第二の試料表面走査の手順で検出する物理相互作用を
異ならせることにより、より正確に走査を行う場所を特
定することができる。例えば、第一の走査でＳＮＯＭ観
察を行って、分光分析を行い物質を特定して、第二の走
査で詳細なＡＦＭ観察を行うといったことが容易に可能
になる。 （４）また、本発明の表面観察方法においては、第二の
試料表面走査の手順で、第一の試料表面走査の結果に基
づいて探針の高さを制御することにより、フィードバッ
クが必要な高さ範囲を短くすることができ、従来の単純
なフィードバック制御に比べて高速な高さ制御ができ
る。 （５）また、本発明の表面観察方法においては、第二の
試料表面走査の手順で、第一の試料表面走査の結果に基
づいて探針の移動速度を制御することにより、凹凸が激
しいところは移動を遅く、凹凸がゆるやかなところは移
動を速くすることで、従来の速度固定型の走査に比べ
て、全体の走査時間を短縮することができる。 （６）また、本発明の表面観察方法においては、第一の
試料表面走査の結果に基づいて、探針が試料に接触する
直前まで高速で探針を接近させ、その後に探針と試料の
距離を所定値まで縮めることができるので、従来よりも
高速に探針を試料に近づけることができる。そのため、
高速に試料上の複数の領域を走査することができる。

【０００９】（７）さらに、本発明の記録再生方法にお
いては、第一の記録媒体表面走査の手順において試料表
面のおおまかな凹凸を検出し、その結果に基づいて記録
再生範囲を指定するので、従来のように凹凸が激しい場
所に記録を行って正しく再生できないことがなくなる。 （８）また、本発明の記録再生方法においては、第一の
記録媒体表面の走査で、第二の記録媒体表面よりも探針
−試料間距離を離すことで、より高速に試料表面の走査
を行い、短い時間でおおまかな凹凸の検出ができる。 （９）また、本発明の記録再生方法においては、前記第
一の記録媒体表面走査の手順で検出する物理相互作用
が、前記第二の記録媒体表面走査の手順で検出する物理
相互作用が異なるため、より正確に記録再生を行う場所
を特定することができる。例えば、第一の走査で静電容
量観察を行って、記録媒体の欠陥部分を検出して、第二
の走査で欠陥を避けて記録再生を行うといったことが容
易に可能になる。 （１０）また、本発明の記録再生方法においては、第二
の記録媒体表面走査の手順で、第一の記録媒体表面走査
の結果に基づいて探針の高さを制御することにより、フ
ィードバックが必要な範囲を短くすることができ、従来
の単純なフィードバック制御に比べて高速な高さ制御が
できる。 （１１）また、本発明の記録再生方法においては、第二
の記録媒体表面走査の手順で、第一の記録媒体表面走査
の結果に基づいて探針の移動速度を制御することによ
り、凹凸が激しいところは移動を遅く、凹凸がゆるやか
なところは移動を速くすることで、従来の速度固定型の
走査に比べて、全体の走査時間を短縮することができ
る。 （１２）また、本発明の記録再生方法においては、第一
の記録媒体表面走査の結果に基づいて、探針が記録媒体
に接触する前まで高速で探針を接近させ、その後に探針
と記録媒体の距離を所定値まで縮めることができるの
で、従来よりも高速に探針を記録媒体に近づけることが
できる。

【００１０】（１３）さらに、本発明の走査型プローブ
顕微鏡においては、以下の手順で観察を行う。１．移動
手段で探針を試料に対して一度目の走査をしながら検出
手段で探針と試料の物理相互作用を検出し、試料表面の
おおまかな凹凸を粗表面記録手段に記録する。２．粗表
面記録手段のデータに基づき、走査範囲を決定する。 ３．決定した走査範囲に基づいて二度目の走査を行い、
試料表面の詳細な情報を得る。そのため、本発明の走査
型プローブ顕微鏡においては、従来のように走査すべき
場所を探して試行錯誤する手間がかからなくなり、速く
正確に走査を行う範囲を指定することができる。 （１４）また、探針試料間距離可変手段を用いて一度目
の走査の物理相互作用の検出距離を二度目の走査よりも
長くすることで、高速で試料が探針に衝突することなく
一度目の走査を行うことができる。そのため、短い時間
でおおまかな凹凸の検出ができる走査型プローブ顕微鏡
を提供できる。 （１５）また、前記検出手段が、少なくとも２種類以上
の物理相互作用を検出できるようにすることで、第一の
走査で検出する物理相互作用と第二の走査で検出する物
理相互作用を異なったものとし、容易に観察領域を特定
できる走査型プローブ顕微鏡を提供できる。 （１６）また、本発明の走査型プローブ顕微鏡において
は、第二の試料表面走査で、第一の試料表面走査の結果
に基づいて探針の高さを制御することにより、フィード
バックが必要な範囲を短くすることができ、従来の単純
なフィードバック制御に比べて高速な高さ制御ができる
走査型プローブ顕微鏡を提供できる。 （１７）また、本発明の走査型プローブ顕微鏡において
は、第二の試料表面走査で、第一の試料表面走査の結果
に基づいて探針の移動速度を制御することにより、凹凸
が激しいところは移動を遅く、凹凸がゆるやかなところ
は移動を速くすることで、従来の速度固定型の走査型プ
ローブ顕微鏡に比べて、全体の走査時間が短い走査型プ
ローブ顕微鏡を提供できる。 （１８）また、本発明の走査型プローブ顕微鏡において
は、第一の試料表面走査の結果に基づいて、探針が試料
に接触する前まで高速で探針を接近させ、その後に探針
と試料の距離を所定値まで縮めることができるので、従
来よりも高速に探針を試料に近づけることができ、高速
に試料上の複数の領域を走査することができる走査型プ
ローブ顕微鏡を提供できる。

【００１１】（１９）さらに、本発明の記録再生装置に
おいては、以下の手順で記録再生を行う。１．移動手段
で探針を記録媒体に対して一度目の走査をしながら検出
手段で探針と試料の物理相互作用を検出し、記録媒体表
面のおおまかな凹凸を粗表面記録手段に記録する。２．
粗表面記録手段のデータに基づき、走査範囲を決定す
る。３．決定した走査範囲に基づいて二度目の走査を行
い、記録再生を行う。以上の手順により、本発明の記録
再生装置においては、従来のように凹凸が激しい場所に
記録を行って正しく再生できないことがない記録再生装
置を提供できる。 （２０）また、探針試料間距離可変手段を用いて一度目
の走査の物理相互作用の検出距離を二度目の走査よりも
長くすることで、高速に試料が探針に衝突することなく
一度目の走査を行うことができる。そのため、短い時間
でおおまかな凹凸の検出ができる記録再生装置を提供で
きる。 （２１）また、前記検出手段が、少なくとも２種類以上
の物理相互作用を検出できるようにすることで、第一の
走査で検出する物理相互作用と第二の走査で検出する物
理相互作用を異なったものとし、容易に記録媒体の欠陥
を特定できる記録再生装置を提供できる。 （２２）また、本発明の記録再生装置においては、第二
の記録媒体表面走査で、粗表面記録手段のデータに基づ
いて探針の高さを制御することにより、フィードバック
が必要な範囲を短くすることができ、従来の単純なフィ
ードバック制御に比べて高速な高さ制御ができ、高速な
記録再生が可能な記録再生装置を提供できる。 （２３）また、本発明の記録再生装置においては、第二
の記録媒体表面走査で、粗表面記録手段のデータに基づ
いて探針の移動速度を制御することにより、凹凸が激し
いところは移動を遅く、凹凸がゆるやかなところは移動
を速くすることで、従来の速度固定型の記録再生装置に
比べて、全体の記録再生時間が短い記録再生装置を提供
できる。 （２４）また、本発明の記録再生装置においては、粗表
面記録手段のデータに基づいて、探針が記録媒体に接触
する前まで高速で探針を接近させ、その後に探針と記録
媒体の距離を所定値まで縮めることができるので、従来
よりも高速に探針を記録媒体に近づけることができ、高
速なシーク動作を行うことができる記録再生装置を提供
できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明をする。 ［実施例１］図２は、本発明を適用するＡＦＭ装置の概
略図である。支持体１０１には、ＸＹ駆動機構１０２と
Ｚ駆動機構１０５が対向するように支持されている。Ｘ
Ｙ駆動機構１０２は、その上に配置されたＸＹ駆動ステ
ージ１０３を水平方向に駆動する。ＸＹ駆動ステージ１
０３の上には観察すベき試料１０４が設置されている。
一方、Ｚ駆動機構１０５には、カンチレバー１０６が取
り付けられ、上下方向に駆動できるようになっている。
カンチレバー１０６の自由端近傍には、先端の尖った探
針１０７が取りつけられている。また、半導体レーザ１
０８から出たレーザ光１１０をカンチレバー先端で反射
させて分割式フォトセンサ１０９で受光することで、カ
ンチレバー１０６のたわみを検出する。制御コンピュー
タ１３０は、分割式フォトセンサ１０９のカンチレバー
たわみ信号を受け取り、ＸＹ駆動回路１２１とＺ駆動回
路１２０を介して、ＸＹ駆動機構１０２とＺ駆動機構１
０５を駆動し、取得した画像をディスプレイ１４０に表
示する。本発明の表面観察方法を図２のＡＦＭ装置に適
用する手順を以下に述べる。図１は、本発明の表面観察
法の手順である。 （１）まず、試料表面のおおまかな形状を得るために、
第１の試料表面走査を行う。 （２）次に、第１の試料表面走査に基づいて粗表面形状
の算出を行う。 （３）そして、その粗表面形状に、基づいて走査範囲を
設定する。 （４）最後に、その得られた粗表面形状に基づいて試料
表面を走査して画像データを得る。

【００１３】これらの手順について、以下に詳しく説明
を行う。（１）の第１の試料表面走査は以下の手順で行
われる。まず、探針１０７が試料１０４から十分離れた
状態で、Ｚ駆動機構１０５にカンチレバー１０６の１次
の自由振動の周波数と等しい駆動信号を送り、カンチレ
バー１０６を強制振動させる。この時の振動は、分割式
フォトセンサ１０９で検出される。この状態でＺ駆動機
構１０５を用いて、探針１０７を試料１０４に近づけて
いく。探針１０７が試料１０４に近づくにつれ、探針１
０７と試料１０４の間に働く力の影響で、振動の振幅が
小さくなっていく。ここで、振動の振幅があらかじめ設
定しておいたスレショルドよりも小さくなったら、近づ
ける動作を停止する。また、強制振動の振幅ではなく、
駆動信号とカンチレバー振動の位相を比較してもよい。
そして、その位置から試料表面の走査を開始する。走査
時には、探針と試料の距離を一定に保つようにフィード
バック動作を行う。この非接触ＡＦＭ測定は、探針と試
料の距離が比較的離れた状態で行なわれる。それゆえ、
フィードバックの速度が遅い状態で高速な走査を行って
も、探針が試料に接触するおそれがなく、比較的高速な
走査が可能である。この走査を、試料の走査可能範囲に
渡って、比較的荒い密度で行う。

【００１４】（２）の粗表面形状の算出は、以下の手順
で行われる。粗表面形状は、一般的には第１の試料表面
走査でサンプリングした点を通る曲面である。この粗表
面形状の例としては、サンプリングした点のうち隣接す
る３点を頂点とする３角形の組み合わせとしたり、サン
プリングした点を通るスプライン曲面とすることが考え
られる。この粗表面形状は、Ｘ，Ｙを引数とする高さの
関数Ｚ₀＝Ｚ₀（Ｘ，Ｙ）として読み出せる形式で制御コ
ンピュータ１３０の記憶手段にストアされる。これは、
例えば格子点における高さマップを記憶しておき、必要
に応じて補完するといった方法や、多項式の係数を記憶
する方法や、フーリエ級数の係数を記憶する方法等が考
えられる。また、このとき高さのレンジが第２の試料表
面走査時におけるＺ駆動機構の動作レンジを外れる領域
があったら、その場所を走査不適領域として記録してお
く。

【００１５】（３）の走査範囲の設定は以下の手順で行
われる。まず、ディスプレイ１４０に（２）で求めた粗
表面形状を表示する。このとき、走査不適領域は、例え
ば色を変えるなどしてわかりやすく表示する。オペレー
タは、その表示を参照しながら第２の走査を行う領域を
指定する。このようにすることで、走査を行うべき位置
を早く正確に決めることができる。そして、制御コンピ
ュータ１３０は、その指定された走査範囲に基づき探針
の走査軌跡を算出する。この時の算出される走査軌跡に
は、走査範囲及び走査速度の情報が含まれている。すな
わち、試料表面の平坦な部分は走査を速く、凸凹の度合
いが大きいところは走査を遅くするようになっている。
従来の観察法に於いては、凹凸の激しい部所にあわせて
走査速度を全体で変化させていたが、本発明のように、
凸凹の度合いに応じて走査速度を変えることで、全走査
時間を短縮することができる。

【００１６】（４）の第２の試料表面の走査は以下の手
順で行われる。本実施例の第２の試料表面の走査は、第
１の試料表面走査と異なり、接触モードで行う。まず、
接触モードで走査を行うために、まず探針を試料から十
分離した状態で、（３）で求めた走査開始点の上に移動
する。そして、（２）で求めた粗表面形状よりも少し上
のところで止まるように、探針１０７を試料１０４に高
速で近づける。その後、分割式フォトセンサの信号を検
出しながら、探針１０７を試料１０４に低速で近づけ、
探針の接触を検知した時点で停止する。このように、粗
表面形状に基づいた探針接近動作を行うことで、従来よ
りも高速な探針のアプローチが可能になる。そして、探
針１０７を試料１０４の表面に沿って走査する。探針１
０７の走査はＸ方向の走査をＹ方向に１ステップずつ移
動して行うラスター走査で行なわれる。ラスター走査を
行うために、Ｘ方向には三角波信号が与えられ、Ｙ方向
にはそれと同期して階段状に増加する信号が与えられ
る。

【００１７】走査を行うときにＺ駆動機構１０５に与え
られるＺ駆動信号の生成手順を図３を用いて説明する。
図３に示すように、Ｚ駆動信号は、探針高さ予測信号Ｚ
₀と、探針高さ補正信号Ｚ₁の和である。ここで、探針高
さ予測信号Ｚ₀は、予測表面形状の探針のＸＹ座標にお
ける高さであり、粗表面形状関数Ｚ₀＝Ｚ₀（Ｘ，Ｙ）よ
り得られる。また、探針高さ補正信号Ｚ₁は、探針高さ
エラー信号Ｚ_eを入力したＰＩ制御手段から得られる。
探針高さエラー信号Ｚ_eは、分割式フォトセンサ１０９
より得られるカンチレバーたわみ信号と目標たわみ量と
の差である。なお、本実施例においては、これらの信号
生成はすべて制御コンピュータ１３０の内部で演算処理
として行われている。そして、走査を行いながら各ＸＹ
座標に対応する位置にＺ駆動信号をプロットしてディス
プレイ１４０に表示することで、試料１０４の表面の接
触モードのコンスタントフォースＡＦＭ像が得られる。

【００１８】以上説明したように、本発明によれば、接
触走査を行う前に高速な非接触走査を行って、大まかな
表面形状を知ることができるので、観察を行うべき範囲
をあらかじめ知ることができ、観察を行うべき領域を早
く正確に探し出すことができる。また、より高速に探針
を試料に近づけることができるので、より高速な観察が
可能になる。これは、複数の領域を順次観察する場合に
特に有利である。

【００１９】また、走査に不適な領域を走査しないの
で、走査に要する時間を節約でき、探針と試料との衝突
を避けることができるＡＦＭ装置を提供できる。また、
Ｚ駆動信号に粗表面形状があらかじめ加えられているの
で、従来のＡＦＭに比べてフィードバック制御が必要な
距離レンジが狭くなる。そのため、より高速なフィード
バックが可能になり、従来よりも観察ができる。なお、
本実施例では、本発明をＡＦＭに適用し、探針−試料間
の物理相互作用として原子間力を検出したが、本発明の
走査型プローブ顕微鏡はこれに限定されるものではな
く、いわゆる走査型プローブ顕微鏡一般に適用できるこ
とはいうまでもない。

【００２０】［実施例２］図４は、本発明の実施例２の
ＡＦＭ／ＳＮＯＭ複合顕微鏡を説明する図である。図４
において、２０１〜２４０は図２の１０１〜１４０に対
応している。カンチレバー２０６は光ファイバー２５１
の先端部を折り曲げて作られており、その先端が先細形
状になって探針２０７を形成している。カンチレバー２
０６はＺ駆動機構２０５に連結されている。探針２０７
は表面に金属をコートされて光がもれないようになって
いるが、先端部には大きさ１００ｎｍ程度の微小開口２
５２が形成されている。光ファイバー２５１のもう一方
の端はレーザ発振器２５０につながっている。微小開口
２５２付近から発生する散乱光２５３は、フォトディテ
クタ２５４で検出される。

【００２１】本実施例の観察法も、実施例１と同様に図
１の手順にしたがって行われる。つぎに、これらの
（１）〜（４）の各手順について説明を行う。 （１）の第１の走査は近接場光の検出を行うことで、試
料表面の検出を行う。レーザ発振器２５０から発生した
レーザ光は光ファイバ２５１を通って探針２０７に導か
れる。微小開口２５２の大きさは、光の波長よりも十分
小さいので、通常の伝播波はほとんど透過せず、微小開
口２５２から光の近接場のみが染み出した状態になる。
この状態で探針先端を試料２０４に近づけると、試料２
０４で微小開口２５２付近の近接場が乱され散乱光２５
３が発生する。これをフォトディテクタ２５４で検出し
て、近接場光検出信号とする。この近接場光検出信号
は、探針２０７と試料２０４の距離に応じて変化するの
で、試料表面の凹凸の検出に用いることができる。この
近接場光を検出しながら、試料表面を走査する。走査時
には、検出信号に応じて試料−記録媒体間距離をフィー
ドバック制御しても（光強度一定モード）良いし、探針
の高さを一定にして走査を行っても（高さ一定モード）
良い。近接場光は、原子間力等に比べて検出距離が長い
（〜１００ｎｍ）ので、遅いフィードバック制御や高さ
一定モードでも、探針が試料に衝突することなく、速い
走査を行うことができる。 （２）の粗表面形状の算出は実施例１と同様の手順で行
われる。 （３）の走査範囲の設定は以下の手順で行われる。

【００２２】近接場光の信号には、高さ情報のみでな
く、試料の分光学的情報も含まれている。これは、レー
ザ発振器２５０の発振波長を変化させた時のフォトディ
テクタ２５４の信号強度変化を検出することによって得
ることができる。こうして得られた分光学的情報を、走
査範囲の設定を行う際に、ディスプレイ２４０に高さ情
報とあわせて表示することにより、観察を行いたい物質
が含まれている領域を容易に特定することができる。オ
ペレータはその表示を見て、第２の走査を行う領域を指
定する。そして、実施例１と同様にして制御コンピュー
タ１３０は、その指定された走査範囲に基づき探針の走
査軌跡を算出する。 （４）の第２の試料表面の走査は、実施例１と全く同様
にして接触モードＡＦＭで走査をおこなわれる。

【００２３】以上説明したように、本発明によれば、接
触走査を行う前に高速な非接触走査を行って、大まかな
表面形状を知ることができるので、観察を行うべき範囲
をあらかじめ知ることができ、観察を行うべき領域を早
く正確に探し出すことができる。また、第１の試料表面
走査でＳＮＯＭ観察を行うことにより、試料表面の分光
学的性質を得ることができるので、より適切に、観察を
行うべき領域を指定することができる。また、より高速
に探針を試料に近づけることができるので、より高速な
観察が可能になる。これは、複数の領域を順次観察する
場合に特に有利である。また、走査に不適な領域を走査
しないので、走査に要する時間を節約でき、探針と試料
との衝突を避けることができるＳＮＯＭ／ＡＦＭ複合装
置を提供できる。また、Ｚ駆動信号に粗表面形状があら
かじめ加えられているので、従来のＡＦＭに比べてフィ
ードバック制御が必要な距離レンジが狭くなる。そのた
め、より高速なフィードバックが可能になり、従来より
も高速な観察ができる。

【００２４】［実施例３］図５は、本発明の実施例３の
ＳＴＭを説明する図である。図５において、３０１〜３
４０は図２の１０１〜１４０に対応している。また、第
１実施例と異なり、ＸＹ駆動ステージ３０３の上にＺ粗
動機構３５０が配置され、その上にＺ駆動ステージ３５
１と試料３０４が配置している。本実施例のようなＳＴ
Ｍにおいては試料３０４は導電性のものに限られる。ま
た、探針３０７はＺ微動機構３５２によって直接垂直方
向に駆動される。探針３０７は導電性材料からなり、試
料３０４との間に流れるトンネル電流をトンネル電流−
探針高さ変換回路３５５で探針の高さに変換し、制御コ
ンピュータ３３０に入力する。Ｚ粗動機構３５０は、ス
トロークが大きくて速度が遅いアクチュエータで、Ｚ微
動機構３５２はストロークが小さくて高速なアクチュエ
ータである。

【００２５】像取得は、実施例１と同じく図１の手順で
行う。（１）の第１の試料表面走査は以下の手順で行わ
れる。探針３０７と試料３０４の間にバイアス電圧を印
加した状態で、探針３０７と試料３０４の距離を近づけ
ていく。十分距離が近くなると探針３０７と試料３０４
の間にトンネル電流が流れはじめる。トンネル電流−探
針高さ変換回路３５５でこの電流を検出し、高さが設定
値になったら探針を停止し、ＸＹ駆動ステージ３０３を
動かして走査を開始する。走査中にトンネル電流が一定
になるようにフィードバック制御を行う（電流一定モー
ド）。この第１の試料表面走査においては、バイアス電
圧をＳＴＭとしては比較的高い電圧に設定する（２〜５
Ｖ程度）。このような電圧にすることで、探針と試料と
の距離は２〜５ｎｍ程度とすることができる。これは、
ＳＴＭとしては比較的距離が大きいので、この時のフィ
ードバック制御は速度の遅いＺ粗動機構のみで行って
も、比較的高速に走査を行うことができる。この試料表
面走査を、試料の走査可能範囲に渡って比較的荒い密度
で行う。（２）と（３）は、実施例１と同様である。そ
して、（４）の第２の試料表面の走査は以下の手順で行
われる。まず、走査前に探針を試料表面に近づける。こ
の際に試料−記録媒体間に（１）走査よりも低いバイア
ス電圧（０．１〜０．５Ｖ）を印加する。まず、粗表面
形状に基づいて高速で探針３０７を試料３０４に近づけ
る。次に、トンネル電流−探針高さ変換回路３５５で流
れるトンネル電流を検出しながら低速でトンネル電流が
所定値流れるまで近づける。この動作により、探針−試
料間距離を３〜１０オングストロームまで接近させるこ
とができる。このように、粗表面形状に基づいて高速で
探針のアプローチを行うことで、従来よりも速い速度の
アプローチが可能になる。

【００２６】走査時にＸＹ駆動機構に与えられる駆動信
号は、実施例１と同様である。次に、Ｚ粗動駆動回路３
５３とＺ微動駆動回路３５４に与えられる駆動信号の生
成方法について説明する。図６に示すように、Ｚ粗動駆
動回路３５３に与えられる信号は、粗表面形状Ｚ₀＝Ｚ₀
（Ｘ，Ｙ）である。また、高さエラー信号Ｚ_eがＰＩ制
御手段に入力され、その出力である探針高さ補正信号Ｚ
₁がＺ微動駆動回路３５４に与えられる。高さエラー信
号Ｚ_eは、目標距離と探針高さ信号の差である。すなわ
ち、Ｚ微動機構３５２はフィードバック制御され、Ｚ粗
動機構３５０はオープンループ制御されることになる。
なお、本実施例においては、これらの信号生成はすべて
制御コンピュータ３３０の内部で演算処理として行われ
ている。一般にアクチュエータは、サイズを小さくする
につれて高速な動作が可能になる一方、ストロークが小
さくなる。本発明によれば、ストロークが大きくて速度
が遅いアクチュエータであるＺ粗動機構３５０で、記録
媒体−探針間の距離をおおまかに位置決めすることで、
Ｚ微動機構３５２に要求されるストロークが小さくな
る。それゆえ、Ｚ微動機構３５２に高速なアクチュエー
タを使用することができる。このようなアクチュエータ
としては、例えばマイクロマシニングで作成した圧電ア
クチュエータや静電アクチュエータ等が使用できる。

【００２７】以上説明したように、本発明によれば、高
速な試料探針間距離の大きなＳＴＭ走査を行って、大ま
かな表面形状を知ることができるので、観察を行うべき
範囲をあらかじめ知ることができ、観察を行うべき領域
を早く正確に探し出すことができる。また、より高速に
探針を試料に近づけることができるので、より高速な観
察が可能になる。これは、複数の領域を順次観察する場
合に特に有利である。また、走査に不適な領域を走査し
ないので、走査に要する時間を節約でき、探針と試料と
の衝突を避けることができるＳＴＭ複合装置を提供でき
る。また、Ｚ粗動機構を粗表面形状に沿って駆動してい
るので、従来のＳＴＭに比べてフィードバック制御が必
要な距離レンジが狭くなる。そのため、微動アクチュエ
ータにストロークが小さな高速なアクチュエータを使用
することができ、従来よりも高速な観察を行うことがで
きるＳＴＭを提供できる。

【００２８】［実施例４］（記録再生装置） 図７を用いて、本発明の実施例４の記録再生装置の概要
を説明する。本実施例において、４０１〜４３０は、実
施例１の１０１〜１３０に対応している。ＸＹ駆動ステ
ージ４０３の上には、導電性基板４６０上の記録層４６
１からなる記録媒体４６２が設置されている。導電性基
板４６０は電気的に接地されている。ここで、探針４０
７の先端から見たカンチレバー４０６の弾性変形の弾性
定数が約０．１［Ｎ／ｍ］、弾性変形量が約１［μｍ］
であるとすると、記録媒体に対する探針の接触力は約１
０^-7［Ｎ］程度となる。また、探針４０７は導電性で、
切り替えスイッチ４４１と通じて、記録制御回路４４３
もしくは電流電圧変換回路４４５と電気的に接続されて
いる。カンチレバー４０６は、歪みに応じて抵抗値の変
化する材料（ドーピングしたシリコン等）で作られてい
る。この抵抗値変化はピエゾ抵抗検出回路４４８で検出
され、制御コンピュータ４３０に入力されている。

【００２９】情報記録時においては、探針４０７の先端
が記録媒体４６２に対し、接触した状態を保った状態
で、走査を行ないながら、制御コンピュータ４３０によ
り制御された記録制御回路４４３から発生された記録信
号が、記録系に切り替えられた切り替えスイッチ４４１
を通し、探針４０７から記録媒体４６２に印加される。
このようにして、記録層４６１の探針４０７先端が接触
する部分に局所的に記録が行われる。

【００３０】記録層４６１としては、電圧印加により流
れる電流値が変化するような材料を用いる。具体例とし
ては、第１に、特開昭６３−１６１５５２号公報、特開
昭６３−１６１５５３号公報に開示されているようなポ
リイミドやＳＯＡＺ（ビス−ｎ−オクチルスクアリリウ
ムアズレン）等電気メモリー効果を有するＬＢ膜（＝Ｌ
ａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔｅ法により作成され
た有機単分子の膜の累積膜）が挙げられる。この材料
は、探針−ＬＢ膜−基板間にしきい値以上の電圧（５〜
１０［Ｖ］程度）を印加すると間のＬＢ膜の導電性が変
化（ＯＦＦ状態→ＯＮ状態）し、再生用のバイアス電圧
（０．０１〜２［Ｖ］程度）を印加した際に流れる電流
が増大するものである。第２の具体例として、ＧｅＴ
ｅ，ＧａＳｂ，ＳｎＴｅ等の非晶質薄膜材料が挙げられ
る。この材料は、探針−非晶質薄膜材料−基板間に電圧
を印加し、流れる電流により発生する熱で非晶質→晶質
への相転移を起こさせるものである。これにより材料の
導電性が変化し、再生用のバイアス電圧を印加した際に
流れる電流が増大するものである。第３の具体例とし
て、ＺｎやＷ、Ｓｉ、ＧａＡｓ等の酸化性金属・半導体
材料が挙げられる。この材料は、探針−酸化性金属・半
導体材料間に電圧を印加すると、流れる電流により、材
料表面に吸着している水や大気中の酸素と反応し、表面
に酸化膜が形成される。このため材料表面の接触抵抗が
変化し、バイアス電圧を印加した際に流れる電流が減少
する。

【００３１】そして、上述のように記録が行われた情報
の再生は次のように行う。切り替えスイッチ４４１によ
り、探針４０７からの信号配線を再生系に切り替えた
後、バイアス電圧印加手段４４２により、探針４０７と
導電性基板４６０との間にバイアス電圧を印加し、間に
流れる電流を電流電圧変換回路４４５において電圧に変
換する。記録媒体４６２上の記録ビットの部分は記録が
なされていない部分に比べ電流が多く（または、少な
く）流れるため、ビットの有無が電圧信号に変換され
る。そして、その再生信号はバンドパスフィルタ４４６
と復調回路４４７を通して、バイナリデータとして制御
コンピュータ４３０に入力される。このようにして、記
録媒体４６２に記録された情報の再生を行なうことがで
きる。

【００３２】本実施例においては、記録再生を始める前
に、記録媒体４６２のおおまかな凹凸を得るための予備
走査を行う。まず、Ｚ駆動機構４０５を駆動して探針４
０７を記録媒体４６２に接近させていく。次に、ピエゾ
抵抗検出回路４４８からの信号を検出して、カンチレバ
ー４０６の押し込み量が所定の値に達したら接近を停止
する。そして、ＸＹ駆動機構４０２を駆動して走査を開
始する。走査を行いながらピエゾ抵抗検出回路からの信
号が所定の値になるようにＺ駆動機構４０５をフィード
バック制御する。この走査を記録媒体４６２の全面に渡
って、比較的粗い密度で行い、その結果に基づいて粗表
面形状を算出し、制御コンピュータ４３０の記憶手段に
Ｘ，Ｙを引数とする高さの関数Ｚ₀＝Ｚ₀（Ｘ，Ｙ）とし
て読み出せる形式でストアしておく。これは、例えば格
子点における高さマップを記憶しておき、必要に応じて
補完するといった方法や、多項式の係数を記憶する方法
や、フーリエ級数の係数を記憶する方法が考えられる。
また、このとき高さのレンジが記録再生走査時における
Ｚ駆動機構４０５の動作レンジを外れる領域や、凹凸の
度合いが許容値を越える個所や、記録媒体に欠陥があっ
たら、それらの場所を記録再生不適領域として記録して
おく。なお、この走査は記録媒体を交換した時のみ行え
ば良い。

【００３３】記録や再生を行う際には、探針４０７を記
録媒体４６２に接触させた状態で走査を行う。記録媒体
４６２上の細かな凹凸は、カンチレバー４０６の弾性変
形で吸収される。そのため、走査速度が高さ制御の速度
で制限されることがなくなる。また、Ｚ駆動機構４０５
を上で求めた粗表面形状に基づいて駆動する。それによ
り、記録媒体４６２の表面に大きな凹凸があっても、探
針４０７の押し込み量の変化を少なく押さえることがで
きる。それゆえ、記録媒体４６２の凹凸が大きくても、
探針４０７が記録媒体４６２から離れたり、押し込み過
ぎて傷をつけたりする恐れがなくなる。また、記録再生
不適領域において記録再生動作を行わないようにするこ
とで、記録再生のエラーを減少させることができる。

【００３４】そして、シーク動作は以下の手順で行う。 （１）高速で探針４０７を記録媒体４６２から離す。 （２）ＸＹ駆動機構を駆動して任意の位置に高速で位置
合わせを行う。 （３）粗表面形状に基づいて高速でＺ駆動機構４０５を
駆動し、探針４０７を記録媒体４６２に近づける。 （４）ピエゾ抵抗検出回路の出力に基づいて探針４０７
の押し込み量が所定値になるようにＺ駆動機構４０５を
フィードバック制御する。このような手順でシーク動作
を行うことにより、従来よりも高速なシーク動作を行う
ことができる。 以上説明したように、本発明の記録再生装置を使用する
ことで、従来よりも、凹凸の大きな記録媒体を用いるこ
とができ、高速な走査を行うことができ、高速なシーク
動作を行うことができ、エラーの少ない記録再生装置を
提供することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
記録媒体への情報記録を行うに際して、試料や記録媒体
の凹凸が激しい領域や欠陥のある領域の走査を回避し、
観察や記録を行う範囲に容易に探針を移動することがで
き、探針を試料や記録媒体に高速に接近させることがで
きて、高速走査が可能な表面観察方法及び記録再生方
法、並びに、走査型プローブ顕微鏡及び記録再生装置を
実現することができる。また、本発明においては、おお
まかな凹凸を検出し、その結果を参照しながら範囲を指
定し、その指定された範囲を走査するようにすることに
よって、従来のように走査を行う範囲を試行錯誤する手
間がかからず、速く正確に走査を行う範囲を指定するこ
とができる。また、本発明においては、おおまかな凹凸
を検出する第一の走査に際し、第一の走査の結果に基づ
いて行われる第二の試料表面走査よりも、探針−試料間
距離を離すようにすることで、短い時間でおおまかな凹
凸の検出をすることができ、より高速に走査することが
可能となる。また、本発明においては、おおまかな凹凸
を検出する第一の走査と、第一の走査の結果に基づいて
行われる第二の走査とで、検出される物理相互作用を異
なるようにすることで、より正確に走査を行う場所を特
定することができる。また、本発明においては、第一の
走査の結果に基づいて探針の高さを制御するようにする
ことにより、フィードバックが必要な高さ範囲を短くす
ることができ、従来の単純なフィードバック制御に比べ
て高速な高さ制御が可能となる。また、本発明において
は、第一の走査の結果に基づいて探針の移動速度を制御
するようにすることにより、凹凸が激しいところは移動
を遅く、凹凸がゆるやかなところは移動を速くすること
で、従来の速度固定型の走査に比べて、全体の走査時間
を短縮することが可能となる。また、本発明において
は、第一の走査の結果に基づいて前記探針を試料または
記録媒体表面に接近させるようにすることにより、探針
が試料に接触する直前まで高速で探針を接近させ、その
後に探針と試料の距離を所定値まで縮めるようにして、
従来よりも高速に探針を試料または記録媒体に近づける
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＳＰＭ像取得の手順を説明する図であ
る。

【図２】本発明における実施例１のＡＦＭを説明する図
である。

【図３】本発明における実施例１の駆動信号の生成方法
を説明する図である。

【図４】本発明における実施例２のＳＮＯＭ／ＡＦＭ複
合装置を説明する図である。

【図５】本発明における実施例３のＳＴＭを説明する図
である。

【図６】本発明における実施例３の駆動信号の生成方法
を説明する図である。

【図７】発明における実施例４の記録再生装置を説明す
る図である。

【符号の説明】

１〜４：本発明の像取得の手順 １０１、２０１、３０１、４０１：支持体 １０２、２０２、３０２、４０２：ＸＹ駆動機構 １０３、２０３、３０３、４０３：ＸＹ駆動ステージ １０４、２０４、３０４：試料 １０５、２０５、４０５：Ｚ駆動機構 １０６、２０６、４０６：カンチレバー １０７、２０７、３０７、４０７：探針 １０８、２０８：半導体レーザ １０９、２０９：分割式フォトセンサ １１０、２１０：レーザ光 １２０、２２０、４２０：Ｚ駆動回路 １２１、２２１、３２１、４２１：ＸＹ駆動回路 １３０、２３０、３３０、４３０：制御コンピュータ １４０、２４０、３４０：ディスプレイ ２５０：レーザ発振器 ２５１：光ファイバ ２５２：微小開口 ２５３：散乱光 ２５４：フォトディテクタ ３５０：Ｚ粗動機構 ３５１：Ｚ駆動ステージ ３５２：Ｚ微動機構 ３５３：Ｚ粗動駆動回路 ３５４：Ｚ微動駆動回路 ３５５：トンネル電流−探針高さ変換回路 ４４１：切り替えスイッチ ４４２：バイアス電圧印加手段 ４４３：記録制御回路 ４４４：再生制御回路 ４４５：電流電圧変換回路 ４４６：バンドパスフィルタ ４４７：復調回路 ４４８：ピエゾ抵抗検出回路 ４６０：導電性基板 ４６１：記録層 ４６２：記録媒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F069 AA57 AA60 DD15 DD25 GG01 GG07 GG52 GG56 GG62 JJ04 LL03 MM04 MM11 MM23 MM32 NN02 NN08 PP02 QQ05

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料表面に対し探針を相対的に走査し、前
   記試料表面の観察をする表面観察方法において、 前記探針と前記試料との物理相互作用を検出し、試料表
   面のおおまかな凹凸を検出する第一の試料表面走査の手
   順と、 前記第一の試料表面走査の結果を参照して観察範囲を指
   定する手順と、 前記指定された観察範囲を走査することによって、前記
   探針と前記試料との物理相互作用を検出し、前記試料表
   面の詳細な情報を得る第二の試料表面走査の手順と、 に基づいて前記試料表面の観察を行うことを特徴とする
   表面観察方法。
2. 【請求項２】前記第一の試料表面走査は、前記探針と前
   記試料表面との間の距離間隔が、前記第二の試料表面走
   査の場合よりも長い距離間隔で走査されることを特徴と
   する請求項１に記載の表面観察方法。
3. 【請求項３】前記検出される物理相互作用が、前記第一
   の試料表面走査の手順と、前記第二の試料表面走査の手
   順とで、異なっていることを特徴とする請求項１または
   請求項２に記載の表面観察方法。
4. 【請求項４】前記第二の試料表面走査の手順において、
   前記第一の試料表面走査の結果に基づいて前記探針の高
   さを制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のい
   ずれか１項に記載の表面観察方法。
5. 【請求項５】前記第二の試料表面走査の手順において、
   前記第一の試料表面走査の結果に基づいて前記探針の移
   動速度を制御しながら走査することを特徴とする請求項
   １〜請求項４のいずれか１項に記載の表面観察方法。
6. 【請求項６】前記第二の試料表面走査の手順において、
   前記第一の試料表面走査の結果に基づいて前記探針を前
   記試料表面に接近させることを特徴とする請求項１〜請
   求項５のいずれか１項に記載の表面観察方法。
7. 【請求項７】記録媒体表面に対して探針を相対的に走査
   し、情報の記録再生を行う情報記録再生方法において、 前記探針と前記記録媒体との物理相互作用を検出し、記
   録媒体表面のおおまかな凹凸を検出する第一の記録媒体
   表面走査の手順と、 前記第一の記録媒体表面走査の結果を参照して記録再生
   範囲を指定する手順と、 前記指定された記録再生範囲を走査することによって、
   前記探針と前記記録媒体との物理相互作用を検出し、情
   報の記録再生を行う第二の記録媒体表面走査の手順と、 に基づいて前記情報の記録再生を行うことを特徴とする
   記録再生方法。
8. 【請求項８】前記第一の記録媒体表面走査は、前記探針
   と前記記録媒体表面との間の距離間隔が、前記第二の記
   録媒体表面走査の場合よりも長い距離間隔で走査される
   ことを特徴とする請求項７に記載の記録再生方法。
9. 【請求項９】前記検出される物理相互作用が、前記第一
   の記録媒体表面走査の手順と、前記第二の記録媒体表面
   走査の手順とで、異なっていることを特徴とする請求項
   ７または請求項８に記載の記録再生方法。
10. 【請求項１０】前記第二の記録媒体表面走査の手順にお
    いて、前記第一の記録媒体表面走査の結果に基づいて前
    記探針の高さを制御することを特徴とする請求項７〜請
    求項９のいずれか１項に記載の記録再生方法。
11. 【請求項１１】前記第二の記録媒体表面走査の手順にお
    いて、前記第一の記録媒体表面走査の結果に基づいて前
    記探針の移動速度を制御することを特徴とする請求項７
    〜請求項１０のいずれか１項に記載の記録再生方法。
12. 【請求項１２】前記第二の記録媒体表面走査の手順にお
    いて、前記第一の記録媒体表面走査の結果に基づいて前
    記探針を前記記録媒体表面に接近させることを特徴とす
    る請求項７〜請求項１１のいずれか１項に記載の記録再
    生方法。
13. 【請求項１３】探針と試料を三次元的に相対移動させる
    移動手段を備え、試料表面に対し探針を相対的に走査
    し、前記試料表面の観察をする走査型プローブ顕微鏡に
    おいて、 前記走査によって前記探針と前記試料との物理相互作用
    を検出する検出手段と、前記検出手段によって得られた
    前記試料表面のおおまかな凹凸情報を記憶する粗表面記
    録手段と、前記記憶情報を参照して観察範囲を決定する
    手段と、前記決定された観察範囲を走査して前記探針と
    前記試料との物理相互作用を検出するように装置全体を
    制御する制御手段と、を有することを特徴とする走査型
    プローブ顕微鏡。
14. 【請求項１４】前記物理相互作用検出時の、前記探針と
    前記試料間の距離間隔を変化させる距離可変手段を有す
    ることを特徴とする請求項１３に記載の走査型プローブ
    顕微鏡。
15. 【請求項１５】前記検出手段が、少なくとも２種類以上
    の物理相互作用を検出できることを特徴とする請求項１
    ３または請求項１４に記載の走査型プローブ顕微鏡
16. 【請求項１６】前記粗表面記録手段に記憶されているデ
    ータに基づいて前記探針の高さを制御する探針高さ制御
    手段を有することを特徴とする請求項１３〜請求項１５
    のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
17. 【請求項１７】前記粗表面記録手段に記憶されているデ
    ータに基づいて前記探針の移動速度を制御する探針速度
    制御手段を有することを特徴とする請求項１３〜請求項
    １６のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
18. 【請求項１８】前記粗表面記録手段に記憶されているデ
    ータに基づいて前記探針を前記試料表面に接近させる探
    針接近手段を有することを特徴とする請求項１３〜請求
    項１７のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
19. 【請求項１９】探針と記録媒体を三次元的に相対移動さ
    せる移動手段を備え、記録媒体表面に対し探針を相対的
    に走査し、情報の記録再生を行う記録再生装置におい
    て、 前記走査によって前記探針と前記記録媒体との物理相互
    作用を検出する検出手段と、前記検出手段によって得ら
    れた前記記録媒体表面のおおまかな凹凸情報を記憶する
    粗表面記録手段と、前記記憶情報を参照して観察範囲を
    決定する手段と、前記決定された観察範囲を走査して前
    記探針と前記記録媒体との物理相互作用を検出して情報
    の記録再生を行うように装置全体を制御する制御手段
    と、を有することを特徴とする記録再生装置。
20. 【請求項２０】前記物理相互作用検出時の、前記探針と
    前記記録媒体間の距離間隔を変化させる距離可変手段を
    有することを特徴とする請求項１９に記載の記録再生装
    置。
21. 【請求項２１】前記検出手段が、少なくとも２種類以上
    の物理相互作用を検出できることを特徴とする請求項１
    ９または請求項２０に記載の記録再生装置。
22. 【請求項２２】前記粗表面記録手段に記憶されているデ
    ータに基づいて前記探針の高さを制御する探針高さ制御
    手段を有することを特徴とする請求項１９〜請求項２１
    のいずれか１項に記載の記録再生装置。
23. 【請求項２３】前記粗表面記録手段に記憶されているデ
    ータに基づいて前記探針の移動速度を制御する探針速度
    制御手段を有することを特徴とする請求項１９〜請求項
    ２２のいずれか１項に記載の記録再生装置。
24. 【請求項２４】前記粗表面記録手段に記憶されているデ
    ータに基づいて前記探針を前記記録媒体表面に接近させ
    る探針接近手段を有することを特徴とする請求項１９〜
    請求項２３のいずれか１項に記載の記録再生装置。