JP2001296229A - 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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Abstract
(57)【要約】
【課題】 フィードバックエラーによる画像歪みを補正
できるフィードバック補正型プローブ顕微鏡を提供す
る。 【解決手段】 ＸＹ走査信号発生部９からの走査信号
と、ＸＹ変位検出部１０，１１の検出結果と、Ｚサーボ
回路５からのＺ駆動信号とを関連付けて画像取得部１２
の記憶部に記憶する。ソフト補正部２２は、走査信号で
指定される座標位置とそれに対応するＸＹ変位検出部１
０，１１の検出位置から、指定座標位置におけるＺ駆動
信号を補間計算して求め、画像を補正する。
できるフィードバック補正型プローブ顕微鏡を提供す
る。 【解決手段】 ＸＹ走査信号発生部９からの走査信号
と、ＸＹ変位検出部１０，１１の検出結果と、Ｚサーボ
回路５からのＺ駆動信号とを関連付けて画像取得部１２
の記憶部に記憶する。ソフト補正部２２は、走査信号で
指定される座標位置とそれに対応するＸＹ変位検出部１
０，１１の検出位置から、指定座標位置におけるＺ駆動
信号を補間計算して求め、画像を補正する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査型プローブ顕
微鏡に関し、特に測定精度を向上させた走査型プローブ
顕微鏡に関する。
微鏡に関し、特に測定精度を向上させた走査型プローブ
顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡は、原子分解能で
試料表面を観察及び分析することが可能な表面観察装置
である。その代表的なものには、探針先端と試料表面の
間に流れるトンネル電流を利用した走査型トンネル顕微
鏡（Scanning Tunneling Microscope；ＳＴＭ）や、探
針先端と試料表面の間の相互作用力を利用した原子間力
顕微鏡（Atomic Force Microscope；ＡＦＭ）等があ
る。ＡＦＭは、非導電性の試料表面においても三次元形
状を高分解能で観察することが可能であり、半導体デバ
イスや記録ディスク等の表面形状の評価に利用されてい
る。ここでは従来技術として、レビュー・オブ・サイエ
ンティフィック・インスツルメンツ第６２巻（１９９１
年）第１３９３頁（Review of Scientific Instruments
62(1991), 1393）に開示されているフィードバック補
正型ＡＦＭについて説明する。
試料表面を観察及び分析することが可能な表面観察装置
である。その代表的なものには、探針先端と試料表面の
間に流れるトンネル電流を利用した走査型トンネル顕微
鏡（Scanning Tunneling Microscope；ＳＴＭ）や、探
針先端と試料表面の間の相互作用力を利用した原子間力
顕微鏡（Atomic Force Microscope；ＡＦＭ）等があ
る。ＡＦＭは、非導電性の試料表面においても三次元形
状を高分解能で観察することが可能であり、半導体デバ
イスや記録ディスク等の表面形状の評価に利用されてい
る。ここでは従来技術として、レビュー・オブ・サイエ
ンティフィック・インスツルメンツ第６２巻（１９９１
年）第１３９３頁（Review of Scientific Instruments
62(1991), 1393）に開示されているフィードバック補
正型ＡＦＭについて説明する。
【０００３】図７に、フィードバック補正型ＡＦＭの基
本構成を示す。カンチレバー２は、その先端に設けられ
た探針１がＸＹＺスキャナ７の試料保持部に保持された
試料３の表面に対向する様に配置される。探針１はＸＹ
Ｚスキャナ７を駆動することにより試料３に対して相対
的に移動する。探針１が試料３に接近すると、それらの
間に働く原子間力によりカンチレバー２が撓む。この撓
み量はレバー変位検出部４で検出され、その出力信号が
Ｚサーボ回路５へ送られる。レバー変位検出部４では、
光てこ法やレーザ干渉法等によって変位検出を行う。Ｚ
サーボ回路５では、Ｚ信号設定部６から送られてくる基
準入力とレバー変位検出部４から送られてくる主フィー
ドバック量とが比較され、その偏差に対応したＺ駆動信
号がＸＹＺスキャナ７へ出力される。つまり、探針１に
作用する原子間力が一定に保持されるようにフィードバ
ック制御が行われる。
本構成を示す。カンチレバー２は、その先端に設けられ
た探針１がＸＹＺスキャナ７の試料保持部に保持された
試料３の表面に対向する様に配置される。探針１はＸＹ
Ｚスキャナ７を駆動することにより試料３に対して相対
的に移動する。探針１が試料３に接近すると、それらの
間に働く原子間力によりカンチレバー２が撓む。この撓
み量はレバー変位検出部４で検出され、その出力信号が
Ｚサーボ回路５へ送られる。レバー変位検出部４では、
光てこ法やレーザ干渉法等によって変位検出を行う。Ｚ
サーボ回路５では、Ｚ信号設定部６から送られてくる基
準入力とレバー変位検出部４から送られてくる主フィー
ドバック量とが比較され、その偏差に対応したＺ駆動信
号がＸＹＺスキャナ７へ出力される。つまり、探針１に
作用する原子間力が一定に保持されるようにフィードバ
ック制御が行われる。
【０００４】一方、ＸＹ信号発生部９は、ＸＹ走査のた
めのＸトリガ信号とＹトリガ信号をＸＹサーボ回路８に
出力する。ＸＹサーボ回路８では、Ｘ変位検出部１０及
びＹ変位検出部１１で検出されるＸＹＺスキャナ７のＸ
変位信号、Ｙ変位信号がＸトリガ信号、Ｙトリガ信号そ
れぞれと比較され、それらの偏差に対応したＸ駆動信
号、Ｙ駆動信号がＸＹＺスキャナ７に出力される。つま
り、ＸＹ信号発生部９で生成されるＸトリガ信号及びＹ
トリガ信号で示されるＸＹ位置に正確に移動する様にＸ
ＹＺスキャナ７はフィードバック制御される。
めのＸトリガ信号とＹトリガ信号をＸＹサーボ回路８に
出力する。ＸＹサーボ回路８では、Ｘ変位検出部１０及
びＹ変位検出部１１で検出されるＸＹＺスキャナ７のＸ
変位信号、Ｙ変位信号がＸトリガ信号、Ｙトリガ信号そ
れぞれと比較され、それらの偏差に対応したＸ駆動信
号、Ｙ駆動信号がＸＹＺスキャナ７に出力される。つま
り、ＸＹ信号発生部９で生成されるＸトリガ信号及びＹ
トリガ信号で示されるＸＹ位置に正確に移動する様にＸ
ＹＺスキャナ７はフィードバック制御される。
【０００５】また、Ｘトリガ信号とＹトリガ信号は画像
取得部１２に入力され、Ｚ駆動信号、すなわちＸＹＺス
キャナ７のＺ変位信号をサンプリングするタイミング信
号となる。画像取得部１２でサンプリングされたＺ変位
信号は、その時のＸトリガ信号及びＹトリガ信号、即ち
ＸＹ位置信号と共に画像取得部１２内の画像メモリに保
存される。この画像メモリに保存された信号は、試料３
の表面形状を表わす画像として表示部１３に表示され
る。
取得部１２に入力され、Ｚ駆動信号、すなわちＸＹＺス
キャナ７のＺ変位信号をサンプリングするタイミング信
号となる。画像取得部１２でサンプリングされたＺ変位
信号は、その時のＸトリガ信号及びＹトリガ信号、即ち
ＸＹ位置信号と共に画像取得部１２内の画像メモリに保
存される。この画像メモリに保存された信号は、試料３
の表面形状を表わす画像として表示部１３に表示され
る。
【０００６】このフィードバック補正方式においては、
Ｘ変位検出部１０及びＹ変位検出部１１の検出精度を以
ってＸＹＺスキャナ７が駆動されるので、ＸＹＺスキャ
ナ７が圧電素子で構成される場合、圧電素子が持つ履歴
現象、クリープ現象、非線形応答等のプローブ顕微鏡に
とって望ましくない特性を容易に補正することができ、
画像歪みを減少させることができる。
Ｘ変位検出部１０及びＹ変位検出部１１の検出精度を以
ってＸＹＺスキャナ７が駆動されるので、ＸＹＺスキャ
ナ７が圧電素子で構成される場合、圧電素子が持つ履歴
現象、クリープ現象、非線形応答等のプローブ顕微鏡に
とって望ましくない特性を容易に補正することができ、
画像歪みを減少させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】フィードバック補正方
式のＡＦＭでは、ＸＹＺスキャナの走査精度の劣化要因
は、Ｘ及びＹ変位検出部が有する非線形性と検出感度、
システムの過渡応答である走査の折返し点でのフィード
バックエラーと考えられる。前者については線形性や検
出感度の点で優れたリニアエンコーダやレーザ干渉測長
器等を用いることにより、走査精度を向上させることが
できる。リニアエンコーダでは、グレーティングによる
干渉縞を光検出器で検出する。グレーティングと光検出
器の相対的な変位と共に干渉縞も変位する。この変位に
より光検出器からほぼ完全なグレーティングの周期に関
連したサイン信号が得られ、このサイン信号の１周期以
内の微小変位でさえも検出できるように、サイン信号は
電気的に逓倍される。これにより、最高で０．１５ｎｍ
程度の分解能が得られ、サイン信号の１周期内でのグレ
ーティングと光検出器の相対変位に対する検出信号の線
形関係からの偏移を表す非線形性についても周期の０．
１％以下に入れることができる。また、レーザ干渉器で
は、２つの分岐されたレーザ光の光路差による干渉光を
光検出器で検出する。測定対象物の変位に伴い光路差が
変化し、光検出器からレーザ波長による周期を持ったほ
ぼ完全なサイン信号が得られる。リニアエンコーダと同
様にサイン信号は逓倍され、この場合もリニアエンコー
ダと同程度の分解能及び線形性が得られる。
式のＡＦＭでは、ＸＹＺスキャナの走査精度の劣化要因
は、Ｘ及びＹ変位検出部が有する非線形性と検出感度、
システムの過渡応答である走査の折返し点でのフィード
バックエラーと考えられる。前者については線形性や検
出感度の点で優れたリニアエンコーダやレーザ干渉測長
器等を用いることにより、走査精度を向上させることが
できる。リニアエンコーダでは、グレーティングによる
干渉縞を光検出器で検出する。グレーティングと光検出
器の相対的な変位と共に干渉縞も変位する。この変位に
より光検出器からほぼ完全なグレーティングの周期に関
連したサイン信号が得られ、このサイン信号の１周期以
内の微小変位でさえも検出できるように、サイン信号は
電気的に逓倍される。これにより、最高で０．１５ｎｍ
程度の分解能が得られ、サイン信号の１周期内でのグレ
ーティングと光検出器の相対変位に対する検出信号の線
形関係からの偏移を表す非線形性についても周期の０．
１％以下に入れることができる。また、レーザ干渉器で
は、２つの分岐されたレーザ光の光路差による干渉光を
光検出器で検出する。測定対象物の変位に伴い光路差が
変化し、光検出器からレーザ波長による周期を持ったほ
ぼ完全なサイン信号が得られる。リニアエンコーダと同
様にサイン信号は逓倍され、この場合もリニアエンコー
ダと同程度の分解能及び線形性が得られる。
【０００８】後者のフィードバックエラーは、ＸＹＺス
キャナの走査速度と共に増加する振幅とフィードバック
制御系の動作特性で決まる時定数を持つ。従って走査速
度と共に、この過渡応答による画像歪みは画像上の折返
し点側からその範囲を広げ、更にその大きさは増すこと
になり、その様な画像から試料寸法を測定する場合、測
定精度を悪化させる。フィードバックエラーの振幅は、
数Ｈｚ程度の走査速度では走査幅の数％にもなってしま
う。これはプローブ顕微鏡の測長装置への応用上重大な
問題である。
キャナの走査速度と共に増加する振幅とフィードバック
制御系の動作特性で決まる時定数を持つ。従って走査速
度と共に、この過渡応答による画像歪みは画像上の折返
し点側からその範囲を広げ、更にその大きさは増すこと
になり、その様な画像から試料寸法を測定する場合、測
定精度を悪化させる。フィードバックエラーの振幅は、
数Ｈｚ程度の走査速度では走査幅の数％にもなってしま
う。これはプローブ顕微鏡の測長装置への応用上重大な
問題である。
【０００９】本発明は、この様な問題を解決するための
ものであり、その目的は、リニアエンコーダ等の高精度
変位検出器が持つ線形性０．１％以下の精度で測定する
ために、フィードバックエラーによる画像歪みを補正で
きるフィードバック補正型プローブ顕微鏡を提供するこ
とにある。
ものであり、その目的は、リニアエンコーダ等の高精度
変位検出器が持つ線形性０．１％以下の精度で測定する
ために、フィードバックエラーによる画像歪みを補正で
きるフィードバック補正型プローブ顕微鏡を提供するこ
とにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による走査型プローブ顕微鏡は、試料を保持
する試料保持部と、試料保持部に保持された試料に対向
するプローブと、試料保持部あるいはプローブを微動さ
せる微動手段と、ＸＹ走査信号発生部と、プローブと試
料との間の相互作用を検出する検出手段と、走査信号発
生部からの走査信号を受けて微動手段がプローブと試料
の対向方向に平行な方向であるＺ方向と直交するＸＹ方
向に走査するとき検出手段から得られる検出結果に基づ
いて試料表面の情報を得る走査型プローブ顕微鏡におい
て、微動手段によってＸＹ方向に走査される試料保持部
あるいはプローブのＸＹ方向の変位を検出する変位検出
手段と、変位検出手段の検出結果を微動手段の制御指令
値にフィードバックするサーボ制御手段と、走査信号発
生部からの走査信号と変位検出手段の検出結果と検出手
段の検出結果とを関連付けて記憶する記憶手段と、記憶
手段の記憶内容に基づいて試料表面の観察結果を補正す
る補正手段とを有することを特徴とする。
に、本発明による走査型プローブ顕微鏡は、試料を保持
する試料保持部と、試料保持部に保持された試料に対向
するプローブと、試料保持部あるいはプローブを微動さ
せる微動手段と、ＸＹ走査信号発生部と、プローブと試
料との間の相互作用を検出する検出手段と、走査信号発
生部からの走査信号を受けて微動手段がプローブと試料
の対向方向に平行な方向であるＺ方向と直交するＸＹ方
向に走査するとき検出手段から得られる検出結果に基づ
いて試料表面の情報を得る走査型プローブ顕微鏡におい
て、微動手段によってＸＹ方向に走査される試料保持部
あるいはプローブのＸＹ方向の変位を検出する変位検出
手段と、変位検出手段の検出結果を微動手段の制御指令
値にフィードバックするサーボ制御手段と、走査信号発
生部からの走査信号と変位検出手段の検出結果と検出手
段の検出結果とを関連付けて記憶する記憶手段と、記憶
手段の記憶内容に基づいて試料表面の観察結果を補正す
る補正手段とを有することを特徴とする。
【００１１】微動手段としては、圧電材料から成るチュ
ーブ型走査機構、積層型の圧電素子を三つ組合わせて構
成するトライポッド型走査機構、あるいは圧電素子の駆
動による弾性体の弾性変形を利用した平行平板型走査機
構等の３次元方向に微動可能なＸＹＺスキャナを用いる
ことができる。また、変位検出手段は、レーザ干渉計、
リニアエンコーダ、静電容量型変位計、歪ゲージの内の
少なくとも一つを用いて構成することができる。
ーブ型走査機構、積層型の圧電素子を三つ組合わせて構
成するトライポッド型走査機構、あるいは圧電素子の駆
動による弾性体の弾性変形を利用した平行平板型走査機
構等の３次元方向に微動可能なＸＹＺスキャナを用いる
ことができる。また、変位検出手段は、レーザ干渉計、
リニアエンコーダ、静電容量型変位計、歪ゲージの内の
少なくとも一つを用いて構成することができる。
【００１２】プローブと試料との間の相互作用の大きさ
が設定値となるように微動手段をＺサーボ回路によりＺ
方向にサーボ駆動している場合には、Ｚサーボ回路の出
力がプローブと試料との間の相互作用を検出する検出手
段の検出結果となる。一方、プローブをＺ方向にサーボ
駆動していない場合には、プローブと試料との間の相互
作用を検出する検出手段の出力そのものが検出結果とな
る。
が設定値となるように微動手段をＺサーボ回路によりＺ
方向にサーボ駆動している場合には、Ｚサーボ回路の出
力がプローブと試料との間の相互作用を検出する検出手
段の検出結果となる。一方、プローブをＺ方向にサーボ
駆動していない場合には、プローブと試料との間の相互
作用を検出する検出手段の出力そのものが検出結果とな
る。
【００１３】補正手段は、例えば、ＸＹ走査信号発生部
からの走査信号で指定される座標位置とそれに対応する
変位検出手段の検出位置から、指定座標位置における検
出手段の検出値（プローブと試料との間の相互作用の大
きさ）を補間計算して求めることで画像を補正する。
からの走査信号で指定される座標位置とそれに対応する
変位検出手段の検出位置から、指定座標位置における検
出手段の検出値（プローブと試料との間の相互作用の大
きさ）を補間計算して求めることで画像を補正する。
【００１４】本発明による走査型プローブ顕微鏡は、ま
た、試料を保持する試料保持部と、試料保持部に保持さ
れた試料に対向するプローブと、試料保持部あるいはプ
ローブを微動させる微動手段と、ＸＹ走査信号発生部
と、プローブと試料との間の相互作用を検出する検出手
段とを備え、走査信号発生部からの走査信号を受けて微
動手段がプローブと試料の対向方向に平行な方向である
Ｚ方向と直交するＸＹ方向に走査するとき検出手段から
得られる検出結果に基づいて試料表面の情報を反映した
画像を形成する走査型プローブ顕微鏡において、微動手
段によってＸＹ方向に走査される試料保持部あるいはプ
ローブのＸＹ方向の変位を検出する変位検出手段と、変
位検出手段の検出結果を微動手段の制御指令値にフィー
ドバックするサーボ制御手段と、走査信号発生部からの
走査信号と変位検出手段の検出結果と検出手段の検出結
果とを関連付けて記憶する記憶手段と、記憶手段の記憶
内容に基づいて画像を補正する補正手段とを有し、画像
における走査方向の歪が走査幅の±０．１％以下である
ことを特徴とする。画像の歪は、画像上の各位置での歪
ベクトルとして定義される。すなわち、ＸＹ走査信号発
生部の走査信号で指定される各座標位置と、その時の試
料表面上でのプローブの実際の位置とをそれぞれ始点、
終点とする歪ベクトルとして定義される。
た、試料を保持する試料保持部と、試料保持部に保持さ
れた試料に対向するプローブと、試料保持部あるいはプ
ローブを微動させる微動手段と、ＸＹ走査信号発生部
と、プローブと試料との間の相互作用を検出する検出手
段とを備え、走査信号発生部からの走査信号を受けて微
動手段がプローブと試料の対向方向に平行な方向である
Ｚ方向と直交するＸＹ方向に走査するとき検出手段から
得られる検出結果に基づいて試料表面の情報を反映した
画像を形成する走査型プローブ顕微鏡において、微動手
段によってＸＹ方向に走査される試料保持部あるいはプ
ローブのＸＹ方向の変位を検出する変位検出手段と、変
位検出手段の検出結果を微動手段の制御指令値にフィー
ドバックするサーボ制御手段と、走査信号発生部からの
走査信号と変位検出手段の検出結果と検出手段の検出結
果とを関連付けて記憶する記憶手段と、記憶手段の記憶
内容に基づいて画像を補正する補正手段とを有し、画像
における走査方向の歪が走査幅の±０．１％以下である
ことを特徴とする。画像の歪は、画像上の各位置での歪
ベクトルとして定義される。すなわち、ＸＹ走査信号発
生部の走査信号で指定される各座標位置と、その時の試
料表面上でのプローブの実際の位置とをそれぞれ始点、
終点とする歪ベクトルとして定義される。
【００１５】前記走査型プローブ顕微鏡は、プローブの
Ｚ方向の変位を検出するＺ変位検出手段を有し、記憶手
段は走査信号発生部から発生された走査信号と変位検出
手段の検出結果とＺ変位検出手段の検出結果とを関連付
けて記憶するように構成してもよい。
Ｚ方向の変位を検出するＺ変位検出手段を有し、記憶手
段は走査信号発生部から発生された走査信号と変位検出
手段の検出結果とＺ変位検出手段の検出結果とを関連付
けて記憶するように構成してもよい。
【００１６】すなわち、この場合、記憶手段は、検出手
段の検出結果の代わりにＺ変位検出手段の検出結果を、
ＸＹ走査信号発生部からの走査信号及び変位検出手段の
検出結果と関連付けて記憶する。補正手段は、例えば、
ＸＹ走査信号発生部からの走査信号で指定される座標位
置とそれに対応する変位検出手段の検出位置から、指定
座標位置におけるＺ変位検出手段の検出結果（プローブ
と試料との間の相互作用の大きさ）を補間計算して求め
ることで画像を補正する。
段の検出結果の代わりにＺ変位検出手段の検出結果を、
ＸＹ走査信号発生部からの走査信号及び変位検出手段の
検出結果と関連付けて記憶する。補正手段は、例えば、
ＸＹ走査信号発生部からの走査信号で指定される座標位
置とそれに対応する変位検出手段の検出位置から、指定
座標位置におけるＺ変位検出手段の検出結果（プローブ
と試料との間の相互作用の大きさ）を補間計算して求め
ることで画像を補正する。
【００１７】また、走査方向の変位を検出する変位検出
手段として、微動手段のサーボ制御用の第１の変位検出
手段と、観察結果を補正する補正手段で用いられる変位
を検出する第２の変位検出手段とを備えてもよい。微動
手段は平行平板走査機構を有することが好ましい。
手段として、微動手段のサーボ制御用の第１の変位検出
手段と、観察結果を補正する補正手段で用いられる変位
を検出する第２の変位検出手段とを備えてもよい。微動
手段は平行平板走査機構を有することが好ましい。
【００１８】本発明によると、観察後に記憶手段に記憶
された変位検出手段の検出結果に基づいて試料表面の観
察結果を補正する補正手段は、フィードバック制御手段
のフィードバックエラーを補正するように作用する。こ
れによって、フィードバックエラーによる画像歪みが補
正されるので、高速走査時においても歪みの少ない画像
が得られ、高精度な測長が可能となる。
された変位検出手段の検出結果に基づいて試料表面の観
察結果を補正する補正手段は、フィードバック制御手段
のフィードバックエラーを補正するように作用する。こ
れによって、フィードバックエラーによる画像歪みが補
正されるので、高速走査時においても歪みの少ない画像
が得られ、高精度な測長が可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。なお、理解を容易にするた
め以下に説明する図において、図７で説明した構成要素
と同じ動作を行う要素には図７と同一の名称及び符号を
付けている。〔実施の形態１〕図１は、本発明による走
査型プローブ顕微鏡の一例を示すブロック図である。カ
ンチレバー２の自由端には尖鋭化された探針１が設けら
れている。試料３は３次元方向に微動可能なＸＹＺスキ
ャナ７に設けられた試料保持部に保持されている。探針
１は試料３に対向するように配置され、ＸＹＺスキャナ
７を駆動することにより試料３上を試料３に対して相対
的に変位することができる。ＸＹＺスキャナ７として
は、圧電材料から成るチューブ型、積層型の圧電素子を
三つ組合わせて構成するトライポッド型、あるいは圧電
素子の駆動による弾性体の弾性変形を利用した平行平板
型等が利用される。
施の形態について説明する。なお、理解を容易にするた
め以下に説明する図において、図７で説明した構成要素
と同じ動作を行う要素には図７と同一の名称及び符号を
付けている。〔実施の形態１〕図１は、本発明による走
査型プローブ顕微鏡の一例を示すブロック図である。カ
ンチレバー２の自由端には尖鋭化された探針１が設けら
れている。試料３は３次元方向に微動可能なＸＹＺスキ
ャナ７に設けられた試料保持部に保持されている。探針
１は試料３に対向するように配置され、ＸＹＺスキャナ
７を駆動することにより試料３上を試料３に対して相対
的に変位することができる。ＸＹＺスキャナ７として
は、圧電材料から成るチューブ型、積層型の圧電素子を
三つ組合わせて構成するトライポッド型、あるいは圧電
素子の駆動による弾性体の弾性変形を利用した平行平板
型等が利用される。
【００２０】図６に一例として平行平板型の駆動機構を
示す。図６には一軸のみを示しているが、この駆動機構
を３軸方向に組み合わせることにより３次元方向に駆動
可能なスキャナを構成することができる。ワイヤカット
することにより固定部７０１、移動部７０２及び弾性変
形部７０４，７０５，７０６，７０７を一体構造で形成
した。固定部７０１と移動部７０２の間に組み込まれた
圧電素子７０３を矢印の方向に駆動して力を加えること
により、弾性変形部７０４〜７０７が弾性変形し、移動
部７０２が動くことになる。この場合、移動部７０２の
移動方向が弾性変形部７０４〜７０７により固定部７０
１と平行な方向に制限される。従って、チューブ型スキ
ャナ等のように移動方向に回転成分を含まないので、圧
電素子の非線形性等を補正する場合に都合が良い。これ
らの圧電素子を使用した場合には、駆動範囲は長くても
数１００μｍである。これ以上の駆動範囲を得るには、
ボイスコイル等のモータ駆動型のスキャナを用いて実現
される。
示す。図６には一軸のみを示しているが、この駆動機構
を３軸方向に組み合わせることにより３次元方向に駆動
可能なスキャナを構成することができる。ワイヤカット
することにより固定部７０１、移動部７０２及び弾性変
形部７０４，７０５，７０６，７０７を一体構造で形成
した。固定部７０１と移動部７０２の間に組み込まれた
圧電素子７０３を矢印の方向に駆動して力を加えること
により、弾性変形部７０４〜７０７が弾性変形し、移動
部７０２が動くことになる。この場合、移動部７０２の
移動方向が弾性変形部７０４〜７０７により固定部７０
１と平行な方向に制限される。従って、チューブ型スキ
ャナ等のように移動方向に回転成分を含まないので、圧
電素子の非線形性等を補正する場合に都合が良い。これ
らの圧電素子を使用した場合には、駆動範囲は長くても
数１００μｍである。これ以上の駆動範囲を得るには、
ボイスコイル等のモータ駆動型のスキャナを用いて実現
される。
【００２１】ＸＹＺスキャナ７により探針１と試料３が
接近すると相互作用力によりカンチレバー２が撓む。こ
の撓み量はレバー変位検出部４で検出され、Ｚサーボ回
路５に出力される。Ｚサーボ回路５ではこの撓み信号が
Ｚ信号設定部６からのＺ信号と比較され、その偏差信号
に対応したＺ駆動信号がＸＹＺスキャナ７に出力され
る。このフィードバック制御により、カンチレバー２の
撓み量が一定に保持され、探針１と試料３の間に作用す
る相互作用力が一定になるようにＸＹＺスキャナ７がＺ
方向に駆動される。一方、ＸＹ信号発生部９はＸＹＺス
キャナ７をＸＹ走査させるためのＸトリガ信号及びＹト
リガ信号をＸＹサーボ回路８に出力する。ＸＹサーボ回
路８では、Ｘ変位検出部１０及びＹ変位検出部１１で検
出されたＸＹＺスキャナ７のＸ及びＹ変位信号とＸ及び
Ｙトリガ信号とがそれぞれ比較され、それらの偏差信号
に対応するＸ及びＹ駆動信号がＸＹＺスキャナ７に出力
される。即ち、ＸＹ信号発生部９で生成されるＸトリガ
信号及びＹトリガ信号で示されるＸＹ位置にＸＹＺスキ
ャナ７が正確に変位するようにフィードバック制御が行
われる。
接近すると相互作用力によりカンチレバー２が撓む。こ
の撓み量はレバー変位検出部４で検出され、Ｚサーボ回
路５に出力される。Ｚサーボ回路５ではこの撓み信号が
Ｚ信号設定部６からのＺ信号と比較され、その偏差信号
に対応したＺ駆動信号がＸＹＺスキャナ７に出力され
る。このフィードバック制御により、カンチレバー２の
撓み量が一定に保持され、探針１と試料３の間に作用す
る相互作用力が一定になるようにＸＹＺスキャナ７がＺ
方向に駆動される。一方、ＸＹ信号発生部９はＸＹＺス
キャナ７をＸＹ走査させるためのＸトリガ信号及びＹト
リガ信号をＸＹサーボ回路８に出力する。ＸＹサーボ回
路８では、Ｘ変位検出部１０及びＹ変位検出部１１で検
出されたＸＹＺスキャナ７のＸ及びＹ変位信号とＸ及び
Ｙトリガ信号とがそれぞれ比較され、それらの偏差信号
に対応するＸ及びＹ駆動信号がＸＹＺスキャナ７に出力
される。即ち、ＸＹ信号発生部９で生成されるＸトリガ
信号及びＹトリガ信号で示されるＸＹ位置にＸＹＺスキ
ャナ７が正確に変位するようにフィードバック制御が行
われる。
【００２２】Ｘ及びＹ変位検出部１０，１１では、レー
ザ干渉計、リニアエンコーダ等の変位検出手段が利用さ
れるので、走査幅に対して０．１％以下の精度でＸＹＺ
スキャナ７の変位が検出される。Ｘトリガ信号とＹトリ
ガ信号は画像取得部１２にも入力され、ＸＹＺスキャナ
７のＺ駆動信号をサンプリングするタイミング信号とな
る。更に本実施の形態では、Ｚ駆動信号と共にＸ及びＹ
変位検出部１０，１１からのＸ及びＹ変位信号もサンプ
リングされる。画像取得部１２でサンプリングされた
Ｘ，Ｙ，Ｚ変位信号は、その時のＸトリガ信号及びＹト
リガ信号と共に画像取得部１２内の記憶部に保存され
る。記憶部に保存された信号は画像取得部１２内のソフ
ト補正部２２で処理され、Ｘ及びＹ変位検出部１０，１
１が本来持つ非線形性０．１％以下まで歪みが補正され
た形で試料３の表面形状を表わす画像として表示部１３
に表示される。
ザ干渉計、リニアエンコーダ等の変位検出手段が利用さ
れるので、走査幅に対して０．１％以下の精度でＸＹＺ
スキャナ７の変位が検出される。Ｘトリガ信号とＹトリ
ガ信号は画像取得部１２にも入力され、ＸＹＺスキャナ
７のＺ駆動信号をサンプリングするタイミング信号とな
る。更に本実施の形態では、Ｚ駆動信号と共にＸ及びＹ
変位検出部１０，１１からのＸ及びＹ変位信号もサンプ
リングされる。画像取得部１２でサンプリングされた
Ｘ，Ｙ，Ｚ変位信号は、その時のＸトリガ信号及びＹト
リガ信号と共に画像取得部１２内の記憶部に保存され
る。記憶部に保存された信号は画像取得部１２内のソフ
ト補正部２２で処理され、Ｘ及びＹ変位検出部１０，１
１が本来持つ非線形性０．１％以下まで歪みが補正され
た形で試料３の表面形状を表わす画像として表示部１３
に表示される。
【００２３】次に、図３を用いてソフト補正部２２の動
作を説明する。図３（ａ）の矩形領域９０はＸＹ信号発
生部９で生成されるＸ及びＹトリガ信号で決められる走
査範囲を表わす。ｎ×ｎ個の交点（ｘi，ｙj）は、Ｘ，
Ｙ，Ｚ変位信号をサンプリングする位置を表わす。ＸＹ
走査のフィードバックエラーが無ければ、この交点位置
が試料３上でのサンプルポイントに対応するが、実際に
は走査幅に対して数％のフィードバックエラーが存在す
るので、エラー分位置がずれることになる。矩形範囲９
０内の一部を拡大表示した図３（ｂ）に示されるよう
に、試料３上で交点（ｘi，ｙj）はクロスマークで表わ
される位置（Ｘij，Ｙij）にずれ、各クロスマークで表
わされるように測定画像が歪むことになる。
作を説明する。図３（ａ）の矩形領域９０はＸＹ信号発
生部９で生成されるＸ及びＹトリガ信号で決められる走
査範囲を表わす。ｎ×ｎ個の交点（ｘi，ｙj）は、Ｘ，
Ｙ，Ｚ変位信号をサンプリングする位置を表わす。ＸＹ
走査のフィードバックエラーが無ければ、この交点位置
が試料３上でのサンプルポイントに対応するが、実際に
は走査幅に対して数％のフィードバックエラーが存在す
るので、エラー分位置がずれることになる。矩形範囲９
０内の一部を拡大表示した図３（ｂ）に示されるよう
に、試料３上で交点（ｘi，ｙj）はクロスマークで表わ
される位置（Ｘij，Ｙij）にずれ、各クロスマークで表
わされるように測定画像が歪むことになる。
【００２４】ソフト補正部２２では、画像取得部１２内
の記憶部に記憶された各ＸＹトリガ信号（ｘi，ｙj）及
びＸＹ変位信号（Ｘij，Ｙij）に対するＺ変位信号Ｚij
を用いて、各位置（ｘi，ｙj）でのＺ値ｚijが補間計算
される。補間計算の方法には幾つかあるが、例えばレビ
ュー・オブ・サイエンティフィック・インスツルメンツ
第６２巻（１９９１年）第１３９３頁（Review of Scie
ntific Instruments 62(1991), 1393）に記載されてい
る方法が用いられる。この方法ではｚij＝Σ（Ｚk／
Ｒk）／Σ（１／Ｒl）なる補間式を用いて各位置
（ｘi，ｙj）でのＺ値ｚi jを補間計算する。ここで、Ｚ
k、Ｒk（ｋ＝１，２，３，４）はそれぞれ位置（ｘi，
ｙj）に対する４つの最近接位置（Ｘk，Ｙk）（ｋ＝
１，２，３，４）でのＺ変位信号、及び位置（ｘi，
ｙj）から各最近接位置までの距離を表す。この補間計
算によって得られた各位置（ｘi，ｙj）でのＺ値ｚijが
記憶部に記憶される。この（ｘi，ｙj）に対するＺ値ｚ
ijを用いることにより、歪みが補正された形で試料３の
表面形状を表わす画像として表示部１３に表示される。
の記憶部に記憶された各ＸＹトリガ信号（ｘi，ｙj）及
びＸＹ変位信号（Ｘij，Ｙij）に対するＺ変位信号Ｚij
を用いて、各位置（ｘi，ｙj）でのＺ値ｚijが補間計算
される。補間計算の方法には幾つかあるが、例えばレビ
ュー・オブ・サイエンティフィック・インスツルメンツ
第６２巻（１９９１年）第１３９３頁（Review of Scie
ntific Instruments 62(1991), 1393）に記載されてい
る方法が用いられる。この方法ではｚij＝Σ（Ｚk／
Ｒk）／Σ（１／Ｒl）なる補間式を用いて各位置
（ｘi，ｙj）でのＺ値ｚi jを補間計算する。ここで、Ｚ
k、Ｒk（ｋ＝１，２，３，４）はそれぞれ位置（ｘi，
ｙj）に対する４つの最近接位置（Ｘk，Ｙk）（ｋ＝
１，２，３，４）でのＺ変位信号、及び位置（ｘi，
ｙj）から各最近接位置までの距離を表す。この補間計
算によって得られた各位置（ｘi，ｙj）でのＺ値ｚijが
記憶部に記憶される。この（ｘi，ｙj）に対するＺ値ｚ
ijを用いることにより、歪みが補正された形で試料３の
表面形状を表わす画像として表示部１３に表示される。
【００２５】本実施の形態で画像歪みがどの程度補正さ
れているか、次の方法で確認した。画像歪みの評価方法
には、標準試料を用いてその測定結果から画像の残留歪
を評価する方法等、幾つか方法が考えられるが、ここで
は高精度位置決めステージを用いた方法で確認した。位
置決めステージではステージの位置をレーザ干渉計を用
いて検出しており、やはり０．１％以下の精度でステー
ジの位置決めが可能である。ここで一つのマーカーとし
て直径０．１μｍの微小ピットが形成されているシリコ
ン基板をステージ上に固定した。位置決めステージを移
動することにより微小ピットを０．１μｍピッチで碁盤
の目状に移動させ、その各位置で本実施の形態の装置構
成を用いて画像を取得し、その画像上での微小ピットの
位置から画像歪を評価した。その結果、補正前には走査
幅に対して約０．８０％であった歪みが約０．０９％と
ほぼ１０分の１に減少していることを確認した。
れているか、次の方法で確認した。画像歪みの評価方法
には、標準試料を用いてその測定結果から画像の残留歪
を評価する方法等、幾つか方法が考えられるが、ここで
は高精度位置決めステージを用いた方法で確認した。位
置決めステージではステージの位置をレーザ干渉計を用
いて検出しており、やはり０．１％以下の精度でステー
ジの位置決めが可能である。ここで一つのマーカーとし
て直径０．１μｍの微小ピットが形成されているシリコ
ン基板をステージ上に固定した。位置決めステージを移
動することにより微小ピットを０．１μｍピッチで碁盤
の目状に移動させ、その各位置で本実施の形態の装置構
成を用いて画像を取得し、その画像上での微小ピットの
位置から画像歪を評価した。その結果、補正前には走査
幅に対して約０．８０％であった歪みが約０．０９％と
ほぼ１０分の１に減少していることを確認した。
【００２６】図１に示した走査型プローブ顕微鏡では、
Ｚサーボ回路５を用いて、レバー変位検出部４で検出さ
れた撓み信号が一定になるように（探針１と試料３の間
に作用する相互作用力が一定になるように）ＸＹＺスキ
ャナ７をＺ方向にフィードバック駆動し、ＸＹＺスキャ
ナ７のＺ駆動信号をプローブ１と試料３との間の相互作
用検出結果として画像取得部１２内の記憶部に記憶して
いる。一方、Ｚサーボ回路を用いない走査型プローブ顕
微鏡の構成も可能である。その場合には、ＸＹＺスキャ
ナ７のＺ駆動信号に代えてレバー変位検出部４の出力
を、プローブと試料との間の相互作用を検出する検出手
段の検出結果として画像取得部１２内の記憶部に記憶
し、ソフト補正部２２で処理した上で試料３の表面形状
を表わす画像として表示部１３に表示するように構成す
る。これは後述の実施の形態においても同様である。
Ｚサーボ回路５を用いて、レバー変位検出部４で検出さ
れた撓み信号が一定になるように（探針１と試料３の間
に作用する相互作用力が一定になるように）ＸＹＺスキ
ャナ７をＺ方向にフィードバック駆動し、ＸＹＺスキャ
ナ７のＺ駆動信号をプローブ１と試料３との間の相互作
用検出結果として画像取得部１２内の記憶部に記憶して
いる。一方、Ｚサーボ回路を用いない走査型プローブ顕
微鏡の構成も可能である。その場合には、ＸＹＺスキャ
ナ７のＺ駆動信号に代えてレバー変位検出部４の出力
を、プローブと試料との間の相互作用を検出する検出手
段の検出結果として画像取得部１２内の記憶部に記憶
し、ソフト補正部２２で処理した上で試料３の表面形状
を表わす画像として表示部１３に表示するように構成す
る。これは後述の実施の形態においても同様である。
【００２７】〔実施の形態２〕図２は、本発明による走
査型プローブ顕微鏡の他の例を示すブロック図である。
本実施の形態では、ＸＹＺスキャナ７のＺ方向の変位を
検出するためにＺ変位検出部１４が新たに設置される。
ここではＺ変位検出部１４として静電容量センサを用い
た。Ｚ変位検出部１４からのＺ変位信号は画像取得部１
２へ送られ、ＸＹ信号発生部９で生成されるＸ及びＹト
リガ信号のタイミングでＸ及びＹ変位信号と共にサンプ
リングされる。その他の部分の動作は実施の形態１と本
質的に同じであるので詳細な説明を省略する。
査型プローブ顕微鏡の他の例を示すブロック図である。
本実施の形態では、ＸＹＺスキャナ７のＺ方向の変位を
検出するためにＺ変位検出部１４が新たに設置される。
ここではＺ変位検出部１４として静電容量センサを用い
た。Ｚ変位検出部１４からのＺ変位信号は画像取得部１
２へ送られ、ＸＹ信号発生部９で生成されるＸ及びＹト
リガ信号のタイミングでＸ及びＹ変位信号と共にサンプ
リングされる。その他の部分の動作は実施の形態１と本
質的に同じであるので詳細な説明を省略する。
【００２８】実施の形態１では、ＸＹＺスキャナ７のＺ
駆動信号をＺ変位信号としてサンプリングした。この場
合、ＸＹＺスキャナ７を構成する圧電素子の持つ履歴現
象等のために、得られる画像はＺ方向に歪んだものとな
っている。本実施の形態では、Ｚ変位検出部１４で直接
ＸＹＺスキャナ７のＺ変位を検出し、その検出信号をＺ
変位信号としているので、Ｘ，Ｙ方向と共にＺ方向の歪
を補正した形で、試料３の表面形状を計測することがで
きる。
駆動信号をＺ変位信号としてサンプリングした。この場
合、ＸＹＺスキャナ７を構成する圧電素子の持つ履歴現
象等のために、得られる画像はＺ方向に歪んだものとな
っている。本実施の形態では、Ｚ変位検出部１４で直接
ＸＹＺスキャナ７のＺ変位を検出し、その検出信号をＺ
変位信号としているので、Ｘ，Ｙ方向と共にＺ方向の歪
を補正した形で、試料３の表面形状を計測することがで
きる。
【００２９】実施の形態１と同様な方法で測定画像の残
留歪を評価したところ、Ｘ，Ｙ方向の歪は実施の形態１
と同様に走査幅に対して０．０９％になっていた。ま
た、Ｚ方向の評価は、寸法が既知の段差試料を測定する
ことにより行った。用いた試料の段差は１０３．５ｎｍ
±１．５ｎｍである。その結果、段差の形成誤差±１．
５ｎｍ以内になっていることを確認した。ちなみに、Ｚ
方向の歪みを補正しない場合、圧電素子の非線形性等に
起因した歪によりＺ方向の測定誤差は±５ｎｍとなって
いた。
留歪を評価したところ、Ｘ，Ｙ方向の歪は実施の形態１
と同様に走査幅に対して０．０９％になっていた。ま
た、Ｚ方向の評価は、寸法が既知の段差試料を測定する
ことにより行った。用いた試料の段差は１０３．５ｎｍ
±１．５ｎｍである。その結果、段差の形成誤差±１．
５ｎｍ以内になっていることを確認した。ちなみに、Ｚ
方向の歪みを補正しない場合、圧電素子の非線形性等に
起因した歪によりＺ方向の測定誤差は±５ｎｍとなって
いた。
【００３０】〔実施の形態３〕図４は、本発明による走
査型プローブ顕微鏡の第３の実施の形態を示すブロック
図である。本実施の形態では、ＸＹ走査のフィードバッ
ク制御用の検出部とは別に第二Ｘ変位検出部１５及び第
二Ｙ変位検出部１６を設置し、その検出信号を画像取得
部１２でサンプリングする。他の部分の動作は本質的に
実施の形態１と同じなのでここでは説明を省略する。本
構成を用いても実施の形態１と同様な効果があり、ＸＹ
方向の歪を補正した形で、試料３の表面形状を計測する
ことができる。更に、Ｚ方向の補正に関しても実施の形
態２と同様な構成を付加することにより可能である。
査型プローブ顕微鏡の第３の実施の形態を示すブロック
図である。本実施の形態では、ＸＹ走査のフィードバッ
ク制御用の検出部とは別に第二Ｘ変位検出部１５及び第
二Ｙ変位検出部１６を設置し、その検出信号を画像取得
部１２でサンプリングする。他の部分の動作は本質的に
実施の形態１と同じなのでここでは説明を省略する。本
構成を用いても実施の形態１と同様な効果があり、ＸＹ
方向の歪を補正した形で、試料３の表面形状を計測する
ことができる。更に、Ｚ方向の補正に関しても実施の形
態２と同様な構成を付加することにより可能である。
【００３１】本実施の形態のような構成が必要な一つの
例としては、歪ゲージや静電容量センサ等を内蔵した汎
用型のスキャナを用いた場合である。このような場合、
その内蔵センサによるフィードバック補正方式では、内
蔵センサが持つ非線形性およびフィードバックエラーに
より測定精度が不十分なものになっている。従って、測
定精度を十分に向上させるためには、内蔵センサよりも
高精度なリニアエンコーダやレーザ干渉計等の別のセン
サを使ってスキャナの変位を検出して、その検出信号を
用いてソフト補正する必要がある。本実施の形態の装置
を用いて、実施の形態１と同様な方法で画像の残留歪を
評価したところ、リニアエンコーダの検出精度と同程度
に歪が減少していることが確認できた。
例としては、歪ゲージや静電容量センサ等を内蔵した汎
用型のスキャナを用いた場合である。このような場合、
その内蔵センサによるフィードバック補正方式では、内
蔵センサが持つ非線形性およびフィードバックエラーに
より測定精度が不十分なものになっている。従って、測
定精度を十分に向上させるためには、内蔵センサよりも
高精度なリニアエンコーダやレーザ干渉計等の別のセン
サを使ってスキャナの変位を検出して、その検出信号を
用いてソフト補正する必要がある。本実施の形態の装置
を用いて、実施の形態１と同様な方法で画像の残留歪を
評価したところ、リニアエンコーダの検出精度と同程度
に歪が減少していることが確認できた。
【００３２】〔実施の形態４〕図５は、本発明による走
査型プローブ顕微鏡の第４の実施の形態を示すブロック
図である。これまでの３つの実施の形態では、探針１に
対して試料３を走査する構成を示したが、本実施の形態
ではカンチレバー２をＸＹＺスキャナ７の駆動部に固定
して、探針１をＸＹＺスキャナ７とは別体の試料保持部
に保持した試料３に対して走査する構成とした。他の部
分の動作は本質的に実施の形態１と同じなのでここでは
説明を省略する。本構成を用いても実施の形態１と同様
な効果があり、ＸＹ方向の歪を補正した形で、試料３の
表面形状を計測することができる。更に、Ｚ方向の補正
に関しても実施の形態２と同様な構成を付加することに
より可能である。
査型プローブ顕微鏡の第４の実施の形態を示すブロック
図である。これまでの３つの実施の形態では、探針１に
対して試料３を走査する構成を示したが、本実施の形態
ではカンチレバー２をＸＹＺスキャナ７の駆動部に固定
して、探針１をＸＹＺスキャナ７とは別体の試料保持部
に保持した試料３に対して走査する構成とした。他の部
分の動作は本質的に実施の形態１と同じなのでここでは
説明を省略する。本構成を用いても実施の形態１と同様
な効果があり、ＸＹ方向の歪を補正した形で、試料３の
表面形状を計測することができる。更に、Ｚ方向の補正
に関しても実施の形態２と同様な構成を付加することに
より可能である。
【００３３】以上４つの実施の形態では、探針１が試料
３に常時接触した状態で制御する計測モードの場合を示
したが、本発明は、探針１と試料３が非接触の場合、あ
るいは探針１と試料３が断続的に接触と非接触を繰り返
す場合等、他のどのような計測モードにも適用可能であ
る。
３に常時接触した状態で制御する計測モードの場合を示
したが、本発明は、探針１と試料３が非接触の場合、あ
るいは探針１と試料３が断続的に接触と非接触を繰り返
す場合等、他のどのような計測モードにも適用可能であ
る。
【００３４】更に、本発明は、探針と試料の間の相互作
用力を利用した原子間力顕微鏡のみならず、探針と試料
の間に流れるトンネル電流を利用した走査型トンネル顕
微鏡や、磁性試料から漏洩する磁界を検出して磁気的な
情報を得る磁気力顕微鏡、探針と試料の間の静電容量を
検出する静電容量顕微鏡、探針と試料の間の静電気力を
利用した静電気力顕微鏡、あるいはプローブ先端から漏
れる近接場光を利用して試料表面の光学的な情報を得る
近接場光顕微鏡等、スキャナを用いたすべての走査型プ
ローブ顕微鏡に対して、探針による検出物理量に依存せ
ずに適用可能であることは言うまでもない。
用力を利用した原子間力顕微鏡のみならず、探針と試料
の間に流れるトンネル電流を利用した走査型トンネル顕
微鏡や、磁性試料から漏洩する磁界を検出して磁気的な
情報を得る磁気力顕微鏡、探針と試料の間の静電容量を
検出する静電容量顕微鏡、探針と試料の間の静電気力を
利用した静電気力顕微鏡、あるいはプローブ先端から漏
れる近接場光を利用して試料表面の光学的な情報を得る
近接場光顕微鏡等、スキャナを用いたすべての走査型プ
ローブ顕微鏡に対して、探針による検出物理量に依存せ
ずに適用可能であることは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、観察後
に変位検出手段の検出結果に基づいて試料表面の観察結
果を補正する補正手段を有しているので、フィードバッ
ク制御手段のフィードバックエラーを補正することがで
き、これによってフィードバックエラーによる画像歪み
が補正され、高速走査時においても歪みの少ない画像が
得られ、高精度な測長が可能となる。
に変位検出手段の検出結果に基づいて試料表面の観察結
果を補正する補正手段を有しているので、フィードバッ
ク制御手段のフィードバックエラーを補正することがで
き、これによってフィードバックエラーによる画像歪み
が補正され、高速走査時においても歪みの少ない画像が
得られ、高精度な測長が可能となる。
【図１】本発明による走査型プローブ顕微鏡の一例を示
すブロック図。
すブロック図。
【図２】本発明による走査型プローブ顕微鏡の他の例を
示すブロック図。
示すブロック図。
【図３】（ａ）はＸＹ信号発生部で生成されるＸＹトリ
ガ信号により設定される見かけのサンプリング位置（ｘ
i，ｙj）を示す図、（ｂ）は試料上での実際のサンプリ
ング位置（Ｘij，Ｙij）の様子を示す図。
ガ信号により設定される見かけのサンプリング位置（ｘ
i，ｙj）を示す図、（ｂ）は試料上での実際のサンプリ
ング位置（Ｘij，Ｙij）の様子を示す図。
【図４】本発明による走査型プローブ顕微鏡の他の例を
示すブロック図。
示すブロック図。
【図５】本発明による走査型プローブ顕微鏡の他の例を
示すブロック図。
示すブロック図。
【図６】平行平板駆動機構の構成を示す図。
【図７】従来技術の構成を示す図。
１…探針、２…カンチレバー、３…試料、４…レバー変
位検出部、５…Ｚサーボ回路、６…Ｚ信号設定部、７…
ＸＹＺスキャナ、８…ＸＹサーボ回路、９…ＸＹ信号発
生部、９０…走査範囲、１０…Ｘ変位検出部、１１…Ｙ
変位検出部、１２…画像取得部、２２…ソフト補正部、
１３…表示部、１４…Ｚ変位検出部、１５…第二Ｘ変位
検出部、１６…第二Ｙ変位検出部、７０１…固定部、７
０２…移動部、７０３…圧電素子、７０４，７０５，７
０６，７０７…弾性変形部
位検出部、５…Ｚサーボ回路、６…Ｚ信号設定部、７…
ＸＹＺスキャナ、８…ＸＹサーボ回路、９…ＸＹ信号発
生部、９０…走査範囲、１０…Ｘ変位検出部、１１…Ｙ
変位検出部、１２…画像取得部、２２…ソフト補正部、
１３…表示部、１４…Ｚ変位検出部、１５…第二Ｘ変位
検出部、１６…第二Ｙ変位検出部、７０１…固定部、７
０２…移動部、７０３…圧電素子、７０４，７０５，７
０６，７０７…弾性変形部
Claims (5)
- 【請求項１】 試料を保持する試料保持部と、前記試料
保持部に保持された試料に対向するプローブと、前記試
料保持部あるいは前記プローブを微動させる微動手段
と、ＸＹ走査信号発生部と、前記プローブと試料との間
の相互作用を検出する検出手段と、前記走査信号発生部
からの走査信号を受けて前記微動手段が前記プローブと
試料の対向方向に平行な方向であるＺ方向と直交するＸ
Ｙ方向に走査するとき前記検出手段から得られる検出結
果に基づいて試料表面の情報を得る走査型プローブ顕微
鏡において、 前記微動手段によってＸＹ方向に走査される前記試料保
持部あるいは前記プローブのＸＹ方向の変位を検出する
変位検出手段と、前記変位検出手段の検出結果を前記微
動手段の制御指令値にフィードバックするサーボ制御手
段と、前記走査信号発生部からの走査信号と前記変位検
出手段の検出結果と前記検出手段の検出結果とを関連付
けて記憶する記憶手段と、前記記憶手段の記憶内容に基
づいて前記試料表面の観察結果を補正する補正手段とを
有することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項２】 試料を保持する試料保持部と、前記試料
保持部に保持された試料に対向するプローブと、前記試
料保持部あるいは前記プローブを微動させる微動手段
と、ＸＹ走査信号発生部と、前記プローブと試料との間
の相互作用を検出する検出手段とを備え、前記走査信号
発生部からの走査信号を受けて前記微動手段が前記プロ
ーブと試料の対向方向に平行な方向であるＺ方向と直交
するＸＹ方向に走査するとき前記検出手段から得られる
検出結果に基づいて試料表面の情報を反映した画像を形
成する走査型プローブ顕微鏡において、 前記微動手段によってＸＹ方向に走査される前記試料保
持部あるいは前記プローブのＸＹ方向の変位を検出する
変位検出手段と、前記変位検出手段の検出結果を前記微
動手段の制御指令値にフィードバックするサーボ制御手
段と、前記走査信号発生部からの走査信号と前記変位検
出手段の検出結果と前記検出手段の検出結果とを関連付
けて記憶する記憶手段と、前記記憶手段の記憶内容に基
づいて前記画像を補正する補正手段とを有し、前記画像
における前記走査方向の歪が走査幅の±０．１％以下で
あることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の走査型プローブ
顕微鏡において、前記プローブのＺ方向の変位を検出す
るＺ変位検出手段を有し、前記記憶手段は前記走査信号
発生部から発生された走査信号と前記変位検出手段の検
出結果と前記Ｚ変位検出手段の検出結果とを関連付けて
記憶することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項４】 請求項１，２又は３記載の走査型プロー
ブ顕微鏡において、走査方向の変位を検出する変位検出
手段として、前記微動手段のサーボ制御用の第１の変位
検出手段と、観察結果を補正する補正手段で用いられる
変位を検出する第２の変位検出手段とを備えることを特
徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項記載の走査
型プローブ顕微鏡において、前記微動手段は平行平板走
査機構を有することを特徴とする走査型プローブ顕微
鏡。
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