JP2003028776A - 信号検出装置、信号検出装置によるプローブ顕微鏡、及び信号検出方法、信号検出方法を用いてサンプル表面を観察する観察方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】装置の距離制御能力が追従できないような構造
を避けて、サンプルの観察を最後まで容易に行うことの
できる信号検出装置、信号検出装置によるプローブ顕微
鏡、及びこれらの方法を提供する。 【解決手段】サンプル表面との非接触な状態での物理的
相互作用によるプローブの共振周波数のシフト量の信号
を検出する信号検出装置または方法において、プローブ
の自励発振を促すシステムから出力される信号の振幅値
をモニタする手段と、該手段の出力を参照し、サンプル
表面と前記プローブ先端の探針部との接触を回避するた
めの制御信号を出力する探針退避回路と、この出力をサ
ーボ回路の出力に加算して、前記サンプル表面とプロー
ブ先端間の距離制御を行う加算回路と、を有する構成と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信号検出装置、信
号検出装置によるプローブ顕微鏡、及び信号検出方法、
信号検出方法を用いてサンプル表面を観察する観察方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、導体の電子構造を直接観察できる
走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の開発以来、原子間力
顕微鏡（ＡＦＭ）、走査型容量顕微鏡（ＳＣａＭ）、近
接場顕微鏡（ＳＮＯＭ）といった、先端の尖ったプロー
ブを走査することにより様々な情報とその分布を得る顕
微鏡装置が、次々と開発されている。現在、これらの顕
微鏡は、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）と総称され、
原子、分子レベルの解像度をもつ微細構造の観察手段と
して広く用いられている。

【０００３】ＡＦＭは、原子間力により生じるプローブ
のたわみを検出することにより、サンプル表面の微細な
凹凸を観察する顕微鏡である。このＡＦＭ観察によれ
ば、導体のサンプルしか観察できないＳＴＭと違って、
サンプルが絶縁体であっても容易に観察を行うことがで
きることから、その応用範囲は広い。そのため、次世代
の原子・分子操作装置としても注目されており、様々な
報告がされている。

【０００４】特に、非接触領域（引力領域）において、
プローブ先端とサンプル表面との物理的な接触なしにサ
ンプル表面形状を観察することができるものとして、非
接触型原子間力顕微鏡（ｎｃＡＦＭ）が知られている。
このｎｃＡＦＭは、プローブを共振点で加振させ、サン
プル表面とプローブの探針との間の物理的相互作用（プ
ローブの探針とサンプル表面との間に働く分子間力）に
よるプローブの共振周波数のシフト量を検出することに
より、サンプル表面形状の観察を行うＡＦＭである
（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６９（２），１５ Ｊａｎ
ｕａｒｙ １９９１）。

【０００５】図１に、ｎｃＡＦＭの構成図を示す。プロ
ーブの加振はアクチュエータ１０２で行われ、その制御
には主にＩ／Ｖ変換回路１０８、ゲインコントロール回
路１０９、位相シフタ１１１が用いられる。レーザダイ
オード１０６より照射された光はプローブ１０１の先端
で反射して光電変換素子１０７に入射する（光てこ方
式）。光電変換素子１０７として２分割フォトダイオー
ドや、４分割フォトダイオード等を使用することによっ
て、プローブ１０１先端の変位（たわみ量）を知ること
ができる。そのため、プローブ１０１の加振時の周波数
情報も光電変換素子１０７の出力として得られる。ゲイ
ンコントロール回路１０９は入力された信号（ここでは
Ｉ／Ｖ変換回路１０８の出力）の強度を一定にして出力
するような回路で、アクチュエータ１０２への印加電圧
を制御している。位相シフタ１１１はゲインコントロー
ル回路１０９の出力の位相と、プローブ１０１の位相と
が同位相になるように調整することによって、系の発振
を促し、プローブ１０１の共振を実現させている。図の
ような構成をとることにより、プローブ１０１先端に外
力（原子間力）による影響で共振点が変動しても、その
変動した共振点でプローブ１０１を加振させることが可
能になる。

【０００６】位相検出回路１１０、サーボ回路１１２は
スキャナ１０５のＺ方向（サンプル１０３に対して垂直
方向）の制御を行う部分である。ここではプローブ１０
１先端とサンプル１０３表面が近接したことによるプロ
ーブ１０１の共振周波数のシフト量が、常に一定値にな
るように制御する。スキャナ１０５をＸＹコントローラ
１０４によってＸＹ方向（面方向）に動かし、サンプル
１０３表面をプローブ１０１で走査した時のＺ方向の制
御量がサンプル表面の観察像として出力される。ここ
で、位相検出回路１１０はシフトしたプローブ１０１共
振周波数を電圧値に変換して出力する回路である。構成
としてはＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏ
ｐ）回路がよく用いられ、その出力値をサーボ回路１１
２に入力している。

【０００７】このｎｃＡＦＭ観察によれば、観察は非接
触領域において行われるので、プローブ先端とサンプル
表面とが接触することによる影響を回避することができ
る。このようなことから、ｎｃＡＦＭは原子・分子操作
装置としての応用がより一層期待されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、位相検出回
路１１０として用いているＰＬＬ回路は、位相比較器・
ＶＣＯ（電圧制御型発振器）・ＬＰＦ等を用いたフィー
ドバック・ループを利用しているため、ＰＬＬ回路が安
定に動作するまで時間がかかってしまう。そのため、例
えば、観察時のスループットをあげるために高速スキャ
ンを行おうとすると、サンプル１０３表面上に予測して
いない異物や激しい凹凸が存在した場合、スキャナ１０
５へのフィードバックが追従できず、プローブ１０１の
先端がサンプル１０３表面と接触して、プローブ１０１
の共振が停止し、その後の観察ができなくなるという問
題点があった。特開平９−１７８７６１号公報では、接
触状態を周波数的に監視する機構を用いて、接触に近い
状態になったときにプローブを引き上げ、観察を停止さ
せる構成を有しているが、そのために、サンプルの観察
を最後まで行うことができなくなっている。

【０００９】そこで、本発明は、上記課題を解決し、サ
ンプル上に存在する予測していない異物や、スキャナが
追従しきれない程の周波数成分を有する凹凸が存在した
場合において、それらを回避し、サンプルの観察を最後
まで容易に行うことのできる信号検出装置、信号検出装
置によるプローブ顕微鏡、及び信号検出方法、信号検出
方法を用いてサンプル表面を観察する観察方法を提供す
るものである。

【００１０】

【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、つぎの（１）〜（１０）のように構成した
信号検出装置、信号検出装置によるプローブ顕微鏡、及
び信号検出方法、信号検出方法を用いてサンプル表面を
観察する観察方法を提供するものである。 （１）プローブ先端の探針部と非接触な状態に置かれた
サンプル表面との間に物理的相互作用を働かせ、前記物
理的相互作用による前記プローブの共振周波数のシフト
量の信号を検出する信号検出装置において、前記プロー
ブの自励発振を促すシステムから出力される信号の振幅
値をモニタするピークディテクタ回路と、前記ピークデ
ィテクタ回路の出力を参照し、前記サンプル表面と前記
プローブ先端の探針部との接触を回避するための制御信
号を出力する探針退避回路と、前記探針退避回路の出力
を、サンプル表面とプローブ先端との距離制御用の信号
を生成するサーボ回路の出力に加算して、前記サンプル
表面とプローブ先端間の距離制御を行う加算回路と、を
有することを特徴とする信号検出装置。 （２）前記探針退避回路は、参照信号を出力する参照信
号発生回路と、該参照信号発生回路の出力値と前記ピー
クディテクタ回路の出力値とを比較してその差信号を出
力するコンパレート回路と、によって構成されているこ
とを特徴とする上記（１）に記載の信号検出装置。 （３）前記探針退避回路は、参照信号を出力する参照信
号発生回路と、該参照信号発生回路の出力値をスレッシ
ョルドとして前記ピークディテクタ回路の出力値を比較
するコンパレート回路と、該コンパレート回路の出力を
参照してパルス信号を発生させるパルス信号発生装置
と、によって構成されていることを特徴とする上記
（１）に記載の信号検出装置。 （４）前記加算回路は、前記サンプルを載置したスキャ
ナの垂直方向の距離制御を行うように構成されているこ
とを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の
信号検出装置。 （５）プローブによって信号を検出する信号検出装置を
備え、サンプル表面を観察するプローブ顕微鏡におい
て、前記信号検出装置を上記（１）〜（４）のいずれか
に記載の信号検出装置によって構成したことを特徴とす
るプローブ顕微鏡。 （６）プローブ先端の探針部と非接触な状態に置かれた
サンプル表面との間に物理的相互作用を働かせ、前記物
理的相互作用による前記プローブの共振周波数のシフト
量の信号を検出する信号検出方法において、前記プロー
ブの自励発振を促すシステムから出力される信号の振幅
値をモニタするステップと、前記ステップのモニタされ
た信号の出力を参照し、前記サンプル表面と前記プロー
ブ先端の探針部との接触を回避するための制御信号を出
力するステップと、前記ステップの制御信号の出力を、
サンプル表面とプローブ先端との距離制御用の信号を生
成するサーボ回路の出力に加算して、前記サンプル表面
とプローブ先端間の距離制御を行うステップと、を有す
ることを特徴とする信号検出方法。 （７）前記プローブ先端の探針部の接触を回避するため
の制御信号を出力するステップは、参照信号を出力する
ステップと、前記参照信号の出力値と前記プローブの自
励発振を促すシステムにおけるモニタされた信号の出力
値とを比較してその差信号を出力するステップと、によ
って構成されていることを特徴とする上記（６）に記載
の信号検出方法。 （８）前記プローブ先端の探針部の接触を回避するため
の制御信号を出力するステップは、、参照信号を出力す
るステップと、前記参照信号のの出力値をスレッショル
ドとして前記プローブの自励発振を促すシステムにおけ
るモニタされた信号の出力値を比較するコンパレート回
路と、該コンパレート回路の出力を参照してパルス信号
を発生させるパルス信号発生装置と、によって構成され
ていることを特徴とする上記（６）に記載の信号検出方
法。 （９）前記加算回路は、前記サンプルを載置したスキャ
ナの垂直方向の距離制御を行うように構成されているこ
とを特徴とする上記（６）〜（８）のいずれかに記載の
信号検出方法。 （１０）プローブによる信号検出方法を用いてサンプル
表面を観察する観察方法において、前記信号検出方法を
上記（６）〜（９）のいずれかに記載の信号検出方法を
用いてサンプル表面を観察することを特徴とする観察方
法。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。図２は本発明の装置構成を示
した図である。本装置は、プローブ２０１・アクチュエ
ータ２０２・レーザダイオード２０６・光電変換素子２
０７・Ｉ／Ｖ変換回路２０８・ゲインコントロール回路
２０９・位相シフタ２１１で構成されるプローブ２０１
の加振系と、位相検出回路２１０・サーボ回路２１２・
加算回路２１５・スキャナ２０５・ピークディテクタ回
路２１３・探針退避回路２１４・加算回路２０２で構成
されるプローブ２０１とサンプル２０３の距離制御系で
構成されている。

【００１２】また、サンプル２０３の表面観察は、ＸＹ
コントローラ２０４を用いてスキャナ２０５をＸＹ
（面）方向にサンプル２０３を走査することによって行
う。この時、プローブ２０１はアクチュエータ２０２に
よって共振点で加振されている。共振点での加振方法を
説明する。プローブ２０１先端にレーザダイオード２０
６によって光を照射し、反射光よりプローブ２０１先端
の変動を光電変換素子２０７、Ｉ／Ｖ変換回路２０８で
電圧の信号に変換する（光てこ方式）。ゲインコントロ
ール回路２０９では、Ｉ／Ｖ変換回路２０８より出力さ
れた電圧信号の振幅値を一定値に調整する。位相シフタ
２１１でゲインコントロール回路２０９の出力電圧値の
位相と、プローブ２０１の位相を合わせ込むことによっ
て系自体の発振を促し、プローブ２０１を共振点で加振
させる（フィードフォワード制御）。なお、プローブ２
０１先端の変動の検出方法は、光てこ方式に限るもので
はない。このフィードフォワード制御を行うことによっ
て、プローブ２０１の先端に外力（原子間力等）による
影響で共振周波数がシフトしても、そのシフトした点で
共振を行わせることが可能になる。

【００１３】この共振周波数のシフト量は、プローブ２
０１の共振周波数のシフト量に対応した電圧の信号とし
て位相検出回路２１０によって検出さる。この位相検出
回路２１０としては、ＰＬＬ等の周波数／電圧変換回路
等が用いられる。サーボ回路２１２は、位相検出回路２
１０の出力を参照し、プローブ２０１の周波数シフト量
を一定値に制御するための信号を出力する。具体的な制
御方法は、スキャナ２０５をＺ方向（高さ方向）に動か
すことにより、プローブ２０１とサンプル２０３との距
離制御を行うが、実際にスキャナ２０３を制御するのは
加算回路２１５である。加算回路２１５の動作について
は後述する。このサーボ回路２１２の制御量は、サンプ
ル２０３の表面形状の観察像として画像化される。

【００１４】加算回路２１５は、サーボ回路２１２の出
力と探針退避回路２１４の出力をそれぞれ加算して、ス
キャナ２０５を制御する回路である。サーボ回路２１２
の出力は、先にも述べたようにサンプル２０３表面の形
状に対応した信号である。探針退避回路２１４は、サン
プル２０３表面にゴミ等の異物や、激しい凹凸の構造
等、ｎｃＡＦＭ装置の距離制御能力が追従できない程の
スループット（周波数信号）が検出された時、スキャナ
２０５を引き下げる（プローブ２０１とサンプル２０３
の距離を離す）信号を出力する回路である。この動作
は、装置の距離制御能力が及ばなくなった結果、プロー
ブ２０１先端とサンプル２０３表面が接触し、プローブ
２０１の加振が停止し、その後の観察ができなくなるこ
とを避けるために行うものである。このｎｃＡＦＭ装置
の距離制御能力が追従できない程のスループット（周波
数信号）が検出されたかどうかの判断の基準は、ピーク
ディテクタ回路２１３の出力信号の変動を参照する。

【００１５】ピークディテクタ回路２１３は、Ｉ／Ｖ変
換回路２０８から出力されるＡＦＭ信号の振幅値をモニ
タする回路である。サンプル２０３表面の観察時に、装
置の距離制御系が正常に動作している場合、プローブ２
０１とサンプル２０３の距離は常に一定になるように制
御されているため、ＡＦＭ信号の振幅値は一定になる。
そのため、ピークディテクタ回路２１３からはある一定
値が出力される。

【００１６】探針退避回路２１４は、ピークディテクタ
回路２１３の出力信号の変動をモニタしてスキャナ２０
５を制御する信号を出力するため、ピークディテクタ回
路２１３の出力に変動がなかった場合、この動作は行わ
れず、ある一定の信号を加算回路２１５に出力する。サ
ンプル２０３表面にゴミ等の異物や、激しい凹凸の構造
等、ｎｃＡＦＭ装置の距離制御能力が追従できない程の
スループット（周波数信号）が検出された時、サンプル
２０３とプローブ２０１は急接近（またはサンプルに接
触）しているため、プローブ２０１の先端には、サンプ
ル２０３との物理的相互作用（本実施の形態では原子間
力）が強く働き、プローブ２０１の振幅値が変化する。
ピークディテクタ回路２１３はＡＦＭ信号の振幅値を検
出する回路であるため、その出力が変動し、探針退避回
路２１４はスキャナ２０５を引き下げるような信号を出
力する。

【００１７】上記構成によれば、サンプル上に存在する
予測していない異物や、スキャナが追従しきれない程の
周波数成分を有する凹凸が存在した場合において、それ
らを回避し、サンプルの観察を最後まで容易に行うこと
のできる。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。 ［実施例１］装置構成図は図２である。特に探針退避回
路２１４は図３のように構成した。この時のプローブ２
０１の動作を図５に示す。

【００１９】図２において、プローブ２０１は共振周波
数３８０ＫＨｚ、振動系の鋭さを表すＱ値が大気中で４
００のものを使用した。アクチュエータ２０２は圧電セ
ラミックスを用い、光電変換素子２０７は４分割フォト
ダイオードを用いた。スキャナ２０５はＸＹＺ方向に走
査可能なチューブピエゾを用いた。Ｉ／Ｖ変換回路２０
８・位相シフタ２１１・ピークディテクタ回路２１３・
加算回路２１５はＯｐＡｍｐ等のＩＣや抵抗・コンデン
サ・ダイオード等の素子で構成される一般的な回路構成
を用いた。サーボ回路２１２はＰＩ（比例・積分）制御
を行う回路構成で実現した。位相検出回路２１０はパッ
ケージされたＩＣ、７４ＶＨＣ４０４６（Ｆａｉｒｃｈ
ｉｌｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社）を用いたＰＬ
Ｌ回路で実現した。

【００２０】探針退避回路２１４の構成は、図３のよう
に、コンパレート回路３０１・参照信号発生回路３０２
で構成した。コンパレート回路３０１はＯｐＡｍｐで構
成される差動増幅回路で実現した。また、参照信号発生
回路３０２は、基準電源用ＩＣ、ＡＤ５８１（アナログ
・デバイセズ社）を用いた回路構成で実現した。参照信
号は、コンパレート回路３０１に入力されるピークディ
テクタ回路２１３の出力値（ＡＦＭ信号の振幅に対応）
と同じ値になるように設定した。コンパレート回路３０
１は、ピークディテクタ回路２１３の出力と、参照信号
発生回路３０２の出力を比較して、その差分を加算回路
２１５に入力する回路である。

【００２１】この回路の動作とプローブの動作を図５に
示す（回路動作（１）・プローブ動作（２））。プロー
ブの距離制御能力が追従しきれないような構造物に接近
した場合、プローブの先端に強い原子間力が働き、プロ
ーブが拘束された結果、ＡＦＭ信号の振幅値が小さくな
る。その結果、参照信号発生回路３０２の参照信号との
間にずれが生じ、コンパレート回路３０１からは、その
差分のＥＲＲＯＲ ＳＩＧＮＡＬが出力される。この
時、スキャナ２０５は引き下げられ、プローブと構造物
との距離は引き離される（図５）。プローブと構造物
との間に十分な距離が保たれ、ＡＦＭ信号の振幅値が参
照信号と同じレベルになると、再びプローブの距離制御
が開始され、通常の観察動作に移行する（図５）。

【００２２】本実施例では、サンプル２０３としてＳｉ
基板上に高さ１００［ｎｍ］のＡｕパターンを形成した
もを使用し、Ｓｉ基板とＡｕパターンの境界上で観察を
行ったところ、プローブの共振を止めることなく安定に
観察動作を行えることが確認された。

【００２３】［実施例２］装置構成図は図２である。特
に探針退避回路２１４は図４のように構成した。この時
のプローブ２０１の動作を図６に示す。

【００２４】図２において、プローブ２０１は共振周波
数３８０ＫＨｚ、振動系の鋭さを表すＱ値が大気中で４
００のものを使用した。アクチュエータ２０２は圧電セ
ラミックスを用い、光電変換素子２０７は４分割フォト
ダイオードを用いた。スキャナ２０５はＸＹＺ方向に走
査可能なチューブピエゾを用いた。Ｉ／Ｖ変換回路２０
８・位相シフタ２１１・ピークディテクタ回路２１３・
加算回路２１５はＯｐＡｍｐ等のＩＣや抵抗・コンデン
サ・ダイオード等の素子で構成される一般的な回路構成
を用いた。サーボ回路２１２はＰＩ（比例・積分）制御
を行う回路構成で実現した。位相検出回路２１０はパッ
ケージされたＩＣ、７４ＶＨＣ４０４６（Ｆａｉｒｃｈ
ｉｌｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社）を用いたＰＬ
Ｌ回路で実現した。

【００２５】探針退避回路２１４の構成は、図４のよう
に、コンパレート回路４０１・参照信号発生回路４０２
・パルス信号発生回路４０３で構成した。コンパレート
回路４０１はＯｐＡｍｐで構成される一般的な比較回路
で実現した。また、参照信号発生回路４０２は、基準電
源用ＩＣ、ＡＤ５８１（アナログ・デバイセズ社）を用
いた回路構成で実現した。参照信号は、コンパレート回
路４０１に入力されるピークディテクタ回路２１３の出
力値（ＡＦＭ信号の振幅に対応）と同じ値になるように
設定した。コンパレート回路４０１は、ピークディテク
タ回路２１３の出力と、参照信号発生回路４０２の出力
を比較して、ピークディテクタ回路２１３の出力値が参
照信号よりも小さくなった場合、パルス信号発生回路４
０３にトリガを与える回路である。パルス信号発生回路
４０３は任意波形発生器ＬＷ４２０Ａ（ＬｅＣｒｏｙ
社）を使用した。

【００２６】この回路の動作とプローブの動作を図６に
示す（回路動作（１）・プローブ動作（２））。プロー
ブの距離制御能力が追従しきれないような構造物に接近
した場合、プローブの先端に強い原子間力が働き、プロ
ーブが拘束された結果、ＡＦＭ信号の振幅値が小さくな
る。その結果、参照信号発生回路４０２の参照信号との
間にずれが生じ、コンパレート回路４０１からはトリガ
信号が発生する。パルス信号発生回路４０３は、このト
リガ信号を受けて図６（１）のような信号を出力する。
その信号が発生している間、スキャナ２０５は引き下げ
られ、プローブと構造物との距離は引き離される（図６
）。プローブと構造物との間に十分な距離が保たれ、
ＡＦＭ信号の振幅値が参照信号と同じレベルになると、
再びプローブの距離制御が開始され、通常の観察動作に
移行する（図６）。この時パルス信号発生回路４０８
から発生される信号の速度（傾き）は、プローブと構造
物間の距離制御のフィードバックが追従するよりも遅い
速度（傾き）である。

【００２７】本実施例では、サンプル２０３としてＳｉ
基板上に高さ１００［ｎｍ］のＡｕパターンを形成した
ものを使用し、Ｓｉ基板とＡｕパターンの境界上で観察
を行ったところ、プローブの共振を止めることなく安定
に観察動作を行えることが確認された。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、距離制御システムが追従できないような構造を避け
て、サンプルの観察を行うことが可能になるので、プロ
ーブの共振が止まることなく、最後まで安定な観察動作
を行うことが容易になる。さらに、そのような構造に接
近してもプローブとサンプルとが接触することがないた
め、プローブ先端の保護を効果的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の非接触型原子間力顕微鏡（ｎｃＡＦＭ）
の構成を示す図である。

【図２】本発明の非接触型原子間力顕微鏡（ｎｃＡＦ
Ｍ）の構成を示す図である。

【図３】実施例１における探針退避回路の構成例を示す
図である。

【図４】実施例２における探針退避回路の構成例を示す
図である。

【図５】実施例１のプローブ動作を示した図である。

【図６】実施例２のプローブ動作を示した図である。

【符号の説明】

１０１，２０１：プローブ １０２，２０２：アクチュエータ １０３，２０３：サンプル １０４，２０４：ＸＹコントローラ １０５，２０５：スキャナ １０６，２０６：レーザダイオード １０７，２０７：光電変換素子 １０８，２０８：Ｉ／Ｖ変換回路 １０９，２０９：ゲインコントロール回路 １１０，２１０：位相検出回路 １１１，２１１：位相シフタ １１２，２１２：サーボ回路 ２１３：ピークディテクタ回路 ２１４：探針退避回路 ２１５：加算回路 ３０１，４０１：コンパレート回路 ３０２，４０２：参照信号発生回路 ４０３：パルス信号発生回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA50 FF44 GG06 JJ18 JJ22 PP24 QQ25 QQ27 2F069 AA57 GG04 GG07 GG71 HH30 JJ14 MM24 5J084 AA05 AD02 BA04 BA36

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プローブ先端の探針部と非接触な状態に置
   かれたサンプル表面との間に物理的相互作用を働かせ、
   前記物理的相互作用による前記プローブの共振周波数の
   シフト量の信号を検出する信号検出装置において、 前記プローブの自励発振を促すシステムから出力される
   信号の振幅値をモニタするピークディテクタ回路と、 前記ピークディテクタ回路の出力を参照し、前記サンプ
   ル表面と前記プローブ先端の探針部との接触を回避する
   ための制御信号を出力する探針退避回路と、 前記探針退避回路の出力を、サンプル表面とプローブ先
   端との距離制御用の信号を生成するサーボ回路の出力に
   加算して、前記サンプル表面とプローブ先端間の距離制
   御を行う加算回路と、 を有することを特徴とする信号検出装置。
2. 【請求項２】前記探針退避回路は、参照信号を出力する
   参照信号発生回路と、該参照信号発生回路の出力値と前
   記ピークディテクタ回路の出力値とを比較してその差信
   号を出力するコンパレート回路と、によって構成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の信号検出装置。
3. 【請求項３】前記探針退避回路は、参照信号を出力する
   参照信号発生回路と、該参照信号発生回路の出力値をス
   レッショルドとして前記ピークディテクタ回路の出力値
   を比較するコンパレート回路と、該コンパレート回路の
   出力を参照してパルス信号を発生させるパルス信号発生
   装置と、によって構成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の信号検出装置。
4. 【請求項４】前記加算回路は、前記サンプルを載置した
   スキャナの垂直方向の距離制御を行うように構成されて
   いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記
   載の信号検出装置。
5. 【請求項５】プローブによって信号を検出する信号検出
   装置を備え、サンプル表面を観察するプローブ顕微鏡に
   おいて、前記信号検出装置を請求項１〜４のいずれか１
   項に記載の信号検出装置によって構成したことを特徴と
   するプローブ顕微鏡。
6. 【請求項６】プローブ先端の探針部と非接触な状態に置
   かれたサンプル表面との間に物理的相互作用を働かせ、
   前記物理的相互作用による前記プローブの共振周波数の
   シフト量の信号を検出する信号検出方法において、 前記プローブの自励発振を促すシステムから出力される
   信号の振幅値をモニタするステップと、 前記ステップのモニタされた信号の出力を参照し、前記
   サンプル表面と前記プローブ先端の探針部との接触を回
   避するための制御信号を出力するステップと、 前記ステップの制御信号の出力を、サンプル表面とプロ
   ーブ先端との距離制御用の信号を生成するサーボ回路の
   出力に加算して、前記サンプル表面とプローブ先端間の
   距離制御を行うステップと、 を有することを特徴とする信号検出方法。
7. 【請求項７】前記プローブ先端の探針部の接触を回避す
   るための制御信号を出力するステップは、参照信号を出
   力するステップと、前記参照信号の出力値と前記プロー
   ブの自励発振を促すシステムにおけるモニタされた信号
   の出力値とを比較してその差信号を出力するステップ
   と、によって構成されていることを特徴とする請求項６
   に記載の信号検出方法。
8. 【請求項８】前記プローブ先端の探針部の接触を回避す
   るための制御信号を出力するステップは、、参照信号を
   出力するステップと、前記参照信号のの出力値をスレッ
   ショルドとして前記プローブの自励発振を促すシステム
   におけるモニタされた信号の出力値を比較するコンパレ
   ート回路と、該コンパレート回路の出力を参照してパル
   ス信号を発生させるパルス信号発生装置と、によって構
   成されていることを特徴とする請求項６に記載の信号検
   出方法。
9. 【請求項９】前記加算回路は、前記サンプルを載置した
   スキャナの垂直方向の距離制御を行うように構成されて
   いることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記
   載の信号検出方法。
10. 【請求項１０】プローブによる信号検出方法を用いてサ
    ンプル表面を観察する観察方法において、前記信号検出
    方法を請求項６〜９のいずれか１項に記載の信号検出方
    法を用いてサンプル表面を観察することを特徴とする観
    察方法。