JP2006138655A - Scanning probe microscope - Google Patents

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Yuichi Kunitomo
裕一 國友
Yoshiyuki Nagano
好幸 永野
Takashi Morimoto
高史 森本
Yukio Kenbo
行雄 見坊
Yoshihito Inanobe
慶仁 稲野辺
Takahiko Kawasaki
貴彦 川崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning probe microscope capable of obtaining precise measurement data by eliminating noise component characteristically arises only in specific scanning direction of the measurement device. <P>SOLUTION: The scanning probe microscope comprises: the cantilever 14 provided with prove 13; the moving mechanisms 11 and 17 for relatively moving the position of the probe to the sample 10; the detection means for detecting the specific physical amount; the measurement means for measuring the surface of the sample; and the measurement control means 60 for controlling the operation of the moving mechanisms and the measurement means. The measurement control means comprises: the scanning direction setting means 61 for setting the first scanning direction and the second scanning direction crossing at an arbitrary angle; the measurement performing means 62 for obtaining the measurement data by measuring the surface of the sample while scanning and moving the probe in the first scanning direction and the second scanning direction; the first subtraction means 63 for operating the difference of data between the first line data and the second line data; and the second subtraction means 64 for subtracting the above data difference from the measurement data concerning the first scanning direction. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は走査型プローブ顕微鏡に関し、特に、試料表面の測定範囲を探針で走査して得た線または面の測定値の精度を高くするのに好適な走査型プローブ顕微鏡に関する。   The present invention relates to a scanning probe microscope, and more particularly to a scanning probe microscope suitable for increasing the accuracy of a measurement value of a line or a surface obtained by scanning a measurement range of a sample surface with a probe.

走査型プローブ顕微鏡(SPM)の一例として原子間力顕微鏡(AFM)がある。原子間力顕微鏡は、片持ち梁構造で支持され、かつ弾性を有して撓みまたは捩れの変形を生じるカンチレバーを有する。カンチレバーの自由端には探針(プローブ)が設けられている。試料の表面を測定するとき、探針を試料の表面に接触または近接させ、測定範囲を線状または面状に走査させる。試料表面に沿って探針を走査させるとき、試料表面の形状変化や電気的特定に応じて変化する探針と試料の間の原子間力に応じて変形するカンチレバーの撓み変形等を検出し、この検出情報を探針の位置情報と関連付けて処理することにより試料表面の形状また性質を測定することができる。   An example of a scanning probe microscope (SPM) is an atomic force microscope (AFM). The atomic force microscope has a cantilever that is supported by a cantilever structure and has elasticity and causes deformation of bending or twisting. A probe (probe) is provided at the free end of the cantilever. When measuring the surface of the sample, the probe is brought into contact with or close to the surface of the sample, and the measurement range is scanned linearly or planarly. When scanning the probe along the sample surface, it detects the deformation of the cantilever that deforms according to the atomic force between the probe and the sample, which changes according to the shape change of the sample surface and electrical specification, By processing this detection information in association with the position information of the probe, the shape or property of the sample surface can be measured.

試料表面の凹凸形状等の情報は、通常、Z軸に割り当てられる高さ方向の情報と、X軸およびY軸に割り当てられるXY平面方向の情報がある。高さ方向の情報は、カンチレバーの変位と、その変位に対応して探針の先端と試料表面との関係を一定に保つように変化するZ軸移動機構により得られる。XY平面方向の情報は、探針と試料を相対的に移動させるX軸およびY軸の移動機構により得られる。   Information such as the uneven shape of the sample surface usually includes information on the height direction assigned to the Z axis and information on the XY plane direction assigned to the X axis and the Y axis. The information in the height direction is obtained by a Z-axis moving mechanism that changes so as to keep the relationship between the tip of the probe and the sample surface constant corresponding to the displacement of the cantilever. Information in the XY plane direction is obtained by an X-axis and Y-axis moving mechanism that relatively moves the probe and the sample.

探針をXY平面方向に移動させるには機械的な移動機構やピエゾ素子が使用される。機械的な移動機構は、原理上、ドリフト的要素(時間的変化の要因)、バックラッシや摺動部分の摩擦の影響、温度変化や湿度変化等の環境要因などによる動作の非線形性を必ず内在している。ピエゾ素子は、素子固有のヒステリシスなどに起因する動作の非線形性を有している。さらに装置の老朽化などの劣化に伴い、移動機構の非線形性は増大する傾向にある。   A mechanical moving mechanism or a piezo element is used to move the probe in the XY plane direction. In principle, the mechanical movement mechanism has inherently non-linearity of the operation due to environmental factors such as drifting factors (cause of temporal changes), the effects of backlash and sliding parts friction, temperature changes and humidity changes. ing. The piezo element has non-linearity in operation due to hysteresis inherent in the element. Furthermore, the non-linearity of the moving mechanism tends to increase with the deterioration of the device such as aging.

原子間力顕微鏡における上記移動機構の非線形性の動作特性は、試料表面における探針の平面位置情報やそれに対応する高さ位置情報などの測定データに対して、試料または探針の走査方向に関して一定の走査方向にのみ出現する特徴的なノイズとして、影響を及ぼす。   The non-linear operation characteristics of the moving mechanism in the atomic force microscope are constant with respect to the scanning direction of the sample or the probe with respect to measurement data such as the plane position information of the probe on the sample surface and the corresponding height position information. As a characteristic noise that appears only in the scanning direction, it affects.

原子間力顕微鏡による測定で得られた測定データから上記のごときのノイズを除去する方法として特許文献1に記載される方法がある。この方法では、走査型プローブ顕微鏡による測定で、サンプルの一部に係る測定走査データと、サンプルの一部の参照イメージに係る参照走査データとを取得し、測定走査データから参照走査データを減算し、訂正されたイメージを得るためのデータを取得するようにしている。
国際公開番号:WO099/15851(特許公表2001-517777号公報)
There is a method described in Patent Document 1 as a method of removing the noise as described above from measurement data obtained by measurement with an atomic force microscope. In this method, measurement scanning data related to a part of the sample and reference scanning data related to a reference image of a part of the sample are obtained by measurement using a scanning probe microscope, and the reference scanning data is subtracted from the measurement scanning data. The data for obtaining the corrected image is obtained.
International Publication Number: WO099 / 15851 (Patent Publication 2001-517777)

前述した特許文献1のノイズ除去の方法によれば、サンプルを基準にして上記の測定走査データと参照走査データをそれぞれ得る場合において、測定用試料部分と参照用試料部分のそれぞれを測定する際には、前述した一定の走査方向にのみ出現する固有の特徴的なノイズがランダムに重畳している。そのため、参照用試料部分の測定時に重畳したノイズは、測定用試料部分の測定時に重畳したノイズとは異なる場合がある。この結果、参照走査データを利用して減算処理を行っても、測定走査データに重畳した一定走査方向に固有なノイズを確実に除去するには有効でないという問題点が提起される。   According to the noise removal method of Patent Document 1 described above, when the above-described measurement scan data and reference scan data are obtained on the basis of a sample, when measuring each of the measurement sample portion and the reference sample portion, The characteristic characteristic noise that appears only in a certain scanning direction is superimposed at random. For this reason, the noise superimposed when measuring the reference sample portion may be different from the noise superimposed when measuring the measurement sample portion. As a result, there is a problem that even if the subtraction process is performed using the reference scan data, it is not effective for reliably removing noise inherent in the constant scan direction superimposed on the measurement scan data.

さらに、測定対象である試料と参照用の試料は基本的に別のものであるので、2つの試料の間の性質の差が演算結果に反映されるおそれがあるという問題点も提起される。   Furthermore, since the sample to be measured and the reference sample are basically different, there is a problem that a difference in properties between the two samples may be reflected in the calculation result.

従って本発明の課題は、測定対象の試料の測定データから、試料等の一定の走査方向にのみ出現する特徴的なノイズを高い精度で除去できるようにするものである。   Accordingly, an object of the present invention is to make it possible to remove, with high accuracy, characteristic noise that appears only in a certain scanning direction, such as a sample, from measurement data of a sample to be measured.

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、走査型プローブ顕微鏡の測定装置で得た線または面に係る測定データから当該装置の一定の走査方向にのみ特有に出現するノイズ成分を除去し、精度の高い測定データを得ることのできる走査型プローブ顕微鏡を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to remove noise components that appear only in a certain scanning direction of the apparatus from measurement data related to a line or surface obtained by a measuring apparatus of a scanning probe microscope, Another object of the present invention is to provide a scanning probe microscope capable of obtaining high measurement data.

本発明に係る走査型プローブ顕微鏡は、上記目的を達成するために、次のように構成される。   In order to achieve the above object, a scanning probe microscope according to the present invention is configured as follows.

第1の走査型プローブ顕微鏡(請求項1に対応)は、自由端に設けられた探針を有するカンチレバーと、試料に対する探針の位置を相対的に変化させる移動機構(XY微動機構、XYZステージ)と、探針と試料の間に作用する物理量を検出する検出手段と、移動機構で探針を相対的に移動させて探針が試料の表面を走査するとき、検出手段で検出される物理量を利用して試料の表面を測定する測定手段と、移動機構と測定手段の動作を制御する測定制御手段とを備え、この測定制御手段は、試料と探針の位置関係について任意角度で交差する第1走査方向と第2走査方向を設定する走査方向設定手段と、試料の表面で設定された測定範囲内で、走査方向設定手段で設定された第1走査方向と第2走査方向のそれぞれで探針を走査移動して試料表面を測定し、測定データを得る測定実行手段と、第1走査方向に係る測定データのうち任意の第1ラインデータと、第2走査方向に係る測定データのうち第1データラインに対応する第2ラインデータとの間のデータ差を演算する第1減算手段と、第1走査方向に係る測定データから上記データ差を減算する第2減算手段と、を有している。ここで上記の第1走査方向と第2走査方向とが交差する任意角度には0°も含まれる。   A first scanning probe microscope (corresponding to claim 1) includes a cantilever having a probe provided at a free end, and a moving mechanism (XY fine movement mechanism, XYZ stage) for changing the position of the probe relative to a sample. ), Detection means for detecting a physical quantity acting between the probe and the sample, and a physical quantity detected by the detection means when the probe scans the surface of the sample by moving the probe relative to the moving mechanism. Measuring means for measuring the surface of the sample by using the measurement means, and a measurement control means for controlling the operation of the moving mechanism and the measuring means. The measurement control means intersects the positional relationship between the sample and the probe at an arbitrary angle. Scanning direction setting means for setting the first scanning direction and the second scanning direction, and each of the first scanning direction and the second scanning direction set by the scanning direction setting means within the measurement range set on the surface of the sample. Move the probe to scan A measurement execution means for measuring the surface and obtaining measurement data; arbitrary first line data among measurement data in the first scanning direction; and first data corresponding to the first data line in measurement data in the second scanning direction. First subtracting means for calculating the data difference between the two line data and second subtracting means for subtracting the data difference from the measurement data in the first scanning direction. Here, the arbitrary angle at which the first scanning direction and the second scanning direction intersect with each other includes 0 °.

上記の走査型プローブ顕微鏡では、測定データが、後述するごとく特に環境要因等に起因して測定時の走査方向(第1走査方向)に特徴的に出現するノイズ成分を含んでいる場合に、当該ノイズ成分を含まない第2走査方向を設定して測定を行い、さらに任意に選択した第1ラインデータと第2ラインデータの差によりノイズ成分を算出し、当該ノイズ成分を本来の測定データから減算して特徴的なノイズ成分が除去された精度の高い測定データを取得する。   In the above scanning probe microscope, when the measurement data includes a noise component that appears characteristically in the scanning direction at the time of measurement (first scanning direction) due to environmental factors as described later, Measurement is performed by setting the second scanning direction not including the noise component, and the noise component is calculated based on the difference between the arbitrarily selected first line data and second line data, and the noise component is subtracted from the original measurement data. Thus, highly accurate measurement data from which characteristic noise components have been removed is acquired.

第2の走査型プローブ顕微鏡(請求項2に対応)は、上記の第1の装置構成において、好ましくは、第1走査方向は特徴的なノイズ成分が生じる特定方向であり、第2走査方向は特徴的なノイズ成分が生じない特定方向であることで特徴づけられる。これにより、走査方向の異なる2つの測定データを利用することにより差データとして特徴的なノイズに係る特性データを得ることができる。   In the second scanning probe microscope (corresponding to claim 2), in the first apparatus configuration described above, preferably, the first scanning direction is a specific direction in which a characteristic noise component is generated, and the second scanning direction is It is characterized by a specific direction in which no characteristic noise component occurs. Accordingly, characteristic data relating to characteristic noise can be obtained as difference data by using two measurement data having different scanning directions.

第3の走査型プローブ顕微鏡(請求項3に対応)は、上記の各装置構成において、好ましくは、第1走査方向と第2走査方向の作る任意角度は90°であることで特徴づけられる。温度や湿度等の環境要因等が原因で生じ走査機械系等の特徴的なノイズが生じるとき、その直角方向が最もノイズが生じないデータを得ることができる。   The third scanning probe microscope (corresponding to claim 3) is preferably characterized in that, in each of the above-described device configurations, an arbitrary angle formed between the first scanning direction and the second scanning direction is 90 °. When characteristic noise such as a scanning mechanical system occurs due to environmental factors such as temperature and humidity, data with the least noise in the perpendicular direction can be obtained.

第4の走査型プローブ顕微鏡(請求項4に対応)は、上記の各装置構成において、好ましくは、測定実行手段による第1走査方向に係る測定で面データを取得し、この面データから第1ラインデータを選択し、測定実行手段による第2走査方向に係る測定で第2ラインデータに対応する線データを取得することで特徴づけられる。   In the fourth scanning probe microscope (corresponding to claim 4), in each of the above-described apparatus configurations, preferably, surface data is obtained by measurement in the first scanning direction by the measurement execution unit, and the first data is obtained from the surface data. It is characterized by selecting line data and acquiring line data corresponding to the second line data by measurement in the second scanning direction by the measurement execution means.

第5の走査型プローブ顕微鏡(請求項5に対応)は、上記の各装置構成において、好ましくは、走査方向設定手段は、試料の配置状態を同一平面内で任意角度の分回転させる試料回転機構である。試料の位置や姿勢等の配置状態を試料回転機構で変化させることにより上記の異なる方向の2つの走査方向を実現することができる。   In the fifth scanning probe microscope (corresponding to claim 5), preferably, in each of the above-described device configurations, the scanning direction setting means rotates the sample arrangement state by an arbitrary angle within the same plane. It is. The above two different scanning directions can be realized by changing the arrangement state such as the position and posture of the sample by the sample rotating mechanism.

第6の走査型プローブ顕微鏡(請求項6に対応)は、上記の各装置構成において、好ましくは、走査方向設定手段は、第1走査方向に対してほぼ同一方向に第2走査方向を設定し、かつ第1走査方向に対して高速な走査を行う走査実行手段であるである。第1走査方向に対する走査速度を高めることにより、試料を回転させることなく、簡易な構成で迅速に温度等のドリフトノイズを含まない第2走査方向の測定を行うことができる。   In the sixth scanning probe microscope (corresponding to claim 6), preferably, in each of the above-described device configurations, the scanning direction setting means sets the second scanning direction in substantially the same direction as the first scanning direction. And scanning execution means for performing high-speed scanning in the first scanning direction. By increasing the scanning speed in the first scanning direction, measurement in the second scanning direction that does not include drift noise such as temperature can be quickly performed with a simple configuration without rotating the sample.

第7の走査型プローブ顕微鏡(請求項7に対応)は、上記の各装置構成において、好ましくは、第1ラインデータと第2ラインデータをそれぞれ同数の複数本としたことを特徴とする。これに構成により、特徴的なノイズ成分が除去されたより精度の高い測定データを得ることができる。ノイズを算出するための第1ラインデータと第2ラインデータの本数を増すことにより測定範囲の各場所に応じたノイズを得ることができ、測定データの精度を高めることができる。   A seventh scanning probe microscope (corresponding to claim 7) is preferably characterized in that, in each of the above-described device configurations, the first line data and the second line data are the same number. With this configuration, it is possible to obtain more accurate measurement data from which characteristic noise components are removed. By increasing the number of first line data and second line data for calculating noise, noise corresponding to each place in the measurement range can be obtained, and the accuracy of measurement data can be increased.

第8の走査型プローブ顕微鏡(請求項8に対応)は、上記の各装置構成において、好ましくは、走査回数、走査ピッチ、および前記第1走査方向は任意に設定することが可能である。この構成によれば、走査型プローブ顕微鏡装置の構成の自由度を高めることができる。   In the eighth scanning probe microscope (corresponding to claim 8), preferably, the number of scans, the scan pitch, and the first scan direction can be arbitrarily set in each device configuration described above. According to this structure, the freedom degree of a structure of a scanning probe microscope apparatus can be raised.

本発明によれば次の効果を奏する。
(1)原子間力顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡による試料の表面特性の測定において、温度条件や湿度条件等の環境要因に起因する走査機械系等に由来する試料または探針の走査方向に特徴的なノイズが重畳した測定データから簡単にノイズ成分を除去することができ、高い精度の測定データおよび画像データを得ることができる。
(2)ノイズ成分を除去するプロセスの中に試料または探針の走査方向に特徴的なノイズを算出するステップが含まれておリ、これにより測定データに当該ノイズが重畳しているか簡単に確認することができる。
(3)同一の試料の同一の測定箇所を利用して測定データを得るため、例えば標準試験片等のような別個の参照試料を用いた場合、あるいは同一試料内の別の場所を参照した場合に比較して、試料間の特性のばらつき等の影響を受けにくいノイズ除去を行うことができる。
(4)ノイズ成分を抽出するために選択されるラインデータを複数本用いる場合には、各ラインデータに対応する測定範囲の各場所のノイズ成分を得ることができるので、より精度の高い測定データおよび画像データを得ることができる。
The present invention has the following effects.
(1) In measuring the surface characteristics of a sample with a scanning probe microscope such as an atomic force microscope, it is characterized by the scanning direction of the sample or probe derived from a scanning machine system or the like caused by environmental factors such as temperature conditions and humidity conditions The noise component can be easily removed from the measurement data on which typical noise is superimposed, and highly accurate measurement data and image data can be obtained.
(2) The process of removing noise components includes a step of calculating characteristic noise in the scanning direction of the sample or probe, which makes it easy to check whether the noise is superimposed on the measurement data. can do.
(3) In order to obtain measurement data using the same measurement location of the same sample, for example, when using a separate reference sample such as a standard test piece or referring to another location within the same sample Compared to the above, it is possible to perform noise removal which is less susceptible to variations in characteristics between samples.
(4) When a plurality of line data selected to extract a noise component are used, noise components at each location in the measurement range corresponding to each line data can be obtained, so measurement data with higher accuracy can be obtained. And image data can be obtained.

以下に、本発明の好適な実施形態(実施例)を添付図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Preferred embodiments (examples) of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の代表的実施形態を示し、走査型プローブ顕微鏡の要部構成を示している。この走査型プローブ顕微鏡は代表的に原子間力顕微鏡であるが、これに限定されない。   FIG. 1 shows a typical embodiment of a scanning probe microscope according to the present invention, and shows a configuration of a main part of the scanning probe microscope. This scanning probe microscope is typically an atomic force microscope, but is not limited thereto.

10は、測定対象である試料の一部を拡大して誇張して示している。試料10は、試料移動用のXYZステージ11の上に置かれている。ここでX,Y,Zは、3次元座標系12を形成する3つの軸X,Y,Zを示している。XYZステージ11は、試料10の位置を3次元座標系12において相対的に大きな距離で移動させる粗動機構である。XYZステージ11は、一般的には、電気的駆動源および機械的構成によって作られている。XYZステージ11はXY粗動機構部とZ粗動機構部を含んでいる。XYZステージ11は通常基準となるテーブルの上に取り付けられている。   Reference numeral 10 is an enlarged view of a part of the sample to be measured. The sample 10 is placed on an XYZ stage 11 for sample movement. Here, X, Y, and Z indicate the three axes X, Y, and Z that form the three-dimensional coordinate system 12. The XYZ stage 11 is a coarse movement mechanism that moves the position of the sample 10 by a relatively large distance in the three-dimensional coordinate system 12. The XYZ stage 11 is generally made by an electric drive source and a mechanical configuration. The XYZ stage 11 includes an XY coarse movement mechanism and a Z coarse movement mechanism. The XYZ stage 11 is usually mounted on a reference table.

試料10の上側表面10aは測定対象の凹凸表面である。試料10の表面10aに対しては探針13がその先端を対向させる状態で配置されている。探針13は、片持ち梁構造で取り付けられたカンチレバー14の自由端に設けられている。カンチレバ−14では、その基端がカンチレバー取付け部15に固定されている。カンチレバー取付け部15はZ方向微動機構16に設けられ、さらにZ方向微動機構16はXY微動機構17に固定されている。XY微動機構17は不図示のフレームに固定されている。Z方向微動機構16はカンチレバー14すなわち探針13をZ方向に微細な距離で移動させる移動機構であり、XY微動機構17はカンチレバー14すなわち探針13をXY平面方向に微細な距離で走査移動させる移動機構である。   The upper surface 10a of the sample 10 is an uneven surface to be measured. A probe 13 is arranged on the surface 10a of the sample 10 with its tip opposed. The probe 13 is provided at the free end of a cantilever 14 attached in a cantilever structure. In the cantilever 14, the base end is fixed to the cantilever mounting portion 15. The cantilever mounting portion 15 is provided in the Z-direction fine movement mechanism 16, and the Z-direction fine movement mechanism 16 is fixed to the XY fine movement mechanism 17. The XY fine movement mechanism 17 is fixed to a frame (not shown). The Z-direction fine moving mechanism 16 is a moving mechanism that moves the cantilever 14, that is, the probe 13 in the Z direction at a fine distance, and the XY fine movement mechanism 17 scans and moves the cantilever 14, that is, the probe 13 in the XY plane direction at a fine distance. It is a moving mechanism.

カンチレバー14に対しては、その上側に、レーザ発振器(レーザ光源)18と光検出器19が設けられる。レーザ発振器18から出力されたレーザ光20はカンチレバー14の背面に照射される。レーザ光20はカンチレバー14の背面で反射され、原則的に光検出器19の受光面に入射される。光検出器19の受光面は4分割され4つの受光領域を備えている。   On the upper side of the cantilever 14, a laser oscillator (laser light source) 18 and a photodetector 19 are provided. The laser beam 20 output from the laser oscillator 18 is applied to the back surface of the cantilever 14. The laser beam 20 is reflected by the back surface of the cantilever 14 and is incident on the light receiving surface of the photodetector 19 in principle. The light receiving surface of the photodetector 19 is divided into four parts and has four light receiving regions.

探針13の先端と試料10の表面との間には原子間力が作用するような状態で、探針13は試料10の表面10aに対向して配置される。探針13と試料10の間の距離は、所定の原子間力が生じて一定距離dに保持されるようにフィードバックサーボ制御ループで制御される。フィードバックサーボ制御ループは、次のように構成される。   The probe 13 is arranged to face the surface 10 a of the sample 10 in such a state that an atomic force acts between the tip of the probe 13 and the surface of the sample 10. The distance between the probe 13 and the sample 10 is controlled by a feedback servo control loop so that a predetermined atomic force is generated and maintained at a constant distance d. The feedback servo control loop is configured as follows.

試料10と探針13との関係でカンチレバー14で撓み変形等が生じると、光検出器19の受光面でのレーザ光20の入射位置が変化する。光検出器19から出力される検出信号Vdは減算器21に入力される。減算器21では検出信号Vdと基準値(Vref)との偏差が算出され、その偏差信号ΔVが制御器22に入力される。制御器22は、偏差信号が0になるように、探針・試料間距離を調整するための制御信号をZ方向微動機構16に供給する。制御器22から出力される偏差信号を0にすることにより、実際には、基準となる目標撓み量(基準値Vref)に対して実際のカンチレバー14の撓み量が一致するような制御が行われる。   When bending deformation or the like occurs in the cantilever 14 due to the relationship between the sample 10 and the probe 13, the incident position of the laser beam 20 on the light receiving surface of the photodetector 19 changes. The detection signal Vd output from the photodetector 19 is input to the subtractor 21. The subtractor 21 calculates a deviation between the detection signal Vd and the reference value (Vref), and the deviation signal ΔV is input to the controller 22. The controller 22 supplies a control signal for adjusting the distance between the probe and the sample to the Z-direction fine movement mechanism 16 so that the deviation signal becomes zero. By setting the deviation signal output from the controller 22 to 0, control is actually performed so that the actual deflection amount of the cantilever 14 matches the reference deflection amount (reference value Vref) as a reference. .

23はZ方向微動機構16のZ方向微動量を検出する変位検出器である。制御器22から出力される制御信号SG1と変位検出器23から出力される検出信号SG2は制御用コントローラ31に入力される。コントローラ31で、当該制御信号SG1は、試料10の表面10aの凹凸形状等が反映された検出信号すなわち測定データとして扱われる。   Reference numeral 23 denotes a displacement detector for detecting the Z-direction fine movement amount of the Z-direction fine movement mechanism 16. A control signal SG1 output from the controller 22 and a detection signal SG2 output from the displacement detector 23 are input to the controller 31 for control. In the controller 31, the control signal SG1 is handled as a detection signal, that is, measurement data in which the uneven shape of the surface 10a of the sample 10 is reflected.

上位制御装置32は、前述したXYZステージ11、XY微動機構17等の各移動機構の動作を制御し、測定を制御する機能を有している。上位制御装置32は、XYZステージ11に基づく走査動作を指令する制御信号と、XY微動機構17に基づく微細な走査動作を指令する制御信号を与える。また上位制御装置32から出力される移動動作のためのこれらの制御信号は、上位制御装置32において同様にまた測定データとして扱われる。さらに上位制御装置32は、上記のZ方向に係る測定データと走査位置に係る測定データに基づいて試料表面の画像データを作成し、当該画像データによって作られる画像のイメージを表示装置(モニタ)33の画面に表示する。また上位制御装置32は、自動測定条件の設定や保存等を行う。さらに上位制御装置32は、測定範囲や測定スピード等の基本項目の設定、パターン検出時の探針走査条件の設定、それらの設定ファイルの管理、外部との通信等の機能も併せて備えている。   The host controller 32 has a function of controlling the measurement by controlling the operation of each moving mechanism such as the XYZ stage 11 and the XY fine moving mechanism 17 described above. The host controller 32 gives a control signal for instructing a scanning operation based on the XYZ stage 11 and a control signal for instructing a fine scanning operation based on the XY fine movement mechanism 17. These control signals for the moving operation output from the host controller 32 are also handled as measurement data in the host controller 32 in the same manner. Further, the host control device 32 creates image data of the sample surface based on the measurement data related to the Z direction and the measurement data related to the scanning position, and displays an image of the image created by the image data as a display device (monitor) 33. On the screen. The host control device 32 sets and saves automatic measurement conditions. Furthermore, the host controller 32 also has functions such as setting of basic items such as a measurement range and measurement speed, setting of probe scanning conditions at the time of pattern detection, management of those setting files, and communication with the outside. .

上記のコントローラ31と上位制御装置32は、前述したXYZステージ11、Z方向微動機構16、XY微動機構17等の各移動機構の動作を制御し、制御信号等を処理し、画像データの表示処理を行うことにより、測定を制御する手段として機能する。   The controller 31 and the host control device 32 control the operation of each moving mechanism such as the XYZ stage 11, the Z-direction fine moving mechanism 16, and the XY fine moving mechanism 17 described above, process control signals, and display processing of image data. By performing the above, it functions as a means for controlling the measurement.

図2は、試料10の表面10aを走査する探針13の走査動作のモードの例を示す。図2の(A)は連続的コンタクトモードに基づく微小範囲の表面状態を測定する微細測定走査モード(ファインモード)の動作原理を示す。図2の(B)は連続的コンタクトモードに基づく大きな範囲の表面状態を測定する粗動による測定走査モード(ワイドモード)の動作原理を示す。図2の(C)は間欠的コンタクトモードに基づく微小範囲の表面状態を測定する走査モード(ステップインモード)の動作原理を示す。34はステップインモードによる探針13の移動軌跡を示している。   FIG. 2 shows an example of the mode of the scanning operation of the probe 13 that scans the surface 10a of the sample 10. FIG. 2A shows the operation principle of a fine measurement scanning mode (fine mode) for measuring a surface state in a minute range based on a continuous contact mode. FIG. 2B shows the principle of operation of the measurement scanning mode (wide mode) by coarse motion for measuring a large range of surface states based on the continuous contact mode. FIG. 2C shows the operation principle of the scanning mode (step-in mode) for measuring the surface state in a minute range based on the intermittent contact mode. Reference numeral 34 denotes a movement locus of the probe 13 in the step-in mode.

上記のファインモードの走査移動ではZ方向微動機構16とXY微動機構17のそれぞれが動作する。上記のワイドモードの走査移動ではZ方向微動機構16とXYZステージ11のXY粗動機構部のそれぞれが動作する。上記のステップインモードの走査動作ではZ方向微動機構16とXY微動機構17のそれぞれが動作する。   In the fine mode scanning movement, each of the Z-direction fine movement mechanism 16 and the XY fine movement mechanism 17 operates. In the scanning movement in the wide mode, the Z direction fine movement mechanism 16 and the XY coarse movement mechanism section of the XYZ stage 11 operate. In the step-in mode scanning operation, each of the Z-direction fine movement mechanism 16 and the XY fine movement mechanism 17 operates.

図3は、試料10の表面10aにおける探針13の走査移動パターンの一例を示す。35は試料10の表面10aの上で設定された例えば矩形の測定範囲を示している。この測定範囲35に対して36は探針13の走査移動の軌跡パターンを示している。上記のXY微動機構17とXYZステージ11のXY粗動機構部のそれぞれを動作させることによって探針13と試料10の相対的位置をXY方向の走査移動に基づき変化させながら、Z方向微動機構16によりカンチレバー14の撓み量を一定に制御し、試料表面の凹凸形状等の特性を測定する。1辺が例えば20mmの四角領域を1mm/秒でX方向に粗動機構が走査し、Y方向に0.1mmで送り、またX走査すると、1時間以上の測定となり、nmオーダでの温度等のドリフトノイズがY方向に重なる。   FIG. 3 shows an example of a scanning movement pattern of the probe 13 on the surface 10 a of the sample 10. Reference numeral 35 denotes a rectangular measurement range set on the surface 10a of the sample 10, for example. Reference numeral 36 denotes a trajectory pattern of the scanning movement of the probe 13 with respect to the measurement range 35. By operating each of the XY fine movement mechanism 17 and the XY coarse movement mechanism section of the XYZ stage 11, the Z-direction fine movement mechanism 16 changes the relative position of the probe 13 and the sample 10 based on the scanning movement in the XY direction. Thus, the bending amount of the cantilever 14 is controlled to be constant, and the characteristics such as the uneven shape of the sample surface are measured. For example, if a square area with a side of 20 mm is scanned at 1 mm / second by the coarse motion mechanism in the X direction, sent by 0.1 mm in the Y direction, and scanned by X, the measurement takes 1 hour or more, temperature in the order of nm, etc. Drift noise overlaps in the Y direction.

次に、図4〜図10に基づいて、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡すなわち原子間力顕微鏡における特徴的な測定および画像データの作成の方法について説明する。この特徴的な測定および画像データの作成の方法によれば、背景技術の欄で説明した、原子間力顕微鏡装置における移動機構(走査機械系)等の非線形性の動作特性等に起因して生じる、試料または探針の走査方向に関して一定の走査方向にのみ特徴的に出現する規則的またはランダムなノイズ成分が除去された測定データおよび画像データが作成される。図4〜図9は測定データまたは画像データのイメージを模式的に示し、図10は処理の手順を示している。   Next, a characteristic measurement and image data creation method in the scanning probe microscope, that is, the atomic force microscope, according to the present invention will be described with reference to FIGS. According to this characteristic measurement and image data creation method, it is caused by the non-linear operation characteristics of the moving mechanism (scanning machine system) in the atomic force microscope apparatus described in the background art section. Then, measurement data and image data from which regular or random noise components characteristically appear only in a certain scanning direction with respect to the scanning direction of the sample or the probe are removed. 4 to 9 schematically show images of measurement data or image data, and FIG. 10 shows a processing procedure.

図4は、試料10の表面の上記測定範囲35に関して波を打った面状態41が示されている。この波を打つ面状態41はY軸方向に生じておリ、X軸方向には生じていない。波を打つ面状態41は、Y軸方向の走査方向に特徴的な機械的非線形性を有している原子間力顕微鏡装置による測定で得られた画像データで作成されるイメージを示している。図4によれば、Y軸方向の走査方向(第1走査方向)での走査では線形に走査移動を行えないため、移動機構に弾性的な撓みが生じて高さ方向が変位し、Y軸方向の走査で得られる測定データに対して特徴的なノイズ成分の影響が与えられている。図4で、範囲42は、さらに限定された測定領域を示している。最初に測定範囲42が測定される(ステップS11)。   FIG. 4 shows a waved surface state 41 with respect to the measurement range 35 on the surface of the sample 10. The surface state 41 that strikes this wave occurs in the Y-axis direction and does not occur in the X-axis direction. The waved surface state 41 shows an image created by image data obtained by measurement with an atomic force microscope apparatus having a characteristic mechanical nonlinearity in the scanning direction in the Y-axis direction. According to FIG. 4, the scanning movement in the Y-axis direction (first scanning direction) cannot be linearly moved, so that the moving mechanism is elastically bent and the height direction is displaced, and the Y-axis is displaced. A characteristic noise component has an influence on measurement data obtained by scanning in a direction. In FIG. 4, a range 42 indicates a further limited measurement region. First, the measurement range 42 is measured (step S11).

図5は、図4で示された試料の同一の測定範囲部分を測定することにおいて、探針13の走査面に平行な面内で探針13の走査方向を代表的に90°回転し(ステップS12)、この90°回転した走査方向(第2走査方向)において同一の原子間力顕微鏡装置で測定範囲43を走査して測定を行い(ステップS13)、当該測定で得た画像データに基づくイメージ図である。第2走査方向は第1走査方向と90°の角度で交差している。   FIG. 5 shows that the scanning direction of the probe 13 is typically rotated by 90 ° within a plane parallel to the scanning surface of the probe 13 in measuring the same measurement range portion of the sample shown in FIG. In step S12), measurement is performed by scanning the measurement range 43 with the same atomic force microscope apparatus in the scanning direction (second scanning direction) rotated by 90 ° (step S13), and based on the image data obtained by the measurement. It is an image figure. The second scanning direction intersects the first scanning direction at an angle of 90 °.

なお走査方向の90°の回転(ステップS12)は、試料回転機構を設けて試料側を回転させてよいし、探針回転機構を設けて探針側を回転させるようにしてもよい。さらに、走査方向に応じて相対的に高速に走査できる走査実行手段を設けるように構成することもできる。   Note that the rotation of 90 ° in the scanning direction (step S12) may be performed by providing a sample rotation mechanism to rotate the sample side, or by providing a probe rotation mechanism and rotating the probe side. Furthermore, it is possible to provide a scanning execution means that can scan at a relatively high speed in accordance with the scanning direction.

図4で特徴的に現われていたY軸方向の画像歪みを生じさせるノイズ成分が、図5では同一の測定範囲内で90°回転した試料の測定データにおいてもなおY軸方向に出現している。このことから、画像上の測定データのゆがみは試料10に固有なものではなく、Y軸方向の走査方向に特徴的なノイズ成分であることが判明する。図5において、範囲43は、上記図4で示した矩形の範囲42に対応する測定領域で、90°回転させられた位置関係になる。   The noise component that causes image distortion in the Y-axis direction, which is characteristic in FIG. 4, still appears in the Y-axis direction in the measurement data of the sample rotated 90 ° within the same measurement range in FIG. . From this, it is found that the distortion of the measurement data on the image is not unique to the sample 10 but is a characteristic noise component in the scanning direction in the Y-axis direction. In FIG. 5, a range 43 is a measurement region corresponding to the rectangular range 42 shown in FIG.

そこで、次に、図4で示した測定データの範囲42において、好ましくはY軸方向の走査方向に平行な、Y軸の走査方向に特徴的なノイズ成分を含む任意のデータラインを選択し、ステップS11で測定したデータの中からそのデータラインの測定データを得る(ステップS14)。図6に、選択したデータライン44を示す。   Therefore, next, in the measurement data range 42 shown in FIG. 4, an arbitrary data line including a noise component characteristic in the Y-axis scanning direction, preferably parallel to the Y-axis scanning direction, is selected, Measurement data of the data line is obtained from the data measured in step S11 (step S14). FIG. 6 shows the selected data line 44.

さらに図5で示した測定データの範囲43において、図6で選択したデータライン44に対応する、試料10上で同一に対応する箇所のデータライン45を選択し、ステップS13で測定したデータの中からそのデータラインの測定データを得る(ステップS15)。このデータライン45は図7に示されている。   Further, in the range 43 of the measurement data shown in FIG. 5, the data line 45 corresponding to the data line 44 selected in FIG. 6 and corresponding to the same location on the sample 10 is selected, and the data measured in step S13 is selected. To obtain measurement data of the data line (step S15). This data line 45 is shown in FIG.

図5に示した範囲43に係る測定データは、図4に示した範囲42に係る測定データに対して、同一の試料10を90°回転させた結果である。範囲43における、データライン44に対応するデータライン45は、原子間力顕微鏡装置のY軸方向の走査方向に対して90°の角度を有するデータラインであり、Y軸方向の走査方向に特徴的なノイズ成分を含まないデータラインである。   The measurement data in the range 43 shown in FIG. 5 is a result of rotating the same sample 10 by 90 ° with respect to the measurement data in the range 42 shown in FIG. A data line 45 corresponding to the data line 44 in the range 43 is a data line having an angle of 90 ° with respect to the scanning direction in the Y-axis direction of the atomic force microscope apparatus, and is characteristic in the scanning direction in the Y-axis direction. This is a data line that does not contain a noise component.

従って、図8に示すごとく、データライン44に係る測定データ(ラインデータであってZ方向測定値)51からデータライン45に係る測定データ(ラインデータであってZ方向測定値)52を減算する(ステップS16)と、53に示すごときデータラインが得られ、当該データライン53で示される数値データ(Z方向の数値データ)は、原子間力顕微鏡装置のY軸走査方向に特徴的に現われたノイズ成分を意味する。上記の減算処理によって、本実施形態に係る原子間力顕微鏡装置のY軸走査方向に特徴的に現われたノイズ成分のみが抽出される。   Therefore, as shown in FIG. 8, the measurement data (line data and Z direction measurement value) 52 related to the data line 45 is subtracted from the measurement data (line data and Z direction measurement value) 51 related to the data line 44. (Step S16), a data line as shown in 53 is obtained, and the numerical data (numerical data in the Z direction) indicated by the data line 53 appears characteristically in the Y-axis scanning direction of the atomic force microscope apparatus. Means noise component. By the subtraction process described above, only noise components that characteristically appear in the Y-axis scanning direction of the atomic force microscope apparatus according to the present embodiment are extracted.

上記の手順で抽出されたY軸方向の走査方向に特徴的なノイズを、図4に示した測定データの画像全体から減ずる演算処理(ステップS17)を行う。その演算結果を図9のデータ模式図に示す。範囲55は、最終的に得られた画像データ56のイメージである(ステップS18)。図4と比較すると、Y軸方向の走査方向に特徴的に生じるノイズ成分が効果的に除去されていることが分かる。   An arithmetic process (step S17) is performed to reduce noise characteristic of the scanning direction in the Y-axis direction extracted in the above procedure from the entire measurement data image shown in FIG. The calculation result is shown in the data schematic diagram of FIG. A range 55 is an image of the finally obtained image data 56 (step S18). Compared with FIG. 4, it can be seen that noise components characteristically generated in the scanning direction in the Y-axis direction are effectively removed.

上記の実施形態による測定方法では、図4に示した測定画像から選択した任意のデータライン44と、走査方向を90°回転して得られた図5の測定画像中、図4で選択したデータライン44に対応する箇所のデータライン45を使用して演算処理を行ったが、試料を90°回転した後にデータライン45に対応する1本の走査ラインだけを測定して演算処理を行うことも可能である。この場合にも同等の効果を得ることができる。この構成によれば、画像を2枚作成する時間を節約でき、より簡便に特徴的なノイズを除去することができる。   In the measurement method according to the above embodiment, the data selected in FIG. 4 in the arbitrary data line 44 selected from the measurement image shown in FIG. 4 and the measurement image in FIG. 5 obtained by rotating the scanning direction by 90 °. Although the calculation process is performed using the data line 45 corresponding to the line 44, it is also possible to perform the calculation process by measuring only one scanning line corresponding to the data line 45 after rotating the sample by 90 °. Is possible. In this case, the same effect can be obtained. According to this configuration, time for creating two images can be saved, and characteristic noise can be more easily removed.

さらに上記実施形態では、走査方向を90°回転した方向を第2走査方向としたが、これに限らず特徴的なノイズの現われない任意の方向を第2走査方向としてもよい。また第2走査方向が第1走査方向と同一でも、第2走査方向に高速走査を行うことによって、時間成分のドリフトノイズを除去することができる。   Furthermore, in the above embodiment, the direction in which the scanning direction is rotated by 90 ° is set as the second scanning direction. However, the present invention is not limited to this, and an arbitrary direction in which characteristic noise does not appear may be set as the second scanning direction. Even if the second scanning direction is the same as the first scanning direction, the time component drift noise can be removed by performing high-speed scanning in the second scanning direction.

LSIウェーハのように微細な凹凸パターンがある場合は、この凹凸の位置が走査方向の違うデータライン間で一致しないと、かえってノイズを生じさせてしまう。これを防ぐためには凹凸の影響を低減するようにデータラインの測定データそのものに、例えば10μmエリア平均化のようなフィルタをかける。フィルタサイズは、データライン間の位置合わせ精度より大きな値の方が望ましく、またウェーハの凹凸量が求める精度よりも大きければ、これを低減する十分なフィルタが必要である。一方、補正したノイズの周波数成分よりは小さなフィルタサイズの制限がある。これらは、要は、フィルタの効果であるので、求める精度が高いほど必要サイズやフィルタリング点数が増えていく。多くは、実験的に決める方が実用的である。   When there is a fine uneven pattern such as an LSI wafer, if the position of the unevenness does not match between data lines with different scanning directions, noise is generated. In order to prevent this, a filter such as 10 μm area averaging is applied to the measurement data itself of the data line so as to reduce the influence of unevenness. The filter size is preferably larger than the alignment accuracy between the data lines, and if the unevenness of the wafer is larger than the required accuracy, a sufficient filter for reducing this is necessary. On the other hand, there is a restriction on the filter size that is smaller than the frequency component of the corrected noise. Since these are the effects of the filter, the required size and the number of filtering points increase as the required accuracy increases. In many cases, it is more practical to decide experimentally.

図11に、上記原子間力顕微鏡における上記測定方法(ノイズ除去方法)の実施を可能にするコントローラ31および上位制御装置32で実現される測定制御手段の機能の機能ブロック構成図を示す。測定制御を行う手段60は、試料10と探針13の位置関係について任意角度で交差する第1走査方向71(例えばY軸方向)と第2走査方向72(例えばY軸方向に直交する方向)を設定する走査方向設定手段61と、試料10の表面10aで設定された測定範囲内で、走査方向設定手段61で設定された第1走査方向と第2走査方向のそれぞれで探針13を走査移動して試料表面を測定し、測定データを得る測定実行手段62と、第1走査方向に係る測定データのうち任意の第1ラインデータと、第2走査方向に係る測定データのうち第1データラインに対応する第2ラインデータとの間のデータ差を演算する第1減算手段63と、第1走査方向に係る測定データからデータ差を減算する第2減算手段64とを有している。   FIG. 11 shows a functional block configuration diagram of functions of measurement control means realized by the controller 31 and the host controller 32 that enable the measurement method (noise removal method) in the atomic force microscope. The means 60 for measuring control includes a first scanning direction 71 (for example, the Y-axis direction) and a second scanning direction 72 (for example, a direction orthogonal to the Y-axis direction) that intersect at an arbitrary angle with respect to the positional relationship between the sample 10 and the probe 13. And the scanning direction setting means 61 for scanning the probe 13 in each of the first scanning direction and the second scanning direction set by the scanning direction setting means 61 within the measurement range set by the surface 10a of the sample 10. The measurement execution means 62 that moves and measures the sample surface to obtain measurement data, arbitrary first line data among the measurement data in the first scanning direction, and first data in the measurement data in the second scanning direction First subtracting means 63 for calculating the data difference between the second line data corresponding to the line and second subtracting means 64 for subtracting the data difference from the measurement data in the first scanning direction are provided.

上記において、走査方向設定手段61は、試料の配置状態を同一平面内で任意角度の分回転させる試料回転機構であってもよいし、または第1走査方向に比較して、第2走査方向に対して相対的に高速な走査を行う走査実行手段であってもよい。また上記の走査型プローブ顕微鏡等において、走査回数、走査ピッチ、および前記第1走査方向は任意に設定することが可能である。   In the above, the scanning direction setting means 61 may be a sample rotation mechanism that rotates the arrangement state of the sample by an arbitrary angle within the same plane, or in the second scanning direction as compared with the first scanning direction. Alternatively, it may be a scanning execution unit that performs relatively high-speed scanning. In the above-described scanning probe microscope or the like, the number of scans, the scan pitch, and the first scan direction can be arbitrarily set.

前述の実施形態では、データライン(44,45)の本数を1本としたが、データラインの本数はこれに限定されない。例えば4本、8本など複数本設定することが可能である。第1走査方向の複数のデータラインと第2走査方向の複数のデータラインのそれぞれとは位置的関係は対応している。複数のデータラインを利用してそれぞれの場所における特徴的なノイズ成分を求め、第1走査方向の測定範囲に係る測定データから場所に応じた特徴的なノイズ成分を除去するように処理を行えば、さらに精度の高い測定データ(画像データ)を得ることができる。   In the above-described embodiment, the number of data lines (44, 45) is one, but the number of data lines is not limited to this. For example, a plurality of lines such as 4 or 8 can be set. The positional relationship between the plurality of data lines in the first scanning direction and the plurality of data lines in the second scanning direction correspond to each other. If processing is performed so as to obtain characteristic noise components at each location using a plurality of data lines and remove characteristic noise components according to the location from the measurement data related to the measurement range in the first scanning direction. Further, highly accurate measurement data (image data) can be obtained.

具体的には、複数のデータラインのうちX方向における左、真中、右のライン(81,82,83)を比べたときに、全体にひねりがある、あるいはうねり方に差があることが考えられる。これを図12の(A)ひねり、(B)うねりに示す。これらの面としての特徴的なノイズ成分は、真中のデータライン82のみでは補正できず、複数本のライン81〜83により補正することができる。これらの複数データ間は補間(例えば近似曲線)することになるが、元々補正しようとしている特徴ノイズの性質によって計算方法が選ばれる。補間計算は、各データラインでノイズが計算された後に実行し、元の面に対してノイズ減算するのが効率がよい。   Specifically, when the left, middle, and right lines (81, 82, 83) in the X direction among a plurality of data lines are compared, it is considered that there is a twist or a difference in the way of swell. It is done. This is shown in FIG. 12 (A) twist and (B) swell. The characteristic noise components as these surfaces cannot be corrected only by the middle data line 82 but can be corrected by a plurality of lines 81-83. Interpolation (for example, approximate curve) is performed between these plural data, but the calculation method is selected depending on the nature of the characteristic noise to be corrected originally. It is efficient to perform the interpolation calculation after the noise is calculated in each data line and subtract the noise from the original surface.

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成(材質)については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。   The configurations, shapes, sizes, and arrangement relationships described in the above embodiments are merely shown to the extent that the present invention can be understood and implemented, and the numerical values and the compositions (materials) of the respective configurations are as follows. It is only an example. Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, and can be variously modified without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.

本発明は、走査型プローブ顕微鏡による試料表面の測定で環境要因に起因する走査方向に出現する特徴的なノイズを正確に抽出し、得られた測定データから当該ノイズを除去するのに利用される。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used for accurately extracting characteristic noise appearing in the scanning direction due to environmental factors in measurement of a sample surface with a scanning probe microscope and removing the noise from the obtained measurement data. .

本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の装置構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the apparatus structure of the scanning probe microscope which concerns on this invention. 試料表面を走査する探針の3種類の走査モードを示す図である。It is a figure which shows three types of scanning modes of the probe which scans the sample surface. 試料表面上での測定範囲における走査軌跡の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the scanning locus | trajectory in the measurement range on the sample surface. Y軸方向の走査方向に特徴的なノイズが生じている試料表面の状態と測定範囲の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the state of the sample surface in which characteristic noise has arisen in the scanning direction of a Y-axis direction, and a measurement range. Y軸方向に90°で交差する方向に走査方向を設定した場合の試料表面の状態と他の測定範囲の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of the state of a sample surface at the time of setting a scanning direction to the direction which cross | intersects at 90 degrees in a Y-axis direction, and another measurement range. 図4における状態で第1のデータラインの選択例を示す図である。It is a figure which shows the example of selection of the 1st data line in the state in FIG. 第5図の状態で第2のデータラインの選択例を示す図である。It is a figure which shows the example of selection of the 2nd data line in the state of FIG. 第1と第2のデータラインの各変化特性と特徴的なノイズの変化特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows each change characteristic of the 1st and 2nd data line, and the characteristic change characteristic of noise. 特徴的なノイズを除去した測定データで画像イメージを示す図である。It is a figure which shows an image with the measurement data from which the characteristic noise was removed. ノイズを除去するプロセスを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of removing noise. 本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の特徴的構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the characteristic structure of the scanning probe microscope which concerns on this invention. 複数データライン処理に係る特徴的ノイズを説明する図で、(A)はひねりを示す図、(B)はうねりを示す図である。It is a figure explaining the characteristic noise which concerns on a multiple data line process, (A) is a figure which shows a twist, (B) is a figure which shows a wave.

符号の説明Explanation of symbols

10 試料
11 XYZステージ
13 探針
14 カンチレバー
16 Z方向微動機構
17 XY微動機構
22 制御器
31 コントローラ
32 上位制御装置
44 データライン
45 データライン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sample 11 XYZ stage 13 Probe 14 Cantilever 16 Z direction fine movement mechanism 17 XY fine movement mechanism 22 Controller 31 Controller 32 Host controller 44 Data line 45 Data line

Claims (8)

自由端に設けられた探針を有するカンチレバーと、試料に対する前記探針の位置を相対的に変化させる移動機構と、前記探針と前記試料の間に作用する物理量を検出する検出手段と、前記移動機構で前記探針を相対的に移動させて前記探針が前記試料の表面を走査するとき、前記検出手段で検出される前記物理量を利用して前記試料の表面を測定する測定手段と、前記移動機構と前記測定手段の動作を制御する測定制御手段とを備えた走査型プローブ顕微鏡において、
前記測定制御手段は、
前記試料と前記探針の位置関係について任意角度で交差する第1走査方向と第2走査方向を設定する走査方向設定手段と、
前記試料の表面で設定された測定範囲内で、前記走査方向設定手段で設定された前記第1走査方向と前記第2走査方向のそれぞれで前記探針を走査移動して試料表面を測定し、測定データを得る測定実行手段と、
前記第1走査方向に係る測定データのうち任意の第1ラインデータと、前記第2走査方向に係る測定データのうち前記第1データラインに対応する第2ラインデータとの間のデータ差を演算する第1減算手段と、
前記第1走査方向に係る測定データから前記データ差を減算する第2減算手段と、を有する、
ことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
A cantilever having a probe provided at a free end, a moving mechanism for relatively changing the position of the probe with respect to a sample, a detecting means for detecting a physical quantity acting between the probe and the sample, and A measuring means for measuring the surface of the sample using the physical quantity detected by the detecting means when the probe scans the surface of the sample by moving the probe relatively by a moving mechanism; In a scanning probe microscope comprising the movement mechanism and a measurement control means for controlling the operation of the measurement means,
The measurement control means includes
A scanning direction setting means for setting a first scanning direction and a second scanning direction that intersect at an arbitrary angle with respect to a positional relationship between the sample and the probe;
Within the measurement range set on the surface of the sample, measure the sample surface by scanning the probe in each of the first scanning direction and the second scanning direction set by the scanning direction setting means, A measurement execution means for obtaining measurement data;
Calculate a data difference between arbitrary first line data among the measurement data in the first scanning direction and second line data corresponding to the first data line among the measurement data in the second scanning direction. First subtracting means,
Second subtracting means for subtracting the data difference from the measurement data in the first scanning direction,
A scanning probe microscope characterized by the above.
前記第1走査方向は特徴的なノイズ成分が生じる特定方向であり、前記第2走査方向は特徴的なノイズ成分が生じない特定方向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。   2. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the first scanning direction is a specific direction in which a characteristic noise component is generated, and the second scanning direction is a specific direction in which no characteristic noise component is generated. . 前記第1走査方向と前記第2走査方向の作る前記任意角度は90°であることを特徴とする請求項1または2記載の走査型プローブ顕微鏡。   The scanning probe microscope according to claim 1 or 2, wherein the arbitrary angle formed by the first scanning direction and the second scanning direction is 90 °. 前記測定実行手段による前記第1走査方向に係る測定で面データを取得し、この面データから前記第1ラインデータを選択し、前記測定実行手段による前記第2走査方向に係る測定で前記第2ラインデータに対応する線データを取得することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の走査型プローブ顕微鏡。   Surface data is acquired by the measurement in the first scanning direction by the measurement execution unit, the first line data is selected from the surface data, and the second in the measurement in the second scanning direction by the measurement execution unit. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein line data corresponding to the line data is acquired. 前記走査方向設定手段は、前記試料の配置状態を同一平面内で前記任意角度の分回転させる試料回転機構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。   2. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the scanning direction setting means is a sample rotating mechanism that rotates the arrangement state of the sample by the arbitrary angle within the same plane. 前記走査方向設定手段は、前記第1走査方向に対してほぼ同一方向に前記第2走査方向を設定し、かつ前記第1走査方向に対して高速な走査を行う走査実行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。   The scanning direction setting unit is a scanning execution unit that sets the second scanning direction in substantially the same direction as the first scanning direction and performs high-speed scanning in the first scanning direction. The scanning probe microscope according to claim 1. 前記第1ラインデータと前記第2ラインデータをそれぞれ同数の複数本とした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。   2. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the first line data and the second line data are the same number. 走査回数、走査ピッチ、および前記第1走査方向は任意に設定することが可能であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the number of scans, the scan pitch, and the first scan direction can be arbitrarily set.
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