JP3117304B2 - Apparatus and method for separating and measuring surface information - Google Patents

Apparatus and method for separating and measuring surface information

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JP3117304B2
JP3117304B2 JP04329408A JP32940892A JP3117304B2 JP 3117304 B2 JP3117304 B2 JP 3117304B2 JP 04329408 A JP04329408 A JP 04329408A JP 32940892 A JP32940892 A JP 32940892A JP 3117304 B2 JP3117304 B2 JP 3117304B2
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裕史 宮本
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、同一試料の複数の表面
情報を分離して得た個々の情報を合成し表面情報を形成
する表面情報分離装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface information separating apparatus for synthesizing individual information obtained by separating a plurality of pieces of surface information of the same sample to form surface information.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、試料表面上を所定の固有振動す
るカンチレバーで試料表面上を走査させて得た表面情報
から画像を形成する走査型プローブ顕微鏡がある。
2. Description of the Related Art In general, there is a scanning probe microscope which forms an image from surface information obtained by scanning the surface of a sample with a cantilever which vibrates on the surface of the sample by a predetermined natural vibration.

【0003】例えば、特開昭63−309802号公報
に提案される原子力間顕微鏡は、尖った先端部を持つ片
持ち針を原子間力が発生可能な距離まで、試料表面に近
付けた状態で走査し、原子間力に影響されて生じる片持
ち針の振動数の固有振動数からシフトを検出する。ここ
で、検出された振動数のシフトが、前記片持ち針の先端
部と前記試料表面の距離を示す情報として利用され、前
記試料表面の像が形成される。
For example, the atomic force microscope proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-309802 discloses a scanning method in which a cantilever having a sharp tip is brought close to a sample surface to a distance at which an atomic force can be generated. Then, a shift is detected from the natural frequency of the frequency of the cantilever needle generated by being affected by the atomic force. Here, the detected frequency shift is used as information indicating the distance between the tip of the cantilever needle and the sample surface, and an image of the sample surface is formed.

【0004】さらに、片持ち針の先端部に磁粉を付着さ
せることによって、試料の磁力情報を得ることが可能な
走査型磁力顕微鏡(MFM)となる。
Further, by attaching magnetic powder to the tip of the cantilever needle, a scanning magnetic microscope (MFM) capable of obtaining magnetic force information of the sample is obtained.

【0005】前述した片持ち針の固有振動数のシフトを
検出する手法について、図7に示すカンチレバーの振動
特性を参照して説明する。
A method for detecting the shift of the natural frequency of the cantilever needle will be described with reference to the vibration characteristics of the cantilever shown in FIG.

【0006】図7(a)は、片持ち針に外力の影響を受
けていない状態のカンチレバーの振動特性を示し、f1
は固有振動数である。また図7(b)は、前記片持ち針
に弱い引力の影響を受けた状態であり、固有振動数がf
2に下がる。
FIG. 7A shows a vibration characteristic of a cantilever in a state where the cantilever needle is not affected by an external force.
Is the natural frequency. FIG. 7B shows a state in which the cantilever needle is affected by a weak attractive force, and the natural frequency is f.
Go down to 2.

【0007】さらに前記片持ち針に強い引力の影響を受
けた状態では、図7(c)に示すようなカンチレバーの
振動特性になり、固有振動数がf3まで下がる。
Further, when the cantilever needle is affected by a strong attractive force, the vibration characteristics of the cantilever are as shown in FIG. 7C, and the natural frequency drops to f3.

【0008】この時、周波数f4でカンチレバーを振動
させ、その時のカンチレバーの先端部の振幅を検出す
る。この振幅によって、f1,f2,f3の変化をV
1,V2,V3の変化に置き換え検出することができ
る。
At this time, the cantilever is vibrated at the frequency f4, and the amplitude of the tip of the cantilever at that time is detected. With this amplitude, the change of f1, f2, f3 is V
1, V2, and V3.

【0009】図8には、従来の走査型磁力顕微鏡の構成
を示し説明する。
FIG. 8 shows and explains the configuration of a conventional scanning magnetic force microscope.

【0010】この走査型磁力顕微鏡においては、マイク
ロコンピュータ(以下、マイコンと称する)1に制御さ
れるZ制御部2、X制御部3、Y制御部4により、試料
5を載置するXYZ駆動圧電体6が伸縮動作され、該試
料5が任意のX,Y,Z方向に移動される。
In this scanning magnetic force microscope, an XYZ driving piezoelectric element on which a sample 5 is placed is mounted by a Z control unit 2, an X control unit 3, and a Y control unit 4 controlled by a microcomputer (hereinafter, referred to as a microcomputer) 1. The body 6 is expanded and contracted, and the sample 5 is moved in any X, Y, and Z directions.

【0011】また、前記試料の表面に尖った先端部を近
付けるように設けられたカンチレバー7は、加振圧電体
8を介して、探針変位検出部9に取り付けられる。この
カンチレバー7は、前記加振圧電体8によって振動さ
れ、試料表面上の走査によるカンチレバー7の変位は、
前記探針変位検出部9により検出され、変位信号S1と
して振幅検出部10に出力される。
A cantilever 7 provided so as to bring a sharp tip to the surface of the sample is attached to a probe displacement detecting unit 9 via a vibrating piezoelectric body 8. The cantilever 7 is vibrated by the vibrating piezoelectric body 8, and the displacement of the cantilever 7 caused by scanning on the sample surface is as follows.
The signal is detected by the probe displacement detector 9 and output to the amplitude detector 10 as a displacement signal S1.

【0012】前記振幅検出部10は、前記加振圧電体8
に前記カンチレバー7を加振するための正弦波信号S3
を出力し、その正弦波と同じ周波数の信号をロックイン
アンプ検出し、振幅信号S2としてA/D変換部11に
出力する。
The amplitude detecting section 10 includes the vibrating piezoelectric body 8
Sinusoidal signal S3 for exciting the cantilever 7
And a signal having the same frequency as that of the sine wave is detected by the lock-in amplifier and output to the A / D converter 11 as an amplitude signal S2.

【0013】前記マイコン1は、前記X制御部3,Y制
御部4を制御し、XYZ駆動圧電体6上の試料5を2次
元走査させながら、測定を行い、前記カンチレバー7の
変位を測定データとしてホストコンピュータ12に転送
する。前記ホストコンピュータ12は、前記マイコン1
から転送された測定データを格納し、画像形成して表示
出力する。
The microcomputer 1 controls the X control unit 3 and the Y control unit 4 to perform measurement while scanning the sample 5 on the XYZ drive piezoelectric body 6 two-dimensionally, and to measure the displacement of the cantilever 7 by measurement data. To the host computer 12. The host computer 12 includes the microcomputer 1
It stores the measurement data transferred from, and forms an image to display and output.

【0014】このような従来の走査型磁力顕微鏡による
測定方法には、コンスタント磁力勾配測定と、コンスタ
ントハイト測定がある。前記コンスタント磁力勾配測定
の場合は、A/D変換部11から読出される情報に基づ
いて、Z制御部2を介して、XYZ圧電体6をZ方向に
伸縮させる。つまり、振幅信号S2を一定値に保つよう
にZ制御部2を制御し、そのZ制御データを測定データ
とする。
Such conventional measuring methods using a scanning magnetic force microscope include a constant magnetic force gradient measurement and a constant height measurement. In the case of the constant magnetic gradient measurement, the XYZ piezoelectric body 6 is expanded and contracted in the Z direction via the Z control unit 2 based on information read from the A / D conversion unit 11. That is, the Z control unit 2 is controlled so as to keep the amplitude signal S2 at a constant value, and the Z control data is used as measurement data.

【0015】一方、前記コンスタントハイト測定の場合
には、試料5の表面から振動しているカンチレバー7の
先端部の振動中心位置までの距離を固定して、A/D変
換部11から読出した信号、すなわち、振幅信号S2を
測定データとしている。
On the other hand, in the case of the constant height measurement, the signal read from the A / D converter 11 is fixed with the distance from the surface of the sample 5 to the center of vibration of the tip of the vibrating cantilever 7 fixed. That is, the amplitude signal S2 is used as measurement data.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の走査型磁力顕微鏡により、試料表面の磁力情報を測定
する場合、測定データ値(像)に該試料の表面状態が影
響する。
However, when the magnetic force information on the sample surface is measured by the above-mentioned conventional scanning magnetic microscope, the surface state of the sample affects the measured data value (image).

【0017】すなわち、図9(a)に示すような試料の
表面に凹凸がない磁性体試料であれば、図9(b)に示
すような測定像は試料表面の磁力情報を純粋に反映した
磁力像(MFM像)が得られる。
That is, in the case of a magnetic sample having no irregularities on the surface of the sample as shown in FIG. 9A, the measurement image as shown in FIG. 9B reflects the magnetic force information on the sample surface purely. A magnetic force image (MFM image) is obtained.

【0018】しかし、表面が全く平坦な試料は少なく、
実際には、図10(a)に示すような試料表面に凹凸が
あり、図10(b)に示すように、測定像は試料表面の
凹凸情報と磁力情報が混在した像になってしまい、純粋
な磁力情報が得られないという問題が生じる。同様に、
図11(a)のような測定では、図11(b)に示す混
在像が得られたりする。
However, there are few samples with completely flat surfaces.
Actually, the sample surface has irregularities as shown in FIG. 10A, and as shown in FIG. 10B, the measurement image becomes an image in which the irregularity information and the magnetic force information are mixed on the sample surface. There is a problem that pure magnetic force information cannot be obtained. Similarly,
In the measurement as shown in FIG. 11A, a mixed image shown in FIG. 11B may be obtained.

【0019】そこで本発明は、同一試料の複数の表面情
報を分離して個々に情報が検出され合成された表面情報
を画像形成する、表面状態に影響されない表面情報分離
測定装置を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention provides a surface information separation / measurement apparatus which separates a plurality of pieces of surface information of the same sample and forms an image of the combined surface information in which information is individually detected and which is not affected by the surface condition. Aim.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、尖った先端部を有するカンチレバーと、試
料と前記カンチレバーとを前記試料の表面に沿って相対
移動させる試料移動手段と、前記カンチレバーを所定の
振動数で振動させ、また、振動を停止する振動体と、前
記カンチレバーの走査の際に生じる前記先端部の変位を
検出する変位検出手段と、前記カンチレバーの振幅を検
出する振幅検出手段と、前記変位検出手段から送出され
る、無振動の前記カンチレバーの変位信号を一定に保つ
ように制御する制御信号から得られた第1の表面情報、
及び、前記振幅検出手段から送出される、振動する前記
カンチレバーの振幅信号を一定に保つように制御する制
御信号から得られた第2の表面情報とから、同一測定点
での前記第2の表面情報と前記第1の表面情報との差か
ら画像形成する画像形成手段とを備える表面情報分離測
定装置を提供する。 また、尖った先端部を有するカンチ
レバーと、試料と前記カンチレバーとを前記試料の表面
に沿って相対移動させる試料移動手段と、前記カンチレ
バーを所定の振動数で振動させ、また、振動を停止する
振動体と前記カンチレバーの走査の際に生じる前記先端
部の変位を検出する変位検出手段と、前記カンチレバー
の振幅を検出する振幅検出手段と、前記変位検出手段か
ら送出される、無振動の前記カンチレバーの変位信号を
一定に保つように制御する制御信号から得られた第1の
表面情報、及び、前記振幅検出手段から送出される、振
動する前記カンチレバーの振幅信号を一定に保つように
制御する制御信号から得られた第2の表面情報とから、
同一測定点での前記第2の表面情報と前記第1の表面情
報との差から画像形成する表面情報分離画像形成方法を
提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a cantilever having a sharp tip and a test piece.
Material and the cantilever along the surface of the sample
A sample moving means for moving the cantilever,
A vibrating body that vibrates at the frequency and stops the vibration
Displacement of the tip caused during scanning of the cantilever
A displacement detecting means for detecting the amplitude of the cantilever;
Output from the amplitude detecting means and the displacement detecting means.
To keep the vibration-free displacement signal of the cantilever constant
Surface information obtained from a control signal that controls
And the vibrating sent out from the amplitude detecting means
Control to keep the cantilever amplitude signal constant
From the second surface information obtained from the control signal, the same measurement point
The difference between the second surface information and the first surface information at
Surface information separation measurement comprising:
Provide a setting device. Also, cantilever with a sharp tip
A lever, and the sample and the cantilever are placed on the surface of the sample.
Sample moving means for relatively moving along the
Vibrates the bar at a predetermined frequency and stops the vibration
The tip generated when scanning the vibrator and the cantilever
Displacement detecting means for detecting displacement of the portion, and the cantilever
Amplitude detecting means for detecting the amplitude of
From the vibration-free displacement signal of the cantilever
The first obtained from the control signal for controlling to keep constant
Surface information and the amplitude transmitted from the amplitude detection means.
So that the amplitude signal of the moving cantilever is kept constant
From the second surface information obtained from the control signal to be controlled,
The second surface information and the first surface information at the same measurement point
Surface information separation image forming method that forms an image from the difference
provide.

【0021】[0021]

【作用】以上のような構成の表面情報分離測定装置は、
試料の表面を凹凸測定(AFM測定)と磁力情報測定
(MFM測定)が別個に連続して行なわれ、試料表面の
凹凸情報と磁力情報を分離して得られ、得られた混在像
から凹凸像を差し引いたものがMFM像とされ、凹凸測
定で得られた凹凸像に沿うようにカンチレバーを走査し
ながら、MFM測定される。
The surface information separation / measurement device having the above configuration is
The unevenness measurement (AFM measurement) and the magnetic force information measurement (MFM measurement) are separately and continuously performed on the sample surface, and the sample surface unevenness information and the magnetic force information are obtained separately. Is subtracted from each other to obtain an MFM image, and the MFM is measured while scanning the cantilever along the unevenness image obtained by the unevenness measurement.

【0022】[0022]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0023】図1には、本発明による表面情報分離測定
装置の概略的な構成を示し説明する。 表面情報分離測
定装置において、マイクロコンピュータ(以下、マイコ
ンと称する)21に制御されるZ制御部22、X制御部
23、Y制御部24により、試料25を載置するXYZ
駆動圧電体26が伸縮動作され、該試料25が任意の
X,Y,Z方向に移動される。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a surface information separation / measurement apparatus according to the present invention. In the surface information separation / measurement apparatus, an XYZ on which a sample 25 is placed is placed by a Z control unit 22, an X control unit 23, and a Y control unit 24 controlled by a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer) 21.
The driving piezoelectric body 26 is extended and contracted, and the sample 25 is moved in any X, Y, and Z directions.

【0024】また、前記試料25の表面に尖った先端部
を近付けるように設けられたカンチレバー27は、加振
圧電体28を介して、探針変位検出部29に取り付けら
れる。このカンチレバー27は、前記加振圧電体28に
よって振動され、試料表面上の走査による所定振動若し
くは無振動のカンチレバー27の先端部の変位は、前記
探針変位検出部29により検出され、変位信号S1とし
て振幅検出部30及びA/D変換部31に出力される。
A cantilever 27 provided so as to bring a sharp tip to the surface of the sample 25 is attached to a probe displacement detector 29 via a vibrating piezoelectric body 28. The cantilever 27 is vibrated by the vibrating piezoelectric body 28, and the tip displacement of the cantilever 27, which is determined by scanning on the surface of the sample or does not vibrate or not, is detected by the probe displacement detector 29, and a displacement signal S1 is generated. Is output to the amplitude detector 30 and the A / D converter 31.

【0025】前記振幅検出部30は、前記加振圧電体2
8に前記カンチレバー27を加振するための正弦波信号
S3を出力し、その正弦波と同じ周波数の信号をロック
インアンプ検出し、振幅信号S2として前記A/D変換
部31に出力する。前記振幅検出部30は、前記マイコ
ン21の制御により、振幅信号S2を出力する若しく
は、停止することができる。
The amplitude detecting section 30 is provided with the vibrating piezoelectric body 2
A sine wave signal S3 for vibrating the cantilever 27 is output to 8, a signal having the same frequency as the sine wave is detected by a lock-in amplifier, and output to the A / D converter 31 as an amplitude signal S2. The amplitude detector 30 can output or stop the amplitude signal S2 under the control of the microcomputer 21.

【0026】前記A/D変換部31は、前記マイコン2
1の制御により、変位信号S1若しくは振幅信号S2の
いずれかの信号を選択し出力することができる。
The A / D converter 31 includes the microcomputer 2
By the control of 1, any one of the displacement signal S1 and the amplitude signal S2 can be selected and output.

【0027】前記マイコン21は、前記前記X制御部2
3、前記Y制御部24を制御し、前記XYZ駆動圧電体
26をカンチレバー27に対して、2次元走査しなが
ら、測定を行い、カンチレバー27の変位を測定データ
としてホストコンピュータ32に転送する。前記ホスト
コンピュータ32は、前記マイコン21から転送された
測定データを格納し、画像形成して表示出力する。
The microcomputer 21 is provided with the X control unit 2.
3. The Y control unit 24 is controlled to measure the XYZ drive piezoelectric body 26 while scanning the cantilever 27 two-dimensionally, and the displacement of the cantilever 27 is transferred to the host computer 32 as measurement data. The host computer 32 stores the measurement data transferred from the microcomputer 21, forms an image, and displays and outputs the image.

【0028】また、AFM測定で得られた凹凸情報を格
納するための記憶部33を有している。
Further, a storage unit 33 for storing the unevenness information obtained by the AFM measurement is provided.

【0029】次に図2のフローチャートを参照して、前
記表面情報分離測定装置によるコンスタント磁力勾配M
FM測定モードの測定について説明する。
Next, with reference to the flow chart of FIG. 2, the constant magnetic gradient M
The measurement in the FM measurement mode will be described.

【0030】まず、カンチレバー27を振動させずに、
XYZ駆動圧電体26を伸縮させ、試料表面の走査開始
位置をカンチレバーの先端部の下に来るように試料25
を移動させる(ステップS1)。
First, without vibrating the cantilever 27,
The XYZ drive piezoelectric body 26 is expanded and contracted so that the scanning start position on the sample surface is located below the tip of the cantilever.
Is moved (step S1).

【0031】そして前記カンチレバー27を振動させず
に、変位信号S1を一定に保つようにZ制御部22を制
御しながら、X方向に1ライン分の走査を行い、AFM
測定する(ステップS2)。このAFM測定による1ラ
イン分の凹凸データを記憶部33に格納する(ステップ
S3)。
Then, one line is scanned in the X direction while controlling the Z control unit 22 so as to keep the displacement signal S1 constant without vibrating the cantilever 27, and the AFM is performed.
Measure (Step S2). The unevenness data for one line by the AFM measurement is stored in the storage unit 33 (step S3).

【0032】そして、1ライン分のAFM測定が終了し
たか否か判定し(ステップS4)、終了前であれば(N
O)、ステップS2に戻り、終了した後であれば(YE
S)、前記カンチレバー27の先端部をその走査ライン
の走査開始位置まで、前記XYZ駆動圧電体26を伸縮
させて、X方向に走査して戻る(ステップS5)。
Then, it is determined whether the AFM measurement for one line has been completed (step S4).
O), the process returns to step S2, and if it has been completed (YE)
S), the XYZ drive piezoelectric body 26 is expanded and contracted to return the tip end of the cantilever 27 to the scanning start position of the scan line in the X direction (step S5).

【0033】次に、カンチレバー27を振動させ、振幅
信号S2を一定に保つようにZ制御部22を制御しなが
ら、前記XYZ駆動圧電体26を伸縮させて、試料25
を同一走査ラインのX方向に走査する(ステップS
6)。
Next, while the cantilever 27 is vibrated and the Z control unit 22 is controlled so as to keep the amplitude signal S2 constant, the XYZ drive piezoelectric body 26 is expanded and contracted, and the sample 25 is expanded.
Are scanned in the X direction on the same scanning line (step S
6).

【0034】この走査ラインの各測定点のZ制御値と、
前に測定したAFM測定時の同一測定点での凹凸データ
との差をMFMデータとして、ホストコンピュータ32
へ転送する。そして前記ホストコンピュータ32でMF
M像を画像形成して表示する(ステップS7)。
The Z control value of each measurement point on this scan line,
The difference between the previously measured concavo-convex data at the same measurement point at the time of AFM measurement is used as MFM data,
Transfer to Then, the MF is executed by the host computer 32.
An M image is formed and displayed (step S7).

【0035】前述した1ライン分のMFM測定が終了し
たか否か判定し(ステップS8)、1ライン分のMFM
測定が未終了であれば(NO)、ステップS5に移行
し、1ライン分の測定終了であれば(YES)、全ライ
ンの測定が完了したか否か判定する(ステップS9)。
It is determined whether the MFM measurement for one line has been completed (step S8).
If the measurement has not been completed (NO), the process proceeds to step S5, and if the measurement for one line has been completed (YES), it is determined whether the measurement of all lines has been completed (step S9).

【0036】この判定で全ラインの測定が完了していれ
ば(YES)、MFM測定を終了する。しかし、全ライ
ンの測定が未完了であれば(NO)、XYZ駆動圧電体
26を伸縮させ、次に測定するX方向の走査ラインの走
査開始位置が前記カンチレバー27の先端部の下に来る
ように前記試料25をY方向に走査し移動させる(ステ
ップS10)。そして2ライン目以降も、同様な測定を
繰り返し、全ラインの測定を行う。
If the determination has been completed for all lines (YES), the MFM measurement ends. However, if the measurement of all the lines is not completed (NO), the XYZ driving piezoelectric body 26 is expanded and contracted so that the scanning start position of the next scanning line in the X direction to be measured is located below the tip of the cantilever 27. Next, the sample 25 is scanned and moved in the Y direction (step S10). The same measurement is repeated for the second and subsequent lines to measure all the lines.

【0037】以上のような測定により、AFM測定で試
料表面を図3(a)に示すように走査して、図3(b)
に示すような凹凸データを得た後、同一X走査ラインを
図10(a)に示すように走査する。そして、得られた
図10(b)に示すような混在データから前記凹凸デー
タを各測定点で差し引き、図4に示すMFMデータが得
られる。
By the above-described measurement, the sample surface is scanned by AFM measurement as shown in FIG.
After obtaining the unevenness data as shown in FIG. 10, the same X scan line is scanned as shown in FIG. Then, the MFM data shown in FIG. 4 is obtained by subtracting the unevenness data at each measurement point from the obtained mixed data as shown in FIG. 10B.

【0038】次に図5に示すフローチャートを参照し、
本発明の表面情報分離測定装置によるコンスタントハイ
トMFM測定モードの測定について説明する。
Next, referring to the flowchart shown in FIG.
The measurement in the constant height MFM measurement mode by the surface information separation measurement device of the present invention will be described.

【0039】まず、カンチレバー27を振動させずに、
XYZ駆動圧電体26を伸縮させ、試料表面の走査開始
位置をカンチレバーの先端部の下に来るように試料25
を移動させる(ステップS11)。
First, without vibrating the cantilever 27,
The XYZ drive piezoelectric body 26 is expanded and contracted so that the scanning start position on the sample surface is located below the tip of the cantilever.
Is moved (step S11).

【0040】そして前記カンチレバー27を振動させず
に、変位信号S1を一定に保つようにZ制御部22を制
御しながら、X方向に1ライン分の走査を行い、AFM
測定する(ステップS12)。このAFM測による1ラ
イン分の凹凸データを記憶部33に格納する(ステップ
S13)。
Then, while controlling the Z control unit 22 so as to keep the displacement signal S1 constant without vibrating the cantilever 27, scanning for one line in the X direction is performed, and the AFM is performed.
Measure (Step S12). The unevenness data for one line by the AFM measurement is stored in the storage unit 33 (step S13).

【0041】そして、1ライン分のAFM測定が終了し
たか否か判定し(ステップS14)、終了前であれば
(NO)、ステップS2に戻り、終了した後であれば
(YES)、前記カンチレバー27の先端部をその走査
ラインの走査開始位置まで、前記XYZ駆動圧電体26
を伸縮させて、X方向に走査して戻る(ステップS1
5)。
Then, it is determined whether or not the AFM measurement for one line has been completed (step S14). If it has not been completed (NO), the process returns to step S2. If it has been completed (YES), the cantilever has been completed. The XYZ driving piezoelectric body 26 is moved until the leading end of the XYZ
Is expanded and contracted, and scanning is performed in the X direction and the process returns (Step S1
5).

【0042】次に記憶部33から前記凹凸データを読出
す。そして前記カンチレバー27の先端部の軌道(振幅
の中心の軌道)が試料表面から一定距離(高さ)を保つ
ように、すなわち、前記試料表面から一定距離離れた位
置で、前記カンチレバー27の先端部が試料表面の凹凸
をトレースするように、Z制御部22を制御しつつ、前
記カンチレバー27を振動させ、同一走査ラインのX走
査を行う(ステップS16)。第2の走査では、探針は
振動するが、その振動振幅の中心は第1の走査で得られ
た凹凸情報を元に探針の高さを制御する。こうすること
によって、試料表面からの高さを一定に保つことを可能
にしている。
Next, the unevenness data is read from the storage unit 33. Then, the trajectory (trajectory of the center of amplitude) of the tip of the cantilever 27 is kept at a fixed distance (height) from the sample surface, that is, at a position away from the sample surface by a fixed distance, the tip of the cantilever 27 is While the Z control unit 22 is controlled so as to trace irregularities on the surface of the sample, the cantilever 27 is vibrated to perform X scanning on the same scanning line (step S16). In the second scan, the probe
Vibrates, but the center of the vibration amplitude is obtained in the first scan
The height of the probe is controlled based on the irregularity information. Doing this
Can maintain a constant height from the sample surface
I have to.

【0043】そして、前記走査ラインの各測定点では、
その時の振幅信号S2をA/D変換部31でA/D変換
して、MFMデータとしてマイコン21に送出され、該
マイコン21では、ホストコンピュータ32へ転送す
る。このホストコンピュータ32では、MFM像が画像
形成され表示される(ステップS17)。
At each measurement point on the scanning line,
The amplitude signal S2 at that time is A / D converted by the A / D converter 31 and sent to the microcomputer 21 as MFM data. The microcomputer 21 transfers the MFM data to the host computer 32. In the host computer 32, an MFM image is formed and displayed (step S17).

【0044】前述した1ライン分のMFM測定が終了し
たか否か判定し(ステップS18)、1ライン分のMF
M測定が未終了であれば(NO)、ステップS5に移行
し、1ライン分の測定終了であれば(YES)、全ライ
ンの測定が完了したか否か判定する(ステップS1
9)。
It is determined whether or not the above-described MFM measurement for one line has been completed (step S18).
If the M measurement has not been completed (NO), the process proceeds to step S5, and if the measurement for one line has been completed (YES), it is determined whether the measurement of all lines has been completed (step S1).
9).

【0045】この判定で全ラインの測定が完了していれ
ば(YES)、MFM測定を終了する。しかし、全ライ
ンの測定が未完了であれば(NO)、XYZ駆動圧電体
26を伸縮させ、次に測定するX方向の走査ラインの走
査開始位置が前記カンチレバー27の先端部の下に来る
ように前記試料25をY方向に走査し移動させる(ステ
ップS20)。そして2ライン目以降も、同様な測定を
繰り返し、全ラインの測定を行う。
If the determination has been completed for all the lines (YES), the MFM measurement ends. However, if the measurement of all the lines is not completed (NO), the XYZ driving piezoelectric body 26 is expanded and contracted so that the scanning start position of the next scanning line in the X direction to be measured is located below the tip of the cantilever 27. Then, the sample 25 is scanned and moved in the Y direction (step S20). The same measurement is repeated for the second and subsequent lines to measure all the lines.

【0046】このようなコンスタントハイトMFM測定
モードの測定によって、まずAFM測定で試料表面を図
3(a)に示すように走査して、図3(b)に示すよう
な凹凸データを得た後、図6(a)に示すように試料表
面から一定距離離れた振幅中心の軌道となるように同一
X走査ラインを走査して図6(b)に示すコンスタント
ハイトMFMデータが得られる。
According to the measurement in the constant height MFM measurement mode, the sample surface is first scanned by the AFM measurement as shown in FIG. 3A to obtain unevenness data as shown in FIG. 3B. By scanning the same X scan line so as to form a trajectory of the center of amplitude separated from the sample surface by a certain distance as shown in FIG. 6A, constant height MFM data shown in FIG. 6B is obtained.

【0047】尚、本実施例において、各ラインごとにA
FM測定/MFM測定を繰り返しながら測定したが、全
ラインごとにAFM測定/MFM測定を繰り返して測定
することも可能である。
In this embodiment, A is set for each line.
Although the measurement was performed while repeating the FM measurement / MFM measurement, it is also possible to repeat the AFM measurement / MFM measurement for every line.

【0048】また、本実施例において、マイコン21で
記憶部33にAFMデータを格納して演算処理を行った
が、ホストコンピュータ1でホストコンピュータ上の記
憶部にAFM測定データを格納して演算処理することが
可能である。
In this embodiment, the microcomputer 21 stores the AFM data in the storage unit 33 and performs the arithmetic processing. However, the host computer 1 stores the AFM measurement data in the storage unit of the host computer and performs the arithmetic processing. It is possible to

【0049】[0049]

【0050】以上説明したように、本実施例の表面情報
分離測定装置は、凹凸測定(AFM測定)と磁力情報測
定(MFM測定)を連続して行い、試料表面の凹凸情報
と磁力情報を分離して得ることにより、混在像から凹凸
像を引き算したものをMFM像としたり、凹凸測定で得
られた凹凸像に沿うようにカンチレバーを走査しなが
ら、MFM測定して、正確なMFM像を得ることができ
る。
As described above, the surface information separation / measurement apparatus according to the present embodiment continuously performs the unevenness measurement (AFM measurement) and the magnetic force information measurement (MFM measurement), and separates the unevenness information and the magnetic force information on the sample surface. By obtaining the MFM image by subtracting the concavo-convex image from the mixed image, or by scanning the cantilever along the concavo-convex image obtained by the concavo-convex measurement, the MFM measurement is performed to obtain an accurate MFM image. be able to.

【0051】また本発明は、前述した実施例に限定され
るものではなく、他にも発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications and applications can be made without departing from the spirit of the invention.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、同
一試料の複数の表面情報を分離して個々に情報を検出し
合成した表面情報を形成し、表面状態に影響されない表
面情報分離装置を提供することができる。
As described above in detail, according to the present invention, a plurality of pieces of surface information of the same sample are separated, the information is individually detected to form combined surface information, and the surface information is not affected by the surface state. An apparatus can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、本発明による表面情報分離測定装置の
概略的な構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a surface information separation and measurement device according to the present invention.

【図2】図2は、図1に示した表面情報分離測定装置に
よるコンスタント磁力勾配MFM測定モードの測定を説
明するためのフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart for explaining measurement in a constant magnetic force gradient MFM measurement mode by the surface information separation measurement device shown in FIG. 1;

【図3】図3(a)は、試料表面に凹凸がある試料をカ
ンチレバー先端部が走査する凹凸軌道を示し、図3
(b)は、その試料表面の凹凸像を示す図である。
FIG. 3 (a) shows an uneven trajectory in which the tip of a cantilever scans a sample having unevenness on the sample surface.
(B) is a diagram showing an uneven image of the sample surface.

【図4】図4は、図1に示した表面情報分離測定装置で
得られるコンスタント磁力勾配MFM像を示す図であ
る。
FIG. 4 is a view showing a constant magnetic force gradient MFM image obtained by the surface information separation and measurement device shown in FIG. 1;

【図5】図5は、図1に示した表面情報分離測定装置に
よるコンスタントハイトMFM測定モードの測定を説明
するためのフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart for explaining measurement in a constant height MFM measurement mode by the surface information separation and measurement device shown in FIG. 1;

【図6】図6(a)は、凹凸がある試料表面から一定距
離離れたカンチレバー先端部が走査する振幅中心軌道を
示し、図6(b)は、その試料表面のコンスタントハイ
トMFM像を示す図である。
FIG. 6 (a) shows an amplitude center trajectory scanned by a tip of a cantilever at a certain distance from a sample surface having irregularities, and FIG. 6 (b) shows a constant height MFM image of the sample surface. FIG.

【図7】図7(a)は、片持ち針に外力の影響を受けて
いない状態のカンチレバーの振動特性を示す図であり、
図7(b)は、前記片持ち針に弱い引力の影響を受けた
状態のカンチレバーの振動特性を示す図であり、図7
(c)は、前記片持ち針に強い引力の影響を受けた状態
のカンチレバーの振動特性を示す図である。
FIG. 7A is a diagram showing the vibration characteristics of a cantilever in a state where the cantilever needle is not affected by an external force,
FIG. 7B is a diagram showing the vibration characteristics of the cantilever in a state where the cantilever needle is affected by a weak attractive force.
(C) is a diagram showing the vibration characteristics of the cantilever in a state where the cantilever needle is affected by a strong attractive force.

【図8】図8は、従来の走査型磁力顕微鏡の構成を示す
図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional scanning magnetic microscope.

【図9】図9(a)は、試料表面が平坦な磁性体試料上
をカンチレバー先端部が走査する状態を示し、図9
(b)は、その試料表面の磁力情報(MFM像)を示す
図である。
FIG. 9A shows a state in which the tip of a cantilever scans over a magnetic material sample having a flat sample surface.
(B) is a diagram showing magnetic force information (MFM image) on the sample surface.

【図10】図10(a)は、試料表面に凹凸がある磁性
体試料をカンチレバー先端部が走査する状態を示し、図
10(b)は、その試料表面の磁力情報(MFM像)を
示す図である。
10A shows a state in which the tip of a cantilever scans a magnetic material sample having irregularities on the surface of the sample, and FIG. 10B shows magnetic force information (MFM image) of the sample surface. FIG.

【図11】図11(a)は、試料表面に凹凸がある磁性
体試料をカンチレバー先端部が走査する状態を示し、図
11(b)は、その試料表面の混在像を示す図である。
11A shows a state in which the tip of a cantilever scans a magnetic material sample having irregularities on the surface of the sample, and FIG. 11B shows a mixed image of the sample surface.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21…マイクロコンピュータ(マイコン)、2,2
2…Z制御部、3,23…X制御部、4,24…Y制御
部、5,25…試料、6,26…XYZ駆動圧電体、
7,27…カンチレバー、8,28…加振圧電体、9,
29…探針変位検出部、10,30…振幅検出部、1
1,31…A/D変換部、12,32…ホストコンピュ
ータ、33…記憶部。
1,21 ... microcomputer, 2,2
2 ... Z control unit, 3,23 ... X control unit, 4,24 ... Y control unit, 5,25 ... sample, 6,26 ... XYZ drive piezoelectric body,
7, 27: cantilever, 8, 28: vibrating piezoelectric body, 9,
29: probe displacement detecting section, 10, 30: amplitude detecting section, 1
1, 31: A / D conversion unit, 12, 32: host computer, 33: storage unit.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 21/00 - 21/32 G01N 27/87 G01N 37/00 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 21/00-21/32 G01N 27/87 G01N 37/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 尖った先端部を有するカンチレバーと、 試料と前記カンチレバーとを前記試料の表面に沿って相
対移動させる試料移動手段と、 前記カンチレバーを所定の振動数で振動させ、また、振
動を停止する振動体と、 前記カンチレバーの走査の際に生じる前記先端部の変位
を検出する変位検出手段と、 前記カンチレバーの振幅を検出する振幅検出手段と、 前記変位検出手段から送出される、無振動の前記カンチ
レバーの変位信号を一定に保つように制御する制御信号
から得られた第1の表面情報、及び、 前記振幅検出手段から送出される、振動する前記カンチ
レバーの振幅信号を一定に保つように制御する制御信号
から得られた第2の表面情報とから、 同一測定点での前記第2の表面情報と前記第1の表面情
報との差から画像形成する画像形成手段とを具備するこ
とを特徴とする表面情報分離測定装置。
A cantilever having a sharp tip; a sample moving means for relatively moving a sample and the cantilever along the surface of the sample; and vibrating the cantilever at a predetermined frequency. A vibrating body that stops, a displacement detection unit that detects displacement of the tip that occurs when the cantilever scans, an amplitude detection unit that detects the amplitude of the cantilever, and a vibrationless sent from the displacement detection unit. The first surface information obtained from a control signal for controlling the displacement signal of the cantilever to be kept constant, and the amplitude signal of the vibrating cantilever sent from the amplitude detecting means is kept constant. Image formation based on a difference between the second surface information and the first surface information at the same measurement point from second surface information obtained from a control signal to be controlled Surface information separating measuring apparatus characterized by comprising an image forming unit that.
【請求項2】 尖った先端部を有するカンチレバーと、 試料と前記カンチレバーとを前記試料の表面に沿って相
対移動させる試料移動手段と、 前記カンチレバーを所定の振動数で振動させ、また、振
動を停止する振動体と前記カンチレバーの走査の際に生
じる前記先端部の変位を検出する変位検出手段と、 前記カンチレバーの振幅を検出する振幅検出手段と、 前記変位検出手段から送出される、無振動の前記カンチ
レバーの変位信号を一定に保つように制御する制御信号
から得られた第1の表面情報、及び、 前記振幅検出手段から送出される、振動する前記カンチ
レバーの振幅信号を一定に保つように制御する制御信号
から得られた第2の表面情報とから、 同一測定点での前記第2の表面情報と前記第1の表面情
報との差から画像形成することを特徴とする表面情報分
離画像形成方法。
2. A cantilever having a sharp tip, sample moving means for relatively moving a sample and the cantilever along the surface of the sample, and vibrating the cantilever at a predetermined frequency. Displacement detecting means for detecting the displacement of the vibrating body to be stopped and the tip portion generated at the time of scanning of the cantilever, amplitude detecting means for detecting the amplitude of the cantilever, and vibration-free transmitted from the displacement detecting means. First surface information obtained from a control signal for controlling the displacement signal of the cantilever to be kept constant, and control for keeping the amplitude signal of the vibrating cantilever sent from the amplitude detecting means constant. Forming an image from the difference between the second surface information and the first surface information at the same measurement point from the second surface information obtained from the control signal A method for forming a surface information separation image, comprising:
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