JP3118108B2 - Scanning probe microscope and its measuring method - Google Patents

Scanning probe microscope and its measuring method

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JP3118108B2
JP3118108B2 JP04357119A JP35711992A JP3118108B2 JP 3118108 B2 JP3118108 B2 JP 3118108B2 JP 04357119 A JP04357119 A JP 04357119A JP 35711992 A JP35711992 A JP 35711992A JP 3118108 B2 JP3118108 B2 JP 3118108B2
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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or 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】本発明は走査型探針顕微鏡および
その測定方法に関し、特に、測定しようとする領域の凹
凸程度に応じた適切な走査速度を設定して探針の移動制
御を行うようにした走査型探針顕微鏡およびその測定方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope and a method for measuring the same, and more particularly, to controlling the movement of a probe by setting an appropriate scanning speed in accordance with the degree of unevenness of an area to be measured. The present invention relates to a scanning probe microscope and a measuring method therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡(以下STMとい
う)では、導電性探針と試料との間にバイアス電圧を印
加し、探針を試料表面に原子レベルの距離(1nm程
度)まで接近させたときに探針・試料間に流れるトンネ
ル電流を利用して試料表面の3次元形状(凹凸形状)を
計測する。試料表面に沿って探針を走査移動させると
き、探針・試料間に流れるトンネル電流が、設定された
一定値になるように、試料表面に対する探針の高さ位置
を制御し、探針の高さ方向の変位量を検出することによ
って、試料表面の凹凸形状に関する情報を得る。探針の
空間的な位置座標は、探針の先端から根元に向う方向を
Z軸とし、このZ軸に直角な平面内に含まれかつ互いに
直交関係にある2方向をそれぞれX軸およびY軸とする
ことにより、X,Y,Zの各座標値で決定される。この
空間座標を用いてCRTモニタに、観察しようとする試
料表面の鳥瞰図やZ座標に対する輝度変調像が表示され
る。このようにして得られた画像は、試料表面の凹凸形
状情報を反映したものであり、この画像によって試料表
面における微細な形状を解析することができる。
2. Description of the Related Art In a scanning tunneling microscope (STM), a bias voltage is applied between a conductive probe and a sample, and the probe is brought closer to the surface of the sample to an atomic level distance (about 1 nm). A three-dimensional shape (irregular shape) of the sample surface is measured using a tunnel current sometimes flowing between the probe and the sample. When the probe is scanned and moved along the sample surface, the height of the probe relative to the sample surface is controlled so that the tunnel current flowing between the probe and the sample becomes a set constant value. By detecting the amount of displacement in the height direction, information on the uneven shape of the sample surface is obtained. The spatial position coordinates of the probe are such that the direction from the tip of the probe toward the root is the Z axis, and two directions included in a plane perpendicular to the Z axis and orthogonal to each other are the X axis and the Y axis, respectively. Is determined by the respective coordinate values of X, Y, and Z. Using the spatial coordinates, a bird's-eye view of the surface of the sample to be observed and a luminance modulation image with respect to the Z coordinates are displayed on the CRT monitor. The image obtained in this way reflects the information on the unevenness of the surface of the sample, and it is possible to analyze a fine shape on the surface of the sample by using this image.

【0003】上記のSTMにおいて、試料を載置する試
料ステージ面と探針の軸方向とは直角になるように構成
されている。試料ステージ上の試料の表面の所定領域を
走査して当該領域の凹凸状態を測定する。
In the above-mentioned STM, the sample stage surface on which the sample is placed is configured so that the axis direction of the probe is perpendicular to the sample stage surface. A predetermined area on the surface of the sample on the sample stage is scanned to measure the unevenness of the area.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来のSTM
では、試料表面の原子レベルの微細な凹凸形状を測定す
るために、わずかな測定条件の変化によっても測定画像
に歪みが生じることがある。そのため、測定対象領域で
測定のための二次元走査が開始されたときには、できる
限り高速の走査速度で探針を移動させて短時間で測定を
完了することが望ましい。
The conventional STM described above.
In such a case, in order to measure the fine irregularities on the atomic level of the sample surface, even a slight change in the measurement conditions may cause distortion in the measurement image. Therefore, when two-dimensional scanning for measurement is started in the measurement target area, it is desirable to complete the measurement in a short time by moving the probe at a scanning speed as high as possible.

【0005】一方、測定領域の二次元走査では、探針
は、測定領域において設定された複数の測定箇所で停止
し、トンネル電流を検出・監視しながら、探針・試料間
の距離が一定距離になるまで探針を試料にZ軸方向移動
にて接近させ、その接近動作が完了した後に、XY平面
内の水平移動にて次の測定箇所に移動し、同様な接近動
作を繰返すようにして、走査動作を行う。測定のための
二次元走査における探針の走査速度は、基本的に各測定
箇所におけるサーボ制御の繰返し数に基づく接近速度で
決まる。このため、走査速度の設定が、試料表面の凹凸
状態に無関係に高速状態に設定されると、試料表面の凹
凸の程度が急激に変化する場合、探針が試料表面に衝突
し、探針および試料を破損するという不具合が発生す
る。
On the other hand, in the two-dimensional scanning of the measurement area, the probe stops at a plurality of measurement points set in the measurement area, and the distance between the probe and the sample is kept constant while detecting and monitoring the tunnel current. Until the probe approaches the sample by moving in the Z-axis direction. After the approach operation is completed, the probe is moved to the next measurement point by horizontal movement in the XY plane, and the same approach operation is repeated. Perform a scanning operation. The scanning speed of the probe in two-dimensional scanning for measurement is basically determined by the approach speed based on the number of servo control repetitions at each measurement point. For this reason, if the scanning speed is set to a high speed state regardless of the unevenness of the sample surface, if the degree of unevenness of the sample surface changes suddenly, the probe collides with the sample surface, A defect that the sample is damaged occurs.

【0006】本発明の目的は、上記の問題に鑑み、試料
表面の凹凸程度に応じた適切な走査速度で探針を走査さ
せ、衝突を避けると共に高精度な測定を可能にする走査
探針顕微鏡およびその測定方法を提供することにあ
る。
An object of the present invention has been made in view of the above problems, at the appropriate scan speed corresponding to the unevenness degree of the sample surface is scanned with the probe, scanning probe that enables highly accurate measurement with avoiding collision A microscope and a measuring method thereof are provided.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係る走査型探針
顕微鏡は、例えば走査型トンネル顕微鏡などでは、試料
に接近して配置される探針と、探針を試料に対し前進ま
たは後退させる移動手段と、探針と試料の間にトンネル
電流を生じさせるための電圧を印加する電圧印加手段
と、トンネル電流を測定する測定手段と、トンネル電流
を一定に保持するため探針と試料の間の距離を制御する
制御手段と、探針に試料の表面を走査させる走査手段
と、探針を用いて得られた試料表面の測定データを記録
・処理するデータ記憶・処理手段を備えるものであっ
て、測定しようとする領域でのライン状走査で得たデー
タに基づき試料表面の凹凸程度を推定する凹凸程度推定
手段と、推定された凹凸程度に基づき適切な走査速度を
設定する走査速度設定手段を有する。前記の構成におい
て、好ましくは、凹凸程度推定手段は、ラインデータの
隣合うデータの差を求める高度差算出手段である。また
本発明に係る走査型探針顕微鏡の測定方法は、測定のた
めの二次元走査を行う前に、測定対象領域をライン状に
走査し、このライン状走査で得られたデータを用いて測
定対象領域の凹凸の程度を推定し、推定された凹凸程度
に対応して最適な走査速度を設定し、測定対象領域にて
適切な走査速度で二次元走査を行って測定を行う測定方
法である。前記のライン状走査は、オペレータによる手
動、またはマイコンに組み込まれたプログラムにより自
動で行うことが可能である。
SUMMARY OF THE INVENTION A scanning probe microscope according to the present invention is, for example, a scanning tunneling microscope or the like, a probe disposed close to a sample, and a probe moved with respect to the sample. Moving means for moving forward or backward, voltage applying means for applying a voltage for generating a tunnel current between the probe and the sample, measuring means for measuring the tunnel current, and a probe for keeping the tunnel current constant Control means for controlling the distance between the probe and the sample, scanning means for causing the probe to scan the surface of the sample, and data storage and processing means for recording and processing measurement data on the sample surface obtained using the probe. An unevenness degree estimating means for estimating the degree of unevenness of the sample surface based on data obtained by line scanning in a region to be measured, and setting an appropriate scanning speed based on the estimated unevenness degree Scan speed setting It has the means. In the above configuration, preferably, the unevenness degree estimating means is an altitude difference calculating means for obtaining a difference between adjacent data of the line data. In addition, in the measuring method of the scanning probe microscope according to the present invention, before performing the two-dimensional scanning for the measurement, the measurement target area is scanned in a line, and the measurement is performed using the data obtained by the line scanning. This is a measurement method of estimating the degree of unevenness of a target area, setting an optimal scanning speed in accordance with the estimated degree of unevenness, and performing measurement by performing two-dimensional scanning at an appropriate scanning speed in the measurement target area. . The linear scanning can be performed manually by an operator or automatically by a program incorporated in a microcomputer.

【0008】[0008]

【作用】本発明では、本来的な測定の前に測定対象領域
についてライン状の走査を行い、このライン状走査に基
づくデータを用いて測定対象領域の凹凸の程度を推定す
る。一般的に測定対象領域に規則的な凹凸が形成されて
いる場合に、1回または複数回のライン状の走査で、当
該測定対象領域の凹凸程度の推定を行うことが可能であ
る。ライン状走査の方向は任意に選択することができ
る。できる限り測定領域をカバーできることが好まし
い。測定領域の凹凸程度の推定には、例えばデータ間の
差、変化割合、または微分値等が利用される。凹凸程度
が推定された後には、当該凹凸程度に適した走査速度が
設定される。適切な走査速度を設定する方法としては、
走査速度テーブルを利用することが望ましい。処理時間
を短縮できるからである。適切な走査速度を設定するこ
とによって、測定のための二次元走査では、望ましい測
定を行うことができ、迅速でかつ高精度、試料および探
針に破損の生じない測定を行うことができる。
According to the present invention, a linear scan is performed on the measurement target area before the original measurement, and the degree of unevenness of the measurement target area is estimated using data based on the linear scan. Generally, when regular unevenness is formed in a measurement target area, it is possible to estimate the degree of unevenness of the measurement target area by one or more line scans. The direction of the linear scanning can be arbitrarily selected. It is preferable that the measurement area can be covered as much as possible. For example, a difference between data, a change rate, a differential value, or the like is used for estimating the degree of unevenness of the measurement region. After the degree of unevenness is estimated, a scanning speed suitable for the degree of unevenness is set. To set an appropriate scanning speed,
It is desirable to use a scanning speed table. This is because the processing time can be reduced. By setting an appropriate scanning speed, a desired measurement can be performed in the two-dimensional scanning for the measurement, and the measurement can be performed quickly and with high accuracy without causing damage to the sample and the probe.

【0009】[0009]

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図1は、STMの探針部分の構成と、探針
の位置制御のための装置構成と、探針により得られる測
定データを検出・処理する部分の構成を示している。図
1を参照してSTMの要部に関する一般的な構成および
動作を説明する。図1において、1は導電性を有する探
針であり、探針1の先端は鋭く尖り、試料2の表面に臨
んでいる。探針1は図示しないトライポッドヘッドにお
いて相互に直角になるように配置された棒状の微動用圧
電素子3,4,5の交差部に取り付けられる。圧電素子
3はX軸方向の移動に関与するアクチュエータ、圧電素
子4はY軸方向の移動に関与するアクチュエータ、圧電
素子5はZ軸方向の移動に関与するアクチュエータであ
る。また探針1は、トライポッドヘッドを取り付けた図
示しない手動装置、ステッピングモータ、またはストロ
ークの大きな粗動用圧電素子等によって、所要のトンネ
ル電流が検出される距離まで試料2の表面に近づけるこ
とができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a configuration of a probe portion of the STM, a device configuration for controlling the position of the probe, and a configuration of a portion for detecting and processing measurement data obtained by the probe. The general configuration and operation of the main part of the STM will be described with reference to FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a probe having conductivity. The tip of the probe 1 is sharply pointed and faces the surface of the sample 2. The probe 1 is attached to an intersection of rod-like fine-movement piezoelectric elements 3, 4, and 5 arranged at right angles to each other in a tripod head (not shown). The piezoelectric element 3 is an actuator related to the movement in the X-axis direction, the piezoelectric element 4 is an actuator related to the movement in the Y-axis direction, and the piezoelectric element 5 is an actuator related to the movement in the Z-axis direction. Further, the probe 1 can be brought close to the surface of the sample 2 to a distance where a required tunnel current is detected by a manual device (not shown) equipped with a tripod head, a stepping motor, or a piezoelectric element for coarse movement having a large stroke.

【0010】探針1と試料2の間に電源6が接続される
ことによって、それらの間に所要のバイアス電圧が印加
されている。この状態で探針1を試料2に近づけ、探針
1と試料2の間の距離が所要の微小距離になると、それ
らの間にトンネル電流が流れる。導電性の探針1に流れ
るトンネル電流は、トンネル電流検出部7で検出され、
その後トンネル電流・距離変換部8によって、検出され
たトンネル電流は探針1と試料2の間の距離に変換され
る。通常の凹凸形状の測定では、測定領域での探針1の
走査において、設定された複数の測定箇所のそれぞれに
おける探針1の軸方向の位置制御において、検出される
トンネル電流が予め定められた一定値に保持されるよう
に探針1の高さ位置を制御する。かかる制御を行うた
め、次段のサーボ回路9では、トンネル電流・距離変換
部8から出力される距離データを入力し、この距離デー
タが内部に予め設定される基準距離と常に一致するよう
にサーボ制御を行い、これにより探針・試料間の距離が
一定に保持されるようにZ軸方向の圧電素子5の伸縮動
作量を制御する。サーボ回路9はアナログサーボ回路と
して構成してもよいし、またマイコンを利用してディジ
タルサーボ回路として構成することもできる。高い制御
性を実現するためには、ディジタルサーボ回路が望まし
い。
When a power source 6 is connected between the probe 1 and the sample 2, a required bias voltage is applied between them. In this state, the probe 1 is brought closer to the sample 2, and when the distance between the probe 1 and the sample 2 becomes a required minute distance, a tunnel current flows between them. A tunnel current flowing through the conductive probe 1 is detected by a tunnel current detection unit 7,
Thereafter, the detected tunnel current is converted into a distance between the probe 1 and the sample 2 by the tunnel current / distance converter 8. In the measurement of the normal uneven shape, in the scanning of the probe 1 in the measurement area, the detected tunnel current is predetermined in the axial position control of the probe 1 at each of a plurality of set measurement points. The height position of the probe 1 is controlled so as to be maintained at a constant value. In order to perform such control, the next-stage servo circuit 9 inputs the distance data output from the tunnel current / distance converter 8 and performs servo control so that the distance data always matches the internally set reference distance. Control is performed to control the amount of expansion and contraction of the piezoelectric element 5 in the Z-axis direction so that the distance between the probe and the sample is kept constant. The servo circuit 9 may be configured as an analog servo circuit, or may be configured as a digital servo circuit using a microcomputer. To realize high controllability, a digital servo circuit is desirable.

【0011】試料2の測定面における探針1のX軸およ
びY軸の各方向の走査のための移動は、走査部10によ
って行われる。走査部10は、X軸方向用の圧電素子3
とY軸方向用の圧電素子4に対して伸縮用駆動信号を与
え、これらの圧電素子3,4の伸縮動作によって探針1
の二次元的走査が行われる。
The scanning unit 10 moves the probe 1 on the measurement surface of the sample 2 for scanning in the X-axis and Y-axis directions. The scanning unit 10 includes the piezoelectric element 3 for the X-axis direction.
And a driving signal for expansion / contraction to the piezoelectric element 4 for the Y-axis direction.
Is performed two-dimensionally.

【0012】X,Y,Zの各軸方向の圧電素子3,4,
5による探針1の移動に伴い、圧電素子3,4,5の負
荷電圧、すなわち各圧電素子の伸縮量を空間座標として
測定データ記憶部11に記憶する。測定データ記憶部1
1に記憶された探針1の位置データは、適宜に取り出さ
れ、データ処理部12に供給される。データ処理部12
では、試料2の測定面の凹凸形状についての画像処理を
行い、画像処理で得られたデータを用いてモニタ部13
に試料2の表面凹凸画像を表示する。なお出力装置とし
てのモニタ部13は一例であり、例えばプリンタを用い
ることもできる。上記の測定データ記憶部11とデータ
処理部12は、演算・制御部14に含まれる。演算・制
御部14はCPUとメモリによって構成される。この演
算・制御部14によって必要な機能手段が実現される。
例えば、15は走査制御部であり、この走査制御部15
は前述の走査部10に対して走査制御信号を与える。こ
の走査制御信号は、探針1を、測定領域における複数の
測定箇所のそれぞれに移動させるための制御信号であ
る。
The piezoelectric elements 3, 4, 4 in the X, Y, and Z axial directions
With the movement of the probe 1 by 5, the load voltage of the piezoelectric elements 3, 4, and 5, ie, the amount of expansion and contraction of each piezoelectric element, is stored in the measurement data storage unit 11 as spatial coordinates. Measurement data storage unit 1
The position data of the probe 1 stored in 1 is appropriately extracted and supplied to the data processing unit 12. Data processing unit 12
Then, the image processing is performed on the uneven shape of the measurement surface of the sample 2, and the monitor unit 13 uses the data obtained by the image processing.
Then, an image of the surface unevenness of the sample 2 is displayed. Note that the monitor unit 13 as an output device is an example, and a printer, for example, may be used. The measurement data storage unit 11 and the data processing unit 12 are included in the calculation / control unit 14. The arithmetic and control unit 14 is configured by a CPU and a memory. Necessary functional means are realized by the arithmetic and control unit 14.
For example, reference numeral 15 denotes a scanning control unit.
Supplies a scanning control signal to the scanning unit 10 described above. The scanning control signal is a control signal for moving the probe 1 to each of a plurality of measurement points in the measurement area.

【0013】上記の構成において、探針1と試料2の間
にトンネル電流が流れる場合に、探針1と試料2の間の
距離は原子レベルの1nm程度であり、試料表面の凹凸
状態を検出するためには、この距離を一定に保つように
圧電素子5の動作を制御することが必要である。トンネ
ル電流は、探針・試料間の距離の変化に敏感であり、こ
れによって高い分解能を得ることができる。
In the above configuration, when a tunnel current flows between the probe 1 and the sample 2, the distance between the probe 1 and the sample 2 is about 1 nm at the atomic level, and the unevenness of the sample surface is detected. Therefore, it is necessary to control the operation of the piezoelectric element 5 so as to keep this distance constant. The tunnel current is sensitive to a change in the distance between the probe and the sample, so that a high resolution can be obtained.

【0014】上記STMに基づけば、その一連の動作に
より、試料2の測定面の凹凸形状に関する情報を得るこ
とができる。この情報を得るためには、測定領域におい
て設定された複数の測定箇所すなわちサンプリング箇所
のそれぞれにおいて、探針1の走査のための移動を停止
し、探針1と試料2の表面との距離を一定に保つための
サーボ制御が、サーボ回路9によって複数回繰り返して
行われる。各測定箇所におけるサーボ制御繰返し数が、
全体の測定時間すなわち走査速度を決定する。走査速度
は、通常、標準的な試料凹凸面を想定して経験的に定め
られているものであるが、試料2の表面の凹凸が激しい
場合には、標準的な走査速度で測定を行うと、探針1が
試料表面の凹凸に追従できず、サーボ制御の繰返し数を
増加させることが必要となる。換言すれば、各測定箇所
での探針1のZ軸方向移動に関しサーボ制御繰返し数す
なわち走査速度を、測定しようとする試料表面の凹凸程
度に応じて適切なもの、好ましくは最適なものに設定で
きることが望まれる。
Based on the above STM, a series of operations can obtain information on the uneven shape of the measurement surface of the sample 2. In order to obtain this information, the movement for scanning of the probe 1 is stopped at each of a plurality of measurement points, that is, sampling points set in the measurement area, and the distance between the probe 1 and the surface of the sample 2 is reduced. Servo control for maintaining the constant is repeatedly performed by the servo circuit 9 a plurality of times. The number of servo control repetitions at each measurement point is
The overall measurement time, ie the scanning speed, is determined. The scanning speed is usually empirically determined by assuming a standard sample uneven surface, but when the surface of the sample 2 has severe unevenness, the measurement is performed at the standard scanning speed. Since the probe 1 cannot follow irregularities on the surface of the sample, it is necessary to increase the number of servo control repetitions. In other words, the number of servo control repetitions, that is, the scanning speed, for the Z-axis movement of the probe 1 at each measurement point is set to an appropriate one, preferably an optimum one, according to the degree of irregularities on the sample surface to be measured. Hopefully you can.

【0015】そこで本実施例のSTMでは、図1に示さ
れるごとく、演算・制御部14の中に走査速度設定部1
6を設ける。この走査速度設定部16は、測定対象領域
が決まったとき、測定のための二次元走査を行う前に、
測定領域においてライン状の走査を一回または複数回任
意の方向に行って当該測定領域の凹凸程度を推定し、凹
凸程度に応じた適切な走査速度または望ましくは最適な
走査速度を設定する機能を有するものである。二次元走
査を行う前のライン状走査は、オペレータによる手動で
行うこともできるし、プログラムで組込むことにより自
動化することもできる。走査速度設定部16の具体的構
成は、図2に示される。
Therefore, in the STM of the present embodiment, as shown in FIG.
6 is provided. When the measurement target area is determined, the scanning speed setting unit 16 performs a two-dimensional scan for measurement.
A function of performing one or more line-shaped scans in a measurement area in an arbitrary direction to estimate the degree of unevenness of the measurement area and setting an appropriate scanning speed or preferably an optimal scanning speed according to the degree of unevenness. Have The line-shaped scanning before performing the two-dimensional scanning can be performed manually by an operator, or can be automated by incorporating it in a program. The specific configuration of the scanning speed setting unit 16 is shown in FIG.

【0016】走査速度設定部16は、ラインデータ取出
し手段21と、凹凸程度推定手段22と、走査速度(繰
返し数)設定手段23と、走査速度(繰返し数)テーブ
ル24によって構成される。図3のフローチャートを参
照して、走査速度設定部16の動作を説明する。試料2
の表面において測定領域が決まると、まず走査範囲およ
び当該範囲における測定点数が設定される(ステップ3
1)。次にその測定領域において、測定の二次元走査が
行われる前に、任意の方向で1回または複数回のライン
状走査が手動または自動で行われる(ステップ32)。
このライン状走査による測定データはラインデータとし
て測定データ記憶部11に記憶される。ラインデータ取
出し手段21は測定データ記憶部11からラインデータ
を読出し、凹凸程度推定手段22に送る。凹凸程度推定
手段22は、ラインデータに基づいて凹凸程度を推定す
る(ステップ33)。
The scanning speed setting section 16 is constituted by a line data extracting means 21, an unevenness estimating means 22, a scanning speed (repetition number) setting means 23, and a scanning speed (repetition number) table 24. The operation of the scanning speed setting unit 16 will be described with reference to the flowchart of FIG. Sample 2
When the measurement area is determined on the surface of the image, first, the scanning range and the number of measurement points in the range are set (step 3).
1). Next, in the measurement area, one or more linear scans are performed manually or automatically in an arbitrary direction before the two-dimensional scan for measurement is performed (step 32).
The measurement data obtained by the linear scanning is stored in the measurement data storage unit 11 as line data. The line data extracting means 21 reads out the line data from the measurement data storage unit 11 and sends it to the unevenness degree estimating means 22. The unevenness degree estimating means 22 estimates the unevenness degree based on the line data (step 33).

【0017】凹凸程度を推定する方法は、いろいろな方
法を採用できる。例えば、隣合うデータ同士の変化状
態、変化割合を算出することにより、凹凸程度を推定で
きる。データの変化状態を利用する場合には、例えば隣
合うデータ同士の差すなわち高さの差(高度差)を算出
する手段が設けられ、変化割合を利用する場合には、変
化割合算出手段が設けられる。また連続的な変化割合と
しての微分値を求めることにより凹凸程度を推定する方
法も考えられる。この場合には微分値演算手段が設けら
れる。
Various methods can be employed for estimating the degree of unevenness. For example, the degree of unevenness can be estimated by calculating a change state and a change ratio between adjacent data. When the change state of the data is used, for example, means for calculating a difference between adjacent data, that is, a difference in height (altitude difference) is provided, and when a change rate is used, a change rate calculating means is provided. Can be In addition, a method of estimating the degree of unevenness by obtaining a differential value as a continuous change rate is also conceivable. In this case, a differential value calculation means is provided.

【0018】凹凸程度推定手段22で推定された凹凸情
報は走査速度設定手段23に提供される。走査速度設定
手段23は、予め用意された走査速度テーブル24か
ら、凹凸程度に応じた適切な走査速度を選択する(ステ
ップ34)。こうして決められた走査速度は、走査速度
設定手段23からサーボ回路9に提供される。サーボ回
路9では、与えられた走査速度の情報が、各測定箇所で
のサーボ制御の繰返し数を決定する要素として設定され
る。そして、かかる状態のサーボ回路9で、測定のため
の二次元走査が行われる(ステップ35)。
The unevenness information estimated by the unevenness degree estimating means 22 is provided to a scanning speed setting means 23. The scanning speed setting means 23 selects an appropriate scanning speed according to the degree of unevenness from the scanning speed table 24 prepared in advance (step 34). The scanning speed determined in this way is provided from the scanning speed setting means 23 to the servo circuit 9. In the servo circuit 9, information on the given scanning speed is set as an element for determining the number of servo control repetitions at each measurement point. Then, two-dimensional scanning for measurement is performed by the servo circuit 9 in such a state (step 35).

【0019】上記の動作において、凹凸程度の推定に
は、ラインデータ内の隣合うデータ同士の差(高さの
差)の絶対値を用いることが望ましい。試料表面の凹凸
が激しい場合には高さの差は大きくなり、緩やかな場合
には小さくなることを利用する。そして、高さの差の絶
対値の中で最大になる値を、予め設定した複数の基準値
と比較し、走査速度を決定することが望ましい。変化割
合、あるいは微分値を利用する場合にも同様にして適用
することができる。
In the above operation, it is desirable to use the absolute value of the difference (height difference) between adjacent data in the line data for estimating the degree of unevenness. The difference in height is used when the unevenness of the sample surface is severe, and becomes small when the unevenness is gentle. Then, it is desirable to determine the scanning speed by comparing the maximum value of the absolute values of the height differences with a plurality of preset reference values. The same can be applied to the case where a change ratio or a differential value is used.

【0020】前記実施例はSTMについて説明したが、
探針を備え、サーボ制御によって探針をその軸方向に位
置制御するように構成された走査型探針顕微鏡に一般的
に適用できるのはもちろんである。
Although the above embodiment has described the STM,
Needless to say, the present invention can be generally applied to a scanning probe microscope having a probe and configured to control the position of the probe in the axial direction by servo control.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、測定しようとする領域の凹凸の程度を事前に調
べ、凹凸程度に応じて適切な走査速度を決定し、適切な
走査速度で測定のための二次元走査を行うようにしたた
め、探針と試料の衝突による破損を未然に防ぐと共に、
許容される限り短い時間で測定を完了できるので、高精
度な測定を行える。特に本発明は、試料表面に形成され
る凹凸が規則性を有している場合に、その規則性を事前
に見出すことができ、かかる表面を有する試料の測定に
適している。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the degree of unevenness of a region to be measured is checked in advance, an appropriate scanning speed is determined according to the degree of unevenness, and an appropriate scanning speed is determined. In order to perform two-dimensional scanning for measurement at, in addition to preventing damage due to collision between the probe and the sample,
Since the measurement can be completed in a time as short as allowable, high-precision measurement can be performed. In particular, when irregularities formed on the surface of a sample have regularity, the present invention can find the regularity in advance and is suitable for measurement of a sample having such a surface.

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

【図1】走査型トンネル顕微鏡の要部構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of a scanning tunnel microscope.

【図2】走査速度設定部の内部構成を示したブロック図
である。
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of a scanning speed setting unit.

【図3】走査速度設定部の動作を示すフローチャートで
ある。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation of a scanning speed setting unit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 …探針 2 …試料 3,4,5 …圧電素子 6 …電源 7 …トンネル電流検出部 8 …トンネル電流・距離変換部 9 …サーボ回路 10 …走査部 11 …測定データ記憶部 12 …データ処理部 13 …モニタ部 14 …演算・制御部 15 …走査制御部 16 …走査速度設定部 21 …ラインデータ取出し手段 22 …凹凸程度推定手段 23 …走査速度設定手段 24 …走査速度テーブル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Probe 2 ... Sample 3, 4, 5 ... Piezoelectric element 6 ... Power supply 7 ... Tunnel current detection part 8 ... Tunnel current / distance conversion part 9 ... Servo circuit 10 ... Scanning part 11 ... Measurement data storage part 12 ... Data processing Unit 13: Monitor unit 14: Calculation / control unit 15: Scan control unit 16: Scan speed setting unit 21: Line data extraction unit 22: Estimation unit of unevenness degree 23: Scan speed setting unit 24: Scan speed table

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/00 - 7/34 102 G01B 21/00 - 21/32 G01N 37/00 H01J 37/28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 7/ 00-7/34 102 G01B 21/00-21/32 G01N 37/00 H01J 37/28

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 試料に接近して配置される探針と、前記
探針を前記試料に対し前進または後退させる移動手段
と、前記探針と前記試料の間の距離を制御する制御手段
と、前記探針に前記試料の表面を走査させる走査手段
と、前記探針を用いて得られた試料表面の測定データを
記録・処理するデータ記録・処理手段を備える走査型
顕微鏡において、 測定しようとする領域でのライン状走査で得たデータに
基づき試料表面の凹凸程度を推定する凹凸程度推定手段
と、前記凹凸程度に基づき適切な走査速度を設定する走
査速度設定手段を有することを特徴とする走査型探針
微鏡。
A probe arranged close to a sample, a moving unit for moving the probe forward or backward with respect to the sample, a control unit for controlling a distance between the probe and the sample, A scanning type probe comprising: a scanning unit for causing the probe to scan the surface of the sample; and a data recording and processing unit for recording and processing measurement data of the sample surface obtained using the probe.
In a needle microscope, unevenness degree estimating means for estimating the degree of unevenness of the sample surface based on data obtained by line-shaped scanning in an area to be measured, and scanning speed setting means for setting an appropriate scanning speed based on the degree of unevenness A scanning probe microscope comprising:
【請求項2】 請求項1記載の走査型探針顕微鏡におい
て、前記凹凸程度推定手段は、ラインデータの隣同士の
データの差に基づいて凹凸を推定する手段であることを
特徴とする走査型探針顕微鏡。
2. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein said unevenness degree estimating means is means for estimating unevenness based on a difference between adjacent line data. Tip microscope.
【請求項3】 測定のための二次元走査を行う前に、測
定対象領域をライン状に走査し、このライン状走査で得
られたデータを用いて前記測定対象領域の凹凸程度を推
定し、推定された前記凹凸程度に対応して適切な走査速
度を設定し、前記測定対象領域にて適切な走査速度で前
記二次元走査を行うようにしたことを特徴とする走査型
探針顕微鏡の測定方法。
3. Before performing a two-dimensional scan for measurement, scan the measurement target area in a line, and estimate the degree of unevenness of the measurement target area using data obtained by the linear scan. A scanning type wherein an appropriate scanning speed is set in accordance with the estimated degree of unevenness, and the two-dimensional scanning is performed at an appropriate scanning speed in the measurement target area.
Measurement method of probe microscope.
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