JP5283089B2 - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
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Classifications
-
- G—PHYSICS
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- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q10/00—Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
- G01Q10/04—Fine scanning or positioning
- G01Q10/06—Circuits or algorithms therefor
- G01Q10/065—Feedback mechanisms, i.e. wherein the signal for driving the probe is modified by a signal coming from the probe itself
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Description
次に、本発明のSPMに好適に組み込まれるドリフトキャンセル機能を説明する。このドリフトキャンセル機能は、本発明の3次元計測技術を活用して、相互作用量のドリフトをキャンセルする。ここでは、ドリフトキャンセル機能が、これまで説明してきたFM−AFMに組み込まれ、共振周波数シフトのドリフトをキャンセルする。
次に、本実施の形態のAFM1による観察例を説明する。ここでは、分布データ処理部33による3次元計測データの好適な加工の例も説明される。
(1) イメージサイズ:64×64×256 pixels in XYZ
(2) 走査範囲:4×4×1 nm (ドリフト補正前)
(3) 走査速度:53 sec/3D xyz image,
0.82 sec/2D xz image,
5 ms/ 1D z profile
3 カンチレバー
5 試料ステージ
7 スキャナ
9 レバーアクチュエータ
11 変位センサ
13 移相回路
15 アンプ
17 周波数シフト検出器
19 フィードバック回路
21 XY走査信号生成回路
23 距離変調信号生成回路
25 信号加算部
27 コンピュータ
29 表示部
31 3次元分布検出部
33 分布データ処理部
53 ドリフト監視部
55 加算部
Claims (13)
- 探針と、
前記探針と試料との相対的な走査を行うスキャナと、
前記探針の変位を検出する変位センサと、
前記変位センサにより検出された信号に基づいて、前記探針と前記試料の相互作用により生じ前記相互作用の大きさを表す相互作用量を検出する相互作用検出部と、
前記相互作用検出部により検出される前記相互作用量を一定に保つように、前記探針と前記試料の間の距離である探針−試料距離のフィードバック制御を行うフィードバック制御部と、
前記探針−試料距離を、前記フィードバック制御の応答速度より速い距離変調周波数にて変動させる距離変調制御を行う距離変調制御部と、
前記探針と前記試料の相対的な走査を行いながら前記距離変調制御により前記探針−試料距離が変動する間に検出される前記相互作用量から、走査範囲内の広さと前記探針−試料距離の変動範囲内の厚みを有する3次元空間における前記相互作用量の分布を検出する3次元分布検出部と、
を有することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 前記距離変調制御部は、時間軸に対する前記探針−試料距離を正弦波に沿って変動させることを特徴とする請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。
- 前記フィードバック制御部は、前記スキャナを駆動するための駆動信号を生成し、
前記距離変調制御部は、前記距離変調周波数を有する距離変調信号を生成し、
前記距離変調信号が前記駆動信号に加算されることを特徴とする請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 前記3次元分布検出部が、前記距離変調制御により前記探針が前記試料に近づくときの前記相互作用量の分布と、前記距離変調制御により前記探針が前記試料から遠ざかるときの前記相互作用量の分布とを別々に取得することを特徴とする請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。
- 前記走査型プローブ顕微鏡は原子間力顕微鏡であり、前記探針を含むカンチレバーを有することを特徴とする請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。
- 前記原子間力顕微鏡は、周波数変調型の原子間力顕微鏡であり、前記相互作用検出部は、前記カンチレバーの共振周波数シフトを前記相互作用量として検出することを特徴とする請求項5に記載の走査型プローブ顕微鏡。
- 前記距離変調制御による前記探針−試料距離の前記変動範囲内に定められており前記探針−試料距離が増大する所定のドリフト監視位置にて検出される前記相互作用量を、前記相互作用量のドリフトの指標として監視するドリフト監視部と、
前記ドリフト監視部により監視される前記ドリフト監視位置での前記相互作用量に基づいて、前記相互作用量のドリフトをキャンセルするドリフトキャンセル部と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 前記3次元分布検出部により得られる前記3次元空間における前記相互作用量の分布のデータを処理する分布データ処理部を有し、
前記分布データ処理部は、前記探針−試料距離が一定である面上での前記相互作用量の分布を求めることを特徴とする請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 前記3次元分布検出部により得られる前記3次元空間における前記相互作用量の分布のデータを処理する分布データ処理部を有し、
前記分布データ処理部は、前記探針−試料距離が異なる複数の面の各々における前記相互作用量の複数の代表値を求めて、前記探針を試料に近づけたときの前記代表値の変化を求めることを特徴とする請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 前記3次元分布検出部により得られる前記3次元空間における前記相互作用量の分布のデータを処理する分布データ処理部を有し、
前記分布データ処理部は、前記試料表面に交差する面で前記3次元空間を切断したときの切断面上での前記相互作用量の分布を求めることを特徴とする請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 前記3次元分布検出部により得られる前記3次元空間における前記相互作用量の分布のデータを処理する分布データ処理部を有し、
前記分布データ処理部は、前記試料上の異なる複数の位置で、前記試料の表面に交差する線に沿った前記相互作用量の変化を求めることを特徴とする請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 走査型プローブ顕微鏡のための観察方法であって、
探針と試料を近づけて、前記探針と前記試料との相対的な走査を行い、
前記探針の変位を検出し、
検出された信号に基づいて、前記探針と前記試料の相互作用により生じ前記相互作用の大きさを表す相互作用量を検出し、
前記相互作用量を一定に保つように、前記探針と前記試料の間の距離である探針−試料距離のフィードバック制御を行い、
前記探針−試料距離を、前記フィードバック制御の応答速度より速い距離変調周波数にて変動させる距離変調制御を行い、
前記探針と前記試料の相対的な走査を行いながら前記距離変調制御により前記探針−試料距離が変動する間に検出される前記相互作用量から、走査範囲内の広さと前記探針−試料距離の変動範囲内の厚みを有する3次元空間における前記相互作用量の分布を検出することを特徴とする、
走査型プローブ顕微鏡のための観察方法。 - 走査型プローブ顕微鏡のための観察プログラムであって、
コンピュータに、
探針と試料を近づけて、前記探針と前記試料との相対的な走査を行う処理と、
前記探針の変位を検出する処理と、
検出された信号に基づいて、前記探針と前記試料の相互作用により生じ前記相互作用の大きさを表す相互作用量を検出する処理と、
前記相互作用量を一定に保つように、前記探針と前記試料の間の距離である探針−試料距離のフィードバック制御を行う処理と、
前記探針−試料距離を、前記フィードバック制御の応答速度より速い距離変調周波数にて変動させる距離変調制御を行う処理と、
前記探針と前記試料の相対的な走査を行いながら前記距離変調制御により前記探針−試料距離が変動する間に検出される前記相互作用量から、走査範囲内の広さと前記探針−試料距離の変動範囲内の厚みを有する3次元空間における前記相互作用量の分布を検出する処理と、
を実行させることを特徴とする、
走査型プローブ顕微鏡のための観察プログラム。
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