JPH03180702A - 走査制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）、ＳＴＭの基
本原理を応用した分析機器１表面粗さ計等の制御機構に
利用される。

〔発明の概要〕

本発明は例えばＳＴＭ等の装置に於いて、被観察対象物
の形状に対応して平面走査機構の走査速度を制御し、観
察像データのサンプル点を最適に設定するものである。

〔従来の技術〕

従来、ＳＴＭ等の装置に於いて、探針の被観察対象物に
対する走査速度は一画面走査中は一定である。

従って、被観察対象物表面の３次元形状に急峻又は起伏
が大きい部分を含む場合には、該装置を操作する者が適
宜に走査速度を遅く設定していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、充分に形状が同定されていない被観察対象物を
観察する場合には適当な走査速度を設定する事は困難で
ある。さらに、被観察対象物表面の３次元形状が急峻な
部分と平坦な部分を有する場合では急峻な部分に探針が
追従する様に充分遅い走査速度に設定する必要があり、
被観察対象物表面の急峻な部分の存在により走査時間す
なわら像観察に要する時間は長くなる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では前記２つの問題点を解決するために被観察対
象物表面の３次元形状の状態を実時間で検出し、該形状
の状態により走査速度を制御する。

具体的には、該形状の状態すなわち走査方向軸上の傾き
に該当する垂直軸方向変位量の時間微分値を検出し、該
時間微分値により走査速度データを修正し走査速度を制
御する。同時に、走査方向軸上の観察像データのサンプ
ル点は、該走査方向軸の走査範囲及び所望のサンプル点
数より算出される。

〔作用〕

前記手段により、被観察対象物表面の３次元形状の状態
に対応して走査速度の制御が可能となる。

すなわち、該形状の急峻な部分程走査速度は遅くなり、
平坦な部分程走査速度は遅くなる為に平均走査速度は従
来方式より速くなり、走査時間は短縮され、短時間で像
観察が可能となる。

さらｔこ充分に形状が同定されていない被観察対象物の
観察時にも最適な走査速度の設定が行われる。

〔実施例〕 以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明に基づいたＳＴＭ計測制御部の構成図で
ある。

本発明に基づいた主要論理部ｌ、観察像信号を観察像信
号データに変換する為のＡ／Ｄ変換器２、走査信号デー
タを走査信号に変換する為のＤ／Ａ変換器３及び４、圧
電アクチュエータ１１を面内に駆動する為の増幅器５及
び６、垂直軸方向変位量の時間微分値を検出し、データ
化する為の絶対値回路７及びＡ／Ｄ変換器８、垂直軸方
向変位制御ループを構成する積分器９、圧電アクチュエ
ータ駆動用増幅器ＩＯ１探針１８、被観察対象物１２、
バイアス電源１３、Ｉ／Ｖ変換器１４、絶対値回路１５
、対＃！ｌ変換器１６、比較器１７から構成されている
。

圧電アクチュエータ１１の垂直軸方向変位制御は、以下
の方法でなされる。

探針１８及び被観察対象物１２間に流れるトンネル電流
を検出する。次にトンネル電流は、Ｉ／Ｖ変換器１４で
１０９Ａ／Ｖ程度の利得で増幅され、絶対値回路１５に
より絶対値変換された後、対数変換器１６によりトンネ
ル電流検出に係わる対数特性が線形化され、比較器１７
によりあらかじめ設定されたトンネル電流設定値に対応
する目標値電圧と対数変換器１６の出力電圧とが比較さ
れ、誤差信号となる。

該誤差信号は補償要素である積分器９を介し、圧電アク
チュエータ駆動用増幅器１０により、圧電アクチュエー
タ１１を垂直方向に駆動し、探針１８を垂直方向に変位
させ、前記トンネル電流値が一定になる様に制御する。

またこの誤差信号は垂直軸方向変位量の時間微分値に対
応し、絶対値回路７、Ａ／Ｄ変換器８を経て、時間微分
データ値として主要論理部１に人力される。

第２図は主要論理部の概略フローチャートである。本実
施例では垂直軸方向変位量の時間微分値データ（以下時
間微分値データと省略する）により、あらかしめ設定し
たーライン当たりの走査時間及び走査範囲から算出され
る走査速度データを修正する。具体的には次の式による
。

αは修正係数であり、あらかじめ実験等により定義する
。

次に、修正走査速度データを時間総和、すなわち連続系
での時間積分を行い、走査時の変位データである走査信
号データを得る。

観察像信号サンプルパルスは、走査方向軸の走査範囲及
び所望のサンプル点数より算出される。

具体的には次の式による。

（所望のサンプル点数） 走査信号データは観察像信号サンプルパルスの間隔ごと
に比較され観察像信号サンプルパルスが発生する。

第３図は平坦表面走査時の走査信号波形、第４図は平坦
表面の模式図を示す。

時間軸りに対する走査信号値は線形に増加する。

すなわら、走査速度は一定となっている。

Ｐは前記観察像信号サンプルパルス間隔を示す。

第５図は突出部を有する表面走査時の走査信号波形、第
６図は突出部を有する表面の模式図を示す。

時間軸ｔに対する走査信号値は、平坦部では第３図と同
一走査速度で増加するが突出部では表面の傾きが急峻と
なる為、走査速度は遅くなる。

従来方式では、第５図の走査（３号波形中央部の低速度
で全面走査を行う必要があり、本発明に基づいた方式の
平均走査速度に比較し遅くなり、極端に走査時間を要す
ることになる。

Ｐは第３図と同様に観察像信号サンプルパルス間隔を示
す。本発明に基づいた方式では、主要論理部の機能によ
り走査方向軸上の観察像データのサンプル点は走査速度
の変化に関係なく走査方向軸上で等間隔に設定される。

〔発明の効果〕

本発明に基づいた方式では、被観察対象物表面の形状に
関するパラメータを装置の使用者が考慮する必要がなく
なり、装置の使用者は測定しまうとする走査範囲に関す
るパラメータ、すなわち被観察対象物に対する探針先端
の相対速度のみを設定すればよくなり、測定が極めて簡
易化される。

本発明に基づいた方式は、装置の各種パラメタ自動設定
方法として有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づいたＳＴＭ計測制御■部の構成国
、第２図は主要論理部の概略フローチャト、第３図は平
坦表面走査時の走査信号波形、第４図は平坦表面の模式
図、第５図は突出部を有する表面走査時の走査信号波形
、第６図は突出部を有する表面の模式図である。 ｌ・・・主要論理部 ２・・・Ａ／Ｄ変換器 ３．４・・・Ｄ／Ａ変喚器 ７・・・絶対値回路 ８・・・Ａ／Ｄ変換器 ９・・・積分器 １１　・ ・・圧電アクチュエータ ２ ・・被観察対象物 ８ ・・探針 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被観察対象物上を平面走査する機構に於いて、垂
   直軸方向変位量の時間微分値により、該平面走査機構の
   走査速度を制御する方法。
2. （２）第１項記載の平面走査に於いて、走査方向軸上の
   観察像データのサンプル点を該走査方向軸の走査範囲及
   び所望のサンプル点数より算出する方法。