JPH0579811A - 走査型顕微鏡 - Google Patents
走査型顕微鏡Info
- Publication number
- JPH0579811A JPH0579811A JP3239645A JP23964591A JPH0579811A JP H0579811 A JPH0579811 A JP H0579811A JP 3239645 A JP3239645 A JP 3239645A JP 23964591 A JP23964591 A JP 23964591A JP H0579811 A JPH0579811 A JP H0579811A
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- Pending
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- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 60
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 7
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
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Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】走査型顕微鏡の使用時に、機械的な除振装置に
よらず電気信号により試料表面の観察情報から外乱振動
成分を除去し、高分解能な観察が可能となり、また設置
環境の制限も少なくなる。 【構成】走査顕微鏡本体１に振動検出器５を固着し、検
出された振動を成形フィルタ回路７により、探針３と試
料４の相対振動変位に変換し、その情報と走査回路１０
及び検出、サーボ回路からの情報を信号処理回路８に入
力することにより、試料表面観察情報から外乱振動成分
を除去する。
よらず電気信号により試料表面の観察情報から外乱振動
成分を除去し、高分解能な観察が可能となり、また設置
環境の制限も少なくなる。 【構成】走査顕微鏡本体１に振動検出器５を固着し、検
出された振動を成形フィルタ回路７により、探針３と試
料４の相対振動変位に変換し、その情報と走査回路１０
及び検出、サーボ回路からの情報を信号処理回路８に入
力することにより、試料表面観察情報から外乱振動成分
を除去する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型顕微鏡に関する
ものである。
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、試料表面に探針（プローブ）を近
接させて走査し、前記探針と試料との間に作用する物理
量（トンネル電流、原子間力、磁力等）を検出すること
により前記試料表面の微細形状を観察する走査型顕微鏡
の開発、改良が盛んに行われている。図２は、従来の前
記走査型顕微鏡の構造を示す概略図である。走査型顕微
鏡本体ベース部１は、精密除振装置１５上に設置されて
いる。精密除振装置１５は、非常に弱いばね１６とダン
パ１７により構成されている。走査型顕微鏡本体ベース
部１上には試料台３が設置されており、その上に試料４
が載置される。また、走査型顕微鏡本体ベース部１に設
けられた走査型顕微鏡本体２は、試料台３に対向するよ
うに配置された探針５を有している。制御及び表示装置
１２は、走査回路１０により走査型顕微鏡本体２を試料
４の表面と略平行な面（ＸＹ平面）を移動させて、前記
物理量が検出される位置まで探針５を試料台３に接近さ
せる。そして、探針５から検出された前記物理量が設定
された値に保たれるように検出及びサーボ回路１１を制
御して、探針５を試料４に対して上下させながら走査す
ることで、試料４表面の形状が得られる。
接させて走査し、前記探針と試料との間に作用する物理
量（トンネル電流、原子間力、磁力等）を検出すること
により前記試料表面の微細形状を観察する走査型顕微鏡
の開発、改良が盛んに行われている。図２は、従来の前
記走査型顕微鏡の構造を示す概略図である。走査型顕微
鏡本体ベース部１は、精密除振装置１５上に設置されて
いる。精密除振装置１５は、非常に弱いばね１６とダン
パ１７により構成されている。走査型顕微鏡本体ベース
部１上には試料台３が設置されており、その上に試料４
が載置される。また、走査型顕微鏡本体ベース部１に設
けられた走査型顕微鏡本体２は、試料台３に対向するよ
うに配置された探針５を有している。制御及び表示装置
１２は、走査回路１０により走査型顕微鏡本体２を試料
４の表面と略平行な面（ＸＹ平面）を移動させて、前記
物理量が検出される位置まで探針５を試料台３に接近さ
せる。そして、探針５から検出された前記物理量が設定
された値に保たれるように検出及びサーボ回路１１を制
御して、探針５を試料４に対して上下させながら走査す
ることで、試料４表面の形状が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き走査型顕微
鏡においては、試料表面の分解能が高いため、観察領域
が１０μｍ角程度と非常に狭く、観察箇所の特定が困難
であった。また、試料と探針との間隔は１０〜２０Å程
度まで近づくため、振動等により探針と試料が接触して
損傷する恐れがあった。さらに、探針に振動が伝達され
ると、走査型顕微鏡として原子レベルの分解能を達成す
ることが困難であった。そのため、外乱によって生じる
振動を除去するための精密除振装置が不可欠であった。
また、設置環境によっては、前記精密除振装置で除去し
きれない外乱振動成分が、試料表面の観察情報に混入し
て観察が困難になる等の問題が生じていた。本発明は、
このような従来の問題点に鑑みて成されたもので、設置
環境を選ばず、しかも高性能な精密除振装置を従来のよ
うに別個に用いることなく正確で緻密な試料表面観察を
可能にすることを目的とする。
鏡においては、試料表面の分解能が高いため、観察領域
が１０μｍ角程度と非常に狭く、観察箇所の特定が困難
であった。また、試料と探針との間隔は１０〜２０Å程
度まで近づくため、振動等により探針と試料が接触して
損傷する恐れがあった。さらに、探針に振動が伝達され
ると、走査型顕微鏡として原子レベルの分解能を達成す
ることが困難であった。そのため、外乱によって生じる
振動を除去するための精密除振装置が不可欠であった。
また、設置環境によっては、前記精密除振装置で除去し
きれない外乱振動成分が、試料表面の観察情報に混入し
て観察が困難になる等の問題が生じていた。本発明は、
このような従来の問題点に鑑みて成されたもので、設置
環境を選ばず、しかも高性能な精密除振装置を従来のよ
うに別個に用いることなく正確で緻密な試料表面観察を
可能にすることを目的とする。
【０００４】
【問題点を解決するための手段】上記問題点を解決する
ために、本発明では、走査型顕微鏡本体の任意点の外乱
振動を検出する振動検出手段と、検出された前記本体の
振動情報から探針と試料の間の相対振動情報を推定する
成形フィルタ回路と、推定された前記相対振動情報と前
記試料の観察情報を演算処理して、該観察情報から前記
外乱振動の成分を除去する信号処理回路、とで走査型顕
微鏡を構成した。
ために、本発明では、走査型顕微鏡本体の任意点の外乱
振動を検出する振動検出手段と、検出された前記本体の
振動情報から探針と試料の間の相対振動情報を推定する
成形フィルタ回路と、推定された前記相対振動情報と前
記試料の観察情報を演算処理して、該観察情報から前記
外乱振動の成分を除去する信号処理回路、とで走査型顕
微鏡を構成した。
【０００５】
【作用】本発明においては、顕微鏡本体構造の振動伝達
特性を近似した成形フィルタ回路を用いることで、顕微
鏡本体任意の点の振動情報から探針と試料間の相対振動
変位情報を得ている。すなわち、機械的な除振によら
ず、電気信号処理によって、試料観察情報から外乱振動
成分を除去する構成を取っている。そのため、従来の如
き、高性能な精密除振装置の必要性や設置環境が限定さ
れると言った不都合は解消される。
特性を近似した成形フィルタ回路を用いることで、顕微
鏡本体任意の点の振動情報から探針と試料間の相対振動
変位情報を得ている。すなわち、機械的な除振によら
ず、電気信号処理によって、試料観察情報から外乱振動
成分を除去する構成を取っている。そのため、従来の如
き、高性能な精密除振装置の必要性や設置環境が限定さ
れると言った不都合は解消される。
【０００６】
【実施例】図１は本発明の第一の実施例である。走査型
顕微鏡本体ベース部１は、簡易な除振部材１４（ゴムパ
ット等）上に設置されている。顕微鏡本体べ−ス部１の
上に試料台３が固着されておりその上に試料４が載置さ
れている。べ−ス部１の上に振動検出器６を固着し、そ
の信号を振動検出回路７、成形フィルタ回路８を通し、
信号処理回路９に入力し、これら３つの回路が外乱振動
除去部を形成する。次に信号処理回路９に走査回路１
０、検出及びサ−ボ回路１１が接続され、プロ−ブであ
る探針５の変位信号が入力される。。上述の如く構成さ
れた走査型顕微鏡装置の動作について以下に説明する。
顕微鏡本体べ−ス部１と試料台３と試料４は一体となっ
ており試料４から探針５までの構造は１自由度のばねの
ダンパモデルで近似されるとすれば、このとき本体べ−
ス部１の振動加速度から試料４と探針５の間の相対振動
変位への振動伝達特性は次式のようになる。
顕微鏡本体ベース部１は、簡易な除振部材１４（ゴムパ
ット等）上に設置されている。顕微鏡本体べ−ス部１の
上に試料台３が固着されておりその上に試料４が載置さ
れている。べ−ス部１の上に振動検出器６を固着し、そ
の信号を振動検出回路７、成形フィルタ回路８を通し、
信号処理回路９に入力し、これら３つの回路が外乱振動
除去部を形成する。次に信号処理回路９に走査回路１
０、検出及びサ−ボ回路１１が接続され、プロ−ブであ
る探針５の変位信号が入力される。。上述の如く構成さ
れた走査型顕微鏡装置の動作について以下に説明する。
顕微鏡本体べ−ス部１と試料台３と試料４は一体となっ
ており試料４から探針５までの構造は１自由度のばねの
ダンパモデルで近似されるとすれば、このとき本体べ−
ス部１の振動加速度から試料４と探針５の間の相対振動
変位への振動伝達特性は次式のようになる。
【数１】
【０００７】ここで、Ｓはラプラス演算子、ω0 は試料
４と探針５の相対振動数、ξは減衰率である。上記特性
を図示すると図３のようになる。 そこで、本体べ−ス
部１の振動加速度を振動検出器（加速度センサ）６で検
出し、その情報を振動検出回路７及び式（１）の伝達特
性を近似する成形フィルタ回路８を通すことにより、試
料４と探針５間の相対振動変位を得ることができる。得
られた相対振動変位信号を用いて信号処理回路９による
演算処理を行なうことで試料観察情報から不要な外乱振
動成分を電気的に除去することが可能となる。図４およ
び図５は、本発明の他の実施例であり前記振動検出方法
を変えた場合を示す。図４は、加速度計からなる振動検
出器６を走査型顕微鏡本体２に設置した場合である。ま
た、図５は変位計からなる振動検出器６を走査型顕微鏡
本体２に設置した場合である。これらの実施例において
も、振動検出器または振動検出位置の相違に基づいて成
形フィルタ回路の特性を変えることで、前述と同様の効
果を得ることが可能である。本実施例はプロ−ブを走査
させ対象を観察する走査型顕微鏡に応用されるが、その
応用例として、走査型トンネル顕微鏡、原子力間顕微
鏡、磁力顕微鏡、摩擦力顕微鏡、走査型近視野光学顕微
鏡、走査型近接場超音波顕微鏡、走査型超音波チップ顕
微鏡、走査型サ−マルプロファイラ−及び走査型イオン
伝動顕微鏡等が挙げられる。
４と探針５の相対振動数、ξは減衰率である。上記特性
を図示すると図３のようになる。 そこで、本体べ−ス
部１の振動加速度を振動検出器（加速度センサ）６で検
出し、その情報を振動検出回路７及び式（１）の伝達特
性を近似する成形フィルタ回路８を通すことにより、試
料４と探針５間の相対振動変位を得ることができる。得
られた相対振動変位信号を用いて信号処理回路９による
演算処理を行なうことで試料観察情報から不要な外乱振
動成分を電気的に除去することが可能となる。図４およ
び図５は、本発明の他の実施例であり前記振動検出方法
を変えた場合を示す。図４は、加速度計からなる振動検
出器６を走査型顕微鏡本体２に設置した場合である。ま
た、図５は変位計からなる振動検出器６を走査型顕微鏡
本体２に設置した場合である。これらの実施例において
も、振動検出器または振動検出位置の相違に基づいて成
形フィルタ回路の特性を変えることで、前述と同様の効
果を得ることが可能である。本実施例はプロ−ブを走査
させ対象を観察する走査型顕微鏡に応用されるが、その
応用例として、走査型トンネル顕微鏡、原子力間顕微
鏡、磁力顕微鏡、摩擦力顕微鏡、走査型近視野光学顕微
鏡、走査型近接場超音波顕微鏡、走査型超音波チップ顕
微鏡、走査型サ−マルプロファイラ−及び走査型イオン
伝動顕微鏡等が挙げられる。
【０００８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、機械的な
除振装置によらず、電気信号処理により試料表面の観察
から外乱振動成分を除去することが出来る為、別個に高
性能除振装置を用いることなく、高分解能な観察が出
来、設置環境の制限が少なくなる効果がある
除振装置によらず、電気信号処理により試料表面の観察
から外乱振動成分を除去することが出来る為、別個に高
性能除振装置を用いることなく、高分解能な観察が出
来、設置環境の制限が少なくなる効果がある
【図１】本発明による装置の実施例のブロック図
【図２】従来のこの種の装置のブロック図
【図３】振動伝達特性の一例を示す図
【図４】本発明の別の実施例のブロック図
【図５】本発明の別の実施例のブロック図
１ 走査型顕微鏡本体ベ−ス部 ２ 走査型顕微鏡本体 ３ 試料台 ４ 試料 ５ 探針 ６ 振動検出器 ７ 振動検出回路 ８ 成形フィルタ回路 ９ 信号処理回路 １０ 探針走査回路 １１ 検出及びサ−ボ回路 １２ 制御及び表示装置 １３ 外乱振動除去部 １４ 簡易除振パッド １５ 精密除振装置 １６ ばね １７ ダンパ
Claims (1)
- 【請求項１】 走査型顕微鏡本体の任意点の外乱振動を
検出する振動検出手段と、 検出された前記本体の振動情報から探針と試料の間の相
対振動情報を推定する成形フィルタ回路と、 推定された前記相対振動情報と前記試料の観察情報を演
算処理して、該観察情報から前記外乱振動の成分を除去
する信号処理回路、とを有することを特徴とする走査型
顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3239645A JPH0579811A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 走査型顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3239645A JPH0579811A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 走査型顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0579811A true JPH0579811A (ja) | 1993-03-30 |
Family
ID=17047796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3239645A Pending JPH0579811A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 走査型顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0579811A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998050938A3 (de) * | 1997-05-03 | 1999-04-29 | Peter Heiland | Abbildende und/oder abtastende vorrichtung mit einer kompensierung von, durch die umgebung verursachter abbildungsverschlechterung |
| EP0922929A1 (de) * | 1997-12-10 | 1999-06-16 | Peter Heiland | In einem Rastermodus abtastende Vorrichtung mit einer Kompensation des Störeinflusses von mechanischen Schwingungen auf dem Abtastvorgang |
| WO2016143052A1 (ja) * | 2015-03-10 | 2016-09-15 | 株式会社島津製作所 | 走査型プローブ顕微鏡 |
-
1991
- 1991-09-19 JP JP3239645A patent/JPH0579811A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998050938A3 (de) * | 1997-05-03 | 1999-04-29 | Peter Heiland | Abbildende und/oder abtastende vorrichtung mit einer kompensierung von, durch die umgebung verursachter abbildungsverschlechterung |
| US6884992B1 (en) | 1997-05-03 | 2005-04-26 | Peter Heiland | Imaging and/or raster-mode scanning system provided with a device for compensating the image degradations resulting from environmental factors |
| EP0922929A1 (de) * | 1997-12-10 | 1999-06-16 | Peter Heiland | In einem Rastermodus abtastende Vorrichtung mit einer Kompensation des Störeinflusses von mechanischen Schwingungen auf dem Abtastvorgang |
| JP2010032544A (ja) * | 1997-12-10 | 2010-02-12 | Peter Heiland | 走査過程に及ぼす機械振動の騒乱効果を補償するラスタモード走査装置 |
| WO2016143052A1 (ja) * | 2015-03-10 | 2016-09-15 | 株式会社島津製作所 | 走査型プローブ顕微鏡 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990224 |