JPH06201315A - Scanning type probe microscope device - Google Patents

Scanning type probe microscope device

Info

Publication number
JPH06201315A
JPH06201315A JP4347361A JP34736192A JPH06201315A JP H06201315 A JPH06201315 A JP H06201315A JP 4347361 A JP4347361 A JP 4347361A JP 34736192 A JP34736192 A JP 34736192A JP H06201315 A JPH06201315 A JP H06201315A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
sample
signal
scanning
cantilever
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP4347361A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3131517B2 (en
Inventor
Akira Yagi
明 八木
Yasushi Miyamoto
裕史 宮本
Hisano Shimazu
久乃 島津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP04347361A priority Critical patent/JP3131517B2/en
Publication of JPH06201315A publication Critical patent/JPH06201315A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3131517B2 publication Critical patent/JP3131517B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a scanning type probe microscope device for easily executing accurate setting and estimation of the interval between a sample and a probe, and for carrying out probe scanning at a fixed interval between the sample and the probe. CONSTITUTION:The expanding operation of an XYZ driving piezoelectric body 27 on which a sample 26 is loaded, is controlled by a microcomputer 21, and the body can be moved in any directions X, Y, Z in a very fine mode. The front end part of a cantilever 31 is moved closer to the surface of the sample, and scanning is carried out at predetermined vibration (an amplitude signal S2) or non-vibration (a displacement signal S1) by means of an excitation piezoelectric body 32. The central value of the displacement of the probe detected by an MFM (scanning type magnetic microscope), and a dependency curve of the interval between the vibration amplitude value of the probe and the sample probe is measured. The two curves are processed into image, and the vibration amplitude value in the measurement of an isodynamic force grading image is set, while the interval between the sample and the probe in measurement of a constant-height image is set and estimated, and the displacement thus obtained is displayed on an image screen by a host computer 22.

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 forming surface information by synthesizing individual information obtained by separating a plurality of surface information of the same sample.

【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 has 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。また、前記片持ち針の先
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)として
用いことができる。
For example, the atomic force microscope proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-309802 scans with a cantilevered needle having a pointed tip close to the sample surface up to a distance where an atomic force can be generated. Then, the shift is detected from the natural frequency of the frequency of the cantilever needle that is generated by being affected by the atomic force. Here, the detected shift of the frequency 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. Further, by attaching magnetic powder to the tip of the cantilever needle, it can be used as a scanning magnetic force microscope (MFM) capable of obtaining magnetic force information of a sample.

【0004】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9に一定の振動振幅でカンチ
レバーの根元を励振し、励振周波数を横軸として探針先
端の振動振幅を縦軸にしたカンチレバーの振動特性を示
し説明する。
Regarding the method for detecting the shift of the natural frequency of the cantilever needle described above, the root of the cantilever is excited with a constant vibration amplitude in FIG. 9, and the vibration frequency at the tip of the probe is the vertical axis with the excitation frequency as the horizontal axis. The vibration characteristics of the above-described cantilever will be shown and described.

【0005】図9(a)には、試料からの力、例えば磁
力の影響を受けていないカンチレバーの固有振動数をf
1とする振動特性を示す。図9(b)には、試料探針間
の距離が近付くことにより、探針は試料からのLennard-
Jones Potential による引力、静電引力、磁気力等の影
響を受け、力の距離依存性に基づく力勾配の値に応じて
固有振動数がf2に下がる特性になる。
FIG. 9A shows the natural frequency f of the cantilever that is not affected by the force from the sample, for example, the magnetic force.
A vibration characteristic of 1 is shown. In Fig. 9 (b), the distance between the sample probe is reduced, and the probe is Lennard-
The characteristic is that the natural frequency is reduced to f2 according to the value of the force gradient based on the distance dependency of the force due to the influence of Jones Potential's attractive force, electrostatic attractive force, magnetic force, and the like.

【0006】さらに図9(c)に示すように、試料ステ
ージを探針に近付け、試料探針間に働く引力がカンチレ
バーのばねによる力を越えると、急激に探針先端が試料
表面に引き込まれ、探針先端が試料と接触し、振動振幅
が全周波数帯域で“0”になる。
Further, as shown in FIG. 9 (c), when the sample stage is brought close to the probe and the attractive force acting between the sample probes exceeds the force of the cantilever spring, the tip of the probe is suddenly drawn into the sample surface. , The tip of the probe comes into contact with the sample, and the vibration amplitude becomes “0” in the entire frequency band.

【0007】そして、このようなアプローチ特性を示す
カンチレバーの根元を、励振周波数f3の正弦波で一定
の振幅の振動をさせておき、試料を探針に近付ける。そ
のときの探針先端の振動振幅の変化を試料位置に対応さ
せると、図10に示すような特性になる。
Then, the root of the cantilever showing such an approach characteristic is vibrated with a constant amplitude by a sine wave of the excitation frequency f3, and the sample is brought close to the probe. When the change in the vibration amplitude at the tip of the probe at that time is made to correspond to the sample position, the characteristic becomes as shown in FIG.

【0008】次に図11には、従来の走査型磁気力顕微
鏡の構成を示し説明する。
Next, FIG. 11 shows the structure of a conventional scanning magnetic force microscope, which will be described.

【0009】この走査型磁気力顕微鏡において、カンチ
レバー8は、加振圧電体9によって振動する。探針変位
検出部10は、前記カンチレバー8の先端の探針部の変
位を検出し、変位信号S1を振幅検出部11に出力す
る。
In this scanning magnetic force microscope, the cantilever 8 vibrates by the vibrating piezoelectric body 9. The probe displacement detection unit 10 detects the displacement of the probe unit at the tip of the cantilever 8 and outputs a displacement signal S1 to the amplitude detection unit 11.

【0010】この振幅検出部11は、前記カンチレバー
8を加振するための正弦波信号S3を前記加振圧電体9
に出力し、さらに振幅検出部11は正弦波信号S3と同
じ周波数の信号をロックイン検出し、振幅信号S2を差
動アンプ12の一端に出力する。また他端には定電源1
3が接続されている。
The amplitude detecting section 11 applies a sine wave signal S3 for exciting the cantilever 8 to the vibrating piezoelectric body 9.
Further, the amplitude detector 11 lock-in detects a signal having the same frequency as the sine wave signal S3, and outputs the amplitude signal S2 to one end of the differential amplifier 12. At the other end, a constant power source 1
3 is connected.

【0011】そして、ホストコンピュータ2は、マイク
ロコンピュータ(以下、マイコンと称する)1から転送
された測定データを格納し、画像形成する。前記マイコ
ン1は、X制御部4、Y制御部5を介して、XYZ駆動
圧電体7を2次元走査するように制御しながら測定を行
ない、その測定データを前記ホストコンピュータ2に転
送する。この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。
The host computer 2 stores the measurement data transferred from the microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer) 1 and forms an image. The microcomputer 1 performs measurement through the X control unit 4 and the Y control unit 5 while controlling the XYZ driving piezoelectric body 7 to perform two-dimensional scanning, and transfers the measurement data to the host computer 2. This measurement method includes constant magnetic force gradient measurement and constant height measurement.

【0012】前記コンスタント磁力勾配測定では、前記
差動アンプ12により、振幅信号S2と定電源22の設
定値との差信号をとり、z制御部3では前記差信号が
“0”になるように、前記XYZ圧電体7をZ方向に伸
縮させる。つまり、前記振幅信号S2を一定値に保つよ
うにZ制御し、そのZ制御データVzをマイコン1を介
して取り込み、測定データとしている。
In the constant magnetic force gradient measurement, the differential amplifier 12 takes a difference signal between the amplitude signal S2 and the set value of the constant power source 22, and the z control section 3 sets the difference signal to "0". , The XYZ piezoelectric body 7 is expanded and contracted in the Z direction. That is, Z control is performed so that the amplitude signal S2 is maintained at a constant value, and the Z control data Vz is taken in via the microcomputer 1 to be measured data.

【0013】一方、コンスタントハイト測定では、振動
しているカンチレバー8の根元を固定して試料6の表面
から読出し、A/D変換部3からA/D変換して出力さ
れた信号、つまり振幅信号S2を測定データとする。
On the other hand, in the constant height measurement, the root of the vibrating cantilever 8 is fixed and read from the surface of the sample 6, and the signal output from the A / D converter 3 after A / D conversion, that is, the amplitude signal. Let S2 be the measurement data.

【0014】また、カンチレバーの固有振動数のシフト
を検出するのに振幅検出部11に換えて、位相検出器を
用い、変位信号S1の正弦波信号S3からの位相ずれを
検出する手法も用いられることがある。
Further, a method of detecting a phase shift of the displacement signal S1 from the sine wave signal S3 by using a phase detector instead of the amplitude detector 11 to detect the shift of the natural frequency of the cantilever is also used. Sometimes.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したMF
M測定では、メモリースコープ等に探針の振動振幅の試
料位置依存性を得て、この依存性から、コンスタント磁
力勾配測定では、設定したい振動振幅の値を読み取り、
読み取った値をもとに制御の目標値(定電源22の設定
値)を設定している。
However, the above-mentioned MF
In the M measurement, the sample position dependency of the vibration amplitude of the probe is obtained in a memory scope or the like, and from this dependency, the value of the vibration amplitude to be set is read in the constant magnetic force gradient measurement,
Based on the read value, the control target value (set value of the constant power source 22) is set.

【0016】また、コンスタントハイト測定の場合に
は、この距離依存性曲線をもとに特定の試料探針間距離
を設定している。これらの手順には測定者の値の読み間
違い等による誤動作の危険性を伴っている。
In the case of constant height measurement, a specific inter-probe distance is set on the basis of this distance dependence curve. These procedures are accompanied by the risk of malfunction due to reading errors by the measurer.

【0017】また試料探針間距離の正確に設定のために
z方向の微動機構を静止させる又は制御する必要がある
が、傾きを持った試料の走査に伴う試料探針間距離の変
化に対しては振動振幅信号の変化に応じて試料の傾きを
直す等の手間のかかる作業が必要であった。
Further, it is necessary to stop or control the fine movement mechanism in the z direction in order to accurately set the distance between the sample tips, but with respect to the change in the distance between the sample tips due to the scanning of the sample having an inclination. For this reason, laborious work such as correcting the inclination of the sample according to the change of the vibration amplitude signal is required.

【0018】そこで本発明は、容易に試料探針間距離の
正確な設定及び見積りが行え、一定の試料探針間距離で
の探針走査ができる走査型プローブ顕微鏡装置を提供す
ることを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a scanning probe microscope apparatus capable of easily setting and estimating the distance between sample probes easily and performing scanning of the probe at a constant distance between sample probes. To do.

【0019】[0019]

【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、尖った探針部を有するカンチレバーと、前
記探針部の変位を検出する手段と、前記探針部の共振特
性の変化を検出する手段と、前記試料を3次元に制御駆
動する手段と、前記試料の表面情報を記憶する手段と、
複数の前記表面情報を演算処理する手段と、前記表面情
報を画像形成する手段とで構成される走査型プローブ顕
微鏡において、前記試料と無振動の探針に働く力情報か
らなる第1の表面情報と、所定振動する探針を用いた磁
気力の勾配情報からなる第2の表面情報の試料探針間距
離に対する依存性の測定を同時に行ない、第1の表面情
報若しくは第2の表面情報のいずれかに基づく試料探針
間隔を制御する走査型プローブ顕微鏡装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a cantilever having a sharp probe portion, a means for detecting displacement of the probe portion, and a resonance characteristic of the probe portion. Means for detecting changes, means for controlling and driving the sample in three dimensions, means for storing surface information of the sample,
In a scanning probe microscope composed of a means for arithmetically processing a plurality of the surface information and a means for forming an image of the surface information, first surface information consisting of force information acting on the sample and a non-vibrating probe. And the dependence of the second surface information consisting of magnetic force gradient information on the sample interprobe distance using a probe that vibrates in a predetermined manner are measured at the same time, and either the first surface information or the second surface information is measured. Provided is a scanning probe microscope apparatus which controls a sample probe interval based on the crab.

【0020】[0020]

【作用】以上のような構成の走査型プローブ顕微鏡装置
は、MFMにおいて検出されている探針の変位の中心値
と、探針の振動振幅値の試料探針間との距離の依存性曲
線が測定され、2つの曲線が画像化され、等磁力勾配像
の測定における振動振幅値の設定とコンスタントハイト
像測定における試料探針間距離が設定及び見積りされ
る。また、試料位置の見積りを利用して平坦な試料のコ
ンスタントハイト像測定の探針走査平面が検出され、一
定の試料探針間距離で探針走査される。
In the scanning probe microscope apparatus having the above-described structure, the dependence curve of the distance between the center value of the displacement of the probe detected by the MFM and the vibration amplitude value of the probe between the sample probes is obtained. The measurement is performed, two curves are imaged, and the vibration amplitude value is set in the measurement of the isomagnetic force gradient image and the inter-probe distance between sample probes is set and estimated in the constant height image measurement. Further, the probe scanning plane for the constant height image measurement of a flat sample is detected by using the estimation of the sample position, and the probe is scanned at a constant sample probe-to-probe distance.

【0021】[0021]

【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 now be described in detail with reference to the drawings.

【0022】図1には、本発明による第1実施例として
の走査型プローブ顕微鏡装置の構成を示し説明する。
FIG. 1 shows the configuration of a scanning probe microscope apparatus as a first embodiment according to the present invention, which will be described.

【0023】この走査型プローブ顕微鏡装置において、
マイクロコンピュータ(以下、マイコンと称する)21
は、検出した表面情報から画像を形成するホストコンピ
ュータ22が設けられている。また前記マイコン21
は、Z制御部23、X制御部24、Y制御部25を制御
し、試料26が載置されるXYZ駆動圧電体27を伸縮
動作して、該試料26を任意のX,Y,Z方向に微動さ
せる。
In this scanning probe microscope apparatus,
Microcomputer (hereinafter referred to as microcomputer) 21
Is provided with a host computer 22 that forms an image from the detected surface information. Also, the microcomputer 21
Controls the Z control unit 23, the X control unit 24, and the Y control unit 25 to expand / contract the XYZ driving piezoelectric body 27 on which the sample 26 is placed, thereby moving the sample 26 in any X, Y, and Z directions. Make a slight movement.

【0024】また、前記XYZ駆動圧電体27は、粗動
制御部28に制御される試料ステージ粗動部29上に設
けられており、該XYZ駆動圧電体27を移動すること
により、前記試料26の大きな移動が行なわれる。
The XYZ drive piezoelectric body 27 is provided on a sample stage coarse movement section 29 controlled by a coarse movement control section 28. By moving the XYZ drive piezoelectric body 27, the sample 26 is moved. A big move of.

【0025】また、前記試料ステージ粗動部29は本体
30上に取り付けられており、本体支柱が上方へ設けら
れ、カンチレバー31が設けられている。
The sample stage coarse movement unit 29 is mounted on the main body 30, the main body column is provided upward, and the cantilever 31 is provided.

【0026】前記カンチレバー31は、前記試料26の
表面に尖った先端部を近付けるように設けられ、加振圧
電体32、カンチレバー粗動アクチェエータ33を介し
て取り付けられる。このカンチレバー粗動アクチェエー
タ33は、マイコン1によって制御されるレバー位置制
御部34によって駆動され、前記カンチレバー31の位
置を移動させる。
The cantilever 31 is provided so that the pointed tip is brought close to the surface of the sample 26, and is attached via a vibrating piezoelectric body 32 and a coarse cantilever actuator 33. The cantilever coarse movement actuator 33 is driven by a lever position control unit 34 controlled by the microcomputer 1 to move the position of the cantilever 31.

【0027】前記カンチレバー31は、前記加振圧電体
32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31の先端部の変位
は、探針変位検出部35により検出され、変位信号S1
として振幅検出部36及びA/D変換部37に出力され
る。
The cantilever 31 is vibrated by the vibrating piezoelectric body 32, and the displacement of the tip portion of the cantilever 31 which has a predetermined vibration or does not vibrate due to the scanning on the sample surface is detected by the probe displacement detector 35. Displacement signal S1
Is output to the amplitude detector 36 and the A / D converter 37.

【0028】前記振幅検出部36は、前記加振圧電体3
2に前記カンチレバー31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37に出力する。前記振幅検出部36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 36 is provided with the vibrating piezoelectric body 3
A sine wave signal S3 for exciting the cantilever 31 is output to 2, and a signal having the same frequency as the sine wave is detected by the lock-in amplifier and output to the A / D converter 37 as an amplitude signal S2. Under the control of the microcomputer 21, the amplitude detector 36 can output the amplitude signal S2 or stop the amplitude signal S2.

【0029】前記A/D変換部37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 conversion section 37 is the microcomputer 2
By the control of 1, it is possible to select and output either the displacement signal S1 or the amplitude signal S2.

【0030】前記マイコン21は、前記前記X制御部2
4、前記Y制御部25を制御し、前記XYZ駆動圧電体
27をカンチレバー31に対して、2次元走査しなが
ら、測定を行い、そのカンチレバー31の変位を測定デ
ータとしてホストコンピュータ22に転送する。前記ホ
ストコンピュータ22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 uses the X control unit 2
4. The Y control unit 25 is controlled to perform measurement while the XYZ driving piezoelectric body 27 is two-dimensionally scanned on the cantilever 31, and the displacement of the cantilever 31 is transferred to the host computer 22 as measurement data. The host computer 22 stores the measurement data transferred from the microcomputer 21, forms an image, and outputs it for display.

【0031】次に、このように構成された走査型プロー
ブ顕微鏡装置のよる、試料の移動に対するフォースカー
ブ及び探針振動振幅曲線を図2に示し、図3に示す粗動
アプローチシーケンスのフローチャート及び図4に示す
微動アプローチシーケンスのフローチャートを参照し
て、走査型プローブ顕微鏡装置の測定動作について説明
する。
Next, FIG. 2 shows a force curve and a probe vibration amplitude curve with respect to the movement of the sample by the scanning probe microscope apparatus configured as described above, and a flowchart and a diagram of the coarse movement approach sequence shown in FIG. The measurement operation of the scanning probe microscope apparatus will be described with reference to the flowchart of the fine movement approach sequence shown in FIG.

【0032】この粗動アプローチの動作を図3を参照し
て説明する。
The operation of this coarse movement approach will be described with reference to FIG.

【0033】測定に際して、xyz駆動圧電体27に載
置される試料26の微動範囲(z方向について±Vzm
ax)に、カンチレバー31の先端探針部を持ち込むた
めに、前記試料26を粗動アプローチさせる。
At the time of measurement, the fine movement range (± Vzm in the z direction) of the sample 26 placed on the xyz driving piezoelectric body 27 is measured.
In order to bring the tip probe part of the cantilever 31 into ax), the sample 26 is roughly moved.

【0034】まず探針部の位置を探針変位検出器35で
検出し、その出力信号S1を例えば“0”の基準点に設
定する(ステップS1)。次に、ホストコンピュータ2
2の画面上に示されるアプローチスイッチを図示しない
マウス等で指定し、マイコン21に対して、粗動アプロ
ーチ動作の開始を命令する(ステップS2)。
First, the position of the probe portion is detected by the probe displacement detector 35, and its output signal S1 is set to the reference point of "0", for example (step S1). Next, the host computer 2
The approach switch shown on the screen 2 is designated by a mouse or the like not shown, and the microcomputer 21 is instructed to start the coarse movement approach operation (step S2).

【0035】そして前記xyz微動圧電体27のz微動
信号Vzを試料26を探針から離す方向の余地がある設
定、例えば“0”にする(ステップS3)。試料ステー
ジ粗動部29に対して、粗動制御部28から試料26が
カンチレバー31の先端探針部に近付く方向に一定量移
動するような信号を出力させる(ステップS4)。
Then, the z-fine-movement signal Vz of the xyz fine-movement piezoelectric body 27 is set so that there is room for separating the sample 26 from the probe, for example, "0" (step S3). A signal for causing the sample 26 to move a certain amount in the direction in which the sample 26 approaches the tip probe of the cantilever 31 is output to the sample stage coarse moving unit 29 (step S4).

【0036】次に、変位信号S1をAD変換部37でA
D変換し、得られた信号が設定値を越えたか否か判断す
る(ステップS5)。この判断で、設定値を越えていな
い場合には(NO)、ステップS4に戻り、変位信号S
lが設定値を越えた場合には(YES)、xyz駆動圧
電体のz微動信号Vzを−Vzmaxにして、試料26
と探針の間隔を試料の微動範囲の最遠点にして(ステッ
プS6)、粗動アプローチ動作を終了させる。
Next, the displacement signal S1 is converted into A by the AD conversion section 37.
It is D-converted, and it is determined whether the obtained signal exceeds the set value (step S5). In this determination, if the set value is not exceeded (NO), the process returns to step S4 and the displacement signal S
When 1 exceeds the set value (YES), the z fine movement signal Vz of the xyz driving piezoelectric member is set to −Vzmax, and the sample 26
The distance between the probe and the probe is set to the farthest point in the fine movement range of the sample (step S6), and the coarse movement approach operation is ended.

【0037】次に前記試料26をxyz駆動圧電体27
により、z方向に走査して、図2(a)に示すフォース
カーブと、図2(b)に示す試料位置(Vz)対探針振
動振幅(振幅信号S2)曲線とを得る手法について、図
4のアプローチ動作のフローチャートを参照し説明す
る。
Next, the sample 26 is replaced with an xyz driving piezoelectric body 27.
2 is a diagram showing a method of obtaining a force curve shown in FIG. 2A and a sample position (Vz) versus probe vibration amplitude (amplitude signal S2) curve shown in FIG. This will be described with reference to the flowchart of the approach operation of No. 4.

【0038】まず、従来例で説明したと同様に、カンチ
レバー31の先端探針部が一定の振幅V1で振動するよ
うな正弦波信号S3を、振幅検出器36から加振圧電体
32に所定の振幅Vmodで与える(ステップS11) この印加により探針変位検出器35は、この探針部の変
位を検出し、変位信号S1を出力する。前記振幅検出器
36は、この変位信号S1の振幅を検出し、その振幅に
応じた振幅信号S2を出力する。この時、粗動アプロー
チを終えたxyz駆動圧電体27のz方向微動信号Vz
は、−Vzmaxになっている。すなわち、図10で示
したように、z方向微動信号が−Vmaxのときに振幅
信号S2の値はV1である。
First, as described in the conventional example, a sine wave signal S3 that causes the tip probe portion of the cantilever 31 to vibrate with a constant amplitude V1 is sent from the amplitude detector 36 to the vibrating piezoelectric body 32 in a predetermined manner. Amplitude Vmod is applied (step S11) By this application, the probe displacement detector 35 detects the displacement of the probe portion and outputs a displacement signal S1. The amplitude detector 36 detects the amplitude of the displacement signal S1 and outputs an amplitude signal S2 corresponding to the amplitude. At this time, the z-direction fine movement signal Vz of the xyz driving piezoelectric body 27 that has finished the coarse movement approach
Is -Vzmax. That is, as shown in FIG. 10, the value of the amplitude signal S2 is V1 when the z-direction fine movement signal is −Vmax.

【0039】次に、z制御部23から出力されるVz信
号を−VmaxからVmaxの間で走査する。このとき
の変位信号S1および振幅信号S2の値を走査に同期し
て、A/D変換器37でA/D変換する。このAD変換
された変位信号S1及び振幅信号S2の値はマイコン2
1を介して、ホストコンピュータ22に送られ、Vz信
号の値を横軸として、ホストコンピュータ22の表示画
面上にグラフとして表示され、若しくは記憶される(ス
テップS12)。この動作を所定回数繰り返す(ステッ
プS13)。
Next, the Vz signal output from the z controller 23 is scanned between -Vmax and Vmax. The values of the displacement signal S1 and the amplitude signal S2 at this time are A / D converted by the A / D converter 37 in synchronization with the scanning. The values of the AD-converted displacement signal S1 and amplitude signal S2 are stored in the microcomputer 2
It is sent to the host computer 22 via 1 and is displayed or stored as a graph on the display screen of the host computer 22 with the value of the Vz signal as the horizontal axis (step S12). This operation is repeated a predetermined number of times (step S13).

【0040】この様な走査により、図2(a)に示す試
料位置(Vz)対探針変位(変位信号S1)曲線、いわ
ゆるフォースカーブと、同図(b)に示す試料位置(V
z)対探針振動振幅(振幅信号S2)曲線の2つの特性
が得られる。そして、依存性曲線測定としては、前記試
料26がカンチレバー31から遠ざかる方向の最大値を
z微動信号Vzとし(ステップS14)、測定されたz
依存性曲線をホストコンピュータ22上にこれらの2つ
の曲線を表示する(ステップS15)。
By such scanning, the sample position (Vz) vs. probe displacement (displacement signal S1) curve shown in FIG. 2A, a so-called force curve, and the sample position (V) shown in FIG.
z) Two characteristics of the probe vibration amplitude (amplitude signal S2) curve are obtained. Then, as the dependence curve measurement, the maximum value in the direction in which the sample 26 moves away from the cantilever 31 is set as the z fine movement signal Vz (step S14), and the measured z is measured.
The dependency curves are displayed on the host computer 22 (step S15).

【0041】次に、等磁力勾配像若しくはコンスタント
ハイトMFM像の測定を行うか否か判断し(ステップS
16)、測定しなければ(NO)、他の測定若しくは他
の動作を行う(ステップS17)。
Next, it is judged whether or not the constant magnetic force gradient image or the constant height MFM image is to be measured (step S
16) If no measurement is made (NO), another measurement or another operation is performed (step S17).

【0042】次に、測定したい像を設定する(ステップ
S18)。即ち、等磁力勾配像の測定(ステップS1
9)、若しくはコンスタントハイトMFM像の測定(ス
テップS24)を決定する。
Next, the image to be measured is set (step S18). That is, the measurement of the isomagnetic force gradient image (step S1
9) or the measurement of the constant height MFM image (step S24) is determined.

【0043】まず、ステップS19を選択し、等磁力勾
配像を測定する場合を説明する。
First, the case where step S19 is selected and an isomagnetic force gradient image is measured will be described.

【0044】前記等磁力勾配像を測定するときには、振
幅信号S2を一定に制御する必要がある。そこで、ステ
ップS15の動作により得られた試料位置(Vz)対探
針振動振幅(振幅信号S2)曲線(図2(b))上の縦
軸の高さをホストコンピュータ22上でマウス等により
S2軸のV2を指定する(ステップS20)。
When measuring the isomagnetic force gradient image, it is necessary to control the amplitude signal S2 to be constant. Therefore, the height of the vertical axis on the sample position (Vz) vs. probe oscillation amplitude (amplitude signal S2) curve (FIG. 2B) obtained by the operation of step S15 is S2 by the mouse or the like on the host computer 22. V2 of the axis is designated (step S20).

【0045】次に、−Vzmaxに設定されているZ制
御部23の出力信号Vzを試料26が探針に近づく方向
に移動させながら振幅信号S2をモニターする(ステッ
プS21)。モニターしている振幅信号S2が設定され
ているV2の値になったところで、マイコン21により
制御されるVzを、振幅信号S2によりV2の値が保持
されるような自動制御動作に切り替える(ステップS2
2)。
Next, the amplitude signal S2 is monitored while moving the output signal Vz of the Z controller 23 set to -Vzmax in the direction in which the sample 26 approaches the probe (step S21). When the monitored amplitude signal S2 reaches the set value of V2, Vz controlled by the microcomputer 21 is switched to an automatic control operation in which the value of V2 is held by the amplitude signal S2 (step S2
2).

【0046】さらにX制御部24及びY制御部25から
出力される走査信号に同期して、Vz信号を取り込み、
XY信号に応じた場所に表示することによって、等磁力
勾配像を得る(ステップS23)。
Further, the Vz signal is fetched in synchronization with the scanning signals output from the X control unit 24 and the Y control unit 25,
An isomagnetic force gradient image is obtained by displaying at a location corresponding to the XY signal (step S23).

【0047】次にコンスタントハイトMFM像の測定を
する場合を説明する。このコンスタントハイトMFM像
は、カンチレバー31の高さを一定にしておき、探針部
の振幅信号S2の変化を測定するものであり、前記カン
チレバー31の高さを一定に設定する必要がある。
Next, the case of measuring a constant height MFM image will be described. In this constant height MFM image, the height of the cantilever 31 is kept constant and the change in the amplitude signal S2 of the probe portion is measured, and it is necessary to set the height of the cantilever 31 constant.

【0048】そこで、ステップS15により得られた試
料位置(Vz)対探針振動振幅(S2)曲線上の横軸の
試料位置を、ホストコンピュータ22で図2(b)のよ
うに表示される曲線上で、マウス等によりVz軸の設定
位置t5を指定する(ステップS25)。
Therefore, the sample position on the horizontal axis on the sample position (Vz) vs. probe vibration amplitude (S2) curve obtained in step S15 is displayed by the host computer 22 as shown in FIG. The setting position t5 of the Vz axis is designated by the mouse or the like (step S25).

【0049】つぎにマイコン21からの指示で、−Vz
maxに設定されているZ制御部23の出力信号Vzを
t5の値になるまで変化させ、Vzの値をt5で固定す
る(ステップS26)。さらに、X制御部24及びY制
御部25から出力される走査信号に同期して振幅信号S
2を取り込み、ホストコンピュータ22上あるいは表示
装置上のXY軸に応じた場所に表示することによってコ
ンスタントハイトMFMを得る(ステップS27)。
Next, in accordance with an instruction from the microcomputer 21, -Vz
The output signal Vz of the Z control unit 23 set to max is changed until it reaches the value of t5, and the value of Vz is fixed at t5 (step S26). Furthermore, the amplitude signal S is synchronized with the scanning signals output from the X control unit 24 and the Y control unit 25.
2 is fetched and displayed on the host computer 22 or on the display device at a position corresponding to the XY axes to obtain a constant height MFM (step S27).

【0050】このようにホストコンピュータ22上に示
される図5のような特性曲線を参照しながら設定を行
い、その設定がマイコンを通して装置の制御に直結する
ため、人為的な誤動作等を避けることができる。
As described above, the setting is performed with reference to the characteristic curve shown in FIG. 5 on the host computer 22, and the setting is directly connected to the control of the apparatus through the microcomputer, so that the artificial malfunction can be avoided. it can.

【0051】次に本発明の第2実施例としての走査型プ
ローブ顕微鏡装置について説明する。この第2実施例の
構成は、図1の構成と同じであり、測定動作が異なって
いる。 図5に示すカンチレバーの移動に対するフォー
スカーブ及び力勾配信号のカンチレバー位置依存性曲
線、図6に示す粗動アプローチシーケンスのフローチャ
ート及び図7に示す微動アプローチシーケンスのフロー
チャートを参照して説明する。
Next, a scanning probe microscope apparatus as a second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the second embodiment is the same as that of FIG. 1, but the measurement operation is different. The force curve and the cantilever position dependence curve of the force gradient signal with respect to the movement of the cantilever shown in FIG. 5, the coarse movement approach sequence flowchart shown in FIG. 6, and the fine movement approach sequence flowchart shown in FIG.

【0052】この走査型プローブ顕微鏡装置は、第1実
施例と同様に、xyz駆動圧電体27に載置される試料
26の微動範囲にカンチレバー31の先端探針部を持ち
込むために、前記試料26を粗動アプローチさせる。こ
の動作は、第1実施例とほぼ同じである。但し、前述し
た図3のステップS6において、試料と探針の間隔を遠
ざけるのにz制御部4から出力されるVz信号を用いて
xyz駆動圧電体27をz方向に動かしていたが、レバ
ー位置制御部34から出力されるVtip信号を用い
て、探針を試料の微動範囲より遠くに移動するとしても
よい。
This scanning probe microscope apparatus is similar to the first embodiment in that the tip probe part of the cantilever 31 is brought into the fine movement range of the sample 26 mounted on the xyz driving piezoelectric body 27, so that the sample 26 Make a coarse movement approach. This operation is almost the same as in the first embodiment. However, in step S6 of FIG. 3 described above, the Vyz signal output from the z control unit 4 was used to move the xyz driving piezoelectric body 27 in the z direction in order to increase the distance between the sample and the probe. The probe may be moved to a position farther than the fine movement range of the sample by using the Vtip signal output from the control unit 34.

【0053】そして前記カンチレバー31をz方向に走
査して、図5(a)に示すフォースカーブ、同図(b)
に示す試料位置(Vz)対探針振動振幅(S2)曲線を
得る手法について説明する。
Then, the cantilever 31 is scanned in the z direction, and the force curve shown in FIG.
A method for obtaining the sample position (Vz) vs. probe vibration amplitude (S2) curve shown in FIG.

【0054】まず、第1実施例で説明したと同様に、カ
ンチレバー31の先端探針部が一定の振幅V1で振動す
るような正弦波信号S3を、振幅検出器36から加振圧
電体32に所定の振幅Vmodで与える(ステップS3
1)。
First, as described in the first embodiment, a sine wave signal S3 that causes the tip probe portion of the cantilever 31 to vibrate with a constant amplitude V1 is sent from the amplitude detector 36 to the vibrating piezoelectric body 32. It is given with a predetermined amplitude Vmod (step S3
1).

【0055】そして粗動アプローチを終えたカンチレバ
ー粗動アクチュエータ33のz方向微動信号Vtip
は、図5に示すように前記試料26の微動範囲を越えて
位置U1にある。この粗動アプローチを終えた段階で
は、第1実施例と同様に、前記試料26と探針が十分離
れている(即ち、z方向微動信号が位置U1)の時に、
振幅信号S2の値はV1となる。
Then, the z-direction fine movement signal Vtip of the cantilever coarse movement actuator 33 which has finished the coarse movement approach.
Is at the position U1 beyond the fine movement range of the sample 26 as shown in FIG. At the stage where this coarse movement approach is completed, when the sample 26 and the probe are sufficiently separated (that is, the z-direction fine movement signal is at the position U1), as in the first embodiment,
The value of the amplitude signal S2 is V1.

【0056】次に、レバー位置制御部34から出力され
るVtip信号を位置U1から位置U3の間で走査す
る。このときの探針の変位信号S1及び探針の振幅信号
S2の値を走査に同期して、A/D変換器37でA/D
変換する。
Next, the Vtip signal output from the lever position control section 34 is scanned between the position U1 and the position U3. At this time, the values of the probe displacement signal S1 and the probe amplitude signal S2 are synchronized with the scanning, and the A / D converter 37 performs A / D conversion.
Convert.

【0057】そしてA/D変換された変位信号S1及び
振幅信号S2の値は、マイコン21を介して、ホストコ
ンピュータ22に送られ、Vtip信号の値を横軸とし
て、前記ホストコンピュータ22に、そのの表示画面上
にグラフ化される若しくは、記憶される(ステップS3
2)。
The values of the displacement signal S1 and the amplitude signal S2 which have been A / D converted are sent to the host computer 22 via the microcomputer 21, and the value of the Vtip signal is taken as the horizontal axis to the host computer 22. Graphed or stored on the display screen of (step S3
2).

【0058】このような動作を所定回数繰り返す(ステ
ップS33)。
Such an operation is repeated a predetermined number of times (step S33).

【0059】この様な走査により、図5(a)に示すカ
ンチレバー位置(Vtip)対探針変位(S1)曲線、
いわゆるフォースカーブと、同図(b)に示すカンチレ
バー位置(Vtip)対探針振動振幅(振幅信号S2)
曲線の2つの特性が得られる。そして、アプローチ開始
時のカンチレバー粗動信号Vtipに戻し(ステップS
34)、測定されたz依存性曲線をホストコンピュータ
22上に表示する(ステップS35)。次に、等磁力勾
配像若しくはコンスタントハイトMFM像の測定を行う
か判断し(ステップS36)、測定しなければ(N
O)、他の測定若しくは他の動作を行う(ステップS3
7)。
By such scanning, the cantilever position (Vtip) vs. probe displacement (S1) curve shown in FIG.
So-called force curve and cantilever position (Vtip) vs. probe vibration amplitude (amplitude signal S2) shown in FIG.
Two characteristics of the curve are obtained. Then, the cantilever coarse movement signal Vtip at the start of the approach is returned to (step S
34) The measured z-dependence curve is displayed on the host computer 22 (step S35). Next, it is judged whether or not the constant magnetic force gradient image or the constant height MFM image is to be measured (step S36).
O), another measurement or another operation is performed (step S3).
7).

【0060】次に、測定したい像を設定する(ステップ
S38)。即ち、等磁力勾配像の測定(ステップS3
9)、若しくはコンスタントハイトMFM像の測定(ス
テップS44)を決定する。
Next, the image to be measured is set (step S38). That is, the measurement of the isomagnetic force gradient image (step S3
9), or the measurement of the constant height MFM image (step S44) is determined.

【0061】まず、等磁力勾配像の測定を説明する(ス
テップS39)。
First, the measurement of the isomagnetic force gradient image will be described (step S39).

【0062】前述した第1実施例と同様に、等磁力勾配
像を測定するために、ステップS35の動作により得ら
れた図5(b)に示すカンチレバー位置(Vz)対探針
振動振幅(振幅信号S2)曲線上の縦軸の高さをホスト
コンピュータ上に表示されている図5(b)上でマウス
等により、S2軸の設定位置V2を指定する(ステップ
S40)。
Similar to the first embodiment described above, in order to measure the isomagnetic force gradient image, the cantilever position (Vz) vs. probe oscillation amplitude (amplitude) shown in FIG. 5B obtained by the operation of step S35. The height of the vertical axis of the signal S2) curve is displayed on the host computer in FIG. 5 (b), and the setting position V2 of the S2 axis is designated by a mouse or the like (step S40).

【0063】次に位置U1にあるレバー位置制御部34
の出力信号Vtipを、探針に試料26が近づく方向に
移動させながら(ステップS41)、振幅信号S2をモ
ニターする。その振幅信号S2が予め設定しておいたV
2の値になった時点で、マイコン21で制御されたVz
を、振幅信号S2がV2の値を保つ自動制御動作に切り
替える(ステップS42)。
Next, the lever position control unit 34 at the position U1
The amplitude signal S2 is monitored while moving the output signal Vtip of (1) in the direction in which the sample 26 approaches the probe (step S41). The amplitude signal S2 has a preset V
When the value becomes 2, Vz controlled by the microcomputer 21
Is switched to the automatic control operation in which the amplitude signal S2 maintains the value of V2 (step S42).

【0064】最終的にX制御部24及びY制御部24か
ら出力されることになる走査信号に同期してVz信号を
取り込み、XY信号に応じた場所に表示することによっ
て等磁力勾配像を得る(ステップS43)。
Finally, the Vz signal is fetched in synchronization with the scanning signal to be finally output from the X control unit 24 and the Y control unit 24, and displayed at a place corresponding to the XY signal to obtain an isomagnetic force gradient image. (Step S43).

【0065】次に、コンスタントハイトMFM像の測定
をする場合を説明する。このコンスタントハイトMFM
像は、カンチレバー31の高さを一定にしておき、探針
部の振動振幅信号S2の変化を測定するものであり、カ
ンチレバー31の高さを一定に設定する必要がある。
Next, the case of measuring a constant height MFM image will be described. This constant height MFM
In the image, the height of the cantilever 31 is kept constant and the change in the vibration amplitude signal S2 of the probe portion is measured, and the height of the cantilever 31 needs to be set constant.

【0066】まず、ステップS35の動作により得られ
たホストコンピュータ22上のVtip対S1曲線(図
5(a))のS1軸上で試料位置はフォースカーブが水
平になっているW0の位置と考えられる。
First, the sample position on the S1 axis of the Vtip vs. S1 curve (FIG. 5A) on the host computer 22 obtained by the operation of step S35 is considered to be the position of W0 where the force curve is horizontal. To be

【0067】そこでマウス等により、S1軸の試料位置
(W0)を基準とした、カンチレバー31の高さW2を
指定する(ステップS45)。次にマイコン21からの
指示でレバー位置制御部34の出力信号Vtipを探針
が試料26に近づく方向に変位信号S1がW1信号がW
2になるまで変化させ、図5(a)に示すように、Vt
ip信号の値を位置U5で固定する(ステップS4
6)。
Then, the height W2 of the cantilever 31 based on the sample position (W0) of the S1 axis is designated by the mouse or the like (step S45). Next, in response to an instruction from the microcomputer 21, the output signal Vtip of the lever position control unit 34 is changed to the displacement signal S1 and the W1 signal is changed to the signal
The value of Vt is changed to 2 as shown in FIG.
The value of the ip signal is fixed at position U5 (step S4)
6).

【0068】さらに、X制御部24及びY制御部25か
ら出力される走査信号に同期して、振幅信号S2を取り
込み、ホストコンピュータ22上あるいは表示装置上の
XY軸に応じた場所に表示することによってコンスタン
トハイトMFM像が得られる(ステップS47)。
Further, the amplitude signal S2 is fetched in synchronization with the scanning signals output from the X control section 24 and the Y control section 25, and displayed on the host computer 22 or on the display device at a position corresponding to the XY axes. Thus, a constant height MFM image is obtained (step S47).

【0069】以上説明したように、この第2実施例の走
査型プローブ顕微鏡装置では、探針変位の信号を用いて
試料の位置を確認した上で変位測定値による距離設定を
行うために、正確な試料探針間距離の設定と見積りが実
現されている。
As described above, in the scanning probe microscope apparatus of the second embodiment, since the position of the sample is confirmed by using the probe displacement signal and the distance is set by the displacement measurement value, It is possible to set and estimate the distance between sample tips.

【0070】次に本発明による第3実施例としての走査
型プローブ顕微鏡装置を説明する。前述した第2実施例
においては、探針の試料からの高さをxy平面領域上の
一点で設定していたが、試料の傾きを考慮したときにX
Y走査に従い、試料と探針の間隔が変化する。
Next, a scanning probe microscope apparatus as a third embodiment according to the present invention will be described. In the above-described second embodiment, the height of the probe from the sample was set at one point on the xy plane region, but when the sample tilt is taken into consideration, X
The distance between the sample and the probe changes in accordance with the Y scanning.

【0071】そこで、この走査型プローブ顕微鏡装置
は、図7に示すフローチャートのように、走査領域内の
試料平面の傾きを知るために、第2実施例で行った依存
性曲線を測定領域の最低3点以上で行い、試料面の平均
的な平面を計算し、その平面から高さを設定することに
より試料探針間の距離を一定に保ちながらコンスタント
ハイト像測定を行う。
Therefore, in this scanning probe microscope apparatus, in order to know the inclination of the sample plane in the scanning area, the dependency curve obtained in the second embodiment is used as the minimum in the measuring area as shown in the flowchart of FIG. The measurement is performed at three or more points, the average plane of the sample surface is calculated, and the height is set from the plane to perform constant height image measurement while keeping the distance between the sample probes constant.

【0072】まず、測定平面の2次元領域を示すための
正方形を走査範囲及び走査方向を含めて、図7(b)に
示すようにホストコンピュータ22の画面上に表示する
(ステップS51)。
First, a square for indicating the two-dimensional area of the measurement plane is displayed on the screen of the host computer 22 as shown in FIG. 7B, including the scanning range and the scanning direction (step S51).

【0073】次に、前記正方形中の少なくとも3点をサ
ンプリング点としてマウス等により指定する(ステップ
S52)。そしてXYZ駆動圧電体27に測定点(P
1,P2,…)の座標に該当するXY制御信号を印加す
る(ステップS53)。
Next, at least three points in the square are designated as sampling points with a mouse or the like (step S52). The measurement point (P
An XY control signal corresponding to the coordinates (1, P2, ...) Is applied (step S53).

【0074】次に第1実施例で説明したと同様に、カン
チレバー31の先端探針部が一定の振幅V1で振動する
ような正弦波信号S3を、振幅検出器36から加振圧電
体32に所定の振幅Vmodで与える(ステップS5
4)。そして所定の振幅及びオフセットでカンチレバー
粗動信号Vtipを走査する。また、この走査信号に同
期して、(変位信号S1と)振幅信号S2を記憶もしく
は、ホストコンピュータ22の画面に表示する(ステッ
プS55)。
Next, as described in the first embodiment, a sine wave signal S3 that causes the tip probe of the cantilever 31 to vibrate with a constant amplitude V1 is sent from the amplitude detector 36 to the vibrating piezoelectric body 32. It is given with a predetermined amplitude Vmod (step S5
4). Then, the cantilever coarse movement signal Vtip is scanned with a predetermined amplitude and offset. Further, in synchronization with this scanning signal, the amplitude signal S2 (with the displacement signal S1) is stored or displayed on the screen of the host computer 22 (step S55).

【0075】次に、前記カンチレバー粗動信号Vtip
の走査が所定回数になるまで繰り返し行い(ステップS
56)、所定回数に達した時点で、アプローチ開始時の
カンチレバー粗動信号Vtipに戻す(ステップS5
7)。
Next, the cantilever coarse movement signal Vtip
Scanning is repeated until a predetermined number of times (step S
56) When the predetermined number of times is reached, the cantilever coarse movement signal Vtip at the start of the approach is restored (step S5).
7).

【0076】そして、図7(b)に示す全ての測定点P
1,P2,…の走査を行ったか判断し(ステップS5
8)、終了していない場合には(NO)、ステップS5
3に戻り、終了したならば(YES)、各測定点のカン
チレバー粗動信号Vtip対試料位置(Vz)対探針変
位(変位信号S1)曲線を測定領域中のxy座標と共に
ホストコンピュータ22の画面上に表示する(ステップ
S59)。
Then, all the measurement points P shown in FIG.
It is determined whether scanning of 1, P2, ... Is performed (step S5
8) If not completed (NO), step S5
When the process returns to step 3 and ends (YES), the cantilever coarse motion signal Vtip, sample position (Vz), probe displacement (displacement signal S1) curve of each measurement point is displayed on the screen of the host computer 22 together with the xy coordinates in the measurement area. It is displayed above (step S59).

【0077】そして各測定点での探針位置[W2(P
1,P2,…)]を設定する(ステップS60)。xy
各点で設定された高さに基づいて走査する平面を計算す
る(ステップS61)。この計算で得られた平面のXY
走査に同期して、振幅信号S2を記録し及び表示して、
コンスタントハイトMFM像を得る(ステップS6
2)。 この走査型プローブ顕微鏡装置において、計算
によって得られた平面のz方向の変位を実現するのに、
xyz駆動圧電体用信号Vzを用いても、カンチレバー
粗動アクチュエータ駆動用信号Vtipを用いてもよ
い。
Then, the probe position [W2 (P
, P2, ...)] is set (step S60). xy
The plane to be scanned is calculated based on the height set at each point (step S61). XY of the plane obtained by this calculation
The amplitude signal S2 is recorded and displayed in synchronization with the scanning,
Obtain a constant height MFM image (step S6)
2). In this scanning probe microscope apparatus, in order to realize the displacement in the z direction of the plane obtained by calculation,
The xyz drive piezoelectric signal Vz or the cantilever coarse actuator drive signal Vtip may be used.

【0078】この動作により試料の傾きを簡単な前動作
によって正確に知ることが出来るため、傾斜の付いたサ
ンプルに対して、試料探針間距離を一定に保ちながら探
針の振動振幅の変化を測定することが出来る。
By this operation, the inclination of the sample can be accurately known by a simple pre-operation, so that the variation of the vibration amplitude of the probe can be changed with respect to the inclined sample while keeping the distance between the sample probes constant. It can be measured.

【0079】さらに図8には、第4実施例として、前述
した第1,第2,第3実施例で示した各構成部材がある
程度独立して機能を持つように構成された走査型プロー
ブ顕微鏡装置を示す。ここで、第4実施例の構成部材で
図1の部材と同等の機能及び動作を行う部材には、同じ
参照符号し特徴部分のみを説明する。
Further, FIG. 8 shows, as a fourth embodiment, a scanning probe microscope constructed so that the respective constituent members shown in the above-mentioned first, second and third embodiments have some independent functions. Shows the device. Here, of the constituent members of the fourth embodiment, which perform the same functions and operations as the members of FIG. 1, the same reference numerals are given and only the characteristic portions will be described.

【0080】この走査型プローブ顕微鏡装置において、
A/D変換部37は所定のタイミングで変位信号S1,
振幅信号S2,Vz信号をA/D変換し、ホストコンピ
ュータ22上に転送する機能を有する。そしてX走査回
路43及びY走査回路44は少なくとも走査におけるデ
ータの取り込みのタイミングを前記ホストコンピュータ
22とやり取りしている。
In this scanning probe microscope apparatus,
The A / D converter 37 shifts the displacement signal S1, at a predetermined timing.
It has a function of A / D converting the amplitude signals S2 and Vz signals and transferring them to the host computer 22. The X scanning circuit 43 and the Y scanning circuit 44 communicate with the host computer 22 at least at the timing of data acquisition during scanning.

【0081】また、粗動制御部28は、少なくともA/
D変換部37で取り込まれる変位信号S1を判断基準と
して、粗動のオンオフのできるものである。そしてレバ
ー位置制御部34は、少なくともカンチレバー31の根
元をz方向に走査するタイミングをホストコンピュータ
22とやり取りしている。
Further, the coarse movement control section 28 has at least A /
The coarse movement can be turned on and off by using the displacement signal S1 captured by the D conversion unit 37 as a criterion. The lever position control unit 34 exchanges with the host computer 22 at least the timing of scanning the base of the cantilever 31 in the z direction.

【0082】そして、差動アンプ46の基準電位となる
電圧源47は、設定される振動振幅の値に該当する電圧
になるように制御される。前記差動アンプ46からの出
力は、自動制御回路48に入力されるが、自動制御回路
48では、入力される値が“0”になるように、xyz
駆動圧電体27のz方向を自動制御するものである。
Then, the voltage source 47 serving as the reference potential of the differential amplifier 46 is controlled to have a voltage corresponding to the value of the set vibration amplitude. The output from the differential amplifier 46 is input to the automatic control circuit 48. In the automatic control circuit 48, xyz is set so that the input value becomes "0".
The z direction of the driving piezoelectric body 27 is automatically controlled.

【0083】また、走査回路41は、試料26をz方向
に走査する際のタイミングを前記ホストコンピュータ2
2とやり取りでき、また前記ホストコンピュータ22か
らの指令により任意の位置から、前記試料26を探針か
ら遠ざける方向に値を振ることが出来るものである。ま
た、発振器45は、前記カンチレバー31を励振して探
針先端を振動させるもので、前記ホストコンピュータ2
2からの指令でオン・オフが出来るようになっている。
また、従来例でも述べたとおり振幅検出器36の換わり
に位相検出器を用いても実現可能である。
Further, the scanning circuit 41 determines the timing when the sample 26 is scanned in the z direction by the host computer 2
2 can be exchanged, and a value can be swung in a direction in which the sample 26 is moved away from the probe from an arbitrary position by a command from the host computer 22. Further, the oscillator 45 vibrates the tip of the probe by exciting the cantilever 31, and the host computer 2
It can be turned on and off by the command from 2.
Further, as described in the conventional example, it can be realized by using a phase detector instead of the amplitude detector 36.

【0084】この構成により第1,第2,第3実施例の
測定が実現することができる。
With this configuration, the measurements of the first, second and third embodiments can be realized.

【0085】以上説明したように、本発明の走査型プロ
ーブ顕微鏡装置によれば、試料に対するアプローチの方
法によって、カンチレバーの振動を用いて試料の情報を
取り出す走査型プローブ顕微鏡において、試料探針間に
働く力を反映するカンチレバーの変位量の試料位置依存
性と、試料探針間の力勾配を反映する探針の振動振幅信
号の試料表面からの距離依存性に基づいて、測定の制御
量の設定及び試料探針間隔設定を高精度で間違いなくに
行うことが出来るようになる。
As described above, according to the scanning probe microscope apparatus of the present invention, in the scanning probe microscope that extracts the information of the sample by using the vibration of the cantilever by the method of approaching the sample, between the sample tips. Setting the control amount for measurement based on the sample position dependence of the displacement of the cantilever that reflects the working force and the distance dependence of the probe vibration amplitude signal that reflects the force gradient between the sample tips from the sample surface And, it becomes possible to set the sample probe interval with high accuracy and without error.

【0086】また、カンチレバー側を走査することによ
り試料位置を検出することが出来、試料探針間距離の設
定をより高精度に行うことが出来るようになる。
Further, the sample position can be detected by scanning the cantilever side, and the sample probe distance can be set with higher accuracy.

【0087】さらに、測定領域中の複数の点において距
離依存性測定を行い、試料の傾きを測定することによっ
て、試料表面に傾きのある場合に試料の傾きに合わせた
一定の試料探針間隔での物性情報の変化を測定すること
が可能となる。
Further, by measuring the distance dependence at a plurality of points in the measurement region and measuring the inclination of the sample, when there is an inclination on the surface of the sample, a constant sample probe interval corresponding to the inclination of the sample is obtained. It is possible to measure changes in physical property information of.

【0088】また本発明は、前述した実施例では走査型
磁力顕微鏡(MFM)を示し説明したが、MFMに限ら
ず、ファンデルワールス力顕微鏡、静電気力顕微鏡な
ど、カンチレバーを振動させてその固有振動数のツフト
を検出することでカンチレバーに影響する微弱な力を検
出する走査型プローブ顕微鏡全般に応用可能であり、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。
Further, although the present invention has been described with reference to the scanning magnetic force microscope (MFM) in the above-mentioned embodiments, the invention is not limited to the MFM, and a natural vibration of the cantilever such as a van der Waals force microscope or an electrostatic force microscope is generated. Applicable to general scanning probe microscopes that detect weak forces that affect the cantilever by detecting a number of tufts, and that various modifications and applications are possible without departing from the scope of the invention. Of course.

【0089】[0089]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、容
易に試料探針間距離の正確な設定及び見積りが行え、一
定の試料探針間距離での探針走査ができる走査型プロー
ブ顕微鏡装置を提供することができる。
As described in detail above, according to the present invention, a scanning probe capable of easily and accurately setting and estimating a sample probe distance and performing probe scanning at a constant sample probe distance. A microscope device can be provided.

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

【図1】図1は、本発明による第1実施例としての走査
型プローブ顕微鏡装置の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a scanning probe microscope apparatus as a first embodiment according to the present invention.

【図2】図2は、試料の移動に対するフォースカーブ及
び探針振動振幅曲線を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a force curve and a probe vibration amplitude curve with respect to movement of a sample.

【図3】図3は、第1実施例の粗動アプローチシーケン
スを示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing a coarse movement approach sequence of the first embodiment.

【図4】図4は、第1実施例の微動アプローチシーケン
スを示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing a fine movement approach sequence of the first embodiment.

【図5】図5は、第2実施例としての走査型プローブ顕
微鏡装置のカンチレバーの移動に対するフォースカーブ
及び力勾配信号のカンチレバー位置依存性曲線を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a force curve and a cantilever position dependence curve of a force gradient signal with respect to movement of a cantilever of a scanning probe microscope apparatus as a second embodiment.

【図6】図6は、第2実施例の粗動アプローチシーケン
スを示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing a coarse movement approach sequence of the second embodiment.

【図7】図7は、第3実施例としての走査型プローブ顕
微鏡装置の微動アプローチシーケンスを示すフローチャ
ートである。
FIG. 7 is a flowchart showing a fine movement approach sequence of the scanning probe microscope apparatus as the third embodiment.

【図8】図8は、本発明による第4実施例としての走査
型プローブ顕微鏡装置の構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a scanning probe microscope apparatus as a fourth embodiment according to the present invention.

【図9】図9は、励振周波数と探針先端の振動振幅によ
るカンチレバーの振動特性を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a vibration characteristic of a cantilever depending on an excitation frequency and a vibration amplitude of a tip of a probe.

【図10】図10は、探針先端の振動振幅の変化と試料
位置との関係を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a change in vibration amplitude at the tip of a probe and a sample position.

【図11】図11は、従来の走査型磁気力顕微鏡の構成
を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a conventional scanning magnetic force microscope.

【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…ホストコンピュータ、3,23…z制御部、4,2
4…X制御部、5,25…Y制御部、6,26…試料、
7,27…XYZ駆動圧電体、8,31…カンチレバ
ー、9,32…加振圧電体、10,35…探針変位検出
部、11,36…振幅検出部、12…差動アンプ、13
…定電源、14,37…A/D変換部28…粗動制御
部、29…試料ステージ粗動部、30…本体、33…カ
ンチレバー粗動アクチェエータ。
1, 21 ... Microcomputer, 2, 2
2 ... Host computer, 3, 23 ... Z control unit, 4, 2
4 ... X control unit, 5, 25 ... Y control unit, 6, 26 ... Sample,
7, 27 ... XYZ driving piezoelectric body, 8, 31 ... Cantilever, 9, 32 ... Exciting piezoelectric body, 10, 35 ... Probe displacement detecting section, 11, 36 ... Amplitude detecting section, 12 ... Differential amplifier, 13
... constant power source, 14, 37 ... A / D conversion unit 28 ... coarse movement control unit, 29 ... sample stage coarse movement unit, 30 ... main body, 33 ... cantilever coarse movement actuator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 尖った探針部を有するカンチレバーと、
前記探針部の変位を検出する手段と、前記探針部の共振
特性の変化を検出する手段と、前記試料を3次元に制御
駆動する手段と、前記試料の表面情報を記憶する手段
と、複数の前記表面情報を演算処理する手段と、前記表
面情報を画像形成する手段とで構成される走査型プロー
ブ顕微鏡において、 前記試料と無振動の探針に働く力情報からなる第1の表
面情報及び、所定振動する探針を用いた磁気力の勾配情
報からなる第2の表面情報の試料探針間距離に対する依
存性の測定を同時に行ない、第1の表面情報若しくは第
2の表面情報のいずれかに基づく試料探針間隔を制御す
ることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡装置。
1. A cantilever having a pointed probe,
Means for detecting displacement of the probe portion, means for detecting changes in resonance characteristics of the probe portion, means for controlling and driving the sample in three dimensions, and means for storing surface information of the sample, In a scanning probe microscope including a means for arithmetically processing a plurality of the surface information and a means for forming an image of the surface information, first surface information consisting of force information acting on the sample and a vibration-free probe. Also, the dependence of the second surface information, which is composed of gradient information of the magnetic force on the sample interprobe distance, is measured at the same time using a probe that vibrates in a predetermined manner, and either the first surface information or the second surface information A scanning probe microscope apparatus characterized by controlling a sample probe interval based on a crab.
JP04347361A 1992-12-25 1992-12-25 Scanning probe microscope equipment Expired - Fee Related JP3131517B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04347361A JP3131517B2 (en) 1992-12-25 1992-12-25 Scanning probe microscope equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04347361A JP3131517B2 (en) 1992-12-25 1992-12-25 Scanning probe microscope equipment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06201315A true JPH06201315A (en) 1994-07-19
JP3131517B2 JP3131517B2 (en) 2001-02-05

Family

ID=18389710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP04347361A Expired - Fee Related JP3131517B2 (en) 1992-12-25 1992-12-25 Scanning probe microscope equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3131517B2 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08220110A (en) * 1995-02-17 1996-08-30 Agency Of Ind Science & Technol Scanning method for electric force probe microscope
KR19980081247A (en) * 1997-04-09 1998-11-25 이토기요시 Scanning probe microscope
EP0932020A1 (en) * 1998-01-22 1999-07-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Micro surface measuring apparatus and probe manufacturing
USRE36488E (en) * 1992-08-07 2000-01-11 Veeco Instruments Inc. Tapping atomic force microscope with phase or frequency detection
US6677697B2 (en) * 2001-12-06 2004-01-13 Veeco Instruments Inc. Force scanning probe microscope
KR100526217B1 (en) * 1997-04-10 2006-01-12 에스아이아이 나노 테크놀로지 가부시키가이샤 Processing apparatus using a scanning probe microscope, and recording and reproducing apparatus using a scanning probe microscope
WO2006040025A1 (en) * 2004-10-07 2006-04-20 Nambition Gmbh Device and method for scanning probe microscopy
CN108663010A (en) * 2017-03-28 2018-10-16 日本株式会社日立高新技术科学 Scanning type probe microscope and its scan method
CN116168996A (en) * 2023-04-24 2023-05-26 合肥晶合集成电路股份有限公司 Electron microscope and working method thereof

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE36488E (en) * 1992-08-07 2000-01-11 Veeco Instruments Inc. Tapping atomic force microscope with phase or frequency detection
JPH08220110A (en) * 1995-02-17 1996-08-30 Agency Of Ind Science & Technol Scanning method for electric force probe microscope
KR19980081247A (en) * 1997-04-09 1998-11-25 이토기요시 Scanning probe microscope
KR100526217B1 (en) * 1997-04-10 2006-01-12 에스아이아이 나노 테크놀로지 가부시키가이샤 Processing apparatus using a scanning probe microscope, and recording and reproducing apparatus using a scanning probe microscope
EP0932020A1 (en) * 1998-01-22 1999-07-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Micro surface measuring apparatus and probe manufacturing
US6365895B1 (en) 1998-01-22 2002-04-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Apparatus for measuring a micro surface configuration and a method for manufacturing a probe incorporated in this measuring apparatus
US6621080B2 (en) 1998-01-22 2003-09-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Apparatus for measuring a micro surface configuration and a method for manufacturing a probe incorporated in this measuring apparatus
US6677697B2 (en) * 2001-12-06 2004-01-13 Veeco Instruments Inc. Force scanning probe microscope
WO2006040025A1 (en) * 2004-10-07 2006-04-20 Nambition Gmbh Device and method for scanning probe microscopy
CN108663010A (en) * 2017-03-28 2018-10-16 日本株式会社日立高新技术科学 Scanning type probe microscope and its scan method
CN108663010B (en) * 2017-03-28 2021-10-26 日本株式会社日立高新技术科学 Scanning probe microscope and scanning method thereof
CN116168996A (en) * 2023-04-24 2023-05-26 合肥晶合集成电路股份有限公司 Electron microscope and working method thereof
CN116168996B (en) * 2023-04-24 2023-06-27 合肥晶合集成电路股份有限公司 Electron microscope and working method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP3131517B2 (en) 2001-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5000076B2 (en) Force scanning probe microscope
US7219538B2 (en) Balanced momentum probe holder
EP0410131B1 (en) Near-field lorentz force microscopy
JPH06213910A (en) Method and interaction device for accurately measuring parameter of surface other than shape or for performing work associated with shape
JP2004523748A5 (en)
US5652377A (en) Scanning method with scanning probe microscope
JPWO2007072706A1 (en) Scanning probe microscope
JP3131517B2 (en) Scanning probe microscope equipment
JP4676658B2 (en) probe
JP3117304B2 (en) Apparatus and method for separating and measuring surface information
JP3588701B2 (en) Scanning probe microscope and its measuring method
JPH1010140A (en) Scanning probe microscope
JP3497913B2 (en) Scanning probe microscope and its measuring method
JPH09264897A (en) Scanning probe microscope
JP3892184B2 (en) Scanning probe microscope
JPH09119938A (en) Scanning probe microscope
WO2009136490A1 (en) Surface object characteristic measurement method and surface object characteristic measurement device
JP3054509B2 (en) Scanning force microscope, electrometer, potential and shape measuring instrument
KR20240004958A (en) AFM imaging with creep compensation
JPH06288758A (en) Moving stage device of scanning probe microscope
JPH07253434A (en) Scanning type probe microscope
JPH10170525A (en) Scanning probe microscope, and measuring method for adsorption force using the scanning probe microscope
JPH07140153A (en) Means and method for eliminating vibration of scanning probe microscope
JPH08178933A (en) Surface measuring device
JP2000227436A (en) Scanning probe microscope, and method for observating sample

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20001031

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071117

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081117

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091117

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101117

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101117

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111117

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111117

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121117

Year of fee payment: 12

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees