JPH06201374A - Scanning type probe microscope - Google Patents

Scanning type probe microscope

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JPH06201374A
JPH06201374A JP36099392A JP36099392A JPH06201374A JP H06201374 A JPH06201374 A JP H06201374A JP 36099392 A JP36099392 A JP 36099392A JP 36099392 A JP36099392 A JP 36099392A JP H06201374 A JPH06201374 A JP H06201374A
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signal
displacement
sample
cantilever
probe
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Application number
JP36099392A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Miyamoto
裕史 宮本
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
オリンパス光学工業株式会社
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Abstract

PURPOSE:To move a sample in Z-direction with a control quantity according to the deviation between respective standard values of Z-displacement signal and torsion signal, suppress a torsion even by the cantilever of a very sharp probe, and precisely reproduce the irregularities of a sample surface. CONSTITUTION:A microcomputer 2 outputs X, Y-control signals S4, S5 to an XYZ cylindrical piezoelectric body 10 to secondarily scan a sample 12, and the probe 9a of a cantilever 9 XY-scans the sample 12 surface under Z-axial control. The probe 9a top end is attracted and repelled by the influence of magnetic force according to the irregularities of the sample 12 surface, and the cantilever 9 is displaced. This Z-axial displacement is detected 7 to output a Z-displacement signal S1, and the torsion displacement of the lever 9 top end is detected 8 to output a theta-displacement signal S3. A Z-control part 4 to which these signals are inputted determines the displacement quantity of the Z-axis to be kept at respective standard values according to each signal, and gives a Z-control signal S3 to the piezoelectric body 10. Thus, the piezoelectric body 10 is expanded and contracted to control the distance between the sample 12 and the probe 9a cantilever 9 can be suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は試料の微細な表面形状を観察するための走査型プローブ顕微鏡に関するものである。 The present invention relates to relates to a scanning probe microscope for observing a microscopic surface shape of the sample.

【0002】 [0002]

【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡は、試料の微細な表面形状を観察するものであり、従来、この走査型プローブ顕微鏡として、走査型トンネル顕微鏡(STM)、 BACKGROUND ART scanning probe microscope, which observes a fine surface shape of the sample, conventionally, as the scanning probe microscope, a scanning tunneling microscope (STM),
原子間力顕微鏡(AFM)、磁気力顕微鏡(MFM)などが知られている。 Atomic force microscope (AFM), and the like are known magnetic force microscope (MFM).

【0003】これらのうち、走査型トンネル顕微鏡はビニッヒ(Binnig)、ローラ(Rohrer)等によって1982年に提案された装置であり、導電性試料の表面形状を、原子オーダで観察することができるものである。 [0003] Of these, scanning tunneling microscope Binihhi (Binnig), a roller (Rohrer) proposed device in 1982 by like, which the surface shape of the conductive sample can be observed at the atomic order it is.

【0004】この走査型プローブ顕微鏡についての詳細は“G.Binnig, H.Rohrer, Ch.Gerber, and ,E.Weibel; [0004] The scanning probe for more information about the microscope "G.Binnig, H.Rohrer, Ch.Gerber, and, E.Weibel;
Surface Studies by Scanning Tunneling Microscope. Surface Studies by Scanning Tunneling Microscope.
Phys. Rev.Lett.,Vol.49 57(1982) ”に記述されている。 Phys. Rev.Lett., Are described in Vol.49 57 (1982) ".

【0005】走査型プローブ顕微鏡は、導電性の探針を有し、この探針は導電性試料の近傍に支持させる。 [0005] Scanning probe microscope has a probe conductivity, the probe is be supported in the vicinity of the conductive sample. そして、例えば、探針の先端を試料表面に1nm程度まで近付け、探針と試料との間に電圧を印加する。 Then, for example, close the tip of the probe to about 1nm to the sample surface, a voltage is applied between the probe and the sample. すると、探針と試料との間にトンネル電流が流れる。 Then, a tunnel current flows between the probe and the sample. このトンネル電流は探針と試料との間の距離に依存して変化し、その大きさは0.1 nmの距離変化に対して1桁程度変化する。 The tunnel current varies depending on the distance between the probe and the sample, its size is changed by one order of magnitude for the distance change of 0.1 nm.

【0006】探針は試料表面に沿って移動(例えば、ラスタ走査)させるが、この移動の間、探針と試料との間に流れるトンネル電流値が一定となるように、探針と試料との間の距離を調整する圧電体(微動位置調整装置) [0006] probe is moved along the sample surface (e.g., raster scanning) By, during this movement, as a tunnel current flowing between the probe and the sample becomes constant, the probe and the sample the piezoelectric body for adjusting the distance between the (fine position adjustment device)
に制御電圧を印加し、探針と試料との間を一定距離に保つ。 A control voltage is applied to keep the space between the probe and the sample at a constant distance.

【0007】すなわち、圧電体は印加電圧に応じて伸縮変形するのを利用して、試料を圧電体上に保持し、探針と試料との間に流れるトンネル電流値が一定となるように、圧電体に制御電圧を印加して伸縮制御し、探針と試料との間の距離を調整する。 [0007] That is, the piezoelectric body by use of the stretch deformed in response to an applied voltage, and holding the sample on the piezoelectric, so that the tunnel current flowing between the probe and the sample becomes constant, stretch controlled by applying a control voltage to the piezoelectric body to adjust the distance between the probe and the sample. 探針の試料表面に対する走査は、探針を移動させる方式でも、また、試料を移動させる方式でも構わない。 Scanning of the sample surface of the probe is also in a manner to move the probe, also it may be a method of moving the specimen.

【0008】このように探針と試料との間の距離が一定に保たれるように圧電体を制御する結果、探針先端は試料の表面形状を反映した曲面上を移動することになる。 [0008] As a result of controlling the piezoelectric such that the distance between the probe and the sample thus is kept constant, the probe tip will move on the curved surface which reflects the surface shape of the sample.
従って、圧電体に印加した制御電圧から各走査点上での探針先端の位置を算出することができ、この圧電体に印加した制御電圧から算出される探針先端の位置データに基づいて、試料の表面形状を示す3次元像を構成することができる。 Therefore, it is possible to calculate the position of the probe tip on each scanning point from the control voltage applied to the piezoelectric body, on the basis of the position data of the probe tip is calculated from the control voltage applied to the piezoelectric, it is possible to construct a 3-dimensional image showing the surface shape of the sample. そして、これにより、試料の表面形状を観察することができる。 And, thereby, it is possible to observe the surface shape of the sample.

【0009】一方、上記原子間力顕微鏡は、絶縁体の表面形状を原子オーダで観察することのできる装置として提案されたもので、その詳細は“G.Binnig, CF,Quaite On the other hand, between the atomic force microscope has been proposed as a device capable of observing the surface shape of the insulator in atomic order, the details of "G.Binnig, CF, Quaite
; Atomic Force Microscope. Phys. Rev.Lett.,Vol.56 ;... Atomic Force Microscope Phys Rev.Lett, Vol.56
930(1986)”に記述されている。 It is described in 930 (1986) ".

【0010】この原子間力顕微鏡では、試料表面を走査する探針は柔軟なカンチレバーによって支持されている。 [0010] In this atomic force microscope, a probe for scanning the sample surface is supported by a flexible cantilever. また、上述同様に試料を圧電体上に保持し、探針と試料との間の距離を調整することができるようにしてある。 Also, holding same manner as described above the sample on the piezoelectric body it is to be able to adjust the distance between the probe and the sample.

【0011】そして、原子間力顕微鏡では探針を試料表面に近付けると、探針先端の原子と試料表面の原子との間には、ファンデル・ワールス(Vander Waa [0011] When the close the probe is an atomic force microscope the sample surface, between the atoms of the probe tip of the atoms and the sample surface, van der Waals (Vander Waa
ls)相互作用による引力が働き、さらに原子の結合距離程度にまで近付けると、パウリ(Pauli)の排他律による斥力が働くことを利用する。 ls) attraction acts by interaction, further closer to about bonding distance of atoms, utilizing the repulsive force acts due to the Pauli exclusion principle (Pauli).

【0012】これらの引力および斥力(原子間力)は1 [0012] These attractive and repulsive force (atomic force) 1
-9 〜10 -12 −[N]と非常に小さい。 0 -9 ~10 -12 - [N] and very small. しかし、探針は柔軟なカンチレバーによって支持されているため、探針先端の原子が原子間力を受けると、その大きさに応じてカンチレバーが変位する。 However, the probe because it is supported by a flexible cantilever, the atoms probe tip is subjected to atomic force, the cantilever is displaced in accordance with their size. そして、探針を試料表面に沿って走査させると、試料表面の凹凸に対応して探針と試料との間の距離が変化するため、カンチレバーが変位するので、このカンチレバーが変位量を検出し、上記圧電体等の微動素子により構成された微動位置調整装置をフィードバック制御してカンチレバーの変位量を一定に保つようにする。 Then, when the scanned along the probe to the sample surface, to vary the distance between the probe and the sample in response to unevenness of the sample surface, since the cantilever is displaced, the cantilever detects the amount of displacement , to keep the displacement amount of the cantilever constant by feedback control of the fine movement positioning apparatus constructed in accordance with the fine positioning device of the piezoelectric body or the like.

【0013】従って、このときの圧電体への印加電圧は、探針が走査している試料の表面形状に依存する関係があるので、この印加電圧情報より試料表面の凹凸像を得ることができる。 [0013] Thus, the voltage applied to the piezoelectric element in this case, there is a relationship which depends on the surface shape of the sample probe is scanning, can be from the applied voltage information obtaining topographic image of the sample surface .

【0014】また、上記磁気力顕微鏡は、磁性体材料で形成された探針を使用するが、構成は基本的に原子間力顕微鏡と同様である。 Further, the magnetic force microscope is to use a probe made of a magnetic material, the configuration is basically the same as the atomic force microscope. この場合も原子間力顕微鏡と同様に、探針と試料の磁性粒子との間に働く磁力を一定に保ちながら、探針を試料表面に対して走査させることによって、試料表面の凹凸像を得ることができる。 In this case Like the atomic force microscope, while keeping the magnetic force exerted between the magnetic particles of the probe and the sample to be constant, by moving the probe relative to the sample surface to obtain a topographic image of the sample surface be able to.

【0015】なお、原子間力顕微鏡または磁気力顕微鏡に用いられるカンチレバーに設けられた探針を導電性物質で構成し、トンネル電流を検出できるようにすれば、 [0015] Incidentally, constitute a probe provided on the cantilever for use in atomic force microscopy or magnetic force microscopy with a conductive material, if to be able to detect a tunnel current,
走査型トンネル顕微鏡としても利用することができるようになる。 Also it is possible to use as a scanning tunneling microscope.

【0016】なお、原子間力顕微鏡および磁気力顕微鏡においても、探針の試料表面に対する走査は、探針を移動させる方式であっても、また、試料を移動させる方式であっても構わない。 [0016] Also in atomic force microscopy and magnetic force microscopy, scanning of the sample surface of the probe can be a method for moving the probe, also it may be a method of moving the specimen.

【0017】このように、走査型プローブ顕微鏡は、細かく分けると走査型トンネル顕微鏡(STM)、原子間力顕微鏡(AFM)、磁気力顕微鏡(MFM)などがあるが、いずれも探針と走査する試料の表面との距離が一定値に保たれるように、試料の高さ位置を制御するようにしたものである。 [0017] Thus, scanning probe microscope, finely divided a scanning tunneling microscope (STM), atomic force microscopy (AFM), but there is a magnetic force microscope (MFM), both to scan the probe as the distance between the surface of the sample is maintained at a constant value, it is obtained so as to control the height position of the specimen. そして、そのために圧電体等の微動素子により構成された微動位置調整装置上に試料を保持し、探針による試料表面の走査において、探針と試料の表面との距離が一定値に保たれるよう、探針と試料との間に流れるトンネル電流値に応じて(走査型トンネル顕微鏡の場合)、あるいは探針先端の原子と試料表面の原子との間に作用する引力や斥力によるカンチレバーの変位量に応じて(原子間力顕微鏡の場合)、あるいは探針と試料の磁性粒子との間に働く磁力によるカンチレバーの変位量に応じて(磁気力顕微鏡の場合)、微動位置調整装置の変位量を制御し、その際の制御量から試料の表面凹凸の情報を再現して像として再構成し、試料の表面の状態を観察できるようにしたものである。 Then, therefore the samples were held in a piezoelectric body or the like on the fine movement positioning apparatus constructed in accordance with the fine positioning device of the, in the scanning of the sample surface by the probe, the distance between the probe and the sample surface is maintained at a constant value as the probe and according to a tunnel current flowing between the sample (case of a scanning tunneling microscope), or the displacement of the cantilever due to attraction and repulsion acting between the atoms of the probe tip of the atoms and the sample surface depending on the amount (in the case of atomic force microscopy), or in accordance with the amount of displacement of the cantilever by the magnetic force exerted between the magnetic particles of the probe and the sample (case of a magnetic force microscope), the displacement amount of the fine positioning device controls, reconstituted as an image to reproduce the information of the surface roughness of the sample from the control amount at that time is obtained by allowing observation of the state of the surface of the sample.

【0018】ここで従来の走査型プローブ顕微鏡のカンチレバー先端のZ変位(Z軸方向の変位)と、θ変位(捩じれ変位)を検出する機構の構成例を説明しておく。 [0018] previously described as Z displacement of the cantilever tip of a conventional scanning probe microscope (Z axis direction displacement), a configuration example of a mechanism for detecting the θ displacement (torsional displacement) here.

【0019】初めにカンチレバーによる顕微鏡走査部の概要を図5を参照して説明すると、図5に符号9を付して示すものがカンチレバーであり、このカンチレバーはSiO 2あるいはSi 34などの薄板を用いて外形が長方形状に形成されている。 [0019] First an overview of the microscope scanning unit according to the cantilever with reference to FIG. 5, a cantilever indicates by reference numeral 9 in Figure 5, the cantilever such SiO 2 or Si 3 N 4 contour using thin plates formed in a rectangular shape. カンチレバー9は長手軸の一端部側を基端部側としてこの基端部側をパイレックスガラスなどによる図示しない支持基材に固定されて定位置に保持されている。 The cantilever 9 is held to the base end side end portion side of the longitudinal axis as the base end is fixed to the supporting substrate (not shown) due Pyrex glass in place. 9aは探針であり、この探針9a 9a is a probe, the probe 9a
は前記カンチレバー9の自由端側近傍(カンチレバー先端部近傍)裏面に、下方に微少量突出させて設けられている。 The free end near (cantilever tip vicinity) back surface of said cantilever 9 is provided by a small amount projects downward.

【0020】この探針9aは円錐状に蒸着物質を堆積させてゆくことで形成してある。 [0020] The probe 9a is is formed by Yuku by depositing the deposition material into a conical shape. 探針9aは試料12に近接して配されるが、試料12は圧電体等による微動位置調整装置10a上に保持される。 Although probe 9a is arranged close to the sample 12, sample 12 is held on the fine movement positioning apparatus 10a according to the piezoelectric body or the like.

【0021】図6は、カンチレバー先端のZ変位と、捩じれ変位(θ変位)を検出する機構を示す概略図である。 [0021] Figure 6 is a Z displacement of the cantilever tip is a schematic diagram showing a mechanism for detecting the torsional displacement (theta displacement).

【0022】7aおよび8aはそれぞれレーザダイオード(LD)を用いてなる変位検出用光源であり、7aがZ変位検出用の光源(以下、Z変位LDと呼ぶ)であり、8aがθ変位検出用の光源(以下、θ変位LDと呼ぶ)であって、それぞれカンチレバー9の上面側先端に光軸を向けて配置されている。 [0022] 7a and 8a are the displacement detection light source respectively with a laser diode (LD), 7a is a light source for Z displacement detection (hereinafter, referred to as a Z displacement LD) is, for 8a is θ displacement detection of the light source (hereinafter, referred to as θ displacement LD) a is disposed toward the optical axis on the upper side front end of the cantilever 9, respectively.

【0023】Z変位LD 7aは、カンチレバー9の基端部側斜め上方よりカンチレバー9の軸方向に沿うかたちでカンチレバー9の自由端側先端に向け光を照射させるようにしてあり、θ変位LD 8aは、カンチレバー9の自由端側側方斜め上方よりカンチレバー9を横断する方向に沿うかたちでカンチレバー9の自由端側先端に向け光を照射させるようにしてある。 [0023] Z displacement LD 7a is Yes so as to irradiate light toward the free end side tip of the cantilever 9 in the form along from the base end portion side obliquely upward of the cantilever 9 in the axial direction of the cantilever 9, theta displacement LD 8a is are so as to irradiate light toward the free end side tip of the cantilever 9 in the form along a direction transverse to the cantilever 9 from the free end side side obliquely upward of the cantilever 9.

【0024】Z変位LD 7aから出射された光は、カンチレバー9の自由端の背面で反射するZ変位光路10 [0024] Light emitted from the Z displacement LD 7a is, Z displacement path 10 reflected by the rear surface of the free end of the cantilever 9
1を辿り、光量検出部の領域を2分割してなる2分割フォトディテクタ(PD)であるZ変位PD 7bに入射する。 Follows a 1, enters the area of ​​the light amount detector in Z displacement PD 7b is a 2-split photodetector formed by two divided (PD). Z変位PD 7bでは2分割した光量検出部の受光面103と受光面104で受光する光量の差を電圧変換した信号をZ変位信号S1として出力する。 A signal voltage conversion the difference in amount of light received by the light receiving surface 104 and the light-receiving surface 103 of the light amount detecting unit that Z displacement PD in 7b 2 divided output as Z displacement signal S1.

【0025】このZ変位信号S1はカンチレバー9の長手方向に沿う光路101の光検出により得られたものであり、受光面103と受光面104での受光光量の差であるから、カンチレバー先端の上下方向の変位、すなわち、Z軸方向の変位を示す信号となる。 [0025] The Z displacement signal S1 are those obtained by the light detection optical path 101 along the longitudinal direction of the cantilever 9, since the difference between the amount of light received by the light receiving surface 104 and the light-receiving surface 103, the upper and lower cantilever tip direction of displacement, i.e., a signal indicating the displacement in the Z axis direction.

【0026】また、θ変位LD 8aから出射された光は、カンチレバー9の自由端の背面で反射するθ変位光路102を辿り、光量検出部の領域を2分割してなる2 Further, light emitted from the θ displacement LD 8a follows a θ displacement path 102 reflected by the rear surface of the free end of the cantilever 9, formed by two divided areas of the light amount detection unit 2
分割フォトディテクタ(PD)であるθ変位PD 8b Is a split photodetector (PD) θ displacement PD 8b
に入射する。 Incident on. θ変位PD 8bでは2分割した光量検出部の受光面105と受光面106で受光する光量の差を電圧変換した信号をθ変位信号S2として出力する。 The signal difference voltage converting the amount of light received by the light-receiving surface 105 and the light-receiving surface 106 of the light amount detector which is divided into two in the θ displacement PD 8b outputs as θ displacement signal S2.

【0027】このθ変位信号S2はカンチレバー9の横断する方向に沿う光路102の光検出により得られたものであり、受光面105と受光面106での受光光量の差であるから、カンチレバー先端の捩じれ方向の変位に対応したものとなって、カンチレバー先端の捩じれ変位を示す信号となる。 [0027] The θ displacement signal S2 are those obtained by the light detection optical path 102 along a direction transverse of the cantilever 9, since the difference between the amount of light received by the light receiving surface 106 and the light-receiving surface 105, the cantilever tip of twisted so as that corresponding to the direction of displacement, a signal indicating the torsional displacement of the cantilever tip.

【0028】 [0028]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した原理の走査型プローブ顕微鏡は図7に示すように、カンチレバー支持方向と同じ方向にX走査すれば、試料12の表面凹凸はカンチレバー9先端のZ軸方向の変位(探針9aの軸方向の変位)として検出され、その変位量を示すZ変位信号S1を一定に保つように試料12の高さ位置を制御する(Z軸制御)。 [SUMMARY OF THE INVENTION Incidentally, a scanning probe microscope of the principles described above, as shown in FIG. 7, if X scanning in the same direction as the cantilever support direction, the surface irregularities of the sample 12 is of the cantilever 9 tip Z is detected as the axial displacement (axial displacement of the probe 9a), controls the height position of the sample 12 so as to maintain the Z displacement signal S1 indicating the amount of displacement constant (Z-axis control).

【0029】そして、このときの当該Z軸制御のための信号であるZ制御信号を試料表面の凹凸信号として画像形成すれば、試料凹凸を再現できるはずである。 [0029] Then, if the image forming Z control signal is a signal for the Z axis control of this time as unevenness signal of the sample surface, it should be reproduced sample irregularities.

【0030】しかし、図7に示すように、先端の探針9 [0030] However, as shown in FIG. 7, the distal end tip of 9
aが非常に尖っているようなカンチレバー9を使用した場合、表面に急峻な突起12aがある試料12を走査していると、走査が進むに連れてカンチレバー9は図7 If a is using the cantilever 9 as being very sharp, when scanning the sample 12 in which there is a sharp protrusion 12a on the surface, the cantilever 9 As the scan proceeds 7
(a)のような正常な状態から図7(b)のように、Z From normal state shown in (a) as shown in FIG. 7 (b), Z
軸方向には全く変位せずに、捩じれてしまうと云った現象が生じ、さらに走査が進んでからようやく図7(c) Without any displacement in the axial direction, the twist causes a phenomenon occurs that went by, finally from progressing further scanning FIG 7 (c)
のように、Z軸方向に変位が生じると云った経過を辿ることがある。 As in, it may follow a course in which say the displacement in the Z-axis direction is generated.

【0031】このような経緯を経た場合、Z変位信号を一定に保つようにしたZ制御信号を利用して、試料表面の凹凸像を画像形成しても、捩じれが生じた時点ではZ [0031] When passing through such a background, using the Z control signals to keep the Z displacement signal constant, even when the image forming unevenness image of the sample surface, at the time the twisted occurs Z
軸方向に変位が反映されていないから、試料表面の凹凸を精度良く再現できていないことになる。 Since the displacement in the axial direction is not reflected, so that not be accurately reproduce the roughness of the sample surface.

【0032】そこで、この発明の目的とするところは、 [0032] Accordingly, it is an object of the present invention,
先端が非常に尖っているような探針を有するカンチレバーを用いた場合においてもカンチレバーの捩じれの発生を抑制でき、従って、試料表面の凹凸を精度良く再現できるようにした走査型プローブ顕微鏡を提供することにある。 Tip can also suppress the occurrence of twist cantilever in the case of using a cantilever having a probe such as that very sharp, therefore, to provide a scanning probe microscope to the unevenness of the sample surface can be accurately reproduced It lies in the fact.

【0033】 [0033]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明は次のように構成する。 To achieve the above object, according to an aspect of the present invention is configured as follows. すなわち、探針を植立したカンチレバーを用い、その探針を試料の表面に近接させて走査することにより、探針と試料との間に働く物理的な作用力によるカンチレバーの変位を検出して探針と試料との間の距離を所定値に保つように制御すると共に、この制御量に基づいて上記試料表面の凹凸像を再現するようにした走査型プローブ顕微鏡において、上記カンチレバーの先端の上記探針軸方向であるZ方向の変位を検出してZ変位信号を出力する手段と、上記カンチレバーの先端の捩じれを検出し、その捩じれ量対応の捩じれ信号を出力する手段と、上記Z変位信号と上記捩じれ信号のうち、一方の信号を選択して出力する信号選択手段と、捩じれが生じないときはZ変位信号を選択するように、捩じれが生じたときには捩じれ信号を選択す That is, using a cantilever erected the probe by scanning the probe in close proximity to the surface of the sample, by detecting the displacement of the cantilever due to physical action force acting between the probe and the sample the distance between the probe and the sample controls so as to keep a predetermined value, a scanning probe microscope so as to reproduce the topographic image of the sample surface based on the control amount, the cantilever tip of the and means for outputting the Z displacement signal by detecting the Z-direction displacement is the probe axis, detects the torsion of the tip of the cantilever, and means for outputting the twisting amount corresponding torsional signal, the Z displacement signal among the twist signal, select a signal selecting means for selecting and outputting one of the signals, to choose the Z displacement signal when the twist does not occur, the signal twist when the twist occurs ように上記信号選択手段の選択を指示する指示手段と、 And instruction means for instructing the selection of the signal selecting means so that,
上記信号選択手段で選択されたZ変位信号または捩じれ信号を受け、その信号に対するそれぞれの予め定められた基準値との偏差に応じた制御量を求める手段と、この制御量対応に試料またはカンチレバーをZ方向に移動させるZ方向微動手段とを具備する。 Receiving the Z displacement signal or twisted signal selected by the signal selecting means, means for determining a control amount corresponding to the deviation between the reference value set in each of the advance for the signal, the sample or the cantilever in the control amount corresponding ; and a Z direction fine movement means for moving in the Z direction.

【0034】 [0034]

【作用】上記の構成において、Z方向変位検出手段はカンチレバーの先端の上記探針軸方向であるZ方向の変位を検出してZ変位信号を出力し、捩じれ検出手段はカンチレバーの先端の捩じれを検出し、その捩じれ量対応の捩じれ信号を出力する。 [Action] In the above configuration, the Z-direction displacement detecting means outputs a Z displacement signal by detecting the displacement in the Z direction which is the probe axis direction of the distal end of the cantilever, torsion detecting means torsion of the cantilever tip detected, and outputs the twisting amount corresponding torsional signal. そして、これらZ変位信号と上記捩じれ信号は、信号選択手段に与えられ、一方の信号を選択させる。 And these Z displacement signal and the torsion signal is provided to the signal selection means to select the one signal. この選択は指示手段により、カンチレバーの先端の捩じれが生じていないときはZ変位信号を選択するように、捩じれが生じたときには捩じれ信号を選択するように制御されることで選択する。 This selection is indicating means, when the torsion of the cantilever tip has not occurred so as to select the Z displacement signal, twisted selects by being controlled to select the signal twist when the has occurred.

【0035】信号選択手段で選択された変位信号または捩じれ信号は制御量を求める手段に与えられ、その信号に対するそれぞれの予め定められた基準値との偏差に応じた制御量が求められて、微動手段に与えられる。 The displacement signal or twisted signal selected by the signal selecting means is provided to means for determining a control amount, the control amount is determined in accordance with the deviation between the reference value predetermined for each for the signal, micromotion It is given to the means. 微動手段はこの制御量対応に試料またはカンチレバーをZ方向に移動させる。 Fine movement means moving the sample or the cantilever in the Z direction on the control amount corresponding.

【0036】微動手段によるZ方向制御は、通常はカンチレバーのZ方向変位を示す変位信号に応じて制御しており、カンチレバーに捩じれ変位が生じたときのみ、捩じれ信号に応じてZ方向制御する。 [0036] The Z-direction control by the fine movement unit, usually is controlled in accordance with the displacement signal indicative of the Z-direction displacement of the cantilever, only when the displacement twist the cantilever occurs and Z direction control in accordance with the torsion signal.

【0037】そして、この微動手段によるこのようなZ [0037] Then, such Z by this fine movement means
方向移動により、探針は斜めを向くような事態が回避され、これによってカンチレバーは捩じりを受けることがなくなるので、この微動手段の変位量対応に(すなわち、制御量対応に)、試料凹凸を画像形成する結果、表示される試料表面の凹凸は精度良く再現されることになる。 The movement, the probe is avoided a situation that faces obliquely, whereby since the cantilever is no longer subjected to torsion, to the displacement amount corresponding of the fine movement unit (i.e., the control amount corresponding) sample irregularities results for image forming, unevenness of the sample surface to be displayed will be accurately reproduced.

【0038】 [0038]

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参照して説明する。 EXAMPLES Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0039】(第1実施例)図1に本発明の第1実施例の駆動回路の全体構成のブロック図を示す。 [0039] shows a block diagram of the overall configuration of a driving circuit of the first embodiment of the present invention (First Embodiment) FIG. また、図2 In addition, FIG. 2
に第1実施例におけるZ制御部4の回路構成をブロック図で示す。 The circuit configuration of the Z control unit 4 in the first embodiment shown in block diagram.

【0040】図において、1はホストコンピュータ、2 [0040] In FIG, 1 is a host computer, 2
はマイクロコンピュ−タ(以下、マイコンと称する)、 Microcomputer is - data (hereinafter, referred to as microcomputer),
3はA/D変換部、4はZ制御部である。 3 A / D converter, 4 is a Z controller. また、5はX In addition, the 5 X
Y走査部、7はカンチレバーZ変位検出部、8はカンチレバーθ変位検出部、9はカンチレバー、9aは探針、 Y scanning unit, 7 denotes a cantilever Z displacement detector, 8 is cantilever θ displacement detector, the cantilever, 9a is the probe 9,
10はXYZ円筒型圧電体、11は試料台、12は試料である。 10 XYZ cylindrical piezoelectric body 11 sample table 12 is a sample.

【0041】試料台11は試料12を載置して保持するためのものであり、試料台11はXYZ円筒型圧電体1 The sample stage 11 is for mounting and holding a sample 12, the sample stage 11 is XYZ cylindrical piezoelectric body 1
0上に設けられている。 It is provided on the 0. XYZ円筒型圧電体10は圧電体を円筒型に形成して構成した微動位置調整装置であり、制御信号(Z制御信号S3、X制御信号S4、Y制御信号S5)に応じて試料台11をX軸、Y軸、Z軸方向に移動できる。 XYZ cylindrical piezoelectric element 10 is a fine movement positioning apparatus configured to form a piezoelectric body cylindrical, the sample stage 11 in response to a control signal (Z control signals S3, X control signal S4, Y control signal S5) X-axis, Y-axis, can be moved in the Z axis direction. これにより、試料12はカンチレバー9の探針9aに対してX軸、Y軸方向に走査され、また、Z軸方向に位置制御される。 Thus, the sample 12 is the X-axis with respect to the probe 9a of the cantilever 9, is scanned in the Y-axis direction, is a position control in the Z axis direction.

【0042】カンチレバー9は、その基端側が定位置に固定されている。 The cantilever 9, the base end side is fixed in position. そして、カンチレバー9は、その自由端先端側のZ軸方向の変位をカンチレバーZ変位検出部7により、また、自由端先端側の捩じれをカンチレバーθ変位検出部8にて検出される構成となっている。 The cantilever 9, the cantilever Z displacement detector 7 in the Z-axis direction of the displacement of its free end front end side, also has a configuration to be detected a twist free end distal side at the cantilever θ displacement detector 8 there.

【0043】カンチレバーZ変位検出部7はZ軸方向変位を検出してその検出量に対応した出力であるZ変位信号S1を発生するものであり、また、カンチレバーθ変位検出部8は捩じれ量を検出してその検出した捩じれ量対応の出力であるθ変位信号S2を発生するものであれば良いから、カンチレバーZ変位検出部7としてはZ変位LD 7aとZ変位PD 7bとにより構成された図6の如きものを採用し、カンチレバーθ変位検出部8としてはθ変位LD8aとθ変位PD7bとにより構成された図6の如きものを採用して差支えない。 The cantilever Z displacement detector 7 is intended to generate a Z displacement signal S1 which is an output corresponding to the detected amount by detecting the Z-axis direction displacement, also the cantilever θ displacement detector 8 the amount twist since it is sufficient detecting and intended to generate a θ displacement signal S2 is the amount corresponding output twist that the detected, as the cantilever Z displacement detector 7 is constituted by a Z displacement LD 7a and Z displacement PD 7b FIG adopted 6 such as those, as the cantilever θ displacement detector 8 no problem to adopt a such of Figure 6 constituted by the θ displacement LD8a and θ displacement PD7b.

【0044】マイコン2は本システムの制御の中枢を担うものであり、試料台11をXY走査するために、制御信号をXY走査部5に与え、また、試料台11をZ軸方向に制御するためにその制御量を演算してZ制御部4に与えたり、また、制御量に対応したデータを試料表面の凹凸データの情報に変換してホストコンピュータ1に与える機能を有する。 The microcomputer 2 plays a central control of the system, in order to XY scanning the sample stage 11, provides a control signal to the XY scanning unit 5, also controls the sample stage 11 in the Z-axis direction or given to the Z control unit 4 calculates the control amount for, also has the function of providing data corresponding to the control amount to the host computer 1 is converted into information of irregularities data of the sample surface.

【0045】XY走査部5はマイコン2からの指令によりX制御信号S4、Y制御信号S5を発生させてXYZ The XY scanning unit 5 to generate the X control signals S4, Y control signal S5 in accordance with a command from the microcomputer 2 XYZ
円筒型圧電体10へ与えるものであり、XYZ円筒型圧電体10はこのX制御信号S4、Y制御信号S5に応じて、X軸方向、Y軸方向に変位するように構成されていて、XYZ円筒型圧電体10のかかる変位により、図7 And is to be given to the cylindrical piezoelectric element 10, the XYZ cylindrical piezoelectric body 10 in accordance with the X control signals S4, Y control signal S5, X-axis direction, and is configured to displace in the Y-axis direction, XYZ such displacement of the cylindrical piezoelectric body 10, FIG. 7
に示したように、試料12を2次元走査させることができるようになっている。 As shown in, so that it is possible to scan the sample 12 two-dimensional.

【0046】Z制御部4はカンチレバーZ変位検出部7 The Z control unit 4 cantilever Z displacement detector 7
からのZ変位信号S1やカンチレバーθ変位検出部8からのθ変位信号S2を、それぞれの基準値に保つように動作する制御回路からなり、XYZ円筒型圧電体10をZ軸方向に伸縮させるZ制御信号S3を出力する。 Made from a control circuit of the θ displacement signal S2 from Z displacement signal S1 and the cantilever θ displacement detector 8 operates to maintain the respective reference values ​​from, thereby stretching the XYZ cylindrical piezoelectric body 10 in the Z-axis direction Z and it outputs the control signal S3.

【0047】A/D変換部3はこのZ制御部4からのZ The A / D conversion unit 3 is Z from the Z controller 4
制御信号S3をA/D変換してディジタルデータ化し、 And the digital data of the control signal S3 is converted A / D,
マイコン2に与えるものである。 It is intended to be supplied to the microcomputer 2. マイコン2にはこのZ This Z to the microcomputer 2
制御信号S3のディジタルデータを取り込んで、ホストコンピュータ1へ試料表面の凹凸情報を示す凹凸データとして転送する機能を有する。 It captures digital data of the control signal S3, has a function of transferring a concave-convex data indicating the unevenness information of the sample surface to the host computer 1. また、ホストコンピュータ1はこの凹凸データとXY走査の指令情報とをもとに、試料12の表面凹凸を画像形成してディスプレイ装置やプリンタ等の出力装置に出力表示するものである。 The host computer 1 based on the instruction information for the unevenness data and XY scanning, and outputs display surface unevenness of the sample 12 and the image formed on the output device such as a display device or a printer.

【0048】Z制御部4は図に示すように、差動回路1 The Z control unit 4, as shown in FIG., The differential circuit 1
3,14、絶対値回路15、アナログスイッチ(以下、 3,14, absolute value circuit 15, an analog switch (hereinafter,
アナログSWと称する)17、比較器18、PID回路19、Z基準出力回路20、θ基準出力回路21、切替基準出力回路22よりなる。 Referred to as the analog SW) 17, a comparator 18, PID circuit 19, Z reference output circuit 20, theta reference output circuit 21, consisting of the switching reference output circuit 22.

【0049】差動回路13はカンチレバーZ変位検出部7の出力であるZ変位信号S1とZ基準出力回路20にて設定されたZ基準信号S6との差分をZ偏差信号S7 The differential circuit 13 is the difference of the Z deviation signal between the Z reference signal S6 which is set at Z displacement signal S1 and the Z reference output circuit 20 is the output of the cantilever Z displacement detector 7 S7
として出力するものである。 And outputs it as a. Z基準出力回路20には予めZ基準が設定してあり、このZ基準に対応したZ基準信号S6を出力するが、このZ基準としては、探針9a The Z reference output circuit 20 Yes preset Z criterion, but outputs a Z reference signal S6 corresponding to the Z reference, as the Z reference, probe 9a
と試料12の表面との保たれるべき距離が維持されている場合でのZ変位信号S1対応の値が割り当てられる。 The value of Z displacement signal S1 corresponding in the case where the distance to be is maintained maintained between the surface of the sample 12 is assigned with.

【0050】差動回路14は、カンチレバーθ変位検出部8の出力であるθ変位信号S2と、θ基準出力回路2 The differential circuit 14 includes an output at which is theta displacement signal S2 of the cantilever theta displacement detector 8, theta reference output circuit 2
1にて設定されたθ基準信号S8との差分をθ偏差信号S9として出力するものである。 The difference between θ reference signal S8 set by 1 is output as θ deviation signal S9. θ基準出力回路21には予めθ基準が設定してあり、このθ基準に対応したθ The theta reference output circuit 21 Yes preset theta criteria, theta corresponding to the theta criterion
基準信号S8を出力するが、θ基準としてはカンチレバー9が試料台11に対して平行になる場合でのθ変位信号S2対応の値が割り当てられる。 And it outputs the reference signal S8, but as the θ criterion are assigned displacement signal S2 corresponding value θ in the case where the cantilever 9 is parallel to the sample stage 11.

【0051】絶対値回路15は、差動回路14の出力の絶対値をθ偏差信号S9として出力するものであり、比較器18は切替基準出力回路22の出力する切替基準信号S10を基準にθ偏差信号S9を比較し、θ偏差信号S9が基準より大きくなると信号レベルが“H”なる切替指示信号S11を出力するものである。 The absolute value circuit 15 is for outputting the absolute value of the output of the differential circuit 14 as θ deviation signal S9, the comparator 18 is θ, based on the switching reference signal S10 output from the switching reference output circuit 22 comparing the deviation signal S9, larger signal level than the θ deviation signal S9, criterion and outputs a switching instruction signal S11 becomes "H". θ偏差信号S θ deviation signal S
9が上記基準より小さい間は切替指示信号S11の信号レベルは“L”となる。 9 between the reference is smaller than the signal level of the switching instruction signal S11 becomes "L".

【0052】アナログSW 17は、チャネルch1とch2を有し、通常はチャネルch1を選択し、切替指示信号S11によってch2を選択するように構成されている。 [0052] Analog SW 17 has a channel ch1 and ch2, usually selects the channel ch1, is constituted by a switching instruction signal S11 to select ch2. アナログSW 17のチャネルch1にはZ偏差信号S7を出力する差動回路13の出力側が接続され、ch2にはθ偏差信号S9を出力する差動回路14 The channels ch1 analog SW 17 is connected to the output side of the differential circuit 13 for outputting a Z deviation signal S7, the differential circuit 14 to ch2 outputs the θ deviation signal S9
の出力側が接続され、切替指示信号S11の信号レベルが“L”のときはZ偏差信号S7を選択し、切替指示信号S11の信号レベルが“H”のときはθ偏差信号S9 Is the output side connection, switching instruction signal when the signal level is "L" in S11 selects the Z deviation signal S7, the switching instruction signal level of the signal S11 is "H" θ deviation signal when the S9
を選択して出力するようになっている。 Selected and adapted to output.

【0053】PID回路19はアナログSW 17からの偏差信号を受けて、その信号値対応の値を有するZ制御信号S3を出力し、これをZ軸制御用としてXYZ円筒型圧電体10に与えるものである。 [0053] What PID circuit 19 which receives the deviation signal from the analog SW 17, and outputs a Z control signal S3 having a value of the signal value corresponding to be provided to the XYZ cylindrical piezoelectric element 10 for the Z axis control it is. このPID回路1 The PID circuit 1
9はサーボ系の制御に用いられる比例積分微分回路であり、アナログSW 17を介して入力される偏差信号が正であるときは、XYZ円筒型圧電体10を当該偏差信号の値対応の量だけZ軸方向に縮めるようなZ制御信号S3を出力し、負であるときは当該偏差信号の値対応の量だけZ軸方向に延ばすようなZ制御信号S3を出力するようになっている。 9 is a proportional integral derivative circuit used in the control of the servo system, when the deviation signal inputted via the analog SW 17 is positive, the XYZ cylindrical piezoelectric body 10 by the amount of the value corresponding of the deviation signal outputs Z control signal S3 as reduce the Z-axis direction, and outputs a Z control signal S3 as extending only in the Z-axis direction by an amount of the value corresponding of the deviation signal when a negative.

【0054】つぎに上記構成の本装置の作用を説明する。 [0054] Next a description will be given of the operation of the apparatus having the above structure. 試料12を試料台11上にセットしてスタートさせると、マイコン2はXY走査部5を介してX制御信号S When the sample 12 is started is set on the sample stage 11, the microcomputer 2 via the XY scanning portion 5 X control signal S
4、Y制御信号S5をXYZ円筒型圧電体10へ出力し、試料12を図7に示したように2次元走査させる。 4, the Y control signal S5 and outputs the XYZ cylindrical piezoelectric element 10, is scanned two-dimensionally as shown sample 12 in FIG.
これによって、カンチレバー9の探針9aは、試料12 Thus, the probe 9a of the cantilever 9, the sample 12
の表面を所定の距離を保持されるように、以下のようなZ軸制御のもとでXY走査されることになる。 The surface of the to be retained by a predetermined distance, will be under XY scanning in the Z-axis control as described below.

【0055】すなわち、試料12の表面に探針9aを近付けて走査することにより、試料12の表面の凹凸に従って探針先端が原子間力あるいは磁気力の影響により吸引あるいは反発されてカンチレバー9が変位する。 [0055] That is, by scanning closer the probe 9a on the surface of the sample 12, the probe tip according to the unevenness of the surface of the sample 12 is sucked or repulsion due to the influence of the atomic force or a magnetic force cantilever 9 is displaced to.

【0056】カンチレバーZ変位検出部7はカンチレバー9先端のZ軸方向の変位を検出し、Z変位信号S1を出力する。 [0056] Cantilever Z displacement detection section 7 detects a displacement in the Z axis direction of the cantilever 9 tip, and outputs a Z displacement signal S1. カンチレバーθ変位検出部8はカンチレバー9先端の捩じれ変位を検出し、θ変位信号S2を出力する。 Cantilever θ displacement detector 8 detects a displacement twisting of the cantilever 9 tip, and outputs the θ displacement signal S2. これらZ変位信号S1やθ変位信号S2はZ制御部4に入力され、Z制御部4はこれらのZ変位信号S1やθ変位信号S2に応じて、これらをそれぞれの基準値に保つようなZ軸の変位量を求め、これをZ制御信号S3 These Z displacement signal S1 and θ displacement signal S2 is input to the Z control unit 4, Z control unit 4 in response to these Z displacement signal S1 and θ displacement signal S2, such as to maintain them in the respective reference value Z determine the amount of displacement of the axis, which Z control signal S3
として出力する。 And outputs it as.

【0057】Z制御部4の動作を説明する。 [0057] illustrating the operation of the Z control unit 4. すなわち、 That is,
Z制御部4ではカンチレバーZ変位検出部7の出力であるZ変位信号S1については、差動回路13によりZ基準出力回路20で予め設定されたZ基準信号S6と引算されてその差成分が求められる。 The Z displacement signal S1 which is the output of the Z control unit 4, the cantilever Z displacement detector 7, is subtracted as Z reference signal S6 which is set in advance in the Z reference output circuit 20 is the difference component by the differential circuit 13 Desired. そして、この差成分はZ偏差信号S7として差動回路13より出力させ、アナログSW 17のch1へ与える。 Then, this difference component is output from the differential circuit 13 as a Z deviation signal S7, given to ch1 analog SW 17. アナログSW 17 Analog SW 17
は通常、チャネルch1のZ偏差信号S7を選択している。 Typically selects the Z deviation signal S7 channel ch1.

【0058】一方、カンチレバーθ変位検出部8の出力であるθ変位信号S2は、θ基準出力回路21で予め設定されたθ基準信号S8と、差動回路14で引算されてから絶対値回路15で絶対値信号となる。 Meanwhile, theta displacement signal S2 which is an output of the cantilever theta displacement detector 8, the reference signal S8 theta which is set in advance in theta reference output circuit 21, absolute value circuit after being subtracted by the differential circuit 14 an absolute value signal at 15. その絶対値信号のθ偏差信号S9は、アナログSW 17のチャネルch2と比較器18に与えられる。 As θ deviation signal S9 of the absolute value signal is supplied to the comparator 18 and the channel ch2 of the analog SW 17.

【0059】θ偏差信号S9は比較器18により、切替基準出力回路22で予め設定された切替基準信号S10 [0059] θ deviation signal S9 by the comparator 18, the switching reference signal S10 which is previously set by switching the reference output circuit 22
と比較される。 It is compared with. θ偏差信号S9が切替基準信号S10よりも大きくなると比較器18から出力される切替指示信号S11(ディジタル)は信号レベルが“L”から“H”となり、これによってアナログSW 17は選択するチャネルをチャネルch1からチャネルch2に切り替える。 Switching instruction signal S11 (digital) signal level changes from "L" to "H" to θ deviation signal S9 is output from the comparator 18 to be larger than the switching reference signal S10, whereby the channel analog SW 17 is to be selected switching from channel ch1 to the channel ch2. これにより、アナログSW 17からはθ偏差信号S9が選択されて出力され、PID回路19に与えられる。 Thus, the analog SW 17 is output after being selected θ deviation signal S9, supplied to the PID circuit 19.

【0060】PID回路19はサーボ系の制御に用いられる比例積分回路で、アナログSW17で選択されている偏差信号が正であるときは、XYZ円筒型圧電体10 [0060] PID circuit 19 a proportional integrating circuit used in the control of the servo system, when the deviation signal selected by the analog SW17 is positive, XYZ cylindrical piezoelectric body 10
を当該偏差信号の値対応の量だけZ軸方向に縮めるようなZ制御信号S3を出力し、負であるときは当該偏差信号の値対応の量だけZ軸方向に延ばすようなZ制御信号S3を出力する。 The outputs Z control signal S3 as shrink only in the Z-axis direction by an amount of the value corresponding of the deviation signal, Z control signal S3 as extending only in the Z-axis direction by an amount of the value corresponding of the deviation signal when a negative to output.

【0061】Z基準信号S6は探針9aと試料12の表面との保たれるべき距離が維持されている場合でのZ変位信号S1対応の値であり、θ基準信号S8はカンチレバー9が試料台11に対して平行になる場合でのθ変位信号S2の値に対応するものであるから、この結果、Z [0061] Z reference signal S6 is Z displacement signal S1 corresponding value in the case where the distance should be kept between the surface of the probe 9a and the sample 12 is maintained, theta reference signal S8 is cantilever 9 is the sample since it corresponds to the value of θ displacement signal S2 in the case to be parallel relative to the base 11, as a result, Z
制御部4からは、通常はZ変位信号S1をZ基準に近付けるようにXYZ円筒型圧電体10をZ軸方向に伸縮させ、カンチレバー9が捩じれてθ偏差が生じたとき、つまり、θ偏差信号S9が零でなくなったときだけ、自動的にカンチレバー9の捩じれを戻すように、つまり、θ From the control unit 4, typically by stretching the XYZ cylindrical piezoelectric body 10 so as to approach the Z displacement signal S1 to the Z reference in the Z-axis direction, when the theta deviation occurs in the cantilever 9 is twisted, i.e., theta deviation signal only when S9, no longer zero, to automatically return the twist of the cantilever 9, i.e., theta
偏差を零に近付けるように、XYZ円筒型圧電体10をZ軸方向に縮めるような制御を行うZ制御信号S3が出力されることになる。 Deviation as close to zero, Z control signal S3 for controlling such reduce the XYZ cylindrical piezoelectric body 10 in the Z axis direction is to be output.

【0062】このようにして、Z制御部4はZ変位信号S1やθ変位信号S2に応じて、これらをそれぞれの基準値に保つようなZ軸の変位量を得て、Z制御信号S3 [0062] Thus, Z control unit 4 in accordance with the Z displacement signal S1 and θ displacement signal S2, to obtain a displacement amount in the Z-axis so as to keep them in the respective reference value, Z control signal S3
として出力し、XYZ円筒型圧電体10に与えるので、 Output as, because it gives the XYZ cylindrical piezoelectric element 10,
XYZ円筒型圧電体10は探針9aの試料表面に対する距離と、カンチレバー9のθ変位に従って、Z軸方向伸縮制御がなされ、カンチレバー9が捩じれないように試料12と探針9aの先端との間の距離が制御される。 A distance XYZ cylindrical piezoelectric element 10 to the sample surface of the probe 9a, according θ displacement of the cantilever 9, Z-axis direction expansion control is performed, between the tip of the sample 12 and the probe 9a as cantilever 9 is not twisted the distance is controlled.

【0063】また、Z制御信号S3はA/D変換部3でA/D変換され、マイコン2に取り込まれる。 [0063] Further, Z control signal S3 is A / D converted by the A / D converter 3 is taken into the microcomputer 2. マイコン2ではこの取り込んだZ制御信号S3のデータを、ホストコンピュータ1へ凹凸デ−タとして転送し、また、X The data of the microcomputer 2 in the Z control signal S3 captured this, unevenness de to the host computer 1 - Transfer the data, Further, X
Y走査の位置情報を合わせて位置データとしてホストコンピュータ1に送る。 The combined position information of the Y-scan sent to the host computer 1 as position data. ホストコンピュータ1はこれらの情報をもとに、試料12の表面凹凸を画像形成して表示する。 The host computer 1 based on these information, and displays the surface roughness of the sample 12 imaged by.

【0064】(第2実施例)つぎに本発明を実現する別の実施例を第2実施例として説明する。 [0064] demonstrates another example for realizing the (second embodiment) Next present invention as a second embodiment.

【0065】図3に本発明の第2実施例における駆動回路全体のブロック図を示す。 [0065] shows a block diagram of the entire drive circuit in a second embodiment of the present invention in FIG. また、図4に第2実施例において使用するマイコン2のZ制御プログラムのフローチャートを示す。 Also, a flowchart of a Z control program of the microcomputer 2 for use in the second embodiment in FIG.

【0066】図3において、1はホストコンピュータ、 [0066] In FIG. 3, 1 is the host computer,
2aはマイクロコンピュ−タ(マイコン)、3はA/D 2a is a microcomputer - data (microcomputer), 3 A / D
変換部、5はXY走査部、6は記憶部、7はカンチレバーZ変位検出部、8はカンチレバーθ変位検出部、9はカンチレバー、9aは探針、10はXYZ円筒型圧電体、11は試料台、12は試料、23はアナログスイッチ(以下、アナログSWと呼ぶ)、24はZD/A変換部である。 Conversion unit, 5 an XY scanning unit, 6 storage unit, 7 denotes a cantilever Z displacement detector, 8 is cantilever θ displacement detector, 9 denotes a cantilever, 9a is the probe, 10 XYZ cylindrical piezoelectric body 11 is a sample pedestal, 12 samples, 23 analog switches (hereinafter, referred to as analog SW), 24 is a ZD / a conversion unit.

【0067】これらのうち、ホストコンピュータ1、X [0067] Of these, the host computer 1, X
Y走査部5、カンチレバーZ変位検出部7、カンチレバーθ変位検出部8、カンチレバー9、探針9a、XYZ Y scanning unit 5, the cantilever Z displacement detector 7, the cantilever θ displacement detector 8, the cantilever 9, the probe 9a, XYZ
円筒型圧電体10、試料台11、試料12は第1実施例と変わりはない。 Cylindrical piezoelectric body 10, the sample stage 11, the sample 12 is not the same as the first embodiment.

【0068】アナログSW 23は、チャネルch1とチャネルch2とを有し、所定の条件に従ったマイコン2からの切り替え制御信号に応じて一方のチャネルを選択するものであって、選択されたチャネルに与えられている信号を出力するように構成されている。 [0068] Analog SW 23 has a channel ch1 and channel ch2, be those for selecting one of the channels in accordance with the switching control signal from the microcomputer 2 in accordance with a predetermined condition, the selected channel and it is configured to output a given signal. アナログS Analog S
W 23は“00h”(hは16進表記であることを示す記号)を与えると、チャネルch1を選択し、“01 W 23 is "00h" Given a (h symbols indicating the hexadecimal notation), select the channel ch1, "01
h”を与えるとチャネルch2を選択してその選択したチャネルに入力されている信号を出力側に出す構成となっている。 Given a h "Select channel ch2 has a configuration provides a signal that is inputted to the selected channel on the output side.

【0069】また、アナログSW 23のチャネルch [0069] In addition, the channel of the analog SW 23 ch
1にはカンチレバーZ変位検出部7からのZ変位信号S Z displacement signal S from the cantilever Z displacement detection section 7 to 1
1が入力されるように、また、チャネルch2にはカンチレバーθ変位検出部8からのθ変位信号S2がそれぞれ入力されるように接続してある。 As 1 is inputted also to the channel ch2 is coupled to θ displacement signal S2 from the cantilever θ displacement detector 8 are input.

【0070】記憶部6はZ基準データD6や、θ基準デ−タD7を格納するものであり、また、Z制御データD [0070] The storage unit 6 and the Z reference data D6, theta reference de - is intended to store data D7, also, Z control data D
3の一時保持にも利用される。 Also used for 3 temporarily holding. なお、Z基準データD6 In addition, Z reference data D6
としては、探針9aと試料12の表面との保たれるべき距離が維持されている場合でのZ変位信号S1対応の値が割り当てられる。 As it is assigned the value of the Z displacement signal S1 corresponding in the case where the distance should be kept between the probe 9a and the sample 12 surface is maintained. また、θ基準デ−タD7としてはカンチレバー9が試料台11に対して平行になる場合でのθ変位信号S2対応の値が割り当てられる。 Further, theta reference de - displacement signal S2 corresponding value theta in the case where the cantilever 9 is parallel to the sample stage 11 is assigned as a data D7.

【0071】マイコン2aは本システムの制御の中枢を担うものであり、試料台11をXY走査するために、制御信号をXY走査部5に与え、また、試料台11をZ軸方向に制御するためにその制御量(補正量)を演算してこれをZ制御データD3としてZD/A変換部24に与えたり、また、この求めた制御量(補正量)に対応したデ−タを試料表面の凹凸データの情報に変換してホストコンピュータ1に与える機能を有する。 [0071] The microcomputer 2a are those responsible for the central control of the system, in order to XY scanning the sample stage 11, provides a control signal to the XY scanning unit 5, also controls the sample stage 11 in the Z-axis direction or giving the ZD / a converter 24 a control amount which calculates the (correction amount) as the Z control data D3 to, also, the obtained control variable de corresponding to the (correction amount) - the data sample surface has the function of giving to the host computer 1 converts the information of irregularities data.

【0072】マイコン2aにおける上記制御量(補正量;すなわち、Z制御データD3)の獲得は、記憶部6 [0072] The control amount in the microcomputer 2a (correction amount; that is, Z control data D3) acquisition of the storage unit 6
に予め格納されているZ基準データD6や、θ基準デ− Previously stored and Z reference data D6, theta reference to De -
タD7を読出して基準値として用い、カンチレバーZ変位検出部7からのZ変位信号S1やカンチレバーθ変位検出部8からのθ変位信号S2をそれぞれの基準値に保つような補正量を求めるべく演算処理を行うことにより成される。 Using data D7 is read as a reference value, calculating to obtain the correction amount so as to keep the θ displacement signal S2 from Z displacement signal S1 and the cantilever θ displacement detector 8 from the cantilever Z displacement detector 7 to the respective reference values It is made by carrying out the process. そして、当該演算処理はソフトウェアで行う。 Then, the arithmetic processing is performed by software.

【0073】ZD/A変換部24は、マイコン2から与えられるZ制御データD3(以下の実施例では逐次更新するので最新のデータをD3で示し、D3´は前回でのデータとして扱う)をアナログ信号に変換して、これをZ制御信号S3として出力するD/A変換器である。 [0073] ZD / A converter 24, (since the sequentially updated in the following examples show the latest data D3, D3 'is treated as data of the previous) Z control data D3 given from the microcomputer 2 analogue of it is converted into a signal, which is a D / a converter for output as Z control signal S3. このZD/A変換部24からのZ制御信号S3出力は次回最新のデータD3が求められるまで使用され、このZ制御信号S3はXYZ円筒型圧電体10に与えられてZ軸制御に供される。 Z control signal S3 output from the ZD / A converter 24 are used to the most recent data D3 is obtained next time, the Z control signal S3 is subjected to Z-axis control are given in XYZ cylindrical piezoelectric element 10 . なお、データD3は記憶部6に更新保存して新Z制御データD3の演算に使用する。 The data D3 is used to update stored in the storage unit 6 for calculating the new Z control data D3.

【0074】つぎに上記構成の第2実施例の作用を図4 [0074] Then 4 the operation of the second embodiment of the arrangement
のフローチャートを参照して説明する。 It will be described with reference to the flowchart of.

【0075】第1実施例と同様、試料12を試料台11 [0075] Similar to the first embodiment, the sample stage of the sample 12 11
上にセットしてスタートさせると、マイコン2aはXY When you start to set on, the microcomputer 2a is XY
走査部5を介してX制御信号S4、Y制御信号S5をX X control signal S4 via the scanning unit 5, a Y control signal S5 X
YZ円筒型圧電体10へ出力し、試料12を図7に示すように2次元走査させる。 Output to YZ cylindrical piezoelectric element 10, thereby two-dimensionally scanning to indicate the sample 12 in FIG.

【0076】これによって、カンチレバー9の探針9a [0076] In this way, the probe 9a of the cantilever 9
は、試料12の表面を所定の距離を保持されるように、 As is the surface of the sample 12 is held a predetermined distance,
以下のようなZ軸制御のもとでXY走査されることになる。 It will be under XY scanning in the Z-axis control as described below.

【0077】すなわち、試料12の表面に探針9aを近付けて走査することにより、試料12の表面の凹凸に従って探針先端が原子間力あるいは磁気力の影響により吸引あるいは反発されてカンチレバー9が変位する。 [0077] That is, by scanning closer the probe 9a on the surface of the sample 12, the probe tip according to the unevenness of the surface of the sample 12 is sucked or repulsion due to the influence of the atomic force or a magnetic force cantilever 9 is displaced to.

【0078】カンチレバーZ変位検出部7はカンチレバー9先端のZ軸方向の変位を検出し、その検出した変位量対応のZ変位信号S1を出力する。 [0078] Cantilever Z displacement detection section 7 detects a displacement in the Z axis direction of the cantilever 9 tip, and outputs a Z displacement signal S1 of the displacement amount corresponding with the detected. また、カンチレバーθ変位検出部8はカンチレバー9先端の捩じれ変位を検出し、その変位量に対応したθ変位信号S2を出力する。 Further, the cantilever θ displacement detector 8 detects a displacement twisting of the cantilever 9 tip, and outputs the θ displacement signal S2 corresponding to the displacement.

【0079】Z変位信号S1,θ変位信号S2はアナログSW 23のチャネルch1、ch2に入力されており、当該チャネルch1、ch2の切り替えはマイコン2からの切り替え制御信号により所定の条件に従って行われる。 [0079] Z displacement signal S1, theta displacement signal S2 is input to the channel ch1, ch2 of the analog SW 23, switching of the channel ch1, ch2 is carried out in accordance with a predetermined condition by the switching control signal from the microcomputer 2.

【0080】このようにしてマイコン2aは、アナログSW 23を切り替えながら、A/D変換部3でZ変位信号S1,θ変位信号S2をA/D変換してデータとして取り込む。 [0080] The microcomputer 2a in this manner, while switching the analog SW 23, Z displacement signal S1 in the A / D conversion unit 3, a θ displacement signal S2 A / D converts captured as data. そして、マイコン2aは、記憶部6に予め格納されているZ基準データD6や、θ基準デ−タD7 The microcomputer 2a is and Z reference data D6 previously stored in the storage unit 6, theta reference de - data D7
を読出して、Z変位信号S1やθ変位信号S2をそれぞれの基準値に保つような演算処理(Z制御演算処理)を行い、Z制御データD3を得る。 Read Te, Z displacement signal S1 and θ displacement signal S2 calculation processing so as to keep the respective reference value after (Z control processing) to obtain the Z control data D3.

【0081】マイコン2aはこの得られたZ制御データD3を、ZD/A変換部24に与える。 [0081] The microcomputer 2a has the resulting Z control data D3, gives the ZD / A converter 24. すると、ZD/ Then, ZD /
A変換部24はZ制御データD3をアナログ値に変換してXYZ円筒型圧電体10をZ軸方向に伸縮制御させるZ制御信号S3として出力する。 A converter 24 outputs the XYZ cylindrical piezoelectric body 10 by converting the Z control data D3 into an analog value as a Z control signal S3 for expansion control in the Z axis direction.

【0082】またこのとき、マイコン2aはXY走査と同期させながら、XY走査の情報と共に、ソフトウェアで演算処理して得たZ制御データD3をホストコンピュータ1へ凹凸データとして転送し、ホストコンピュータ1ではこれらのデータをもとに試料12の表面凹凸を画像形成して表示する。 [0082] At this time, while the microcomputer 2a is synchronized with the XY scanning, the information of the XY scanning, transfers Z control data D3 obtained by the arithmetic processing by software to the host computer 1 as unevenness data, the host computer 1 surface roughness of the sample 12 these data based and displays the image formation.

【0083】つぎに、マイコン2aにおける上記Z制御演算処理を図4のフローチャートにより説明する。 [0083] Next, the above Z control calculation process in the microcomputer 2a to the flowchart of FIG.

【0084】初期設定として、Z基準デ−タD6、Zサーボ係数a、θ基準データD8、θサーボ係数bを、記憶部6に格納する(ステップ201〜ステップ20 [0084] As an initial setting, Z reference de - data D6, Z servo coefficients a, theta reference data D8, the theta servo coefficient b, are stored in the storage unit 6 (steps 201 20
4)。 4). 次にアナログSW 23に“01h”(hは16 Next to the analog SW 23 "01h" (h 16
進表記であることを示す記号)を書き込み、アナログS Advances writing symbols) indicating the title, the analog S
W 23のチャネル選択をチャネルch2(θ変位信号S2側)とする。 The channel selection W 23 and channel ch2 (theta displacement signal S2 side).

【0085】この選択により得られたθ変位信号S2をA/D変換部3に入力し、A/D変換する。 [0085] Enter the θ displacement signal S2 obtained by this selection A / D converter 3 converts A / D. このθ変位信号S2をA/D変換して得られたθ変位データD2から、記憶部6に予め格納されたθ基準データD8を引算して、θ偏差データD9´(D9´=D2−D8)を得る(ステップ207)。 The theta displacement signal S2 from A / D converter and theta displacement data D2 obtained, by subtracting the theta reference data D8 which is previously stored in the storage unit 6, theta deviation data D9' (D9' = D2- D8) obtaining (step 207).

【0086】次にこの得られたθ偏差データD9´が零であるか否かを調べる(ステップ208)。 [0086] Then the obtained θ deviation data D9' checks whether a zero (step 208). これはカンチレバー9の捩じれの有無をのチェックである。 This is a check of the presence or absence of a twist of the cantilever 9. ステップ208でのチェックの結果、零でなければカンチレバー9の捩じれを取るための制御であるステップ218へのルーチンに分岐する(ステップ205〜ステップ20 As a result of the check in step 208, the process branches to routine to step 218 which is a control for taking the twist of the cantilever 9 if not zero (step 205 to step 20
8)。 8). もし、θ偏差データD9´が零であったならば、 If θ deviation data D9' was zero,
捩じれがないので、アナログSW 23に“00h”を書き込み、アナログSW 23のチャネル選択をch1 Since the twist is no, write "00h" to the analog SW 23, the channel selection of the analog SW 23 ch1
(Z変位信号S1)とする。 And (Z displacement signal S1). これはZ変位の修正のための処理を行うためである。 This is because for performing a process for the modification Z displacement.

【0087】Z変位の修正ルーチンを実施するため、このアナログSW 23の選択により得られたZ変位信号S1はA/D変換部3に入力してディジタル変換し、Z [0087] To implement the correction routine of Z displacement, Z displacement signal S1 obtained by the selection of the analog SW 23 is digitally converted input to A / D conversion unit 3, Z
偏差データD7(D7=D1−D6)を得る(ステップ209〜ステップ211)。 Deviation data D7 obtain (D7 = D1-D6) (Step 209 to Step 211).

【0088】Z偏差データD7が得られたならば、前回ZD/A変換部24に書き込んだデータD3´を記憶部6から読出してサーボの係数aとZ偏差データD7をかけた数値を引算して新Z制御データD3(D3=D3´ [0088] If Z deviation data D7 is obtained, subtracting the numerical value obtained by multiplying the previous ZD / A conversion unit written data D3' servo coefficients a and Z deviation data D7 reads from the storage unit 6 to 24 to the new Z control data D3 (D3 = D3'
−a×D7)を得る。 -a × D7) obtained. そして、この新Z制御データD3 Then, this new Z control data D3
は記憶部6に書き込み、保存すると共に、ZD/A変換部24に与える。 It is written into the memory unit 6, as well as stored, giving the ZD / A converter 24.

【0089】初期の段階ではZD/A変換部24に与えたデータD3´は無いから、このような場合には記憶部6に書き込まれて保存されている前回の制御データD3 [0089] Since data D3' never gave ZD / A converter 24 at the initial stage, the control of the last time is recorded and stored in the storage unit 6 in such a case the data D3
´は零となる。 'It becomes zero. 2順目以降での処理では前回の制御データD3´が記憶部6に保存されているので、新Z制御データD3を求める際に読出して使用する。 Since the processing in the second round after the last control data D3' is stored in the storage unit 6, use reads in determining the new Z control data D3.

【0090】新Z制御データD3を求めたならば、この求めた新Z制御データD3を記憶部6に格納すると共に、ZD/A変換部24に与える。 [0090] Once determined the new Z control data D3, stores the new Z control data D3 thus determined in the storage section 6, and supplies the ZD / A converter 24. これにより、ZD/ As a result, ZD /
A変換部24は新Z制御データD3対応のアナログ値をZ制御信号S3として出力し、XYZ円筒型圧電体10 A converter 24 outputs the new Z control data D3 corresponding analog value as Z control signal S3, XYZ cylindrical piezoelectric element 10
に与えてZ軸制御する。 It controls the Z-axis is given to the.

【0091】マイコン2aは次にZ制御終了か否かをチェックするが、これは今回の演算においてZ偏差データD7が零になったかにより、また、θ偏差データD9´ [0091] Although checks microcomputer 2a or then Z control end, which is the one in the current calculation Z deviation data D7 becomes zero, also, theta deviation data D9'
が零であるか無いかにより判断する。 There is judged by whether or not there or is zero. その結果、Z制御終了でなければZ制御演算処理プログラムの先頭番地へ戻る(ステップ212〜ステップ217)。 As a result, if the Z control termination Back to the start address of the Z control processing program (step 212 to step 217). そして、再び上述の制御を繰り返す。 Then, again repeated control described above. また、Z制御終了であれば当該処理を終了する。 Further, the process ends if Z control end.

【0092】一方、ステップ208でのチェック結果、 [0092] On the other hand, the check result in step 208,
θ偏差データD9´が零でなかった時は、ステップ21 θ when the deviation data D9' is not a zero, step 21
8なる分岐先に処理を移す。 8 consisting of transferring the branch destination to processing. ステップ218ではθ偏差データD9´が正か負かを判断し、正であればこのθ偏差データD9´にプラス1を掛けて正のデータ値とし、 In step 218 theta deviation data D9' it is determined whether positive or negative, a positive data value by multiplying the plus 1 to the theta deviation data D9' if positive,
また、負であればこのθ偏差データD9´にマイナス1 Also, minus 1 in the θ deviation data D9' if it is negative
を掛けて正のデータ値にした数値をθ偏差絶対値データD9として得る(ステップ219)。 The obtained as a positive deviation of the numerical value to a data value θ absolute value data D9 is multiplied (step 219).

【0093】θ偏差絶対値データD9が得られたならば、前回ZD/A変換部24に与えたZ制御データD3 [0093] If θ deviation absolute value data D9 is obtained, Z control data D3 applied to the previous ZD / A converter 24
を記憶部6から読出し、このZ制御データD3からθサーボの係数bとθ偏差絶対値データD9を掛けた数値を引算して、新Z制御データD3(D3=D3´−b×D From the storage unit 6 reads the numerical value obtained by multiplying the Z control data coefficients from D3 theta servo b and theta deviation absolute value data D9 by subtracting the new Z control data D3 (D3 = D3'-b × D
9)を得る(ステップ221〜ステップ223)。 9) obtaining (step 221 to step 223).

【0094】このようにして得られた新Z制御データD [0094] The new Z control data D obtained in this way
3は記憶部6に格納すると共に、ZD/A変換部24へ与え、Z制御信号S3を更新する(ステップ224,ステップ225)。 3 stores in the storage unit 6 gives the ZD / A converter 24, and updates the Z control signal S3 (step 224, step 225).

【0095】次にZ制御が終了であるか否かをチェックし、Z制御終了でなければ、Z制御演算処理プログラムの先頭番地へ戻る(ステップ217)。 [0095] then checks whether Z control is finished, if not Z control ends and returns to the start address of the Z control processing program (step 217). そして、再び上述の制御を繰り返す。 Then, again repeated control described above. また、Z制御終了であれば当該処理を終了する。 Further, the process ends if Z control end. ステップ218のルーチンに分岐して処理を進めている場合はθ偏差データD9´は零でないから、当然Z制御は終了でないから、Z制御演算処理プログラムの先頭番地へ戻る(ステップ217)。 Do not deviation data D9' is zero θ If branched and the routine of Step 218 is the processing proceeds, of course Z control because not the end, returns to the start address of the Z control processing program (step 217). そして、 And,
上述の処理を繰り返す。 Repeat the above process.

【0096】上述したZ制御をソフトウェアにて実現したマイコン2aにより、通常はZ変位信号S1を基準値に近付けるように、XYZ円筒型圧電体10をZ軸方向に伸縮制御させ、カンチレバー9が捩じれてθ偏差が生じたとき(θ偏差信号S9が零でなくなった場合)だけ、カンチレバー9の捩じれを戻すように(θ偏差を零に近付けるように)、XYZ円筒型圧電体10をZ軸方向に縮むように制御させる結果、カンチレバー9が捩じれないように、しかも、試料12と探針9aの先端との間の距離が正規の状態で、一定値となるように試料台1 [0096] The microcomputer 2a which realized by software Z control described above, as typically closer to the reference value Z displacement signal S1, the XYZ cylindrical piezoelectric body 10 expands and contracts control in the Z axis direction, the cantilever 9 is twisted when theta deviation Te is caused by (theta if the deviation signal S9 is no longer zero), (as close to zero theta deviation) as return twist of the cantilever 9, Z-axis direction XYZ cylindrical piezoelectric body 10 controlled to result as shrink, as the cantilever 9 is not twisted, moreover, the distance is a regular state between the tip of the sample 12 and the probe 9a, the sample stage so that the constant value 1
1の高さが制御される。 First height is controlled.

【0097】マイコン2からホストコンピュータ1へは、新Z制御データD3を凹凸デ−タとして転送するので、ホストコンピュータ1はこれをもとに、試料12の表面凹凸を画像形成して表示することから、精度の良い表面凹凸像を再現できる。 [0097] From the microcomputer 2 to the host computer 1, the new Z control data D3 unevenness de - so transferred as data, the host computer 1 based on this, to display the surface roughness of the sample 12 imaged by from can reproduce an accurate surface topographic image.

【0098】なお、本発明は上述した実施例に限定することなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施し得るものであり、例えば、第2実施例ではマイコンを使用した例を示したがマイコンの代わりにディジタルシグナルプロセッサ(DSP)を用いても同様の効果をあげることができる。 [0098] The present invention is not limited to the embodiments described above, which may be carried out appropriately modified within a range not changing the gist thereof, for example, an example of using the microcomputer in the second embodiment indicated may be mentioned the same effect even by using a digital signal processor (DSP) instead of the microcomputer. また、上記実施例ではいずれも試料を載置する側に微動位置調整装置としてのXYZ円筒型圧電体を設けて、試料をZ軸方向に制御するようにしたが、Z軸方向に対しては試料は定位置とし、カンチレバーをZ軸方向に移動させる方式としても良い。 In the above embodiment provided with the XYZ cylindrical piezoelectric member as fine movement positioning apparatus to the side for mounting a sample either, but the sample was to control the Z-axis direction, with respect to the Z-axis direction the samples were a constant position may be a method of moving the cantilever in the Z axis direction. また、XY走査についても、試料側を固定とし、カンチレバー側を走査する方式にすることも可能である。 As for the XY scanning, the sample side is fixed and can be a method in which a scanning cantilever side.

【0099】以上、説明したように第1および第2実施例は、探針を植立したカンチレバーを用い、その探針を試料の表面に近接させて走査することにより、探針と試料との間に働く物理的な作用力によるカンチレバーの変位を検出して探針と試料との間の距離を所定値に保つように制御すると共に、この制御量に基づいて上記試料表面の凹凸像を再現するようにした走査型プローブ顕微鏡において、カンチレバーの支持方向と同じ方向に試料をX走査しながら、通常はカンチレバーのZ変位信号(探針軸方向の変位信号)に応じてカンチレバーまたは試料のZ方向位置制御をしており、捩じれ変位が生じた際のみ、自動的に捩じれ信号に応じてZ方向位置制御するように切り替えるものである。 [0099] above, the first and second embodiment as described uses a cantilever erected the probe by scanning the probe in close proximity to the surface of the sample, the probe and the sample by detecting displacement of the cantilever due to physical action force the distance between the probe and the sample controls so as to keep a predetermined value exerted between, reproduce the topographic image of the sample surface based on the control amount in scanning probe microscope so as to, while X scanning the sample in the same direction as the support direction of the cantilever, typically the Z-direction of the cantilever or the sample in accordance with the cantilever of the Z displacement signal (displacement signal of the probe axis direction) and a position control, when the torsional displacement occurs only one in which switching to control the Z-direction position in accordance with automatically twisted signal.

【0100】この装置によれば、その先端の探針が非常に尖っているカンチレバーで急峻な突起がある試料を測定しても、カンチレバーの捩じれが生じないようにZ方向位置制御をすることが可能となり、これによってZ方向位置制御量は探針と試料表面との距離が正規の状態で正しく一定値になるような値となるので、当該制御量に基づいて試料凹凸像を再現するにあたり、高精度な試料凹凸像を得ることができるようになる。 [0100] According to this apparatus, that the probe of the tip even when measuring a sample in which there is a sharp protrusion in are very sharp cantilever, the Z-direction position control as twisting of the cantilever does not occur possible and will, since thereby the Z direction position control amount is a value, such as the distance between the probe and the sample surface is properly fixed value in the normal state, when reproducing the specimen topographic image on the basis of the control amount, it is possible to obtain a highly accurate sample topographic image.

【0101】従って、先端が非常に尖っているような探針を有するカンチレバーを用いた場合においても、カンチレバーの捩じれの発生を抑制できるから、試料表面の凹凸を精度良く再現できるようになる。 [0102] Therefore, in the case of using a cantilever having a probe as the tip is very sharp also because the occurrence of twisting of the cantilever can be suppressed, so that the unevenness of the sample surface can be accurately reproduced.

【0102】 [0102]

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれば、その先端の探針が非常に尖っているカンチレバーで、急峻な突起がある試料を測定しても、カンチレバーの捩じれが生じないようにZ軸制御することが可能であり、従って、高精度な試料凹凸像が得られる走査型プローブ顕微鏡を提供できる。 As described above in detail, according to the present invention, in the cantilever probe of the tip is very sharp, even when measuring a sample in which there is a sharp projections, torsion of the cantilever does not occur in can be controlled Z-axis, therefore, possible to provide a scanning probe microscope accurate sample topographic image can be obtained as.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の第1実施例における駆動回路の全体構成を示すブロック図。 Block diagram illustrating the overall configuration of a driving circuit in the first embodiment of the present invention; FIG.

【図2】図1におけるZ制御部4の回路構成をブロック図。 2 is a block diagram of the circuit configuration of the Z control unit 4 in FIG. 1.

【図3】本発明の第2実施例における駆動回路の全体構成を示すブロック図。 Block diagram illustrating the overall configuration of a driving circuit in the second embodiment of the present invention; FIG.

【図4】図3の第2実施例において使用するマイコン2 [4] Microcomputer used in the second embodiment of FIG 2
のZ制御プログラムのフローチャート。 Flowchart of Z control program.

【図5】カンチレバーによる顕微鏡走査部の概要を示す図。 5 is a diagram showing an outline of a microscope scanning unit according to the cantilever.

【図6】カンチレバー先端のZ変位と、捩じれ変位(θ [6] and Z displacements of the cantilever tip, torsional displacement (theta
変位)を検出する機構を示す概略図。 Schematic diagram illustrating a mechanism for detecting the displacement).

【図7】探針による試料表面の走査と、探針およびカンチレバーの姿勢を説明するための図。 [7] and scanning the sample surface by the probe, diagram for explaining the posture of the probe and the cantilever.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1…ホストコンピュータ 2,2a…マイクロコンピュータ(マイコン) 3…A/D変換部 4…Z制御部 5…XY走査部 6…記憶部 7…カンチレバーZ変位検出部 7a…Z変位検出用の光源(Z変位LD) 8…カンチレバーθ変位検出部 8a…θ変位検出用の光源(θ変位LD) 9…カンチレバー 9a…探針 10…XYZ円筒型圧電体 10a…微動位置調整装置 12…試料 13,14…差動回路 17…アナログスイッチ(アナログSW) 18…比較器 101,102…光路 103〜106…受光面 S1…Z変位信号 S2…θ変位信号。 1 ... host computer 2, 2a ... microcomputer (microcomputer) 3 ... A / D conversion unit 4 ... Z controller 5 ... XY scanning unit 6 ... storage unit 7 ... cantilever Z displacement detector 7a ... Z displacement detection light source ( Z displacement LD) 8 ... cantilever theta displacement detector 8a ... theta displacement detection light source (theta displacement LD) 9 ... cantilever 9a ... probe 10 ... XYZ cylindrical piezoelectric body 10a ... fine movement positioning apparatus 12 ... sample 13, 14 ... differential circuit 17 ... analog switch (analog SW) 18 ... comparator 101 ... optical path 103-106 ... receiving surface S1 ... Z displacement signal S2 ... theta displacement signal.

Claims (1)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 探針を植立したカンチレバーを用い、その探針を試料の表面に近接させて走査することにより、 1. A probe with a cantilever erected and by scanning the probe in close proximity to the surface of the sample,
    探針と試料との間に働く物理的な作用力によるカンチレバーの変位を検出して探針と試料との間の距離を所定値に保つように制御すると共に、この制御量に基づいて上記試料表面の凹凸像を再現するようにした走査型プローブ顕微鏡において、 上記カンチレバーの先端の上記探針軸方向であるZ方向の変位を検出してZ変位信号を出力する手段と、 上記カンチレバーの先端の捩じれを検出し、その捩じれ量対応の捩じれ信号を出力する手段と、 上記Z変位信号と上記捩じれ信号のうち、一方の信号を選択して出力する信号選択手段と、 捩じれが生じないときはZ変位信号を選択するように、 Controls the distance so as to keep a predetermined value between the physical action force detecting the displacement of the cantilever due to the probe and the sample acting between the probe and the sample, the sample on the basis of the control amount in scanning probe microscope so as to reproduce the topographic image of the surface, and means for outputting the Z displacement signal by detecting the displacement in the Z direction which is the probe axis direction of the distal end of the cantilever, the cantilever tip of twist detecting and means for outputting the twisting amount corresponding torsional signal, among the Z displacement signal and the torsion signal and a signal selecting means for selecting and outputting one of the signals, when the twist does not occur Z so as to select the displacement signal,
    捩じれが生じたときには捩じれ信号を選択するように上記信号選択手段の選択を指示する指示手段と、 上記信号選択手段で選択されたZ変位信号または捩じれ信号を受け、その信号に対するそれぞれの予め定められた基準値との偏差に応じた制御量を求める手段と、 この制御量対応に試料またはカンチレバーをZ方向に移動させるZ方向微動手段と、を具備したことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 Twist and instruction means for instructing the selection of the signal selecting means to select the signal twist when you encounter receives the Z displacement signal or twisted signal selected by the signal selecting means, each predetermined for the signal means for determining a control amount corresponding to the deviation of the reference value, scanning probe microscope, characterized in that the sample or the cantilever in the control amount corresponding equipped with Z-direction fine-movement means for moving in the Z direction.
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