JPH08201403A - Scanning type prove microscope - Google Patents

Scanning type prove microscope

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JPH08201403A
JPH08201403A JP1247395A JP1247395A JPH08201403A JP H08201403 A JPH08201403 A JP H08201403A JP 1247395 A JP1247395 A JP 1247395A JP 1247395 A JP1247395 A JP 1247395A JP H08201403 A JPH08201403 A JP H08201403A
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displacement
scanning
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sample surface
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裕史 宮本
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Abstract

PURPOSE: To measure the surface information of a sample when the voltage applied across a piezoelectric body or scanning time reaches measuring point displacement information stored on an information table by performing measurement scanning after preliminary scanning so as to measure the surface information of the sample with high resolution and high accuracy without being affected by the environment nor lowering the scanning speed. CONSTITUTION: A microcomputer 23 incorporated with a timer 22 controls an XYZ cylindrical piezoelectric body 27 through a Z-control section 24, X- scanning D/A converter 25, and Y-scanning D/A converter 26. An X-displacement sensor 33 and Y-displacement sensor 34 housed in a barrel 32 at the lower end of the piezoelectric body 27 detect the moving amount of a sample stage 28 in a two-dimensional direction and send the moving amount to the microcomputer 23 through an X-displacement A/D converter 35 and Y-displacement A/D converter 36. The microcomputer 23 stores the X- and Y-voltages applied across the piezoelectric body 27 on an X-displacement information table 37 and Y- displacement information table 38 as the displacement information of measuring points X and Y.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は走査型プローブ顕微鏡
に関し、より詳細には、試料表面をプローブで二次元走
査したときの試料、プローブ間の相互作用を検出して試
料の表面情報を取得する走査型プローブ顕微鏡に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope, and more specifically, it detects the interaction between a sample and a probe when the sample surface is two-dimensionally scanned by the probe to acquire surface information of the sample. The present invention relates to a scanning probe microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般の走査型プローブ顕微鏡(以下、S
PMと称する)は、例えば図11及び図12に示される
ように構成されている。図11及び図12に於いて、ホ
ストコンピュータ1が接続されたマイクロコンピュータ
2には、Z制御部3が接続されると共に、X走査D/A
変換器4及びY走査D/A変換器5を介してXフィード
バック駆動回路6及びYフィードバック駆動回路7が接
続されている。また、Z制御部3、Xフィードバック駆
動回路6及びYフィードバック駆動回路7が接続される
XYZ駆動用圧電体8上に設けられた試料台9には、試
料10が載置されるようになっている。
2. Description of the Related Art A general scanning probe microscope (hereinafter referred to as S
(Referred to as PM) is configured as shown in FIGS. 11 and 12, for example. 11 and 12, the Z control unit 3 is connected to the microcomputer 2 to which the host computer 1 is connected, and the X scan D / A
The X feedback drive circuit 6 and the Y feedback drive circuit 7 are connected via the converter 4 and the Y scan D / A converter 5. Further, the sample 10 is placed on the sample table 9 provided on the XYZ driving piezoelectric body 8 to which the Z control unit 3, the X feedback driving circuit 6, and the Y feedback driving circuit 7 are connected. There is.

【0003】上記Z制御部3には探針変位検出部11が
接続されており、更にその先端にカンチレバー(探針)
12が設けられている。尚、上記XYZ駆動用圧電体8
は、鏡体13内に設けられたX変位センサ14及びY変
位センサ15により動作される。
A probe displacement detector 11 is connected to the Z controller 3, and a cantilever (probe) is attached to the tip of the probe displacement detector 11.
12 are provided. The XYZ driving piezoelectric body 8 is used.
Is operated by an X displacement sensor 14 and a Y displacement sensor 15 provided in the mirror body 13.

【0004】このような構成に於いて、圧電体8、すな
わち試料台9のX方向変位(X方向移動量)及びY方向
変位(Y方向移動量)が、X,Y変位センサ14及び1
5により検出される。これらの変位信号ds6及びds
8が、X,Yフィードバック駆動回路6及び7の一方の
入力端子に入力される。また、マイクロコンピュータ2
からの要求により、X走査データD3、Y走査データD
4がX,Y走査D/A変換器4及び5により変換された
X走査信号ds3、Y走査信号ds4が、それぞれX,
Yフィードバック駆動回路6及び7の他方の入力端子に
入力される。
In such a structure, the X-direction displacement (X-direction movement amount) and the Y-direction displacement (Y-direction movement amount) of the piezoelectric body 8, that is, the sample table 9, are detected by the X and Y displacement sensors 14 and 1.
Detected by 5. These displacement signals ds6 and ds
8 is input to one input terminal of each of the X, Y feedback drive circuits 6 and 7. In addition, the microcomputer 2
X scan data D3, Y scan data D
4 is an X scanning signal ds3 and a Y scanning signal ds4 converted by the X and Y scanning D / A converters 4 and 5, respectively.
It is input to the other input terminals of the Y feedback drive circuits 6 and 7.

【0005】すると、X,Yフィードバック駆動回路6
及び7内に於いて、圧電体8の変位信号ds6及びds
8と走査信号ds3及びds4とが、直線性を保つよう
にフィードバック制御される。これによって、図13に
示されるような、圧電体8の印加電圧と、変位のヒステ
リシス特性により生じていた試料表面情報画像の歪みを
解消し、直線性の高い画像がホストコンピュータ1に於
いて得られる。
Then, the X, Y feedback drive circuit 6
In and 7, the displacement signals ds6 and ds of the piezoelectric body 8
8 and the scanning signals ds3 and ds4 are feedback-controlled so as to maintain linearity. As a result, the distortion of the sample surface information image caused by the applied voltage to the piezoelectric body 8 and the hysteresis characteristic of the displacement as shown in FIG. 13 is eliminated, and a highly linear image is obtained in the host computer 1. To be

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の走査型プローブ顕微鏡では、圧電体8の変位分解
能が0.01nm程度であり、この分解能よりもX,Y
変位センサ14、15の変位検出分解能が数nm程度と
大きく劣っている。そのため、X,Yフィードバック駆
動回路6及び7の動作時にX,Y変位センサ14、15
のノイズによって圧電体8が微小に振動して、カンチレ
バー12の先端と試料10の表面を損傷させる原因とな
っていた。加えて、外部環境によってヒステリシスカー
ブが異なることも、ノイズの低減を図るうえでの障害と
なっていた。
However, in such a conventional scanning probe microscope, the displacement resolution of the piezoelectric body 8 is about 0.01 nm, and X, Y is higher than this resolution.
The displacement detection resolution of the displacement sensors 14 and 15 is inferior to several nm. Therefore, when the X, Y feedback drive circuits 6 and 7 operate, the X, Y displacement sensors 14, 15
This noise causes the piezoelectric body 8 to vibrate slightly and damage the tip of the cantilever 12 and the surface of the sample 10. In addition, the fact that the hysteresis curve differs depending on the external environment has also been an obstacle to noise reduction.

【0007】また、試料10の表面情報を画像化した際
に、分解能がX,Y変位センサ14、15の分解能程度
まで低下してしまうという問題が生じる。更に、X,Y
フィードバック駆動回路6及び7を設けてフィードバッ
ク制御することによって、応答が遅くなるため、走査速
度を遅くしなければならないという問題も生ずる。
Further, when the surface information of the sample 10 is imaged, the resolution is lowered to the resolution of the X, Y displacement sensors 14, 15. Furthermore, X, Y
By providing the feedback drive circuits 6 and 7 and performing feedback control, the response becomes slower, which causes a problem that the scanning speed must be slowed down.

【0008】この発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、圧電体の変位と電圧ヒステリシス特性の影響を受け
ず、走査速度を低下させることなく、高分解能で且つ直
線性の高い高精度な試料表面情報測定が可能な走査型プ
ローブ顕微鏡を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and is not affected by the displacement of the piezoelectric body and the voltage hysteresis characteristic, does not decrease the scanning speed, and has high resolution and high linearity and high accuracy. An object is to provide a scanning probe microscope capable of measuring surface information.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、プ
ローブ若しくは試料を走査させる圧電体と、この圧電体
をXYZ方向の少なくとも一方向に変形させる駆動手段
と、上記圧電体のXYZ方向の少なくとも一方向の変位
を検出する変位検出手段と、試料表面情報を測定すべき
点の圧電体の測定点変位情報を格納する情報格納手段
と、上記試料表面情報を測定する前の予備走査時に、上
記情報格納手段に上記試料表面情報の測定点変位情報を
予め格納させるテーブル作成手段と、上記試料表面情報
を測定する測定走査時に、上記情報格納手段に格納され
た測定点変位情報に基いた測定点に於いて該試料表面情
報を測定する測定手段とを具備することを特徴とする。
That is, the present invention provides a piezoelectric body for scanning a probe or a sample, a driving means for deforming the piezoelectric body in at least one of the XYZ directions, and at least one of the piezoelectric bodies in the XYZ directions. Displacement detection means for detecting displacement in the direction, information storage means for storing displacement information of the measurement point of the piezoelectric body at the point where sample surface information is to be measured, and during the preliminary scanning before measuring the sample surface information, the above information Table creating means for pre-storing the measurement point displacement information of the sample surface information in the storage means, and a measurement point based on the measurement point displacement information stored in the information storage means during measurement scanning for measuring the sample surface information. And a measuring means for measuring the sample surface information.

【0010】[0010]

【作用】この発明の走査型プローブ顕微鏡では、予備走
査を行い、試料表面情報を測定する点数より高分解能に
圧電体を電圧駆動しながら、変位検出手段から変位を検
出し続け、検出されている変位が、予め設定されている
測定点の変位に達したか否かを検出する。変位が測定点
に達した点毎に、圧電体印加電圧若しくは走査時間を測
定点変位情報として情報テーブルに格納していく。予備
走査終了後、測定走査を行い、圧電体印加電圧若しくは
走査時間が情報テーブルに格納された測定点変位情報に
達した点で試料表面情報を測定し、画像化していく。上
記測定によって、走査速度を遅くすることなしに、直線
性の高い画像が得られる。
In the scanning probe microscope of the present invention, preliminary scanning is performed, and the displacement is continuously detected by the displacement detecting means while voltage-driving the piezoelectric body at a resolution higher than the number of points at which sample surface information is measured. It is detected whether or not the displacement has reached the displacement of a preset measurement point. Each time the displacement reaches the measurement point, the piezoelectric body applied voltage or the scanning time is stored in the information table as the measurement point displacement information. After the completion of the preliminary scanning, measurement scanning is performed, and the sample surface information is measured and imaged when the piezoelectric applied voltage or the scanning time reaches the measurement point displacement information stored in the information table. By the above measurement, a highly linear image can be obtained without slowing down the scanning speed.

【0011】更に、上記情報テーブルを作成する際、圧
電体印加電圧若しくは走査時間等の測定点変位情報を補
間してテーブルを作成することによって、変位検出手段
の変位分解能を上回る分解能で試料表面情報を測定する
ことが可能となる。したがって、走査速度を遅くするこ
となしに、高分解能で且つ直線性の高い画像が得られ
る。
Further, when the information table is created, the table surface is created by interpolating the measurement point displacement information such as the voltage applied to the piezoelectric body or the scanning time, so that the sample surface information can be obtained with a resolution higher than the displacement resolution of the displacement detecting means. Can be measured. Therefore, an image with high resolution and high linearity can be obtained without slowing down the scanning speed.

【0012】また、各ライン測定走査時に、情報テーブ
ルに格納された測定点変位情報に基いて試料表面情報を
測定しながら、予備走査時に行った情報テーブル作成を
次ライン測定走査のために作成することで、走査速度を
遅くすることなしに、よりドリフトの少ない高分解能で
且つ直線性の高い画像が得られる。
Further, at the time of each line measurement scan, while the sample surface information is measured based on the measurement point displacement information stored in the information table, the information table created at the preliminary scan is created for the next line measurement scan. As a result, an image with high resolution and high linearity with less drift can be obtained without slowing down the scanning speed.

【0013】[0013]

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。初めに、図1乃至図7を参照して、この発明の
第1の実施例を説明する。図1は、この発明による走査
型プローブ顕微鏡の構成を示したブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a scanning probe microscope according to the present invention.

【0014】図1に於いて、ホストコンピュータ21
は、試料29の凹凸を画像表示するためのもので、タイ
マ22を内蔵するマイクロコンピュータ23に接続され
ている。このホストコンピュータ23には、Z制御部2
4、X走査D/A変換器25、Y走査D/A変換器26
が接続されている。
In FIG. 1, the host computer 21
Is for displaying the unevenness of the sample 29 as an image, and is connected to a microcomputer 23 containing a timer 22. The host computer 23 includes a Z control unit 2
4, X scan D / A converter 25, Y scan D / A converter 26
Is connected.

【0015】また、Z制御部24、X走査D/A変換器
25及びY走査D/A変換器26が接続されるXYZ駆
動用円筒型圧電体27上に設けられた試料台28には、
試料29が載置されるようになっている。上記Z制御部
24には、また、探針変位検出部30が接続されてお
り、更にその先端にカンチレバー(探針)31が設けら
れている。
Further, the sample stage 28 provided on the XYZ driving cylindrical piezoelectric body 27 to which the Z control section 24, the X scan D / A converter 25 and the Y scan D / A converter 26 are connected,
The sample 29 is placed. A probe displacement detection unit 30 is also connected to the Z control unit 24, and a cantilever (probe) 31 is provided at the tip thereof.

【0016】上記XYZ駆動用円筒型圧電体12は、そ
の下端が鏡体32に固定されており、その上端に上記試
料台28が設置されている。上記鏡体32内には、試料
台28の2次元方向の移動量を検出するX変位センサ3
3及びY変位センサ34が設けられている。
The lower end of the XYZ driving cylindrical piezoelectric body 12 is fixed to a mirror body 32, and the sample stand 28 is installed on the upper end thereof. Inside the mirror body 32, an X displacement sensor 3 for detecting the amount of movement of the sample table 28 in the two-dimensional direction.
3 and Y displacement sensors 34 are provided.

【0017】上記マイクロコンピュータ23には、上記
X変位センサ33及びY変位センサ34からの変位信号
を受けるX変位A/D変換器35及びY変位A/D変換
器36と、圧電体X印加電圧を測定点X変位情報として
格納するX変位情報テーブル37と、圧電体Y印加電圧
を測定点Y変位情報として格納するY変位情報テーブル
38が接続されている。
The microcomputer 23 includes an X displacement A / D converter 35 and a Y displacement A / D converter 36 which receive displacement signals from the X displacement sensor 33 and the Y displacement sensor 34, and a piezoelectric X applied voltage. Is connected as the measurement point X displacement information, and the Y displacement information table 38 for storing the piezoelectric body Y applied voltage as the measurement point Y displacement information is connected.

【0018】このような構成に於いて、上記探針変位検
出部30は、周知の光てこ法によってカンチレバー31
の変位を検出し、変位信号S1をZ制御部24へ出力す
る。このZ制御部24は、カンチレバー31の変位を一
定に保つようにフィードバック制御し、圧電体27をZ
方向に伸縮させるZ制御信号S2を出力すると共に、マ
イクロコンピュータ23からの要求に応じてZ制御デー
タD2、つまり試料凹凸情報をマイクロコンピュータ2
3に出力する。
In such a structure, the probe displacement detecting section 30 has the cantilever 31 by the well-known optical lever method.
The displacement signal S1 is detected and the displacement signal S1 is output to the Z control unit 24. The Z control unit 24 performs feedback control so as to keep the displacement of the cantilever 31 constant, and controls the piezoelectric body 27 to Z.
The Z control signal S2 for expanding and contracting in the direction is output, and the Z control data D2, that is, the sample unevenness information, is sent to the microcomputer 2 in response to a request from the microcomputer 23.
Output to 3.

【0019】ホストコンピュータ21は、マイクロコン
ピュータ23から転送された測定データD1を格納し、
画像形成する。X走査D/A変換器25は、マイクロコ
ンピュータ23から出力されたX走査データD3をD/
A変換し、X走査信号S3として圧電体27へ出力す
る。同様に、Y走査D/A変換器26は、マイクロコン
ピュータ23から出力されたY走査データD4をD/A
変換し、Y走査信号S4として圧電体27へ出力する。
The host computer 21 stores the measurement data D1 transferred from the microcomputer 23,
Form an image. The X-scan D / A converter 25 converts the X-scan data D3 output from the microcomputer 23 into D / A.
It is A-converted and output to the piezoelectric body 27 as an X scanning signal S3. Similarly, the Y scan D / A converter 26 converts the Y scan data D4 output from the microcomputer 23 into D / A.
It is converted and output to the piezoelectric body 27 as the Y scanning signal S4.

【0020】X変位A/D変換器35では、X変位セン
サ33で検出したX変位信号S6を、マイクロコンピュ
ータ23からの要求に応じてA/D変換し、X変位デー
タD5としてマイクロコンピュータ23に出力する。Y
変位A/D変換器36では、Y変位センサ34で検出し
たY変位信号S8を、マイクロコンピュータ23からの
要求に応じてA/D変換し、Y変位データD6としてマ
イクロコンピュータ23に出力する。
In the X-displacement A / D converter 35, the X-displacement signal S6 detected by the X-displacement sensor 33 is A / D-converted in response to a request from the microcomputer 23, and is sent to the microcomputer 23 as X-displacement data D5. Output. Y
The displacement A / D converter 36 A / D converts the Y displacement signal S8 detected by the Y displacement sensor 34 in response to a request from the microcomputer 23, and outputs it as Y displacement data D6 to the microcomputer 23.

【0021】図2は、この発明の走査型プローブ顕微鏡
に於いて、変位情報テーブル作成のための予備走査、試
料表面の測定走査時の試料29とカンチレバー31先端
の位置関係を示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing the positional relationship between the sample 29 and the tip of the cantilever 31 during preliminary scanning for creating a displacement information table and measuring scanning of the sample surface in the scanning probe microscope of the present invention. .

【0022】次に、図3のフローチャート及び図4のタ
イミングチャートを参照して、X予備走査によるX変位
情報テーブル作成シーケンスを説明する。尚、同実施例
に於いて、測定点数は256点としている。
Next, with reference to the flow chart of FIG. 3 and the timing chart of FIG. 4, an X displacement information table creation sequence by X preliminary scanning will be described. In the example, the number of measurement points is 256.

【0023】初めに、フローチャート内のX目標レジス
タについて説明する。X目標レジスタは、各測定点に対
応するX変位データであり、各測定点に於ける変位情報
(X印加電圧)が得られる毎に、次の測定点に対応する
X変位データに更新される。
First, the X target register in the flowchart will be described. The X target register is X displacement data corresponding to each measurement point, and is updated with X displacement data corresponding to the next measurement point each time displacement information (X applied voltage) at each measurement point is obtained. .

【0024】X変位測定点数レジスタは、X走査時に試
料表面情報を測定すべき点の数をカウントし、各測定点
に於けるX変位に応じた変位情報(X印加電圧)が得ら
れる毎に0から256までインクリメントされる。
The X displacement measurement point number register counts the number of points at which the sample surface information should be measured during X scanning, and each time displacement information (X applied voltage) corresponding to the X displacement at each measurement point is obtained. Incremented from 0 to 256.

【0025】試料29のX予備走査は、圧電体27の2
次元走査が第1走査ライン先頭点(図2の走査原点)に
ある状態で開始される。そして、図5(a)に示される
ような、Xテーブルポインタには“0”が初期設定され
る(ステップS1)。X目標レジスタには、最初の測定
点のX走査位置に相当するX変位値Δx0が設定される
(ステップS2)。
The X pre-scanning of the sample 29 is performed by the 2
The dimensional scanning is started in the state in which it is at the leading point of the first scanning line (the scanning origin in FIG. 2). Then, "0" is initialized to the X table pointer as shown in FIG. 5A (step S1). The X displacement value Δx0 corresponding to the X scanning position of the first measurement point is set in the X target register (step S2).

【0026】X走査データD3がインクリメントされる
と、X走査D/A変換器25から出力されるX走査信号
S3の電圧が上昇される(ステップS3)。次いで、X
変位信号がA/D変換され(ステップS4)、これによ
り得られたX変位データD5と、X目標レジスタのX変
位値Δx0とが比較される(ステップS5)。
When the X scan data D3 is incremented, the voltage of the X scan signal S3 output from the X scan D / A converter 25 is increased (step S3). Then X
The displacement signal is A / D converted (step S4), and the X displacement data D5 obtained thereby is compared with the X displacement value Δx0 of the X target register (step S5).

【0027】ここで、X変位データD5がX変位値Δx
0に達していない場合は、X走査データD3のインクリ
メントが繰返され、X走査信号の電圧が上昇される(ス
テップS3〜S5の繰返し)。一方、X変位データD5
がX変位値Δx0に達している場合は、測定点に達した
ことになるので、X走査データD3データ(つまり、X
印加電圧データVx0)がX変位情報テーブルのテーブ
ルポインタの指示するアドレス(この場合は先頭)に格
納される(ステップS6)。
Here, the X displacement data D5 is the X displacement value Δx.
If it has not reached 0, the increment of the X scan data D3 is repeated and the voltage of the X scan signal is increased (repeating steps S3 to S5). On the other hand, X displacement data D5
If the X displacement value Δx0 has been reached, it means that the measurement point has been reached, so the X scan data D3 data (that is, X
The applied voltage data Vx0) is stored in the address (in this case, the head) designated by the table pointer of the X displacement information table (step S6).

【0028】次いで、Xテーブルポインタがインクリメ
ントされて(ステップS7)、Xテーブルポインタが2
56か否かが比較される(ステップS8)。256でな
ければ、X目標レジスタに次の測定点のX走査位置に相
当するX変位値Δx1が設定される(ステップS2)。
それ以降、上記ステップS2〜S8のシーケンスが繰返
されて、X変位情報テーブルが作成される。
Next, the X table pointer is incremented (step S7), and the X table pointer becomes 2.
Whether or not it is 56 is compared (step S8). If it is not 256, the X displacement value Δx1 corresponding to the X scanning position of the next measurement point is set in the X target register (step S2).
After that, the sequence of steps S2 to S8 is repeated to create the X displacement information table.

【0029】上記ステップS8にて、Xテーブルポイン
タが256に達したならば、X走査データD3がデクリ
メントされ、X走査データD3がX変位情報テーブル先
頭値のVx0以下になるまで、X走査D/A変換器25
から出力するX走査信号S3の電圧が下げられる(ステ
ップS9、S10)。つまり、走査原点に達するまでS
走査されて、X予備走査が終了する。
When the X table pointer reaches 256 in step S8, the X scan data D3 is decremented and the X scan data D3 is decremented until the X scan data D3 becomes equal to or less than Vx0 which is the top value of the X displacement information table. A converter 25
The voltage of the X-scanning signal S3 output from is reduced (steps S9 and S10). In other words, until the scanning origin is reached, S
After the scanning, the X preliminary scanning is completed.

【0030】以上のシーケンスによって作成されたX変
位テーブルを利用した試料表面情報の1ライン測定走査
が、図6に示される。次に、図6のフローチャートを参
照して、1ライン測定走査の処理動作を説明する。
FIG. 6 shows a one-line measurement scan of the sample surface information using the X displacement table created by the above sequence. Next, the processing operation of the one-line measurement scan will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0031】試料29の測定走査は、圧電体27の2次
元走査が第1走査ライン先頭点(図2の走査原点)にあ
る状態で開始される。そして、先ず、Xテーブルポイン
タに“0”が初期設定される(ステップS11)。次い
で、X走査データD3がインクリメントされて、X走査
D/A変換器25から出力されるX走査信号S3の電圧
が上昇される(ステップS12)。
The measurement scan of the sample 29 is started in the state where the two-dimensional scan of the piezoelectric body 27 is at the head point of the first scan line (scan origin in FIG. 2). Then, first, "0" is initialized to the X table pointer (step S11). Next, the X scan data D3 is incremented, and the voltage of the X scan signal S3 output from the X scan D / A converter 25 is increased (step S12).

【0032】X変位情報テーブルからXテーブルポイン
タに指示されたX変位情報(X印加電圧データVx)が
読み出されて(ステップS13)、X走査データD3と
比較される(ステップS14)。
The X displacement information (X applied voltage data Vx) designated by the X table pointer is read from the X displacement information table (step S13) and compared with the X scan data D3 (step S14).

【0033】ここで、X走査データD3がX変位情報
(X印加電圧データVx)に達していない場合は、X走
査データD3のインクリメントが繰返されてX走査信号
の電圧が上昇される。すなわち、上記ステップS12〜
S14が繰返される。一方、X走査データD3がX変位
情報(X印加電圧データVx)に達している場合は、測
定点に達したことになるので、試料表面情報(この場合
は、Z凹凸データD2)が検出されて、ホストコンピュ
ータ21へ転送されて画像化される(ステップS1
5)。
When the X scan data D3 has not reached the X displacement information (X applied voltage data Vx), the X scan data D3 is repeatedly incremented and the voltage of the X scan signal is increased. That is, the above steps S12-
S14 is repeated. On the other hand, when the X scanning data D3 has reached the X displacement information (X applied voltage data Vx), it means that the measurement point has been reached, and therefore the sample surface information (Z unevenness data D2 in this case) is detected. And is transferred to the host computer 21 to be imaged (step S1).
5).

【0034】そして、Xテーブルポインタがインクリメ
ントされた後(ステップS16)、Xテーブルポインタ
の値が256か否かが比較される(ステップS17)。
ここで、Xテーブルポインタの値が256でなければ上
記ステップS12〜17のシーケンスが繰返される。一
方、256に達したならば、Xテーブルポインタに
“0”が設定されたる(ステップS18)。
After the X table pointer is incremented (step S16), it is compared whether or not the value of the X table pointer is 256 (step S17).
Here, if the value of the X table pointer is not 256, the sequence of steps S12 to S17 is repeated. On the other hand, when the number reaches 256, "0" is set in the X table pointer (step S18).

【0035】その後、X走査データD3がデクリメント
されて、X走査データD3がX変位情報テーブル先頭値
のVx0以下になるまで、X走査D/A変換器25から
出力されるX走査信号S3の電圧が下げられる(ステッ
プS19〜S21)。つまり、走査測定開始点に達する
まで、X走査されて1ライン測定走査が終了される。
Thereafter, the X-scan data D3 is decremented and the voltage of the X-scan signal S3 output from the X-scan D / A converter 25 is reduced until the X-scan data D3 becomes equal to or lower than Vx0 which is the top value of the X-displacement information table. Is lowered (steps S19 to S21). That is, until the scanning measurement start point is reached, X scanning is performed and one line measurement scanning is completed.

【0036】このようにして、X方向の予備走査による
X変位情報テーブル作成と、試料表面情報(Z凹凸)の
X方向の1ライン測定走査が行われる。この後、図7に
示されるように、X方向の予備走査と同様にY方向の予
備走査を行うと、図5(b)に示されるような、Y変位
情報テーブルが作成できる。
In this way, the X displacement information table is prepared by the preliminary scanning in the X direction and the one-line measurement scanning in the X direction for the sample surface information (Z unevenness) is performed. Thereafter, as shown in FIG. 7, when the Y direction preliminary scanning is performed similarly to the X direction preliminary scanning, the Y displacement information table as shown in FIG. 5B can be created.

【0037】また、そのY変位情報テーブルを利用して
Y方向に徐々に走査しながら、試料表面情報の1ライン
測定走査を複数ライン繰返せば、1フレーム分の試料表
面情報を測定することができる。
If one line measuring scan of the sample surface information is repeated for a plurality of lines while gradually scanning in the Y direction using the Y displacement information table, the sample surface information for one frame can be measured. it can.

【0038】図7(a)〜(h)は、こうした試料表面
情報の1ライン測定走査を256ライン分繰返した場合
の1フレーム測定走査のタイミングチャートである。
尚、図7(a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれ
図4(a)、(c)、(d)、(e)に対応した図であ
る。そして、図7(e)〜(h)に示されるようなタイ
ミングで、Y方向への走査及び測定が行われる。
FIGS. 7A to 7H are timing charts of 1-frame measurement scans when such 1-line measurement scans of the sample surface information are repeated for 256 lines.
7 (a), (b), (c), and (d) are diagrams corresponding to FIGS. 4 (a), (c), (d), and (e), respectively. Then, scanning and measurement in the Y direction are performed at the timings shown in FIGS. 7E to 7H.

【0039】このY方向の動作については、上述したX
方向の動作に準ずるので、ここでは説明は省略する。次
に、この発明の第2の実施例を説明する。
Regarding the operation in the Y direction, the above-mentioned X
The description is omitted here because it follows the directional operation. Next, a second embodiment of the present invention will be described.

【0040】上述した第1の実施例では、変位センサの
変位検出分解能が、試料表面情報を測定する測定点間隔
に対して充分に分解できる広走査範囲の場合のX変位情
報テーブル作成について述べた。
In the first embodiment described above, preparation of the X displacement information table in the case where the displacement detection resolution of the displacement sensor is a wide scanning range that can be sufficiently resolved with respect to the measurement point interval for measuring the sample surface information has been described. .

【0041】以下に述べる第2の実施例では、狭走査範
囲に於いて、X変位センサの変位検出分解能が試料表面
情報を測定する測定点間隔よりも粗い場合、X変位情報
(X印加電圧データVxn)を補間して高分解能のX変
位情報テーブルを作成する。
In the second embodiment described below, when the displacement detection resolution of the X displacement sensor is coarser than the measurement point interval for measuring the sample surface information in the narrow scanning range, the X displacement information (X applied voltage data Vxn) is interpolated to create a high resolution X displacement information table.

【0042】図8(a)及び(b)は、狭走査範囲のX
方向予備走査に於いて、1走査ライン上の試料表面情報
の測定点数256点に対して、X変位センサでは最も高
分解能の変位検出で128点しか検出できない場合のX
走査信号、X変位信号の様子を示した図である。また、
図8(c)は同図(a)のX走査信号のVx0付近を拡
大した図、図8(d)は同図(b)のX変位信号のΔx
0付近を拡大した図である。
8A and 8B show X in the narrow scanning range.
In the direction preliminary scan, the X displacement sensor can detect only 128 points with the highest resolution displacement detection for the 256 measurement points of the sample surface information on one scanning line.
It is the figure which showed the mode of a scanning signal and an X displacement signal. Also,
8C is an enlarged view of the vicinity of Vx0 of the X scanning signal of FIG. 8A, and FIG. 8D is Δx of the X displacement signal of FIG. 8B.
It is the figure which expanded 0 vicinity.

【0043】X方向予備走査に於いて、X変位データD
5がX変位値Δx0に達した場合は、X変位テーブルの
先頭の測定点に達したことになる。したがって、X走査
データD3データ(すなわち、X印加電圧データVx
0)は、X変位情報テーブルのXテーブルポインタ0の
アドレスに格納される。
In the X direction preliminary scan, X displacement data D
When 5 reaches the X displacement value Δx0, it means that the measurement point at the head of the X displacement table is reached. Therefore, the X scan data D3 data (that is, the X applied voltage data Vx
0) is stored at the address of the X table pointer 0 of the X displacement information table.

【0044】次に、X変位データD5がX変位値Δx1
に達した場合は、X走査データD3データ(すなわち、
X印加電圧データVx1)がXテーブルポインタのアド
レスに格納される。
Next, the X displacement data D5 is the X displacement value Δx1.
If it reaches, the X scan data D3 data (that is,
The X applied voltage data Vx1) is stored at the address of the X table pointer.

【0045】このとき、Xテーブルポインタ1のアドレ
スには、 Vx1.5=(Vx1+Vx2)/2 が計算されて格納される。つまり、Xテーブルポインタ
が2n(n=0〜127)のアドレスには、X変位値Δ
xnに相当するX印加電圧データVxnが格納される。
また、Xテーブルポインタが2n+1(n=0〜12
7)のアドレスには、X変位値Δxnに相当するX印加
電圧データVxnと、X変位値Δxn+1に相当するX
印加電圧データVxn+1から Vxn.5=(Vn+Vn+1)/2 が計算されて格納される。
At this time, Vx1.5 = (Vx1 + Vx2) / 2 is calculated and stored in the address of the X table pointer 1. That is, at the address where the X table pointer is 2n (n = 0 to 127), the X displacement value Δ
X applied voltage data Vxn corresponding to xn is stored.
Further, the X table pointer is 2n + 1 (n = 0 to 12).
At the address 7), X applied voltage data Vxn corresponding to the X displacement value Δxn and X corresponding to the X displacement value Δxn + 1.
Applied voltage data Vxn + 1 to Vxn. 5 = (Vn + Vn + 1) / 2 is calculated and stored.

【0046】これにより、作成された高分解能X変位情
報テーブルは、図9(a)に示されるようになる。尚、
同様の方法により、図9(b)に示されるような高分解
能Y変位情報テーブルを作成することができる。第2の
実施例としては、これらの高分解能変位テーブルを利用
して、第1の実施例と同様の方法で試料表面情報を高分
解能で走査測定する。
As a result, the created high resolution X displacement information table is as shown in FIG. 9 (a). still,
By a similar method, a high resolution Y displacement information table as shown in FIG. 9B can be created. In the second embodiment, using these high resolution displacement tables, the sample surface information is scanned and measured with high resolution in the same manner as in the first embodiment.

【0047】また、上述した第2の実施例では、単純な
1次近似による補間を行っているが、より狭範囲走査と
なって補間する点数が多くなる場合に於いては、前後の
複数の変位検出点から、2次近似、3次近似やその他の
手法による近似によって、実際のヒステリシス曲線に沿
った高分解能変位情報テーブルを作成することが可能で
ある。
Further, in the above-described second embodiment, the interpolation is performed by the simple first-order approximation. However, in the case where the number of points to be interpolated is increased due to the narrower range scanning, a plurality of points before and after are interpolated. From the displacement detection points, it is possible to create a high-resolution displacement information table along the actual hysteresis curve by quadratic approximation, tertiary approximation, or other approximation.

【0048】更に、走査範囲が狭くなったときに補間法
等によってテーブルを作成することにより、狭い走査範
囲でもセンサの精度より高い分解能を得て走査測定する
ことができる。
Further, by creating a table by an interpolation method or the like when the scanning range becomes narrow, it is possible to obtain a higher resolution than the accuracy of the sensor and perform scanning measurement even in a narrow scanning range.

【0049】次に、この発明の第3の実施例を説明す
る。上述した第1及び第2の実施例では、予備走査段階
で変位情報テーブルを1回作成した後、測定走査段階で
は変位情報テーブルを更新せずに試料表面情報を測定し
ていた。以下に述べる第3の実施例では、X及びY変位
情報テーブルを2ライン分ずつ用意し、測定走査段階の
各X走査ラインに於いて、X変位情報テーブルを利用し
て試料表面情報を測定すると同時に、次Xライン走査測
定に利用する次X変位情報テーブルを作成する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the above-described first and second embodiments, after the displacement information table is created once in the preliminary scanning step, the sample surface information is measured without updating the displacement information table in the measurement scanning step. In the third embodiment described below, two lines of X and Y displacement information tables are prepared, and sample surface information is measured using the X displacement information table at each X scanning line in the measurement scanning stage. At the same time, a next X displacement information table used for the next X line scanning measurement is created.

【0050】また、X走査が次の走査ラインに移行する
際、Y変位情報テーブルを利用してY走査すると同時
に、次Yライン走査(すなわち、次フレーム測定走査)
に利用する次Y変位情報テーブルを作成する。つまり、
測定走査段階で、X変位情報テーブルは毎ライン毎に更
新し、Y変位情報テーブルは毎フレームごとに更新しな
がら、試料表面情報の測定を行う。
Further, when the X scan moves to the next scan line, the Y displacement information table is used to perform the Y scan, and at the same time, the next Y line scan (that is, the next frame measurement scan).
The next Y displacement information table used for is created. That is,
At the measurement scanning stage, the X displacement information table is updated for each line and the Y displacement information table is updated for each frame, and the sample surface information is measured.

【0051】以下、図10のフローチャートを参照し
て、試料表面情報を測定しながら次Xライン測定走査の
ための次X変位情報テーブル作成を行うテーブル作成同
時測定走査シーケンスの動作を説明する。
The operation of the table creation simultaneous measurement scan sequence for creating the next X displacement information table for the next X line measurement scan while measuring the sample surface information will be described below with reference to the flowchart of FIG.

【0052】試料29の測定走査は、X変位情報テーブ
ルを作成するためのX予備走査が終了し、圧電体37の
2次元走査が第1走査ライン先頭点(図2の走査原点)
にある状態で開始される。
In the measurement scan of the sample 29, the X preliminary scan for creating the X displacement information table is completed, and the two-dimensional scan of the piezoelectric body 37 is the first scan line start point (scan origin in FIG. 2).
It will be started in the state.

【0053】先ず、Xテーブルポインタ及び次Xテ−ブ
ルポインタに“0”が初期設定される(ステップS4
1、S42)。続いて、X目標レジスタには、最初の測
定点のX走査位置に相当するX変位値Δx0が設定され
る(ステップS43)。次いで、Y走査データD3がイ
ンクリメントされて、X走査D/A変換器25から出力
されるX走査信号S3の電圧が上昇される(ステップS
44)。その後、試料表面情報検出処理(ステップS4
5〜S48)に移行する。
First, "0" is initialized to the X table pointer and the next X table pointer (step S4).
1, S42). Subsequently, the X displacement value Δx0 corresponding to the X scanning position of the first measurement point is set in the X target register (step S43). Next, the Y scan data D3 is incremented and the voltage of the X scan signal S3 output from the X scan D / A converter 25 is increased (step S
44). Then, the sample surface information detection process (step S4
5 to S48).

【0054】試料表面情報検出処理では、X変位情報テ
ーブルからXテーブルポインタに指示されたX変位情報
(X印加電圧データVx)が読み出されて(ステップS
45)、X走査データD3と比較される(ステップS4
6)。ここで、X走査データD3がX変位情報(X印加
電圧データVx)に達していない場合は、テーブル作成
処理(ステップS49〜S52)に移行する。
In the sample surface information detection processing, the X displacement information (X applied voltage data Vx) designated by the X table pointer is read from the X displacement information table (step S).
45) and compared with the X scan data D3 (step S4).
6). If the X scan data D3 has not reached the X displacement information (X applied voltage data Vx), the process proceeds to the table creation process (steps S49 to S52).

【0055】一方、上記ステップS46にて、X走査デ
ータD3がX変位情報に達している場合は、試料表面情
報(この場合は、Z凹凸データD2)が検出されて、ホ
ストコンピュータ21へ転送されて画像化される(ステ
ップS47)。そして、Xテーブルポインタがインクリ
メントされた後(ステップS48)、テーブル作成処理
(ステップS49〜S52)に移行する。
On the other hand, in step S46, when the X scan data D3 reaches the X displacement information, the sample surface information (in this case, the Z unevenness data D2) is detected and transferred to the host computer 21. And imaged (step S47). Then, after the X table pointer is incremented (step S48), the process proceeds to the table creation process (steps S49 to S52).

【0056】テーブル作成処理では、X変位信号がA/
D変換されて得られたX変位データD5と、X目標レジ
スタのX変位値Δx0とが比較される(ステップS5
0、S51)。そして、X変位データD5がX変位値Δ
x0に達していない場合は、往路走査終了比較処理(ス
テップS54、S55)に移行する。一方、達している
場合は、次走査ラインの測定点に達したことになるの
で、X走査データD3データ(すなわち、X印加電圧デ
ータVx0)が次X変位情報テーブルの次のテーブルポ
インタの指示するアドレス(この場合は先頭)に格納さ
れる(ステップS51)。
In the table creating process, the X displacement signal is A /
The X displacement data D5 obtained by the D conversion is compared with the X displacement value Δx0 of the X target register (step S5).
0, S51). Then, the X displacement data D5 is the X displacement value Δ.
If x0 has not been reached, the process proceeds to the forward scan end comparison process (steps S54 and S55). On the other hand, if it has reached, it means that the measurement point of the next scan line has been reached, so the X scan data D3 data (that is, X applied voltage data Vx0) is indicated by the next table pointer of the next X displacement information table. It is stored in the address (the head in this case) (step S51).

【0057】次に、Xテーブルポインタがインクリメン
トされ(ステップS52)、X目標レジスタに次の測定
点のX走査位置に相当するX変位値Δx0が設定される
(ステップS53)。その後、往路走査終了処理(ステ
ップS54〜S58)に移行する。
Next, the X table pointer is incremented (step S52), and the X displacement value Δx0 corresponding to the X scanning position of the next measurement point is set in the X target register (step S53). After that, the process proceeds to the forward scan end processing (steps S54 to S58).

【0058】往路走査終了処理(ステップS54〜S5
8)では、Xテーブルポインタ、次Xテーブルポインタ
が、両方とも256以上か否かが比較される(ステップ
S54、S55)。何れも256以上にならない場合
は、X走査データD3がインクリメントされて、X走査
D/A変換器25から出力されるX走査信号S3の電圧
が上昇されて(ステップS44)、試料表面情報処理
(ステップS45〜S48)、テーブル作成処理(ステ
ップS49〜S53)が繰返される。
Forward scan end processing (steps S54 to S5)
In 8), it is compared whether or not both the X table pointer and the next X table pointer are 256 or more (steps S54 and S55). If none of them exceeds 256, the X scan data D3 is incremented, the voltage of the X scan signal S3 output from the X scan D / A converter 25 is increased (step S44), and the sample surface information processing ( Steps S45 to S48) and the table creation process (steps S49 to S53) are repeated.

【0059】これに対し、両方とも256以上になった
場合は、次X変位テーブルに格納されたVxデータ群が
X変位テーブルに転送格納される(ステップS56)。
その後、Xテーブルポインタに“0”が設定され(ステ
ップS57)、X目標レジスタに、次ラインの最初の測
定点のX走査位置に相当するX変位値Δx0が設定され
る(ステップS58)。
On the other hand, when both are 256 or more, the Vx data group stored in the next X displacement table is transferred and stored in the X displacement table (step S56).
After that, "0" is set to the X table pointer (step S57), and the X displacement value Δx0 corresponding to the X scanning position of the first measurement point of the next line is set to the X target register (step S58).

【0060】そして、続く復路走査処理(ステップS5
9〜S62)では、X走査データD3がX変位情報テー
ブル先頭値のVx0未満(ステップS60、S61)、
且つX変位信号がA/D変換されて得られたX変位デー
タD5が、X目標レジスタのX変位値Δx0未満になる
まで(ステップS62、S63)、X走査データD3が
デクリメントされて、X走査D/A変換器25から出力
されるX走査信号S3の電圧を下げていく(ステップS
59)。つまり、次ライン走査測定開始点に達するまで
X走査して、1ライン測定走査が終了する。
Then, the subsequent backward scanning process (step S5)
9 to S62), the X scan data D3 is less than Vx0 which is the top value of the X displacement information table (steps S60 and S61),
Further, until the X displacement data D5 obtained by A / D converting the X displacement signal becomes less than the X displacement value Δx0 of the X target register (steps S62 and S63), the X scanning data D3 is decremented and the X scanning is performed. The voltage of the X scan signal S3 output from the D / A converter 25 is lowered (step S
59). That is, the X scan is performed until the next line scan measurement start point is reached, and the 1 line measurement scan ends.

【0061】このように、第3の実施例では、X方向の
1ライン測定走査時に、X変位情報テーブル作成と試料
表面情報(Z凹凸)の測定を同時に行う処理を詳細に説
明したが、X走査が次の走査ラインに移行する際、Y変
位情報テーブルを利用してY走査すると同時に、次Yラ
イン走査(すなわち、次フレーム測定走査)に利用する
次Y変位情報テーブルを作成することも、上記シーケン
スを変形して容易に達成できる。
As described above, in the third embodiment, the process of simultaneously preparing the X displacement information table and measuring the sample surface information (Z unevenness) at the time of one-line measurement scanning in the X direction has been described in detail. When the scan shifts to the next scan line, the Y displacement information table is used to perform the Y scan, and at the same time, the next Y displacement information table used for the next Y line scan (that is, the next frame measurement scan) may be created. It can be easily achieved by modifying the above sequence.

【0062】つまり、測定走査段階で、X変位情報テー
ブルはライン毎に更新し、Y変位情報テーブルはフレー
ム毎に更新しながら、試料表面情報の測定を行うことが
可能となる。したがって、よりリアルタイムの試料表面
情報の測定を行うことができる。
That is, it is possible to measure the sample surface information while updating the X displacement information table line by line and the Y displacement information table frame by frame at the measurement scanning stage. Therefore, more real-time measurement of the sample surface information can be performed.

【0063】尚、この発明の上述した実施例に於いて
は、AFMとして試料表面形状の測定を行っているが、
STM、ncーAFM、MFM等の他の走査型プローブ
顕微鏡全般にこの発明を用いることができることは言う
までもない。
In the above-mentioned embodiment of the present invention, the sample surface shape is measured as the AFM.
It goes without saying that the present invention can be applied to all other scanning probe microscopes such as STM, nc-AFM, and MFM.

【0064】また、上述した実施例に於いて、マイクロ
コンピュータをDSP等の制御ICに置換えることや、
マイクロコンピュータで行っている一致検出、大小比
較、インクリメント、デクリメント等の処理を、ロジッ
クICに置換えてハードウエア的に行うことも可能であ
ることは勿論である。
In the above embodiment, the microcomputer may be replaced with a control IC such as DSP,
Of course, it is possible to replace the logic IC with the logic IC to perform the matching detection, the magnitude comparison, the increment, the decrement, etc. performed by the microcomputer.

【0065】更に、実施例に於いては、圧電体の変位セ
ンサとして光学式センサを用いたが、静電容量センサ、
レーザ測長センサ等の他のセンサに置換えることも可能
である。加えて、それらの出力信号がアナログ信号に限
らず、デジタル信号であっても、A/Dに変わるロジッ
クICに置換えることが可能であることは言うまでもな
い。
Further, in the embodiment, the optical sensor is used as the displacement sensor of the piezoelectric body, but the capacitance sensor,
It is also possible to replace with another sensor such as a laser length measuring sensor. In addition, it goes without saying that those output signals are not limited to analog signals, and even if they are digital signals, they can be replaced with logic ICs that change to A / D.

【0066】また、変位情報テーブルに格納する変位情
報として、圧電印加電圧データVx、Vyを用いたが、
マイクロコンピュータに内蔵されているタイマや他のタ
イマICを用いて、走査時間Tx,Tyを変位情報テー
ブルに格納する変位情報とすることも可能である。更に
は、他の物理情報を変位情報として用いることも可能で
ある。
Further, the piezoelectric applied voltage data Vx and Vy are used as the displacement information stored in the displacement information table.
It is also possible to use the timer built in the microcomputer or another timer IC to use the scanning times Tx and Ty as the displacement information stored in the displacement information table. Furthermore, other physical information can be used as the displacement information.

【0067】加えて、上述した実施例に於いては、往路
走査時に、変位情報テーブル作成や試料表面情報測定を
行っていたが、復路走査時で変位情報テーブル作成や試
料表面情報測定を行うことや、往路走査、復路走査時両
方で変位情報テーブル作成や試料表面情報測定を行うこ
とが可能であるのは勿論である。
In addition, in the above-described embodiment, the displacement information table is created and the sample surface information is measured during the forward scan, but the displacement information table is created and the sample surface information is measured during the backward scan. Of course, it is possible to create the displacement information table and measure the sample surface information during both the forward scan and the backward scan.

【0068】尚、この発明の上記実施態様によれば、以
下の如き構成が得られる。 (1) プローブ若しくは試料を走査させる圧電体と、
この圧電体をXYZ方向の少なくとも一方向に変形させ
る駆動手段と、上記圧電体のXYZ方向の少なくとも一
方向の変位を検出する変位検出手段と、試料表面情報を
測定すべき点の圧電体の測定点変位情報を格納する情報
テーブルと、上記試料表面情報を測定する前の予備走査
時に、上記情報テーブルに上記試料表面情報の測定点変
位情報を予め格納させるテーブル作成手段と、上記試料
表面情報を測定する測定走査時に、上記情報テーブルに
格納された測定点変位情報に基いた測定点に於いて該試
料表面情報を測定する測定手段とを具備することを特徴
とする走査型プローブ顕微鏡。
According to the above embodiment of the present invention, the following constitution can be obtained. (1) A piezoelectric body for scanning a probe or a sample,
Driving means for deforming the piezoelectric body in at least one of the XYZ directions, displacement detecting means for detecting displacement of the piezoelectric body in at least one of the XYZ directions, and measurement of the piezoelectric body at a point where sample surface information should be measured. An information table for storing point displacement information, a table creating means for pre-storing the measurement point displacement information of the sample surface information in the information table during preliminary scanning before measuring the sample surface information, and the sample surface information A scanning probe microscope comprising: a measuring unit that measures the sample surface information at a measurement point based on the measurement point displacement information stored in the information table during measurement scanning.

【0069】(2) 上記テーブル作成手段は、上記変
位検出手段による変位検出値が上記試料表面情報を測定
すべき点に達した時点の圧電体印加電圧若しくは走査時
間を測定点変位情報として上記格納手段に格納させるこ
とを特徴とする上記(1)に記載の走査型プローブ顕微
鏡。
(2) The table creating means stores the piezoelectric body applied voltage or the scanning time at the time when the displacement detection value by the displacement detecting means reaches the point where the sample surface information should be measured as the measuring point displacement information. The scanning probe microscope according to (1) above, wherein the scanning probe microscope is stored in a means.

【0070】(3) 上記テーブル作成手段は、上記変
位検出手段による変位検出値が上記試料表面情報を測定
すべき点に達した時点の圧電体印加電圧若しくは走査時
間を測定点変位情報として上記情報テーブルに格納させ
る際、上記測定点変位情報を補間して変位検出分解能を
上回る情報テーブルを作成することを特徴とする上記
(1)及び(2)に記載の走査型プローブ顕微鏡。
(3) The table creating means uses the piezoelectric body applied voltage or the scanning time at the time when the displacement detection value by the displacement detecting means reaches the point where the sample surface information should be measured as the measuring point displacement information. The scanning probe microscope according to the above (1) or (2), characterized in that, when the measurement point displacement information is stored in the table, an information table exceeding the displacement detection resolution is created by interpolation.

【0071】(4) プローブ若しくは試料を走査させ
る圧電体と、この圧電体をXYZ方向の少なくとも一方
向に変形させる駆動手段と、上記圧電体のXYZ方向の
少なくとも一方向の変位を検出する変位検出手段と、試
料表面情報を測定すべき点の圧電体の測定点変位情報を
格納する情報テーブルと、1ライン走査時に上記情報テ
ーブルの測定点変位情報に基いた測定点に於いて上記試
料表面情報を測定しながら、次ライン測定走査のための
テーブル作成を行うテーブル作成同時測定走査手段とを
具備することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
(4) A piezoelectric body for scanning a probe or a sample, driving means for deforming the piezoelectric body in at least one of the XYZ directions, and displacement detection for detecting displacement of the piezoelectric body in at least one of the XYZ directions. Means, an information table for storing displacement information of the measurement point of the piezoelectric body at the point where the sample surface information is to be measured, and the sample surface information at the measurement point based on the displacement information of the measurement point of the information table at the time of one line scanning. A scanning probe microscope, comprising: a table creation simultaneous measurement scanning unit that creates a table for the next line measurement scan while measuring

【0072】(5) 上記テーブル作成同時測定走査手
段は、上記変位検出手段による変位検出値が上記試料表
面情報を測定すべき点に達した時点の圧電体印加電圧若
しくは走査時間を測定点変位情報として上記格納手段に
格納させることを特徴とする上記(4)に記載の走査型
プローブ顕微鏡。
(5) The table creation simultaneous measurement scanning means measures the piezoelectric applied voltage or the scanning time at the time when the displacement detection value by the displacement detection means reaches the point where the sample surface information should be measured. The scanning probe microscope according to (4) above, wherein the scanning probe microscope is stored in the storage means.

【0073】(6) 上記テーブル作成同時測定走査手
段は、上記変位検出手段による変位検出値が上記試料表
面情報を測定すべき点に達した時点の圧電体印加電圧若
しくは走査時間を測定点変位情報として上記情報テーブ
ルに格納させる際、上記測定点変位情報を補間して変位
検出分解能を上回る情報テーブルを作成することを特徴
とする上記(4)及び(5)に記載の走査型プローブ顕
微鏡。
(6) The table creation simultaneous measurement scanning means measures the piezoelectric applied voltage or the scanning time at the time when the displacement detection value by the displacement detecting means reaches the point where the sample surface information should be measured. The scanning probe microscope according to the above (4) or (5), characterized in that, when the measurement point displacement information is stored as the information table, an information table exceeding the displacement detection resolution is created.

【0074】上記(1)の構成によれば、予備走査を行
って試料表面情報を測定する点数より高分解能に圧電体
を電圧駆動しながら、変位検出手段から変位を検出し続
け、検出されている変位が、予め設定されている測定点
の変位に達したか否かを検出し、変位が測定点に達した
点毎に、圧電体印加電圧若しくは走査時間を測定点変位
情報として情報テーブルに格納し、予備走査終了後、測
定走査を行って、圧電体印加電圧若しくは走査時間が、
情報テーブルに格納された測定点変位情報に達した点で
試料表面情報を測定し、画像化していく。したがって、
走査速度を遅くすることなく、直線性の高い画像が得ら
れる。
According to the above configuration (1), the displacement detection means continues to detect the displacement while voltage-driving the piezoelectric body at a resolution higher than the number of points at which the preliminary scanning is performed to measure the sample surface information. It detects whether the displacement has reached the displacement of the preset measurement point, and the piezoelectric body applied voltage or scanning time is stored in the information table as the displacement information of the measurement point for each point where the displacement reaches the measurement point. After storing and completing the preliminary scan, the measurement scan is performed and the piezoelectric applied voltage or scan time
The sample surface information is measured and imaged at the point where the measurement point displacement information stored in the information table is reached. Therefore,
An image with high linearity can be obtained without slowing down the scanning speed.

【0075】上記(2)及び(3)の構成によれば、上
記情報テーブルを作成する際、圧電体印加電圧若しくは
走査時間等の測定点変位情報を補間してテーブルを作成
することによって、変位検出手段の変位分解能を上回る
分解能で試料表面情報を測定することが可能となり、走
査速度を遅くすることなく、高分解能で且つ直線性の高
い画像が得られる。
According to the configurations (2) and (3), when the information table is created, the displacement information is created by interpolating the measurement point displacement information such as the piezoelectric applied voltage or the scanning time to create the table. The sample surface information can be measured with a resolution higher than the displacement resolution of the detection means, and an image with high resolution and high linearity can be obtained without slowing the scanning speed.

【0076】上記(4)の構成によれば、各ライン測定
走査時に、情報テーブルに格納された測定点変位情報に
基いて試料表面情報を測定しながら、予備走査時に行っ
た情報テーブル作成を次ライン測定走査のために作成す
ることで、走査速度を遅くすることなく、よりドリフト
の少ない高分解能で且つ直線性の高い画像が得られる。
また、上記(5)及び(6)の構成によれば、上記情
報テーブルを作成する際、圧電体印加電圧若しくは走査
時間等の測定点変位情報を補間してテーブルを作成する
ことによって、変位検出手段の変位分解能を上回る分解
能で試料表面情報を測定することが可能となり、走査速
度を遅くすることなく、高分解能で且つ直線性の高い画
像が得られる。
According to the above configuration (4), the information table created during the preliminary scanning is prepared while measuring the sample surface information based on the measurement point displacement information stored in the information table during each line measurement scanning. By creating it for line measurement scanning, an image with high resolution and high linearity with less drift can be obtained without slowing down the scanning speed.
Further, according to the above configurations (5) and (6), when the information table is created, the displacement detection is performed by creating the table by interpolating the measurement point displacement information such as the piezoelectric applied voltage or the scanning time. The sample surface information can be measured with a resolution higher than the displacement resolution of the means, and an image with high resolution and high linearity can be obtained without slowing the scanning speed.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、圧電体
の変位と電圧ヒステリシス特性の影響を受けず、走査速
度を低下させることなく、高分解能で且つ直線性の高い
高精度な試料表面情報測定が可能な走査型プローブ顕微
鏡を提供することができる。
As described above, according to the present invention, the sample surface is not affected by the displacement of the piezoelectric body and the voltage hysteresis characteristic, does not decrease the scanning speed, and has high resolution and high linearity and high accuracy. A scanning probe microscope capable of measuring information can be provided.

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

【図1】この発明による走査型プローブ顕微鏡の構成を
示したブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a scanning probe microscope according to the present invention.

【図2】この発明の走査型プローブ顕微鏡に於いて、変
位情報テーブル作成のための予備走査、試料表面の測定
走査時の試料とカンチレバー先端の位置関係を示した図
である。
FIG. 2 is a diagram showing the positional relationship between the sample and the tip of the cantilever at the time of preliminary scanning for creating a displacement information table and measurement scanning of the sample surface in the scanning probe microscope of the present invention.

【図3】この発明の走査型プローブ顕微鏡に於いて、X
予備走査時の測定点X変位に於ける圧電体印加電圧を変
位情報とした変位情報テーブルを作成する動作を説明す
るフローチャートである。
FIG. 3 shows a scanning probe microscope X of the present invention.
7 is a flowchart illustrating an operation of creating a displacement information table in which the piezoelectric body applied voltage at the measurement point X displacement during preliminary scanning is used as displacement information.

【図4】X予備走査時の変位情報テーブル作成タイミン
グチャートであり、(a)はX走査D/A変換タイミン
グを示した図、(b)はX変位A/D変換タイミングを
示した図、(c)はX走査信号を示した図、(d)はX
変位信号を示した図、(e)はX変位テーブル格納タイ
ミングを示した図である。
4A and 4B are timing charts for creating a displacement information table during X preliminary scanning, in which FIG. 4A is a diagram showing an X scanning D / A conversion timing, and FIG. 4B is a diagram showing an X displacement A / D conversion timing. (C) is a diagram showing an X scan signal, and (d) is an X scan signal.
The figure which showed the displacement signal, (e) is the figure which showed the X displacement table storage timing.

【図5】(a)はX変位情報テーブルを示した図、
(b)はY変位情報テーブルを示した図である。
5A is a diagram showing an X displacement information table, FIG.
(B) is a diagram showing a Y displacement information table.

【図6】X変位情報テーブルを利用した試料表面上の1
ライン測定走査の動作を説明するフローチャートであ
る。
FIG. 6: 1 on the sample surface using the X displacement information table
It is a flow chart explaining operation of line measurement scanning.

【図7】試料表面情報の1ライン測定走査を256ライ
ン分繰返す1フレーム測定走査のタイミングチャートで
あり、(a)はX走XD/A変換タイミングを示した
図、(b)はX走査信号を示した図、(c)はY変位信
号を示した図、(d)はX変位テーブルに基く凹凸サン
プリングタイミングを示した図、(e)はY走査D/A
変換タイミングを示した図、(f)はY走査信号を示し
た図、(g)はY変位信号を示した図、(h)はY変位
テーブルに基く次Xライン走査開始タイミングを示した
図である。
7A and 7B are timing charts of 1-frame measurement scanning in which 1-line measurement scanning of sample surface information is repeated for 256 lines, FIG. 7A is a diagram showing X-travel XD / A conversion timing, and FIG. 7B is an X-scan signal. FIG. 6C is a diagram showing a Y displacement signal, FIG. 7D is a diagram showing uneven sampling timing based on an X displacement table, and FIG. 7E is a Y scan D / A.
The figure which showed conversion timing, (f) the figure which showed the Y scanning signal, (g) the figure which showed the Y displacement signal, (h) the figure which showed the next X line scanning start timing based on the Y displacement table. Is.

【図8】(a)及び(b)は、狭走査範囲のX方向予備
走査に於いて、1走査ライン上の試料表面情報の測定点
数256点に対して、X変位センサでは最も高分解能の
変位検出で128点しか検出できない場合のX走査信
号、X変位信号の様子を示した図、(c)は同図(a)
のX走査信号のVx0付近を拡大した図、(d)は同図
(b)のX変位信号のΔx0付近を拡大した図である。
8A and 8B show the highest resolution of the X displacement sensor with respect to 256 measurement points of sample surface information on one scanning line in the X direction preliminary scanning in the narrow scanning range. The figure which shows the state of the X scanning signal and the X displacement signal when only 128 points can be detected by the displacement detection, (c) is the same figure (a)
3 is an enlarged view of the vicinity of Vx0 of the X scanning signal of FIG. 3 (d), and is an enlarged view of the vicinity of Δx0 of the X displacement signal of FIG.

【図9】第2の実施例に従って作成される高分解能変位
情報テーブルを示したもので、(a)は高分解能X変位
情報テーブル、(b)は高分解能Y変位情報テーブルを
示した図である。
9A and 9B are diagrams showing a high resolution displacement information table created according to the second embodiment, in which FIG. 9A is a high resolution X displacement information table, and FIG. 9B is a diagram showing a high resolution Y displacement information table. is there.

【図10】この発明の第3実施例に従った、試料表面情
報を測定しながら次Xライン測定走査のための次X変位
情報テーブル作成を行うテーブル作成同時測定走査シー
ケンスの動作を説明するフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart illustrating the operation of a table creation simultaneous measurement scanning sequence for creating a next X displacement information table for a next X line measurement scan while measuring sample surface information according to the third embodiment of the present invention. Is.

【図11】従来の走査型プローブ顕微鏡の一例の概略構
成を示したブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of an example of a conventional scanning probe microscope.

【図12】図11の変位センサ及び圧電体並びに試料台
の関係を示す斜視図である。
12 is a perspective view showing the relationship among the displacement sensor, the piezoelectric body, and the sample table in FIG.

【図13】図11の圧電体の印加電圧と変位のヒステリ
シス特性を示した図である。
13 is a diagram showing hysteresis characteristics of applied voltage and displacement of the piezoelectric body of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21…ホストコンピュータ、22…タイマ、23…マイ
クロコンピュータ、24…Z制御部、25…X走査D/
A変換器、26…Y走査D/A変換器、27…XYZ駆
動用円筒型圧電体、28…試料台、29…試料、30…
探針変位検出部、31…カンチレバー(探針)、32…
鏡体、33…X変位センサ、34…Y変位センサ、37
…X変位情報テーブル、38…Y変位情報テーブル。
21 ... Host computer, 22 ... Timer, 23 ... Microcomputer, 24 ... Z control unit, 25 ... X scan D /
A converter, 26 ... Y scanning D / A converter, 27 ... XYZ driving cylindrical piezoelectric body, 28 ... Sample stage, 29 ... Sample, 30 ...
Probe displacement detector, 31 ... Cantilever (probe), 32 ...
Mirror body, 33 ... X displacement sensor, 34 ... Y displacement sensor, 37
... X displacement information table, 38 ... Y displacement information table.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プローブ若しくは試料を走査させる圧電
体と、 この圧電体をXYZ方向の少なくとも一方向に変形させ
る駆動手段と、 上記圧電体のXYZ方向の少なくとも一方向の変位を検
出する変位検出手段と、 試料表面情報を測定すべき点の圧電体の測定点変位情報
を格納する情報格納手段と、 上記試料表面情報を測定する前の予備走査時に、上記情
報格納手段に上記試料表面情報の測定点変位情報を予め
格納させるテーブル作成手段と、 上記試料表面情報を測定する測定走査時に、上記情報格
納手段に格納された測定点変位情報に基いた測定点に於
いて該試料表面情報を測定する測定手段とを具備するこ
とを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
1. A piezoelectric body for scanning a probe or a sample, drive means for deforming the piezoelectric body in at least one of the XYZ directions, and displacement detection means for detecting displacement of the piezoelectric body in at least one of the XYZ directions. Information storage means for storing displacement information of the measurement point of the piezoelectric body at the point where sample surface information is to be measured, and measurement of the sample surface information in the information storage means during preliminary scanning before measuring the sample surface information. A table creating means for storing the point displacement information in advance and the sample surface information is measured at the measuring point based on the measuring point displacement information stored in the information storing means at the time of measurement scanning for measuring the sample surface information. A scanning probe microscope, comprising: a measuring unit.
【請求項2】 上記テーブル作成手段は、上記変位検出
手段による変位検出値が上記試料表面情報を測定すべき
点に達した時点の圧電体印加電圧若しくは走査時間を測
定点変位情報として上記格納手段に格納させることを特
徴とする請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。
2. The table creating means stores the piezoelectric body applied voltage or scanning time when the displacement detection value by the displacement detecting means reaches a point where the sample surface information should be measured as the measuring point displacement information. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the scanning probe microscope is stored.
【請求項3】 上記テーブル作成手段は、上記変位検出
手段による変位検出値が上記試料表面情報を測定すべき
点に達した時点の圧電体印加電圧若しくは走査時間を測
定点変位情報として上記情報格納手段に格納させる際、
上記測定点変位情報を補間して変位検出分解能を上回る
情報テーブルを作成することを特徴とする請求項1及び
2に記載の走査型プローブ顕微鏡。
3. The table storing means stores the information as the piezoelectric applied voltage or the scanning time when the displacement detection value by the displacement detecting means reaches the point where the sample surface information should be measured as the measuring point displacement information. When storing in the means,
The scanning probe microscope according to claim 1 or 2, wherein the measurement point displacement information is interpolated to create an information table having a displacement detection resolution higher than that.
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