JPH08201404A - 走査型プローブ顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高分解能で任意方向へＸＹ走査を行うことが
でき、またほぼ等間隔で試料表面情報を得ることの可能
な走査型プローブ顕微鏡装置を提供する。 【構成】 試料台11を設置したＸＹＺ駆動用圧電体12
と、カンチレバー９を保持しその変位信号を出力する探
針変位検出部８と、カンチレバー９の変位を一定に保つ
ように圧電体12をＺ方向に伸縮させるＺ制御信号を出力
すると共に、試料情報を出力するＺ制御部３と、試料情
報を格納し画像形成するホストコンピュータ１と、ホス
トコンピュータ１からの指示に応じて任意の２次元方向
へ走査するためのＸ及びＹ走査データＤ１，Ｄ２とサン
プリングパルスを出力するデジタル演算処理部４と、Ｘ
及びＹ走査データＤ１，Ｄ２をＤ／Ａ変換し圧電体12へ
Ｘ及びＹ走査信号として出力するＤ／Ａ変換器５，６と
で走査型プローブ顕微鏡装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、任意の方向の直線性
の高い測定画像を得ることの可能な走査型プローブ顕微
鏡装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、走査型トンネル顕微鏡や原子
間力顕微鏡などのように、ナノメータオーダの高い縦横
方向分解能を有する走査型プローブ顕微鏡が知られてい
る。この高い分解能を実現するために、駆動分解能が高
い圧電体を用いた圧電スキャナステージが広く使われて
いる。この圧電スキャナステージには、図８に示すよう
に、一旦スキャンジェネレータからアナログ出力された
入力走査信号Ｘ１，Ｙ１を、更に前処理回路101-１，10
1-２及び走査信号回転処理回路102-１，102-２を通すこ
とによって変形させ、走査信号Ｘ２，Ｙ２を出力させ
て、駆動するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の走査
系を備えた走査型プローブ顕微鏡においては、細かい任
意の方向に設定して走査することができず、また等間隔
で試料表面情報を得ることが困難であるという問題点が
あった。また、回路構成が複雑で高価であるという問題
点があった。

【０００４】本発明は、従来の走査型プローブ顕微鏡に
おける上記問題点を解消するためになされたもので、簡
単な構成で、高分解能で任意の方向へ且つ理想直線に近
い軌跡を描いて走査を行うことができ、また理想等間隔
に最も近い走査間隔で試料表面情報を取得することが可
能な走査型プローブ顕微鏡装置を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、請求項１記載の発明は、試料又はプローブ
を保持して少なくとも２次元方向に走査する微動手段
と、該微動手段を２次元量子化座標上に走査駆動する駆
動手段と、前記２次元量子化座標上における主軸走査デ
ータと主軸及び従軸方向の目標座標である主軸及び従軸
目標データとに基づいて、前記駆動手段に前記微動手段
を２次元量子化座標上の主軸方向に走査させるための前
記主軸走査データと共に、従軸方向に走査させるための
従軸走査データを出力するデジタル演算処理部とを備
え、前記微動手段を２次元量子化座標上の所望の方向
に、理想直線に最も近い走査軌跡を描きながら走査する
ように走査型プローブ顕微鏡装置を構成するものであ
る。

【０００６】このような構成において、主軸及び従軸方
向の目標座標である主軸及び従軸目標データを設定する
ことにより、主軸走査データに対する従軸走査データが
出力され、微動手段を任意の２次元方向へ容易に走査す
ることができ、デジタル演算のビット数を増やすことに
よって、より高分解能で任意の方向へ且つ理想直線に近
い軌跡を描いて走査を行うことができる。

【０００７】また請求項３記載の発明は、試料又はプロ
ーブを保持して少なくとも２次元方向に走査する微動手
段と、該微動手段を２次元量子化座標上に走査駆動する
駆動手段と、前記プローブの出力をサンプリングするサ
ンプリング手段と、前記２次元量子化座標上における主
軸走査データと主軸及び従軸方向の目標座標である主軸
及び従軸目標データとに基づいて、前記駆動手段に前記
微動手段を２次元量子化座標上の主軸方向に走査させる
ための前記主軸走査データと共に、従軸方向に走査させ
るための従軸走査データを出力する第１のデジタル演算
処理部と、前記２次元量子化座標上における主軸走査デ
ータと主軸方向の目標座標である主軸目標データと試料
表面情報を取得する１ライン走査中の全サンプリング回
数とに基づいて、前記サンプリング手段を駆動するサン
プリングパルスを出力する第２のデジタル演算処理部と
を備え、前記微動手段を２次元量子化座標上の所望の方
向に、理想直線に最も近い走査軌跡を描きながら走査す
ると共に、前記微動手段を走査しながら所望のサンプリ
ング回数だけ試料表面情報を取得する際、理想間隔に最
も近い走査間隔で試料表面情報を取得するように走査型
プローブ顕微鏡装置を構成するものである。

【０００８】このような構成において、主軸及び従軸方
向の目標座標である主軸及び従軸目標データを設定する
ことにより、上記請求項１記載の発明と同様な作用が得
られると共に、試料表面情報を取得する１ライン走査中
の全サンプリング回数を設定することにより、微動手段
を走査しながら所望のサンプリング回数だけ試料表面情
報を取得する際、理想間隔に最も近い走査間隔で試料表
面情報を取得することができる。

【０００９】

【実施例】次に実施例について説明する。図１は、本発
明に係る走査型プローブ顕微鏡装置の第１実施例を示す
概略構成図である。図１において、12はＸＹＺ駆動用円
筒型圧電体で、該円筒型圧電体12は鏡体13に固定されて
おり、その上端には試料10を保持する試料台11が設置さ
れている。試料台11の上方にはカンチレバー９を保持し
た探針変位検出部８が配置されており、該探針変位検出
部８は、光てこ法によってカンチレバー９の変位を検出
し、変位検出信号Sig1をＺ制御部３へ出力するようにな
っている。Ｚ制御部３はカンチレバー９の変位を一定に
保ようにフィーバック制御し、円筒型圧電体12をＺ方向
に伸縮させるＺ制御信号Sig2を出力すると共に、試料表
面の凹凸情報をマイコン２に出力するようになってい
る。

【００１０】そして、ホストコンピュータ１は、マイコ
ン２から転送された試料凹凸情報を格納し、画像を形成
する。４はＸＹ走査制御部で、ホストコンピュータ１か
らマイコン２を介した指示に応じて、任意の２次元方向
へ走査するためのＸ走査データＤ１及びＹ走査データＤ
２と、試料凹凸情報をサンプリングするサンプリングパ
ルスSig5を出力するデジタル演算処理部を構成してい
る。５はＸ走査Ｄ／Ａ変換器で、ＸＹ走査制御部４から
出力されたＸ走査データＤ１をＤ／Ａ変換し、Ｘ走査信
号Sig3として円筒型圧電体12へ出力するものであり、ま
た６はＹ走査Ｄ／Ａ変換器で、ＸＹ走査制御部４から出
力されたＹ走査データＤ２をＤ／Ａ変換し、Ｙ走査信号
Sig4として円筒型圧電体12へ出力するものである。

【００１１】図２は、図１に示した第１実施例における
ＸＹ走査制御部４の詳細な構成を示すブロック構成図で
ある。図２において、４ａは走査速度に合わせて速度設
定されたパルスを発生するパルス発生部で、該パルスは
そのままＸ走査パルスを構成している。４ｂはパルス発
生部４ａからのパルスに応じてカウントUP／DOWNするＸ
カウンタ部で、Ｘ走査データＤ１を出力するものであ
る。４ｃはパルスに応じてカウントUP／DOWNするＹカウ
ンタ部で、Ｙ走査データＤ２を出力するものである。４
ｄは２次元量子化されたＸＹ座標上のＸ軸方向の走査目
標座標であるＸ目標データＸ１をラッチしたＸ１格納部
である。４ｅは２次元量子化されたＸＹ座標上のＹ軸方
向の走査目標座標であるＹ目標データＹ１をラッチした
Ｙ１格納部でり、Ｘ目標データＸ１及びＹ目標データＹ
１はマイコン２を介して入力されるようになっている。
４ｈはＹ走査データＤ２とＸ目標データＸ１をデジタル
乗算する乗算部であり、４ｊはＸ走査データＤ１とＹ目
標データＹ１をデジタル乗算する乗算部である。４ｍ
は、乗算部４ｈで乗算した（Ｘ×Ｙ１）と乗算部４ｊで
乗算した（Ｙ×Ｘ１）を比較するデジタル比較部であ
る。４ｐは、比較部４ｍでの比較条件〔（Ｘ×Ｙ１）＞
（Ｙ×Ｘ１）〕が成立しているときにパルス発生回路４
ａからパルスが入力すると、そのパルスと同期したパル
スをＹカウンタ部４ｃに出力するＡＮＤ部である。そし
て以上の各構成要素で走査データ生成部４−１を構成し
ている。

【００１２】次に、同じく図２において、４ｆは走査時
にパルスに応じて試料表面情報をサンプリングしている
回数をカウントUP／DOWNするＳカウンタ部で、サンプリ
ングカウント値Ｓを出力する。４ｇは走査時に試料表面
情報をサンプリングする目標回数Ｓ１をラッチしたＳ１
格納部である。なお、このサンプリング目標回数Ｓ１も
マイコン２を介して入力される。４ｉはサンプリングカ
ウント値ＳとＸ目標データＸ１をデジタル乗算する乗算
部であり、４ｋはＸ走査データＤ１とサンプリング目標
回数Ｓ１をデジタル乗算する乗算部である。４ｎは、乗
算部４ｉで乗算した（Ｘ×Ｓ１）と乗算部４ｋで乗算し
た（Ｓ×Ｘ１）を比較するデジタル比較部である。ま
た、４ｑは比較部４ｎでの比較条件〔（Ｘ×Ｓ１）＞
（Ｓ×Ｘ１）〕が成立しているときにパルス発生回路４
ａからパルスが入力すると、そのパルスと同期したパル
スをＳカウンタ部４ｆに出力するＡＮＤ部であり、以上
の構成要素でサンプリングパルス生成部４−２を構成し
ている。

【００１３】次に、上記のように構成された第１実施例
の動作について説明する。図３は、上記実施例において
試料10の表面をカンチレバー９の先端が相対的に走査す
る方向（矢印方向）の回転がＸ軸に対して零度の場合、
すなわちＹ目標データＹ１＝０の走査態様を示してお
り、図３の（Ｂ）は走査時に方向の回転がＸ軸に対して
θ度の場合、すなわちＹ１＝Ｘ１ cosθの場合の走査態
様を示している。また図４の（Ａ）は、図３の（Ｂ）に
示した走査態様の場合における１ライン目の走査の態様
を示すもので、Ｄ／Ａ変換器５，６の出力する信号Sig
3，Sig4に応じて、圧電体12が変形してＸＹ走査するこ
とによって、カンチレバー９の先端の走査軌跡は、試料
10の表面を量子化されたＸＹ座標上を移動することにな
る。（Ｘ１，Ｙ１）は１ライン走査の往路の目標座標
で、この図示例では、（12，７）としている。なお、図
４の（Ｂ），（Ｃ）は、パルス発生回路４ａから出力さ
れるＸ走査パルスとＡＮＤ部４ｐから出力されるＹ走査
パルスのタイミングを示している。

【００１４】また図５の（Ａ）は、図３の（Ｂ）に示し
た走査態様の場合における１ライン目の走査時に、試料
表面情報をサンプリングする態様を示す図で、走査時に
量子化されたＸＹ座標上を移動するのと同様に、縦軸を
サンプリング回数に見立てた仮想ＸＳ量子化座標を移動
することになる。（Ｘ１，Ｓ１）は１ライン走査の往路
の目標座標で、Ｓ１は１ライン上の全サンプリング回数
（例えば 256）であるが、この図示例では目標座標（Ｘ
１，Ｓ１）を（12，５）として示している。また図５の
（Ｂ），（Ｃ）はＸ走査パルスとＡＮＤ部４ｑから出力
されるＳパルスを示している。

【００１５】次に、図２と図４の（Ａ）〜（Ｃ）を参照
しながら、第１実施例の走査の態様をＸ走査パルス発生
毎のステートで区切りながら説明する。まず１ステート
（０，０）では、比較部４ｍにおいて、（Ｘ×Ｙ１）＞
（Ｙ×Ｘ１）が成立しないため、ＡＮＤ部４ｐからはＸ
走査パルスと同期したＹ走査パルスは出力されず、Ｙカ
ウンタ部４ｃはカウントUPしない。一方、Ｘカウンタ部
４ｂはＸ走査パルスによってカウントUPする。この結
果、Ｘ走査データＤ１によって、カンチレバー９の先端
は走査され、量子化されたＸＹ座標の（１，０）へ移動
する。次に、２ステート（１，０）では、比較部４ｍ
で、（Ｘ×Ｙ１）＞（Ｙ×Ｘ１）が成立するため、ＡＮ
Ｄ部４ｐからＸ走査パルスと同期したＹ走査パルスが出
力され、Ｙカウンタ部４ｃはカウントUPする。この結
果、Ｘ走査データＤ１及びＹ走査データＤ２によって、
カンチレバー９の先端はＸＹ座標の（２，１）へ移動す
る。３ステート（２，１）では、比較部４ｍで、（Ｘ×
Ｙ１）＞（Ｙ×Ｘ１）が成立するため、ＡＮＤ部４ｐか
らＸ走査パルスと同期したＹ走査パルスが出力され、Ｙ
カウンタ部４ｃはカウントUPする。またＸカウンタ部４
ｂもＸ走査パルスによってカウントUPする。この結果、
カンチレバー９はＸＹ座標の（３，２）へ移動する。

【００１６】次に、４ステート（３，２）では、比較部
４ｍで、（Ｘ×Ｙ１）＞（Ｙ×Ｘ１）が成立しないた
め、ＡＮＤ部４ｐからはＸ走査パルスと同期したＹ走査
パルスは出力されず、したがってＹカウンタ部４ｃはカ
ウントUPしない。一方、Ｘ走査カウンタ４ｂはＸ走査パ
ルスによってカウントUPする。この結果、カンチレバー
９はＸＹ座標の（４，２）へ移動する。このようにし
て、図４の（Ａ）の点線で示す理想直線に最も近い軌跡
を描きながらＸＹ走査が行われることになる。

【００１７】次に、図２及び図５の（Ａ）〜（Ｃ）を参
照しながら、第１実施例の走査時に、試料表面情報をサ
ンプリングする態様を、Ｘ走査パルス発生毎のステート
で区切りながら説明する。まず１ステート（０，０）で
は、比較部４ｎで、（Ｘ×Ｓ１）＞（Ｓ×Ｘ１）が成立
しないため、ＡＮＤ部４ｑからはＸ走査パルスと同期し
たＳパルスは出力されず、Ｓカウンタ部４ｆはカウント
UPしない。一方、Ｘカウンタ部４ｂはＸ走査パルスによ
ってカウントUPする。この結果、仮想ＸＳ量子化座標は
（１，０）へ移動する。次に、２ステート（１，０）で
は、比較部４ｎで、（Ｘ×Ｓ１）＞（Ｓ×Ｘ１）が成立
するため、ＡＮＤ部４ｑからＸ走査パルスと同期したＳ
パルスが出力され、Ｓカウンタ部４ｆはカウントUPす
る。またＸカウンタ部４ｂもＸ走査パルスによってカウ
ントUPする。この結果、ＸＳ座標は（２，１）へ移動す
る。

【００１８】次に、３ステート（２，１）では、比較部
４ｎで、（Ｘ×Ｓ１）＞（Ｓ×Ｘ１）が成立しないた
め、ＡＮＤ部４ｑからはＸ走査パルスと同期したＳパル
スは出力されず、Ｓカウンタ部４ｆはカウントUPしな
い。一方、Ｘカウンタ部４ｂはＸ走査パルスによってカ
ウントUPする。この結果、ＸＳ座標は（３，１）へ移動
する。次いで４ステート（３，１）では、比較部４ｎ
で、（Ｘ×Ｓ１）＞（Ｓ×Ｘ１）が成立するため、ＡＮ
Ｄ部４ｑからＸ走査パルスと同期したＳパルスが出力さ
れ、Ｓカウンタ部４ｆはカウントUPする。またＸカウン
タ部４ｂはＸ走査パルスによってカウントUPする。この
結果、ＸＳ座標は（４，２）へ移動する。このようにし
て、図５の（Ａ）の点線で示す理想直線に最も近い軌跡
を描きながら、理想等間隔に最も近い走査間隔で試料表
面情報を取得するサンプリングパルスSig5を発生する。

【００１９】このように第１実施例においては、高分解
能で任意の方向へ、且つ理想直線に近い軌跡を描いたＸ
Ｙ走査を行いながら、理想等間隔に最も近い走査間隔で
試料表面情報を取得することができる。

【００２０】次に、第２実施例について説明する。図６
は第２実施例を示す概略構成図で、図１に示した第１実
施例と同一又は対応する部材には同一符号を付して示し
ている。この第２実施例は、第１実施例におけるＸＹ走
査制御部４を回路的に省略し、このＸＹ走査制御部４で
の処理を、マイコン２でのソフトウェア処理で行うよう
に構成したもので、図２に示したＸＹ走査制御部４の各
部の処理は、第２実施例では、マイコン２内における次
のような構成要素で行われるようになっている。すなわ
ち、パルス発生部４ａで設定されていた走査速度は、内
部タイマー２ａで設定され、ソフトウェア処理は、この
タイマー２ａのタイミングに同期して行われる。Ｘカウ
ンタ部４ｂ，Ｙカウンタ部４ｃ，Ｘ１格納部４ｄ，Ｙ１
格納部４ｅ，Ｓカウンタ部４ｆ，Ｓ１格納部４ｇは、そ
れぞれマイコン２内部のレジスタもしくはメモリ２ｂ〜
２ｇに、それらの機能をもたせるようにしている。

【００２１】次に、第２実施例においてマイコン２によ
るソフトウェア処理の手順について説明する。まず予
め、Ｘ１レジスタ２ｄには２次元量子化されたＸＹ座標
上のＸ軸方向の走査目標座標である目標データＸ１を格
納しており、Ｙ１レジスタ２ｅには同じく２次元量子化
されたＸＹ座標上のＹ軸方向の走査目標座標である目標
データＹ１を格納しており、またＳ１レジスタ２ｇには
走査時に試料表面情報をサンプリングする目標回数Ｓ１
を格納している。このような状態において、まずタイマ
ー２ａに同期して、Ｘカウンタレジスタ２ｂは、カウン
トUP／DOWNされ、そのカウントされたＸ走査データＤ１
がＸ走査Ｄ／Ａ変換器５へ出力される。この時、Ｙカウ
ンタレジスタ２ｃは、比較条件１が成立すれば、Ｘカウ
ンタレジスタ２ｂと同様にカウントUP／DOWNされ、その
カウントされたＹ走査データＤ２がＹ走査Ｄ／Ａ変換器
６へ出力される。また、Ｓカウンタレジスタ２ｆは、比
較条件２が成立すれば、Ｘカウンタレジスタ２ｂと同様
にカウントUP／DOWNされ、その時、試料表面情報が取得
される。なお、上記比較条件１の成立とは、Ｙ走査デー
タＤ２とＸ目標データＸ１とをデジタル乗算し、またＸ
走査データＤ１とＹ目標データＹ１とをデジタル乗算し
た後、その乗算結果が、（Ｘ×Ｙ１）＞（Ｙ×Ｘ１）を
満たすことであり、また比較条件２の成立とは、サンプ
リングカウントＳとＸ目標データＸ１とをデジタル乗算
し、またＸ走査データＤ１とサンプリング目標回数Ｓ１
とをデジタル乗算した後、乗算結果が、（Ｘ×Ｓ１）＞
（Ｓ×Ｘ１）を満たすことである。

【００２２】以上のタイマー２ａに同期した処理を繰り
返すことによって、高分解能で任意の方向へ、且つ理想
直線に近い軌跡を描いたＸＹ走査を行いながら、理想等
間隔に最も近い走査間隔で試料表面情報を取得すること
ができる。

【００２３】上記各実施例では、量子化されたＸＹ座標
面で、走査開始座標を（０，０）とした１ライン往路走
査を行うようにしたものを示したが、走査開始座標を
（Ｘ０，Ｙ０）として、走査開始座標格納部やデジタル
引き算部などを設け、デジタル乗算部で、（Ｘ−Ｘ０）
×（Ｙ１−Ｙ０）や（Ｙ−Ｙ０）×（Ｘ１−Ｘ０）の演
算処理を行った後、デジタル比較部で、（Ｘ−Ｘ０）×
（Ｙ１−Ｙ０）＞（Ｙ−Ｙ０）×（Ｘ１−Ｘ０）の比較
を行うことによって、任意の走査開始位置からの任意の
目標座標への走査が可能になる。また、走査開始座標、
目標座標を更新することや各カウンタ部のUP／DOWNを切
り替えることによって、復路走査、複数ライン走査、各
走査ライン間の移動走査、任意の軌跡を描く走査なども
可能になることはいうまでもない。また量子化されたＸ
Ｓ座標面でも、上記ＸＹ座標面における各走査に対応し
た同様のサンプリング動作が可能であることは言うまで
もない。

【００２４】なお、上記各実施例においては、量子化さ
れたＸＹ座標面における走査主軸をＸ軸とし、縦軸をＹ
軸とした走査について説明したが、図３の（Ｂ）に示し
た角度θに応じて、すなわち、45°＜θ＜ 135°あるい
は 225°＜θ＜ 315°においては、走査主軸をＹ軸に切
り替えると共に、試料表面情報を取得するサンプリング
パルスの生成をＹＳ座標とすることも可能であることは
勿論である。

【００２５】また、上記各実施例では、ＡＦＭ（原子間
力顕微鏡）に本発明を適用して試料表面形状の測定を行
うようにしたものを示したが、本発明は、ＳＴＭ（走査
トンネル顕微鏡）、ｎｃ−ＡＦＭ（ノンコンタクト原子
間力顕微鏡）、ＭＦＭ（磁気力顕微鏡）などの他の走査
型プローブ顕微鏡全般に用いることができ、加工手段を
有する走査型プローブ顕微鏡に本発明を適用した場合に
は、任意の走査軌跡を描きながら、試料表面を加工する
ことが可能となる。

【００２６】また、上記各実施例では、ＸＹＺ駆動用円
筒型圧電体の上端に試料を保持する試料台を設置し、試
料台をカンチレバーに対して微動させるようにした構成
のものを示したが、図７に示すように、試料台11は鏡体
13に固定し、カンチレバー９を保持する探針変位検出部
８をＸＹＺ駆動用円筒型圧電体12の下端に配設してカン
チレバー９を試料10に対して微動させるように構成して
もよい。

【００２７】また、上記各実施例においては、微動手段
として圧電体を用い、また駆動手段としてＡ／Ｄ変換器
を用いて、２次元量子化座標上を走査するようにしたも
のを示したが、微動手段として機械的移動ステージを、
駆動手段としてパルスモータの組み合わせなど、他の組
み合わせ構成も可能であることは言うまでもない。

【００２８】なお、本願発明の要旨をまとめると、以下
のようになる。 （１） 試料又はプローブを保持して少なくとも２次元
方向に走査する微動手段と、該微動手段を２次元量子化
座標上に走査駆動する駆動手段と、前記２次元量子化座
標上における主軸走査データと主軸及び従軸方向の目標
座標である主軸及び従軸目標データとに基づいて、前記
駆動手段に前記微動手段を２次元量子化座標上の主軸方
向に走査させるための前記主軸走査データと共に、従軸
方向に走査させるための従軸走査データを出力するデジ
タル演算処理部とを備え、前記微動手段を２次元量子化
座標上の所望の方向に、理想直線に最も近い走査軌跡を
描きながら走査するように構成したことを特徴とする走
査型プローブ顕微鏡装置。 （２） 前記デジタル演算処理部は、少なくとも１つ以
上のデジタル乗算手段と少なくとも１つ以上のデジタル
比較手段とからなることを特徴とする前記（１）記載の
走査型プローブ顕微鏡装置。 （３） 試料又はプローブを保持して少なくとも２次元
方向に走査する微動手段と、該微動手段を２次元量子化
座標上に走査駆動する駆動手段と、前記プローブの出力
をサンプリングするサンプリング手段と、前記２次元量
子化座標上における主軸走査データと主軸及び従軸方向
の目標座標である主軸及び従軸目標データとに基づい
て、前記駆動手段に前記微動手段を２次元量子化座標上
の主軸方向に走査させるための前記主軸走査データと共
に、従軸方向に走査させるための従軸走査データを出力
する第１のデジタル演算処理部と、前記２次元量子化座
標上における主軸走査データと主軸方向の目標座標であ
る主軸目標データと試料表面情報を取得する１ライン走
査中の全サンプリング回数とに基づいて、前記サンプリ
ング手段を駆動するサンプリングパルスを出力する第２
のデジタル演算処理部とを備え、前記微動手段を２次元
量子化座標上の所望の方向に、理想直線に最も近い走査
軌跡を描きながら走査すると共に、前記微動手段を走査
しながら所望のサンプリング回数だけ試料表面情報を取
得する際、理想間隔に最も近い走査間隔で試料表面情報
を取得するように構成したことを特徴とする走査型プロ
ーブ顕微鏡装置。 （４） 前記第１のデジタル演算処理部及び第２のデジ
タル演算処理部は、少なくとも１つ以上のデジタル乗算
手段と少なくとも１つ以上のデジタル比較手段とからな
ることを特徴とする前記（３）記載の走査型プローブ顕
微鏡装置。

【００２９】

【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
請求項１記載の発明によれば、高分解能で任意の方向
へ、且つ理想直線に近い軌跡を描いたＸＹ走査を行える
走査型プローブ顕微鏡装置を実現することができる。ま
た請求項３記載の発明によれば、高分解能で任意の方向
へ、且つ理想直線に近い軌跡を描いたＸＹ走査を行いな
がら、理想等間隔に最も近い走査間隔で試料表面情報を
取得する測定が可能な走査型プローブ顕微鏡装置を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡装置の第１
実施例を示す概略構成図である。

【図２】図１に示した第１実施例におけるＸＹ走査制御
部の構成を示すブロック構成図である。

【図３】カンチレバーの先端が試料表面を相対的に走査
する態様を示す説明図である。

【図４】第１実施例において、図３の（Ｂ）に示す態様
の走査を行わせる場合における１ライン目の走査態様、
及びＸ走査パルスとＹ走査パルスを示す図である。

【図５】第１実施例において、図３の（Ｂ）に示す態様
の走査を行わせる場合における１ライン目の走査時の試
料表面情報をサンプリングする態様、及びＸ走査パルス
とＳパルスを示す図である。

【図６】本発明の第２実施例を示す概略構成図である。

【図７】微動手段の配置態様の変形例を示す図である。

【図８】従来の走査型プローブ顕微鏡における走査信号
の発生回路構成を示す図である。

【符号の説明】

１ ホストコンピュータ ２ マイコン ３ Ｚ制御部 ４ ＸＹ走査制御部 ４−１ 走査データ生成部 ４−２ サンプリングパルス生成部 ５ Ｘ走査Ｄ／Ａ変換器 ６ Ｙ走査Ｄ／Ａ変換器 ８ 探針変位検出部 ９ カンチレバー 10 試料 11 試料台 12 ＸＹＺ駆動用円筒型圧電体 13 鏡体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料又はプローブを保持して少なくとも
   ２次元方向に走査する微動手段と、該微動手段を２次元
   量子化座標上に走査駆動する駆動手段と、前記２次元量
   子化座標上における主軸走査データと主軸及び従軸方向
   の目標座標である主軸及び従軸目標データとに基づい
   て、前記駆動手段に前記微動手段を２次元量子化座標上
   の主軸方向に走査させるための前記主軸走査データと共
   に、従軸方向に走査させるための従軸走査データを出力
   するデジタル演算処理部とを備え、前記微動手段を２次
   元量子化座標上の所望の方向に、理想直線に最も近い走
   査軌跡を描きながら走査するように構成したことを特徴
   とする走査型プローブ顕微鏡装置。
2. 【請求項２】 前記デジタル演算処理部は、少なくとも
   １つ以上のデジタル乗算手段と少なくとも１つ以上のデ
   ジタル比較手段とからなることを特徴とする請求項１記
   載の走査型プローブ顕微鏡装置。
3. 【請求項３】 試料又はプローブを保持して少なくとも
   ２次元方向に走査する微動手段と、該微動手段を２次元
   量子化座標上に走査駆動する駆動手段と、前記プローブ
   の出力をサンプリングするサンプリング手段と、前記２
   次元量子化座標上における主軸走査データと主軸及び従
   軸方向の目標座標である主軸及び従軸目標データとに基
   づいて、前記駆動手段に前記微動手段を２次元量子化座
   標上の主軸方向に走査させるための前記主軸走査データ
   と共に、従軸方向に走査させるための従軸走査データを
   出力する第１のデジタル演算処理部と、前記２次元量子
   化座標上における主軸走査データと主軸方向の目標座標
   である主軸目標データと試料表面情報を取得する１ライ
   ン走査中の全サンプリング回数とに基づいて、前記サン
   プリング手段を駆動するサンプリングパルスを出力する
   第２のデジタル演算処理部とを備え、前記微動手段を２
   次元量子化座標上の所望の方向に、理想直線に最も近い
   走査軌跡を描きながら走査すると共に、前記微動手段を
   走査しながら所望のサンプリング回数だけ試料表面情報
   を取得する際、理想間隔に最も近い走査間隔で試料表面
   情報を取得するように構成したことを特徴とする走査型
   プローブ顕微鏡装置。