JPH08220107A - 走査型プローブ顕微鏡加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】加工機能を付加した走査型プローブ顕微鏡に於
いて、ＸＹラスタ測定により測定像を更新表示しながら
その画像上に加工すべきＸＹ座標を重ね書きし、ＸＹラ
スタ走査が加工すべきＸＹ座標に達したら、そのポイン
トで加工動作、測定を連続して行い、その後はラスタ走
査測定を続けることでリアルタイムに加工した試料表面
の測定観察を行うことを特徴とする。 【構成】マイクロコンピュータ２３には、マウス２２が
接続されたホストコンピュータ２１の他、メモリ２４、
バイアス電圧発生部２５、Ｚ制御部２６、Ｘ走査部２
７、Ｙ走査部２８が接続される。トンネル電流検出部２
９は、探針３０と試料３１の間に流れるトンネル電流を
検出して、トンネル信号をＺ制御部２６へ出力する。Ｘ
ＹＺ駆動圧電体３２は、マイクロコンピュータ２３によ
り、３次元方向に駆動されながら、試料３１の表面形状
測定及び加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は走査型プローブ顕微鏡
加工装置に関し、特に加工走査状況が測定者に観察でき
る走査型プローブ顕微鏡加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】試料表面を加工する機能を付加した走査
型プローブ顕微鏡では、探針または試料をＸＹ走査しな
がら、導電性を有する探針と試料との間に数ボルトのバ
イアス電圧を印加したり、硬い探針で試料表面を叩いた
りすることによって、試料表面を微細加工している。こ
れらの技術は、例えば特開平２−２７９２１３号公報、
特開平４−２４９７０４号公報に記載されている。

【０００３】図１５はこうした従来の走査型プローブ顕
微鏡を示したものである。同図に於いて、ＣＰＵモニタ
１には、メモリ２、マウス（ポインティングデバイス）
３、Ｘ走査部４、Ｙ走査部５、Ｚ制御部６及びバイアス
電源１１が接続されている。上記Ｘ走査部４、Ｙ走査部
５、Ｚ制御部６にはＸＹＺ駆動圧電体８が接続され、そ
の先端部の探針９はトンネル電流検出部７を介してＺ制
御部６に接続されている。上記バイアス電源１１は、探
針９及び試料１０に電源を供給する。

【０００４】このような構成に於いて、マウス３によっ
て試料１０上の位置を任意に指定する。そして、マウス
３の動きに応じて、またはメモリ２に格納されている描
画パターンに応じて、予め設定された速度で探針９を移
動させながら、試料１０と探針９の間に、バイアス電源
１１で数ボルトのバイアス電圧を印加することによっ
て、試料１０に微細加工を施している。

【０００５】図１６は、他の従来例の装置を示したもの
である。この装置では、パルス発生回路１２からのパル
ス信号を、制御回路１３からのＺ制御信号に加算回路１
４で加算し、Ｚ微動機構１５によって、探針９を試料１
０に突き刺して試料１０に微細加工を施している。

【０００６】上述した何れの場合も、上記の加工走査モ
ードが終了した後、測定モードに切り替えて測定走査を
行うことにより、加工状態を観察することができるよう
になっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の装置では、加工走査中に表示が変化しないので、マ
ウス等の位置指定デバイスの動き、またはメモリに格納
されている描画パターンに対して、加工走査がどこまで
進んでいるのかが、測定者にとって不明であるという課
題があった。

【０００８】この発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、マウス等の位置指定デバイスの動き、またはメモリ
に格納されている描画パターンに対して、加工走査がど
こまで進んでいるのかが測定者に容易に観察できる走査
型プローブ顕微鏡加工装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、プ
ローブや試料を微動させるための圧電体と、上記プロー
ブを通じて試料に加工を施す加工手段と、上記プローブ
によって検出される試料表面情報に基いて上記圧電体を
Ｚ方向に変形させる制御手段と、上記圧電体をＸＹ方向
に走査変形させる走査手段と、少なくとも１つ以上の加
工所望ＸＹ座標を記憶する記憶手段と、第１の表示形態
で表示される上記試料表面形状と、第２の表示形態で表
示される加工所望ＸＹ座標とを別々に若しくは重ね合わ
せて表示する表示手段とを具備し、上記制御手段及び上
記走査手段によって、Ｚ制御及びＸＹ走査しながら、試
料表面形状を測定して上記表示手段に表示を行うと共
に、上記記憶手段に記憶された試料表面の少なくとも１
つ以上のＸＹ座標に於いて、上記加工手段によって加工
動作を行うことを特徴とする。

【００１０】

【作用】この発明にあっては、圧電体によりプローブや
試料が微動され、上記プローブを通じて加工手段で試料
に加工が施される。また、上記プローブによって検出さ
れる試料表面情報に基いて、制御手段により、上記圧電
体がＺ方向に変形されると共に、走査手段によってＸＹ
方向に走査変形される。少なくとも１つ以上の加工所望
ＸＹ座標は、記憶手段に記憶されており、第１の表示形
態で表示される上記試料表面形状と、第２の表示形態で
表示される加工所望ＸＹ座標とを別々に若しくは重ね合
わせて表示手段に表示される。そして、上記制御手段及
び上記走査手段によって、Ｚ制御及びＸＹ走査されなが
ら、試料表面形状が測定されて上記表示手段に表示が行
われると共に、上記記憶手段に記憶された試料表面の少
なくとも１つ以上のＸＹ座標に於いて、上記加工手段に
よって加工動作が行われる。

【００１１】

【実施例】初めに、図１乃至図７を参照して、この発明
の第１の実施例について説明する。図１は、この発明の
第１実施例としてＳＴＭに応用した走査型プローブ顕微
鏡加工装置の構成を示したものである。

【００１２】ホストコンピュータ２１は、試料３１の表
面形状及び加工ＸＹ座標を画像表示するもので、測定し
た画像上で加工すべき少なくとも１つ以上のＸＹ座標位
置を指示するための入力手段であるマウス２２が接続さ
れている。また、マイクロコンピュータ（以下マイコン
と略記する）２３に、上記ホストコンピュータ２１の
他、加工所望ＸＹ座標を格納しているメモリ２４、バイ
アスＤ／Ａコンバータ２５ａを有するバイアス電圧発生
部２５、ＺサーボＡ／Ｄコンバータ２６ａ及びＺサーボ
Ｄ／Ａコンバータ２６ｂを有するＺ制御部２６、Ｘ走査
Ｄ／Ａコンバータ２７ａを有するＸ走査部２７、Ｙ走査
Ｄ／Ａコンバータ２８ａを有するＹ走査部２８が接続さ
れている。

【００１３】また、トンネル電流検出部２９は、探針３
０と試料３１の間に流れるトンネル電流を検出して、ト
ンネル信号をＺ制御部２６内のＺサーボＡ／Ｄコンバー
タ２６ａへ出力するものである。ＸＹＺ駆動圧電体３２
は、ＺサーボＤ／Ａコンバータ２６ｂ、Ｘ走査Ｄ／Ａコ
ンバータ２７ａ及びＹ走査Ｄ／Ａコンバータ２８ａを介
して、マイクロコンピュータ２３により、３次元方向に
駆動されながら、試料３１の表面形状測定及び加工が行
われるものである。

【００１４】次に、このように構成された走査型プロー
ブ顕微鏡加工装置の測定、加工の方法を、図６のマイコ
ン２３の制御のフローチャートを参照して説明する。測
定モードでは、マイコン２３は、バイアス信号Ｓ１に測
定バイアス電圧を設定する。そして、トンネル信号Ｓ２
が一定となるようにＺ制御信号Ｓ３を制御しながら、試
料３１に対して探針３０が、図２に示されるようにＸＹ
走査を行い、図２の実線部分の各サンプル点で試料３１
の凹凸を測定する。

【００１５】このとき、試料３１の凹凸は、Ｚ制御信号
Ｓ３に相当するので、マイコン２３は、ＺサーボＤ／Ａ
コンバータ２６ｂに出力しているデジタル値を、ホスト
コンピュータ１にデータ転送する。ホストコンピュータ
２１は、各走査ライン、２５６点サンプリング×２５６
ライン分の転送データを、ホストコンピュータ２１で、
図３に示されるような２５６×２５６画素に、各サンプ
ル点での試料３１の凹凸データを白黒濃淡として表すこ
とによって、試料形状をトップビュー濃淡像で表示する
（ステップＳ１）。

【００１６】加工モードの準備段階では、マウス２２を
操作し、測定で得られたホストコンピュータ２１のディ
スプレイ上のトップビュー濃淡像に、加工したい線（加
工所望線）を図４（ａ）に示されるように第１色（例え
ば赤色）で書き込み、トップビュー濃淡像と重ね合わせ
て表示する（ステップＳ２）。このとき、書き込まれた
線の各ＸＹ座標データは、ホストコンピュータ２１から
マイコン２３に転送される（ステップＳ３）。

【００１７】マイコン２３は、ＸＹ座標データからメモ
リ２４のアドレスを計算して、そのアドレスに“１”を
書き込む。メモリ２４は、トップビュー濃淡像表示の２
５６×２５６＝６５５３６画素の各表示画素に対応し
て、２５６×２５６＝６５５３６ビットから成る。この
メモリ２４には、測定時は全て“０”が書き込まれてい
るが、上記のマウス操作によって、加工したい線の各表
示画素に対応するアドレスに“１”が書き込まれる（ス
テップＳ４）。

【００１８】アドレスの計算方法は、 アドレス＝２５６×（Ｙ座標−１）＋Ｘ座標 …（１） であり、図４（ａ）に示された加工したい線の各座標に
対して、ビットメモリは、図５に示されるように構成さ
れる。

【００１９】上記の準備段階が終了すると加工走査に入
る。図７は、加工測定走査の動作を説明するフローチャ
ートである。上述した測定走査と同様に、マイコン２３
は、バイアス信号Ｓ１に測定バイアス電圧を設定し、ト
ンネル信号Ｓ２が一定となるようにＺ制御信号Ｓ３を制
御しながら、試料３１に対して探針３０が図２に示され
るようにＸＹ走査を行う（ステップＳ１１）。このと
き、図２の実線部分の各サンプル点で、メモリ２４の各
表示画素に対応するアドレスのデータを順次読み出す
（ステップＳ１２）。そして、読み出し値が“１”か
“０”かをチェックする（ステップＳ１３）。

【００２０】ここで、読み出し値が“１”であった場
合、各サンプル点でバイアス信号Ｓ１に加工バイアス電
圧を設定し、加工に必要な時間だけＺ制御とＸＹ走査を
ホールドした後、バイアス信号Ｓ１に測定バイアス電圧
を設定し直す（ステップＳ１４）。

【００２１】このとき、加工動作を行ったサンプル点で
は、メモリ２４の表示画素に対応するアドレスのデータ
を“０”に書き換える（ステップＳ１５）と共に、ホス
トコンピュータ２１に加工した位置のＸＹ座標データを
転送する（ステップＳ１６）。次いで、表示画素に重ね
書きされていた加工所望線を消去していく（ステップＳ
１７）。その後、そのサンプル点で試料３１の凹凸の測
定を行い（ステップＳ１８）、ホストコンピュータ２１
に凹凸データを転送して（ステップＳ１９）、そのサン
プル点での濃淡表示を更新する（ステップＳ２０）。

【００２２】一方、上記ステップＳ１３にて、読み出し
値が“０”であった場合、各サンプル点では試料３１の
凹凸の測定だけを行い（ステップＳ１８）、ホストコン
ピュータ２１に凹凸データを転送して（ステップＳ１
９）、そのサンプル点での濃淡表示を更新する（ステッ
プＳ２０）。こうして、全てのラインの走査が終了した
ら（ステップＳ２１）、本加工測定走査を終了する。

【００２３】図４（ｂ）及び（ｃ）は、加工走査が進む
に従い、試料形状が変化していくトップビュー濃淡像の
様子を示したものである。図４（ｂ）は、加工測定走査
が１２７ラインまで達した時点、図４（ｃ）は、加工測
定走査が１３０ラインまで達した時点である。尚、図中
の矢印は、探針３０の走査を示したものである。

【００２４】このように、第１の実施例によれば、上記
加工測定走査時に、通常のサンプル点に於いては試料凹
凸測定を行い、加工所望サンプル点に於いては加工動作
してから凹凸測定を行い、各サンプル点で凹凸測定した
試料形状を更新しながら表示することによって、測定者
は走査中に試料表面が加工されていく様子を、ほぼリア
ルタイムで観察することができる。

【００２５】次に、この発明の第２の実施例について説
明する。この発明の第２の実施例の装置構成は、上述し
た第１の実施例と同様で、図１に示されたＳＴＭに応用
した走査型プローブ顕微鏡加工装置とする。尚、該装置
の構成と測定モードに於ける測定表示方法及び加工測定
モード準備段階の動作に関しては、上述した第１の実施
例と同様であるため説明を省略し、加工測定走査の動作
についてのみ説明する。

【００２６】図８は、この発明の第２の実施例による加
工測定走査の動作を説明するフローチャートである。加
工測定走査では、測定走査と同時に、マイコン２３は、
バイアス信号Ｓ１に測定バイアス電圧を設定し、トンネ
ル信号Ｓ２が一定となるようにＺ制御信号Ｓ３を制御し
ながら、図２に示されるように、試料３１に対して探針
３０によるＸＹ走査を行う（ステップＳ３１）。但し、
ここでは各走査ラインで２回ずつ走査を行うものとし、
１回目は加工走査、２回目は測定走査を行う。

【００２７】加工走査では、走査部分の各サンプル点
で、メモリ２４の各表示画素に対応するアドレスのデー
タを順次読み出す（ステップＳ３２）。そして、その読
み出し値が１か０かをチェックする（ステップＳ３
３）。

【００２８】ここで、読み出し値が“１”であった各サ
ンプル点では、バイアス信号Ｓ１に加工バイアス電圧を
設定し、加工に必要な時間だけＺ制御とＸＹ走査をホー
ルドする。その後、バイアス信号Ｓ１に測定バイアス電
圧を設定し直してから、走査を続け、そのラインの加工
走査が終了したならば（ステップＳ３４〜Ｓ３８）、測
定走査に移行する。

【００２９】測定走査では、現走査ライン先頭のＸＹ座
標を再設定し（ステップＳ３９）、試料３１を走査した
後（ステップＳ４０）、各サンプル点で試料３１の凹凸
の測定を行う（ステップＳ４１）。次いで、ホストコン
ピュータ２１に凹凸データを転送して（ステップＳ４
２）、そのサンプル点での濃淡表示を更新する（ステッ
プＳ４３）。

【００３０】このとき、加工走査を行ったサンプル点で
は、メモリ２４の表示画素に対応するアドレスのデータ
を“０”に書き換えると共に、表示画素に重ね書きされ
ていた加工所望線を消去していく。こうして、１ライン
測定走査の終了（ステップＳ４４）と、全てのラインの
走査終了（ステップＳ４５）を確認したならば本加工測
定走査を終了する。

【００３１】図４（ｂ）、（ｃ）は、加工測定走査が進
むに従い、試料形状が変化していくトップビュー濃淡像
の様子を示したものである。図４（ｂ）は、加工測定走
査が１２７ラインまで達した時点、図４（ｃ）は、加工
走査が１３０ラインまで達した時点を表している。尚、
図中の矢印は、探針３０の走査を示したものである。

【００３２】このように、第２の実施例によれば、加工
測定走査時に、同一走査ラインに於いて、加工所望サン
プル点で加工動作を行う加工走査と、各サンプル点で試
料凹凸測定を行う測定走査を繰り返して行いながら、各
サンプル点で凹凸測定した試料形状を更新しながら表示
することによって、測定者は走査中に試料表面が加工さ
れてゆく様子をほぼリアルタイムに観察することができ
る。

【００３３】次に、この発明の第３の実施例について説
明する。図９は、この発明の第３の実施例としてＡＦＭ
／ＳＴＭに応用した走査型プローブ顕微鏡加工装置の構
成を示した図である。尚、同実施例に於いて、上述した
第１及び第２の実施例の構成要素と同じ部分には同一の
参照番号を付して説明を省略する。

【００３４】ここで、ＡＦＭについて説明する。ＡＦＭ
は、原子間力顕微鏡のことであり、試料と探針との間に
働く原子間力の変化に基いて変位する探針を支持するカ
ンチレバーの変位量を検出することにより、試料凹凸を
観察する装置である。すなわち、ＳＴＭのようにバイア
ス電圧を試料と探針との間に加える必要がなく、また、
試料が導電性のものに限定されることがないという装置
である。

【００３５】図９に於いて、ホストコンピュータ２１
は、試料３１の表面形状及び加工ＸＹ座標を画像表示す
る。マウス２２は、測定した画像上で加工すべき少なく
とも１つ以上のＸＹ座標位置を指示するための入力手段
である。マイコン２３は、加工所望ＸＹ座標を格納して
いるメモリ２４、バイアス電圧発生部２５、Ｚ制御部２
６、Ｘ走査部２７及びＹ走査部２８を制御して、ＸＹＺ
駆動用圧電体３２を３次元方向に駆動させながら、表面
形状測定及び加工を行う。また、探針変位検出部３３
は、カンチレバー３４の先端の探針３０の変位を検出し
て探針変位信号Ｓ６を出力するものである。カンチレバ
ー３４の先端の探針３０は、導電性を有しており、その
電位はＧＮＤレベルである。

【００３６】このような構成の装置に於いて、第３の実
施例による測定、加工測定の動作を、図１０のマイコン
２３の制御のフローチャートを参照して説明する。測定
モードでは、マイコン２３は、バイアス信号Ｓ１に探針
３０と同電位となる０ボルトを設定する。そして、探針
変位信号Ｓ６が一定となるようにＺ制御信号Ｓ３を制御
しながら、図２に示されるように、試料３１に対して探
針３０によるＸＹ走査を行い、図中実線部分の各サンプ
ル点で試料３１の凹凸を測定する。このとき、試料凹凸
はＺ制御信号Ｓ３に相当するので、ＺサーボＤ／Ａコン
バータ２６ｂに出力しているデジタル値を、ホストコン
ピュータ２１に転送する。

【００３７】ホストコンピュータ２１は、各走査ライン
２５６点サンプリング×２５６ライン分の転送データ
を、ホストコンピュータ２１で、図３に示されるような
２５６×２５６画素に、各サンプル点での試料凹凸デー
タを白黒濃淡として表すことによって、試料形状をトッ
プビュー濃淡像で表示する。

【００３８】尚、加工測定モード準備段階の動作に関し
ては、上述した第１の実施例と同様であるため、ここで
は説明を省略するものとし、以下に加工測定モード加工
測定走査について説明する。

【００３９】加工測定走査では、測定走査と同様に、マ
イクロコンピュータ２３は、探針３０と同電位となる０
ボルトを設定する。そして、探針変位信号Ｓ６が一定と
なるようにＺ制御信号Ｓ３を制御しながら、図２に示さ
れるように、試料３１に対して探針３０によるＸＹ走査
を行う（ステップＳ５１）。このとき、図中実線部分の
各サンプル点で、メモリ２４の各表示画素に対応するア
ドレスのデータを順次読み出す（ステップＳ５２）。そ
して、その読み出し値が１か０かをチェックする（ステ
ップＳ５３）。

【００４０】ここで、読み出し値が“１”であった各サ
ンプル点では、バイアス信号Ｓ１に加工バイアス電圧を
設定し、加工に必要な時間だけＺ制御とＸＹ走査をホー
ルドした後、バイアス信号Ｓ１の電位を０ボルトに電圧
を設定し直してから、そのサンプル点で試料凹凸の測定
を行う。次いで、ホストコンピュータ２１に凹凸データ
を転送して、そのサンプル点での濃淡表示を更新する。

【００４１】このとき、加工動作を行ったサンプル点で
は、メモリ２４の表示画素に対応するアドレスのデータ
を“０”に書き換える（ステップＳ５５）と共に、表示
画素に重ね書きされていた加工所望線を消去していく
（ステップＳ５６、Ｓ５７）。

【００４２】この加工所望線を消去した後、及び上記ス
テップＳ５３にて読み出し値が“０”であった場合は、
各サンプル点では、試料３１の凹凸の測定を行う（ステ
ップＳ５８）。次いで、ホストコンピュータ２１に凹凸
データを転送して（ステップＳ５９）、そのサンプル点
での濃淡表示を更新する（ステップＳ６０）。その後、
走査を終了する（ステップＳ６１）。

【００４３】このように、第３の実施例によれば、上記
加工測定走査時に、通常のサンプル点に於いてはＡＦＭ
機能によって試料凹凸測定を行い、加工所望サンプル点
に於いてはＳＴＭ機能によって加工動作してから、ＡＦ
Ｍ機能によって凹凸測定を行い、各サンプル点で凹凸測
定した試料形状を更新しながら表示することによって、
測定者は走査中に試料表面が加工されてゆく様子を、ほ
ぼリアルタイムに観察することができる。

【００４４】尚、この発明に於いて、上述した実施例に
於ける表面形状濃淡像、加工所望画素の表示色は、上記
の色に限られたものではないし、表面形状濃淡像、加工
所望画素の表示は、色に限らず、その他の表示方法でも
可能なことは言うまでもない。

【００４５】また、表面形状の表示は、トップビュー濃
淡像に限らず、鳥瞰像、３次元像等の他の表示方法でも
可能であり、それに伴い、加工所望位置の表示も垂直
線、水平線、矢印等の他の表示方法とすることが可能な
ことは言うまでもない。

【００４６】更に、上述した実施例に於いては、マウス
操作によって、加工したい線をホストコンピュータのデ
ィスプレイ上に描画したがジョイスティック、トラック
ボール、キーボード等の他の入力手段を操作して点や線
を描画したり、メモリやフロッピーディスク等の他の記
憶手段に格納されている図形を表面形状濃淡像に重ね合
わせて描画することが可能なことは言うまでもない。

【００４７】尚、上述した実施例に於いては、先ず測定
モードで測定観察を行って、加工したい線をホストコン
ピュータのディスプレイ上に描画した後加工測定走査に
入り、加工測定を行うという手順であったが、測定モー
ドを省略し、連続加工測定走査を行い、操作中に割り込
みによって加工したい線を描画しながら加工測定を行う
ことによって、モードを切り替えずに連続的に加工測定
を行うことが可能なことは勿論である。

【００４８】次に、この発明の第４の実施例について説
明する。尚、この実施例の装置構成は、図１と同様であ
るので詳細な説明は省略する。このように構成された走
査型プローブ顕微鏡加工装置の測定、加工の方法を、図
１１のフローチャートを参照して説明する。

【００４９】測定モードでは、マイコン２３は、バイア
ス信号Ｓ１に測定バイアス電圧を設定し、トンネル信号
Ｓ２が一定となるようにＺ制御信号Ｓ３を制御しなが
ら、図２に示されるように、試料３１に対して探針３０
によるＸＹ走査を行い、図中実線部分の各サンプル点で
試料凹凸を測定する。このとき、試料凹凸はＺ制御信号
Ｓ３に相当するので、ＺサーボＤ／Ａコンバータ２６ｂ
に出力しているデジタル値を、ホストコンピュータ２１
にデータ転送する。

【００５０】ホストコンピュータ２１は、各走査ライン
２５６点サンプリング×２５６ライン分の転送データ
を、ホストコンピュータ２１で、図３に示されるような
２５６×２５６画素に、各サンプル点での試料凹凸デー
タを白黒濃淡として表すことによって、試料形状をトッ
プビュー濃淡像で表示する。

【００５１】加工モードの準備段階では、マウス２２を
操作し、測定で得られたホストコンピュータ２１のディ
スプレイ上のトップビュー濃淡像に、図４（ａ）に示さ
れるように、加工したい線を第１色（例えば赤色）で書
き込み、トップビュー濃淡像と重ね合わせて表示する
（ステップＳ７１、Ｓ７２）。このとき、書き込まれた
線の各ＸＹ座標データは、ホストコンピュータ２１から
マイコン２３に転送される（ステップＳ７３）。

【００５２】マイコン２３は、ＸＹ座標データからメモ
リ２４のアドレスを計算して、そのアドレスに“１”を
書き込む。メモリ２４は、トップビュー濃淡像表示の２
５６×２５６＝６５５３６画素の各表示画素に対応し
て、２５６×２５６＝６５５３６バイトから成り、測定
時は全て“０”が書き込まれているが、上記のマウス操
作によって、加工したい線の各表示画素に対応するアド
レスに“１”が書き込まれる（ステップＳ７４）。

【００５３】アドレスの計算方法は上記（１）式の通り
であり、図４（ａ）に示される、加工したい線の各座標
に対して、メモリ２４は、図５に示されるようになる。
上述した準備段階が終了すると（ステップＳ７５）、加
工走査に入る。測定走査と同様に、マイコン２３は、バ
イアス信号Ｓ１に測定バイアス電圧を設定し、トンネル
信号Ｓ２が一定となるようにＺ制御信号Ｓ３を制御しな
がら、試料３１に対して探針３０により、図２に示され
るようにＸＹ走査を行う（ステップＳ７６）。このと
き、図中実線部分の各サンプル点で、メモリ２４の各表
示画素に対応するアドレスのデータを順次読み出す（ス
テップＳ７７）。そして、読み出し値が“１”か“０”
かをチェックする（ステップＳ７８）。

【００５４】ここで、読み出し値が“１”であった各サ
ンプル点で、バイアス信号Ｓ１に加工バイアス電圧を設
定し、加工に必要な時間だけＸＹ走査を停止すると同時
に、ホストコンピュータ２１に加工した位置のＸＹ座標
データを転送する（ステップＳ７９、Ｓ８０）。その
後、バイアス信号Ｓ１に測定バイアス電圧を設定し直し
てから、上記の加工走査を続ける。

【００５５】このとき、ホストコンピュータ２１は、マ
イコン２３から転送されたＸＹ座標に対応する表示画素
の色を、第１色の赤色から第２色の青色に変更して表示
する（ステップＳ８１）。

【００５６】図４（ｂ）、（ｃ）は、加工走査が進むに
従い、トップビュー濃淡像の加工終了画素の色を変更し
ていく様子を示したものである。図４（ｂ）は加工走査
が１２７ラインまで達した時点、図４（ｃ）は加工走査
が１３０ラインまで達した時点である。図中矢印は、探
針３０による走査を示したものである。

【００５７】ＸＹ加工モードが終了したら（ステップＳ
８２）、メモリ２４のアドレスに全て“０”を書き込ん
だ後（ステップＳ８３）、再度、測定モードに入り、試
料表面形状をトップビュー濃淡像で、青色表示された加
工終了線と重ね合わせて表示する。

【００５８】このように第４の実施例によれば、上記加
工走査時に、加工が終了した位置でマイコン２２からホ
ストコンピュータ２１に加工したＸＹ座標データを転送
し、そのＸＹ座標に対応する表示画素の表示色を変更す
ることによって、測定者は加工走査中にどの位置まで加
工が進んでいるのかを把握することができる。

【００５９】次に、図１２乃至図１４を参照して、この
発明の第５の実施例について説明する。この発明の第５
の実施例の装置構成は、上述した第１の実施例と同様
で、図１に示されたＳＴＭに応用した走査型プローブ顕
微鏡加工装置とする。尚、該装置の構成と測定モードに
於ける測定表示方法の動作に関しては、上述した第１の
実施例と同様であるため説明を省略し、加工方法の動作
についてのみ説明する。

【００６０】加工モードの準備段階では、マウス２２を
走査し、測定で得られたホストコンピュータ２１のディ
スプレイ上のトップビュー濃淡像に、図１２（ａ）に示
されるように、加工したい線を赤色（第１色）で書き込
み、トップビュー濃淡像と重ね合わせて表示する（ステ
ップＳ９１、Ｓ９２）。このとき、書き込まれた線の各
ＸＹ座標データは、ホストコンピュータ２１からマイコ
ン２３に転送される（ステップＳ９３）。

【００６１】マイコン２３は、Ｘ座標データをメモリ２
４のＸ領域（図１３（ａ））に、Ｙ座標データをメモリ
２４のＹ領域（図１３（ｂ））に、先頭から順番に書き
込む（ステップＳ９４）。メモリ２４は、Ｘ領域Ｙ領域
共に、最大２５６×２５６＝６５５３６バイトから成
り、測定時は全て“０”が書き込まれているが、上記の
マウス操作によって、加工したい線の各表示画素に対応
するＸＹ座標がメモリ２４内のＸ，Ｙ領域に先頭から順
に書き込まれる。

【００６２】上述した準備段階が終了すると、加工走査
に入る（ステップＳ９５）。マイコン２２は、バイアス
信号Ｓ１に測定バイアス電圧を設定すると共に、Ｘ，Ｙ
領域読み出しポインタを先頭アドレスに設定する（ステ
ップＳ９６）。次いで、加工時の条件を一定にするた
め、及び探針３０が試料と接触し破損しないために、ト
ンネル信号Ｓ２が一定となるようにＺ制御信号Ｓ３を制
御しながら、メモリ２４のＸ領域、Ｙ領域の先頭アドレ
スに格納されたＸＹ座標データを読み出す（ステップＳ
９７）。そして、読み出したＸＹ座標データが加工する
ＸＹ座標であることを確認した上で、その試料３１のＸ
Ｙ座標位置に探針３０が達するまで、予め設定された速
度で試料をＸＹ方向へ最短距離で移動させる（ステップ
Ｓ９８、Ｓ９９）。

【００６３】目的のＸＹ座標位置に達したら、バイアス
信号Ｓ１に加工バイアス電圧を設定し、加工に必要な時
間だけＸＹ走査を停止すると同時に、ホストコンピュー
タ２１に加工した位置のＸＹ座標データを転送する（ス
テップＳ１００、Ｓ１０１）。その後、バイアス信号Ｓ
１に測定座標データを設定し直す（ステップＳ１０１）
と共に、その加工を施したＸＹ座標データに基いてホス
トコンピュータ２１が赤色（第１色）から青色（第２
色）に変更する（ステップＳ１０２）。そして、次のア
ドレスに格納されたＸＹ座標データを読み出し（ステッ
プＳ１０３）、試料３１の次のＸＹ座標位置に探針３０
が達するまで、予め設定された速度で試料をＸＹ方向へ
最短距離で直線移動させる。こうして、加工するＸＹ座
標がなくなるまで、すなわちメモリ２４から呼び出す値
が“０”になるまで、上記ステップＳ９７〜Ｓ１０３の
加工走査を続ける。

【００６４】このとき、ホストコンピュータ２１は、マ
イコン２３から転送されたＸＹ座標に対応する表示画素
の色を、赤色（第１色）から青色（第２色）に変更して
表示する。

【００６５】図１２（ｂ）、（ｃ）は加工走査が進むに
従い、トップビュー濃淡像の加工終了画素の色を変更し
ていく様子を示したものである。図１２（ｂ）は加工走
査が３番目のＸＹ座標まで達した時点、図１２（ｃ）は
加工走査が８番目のＸＹ座標まで達した時点を示したも
のである。尚、図中矢印は探針３０走査を示したもので
ある。

【００６６】ＸＹ加工モードが終了したら、メモリ２４
のアドレスに全て“０”を書き込んだ後（ステップＳ３
４）、再度、測定モードに入り、試料表面形状をトップ
ビュー濃淡像で、青色表示された加工終了線と重ね合わ
せて表示する。

【００６７】このように、第５の実施例によれば、上記
加工走査時に、加工が終了した位置でマイコン２２から
ホストコンピュータ２１に加工したＸＹ座標データを転
送し、そのＸＹ座標に対応する表示画素の表示色を変更
することによって、測定者は加工走査中にどの位置まで
加工が進んでいるのかを把握することができる。

【００６８】また、加工するＸＹ座標データが、メモリ
２４内のＸＹ領域の先頭から順に入力され、加工時には
このようなＸＹ座標データがメモリ２４に入力された順
に読み出され、その読み出された現ＸＹ座標データと次
のＸＹ座標データとを直線的に結ぶことで、加工を行わ
ないＸＹ座標データ部分を走査する必要がなくなり、無
駄のない短時間の加工が可能である。

【００６９】尚、この発明は、加工走査中の進捗状況を
知らせることが重要なものであり、上述した実施例に於
ける表面形状濃淡像、加工所望画素、加工終了画素の表
示色は、上記の色に限られるものではなく、加工所望画
素から加工終了画素への表示の変更は、色に限らず、輝
度その他の表示方法の変更でも可能なことは言うまでも
ない。

【００７０】また、表面形状の表示は、トップビュー濃
淡像に限らず、鳥瞰像、３次元像等の他の表示方法でも
可能であり、それに伴って加工所望位置、加工終了位置
の表示も垂直線、水平線、矢印等の他の表示方法とする
ことが可能なことは言うまでもない。

【００７１】更に、上述した実施例に於いては、マウス
操作によって、加工したい線をホストコンピュータディ
スプレイ上に書き込んだが、メモリやフロッピーディス
ク等の他の記憶手段に格納されている図形を表面形状濃
淡像に重ね合わせて書き込むことが可能なことは言うま
でもない。

【００７２】尚、上述した実施例に於いては、測定サン
プル点及び表示画素を一致させて、２５６×２５６点と
したが、表面形状の表示を補間表示等の画像処理を行っ
て表示することによって、測定サンプル点数を表示画素
数と必ずしも一致させる必要がないことは勿論である。

【００７３】加えて、上述した実施例に於いては、試料
探針間にバイアス電圧を印加して加工を施す加工手段を
示したが、探針で試料表面を叩いたり、引っ掻いたりし
て微細加工を施す加工手段や、他の加工手段を有するＡ
ＦＭ、ｎｃ−ＡＦＭ、ＭＦＭ等の他の走査型プローブ顕
微鏡を応用した加工装置全般にこの発明を用いることが
可能なことは言うまでもない。

【００７４】更に、上述した全ての実施例では、ステー
ジ側を移動若しくは走査する構成を示したが、探針側を
移動若しくは走査する構成としても良い。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。

【００７５】（１） プローブや試料を微動させるため
の圧電体と、上記プローブを通じて試料に加工を施す加
工手段と、上記プローブによって検出される試料表面情
報に基いて上記圧電体をＺ方向に変形させる制御手段
と、上記圧電体をＸＹ方向に走査変形させる走査手段
と、少なくとも１つ以上の加工所望ＸＹ座標を記憶する
記憶手段と、第１の表示形態で表示される上記試料表面
形状と、第２の表示形態で表示される加工所望ＸＹ座標
とを別々に若しくは重ね合わせて表示する表示手段とを
具備し、上記制御手段及び上記走査手段によって、Ｚ制
御及びＸＹ走査しながら、試料表面形状を測定して上記
表示手段に表示を行うと共に、上記記憶手段に記憶され
た試料表面の少なくとも１つ以上のＸＹ座標に於いて、
上記加工手段によって加工動作を行うことを特徴とする
走査型プローブ顕微鏡加工装置。

【００７６】（２） 上記制御手段及び上記走査手段に
よってＺ制御及びＸＹ走査しながら、各ＸＹ座標に於い
て、試料凹凸を測定して上記表示手段に表示を行うと同
時に、上記記憶手段に記憶された試料表面の加工所望Ｘ
Ｙ座標に於いては、上記加工手段によって加工動作を行
ってから、試料凹凸を測定す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加工装置。

【００７７】（３） 上記（１）に記載の走査型プロー
ブ顕微鏡加工装置に於いて、上記制御手段及び上記走査
手段によってＺ制御及びＸＹ走査を同一ラインで２回繰
り返しながら、同一ラインの１回目走査時は、上記記憶
手段に記憶された試料表面の加工所望ＸＹ座標に於いて
上記加工手段によって加工動作を行い、上記同一ライン
の２回目走査時は、試料凹凸を測定して上記表示手段に
表示を行うことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡加工
装置。

【００７８】（４） 上記プローブは、その先端に導電
性を有する探針が設けられたカンチレバーから成り、上
記加工手段は、上記試料と上記探針の間に加工に十分な
電圧を印加する電圧発生部から成り、上記制御手段は、
上記カンチレバーの変位によって検出される試料表面凹
凸に基いて上記圧電体をＺ方向に変形させる制御部から
成ることを特徴とする上記（１）、（２）及び（３）に
記載の走査型プローブ顕微鏡加工装置。

【００７９】（５） プローブや試料を微動させるため
の圧電体をＸＹ方向に走査変形させる工程と、上記プロ
ーブによって検出される試料表面情報に基いて上記圧電
体をＺ方向に変形させる工程と、記憶手段に記憶されて
いる少なくとも１つ以上の加工所望ＸＹ座標を読み出す
工程と、上記試料表面形状を測定する工程と、この測定
された試料表面形状を第１の表示形態で表示する工程
と、上記プローブを通じて上記試料に加工を施す工程
と、上記少なくとも１つ以上の加工所望ＸＹ座標に於い
て上記加工が施された部分を上記第１の表示形態とは異
なる第２の表示形態で表示する工程とを具備することを
特徴とする走査型プローブ顕微鏡の加工測定方法。

【００８０】（６） 上記試料に加工を施す工程は、加
工動作を行ってから上記試料凹凸を測定することを特徴
とする上記（５）に記載の走査型プローブ顕微鏡加工装
置の加工測定方法。

【００８１】（７） 上記ＸＹ方向に走査変形させる工
程及び上記Ｚ方向に変形させる工程は、Ｚ制御及びＸＹ
走査を同一ラインで２回繰り返しながら、同一ラインの
１回目走査時は、上記記憶手段に記憶された試料表面の
加工所望ＸＹ座標に於いて加工動作を行い、上記同一ラ
インの２回目走査時は、試料凹凸を測定して表示を行う
ことを特徴とする上記（５）に記載の走査型プローブ顕
微鏡加工装置の加工測定方法。

【００８２】（８） 上記表示手段に上記第２の表示形
態で表示されていた加工所望ＸＹ座標のうち加工が終了
したＸＹ座標を第３の表示形態に順次表示変更すること
を特徴とする上記（１）に記載の走査型プローブ顕微鏡
加工装置。

【００８３】（９） 上記第１の表示形態、第２の表示
形態及び第３の表示形態は、それぞれ異なる第１の表示
色、第２の表示色及び第３の表示色で表示することを特
徴とする上記（８）に記載の走査型プローブ顕微鏡加工
装置。

【００８４】（１０） プローブや試料を微動させるた
めの圧電体を、該プローブにより検出される試料表面情
報に基いてＺ方向に変形させながら、ＸＹ方向に走査変
形させる工程と、上記試料表面形状を第１の表示形態で
表示する工程と、記憶手段に記憶されている少なくとも
１つ以上の加工所望ＸＹ座標を読み出す工程と、上記加
工所望ＸＹ座標を上記第１の表示形態に重ね合わせて第
２の表示形態で表示する工程と、上記試料表面の各加工
所望ＸＹ座標に於いて順次加工する工程と、この加工工
程による加工終了座標を、上記第１及び第２の表示形態
と重ね合わせて第３の表示形態で表示する工程とを具備
することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡の微細加工
状況表示方法。

【００８５】上記（１）、（２）、（５）及び（６）の
構成によれば、通常のサンプル点に於いては試料凹凸測
定を行い、加工所望サンプル点に於いては加工動作して
から凹凸測定を行い、各サンプル点で凹凸測定した試料
形状を更新しながら表示するので、測定者は走査中に試
料表面が加工されてゆく様子を、ほぼリアルタイムに観
察することができる。上記（３）及び（７）の構成によ
れば、加工所望サンプル点で加工動作を行う加工走査
と、各サンプル点で試料凹凸測定を行う測定走査を繰り
返して行いながら、各サンプル点で凹凸測定した試料形
状を更新しながら表示することによって、測定者は走査
中に試料表面が加工されてゆく様子をほぼリアルタイム
に観察することができる。上記（４）の構成によれば、
測定者は走査中に試料表面が加工されてゆく様子を、ほ
ぼリアルタイムに観察することができる。

【００８６】上記（８）及び（１０）の構成によれば、
第１の表示形態で表示された測定像上にマウス等で加工
すべき点或いは線を書き込んで第２の表示形態で表示
し、加工走査開始後上記点或いは線の加工終了部分を第
３の表示形態に変更して表示するので、加工進捗状況を
測定者に明確に告知することができる。また、上記
（９）の構成によれば、第１の色で表示された測定像上
にマウス等で加工すべき点或いは線を書き込んで第２の
色で表示し、加工走査開始後上記点或いは線の加工終了
部分を第３の色に変更して表示するので、測定者は表示
手段を見れば加工進捗状況を正確に把握することができ
る。

【００８７】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、マウス
等の位置指定デバイスの動き、またはメモリに格納され
ている描画パターンに対して、加工走査がどこまで進ん
でいるのかが測定者に容易に観察できる走査型プローブ
顕微鏡加工装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例としてＳＴＭに応用した
走査型プローブ顕微鏡加工装置の構成を示した図であ
る。

【図２】試料に対する探針のＸＹ走査を示した図であ
る。

【図３】ホストコンピュータのディスプレイ上の２５６
×２５６画素を示した図である。

【図４】加工走査が進むに従い試料形状が変化していく
トップビュー濃淡像の様子を示したもので、（ａ）は加
工したい線の各座標を示した図、（ｂ）は加工測定走査
が１２７ラインまで達した時点の各座標を示した図、
（ｃ）は加工測定走査が１３０ラインまで達した時点の
各座標を示した図である。

【図５】図４（ａ）に示された加工したい線の各座標に
対するビットメモリの構成を示した図である。

【図６】この発明の第１の実施例による加工測定モード
準備段階の動作を説明するフローチャートである。

【図７】加工測定走査の動作を説明するフローチャート
である。

【図８】この発明の第２の実施例による加工測定走査の
動作を説明するフローチャートである。

【図９】この発明の第３の実施例としてＡＦＭ／ＳＴＭ
に応用した走査型プローブ顕微鏡加工装置の構成を示し
た図である。

【図１０】この発明の第３の実施例による測定、加工測
定の動作を説明するフローチャートである。

【図１１】この発明の第４の実施例による加工の動作を
説明するフローチャートである。

【図１２】加工走査が進むに従い試料形状が変化してい
くトップビュー濃淡像の様子を示したもので、（ａ）は
加工したい線の各座標を示した図、（ｂ）は加工走査が
３番目のＸＹ座標まで達した時点の各座標を示した図、
（ｃ）は加工走査が８番目のＸＹ座標まで達した時点の
各座標を示した図である。

【図１３】（ａ）はメモリ２４のＸ領域を示した図、
（ｂ）はメモリ２４のＹ領域を示した図である。

【図１４】この発明の第５の実施例による加工の動作を
説明するフローチャートである。

【図１５】従来の走査型プローブ顕微鏡の構成を示した
図である。

【図１６】従来の他の走査型プローブ顕微鏡の構成を示
した図である。

【符号の説明】

１…ＣＰＵモニタ、２、２４…メモリ、３、２２…マウ
ス（ポインティングデバイス）、４、２７…Ｘ走査部、
５、２８…Ｙ走査部、６、２６…Ｚ制御部、７、２９…
トンネル電流検出部、８、３２…ＸＹＺ駆動圧電体、
９、３０…探針、１０、３１…試料、１１…バイアス電
源、２１…ホストコンピュータ、２３…マイクロコンピ
ュータ（マイコン）、２５…バイアス電圧発生部、２５
ａ…バイアスＤ／Ａコンバータ、２６ａ…ＺサーボＡ／
Ｄコンバータ、２６ｂ…ＺサーボＤ／Ａコンバータ、２
７ａ…Ｘ走査Ｄ／Ａコンバータ、２８ａ…Ｙ走査Ｄ／Ａ
コンバータ、３３…探針変位検出部、３４…カンチレバ
ー。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プローブや試料を微動させるための圧電
   体と、 上記プローブを通じて試料に加工を施す加工手段と、 上記プローブによって検出される試料表面情報に基いて
   上記圧電体をＺ方向に変形させる制御手段と、 上記圧電体をＸＹ方向に走査変形させる走査手段と、 少なくとも１つ以上の加工所望ＸＹ座標を記憶する記憶
   手段と、 第１の表示形態で表示される上記試料表面形状と、第２
   の表示形態で表示される加工所望ＸＹ座標とを別々に若
   しくは重ね合わせて表示する表示手段とを具備し、 上記制御手段及び上記走査手段によって、Ｚ制御及びＸ
   Ｙ走査しながら、試料表面形状を測定して上記表示手段
   に表示を行うと共に、上記記憶手段に記憶された試料表
   面の少なくとも１つ以上のＸＹ座標に於いて、上記加工
   手段によって加工動作を行うことを特徴とする走査型プ
   ローブ顕微鏡加工装置。
2. 【請求項２】 上記制御手段及び上記走査手段によって
   Ｚ制御及びＸＹ走査しながら、各ＸＹ座標に於いて、試
   料凹凸を測定して上記表示手段に表示を行うと同時に、
   上記記憶手段に記憶された試料表面の加工所望ＸＹ座標
   に於いては、上記加工手段によって加工動作を行ってか
   ら、試料凹凸を測定す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加工装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡
   加工装置に於いて、上記制御手段及び上記走査手段によ
   ってＺ制御及びＸＹ走査を同一ラインで２回繰り返しな
   がら、同一ラインの１回目走査時は、上記記憶手段に記
   憶された試料表面の加工所望ＸＹ座標に於いて上記加工
   手段によって加工動作を行い、上記同一ラインの２回目
   走査時は、試料凹凸を測定して上記表示手段に表示を行
   うことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡加工装置。