JPH0886792A - Scanning probe microscope - Google Patents

Scanning probe microscope

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Publication number
JPH0886792A
JPH0886792A JP22445994A JP22445994A JPH0886792A JP H0886792 A JPH0886792 A JP H0886792A JP 22445994 A JP22445994 A JP 22445994A JP 22445994 A JP22445994 A JP 22445994A JP H0886792 A JPH0886792 A JP H0886792A
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JP
Japan
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cantilever
signal
amount
correction
moving
Prior art date
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Pending
Application number
JP22445994A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Hoshino
吉弘 星野
Ryuji Takada
龍二 高田
Hiroshi Kuroda
浩史 黒田
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0886792A publication Critical patent/JPH0886792A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To provide a scanning probe microscope which is capable of high- accuracy measurements even if the relative positions of a cantilever displacement detecting mechanism and a cantilever are varied. CONSTITUTION: The displacement of a cantilever 2 when the cantilever 2 is moved in Z direction and brought close to a sample 7 is detected as the displacement of a light receiving position on a photodetector 6. Then a correction signal generating circuit 13 generates and outputs a voltage correction signal VH proportional to a control signal VP transmitted from a scanning circuit 12, and using the VH a positioning circuit 10 corrects a displacement signal VO transmitted from the photodetector 6, and outputs the corresponding corrected displacement signal VS to a control circuit 11. As the control circuit 11 adjusts the second amount of movement of a Z driving portion 3b so that the displacement of the cantilever 2 is held constant, the scanning circuit 12 adjusts the first amount of movement of XY driving portions 3a, 3a, thereby moving the probe 1 to a predetermined region for scanning.

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、試料の物理量を測定す
る顕微鏡装置に係わり、特に、試料表面に探針を接近さ
せたとき両者間に働く原子間力や磁気力等を利用して試
料の形状情報・磁気情報等を得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 microscope apparatus for measuring a physical quantity of a sample, and in particular, it utilizes the atomic force or magnetic force acting between the two when a probe is brought close to the sample surface. The present invention relates to a scanning probe microscope that obtains shape information, magnetic information, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】試料表面における物理量を計測する走査
型プローブ顕微鏡の種類としては、従来、例えば、原子
間力顕微鏡(AFM)、磁気力顕微鏡(MFM)等があ
る。
2. Description of the Related Art Conventional types of scanning probe microscopes for measuring physical quantities on a sample surface include, for example, an atomic force microscope (AFM) and a magnetic force microscope (MFM).

【0003】原子間力顕微鏡(AFM)は、探針と試料
との間に働く原子間力を測定することにより試料の形状
情報を得るものである。すなわち、カンチレバーに備え
られた探針と試料とを接近させてこれらの間に働く原子
間力によるカンチレバーのたわみ(変位)を測定し、そ
の変位が一定に保たれるように、試料の観察面方向と垂
直な方向(以下適宜、「Z方向」という)への探針と試
料との相対位置を制御しながら、両者を相対的に観察面
方向(以下適宜、「X方向またはY方向」、若しくは
「XY方向」という)に移動させて走査を行うものであ
る。
The atomic force microscope (AFM) obtains shape information of a sample by measuring an atomic force acting between the probe and the sample. That is, the probe provided on the cantilever and the sample are brought close to each other, and the deflection (displacement) of the cantilever due to the atomic force acting between them is measured, and the observation surface of the sample is kept so that the displacement is kept constant. While controlling the relative position of the probe and the sample in a direction perpendicular to the direction (hereinafter appropriately referred to as “Z direction”), the two are relatively observed in the observation plane direction (hereinafter appropriately referred to as “X direction or Y direction”, Alternatively, it is moved in the “XY direction”) to perform scanning.

【0004】磁気力顕微鏡(MFM)は、探針と試料と
の間に働く磁気力を測定することにより試料の磁気分布
を得るものである。すなわち、上述した原子間力顕微鏡
の構成において探針を磁性体で構成し、この探針と試料
とを接近させこれらの間に働く磁気力によるカンチレバ
ーのたわみ(変位)を測定し、その変位が一定に保たれ
るようにZ方向への探針と試料との相対位置を制御しな
がら、両者を相対的にXY方向に移動させて走査を行う
ものである。
The magnetic force microscope (MFM) obtains the magnetic distribution of a sample by measuring the magnetic force acting between the probe and the sample. That is, in the configuration of the atomic force microscope described above, the probe is made of a magnetic substance, the probe and the sample are brought close to each other, and the deflection (displacement) of the cantilever due to the magnetic force acting between them is measured. While controlling the relative position of the probe and the sample in the Z direction so as to be kept constant, both are relatively moved in the XY directions for scanning.

【0005】以上のような走査型プローブ顕微鏡に関す
る公知技術として、例えば以下のものがある。 特開平5−187863号公報 この公知技術は、原子間力顕微鏡の構成において、カン
チレバーを移動機構に保持し、探針を試料に接近させて
カンチレバーを変位させる。そして、この変位が一定に
保たれるようにZ方向へのカンチレバーの位置を制御し
ながらこのカンチレバーをXY方向に走査させることに
より、試料の表面情報を得るものである。
Known techniques relating to the above scanning probe microscope include, for example, the following. In the configuration of the atomic force microscope, this known technique holds the cantilever in the moving mechanism and moves the probe closer to the sample to displace the cantilever. Then, the surface information of the sample is obtained by scanning the cantilever in the XY directions while controlling the position of the cantilever in the Z direction so that the displacement is kept constant.

【0006】特開昭62−130302号公報 この公知技術は、原子間力顕微鏡の構成において、試料
をXY方向及びZ方向に微小移動可能な機構(以下適
宜、「移動機構」という)に保持し、試料を探針に接近
させてカンチレバーを変位させる。そして、この変位が
一定に保たれるようにZ方向への試料の位置を制御しな
がらこの試料をXY方向に走査させることにより、試料
の表面情報を得るものである。
[0006] In this known technique, in the configuration of the atomic force microscope, the sample is held by a mechanism capable of minute movement in the XY direction and the Z direction (hereinafter appropriately referred to as "moving mechanism"). , Move the cantilever by moving the sample closer to the probe. Then, the surface information of the sample is obtained by scanning the sample in the XY directions while controlling the position of the sample in the Z direction so that this displacement is kept constant.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
知技術には以下の課題が存在する。すなわち、公知技術
においては、試料表面を観察する際にカンチレバーを
X、Y、Z方向に移動するが、このときカンチレバーの
変位を検出する機構(以下適宜、「変位検出機構」とい
う)は移動しないことから、カンチレバーと変位検出機
構との相対位置が変化し、測定結果に誤差を生じうると
いう課題があった。すなわち、一例として、カンチレバ
ーに照射したレーザ光の反射光を受光素子で受光し、カ
ンチレバーの変位を受光素子上のレーザ光の位置変化と
して検出するいわゆる光てこ方式の原子間力顕微鏡の場
合を考える。この場合、カンチレバーを移動機構によっ
て移動すると、レーザ光源と、反射鏡であるカンチレバ
ーと、受光素子とで構成される光学系のうち、レーザ光
源と受光素子は固定されて動かないのに、カンチレバー
の位置のみが移動する。よってこれらの相対的な位置関
係が変化することとなり、仮に試料のZ方向への凹凸が
なかったとしても、受光素子上のレーザ光の受光位置が
変化するので、受光素子は試料にZ方向への凹凸がある
かのような検出結果を出力する場合があり、変位測定に
おいて測定誤差を生じ測定精度が低下しうるという不都
合があった。また、この誤差は測定後には補正が困難で
ある。またこの測定誤差は、カンチレバーX方向又はY
方向への移動量が大きくなるほど増加する。
However, the above-mentioned known techniques have the following problems. That is, in the known technique, the cantilever is moved in the X, Y, and Z directions when observing the sample surface, but at this time, the mechanism for detecting the displacement of the cantilever (hereinafter appropriately referred to as “displacement detection mechanism”) does not move. Therefore, there is a problem that the relative position between the cantilever and the displacement detection mechanism changes, which may cause an error in the measurement result. That is, as an example, consider the case of a so-called optical lever type atomic force microscope in which the reflected light of the laser light applied to the cantilever is received by the light receiving element, and the displacement of the cantilever is detected as the position change of the laser light on the light receiving element. . In this case, when the cantilever is moved by the moving mechanism, the laser light source and the light receiving element in the optical system including the laser light source, the cantilever that is the reflecting mirror, and the light receiving element are fixed and do not move. Only the position moves. Therefore, these relative positional relationships change, and even if there is no unevenness in the Z direction of the sample, the light receiving position of the laser beam on the light receiving element changes, so that the light receiving element moves in the Z direction on the sample. There is a case in which a detection result as if there is unevenness is output, and there is a disadvantage that a measurement error may occur in the displacement measurement and the measurement accuracy may decrease. Also, this error is difficult to correct after measurement. Also, this measurement error is caused by the cantilever X direction or Y
It increases as the amount of movement in the direction increases.

【0008】一方、公知技術のように、探針に対して
試料をX、Y、Z方向に移動する構成にすると、カンチ
レバーの変位検出機構とカンチレバーとの位置関係は変
わらず公知技術の問題はないが、大型の試料を観察し
ようとする際、その重量ゆえに走査速度や制御速度が遅
くなり、これを回避するためには、大型試料を観察する
場合には観察したい部分のみを切り出さなければならな
いという別の問題がある。
On the other hand, when the sample is moved in the X, Y and Z directions with respect to the probe as in the known technique, the positional relationship between the displacement detection mechanism of the cantilever and the cantilever does not change, and the problem of the known technique is However, when trying to observe a large sample, the scanning speed and control speed slow down due to its weight, and in order to avoid this, when observing a large sample, it is necessary to cut out only the part to be observed. There is another problem.

【0009】本発明の目的は、カンチレバーの変位検出
機構とカンチレバーとの相対位置が変わっても高精度の
測定を行うことができる走査型プローブ顕微鏡を提供す
ることである。
An object of the present invention is to provide a scanning probe microscope capable of performing highly accurate measurement even if the relative position between the cantilever displacement detecting mechanism and the cantilever changes.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、試料の有する物理量を検知する探
針が取り付けられ、この探針が検知する物理量に反応し
て変位可能なカンチレバーと、このカンチレバーの変位
量を検出しこれに対応する変位量信号を出力する変位量
検出手段と、前記カンチレバーを前記試料の観察面方向
及びこの観察面に垂直な方向にそれぞれ移動可能な第1
及び第2の移動手段と、前記探針が前記観察面内の所定
領域を走査するように前記第1の移動手段の第1の移動
量を制御する第1の移動量制御手段と、前記変位量信号
に応じて前記カンチレバーの変位量が一定となるように
前記第2の移動手段の第2の移動量を制御する第2の移
動量制御手段と、前記第2の移動量をもとに前記試料の
物理量に関する情報を算出する演算手段と、この算出し
た情報を出力表示する出力手段とを備えた走査型プロー
ブ顕微鏡装置において、前記カンチレバーが前記第1の
移動手段によって移動されたときに前記変位量検出手段
からの変位量信号に含まれる前記試料の物理量と無関係
な検出誤差に応じた補正信号として出力する補正量決定
手段と、前記変位量信号及び前記補正信号を入力し、こ
の補正信号によって前記変位量信号を補正し、この補正
した変位量に対応する補正変位量信号を前記第2の移動
量制御手段へ出力する補正演算手段とをさらに備えたこ
とを特徴とする走査型プローブ顕微鏡装置が提供され
る。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a probe for detecting a physical quantity of a sample is attached, and the probe can be displaced in response to the physical quantity detected by the probe. A cantilever, a displacement amount detecting means for detecting a displacement amount of the cantilever and outputting a displacement amount signal corresponding to the cantilever, and a cantilever capable of moving the cantilever in a direction of an observation surface of the sample and a direction perpendicular to the observation surface. 1
And a second moving unit, a first moving amount control unit for controlling a first moving amount of the first moving unit so that the probe scans a predetermined region in the observation surface, and the displacement. Based on the second movement amount, second movement amount control means for controlling the second movement amount of the second movement means so that the displacement amount of the cantilever becomes constant according to the amount signal. In a scanning probe microscope apparatus provided with an arithmetic means for calculating information regarding the physical quantity of the sample and an output means for outputting and displaying the calculated information, the cantilever is moved when the cantilever is moved by the first moving means. Correction amount determining means for outputting as a correction signal according to a detection error unrelated to the physical quantity of the sample included in the displacement amount signal from the displacement amount detecting means, the displacement amount signal and the correction signal are input, and the correction signal By A scanning probe microscope apparatus further comprising: a correction calculation unit that corrects the displacement amount signal and outputs a corrected displacement amount signal corresponding to the corrected displacement amount to the second movement amount control unit. Will be provided.

【0011】好ましくは、前記走査型プローブ顕微鏡装
置において、前記補正量決定手段は、前記第1の移動手
段の第1の移動量に応じて前記補正信号の補正量を決定
する手段であることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡
装置が提供される。
Preferably, in the scanning probe microscope apparatus, the correction amount determining means is means for determining the correction amount of the correction signal according to the first movement amount of the first moving means. A featured scanning probe microscope apparatus is provided.

【0012】また好ましくは、前記走査型プローブ顕微
鏡装置において、前記第1の移動手段は、前記第1の移
動量制御手段から入力される制御信号に応じて前記カン
チレバーを前記観察面方向に移動させる手段であり、前
記補正量決定手段は、前記補正信号の補正量を前記制御
信号にほぼ比例した電圧とする手段であることを特徴と
する走査型プローブ顕微鏡装置が提供される。
Further preferably, in the scanning probe microscope apparatus, the first moving means moves the cantilever in the observation surface direction in response to a control signal input from the first movement amount control means. The scanning probe microscope apparatus is characterized in that the correction amount determining means is a means for setting the correction amount of the correction signal to a voltage substantially proportional to the control signal.

【0013】さらに好ましくは、前記走査型プローブ顕
微鏡装置において、前記第1の移動手段は、前記第1の
移動量制御手段から入力される制御信号に応じて前記カ
ンチレバーを前記観察面方向に移動させる手段であり、
前記補正量決定手段は、前記変位量検出手段の検出誤差
を前記制御信号と前記変位量検出手段で検出したカンチ
レバーの変位量との相関データの形であらかじめ記憶し
ておくデータ記憶手段と、前記カンチレバーが前記観察
面方向に移動されるときの前記制御信号に対応する前記
検出誤差を、前記データ記憶手段に記憶された相関デー
タから読み出してこれを補正信号として前記補正演算手
段に出力するデータ出力手段とを有することを特徴とす
る走査型プローブ顕微鏡装置が提供される。
More preferably, in the scanning probe microscope apparatus, the first moving means moves the cantilever in the observation surface direction in response to a control signal input from the first movement amount control means. Means,
The correction amount determining means stores the detection error of the displacement amount detecting means in advance in the form of correlation data between the control signal and the displacement amount of the cantilever detected by the displacement amount detecting means; Data output for reading the detection error corresponding to the control signal when the cantilever is moved in the direction of the observation surface from the correlation data stored in the data storage means and outputting this as a correction signal to the correction calculation means. And a scanning probe microscope apparatus.

【0014】また好ましくは、前記走査型プローブ顕微
鏡装置において、前記第1の移動手段は、前記第1の移
動量制御手段から入力される制御信号に応じて前記カン
チレバーを前記観察面方向に移動させる手段であり、前
記補正量決定手段は、前記変位量検出手段の検出誤差を
前記第1の移動量と前記変位量検出手段で検出したカン
チレバーの変位量との相関データの形であらかじめ記憶
しておくデータ記憶手段と、前記カンチレバーが前記観
察面方向に移動されるときの前記制御信号に対応する前
記検出誤差を、前記データ記憶手段に記憶された相関デ
ータから読み出してこれを補正信号として前記補正演算
手段に出力するデータ出力手段とを有することを特徴と
する走査型プローブ顕微鏡装置が提供される。
Further preferably, in the scanning probe microscope apparatus, the first moving means moves the cantilever in the observation surface direction in response to a control signal inputted from the first movement amount control means. The correction amount determining means stores the detection error of the displacement amount detecting means in advance in the form of correlation data between the first movement amount and the displacement amount of the cantilever detected by the displacement amount detecting means. The data storage means to be stored and the detection error corresponding to the control signal when the cantilever is moved in the direction of the observation surface are read from the correlation data stored in the data storage means, and the correction error is used as the correction signal. There is provided a scanning probe microscope apparatus having a data output unit for outputting to a calculation unit.

【0015】さらに好ましくは、前記走査型プローブ顕
微鏡装置において、前記第1及び第2の移動手段は、前
記第1及び第2の移動量制御手段から入力される制御信
号に応じて前記カンチレバーをそれぞれ前記観察面方向
及びこの観察面に垂直な方向に移動させる圧電素子であ
ることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡装置が提供さ
れる。
More preferably, in the scanning probe microscope apparatus, the first and second moving means respectively move the cantilever according to a control signal inputted from the first and second moving amount control means. A scanning probe microscope apparatus is provided which is a piezoelectric element that moves in the direction of the observation surface and in a direction perpendicular to the observation surface.

【0016】また好ましくは、前記走査型プローブ顕微
鏡装置において、前記試料を観察面にほぼ平行な面内で
2次元的に移動可能であるとともに、前記第1の移動手
段による第1の移動量より大きな移動量を可能とする試
料移動手段をさらに有することを特徴とする走査型プロ
ーブ顕微鏡装置が提供される。
Further, preferably, in the scanning probe microscope apparatus, the sample can be two-dimensionally moved in a plane substantially parallel to the observation surface, and the first moving amount by the first moving means is used. There is provided a scanning probe microscope apparatus characterized by further comprising a sample moving means that enables a large moving amount.

【0017】さらに好ましくは、前記走査型プローブ顕
微鏡装置において、前記変位量検出手段は、前記カンチ
レバーにレーザ光を照射するレーザ光源及び集光レンズ
と、前記レーザ光の前記カンチレバーによる反射光を受
光しこの受光位置に対応する受光位置信号を変位量信号
として出力する受光素子とを有し、前記補正演算手段は
前記受光位置信号及び前記補正信号が入力され前記補正
変位量信号を出力する受光位置検出回路からなることを
特徴とする走査型プローブ顕微鏡装置が提供される。
More preferably, in the scanning probe microscope apparatus, the displacement amount detecting means receives a laser light source and a condenser lens for irradiating the cantilever with a laser beam, and a reflected light of the laser beam by the cantilever. A light receiving element for outputting a light receiving position signal corresponding to the light receiving position as a displacement amount signal, and the correction calculating means receives the light receiving position signal and the correction signal and outputs the corrected displacement amount signal. There is provided a scanning probe microscope apparatus characterized by comprising a circuit.

【0018】また好ましくは、前記走査型プローブ顕微
鏡装置において、前記変位量検出手段は、金属探針を備
えこの金属探針と前記カンチレバーとの間に流れるトン
ネル電流を測定して前記カンチレバーの変位量を検出す
るトンネル顕微鏡であることを特徴とする走査型プロー
ブ顕微鏡装置が提供される。
Further preferably, in the scanning probe microscope apparatus, the displacement amount detecting means includes a metal probe and measures a tunnel current flowing between the metal probe and the cantilever to measure the displacement amount of the cantilever. There is provided a scanning probe microscope apparatus characterized by being a tunnel microscope for detecting.

【0019】[0019]

【作用】本発明の走査型プローブ顕微鏡装置において、
試料の測定を行う際には、試料の有する物理量を検知す
る探針が取り付けられたカンチレバーを、第2の移動手
段によって観察面に垂直なZ方向に移動させて探針を試
料に接近させる。これにより探針が検知する物理量に反
応してカンチレバーが変位し、このカンチレバーの変位
量が変位量検出手段で検出され対応する変位量信号が出
力される。この変位量信号に応じて第2の移動量制御手
段が、カンチレバーの変位量が一定となるように第2の
移動手段の第2の移動量を制御しつつ、同時に、第1の
移動量制御手段が、カンチレバーを試料の観察面方向に
移動させる第1の移動手段の第1の移動量を制御して探
針を観察面内の所定領域に移動・走査させる。この走査
時において、第1の移動手段によるカンチレバーの移動
で試料の物理量と無関係な検出誤差が発生しており、こ
の検出誤差は変位量検出手段から出力される変位量信号
に含まれる。そこで、補正量決定手段でこの検出誤差に
応じた補正信号を出力し、補正演算手段に変位量検出手
段からの変位量信号及び補正信号が入力され、実際のカ
ンチレバーの変位量に対応する補正変位量信号を第2の
移動量制御手段へ出力する。すなわち、検出誤差の影響
を測定中にリアルタイムで除去することができる。そし
て、この検出誤差が除去された補正変位量信号に基づい
て行われる所定領域の走査における第2の移動量をもと
に、演算手段によって試料の物理量に関する情報が算出
され、この算出した情報が出力手段で出力表示される。
したがって、最終的に誤差のない精度の高い情報を得る
ことができる。
In the scanning probe microscope apparatus of the present invention,
When measuring the sample, the cantilever to which the probe for detecting the physical quantity of the sample is attached is moved in the Z direction perpendicular to the observation surface by the second moving means to bring the probe close to the sample. As a result, the cantilever is displaced in response to the physical amount detected by the probe, the displacement amount of this cantilever is detected by the displacement amount detecting means, and the corresponding displacement amount signal is output. The second movement amount control means controls the second movement amount of the second movement means so that the displacement amount of the cantilever becomes constant according to the displacement amount signal, and at the same time, the first movement amount control. The means controls the first movement amount of the first moving means that moves the cantilever in the direction of the observation surface of the sample to move / scan the probe to a predetermined area in the observation surface. During this scanning, a detection error unrelated to the physical quantity of the sample occurs due to the movement of the cantilever by the first moving means, and this detection error is included in the displacement amount signal output from the displacement amount detecting means. Therefore, the correction amount determining means outputs a correction signal corresponding to this detection error, and the displacement amount signal and the correction signal from the displacement amount detecting means are input to the correction calculating means, so that the correction displacement corresponding to the actual displacement amount of the cantilever. The amount signal is output to the second movement amount control means. That is, the influence of the detection error can be removed in real time during the measurement. Then, the information about the physical quantity of the sample is calculated by the calculating means based on the second movement amount in the scanning of the predetermined region performed based on the corrected displacement amount signal from which the detection error is removed, and the calculated information is The output is displayed by the output means.
Therefore, it is possible to finally obtain highly accurate information without error.

【0020】また、一般に、上記した検出誤差、すなわ
ち走査時において第1の移動手段によるカンチレバーの
移動で試料の物理量と無関係に発生する検出誤差は、第
1の移動手段の第1の移動量となんらかの相関関係にあ
ると考えられる。例えば、前述した光てこ方式の原子間
力顕微鏡の場合を考えると、カンチレバーに照射したレ
ーザ光の反射光を受光素子で受光し、カンチレバーの変
位を受光素子上のレーザ光の位置変化として検出する構
成である。すなわちこの場合は、固定されたレーザ光源
及び受光素子に対し、カンチレバーのみが第1の移動手
段で移動されることにより受光素子上のレーザ光の受光
位置が変化するので、第1の移動手段の移動量に応じて
検出誤差が発生することとなる。したがって、補正量決
定手段を、第1の移動手段の第1の移動量に応じて検出
誤差に対応する補正信号を出力するように構成すること
により、検出誤差を適切に除去することができる。
Further, in general, the above-mentioned detection error, that is, the detection error which occurs during scanning by the movement of the cantilever by the first moving means irrespective of the physical quantity of the sample, is the same as the first movement amount of the first moving means. It is considered that there is some correlation. For example, considering the case of the optical lever type atomic force microscope described above, the reflected light of the laser beam applied to the cantilever is received by the light receiving element, and the displacement of the cantilever is detected as the position change of the laser beam on the light receiving element. It is a composition. That is, in this case, since the cantilever alone is moved by the first moving means with respect to the fixed laser light source and light receiving element, the light receiving position of the laser light on the light receiving element changes, so that the first moving means A detection error will occur depending on the amount of movement. Therefore, by configuring the correction amount determining means to output the correction signal corresponding to the detection error according to the first movement amount of the first moving means, the detection error can be appropriately removed.

【0021】さらに、第1の移動手段が第1の移動量制
御手段から入力される制御信号に応じてカンチレバーを
観察面方向に移動させる手段である場合には、上述した
検出誤差と第1の移動量との相関関係は、すなわち検出
誤差と制御信号との相関関係となる。したがって、補正
量決定手段を、補正信号を制御信号にほぼ比例した電圧
にするように構成することにより、除去すべき検出誤差
の大きさに相当するように調整できるので、補正演算手
段において検出誤差を適切に除去することができる。
Further, when the first moving means is a means for moving the cantilever in the direction of the observation surface in accordance with the control signal input from the first movement amount control means, the above-mentioned detection error and the first The correlation with the amount of movement is the correlation between the detection error and the control signal. Therefore, by configuring the correction amount determining means so that the correction signal has a voltage substantially proportional to the control signal, the correction amount determining means can be adjusted to correspond to the magnitude of the detection error to be removed. Can be properly removed.

【0022】また上記のように検出誤差と制御信号とが
相関している場合、補正量決定手段の他の構成として、
変位量検出手段の検出誤差を、制御信号と変位量検出手
段で検出した検出誤差との相関データの形であらかじめ
記憶しておくデータ記憶手段と、カンチレバーが観察面
方向に移動されるときの制御信号に対応する検出誤差
を、その相関データから読み出して補正演算手段に出力
するデータ出力手段とを設ける構成もある。この場合、
試料の測定を始める前に、まず試料を配置せずに第1の
移動手段でカンチレバーを移動させる。このとき試料の
表面情報は測定されていないので、変位量検出手段で見
かけ上検出されるカンチレバーの変位量は、そのまま検
出誤差の大きさであり、このときの検出誤差を制御信号
と対応づけた相関データとしてデータ記憶手段に記憶し
ておく。そして試料の測定を開始し、走査時の制御信号
の値に応じデータ出力手段によって、対応する検出誤差
をデータ記憶手段から読み出して補正演算手段に出力す
る。補正演算手段では、誤差を含んでいる見かけ上のカ
ンチレバーの変位量信号から、データ出力手段から入力
された検出誤差を差し引いて真のカンチレバー変位量を
算出し、これに対応する補正変位量信号を第2の移動量
制御手段へ出力する。すなわち、これによって変位量検
出手段で検出された誤差を完全に除去することができ
る。
When the detection error and the control signal are correlated as described above, another configuration of the correction amount determining means is as follows.
Data storage means for storing in advance the detection error of the displacement amount detection means in the form of correlation data between the control signal and the detection error detected by the displacement amount detection means, and control when the cantilever is moved in the direction of the observation surface. There is also a configuration in which a detection error corresponding to a signal is read from the correlation data and output to the correction calculation means. in this case,
Before starting the measurement of the sample, first, the cantilever is moved by the first moving means without disposing the sample. At this time, since the surface information of the sample is not measured, the displacement amount of the cantilever apparently detected by the displacement amount detecting means is the magnitude of the detection error as it is, and the detection error at this time is associated with the control signal. The correlation data is stored in the data storage means. Then, the measurement of the sample is started, and the corresponding detection error is read from the data storage means by the data output means according to the value of the control signal at the time of scanning and is output to the correction calculation means. In the correction calculation means, the true cantilever displacement amount is calculated by subtracting the detection error input from the data output means from the apparent displacement signal of the cantilever including the error, and the corrected displacement amount signal corresponding to this is calculated. Output to the second movement amount control means. That is, this makes it possible to completely eliminate the error detected by the displacement amount detecting means.

【0023】さらに同様に、検出誤差と第1の移動手段
の第1の移動量とが相関している場合、補正量決定手段
の他の構成として、変位量検出手段の検出誤差を、第1
の移動量と変位量検出手段で検出した検出誤差との相関
データの形であらかじめ記憶しておくデータ記憶手段
と、カンチレバーが観察面方向に移動されるときの第1
の移動量に対応する検出誤差を、その相関データから読
み出して補正演算手段に出力するデータ出力手段とを設
ける構成もある。この場合、試料の測定を始める前に、
まず試料を配置せずに第1の移動手段でカンチレバーを
移動させる。このとき試料の表面情報は測定されていな
いので、変位量検出手段で見かけ上検出されるカンチレ
バーの変位量は、そのまま検出誤差の大きさであり、こ
のときの検出誤差を第1の移動量と対応づけた相関デー
タとしてデータ記憶手段に記憶しておく。そして試料の
測定を開始し、走査時の第1の移動量の値に応じデータ
出力手段によって、対応する検出誤差をデータ記憶手段
から読み出して補正演算手段に出力する。補正演算手段
では、誤差を含んでいる見かけ上のカンチレバーの変位
量信号から、データ出力手段から入力された検出誤差を
差し引いて真のカンチレバー変位量を算出し、これに対
応する補正変位量信号を第2の移動量制御手段へ出力す
る。すなわち、これによって変位量検出手段で検出され
た誤差を完全に除去することができる。
Further, similarly, when the detection error and the first movement amount of the first moving means are correlated, as another configuration of the correction amount determining means, the detection error of the displacement amount detecting means is set to the first error.
Data storage means that is stored in advance in the form of correlation data between the amount of movement of the cantilever and the detection error detected by the displacement amount detection means, and the first when the cantilever is moved in the direction of the observation surface.
There is also a configuration in which a detection error corresponding to the movement amount of is read from the correlation data and is output to the correction calculation means. In this case, before starting the measurement of the sample,
First, the cantilever is moved by the first moving means without disposing the sample. At this time, since the surface information of the sample is not measured, the displacement amount of the cantilever apparently detected by the displacement amount detecting means is the magnitude of the detection error as it is, and the detection error at this time is referred to as the first movement amount. It is stored in the data storage means as correlated correlation data. Then, the measurement of the sample is started, and the corresponding detection error is read from the data storage means by the data output means in accordance with the value of the first movement amount during scanning and is output to the correction calculation means. In the correction calculation means, the true cantilever displacement amount is calculated by subtracting the detection error input from the data output means from the apparent displacement signal of the cantilever including the error, and the corrected displacement amount signal corresponding to this is calculated. Output to the second movement amount control means. That is, this makes it possible to completely eliminate the error detected by the displacement amount detecting means.

【0024】また、第1及び第2の移動手段は、第1及
び第2の移動量制御手段から入力される制御信号に応じ
てカンチレバーをそれぞれ観察面方向及びこの観察面に
垂直な方向に移動させる圧電素子であることにより、観
察面方向及び観察面に垂直な方向へのカンチレバーの微
小な動きを可能とすることができるとともに、その微小
動作の制御が容易である。
The first and second moving means move the cantilever in the direction of the observation surface and in the direction perpendicular to the observation surface in accordance with the control signals input from the first and second movement amount control means. By using the piezoelectric element, the cantilever can be finely moved in the direction of the observation plane and in the direction perpendicular to the observation plane, and the fine movement can be easily controlled.

【0025】さらに、試料を観察面にほぼ平行な面内で
2次元的に移動可能であるとともに、第1の移動手段に
よる第1の移動量より大きな移動量を可能とする試料移
動手段をさらに有することにより、測定終了後にこの試
料移動手段で試料を移動させ、次回の測定では、今回の
測定における走査領域から遠く離れた位置に走査領域を
設定することができるので、試料の広い範囲で容易に測
定を行うことができる。
Further, a sample moving means is provided which is capable of moving the sample two-dimensionally in a plane substantially parallel to the observation surface and which is capable of moving a larger amount than the first moving amount by the first moving means. By having this, it is possible to move the sample with this sample moving means after the measurement is completed, and in the next measurement, it is possible to set the scanning region at a position far away from the scanning region in this measurement, so that it can be easily performed in a wide range of the sample. Measurements can be made.

【0026】また、変位量検出手段は、カンチレバーに
レーザ光を照射するレーザ光源及び集光レンズと、レー
ザ光のカンチレバーによる反射光を受光しこの受光位置
に対応する受光位置信号を変位量信号として出力する受
光素子とからなり、補正演算手段は前記受光位置信号及
び補正信号が入力され補正変位量信号を出力する受光位
置検出回路から構成することにより、カンチレバーの変
位量を検出しこれに対応する補正変位量信号を出力する
手段を実現できる。
Further, the displacement amount detecting means receives a laser light source and a condenser lens for irradiating the cantilever with a laser beam, a reflected light of the laser beam by the cantilever, and a light receiving position signal corresponding to the light receiving position as a displacement amount signal. The light receiving element for outputting, and the correction calculating means comprises a light receiving position detecting circuit which receives the light receiving position signal and the correction signal and outputs a correction displacement amount signal, thereby detecting the displacement amount of the cantilever and responding thereto. It is possible to realize means for outputting the corrected displacement amount signal.

【0027】さらに、変位量検出手段は、金属探針を備
えこの金属探針と前記カンチレバーとの間に流れるトン
ネル電流を測定して前記カンチレバーの変位量を検出す
るトンネル顕微鏡であることにより、カンチレバーの変
位量を検出しこれに対応する変位量信号を出力する手段
を実現できる。
Further, the displacement amount detecting means is a tunnel microscope which includes a metal probe and measures the tunnel current flowing between the metal probe and the cantilever to detect the displacement amount of the cantilever. It is possible to realize a means for detecting the displacement amount of and detecting the displacement amount signal corresponding thereto.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明の実施例を図1〜図7により説
明する。本発明の第1の実施例を図1〜図3により説明
する。本実施例は、原子間力顕微鏡装置の実施例であ
る。本実施例による原子間力顕微鏡装置の全体構成を図
1に示す。図1において、本実施例の顕微鏡装置100
は、観察対象である試料7が上部に配置された試料台8
と、試料7の有する物理量(表面形状)を検知する探針
1が取り付けられその検知する形状に反応して変位可能
なカンチレバー2と、このカンチレバー2の変位量を検
出し対応する変位量信号VOを出力する変位量検出手
段、例えば変位量検出部50と、3次元的なX、Y、Z
方向(後述)のいずれの方向にもカンチレバー2を微小
移動できる第1及び第2の移動手段、例えば移動機構3
と、移動機構3による移動の制御を行う第2の移動量制
御手段、例えば制御回路11及び第1の移動量制御手
段、例えば走査回路12と、変位量検出部50、制御回
路11、及び走査回路12を一括して制御するとともに
測定結果を記憶し、試料7の原子間力を算出する演算手
段、例えば制御機構14と、測定結果である試料7に関
する情報を出力表示する出力手段としての表示部15
と、変位量検出部50での検出誤差(後述)を補正算出
し、補正信号VHを出力する補正量決定手段、例えば補
正信号生成回路13と、変位量信号VO及び補正信号VH
を入力し、補正変位量信号VSを出力する補正演算手
段、例えば位置検出回路10とを有する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This example is an example of an atomic force microscope apparatus. The overall structure of the atomic force microscope apparatus according to this example is shown in FIG. In FIG. 1, the microscope apparatus 100 of the present embodiment.
Is a sample table 8 on which the sample 7 to be observed is placed.
And a cantilever 2 which is attached with a probe 1 for detecting a physical quantity (surface shape) of the sample 7 and which can be displaced in response to the detected shape, and a corresponding displacement amount signal V by detecting the displacement amount of the cantilever 2. A displacement amount detecting means for outputting O , for example, a displacement amount detecting section 50 and three-dimensional X, Y, Z
First and second moving means for moving the cantilever 2 in any direction (described later), for example, the moving mechanism 3
And second movement amount control means for controlling the movement by the movement mechanism 3, for example, the control circuit 11 and the first movement amount control means, for example, the scanning circuit 12, the displacement amount detection unit 50, the control circuit 11, and the scanning. A display as an arithmetic means for controlling the circuits 12 collectively and for storing the measurement result and calculating the atomic force of the sample 7, for example, a control mechanism 14 and an output means for outputting and displaying the information on the sample 7 which is the measurement result. Part 15
And a correction amount determining means for correcting and calculating a detection error (described later) in the displacement amount detecting section 50 and outputting the correction signal V H , for example, the correction signal generating circuit 13, the displacement amount signal V O and the correction signal V H.
Is input and a correction displacement amount signal V S is output, for example, a position detecting circuit 10.

【0029】移動機構3は円筒型圧電素子であり、試料
7の上面である観察面方向(例えば水平方向、以下適宜
XY方向という)へのカンチレバー2の移動を可能とす
るように微小変形可能なXY駆動部3a,3aと、試料
7へ向かって進退する方向(例えば上下方向、以下適宜
Z方向という)へのカンチレバー2の移動を可能とする
ように微小伸縮可能なZ駆動部3bとを備えている。
The moving mechanism 3 is a cylindrical piezoelectric element, and can be minutely deformed so that the cantilever 2 can be moved in the direction of the observation surface which is the upper surface of the sample 7 (for example, the horizontal direction, hereinafter appropriately referred to as the XY direction). Equipped with XY drive units 3a, 3a and a Z drive unit 3b that is capable of microscopic expansion and contraction so as to enable movement of the cantilever 2 in a direction that advances and retracts toward the sample 7 (for example, a vertical direction, hereinafter appropriately referred to as Z direction). ing.

【0030】試料台8は、試料7が探針1に対向する形
で設置されており、図示しない試料台移動機構によっ
て、試料7の観察面にほぼ平行な面内で2次元的に移動
可能である。またこのときの移動可能な移動量は、XY
駆動部3a,3aによるXY方向への移動量よりも大き
い。これによって、測定終了後に試料7を移動させ、次
回の測定では今回の測定における走査領域から遠く離れ
た位置に走査領域を設定できるので、試料7の広い範囲
において容易に測定を行うことができる。
The sample table 8 is installed so that the sample 7 faces the probe 1, and can be two-dimensionally moved within a plane substantially parallel to the observation surface of the sample 7 by a sample table moving mechanism (not shown). Is. The movable amount at this time is XY.
It is larger than the amount of movement in the XY directions by the drive units 3a, 3a. As a result, the sample 7 can be moved after the measurement is completed, and the scan area can be set at a position far from the scan area in the current measurement in the next measurement, so that the measurement can be easily performed in a wide range of the sample 7.

【0031】走査回路12は、探針1が試料7の観察面
内の所定領域を走査するように、移動機構3のXY駆動
部3a,3aに制御信号を出力する。XY駆動部3a,3
aはこの制御信号に応じて微小変形し、これによって、
カンチレバー2はこの制御信号に応じた移動量(以下適
宜、第1の移動量という)だけXY方向へ移動する。
The scanning circuit 12 outputs a control signal to the XY drive sections 3a, 3a of the moving mechanism 3 so that the probe 1 scans a predetermined area on the observation surface of the sample 7. XY drive units 3a, 3
a is slightly deformed in response to this control signal, whereby
The cantilever 2 moves in the XY directions by a moving amount (hereinafter appropriately referred to as a first moving amount) according to the control signal.

【0032】制御回路11は、移動機構3のZ駆動部3
bに制御信号を出力し、Z駆動部3bはこの制御信号に
応じてZ方向に微小伸縮し、これによって、カンチレバ
ー2はこの制御信号に応じた移動量(以下適宜、第2の
移動量という)だけZ方向へ移動する。また制御回路1
1はこのときの第2の移動量を検出する。
The control circuit 11 controls the Z drive section 3 of the moving mechanism 3.
A control signal is output to b, and the Z drive unit 3b slightly expands and contracts in the Z direction in accordance with this control signal, whereby the cantilever 2 moves by the control signal (hereinafter referred to as the second movement amount as appropriate). ) Only moves in the Z direction. The control circuit 1
1 detects the second movement amount at this time.

【0033】変位量検出部50は、レーザ光源4と、レ
ーザ光源4からのレーザ光を集光しカンチレバー2の背
面に照射する集光レンズ5と、フォトダイオードから構
成されカンチレバー2の背面からの反射光を受光し対応
する電気信号に変換してカンチレバー2の変位量信号V
Oとして出力する受光素子6とを有する。
The displacement amount detector 50 is composed of a laser light source 4, a condenser lens 5 for condensing the laser light from the laser light source 4 and irradiating the rear surface of the cantilever 2, and a photodiode. The reflected light is received, converted into a corresponding electric signal, and the displacement amount signal V of the cantilever 2 is received.
The light receiving element 6 outputs as O.

【0034】制御機構14は、特に図示はしないが、制
御回路11において検出された移動機構3の第2の移動
量が入力されこの第2の移動量を記憶する移動量記憶部
と、この移動量記憶部に記憶された第2の移動量をもと
に試料4の表面形状情報を算出して表示部15へ出力す
る演算部とを備えている。なお、この制御機構14には
走査回路12からの走査信号が入力されており、上述し
た第2の移動量は走査信号、すなわち移動機構3のXY
方向の移動に対応づけられて記憶される。
Although not shown in the drawing, the control mechanism 14 receives a second movement amount of the movement mechanism 3 detected by the control circuit 11 and stores the second movement amount, and a movement amount storage section for storing the movement amount. An arithmetic unit for calculating the surface shape information of the sample 4 based on the second movement amount stored in the amount storage unit and outputting it to the display unit 15. A scanning signal from the scanning circuit 12 is input to the control mechanism 14, and the above-described second movement amount is the scanning signal, that is, XY of the movement mechanism 3.
It is stored in association with the movement in the direction.

【0035】補正信号生成回路13は、走査回路12か
ら出力されるXY駆動部3a,3aへの制御信号VPを分
圧し、すなわちこの制御信号VPにほぼ比例した電圧の
補正信号VHを生成し、位置検出回路10に出力する。
そしてこのとき位置検出回路10は、受光素子6からの
変位量信号VOをこの補正信号VHによって補正し、この
補正した信号に対応する補正変位量信号VSを制御回路
11へ出力する。
The correction signal generation circuit 13 divides the control signal V P output from the scanning circuit 12 to the XY drive units 3a, 3a, that is, the correction signal V H having a voltage substantially proportional to the control signal V P. It is generated and output to the position detection circuit 10.
At this time, the position detection circuit 10 corrects the displacement amount signal V O from the light receiving element 6 with this correction signal V H , and outputs the corrected displacement amount signal V S corresponding to this corrected signal to the control circuit 11.

【0036】次に、上記構成における動作を説明する。
本実施例の顕微鏡装置100において、試料7の測定を
行う際には、探針1が取り付けられたカンチレバー2
を、移動機構3のZ駆動部3bの作用によってZ方向に
移動させ探針1を試料7に接近させる。探針1と試料7
とが1nm程度まで接近すると両者の間に微小な原子間
力がはたらいてカンチレバー2にたわみが生じ、このカ
ンチレバー2の変位量が受光素子6上の受光位置の変位
として検出され変位量信号VOとして出力される。そし
てこの変位量信号VOは位置検出回路10を介し制御回
路11に入力され、制御回路11が、カンチレバー2の
変位量が一定となるように移動機構3のZ駆動部3bの
第2の移動量を調整しつつ、走査回路12が、カンチレ
バー2をXY方向に移動させる移動機構3のXY駆動部
3a,3aの第1の移動量を調整して探針1を観察面内
の所定領域に移動・走査させる。
Next, the operation of the above configuration will be described.
In the microscope apparatus 100 of this embodiment, when measuring the sample 7, the cantilever 2 to which the probe 1 is attached is attached.
Is moved in the Z direction by the action of the Z drive unit 3b of the moving mechanism 3 to bring the probe 1 closer to the sample 7. Probe 1 and sample 7
When and approach 1 nm, a minute atomic force acts between them to cause the cantilever 2 to bend, and the displacement amount of this cantilever 2 is detected as the displacement of the light receiving position on the light receiving element 6, and the displacement amount signal V O Is output as. This displacement amount signal V O is input to the control circuit 11 via the position detection circuit 10, and the control circuit 11 makes the second movement of the Z drive unit 3b of the movement mechanism 3 so that the displacement amount of the cantilever 2 becomes constant. While adjusting the amount, the scanning circuit 12 adjusts the first movement amount of the XY drive portions 3a, 3a of the moving mechanism 3 for moving the cantilever 2 in the XY directions to move the probe 1 to a predetermined area in the observation plane. Move / scan.

【0037】この走査時において、XY駆動部3a,3
aによるカンチレバー2のXY方向の移動で試料7の物
理量(表面形状)と無関係な検出誤差が発生しており、
変位量検出部50でカンチレバー2の変位量信号VO
含まれる形で検出されている。このことを図2(a)
(b)を用いて説明する。
During this scanning, the XY drive units 3a, 3
When the cantilever 2 is moved in the XY directions by a, a detection error unrelated to the physical quantity (surface shape) of the sample 7 occurs,
The displacement amount detection unit 50 detects the displacement amount signal V O of the cantilever 2 in a form included in the displacement amount signal V O. This is shown in FIG.
An explanation will be given using (b).

【0038】図2(a)において、始めに探針1及びカ
ンチレバー2は、それぞれ破線で示される右側位置にあ
り、レーザ光源4から集光レンズ5を介して照射された
レーザ光は、カンチレバー2の背面の点aで反射し、受
光素子6の位置Aで受光される。
In FIG. 2A, first, the probe 1 and the cantilever 2 are at the right side positions shown by the broken lines, and the laser light emitted from the laser light source 4 through the condenser lens 5 is the cantilever 2. The light is reflected at a point a on the back surface of, and is received at the position A of the light receiving element 6.

【0039】その後、XY駆動部3a,3aによって探
針1及びカンチレバー2が図示左側に距離xだけ移動さ
れて、実線で示される位置になったとすると、レーザ光
源4から集光レンズ5を介して照射されたレーザ光は、
カンチレバー2の背面の点bで反射し、受光素子6の位
置Bで受光されることになる。すなわちこのとき、試料
7の表面形状に関係なく、受光素子6上のレーザ光の受
光位置が、以下の(※)式のΔxだけ変化することにな
る。 Δx=x・tanθ・sinφ …(※) ここで、θは探針1及びカンチレバー2の移動方向(水
平方向)とカンチレバー2とのなす角度であり、φはカ
ンチレバー2の背面への入射レーザ光と反射光とのなす
角度である。
After that, assuming that the probe 1 and the cantilever 2 are moved to the left side in the figure by the distance x by the XY drive units 3a, 3a to reach the position shown by the solid line, from the laser light source 4 via the condenser lens 5. The irradiated laser light is
The light is reflected at a point b on the back surface of the cantilever 2 and is received at the position B of the light receiving element 6. That is, at this time, regardless of the surface shape of the sample 7, the light receiving position of the laser light on the light receiving element 6 changes by Δx in the following formula (*). Δx = x · tan θ · sin φ (*) where θ is the angle between the moving direction (horizontal direction) of the probe 1 and the cantilever 2 and the cantilever 2, and φ is the incident laser beam on the back surface of the cantilever 2. Is the angle formed by the reflected light.

【0040】したがって、このように検出誤差が発生し
ている状態に何の補正も施さないと、仮に試料7のZ方
向への表面凹凸がなかったとしても、受光素子6は、見
かけ上図2(b)の実線で示したようにカンチレバー2
がたわんだ状態と同一の状態を検出することとなるの
で、試料7に高さΔzの凸部があるかのような信号を位
置検出回路10に出力することになる。そして仮に、位
置検出回路10がなければそのままの変位量信号VO
制御回路11に出力され、制御回路11がこの変位量信
号VOに基づいて移動機構3を制御し、カンチレバー2
をΔxだけ試料7方向(図中下方向)へ接近させようと
する。
Therefore, if no correction is applied to the state in which the detection error is generated as described above, the light receiving element 6 is apparently shown in FIG. 2 even if there is no surface irregularity in the Z direction of the sample 7. Cantilever 2 as shown by the solid line in (b)
Since the same state as the bent state is detected, a signal as if the sample 7 has a convex portion of height Δz is output to the position detection circuit 10. If the position detection circuit 10 is not provided, the displacement amount signal V O is output to the control circuit 11 as it is, the control circuit 11 controls the moving mechanism 3 based on the displacement amount signal V O , and the cantilever 2 is operated.
In the direction of the sample 7 (downward in the figure) by Δx.

【0041】これを防ぐために、本実施例の顕微鏡装置
100においては、補正信号生成回路13を設け、この
補正信号生成回路13で、この検出誤差を補正する補正
信号VHを生成して位置検出回路10に出力し、変位量
検出部50で検出したカンチレバー2の変位量信号VO
をこの補正信号VHを用いて補正し、この補正した補正
変位量信号VSを制御回路11へ出力する。この検出誤
差補正における補正量の決定を図3(a)〜(c)によ
り具体的に説明する。上述したように、変位量検出部5
0における検出誤差、すなわち走査時におけるカンチレ
バー2のXY方向への移動で発生する検出誤差は、固定
されたレーザ光源4及び受光素子6に対し、カンチレバ
ー2のみが移動され受光素子6上の受光位置が変化する
ことで発生するので、XY駆動部3a,3aによるカン
チレバー2の第1の移動量と検出誤差はなんらかの相関
関係にあると考えられる。このとき第1の移動量は制御
回路11からの制御信号に対応しているので、結果とし
て、制御信号と検出誤差とが相関関係にあることにな
る。
In order to prevent this, the microscope apparatus 100 of the present embodiment is provided with the correction signal generation circuit 13, and the correction signal generation circuit 13 generates the correction signal V H for correcting this detection error to detect the position. A displacement amount signal V O of the cantilever 2 output to the circuit 10 and detected by the displacement amount detecting section 50.
Is corrected using this correction signal V H , and this corrected correction displacement amount signal V S is output to the control circuit 11. The determination of the correction amount in this detection error correction will be specifically described with reference to FIGS. As described above, the displacement amount detector 5
The detection error at 0, that is, the detection error caused by the movement of the cantilever 2 in the X and Y directions during scanning is the light receiving position on the light receiving element 6 when only the cantilever 2 is moved with respect to the fixed laser light source 4 and light receiving element 6. Is caused by a change in the XY driving unit 3a, 3a, it is considered that there is some correlation between the first movement amount of the cantilever 2 by the XY drive units 3a, 3a and the detection error. At this time, since the first movement amount corresponds to the control signal from the control circuit 11, as a result, the control signal and the detection error have a correlation.

【0042】検出誤差は、具体的には、図3(a)で示
されるように、フォトダイオードである受光素子6から
出力される出力信号VOで表される。すなわち、受光素
子6は詳しくは2分割されたフォトダイオードで構成さ
れており、受光素子6の受光面のほぼ中心にカンチレバ
ー2背面からの反射光が入射され、2分割ダイオードに
均等に受光されている場合には、これら2つのダイオー
ドからの出力が等しくなり、最終的に受光素子6からの
出力信号VOの値は破線で示すようにゼロとなる。この
場合には検出誤差を生じない。前述した制御回路11に
よるカンチレバー2の変位量が一定となるような制御
は、受光素子6上のレーザ光の受光位置が常に受光面の
中心となるように、つまり2分割ダイオードに均等に受
光されるように制御するものである。
Specifically, the detection error is represented by the output signal V O output from the light receiving element 6 which is a photodiode, as shown in FIG. That is, the light-receiving element 6 is specifically composed of a photodiode divided into two, and the reflected light from the back surface of the cantilever 2 is incident on the light-receiving surface of the light-receiving element 6 substantially at the center, and the light is equally received by the two-divided diode. If so, the outputs from these two diodes become equal, and finally the value of the output signal V O from the light receiving element 6 becomes zero as shown by the broken line. In this case, no detection error occurs. The control by the control circuit 11 so that the displacement amount of the cantilever 2 becomes constant is such that the light receiving position of the laser light on the light receiving element 6 is always at the center of the light receiving surface, that is, the light is evenly received by the two-divided diodes. To control it.

【0043】しかしながら、上記のようにカンチレバー
2のみがXY方向に移動されて受光位置が変わり、反射
光の入射量が2分割ダイオードの一方に多く他方に少な
くなると、受光素子6からの出力信号VOの値はゼロと
ならず、図3(a)実線で示すようなある値をとる。そ
してこのとき、この出力信号VOの値と制御信号VP
は、例えば図3(a)で示すような関係にあり、VP
増大とともにVOも増加する。
However, when only the cantilever 2 is moved in the XY directions and the light receiving position is changed as described above, and the incident amount of reflected light is large in one of the two split diodes and small in the other, the output signal V from the light receiving element 6 is detected. The value of O does not become zero but takes a certain value as shown by the solid line in FIG. At this time, the value of the output signal V O and the control signal V P have a relationship as shown in FIG. 3A, for example, and V O increases as V P increases.

【0044】ここで、本実施例の顕微鏡装置100の補
正信号生成回路13においては、この制御信号VPを分
圧し、VPにほぼ比例した電圧の補正信号VHを生成す
る。これを図3(b)に示す。図3(b)において、V
H=k×VPの関係(k:比例定数)にある。このときの
kの値は、補正信号VHの大きさが、除去すべき検出誤
差に相当する出力信号VOの大きさに相当するように
(すなわち図3(a)の実線と図3(b)の直線とがな
るべく一致するように)設定され、これによって走査回
路12から出力される制御信号からの分圧量が決定され
る。そして、このように補正量の大きさが決定された補
正信号VHが位置検出回路10に出力され、位置検出回
路10では、図3(a)のような特性の出力信号VO
ら、図3(b)のような特性の補正信号VHを減じる演
算を行う。この結果、この演算後すなわち補正後の検出
信号VSは、図3(c)で表されるようになる。すなわ
ち、検出誤差の影響を適切にほぼ除去し、図3(a)に
破線で示す検出誤差の生じない場合の特性に近づけるこ
とができる。
Here, in the correction signal generation circuit 13 of the microscope apparatus 100 of the present embodiment, this control signal V P is divided to generate the correction signal V H having a voltage substantially proportional to V P. This is shown in FIG. In FIG. 3B, V
Relationship H = k × V P: in (k proportional constant). The value of k at this time is such that the magnitude of the correction signal V H corresponds to the magnitude of the output signal V O corresponding to the detection error to be removed (that is, the solid line in FIG. 3A and FIG. The straight line of b) is set as closely as possible), and the amount of voltage division from the control signal output from the scanning circuit 12 is determined by this. Then, the correction signal V H for which the magnitude of the correction amount is determined in this way is output to the position detection circuit 10, and in the position detection circuit 10, from the output signal V O having the characteristic shown in FIG. The calculation for reducing the correction signal V H having the characteristic as shown in 3 (b) is performed. As a result, the detection signal V S after this calculation, that is, after correction, is as shown in FIG. That is, the influence of the detection error can be appropriately removed, and the characteristics shown by the broken line in FIG. 3A can be approximated to the characteristics when the detection error does not occur.

【0045】このように、位置検出回路10は、補正信
号生成回路13からの補正信号VHに基づき変位量信号
Oに含まれる検出誤差を除去し、補正後の検出信号す
なわち、補正変位量信号VSを制御回路11へ出力し、
制御回路11が移動機構3を制御し試料7の測定が行わ
れ、このときの第2の移動量が制御機構14の移動量記
憶部される。
As described above, the position detection circuit 10 removes the detection error contained in the displacement amount signal V O based on the correction signal V H from the correction signal generation circuit 13, and the corrected detection signal, that is, the corrected displacement amount. The signal V S is output to the control circuit 11,
The control circuit 11 controls the moving mechanism 3 to measure the sample 7, and the second moving amount at this time is stored in the moving amount storage unit of the control mechanism 14.

【0046】そしてさらに、上記のようにして行われた
試料7の所定領域の走査で制御機構14の移動量記憶部
に記憶された第2の移動量の集合をもとに、制御機構1
4内の演算部で試料7の表面凹凸形状に関する情報が算
出され、この算出した情報が表示部15で出力表示され
る。したがって、最終的に誤差のない精度の高い情報を
得ることができる。
Further, based on the set of the second movement amounts stored in the movement amount storage section of the control mechanism 14 in the scanning of the predetermined area of the sample 7 performed as described above, the control mechanism 1
Information regarding the surface irregularity shape of the sample 7 is calculated by the calculation unit in 4, and the calculated information is output and displayed on the display unit 15. Therefore, it is possible to finally obtain highly accurate information without error.

【0047】以上説明したように、本実施例の顕微鏡装
置100によれば、補正信号生成回路13で検出誤差を
補正する補正信号VHが制御信号VPにほぼ比例した電圧
となるように生成され、この補正信号VHが位置検出回
路10に入力され、この位置検出回路10において受光
素子6からの変位量信号VOから補正信号VHを減じる補
正を行い、この補正後の補正変位量信号VSが制御回路
11に出力されるので、検出誤差の影響を測定中にリア
ルタイムで除去することができる。よって、変位量検出
部50とカンチレバー2との相対的な位置関係がずれて
も最終的に誤差のない精度の高い表面形状情報を得るこ
とができる。またこのとき、試料を移動させる従来技術
のように、大型試料を切断して小さくする必要がない。
As described above, according to the microscope apparatus 100 of this embodiment, the correction signal generating circuit 13 generates the correction signal V H for correcting the detection error so as to be a voltage substantially proportional to the control signal V P. Then, the correction signal V H is input to the position detection circuit 10, and the position detection circuit 10 performs correction by subtracting the correction signal V H from the displacement amount signal V O from the light receiving element 6, and the corrected displacement amount after the correction. Since the signal V S is output to the control circuit 11, the influence of the detection error can be removed in real time during the measurement. Therefore, even if the relative positional relationship between the displacement amount detection unit 50 and the cantilever 2 is deviated, it is possible to finally obtain highly accurate surface shape information with no error. Further, at this time, it is not necessary to cut a large sample to make it smaller, unlike the conventional technique of moving the sample.

【0048】なお、上記実施例における検出誤差とし
て、カンチレバー2のXY方向の移動による誤差のみを
考えたが、Z方向の移動による誤差に関しては、測定中
の移動量が極めて小さいことから、問題となるような誤
差は発生しないとみなすことができる。
Although only the error due to the movement of the cantilever 2 in the XY directions was considered as the detection error in the above embodiment, the error due to the movement in the Z direction is problematic because the movement amount during measurement is extremely small. It can be considered that such an error does not occur.

【0049】本発明の第2の実施例を図4及び図5によ
り説明する。本実施例は、補正量決定手段の構成が異な
る実施例である。本実施例による原子間力顕微鏡装置2
00の全体構成を図4に示す。図4において、本実施例
の顕微鏡装置200の構成が第1の実施例の顕微鏡装置
100と異なる点は、変位量検出部50における検出誤
差を補正する信号を生成する補正信号手段として、検出
誤差を、走査回路12から出力される制御信号VP1と受
光素子6からの変位量信号VO1との相関データの形であ
らかじめ記憶しておくデータ記憶部213bと、測定開
始後カンチレバー2がXY方向に移動されるときの制御
信号VP2に対応する、検出誤差を示す信号VO1を、デー
タ記憶部213bに記憶された相関データから読み出し
位置検出回路10に出力するデータ出力部213aとを
備えた補正信号生成回路213を備えていることであ
る。その他の構成は、第1の実施例とほぼ同様である。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment is an embodiment in which the configuration of the correction amount determining means is different. Atomic force microscope apparatus 2 according to the present embodiment
The overall configuration of 00 is shown in FIG. In FIG. 4, the configuration of the microscope apparatus 200 of the present embodiment is different from that of the microscope apparatus 100 of the first embodiment in that the detection error is as a correction signal unit that generates a signal for correcting the detection error in the displacement amount detection unit 50. Is stored in advance in the form of correlation data between the control signal V P1 output from the scanning circuit 12 and the displacement amount signal V O1 from the light receiving element 6, and the cantilever 2 moves in the XY directions after the start of measurement. And a data output unit 213a that outputs a signal V O1 indicating a detection error, which corresponds to the control signal V P2 when moving to the read position, to the read position detection circuit 10 from the correlation data stored in the data storage unit 213b. That is, the correction signal generation circuit 213 is provided. The other structure is almost the same as that of the first embodiment.

【0050】上記構成においては、まず、試料7の測定
を始める前に、まず試料台8に試料7を配置せずに移動
機構3でカンチレバー2をXY方向に移動させる。この
とき試料7の表面情報は測定されていないので、位置検
出回路10で見かけ上検出される受光素子6からの出力
信号VO1は、そのまま検出誤差の大きさであり、このと
きのVO1の値を制御信号VP1と対応づけた相関データと
してデータ記憶部213bに記憶しておく。この相関デ
ータの一例を図5(a)に示す。
In the above structure, first, before the measurement of the sample 7 is started, the cantilever 2 is moved in the XY directions by the moving mechanism 3 without disposing the sample 7 on the sample table 8. Since this time the surface information of the sample 7 is not measured, the output signal V O1 from the light receiving element 6 to be detected apparently in the position detection circuit 10 has a size of as detecting errors, the V O1 at this time The value is stored in the data storage unit 213b as correlation data in which the value is associated with the control signal V P1 . An example of this correlation data is shown in FIG.

【0051】その後試料7を試料台8に配置して測定を
開始し、走査時の制御信号VP2の値に応じ、データ出力
部213aによって対応するVO1を刻々データ記憶部2
13bから読み出して位置検出回路10に出力する。位
置検出回路10では、このとき検出されている検出誤差
を含んだ受光素子6からの出力信号VO2から、データ出
力部213aから入力された誤差に相当する分の出力信
号VO1を差し引いた真の出力信号VOを算出する。前述
したように、あらかじめ検出した出力信号VO1=検出誤
差となるから、図5(b)に示すように制御信号VP2
いかんにかかわらずVOに含まれる検出誤差=0となる
ので、これに対応する変位量信号を制御回路11へ出力
する。
After that, the sample 7 is placed on the sample table 8 to start the measurement, and the corresponding V O1 is momentarily set by the data output unit 213a according to the value of the control signal V P2 at the time of scanning.
It is read from 13b and output to the position detection circuit 10. The position detection circuit 10 subtracts the output signal V O1 corresponding to the error input from the data output unit 213a from the output signal V O2 from the light receiving element 6 including the detection error detected at this time. Output signal V O of As described above, since the output signal V O1 detected in advance is equal to the detection error, the detection error included in V O is 0 regardless of the control signal V P2 as shown in FIG. 5B. A displacement amount signal corresponding to this is output to the control circuit 11.

【0052】本実施例によれば、位置検出回路10で検
出誤差の影響を完全に除去することができる。
According to this embodiment, the position detection circuit 10 can completely eliminate the influence of the detection error.

【0053】なお、上記実施例においては、データ記憶
部213bは、検出誤差を走査回路12から出力される
制御信号VPと受光素子6からの出力信号VOとの相関デ
ータの形で記憶したが、他の相関データの形も可能であ
る。この変形例を図6により説明する。図6において、
本実施例の顕微鏡装置300の構成が第2の実施例の顕
微鏡装置200と異なる点は、検出誤差を補正する信号
を生成する補正信号手段として、変位量検出部50にお
ける検出誤差を、走査回路12で検出される移動機構3
によるXY方向への第1の移動量d1と変位量検出部5
0で検出した検出誤差を示す受光素子6からの出力信号
O1との相関データの形であらかじめ記憶しておくデー
タ記憶部313bと、測定開始後カンチレバー2がXY
方向に移動されるときの第1の移動量d2に対応する検
出誤差を示す信号VO1を、データ記憶部313bに記憶
された相関データから読み出し位置検出回路10に出力
するデータ出力部313aとを備えた補正信号生成回路
313を備えていることである。その他の構成は、第2
の実施例とほぼ同様である。
In the above embodiment, the data storage unit 213b stores the detection error in the form of correlation data between the control signal V P output from the scanning circuit 12 and the output signal V O from the light receiving element 6. However, other forms of correlation data are possible. This modification will be described with reference to FIG. In FIG.
The configuration of the microscope apparatus 300 of this embodiment is different from that of the microscope apparatus 200 of the second embodiment in that the detection error in the displacement amount detection unit 50 is detected by the scanning circuit as the correction signal means for generating a signal for correcting the detection error. Moving mechanism 3 detected by 12
The first movement amount d 1 in the XY direction and the displacement amount detection unit 5
The data storage unit 313b, which is stored in advance in the form of correlation data with the output signal V O1 from the light receiving element 6 indicating the detection error detected at 0, and the cantilever 2 is XY after the measurement is started.
And a data output unit 313a that outputs a signal V O1 indicating a detection error corresponding to the first movement amount d 2 when moving in the direction to the read position detection circuit 10 from the correlation data stored in the data storage unit 313b. That is, the correction signal generating circuit 313 having the above is provided. Other configurations are the second
This is almost the same as the embodiment described above.

【0054】本変形例における補正に関する動作及び作
用は、上記第2の実施例における走査回路12からの制
御電圧VP1,VP2を、走査回路12で検出される移動機
構3の第1の移動量dに置き換えるのみであるので詳細
な説明を省略する。本変形例によっても、第2の実施例
と同様の効果を得る。
The operation and action relating to the correction in this modification is the first movement of the moving mechanism 3 in which the control voltages V P1 and V P2 from the scanning circuit 12 in the second embodiment are detected by the scanning circuit 12. Since only the amount d is replaced, detailed description will be omitted. According to this modification, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.

【0055】なお、上記第1及び第2の実施例において
は、変位量検出部50の構成の一例として、いわゆる光
てこ方式の構成を示しているが、カンチレバー2の変位
を検出する変位量検出部として、トンネル顕微鏡が用い
られる場合であっても適用できる。この変形例を図7を
用いて説明する。図7において、探針1と、トンネル顕
微鏡の金属探針16との間に、図示しない電圧印加手段
によって電圧が印加されている。そして探針1と金属探
針16との間がある程度接近すると、両者の間にトンネ
ル電流が流れ、このトンネル電流の値が図示しない計測
手段によって計測される。この計測された電流値の大小
によって、探針1と金属探針16との間の距離、すなわ
ち探針1の変位量が検出される。
In the first and second embodiments described above, a so-called optical lever type structure is shown as an example of the structure of the displacement amount detecting section 50. However, the displacement amount detecting for detecting the displacement of the cantilever 2 is described. It can be applied even when a tunnel microscope is used as the section. This modification will be described with reference to FIG. In FIG. 7, a voltage is applied between the probe 1 and the metal probe 16 of the tunnel microscope by a voltage applying means (not shown). When the probe 1 and the metal probe 16 approach each other to some extent, a tunnel current flows between them, and the value of this tunnel current is measured by a measuring means (not shown). The distance between the probe 1 and the metal probe 16, that is, the amount of displacement of the probe 1 is detected based on the magnitude of the measured current value.

【0056】この場合も、探針1及びカンチレバー2が
左方にxだけ移動して破線位置から実線位置になったと
き、上記第1の実施例で図2(a)(b)を用いて説明
したのと同様の問題が発生する。すなわち、試料7のZ
方向への表面凹凸がなかったとしても、金属探針16
は、見かけ上試料7にΔxの凸部があるかのような検出
結果を出力することになり、結果としてカンチレバー2
がΔxだけ試料7方向(図中下方向)へ接近させる制御
が行われる。
Also in this case, when the probe 1 and the cantilever 2 are moved leftward by x and moved from the broken line position to the solid line position, referring to FIGS. 2 (a) and 2 (b) in the first embodiment. The same problem as described occurs. That is, Z of sample 7
Even if there is no surface irregularity in the direction, the metal probe 16
Will output a detection result as if the sample 7 had a convex portion of Δx, and as a result, the cantilever 2
Is controlled to approach the sample 7 direction (downward in the figure) by Δx.

【0057】したがって、上記第1及び第2の実施例に
おける補正方法を適用することによって、本変形例にお
いても同様の効果を得ることができる。
Therefore, by applying the correction method in the first and second embodiments, the same effect can be obtained in this modification.

【0058】また、上記の第1及び第2の実施例におい
ては、カンチレバー2を移動させる移動機構3として円
筒型圧電素子を使用しているが、例えばトライポッドに
代表されるような他のどのような構成の移動機構を用い
ても実現可能であり、この場合も同様の効果を得る。
In the first and second embodiments described above, a cylindrical piezoelectric element is used as the moving mechanism 3 for moving the cantilever 2, but any other typified by a tripod can be used. It can also be realized by using a moving mechanism having a different configuration, and the same effect can be obtained in this case as well.

【0059】さらに、上記第1及び第2の実施例におい
ては、走査型プローブ顕微鏡装置の例として原子間力顕
微鏡装置を取りあげたが、例えば、磁気力顕微鏡装置等
は原子間力顕微鏡装置とほぼ同様の構成となっており、
上述した問題点がそのままあてはまるので、上記第1及
び第2の構成はこれらの走査型プローブ顕微鏡装置に適
用可能であり、この場合も同様の効果を得る。
Further, in the above-mentioned first and second embodiments, the atomic force microscope apparatus is taken up as an example of the scanning probe microscope apparatus. However, for example, the magnetic force microscope apparatus is almost the same as the atomic force microscope apparatus. It has a similar configuration,
Since the above-mentioned problems apply as they are, the first and second configurations can be applied to these scanning probe microscope apparatuses, and the same effect can be obtained in this case as well.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明によれば、補正量決定手段で検出
誤差を補正する補正信号が決定され、この補正信号が補
正演算手段に入力されて、変位量検出手段によって検出
されたカンチレバーの変位量信号が補正され、この補正
された変位量に対応する補正変位量信号が補正演算手段
から第2の移動量制御手段へ出力されるので、検出誤差
の影響を測定中にリアルタイムで除去することができ
る。よって、変位量検出手段とカンチレバーとの相対位
置関係がずれても最終的に誤差のない精度の高い情報を
得ることができる。またこのとき、試料を移動させる従
来技術のように、大型試料を切断して小さくする必要が
ない。
According to the present invention, a correction signal for correcting a detection error is determined by the correction amount determining means, the correction signal is input to the correction calculating means, and the displacement of the cantilever detected by the displacement amount detecting means. Since the amount signal is corrected and the corrected displacement amount signal corresponding to this corrected displacement amount is output from the correction calculation means to the second movement amount control means, the influence of the detection error can be eliminated in real time during measurement. You can Therefore, even if the relative positional relationship between the displacement amount detecting means and the cantilever is deviated, it is possible to finally obtain highly accurate information with no error. Further, at this time, it is not necessary to cut a large sample to make it smaller, unlike the conventional technique of moving the sample.

【0061】また、補正量決定手段を、第1の移動手段
の第1の移動量に応じて補正信号の補正量を決定するよ
うに構成するので、検出誤差を適切に除去する信号を生
成することができる。さらに、補正量決定手段を、補正
信号を制御信号にほぼ比例した電圧とするように構成す
るので、この補正信号の電圧を除去すべき検出誤差の大
きさに相当するように調整でき、補正信号が入力された
補正演算手段において検出誤差を適切に除去することが
できる。また、補正量決定手段は、変位量検出手段の検
出誤差を、制御信号若しくは第1の移動量と変位量検出
手段で検出した検出誤差との相関データの形であらかじ
め記憶しておくデータ記憶手段と、カンチレバーが観察
面方向に移動されるときの制御信号若しくは第1の移動
量に対応する検出誤差を、その相関データから読み出し
て補正演算手段に出力するデータ出力手段とを有するの
で、変位量検出手段で、自ら検出した誤差を含んでいる
見かけ上のカンチレバーの変位量からデータ出力手段か
ら入力された誤差に相当する分のカンチレバーの変位量
を差し引いて真のカンチレバー変位量を算出し、検出誤
差を完全に除去することができる。
Further, since the correction amount determining means is configured to determine the correction amount of the correction signal according to the first movement amount of the first moving means, a signal for appropriately removing the detection error is generated. be able to. Further, since the correction amount determining means is configured so that the correction signal has a voltage substantially proportional to the control signal, the voltage of the correction signal can be adjusted to correspond to the magnitude of the detection error to be removed. It is possible to appropriately remove the detection error in the correction calculation means to which is input. Further, the correction amount determining means stores in advance the detection error of the displacement amount detecting means in the form of a control signal or correlation data between the first movement amount and the detection error detected by the displacement amount detecting means. And the data output means for reading out the control signal when the cantilever is moved in the direction of the observation surface or the detection error corresponding to the first movement amount from the correlation data and outputting it to the correction calculation means. The detection means calculates the true cantilever displacement amount by subtracting the cantilever displacement amount corresponding to the error input from the data output device from the apparent cantilever displacement amount including the error detected by itself. The error can be completely eliminated.

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

【図1】本発明の第1の実施例による原子間力顕微鏡装
置の全体構成を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an overall configuration of an atomic force microscope device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した変位量検出部で発生する検出誤差
を説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a detection error that occurs in the displacement amount detection unit shown in FIG.

【図3】図1に示した顕微鏡装置で行われる検出誤差の
補正における補正量の決定を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining determination of a correction amount in correction of a detection error performed by the microscope apparatus shown in FIG.

【図4】本発明の第2の実施例による原子間力顕微鏡装
置の全体構成を示す概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an overall configuration of an atomic force microscope device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】図4に示した顕微鏡装置で行われる検出誤差補
正作用を説明するための図である。
5A and 5B are diagrams for explaining a detection error correction operation performed by the microscope apparatus shown in FIG.

【図6】本発明の第2の実施例の変形例による原子間力
顕微鏡装置の全体構成を示す概念図である。
FIG. 6 is a conceptual diagram showing an overall configuration of an atomic force microscope apparatus according to a modified example of the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1及び第2の実施例の変形例による
原子間力顕微鏡装置の変位量検出部を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a displacement amount detection unit of an atomic force microscope apparatus according to modified examples of the first and second embodiments of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 探針 2 カンチレバー 3 移動機構 3a XY駆動部(第1の移動手段) 3b Z駆動部(第2の移動手段) 6 受光素子 7 試料 8 試料台 10 位置検出回路(補正演算手段) 11 制御回路(第2の移動量制御手段) 12 走査回路(第1の移動量制御手段) 13 補正信号生成回路(補正量決定手段) 14 制御機構(演算手段) 15 表示部(出力手段) 50 変位量検出部 100 顕微鏡装置 200 顕微鏡装置 213 補正信号生成回路 213a データ出力部 213b データ記憶部 300 顕微鏡装置 313 補正信号生成回路(補正量決定手段) 313a データ出力部 313b データ記憶部 1 probe 2 cantilever 3 moving mechanism 3a XY drive section (first moving means) 3b Z drive section (second moving means) 6 light receiving element 7 sample 8 sample stage 10 position detection circuit (correction calculation means) 11 control circuit (Second movement amount control means) 12 Scanning circuit (first movement amount control means) 13 Correction signal generation circuit (correction amount determination means) 14 Control mechanism (calculation means) 15 Display unit (output means) 50 Displacement amount detection Part 100 Microscope device 200 Microscope device 213 Correction signal generation circuit 213a Data output part 213b Data storage part 300 Microscope device 313 Correction signal generation circuit (correction amount determination means) 313a Data output part 313b Data storage part

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料の有する物理量を検知する探針が取
り付けられ、この探針が検知する物理量に反応して変位
可能なカンチレバーと、このカンチレバーの変位量を検
出しこれに対応する変位量信号を出力する変位量検出手
段と、前記カンチレバーを前記試料の観察面方向及びこ
の観察面に垂直な方向にそれぞれ移動可能な第1及び第
2の移動手段と、前記探針が前記観察面内の所定領域を
走査するように前記第1の移動手段の第1の移動量を制
御する第1の移動量制御手段と、前記変位量信号に応じ
て前記カンチレバーの変位量が一定となるように前記第
2の移動手段の第2の移動量を制御する第2の移動量制
御手段と、前記第2の移動量をもとに前記試料の物理量
に関する情報を算出する演算手段と、この算出した情報
を出力表示する出力手段とを備えた走査型プローブ顕微
鏡装置において、 前記カンチレバーが前記第1の移動手段によって移動さ
れたときに前記変位量検出手段からの変位量信号に含ま
れる前記試料の物理量と無関係な検出誤差に応じて、補
正信号を出力する補正量決定手段と、 前記変位量信号及び前記補正信号を入力し、この補正信
号によって前記変位量信号を補正し、この補正した変位
量に対応する補正変位量信号を前記第2の移動量制御手
段へ出力する補正演算手段とをさらに備えたことを特徴
とする走査型プローブ顕微鏡装置。
1. A cantilever which is attached with a probe for detecting a physical quantity of a sample and is displaceable in response to the physical quantity detected by the probe, and a displacement amount signal corresponding to the detected cantilever displacement amount. A displacement amount detecting means for outputting the cantilever, first and second moving means capable of moving the cantilever in the observation surface direction of the sample and in a direction perpendicular to the observation surface, respectively, and the probe in the observation surface. A first movement amount control means for controlling a first movement amount of the first movement means so as to scan a predetermined area; and the displacement amount of the cantilever according to the displacement amount signal so that the displacement amount becomes constant. Second movement amount control means for controlling the second movement amount of the second movement means, calculation means for calculating information on the physical quantity of the sample based on the second movement amount, and the calculated information Output to display In the scanning probe microscope apparatus including means, a detection error unrelated to the physical quantity of the sample included in the displacement amount signal from the displacement amount detecting means when the cantilever is moved by the first moving means is detected. Accordingly, a correction amount determining means for outputting a correction signal, the displacement amount signal and the correction signal are input, the displacement amount signal is corrected by the correction signal, and the corrected displacement amount signal corresponding to the corrected displacement amount. To the second movement amount control means, and a correction calculation means for outputting the second movement amount control means to the scanning probe microscope apparatus.
【請求項2】 請求項1記載の走査型プローブ顕微鏡装
置において、前記補正量決定手段は、前記第1の移動手
段の第1の移動量に応じて前記補正信号の補正量を決定
する手段であることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡
装置。
2. The scanning probe microscope apparatus according to claim 1, wherein the correction amount determining means is means for determining a correction amount of the correction signal according to a first movement amount of the first moving means. A scanning probe microscope apparatus characterized by being present.
【請求項3】 請求項1記載の走査型プローブ顕微鏡装
置において、前記第1の移動手段は、前記第1の移動量
制御手段から入力される制御信号に応じて前記カンチレ
バーを前記観察面方向に移動させる手段であり、前記補
正量決定手段は、前記補正信号の補正量を前記制御信号
にほぼ比例した電圧とする手段であることを特徴とする
走査型プローブ顕微鏡装置。
3. The scanning probe microscope apparatus according to claim 1, wherein the first moving unit moves the cantilever in the observation surface direction according to a control signal input from the first moving amount control unit. The scanning probe microscope apparatus is a means for moving, and the correction amount determining means is a means for setting the correction amount of the correction signal to a voltage substantially proportional to the control signal.
【請求項4】 請求項1記載の走査型プローブ顕微鏡装
置において、前記第1の移動手段は、前記第1の移動量
制御手段から入力される制御信号に応じて前記カンチレ
バーを前記観察面方向に移動させる手段であり、前記補
正量決定手段は、前記変位量検出手段の検出誤差を前記
制御信号との相関データの形であらかじめ記憶しておく
データ記憶手段と、前記カンチレバーが前記観察面方向
に移動されるときの前記制御信号に対応する前記検出誤
差を、前記データ記憶手段に記憶された相関データから
読み出してこれを補正信号として前記補正演算手段に出
力するデータ出力手段とを有することを特徴とする走査
型プローブ顕微鏡装置。
4. The scanning probe microscope apparatus according to claim 1, wherein the first moving unit moves the cantilever in the observation surface direction in response to a control signal input from the first moving amount control unit. The correction amount determining means is a means for moving, the data storage means for storing the detection error of the displacement amount detecting means in the form of correlation data with the control signal in advance, and the cantilever in the observation surface direction. And a data output means for reading the detection error corresponding to the control signal when moved from the correlation data stored in the data storage means and outputting this as a correction signal to the correction calculation means. Scanning probe microscope device.
【請求項5】 請求項1記載の走査型プローブ顕微鏡装
置において、前記第1の移動手段は、前記第1の移動量
制御手段から入力される制御信号に応じて前記カンチレ
バーを前記観察面方向に移動させる手段であり、前記補
正量決定手段は、前記変位量検出手段の検出誤差を前記
第1の移動量との相関データの形であらかじめ記憶して
おくデータ記憶手段と、前記カンチレバーが前記観察面
方向に移動されるときの前記制御信号に対応する前記検
出誤差を、前記データ記憶手段に記憶された相関データ
から読み出してこれを補正信号として前記補正演算手段
に出力するデータ出力手段とを有することを特徴とする
走査型プローブ顕微鏡装置。
5. The scanning probe microscope apparatus according to claim 1, wherein the first moving unit moves the cantilever in the observation surface direction according to a control signal input from the first moving amount control unit. The correction amount determining means is a means for moving, and the correction amount determining means stores the detection error of the displacement amount detecting means in the form of correlation data with the first movement amount in advance, and the cantilever performs the observation. Data output means for reading the detection error corresponding to the control signal when moving in the surface direction from the correlation data stored in the data storage means, and outputting this as a correction signal to the correction calculation means. A scanning probe microscope apparatus characterized by the above.
【請求項6】 請求項1記載の走査型プローブ顕微鏡装
置において、前記第1及び第2の移動手段は、前記第1
及び第2の移動量制御手段から入力される制御信号に応
じて前記カンチレバーをそれぞれ前記観察面方向及びこ
の観察面に垂直な方向に移動させる圧電素子であること
を特徴とする走査型プローブ顕微鏡装置。
6. The scanning probe microscope apparatus according to claim 1, wherein the first and second moving means are the first
And a piezoelectric element for moving the cantilever in the direction of the observation surface and in a direction perpendicular to the observation surface according to a control signal input from the second movement amount control means. .
【請求項7】 請求項1記載の走査型プローブ顕微鏡装
置において、前記試料を観察面にほぼ平行な面内で2次
元的に移動可能であるとともに、前記第1の移動手段に
よる第1の移動量より大きな移動量を可能とする試料移
動手段をさらに有することを特徴とする走査型プローブ
顕微鏡装置。
7. The scanning probe microscope apparatus according to claim 1, wherein the sample can be two-dimensionally moved in a plane substantially parallel to an observation surface, and the first movement means can perform a first movement. A scanning probe microscope apparatus, further comprising a sample moving means capable of moving a larger amount than the moving amount.
【請求項8】 請求項1記載の走査型プローブ顕微鏡装
置において、前記変位量検出手段は、前記カンチレバー
にレーザ光を照射するレーザ光源及び集光レンズと、前
記レーザ光の前記カンチレバーによる反射光を受光しこ
の受光位置に対応する受光位置信号を変位量信号として
出力する受光素子とを有し、前記補正演算手段は前記受
光位置信号及び前記補正信号が入力され前記補正変位量
信号を出力する受光位置検出回路からなることを特徴と
する走査型プローブ顕微鏡装置。
8. The scanning probe microscope apparatus according to claim 1, wherein the displacement amount detecting means includes a laser light source and a condenser lens for irradiating the cantilever with a laser beam, and a reflected light of the laser beam by the cantilever. A light receiving element that receives light and outputs a light receiving position signal corresponding to this light receiving position as a displacement amount signal, and the correction calculating means receives the light receiving position signal and the correction signal and outputs the corrected displacement amount signal. A scanning probe microscope apparatus comprising a position detection circuit.
【請求項9】 請求項1記載の走査型プローブ顕微鏡装
置において、前記変位量検出手段は、金属探針を備えこ
の金属探針と前記カンチレバーとの間に流れるトンネル
電流を測定して前記カンチレバーの変位量を検出するト
ンネル顕微鏡であることを特徴とする走査型プローブ顕
微鏡装置。
9. The scanning probe microscope apparatus according to claim 1, wherein the displacement detection means includes a metal probe and measures a tunnel current flowing between the metal probe and the cantilever to measure the cantilever. A scanning probe microscope apparatus, which is a tunnel microscope that detects a displacement amount.
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