JPH09269328A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡Info
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- JPH09269328A JPH09269328A JP10336496A JP10336496A JPH09269328A JP H09269328 A JPH09269328 A JP H09269328A JP 10336496 A JP10336496 A JP 10336496A JP 10336496 A JP10336496 A JP 10336496A JP H09269328 A JPH09269328 A JP H09269328A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、ＳＰＭ観察の高速化に限界のあるラ
スター走査法における課題を解決し、試料表面のＳＰＭ
信号を取得する際の走査方法としてらせん走査により高
速走査が可能な走査型プローブ顕微鏡を提供することを
目的としている。 【解決手段】本発明は、プローブを試料表面に近接配置
し、該プローブと該試料とを該試料面に対して相対移動
させ、該試料表面の物理量を検出し観察像を得る走査型
プローブ顕微鏡において、該プローブと該試料とを該試
料面に平行な面内でらせん型の軌跡を描くように相対移
動させるらせん走査手段を備え、該らせん走査手段によ
ってらせん走査を行い該試料表面の物理量を検出して観
察像を得るようにしたことを特徴とするものである。
スター走査法における課題を解決し、試料表面のＳＰＭ
信号を取得する際の走査方法としてらせん走査により高
速走査が可能な走査型プローブ顕微鏡を提供することを
目的としている。 【解決手段】本発明は、プローブを試料表面に近接配置
し、該プローブと該試料とを該試料面に対して相対移動
させ、該試料表面の物理量を検出し観察像を得る走査型
プローブ顕微鏡において、該プローブと該試料とを該試
料面に平行な面内でらせん型の軌跡を描くように相対移
動させるらせん走査手段を備え、該らせん走査手段によ
ってらせん走査を行い該試料表面の物理量を検出して観
察像を得るようにしたことを特徴とするものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速走査が可能な
走査型プローブ顕微鏡に関するものである。
走査型プローブ顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ナノメートル以下の分解能で導電
性物質表面を観察可能な走査型トンネル顕微鏡（以下Ｓ
ＴＭと略す）が開発され（米国特許４，３４３，９９３
号明細書）、金属・半導体表面の原子配列、有機分子の
配向等の観察が原子・分子スケールでなされている。ま
た、ＳＴＭ技術を発展させ、絶縁物質等の表面をＳＴＭ
と同様の分解能で観察可能な原子間力顕微鏡（以下ＡＦ
Ｍと略す）も開発された（米国特許４，７２４，３１８
号明細書）。さらに別の発展形として、尖鋭なプローブ
先端の微小開口からしみ出すエバネッセント光を利用し
て試料表面状態を調べる走査型近接場光顕微鏡（以下Ｓ
ＮＯＭと略す）［Ｄｕｒｉｇ他，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．５９，３３１８（１９８６）］も開発された。現在
ではトンネル電流を検出するＳＴＭを発展させ、電子状
態密度、原子間力、分子間力、摩擦力、弾性、エバネッ
セント光、磁力等試料表面の種々の物理量を高い分解能
で測定できるこれらの顕微鏡を走査型プローブ顕微鏡
（以下ＳＰＭと略す）と総称している。
性物質表面を観察可能な走査型トンネル顕微鏡（以下Ｓ
ＴＭと略す）が開発され（米国特許４，３４３，９９３
号明細書）、金属・半導体表面の原子配列、有機分子の
配向等の観察が原子・分子スケールでなされている。ま
た、ＳＴＭ技術を発展させ、絶縁物質等の表面をＳＴＭ
と同様の分解能で観察可能な原子間力顕微鏡（以下ＡＦ
Ｍと略す）も開発された（米国特許４，７２４，３１８
号明細書）。さらに別の発展形として、尖鋭なプローブ
先端の微小開口からしみ出すエバネッセント光を利用し
て試料表面状態を調べる走査型近接場光顕微鏡（以下Ｓ
ＮＯＭと略す）［Ｄｕｒｉｇ他，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．５９，３３１８（１９８６）］も開発された。現在
ではトンネル電流を検出するＳＴＭを発展させ、電子状
態密度、原子間力、分子間力、摩擦力、弾性、エバネッ
セント光、磁力等試料表面の種々の物理量を高い分解能
で測定できるこれらの顕微鏡を走査型プローブ顕微鏡
（以下ＳＰＭと略す）と総称している。
【０００３】さて、ＳＰＭにおいて、試料に対してＳＰ
Ｍプローブの走査を行い、試料表面のＳＰＭ信号を取得
する際の走査方法として、これまでラスター走査法が一
般的であった。ラスター走査法は、図７に示すようにｘ
方向に行う高速走査とｙ方向に行う低速走査を組み合わ
せて試料表面に対するＳＰＭプローブの相対走査を行う
ものである。ラスター走査法において、試料６０１に対
するＳＰＭプローブ６０２の走査を行うための駆動素子
として、図６に示す円筒型ピエゾ素子６０３を用いた場
合の駆動例を以下に示す。円筒型ピエゾ素子では、外側
電極はｘｙ方向に駆動するための４つの電極とｚ方向
（プローブに対向する方向）に駆動するための電極との
合計５つの電極に分割されている。内側電極（不図示）
はグラウンド電位に接続されている。
Ｍプローブの走査を行い、試料表面のＳＰＭ信号を取得
する際の走査方法として、これまでラスター走査法が一
般的であった。ラスター走査法は、図７に示すようにｘ
方向に行う高速走査とｙ方向に行う低速走査を組み合わ
せて試料表面に対するＳＰＭプローブの相対走査を行う
ものである。ラスター走査法において、試料６０１に対
するＳＰＭプローブ６０２の走査を行うための駆動素子
として、図６に示す円筒型ピエゾ素子６０３を用いた場
合の駆動例を以下に示す。円筒型ピエゾ素子では、外側
電極はｘｙ方向に駆動するための４つの電極とｚ方向
（プローブに対向する方向）に駆動するための電極との
合計５つの電極に分割されている。内側電極（不図示）
はグラウンド電位に接続されている。
【０００４】ｘｙ方向駆動信号を円筒型ピエゾ素子駆動
信号作成回路１（６０８）、２（６０９）に入力し、ｘ
方向駆動電極１（６０４）、２（６０５）、ｙ方向駆動
電極１（６０６）、２（６０７）に印加するｘｙ方向駆
動信号Ｖ+x、Ｖ-x、Ｖ+y、Ｖ-yを以下のように作成す
る。ここで、時間をｔとして、 Ｖ+x＝Ｖxo・（ｔ／Ｔ−２ｍ） Ｖ-x＝−Ｖxo・（ｔ／Ｔ−２ｍ） ［２ｍＴ≦ｔ＜（２ｍ＋１）Ｔのとき］ Ｖ+x＝Ｖxo・［２（ｍ＋１）−ｔ／Ｔ］ Ｖ-x＝−Ｖxo・［２（ｍ＋１）−ｔ／Ｔ］ ［（２ｍ＋１）Ｔ≦ｔ＜２（ｍ＋１）Ｔのとき］ Ｖ+y＝Ｖyo・（ｔ／Ｔ’−２ｎ） Ｖ-y＝−Ｖyo・（ｔ／Ｔ’−２ｎ） ［２ｎＴ’≦ｔ＜（２ｎ＋１）Ｔ’のとき］ Ｖ+y＝Ｖyo・［２（ｎ＋１）−ｔ／Ｔ’］ Ｖ-y＝−Ｖyo・［２（ｎ＋１）−ｔ／Ｔ’］ ［（２ｎ＋１）Ｔ’≦ｔ＜２（ｎ＋１）Ｔ’のとき］ とする。ここで、Ｖxoはｘ方向最大駆動電圧、Ｖyoはｙ
方向最大駆動電圧、Ｔはｘ走査周期の１／２、Ｔ’はｙ
走査周期の１／２（＝１フレームＳＰＭ像取得時間）、
ｍ＝０，１，２，・・・、ｎ＝０，１，２，・・・であ
る。ただし、Ｔ<<Ｔ’である。
信号作成回路１（６０８）、２（６０９）に入力し、ｘ
方向駆動電極１（６０４）、２（６０５）、ｙ方向駆動
電極１（６０６）、２（６０７）に印加するｘｙ方向駆
動信号Ｖ+x、Ｖ-x、Ｖ+y、Ｖ-yを以下のように作成す
る。ここで、時間をｔとして、 Ｖ+x＝Ｖxo・（ｔ／Ｔ−２ｍ） Ｖ-x＝−Ｖxo・（ｔ／Ｔ−２ｍ） ［２ｍＴ≦ｔ＜（２ｍ＋１）Ｔのとき］ Ｖ+x＝Ｖxo・［２（ｍ＋１）−ｔ／Ｔ］ Ｖ-x＝−Ｖxo・［２（ｍ＋１）−ｔ／Ｔ］ ［（２ｍ＋１）Ｔ≦ｔ＜２（ｍ＋１）Ｔのとき］ Ｖ+y＝Ｖyo・（ｔ／Ｔ’−２ｎ） Ｖ-y＝−Ｖyo・（ｔ／Ｔ’−２ｎ） ［２ｎＴ’≦ｔ＜（２ｎ＋１）Ｔ’のとき］ Ｖ+y＝Ｖyo・［２（ｎ＋１）−ｔ／Ｔ’］ Ｖ-y＝−Ｖyo・［２（ｎ＋１）−ｔ／Ｔ’］ ［（２ｎ＋１）Ｔ’≦ｔ＜２（ｎ＋１）Ｔ’のとき］ とする。ここで、Ｖxoはｘ方向最大駆動電圧、Ｖyoはｙ
方向最大駆動電圧、Ｔはｘ走査周期の１／２、Ｔ’はｙ
走査周期の１／２（＝１フレームＳＰＭ像取得時間）、
ｍ＝０，１，２，・・・、ｎ＝０，１，２，・・・であ
る。ただし、Ｔ<<Ｔ’である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前述のラス
ター走査法では高速走査であるｘ走査が往復走査である
ため、ｘ走査駆動素子の運動に急激な反転を要した。こ
のため、往復走査の折り返し点において、ｘ方向駆動素
子の運動エネルギーがすべて損失される。このエネルギ
ーは、音波・摩擦熱の発生とともにＳＰＭ装置の機械的
振動の励振を起こす原因となる。この機械的振動によ
り、ＳＰＭプローブと試料の相対位置関係に変動を生じ
てしまい、これが観察ＳＰＭ像にノイズとなって現れ
る。このノイズが観察ＳＰＭ像に重畳した様子を図８に
示す。運動エネルギーの大きさは速度の２乗に比例する
ため、ｘ方向駆動素子を駆動する速度を増すにつれてこ
のノイズは大きくなってしまう。このため、ラスター走
査法ではＳＰＭ観察の高速化に限界があった。
ター走査法では高速走査であるｘ走査が往復走査である
ため、ｘ走査駆動素子の運動に急激な反転を要した。こ
のため、往復走査の折り返し点において、ｘ方向駆動素
子の運動エネルギーがすべて損失される。このエネルギ
ーは、音波・摩擦熱の発生とともにＳＰＭ装置の機械的
振動の励振を起こす原因となる。この機械的振動によ
り、ＳＰＭプローブと試料の相対位置関係に変動を生じ
てしまい、これが観察ＳＰＭ像にノイズとなって現れ
る。このノイズが観察ＳＰＭ像に重畳した様子を図８に
示す。運動エネルギーの大きさは速度の２乗に比例する
ため、ｘ方向駆動素子を駆動する速度を増すにつれてこ
のノイズは大きくなってしまう。このため、ラスター走
査法ではＳＰＭ観察の高速化に限界があった。
【０００６】そこで、本発明は、このようなＳＰＭ観察
の高速化に限界のあるラスター走査法における課題を解
決するため、試料表面のＳＰＭ信号を取得する際の走査
方法としてらせん走査により高速走査が可能な走査型プ
ローブ顕微鏡を提供することを目的としている。
の高速化に限界のあるラスター走査法における課題を解
決するため、試料表面のＳＰＭ信号を取得する際の走査
方法としてらせん走査により高速走査が可能な走査型プ
ローブ顕微鏡を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、プローブを試料表面に近接配置し、該プロ
ーブと該試料とを該試料面に対して相対移動させ、該試
料表面の物理量を検出し観察像を得る走査型プローブ顕
微鏡において、該プローブと該試料とを該試料面に平行
な面内でらせん型の軌跡を描くように相対移動させるら
せん走査手段を備え、該らせん走査手段によってらせん
走査を行い該試料表面の物理量を検出して観察像を得る
ようにしたことを特徴としている。そして、本発明にお
いては、前記物理量の検出による観察像の形成は、前記
試料面内の第１の方向に前記プローブと前記試料とを相
対移動する第１の相対移動手段と、該試料面内で該第１
の方向に垂直な第２の方向に該プローブと該試料とを相
対移動する第２の相対移動手段とによりらせん型の軌跡
を描くようにしたらせん走査手段と、該物理量の検出結
果を表示する手段と、該らせん型軌跡上の該プローブと
該試料の相対位置から、該相対位置における該検出結果
の該表示手段での表示位置を算出する手段とにより行う
ことができる。また、本発明においては、前記走査手段
を、前記第１の相対移動手段を駆動する駆動信号とし
て、振幅が変化する第１の正弦波信号を発生する第１の
駆動信号発生手段と、前記第２の相対移動手段を駆動す
る駆動信号として、振幅の変化および角振動数が該第１
の正弦波と等しく、位相が該第１の正弦波に比べて（ｎ
＋１／２）π［ｒａｄ］（ただし、ｎ＝０，１，２，・
・・）だけずれた第２の正弦波信号を発生する第２の駆
動信号発生手段とで構成することができる。
決するため、プローブを試料表面に近接配置し、該プロ
ーブと該試料とを該試料面に対して相対移動させ、該試
料表面の物理量を検出し観察像を得る走査型プローブ顕
微鏡において、該プローブと該試料とを該試料面に平行
な面内でらせん型の軌跡を描くように相対移動させるら
せん走査手段を備え、該らせん走査手段によってらせん
走査を行い該試料表面の物理量を検出して観察像を得る
ようにしたことを特徴としている。そして、本発明にお
いては、前記物理量の検出による観察像の形成は、前記
試料面内の第１の方向に前記プローブと前記試料とを相
対移動する第１の相対移動手段と、該試料面内で該第１
の方向に垂直な第２の方向に該プローブと該試料とを相
対移動する第２の相対移動手段とによりらせん型の軌跡
を描くようにしたらせん走査手段と、該物理量の検出結
果を表示する手段と、該らせん型軌跡上の該プローブと
該試料の相対位置から、該相対位置における該検出結果
の該表示手段での表示位置を算出する手段とにより行う
ことができる。また、本発明においては、前記走査手段
を、前記第１の相対移動手段を駆動する駆動信号とし
て、振幅が変化する第１の正弦波信号を発生する第１の
駆動信号発生手段と、前記第２の相対移動手段を駆動す
る駆動信号として、振幅の変化および角振動数が該第１
の正弦波と等しく、位相が該第１の正弦波に比べて（ｎ
＋１／２）π［ｒａｄ］（ただし、ｎ＝０，１，２，・
・・）だけずれた第２の正弦波信号を発生する第２の駆
動信号発生手段とで構成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明は、上記した構成によるら
せん走査により、駆動機構に対して、一定の駆動速度を
保ったまま駆動方向を徐々に変化させて、試料表面に対
してプローブを相対走査させることができる。このらせ
ん走査法は走査中の駆動機構の急激な反転がないため、
らせん走査の角速度ωを大きくしても、すなわち高速に
走査を行っても、駆動機構の運動エネルギーの損失を少
なくすることができる。したがって、本発明の上記構成
によると、高速走査を行っても機械系の寄生振動に起因
するノイズが重畳することがないＳＰＭ観察像を得るこ
とが可能となる。
せん走査により、駆動機構に対して、一定の駆動速度を
保ったまま駆動方向を徐々に変化させて、試料表面に対
してプローブを相対走査させることができる。このらせ
ん走査法は走査中の駆動機構の急激な反転がないため、
らせん走査の角速度ωを大きくしても、すなわち高速に
走査を行っても、駆動機構の運動エネルギーの損失を少
なくすることができる。したがって、本発明の上記構成
によると、高速走査を行っても機械系の寄生振動に起因
するノイズが重畳することがないＳＰＭ観察像を得るこ
とが可能となる。
【実施例】以下、図１〜図６に基づいて、本発明のＳＰ
Ｍ装置の実施例について説明する。図１は本発明の試料
に対するＳＰＭプローブの相対走査方法を示す図であ
る。図１に軌跡を示すようにＳＰＭプローブは試料に対
してらせん状に相対走査を行って、試料全面のＳＰＭ信
号を検出し、ＳＰＭ像を得る。このような走査を行うた
めの駆動方法を図２、図３を用いて説明する。正弦・余
弦波波形発生器２０１からの正弦波信号３ａと余弦波信
号３ｂ、三角波波形発生器２０２からの三角波信号３ｃ
をそれぞれ乗算器１（２０３）、２（２０４）に入力す
る。ここで、図３に示すように、余弦波信号３ｂは、正
弦波信号３ａに比べ、角振動数・振幅が等しく、位相が
（ｎ＋１／２）π［ｒａｄ］だけずれた正弦波の信号波
形を有している。乗算器１（２０３）では正弦波信号３
ａと三角波信号３ｃの乗算を行い、ｘ方向駆動信号３ｄ
とする。乗算器２（２０４）では余弦波信号３ｂと三角
波信号３ｃの乗算を行い、ｙ方向駆動信号３ｅとする。
ｘ方向駆動信号３ｄは増幅器１（２０５）において増幅
したのちｘ方向駆動素子に、ｙ方向駆動信号３ｅは増幅
器２（２０６）において増幅したのちｙ方向駆動素子に
印加される。
Ｍ装置の実施例について説明する。図１は本発明の試料
に対するＳＰＭプローブの相対走査方法を示す図であ
る。図１に軌跡を示すようにＳＰＭプローブは試料に対
してらせん状に相対走査を行って、試料全面のＳＰＭ信
号を検出し、ＳＰＭ像を得る。このような走査を行うた
めの駆動方法を図２、図３を用いて説明する。正弦・余
弦波波形発生器２０１からの正弦波信号３ａと余弦波信
号３ｂ、三角波波形発生器２０２からの三角波信号３ｃ
をそれぞれ乗算器１（２０３）、２（２０４）に入力す
る。ここで、図３に示すように、余弦波信号３ｂは、正
弦波信号３ａに比べ、角振動数・振幅が等しく、位相が
（ｎ＋１／２）π［ｒａｄ］だけずれた正弦波の信号波
形を有している。乗算器１（２０３）では正弦波信号３
ａと三角波信号３ｃの乗算を行い、ｘ方向駆動信号３ｄ
とする。乗算器２（２０４）では余弦波信号３ｂと三角
波信号３ｃの乗算を行い、ｙ方向駆動信号３ｅとする。
ｘ方向駆動信号３ｄは増幅器１（２０５）において増幅
したのちｘ方向駆動素子に、ｙ方向駆動信号３ｅは増幅
器２（２０６）において増幅したのちｙ方向駆動素子に
印加される。
【０００９】ｘｙ方向駆動素子に印加される信号Ｖx、
Ｖyは、時間をｔとして次のように表すことができる。
Ｖyは、時間をｔとして次のように表すことができる。
【００１０】Ｖx＝Ｖo・（１−ｔ／Ｔ）・ｓｉｎωｔ Ｖy＝Ｖo・（１−ｔ／Ｔ）・ｃｏｓωｔ ここで、Ｖoは最大駆動電圧、Ｔは全走査時間（＝１フ
レームＳＰＭ像取得時間）、ωはらせん走査の角速度で
ある。例えば、ω＝１０００π［ｒａｄ／ｓ］、Ｔ＝
０．５［ｓ］とすると、１画面５００本の走査線からな
る高品位ＳＰＭ像を０．５［ｓ］で１画面観察可能とな
る。ｘｙ駆動素子として、例えば、図６に示したような
円筒型ピエゾ素子を用いる場合、ｘｙ方向駆動信号
Ｖ+x、Ｖ-x、Ｖ+y、Ｖ-yを Ｖx＝Ｖo・（１−ｔ／Ｔ）・ｓｉｎωｔ Ｖx＝−Ｖo・（１−ｔ／Ｔ）・ｓｉｎωｔ Ｖy＝Ｖo・（１−ｔ／Ｔ）・ｃｏｓωｔ Ｖy＝−Ｖo・（１−ｔ／Ｔ）・ｃｏｓωｔ とすれば、図１に示したらせん走査を行うことができ
る。また、ｘ方向駆動信号３ｄ、ｙ方向駆動信号３ｅを
ＡＤ変換器１（２０７）、２（２０８）に入力し、ＡＤ
変換後、ｘ座標算出回路２０９、ｙ座標算出回路２１０
に送り、ＳＰＭ像表示ディスプレィ２１２上のｘｙ座標
を算出する。この算出結果および対応するＳＰＭ信号を
コンピュータ２１１に入力し、ディスプレィ２１２上の
対応位置にＳＰＭ信号を輝度（色）変調して表示し、Ｓ
ＰＭ観察像を得る。
レームＳＰＭ像取得時間）、ωはらせん走査の角速度で
ある。例えば、ω＝１０００π［ｒａｄ／ｓ］、Ｔ＝
０．５［ｓ］とすると、１画面５００本の走査線からな
る高品位ＳＰＭ像を０．５［ｓ］で１画面観察可能とな
る。ｘｙ駆動素子として、例えば、図６に示したような
円筒型ピエゾ素子を用いる場合、ｘｙ方向駆動信号
Ｖ+x、Ｖ-x、Ｖ+y、Ｖ-yを Ｖx＝Ｖo・（１−ｔ／Ｔ）・ｓｉｎωｔ Ｖx＝−Ｖo・（１−ｔ／Ｔ）・ｓｉｎωｔ Ｖy＝Ｖo・（１−ｔ／Ｔ）・ｃｏｓωｔ Ｖy＝−Ｖo・（１−ｔ／Ｔ）・ｃｏｓωｔ とすれば、図１に示したらせん走査を行うことができ
る。また、ｘ方向駆動信号３ｄ、ｙ方向駆動信号３ｅを
ＡＤ変換器１（２０７）、２（２０８）に入力し、ＡＤ
変換後、ｘ座標算出回路２０９、ｙ座標算出回路２１０
に送り、ＳＰＭ像表示ディスプレィ２１２上のｘｙ座標
を算出する。この算出結果および対応するＳＰＭ信号を
コンピュータ２１１に入力し、ディスプレィ２１２上の
対応位置にＳＰＭ信号を輝度（色）変調して表示し、Ｓ
ＰＭ観察像を得る。
【００１１】ｘｙ座標算出およびディスプレィ表示位置
算出の詳細を図４を用いて説明する。図４において、４
０１はディスプレィ上表示領域、４０２はディスプレィ
上に表示されるＳＰＭ像に対応するＳＰＭ観察時のらせ
ん走査の軌跡である。らせん走査軌跡４０２上のＰ点に
おいてｘｙ駆動素子に印加するｘｙ方向駆動信号を
Ｖx、Ｖyとする。Ｐ点におけるＳＰＭ信号データを表示
領域４０１の座標が（ｘo、ｙo）−（ｘn、ｙn）を対角
とする矩形であるディスプレィに表示する際のディスプ
レィ上の座標を（ｘ，ｙ）とすると、 ｘ＝ｘo／２＋ｘn／２＋ａ・Ｖx／Ｖo ｙ＝ｙo／２＋ｙn／２＋ａ・Ｖy／Ｖo となる。ここで、ａはＳＰＭ像表示の大きさを決める定
数であって、例えばｙ方向のドット数がｘ方向のドット
数より少ないディスプレィの場合、 ａ＝（ｙn−ｙo）／２ とすれば、表示領域いっぱいの大きさのＳＰＭ像を得る
ことができる。
算出の詳細を図４を用いて説明する。図４において、４
０１はディスプレィ上表示領域、４０２はディスプレィ
上に表示されるＳＰＭ像に対応するＳＰＭ観察時のらせ
ん走査の軌跡である。らせん走査軌跡４０２上のＰ点に
おいてｘｙ駆動素子に印加するｘｙ方向駆動信号を
Ｖx、Ｖyとする。Ｐ点におけるＳＰＭ信号データを表示
領域４０１の座標が（ｘo、ｙo）−（ｘn、ｙn）を対角
とする矩形であるディスプレィに表示する際のディスプ
レィ上の座標を（ｘ，ｙ）とすると、 ｘ＝ｘo／２＋ｘn／２＋ａ・Ｖx／Ｖo ｙ＝ｙo／２＋ｙn／２＋ａ・Ｖy／Ｖo となる。ここで、ａはＳＰＭ像表示の大きさを決める定
数であって、例えばｙ方向のドット数がｘ方向のドット
数より少ないディスプレィの場合、 ａ＝（ｙn−ｙo）／２ とすれば、表示領域いっぱいの大きさのＳＰＭ像を得る
ことができる。
【００１２】さて、これまでは説明の都合上、正弦波余
弦波信号からｘｙ座標を求める手順を説明したが、本発
明の概念はこれに限定されるものでなく、逆の手順、す
なわち、初めにコンピュータ上で表示領域、ｘｙ座標を
算出してからＤＡ変換器を用いてｘｙ駆動素子駆動用の
正弦波・余弦波信号を作成するようにしてもよい。この
ようならせん走査により、駆動機構に対して、一定の駆
動速度を保ったまま駆動方向を徐々に変化させて、試料
表面に対してプローブを相対走査させることができる。
このらせん走査法は走査中の駆動機構の急激な反転がな
いため、らせん走査の角速度ωを大きくしても、すなわ
ち高速に走査を行っても、駆動機構の運動エネルギーの
損失を少なくすることができ、図５に示すように高速走
査を行っても機械系の寄生振動に起因するノイズが重畳
することのないＳＰＭ観察像を得ることができる。
弦波信号からｘｙ座標を求める手順を説明したが、本発
明の概念はこれに限定されるものでなく、逆の手順、す
なわち、初めにコンピュータ上で表示領域、ｘｙ座標を
算出してからＤＡ変換器を用いてｘｙ駆動素子駆動用の
正弦波・余弦波信号を作成するようにしてもよい。この
ようならせん走査により、駆動機構に対して、一定の駆
動速度を保ったまま駆動方向を徐々に変化させて、試料
表面に対してプローブを相対走査させることができる。
このらせん走査法は走査中の駆動機構の急激な反転がな
いため、らせん走査の角速度ωを大きくしても、すなわ
ち高速に走査を行っても、駆動機構の運動エネルギーの
損失を少なくすることができ、図５に示すように高速走
査を行っても機械系の寄生振動に起因するノイズが重畳
することのないＳＰＭ観察像を得ることができる。
【００１３】
【発明の効果】以上のように、本発明は走査型プローブ
顕微鏡において、らせん型の軌跡を描くようにプローブ
と試料とを相対走査することにより、これまでのラスタ
ー走査法のように走査中の駆動機構の急激な反転がない
ため、高速に走査を行っても駆動機構の運動エネルギー
の損失を少なくすることができ、機械系の寄生振動に起
因するノイズが重畳することがなく、高品位なＳＰＭ観
察像を得ることが可能となる。
顕微鏡において、らせん型の軌跡を描くようにプローブ
と試料とを相対走査することにより、これまでのラスタ
ー走査法のように走査中の駆動機構の急激な反転がない
ため、高速に走査を行っても駆動機構の運動エネルギー
の損失を少なくすることができ、機械系の寄生振動に起
因するノイズが重畳することがなく、高品位なＳＰＭ観
察像を得ることが可能となる。
【図１】本発明の試料に対するＳＰＭプローブの相対走
査方法を示す図である。
査方法を示す図である。
【図２】らせん走査の駆動方法を説明するブロック図で
ある。
ある。
【図３】図２における各波形を示す図である。
【図４】ｘｙ座標算出およびディスプレィ表示位置の詳
細を説明する図である。
細を説明する図である。
【図５】本発明によって得られるノイズが重畳しないＳ
ＰＭ観察像を示す図である。
ＰＭ観察像を示す図である。
【図６】円筒型ピエゾ素子による相対走査駆動機構を説
明する図である。
明する図である。
【図７】ラスター走査法の説明図である。
【図８】ラスター走査におけるノイズが重畳したＳＰＭ
観察像を示す図である。
観察像を示す図である。
２０１：正弦・余弦波波形発生器 ２０２：三角波波形発生器 ２０３：乗算器１ ２０４：乗算器２ ２０５：増幅器１ ２０６：増幅器２ ２０７：ＡＤ変換器１ ２０８：ＡＤ変換器２ ２０９：ｘ座標算出回路 ２１０：ｙ座標算出回路 ２１１：コンピュータ ２１２：ディスプレィ ４０１：ディスプレィ上の表示領域 ４０２：らせん走査の軌跡 ６０１：試料 ６０２：プローブ ６０３：円筒型ビエゾ素子 ６０４：ｘ方向駆動電極１ ６０５：ｘ方向駆動電極２ ６０６：ｙ方向駆動電極１ ６０７：ｙ方向駆動電極２ ６０８：円筒型ピエゾ素子駆動信号作成回路１ ６０９：円筒型ピエゾ素子駆動信号作成回路２
Claims (3)
- 【請求項１】プローブを試料表面に近接配置し、該プロ
ーブと該試料とを該試料面に対して相対移動させ、該試
料表面の物理量を検出し観察像を得る走査型プローブ顕
微鏡において、 該プローブと該試料とを該試料面に平行な面内でらせん
型の軌跡を描くように相対移動させるらせん走査手段を
備え、 該らせん走査手段によってらせん走査を行い該試料表面
の物理量を検出して観察像を得るようにしたことを特徴
とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項２】前記物理量の検出による観察像の形成は、 前記試料面内の第１の方向に前記プローブと前記試料と
を相対移動する第１の相対移動手段と、該試料面内で該
第１の方向に垂直な第２の方向に該プローブと該試料と
を相対移動する第２の相対移動手段とによりらせん型の
軌跡を描くようにしたらせん走査手段と、 該物理量の検出結果を表示する手段と、 該らせん型軌跡上の該プローブと該試料の相対位置か
ら、該相対位置における該検出結果の該表示手段での表
示位置を算出する手段と、 により行われ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。 - 【請求項３】前記走査手段は、 前記第１の相対移動手段を駆動する駆動信号として、振
幅が変化する第１の正弦波信号を発生する第１の駆動信
号発生手段と、 前記第２の相対移動手段を駆動する駆動信号として、振
幅の変化および角振動数が該第１の正弦波と等しく、位
相が該第１の正弦波に比べて（ｎ＋１／２）π［ｒａ
ｄ］（ただし、ｎ＝０，１，２，・・・）だけずれた第
２の正弦波信号を発生する第２の駆動信号発生手段と、 からなることを特徴とする請求項２に記載の走査型プロ
ーブ顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10336496A JPH09269328A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10336496A JPH09269328A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09269328A true JPH09269328A (ja) | 1997-10-14 |
Family
ID=14352079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10336496A Pending JPH09269328A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09269328A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006520022A (ja) * | 2003-03-06 | 2006-08-31 | ボード オブ リージェンツ オブ ザ ネバダ システム オブ ハイアー エデュケーション オン ビハーフ オブ ザ ユニバーシティ オブ ネバダ リーノー | 連続的な非ラスタパターンを使用して撮像する方法および装置 |
| JP2008544308A (ja) * | 2005-06-13 | 2008-12-04 | トライパス イメージング インコーポレイテッド | 顕微鏡画像取得装置を用いた、スライド上のサンプル中の対象物の位置を再検索するためのシステムおよび方法 |
| JP2014036779A (ja) * | 2012-08-20 | 2014-02-27 | Hoya Corp | 光走査型内視鏡装置 |
| JP2015040785A (ja) * | 2013-08-22 | 2015-03-02 | 株式会社東芝 | 走査型プローブ顕微鏡 |
| CN105415686A (zh) * | 2015-07-24 | 2016-03-23 | 广西科技大学 | 一种3d打印机图像半球形采集箱体 |
| US9911574B2 (en) | 2015-08-14 | 2018-03-06 | The Trustees of Princeton University, Office of Technology and Trademark Licensing | Scanning probe lithography methods utilizing an enclosed sinusoidal pattern |
-
1996
- 1996-03-29 JP JP10336496A patent/JPH09269328A/ja active Pending
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| US8135236B2 (en) | 2005-06-13 | 2012-03-13 | Tri-Path Imaging, Inc. | System and method for re-locating an object in a sample on a slide with a microscope imaging device |
| JP2014036779A (ja) * | 2012-08-20 | 2014-02-27 | Hoya Corp | 光走査型内視鏡装置 |
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| CN105415686B (zh) * | 2015-07-24 | 2018-06-08 | 广西科技大学 | 一种3d打印机图像半球形采集箱体 |
| US9911574B2 (en) | 2015-08-14 | 2018-03-06 | The Trustees of Princeton University, Office of Technology and Trademark Licensing | Scanning probe lithography methods utilizing an enclosed sinusoidal pattern |
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