JPH10282123A - Scanning probe microscope - Google Patents

Scanning probe microscope

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Publication number
JPH10282123A
JPH10282123A JP9092636A JP9263697A JPH10282123A JP H10282123 A JPH10282123 A JP H10282123A JP 9092636 A JP9092636 A JP 9092636A JP 9263697 A JP9263697 A JP 9263697A JP H10282123 A JPH10282123 A JP H10282123A
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JP
Japan
Prior art keywords
signal
probe
sample
scanning
generating
Prior art date
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Pending
Application number
JP9092636A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryuichi Matsuzaki
隆一 松崎
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH10282123A publication Critical patent/JPH10282123A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect a surface shape even if an entire sample surface is inclined by generating an observation image signal based on a control signal and finely moving a probe in Z-direction in response to an output signal where an inclination correction signal is added to the control signal. SOLUTION: An inclination detection circuit 90 for detecting the inclination of a sample surface, an inclination correction circuit 81 for generating an inclination correction signal S4 for correcting an error that is generated in Z-direction due to the inclination of the sample surface, and an addition circuit 82 for adding the inclination correction signal S4 to a control signal S6 are added. The inclination correction circuit 81 outputs an inclination correction signal S4 in X and Y directions. A PI control part 76 outputs the synthetic signal of an error signal S2 and its integral value as a control signal S6. The correction circuit 81 generates the correction signal S4 for each scanning position (x) in X direction and is added to the control signal S6 by the addition circuit 82. Therefore, an inclination signal is eliminated from the measurement signal S6 that is outputted from the PI control part 76, thus obtaining a clear image with less noise via an observation image signal amplifier 77.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型原子間力顕
微鏡(AFM: Atomic Force Microscope)に代表され
る走査型プローブ顕微鏡に係り、特に、試料の観察面が
全体的に傾斜している場合でも、その表面形状を正確に
検出できるようにした走査型プローブ顕微鏡に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope represented by a scanning atomic force microscope (AFM), and more particularly to a case where an observation surface of a sample is entirely inclined. However, the present invention relates to a scanning probe microscope capable of accurately detecting its surface shape.

【0002】[0002]

【従来の技術】AFM等の走査型プローブ顕微鏡では、
試料表面と走査プローブとの間の相互作用を利用して試
料表面の微細な組織や構造を検出するために、片持ち梁
の先端に探針を装着したカンチレバーが走査プローブと
して使用される。このようなカンチレバーを用いると、
探針を試料表面で走査した際に試料表面と探針との間に
は原子間力に基づく引力または斥力が発生する。したが
って、この原子間力をカンチレバーの撓み量として検出
し、この撓み量が一定となるように、すなわち試料表面
と探針との間隙が一定となるように試料ステージをZ軸
方向へ微動させる制御を実行すれば、その際の制御信号
あるいは検出された撓み量そのものが試料表面の形状を
代表するようになる。 図5は、従来の走査型プローブ
顕微鏡の信号処理装置の一例を示したブロック図であ
る。3次元試料ステージ55上には試料52が載置さ
れ、試料52の上方には、カンチレバー53の自由端に
取り付けられた探針54が対向して配置されている。カ
ンチレバー53の撓み量は、レーザ発生器71から放出
されてカンチレバー53の背面で反射されたレーザ光7
2のスポット位置を位置検出器73で測定することによ
り検出される。
2. Description of the Related Art In a scanning probe microscope such as an AFM,
A cantilever having a probe attached to the tip of a cantilever is used as a scanning probe in order to detect a fine structure or structure on the surface of the sample by utilizing the interaction between the sample surface and the scanning probe. With such a cantilever,
When the probe is scanned on the surface of the sample, an attractive force or a repulsive force based on an atomic force is generated between the surface of the sample and the probe. Therefore, this atomic force is detected as the amount of bending of the cantilever, and control is performed to finely move the sample stage in the Z-axis direction so that the amount of bending is constant, that is, the gap between the sample surface and the probe is constant. Is executed, the control signal at that time or the detected amount of deflection itself becomes representative of the shape of the sample surface. FIG. 5 is a block diagram showing an example of a conventional signal processing device of a scanning probe microscope. The sample 52 is placed on the three-dimensional sample stage 55, and a probe 54 attached to a free end of a cantilever 53 is arranged above the sample 52 so as to face the sample 52. The amount of deflection of the cantilever 53 is determined by the amount of laser light 7 emitted from the laser generator 71 and reflected by the back surface of the cantilever 53.
The second spot position is detected by measuring the spot position with the position detector 73.

【0003】位置検出器73は、例えば4分割された光
検出電極から構成されており、カンチレバー53の撓み
量が0の時にはレーザ光72のスポットが該4分割電極
の中央に来るように位置合わせされている。このため、
カンチレバー53に撓みが発生すると、該レーザ光72
のスポットが該4分割電極上を移動し、4分割電極から
出力される電圧に差が発生する。この電圧差は差動増幅
器74によって増幅され、撓み量信号S1として比較器
75の非反転入力端子(+)に入力される。比較器75
の反転入力端子(−)には、カンチレバー53の撓み量
に関する目標値信号が目標値設定部79から入力され
る。
The position detector 73 is composed of, for example, four divided light detection electrodes. When the amount of deflection of the cantilever 53 is 0, the position of the laser beam 72 is adjusted to be at the center of the four divided electrodes. Have been. For this reason,
When the cantilever 53 bends, the laser light 72
Spot moves on the four-divided electrode, and a difference occurs in the voltage output from the four-divided electrode. This voltage difference is amplified by the differential amplifier 74 and input to the non-inverting input terminal (+) of the comparator 75 as the deflection signal S1. Comparator 75
A target value signal relating to the amount of deflection of the cantilever 53 is input from the target value setting unit 79 to the inverting input terminal (−).

【0004】比較器75から出力される誤差信号S2は
比例積分(PI)制御部76に入力され、誤差信号S2
およびその積分値を合成した信号が、観察像信号を兼ね
た制御信号S3としてアクチュエータ駆動増幅器70お
よび観察像信号増幅器77に入力される。観察像信号増
幅器77は制御信号S3を増幅し、これを観察像信号S
5として画像表示装置(例えば、CRT)80へ供給す
る。走査信号発生部78は、試料52をXY方向へ微動
させるための微動信号をアクチュエータ駆動増幅器70
へ供給する。
The error signal S2 output from the comparator 75 is input to a proportional-integral (PI) control unit 76, and the error signal S2
And a signal obtained by synthesizing the integrated value is input to the actuator drive amplifier 70 and the observation image signal amplifier 77 as a control signal S3 also serving as an observation image signal. The observation image signal amplifier 77 amplifies the control signal S3 and converts it to the observation image signal S3.
5 is supplied to an image display device (for example, a CRT) 80. The scanning signal generator 78 outputs a fine movement signal for finely moving the sample 52 in the X and Y directions to the actuator drive amplifier 70.
Supply to

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記した構成の走査型
プローブ顕微鏡では、試料表面の凹凸が表示装置80上
では輝度の強弱として観察されるため、解像度やSN比
を向上させるためには、観察像信号増幅器77から表示
装置80へ供給される信号の最大振幅と当該表示装置8
0の入力定格とを略一致させることが望ましい。このた
め、観察像信号増幅器77の増幅度は入力信号の大きさ
に応じて制御されていた。 一方、試料の表面形状が同
じであっても、図6に示したように試料表面が全体的に
傾斜している場合と、図7に示したように傾斜しておら
ず平坦な場合とを比較すると、試料表面が傾斜していな
ければ、図7に示したように、検出される振幅Δd2は
試料表面の凹凸成分の振幅と一致する。したがって、図
8に示したように、振幅Δd2が表示装置80の定格と
一致するように制御信号S3を増幅すれば、解像度やS
N比の優れた画像を得ることができる。
In the scanning probe microscope having the above-described structure, unevenness on the surface of the sample is observed on the display device 80 as the intensity of the luminance. The maximum amplitude of the signal supplied from the image signal amplifier 77 to the display device 80 and the display device 8
It is desirable to make the input rating substantially equal to 0. For this reason, the amplification degree of the observation image signal amplifier 77 is controlled in accordance with the magnitude of the input signal. On the other hand, even if the surface shape of the sample is the same, the case where the sample surface is entirely inclined as shown in FIG. 6 and the case where it is not inclined and flat as shown in FIG. By comparison, if the sample surface is not inclined, the detected amplitude Δd2 matches the amplitude of the unevenness component on the sample surface as shown in FIG. Therefore, if the control signal S3 is amplified so that the amplitude Δd2 matches the rating of the display device 80 as shown in FIG.
An image having an excellent N ratio can be obtained.

【0006】これに対して、図6に示したように試料表
面が全体的に傾斜していると、制御信号S3には傾き成
分が含まれてしまうために変位量Δd1が比較的大きく
なってしまう。したがって、観察像信号増幅器77は増
幅度を上げることができず、傾斜していない場合に比べ
て凹凸成分の振幅が小さくなるので解像度やSN比が低
下してしまうという問題があった。
On the other hand, when the sample surface is totally inclined as shown in FIG. 6, the displacement Δd1 becomes relatively large because the control signal S3 contains an inclination component. I will. Therefore, the observation image signal amplifier 77 cannot increase the amplification degree, and has a problem that the amplitude of the concavo-convex component becomes smaller as compared with the case where the observation image signal amplifier is not inclined, so that the resolution and the SN ratio are reduced.

【0007】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決し、試料表面が全体的に傾斜している場合で
も、その表面形状を正確に検出できるようにした走査型
プローブ顕微鏡を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a scanning probe microscope which solves the above-mentioned problems of the prior art and can accurately detect the surface shape even when the sample surface is entirely inclined. Is to do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ために、本発明では、試料表面に探針を近接させ、両者
の間隙が予定値に保たれるように、探針および試料の少
なくとも一方をZ方向へ微動させながら探針を試料表面
でXY方向に走査させる走査型プローブ顕微鏡におい
て、以下のような手段を講じた点に特徴がある。 (1) 試料表面と探針との間隙を予定値に保つための制御
信号を発生する制御手段と、試料表面が傾斜しているた
めに試料の表面形状とは別にZ方向に生じる偏差を補正
する傾き補正信号を走査位置の関数として発生する傾き
補正手段と、制御信号に傾き補正信号を加算する加算手
段と、制御信号に基づいて観察像信号を発生する手段
と、加算手段の出力信号に応答して探針をZ方向へ微動
させるZ方向微動手段とを具備した。 (2) 試料表面と探針との間隙を予定値に保つための制御
信号を発生する制御手段と、試料表面が傾斜しているた
めに試料の表面形状とは別にZ方向に生じる偏差を補正
する傾き補正信号を走査位置の関数として発生する傾き
補正手段と、制御信号に傾き補正信号を加算する加算手
段と、加算手段の出力信号に基づいて観察像信号を発生
する手段と、制御信号に応答して探針をZ方向へ微動さ
せるZ方向微動手段とを具備した。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a probe is brought close to the surface of a sample, and at least the probe and the sample are placed so that a gap between them is maintained at a predetermined value. A scanning probe microscope that scans a probe in the X and Y directions on the sample surface while slightly moving one in the Z direction is characterized by the following means. (1) A control means for generating a control signal for maintaining the gap between the sample surface and the probe at a predetermined value, and correcting a deviation generated in the Z direction separately from the sample surface shape due to the inclined sample surface. Tilt correction means for generating a tilt correction signal to be generated as a function of a scanning position, addition means for adding a tilt correction signal to a control signal, means for generating an observation image signal based on the control signal, and output signal of the addition means. Z direction fine movement means for finely moving the probe in the Z direction in response. (2) A control means for generating a control signal for maintaining a gap between the sample surface and the probe at a predetermined value, and correcting a deviation generated in the Z direction separately from the sample surface shape due to the inclined sample surface. Tilt correction means for generating a tilt correction signal to be generated as a function of the scanning position, addition means for adding the tilt correction signal to the control signal, means for generating an observation image signal based on the output signal of the addition means, Z direction fine movement means for finely moving the probe in the Z direction in response.

【0009】上記した構成(1) によれば、観察像信号発
生手段は、試料の傾き成分が含まれていない制御信号を
増幅することになるので、観察像信号としての制御信号
を十分に増幅することができ、鮮明でノイズの少ない画
像が得られるようになる。上記した構成(2) によれば、
制御信号には試料の傾き成分が含まれているものの、観
察像信号発生手段に入力される信号からは傾き成分が取
り除かれている。したがって、観察像信号発生段は、観
察像信号としての制御信号を十分に増幅することがで
き、鮮明でノイズの少ない画像が得られるようになる。
According to the above configuration (1), the observation image signal generating means amplifies the control signal which does not include the tilt component of the sample, so that the control signal as the observation image signal is sufficiently amplified. And a clear, low-noise image can be obtained. According to the above configuration (2),
Although the control signal contains the tilt component of the sample, the tilt component is removed from the signal input to the observation image signal generating means. Therefore, the observation image signal generation stage can sufficiently amplify the control signal as the observation image signal, and a clear and low-noise image can be obtained.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。図1は、本発明の第1実施形態である走
査型プローブ顕微鏡の信号処理装置のブロック図であ
り、前記と同一の符号は同一または同等部分を表してい
る。図5に関して説明した従来技術のブロック図と比較
すれば明らかなように、本実施形態では、試料表面の傾
きを検出する傾き検出回路90と、試料表面が傾斜して
いるために試料の表面形状とは別にZ方向に生じる偏差
を補正するための傾き補正信号S4を発生する傾き補正
回路81と、この傾き補正信号S4を制御信号S6に加
算する加算回路82とを付加した点に特徴がある。 以
下、傾き検出回路90および傾き補正回路81の動作に
ついて説明する。傾き検出回路90は、作業者が実際の
観察に先立って試料表面でX方向へ探針を走査した際
に、その走査ライン上での一端の高さを、走査開始直後
に検出された制御信号S6に基づいて求める。さらに、
その走査ライン上での他端の高さを、走査終了直前に検
出された制御信号S6に基づいて求める。そして、図2
に示したように、検出された高さの偏差ΔZ0 とその間
の走査距離とに基づいてX方向に関する傾斜角θ(θX
)を求め、これを傾き補正回路81に登録する。Y方
向に関しても、走査開始直後および走査終了直前に検出
された制御信号S6ならびに走査距離に基づいてY方向
に関する傾斜角θ(θY )を求め、これを傾き補正回路
81に登録する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a signal processing device of a scanning probe microscope according to a first embodiment of the present invention, wherein the same reference numerals as those described above denote the same or equivalent parts. As is clear from comparison with the block diagram of the related art described with reference to FIG. 5, in the present embodiment, the inclination detection circuit 90 for detecting the inclination of the sample surface, and the surface shape of the sample because the sample surface is inclined Apart from this, a feature is that a tilt correction circuit 81 for generating a tilt correction signal S4 for correcting a deviation generated in the Z direction and an addition circuit 82 for adding the tilt correction signal S4 to the control signal S6 are added. . Hereinafter, the operation of the inclination detection circuit 90 and the inclination correction circuit 81 will be described. When the operator scans the probe in the X direction on the surface of the sample prior to the actual observation, the inclination detection circuit 90 determines the height of one end on the scan line by using a control signal detected immediately after the start of scanning. It is determined based on S6. further,
The height of the other end on the scan line is obtained based on the control signal S6 detected immediately before the end of the scan. And FIG.
As shown in the figure, the inclination angle θ (θX in the X direction) is determined based on the detected height deviation ΔZ0 and the scanning distance therebetween.
) Is obtained and registered in the inclination correction circuit 81. Also in the Y direction, an inclination angle θ (θY) in the Y direction is obtained based on the control signal S6 detected immediately before and immediately after the end of scanning and the scanning distance, and this is registered in the inclination correction circuit 81.

【0011】次いで、傾き補正回路81の動作を説明す
る。本発明の傾き補正回路81は、X方向およびY方向
のそれぞれに対して傾き補正信号S4を出力するが、こ
こでは、X方向に関する動作のみを説明し、Y方向に関
する動作説明は省略する。傾き補正回路81には、図2
に示したように、X方向に関する走査位置xと、当該走
査位置xでの傾き補正量Δzとの関係を表す一次関数Δ
z=f(x)が前記傾斜角θに基づいて登録され、走査
信号発生部78から出力されるX走査信号と前記一次関
数f(x)とに基づいて、各走査位置ごとに補正量Δz
を算出し、これを傾き補正信号S4として出力する。す
なわち、図2に示したように試料表面が右上がりに傾斜
している場合、傾き補正回路81は、この傾斜角θに応
じた一次関数f(x)を利用して、図9(a) に示したよ
うに、探針54の走査位置が左端から右端へ移動するに
したがって増加する傾き補正信号S4を出力する。
Next, the operation of the inclination correction circuit 81 will be described. The tilt correction circuit 81 of the present invention outputs a tilt correction signal S4 in each of the X direction and the Y direction. Here, only the operation in the X direction will be described, and the description of the operation in the Y direction will be omitted. FIG.
As shown in the above, a linear function Δ representing the relationship between the scanning position x in the X direction and the tilt correction amount Δz at the scanning position x
z = f (x) is registered based on the tilt angle θ, and the correction amount Δz is set for each scanning position based on the X scanning signal output from the scanning signal generator 78 and the linear function f (x).
Is calculated and output as the inclination correction signal S4. That is, when the sample surface is inclined upward to the right as shown in FIG. 2, the inclination correction circuit 81 uses the linear function f (x) corresponding to the inclination angle θ to obtain the data shown in FIG. As shown in (1), the inclination correction signal S4 that increases as the scanning position of the probe 54 moves from the left end to the right end is output.

【0012】図3は、前記傾き補正回路81の具体的な
構成の一例を示した図である。走査信号発生部78から
出力された走査信号は抵抗R1、R2の接続部に入力さ
れる。ここで、試料表面が右上がりに傾斜している場
合、抵抗R1は、オペアンプOP1の入力端子へ0V
(接地電位)が印加されるように調整され、抵抗R2
は、オペアンプOP2の入力端子へ前記傾斜角度θに応
答した電圧が印加されるように調整される。この結果、
傾き補正回路81からは、図9(a) に示したように、X
方向に関する走査位置に比例した傾き補正信号S4が出
力される。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a specific configuration of the inclination correction circuit 81. The scanning signal output from the scanning signal generator 78 is input to a connection between the resistors R1 and R2. Here, when the sample surface is inclined upward to the right, the resistor R1 is connected to the input terminal of the operational amplifier OP1 by 0 V
(Ground potential) is applied, and the resistance R2
Is adjusted so that a voltage responsive to the tilt angle θ is applied to the input terminal of the operational amplifier OP2. As a result,
From the inclination correction circuit 81, as shown in FIG.
An inclination correction signal S4 proportional to the scanning position in the direction is output.

【0013】なお、試料表面が右下がりに傾斜していれ
ば、抵抗R1は、オペアンプOP1の入力端子へ傾斜角
度θに応答した電圧が印加されるように調整され、抵抗
R2は、オペアンプOP2の入力端子に0V(接地電
位)が印加されるように調整される。このような構成に
おいて、探針54を試料52の表面に近接させた状態で
試料ステージをX方向へ走査すると、試料表面と探針5
4との間の原子間力によってカンチレバー53が撓み、
これが位置検出器73および差動増幅器74で検出され
る。探針54と試料表面との間隙が前記PI制御部76
によって制御されていれば、作動増幅器74から出力さ
れる撓み量信号S1は試料52の表面と探針54との間
隙を代表するから、比較器75から出力される誤差信号
S2は、探針54によって検出された試料表面形状と実
際の試料表面形状との差を表すことになる。
If the surface of the sample is inclined downward to the right, the resistance R1 is adjusted so that a voltage corresponding to the inclination angle θ is applied to the input terminal of the operational amplifier OP1, and the resistance R2 is adjusted to the input of the operational amplifier OP2. It is adjusted so that 0 V (ground potential) is applied to the input terminal. In such a configuration, when the sample stage is scanned in the X direction with the probe 54 being close to the surface of the sample 52, the sample surface and the probe 5
4, the cantilever 53 bends due to the atomic force between
This is detected by the position detector 73 and the differential amplifier 74. The gap between the probe 54 and the sample surface is determined by the PI control unit 76.
The deflection signal S1 output from the operational amplifier 74 is representative of the gap between the surface of the sample 52 and the probe 54, and the error signal S2 output from the comparator 75 is Represents the difference between the sample surface shape detected by the method and the actual sample surface shape.

【0014】PI制御部76は、誤差信号S2およびそ
の積分値を合成した信号を、観察像信号を兼ねた制御信
号S6として出力する。このとき、傾き補正回路81は
X方向に関する各走査位置xごとに傾き補正信号S4を
発生し、この傾き補正信号S4は加算回路82によって
前記制御信号S6に加算される。したがって、PI制御
部76から出力される制御信号S6からは、図9(b) に
示したように、傾き成分が取り除かれていることにな
る。したがって、観察像信号増幅器77は入力信号(制
御信号S6)を十分に増幅することができ、鮮明でノイ
ズの少ない画像が得られるようになる。 図4は、本発
明の第2実施形態の構成を示したブロック図であり、前
記と同一の符号は同一または同等部分を表している。本
実施形態では、観察像信号増幅器77に入力される信号
に傾き補正信号S4を加算することで、観察像信号発生
手段77に入力される信号から傾き成分を取り除くよう
にした点に特徴がある。
The PI control section 76 outputs a signal obtained by synthesizing the error signal S2 and its integral value as a control signal S6 also serving as an observation image signal. At this time, the tilt correction circuit 81 generates a tilt correction signal S4 for each scanning position x in the X direction, and the tilt correction signal S4 is added to the control signal S6 by the adding circuit 82. Therefore, from the control signal S6 output from the PI control unit 76, as shown in FIG. 9B, the inclination component is removed. Therefore, the observation image signal amplifier 77 can sufficiently amplify the input signal (control signal S6), and a clear image with less noise can be obtained. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment of the present invention, and the same reference numerals as those described above denote the same or equivalent parts. The present embodiment is characterized in that a tilt component is removed from a signal input to the observation image signal generation unit 77 by adding a tilt correction signal S4 to a signal input to the observation image signal amplifier 77. .

【0015】なお、本実施例では傾き補正信号S4の極
性を第1実施形態とは逆にする必要があるので、傾き補
正回路81では、試料表面が右上がりに傾斜している場
合、抵抗R2は、オペアンプOP2の入力端子へ0V
(接地電位)が印加されるように調整され、抵抗R1
は、オペアンプOP1の入力端子へ傾斜角度θに応答し
た電圧が印加されるように調整される。また、試料表面
が右下がりに傾斜していれば、抵抗R1は、オペアンプ
OP1の入力端子へ0V(接地電位)が印加されるよう
に調整され、抵抗R2は、オペアンプOP2の入力端子
へ前記傾斜角度θに応答した電圧が印加されるように調
整される。
In this embodiment, since the polarity of the tilt correction signal S4 needs to be opposite to that of the first embodiment, the tilt correction circuit 81 uses the resistor R2 when the sample surface is tilted to the right. Is 0V to the input terminal of the operational amplifier OP2.
(Ground potential) is adjusted so that the resistance R1
Is adjusted so that a voltage responsive to the inclination angle θ is applied to the input terminal of the operational amplifier OP1. If the sample surface is inclined downward to the right, the resistance R1 is adjusted so that 0 V (ground potential) is applied to the input terminal of the operational amplifier OP1, and the resistance R2 is adjusted to the input terminal of the operational amplifier OP2. It is adjusted so that a voltage responsive to the angle θ is applied.

【0016】このような構成では、PI制御部76から
出力される制御信号S3には傾き成分が含まれることに
なるが、観察像信号増幅器77へは、傾き成分が取り除
かれた信号が入力される。したがって、観察像信号増幅
器77は入力信号を十分に増幅することができ、鮮明で
ノイズの少ない画像が得られるようになる。なお、上記
した各実施形態では、試料表面に探針54を近接させる
ための微動機構として試料ステージ55を用い、試料5
2をカンチレバー53に対して微動させるものとして説
明したが、本発明はこれのみに限定されるものではな
く、探針54を試料52に対して相対的に微動されるこ
とができるのであれば、その駆動機構はカンチレバー5
3(または、探針54そのもの)をZ軸方向へ駆動する
機構であっても良い。
In such a configuration, the control signal S3 output from the PI control unit 76 includes a tilt component, but a signal from which the tilt component has been removed is input to the observation image signal amplifier 77. You. Therefore, the observation image signal amplifier 77 can sufficiently amplify the input signal, and a clear and low-noise image can be obtained. In each of the above embodiments, the sample stage 55 is used as a fine movement mechanism for bringing the probe 54 close to the sample surface, and the sample 5
2 has been described as finely moving with respect to the cantilever 53, but the present invention is not limited to this. If the probe 54 can be finely moved relative to the sample 52, The drive mechanism is a cantilever 5
A mechanism for driving the probe 3 (or the probe 54 itself) in the Z-axis direction may be used.

【0017】また、上記した各実施形態では、試料面の
傾斜角θが傾き検出回路90によって自動的に求められ
て傾き補正回路81に登録されるものとして説明した
が、本発明はこれのみに限定されるものではなく、傾き
検出回路90を動作させることなく作業者が傾き補正回
路81の抵抗R1,R2を手動操作により調整して傾斜
角θを登録するようにしても良い。
In each of the embodiments described above, the inclination angle θ of the sample surface is automatically obtained by the inclination detection circuit 90 and registered in the inclination correction circuit 81. However, the present invention is not limited thereto. The present invention is not limited to this. The operator may manually adjust the resistances R1 and R2 of the inclination correction circuit 81 without operating the inclination detection circuit 90 to register the inclination angle θ.

【0018】さらに、上記した各実施形態では、試料表
面が全体的に傾斜している場合を例にして本発明を説明
したが、Z軸中心と探針54とのずれによって試料表面
が傾いているように見える場合にも同様に適用すること
ができる。さらに、ボイスコイルモータはリニアリティ
に優れるので、試料ステージ55をXYZ方向へ微動さ
せる駆動手段としてボイスコイルモータを利用すれば、
本発明による効果は更に顕著なものとなる。
Further, in each of the above-described embodiments, the present invention has been described by exemplifying a case where the sample surface is entirely inclined. However, the sample surface is inclined due to a shift between the center of the Z axis and the probe 54. The same can be applied to the case where it seems to be present. Further, since the voice coil motor has excellent linearity, if the voice coil motor is used as a driving unit for finely moving the sample stage 55 in the XYZ directions,
The effect of the present invention is even more remarkable.

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明によれば、試料表面が全体的に傾
いていても、映像信号の増幅部へ供給される信号からは
傾き成分が取り除かれ、観察しようとする凹凸成分のみ
が供給される。したがって、増幅部は入力信号を十分に
増幅することができ、鮮明でノイズの少ない画像が得ら
れるようになる。
According to the present invention, even if the sample surface is totally inclined, the inclination component is removed from the signal supplied to the video signal amplification section, and only the unevenness component to be observed is supplied. You. Therefore, the amplifying unit can sufficiently amplify the input signal, and a clear image with less noise can be obtained.

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

【図1】本発明の第1実施形態である走査型プローブ顕
微鏡のブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a scanning probe microscope according to a first embodiment of the present invention.

【図2】傾き検出回路の動作を模式的に表した図であ
る。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an operation of a tilt detection circuit.

【図3】傾き補正回路の具体的な構成の一例を示した図
である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of a tilt correction circuit.

【図4】本発明の第2実施形態である走査型プローブ顕
微鏡のブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram of a scanning probe microscope according to a second embodiment of the present invention.

【図5】従来技術の走査型プローブ顕微鏡の信号処理系
のブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram of a signal processing system of a conventional scanning probe microscope.

【図6】従来技術の問題点を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a problem of the related art.

【図7】従来技術の問題点を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a problem of the related art.

【図8】従来技術の問題点を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a problem of the related art.

【図9】図1の主要部の信号波形図である。FIG. 9 is a signal waveform diagram of a main part of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

52 試料 53 カンチレバー 54 探針 55 3次元試料ステージ 61 増幅器 62 加算器 70 アクチュエータ駆動増幅器 71 レーザ発生器 73 位置検出器 74 差動増幅器 75 比較器 76 比例積分(PI)制御部 77 観察像信号増幅器 79 目標値設定部 52 sample 53 cantilever 54 probe 55 three-dimensional sample stage 61 amplifier 62 adder 70 actuator drive amplifier 71 laser generator 73 position detector 74 differential amplifier 75 comparator 76 proportional integration (PI) control unit 77 observation image signal amplifier 79 Target value setting section

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料表面に探針を近接させ、両者の間隙
が予定値に保たれるように、探針および試料の少なくと
も一方をZ方向へ微動させながら、探針を試料表面でX
Y方向に走査させる走査型プローブ顕微鏡において、 XY方向に関する走査信号を発生する走査信号発生手段
と、 前記走査信号に応答して、探針を試料に対して相対的に
XY方向へ微動させるXY方向微動手段と、 試料表面と探針との間隙を代表する信号を前記予定値を
代表する信号と比較し、両者の差分を誤差信号として発
生する手段と、 前記誤差信号に基づいて、試料表面と探針との間隙を予
定値に保つための制御信号を発生する制御手段と、 試料表面が傾斜しているために試料の表面形状とは別に
Z方向に生じる偏差を補正する傾き補正信号を走査位置
の関数として発生する傾き補正手段と、 前記制御信号に前記傾き補正信号を加算する加算手段
と、 前記制御信号に基づいて観察像信号を発生する手段と、 前記加算手段の出力信号に応答して、探針を試料に対し
て相対的にZ方向へ微動させるZ方向微動手段とを具備
したことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
1. A probe is brought close to the surface of a sample while at least one of the probe and the sample is slightly moved in the Z direction so that a gap between the two is maintained at a predetermined value.
A scanning probe microscope for scanning in the Y direction, a scanning signal generating means for generating a scanning signal in the XY directions, and an XY direction for finely moving the probe in the XY directions relative to the sample in response to the scanning signal. Fine movement means, a signal representing a gap between the sample surface and the probe is compared with a signal representing the predetermined value, and a means for generating a difference between the two as an error signal; based on the error signal, A control means for generating a control signal for maintaining a gap between the probe and the probe at a predetermined value, and a tilt correction signal for correcting a deviation generated in the Z direction separately from the surface shape of the sample due to the tilt of the sample surface. Tilt correcting means generated as a function of position, adding means for adding the tilt correcting signal to the control signal, means for generating an observation image signal based on the control signal, and output signal of the adding means In response, the scanning probe microscope characterized by comprising a Z direction fine movement means for finely moving the relative Z-direction the probe relative to the sample.
【請求項2】 試料表面に探針を近接させ、両者の間隙
が予定値に保たれるように、探針および試料の少なくと
も一方をZ方向へ微動させながら、探針を試料表面でX
Y方向に走査させる走査型プローブ顕微鏡において、
XY方向に関する走査信号を発生する走査信号発生手段
と、 前記走査信号に応答して、探針を試料に対して相対的に
XY方向へ微動させるXY方向微動手段と、 試料表面と探針との間隙を代表する信号を前記予定値を
代表する信号と比較し、両者の差分を誤差信号として発
生する手段と、 前記誤差信号に基づいて、試料表面と探針との間隙を予
定値に保つための制御信号を発生する制御手段と、 試料表面が傾斜しているために試料の表面形状とは別に
Z方向に生じる偏差を補正する傾き補正信号を走査位置
の関数として発生する傾き補正手段と、 前記制御信号に前記傾き補正信号を加算する加算手段
と、 前記加算手段の出力信号に基づいて観察像信号を発生す
る手段と、 前記制御信号に応答して、探針を試料に対して相対的に
Z方向へ微動させるZ方向微動手段とを具備したことを
特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
2. A probe is brought close to the surface of the sample while moving at least one of the probe and the sample in the Z direction so that the gap between the two is maintained at a predetermined value.
In a scanning probe microscope that scans in the Y direction,
Scanning signal generation means for generating a scanning signal in the XY directions, XY direction fine movement means for finely moving the probe relative to the sample in the XY directions in response to the scanning signal, Means for comparing a signal representative of the gap with a signal representative of the predetermined value, and generating a difference between the two as an error signal; and, based on the error signal, for maintaining the gap between the sample surface and the probe at the predetermined value. Control means for generating a control signal, and tilt correction means for generating, as a function of the scanning position, a tilt correction signal for correcting a deviation generated in the Z direction separately from the surface shape of the sample because the sample surface is tilted; An adding unit that adds the tilt correction signal to the control signal; a unit that generates an observation image signal based on an output signal of the adding unit; In the Z direction A scanning probe microscope comprising: a Z-direction fine movement means for moving.
【請求項3】 X方向およびY方向の少なくとも一方に
関して、走査の一端および他端で得られた制御信号に基
づいて、それぞれX方向およびY方向の少なくとも一方
に関する試料面の傾きを検出する傾き検出手段をさらに
具備し、 前記傾き補正手段は、前記検出された傾きに基づいて傾
き補正信号を発生することを特徴とする請求項1または
2に記載の走査型プローブ顕微鏡。
3. A tilt detection for detecting a tilt of a sample surface in at least one of the X direction and the Y direction based on control signals obtained at one end and the other end of scanning in at least one of the X direction and the Y direction. 3. The scanning probe microscope according to claim 1, further comprising a unit, wherein the tilt correction unit generates a tilt correction signal based on the detected tilt.
【請求項4】 自由端に探針が形成されたカンチレバー
と、 カンチレバーの撓み量を検出する手段とを具備し、 前記試料表面と探針との間隙は、前記検出されたカンチ
レバーの撓み量で代表されることを特徴とする請求項1
ないし3のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡。
4. A cantilever having a probe formed at a free end thereof, and means for detecting a deflection of the cantilever, wherein a gap between the sample surface and the probe is determined by the detected deflection of the cantilever. 2. The method of claim 1, wherein
4. The scanning probe microscope according to any one of claims 3 to 3.
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