JPH11133038A - Scanning probe microscope - Google Patents

Scanning probe microscope

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Publication number
JPH11133038A
JPH11133038A JP9292918A JP29291897A JPH11133038A JP H11133038 A JPH11133038 A JP H11133038A JP 9292918 A JP9292918 A JP 9292918A JP 29291897 A JP29291897 A JP 29291897A JP H11133038 A JPH11133038 A JP H11133038A
Authority
JP
Japan
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servo
gain
servo system
scanning
oscillation
Prior art date
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Pending
Application number
JP9292918A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masatoshi Yasutake
正敏 安武
Akihiko Honma
昭彦 本間
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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 JPH11133038A publication Critical patent/JPH11133038A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning probe microscope which can automatically adjust a servo-gain. SOLUTION: A Z fine adjustment signal of a probe 3 is input to a band pass filter 31 and an error amplifier 8 through a preamplifier 7. The band pass filter 31 extracts an oscillation frequency from the Z fine adjustment signal. The extracted oscillation frequency is smoothed at a square average detection circuit 32, converted to a digital signal and input to a D.S.P 14. The D.S.P 14 gradually increases a gain of a Z servo system from a default value and judges from a size of the digital signal whether or not the Z servo system oscillates. When the D.S.P judges that the Z servo system oscillates, the gain of the Z servo system is determined on the basis of a servo gain at the time. When an output of the error amplifier 8 exceeds a threshold value, the D.S.P 14 outputs a signal temporarily stopping an xy scan to an xy-scan circuit 16.

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】この発明は走査プローブ顕微
鏡に関し、特にZサーボ系のサーボ定数(以下、サーボ
ゲインと呼ぶ)を、Zサーボ系が発振を起こさない程度
の所定の大きさに自動的に設定できる走査プローブ顕微
鏡に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope, and more particularly, to automatically setting a servo constant (hereinafter referred to as "servo gain") of a Z servo system to a predetermined size that does not cause oscillation of the Z servo system. It relates to a scanning probe microscope that can be set.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の走査プローブ顕微鏡のZサーボ系
の一例を、図7のブロック図を参照して説明する。円筒
状のピエゾスキャナ1上には、観察される試料2が載置
されている。該試料2の上方にはカンチレバー3が設け
られ、該カンチレバー3のそり量はレーザ発生器4から
出力されカンチレバー3の背面で反射されたレーザ光5
の入射位置を位置検出器6で検出することにより検出さ
れる。該位置検出器6は4分割された光検出電極から構
成されており、例えば、カンチレバー3のそり量が0の
時に、レーザ光5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3にそりが発生すると、該レーザ光5のスポットが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。
2. Description of the Related Art An example of a conventional Z servo system of a scanning probe microscope will be described with reference to a block diagram of FIG. A sample 2 to be observed is placed on a cylindrical piezo scanner 1. A cantilever 3 is provided above the sample 2. The amount of warpage of the cantilever 3 is output from a laser generator 4 and reflected by a laser beam 5 reflected from the back surface of the cantilever 3.
Is detected by detecting the incident position of The position detector 6 is composed of four divided photodetecting electrodes. For example, when the amount of warpage of the cantilever 3 is zero, the position of the laser beam 5 is aligned so as to be at the center of the four divided electrodes. ing. For this reason, when warpage occurs in the cantilever 3, the spot of the laser beam 5 becomes 4
Moving on the divided electrodes, a difference occurs in the voltage output from the four divided electrodes.

【0003】該カンチレバー3のそりを示す位置検出器
6の出力信号はプリアンプ7で増幅され、誤差アンプ8
の一方の入力端子に入力する。該誤差アンプ8の他方の
入力端子には、デジタル・シグナル・プロセッサ(以
下、D.S.Pと略す)14からカンチレバーのそり量
の基準値が設定されており、例えばそのそり量が0の時
には誤差アンプ8の出力が0になるようになされてい
る。誤差アンプ8の出力は、比例・積分回路9に入力す
る。
The output signal of the position detector 6 indicating the warp of the cantilever 3 is amplified by a preamplifier 7 and is output by an error amplifier 8
To one of the input terminals. At the other input terminal of the error amplifier 8, a reference value for the amount of warpage of the cantilever from a digital signal processor (hereinafter abbreviated as DSP) 14 is set. At times, the output of the error amplifier 8 is set to 0. The output of the error amplifier 8 is input to a proportional / integral circuit 9.

【0004】比例・積分回路9は並列接続された比例回
路と積分回路とから構成されており、ゲイン設定器15
により設定されたサーボゲイン(利得)に従って、前記
比例回路は誤差アンプ8の出力の高周波成分を抽出し、
また前記積分回路は該出力を平均化する。そして、これ
らの出力が合成された後z高電圧ドライバ10で駆動電
圧に変換され、ピエゾスキャナのz電極に印加される。
また、この合成された信号は、観察像信号としてA/D
変換器18に入力する。A/D変換器18でディジタル
信号に変換された信号は一旦メモリ19に蓄えられる。
CPU20は所定のタイミングで、該メモリ19に蓄積
されているデータを読みだし、画像表示用データに変換
して画像表示器21に送出する。画像表示器21は試料
2の表面形状を映出する。
The proportional / integral circuit 9 is composed of a proportional circuit and an integral circuit connected in parallel.
The proportional circuit extracts the high frequency component of the output of the error amplifier 8 according to the servo gain (gain) set by
The integrating circuit averages the output. Then, after these outputs are combined, the output is converted into a drive voltage by the z high voltage driver 10 and applied to the z electrode of the piezo scanner.
The synthesized signal is A / D as an observation image signal.
Input to the converter 18. The signal converted into a digital signal by the A / D converter 18 is temporarily stored in a memory 19.
The CPU 20 reads out the data stored in the memory 19 at a predetermined timing, converts the data into image display data, and sends it to the image display 21. The image display 21 displays the surface shape of the sample 2.

【0005】ユーザは、入出力装置22から、サーボ系
の応答速度、試料2のスキャン速度等をマニュアル操作
で設定する。この入出力装置22で設定されたサーボ系
の応答速度は、CPU20を経て前記D.S.P14に
送られ、D.S.P14にて、具体的な応答速度デー
タ、すなわちサーボゲインに変換される。該サーボゲイ
ンはゲイン設定器15に設定され、前記比例・積分回路
9は該ゲイン設定器15に設定されたゲインに従って動
作する。
The user manually sets the response speed of the servo system, the scan speed of the sample 2, and the like from the input / output device 22. The response speed of the servo system set by the input / output device 22 passes through the CPU 20 to the D.E. S. P14. S. At P14, the data is converted into specific response speed data, that is, servo gain. The servo gain is set in the gain setting device 15, and the proportional / integral circuit 9 operates according to the gain set in the gain setting device 15.

【0006】また、前記入出力装置22で設定された、
「遅く、少し遅く、普通、少し早く、早く」などのスキ
ャン速度は、CPU20を経て前記D.S.P14に送
られ、該D.S.P14にて、具体的なx,y方向走査
時間データに変換される。該x,y方向走査時間データ
はxy走査回路16に送られ、xy走査信号が生成され
る。該xy走査信号はxy高圧ドライバ17にてxy駆
動信号に変換され、ピエゾスキャナのxy電極に印加さ
れる。
In addition, the input / output device 22 sets:
The scan speed such as “slow, slightly slow, normal, slightly fast, fast” is transmitted via the CPU 20 to the D. S. P14. S. At P14, the data is converted into specific x, y direction scanning time data. The xy scanning time data is sent to the xy scanning circuit 16 to generate an xy scanning signal. The xy scanning signal is converted into an xy driving signal by the xy high voltage driver 17 and applied to the xy electrodes of the piezo scanner.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】周知のように、前記サ
ーボゲインは探針(カンチレバー3)の応答速度を決め
るものである。このサーボゲインが低過ぎると、探針が
試料2の表面を正確に追従することができず、試料2の
表面形状を正確にトレースしたデータを得ることができ
ない。逆に、このサーボゲインが高過ぎると、サーボ系
が発振し、探針が試料2の表面に強く当たり、探針を破
損することになる。したがって、該サーボ系が発振しな
い程度に、サーボゲインを高く設定する必要がある。
As is well known, the servo gain determines the response speed of the probe (cantilever 3). If the servo gain is too low, the probe cannot follow the surface of the sample 2 accurately, and data obtained by accurately tracing the surface shape of the sample 2 cannot be obtained. On the other hand, if the servo gain is too high, the servo system oscillates and the probe strongly hits the surface of the sample 2 to damage the probe. Therefore, it is necessary to set the servo gain high enough that the servo system does not oscillate.

【0008】従来は、ユーザが画像表示器の画面を見な
がら、入出力装置22からサーボゲインをゆっくり高め
て行き、発振の兆候が画面上に現れるとサーボゲインを
いくらか下げて、サーボゲインを設定するようにしてい
た。このように、従来は、サーボゲインの調整をマニュ
アル操作で行っていたため、調整が繁雑であり、この調
整にユーザの熟練と技術を必要とするという問題があっ
た。なお、前記発振の兆候が出て来ると、画面上には縦
縞が観察されるようになる。
Conventionally, the user gradually increases the servo gain from the input / output device 22 while looking at the screen of the image display, and when the sign of oscillation appears on the screen, lowers the servo gain somewhat to set the servo gain. I was trying to do it. As described above, conventionally, since the adjustment of the servo gain is performed manually, the adjustment is complicated, and there is a problem that the skill and skill of the user are required for the adjustment. When signs of the oscillation appear, vertical stripes are observed on the screen.

【0009】また、従来は、設定されたサーボゲインに
より試料をxyスキャンしている時に、試料の表面に高
さの高い凸部が急に出現すると、探針がこの凸部に当た
って、破損する恐れがあるという問題があった。本発明
の目的は、前記した従来技術の問題点を除去し、サーボ
ゲインの調整を自動的に行うことができる走査プローブ
顕微鏡を提供することにある。また、他の目的は、サー
ボゲインと走査速度の調和を図ることができる走査プロ
ーブ顕微鏡を提供することにある。
Conventionally, when a sample having a high height suddenly appears on the surface of a sample during xy scanning of the sample with a set servo gain, the probe may hit the projecting portion and be damaged. There was a problem that there is. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a scanning probe microscope which can eliminate the above-mentioned problems of the prior art and can automatically adjust servo gain. Another object is to provide a scanning probe microscope capable of achieving harmony between the servo gain and the scanning speed.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、試料表面の物理量を検知するための探
針の動作を制御するZサーボ系を有する走査プローブ顕
微鏡において、前記Zサーボ系の発振を検出する発振検
出手段と、該発振検出手段の出力に基づいて、前記Zサ
ーボ系のサーボゲインを所定の大きさに自動設定するサ
ーボゲイン自動設定手段とを具備した点に第1の特徴が
ある。
In order to achieve the above object, the present invention relates to a scanning probe microscope having a Z servo system for controlling the operation of a probe for detecting a physical quantity on a sample surface. The first point is that oscillation detection means for detecting oscillation of the system and servo gain automatic setting means for automatically setting the servo gain of the Z servo system to a predetermined magnitude based on the output of the oscillation detection means are provided. There is a feature.

【0011】また、この発明は、前記試料表面と垂直な
方向の探針の動き量を検出する手段と、該探針の動き量
が予め定められた閾値を越える時に、該試料表面と平行
なxy走査の停止信号をxy走査手段に出力する手段
と、前記探針の動き量が前記閾値以下になった時に、前
記停止信号を解除する手段とを具備した点に第2の特徴
がある。
The present invention also provides means for detecting the amount of movement of the probe in a direction perpendicular to the surface of the sample, and means for detecting the amount of movement of the probe parallel to the surface of the sample when the amount of movement of the probe exceeds a predetermined threshold. A second feature is that a means for outputting a stop signal for xy scanning to the xy scanning means and a means for canceling the stop signal when the amount of movement of the probe becomes equal to or less than the threshold value are provided.

【0012】この発明の第1の特徴によれば、サーボゲ
インは自動的に所定値に設定されるので、ユーザはマニ
ュアルでサーボゲインを設定する必要がなくなり、装置
の操作性を向上させることができるようになる。また、
第2の特徴によれば、試料表面に大きな凸部が現れた場
合に、試料表面と平行なxy走査を一時停止させて探針
が該試料の凸部に当らないようにすることができ、サー
ボゲインと走査速度の調和を図ることができるようにな
る。
According to the first aspect of the present invention, since the servo gain is automatically set to a predetermined value, it is not necessary for the user to manually set the servo gain, and the operability of the apparatus can be improved. become able to. Also,
According to the second feature, when a large convex portion appears on the sample surface, xy scanning parallel to the sample surface can be temporarily stopped so that the probe does not hit the convex portion of the sample, Harmonization between the servo gain and the scanning speed can be achieved.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態の構成
を示すブロック図である。図1が図7の構成と異なる所
は、図7の構成に、バンドパスフィルタ31、2乗平均
検波回路32、A/D変換回路33、34を追加した点
である。なお、図1中の前記以外の符号は、図7中の同
符号のものと同一または同等物を示す。
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 showing the configuration of one embodiment of the present invention. FIG. 1 differs from the configuration of FIG. 7 in that a bandpass filter 31, a root-mean-square detection circuit 32, and A / D conversion circuits 33 and 34 are added to the configuration of FIG. In addition, the code | symbol other than the above in FIG. 1 shows the same or the same thing as the thing of the same code | symbol in FIG.

【0014】図2は、図1のプリアンプ7の出力信号A
のスペクトル図を示している。図の横軸は周波数、縦軸
は振幅を示している。図中の実線の曲線 はサーボ系が
発振していない時の信号スペクトル、点線の曲線 はサ
ーボ系が発振した時の信号スペクトルを示している。こ
の図において、0〜1kHzの周波数帯は画像信号を表
し、サーボ系が発振すると、曲線 に示されているよう
に、数kHzの大きさの周波数fr が大きくなる。な
お、この発振周波数fr は、ピエゾスキャナ1の大きさ
等に依存する。
FIG. 2 shows the output signal A of the preamplifier 7 of FIG.
FIG. In the figure, the horizontal axis indicates frequency, and the vertical axis indicates amplitude. The solid curve in the figure shows the signal spectrum when the servo system does not oscillate, and the dotted curve shows the signal spectrum when the servo system oscillates. In this figure, the frequency band of 0 to 1 kHz represents an image signal, and when the servo system oscillates, the frequency fr of several kHz increases as shown by the curve. The oscillation frequency fr depends on the size of the piezo scanner 1 and the like.

【0015】そこで、図1のバンドパスフィルタ31の
周波数通過帯域は、(fr ±α)とされている。ここ
に、αはfr の約10%程度の大きさである。次に、本
実施形態の要部の動作を図1を参照して説明する。ま
ず、ゲイン設定回路系、すなわち、バンドパスフィルタ
31→2乗平均検波回路32→A/D変換回路33→
D.S.P14→ゲイン設定器15→比例・積分回路9
の動作を、図3のフローチャートを参照して説明する。
図3は、D.S.P14のゲイン設定動作を示すフロー
チャートである。
Therefore, the frequency pass band of the band-pass filter 31 shown in FIG. 1 is (fr ± α). Here, α is about 10% of fr. Next, the operation of the main part of the present embodiment will be described with reference to FIG. First, a gain setting circuit system, that is, a band-pass filter 31 → a root mean square detection circuit 32 → an A / D conversion circuit 33 →
D. S. P14 → gain setting device 15 → proportional / integral circuit 9
Will be described with reference to the flowchart of FIG.
FIG. S. It is a flowchart which shows the gain setting operation of P14.

【0016】まず、入出力装置22から、CPU20、
D.S.P14を介して、サーボ系のサーボゲインのデ
ホルト値がゲイン設定器15にセットされる(ステップ
S1)。次いで、D.S.P14は該ゲイン設定器15
のサーボゲインSをΔSずつ、徐々に大きくする動作を
する(ステップS2)。この時、プリアンプ7の出力信
号はバンドパスフィルタ31と誤差アンプ8に入力す
る。バンドパスフィルタ31は、プリアンプ7の出力信
号から(fr ±α)の周波数帯域の発振信号を取り出
し、2乗平均検波回路32に送る。2乗平均検波回路3
2は前記発振信号を平滑化し、A/D変換器33に送出
する。A/D変換器33は前記発振信号を平滑化した大
きさをディジタル信号に変換し、D.S.P14に送出
する。
First, from the input / output device 22, the CPU 20,
D. S. The default value of the servo gain of the servo system is set in the gain setting unit 15 via P14 (step S1). Then, D. S. P14 is the gain setting device 15
The servo gain S is gradually increased by ΔS at a time (step S2). At this time, the output signal of the preamplifier 7 is input to the band pass filter 31 and the error amplifier 8. The band-pass filter 31 extracts an oscillating signal in a frequency band of (fr ± α) from the output signal of the preamplifier 7 and sends the oscillating signal to a root-mean-square detection circuit 32. Mean square detection circuit 3
2 smoothes the oscillation signal and sends it to the A / D converter 33. The A / D converter 33 converts the smoothed magnitude of the oscillation signal into a digital signal. S. Send to P14.

【0017】次いで、D.S.P14は、後述するフラ
グが立っているか否かの判断をし(ステップS3)、こ
の判断が否定の時には発振が認められたか否かの判断を
する(ステップS4)。この判断は、A/D変換器33
からの信号のレベルが初期値より大きくなれば、発振が
発生したと認めることができる。ステップS4の判断が
否定の時にはステップS2に戻って、サーボゲインSを
ΔS上げる動作が行われる。
Next, D. S. P14 determines whether or not a flag described later is set (step S3). If the determination is negative, it is determined whether or not oscillation has been recognized (step S4). This determination is made by the A / D converter 33
If the level of the signal from is higher than the initial value, it can be recognized that oscillation has occurred. When the determination in step S4 is negative, the process returns to step S2, and the operation of increasing the servo gain S by ΔS is performed.

【0018】前記のステップS2〜S4の動作が繰り返
され、ステップS4の判断が肯定になると、D.S.P
14は発振波形のレベルL0 を記憶する(ステップS
5)。次に、フラグが立てられて(ステップS6)、ス
テップS2に戻る。ステップS2で、サーボゲインSを
ΔS上げた後、ステップS3に進むと、この判断は肯定
となり、前記発振波形のレベルLが前記発振直後のレベ
ルL0 の例えば2倍以上になったか否かの判断がなされ
る(ステップS7)。この判断が否定の時にはステップ
S2に戻って、サーボゲインSをΔSずつ上げる動作が
なされる。
The operations in steps S2 to S4 are repeated, and if the determination in step S4 is affirmative, D.D. S. P
14 stores the level L0 of the oscillation waveform (step S
5). Next, a flag is set (step S6), and the process returns to step S2. In step S2, after the servo gain S has been increased by ΔS and the process proceeds to step S3, this determination is affirmative, and it is determined whether or not the level L of the oscillation waveform is, for example, twice or more the level L0 immediately after the oscillation. Is performed (step S7). If the determination is negative, the process returns to step S2, and the servo gain S is increased by ΔS.

【0019】前記の動作が繰り返された結果、ステップ
S7の判断が肯定になると、この時のサーボゲインSの
例えば70%の値が求められる(ステップS8)。次い
で、該70%の大きさのサーボゲインがゲイン設定器1
5にセットされる(ステップS9)。最後に、前記フラ
グは下ろされる(ステップS10)。以上のように、本
実施形態によれば、サーボ系が発振しない程度に、サー
ボゲインを高く設定することができるようになる。
As a result of repeating the above operation, if the judgment in step S7 becomes affirmative, a value of, for example, 70% of the servo gain S at this time is obtained (step S8). Next, the 70% servo gain is applied to the gain setting unit 1.
5 is set (step S9). Finally, the flag is lowered (step S10). As described above, according to the present embodiment, the servo gain can be set high enough to prevent the servo system from oscillating.

【0020】次に、走査速度可変回路系、すなわち、誤
差アンプ8→A/D変換器34→D.S.P14→xy
走査回路16→xy高電圧ドライバ17の動作を、図4
と図5を参照して説明する。図4は、D.S.P14の
動作を示すフローチャート、図5はx走査電圧を示す。
この走査速度可変回路系の調整は、前記ゲイン設定回路
系の調整が済んだ後に行われる。
Next, the scanning speed variable circuit system, that is, the error amplifier 8 → A / D converter 34 → D. S. P14 → xy
The operation of the scanning circuit 16 → xy high voltage driver 17 is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. S. A flowchart showing the operation of P14, and FIG. 5 shows the x scan voltage.
The adjustment of the scanning speed variable circuit is performed after the adjustment of the gain setting circuit is completed.

【0021】まず、D.S.P14は入出力装置22か
ら入力された走査速度でxy走査を行うように、xy走
査回路16に指示を出す(ステップS11)。次に、A
/D変換器34でディジタル化された誤差アンプ8の出
力が、ある閾値を越えたか否かの判断がなされる(ステ
ップS12)。この判断が否定の時には、ステップS1
1に戻って、入出力装置22から入力された走査速度で
xy走査を続行する。
First, D. S. P14 instructs the xy scanning circuit 16 to perform xy scanning at the scanning speed input from the input / output device 22 (step S11). Next, A
It is determined whether the output of the error amplifier 8 digitized by the / D converter 34 has exceeded a certain threshold (step S12). If this determination is negative, step S1
Returning to step 1, the xy scanning is continued at the scanning speed input from the input / output device 22.

【0022】前記のxy走査をしている間に、ステップ
S12の判断が肯定になると、xy走査回路16に走査
の停止信号が送られる(ステップS13)。次いで、誤
差出力が閾値以下になったか否かの判断がなされ(ステ
ップS14)、この判断が否定になるとステップS13
に戻ってxy走査回路16へ走査の停止信号を送り続け
る。これは、図5の時間t1 に相当する。
If the determination in step S12 is affirmative during the xy scanning, a scan stop signal is sent to the xy scanning circuit 16 (step S13). Next, it is determined whether or not the error output has become equal to or less than the threshold (step S14). If the determination is negative, step S13 is performed.
And continues to send a scanning stop signal to the xy scanning circuit 16. This corresponds to time t1 in FIG.

【0023】xy走査の停止期間中に、ステップS14
の判断が肯定になると、ステップS11に戻って、再度
入出力装置22から入力された走査速度でxy走査を行
う。この走査速度可変回路系の制御によれば、例えば図
6に示されているように、試料2の表面に大きな凸部2
aがあった場合に、カンチレバー3が入出力装置22か
ら入力された走査速度でx走査を行うと、カンチレバー
3が試料2の凸部2aに衝突することになるが、D.
S.P14が図4のステップS13の動作をすることに
より、カンチレバー3が試料2の凸部2aに衝突するの
を回避することができるようになり、精度の良い観察像
を得ることができると共に、カンチレバー3の破損を防
止することができるようになる。
During the xy scanning stop period, step S14
When the determination is affirmative, the process returns to step S11 to perform xy scanning again at the scanning speed input from the input / output device 22. According to the control of the variable scanning speed circuit system, for example, as shown in FIG.
If the cantilever 3 performs x-scanning at the scanning speed input from the input / output device 22 in the case where there is a, the cantilever 3 collides with the convex portion 2a of the sample 2.
S. By performing the operation of step S13 in FIG. 4 by P14, it is possible to prevent the cantilever 3 from colliding with the convex portion 2a of the sample 2, and it is possible to obtain a high-precision observation image and to obtain a cantilever. 3 can be prevented from being damaged.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、Zサーボ系のサーボゲインを自動的に設定で
きるようになり、装置の操作性が向上するという効果が
ある。また、装置に適応したZサーボ系のサーボゲイン
を設定することができるようになり、試料観察の精度を
向上させることができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the servo gain of the Z servo system can be automatically set, and the operability of the apparatus is improved. Further, it becomes possible to set a servo gain of the Z servo system adapted to the apparatus, and it is possible to improve the accuracy of sample observation.

【0025】さらに、本発明によれば、試料に大きな凸
部があっても、探針はこの凸部の形状を精度良く検知で
きるようになる。また、探針が該凸部に当って破損され
ることがなくなる。
Further, according to the present invention, even if the sample has a large convex portion, the probe can accurately detect the shape of the convex portion. Further, the probe is prevented from being damaged by hitting the projection.

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

【図1】本発明の一実施形態の駆動回路の構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a drive circuit according to an embodiment of the present invention.

【図2】Zサーボ系の発振を示すスペクトル図である。FIG. 2 is a spectrum diagram showing oscillation of a Z servo system.

【図3】本実施形態のゲイン設定回路系の動作を示すフ
ローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation of a gain setting circuit system according to the embodiment.

【図4】本実施形態の走査速度可変回路系の動作を示す
フローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation of the scanning speed variable circuit system according to the embodiment.

【図5】本実施形態により得られるx走査電圧を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing an x scan voltage obtained according to the present embodiment.

【図6】本実施形態により得られる探針のx走査の動き
の概念図である。
FIG. 6 is a conceptual diagram of x-scanning movement of a probe obtained according to the present embodiment.

【図7】従来の駆動回路の構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a conventional driving circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ピエゾスキャナ 2 試料 3 カンチレバー 6 位置検出器 7 プリアンプ 8 誤差アンプ 9 比例・積分回路 10 z高電圧ドライバ 14 D.S.P(デジタルシグナルプロセッサ) 16 xy走査回路 17 xy高電圧ドライバ 22 入出力装置 31 バンドパスフィルタ 32 2乗平均検波回路 33、34 A/D変換器。 1 Piezo scanner 2 Sample 3 Cantilever 6 Position detector 7 Preamplifier 8 Error amplifier 9 Proportional / integral circuit 10 z High voltage driver 14 D. S. P (digital signal processor) 16 xy scanning circuit 17 xy high voltage driver 22 input / output device 31 band pass filter 32 root mean square detector 33, 34 A / D converter.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料表面の物理量を検知するための探針
の動作を制御するZサーボ系を有する走査プローブ顕微
鏡において、 前記Zサーボ系の発振を検出する発振検出手段と、 該発振検出手段の出力に基づいて、前記Zサーボ系のサ
ーボゲインを所定の大きさに自動設定するサーボゲイン
自動設定手段とを具備したことを特徴とする走査プロー
ブ顕微鏡。
1. A scanning probe microscope having a Z servo system for controlling an operation of a probe for detecting a physical quantity on a sample surface, wherein: an oscillation detecting means for detecting oscillation of the Z servo system; A scanning probe microscope comprising: servo gain automatic setting means for automatically setting a servo gain of the Z servo system to a predetermined value based on an output.
【請求項2】 請求項1記載の走査プローブ顕微鏡にお
いて、 前記発振検出手段は、前記Zサーボ系の発振周波数を抽
出するバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタの
出力を平滑化する平滑化手段とを有することを特徴とす
る走査プローブ顕微鏡。
2. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein said oscillation detecting means includes a band-pass filter for extracting an oscillation frequency of said Z servo system, and a smoothing means for smoothing an output of said band-pass filter. A scanning probe microscope comprising:
【請求項3】 請求項1記載の走査プローブ顕微鏡にお
いて、 前記サーボゲイン自動設定手段は、Zサーボ系のサーボ
ゲインを所定量ずつ変化させる手段と、このサーボゲイ
ンの変化に応答して出力される前記発振検出手段のデー
タからZサーボ系の発振を確認する手段と、該Zサーボ
系の発振が確認された時のサーボゲインを基にZサーボ
系のサーボゲインを決定する手段とを有することを特徴
とする走査プローブ顕微鏡。
3. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the servo gain automatic setting means changes the servo gain of the Z servo system by a predetermined amount, and outputs the servo gain in response to the change in the servo gain. Means for confirming the oscillation of the Z servo system from the data of the oscillation detecting means, and means for determining the servo gain of the Z servo system based on the servo gain when the oscillation of the Z servo system is confirmed. Scanning probe microscope.
【請求項4】 試料表面の物理量を検知するための探針
の動作を制御するZサーボ系を有する走査プローブ顕微
鏡において、 前記試料表面と垂直な方向の探針の動き量を検出する手
段と、 該探針の動き量が予め定められた閾値を越える時に、該
試料表面と平行なxy走査の停止信号をxy走査手段に
出力する手段と、 前記探針の動き量が前記閾値以下になった時に、前記停
止信号を解除する手段とを具備したことを特徴とする走
査プローブ顕微鏡。
4. A scanning probe microscope having a Z servo system for controlling an operation of a probe for detecting a physical quantity of a sample surface, a means for detecting a movement amount of the probe in a direction perpendicular to the sample surface, Means for outputting a stop signal for xy scanning parallel to the sample surface to the xy scanning means when the amount of movement of the probe exceeds a predetermined threshold; and the amount of movement of the probe has become less than or equal to the threshold. Means for releasing the stop signal at times.
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