JP2002014025A - Probe scanning control device, scanning probe microscope by the same, probe scanning control method, and measuring method by the scanning control method - Google Patents
Probe scanning control device, scanning probe microscope by the same, probe scanning control method, and measuring method by the scanning control methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はプローブの走査制御
装置、該走査制御装置による走査型プローブ顕微鏡、及
びプローブの走査制御方法、該走査制御方法による測定
方法に関し、特に探針で測定試料を相対走査して該測定
試料上の情報を取得するSPM(走査型プローブ顕微
鏡)の技術分野に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning control device for a probe, a scanning probe microscope using the scanning control device, a scanning control method for a probe, and a measuring method using the scanning control method. The present invention relates to the technical field of SPM (scanning probe microscope) for acquiring information on a measurement sample by scanning.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、導体の電子構造を直接観察できる
走査型トンネル顕微銃(以後、STMと略す)の開発
[G.Binning et al.Phys.Re
v.Lett,49,57(1982)]以来、AFM
(原子間力顕微鏡)、SCM(走査型容量顕微鏡)、S
NOM(近接場光学顕微鏡)といった、先端の尖ったプ
ローブを走査することにより様々な情報とその分布を得
る顕微鏡装置が、次々と開発されてきた。現在、これら
の顕微鏡群は、走査型プローブ顕微鏡(SPM)と総称
され、原子、分子レベルの解像度を持つ、微細構造の観
察手段として、広く用いられるようになっている。2. Description of the Related Art In recent years, a scanning tunneling microscope (hereinafter abbreviated as STM) capable of directly observing the electronic structure of a conductor has been developed [G. Binning et al. Phys. Re
v. Lett, 49, 57 (1982)]
(Atomic force microscope), SCM (scanning capacity microscope), S
Microscope devices, such as NOM (near-field optical microscope), which obtain various information and its distribution by scanning a probe having a sharp tip, have been developed one after another. At present, these microscope groups are collectively referred to as scanning probe microscopes (SPM), and have been widely used as means for observing microstructures having resolution at the atomic and molecular levels.
【0003】従来、これらSPM装置は、金属や雲母グ
ラファイト等の結晶へき開面や、シリコン基板といった
平面形状の試料の表面観察装置として使用されてきた。
しかしながら、現在では、半導体プロセスで作成された
配線構造、マイクロマシン技術で作成された微小構造物
等、立体構造物の観察手段としても工業的応用を期待さ
れている。Heretofore, these SPM devices have been used as surface observation devices for a cleaved surface of a crystal such as metal or mica graphite or a planar sample such as a silicon substrate.
However, at present, industrial application is expected as a means for observing a three-dimensional structure such as a wiring structure created by a semiconductor process and a microstructure created by a micromachine technology.
【0004】以下、一般的なSPM装置の動作として、
AFMの動作を簡単に説明する。平面状の試料の表面形
状を測定するために、先の尖った探針をカンチレバーと
呼ばれる弾性体で支え、探針先端を試料に対して所定の
力で押しつける。カンチレバーは板ばねとして作用する
ため、カンチレバーのたわみ量を検出する事で、押し付
け力を知る事が出来る。試料面と平行な平面内において
動作するxyステージを用い、試料と探針を直線状に一
定速度で相対走査する。走査時に、試料面に垂直に動作
するzステージを用い、押し付け力一定すなわちカンチ
レバーのたわみが一定となるように、探針と試料表面と
の距離を制御することで、探針は試料表面の凹凸に追従
する。このzステージの制御量を等時間間隔でサンプリ
ングする事により、直線状に表面形状の断面プロファイ
ルが得られる。さらに、試料面と平行な面内において、
いわゆるラスタ状に前記の動作を繰り返す事により、試
料形状の2次元分布を得る。[0004] The operation of a general SPM device will be described below.
The operation of the AFM will be briefly described. In order to measure the surface shape of a flat sample, a sharp probe is supported by an elastic body called a cantilever, and the tip of the probe is pressed against the sample with a predetermined force. Since the cantilever acts as a leaf spring, the pressing force can be determined by detecting the amount of deflection of the cantilever. Using an xy stage operating in a plane parallel to the sample surface, the sample and the probe are relatively linearly scanned at a constant speed. During scanning, a z-stage that moves perpendicular to the sample surface is used, and the distance between the probe and the sample surface is controlled so that the pressing force is constant, that is, the deflection of the cantilever is constant. Follow. By sampling the control amount of the z stage at equal time intervals, a linear cross-sectional profile of the surface shape can be obtained. Furthermore, in a plane parallel to the sample surface,
By repeating the above operation in a so-called raster shape, a two-dimensional distribution of the sample shape is obtained.
【0005】測定中に、例えば、導電性の探針を用い
て、試料との間にバイアス電圧をかけて、電流を測定す
れば、試料表面の導電性の分布を知る事が出来るし、微
小開口を持つプローブを近接場領域まで近づけた状態で
プローブから試料表面に光を入射しその散乱光を測定す
ればSNOMとなる。また、STMにおいては、探針と
試料との間に流れるトンネル電流を一定として同様の距
離制御を行い、測定を行う。[0005] During the measurement, for example, by applying a bias voltage to the sample using a conductive probe and measuring the current, the distribution of conductivity on the sample surface can be known. When light is incident on the sample surface from the probe in a state where the probe having the aperture is brought close to the near-field region and the scattered light is measured, SNOM results. In the STM, the same distance control is performed by making the tunnel current flowing between the probe and the sample constant, and the measurement is performed.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】従来、試料平面全体が
走査面に対して傾いている場合、試料の局所的凹凸によ
り試料平面内でのサンプリング間隔が変化するという問
題に対して、例えば、特開平6−147821号公報に
見られるように試料平面方向に等間隔でサンプリングを
行う方法が提案されている。しかしながら、前述のよう
な立体構造物は、試料表面の観察対象の分布に比べ、大
きな空間周波数の構造を持つ、すなわち大形状(試料形
状)の上に表面形状等の微細構造(表面構造)を有する
ため、これら一般的な構成のSPM装置を表面観察手段
として使用する場合には、別の問題が発生する。この事
について、以下、図を用いて説明する。Conventionally, in the case where the entire sample plane is inclined with respect to the scanning plane, the problem that the sampling interval in the sample plane changes due to local unevenness of the sample, for example, is described in, As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 6-147821, a method of sampling at equal intervals in the sample plane direction has been proposed. However, the three-dimensional structure as described above has a structure with a large spatial frequency compared to the distribution of the observation target on the sample surface, that is, a fine structure (surface structure) such as a surface shape on a large shape (sample shape). Therefore, when the SPM apparatus having such a general configuration is used as a surface observation unit, another problem occurs. This will be described below with reference to the drawings.
【0007】説明のため、図3の示すように半円状の立
体形状を持つ試料112を6分割し、7点で測定量をサ
ンプリングし、従来のSPM装置で表面測定を行う場合
について考える。走査方向202に走査を行いながら間
隔制御方向203に間隔制御を行って、走査方向202
について等間隔でサンプリングを行う。この走査方向に
おけるサンプリング点間の距離を、dhとし、以下、走
査方向サンプリング距離301とする。For the purpose of explanation, consider a case in which a sample 112 having a semicircular three-dimensional shape is divided into six parts as shown in FIG. 3, a measured amount is sampled at seven points, and surface measurement is performed by a conventional SPM apparatus. By performing interval control in the interval control direction 203 while scanning in the scanning direction 202,
Are sampled at equal intervals. The distance between the sampling points in the scanning direction is d h, and hereinafter, the sampling distance 301 in the scanning direction.
【0008】図中dr1からdr3はサンプリング点間にお
いて、探針が実際に試料112の形状に沿って追従した
距離であり、これを以下、試料形状方向サンプリング距
離302とする。dr1からdr3およびdhの関係は、 dr1>dr2>dr3>dh であり、走査方向について等間隔でサンプリングしても
試料形状方向では等間隔にならず、傾斜角が大きい程、
試料形状方向のサンプリング間隔は大きくなってしま
う。この事は、従来のように平面と見なせる試料の測定
においては大きな問題にはならないが、前述したような
立体形状上の表面測定を行う場合は、観察する立体形状
面の走査方向に対する傾斜角の変化によって試料形状方
向のサンプリングレートが変化する、すなわち、表面測
定の分解能が変化するという問題を引き起こしていた。In the figure, d r1 to d r3 are the distances that the probe actually follows along the shape of the sample 112 between the sampling points, and this is hereinafter referred to as a sample shape direction sampling distance 302. relationship from d r1 d r3 and d h is a d r1> d r2> d r3 > d h, not at regular intervals in the even sample shape direction and sampled at regular intervals in the scanning direction, is larger inclination angle About
The sampling interval in the sample shape direction becomes large. This is not a major problem in measuring a sample that can be regarded as a plane as in the past, but when performing surface measurement on a three-dimensional shape as described above, the inclination angle of the observed three-dimensional surface with respect to the scanning direction is measured. The change causes a problem that the sampling rate in the sample shape direction changes, that is, the resolution of the surface measurement changes.
【0009】そこで、本発明は、上記課題を解決し、走
査方向に対して傾斜角の変化する立体形状試料に対し
て、試料形状方向の分解能を一定として検出できるプロ
ーブの走査制御装置、該走査制御装置による走査型プロ
ーブ顕微鏡、及びプローブの走査制御方法、該走査制御
方法による測定方法を提供することを目的とするもので
ある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances and provides a probe scanning control apparatus capable of detecting a three-dimensional sample whose inclination angle changes with respect to the scanning direction with a constant resolution in the sample shape direction. It is an object of the present invention to provide a scanning probe microscope using a control device, a method for controlling scanning of a probe, and a measuring method using the scanning control method.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するため、つぎの(1)〜(10)のように構成した
プローブの走査制御装置、該走査制御装置による走査型
プローブ顕微鏡、及びプローブの走査制御方法、該走査
制御方法による測定方法を提供するものである。 (1)探針を試料に対し相対走査して該試料上の情報を
検出するプローブの走査制御装置において、前記探針の
試料形状方向についての追従距離が、該試料形状方向に
等間隔で分割した各サンプリング点間で一定となるよう
にサンプリングを行う間隔制御手段を有することを特徴
とするプローブの走査制御装置。 (2)前記間隔制御手段が、各サンプリング点間につい
て探針が試料形状方向に追従した距離が一定となるよう
にサンプリングレートを演算するサンプリングレート演
算手段と、前記サンプリングレート演算手段の演算結果
に基づき、測定情報をサンプリングするサンプリング手
段と、を少なくとも有することを特徴とする上記(1)
に記載のプローブの走査制御装置。 (3)前記サンプリングレート演算手段が、前記追従し
た距離とみなす試料上の形状の空間周波数を制限する空
間周波数制限手段を有することを特徴とする上記(2)
に記載のプローブの走査制御装置。 (4)探針を試料に対し相対走査して該試料上の情報を
検出するプローブを有する走査型プローブ顕微鏡におい
て、前記プローブの走査が、上記(1)〜(3)のいず
れかに記載の走査制御装置によって制御するように構成
されていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 (5)前記サンプリングレート演算回路の演算した各サ
ンプリング点間のサンプリングレートを記憶するサンプ
リングレート記憶手段と、前記サンプリングレート記憶
手段が記憶する各サンプリング点間のサンプリングレー
トを用いて、測定情報の2次元分布を合成する情報合成
手段を有することを特徴とする上記(4)に記載の走査
型プローブ顕微鏡。 (6)探針を試料に対し相対走査して該試料上の情報を
検出するプローブの走査制御方法において、前記探針の
試料形状方向についての追従距離が、該試料形状方向に
等間隔で分割した各サンプリング点間で一定となるよう
に間隔制御してサンプリングを行うことを特徴とするプ
ローブの走査制御方法。 (7)前記間隔制御が、各サンプリング点間について探
針が試料形状方向に追従した距離が一定となるようにサ
ンプリングレートを演算し、該サンプリングレートに基
づいて測定情報をサンプリングすることを特徴とする上
記(6)に記載のプローブの走査制御方法。 (8)前記サンプリングレートを演算するに際し、前記
追従した距離とみなす測定試料上の形状の空間周波数を
制限することを特徴とする上記(7)に記載のプローブ
の走査制御方法。 (9)試料に対し相対走査するプローブを用い試料の表
面形状を測定する測定方法において、前記プローブの走
査が上記(6)〜(8)のいずれかに記載の走査制御方
法によって制御されることを特徴とする試料の表面情報
を測定する測定方法。 (10)前記各サンプリング点間のサンプリングレート
を記憶し、該記憶した各サンプリング点間のサンプリン
グレートを用いて測定情報の2次元分布を合成すること
を特徴とする上記(9)に記載の試料の表面情報を測定
する測定方法。In order to achieve the above object, the present invention provides a probe scanning control device configured as described in the following (1) to (10), a scanning probe microscope using the scanning control device, And a scanning control method of the probe, and a measuring method by the scanning control method. (1) In a probe scanning control device for detecting information on a sample by scanning the probe relative to the sample, the follow-up distance of the probe in the sample shape direction is divided at equal intervals in the sample shape direction. A scanning control apparatus for a probe, comprising: an interval control unit that performs sampling so as to be constant between the respective sampling points. (2) The interval control means calculates a sampling rate so that the distance that the probe follows the sample shape direction between each sampling point is constant, and the calculation result of the sampling rate calculation means is (1) characterized by having at least sampling means for sampling measurement information based on
3. The scanning control device for a probe according to claim 1. (3) The sampling rate calculation means has a spatial frequency limiting means for limiting a spatial frequency of a shape on a sample regarded as the tracked distance.
3. The scanning control device for a probe according to claim 1. (4) In a scanning probe microscope having a probe for scanning a probe relative to a sample to detect information on the sample, the scanning of the probe may be performed according to any one of the above (1) to (3). A scanning probe microscope configured to be controlled by a scanning control device. (5) Sampling rate storage means for storing a sampling rate between each sampling point calculated by the sampling rate calculation circuit; The scanning probe microscope according to the above (4), further comprising information synthesizing means for synthesizing a dimensional distribution. (6) In the probe scanning control method for detecting information on the sample by scanning the probe relative to the sample, the follow-up distance of the probe in the sample shape direction is divided at equal intervals in the sample shape direction. A method of controlling the scanning of a probe, wherein the sampling is performed by controlling the interval so as to be constant between the respective sampling points. (7) The interval control is characterized in that a sampling rate is calculated so that a distance followed by a probe in a sample shape direction between each sampling point is constant, and measurement information is sampled based on the sampling rate. The scanning control method for a probe according to the above (6), wherein (8) The method of controlling scanning of a probe according to the above (7), wherein, when calculating the sampling rate, a spatial frequency of a shape on the measurement sample regarded as the tracked distance is limited. (9) In a measuring method for measuring a surface shape of a sample using a probe that scans relative to the sample, scanning of the probe is controlled by the scanning control method according to any one of the above (6) to (8). A method for measuring surface information of a sample, characterized by the following. (10) The sample according to (9), wherein a sampling rate between the sampling points is stored, and a two-dimensional distribution of the measurement information is synthesized using the stored sampling rate between the sampling points. A measurement method for measuring surface information of objects.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては、
上記構成を適用して、試料表面に探針を追従させて、試
料表面を測定する走査型プローブ顕微鏡において、サン
プリング点間の探針の試料形状方向についての追従距離
が一定となるように、サンプリングを行うことにより、
走査方向と試料形状方向のなす傾斜角が変化するような
立体形状をもつ試料の表面測定に対しても、平面状の試
料を測定する場合と同様に、等分解能での表面測定を可
能とすることができる。また、探針の追従距離を計算す
る信号の周波数を制限することにより、試料形状として
扱う空間周波数を設定することを可能とすることができ
る。さらに、サンプルリングの時間間隔を参照して、走
査平面内での測定情報の2次元合成が可能となる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In an embodiment of the present invention,
In the scanning probe microscope which measures the sample surface by applying the above configuration and causing the probe to follow the sample surface, sampling is performed so that the follow distance in the sample shape direction of the probe between the sampling points is constant. By doing
For surface measurement of a sample with a three-dimensional shape in which the inclination angle between the scanning direction and the sample shape direction changes, the surface measurement can be performed with the same resolution as in the case of measuring a planar sample. be able to. In addition, by limiting the frequency of the signal for calculating the follow-up distance of the probe, it is possible to set the spatial frequency to be handled as the sample shape. Furthermore, two-dimensional synthesis of measurement information in the scanning plane can be performed with reference to the sampling time interval.
【0012】[0012]
【実施例】以下、図面を用いて、本発明の実施例につい
て以下に詳細な説明を行う。図4は、本発明の原理を説
明するための模式図であり、図4において走査方向20
2に走査を行いながら間隔制御方向203に間隔制御を
行って、探針が実際に試料112上を追従した距離、す
なわち、試料形状方向サンプリング距離302について
等間隔でサンプリングを行う。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the principle of the present invention. In FIG.
By performing the interval control in the interval control direction 203 while scanning in the direction 2, sampling is performed at equal intervals for the distance that the probe actually follows the sample 112, that is, the sample shape direction sampling distance 302.
【0013】以下、本実施例の装置とその動作につい
て、説明する。図1に示すように、弾性体109と探針
110からなるプローブ111が、試料112の表面に
対向するように配置される。プローブ111は、固定さ
れており、試料112は、xyz駆動ステージ108に
取り付けられる。プローブ111は、半導体プロセスに
より作成され、図5に示す構成を有している。プローブ
111において、探針110は、Siで構成される弾性
体109により支持される。弾性体109の表面には、
Asを打ち込むことで、図5に示すように、ピエゾ抵抗
層501が形成されており、弾性体の変形によって生じ
る応力に応じて、抵抗値が変化する。Hereinafter, the apparatus of this embodiment and its operation will be described. As shown in FIG. 1, a probe 111 including an elastic body 109 and a probe 110 is arranged so as to face the surface of the sample 112. The probe 111 is fixed, and the sample 112 is attached to the xyz drive stage 108. The probe 111 is formed by a semiconductor process and has a configuration shown in FIG. In the probe 111, the probe 110 is supported by an elastic body 109 made of Si. On the surface of the elastic body 109,
By implanting As, a piezoresistive layer 501 is formed as shown in FIG. 5, and the resistance value changes according to the stress generated by the deformation of the elastic body.
【0014】変位検出回路102はプローブ111の弾
性体109に図5に示すようにバイアス電圧を印加し、
流れる電流値を検出する事で、弾性体109のたわみ量
を検出し、位置制御量演算回路103に送る。弾性体1
09は板ばねとして機能するため、そのたわみ量は、十
分小さい場合には、探針押し込み力に比例する。位置制
御量演算回路103は、探針押し込み力を一定、すなわ
ち、弾性体109のたわみ量が一定となるように、探針
110と試料112との間隔制御量を演算し、位置制御
回路106、サンプリングレート演算回路104、サン
プリング回路105に送る。また、探針110と試料1
12との平面内での相対走査量を位置制御回路106と
サンプリングレート演算回路104に送る。位置制御回
路106は、指示された制御量に従い、xyz駆動ステ
ージ108を制御し、探針110と試料112との相対
位置を変化させる。The displacement detection circuit 102 applies a bias voltage to the elastic body 109 of the probe 111 as shown in FIG.
By detecting the value of the flowing current, the amount of deflection of the elastic body 109 is detected and sent to the position control amount calculation circuit 103. Elastic body 1
Since 09 functions as a leaf spring, its deflection amount is proportional to the probe pushing force when it is sufficiently small. The position control amount calculation circuit 103 calculates the distance control amount between the probe 110 and the sample 112 so that the probe pressing force is constant, that is, the deflection amount of the elastic body 109 is constant, and the position control circuit 106, The signal is sent to the sampling rate calculation circuit 104 and the sampling circuit 105. Further, the probe 110 and the sample 1
The relative scanning amount in the plane with the position 12 is sent to the position control circuit 106 and the sampling rate calculation circuit 104. The position control circuit 106 controls the xyz drive stage 108 according to the instructed control amount, and changes the relative position between the probe 110 and the sample 112.
【0015】ここで、サンプリングレート演算回路10
4の動作について説明する。入力された間隔制御量は、
まず、あらかじめ設定したカットオフ周波数を持つロー
パスフィルタを通る。次に、この出力信号と走査信号と
をそれぞれ微分し、間隔制御方向速度Vh及び、走査方
向速度Vvを求める。走査方向と間隔制御方向は直行し
ているので、試料形状方向速度Vsは、 となる。Here, the sampling rate calculation circuit 10
4 will be described. The input interval control amount is
First, the light passes through a low-pass filter having a preset cutoff frequency. Then, this output signal and the scan signal by differentiating each interval control direction velocity V h and obtains the scanning direction velocity V v. Since the scanning direction and the interval control direction is orthogonal, the sample shape direction velocity V s is Becomes
【0016】次にこのVsを積分してゆき、あらかじめ
定める試料形状方向サンプリング距離をdr、一つ前の
サンプリング時刻をts-1とすると、 となるtsにサンプリング回路105とサンプリングレ
ート記憶回路106にトリガ信号を出力する。Next, this V s is integrated. Assuming that a predetermined sampling distance in the sample shape direction is d r and the immediately preceding sampling time is t s−1 , At time t s , a trigger signal is output to the sampling circuit 105 and the sampling rate storage circuit 106.
【0017】サンプリング回路105はトリガ信号を受
け、その時点での位置制御量を取得する。サンプリング
レート記憶回路106は、サンプリングの時間間隔を記
憶する。以上の構成の装置を用い、L×Lの正方形の範
囲に対して測定動作を行う。直線状に、長さLだけ走査
を行い、図2に示すように、表面形状のラインプロファ
イルを得る。このラインプロファイルはローパスフィル
タのカットオフ周波数と走査速度とから定まる空間周波
数、 以下の空間周波数を持つ試料形状方向に等分解能で測定
されたものとなっている。The sampling circuit 105 receives the trigger signal and acquires the position control amount at that time. The sampling rate storage circuit 106 stores sampling time intervals. The measurement operation is performed on the L × L square range using the apparatus having the above configuration. Scanning is performed linearly for the length L, and a line profile of the surface shape is obtained as shown in FIG. This line profile is a spatial frequency determined from the cutoff frequency of the low-pass filter and the scanning speed, The measurement is performed at the same resolution in the sample shape direction having the following spatial frequency.
【0018】次に、探針110と試料112を走査方向
と直行する方向にdrだけ相対的に移動させ、同様の測
定動作を行う。これを繰り返し、L×Lの測定範囲全体
を走査する。さらに、走査方向を90度回転させ、同様
の測定操作を行う。以上の動作により、走査範囲全体に
ついて、直行する2方向について、ラインプロファイル
群が取得できる。Next, in a direction perpendicular to the probe 110 and the sample 112 and the scanning direction are relatively moved by d r, performs the same measuring operation. This is repeated to scan the entire L × L measurement range. Further, the scanning direction is rotated by 90 degrees, and the same measurement operation is performed. With the above operation, a line profile group can be acquired in two orthogonal directions over the entire scanning range.
【0019】次に測定結果を2次元に合成する。まず、
測定範囲全体についての合成を行う。合成される2次元
データのピクセル数は、適宜定めることが出来るが、こ
こでは ピクセルを用いる。ここまでの動作で得られた2つの走
査方向に関する、各サンプリング点は各走査方向に対し
て、等間隔ではない。サンプリングレート記憶回路に記
憶された、各サンプリング点の時間間隔と走査速度Vh
および各走査間の距離drから各サンプリング点の位置
がわかるので、各ピクセルに対してもっとも近いサンプ
リング点の情報をそのピクセルの情報とする。こうして
得られた2次元データは、サンプリング点とピクセルの
位置ずれという誤差を持つが、いわば全体像として利用
できる。また、もちろん、各ピクセルからの距離に応じ
た重み付け平均化処理等、他の合成手法を用いてもかま
わない。Next, the measurement results are synthesized two-dimensionally. First,
The synthesis is performed for the entire measurement range. The number of pixels of the two-dimensional data to be synthesized can be determined as appropriate. Use pixels. The sampling points in the two scanning directions obtained by the operations up to this point are not equally spaced in each scanning direction. Time interval and scanning speed V h of each sampling point stored in the sampling rate storage circuit
Since the position of each sampling point is known from the distance d r between each scan, the information of the sampling point closest to each pixel is used as the information of the pixel. The two-dimensional data obtained in this way has an error of a displacement between a sampling point and a pixel, but can be used as an overall image. Also, of course, another combining method such as a weighted averaging process according to the distance from each pixel may be used.
【0020】なお、本実施例では、探針110の変位量
の検出に弾性体109のたわみによるピエゾ抵抗層50
1の抵抗変化を用いたが、もちろんこれは、光てこ等、
他の変位検出手段でもかまわない。また、本実施例で
は、試料113の表面形状を測定する原子間力顕微鏡と
しての装置構成例を示したが、走査中に別の物理量を同
時に検出することで、例えば、近接場光学顕微鏡、静電
容量顕微鏡等、他の走査型プローブ顕微鏡装置にも本発
明は適用可能である。In this embodiment, the displacement of the probe 110 is detected by the piezoresistive layer 50 due to the deflection of the elastic body 109.
The resistance change of 1 was used.
Other displacement detecting means may be used. In the present embodiment, an example of an apparatus configuration as an atomic force microscope for measuring the surface shape of the sample 113 has been described. However, by simultaneously detecting different physical quantities during scanning, for example, a near-field optical microscope, a static The present invention is also applicable to other scanning probe microscope devices such as a capacitance microscope.
【0021】[0021]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、傾斜角の変化する立体形状試料に対して、試料形状
方向の分解能を一定として検出可能なプローブの走査制
御装置、該走査制御装置による走査型プローブ顕微鏡、
及びプローブの走査制御方法、該走査制御方法による測
定方法を実現することができる。また、本発明によれ
ば、探針の追従距離を計算する信号の周波数を制限する
ように構成することによって、試料形状として扱う空間
周波数を設定することが可能となる。さらに、本発明に
よれば、サンプルリングの時間間隔を参照して、走査平
面内での測定情報の2次元合成を可能とすることができ
る。As described above, according to the present invention, a probe scanning control device capable of detecting a three-dimensional sample whose inclination angle changes with a constant resolution in the sample shape direction, and the scanning control device Scanning probe microscope with device,
And a scanning control method of the probe and a measuring method by the scanning control method. Further, according to the present invention, by configuring so as to limit the frequency of the signal for calculating the following distance of the probe, it is possible to set the spatial frequency to be handled as the sample shape. Further, according to the present invention, two-dimensional synthesis of measurement information in a scanning plane can be enabled with reference to a sampling time interval.
【図1】本発明の実施例における表面観察装置の構成を
説明する図。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a surface observation device according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例における測定動作を説明する
図。FIG. 2 is a view for explaining a measurement operation in the embodiment of the present invention.
【図3】本発明において解決すべき課題を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating a problem to be solved in the present invention.
【図4】本発明の原理を説明する図。FIG. 4 illustrates the principle of the present invention.
【図5】本発明の実施例におけるプローブの構成を説明
する図。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a probe according to an embodiment of the present invention.
101:筐体 102:変位検出回路 103:位置制御量演算回路 104:サンプリングレー卜演算回路 105:サンプリング回路 106:位置制御回路 107:情報合成回路 108:xyz駆動ステージ 109:弾性体 110:探針 111:プローブ 112:試料 201:サンプリング点 202:走査方向 203:間隔制御方向 301:走査方向サンプリング距離 302:試料形状方向サンプリング距離 501:ピエゾ抵抗層 101: housing 102: displacement detection circuit 103: position control amount calculation circuit 104: sampling rate calculation circuit 105: sampling circuit 106: position control circuit 107: information synthesis circuit 108: xyz drive stage 109: elastic body 110: probe 111: Probe 112: Sample 201: Sampling point 202: Scanning direction 203: Interval control direction 301: Sampling distance in scanning direction 302: Sampling distance in sample shape direction 501: Piezoresistive layer
Claims (10)
情報を検出するプローブの走査制御装置において、 前記探針の試料形状方向についての追従距離が、該試料
形状方向に等間隔で分割した各サンプリング点間で一定
となるようにサンプリングを行う間隔制御手段を有する
ことを特徴とするプローブの走査制御装置。1. A scanning control apparatus for a probe for scanning a probe relative to a sample to detect information on the sample, wherein the follow-up distance of the probe in the sample shape direction is equal to the sample shape direction. A scanning control device for a probe, comprising interval control means for performing sampling so as to be constant between the respective sampling points divided by (1).
について探針が試料形状方向に追従した距離が一定とな
るようにサンプリングレートを演算するサンプリングレ
ート演算手段と、 前記サンプリングレート演算手段の演算結果に基づき、
測定情報をサンプリングするサンプリング手段と、 を少なくとも有することを特徴とする請求項1に記載の
プローブの走査制御装置。2. A sampling rate calculating means for calculating a sampling rate so that a distance followed by a probe in a sample shape direction between each sampling point is constant, and a calculation by said sampling rate calculating means. Based on the results,
The scanning control apparatus for a probe according to claim 1, further comprising: sampling means for sampling measurement information.
追従した距離とみなす試料上の形状の空間周波数を制限
する空間周波数制限手段を有することを特徴とする請求
項2に記載のプローブの走査制御装置。3. The probe scanning control apparatus according to claim 2, wherein said sampling rate calculating means includes a spatial frequency limiting means for limiting a spatial frequency of a shape on the sample regarded as the tracked distance. .
情報を検出するプローブを有する走査型プローブ顕微鏡
において、 前記プローブの走査が、請求項1〜3のいずれか1項に
記載の走査制御装置によって制御するように構成されて
いることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。4. A scanning probe microscope having a probe for scanning a probe relative to a sample to detect information on the sample, wherein the scanning of the probe is performed according to any one of claims 1 to 3. A scanning probe microscope configured to be controlled by the scanning control device.
た各サンプリング点間のサンプリングレートを記憶する
サンプリングレート記憶手段と、 前記サンプリングレート記憶手段が記憶する各サンプリ
ング点間のサンプリングレートを用いて、測定情報の2
次元分布を合成する情報合成手段を有することを特徴と
する請求項4に記載の走査型プローブ顕微鏡。5. Sampling rate storage means for storing a sampling rate between each sampling point calculated by the sampling rate calculation circuit; and measurement information using the sampling rate between each sampling point stored in the sampling rate storage means. 2
5. The scanning probe microscope according to claim 4, further comprising information synthesizing means for synthesizing a dimensional distribution.
情報を検出するプローブの走査制御方法において、 前記探針の試料形状方向についての追従距離が、該試料
形状方向に等間隔で分割した各サンプリング点間で一定
となるように間隔制御してサンプリングを行うことを特
徴とするプローブの走査制御方法。6. A scanning control method for a probe for scanning a probe relative to a sample to detect information on the sample, wherein a follow-up distance of the probe in the sample shape direction is equal to the sample shape direction. A scanning control method of a probe, characterized in that sampling is performed by controlling an interval so as to be constant between each sampling point divided by (1).
いて探針が試料形状方向に追従した距離が一定となるよ
うにサンプリングレートを演算し、該サンプリングレー
トに基づいて測定情報をサンプリングすることを特徴と
する請求項6に記載のプローブの走査制御方法。7. The interval control according to claim 1, wherein a sampling rate is calculated so that a distance that the probe follows the sample shape direction between each sampling point is constant, and the measurement information is sampled based on the sampling rate. 7. The scanning control method for a probe according to claim 6, wherein:
し、前記追従した距離とみなす測定試料上の形状の空間
周波数を制限することを特徴とする請求項7に記載のプ
ローブの走査制御方法。8. The probe scanning control method according to claim 7, wherein, when calculating the sampling rate, a spatial frequency of a shape on the measurement sample regarded as the tracked distance is limited.
料の表面形状を測定する測定方法において、前記プロー
ブの走査が請求項6〜8のいずれか1項に記載の走査制
御方法によって制御されることを特徴とする試料の表面
情報を測定する測定方法。9. A method for measuring the surface shape of a sample using a probe that scans relative to the sample, wherein the scanning of the probe is controlled by the scanning control method according to claim 6. A method for measuring surface information of a sample, characterized in that:
レートを記憶し、該記憶した各サンプリング点間のサン
プリングレートを用いて測定情報の2次元分布を合成す
ることを特徴とする請求項9に記載の試料の表面情報を
測定する測定方法。10. The method according to claim 9, wherein a sampling rate between the sampling points is stored, and a two-dimensional distribution of the measurement information is synthesized using the stored sampling rate between the sampling points. A measuring method for measuring surface information of a sample.
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