JP3473937B2 - Scanning probe microscope and its scanning method - Google Patents

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、走査型プローブ顕
微鏡およびその走査方法に関し、特に、例えば半導体製
造工程の分野で必要性が高いＣＭＰ（化学機械研磨）の
工程での研磨評価のため観察視野をミリメートル級に拡
大するのに適した走査型プローブ顕微鏡およびその走査
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope and a scanning method thereof, and more particularly, to an observation field of view for polishing evaluation in a CMP (chemical mechanical polishing) process which is highly necessary in the field of semiconductor manufacturing processes. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a scanning probe microscope suitable for enlarging an image to a millimeter level and a scanning method thereof.

【０００２】[0002]

【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡は、原子間力顕微
鏡に代表されるように、例えば半導体基板の表面凹凸を
測定するごとく、探針と試料表面の間に作用する原子間
力を利用して微細な凹凸形状を測定・観察するのに利用
されている。試料表面における走査範囲は、走査用アク
チュエータとして圧電素子が一般的に使用され、圧電素
子によって得られる変位量は例えばμｍ（ミクロンメー
トル）級のストローク、大きくても１００μｍ程度であ
り、極めて微小なものである。他方、近年では、走査型
プローブ顕微鏡において広域に走査して広域領域を観察
できることが望まれている。具体的に述べると、半導体
製造工程での製造対象物の微小化に伴って、半導体基板
の表面の平坦性、あるいは各種半導体デバイスの製造工
程により基板表面上に堆積された膜の表面の平坦性の評
価に対する必要性が高くなっている。特にＣＭＰによる
平坦化工程の評価では、数ｍｍ（ミリメートル）から数
十ｍｍの広い範囲の凹凸形状をｎｍ（ナノメートル）の
分解能で測定することが求められる。2. Description of the Related Art A scanning probe microscope utilizes atomic force acting between a probe and a sample surface as in the case of measuring the surface roughness of a semiconductor substrate, as represented by an atomic force microscope. It is used to measure and observe fine irregularities. A piezoelectric element is generally used as a scanning actuator for the scanning range on the sample surface, and the displacement obtained by the piezoelectric element is, for example, a stroke of the μm (micron meter) class, about 100 μm at the maximum, which is extremely small. Is. On the other hand, in recent years, it has been desired that a scanning probe microscope can scan a wide area to observe a wide area. Specifically, the flatness of the surface of the semiconductor substrate or the flatness of the surface of the film deposited on the surface of the substrate by the manufacturing process of various semiconductor devices due to the miniaturization of the manufacturing target in the semiconductor manufacturing process. There is a growing need for the evaluation of. Particularly, in the evaluation of the planarization process by CMP, it is required to measure the uneven shape in a wide range of several mm (millimeter) to several tens of mm with a resolution of nm (nanometer).

【０００３】上記のごとき微小測定であって大視野の観
察が可能な装置として、従来では、走査型プローブ顕微
鏡の代わりに、例えば特開平１０−６２１５８号公報に
開示される装置が提案されていた。この公開公報に開示
される装置は表面粗さ計であり、その従来技術の欄では
触針式と光学式の表面粗さ計について記述されている。
触針式の表面粗さ計は、試料の表面に針部材を接触さ
せ、試料表面を針部材で走査して試料表面の凹凸形状を
測定する。針部材の動きは差動トランス式の検出器によ
り検出される。他方、光学式の表面粗さ計は、試料表面
の凹凸形状が光学的変位検出系で検出される。表面粗さ
計は本来的に機械的な構造で試料表面を広域的に観察で
きるように構成されたものである。針部材は試料表面に
接触し、機械的な構造によって試料表面が変形・破壊さ
れること、および分解能が低いこと等の理由から、上記
公開公報では針部材として原子間力顕微鏡で使用される
カンチレバーを使用することを提案し、表面粗さ計に原
子間力顕微鏡の特徴を利用することを提案している。As a device capable of observing a large field of view in such a minute measurement as described above, a device disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-62158 has been proposed in place of the scanning probe microscope. . The device disclosed in this publication is a surface roughness meter, and the stylus and optical surface roughness meters are described in the section of the prior art.
The stylus type surface roughness meter measures the uneven shape of the sample surface by bringing the needle member into contact with the surface of the sample and scanning the sample surface with the needle member. The movement of the needle member is detected by a differential transformer type detector. On the other hand, in the optical surface roughness meter, the uneven shape of the sample surface is detected by the optical displacement detection system. The surface roughness meter is originally a mechanical structure and is configured to observe the sample surface over a wide area. The needle member comes into contact with the sample surface, the sample surface is deformed / destroyed by a mechanical structure, and the resolution is low. Therefore, in the above publication, the cantilever used as the needle member in the atomic force microscope is used. Is proposed, and the feature of atomic force microscope is proposed for the surface roughness meter.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本来ミクロンメートル
（μｍ）級の測定を行う従来の走査型プローブ顕微鏡の
測定・観察において、その走査範囲をミリメートル（ｍ
ｍ）の範囲に拡大した場合、試料表面における探針の移
動距離は長くなる。従来の通常の測定方法によれば、そ
の移動の間、探針はその先端が試料表面に極めて接近し
た状態で移動することになり、後述するごとき摩擦力や
吸着力等の諸問題が提起され、測定に再現性が得られな
い場合が生じる。また前述の特開平１０−６２１５８号
公報に開示される装置では、表面粗さ計において原子間
力顕微鏡のカンチレバーの探針を利用することにより、
従来の表面粗さ計に比較して、試料表面に加えられる接
触圧力を低減できたことを効果として主張しているが、
この装置であっても単に原子間力顕微鏡のカンチレバー
を使用するだけでは、走査ストロークを大きくすること
ができるものの、測定再現性は低下する可能性が高く、
上記問題の解決は困難である。In the measurement / observation of the conventional scanning probe microscope, which originally measures in the order of micrometers (μm), the scanning range is millimeter (m).
When it is expanded to the range of m), the moving distance of the probe on the sample surface becomes long. According to the conventional normal measuring method, the probe moves while its tip is extremely close to the sample surface during the movement, which causes various problems such as frictional force and adsorption force as described later. In some cases, reproducibility cannot be obtained in measurement. Further, in the apparatus disclosed in the above-mentioned JP-A-10-62158, by utilizing the probe of the cantilever of the atomic force microscope in the surface roughness meter,
It is claimed as an effect that the contact pressure applied to the sample surface can be reduced compared to the conventional surface roughness meter.
Even with this device, the scanning stroke can be increased by simply using the cantilever of the atomic force microscope, but the measurement reproducibility is likely to decrease,
It is difficult to solve the above problems.

【０００５】原子間力顕微鏡等で走査範囲がｍｍ級の広
域の測定を行う場合、迅速な測定を行うためには、一般
的に、測定データを得るためのサンプリング位置のみで
探針を試料表面に接近させ、サーボ制御系に基づいて試
料表面に対する探針の高さ位置を設定された基準位置に
保持し、サンプリング位置の間は移動のための区間と
し、移動の区間中は探針を試料表面から退避させ、離し
た状態で移動を行うようにする構成が容易に考えられる
（特開平２−５３４０号公報等）。このような構成の場
合にも、探針が試料表面に接近して表面追従の測定動作
を行うときに前述の諸問題に起因して測定の再現性低下
の問題を考慮することが必要となる。When measuring a wide range of scanning range of mm class with an atomic force microscope or the like, in general, in order to perform quick measurement, the probe is generally placed only on the sampling position for obtaining measurement data. The probe height position relative to the sample surface based on the servo control system is kept at the set reference position, and the sampling position is used as a movement section, and the probe is held during the movement section. It is possible to easily consider a configuration in which the device is moved away from the surface and moved away from the surface (JP-A-2-5340). Even in the case of such a configuration, when the probe approaches the sample surface and performs the surface-following measurement operation, it is necessary to consider the problem of measurement reproducibility deterioration due to the above-mentioned problems. .

【０００６】次に図８〜図１０を参照して前述の測定の
再現性低下の問題を詳述する。図８と図９では、１０１
はカンチレバー、１０２はカンチレバー１０１の先端に
設けられた探針である。カンチレバー１０１は細い実線
と、太い実線の２種類が描かれている。細い実線のカン
チレバーは力を受ける前の状態、太い実線のカンチレバ
ーは力を受けた後の状態を示している。探針１０２の先
端は、図示しない試料の表面に向いている。探針と試料
の間の距離は互いに原子間力の影響を及ぼし合う程度の
距離に接近させられている。カンチレバーの背面には光
てこ式光学検出系のレーザ光源（図示せず）から出射さ
れたレーザ光１０３が照射され、反射されたレーザ光１
０３は例えば４分割光検出器（図示せず）に入射され
る。カンチレバー１０１では、探針・試料間が所定の距
離になるように設定されたとき、所定のたわみ変形が生
じている。探針１０２が試料の表面からさらに力を受け
ると、カンチレバー１０１は太い実線で示すごとくさら
にたわみ変形が生じる。その変形の仕方は受ける力に依
存して決まる。Next, with reference to FIGS. 8 to 10, the above-mentioned problem of deterioration of the reproducibility of measurement will be described in detail. In FIG. 8 and FIG. 9, 101
Is a cantilever, and 102 is a probe provided at the tip of the cantilever 101. The cantilever 101 is drawn in two types, a thin solid line and a thick solid line. The thin solid line cantilever shows the state before receiving the force, and the thick solid line cantilever shows the state after receiving the force. The tip of the probe 102 faces the surface of the sample (not shown). The distance between the probe and the sample is close enough to exert the influence of the atomic force on each other. A laser beam 103 emitted from a laser light source (not shown) of an optical lever type optical detection system is applied to the back surface of the cantilever, and the reflected laser beam 1
03 is incident on, for example, a four-division photodetector (not shown). In the cantilever 101, when the probe and the sample are set to have a predetermined distance, a predetermined flexural deformation occurs. When the probe 102 further receives a force from the surface of the sample, the cantilever 101 is further flexurally deformed as shown by a thick solid line. The method of deformation depends on the force received.

【０００７】図８に示された状態では、望ましい正常な
測定状態を示し、原子間力顕微鏡で探針に対して試料表
面に垂直な方向の力のみが働いていることを想定してい
る。この状態では、試料表面に対する垂直方向（Ｚ方
向）１０４の力によるカンチレバー１０１の変位のみを
サーボ制御系の信号源として用いている。探針による試
料表面の走査が停止しているとき、摩擦による試料表面
の平行方向の力が働かないので、上記の垂直方向１０４
の力のみによってカンチレバー１０１はたわむ。その結
果、光検出器の受光面における照射スポットは、１０５
で示される通り、垂直方向のみに変位する。１０５によ
る表記は、たわみ成分とねじれ成分の合成で形成される
照射スポットの位置を表示している。In the state shown in FIG. 8, a desirable normal measurement state is shown, and it is assumed that only the force in the direction perpendicular to the sample surface acts on the probe with the atomic force microscope. In this state, only the displacement of the cantilever 101 due to the force in the vertical direction (Z direction) 104 with respect to the sample surface is used as the signal source of the servo control system. When the scanning of the sample surface by the probe is stopped, the force in the parallel direction of the sample surface due to friction does not work, so the above-mentioned vertical direction 104
The cantilever 101 bends only by the force of. As a result, the irradiation spot on the light receiving surface of the photodetector is 105
As shown by, it is displaced only in the vertical direction. The notation 105 indicates the position of the irradiation spot formed by combining the bending component and the twisting component.

【０００８】他方、探針１０２による試料表面の走査が
行われると、探針と試料の間で摩擦力が発生する。この
摩擦力に起因して探針１０２に対して試料表面に平行な
方向（Ｙ方向）１０６の力が作用するので、図９に示さ
れる通り、カンチレバー１０１にねじれが発生する。こ
のため、たわみ変形とねじれ変形の各々の成分が合成さ
れ、本来の垂直方向の力が変化していないにも拘らず、
反射による照射スポットが、たわみ変形による変化があ
ったかのごとく、その位置を変位させるということが起
きる。このような場合には、測定動作のためのサーボ制
御系は、４分割光検出器の受光面における照射スポット
をもとの位置に戻そうとして、探針１０２が試料へ押し
付けられる方向へ駆動する。その結果、探針１０２の押
付け力が一定でなくなるという問題が起きる。On the other hand, when the probe 102 scans the surface of the sample, a frictional force is generated between the probe and the sample. Due to this frictional force, a force in the direction parallel to the sample surface (Y direction) 106 acts on the probe 102, so that the cantilever 101 is twisted as shown in FIG. Therefore, the respective components of the flexural deformation and the torsional deformation are combined, and the original vertical force does not change, but
It occurs that the irradiation spot due to reflection displaces its position as if it had changed due to flexural deformation. In such a case, the servo control system for the measurement operation drives the probe 102 in a direction in which it is pressed against the sample in an attempt to return the irradiation spot on the light receiving surface of the four-division photodetector to the original position. . As a result, there is a problem that the pressing force of the probe 102 is not constant.

【０００９】さらに、探針の先端に作用する試料表面に
平行な力の原因として表面吸着力を挙げることができ
る。図１０に示すごとく、通常の大気中では、試料１０
７の表面は吸着水１０８で覆われている。この表面吸着
水１０８の層の厚みは一定ではない。例えば、試料表面
に凹凸構造が形成されている場合に、凸部１０９の上側
縁部は吸着水の厚みは薄くなっている。この厚みの違い
は、試料表面の平行方向１１０の力の違いとなって作用
する。従って、本来的にサーボ制御系にとって負荷が大
きな凹凸部分で、このような外乱が加わることになり、
測定の再現性が低下することになる。なお説明を分かり
やすくするため、カンチレバーの長手方向と直交する方
向に走査し、摩擦力等がねじれ変形を引き起こす場合に
ついて説明したが、カンチレバーの長手方向に一致する
方向に走査する場合をはじめ、どのような方向であって
も摩擦力等の外乱が測定の再現性を低下させるのは同様
である。Further, a surface attraction force can be cited as a cause of the force acting on the tip of the probe and parallel to the sample surface. As shown in FIG. 10, in the normal atmosphere, the sample 10
The surface of No. 7 is covered with adsorbed water 108. The thickness of the layer of the surface adsorbed water 108 is not constant. For example, when an uneven structure is formed on the sample surface, the thickness of the adsorbed water at the upper edge portion of the convex portion 109 is thin. This difference in thickness acts as a difference in force in the parallel direction 110 on the sample surface. Therefore, such a disturbance is added to the uneven portion that is originally a large load on the servo control system,
The reproducibility of measurement will be reduced. In order to make the explanation easier to understand, the case where scanning is performed in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the cantilever and the frictional force or the like causes torsional deformation has been described. Even in such a direction, a disturbance such as a frictional force similarly deteriorates the reproducibility of measurement.

【００１０】本発明の目的は、上記の問題を解決するこ
とにあり、探針が試料表面に接近して試料表面を走査す
るとき、摩擦力や、表面吸着層の厚みの違い等が原因で
探針に対する試料表面に平行な方向の力の影響による測
定誤差を除去し、測定再現性を良好にし、特に広域測定
に適した走査型プローブ顕微鏡およびその走査方法を提
供することにある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems. When the probe approaches the sample surface and scans the sample surface, it is caused by frictional force, difference in the thickness of the surface adsorption layer, etc. It is an object of the present invention to provide a scanning probe microscope and a scanning method thereof, which eliminates a measurement error due to the influence of a force on the probe in a direction parallel to the sample surface, improves measurement reproducibility, and is particularly suitable for wide area measurement.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明に係る走査型プロ
ーブ顕微鏡およびその走査方法は、上記目的を達成する
ために、次のように構成される。In order to achieve the above object, a scanning probe microscope and a scanning method therefor according to the present invention are configured as follows.

【００１２】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡は、試
料の表面に臨む探針と、サンプリング位置での測定動作
でサーボ制御系に基づき探針と試料の表面との間の距離
を設定された基準距離に保つサーボ制御手段とを備え、
探針と試料の間を所定距離に保持しながら試料表面を探
針で走査して表面の凹凸形状等を測定する走査型プロー
ブ顕微鏡である。探針は、通常、カンチレバーの先端に
形成され、測定動作の際にはカンチレバー全体として試
料表面に接近（接触または非接触で）させられている。
原子間力顕微鏡等では、探針は試料表面から原子間力等
を受け、カンチレバーは基準のたわみ変形量で変位を生
じている。かかる変位は、通常、光てこ式光学検出系で
検出される。上記走査型プローブ顕微鏡は、さらに、上
記探針による試料の表面の走査を広域的に行わせる移動
機構（ＸＹスキャナ）と、サンプリング位置で探針を試
料の表面に接近させ、サンプリング位置の間の移動では
探針を試料の表面から退避させる接近・退避手段（例え
ば接近・退避用圧電素子１８）と、サンプリング位置で
探針を試料の表面に接近させ測定動作を行うとき、移動
機構による走査移動とほぼ同等の速度で同方向に伴走用
の走査移動を生じさせる補助移動機構（例えば圧電素子
１７のＸＹ方向微動部）とから構成される。上記の移動
機構は、測定の際に、大きなストロークで走査移動を生
じさせる主走査装置であり、上記の補助移動機構は、走
査移動の際に、探針と試料の表面との間において、測定
上好ましくない試料表面に平行な方向の力が探針に加わ
ることを避けるために、相対的な速度が生じないように
伴走動作を生じさせる従走査装置である。The scanning probe microscope according to the present invention is a reference probe in which the distance between the probe and the surface of the sample is set based on the servo control system in the measurement operation at the sampling position and the probe facing the surface of the sample. With a servo control means to keep the distance,
It is a scanning probe microscope that measures the surface irregularities and the like by scanning the surface of a sample with a probe while maintaining a predetermined distance between the probe and the sample. The probe is usually formed at the tip of the cantilever, and is brought close (contact or non-contact) to the sample surface as a whole of the cantilever during the measurement operation.
In an atomic force microscope or the like, the probe receives an atomic force or the like from the sample surface, and the cantilever is displaced by a standard flexural deformation amount. Such displacement is usually detected by an optical lever type optical detection system. The scanning probe microscope further includes a moving mechanism (XY scanner) that causes the surface of the sample to be scanned by the probe over a wide area, and the probe to approach the surface of the sample at the sampling position, and between the sampling position. In the movement, an approach / retraction means for retracting the probe from the surface of the sample (for example, the approaching / retracting piezoelectric element 18) and a scanning movement by a moving mechanism when the probe is brought close to the surface of the sample at the sampling position to perform the measurement operation. And an auxiliary movement mechanism (for example, a fine movement section in the XY direction of the piezoelectric element 17) that causes a scanning movement for accompaniment in the same direction at substantially the same speed as. The above-mentioned moving mechanism is a main scanning device that causes scanning movement with a large stroke during measurement, and the above-mentioned auxiliary moving mechanism measures during scanning movement between the probe and the surface of the sample. In order to avoid applying an undesired force in a direction parallel to the sample surface to the probe, it is a slave scanning device that causes a companion motion so that a relative velocity is not generated.

【００１３】本発明の走査型プローブ顕微鏡では、広域
範囲の測定を行う際に、測定箇所をサンプリング位置と
して離散的に選択して設定し、サンプリング位置間の移
動のときには探針は試料表面から退避した状態で移動
し、測定を行うサンプリング位置のみで探針が試料表面
に接近して測定を行うように構成され、試料表面に垂直
な探針の高さ方向の移動に関しては、接近・退避動作
と、測定のための試料表面追従動作とがある。測定領域
を走査するときサンプリング位置に到達するたびに、探
針は試料に接近し、試料表面に追従する測定動作を行う
が、そのときに、移動機構による主の走査移動に対し
て、探針側も伴走するように従の走査移動を生じさせる
べく補助的移動機構を設けている。このような構成によ
って、摩擦力や表面吸着層等による試料表面に平行な力
（水平方向等）が探針に影響を与えるのを防止し、再現
性の良い測定を可能する。In the scanning probe microscope of the present invention, when measuring a wide range, the measurement points are discretely selected and set as sampling positions, and the probe is retracted from the sample surface when moving between sampling positions. The probe is configured so that the probe moves close to the sample surface only at the sampling position where measurement is performed, and the probe moves close to the sample surface in the height direction. And a sample surface follow-up operation for measurement. Each time the scanning position reaches the sampling position when scanning the measurement area, the probe approaches the sample and performs a measurement operation that follows the sample surface.At that time, the probe moves against the main scanning movement by the moving mechanism. An auxiliary movement mechanism is provided to cause the side to follow and to perform the following scanning movement. With such a structure, it is possible to prevent the force (horizontal direction, etc.) parallel to the sample surface due to the frictional force and the surface adsorption layer from affecting the probe, and to perform measurement with good reproducibility.

【００１４】上記の構成において、好ましくは、上記移
動機構は試料を搭載しかつ試料を例えば水平方向等の走
査方向にｍｍの長さ単位で移動させる試料ステージであ
る。さらに上記移動機構による移動動作は等速度で行わ
れることが好ましい。In the above structure, preferably, the moving mechanism is a sample stage on which a sample is mounted and which moves the sample in a scanning direction such as a horizontal direction by a unit of length of mm. Furthermore, it is preferable that the moving operation by the moving mechanism is performed at a constant speed.

【００１５】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の走査
方法は、試料の表面に臨む探針を備え、サーボ制御系の
制御に基づき探針と試料の間を所定距離に保持しながら
試料表面を探針で走査してこの表面の凹凸形状等を測定
する方法であり、試料表面における測定領域は相対的に
広く、この広域の測定領域で離散的に複数のサンプリン
グ位置を設定し、移動機構による走査移動を行うとき、
サンプリング位置の間の移動では探針を試料表面から退
避させて移動させると共に、サンプリング位置の各々で
は探針を試料表面に接近させて測定動作を行い、さら
に、探針が試料表面に接近して測定動作を行うとき、補
助移動機構によって、移動機構による走査移動とほぼ同
等の速度で同方向に伴走用の走査移動を生じさせる走査
方法である。この走査方法では、探針を試料表面に所定
の距離で接近させ、試料表面に探針を追従させて試料表
面の凹凸等を測定するとき、試料の移動による走査移動
と実質的に同じ速度で探針も移動させることにより、試
料表面に沿う方向の力が探針に働かないようにするもの
である。The scanning method of the scanning probe microscope according to the present invention comprises a probe facing the surface of the sample, and the sample surface is probed while maintaining a predetermined distance between the probe and the sample under the control of the servo control system. This is a method of measuring the uneven shape of this surface by scanning with a needle.The measurement area on the sample surface is relatively wide, and multiple sampling positions are set discretely in this wide measurement area, and scanning by the moving mechanism is performed. When moving,
When moving between sampling positions, the probe is moved away from the sample surface, and at each sampling position, the probe is moved closer to the sample surface to perform the measurement operation. This is a scanning method in which, when performing the measurement operation, the auxiliary moving mechanism causes the accompanying scan movement in the same direction at a speed substantially equal to the scan movement by the moving mechanism. In this scanning method, when the probe is brought close to the sample surface at a predetermined distance and the probe is made to follow the sample surface to measure the unevenness of the sample surface, at the same speed as the scanning movement due to the movement of the sample. The probe is also moved so that force in the direction along the sample surface does not act on the probe.

【００１６】上記の走査方法において、上記の伴走用走
査移動はサンプリング位置ごとに間欠的に行われる。測
定個所であるサンプリング位置では、探針は、原子間力
等が生じる程度に試料表面に接近させられるので、その
たびに上記の伴走用走査移動を行うようにしている。In the above scanning method, the accompanying scanning movement is intermittently performed at each sampling position. At the sampling position, which is the measurement point, the probe is brought close to the sample surface to the extent that interatomic force or the like is generated, so the probe scan movement is performed each time.

【００１７】[0017]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【００１８】図１は本発明に係る走査型プローブ顕微鏡
の一例を示し、原子間力顕微鏡の全体を示すシステム構
成を示している。図２は上記原子間力顕微鏡において試
料の表面を探針で走査しながら特定の領域を観察する場
合に広域の走査に基づいて広い範囲を測定するときの探
針の位置変化の仕方（接近・退避、および表面追従）に
関する制御方法、タイミングチャート、Ｘ方向およびＺ
方向の探針移動の際の各部の電圧信号の波形チャートと
高さ方向の探針位置を示し、図３は、探針が試料表面に
接近したときの探針のＸ方向の伴走用の移動動作を説明
するための速度関係を示すタイミングチャートである。
探針の位置の変化は、試料表面に沿うＸＹ方向の探針の
走査動作と、試料・探針間の距離を調整する高さ方向
（Ｚ方向）の移動動作とによって生じさせられる。FIG. 1 shows an example of a scanning probe microscope according to the present invention, showing a system configuration showing the entire atomic force microscope. FIG. 2 shows how to change the position of the probe when measuring a wide range based on a wide area scan when observing a specific region while scanning the surface of the sample with the probe in the atomic force microscope (approaching Control method, timing chart, X direction and Z
FIG. 3 shows a waveform chart of the voltage signal of each part and the probe position in the height direction when the probe moves in the direction of movement, and FIG. 3 shows the movement of the probe for accompaniment in the X direction when the probe approaches the sample surface. 6 is a timing chart showing a speed relationship for explaining the operation.
The change in the position of the probe is caused by the scanning operation of the probe in the XY directions along the sample surface and the moving operation in the height direction (Z direction) for adjusting the distance between the sample and the probe.

【００１９】全体的なシステム構成は、図１に示すごと
く、水平に保持されたテーブル１１の上にＸＹスキャナ
１２が配置され、その上に観察対象である試料１３が配
置されている。図１においてテーブル１１の表面に平行
な面は例えば水平面であり、ここでは直交の２軸Ｘ，Ｙ
によりＸＹ平面と定義される。試料１３は例えば半導体
ウェハのごとき薄板の基板状部材であり、観察しようと
する面を上面として配置されている。ＸＹスキャナ１２
は試料１３をＸ方向あるいはＹ方向へ相対的に大きな距
離で移動させる移動機構であり、主走査装置（主スキャ
ナ）として機能する。ＸＹスキャナ１２は、例えばパル
スモータ等を利用して構成される移動用試料ステージと
して構成されている。ＸＹスキャナ１２によるＸＹ方向
の移動ストロークはｍｍ（ミリメートル）の長さ単位で
行われ、例えば数十ｍｍのストロークが設定される。ま
たＸＹスキャナ１２の上に搭載された試料１３に対して
は、その上面を観察すべく、その上側に、先端に探針１
４が形成されたカンチレバー１５が配置される。探針１
４の先端は試料１３の表面に臨んでいる。上記の構成の
結果、試料１３をＸＹスキャナ１２で移動させることに
より、試料１３に臨む探針１４が相対的な位置関係とし
て試料表面を広い範囲で走査し、広域走査に基づく広域
領域の測定を行うことが可能となる。In the overall system configuration, as shown in FIG. 1, an XY scanner 12 is placed on a table 11 held horizontally, and a sample 13 to be observed is placed on it. In FIG. 1, a plane parallel to the surface of the table 11 is, for example, a horizontal plane, and here, two orthogonal axes X and Y are used.
Is defined as the XY plane. The sample 13 is, for example, a thin plate-like member such as a semiconductor wafer, and is arranged with the surface to be observed as the upper surface. XY scanner 12
Is a moving mechanism that moves the sample 13 in a relatively large distance in the X direction or the Y direction, and functions as a main scanning device (main scanner). The XY scanner 12 is configured as a moving sample stage configured by using, for example, a pulse motor or the like. A movement stroke in the XY directions by the XY scanner 12 is performed in a unit of length of mm (millimeter), and for example, a stroke of several tens of mm is set. Further, with respect to the sample 13 mounted on the XY scanner 12, in order to observe the upper surface, the probe 1 is attached to the upper side of the sample 13.
A cantilever 15 on which 4 is formed is arranged. Probe 1
The tip of 4 faces the surface of the sample 13. As a result of the above configuration, when the sample 13 is moved by the XY scanner 12, the probe 14 facing the sample 13 scans the sample surface in a wide range as a relative positional relationship, and the wide area measurement based on the wide range scanning is performed. It becomes possible to do.

【００２０】上記カンチレバー１５はその基端が固定さ
れ、探針１４が設けられた先端は自由端となっている。
カンチレバー１５は小さいバネ定数を有する弾性レバー
部材であり、先端の探針１４と試料１３の間で原子間力
が生じると、受ける力に応じてたわみ変形が生じる。１
６は、その下端に上記カンチレバー１５を取付け、カン
チレバー１５を図１中の水平面に垂直な方向（Ｚ方向）
に移動させるＺ方向駆動装置である。Ｚ方向駆動装置１
６は、好ましくは、上下の位置に配置された２つの圧電
素子１７，１８で構成されている。圧電素子１７は通常
の測定・観察を行う際に使用される圧電素子である。圧
電素子１７はＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向に変位を生じする３
軸圧電素子として構成され、従来のチューブ型圧電微動
素子あるいはトライポッド圧電微動素子が使用される。
圧電素子１７のＺ方向の微動に関係する部分（Ｚ方向微
動部）は、試料表面に対する探針１４の高さ位置を設定
された基準の一定位置に保持するためのサーボ用圧電素
子を構成し、測定の際にはサーボ制御系の下でその動作
が制御される。さらに圧電素子１７によるＸＹ方向の微
動に関係する部分（ＸＹ方向微動部）は、後述する伴走
用の走査移動を行う従走査装置（従スキャナ）を構成す
る。また圧電素子１８は、探針１４すなわちカンチレバ
ー１５の全体を、試料１３の表面に接近させたり、当該
表面から退避させたりするための接近・退避用圧電素子
である。このようにカンチレバー１５（探針１４）をＺ
方向に移動させるためのＺ方向駆動装置１６は２つの圧
電素子による２段構成によって形成されている。好まし
くは、Ｚ方向駆動装置１６を１つの圧電素子で形成し、
これを２分割することにより上記圧電素子１７，１８を
形成する。なおＺ方向駆動装置１６は、実際には、図示
しない顕微鏡フレームに固定されている。The base end of the cantilever 15 is fixed, and the tip provided with the probe 14 is a free end.
The cantilever 15 is an elastic lever member having a small spring constant, and when an atomic force is generated between the probe 14 at the tip and the sample 13, the cantilever 15 is flexibly deformed according to the force received. 1
6, the cantilever 15 is attached to the lower end thereof, and the cantilever 15 is in a direction perpendicular to the horizontal plane in FIG. 1 (Z direction).
It is a Z-direction drive device that moves the Z-direction driving device 1
6 is preferably composed of two piezoelectric elements 17 and 18 arranged in the upper and lower positions. The piezoelectric element 17 is a piezoelectric element used when performing normal measurement / observation. The piezoelectric element 17 causes displacement in the directions of three axes of X, Y and Z. 3
A conventional tube type piezoelectric fine movement element or tripod piezoelectric fine movement element is used as the axial piezoelectric element.
The portion of the piezoelectric element 17 related to the fine movement in the Z direction (the fine movement portion in the Z direction) constitutes a servo piezoelectric element for holding the height position of the probe 14 with respect to the sample surface at a set reference constant position. During measurement, the operation is controlled under the servo control system. Further, the portion related to the fine movement in the XY direction by the piezoelectric element 17 (the fine movement portion in the XY direction) constitutes a sub-scanning device (sub-scanner) which performs a scanning movement for accompanying movement, which will be described later. Further, the piezoelectric element 18 is an approach / retract piezoelectric element for moving the probe 14, that is, the entire cantilever 15 toward or away from the surface of the sample 13. In this way, move the cantilever 15 (probe 14) to Z
The Z-direction drive device 16 for moving in the direction is formed by a two-stage structure including two piezoelectric elements. Preferably, the Z-direction driving device 16 is formed by one piezoelectric element,
The piezoelectric elements 17 and 18 are formed by dividing this into two. The Z-direction driving device 16 is actually fixed to a microscope frame (not shown).

【００２１】なお上記のＺ方向駆動装置１６では、圧電
素子１７の下側に接近・退避用圧電素子１８を設けた構
造となっているが、取付け構造を反対にし、接近・退避
用圧電素子１８の下側に圧電素子１７を設けるように構
成することもできる。The Z-direction driving device 16 has a structure in which the approaching / retracting piezoelectric element 18 is provided below the piezoelectric element 17, but the mounting structure is reversed, and the approaching / retracting piezoelectric element 18 is arranged. Alternatively, the piezoelectric element 17 may be provided on the lower side.

【００２２】上記の構成によれば、ＸＹスキャナ１２上
に搭載された試料１３の表面に対して探針１４を間隔を
あけて臨ませた状態において、ＸＹスキャナ１２で試料
１３をＸＹ方向へ相対的に大きなストロークで移動させ
つつ、カンチレバー１５すなわち探針１４の試料表面に
対する高さ位置をＺ方向駆動装置１６の圧電素子１７，
１８で調整することにより、試料表面においてミリメー
トル級の走査範囲に基づく広域観察を行うことが可能と
なる。探針１４の試料表面に対する高さ位置を調整する
Ｚ方向駆動装置１６について、圧電素子１８は試料表面
の広域測定領域で一定間隔で設定された多数のサンプリ
ング位置の各々で探針１４（カンチレバー１５）を試料
表面に所定間隔で接近させまたは試料表面から退避させ
るためのアクチュエータであり、圧電素子１７は上記の
各サンプリング位置での接近状態で通常の測定・観察の
ためのサーボ制御および伴走動作に基づき試料表面の凹
凸形状に沿って試料表面の測定データを得るためのアク
チュエータである。従って、試料１３の表面を広域走査
で測定するときに、探針１４は、圧電素子１８によりサ
ンプリング位置のみにおいて接近させられ、圧電素子１
７を利用して伴走動作を行いながら表面追従を行って試
料表面の凹凸形状に関する測定データを取得し、或るサ
ンプリング位置から他のサンプリング位置への探針１４
の移動は、圧電素子１８による退避動作により探針は試
料表面から離れた状態で行われる。According to the above configuration, the sample 13 is relatively moved in the XY direction by the XY scanner 12 with the probe 14 facing the surface of the sample 13 mounted on the XY scanner 12 at a distance. The cantilever 15, that is, the height position of the probe 14 with respect to the sample surface, is moved by a relatively large stroke, and the piezoelectric element 17 of the Z-direction drive device 16 is moved.
By adjusting with 18, it is possible to perform wide area observation on the sample surface based on the millimeter range scanning range. With respect to the Z-direction drive device 16 that adjusts the height position of the probe 14 with respect to the sample surface, the piezoelectric element 18 has the probe 14 (cantilever 15) at each of a large number of sampling positions set at regular intervals in a wide measurement region of the sample surface. ) Is an actuator for approaching the sample surface at a predetermined interval or retracting from the sample surface, and the piezoelectric element 17 is used for servo control and accompanying operation for normal measurement and observation in the approaching state at each of the above sampling positions. This is an actuator for obtaining measurement data of the sample surface based on the uneven shape of the sample surface. Therefore, when measuring the surface of the sample 13 by wide-area scanning, the probe 14 is moved closer to the sampling position only by the piezoelectric element 18, and the piezoelectric element 1
7 is used to perform surface follow-up while performing a follow-up operation to acquire measurement data regarding the uneven shape of the sample surface, and to obtain a probe 14 from a certain sampling position to another sampling position.
Is moved by the retracting operation of the piezoelectric element 18 while the probe is away from the sample surface.

【００２３】上記において、ＸＹスキャナ１２のＸ，Ｙ
の各ストロークは例えば最大２００ｍｍであり、圧電素
子１７のストロークは、例えば、Ｘ，Ｙでは１０μｍ、
Ｚについては５μｍである。また圧電素子１８のストロ
ークは上記の接近・退避を行えるように適宜に設定され
る。接近・退避用のアクチュエータは上記のごとく長い
ストロークで伸縮する圧電素子１８が好ましいが、これ
に限定されるものではない。また探針側のＺ方向駆動装
置１６を２段構成とするのではなく、接近・退避用の圧
電素子１８を設けず、その代わりに接近・退避用の駆動
装置の構成を試料側のステージに組み込むようにするこ
とも可能である。この場合には、上記のＸＹスキャナ
は、Ｚ方向の移動も可能な３軸スキャナとして構成され
ることになる。In the above, the X and Y of the XY scanner 12
The maximum stroke of the piezoelectric element 17 is 200 mm, and the stroke of the piezoelectric element 17 is 10 μm for X and Y,
Z is 5 μm. The stroke of the piezoelectric element 18 is appropriately set so that the above approach and retreat can be performed. The approaching / retracting actuator is preferably the piezoelectric element 18 that expands and contracts with a long stroke as described above, but is not limited to this. Further, the Z-direction driving device 16 on the probe side does not have a two-stage structure, but the approaching / retracting piezoelectric element 18 is not provided, and instead, the structure of the approaching / retracting driving device is provided on the sample side stage. It is also possible to incorporate it. In this case, the XY scanner described above is configured as a three-axis scanner that can also move in the Z direction.

【００２４】試料１３の上方に配置されるカンチレバー
１５に対して、試料表面に対する探針１４の高さ位置
（Ｚ方向の変位）を検出するための検出系が設けられ
る。この検出系はカンチレバー１５のたわみ変形とレー
ザ光とを利用して構成される光てこ式光学検出系であ
る。光てこ式光学検出系は、カンチレバーの背面に形成
された反射面に対してレーザ光２１を照射するレーザ光
源２２と、当該背面で反射されたレーザ光２１を受ける
例えば４分割型光検出器２３から構成される。レーザ光
源２２と光検出器２３は、例えば、下側の圧電素子１８
の下面に設けられ、圧電素子１７，１８の伸縮動作に伴
って一緒に上下動を行うようになっている。カンチレバ
ー１５の背面で反射されたレーザ光２１による反射スポ
ットが光検出器２３の４分割された受光面に入射され
る。探針１４が試料表面から原子間力を受けた状態で探
針・試料間の距離が変化すると探針が受ける原子間力が
変化し、探針１４の高さ位置が変位し、カンチレバー１
５のたわみ変形量が変化する。カンチレバー１５のたわ
み変形量の変化量に応じて光検出器２３の受光面におけ
るレーザ光２１の反射スポットはその中心位置から変位
するので、探針・試料間の距離が設定された基準の一定
距離に保持されるように、後述するサーボ制御系によっ
て、試料表面に対する探針１４（カンチレバー１５）の
高さ位置が調整される。これにより光検出器２３の受光
面におけるレーザ光２１の反射スポットの位置も探針・
試料間の設定された一定間隔に応じた位置に保持され
る。A detection system for detecting the height position (displacement in the Z direction) of the probe 14 with respect to the sample surface is provided for the cantilever 15 arranged above the sample 13. This detection system is an optical lever type optical detection system configured by utilizing the flexural deformation of the cantilever 15 and laser light. The optical lever type optical detection system includes a laser light source 22 that irradiates a reflection surface formed on the back surface of the cantilever with a laser light 21, and a laser light source 21 that receives the laser light 21 reflected by the back surface. Composed of. The laser light source 22 and the photodetector 23 are, for example, the lower piezoelectric element 18
Is provided on the lower surface of the piezoelectric element 17 and moves up and down together with the expansion and contraction of the piezoelectric elements 17 and 18. A reflection spot of the laser light 21 reflected on the back surface of the cantilever 15 is incident on the four-divided light receiving surface of the photodetector 23. When the distance between the probe and the sample changes while the probe 14 receives the atomic force from the sample surface, the atomic force received by the probe changes, and the height position of the probe 14 is displaced, and the cantilever 1
The flexural deformation amount of 5 changes. The reflection spot of the laser light 21 on the light receiving surface of the photodetector 23 is displaced from its center position according to the amount of change in the flexural deformation amount of the cantilever 15, so that the distance between the probe and the sample is set as a reference constant distance. The height position of the probe 14 (cantilever 15) with respect to the sample surface is adjusted by the servo control system described later so that the height is held at. As a result, the position of the reflection spot of the laser beam 21 on the light receiving surface of the photodetector 23 is also
The sample is held at a position corresponding to the set constant interval between the samples.

【００２５】次に制御系について説明する。２４は圧電
素子１７のＺ方向の伸縮動作を制御するサーボ制御装置
である。サーボ制御装置２４は、上記の光検出器２３か
ら出力される探針・試料間距離を表す検出信号ｓ１を入
力する。サーボ制御装置２４は、入力された検出信号ｓ
１と設定された基準の一定距離を表す信号との差を求め
出力する減算器と、この減算器から出力された差信号が
０となるように圧電素子１７のＺ方向微動部を動作させ
る制御用電圧信号Ｖｚを作成して出力する制御回路とか
ら構成される。試料表面の各サンプリング位置におい
て、試料１３に対して探針・試料間で原子間力が作用す
る程度に探針が接近するように圧電素子１８によりカン
チレバー１５を移動させた状態で、上記の光てこ式光学
検出系、サーボ制御装置２４、圧電素子１７のＺ方向微
動部によってサーボ制御のフィードバックループが形成
され、このサーボ制御ループによってカンチレバー１５
のたわみ変形量が一定になるように保持され、探針・試
料間の距離が設定された基準距離に保持される。Next, the control system will be described. Reference numeral 24 is a servo control device for controlling the expansion / contraction operation of the piezoelectric element 17 in the Z direction. The servo control device 24 inputs the detection signal s1 that is output from the photodetector 23 and represents the probe-sample distance. The servo control device 24 receives the input detection signal s
A subtracter that finds and outputs a difference between 1 and a signal that represents a set reference constant distance, and a control that operates the Z-direction fine movement part of the piezoelectric element 17 so that the difference signal output from this subtractor becomes 0. And a control circuit that creates and outputs the voltage signal Vz for use. At each sampling position on the sample surface, the cantilever 15 is moved by the piezoelectric element 18 such that the probe approaches the sample 13 to the extent that an atomic force acts between the probe and the sample, and the above-mentioned light is emitted. A lever type optical detection system, a servo control device 24, and a Z direction fine movement portion of the piezoelectric element 17 form a feedback loop for servo control, and the servo control loop causes the cantilever 15 to move.
The amount of flexural deformation is held constant, and the distance between the probe and the sample is held at the set reference distance.

【００２６】２５は上位の制御装置であり、制御装置２
５は信号処理装置と記憶部と表示装置と入力部などから
なる例えばパーソナルコンピュータで構成されている。
制御装置２５は、電圧信号Ｖ₀ によってサーボ制御装置
２４内に設定される上記基準距離の情報を与えると共
に、サーボ制御装置２４から圧電素子１７のＺ方向微動
部に与えられる制御用電圧信号Ｖｚを入力するように構
成される。また制御装置２５は、主走査を行うためのＸ
Ｙ走査回路を内蔵し、試料１３を搭載しこれをＸＹ方向
に走査移動させるためのＸＹスキャナ１２に対してその
動作を制御する走査制御信号ｓ２を与える。試料１３を
移動させるための走査データは制御装置２５内のＸＹ走
査回路で生成され、走査制御信号ｓ２としてＸＹスキャ
ナ１２に出力されると共に制御装置２５の記憶部に保存
される。従って、制御装置２５の記憶部には試料１３の
表面における測定領域が走査範囲データとして記憶され
ている。特に本実施形態の場合、上記ＸＹスキャナ１２
を動作させることによりｍｍ（ミリメートル）級の広域
走査による広域測定が行える。制御装置２５は、測定領
域に関する上記の走査データ（サンプリング位置の位置
データ）と、各サンプリング位置でのサーボ用圧電素子
１７に印加される電圧信号Ｖｚ（試料１３の表面に対す
る高さデータ）とを組み合わせることにより、試料１３
の観察表面についての凹凸形状に関する画像データが作
成され、表示部の画面に観察画像が表示される。Reference numeral 25 denotes a higher-level control device, which is the control device 2
Reference numeral 5 is, for example, a personal computer including a signal processing device, a storage unit, a display device, and an input unit.
The control device 25 gives the information of the reference distance set in the servo control device 24 by the voltage signal V ₀ , and at the same time, outputs the control voltage signal Vz given from the servo control device 24 to the Z direction fine movement part of the piezoelectric element 17. Configured to enter. Further, the control device 25 controls the X for performing the main scanning.
A scanning control signal s2 for controlling the operation is applied to an XY scanner 12 which incorporates a Y scanning circuit, carries a sample 13, and scans and moves the sample 13 in the XY directions. Scan data for moving the sample 13 is generated by an XY scanning circuit in the control device 25, is output to the XY scanner 12 as a scan control signal s2, and is stored in the storage unit of the control device 25. Therefore, the measurement area on the surface of the sample 13 is stored in the storage unit of the control device 25 as scanning range data. Particularly in the case of this embodiment, the XY scanner 12
By operating the, it is possible to perform wide area measurement by wide area scanning of mm (millimeter) class. The control device 25 outputs the above-mentioned scan data (position data of sampling positions) regarding the measurement region and the voltage signal Vz (height data with respect to the surface of the sample 13) applied to the servo piezoelectric element 17 at each sampling position. Sample 13 by combining
Image data relating to the concavo-convex shape on the observation surface is created, and the observation image is displayed on the screen of the display unit.

【００２７】さらに制御装置２５は、或るサンプリング
位置での測定が終了した後、次のサンプリング位置へ移
動するときに、上記測定が終了した時点の圧電素子１７
への印加電圧Ｖｚをホールドすべくホールド信号ｓ３を
圧電素子１７へ与える。ホールド信号ｓ３は電圧素子１
７に印加される電圧Ｖｚの値のホールド状態をオンまた
はオフする。加えて制御装置２５は、伴走を行う従走査
のためのＸＹ走査回路を内蔵し、このＸＹ走査回路から
圧電素子１７のＸＹ方向微動部に対して走査信号ｓ４が
与えられる。Further, when the control device 25 moves to the next sampling position after the measurement at a certain sampling position is completed, the piezoelectric element 17 at the time when the above measurement is completed.
A hold signal s3 is applied to the piezoelectric element 17 to hold the applied voltage Vz to the piezoelectric element 17. The hold signal s3 is the voltage element 1
The hold state of the value of the voltage Vz applied to 7 is turned on or off. In addition, the control device 25 has a built-in XY scanning circuit for sub-scanning which is accompanied, and the scanning signal s4 is given from this XY scanning circuit to the XY direction fine movement part of the piezoelectric element 17.

【００２８】さらに制御装置２５は、Ｚ方向駆動装置１
６の接近・退避用圧電素子１８に対して接近動作のため
の伸張、および退避動作のための収縮を行わせるための
制御用電圧信号Ｖｒを出力する。電圧信号Ｖｒは試料表
面の測定領域でサンプリング位置のみで圧電素子１８に
与えられ、各サンプリング位置で圧電素子１８は探針１
４の接近・退避ための伸縮動作を行う。サンプリング位
置の間を探針１４が移動するときには、探針１４（カン
チレバー１５全体）は退避させられ、試料１３の表面か
ら離れた状態で移動を行う。試料１３の測定表面におけ
るサンプリング位置の位置情報は予め制御装置２５側に
用意される。また接近・退避用圧電素子１８の接近のた
めの伸張動作量および退避のための収縮動作量は予め制
御装置２５側で設定されている。Further, the controller 25 is a Z-direction drive unit 1.
A control voltage signal Vr for causing the approaching / retracting piezoelectric element 18 to perform expansion for approaching operation and contraction for retracting operation is output. The voltage signal Vr is given to the piezoelectric element 18 only at the sampling position in the measurement area on the sample surface, and the piezoelectric element 18 at each sampling position causes the probe 1
The expansion / contraction operation for approaching / withdrawing of 4 is performed. When the probe 14 moves between the sampling positions, the probe 14 (the cantilever 15 as a whole) is retracted, and the probe 14 is moved away from the surface of the sample 13. The position information of the sampling position on the measurement surface of the sample 13 is prepared in advance on the control device 25 side. Further, the amount of extension movement for approaching and retracting the piezoelectric element 18 and the amount of contraction movement for retracting are set in advance on the control device 25 side.

【００２９】図２を参照して上記構成を有する原子間力
顕微鏡の探針の接近・退避および測定の動作を説明す
る。図２では構成図（Ａ）とタイミングチャート（Ｂ）
が示される。The operation of approaching / retreating and measuring the probe of the atomic force microscope having the above construction will be described with reference to FIG. In FIG. 2, a configuration diagram (A) and a timing chart (B)
Is shown.

【００３０】この原子間力顕微鏡によれば前述の通り試
料１３の表面で広域測定を行うことが可能となる。広域
測定のために広域走査を行う必要があるが、ＸＹスキャ
ナ１２によって試料１３を移動することにより広域走査
が行われる。また試料１３の表面に対する探針１４の高
さ位置ＨはＺ方向駆動装置１６の圧電素子１７，１８の
伸縮動作で調整される。図２の上側の構成図（Ａ）に示
されるように、前述のごとくサンプリング位置での探針
の接近・退避動作は電圧信号Ｖｒで制御される圧電素子
１８の伸縮動作で行われ、サンプリング位置での測定・
観察のための動作は電圧信号Ｖｚで制御される圧電素子
１７の伸縮動作で行われる。なお広域走査範囲は一辺が
例えば２０ｍｍの正方形範囲であり、この広域走査範囲
で例えば５００点のサンプリング位置が設定される。ス
テージの走査方向とカンチレバーの設置方向はこれに限
定されるものではない。According to this atomic force microscope, it is possible to perform wide area measurement on the surface of the sample 13 as described above. Although it is necessary to perform wide area scanning for wide area measurement, wide area scanning is performed by moving the sample 13 by the XY scanner 12. The height position H of the probe 14 with respect to the surface of the sample 13 is adjusted by the expansion and contraction operation of the piezoelectric elements 17 and 18 of the Z-direction drive device 16. As shown in the upper configuration diagram (A) of FIG. 2, as described above, the approaching and retracting operations of the probe at the sampling position are performed by the expansion and contraction operation of the piezoelectric element 18 controlled by the voltage signal Vr, and the sampling position Measurement at
The operation for observation is performed by the expansion / contraction operation of the piezoelectric element 17 controlled by the voltage signal Vz. The wide-range scanning range is a square range having one side of 20 mm, for example, and 500 sampling points are set in the wide-range scanning range. The scanning direction of the stage and the installation direction of the cantilever are not limited to this.

【００３１】さらに図２のタイミングチャート（Ｂ）で
は、一例としてサンプリング位置Ｐ１で測定を行い、そ
の後サンプリング位置Ｐ２へ移動して測定を行う動作例
が示されている。タイミングチャート（Ｂ）では、上段
から、ＸＹスキャナ１２に含まれるＸスキャナによるＸ
方向の速度、電圧Ｖｚのホールド状態、サーボのオン・
オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）状態、電圧Ｖｚの変化状態、電圧
Ｖｒの印加状態（ＯＮ／ＯＦＦ状態）、試料表面からの
探針の高さＨの変化状態のそれぞれを示している。また
タイミングチャートで横軸は時間の経過を示すが、図２
では移動方向であるＸ方向に対応させて示している。Ｘ
スキャナによる速度は一定値に保持されるので、試料表
面に対して探針は停止することなく等速度で走査を継続
する。最初の状態ではサンプリング位置Ｐ１に到達す
る手前の状態であるので、探針１４は試料１３の表面か
ら離れ退避状態にて移動の状態にある。従って、電圧Ｖ
ｒはオフされており、圧電素子１８の変位は最少であ
る。また電圧Ｖｚのホールド状態はオンであって前回の
測定で決まった値に保持され、サーボ制御はオフの状態
になっている。状態ではサンプリング位置Ｐ１に到達
したので、サーボの状態がオンになり、電圧Ｖｚのホー
ルド状態が解除される。また電圧Ｖｒもオンになるの
で、圧電素子１８も伸張し、探針１４は試料の表面に接
近する。サーボ状態がオンになっているので、探針１４
が試料表面に接近して設定された基準距離になると、上
記サーボ制御系によりサーボが働く。実際に、探針１４
が予め設定された押し付け力で試料１３の表面に押し付
けられるように、圧電素子１７のＺ方向微動部は電圧Ｖ
ｚによって駆動される。圧電素子１７のＺ方向微動部が
作動し、サーボ制御系が働くことによって電圧Ｖｚが変
化する。サンプリング位置Ｐ１である状態に達したと
き、電圧Ｖｚが記録される。こうしてサンプリング位置
Ｐ１で試料表面の凹凸形状が測定される。その後の状態
では、次のサンプリング位置Ｐ２に移動するための準
備がなされる。すなわち電圧Ｖｒがオフになって圧電素
子１８を収縮させ、探針１４を試料表面から退避させ
る。さらに電圧Ｖｚのホールド状態をオンにし、サーボ
の状態をオフにする。この結果、探針１４は試料１３の
表面から離れた状態で次のサンプリング位置Ｐ２に向か
って移動する。次のサンプリング位置Ｐ２の状態で
も、前述と同様な動作が繰り返され、測定電圧Ｖｚが記
録される。Further, the timing chart (B) of FIG. 2 shows an operation example in which measurement is performed at the sampling position P1 and then the measurement is performed by moving to the sampling position P2. In the timing chart (B), X from the X scanner included in the XY scanner 12 is shown from the top.
Direction speed, voltage Vz hold status, servo on / off
The figure shows an off (ON / OFF) state, a voltage Vz change state, a voltage Vr application state (ON / OFF state), and a probe height H change from the sample surface. Also, in the timing chart, the horizontal axis indicates the passage of time, but FIG.
Indicates the direction of movement in the X direction. X
Since the speed of the scanner is maintained at a constant value, the probe continues scanning at a constant speed without stopping on the sample surface. In the initial state, the probe 14 is in a state before reaching the sampling position P1, and therefore the probe 14 is moving away from the surface of the sample 13 in the retracted state. Therefore, the voltage V
Since r is off, the displacement of the piezoelectric element 18 is minimal. Further, the hold state of the voltage Vz is on, the value is held at the value determined in the previous measurement, and the servo control is off. In the state, since the sampling position P1 is reached, the servo state is turned on and the hold state of the voltage Vz is released. Since the voltage Vr is also turned on, the piezoelectric element 18 also expands, and the probe 14 approaches the surface of the sample. Since the servo state is on, the probe 14
When comes to the reference distance set close to the sample surface, the servo is activated by the servo control system. Actually, the probe 14
Is pressed against the surface of the sample 13 with a preset pressing force, the Z direction fine movement part of the piezoelectric element 17 is applied with the voltage V.
driven by z. The Z direction fine movement portion of the piezoelectric element 17 operates and the servo control system operates, so that the voltage Vz changes. When the state at the sampling position P1 is reached, the voltage Vz is recorded. In this way, the uneven shape of the sample surface is measured at the sampling position P1. In the subsequent state, preparations are made for moving to the next sampling position P2. That is, the voltage Vr is turned off, the piezoelectric element 18 is contracted, and the probe 14 is retracted from the sample surface. Further, the voltage Vz hold state is turned on, and the servo state is turned off. As a result, the probe 14 moves toward the next sampling position P2 while being separated from the surface of the sample 13. In the next sampling position P2, the same operation as described above is repeated and the measured voltage Vz is recorded.

【００３２】上記の動作において、試料表面からの探針
の高さＨの変化によって、探針の接近動作、退避動作が
明らかにされる。サンプリング位置Ｐ１，Ｐ２のみで接
近動作が行われ、このとき電圧Ｖｒのホールド状態が解
除されかつサーボがオンになって圧電素子１７のＺ方向
微動部を駆動することによって駆動用電圧Ｖｚを求め、
本来の試料表面測定が行われる。サンプリング位置での
測定を行った後に次のサンプリング位置へ移動するとき
には、圧電素子１７のＺ方向微動部を駆動する印加電圧
Ｖｚをホールドする。これにより、広域の走査範囲によ
る測定であっても、設定されたサンプリング位置のみで
試料表面に接近してサーボ制御系の作用により測定を行
って電圧Ｖｚを取得し、サンプリング位置の間の移動で
は電圧Ｖｚをホールドすることにより、接近・退避動作
を行わない従来の通常の原子間力顕微鏡による狭域測定
と同等の精度の測定を行うことができる。またサンプリ
ング位置の間の移動は試料表面から探針を退避させた状
態で移動するので、移動中に探針が資料表面に接触する
のを防止し、探針の摩耗を防止でき、大視野観察を高速
に行うことができる。In the above operation, the approaching or retracting operation of the probe is clarified by the change in the height H of the probe from the sample surface. The approaching operation is performed only at the sampling positions P1 and P2. At this time, the hold state of the voltage Vr is released and the servo is turned on to drive the Z direction fine movement part of the piezoelectric element 17 to obtain the driving voltage Vz,
The original sample surface measurement is performed. When moving to the next sampling position after the measurement at the sampling position, the applied voltage Vz for driving the Z direction fine movement part of the piezoelectric element 17 is held. As a result, even in the case of measurement in a wide scanning range, the sample surface is approached only at the set sampling position, the measurement is performed by the action of the servo control system, and the voltage Vz is acquired. By holding the voltage Vz, it is possible to perform the measurement with the same accuracy as the narrow area measurement by the conventional normal atomic force microscope that does not perform the approaching / retracting operation. In addition, the movement between the sampling positions moves with the probe retracted from the sample surface, preventing the probe from contacting the surface of the sample during movement and preventing wear of the probe, thus enabling large-field observation. Can be done at high speed.

【００３３】次に図３を参照して、原子間力顕微鏡の探
針の接近・退避および測定の動作を図解した図２に関連
させて、測定動作の際の伴走動作について説明する。図
３においても、構成図（Ａ）と、ＸＹスキャナ１２によ
る走査移動と圧電素子１７のＸＹ方向微動部による走査
移動のタイミングチャート（Ｂ）が示されている。図３
のタイミングチャート（Ｂ）では、圧電素子１７のＸＹ
方向微動部（従スキャナ）の従走査用の速度、ＸＹスキ
ャナ（主スキャナ）１２の主走査用の速度、それらの速
度に基づく探針と試料の間の相対速度、試料表面からの
探針高さＨがそれぞれ示されている。図３において、構
成図（Ａ）、（Ｂ）におけるサンプリング位置Ｐ１，Ｐ
２、状態〜は、図２で説明されたものと同じであ
る。Next, referring to FIG. 3, the accompanying operation at the time of the measurement operation will be described with reference to FIG. 2 which illustrates the operation of approaching and retracting the probe of the atomic force microscope and the measurement operation. FIG. 3 also shows a configuration diagram (A) and a timing chart (B) of the scanning movement by the XY scanner 12 and the scanning movement by the XY direction fine movement part of the piezoelectric element 17. Figure 3
In the timing chart (B) of FIG.
Velocity for fine scanning of the direction fine movement part (subordinate scanner), velocity for main scanning of the XY scanner (main scanner) 12, relative velocity between the probe and the sample based on these velocity, probe height from the sample surface Each H is shown. In FIG. 3, sampling positions P1 and P in the configuration diagrams (A) and (B) are used.
2. State-is the same as that described in FIG.

【００３４】前述の通り、サンプリング位置Ｐ１では、
制御装置２５の制御の下でＸＹスキャナ１２が例えばＸ
方向に試料１３を一定速度（等速度）で移動させ、主走
査用の移動を行っている。サンプリング位置Ｐ１で、前
述のごとく探針１４が試料１３の表面に接近を開始する
と、同時に、制御装置２５は走査信号ｓ４によって圧電
素子１７のＸＹ方向微動部の動作を制御し、特にこの場
合にはＸ方向の微動に関して、ＸＹスキャナ１２による
Ｘ方向の移動速度と同等の速度で移動を開始する。その
結果、測定動作（高さデータサンプリング）のために探
針１４が試料表面に接近する区間３１において、試料１
３の移動に対して探針１４が伴走することになり、試料
１３に対する探針１４の相対速度が実質的に０になる。
この区間３１において、前述のごとく試料表面の追従動
作が行われ、状態で圧電素子１７のサーボ制御信号で
ある電圧Ｖｚを利用してＺ方向の高さ情報が読み出され
る。区間３１を定める従走査のためのストロークは例え
ば１０μｍ程度である。測定動作が終了し、区間３１が
終了する時点（状態）になると、前述のごとく探針１
４は試料の表面から退避させられるが、このとき制御装
置２５は同時に圧電素子１７のＸＹ方向微動部を逆走動
作させる。区間３２は逆走の区間を示している。逆走が
完了（状態）した後、区間３３では圧電素子１７のＸ
Ｙ方向微動部は停止状態に保持される。次のサンプリン
グ位置Ｐ２が到来すると、以上の伴走動作および逆走動
作を繰り返す。こうして多数のサンプリング位置が到来
するたびに上記相対速度が０になるような伴走動作が間
欠的に繰り返される。上記のごとく、サンプリングの際
に伴走動作が行われるため、探針が試料表面に接近し、
離れるまでの間、探針に試料表面に平行な力が働くこと
を防止することができる。このため、探針（カンチレバ
ー）のＺ方向の変位のみでサーボ制御を行うことがで
き、測定の再現性が向上し、測定の信頼性が向上する。
また探針で試料表面を測定する際に、試料ステージであ
るＸＹスキャナ１２の等速の移動を止めることなく測定
を行うことができるので、測定のスループットを向上す
ることができる。As described above, at the sampling position P1,
Under the control of the control device 25, the XY scanner 12 operates, for example, in X
The sample 13 is moved in the direction at a constant speed (constant speed) to perform the main scanning movement. When the probe 14 starts approaching the surface of the sample 13 at the sampling position P1 as described above, at the same time, the controller 25 controls the operation of the XY-direction fine movement part of the piezoelectric element 17 by the scanning signal s4. With respect to the fine movement in the X direction, starts moving at a speed equivalent to the moving speed in the X direction by the XY scanner 12. As a result, in the section 31 in which the probe 14 approaches the sample surface for the measurement operation (height data sampling), the sample 1
The probe 14 accompanies the movement of 3 and the relative speed of the probe 14 with respect to the sample 13 becomes substantially zero.
In this section 31, the follow-up operation of the sample surface is performed as described above, and in the state, the height information in the Z direction is read out by using the voltage Vz which is the servo control signal of the piezoelectric element 17. The stroke for sub-scanning that defines the section 31 is, for example, about 10 μm. When the measurement operation ends and the section 31 ends (state), as described above, the probe 1
4 is retracted from the surface of the sample, but at this time, the control device 25 simultaneously causes the XY direction fine movement part of the piezoelectric element 17 to run in the reverse direction. A section 32 indicates a reverse running section. After the reverse running is completed (state), the X of the piezoelectric element 17 is X in the section 33.
The Y direction fine movement part is held in a stopped state. When the next sampling position P2 arrives, the accompanying operation and the reverse operation are repeated. In this way, the accompaniment operation such that the relative speed becomes zero each time a large number of sampling positions arrive is intermittently repeated. As described above, since the accompaniment motion is performed during sampling, the probe approaches the sample surface,
The force parallel to the sample surface can be prevented from acting on the probe until the probe is separated. Therefore, the servo control can be performed only by the displacement of the probe (cantilever) in the Z direction, the reproducibility of measurement is improved, and the reliability of measurement is improved.
Further, when the sample surface is measured by the probe, the measurement can be performed without stopping the movement of the XY scanner 12, which is the sample stage, at a constant speed, so that the measurement throughput can be improved.

【００３５】上記の実施形態では、各サンプリング位置
で探針１４を試料表面に接近させたとき、探針を伴走を
行った後に逆走するようにしたが、サンプリング位置ご
とでの逆走は必ず必須のものではない。例えば、図３に
示されるようなＸ方向の或る走査ラインでの＋側への走
査における測定で各サンプリング位置で接近時に伴走を
行って退避時は補助移動機構を停止して次のサンプリン
グ位置で接近したときのみ伴走を繰り返しＸ方向の走査
ラインの最終まで測定を行い、その後、走査ラインを次
の走査ラインに変更して（Ｙ方向に所定量送り）Ｘ方向
の−側への走査で各サンプリング位置での接近時にＸ方
向の−側（先ほどとは反対側）へ伴走を行うように構成
すれば、探針位置をもとの所定位置に戻すための前述の
サンプリング位置での逆走動作は不要となる。In the above-described embodiment, when the probe 14 is brought close to the sample surface at each sampling position, the probe is made to run and then run in reverse. It is not mandatory. For example, as shown in FIG. 3, in the scanning to the + side in a certain scanning line in the X direction, the auxiliary movement mechanism is stopped when the vehicle approaches each sampling position, and the auxiliary moving mechanism is stopped when the vehicle retreats. When the scanning line in the X direction is repeated, the measurement is repeated until the end of the scanning line in the X direction. If it is configured so as to run along the − side of X direction (the side opposite to the previous one) when approaching at each sampling position, it will run backward at the above sampling position to return the probe position to the original predetermined position. No action is required.

【００３６】上記の実施形態では、サンプリング位置で
探針を試料表面に接近させ測定動作を行うとき、ＸＹス
キャナによる走査移動と同等速度で同方向に伴走用の走
査移動を生じさせる補助移動機構として圧電素子１７の
ＸＹ方向微動部を利用したが、圧電素子１７とは別途の
構成で補助移動機構を設けることができるのは勿論であ
る。In the above-described embodiment, when the probe is brought close to the sample surface at the sampling position and the measurement operation is performed, an auxiliary movement mechanism is provided for causing the accompanying scanning movement in the same direction at the same speed as the scanning movement by the XY scanner. Although the XY-direction fine movement portion of the piezoelectric element 17 is used, it goes without saying that the auxiliary movement mechanism can be provided in a configuration separate from the piezoelectric element 17.

【００３７】図１と図２に示された前述の実施形態で
は、広域で設定された領域で測定を行うときに、走査範
囲で設定された多数のサンプリング位置の各々で探針１
４（カンチレバー１５）を接近させ、退避させるため
に、圧電素子１７，１８の２段構成でＺ方向駆動装置１
６を構成したが、接近・退避のためのＺ方向駆動装置に
は前述の構成に限定されない。In the above-described embodiment shown in FIGS. 1 and 2, when the measurement is performed in a region set in a wide area, the probe 1 is set at each of a large number of sampling positions set in the scanning range.
In order to bring the 4 (cantilever 15) closer and retract, the Z-direction driving device 1 is configured with a two-stage configuration of the piezoelectric elements 17 and 18.
However, the Z-direction drive device for approaching and retracting is not limited to the above-described configuration.

【００３８】図４と図５に２段の圧電素子で構成される
他のＺ方向駆動装置の構成例と動作例を示す。前述した
実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には同一
の符号を付し、その説明を省略する。FIG. 4 and FIG. 5 show a structural example and an operational example of another Z-direction driving device composed of two-stage piezoelectric elements. Elements that are substantially the same as the elements described in the above-described embodiments are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted.

【００３９】この例ではＺ方向駆動装置１６は圧電素子
５１，５２の２段構成となっている。下側の圧電素子５
１はＺ方向の探針移動に関してサーボ用圧電素子であ
る。圧電素子５１は測定の際の表面追従のサーボ用圧電
素子としてのみ使用される。上側の圧電素子５２は接近
・退避動作専用の圧電素子として使用される。In this example, the Z-direction driving device 16 has a two-stage structure of piezoelectric elements 51 and 52. Lower piezoelectric element 5
Reference numeral 1 is a servo piezoelectric element for movement of the probe in the Z direction. The piezoelectric element 51 is used only as a servo piezoelectric element that follows the surface during measurement. The upper piezoelectric element 52 is used as a piezoelectric element dedicated to the approaching / retracting operation.

【００４０】図４では前述のサーボ制御装置２４と制御
装置２５の内部構造の一例が示されている。サーボ制御
装置２４は、基準距離を設定するための信号ｓ０を出力
する基準距離設定器３１と、信号ｓ１と信号ｓ０の偏差
Δｓを算出する減算器３２と、偏差Δｓに基づき制御信
号Ｖｚを出力する制御回路３３とから構成されている。
また制御装置２５は、信号処理装置４１と表示装置４２
とＸＹ走査回路４３を内蔵する。サンプリング位置にお
ける探針の接近・退避の動作は、接近・退避用信号ｓ５
に基づき圧電素子５２の伸縮動作によって行われる。こ
の接近・退避用信号ｓ５は周期的に発生するパルス信号
であり、前述の電圧信号Ｖｒと実質的に同じものであ
る。接近・退避用信号ｓ５は、別途に設けた前述の接近
・退避信号供給器から与えられるように構成することが
できるし、あるいは上位の制御装置２５の信号処理装置
４１から与えられるように構成することもできる。FIG. 4 shows an example of the internal structure of the servo control device 24 and the control device 25 described above. The servo control device 24 outputs a signal s0 for setting the reference distance, a reference distance setter 31, a subtractor 32 for calculating a deviation Δs between the signals s1 and s0, and a control signal Vz based on the deviation Δs. And a control circuit 33 that operates.
The control device 25 also includes a signal processing device 41 and a display device 42.
And an XY scanning circuit 43. The approach / retract operation of the probe at the sampling position is performed by the approach / retract signal s5.
The expansion and contraction operation of the piezoelectric element 52 is performed based on The approaching / retracting signal s5 is a pulse signal that is periodically generated, and is substantially the same as the voltage signal Vr described above. The approaching / retracting signal s5 can be configured to be provided from the separately provided approaching / retracting signal supplier, or can be configured to be provided from the signal processing device 41 of the host controller 25. You can also

【００４１】図５は前述の図２に対応する図である。図
５で、（Ａ）で試料１３に対する圧電素子５２の接近・
退避の動作状態（ａ，ｂ）を示し、（Ｂ）でタイミング
チャートを示し、このタイミングチャート（Ｂ）では前
述の実施形態と同様なサンプリング位置Ｐ１，Ｐ２での
測定動作例が示されている。図５のタイミングチャート
（Ｂ）では、上段から、ＸＹスキャナ１２に含まれるＸ
スキャナによるＸ方向の速度、基準距離を設定する信号
ｓ０、接近・退避用の信号ｓ５、探針・試料間距離、電
圧Ｖｚの変化状態のそれぞれを示している。またタイミ
ングチャートで横軸は移動方向であるＸ方向に対応させ
ている。探針・試料間距離は、信号ｓ５で正パルス電圧
５３が発生するときには０になり（区間）、正パルス
電圧５３が発生していないときには退避状態の一定距離
で離れた状態にある（区間）。またサーボ用圧電素子
５１に印加される電圧Ｖｚに関しては、サンプリング位
置（Ｐ１，Ｐ２）に対応する区間では探針が試料表面
に接近して試料表面に追従するので、Ｖｚのサーボ値と
なり、移動のための区間では探針は試料表面から退避
し離れた状態で移動しているので、探針・試料間距離を
基準距離にすべく圧電素子５１は最大ストロークで伸
び、Ｖｚの最大値となっている。サンプリング位置Ｐ
１，Ｐ２の区間内の１点のＶｚのサーボ値を測定デー
タとして取得する。接近・退避動作のための圧電素子５
２の伸縮動作について、圧電素子５２の駆動範囲におけ
る最大位置と最小位置の両端で行うこともできるし、あ
るいは、駆動範囲における一定位置と他の一定位置の間
の２点間で行うこともできる。以上の構成によれば、測
定動作用のサーボ用圧電素子５１に対して独立させて別
個に設けた接近・退避用の圧電素子５２によって、サン
プリング位置で探針１４を試料１３の表面に対して接近
・退避させることが可能となる。この構成によって、前
述の実施形態で説明した効果を発揮しつつ広域走査によ
って広域測定を行うことができる。第３の実施形態にお
いても、測定のための制御動作では、サーボ制御系が常
に能動状態に保持され、圧電素子５１の動作に関してサ
ーボ制御が継続される。FIG. 5 is a diagram corresponding to FIG. 2 described above. In FIG. 5, the piezoelectric element 52 approaches the sample 13 in (A).
The saving operation states (a, b) are shown, (B) shows a timing chart, and this timing chart (B) shows an example of measurement operation at the sampling positions P1, P2 similar to the above-described embodiment. . In the timing chart (B) of FIG. 5, the X included in the XY scanner 12 is shown from the top.
The speed of the scanner in the X direction, the signal s0 for setting the reference distance, the approach / retract signal s5, the probe-sample distance, and the changing state of the voltage Vz are shown. Further, in the timing chart, the horizontal axis corresponds to the X direction which is the moving direction. The probe-sample distance becomes 0 when the positive pulse voltage 53 is generated by the signal s5 (section), and when the positive pulse voltage 53 is not generated, it is in a retracted state at a constant distance (section). . With respect to the voltage Vz applied to the servo piezoelectric element 51, the probe approaches the sample surface and follows the sample surface in the section corresponding to the sampling positions (P1, P2), and thus becomes the servo value of Vz and moves. In the section for, the probe is moving away from the sample surface, so that the piezoelectric element 51 expands at the maximum stroke and reaches the maximum value of Vz so that the probe-sample distance becomes the reference distance. ing. Sampling position P
The servo value of Vz at one point in the section of 1, P2 is acquired as measurement data. Piezoelectric element 5 for approaching and retracting
The expansion / contraction operation 2 can be performed at both ends of the maximum position and the minimum position in the drive range of the piezoelectric element 52, or can be performed between two points between a constant position and another constant position in the drive range. . According to the above configuration, the probe 14 is moved to the surface of the sample 13 at the sampling position by the approaching / retracting piezoelectric element 52 which is provided independently of the servo piezoelectric element 51 for measurement operation. It is possible to approach and evacuate. With this configuration, it is possible to perform wide area measurement by wide area scanning while exhibiting the effects described in the above embodiments. Also in the third embodiment, in the control operation for measurement, the servo control system is always held in the active state, and the servo control is continued with respect to the operation of the piezoelectric element 51.

【００４２】上記のごとく広域測定での各サンプリング
位置で探針が接近・退避するときに、前述したように、
探針に伴走および逆走の各動作を行わせる。この場合に
は、伴走・逆走用の補助移動機構は、例えばＺ方向駆動
装置１６の全体を動かす機構として別途に設けられる。
補助移動機構としては任意の装置を使用することができ
る。また本実施形態の場合にも前述のごとく逆走は必須
の要件ではない。As described above, when the probe approaches and retracts at each sampling position in the wide area measurement, as described above,
Let the probe perform each of the following and backward movements. In this case, the auxiliary traveling mechanism for accompanying / reverse traveling is separately provided as a mechanism for moving the entire Z-direction drive device 16, for example.
Any device can be used as the auxiliary movement mechanism. Also in the case of this embodiment, reverse running is not an essential requirement as described above.

【００４３】図６と図７に単一の圧電素子で構成される
他のＺ方向駆動装置の構成例と動作例を示す。前述した
各実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には同
一の符号を付し、その説明を省略する。この構成例では
Ｚ方向駆動装置１６は単一の圧電素子６１で構成されて
いる点に特徴がある。単一の圧電素子６１によって、前
述のごとくサンプリング位置での接近・退避動作と、表
面追従の測定動作を行うようにしている。試料ステージ
であるＸＹスキャナ１２、試料１３、探針１４、カンチ
レバー１５、レーザ光源２２、光検出器２３の構成は前
述したもの同じである。FIG. 6 and FIG. 7 show a structural example and an operational example of another Z-direction driving device composed of a single piezoelectric element. Elements that are substantially the same as the elements described in each of the above-described embodiments are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted. This configuration example is characterized in that the Z-direction driving device 16 is composed of a single piezoelectric element 61. As described above, the single piezoelectric element 61 is used to perform the approaching / retracting operation at the sampling position and the surface following measurement operation. The configurations of the XY scanner 12, the sample 13, the probe 14, the cantilever 15, the laser light source 22, and the photodetector 23, which are sample stages, are the same as those described above.

【００４４】サーボ制御装置２４は、図４で示した構成
と比較すると、Ｚ方向駆動装置１６を単一の圧電素子６
１で構成した観点から、加算器３４と接近・退避信号供
給器３５とが付設されたという点が異なる。このサーボ
制御装置３０では、加算器３４で、基準距離設定器３１
から出力される基準距離に関する電圧信号ｓ０と、接近
・退避信号供給器３５から出力される接近・退避用の電
圧信号ｓ０１とが加算（合成）される。そして減算器３
２で、加算器３４から出力される電圧信号ｓ０２と、入
力された検出信号ｓ１と加算器３４から出力される電圧
信号ｓ０２との差を求めれる。制御回路３３は、減算器
３２から出力された差信号Δｓが０となるように、圧電
素子６１を動作させる制御用電圧信号Ｖｚを出力する。
上記の接近・退避用の電圧信号ｓ０１は周期的に出力さ
れるパルス信号である。加算器３４から出力される電圧
信号ｓ０２は、電圧信号ｓ０と接近・退避動作を行わせ
るための電圧信号ｓ０１とを加えたものである。制御回
路３３から出力された制御用電圧信号Ｖｚは圧電素子６
１に印加される。また制御装置２５の構成は前述したも
のと同じである。上記の構成によれば、測定が開始され
ると、サーボ制御系は常に能動状態に維持され、サンプ
リング位置の間の移動時およびサンプリング位置での測
定時のそれぞれで圧電素子６１の伸縮動作に関してサー
ボ制御が継続される。The servo control device 24 compares the Z-direction drive device 16 with the single piezoelectric element 6 as compared with the configuration shown in FIG.
From the viewpoint of the configuration of No. 1, it is different in that an adder 34 and an approach / retraction signal supply unit 35 are additionally provided. In the servo control device 30, the adder 34 is used as the reference distance setting device 31.
The voltage signal s0 relating to the reference distance output from the above is added (combined) with the approaching / withdrawing voltage signal s01 output from the approaching / withdrawing signal supplier 35. And subtractor 3
At 2, the difference between the voltage signal s02 output from the adder 34 and the input detection signal s1 and the voltage signal s02 output from the adder 34 is obtained. The control circuit 33 outputs the control voltage signal Vz for operating the piezoelectric element 61 so that the difference signal Δs output from the subtractor 32 becomes zero.
The approaching / retracting voltage signal s01 is a pulse signal that is periodically output. The voltage signal s02 output from the adder 34 is obtained by adding the voltage signal s0 and the voltage signal s01 for performing the approach / retract operation. The control voltage signal Vz output from the control circuit 33 is the piezoelectric element 6
1 is applied. The configuration of the control device 25 is the same as that described above. According to the above configuration, when the measurement is started, the servo control system is always maintained in the active state, and the servo control system performs the servo operation regarding the expansion / contraction operation of the piezoelectric element 61 during the movement between the sampling positions and the measurement at the sampling position. Control continues.

【００４５】図７を参照して、図６に示した構成に基づ
く測定動作を説明する。図７において（Ａ）で試料１３
に対する圧電素子６１の接近・退避の動作を示し、
（Ｂ）でタイミングチャートを示している。この原子間
力顕微鏡によれば、圧電素子６１は、印加電圧Ｖｚで伸
縮動作を行い、サンプリング位置では、接近・退避信号
ｓ０１によって圧電素子６１は破線で示すごとく大きく
伸び、探針１４（カンチレバー１５）を試料１３の表面
に接近させて押し付ける（状態ａ）と共に、この状態で
サーボ制御系に基づき試料表面を追従して表面の凹凸を
測定し、その後、接近・退避信号ｓ０１によって圧電素
子６１は実線で示すごとく大きく縮み、探針１４を試料
１３の表面から退避させ（状態ｂ）、次のサンプリング
位置への移動を行う。The measurement operation based on the configuration shown in FIG. 6 will be described with reference to FIG. In FIG. 7, (A) is sample 13
Showing the operation of approaching and retracting the piezoelectric element 61 with respect to
A timing chart is shown in (B). According to this atomic force microscope, the piezoelectric element 61 expands and contracts with the applied voltage Vz, and at the sampling position, the piezoelectric element 61 greatly expands as indicated by the broken line by the approach / retraction signal s01, and the probe 14 (cantilever 15 ) Is pressed close to the surface of the sample 13 (state a), and in this state, the surface of the sample is tracked by the servo control system to measure the surface irregularities, and then the piezoelectric element 61 is moved by the approach / retract signal s01. As shown by the solid line, the probe 14 is greatly contracted, the probe 14 is retracted from the surface of the sample 13 (state b), and the probe 14 is moved to the next sampling position.

【００４６】図７のタイミングチャート（Ｂ）では、上
段から、ＸＹスキャナ１２に含まれるＸスキャナによる
Ｘ方向の速度、基準距離を設定する信号ｓ０、接近・退
避用の信号ｓ０１、信号ｓ０と信号ｓ０１の和、電圧Ｖ
ｚの変化状態のそれぞれを示す。探針１４が試料１３の
表面に接近させられる場合において探針・試料間の距離
を設定する信号ｓ０は、常に、予め設定された値（電圧
値Ｖ₀ ＞０）に常に保たれている。原子間力顕微鏡によ
る測定という意味で、本実施形態による測定の構成によ
れば、サーボ制御が常にかかった状態に保持され、サー
ボ制御が継続されている。信号ｓ０は正の一定電圧に設
定されているので、実際に探針が試料表面に接近させら
れると、探針は試料表面に押し付けられる。探針を試料
表面に押し付ける押付け力は、信号ｓ０の電圧値Ｖ₀ に
よって決められる。測定を行うサンプリング位置Ｐ１，
Ｐ２では、接近・退避信号供給器３５から出力される接
近・退避用の電圧信号ｓ０１は０になっており、加算器
３４から出力される電圧信号ｓ０２はｓ０である。従っ
て、各サンプリング位置では、従来の原子間力顕微鏡に
おける場合と同様に、試料表面の追従に基づく表面測定
が行われる。サンプリング位置Ｐ１で測定が終了した
後、次のサンプリング位置Ｐ２に移動するが、このとき
には接近・退避信号供給器３５から−Ｖ₁ が出力され
る。この電圧値はその絶対値が上記電圧Ｖ₀ よりも大き
く、負の電圧である。従って加算器３４から出力される
電圧信号ｓ０２（＝ｓ０＋ｓ０１）は−Ｖ₂ （＝Ｖ₀ −
Ｖ₁ ）となる。その結果、試料表面に対する探針の押付
け力は、負の押付け力すなわち引力に設定される。サー
ボ制御系は前述の通り常に効いているので、押付け力が
負になると、探針１４は試料表面から退避させられる。
実際には、表面張力を越える負の力には制御できないの
で、探針は完全に退避し、この状態においてサーボ制御
系は保持される。従って、探針は試料表面から離れた状
態で、サンプリング位置Ｐ１から次のサンプリング位置
Ｐ２へ移動する。サンプリング位置Ｐ２に来ると、接近
・退避信号供給器３５の出力が一定期間０になり、その
間、加算器３４から出力される電圧信号ｓ０２がＶ₀ に
なり、圧電素子６１は大きく伸びて探針１４が試料１３
の表面に押し付けられ、表面追従に基づく測定が行われ
る。なお圧電素子６１に印加される制御用の電圧Ｖｚ
は、探針１４が試料１３の表面に接近した状態では、前
述した通りサーボ制御系の継続的な働きにより試料表面
に追従するように圧電素子６１の伸縮動作を制御するの
で、図７（Ｂ）に示されるように、パルス状の電圧４４
の上に試料表面の凹凸分の信号４５が重畳されていると
いう特性を有する。In the timing chart (B) of FIG. 7, the signal s0 for setting the speed in the X direction by the X scanner included in the XY scanner 12 and the reference distance, the signal s01 for approaching / withdrawing, and the signal s0 from the top. sum of s01, voltage V
Each of the changing states of z is shown. When the probe 14 is brought close to the surface of the sample 13, the signal s0 that sets the distance between the probe and the sample is always kept at a preset value (voltage value V ₀ > 0). In terms of measurement by an atomic force microscope, according to the measurement configuration of the present embodiment, the servo control is always maintained and the servo control is continued. Since the signal s0 is set to a positive constant voltage, when the probe is actually brought close to the sample surface, the probe is pressed against the sample surface. The pressing force for pressing the probe against the sample surface is determined by the voltage value V ₀ of the signal s0. Sampling position P1 for measurement
At P2, the approaching / withdrawing voltage signal s01 output from the approaching / withdrawing signal supplier 35 is 0, and the voltage signal s02 output from the adder 34 is s0. Therefore, at each sampling position, the surface measurement based on the follow-up of the sample surface is performed as in the case of the conventional atomic force microscope. After the measurement is completed at the sampling position P1, it moves to the next sampling position P2. At this time, -V ₁ is output from the approach / retraction signal supplier 35. This voltage value is a negative voltage whose absolute value is larger than the voltage V ₀ . Thus the adder 34 a voltage signal output from s02 (= s0 + s01) is -V ₂ (= V ₀ -
V ₁ ). As a result, the pressing force of the probe against the sample surface is set to a negative pressing force, that is, an attractive force. Since the servo control system is always effective as described above, when the pressing force becomes negative, the probe 14 is retracted from the sample surface.
Actually, since the negative force exceeding the surface tension cannot be controlled, the probe is completely retracted, and the servo control system is held in this state. Therefore, the probe moves from the sampling position P1 to the next sampling position P2 while being separated from the sample surface. When the sampling position P2 is reached, the output of the approach / retraction signal supply unit 35 becomes 0 for a certain period of time, during which the voltage signal s02 output from the adder 34 becomes V ₀ , the piezoelectric element 61 expands greatly, and the probe tip extends. 14 is sample 13
It is pressed against the surface of and the measurement based on surface tracking is performed. The control voltage Vz applied to the piezoelectric element 61
When the probe 14 approaches the surface of the sample 13, the expansion / contraction operation of the piezoelectric element 61 is controlled so as to follow the surface of the sample by the continuous operation of the servo control system as described above. ), The pulsed voltage 44
It has a characteristic that the signal 45 of the unevenness of the sample surface is superimposed on.

【００４７】上記のごとく広域測定での各サンプリング
位置で探針が接近・退避するときに、前述したように、
探針に伴走および逆走の各動作を行わせる。この場合に
は、伴走・逆走用の補助移動機構は、例えばＺ方向駆動
装置１６の全体を動かす機構として別途に設けられる。
補助移動機構としては任意の装置を使用することができ
る。また本実施形態の場合にも前述のごとく逆走は必須
の要件ではない。As described above, when the probe approaches / retracts at each sampling position in the wide area measurement as described above,
Let the probe perform each of the following and backward movements. In this case, the auxiliary traveling mechanism for accompanying / reverse traveling is separately provided as a mechanism for moving the entire Z-direction drive device 16, for example.
Any device can be used as the auxiliary movement mechanism. Also in the case of this embodiment, reverse running is not an essential requirement as described above.

【００４８】また上記の接近・退避用圧電素子の代わり
に、一般的な接近・駆動用の駆動装置、例えばモータを
利用した駆動装置、空圧や油圧を利用した駆動装置を用
いることもできる。このような構成では、接近・退避用
駆動装置に前述のサーボ用圧電素子を付設した構成が好
ましい。Instead of the approaching / retracting piezoelectric element, a general approaching / driving drive device, for example, a drive device using a motor, or a drive device using pneumatic pressure or hydraulic pressure can be used. In such a structure, it is preferable that the above-described servo piezoelectric element is attached to the approaching / retracting drive device.

【００４９】上記実施形態では、広域走査を行える移動
機構として試料側を移動させるＸＹスキャナを設けた
が、探針側に移動機構を設けることもできる。また走査
型プローブ顕微鏡の例として原子間力顕微鏡について説
明したが、他の方式の走査型プローブ顕微鏡に対しても
本発明を適用できるのは勿論である。In the above embodiment, the XY scanner for moving the sample side is provided as the moving mechanism capable of performing the wide area scanning, but the moving mechanism may be provided on the probe side. Although the atomic force microscope has been described as an example of the scanning probe microscope, the present invention can be applied to other types of scanning probe microscopes.

【００５０】[0050]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、試料表面を探針で広域走査できる移動機構を設
け、測定の際に試料表面を追従する探針の変位を生じさ
せる圧電素子と、試料表面に対する探針の接近、試料表
面からの探針の退避を行う駆動装置を設け、広域の測定
領域における各サンプリング位置での接近・退避動作お
よび測定動作を行えるようにしたため、ｍｍ級の広い走
査範囲に対する試料表面の凹凸情報をｎｍ以下の分解能
で測定することができ、さらに、かかる広域測定におい
て、測定動作を行うべくサンプリング位置で探針が試料
表面に接近するとき、試料に対する探針の相対速度が０
になるように伴走動作を行わせるように構成したため、
試料表面に平行力の成分を０にでき、測定の再現性が向
上し、測定の信頼性を向上することができる。さらに摩
擦力の影響をなくすことができるため、探針の摩耗をな
くすことができ、超広域の測定を可能にし、探針の交換
頻度を低減し、スループットを向上することができる。
また走査において試料を等速度で移動させ、止める必要
がないので、スループットをさらに向上させることがで
きる。As is apparent from the above description, according to the present invention, the piezoelectric mechanism for providing the displacement of the probe that follows the sample surface during measurement is provided with the moving mechanism capable of scanning the sample surface over a wide area with the probe. Since an element and a drive device for approaching the probe to the sample surface and retracting the probe from the sample surface are provided to enable the approach / retract operation and measurement operation at each sampling position in a wide measurement area, mm It is possible to measure unevenness information on the sample surface with a resolution of nm or less for a wide scanning range of a class, and further, in such wide area measurement, when the probe approaches the sample surface at the sampling position to perform the measurement operation, Relative velocity of probe is 0
Since it was configured to perform accompanying motion so that
The component of the parallel force on the sample surface can be made zero, the reproducibility of the measurement can be improved, and the reliability of the measurement can be improved. Further, since it is possible to eliminate the influence of frictional force, it is possible to eliminate the wear of the probe, it is possible to measure in a very wide area, the frequency of replacement of the probe can be reduced, and the throughput can be improved.
Further, since it is not necessary to move the sample at a constant speed during scanning and stop it, the throughput can be further improved.

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

【図１】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の全体シス
テムを示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an entire system of a scanning probe microscope according to the present invention.

【図２】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の測定の際
の接近・退避の動作を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining an approaching / withdrawing operation at the time of measurement of the scanning probe microscope according to the present invention.

【図３】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の測定の際
の伴走の走査動作を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a scanning operation of accompanying motion during measurement of the scanning probe microscope according to the present invention.

【図４】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の全体シス
テムの他の例を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing another example of the entire system of the scanning probe microscope according to the present invention.

【図５】図４に示した走査型プローブ顕微鏡の測定の際
の接近・退避の動作を説明する図である。5A and 5B are diagrams illustrating an approaching / withdrawing operation at the time of measurement of the scanning probe microscope shown in FIG.

【図６】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の全体シス
テムの他の例を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing another example of the entire system of the scanning probe microscope according to the present invention.

【図７】図６に示した走査型プローブ顕微鏡の測定の際
の接近・退避の動作を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an approaching / withdrawing operation at the time of measurement of the scanning probe microscope shown in FIG.

【図８】カンチレバーの本来のたわみ変形を説明する図
である。FIG. 8 is a diagram for explaining the original flexural deformation of the cantilever.

【図９】探針に試料表面に平行な力が加わったときのカ
ンチレバーのたわみ変形の問題を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a problem of flexural deformation of the cantilever when a force parallel to the sample surface is applied to the probe.

【図１０】探針に表面吸着層の影響が加わったときの問
題を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a problem when the influence of the surface adsorption layer is added to the probe.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１２ ＸＹスキャナ １３ 試料 １４ 探針 １５ カンチレバー １６ Ｚ方向駆動装置 １７ 圧電素子 １８ 接近・退避用圧電素子 ２４ サーボ制御装置 ２５ 制御装置 ５１ 圧電素子 ５２ 接近・退避用圧電素子 ６１ 圧電素子 12 XY scanner 13 samples 14 probes 15 cantilevers 16 Z-direction drive 17 Piezoelectric element 18 Piezoelectric element for approach and retreat 24 Servo control device 25 Control device 51 Piezoelectric element 52 Piezoelectric element for approach and retreat 61 Piezoelectric element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−5340（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−369407（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−187863（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−93833（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−62158（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−142240（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−311715（ＪＰ，Ａ) 特開2001−33373（ＪＰ，Ａ) 特表 平１−503733（ＪＰ，Ａ) 特表2002−541469（ＪＰ，Ａ) 米国特許5831181（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 13/10 - 13/24 G01B 21/00 - 21/32 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-2-5340 (JP, A) JP-A-4-369407 (JP, A) JP-A-5-187863 (JP, A) JP-A-7- 93833 (JP, A) JP 10-62158 (JP, A) JP 10-142240 (JP, A) JP 10-311715 (JP, A) JP 2001-33373 (JP, A) Table 1-503733 (JP, A) Special table 2002-541469 (JP, A) US Patent 5831181 (US, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. ⁷ , DB name) G01N 13/10-13 / 24 G01B 21/00-21/32

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 試料の表面に臨む探針と、サンプリング
位置での測定動作でサーボ制御系に基づき前記探針と前
記試料の表面との間の距離を設定された基準距離に保つ
サーボ制御手段を備え、前記探針と前記試料の間を前記
基準距離に保持しながら前記表面を前記探針で走査して
前記表面を測定する走査型プローブ顕微鏡において、 前記探針による前記試料の表面の走査を広域的に行わせ
る移動機構と、 前記サンプリング位置で前記探針を前記試料の表面に接
近させ、前記サンプリング位置の間の移動では前記探針
を前記試料の表面から退避させる接近・退避手段と、 前記サンプリング位置で前記探針を前記試料の表面に接
近させ測定動作を行うとき、前記探針を前記移動機構に
よる走査移動と同等速度で同方向に伴走させる補助移動
機構と、 からなることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。1. A servo control means for maintaining a distance between the probe and the surface of the sample at a set reference distance based on a servo control system in a measurement operation at a sampling position and a probe facing the surface of the sample. A scanning probe microscope for measuring the surface by scanning the surface with the probe while maintaining the reference distance between the probe and the sample, wherein the scanning of the surface of the sample by the probe And a moving mechanism for causing the probe to approach the surface of the sample at the sampling position and retracting the probe from the surface of the sample for movement between the sampling positions. An auxiliary moving mechanism that causes the probe to move in the same direction at the same speed as the scanning movement by the moving mechanism when the probe is brought close to the surface of the sample at the sampling position to perform the measurement operation. A scanning probe microscope comprising: 【請求項２】 前記移動機構は、前記試料を搭載し、前
記試料を走査方向にｍｍの長さ単位で移動させる試料ス
テージであることを特徴とする請求項１記載の走査型プ
ローブ顕微鏡。2. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the moving mechanism is a sample stage on which the sample is mounted and which moves the sample in a unit of length of mm in the scanning direction. 【請求項３】 前記移動機構による移動動作は等速度で
行われることを特徴とする請求項１または２記載の走査
型プローブ顕微鏡。3. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the moving operation by the moving mechanism is performed at a constant speed. 【請求項４】 試料の表面に臨む探針を備え、前記探針
と前記試料の間を所定距離に保持しながら前記表面を前
記探針で走査して前記表面を測定する走査型プローブ顕
微鏡の走査方法であり、 前記表面における測定領域は相対的に広く、この測定領
域で離散的に複数のサンプリング位置を設定し、移動機
構による走査移動を行うとき、前記サンプリング位置の
間の移動では前記探針を前記試料の表面から退避させて
移動させる共に、前記サンプリング位置の各々では前記
探針を前記試料の表面に接近させて測定動作を行い、 前記探針が前記試料の表面に接近して測定動作を行うと
き、補助移動機構によって、前記移動機構による走査移
動と同等速度で同方向に伴走用の走査移動を生じさせ
る、 ことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡の走査方法。4. A scanning probe microscope comprising: a probe facing the surface of a sample, wherein the probe is scanned with the probe while maintaining a predetermined distance between the probe and the sample to measure the surface. In the scanning method, the measurement area on the surface is relatively wide, and when a plurality of sampling positions are discretely set in this measurement area and the scanning movement is performed by the moving mechanism, the movement between the sampling positions is performed by the search. The probe is moved away from the surface of the sample, and at each of the sampling positions, the probe is brought close to the surface of the sample to perform a measurement operation, and the probe comes close to the surface of the sample for measurement. A scanning method of a scanning probe microscope, characterized in that, when performing an operation, an auxiliary moving mechanism causes an accompanying scanning movement in the same direction at the same speed as the scanning movement by the moving mechanism. Law. 【請求項５】 前記伴走用走査移動は前記サンプリング
位置ごとに間欠的に行われることを特徴とする請求項４
記載の走査型プローブ顕微鏡の走査方法。5. The accompaniment scanning movement is intermittently performed for each sampling position.
A scanning method of the scanning probe microscope described.