JPH05322552A - Probe scanning microscope - Google Patents
Probe scanning microscopeInfo
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- JPH05322552A JPH05322552A JP12454492A JP12454492A JPH05322552A JP H05322552 A JPH05322552 A JP H05322552A JP 12454492 A JP12454492 A JP 12454492A JP 12454492 A JP12454492 A JP 12454492A JP H05322552 A JPH05322552 A JP H05322552A
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- sample
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、原子間力顕微鏡（以
下、単にＡＦＭという）など、探針を試料に対して微小
距離まで近づけて、探針と試料の間に作用する原子間力
などの物理量を検出し、探針または試料を走査させるこ
とにより、試料の表面形状や表面の物性などを測定する
ようにした探針走査型顕微鏡に関し、特に、吸着力の評
価も行えるようにした装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an atomic force microscope (hereinafter, simply referred to as AFM) or the like, which brings a probe close to a sample up to a minute distance and acts between the probe and the sample. The probe scanning microscope is designed to measure the surface shape and physical properties of the sample by detecting the physical quantity of the sample and scanning the probe or the sample. It is about.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図３は探針走査型顕微鏡の従来例であ
り、カンチレバー状の探針を試料に対して微小距離まで
近づけて、探針と試料の間に作用する原子間力を探針の
変形として検出して、試料の表面形状や表面の物性など
を測定するＡＦＭの一例を示す構成図である。2. Description of the Related Art FIG. 3 shows a conventional example of a probe scanning microscope, in which a cantilever-shaped probe is brought close to a sample up to a minute distance, and the atomic force acting between the probe and the sample is probed. FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of an AFM that detects the deformation of the sample and measures the surface shape or physical properties of the sample.
【０００３】図３において、１はカンチレバー状の探
針、２は試料、３は探針変位検出装置、４はｘ方向アク
チュエータ、５はｙ方向アクチュエータ、６はｚ方向ア
クチュエータ、７はｚ方向位置制御回路であり、その内
部には、サーボ回路７１，スイッチ７２，三角波発生回
路７３を備える。８はｘｙ方向位置制御装置、９は画像
記憶装置、１０は波形記憶装置である。In FIG. 3, 1 is a cantilever-shaped probe, 2 is a sample, 3 is a probe displacement detecting device, 4 is an x-direction actuator, 5 is a y-direction actuator, 6 is a z-direction actuator, and 7 is a z-direction position. It is a control circuit, and internally includes a servo circuit 71, a switch 72, and a triangular wave generation circuit 73. Reference numeral 8 is an xy direction position control device, 9 is an image storage device, and 10 is a waveform storage device.
【０００４】探針１と試料２の間に作用する力は、探針
変位検出装置３で検出され、サーボ回路７１を駆動す
る。なお、サーボ回路７１には、上位コントローラより
サーボ設定信号が入力される。ｚ方向アクチュエータ６
には、三角波発生回路７３の出力またはサーボ回路７１
の出力が、スイッチ７２を介して入力される。ｘ方向ア
クチュエータ４，ｙ方向アクチュエータ５には、ｘｙ方
向位置制御装置８の出力が入力される。画像記憶装置９
には、ｘｙ方向位置制御装置８からｘｙ方向位置設定信
号，タイミング制御信号が入力され、また、ｚ方向位置
制御装置７からは、ｚ方向アクチュエータ制御信号が入
力される。波形記憶装置１０には、探針変位検出装置３
から探針変位信号、ｚ方向位置制御装置７からｚ方向ア
クチュエータ制御信号、三角波発生回路７５から三角波
発生信号が入力される。上位コントローラより与えられ
る測定モード切換信号は、スイッチ７２，三角波発生回
路７３，ｘｙ方向位置制御装置８，画像記憶装置９，波
形記憶装置１０に入力される。The force acting between the probe 1 and the sample 2 is detected by the probe displacement detection device 3 and drives the servo circuit 71. A servo setting signal is input to the servo circuit 71 from the host controller. z-direction actuator 6
Is the output of the triangular wave generating circuit 73 or the servo circuit 71.
Output is input via the switch 72. The outputs of the xy direction position control device 8 are input to the x direction actuator 4 and the y direction actuator 5. Image storage device 9
Is input with an xy direction position setting signal and a timing control signal from the xy direction position control device 8, and a z direction actuator control signal is input from the z direction position control device 7. The waveform storage device 10 includes a probe displacement detection device 3
From the probe input signal, the z-direction position control device 7 from the z-direction actuator control signal, and the triangular wave generation circuit 75 from the triangular wave generation signal. The measurement mode switching signal given from the host controller is inputted to the switch 72, the triangular wave generating circuit 73, the xy direction position control device 8, the image storage device 9, and the waveform storage device 10.
【０００５】このような構成において、探針１と試料２
の間に働く力を探針１のカンチレバー部の変形として検
出し、その力が一定になるようにｚ方向の制御を行い、
その状態でｘ，ｙ方向に試料２を走査し、ｘ，ｙ方向の
位置設定値，ｚ方向のアクチュエータ制御信号より試料
２の形状を測定，画像化する。ここで、その制御の目標
となる力を設定するために、測定の前にｚ方向アクチュ
エータ６を三角波などで動かし、その時の探針変位検出
装置３の出力をその三角波と共に測定する。測定結果
は、図４中に示した波形となり、図中、の点は、探針
１と試料２との吸着力を表している。通常は、このフォ
ースカーブと呼ばれる波形より測定力を設定する。な
お、この吸着力は、物質により異なるものであり、この
力の分布を測定することは、マイクロマシニングや電子
デバイスなどの微細形状を作製する分野において重要と
されている。In such a structure, the probe 1 and the sample 2
The force acting between is detected as the deformation of the cantilever portion of the probe 1, and the z direction is controlled so that the force is constant,
In this state, the sample 2 is scanned in the x and y directions, and the shape of the sample 2 is measured and imaged from the position set values in the x and y directions and the actuator control signal in the z direction. Here, in order to set the target force for the control, the z-direction actuator 6 is moved by a triangular wave or the like before the measurement, and the output of the probe displacement detection device 3 at that time is measured together with the triangular wave. The measurement result has the waveform shown in FIG. 4, and the point in the figure represents the attraction force between the probe 1 and the sample 2. Normally, the measuring force is set from this waveform called the force curve. The adsorption force varies depending on the substance, and measuring the distribution of this force is important in the field of producing fine shapes such as micromachining and electronic devices.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術に示す探針走査型顕微鏡においては、１点若しく
は数点のフォースカーブの測定は行えるが、吸着力分布
を測定して、画像化することはできなかった。However, in the probe scanning microscope shown in the above-mentioned prior art, the force curve of one point or several points can be measured, but the suction force distribution is measured and imaged. I couldn't.
【０００７】本発明は、上記従来技術の課題を踏まえて
成されたものであり、各測定点において、フォースカー
ブを測定し、吸着力を記憶，画像化することにより、吸
着力分布を測定できる探針走査型顕微鏡を提供すること
を目的としたものである。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and the force distribution is measured by measuring the force curve at each measuring point and storing and imaging the force. The object is to provide a probe scanning microscope.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、探針を試料に対して微少距離まで近
づけ、探針と試料の間に作用する引力などの物理量を検
出し、探針または試料を走査させることにより、試料の
表面形状や表面の物性などを測定するようにした探針走
査型顕微鏡において、前記探針と試料の間に作用する引
力の最大値を検出するピーク検出装置と、前記探針また
は試料を走査させるｘ−ｙ方向の走査信号および前記ピ
ーク検出装置の出力から吸着力分布を測定・画像化する
吸着力画像記憶装置とを備え、各測定点にてフォースカ
ーブを測定し、吸着力を記憶・画像化することにより、
吸着力分布を測定できるようにしたことを特徴とするも
のである。また、前記探針と試料のｚ方向の位置を制御
するｚ方向位置制御装置内に、前記吸着力測定時にその
直前のサーボ設定信号を保持するサンプルホールド回路
と、ｚ方向のアクチュエータを動かすための信号発生器
の出力と前記サンプルホールド回路の出力を加算する加
算器とを備えた構成としたことを特徴とするものであ
る。さらに、前記ピーク検出装置内部に、ピーク値と現
在の力測定値との差が任意の値以上になるとピーク測定
の終了を検出する比較演算機能を有することを特徴とす
るものである。The structure of the present invention for solving the above-mentioned problems is to detect a physical quantity such as attractive force acting between the probe and the sample by bringing the probe close to the sample to a minute distance. , The maximum value of the attractive force acting between the probe and the sample is detected in the probe scanning microscope which measures the surface shape and the physical properties of the sample by scanning the probe or the sample. A peak detection device and an adsorption force image storage device for measuring and imaging the adsorption force distribution from the scanning signal in the xy direction for scanning the probe or the sample and the output of the peak detection device are provided, and at each measurement point By measuring the force curve and storing and imaging the adsorption force,
It is characterized in that the distribution of adsorption force can be measured. Further, in a z-direction position control device that controls the positions of the probe and the sample in the z-direction, a sample hold circuit that holds a servo setting signal immediately before the suction force measurement, and a z-direction actuator are operated. It is characterized in that it has a configuration including an adder for adding the output of the signal generator and the output of the sample hold circuit. Further, it is characterized in that the peak detection device has a comparison calculation function for detecting the end of the peak measurement when the difference between the peak value and the current force measurement value becomes an arbitrary value or more.
【０００９】[0009]
【作用】この種の探針走査型顕微鏡では、試料−探針間
の力により、その距離を制御するため、絶縁体でもサブ
ナノメートルオーダの形状測定が可能であり、その方面
での応用が盛んである。しかし、試料−探針間の力を検
出できるにもかかわらず、本発明にみるような力の評価
装置としては、殆ど応用されてはいなかったが、本発明
によれば、それが可能となる。In this type of probe scanning microscope, the distance is controlled by the force between the sample and the probe, so it is possible to measure the shape on the order of sub-nanometers even with an insulator. Is. However, although the force between the sample and the probe can be detected, it has hardly been applied as a force evaluation device as in the present invention, but the present invention makes it possible. ..
【００１０】[0010]
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１は本発明の探針走査型顕微鏡の一実施例を示す構成図
である。なお、図１において図３と同一要素には同一符
号を付して重複する説明は省略する。また、探針走査型
顕微鏡としてＡＦＭの一例を示している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the probe scanning microscope of the present invention. In FIG. 1, the same elements as those of FIG. In addition, an example of an AFM is shown as a probe scanning microscope.
【００１１】図１において、７ａはｚ方向位置制御装置
であり、その内部には、サーボ回路７１，スイッチ７
２，三角波発生回路７３の他に、吸着力測定時にその直
前のサーボ設定信号を保持するサンプルホールド（Ｓ／
Ｈ）回路７４と，このＳ／Ｈ回路７４の出力とｚ方向ア
クチュエータ６を動かすための三角波発生回路７３の出
力信号を加算する加算器７５と，スイッチ７６を備え
る。１１は探針変位検出装置３で検出された探針１と試
料２の間に働く引力の最大値を検出するピーク検出装
置、１２はｘｙ方向の走査信号およびピーク検出装置１
１の出力から吸着力分布を測定，画像化する吸着力画像
記憶装置である。In FIG. 1, reference numeral 7a is a z-direction position control device, inside of which a servo circuit 71 and a switch 7 are provided.
2. In addition to the triangular wave generation circuit 73, a sample hold (S /
H) circuit 74, an adder 75 for adding the output of the S / H circuit 74 and the output signal of the triangular wave generating circuit 73 for moving the z-direction actuator 6, and a switch 76. Reference numeral 11 is a peak detection device for detecting the maximum value of the attractive force acting between the probe 1 and the sample 2 detected by the probe displacement detection device 3, and 12 is a scanning signal in the xy directions and the peak detection device 1.
It is an attraction force image storage device that measures and images the attraction force distribution from the output of 1.
【００１２】探針１と試料２の間に作用する力は、探針
変位検出装置３で検出され、サーボ回路７１，Ｓ／Ｈ回
路７４，加算器７５，スイッチ７２を介して、ｚ方向ア
クチュエータ６を駆動する。なお、サーボ回路７１に
は、上位コントローラよりサーボ設定信号が入力され
る。ｚ方向アクチュエータ６には、三角波発生回路７３
の出力が、スイッチ７２，またはスイッチ７６，加算器
７５，スイッチ７２を介して入力される。ｘ方向アクチ
ュエータ４，ｙ方向アクチュエータ５には、ｘｙ方向位
置制御装置８の出力が入力される。画像記憶装置９に
は、ｘｙ方向位置制御装置８からｘｙ方向位置設定信
号，位置決め終了信号が入力され、形状画像入力終了信
号が出力される。また、ｚ方向位置制御装置７ａから
は、ｚ方向アクチュエータ制御信号が入力される。吸着
力画像記憶装置１２には、ｘｙ方向位置制御装置８から
ｘｙ方向位置設定信号が入力され、吸着力画像入力終了
信号が出力される。また、ピーク信号がピーク検出装置
１１から入力される。ピーク検出装置１１には、探針変
位検出装置３から探針変位信号、ｘｙ方向位置制御装置
８から吸着力画像測定信号が入力され、三角波発生回路
７３，吸着力画像記憶装置１２にピーク測定終了信号が
出力される。吸着力画像測定信号は、Ｓ／Ｈ回路７４，
スイッチ７６，三角波発生回路７３にも入力される。波
形記憶装置１０には、探針変位検出装置３から探針変位
信号、ｚ方向位置制御装置７ａからｚ方向アクチュエー
タ制御信号、三角波発生回路７３から三角波発生信号が
入力される。上位コントローラより与えられる測定モー
ド切換信号は、スイッチ７２，三角波発生回路７３，ｘ
ｙ方向位置制御装置８，画像記憶装置９，吸着力画像記
憶装置１２，波形記憶装置１０に入力される。The force acting between the probe 1 and the sample 2 is detected by the probe displacement detection device 3, and is transmitted through the servo circuit 71, the S / H circuit 74, the adder 75, and the switch 72 to the z-direction actuator. Drive 6 A servo setting signal is input to the servo circuit 71 from the host controller. The z-direction actuator 6 includes a triangular wave generating circuit 73.
Is output via the switch 72, the switch 76, the adder 75, or the switch 72. The outputs of the xy direction position control device 8 are input to the x direction actuator 4 and the y direction actuator 5. The image storage device 9 receives the xy-direction position setting signal and the positioning end signal from the xy-direction position control device 8, and outputs the shape image input end signal. A z-direction actuator control signal is input from the z-direction position control device 7a. The xy direction position control device 8 inputs an xy direction position setting signal to the attraction force image storage device 12, and outputs an attraction force image input end signal. Further, the peak signal is input from the peak detection device 11. To the peak detection device 11, the probe displacement signal from the probe displacement detection device 3 and the suction force image measurement signal from the xy direction position control device 8 are input, and the peak measurement ends in the triangular wave generation circuit 73 and the suction force image storage device 12. The signal is output. The suction force image measurement signal is sent to the S / H circuit 74,
It is also input to the switch 76 and the triangular wave generation circuit 73. To the waveform storage device 10, a probe displacement signal from the probe displacement detection device 3, a z direction actuator control signal from the z direction position control device 7a, and a triangular wave generation signal from the triangular wave generation circuit 73 are input. The measurement mode switching signal given from the host controller is the switch 72, the triangular wave generating circuit 73, x
It is input to the y-direction position control device 8, the image storage device 9, the suction force image storage device 12, and the waveform storage device 10.
【００１３】このような構成において、本装置の測定と
しては、 （１）フォースカーブの測定 （２）形状測定 （３）吸着力分布測定 の３つのモードがある。以下に、それぞれのモードにつ
いての動作を説明する。In such a configuration, there are three modes of measurement of this apparatus: (1) force curve measurement, (2) shape measurement, and (3) adsorption force distribution measurement. The operation in each mode will be described below.
【００１４】（１）フォースカーブの測定：この測定は
他の２つの測定の前に行われ、この測定結果を基に、形
状測定の際の測定力などの測定条件が求められる。測定
動作としては、上位コントローラからの測定モード切換
信号により本モードが選択されると、スイッチ７６は三
角波発生回路７３側に切り換えられ、三角波発生回路７
３より測定に必要なフォーカスカーブの形状がはっきり
わかる範囲の大きさの三角波が１周期分出力され、この
出力により、ｚ方向アクチュエータ６が駆動され、試料
２が上下する。この動作による探針１に加えられる力の
変化を探針変位検出装置３で検出する。この時、波形記
憶装置１０は、三角波発生回路７３から三角波発生中に
出力される三角波発生信号が入力されている間のｚ方向
アクチュエータ制御信号，探針変位信号を記憶し、ｚ方
向アクチュエータ制御信号を横軸、探針変位信号を縦軸
にしてグラフ化することにより、図４に示したフォース
カーブが得られる。(1) Force curve measurement: This measurement is performed before the other two measurements, and the measurement conditions such as the measurement force at the time of shape measurement are obtained based on the measurement results. As for the measurement operation, when this mode is selected by the measurement mode switching signal from the host controller, the switch 76 is switched to the triangular wave generating circuit 73 side, and the triangular wave generating circuit 7
3, a triangular wave having a size within a range in which the shape of the focus curve necessary for measurement can be clearly seen is output for one cycle, and the z-direction actuator 6 is driven by this output, and the sample 2 moves up and down. The change in the force applied to the probe 1 due to this operation is detected by the probe displacement detection device 3. At this time, the waveform storage device 10 stores the z-direction actuator control signal and the probe displacement signal while the triangular wave generation signal output during the generation of the triangular wave from the triangular wave generation circuit 73 is input, and stores the z-direction actuator control signal. Is plotted on the horizontal axis and the probe displacement signal on the vertical axis to obtain the force curve shown in FIG.
【００１５】（２）形状測定：（１）で求めたフォース
カーブから、サーボ設定値をサーボ回路７１に入力し、
探針１と試料２の間に働く力が一定となるように、ｚ方
向の位置制御を行う。形状測定では、スイッチ７２は加
算器７５側、スイッチ７６はグランド側に接続される。
この状態で、ｘｙ方向位置制御装置８によりｘ，ｙ方向
アクチュエータ４，５を駆動し、試料２を走査するよう
に位置決めする。各測定点での位置決めが終了すると、
ｘｙ方向位置制御装置８は、画像記憶装置９に位置決め
終了信号を出力し、この信号により、画像記憶装置９は
ｘ方向位置設定信号，ｙ方向位置設定信号，ｚ方向アク
チュエータ制御信号を記憶し、形状画像入力終了信号を
ｘｙ方向位置制御装置８に出力する。ｘｙ方向位置制御
装置８はこの信号を受け取ると、次の測定点にｘｙ方向
の位置決めを行う。このような動作を繰り返すことによ
り、試料２の形状が画像記憶装置９に記憶され、画像化
される。(2) Shape measurement: The servo set value is input to the servo circuit 71 from the force curve obtained in (1),
Position control in the z direction is performed so that the force acting between the probe 1 and the sample 2 becomes constant. In the shape measurement, the switch 72 is connected to the adder 75 side and the switch 76 is connected to the ground side.
In this state, the xy direction position control device 8 drives the x and y direction actuators 4 and 5 to position the sample 2 so as to scan. After positioning at each measurement point,
The xy direction position control device 8 outputs a positioning end signal to the image storage device 9, and the image storage device 9 stores the x direction position setting signal, the y direction position setting signal, and the z direction actuator control signal by this signal. A shape image input end signal is output to the xy direction position control device 8. Upon receipt of this signal, the xy-direction position control device 8 positions the next measurement point in the xy directions. By repeating such an operation, the shape of the sample 2 is stored in the image storage device 9 and imaged.
【００１６】（３）吸着力分布測定：なお、図２は吸着
力分布測定時の信号の変化を示している。図１および図
２を用いて説明する。まず形状測定モードと同様に、ｚ
方向のサーボを行い、ｘｙ方向位置制御装置８、ｘ，ｙ
方向アクチュエータ４，５により、試料２を走査するよ
うに位置決めする。各測定点での位置決めが終了する
と、ｘｙ方向位置制御装置８は、吸着力画像測定信号を
出力する（図３（ハ））。この信号により、Ｓ／Ｈ回路
７４はサーボ回路７１の出力をホールドする。また、ス
イッチ７６は三角波発生回路７３側に切り換えられ、三
角波発生回路７３は、吸着力を測定するのに適当な大き
さの三角波を出力する（図３（イ））。その三角波は、
まず試料２を探針１から離す方向に出力される。その結
果、探針１のカンチレバー部のバネ力が、試料２との吸
着力に打ち勝つと、探針１は試料２から離れる。この力
が吸着力である。この吸着力は、探針変位信号（図３
（ロ））のピークをピーク検出装置１１で検出すること
で測定される。なお、この実施例では、ピーク検出装置
１１内部にピーク値と現在の力測定値との差が任意の値
以上になるとピーク測定の終了を検出する比較演算機能
を有しており、ピークが検出できたかどうかは、ピーク
として保持されている値と探針変位信号の値を比較する
ことで判断でき、ピーク測定終了信号（図３（ニ））が
吸着力画像記憶装置１２，三角波発生回路７３に入力さ
れる。三角波発生回路７３では、ピーク測定終了信号
（図３（ニ））を受け取ると、出力が零になるように三
角波（図３（イ））を出力し、ｘｙ方向位置制御装置８
に三角波終了信号（図３（ヘ））を出力する。この時、
サーボ設定値が引力側（図４中）の時は、試料２が探
針１に接触するまで（図４中）移動した後、出力を零
にするような三角波を出力する。一方、吸着力画像記憶
装置１２では、ピーク測定終了信号（図３（ニ））を受
け取ると、ｘ方向位置設定信号，ｙ方向位置設定信号，
ピーク信号を記憶し、吸着力画像入力終了信号（図３
（ホ））をｘ，ｙ方向位置制御装置８に出力する。ｘｙ
方向位置制御装置８では、吸着力画像入力終了信号（図
３（ホ）），三角波終了信号（図３（ヘ））を受け取る
と、吸着力画像測定信号（図３（ハ））の出力を止め、
Ｓ／Ｈ回路７４のホールドを止め、スイッチ７６をグラ
ンド側に切り換え、ｚ方向をサーボ状態として、次の測
定点に試料２を位置決めする。この動作を繰り返し、吸
着力の分布が吸着力画像記憶装置１２に記憶され、画像
化される。(3) Measurement of adsorption force distribution: Incidentally, FIG. 2 shows a change in signal during the measurement of the adsorption force distribution. This will be described with reference to FIGS. 1 and 2. First, as in the shape measurement mode, z
Direction servo, xy direction position control device 8, x, y
The directional actuators 4 and 5 position the sample 2 so as to scan it. When the positioning at each measurement point is completed, the xy-direction position control device 8 outputs a suction force image measurement signal (FIG. 3C). With this signal, the S / H circuit 74 holds the output of the servo circuit 71. Further, the switch 76 is switched to the triangular wave generating circuit 73 side, and the triangular wave generating circuit 73 outputs a triangular wave of a size suitable for measuring the suction force (FIG. 3 (a)). The triangle wave
First, the sample 2 is output in a direction away from the probe 1. As a result, when the spring force of the cantilever portion of the probe 1 overcomes the attraction force with the sample 2, the probe 1 separates from the sample 2. This force is the attraction force. This attraction force is determined by the probe displacement signal (see FIG.
It is measured by detecting the peak of (b)) with the peak detection device 11. In this embodiment, the peak detection device 11 has a comparison calculation function for detecting the end of the peak measurement when the difference between the peak value and the current force measurement value becomes an arbitrary value or more. Whether or not it is possible can be judged by comparing the value held as the peak with the value of the probe displacement signal, and the peak measurement end signal (FIG. 3D) indicates that the suction force image storage device 12 and the triangular wave generation circuit 73. Entered in. Upon receiving the peak measurement end signal (FIG. 3D), the triangular wave generation circuit 73 outputs a triangular wave (FIG. 3A) so that the output becomes zero, and the xy-direction position control device 8
A triangular wave end signal (Fig. 3 (f)) is output to. At this time,
When the servo set value is on the attraction side (in FIG. 4), the sample 2 moves until it comes into contact with the probe 1 (in FIG. 4), and then a triangular wave that outputs zero is output. On the other hand, when the suction force image storage device 12 receives the peak measurement end signal (FIG. 3D), the x-direction position setting signal, the y-direction position setting signal,
The peak signal is stored and the suction force image input end signal (see FIG.
(E)) is output to the x and y direction position control device 8. xy
When the direction position control device 8 receives the suction force image input end signal (FIG. 3 (e)) and the triangular wave end signal (FIG. 3 (f)), it outputs the suction force image measurement signal (FIG. 3 (c)). Stop
The hold of the S / H circuit 74 is stopped, the switch 76 is switched to the ground side, the z direction is set to the servo state, and the sample 2 is positioned at the next measurement point. By repeating this operation, the suction force distribution is stored in the suction force image storage device 12 and imaged.
【００１７】なお、吸着力分布測定と、形状測定は同時
に行うことも可能である。また、上記実施例では、探針
走査型顕微鏡はＡＦＭとして説明したが、探針を磁化す
ることにより、磁力分布を画像化するもの、探針に静電
気を与えることにより静電引力分布を画像化するものな
どが考えられ、更に、測定したい力に合わせて、探針を
作製することにより、多くの種類の力分布が測定可能と
できる。The suction force distribution measurement and the shape measurement can be performed at the same time. Further, in the above-described embodiment, the probe scanning microscope is described as an AFM, but the magnetic force distribution is imaged by magnetizing the probe, and the electrostatic attractive force distribution is imaged by applying static electricity to the probe. Many types of force distribution can be measured by making a probe according to the force to be measured.
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに、本発明によれば、試料上１点の吸着力測定ではな
く、試料面上の吸着力分布が測定できる。また、ｚ方向
位置制御装置内部に、吸着力測定時にその直前のサーボ
設定信号を保持するＳ／Ｈ回路とｚ方向アクチュエータ
を上下に動かすための三角波発生回路の出力とＳ／Ｈ回
路の出力を加算する加算器を有することにより、試料の
取付け誤差や試料の形状などにより測定面が傾いていた
場合でも、サーボ状態のｚ方向位置を基準としてｚ方向
アクチュエータを動かすため、その影響を受けなくて済
む。さらに、ピーク検出装置内部に、ピーク値と現在の
力測定値との差が任意の値以上になると、ピーク測定の
終了を検出する比較演算機能を有することにより、三角
波として一定の振幅の信号を出力する場合、必要以上に
ｚ方向アクチュエータを動かして測定時間を長引かせた
り、吸着力が強い位置では、吸着力のピークが検出され
ないことがあるが、本発明におけるピーク測定終了信号
を用いて三角波を制御すれば、確実にピークが測定で
き、また、ｚ方向アクチュエータを必要以上に動かさな
いので、測定を短時間化できるなどの効果を有する探針
走査型顕微鏡を実現できる。As described above in detail with reference to the embodiments, according to the present invention, the suction force distribution on the sample surface can be measured instead of measuring the suction force at one point on the sample. Further, in the z-direction position control device, the output of the S / H circuit that holds the servo setting signal immediately before the suction force measurement and the output of the triangular wave generation circuit and the S / H circuit that moves the z-direction actuator up and down are provided. With the adder for adding, even if the measurement surface is tilted due to the mounting error of the sample or the shape of the sample, the z-direction actuator is moved with reference to the z-direction position in the servo state, so that it is not affected. I'm done. Furthermore, when the difference between the peak value and the current force measurement value exceeds an arbitrary value inside the peak detector, it has a comparison calculation function to detect the end of peak measurement, so that a signal with a constant amplitude as a triangular wave is generated. When outputting, the z-direction actuator may be moved more than necessary to prolong the measurement time, or the peak of the suction force may not be detected at a position where the suction force is strong. Is controlled, the peak can be measured reliably, and the z-direction actuator is not moved more than necessary, so that it is possible to realize a probe scanning microscope having an effect of shortening the measurement time.
【図１】本発明の探針走査型顕微鏡の一実施例を示す構
成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a probe scanning microscope of the present invention.
【図２】吸着力分布測定時の信号の変化を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing a change in a signal when measuring an adsorption force distribution.
【図３】探針走査型顕微鏡の従来例である。FIG. 3 is a conventional example of a probe scanning microscope.
【図４】フォースカーブを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a force curve.
１ 探針 ２ 試料 ３ 探針変位検出装置 ４ Ｘ方向アクチュエータ ５ Ｙ方向アクチュエータ ６ Ｚ方向アクチュエータ ７ａ Ｚ位置制御装置 ８ Ｘ，Ｙ方向位置制御装置 ９ 画像記憶装置（形状） １０ 波形記憶装置 １１ ピーク検出装置 １２ 吸着力画像記憶装置 ７１ サーボ回路 ７２，７６ スイッチ ７３ 三角波発生回路 ７４ サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ回路） ７５ 加算器 1 probe 2 sample 3 probe displacement detection device 4 X direction actuator 5 Y direction actuator 6 Z direction actuator 7a Z position control device 8 X, Y direction position control device 9 image storage device (shape) 10 waveform storage device 11 peak detection Device 12 Adsorption force image storage device 71 Servo circuit 72,76 Switch 73 Triangular wave generation circuit 74 Sample hold circuit (S / H circuit) 75 Adder
Claims (3)
け、探針と試料の間に作用する引力などの物理量を検出
し、探針または試料を走査させることにより、試料の表
面形状や表面の物性などを測定するようにした探針走査
型顕微鏡において、 前記探針と試料の間に作用する引力の最大値を検出する
ピーク検出装置と、前記探針または試料を走査させるｘ
−ｙ方向の走査信号および前記ピーク検出装置の出力か
ら吸着力分布を測定・画像化する吸着力画像記憶装置と
を備え、 各測定点にてフォースカーブを測定し、吸着力を記憶・
画像化することにより、吸着力分布を測定できるように
したことを特徴とする探針走査型顕微鏡。1. A surface shape or surface of a sample is obtained by bringing the probe close to the sample to a minute distance, detecting a physical quantity such as attractive force acting between the probe and the sample, and scanning the probe or the sample. In a probe scanning microscope configured to measure the physical properties of the probe, a peak detection device that detects the maximum value of the attractive force acting between the probe and the sample, and a probe or a sample for scanning x
-Adsorption force image storage device that measures and images the adsorption force distribution from the y-direction scanning signal and the output of the peak detection device, measures the force curve at each measurement point, and stores the adsorption force.
A probe scanning microscope characterized by being able to measure the adsorption force distribution by imaging.
て、 前記探針と試料のｚ方向の位置を制御するｚ方向位置制
御装置内に、前記吸着力測定時にその直前のサーボ設定
信号を保持するサンプルホールド回路と、ｚ方向のアク
チュエータを動かすための信号発生器の出力と前記サン
プルホールド回路の出力を加算する加算器とを備えた構
成としたことを特徴とする探針走査型顕微鏡。2. The probe scanning microscope according to claim 1, wherein a servo setting signal immediately before the adsorption force is measured in the z-direction position control device that controls the positions of the probe and the sample in the z direction. A probe scanning microscope characterized in that it is provided with a sample hold circuit for holding it, and an adder for adding the output of a signal generator for moving an actuator in the z direction and the output of the sample hold circuit.
鏡において、 前記ピーク検出装置内部に、ピーク値と現在の力測定値
との差が任意の値以上になるとピーク測定の終了を検出
する比較演算機能を有することを特徴とする探針走査型
顕微鏡。3. The probe scanning microscope according to claim 1, wherein the peak detection device detects the end of peak measurement when the difference between the peak value and the current force measurement value exceeds an arbitrary value. A probe scanning microscope having a comparison and calculation function.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12454492A JPH05322552A (en) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | Probe scanning microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12454492A JPH05322552A (en) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | Probe scanning microscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05322552A true JPH05322552A (en) | 1993-12-07 |
Family
ID=14888108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12454492A Pending JPH05322552A (en) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | Probe scanning microscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05322552A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007241066A (en) * | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Ricoh Co Ltd | Method for evaluating electrostatic charge image developing toner, method for manufacturing electrostatic charge image developing toner, development method, toner cartridge, and process cartridge |
| CN104880171A (en) * | 2015-06-04 | 2015-09-02 | 深圳市商德先进陶瓷有限公司 | System, method and device for detecting surface roughness of porous ceramic |
-
1992
- 1992-05-18 JP JP12454492A patent/JPH05322552A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007241066A (en) * | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Ricoh Co Ltd | Method for evaluating electrostatic charge image developing toner, method for manufacturing electrostatic charge image developing toner, development method, toner cartridge, and process cartridge |
| JP4753754B2 (en) * | 2006-03-10 | 2011-08-24 | 株式会社リコー | Method for producing toner for electrostatic charge development |
| CN104880171A (en) * | 2015-06-04 | 2015-09-02 | 深圳市商德先进陶瓷有限公司 | System, method and device for detecting surface roughness of porous ceramic |
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