JPH10246728A - Partially measuring method for scanning probe microscope - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To hold linear correction of an actuator in the case of scanning large area and positional continuity in the case of scanning a small area. SOLUTION: The method for partially measuring in a scanning probe microscope comprises the steps of (S10, S11) scanning and displaying an overall measuring area of a sample to be measured, (S12, S16) designating part of them, (S14, S15, S17) moving a probe to a predetermined position in the part of the designated measuring area, (S18) relatively scanning the designated part in X, Y directions, (S19) measuring actual relatively moving amount of the probe and measured sample, (S20, S21) correcting and scanning the designated part of the measuring area by the probe to correct it to actually relatively scan in the X, Y directions base on the measured actually relatively moved amount, and (S22) displaying the measured result obtained by actually scanning by the correction.

Description

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

【０００１】[0001]

【発明の属する分野】本発明は、探針を試料に近接させ
て走査することにより試料の微視的な表面情報を得る走
査型プローブ顕微鏡に係り、特に、試料の全体的な走査
に続けて狭い部分を走査する部分測定方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope which obtains microscopic surface information of a sample by scanning a probe in proximity to the sample, and more particularly to a scanning probe microscope which scans the entire sample. The present invention relates to a partial measurement method for scanning a narrow part.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、原子スケールの分解能を持つ顕微
鏡として、走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Mic
roscope: SPM）の利用が進んでいる。この走査型プロー
ブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope: SPM）として
は、試料と探針の相互作用力をカンチレバーの変位量や
振動特性とすることにより試料表面の形状及び物性を検
出する原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope: AF
M）や、ｎｍオーダーの距離に近接させた試料と探針の
間にバイアス電圧を印加した時に流れるトンネル電流の
特性を利用して試料表面の物性を測定する走査型トンネ
ル顕微鏡（Scanning Tunneling Microscope: STM）、及
び、試料表面もしくは探針先端部に局在するエバネッセ
ント光を用いて光の回折限界を超える分解能で試料の屈
折率分布を測定する近視野顕微鏡（Near Field Microsc
ope ）、もしくは、Photon- 走査型トンネル顕微鏡（Ph
oton-Scanning Tunneling Microscope: PSTM）、等が知
られている。2. Description of the Related Art In recent years, a scanning probe microscope (Scanning Probe Mic) has been used as a microscope having an atomic scale resolution.
roscope: SPM) is being used. The scanning probe microscope (SPM) is an atomic force microscope (Atomic) that detects the shape and physical properties of the sample surface by using the interaction force between the sample and the probe as the displacement and vibration characteristics of the cantilever. Force Microscope: AF
M) or a scanning tunneling microscope (Scanning Tunneling Microscope :) that measures the physical properties of the sample surface by using the characteristics of the tunnel current that flows when a bias voltage is applied between the sample and the probe that is close to the nanometer order. STM) and near-field microscope (Near Field Microsc) that measures the refractive index distribution of a sample with a resolution exceeding the light diffraction limit using evanescent light localized on the sample surface or the tip of the probe.
ope) or Photon-scanning tunneling microscope (Ph
oton-Scanning Tunneling Microscope: PSTM).

【０００３】図６は、このような従来のＳＰＭの一例を
示す図である。カンチレバー１０の自由端表面に設けら
れた先端が尖鋭な探針１２が、円筒型圧電体等の三次元
微動素子１４によりＸ，Ｙ，Ｚの方向に微動される試料
台１６上に保持された試料１８と正対するように配置さ
れる。試料１８は、高圧アンプ２０による印加電圧に応
じて微動するアクチュエータとしての三次元微動素子１
４による試料台１６の移動により、Ｘ，Ｙ方向に走査さ
れる。この試料台１６の移動によって試料１８表面を移
動する探針１２と試料１８の間の距離の変位は、カンチ
レバー１０の自由端裏面に照射したレーザー光の反射光
を元にカンチレバー１０の端点の変位量を検出する変位
検出装置２２によって検出される。Ｚ制御機構２４は、
この検出された変位信号を例えばディジタル信号に変換
してコントローラ２６に出力するとともに、上記変位信
号に基づいて、前記探針１２と前記試料１８との間に働
く力を一定に維持するように三次元微動素子１４をＺ方
向に駆動する。FIG. 6 shows an example of such a conventional SPM. A sharp probe 12 provided on the free end surface of the cantilever 10 is held on a sample table 16 which is finely moved in the X, Y, and Z directions by a three-dimensional fine movement element 14 such as a cylindrical piezoelectric body. It is arranged so as to face the sample 18. The sample 18 is a three-dimensional fine movement element 1 as an actuator that finely moves according to the voltage applied by the high-voltage amplifier 20.
The sample stage 16 is moved in the X and Y directions by the movement of the sample stage 16 by 4. The displacement of the distance between the probe 12 and the sample 18 moving on the surface of the sample 18 by the movement of the sample table 16 is based on the displacement of the end point of the cantilever 10 based on the reflected light of the laser beam applied to the back surface of the free end of the cantilever 10. The displacement is detected by a displacement detection device 22 that detects the amount. The Z control mechanism 24
The detected displacement signal is converted into, for example, a digital signal and output to the controller 26. Based on the displacement signal, a tertiary force is applied so as to keep the force acting between the probe 12 and the sample 18 constant. The original fine movement element 14 is driven in the Z direction.

【０００４】コントローラ２６は、このＺ制御機構２４
による力一定動作を行いながら試料１８を探針１２に対
して相対的に走査したりＸ，Ｙ方向の位置を制御するた
めの元信号を発生し、これをＸ走査Ｄ／Ａコンバータ２
８，Ｙ走査Ｄ／Ａコンバータ３０によりアナログ値に変
換した後（以後、このアナログ信号をレファレンス信号
と称する）、上記高圧アンプ２０により三次元微動素子
１４に印加する。[0004] The controller 26 has a Z control mechanism 24.
An original signal for scanning the sample 18 relative to the probe 12 and controlling the position in the X and Y directions is generated while performing the constant force operation by the X-scan D / A converter 2.
8. After being converted into an analog value by the Y-scan D / A converter 30 (hereinafter, this analog signal is referred to as a reference signal), the analog signal is applied to the three-dimensional fine movement element 14 by the high-voltage amplifier 20.

【０００５】ここで、レファレンス信号にランプ波を印
加すれば、三次元微動素子１４はそれを支持する筐体３
２とともにカンチレバー１０に対して、試料１８をラン
プ波の通りに微動させることになるが、この場合、三次
元微動素子（圧電体）１４は、図３の（Ｅ）の印加電圧
に対する変位量の特性図に示すような非線形性を有して
いるため、実際には、リニアに走査が行われることには
ならない。[0005] Here, if a ramp wave is applied to the reference signal, the three-dimensional fine movement element 14 is mounted on the housing 3 supporting the same.
The sample 18 is finely moved along the cantilever 10 along with the cantilever 10 along with the ramp wave. In this case, the three-dimensional fine movement element (piezoelectric body) 14 has a displacement amount with respect to the applied voltage of FIG. Because of the non-linearity shown in the characteristic diagram, the scanning is not actually performed linearly.

【０００６】そこで、画像解析装置３４は、コントロー
ラ２６から、Ｘ変位センサ３６，Ｙ変位センサ３８から
Ｘ，Ｙ変位Ａ／Ｄコンバータ４０，４２を介してディジ
タル信号として取り込まれた試料１８又は探針１２の
Ｘ，Ｙ方向の変位量と、上記変位検出装置２２によって
検出された変位量に対応する凹凸信号とを受け、画像の
ゆがみ補正等の画像解析を行って、三次元像として表示
する。Therefore, the image analyzing device 34 receives the sample 18 or the probe from the controller 26 as a digital signal from the X displacement sensor 36 and the Y displacement sensor 38 via the X and Y displacement A / D converters 40 and 42. 12 and the unevenness signal corresponding to the amount of displacement detected by the displacement detecting device 22 is subjected to image analysis such as image distortion correction and displayed as a three-dimensional image.

【０００７】あるいは、レファレンス信号をそのまま高
圧アンプ２０に供給するのではなく、Ｘフィードバック
制御回路４４，Ｙフィードバック制御回路４６を介して
供給する。即ち、Ｘフィードバック制御回路４４，Ｙフ
ィードバック制御回路４６は、Ｘ変位センサ３６，Ｙ変
位センサ３８により検出した試料１８又は探針１２の
Ｘ，Ｙ方向の変位量がＸ，Ｙのレファレンス信号と一致
するように、高圧アンプ２０により三次元微動素子１４
をＸ，Ｙ方向に駆動する。そして、画像解析装置３４
は、上記変位検出装置２２によって検出された変位量に
対応する凹凸信号をコントローラ２６から受け、画像解
析を行って、三次元像として表示する。Alternatively, instead of supplying the reference signal to the high-voltage amplifier 20 as it is, the reference signal is supplied through an X feedback control circuit 44 and a Y feedback control circuit 46. That is, the X feedback control circuit 44 and the Y feedback control circuit 46 determine that the amount of displacement of the sample 18 or the probe 12 in the X and Y directions detected by the X displacement sensor 36 and the Y displacement sensor 38 matches the X and Y reference signals. As shown in FIG.
Are driven in the X and Y directions. Then, the image analysis device 34
Receives the unevenness signal corresponding to the amount of displacement detected by the displacement detection device 22 from the controller 26, performs image analysis, and displays the image as a three-dimensional image.

【０００８】以上のように、従来の走査型プローブ顕微
鏡では、圧電体の変位を測定する光学式変位センサ，静
電容量式変位センサ，歪みゲージ，等を利用して変位信
号を検出し、画像のゆがみ補正をソフトウェアで行った
り、センサ信号に対してサーボをかける制御を行って、
圧電体の非線形性に起因する画像のゆがみを補正してい
た。As described above, in a conventional scanning probe microscope, a displacement signal is detected by using an optical displacement sensor, a capacitance displacement sensor, a strain gauge, or the like for measuring displacement of a piezoelectric body, and an image is obtained. Software distortion correction and servo control for sensor signals
The distortion of the image caused by the nonlinearity of the piezoelectric body was corrected.

【０００９】なお、図６に示すように、アナログスイッ
チＳＷＸ，ＳＷＹによって、Ｘ，Ｙ走査Ｄ／Ａコンバー
タ２８，３０とＸ，Ｙフィードバック制御回路４４，４
６とを選択的に高圧アンプ２０に接続することにより、
ゆがみ補正とＸ，Ｙ走査のサーボ動作とを選択的に行う
ことができるようになっている。また、サーボ状態から
非サーボ状態に切り替える際の針とびを防止するため、
コントローラ２６は、Ｘ，Ｙ電圧Ａ／Ｄコンバータ４
８，５０によってＸ，Ｙフィードバック制御回路４４，
４６の出力電圧をディジタル信号として取り込み、それ
に対応する信号をＸ，Ｙ走査Ｄ／Ａコンバータ２８，３
０から出力されるように制御する。As shown in FIG. 6, X and Y scanning D / A converters 28 and 30 and X and Y feedback control circuits 44 and 4 are controlled by analog switches SWX and SWY.
6 and selectively connected to the high-voltage amplifier 20,
The distortion correction and the X and Y scanning servo operations can be selectively performed. Also, in order to prevent jumping when switching from the servo state to the non-servo state,
The controller 26 includes an X / Y voltage A / D converter 4
8, 50, the X, Y feedback control circuit 44,
46 is taken as a digital signal, and the corresponding signal is converted to an X / Y scanning D / A converter 28,3.
Control to output from 0.

【００１０】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うにＳＰＭを用いて試料１８を測定する際に、Ｘ，Ｙ走
査のサーボ動作を行う場合、Ｘ，Ｙフィードバック制御
回路４４，４６から高圧アンプ２０を介して三次元微動
素子１４に印加される走査信号は、ｎｍオーダーのノイ
ズを持っている。このノイズは、Ｘ，Ｙ変位センサ３
６，３８のセンサ信号のノイズに起因するものであり、
走査範囲にはよらない。このため、試料１８のごく一部
を走査範囲として測定する場合のＸ，Ｙ走査範囲は、こ
のノイズの大きさによって規定されてしまう。As described above, when the X and Y scanning servo operations are performed when measuring the sample 18 using the SPM, the X and Y feedback control circuits 44 and 46 need to supply a high voltage amplifier. The scanning signal applied to the three-dimensional fine movement element 14 via 20 has noise on the order of nm. This noise is generated by the X, Y displacement sensor 3
6,38 due to the noise of the sensor signal,
It does not depend on the scanning range. For this reason, the X, Y scanning range when only a small part of the sample 18 is measured as the scanning range is defined by the magnitude of the noise.

【００１１】そこで、試料１８のごく一部を走査範囲と
して測定する場合、アナログスイッチＳＷＸ，ＳＷＹを
切り替えて、サーボ動作を停止させれば、このノイズを
避けることができるようになる。Therefore, when measuring a very small part of the sample 18 as a scanning range, this noise can be avoided by switching the analog switches SWX and SWY to stop the servo operation.

【００１２】しかしながら、例えば、図３の（Ｆ）に示
すように１００μｍ角のＡＦＭ測定を行った後で、走査
範囲を狭めて、点（Ｘｏｆｆｓｅｔ，Ｙｏｆｆｓｅｔ）
を中心とする領域Ａを新たな走査範囲として設定した場
合、試料測定の広い面積から狭い領域までＸ，Ｙのサー
ボ動作を行っていれば、この走査範囲の変更に伴うＸ，
Ｙのオフセット量と走査範囲は一意的に決まり、設定画
面上の走査範囲と実際の走査範囲の対応が保たれるが、
ノイズを避けるためにＸ，Ｙのサーボ動作を無くして、
電圧を比例配分した場合には、Ｘ，Ｙのサーボ動作時か
らの連続性が保てなくなってしまう。即ち、三次元微動
素子（圧電体）１４の非線形性の影響により、位置ずれ
が生じたり、走査範囲が小さくなってしまい、所望の測
定領域の測定結果が得られないことになる。However, for example, after the AFM measurement of 100 μm square is performed as shown in FIG. 3 (F), the scanning range is narrowed and the point (Xoffset, Yoffset) is reduced.
Is set as a new scanning range, and if the X and Y servo operations are performed from a wide area to a narrow area of the sample measurement, the X, Y
The offset amount of Y and the scanning range are uniquely determined, and the correspondence between the scanning range on the setting screen and the actual scanning range is maintained.
Eliminate X, Y servo operation to avoid noise,
If the voltages are proportionally distributed, continuity from the X and Y servo operations cannot be maintained. That is, due to the non-linearity of the three-dimensional fine movement element (piezoelectric body) 14, a displacement occurs or a scanning range becomes small, so that a measurement result of a desired measurement area cannot be obtained.

【００１３】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、カンチレバー上の探針と試料との間に働く相互作用
（原子間力、静電気力及び磁気力）によって変化するカ
ンチレバーの撓みを一定に保つことにより、試料と探針
の間に働く力を一定に保ちながら、試料と探針の相対的
位置を走査する動作において、大きな面積の走査でのア
クチュエータの線形性補正と小さな面積の走査での位置
的な連続性を保つことのできる走査型プローブ顕微鏡に
おける部分測定方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and has been made in consideration of the bending of the cantilever which changes due to the interaction (atomic force, electrostatic force, and magnetic force) acting between the probe on the cantilever and the sample. By keeping the force between the sample and the probe constant by keeping it constant, in the operation of scanning the relative position between the sample and the probe, the linearity correction of the actuator in the large area scan and the small area An object of the present invention is to provide a partial measurement method in a scanning probe microscope capable of maintaining positional continuity in scanning.

【００１４】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による走査型プローブ顕微鏡における部分
測定方法は、探針を測定試料に対し相対的に走査させて
前記測定試料表面の測定領域の物理的あるいは化学的量
を測定する走査型プローブ顕微鏡であって、前記測定領
域全体を走査することにより得られた測定結果を表示す
るステップと、前記表示された測定領域の測定結果の内
の一部分を指定するステップと、前記探針もしくは前記
測定試料を相対的に移動させて、前記指定された測定領
域の一部分の内の所定位置に前記探針を移動するステッ
プと、前記所定位置に移動された探針が前記測定領域の
一部分をＸ方向及びそれに垂直なＹ方向に相対的に走査
するように、前記探針もしくは前記測定試料を移動させ
るステップと、前記測定領域の一部分の走査における前
記探針と測定試料との実際の相対的移動量を測定するス
テップと、前記探針が前記測定領域の前記指定された一
部分をＸ方向及びそれに垂直なＹ方向に実際に相対的に
走査するように、前記測定された実際の相対的移動量に
基づいて補正して、前記探針もしくは前記測定試料を移
動させるステップと、前記補正により実際に走査して得
られた測定結果を表示するステップと、を具備すること
を特徴としている。In order to achieve the above object, a partial measuring method in a scanning probe microscope according to the present invention comprises measuring a surface of a measurement sample by scanning a probe relative to the measurement sample. A scanning probe microscope for measuring a physical or chemical quantity of a region, wherein a step of displaying a measurement result obtained by scanning the entire measurement region, and a step of displaying the measurement result of the displayed measurement region A step of designating a part of the probe, the step of relatively moving the probe or the measurement sample, and the step of moving the probe to a predetermined position within a part of the specified measurement area; Moving the probe or the measurement sample such that the moved probe relatively scans a part of the measurement area in the X direction and the Y direction perpendicular thereto; Measuring the actual relative movement of the probe and the measurement sample during scanning of a portion of the measurement region; and the probe moving the designated portion of the measurement region in the X direction and the Y direction perpendicular thereto. Moving the probe or the measurement sample by correcting based on the measured actual relative movement amount so as to actually perform relative scanning; and actually scanning by the correction. Displaying the measurement result obtained.

【００１５】即ち、本発明の走査型プローブ顕微鏡にお
ける部分測定方法によれば、まず、測定試料の測定領域
全体を走査して、得られた測定結果を表示し、この表示
された測定領域の測定結果の内の一部分を指定する。次
に、この指定に応じて、探針もしくは測定試料を相対的
に移動させて、この指定された測定領域の一部分の内の
所定位置に探針を移動した後、この探針が前記指定され
た測定領域の一部分をＸ方向及びそれに垂直なＹ方向に
相対的に走査するように、探針もしくは測定試料を移動
させ、この測定領域の一部分の走査における探針と測定
試料との実際の相対的移動量を測定する。そして、この
測定された実際の相対的移動量に基づいて、探針が測定
領域の前記指定された一部分をＸ方向及びそれに垂直な
Ｙ方向に実際に相対的に走査するように補正して、前記
探針もしくは前記測定試料を移動させ、この補正により
実際に走査して得られた測定結果を表示する。That is, according to the partial measurement method in the scanning probe microscope of the present invention, first, the entire measurement area of the measurement sample is scanned, the obtained measurement result is displayed, and the measurement of the displayed measurement area is performed. Specify a part of the result. Next, in response to the designation, the probe or the measurement sample is relatively moved, and after the probe is moved to a predetermined position in a part of the designated measurement area, the probe is moved to the designated position. The probe or the measurement sample is moved so as to relatively scan a part of the measurement region in the X direction and the Y direction perpendicular thereto, and the actual relative position between the probe and the measurement sample in scanning a part of the measurement region is determined. The target movement is measured. Then, based on the measured actual relative movement amount, the probe is corrected so as to actually relatively scan the designated portion of the measurement area in the X direction and the Y direction perpendicular thereto, The probe or the measurement sample is moved, and the measurement result obtained by actual scanning by this correction is displayed.

【００１６】[0016]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。図６は、本発明の実施の形態の
適用される走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の構成を示
す図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a scanning probe microscope (SPM) to which the embodiment of the present invention is applied.

【００１７】即ち、カンチレバー１０の自由端表面に設
けられた先端が尖鋭な探針１２が、円筒型圧電体等の三
次元微動素子１４によりＸ，Ｙ，Ｚの方向に微動される
試料台１６上に保持された試料１８と正対するように配
置される。試料１８は、高圧アンプ２０による印加電圧
に応じて微動するアクチュエータとしての三次元微動素
子１４による試料台１６の移動により、Ｘ，Ｙ方向に走
査される。この試料台１６の移動によって試料１８表面
を移動する探針１２と試料１８の間の距離の変位は、カ
ンチレバー１０の自由端裏面に照射したレーザー光の反
射光を元にカンチレバー１０の端点の変位量を検出する
変位検出装置２２によって検出される。Ｚ制御機構２４
は、この検出された変位信号を例えばディジタル信号に
変換してコントローラ２６に出力するとともに、上記変
位信号に基づいて、前記探針１２と前記試料１８との間
に働く力を一定に維持するように三次元微動素子１４を
Ｚ方向に駆動する。That is, a probe 12 having a sharp tip provided on the free end surface of a cantilever 10 is finely moved in the X, Y, and Z directions by a three-dimensional fine movement element 14 such as a cylindrical piezoelectric body. It is arranged so as to face the sample 18 held above. The sample 18 is scanned in the X and Y directions by the movement of the sample table 16 by the three-dimensional fine movement element 14 as an actuator that finely moves according to the voltage applied by the high voltage amplifier 20. The displacement of the distance between the probe 12 and the sample 18 moving on the surface of the sample 18 by the movement of the sample table 16 is based on the displacement of the end point of the cantilever 10 based on the reflected light of the laser beam applied to the back surface of the free end of the cantilever 10. The displacement is detected by a displacement detection device 22 that detects the amount. Z control mechanism 24
Converts the detected displacement signal into, for example, a digital signal and outputs it to the controller 26, and based on the displacement signal, maintains the force acting between the probe 12 and the sample 18 constant. Then, the three-dimensional fine movement element 14 is driven in the Z direction.

【００１８】コントローラ２６は、このＺ制御機構２４
による力一定動作を行いながら試料１８を探針１２に対
して相対的に走査したりＸ，Ｙ方向の位置を制御するた
めの元信号を発生し、これをＸ走査Ｄ／Ａコンバータ２
８，Ｙ走査Ｄ／Ａコンバータ３０によりアナログ値に変
換した後（以後、このアナログ信号をレファレンス信号
と称する）、上記高圧アンプ２０により三次元微動素子
１４に印加する。The controller 26 has a Z control mechanism 24.
An original signal for scanning the sample 18 relative to the probe 12 and controlling the position in the X and Y directions is generated while performing the constant force operation by the X-scan D / A converter 2.
8. After being converted into an analog value by the Y-scan D / A converter 30 (hereinafter, this analog signal is referred to as a reference signal), the analog signal is applied to the three-dimensional fine movement element 14 by the high-voltage amplifier 20.

【００１９】画像解析装置３４は、Ｘ変位センサ３６及
びＹ変位センサ３８からＸ変位Ａ／Ｄコンバータ４０及
びＹ変位Ａ／Ｄコンバータ４２を介してディジタル信号
として取り込まれた試料１８又は探針１２のＸ及びＹ方
向の変位量と、上記変位検出装置２２によって検出され
た変位量に対応する凹凸信号とをコントローラ２６から
受け、画像のゆがみ補正等の画像解析を行って、三次元
像として表示する。An image analyzer 34 is provided for the sample 18 or the probe 12 taken as a digital signal from an X displacement sensor 36 and a Y displacement sensor 38 via an X displacement A / D converter 40 and a Y displacement A / D converter 42. The displacement amount in the X and Y directions and the concavo-convex signal corresponding to the displacement amount detected by the displacement detection device 22 are received from the controller 26, and image analysis such as image distortion correction is performed and displayed as a three-dimensional image. .

【００２０】あるいは、レファレンス信号をそのまま高
圧アンプ２０に供給するのではなく、Ｘフィードバック
制御回路４４，Ｙフィードバック制御回路４６を介して
供給する。即ち、Ｘフィードバック制御回路４４，Ｙフ
ィードバック制御回路４６は、Ｘ変位センサ３６及びＹ
変位センサ３８により検出した試料１８又は探針１２の
Ｘ及びＹ方向の変位量がＸ及びＹのレファレンス信号と
一致するように、高圧アンプ２０により三次元微動素子
１４をＸ及びＹ方向に駆動する。そして、画像解析装置
３４は、上記変位検出装置２２によって検出された変位
量に対応する凹凸信号をコントローラ２６から受け、画
像解析を行って、三次元像として表示する。Alternatively, the reference signal is not supplied to the high-voltage amplifier 20 as it is, but is supplied through an X feedback control circuit 44 and a Y feedback control circuit 46. That is, the X feedback control circuit 44 and the Y feedback control circuit 46
The high-voltage amplifier 20 drives the three-dimensional fine movement element 14 in the X and Y directions so that the displacement amount in the X and Y directions of the sample 18 or the probe 12 detected by the displacement sensor 38 matches the X and Y reference signals. . Then, the image analysis device 34 receives the unevenness signal corresponding to the displacement amount detected by the displacement detection device 22 from the controller 26, performs image analysis, and displays the image as a three-dimensional image.

【００２１】なお、アナログスイッチＳＷＸ及びＳＷＹ
によって、Ｘ走査Ｄ／Ａコンバータ２８及びＹ走査Ｄ／
Ａコンバータ３０と、Ｘフィードバック制御回路４４及
びＹフィードバック制御回路４６とを、選択的に高圧ア
ンプ２０に接続することにより、ゆがみ補正とＸ，Ｙ走
査のサーボ動作とを選択的に行うことができるようにな
っている。また、サーボ状態から非サーボ状態に切り替
える際の針とびを防止するため、コントローラ２６は、
Ｘ電圧Ａ／Ｄコンバータ４８及びＹ電圧Ａ／Ｄコンバー
タ５０によってＸフィードバック制御回路４４及びＹフ
ィードバック制御回路４６の出力電圧をディジタル信号
として取り込み、それに対応する信号をＸ走査Ｄ／Ａコ
ンバータ２８及びＹ走査Ｄ／Ａコンバータ３０から出力
されるように制御する。The analog switches SWX and SWY
X-scan D / A converter 28 and Y-scan D /
By selectively connecting the A converter 30 and the X feedback control circuit 44 and the Y feedback control circuit 46 to the high-voltage amplifier 20, the distortion correction and the X and Y scanning servo operations can be selectively performed. It has become. Further, in order to prevent jumping when switching from the servo state to the non-servo state, the controller 26
The output voltages of the X feedback control circuit 44 and the Y feedback control circuit 46 are fetched as digital signals by the X voltage A / D converter 48 and the Y voltage A / D converter 50, and the signals corresponding thereto are converted to the X scanning D / A converter 28 and the Y signal. Control is performed so as to be output from the scanning D / A converter 30.

【００２２】次に、このような構成のＳＰＭにおける部
分測定方法を説明する。図１は、本発明の第１の実施の
形態の動作フローチャートであり、本実施の形態は、走
査中にＸ，Ｙのフィードバック機能を使用しない場合の
例である。Next, a partial measurement method in the SPM having such a configuration will be described. FIG. 1 is an operation flowchart of the first embodiment of the present invention. This embodiment is an example in which the X and Y feedback functions are not used during scanning.

【００２３】まず、リニア補正無し測定を行う（ステッ
プＳ１０）。この測定は、実際には、図２の（Ａ）のフ
ローチャートに示すようにして行われる。即ち、試料１
８と探針１２の関係は、通常のＡＦＭ動作により、力一
定動作になっている。この動作の下で、アナログスイッ
チＳＷＸ及びＳＷＹは、コントローラ２６の指令により
それぞれＩ側になっており、コントローラ２６からＸ走
査Ｄ／Ａコンバータ２８及びＹ走査Ｄ／Ａコンバータ３
０を介して三角波状の走査信号が高圧アンプ２０に印加
され、三次元微動素子１４は試料１８をＸ及びＹ方向に
走査する（ステップＳ１０Ａ）。その走査本数及び測定
点数は、例えば２５６×２５６点であり、各サンプリン
グポイント（ｘｓ，ｙｓ）で、Ｚ制御機構２４の出力デ
ータを数値化Ｚ（ｘｓ，ｙｓ）して、画像解析装置３４
の不図示画像記憶部の図３の（Ａ）に示すようなデータ
メモリ３４Ａに記憶する（ステップＳ１０Ｃ）。ここで
即時に、対応する２５６×２５６点のＺデータを、図３
の（Ｂ）に示すような表示メモリ３４Ｂに転送し、画面
上の対応する点に、強度に対するテーブルを参照した輝
度信号として表示することもできる。なお、Ｚ信号とし
ては、三次元微動素子１４のＺ方向の変位を不図示のＺ
変位センサのセンサ信号を数値化したものでもかまわな
い。First, measurement without linear correction is performed (step S10). This measurement is actually performed as shown in the flowchart of FIG. That is, sample 1
The relation between the probe 8 and the probe 12 is a constant force operation by a normal AFM operation. Under this operation, the analog switches SWX and SWY are respectively set to the I side according to a command from the controller 26, and the X-scanning D / A converter 28 and the Y-scanning D / A converter 3
A triangular scanning signal is applied to the high-voltage amplifier 20 via 0, and the three-dimensional fine moving element 14 scans the sample 18 in the X and Y directions (step S10A). The number of scanning lines and the number of measurement points are, for example, 256 × 256 points. At each sampling point (xs, ys), the output data of the Z control mechanism 24 is converted into a numerical value Z (xs, ys), and the image analysis device 34 is obtained.
Is stored in the data memory 34A as shown in FIG. 3A of the image storage unit (not shown) (step S10C). Here, the corresponding 256 × 256 points of Z data are immediately
(B), and can be displayed at a corresponding point on the screen as a luminance signal with reference to a table for intensity. In addition, as the Z signal, the displacement of the three-dimensional fine movement element 14 in the Z direction
The sensor signal of the displacement sensor may be digitized.

【００２４】このようなデータ取り込みを上記２５６×
２５６の全サンプリングポイントについて終了するまで
（ステップＳ１０Ｄ）繰り返すことになるが、走査中に
探針１２が所定のサンプリングポイント（ｘｎ，ｙｎ）
（例えば、サンプリングの８点おき、８ラインおき［ｘ
ｎ（ｙｎ）＝０，８，１６，…，２４８］）にきたとき
には（ステップＳ１０Ｂ）、Ｚ信号にとどまらず、Ｘ，
Ｙの変位量に相当するＸ変位センサ３６とＹ変位センサ
３８の出力値を、Ｘ変位Ａ／Ｄコンバータ４０及びＹ変
位Ａ／Ｄコンバータ４２でＸ（ｘｎ，ｙｎ）及びＹ（ｘ
ｎ，ｙｎ）のように数値化し、画像解析装置３４上の図
３の（Ｃ）及び（Ｄ）に示すようなＸ及びＹ変位メモリ
３４Ｃ，３４Ｄに記憶する（ステップＳ１０Ｅ）。Such data capture is performed by using the above 256 ×
The process is repeated until the process is completed for all 256 sampling points (step S10D). However, during scanning, the probe 12 moves to the predetermined sampling point (xn, yn).
(For example, every eight sampling points, every eight lines [x
n (yn) = 0, 8, 16,..., 248]) (step S10B), not only the Z signal but also X,
The output values of the X displacement sensor 36 and the Y displacement sensor 38 corresponding to the displacement amount of Y are converted by the X displacement A / D converter 40 and the Y displacement A / D converter 42 into X (xn, yn) and Y (x
(n, yn) and stored in the X and Y displacement memories 34C and 34D as shown in FIGS. 3C and 3D on the image analyzer 34 (step S10E).

【００２５】このように、ステップＳ１０におけるリニ
ア補正無し測定の工程では、２５６×２５６点の画像Ｚ
（ｘｓ，ｙｓ）及び３２×３２点のＸ，Ｙ平面上の変位
の記録であるＸ（ｘｎ，ｙｎ）及びＹ（ｘｎ，ｙｎ）が
記憶される。As described above, in the step of measuring without linear correction in step S10, the image Z of 256 × 256 points
(Xs, ys) and X (xn, yn) and Y (xn, yn), which are records of the displacement of the 32 × 32 points on the X, Y plane, are stored.

【００２６】このようにして画像解析装置３４に取り込
まれた画像Ｚ（ｘｓ，ｙｓ）は、図３の（Ｂ）の表示メ
モリ３４Ｂに書き込まれ、画像解析装置３４の表示装置
の画面上に２５６×２５６点の画素ピクセルの輝度Ｚ
（ｐｘ，ｐｙ）で表示される（ステップＳ１１）。The image Z (xs, ys) captured by the image analyzer 34 in this way is written into the display memory 34B shown in FIG. × Luminance Z of 256 pixel pixels
It is displayed as (px, py) (step S11).

【００２７】即ち、画像解析装置３４の表示装置の画面
上で、オペレータがより詳しく見たい位置を指定するこ
とにより、オフセット位置（ｐｘｏｆｆ，ｐｙｏｆｆ）
を設定する（ステップＳ１２）。このときの実際のＸ，
Ｙ平面上でのオフセット位置を知るために、測定時にＸ
変位メモリ３４Ｃ及びＹ変位メモリ３４Ｄに記録した３
２×３２点×２のＸ及びＹ変位信号データの内で、上記
オフセット位置（ｐｘｏｆｆ，ｐｙｏｆｆ）に近接する
最低４点の変位の記録（Ｘ（ｘｎ，ｙｎ），Ｙ（ｘｎ，
ｙｎ））から、指定したオフセット位置の座標に当たる
変位センサ信号の値（Ｘｏｆｆｓｅｔ，Ｙｏｆｆｓｅ
ｔ）を求める（ステップＳ１３）。That is, the operator designates a position to be viewed in more detail on the screen of the display device of the image analysis device 34, so that the offset position (pxoff, pyoff)
Is set (step S12). Actual X at this time,
In order to know the offset position on the Y plane, X
3 recorded in the displacement memory 34C and the Y displacement memory 34D
Records of displacements (X (xn, yn), Y (xn, yn) of at least four points near the offset position (pxoff, pyoff) in the X and Y displacement signal data of 2 × 32 points × 2
yn)), the value (Xoffset, Yoffse) of the displacement sensor signal corresponding to the coordinates of the specified offset position
t) is obtained (step S13).

【００２８】または、Ｘｏｆｆｓｅｔ＝Ｘ（ｐｘｏｆ
ｆ，ｐｙｏｆｆ）、Ｙｏｆｆｓｅｔ＝Ｙ（ｐｘｏｆｆ，
ｐｙｏｆｆ）としても良い。ここで、Ｘ（ｐｘ，ｐｙ）
及びＹ（ｐｘ，ｐｙ）の関数は、サンプリングした２５
６×２５６点の位置（ｐｘ，ｐｙ）が実際の空間ではど
の位置になるのかを求めるためのセンサ信号の組みであ
るＸ変位メモリ３４Ｃ及びＹ変位メモリ３４Ｄの（Ｘ
（ｘｎ，ｙｎ），Ｙ（ｘｎ，ｙｎ））から求めた変換関
数である。この変換関数は、前述したような画面上で近
接する４点のＸ，Ｙ変位のサンプリング値の重み付けし
た平均から求める変換アルゴリズムであっても良いし、
サンプリングデータを元にＸ及びＹの信号に関して関数
曲面に当てはめ、変換関数を求めたものであっても良
い。Alternatively, Xoffset = X (pxof
f, pyoff), Yoffset = Y (pxoff,
pyoff). Here, X (px, py)
And the function of Y (px, py) are
(X) of the X displacement memory 34C and the Y displacement memory 34D, which is a set of sensor signals for determining the position (px, py) of the 6 × 256 points in the actual space.
(Xn, yn), Y (xn, yn)). This conversion function may be a conversion algorithm obtained from a weighted average of the sampling values of the X and Y displacements of four points close to each other on the screen as described above,
The conversion function may be obtained by applying the X and Y signals to the function surface based on the sampling data.

【００２９】上記のようにして２５６×２５６点の画像
Ｚ（ｘｓ，ｙｓ）及び３２×３２点の実際のＸ，Ｙ平面
上の変位の記録であるＸ（ｘｎ，ｙｎ）及びＹ（ｘｎ，
ｙｎ）が記憶されていれば、新たな走査の中心位置を何
処に置くかを正確に指定することができる。As described above, the images X (xn, yn) and Y (xn, yn) which are the records of the image Z (xs, ys) of 256 × 256 points and the actual displacement of the 32 × 32 points on the X and Y planes are obtained.
If yn) is stored, it is possible to accurately specify where the center position of the new scan is to be placed.

【００３０】次に、アクチュエータの非線形性を考慮す
る必要のない程度に走査領域を小さく設定して、測定を
行う。まず、この測定を開始するに当たって、探針１２
を新たな走査領域の中心にもっていくために、Ｘ，Ｙそ
れぞれの変位センサ信号が前述の（Ｘｏｆｆｓｅｔ，Ｙ
ｏｆｆｓｅｔ）になるように、三次元微動素子１４への
Ｘ及びＹの印加電圧を調整する。それには、例えば、コ
ントローラ２６からの指令で、Ｘ，Ｙのリニアサーボを
行うために、アナログスイッチＳＷＸ及びＳＷＹをＳ側
にして、フィードバック動作をオンにする（ステップＳ
１４）。Next, measurement is performed with the scan area set to a small size so that it is not necessary to consider the nonlinearity of the actuator. First, when starting this measurement, the probe 12
Is brought to the center of the new scanning area, the displacement sensor signals of X and Y are respectively set to (Xoffset, Y
offset), the X and Y applied voltages to the three-dimensional fine movement element 14 are adjusted. For this purpose, for example, in order to perform X and Y linear servos in response to a command from the controller 26, the analog switches SWX and SWY are set to the S side and the feedback operation is turned on (step S
14).

【００３１】そして、探針１２の位置を移動させる（ス
テップＳ１５）。即ち、この状態で、Ｘフィードバック
制御回路４４及びＹフィードバック制御回路４６のレフ
ァレンス値となるＸ走査Ｄ／Ａコンバータ２８及びＹ走
査Ｄ／Ａコンバータ３０の出力を、上記Ｘｏｆｆｓｅｔ
及びＹｏｆｆｓｅｔになるまで変化させる。これによ
り、探針１２は、新たな走査領域の中心に移動すること
になる。ここで、コントローラ２６は、Ｘフィードバッ
ク制御回路４４及びＹフィードバック制御回路４６から
三次元微動素子１４に印加しているサーボ信号ｖｘｈｏ
ｌｄ，ｖｙｈｏｌｄを、Ｘ電圧Ａ／Ｄコンバータ４８及
びＹ電圧Ａ／Ｄコンバータ５０を介して取り込み、Ｘフ
ィードバック制御回路４４及びＹフィードバック制御回
路４６に対してホールド信号Ｈｏｌｄを供給して、これ
らＸ及びＹフィードバック制御回路４４及び４６から三
次元微動素子１４への信号ｖｘｈｏｌｄ，ｖｙｈｏｌｄ
の印加状態を保持する。Then, the position of the probe 12 is moved (step S15). That is, in this state, the outputs of the X-scanning D / A converter 28 and the Y-scanning D / A converter 30, which are the reference values of the X feedback control circuit 44 and the Y feedback control circuit 46, are output to the Xoffset.
And Yoffset. Thus, the probe 12 moves to the center of the new scanning area. Here, the controller 26 controls the servo signal vxho applied to the three-dimensional fine movement element 14 from the X feedback control circuit 44 and the Y feedback control circuit 46.
ld and vyhold are fetched through an X voltage A / D converter 48 and a Y voltage A / D converter 50, and a hold signal Hold is supplied to the X feedback control circuit 44 and the Y feedback control circuit 46, and these X and Signals vxhold, vyhold from Y feedback control circuits 44 and 46 to three-dimensional fine movement element 14
Is maintained.

【００３２】この間に、画像解析装置３４の表示装置の
画面上で、オペレータがより詳しく見たい範囲を指定す
ることにより、走査領域（ＬＸ，ＬＹ）を設定すること
ができる（ステップＳ１６）。勿論、この走査領域の設
定は、上記ステップＳ１２でのオフセット位置の設定動
作に続けて行っても良い。During this time, the operator can set the scanning area (LX, LY) on the screen of the display device of the image analyzer 34 by specifying the range that the operator wants to see in more detail (step S16). Of course, the setting of the scanning area may be performed following the operation of setting the offset position in step S12.

【００３３】そして、Ｘ走査Ｄ／Ａコンバータ２８及び
Ｙ走査Ｄ／Ａコンバータ３０の出力信号を上記サーボ信
号値ｖｘｈｏｌｄ，ｖｙｈｏｌｄにし、アナログスイッ
チＳＷＸ及びＳＷＹをＩ側に戻すことにより、サーボ動
作をオフにする（ステップＳ１７）。これは、アナログ
スイッチＳＷＸ，ＳＷＹを切り替えたときに、Ｘ走査Ｄ
／Ａコンバータ２８及びＹ走査Ｄ／Ａコンバータ３０の
出力信号が、切り替え前に印加されていた電圧と異なる
と、探針１２が新たな走査領域の中心から移動してしま
う、いわゆる針飛びが生じてしまうということを防ぐた
めである。The servo signals are turned off by setting the output signals of the X-scanning D / A converter 28 and the Y-scanning D / A converter 30 to the servo signal values vxhold and vyhold and returning the analog switches SWX and SWY to the I side. (Step S17). This is because when the analog switches SWX and SWY are switched, the X scan D
If the output signals of the / A converter 28 and the Y-scan D / A converter 30 are different from the voltage applied before the switching, the probe 12 moves from the center of the new scanning area, that is, a so-called needle jump occurs. This is to prevent that.

【００３４】次に、この電圧ｖｘｈｏｌｄ，ｖｙｈｏｌ
ｄを中心として、新たな走査範囲の像を取るプリスキャ
ンを行う（ステップＳ１８）。即ち、走査領域の確認の
ために、コントローラ２６は、Ｘ走査Ｄ／Ａコンバータ
２８及びＹ走査Ｄ／Ａコンバータ３０から、Ｘ方向とＹ
方向に少なくとも１回ずつ走査信号として圧電定数ＤＸ
及びＤＹから見積もられる電圧ＬＸ／ＤＸ及びＬＹ／Ｄ
Ｙを、三次元微動素子１４に印加する。そして、Ｘ変位
Ａ／Ｄコンバータ４０及びＹ変位Ａ／Ｄコンバータ４２
を介してＸ変位センサ３６及びＹ変位センサ３８によ
り、そのときの走査量、つまり走査範囲ＬＸＰＲＥ及び
ＬＹＰＲＥを検出する（ステップＳ１９）。Next, the voltages vxhold, vyhol
A pre-scan for taking an image of a new scanning range is performed around d (step S18). That is, in order to confirm the scanning area, the controller 26 sends the X direction and the Y direction from the X scanning D / A converter 28 and the Y scanning D / A converter 30.
Piezoelectric constant DX as a scanning signal at least once in the direction
LX / DX and LY / D estimated from and DY
Y is applied to the three-dimensional fine movement element 14. Then, an X displacement A / D converter 40 and a Y displacement A / D converter 42
, The scanning amount at that time, that is, the scanning ranges LXPRE and LYPRE are detected by the X displacement sensor 36 and the Y displacement sensor 38 (step S19).

【００３５】次に、コントローラ２６は、得られた走査
範囲ＬＸＰＥＲ及びＬＹＰＲＥに対して設定したい走査
範囲ＬＸ及びＬＹとの比率で、走査電圧Δｖｘ及びΔｖ
ｙを、次の計算を元に設定し直す（ステップＳ２０）。Next, the controller 26 sets the scanning voltages .DELTA.vx and .DELTA.v at the ratio of the obtained scanning ranges LXPER and LYPRE to the desired scanning ranges LX and LY.
y is reset based on the next calculation (step S20).

【００３６】Δｖｘ＝ＬＸ／ＤＸ・ＬＸ／ＬＸＰＲＥ， Δｖｙ＝ＬＹ／ＤＹ・ＹＸ／ＬＹＰＲＥ そして、上記ｖｘｈｏｌｄ，ｖｙｈｏｌｄを走査電圧の
中心とし、且つ、このΔｖｘ，Δｖｙを走査電圧範囲と
して、Ｘ走査Ｄ／Ａコンバータ２８及びＹ走査Ｄ／Ａコ
ンバータ３０の出力を発生させることで、探針走査を行
う（ステップＳ２１）。これにより、適切な位置で適切
な走査範囲の像を取り込むことができるようになるの
で、後は、Ｚ制御機構２４の出力データを数値化して、
そのまま画像解析装置３４により表示を行うことができ
る（ステップＳ２２）。.DELTA.vx = LX / DX.LX / LXPRE, .DELTA.vy = LY / DY.YX / LYPRE Then, the above-mentioned vxhold and vyhold are set as the center of the scanning voltage, and the .DELTA.vx and .DELTA.vy are set as the scanning voltage range, and the X scanning D The probe scanning is performed by generating the outputs of the / A converter 28 and the Y-scanning D / A converter 30 (step S21). As a result, an image in an appropriate scanning range can be captured at an appropriate position, and thereafter, the output data of the Z control mechanism 24 is digitized and
The display can be directly performed by the image analysis device 34 (step S22).

【００３７】なお、更に走査領域を小さくしていく場合
には、圧電体の非線形性を無視できるようになるため、
ここで得られた電圧値の比例配分で正しい走査範囲と走
査中心の設定が可能となる。また、別の位置に移動する
場合には、リニア補正が必要な領域のＸ（ｘｎ，ｙ
ｎ），Ｙ（ｘｎ，ｙｎ）のデータを元に再度走査中心及
び走査領域の設定をし直すことになる。When the scanning area is further reduced, the nonlinearity of the piezoelectric body can be ignored.
The correct scanning range and scanning center can be set by the proportional distribution of the voltage values obtained here. When moving to another position, X (xn, y) of the area where linear correction is required
Based on the data of n) and Y (xn, yn), the scanning center and the scanning area are set again.

【００３８】次に、本発明の第２の実施の形態を、図４
のフローチャートを参照して説明する。本実施の形態
は、得られた３２×３２点のＸ，Ｙ平面上の変位の記録
であるＸ（ｘｎ，ｙｎ）及びＹ（ｘｎ，ｙｎ）に基づい
て実際の試料１８の形を反映する画像に補正表示する場
合である。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to the flowchart of FIG. In the present embodiment, the actual shape of the sample 18 is reflected on the basis of X (xn, yn) and Y (xn, yn), which are records of the displacement of the obtained 32 × 32 points on the X and Y planes. This is a case where an image is corrected and displayed.

【００３９】即ち、前述したような第１の実施の形態と
同様のステップＳ１０のリニア補正無し測定を行った
後、ソフト補正表示を行う（ステップＳ３０）。これ
は、画像解析装置３４において、上記３２×３２点のデ
ータから、二次元変換式を計算し、各ピクセル座標（ｐ
ｘ，ｐｙ）の位置に対応する値を割り当てて表示するも
のである。このときの変換は、変位信号Ｘ，Ｙを２５６
分割した内の（ｐｘ，ｐｙ）に比例配分された変位信号
に対応した点 ｐｘ×Δｘ＝Ｘ（ｘｓ，ｙｓ）， ｐｙ×Δｙ＝Ｙ（ｘｓ，ｙｓ） となるデータメモリ３４Ａのサンプリング点（ｘｓ，ｙ
ｓ）のＺ方向の信号Ｚ（ｘｓ，ｙｓ）を、表示メモリ３
４Ｂの（ｐｘ，ｐｙ）に割り付けることになる。ここ
で、ΔｘはＸ方向の走査ラインの長さをサンプリング数
で割った長さに相当する変位センサ信号の大きさであ
り、ΔｙはＹ方向の走査範囲を走査ライン数で割った長
さに相当する変位センサ信号の大きさである。That is, after performing the measurement without linear correction in step S10 similar to that of the first embodiment as described above, a soft correction display is performed (step S30). This is because the image analysis device 34 calculates a two-dimensional conversion formula from the data of the above 32 × 32 points and calculates each pixel coordinate (p
(x, py) is assigned and displayed. The conversion at this time is as follows.
The points corresponding to the displacement signals proportionally distributed to (px, py) of the divisions: px × Δx = X (xs, ys), py × Δy = Y (xs, ys) xs, y
s), the signal Z (xs, ys) in the Z direction is stored in the display memory 3
4B (px, py). Here, Δx is the magnitude of the displacement sensor signal corresponding to the length obtained by dividing the length of the scan line in the X direction by the number of samples, and Δy is the length obtained by dividing the scan range in the Y direction by the number of scan lines. The magnitude of the corresponding displacement sensor signal.

【００４０】そして、このようにして割り付けられた画
像解析装置３４の表示画面上で、次の測定に際して中心
位置となるオフセット位置（Ｘｏｆｆｓｅｔ，Ｙｏｆｆ
ｓｅｔ）を指定すると（ステップＳ３１）、このオフセ
ット位置（Ｘｏｆｆｓｅｔ，Ｙｏｆｆｓｅｔ）は、画面
上のピクセルから指定した（ｐｘｏｆｆ，ｐｙｏｆｆ）
から Ｘｏｆｆｓｅｔ＝Δｘ×ｐｘｏｆｆ， Ｙｏｆｆｓｅｔ＝Δｙ×ｐｙｏｆｆ として変位センサ信号の値として決められる。Then, on the display screen of the image analyzer 34 allocated in this way, the offset position (Xoffset, Yoff) which becomes the center position at the next measurement
set) (step S31), the offset position (Xoffset, Yoffset) is specified from the pixel on the screen (pxoff, pyoff).
From this, Xoffset = Δx × pxoff and Yoffset = Δy × pyoff are determined as values of the displacement sensor signal.

【００４１】なお、これは、変位センサ信号のゲインが
決まっていることから、換算した値として実際の長さで
数値入力することも可能である。こうして、オフセット
位置（Ｘｏｆｆｓｅｔ，Ｙｏｆｆｓｅｔ）が設定された
ならば、後は、前述の第１の実施の形態のステップＳ１
４以降と同様の処理を行うことにより、適切な位置で適
切な走査範囲の像を取り込むことができるようになる。Incidentally, since the gain of the displacement sensor signal is determined, it is also possible to input a numerical value with the actual length as a converted value. Once the offset position (Xoffset, Yoffset) has been set in this way, the process thereafter proceeds to step S1 of the above-described first embodiment.
By performing the same processing as in the fourth and subsequent steps, an image in an appropriate scanning range can be captured at an appropriate position.

【００４２】なお、これら第１の実施の形態の通常表示
と第２の実施の形態のソフト補正表示の両方を実施でき
るようにＳＰＭを構成し、それらを任意に切り替えられ
るようにしても良いことは勿論である。It should be noted that the SPM may be configured so that both the normal display according to the first embodiment and the soft correction display according to the second embodiment can be performed, and the SPM may be arbitrarily switched. Of course.

【００４３】次に、本発明の第３の実施の形態を、図５
のフローチャートを参照して説明する。本実施の形態
は、従来例で説明したような走査に際してＸ，Ｙ変位セ
ンサ３６，３８の値を元にＸ，Ｙの走査にサーボをかけ
て走査の線形性補正を行っていた場合に、走査領域を小
さくした時にＸ，Ｙのサーボ動作を行わないでノイズの
少ない測定を行うようにした例である。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to the flowchart of FIG. In this embodiment, when scanning is performed as described in the conventional example, the X and Y scanning is servo-controlled based on the values of the X and Y displacement sensors 36 and 38 to correct the scanning linearity. This is an example in which when the scanning area is reduced, measurement with less noise is performed without performing the X and Y servo operations.

【００４４】まず、Ｘ，Ｙリニア補正あり測定を行って
データメモリ３４ＡにＺ（ｘｓ，ｙｓ）を格納し（ステ
ップＳ４０）、この配列をそのまま表示メモリ３４に転
送して画像解析装置３４にて表示する（ステップＳ４
１）。ここで、表示される像は、少なくともＸ，Ｙ平面
の配置に関して実際の試料１８の測定領域と相似形にな
っている。First, measurement with X, Y linear correction is performed, and Z (xs, ys) is stored in the data memory 34A (step S40). This array is transferred to the display memory 34 as it is, and the image analysis device 34 Display (Step S4
1). Here, the displayed image has a shape similar to the actual measurement area of the sample 18 with respect to at least the arrangement in the X and Y planes.

【００４５】なお、上記ステップＳ４０でのリニア補正
あり測定は、図２の（Ｂ）に示すようにして行われる。
即ち、まず、コントローラ２６からの指令で、Ｘ，Ｙの
リニアサーボを行うために、アナログスイッチＳＷＸ及
びＳＷＹをＳ側にして、フィードバック動作をオンにす
る（ステップＳ４０Ａ）。そして、Ｘ及びＹフィードバ
ック制御回路４４及び４６によるサーボ動作を行いなが
ら、試料１８をＸ及びＹ方向に走査する（ステップＳ４
０Ｂ）。その走査本数及び測定点数は、例えば２５６×
２５６点であり、各サンプリングポイント（ｘｓ，ｙ
ｓ）で、Ｚ制御機構２４の出力データを数値化Ｚ（ｘ
ｓ，ｙｓ）して、画像解析装置３４のデータメモリ３４
Ａに記憶する（ステップＳ４０Ｃ）。このようなデータ
取り込みを上記２５６×２５６の全サンプリングポイン
トについて終了するまで（ステップＳ１０Ｄ）繰り返
す。The measurement with linear correction in step S40 is performed as shown in FIG. 2B.
That is, first, the analog switches SWX and SWY are set to the S side and the feedback operation is turned on in order to perform the X and Y linear servos according to a command from the controller 26 (step S40A). Then, the sample 18 is scanned in the X and Y directions while performing the servo operation by the X and Y feedback control circuits 44 and 46 (step S4).
0B). The number of scanning lines and the number of measuring points are, for example, 256 ×
256 points, and each sampling point (xs, y
s), the output data of the Z control mechanism 24 is converted into a numerical value Z (x
s, ys), and the data memory 34 of the image analyzer 34
A is stored in A (step S40C). Such data capture is repeated until the process is completed for all the 256 × 256 sampling points (step S10D).

【００４６】このようなリニア補正あり測定によって２
５６×２５６点の画像Ｚ（ｘｓ，ｙｓ）が記憶され、画
像解析装置３４にて表示されたならば、次に、このリニ
ア補正測定を行った画像の表示された画面上でのオペレ
ータの位置指定に応じて、走査中心となるオフセット位
置を設定する（ステップＳ４２）。その指定位置の画像
上の点をｐｘｏｆｆ，ｐｙｏｆｆとすると、その位置で
のＸ及びＹ変位センサ３６及び３８の出力値Ｘｏｆｆｓ
ｅｔ，Ｙｏｆｆｓｅｔは、その位置でＸ走査Ｄ／Ａコン
バータ２８及びＹ走査Ｄ／Ａコンバータ３０から出力さ
れていたＸ及びＹサーボのレファレンスの値と等しいの
で、画面の画素に対応するｐｘｏｆｆ，ｐｙｏｆｆから
求めることができる。By such a measurement with linear correction, 2
If the image Z (xs, ys) of 56 × 256 points is stored and displayed on the image analysis device 34, then the position of the operator on the screen on which the image subjected to the linear correction measurement is displayed is displayed. According to the designation, an offset position serving as a scanning center is set (step S42). Assuming that points on the image at the designated position are pxoff and pyoff, the output values Xoffs of the X and Y displacement sensors 36 and 38 at that position.
Since et and Yoffset are equal to the X and Y servo reference values output from the X-scanning D / A converter 28 and the Y-scanning D / A converter 30 at that position, the values of pxoff and pyoff corresponding to the pixels on the screen are calculated. You can ask.

【００４７】ここの段階で、Ｘ及びＹのサーボ切り替え
用のアナログスイッチＳＷＸ及びＳＷＹはＳ側になって
いるので、Ｘ走査Ｄ／Ａコンバータ２８の出力をＸｏｆ
ｆｓｅｔに、またＹ走査Ｄ／Ａコンバータ３０の出力を
Ｙｏｆｆｓｅｔになるように値を変化させることによ
り、探針１２を新たな走査領域の中心に移動する（ステ
ップＳ１５）。ここで、コントローラ２６は、Ｘフィー
ドバック制御回路４４及びＹフィードバック制御回路４
６から三次元微動素子１４に印加しているサーボ信号ｖ
ｘｈｏｌｄ，ｖｙｈｏｌｄを、Ｘ電圧Ａ／Ｄコンバータ
４８及びＹ電圧Ａ／Ｄコンバータ５０を介して取り込
み、Ｘフィードバック制御回路４４及びＹフィードバッ
ク制御回路４６に対してホールド信号Ｈｏｌｄを供給し
て、これらＸ及びＹフィードバック制御回路４４及び４
６から三次元微動素子１４への信号ｖｘｈｏｌｄ，ｖｙ
ｈｏｌｄの印加状態を保持する。At this stage, since the analog switches SWX and SWY for switching the X and Y servos are on the S side, the output of the X-scan D / A converter 28 is output to Xof.
The probe 12 is moved to the center of a new scanning area by changing the output fset and the output of the Y-scan D / A converter 30 to Yoffset (step S15). Here, the controller 26 includes an X feedback control circuit 44 and a Y feedback control circuit 4.
The servo signal v applied to the three-dimensional fine movement element 14 from 6
xhold and vyhold are fetched through an X voltage A / D converter 48 and a Y voltage A / D converter 50, and a hold signal Hold is supplied to the X feedback control circuit 44 and the Y feedback control circuit 46, and these X and Y feedback control circuits 44 and 4
6 to the three-dimensional fine movement element 14 signals vxhold, vy
Hold application state is maintained.

【００４８】この間に、オペレータは、表示画面上で範
囲指定することにより、走査範囲ＬＸ，ＬＹを設定する
ことができる（ステップＳ１６）。そして、オフセット
位置に探針１２が移動したところで、前述したようにＸ
及びＹフィールドバック制御回路４４及び４６をホール
ド状態にして、アナログスイッチＳＷＸ及びＳＷＹをＩ
側に切り替えて、サーボ動作を停止させる（ステップＳ
１７）。During this time, the operator can set the scanning ranges LX and LY by specifying the range on the display screen (step S16). Then, when the probe 12 has moved to the offset position, X
And the Y field back control circuits 44 and 46 are held, and the analog switches SWX and SWY are
Side to stop the servo operation (step S
17).

【００４９】次に、この電圧ｖｘｈｏｌｄ，ｖｙｈｏｌ
ｄを中心として、新たな走査範囲の像を取るプリスキャ
ンを行う（ステップＳ１８）。即ち、走査領域の確認の
ために、コントローラ２６は、Ｘ走査Ｄ／Ａコンバータ
２８及びＹ走査Ｄ／Ａコンバータ３０から、Ｘ方向とＹ
方向に少なくとも１回ずつ走査信号として圧電定数ＤＸ
及びＤＹから見積もられる電圧ＬＸ／ＤＸ及びＬＹ／Ｄ
Ｙを、三次元微動素子１４に印加する。そして、Ｘ変位
Ａ／Ｄコンバータ４０及びＹ変位Ａ／Ｄコンバータ４２
を介してＸ変位センサ３６及びＹ変位センサ３８によ
り、そのときの走査量、つまり走査範囲ＬＸＰＲＥ及び
ＬＹＰＲＥを検出する（ステップＳ１９）。Next, the voltages vxhold, vyhol
A pre-scan for taking an image of a new scanning range is performed around d (step S18). That is, in order to confirm the scanning area, the controller 26 sends the X direction and the Y direction from the X scanning D / A converter 28 and the Y scanning D / A converter 30.
Piezoelectric constant DX as a scanning signal at least once in the direction
LX / DX and LY / D estimated from and DY
Y is applied to the three-dimensional fine movement element 14. Then, an X displacement A / D converter 40 and a Y displacement A / D converter 42
, The scanning amount at that time, that is, the scanning ranges LXPRE and LYPRE are detected by the X displacement sensor 36 and the Y displacement sensor 38 (step S19).

【００５０】次に、コントローラ２６は、得られた走査
範囲ＬＸＰＥＲ及びＬＹＰＲＥに対して設定したい走査
範囲ＬＸ及びＬＹとの比率で、走査電圧Δｖｘ及びΔｖ
ｙを、次の計算を元に設定し直す（ステップＳ２０）。Next, the controller 26 sets the scanning voltages .DELTA.vx and .DELTA.v at the ratio of the obtained scanning ranges LXPER and LYPRE to the desired scanning ranges LX and LY.
y is reset based on the next calculation (step S20).

【００５１】Δｖｘ＝ＬＸ／ＤＸ・ＬＸ／ＬＸＰＲＥ， Δｖｙ＝ＬＹ／ＤＹ・ＹＸ／ＬＹＰＲＥ そして、上記ｖｘｈｏｌｄ，ｖｙｈｏｌｄを走査電圧の
中心とし、且つ、このΔｖｘ，Δｖｙを走査電圧範囲と
して、Ｘ走査Ｄ／Ａコンバータ２８及びＹ走査Ｄ／Ａコ
ンバータ３０の出力を発生させることで、探針走査を行
う（ステップＳ２１）。これにより、適切な位置で適切
な走査範囲の像を取り込むことができるようになるの
で、後は、Ｚ制御機構２４の出力データを数値化して、
そのまま画像解析装置３４により表示を行うことができ
る（ステップＳ２２）。.DELTA.vx = LX / DX.LX / LXPRE, .DELTA.vy = LY / DY.YX / LYPRE Then, the above-described vxhold and vyhold are set as the center of the scanning voltage, and the .DELTA.vx and .DELTA.vy are set as the scanning voltage range. The probe scanning is performed by generating the outputs of the / A converter 28 and the Y-scanning D / A converter 30 (step S21). As a result, an image in an appropriate scanning range can be captured at an appropriate position, and thereafter, the output data of the Z control mechanism 24 is digitized and
The display can be directly performed by the image analysis device 34 (step S22).

【００５２】このように、変位センサ信号を元に探針を
移動し、サーボしていた電圧との対照により探針位置を
決定し、探針走査のサーボを切って走査信号を直接印加
することにより、ノイズの少ない信号で測定を行うこと
が可能になる。As described above, the probe is moved based on the displacement sensor signal, the probe position is determined by comparing the voltage with the servo voltage, the servo for the probe scanning is turned off, and the scanning signal is directly applied. Accordingly, it is possible to perform measurement with a signal having less noise.

【００５３】なお、上記第１乃至第３の実施の形態にお
いては、走査範囲ＬＸ，ＬＹの設定を探針位置移動を行
っている間に行うものとして説明したが、これは、オフ
セット位置の設定に続けて行っても良いし、サーボをオ
フした後でも良く、要は、プリスキャンを行う前に設定
すれば良いものである。In the first to third embodiments, the setting of the scanning ranges LX and LY has been described as being performed during the movement of the probe position. May be performed after the servo is turned off. In short, it may be set before performing the prescan.

【００５４】さらに、以上の実施の形態中のＸ，Ｙ変位
センサ３６，３８としては、光学的変位センサや、歪み
ゲージ、静電容量センサ、その他でもかまわない。ま
た、測定動作としては、ＡＦＭに限ったものではなく、
走査型トンネル顕微鏡ＳＴＭや、磁気力顕微鏡ＭＦＭ、
ＡＣモードのＡＦＭ等、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰ
Ｍ）一般として知られる、圧電体を用いて平面走査を行
い、得られた像から探針の位置のＸＹのオフセットを行
う、形状測定装置あるいは物性分析装置のＸＹ位置制御
動作に関しても同様の使用が可能であることは当然であ
る。Further, as the X and Y displacement sensors 36 and 38 in the above embodiments, an optical displacement sensor, a strain gauge, a capacitance sensor, or the like may be used. Also, the measurement operation is not limited to AFM,
Scanning tunnel microscope STM, magnetic force microscope MFM,
Scanning probe microscope (SP such as AFM in AC mode)
M) The same use is also applied to the XY position control operation of a shape measuring device or a physical property analyzer, which performs a plane scan using a piezoelectric body and performs XY offset of a probe position from an obtained image, which is generally known. Of course is possible.

【００５５】また、装置構成では、コントローラ２６の
代わりに、ＤＳＰ等の制御ＩＣに置き換えることや、コ
ントローラ２６で行っている一致検出（フィードバック
制御）をロジックＩＣに置き換えてハード的に行うこと
や、コントローラ２６でのフィルタ処理を他のデジタル
信号処理によるフィルタ処理で行ったり、Ａ／Ｄ変換す
る前段でアナログＩＣによるアナログフィルタ処理に置
き換えることも可能である。In the apparatus configuration, the controller 26 may be replaced with a control IC such as a DSP instead of the controller 26, or the coincidence detection (feedback control) performed by the controller 26 may be replaced with a logic IC to perform hardware. The filter processing in the controller 26 can be performed by another digital signal processing filter processing, or can be replaced with analog filter processing by an analog IC before A / D conversion.

【００５６】以上実施の形態に基づいて本発明を説明し
たが、本発明は上述した実施の形態に限定されるもので
はなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可
能である。ここで、本発明の要旨をまとめると以下のよ
うになる。Although the present invention has been described based on the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and applications are possible within the scope of the present invention. . Here, the summary of the present invention is as follows.

【００５７】（１） 探針を測定試料に対し相対的に走
査させて前記測定試料表面の測定領域の物理的あるいは
化学的量を測定する走査型プローブ顕微鏡において、前
記測定領域全体を走査することにより得られた測定結果
を表示するステップと、前記表示された測定領域の測定
結果の内の一部分を指定することにより、前記測定領域
の一部分を指定するステップと、前記探針もしくは前記
測定試料を相対的に移動させて、前記指定された測定領
域の一部分の内の所定位置に前記探針を移動するステッ
プと、前記所定位置に移動された探針が前記測定領域の
一部分をＸ方向及びそれに垂直なＹ方向に相対的に走査
するように、前記探針もしくは前記測定試料を移動させ
るステップと、前記測定領域の一部分の走査における前
記探針と測定試料との実際の相対的移動量を測定するス
テップと、前記探針が前記測定領域の前記指定された一
部分をＸ方向及びそれに垂直なＹ方向に実際に相対的に
走査するように、前記測定された実際の相対的移動量に
基づいて補正して、前記探針もしくは前記測定試料を移
動させるステップと、前記補正により実際に走査して得
られた測定結果を表示するステップと、を具備すること
を特徴とする走査型プローブ顕微鏡における部分測定方
法。(1) Scanning the entire measurement area with a scanning probe microscope for measuring the physical or chemical quantity of the measurement area on the surface of the measurement sample by scanning the probe relative to the measurement sample. Displaying the measurement result obtained by, and specifying a part of the measurement result of the displayed measurement region, thereby specifying a part of the measurement region, and setting the probe or the measurement sample to Moving the probe to a predetermined position within a portion of the designated measurement region by relatively moving the probe, and the probe moved to the predetermined position moves a portion of the measurement region in the X direction and to the X direction. Moving the probe or the measurement sample so as to relatively scan in the vertical Y direction, and the probe and the measurement sample in scanning a part of the measurement region. Measuring the actual relative movement of the probe, and measuring the actual relative movement of the probe such that the probe actually scans the designated portion of the measurement area relative to the X direction and the Y direction perpendicular thereto. Correcting based on an actual relative movement amount, moving the probe or the measurement sample, and displaying a measurement result obtained by actual scanning by the correction. Characteristic partial measurement method in scanning probe microscope.

【００５８】即ち、アクチュエータの非線形性を考慮し
て測定領域の一部分の所定位置（例えば中心）を指定
し、この指定された部分を走査させた場合の実際の探針
の移動量に応じて、指定された部分に対応する実際の範
囲を走査できるようにしたので、大きな面積の走査での
アクチュエータの線形性補正と小さな面積の走査での位
置的な連続性を保つことができるようになる。That is, a predetermined position (for example, the center) of a part of the measurement area is specified in consideration of the non-linearity of the actuator, and according to the actual movement amount of the probe when the specified part is scanned, Since the actual range corresponding to the designated portion can be scanned, the linearity of the actuator can be corrected in a large area scan and the positional continuity in a small area scan can be maintained.

【００５９】（２） 前記探針と測定試料との相対的な
移動及び走査は、前記測定試料を三次元方向それぞれに
移動させるアクチュエータに対する印加電圧を変化させ
ることにより行われ、前記探針の所定位置への移動は、
前記アクチュエータの非線形性を補正するように前記印
加電圧が調整されて行われ、前記測定領域全体の走査、
前記測定領域の一部分の走査、及び前記実際の相対的移
動量に基づいて補正された走査は、前記印加電圧の調整
を行うこと無く行われることを特徴とする前記（１）に
記載の走査型プローブ顕微鏡における部分測定方法。(2) The relative movement and scanning of the probe and the measurement sample are performed by changing the voltage applied to an actuator that moves the measurement sample in each of the three-dimensional directions, and the predetermined movement of the probe is performed. Moving to a position
The applied voltage is adjusted so as to correct the nonlinearity of the actuator, and scanning is performed on the entire measurement area,
The scanning method according to (1), wherein the scanning of a part of the measurement area and the scanning corrected based on the actual relative movement amount are performed without adjusting the applied voltage. Partial measurement method using a probe microscope.

【００６０】即ち、探針の所定位置への移動はノイズの
影響を無視できるので、走査のフィードバック動作（サ
ーボ動作）を行って正確に位置決めすることができる。 （３） 前記測定領域全体の走査時に、所定間隔で前記
探針と測定試料との実際の相対的移動量を測定するステ
ップをさらに含み、前記測定領域全体を走査することに
より得られた測定結果を表示するステップは、前記測定
した実際の相対的移動量に基づいて測定結果を補正して
表示することを特徴とする前記（２）に記載の走査型プ
ローブ顕微鏡における部分測定方法。That is, since the influence of noise can be ignored when the probe is moved to a predetermined position, accurate positioning can be performed by performing a feedback operation (servo operation) of scanning. (3) The method further includes a step of measuring an actual relative movement amount of the probe and the measurement sample at a predetermined interval when scanning the entire measurement region, and a measurement result obtained by scanning the entire measurement region. Wherein the step of displaying is performed by correcting the measurement result based on the measured actual relative movement amount and displaying the corrected result, wherein the partial measurement method in the scanning probe microscope according to the above (2),

【００６１】即ち、予めテーブルを用意しておくのでは
なく、測定ごとに新しい補正用テーブルを作成するの
で、経時変化や環境の変化に対応することができる。 （４） 前記探針と測定試料との相対的な移動及び走査
は、前記測定試料を三次元方向それぞれに移動させるア
クチュエータに対する印加電圧を変化させることにより
行われ、前記測定領域全体の走査及び前記探針の所定位
置への移動は、前記アクチュエータの非線形性を補正す
るように前記印加電圧が調整されて行われ、前記測定領
域の一部分の走査及び前記実際の相対的移動量に基づい
て補正された走査は、前記印加電圧の調整を行うこと無
く行われることを特徴とする前記（１）に記載の走査型
プローブ顕微鏡における部分測定方法。That is, instead of preparing a table in advance, a new correction table is created for each measurement, so that it is possible to cope with aging and environmental changes. (4) The relative movement and scanning of the probe and the measurement sample are performed by changing an applied voltage to an actuator that moves the measurement sample in each of the three-dimensional directions. The movement of the probe to the predetermined position is performed by adjusting the applied voltage so as to correct the nonlinearity of the actuator, and is corrected based on the scanning of a part of the measurement area and the actual relative movement amount. The partial scanning method in the scanning probe microscope according to (1), wherein the scanning is performed without adjusting the applied voltage.

【００６２】測定領域全体の走査ではサーボ動作を行っ
て正確に走査を行い、走査領域を小さくした時にはサー
ボどうさを行わないでノイズの少ない測定を行うことが
でき、しかもその際、位置的な連続性を保つことが可能
になる。In the scanning of the entire measurement area, a servo operation is performed to perform accurate scanning, and when the scanning area is reduced, measurement with little noise can be performed without performing servo control. It is possible to maintain continuity.

【００６３】[0063]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
カンチレバー上の探針と試料との間に働く相互作用（原
子間力、静電気力及び磁気力）によって変化するカンチ
レバーの撓みを一定に保つことにより、試料と探針の間
に働く力を一定に保ちながら、試料と探針の相対的位置
を走査する動作において、大きな面積の走査でのアクチ
ュエータの線形性補正と小さな面積の走査での位置的な
連続性を保つことのできる走査型プローブ顕微鏡におけ
る部分測定方法を提供することができる。As described in detail above, according to the present invention,
The force acting between the sample and the probe is kept constant by keeping the deflection of the cantilever constant due to the interaction (atomic force, electrostatic force and magnetic force) between the probe on the cantilever and the sample. In scanning probe microscopes that can maintain the linearity of the actuator in large area scanning and the positional continuity in small area scanning in the operation of scanning the relative position of the sample and the probe while maintaining A partial measurement method can be provided.

【００６４】即ち、本発明の走査型プローブ顕微鏡の部
分測定方法によって、圧電体の変位と電圧ヒステリシス
特性の影響を受ける測定に対しても、変位検出センサの
ノイズレベルに応じた探針制御法の切り替えで、走査位
置及び走査範囲変更の連続性を保つことができるように
なり、μｍレベルの探針位置と原子的オーダーの測定領
域とで対応のとれる、高分解能かつ直線性の高い高精度
な試料表面情報測定が可能となる。In other words, the probe control method according to the noise level of the displacement detection sensor can be applied to the measurement influenced by the displacement of the piezoelectric body and the voltage hysteresis characteristic by the partial measurement method of the scanning probe microscope of the present invention. By switching, the continuity of scanning position and scanning range change can be maintained, and high resolution and high linearity and high accuracy can be achieved at the micrometer level probe position and atomic order measurement area. The sample surface information can be measured.

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

【図１】本発明の第１の実施の形態の動作フローチャー
トである。FIG. 1 is an operation flowchart of a first embodiment of the present invention.

【図２】（Ａ）はリニア補正無し測定のフローチャート
であり、（Ｂ）はリニア補正あり測定のフローチャート
である。FIG. 2A is a flowchart of a measurement without linear correction, and FIG. 2B is a flowchart of a measurement with linear correction.

【図３】（Ａ）乃至（Ｄ）はそれぞれ画像解析装置内の
メモリ割付を示す図であり、（Ｅ）は圧電体の非線形を
示す線図、（Ｆ）は走査領域の変更を説明するための図
である。FIGS. 3A to 3D are diagrams showing memory allocation in the image analyzer, FIG. 3E is a diagram showing non-linearity of a piezoelectric body, and FIG. FIG.

【図４】本発明の第２の実施の形態の動作フローチャー
トである。FIG. 4 is an operation flowchart of the second embodiment of the present invention.

【図５】本発明の第３の実施の形態の動作フローチャー
トである。FIG. 5 is an operation flowchart according to a third embodiment of the present invention.

【図６】従来及び本発明の適用される走査型プローブ顕
微鏡（ＳＰＭ）のブロック構成図である。FIG. 6 is a block diagram of a conventional scanning probe microscope (SPM) to which the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０ カンチレバー １２ 探針 １４ 三次元微動素子（圧電体） １６ 試料台 １８ 試料 ２０ 高圧アンプ ２２ 変位検出装置 ２４ Ｚ制御機構 ２６ コントローラ ２８ Ｘ走査Ｄ／Ａコンバータ ３０ Ｙ走査Ｄ／Ａコンバータ ３２ 筐体 ３４ 画像解析装置 ３６ Ｘ変位センサ ３８ Ｙ変位センサ ４０ Ｘ変位Ａ／Ｄコンバータ ４２ Ｙ変位Ａ／Ｄコンバータ ４４ Ｘフィードバック制御回路 ４６ Ｙフィードバック制御回路 ４８ Ｘ電圧Ａ／Ｄコンバータ ５０ Ｙ電圧Ａ／Ｄコンバータ ＳＷＸ，ＳＷＹ アナログスイッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cantilever 12 Probe 14 Three-dimensional fine movement element (piezoelectric body) 16 Sample stand 18 Sample 20 High voltage amplifier 22 Displacement detector 24 Z control mechanism 26 Controller 28 X-scan D / A converter 30 Y-scan D / A converter 32 Housing 34 Image analysis device 36 X displacement sensor 38 Y displacement sensor 40 X displacement A / D converter 42 Y displacement A / D converter 44 X feedback control circuit 46 Y feedback control circuit 48 X voltage A / D converter 50 Y voltage A / D converter SWX , SWY Analog switch

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 探針を測定試料に対し相対的に走査させ
て前記測定試料表面の測定領域の物理的あるいは化学的
量を測定する走査型プローブ顕微鏡において、 前記測定領域全体を走査することにより得られた測定結
果を表示するステップと、 前記表示された測定領域の測定結果の内の一部分を指定
するステップと、 前記探針もしくは前記測定試料を相対的に移動させて、
前記指定された測定領域の一部分の内の所定位置に前記
探針を移動するステップと、 前記所定位置に移動された探針が前記測定領域の一部分
をＸ方向及びそれに垂直なＹ方向に相対的に走査するよ
うに、前記探針もしくは前記測定試料を移動させるステ
ップと、 前記測定領域の一部分の走査における前記探針と測定試
料との実際の相対的移動量を測定するステップと、 前記探針が前記測定領域の前記指定された一部分をＸ方
向及びそれに垂直なＹ方向に実際に相対的に走査するよ
うに、前記測定された実際の相対的移動量に基づいて補
正して、前記探針もしくは前記測定試料を移動させるス
テップと、 前記補正により実際に走査して得られた測定結果を表示
するステップと、 を具備することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡にお
ける部分測定方法。1. A scanning probe microscope in which a probe is scanned relative to a measurement sample to measure a physical or chemical quantity of a measurement region on a surface of the measurement sample. Displaying the obtained measurement result; specifying a part of the measurement result of the displayed measurement region; and relatively moving the probe or the measurement sample,
Moving the probe to a predetermined position within a portion of the designated measurement region; and the probe moved to the predetermined position moves a portion of the measurement region relative to an X direction and a Y direction perpendicular thereto. Moving the probe or the measurement sample so as to scan; measuring an actual relative movement amount between the probe and the measurement sample in scanning a part of the measurement region; Correcting based on the measured relative movement amount so that the specified portion of the measurement area is actually relatively scanned in the X direction and the Y direction perpendicular thereto, Or a step of moving the measurement sample, and a step of displaying a measurement result obtained by actually scanning by the correction, a section in a scanning probe microscope, comprising: Measurement method. 【請求項２】 前記探針と測定試料との相対的な移動及
び走査は、前記測定試料を三次元方向それぞれに移動さ
せるアクチュエータに対する印加電圧を変化させること
により行われ、 前記探針の所定位置への移動は、前記アクチュエータの
非線形性を補正するように前記印加電圧が調整されて行
われ、 前記測定領域全体の走査、前記測定領域の一部分の走
査、及び前記実際の相対的移動量に基づいて補正された
走査は、前記印加電圧の調整を行うこと無く行われるこ
とを特徴とする請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡
における部分測定方法。2. The relative movement and scanning between the probe and the measurement sample are performed by changing a voltage applied to an actuator for moving the measurement sample in each of three-dimensional directions, and a predetermined position of the probe. The movement to is performed by adjusting the applied voltage so as to correct the nonlinearity of the actuator. Based on the scan of the entire measurement area, the scan of a part of the measurement area, and the actual relative movement amount. The partial measurement method for a scanning probe microscope according to claim 1, wherein the scanning corrected by the correction is performed without adjusting the applied voltage. 【請求項３】 前記測定領域全体の走査時に、所定間隔
で前記探針と測定試料との実際の相対的移動量を測定す
るステップをさらに含み、 前記測定領域全体を走査することにより得られた測定結
果を表示するステップは、前記測定した実際の相対的移
動量に基づいて測定結果を補正して表示することを特徴
とする請求項２に記載の走査型プローブ顕微鏡における
部分測定方法。3. The method according to claim 1, further comprising the step of measuring an actual relative movement amount of the probe and the measurement sample at a predetermined interval when scanning the entire measurement area, wherein the step is obtained by scanning the entire measurement area. 3. The method according to claim 2, wherein the step of displaying the measurement result corrects and displays the measurement result based on the measured actual relative movement amount. 【請求項４】 前記探針と測定試料との相対的な移動及
び走査は、前記測定試料を三次元方向それぞれに移動さ
せるアクチュエータに対する印加電圧を変化させること
により行われ、 前記測定領域全体の走査及び前記探針の所定位置への移
動は、前記アクチュエータの非線形性を補正するように
前記印加電圧が調整されて行われ、 前記測定領域の一部分の走査及び前記実際の相対的移動
量に基づいて補正された走査は、前記印加電圧の調整を
行うこと無く行われることを特徴とする請求項１に記載
の走査型プローブ顕微鏡における部分測定方法。4. The relative movement and scanning between the probe and the measurement sample are performed by changing a voltage applied to an actuator for moving the measurement sample in each of three-dimensional directions, and scanning the entire measurement region. And the movement of the probe to the predetermined position is performed by adjusting the applied voltage so as to correct the nonlinearity of the actuator, based on the scanning of a part of the measurement area and the actual relative movement amount. 2. The method according to claim 1, wherein the corrected scanning is performed without adjusting the applied voltage.