DE19816480C2 - Abtastmikroskop - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abtastmikroskop, das von einem AFM (atomic force microscope) typisiert wird und insbesondere auf ein Abtastmikroskop, das während Beobachtungen mit einer starken Vergrößerung einen hohen Störabstand und be­ obachtete Bilder mit einer guten Auflösung bietet.

In einem Abtastmikroskop, wie beispielsweise einem AFM, werden mikroskopische Gewebe und Mikrostrukturen auf einer Probenober­ fläche detektiert, indem die Wechselwirkung zwischen der Pro­ benoberfläche und einem Abtastkopf verwendet wird. Für diesen Zweck wird als Tastkopf ein Ausleger mit einer Tastkopfspitze an seinem Ende verwendet. Wo ein solcher Ausleger verwendet wird, wird, wenn der Tastkopf die Probenoberfläche abtastet, eine anziehende oder eine abstoßende Kraft auf der Basis atoma­ rer Kräfte zwischen der Probenoberfläche und dem Tastkopf er­ zeugt. Demgemäß ist, falls diese atomare Kraft als ein Ausmaß der Biegung des Auslegers detektiert wird, und falls eine ge­ ringfügige Bewegung des Probentisches in die Z-Richtung so ge­ regelt wird, daß das Ausmaß der Biegung konstant gehalten wird, das heißt, daß der Spalt zwischen der Probenoberfläche und dem Tastkopf konstant gehalten wird, dann das verwendete Regelsi­ gnal oder das detektierte Ausmaß der Biegung selbst repräsenta­ tiv für die Topographie der Probenoberfläche.

Aus der US 5,557,156 A ist ein Verfahren zur Steuerung der Ab­ tastbewegung eines Abtastmikroskops bekannt, bei dem der Ab­ tastkopf über eine angelegten Spannung, welche sich entspre­ chend einer vorgegebenen und parametrisierbaren Funktion verän­ dert, geführt wird. Diese Abtastbewegung wird durch Messung ei­ ner Vielzahl von Positionsdaten des Abtastkopfes mittels eines Positionssensors entlang einer ausgewählten Koordinate über­ wacht. Zur Erzeugung einer linearen Abtastbewegung werden die Funktionsparameter der vorgegebenen und parametrisierbaren Funktion dann mit Hilfe der gewonnenen Positionsdaten aktuali­ siert.

Aus der US 5,436,448 A ist ein Gerät zur Untersuchung von Ober­ flächen bekannt, welches einen biegbaren Ausleger zur Aufnahme der Probe, einen Abtastmechanismus zur Abtastung der Oberfläche der Probe und einen Detektor zur Aufnahme von Auslenkungen des Auslegers aufweist. Über diese Auslenkungen lassen sich Aussa­ gen über die Beschaffenheit der Probe ableiten. Dabei wird, auf Basis der Auslenkung des Auslegers, ein erster Detektor zur Messung einer auf den Ausleger wirkenden Kraft und ein zweiter Detektor zur Messung der Änderung dieser auf den Ausleger wir­ kenden Kraft eingesetzt.

Aus der EP 0 518 240 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wiedergabe von auf einem Aufnahmemedium aufgenommenen In­ formationen durch relatives Abtasten des Aufnahmemediums be­ kannt. Dabei wird ein Bereich des Aufnahmemediums mehrmals an verschiedenen Positionen abgetastet, so dass schließlich die Dichte der Abtastlinien höher als die Dichte der in diesem Be­ reich aufgenommenen Information ist. Aus der durch Abtastung dieses Bereiches gewonnenen Information wird durch Berechnung der logischen Summe die aufgenommene Information bestimmt. Da­ durch können schlechte Aufnahmequalitäten ausgeglichen werden.

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Struktur ei­ nes Abtastmikroskopes nach dem Stand der Technik zeigt. Eine Probe 52 ist auf einem Probentisch 55 plaziert. Ein Ausleger 53 hat ein freies Ende, an welches ein Tastkopf 54 angebracht ist. Dieser Tastkopf ist oberhalb und gegenüber der Probe 52 ange­ ordnet. Das Ausmaß der Biegung des Auslegers 53 wird detek­ tiert, indem die Position des Lichtpunktes eines Laserlichts 72 mit einem Positionsdetektor 73 gemessen wird, das von einem La­ sergenerator 71 emittiert und von der rückwärtigen Oberfläche des Auslegers 53 reflektiert wird.

Der Positionsdetektor 73 ist beispielsweise aus vier getrennten licht-detektierenden Elektroden zusammengesetzt. Der Detektor ist so ausgerichtet, daß der Lichtpunkt des Laserlichtes 72 in das Zentrum der vier getrennten Elektroden fällt, wenn das Aus­ maß der Biegung des Auslegers 53 Null ist. Demzufolge bewegt sich der Punkt des Laserlichtes 72 zu den vier getrennten Elek­ troden, falls sich der Ausleger 53 verbiegt. Das Ausgangssignal der vier Elektroden erzeugt eine Spannungsdifferenz. Diese Spannungsdifferenz wird von einem Differentierverstärker 74 verstärkt und als ein Signal S1 des Ausmaßes der Verbiegung auf den nicht invertierenden Eingangsanschluß (+) eines Operations­ verstärkers 75 angewandt. Eine Zielwerteinstelleinheit 79 wen­ det ein Zielwertsignal hinsichtlich des Ausmaßes der Verbiegung des Auslegers 53 auf den invertierenden Eingangsanschluß (-) des Operationsverstärkers 75 an.

Ein Fehlersignal S2, das von dem Operationsverstärker 75 gelie­ fert wird, wird über einen Tiefpaßfilter 80 zu einer Proportio­ nal-Integral-Steuerungseinheit (PI-Steuerungseinheit) 76 gelei­ tet. Die PI-Steuerungseinheit 76 vereinigt das Fehlersignal S2 und seinen integralen Wert und führt das resultierende Signal als ein PI-Steuerungssignal zu einem Schwingspulenmotor (VCM)- Antriebsverstärker 70 und zu einem Signalverstärker 77 für be­ obachtete Bilder, wobei das PI-Steuerungssignal ebenfalls als ein beobachtetes Bildsignal wirkt. Der VCM-Antriebsverstärker 70 erzeugt einen Antriebsstrom oder einen Erregerstrom, der dem Spannungspegel des PI-Steuerungssignals entspricht und einen VCM 81 erregt. Folglich wird der Ausleger 53 dazu veranlaßt, sich geringfügig entsprechend dem Spannungspegel des PI-Steue­ rungssignals in die Z-Richtung zu bewegen. Der Verstärker 77 für ein beobachtetes Bild verstärkt das PI-Steuerungssignal mit einem Faktor, der von einer Vergrößerungs-Spezifizierungsein­ heit 83 spezifiziert wird und dem Vergrößerungsfaktor in der Z- Richtung entspricht. Das verstärkte Signal wird als ein Signal S5 eines beobachteten Bildes einer Bildanzeigevorrichtung (zum Beispiel einer Kathodenstrahlröhre) 86 zugeführt.

Eine Abtastsignalerzeugungseinheit 78 erzeugt XY-Abtastsignale SX und SY, um zu bewirken, daß der Ausleger 53 sich geringfügig in die X- und Y-Richtungen bewegt. Eine Vergrößerungssteue­ rungseinheit 82 schwächt die Abtastsignale SX und SY mit Fakto­ ren ab, die den Vergrößerungsfaktoren in den X- und Y-Richtun­ gen zugeordnet und von der Vergrößerungs-Spezifikationseinheit 83 spezifiziert sind. Die Abtastsignale SX und SY, die entspre­ chend den Vergrößerungsfaktoren abgeschwächt sind, werden einem VCM-Antriebsverstärker 84 zugeführt, der wiederum einen VCM 85 entsprechend den Abtastsignalen SX und SY erregt, um den Ausle­ ger 53 über geringfügige Distanzen in den X- und Y-Richtungen anzutreiben.

Die Beobachtungsvergrößerungsfaktoren des Abtastmikroskops in den X- und Y-Richtungen werden durch das Einengen des Bereichs vergrößert, der von dem Tastkopf quer über der Probenoberfläche abgetastet worden ist. In dem oben beschriebenen Stand der Technik schwächt die Vergrößerungsregeleinheit 82 die Abtastsi­ gnale SX und SY entsprechend den Vergrößerungsfaktoren ab. Die abgeschwächten Abtastsignale werden dem VCM-Antriebsverstärker 84 über eine Abtastleitung L1 zugeführt, wodurch der abgeta­ stete Bereich eingeengt wird.

Zusätzlich ermöglicht es das Abtastmikroskop bezüglich der Z- Richtung, daß der Vergrößerungsfaktor entsprechend dem Zustand der Oberfläche der Probe eingestellt wird. Mit dem vorgenannten Stand der Technik ist eine Ausdehnung in der Z-Richtung mög­ lich, falls der Verstärkungsfaktor des PI-Steuerungssignals, das von dem Signalverstärker 77 für ein beobachtetes Bild er­ reicht wird, durch die Vergrößerungseinstelleinheit 83 hoch eingestellt ist.

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines VCM-An­ triebsverstärkers 84 über die X- und Y-Richtungen nach dem Stand der Technik zeigt. Das Abtastsignal, das von der Vergrö­ ßerungseinstelleinheit 82 abgeschwächt worden ist, wird auf einen Differenzialeingangsanschluß eines Operationsverstärkers A1 über die Abtastleitung L1 angewendet. Ein Strom, der auf den Spannungspegel auf der Abtastleitung L1 anspricht und entspre­ chend einer Referenzspannung Vref verstärkt wird, die auf den anderen Differenzeingangsanschluß angewandt wird, wird von dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers A1 erzeugt und zu dem VCM 85 geleitet. Der Ausgangsstrom aus dem VCM 85 wird ei­ nem Detektionswiderstand R zugeführt. Die Spannung, die sich über dem Detektionswiderstand R entwickelt, wird an einen Ein­ gangsanschluß eines Operationsverstärkers A2 angelegt. Die Aus­ gangsspannung des Operationsverstärkers A2 wird wie die oben beschriebene Referenzspannung Vref an den anderen Differenzein­ gangsanschluß des Operationsverstärkers A1 angelegt.

Mit dem oben beschriebenen Stand der Technik wird der Span­ nungspegel des Abtastsignals, das an den Operationsverstärker A1 angelegt wird, mit zunehmendem Vergrößerungsfaktor kleiner. Falls ein Rauschen des gleichen Pegels der Abtastsignalleitung L1 zugeführt wird, steigt deshalb das Verhältnis des Rauschpe­ gels zu dem Abtastsignalpegel mit dem zunehmenden Vergröße­ rungsfaktor an, wodurch der Störabstand kleiner wird. In der Konsequenz wird die Auflösung, wenn ein geringfügiges Rauschen zugeführt wird, der Abtastsignalleitung L1 stark entgegenge­ setzt beeinträchtigt.

Andererseits fällt der Spannungspegel des PI-Steuerungssignals, das auf den Signalverstärker 77 für beobachtete Bilder ange­ wandt wird, mit der Abnahme der Unebenheit der Probenoberfläche in bezug auf die Z-Richtung ab. Falls deshalb ein Rauschen mit dem gleichen Pegel der Signalleitung zugeführt wird, vergrößert sich das Verhältnis des Rauschpegels zu dem Pegel des PI-Steue­ rungssignals mit abnehmender Unebenheit der Probenoberfläche. In der Konsequenz fällt der Störabstand ab.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Abtastmikro­ skop zur Verfügung zu stellen, das frei von den vorgenannten Problemen ist, das immer einen hohen Störabstand zur Verfügung stellt, der unabhängig vom Vergrößerungsfaktor und dem Zustand der Probenoberfläche ist und das eine Beobachtung mit einer ho­ hen Auflösung ermöglicht.

Die oben beschriebene Aufgabe wird gemäß der Lehre der Erfin­ dung durch ein Abtastmikroskop gelöst, wobei das Abtastmikro­ skop zum Heranbringen eines Tastkopfes in die Nähe einer Ober­ fläche einer Probe und zum Abtasten der Probe in X- und Y-Rich­ tung entlang der Oberfläche der Probe vorgesehen ist, während bewirkt wird, daß sich zumindest entweder der Tastkopf oder die Probe in einem vorbestimmten Abstand in Z-Richtung bewegt, so daß ein Spalt zwischen der Oberfläche der Materialprobe und dem Tastkopf auf einem vorbestimmten Wert aufrechterhalten bleibt, wobei das Abtastmikroskop folgendes aufweist: eine XY-Antriebs- und Steuerungseinrichtung zum Erzeugen von XY-Antriebsströmen, die den Abtastsignalen in X- und Y-Richtung zugeordnet sind; eine XY-Feingang-Einrichtung zum Bewirken, daß der Tastkopf sich in geringfügigen Abständen entlang der Probenoberfläche in der X- und Y-Richtung bewegt und auf die XY-Antriebsströme an­ spricht; eine PI-Steuerungseinrichtung zur Bereitstellung einer Proportional-Integral-Steuerung, die auf ein Signal anspricht, das den Spalt zwischen der Oberfläche der Probe und dem Tast­ kopf so darstellt, um den Spalt auf einem vorbestimmten Wert zu halten; eine Einrichtung zum Erzeugen eines Beobachtungssignals gemäß einem PI-Steuerungssignals; eine Z-Antriebs- und Steue­ rungseinrichtung zum Erzeugen eines Z-Antriebsstroms, der dem PI-Steuerungssignal zugeordnet ist; und eine Z-Feingang-Ein­ richtung, um zu bewirken, daß sich der Tastkopf in einem ge­ ringfügigen Abstand in Z-Richtung relativ zur Probe bewegt und dabei auf einen Z-Antriebsstrom anspricht. Die XY-Antriebs- und Steuerungseinrichtung erzeugt XY-Antriebsströme, die auf den Spannungspegel des XY-Abtastsignals ansprechen und gemäß dem Vergrößerungsfaktor begrenzt sind. Die Z-Antriebs- und Steue­ rungseinrichtung erzeugt einen Z-Antriebsstrom, der auf den Spannungspegel des PI-Steuerungssignales anspricht und gemäß dem Vergrößerungsfaktor begrenzt ist.

In der oben beschriebenen Anordnung werden die XY-Abtastsi­ gnale, die unabhängig von dem Vergrößerungsfaktor nicht abge­ schwächt werden, direkt an die XY-Antriebs- und Steuerungsein­ richtung angelegt. Die XY-Antriebs- und Steuerungseinrichtung erzeugt Antriebssignale, die gemäß dem Vergrößerungsfaktor be­ grenzt sind. Dementsprechend vergrößert dies die Rauschgrenze der XY-Abtastsignale. Folglich wird ein beobachtetes Bild immer mit hoher Auflösung unabhängig von dem Vergrößerungsfaktor er­ halten. In der oben beschriebenen Anordnung erzeugt die Z-An­ triebs- und Steuerungseinrichtung einen Antriebsstrom, der ge­ mäß dem Vergrößerungsfaktor begrenzt ist. Folglich ist die ge­ ringfügige Z-Bewegung begrenzt. In anderen Worten nimmt die ge­ ringfügige Z-Bewegung relativ zum Spannungspegel des PI-Steue­ rungssignals ab, wobei der Vergrößerungsfaktor zunimmt. Wenn die Unebenheit auf der Oberfläche der Probe klein ist, kann deshalb das PI-Steuerungssignal, das an der Z-Antriebs- und Steuerungseinrichtung anliegt, zunehmen. Dies bewirkt einen An­ stieg der Rauschgrenze für das PI-Steuerungssignal. Als Folge wird ein beobachtetes Bild nicht-variierbar mit hoher Auflösung erhalten, unabhängig von dem Zustand der Oberfläche der Probe.

Nachfolgend wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Abtastmikroskops, bei dem die Erfindung angewendet wird;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform eines VCM-Ansteuerungsverstärkers;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform des VCM-Ansteuerungsverstärkers;

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform des VCM-Ansteuerungsverstärkers;

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform eines VCM-Ansteuerungsverstärkers gemäß dem Stand der Technik; und

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm eines Abtastmikroskops gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Signalverarbeitungseinheit in einem Abtastmikroskop, das eine erste Ausführungsform der Erfindung bildet. Es sei angemerkt, daß die gleichen Bezugszei­ chen wie die vorher verwendeten gleiche oder entsprechende Teile kennzeichnen.

Wie durch einen Vergleich mit dem Blockdiagramm gemäß dem Stand der Technik, der in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben ist, er­ sichtlich ist, fehlt der oben beschriebene Vergrößerungsein­ stellbereich 82 zum Abschwächen der Abtastsignale SX und SY bei der vorliegenden Ausführungsform. Bei der vorliegenden Ausfüh­ rungsform werden die Abtastsignale SX und SY, die von dem Ab­ tastsignal-Erzeugungsbereich 78 erzeugt werden, direkt an den VCM-Ansteuerungsverstärker 90 angelegt, ohne entsprechend dem Vergrößerungsfaktor abgeschwächt zu werden. Der Vergrößerungs­ einstellbereich 83 stellt bei dem VCM-Ansteuerungsverstärker 90 einen Vergrößerungsfaktor ein.

Bei der vorliegenden Ausführungsform fehlt zusätzlich die Modi­ fizierung des Vergrößerungsfaktors des PI-Steuerungssignals von dem Beobachtungsbild-Signalverstärker 77 als Antwort einer An­ weisung von dem Vergrößerungseinstellbereich 83. Der Vergröße­ rungseinstellbereich 83 ist dadurch gekennzeichnet, daß er bei dem VCM-Ansteuerungsverstärker 91 einen Vergrößerungsfaktor einstellt.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung der ersten Aus­ führungsform des oben beschriebenen VCM-Ansteuerungsverstärkers 90 zeigt. Die gleichen Bezugszeichen, wie die zuvor verwende­ ten, bezeichnen gleiche oder entsprechende Teile. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Abtastsignale SX und SY, die von dem Abtastsignal-Erzeugungsbereich 78 erzeugt werden, di­ rekt an einen Differenzeingangsanschluß eines Operationsver­ stärkers B1 über die Abtastleitung L1 angelegt, ohne unabhängig von dem Vergrößerungsfaktor abgeschwächt zu werden. Der Ausgang des Operationsverstärkers B1 ist mit einem beweglichen Kontakt C1 eines Schalters 101 verbunden. Ein fester Kontakt C2 des Schalters 101 ist mit einem Ende von jedem der Widerstände R1 und R2 verbunden. Der weitere feste Kontakt C3 ist mit dem an­ deren Ende des Widerstands R1 und mit einem Ende des VCM 85 verbunden. Die anderen Enden des Widerstandes R2 und des VCM sind mit einem Differenzeingangsanschluß des Operationsverstär­ kers B2 verbunden, zusammen mit einem Ende eines Widerstands R3. Der Ausgang des Operationsverstärkers B2 ist mit dem ande­ ren Differenzeingangsanschluß des Operationsverstärkers B1 ver­ bunden.

In dieser Anordnung wird der Kontakt des Schalters 101 durch ein Vergrößerungseinstellungssignal geschaltet, das von einem Vergrößerungseinstellungsbereich 83 erzeugt wird. Wenn der be­ wegliche Kontakt C1 mit einem festen Kontakt C2 verbunden ist, ist der Ausgangsstrom vom Operationsverstärker B1 in einen Pfad, der über den Widerstand R1 und VCM 85 zu dem Widerstand R3 führt, und einem Pfad, der nur über den Widerstand 2 zum Wi­ derstand 3 führt, geteilt. Wenn der bewegliche Kontakt C1 mit dem anderen festen Kontakt C3 verbunden ist, ist der Ausgangs­ strom vom Operationsverstärker B1 zwischen einem Pfad, der über die Widerstände R1 und R2 zum Widerstand R3 führt, und einem Pfad, der über den VCM 85 zum Widerstand R3 führt, geteilt.

Dementsprechend variiert der dem VCM 85 zugeführte Strom in Ab­ hängigkeit davon, ob der bewegliche Kontakt C1 mit dem festen Kontakt C2 oder C3 verbunden ist, indem die Widerstandswerte der Widerstände R1 und R2 entsprechend dem Widerstandswert des VCM 85 passend ausgewählt werden. Als Ergebnis wird ein An­ triebsstrom dem VCM 85 zugeführt, der auf das Abtastsignal an­ spricht und gemäß dem Vergrößerungsfaktor reduziert ist. Der Beobachtungs-Vergrößerungsfaktor kann erhöht werden.

Wir betrachten nun zum Beispiel den Fall, in dem der VCM 85 und der Widerstand R2 einen Widerstandswert R haben, der Widerstand R1 einen Widerstandswert von 9R und ein elektrischer Strom I durch den Widerstand R3 fließt. Wenn der bewegliche Kontakt C1 mit dem festen Kontakt C2 verbunden ist, fließen Ströme von I × 1/11 und I × 10/11 in die VCM 85 beziehungsweise durch den Widerstand R2. Wenn andererseits der bewegliche Kontakt C1 mit dem festen Kontakt C3 verbunden ist, fließen Ströme von I × 10/11 und I × 1/11 in den VCM 85 beziehungsweise den Wider­ stand R2. Deshalb ist der in den VCM 85 fließende Strom 1/10 von dem Strom, wenn der bewegliche Kontakt C1 mit dem festen Kontakt C2 verbunden ist, verglichen mit dem Fall, in dem der Kontakt 1 mit dem festen Kontakt C3 verbunden ist. Folglich be­ trägt der Vergrößerungsfaktor 10.

Auf diese Weise kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform der dem VCM 85 zugeführte Strom gemäß dem Vergrößerungsfaktor ge­ steuert werden, ohne das Abtastsignal abzuschwächen, das an den Operationsverstärker B1 über die Abtastleitung L1 angelegt ist. Demgemäß wird die Rauschgrenze für die Abtastleitung L1 erhöht. Ein Beobachtungsbild mit hoher Auflösung wird unabhängig von dem Vergrößerungsfaktor erhalten. So, wie der Vergrößerungsfak­ tor zunimmt, nimmt der dem VCM 85 zugeführte Strom ab. Der Rauscheffekt kann jedoch vernachlässigt werden, da der VCM 85 mit Strom versorgt wird.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines anderen Beispiels für die Struktur des oben beschriebenen VCM-Ansteuerungsverstärkers 90. Dieselben Symbole wie die zuvor verwendeten bezeichnen diesel­ ben oder entsprechenden Teile. Abtastsignale SX und SY, die von der Abtastsignalerzeugungseinheit 78 erzeugt werden, werden auch in der vorliegenden Ausgestaltung ohne gedämpft zu werden auf einen Differenzeingangsanschluß des Operationsverstärkers C1 gegeben. Der Ausgangsstrom von dem Operationsverstärker C1 wird auf ein Ende des VCM 85 gegeben, wobei das andere Ende mit einem Differenzeingangsanschluß eines Operationsverstärkers C2 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers C2 ist mit dem anderen Differenzeingangsanschluß des Operati­ onsverstärkers C1 verbunden.

Die Kontakte einer Mehrzahl von Schaltern SW wird durch ein vergrößerungs-spezifizierendes Signal geöffnet und geschlossen, das von der vergrößerungs-spezifizierenden Einheit 83 erzeugt wird. Ein Ende von jedem dieser Schalter SW ist im allgemeinen mit dem anderen Ende des VCM 85 verbunden. Widerstände R1, R2, . . ., Rn, die unterschiedliche Widerstandswerte haben, sind in Reihe mit dem anderen oben beschriebenen Ende verbunden. Das andere Ende von jedem Widerstand ist mit einem festen Potential verbunden (in der vorliegenden Ausgestaltung Erdpotential).

Wenn ein passender Schalter SW durch das vergrößerungs-spezifi­ zierende Signal geöffnet oder geschlossen wird, welches von der vergrößerungs-spezifizierenden Einheit 83 erzeugt wird, vari­ iert bei dieser Struktur die auf einen Differenzeingangsan­ schluß des Operationsverstärkers C2 gegebene Spannung, abhängig von dem geöffneten oder geschlossenen Schalter SW oder von ei­ ner Kombination der betätigten Schalter. Dies verändert die Ausgangsspannung von dem Operationsverstärker C2. In Reaktion darauf variiert die Verstärkung des Operationsverstärkers C1. Als ein Ergebnis wird ein Ansteuerungsstrom dem VCM 85 zuge­ führt, der auf das Abtastsignal reagiert und entsprechend dem Vergrößerungsfaktor reduziert ist. Als Folge kann der Beobach­ tungs-Vergrößerungsfaktor vergrößert werden.

Auf diese Weise kann selbst bei der vorliegenden Ausgestaltung die Stärke des dem VCM 85 zugeführten Stromes gemäß dem Vergrö­ ßerungsfaktor gesteuert werden, ohne das über die Abtastleitung L1 auf den Operationsverstärker C1 gegebene Abtastsignal zu dämpfen. Deshalb wird unabhängig von dem Vergrößerungsfaktor ein Beobachtungsbild mit hoher Auflösung erhalten.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel der Struktur des oben beschriebenen VCM-Steuerungsverstärkers 90 zeigt. Dieselben Symbole wie die zuvor verwendeten bezeichnen dieselben oder entsprechende Teile. Die Abtastsignale SX und SY, die von der Abtastsignal erzeugenden Einheit 78 erzeugt werden, werden auch bei der vorliegenden Ausgestaltung ohne ge­ dämpft zu werden direkt auf einen Differenzeingangsanschluß des Operationsverstärkers D1 gegeben. Der Ausgangsstrom von dem Operationsverstärker D1 wird auf ein Ende des VCM 85 gegeben, wobei das andere Ende mit einem Differenzeingangsanschluß eines Operationsverstärkers D2 und mit einem Ende eines Detektionswi­ derstandes Rx verbunden ist.

Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers D2 ist mit dem anderen Differenzeingangsanschluß des Operationsverstärkers D1 verbunden. Spannungsteilende Widerstände R1, R2, . . ., Rn sind in Reihe zwischen die Ausgangsanschlüsse und Erde geschaltet. Die Verbindungen der Widerstände sind über Schalter SW1, SW2, . . ., SWn mit dem anderen Differenzeingangsanschluß des Operati­ onsverstärkers D2 verbunden.

Wenn ein passender Schalter SW durch das vergrößerungs-spezifi­ zierende Signal, welches von der vergrößerungs-spezifizierenden Einheit 83 erzeugt wird, geöffnet oder geschlossen wird, vari­ iert bei dieser Struktur die an einen Differenzeingangsanschluß des Operationsverstärkers D2 angelegte Spannung, abhängig von dem geöffneten oder geschlossenen Schalter SW oder von einer Kombination der betätigten Schalter. Dies resultiert in einer Änderung der Rückkopplungsverstärkung infolge des Operations­ verstärkers D2. In Reaktion auf dieses variiert die Verstärkung des Operationsverstärkers D1. Als ein Ergebnis wird ein An­ steuerungsstrom dem VCM 85 zugeführt, der auf das Abtastsignal reagiert und gemäß dem Vergrößerungsfaktor reduziert ist. Der Beobachtungs-Vergrößerungsfaktor kann erweitert werden.

Selbst bei der vorliegenden Ausgestaltung kann auf diese Weise die Stärke des dem VCM 85 zugeführten Stromes entsprechend dem Vergrößerungsfaktor gesteuert werden, ohne das Abtastsignal zu dämpfen, das über die Abtastleitung L1 auf den Operationsver­ stärker D1 gegeben wird. Unabhängig von dem Vergrößerungsfaktor wird ein Beobachtungsbild mit hoher Auflösung erhalten.

Bei der Beschreibung der obigen Ausgestaltungen ist die vorlie­ gende Erfindung auf ein Abtasten in den X- und Y-Richtungen an­ gewendet. In bezug auf die Z-Richtung wird der Betrag einer ge­ ringfügigen Bewegung in die Z-Richtung reduziert, indem die Struktur derart gestaltet wird, daß, wenn der Vergrößerungsfak­ tor zunimmt, der dem VCM 81 von dem VCM-Ansteuerungsverstärker 91 zugeführte Erregerstrom stärker beschränkt wird. Um dies zu kompensieren, nimmt das PI-Steuerungssignal zu. Daher nimmt der Störabstand für das PI-Steuerungssignal zu, welches dem VCM-An­ steuerungsverstärker 91 zugeführt wird. Ein Beobachtungsbild, das die Oberflächentopographie wirklichkeitsgetreu repräsen­ tiert, wird erhalten.

Die vorliegende Erfindung macht es möglich, die Stärke des Stromes zu steuern, der entsprechend dem Vergrößerungsfaktor dem VCM zugeführt wird, ohne das dem VCM-Ansteuerungsverstärker zugeführte Signal zu dämpfen. Folglich kann immer ein Beobach­ tungsbild mit hoher Auflösung erhalten werden, unabhängig von dem Vergrößerungsfaktor oder der Oberflächentopographie.

Claims (3)

1. Abtastmikroskop, um einen Tastkopf nahe an eine Oberfläche einer Probe zu bringen, und um den Tastkopf in X- und Y-Rich­ tung entlang der Oberfläche der Probe abtastend zu führen, wäh­ rend bewirkt wird, daß wenigstens einer von dem Tastkopf und der Probe geringfügig in Z-Richtung bewegt wird, so daß ein Spalt zwischen der Oberfläche der Probe und dem Tastkopf mit einem voreingestellten Wert aufrechterhalten wird, wobei das Abtastmikroskop folgendes aufweist:

• - eine Abstastsignalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Ab­ tastsignalen für die X- und Y-Richtungen;
• - eine XY-Antriebs- und Steuerungseinrichtung zum Erzeugen von XY-Antriebsströmen, die den Abtastsignalen zugeordnet sind;
• - stromgetriebene XY-Feingang-Einrichtungen, die mit den XY- Antriebsströmen versorgt werden und bewirken, daß der Tast­ kopf eine geringfügige Entfernung an die Oberfläche der Probe in den X- und Y-Richtungen bewegt wird;
• - eine PI-Steuerungseinrichtung, um eine Proportional-Inte­ gral-Steuerung als Antwort auf ein repräsentatives Signal des Spaltes zwischen der Oberfläche der Probe und dem Tast­ kopf zur Verfügung zu stellen, um den Spalt mit einem vor­ eingestellten Wert aufrechtzuerhalten;
• - eine Einrichtung zum Erzeugen eines beobachteten Bildsignals gemäß eines PI-Steuerungssignals;
• - eine Z-Antriebs- und Steuerungseinrichtung zum Erzeugen ei­ nes Z-Steuerungsstroms entsprechend dem PI-Steuerungssignal;
• - eine stromgetriebene Z-Feingang-Einrichtung, die mit dem Z- Steuerungsstrom versorgt wird und bewirkt, daß der Tastkopf eine geringfügige Entfernung relativ zu der Probe in Z-Rich­ tung bewegt wird; und wobei
• - wenigstens eine von der XY-Antriebs- und -Steuerungsein­ richtung und der Z-Antriebs- und -Steuerungseinrichtung auf einen Spannungspegel der Abtastsignale oder des PI-Steue­ rungssignals anspricht und Antriebsströme erzeugt, die gemäß einem Vergrößerungsfaktor begrenzt sind.

2. Abtastmikroskop nach Anspruch 1, wobei jede der Antriebs- und Steuerungseinrichtungen folgendes aufweist:

• - Spannungs/Strom-Umwandlungseinrichtungen zum Erzeugen eines Stroms als Antwort auf den Spannungspegel der Abtastsignale oder des PI-Steuerungssignals; und
• - eine Stromteilungseinrichtung zum Teilen des Ausgangsstroms in zwei Ströme gemäß einem Verhältnis, das einem Vergröße­ rungsfaktor entspricht, und zum Zuführen der zwei Ströme zu den betreffenden Feingang-Einrichtungen.

3. Abtastmikroskop nach Anspruch 1, wobei jeder der Antriebs- und Steuerungseinrichtungen folgendes aufweist:

• - Spannungs/Strom-Umwandlungseinrichtungen zum Erzeugen von Strömen als Antwort auf den Spannungspegel der Abtastsignale oder des PI-Steuerungssignals; und
• - Verstärkungs-Steuerungseinrichtungen zum Steuern der Ver­ stärkungen der Spannungs/Stromumwandlungseinrichtung ent­ sprechend einem Vergrößerungsfaktor.