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JP2022040403A - Scan probe microscope - Google Patents

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JP2022040403A
JP2022040403A JP2022008371A JP2022008371A JP2022040403A JP 2022040403 A JP2022040403 A JP 2022040403A JP 2022008371 A JP2022008371 A JP 2022008371A JP 2022008371 A JP2022008371 A JP 2022008371A JP 2022040403 A JP2022040403 A JP 2022040403A
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calculation
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Masayuki Iwasa
良晃 鹿倉
Yoshiaki Shikakura
慎也 工藤
Shinya Kudo
利浩 上野
Toshihiro Ueno
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scan probe microscope that can display at least one of measurement data and a distribution image of the differential data, can obtain an edge emphasis image, and can increase the convenience for a user.
SOLUTION: The present invention relates to a scan probe microscope 200 including: a cantilever 1; and a displacement detector 5 for detecting a signal which shows a displacement of the cantilever, and the scan probe microscope acquires measurement data when a probe 99 is relatively scanned along the surface of a sample 300. The scan probe microscope 200 further includes: distribution image calculation means 40a for calculating a first distribution image 201 as a one-dimensional or two-dimensional image of the measurement data and a second distribution image 202 as a one-dimensional or two-dimensional image of differential data next to the measurement data; and display control means 40b for instructing the distribution image calculation means to calculate at least one of the first distribution image and the second distribution image and causing predetermined display means to display the calculated distribution image.
SELECTED DRAWING: Figure 4
COPYRIGHT: (C)2022,JPO&INPIT

Description

本発明は、試料と探針間の物理的な相互作用を検出し、試料と探針間の距離の制御や相互作用した物理的な測定データの取得に用いる走査プローブ顕微鏡に関する。 The present invention relates to a scanning probe microscope that detects a physical interaction between a sample and a probe, controls the distance between the sample and the probe, and acquires physical measurement data that interacts with the sample.

走査プローブ顕微鏡(SPM)は、探針を試料表面に近接又は接触させ、試料の表面形状や物性を測定するものである。走査プローブ顕微鏡の測定モードとしてはSTM(走査トンネル顕微鏡)、AFM(走査原子間力顕微鏡)など多くの種類が存在する。もっとも良く使用されるAFMは、(1)探針と試料の間の原子間力をカンチレバーのたわみとして検出し、一定に保って試料の表面形状を測定するコンタクト・モードの他、(2)カンチレバーをピエゾ素子等によって共振周波数近傍で強制振動させ、探針を試料に接触又は近接させた時に、両者の間にはたらく間欠的な力によって探針の振幅が変化するのを利用して試料の形状を測定する方法(以下、適宜「ダイナミック・フォース・モード(DFM測定モード)」という)などが知られている。
これらの走査プローブ顕微鏡は、カンチレバーの変位を示す信号を検出し、この信号に基づいてカンチレバーと試料の表面との間の物理量(力や振動振幅)を一定に維持させながら、探針を試料の表面に沿って相対的に走査させ、試料表面形状や、カンチレバーと試料が相互作用した物理的な測定データを取得する。
A scanning probe microscope (SPM) measures the surface shape and physical properties of a sample by bringing a probe close to or in contact with the surface of the sample. There are many types of measurement modes of the scanning probe microscope, such as STM (scanning tunneling microscope) and AFM (scanning atomic force microscope). The most commonly used AFMs are (1) a contact mode that detects the atomic force between the probe and the sample as the deflection of the cantilever and keeps it constant to measure the surface shape of the sample, as well as (2) the cantilever. Is forcibly vibrated near the resonance frequency by a piezo element or the like, and when the probe is in contact with or close to the sample, the shape of the sample is changed by the intermittent force acting between the two. (Hereinafter, appropriately referred to as "dynamic force mode (DFM measurement mode)") and the like are known.
These scanning probe microscopes detect a signal indicating the displacement of the cantilever, and based on this signal, the probe of the sample is used while keeping the physical quantity (force and vibration amplitude) between the cantilever and the surface of the sample constant. The sample surface shape and the physical measurement data of the interaction between the cantilever and the sample are acquired by scanning relatively along the surface.

ところで、例えばSPMを用いて取得した試料表面の凹凸像(形状像)は、高低で配色され、低い場所が暗く、高い場所が明るく表現されるのが一般的である。しかしながら、従来の形状像では、試料表面に大きな凹凸と小さな凹凸が含まれる場合、大きな凹凸の高低に合わせて配色すると小さな凹凸のコントラストが小さくなって見にくく、一方、小さな凹凸の高低に合わせて配色すると大きな凹凸のコントラストがレンジオーバーしてしまい、両者を同一画像内で表現することが困難であった。
一方、従来から画像処理の分野では、隣接する画像データの差分画像を生成して見やすくするエッジ強調(画像強調)と称される技術が用いられている。しかしながら、走査プローブ顕微鏡の分野では、差分データは、例えば画像の歪み成分を除去して画像の精度を改善するための利用に留まっていた(特許文献1参照)。この理由として、走査型プローブ顕微鏡の分野におけるエッジ強調は、AFMにおけるカンチレバーの走査方向の変位信号や、DFMにおけるカンチレバーの走査方向の振動振幅の変位信号である誤差信号を利用した誤差信号像を得ることで行われるためと考えられる。
By the way, for example, the uneven image (shape image) of the sample surface obtained by using SPM is generally colored in high and low, and the low place is dark and the high place is bright. However, in the conventional shape image, when the sample surface contains large unevenness and small unevenness, if the color is arranged according to the height of the large unevenness, the contrast of the small unevenness becomes small and difficult to see, while the color is arranged according to the height of the small unevenness. Then, the contrast of the large unevenness exceeded the range, and it was difficult to express both in the same image.
On the other hand, conventionally, in the field of image processing, a technique called edge enhancement (image enhancement) has been used to generate a difference image of adjacent image data to make it easier to see. However, in the field of scanning probe microscopes, the difference data has been limited to the use for improving the accuracy of the image by removing the distortion component of the image, for example (see Patent Document 1). The reason for this is that edge enhancement in the field of scanning probe microscopes obtains an error signal image using an error signal which is a displacement signal of the cantilever in the scanning direction in the AFM and a displacement signal of the vibration amplitude of the cantilever in the scanning direction in the DFM. It is thought that it is done by.

特開平11-94851号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-94851

従って、従来の走査プローブ顕微鏡の測定データを差分してエッジ強調したい場合、取り込んだ測定データを別のソフトウェア等で差分処理し、測定データと別個に画面表示等する必要があり、作業が煩雑かつ利便性に劣る。
又、用途に応じて、測定データのみを取得して表示したい場合もあれば、差分データを取得して表示したい場合、又は測定データと差分データの両方を画面上に表示したい場合もある。このような各種要望に対し、例えば一律に差分データを計算すると、差分データが不要な場合にコンピュータの処理が無駄になると共に、処理速度が低下するという問題がある。又、特定の試料や表面形状の場合にのみ選択的に差分データを取得したい場合に対応できない。
そして、測定データと差分データの両方を画面上に表示する走査プローブ顕微鏡はこれまで開発されていない。
Therefore, when it is desired to differentiate the measurement data of the conventional scanning probe microscope and emphasize the edge, it is necessary to perform the difference processing of the captured measurement data with another software or the like and display the screen separately from the measurement data, which makes the work complicated. Inferior in convenience.
Further, depending on the application, there are cases where it is desired to acquire and display only the measurement data, there are cases where it is desired to acquire and display the difference data, or there are cases where it is desired to display both the measurement data and the difference data on the screen. For example, if the difference data is calculated uniformly in response to such various requests, there is a problem that the processing of the computer is wasted and the processing speed is lowered when the difference data is unnecessary. Further, it cannot be applied when it is desired to selectively acquire the difference data only in the case of a specific sample or surface shape.
A scanning probe microscope that displays both measurement data and difference data on the screen has not been developed so far.

また、走査型プローブ顕微鏡の分野における誤差信号像は、いわゆる光てこシステムにおいて、カンチレバーの変位検出用の4分割受光セルの受光量が不均等になることで得られる誤差信号に基づく。換言すれば、変位の制御基準からのズレであり、本来はそれズレが無いように制御することが理想である。このため、誤差信号像は、測定精度が向上するほど形状像との差異が小さくなるため、測定精度が向上するにつれて、エッジ強調手段となり得なくなるという問題がある。 Further, the error signal image in the field of the scanning probe microscope is based on the error signal obtained by making the light receiving amount of the quadrant light receiving cell for detecting the displacement of the cantilever uneven in the so-called optical lever system. In other words, it is a deviation from the displacement control standard, and it is ideal to control so that there is no deviation. Therefore, since the difference between the error signal image and the shape image becomes smaller as the measurement accuracy is improved, there is a problem that the error signal image cannot be used as an edge enhancement means as the measurement accuracy is improved.

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、測定データと、その差分データの分布像とを選択的又は共に表示可能で、測定精度に関わらずエッジ強調画像が得られると共に、ユーザの利便性を向上させた走査プローブ顕微鏡の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and it is possible to selectively or both display the measurement data and the distribution image of the difference data, and an edge-enhanced image can be obtained regardless of the measurement accuracy. It is an object of the present invention to provide a scanning probe microscope with improved user convenience.

上記の目的を達成するために、本発明の走査プローブ顕微鏡は、試料の表面に接触又は近接させる探針が設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を示す信号を検出する変位検出器とを備え、前記信号に基づいて前記カンチレバーと前記試料の表面との間の所定の物理量を一定に維持させながら、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に走査させたときに得られた測定データを取得する走査プローブ顕微鏡において、前記測定データの1次元又は2次元の第1の分布像と、前記測定データを走査方向の順に並べると共に、前記走査方向と交差する方向に各走査毎に離間して並べて2次元上に並べたときの隣接するデータの差分データの1次元又は2次元の第2の分布像とを算出する分布像算出手段と、前記分布像算出手段に対し、前記第1の分布像及び前記第2の分布像のいずれか一方又は両方の算出を指示すると共に、当該算出させた分布像を所定の表示手段に表示させる表示制御手段と、をさらに備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the scanning probe microscope of the present invention includes a cantilever provided with a probe in contact with or close to the surface of the sample, and a displacement detector for detecting a signal indicating the displacement of the cantilever. , Measurements obtained when the probe is relatively scanned along the surface of the sample while maintaining a constant predetermined physical quantity between the cantilever and the surface of the sample based on the signal. In a scanning probe microscope for acquiring data, the first one-dimensional or two-dimensional distribution image of the measurement data and the measurement data are arranged in the order of the scanning direction, and separated from each scan in a direction intersecting the scanning direction. With respect to the distribution image calculation means for calculating the one-dimensional or two-dimensional second distribution image of the difference data of the adjacent data when they are arranged side by side and arranged on the two-dimensional surface, and the first distribution image calculation means. The feature is that a display control means for instructing the calculation of one or both of the distribution image and the second distribution image and displaying the calculated distribution image on a predetermined display means is further provided. do.

この走査プローブ顕微鏡によれば、測定データからなる第1の分布像が見にくい場合に、その差分データからなる第2の分布像を算出することで、エッジ強調画像が得られ、試料表面の物理量の分布を見やすくなる。特に、差分データを用いることで、誤差信号像を用いた従来の走査プローブ顕微鏡とは異なり、測定精度に関わらず第2の分布像(エッジ強調画像)が得られる。
又、第1の分布像と第2の分布像を1つの表示手段に表示させれば、各分布像の一方を表示させた場合に比べ、元の像(例えば形状像)である第1の分布像と、差分データからなる第2の分布像を、一画面上で見比べることができるので、より有用な情報が得られる。
According to this scanning probe microscope, when the first distribution image consisting of measurement data is difficult to see, an edge-enhanced image can be obtained by calculating the second distribution image consisting of the difference data, and the physical quantity of the sample surface can be obtained. It becomes easier to see the distribution. In particular, by using the difference data, a second distribution image (edge-enhanced image) can be obtained regardless of the measurement accuracy, unlike the conventional scanning probe microscope using the error signal image.
Further, if the first distribution image and the second distribution image are displayed on one display means, the first image (for example, a shape image) which is the original image is compared with the case where one of the distribution images is displayed. Since the distribution image and the second distribution image composed of the difference data can be compared on one screen, more useful information can be obtained.

本発明の走査プローブ顕微鏡において、前記表示制御手段は、前記第1の分布像及び前記第2の分布像の両方を表示する際、同一位置の前記測定データ及び前記差分データを同時に表示させてもよい。
この走査プローブ顕微鏡によれば、同一位置の第1の分布像と第2の分布像とを同時に表示させるので、両分布像の相違を同一位置で比較でき、さらに有用な情報が得られる。
In the scanning probe microscope of the present invention, when the display control means displays both the first distribution image and the second distribution image, the measurement data and the difference data at the same position may be displayed at the same time. good.
According to this scanning probe microscope, since the first distribution image and the second distribution image at the same position are displayed at the same time, the difference between the two distribution images can be compared at the same position, and more useful information can be obtained.

本発明の走査プローブ顕微鏡において、前記第1の分布像及び前記第2の分布像を算出する際のデータの算出方向を指定する算出方向指定手段をさらに備え、前記分布像算出手段は、前記算出方向指定手段によって指定された前記算出方向に沿って、第1の分布像及び前記第2の分布像のうち、前記表示手段に表示される分布像を算出してもよい。
データの算出方向によっては、第1の分布像や第2の分布像のコントラスト等が低下して見にくくなり、有用な情報が得られないことがある。そこで、この走査プローブ顕微鏡によれば、算出方向を変えることで、第1の分布像や第2の分布像のコントラスト等を増加させて見やすくし、さらに有用な情報が得られる。
The scanning probe microscope of the present invention further includes a calculation direction designating means for designating a calculation direction of data when calculating the first distribution image and the second distribution image, and the distribution image calculation means is the calculation. Of the first distribution image and the second distribution image, the distribution image displayed on the display means may be calculated along the calculation direction designated by the direction designating means.
Depending on the calculation direction of the data, the contrast of the first distribution image and the second distribution image may be lowered to make it difficult to see, and useful information may not be obtained. Therefore, according to this scanning probe microscope, by changing the calculation direction, the contrast of the first distribution image and the second distribution image is increased to make it easier to see, and more useful information can be obtained.

本発明の走査プローブ顕微鏡において、前記第2の分布像を算出する際の隣接するデータの差分の差引き順序を指定する差引き順序指定手段をさらに備え、前記分布像算出手段は、前記差引き順序指定手段によって指定された差引き順序で、前記第2の分布像を算出してもよい。
データの差引き順序によっては、第2の分布像のコントラスト等が低下して見にくくなり、有用な情報が得られないことがある。そこで、この走査プローブ顕微鏡によれば、差引き順序を変えることで第2の分布像の明暗を反転させ、コントラスト等を増加させて見やすくし、さらに有用な情報が得られる。
The scanning probe microscope of the present invention further includes a subtraction order designating means for designating a subtraction order of differences between adjacent data when calculating the second distribution image, and the distribution image calculation means is the subtraction. The second distribution image may be calculated in the deduction order designated by the order designating means.
Depending on the order in which the data is subtracted, the contrast of the second distributed image may decrease, making it difficult to see, and useful information may not be obtained. Therefore, according to this scanning probe microscope, the light and darkness of the second distribution image is reversed by changing the subtraction order, the contrast and the like are increased to make it easier to see, and more useful information can be obtained.

本発明の走査プローブ顕微鏡において、前記表示制御手段は、走査方向又は前記算出方向に沿う差分データ毎に前記第2の分布像を順次表示させ、前記分布像算出手段は、前記第2の分布像の表示中に、前記算出方向指定手段及び/又は前記差引き順序指定手段によって前記算出方向及び/又は前記差引き順序が指定されたとき、指定された前記算出方向及び/又は前記差引き順序に基づいて前記第2の分布像を算出してもよい。
この走査プローブ顕微鏡によれば、差分データ毎に前記第2の分布像を順次表示させることで、第2の分布像のコントラスト等が低下して見にくくなったと感じたときにすぐに算出方向及び/又は前記差引き順序を変えることができ、その後の第2の分布像を見やすくし、有用な情報が得られるようになる。
In the scanning probe microscope of the present invention, the display control means sequentially displays the second distribution image for each difference data along the scanning direction or the calculation direction, and the distribution image calculation means is the second distribution image. When the calculation direction and / or the deduction order is specified by the calculation direction designating means and / or the deduction order designating means, the specified calculation direction and / or the deduction order is displayed. The second distribution image may be calculated based on the above.
According to this scanning probe microscope, by sequentially displaying the second distribution image for each difference data, the calculation direction and / / when it is felt that the contrast of the second distribution image is lowered and becomes difficult to see. Alternatively, the subtraction order can be changed to make the subsequent second distribution image easier to see and to obtain useful information.

本発明の走査プローブ顕微鏡において、前記分布像算出手段は、指定された前記算出方向及び/又は前記差引き順序に基づいて、当該指定前の前記測定データによる前記第2の分布像を再算出し、前記表示制御手段は、前記再算出した前記第2の分布像と、前記指定後の前記第2の分布像とを共に表示させてもよい。
この走査プローブ顕微鏡によれば、差分データ毎に前記第2の分布像を順次表示させることで、第2の分布像のコントラスト等が低下して見にくくなったと感じた過去の(算出済の)第2の分布像を、算出方向及び/又は前記差引き順序を変えて再算出するので、過去の第2の分布像をも見やすくし、有用な情報が得られるようになる。
In the scanning probe microscope of the present invention, the distribution image calculating means recalculates the second distribution image based on the measurement data before the designation based on the designated calculation direction and / or the subtraction order. The display control means may display both the recalculated second distribution image and the designated second distribution image.
According to this scanning probe microscope, by sequentially displaying the second distribution image for each difference data, the contrast and the like of the second distribution image are lowered and it is difficult to see the past (calculated) first. Since the distribution image of 2 is recalculated by changing the calculation direction and / or the subtraction order, the second distribution image in the past can be easily seen and useful information can be obtained.

本発明の走査プローブ顕微鏡において、前記表示制御手段は、走査方向又は前記算出方向の1ライン毎に、前記測定データ及び前記差分データを表示させてもよい。
この走査プローブ顕微鏡によれば、1ライン毎に、測定データ及び/又は差分データを表示させるので、リアルタイムで即座に測定データ及び/又は差分データを見ることができる。又、測定データ及び/又は差分データが見にくいと感じたときにすぐに対応(算出方向及び/又は前記差引き順序の変更)ができる。
In the scanning probe microscope of the present invention, the display control means may display the measurement data and the difference data for each line in the scanning direction or the calculation direction.
According to this scanning probe microscope, the measurement data and / or the difference data is displayed for each line, so that the measurement data and / or the difference data can be immediately seen in real time. Further, when the measurement data and / or the difference data is difficult to see, it is possible to immediately respond (change the calculation direction and / or the deduction order).

本発明によれば、走査プローブ顕微鏡の測定データと、その差分データの分布像とを選択的又は共に表示可能で、エッジ強調画像が得られると共に、ユーザの利便性を向上させることができる。 According to the present invention, the measurement data of the scanning probe microscope and the distribution image of the difference data can be selectively or both displayed, an edge-enhanced image can be obtained, and the convenience of the user can be improved.

本発明の実施形態に係る走査プローブ顕微鏡のブロック図である。It is a block diagram of the scanning probe microscope which concerns on embodiment of this invention. 走査プローブ顕微鏡のコンピュータのブロック図である。It is a block diagram of a computer of a scanning probe microscope. 走査プローブ顕微鏡のコンピュータにおける処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow in a computer of a scanning probe microscope. 第1の分布像と第2の分布像の両方を1つのモニタに表示させた状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which both the 1st distribution image and the 2nd distribution image are displayed on one monitor. 試料が十字の凸部を有する場合の第2の分布像の算出方向を示す図である。It is a figure which shows the calculation direction of the 2nd distribution image when a sample has a convex part of a cross. 図5の試料の走査方向における第2の分布像を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the 2nd distribution image in the scanning direction of the sample of FIG. 図5の試料の算出方向を走査方向と直交させたときの、第2の分布像を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the 2nd distribution image when the calculation direction of the sample of FIG. 5 is orthogonal to the scanning direction. データの算出方向の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the calculation direction of data. 算出方向を指定したとき、再算出した第2の分布像と、指定後の第2の分布像とを共に表示する態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mode which displays both the recalculated second distribution image and the designated second distribution image when the calculation direction is specified. 第2の分布像を算出する際のデータの差分の差引き順序を示す図である。It is a figure which shows the subtraction order of the difference of data at the time of calculating the 2nd distribution image. 算出方向と差引き順序を共に指定したとき、再算出した第2の分布像と、指定後の第2の分布像とを共に表示する態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mode that when the calculation direction and the deduction order are both specified, the recalculated second distribution image and the designated second distribution image are displayed together. 実際の試料の第1の分布像と第2の分布像を示す図である。It is a figure which shows the 1st distribution image and the 2nd distribution image of an actual sample. 実際の試料の第1の分布像と第2の分布像を示す別の図である。It is another figure which shows the 1st distribution image and the 2nd distribution image of an actual sample.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の実施形態に係る走査プローブ顕微鏡200のブロック図である。なお、図1(a)が走査プローブ顕微鏡200の全体図であり、図1(b)はカンチレバー1近傍の部分拡大図である。
図1(a)において、走査プローブ顕微鏡200は、先端に探針99を有するカンチレバー1と、試料300が載置される試料台10と、カンチレバー1に振動を与えるカンチレバー加振部3と、カンチレバー加振部3を駆動させるための加振電源(加振信号発生器)21と、カンチレバー1の変位を示す信号を検出する変位検出器5と、交流-直流変換機構6と、制御手段(プローブ顕微鏡コントローラー24、コンピュータ40)等とを有する。
プローブ顕微鏡コントローラー24は周波数・振動特性検出機構7を有している。
コンピュータ40は、走査プローブ顕微鏡200の動作を制御するための制御基板、CPU(中央制御処理装置)、ROM、RAM、ハードディスク等の記憶手段、インターフェース、操作部等を有する。又、コンピュータ40にはモニタ(表示手段)41及びキーボード42が接続されている。
なお、走査プローブ顕微鏡200は、カンチレバー1が固定され、試料300側をスキャンするサンプルスキャン方式となっている。
FIG. 1 is a block diagram of a scanning probe microscope 200 according to an embodiment of the present invention. Note that FIG. 1A is an overall view of the scanning probe microscope 200, and FIG. 1B is a partially enlarged view of the vicinity of the cantilever 1.
In FIG. 1A, the scanning probe microscope 200 includes a cantilever 1 having a probe 99 at its tip, a sample table 10 on which a sample 300 is placed, a cantilever vibration unit 3 that vibrates the cantilever 1, and a cantilever. A vibration power supply (vibration signal generator) 21 for driving the vibration unit 3, a displacement detector 5 for detecting a signal indicating the displacement of the cantilever 1, an AC-DC conversion mechanism 6, and a control means (probe). It has a microscope controller 24, a computer 40) and the like.
The probe microscope controller 24 has a frequency / vibration characteristic detection mechanism 7.
The computer 40 has a control board for controlling the operation of the scanning probe microscope 200, a storage means such as a CPU (central control processing unit), a ROM, a RAM, and a hard disk, an interface, an operation unit, and the like. Further, a monitor (display means) 41 and a keyboard 42 are connected to the computer 40.
The scanning probe microscope 200 is a sample scanning method in which the cantilever 1 is fixed and the sample 300 side is scanned.

プローブ顕微鏡コントローラー24は、後述するZ制御回路20、周波数・振動特性検出機構7、加振電源21、X,Y,Z出力アンプ22、粗動制御回路23を有する。プローブ顕微鏡コントローラー24はコンピュータ40に接続されてデータの高速通信が可能である。コンピュータ40は、プローブ顕微鏡コントローラー24内の回路の動作条件を制御し、測定されたデータを取り込み制御し、表面形状等の表面物性測定などを実現する。
プローブ顕微鏡コントローラー24は、測定データを適宜増幅し、試料表面形状や、カンチレバーと試料が相互作用した物理量を取得する
なお、バイアス電源回路29は、試料台10へ直接バイアス電圧を印加し、探針99と試料300間の表面電位を測定するKFMなどでも使用する。
The probe microscope controller 24 includes a Z control circuit 20, a frequency / vibration characteristic detection mechanism 7, a vibration power supply 21, an X, Y, Z output amplifier 22, and a coarse motion control circuit 23, which will be described later. The probe microscope controller 24 is connected to the computer 40 to enable high-speed data communication. The computer 40 controls the operating conditions of the circuit in the probe microscope controller 24, captures and controls the measured data, and realizes measurement of surface physical properties such as surface shape.
The probe microscope controller 24 appropriately amplifies the measurement data and acquires the sample surface shape and the physical quantity of the interaction between the cantilever and the sample. The bias power supply circuit 29 applies a bias voltage directly to the sample table 10 to obtain a probe. It is also used in KFM or the like for measuring the surface potential between 99 and the sample 300.

コンピュータ40が、特許請求の範囲の「分布像算出手段」、「表示制御手段」、「算出方向指定手段」、「差引き順序指定手段」に相当する。 The computer 40 corresponds to the "distribution image calculation means", "display control means", "calculation direction designation means", and "subtraction order designation means" in the claims.

粗動機構12は、アクチュエータ11及びその上方の試料台10を大まかに3次元移動させるものであり、粗動制御回路23によって動作が制御される。
アクチュエータ(スキャナ)11は、試料台10(及び試料300)を3次元に移動(微動)させるものであり、試料台10をそれぞれxy(試料300の平面)方向に走査する2つの(2軸の)圧電素子11a、11bと、試料台10をz(高さ)方向に走査する圧電素子11cと、を備えた円筒になっている。圧電素子は、電界を印加すると結晶がひずみ、外力で結晶を強制的にひずませると電界が発生する素子であり、圧電素子としては、セラミックスの一種であるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を一般に使用することができるが、粗動機構12の形状や動作方法はこれに限られない。
圧電素子11a~11cはX,Y,Z出力アンプ22に接続され、X,Y,Z出力アンプ22から所定の制御信号(電圧)を出力して圧電素子11a、11bをそれぞれxy方向へ駆動し、圧電素子11cをz方向へ駆動する。圧電素子11cへ出力される電気信号は、プローブ顕微鏡コントローラー24の中で検出され、上述の「測定データ」として取り込まれる。
The coarse motion mechanism 12 roughly moves the actuator 11 and the sample table 10 above the actuator 11 in three dimensions, and the operation is controlled by the coarse motion control circuit 23.
The actuator (scanner) 11 moves (finely moves) the sample table 10 (and the sample 300) in three dimensions, and scans the sample table 10 in the xy (plane of the sample 300) direction, respectively, in two (two-axis) directions. ) It is a cylinder provided with piezoelectric elements 11a and 11b and a piezoelectric element 11c that scans the sample table 10 in the z (height) direction. Piezoelectric elements are elements in which the crystal is distorted when an electric field is applied, and an electric field is generated when the crystal is forcibly distorted by an external force. As a piezoelectric element, PZT (lead zirconate titanate), which is a type of ceramic, is generally used. Although it can be used, the shape and operation method of the coarse motion mechanism 12 are not limited to this.
The piezoelectric elements 11a to 11c are connected to the X, Y, Z output amplifier 22, and a predetermined control signal (voltage) is output from the X, Y, Z output amplifier 22 to drive the piezoelectric elements 11a and 11b in the xy direction, respectively. , Drive the piezoelectric element 11c in the z direction. The electric signal output to the piezoelectric element 11c is detected in the probe microscope controller 24 and is taken in as the above-mentioned "measurement data".

試料台10上に試料300が載置され、試料300は探針99に対向配置されている。
カンチレバー1は、カンチレバーチップ部8の側面に接し、片持ちバネの構造を構成している。カンチレバーチップ部8は、カンチレバーチップ部押さえ9により斜面ブロック2に押さえつけられ、斜面ブロック2は、加振器3に固定されている。そして、加振機3は加振電源21からの電気信号により振動し、カンチレバー1及びその先端の探針99を振動させる。カンチレバーの加振方法として、圧電素子、電場や磁場、光照射、電流の通電なども含まれる。
The sample 300 is placed on the sample table 10, and the sample 300 is arranged to face the probe 99.
The cantilever 1 is in contact with the side surface of the cantilever tip portion 8 and constitutes a cantilever structure. The cantilever tip portion 8 is pressed against the slope block 2 by the cantilever tip portion retainer 9, and the slope block 2 is fixed to the exciter 3. Then, the vibrating machine 3 vibrates by the electric signal from the vibrating power source 21, and vibrates the cantilever 1 and the probe 99 at the tip thereof. The vibration method of the cantilever includes a piezoelectric element, an electric field or a magnetic field, light irradiation, and energization of an electric current.

そして、レーザ光源30からレーザ光がダイクロックミラー31に入射されカンチレバー1の背面に照射され、カンチレバー1から反射されたレーザ光はミラー32で反射されて変位検出器5で検出される。変位検出器5は、例えば4分割光検出器であり、カンチレバー1の上下(z方向)の変位量は、カンチレバー1から反射されたレーザの光路の変化(入射位置)として変位検出器5で検出される。つまり、カンチレバー1の振動振幅は、変位検出器5の電気信号の振幅に対応する。
変位検出器5の電気信号の振幅は、プリアンプ50を通過して適宜増幅され、交流-直流変換機構6により振幅の大きさに対応した直流のレベル信号に変換される。
Then, the laser light from the laser light source 30 is incident on the die clock mirror 31 and irradiates the back surface of the cantilever 1, and the laser beam reflected from the cantilever 1 is reflected by the mirror 32 and detected by the displacement detector 5. The displacement detector 5 is, for example, a 4-split photodetector, and the displacement amount in the vertical direction (z direction) of the cantilever 1 is detected by the displacement detector 5 as a change (incident position) in the optical path of the laser reflected from the cantilever 1. Will be done. That is, the vibration amplitude of the cantilever 1 corresponds to the amplitude of the electric signal of the displacement detector 5.
The amplitude of the electric signal of the displacement detector 5 passes through the preamplifier 50 and is appropriately amplified, and is converted into a DC level signal corresponding to the magnitude of the amplitude by the AC-DC conversion mechanism 6.

交流-直流変換機構6の直流レベル信号は、Z制御回路20へ入力される。Z制御回路20は、DFM測定モードにおける探針99の目標振幅と一致するように、Z出力アンプ22のZ信号部へ制御信号を伝達し、Z信号部は圧電素子11cをz方向へ駆動する制御信号(電圧)を出力する。すなわち、試料300と探針99の間に働く原子間力によって生じるカンチレバー1の変位を上述の機構で検出し、探針99(カンチレバー1)の振動振幅が目標振幅となるようにアクチュエータ11cを変位させ、探針99と試料300の接する力を制御する。そして、この状態で、X,Y,Z出力アンプ22にてxy方向にアクチュエータ11a、11bを変位させて試料300のスキャンを行い、表面の形状や物性値をマッピングする。 The DC level signal of the AC-DC conversion mechanism 6 is input to the Z control circuit 20. The Z control circuit 20 transmits a control signal to the Z signal section of the Z output amplifier 22 so as to match the target amplitude of the probe 99 in the DFM measurement mode, and the Z signal section drives the piezoelectric element 11c in the z direction. Outputs a control signal (voltage). That is, the displacement of the cantilever 1 caused by the atomic force acting between the sample 300 and the probe 99 is detected by the above-mentioned mechanism, and the actuator 11c is displaced so that the vibration amplitude of the probe 99 (cantilever 1) becomes the target amplitude. The contact force between the probe 99 and the sample 300 is controlled. Then, in this state, the actuators 11a and 11b are displaced in the xy direction by the X, Y, and Z output amplifiers 22 to scan the sample 300, and the surface shape and physical property values are mapped.

又、交流-直流変換機構6の直流レベル信号は、プローブ顕微鏡コントローラー24の周波数・振動特性検出機構7へ入力される。又、加振電源21からの電気信号も、周波数・振動特性検出機構7へ入力される。周波数・振動特性検出機構7は、交流-直流変換機構6及び加振電源21からの入力に基づいて演算した所定の周波数・振動特性信号を処理してロックイン検出によるsin、cos、振幅信号等を取得し、コンピュータ40へ伝達する。
そして、試料台10のxy面内の変位に対して、(i) 試料台10の高さの変位から3次元形状像を、(ii)共振状態の位相の値から位相像を、(iii)振動振幅の目標値との差により誤差信号像を、(iv)探針試料間の物性値から多機能測定像を、コンピュータ40上に表示し、解析や処理を行うことにより、プローブ顕微鏡として動作させる。
Further, the DC level signal of the AC-DC conversion mechanism 6 is input to the frequency / vibration characteristic detection mechanism 7 of the probe microscope controller 24. Further, the electric signal from the vibration power supply 21 is also input to the frequency / vibration characteristic detection mechanism 7. The frequency / vibration characteristic detection mechanism 7 processes a predetermined frequency / vibration characteristic signal calculated based on the input from the AC-DC conversion mechanism 6 and the excitation power supply 21, and performs sin, cos, amplitude signal, etc. by lock-in detection. Is acquired and transmitted to the computer 40.
Then, with respect to the displacement of the sample table 10 in the xy plane, (i) a three-dimensional shape image is obtained from the displacement of the height of the sample table 10, (ii) a phase image is obtained from the phase value in the resonance state, and (iii). Operates as a probe microscope by displaying an error signal image due to the difference between the vibration amplitude and the target value, and (iv) a multifunctional measurement image from the physical property values between the probe samples on the computer 40, and performing analysis and processing. Let me.

次に、図2~図10を参照し、本発明の特徴部分について説明する。本発明は、測定データの1次元又は2次元の第1の分布像と、測定データの隣接するデータの差分データの1次元又は2次元の第2の分布像とを、選択的又は共に算出して表示する。以下、測定データが形状データの場合を例として説明する。 Next, a feature portion of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 10. The present invention selectively or both calculates a one-dimensional or two-dimensional first distribution image of measurement data and a one-dimensional or two-dimensional second distribution image of difference data of adjacent data of measurement data. To display. Hereinafter, the case where the measurement data is shape data will be described as an example.

図2に示すように、表示制御手段40bは、キーボード42からユーザの要求があった分布像の算出を指示する。分布像算出手段40aは、プローブ顕微鏡コントローラー24から測定データを取り込み、表示制御手段40bから指示された分布像を算出する。
又、分布像算出手段40aは、算出方向指定手段40cからの指示に従った算出方向で、第1の分布像及び第2の分布像を算出する。同様に、分布像算出手段40aは、差引き順序指定手段40dからの指示に従った差引き順序で、第2の分布像を算出する。
なお、算出方向指定手段40c及び差引き順序指定手段40dの指示は、キーボード42からユーザが行う。
そして、表示制御手段40bは、分布像算出手段40aが算出した分布像をモニタ41に表示させる。
As shown in FIG. 2, the display control means 40b instructs the keyboard 42 to calculate the distribution image requested by the user. The distribution image calculation means 40a takes in the measurement data from the probe microscope controller 24 and calculates the distribution image instructed by the display control means 40b.
Further, the distribution image calculation means 40a calculates the first distribution image and the second distribution image in the calculation direction according to the instruction from the calculation direction designating means 40c. Similarly, the distribution image calculation means 40a calculates the second distribution image in the deduction order according to the instruction from the deduction order designating means 40d.
The user gives instructions to the calculation direction designating means 40c and the deduction order designating means 40d from the keyboard 42.
Then, the display control means 40b causes the monitor 41 to display the distribution image calculated by the distribution image calculation means 40a.

次に、コンピュータ40における処理フローについて説明する。
図3において、例えばキーボード42からユーザが第1の分布像と第2の分布像のいずれか(本例では、第1の分布像と第2の分布像の両方)を取得(表示)したい旨の要求を入力すると、表示制御手段40bは、要求があった分布像の算出を分布像算出手段40aに指示する(ステップS100)。
分布像算出手段40aは、後述するステップS110の判定処理の後、指示された分布像を1ライン毎に算出する(ステップS102)。
表示制御手段40bは、算出された分布像を1ライン毎にモニタ41に表示させる(ステップS104)。
ここで、後述するステップS110で指定が無い限り、ステップS102、104では、後述する算出方向及び差引き順序はデフォルトの値(例えば、算出方向は走査方向と同一)である。又、算出方向が走査方向と同一の場合、1ラインは1つの走査線に相当する。
Next, the processing flow in the computer 40 will be described.
In FIG. 3, for example, the user wants to acquire (display) either the first distribution image or the second distribution image (in this example, both the first distribution image and the second distribution image) from the keyboard 42. When the request is input, the display control means 40b instructs the distribution image calculation means 40a to calculate the requested distribution image (step S100).
The distribution image calculation means 40a calculates the instructed distribution image for each line after the determination process in step S110 described later (step S102).
The display control means 40b causes the monitor 41 to display the calculated distribution image for each line (step S104).
Here, unless otherwise specified in step S110 described later, in steps S102 and 104, the calculation direction and the subtraction order described later are default values (for example, the calculation direction is the same as the scanning direction). Further, when the calculation direction is the same as the scanning direction, one line corresponds to one scanning line.

図4は、図3の処理によって、第1の分布像201と第2の分布像202の両方を1つのモニタ41に表示させた状態を示す模式図である。第1の分布像201のL1~L3は、この順で、それぞれ1ライン毎の一次元の測定データの分布像を示している。同様に、第2の分布像202のD1~D3は、この順で、それぞれ1ライン毎の一次元の差分データの分布像を示している。そして、各ラインを経時で並べることで、測定データ及び差分データの2次元の分布像となる。 FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which both the first distribution image 201 and the second distribution image 202 are displayed on one monitor 41 by the processing of FIG. L1 to L3 of the first distribution image 201 each show a distribution image of one-dimensional measurement data for each line in this order. Similarly, D1 to D3 of the second distribution image 202 show distribution images of one-dimensional difference data for each line in this order. Then, by arranging each line over time, a two-dimensional distribution image of measurement data and difference data can be obtained.

形状像である第1の分布像201には、大きな山M1と小さな山M2が含まれており、これを大きな凹凸の高低に合わせて2次元上で配色すると小さな山M2のコントラストが小さくなって見にくくなる等の問題がある。
そこで、隣接する測定データのの差分データからなる第2の分布像202を算出して表示することで、例えば大きな山M1と小さな山M2が同一画像上に含まれていても、エッジ強調して山M1、M2を区別した明瞭な画像202が得られる。
The first distribution image 201, which is a shape image, includes a large mountain M1 and a small mountain M2, and when the colors are arranged two-dimensionally according to the height of the large unevenness, the contrast of the small mountain M2 becomes small. There are problems such as being difficult to see.
Therefore, by calculating and displaying the second distribution image 202 composed of the difference data of the adjacent measurement data, for example, even if the large mountain M1 and the small mountain M2 are included in the same image, the edge is emphasized. A clear image 202 that distinguishes the mountains M1 and M2 can be obtained.

特に、第1の分布像201と第2の分布像202を1つのモニタ41に表示させれば、各分布像の一方を表示させた場合に比べ、元の像(例えば形状像)である第1の分布像201と、差分データからなる第2の分布像202とを、一画面上で見比べることができるので、より有用な情報が得られる。
とりわけ、第1の分布像201と、第2の分布像202とにおいて、同一位置の測定データ及び差分データを同時に表示させると、両分布像の相違を同一位置で比較できるので、さらに有用な情報が得られる。
In particular, if the first distribution image 201 and the second distribution image 202 are displayed on one monitor 41, the first distribution image (for example, a shape image) is the original image as compared with the case where one of the distribution images is displayed. Since the distribution image 201 of 1 and the second distribution image 202 composed of the difference data can be compared on one screen, more useful information can be obtained.
In particular, if the measurement data and the difference data at the same position are displayed simultaneously in the first distribution image 201 and the second distribution image 202, the difference between the two distribution images can be compared at the same position, which is more useful information. Is obtained.

ここで、「同一位置」とは、例えば測定データの1画素に対応したものでもよいが、通常は走査線等の1ライン毎に表示を行うので、測定データの特定の1ラインと、その1ラインの測定データに基づく差分データによる1ライン分のデータとを同一位置としてよい。
又、「同時」とは、測定データの1画素を逐次表示する場合であれば、測定データの1画素と、その前後の差分データによる1画素とを対応させて同時刻に表示させる。但し、通常は走査線等の1ライン毎に表示を行うので、測定データの特定の1ラインと、その差分データによる1ライン分のデータとを同時刻に表示させてもよい。
又、上記趣旨に含まれる限り、他のデータの単位を「同一位置」や、「同時」に表示させても良い(例えば2ライン分を1単位として同時に表示するなど)。
Here, the "same position" may be, for example, one corresponding to one pixel of the measurement data, but since it is usually displayed for each line such as a scanning line, a specific one line of the measurement data and one thereof. The data for one line based on the difference data based on the measurement data of the line may be set at the same position.
Further, "simultaneously" means that when one pixel of the measurement data is sequentially displayed, one pixel of the measurement data and one pixel of the difference data before and after the measurement data are associated with each other and displayed at the same time. However, since display is normally performed for each line such as a scanning line, one specific line of measurement data and one line of data based on the difference data may be displayed at the same time.
Further, as long as it is included in the above purpose, the unit of other data may be displayed at "same position" or "simultaneously" (for example, two lines are displayed at the same time as one unit).

ところで、図5に示すように、例えば試料301が十字の凸部を有する場合、走査方向S1が十字の一方に平行な向きであると、凸部の十字の中心を通って平らな表面上を走査したときに何ら凹凸情報が得られず、ひいては、図6に示すように、その差分データである第2の分布像202xもフラットで有用な情報を含まないことがある。
そこで、第1の分布像及び第2の分布像を算出する算出方向S2を、走査方向S1と同一方向でなく、例えば十字を横断する縦向きとすると、図7に示すように、第2の分布像202yに有用な情報を含ませることができる。
By the way, as shown in FIG. 5, for example, when the sample 301 has a convex portion of a cross, if the scanning direction S1 is parallel to one of the crosses, the sample 301 passes through the center of the cross of the convex portion on a flat surface. No unevenness information can be obtained when scanning, and as shown in FIG. 6, the second distribution image 202x, which is the difference data, may be flat and do not contain useful information.
Therefore, assuming that the calculation direction S2 for calculating the first distribution image and the second distribution image is not the same direction as the scanning direction S1 but, for example, a vertical direction crossing a cross, the second distribution image is shown in FIG. Useful information can be included in the distribution image 202y.

図7の処理は、図3のステップS110~114のように行うことができる。
まず、分布像算出手段40aは、ステップS100の後でS102の前に、データの算出方向及び/又は差引き順序が指定されたか否かを判定する(ステップS110)。差引き順序については後述する。
ここで、算出方向の指定は、例えばキーボード42からユーザが算出方向を入力すると、算出方向指定手段40cがその算出方向を分布像算出手段40aに設定して行うことができる。
ステップS110で「Yes」であれば、ステップS112に移行し、「No」であれば、ステップS102に移行する。
The process of FIG. 7 can be performed as in steps S110 to 114 of FIG.
First, the distribution image calculation means 40a determines whether or not the data calculation direction and / or the deduction order is specified after step S100 and before S102 (step S110). The deduction order will be described later.
Here, the calculation direction can be specified by, for example, when the user inputs the calculation direction from the keyboard 42, the calculation direction designating means 40c sets the calculation direction in the distribution image calculation means 40a.
If "Yes" in step S110, the process proceeds to step S112, and if "No", the process proceeds to step S102.

ステップS112で、分布像算出手段40aは、指定された算出方向に沿って、第1の分布像及び第2の分布像のうち、表示手段に表示された分布像(本例では、第1の分布像と第2の分布像の両方)を1ライン毎に算出する。
続いて、ステップS114で「No」であれば、ステップS104に移行し、指定された算出方向で算出された分布像を表示する。
In step S112, the distribution image calculation means 40a is a distribution image displayed on the display means among the first distribution image and the second distribution image along the designated calculation direction (in this example, the first distribution image). Both the distribution image and the second distribution image) are calculated for each line.
Subsequently, if "No" is obtained in step S114, the process proceeds to step S104, and the distribution image calculated in the designated calculation direction is displayed.

図8は、データの算出方向の一例を示す。図8のa1~a9は、個々の測定データを示す。
測定データa1、a2、a3の並ぶ方向を走査方向S1とすると、走査方向S1と異なる算出方向は多数あり、例えば走査方向S1に直交する算出方向S2の他、S1とS2のなす角(本例では90度)の二等分線となる算出方向S31、S1とS31の間の算出方向S32、S2とS31の間の算出方向S33など、個々の測定データを一列に結ぶ方向であれば制限されない。
又、1ラインとは、例えば算出方向S31の場合、算出方向S31に平行な個々の線上のすべてのデータであり、図8では、データa1、a5、a9が1ライン、データa4、a8が1ラインである。又、算出方向S31のように算出方向が走査方向S1に対して斜め(直交する算出方向S2を除く)の場合、1ラインのデータ数は一定ではなく、例えば上述のように、算出方向S31の場合は、1ラインでデータが2個、3個の異なる場合がある。但し、1ラインでデータ1個となる場合は算出方向から除く。
FIG. 8 shows an example of the data calculation direction. A1 to a9 in FIG. 8 show individual measurement data.
Assuming that the direction in which the measurement data a1, a2, and a3 are lined up is the scanning direction S1, there are many calculation directions different from the scanning direction S1. Is not limited as long as it is a direction connecting individual measurement data in a row, such as the calculation direction S31 which is a bisector of 90 degrees), the calculation direction S32 between S1 and S31, and the calculation direction S33 between S2 and S31. ..
Further, the 1 line is, for example, in the case of the calculation direction S31, all the data on the individual lines parallel to the calculation direction S31. In FIG. 8, the data a1, a5, a9 are 1 line, and the data a4, a8 are 1. It is a line. Further, when the calculation direction is diagonal to the scanning direction S1 (excluding the calculation direction S2 orthogonal to the scanning direction S1) as in the calculation direction S31, the number of data in one line is not constant. In that case, there may be two or three different data in one line. However, if one line has one data, it is excluded from the calculation direction.

ところで、ユーザが図6の第2の分布像202を1ライン毎に順次見て、途中から算出方向S2を変えた方が良いと判断する場合があり、むしろ最初から最適な算出方向が既知であるよりは、第2の分布像202を見てから算出方向を修正することが多いと考えられる。
この場合、図9(a)に示すように、測定スタートから3本の各ラインD1,D2,D3が表示され、これを見たユーザが算出方向S2を変えた場合、第2の分布像202xyは、各ラインD1,D2,D3におけるフラットな分布像と、算出方向S2による各ラインD4~D6の分布像が併存し、算出方向S2による全体像を把握し難いことがある。
By the way, there are cases where the user looks at the second distribution image 202 of FIG. 6 sequentially for each line and decides that it is better to change the calculation direction S2 from the middle, but rather the optimum calculation direction is known from the beginning. It is considered that the calculation direction is often corrected after seeing the second distribution image 202.
In this case, as shown in FIG. 9A, each of the three lines D1, D2, D3 is displayed from the measurement start, and when the user who sees this changes the calculation direction S2, the second distribution image 202xy In, the flat distribution image in each line D1, D2, D3 and the distribution image of each line D4 to D6 in the calculation direction S2 coexist, and it may be difficult to grasp the whole image in the calculation direction S2.

そこで、図9(b)に示すように、算出方向S2を変える前(指定前)の測定データについても、算出方向S2で第2の分布像をライン毎に再算出し、指定後の算出方向S2の第2の分布像(各ラインD4~D6)と共に表示すると好ましい。
なお、図9(b)において、指定前の走査方向S1では、測定データによる第2の分布像が3ライン(D1~D3)得られるが、図8の算出方向S31に示すように、算出方向が走査方向S1に対して斜めの場合、測定スタートからの測定データが同一であっても、得られる第2の分布像は同数のラインになるとは限らず、2ライン(D11、D12)に減少しても構わない。
Therefore, as shown in FIG. 9B, the second distribution image is recalculated for each line in the calculation direction S2 for the measurement data before the calculation direction S2 is changed (before the designation), and the calculation direction after the designation is made. It is preferable to display it together with the second distribution image of S2 (each line D4 to D6).
In FIG. 9B, in the scanning direction S1 before designation, the second distribution image based on the measurement data is obtained in three lines (D1 to D3), but as shown in the calculation direction S31 in FIG. 8, the calculation direction. When is slanted with respect to the scanning direction S1, even if the measurement data from the measurement start is the same, the obtained second distribution image does not always have the same number of lines and decreases to two lines (D11, D12). It doesn't matter.

図9(b)の処理は、図3のステップS114~120のように行うことができる。
まず、分布像算出手段40aは、ステップS112の後、算出方向の指定前の第2の分布像を再算出するか否かを判定する(ステップS114)。
ここで、再算出の有無は、例えばキーボード42からユーザが再算出の要求を入力すると、分布像算出手段40aがその要求を取得して行うことができる。又、デフォルトで再算出するよう設定されていてもよい。
ステップS114で「Yes」であれば、ステップS116に移行して後述するフラグがあるか否かを判定し、「Yes」であれば、ステップS104に移行し、「No」であれば、ステップS118に移行する。
The process of FIG. 9B can be performed as in steps S114 to 120 of FIG.
First, the distribution image calculation means 40a determines whether or not to recalculate the second distribution image before the designation of the calculation direction after step S112 (step S114).
Here, whether or not to recalculate can be determined by, for example, when the user inputs a request for recalculation from the keyboard 42, and the distribution image calculation means 40a acquires the request. Further, it may be set to be recalculated by default.
If "Yes" in step S114, the process proceeds to step S116 to determine whether or not there is a flag described later. If "Yes", the process proceeds to step S104, and if "No", step S118. Move to.

ステップS118では、分布像算出手段40aは、指定前の測定データにより指定された算出方向にて、第2の分布像を再算出し、再算出した旨のフラグを立てる。
続いてステップS120では、、表示制御手段40bは、S118で再算出した第2の分布像と、算出方向を指定後の第2の分布像とをまとめてモニタ41に表示させる。
ステップS120又はステップS104に続き、ステップS130では、分布像算出手段40aは、測定データが終了したか否かを判定し、「Yes」であれば処理を終了し、「No」であれば、ステップS110に戻って処理を繰り返す。
In step S118, the distribution image calculation means 40a recalculates the second distribution image in the calculation direction designated by the measurement data before the designation, and sets a flag to the effect that the second distribution image has been recalculated.
Subsequently, in step S120, the display control means 40b displays the second distribution image recalculated in S118 and the second distribution image after designating the calculation direction on the monitor 41 together.
Following step S120 or step S104, in step S130, the distribution image calculation means 40a determines whether or not the measurement data has been completed, and if "Yes", the process is terminated, and if "No", the step. Return to S110 and repeat the process.

なお、最初のステップS114で第2の分布像を再算出すると、S118でフラグが立てられた後、S120で再算出した第2の分布像と、算出方向を指定後の第2の分布像とをまとめて表示する。次に、2回目以降のステップS114では、既に再算出した旨のフラグが立っているので、「No」と判定され、これ以上の再算出をせずにS104へ移行する。
つまり、例えば図9(b)にて、最初のステップS114では再算出した第2の分布像D11、D12と、算出方向を指定後の第2の分布像D4~D6がまとめて表示されるが、2回目以降のステップS114では、指定後の第2の分布像が1ライン毎にD6の後に付け加えられることとなる。
When the second distribution image is recalculated in the first step S114, the second distribution image recalculated in S120 after the flag is set in S118 and the second distribution image after the calculation direction is specified. Are displayed together. Next, in the second and subsequent steps S114, since the flag indicating that the recalculation has already been set is set, it is determined as "No", and the process proceeds to S104 without further recalculation.
That is, for example, in FIG. 9B, the second distribution images D11 and D12 recalculated in the first step S114 and the second distribution images D4 to D6 after designating the calculation direction are collectively displayed. In the second and subsequent steps S114, the second distribution image after the designation is added after D6 for each line.

次に、図10、図11を参照し、差引き順序について説明する。
図10(a)に示すように、第2の分布像を算出する際、隣接するデータの差分の差引き順序としては、(1)1ライン上の時系列的に後のデータa2から時系列的に前のデータa1を差し引いて差分D(=a2-a1)を算出する他、(2)(1)と逆の順序で、差分-D(=a1-a2)を算出するものがある。そして、差分Dと差分-Dとは高低が逆になり、第2の分布像の明暗を反転させる効果があり、差分Dによる第2の分布像が見難い場合に、明暗を反転させて差分-Dを表示すると見やすくなることがある。このように、目的に応じて差引き順序を選択することができる。
従って、例えば図7にて、D1~D3の第2の分布像202が見難い場合に、例えばキーボード42からユーザが差引き順序を入力すると、差引き順序指定手段40dがその差引き順序を分布像算出手段40aに設定して行うことができる。
Next, the deduction order will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
As shown in FIG. 10A, when calculating the second distribution image, the order of subtracting the differences between the adjacent data is as follows: (1) Time-series from the later data a2 on one line. In addition to calculating the difference D (= a2-a1) by subtracting the previous data a1, there is a method of calculating the difference −D (= a1-a2) in the reverse order of (2) and (1). Then, the difference D and the difference −D are opposite in height and have the effect of reversing the brightness of the second distribution image. When the second distribution image due to the difference D is difficult to see, the difference is reversed. Displaying -D may make it easier to see. In this way, the deduction order can be selected according to the purpose.
Therefore, for example, in FIG. 7, when the second distribution image 202 of D1 to D3 is difficult to see, for example, when the user inputs the deduction order from the keyboard 42, the deduction order designating means 40d distributes the deduction order. It can be set to the image calculation means 40a.

なお、差分Dを求める隣接データは、図10(a)のような図8の横軸に沿ったデータ列に限らず、例えば図10(b)のような図8の縦軸に沿ったデータ列でもよく、横軸と縦軸の間の斜めに沿ったデータ列でもよい。
以後、図8の縦軸に沿ったデータ列に基づく図10(b)の差分をD',-D'で表す。
The adjacent data for which the difference D is obtained is not limited to the data string along the horizontal axis of FIG. 8 as shown in FIG. 10 (a), but the data along the vertical axis of FIG. 8 as shown in FIG. 10 (b), for example. It may be a column or a data column diagonally along the horizontal axis and the vertical axis.
Hereinafter, the difference in FIG. 10B based on the data string along the vertical axis of FIG. 8 is represented by D'and −D'.

なお、分布像算出手段40aが、差引き順序指定手段40dによって指定された差引き順序で、第2の分布像を算出する処理は、指定された算出方向で行うステップS110~S120(図3)と同様である。
又、図11に示すように、算出方向と差引き順序とを共に指定することもできる。この場合、図9(b)に相当する図11(a)にて、算出方向S2の第2の分布像(各ラインD11,D12,D4~D6)を見たユーザが差分Dに対応する差引き順序dから差分-Dに対応する-dに変えた場合、差引き順序を変える前の第2の分布像(各ラインD11,D12,D4~D6)について、差引き順序-dで第2の分布像を再算出し、指定後の差引き順序の第2の分布像(各ラインD7以降)と共に表示すると好ましい。差引き順序-dで再算出した第2の分布像を、模式的にラインD110,D120,D40~D60で表す。
The process of calculating the second distribution image by the distribution image calculation means 40a in the deduction order designated by the deduction order designating means 40d is performed in the designated calculation direction in steps S110 to S120 (FIG. 3). Is similar to.
Further, as shown in FIG. 11, both the calculation direction and the deduction order can be specified. In this case, in FIG. 11A corresponding to FIG. 9B, the difference corresponding to the difference D by the user who sees the second distribution image (each line D11, D12, D4 to D6) in the calculation direction S2. When the subtraction order d is changed to -d corresponding to the difference -D, the second distribution image (each line D11, D12, D4 to D6) before the subtraction order is changed is the second in the subtraction order-d. It is preferable to recalculate the distribution image of the above and display it together with the second distribution image (each line D7 or later) in the specified subtraction order. The second distribution image recalculated in the deduction order −d is schematically represented by lines D110, D120, D40 to D60.

図12、図13は、第1の分布像(形状像)と、差分による第2の分布像の実際の測定例を示す。なお、図12は複数の波形の畝部が平行に並ぶ試料の像であり、図12は複数の線形の畝部が平行に並ぶ試料の像である。
図12(a)は第1の分布像(形状像)P1であり、図12(b)、(c)はそれぞれ図8の横軸に沿った差分+D,-D(図10(a)参照)を行った第2の分布像P1+D、P1-Dを示す。
一方、図12(d)、(e)はそれぞれ図8の縦軸に沿った差分+D',-D' (図10(b)参照)を行った第2の分布像P1+D'、P1-D'を示す。
図13についても同様であり、図12の符号P1をそれぞれP2で置き換えることとする。
差分+D,-Dの間で高低(明暗)が反転し、同様に差分+D',-D' の間で高低(明暗)が反転することがわかる。従って、必要に応じて所定の差分を行って第2の分布像を得ることで、より多くの情報を取得することができる。
12 and 13 show actual measurement examples of the first distribution image (shape image) and the second distribution image based on the difference. Note that FIG. 12 is an image of a sample in which a plurality of corrugated ridges are arranged in parallel, and FIG. 12 is an image of a sample in which a plurality of linear ridges are arranged in parallel.
12 (a) is the first distribution image (shape image) P1, and FIGS. 12 (b) and 12 (c) are differences + D and −D along the horizontal axis of FIG. 8 (see FIG. 10 (a), respectively). ) Is shown in the second distribution images P1 + D and P1- D .
On the other hand, in FIGS. 12 (d) and 12 (e), the second distribution images P1 + D' and P1- Indicates D' .
The same applies to FIG. 13, and the reference numerals P1 in FIG. 12 are replaced with P2, respectively.
It can be seen that the high and low (bright and dark) are reversed between the difference + D and -D, and the high and low (bright and dark) are similarly reversed between the difference + D'and-D'. Therefore, more information can be obtained by obtaining a second distribution image by performing a predetermined difference as needed.

なお、図7、図8等では第2の分布像のみを表示したが、ステップS104で第1の分布像と第2の分布像の両方を表示させた場合、対応する第1の分布像についても、図7、図8等と同様に、指定後の算出方向S2で再算出するのはいうまでもない。 Although only the second distribution image is displayed in FIGS. 7, 8 and the like, when both the first distribution image and the second distribution image are displayed in step S104, the corresponding first distribution image is displayed. Needless to say, the calculation is performed again in the calculation direction S2 after the designation, as in FIGS. 7 and 8.

本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、上記実施形態では、測定データが形状データの場合について説明したが、走査プローブ顕微鏡で測定可能な他の物理量であってもよい。又、上記実施形態では、DFM測定モードについて説明したが、例えばコンタクトモードに、本発明を適用できる。例えば、コンタクトモードで摩擦像を測定する際に、本発明を適用できる。
又、本発明は、走査プローブ顕微鏡のカンチレバー側をスキャンして測定を行うレバースキャン方式にも適用できる。
The present invention is not limited to the above embodiment.
For example, in the above embodiment, the case where the measurement data is shape data has been described, but other physical quantities that can be measured by a scanning probe microscope may be used. Further, in the above embodiment, the DFM measurement mode has been described, but the present invention can be applied to, for example, the contact mode. For example, the present invention can be applied when measuring a friction image in a contact mode.
The present invention can also be applied to a lever scan method in which the cantilever side of a scanning probe microscope is scanned for measurement.

1 カンチレバー
5 変位検出器
40a 分布像算出手段
40b 表示制御手段
40c 算出方向指定手段
40d 差引き順序指定手段
41 表示手段(モニタ)
99 探針
200 走査プローブ顕微鏡
201 第1の分布像
202、202x 第2の分布像
202y 算出方向を指定後の第2の分布像
206 差引き順序を指定後の第2の分布像
300,301 試料
S1 走査方向
S2、S31,S32,S33 算出方向
L1~L3 走査方向の1ライン
D1~D3、D4~D7、D11,D12,D110,D120,D40~D60 算出方向の1ライン
1 Cantilever 5 Displacement detector 40a Distribution image calculation means 40b Display control means 40c Calculation direction designation means 40d Subtraction order designation means 41 Display means (monitor)
99 Probe 200 Scanning probe microscope 201 First distribution image 202, 202x Second distribution image 202y Second distribution image after specifying the calculation direction 206 Second distribution image after specifying the subtraction order 300,301 Sample S1 Scanning direction S2, S31, S32, S33 Calculation direction L1 to L3 One line in the scanning direction D1 to D3, D4 to D7, D11, D12, D110, D120, D40 to D60 One line in the calculation direction

上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様の走査プローブ顕微鏡は、試料の表面に接触又は近接させる探針が設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を示す信号を検出する変位検出器とを備え、前記信号に基づいて前記カンチレバーと前記試料の表面との間の所定の物理量を一定に維持させながら、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に走査させたときに得られた測定データを取得する走査プローブ顕微鏡において、前記測定データの1次元又は2次元の第1の分布像と、前記測定データの並ぶ方向を走査方向とし、前記走査方向、前記走査方向と直交する方向、又は前記走査方向と前記走査方向と直交する方向とのなす角の二等分線となる方向を算出方向とし、前記算出方向に隣接するデータの差分データの1次元又は2次元の第2の分布像とを算出する分布像算出手段と、前記分布像算出手段に対し、前記第1の分布像及び前記第2の分布像のいずれか一方又は両方の算出を指示すると共に、当該算出させた分布像を所定の表示手段に表示させる表示制御手段と、をさらに備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the scanning probe microscope of the first aspect of the present invention is a cantilever provided with a probe that comes into contact with or is in close proximity to the surface of a sample, and a displacement that detects a signal indicating the displacement of the cantilever. When the probe is relatively scanned along the surface of the sample while the detector is provided and the predetermined physical quantity between the cantilever and the surface of the sample is kept constant based on the signal. In a scanning probe microscope for acquiring the measurement data obtained in the above, the direction in which the one-dimensional or two-dimensional first distribution image of the measurement data and the measurement data are arranged is the scanning direction, and the scanning direction and the scanning direction are defined as the scanning direction. The calculation direction is the direction orthogonal to each other or the direction that is the bisector of the angle formed by the scanning direction and the direction orthogonal to the scanning direction, and the difference data of the data adjacent to the calculation direction is one-dimensional or two-dimensional. The distribution image calculation means for calculating the second distribution image and the distribution image calculation means are instructed to calculate one or both of the first distribution image and the second distribution image, and the said person concerned. It is further provided with a display control means for displaying the calculated distribution image on a predetermined display means.

本発明の第2の態様の走査プローブ顕微鏡は、試料の表面に接触又は近接させる探針が設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を示す信号を検出する変位検出器とを備え、前記信号に基づいて前記カンチレバーと前記試料の表面との間の所定の物理量を一定に維持させながら、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に走査させたときに得られた測定データを取得する走査プローブ顕微鏡において、前記測定データは少なくとも第1の走査をすることにより得られた第1の測定データを含み、第1の分布像と第2の分布像を算出する分布像算出手段を有し、前記第1の分布像は少なくとも前記第1の測定データであり、前記第2の分布像は、前記第1の測定データの個々のデータのうち、所望のデータとその後ろのデータとの差分、又は所望のデータとその前のデータとの差分を算出することにより得られる差分データを含み、更に表示手段に情報を表示する表示制御手段を有し、前記表示制御手段は前記第1の分布像と前記第2の分布像の少なくとも一方を表示することを特徴とする。
本発明の第3の態様の走査プローブ顕微鏡は、試料の表面に接触又は近接させる探針が設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を示す信号を検出する変位検出器とを備え、前記信号に基づいて前記カンチレバーと前記試料の表面との間の所定の物理量を一定に維持させながら、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に走査させたときに得られた測定データを取得する走査プローブ顕微鏡において、前記測定データは少なくとも第1の走査をすることにより得られた第1の測定データと第2の走査をすることにより得られた第2の測定データとを含み、第1の分布像と第2の分布像を算出する分布像算出手段を有し、前記第1の分布像は少なくとも前記第1の測定データであり、前記第2の分布像は、前記第1の測定データと前記第2の測定データとの差分を算出することにより得られる差分データを含む第2の分布像であり、更に表示手段に情報を表示する表示制御手段を有し、前記表示制御手段は前記第1の分布像と前記第2の分布像の少なくとも一方を表示することを特徴とする。
本発明の走査プローブ顕微鏡において、前記表示制御手段は、前記第1の分布像及び前記第2の分布像の両方を表示する際、同一位置の前記測定データ及び前記差分データを同時に表示させてもよい。
この走査プローブ顕微鏡によれば、同一位置の第1の分布像と第2の分布像とを同時に表示させるので、両分布像の相違を同一位置で比較でき、さらに有用な情報が得られる。


The scanning probe microscope of the second aspect of the present invention includes a cantilever provided with a probe that comes into contact with or is close to the surface of the sample, and a displacement detector that detects a signal indicating the displacement of the cantilever. Based on this, the measurement data obtained when the probe is relatively scanned along the surface of the sample while maintaining a constant predetermined physical quantity between the cantilever and the surface of the sample is acquired. In the scanning probe microscope, the measurement data includes at least the first measurement data obtained by performing the first scan, and has a distribution image calculation means for calculating the first distribution image and the second distribution image. The first distribution image is at least the first measurement data, and the second distribution image is the difference between the desired data and the data behind it among the individual data of the first measurement data. Or, the display control means includes the difference data obtained by calculating the difference between the desired data and the data before the desired data, and further displays the information on the display means, and the display control means has the first distribution. It is characterized in that at least one of the image and the second distribution image is displayed.
The scanning probe microscope according to the third aspect of the present invention includes a cantilever provided with a probe that is in contact with or close to the surface of the sample, and a displacement detector that detects a signal indicating the displacement of the cantilever. Based on this, while maintaining a constant physical quantity between the cantilever and the surface of the sample, the measurement data obtained when the probe is relatively scanned along the surface of the sample is acquired. In the scanning probe microscope, the measurement data includes at least the first measurement data obtained by performing the first scan and the second measurement data obtained by performing the second scan, and the first measurement data is included. It has a distribution image calculation means for calculating a distribution image and a second distribution image, the first distribution image is at least the first measurement data, and the second distribution image is the first measurement data. It is a second distribution image including the difference data obtained by calculating the difference between the second measurement data and the second measurement data, and further has a display control means for displaying information on the display means, and the display control means is said. It is characterized in that at least one of the first distribution image and the second distribution image is displayed.
In the scanning probe microscope of the present invention, when the display control means displays both the first distribution image and the second distribution image, the measurement data and the difference data at the same position may be displayed at the same time. good.
According to this scanning probe microscope, since the first distribution image and the second distribution image at the same position are displayed at the same time, the difference between the two distribution images can be compared at the same position, and more useful information can be obtained.


Claims (7)

試料の表面に接触又は近接させる探針が設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を示す信号を検出する変位検出器とを備え、前記信号に基づいて前記カンチレバーと前記試料の表面との間の所定の物理量を一定に維持させながら、前記探針を前記試料の表面に沿って相対的に走査させたときに得られた測定データを取得する走査プローブ顕微鏡において、
前記測定データの1次元又は2次元の第1の分布像と、前記測定データを走査方向の順に並べると共に、前記走査方向と交差する方向に各走査毎に離間して並べて2次元上に並べたときの隣接するデータの差分データの1次元又は2次元の第2の分布像とを算出する分布像算出手段と、
前記分布像算出手段に対し、前記第1の分布像及び前記第2の分布像のいずれか一方又は両方の算出を指示すると共に、当該算出させた分布像を所定の表示手段に表示させる表示制御手段と、
をさらに備えたことを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
A cantilever provided with a probe that comes into contact with or close to the surface of the sample and a displacement detector that detects a signal indicating the displacement of the cantilever are provided, and the cantilever is located between the cantilever and the surface of the sample based on the signal. In a scanning probe microscope that acquires measurement data obtained when the probe is relatively scanned along the surface of the sample while maintaining a constant physical quantity.
The one-dimensional or two-dimensional first distribution image of the measurement data and the measurement data are arranged in the order of the scanning direction, and arranged in a direction intersecting the scanning direction at intervals for each scan and arranged in two dimensions. A distribution image calculation means for calculating a one-dimensional or two-dimensional second distribution image of the difference data of adjacent data at the time, and
Display control for instructing the distribution image calculation means to calculate one or both of the first distribution image and the second distribution image, and displaying the calculated distribution image on a predetermined display means. Means and
A scanning probe microscope characterized by being further equipped with.
前記表示制御手段は、前記第1の分布像及び前記第2の分布像の両方を表示する際、同一位置の前記測定データ及び前記差分データを同時に表示させる請求項1に記載の走査プローブ顕微鏡。 The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the display control means simultaneously displays the measurement data and the difference data at the same position when displaying both the first distribution image and the second distribution image. 前記第1の分布像及び前記第2の分布像を算出する際のデータの算出方向を指定する算出方向指定手段をさらに備え、
前記分布像算出手段は、前記算出方向指定手段によって指定された前記算出方向に沿って、第1の分布像及び前記第2の分布像のうち、前記表示手段に表示される分布像を算出する請求項1又は2に記載の走査プローブ顕微鏡。
Further provided with a calculation direction designating means for designating the calculation direction of the data when calculating the first distribution image and the second distribution image.
The distribution image calculating means calculates a distribution image displayed on the display means among the first distribution image and the second distribution image along the calculation direction designated by the calculation direction designating means. The scanning probe microscope according to claim 1 or 2.
前記第2の分布像を算出する際の隣接するデータの差分の差引き順序を指定する差引き順序指定手段をさらに備え、
前記分布像算出手段は、前記差引き順序指定手段によって指定された差引き順序で、前記第2の分布像を算出する請求項1~3のいずれか一項に記載の走査プローブ顕微鏡。
Further provided with a deduction order specifying means for designating a deduction order of differences between adjacent data when calculating the second distribution image.
The scanning probe microscope according to any one of claims 1 to 3, wherein the distribution image calculating means calculates the second distribution image in the deduction order designated by the deduction order designating means.
前記表示制御手段は、走査方向又は前記算出方向に沿う差分データ毎に前記第2の分布像を順次表示させ、
前記分布像算出手段は、前記第2の分布像の表示中に、前記算出方向指定手段及び/又は前記差引き順序指定手段によって前記算出方向及び/又は前記差引き順序が指定されたとき、指定された前記算出方向及び/又は前記差引き順序に基づいて前記第2の分布像を算出する請求項3又は4に記載の走査プローブ顕微鏡。
The display control means sequentially displays the second distribution image for each difference data along the scanning direction or the calculation direction.
The distribution image calculation means is designated when the calculation direction and / or the deduction order is designated by the calculation direction designating means and / or the deduction order designating means during the display of the second distribution image. The scanning probe microscope according to claim 3 or 4, wherein the second distribution image is calculated based on the calculation direction and / or the subtraction order.
前記分布像算出手段は、指定された前記算出方向及び/又は前記差引き順序に基づいて、当該指定前の前記測定データによる前記第2の分布像を再算出し、
前記表示制御手段は、前記再算出した前記第2の分布像と、前記指定後の前記第2の分布像とを共に表示させる請求項5に記載の走査プローブ顕微鏡。
The distribution image calculation means recalculates the second distribution image based on the measurement data before the designation based on the designated calculation direction and / or the deduction order.
The scanning probe microscope according to claim 5, wherein the display control means displays both the recalculated second distribution image and the designated second distribution image.
前記表示制御手段は、走査方向又は前記算出方向の1ライン毎に、前記測定データ及び/又は前記差分データを表示させる請求項1~6のいずれか一項に記載の走査プローブ顕微鏡。 The scanning probe microscope according to any one of claims 1 to 6, wherein the display control means displays the measurement data and / or the difference data for each line in the scanning direction or the calculation direction.
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