(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ若しくは試料を走査させる圧電体と、
この圧電体をＸＹＺ方向の少なくとも一方向に変形させる駆動手段と、
上記圧電体のＸＹＺ方向の少なくとも一方向の変位を検出する変位検出手段と、
試料表面情報を測定すべき点の圧電体の測定点変位情報を格納する情報格納手段と、
上記情報格納手段に、上記試料表面情報を測定する前に予備走査を行い、上記変位検出手段による変位検出値が上記試料表面情報を測定すべき点に達した時点の圧電体の印加電圧若しくは走査時間を測定点変位情報として予め格納させるテーブル作成手段と、
上記試料表面情報を測定する測定走査時に、上記情報格納手段に格納された測定点変位情報に基いた測定点に於いて該試料表面情報を測定する測定手段と、
を具備することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
上記テーブル作成手段は、上記変位検出手段による変位検出値が上記試料表面情報を測定すべき点に達した時点の圧電体印加電圧若しくは走査時間を測定点変位情報として上記情報格納手段に格納させる際、上記測定点変位情報を補間して変位検出分解能を上回る情報テーブルを構成することを特徴とする請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項３】
プローブ若しくは試料を走査させる圧電体と、
この圧電体をＸＹＺ方向の少なくとも一方向に変形させる駆動手段と、
上記圧電体のＸＹＺ方向の少なくとも一方向の変位を検出する変位検出手段と、
試料表面情報を測定すべき点の圧電体の測定点変位情報を格納する情報格納手段と、
１ライン走査時に上記変位検出手段による変位検出値が上記試料表面情報を測定すべき点に達した時点の圧電体の印加電圧若しくは走査時間である測定点変位情報に基いた測定点に於いて、上記試料表面情報を測定しながら、次ライン測定装置のためのテーブル作成を行うテーブル作成同時走査手段と、
を具備することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項４】
上記テーブル作成同時測定走査手段は、上記変位検出手段による変位検出値が上記試料表面情報を測定すべき点に達した時点の圧電体印加電圧若しくは走査時間を測定点変位情報として上記情報テーブルに格納させる際、上記測定点変位情報を補間して変位検出分解能を上回る情報テーブルを作成することを特徴とする請求項３に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は走査型プローブ顕微鏡に関し、より詳細には、試料表面をプローブで二次元走査したときの試料、プローブ間の相互作用を検出して試料の表面情報を取得する走査型プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般の走査型プローブ顕微鏡（以下、ＳＰＭと称する）は、例えば図１１及び図１２に示されるように構成されている。
図１１及び図１２に於いて、ホストコンピュータ１が接続されたマイクロコンピュータ２には、Ｚ制御部３が接続されると共に、Ｘ走査Ｄ／Ａ変換器４及びＹ走査Ｄ／Ａ変換器５を介してＸフィードバック駆動回路６及びＹフィードバック駆動回路７が接続されている。また、Ｚ制御部３、Ｘフィードバック駆動回路６及びＹフィードバック駆動回路７が接続されるＸＹＺ駆動用圧電体８上に設けられた試料台９には、試料１０が載置されるようになっている。
【０００３】
上記Ｚ制御部３には探針変位検出部１１が接続されており、更にその先端にカンチレバー（探針）１２が設けられている。尚、上記ＸＹＺ駆動用圧電体８は、鏡体１３内に設けられたＸ変位センサ１４及びＹ変位センサ１５により動作される。
【０００４】
このような構成に於いて、圧電体８、すなわち試料台９のＸ方向変位（Ｘ方向移動量）及びＹ方向変位（Ｙ方向移動量）が、Ｘ，Ｙ変位センサ１４及び１５により検出される。これらの変位信号ｄｓ６及びｄｓ８が、Ｘ，Ｙフィードバック駆動回路６及び７の一方の入力端子に入力される。また、マイクロコンピュータ２からの要求により、Ｘ走査データＤ３、Ｙ走査データＤ４がＸ，Ｙ走査Ｄ／Ａ変換器４及び５により変換されたＸ走査信号ｄｓ３、Ｙ走査信号ｄｓ４が、それぞれＸ，Ｙフィードバック駆動回路６及び７の他方の入力端子に入力される。
【０００５】
すると、Ｘ，Ｙフィードバック駆動回路６及び７内に於いて、圧電体８の変位信号ｄｓ６及びｄｓ８と走査信号ｄｓ３及びｄｓ４とが、直線性を保つようにフィードバック制御される。これによって、図１３に示されるような、圧電体８の印加電圧と、変位のヒステリシス特性により生じていた試料表面情報画像の歪みを解消し、直線性の高い画像がホストコンピュータ１に於いて得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の走査型プローブ顕微鏡では、圧電体８の変位分解能が０．０１ｎｍ程度であり、この分解能よりもＸ，Ｙ変位センサ１４、１５の変位検出分解能が数ｎｍ程度と大きく劣っている。そのため、Ｘ，Ｙフィードバック駆動回路６及び７の動作時にＸ，Ｙ変位センサ１４、１５のノイズによって圧電体８が微小に振動して、カンチレバー１２の先端と試料１０の表面を損傷させる原因となっていた。加えて、外部環境によってヒステリシスカーブが異なることも、ノイズの低減を図るうえでの障害となっていた。
【０００７】
また、試料１０の表面情報を画像化した際に、分解能がＸ，Ｙ変位センサ１４、１５の分解能程度まで低下してしまうという問題が生じる。
更に、Ｘ，Ｙフィードバック駆動回路６及び７を設けてフィードバック制御することによって、応答が遅くなるため、走査速度を遅くしなければならないという問題も生ずる。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みてなされたもので、圧電体の変位と電圧ヒステリシス特性の影響を受けず、走査速度を低下させることなく、高分解能で且つ直線性の高い高精度な試料表面情報測定が可能な走査型プローブ顕微鏡を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわちこの発明は、プローブ若しくは試料を走査させる圧電体と、この圧電体をＸＹＺ方向の少なくとも一方向に変形させる駆動手段と、上記圧電体のＸＹＺ方向の少なくとも一方向の変位を検出する変位検出手段と、試料表面情報を測定すべき点の圧電体の測定点変位情報を格納する情報格納手段と、上記情報格納手段に、上記試料表面情報を測定する前に予備走査を行い、上記変位検出手段による変位検出値が上記試料表面情報を測定すべき点に達した時点の圧電体の印加電圧若しくは走査時間を測定点変位情報として予め格納させるテーブル作成手段と、上記試料表面情報を測定する測定走査時に、上記情報格納手段に格納された測定点変位情報に基いた測定点に於いて該試料表面情報を測定する測定手段と、を具備することを特徴とする。
またこの発明は、プローブ若しくは試料を走査させる圧電体と、この圧電体をＸＹＺ方向の少なくとも一方向に変形させる駆動手段と、上記圧電体のＸＹＺ方向の少なくとも一方向の変位を検出する変位検出手段と、試料表面情報を測定すべき点の圧電体の測定点変位情報を格納する情報格納手段と、１ライン走査時に上記変位検出手段による変位検出値が上記試料表面情報を測定すべき点に達した時点の圧電体の印加電圧若しくは走査時間である測定点変位情報に基いた測定点に於いて、上記試料表面情報を測定しながら、次ライン測定装置のためのテーブル作成を行うテーブル作成同時走査手段と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
【作用】
この発明の走査型プローブ顕微鏡では、予備走査を行い、試料表面情報を測定する点数より高分解能に圧電体を電圧駆動しながら、変位検出手段から変位を検出し続け、検出されている変位が、予め設定されている測定点の変位に達したか否かを検出する。変位が測定点に達した点毎に、圧電体印加電圧若しくは走査時間を測定点変位情報として情報テーブルに格納していく。予備走査終了後、測定走査を行い、圧電体印加電圧若しくは走査時間が情報テーブルに格納された測定点変位情報に達した点で試料表面情報を測定し、画像化していく。上記測定によって、走査速度を遅くすることなしに、直線性の高い画像が得られる。
【００１１】
更に、上記情報テーブルを作成する際、圧電体印加電圧若しくは走査時間等の測定点変位情報を補間してテーブルを作成することによって、変位検出手段の変位分解能を上回る分解能で試料表面情報を測定することが可能となる。したがって、走査速度を遅くすることなしに、高分解能で且つ直線性の高い画像が得られる。
【００１２】
また、各ライン測定走査時に、情報テーブルに格納された測定点変位情報に基いて試料表面情報を測定しながら、予備走査時に行った情報テーブル作成を次ライン測定走査のために作成することで、走査速度を遅くすることなしに、よりドリフトの少ない高分解能で且つ直線性の高い画像が得られる。
【００１３】
【実施例】
以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
初めに、図１乃至図７を参照して、この発明の第１の実施例を説明する。
図１は、この発明による走査型プローブ顕微鏡の構成を示したブロック図である。
【００１４】
図１に於いて、ホストコンピュータ２１は、試料２９の凹凸を画像表示するためのもので、タイマ２２を内蔵するマイクロコンピュータ２３に接続されている。このホストコンピュータ２３には、Ｚ制御部２４、Ｘ走査Ｄ／Ａ変換器２５、Ｙ走査Ｄ／Ａ変換器２６が接続されている。
【００１５】
また、Ｚ制御部２４、Ｘ走査Ｄ／Ａ変換器２５及びＹ走査Ｄ／Ａ変換器２６が接続されるＸＹＺ駆動用円筒型圧電体２７上に設けられた試料台２８には、試料２９が載置されるようになっている。上記Ｚ制御部２４には、また、探針変位検出部３０が接続されており、更にその先端にカンチレバー（探針）３１が設けられている。
【００１６】
上記ＸＹＺ駆動用円筒型圧電体１２は、その下端が鏡体３２に固定されており、その上端に上記試料台２８が設置されている。上記鏡体３２内には、試料台２８の２次元方向の移動量を検出するＸ変位センサ３３及びＹ変位センサ３４が設けられている。
【００１７】
上記マイクロコンピュータ２３には、上記Ｘ変位センサ３３及びＹ変位センサ３４からの変位信号を受けるＸ変位Ａ／Ｄ変換器３５及びＹ変位Ａ／Ｄ変換器３６と、圧電体Ｘ印加電圧を測定点Ｘ変位情報として格納するＸ変位情報テーブル３７と、圧電体Ｙ印加電圧を測定点Ｙ変位情報として格納するＹ変位情報テーブル３８が接続されている。
【００１８】
このような構成に於いて、上記探針変位検出部３０は、周知の光てこ法によってカンチレバー３１の変位を検出し、変位信号Ｓ１をＺ制御部２４へ出力する。このＺ制御部２４は、カンチレバー３１の変位を一定に保つようにフィードバック制御し、圧電体２７をＺ方向に伸縮させるＺ制御信号Ｓ２を出力すると共に、マイクロコンピュータ２３からの要求に応じてＺ制御データＤ２、つまり試料凹凸情報をマイクロコンピュータ２３に出力する。
【００１９】
ホストコンピュータ２１は、マイクロコンピュータ２３から転送された測定データＤ１を格納し、画像形成する。Ｘ走査Ｄ／Ａ変換器２５は、マイクロコンピュータ２３から出力されたＸ走査データＤ３をＤ／Ａ変換し、Ｘ走査信号Ｓ３として圧電体２７へ出力する。同様に、Ｙ走査Ｄ／Ａ変換器２６は、マイクロコンピュータ２３から出力されたＹ走査データＤ４をＤ／Ａ変換し、Ｙ走査信号Ｓ４として圧電体２７へ出力する。
【００２０】
Ｘ変位Ａ／Ｄ変換器３５では、Ｘ変位センサ３３で検出したＸ変位信号Ｓ６を、マイクロコンピュータ２３からの要求に応じてＡ／Ｄ変換し、Ｘ変位データＤ５としてマイクロコンピュータ２３に出力する。Ｙ変位Ａ／Ｄ変換器３６では、Ｙ変位センサ３４で検出したＹ変位信号Ｓ８を、マイクロコンピュータ２３からの要求に応じてＡ／Ｄ変換し、Ｙ変位データＤ６としてマイクロコンピュータ２３に出力する。
【００２１】
図２は、この発明の走査型プローブ顕微鏡に於いて、変位情報テーブル作成のための予備走査、試料表面の測定走査時の試料２９とカンチレバー３１先端の位置関係を示した図である。
【００２２】
次に、図３のフローチャート及び図４のタイミングチャートを参照して、Ｘ予備走査によるＸ変位情報テーブル作成シーケンスを説明する。尚、同実施例に於いて、測定点数は２５６点としている。
【００２３】
初めに、フローチャート内のＸ目標レジスタについて説明する。
Ｘ目標レジスタは、各測定点に対応するＸ変位データであり、各測定点に於ける変位情報（Ｘ印加電圧）が得られる毎に、次の測定点に対応するＸ変位データに更新される。
【００２４】
Ｘ変位測定点数レジスタは、Ｘ走査時に試料表面情報を測定すべき点の数をカウントし、各測定点に於けるＸ変位に応じた変位情報（Ｘ印加電圧）が得られる毎に０から２５６までインクリメントされる。
【００２５】
試料２９のＸ予備走査は、圧電体２７の２次元走査が第１走査ライン先頭点（図２の走査原点）にある状態で開始される。そして、図５（ａ）に示されるような、Ｘテーブルポインタには“０”が初期設定される（ステップＳ１）。Ｘ目標レジスタには、最初の測定点のＸ走査位置に相当するＸ変位値Δｘ０が設定される（ステップＳ２）。
【００２６】
Ｘ走査データＤ３がインクリメントされると、Ｘ走査Ｄ／Ａ変換器２５から出力されるＸ走査信号Ｓ３の電圧が上昇される（ステップＳ３）。次いで、Ｘ変位信号がＡ／Ｄ変換され（ステップＳ４）、これにより得られたＸ変位データＤ５と、Ｘ目標レジスタのＸ変位値Δｘ０とが比較される（ステップＳ５）。
【００２７】
ここで、Ｘ変位データＤ５がＸ変位値Δｘ０に達していない場合は、Ｘ走査データＤ３のインクリメントが繰返され、Ｘ走査信号の電圧が上昇される（ステップＳ３〜Ｓ５の繰返し）。一方、Ｘ変位データＤ５がＸ変位値Δｘ０に達している場合は、測定点に達したことになるので、Ｘ走査データＤ３データ（つまり、Ｘ印加電圧データＶｘ０）がＸ変位情報テーブルのテーブルポインタの指示するアドレス（この場合は先頭）に格納される（ステップＳ６）。
【００２８】
次いで、Ｘテーブルポインタがインクリメントされて（ステップＳ７）、Ｘテーブルポインタが２５６か否かが比較される（ステップＳ８）。２５６でなければ、Ｘ目標レジスタに次の測定点のＸ走査位置に相当するＸ変位値Δｘ１が設定される（ステップＳ２）。それ以降、上記ステップＳ２〜Ｓ８のシーケンスが繰返されて、Ｘ変位情報テーブルが作成される。
【００２９】
上記ステップＳ８にて、Ｘテーブルポインタが２５６に達したならば、Ｘ走査データＤ３がデクリメントされ、Ｘ走査データＤ３がＸ変位情報テーブル先頭値のＶｘ０以下になるまで、Ｘ走査Ｄ／Ａ変換器２５から出力するＸ走査信号Ｓ３の電圧が下げられる（ステップＳ９、Ｓ１０）。つまり、走査原点に達するまでＳ走査されて、Ｘ予備走査が終了する。
【００３０】
以上のシーケンスによって作成されたＸ変位テーブルを利用した試料表面情報の１ライン測定走査が、図６に示される。
次に、図６のフローチャートを参照して、１ライン測定走査の処理動作を説明する。
【００３１】
試料２９の測定走査は、圧電体２７の２次元走査が第１走査ライン先頭点（図２の走査原点）にある状態で開始される。そして、先ず、Ｘテーブルポインタに“０”が初期設定される（ステップＳ１１）。次いで、Ｘ走査データＤ３がインクリメントされて、Ｘ走査Ｄ／Ａ変換器２５から出力されるＸ走査信号Ｓ３の電圧が上昇される（ステップＳ１２）。
【００３２】
Ｘ変位情報テーブルからＸテーブルポインタに指示されたＸ変位情報（Ｘ印加電圧データＶｘ）が読み出されて（ステップＳ１３）、Ｘ走査データＤ３と比較される（ステップＳ１４）。
【００３３】
ここで、Ｘ走査データＤ３がＸ変位情報（Ｘ印加電圧データＶｘ）に達していない場合は、Ｘ走査データＤ３のインクリメントが繰返されてＸ走査信号の電圧が上昇される。すなわち、上記ステップＳ１２〜Ｓ１４が繰返される。一方、Ｘ走査データＤ３がＸ変位情報（Ｘ印加電圧データＶｘ）に達している場合は、測定点に達したことになるので、試料表面情報（この場合は、Ｚ凹凸データＤ２）が検出されて、ホストコンピュータ２１へ転送されて画像化される（ステップＳ１５）。
【００３４】
そして、Ｘテーブルポインタがインクリメントされた後（ステップＳ１６）、Ｘテーブルポインタの値が２５６か否かが比較される（ステップＳ１７）。ここで、Ｘテーブルポインタの値が２５６でなければ上記ステップＳ１２〜１７のシーケンスが繰返される。一方、２５６に達したならば、Ｘテーブルポインタに“０”が設定されたる（ステップＳ１８）。
【００３５】
その後、Ｘ走査データＤ３がデクリメントされて、Ｘ走査データＤ３がＸ変位情報テーブル先頭値のＶｘ０以下になるまで、Ｘ走査Ｄ／Ａ変換器２５から出力されるＸ走査信号Ｓ３の電圧が下げられる（ステップＳ１９〜Ｓ２１）。つまり、走査測定開始点に達するまで、Ｘ走査されて１ライン測定走査が終了される。
【００３６】
このようにして、Ｘ方向の予備走査によるＸ変位情報テーブル作成と、試料表面情報（Ｚ凹凸）のＸ方向の１ライン測定走査が行われる。この後、図７に示されるように、Ｘ方向の予備走査と同様にＹ方向の予備走査を行うと、図５（ｂ）に示されるような、Ｙ変位情報テーブルが作成できる。
【００３７】
また、そのＹ変位情報テーブルを利用してＹ方向に徐々に走査しながら、試料表面情報の１ライン測定走査を複数ライン繰返せば、１フレーム分の試料表面情報を測定することができる。
【００３８】
図７（ａ）〜（ｈ）は、こうした試料表面情報の１ライン測定走査を２５６ライン分繰返した場合の１フレーム測定走査のタイミングチャートである。尚、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ図４（ａ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に対応した図である。そして、図７（ｅ）〜（ｈ）に示されるようなタイミングで、Ｙ方向への走査及び測定が行われる。
【００３９】
このＹ方向の動作については、上述したＸ方向の動作に準ずるので、ここでは説明は省略する。
次に、この発明の第２の実施例を説明する。
【００４０】
上述した第１の実施例では、変位センサの変位検出分解能が、試料表面情報を測定する測定点間隔に対して充分に分解できる広走査範囲の場合のＸ変位情報テーブル作成について述べた。
【００４１】
以下に述べる第２の実施例では、狭走査範囲に於いて、Ｘ変位センサの変位検出分解能が試料表面情報を測定する測定点間隔よりも粗い場合、Ｘ変位情報（Ｘ印加電圧データＶｘｎ）を補間して高分解能のＸ変位情報テーブルを作成する。
【００４２】
図８（ａ）及び（ｂ）は、狭走査範囲のＸ方向予備走査に於いて、１走査ライン上の試料表面情報の測定点数２５６点に対して、Ｘ変位センサでは最も高分解能の変位検出で１２８点しか検出できない場合のＸ走査信号、Ｘ変位信号の様子を示した図である。また、図８（ｃ）は同図（ａ）のＸ走査信号のＶｘ０付近を拡大した図、図８（ｄ）は同図（ｂ）のＸ変位信号のΔｘ０付近を拡大した図である。
【００４３】
Ｘ方向予備走査に於いて、Ｘ変位データＤ５がＸ変位値Δｘ０に達した場合は、Ｘ変位テーブルの先頭の測定点に達したことになる。したがって、Ｘ走査データＤ３データ（すなわち、Ｘ印加電圧データＶｘ０）は、Ｘ変位情報テーブルのＸテーブルポインタ０のアドレスに格納される。
【００４４】
次に、Ｘ変位データＤ５がＸ変位値Δｘ１に達した場合は、Ｘ走査データＤ３データ（すなわち、Ｘ印加電圧データＶｘ１）がＸテーブルポインタのアドレスに格納される。
【００４５】
このとき、Ｘテーブルポインタ１のアドレスには、
Ｖｘ１．５＝（Ｖｘ１＋Ｖｘ２）／２
が計算されて格納される。つまり、Ｘテーブルポインタが２ｎ（ｎ＝０〜１２７）のアドレスには、Ｘ変位値Δｘｎに相当するＸ印加電圧データＶｘｎが格納される。また、Ｘテーブルポインタが２ｎ＋１（ｎ＝０〜１２７）のアドレスには、Ｘ変位値Δｘｎに相当するＸ印加電圧データＶｘｎと、Ｘ変位値Δｘｎ＋１に相当するＸ印加電圧データＶｘｎ＋１から
Ｖｘｎ．５＝（Ｖｎ＋Ｖｎ＋１）／２
が計算されて格納される。
【００４６】
これにより、作成された高分解能Ｘ変位情報テーブルは、図９（ａ）に示されるようになる。尚、同様の方法により、図９（ｂ）に示されるような高分解能Ｙ変位情報テーブルを作成することができる。第２の実施例としては、これらの高分解能変位テーブルを利用して、第１の実施例と同様の方法で試料表面情報を高分解能で走査測定する。
【００４７】
また、上述した第２の実施例では、単純な１次近似による補間を行っているが、より狭範囲走査となって補間する点数が多くなる場合に於いては、前後の複数の変位検出点から、２次近似、３次近似やその他の手法による近似によって、実際のヒステリシス曲線に沿った高分解能変位情報テーブルを作成することが可能である。
【００４８】
更に、走査範囲が狭くなったときに補間法等によってテーブルを作成することにより、狭い走査範囲でもセンサの精度より高い分解能を得て走査測定することができる。
【００４９】
次に、この発明の第３の実施例を説明する。
上述した第１及び第２の実施例では、予備走査段階で変位情報テーブルを１回作成した後、測定走査段階では変位情報テーブルを更新せずに試料表面情報を測定していた。以下に述べる第３の実施例では、Ｘ及びＹ変位情報テーブルを２ライン分ずつ用意し、測定走査段階の各Ｘ走査ラインに於いて、Ｘ変位情報テーブルを利用して試料表面情報を測定すると同時に、次Ｘライン走査測定に利用する次Ｘ変位情報テーブルを作成する。
【００５０】
また、Ｘ走査が次の走査ラインに移行する際、Ｙ変位情報テーブルを利用してＹ走査すると同時に、次Ｙライン走査（すなわち、次フレーム測定走査）に利用する次Ｙ変位情報テーブルを作成する。つまり、測定走査段階で、Ｘ変位情報テーブルは毎ライン毎に更新し、Ｙ変位情報テーブルは毎フレームごとに更新しながら、試料表面情報の測定を行う。
【００５１】
以下、図１０のフローチャートを参照して、試料表面情報を測定しながら次Ｘライン測定走査のための次Ｘ変位情報テーブル作成を行うテーブル作成同時測定走査シーケンスの動作を説明する。
【００５２】
試料２９の測定走査は、Ｘ変位情報テーブルを作成するためのＸ予備走査が終了し、圧電体３７の２次元走査が第１走査ライン先頭点（図２の走査原点）にある状態で開始される。
【００５３】
先ず、Ｘテーブルポインタ及び次Ｘテ−ブルポインタに“０”が初期設定される（ステップＳ４１、Ｓ４２）。続いて、Ｘ目標レジスタには、最初の測定点のＸ走査位置に相当するＸ変位値Δｘ０が設定される（ステップＳ４３）。次いで、Ｙ走査データＤ３がインクリメントされて、Ｘ走査Ｄ／Ａ変換器２５から出力されるＸ走査信号Ｓ３の電圧が上昇される（ステップＳ４４）。その後、試料表面情報検出処理（ステップＳ４５〜Ｓ４８）に移行する。
【００５４】
試料表面情報検出処理では、Ｘ変位情報テーブルからＸテーブルポインタに指示されたＸ変位情報（Ｘ印加電圧データＶｘ）が読み出されて（ステップＳ４５）、Ｘ走査データＤ３と比較される（ステップＳ４６）。ここで、Ｘ走査データＤ３がＸ変位情報（Ｘ印加電圧データＶｘ）に達していない場合は、テーブル作成処理（ステップＳ４９〜Ｓ５２）に移行する。
【００５５】
一方、上記ステップＳ４６にて、Ｘ走査データＤ３がＸ変位情報に達している場合は、試料表面情報（この場合は、Ｚ凹凸データＤ２）が検出されて、ホストコンピュータ２１へ転送されて画像化される（ステップＳ４７）。そして、Ｘテーブルポインタがインクリメントされた後（ステップＳ４８）、テーブル作成処理（ステップＳ４９〜Ｓ５２）に移行する。
【００５６】
テーブル作成処理では、Ｘ変位信号がＡ／Ｄ変換されて得られたＸ変位データＤ５と、Ｘ目標レジスタのＸ変位値Δｘ０とが比較される（ステップＳ５０、Ｓ５１）。そして、Ｘ変位データＤ５がＸ変位値Δｘ０に達していない場合は、往路走査終了比較処理（ステップＳ５４、Ｓ５５）に移行する。一方、達している場合は、次走査ラインの測定点に達したことになるので、Ｘ走査データＤ３データ（すなわち、Ｘ印加電圧データＶｘ０）が次Ｘ変位情報テーブルの次のテーブルポインタの指示するアドレス（この場合は先頭）に格納される（ステップＳ５１）。
【００５７】
次に、Ｘテーブルポインタがインクリメントされ（ステップＳ５２）、Ｘ目標レジスタに次の測定点のＸ走査位置に相当するＸ変位値Δｘ０が設定される（ステップＳ５３）。その後、往路走査終了処理（ステップＳ５４〜Ｓ５８）に移行する。
【００５８】
往路走査終了処理（ステップＳ５４〜Ｓ５８）では、Ｘテーブルポインタ、次Ｘテーブルポインタが、両方とも２５６以上か否かが比較される（ステップＳ５４、Ｓ５５）。何れも２５６以上にならない場合は、Ｘ走査データＤ３がインクリメントされて、Ｘ走査Ｄ／Ａ変換器２５から出力されるＸ走査信号Ｓ３の電圧が上昇されて（ステップＳ４４）、試料表面情報処理（ステップＳ４５〜Ｓ４８）、テーブル作成処理（ステップＳ４９〜Ｓ５３）が繰返される。
【００５９】
これに対し、両方とも２５６以上になった場合は、次Ｘ変位テーブルに格納されたＶｘデータ群がＸ変位テーブルに転送格納される（ステップＳ５６）。その後、Ｘテーブルポインタに“０”が設定され（ステップＳ５７）、Ｘ目標レジスタに、次ラインの最初の測定点のＸ走査位置に相当するＸ変位値Δｘ０が設定される（ステップＳ５８）。
【００６０】
そして、続く復路走査処理（ステップＳ５９〜Ｓ６２）では、Ｘ走査データＤ３がＸ変位情報テーブル先頭値のＶｘ０未満（ステップＳ６０、Ｓ６１）、且つＸ変位信号がＡ／Ｄ変換されて得られたＸ変位データＤ５が、Ｘ目標レジスタのＸ変位値Δｘ０未満になるまで（ステップＳ６２、Ｓ６３）、Ｘ走査データＤ３がデクリメントされて、Ｘ走査Ｄ／Ａ変換器２５から出力されるＸ走査信号Ｓ３の電圧を下げていく（ステップＳ５９）。つまり、次ライン走査測定開始点に達するまでＸ走査して、１ライン測定走査が終了する。
【００６１】
このように、第３の実施例では、Ｘ方向の１ライン測定走査時に、Ｘ変位情報テーブル作成と試料表面情報（Ｚ凹凸）の測定を同時に行う処理を詳細に説明したが、Ｘ走査が次の走査ラインに移行する際、Ｙ変位情報テーブルを利用してＹ走査すると同時に、次Ｙライン走査（すなわち、次フレーム測定走査）に利用する次Ｙ変位情報テーブルを作成することも、上記シーケンスを変形して容易に達成できる。
【００６２】
つまり、測定走査段階で、Ｘ変位情報テーブルはライン毎に更新し、Ｙ変位情報テーブルはフレーム毎に更新しながら、試料表面情報の測定を行うことが可能となる。したがって、よりリアルタイムの試料表面情報の測定を行うことができる。
【００６３】
尚、この発明の上述した実施例に於いては、ＡＦＭとして試料表面形状の測定を行っているが、ＳＴＭ、ｎｃーＡＦＭ、ＭＦＭ等の他の走査型プローブ顕微鏡全般にこの発明を用いることができることは言うまでもない。
【００６４】
また、上述した実施例に於いて、マイクロコンピュータをＤＳＰ等の制御ＩＣに置換えることや、マイクロコンピュータで行っている一致検出、大小比較、インクリメント、デクリメント等の処理を、ロジックＩＣに置換えてハードウエア的に行うことも可能であることは勿論である。
【００６５】
更に、実施例に於いては、圧電体の変位センサとして光学式センサを用いたが、静電容量センサ、レーザ測長センサ等の他のセンサに置換えることも可能である。加えて、それらの出力信号がアナログ信号に限らず、デジタル信号であっても、Ａ／Ｄに変わるロジックＩＣに置換えることが可能であることは言うまでもない。
【００６６】
また、変位情報テーブルに格納する変位情報として、圧電印加電圧データＶｘ、Ｖｙを用いたが、マイクロコンピュータに内蔵されているタイマや他のタイマＩＣを用いて、走査時間Ｔｘ，Ｔｙを変位情報テーブルに格納する変位情報とすることも可能である。更には、他の物理情報を変位情報として用いることも可能である。
【００６７】
加えて、上述した実施例に於いては、往路走査時に、変位情報テーブル作成や試料表面情報測定を行っていたが、復路走査時で変位情報テーブル作成や試料表面情報測定を行うことや、往路走査、復路走査時両方で変位情報テーブル作成や試料表面情報測定を行うことが可能であるのは勿論である。
【００６８】
尚、この発明の上記実施態様によれば、以下の如き構成が得られる。
（１）  プローブ若しくは試料を走査させる圧電体と、
この圧電体をＸＹＺ方向の少なくとも一方向に変形させる駆動手段と、
上記圧電体のＸＹＺ方向の少なくとも一方向の変位を検出する変位検出手段と、
試料表面情報を測定すべき点の圧電体の測定点変位情報を格納する情報テーブルと、
上記試料表面情報を測定する前の予備走査時に、上記情報テーブルに上記試料表面情報の測定点変位情報を予め格納させるテーブル作成手段と、
上記試料表面情報を測定する測定走査時に、上記情報テーブルに格納された測定点変位情報に基いた測定点に於いて該試料表面情報を測定する測定手段と
を具備することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【００６９】
（２）  上記テーブル作成手段は、上記変位検出手段による変位検出値が上記試料表面情報を測定すべき点に達した時点の圧電体印加電圧若しくは走査時間を測定点変位情報として上記格納手段に格納させることを特徴とする上記（１）に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【００７０】
（３）  上記テーブル作成手段は、上記変位検出手段による変位検出値が上記試料表面情報を測定すべき点に達した時点の圧電体印加電圧若しくは走査時間を測定点変位情報として上記情報テーブルに格納させる際、上記測定点変位情報を補間して変位検出分解能を上回る情報テーブルを作成することを特徴とする上記（１）及び（２）に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【００７１】
（４）  プローブ若しくは試料を走査させる圧電体と、
この圧電体をＸＹＺ方向の少なくとも一方向に変形させる駆動手段と、
上記圧電体のＸＹＺ方向の少なくとも一方向の変位を検出する変位検出手段と、
試料表面情報を測定すべき点の圧電体の測定点変位情報を格納する情報テーブルと、
１ライン走査時に上記情報テーブルの測定点変位情報に基いた測定点に於いて上記試料表面情報を測定しながら、次ライン測定走査のためのテーブル作成を行うテーブル作成同時測定走査手段と
を具備することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【００７２】
（５）  上記テーブル作成同時測定走査手段は、上記変位検出手段による変位検出値が上記試料表面情報を測定すべき点に達した時点の圧電体印加電圧若しくは走査時間を測定点変位情報として上記格納手段に格納させることを特徴とする上記（４）に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【００７３】
（６）  上記テーブル作成同時測定走査手段は、上記変位検出手段による変位検出値が上記試料表面情報を測定すべき点に達した時点の圧電体印加電圧若しくは走査時間を測定点変位情報として上記情報テーブルに格納させる際、上記測定点変位情報を補間して変位検出分解能を上回る情報テーブルを作成することを特徴とする上記（４）及び（５）に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【００７４】
上記（１）の構成によれば、予備走査を行って試料表面情報を測定する点数より高分解能に圧電体を電圧駆動しながら、変位検出手段から変位を検出し続け、検出されている変位が、予め設定されている測定点の変位に達したか否かを検出し、変位が測定点に達した点毎に、圧電体印加電圧若しくは走査時間を測定点変位情報として情報テーブルに格納し、予備走査終了後、測定走査を行って、圧電体印加電圧若しくは走査時間が、情報テーブルに格納された測定点変位情報に達した点で試料表面情報を測定し、画像化していく。したがって、走査速度を遅くすることなく、直線性の高い画像が得られる。
【００７５】
上記（２）及び（３）の構成によれば、上記情報テーブルを作成する際、圧電体印加電圧若しくは走査時間等の測定点変位情報を補間してテーブルを作成することによって、変位検出手段の変位分解能を上回る分解能で試料表面情報を測定することが可能となり、走査速度を遅くすることなく、高分解能で且つ直線性の高い画像が得られる。
【００７６】
上記（４）の構成によれば、各ライン測定走査時に、情報テーブルに格納された測定点変位情報に基いて試料表面情報を測定しながら、予備走査時に行った情報テーブル作成を次ライン測定走査のために作成することで、走査速度を遅くすることなく、よりドリフトの少ない高分解能で且つ直線性の高い画像が得られる。  また、上記（５）及び（６）の構成によれば、上記情報テーブルを作成する際、圧電体印加電圧若しくは走査時間等の測定点変位情報を補間してテーブルを作成することによって、変位検出手段の変位分解能を上回る分解能で試料表面情報を測定することが可能となり、走査速度を遅くすることなく、高分解能で且つ直線性の高い画像が得られる。
【００７７】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、圧電体の変位と電圧ヒステリシス特性の影響を受けず、走査速度を低下させることなく、高分解能で且つ直線性の高い高精度な試料表面情報測定が可能な走査型プローブ顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による走査型プローブ顕微鏡の構成を示したブロック図である。
【図２】この発明の走査型プローブ顕微鏡に於いて、変位情報テーブル作成のための予備走査、試料表面の測定走査時の試料とカンチレバー先端の位置関係を示した図である。
【図３】この発明の走査型プローブ顕微鏡に於いて、Ｘ予備走査時の測定点Ｘ変位に於ける圧電体印加電圧を変位情報とした変位情報テーブルを作成する動作を説明するフローチャートである。
【図４】Ｘ予備走査時の変位情報テーブル作成タイミングチャートであり、（ａ）はＸ走査Ｄ／Ａ変換タイミングを示した図、（ｂ）はＸ変位Ａ／Ｄ変換タイミングを示した図、（ｃ）はＸ走査信号を示した図、（ｄ）はＸ変位信号を示した図、（ｅ）はＸ変位テーブル格納タイミングを示した図である。
【図５】（ａ）はＸ変位情報テーブルを示した図、（ｂ）はＹ変位情報テーブルを示した図である。
【図６】Ｘ変位情報テーブルを利用した試料表面上の１ライン測定走査の動作を説明するフローチャートである。
【図７】試料表面情報の１ライン測定走査を２５６ライン分繰返す１フレーム測定走査のタイミングチャートであり、（ａ）はＸ走ＸＤ／Ａ変換タイミングを示した図、（ｂ）はＸ走査信号を示した図、（ｃ）はＹ変位信号を示した図、（ｄ）はＸ変位テーブルに基く凹凸サンプリングタイミングを示した図、（ｅ）はＹ走査Ｄ／Ａ変換タイミングを示した図、（ｆ）はＹ走査信号を示した図、（ｇ）はＹ変位信号を示した図、（ｈ）はＹ変位テーブルに基く次Ｘライン走査開始タイミングを示した図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、狭走査範囲のＸ方向予備走査に於いて、１走査ライン上の試料表面情報の測定点数２５６点に対して、Ｘ変位センサでは最も高分解能の変位検出で１２８点しか検出できない場合のＸ走査信号、Ｘ変位信号の様子を示した図、（ｃ）は同図（ａ）のＸ走査信号のＶｘ０付近を拡大した図、（ｄ）は同図（ｂ）のＸ変位信号のΔｘ０付近を拡大した図である。
【図９】第２の実施例に従って作成される高分解能変位情報テーブルを示したもので、（ａ）は高分解能Ｘ変位情報テーブル、（ｂ）は高分解能Ｙ変位情報テーブルを示した図である。
【図１０】この発明の第３実施例に従った、試料表面情報を測定しながら次Ｘライン測定走査のための次Ｘ変位情報テーブル作成を行うテーブル作成同時測定走査シーケンスの動作を説明するフローチャートである。
【図１１】従来の走査型プローブ顕微鏡の一例の概略構成を示したブロック図である。
【図１２】図１１の変位センサ及び圧電体並びに試料台の関係を示す斜視図である。
【図１３】図１１の圧電体の印加電圧と変位のヒステリシス特性を示した図である。
【符号の説明】
２１…ホストコンピュータ、２２…タイマ、２３…マイクロコンピュータ、２４…Ｚ制御部、２５…Ｘ走査Ｄ／Ａ変換器、２６…Ｙ走査Ｄ／Ａ変換器、２７…ＸＹＺ駆動用円筒型圧電体、２８…試料台、２９…試料、３０…探針変位検出部、３１…カンチレバー（探針）、３２…鏡体、３３…Ｘ変位センサ、３４…Ｙ変位センサ、３７…Ｘ変位情報テーブル、３８…Ｙ変位情報テーブル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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