(57)【要約】【課題】試料表面の傾斜やノイズがあっても、より精度の高い探針のフィードバック制御を行うことのできる走査プローブ顕微鏡を提供する。【解決手段】プリスキャンによってＡＰＭヘッド１０から信号アンプ１１を介して送られてくるＺフィードバック信号に対して、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ２でＦＦＴ演算およびＩＦＦＴ演算を用いて試料１０ｃの傾斜成分が演算される。そして、本スキャンによってＡＰＭヘッド１０から信号アンプ１１を介して送られてくるＺフィードバック信号が傾斜成分除去演算部４で試料の傾斜成分を除去され、傾斜が除去されたＺフィードバック信号を用いて、フィードバック演算部５でフィードバック演算が行われて形状成分が得られる。傾斜成分と形状成分とが合算されて形成されるＺスキャナ駆動制御信号がピエゾスキャナ１０ｂのＺスキャナに出力されるとともに、形状成分が画像化されてモニタ１２に表示される。【選択図】    図１
2004233242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
探針を試料表面の測定面の方向に移動する測定面方向スキャナおよび探針を前記測定面と直交方向に移動する直交方向スキャナをそれぞれ駆動制御する制御装置を備え、前記測定面方向スキャナで探針を移動することで前記測定面をスキャンするとともに、前記直交方向スキャナのフィードバック制御により探針を前記測定面の凹凸形状に応じて前記測定面と直交方向に移動制御しかつこの直交方向の探針の移動量を用いて前記測定面を測定し、得られた前記測定面の形状情報を表示する走査プローブ顕微鏡において、
前記測定面のスキャンとして第１スキャンおよび第２スキャンの２つのスキャンが設定されており、
前記制御装置は、前記第１スキャンにより得られる前記測定面の前記直交方向の測定情報から前記測定面の傾斜情報を演算する信号処理演算手段と、前記第２スキャンにより得られる前記測定面の前記直交方向の測定情報から前記傾斜情報を除去して傾斜除去情報を得る傾斜除去手段と、この傾斜除去情報に従ってフィードバック演算を行うことで前記測定面の形状情報を得るフィードバック演算手段と、前記傾斜情報と前記形状情報とを合算して前記直交方向スキャナの駆動制御信号を出力するスキャナ制御信号出力手段と、前記傾斜情報および前記形状情報を記憶する記憶手段とからなり、前記記憶手段に記憶されかつ画像化された前記形状情報を表示することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記第１および第２スキャンによる各前記直交方向の測定情報および前記駆動制御信号はアナログデータであるとともに、前記信号処理演算手段による前記傾斜情報、前記傾斜除去手段による前記傾斜除去情報および前記フィードバック演算手段による前記形状情報がデジタルデータであり、
前記制御装置はアナログ−デジタル変換器およびデジタル−アナログ変換器をそれぞれ備えていることを特徴とする請求項１記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項３】
前記信号処理演算手段は、少なくとも高速フーリエ変換および高速フーリエ逆変換を用いて前記傾斜情報を演算することを特徴とする請求項１または２記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項４】
前記信号処理演算手段は、前記形状情報から特定の周波数成分を演算により除去する周波数フィルタとして機能することを特徴とする請求項３記載の走査プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料測定面の凹凸形状を測定しかつ画像化する走査プローブ顕微鏡（以下、ＳＰＭともいう）の技術分野に属し、特に、試料の傾斜を考慮して凹凸形状を測定する走査プローブ顕微鏡の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＰＭにおいては、探針をＸスキャナおよびＹスキャナでそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させてＸ軸およびＹ軸で定義される測定面を走査しながら探針の先端と試料の表面との間の距離（測定面に直交するＺ軸方向の距離）を測定することで、試料表面の凹凸形状を測定するとともにその凹凸形状の画像を作成している。その場合、例えば探針と試料との間に流れる電流が一定となるようにＺスキャナに駆動電圧を印加して探針をＺ軸方向に移動させ、このときのＺスキャナへの駆動印加電圧を測定することで試料表面の凹凸形状を測定している。
そして、ＳＰＭでは、試料表面の凹凸形状を測定する場合に探針をＺ軸方向に移動させるにあたって、従来、Ｚスキャナに対してフィードバック制御が行われている。
【０００３】
ところで、試料表面は探針の軸方向（つまり、Ｚ軸方向）に対して直交しなく傾斜している場合がある。このように測定面が傾斜した状態で探針により測定面の凹凸形状を測定した場合、測定したデータは試料表面の傾斜を含んだデータとなり、試料測定面の凹凸形状の正確なデータは得られない。
【０００４】
そこで、従来から、ＳＰＭで測定したデータに対して傾斜補正が行われている。この傾斜補正の一例として、試料の測定領域上でＸ、Ｙの２軸方向のライン状の走査を行って測定領域の測定面の傾斜角を算出し、走査範囲を定め、この走査範囲と測定データを用いて傾斜した測定面に直交する方向での信号レベルを算出し、走査範囲とサンプリング数と算出した信号レベルに基づいて等間隔なサンプリングピッチにおける信号レベルを内挿法により求め、求めた等間隔のサンプリングピッチにおける信号レベルを最終的なデータとして用いるようにした走査型探針顕微鏡像の傾斜補正方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
この特許文献１に開示されている走査型探針顕微鏡像の傾斜補正方法では、測定データ記憶部に記憶された探針の位置データが適宜取り出されて、この位置データがデータ処理部で傾斜補正される。このようにして、データ処理部で試料の測定面の凹凸形状について画像処理が行われ、この画像処理で得られたデータを用いてモニタに試料表面の凹凸形状が表示される。
【特許文献１】
特開平６−１４７８２１号公報（段落番号［０００８］、［０００９］および［００１４］；［要約］）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特許文献１に開示されている走査型探針顕微鏡像の傾斜補正方法では、モニタに試料表面の凹凸形状を表示するためにデータ処理部で行われる画像処理で傾斜補正が行われるだけであり、探針のＺ軸方向のフィードバック制御に対しては傾斜補正は行われない。このため、試料の傾斜によってフィードバック制御信号の信号変化幅が増大したとき、例えば、目的とする表面形状信号が試料の傾斜による信号変化幅に比べて大幅に小さい場合（例えば原子像観察）などにおいて、フィードバック制御回路内の制御要素（例えばＤ／Ａ変換器等）の電圧分解能（ビット分解能）の関係から傾斜成分に細かな形状信号成分が埋もれる形になってしまう。その結果、表面形状測定のＳ／Ｎが低下するばかりでなく、演算がオーバーフローしやすくなり、探針のＺ軸方向のフィードバック制御が必ずしも高精度に行われているとは言えない。
【０００７】
また、ＳＰＭにおいては、一般に、構成される電気回路の電源ノイズ、装置ユニットの機械的構成による固有振動等の固有の周波数を持ったノイズあるいはＳＰＭの設置室の床振動や外部音響などの不特定の周波数を持ったノイズが測定した信号に含まれている。このようにノイズが測定信号に含まれると、測定画像の画質が低下するという問題がある。しかし、前述の特許文献１に開示の走査型探針顕微鏡では、これらのノイズについて考慮されていない。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、試料表面が傾斜してもより精度の高い探針のフィードバック制御を行うことのできる走査プローブ顕微鏡を提供することである。
本発明の他の目的は、ノイズを除去することでより精度の高い探針のフィードバック制御を行うことのできる走査プローブ顕微鏡を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明の走査プローブ顕微鏡は、探針を試料表面の測定面の方向に移動する測定面方向スキャナおよび探針を前記測定面と直交方向に移動する直交方向スキャナをそれぞれ駆動制御する制御装置を備え、前記測定面方向スキャナで探針を移動することで前記測定面をスキャンするとともに、前記直交方向スキャナのフィードバック制御により探針を前記測定面の凹凸形状に応じて前記測定面と直交方向に移動制御しかつこの直交方向の探針の移動量を用いて前記測定面を測定し、得られた前記測定面の形状情報を表示する走査プローブ顕微鏡において、前記測定面のスキャンとして第１スキャンおよび第２スキャンの２つのスキャンが設定されており、前記制御装置が、前記第１スキャンにより得られる前記測定面の前記直交方向の測定情報から前記測定面の傾斜情報を演算する信号処理演算手段と、前記第２スキャンにより得られる前記測定面の前記直交方向の測定情報から前記傾斜情報を除去して傾斜除去情報を得る傾斜除去手段と、この傾斜除去情報に従ってフィードバック演算を行うことで前記測定面の形状情報を得るフィードバック演算手段と、前記傾斜情報と前記形状情報とを合算して前記直交方向スキャナの駆動制御信号を出力するスキャナ制御信号出力手段と、前記傾斜情報および前記形状情報を記憶する記憶手段とからなり、前記記憶手段に記憶されかつ画像化された前記形状情報を表示することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２の発明は、前記第１および第２スキャンによる各前記直交方向の測定情報および前記駆動制御信号がアナログデータであるとともに、前記信号処理演算手段による前記傾斜情報、前記傾斜除去手段による前記傾斜除去情報および前記フィードバック演算手段による前記形状情報がデジタルデータであり、前記制御装置がアナログ−デジタル変換器およびデジタル−アナログ変換器をそれぞれ備えていることを特徴としている。
更に、請求項３の発明は、前記信号処理演算手段が少なくとも高速フーリエ変換および高速フーリエ逆変換を用いて前記傾斜情報を演算することを特徴としている。
更に、請求項４の発明は、前記信号処理演算手段が、前記形状情報から特定の周波数成分を演算により除去する周波数フィルタとして機能することを特徴としている。
【００１１】
【作用】
このように構成された本発明の走査プローブ顕微鏡においては、第１スキャンによって試料の測定面における直交方向の測定情報が得られ、この測定情報を用いて、信号処理演算手段による信号演算処理で測定面の傾斜情報が演算される。得られた傾斜情報が記憶手段に記憶される。次に、第２スキャンによって得られた測定面の傾斜情報から、記憶手段に記憶されている傾斜情報が傾斜除去手段によって除去され、その傾斜除去情報に従ってフィードバック演算手段がフィードバック演算を行うことで形状情報が得られる。そして、スキャナ制御信号出力手段により、傾斜情報と形状情報とが合算されて得られる駆動制御信号が直交方向スキャナに出力される。また、形状情報が記憶手段に記憶された後画像化されて表示される。
【００１２】
このように、試料の測定情報から、この測定情報に対して信号演算処理を行うことで得られた試料の傾斜を除去する傾斜補正を行うことで、試料の測定情報の傾斜成分と形状成分とを互いに分離してフィードバック演算を行うようにしているので、表面形状測定のＳ／Ｎ比が向上するとともに、オーバーフローをしにくい細かな試料表面形状追従のためのフィードバック演算が可能となる。従って、走査プローブ顕微鏡において、フィードバック制御がより高精度に行われるようになる。
【００１３】
特に、請求項２の発明においては、デジタル−アナログ変換器が用いられるが、前述のように傾斜成分と形状成分とが分離されることで、傾斜追従信号用のデジタル−アナログ変換器と形状追従信号用のデジタル−アナログ変換器とが分離可能となる。これにより、両デジタル−アナログ変換器のそれぞれのビット分解能を最大限活用することが可能となり、表面形状測定のＳ／Ｎ比が向上するとともに、細かな試料表面形状追従のためのフィードバック演算のオーバーフローが効果的に防止される。
【００１４】
また、請求項３の発明においては、少なくとも高速フーリエ変換および高速フーリエ逆変換を用いて傾斜情報が演算されるので、傾斜情報がより正確にかつより迅速に演算されるようになる。
更に、請求項４の発明においては、信号処理演算手段の周波数フィルタ機能により、形状情報に対して特定の周波数成分を除去するフィルタ処理が行われるので、例えば、前述の電源ノイズ、機械的構成による固有振動等のノイズあるいは床振動や外部音響のノイズなど、不特定の周波数を持ったノイズが除去可能となる。したがって、より高画質のノイズ成分の少ない測定画像が得られるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明にかかる走査プローブ顕微鏡の実施の形態の一例を示すブロック図である。
図１に示すように、この例のＳＰＭはデジタルフィードバック回路が組み合わされたフィードバック系を有している。このＳＰＭはこれを制御するコントローラ（本発明の制御装置に相当）を備えており、このＳＰＭコントローラは、入力されるアナログのフィードバック信号をデジタルデータへ変換するＡ／Ｄ変換器１と、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ）およびマスク処理等を行うＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部（本発明の信号処理演算手段に相当）２と、Ａ／Ｄ変換器１からのデジタルデータおよびＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２からのデジタルデータを記憶しておくデータ記憶部（バッファー部；本発明の記憶手段に相当）３と、Ａ／Ｄ変換器１からのデジタルデータから、データ記憶部３に蓄えられている傾斜追従信号データであるデジタルのフィードバック信号の傾斜成分を除去する傾斜成分除去演算部（本発明の傾斜除去手段に相当）４と、この傾斜成分が除去されたデジタル信号を用いてフィードバック動作を行うフィードバック演算部（本発明のフィードバック演算手段に相当）５と、データ記憶部３からの傾斜追従信号データをアナログ信号へ変換するＤ／Ａ変換器６と、フィードバック演算部５からのデジタルの形状追従信号データをアナログ信号へ変換するＤ／Ａ変換器７と、Ｄ／Ａ変換器６からのアナログの傾斜追従信号とＤ／Ａ変換器７からのアナログの形状追従信号とを合算し、フィードバック信号として出力する信号加算回路（本発明のスキャナ制御信号出力手段に相当）８と、信号加算回路８からのアナログ信号をピエゾ駆動電圧まで増幅するアンプユニット（ＨＶ−ＡＭＰ；本発明のスキャナ制御信号出力手段に相当）９とから構成されている。
その場合、Ａ／Ｄ変換器１、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２、データ記憶部（バッファー部）３、傾斜成分除去演算部４、フィードバック演算部５、Ｄ／Ａ変換器６およびＤ／Ａ変換器７により、デジタルプロセッサであるＤＳＰユニットが構成されている。
【００１６】
また、この例のＳＰＭは、このＳＰＭコントローラと、探針１０ａが取り付けられたピエゾスキャナ１０ｂ、試料１０ｃおよび信号検出回路（不図示；ＳＰＭにおいて従来周知の信号検出回路を使用できる）で構成されるＳＰＭヘッド（装置本体）１０と、装置本体１０からの信号を処理する信号アンプ（アンプ回路）１１と、データ記憶部３に蓄えられている画像データを画像化するモニタ（画像表示装置）１２とから構成されている。
【００１７】
その場合、この例のＳＰＭのピエゾスキャナ１０ｂは、図示しないが探針１０ａを試料１０ｃの表面における測定面の方向（つまり、Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に移動（スキャン）するＸスキャナおよびＹスキャナと、探針１０ａを試料１０ｃの測定面と直交する方向に移動（スキャン）するＺスキャナからなる。これらのＸ、ＹおよびＺスキャナはいずれもＳＰＭコントローラで駆動制御されるが、Ｚスキャナは試料１０ｃの測定面の凹凸形状に応じて移動制御される。そして、ＸおよびＹスキャナにより本発明の測定面方向スキャンが構成され、またＺスキャナにより本発明の直交方向スキャンが構成されている。
【００１８】
このように構成されたこの例のＳＰＭにおいては、信号処理演算回路を用いた傾斜補正は、プリスキャン（本発明の第１スキャンに相当）と本スキャン（本発明の第２スキャンに相当）の２つのスキャン動作により実現される。
まず、プリスキャンについて説明する。プリスキャンは、スキャンに際して、本スキャン開始前に試料全体の傾斜、つまり、測定面内の試料傾斜量を把握するために行われる（測定点は、ＦＦＴのアルゴリズムに応じて２のカイ乗個とする）。このプリスキャンの際には、傾斜補正処理は行われない。
【００１９】
このプリスキャン時におけるＳＰＭの具体的な動作は、
（１）  プリスキャンは、ＳＰＭコントローラでピエゾスキャナ１０ｂのＸ、ＹおよびＺスキャナをそれぞれ個別に駆動制御し、探針１０ｃで試料１０ｃの測定面をスキャンし、信号アンプ１１を介してＳＰＭヘッド１０からの試料測定面のＺフィードバック信号を得る。
（２）  Ｚフィードバック信号はＡ／Ｄ変換器１によってデジタルデータに変換され、データ記憶部３に記憶されるとともに、傾斜成分除去演算部４を介してフィードバック演算部５ｂに送られる。
（３）  プリスキャンの際には、傾斜成分除去演算部４は何も演算動作を行わず、フィードバック演算部５へデータをスルーする。
（４）  フィードバック演算部５は、送られてくるデータに従ってフィードバック演算を行う。
（５）  フィードバック演算部５からのデータは、Ｄ／Ａ演算部７によりアナログデータへ変換されて信号加算回路８に入力される。
（６）  このプリスキャンの際には、Ｄ／Ａ変換器６は動作しない。
（７）  信号加算回路８はＤ／Ａ変換器７からのデータをそのままＨＶ−ＡＭＰ９へ出力する。
（８）  ＨＶ−ＡＭＰ９により増幅されたピエゾ駆動信号は、ピエゾスキャナ１０ｂのＺスキャナを駆動する。
（９）  プリスキャン終了後、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２は、データ記憶部３に記憶されているデータを用いて２次元ＦＦＴ演算を行い、プリスキャン結果の周波数空間データを得る。
（１０）ＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２は、Ｘ方向およびＹ方向のスキャン周波数を測定点数とスキャンロックから算出する。
（１１）前述の（９）で得られた周波数空間データには、必ずＸＹ方向の信号成分に前述の（１０）で計算されるスキャン周波数のピークが現れるので、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２はこれをマスク処理してスキャン周波数に即した信号成分を除去する。
（１２）ＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２は、マスク処理によりスキャン周波数に即した信号成分を除去した周波数空間データをＩＦＦＴ演算を用いて実時間データへ再変換する。
（１３）ＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２により実時間データへ再変換されたデータは、Ｘ方向成分とＹ方向成分に分離され、それぞれの方向の傾斜成分（傾斜情報）としてデータ記憶部３に記憶される。
【００２０】
次に、本スキャンについて説明する。本スキャンは、前述のプリスキャンの結果得られた測定面内の試料傾斜量に基づき、随時傾斜量を補正しながらフィードバック演算を行い、その結果を画像化する。補正された傾斜量は傾斜追従信号として、フィードバック演算信号（形状追従信号）とは別の経路をたどって出力され、最終的に形状追従信号と傾斜追従信号を合算した信号をピエゾスキャナ１０ｂにおけるＺスキャナへ出力する。
【００２１】
この本スキャン時におけるＳＰＭの具体的な動作は、
（１４）本スキャンが開始されると、信号アンプ１１を介して送られてくるＳＰＭヘッド１０からのＺフィードバック信号がＡ／Ｄ変換器１によってデジタルデータに変換される。
（１５）Ａ／Ｄ変換器１からのデジタルデータは、傾斜成分除去演算部４を介してフィードバック演算部５へ送られる。
（１６）この（１５）の動作の際、傾斜成分除去演算部４では、Ａ／Ｄ変換器１から送られるデジタルデータが、データ記憶部３に蓄えられているＸＹ各方向の傾斜成分を除去（減算）されて試料傾斜補正動作が行われ、傾斜除去データ（傾斜除去情報）としてフィードバック演算部５へ送られる。
（１７）フィードバック演算部５では、傾斜成分除去演算部４でＸＹ各方向の傾斜成分が除去された信号データ、すなわち傾斜除去データを用いてフィードバック演算が行われ、得られた形状信号データ（形状情報）がＤ／Ａ変換器７へ送られる。
（１８）Ｄ／Ａ変換器７では、フィードバック演算部５から送られる形状信号データがアナログ信号に変換され、このアナログ信号が形状追従信号として信号加算回路８へ出力される。
（１９）一方、Ｄ／Ａ変換器６では、データ記憶部３に蓄えられているＸＹ各方向の傾斜成分データがアナログ信号に変換され、このアナログ信号が傾斜追従信号として信号加算回路８へ出力される。
（２０）これらの（１８）および（１９）の動作は、スキャンロックと同期して行われる。
（２１）信号加算回路８では、Ｄ／Ａ変換器６からの傾斜追従信号とＤ／Ａ変換器７からの形状追従信号とが合算され、合算信号がＺスキャナ制御信号としてＨＶ−ＡＭＰ９へ出力される。
（２２）ＨＶ−ＡＭＰ９では、信号加算回路８から送られるＺスキャナ制御信号が増幅され、増幅された信号はＺスキャナを駆動するためのピエゾ駆動信号としてピエゾスキャナ１０ｂへ出力される。
（２３）ピエゾスキャナ１０ｂでは、ＨＶ−ＡＭＰ９から送られるピエゾ駆動信号により、Ｚスキャナが駆動されて探針１０ａが試料１０ｃに対してＺ方向（上下方向）にスキャンされる。
（２４）また、フィードバック演算部５からの形状追従信号は、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２へも送られ、別の演算処理（例えば、後述する周波数フィルタ演算）を施された後にデータ記憶部３に蓄えられて画像化される。
（２５）画像化された形状追従信号が画像信号としてデータ記憶部３からモニタ１２へ出力される。
【００２２】
この例のＳＰＭによれば、プリスキャンによってＡＰＭヘッド１０から信号アンプ１１を介して送られてくるＺフィードバック信号に対して、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ２でＦＦＴ演算およびＩＦＦＴ演算を用いて試料１０ｃの傾斜を演算し、傾斜成分除去演算部４で、本スキャンによってＡＰＭヘッド１０から信号アンプ１１を介して送られてくるＺフィードバック信号から、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ２で演算された試料１０ｃの傾斜成分を除去する傾斜補正を行い、傾斜成分が除去されたＺフィードバック信号を用いてフィードバック演算部５でフィードバック演算を行っているので、Ｚフィードバック信号の形状成分を傾斜成分から分離することができる。これにより、表面形状測定のＳ／Ｎ比を向上できるとともに、オーバーフローをしにくい細かな試料表面形状追従のためのフィードバック演算を行うことができる。従って、ＳＰＭにおいて、より精度の高いフィードバック制御を行うことができる。
【００２３】
特に、この例のＳＰＭによれば、傾斜成分と形状成分とを分離することで傾斜追従信号用のＤ／Ａ変換器６と形状追従信号用のＤ／Ａ変換器７とを分離させることができる。これにより、両Ｄ／Ａ変換器６，７のそれぞれのビット分解能を最大限活用することが可能となり、表面形状測定のＳ／Ｎ比をより効果的に向上できるとともに、細かな試料表面形状追従のためのフィードバック演算のオーバーフローを、より一層効果的に防止することができる。
また、ＦＦＴ演算およびＩＦＦＴ演算を用いて試料１０ｃの傾斜を演算しているので、この傾斜をより正確にかつより迅速に演算できる。
【００２４】
ところで、図１に示す例のＳＰＭにおけるＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２は傾斜補正を行うために用いられているが、このＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２は傾斜補正以外の多彩な演算処理にも用いることができる。以下に、この多彩な演算処理の一例として、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２によるＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算を用いた周波数フィルタについて説明する。以下に述べる動作（２６）ないし（２８）は、前述の本スキャンの動作（１４）ないし（１７）のフィードバック演算部５によるフィードバック演算の動作までと同じである。すなわち、
【００２５】
（２６）Ａ／Ｄ変換器１は信号アンプ１１を介して送られてくるＳＰＭヘッド１０からのフィードバック信号をデジタル信号へ変換する。
（２７）デジタル信号へ変換された信号はＡ／Ｄ変換器１から傾斜成分除去演算部４へ送られ、傾斜成分除去演算部４において、このデジタルデータは試料傾斜補正動作が行われることで、データ記憶部３に蓄えられているＸＹ各方向の傾斜成分を除去され、形状成分データとしてフィードバック演算部５へ送られる。
（２８）フィードバック演算部５では、入力される形状成分データを用いてフィードバック演算が行われ、形状追従信号が形成される。
（２９）この形状追従信号はフィードバック演算部５からＤ／Ａ変換器７へ出力されるとともに、常時データ記憶部３にバッファリング（記憶）される。
（３０）ＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２では、データ記憶部３から１ライン測定点数分  （常に、２のカイ乗個のデータ）の形状追従信号が取り出され、ＦＦＴ演算が行われる。
（３１）ＦＦＴ演算の結果、得られる周波数成分に分解されたフィードバック信号から、特定の周波数成分（電源ノイズや固有振動ノイズ等）がマスク処理で除去される。
（３２）特定の周波数成分が除去された信号はデータ記憶部３に蓄積されて画像化され、画像化されたデータは前述と同様にモニタ１２で表示される。
このように、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２は、データ記憶部３に記憶された形状追従信号から特定の周波数成分を除去する周波数フィルタとして機能する。
【００２６】
この変形例のＳＰＭによれば、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２の周波数フィルタ機能により、ＡＰＭヘッド１０から信号アンプ１１を介して送られてくるＺフィードバック信号から特定の周波数成分を信号処理演算を用いて除去する周波数フィルタ処理を行うようにしているので、例えば、前述の電源ノイズ、機械的構成による固有振動等のノイズあるいは床振動や外部音響のノイズなど、不特定の周波数を持ったノイズが除去可能となる。したがって、より高画質のノイズ成分の少ない測定画像を得ることができる。この変形例の他の作用効果は、前述の例と同じである。
【００２７】
図２は本発明の実施の形態の他の例を示す、図１と同様のブロック図である。なお、前述の例と同じ構成要素には同じ符号を付すことで、その詳細な説明は省略する。
前述の図１に示す例のＳＰＭでは、デジタルフィードバック回路が組み合わされたフィードバック系を有しているが、この例のＳＰＭはアナログフィードバック回路が組み合わされたフィードバック系を有している。
【００２８】
すなわち、図２に示すようにこの例のＳＰＭのコントローラは、前述の例の傾斜成分除去演算部４、フィードバック演算部５およびＤ／Ａ変換器７をいずれも備えておらず、これらに代えて、信号アンプ１１からの信号から、Ｄ／Ａ変換器６からの傾斜追従信号を除去（減算）する減算回路１３および減算回路１３からの傾斜追従信号を除去された信号を用いてフィードバック動作を行い、アナログの形状追従信号を出力するフィードバック回路１４とを備えている。また、この例のＳＰＭのコントローラは、フィードバック回路１４からのアナログの形状追従信号をデジタルデータへ変換するＡ／Ｄ変換器１５を備えている。
その場合、Ａ／Ｄ変換器１、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２、データ記憶部（バッファー部）３、Ｄ／Ａ変換器６およびＡ／Ｄ変換器１５により、ＤＳＰユニットが構成されている。
この例のＳＰＭの他の構成は、前述の図１に示す例のＳＰＭと同じである。
【００２９】
このよう構成されたこの例のＳＰＭにおいても、前述と同様に、信号処理演算回路を用いた傾斜補正は、プリスキャンと本スキャンの２つのスキャン動作により実現される。まず、プリスキャンについて説明する。
【００３０】
この例のプリスキャン時におけるＳＰＭの具体的な動作は、
（３３）前述の例のプリスキャン時の動作（１）と同様にして、ＳＰＭヘッド１０からのアナログのＺフィードバック信号が信号アンプ１１を介して得られ、この信号はＡ／Ｄ変換器１に出力される。
（３４）このＺフィードバック信号はＡ／Ｄ変換器１によってデジタルデータに変換され、データ記憶部３に記憶される。
（３５）データ記憶部３に記憶されているデジタルデータから傾斜成分がＤ／Ａ変換器６へ送られ、このＤ／Ａ変換器６によりアナログの傾斜追従信号へ変換される。
（３６）Ｄ／Ａ変換器６からのアナログの傾斜追従信号が減算回路１３へ送られ、減算回路１３は信号アンプ１１からの信号から、Ｄ／Ａ変換器６からの傾斜追従信号を除去する。
（３７）フィードバック回路１４は、減算回路１３から送られてくるデータに従ってフィードバック演算を行い、形状追従信号を出力する。
（３８）フィードバック回路１４からの形状追従信号は、信号加算回路８に入力される。
（３９）  このプリスキャンの際には、Ｄ／Ａ変換器６からの傾斜追従信号は信号加算回路８に入力されない。
（４０）以後のプリスキャン時の動作は、前述の例のＳＰＭにおけるプリスキャン時の動作（７）ないし（１３）と同じである。
【００３１】
次に、この例の本スキャンについて説明する。前述の例の本スキャンと同様に、この例の本スキャンは、前述のプリスキャンの結果得られた測定面内の試料傾斜量に基づき、随時傾斜量を補正しながらフィードバック演算を行い、その結果を画像化する。補正された傾斜量は傾斜追従信号として、フィードバック演算信号（形状追従信号）とは別の経路をたどって出力され、最終的に形状追従信号と傾斜追従信号を合算した信号をピエゾスキャナ１０ｂにおけるＺスキャナへ出力する。
【００３２】
この例の本スキャン時におけるＳＰＭの具体的な動作は、
（４１）本スキャンが開始されると、前述の例の本スキャン時の動作（１４）と同様にして、信号アンプ１１を介して送られてくるＳＰＭヘッド１０からのＺフィードバック信号がＡ／Ｄ変換器１によってデジタルデータに変換される。
（４２）デジタルデータに変換されたＺフィードバック信号はＡ／Ｄ変換器１からデータ記憶部３へ出力されて、このデータ記憶部３に記憶される。
（４３）データ記憶部３に記憶されているデジタルデータから傾斜成分がＤ／Ａ変換器６へ送られ、このＤ／Ａ変換器６によりアナログの傾斜追従信号へ変換される。
（４４）Ｄ／Ａ変換器６からのアナログの傾斜追従信号が減算回路１３へ送られ、Ａ／Ｄ変換器１から送られるデジタルデータが、データ記憶部３に蓄えられているＸＹ各方向の傾斜成分を除去（減算）されて試料傾斜補正動作が行われ、形状成分データとしてフィードバック回路１４へ送られる。
（４５）フィードバック回路１４では、減算回路１３でＸＹ各方向の傾斜成分が除去された信号データ、すなわち形状信号データを用いてフィードバック演算が行われ、得られた形状信号データが形状追従信号として信号加算回路８およびＡ／Ｄ変換器１５へ出力される。
（４６）一方、前述の例の本スキャンと同様に、Ｄ／Ａ変換器６により、データ記憶部３に蓄えられているＸＹ各方向の傾斜成分データがアナログの傾斜追従信号として信号加算回路８へ出力される。
（４７）これらの（４５）および（４６）の動作は、スキャンロックと同期して行われる。
（４８）以後のこの例の本スキャン時の動作のうち、ＨＶ−ＡＭＰ９から送られるピエゾ駆動信号により、Ｚスキャナが駆動されて探針１０ａが試料１０ｃに対してＺ方向にスキャンされるまでの動作は、前述の例の本スキャン時の動作（２１）ないし（２３）と同じである。
（４９）また、フィードバック回路１４からＡ／Ｄ変換部１５へ送られるアナログの形状追従信号は、Ａ／Ｄ変換部１５でデジタル信号へ変換されてＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２へ送られる。
（５０）以後のこの例の本スキャン時の動作は、前述の例の本スキャン時の動作（２  ４）および（２５）と同じであり、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２で、別の演算処理を施された後にデータ記憶部３に蓄えられて画像化されるとともに、画像化された形状追従信号が画像信号としてデータ記憶部３からモニタ１２へ出力され、モニタ１２によりこの画像信号が画像として表示される。
【００３３】
この例のＳＰＭによっても、前述の例の作用効果のうち、傾斜追従信号用のＤ／Ａ変換器６と形状追従信号用のＤ／Ａ変換器７とを分離させることによる作用効果を除いた作用効果と、ほぼ同じ作用効果を得ることができる。また、この例のＳＰＭにおいても、前述の変形例と同様に、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２を傾斜補正以外の多彩な演算処理にも用いることができる。その場合、前述と同様にＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部２を周波数フィルタとして用いることで、前述の変形例と同様の作用効果を得ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる走査プローブ顕微鏡によれば、試料の測定情報に対し信号演算処理をして得られた試料の傾斜を試料の測定情報から除去する傾斜補正を行い、傾斜が除去された試料の測定情報を用いてフィードバック演算を行っているので、試料の測定情報の傾斜成分と形状成分とを互いに分離させることができる。これにより、表面形状測定のＳ／Ｎ比を向上できるとともに、オーバーフローをしにくい細かな試料表面形状追従のためのフィードバック演算を行うことができる。従って、走査プローブ顕微鏡において、フィードバック制御をより高精度に行うことができるようになる。
【００３５】
特に、請求項２の発明によれば、デジタル−アナログ変換器を用いているが、傾斜追従信号用のデジタル−アナログ変換器と形状追従信号用のデジタル−アナログ変換器とを分離することができるので、両デジタル−アナログ変換器のそれぞれのビット分解能を最大限活用することができる。これにより、表面形状測定のＳ／Ｎ比を更に効果的に向上できるとともに、細かな試料表面形状追従のためのフィードバック演算のオーバーフローをより一層効果的に防止できる。
【００３６】
また、請求項３の発明によれば、高速フーリエ変換および高速フーリエ逆変換を用いて傾斜情報を演算しているので、傾斜情報をより正確にかつより迅速に演算できるようになる。
更に、請求項４の発明によれば、試料の形状情報に対して特定の周波数成分を除去するフィルタ処理を行うようにしているので、例えば、前述の電源ノイズ、機械的構成による固有振動等のノイズあるいは床振動や外部音響のノイズなど、不特定の周波数を持ったノイズを除去することができる。したがって、より高画質のノイズ成分の少ない測定画像を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる走査プローブ顕微鏡の実施の形態の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の他の例を示す、図１と同様のブロック図である。
【符号の説明】
１…Ａ／Ｄ変換器、２…ＦＦＴ／ＩＦＦＴ演算部、３…データ記憶部（バッファー部）、４…傾斜成分除去演算部、５…フィードバック演算部、６…Ｄ／Ａ変換器、７…Ｄ／Ａ変換器、８…信号加算回路、９…アンプユニット（ＨＶ−ＡＭＰ）、１０…ＳＰＭヘッド（装置本体）、１０ａ…探針、１０ｂ…ピエゾスキャナ、」１０ｃ…試料、１１…信号アンプ（アンプ回路）、１２…モニタ（画像表示装置）、１３…減算回路、１４…フィードバック回路、１５…Ａ／Ｄ変換器
【図１】
2004233242.tif 000003
【図２】
2004233242.tif 000004