WO1996035154A1 - Control system for scanning measurement data detection - Google Patents

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WO1996035154A1
WO1996035154A1 PCT/DE1996/000730 DE9600730W WO9635154A1 WO 1996035154 A1 WO1996035154 A1 WO 1996035154A1 DE 9600730 W DE9600730 W DE 9600730W WO 9635154 A1 WO9635154 A1 WO 9635154A1
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buffer
scanning
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PCT/DE1996/000730
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Werner Hürttlen
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Forschungszentrum Jülich GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for grid-shaped acquisition of measured values, in which a means for measuring the values is moved in a grid-like manner and values are measured at the points of the grid, and to a grid-like scanning microscope for carrying out the method.
  • such a method or device is known in connection with a scanning tunneling microscope.
  • a probe In the case of a scanning tunnel microscope, a probe is moved over a sample in a grid-like manner and the height information is displayed on a screen in gray scale.
  • Grid-shaped movement means that a movement takes place step by step according to a scheme. This creates, for example, spiral or serpentine movement patterns.
  • the probe is moved to a designated point on the sample and detects a measured value there, which is displayed on a screen as a gray level. Then the coordinates of a next intended location on the sample are calculated, the probe is moved to this calculated point and again a measured value added. This process continues until the data of the sample have been completely acquired.
  • the user can still make various settings that take effect in a relatively short time delay.
  • the grid speed or the grid direction can be changed.
  • a scanning tunneling microscope has a separate processor which calculates the location coordinates and carries out the control of the movement. It is also known to use an external control device which only fulfills the task of moving to the measuring locations in a predetermined order. In addition, the additional processor or control unit is used to enable subsequent changes to the measurement sequence.
  • the raster points are stored in the form of location coordinates in accordance with a predetermined sequence before the raster-shaped movements begin.
  • the movements are carried out according to the order of the saved coordinates. The consequence of this procedure is that the movements no longer have to be calculated during an ongoing measurement. It is only necessary to call up the next coordinate after acquiring a measured value and to move the means for the measurement to this location. In this way, computing time is saved during the measurement. As a result of the computing time saved, a separate processor or an external control device can be dispensed with during the measurement.
  • the method is controlled, for example, by the processor of a personal computer, it is advantageous to supply part of the stored coordinates from the original memory to an intermediate memory.
  • the number of coordinates extracted must correspond to the available free storage space in the buffer, ie the number must not be greater than the free storage space.
  • the information about the movements to be carried out is then the Buffer removed. This procedure has the advantage that coordinates can be taken from the buffer memory independently of the computer power used.
  • the processor controls the filling of the buffer as soon as the processor's computing time is available.
  • Carrying out movements in accordance with a stored sequence of coordinates also has the advantage that the direction of movement can be changed in a particularly simple manner. It is not necessary to change the saved sequence of coordinates. Only suitable information, e.g. B.
  • a corresponding mathematical rotation of the coordinate system is linked to the coordinates which are still stored, that is to say the coordinates which have not yet been used for executing movements. The linkage takes place after reading from the memory or, if available, from the buffer memory and before executing the associated movements. There is therefore no need to change any algorithms for calculating new spatial coordinates. No programming knowledge is therefore required for implementation.
  • the location coordinate is expediently taken from the respective memory before information about a change. Primarily means that the location coordinate is removed as soon as a measurement has been carried out, regardless of whether a buffer store provided for this purpose is filled with the information about a change or not. Only after a location coordinate has been removed and time is available is the buffer memory interrogated with the information about a change.
  • a grid-like scanning microscope for performing the method has a means for measuring the data, a means for control and
  • Execution of grid-shaped spatial movements of the means for measurement a means suitable for storing the location coordinates and means suitable for removal from the memory and transferring the location coordinates to the means for controlling the step-wise movements.
  • the means for measurement is, for example, a probe of a scanning tunneling microscope.
  • Actuators for positioning the measuring probe, a digital-to-analog converter and a digital controller can be used as means for controlling and executing grid-shaped spatial movements.
  • the actuators can be controlled via an optical fiber.
  • the means for storing the location coordinates can be the ar- act memory of a personal computer (PCs).
  • the removal of the location coordinates from the memory and the transfer to the control means can be controlled by means of a processor of a PC.
  • the use of a buffer is advantageous.
  • the use of a FIFO is particularly suitable for this. It is a storage medium in which the value that was read in first is output.
  • the Fifo should have the flags Fifo fill, Fifo half fill, Fifo empty. With the help of these flags and an associated interrupt service routine, the Fifo can independently request a further block of location coordinates from a PC if the Fifo has been partially emptied.
  • the Fifo should be controlled with a free-running frequency generator, which in turn is programmable in frequency. The frequency is set via the data bus of a PC. According to the clock frequency of the generator, the means for measurement moves in a grid over the sample.
  • a certain movement profile can be run independently by the control system, without a processor or computing power of the PC itself being necessary during the image acquisition.
  • the use of a frequency generator has the advantage that the speed is independent of the running PC. can be controlled. It therefore also contributes to saving computing power.
  • a buffer in particular a FIFO, for temporarily storing information about changes.
  • the changes are in particular changes with respect to the grid or with regard to the speed of the movements.
  • a specific location coordinate offset voltage can also be set here.
  • the use of the buffer has the advantage that changes can be entered without directly interfering with the running operation. The control of the motion sequence can then query this buffer every time there is time available and carry out the changes. This process also takes place regardless of the stress on the processor of a PC. If both a buffer for storing the location coordinates and a buffer for storing changes are used, a priority logic should be provided which operates as follows.
  • the buffer with the changes is not queried. However, there is time available, and this will in principle be the case every time a new coordinate is approached a measured value is read from the second buffer with the changes. Much less data will be stored in the buffer with the changes than in the Fifo with the location coordinates. Experience has shown, for example, that it is necessary to change the direction of movement two or three times during an image recording. Generally there will be no values at all in the second FIFO with the changes. Nevertheless, by using both buffers, it can be ensured that change data can be transmitted at short notice at any time. An intervention in the ongoing operation is possible without, as before, using processor power.
  • the figure shows a personal computer 1, in whose working memory the determined (x, y) coordinate pairs have been stored before the start of the measurement. Via a data line 2, the as
  • Fifo 3 serving in buffers in blocks (x, y) coordinate pairs.
  • Block-by-block means that there are several coordinate pairs. The size of the block or number of pairs does not exceed Free space available in Fifo.
  • the PC queries the state of the FIFO 3 and transfers coordinate pairs insofar as it has computing time available to it.
  • a frequency generator 7 gives the Fifo 3 a clock. According to this clock frequency, the coordinate pairs located in Fifo 3 are output and first get into a circuit 8 which has priority logic, an amplifier and a multiplier. In this circuit 8, as described below, the coordinates can undergo a change. The final coordinate pairs finally reach a control and regulating electronics with a raster probe 10 via a data line 9. The raster probe is moved according to the coordinates.
  • a serpentine movement pattern is indicated above the sample 11 by means of arrows, which movement pattern can be brought about in accordance with the method.
  • the image information obtained by the raster-shaped measurement arrives via the data line 12 into a FIFO 13 serving as a buffer. As far as computing time is available, the image information from FIFO 13 is read out and graphically displayed on the screen of the PC 1.
  • Variable data such as speed, direction or offset
  • PC 1 is entered in PC 1 and from there via data line 4 to Fifo 5.
  • variable data ie information about changes
  • circuit 8 When it is called up
  • the information is sorted according to the priority logic, ie between two readings from Fifo 3 or as soon as no transmission from Fifo 3 is pending, Fifo 5 is queried.
  • the speed at which the probe is moved in a grid-like manner should be changed.
  • the information i.e. H. a new clock frequency
  • the frequency with which location coordinates are read out of FIFO 3 changes, and thus the speed of the grid-like movements.
  • Fifo 5 contains information about a suitable coordinate transformation.
  • the coordinate pairs (x, y) read from FIFO 3 are calculated in accordance with the multiplication carried out in circuit 8

Abstract

The invention relates to a process for the scanning detection of measurements and a scanning microscope for implementing the process with corresponding means. A measuring probe is moved in a scanning pattern and values are measured at the scanning points. Height information, for example, is displayed as a grey stage on a display screen. According to the invention, the scanning points are stored in the form of local co-ordinate in a fixed sequence before the start of the scanning movements. The scanning movements are performed in accordance with the sequence of the stored co-ordinates. The movements of the probe should preferably no longer be measured during a measuring process. It is merely necessary to call the next co-ordinate once a measurement has been detected and move the measuring means to that point. Computing time is thus saved during the measurement. As a result of the computing time saved, there is no need for a separate processor or an external control device during measurement.

Description

B e s c h r e i b u n g Description
Steuersystem für rastergebundene MeßdatenerfassungControl system for grid-based data acquisition
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur rasterförmigen Erfassung von Meßwerten, bei dem ein Mittel zur Messung der Werte rasterförmig bewegt wird und Werte an den Punkten des Rasters gemessen werden sowie auf ein rasterförmig abtastendes Mikroskop zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for grid-shaped acquisition of measured values, in which a means for measuring the values is moved in a grid-like manner and values are measured at the points of the grid, and to a grid-like scanning microscope for carrying out the method.
Bekannt ist beispielsweise ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung im Zusammenhang mit ei- nem Rastertunnelmikroskop. Bei einem Rastertunnelmikro¬ skop wird eine Sonde rasterförmig über eine Probe be¬ wegt und dabei die Höheninformation als Graustufe auf einem Bildschirm dargestellt. Rasterförmige Bewegung bedeutet, eine Bewegung erfolgt schrittweise nach einem Schema. Es entstehen auf diese Weise beispielsweise spiral- oder schlangenlinienförmige Bewegungsmuster. Die Sonde wird zu einem vorgesehenen Punkt der Probe bewegt und erfaßt dort einen Meßwert, der auf einem Bildschirm als Graustufe dargestellt wird. Anschließend werden die Koordinaten eines nächsten vorgesehenen Or¬ tes auf der Probe berechnet, die Sonde wird zu diesem berechneten Punkt bewegt und wiederum wird ein Meßwert aufgenommen. Dieses Verfahren wird solange fortgesetzt, bis die Daten der Probe vollständig erfaßt worden sind.For example, such a method or device is known in connection with a scanning tunneling microscope. In the case of a scanning tunnel microscope, a probe is moved over a sample in a grid-like manner and the height information is displayed on a screen in gray scale. Grid-shaped movement means that a movement takes place step by step according to a scheme. This creates, for example, spiral or serpentine movement patterns. The probe is moved to a designated point on the sample and detects a measured value there, which is displayed on a screen as a gray level. Then the coordinates of a next intended location on the sample are calculated, the probe is moved to this calculated point and again a measured value added. This process continues until the data of the sample have been completely acquired.
Während der Erfassung kann der Anwender noch diverse Einstellungen vornehmen, die in relativ kurzer Zeitver¬ zögerung in Aktion treten. Zum Beispiel kann die Ra¬ stergeschwindigkeit oder die Rasterrichtung verändert werden.During the acquisition, the user can still make various settings that take effect in a relatively short time delay. For example, the grid speed or the grid direction can be changed.
Die Berechnung der Bewegungen erfordert eine hohe Re¬ chenleistung. Im allgemeinen weist daher ein Rastertun¬ nelmikroskop einen separaten Prozessor auf, der die Ortskoordinaten berechnet und die Steuerung der Bewe¬ gung durchführt. Es ist ferner bekannt, ein externes Steuergerät einzusetzen, das nur die Aufgabe erfüllt, die Meßorte in vorgegebener Reihenfolge anzufahren. Darüber hinaus wird der zusätzliche Prozessor bzw. das Steuergerät eingesetzt, um nachträgliche Änderungen des Ablaufs der Messung zu ermöglichen.The calculation of the movements requires a high computing power. In general, therefore, a scanning tunneling microscope has a separate processor which calculates the location coordinates and carries out the control of the movement. It is also known to use an external control device which only fulfills the task of moving to the measuring locations in a predetermined order. In addition, the additional processor or control unit is used to enable subsequent changes to the measurement sequence.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie ein rasterförmig abtastendes Mikroskop zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei dem auf einen externen Prozessor bzw. ein externes Steuergerät verzichtet werden kann.It is an object of the invention to provide a method and a scanning microscope for performing the method, in which an external processor or an external control device can be dispensed with.
Die Erfindung wird gelöst gemäß dem beanspruchten Ver¬ fahren bzw. mittels des beanspruchten rasterförmig abtastenden Mikroskops. Die Verfahren bzw. Vorrichtungen nach den rückbezogenen Ansprüchen stellen vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung dar.The invention is achieved in accordance with the claimed method or by means of the claimed scanning microscope. The procedures or Devices according to the dependent claims represent advantageous developments of the invention.
Gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 werden die Raster- punkte in Form von Ortskoordinaten gemäß einer festge¬ legten Reihenfolge vor Beginn der rasterförmigen Bewe¬ gungen abgespeichert. Die Bewegungen werden gemäß der Reihenfolge der gespeicherten Koordinaten ausgeführt. Diese Verfahrensweise hat zur Folge, daß die Bewegungen nicht mehr während einer laufenden Messung berechnet werden müssen. Es ist lediglich erforderlich, nach ei¬ ner Erfassung eines Meßwertes die nächste Koordinate abzurufen und das Mittel zur Messung zu diesem Ort hin¬ zubewegen. Auf diese Weise wird während der Messung Re- chenzeit eingespart. Infolge der eingesparten Rechen¬ zeit kann auf einen separaten Prozessor oder ein exter¬ nes Steuergerät während der Messung verzichtet werden.According to the method according to claim 1, the raster points are stored in the form of location coordinates in accordance with a predetermined sequence before the raster-shaped movements begin. The movements are carried out according to the order of the saved coordinates. The consequence of this procedure is that the movements no longer have to be calculated during an ongoing measurement. It is only necessary to call up the next coordinate after acquiring a measured value and to move the means for the measurement to this location. In this way, computing time is saved during the measurement. As a result of the computing time saved, a separate processor or an external control device can be dispensed with during the measurement.
Wird das Verfahren beispielsweise durch den Prozessor eines Personalcomputers gesteuert, so ist es von Vor¬ teil, einen Teil der gespeicherten Koordinaten vom ur¬ sprünglichen Speicher einem Zwischenspeicher zuzufüh¬ ren.If the method is controlled, for example, by the processor of a personal computer, it is advantageous to supply part of the stored coordinates from the original memory to an intermediate memory.
Die Zahl der entnommenen Koordinaten muß dabei dem zur Verfügung stehenden freien Speicherplatz im Zwischen¬ speicher entsprechen, d.h., die Zahl darf nicht größer als der freie Speicherplatz sein. Die Informationen über die durchzuführenden Bewegungen werden dann dem Zwischenspeicher entnommen. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, daß dem Zwischenspeicher Koordinaten unab¬ hängig von der beanspruchten Rechnerleistung entnommen werden kann. Der Prozessor steuert das Auffüllen des Zwischenspeichers, sobald Rechenzeit des Prozessors zur Verfügung steht.The number of coordinates extracted must correspond to the available free storage space in the buffer, ie the number must not be greater than the free storage space. The information about the movements to be carried out is then the Buffer removed. This procedure has the advantage that coordinates can be taken from the buffer memory independently of the computer power used. The processor controls the filling of the buffer as soon as the processor's computing time is available.
Bewegungen gemäß einer gespeicherten Reihenfolge von Koordinaten durchzuführen, hat darüber hinaus den Vor- teil, daß auf besonders einfache Weise eine Änderung der Bewegungsrichtung vorgenommen werden kann. Hierfür ist nicht erforderlich, die abgespeicherte Folge von Koordinaten zu ändern. Es wird lediglich eine geeignete Information, z. B. zwecks Richtungsänderung eine ent- sprechende mathematische Verdrehung des Koordinaten¬ systems, mit den noch gespeicherten, also mit den noch nicht für Ausführung von Bewegungen verwendeten Koordi¬ naten verknüpft. Die Verknüpfung erfolgt nach dem Aus¬ lesen aus dem Speicher oder, soweit vorhanden, aus dem Zwischenspeicher sowie vor Ausführung der zugehörigen Bewegungen. Es müssen also keine Algorithmen zur Be¬ rechnung neuer Ortskoodinaten geändert werden. Zur Durchführung sind somit keine Programmierkenntnisse er¬ forderlich.Carrying out movements in accordance with a stored sequence of coordinates also has the advantage that the direction of movement can be changed in a particularly simple manner. It is not necessary to change the saved sequence of coordinates. Only suitable information, e.g. B. For the purpose of changing the direction, a corresponding mathematical rotation of the coordinate system is linked to the coordinates which are still stored, that is to say the coordinates which have not yet been used for executing movements. The linkage takes place after reading from the memory or, if available, from the buffer memory and before executing the associated movements. There is therefore no need to change any algorithms for calculating new spatial coordinates. No programming knowledge is therefore required for implementation.
Informationen über erforderliche Änderungen werden zweckmäßigerweise zwischengespeichert. Auf diese Weise können die Änderungen unabhängig vom Prozessor abgeru¬ fen werden. Zweckmäßigerweise wird die Ortskoordinate vorrangig vor der Information über eine Änderung dem jeweiligen Spei¬ cher entnommen. Vorrangig bedeutet, daß die Ortskoordi- nate entnommen wird, sobald eine Messung erfolgt ist, unabhängig davon, ob ein dafür vorgesehener Zwischen¬ speicher mit der Information über eine Änderung gefüllt ist oder nicht. Erst nachdem eine Ortskoordinate ent¬ nommen worden ist und Zeit zur Verfügung steht, wird der Zwischenspeicher mit der Information über eine Än¬ derung abgefragt.Information about necessary changes is appropriately cached. In this way, the changes can be called up independently of the processor. The location coordinate is expediently taken from the respective memory before information about a change. Primarily means that the location coordinate is removed as soon as a measurement has been carried out, regardless of whether a buffer store provided for this purpose is filled with the information about a change or not. Only after a location coordinate has been removed and time is available is the buffer memory interrogated with the information about a change.
Eine rasterförmig abtastendes Mikroskop zur Durchführung des Verfahrens weist ein Mittel zur Messung der Daten, ein Mittel zur Steuerung undA grid-like scanning microscope for performing the method has a means for measuring the data, a means for control and
Ausführung von rasterförmigen räumlichen Bewegungen des Mittels zur Messung, ein Mittel geeignet zur Speicherung der Ortskoordinaten sowie Mittel geeignet zur Entnahme aus dem Speicher und Weitergabe der Orts- koordinanten an das Mittel zur Steuerung der schritt¬ weisen Bewegungen auf. Beim Mittel zur Messung handelt es sich beispielsweise um eine Sonde eines Rastertun- nelmikroskops. Als Mittel zur Steuerung und Ausführung von rasterförmigen räumlichen Bewegungen können Stell- glieder zur Positionierung der Meßsonde, ein Digital- analogkonverter sowie eine digitale Steuerung einge¬ setzt werden. Die Ansteuerung der Stellglieder kann über einen Lichtwellenleiter erfolgen. Beim Mittel zur Speicherung der Ortskoordinaten kann es sich um den Ar- beitsspeicher eines Personalcomputers (PCs) handeln. Die Entnahme der Ortskoordinaten aus dem Speicher und Weitergabe an das Mittel zur Steuerung kann mittels ei¬ nes Prozessor eines PCs gesteuert werden.Execution of grid-shaped spatial movements of the means for measurement, a means suitable for storing the location coordinates and means suitable for removal from the memory and transferring the location coordinates to the means for controlling the step-wise movements. The means for measurement is, for example, a probe of a scanning tunneling microscope. Actuators for positioning the measuring probe, a digital-to-analog converter and a digital controller can be used as means for controlling and executing grid-shaped spatial movements. The actuators can be controlled via an optical fiber. The means for storing the location coordinates can be the ar- act memory of a personal computer (PCs). The removal of the location coordinates from the memory and the transfer to the control means can be controlled by means of a processor of a PC.
Vorteilhaft ist der Einsatz eines Zwischenspeichers. Insbesondere ist hierfür der Einsatz eines Fifos geeig¬ net. Es handelt sich dabei um ein Speichermedium, bei dem der Wert zuerst ausgegeben wird, der zuerst einge- lesen worden ist. Das Fifo sollte die Flags Fifo füll, Fifo half füll, Fifo empty aufweisen. Mit Hilfe dieser Flags und einer dazugehörigen Interruptserviceroutine kann das Fifo selbständig von einem PC einen weiteren Block Ortskoordinaten anfordern, wenn das Fifo teil- weise entleert worden ist. Das Fifo sollte mit einem freilaufenden Frequenzgenerator angesteuert werden, der seinerseits in der Frequenz programmierbar ist. Die Frequenzeinstellung erfolgt über den Datenbus eines PCs. Gemäß der Taktfrequenz des Generators bewegt sich das Mittel zur Messung rasterförmig über die Probe.The use of a buffer is advantageous. The use of a FIFO is particularly suitable for this. It is a storage medium in which the value that was read in first is output. The Fifo should have the flags Fifo fill, Fifo half fill, Fifo empty. With the help of these flags and an associated interrupt service routine, the Fifo can independently request a further block of location coordinates from a PC if the Fifo has been partially emptied. The Fifo should be controlled with a free-running frequency generator, which in turn is programmable in frequency. The frequency is set via the data bus of a PC. According to the clock frequency of the generator, the means for measurement moves in a grid over the sample.
Durch den Einsatz eines Zwischenspeichers kann ein be¬ stimmtes Bewegungsprofil selbständig von der Steuerung abgefahren werden, ohne daß ein Prozessor oder Rechen- leistung des PCs selber während der Bildaufnahme erfor¬ derlich ist.By using an intermediate memory, a certain movement profile can be run independently by the control system, without a processor or computing power of the PC itself being necessary during the image acquisition.
Der Einsatz eines Frequenzgenerators hat den Vorteil, daß die Geschwindigkeit unabhängig vom laufenden PC ge- steuert werden kann. Er trägt also weiter dazu bei, Re¬ chenleistung einzusparen.The use of a frequency generator has the advantage that the speed is independent of the running PC. can be controlled. It therefore also contributes to saving computing power.
Des weiteren ist es von Vorteil, einen Zwischenspei- eher, insbesondere ein Fifo zur Zwischenspeicherung von Informationen über Änderungen einzusetzen. Bei den Än¬ derungen handelt es sich insbesondere um Änderungen be¬ züglich des Rasters oder bezüglich der Geschwindigkeit der Bewegungen. Auch kann hierüber eine bestimmte Orts- koordinaten-Offsetspannung eingestellt werden. Der Ein¬ satz des Zwischenspeichers hat den Vorteil, daß Ände¬ rungen eingegeben werden können, ohne unmittelbar in den laufenden Betrieb einzugreifen. Die Steuerung des Bewegungsablaufs kann dann jedesmal, wenn Zeit zur Ver- fügung steht, diesen Zwischenspeicher abfragen und die Änderungen ausführen. Auch dieser Vorgang erfolgt damit unabhängig von der Beanspruchung des Prozessors eines PCs. Wird sowohl ein Zwischenspeicher zur Speicherung der Ortskoordinaten als auch ein Zwischenspeicher zur Speicherung von Änderungen eingesetzt, so sollte eine Prioritätslogik vorgesehen sein, die wie folgt arbei¬ tet.Furthermore, it is advantageous to use a buffer, in particular a FIFO, for temporarily storing information about changes. The changes are in particular changes with respect to the grid or with regard to the speed of the movements. A specific location coordinate offset voltage can also be set here. The use of the buffer has the advantage that changes can be entered without directly interfering with the running operation. The control of the motion sequence can then query this buffer every time there is time available and carry out the changes. This process also takes place regardless of the stress on the processor of a PC. If both a buffer for storing the location coordinates and a buffer for storing changes are used, a priority logic should be provided which operates as follows.
Solange im ersten Zwischenspeicher mit den Ortskoordi- naten aufgrund eines Taktsignals des Frequenzgenerators Ortskoordinaten ausgelesen werden, wird der Zwischen¬ speicher mit den Änderungen nicht abgefragt. Steht je¬ doch Zeit zur Verfügung, und das wird im Prinzip nach jedem Anfahren einer neuen Koordinate der Fall sein, so wird ein Meßwert aus dem zweiten Zwischenspeicher mit den Änderungen ausgelesen. Im Zwischenspeicher mit den Änderungen werden wesentlich weniger Daten gespeichert sein als im Fifo mit den Ortskoordinaten. Es ist bei- spielsweise erfahrungsgemäß zwei- oder dreimal erfor¬ derlich, während einer Bildaufnahme die Bewegungsrich¬ tung zu ändern. Im allgemeinen werden im zweiten Fifo mit den Änderungen überhaupt keine Werte stehen. Trotz¬ dem kann durch den Einsatz beider Zwischenspeicher da- für gesorgt werden, daß kurzfristig Änderungsdaten je¬ derzeit übertragen werden können. Ein Eingriff in den laufenden Betrieb ist möglich, ohne, wie bisher, Pro¬ zessorleistung in Anspruch zu nehmen.As long as location coordinates are read out in the first buffer with the location coordinates based on a clock signal from the frequency generator, the buffer with the changes is not queried. However, there is time available, and this will in principle be the case every time a new coordinate is approached a measured value is read from the second buffer with the changes. Much less data will be stored in the buffer with the changes than in the Fifo with the location coordinates. Experience has shown, for example, that it is necessary to change the direction of movement two or three times during an image recording. Generally there will be no values at all in the second FIFO with the changes. Nevertheless, by using both buffers, it can be ensured that change data can be transmitted at short notice at any time. An intervention in the ongoing operation is possible without, as before, using processor power.
Beispiele für rasterförmig abtastende Mikroskope sindExamples of grid-shaped scanning microscopes are
Rasterelektronen-, Rasterkraft- oder Rastertunnelmikro¬ skope.Scanning electron, scanning force or scanning tunneling microscopes.
AusführungsbeispielEmbodiment
In der Abbildung ist ein Personalcomputer 1 darge¬ stellt, in dessen Arbeitsspeicher vor Beginn der Mes¬ sung die ermittelten (x,y) -Koordinatenpaare gespeichert worden sind. Über eine Datenleitung 2 werden dem alsThe figure shows a personal computer 1, in whose working memory the determined (x, y) coordinate pairs have been stored before the start of the measurement. Via a data line 2, the as
Zwischenspeicher dienenden Fifo 3 blockweise (x,y) -Ko¬ ordinatenpaare zugeführt. Blockweise bedeutet, daß es sich um mehrere Koordinatenpaare handelt. Die Größe des Blocks bzw. Anzahl der Paare übersteigt dabei nicht den im Fifo zur Verfügung stehenden freien Speicherplatz. Der PC fragt den Zustand des Fifos 3 ab und transfe¬ riert Koordinatenpaare, soweit ihm Rechenzeit zur Ver¬ fügung steht. Ein Frequenzgenerator 7 gibt dem Fifo 3 einen Takt vor. Gemäß dieser Taktfrequenz werden die im Fifo 3 befindlichen Koordinatenpaare ausgegeben und ge¬ langen zunächst in eine Schaltung 8, die eine Priori¬ tätslogik, einen Verstärker sowie einen Multiplizierer aufweist. In dieser Schaltung 8 können die Koordina- ten, wie unten erläutert wird, eine Änderung erfahren. Die endgültigen Koordinatenpaare gelangen schließlich über eine Datenleitung 9 an eine Steuer- und Regelelek¬ tronik mit einer Rastersonde 10. Die Rastersonde wird gemäß den Koordinaten bewegt. Angedeutet ist oberhalb der Probe 11 mittels Pfeile ein schlangenlinienförmiges Bewegungsmuster, welches verfahrensgemäß bewirkt werden kann. Die durch die rasterförmige Messung erhaltene Bildinformation gelangt über die Datenleitung 12 in ein als Zwischenspeicher dienendes Fifo 13. Sowie Rechen- zeit zur Verfügung steht, werden die Bildinformationen aus Fifo 13 ausgelesen und auf dem Bildschirm des PCs 1 grafisch dargestellt.Fifo 3 serving in buffers in blocks (x, y) coordinate pairs. Block-by-block means that there are several coordinate pairs. The size of the block or number of pairs does not exceed Free space available in Fifo. The PC queries the state of the FIFO 3 and transfers coordinate pairs insofar as it has computing time available to it. A frequency generator 7 gives the Fifo 3 a clock. According to this clock frequency, the coordinate pairs located in Fifo 3 are output and first get into a circuit 8 which has priority logic, an amplifier and a multiplier. In this circuit 8, as described below, the coordinates can undergo a change. The final coordinate pairs finally reach a control and regulating electronics with a raster probe 10 via a data line 9. The raster probe is moved according to the coordinates. A serpentine movement pattern is indicated above the sample 11 by means of arrows, which movement pattern can be brought about in accordance with the method. The image information obtained by the raster-shaped measurement arrives via the data line 12 into a FIFO 13 serving as a buffer. As far as computing time is available, the image information from FIFO 13 is read out and graphically displayed on the screen of the PC 1.
Veränderliche Daten, wie Geschwindigkeit, Richtung oder Offset werden im PC 1 eingegeben und gelangen von dort über die Datenleitung 4 in das Fifo 5. Vom Fifo 5 ge¬ langen die veränderlichen Daten, also Informationen über Änderungen, bei Abruf in die Schaltung 8. Abgeru¬ fen werden die Informationen entsprechend der Priori- tätslogik, d. h. zwischen zwei Auslesungen aus Fifo 3 bzw. sobald keine Übertragung aus Fifo 3 ansteht, wird Fifo 5 abgefragt.Variable data, such as speed, direction or offset, are entered in PC 1 and from there via data line 4 to Fifo 5. From Fifo 5, the variable data, ie information about changes, is retrieved into circuit 8 when it is called up The information is sorted according to the priority logic, ie between two readings from Fifo 3 or as soon as no transmission from Fifo 3 is pending, Fifo 5 is queried.
Im Fifo 5 können beispielsweise folgende Informationen zwischengespeichert sein:For example, the following information can be cached in Fifo 5:
Die Geschwindigkeit, mit der die Sonde rasterförmig be¬ wegt wird, soll verändert werden. In einem solchen Fall wird die Information, d. h. eine neue Taktfrequenz, über die Schaltung 8 an den Generator 7 weitergeleitet. Die Frequenz, mit der Ortskoordinaten aus Fifo 3 ausge¬ lesen werden, verändert sich und damit die Geschwindig¬ keit der rasterförmigen Bewegungen.The speed at which the probe is moved in a grid-like manner should be changed. In such a case, the information, i.e. H. a new clock frequency, forwarded to the generator 7 via the circuit 8. The frequency with which location coordinates are read out of FIFO 3 changes, and thus the speed of the grid-like movements.
Die Richtung soll um einen Winkel α verändert werden. In einem solchen Fall beinhaltet das Fifo 5 Informatio¬ nen über eine geeignete Koordinatentransformation. Die aus Fifo 3 ausgelesenen Koordinatenpaare (x,y) werden gemäß der in der Schaltung 8 durchgeführten Multiplika¬ tionThe direction should be changed by an angle α. In such a case, Fifo 5 contains information about a suitable coordinate transformation. The coordinate pairs (x, y) read from FIFO 3 are calculated in accordance with the multiplication carried out in circuit 8
X' = x * cos (α) + y * sin(α) Y' = x * sin(α) - y * cos(α)X '= x * cos (α) + y * sin (α) Y' = x * sin (α) - y * cos (α)
in die Koordinatenpaare (X',Y') transformiert, wodurch sich die Bewegungsrichtung um den Winkel α verändert. Soll der Abstand zwischen zwei Punkten des Rasters ver¬ ändert werden, so werden die Koordinatenpaare in der Schaltung 8 mit einem entsprechenden Faktor multipli¬ ziert. Ist ein x/y - Offset erforderlich, so wird ein entsprechender Wert zu den Koordinaten in der Schaltung 8 addiert. transformed into the coordinate pairs (X ', Y'), whereby the direction of movement changes by the angle α. If the distance between two points of the grid is to be changed, the coordinate pairs in circuit 8 are multiplied by a corresponding factor. If an x / y offset is required, a corresponding value is added to the coordinates in the circuit 8.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur rasterförmigen Erfassung von Meßwerten, bei dem ein Mittel zur Messung der Werte rasterförmig bewegt wird und Werte an den Punkten des Rasters gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterpunkte in Form von Ortskoordinaten gemäß einer Reihenfolge vor Beginn der rasterförmigen Bewegungen gespeichert und die Bewegungen gemäß der Reihenfolge der gespeicherten Koordinaten ausgeführt werden.1. A method for the grid-shaped detection of measured values, in which a means for measuring the values is moved in a grid-like manner and values are measured at the points of the grid, characterized in that the grid points are stored in the form of location coordinates in a sequence before the start of the grid-shaped movements and the movements are carried out according to the order of the stored coordinates.
2. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der gespeicherten Koordinaten einem Zwischenspeicher zugeführt wird, wobei die Zahl der entnommenen Koordinaten dem zur Verfügung stehenden freien Speicherplatz im Zwischenspeicher entspricht und daß die Bewegungen gemäß den im Zwischenspeicher befindlichen Koordinaten ausgeführt werden.2. The method according to the preceding claim, characterized in that a part of the stored coordinates is fed to a buffer, the number of coordinates taken corresponds to the available free space in the buffer and that the movements are carried out according to the coordinates in the buffer.
3. Verfahren zur Änderung einer rasterförmigen3. Procedure for changing a grid-like
Erfassung von Meßwerten bei einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen geändert werden, indem die gespeicherte Folge von Koordinaten nach dem Auslesen der gespeicherten Koordinaten aus dem Speicher oder Zwischenspeicher geändert und die Bewegungen gemäß den geänderten Koordinaten ausgeführt werden.Acquisition of measured values in a method according to one of the preceding claims, characterized in that the movements are changed by the Stored sequence of coordinates after reading the stored coordinates from the memory or buffer changed and the movements are carried out according to the changed coordinates.
4. Verfahren zur Änderung einer rasterförmigen Erfassung von Meßwerten bei einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Information über eine Änderung zwischengespeichert wird und dem Zwischenspeicher die Information entnommen und gemäß dieser entnommenen Information die Änderung durchgeführt wird.4. A method for changing a grid-shaped acquisition of measured values in a method according to one of the preceding claims, characterized in that the information about a change is temporarily stored and the information is taken from the buffer and the change is carried out according to this extracted information.
5. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Information über die Ortskoordinate vorrangig vor der Information über eine Änderung dem jeweiligen Speicher entnommen wird.5. The method according to the preceding claim, characterized in that the information about the location coordinate is taken primarily from the information about a change in the respective memory.
6. Rasterförmig abtastendes Mikroskop zur Durchführung eines der beanspruchten Verfahren mit einem Mittel zur Messung (10) , mit Mitteln zur Steuerung und Ausführung von rasterförmigen, räumlichen Bewegungen des Mittels zur Messung, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel, geeignet zur Speicherung der Ortskoordinaten (3), sowie Mittel, geeignet zur Entnahme aus dem Speicher und Weitergabe der Ortskoordinaten an das Mittel zur Steuerung der schrittweisen Bewegungen, vorgesehen sind.6. Grid-shaped scanning microscope for performing one of the claimed methods with a means for measurement (10), with means for controlling and executing grid-shaped, spatial movements of the means for measurement, characterized in that means suitable for storing the location coordinates (3) , as well as means suitable for removal from the Storage and forwarding of the location coordinates to the means for controlling the step-by-step movements are provided.
7. Vorrichtung nach vorhergehendem Vorrichtungsanspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Speicherung zumindest einen Haupt- und einen Zwischenspeicher (3) , insbesondere ein FIFO als Zwischenspeicher, aufweist.7. Device according to the preceding device claim, characterized in that the means for storage has at least one main and a buffer (3), in particular a FIFO as a buffer.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenspeicher (5) , insbesondere ein FIFO, zur Zwischenspeicherung von Informationen über Änderungen, insbesondere Änderungen bezüglich des Rasters oder bezüglich der Geschwindigkeit der Bewegungen, vorgesehen ist. 8. Device according to one of the preceding device claims, characterized in that an intermediate memory (5), in particular a FIFO, is provided for the temporary storage of information about changes, in particular changes with respect to the grid or with respect to the speed of the movements.
PCT/DE1996/000730 1995-05-03 1996-04-19 Control system for scanning measurement data detection WO1996035154A1 (en)

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