JPH03122514A - 表面観察装置 - Google Patents
表面観察装置Info
- Publication number
- JPH03122514A JPH03122514A JP25884589A JP25884589A JPH03122514A JP H03122514 A JPH03122514 A JP H03122514A JP 25884589 A JP25884589 A JP 25884589A JP 25884589 A JP25884589 A JP 25884589A JP H03122514 A JPH03122514 A JP H03122514A
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- Japan
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- sample
- shape
- standard sample
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- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）または原子開
力顕微鏡（ＡＦＭ）等の表面観察装置に関するものであ
る。
力顕微鏡（ＡＦＭ）等の表面観察装置に関するものであ
る。
［従来の技術］
近年原子、分子オーダーの分解能を有する走査型トンネ
ル顕微鏡が開発され、表面構造解析、表面粗さ計測など
に応用されている。
ル顕微鏡が開発され、表面構造解析、表面粗さ計測など
に応用されている。
この走査トンネル顕微鏡は、導電性試料と導電性探針の
間に電圧を印加し、ｉｎｎ程度の距離まで接近させると
トンネル電流が流れ、その距離によりトンネル電流が指
数関数的に変化することを利用したものである。その探
針として先端を電解研摩等で非常に先鋭に仕上げたもの
を用いて、導電性物質からなる試料表面との距離を一定
に保ち、２次元的に走査すると表面の原子配列または凹
凸の形状によりトンネル電流が変化し表面像を得ること
ができる。（「固体物理Ｊ Ｖｏｌ、２２ Ｎｏ、３１
９８７ ＰＰ１７６−１８６？ ）。
間に電圧を印加し、ｉｎｎ程度の距離まで接近させると
トンネル電流が流れ、その距離によりトンネル電流が指
数関数的に変化することを利用したものである。その探
針として先端を電解研摩等で非常に先鋭に仕上げたもの
を用いて、導電性物質からなる試料表面との距離を一定
に保ち、２次元的に走査すると表面の原子配列または凹
凸の形状によりトンネル電流が変化し表面像を得ること
ができる。（「固体物理Ｊ Ｖｏｌ、２２ Ｎｏ、３１
９８７ ＰＰ１７６−１８６？ ）。
従来、このような走査型トンネル顕微鏡では探針は白金
やタングステンの棒の先端を機械的研摩により円錐状に
尖らせたり、電解研摩法により先端を尖鋭化したものが
用いられている。これらの方法で作成した探針の先端形
状により、観察像の分解能が左右されることが知られて
いる。そのため、観察前に作成した探針を光学顕微鏡で
前もって観察したり、さらには、走査電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）等で観察して、先端形状を検査して使用していた。
やタングステンの棒の先端を機械的研摩により円錐状に
尖らせたり、電解研摩法により先端を尖鋭化したものが
用いられている。これらの方法で作成した探針の先端形
状により、観察像の分解能が左右されることが知られて
いる。そのため、観察前に作成した探針を光学顕微鏡で
前もって観察したり、さらには、走査電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）等で観察して、先端形状を検査して使用していた。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、光学顕微鏡では、探針先端の数１０ｎｍ
のオーダーの観察は不可能で、実際に装置に取り付けて
、試料の表面像を観察して分解能があれば、良い探針と
判断しており、先端形状の定量的評価は十分になされて
いなかった。またＳＥＭによる観察では、探針を真空中
に保つ必要かあり、観察に時間と手間がかかるという欠
点があった。さらにＳＥＭのより先端を拡大観察すると
カーボン等が先端に付着し探針の先端の状態が変化する
という欠点があった。
のオーダーの観察は不可能で、実際に装置に取り付けて
、試料の表面像を観察して分解能があれば、良い探針と
判断しており、先端形状の定量的評価は十分になされて
いなかった。またＳＥＭによる観察では、探針を真空中
に保つ必要かあり、観察に時間と手間がかかるという欠
点があった。さらにＳＥＭのより先端を拡大観察すると
カーボン等が先端に付着し探針の先端の状態が変化する
という欠点があった。
また、試料の表面像を観察中に探針が表面に衝突して、
探針先端が変形する場合があり、その度に探針を取りは
ずしＳＥＭ等で観察しなければならず手間がかかり、探
針を元の状態に再現性よく取り付は継続的に観察するの
は困難であった。
探針先端が変形する場合があり、その度に探針を取りは
ずしＳＥＭ等で観察しなければならず手間がかかり、探
針を元の状態に再現性よく取り付は継続的に観察するの
は困難であった。
本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであっ
て、簡単な構造で探針を取り外すことなく探針先端形状
を検出可能な表面観察装置の提供を目的とする。
て、簡単な構造で探針を取り外すことなく探針先端形状
を検出可能な表面観察装置の提供を目的とする。
［課題を解決するための手段および作用］本発明によれ
ば、表面観察装置内に表面形状の既知の標準試料を配置
することにより、探針を取り付けた状態のまま、探針先
端形状を簡便に定量的に評価できるようにしたものであ
る。
ば、表面観察装置内に表面形状の既知の標準試料を配置
することにより、探針を取り付けた状態のまま、探針先
端形状を簡便に定量的に評価できるようにしたものであ
る。
［実施例］
以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の実施例の走査型トンネル顕微鏡の概略
図である。円筒型圧電素子２の一端は筐体３に固着さね
、他端には探針１が取り付けられている。また移動ステ
ージ４は、筺体３に固定された案内機構５により図中Ｘ
方向に８動可能に支持されており、移動ステージ４上に
は標準試料６と観察試料７が載置されている。
図である。円筒型圧電素子２の一端は筐体３に固着さね
、他端には探針１が取り付けられている。また移動ステ
ージ４は、筺体３に固定された案内機構５により図中Ｘ
方向に８動可能に支持されており、移動ステージ４上に
は標準試料６と観察試料７が載置されている。
探針１と試料７との間にバイアス電源８によりバイアス
電圧をかけ、探針１を試料７の表面にトンネル電流が流
れる距離まで円筒型圧電素子２により接近させる。その
際円筒型圧電素子２のＺ軸駆動電極２ａには、Ｚ軸駆動
回路１０により電圧が印加され、探針１はＺ軸方向に駆
動される。
電圧をかけ、探針１を試料７の表面にトンネル電流が流
れる距離まで円筒型圧電素子２により接近させる。その
際円筒型圧電素子２のＺ軸駆動電極２ａには、Ｚ軸駆動
回路１０により電圧が印加され、探針１はＺ軸方向に駆
動される。
トンネル電流が流れる距離まで接近した時、探針１と試
料７間のトンネル電流をトンネル電流検知回路９で検出
し、トンネル電流が一定となるようにＺ駆動回路１０を
通して円筒型圧電素子２にフィードバック制御をかける
。
料７間のトンネル電流をトンネル電流検知回路９で検出
し、トンネル電流が一定となるようにＺ駆動回路１０を
通して円筒型圧電素子２にフィードバック制御をかける
。
次に、トンネル電流が一定となるように探針１を制御し
ながら、ＸＹ走査回路１１により、円筒型圧電素子２の
ＸＹ駆動電極２ｂに探針１が試料７の表面をＸＹ方向に
２次元的に走査できるような電圧を印加する。このとき
、探針１は試料７の表面の凹凸形状に追従するようにＺ
軸方向に駆動されるので、その駆動信号をＸＹ走査信号
に同期して画像処理回路１２に取り込み、画像処理を行
えば表面の形状を像として得ることができる。
ながら、ＸＹ走査回路１１により、円筒型圧電素子２の
ＸＹ駆動電極２ｂに探針１が試料７の表面をＸＹ方向に
２次元的に走査できるような電圧を印加する。このとき
、探針１は試料７の表面の凹凸形状に追従するようにＺ
軸方向に駆動されるので、その駆動信号をＸＹ走査信号
に同期して画像処理回路１２に取り込み、画像処理を行
えば表面の形状を像として得ることができる。
移動ステージ４の上には観察試料７と並んで標準試料６
が配置されており、観察試料７と同様にバイアス電源８
によりバイアス電圧が印加されている。そのため移動ス
テージ４を案内機構５に沿って移動することにより、標
準試料６と観察試料７を交互に観察できるようになって
いる。
が配置されており、観察試料７と同様にバイアス電源８
によりバイアス電圧が印加されている。そのため移動ス
テージ４を案内機構５に沿って移動することにより、標
準試料６と観察試料７を交互に観察できるようになって
いる。
第２図により標準試料６の説明を行なう。標準試料６は
表面形状が、既知のものを用いており、断面ＴＥＭ等で
形状が正確に評価さねているものとする。第２図におい
て、標準試料６の表面形状には、断面が凸状でその高さ
が段階的に異なるグレーティング状の構造が設けである
。
表面形状が、既知のものを用いており、断面ＴＥＭ等で
形状が正確に評価さねているものとする。第２図におい
て、標準試料６の表面形状には、断面が凸状でその高さ
が段階的に異なるグレーティング状の構造が設けである
。
探針１の先端形状は近似的に先端の半球状部分と途中の
円錐状の部分からなると考えられ、先端の半球状部分の
半径Ｒ１円錐部の頂角θにより形状が近似的に表わせる
とする。探針１を図中矢印の方向にスキャンして凸状部
を観察すると第２図（Ａ）のように凸状部の高さｈが半
球状部分の半径Ｒより小さい場合は、角部が半径Ｒのま
るみをもった形状に観察される。その観察像と実際の凸
状部の幅の差ｄを測定することにより、幾何学的に半球
状部の半径はＲ＝ （ｄ２＋ｈ’ ）／２ｈで求められ
る。また、第２図（Ｂ）のように、凸状部の高りが半球
状部分の半径Ｒより大きい場合、円錐部の頂角は観察像
と実際の凸状部の幅の差ｄを測定することにより、θ＝
ｊａｎ６’（ｄ−Ｒ）／（ｈ−Ｒ）で求められる。
円錐状の部分からなると考えられ、先端の半球状部分の
半径Ｒ１円錐部の頂角θにより形状が近似的に表わせる
とする。探針１を図中矢印の方向にスキャンして凸状部
を観察すると第２図（Ａ）のように凸状部の高さｈが半
球状部分の半径Ｒより小さい場合は、角部が半径Ｒのま
るみをもった形状に観察される。その観察像と実際の凸
状部の幅の差ｄを測定することにより、幾何学的に半球
状部の半径はＲ＝ （ｄ２＋ｈ’ ）／２ｈで求められ
る。また、第２図（Ｂ）のように、凸状部の高りが半球
状部分の半径Ｒより大きい場合、円錐部の頂角は観察像
と実際の凸状部の幅の差ｄを測定することにより、θ＝
ｊａｎ６’（ｄ−Ｒ）／（ｈ−Ｒ）で求められる。
このように、標準試料６の幾つかの異なる高さの凸状部
を観察することにより、探針１の先端形状を近似的に求
めることができる。
を観察することにより、探針１の先端形状を近似的に求
めることができる。
また、このような近似を行なわなくとも第２図（Ｂ）の
ように観察像の凸状部の立上りのプロフィールは、探針
１の右側のプロフィールに対応し、凸状部の立下りのプ
ロフィールは探針の左側のプロフィールに対応している
のでその両者のプロフィールを合成すると探針の走査方
向の形状がわかり探針が非対称な場合にもその形状が推
定できる。
ように観察像の凸状部の立上りのプロフィールは、探針
１の右側のプロフィールに対応し、凸状部の立下りのプ
ロフィールは探針の左側のプロフィールに対応している
のでその両者のプロフィールを合成すると探針の走査方
向の形状がわかり探針が非対称な場合にもその形状が推
定できる。
このような標準試料を観察することにより、探針の形状
を簡単に定量的に評価でき、かつ同じ装置内に標準試料
を配置したことにより探針を取りはずすことなく、標準
試料と観察試料を交互に観察でき、探針の形状の検査を
行ないながら、継続的に観察すること可能となる。
を簡単に定量的に評価でき、かつ同じ装置内に標準試料
を配置したことにより探針を取りはずすことなく、標準
試料と観察試料を交互に観察でき、探針の形状の検査を
行ないながら、継続的に観察すること可能となる。
次に、゛標準試料の表面形状のパターンの他の実施例を
説明する。第３図は、標準試料６の平面図で、前記実施
例で説明した断面が凸状のうね状のパターンを探針の走
査方向とそれと直交する方向に設けたもので、探針１が
その中央部に来るように標準試料を配置する。このよう
なにすれば探針１をＸ方向に走査すれば、走査方向の探
針の形状が評価でき、Ｙ方向に走査すれば、走査方向と
直交する方向の探針の形状が評価できるので、一つの標
準試料で探針の先端形状を２次元的に評価できる。
説明する。第３図は、標準試料６の平面図で、前記実施
例で説明した断面が凸状のうね状のパターンを探針の走
査方向とそれと直交する方向に設けたもので、探針１が
その中央部に来るように標準試料を配置する。このよう
なにすれば探針１をＸ方向に走査すれば、走査方向の探
針の形状が評価でき、Ｙ方向に走査すれば、走査方向と
直交する方向の探針の形状が評価できるので、一つの標
準試料で探針の先端形状を２次元的に評価できる。
また、第４図（Ａ）は標準試料６のパターンとしてライ
ン状ではなく、幾つかの高さの異なる四角柱状の凸部３
１が形成されたものである。探針１で２次元的に走査し
、その表面像を画像処理して等高線表示をすると第４図
（Ｂ）のようになり、その四角形状のパターンの図中Ｘ
Ｙ方向広がり３２．３３から探針１のＸＹ両方向の先端
形状が推定できる。また、高さの異なるパターンの観察
像の広がりを見ることにより、探針１のその四角柱状凸
部の高さ位置での探針径が簡便に定量化できる。この実
施例の標準試料のパターンとして四角柱状の凸部でなく
、凹部を形成しても同様の効果がある。
ン状ではなく、幾つかの高さの異なる四角柱状の凸部３
１が形成されたものである。探針１で２次元的に走査し
、その表面像を画像処理して等高線表示をすると第４図
（Ｂ）のようになり、その四角形状のパターンの図中Ｘ
Ｙ方向広がり３２．３３から探針１のＸＹ両方向の先端
形状が推定できる。また、高さの異なるパターンの観察
像の広がりを見ることにより、探針１のその四角柱状凸
部の高さ位置での探針径が簡便に定量化できる。この実
施例の標準試料のパターンとして四角柱状の凸部でなく
、凹部を形成しても同様の効果がある。
上記の実施例は、走査型トンネル顕微鏡について述べて
きたが、探針と試料表面の原子間力を検知し、原子間力
を一定となるように走査して表面像を得る原子開力顕微
鏡でも同様の構成により、探針を取りはずすことなく探
針先端の形状を定量的に評価することがで′きる。
きたが、探針と試料表面の原子間力を検知し、原子間力
を一定となるように走査して表面像を得る原子開力顕微
鏡でも同様の構成により、探針を取りはずすことなく探
針先端の形状を定量的に評価することがで′きる。
［発明の効果］
以上説明したように、非観察装置内の一部または観察試
料を載置するステージ上に表面形状の既知の標準試料を
配置したことにより、探針を取りはずすことなく、探針
の先端形状を定量的に評価することができる。
料を載置するステージ上に表面形状の既知の標準試料を
配置したことにより、探針を取りはずすことなく、探針
の先端形状を定量的に評価することができる。
第１図は本発明に係る表面観察装置の構成図、第２図（
Ａ）および（Ｂ）は各々本発明の標準′試料による探針
形状測定の説明図、 第３図は本発明の他の実施例の平面図、第４図（Ａ）お
よび（Ｂ）は各々本発明の他の実施例の説明図である。 １：探針、 ２：円筒型圧電素子、 ４ 移動ステージ、 標準試料、 ７ ： 観察試料。 特 許 出 願 人 キャノン株式会社
Ａ）および（Ｂ）は各々本発明の標準′試料による探針
形状測定の説明図、 第３図は本発明の他の実施例の平面図、第４図（Ａ）お
よび（Ｂ）は各々本発明の他の実施例の説明図である。 １：探針、 ２：円筒型圧電素子、 ４ 移動ステージ、 標準試料、 ７ ： 観察試料。 特 許 出 願 人 キャノン株式会社
Claims (5)
- （１）探針と、表面検査すべき試料を搭載するステージ
と、前記探針を試料表面に近接させる手段と、該探針と
試料間に流れるトンネル電流または該探針と試料間に作
用する微少な力を検出する手段とを具備し、前記探針の
走査範囲内に探針の形状検出手段を設けたことを特徴と
する表面観察装置。 - （２）前記形状検出手段は、既知の表面形状を有する標
準試料からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の表面観察装置。 - （３）前記標準試料は、表面検査すべき試料とともに前
記ステージ上に搭載されたことを特徴とする特許請求の
範囲第２項記載の表面観察装置。 - （４）前記標準試料の表面形状は、複数の並列に設けた
帯状の突出段部または溝状凹部により構成されたことを
特徴とする特許請求の範囲第２項記載の表面観察装置。 - （５）前記標準試料の表面形状は、複数の四角柱状の凸
部または凹部により構成されたことを特徴とする特許請
求の範囲第２項記載の表面観察装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25884589A JPH03122514A (ja) | 1989-10-05 | 1989-10-05 | 表面観察装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25884589A JPH03122514A (ja) | 1989-10-05 | 1989-10-05 | 表面観察装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03122514A true JPH03122514A (ja) | 1991-05-24 |
Family
ID=17325829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25884589A Pending JPH03122514A (ja) | 1989-10-05 | 1989-10-05 | 表面観察装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03122514A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1993004210A1 (fr) * | 1991-08-19 | 1993-03-04 | Tadahiro Ohmi | Procede de formation d'un film d'oxyde |
| JPH08220108A (ja) * | 1995-02-16 | 1996-08-30 | Natl Res Inst For Metals | Ｓｐｍ画像用の探針形状の決定方法と、これを用いた画 像補正法 |
| US6146135A (en) * | 1991-08-19 | 2000-11-14 | Tadahiro Ohmi | Oxide film forming method |
| US9224528B2 (en) | 2009-12-04 | 2015-12-29 | Robert Bosch Gmbh | Electromagnetically actuatable valve |
| US9401236B2 (en) | 2010-07-27 | 2016-07-26 | Robert Bosch Gmbh | Magnetic actuator |
| WO2022008675A1 (en) * | 2020-07-09 | 2022-01-13 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Method, test structure, test device and device |
| JP2022013401A (ja) * | 2020-07-03 | 2022-01-18 | 株式会社島津製作所 | 探針の先端径の取得方法およびｓｐｍ |
-
1989
- 1989-10-05 JP JP25884589A patent/JPH03122514A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH08220108A (ja) * | 1995-02-16 | 1996-08-30 | Natl Res Inst For Metals | Ｓｐｍ画像用の探針形状の決定方法と、これを用いた画 像補正法 |
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| WO2022008675A1 (en) * | 2020-07-09 | 2022-01-13 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Method, test structure, test device and device |
| TWI791240B (zh) * | 2020-07-09 | 2023-02-01 | 德商卡爾蔡司Ｓｍｔ有限公司 | 用於確定掃描探針顯微鏡的測量針尖之幾何形狀的方法、測試結構與測試裝置、測試結構的用途，以及用於分析及/或處理樣品的方法與裝置 |
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