JPH04320902A - 走査型トンネル顕微鏡の探針評価方法 - Google Patents
走査型トンネル顕微鏡の探針評価方法Info
- Publication number
- JPH04320902A JPH04320902A JP9029091A JP9029091A JPH04320902A JP H04320902 A JPH04320902 A JP H04320902A JP 9029091 A JP9029091 A JP 9029091A JP 9029091 A JP9029091 A JP 9029091A JP H04320902 A JPH04320902 A JP H04320902A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- probe
- sample
- scanning tunneling
- tunneling microscope
- stm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic 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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微鏡
にかかり、特に、探針に評価を実施する手法に関する。
にかかり、特に、探針に評価を実施する手法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、材料研究を目的に、材料の極表面
観察装置として、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）が大
いに使われてきている。原子像の観察から表面凹凸の三
次元計測まで可能で、かつ、大気中、真空中、そして液
中で観察することができる。従って、その応用範囲は無
限と考えられている。この走査型トンネル顕微鏡の原理
については、アイ ビ エム ジャーナル オ
ブ リサーチ アンド デブロプメント（ＩＢＭ
Ｊ．ＲＥＳ．ＤＥＶＥＬＯＰ．ＶＯＬ．３０ ＮＯ．
４ Ｐ３５５〜Ｐ３６９ ＪＵＬＹ １９８６）に記
述されている。また、探針と試料の接近方法や視野選択
方法については、アプライド フィジックス レタ
ー第４０巻（１９８２）第１７８頁から第１８０頁（Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４０（１９８２）ｐ１７
８〜ｐ１８０）に記述されている。
観察装置として、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）が大
いに使われてきている。原子像の観察から表面凹凸の三
次元計測まで可能で、かつ、大気中、真空中、そして液
中で観察することができる。従って、その応用範囲は無
限と考えられている。この走査型トンネル顕微鏡の原理
については、アイ ビ エム ジャーナル オ
ブ リサーチ アンド デブロプメント（ＩＢＭ
Ｊ．ＲＥＳ．ＤＥＶＥＬＯＰ．ＶＯＬ．３０ ＮＯ．
４ Ｐ３５５〜Ｐ３６９ ＪＵＬＹ １９８６）に記
述されている。また、探針と試料の接近方法や視野選択
方法については、アプライド フィジックス レタ
ー第４０巻（１９８２）第１７８頁から第１８０頁（Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４０（１９８２）ｐ１７
８〜ｐ１８０）に記述されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、三次
元に移動可能なピエゾに取り付けられた鋭い先端を有す
る探針と、試料表面との間を数ｎｍオーダで一定にサー
ボ制御（Ｚ軸ピエゾ）しながら、探針を試料面上二次元
（Ｘ，Ｙ軸ピエゾ）に走査し、試料の物理情報を取得す
るものである。一般的に探針の作製は、タングステンや
白金を液中で電界研磨して鋭くする。こうして先鋭化さ
れた探針の先端極率判径はおおよそ０．１μｍ以下であ
る。これらの探針は試料面上を二次元に走査されるため
、残留ガスや試料のコンタミナントで汚染される。また
、サーボ制御の不良などにより、探針の先端が折れてし
まうことが多く発生する。これら探針の先端形状の変化
は様様のＳＴＭ像を創出する。走査型トンネル顕微鏡で
得られるＳＴＭ像は、このように、探針の先端形状に大
いに依存している。従って、探針の先端形状を常時観察
していることが重要である。しかしながら、探針先端の
極率判径は、０．１μｍと小さく、容易に観察出来ない
。従って、なんらかの手法で、この探針の先端形状を評
価しなければ、誤ったＳＴＭ像を認識してしまう。これ
ら探針の先端形状の評価技法については、前記両文献に
は、なんら具体的に記述されていない。
元に移動可能なピエゾに取り付けられた鋭い先端を有す
る探針と、試料表面との間を数ｎｍオーダで一定にサー
ボ制御（Ｚ軸ピエゾ）しながら、探針を試料面上二次元
（Ｘ，Ｙ軸ピエゾ）に走査し、試料の物理情報を取得す
るものである。一般的に探針の作製は、タングステンや
白金を液中で電界研磨して鋭くする。こうして先鋭化さ
れた探針の先端極率判径はおおよそ０．１μｍ以下であ
る。これらの探針は試料面上を二次元に走査されるため
、残留ガスや試料のコンタミナントで汚染される。また
、サーボ制御の不良などにより、探針の先端が折れてし
まうことが多く発生する。これら探針の先端形状の変化
は様様のＳＴＭ像を創出する。走査型トンネル顕微鏡で
得られるＳＴＭ像は、このように、探針の先端形状に大
いに依存している。従って、探針の先端形状を常時観察
していることが重要である。しかしながら、探針先端の
極率判径は、０．１μｍと小さく、容易に観察出来ない
。従って、なんらかの手法で、この探針の先端形状を評
価しなければ、誤ったＳＴＭ像を認識してしまう。これ
ら探針の先端形状の評価技法については、前記両文献に
は、なんら具体的に記述されていない。
【０００４】本発明の目的は、探針の先端形状の変化を
評価することにより、真のＳＴＭ像を得ることができる
走査型トンネル顕微鏡を提供するものである。
評価することにより、真のＳＴＭ像を得ることができる
走査型トンネル顕微鏡を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、測定対象試料と同一平面上に基準試料を設置出来る
構成とする。この基準試料はあらかじめなんらかの手段
、例えば高分解能ＳＥＭやＴＥＭ等で測定したもので、
かつ、正常な探針形状とＳＴＭ像とが１対１に対応出来
ているものを用いる。
に、測定対象試料と同一平面上に基準試料を設置出来る
構成とする。この基準試料はあらかじめなんらかの手段
、例えば高分解能ＳＥＭやＴＥＭ等で測定したもので、
かつ、正常な探針形状とＳＴＭ像とが１対１に対応出来
ているものを用いる。
【０００６】
【作用】測定対象試料のＳＴＭ像測定前後に、基準試料
の測定を実施し、その基準試料のＳＴＭ像から、探針の
先端形状を評価する。これにより測定対象試料のＳＴＭ
像が正しいか間違っているかが評価出来る。
の測定を実施し、その基準試料のＳＴＭ像から、探針の
先端形状を評価する。これにより測定対象試料のＳＴＭ
像が正しいか間違っているかが評価出来る。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。
る。
【０００８】走査型トンネル顕微鏡は、図１に示すよう
に、試料面に試直方向をＺ軸とし、試料面に水平方向を
各々Ｘ，Ｙ軸とするのが一般的である。そして、測定対
象試料６１と探針５とのギャップは、最初に粗動用Ｚ軸
ピエゾ制御回路１１により、粗動用Ｚ軸ピエゾを動作さ
せ、探針を試料にトンネル領域まで接近させる。ここで
、試料と探針間に任意の電圧を印加することにより、試
料と探針間に数ｎＡのトンネル電流が流れる。このトン
ネル電流は、試料と探針とのギャップの関数になってい
るため、トンネル電流が一定となるように、微動用Ｚ軸
ピエゾ２にフィードバック制御を実施すれば、微動用Ｚ
軸ピエゾの変位から試料の凹凸情報を得ることができる
。従って、Ｘ軸ピエゾ３，Ｙ軸ピエゾ４を使って、探針
を二次元に走査すれば、試料表面の三次元情報を得るこ
とができる。以上の原理を基づいて、トンネル電流検出
回路７は、微小なトンネル電流を検出する回路，サーボ
制御回路８は、Ｐ（比例），Ｉ（積分）そして、Ｄ（微
分）要素を含んだ制御回路であり、トンネル電流が一定
となるよう、微動用Ｚ軸ピエゾ制御回路９に、任意の出
力信号をフィードバックする回路である。その出力信号
に対応して、微動用Ｚ軸ピエゾ制御回路により、微動用
Ｚ軸ピエゾの伸縮を実施し、トンネル電流を一定にする
。従って、サーボ制御回路の出力信号は、微動用Ｚ軸ピ
エゾの変位に対応している。この信号をディジタル化し
、ＣＰＵバス１３により、Ｅ．Ｗ．Ｓ１２ に転送し、
そのディスプレーに表示すれば、試料表面の凹凸情報を
観察することが可能となる。ここで、Ｘ，Ｙ走査回路１
０は、探針を二次元に走査するための回路である。また
、これらの全ての回路は、エンジニアリング ワーク
ステーションＥＷＳ１２によりコントロールしている。
に、試料面に試直方向をＺ軸とし、試料面に水平方向を
各々Ｘ，Ｙ軸とするのが一般的である。そして、測定対
象試料６１と探針５とのギャップは、最初に粗動用Ｚ軸
ピエゾ制御回路１１により、粗動用Ｚ軸ピエゾを動作さ
せ、探針を試料にトンネル領域まで接近させる。ここで
、試料と探針間に任意の電圧を印加することにより、試
料と探針間に数ｎＡのトンネル電流が流れる。このトン
ネル電流は、試料と探針とのギャップの関数になってい
るため、トンネル電流が一定となるように、微動用Ｚ軸
ピエゾ２にフィードバック制御を実施すれば、微動用Ｚ
軸ピエゾの変位から試料の凹凸情報を得ることができる
。従って、Ｘ軸ピエゾ３，Ｙ軸ピエゾ４を使って、探針
を二次元に走査すれば、試料表面の三次元情報を得るこ
とができる。以上の原理を基づいて、トンネル電流検出
回路７は、微小なトンネル電流を検出する回路，サーボ
制御回路８は、Ｐ（比例），Ｉ（積分）そして、Ｄ（微
分）要素を含んだ制御回路であり、トンネル電流が一定
となるよう、微動用Ｚ軸ピエゾ制御回路９に、任意の出
力信号をフィードバックする回路である。その出力信号
に対応して、微動用Ｚ軸ピエゾ制御回路により、微動用
Ｚ軸ピエゾの伸縮を実施し、トンネル電流を一定にする
。従って、サーボ制御回路の出力信号は、微動用Ｚ軸ピ
エゾの変位に対応している。この信号をディジタル化し
、ＣＰＵバス１３により、Ｅ．Ｗ．Ｓ１２ に転送し、
そのディスプレーに表示すれば、試料表面の凹凸情報を
観察することが可能となる。ここで、Ｘ，Ｙ走査回路１
０は、探針を二次元に走査するための回路である。また
、これらの全ての回路は、エンジニアリング ワーク
ステーションＥＷＳ１２によりコントロールしている。
【０００９】以上説明した走査型トンネル顕微鏡の構成
に、本発明は、図１に示すように、試料台６の上に、測
定対象試料６１と基準試料６２を設置した。本実施例で
は、基準試料として、ＨＯＰＧ上に、金あるいは、白金
を薄く蒸着したものを用いた。これらの蒸着粒子の大き
さは、数ｎｍから数十ｎｍで分布していることが分かっ
ている。従って、最初にこの蒸着粒子を正常探針のＳＴ
Ｍで測定し、得られたＳＴＭ像を基準のＳＴＭ像とする
。次に、測定対象試料をＳＴＭで測定し、ＳＴＭ像を得
る。最後に、もう一度基準試料のＳＴＭ像を得る。この
ＳＴＭ像と、最初に得られたＳＴＭ像を比較し、蒸着粒
子の大きさの分布が類似していること、及び、ＳＴＭ像
の質に変化無ければ、あいだで取得した測定対象試料の
ＳＴＭ像は正しいと評価できる。このことは測定中に探
針の先端形状になんら変化が無いといえる。このように
、測定対象試料が変わる毎に、また、測定位置が変わる
毎にこの手法を用いれば、ＳＴＭ像の正しい評価が出来
る。これは、探針の先端形状を評価していることに他な
らない。もし、上記基準試料の二枚のＳＴＭ像に著しい
変化が有れば、この探針の先端形状になんらかの変化が
発生したものとみなし、新しい探針に換えて再度測定す
ることが必要である。
に、本発明は、図１に示すように、試料台６の上に、測
定対象試料６１と基準試料６２を設置した。本実施例で
は、基準試料として、ＨＯＰＧ上に、金あるいは、白金
を薄く蒸着したものを用いた。これらの蒸着粒子の大き
さは、数ｎｍから数十ｎｍで分布していることが分かっ
ている。従って、最初にこの蒸着粒子を正常探針のＳＴ
Ｍで測定し、得られたＳＴＭ像を基準のＳＴＭ像とする
。次に、測定対象試料をＳＴＭで測定し、ＳＴＭ像を得
る。最後に、もう一度基準試料のＳＴＭ像を得る。この
ＳＴＭ像と、最初に得られたＳＴＭ像を比較し、蒸着粒
子の大きさの分布が類似していること、及び、ＳＴＭ像
の質に変化無ければ、あいだで取得した測定対象試料の
ＳＴＭ像は正しいと評価できる。このことは測定中に探
針の先端形状になんら変化が無いといえる。このように
、測定対象試料が変わる毎に、また、測定位置が変わる
毎にこの手法を用いれば、ＳＴＭ像の正しい評価が出来
る。これは、探針の先端形状を評価していることに他な
らない。もし、上記基準試料の二枚のＳＴＭ像に著しい
変化が有れば、この探針の先端形状になんらかの変化が
発生したものとみなし、新しい探針に換えて再度測定す
ることが必要である。
【００１０】なお、上記説明は、基準試料として、グラ
ファイト上に、金あるいは、白金を薄く蒸着したものを
用いたが、Ｓｉウェハーに金あるいは、白金を薄く蒸着
したものを用いても、まったく同じ様な形状の粒子を得
ることが出来る。また、これら蒸着粒子にこだわること
無く、あらかじめなんらかの手法で、三次元の形状が明
らかと成っている物を基準試料として採用しても良いこ
とは明らかである。
ファイト上に、金あるいは、白金を薄く蒸着したものを
用いたが、Ｓｉウェハーに金あるいは、白金を薄く蒸着
したものを用いても、まったく同じ様な形状の粒子を得
ることが出来る。また、これら蒸着粒子にこだわること
無く、あらかじめなんらかの手法で、三次元の形状が明
らかと成っている物を基準試料として採用しても良いこ
とは明らかである。
【００１１】以上の動作により、探針先端の形状が評価
できるため、正しいＳＴＭ像の解釈が出来る。
できるため、正しいＳＴＭ像の解釈が出来る。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば走査型トンネル顕微鏡の
探針先端形状を評価できるため、正しいＳＴＭ像が取得
できる走査型トンネル顕微鏡を提供する。
探針先端形状を評価できるため、正しいＳＴＭ像が取得
できる走査型トンネル顕微鏡を提供する。
【図１】本発明の一実施例の基本的な構成図である。
【符号の説明】
１…粗動用Ｚ軸ピエゾ、２…微動用Ｘ軸ピエゾ、３…Ｘ
軸ピエゾ、４…Ｙ軸ピエゾ、５…探針、６…試料、７…
トンネル電流検出回路、８…サーボ制御回路、９…微動
用Ｚ軸ピエゾ制御回路、１０…Ｘ，Ｙ走査回路、１１…
粗動用Ｚ軸ピエゾ制御回路、１２…ＥＷＳ、１３…ＣＰ
Ｕバス。
軸ピエゾ、４…Ｙ軸ピエゾ、５…探針、６…試料、７…
トンネル電流検出回路、８…サーボ制御回路、９…微動
用Ｚ軸ピエゾ制御回路、１０…Ｘ，Ｙ走査回路、１１…
粗動用Ｚ軸ピエゾ制御回路、１２…ＥＷＳ、１３…ＣＰ
Ｕバス。
Claims (4)
- 【請求項１】探針と試料のうち少なくとも１つを複数の
移動手段で支持し、探針と試料の相対位置をｎｍオーダ
に接近させ、トンネル電流を生じせしめ、かつ、探針で
試料面上を二次元に走査し、試料の三次元情報を観察す
る所謂、走査型トンネル顕微鏡において、測定試料の近
傍に探針評価用の基準試料を設置出来る構成としたこと
を特徴とする走査型トンネル顕微鏡の探針評価方法。 - 【請求項２】請求項１記載の走査型トンネル顕微鏡にお
いて、測定試料の測定の前後に、前記探針評価用の基準
試料を測定し、そのＳＴＭ像から探針の評価を実施する
ことを特徴とする走査型トンネル顕微鏡の探針評価方法
。 - 【請求項３】請求項１記載の走査型トンネル顕微鏡にお
いて、前記探針評価用の基準試料として、グラファイト
上の金あるいは白金の粒子を採用することを特徴とする
走査型トンネル顕微鏡の探針評価方法。 - 【請求項４】請求項１記載の走査型トンネル顕微鏡にお
いて、前記探針評価用の基準試料として、Ｓｉウエハー
上の金あるいは白金の粒子を採用することを特徴とする
走査型トンネル顕微鏡の探針評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9029091A JPH04320902A (ja) | 1991-04-22 | 1991-04-22 | 走査型トンネル顕微鏡の探針評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9029091A JPH04320902A (ja) | 1991-04-22 | 1991-04-22 | 走査型トンネル顕微鏡の探針評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04320902A true JPH04320902A (ja) | 1992-11-11 |
Family
ID=13994402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9029091A Pending JPH04320902A (ja) | 1991-04-22 | 1991-04-22 | 走査型トンネル顕微鏡の探針評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04320902A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JP2017219454A (ja) * | 2016-06-09 | 2017-12-14 | 住友金属鉱山株式会社 | 原子間力顕微鏡用探針の評価方法 |
-
1991
- 1991-04-22 JP JP9029091A patent/JPH04320902A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JP2017219454A (ja) * | 2016-06-09 | 2017-12-14 | 住友金属鉱山株式会社 | 原子間力顕微鏡用探針の評価方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6369385B1 (en) | Integrated microcolumn and scanning probe microscope arrays | |
| Rangelow et al. | Atomic force microscope integrated with a scanning electron microscope for correlative nanofabrication and microscopy | |
| JP2915554B2 (ja) | バリアハイト測定装置 | |
| CN111413519B (zh) | 多集成尖端扫描探针显微镜 | |
| JPH0734032B2 (ja) | 磁力測定装置及び方法 | |
| DE102017211957A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Untersuchen einer Messspitze eines Rastersondenmikroskops | |
| Müller et al. | Controlled structuring of mica surfaces with the tip of an atomic force microscope by mechanically induced local etching | |
| Comella et al. | The determination of the elastic modulus of microcantilever beams using atomic force microscopy | |
| Stauffenberg et al. | Tip-based nanofabrication below 40 nm combined with a nanopositioning machine with a movement range of Ø100 mm | |
| JPH04320902A (ja) | 走査型トンネル顕微鏡の探針評価方法 | |
| TWI847994B (zh) | 大面積的高速原子力輪廓測定儀 | |
| Satoh et al. | Multi-probe atomic force microscopy using piezoelectric cantilevers | |
| Holz et al. | Atomic force microscope integrated into a scanning electron microscope for fabrication and metrology at the nanometer scale | |
| JPH03122514A (ja) | 表面観察装置 | |
| JPH04301501A (ja) | 基準スケール板とその製造方法 | |
| JP4497665B2 (ja) | プローブの走査制御装置、該走査制御装置による走査型プローブ顕微鏡、及びプローブの走査制御方法、該走査制御方法による測定方法 | |
| Stauffenberg | High-precision tip-based nanofabrication and nanometrology in extended macroscopic working areas | |
| Schneir et al. | Scanning tunneling microscopy of optical surfaces | |
| Satoh et al. | Multi-Probe Atomic Force Microscopy Using Piezo-Resistive Cantilevers and Interaction between Probes | |
| Postek Jr et al. | Dimensional metrology at the nanometer level: combined SEM and PPM | |
| Virwani et al. | Current displacement (IZ) spectroscopy-based characterization of nanoscale electro machining (nano-EM) tools | |
| West | Inspecting Surfaces With a Sharp Stick: Scanning Probe Microscopy-Past, Present, and Future | |
| JPH04332803A (ja) | 走査型トンネル顕微鏡の探針評価方法 | |
| HK40033288A (en) | Multiple integrated tips scanning probe microscope | |
| JPH04127001A (ja) | 走査型トンネル顕微鏡 |