JPH06281449A - 走査型プローブ顕微鏡装置 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡装置Info
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- JPH06281449A JPH06281449A JP5068343A JP6834393A JPH06281449A JP H06281449 A JPH06281449 A JP H06281449A JP 5068343 A JP5068343 A JP 5068343A JP 6834393 A JP6834393 A JP 6834393A JP H06281449 A JPH06281449 A JP H06281449A
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 73
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 18
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 14
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 探針の走査可能な範囲を超える領域の測定
を、測定像の合成を行うことなく、速やかに実施するこ
とができる走査型プローブ顕微鏡装置の提供。 【構成】 Ｘステージ１およびＹステージ２より成るＸ
Ｙステージ３上には試料４が載置されている。探針５は
微動機構６によりＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に駆動される。探針
５に生じるトンネル電流や原子間力等は検出器８で検出
される。ＸＹステージ３は試料４の測定対象領域をたど
る基準線（関数ｆ（ｘ、ｙ）で表される）に沿って駆動
され、このＸＹステージ３の移動中、探針５は微動機構
６により上記基準線を横切る方向に往復動せしめられ、
この往復動の間に測定が行われる。
を、測定像の合成を行うことなく、速やかに実施するこ
とができる走査型プローブ顕微鏡装置の提供。 【構成】 Ｘステージ１およびＹステージ２より成るＸ
Ｙステージ３上には試料４が載置されている。探針５は
微動機構６によりＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に駆動される。探針
５に生じるトンネル電流や原子間力等は検出器８で検出
される。ＸＹステージ３は試料４の測定対象領域をたど
る基準線（関数ｆ（ｘ、ｙ）で表される）に沿って駆動
され、このＸＹステージ３の移動中、探針５は微動機構
６により上記基準線を横切る方向に往復動せしめられ、
この往復動の間に測定が行われる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トンネル顕微鏡や原子
間力顕微鏡等を用いて試料の表面形状、電気特性、磁気
特性等を測定する走査型プローブ顕微鏡装置に関する。
間力顕微鏡等を用いて試料の表面形状、電気特性、磁気
特性等を測定する走査型プローブ顕微鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡は、先端の尖った
探針を試料に対してナノメートル（ｎｍ）オーダまで接
近させ、そのとき探針と試料との間に生じるトンネル電
流や原子間力を測定することにより、試料表面の形状、
電気特性、磁気特性等を計測する装置である。このよう
な走査型プローブ顕微鏡の走査範囲は最大でも数１００
μｍである。
探針を試料に対してナノメートル（ｎｍ）オーダまで接
近させ、そのとき探針と試料との間に生じるトンネル電
流や原子間力を測定することにより、試料表面の形状、
電気特性、磁気特性等を計測する装置である。このよう
な走査型プローブ顕微鏡の走査範囲は最大でも数１００
μｍである。
【０００３】図１０は走査型プローブ顕微鏡の基本構成
の側面図である。この図で、Ｘ、Ｙ、Ｚは座標軸を示す
（以下、各図において同じ）。１はＸ軸方向に駆動され
るＸステージ、２はＹ軸方向に駆動されるＹステージで
あり、これらでＸＹステージ３が構成される。４はＸＹ
ステージ３上に載置される測定対象試料、５は試料４と
対向する探針、６は探針５をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に微小変
位させる微動機構、７は測定開始時に探針５を試料４に
接近（Ｚ軸方向に移動）させるＺ軸機構である。８は探
針５と試料４との間に生じる現象（トンネル顕微鏡の場
合はトンネル電流、原子間力顕微鏡の場合は原子間力）
を検出する検出器を示す。
の側面図である。この図で、Ｘ、Ｙ、Ｚは座標軸を示す
（以下、各図において同じ）。１はＸ軸方向に駆動され
るＸステージ、２はＹ軸方向に駆動されるＹステージで
あり、これらでＸＹステージ３が構成される。４はＸＹ
ステージ３上に載置される測定対象試料、５は試料４と
対向する探針、６は探針５をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に微小変
位させる微動機構、７は測定開始時に探針５を試料４に
接近（Ｚ軸方向に移動）させるＺ軸機構である。８は探
針５と試料４との間に生じる現象（トンネル顕微鏡の場
合はトンネル電流、原子間力顕微鏡の場合は原子間力）
を検出する検出器を示す。
【０００４】図１１は図１０に示す微動機構６の斜視図
である。この図で、６０は円筒形状の圧電素子、６Ｘは
圧電素子６０の表面にＸ軸方向に対向して付された２つ
の電極、６Ｙは圧電素子６０の表面にＹ軸方向に対向し
て付された２つの電極、６Ｚは圧電素子６０の表面円周
に付された電極である。
である。この図で、６０は円筒形状の圧電素子、６Ｘは
圧電素子６０の表面にＸ軸方向に対向して付された２つ
の電極、６Ｙは圧電素子６０の表面にＹ軸方向に対向し
て付された２つの電極、６Ｚは圧電素子６０の表面円周
に付された電極である。
【０００５】次に、上記走査型プローブ顕微鏡の動作を
簡単に説明する。まず、ＸＹステージ３を駆動して試料
４の測定位置を探針５と対向する位置に移動させる。前
述のように、探針の走査範囲は数１００μｍであるの
で、試料４の測定位置と探針５とを目視により対向させ
ることはできない。このため、通常、光学顕微鏡が用い
られ、最初に試料４の測定位置を光学顕微鏡の視野内に
捉え、次いで、光学顕微鏡の視野の中心と探針５との間
の距離（既知）だけＸＹステージを移動させることによ
り両者を対向させる。
簡単に説明する。まず、ＸＹステージ３を駆動して試料
４の測定位置を探針５と対向する位置に移動させる。前
述のように、探針の走査範囲は数１００μｍであるの
で、試料４の測定位置と探針５とを目視により対向させ
ることはできない。このため、通常、光学顕微鏡が用い
られ、最初に試料４の測定位置を光学顕微鏡の視野内に
捉え、次いで、光学顕微鏡の視野の中心と探針５との間
の距離（既知）だけＸＹステージを移動させることによ
り両者を対向させる。
【０００６】この状態でＺ軸機構７を駆動して探針５を
試料４の測定位置に接近させてゆくと、両者間の距離が
ある距離に達したとき、検出器８でトンネル電流、又は
原子間力が検出される。以後、微動機構６を駆動して探
針５による走査が行われる。この走査は、微動機構６の
電極６Ｘ、６Ｙに所定の電圧を印加することにより実行
される。この走査の間、微動機構６の電極６Ｚには、検
出器８の検出値が一定になるような電圧が印加される。
この電圧が走査型プローブ顕微鏡の測定値となる。
試料４の測定位置に接近させてゆくと、両者間の距離が
ある距離に達したとき、検出器８でトンネル電流、又は
原子間力が検出される。以後、微動機構６を駆動して探
針５による走査が行われる。この走査は、微動機構６の
電極６Ｘ、６Ｙに所定の電圧を印加することにより実行
される。この走査の間、微動機構６の電極６Ｚには、検
出器８の検出値が一定になるような電圧が印加される。
この電圧が走査型プローブ顕微鏡の測定値となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記走査型プローブ顕
微鏡は上述のように走査範囲が狭いので、広い範囲の測
定を行う場合には、複数の走査範囲の各測定像を合成す
る必要がある。これを図１２、１３に示す光ディスクを
例にとって説明する。図１２は光ディスクの平面図であ
る。この図で、Ｄは光ディスク、Ｔは光ディスクＤの円
周に沿って形成された多数のトラック、Ｐは各トラック
Ｔ間に形成された多数のピットを示し、各トラックＴお
よび各ピットＰは拡大して示されている。Ａは測定した
い領域を示し、この領域Ａの広さは走査範囲を超える広
さである。このように、測定領域が走査範囲を超える場
合、測定は複数回行われ、各測定の測定像が合成され
る。
微鏡は上述のように走査範囲が狭いので、広い範囲の測
定を行う場合には、複数の走査範囲の各測定像を合成す
る必要がある。これを図１２、１３に示す光ディスクを
例にとって説明する。図１２は光ディスクの平面図であ
る。この図で、Ｄは光ディスク、Ｔは光ディスクＤの円
周に沿って形成された多数のトラック、Ｐは各トラック
Ｔ間に形成された多数のピットを示し、各トラックＴお
よび各ピットＰは拡大して示されている。Ａは測定した
い領域を示し、この領域Ａの広さは走査範囲を超える広
さである。このように、測定領域が走査範囲を超える場
合、測定は複数回行われ、各測定の測定像が合成され
る。
【０００８】図１３は上記図１２に示す領域Ａの合成さ
れた測定像を示す図である。この図で、Δｘは走査範囲
のＸ軸方向の長さ、Δｙは走査範囲のＹ軸方向の長さを
示す。Ａ1 は１回の測定の走査範囲における測定像、Ａ
2 は隣接する走査範囲の測定像、Ａ3 はさらに隣接する
走査範囲の測定像である。Ｔ0 、Ｐ0 はそれぞれトラッ
クＴおよびピットＰの測定像を示す。
れた測定像を示す図である。この図で、Δｘは走査範囲
のＸ軸方向の長さ、Δｙは走査範囲のＹ軸方向の長さを
示す。Ａ1 は１回の測定の走査範囲における測定像、Ａ
2 は隣接する走査範囲の測定像、Ａ3 はさらに隣接する
走査範囲の測定像である。Ｔ0 、Ｐ0 はそれぞれトラッ
クＴおよびピットＰの測定像を示す。
【０００９】ところで、このような測定像の合成は、各
測定毎に光学顕微鏡や高精度変位計を用いた位置決めが
必要となり、測定自体に相当の時間を要し、さらに、合
成処理を行う場合も隣接する測定像どうしの位置合わせ
が面倒で精度確保難しく、かつ、相当の時間を要する。
又、試料表面の温度は変化し易く、測定は短時間で実施
しなければならないが、上記の理由により短時間での測
定は困難であり、この結果、測定像の精度が低下すると
いう問題を生じる。これらの問題は、光ディスクの測定
だけでなく、半導体素子等種々の試料の測定において発
生する。
測定毎に光学顕微鏡や高精度変位計を用いた位置決めが
必要となり、測定自体に相当の時間を要し、さらに、合
成処理を行う場合も隣接する測定像どうしの位置合わせ
が面倒で精度確保難しく、かつ、相当の時間を要する。
又、試料表面の温度は変化し易く、測定は短時間で実施
しなければならないが、上記の理由により短時間での測
定は困難であり、この結果、測定像の精度が低下すると
いう問題を生じる。これらの問題は、光ディスクの測定
だけでなく、半導体素子等種々の試料の測定において発
生する。
【００１０】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、合成処理を必要とすることなく、走査範囲
を超える広い範囲の測定を迅速に行うことができる走査
型プローブ顕微鏡装置を提供することにある。
題を解決し、合成処理を必要とすることなく、走査範囲
を超える広い範囲の測定を迅速に行うことができる走査
型プローブ顕微鏡装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、試料をＸ軸およびＹ軸方向に移動させる
ＸＹステージと、前記試料と対向する探針と、この探針
をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に移動させる微動機構と、
この微動機構のＺ軸方向の移動に基づいて前記試料表面
の情報を得る計測部とを備えた走査型プローブ顕微鏡装
置において、前記ＸＹステージを所定の基準線に沿って
移動させるステージ駆動手段と、このステージ駆動手段
により前記ＸＹステージが移動するとき前記微動機構を
前記探針が前記基準線を横切る方向に移動させる微動機
構駆動手段とを設けたことを特徴とする。
め、本発明は、試料をＸ軸およびＹ軸方向に移動させる
ＸＹステージと、前記試料と対向する探針と、この探針
をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に移動させる微動機構と、
この微動機構のＺ軸方向の移動に基づいて前記試料表面
の情報を得る計測部とを備えた走査型プローブ顕微鏡装
置において、前記ＸＹステージを所定の基準線に沿って
移動させるステージ駆動手段と、このステージ駆動手段
により前記ＸＹステージが移動するとき前記微動機構を
前記探針が前記基準線を横切る方向に移動させる微動機
構駆動手段とを設けたことを特徴とする。
【００１２】
【作用】試料を載置したＸＹステージは、予め定められ
た基準線に沿って間歇的に移動せしめられ、又は連続し
て低速で移動せしめられる。この移動中、微動機構は探
針を、上記基準線を横切って移動させ、計測部は当該探
針の移動により測定像を採取する。
た基準線に沿って間歇的に移動せしめられ、又は連続し
て低速で移動せしめられる。この移動中、微動機構は探
針を、上記基準線を横切って移動させ、計測部は当該探
針の移動により測定像を採取する。
【００１３】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図１は本発明の実施例に係る走査型プローブ顕微
鏡の斜視図である。図１で、図１０に示す部分と同一又
は等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。９
は探針５、微動機構６、Ｚ軸機構７および検出器８を支
持するブリッジである。ブリッジ９には光学顕微鏡も支
持されるが、その図示は省略されている。ｖ（ｘ）、ｖ
（ｙ）、ｖ（ｚ）はそれぞれ微動機構６に与えられる
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の移動指令値、Ｓ（ｚ）はＺ軸機構７
に与えられる指令値、Ｓ（ｘ）、Ｓ（ｙ）はＸＹステー
ジ３への指令値、Ｂは検出器８の検出値を示す。又、ｆ
（ｘ、ｙ）は、例えば光ディスクＤにおけるトラックＴ
のような、探針５が測定すべき領域に沿う軌跡の関数を
表し、Ｃは当該軌跡の始点、Ｅは探針５の移動軌跡を示
す。なお、上記各指令値は図示しないコントローラから
出力され、又、検出値Ｂは当該コントローラに入力され
る。このコントローラについては後述する。
する。図１は本発明の実施例に係る走査型プローブ顕微
鏡の斜視図である。図１で、図１０に示す部分と同一又
は等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。９
は探針５、微動機構６、Ｚ軸機構７および検出器８を支
持するブリッジである。ブリッジ９には光学顕微鏡も支
持されるが、その図示は省略されている。ｖ（ｘ）、ｖ
（ｙ）、ｖ（ｚ）はそれぞれ微動機構６に与えられる
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の移動指令値、Ｓ（ｚ）はＺ軸機構７
に与えられる指令値、Ｓ（ｘ）、Ｓ（ｙ）はＸＹステー
ジ３への指令値、Ｂは検出器８の検出値を示す。又、ｆ
（ｘ、ｙ）は、例えば光ディスクＤにおけるトラックＴ
のような、探針５が測定すべき領域に沿う軌跡の関数を
表し、Ｃは当該軌跡の始点、Ｅは探針５の移動軌跡を示
す。なお、上記各指令値は図示しないコントローラから
出力され、又、検出値Ｂは当該コントローラに入力され
る。このコントローラについては後述する。
【００１４】次に、本実施例の測定原理を図２〜図６の
測定動作を示す図を参照して説明する。図２は関数ｆ
（ｘ、ｙ）で表される上記軌跡（以下、基準線という）
が直線の場合、即ち、ｆ（ｘ、ｙ）＝ｘの場合の測定動
作を示す図である。この図で、Ｃは基準線の始点、１１
は探針５の相対的軌跡を示す。まず、前述のように光学
顕微鏡等を用いて探針５と始点Ｃとを対向させ、Ｚ軸機
構７により探針５を、検出器８の検出値が所定値になる
まで始点Ｃに接近させた後測定を開始する。
測定動作を示す図を参照して説明する。図２は関数ｆ
（ｘ、ｙ）で表される上記軌跡（以下、基準線という）
が直線の場合、即ち、ｆ（ｘ、ｙ）＝ｘの場合の測定動
作を示す図である。この図で、Ｃは基準線の始点、１１
は探針５の相対的軌跡を示す。まず、前述のように光学
顕微鏡等を用いて探針５と始点Ｃとを対向させ、Ｚ軸機
構７により探針５を、検出器８の検出値が所定値になる
まで始点Ｃに接近させた後測定を開始する。
【００１５】最初に、指令値ｖ（ｙ）により探針５をＹ
軸負方向に微小距離Δｈ／２だけ移動させ、この移動の
間に、指令値ｖ（ｚ）に基づく測定値を得る。次に、指
令値Ｓ（ｘ）によりＸステージ１を微小距離ΔｉだけＸ
軸方向に移動させた後その移動を停止する。次いで、指
令値ｖ（ｙ）により探針５をＹ軸正方向に微小距離Δｈ
だけ移動させ測定を行う。さらに、指令値Ｓ（ｙ）によ
りＸステージ１を軸方向に微小距離Δｉだけ移動させて
停止し、その後で探針５をＹ軸負方向に微小距離Δｈだ
け移動させて測定を行う。この移動は基準線を直交方向
に横切る移動となる。なお、上記微小距離Δｉは、探針
５が試料４の表面に存在する凸部に衝突するのを避ける
ことができる距離、例えば１ｎｍ程度に選定される。
軸負方向に微小距離Δｈ／２だけ移動させ、この移動の
間に、指令値ｖ（ｚ）に基づく測定値を得る。次に、指
令値Ｓ（ｘ）によりＸステージ１を微小距離ΔｉだけＸ
軸方向に移動させた後その移動を停止する。次いで、指
令値ｖ（ｙ）により探針５をＹ軸正方向に微小距離Δｈ
だけ移動させ測定を行う。さらに、指令値Ｓ（ｙ）によ
りＸステージ１を軸方向に微小距離Δｉだけ移動させて
停止し、その後で探針５をＹ軸負方向に微小距離Δｈだ
け移動させて測定を行う。この移動は基準線を直交方向
に横切る移動となる。なお、上記微小距離Δｉは、探針
５が試料４の表面に存在する凸部に衝突するのを避ける
ことができる距離、例えば１ｎｍ程度に選定される。
【００１６】このような動作を繰り返すことにより、探
針５は相対的に図示の軌跡１１を描くこととなり、この
軌跡は必要なだけ連続させることができるので、結局、
Ｘ軸方向の軌跡に沿う広い範囲の領域の測定を、探針５
の位置決めを行うことなく、速やかに実施することがで
きる。
針５は相対的に図示の軌跡１１を描くこととなり、この
軌跡は必要なだけ連続させることができるので、結局、
Ｘ軸方向の軌跡に沿う広い範囲の領域の測定を、探針５
の位置決めを行うことなく、速やかに実施することがで
きる。
【００１７】図３は基準線が円弧の場合の測定動作を示
す図である。図で、Ｃは基準線の始点、Ｏは円弧の原
点、ｒは円弧の曲率半径を示す。この場合、指令値Ｓ
（ｘ）、Ｓ（ｙ）によりＸステージ１およびＹステージ
２が同時に移動して円弧の基準線を、微小距離Δｉずつ
間歇的に描き、探針５はＸＹステージ３の停止毎に、指
令値ｖ（ｘ）、ｖ（ｙ）により当該円弧に対して直交す
る方向に微小距離Δｈだけ交互に往復移動して測定を行
う。この場合、探針５は図示の軌跡１１を描き、図２に
示す場合と同様の効果を奏する。
す図である。図で、Ｃは基準線の始点、Ｏは円弧の原
点、ｒは円弧の曲率半径を示す。この場合、指令値Ｓ
（ｘ）、Ｓ（ｙ）によりＸステージ１およびＹステージ
２が同時に移動して円弧の基準線を、微小距離Δｉずつ
間歇的に描き、探針５はＸＹステージ３の停止毎に、指
令値ｖ（ｘ）、ｖ（ｙ）により当該円弧に対して直交す
る方向に微小距離Δｈだけ交互に往復移動して測定を行
う。この場合、探針５は図示の軌跡１１を描き、図２に
示す場合と同様の効果を奏する。
【００１８】図４は基準線がＸ軸方向の直線の場合の測
定動作を示す図であり、Ｃは基準線の始点である。図２
に示す測定動作では、指令値Ｓ（ｘ）がＸステージ１を
間歇的に移動させ、かつ、指令値ｖ（ｙ）が探針５を間
歇的に移動させる指令であったが、図４に示す測定動作
では、指令値Ｓ（ｘ）はＸステージ１を一定の低速で連
続して移動させる指令であり、指令値ｖ（ｙ）も探針５
を連続して往復動させる指令である。このような指令に
より、探針５は図示のように鋸歯状の軌跡１２を描くこ
ととなり、この場合も図２に示す場合と同様の効果を奏
する。
定動作を示す図であり、Ｃは基準線の始点である。図２
に示す測定動作では、指令値Ｓ（ｘ）がＸステージ１を
間歇的に移動させ、かつ、指令値ｖ（ｙ）が探針５を間
歇的に移動させる指令であったが、図４に示す測定動作
では、指令値Ｓ（ｘ）はＸステージ１を一定の低速で連
続して移動させる指令であり、指令値ｖ（ｙ）も探針５
を連続して往復動させる指令である。このような指令に
より、探針５は図示のように鋸歯状の軌跡１２を描くこ
ととなり、この場合も図２に示す場合と同様の効果を奏
する。
【００１９】なお、図４に示す測定動作において、Ｘス
テージ１を一定の低速で連続して移動させるには、通常
の駆動機構では困難であり、このため、静圧案内と電磁
モータの組合せによる摩擦駆動機構、又は、弾性案内と
圧電素子の組合せによる駆動機構等適宜の駆動機構が用
いられる。
テージ１を一定の低速で連続して移動させるには、通常
の駆動機構では困難であり、このため、静圧案内と電磁
モータの組合せによる摩擦駆動機構、又は、弾性案内と
圧電素子の組合せによる駆動機構等適宜の駆動機構が用
いられる。
【００２０】図５は基準線が図３に示す円弧と同一の円
弧である場合の測定動作を示す図であり、Ｃは基準線の
始点を示す。図３に示す測定動作では、指令値Ｓ
（ｘ）、Ｓ（ｙ）がＸＹステージ３を間歇的に移動さ
せ、かつ、指令値ｖ（ｘ）、ｖ（ｙ）が探針５を間歇的
に移動させる指令であったが、図４に示す測定動作で
は、指令値Ｓ（ｘ）、Ｓ（ｙ）はＸステージ１およびＹ
ステージ２を一定の低速で連続して同時に移動させる指
令であり、指令値ｖ（ｘ、）ｖ（ｙ）も探針５を連続し
て往復動させる指令である。このような指令により、探
針５は図示の軌跡１２を描くこととなり、図２に示す場
合と同様の効果を奏する。なお、この場合の駆動機構も
図４に示す測定動作の場合に用いられるものと同じ駆動
機構が用いられる。
弧である場合の測定動作を示す図であり、Ｃは基準線の
始点を示す。図３に示す測定動作では、指令値Ｓ
（ｘ）、Ｓ（ｙ）がＸＹステージ３を間歇的に移動さ
せ、かつ、指令値ｖ（ｘ）、ｖ（ｙ）が探針５を間歇的
に移動させる指令であったが、図４に示す測定動作で
は、指令値Ｓ（ｘ）、Ｓ（ｙ）はＸステージ１およびＹ
ステージ２を一定の低速で連続して同時に移動させる指
令であり、指令値ｖ（ｘ、）ｖ（ｙ）も探針５を連続し
て往復動させる指令である。このような指令により、探
針５は図示の軌跡１２を描くこととなり、図２に示す場
合と同様の効果を奏する。なお、この場合の駆動機構も
図４に示す測定動作の場合に用いられるものと同じ駆動
機構が用いられる。
【００２１】図６は基準線がＬ字型である場合の測定動
作を示す図である。この図で、１３は半導体回路を示
し、図の右端に示すように回路部分が凸状に形成されて
いる。点線１４は探針５の軌跡を示す。この図の測定動
作は、まず、指令値Ｓ（ｙ）によりＹステージ２が、
又、指令値ｖ（ｘ）により探針５が、それぞれ連続して
又は間歇的に移動せしめられ、位置Ｇに達すると今度
は、指令値Ｓ（ｘ）によりＸステージ１が、又、指令値
ｖ（ｙ）により探針５が、それぞれ連続して又は間歇的
に移動せしめられる。この測定動作の場合も、図２に示
す場合と同様の効果を奏する。
作を示す図である。この図で、１３は半導体回路を示
し、図の右端に示すように回路部分が凸状に形成されて
いる。点線１４は探針５の軌跡を示す。この図の測定動
作は、まず、指令値Ｓ（ｙ）によりＹステージ２が、
又、指令値ｖ（ｘ）により探針５が、それぞれ連続して
又は間歇的に移動せしめられ、位置Ｇに達すると今度
は、指令値Ｓ（ｘ）によりＸステージ１が、又、指令値
ｖ（ｙ）により探針５が、それぞれ連続して又は間歇的
に移動せしめられる。この測定動作の場合も、図２に示
す場合と同様の効果を奏する。
【００２２】図７は図１に示す走査型プローブ顕微鏡を
駆動するコントローラのブロック図である。この図で、
図１に示す部分と同一部分には同一符号が付してある。
１５はコントローラを示し、微動用コントローラ１５ａ
およびＸＹステージコントローラ１５ｂで構成されてい
る。ＸＹステージコントローラ１５ｂには、ＸＹステー
ジ３が描くべき基準線の関数ｆ（ｘ、ｙ）が予め入力さ
れる。このようなコントローラ１５の動作を図８および
図９を参照しながら説明する。
駆動するコントローラのブロック図である。この図で、
図１に示す部分と同一部分には同一符号が付してある。
１５はコントローラを示し、微動用コントローラ１５ａ
およびＸＹステージコントローラ１５ｂで構成されてい
る。ＸＹステージコントローラ１５ｂには、ＸＹステー
ジ３が描くべき基準線の関数ｆ（ｘ、ｙ）が予め入力さ
れる。このようなコントローラ１５の動作を図８および
図９を参照しながら説明する。
【００２３】図８は計測対象試料の一部の拡大斜視図、
図９は図８に示す試料の測定像を示す図である。図８で
４は試料、４０は試料４の表面を示す。４１は表面４０
に同一幅で形成された計測対象のＶ字型の溝であり、関
数ｆ（ｘ、ｙ）で表される基準線に沿って形成されてい
る。以下、上記の溝４１を、図３に示す場合と同じく間
歇的駆動により測定する場合の動作を説明する。
図９は図８に示す試料の測定像を示す図である。図８で
４は試料、４０は試料４の表面を示す。４１は表面４０
に同一幅で形成された計測対象のＶ字型の溝であり、関
数ｆ（ｘ、ｙ）で表される基準線に沿って形成されてい
る。以下、上記の溝４１を、図３に示す場合と同じく間
歇的駆動により測定する場合の動作を説明する。
【００２４】図３に示す場合と同じく、始点の位置決め
がなされ、探針５が駆動され、ＸＹステージ３が最初に
微小距離Δｉだけ移動した後、微動用コントローラ１５
ａは探針５を図８に示すように速度ベクトルｖ1 （ｘ
ｙ）で駆動する。この速度ベクトルｖ1 （ｘｙ）は、Ｘ
Ｙステージ３を上記の微小距離Δｉだけ移動したときに
ＸＹステージコントローラ１５ｂから出力される速度ベ
クトルＳ（ｘｙ）に基づいて、微動用コントローラ１５
ａで演算される。この演算された速度ベクトルｖ1 （ｘ
ｙ）に従って探針５を駆動させるため、微動機構６は図
８にベクトル図で示すように、速度ベクトルの指令値ｖ
1 （ｘ）、ｖ1 （ｙ）を出力する。
がなされ、探針５が駆動され、ＸＹステージ３が最初に
微小距離Δｉだけ移動した後、微動用コントローラ１５
ａは探針５を図８に示すように速度ベクトルｖ1 （ｘ
ｙ）で駆動する。この速度ベクトルｖ1 （ｘｙ）は、Ｘ
Ｙステージ３を上記の微小距離Δｉだけ移動したときに
ＸＹステージコントローラ１５ｂから出力される速度ベ
クトルＳ（ｘｙ）に基づいて、微動用コントローラ１５
ａで演算される。この演算された速度ベクトルｖ1 （ｘ
ｙ）に従って探針５を駆動させるため、微動機構６は図
８にベクトル図で示すように、速度ベクトルの指令値ｖ
1 （ｘ）、ｖ1 （ｙ）を出力する。
【００２５】この指令値ｖ1 （ｘ）、ｖ1 （ｙ）に従う
探針５の移動中、検出器８の検出値は微動用コントロー
ラ１５ａに入力され、これに応じた指令値ｖ（ｚ）が出
力されて測定像が得られる。この測定像が図９の符号４
０Ｊ1 、４１Ｊ1 で示されている。４０Ｊ1 は試料４の
表面４０の測定像、４１Ｊ1 は溝４１の測定像である。
なお、Ｋ1 は測定像の特徴点、この場合溝４１の開始点
を示す。一方、ＸＹステージコントローラ１５ｂも検出
器８の検出値を入力して測定像を得る。なお、この測定
像は微動機構６で得られる測定像を入力してもよい。
探針５の移動中、検出器８の検出値は微動用コントロー
ラ１５ａに入力され、これに応じた指令値ｖ（ｚ）が出
力されて測定像が得られる。この測定像が図９の符号４
０Ｊ1 、４１Ｊ1 で示されている。４０Ｊ1 は試料４の
表面４０の測定像、４１Ｊ1 は溝４１の測定像である。
なお、Ｋ1 は測定像の特徴点、この場合溝４１の開始点
を示す。一方、ＸＹステージコントローラ１５ｂも検出
器８の検出値を入力して測定像を得る。なお、この測定
像は微動機構６で得られる測定像を入力してもよい。
【００２６】次に、ＸＹステージコントローラ１５ｂは
関数ｆ（ｘ、ｙ）に沿う微小距離Δｉの移動を行うた
め、関数ｆ（ｘ、ｙ）に基づいて図９に破線で示す速度
ベクトルＳ1 （ｘｙ）を演算し、これに従ってＸＹステ
ージ３を駆動する指令値Ｓ（ｘ）、Ｓ（ｙ）を出力す
る。この指令値に従ってＸＹステージ３が移動した後停
止する。次いで、上記と同様にして、探針５が微動用コ
ントローラ１５ａの指令値により、図８に示すように速
度ベクトルｖ2 （ｘｙ）で移動し、図９に示す表面測定
像４０Ｊ2 と溝の測定像４１Ｊ2 を得る。
関数ｆ（ｘ、ｙ）に沿う微小距離Δｉの移動を行うた
め、関数ｆ（ｘ、ｙ）に基づいて図９に破線で示す速度
ベクトルＳ1 （ｘｙ）を演算し、これに従ってＸＹステ
ージ３を駆動する指令値Ｓ（ｘ）、Ｓ（ｙ）を出力す
る。この指令値に従ってＸＹステージ３が移動した後停
止する。次いで、上記と同様にして、探針５が微動用コ
ントローラ１５ａの指令値により、図８に示すように速
度ベクトルｖ2 （ｘｙ）で移動し、図９に示す表面測定
像４０Ｊ2 と溝の測定像４１Ｊ2 を得る。
【００２７】ここで、ＸＹステージコントローラ１５ｂ
は、前回の測定像、今回の測定像および前回演算した速
度ベクトルＳ1 （ｘｙ）に基づいて、当該速度ベクトル
Ｓ1（ｘｙ）の先端と今回の測定像における特徴点Ｋ2
との「ずれ」のベクトル（誤差ベクトル）を演算する。
もし、ＸＹステージ３の微小距離Δｉの移動が正確に関
数ｆ（ｘ、ｙ）に沿うものであれば、最初の測定像の特
徴点Ｋ1 からの速度ベクトルＳ1 （ｘｙ）の先端と次の
測定像の特徴点Ｋ2 とは一致するはずである。しかし、
図９に示す例の場合、両者には誤差ベクトルδＳ1 （ｘ
ｙ）が生じている。そこで、ＸＹステージコントローラ
１５ｂは当該誤差ベクトルδＳ1 （ｘｙ）を演算し、こ
の誤差分を補正して、図９に示すように、次の微小距離
Δｉの移動のための速度ベクトルＳ2 （ｘｙ）《＝Ｓ1
（ｘｙ）＋δＳ1 （ｘｙ）》の演算を行い、これに応じ
た指令値Ｓ（ｘ）、Ｓ（ｙ）を出力する。以下、同様の
処理が繰り返され、ＸＹステージ３は正確に与えられた
関数ｆ（ｘ、ｙ）に沿って移動してゆくことになる。な
お、基準線が図２、図４に示す直線のように単純な関数
で表される場合には誤差ベクトルの演算手段は必要では
ない。
は、前回の測定像、今回の測定像および前回演算した速
度ベクトルＳ1 （ｘｙ）に基づいて、当該速度ベクトル
Ｓ1（ｘｙ）の先端と今回の測定像における特徴点Ｋ2
との「ずれ」のベクトル（誤差ベクトル）を演算する。
もし、ＸＹステージ３の微小距離Δｉの移動が正確に関
数ｆ（ｘ、ｙ）に沿うものであれば、最初の測定像の特
徴点Ｋ1 からの速度ベクトルＳ1 （ｘｙ）の先端と次の
測定像の特徴点Ｋ2 とは一致するはずである。しかし、
図９に示す例の場合、両者には誤差ベクトルδＳ1 （ｘ
ｙ）が生じている。そこで、ＸＹステージコントローラ
１５ｂは当該誤差ベクトルδＳ1 （ｘｙ）を演算し、こ
の誤差分を補正して、図９に示すように、次の微小距離
Δｉの移動のための速度ベクトルＳ2 （ｘｙ）《＝Ｓ1
（ｘｙ）＋δＳ1 （ｘｙ）》の演算を行い、これに応じ
た指令値Ｓ（ｘ）、Ｓ（ｙ）を出力する。以下、同様の
処理が繰り返され、ＸＹステージ３は正確に与えられた
関数ｆ（ｘ、ｙ）に沿って移動してゆくことになる。な
お、基準線が図２、図４に示す直線のように単純な関数
で表される場合には誤差ベクトルの演算手段は必要では
ない。
【００２８】このように、本実施例では、測定対象領域
に沿う基準線の軌跡に沿ってＸＹステージを移動させ、
その移動中に探針を当該基準線を横切るように往復動さ
せて測定を行うようにしたので、探針の走査可能な範囲
を超える領域の測定を、測定像の合成を行うことなく、
速やかに実施することができる。又、ＸＹステージの移
動を測定像に基づいて制御するようにしたので、基準線
が直線でない場合でもＸＹステージを基準線に沿って正
確に移動させることができる。
に沿う基準線の軌跡に沿ってＸＹステージを移動させ、
その移動中に探針を当該基準線を横切るように往復動さ
せて測定を行うようにしたので、探針の走査可能な範囲
を超える領域の測定を、測定像の合成を行うことなく、
速やかに実施することができる。又、ＸＹステージの移
動を測定像に基づいて制御するようにしたので、基準線
が直線でない場合でもＸＹステージを基準線に沿って正
確に移動させることができる。
【００２９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では、ＸＹス
テージを所定の基準線に沿って移動させ、ＸＹステージ
が移動するとき、微動機構を、探針が当該基準線を横切
る方向に移動させるようにしたので、探針の走査可能な
範囲を超える領域の測定を、測定像の合成を行うことな
く、速やかに実施することができる。
テージを所定の基準線に沿って移動させ、ＸＹステージ
が移動するとき、微動機構を、探針が当該基準線を横切
る方向に移動させるようにしたので、探針の走査可能な
範囲を超える領域の測定を、測定像の合成を行うことな
く、速やかに実施することができる。
【図１】本発明の実施例に係る走査型プローブ顕微鏡の
斜視図である。
斜視図である。
【図２】図１に示す走査型プローブ顕微鏡の測定動作の
説明図である。
説明図である。
【図３】図１に示す走査型プローブ顕微鏡の測定動作の
説明図である。
説明図である。
【図４】図１に示す走査型プローブ顕微鏡の測定動作の
説明図である。
説明図である。
【図５】図１に示す走査型プローブ顕微鏡の測定動作の
説明図である。
説明図である。
【図６】図１に示す走査型プローブ顕微鏡の測定動作の
説明図である。
説明図である。
【図７】図１に示す走査型プローブ顕微鏡の測定動作を
制御するコントローラのブロック図である。
制御するコントローラのブロック図である。
【図８】測定対象試料の一部の拡大斜視図である。
【図９】図８に示す試料の測定像を示す図である。
【図１０】従来の走査型プローブ顕微鏡の側面図であ
る。
る。
【図１１】図１０に示す微動機構の斜視図である。
【図１２】光ディスクの平面図である。
【図１３】図１２に示す光ディスクの一部の測定像を示
す図である。
す図である。
３ ＸＹステージ ４ 試料 ５ 探針 ６ 微動機構 ８ 検出器 ｖ（ｘ）、ｖ（ｙ）、ｖ（ｚ）、Ｓ（ｘ）、Ｓ（ｙ）
指令値
指令値
Claims (5)
- 【請求項１】 試料をＸ軸およびＹ軸方向に移動させる
ＸＹステージと、前記試料と対向する探針と、この探針
をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に移動させる微動機構と、
この微動機構のＺ軸方向の移動に基づいて前記試料表面
の情報を得る計測部とを備えた走査型プローブ顕微鏡装
置において、前記ＸＹステージを所定の基準線に沿って
移動させるステージ駆動手段と、このステージ駆動手段
により前記ＸＹステージが移動するとき前記微動機構を
前記探針が前記基準線を横切る方向に移動させる微動機
構駆動手段とを設けたことを特徴とする走査型プローブ
顕微鏡装置。 - 【請求項２】 請求項１において、前記ステージ駆動手
段は、前記ＸＹステージを前記基準線に沿って所定の微
小距離ずつ間歇駆動させることを特徴とする走査型プロ
ーブ顕微鏡装置。 - 【請求項３】 請求項１において、前記ステージ駆動手
段は、前記ＸＹステージを前記基準線に沿って所定の低
速で連続駆動させることを特徴とする走査型プローブ顕
微鏡装置。 - 【請求項４】 請求項１において、前記ステージ駆動手
段は、前記計測部の情報に基づいて前記基準線からのず
れを修正する修正手段を備えていることを特徴とする走
査型プローブ顕微鏡装置。 - 【請求項５】 請求項１において、前記微動機構駆動手
段は、前記探針を前記基準線と直交する方向に駆動させ
ることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05068343A JP3137796B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 走査型プローブ顕微鏡装置およびこれを用いた測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05068343A JP3137796B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 走査型プローブ顕微鏡装置およびこれを用いた測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06281449A true JPH06281449A (ja) | 1994-10-07 |
| JP3137796B2 JP3137796B2 (ja) | 2001-02-26 |
Family
ID=13371104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05068343A Expired - Fee Related JP3137796B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 走査型プローブ顕微鏡装置およびこれを用いた測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3137796B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6278113B1 (en) | 1998-01-27 | 2001-08-21 | Hitachi Construction Machinery Co, Ltd. | Scanning probe microscope |
| US6548796B1 (en) | 1999-06-23 | 2003-04-15 | Regents Of The University Of Minnesota | Confocal macroscope |
-
1993
- 1993-03-26 JP JP05068343A patent/JP3137796B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6278113B1 (en) | 1998-01-27 | 2001-08-21 | Hitachi Construction Machinery Co, Ltd. | Scanning probe microscope |
| US6548796B1 (en) | 1999-06-23 | 2003-04-15 | Regents Of The University Of Minnesota | Confocal macroscope |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3137796B2 (ja) | 2001-02-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081208 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091208 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |