JPH07248332A - 表面観察方法及び装置 - Google Patents
表面観察方法及び装置Info
- Publication number
- JPH07248332A JPH07248332A JP6771894A JP6771894A JPH07248332A JP H07248332 A JPH07248332 A JP H07248332A JP 6771894 A JP6771894 A JP 6771894A JP 6771894 A JP6771894 A JP 6771894A JP H07248332 A JPH07248332 A JP H07248332A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- probe
- sample
- shape
- standard sample
- observing
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- 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.)
- Withdrawn
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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】 探針の先端の縦方向において直交する２つの
断面のみではなく任意の縦方向の断面形状を測定できる
ようにする。 【構成】 走査型トンネル顕微鏡において、標準試料台
６上の微小な球形状の標準試料である金コロイド粒子６
ａを探針１により計測する。金コロイド粒子６ａに対し
て探針１がどの方向からトレースしても、そのトレース
する金コロイド粒子６ａの断面はほぼ円形となるので、
その計測結果をシミュレーション結果と比較することに
より、探針１の３次元形状を高精度に測定することがで
き、顕微鏡の測定精度の把握及び測定精度の向上が可能
になる。
断面のみではなく任意の縦方向の断面形状を測定できる
ようにする。 【構成】 走査型トンネル顕微鏡において、標準試料台
６上の微小な球形状の標準試料である金コロイド粒子６
ａを探針１により計測する。金コロイド粒子６ａに対し
て探針１がどの方向からトレースしても、そのトレース
する金コロイド粒子６ａの断面はほぼ円形となるので、
その計測結果をシミュレーション結果と比較することに
より、探針１の３次元形状を高精度に測定することがで
き、顕微鏡の測定精度の把握及び測定精度の向上が可能
になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば走査型トンネル
顕微鏡（ＳＴＭ）またはフォトントンネル顕微鏡あるい
は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等のように、探針と試料間
に作用する物理力を検出することにより試料表面形状を
観察する表面観察方法及び装置に関する。
顕微鏡（ＳＴＭ）またはフォトントンネル顕微鏡あるい
は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等のように、探針と試料間
に作用する物理力を検出することにより試料表面形状を
観察する表面観察方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の顕微鏡等における測定精度は、
探針の形状に依存する点が多い。そこで従来、特開平３
−１２２５１４号公報に記載のように、探針により四角
柱凸状のパターンを測定することによって、探針半径を
推測して探針形状を判定していた。
探針の形状に依存する点が多い。そこで従来、特開平３
−１２２５１４号公報に記載のように、探針により四角
柱凸状のパターンを測定することによって、探針半径を
推測して探針形状を判定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に記
載の従来の方法では、探針により四角柱状凸部をトレー
スして探針形状を判定しているので、図４（ａ）に示す
探針１の走査方向ｘ、ｙ方向の１つの断面形状（図４
（ｂ）、（ｃ））しか判らない。つまり、ｘ、ｙ断面以
外の探針１の形状は判らない問題点があった。ところ
が、観察すべき試料の表面形状は３次元であるため、探
針１のｘ、ｙ軸以外のあらゆる角度の断面形状が判らな
ければ、精度の良い測定はできないという問題があっ
た。
載の従来の方法では、探針により四角柱状凸部をトレー
スして探針形状を判定しているので、図４（ａ）に示す
探針１の走査方向ｘ、ｙ方向の１つの断面形状（図４
（ｂ）、（ｃ））しか判らない。つまり、ｘ、ｙ断面以
外の探針１の形状は判らない問題点があった。ところ
が、観察すべき試料の表面形状は３次元であるため、探
針１のｘ、ｙ軸以外のあらゆる角度の断面形状が判らな
ければ、精度の良い測定はできないという問題があっ
た。
【０００４】そこで本発明は、探針の先端の縦方向にお
いて直交する２つの断面のみではなく任意の縦方向の断
面形状を測定することができる表面観察方法及び装置を
提供することを目的とする。
いて直交する２つの断面のみではなく任意の縦方向の断
面形状を測定することができる表面観察方法及び装置を
提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、探針と試料間に作用する物理力を検出
することにより試料表面形状を観察する表面観察方法に
おいて、前記探針の形状を微小な球形状の標準試料を計
測することにより検出するものである。
めに、本発明は、探針と試料間に作用する物理力を検出
することにより試料表面形状を観察する表面観察方法に
おいて、前記探針の形状を微小な球形状の標準試料を計
測することにより検出するものである。
【０００６】また、本発明による表面観察装置は、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
針を前記試料表面に近接させる駆動手段と、前記探針と
前記試料間に作用する物理力を検出する検出手段と、前
記探針の形状を微小な球形状の標準試料を計測すること
により検出する探針形状検出手段とを備えたものであ
る。
と、表面検査すべき試料を搭載するステージと、前記探
針を前記試料表面に近接させる駆動手段と、前記探針と
前記試料間に作用する物理力を検出する検出手段と、前
記探針の形状を微小な球形状の標準試料を計測すること
により検出する探針形状検出手段とを備えたものであ
る。
【０００７】なお、前記表面観察方法及び表面観察装置
において、前記標準試料は金コロイド粒子であるのが好
ましい。
において、前記標準試料は金コロイド粒子であるのが好
ましい。
【０００８】
【作用】本発明においては、実際の測定試料の計測デー
タを正確に知るための探針の形状測定を、微小な球形状
の標準試料を計測することにより行う。すなわち、実際
の測定試料の計測に先立ち、または測定後に、金コロイ
ド粒子等の微小な球形状の標準試料を計測することによ
り、探針の先端形状を測定し、実際の測定試料から得ら
れたデータを補正することにより、正確な形状測定が行
える。標準試料として球形の試料を用いることにより、
探針の先端部における探針の軸を中心とするどの方向の
縦方向断面形状をも求めることができる。すなわち、ス
テージ上で探針を水平方向に移動させて標準試料の表面
をトレースする場合に、標準試料に対して探針が水平面
内のどの方向からトレースしても、そのトレースする標
準試料断面はほぼ円形となるので、出力結果を標準試料
の直径から求まる円形の理論値と比較することにより、
探針のそのトレースした方向の断面形状が求められる。
標準試料を複数の異なる方向にトレースした時の値を補
正値とし、実際の検査試料を測定するときには、求めら
れた値をこの補正値に基づいて補正することにより、検
査試料の正しい表面形状を観察できる。金コロイド粒子
はほぼ完全な球形が得られるので、標準試料として最適
である。
タを正確に知るための探針の形状測定を、微小な球形状
の標準試料を計測することにより行う。すなわち、実際
の測定試料の計測に先立ち、または測定後に、金コロイ
ド粒子等の微小な球形状の標準試料を計測することによ
り、探針の先端形状を測定し、実際の測定試料から得ら
れたデータを補正することにより、正確な形状測定が行
える。標準試料として球形の試料を用いることにより、
探針の先端部における探針の軸を中心とするどの方向の
縦方向断面形状をも求めることができる。すなわち、ス
テージ上で探針を水平方向に移動させて標準試料の表面
をトレースする場合に、標準試料に対して探針が水平面
内のどの方向からトレースしても、そのトレースする標
準試料断面はほぼ円形となるので、出力結果を標準試料
の直径から求まる円形の理論値と比較することにより、
探針のそのトレースした方向の断面形状が求められる。
標準試料を複数の異なる方向にトレースした時の値を補
正値とし、実際の検査試料を測定するときには、求めら
れた値をこの補正値に基づいて補正することにより、検
査試料の正しい表面形状を観察できる。金コロイド粒子
はほぼ完全な球形が得られるので、標準試料として最適
である。
【０００９】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
る。
【００１０】図１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
に固着され、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、筐体３に固定された案内機構５に
より図中Ｘ方向に移動可能に支持されており、移動ステ
ージ４上には標準試料台６と観察試料台７が載置されて
いる。標準試料台６には標準試料として金コロイド粒子
６ａが載せられ、観察試料台７には観察試料７ａが載せ
られている。
微鏡の概略図である。円筒型圧電素子２の一端は筐体３
に固着され、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、筐体３に固定された案内機構５に
より図中Ｘ方向に移動可能に支持されており、移動ステ
ージ４上には標準試料台６と観察試料台７が載置されて
いる。標準試料台６には標準試料として金コロイド粒子
６ａが載せられ、観察試料台７には観察試料７ａが載せ
られている。
【００１１】探針１と観察試料７ａ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を観察試料７ａ
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。
源８によりバイアス電圧をかけ、探針１を観察試料７ａ
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。
【００１２】トンネル電流が流れる距離まで接近した
時、探針１と観察試料７ａ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軸駆動回路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。
時、探針１と観察試料７ａ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軸駆動回路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。
【００１３】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が観察試料７ａ
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は観察試料７ａ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。
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が観察試料７ａ
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は観察試料７ａ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。
【００１４】移動ステージ４の上には観察試料７ａと並
んで標準試料である金コロイド粒子６ａが配置されてお
り、観察試料７ａ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、金コロイド粒子
６ａと観察試料７ａを交互に観察できるようになってい
る。
んで標準試料である金コロイド粒子６ａが配置されてお
り、観察試料７ａ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、金コロイド粒子
６ａと観察試料７ａを交互に観察できるようになってい
る。
【００１５】図２において、探針１の材質は、例えばシ
リコン、窒化珪素、タングステン等である。例えばサフ
ァイアからなる標準試料台６上に、球体の標準試料例え
ば金コロイド粒子６ａを固定して、探針１を介して金コ
ロイド粒子６ａの形状を測定する。金コロイド粒子６ａ
は予め電子顕微鏡で球形状を測定しておく。
リコン、窒化珪素、タングステン等である。例えばサフ
ァイアからなる標準試料台６上に、球体の標準試料例え
ば金コロイド粒子６ａを固定して、探針１を介して金コ
ロイド粒子６ａの形状を測定する。金コロイド粒子６ａ
は予め電子顕微鏡で球形状を測定しておく。
【００１６】図３（ａ）は、金コロイド粒子（半径ｒ＝
２．５ｎｍ±０．１ｎｍ）をシリコンの探針で測定した
例におけるＡＦＭ像の断面である。一方、図３（ｂ）
は、探針と金コロイド粒子が完全球体とし、その時の計
算による２つの球の接触した軌跡を示す測定シミュレー
ションである。
２．５ｎｍ±０．１ｎｍ）をシリコンの探針で測定した
例におけるＡＦＭ像の断面である。一方、図３（ｂ）
は、探針と金コロイド粒子が完全球体とし、その時の計
算による２つの球の接触した軌跡を示す測定シミュレー
ションである。
【００１７】探針先端半径ＲはＲ＝Ｘ2 ／（４・ｒ）で
Ｘを計測すれば求まる。図３（ａ）と図３（ｂ）の軌跡
を比較したところ、その差は０．１ｎｍであった。図３
は１断面であるが、図２に示すように球体の金コロイド
粒子６ａを測定しているため、図４に示すようにｘｙ軸
に対して任意の角度θをもつＡ軸方向にＸＹ走査回路で
金コロイド粒子６ａをトレースすることにより、探針１
の軸Ｚに対する任意の縦断面形状を測定することができ
る。従って、探針１の立体形状が正確に把握できる。本
実施例では、探針１の３次元形状を金コロイド粒子６ａ
の精度±０．１ｎｍと同じ±０．１ｎｍまでの精度で測
定できた。
Ｘを計測すれば求まる。図３（ａ）と図３（ｂ）の軌跡
を比較したところ、その差は０．１ｎｍであった。図３
は１断面であるが、図２に示すように球体の金コロイド
粒子６ａを測定しているため、図４に示すようにｘｙ軸
に対して任意の角度θをもつＡ軸方向にＸＹ走査回路で
金コロイド粒子６ａをトレースすることにより、探針１
の軸Ｚに対する任意の縦断面形状を測定することができ
る。従って、探針１の立体形状が正確に把握できる。本
実施例では、探針１の３次元形状を金コロイド粒子６ａ
の精度±０．１ｎｍと同じ±０．１ｎｍまでの精度で測
定できた。
【００１８】なお、上述した実施例では探針と試料間に
流れるトンネル電流を検出する走査型トンネル顕微鏡に
ついて説明したが、探針と試料間に作用する微小な力を
検出する例えば原子間力顕微鏡等でも同様に実施するこ
とができる。
流れるトンネル電流を検出する走査型トンネル顕微鏡に
ついて説明したが、探針と試料間に作用する微小な力を
検出する例えば原子間力顕微鏡等でも同様に実施するこ
とができる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
探針により微小な球形状の標準試料を計測することによ
って、探針の３次元形状を高精度に測定することができ
る。従って、例えば走査型トンネル顕微鏡またはフォト
ントンネル顕微鏡あるいは原子間力顕微鏡等において、
測定精度の正確な把握及び測定精度の大幅な向上が可能
になる。
探針により微小な球形状の標準試料を計測することによ
って、探針の３次元形状を高精度に測定することができ
る。従って、例えば走査型トンネル顕微鏡またはフォト
ントンネル顕微鏡あるいは原子間力顕微鏡等において、
測定精度の正確な把握及び測定精度の大幅な向上が可能
になる。
【図１】本発明の実施例における走査型トンネル顕微鏡
の概略図である。
の概略図である。
【図２】球体の標準試料を探針で測定している要部の拡
大図である。
大図である。
【図３】球体の標準試料の測定例とシミュレーションと
を比較する説明図である。
を比較する説明図である。
【図４】従来の探針形状の測定を示す要部の拡大図であ
る。
る。
１ 探針 ２ 円筒型圧電素子 ４ 移動ステージ ６ 標準試料台 ６ａ 金コロイド粒子 ７ 観察試料台 ７ａ 観察試料 ８ バイアス電源 ９ トンネル電流検知回路 １０ Ｚ軸駆動回路 １１ ＸＹ走査回路 １２ 画像処理回路
Claims (6)
- 【請求項１】 探針と試料間に作用する物理力を検出す
ることにより試料表面形状を観察する表面観察方法にお
いて、 前記探針の形状を微小な球形状の標準試料を計測するこ
とにより検出することを特徴とする表面観察方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の表面観察方法において、
前記標準試料は金コロイド粒子であることを特徴とする
表面観察方法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の表面観察方法に
おいて、前記物理力は前記探針と前記試料間に流れるト
ンネル電流であることを特徴とする表面観察方法。 - 【請求項４】 請求項１または２記載の表面観察方法に
おいて、前記物理力は前記探針と前記試料間に作用する
微小な力であることを特徴とする表面観察方法。 - 【請求項５】 探針と、表面検査すべき試料を搭載する
ステージと、前記探針を前記試料表面に近接させる駆動
手段と、前記探針と前記試料間に作用する物理力を検出
する検出手段と、前記探針の形状を微小な球形状の標準
試料を計測することにより検出する探針形状検出手段と
を備えたことを特徴とする表面観察装置。 - 【請求項６】 請求項５記載の表面観察装置において、
前記標準試料は金コロイド粒子であることを特徴とする
表面観察装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6771894A JPH07248332A (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 表面観察方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6771894A JPH07248332A (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 表面観察方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07248332A true JPH07248332A (ja) | 1995-09-26 |
Family
ID=13353023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6771894A Withdrawn JPH07248332A (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 表面観察方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07248332A (ja) |
-
1994
- 1994-03-11 JP JP6771894A patent/JPH07248332A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010605 |