JPH11148942A - カンチレバーホルダー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】試料周辺の障害物に衝突しないカンチレバーホ
ルダーを提供する。 【解決手段】本カンチレバーホルダー１０は、原子間力
顕微鏡本体の圧電スキャナ６１の取付部６２に固定され
る平板状の顕微鏡側取付部１０ａ、試料台１１上の試料
に近づく方向(Ｚ軸方向)に延びたカンチレバー取付部１
０ｂを有している。カンチレバー６０の支持体部６０ｃ
は、カンチレバー取付部１０ｂの先端面に接着されてい
る。カンチレバー取付部１０ｂの先端付近の断面積は、
顕微鏡側取付部１０ａの面積よりも十分に小さくなって
いる。カンチレバー取付部材１０ｂの長さは、試料Ａの
周囲にある障害物Ｂの高さに応じて定めてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型プローブ顕
微鏡本体にカンチレバーを取り付けるためのカンチレバ
ーホルダーの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス等の微細な表面構造の計
測等には、原子レベルの高空間分解能を有する走査型プ
ローブ顕微鏡が用いられることが多い。例えば、図６
(ａ)に示すような、片持ちバネ６０ａの先端に設けられ
た探針６０ｂと試料Ａの表面との間に働く原子間力によ
る片持ちバネ６０ａのたわみを、光てこ法等の測定方法
で測定することによって、試料Ａの表面形状の像を得る
原子間力顕微鏡(ＡＦＭ:Atomic Force Microscope)は、
代表的な走査型プローブ顕微鏡の１つとして知られてい
る。以下、片持ちバネ６０ａ、探針６０ｂ、及び、片持
ちバネ６０ａの一端に固定された支持体部６０ｃを合わ
せて、カンチレバー６０と呼ぶこととする。

【０００３】ところで、この原子間力顕微鏡の圧電スキ
ャナ６１(例えば、チューブ型ピエゾスキャナ)の取付部
６２にカンチレバー６０を取り付けるためには、平板型
のカンチレバーホルダー６３が利用されている。具体的
には、図６(ｂ)に示すように、圧電スキャナ６１の取付
部６２に取り付けられているカンチレバーホルダー６３
に、２本の金属製ネジ６５と押え金具６４とによってカ
ンチレバー６０の支持体部６０ｃが固定されている。
尚、例えば、非接触状態の探針６０ｂと試料Ａとの間に
働く静電気力等を測定する場合等には、カンチレバーホ
ルダー６３に押え金具６４の両端部を固定している金属
製ネジ６５が、電圧印加用の端子として利用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
カンチレバーホルダー６３を使用した場合、凹部の底面
等に配置された試料Ａの表面形状の像が得られないこと
がある。その理由は、図７に示すように、カンチレバー
ホルダー６３若しくは押え金具６４が凹部の側壁Ｂのコ
ーナー部ｂに衝突してしまうため、凹部の底面に配置さ
れている試料Ａにまでカンチレバー６０の探針６０ｂを
到達させることができないことにある。

【０００５】このようなことから、上記従来のカンチレ
バーホルダー６３は、パッケージ内に搭載されているＩ
Ｃ等、凹部の内部に収容されている試料表面の観察に使
用するには不向きなものとされている。

【０００６】そこで、本発明は、試料周辺の障害物に衝
突しないカンチレバーホルダーを提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、カンチレバーと試料とを相対的に移動さ
せる走査型プローブ顕微鏡本体に、前記カンチレバーを
取り付けるためのカンチレバーホルダーにおいて、前記
走査型プローブ顕微鏡本体に固定される顕微鏡側取付部
と、前記カンチレバーを取り付けるためのカンチレバー
取付部とを有し、前記カンチレバー取付部は、前記顕微
鏡取付部から前記試料台に近づく方向に延びたことを特
徴とするカンチレバーホルダーを提供する。

【０００８】このように、試料に近づく方向に延びたカ
ンチレバー取付部を設けて、このカンチレバー取付部の
先端部分にカンチレバーを取り付けることによって、試
料にカンチレバーを接近させる際に、試料周辺にある障
害物と顕微鏡側取付部との衝突を防止することができる
(図３参照)。従って、図７に示したような、従来観察が
困難とされていた状態におかれている試料(例えば、パ
ッケージ内部のＩＣ等)の表面形状の像を得ることがで
きるようになる。

【０００９】尚、顕微鏡側取付部さえ規格寸法通りに設
計しておけば、既存の走査型プローブ顕微鏡本体側にそ
のまま取付け可能という利点もある。即ち、既存の走査
型プローブ顕微鏡本体側に何ら改造を要しないという利
点もある。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明に係る実施の一形態について説明する。

【００１１】まず、図１及び図２により、本実施の形態
に係るカンチレバーホルダーの基本構造について説明す
る。尚、ここでは、カンチレバー移動用の圧電スキャナ
を備えた原子間力顕微鏡本体への本発明の適用例を挙げ
て説明することとするが、このことは、それ以外の原子
間力顕微鏡本体、例えば、試料移動用の圧電スキャナを
備えた原子間力顕微鏡本体への本発明の適用の禁じるこ
とを意図したものではない。

【００１２】図１に示すように、本カンチレバーホルダ
ー１０は、原子間力顕微鏡本体の圧電スキャナ６１の取
付部６２に固定される平板型の顕微鏡側取付部１０ａ、
試料台１１上の試料に近づく方向(概ねＺ軸方向に沿う
方向)に延びたカンチレバー取付部１０ｂを有してい
る。そして、カンチレバー取付部１０ｂの先端面には、
図２に示すように、カンチレバー６０の支持体部６０ｃ
が接着剤によって接着されている。

【００１３】ここで顕微鏡側取付部１０ａを平板型にし
ているのは、既存の原子間力顕微鏡の取付部６２の規格
に合わせるために過ぎない。従って、万一、取付部６２
の規格に変更があった場合には、それに合わせて顕微鏡
側取付部１０ａの形状を変更すればよい。また、本実施
の形態では、柱状のカンチレバー取付部１０ｂを顕微鏡
側取付部１０ａに対して傾けているが、試料等の配置状
態に応じて顕微鏡側取付部１０ａに対してカンチレバー
取付部１０ｂをほぼ垂直に設けたり、カンチレバー取付
部１０ｂを屈折させる等、適宜の設計変更を行うことは
一向に差し支えない。

【００１４】また、後述の効果を確実に達成するために
は、カンチレバー取付部１０ｂの先端付近の断面積(ｔ₁
×ｔ₂)を、顕微鏡側取付部１０ａの面積(Ｔ₁×Ｔ₂)より
も十分に小さくすることが望ましい。但し、カンチレバ
ー取付部材１０ｂの先端面には、カンチレバー６０の支
持体部６０ｃを適当な強度で接着することができる必要
最小限の接着面積が確保されている必要がある。具体的
には、カンチレバー取付部材１０ｂの先端面に、カンチ
レバー６０の支持体部６０ｃの面積(通常、２ｍｍ×４
ｍｍ程度)とほぼ同程度の面積を確保しておけば十分で
ある。

【００１５】また、カンチレバー取付部材１０ｂの長さ
ｓは、試料Ａの周囲にある障害物の高さに応じて定める
ことが望ましい。例えば、凹部の内部に試料が収容され
ている場合には、その凹部の深さに応じた妥当な寸法と
すればよい。

【００１６】尚、このような形状を有するカンチレバー
ホルダー６０は、切削等の通常の機械加工によって一体
成形することができる。また、このカンチレバーホルダ
ー６０の形成材料としては、機械加工容易なアルミニウ
ム等を選択すればよい。

【００１７】このように、カンチレバー６０の支持体部
６０ｃと顕微鏡側取付部１０ａとの間にカンチレバー取
付部１０ｂを介在させたことによって、凹部の内部に収
容されている試料Ａ(例えば、パッケージ内部のＩＣ等)
を観察対象とする場合であっても、図３に示すように、
顕微鏡側取付部１０ａをカンチレバー取付部１０ｂの長
さの分だけ凹部Ｂのコーナー部ｂから逃がすことができ
るため、カンチレバーホルダー１０と凹部Ｂのコーナー
部ｂとの接触を防止することができる。即ち、このよう
な形状を有するカンチレバーホルダー１０を使用すれ
ば、凹部Ｂの底部にまでスムーズにカンチレバー６０全
体(即ち、片持ちバネ６０ａ、探針６０ｂ、支持体部６
０ｃ)を挿入することができるようになるため、従来観
察が非常に困難とされていた、凹部Ｂの内部に収容され
ている試料Ａの表面形状の像を得ることができるように
なる。尚、凹部Ｂの内部に収容されている試料Ａを観察
対象とする場合のみならず、ある程度の高さがある障害
物に囲まれているような試料Ａを観察対象とする場合で
あれば、このカンチレバーホルダー１０の使用は有益で
ある。

【００１８】ところで、本実施の形態では、カンチレバ
ーホルダー１０を一体成形することとしているが、必ず
しも、このようにする必要はない。例えば、図４に示す
ように、顕微鏡側取付部１０ａとカンチレバー取付部１
０ｂとをパーツ化し、これら２つのパーツを固定式継ぎ
手４０によって連結し、適当な本数(例えば、２本程度)
の固定ネジ４１で固定するようにしても構わない。この
ようにすれば、カンチレバー取付部１０ｂごとカンチレ
バー６０を交換することができるようになるため、一般
に熟練を要するとされているカンチレバー交換作業を簡
便化することができるという利点がある。また、より単
純な形状の部品１０ａ,１０ｂにパーツ化したことによ
って、一体成形するよりも加工が一層容易になるという
利点もある。

【００１９】また、本実施の形態では、カンチレバー取
付部材１０ｂの先端面にカンチレバー６０の支持体部６
０ｃを接着剤で接着することとしたが、必ずしも、この
ようにする必要はない。例えば、図５に示すように、カ
ンチレバー取付部材１０ｂの先端面と、この先端面に掛
け渡された押え部材５０との間に、カンチレバー６０の
支持体部６０ｃを挟み込んでから、押え部材５０の両端
部をカンチレバーホルダー１０の適当な位置に固定ネジ
５１で固定するようにしても構わない。この場合のカン
チレバー６０の交換は、固定ネジ５１を緩めて押え部材
５０がカンチレバーホルダー１０に仮止めされている状
態で行えばよい。そして、２本の固定用ネジ５１と押え
部材５０とを導電材料で形成しておけば、非接触状態の
探針１０ｂと試料Ａとの間に働く静電気力を測定する場
合等に、２本の固定用ネジ５１を、探針６０ｂと試料Ａ
との間への電圧印加用の端子として利用することもでき
る。あるいは、導電材料で形成された押え部材５０の両
端をカンチレバーホルダー１０に半田付けするようにし
ても同様である。

【００２０】尚、静電気力を測定する場合等には、探針
１０ｂと試料Ａとの間の浮遊容量の発生を防止する必要
があるため、カンチレバーホルダー１０を絶縁材料(例
えば、ポリカーボネート等)で形成することが望まし
い。

【００２１】

【発明の効果】本発明に係るカンチレバーホルダーによ
れば、試料周辺の障害物との衝突によって試料表面の観
察が妨げられるようなことがない。従って、例えば、凹
部の内部に収容されている試料等であっても、その表面
形状の像を得ることができる。

【００２２】尚、原子間力顕微鏡を表面観察装置として
使用する場合だけでなく、例えば、微細加工装置として
使用する場合、容器内部の生物試料の取扱に使用する場
合等であっても、本発明に係るカンチレバーホルダーの
使用が、カンチレバーホルダーと試料周辺の障害物との
衝突を避けることができる点において有利であることは
変らない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係るカンチレバーホル
ダーを原子間力顕微鏡本体に取り付けた状態を示した概
略図である。

【図２】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係るカンチレ
バーホルダーの正面図であり、(ｂ)は、その底面図であ
り、(ｃ)は、そのＡ−Ａ断面図である。

【図３】本発明の実施の一形態に係るカンチレバーホル
ダーの使用により得られる効果を説明するための図であ
る。

【図４】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係るカンチレ
バーホルダーの正面図であり、(ｂ)は、その底面図であ
り、(ｃ)は、その側面図である。

【図５】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係るカンチレ
バーホルダーの正面図であり、(ｂ)は、その底面図であ
り、(ｃ)は、その側面図である。

【図６】(ａ)は、従来のカンチレバーホルダーを原子間
力顕微鏡本体に取り付けた状態を示した概略図であり、
(ｂ)は、従来のカンチレバーホルダーにカンチレバーを
取り付けた状態を示した概略図である。

【図７】従来のカンチレバーホルダーを使用した場合の
問題点を説明するための図である。

【符号の説明】

１０…カンチレバーホルダー １０ａ…顕微鏡側取付部 １０ｂ…カンチレバー取付部 １１…試料台 ４０…固定式継ぎ手 ４１…固定ネジ ５０…押え金具 ５１…金属製固定ネジ ６０…カンチレバー ６０ａ…片持ちバネ ６０ｂ…探針 ６０ｃ…支持体部 ６１…圧電スキャナ ６２…圧電スキャナの取付部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カンチレバーと試料とを相対的に移動させ
   る走査型プローブ顕微鏡本体に、前記カンチレバーを取
   り付けるためのカンチレバーホルダーにおいて、 前記走査型プローブ顕微鏡本体に固定される顕微鏡側取
   付部と、 前記カンチレバーを取り付けるためのカンチレバー取付
   部とを有し、 前記カンチレバー取付部は、前記顕微鏡取付部から前記
   試料に近づく方向に延びたことを特徴とするカンチレバ
   ーホルダー。
2. 【請求項２】請求項１記載のカンチレバーホルダーであ
   って、 前記カンチレバー取付部は、前記顕微鏡側取付部に対し
   て着脱可能であることを特徴とするカンチレバーホルダ
   ー。
3. 【請求項３】請求項１または２記載のカンチレバーホル
   ダーであって、 前記カンチレバー取付部の先端面に前記カンチレバーを
   固定するための、導電性を有する押え部材を備えること
   を特徴とするカンチレバーホルダー。