JP2000009628A

JP2000009628A - 走査型仕事関数顕微鏡

Info

Publication number: JP2000009628A
Application number: JP10180338A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ide; 隆井手
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ＬＳＩ中の微細なｐｎ接合を観察可能とする顕
微鏡装置の提供。【解決手段】原子間力顕微鏡を用いて非接触で振動させ
ながら導電性カンチレバーを走査し、カンチレバーと試
料の間に流れるトンネル電流をカンチレバーの振動周波
数で検波し測定することで、トンネル電流の距離の微分
を求め、その信号から試料の局所的な仕事関数を求め
る。この仕事関数の空間分布はｐｎ接合の空間分布に相
当する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子間力顕微鏡に
関し、特にＬＳＩ（半導体集積回路）の微細なｐｎ接合
を観察可能とした顕微鏡及びその測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体内部のｐｎ接合を１ミクロンメー
トル以下の空間分解能で２次元的に観察あるいは測定す
ることが可能な手法として、従来より、原子間力顕微鏡
（「ＡＦＭ」ともいう）を応用した走査型容量顕微鏡
（「ＳＣＭ」ともいう）、ケルビン力顕微鏡（「ＫＰＦ
Ｍ」ともいう）が提案されている。

【０００３】このうち、ＳＣＭ法では、ＡＦＭの針を用
いて、局所的なＣＶ測定を行い、ｐｎ接合の分布を局所
的に測定する。

【０００４】ＫＰＦＭ法では、ＡＦＭの針を用いて、局
所的なケルビン法測定を行い、局所的な接触電位差測定
からｐｎ接合分布を測定する。

【０００５】また、ドーパント濃度にエッチング速度が
依存した化学エッチングを行い、そのエッチング形状を
顕微鏡測定しドーパント濃度分布を調べる手法も研究さ
れている。この形状観察には、通常、ＡＦＭや透過型電
子顕微鏡（ＴＥＭ）が利用されている。ＡＦＭ観察で
は、表面の３次元形状が観察できるため、エッチングさ
れた形状を直接観察することが可能である。一方、ＴＥ
Ｍ観察では、等厚干渉縞を観察することによって試料厚
さ変化からエッチング形状を見積もる。

【０００６】この他の手段として、ｐｎ接合測定ではな
いが、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を用いて、その
トンネル電流から、仕事関数変化を測定する試みも行わ
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の測定方法においては、ＳＴＭを除くいずれの方
法も、その分解能が１０ナノメートル以上であることか
ら、ｐｎ接合分布測定等、現在のＬＳＩデバイスの評価
技術として要求されているレベルには、達していない。

【０００８】そして、これら従来の方法において、その
空間分解能は、上記手法の性能によって制限されている
量ではなく、原理的に目標の１０ナノメートル以下とは
ならないのである。その理由を以下説明する。

【０００９】まず、上記ＳＣＭ及びＫＰＦＭ法について
説明すると、これらの方法は、測定に長距離相互作用を
利用している。ＳＣＭでは、電圧印加による空乏層幅の
変化を検出するが、この空乏層幅は、基本的にはクーロ
ン相互作用によって変化する。またＫＰＦＭでは、接触
電位差を調べるが、これも基本的にはクーロン相互作用
を利用した測定である。

【００１０】これらＳＣＭやＫＰＦＭ法で利用するクー
ロン相互作用は、その相互作用の大きさが距離に対して
反比例する。そして、このクーロン相互作用は、ＡＦＭ
針の先端部だけではなく、先端周辺からも働き、しかも
ＡＦＭ針の先端部に比べ、その周辺部の面積の方が広い
ため、この先端部周辺部からの影響が無視できない。つ
まり、これらＳＣＭとＫＰＦＭ法では、空間分解能は、
ＡＦＭ針の先端曲率半径程度となる。

【００１１】またＡＦＭのように、試料から受ける力を
検出して行う測定では、安定した測定には、ＡＦＭ針先
端の機械的な強度が必要とされており、このため、針先
端の曲率半径は１０ナノメートル以上である。すなわ
ち、これらＳＣＭやＫＰＦＭ法では、１０ナノメートル
以下の空間分解能を実現することは原理的に不可能であ
る。

【００１２】化学エッチング法では、そのエッチング形
状観察に、ＡＦＭやＴＥＭ法が用いられるが、これらの
観察手段では、原理的に、このエッチング形状を１０ナ
ノメートル以下の空間分解能で測定することは出来な
い。

【００１３】ＡＦＭでエッチング形状を調べる場合、エ
ッチング形状で傾斜した部分では、ＡＦＭ針の側面部が
試料から力を受けるため、エッチング領域全体では、Ａ
ＦＮＭ針の同一箇所で測定するのではなく、この結果、
空間分解能は、ＡＦＭが針先端の曲率半径程度になる。
このため、１０ナノメートル以下の空間分解能を実現す
ることは不可能である。

【００１４】またＴＥＭ観察で観察する等厚干渉縞の間
隔は試料厚さが約１５ナノメートル変化する毎に1本現
れる。エッチング形状の傾斜が４５度以下の場合、横方
向の間隔は約１５ナノメートル以上であり、１０ナノメ
ートル以下の分解能は達成できない。

【００１５】一方、エッチング形状の傾斜が４５度以上
の場合、エッチングが縦方向（試料厚さ方向）だけでな
く横方向に進む影響が大きくなるため、たとえ等厚干渉
縞の間隔が１０ナノメートルより小さくなっても、これ
は真の分布ではなく、１０ナノメートル以下の空間精度
を得ることは不可能である。

【００１６】ところで、ＳＴＭ法による仕事関数変化の
測定では、原理的に１ナノメートル以下の空間分解能を
達成することはできる。しかしながら、ＳＴＭ測定は、
絶縁体を含む試料では測定が出来ないため、絶縁体を含
むＬＳＩ等の半導体デバイスの測定には適用できない。

【００１７】したがって、本発明は、上記問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的は、絶縁物を含むＬ
ＳＩ構造内でｐｎ接合を好ましくは１０ナノメートル以
下の空間分解能で測定可能とする顕微鏡装置及び方法を
提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、導電性カンチレバーを備えた原子間力顕
微鏡を用い、導電性カンチレバーと対向する試料表面の
距離を振動させながら非接触で原子間力顕微鏡動作を行
い、前記試料と導電性カンチレバー間に流れるトンネル
電流の前記導電性カンチレバーと前記試料間の距離に対
する微分を測定し、前記微分値から前記試料表面の仕事
関数を測定する。

【００１９】本発明においては、導電性カンチレバーを
備えた原子間力顕微鏡を真空内に配設する。

【００２０】また本発明においては、走査型電子顕微鏡
を組み合わせ、前記試料表面を走査電子顕微鏡観察によ
って接触電位差を測定する領域を探し出すようにしても
よい。

【００２１】本発明において、試料と前記導電性カンチ
レバー間に流れるトンネル電流、および前記トンネル電
流の前記導電性カンチレバーと前記試料間の距離に対す
る微分信号とを同時に測定し、前記トンネル電流と前記
微分信号とから前記試料の局所的な導電性と前記試料表
面の仕事関数を測定する。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。本発明は、その好ましい実施の形態におい
て、導電性カンチレバーを備えた原子間力顕微鏡におい
て、導電性カンチレバーと対向する試料表面の距離を振
動させながら非接触で原子間力顕微鏡の走査を行い、該
試料と導電性カンチレバー間に流れるトンネル電流を、
導電性カンチレバーの振動周波数で検波して測定するこ
とで、トンネル電流の導電性カンチレバーと試料間の距
離に関する一階微分信号を測定し、該一階微分信号から
前記試料表面の仕事関数を測定する手段を備える。

【００２３】まず本発明の原理について説明する。本発
明は、非接触型の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて、
トンネル電流を測定し、そのトンネル電流の、試料とＡ
ＦＭ針の距離に対する微分を求め、局所的な仕事関数を
測定する。

【００２４】非接触ＡＦＭ法では、針を試料表面垂直方
向に微小な振幅で振動させながら行う方法が用いられ
る。本発明では、この振動によるトンネル電流の変動
を、振動と同期した成分だけを、ロックインアンプを用
いて検出することによって、トンネル電流の微分量を測
定することができる。

【００２５】このトンネル電流の微分は、仕事関数の平
方根と、トンネル電流の積に比例する量である。

【００２６】このため、試料と針の距離を一定に保って
走査するＡＦＭ測定では、原理的にトンネル電流は一定
であり、この微分量を測定することによって、仕事関数
の平方根に比例した量を測定できる。

【００２７】この仕事関数は、ｐｎ接合部で半導体中の
バンド構造と同様に変化するため、ＡＦＭ走査による仕
事関数の変化を測定することで、ｐｎ接合分布を測定す
ることができる。

【００２８】本発明においては、トンネル現象を利用す
るため、クーロン相互作用と異なり、針先端の１原子で
測定することが可能であり、１ナノメートル以下の空間
分解能が実現可能である。

【００２９】また、ＳＴＭではなく、非接触ＡＦＭを利
用しているため、絶縁体を含むＬＳＩのｐｎ接合も測定
可能である。

【００３０】本発明を適用した好ましい一実施の形態に
ついて説明すると、開放端側に針を有する導電性カンチ
レバーを備えた原子間力顕微鏡において、この導電性カ
ンチレバーを振動させる手段（図１の４）を備え、導電
性カンチレバーを所定周波数で振動させながら試料表面
と非接触で原子間力顕微鏡動作を行い、導電性カンチレ
バーが試料表面を走査する間、導電性カンチレバーの振
動中心と試料との距離が一定に保たれ、原子間力顕微鏡
の試料表面の走査の際に、導電性カンチレバーと試料間
に所定のバイアス電圧を印加するバイアス電圧供給手段
（図１の１１）と、バイアス電圧によって、導電性カン
チレバーと試料間に流れるトンネル電流を増幅して電圧
信号に変換する手段（図１の６）と、電圧信号を入力す
るとともに、導電性カンチレバーを振動させる手段（図
１の４）に供給する交流信号を参照信号として入力し、
該トンネル電流のうち、導電性カンチレバーの振動と同
期した成分を検出して出力する手段（図１の８）と、こ
の同期成分を取り込んで２乗演算を施し、原子間力顕微
鏡の走査信号をＸＹ成分としてマッピングすることで、
試料表面の仕事関数のマッピング情報を取得する手段
（図１の９）と、仕事関数のマッピングをｐｎ接合分布
を表わした画像として表示する手段（図１の１０）とを
備える。

【００３１】

【実施例】上記した本発明の実施の形態についてさらに
詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照
して詳細に説明する。

【００３２】［実施例１］本発明の第１の実施例につい
て説明する。図１は、本発明の第１の実施例の構成を示
すブロック図である。図１を参照すると、本発明の第１
の実施例は、導電性カンチレバーを備えた原子間力顕微
鏡において、開放端に針を有する導電性カンチレバー１
と対向する試料２の表面との距離を、導電性カンチレバ
ー１の共振周波数で振動させながら、非接触で原子間力
顕微鏡動作を行う。なお、図１において、３は試料２の
ＸＹＺ走査用の圧電素子、４は導電性カンチレバー１を
振動させるための圧電素子、５は非接触型原子間力顕微
鏡用の力センサー、６は電流増幅器（電流−電圧変換
器）、７は圧電素子４に電気信号を供給する発振器、８
はロックインアンプ、９は測定・制御コンピュータ、１
０は測定結果表示機器、である。

【００３３】導電性カンチレバー１が試料表面を走査す
る間に、導電性カンチレバー１の振動の中心と試料２と
の距離が常に一定に保たれる。

【００３４】この原子間力顕微鏡の走査の際に、導電性
カンチレバー１と試料２間にバイアス電圧用電源１１か
ら±１０ボルト以内の一定のバイアス電圧を印加し、電
流増幅器６を用いて、このバイアス電圧によって、導電
性カンチレバー１と試料２間に流れるトンネル電流を増
幅し電圧信号に変換する。

【００３５】この電圧信号をロックインアンプ８に入力
する。また、ロックインアンプ８の参照信号として、針
（導電性カンチレバー１の開放端側の針）を振動させて
いる、発振器７からの交流信号を用いる。

【００３６】ロックアンプ８により、トンネル電流のう
ち導電性カンチレバー１の振動と同期した成分だけが増
幅され、その振幅が出力される。

【００３７】ロックアンプ８からのこの同期成分は、ト
ンネル電流の試料２−導電性カンチレバー１間隔に対す
る一階微分信号に相当する。

【００３８】この信号をコンピュータ９に取り込み、例
えばディジタル信号に変換した上でコンピュータ９内で
２乗演算を行い、その量を、原子間力顕微鏡の走査信号
をＸＹ成分としてマッピングする。これによって試料表
面の仕事関数のマッピングすることが出来る。この仕事
関数のマッピングはｐｎ接合分布を表わした画像であ
る。

【００３９】［実施例２］次に本発明の第２の実施例に
ついて説明する。図２は、本発明の第２の実施例の構成
を示す図である。図２において、図１に示した要素と同
一又は同等の要素には同一の参照符号が付されている。
図２を参照すると、本発明の第２の実施例は、真空装置
１２内で、導電性カンチレバー１を備えた原子間力顕微
鏡において、導電性カンチレバー１と対向する試料２表
面の距離を、導電性カンチレバー１の共振周波数で振動
させながら、非接触で原子間力顕微鏡動作を行う。これ
により、導電性カンチレバー１が表面を走査する間に、
導電性カンチレバー１の振動の中心と試料２の距離が常
に一定に保たれる。

【００４０】この原子間力顕微鏡の走査の際に、導電性
カンチレバー１と試料２間にバイアス電圧用電源１１か
ら±１０ボルト以内の一定のバイアス電圧を印加し、電
流増幅器６を用いてこのバイアス電圧によって、導電性
カンチレバー１と試料２間に流れるトンネル電流を増幅
し、電圧信号に変換する。この電圧信号を、ロックイン
アンプ８に入力する。

【００４１】また、ロックインアンプ８の参照信号とし
て、針を振動させている、発振器７からの交流信号を用
いる。

【００４２】ロックアンプ８によりトンネル電流のうち
導電性カンチレバー１の振動と同期した成分だけが増幅
され、その振幅が出力される。この同期成分は、トンネ
ル電流の試料２−導電性カンチレバー１間隔に対する一
階微分信号に相当する。

【００４３】この信号をコンピュータ９に取り込み、コ
ンピュータ９内で２乗演算を行い、その量を、原子間力
顕微鏡の走査信号をＸＹ成分としてマッピングする。こ
れによって、試料表面の仕事関数のマッピングが出来
る。この仕事関数のマッピングはｐｎ接合分布を表わし
た画像である。

【００４４】本発明の第２の実施例においては、大気中
での測定に比べ、試料表面への付着物が少ないためトン
ネル電流へのノイズが少ない。

【００４５】［実施例３］次に本発明の第３の実施例に
ついて説明する。図３は、本発明の第３の実施例の構成
を示すブロック図である。図３において、図２に示した
要素と同一又は同等の要素には同一の参照符号が付され
ている。図３を参照すると、本発明の第３の実施例は、
真空装置１２内で導電性カンチレバー１を備えた原子間
力顕微鏡において、走査型電子顕微鏡を複合させた装置
であり、走査電子顕微鏡の電子銃１３から、電子ビーム
を照射し試料２からの２次電子を走査型電子顕微鏡用２
次電子検出器１４で検出することで、試料２を原子間力
顕微鏡の観察状態に設置した状態で、同一試料２を、走
査型電子顕微鏡で観察することができ、原子間力顕微鏡
の観察視野を、走査型電子顕微鏡の視野が完全にカバー
するように設置している。

【００４６】この配置により、走査型電子顕微鏡観察に
より広範囲から目的の観察場所を探すことができ、その
探した場所を、原子間力顕微鏡で測定することが可能と
なる。

【００４７】原子間力顕微鏡の導電性カンチレバー１と
対向する試料２表面の距離を、導電性カンチレバー１の
共振周波数で振動させながら非接触で原子間力顕微鏡動
作を行う。これにより、導電性カンチレバー１が表面を
走査する間に、導電性カンチレバー１の振動の中心と試
料２の距離が常に一定に保たれる。この原子間力顕微鏡
の走査の際に、導電性カンチレバー１と試料２間にバイ
アス電圧用電源１１から±１０ボルト以内の一定のバイ
アス電圧を印加し、電流増幅器６を用いて、このバイア
ス電圧によって導電性カンチレバー１と試料２間に流れ
るトンネル電流を増幅し電圧信号に変換し、この電圧信
号をロックインアンプ８に入力する。また、ロックイン
アンプ８の参照信号として針を振動させている、発振器
７からの交流信号を用いる。ロックアンプ８によりトン
ネル電流の導電性カンチレバー１の振動と同期した成分
だけが増幅され、その振幅が出力される。この同期成分
は、トンネル電流の試料２−導電性カンチレバー２間隔
に対する一階微分信号に相当する。

【００４８】この信号をコンピュータ９に取り込み、コ
ンピュータ内で２乗演算を行い、その量を原子間力顕微
鏡の走査信号をＸＹ成分としてマッピングする。これに
よって試料表面の仕事関数のマッピングが出来る。この
仕事関数のマッピングはｐｎ接合分布を表わした画像で
ある。

【００４９】［実施例４］次に本発明の第４の実施例に
ついて説明する。図４は、本発明の第４の実施例の構成
を示すブロック図である。図４において、図３に示した
要素と同一又は同等の要素には同一の参照符号が付され
ている。図４を参照すると、本発明の第４の実施例も、
前記第３の実施例と同様、真空装置１２内で導電性カン
チレバー１を備えた原子間力顕微鏡において、走査型電
子顕微鏡を複合させた装置である。

【００５０】走査電子顕微鏡の電子銃１３は試料２を原
子間力顕微鏡の観察状態に設置した状態で同一試料２を
走査型電子顕微鏡観察でき、原子間力顕微鏡の観察視野
を走査型電子顕微鏡の視野が完全にカバーするように設
置した。この配置により走査型電子顕微鏡観察により広
範囲から目的の観察場所を探すことができ、その探した
場所を原子間力顕微鏡測定することが可能である。

【００５１】原子間力顕微鏡の導電性カンチレバー１と
対向する試料２表面の距離を導電性カンチレバー１の共
振周波数で振動させながら非接触で原子間力顕微鏡動作
を行う。これにより導電性カンチレバー１が表面を走査
する間に、導電性カンチレバー１の振動の中心と試料２
の距離が常に一定に保たれる。この原子間力顕微鏡の走
査の際に、導電性カンチレバー１と試料２間に±１０ボ
ルト以内のバイアス電圧用電源１１から一定のバイアス
電圧を印加し、電流増幅器６を用いてこのバイアス電圧
によって導電性カンチレバー１と試料２間に流れるトン
ネル電流を増幅し電圧信号に変換し、この電圧信号をロ
ックインアンプ８に入力する。また、ロックインアンプ
８の参照信号として針を振動させている発振器７からの
交流信号を用いる。ロックインアンプ８によりトンネル
電流の導電性カンチレバー１の振動と同期した成分だけ
が増幅され、その振幅が出力される。この同期成分はト
ンネル電流の試料−カンチレバー間隔に対する一階微分
信号に相当する。

【００５２】原子間力顕微鏡で流れるトンネル電流を、
トンネル電流の１階微分信号と同時に、コンピュータ９
に取り込み、トンネル電流の１階微分信号を、トンネル
電流で除し、その結果を、コンピュータ９内で２乗演算
を行い、その量を原子間力顕微鏡の走査信号をＸＹ成分
としてマッピングする。これによって、試料１と導電性
カンチレバー１間の距離変動の影響を少なくした試料２
表面のより正確な仕事関数のマッピングが出来る。この
仕事関数のマッピングは、ｐｎ接合分布を表わした画像
である。これと同時に、トンネル電流も、別の画像に、
原子間力顕微鏡の走査信号をＸＹ成分として、マッピン
グする。

【００５３】これによって試料表面の導電性部分と絶縁
性部分を識別する高分解能画像が得られる。両者の画像
は、正確に試料の同一領域を観察したものであるため、
これら画像の比較によって試料構造とｐｎ接合分布の対
応が可能である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、下記記
載の効果を奏する。

【００５５】本発明によれば、カンチレバーと対向する
試料表面の距離を振動させながら非接触で原子間力顕微
鏡動作を行い試料と導電性カンチレバー間に流れるトン
ネル電流の試料−カンチレバー間距離に対する一階微分
を測定し、これを２乗した値から試料表面の仕事関数を
測定することにより、ｐｎ接合分布を表わした画像を取
得することができる。本発明によれば、トンネル現象を
利用するため、クーロン相互作用と異なり、針先端の１
原子で測定することが可能であり、このため、１ナノメ
ートル以下の空間分解能を実現可能である。そして本発
明によれば、非接触ＡＦＭを利用しているため、絶縁体
を含むＬＳＩのｐｎ接合も測定可能である。

【００５６】また本発明によれば、導電性カンチレバー
を備えた原子間力顕微鏡を真空に気密することにより、
大気中での測定に比べ、試料表面への付着物が少ないた
めトンネル電流へのノイズを低減することができる。

【００５７】さらに本発明によれば、試料を原子間力顕
微鏡の観察状態に設置した状態で同一試料を走査型電子
顕微鏡で観察し、原子間力顕微鏡の観察視野を走査型電
子顕微鏡の視野が完全にカバーするように設置すること
により、走査型電子顕微鏡観察により広範囲から目的の
観察場所を探すことができ、探した場所を、原子間力顕
微鏡で測定することができる。

【００５８】さらにまた本発明によれば、原子間力顕微
鏡で流れるトンネル電流を、トンネル電流の１階微分信
号とを取り込み、トンネル電流の１階微分信号を、トン
ネル電流で除し、その結果から２乗演算を行い、その量
を原子間力顕微鏡の走査信号をＸＹ成分としてマッピン
グことにより、試料と導電性カンチレバー間の距離変動
の影響を少なくした試料表面のより正確な仕事関数のマ
ッピングが得られる、ということである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の装置の概略構成を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の第２の実施例の装置の概略構成を示す
ブロック図である。

【図３】本発明の第３の実施例の装置の概略構成を示す
ブロック図である。

【図４】本発明の第４の実施例の装置の概略構成を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１導電性カンチレバー２試料３ XYZ走査用圧電素子４カンチレバー振動用圧電素子５非接触原子間力顕微鏡用力センサー６電流増幅器７発振機８ロックインアンプ９測定・制御コンピュータ１０測定結果表示機器１１バイアス電圧用電源１２真空槽１３走査型電子顕微鏡用電子銃１４走査型電子顕微鏡用２次電子検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性カンチレバーを備えた原子間力顕微
鏡を用い、前記導電性カンチレバーと対向する試料表面
の距離を振動させながら非接触で原子間力顕微鏡動作を
行い、前記試料と前記導電性カンチレバー間に流れるト
ンネル電流の前記導電性カンチレバーと前記試料間の距
離に対する微分量を測定し、前記微分量から前記試料表
面の仕事関数を測定する、ことを特徴とする顕微鏡測定
方法。
【請求項２】導電性カンチレバーを備えた原子間力顕微
鏡を真空内に配設し、前記導電性カンチレバーと対向す
る試料表面の距離を振動させながら非接触で原子間力顕
微鏡動作を行い、前記試料と前記導電性カンチレバー間
に流れるトンネル電流の前記導電性カンチレバーと前記
試料間の距離に対する微分量を測定し、前記微分量から
前記試料表面の仕事関数を測定する、ことを特徴とする
顕微鏡測定方法。
【請求項３】導電性カンチレバーを備えた原子間力顕微
鏡を用い、前記導電性カンチレバーと対向する試料表面
の距離を振動させながら非接触で原子間力顕微鏡動作を
行い、前記試料と前記導電性カンチレバー間に流れるト
ンネル電流、および前記トンネル電流の前記導電性カン
チレバーと前記試料間の距離に対する微分量とを同時に
測定し、前記トンネル電流と前記微分量とから前記試料
の局所的な導電性と前記試料表面の仕事関数を測定す
る、ことを特徴とする顕微鏡測定方法。
【請求項４】導電性カンチレバーを備えた原子間力顕微
鏡を真空中に配設し、前記導電性カンチレバーと対向す
る試料表面の距離を振動させながら非接触で原子間力顕
微鏡動作を行い、前記試料と前記導電性カンチレバー間
に流れるトンネル電流、および前記トンネル電流の前記
導電性カンチレバーと前記試料間の距離に対する微分量
とを同時に測定し、前記トンネル電流と前記微分量とか
ら前記試料の局所的な導電性と前記試料表面の仕事関数
を同時に測定する、ことを特徴とする顕微鏡測定方法。
【請求項５】請求項２又は４記載の顕微鏡測定方法にお
いて、走査型電子顕微鏡を組み合わせ、走査電子顕微鏡
観察によって接触電位差を測定する領域を探し出す、こ
とを可能としたことを特徴とする顕微鏡測定方法。
【請求項６】前記微分量が前記トンネル電流の前記導電
性カンチレバーと前記試料間の距離に関する一階微分で
ある、ことを特徴とする請求項１及至５のいずれか一に
記載の顕微鏡測定方法。
【請求項７】導電性カンチレバーを備えた原子間力顕微
鏡において、前記導電性カンチレバーと対向する試料表面の距離を振
動させながら非接触で原子間力顕微鏡動作を行い、前記試料と前記導電性カンチレバー間に流れるトンネル
電流の、前記導電性カンチレバーと前記試料間の距離に
対する微分量を測定する手段と、前記測定された微分量から前記試料表面の仕事関数を測
定する手段と、を備えたことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項８】導電性カンチレバーを備えた原子間力顕微
鏡を真空内に配設し、前記導電カンチレバーと対向する試料表面の距離を振動
させながら非接触で原子間力顕微鏡動作を行い、前記試
料と前記導電性カンチレバー間に流れるトンネル電流の
前記導電性カンチレバーと前記試料間の距離に対する微
分量を測定する手段と、前記測定された微分量から前記
試料表面の仕事関数を測定する手段と、を備えたことを
特徴とする顕微鏡装置。
【請求項９】導電性カンチレバーを備えた原子間力顕微
鏡において、前記導電性カンチレバーと対向する試料表面の距離を振
動させながら非接触で原子間力顕微鏡動作を行い、前記試料と前記導電性カンチレバー間に流れるトンネル
電流、および、前記トンネル電流の導電性カンチレバー
と前記試料間の距離に対する微分量を測定する手段と、
前記トンネル電流と前記測定された微分量とから、前記
試料の局所的な導電性と前記試料表面の仕事関数を測定
する手段と、を備えたことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項１０】導電性カンチレバーを備えた原子間力顕
微鏡を真空中に配設し、前記導電性カンチレバーと対向
する試料表面の距離を振動させながら非接触で原子間力
顕微鏡動作を行い、前記試料と前記導電性カンチレバー
間に流れるトンネル電流、および前記トンネル電流の導
電性カンチレバーと前記試料間の距離に対する微分量を
測定する手段と、前記トンネル電流と前記測定された微
分量とから前記試料の局所的な導電性と前記試料表面の
仕事関数を測定する手段と、を備えたことを特徴とする
顕微鏡装置。
【請求項１１】請求項８又は１０記載の顕微鏡装置にお
いて、走査型電子顕微鏡をさらに備え、走査電子顕微鏡
観察によって接触電位差を測定する領域を探し出すこと
を可能としたことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項１２】開放端側に針を有する導電性カンチレバ
ーを備えた原子間力顕微鏡において、前記針を試料表面法線方向に沿って振動させながら前記
試料表面と非接触で原子間力顕微鏡で走査動作を行い、前記試料と前記導電性カンチレバー間に流れるトンネル
電流のうち前記針の振動周波数に同期した信号成分を検
出し、該信号成分を、前記トンネル電流の前記針と前記
試料間の距離に関する微分量として出力する手段と、前記微分量、または、前記微分量及び前記トンネル電流
から、前記試料表面の仕事関数を測定する手段と、を備えたことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項１３】開放端側に針を有する導電性カンチレバ
ーを備えた原子間力顕微鏡において、前記導電性カンチ
レバーを振動させる手段を備え、前記導電性カンチレバーを所定周波数で振動させながら
試料表面と非接触で原子間力顕微鏡動作を行い、前記原子間力顕微鏡の前記試料表面の走査の際に、前記
導電性カンチレバーと前記試料間に所定のバイアス電圧
を印加するバイアス電圧供給手段と、前記バイアス電圧によって前記導電性カンチレバーと前
記試料間に流れるトンネル電流を電圧信号に変換して出
力する手段と、前記電圧信号と、前記導電性カンチレバーを振動させる
手段に供給する信号とを入力し、前記トンネル電流のう
ち前記導電性カンチレバーの振動と同期した信号成分を
検出して出力する手段と、前記トンネル電流の前記導電性カンチレバーの振動と同
期した信号成分の２乗演算、または前記トンネル電流と
前記トンネル電流の前記導電性カンチレバーの振動と同
期した信号成分との比について２乗演算を施し、前記原
子間力顕微鏡の走査信号をＸＹ成分としてマッピングす
ることで、前記試料表面の仕事関数のマッピングを取得
する手段と、前記仕事関数のマッピングを画像表示する手段と、を備えたことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項１４】前記導電性カンチレバーを備えた原子間
力顕微鏡及び前記試料を真空中に気密配置したことを特
徴とする請求項１３記載の顕微鏡装置。
【請求項１５】走査型電子顕微鏡用の電子銃及び走査型
電子顕微鏡用の２次電子検出器をさらに備えたことを特
徴とする請求項１４記載の顕微鏡装置。
【請求項１６】前記微分量が、前記トンネル電流の、前
記導電性カンチレバーと前記試料間の距離に関する一階
微分である、ことを特徴とする請求項７及至１２のいず
れか一に記載の顕微鏡装置。