JP2000039390A - Non-contact atomic force microscope - Google Patents

Non-contact atomic force microscope

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JP2000039390A
JP2000039390A JP10207286A JP20728698A JP2000039390A JP 2000039390 A JP2000039390 A JP 2000039390A JP 10207286 A JP10207286 A JP 10207286A JP 20728698 A JP20728698 A JP 20728698A JP 2000039390 A JP2000039390 A JP 2000039390A
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JP
Japan
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sample
cantilever
atomic force
force microscope
amplitude
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JP10207286A
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Japanese (ja)
Inventor
Takuma Yamamoto
琢磨 山本
Katsushi Nakano
勝志 中野
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q10/00Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
    • G01Q10/04Fine scanning or positioning
    • G01Q10/06Circuits or algorithms therefor

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To alleviate an operating load of an operator by monitoring a correlation of reciprocating images in the case of scanning a sample, and adding a function of automatically deciding optimum conditions in a non-contact mode measurement, thereby preventing a damage of a probe end. SOLUTION: First, resonance characteristics of a cantilever 1 are measured, and an amplitude value of the cantilever 1 is set as a set point. A sample stage 6 is moved until it arrives at the set point, and a probe 1a is approached to a sample. Thereafter, scanning is started. The set point is reduced while monitoring a correlation of reciprocating AFM signals (AFM images), and the probe 1a is approached to the sample until the correlation is taken between the reciprocating signals by a piezo-scanner 3. Eventually, whether a discontinuous contact state is existed or not is checked. If an RMS value of an error signal is a specified level or less, the set points are increased and the probe 1a is remotely separated from the sample. In the case of the following, an AFM measurement is actually started.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、非接触モードで試
料の表面形状を測定する原子間力顕微鏡(AFM)に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an atomic force microscope (AFM) for measuring a surface shape of a sample in a non-contact mode.

【0002】[0002]

【従来の技術】先ず、走査型プローブ顕微鏡の構成を図
1により説明する。すなわち、先端付近に探針1aを有
するカンチレバー1とカンチレバー励振用ピエゾを有す
るホルダー2とピエゾスキャナー3と支持体4と光学系
5と試料ステージ6とウェハローダ7とフレーム8と台
9とからなる。カンチレバー1の撓みは、ホルダー2に
取り付けられている半導体レーザーならびに光ディテク
ターにより光てこ法により検出される。ピエゾスキャナ
ー3はピエゾ素子を利用したものであり、x、y及びz
方向にそれぞれ数十ミクロン駆動可能である。
2. Description of the Related Art First, the configuration of a scanning probe microscope will be described with reference to FIG. That is, it comprises a cantilever 1 having a probe 1a near the tip, a holder 2 having a piezo for cantilever excitation, a piezo scanner 3, a support 4, an optical system 5, a sample stage 6, a wafer loader 7, a frame 8 and a table 9. The deflection of the cantilever 1 is detected by an optical lever method using a semiconductor laser mounted on the holder 2 and an optical detector. The piezo scanner 3 utilizes a piezo element, and includes x, y, and z.
Each direction can be driven by several tens of microns.

【0003】次に、図2及び3により、原子間力顕微鏡
(AFM)の非接触モードの原理について説明する。カ
ンチレバー先端付近の、先の鋭い探針を試料表面に近づ
けていくと、図2に示されるように探針の試料に対する
ポテンシャルがポテンシャルカーブ21の様に変化す
る。ここで、斜線で示した領域(引力領域22)におい
ては探針と試料との間に引力が働いている。また、さら
に探針を試料に接近させていくとそれらの間に斥力が働
き始める(斥力領域)。カンチレバーを例えば積層ピエ
ゾ素子等により励振する場合を考える。カンチレバーに
一定の強度の励振を周波数を変えながら加えた場合に
は、図3の24に示す共振特性となり、励振周波数がカ
ンチレバーの共振周波数26に一致したときに最も大き
くカンチレバーが振動する。ここで、カンチレバーが試
料に接近することにより、カンチレバーと試料との間に
引力が働くとカンチレバーの共振周波数が低い側にシフ
トし、図3の25に点線で示されるような共振特性(引
力を受けたときの共振特性)になる。このとき、励振周
波数27を共振周波数26よりも高い側に設定してお
く。すなわち右下がりのカーブ上のポイント28aで表
される振幅で振動させておいたのが、カンチレバーの共
振周波数がシフトすることによりカンチレバーの振動振
幅がポイント28bで示される振幅へと減少する。以上
の原理によりカンチレバーに働く引力や探針と試料との
距離を検出することができる。カンチレバーの振動振幅
が大きい場合には、非接触動作をさせるのが難しい。こ
れを図2のカンチレバーのふれ23a、23bにより説
明する。カンチレバーの振動振幅が大きい場合には、例
えば23aに示される範囲でカンチレバーは振動してお
り、この場合カンチレバーはほんの一部の時間しか引力
を受けることができない。また、実際に検出可能な引力
が作用する領域は狭いため、振動振幅が大きい場合には
振動範囲が容易に斥力領域に達してしまい、不連続接触
モードになってしまう。このため、非接触動作をさせる
ためにはカンチレバーの振動振幅を減少させることが望
まれる。従来、非接触モードで試料の表面形状を測定す
る場合、オペレータは、AFM測定形状(AFMイメー
ジ)を見ながらカンチレバーの励振強度や探針と試料と
の距離等のパラメータの最適化を図っていた。また、完
全な非接触モードでAFM測定を行うことは比較的困難
であるため、通常は、共振周波数付近で強制振動させら
れるカンチレバーが一定時間間隔で試料表面に接触する
不連続接触モードにしてイメージングを行っていた。
Next, the principle of the non-contact mode of the atomic force microscope (AFM) will be described with reference to FIGS. As the sharp probe near the tip of the cantilever approaches the sample surface, the potential of the probe with respect to the sample changes like a potential curve 21 as shown in FIG. Here, in the hatched area (attraction area 22), an attractive force acts between the probe and the sample. Further, when the probe is brought closer to the sample, a repulsive force starts to act between them (repulsive force region). Consider the case where the cantilever is excited by, for example, a laminated piezo element. When excitation of a constant intensity is applied to the cantilever while changing the frequency, the resonance characteristic shown in FIG. 3 is obtained. When the excitation frequency matches the resonance frequency 26 of the cantilever, the cantilever vibrates most. Here, when the cantilever approaches the sample, when the attractive force acts between the cantilever and the sample, the resonance frequency of the cantilever shifts to a lower side, and the resonance characteristics (attraction force shown in FIG. (Resonance characteristics when received). At this time, the excitation frequency 27 is set higher than the resonance frequency 26. That is, although the vibration is performed at the amplitude represented by the point 28a on the downward-sloping curve, the vibration amplitude of the cantilever is reduced to the amplitude shown at the point 28b due to the shift of the resonance frequency of the cantilever. According to the above principle, the attractive force acting on the cantilever and the distance between the probe and the sample can be detected. When the vibration amplitude of the cantilever is large, it is difficult to perform the non-contact operation. This will be described with reference to the cantilever shakes 23a and 23b in FIG. When the vibration amplitude of the cantilever is large, for example, the cantilever vibrates in a range indicated by reference numeral 23a, and in this case, the cantilever can receive an attractive force only for a part of time. Further, since the region where the attractive force that can be actually detected acts is narrow, when the vibration amplitude is large, the vibration range easily reaches the repulsion region, and the discontinuous contact mode occurs. Therefore, it is desired to reduce the vibration amplitude of the cantilever in order to perform the non-contact operation. Conventionally, when measuring the surface shape of a sample in a non-contact mode, the operator has attempted to optimize parameters such as the excitation intensity of the cantilever and the distance between the probe and the sample while viewing the AFM measurement shape (AFM image). . In addition, since it is relatively difficult to perform AFM measurement in a completely non-contact mode, the imaging is usually performed in a discontinuous contact mode in which a cantilever forcedly vibrated near a resonance frequency contacts a sample surface at regular time intervals. Had gone.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】カンチレバーが一定時
間間隔で試料表面に接触する不連続接触状態において
は、探針先端が連続的に試料表面をたたくため探針先端
がダメージを受ける。このダメージは、例えばFIB加
工により先鋭化した探針を用いる場合には特に問題とな
り、良好な像を取得できる探針の寿命が非常に短くなる
問題が生じる。このため、非接触状態でのイメージング
が必要とされるが、非接触モードはパラメータの微妙な
調整が必要であるため従来はオペレータのもつノウハウ
に依存していた。本発明は以上の問題点を考慮したもの
であり、非接触モード測定における最適な条件を自動的
に決定する機能を原子間力顕微鏡に付加して、探針先端
のダメージを防止し、オペレータの測定操作に関わる負
担を軽減することを目的としている。
In a discontinuous contact state in which the cantilever contacts the sample surface at regular time intervals, the tip of the probe continuously hits the sample surface, and the tip of the probe is damaged. This damage becomes a problem particularly when a probe sharpened by, for example, FIB processing is used, and there is a problem that the life of the probe capable of obtaining a good image is extremely shortened. For this reason, imaging in a non-contact state is required. However, since the non-contact mode requires delicate adjustment of parameters, it has conventionally depended on the know-how of an operator. The present invention has been made in view of the above problems, and adds a function to an atomic force microscope to automatically determine an optimal condition in a non-contact mode measurement to prevent damage to a tip of a probe and to prevent an operator from suffering damage. The purpose is to reduce the burden associated with measurement operations.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明(請求項1)は、
「カンチレバーの共振周波数付近での振動振幅を一定に
保つようにフィードバック制御して試料の表面を走査し
形状を計測する非接触型原子間力顕微鏡において、前記
走査における往復のイメージの相関をモニターすること
により最適な測定条件を自動的に探索する探索機構を備
えた」ことを特徴とする。
Means for Solving the Problems The present invention (claim 1) provides:
"In a non-contact atomic force microscope that scans the surface of a sample and measures its shape by feedback control so as to keep the oscillation amplitude near the resonance frequency of the cantilever constant, the correlation between the reciprocating images in the scanning is monitored. And a search mechanism for automatically searching for the optimum measurement condition. "

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】図5(a)〜(d)は、本発明の
実施形態に係る往復走査のときのAFMイメージ(AF
M信号)、(e)及び(f)は、エラー信号を示す図で
ある。又、図4は、本発明の実施形態に係る標準試料の
模式図である。この標準試料は図のように、例えばx方
向に三角形の凹凸が連続して設けられており、凹凸の段
差300nmで2μm周期である。図5(a)〜(d)
は、図4を幾つかの条件でx方向に走査したときに得ら
れるAFM信号とエラー信号を示すものである。図5
(a)は、カンチレバーと試料が離れている場合の往復
のAFM信号の一例であり、実線は左からの走査を、点
線は右からの走査を示している。この場合、探針と試料
間には全く力が働いておらず、AFM信号は試料の形状
と全く無関係である。従って、往復のAFMイメージ間
に相関は見られない。このような場合には、セットポイ
ント(フィードバック系により一定に保つべきカンチレ
バーの振幅値)を小さくすることにより探針を試料に接
近させる。図5(b)は、カンチレバーと試料がやや離
れ気味の状態ではあるが一応形状をトレースしていると
きのAFM信号の一例であり、実線は左からの走査を、
点線は右からの走査を示している。この場合、探針と試
料との間に働く力が微弱であるため、フィードバック系
が試料形状に追従できていない。この様な場合にはフィ
ードバック系のゲインを高くするか走査速度を遅くす
る。図5(c)は、試料形状をトレースしているときの
AFM信号であり、往復の信号がよく一致している。こ
の様な場合は、非接触状態であるのか不連続接触状態で
あるのかを判断する必要があるが、これはエラー信号
(カンチレバー振幅の設定値からのずれを示す信号)に
よりモニターできる。非接触状態の場合には、図5
(e)に表されるようにエラー信号は非常に安定してい
る。一方、不連続接触状態の場合には、(f)に表され
るようにエラー信号は不安定でありノイズレベルが大き
い。これは、カンチレバーが試料から離れる際の吸着力
のばらつきが一因であると考えられる。カンチレバーが
不連続接触状態にある場合には、セットポイントを大き
くして(カンチレバー振幅の設定値を大きくして)探針
を試料から離すか、励振の強さを小さくしてカンチレバ
ーの振幅を減少させる。また、カンチレバーが非接触状
態であるか不連続接触状態であるかは、カンチレバーの
振動の位相をモニターすることによっても可能であり、
共振周波数のシフトの方向によりモニターする事も可能
である。図5(d)は、フィードバック系が発振状態に
ある場合のAFM信号を表している。この状態は、例え
ば、AFM信号をハイパスフィルターに通した後の信号
の振幅検波することによりモニターできる。この様な場
合にはフィードバック系のゲインを減少させる。以下、
図6(a)、(b)、(c)により本実施形態の最適条
件決定のプロセスについて説明する。図6(a)におい
て、カンチレバーはV字型のもので共振周波数は約40
0kHzであり、励振用ピエゾに対して振幅一定である
交流電圧を周波数を連続的にシフトさせながら印加し、
周波数に対応するカンチレバー振幅を検出することによ
り、図3の様なカンチレバーの共振特性を計測する(カ
ンチレバーの共振特性計測51)。カンチレバーの共振
周波数でのその振動振幅が設定値例えば振幅20nmに
なるように励振強度を設定するとともに、カンチレバー
の共振周波数よりも高い周波数側で振動振幅が18nm
である周波数に励振周波数をセットする。また、セット
ポイントとしてカンチレバーの振幅10nmを設定する
(励振周波数と励振強度設定、セットポイント設定5
2)。前工程で設定したセットポイントに達するまで試
料ステージ6を動かして探針1aと試料とを接近させる
(オートアプローチ53)。このとき、カンチレバーの
振動振幅はエアダンピングの影響により減少するため、
探針が依然として試料と離れた位置でのオートアプロー
チ53が終了する。この後、例えば走査速度1Hz、走
査範囲8μmでx方向の走査を開始する(走査開始5
4)。往復のAFM信号の相関をモニターしながらセッ
トポイントを減少させ、ピエゾスキャナー3により往復
のAFM信号間に相関がとれるまで探針を試料に接近さ
せる(接近動作55)。ここで、往復のAFM信号間で
はなく、既知である試料形状との間で相関をとってもよ
い。また、相関状態はAFM信号をAD変換器により制
御用コンピュータに取り込んで、相関状態判定用のソフ
トウェアにより行っている。次に、往復のAFM像の相
関を維持した状態で、カンチレバーの振動振幅を減少さ
せる過程に関して図6(b)により説明する。往復のA
FM信号を常にモニターし相関の有無をチェックする
(相関チェック61)。相関が無い場合にはセットポイ
ントを減少させ、探針を試料に近づける(セットポイン
ト減少62)。相関がある場合には励振強度を小さくす
る(励振強度を小63)。ここで、励振強度は設定値、
例えば振幅1nmと比較しながら(比較動作64)、設
定値に達するまで減少させる。設定値に達したら振動振
幅の減少の過程を終了する(終了動作65)。また、本
過程において、フィードバック系のゲインは発振になら
ない範囲で最大の値に設定するように常にフィードバッ
ク制御する。このフィードバック系を図7に示す。AF
M信号をハイパスフィルターに通した後振幅検波する事
により、発振状態に比例した信号を得る。この信号を設
定値と比較し、設定値以上であればゲインを下げ、設定
値以下であればゲインを上げる。最後に、不連続接触状
態になっていないかをチェックするとともに、走査速度
の調整を行うが、この過程を図6(c)により説明す
る。不連続接触状態になっているかのチェックはエラー
信号のばらつきを規定レベルと比較することにより行い
(エラー信号チェック71)、具体的には、エラー信号
はAD変換機により制御用コンピュータに取り込まれ、
そのRMS値が計算される。エラー信号のRMS値が規
定レベルより大きい場合にはセットポイントを増加させ
て(セットポイント増加72)、探振を試料から遠ざけ
る。この後、往復のAFM信号の相関を計測し(相関チ
ェック73)、相関が小さければ走査速度を遅くする
(測定速度減少74)。走査速度を遅くするのは、フィ
ードバック系が完全に追従出来ていないのを補正するた
めである。エラー信号のRMS値が規定レベル以下の場
合には実際にAFM測定を開始する(測定開始75)。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIGS. 5A to 5D show AFM images (AF) during reciprocal scanning according to an embodiment of the present invention.
(M signal), (e) and (f) are diagrams showing error signals. FIG. 4 is a schematic diagram of a standard sample according to the embodiment of the present invention. As shown in the figure, the standard sample is provided with, for example, triangular irregularities continuously in the x direction, and has a step of irregularities of 300 nm and a period of 2 μm. FIG. 5 (a) to (d)
FIG. 4 shows an AFM signal and an error signal obtained when FIG. 4 is scanned in the x direction under some conditions. FIG.
(A) is an example of the reciprocating AFM signal when the sample is separated from the cantilever, and the solid line indicates scanning from the left and the dotted line indicates scanning from the right. In this case, no force acts between the probe and the sample, and the AFM signal is completely independent of the shape of the sample. Therefore, no correlation is seen between the reciprocating AFM images. In such a case, the probe is brought closer to the sample by reducing the set point (the amplitude value of the cantilever to be kept constant by the feedback system). FIG. 5B shows an example of an AFM signal when the cantilever and the sample are slightly separated from each other but tracing the shape for the time being. The solid line indicates scanning from the left.
Dotted lines indicate scanning from the right. In this case, since the force acting between the probe and the sample is weak, the feedback system cannot follow the shape of the sample. In such a case, the gain of the feedback system is increased or the scanning speed is reduced. FIG. 5C shows the AFM signal when the shape of the sample is traced, and the reciprocating signals match well. In such a case, it is necessary to determine whether the state is the non-contact state or the discontinuous contact state. This can be monitored by an error signal (a signal indicating a deviation from the set value of the cantilever amplitude). In the case of the non-contact state, FIG.
The error signal is very stable as shown in FIG. On the other hand, in the case of the discontinuous contact state, the error signal is unstable and the noise level is large as shown in (f). This is considered to be attributable to the variation in adsorption force when the cantilever separates from the sample. If the cantilever is in discontinuous contact, increase the set point (increase the cantilever amplitude setting) to move the probe away from the sample, or reduce the excitation intensity to reduce the cantilever amplitude. Let it. Also, whether the cantilever is in a non-contact state or a discontinuous contact state can be determined by monitoring the phase of the vibration of the cantilever,
It is also possible to monitor according to the direction of the shift of the resonance frequency. FIG. 5D shows an AFM signal when the feedback system is in an oscillation state. This state can be monitored, for example, by detecting the amplitude of the signal after passing the AFM signal through a high-pass filter. In such a case, the gain of the feedback system is reduced. Less than,
6 (a), 6 (b) and 6 (c), the process for determining the optimum condition according to the present embodiment will be described. In FIG. 6A, the cantilever has a V-shape and has a resonance frequency of about 40.
0 kHz, an alternating voltage having a constant amplitude with respect to the piezo for excitation is applied while continuously shifting the frequency,
By detecting the cantilever amplitude corresponding to the frequency, the resonance characteristics of the cantilever as shown in FIG. 3 are measured (resonance characteristic measurement 51 of the cantilever). The excitation intensity is set so that the vibration amplitude at the resonance frequency of the cantilever becomes a set value, for example, the amplitude is 20 nm, and the vibration amplitude is 18 nm on the frequency side higher than the resonance frequency of the cantilever.
Set the excitation frequency to Also, the cantilever amplitude is set to 10 nm as a set point (excitation frequency and excitation intensity setting, set point setting 5).
2). The sample stage 6 is moved until the probe 1a and the sample approach each other until the set point set in the previous step is reached (auto approach 53). At this time, since the vibration amplitude of the cantilever decreases due to the influence of air damping,
The auto-approach 53 where the probe is still away from the sample ends. Thereafter, scanning in the x direction is started at a scanning speed of 1 Hz and a scanning range of 8 μm, for example (scan start 5
4). The set point is reduced while monitoring the correlation between the reciprocating AFM signals, and the probe is moved closer to the sample by the piezo scanner 3 until the correlation between the reciprocating AFM signals is obtained (approaching operation 55). Here, the correlation may be obtained not with the reciprocating AFM signal but with a known sample shape. Further, the correlation state is obtained by taking the AFM signal into the control computer by the AD converter and performing software for determining the correlation state. Next, the process of reducing the vibration amplitude of the cantilever while maintaining the correlation between the reciprocating AFM images will be described with reference to FIG. A round trip
The FM signal is constantly monitored to check for a correlation (correlation check 61). If there is no correlation, the set point is decreased and the probe is brought closer to the sample (set point decrease 62). If there is a correlation, the excitation intensity is reduced (the excitation intensity is small 63). Here, the excitation intensity is a set value,
For example, while being compared with the amplitude of 1 nm (comparison operation 64), the amplitude is reduced until the set value is reached. When the set value is reached, the process of decreasing the vibration amplitude ends (end operation 65). In this process, feedback control is always performed so that the gain of the feedback system is set to the maximum value within a range where oscillation does not occur. This feedback system is shown in FIG. AF
By passing the M signal through a high-pass filter and performing amplitude detection, a signal proportional to the oscillation state is obtained. This signal is compared with a set value. If the signal is equal to or more than the set value, the gain is decreased, and if the signal is equal to or less than the set value, the gain is increased. Finally, it is checked whether a discontinuous contact state has occurred and the scanning speed is adjusted. This process will be described with reference to FIG. Whether the discontinuous contact state is established is checked by comparing the variation of the error signal with a specified level (error signal check 71). Specifically, the error signal is taken into the control computer by the AD converter,
Its RMS value is calculated. If the RMS value of the error signal is greater than the specified level, the set point is increased (set point increase 72) to move the probe away from the sample. Thereafter, the correlation between the reciprocating AFM signals is measured (correlation check 73). If the correlation is small, the scanning speed is reduced (measurement speed decrease 74). The reason why the scanning speed is reduced is to correct that the feedback system cannot completely follow. When the RMS value of the error signal is equal to or lower than the specified level, the AFM measurement is actually started (measurement start 75).

【0007】[0007]

【発明の効果】本発明により、非接触モードAFM測定
におけるパラメータを自動的に決定する手段が提供さ
れ、最終的にオペレータの測定操作の負担が軽減でき
る。
According to the present invention, a means for automatically determining parameters in the non-contact mode AFM measurement is provided, and ultimately the burden of the measurement operation of the operator can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】原子間力顕微鏡の構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an atomic force microscope.

【図2】探針と試料との相互作用の原理を説明する概略
図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the principle of interaction between a probe and a sample.

【図3】非接触モードAFMの原理を説明する概略図で
ある。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the principle of a non-contact mode AFM.

【図4】本発明の実施の形態に係る試料形状を示す模式
図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a sample shape according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態に係るAFM信号である。FIG. 5 is an AFM signal according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態に係る最適条件決定の過程
を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing a process of determining an optimum condition according to the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態に係るゲインフィードバッ
ク系を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a gain feedback system according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 カンチレバー 1a 探針 2 ホルダー 3 ピエゾスキャナー 4 支持体 5 光学系 6 試料ステージ 7 ウェハローダー 8 フレーム 9 台 Reference Signs List 1 cantilever 1a probe 2 holder 3 piezo scanner 4 support 5 optical system 6 sample stage 7 wafer loader 8 frame 9

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 カンチレバーの共振周波数付近での振動
振幅を一定に保つようにフィードバック制御して試料の
表面を走査し形状を計測する非接触型原子間力顕微鏡に
おいて、 前記走査における往復のイメージの相関をモニターする
ことにより最適な測定条件を自動的に探索する探索機構
を備えたことを特徴とする非接触型原子間力顕微鏡。
1. A non-contact atomic force microscope which performs a feedback control so as to keep a vibration amplitude near a resonance frequency of a cantilever constant and scans a surface of a sample to measure a shape thereof. A non-contact atomic force microscope comprising a search mechanism for automatically searching for optimum measurement conditions by monitoring correlations.
【請求項2】 請求項1において、前記探索機構は形状
が既知である標準試料を用いて探索することを特徴とす
る非接触型原子間力顕微鏡。
2. The non-contact atomic force microscope according to claim 1, wherein the search mechanism searches using a standard sample having a known shape.
【請求項3】 請求項2において、前記標準試料は1次
元の繰り返し構造を有しており、一定方向で走査するこ
とにより試料上で常に同様な構造が計測されるように構
成されたことを特徴とする非接触型原子間力顕微鏡。
3. The method according to claim 2, wherein the standard sample has a one-dimensional repetitive structure, and the same structure is always measured on the sample by scanning in a fixed direction. Characteristic non-contact atomic force microscope.
【請求項4】 請求項1において、前記探索機構はAF
M信号をハイパスフィルターに通した後振幅検波するこ
とによるフィードバック系の発振モニター機能を有する
ことを特徴とする非接触型原子間力顕微鏡。
4. The method according to claim 1, wherein the search mechanism is an AF.
A non-contact atomic force microscope having a feedback system oscillation monitoring function by passing an M signal through a high-pass filter and then performing amplitude detection.
【請求項5】 請求項1において、前記探索機構はカン
チレバーの振動振幅の信号の変化量増加により非接触状
態から不連続接触状態へと遷移するのをモニターする機
能を有することを特徴とする非接触型原子間力顕微鏡。
5. The method according to claim 1, wherein the search mechanism has a function of monitoring a transition from a non-contact state to a discontinuous contact state due to an increase in a change amount of a vibration amplitude signal of the cantilever. Contact type atomic force microscope.
【請求項6】 請求項1において、前記探索機構は、前
記往復の相関が無い場合には、一定に保つべきカンチレ
バー振幅の設定値を小さくすることによりカンチレバー
を前記試料に接近させることを特徴とする非接触型原子
間力顕微鏡。
6. The method according to claim 1, wherein the search mechanism moves the cantilever closer to the sample by reducing a set value of a cantilever amplitude to be kept constant when there is no reciprocal correlation. Contactless atomic force microscope.
【請求項7】 請求項1において、前記探索機構は、前
記往復の相関がとれている場合にはカンチレバーの強制
振動の振幅を小さくさせ、前記相関がとれなくなった場
合には一定に保つべきカンチレバー振幅の設定値を小さ
くすることによりカンチレバーを前記試料に接近させる
ことを特徴とする非接触型原子間力顕微鏡。
7. The cantilever according to claim 1, wherein the search mechanism reduces the amplitude of the forced vibration of the cantilever when the reciprocal correlation is obtained, and keeps the amplitude constant when the correlation cannot be obtained. A non-contact atomic force microscope, wherein the cantilever is brought closer to the sample by reducing the set value of the amplitude.
【請求項8】 カンチレバーの共振周波数付近での振動
振幅を一定に保つようにフィードバック制御して試料の
表面を走査し形状を計測する非接触型原子間力顕微鏡に
おいて、AFMイメージと既知の試料形状との間の相関
をモニターすることにより最適な測定条件を自動的に探
索する探索機構を備えたことを特徴とする非接触型原子
間力顕微鏡。
8. An AFM image and a known sample shape in a non-contact atomic force microscope that scans the surface of a sample and measures the shape by feedback control so as to keep the oscillation amplitude near the resonance frequency of the cantilever constant. A non-contact atomic force microscope comprising a search mechanism for automatically searching for an optimal measurement condition by monitoring a correlation between the non-contact atomic force microscope.
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