JP2000146804A - 近視野ゾンデと検査対象試料表面の間の距離を決定する方法および近視野顕微鏡 - Google Patents
近視野ゾンデと検査対象試料表面の間の距離を決定する方法および近視野顕微鏡Info
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- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
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- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
- Y10S977/86—Scanning probe structure
- Y10S977/862—Near-field probe
Abstract
(57)【要約】
【課題】軟らかい試料、特にそれらのトポグラフィーの
検査も可能にし、かつそれに応じたラスター・ゾンデ、
とりわけ光学的近視野顕微鏡を可能にするラスター・ゾ
ンデ顕微鏡のラスター・ゾンデと検査対象試料表面の間
の距離を決定する方法 【解決手段】検査対象試料表面に対して横方向のラスタ
ー・ゾンデの振動に対して、ラスター・ゾンデおよび検
査対象試料表面の垂直振動運動が相対的に相互に重ね合
せられており、振幅信号および／または周波数信号およ
び／または位相信号から、ラスター・ゾンデと試料表面
の間の距離を決定する
検査も可能にし、かつそれに応じたラスター・ゾンデ、
とりわけ光学的近視野顕微鏡を可能にするラスター・ゾ
ンデ顕微鏡のラスター・ゾンデと検査対象試料表面の間
の距離を決定する方法 【解決手段】検査対象試料表面に対して横方向のラスタ
ー・ゾンデの振動に対して、ラスター・ゾンデおよび検
査対象試料表面の垂直振動運動が相対的に相互に重ね合
せられており、振幅信号および／または周波数信号およ
び／または位相信号から、ラスター・ゾンデと試料表面
の間の距離を決定する
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ラスター・ゾンデ
顕微鏡のラスター・ゾンデと検査対象試料表面の間の距
離を決定する方法に関する。該近視野ゾンデは、検査対
象試料に対して横方向に励振され、ラスター・ゾンデの
少なくとも一つの振幅信号および／または周波数信号が
検出される。距離の決定の外に、本発明によって、試料
表面のトポグラフィーを写像するための写像法およびラ
スター・ゾンデ顕微鏡、とりわけ、光学的ラスター・ゾ
ンデ顕微鏡を任意に利用できるようになり、この光学的
ラスター・ゾンデ顕微鏡は、検査対象試料表面用の少な
くとも１個の実装具および検査対象試料表面の光学的平
面上でラスター・ゾンデの振動運動を励起するための少
なくとも１個の装置を有する。
顕微鏡のラスター・ゾンデと検査対象試料表面の間の距
離を決定する方法に関する。該近視野ゾンデは、検査対
象試料に対して横方向に励振され、ラスター・ゾンデの
少なくとも一つの振幅信号および／または周波数信号が
検出される。距離の決定の外に、本発明によって、試料
表面のトポグラフィーを写像するための写像法およびラ
スター・ゾンデ顕微鏡、とりわけ、光学的ラスター・ゾ
ンデ顕微鏡を任意に利用できるようになり、この光学的
ラスター・ゾンデ顕微鏡は、検査対象試料表面用の少な
くとも１個の実装具および検査対象試料表面の光学的平
面上でラスター・ゾンデの振動運動を励起するための少
なくとも１個の装置を有する。
【０００２】顕微鏡検査法の系統群には、例えば、近視
野顕微鏡検査法（略して、ＳＮＯＭ： Scanning Near-f
ield Optical Microscopy）、ラスター・トンネル顕微
鏡検査法（ＳＴＭ）、および動力顕微鏡検査法（ＳＦ
Ｍ）、並びに電気化学的ラスター顕微鏡検査法（ＳＥＣ
Ｍ）がある。
野顕微鏡検査法（略して、ＳＮＯＭ： Scanning Near-f
ield Optical Microscopy）、ラスター・トンネル顕微
鏡検査法（ＳＴＭ）、および動力顕微鏡検査法（ＳＦ
Ｍ）、並びに電気化学的ラスター顕微鏡検査法（ＳＥＣ
Ｍ）がある。
【０００３】本発明による方法を、近視野顕微鏡検査法
に限定されることなく、もっと詳しく説明する。当業者
にとっては、一般的原理は、簡単にその他の種類のラス
ター・ゾンデ顕微鏡に適用させることができる。光学的
近視野顕微鏡によって、回折により制約される解像限界
を回避することができ、かつ使用される光の半波長より
ずっと小さい組織を検査することができる。
に限定されることなく、もっと詳しく説明する。当業者
にとっては、一般的原理は、簡単にその他の種類のラス
ター・ゾンデ顕微鏡に適用させることができる。光学的
近視野顕微鏡によって、回折により制約される解像限界
を回避することができ、かつ使用される光の半波長より
ずっと小さい組織を検査することができる。
【０００４】光学的顕微鏡を作動させるためには、ほん
の数ナノメーターの小開口部を検査対象試料表面まで移
動させなければならない。この開口部に放射される光
は、試料と相互作用し合って、進み、引続いて、適切な
集合光学系および検出器を使用して、利用することがで
きる。光学通路の反転（すなわち、外部照明、ファイバ
ーによる集光）も同様に可能である。ゾンデ（開口部）
が表面上で、点から点、および走査線から走査線に動か
され、これによって得られたデータが電子的に解析さ
れ、合成されて画像になる。
の数ナノメーターの小開口部を検査対象試料表面まで移
動させなければならない。この開口部に放射される光
は、試料と相互作用し合って、進み、引続いて、適切な
集合光学系および検出器を使用して、利用することがで
きる。光学通路の反転（すなわち、外部照明、ファイバ
ーによる集光）も同様に可能である。ゾンデ（開口部）
が表面上で、点から点、および走査線から走査線に動か
され、これによって得られたデータが電子的に解析さ
れ、合成されて画像になる。
【０００５】エッチングおよび／または引抜きによって
製作され、ファイバーの最前部のみが透明であるよう
に、金属で被覆されている薄いガラスファイバー（開口
部）は、近視野光学系において使用される一種のゾンデ
である。これらのゾンデに関して、サイエンス誌１９９
１年、２５７：Ｐ１４６８−１４７０、Ｅ．ベーツィッ
ヒ、Ｊ．Ｋ．トラウトマン、Ｔ．Ｄ．ハリス、Ｊ．Ｓ．
ヴァイナー、およびＲ．Ｌ．コーシュタイアックを参照
するものとする。この論文の開示内容は、本出願におい
て全面的に取り上げられている。
製作され、ファイバーの最前部のみが透明であるよう
に、金属で被覆されている薄いガラスファイバー（開口
部）は、近視野光学系において使用される一種のゾンデ
である。これらのゾンデに関して、サイエンス誌１９９
１年、２５７：Ｐ１４６８−１４７０、Ｅ．ベーツィッ
ヒ、Ｊ．Ｋ．トラウトマン、Ｔ．Ｄ．ハリス、Ｊ．Ｓ．
ヴァイナー、およびＲ．Ｌ．コーシュタイアックを参照
するものとする。この論文の開示内容は、本出願におい
て全面的に取り上げられている。
【０００６】資料表面のトポグラフィーもしくはゾンデ
と表面の間の距離を決定し、測定の際に制御を一定に保
つために、例えば、せん断力検出方式が使用される。こ
れに関して、アプライド・フィジックス誌、書簡、１９
９２年、６０：２４８４−２４８６、Ｅ．ベーツィッ
ヒ、Ｐ．Ｌ．フィン、およびＪ．Ｓ．ヴァイナー、並び
にアプライド・フィジックス誌、書簡、１９９２年、６
０：Ｐ２９５７−２９５９、Ｒ．トレード・クロウ，
Ｐ．Ｃ．ヤン、およびＹ．チェンを参照するものとす
る。我々は、これらの論文の開示内容を本出願において
全面的に取り上げている。
と表面の間の距離を決定し、測定の際に制御を一定に保
つために、例えば、せん断力検出方式が使用される。こ
れに関して、アプライド・フィジックス誌、書簡、１９
９２年、６０：２４８４−２４８６、Ｅ．ベーツィッ
ヒ、Ｐ．Ｌ．フィン、およびＪ．Ｓ．ヴァイナー、並び
にアプライド・フィジックス誌、書簡、１９９２年、６
０：Ｐ２９５７−２９５９、Ｒ．トレード・クロウ，
Ｐ．Ｃ．ヤン、およびＹ．チェンを参照するものとす
る。我々は、これらの論文の開示内容を本出願において
全面的に取り上げている。
【０００７】せん断力検出方式においては、表面に対し
てほとんど垂直に位置するガラスファイバーが機械的共
振を起こすようになっており、そのために、ガラスファ
イバーは、横方向の振動、すなわち表面に平行な振動を
行う。共振周波数範囲は、先端部の幾何学的形状に応じ
て、主として、１０ＫＨｚと４，０００ＫＨｚの間にあ
る。ガラスファイバー先端部が表面に接近すると、主と
して３０ｎｍ未満の数ナノメーターの距離において先端
部と試料の間で作用するせん断力が発生し、このせん断
力は、振動の振幅変化および位相変化を引起こす。振幅
変化および／または周波数変化および／または位相変化
は、ゾンデと表面の間の距離の制御または試料表面のト
ポグラフィーの決定に使用することができる。
てほとんど垂直に位置するガラスファイバーが機械的共
振を起こすようになっており、そのために、ガラスファ
イバーは、横方向の振動、すなわち表面に平行な振動を
行う。共振周波数範囲は、先端部の幾何学的形状に応じ
て、主として、１０ＫＨｚと４，０００ＫＨｚの間にあ
る。ガラスファイバー先端部が表面に接近すると、主と
して３０ｎｍ未満の数ナノメーターの距離において先端
部と試料の間で作用するせん断力が発生し、このせん断
力は、振動の振幅変化および位相変化を引起こす。振幅
変化および／または周波数変化および／または位相変化
は、ゾンデと表面の間の距離の制御または試料表面のト
ポグラフィーの決定に使用することができる。
【０００８】先端部振動の振幅、周波数、または振幅を
測定するために、光学的方法と非光学的方法に類別する
ことのできる種々の検出法が開発された。光学的検出法
に関しては、 ・ アプライド・フィジックス誌、書簡、１９９２年、
６０：Ｐ２４８４−２４８６、Ｅ．ベーツィッヒ、Ｐ．
Ｌ．フィンおよびＪ．Ｓ．ヴァイナー ・ アプライド・フィジックス誌、書簡、１９９２年、
６０：Ｐ２９５７−２９５９、Ｒ．トレード・クロウ，
Ｐ．Ｃ．ヤンおよびＹ．チェン ・ リヴァイズド・サイエンティフィック・インストル
メンツ誌、１９９４年、６５：Ｐ８２６―６３１、Ｒ．
Ｄ．グローバ、Ｔ．Ｄ．ハリス、Ｊ．Ｋ．トラウトマン
およびＥ．ベーツィッヒを参照するものとし、非光学的
検出法に関しては、 ・ リヴァイズド・サイエンティフィック・インストル
メンツ誌、１９９５年、６６：Ｐ３１７７―３１８１、
Ｊ．Ｗ．Ｐ．シュー、マーク・リーおよびＢ．Ｓ．ディ
ーヴァ ・ アプライド・フィジックス誌、書簡、１９９５年、
６７：１９１２―１９１６、Ｋ．カライおよびＲ．Ｄ．
グローバ ・ リヴァイズド・サイエンティフィック・インストル
メンツ誌、１９９５年、６７：１９１２―１９１６、
Ｊ．バレンツ、Ｏ．ホルリッヒャおよびＯ．マルティ ・ リヴァイズド・サイエンティフィック・インスト
ルメンツ誌、１９９７年、６８：１７６９―１７７２、
Ｏ．ブルナー、Ａ．ビーチュ、Ｏ．ホルリッヒャおよび
Ｏ．マルティを参照するものとし、この論文の開示内容
は、本出願において全面的に取り上げられている。
測定するために、光学的方法と非光学的方法に類別する
ことのできる種々の検出法が開発された。光学的検出法
に関しては、 ・ アプライド・フィジックス誌、書簡、１９９２年、
６０：Ｐ２４８４−２４８６、Ｅ．ベーツィッヒ、Ｐ．
Ｌ．フィンおよびＪ．Ｓ．ヴァイナー ・ アプライド・フィジックス誌、書簡、１９９２年、
６０：Ｐ２９５７−２９５９、Ｒ．トレード・クロウ，
Ｐ．Ｃ．ヤンおよびＹ．チェン ・ リヴァイズド・サイエンティフィック・インストル
メンツ誌、１９９４年、６５：Ｐ８２６―６３１、Ｒ．
Ｄ．グローバ、Ｔ．Ｄ．ハリス、Ｊ．Ｋ．トラウトマン
およびＥ．ベーツィッヒを参照するものとし、非光学的
検出法に関しては、 ・ リヴァイズド・サイエンティフィック・インストル
メンツ誌、１９９５年、６６：Ｐ３１７７―３１８１、
Ｊ．Ｗ．Ｐ．シュー、マーク・リーおよびＢ．Ｓ．ディ
ーヴァ ・ アプライド・フィジックス誌、書簡、１９９５年、
６７：１９１２―１９１６、Ｋ．カライおよびＲ．Ｄ．
グローバ ・ リヴァイズド・サイエンティフィック・インストル
メンツ誌、１９９５年、６７：１９１２―１９１６、
Ｊ．バレンツ、Ｏ．ホルリッヒャおよびＯ．マルティ ・ リヴァイズド・サイエンティフィック・インスト
ルメンツ誌、１９９７年、６８：１７６９―１７７２、
Ｏ．ブルナー、Ａ．ビーチュ、Ｏ．ホルリッヒャおよび
Ｏ．マルティを参照するものとし、この論文の開示内容
は、本出願において全面的に取り上げられている。
【０００９】振幅は、最初に、試料からほんの数ナノメ
ーターの距離において減少し、そのために最初にこの領
域においてゾンデと表面の間に可変の相互作用が存在す
ることが判明した。近視野光学的写像のトポグラフィー
を作成するために、これまで常に一定のせん断力に影響
された。すなわち、測定および計測の間中、ゾンデは、
表面に対する相互作用領域に位置した。
ーターの距離において減少し、そのために最初にこの領
域においてゾンデと表面の間に可変の相互作用が存在す
ることが判明した。近視野光学的写像のトポグラフィー
を作成するために、これまで常に一定のせん断力に影響
された。すなわち、測定および計測の間中、ゾンデは、
表面に対する相互作用領域に位置した。
【００１０】これに対する代案として、試料表面への電
気化学的反応を阻止するために、試料と試料先端部の間
の距離を一定に保つことが推奨される。これに関して
は、 ・ Ｐ．Ｉ．ジェームズ、Ｌ．Ｆ．ガルフィアス・メー
シアス、Ｐ．Ｉ．モワイェ、Ｗ．Ｈ．スマイア著、「同
時独立トポグラフィーによるスキャニング電気化学的顕
微鏡検査法」、ジャーナル・オヴ・エレクトロケミカル
・ソサイエティ、第１４５巻、４号、Ｐ．Ｌ６４−Ｌ６
６を参照するものとし、その開示内容は、本出願におい
て全面的に取り上げられている。
気化学的反応を阻止するために、試料と試料先端部の間
の距離を一定に保つことが推奨される。これに関して
は、 ・ Ｐ．Ｉ．ジェームズ、Ｌ．Ｆ．ガルフィアス・メー
シアス、Ｐ．Ｉ．モワイェ、Ｗ．Ｈ．スマイア著、「同
時独立トポグラフィーによるスキャニング電気化学的顕
微鏡検査法」、ジャーナル・オヴ・エレクトロケミカル
・ソサイエティ、第１４５巻、４号、Ｐ．Ｌ６４−Ｌ６
６を参照するものとし、その開示内容は、本出願におい
て全面的に取り上げられている。
【００１１】測定または写像処理の際に、技術の状態に
応じて、ゾンデが測定の間中、表面に対する相互作用領
域に位置することによって、ゾンデおよび試料には、計
測時間の間中にも、せん断力が掛かる。測定時のこの持
続的負荷のために、試料が軟らかい場合は、試料または
試料表面が変形することがあるし、または完全に破壊す
ることすらある。試料表面の破壊の外に、連続的負荷の
ために、ゾンデが損傷したり、使用不能になることすら
ある。特に、有機試料を検査するの場合は、例えば軟ら
かいポリマーおよび生物学的試料の場合は、これらの問
題が発生する。極端な場合は、前述の問題のために、こ
のように軟らかい試料の表面またはトポグラフィーを写
像することができない。
応じて、ゾンデが測定の間中、表面に対する相互作用領
域に位置することによって、ゾンデおよび試料には、計
測時間の間中にも、せん断力が掛かる。測定時のこの持
続的負荷のために、試料が軟らかい場合は、試料または
試料表面が変形することがあるし、または完全に破壊す
ることすらある。試料表面の破壊の外に、連続的負荷の
ために、ゾンデが損傷したり、使用不能になることすら
ある。特に、有機試料を検査するの場合は、例えば軟ら
かいポリマーおよび生物学的試料の場合は、これらの問
題が発生する。極端な場合は、前述の問題のために、こ
のように軟らかい試料の表面またはトポグラフィーを写
像することができない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従っ
て、前述の欠点を防止できるような方法および装置を提
示することにあり、とりわけ、軟らかい試料、特にそれ
らのトポグラフィーの検査も可能にし、かつそれに応じ
たラスター・ゾンデ、とりわけ光学的近視野顕微鏡を可
能にすることにある。
て、前述の欠点を防止できるような方法および装置を提
示することにあり、とりわけ、軟らかい試料、特にそれ
らのトポグラフィーの検査も可能にし、かつそれに応じ
たラスター・ゾンデ、とりわけ光学的近視野顕微鏡を可
能にすることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ラスタ
ー・ゾンデの距離を決定する方法において、ラスター・
ゾンデの横方向の振動に対してラスター・ゾンデおよび
検査対象試料の振動運動を相対的に相互に重ね合せるよ
うにした。これによって、ラスター・ゾンデの運動から
得られる振幅信号、および／または周波数信号、および
／または振幅信号からラスター・ゾンデと試料の間の距
離が決定される。
ー・ゾンデの距離を決定する方法において、ラスター・
ゾンデの横方向の振動に対してラスター・ゾンデおよび
検査対象試料の振動運動を相対的に相互に重ね合せるよ
うにした。これによって、ラスター・ゾンデの運動から
得られる振幅信号、および／または周波数信号、および
／または振幅信号からラスター・ゾンデと試料の間の距
離が決定される。
【００１４】本発明の第１の実施形態においては、試料
表面が固定的に形成されており、ラスター・ゾンデが垂
直方向にも横方向にも振動する。これに対する代案とし
て、ラスター・ゾンデを垂直方向に固定することができ
るが、試料表面が垂直方向に振動し、例えば、試料が配
置されている実装具が振動する。有利な実施形態におい
ては、垂直方向の振動運動は、正弦曲線を呈示する。
表面が固定的に形成されており、ラスター・ゾンデが垂
直方向にも横方向にも振動する。これに対する代案とし
て、ラスター・ゾンデを垂直方向に固定することができ
るが、試料表面が垂直方向に振動し、例えば、試料が配
置されている実装具が振動する。有利な実施形態におい
ては、垂直方向の振動運動は、正弦曲線を呈示する。
【００１５】垂直振動運動の振幅は、主として、１０ｎ
ｍから１μｍまでの範囲であり、周波数は、１０Ｈｚか
ら１ｋＨｚまでの範囲である。特に優先的に、本発明
は、これに関して制約されることなく、光学的近視野顕
微鏡に適用される。光学的近視野顕微鏡の近視野先端部
に関して、サイエンティフィック・インストルメンツ
誌、１９９６年５月、６７（５）、Ｐ１９１２〜１９１
６、Ｊ．バレンツ、Ｏ．ホルリッヒャ、Ｏ．マルティ、
「光学的近視野顕微鏡用の使いやすい非光学的せん断力
距離制御」を参照する。
ｍから１μｍまでの範囲であり、周波数は、１０Ｈｚか
ら１ｋＨｚまでの範囲である。特に優先的に、本発明
は、これに関して制約されることなく、光学的近視野顕
微鏡に適用される。光学的近視野顕微鏡の近視野先端部
に関して、サイエンティフィック・インストルメンツ
誌、１９９６年５月、６７（５）、Ｐ１９１２〜１９１
６、Ｊ．バレンツ、Ｏ．ホルリッヒャ、Ｏ．マルティ、
「光学的近視野顕微鏡用の使いやすい非光学的せん断力
距離制御」を参照する。
【００１６】距離の決定の外に、本発明によって、ラス
ター・ゾンデ顕微鏡の距離制御法が任意に利用でき、こ
の方法によって、前述のように、ゾンデと試料表面の間
の距離を１つの方式に従って決定することができ、所定
の減衰値および／または周波数値に到達するように、ラ
スター・ゾンデを試料に近づけることができ、さらに該
試料から遠ざけることができる。
ター・ゾンデ顕微鏡の距離制御法が任意に利用でき、こ
の方法によって、前述のように、ゾンデと試料表面の間
の距離を１つの方式に従って決定することができ、所定
の減衰値および／または周波数値に到達するように、ラ
スター・ゾンデを試料に近づけることができ、さらに該
試料から遠ざけることができる。
【００１７】前述の方法は、さらに、適切な解析電子機
器と共に表面トポグラフィーの写像に利用することがで
きる。このような方法は、典型的に、次の処置を含むこ
とができる。 ・ まず第一に、試料ゾンデの距離Ｄ０（０,０）およ
び試料の垂直振動運動がない試料表面に対する試料の出
発点（０.０）において、横方向に励起された運動の減
衰値Ｓ０を決定することができる。 ・ 試料ゾンデに垂直振動運動を発生させ、試料表面を
点から点（ｘ,ｙ）へ徹底的に走査する。 ・ 各試料点（ｘ,ｙ）に対して、試料ゾンデの減衰Ｓ
Ｔは、垂直振動運動の行程において、所定の試料距離ｄ
Ｔによって決定される。 ・ ＳＴ＞Ｓ０の場合は、試料ゾンデと試料表面の間の
距離ｄ０（ｘ,ｙ）は、増大する。 ・ ＳＴ＝Ｓ０の場合は、距離ｄ０（ｘ,ｙ）は、一定
に保たれる。 従って、このように決定された距離ｄ０（ｘ,ｙ）は、
試料の表面トポグラフィーを再現する。
器と共に表面トポグラフィーの写像に利用することがで
きる。このような方法は、典型的に、次の処置を含むこ
とができる。 ・ まず第一に、試料ゾンデの距離Ｄ０（０,０）およ
び試料の垂直振動運動がない試料表面に対する試料の出
発点（０.０）において、横方向に励起された運動の減
衰値Ｓ０を決定することができる。 ・ 試料ゾンデに垂直振動運動を発生させ、試料表面を
点から点（ｘ,ｙ）へ徹底的に走査する。 ・ 各試料点（ｘ,ｙ）に対して、試料ゾンデの減衰Ｓ
Ｔは、垂直振動運動の行程において、所定の試料距離ｄ
Ｔによって決定される。 ・ ＳＴ＞Ｓ０の場合は、試料ゾンデと試料表面の間の
距離ｄ０（ｘ,ｙ）は、増大する。 ・ ＳＴ＝Ｓ０の場合は、距離ｄ０（ｘ,ｙ）は、一定
に保たれる。 従って、このように決定された距離ｄ０（ｘ,ｙ）は、
試料の表面トポグラフィーを再現する。
【００１８】本発明によって、また、ラスター・ゾン
デ、少なくとも検査対象試料表面の実装具、ならびに少
なくとも対象試料表面の平面上のラスター・ゾンデの振
動運動（横振動）およびこれに垂直な振動運動（垂直振
動）を励起する装置を有するラスター・ゾンデ顕微鏡を
任意に利用することもできる。
デ、少なくとも検査対象試料表面の実装具、ならびに少
なくとも対象試料表面の平面上のラスター・ゾンデの振
動運動（横振動）およびこれに垂直な振動運動（垂直振
動）を励起する装置を有するラスター・ゾンデ顕微鏡を
任意に利用することもできる。
【００１９】特に優先的に、ラスター・ゾンデは、垂直
振動運動を励起するために、少なくとも１個の圧電素子
を有している。すでに、１個の圧電素子によって、トポ
グラフィー調整および振動を検査対象試料表面に垂直に
励起することが可能である。改善された高度な実施形態
においては、２個の別個の圧電システムによって定期的
レベル変調およびトポグラフィー調整を行うように仕組
むことができる。
振動運動を励起するために、少なくとも１個の圧電素子
を有している。すでに、１個の圧電素子によって、トポ
グラフィー調整および振動を検査対象試料表面に垂直に
励起することが可能である。改善された高度な実施形態
においては、２個の別個の圧電システムによって定期的
レベル変調およびトポグラフィー調整を行うように仕組
むことができる。
【００２０】試料ゾンデと試料表面の間の距離を調整ま
たは制御することができるようにするために、本発明の
高度の形態においては、例えば、ゾンデと表面の間の距
離の定期的変動によって超過してはならない横振動の振
幅減衰を電子回路によってプリセットするように仕組ん
である。すると、横方向に振動するゾンデおよび試料
は、プリセットされた振幅減衰が達成される程度に、定
期的に接近する。これに引続いて、両者は、互いに遠ざ
かる。
たは制御することができるようにするために、本発明の
高度の形態においては、例えば、ゾンデと表面の間の距
離の定期的変動によって超過してはならない横振動の振
幅減衰を電子回路によってプリセットするように仕組ん
である。すると、横方向に振動するゾンデおよび試料
は、プリセットされた振幅減衰が達成される程度に、定
期的に接近する。これに引続いて、両者は、互いに遠ざ
かる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下において、図面に示す実施例
に基づいて、本発明を説明する。ラスター・ゾンデ顕微
鏡について光学的近視野顕微鏡の原理的構成を図１の実
施例に示す。本発明はこれに制約されるものではない。
本発明は、ラスター・ゾンデの垂直処理を可能にする各
種のラスター・ゾンデ顕微鏡、例えば、前掲書，Ｐ．
Ｉ．ジェームズ、Ｌ．Ｆ．ガルフィアス・メーシアス、
Ｐ．Ｉ．モワイェ、Ｗ．Ｈ．スマイア著「同時独立トポ
グラフィーによるスキャニング電気化学的顕微鏡検査
法」に記載の毛細管を有する電気化学的ラスター・ゾン
デ顕微鏡に適用することができる。
に基づいて、本発明を説明する。ラスター・ゾンデ顕微
鏡について光学的近視野顕微鏡の原理的構成を図１の実
施例に示す。本発明はこれに制約されるものではない。
本発明は、ラスター・ゾンデの垂直処理を可能にする各
種のラスター・ゾンデ顕微鏡、例えば、前掲書，Ｐ．
Ｉ．ジェームズ、Ｌ．Ｆ．ガルフィアス・メーシアス、
Ｐ．Ｉ．モワイェ、Ｗ．Ｈ．スマイア著「同時独立トポ
グラフィーによるスキャニング電気化学的顕微鏡検査
法」に記載の毛細管を有する電気化学的ラスター・ゾン
デ顕微鏡に適用することができる。
【００２２】図１に示す光学的近視野顕微鏡は、図で
は、細いガラスファイバー先端部として形成されアーム
３によって保持されている近視野ゾンデ１を有してい
る。試料５は、近視野光学的ゾンデ１によって、図示の
観察位置において検査される。近視野光学的検査用の光
源は、例えば、波長６３３ｎｍのＨｅ-Ｎｅレーザー赤
色光の場合のように、一定の波長の単色光が放射するレ
ーザー９である。この光は、光導波管１およびファイバ
ーカプラー１３を通ってゾンデ先端部１５まで導かれこ
こで放射される。
は、細いガラスファイバー先端部として形成されアーム
３によって保持されている近視野ゾンデ１を有してい
る。試料５は、近視野光学的ゾンデ１によって、図示の
観察位置において検査される。近視野光学的検査用の光
源は、例えば、波長６３３ｎｍのＨｅ-Ｎｅレーザー赤
色光の場合のように、一定の波長の単色光が放射するレ
ーザー９である。この光は、光導波管１およびファイバ
ーカプラー１３を通ってゾンデ先端部１５まで導かれこ
こで放射される。
【００２３】試料５を透過する光は、対物レンズ１７に
よって集められ、フィルタ１９および鏡２１を通って図
示の破線の位置まで導かれる。折畳み式鏡を折畳むこと
によって、代わりに、光の通路を検出ダイオード２５の
方へ、且つＣＣＤカメラ２７の方へ向けることができ
る。ＣＣＤカメラ２７は、光学系を調整するために、且
つ先端部を特徴づけるために、かつ適切な試料切片を選
択するために、使用することができる。
よって集められ、フィルタ１９および鏡２１を通って図
示の破線の位置まで導かれる。折畳み式鏡を折畳むこと
によって、代わりに、光の通路を検出ダイオード２５の
方へ、且つＣＣＤカメラ２７の方へ向けることができ
る。ＣＣＤカメラ２７は、光学系を調整するために、且
つ先端部を特徴づけるために、かつ適切な試料切片を選
択するために、使用することができる。
【００２４】ここで述べるように、試料をＸ方向および
Ｙ方向に移動させるために圧電素子２９を有する圧電系
を使用することによって、試料をＸ-Ｙ方向、すなわち
横方向に徹底的に走査またはスキャンすることができ
る。圧電系のＸ-Ｙ平面上のラスター範囲は、現状の実
施形態においては、例えば、１００×１００μｍであ
る。圧電ヒステリシス効果を補正するために、テーブル
を容量的に調整する。横方向分解能は、例えば、０.５
ナノメーターである。
Ｙ方向に移動させるために圧電素子２９を有する圧電系
を使用することによって、試料をＸ-Ｙ方向、すなわち
横方向に徹底的に走査またはスキャンすることができ
る。圧電系のＸ-Ｙ平面上のラスター範囲は、現状の実
施形態においては、例えば、１００×１００μｍであ
る。圧電ヒステリシス効果を補正するために、テーブル
を容量的に調整する。横方向分解能は、例えば、０.５
ナノメーターである。
【００２５】近視野先端部のせん断力検出信号は導線３
１を通って、Ｘ-Ｙ方向の移動のための信号は導線３３
を通って、検出ダイオード２３によって検出される光信
号は導線３５を通って、計測装置３７に伝達され、該計
測装置は、関数発生器、ロック・イン増幅器、せん断力
調整器、圧電制御装置、およびＡＤ／ＤＡカードを有す
ることができる。
１を通って、Ｘ-Ｙ方向の移動のための信号は導線３３
を通って、検出ダイオード２３によって検出される光信
号は導線３５を通って、計測装置３７に伝達され、該計
測装置は、関数発生器、ロック・イン増幅器、せん断力
調整器、圧電制御装置、およびＡＤ／ＤＡカードを有す
ることができる。
【００２６】個々の計測装置の制御は、マイクロコンピ
ュータ３９を使用して行い、該マイクロコンピュータに
おいては、全面スキャンしたデータを合成して１つの画
像にする。該画像は、光学的近視野顕微鏡を使用するこ
とによって、前述のように、ＣＣＤカメラによって検出
される光学的信号、および後段で詳述する本発明に基づ
く方法によって求められるトポグラフィー情報を有す
る。画像を形成するためのスキャン速度は、少なくと
も、０.１走査線／秒である。１０走査線／秒の速度を
達成し得ることが望ましい。
ュータ３９を使用して行い、該マイクロコンピュータに
おいては、全面スキャンしたデータを合成して１つの画
像にする。該画像は、光学的近視野顕微鏡を使用するこ
とによって、前述のように、ＣＣＤカメラによって検出
される光学的信号、および後段で詳述する本発明に基づ
く方法によって求められるトポグラフィー情報を有す
る。画像を形成するためのスキャン速度は、少なくと
も、０.１走査線／秒である。１０走査線／秒の速度を
達成し得ることが望ましい。
【００２７】試料を貫通し、従って透過した光が光学的
信号として検出される、本発明の前述の実施形態の外
に、反射された光を試料の光学的信号として検出するこ
と、または本発明の着想を放棄することなく、例えば電
気化学的信号若しくは電力信号を検出するための別種類
のラスター・ゾンデを使用することも可能である。近視
野光学的顕微鏡の既述の実施形態は、例示にすぎず、決
して確定的であるというように理解しないものとする。
信号として検出される、本発明の前述の実施形態の外
に、反射された光を試料の光学的信号として検出するこ
と、または本発明の着想を放棄することなく、例えば電
気化学的信号若しくは電力信号を検出するための別種類
のラスター・ゾンデを使用することも可能である。近視
野光学的顕微鏡の既述の実施形態は、例示にすぎず、決
して確定的であるというように理解しないものとする。
【００２８】特に、後段で図１から図３に図示した先端
部のＺ方向の変調に関して、各ラスター・ゾンデが問題
になる。試料表面のトポグラフィーを確定する元となる
近視野ゾンデのＺ方向の変調、すなわち垂直運動が導線
４１を通って計測装置３７まで伝達される。
部のＺ方向の変調に関して、各ラスター・ゾンデが問題
になる。試料表面のトポグラフィーを確定する元となる
近視野ゾンデのＺ方向の変調、すなわち垂直運動が導線
４１を通って計測装置３７まで伝達される。
【００２９】図２においては、例えば先端部１５のラス
ター・ゾンデ用に使用される近視野先端部１５とラスタ
ー・ゾンデ５の間のＺ方向の距離ｄに依存するＸ-Ｙ平
面上の横方向励起振動の振幅が図示してある。Ｘ-Ｙ平
面上の横方向励起振動の周波数および位相の曲線に対し
ても類似の依存関係が生じる。これらの依存関係は、本
発明による表面トポグラフィーの距離特性または写像に
も同様に利用することができる。
ター・ゾンデ用に使用される近視野先端部１５とラスタ
ー・ゾンデ５の間のＺ方向の距離ｄに依存するＸ-Ｙ平
面上の横方向励起振動の振幅が図示してある。Ｘ-Ｙ平
面上の横方向励起振動の周波数および位相の曲線に対し
ても類似の依存関係が生じる。これらの依存関係は、本
発明による表面トポグラフィーの距離特性または写像に
も同様に利用することができる。
【００３０】図２から分かるように、例えば、図２に図
示されている距離ｄ２の場合のように、先端部と試料５
の試料表面の間の距離が微小である場合は、振動振幅
は、大いに減衰し、減衰のために、先端部が無限に離れ
ている場合の振幅の値の６０％にしかならない。
示されている距離ｄ２の場合のように、先端部と試料５
の試料表面の間の距離が微小である場合は、振動振幅
は、大いに減衰し、減衰のために、先端部が無限に離れ
ている場合の振幅の値の６０％にしかならない。
【００３１】図２の右の図に示されているように先端部
が試料から非常に遠く離れている場合は、横方向の振動
の減衰は発生しない。振幅信号は、先端部が無限に離れ
ている場合の値の約１００％のところにある。本発明に
よる方法においては、試料は、今は、図２に図示される
両方の位置の間、すなわち、試料表面からの距離がｄ２
の位置と試料表面からの距離がｄ１の第２の位置の間を
行ったり来たりする。特に、このために、正弦垂直振動
が適している。これによって、測定操作の際のゾンデと
試料の間の実際の相互作用時間が非常に短縮され、従っ
て、これまでに使用された方法と比べると、写像処理に
よって、試料表面の負荷が非常にに小さくなる。
が試料から非常に遠く離れている場合は、横方向の振動
の減衰は発生しない。振幅信号は、先端部が無限に離れ
ている場合の値の約１００％のところにある。本発明に
よる方法においては、試料は、今は、図２に図示される
両方の位置の間、すなわち、試料表面からの距離がｄ２
の位置と試料表面からの距離がｄ１の第２の位置の間を
行ったり来たりする。特に、このために、正弦垂直振動
が適している。これによって、測定操作の際のゾンデと
試料の間の実際の相互作用時間が非常に短縮され、従っ
て、これまでに使用された方法と比べると、写像処理に
よって、試料表面の負荷が非常にに小さくなる。
【００３２】実際の相互作用時間において、ゾンデ（こ
こでは、光学的近視野先端部）が試料からある距離に位
置し横振動振幅が減少する時間が理解される。試料表面
に垂直な振動運動、すなわち図示の実施例においてはＺ
方向の振動運動は、純正弦振動に限定されなくて、むし
ろ、先端部の試料表面に対する各種の定期的接近および
離隔が本発明に含まれる。主として、約１０Ｈｚから１
０ＫＨｚの周波数範囲で且つ１０ｎｍから１μｍの振幅
で、図２に図示される領域がカバーされる。
こでは、光学的近視野先端部）が試料からある距離に位
置し横振動振幅が減少する時間が理解される。試料表面
に垂直な振動運動、すなわち図示の実施例においてはＺ
方向の振動運動は、純正弦振動に限定されなくて、むし
ろ、先端部の試料表面に対する各種の定期的接近および
離隔が本発明に含まれる。主として、約１０Ｈｚから１
０ＫＨｚの周波数範囲で且つ１０ｎｍから１μｍの振幅
で、図２に図示される領域がカバーされる。
【００３３】ゾンデと試料の間の定期的距離変動は、ラ
スター・ゾンデ顕微鏡の実施形態を使用して、実現する
ことができる。４つのこのような実施例が図３Ａから図
３Ｄに図示されている。試料のＺ方向の移動がトポグラ
フィーの調整に用いられ、第２のシステムが垂直振動を
行う本発明の実施形態が図３Ａに図示されている。
スター・ゾンデ顕微鏡の実施形態を使用して、実現する
ことができる。４つのこのような実施例が図３Ａから図
３Ｄに図示されている。試料のＺ方向の移動がトポグラ
フィーの調整に用いられ、第２のシステムが垂直振動を
行う本発明の実施形態が図３Ａに図示されている。
【００３４】試料表面は、光学的近視野顕微鏡によって
写像されるべき一定の高さプロファイルおよび一定のト
ポグラフィーを呈示する。これに対して、試料先端部が
励振されて、Ｘ-Ｙ平面上で横振動を行う。試料先端部
と試料の間の距離は、せん断力検出装置１００によって
求められる。試料テーブルにそれ自体で配置することが
できるＸ-Ｙスキャナを使用して、試料のＸ-Ｙ方向の徹
底的走査が実施される。
写像されるべき一定の高さプロファイルおよび一定のト
ポグラフィーを呈示する。これに対して、試料先端部が
励振されて、Ｘ-Ｙ平面上で横振動を行う。試料先端部
と試料の間の距離は、せん断力検出装置１００によって
求められる。試料テーブルにそれ自体で配置することが
できるＸ-Ｙスキャナを使用して、試料のＸ-Ｙ方向の徹
底的走査が実施される。
【００３５】試料表面を写像するために必要なトポグラ
フィー調整は、同様に試料テーブルに配置されている圧
電システム１０４を使用して、実施される。圧電システ
ム１０８は、これとは別個であり、この圧電システムに
よって、本発明による近視野先端部は、図２に詳細に図
示されているように、定期的に試料表面に対して接近し
たり離隔したりする。
フィー調整は、同様に試料テーブルに配置されている圧
電システム１０４を使用して、実施される。圧電システ
ム１０８は、これとは別個であり、この圧電システムに
よって、本発明による近視野先端部は、図２に詳細に図
示されているように、定期的に試料表面に対して接近し
たり離隔したりする。
【００３６】図３Ｂには、本発明の代替の実施形態が図
示されている。トポグラフィー調整用の圧電システム
は、ここでは、直接、先端部に配置されていて、一方、
高さ変調用の圧電システムは、試料テーブルの上に配置
されている。すなわち、図３Ａとは逆に、ここでは、先
端部の代わりにテーブルが先端部に対して相対的に動か
されることによって、定期的運動が行われる。図３Ａの
場合と同様の部品には、図３Ｂにおいても同一の参照番
号を付与されている。
示されている。トポグラフィー調整用の圧電システム
は、ここでは、直接、先端部に配置されていて、一方、
高さ変調用の圧電システムは、試料テーブルの上に配置
されている。すなわち、図３Ａとは逆に、ここでは、先
端部の代わりにテーブルが先端部に対して相対的に動か
されることによって、定期的運動が行われる。図３Ａの
場合と同様の部品には、図３Ｂにおいても同一の参照番
号を付与されている。
【００３７】図３Ｃおよび図３Ｄにおいては、定期的高
さ変調およびトポグラフィー調整が同一の圧電システム
によって実施される。図３Ａおよび３Ｂと同一の部品に
は、図３Ｃおよび図４Ｃにおいても、同一の参照番号が
付与されている。図３Ｃにおいては、高さ変調用および
トポグラフィー調整用にも共通の圧電システムが試料テ
ーブルの中で統合され、参照番号２００を付与されてい
る。現状では、近視野先端部であるラスター・ゾンデ
は、固定アーム２０２に固定されている。テーブルを使
用するだけで、先端部に対して接近し離隔する方向の運
動が行われる。
さ変調およびトポグラフィー調整が同一の圧電システム
によって実施される。図３Ａおよび３Ｂと同一の部品に
は、図３Ｃおよび図４Ｃにおいても、同一の参照番号が
付与されている。図３Ｃにおいては、高さ変調用および
トポグラフィー調整用にも共通の圧電システムが試料テ
ーブルの中で統合され、参照番号２００を付与されてい
る。現状では、近視野先端部であるラスター・ゾンデ
は、固定アーム２０２に固定されている。テーブルを使
用するだけで、先端部に対して接近し離隔する方向の運
動が行われる。
【００３８】ただ１個の圧電システムしか使用しない、
本発明の別の実施例を図３Ｄに示す。この場合は、高さ
変調用およびトポグラフィー調整２００用の圧電システ
ムが、現状では近視野先端部であるラスター・ゾンデの
アームに取付けられており、試料テーブルは、Ｚ方向に
固定されている。この場合は、該先端部のみが試料に対
して相対的にＺ方向に動かされる。
本発明の別の実施例を図３Ｄに示す。この場合は、高さ
変調用およびトポグラフィー調整２００用の圧電システ
ムが、現状では近視野先端部であるラスター・ゾンデの
アームに取付けられており、試料テーブルは、Ｚ方向に
固定されている。この場合は、該先端部のみが試料に対
して相対的にＺ方向に動かされる。
【００３９】そうすると、図３Ａから図３Ｂに図示され
るように、距離調整、および本発明によるそれに伴うラ
スター・ゾンデ顕微鏡の試料表面のトポグラフィー写像
に関して、ゾンデと表面の間の距離の定期的変動によっ
て超えてはならない横振動の振幅減衰を電子回路の使用
によってプリセットする可能性が在する。そうすると、
所定の振幅減衰に到達するまで、横振動を行うゾンデお
よび試料がそこまで接近する。これに対する代替法を図
４および図５に基づいて図示するものとする。
るように、距離調整、および本発明によるそれに伴うラ
スター・ゾンデ顕微鏡の試料表面のトポグラフィー写像
に関して、ゾンデと表面の間の距離の定期的変動によっ
て超えてはならない横振動の振幅減衰を電子回路の使用
によってプリセットする可能性が在する。そうすると、
所定の振幅減衰に到達するまで、横振動を行うゾンデお
よび試料がそこまで接近する。これに対する代替法を図
４および図５に基づいて図示するものとする。
【００４０】図４においては、２つの異なる試料位置に
対して、Ｘ-Ｙ方向で横方向に励起される振動の試料距
離への依存関係が記載されている。曲線４００は出発点
（０，０）における依存関係を示し、曲線４０２は任意
の別個の位置（Ｘ,Ｙ）における依存関係を示す。位置
（０,０）においては、試料表面とラスター・ゾンデの
間の距離ｄ０（０，０）を出発点として、主として振動
４０４が励起される。
対して、Ｘ-Ｙ方向で横方向に励起される振動の試料距
離への依存関係が記載されている。曲線４００は出発点
（０，０）における依存関係を示し、曲線４０２は任意
の別個の位置（Ｘ,Ｙ）における依存関係を示す。位置
（０,０）においては、試料表面とラスター・ゾンデの
間の距離ｄ０（０，０）を出発点として、主として振動
４０４が励起される。
【００４１】現状の距離ｄＴにおいて、振動のゼロ交叉
の時点Ｔに対応して、それに伴い距離ｄ０（０,０）に
対応して、振動振幅ＳＴ（０,０）が決定される。これ
らがプリセットされた値Ｓ０に一致すると、先端部は、
距離ｄ０にとどまる。そこで、先端部は、位置ｘ,ｙに
おいて試料をくまなく走査するように挙動する。試料の
別個の高さに基づいて、振動振幅の過程の曲線４０２が
発生する。位置（０,０）における場合のように、主と
して振動４０４が励起されると、距離ｄＴにおいて、今
度は、振動振幅ＳＴ（ｘ,ｙ）が発生する。
の時点Ｔに対応して、それに伴い距離ｄ０（０,０）に
対応して、振動振幅ＳＴ（０,０）が決定される。これ
らがプリセットされた値Ｓ０に一致すると、先端部は、
距離ｄ０にとどまる。そこで、先端部は、位置ｘ,ｙに
おいて試料をくまなく走査するように挙動する。試料の
別個の高さに基づいて、振動振幅の過程の曲線４０２が
発生する。位置（０,０）における場合のように、主と
して振動４０４が励起されると、距離ｄＴにおいて、今
度は、振動振幅ＳＴ（ｘ,ｙ）が発生する。
【００４２】現状の実施形態における場合のように、Ｓ
Ｔ（ｘ,ｙ）＜Ｓ０（０,０）である場合は、先端部は、
持上げられる。すなわち、先端部は、試料から遠ざか
る。位置ｘ,ｙにおいて、現状では近視野先端部である
ラスター・ゾンデが、距離ｄ０（ｘ,ｙ）に位置する。
そうすると、主として振動４０６が再度励起される。ゼ
ロ交叉の時点Ｔにおいて、今度は、振動振幅はプリセッ
ト値Ｓ０に相当する。
Ｔ（ｘ,ｙ）＜Ｓ０（０,０）である場合は、先端部は、
持上げられる。すなわち、先端部は、試料から遠ざか
る。位置ｘ,ｙにおいて、現状では近視野先端部である
ラスター・ゾンデが、距離ｄ０（ｘ,ｙ）に位置する。
そうすると、主として振動４０６が再度励起される。ゼ
ロ交叉の時点Ｔにおいて、今度は、振動振幅はプリセッ
ト値Ｓ０に相当する。
【００４３】引続いて、ラスター・ゾンデを使用して、
もっと広範囲の試料位置をくまなく走査し、前述の制御
処理が繰返される。この方法によって、試料表面のすべ
てのｘおよびｙに対するｄ０（ｘ,ｙ）の確定に関し
て、該試料のトポグラフィーが求められる。ラスター・
ゾンデの垂直励起振動および横振動の振幅信号の検出に
よって表面のトポグラフィーを求めるための本発明に記
載の方法の前述の実施形態は、図５の機能ダイヤグラム
に図示されている。
もっと広範囲の試料位置をくまなく走査し、前述の制御
処理が繰返される。この方法によって、試料表面のすべ
てのｘおよびｙに対するｄ０（ｘ,ｙ）の確定に関し
て、該試料のトポグラフィーが求められる。ラスター・
ゾンデの垂直励起振動および横振動の振幅信号の検出に
よって表面のトポグラフィーを求めるための本発明に記
載の方法の前述の実施形態は、図５の機能ダイヤグラム
に図示されている。
【００４４】次に、垂直励振がない場合のラスター・ゾ
ンデの距離ｄ０が調整される。次に、試料の徹底的走査
が行われる。その際に、ラスター・ゾンデは、励振され
て所定の振幅および周波数を有する垂直振動を行う。減
衰は、例えば、垂直振動の振幅信号または周波数信号ま
たは位相信号からトリガー信号をロック・イン増幅器の
中に入れることによって、求められる。次に、横振動の
減衰のプリセットされた設定値Ｓ０との比較が行われ
る。この設定値は、またもや、振幅値、周波数値、また
は位相値であってよい。Ｓ０＜ＳＴである場合は、ゾン
デと試料表面の間の距離は減少する。Ｓ０＞ＳＴである
場合は、該ゾンデと試料表面の間の距離は増大する。Ｓ
０＝ＳＴである場合は、該距離は不変のままである。
ンデの距離ｄ０が調整される。次に、試料の徹底的走査
が行われる。その際に、ラスター・ゾンデは、励振され
て所定の振幅および周波数を有する垂直振動を行う。減
衰は、例えば、垂直振動の振幅信号または周波数信号ま
たは位相信号からトリガー信号をロック・イン増幅器の
中に入れることによって、求められる。次に、横振動の
減衰のプリセットされた設定値Ｓ０との比較が行われ
る。この設定値は、またもや、振幅値、周波数値、また
は位相値であってよい。Ｓ０＜ＳＴである場合は、ゾン
デと試料表面の間の距離は減少する。Ｓ０＞ＳＴである
場合は、該ゾンデと試料表面の間の距離は増大する。Ｓ
０＝ＳＴである場合は、該距離は不変のままである。
【００４５】このようにして求められたｄ０（ｘ,ｙ）
から次に試料表面のトポグラフィーが発生する。ラスタ
ー・ゾンデ顕微鏡に対する新式の装置および新式の方法
が図６に図示されている。「Ｒ．ブルナー著、１９９８
年、ウルム大学、自然科学博士学取得位論文、生物学的
試料の検査用の光学的近視野顕微鏡の開発」に記載され
ている顕微鏡を、図６に基づく写像を検出するための近
視野顕微鏡として使用することができる。なお、この論
文の開示内容は、現行の出願の開示内容において全面的
に取入れられている。この顕微鏡においては、圧電電気
式システムがせん断力測定に使用される。図６に図示さ
れている試料は、スチロール・ブタジエン・スチロール
・ポリマーである。これらのポリマーのトポグラフィー
は、従来のせん断力調整の方法を使用して、写像するこ
とができなかった。なぜならば、ゾンデとの継続的な相
互作用によって表面が汚れたからである。新式の写像法
を使用することによって、今や、光学的試料と並んで、
この試料のトポグラフィー組織を解像することができ
る。
から次に試料表面のトポグラフィーが発生する。ラスタ
ー・ゾンデ顕微鏡に対する新式の装置および新式の方法
が図６に図示されている。「Ｒ．ブルナー著、１９９８
年、ウルム大学、自然科学博士学取得位論文、生物学的
試料の検査用の光学的近視野顕微鏡の開発」に記載され
ている顕微鏡を、図６に基づく写像を検出するための近
視野顕微鏡として使用することができる。なお、この論
文の開示内容は、現行の出願の開示内容において全面的
に取入れられている。この顕微鏡においては、圧電電気
式システムがせん断力測定に使用される。図６に図示さ
れている試料は、スチロール・ブタジエン・スチロール
・ポリマーである。これらのポリマーのトポグラフィー
は、従来のせん断力調整の方法を使用して、写像するこ
とができなかった。なぜならば、ゾンデとの継続的な相
互作用によって表面が汚れたからである。新式の写像法
を使用することによって、今や、光学的試料と並んで、
この試料のトポグラフィー組織を解像することができ
る。
【００４６】ゾンデと表面の間の距離の定期的変動は、
前段で詳述したように、例えば動力および／または電気
化学的顕微鏡の場合のように、近視野光学系以外のラス
ター・ゾンデ顕微鏡法においても利用することができ
る。
前段で詳述したように、例えば動力および／または電気
化学的顕微鏡の場合のように、近視野光学系以外のラス
ター・ゾンデ顕微鏡法においても利用することができ
る。
【図１】光学的近視野顕微鏡の原理的構成
【図２】ラスター・ゾンデ顕微鏡の実例としてラスター
・ゾンデと試料表面の間の距離に依存するラスター・
ゾンデの横振動の振幅減衰
・ゾンデと試料表面の間の距離に依存するラスター・
ゾンデの横振動の振幅減衰
【図３】（３Ａ）２個の圧電システムを有する本発明の
変換の第１の実施形態、（３Ｂ）第２の実施形態、（３
Ｃ）第３の実施形態、（３Ｄ）第４の実施形態
変換の第１の実施形態、（３Ｂ）第２の実施形態、（３
Ｃ）第３の実施形態、（３Ｄ）第４の実施形態
【図４】試料の位置に依存する試料先端部の横振動の振
幅減衰
幅減衰
【図５】本発明に従って表面トポグラフィーを決定する
ための規則的方法のフローチャート
ための規則的方法のフローチャート
【図６】本発明による写像法によるスチロール・ブタジ
エン・スチロール表面の写像
エン・スチロール表面の写像
１ 近視野ゾンデ ３ アーム ５ 試料 ９ レーザー １０,１１ １３ ファイバーカプラ‐ １５ ゾンデ先端部 １７ 対物レンズ １９ フィルター ２１ 鏡 ２３ 検出ダイオード ２５ ダイオード ２７ ＣＣＤカメラ ２９ 圧電素子 ３１,３５ 導線 ３７ 計測装置 ３９ マイクロコンピュータ １００ せん断力検出装置 １０４,１０８ 圧電システム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス スティフター （原語表記）Ｔ ｈｏｍａｓ Ｓｔｉｆｔｅｒ ドイツ国 Ｄ−89281 アイルレライヒエ ン レッヒベルグストラッセ ７ （原語 表記）Ｒｅｃｈｂｅｒｇｓｔｒ．７，Ｄ− 89281 Ｉｌｌｅｒｅｉｃｈｅｎ，Ｇｅｒ ｍａｎｙ (72)発明者 オトマー マルティ （原語表記）Ｏｔｍ ａｒ Ｍａｒｔｉ ドイツ国 Ｄ−89075 ウルム ケルテン ヴェーグ 123 （原語表記）Ｋｅｌｔｅ ｎｗｅｇ 123，Ｄ−89075 Ｕｌｍ，Ｇｅ ｒｍａｎｙ (72)発明者 ロベルト ブルナー （原語表記）Ｒｏｂ ｅｒｔ Ｂｒｕｎｎｅｒ ドイツ国 Ｄ−07743 イエナ ヤコブ・ ストラッセ 33 （原語表記）Ｓｔ．Ｊａ ｋｏｂ−Ｓｔｒ． 33，Ｄ−07743 Ｊｅ ｎａ，Ｇｅｒｍａｎｙ
Claims (22)
- 【請求項１】ラスター・ゾンデ顕微鏡のラスター・ゾン
デ（１）と検査対象試料表面（５）の間の距離を決定す
る方法であって、 ・ ラスター・ゾンデ（１）が検査対象表面（５）に対
して横方向に励振されて、振動するステップと、 ・ 振動するラスター・ゾンデ（１）の少なくとも１つ
の振幅信号および／または周波数信号および／または位
相振動が検出されるステップと、を含み、 ・ 検査対象表面（５）に対して横方向のラスター・ゾ
ンデ（１）の振動に対して、ラスター・ゾンデおよび検
査対象試料表面の垂直振動運動が相対的に相互に重ね合
せられ、 ・ 振幅信号および／または周波数信号および／または
位相振動から、ラスター・ゾンデと検査対象試料表面の
間の距離が決定される、 ことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 試料表面が固定されており、ラスター・
ゾンデがこれに対して垂直に振動することを特徴とする
請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 ラスター・ゾンデが垂直に固定されてお
り、試料が垂直に振動することを特徴とする請求項１に
記載の方法。 - 【請求項４】 垂直振動が正弦波形を有することを特徴
とする請求項１から３のうちの１つによる方法。 - 【請求項５】 垂直振動運動の振幅が１０ｎｍから１μ
ｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１から４のう
ちの１つに記載の方法。 - 【請求項６】 垂直振動運動の周波数が１０Ｈｚから１
０ＫＨｚの範囲内にあることを特徴とする請求項１から
５のうちの１つに記載の方法。 - 【請求項７】 ラスター・ゾンデが光学的近視野先端部
であることを特徴とする請求項１から６のうちの１つに
記載の方法。 - 【請求項８】 ゾンデと試料表面の間の距離が請求項１
から７の１つの方法によって決定され、ラスター・ゾン
デ（１）が、所定の振幅値、および／または周波数値、
および／または位相値に到達するまで、試料（５）に接
近し、次いで該試料から離隔することを特徴とする光学
的ラスター・ゾンデ顕微鏡用の距離調整法。 - 【請求項９】 ラスター・ゾンデ（１）が励振されて、
表面に対して横方向の振動を行い、該ラスター・ゾンデ
の横運動に対して、検査対象試料表面に直角な、つまり
垂直方向の、該ラスター・ゾンデの運動が相対的に相互
に重ね合せられていることを特徴とするラスター・ゾン
デ顕微鏡による試料表面および／または試料トポグラフ
ィーの写像法。 - 【請求項１０】 検査対象試料表面が固定されていて、
ラスター・ゾンデが垂直に振動することを特徴とする請
求項９による写像法。 - 【請求項１１】 ラスター・ゾンデが垂直に固定されて
いて、試料表面垂直に振動することを特徴とする請求項
９による写像法。 - 【請求項１２】 垂直振動運動が正弦波形を有すること
を特徴とするる請求項９から１１のうちの１つによる写
像法。 - 【請求項１３】 垂直振動運動の振幅が１０ｎｍから１
μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項９から１２
のうちの１つによる写像法。 - 【請求項１４】 垂直振動運動の周波数が１０Ｈｚから
１０ＫＨｚの範囲内にあることを特徴とする請求項９か
ら１３のうちの１つによる写像法。 - 【請求項１５】 写像法において請求項８による距離調
整法が使用されることを特徴とする請求項９から１４の
うちの１つによる写像法。 - 【請求項１６】 写像法においてラスター・ゾンデが光
学的近視野顕微鏡の光学的近視野ゾンデであることを特
徴とする請求項９から１５のうちの１つによる写像法。 - 【請求項１７】・ 少なくとも１個のラスター・ゾンデ
（１）と、 ・ １個の検査対象試料表面（５）用の少なくとも１個
の実装具と、 ・ 少なくとも検査対象試料表面の平面上でラスター・
ゾンデの振動運動を励起するための少なくとも１つの装
置と、を有し、 ・ 検査対象試料表面に垂直な振動運動を励起するため
の装置を有するラスター・ゾンデ顕微鏡、特に近視野顕
微鏡。 - 【請求項１８】 振動運動を励起する装置が少なくとも
１つの圧電素子を有することを特徴とする請求項１７に
よる顕微鏡。 - 【請求項１９】 検査対象試料表面に垂直な振動運動を
励起する装置が１つの圧電素子を有することを特徴とす
る請求項１８による顕微鏡。 - 【請求項２０】 強制振動運動の振幅信号および／また
は周波数信号をラスター・ゾンデと試料表面の間と距離
との依存関係において検出する装置が設けられているこ
とを特徴とする請求項１７から１９のうちの１つによる
顕微鏡。 - 【請求項２１】 検査対象試料表面野距離を制御／調整
するための制御装置／調整装置を近視野顕微鏡が有する
ことを特徴とする請求項１７から２０のうちの１つによ
る顕微鏡。 - 【請求項２２】 ラスター・ゾンデが光学的近視野顕微
鏡用の近視野先端部を有することを特徴とする請求項１
７から２１のうちの１つによる顕微鏡。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19852833A DE19852833A1 (de) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | Verfahren zur Bestimmung des Abstandes einer Nahfeldsonde von einer zu untersuchenden Probenoberfläche und Nahfeldmikroskop |
| DE19852833.7 | 1998-11-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000146804A true JP2000146804A (ja) | 2000-05-26 |
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ID=7887980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11327557A Pending JP2000146804A (ja) | 1998-11-17 | 1999-11-17 | 近視野ゾンデと検査対象試料表面の間の距離を決定する方法および近視野顕微鏡 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6703614B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000146804A (ja) |
| DE (1) | DE19852833A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100476318B1 (ko) * | 2002-02-22 | 2005-03-10 | 학교법인연세대학교 | 광학식 미세 간격 측정장치 및 이를 이용한 광픽업 장치 |
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1999
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- 1999-11-17 US US09/442,429 patent/US6703614B1/en not_active Expired - Fee Related
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| DE19852833A1 (de) | 2000-05-18 |
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