JP2000266769A - 走査型プローブ顕微鏡の測定パラメータ設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 走査型プローブ顕微鏡において、物理量の測
定が支障なく行えるようにすること。また、測定者が容
易にプローブ−試料間距離を適切な値に設定できるよう
にし、生産性が向上するようにすること。 【解決手段】 プローブ−試料間に働く静電気力によっ
て生じるカンチレバー３の変位を検出部１で検出し、静
電気力信号９として出力する。駆動部６は駆動信号１０
を出力し、微動機構５を駆動する。データ生成部８は静
電気力信号９と駆動信号１０から画像や特性曲線のデー
タを生成する。このとき静電気力の特性曲線を測定し、
その結果から、駆動部６に対して「静電気力Ｆがある値
または範囲を超えないこと」と設定しておくと、駆動部
６は静電気力信号９を監視しながら設定に従って微動機
構５を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料の物理量を測
定する走査型プローブ顕微鏡の測定パラメータ設定方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】元々走査型プローブ顕微鏡は、原子・分
子配列を含めた試料表面の形状情報を測定するための装
置であった。しかし近年では、種々の物理量も測定でき
る装置へと発展してきており、既に静電気力、表面電
位、磁気力といった物理量が測定可能になっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】走査型プローブ顕微鏡
で形状情報を測定する場合、適切なプローブ−試料間距
離は、その制御の基準となる原子間力等のパラメータを
介して設定することができる。

【０００４】一方、形状情報以外の物理量を測定する場
合、適切なプローブ−試料間距離は形状情報測定時のそ
れとは必ずしも一致しない。このため、物理量測定にあ
たっては、プローブ−試料間距離の適切な値を改めて設
定する作業が必要になる。にも関わらず、形状情報測定
時に使用しているような従来の方法では、物理量測定時
のプローブ−試料間距離を適切な値に設定できない恐れ
がある。

【０００５】また、物理量測定では、プローブと試料を
接触させることができない場合もある。プローブ−試料
間距離を形状情報測定時より近づける必要がある場合が
特に問題で、このとき何らの指針もないままプローブ−
試料間距離を設定すると、プローブと試料を接触させて
しまう危険性が高い。

【０００６】これらのことは、生産性を低下させる要因
となる他、物理量測定自体に支障を来す恐れもある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、測定対象物理量信号レベルの値
または範囲を設定し、それによって物理量測定時のプロ
ーブ−試料間距離を規制・制御することとした。また、
測定対象物理量信号レベルの値または範囲の設定にあた
っては、「プローブ−試料間距離」対「測定対象物理量
信号」の特性を測定し、その結果を利用することができ
ることとした。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態を
図面に基づいて説明する。 （１）第一実施形態例

【０００９】図１〜３は、本発明の測定パラメータ設定
方法による第一実施形態例を説明するための図である。
ここでの測定対象物理量は「静電気力」である。

【００１０】図１は、「静電気力Ｆ」対「プローブ−試
料間距離Ｚ」の特性曲線である。ＦはＺ＞０の範囲にお
いてＺの逆数に比例する。なお、Ｚ＝０、すなわちプロ
ーブと試料が接触したときはＦ＝０となる。

【００１１】図２は、図１を基にＦの範囲を規制したと
きの、Ｆ対Ｚの特性曲線である。測定対象物理量である
静電気力Ｆを規制することにより、プローブ−試料間距
離を規制できることがわかる。

【００１２】図３は、走査型プローブ顕微鏡で静電気力
を測定する場合の基本構成の一を示すブロック図であ
る。

【００１３】図３において、バイアス電源７を用いて、
カンチレバー３先端部のプローブ２と試料４の間にバイ
アス電圧を印加する。次に、その状態で、駆動部６で微
動機構５を駆動し、プローブ−試料間を近づけていく。
すると、プローブ−試料間がある距離以下になると、両
者の間に静電気力が働き、カンチレバー３が変位する。
この変位を検出部１で検出し、静電気力信号９として出
力する。駆動部６は駆動信号１０を出力し、微動機構５
を駆動する。データ生成部８は静電気力信号９と駆動信
号１０から画像や特性曲線のデータを生成する。そして
このとき駆動部６に対して、例えば「静電気力ＦがＦ２
（図２参照）を超えないこと」と設定しておくと、駆動
部６は静電気力信号９を監視し、ＦがＦ２を超えないよ
うに、すなわちプローブ−試料間距離ＺがＺ１（図２参
照）を下回らないように、微動機構５を制御する。

【００１４】なお、駆動部６に対する静電気力Ｆの値ま
たは範囲の設定は、図２のような特性曲線の測定結果を
基に、手動または自動で行われる。特性が予めわかって
いれば、測定者が任意に設定することもできる。 （２）第二実施形態例

【００１５】図４〜６は、本発明の測定パラメータ設定
方法による第二実施形態例を説明するための図である。
ここでの測定対象物理量は「磁気力」である。

【００１６】図４は、「磁気力Ｆ」対「プローブ−試料
間距離Ｚ」の特性曲線である。

【００１７】図５は、図４を基に磁気力Ｆの範囲を規制
したときの「磁気力Ｆ」対「プローブ−試料間距離Ｚ」
の特性曲線である。測定対象物理量である磁気力を規制
することにより、プローブ−試料間距離を規制できるこ
とがわかる。

【００１８】図６は、走査型プローブ顕微鏡で磁気力を
測定する場合の基本構成の一を示すブロック図である。

【００１９】図６において、カンチレバー加振部１１で
カンチレバー３を加振する。加振は通常、カンチレバー
の共振周波数の近傍で行われる。次に、その状態で、駆
動部６で微動機構５を駆動し、プローブ−試料間を近づ
けていく。すると、プローブ−試料間がある距離以下に
なると、両者の間に磁気力が働き、カンチレバー３が変
位する。この変位を検出部１で検出し、磁気力信号１２
として出力する。駆動部６は駆動信号１０を出力し、微
動機構５を駆動する。データ生成部８は磁気力信号１２
と駆動信号１０から画像や特性曲線のデータを生成す
る。そしてこのとき駆動部６に対して、例えば「磁気力
ＦがＦ３〜Ｆ４（図５参照）の範囲を超えないこと」と
設定しておくと、駆動部６は磁気力信号１２を監視し、
ＦがＦ３〜Ｆ４の範囲を超えないように、すなわちプロ
ーブ−試料間距離ＺがＺ３〜Ｚ４（図２参照）に収まる
ように、微動機構５を制御する。

【００２０】なお、駆動部６に対する磁気力Ｆの値また
は範囲の設定は、図５のような特性曲線の測定結果を基
に、手動または自動で行われる。特性が予めわかってい
れば、測定者が任意に設定することもできる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
対象物理量の測定が支障なく行えるようになる。また、
測定者は容易にプローブ−試料間距離を適切な値に設定
でき、生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測定パラメータ設定方法による第一実
施形態例を説明するための図で、「静電気力」対「プロ
ーブ−試料間距離」の特性曲線である。

【図２】本発明の測定パラメータ設定方法による第一実
施形態例を説明するための図で、図１を基に静電気力の
範囲を規制したときの「静電気力」対「プローブ−試料
間距離」の特性曲線である。

【図３】本発明の測定パラメータ設定方法による第一実
施形態例を説明するための図で、走査型プローブ顕微鏡
で静電気力を測定する場合の基本構成の一を示すブロッ
ク図である。なお、バイアス電圧を印加する必要がある
ため、プローブ２およびカンチレバー３は導電性でなけ
ればならない。

【図４】本発明の測定パラメータ設定方法による第二実
施形態例を説明するための図で、「磁気力」対「プロー
ブ−試料間距離」の特性曲線である。

【図５】本発明の測定パラメータ設定方法による第二実
施形態例を説明するための図で、図１を基に磁気力の範
囲を規制したときの「磁気力」対「プローブ−試料間距
離」の特性曲線である。

【図６】本発明の測定パラメータ設定方法による第二実
施形態例を説明するための図で、走査型プローブ顕微鏡
で磁気力を測定する場合の基本構成の一を示すブロック
図である。なお、磁気を感知する必要があるため、プロ
ーブ２は適切な磁性材料でできているかまたはコーティ
ングされていなければならない。

【符号の説明】

１ 検出部 ２ プローブ ３ カンチレバー ４ 試料 ５ 微動機構 ６ 駆動部 ７ バイアス電源 ８ データ生成部 ９ 静電気力信号 １０ 駆動信号 １１ カンチレバー加振部 １２ 磁気力信号

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プローブ−試料間に生じる原子間力等の
   物理量を検出する手段と、プローブと試料の相対位置を
   三次元的に変位させる粗微動機構と、プローブ−試料間
   の距離を制御する手段と、これら全体を統括制御する手
   段を有する走査型プローブ顕微鏡の測定パラメータ設定
   方法において、 物理量測定時のプローブ−試料間距離を、任意の測定対
   象物理量信号レベルで規制・制御することを特徴とす
   る、走査型プローブ顕微鏡の測定パラメータ設定方法。
2. 【請求項２】 対象物理量測定時のプローブ−試料間距
   離を、測定対象物理量信号レベルの上限値で規制・制御
   することを特徴とする、請求項１に記載の走査型プロー
   ブ顕微鏡の測定パラメータ設定方法。
3. 【請求項３】 対象物理量測定時のプローブ−試料間距
   離を、測定対象物理量信号レベルの下限値で規制・制御
   することを特徴とする、請求項１に記載の走査型プロー
   ブ顕微鏡の測定パラメータ設定方法。
4. 【請求項４】 対象物理量測定時のプローブ−試料間距
   離を、測定対象物理量信号レベルの範囲で規制・制御す
   ることを特徴とする、請求項１に記載の走査型プローブ
   顕微鏡の測定パラメータ設定方法。
5. 【請求項５】 任意に設定されたプローブ−試料間距離
   間での「プローブ−試料間距離」対 「測定対象物理量
   信号」の特性を測定し、その結果を基に、プローブ−試
   料間距離を規制・制御する測定対象物理量信号レベルを
   設定することを特徴とする、請求項１〜４までのいずれ
   かに記載の、走査型プローブ顕微鏡の測定パラメータ設
   定方法。
6. 【請求項６】 任意に設定された測定対象物理量信号レ
   ベル間での「プローブ−試料間距離」対「測定対象物理
   量信号」の特性を測定し、その結果を基に、プローブ−
   試料間距離を規制・制御する測定対象物理量信号レベル
   を設定することを特徴とする、請求項１〜４までのいず
   れかに記載の、走査型プローブ顕微鏡の測定パラメータ
   設定方法。