JP2001027596A - 走査型プローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検出方法、およびこれらにより構成されたマルチプローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検出方法、並びに観察装置と観察方法 - Google Patents
走査型プローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検出方法、およびこれらにより構成されたマルチプローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検出方法、並びに観察装置と観察方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】プローブと検出系の配線、および検出回路等を
簡略化することができ、また、検出系を複数組稼動させ
るマルチプローブあるいは観察システムを容易に構成す
ることが可能な走査型プローブによる表面特性・電気的
特性の検出装置と検出方法、およびこれらにより構成さ
れたマルチプローブによる表面特性・電気的特性の検出
装置と検出方法、並びに観察装置と観察方法を提供する
こと。 【解決手段】表面特性・電気的特性検出手段が、前記ピ
エゾ抵抗を流れる電流に含まれるオフセット電流を除去
するためのオフセット電流除去手段と、前記媒体と前記
導電性探針との間を流れる電流を測定する際に、前記オ
フセット電流除去手段を切り離すスイッチ手段とを有
し、前記ピエゾ抵抗に流れる電流と前記導電性探針との
間を流れる電流を共通の電流路で検出するように構成さ
れている。
簡略化することができ、また、検出系を複数組稼動させ
るマルチプローブあるいは観察システムを容易に構成す
ることが可能な走査型プローブによる表面特性・電気的
特性の検出装置と検出方法、およびこれらにより構成さ
れたマルチプローブによる表面特性・電気的特性の検出
装置と検出方法、並びに観察装置と観察方法を提供する
こと。 【解決手段】表面特性・電気的特性検出手段が、前記ピ
エゾ抵抗を流れる電流に含まれるオフセット電流を除去
するためのオフセット電流除去手段と、前記媒体と前記
導電性探針との間を流れる電流を測定する際に、前記オ
フセット電流除去手段を切り離すスイッチ手段とを有
し、前記ピエゾ抵抗に流れる電流と前記導電性探針との
間を流れる電流を共通の電流路で検出するように構成さ
れている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、探針と試料を接近
させることによって生じる物理現象を利用した走査型プ
ローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検出方
法、およびこれらにより構成されたマルチプローブによ
る表面特性・電気的特性の検出装置と検出方法、並びに
観察装置と観察方法に関する。特に、探針と試料との間
に働く原子間力、及び電流値を測定し、それらの信号の
変化から観察対象物表面の微細な凹凸や微小領域の電気
特性を測定するためのピエゾ抵抗カンチレバーを備えた
走査型プローブによる表面特性・電気的特性の検出装置
および検出方法に関する。
させることによって生じる物理現象を利用した走査型プ
ローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検出方
法、およびこれらにより構成されたマルチプローブによ
る表面特性・電気的特性の検出装置と検出方法、並びに
観察装置と観察方法に関する。特に、探針と試料との間
に働く原子間力、及び電流値を測定し、それらの信号の
変化から観察対象物表面の微細な凹凸や微小領域の電気
特性を測定するためのピエゾ抵抗カンチレバーを備えた
走査型プローブによる表面特性・電気的特性の検出装置
および検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、探針と試料とを接近させ、その時
に生じる物理現象（トンネル現象、原子間力等）を利用
して、物質表面及び表面近傍の電子構造を直接観察でき
る走査型プローブ顕微鏡（以下ＳＰＭと略す）が開発さ
れ、単結晶、非晶質を問わず様々な物理量の実空間像を
高い分解能で測定できるようになっている。産業分野に
おいては、近年、ＳＰＭの原子あるいは分子サイズの高
分解能を有する原理に着目し、特開昭６３−１６１５５
２号公報および特開昭６３−１６１５５３号公報に開示
されているように、媒体に記録層を用いることによる情
報記録再生装置への応用、実用化が精力的に進められて
いる。また、近年のＩＣ等のデバイスの高集積化に伴う
プロセス技術の向上によって、作られるデバイス内の素
子の大きさもサブミクロンオーダーになっており、その
ようなデバイスを作る場合のプロセスの評価などについ
ても、このＳＰＭの技術が応用されはじめている。この
ような観察評価装置は、主に表面形状と電気特性が測定
対象となる。たとえば、リソグラフィーによって形成さ
れた素子の特性などを測定したい場合は、配線の電気特
性や形状、半導体素子ならドーズ量などを調べることが
必要になる。局所的な形状と電気特性を調べること、す
なわちＡＦＭとＳＴＭを用いることになる。
に生じる物理現象（トンネル現象、原子間力等）を利用
して、物質表面及び表面近傍の電子構造を直接観察でき
る走査型プローブ顕微鏡（以下ＳＰＭと略す）が開発さ
れ、単結晶、非晶質を問わず様々な物理量の実空間像を
高い分解能で測定できるようになっている。産業分野に
おいては、近年、ＳＰＭの原子あるいは分子サイズの高
分解能を有する原理に着目し、特開昭６３−１６１５５
２号公報および特開昭６３−１６１５５３号公報に開示
されているように、媒体に記録層を用いることによる情
報記録再生装置への応用、実用化が精力的に進められて
いる。また、近年のＩＣ等のデバイスの高集積化に伴う
プロセス技術の向上によって、作られるデバイス内の素
子の大きさもサブミクロンオーダーになっており、その
ようなデバイスを作る場合のプロセスの評価などについ
ても、このＳＰＭの技術が応用されはじめている。この
ような観察評価装置は、主に表面形状と電気特性が測定
対象となる。たとえば、リソグラフィーによって形成さ
れた素子の特性などを測定したい場合は、配線の電気特
性や形状、半導体素子ならドーズ量などを調べることが
必要になる。局所的な形状と電気特性を調べること、す
なわちＡＦＭとＳＴＭを用いることになる。
【０００３】しかしながら、アクセスするエリアが小さ
い場合、表面形状を測定するプローブと電気特性を測定
するプローブが異なるという状況においては、同じ場所
を観察したい時にそれぞれについて厳密な位置合わせが
必要になる。そこで、１本のプローブで局所的な形状情
報と電気的な情報を得ることができる導電性のＡＦＭプ
ローブが提案されている。たとえば、従来のＡＦＭプロ
ーブに金属膜をコートし、光てこによるＡＦＭとプロー
ブを流れる電流を測定するＳＴＭ（電流測定）とを同時
に行なうことが実現されている。また、上記のような装
置への応用に際しては、そのスループットの向上のため
に、複数プローブの並列処理（マルチ化）が必要であ
り、その方面についても開発が進んでいる。また、その
ためのプローブ作製プロセスも、従来の半導体プロセス
等を用いて検討されている。たとえば、マルチプローブ
による検出器の場合にはＡＦＭを光てこによる検出系で
行なうことは光学系の構成が非常に複雑になるばかりで
なく、系自体の大きさもとても大きな物となってしまう
ことから、現在ではピエゾ抵抗体を利用した歪み検出を
ＡＦＭレバーに設けることで、レバー撓み量をピエゾ抵
抗体の抵抗変化で読み取るという方式が提案されてい
る。
い場合、表面形状を測定するプローブと電気特性を測定
するプローブが異なるという状況においては、同じ場所
を観察したい時にそれぞれについて厳密な位置合わせが
必要になる。そこで、１本のプローブで局所的な形状情
報と電気的な情報を得ることができる導電性のＡＦＭプ
ローブが提案されている。たとえば、従来のＡＦＭプロ
ーブに金属膜をコートし、光てこによるＡＦＭとプロー
ブを流れる電流を測定するＳＴＭ（電流測定）とを同時
に行なうことが実現されている。また、上記のような装
置への応用に際しては、そのスループットの向上のため
に、複数プローブの並列処理（マルチ化）が必要であ
り、その方面についても開発が進んでいる。また、その
ためのプローブ作製プロセスも、従来の半導体プロセス
等を用いて検討されている。たとえば、マルチプローブ
による検出器の場合にはＡＦＭを光てこによる検出系で
行なうことは光学系の構成が非常に複雑になるばかりで
なく、系自体の大きさもとても大きな物となってしまう
ことから、現在ではピエゾ抵抗体を利用した歪み検出を
ＡＦＭレバーに設けることで、レバー撓み量をピエゾ抵
抗体の抵抗変化で読み取るという方式が提案されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、半導
体デバイスなど評価装置は、その形状を調べるＡＦＭと
電気特性を調べるＳＴＭとを複数組で備えていることが
必要である。しかしながら、上記した従来のものでは、
ピエゾ抵抗体を用いたＡＦＭ（以降、ピエゾ抵抗ＡＦＭ
と記す）と電気特性を検出するＳＴＭとを同じレバーに
よって検出する必要があるために、レバーにはピエゾ抵
抗を検出するパス（配線）と検出回路、微小電流を検出
するパスと検出回路がそれぞれ必要となり、そのためプ
ローブと検出回路をワンチップ化した場合の作製が非常
に複雑になるという点に問題があった。
体デバイスなど評価装置は、その形状を調べるＡＦＭと
電気特性を調べるＳＴＭとを複数組で備えていることが
必要である。しかしながら、上記した従来のものでは、
ピエゾ抵抗体を用いたＡＦＭ（以降、ピエゾ抵抗ＡＦＭ
と記す）と電気特性を検出するＳＴＭとを同じレバーに
よって検出する必要があるために、レバーにはピエゾ抵
抗を検出するパス（配線）と検出回路、微小電流を検出
するパスと検出回路がそれぞれ必要となり、そのためプ
ローブと検出回路をワンチップ化した場合の作製が非常
に複雑になるという点に問題があった。
【０００５】そこで、本発明は、上記従来のものにおけ
る課題を解決し、形状情報と電気的情報とを同じプロー
ブで検出する手段において、プローブと検出系の配線、
および検出回路等を簡略化することができ、また、それ
によって検出系を複数組稼動させるマルチプローブある
いは観察システム等を容易に構成することができる走査
型プローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検
出方法、およびこれらにより構成されたマルチプローブ
による表面特性・電気的特性の検出装置と検出方法、並
びに観察装置と観察方法を提供することを目的とするも
のである。
る課題を解決し、形状情報と電気的情報とを同じプロー
ブで検出する手段において、プローブと検出系の配線、
および検出回路等を簡略化することができ、また、それ
によって検出系を複数組稼動させるマルチプローブある
いは観察システム等を容易に構成することができる走査
型プローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検
出方法、およびこれらにより構成されたマルチプローブ
による表面特性・電気的特性の検出装置と検出方法、並
びに観察装置と観察方法を提供することを目的とするも
のである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために、つぎの（１）〜（２２）のように構成し
た走査型プローブによる表面特性・電気的特性の検出装
置と検出方法、およびこれらにより構成されたマルチプ
ローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検出方
法、並びに観察装置と観察方法を提供するものである。 （１）ピエゾ抵抗が実装されたカンチレバーに、該ピエ
ゾ抵抗と電気的に接続された導電性探針が設けられてな
るプローブを備え、該プローブを接近制御部によって媒
体に接近させ、該媒体に対して相対走査して該媒体の表
面特性と電気的特性を検出する走査型プローブによる表
面特性・電気的特性の検出装置であって、前記プローブ
へのバイアス印加手段と、前記媒体へのバイアス印加手
段と、前記プローブバイアスへの印加手段及び前記媒体
へのバイアス印加手段によって所定バイアスを印加する
ことにより、前記プローブのピエゾ抵抗に流れる電流を
測定して該媒体の表面特性を検出する一方、前記媒体へ
のバイアス印加手段によって所定バイアスを印加するこ
とにより、該媒体と導電性探針との間を流れる電流を測
定して該媒体の電気特性を検出する表面特性・電気的特
性検出手段と、を備え、前記表面特性・電気的特性検出
手段が、前記ピエゾ抵抗を流れる電流に含まれるオフセ
ット電流を除去するためのオフセット電流除去手段と、
前記媒体と前記導電性探針との間を流れる電流を測定す
る際に、前記オフセット電流除去手段を切り離すスイッ
チ手段とを有し、前記ピエゾ抵抗に流れる電流と前記導
電性探針との間を流れる電流を共通の電流路で検出する
ように構成されていることを特徴とする走査型プローブ
による表面特性・電気的特性の検出装置。 （２）前記オフセット電流除去手段が、一定電圧を発生
する電圧源と可変抵抗とからなり、該可変抵抗を調整し
て前記オフセット電流を除去する構成を備えていること
を特徴とする上記（１）に記載の走査型プローブによる
表面特性・電気的特性の検出装置。 （３）前記プローブのピエゾ抵抗に流れる電流が原子間
力による電流であり、また前記媒体と導電性探針との間
を流れる電流がトンネル電流であることを特徴とする上
記（１）または上記（２）に記載の走査型プローブによ
る表面特性・電気的特性の検出装置。 （４）前記ピエゾ抵抗を流れる電流を測定する際に、前
記媒体へのバイアス印加手段に所定電圧を印加すること
によって、プローブを通して前記カンチレバーに流れ込
む電流を除去するように構成されていることを特徴とす
る上記（１）〜（３）のいずれかに記載の走査型プロー
ブによる表面特性・電気的特性の検出装置。 （５）前記媒体と前記導電性探針との間を流れる電流を
測定する際に、前記プローブへのバイアス印加手段によ
るバイアス電圧が前記ピエゾ抵抗にかからないように構
成されていることを特徴とする上記（１）〜（４）のい
ずれかに記載の走査型プローブによる表面特性・電気的
特性の検出装置。 （６）媒体の表面特性・電気的特性検出手段を備えたプ
ローブを複数組有するマルチプローブによる表面特性・
電気的特性の検出装置において、前記表面特性・電気的
特性検出手段が、上記（１）〜（５）のいずれかに記載
の表面特性・電気的特性検出手段で構成されていること
を特徴とするマルチプローブによる表面特性・電気的特
性の検出装置。 （７）観察試料の表面特性・電気的特性検出手段を備え
たプローブを複数組有するプローブアレイユニットと、
前記プローブアレイユニットを制御するとともに、プロ
ーブアレイユニットによる測定データを処理するプロー
ブユニット制御手段とを有し、表面特性・電気的特性を
検出する観察装置であって前記表面特性・電気的特性検
出手段が、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の表面
特性・電気的特性検出手段で構成されていることを特徴
とする観察装置。 （８）前記プローブユニット制御手段は、前記測定デー
タを保持するメモリと、それらのデータをバスに出力
し、あるいはバスからの設定パラメータ等を取得するイ
ンターフェース部と、設定パラメータ等により測定プロ
ーブを設定するプローブ設定部と、所定印加電圧を出力
するバイアス発生部と、ステージの走査及び位置決め、
あるいはデータのアドレッシングを行なう走査制御部と
を有することを特徴とする上記（７）に記載の観察装
置。 （９）前記走査制御部は、メモリ中における取得データ
の位置をアドレス信号によって、前記メモリ、または前
記プローブ設定部、またはバイアス発生部等に出力する
ことを特徴とする上記（８）に記載の観察装置。 （１０）プローブ設定部は、前記アドレス信号から測定
に用いるプローブを演算し、該演算結果をプローブ選択
信号として前記プローブアレイユニットに出力すること
を特徴とする上記（９）に記載の観察装置。 （１１）前記バイアス発生部は、前記アドレス信号か
ら、その測定が前記プローブのピエゾ抵抗に流れる電流
による表面特性を検出する測定であるか、または前記媒
体と導電性探針との間を流れる電流による電気的特性を
検出する測定であるかを判別し、あるいはその測定に用
いられているプローブがいずれのプローブであるかを判
別し、これらの判別結果に基づいて各種電圧を決定する
ことを特徴とする上記（９）に記載の観察装置。 （１２）ピエゾ抵抗が実装されたカンチレバーに、該ピ
エゾ抵抗と電気的に接続された導電性探針が設けられて
なるプローブを備え、該プローブを接近制御部によって
媒体に接近させ、該媒体に対して相対走査して該媒体の
表面特性と電気的特性を検出する走査型プローブによる
表面特性・電気的特性の検出方法であって、前記プロー
ブバイアスへの印加手段及び前記媒体へのバイアス印加
手段によって所定バイアスを印加することにより、前記
プローブのピエゾ抵抗に流れる電流を測定して該媒体の
表面特性を検出するに際して、前記ピエゾ抵抗を流れる
電流に含まれるオフセット電流を除去する一方、前記媒
体へのバイアス印加手段によって所定バイアスを印加す
ることにより、該媒体と導電性探針との間を流れる電流
を測定して該媒体の電気特性を検出するに際して、前記
オフセット電流を除去するための手段と切り離すように
して、前記ピエゾ抵抗に流れる電流と前記導電性探針と
の間を流れる電流を共通の電流路で検出することを特徴
とする走査型プローブによる表面特性・電気的特性の検
出方法。 （１３）前記オフセット電流の除去が、一定電圧を発生
する電圧源と可変抵抗とからなるオフセット電流除去手
段の該可変抵抗を調整して行われることを特徴とする上
記（１２）に記載の走査型プローブによる表面特性・電
気的特性の検出方法。 （１４）前記プローブのピエゾ抵抗に流れる電流が原子
間力による電流であり、また前記媒体と導電性探針との
間を流れる電流がトンネル電流であることを特徴とする
上記（１２）または上記（１３）に記載の走査型プロー
ブによる表面特性・電気的特性の検出方法。 （１５）前記プローブバイアス印加手段及び媒体へのバ
イアス印加手段により一定バイアスを印加して、信号検
出手段によって該ピエゾ抵抗の変化を検出して、該媒体
の表面特性を測定するに際し、媒体へのバイアス印加手
段により印加されるバイアスを、プローブバイアス印加
手段によって印加されるバイアスの２分の１に設定し、
該媒体の表面特性を測定することを特徴とする上記（１
２）〜（１４）のいずれかに記載の走査型プローブによ
る表面特性・電気的特性の検出方法。 （１６）前記信号検出手段によって該媒体と導電性探針
との間を流れる電流を検出して、該媒体の電気特性を測
定するに際し、プローブバイアス印加手段によって印加
されるバイアスをゼロに設定して、媒体へのバイアス印
加手段により一定バイアスを媒体に印加し、該媒体の電
気特性を測定することを特徴とする上記（１２）〜（１
５）のいずれかに記載の走査型プローブによる表面特性
・電気的特性の検出方法。 （１７）媒体の表面特性・電気的特性検出手段を備えた
プローブを複数組有するマルチプローブによる表面特性
・電気的特性の検出方法において、前記表面特性・電気
的特性検出手段が、上記（１２）〜（１６）のいずれか
に記載の表面特性・電気的特性検出手段で構成されてい
ることを特徴とするマルチプローブによる表面特性・電
気的特性の検出方法。 （１８）観察試料の表面特性・電気的特性検出手段を備
えたプローブを複数組有するプローブアレイユニット
と、前記プローブアレイユニットを制御するとともに、
プローブアレイユニットによる測定データを処理するプ
ローブユニット制御手段とを有し、表面特性・電気的特
性を検出する観察方法であって前記表面特性・電気的特
性検出手段が、上記（１２）〜（１６）のいずれかに記
載の表面特性・電気的特性検出手段で構成されているこ
とを特徴とする観察方法。 （１９）前記プローブユニット制御手段は、前記測定デ
ータを保持するメモリと、それらのデータをバスに出力
し、あるいはバスからの設定パラメータ等を取得するイ
ンターフェース部と、設定パラメータ等により測定プロ
ーブを設定するプローブ設定部と、所定印加電圧を出力
するバイアス発生部と、ステージの走査及び位置決め、
あるいはデータのアドレッシングを行なう走査制御部と
を有することを特徴とする上記（１８）に記載の観察方
法。 （２０）前記走査制御部は、メモリ中における取得デー
タの位置をアドレス信号によって、前記メモリ、または
前記プローブ設定部、またはバイアス発生部等に出力す
ることを特徴とする上記（１９）に記載の観察方法。 （２１）プローブ設定部は、前記アドレス信号から測定
に用いるプローブを演算し、該演算結果をプローブ選択
信号として前記プローブアレイユニットに出力すること
を特徴とする上記（２０）に記載の観察方法。 （２２）前記バイアス発生部は、前記アドレス信号か
ら、その測定が前記プローブのピエゾ抵抗に流れる電流
による表面特性を検出する測定であるか、または前記媒
体と導電性探針との間を流れる電流による電気的特性を
検出する測定であるかを判別し、あるいはその測定に用
いられているプローブがいずれのプローブであるかを判
別し、これらの判別結果に基づいて各種電圧を決定する
ことを特徴とする上記（２０）に記載の観察方法。
成するために、つぎの（１）〜（２２）のように構成し
た走査型プローブによる表面特性・電気的特性の検出装
置と検出方法、およびこれらにより構成されたマルチプ
ローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検出方
法、並びに観察装置と観察方法を提供するものである。 （１）ピエゾ抵抗が実装されたカンチレバーに、該ピエ
ゾ抵抗と電気的に接続された導電性探針が設けられてな
るプローブを備え、該プローブを接近制御部によって媒
体に接近させ、該媒体に対して相対走査して該媒体の表
面特性と電気的特性を検出する走査型プローブによる表
面特性・電気的特性の検出装置であって、前記プローブ
へのバイアス印加手段と、前記媒体へのバイアス印加手
段と、前記プローブバイアスへの印加手段及び前記媒体
へのバイアス印加手段によって所定バイアスを印加する
ことにより、前記プローブのピエゾ抵抗に流れる電流を
測定して該媒体の表面特性を検出する一方、前記媒体へ
のバイアス印加手段によって所定バイアスを印加するこ
とにより、該媒体と導電性探針との間を流れる電流を測
定して該媒体の電気特性を検出する表面特性・電気的特
性検出手段と、を備え、前記表面特性・電気的特性検出
手段が、前記ピエゾ抵抗を流れる電流に含まれるオフセ
ット電流を除去するためのオフセット電流除去手段と、
前記媒体と前記導電性探針との間を流れる電流を測定す
る際に、前記オフセット電流除去手段を切り離すスイッ
チ手段とを有し、前記ピエゾ抵抗に流れる電流と前記導
電性探針との間を流れる電流を共通の電流路で検出する
ように構成されていることを特徴とする走査型プローブ
による表面特性・電気的特性の検出装置。 （２）前記オフセット電流除去手段が、一定電圧を発生
する電圧源と可変抵抗とからなり、該可変抵抗を調整し
て前記オフセット電流を除去する構成を備えていること
を特徴とする上記（１）に記載の走査型プローブによる
表面特性・電気的特性の検出装置。 （３）前記プローブのピエゾ抵抗に流れる電流が原子間
力による電流であり、また前記媒体と導電性探針との間
を流れる電流がトンネル電流であることを特徴とする上
記（１）または上記（２）に記載の走査型プローブによ
る表面特性・電気的特性の検出装置。 （４）前記ピエゾ抵抗を流れる電流を測定する際に、前
記媒体へのバイアス印加手段に所定電圧を印加すること
によって、プローブを通して前記カンチレバーに流れ込
む電流を除去するように構成されていることを特徴とす
る上記（１）〜（３）のいずれかに記載の走査型プロー
ブによる表面特性・電気的特性の検出装置。 （５）前記媒体と前記導電性探針との間を流れる電流を
測定する際に、前記プローブへのバイアス印加手段によ
るバイアス電圧が前記ピエゾ抵抗にかからないように構
成されていることを特徴とする上記（１）〜（４）のい
ずれかに記載の走査型プローブによる表面特性・電気的
特性の検出装置。 （６）媒体の表面特性・電気的特性検出手段を備えたプ
ローブを複数組有するマルチプローブによる表面特性・
電気的特性の検出装置において、前記表面特性・電気的
特性検出手段が、上記（１）〜（５）のいずれかに記載
の表面特性・電気的特性検出手段で構成されていること
を特徴とするマルチプローブによる表面特性・電気的特
性の検出装置。 （７）観察試料の表面特性・電気的特性検出手段を備え
たプローブを複数組有するプローブアレイユニットと、
前記プローブアレイユニットを制御するとともに、プロ
ーブアレイユニットによる測定データを処理するプロー
ブユニット制御手段とを有し、表面特性・電気的特性を
検出する観察装置であって前記表面特性・電気的特性検
出手段が、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の表面
特性・電気的特性検出手段で構成されていることを特徴
とする観察装置。 （８）前記プローブユニット制御手段は、前記測定デー
タを保持するメモリと、それらのデータをバスに出力
し、あるいはバスからの設定パラメータ等を取得するイ
ンターフェース部と、設定パラメータ等により測定プロ
ーブを設定するプローブ設定部と、所定印加電圧を出力
するバイアス発生部と、ステージの走査及び位置決め、
あるいはデータのアドレッシングを行なう走査制御部と
を有することを特徴とする上記（７）に記載の観察装
置。 （９）前記走査制御部は、メモリ中における取得データ
の位置をアドレス信号によって、前記メモリ、または前
記プローブ設定部、またはバイアス発生部等に出力する
ことを特徴とする上記（８）に記載の観察装置。 （１０）プローブ設定部は、前記アドレス信号から測定
に用いるプローブを演算し、該演算結果をプローブ選択
信号として前記プローブアレイユニットに出力すること
を特徴とする上記（９）に記載の観察装置。 （１１）前記バイアス発生部は、前記アドレス信号か
ら、その測定が前記プローブのピエゾ抵抗に流れる電流
による表面特性を検出する測定であるか、または前記媒
体と導電性探針との間を流れる電流による電気的特性を
検出する測定であるかを判別し、あるいはその測定に用
いられているプローブがいずれのプローブであるかを判
別し、これらの判別結果に基づいて各種電圧を決定する
ことを特徴とする上記（９）に記載の観察装置。 （１２）ピエゾ抵抗が実装されたカンチレバーに、該ピ
エゾ抵抗と電気的に接続された導電性探針が設けられて
なるプローブを備え、該プローブを接近制御部によって
媒体に接近させ、該媒体に対して相対走査して該媒体の
表面特性と電気的特性を検出する走査型プローブによる
表面特性・電気的特性の検出方法であって、前記プロー
ブバイアスへの印加手段及び前記媒体へのバイアス印加
手段によって所定バイアスを印加することにより、前記
プローブのピエゾ抵抗に流れる電流を測定して該媒体の
表面特性を検出するに際して、前記ピエゾ抵抗を流れる
電流に含まれるオフセット電流を除去する一方、前記媒
体へのバイアス印加手段によって所定バイアスを印加す
ることにより、該媒体と導電性探針との間を流れる電流
を測定して該媒体の電気特性を検出するに際して、前記
オフセット電流を除去するための手段と切り離すように
して、前記ピエゾ抵抗に流れる電流と前記導電性探針と
の間を流れる電流を共通の電流路で検出することを特徴
とする走査型プローブによる表面特性・電気的特性の検
出方法。 （１３）前記オフセット電流の除去が、一定電圧を発生
する電圧源と可変抵抗とからなるオフセット電流除去手
段の該可変抵抗を調整して行われることを特徴とする上
記（１２）に記載の走査型プローブによる表面特性・電
気的特性の検出方法。 （１４）前記プローブのピエゾ抵抗に流れる電流が原子
間力による電流であり、また前記媒体と導電性探針との
間を流れる電流がトンネル電流であることを特徴とする
上記（１２）または上記（１３）に記載の走査型プロー
ブによる表面特性・電気的特性の検出方法。 （１５）前記プローブバイアス印加手段及び媒体へのバ
イアス印加手段により一定バイアスを印加して、信号検
出手段によって該ピエゾ抵抗の変化を検出して、該媒体
の表面特性を測定するに際し、媒体へのバイアス印加手
段により印加されるバイアスを、プローブバイアス印加
手段によって印加されるバイアスの２分の１に設定し、
該媒体の表面特性を測定することを特徴とする上記（１
２）〜（１４）のいずれかに記載の走査型プローブによ
る表面特性・電気的特性の検出方法。 （１６）前記信号検出手段によって該媒体と導電性探針
との間を流れる電流を検出して、該媒体の電気特性を測
定するに際し、プローブバイアス印加手段によって印加
されるバイアスをゼロに設定して、媒体へのバイアス印
加手段により一定バイアスを媒体に印加し、該媒体の電
気特性を測定することを特徴とする上記（１２）〜（１
５）のいずれかに記載の走査型プローブによる表面特性
・電気的特性の検出方法。 （１７）媒体の表面特性・電気的特性検出手段を備えた
プローブを複数組有するマルチプローブによる表面特性
・電気的特性の検出方法において、前記表面特性・電気
的特性検出手段が、上記（１２）〜（１６）のいずれか
に記載の表面特性・電気的特性検出手段で構成されてい
ることを特徴とするマルチプローブによる表面特性・電
気的特性の検出方法。 （１８）観察試料の表面特性・電気的特性検出手段を備
えたプローブを複数組有するプローブアレイユニット
と、前記プローブアレイユニットを制御するとともに、
プローブアレイユニットによる測定データを処理するプ
ローブユニット制御手段とを有し、表面特性・電気的特
性を検出する観察方法であって前記表面特性・電気的特
性検出手段が、上記（１２）〜（１６）のいずれかに記
載の表面特性・電気的特性検出手段で構成されているこ
とを特徴とする観察方法。 （１９）前記プローブユニット制御手段は、前記測定デ
ータを保持するメモリと、それらのデータをバスに出力
し、あるいはバスからの設定パラメータ等を取得するイ
ンターフェース部と、設定パラメータ等により測定プロ
ーブを設定するプローブ設定部と、所定印加電圧を出力
するバイアス発生部と、ステージの走査及び位置決め、
あるいはデータのアドレッシングを行なう走査制御部と
を有することを特徴とする上記（１８）に記載の観察方
法。 （２０）前記走査制御部は、メモリ中における取得デー
タの位置をアドレス信号によって、前記メモリ、または
前記プローブ設定部、またはバイアス発生部等に出力す
ることを特徴とする上記（１９）に記載の観察方法。 （２１）プローブ設定部は、前記アドレス信号から測定
に用いるプローブを演算し、該演算結果をプローブ選択
信号として前記プローブアレイユニットに出力すること
を特徴とする上記（２０）に記載の観察方法。 （２２）前記バイアス発生部は、前記アドレス信号か
ら、その測定が前記プローブのピエゾ抵抗に流れる電流
による表面特性を検出する測定であるか、または前記媒
体と導電性探針との間を流れる電流による電気的特性を
検出する測定であるかを判別し、あるいはその測定に用
いられているプローブがいずれのプローブであるかを判
別し、これらの判別結果に基づいて各種電圧を決定する
ことを特徴とする上記（２０）に記載の観察方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】上記した構成によって、媒体の表
面特性を検出するためのピエゾ抵抗に流れるＡＦＭの電
流パスと、媒体の電気特性を検出するための該媒体と導
電性探針との間を流れるＳＴＭの電流パスとを同じパス
で構成して、これら表面特性あるいは電気特性を検出す
ることが可能となり、したがって、これによってプロー
ブと検出系の配線、および検出回路等を簡略化すること
ができ、また、それによって検出系を複数組稼動させる
マルチプローブあるいは観察システム等を容易に構成す
ることができる。
面特性を検出するためのピエゾ抵抗に流れるＡＦＭの電
流パスと、媒体の電気特性を検出するための該媒体と導
電性探針との間を流れるＳＴＭの電流パスとを同じパス
で構成して、これら表面特性あるいは電気特性を検出す
ることが可能となり、したがって、これによってプロー
ブと検出系の配線、および検出回路等を簡略化すること
ができ、また、それによって検出系を複数組稼動させる
マルチプローブあるいは観察システム等を容易に構成す
ることができる。
【０００８】
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。 ［実施例１］本発明の実施例１の信号検出装置の構成の
概略を図２に示す。同図において、２０１は歪み検出と
してピエゾ抵抗を実装したカンチレバー型の変位検出プ
ローブである。このレバー型プローブの構成は図３に示
した。図３において、導電性の探針３０１がレバー先端
部ピエゾ抵抗体３０４の上に電気的に接触する形で配置
されている。３０３はシリコン基板、３０２は配線パタ
ーン、３０５は基板と配線の電気的な絶縁をとる為のシ
リコン酸化膜である。このプローブの大きさは、今回作
製したカンチレバーはＷとして２０μｍ、Ｌとして１０
０μｍ、Ｈとして２μｍとした。このレバーの共振周波
数はおよそ１５ｋＨｚであった。
概略を図２に示す。同図において、２０１は歪み検出と
してピエゾ抵抗を実装したカンチレバー型の変位検出プ
ローブである。このレバー型プローブの構成は図３に示
した。図３において、導電性の探針３０１がレバー先端
部ピエゾ抵抗体３０４の上に電気的に接触する形で配置
されている。３０３はシリコン基板、３０２は配線パタ
ーン、３０５は基板と配線の電気的な絶縁をとる為のシ
リコン酸化膜である。このプローブの大きさは、今回作
製したカンチレバーはＷとして２０μｍ、Ｌとして１０
０μｍ、Ｈとして２μｍとした。このレバーの共振周波
数はおよそ１５ｋＨｚであった。
【０００９】まず、図２に基づいて、ＡＦＭ動作につい
て説明する。レバー型プローブ２０１と観察試料２０２
は接近制御部２０９によって接近させることによって原
子間力などにより相互に力を及ぼし合う。所定の力にま
でプローブと試料２０２を接近させた後、走査信号生成
部２０７によって走査信号が生成され、その信号がアン
プ２０８をとおってステージ２０３のＸＹ駆動機構に印
加されると、ステージは試料面内方向に駆動される。そ
れによりプローブ２０１は試料面内を相対走査し、力変
化の情報すなわち試料面の凹凸情報をレバーの撓みとし
て受け、ピエゾ抵抗の変化という形で出力する。またそ
の際、試料２０２には所定のバイアスが印加されてい
る。ピエゾ抵抗の変化は信号測定部２０４により測定さ
れ、その情報は制御部２１０に伝達される。制御部２１
０は、主に接近制御部２０９、走査信号生成部２０７、
バイアス印加回路２１１に対して、設定部２０６におい
てオペレータ等が入力した設定値に基づいた制御を行な
っている。また、加えて信号測定部２０４からの信号を
可視化する為の画像信号を生成しモニタ２０５へ送る仕
事も行なっている。
て説明する。レバー型プローブ２０１と観察試料２０２
は接近制御部２０９によって接近させることによって原
子間力などにより相互に力を及ぼし合う。所定の力にま
でプローブと試料２０２を接近させた後、走査信号生成
部２０７によって走査信号が生成され、その信号がアン
プ２０８をとおってステージ２０３のＸＹ駆動機構に印
加されると、ステージは試料面内方向に駆動される。そ
れによりプローブ２０１は試料面内を相対走査し、力変
化の情報すなわち試料面の凹凸情報をレバーの撓みとし
て受け、ピエゾ抵抗の変化という形で出力する。またそ
の際、試料２０２には所定のバイアスが印加されてい
る。ピエゾ抵抗の変化は信号測定部２０４により測定さ
れ、その情報は制御部２１０に伝達される。制御部２１
０は、主に接近制御部２０９、走査信号生成部２０７、
バイアス印加回路２１１に対して、設定部２０６におい
てオペレータ等が入力した設定値に基づいた制御を行な
っている。また、加えて信号測定部２０４からの信号を
可視化する為の画像信号を生成しモニタ２０５へ送る仕
事も行なっている。
【００１０】同じく図２に基づいて、ＳＴＭ（電流測
定）動作について説明する。レバー型プローブ２０１と
観察試料２０２には、バイアス印加回路２１１により試
料２０２に所定の電圧を印加し、接近制御部２０９によ
って両者をある距離以内に接近させることによってトン
ネル電流等が流れる。この電流は試料表面の電気状態を
反映した電流であり、これを測定することによって試料
の局所的な電気的状態を把握することが可能である。こ
こでＡＦＭの場合と同様にステージ２０３を駆動し、プ
ローブを流れる電流値を信号測定部２０４において測定
すると、試料２０２表面における電気的状態の２次元分
布を得ることができる。この情報は制御部を２１０によ
ってモニタ２０５などで観察できるようになっている。
定）動作について説明する。レバー型プローブ２０１と
観察試料２０２には、バイアス印加回路２１１により試
料２０２に所定の電圧を印加し、接近制御部２０９によ
って両者をある距離以内に接近させることによってトン
ネル電流等が流れる。この電流は試料表面の電気状態を
反映した電流であり、これを測定することによって試料
の局所的な電気的状態を把握することが可能である。こ
こでＡＦＭの場合と同様にステージ２０３を駆動し、プ
ローブを流れる電流値を信号測定部２０４において測定
すると、試料２０２表面における電気的状態の２次元分
布を得ることができる。この情報は制御部を２１０によ
ってモニタ２０５などで観察できるようになっている。
【００１１】次に、本発明に特徴的な部分である信号測
定部２０４についての詳細を説明する。この信号測定部
２０４は図１に示すような構成を持っている。図１にお
いては信号測定部２０４だけでなく、レバー部のピエゾ
抵抗、サンプル（試料）・プローブ間抵抗も説明のため
に加えられている。まず、図１（ａ）に基づいて、ＡＦ
Ｍ測定の場合について説明する。ＡＦＭ測定の場合に
は、ピエゾ抵抗レバーの撓み量を検出する必要がある。
本発明ではそのピエゾ抵抗値（Ｒｓ）、或いはその変化
量（ΔＲｓ）を、ピエゾ抵抗に一定バイアスＶｓを印加
することにより流れる電流を測定することによって行な
う。この場合、レバーにはＲｓによって流れる一定電流
ｉｓと、撓むことによって変化する抵抗値ΔＲｓにより
流れる電流Δｉｓ、およびプローブを通して試料から流
れ込む電流ｉTが流れている。ピエゾ抵抗値を測定する
為にはプローブを通して試料から流れ込む電流ｉTは不
必要である。そこで、試料電圧をピエゾ抵抗にかける電
圧Ｖｓの２分の１、すなわちＶT＝Ｖｓ／２を印加する
ことによってサンプルとプローブ間電圧をほぼゼロに
し、ｉTをほぼゼロにすることが可能となる。レバーは
上述したとおり半導体プロセスにより作製する為にプロ
ーブの両根元から探針先端までのピエゾ抵抗の値はほぼ
同じ、すなわち全体のピエゾ抵抗の２分の１となるから
である。またここで、Ｒｓが１０ｋΩ程度に対して、サ
ンプル・プローブ間抵抗は一般的に１００ＭΩ以上（ト
ンネル電流の場合）となっている。
定部２０４についての詳細を説明する。この信号測定部
２０４は図１に示すような構成を持っている。図１にお
いては信号測定部２０４だけでなく、レバー部のピエゾ
抵抗、サンプル（試料）・プローブ間抵抗も説明のため
に加えられている。まず、図１（ａ）に基づいて、ＡＦ
Ｍ測定の場合について説明する。ＡＦＭ測定の場合に
は、ピエゾ抵抗レバーの撓み量を検出する必要がある。
本発明ではそのピエゾ抵抗値（Ｒｓ）、或いはその変化
量（ΔＲｓ）を、ピエゾ抵抗に一定バイアスＶｓを印加
することにより流れる電流を測定することによって行な
う。この場合、レバーにはＲｓによって流れる一定電流
ｉｓと、撓むことによって変化する抵抗値ΔＲｓにより
流れる電流Δｉｓ、およびプローブを通して試料から流
れ込む電流ｉTが流れている。ピエゾ抵抗値を測定する
為にはプローブを通して試料から流れ込む電流ｉTは不
必要である。そこで、試料電圧をピエゾ抵抗にかける電
圧Ｖｓの２分の１、すなわちＶT＝Ｖｓ／２を印加する
ことによってサンプルとプローブ間電圧をほぼゼロに
し、ｉTをほぼゼロにすることが可能となる。レバーは
上述したとおり半導体プロセスにより作製する為にプロ
ーブの両根元から探針先端までのピエゾ抵抗の値はほぼ
同じ、すなわち全体のピエゾ抵抗の２分の１となるから
である。またここで、Ｒｓが１０ｋΩ程度に対して、サ
ンプル・プローブ間抵抗は一般的に１００ＭΩ以上（ト
ンネル電流の場合）となっている。
【００１２】またさらに、一般的にはＲｓは数ｋΩ、Δ
Ｒｓ／Ｒｓ＝１０-6〜１０-8（撓み量１ｎｍあたり）と
なっており、そのためｉｓとΔｉｓは概ね１０-6〜１０
-8程度のオーダの開きがある。したがって、Δｉｓを感
度良く検出する為にはｉｓを差し引くことが必要不可欠
である。その為に用いられているのが図１に示したＲ L
である。スイッチＳＷをオンにした状態でＲLを調整す
ることで電源−Ｖｓによるバイアスによってｉｓを設定
して、信号から差し引くことが可能となる。こうするこ
とによってΔｉｓのみがフィードバック抵抗Ｒｆを通し
て流れて、出力Ｖｏとなって現れる。
Ｒｓ／Ｒｓ＝１０-6〜１０-8（撓み量１ｎｍあたり）と
なっており、そのためｉｓとΔｉｓは概ね１０-6〜１０
-8程度のオーダの開きがある。したがって、Δｉｓを感
度良く検出する為にはｉｓを差し引くことが必要不可欠
である。その為に用いられているのが図１に示したＲ L
である。スイッチＳＷをオンにした状態でＲLを調整す
ることで電源−Ｖｓによるバイアスによってｉｓを設定
して、信号から差し引くことが可能となる。こうするこ
とによってΔｉｓのみがフィードバック抵抗Ｒｆを通し
て流れて、出力Ｖｏとなって現れる。
【００１３】以上の動作によって、ＡＦＭは効率よく検
出される。本実施例において、作製したプローブのピエ
ゾ抵抗値Ｒｓは１０ｋΩ、感度ΔＲｓ／Ｒｓ＝１０-8と
し、印加電圧Ｖｓ＝１Ｖ、Ｒｆ＝１ＭΩ設定して測定し
たところ、非常に高感度なＡＦＭ像を得ることが可能で
あった。面方向の分解能はプローブ先端径に依存し、本
実施例の場合１０ｎｍ程度にとどまったが、試料表面に
垂直の方向の感度は良く、分解能として０．１ｎｍを得
た。
出される。本実施例において、作製したプローブのピエ
ゾ抵抗値Ｒｓは１０ｋΩ、感度ΔＲｓ／Ｒｓ＝１０-8と
し、印加電圧Ｖｓ＝１Ｖ、Ｒｆ＝１ＭΩ設定して測定し
たところ、非常に高感度なＡＦＭ像を得ることが可能で
あった。面方向の分解能はプローブ先端径に依存し、本
実施例の場合１０ｎｍ程度にとどまったが、試料表面に
垂直の方向の感度は良く、分解能として０．１ｎｍを得
た。
【００１４】次に、電流測定の場合の動作を、同じく図
１（ｂ）を用いて説明する。電流測定はサンプル・プロ
ーブ間抵抗ＲTを通して流れる電流ΔｉTを測定する。こ
の場合には前述したようにＲTの値が１００ＭΩを超え
る為に測定電流値は１０ｎＡ以下を想定している。その
ため、もしＶｓにより電流が流れていると、ΔｉTを効
率よく検出することが困難である。そこで、電流測定の
場合には図１（ｂ）に示すようにＶｓをゼロとしピエゾ
抵抗には電圧が殆どかからないようにする。次に試料電
圧ＶTを印加しΔｉTを流す。その際、Ｖｓをゼロに設定
している為に、ΔｉTはＶｓ側とアンプ側に半分に分か
れて流れる。したがってアンプ側に流れる電流は△ｉT
／２となる。また、電流測定の際にピエゾが撓んで抵抗
値が変化したとしても、ピエゾ抵抗は１０ｋΩ程度であ
る為にサンプル・プローブ間抵抗１００ＭΩ以上に比べ
て無視できる程度に小さい為にΔｉTは非常に小さく、
ΔｉTがピエゾ抵抗の変化によって影響を受ける部分は
さらに小さいため無視できる。次に、電流吸い込みの為
に設けたＲLと−Ｖｓの系を切り離す為にＳＷを開くこ
とが必要である。こうすることによってΔｉT／２はす
べてフィードバック抵抗Ｒｆをとおって出力Ｖｏに変換
される。
１（ｂ）を用いて説明する。電流測定はサンプル・プロ
ーブ間抵抗ＲTを通して流れる電流ΔｉTを測定する。こ
の場合には前述したようにＲTの値が１００ＭΩを超え
る為に測定電流値は１０ｎＡ以下を想定している。その
ため、もしＶｓにより電流が流れていると、ΔｉTを効
率よく検出することが困難である。そこで、電流測定の
場合には図１（ｂ）に示すようにＶｓをゼロとしピエゾ
抵抗には電圧が殆どかからないようにする。次に試料電
圧ＶTを印加しΔｉTを流す。その際、Ｖｓをゼロに設定
している為に、ΔｉTはＶｓ側とアンプ側に半分に分か
れて流れる。したがってアンプ側に流れる電流は△ｉT
／２となる。また、電流測定の際にピエゾが撓んで抵抗
値が変化したとしても、ピエゾ抵抗は１０ｋΩ程度であ
る為にサンプル・プローブ間抵抗１００ＭΩ以上に比べ
て無視できる程度に小さい為にΔｉTは非常に小さく、
ΔｉTがピエゾ抵抗の変化によって影響を受ける部分は
さらに小さいため無視できる。次に、電流吸い込みの為
に設けたＲLと−Ｖｓの系を切り離す為にＳＷを開くこ
とが必要である。こうすることによってΔｉT／２はす
べてフィードバック抵抗Ｒｆをとおって出力Ｖｏに変換
される。
【００１５】以上の動作によって、電流は効率よく測定
される。本実施例においては、マイカ劈開基板上にＡｕ
をエピタキシャル成長させたものを観察した。ＡｕはＶ
T＝２Ｖにバイアスされ、プローブはＡＦＭで用いたも
のと同じ物を用いてＳＴＭ観察測定したところ、エピタ
キシャルＡｕに特有の結晶の数１００ｎｍ程度の大きさ
のグレインが非常に良好な電流像として得ることができ
た。また、ＡＦＭ測定と電流測定を順次同じ領域におい
て行なったところ、グレインの形状等からＡＦＭによる
観察像と電流測定による観察像が完全に一致し、同じプ
ローブによって観察できることが確認された。
される。本実施例においては、マイカ劈開基板上にＡｕ
をエピタキシャル成長させたものを観察した。ＡｕはＶ
T＝２Ｖにバイアスされ、プローブはＡＦＭで用いたも
のと同じ物を用いてＳＴＭ観察測定したところ、エピタ
キシャルＡｕに特有の結晶の数１００ｎｍ程度の大きさ
のグレインが非常に良好な電流像として得ることができ
た。また、ＡＦＭ測定と電流測定を順次同じ領域におい
て行なったところ、グレインの形状等からＡＦＭによる
観察像と電流測定による観察像が完全に一致し、同じプ
ローブによって観察できることが確認された。
【００１６】［実施例２］実施例２においては、実施例
１の系を複数組用意してマルチプローブによるＡＦＭ／
ＳＴＭを構成した。そのシステム全体の構成は、図２に
示すものと同一である。ただし、プローブ２０１と信号
測定部２０４が複数存在する。実施例１と同様にプロー
ブは半導体プロセスにより作製される為に、同じ特性の
プローブを複数個ならべることは容易である。このとき
の測定系を説明する図が図４である。それぞれのプロー
ブがレバー部ピエゾ抵抗Ｐ1〜ＰNである。ＶTは試料電
位で図２のバイアス印加回路２１１により印加される。
１の系を複数組用意してマルチプローブによるＡＦＭ／
ＳＴＭを構成した。そのシステム全体の構成は、図２に
示すものと同一である。ただし、プローブ２０１と信号
測定部２０４が複数存在する。実施例１と同様にプロー
ブは半導体プロセスにより作製される為に、同じ特性の
プローブを複数個ならべることは容易である。このとき
の測定系を説明する図が図４である。それぞれのプロー
ブがレバー部ピエゾ抵抗Ｐ1〜ＰNである。ＶTは試料電
位で図２のバイアス印加回路２１１により印加される。
【００１７】実施例１に示した動作と同様な動作を行な
ってＡＦＭとＳＴＭ（電流測定）を行なう。すなわちＡ
ＦＭ測定時はＳＷをオンにし、Ｖｓとして所定の電圧
を、Ｖ TをＶｓ／２、可変抵抗ＲTは各々のピエゾ抵抗ば
らつきに合わせて設定する。ＳＴＭ測定時はＶｓをゼロ
とし、ＶTとして所定の電圧を印加し、ＳＷはＯＦＦに
して吸い込み電流をカットする。各々のアンプＵから得
られた出力は後段のマルチプレクサ４０１によりスイッ
チングにより選ばれてＶｏとして出力される。このＶｏ
は図２に示される制御部２１０に入力されて、プローブ
ごとに再構成（デマルチプレクス）されて、モニタ２０
５などに出力される。
ってＡＦＭとＳＴＭ（電流測定）を行なう。すなわちＡ
ＦＭ測定時はＳＷをオンにし、Ｖｓとして所定の電圧
を、Ｖ TをＶｓ／２、可変抵抗ＲTは各々のピエゾ抵抗ば
らつきに合わせて設定する。ＳＴＭ測定時はＶｓをゼロ
とし、ＶTとして所定の電圧を印加し、ＳＷはＯＦＦに
して吸い込み電流をカットする。各々のアンプＵから得
られた出力は後段のマルチプレクサ４０１によりスイッ
チングにより選ばれてＶｏとして出力される。このＶｏ
は図２に示される制御部２１０に入力されて、プローブ
ごとに再構成（デマルチプレクス）されて、モニタ２０
５などに出力される。
【００１８】以上の構成によって、実施例１と同様のマ
イカ劈開基板上に結晶成長させたＡｕ（エピタキシャル
Ａｕ）を観察した。プローブ本数として１０本の系を作
製し観察した。各々のプローブのピエゾ抵抗値Ｒｓは１
０ｋΩ、感度であるΔＲｓ／Ｒｓは１０-8、Ｒｆは１Ｍ
Ω、ＡＦＭ時のＶｓ＝１Ｖ、ＳＴＭ時のＶT＝２Ｖとし
て測定したところ、実施例１における場合と全く同じよ
うなプローブ・サンプル距離方向に感度の高い測定が可
能であった。そのＡＦＭ分解能は実施例１と同じ０．１
ｎｍで、同じ領域においてＡＦＭとＳＴＭの測定を順次
行なったところ、ＡＦＭの観察像によるグレインと電流
測定による観察像が完全に一致し、同じプローブによっ
て観察できることが確認された。
イカ劈開基板上に結晶成長させたＡｕ（エピタキシャル
Ａｕ）を観察した。プローブ本数として１０本の系を作
製し観察した。各々のプローブのピエゾ抵抗値Ｒｓは１
０ｋΩ、感度であるΔＲｓ／Ｒｓは１０-8、Ｒｆは１Ｍ
Ω、ＡＦＭ時のＶｓ＝１Ｖ、ＳＴＭ時のＶT＝２Ｖとし
て測定したところ、実施例１における場合と全く同じよ
うなプローブ・サンプル距離方向に感度の高い測定が可
能であった。そのＡＦＭ分解能は実施例１と同じ０．１
ｎｍで、同じ領域においてＡＦＭとＳＴＭの測定を順次
行なったところ、ＡＦＭの観察像によるグレインと電流
測定による観察像が完全に一致し、同じプローブによっ
て観察できることが確認された。
【００１９】［実施例３］本発明を観察システムとして
構成した実施例を以下に示す。
構成した実施例を以下に示す。
【００２０】図５に示すような構成により観察システム
を構築した。プローブアレイユニット５０１は後に述べ
る図７に示すような構成になっており、測定出力として
ＶＯをプローブユニット制御回路５０３に送っている。
プローブユニット制御回路５０３はプローブアレイユニ
ット５０１を制御するための各種設定出力（後述）と測
定した測定データを中央処理装置（ＣＰＵ）５０５の要
請に応じてデータバス５０４へ流している。また、バス
に流されたデータは中央処理装置（ＣＰＵ）５０５によ
り処理されたり、あるいは中央処理装置（ＣＰＵ）５０
５の指示によって直接に出力装置等５０６によって読み
取られる。出力装置５０６としてはＣＲＴなどのモニ
タ、プリンタ、ネットワーク等が考えられ、一つではな
く同時に複数に出力することも考えられる。また中央処
理装置５０５は、図示されてはいないが、オペレータか
らの指示信号などを受け付け、それらの設定パラメータ
をプローブユニット制御回路にバスを通して送ってい
る。送っているパラメータとしては観察範囲、観察開始
位置、観察速度、電流観察時の試料のバイアス値やあら
かじめ計測しておいた各プローブの特性値（ピエゾ抵抗
値、ゲージ率等）等である。これらのパラメータを受け
ることでプローブユニット制御回路５０３はプローブア
レイユニット５０１やステージ５０２を制御する。
を構築した。プローブアレイユニット５０１は後に述べ
る図７に示すような構成になっており、測定出力として
ＶＯをプローブユニット制御回路５０３に送っている。
プローブユニット制御回路５０３はプローブアレイユニ
ット５０１を制御するための各種設定出力（後述）と測
定した測定データを中央処理装置（ＣＰＵ）５０５の要
請に応じてデータバス５０４へ流している。また、バス
に流されたデータは中央処理装置（ＣＰＵ）５０５によ
り処理されたり、あるいは中央処理装置（ＣＰＵ）５０
５の指示によって直接に出力装置等５０６によって読み
取られる。出力装置５０６としてはＣＲＴなどのモニ
タ、プリンタ、ネットワーク等が考えられ、一つではな
く同時に複数に出力することも考えられる。また中央処
理装置５０５は、図示されてはいないが、オペレータか
らの指示信号などを受け付け、それらの設定パラメータ
をプローブユニット制御回路にバスを通して送ってい
る。送っているパラメータとしては観察範囲、観察開始
位置、観察速度、電流観察時の試料のバイアス値やあら
かじめ計測しておいた各プローブの特性値（ピエゾ抵抗
値、ゲージ率等）等である。これらのパラメータを受け
ることでプローブユニット制御回路５０３はプローブア
レイユニット５０１やステージ５０２を制御する。
【００２１】次にプローブアレイユニット５０１の詳細
について図７を用いて説明する。プローブアレイユニッ
ト５０１には複数のピエゾ抵抗を備えたＡＦＭ／ＳＴＭ
プローブ（Ｐ１、Ｐ２など）が実装されており、そのプ
ローブの実施例１、すなわち外形は図３に示すものと同
様で、かつ構成は図１に示したものと同様である。
について図７を用いて説明する。プローブアレイユニッ
ト５０１には複数のピエゾ抵抗を備えたＡＦＭ／ＳＴＭ
プローブ（Ｐ１、Ｐ２など）が実装されており、そのプ
ローブの実施例１、すなわち外形は図３に示すものと同
様で、かつ構成は図１に示したものと同様である。
【００２２】これらプローブの一端にはピエゾ抵抗測定
用の電圧ＶＳＨを印加する。また多端にはＭＯＳＦＥＴ
（Ｒ１，Ｒ２など）を介して制御電圧ＶＳＬを印加す
る。これらの値は図５に示すプローブユニット制御回路
５０３により設定されるものである。ＭＯＳＦＥＴとレ
バーとの接点はＩ−Ｖ変換回路（Ｔ１、Ｔ２など）に入
力されており、ここを通った電流は電圧に変換されて２
連のスイッチ（Ｓ１、Ｓ２など）に入力される。この信
号はスイッチを介して測定出力信号ＶＯとして出力され
ている。ＭＯＳＦＥＴのゲート信号にはスイッチ（Ｓ
１、Ｓ２など）を介して抵抗設定バイアスＶＲが印加さ
れている。この値によってＭＯＳＦＥＴを実施例１の図
１に示した可変抵抗ＲLとして動作させている。プロー
ブセレクタ７０１は各プローブに接続されている２連ス
イッチ（Ｓ１、Ｓ２など）の開閉を制御するスイッチ制
御信号（Ｃ１、Ｃ２など）を出力している。
用の電圧ＶＳＨを印加する。また多端にはＭＯＳＦＥＴ
（Ｒ１，Ｒ２など）を介して制御電圧ＶＳＬを印加す
る。これらの値は図５に示すプローブユニット制御回路
５０３により設定されるものである。ＭＯＳＦＥＴとレ
バーとの接点はＩ−Ｖ変換回路（Ｔ１、Ｔ２など）に入
力されており、ここを通った電流は電圧に変換されて２
連のスイッチ（Ｓ１、Ｓ２など）に入力される。この信
号はスイッチを介して測定出力信号ＶＯとして出力され
ている。ＭＯＳＦＥＴのゲート信号にはスイッチ（Ｓ
１、Ｓ２など）を介して抵抗設定バイアスＶＲが印加さ
れている。この値によってＭＯＳＦＥＴを実施例１の図
１に示した可変抵抗ＲLとして動作させている。プロー
ブセレクタ７０１は各プローブに接続されている２連ス
イッチ（Ｓ１、Ｓ２など）の開閉を制御するスイッチ制
御信号（Ｃ１、Ｃ２など）を出力している。
【００２３】プローブアレイユニット５０１の一連の動
作について説明する。はじめにＡＦＭ動作について説明
する。プローブ選択信号ＰＳがプローブセレクタ７０１
に入力されると、プローブセレクタ７０１は選択信号Ｐ
Ｓに示されたプローブのスイッチ（Ｓｎとする）のみを
閉じ他を開いたままとする。これによりＩ−Ｖ変換回路
（Ｔｎ）の出力値が測定出力信号ＶＯと接続され、同時
に抵抗設定バイアスＶＲがＭＯＳＦＥＴ（Ｒｎ）のゲー
トに印加されＭＯＳＦＥＴ（Ｒｎ）をある決められた抵
抗値に設定する。ＶＳＨからピエゾ抵抗レバー（Ｐｎ）
を通った電流値は一部はＭＯＳＦＥＴ（Ｒｎ）に吸収さ
れ、残りはＩ−Ｖ変換回路（Ｔｎ）に流れ込む。この電
流値はレバーの撓み量の信号成分を含むため、実施例１
に示した場合と同様に、測定試料表面の凹凸を表わす。
このＩ−Ｖ変換回路（Ｔｎ）の出力は前述のとおり測定
出力信号ＶＯと接続されているために、このプローブ
（Ｐｎ）からの測定値がＶＯとして出力されていること
がわかる。電流測定の場合には抵抗設定バイアスＶＲを
ＶＳＬよりも小さくすることによりＭＯＳＦＥＴを完全
にオープンにする。また、その際ＶＳＨは０Ｖに設定さ
れる。プローブセレクタやスイッチの動作についてはＡ
ＦＭ測定の場合と同様である。
作について説明する。はじめにＡＦＭ動作について説明
する。プローブ選択信号ＰＳがプローブセレクタ７０１
に入力されると、プローブセレクタ７０１は選択信号Ｐ
Ｓに示されたプローブのスイッチ（Ｓｎとする）のみを
閉じ他を開いたままとする。これによりＩ−Ｖ変換回路
（Ｔｎ）の出力値が測定出力信号ＶＯと接続され、同時
に抵抗設定バイアスＶＲがＭＯＳＦＥＴ（Ｒｎ）のゲー
トに印加されＭＯＳＦＥＴ（Ｒｎ）をある決められた抵
抗値に設定する。ＶＳＨからピエゾ抵抗レバー（Ｐｎ）
を通った電流値は一部はＭＯＳＦＥＴ（Ｒｎ）に吸収さ
れ、残りはＩ−Ｖ変換回路（Ｔｎ）に流れ込む。この電
流値はレバーの撓み量の信号成分を含むため、実施例１
に示した場合と同様に、測定試料表面の凹凸を表わす。
このＩ−Ｖ変換回路（Ｔｎ）の出力は前述のとおり測定
出力信号ＶＯと接続されているために、このプローブ
（Ｐｎ）からの測定値がＶＯとして出力されていること
がわかる。電流測定の場合には抵抗設定バイアスＶＲを
ＶＳＬよりも小さくすることによりＭＯＳＦＥＴを完全
にオープンにする。また、その際ＶＳＨは０Ｖに設定さ
れる。プローブセレクタやスイッチの動作についてはＡ
ＦＭ測定の場合と同様である。
【００２４】次にプローブユニット制御回路５０３につ
いての詳細な説明を行なう。プローブユニット制御回路
５０３は上述したとおりプローブアレイユニットの制御
及びデータ収集を行なっている。内部にはデータのデジ
タル化を行なうためのＡ／Ｄ変換部６０３、変換された
デジタルデータを保持するメモリ６０２、それらのデー
タをバスに出力する、あるいはバスからパラメータを取
得するインターフェース部６０１、測定プローブを設定
するプローブ設定部６０４、各種印加電圧を出力するバ
イアス発生部６０５、ステージの走査及び位置決め、デ
ータのアドレッシングを行なう走査制御部６０６を有し
ている。
いての詳細な説明を行なう。プローブユニット制御回路
５０３は上述したとおりプローブアレイユニットの制御
及びデータ収集を行なっている。内部にはデータのデジ
タル化を行なうためのＡ／Ｄ変換部６０３、変換された
デジタルデータを保持するメモリ６０２、それらのデー
タをバスに出力する、あるいはバスからパラメータを取
得するインターフェース部６０１、測定プローブを設定
するプローブ設定部６０４、各種印加電圧を出力するバ
イアス発生部６０５、ステージの走査及び位置決め、デ
ータのアドレッシングを行なう走査制御部６０６を有し
ている。
【００２５】動作の詳細を示す。インターフェース部６
０１はバスから測定開始の信号を受け取ると測定エリア
の設定、走査パラメータ（測定モード〜ＡＦＭ、ＳＴ
Ｍ、ＡＦＭ／ＳＴＭ同時、測定位置、測定範囲、走査速
度など）の設定を走査制御部６０６に対して行ない、測
定制御信号として測定開始を指示する。また、同時に中
央処理装置（ＣＰＵ）５０５等の求めに応じて、メモリ
から測定データをバスに出力する。各種パラメータをセ
ットされた走査制御部６０６はそれぞれのアクチュエー
タ用の信号の設定を行ない、次にデータ用のアドレスを
リセットし、走査を開始する。
０１はバスから測定開始の信号を受け取ると測定エリア
の設定、走査パラメータ（測定モード〜ＡＦＭ、ＳＴ
Ｍ、ＡＦＭ／ＳＴＭ同時、測定位置、測定範囲、走査速
度など）の設定を走査制御部６０６に対して行ない、測
定制御信号として測定開始を指示する。また、同時に中
央処理装置（ＣＰＵ）５０５等の求めに応じて、メモリ
から測定データをバスに出力する。各種パラメータをセ
ットされた走査制御部６０６はそれぞれのアクチュエー
タ用の信号の設定を行ない、次にデータ用のアドレスを
リセットし、走査を開始する。
【００２６】走査制御部６０６はステージ走査のための
ＸＹ走査信号のほかに、アドレス信号を出力する。この
アドレス信号はメモリ６０２の内部に測定データを蓄積
するためのアドレッシングを行なっている。メモリ６０
２の内部構成は図８に示すようなものである。各観測デ
ータはＳＴＭ測定値を蓄積するＳマトリクスとＡＦＭ測
定値を蓄積するＡマトリクスという２つのエリアに別れ
ており、各エリアともプローブの本数（図８の（ａ）で
はｎ本）に対応した枚数のマトリクス領域が積層されて
いる。また、各マトリクスの内部の配置は物理的なプロ
ーブの観察位置と相対しており、図８の（ｂ）図を例に
取ると、走査エリアを横ｐドット、縦ｑドットにサンプ
リングしたことを示す。なお図８に示した図はあくまで
も概念的な使用形態を示したものであり、使用したメモ
リデバイス内部の物理的な構造を示しているものではな
い。
ＸＹ走査信号のほかに、アドレス信号を出力する。この
アドレス信号はメモリ６０２の内部に測定データを蓄積
するためのアドレッシングを行なっている。メモリ６０
２の内部構成は図８に示すようなものである。各観測デ
ータはＳＴＭ測定値を蓄積するＳマトリクスとＡＦＭ測
定値を蓄積するＡマトリクスという２つのエリアに別れ
ており、各エリアともプローブの本数（図８の（ａ）で
はｎ本）に対応した枚数のマトリクス領域が積層されて
いる。また、各マトリクスの内部の配置は物理的なプロ
ーブの観察位置と相対しており、図８の（ｂ）図を例に
取ると、走査エリアを横ｐドット、縦ｑドットにサンプ
リングしたことを示す。なお図８に示した図はあくまで
も概念的な使用形態を示したものであり、使用したメモ
リデバイス内部の物理的な構造を示しているものではな
い。
【００２７】走査制御部６０６は上述したとおりアドレ
ッシングにより物理的な位置とデータとの対応をつける
とともに、プローブや測定モードとデータをも対応付け
ている。すなわち、メモリ中のどの位置のデータを現在
取得しているかを、アドレスという形で出力している。
そのアドレス信号を受けるものは、上述したメモリ６０
２とプローブ設定部６０４、およびバイアス発生部６０
５がある。プローブ設定部６０４は受けとったアドレス
信号からどのプローブの測定をするのかを演算し、プロ
ーブ選択信号ＰＳとしてプローブアレイユニット５０１
に出力する。プローブ選択信号ＰＳで指定したプローブ
の信号がＶＯとして得られることは図７の説明のところ
で既に述べた。また、バイアス発生と６０５は同様に受
け取ったアドレス信号から、測定がＡＦＭであるかＳＴ
Ｍであるかを認識、また更に測定プローブがどのプロー
ブであるかを認識し、各種電圧を決定する。
ッシングにより物理的な位置とデータとの対応をつける
とともに、プローブや測定モードとデータをも対応付け
ている。すなわち、メモリ中のどの位置のデータを現在
取得しているかを、アドレスという形で出力している。
そのアドレス信号を受けるものは、上述したメモリ６０
２とプローブ設定部６０４、およびバイアス発生部６０
５がある。プローブ設定部６０４は受けとったアドレス
信号からどのプローブの測定をするのかを演算し、プロ
ーブ選択信号ＰＳとしてプローブアレイユニット５０１
に出力する。プローブ選択信号ＰＳで指定したプローブ
の信号がＶＯとして得られることは図７の説明のところ
で既に述べた。また、バイアス発生と６０５は同様に受
け取ったアドレス信号から、測定がＡＦＭであるかＳＴ
Ｍであるかを認識、また更に測定プローブがどのプロー
ブであるかを認識し、各種電圧を決定する。
【００２８】バイアス発生部６０５動作の一例を挙げ
る。アドレス信号からＰｎのプローブのＡＦＭの測定で
あると認識された場合、バイアス発生部６０５はあらか
じめ設定されているＶＳＨ、ＶＳＬを出力し、さらにＶ
ＴとしてＶＳＨ／２の値を出力する。またＶＲの値とし
ては、各プローブのピエゾ抵抗値をあらかじめ測定し記
憶しておいたものを用いて決定し出力した。ＶＲの決定
方法としては、あらかじめバイアスパラメータとしてイ
ンターフェースから設定しておいた値を用いても良い
し、リアルタイムで検出される出力信号ＶＯの値をもと
にしてそのＤＣ成分がゼロになるような何らかのフイル
タを用いてＶＲの値を決めても良い。次にアドレス信号
からＰｎのプローブのＳＴＭの測定であると認識された
場合、バイアス発生部６０５はＶＳＨとして０Ｖを出力
し、ＶＳＬとしてはあらかじめ設定してある値を、ＶＲ
としてはＶＳＬの値を、またＶＴとしてはあらかじめ設
定されていた測定サンプルバイアスを印加する。これに
よって、実施例１に示したと同様の方法により試料・プ
ローブ間を流れる電流値を測定することができる。
る。アドレス信号からＰｎのプローブのＡＦＭの測定で
あると認識された場合、バイアス発生部６０５はあらか
じめ設定されているＶＳＨ、ＶＳＬを出力し、さらにＶ
ＴとしてＶＳＨ／２の値を出力する。またＶＲの値とし
ては、各プローブのピエゾ抵抗値をあらかじめ測定し記
憶しておいたものを用いて決定し出力した。ＶＲの決定
方法としては、あらかじめバイアスパラメータとしてイ
ンターフェースから設定しておいた値を用いても良い
し、リアルタイムで検出される出力信号ＶＯの値をもと
にしてそのＤＣ成分がゼロになるような何らかのフイル
タを用いてＶＲの値を決めても良い。次にアドレス信号
からＰｎのプローブのＳＴＭの測定であると認識された
場合、バイアス発生部６０５はＶＳＨとして０Ｖを出力
し、ＶＳＬとしてはあらかじめ設定してある値を、ＶＲ
としてはＶＳＬの値を、またＶＴとしてはあらかじめ設
定されていた測定サンプルバイアスを印加する。これに
よって、実施例１に示したと同様の方法により試料・プ
ローブ間を流れる電流値を測定することができる。
【００２９】以上の構成によって、実施例１と同様のマ
イカ劈開基板上に結晶成長させたＡｕ（エピタキシャル
Ａｕ）を観察した。プローブ本数として１００本の系を
作製し観察した。その際プローブ間隔を１００μｍと
し、横１０本縦１０本のマトリクス上に配置した。各々
のプローブのピエゾ抵抗値Ｒｓは１０ｋΩ前後、感度で
あるΔＲｓ／Ｒｓは１０-8であった。測定はステージを
ラスタ走査することによって行なった。すなわち主走査
方向をラスタとし、主走査を副走査により少しずつ一定
方向に移動させて測定する方法である。測走範囲をプロ
ーブあたり１００μｍ□とし、その領域を１ラスタ５１
２サンプリング、全体で５１２ラスタで観察を行なっ
た。この場合のメモリの構成については図８を参考に示
すと、プローブ数ｎ＝１００、マトリクスの行の要素数
ｐ＝５１２、列の要素数ｑ＝５１２となる。
イカ劈開基板上に結晶成長させたＡｕ（エピタキシャル
Ａｕ）を観察した。プローブ本数として１００本の系を
作製し観察した。その際プローブ間隔を１００μｍと
し、横１０本縦１０本のマトリクス上に配置した。各々
のプローブのピエゾ抵抗値Ｒｓは１０ｋΩ前後、感度で
あるΔＲｓ／Ｒｓは１０-8であった。測定はステージを
ラスタ走査することによって行なった。すなわち主走査
方向をラスタとし、主走査を副走査により少しずつ一定
方向に移動させて測定する方法である。測走範囲をプロ
ーブあたり１００μｍ□とし、その領域を１ラスタ５１
２サンプリング、全体で５１２ラスタで観察を行なっ
た。この場合のメモリの構成については図８を参考に示
すと、プローブ数ｎ＝１００、マトリクスの行の要素数
ｐ＝５１２、列の要素数ｑ＝５１２となる。
【００３０】実際のサンプリングのシーケンスとして
は、いくつかのパターンで実行できる。たとえば、各プ
ローブのＡＦＭを１ラスタサンプリングし、次に各プロ
ーブのＳＴＭを同じラスタでサンプリングする、すなわ
ち１ラスタについてＡＦＭとＳＴＭの測定のために２回
走査する方法や、まずすべてのプローブについてＡＦＭ
で１画面（フレーム）サンプリングし、その後スタート
位置にプローブを戻しＳＴＭの測定を１画面行なう方
法、さらには、同じプローブ位置でＡＦＭとＳＴＭの２
回のサンプリングを行なってしまう方法などが挙げられ
る。それについては、測定試料や測定時間などの条件に
よって適宜実現可能である。本実施例においては１ラス
タ毎の切り替えでＡＦＭとＳＴＭの測定をおこなった。
１ラスタについてデータを取得するために走査を２回行
なう。
は、いくつかのパターンで実行できる。たとえば、各プ
ローブのＡＦＭを１ラスタサンプリングし、次に各プロ
ーブのＳＴＭを同じラスタでサンプリングする、すなわ
ち１ラスタについてＡＦＭとＳＴＭの測定のために２回
走査する方法や、まずすべてのプローブについてＡＦＭ
で１画面（フレーム）サンプリングし、その後スタート
位置にプローブを戻しＳＴＭの測定を１画面行なう方
法、さらには、同じプローブ位置でＡＦＭとＳＴＭの２
回のサンプリングを行なってしまう方法などが挙げられ
る。それについては、測定試料や測定時間などの条件に
よって適宜実現可能である。本実施例においては１ラス
タ毎の切り替えでＡＦＭとＳＴＭの測定をおこなった。
１ラスタについてデータを取得するために走査を２回行
なう。
【００３１】Ｉ−Ｖ変換のゲインは１０6Ｖ／Ａに設定
し、ＡＦＭ時のＶＳＨ＝１Ｖ、ＶＳＬ＝−１Ｖ、ＶＲに
ついてはあらかじめ測定しておき、各プローブについて
レバーの撓み量がゼロのときに出力がゼロになるような
値として記憶されている。すなわち１００本のプローブ
についてＶＲがそれぞれ測定され、バイアス発生部６０
５の内部にあらかじめ記録しておいた。ＳＴＭ時のＶT
＝２Ｖとして測定したところ、実施例１における場合と
全く同じようなプローブ・サンプル距離方向に感度の高
い測定が可能であった。そのＡＦＭ分解能は実施例１と
同じ０．１ｎｍで、同じ領域においてＡＦＭとＳＴＭの
測定を順次行なったところ、ＡＦＭの観察像によるグレ
インと電流測定による観察像が完全に一致し、同じプロ
ーブによって観察できることが確認された。また、各々
のプローブ間隔が１００μｍに設定したために、任意の
プローブの観察領域はその隣のプローブの観察領域と接
続され、全体としては１平方ミリメートルの領域が隙間
なく高分解能で観察できた。
し、ＡＦＭ時のＶＳＨ＝１Ｖ、ＶＳＬ＝−１Ｖ、ＶＲに
ついてはあらかじめ測定しておき、各プローブについて
レバーの撓み量がゼロのときに出力がゼロになるような
値として記憶されている。すなわち１００本のプローブ
についてＶＲがそれぞれ測定され、バイアス発生部６０
５の内部にあらかじめ記録しておいた。ＳＴＭ時のＶT
＝２Ｖとして測定したところ、実施例１における場合と
全く同じようなプローブ・サンプル距離方向に感度の高
い測定が可能であった。そのＡＦＭ分解能は実施例１と
同じ０．１ｎｍで、同じ領域においてＡＦＭとＳＴＭの
測定を順次行なったところ、ＡＦＭの観察像によるグレ
インと電流測定による観察像が完全に一致し、同じプロ
ーブによって観察できることが確認された。また、各々
のプローブ間隔が１００μｍに設定したために、任意の
プローブの観察領域はその隣のプローブの観察領域と接
続され、全体としては１平方ミリメートルの領域が隙間
なく高分解能で観察できた。
【００３２】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明による
と、媒体の表面特性を検出するためのピエゾ抵抗に流れ
るＡＦＭの電流パスと、媒体の電気特性を検出するため
の該媒体と導電性探針との間を流れるＳＴＭの電流パス
とを同じパスで構成して、これら表面特性あるいは電気
特性を検出するようにすることで、プローブと検出系の
配線、および検出回路等を簡略化することができ、プロ
ーブと検出系の配線の簡略化や検出回路の簡略化が可能
となる。また、このような検出系を複数組用い、ＡＦＭ
・ＳＴＭを検出することが可能マルチプローブ、あるい
は観察システム等を容易に実現することができる。
と、媒体の表面特性を検出するためのピエゾ抵抗に流れ
るＡＦＭの電流パスと、媒体の電気特性を検出するため
の該媒体と導電性探針との間を流れるＳＴＭの電流パス
とを同じパスで構成して、これら表面特性あるいは電気
特性を検出するようにすることで、プローブと検出系の
配線、および検出回路等を簡略化することができ、プロ
ーブと検出系の配線の簡略化や検出回路の簡略化が可能
となる。また、このような検出系を複数組用い、ＡＦＭ
・ＳＴＭを検出することが可能マルチプローブ、あるい
は観察システム等を容易に実現することができる。
【図１】本発明の実施例１に係る信号検出部を説明する
図であり、（ａ）はＡＦＭの動作を、また（ｂ）はＳＴ
Ｍの動作を説明する図。
図であり、（ａ）はＡＦＭの動作を、また（ｂ）はＳＴ
Ｍの動作を説明する図。
【図２】本発明の実施例１に係るＡＦＭ・ＳＴＭの構成
を示すブロック図。
を示すブロック図。
【図３】本発明に用いるピエゾ抵抗レバーの構成図。
【図４】本発明の実施例２に係るマルチプローブの為の
信号検出部を説明する図。
信号検出部を説明する図。
【図５】マルチプローブＡＦＭ／ＳＴＭシステムの構成
を示す図。
を示す図。
【図６】プローブユニット制御回路の動作を説明する
図。
図。
【図７】プローブアレイユニットの動作を説明する図。
【図８】プローブユニット制御回路の内部にあるメモリ
の論理構成を説明する図。
の論理構成を説明する図。
２０１：レバー型プローブ ２０２：試料 ２０３：ステージ ２０４：信号測定部 ２０５：モニタ ２０６：設定部 ２０７：走査信号生成部 ２０８：アンプ ２０９：接近制御部 ２１０：制御部 ２１１：バイアス印加回路 ３０１：導電性の探針 ３０２：配線パターン ３０３：シリコン基板 ３０４：ピエゾ抵抗体 ３０５：シリコン酸化膜 ４０１：マルチプレクサ ５０１：プローブアレイユニット ５０２：ステージ及び測定試料 ５０３：プローブユニット制御回路 ５０４：データバス ５０５：中央処理装置 ５０６：出力装置等 ６０１：インターフェース部 ６０２：メモリ ６０３：Ａ／Ｄ変換部 ６０４：プローブ設定部 ６０５：バイアス発生部 ６０６：走査制御部 ７０１：プローブセレクタ ７０２：Ｉ−Ｖ変換回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 13/16 Ｇ０１Ｎ 13/16 Ａ Ｃ Ｇ１２Ｂ 21/02 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｂ Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｇ１２Ｂ 1/00 ６０１Ａ Ｆターム(参考） 2F063 AA43 DA01 DA05 EA16 EB23 FA07 2F069 AA60 GG01 GG06 GG58 HH05 JJ14 LL03 NN00 4M106 BA01 BA14 CA10 DD03 DD12 DD16 DD30 DE24 DJ04 DJ17 (54)【発明の名称】 走査型プローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検出方法、およびこれらにより構成さ れたマルチプローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検出方法、並びに観察装置と観察 方法
Claims (22)
- 【請求項１】ピエゾ抵抗が実装されたカンチレバーに、
該ピエゾ抵抗と電気的に接続された導電性探針が設けら
れてなるプローブを備え、該プローブを接近制御部によ
って媒体に接近させ、該媒体に対して相対走査して該媒
体の表面特性と電気的特性を検出する走査型プローブに
よる表面特性・電気的特性の検出装置であって、 前記プローブへのバイアス印加手段と、前記媒体へのバ
イアス印加手段と、 前記プローブバイアスへの印加手段及び前記媒体へのバ
イアス印加手段によって所定バイアスを印加することに
より、前記プローブのピエゾ抵抗に流れる電流を測定し
て該媒体の表面特性を検出する一方、前記媒体へのバイ
アス印加手段によって所定バイアスを印加することによ
り、該媒体と導電性探針との間を流れる電流を測定して
該媒体の電気特性を検出する表面特性・電気的特性検出
手段と、を備え、 前記表面特性・電気的特性検出手段が、前記ピエゾ抵抗
を流れる電流に含まれるオフセット電流を除去するため
のオフセット電流除去手段と、前記媒体と前記導電性探
針との間を流れる電流を測定する際に、前記オフセット
電流除去手段を切り離すスイッチ手段とを有し、前記ピ
エゾ抵抗に流れる電流と前記導電性探針との間を流れる
電流を共通の電流路で検出するように構成されているこ
とを特徴とする走査型プローブによる表面特性・電気的
特性の検出装置。 - 【請求項２】前記オフセット電流除去手段が、一定電圧
を発生する電圧源と可変抵抗とからなり、該可変抵抗を
調整して前記オフセット電流を除去する構成を備えてい
ることを特徴とする請求項１に記載の走査型プローブに
よる表面特性・電気的特性の検出装置。 - 【請求項３】前記プローブのピエゾ抵抗に流れる電流が
原子間力による電流であり、また前記媒体と導電性探針
との間を流れる電流がトンネル電流であることを特徴と
する請求項１または請求項２に記載の走査型プローブに
よる表面特性・電気的特性の検出装置。 - 【請求項４】前記ピエゾ抵抗を流れる電流を測定する際
に、前記媒体へのバイアス印加手段に所定電圧を印加す
ることによって、プローブを通して前記カンチレバーに
流れ込む電流を除去するように構成されていることを特
徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の走査型プ
ローブによる表面特性・電気的特性の検出装置。 - 【請求項５】前記媒体と前記導電性探針との間を流れる
電流を測定する際に、前記プローブへのバイアス印加手
段によるバイアス電圧が前記ピエゾ抵抗にかからないよ
うに構成されていることを特徴とする請求項１〜４のい
ずれか１項に記載の走査型プローブによる表面特性・電
気的特性の検出装置。 - 【請求項６】媒体の表面特性・電気的特性検出手段を備
えたプローブを複数組有するマルチプローブによる表面
特性・電気的特性の検出装置において、 前記表面特性・電気的特性検出手段が、請求項１〜５の
いずれか１項に記載の表面特性・電気的特性検出手段で
構成されていることを特徴とするマルチプローブによる
表面特性・電気的特性の検出装置。 - 【請求項７】観察試料の表面特性・電気的特性検出手段
を備えたプローブを複数組有するプローブアレイユニッ
トと、 前記プローブアレイユニットを制御するとともに、プロ
ーブアレイユニットによる測定データを処理するプロー
ブユニット制御手段とを有し、表面特性・電気的特性を
検出する観察装置であって前記表面特性・電気的特性検
出手段が、請求項１〜５のいずれか１項に記載の表面特
性・電気的特性検出手段で構成されていることを特徴と
する観察装置。 - 【請求項８】前記プローブユニット制御手段は、前記測
定データを保持するメモリと、それらのデータをバスに
出力し、あるいはバスからの設定パラメータ等を取得す
るインターフェース部と、設定パラメータ等により測定
プローブを設定するプローブ設定部と、所定印加電圧を
出力するバイアス発生部と、ステージの走査及び位置決
め、あるいはデータのアドレッシングを行なう走査制御
部とを有することを特徴とする請求項７に記載の観察装
置。 - 【請求項９】前記走査制御部は、メモリ中における取得
データの位置をアドレス信号によって、前記メモリ、ま
たは前記プローブ設定部、またはバイアス発生部等に出
力することを特徴とする請求項８に記載の観察装置。 - 【請求項１０】プローブ設定部は、前記アドレス信号か
ら測定に用いるプローブを演算し、該演算結果をプロー
ブ選択信号として前記プローブアレイユニットに出力す
ることを特徴とする請求項９に記載の観察装置。 - 【請求項１１】前記バイアス発生部は、前記アドレス信
号から、その測定が前記プローブのピエゾ抵抗に流れる
電流による表面特性を検出する測定であるか、または前
記媒体と導電性探針との間を流れる電流による電気的特
性を検出する測定であるかを判別し、あるいはその測定
に用いられているプローブがいずれのプローブであるか
を判別し、これらの判別結果に基づいて各種電圧を決定
することを特徴とする請求項９に記載の観察装置。 - 【請求項１２】ピエゾ抵抗が実装されたカンチレバー
に、該ピエゾ抵抗と電気的に接続された導電性探針が設
けられてなるプローブを備え、該プローブを接近制御部
によって媒体に接近させ、該媒体に対して相対走査して
該媒体の表面特性と電気的特性を検出する走査型プロー
ブによる表面特性・電気的特性の検出方法であって、 前記プローブバイアスへの印加手段及び前記媒体へのバ
イアス印加手段によって所定バイアスを印加することに
より、前記プローブのピエゾ抵抗に流れる電流を測定し
て該媒体の表面特性を検出するに際して、前記ピエゾ抵
抗を流れる電流に含まれるオフセット電流を除去する一
方、 前記媒体へのバイアス印加手段によって所定バイアスを
印加することにより、該媒体と導電性探針との間を流れ
る電流を測定して該媒体の電気特性を検出するに際し
て、前記オフセット電流を除去するための手段と切り離
すようにして、 前記ピエゾ抵抗に流れる電流と前記導電性探針との間を
流れる電流を共通の電流路で検出することを特徴とする
走査型プローブによる表面特性・電気的特性の検出方
法。 - 【請求項１３】前記オフセット電流の除去が、一定電圧
を発生する電圧源と可変抵抗とからなるオフセット電流
除去手段の該可変抵抗を調整して行われることを特徴と
する請求項１２に記載の走査型プローブによる表面特性
・電気的特性の検出方法。 - 【請求項１４】前記プローブのピエゾ抵抗に流れる電流
が原子間力による電流であり、また前記媒体と導電性探
針との間を流れる電流がトンネル電流であることを特徴
とする請求項１２または請求項１３に記載の走査型プロ
ーブによる表面特性・電気的特性の検出方法。 - 【請求項１５】前記プローブバイアス印加手段及び媒体
へのバイアス印加手段により一定バイアスを印加して、
信号検出手段によって該ピエゾ抵抗の変化を検出して、
該媒体の表面特性を測定するに際し、媒体へのバイアス
印加手段により印加されるバイアスを、プローブバイア
ス印加手段によって印加されるバイアスの２分の１に設
定し、該媒体の表面特性を測定することを特徴とする請
求項１２〜１４のいずれか１項に記載の走査型プローブ
による表面特性・電気的特性の検出方法。 - 【請求項１６】前記信号検出手段によって該媒体と導電
性探針との間を流れる電流を検出して、該媒体の電気特
性を測定するに際し、プローブバイアス印加手段によっ
て印加されるバイアスをゼロに設定して、媒体へのバイ
アス印加手段により一定バイアスを媒体に印加し、該媒
体の電気特性を測定することを特徴とする請求項１２〜
１５のいずれか１項に記載の走査型プローブによる表面
特性・電気的特性の検出方法。 - 【請求項１７】媒体の表面特性・電気的特性検出手段を
備えたプローブを複数組有するマルチプローブによる表
面特性・電気的特性の検出方法において、 前記表面特性・電気的特性検出手段が、請求項１２〜１
６のいずれか１項に記載の表面特性・電気的特性検出手
段で構成されていることを特徴とするマルチプローブに
よる表面特性・電気的特性の検出方法。 - 【請求項１８】観察試料の表面特性・電気的特性検出手
段を備えたプローブを複数組有するプローブアレイユニ
ットと、 前記プローブアレイユニットを制御するとともに、プロ
ーブアレイユニットによる測定データを処理するプロー
ブユニット制御手段とを有し、表面特性・電気的特性を
検出する観察方法であって前記表面特性・電気的特性検
出手段が、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の表
面特性・電気的特性検出手段で構成されていることを特
徴とする観察方法。 - 【請求項１９】前記プローブユニット制御手段は、前記
測定データを保持するメモリと、それらのデータをバス
に出力し、あるいはバスからの設定パラメータ等を取得
するインターフェース部と、設定パラメータ等により測
定プローブを設定するプローブ設定部と、所定印加電圧
を出力するバイアス発生部と、ステージの走査及び位置
決め、あるいはデータのアドレッシングを行なう走査制
御部とを有することを特徴とする請求項１８に記載の観
察方法。 - 【請求項２０】前記走査制御部は、メモリ中における取
得データの位置をアドレス信号によって、前記メモリ、
または前記プローブ設定部、またはバイアス発生部等に
出力することを特徴とする請求項１９に記載の観察方
法。 - 【請求項２１】プローブ設定部は、前記アドレス信号か
ら測定に用いるプローブを演算し、該演算結果をプロー
ブ選択信号として前記プローブアレイユニットに出力す
ることを特徴とする請求項２０に記載の観察方法。 - 【請求項２２】前記バイアス発生部は、前記アドレス信
号から、その測定が前記プローブのピエゾ抵抗に流れる
電流による表面特性を検出する測定であるか、または前
記媒体と導電性探針との間を流れる電流による電気的特
性を検出する測定であるかを判別し、あるいはその測定
に用いられているプローブがいずれのプローブであるか
を判別し、これらの判別結果に基づいて各種電圧を決定
することを特徴とする請求項２０に記載の観察方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000060543A JP2001027596A (ja) | 1999-05-13 | 2000-03-06 | 走査型プローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検出方法、およびこれらにより構成されたマルチプローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検出方法、並びに観察装置と観察方法 |
| US09/570,406 US6423967B1 (en) | 1999-05-13 | 2000-05-12 | Detection apparatus and detection method to be used for scanning probe and observation apparatus and observation method |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-132297 | 1999-05-13 | ||
| JP13229799 | 1999-05-13 | ||
| JP2000060543A JP2001027596A (ja) | 1999-05-13 | 2000-03-06 | 走査型プローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検出方法、およびこれらにより構成されたマルチプローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検出方法、並びに観察装置と観察方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001027596A true JP2001027596A (ja) | 2001-01-30 |
Family
ID=26466913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000060543A Pending JP2001027596A (ja) | 1999-05-13 | 2000-03-06 | 走査型プローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検出方法、およびこれらにより構成されたマルチプローブによる表面特性・電気的特性の検出装置と検出方法、並びに観察装置と観察方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6423967B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001027596A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010530067A (ja) * | 2007-06-15 | 2010-09-02 | ビーピー ケミカルズ リミテッド | 気相プロセス流のオンライン分析方法 |
| CN106595455A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-04-26 | 东莞华程金属科技有限公司 | 一种导电金属产品平面度检具及其检测方法 |
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|---|---|---|---|---|
| EP1337807A1 (en) * | 2000-11-16 | 2003-08-27 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for reading an array of thermal resistance sensors |
| JP4510277B2 (ja) * | 2000-12-15 | 2010-07-21 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 走査型プローブ顕微鏡 |
| ES2267358B1 (es) * | 2004-09-08 | 2008-02-16 | Mariano Nuñez-Samper Pizarroso | Tornillo de compresion para osteosintesis de minifragmentos. |
| GB0621560D0 (en) | 2006-10-31 | 2006-12-06 | Infinitesima Ltd | Probe assembly for a scanning probe microscope |
Family Cites Families (6)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2556491B2 (ja) | 1986-12-24 | 1996-11-20 | キヤノン株式会社 | 記録装置及び記録法 |
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| US5075548A (en) * | 1989-07-17 | 1991-12-24 | Olympus Optical Co., Ltd. | Tunnel current probe moving mechanism having parallel cantilevers |
| JPH10293134A (ja) * | 1997-02-19 | 1998-11-04 | Canon Inc | 光検出または照射用のプローブ、及び該プローブを備えた近視野光学顕微鏡・記録再生装置・露光装置、並びに該プローブの製造方法 |
| JP3202646B2 (ja) * | 1997-04-09 | 2001-08-27 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 走査型プローブ顕微鏡 |
-
2000
- 2000-03-06 JP JP2000060543A patent/JP2001027596A/ja active Pending
- 2000-05-12 US US09/570,406 patent/US6423967B1/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010530067A (ja) * | 2007-06-15 | 2010-09-02 | ビーピー ケミカルズ リミテッド | 気相プロセス流のオンライン分析方法 |
| CN106595455A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-04-26 | 东莞华程金属科技有限公司 | 一种导电金属产品平面度检具及其检测方法 |
Also Published As
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|---|---|
| US6423967B1 (en) | 2002-07-23 |
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