JP2001141633A - Scanning probe microscope - Google Patents

Scanning probe microscope

Info

Publication number
JP2001141633A
JP2001141633A JP2000138696A JP2000138696A JP2001141633A JP 2001141633 A JP2001141633 A JP 2001141633A JP 2000138696 A JP2000138696 A JP 2000138696A JP 2000138696 A JP2000138696 A JP 2000138696A JP 2001141633 A JP2001141633 A JP 2001141633A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
scanning
disk
sample
probe
probe microscope
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000138696A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsunori Honma
克則 本間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP2000138696A priority Critical patent/JP2001141633A/en
Publication of JP2001141633A publication Critical patent/JP2001141633A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Manufacturing Optical Record Carriers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning probe microscope for easily observing the surface of a disk-shaped sample. SOLUTION: The scanning probe microscope consists of an optical signal pickup means 104 for detecting an observation position, a chassis 101 for mounting the pickup means 104, a slight-movement scanning means 102 in the direction of the radius of a disk and in a Z direction being mounted to the chassis 101, a guide rail 105 that freely slide the chassis in one direction, a motor 107 for rotating the disk, a Z rough-movement stage 108 for driving the motor 108 up and down in a height wise direction, a slight-speed rotary means 109 for slightly rotating and driving the rotary shaft of the motor while being mounted to the state 108, a displacement detection means 109 for detecting the displacement of the probe, a feedback circuit 111 for reading a signal from the means 110 and sending a Z-directional drive signal to the scanning means 102, a scanning circuit 112 in the direction of the radius of the disk and in the rotary direction of the disk for generating a scanning signal in the direction of the radius of the disk and in the rotary direction of the disk, and a motor 113.

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、先鋭化された先端
部を有するプローブによって試料表面を走査することに
よって、試料表面の物理的情報を観察する走査型プロー
ブ顕微鏡(SPM)であって、特にコンパクトディスク
の表面形状、シリコンウェハ上のパターンなどディスク
状サンプルの表面を観察する走査型プローブ顕微鏡(S
PM)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope (SPM) for observing physical information on a sample surface by scanning the sample surface with a probe having a sharpened tip. Scanning probe microscope (S) for observing the surface of a disk-shaped sample such as the surface shape of a compact disk and the pattern on a silicon wafer.
PM).

【0002】[0002]

【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡(SPM)は、機
械的探針(以下、プローブと呼ぶ)によって試料表面を
走査し、プローブと試料表面との間に働く相互作用を検
出することによって、試料表面の物理量をnm(10-9
m)以下のオーダーで観察する装置である。例えば、走
査型プローブ顕微鏡(SPM)の一つとして代表的な原
子間力顕微鏡(AFM)では、プローブと試料表面の間
に働く原子間力をプローブのたわみ量変化という情報で
検出し、これを利用することによって試料の表面形状を
観察することができる。
2. Description of the Related Art A scanning probe microscope (SPM) scans a sample surface with a mechanical probe (hereinafter, referred to as a probe) and detects an interaction between the probe and the sample surface to detect the sample. The physical quantity of the surface is expressed as nm (10 -9
m) A device for observing in the following order. For example, in a typical atomic force microscope (AFM) as one of the scanning probe microscopes (SPM), an atomic force acting between the probe and the sample surface is detected based on information of a change in the deflection of the probe, and this is detected. By using the sample, the surface shape of the sample can be observed.

【0003】従来の走査型プローブ顕微鏡(SPM)
は、試料をXY方向にラスター走査させる走査手段を有
し、この上に試料を置き、試料表面の上にプローブが位
置する構成が一般的である。さらに走査手段は、試料表
面をプローブに接近させるためのZ粗動手段の上に設置
される。例えば走査型プローブ顕微鏡(SPM)の1つ
である原子間力顕微鏡(AFM)であれば、Z粗動手段
によって試料表面をプローブ先端との間に原子間力が働
く距離にまで接近させ、その状態で試料をプローブに対
してXY方向に走査することによって、試料表面の形状
などを観察することができる。
Conventional scanning probe microscope (SPM)
The scanner generally has a scanning unit for raster-scanning the sample in the X and Y directions, the sample is placed on this, and the probe is positioned on the surface of the sample. Further, the scanning means is provided on the Z coarse movement means for bringing the sample surface close to the probe. For example, in the case of an atomic force microscope (AFM), which is one of the scanning probe microscopes (SPM), the sample surface is brought close to a distance where an atomic force acts between the sample surface and the tip of the probe by Z coarse movement means. By scanning the sample in the XY directions with respect to the probe in this state, the shape of the sample surface and the like can be observed.

【0004】図6は従来の走査型プローブ顕微鏡(SP
M)の構成を示した模式図である。円筒型圧電素子60
1が中心軸を垂直として固定され、自由端側に試料60
2を搭載する。試料602の上部にプローブ603が配
置される。円筒型圧電素子601は、試料602の表面
とプローブ603を接近させるためのZ粗動ステージ6
04の上に固定される。プローブ603の上方にはプロ
ーブ変位検出手段605があり、プローブ変位検出手段
605にはフィードバック回路606が接続され、フィ
ードバック回路606は円筒型圧電素子601に接続さ
れる。同時に円筒型圧電素子601には、XY走査回路
607が接続される。
FIG. 6 shows a conventional scanning probe microscope (SP).
It is the schematic diagram which showed the structure of M). Cylindrical piezoelectric element 60
1 is fixed with its central axis vertical, and the sample 60
2 is mounted. A probe 603 is arranged above the sample 602. The cylindrical piezoelectric element 601 is provided with a Z coarse movement stage 6 for bringing the surface of the sample 602 and the probe 603 closer to each other.
It is fixed on 04. Above the probe 603, there is a probe displacement detecting means 605, and a feedback circuit 606 is connected to the probe displacement detecting means 605, and the feedback circuit 606 is connected to the cylindrical piezoelectric element 601. At the same time, an XY scanning circuit 607 is connected to the cylindrical piezoelectric element 601.

【0005】試料602は円筒型圧電素子601によ
り、XY方向の走査およびZ方向の微動駆動させること
が可能である。この駆動を可能とするために円筒型圧電
素子601の側面にはいくつかに分割された電極を形成
する。どの電極に電圧を印加するかを制御することによ
って、円筒型圧電素子601を屈曲あるいは伸縮させる
ことができる。一般的に、屈曲がXY方向の動作であ
り、伸縮がZ方向の動作として利用される。
The sample 602 can be scanned in the X and Y directions and finely driven in the Z direction by the cylindrical piezoelectric element 601. In order to enable this driving, several divided electrodes are formed on the side surface of the cylindrical piezoelectric element 601. By controlling to which electrode a voltage is applied, the cylindrical piezoelectric element 601 can be bent or expanded and contracted. Generally, bending is an operation in the X and Y directions, and expansion and contraction is used as an operation in the Z direction.

【0006】試料602とプローブ603の距離はプロ
ーブ変位検出手段605によって検出される。プローブ
変位検出手段としては光てこや光干渉計を用いた方式が
ある。試料602をXY走査回路607によりXY方向
に走査しつつ、フィードバック回路606より円筒型圧
電素子601にZ方向の駆動電圧を印加し、試料602
とプローブ603の距離が常に一定になるように制御す
る。この制御信号とXY走査信号をモニター608に入
力すれば、試料602の表面状態を画像として再現する
ことができる。
The distance between the sample 602 and the probe 603 is detected by a probe displacement detecting means 605. As a probe displacement detecting means, there is a method using an optical lever or an optical interferometer. While the sample 602 is scanned in the XY directions by the XY scanning circuit 607, a drive voltage in the Z direction is applied to the cylindrical piezoelectric element 601 by the feedback circuit 606, and the sample 602 is scanned.
Is controlled so that the distance between the probe 603 and the probe 603 is always constant. By inputting the control signal and the XY scanning signal to the monitor 608, the surface state of the sample 602 can be reproduced as an image.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】走査型プローブ顕微鏡
(SPM)の先鞭であるSTM、AFMの登場の初期
は、その観察対象は金属表面の原子像や単分子膜の分子
配列などであり、装置の用途は試料表面の微細構造観察
・研究であった。こうした用途においては、試料は粉砕
し、小さい切片として用意出来るため、SPMの装置構
成はすでに説明したような構成で充分であった。
In the early days of STM and AFM, which were the forerunners of the scanning probe microscope (SPM), the objects to be observed were atomic images of metal surfaces and molecular arrangements of monomolecular films. Was used for observing and studying the microstructure of the sample surface. In such an application, since the sample can be ground and prepared as a small section, the configuration of the SPM apparatus described above was sufficient.

【0008】一方、ここ数年で、STM、AFMが計測
装置として一般化し、普及するにつれ、その観察対象は
工業材料の表面観察にまで広がってきた。その対象は、
例えばコンパクトディスクのスタンパであり、薄膜磁気
ヘッドの凸凹であり、シリコンウェハ上のパターンであ
る。
On the other hand, in the last few years, as STM and AFM have become common and widely used as measuring devices, their observation objects have been extended to surface observation of industrial materials. The target is
For example, it is a stamper of a compact disk, a bump on a thin film magnetic head, and a pattern on a silicon wafer.

【0009】こうした試料の場合、その製造工程は多
く、工程の途中で抜き出して観察し、観察後再度工程に
戻すということがしばしば求められる。したがって、従
来のような走査型プローブ顕微鏡(SPM)で観察する
場合のように、観察のために試料を破砕するという事態
は避けることが望ましい。
In the case of such a sample, there are many manufacturing processes, and it is often required that the sample be extracted and observed in the middle of the process and then returned to the process after the observation. Therefore, it is desirable to avoid crushing the sample for observation as in the case of observation with a conventional scanning probe microscope (SPM).

【0010】また、例えば、ディスク表面の状態を観察
する場合、ディスクを回転させて光学的に信号を読みと
り、信号に不具合の有った箇所をプローブで観察したい
という要求もある。このような場合、ディスクを回転さ
せる手段を組み込む必要があるが、従来の走査型プロー
ブ顕微鏡(SPM)においては走査手段との位置関係に
より難しい点があった。
In addition, for example, when observing the state of the disk surface, there is a demand that the disk be rotated to optically read a signal, and a portion where the signal has a defect be observed with a probe. In such a case, it is necessary to incorporate a means for rotating the disk, but in a conventional scanning probe microscope (SPM), there was a difficulty due to the positional relationship with the scanning means.

【0011】そこで、本発明の目的は、従来の走査型プ
ローブ顕微鏡(SPM)の持つ上記のような課題を解決
し、特にコンパクトディスクの表面形状、シリコンウェ
ハ上のパターンなどディスク形状サンプルの表面を観察
を容易とする走査型プローブ顕微鏡(SPM)を提供す
ることにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional scanning probe microscope (SPM), and in particular, to improve the surface shape of a compact disk and the surface of a disk-shaped sample such as a pattern on a silicon wafer. An object of the present invention is to provide a scanning probe microscope (SPM) that facilitates observation.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、先鋭化された先端部を有するプローブ
によって試料表面を走査することによって、試料表面の
物理的情報を観察する走査型プローブ顕微鏡であって、
特にコンパクトディスクの表面形状、シリコンウェハ上
のパターンなどディスク状サンプルの表面を観察する走
査型プローブ顕微鏡において、試料走査手段がディスク
回転方向と、ディスク半径方向に走査可能であり、その
回転中心がディスクの回転中心と一致することを特徴と
する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a scanning type device for observing physical information on a sample surface by scanning the sample surface with a probe having a sharpened tip. A probe microscope,
In particular, in a scanning probe microscope for observing the surface of a disk-shaped sample such as the surface shape of a compact disk and the pattern on a silicon wafer, the sample scanning means can scan in the disk rotation direction and the disk radial direction, and the rotation center is the disk center. It is characterized by being coincident with the rotation center of.

【0013】また、観察位置を検出するための光信号ピ
ックアップ手段と、光信号ピックアップ手段を搭載する
シャシと、シャシに搭載されるディスク半径方向および
Z方向微動走査手段と、ディスク半径方向およびZ方向
微動走査手段に固定されるプローブと、シャシを1方向
に滑動自在にするガイドレールと、ディスクを回転させ
るモータと、モータを高さ方向に上下駆動させるZ粗動
手段と、Z粗動手段に搭載され、モータの回転軸を微速
回転駆動させる微速回転手段と、プローブの変位を検出
する変位検出手段と、変位検出手段からの信号を読みと
り、ディスク半径方向およびZ方向微動走査手段にZ方
向駆動信号を送るフィードバック回路と、ディスク半径
方向およびディスク回転方向の走査信号を発生するディ
スク半径方向およびディスク回転方向走査回路と、モニ
ター、から成る構成とする。このように、試料走査手段
を、プローブ側と試料側に分割して配置し、かつ、モー
タ回転軸を走査手段の一部としてそのまま利用すること
により、試料の走査手段を試料台直下に配置する必要が
なく、かつ試料を回転可能とするモータが設置可能であ
り、ディスク形状の試料を破砕することなく搭載するこ
とができる。
Further, an optical signal pickup means for detecting an observation position, a chassis on which the optical signal pickup means is mounted, a disk radial direction and a Z direction fine movement scanning means mounted on the chassis, a disk radial direction and a Z direction A probe fixed to the fine movement scanning means, a guide rail for allowing the chassis to slide in one direction, a motor for rotating the disk, a Z coarse movement means for driving the motor up and down in the height direction, and a Z coarse movement means. Mounted, a low-speed rotation unit for driving the rotation axis of the motor at a low speed, a displacement detection unit for detecting the displacement of the probe, and reading a signal from the displacement detection unit, and driving the disk in the radial direction and the Z-direction fine movement scanning unit in the Z direction. A feedback circuit for sending a signal; and a disk radial direction and a disk radial direction generating a scanning signal in the disk radial direction and the disk rotational direction. To the disk rotational direction scanning circuit, a monitor, consisting configuration and. As described above, the sample scanning unit is divided and arranged on the probe side and the sample side, and the sample scanning unit is arranged directly below the sample stage by using the motor rotation axis as part of the scanning unit. There is no need and a motor capable of rotating the sample can be installed, and the disk-shaped sample can be mounted without crushing.

【0014】また、光信号検出手段と走査手段の一部を
一つのシャシに搭載することにより、ディスクを回転さ
せて光学的に信号を読みとり、信号に不具合の有った箇
所を観察したい場合も、試料を移動することなく、不具
合信号検出からすみやかに走査型プローブ顕微鏡観察に
移行できる装置を提供することが出来る。
Also, when a part of the optical signal detecting means and the scanning means is mounted on one chassis, the signal is read optically by rotating the disk, and it is possible to observe a portion where the signal is defective. In addition, it is possible to provide an apparatus capable of promptly shifting from detection of a defect signal to observation by a scanning probe microscope without moving a sample.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図に基づいて説明する。 (実施の形態1)図1は、本発明の走査型プローブ顕微
鏡(SPM)のうち、実施の形態1を示した模式図であ
る。図1において、シャシ101に、ディスク半径方向
およびZ方向微動走査手段102の一端が固定される。
ディスク半径方向およびZ方向微動走査手段102のも
う一端には、プローブ103が固定される。シャシ10
1の上には、ディスク半径方向およびZ方向微動走査手
段102とならんで、光信号ピックアップ手段104が
設置される。シャシ101はガイドレール105に滑動
自在に取り付けられる。シャシ101の下には試料10
6があり、試料106は回転モータ107上に搭載され
る。回転モータ107はさらにZ粗動ステージ108上
に固定される。Z粗動ステージ108には微速回転手段
109が備わる。プローブ103の上部にはプローブ変
位検出手段110が設置され、プローブ変位検出手段1
10は、フィードバック回路111に接続される。フィ
ードバック回路111はモニター113と、ディスク半
径方向およびZ方向微動走査手段102に接続される。
さらにディスク半径方向およびZ方向微動走査手段10
2および微速回転手段109は、ディスク半径方向およ
びディスク回転方向走査回路112に接続される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic diagram showing Embodiment 1 of the scanning probe microscope (SPM) of the present invention. In FIG. 1, one end of a disk radial direction and Z direction fine movement scanning means 102 is fixed to a chassis 101.
A probe 103 is fixed to the other end of the disk radial direction and Z direction fine movement scanning means 102. Chassis 10
An optical signal pickup means 104 is provided on the optical disk 1 in addition to the disk radial direction and Z direction fine movement scanning means 102. The chassis 101 is slidably attached to the guide rail 105. Under the chassis 101, the sample 10
6 and the sample 106 is mounted on a rotary motor 107. The rotation motor 107 is further fixed on the Z coarse movement stage 108. The Z coarse movement stage 108 is provided with a fine rotation unit 109. A probe displacement detecting means 110 is provided above the probe 103, and a probe displacement detecting means 1 is provided.
10 is connected to the feedback circuit 111. The feedback circuit 111 is connected to the monitor 113 and the disk radial direction and Z direction fine movement scanning means 102.
Further, the disk radial direction and Z direction fine movement scanning means 10
2 and the low-speed rotation means 109 are connected to a disk radial direction and disk rotation direction scanning circuit 112.

【0016】次に動作を説明する。試料106は、回転
モータ107により任意の方向に回転する。試料表面の
状態は、光信号ピックアップ手段104により光の強度
変化などの情報として検出することが出来る。光信号ピ
ックアップ手段104の構成は、例えば、次のようなも
のがその一例として挙げられる。フォトダイオードとコ
リメートレンズ、ハーフミラー、光検出用フォトディテ
クタの組み合わせにより構成され、コリメートレンズで
集光されたフォトダイオードの光が試料表面で反射し、
その反射光がハーフミラーで屈折しフォトディテクタに
入射する。試料表面の状態によって反射光の光量が変化
し、それによりフォトディテクタの出力電圧も変化す
る。このフォトディテクタの信号をモニターすれば、試
料表面の状態、例えば一定の形状の凹みが並んでいれば
その状態を知ることが出来る。その一部に欠損等があれ
ば、その情報も検出することが出来る。
Next, the operation will be described. The sample 106 is rotated in an arbitrary direction by a rotation motor 107. The state of the sample surface can be detected by the optical signal pickup means 104 as information such as a change in light intensity. The configuration of the optical signal pickup unit 104 is, for example, as follows. It is composed of a combination of a photodiode, a collimator lens, a half mirror, and a photodetector for light detection.The light of the photodiode condensed by the collimator lens is reflected on the sample surface,
The reflected light is refracted by the half mirror and enters the photodetector. The amount of reflected light changes depending on the state of the sample surface, and accordingly the output voltage of the photodetector also changes. By monitoring the signal of this photodetector, it is possible to know the state of the sample surface, for example, if there are a number of recesses of a certain shape. If there is a defect or the like in a part thereof, the information can also be detected.

【0017】こうした情報を基に、その部分を走査型プ
ローブ顕微鏡(SPM)で観察する場合は、まず回転モ
ータ107の回転を止め、試料106を停止させる。こ
の状態で微速回転手段109によって回転モータ107
の回転軸107(a)を微速回転させる。
When observing the portion with a scanning probe microscope (SPM) based on such information, first, the rotation of the rotary motor 107 is stopped and the sample 106 is stopped. In this state, the rotation motor 107 is
Is rotated at a very low speed.

【0018】微速回転手段109は、例えば、図2に示
すような送り装置である。円筒型圧電素子201が2本
固定され、その2つの自由端に弾性摩擦体202が固定
される。円筒型圧電素子201は印加する電圧信号によ
り伸縮および屈曲運動を同時に励起させることが可能な
素子である。例として図3に示すように2本の円筒型圧
電素子201に伸びと右屈曲を励起させ弾性摩擦体20
2を回転モータ107の回転軸107(a)に接触移動
させれば、弾性摩擦体202の弾性による押しつけ力と
摩擦により回転軸107(a)は反時計廻りに回転す
る。一方、図4に示すように、円筒型圧電素子201が
縮みながら左屈曲すれば、弾性摩擦体202は回転軸1
07(a)に接触しないで最初の状態に戻る。これを連
続動作させれば回転軸107(a)は反時計廻りで微速
回転を行い、試料106も微速回転を行う。円筒型圧電
素子201の駆動方法によっては、回転軸107(a)
を時計廻りに回転させることも可能であり、時計・反時
計廻りの回転を断続的に繰り返すことで、走査時に重要
な揺動運動も可能である。
The low-speed rotating means 109 is, for example, a feeding device as shown in FIG. Two cylindrical piezoelectric elements 201 are fixed, and elastic friction bodies 202 are fixed to the two free ends. The cylindrical piezoelectric element 201 is an element that can simultaneously excite expansion and contraction and bending movement by a voltage signal to be applied. For example, as shown in FIG.
2 is moved in contact with the rotating shaft 107 (a) of the rotating motor 107, the rotating shaft 107 (a) rotates counterclockwise due to the pressing force and friction due to the elasticity of the elastic friction body 202. On the other hand, as shown in FIG. 4, when the cylindrical piezoelectric element 201 bends left while contracting, the elastic friction body 202
It returns to the initial state without touching 07 (a). If this is continuously operated, the rotating shaft 107 (a) rotates at a low speed counterclockwise, and the sample 106 also rotates at a low speed. Depending on the driving method of the cylindrical piezoelectric element 201, the rotating shaft 107 (a)
It is also possible to rotate clockwise, and by repeating clockwise and counterclockwise rotation intermittently, an important swinging motion during scanning is also possible.

【0019】試料106上の観察したい位置が、微速回
転手段109によって光信号ピックアップ手段104の
直下に移動したのち、シャシ101を移動させ、プロー
ブ103が観察位置上に来るように移動させる。
After the position on the sample 106 to be observed is moved to a position immediately below the optical signal pickup means 104 by the low-speed rotation means 109, the chassis 101 is moved so that the probe 103 is positioned above the observation position.

【0020】次にZ粗動ステージ108によって回転モ
ータ107とを上昇させる。これにより試料106も上
昇し、試料106の表面とプローブ103は接近する。
微速回転手段109も回転モータ107と同様に上昇す
るので、微速回転手段109と回転軸107(a)の位
置関係は変わらない。試料106の表面とプローブ10
3の距離がある距離まで接近すると原子間力が働き、こ
れによりプローブ103は変形する。このプローブ10
3の変形量を変位検出手段110により検出する。この
変形量が一定の値になった時点でZ粗動ステージ108
を停止する。
Next, the rotary motor 107 is raised by the Z coarse movement stage 108. Accordingly, the sample 106 also rises, and the surface of the sample 106 and the probe 103 approach each other.
Since the low-speed rotation means 109 also rises in the same manner as the rotation motor 107, the positional relationship between the low-speed rotation means 109 and the rotation shaft 107 (a) does not change. Surface of sample 106 and probe 10
When the distance of 3 approaches a certain distance, an interatomic force acts, whereby the probe 103 is deformed. This probe 10
3 is detected by the displacement detecting means 110. When the amount of deformation reaches a constant value, the Z coarse movement stage 108
To stop.

【0021】プローブ103は、ディスク半径方向およ
びZ方向微動走査手段102に固定されており、ディス
ク半径方向およびZ方向に微動させることが可能であ
る。このディスク半径方向およびZ方向微動走査手段1
02は、微速回転手段109同様に、伸縮および屈曲運
動を励起される円筒型圧電素子により構成することが可
能である。一方、試料106は微速回転手段109によ
りディスク回転方向に微速回転可能である。
The probe 103 is fixed to the disk radial direction and Z direction fine movement scanning means 102 and can be finely moved in the disk radial direction and Z direction. This disk radial direction and Z direction fine movement scanning means 1
02 can be constituted by a cylindrical piezoelectric element that excites expansion and contraction and bending motion, similarly to the low-speed rotation means 109. On the other hand, the sample 106 can be rotated at a very low speed in the disk rotation direction by the low-speed rotating means 109.

【0022】ここで、ディスク半径方向およびディスク
回転方向走査回路により信号を出力し、この信号をディ
スク半径方向およびZ方向微動走査手段102に入力し
て、プローブ103をディスク半径方向に揺動させ、同
時に連動して前記信号を微速回転手段109に入力して
試料106をディスク回転方向に揺動させれば、試料1
06の表面の一部の面積をプローブ103により走査可
能となる。この時にプローブ103と試料106の表面
の距離が一定となるようにフィードバック回路111に
よってディスク半径方向およびZ方向微動走査手段10
2をZ方向に制御すれば、この一連の動作は従来の走査
型プローブ顕微鏡(SPM)と同様なものである。この
時のディスク半径方向およびディスク回転方向の走査状
態を図5に示す。フィードバック回路111より出力す
る制御信号と、ディスク半径方向およびディスク回転方
向走査回路より出力する信号をモニター113に入力す
れば、試料106の表面状態を画像として再現すること
ができる。
Here, a signal is output by a disk radial direction and disk rotational direction scanning circuit, and this signal is input to the disk radial direction and Z direction fine movement scanning means 102 to swing the probe 103 in the disk radial direction. Simultaneously, the signal is input to the low-speed rotation means 109 to swing the sample 106 in the disk rotation direction.
06 can be scanned by the probe 103 over a part of the surface. At this time, the feedback circuit 111 controls the distance between the probe 103 and the surface of the sample 106 to be constant.
If 2 is controlled in the Z direction, this series of operations is similar to that of a conventional scanning probe microscope (SPM). FIG. 5 shows the scanning state in the disk radial direction and the disk rotation direction at this time. If the control signal output from the feedback circuit 111 and the signal output from the disk radial direction and disk rotation direction scanning circuits are input to the monitor 113, the surface state of the sample 106 can be reproduced as an image.

【0023】なお、ディスク半径方向およびZ方向微動
走査手段102は、この実施の形態のように円筒型圧電
素子により一体構成する以外にも、積層または板状圧電
素子をディスク半径方向およびZ方向に駆動可能なよう
に組み合わせて構成する方法も可能である。
The disk radial direction and Z-direction fine-movement scanning means 102 may be formed by integrating a laminated or plate-like piezoelectric element in the disk radial direction and the Z direction in addition to the cylindrical piezoelectric element as in this embodiment. It is also possible to adopt a method of combining them so that they can be driven.

【0024】同様に、微速回転手段109の構成も、本
実施の形態に示した構成に限定されるものではない。
Similarly, the configuration of the low-speed rotation means 109 is not limited to the configuration shown in this embodiment.

【0025】[0025]

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、先鋭
化された先端部を有するプローブによって試料表面を走
査することによって、試料表面の物理的情報を観察する
走査型プローブ顕微鏡であって、特にコンパクトディス
クの表面形状、シリコンウェハ上のパターンなどディス
ク状サンプルの表面を観察する走査型プローブ顕微鏡に
おいて、試料走査手段がディスク回転方向と、ディスク
半径方向に走査可能であり、その回転中心がディスクの
回転中心と一致することを特徴とする。
As described above, the present invention is a scanning probe microscope for observing physical information on a sample surface by scanning the sample surface with a probe having a sharpened tip, In particular, in a scanning probe microscope for observing the surface of a disk-shaped sample such as the surface shape of a compact disk and the pattern on a silicon wafer, the sample scanning means can scan in the disk rotation direction and the disk radial direction, and the rotation center is the disk center. It is characterized by being coincident with the rotation center of.

【0026】また、観察位置を検出するための光信号ピ
ックアップ手段と、光信号ピックアップ手段を搭載する
シャシと、シャシに搭載されるディスク半径方向および
Z方向微動走査手段と、ディスク半径方向およびZ方向
微動走査手段に固定されるプローブと、シャシを1方向
に滑動自在にするガイドレールと、ディスクを回転させ
る回転モータと、回転モータを高さ方向に上下駆動させ
るZ粗動ステージと、Z粗動ステージに搭載され、前記
モータの回転軸を微速回転駆動させる微速回転手段と、
プローブの変位を検出する変位検出手段と、変位検出手
段からの信号を読みとり、ディスク半径方向およびZ方
向微動走査手段にZ方向駆動信号を送るフィードバック
回路と、ディスク半径方向およびディスク回転方向の走
査信号を発生するディスク半径方向およびディスク回転
方向走査回路と、モニター、から成る構成とする。この
ように、試料走査手段を、プローブ側と試料側に分割し
て配置し、かつ、モータ回転軸を走査手段の一部として
そのまま利用することにより、試料の走査手段を試料台
直下に配置する必要がなく、かつ試料を回転可能とする
モータが設置可能であり、ディスク形状の試料を破砕す
ることなく搭載することができる。
Also, an optical signal pickup means for detecting an observation position, a chassis on which the optical signal pickup means is mounted, a disk radial and Z direction fine movement scanning means mounted on the chassis, a disk radial direction and a Z direction A probe fixed to the fine movement scanning means, a guide rail for allowing the chassis to slide freely in one direction, a rotation motor for rotating the disk, a Z coarse movement stage for vertically driving the rotation motor, and a Z coarse movement A low-speed rotation unit mounted on the stage and configured to drive the rotation axis of the motor at a low speed;
Displacement detecting means for detecting the displacement of the probe, a feedback circuit for reading a signal from the displacement detecting means and sending a Z-direction drive signal to the disk radial direction and Z-direction fine movement scanning means, and a scanning signal in the disk radial direction and the disk rotational direction And a monitor for scanning in the disk radial direction and in the disk rotation direction for generating the image. As described above, the sample scanning unit is divided and arranged on the probe side and the sample side, and the sample scanning unit is arranged directly below the sample stage by using the motor rotation axis as part of the scanning unit. There is no need and a motor capable of rotating the sample can be installed, and the disk-shaped sample can be mounted without crushing.

【0027】また、光信号検出手段と走査手段の一部を
一つのシャシに搭載することにより、ディスクを回転さ
せて光学的に信号を読みとり、信号に不具合の有った箇
所を観察したい場合も、試料を移動することなく、不具
合信号検出からすみやかに走査型プローブ顕微鏡(SP
M)観察に移行できるという効果がある。
Also, when a part of the optical signal detecting means and the scanning means is mounted on one chassis, the disc is rotated to optically read a signal and to observe a portion where the signal has a defect. Scanning probe microscope (SP)
M) There is an effect that it is possible to shift to observation.

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

【図1】本発明の走査型プローブ顕微鏡(SPM)の、
実施の形態1の構成の一例を示す模式図である。
FIG. 1 shows a scanning probe microscope (SPM) of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of the first embodiment.

【図2】本発明の走査型プローブ顕微鏡(SPM)の実
施の形態1の、微速回転手段の構成の一例を示す模式図
である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a low-speed rotating unit according to the first embodiment of the scanning probe microscope (SPM) of the present invention.

【図3】本発明の走査型プローブ顕微鏡(SPM)の実
施の形態1の、微速回転手段の動作の一例を示す模式図
である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the operation of the low-speed rotating means in the scanning probe microscope (SPM) according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の走査型プローブ顕微鏡(SPM)の実
施の形態1の、微速回転手段の動作の一例を示す模式図
である。
FIG. 4 is a schematic view showing an example of the operation of the low-speed rotating means in the first embodiment of the scanning probe microscope (SPM) of the present invention.

【図5】本発明の走査型プローブ顕微鏡(SPM)の実
施の形態1の、ディスク半径方向およびディスク回転方
向の走査状態を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a scanning state in a disk radial direction and a disk rotation direction of the scanning probe microscope (SPM) according to the first embodiment of the present invention;

【図6】従来の走査型プローブ顕微鏡(SPM)を示す
模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a conventional scanning probe microscope (SPM).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 シャシ 102 ディスク半径方向およびZ方向微動走査手段 103 プローブ 104 光信号ピックアップ手段 105 ガイドレール 106 試料 107 回転モータ 107(a) 回転軸 108 Z粗動ステージ 109 微速回転手段 110 プローブ変位検出手段 111 フィードバック回路 112 ディスク半径方向およびディスク回転方向走査
回路 113 モニター 201 円筒型圧電素子 202 弾性摩擦体 601 円筒型圧電素子 602 試料 603 プローブ 604 Z粗動ステージ 605 プローブ変位検出手段 606 フィードバック回路 607 XY走査回路 608 モニター
Reference Signs List 101 Chassis 102 Disk radial direction and Z direction fine movement scanning means 103 Probe 104 Optical signal pickup means 105 Guide rail 106 Sample 107 Rotation motor 107 (a) Rotation axis 108 Z coarse movement stage 109 Fine rotation means 110 Probe displacement detection means 111 Feedback circuit 112 Disk radial direction and disk rotation direction scanning circuit 113 Monitor 201 Cylindrical piezoelectric element 202 Elastic friction body 601 Cylindrical piezoelectric element 602 Sample 603 Probe 604 Z coarse movement stage 605 Probe displacement detecting means 606 Feedback circuit 607 XY scanning circuit 608 Monitor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F069 AA54 AA57 AA60 BB13 CC07 DD24 DD25 GG01 GG06 GG07 GG35 GG39 GG52 GG56 GG62 HH04 JJ04 JJ19 JJ25 LL03 MM04 MM11 MM17 MM23 MM32 NN12 QQ05 5D121 AA09 HH09 HH18 5H680 AA08 BB01 BB07 BB15 BB20 BC00 BC10 CC02 DD01 DD15 DD23 DD55 DD82 DD88 EE22 FF24 FF30  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page F term (reference) 2F069 AA54 AA57 AA60 BB13 CC07 DD24 DD25 GG01 GG06 GG07 GG35 GG39 GG52 GG56 GG62 HH04 JJ04 JJ19 JJ25 LL03 MM04 MM11 MM17 MM23 MM32 NN12 QQ05H BB12HQ11H12A BC00 BC10 CC02 DD01 DD15 DD23 DD55 DD82 DD88 EE22 FF24 FF30

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 先鋭化された先端部を有するプローブに
よって試料表面を走査することによって、試料表面の物
理的情報を観察する走査型プローブ顕微鏡であって、特
にコンパクトディスクの表面形状、シリコンウェハ上の
パターンなどディスク状サンプルの表面を観察する走査
型プローブ顕微鏡(SPM)において、 試料走査手段がディスク回転方向と、ディスク半径方向
に走査可能であり、その回転中心がディスクの回転中心
と一致することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡(S
PM)。
1. A scanning probe microscope for observing physical information of a sample surface by scanning the surface of the sample with a probe having a sharpened tip, particularly a surface shape of a compact disk, on a silicon wafer. In a scanning probe microscope (SPM) for observing the surface of a disk-shaped sample such as a pattern, the sample scanning means can scan in the disk rotation direction and in the disk radial direction, and the rotation center coincides with the disk rotation center. Scanning probe microscope (S
PM).
【請求項2】 観察位置を検出するための光信号ピック
アップ手段と、前記光信号ピックアップ手段を搭載する
シャシと、前記シャシに搭載されるディスク半径方向お
よびZ方向微動走査手段と、前記ディスク半径方向およ
びZ方向微動走査手段に固定されるプローブと、前記シ
ャシを1方向に滑動自在にするガイドレールと、ディス
クを回転させる回転モータと、前記回転モータを高さ方
向に上下駆動させるZ粗動手段と、前記Z粗動手段に搭
載され、前記モータの回転軸を微速回転駆動させる微速
回転手段と、前記プローブの変位を検出する変位検出手
段と、前記変位検出手段からの信号を読みとり、前記デ
ィスク半径方向およびZ方向微動走査手段にZ方向駆動
信号を送るフィードバック回路と、ディスク半径方向お
よびディスク回転方向の走査信号を発生するディスク半
径方向およびディスク回転方向走査回路と、 モニターから成ることを特徴とする請求項1記載の走査
型プローブ顕微鏡(SPM)。
2. An optical signal pickup means for detecting an observation position; a chassis on which the optical signal pickup means is mounted; a disk radial direction and a Z-direction fine movement scanning means mounted on the chassis; A probe fixed to the Z-direction fine-movement scanning means, a guide rail for allowing the chassis to slide in one direction, a rotation motor for rotating a disk, and a Z coarse movement means for vertically driving the rotation motor in the height direction. A low-speed rotation unit mounted on the Z coarse movement unit for driving the rotation axis of the motor at a low speed; a displacement detection unit for detecting the displacement of the probe; A feedback circuit for sending a Z-direction drive signal to a radial and Z-direction fine movement scanning means; 2. A scanning probe microscope (SPM) according to claim 1, further comprising a monitor for scanning in a disk radial direction and a disk rotation direction for generating a scanning signal in a direction, and a monitor.
【請求項3】 前記微速回転手段が、少なくとも2本の
円筒型圧電素子と、前記円筒型圧電素子の自由端に締結
される弾性摩擦体より成り、前記円筒型圧電素子は伸縮
および屈曲運動を励起させられる構成であることを特徴
とする請求項1または請求項2記載の走査型プローブ顕
微鏡(SPM)。
3. The low-speed rotating means comprises at least two cylindrical piezoelectric elements and an elastic friction member fastened to a free end of the cylindrical piezoelectric element, and the cylindrical piezoelectric element performs expansion and contraction and bending motion. The scanning probe microscope (SPM) according to claim 1 or 2, wherein the scanning probe microscope (SPM) is configured to be excited.
JP2000138696A 1999-08-31 2000-05-11 Scanning probe microscope Pending JP2001141633A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000138696A JP2001141633A (en) 1999-08-31 2000-05-11 Scanning probe microscope

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11-245165 1999-08-31
JP24516599 1999-08-31
JP2000138696A JP2001141633A (en) 1999-08-31 2000-05-11 Scanning probe microscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001141633A true JP2001141633A (en) 2001-05-25

Family

ID=26537079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000138696A Pending JP2001141633A (en) 1999-08-31 2000-05-11 Scanning probe microscope

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001141633A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7385231B2 (en) 2005-08-31 2008-06-10 Fujifilmcorporation Porous thin-film-deposition substrate, electron emitting element, methods of producing them, and switching element and display element
CN104457658A (en) * 2014-12-16 2015-03-25 江苏天宏自动化科技有限公司 Automatic wheel hub cover opening height detection mechanism
WO2016152224A1 (en) * 2015-03-20 2016-09-29 カシオ計算機株式会社 Piezoelectric actuator and electronic timepiece

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7385231B2 (en) 2005-08-31 2008-06-10 Fujifilmcorporation Porous thin-film-deposition substrate, electron emitting element, methods of producing them, and switching element and display element
CN104457658A (en) * 2014-12-16 2015-03-25 江苏天宏自动化科技有限公司 Automatic wheel hub cover opening height detection mechanism
WO2016152224A1 (en) * 2015-03-20 2016-09-29 カシオ計算機株式会社 Piezoelectric actuator and electronic timepiece
JP2016178806A (en) * 2015-03-20 2016-10-06 カシオ計算機株式会社 Piezoelectric actuator and electronic clock

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3157840B2 (en) New cantilever structure
US5831181A (en) Automated tool for precision machining and imaging
EP2084712B1 (en) Probe assembly for a scanning probe microscope
US6677697B2 (en) Force scanning probe microscope
JP3450349B2 (en) Cantilever probe
EP0578228B1 (en) Microactuator
US5414690A (en) Moving apparatus, a moving method and an information detection and/or input apparatus using the same
US20020096642A1 (en) Balanced momentum probe holder
US5804710A (en) Atomic force microscope system with multi-directional voice coil actuator for controlling the stylus
JPH02187944A (en) Reproducing device
JPH0642953A (en) Interatomic force microscope
US5444191A (en) Information processing apparatus and device for use in same
Yee et al. PZT actuated micromirror for nano-tracking of laser beam for high-density optical data storage
JP2001033373A (en) Scanning probe microscope
JP2001141633A (en) Scanning probe microscope
JP2964317B2 (en) Atomic force microscope type surface roughness meter
US6246652B1 (en) Device using sensor for small rotation angle
JP2000082244A (en) Information processor for controlling two planes in parallel, and method therefor
JPH0763548A (en) Cantilever type probe, and scanning tunneling microscope having it and information processing device having it
JP2001305036A (en) Micro-area scanning device and scanning probe microscope
JP3234722B2 (en) Arc-shaped warped lever type actuator, method of driving the actuator, and information processing apparatus using information input / output probe
KR100992144B1 (en) Automic force microscope
JP3473937B2 (en) Scanning probe microscope and its scanning method
JPH0727559A (en) Cantilever with thin film type displacement sensor
JP2000036139A (en) Surface observation method, recording/reproducing method, scanning type probe microscope and recording/ reproducing device

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20040303

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070508

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080827

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090203

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090609