JP2001183282A

JP2001183282A - 走査型プローブを有する情報検出装置及び情報検出方法

Info

Publication number: JP2001183282A
Application number: JP37013399A
Authority: JP
Inventors: Junichi Seki; 淳一関; Shunichi Shito; 俊一紫藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2001-07-06
Anticipated expiration: 2019-12-27
Also published as: JP4280382B2

Abstract

(57)【要約】【課題】試料とプローブの破損を最小限に押さえなが
ら、より広い高さ方向の測定レンジをもつ広範囲な試料
面を、高分解能かつ高速に測定し、情報を検出すること
ができる走査型プローブを有する情報検出装置及び方法
を提供する。【解決手段】複数のプローブを一体として試料に対して
相対走査し、該試料上の情報を検出する走査型プローブ
を有する情報検出装置または方法において、位置検出手
段による各探針先端の位置に基づいて、全プローブの探
針先端までの距離の最大値と最小値の差が最小となるよ
うな基準面を計算し、複数のプローブを一体として試料
との相対角度を変化させて前記基準面と前記試料面との
面あわせを行い、プローブと試料との間隔を制御しなが
ら走査を行うように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型プローブを
有する情報検出装置及び情報検出方法に関し、特に、複
数のプローブで測定試料を同時観察する走査型プローブ
顕微鏡に好適な技術の実現を目指すものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、導体の電子構造を直接観察できる
走査型トンネル顕微鏡（以後、ＳＴＭと略す）の開発
［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｎｇｅｔａｌ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅ
ｖ．Ｌｅｔｔ，４９，５７（１９８２）］以来、ＡＦＭ
（原子間力顕微鏡）、ＳＣＭ（走査型容量顕微鏡）、Ｎ
ＳＯＭ（近接場光学顕微鏡）といった、先端の尖ったプ
ローブを走査することにより様々な情報とその分布を得
る顕微鏡装置が、次々と開発されてきた。現在、これら
の顕微鏡群は、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）と総称
され、原子、分子レベルの解像度を持つ、微細構造の観
察手段として、広く用いられるようになっている。

【０００３】走査型プローブ顕微鏡を用いた測定では、
測定試料の面に沿ってプローブを走査する時間が、工業
的な応用を考える際にスループットの点で障害となって
いた。また、走査を行うためのステージ（アクチュエー
タ）の動作精度が測定精度を左右するが、より広範囲の
試料を測定したいという要求に対して、技術的およびコ
スト的な観点から、広い走査範囲と高い精度を両立する
ステージの開発が困難であるということが障害となって
いた。

【０００４】これらの問題に対する回答として、複数の
プローブを用いて試料を同時観察する方法があり、例え
ば、特開平３−２８７００６号公報では、試料の表面形
状を測定するために、複数のＡＦＭ探針を試料面と平行
な面内において動作する同一ステージ上に配置し、個々
のＡＦＭ探針ごとに試料表面との距離を制御すること
で、広範囲に渡り、高精度な、試料の形状情報を得る方
法が提案されている。

【０００５】しかしながら、前記方式のように、個々の
プローブについて独立に距離制御を行う場合、プローブ
ごとに制御系と駆動系を持つ必要があり、装置構成が非
常に複雑になる。特に駆動系はプローブと一体化した場
合、高価なものとなるという問題がある。これを避ける
ため、プローブごとに交換可能とした場合は、交換時に
非常に高い取り付け精度が要求され、結果として装置全
体のコスト増を招く。また、多数の微小なアクチュエー
タ（例えば圧電素子）を用いるため、アクチュエータ間
の特性ばらつきが測定結果に影響しやすい。

【０００６】この問題を解決するための方法として、弾
性体に支持された探針を持つ複数のプローブを一体とし
て試料表面と平行に走査し、前記弾性体のたわみによ
り、試料表面の凹凸を吸収しながら試料表面の情報を得
るという方法が知られている。例えば、形状情報を得る
ためには、個々のプローブの前記弾性体のたわみ量を計
測する、導電性の分布情報を得るためには導電性の探針
を用いて、試料との間に電圧を印加し、電流値を計測す
るなどする。このような接触走査方式は、探針先端を試
料に対し接触させたまま走査する場合に、試料に対する
個々のプローブの試料面垂直方向位置のフィードバック
制御が不必要であるため、構成が複雑にならず、特に複
数のプローブを有する装置に適している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】さて、複数のプローブ
を同時に使用する場合、製造時に生ずる誤差により、各
プローブの短針先端が完全な平面内に並ぶということは
通常考えにくく、いわゆる探針先端の高さのばらつきが
発生する。図９は、平滑な試料１０５に前述のような探
針先端の高さのばらつきを持つプローブアレイ１０４の
全探針先端を接触させた場合を示した模式図である。な
お、説明のため、探針先端の高さのばらつき及び、プロ
ーブの大きさについては、強調して示してある。この
時、弾性体１０１の最大たわみ量は図９中のｄとなる。

【０００８】探針先端の高さのばらつきが大きい場合、
あるいは、有機物等、破損しやすい試料を測定する場
合、この最大たわみ量の大きさが問題となる。弾性体１
０１は板ばねとして機能するため、たわみ量が大きいほ
ど探針１０２先端と試料１０５表面との間に働く押し付
け力が大きくなり、最悪の場合、探針１０２や試料１０
５表面の破損を招く結果となる。また、探針１０２の摩
耗という観点からも押し付け力は小さい方が望ましい。

【０００９】また、探針１０２と試料１０５の材料定
数、形状、測定精度等から、許容される押し付け力が定
まれば、許容される最大たわみ量も定まるため、高さ方
向の測定レンジはこれで制限を受ける。また、従来技術
に述べたような、個々のプローブにアクチュエータを配
する構成においても、アクチュエータの動作範囲がある
ため、探針先端の高さのばらつきにより、同様に試料１
０５表面に垂直方向の測定レンジは制限を受ける。

【００１０】そこで、本発明は、上記課題を解決するた
め、試料とプローブの破損を最小限に押さえながら、よ
り広い高さ方向の測定レンジをもつ広範囲な試料面を、
高分解能かつ高速に測定し、情報を検出することができ
る走査型プローブを有する情報検出装置及び情報検出方
法、特に、複数のプローブで測定試料を同時観察する走
査型プローブ顕微鏡に適した情報検出装置及び情報検出
方法を提供するものである。

【００１１】

【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）〜（１６）のように構成し
た走査型プローブを有する情報検出装置及び情報検出方
法を提供する。（１）複数のプローブを一体として試料に対して相対走
査し、前記試料上の物理情報を検出する走査型プローブ
を有する情報検出装置において、前記複数のプローブの
各探針先端の位置関係を検出する位置関係検出手段と、
前記複数のプローブの各探針先端の変位を検出する変位
検出手段と、前記各探針先端の位置関係に基づいて、全
プローブの探針先端までの距離の最大値と最小値の差が
小さくなるような基準面を計算する基準面演算手段と、
前記基準面と前記試料との相対角度を検出する角度検出
手段と、前記複数の測定プローブを一体として前記試料
との相対角度を変化させる角度制御手段と、前記複数の
測定プローブを一体として前記試料との相対位置を制御
する位置制御手段と、を有し、前記プローブの角度を制
御して前記基準面と前記試料との面あわせを行い、前記
複数のプローブと前記試料を位置制御して相対走査を行
うことを特徴とする情報検出装置。（２）前記基準面演算手段が、前記位置関係検出手段に
より検出された各探針先端の位置にその頂点のすべてが
含まれ、かつ前記各探針先端の位置のすべてを内包する
ような凸多面体の各面から、最も離れた頂点までの距離
を比較し、前記距離が最小となる基準面を検出する手段
であることを特徴とする上記（１）に記載の情報検出装
置。（３）前記角度制御手段が、前記基準面と前記試料との
面あわせに際し、前記角度検出手段によって検出された
前記基準面と前記試料との相対角度を参照して、前記基
準面と前記試料が平行になるように角度制御量を計算す
る角度制御量演算手段を有することを特徴とする上記
（１）または（２）に記載の情報検出装置。（４）前記位置制御手段が、探針先端の変位量が最小と
なるプローブの前記変位量を一定値とする位置制御量の
計算を行う位置制御量演算手段を有することを特徴とす
る上記（１）〜（３）のいずれかに記載の情報検出装
置。（５）前記位置関係検出手段が、複数の前記変位量検出
手段で構成されることを特徴とする上記（１）〜（４）
のいずれかに記載の情報検出装置。（６）前記角度検出手段が、複数の前記変位量検出手段
で構成されることを特徴とする上記（１）〜（５）のい
ずれかに記載の情報検出装置。（７）前記変位量検出手段は、前記プローブの前記探針
を支持する弾性体のたわみ量を検出するたわみ量検出手
段であることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれ
かに記載の情報検出装置。（８）前記変位量検出手段による変位量と、前記位置関
係検出手段による位置関係と、前記位置制御手段による
位置制御量とから、前記試料の表面形状の情報を合成す
る情報合成手段を有することを特徴とする上記（１）〜
（７）のいずれかに記載の情報検出装置。（９）複数のプローブを一体として試料を相対走査し、
試料上の情報を検出する走査型プローブを有する情報検
出方法において、前記複数のプローブの各探針先端の位
置関係を検出し、前記各探針先端の位置関係に基づい
て、全プローブの探針先端までの距離の最大値と最小値
の差が小さくなるような基準面を計算し、前記基準面と
前記試料との相対角度を検出し、前記複数のプローブを
一体として前記試料との相対角度を変化させて前記基準
面と前記試料との面あわせを行い、前記複数のプローブ
と前記試料を位置制御して相対走査を行うことを特徴と
する情報検出方法。（１０）前記基準面の計算が、前記位置関係検出により
検出された各探針先端の位置にその頂点のすべてが含ま
れ、かつ前記各探針先端の位置のすベてを内包するよう
な凸多面体の各面から、最も離れた頂点までの距離を比
較し、前記距離が最小となる基準面を検出することによ
り行われることを特徴とする上記（９）に記載の情報検
出方法。（１１）前記角度制御が、前記基準面と前記試料との面
あわせに際し、前記基準面と前記試料との前記相対角度
を参照して、前記基準面と前記試料が平行になるように
角度制御量を計算することにより行われることを特徴と
する上記（９）または（１０）に記載の情報検出方法。（１２）測定走査中に、探針先端の変位量が最小となる
プローブの前記変位量を一定値とするように位置制御を
行うことを特徴とする上記（９）〜（１１）のいずれか
に記載の情報検出方法。（１３）前記位置関係の検出が、前記複数のプローブの
探針先端の変位量を検出することによって行われること
を特徴とする上記（９）〜（１２）のいずれかに記載の
情報検出方法。（１４）前記相対角度の検出が、前記複数のプローブの
探針先端の変位量を検出することによって行われること
を特徴とする上記（９）〜（１３）のいずれかに記載の
情報検出方法。（１５）前記変位量の検出が、前記プローブの前記探針
を支持する弾性体のたわみ量の検出によることを特徴と
する上記（９）〜（１４）のいずれかに記載の情報検出
方法。（１６）前記検出された変位量、前記プローブの探針先
端の位置関係、及び前記位置制御量とから、前記試料の
表面形状の情報を合成することを特徴とする上記（９）
〜（１５）のいずれかに記載の情報検出方法。

【００１２】

【発明の実施の形態】上記した構成によって、一体とな
って測定試料と相対動作する複数本の測定プローブを有
するプローブアレイを用いた走査型プローブ顕微鏡にお
いて、各探針先端の位置を検出し、頂点すべてが前記検
出した各探針先端の位置に含まれ、かつ各探針先端の位
置すべてを内包するような凸多面体の各面から、最も離
れた頂点までの距離を比較し、これが最小になるような
面を探して基準面とし、この基準面と試料の測定面が平
行になるように、プローブの角度を制御して面あわせを
行い、探針先端の変位量が最小となるプローブの探針先
端の変位量が一定となるようにプローブアレイと試料と
の間隔を制御しながら走査を行う事により、探針の試料
に対する最大押し付け力を小さくし、両者の損傷を小さ
くすることができる。また、上記構成によれば、許容さ
れる押し付け力の範囲、あるいはアクチュエータの動作
範囲において、測定できる試料測定面垂直方向の測定レ
ンジを実効的に拡大することができる。さらに、前記動
作に加えて、前記各プローブの探針先端の前記基準面に
対する相対的な位置関係を計算し、各プローブの探針先
端の変位量、距離制御量から試料の表面形状を計算、合
成することにより、例えば、簡便なプローブで、大面積
の形状情報を安全かつ高速に取得可能な原子間力顕微鏡
を構成できる。

【００１３】

【実施例】以下、図に基づいて、本発明の実施例につい
て説明する。まず、実施例の説明に先立ち、本発明の原
理について説明する。図１０は、本発明の原理を説明す
るための図であり、図９に示す状態からプローブアレイ
１０４と試料１０５とのなす角度をθだけ変化させてか
ら、すべての探針１０２が試料１０５に接触するように
両者を接近させた様子の模式図である。なお、説明のた
め、探針先端の高さのばらつき及び、プローブの大きさ
については強調して示してある。この時、探針１０２先
端の最大変位量は図１０中のｄ’であり、図９中のｄに
対して、この例ではｄ’＜ｄなる関係が成り立っている
ことが分かる。また、一般的に実際の測定時にはこれに
加えて、所定の押し込み量ｄ₀を与えて走査する。この
ため、変位量最小の探針１０２先端の変位量がｄ₀、変
位量最大の探針１０２先端の変位量がｄ₀＋ｄ’とな
る。

【００１４】このようにｄ’＜ｄなる関係を与えるθは
一般に存在し、θの選び方によりｄ’の値を最小にする
ことができる。プローブアレイ１０４側から見れば、こ
のような関係を示す面の向きは一意に定まるので、図２
に示すように、プローブアレイ１０４ごとに、あらかじ
めプローブアレイ基準面１０６を選んでおき、測定時に
はこれと試料１０５とが平行になるように、両者のなす
角度の調節、すなわち面あわせを行えば、試料１０５の
測定時にプローブアレイ１０４に含まれる探針１０２先
端の最大変位量すなわち、弾性体１０１の最大たわみ量
を最小とする事が出来る。弾性体１０１は構造上、板ば
ねとして作用するため、探針１０２の試料１０５に対す
る最大押し付け力を最小とし、両者の損傷を最大量を最
小とすることが出来る。あるいは、許容される押し付け
力の範囲において、試料測定面垂直方向の測定レンジを
実効的に最大とすることが出来る。

【００１５】次に、前述したプローブアレイ基準面１０
６の選び方について述べる。直線状に並ぶ様に作成され
たｎ本のプローブ１０３からなるプローブアレイ１０４
を考える。ここでは説明のため、ｎ＝８とし、図３に示
すように、それぞれのプローブの実際の探針１０２の先
端の位置をＰ１からＰ８とおく。図４に示すようにこれ
らＰ１からＰ８までの少なくとも１点ずつを通り、かつ
８点すべてを間に挟み込むことができる平行な２本の直
線ｌ１、ｌ２を考える。試料１０５の表面をｌ１、ｌ２
と平行にした場合、プローブアレイ１０４の各探針１０
２先端の変位量の最大値と最小値の差は、図４中ｄで示
す、ｌ１とｌ２の距離となる。ここで、前述したよう
に、変位量最小の探針１０２先端の変位量をｄ₀で一定
とすると変位量最大の探針１０２先端の変位量はｄ₀＋
ｄであり、変位量最大の探針１０２先端の変位量を最小
とするようなプローブアレイ基準面１０６を求めるとい
う問題は、図４中ｄを最小にするようなｌ１、ｌ２を求
めるという問題に置き換えて考えることができる。

【００１６】図４に示すように、ｌ１、ｌ２がそれぞれ
Ｐ３、Ｐ２を通るとする。Ｐ３とＰ２を結ぶ直線を考
え、この長さを図４中Ｌ、ｌ１となす角の鋭角側を図４
中θとすると、ｄ＝Ｌｓｉｎθなる関係が成り立つ。Ｌ
は一定だからθが最小のときｄが最小となる。前述の通
り、すべての点はｌ１とｌ２の間になければならないた
め、θを徐々に小さくしていき、ｌ１、ｌ２のいずれか
がＰ３、Ｐ２以外の１点を通る状態になったときにθは
最小となる。図４の例では、ｌ２がＰ５を通るとき、θ
は最小となり、このようなｌ１、ｌ２、ｄをそれぞれｌ
１’、ｌ２’、ｄ’として図５に示す。

【００１７】以上のことから、２本の直線ｌ１’、ｌ
２’のいずれかは必ず２点を通る。さらに、すべての点
はｌ１’とｌ２’の間になければならない事を踏まえた
上で、Ｐ３、Ｐ２以外の組み合わせについても考える
と、ｌ１’、ｌ２’の通る点と、ｌ１’、ｌ２’のうち
２点を通るものとの集合は、頂点すべてが、Ｐ１からＰ
８のいずれかで構成され、すべての点を内側に含む凸多
角形である。この多角形の各辺から最も離れた頂点まで
の距離を比較し、これが最小になるような辺を探し、図
２中のプローブアレイ基準面１０６として使用すること
により、プローブアレイ１０４中の探針１０２先端の最
大変位量を最小とする、すなわち弾性体１０１の最大た
わみ量を最小とすることができる。

【００１８】以上、説明のため探針１０２先端の位置が
同一直線上にあるように作成されたプローブアレイ１０
４について議論したが、たとえば図６に示すように、探
針１０２先端の位置が同一平面上にあるように作成され
たプローブアレイ１０４についても、凸多角形を凸多面
体、辺を面、角度を立体角とすることにより、まったく
同じ議論が可能であり、この場合、凸多面体の各面から
最も離れた頂点までの距離を比較し、これが最小になる
ような面を探して、図２中のプローブアレイ基準面１０
６として使用すればよい。

【００１９】次に、以上の事を実際の装置に適用した例
について述べる。図１に示すように、複数のプローブ１
０３からなるプローブアレイ１０４が、試料１０５の表
面に対向するように配置される。プローブアレイ１０４
はαβ駆動ステージ１００７にとりつけられており、試
料１０５は、ｘｙｚ駆動ステージ１００８に取り付けら
れる。プローブアレイ１０４は、半導体プロセスによ
り、図６に示すように一体成形される。各プローブ１０
３の探針１０２は、Ｓｉで構成される弾性体１０１によ
り支持される。弾性体１０１の表面には、Ａｓを打ち込
むことで、図７に示すように、ピエゾ抵抗層６０１が形
成されており、弾性体の変形によって生じる応力に応じ
て、抵抗値が変化する。

【００２０】条件記憶回路１００２は、プローブアレイ
１０４における各探針１０２先端の並び方向の位置関係
を記憶している。この位置関係は、プローブアレイ１０
４をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いてあらかじめ測
定しておく。変位量検出回路１００４はプローブアレイ
１０４の弾性体１０１のピエゾ抵抗層６０１にバイアス
電圧を印加し、抵抗値の変化を電流値として検出するこ
とで、探針１０２先端の変位量を検出する。角度制御回
路１００５は、αβ駆動ステージ１００７を駆動して、
試料１０５とプローブアレイ１０４との相対角度を変化
させる。位置制御回路１００６は、ｘｙｚ駆動ステージ
１００８を駆動して、試料１０５とプローブアレイ１０
４との相対位置を変化させる。

【００２１】まず、図１に示す装置の試料１０５の代わ
りに基準試料７０１を取り付ける。基準試料７０１はＳ
ｉ基板であり、研磨により、試料測定時の要求精度より
高い平面度と面粗さ精度を持つように仕上げられてい
る。図８に示すようにプローブアレイ１０４と基準試料
７０１との相対位置を近づけていき、変位量検出回路１
００４で各プローブ１０３の探針１０２先端の変位をモ
ニタし、すべてのプローブ１０３に変位が生じた時点で
両者の接近を止め、基準面演算回路１０１０は全プロー
ブ１０３の探針１０２先端の変位量から、前記方法によ
り、プローブアレイ基準面１０６を計算し、条件記憶回
路１００２に記憶させる。さらに、プローブアレイ基準
面１０６を基準とした、各プローブ１０３の探針１０２
先端の位置を計算し、条件記憶回路１００２に記憶させ
る。

【００２２】次に基準試料７０１の代わりに測定する試
料１０５を取り付ける。同様にプローブアレイ１０４と
試料１０５とを近づけていき、変位量検出回路１００４
で各プローブ１０３の探針１０２先端の変位をモニタ
し、変位の生ずるプローブ１０３の本数が３本になった
時点で両者の接近を止め、角度制御量演算回路１００９
は、この３本のプローブ１０３の変位量と、条件記憶回
路１００２に記憶された、この３本のプローブ１０３の
探針１０２先端のプローブアレイ基準面１０６に対する
位置関係を参照して、試料１０５の表面とプローブアレ
イ基準面１０６とを平行にするような角度制御量を計算
し、プローブアレイ１０４と試料１０５を離した後に、
角度制御回路１００５に計算値を送る。

【００２３】次に、プローブアレイ１０４の全探針１０
２先端を試料１０５表面に接触させ、試料１０５上を走
査する。走査中、位置制御量演算回路１００３は変位量
の最も少ないプローブ１０３の変位量をあらかじめ定め
られた一定値に保つように、制御量を計算し、位置制御
回路１００６に送る。また、情報合成回路１００１は全
プローブ１０３の変位量と、条件記憶回路１００２に記
憶された各探針１０２先端の位置関係、位置制御量１０
０３が計算した制御量とから、試料１０５表面の形状情
報分布を計算、合成する。なお、本実施例では、探針１
０２先端の変位量の検出に弾性体１０１のたわみによる
ピエゾ抵抗層６０１の抵抗変化を用いたが、もちろんこ
れは、光てこ等、他の変位検出手段でもかまわない。

【００２４】また、本実施例では、試料１０５表面と、
プローブアレイ基準面１０６との相対角度の検出を、プ
ローブアレイ１０４と試料１０５との接触を用いて行っ
たが、もちろんこれは、静電容量センサ、レーザ変位セ
ンサ等、他の検出手段でもかまわない。

【００２５】また、本実施例では、各探針の先端の位置
を測定する際に、プローブ１０３の探針先端の変位を用
いたが、別の測定手段、例えば、ＳＥＭ（走査型電子顕
微鏡）等で測定しても構わない。また、本実施例では、
試料１０５の表面形状を測定する原子間力顕微鏡として
の装置構成例を示したが、走査中に別の物理量を同時に
検出することで、例えば、近接場光学顕微鏡、静電容量
顕微鏡等、他の走査型プローブ顕微鏡装置にも本発明は
適用可能である。また、特開平３−２８７００６号公報
に見られるような、個々のプローブにアクチュエータを
持ち、それぞれで、探針先端と試料との距離を調節する
構成の装置にも応用可能であり、この場合、試料面垂直
方向の局所的な測定レンジは個々のアクチュエータの動
作レンジで制限を受けるため、探針先端の変位すなわち
個々のアクチュエータの変位を検出し、これを用いて同
様の制御を行うことにより、測定レンジを実効的に拡大
することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上に説明したとおり、一体となって測
定試料と相対動作する複数本の測定プローブを有するプ
ローブアレイを用いた走査型プローブ顕微鏡において、
各探針先端の位置を検出し、頂点すべてが前記検出した
各探針先端の位置に含まれ、かつ各探針先端の位置すべ
てを内包するような凸多面体の各面から、最も離れた頂
点までの距離を比較し、これが最小になるような面を探
して基準面とし、この基準面と試料の測定面が平行にな
るように、プローブの角度を制御して面あわせを行い、
探針先端の変位量が最小となるプローブの探針先端の変
位量が一定となるようにプローブアレイと試料との間隔
を制御しながら走査を行うことにより、探針の試料に対
する最大押し付け力を小さくし、両者の損傷を小さくす
ることができる。また、本発明によれば、許容される押
し付け力の範囲、あるいはアクチュエータの動作範囲に
おいて、測定できる試料測定面垂直方向の測定レンジを
実効的に拡大することができる。さらに、本発明によれ
ば、前記動作に加えて、前記各プローブの探針先端の前
記基準面に対する相対的な位置関係を計算し、各プロー
ブの探針先端の変位量、距離制御量から試料の表面形状
を計算、合成することにより、例えば、簡便なプローブ
で、大面積の形状情報を安全かつ高速に取得可能な原子
間力顕微鏡を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における装置の構成を説明する
図。

【図２】本発明の実施例における面あわせ方法を説明す
る図。

【図３】本発明の基準面決定方法の原理を説明する図。

【図４】本発明の基準面決定方法の原理を説明する図。

【図５】本発明の基準面決定方法の原理を説明する図。

【図６】本発明の実施例におけるプローブアレイの構成
を説明する図。

【図７】本発明の実施例におけるプローブの構成を説明
する図。

【図８】本発明の実施例における動作を説明する図。

【図９】本発明において解決すべき課題を説明する図。

【図１０】本発明の原理を説明する図。

【符号の説明】

１０１：弾性体１０２：探針１０３：プローブ１０４：プローブアレイ１０５：試料１０６：プローブアレイ基準面６０１：ピエゾ抵抗層７０１：基準試料１００１：情報合成回路１００２：条件記憶回路１００３：位置制御量演算回路１００４：変位量検出回路１００５：角度制御回路１００６：位置制御回路１００７：αβ駆動ステージ１００８：ｘｙｚ駆動ステージ１００９：角度制御量演算回路１０１０：基準面演算回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F069 AA57 AA60 DD06 DD15 DD19 DD20 GG01 GG06 GG15 GG35 GG39 GG52 GG56 GG58 GG66 HH04 JJ04 JJ25 LL03 MM04 MM17 MM21 MM24 MM32 NN12 PP02 QQ05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のプローブを一体として試料に対して
相対走査し、前記試料上の物理情報を検出する走査型プ
ローブを有する情報検出装置において、前記複数のプロ
ーブの各探針先端の位置関係を検出する位置関係検出手
段と、前記複数のプローブの各探針先端の変位を検出す
る変位検出手段と、前記各探針先端の位置関係に基づい
て、全プローブの探針先端までの距離の最大値と最小値
の差が小さくなるような基準面を計算する基準面演算手
段と、前記基準面と前記試料との相対角度を検出する角
度検出手段と、前記複数の測定プローブを一体として前
記試料との相対角度を変化させる角度制御手段と、前記
複数の測定プローブを一体として前記試料との相対位置
を制御する位置制御手段と、を有し、前記プローブの角
度を制御して前記基準面と前記試料との面あわせを行
い、前記複数のプローブと前記試料を位置制御して相対
走査を行うことを特徴とする情報検出装置。
【請求項２】前記基準面演算手段が、前記位置関係検出
手段により検出された各探針先端の位置にその頂点のす
べてが含まれ、かつ前記各探針先端の位置のすべてを内
包するような凸多面体の各面から、最も離れた頂点まで
の距離を比較し、前記距離が最小となる基準面を検出す
る手段であることを特徴とする請求項１に記載の情報検
出装置。
【請求項３】前記角度制御手段が、前記基準面と前記試
料との面あわせに際し、前記角度検出手段によって検出
された前記基準面と前記試料との相対角度を参照して、
前記基準面と前記試料が平行になるように角度制御量を
計算する角度制御量演算手段を有することを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の情報検出装置。
【請求項４】前記位置制御手段が、探針先端の変位量が
最小となるプローブの前記変位量を一定値とする位置制
御量の計算を行う位置制御量演算手段を有することを特
徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の情報検出
装置。
【請求項５】前記位置関係検出手段が、複数の前記変位
量検出手段で構成されることを特徴とする請求項１〜４
のいずれか１項に記載の情報検出装置。
【請求項６】前記角度検出手段が、複数の前記変位量検
出手段で構成されることを特徴とする請求項１〜５のい
ずれか１項に記載の情報検出装置。
【請求項７】前記変位量検出手段は、前記プローブの前
記探針を支持する弾性体のたわみ量を検出するたわみ量
検出手段であることを特徴とする請求項１〜６のいずれ
か１項に記載の情報検出装置。
【請求項８】前記変位量検出手段による変位量と、前記
位置関係検出手段による位置関係と、前記位置制御手段
による位置制御量とから、前記試料の表面形状の情報を
合成する情報合成手段を有することを特徴とする請求項
１〜７のいずれか１項に記載の情報検出装置。
【請求項９】複数のプローブを一体として試料を相対走
査し、試料上の情報を検出する走査型プローブを有する
情報検出方法において、前記複数のプローブの各探針先
端の位置関係を検出し、前記各探針先端の位置関係に基
づいて、全プローブの探針先端までの距離の最大値と最
小値の差が小さくなるような基準面を計算し、前記基準
面と前記試料との相対角度を検出し、前記複数のプロー
ブを一体として前記試料との相対角度を変化させて前記
基準面と前記試料との面あわせを行い、前記複数のプロ
ーブと前記試料を位置制御して相対走査を行うことを特
徴とする情報検出方法。
【請求項１０】前記基準面の計算が、前記位置関係検出
により検出された各探針先端の位置にその頂点のすべて
が含まれ、かつ前記各探針先端の位置のすベてを内包す
るような凸多面体の各面から、最も離れた頂点までの距
離を比較し、前記距離が最小となる基準面を検出するこ
とにより行われることを特徴とする請求項９に記載の情
報検出方法。
【請求項１１】前記角度制御が、前記基準面と前記試料
との面あわせに際し、前記基準面と前記試料との前記相
対角度を参照して、前記基準面と前記試料が平行になる
ように角度制御量を計算することにより行われることを
特徴とする請求項９または請求項１０に記載の情報検出
方法。
【請求項１２】測定走査中に、探針先端の変位量が最小
となるプローブの前記変位量を一定値とするように位置
制御を行うことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか
１項に記載の情報検出方法。
【請求項１３】前記位置関係の検出が、前記複数のプロ
ーブの探針先端の変位量を検出することによって行われ
ることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記
載の情報検出方法。
【請求項１４】前記相対角度の検出が、前記複数のプロ
ーブの探針先端の変位量を検出することによって行われ
ることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記
載の情報検出方法。
【請求項１５】前記変位量の検出が、前記プローブの前
記探針を支持する弾性体のたわみ量の検出によることを
特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載の情報
検出方法。
【請求項１６】前記検出された変位量、前記プローブの
探針先端の位置関係、及び前記位置制御量とから、前記
試料の表面形状の情報を合成することを特徴とする請求
項９〜１５のいずれか１項に記載の情報検出方法。