JP2001324438A - Spm maintenance/management method and computer- readable recording medium having program for making computer execute the method recorded therein - Google Patents

Spm maintenance/management method and computer- readable recording medium having program for making computer execute the method recorded therein

Info

Publication number
JP2001324438A
JP2001324438A JP2000143238A JP2000143238A JP2001324438A JP 2001324438 A JP2001324438 A JP 2001324438A JP 2000143238 A JP2000143238 A JP 2000143238A JP 2000143238 A JP2000143238 A JP 2000143238A JP 2001324438 A JP2001324438 A JP 2001324438A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spm
probe
standard sample
management method
actuator
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
JP2000143238A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiharu Shirakawabe
喜春 白川部
Nobuhiro Shimizu
信宏 清水
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 JP2000143238A priority Critical patent/JP2001324438A/en
Publication of JP2001324438A publication Critical patent/JP2001324438A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an SPM maintenance/management method for facilitating calibration of an SPM probe control mechanism and evaluation of a probe. SOLUTION: A standard sample with a known cycle pitch, e.g. a collective body of reference resin balls with a minute particle size of not larger than 1 μm or the like is set (step S101). Surface observation data is obtained for the standard sample (step S102). A cycle pitch of the reference resin balls in a designated range (step S105) is calculated from the obtained surface observation data (step S106). Thereafter, when the operated cycle pitch does not agree with the actual known cycle pitch, a control amount in the XY plane directions of an actuator for minutely moving the probe to the sample is corrected, on the basis of a quantity of the cycle pitch difference (step S108).

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、先鋭化された探針
を用いて試料表面の微小領域(ナノメートルオーダ)を
観察するSPM(Scannning Probe M
icroscope)について、探針制御機構の校正や
探針の評価等の保守管理を行うためのSPM保守管理方
法およびその方法をコンピュータに実行させるためのプ
ログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒
体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an SPM (Scanning Probe M) for observing a minute area (on the order of nanometers) of a sample surface using a sharpened probe.
The present invention relates to an SPM maintenance management method for performing maintenance management such as calibration of a probe control mechanism and evaluation of a probe, and a computer-readable recording medium storing a program for causing a computer to execute the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、試料表面におけるナノメートルオ
ーダの微小な領域を観察するための顕微鏡として、走査
型トンネル顕微鏡(STM:Scanning Tun
neling Microscope)、原子間力顕微
鏡(AFM:Atomic Force Micros
cope)および走査型近視野光学顕微鏡(SNOM:
Scanning Near−field Optic
al Microscope)等が知られている。
2. Description of the Related Art At present, a scanning tunneling microscope (STM: Scanning Tuning Microscope) is used as a microscope for observing a minute region on the order of nanometers on a sample surface.
Neeling Microscope, Atomic Force Micros (AFM)
Cope) and a scanning near-field optical microscope (SNOM:
Scanning Near-field Optic
al Microscope) and the like.

【0003】これら顕微鏡は、いずれも先鋭化された探
針(プローブ)を用いて試料表面を走査することから、
総称して走査型プローブ顕微鏡(SPM:Scanni
ngProbe Microscope)と呼ばれてい
る。
All of these microscopes scan a sample surface using a sharpened probe.
Scanning probe microscope (SPM: Scanni)
ngProbe Microscope).

【0004】例えば、上記したAFMは、先端部に探針
を設けたカンチレバーを用いており、そのカンチレバー
の探針を観測対象となる試料表面に沿って走査し、試料
表面と探針との間に発生する原子間力(引力または斥
力)をカンチレバーの撓み量として検出することで試料
表面の形状測定を行う。
For example, the above-mentioned AFM uses a cantilever provided with a probe at the tip, and scans the probe of the cantilever along the surface of the sample to be observed, and moves the probe between the sample surface and the probe. The shape of the surface of the sample is measured by detecting the interatomic force (attraction or repulsion) generated in the cantilever as the amount of bending of the cantilever.

【0005】このようにSPMは、探針と試料表面とを
近接させてその間に生ずる相互作用を測定し、その測定
により取得したデータを、探針の走査制御により変化す
る位置情報と関連付けることで2次元または3次元の画
像情報を得るものである。従って、測定感度や得られる
画像情報の分解能は、使用する探針先端の状態に大きく
左右される。
As described above, the SPM measures the interaction between the probe and the sample surface by bringing the probe close to the sample surface, and correlates the data obtained by the measurement with the position information that is changed by the scanning control of the probe. Two-dimensional or three-dimensional image information is obtained. Therefore, the measurement sensitivity and the resolution of the obtained image information greatly depend on the state of the probe tip used.

【0006】例えば、探針先端のの曲率半径が小さく、
理想的に原子1個分で先鋭化されている場合は、試料表
面を原子または分子単位で観測することができ、観察範
囲を数ナノメートルオーダとしても鮮明な画像を得るこ
とができる。これに対して、探針先端の曲率半径が大き
く、探針が試料表面に近接した状態で相互作用し得る原
子が数多く存在する場合や、先端部に複数の先鋭部が存
在する場合(いわゆるダブルチップ)には、観察範囲を
数ナノメートルオーダとしても鮮明な画像を得ることは
できず、観察範囲をより大きくする必要がある。
For example, the radius of curvature at the tip of the probe is small,
If the sample is ideally sharpened by one atom, the sample surface can be observed in atomic or molecular units, and a clear image can be obtained even when the observation range is on the order of several nanometers. In contrast, when the tip has a large radius of curvature and there are many atoms that can interact with the tip close to the sample surface, or when there are a plurality of sharp points at the tip (a so-called double The tip) cannot obtain a clear image even if the observation range is on the order of several nanometers, and the observation range needs to be larger.

【0007】よって、SPMによる試料表面データの収
集においては、極端な場合、同一の観察対象であって
も、探針を交換する前と後では異なった観測データが得
られる可能性があり、測定の再現性に問題が生じる。そ
こで、一般に、探針を交換した際に、まず標準試料と呼
ばれる、周期的な表面構造を有する試料を観測し、既知
の観測データが正確に得られるか否かで、探針の状態を
評価することが行われている。
Therefore, in the collection of sample surface data by SPM, in an extreme case, different observation data may be obtained before and after exchanging the probe even if the same observation target is used. Causes a problem in the reproducibility of. Therefore, when a probe is replaced, generally, a sample called a standard sample, which has a periodic surface structure, is first observed, and the state of the probe is evaluated based on whether known observation data can be obtained accurately. That is being done.

【0008】また、探針は、ゴミの付着や試料との衝突
による破損等によって、観測中において不良なものとな
る可能性がある。特に、ゲル状の柔らかい材料を観測試
料としたり、液中雰囲気による観測では、上記したよう
な探針の劣化は著しい。よって、このような場合には探
針の交換が頻繁に生じてしまい、その交換毎に上記した
標準試料による探針の評価を行う必要がある。
Further, the probe may be defective during observation due to adhesion of dust or breakage due to collision with the sample. In particular, when a gel-like soft material is used as an observation sample or when observation is performed in a submerged atmosphere, the above-described deterioration of the probe is remarkable. Therefore, in such a case, replacement of the probe frequently occurs, and it is necessary to evaluate the probe with the above-described standard sample every time the probe is replaced.

【0009】また、探針の形状については、SPMに探
針を装着する前に、SEM(Scanning Ele
ctron Microscope)等で観察をおこな
うことで知得するのが実用的な手段であった。
Regarding the shape of the probe, before mounting the probe on the SPM, a scanning electron microscope (SEM) is used.
It was a practical means to learn by observing with a Ctron Microscope).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おいては、上記した標準試料として、入手容易なことも
理由の一つとして、その表面に2〜3μm程度の格子構
造を有したものを用いていたため、SPMの特徴とも言
うべきナノメートルオーダの観測結果に基づいて探針を
評価することはできなかった。
However, in the prior art, one of the above-mentioned standard samples, which has a lattice structure of about 2 to 3 μm on its surface, is one of the reasons that it is easily available. However, the probe could not be evaluated based on the observation result on the order of nanometer, which can be called the characteristic of SPM.

【0011】なお、探針をSPMに装着する前において
は、上記したSEM以外にも、非常に尖鋭な構造を観察
した結果から探針を評価する装置等も開発されてきては
いるが、これら探針の状態を評価できる装置は、観察に
多くの時間を要するとともに、探針材料は一般にシリコ
ン(Si)であるために、高エネルギーのビームによっ
て破損される可能性が高いという問題がある。
Prior to mounting the probe on the SPM, in addition to the above-mentioned SEM, devices for evaluating the probe based on the result of observation of a very sharp structure have been developed. A device capable of evaluating the state of the probe requires a long time for observation, and has a problem in that the probe is generally made of silicon (Si), and thus is likely to be damaged by a high-energy beam.

【0012】また、SPMは、探針の先端部が歪んだ形
状である場合に、原理上、その先端形状に依存した歪ん
だ画像が取得されるが、SPMに探針を装着した状態で
は、探針形状を把握することはできないため、上記した
歪みを除去することはできない。
In the SPM, when the tip of the probe has a distorted shape, a distorted image depending on the tip shape is obtained in principle. However, when the probe is mounted on the SPM, Since the shape of the probe cannot be grasped, the above-described distortion cannot be removed.

【0013】さらに、SPMは、圧電アクチュエータ等
の駆動装置によって探針をXYZ方向に微小偏位させて
いるが、SPMの工場出荷時における設定値のずれや長
時間使用による圧電アクチュエータの劣化等に起因し
て、圧電アクチュエータの制御値上による探針移動量と
実際の探針偏移量とが、特にナノメートルオーダのよう
な微小な範囲においてずれる場合があり、探針制御値を
校正する必要があるという問題があった。
Further, in the SPM, the probe is slightly displaced in the XYZ directions by a driving device such as a piezoelectric actuator. Due to this, the probe movement amount due to the control value of the piezoelectric actuator may deviate from the actual probe deviation amount, especially in a minute range such as on the order of nanometers, and it is necessary to calibrate the probe control value. There was a problem that there is.

【0014】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、入手容易でかつ直径が1μm以下の基準樹
脂ボールの集合体を標準試料として使用し、この基準樹
脂ボールの球形状の利点を生かして、SPMの探針制御
機構の校正や探針の評価を行うためのSPM保守管理方
法およびその方法をコンピュータに実行させるためのプ
ログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒
体を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and uses an aggregate of reference resin balls having a diameter of 1 μm or less, which is easily available, as a standard sample. The present invention provides an SPM maintenance management method for calibrating a probe control mechanism of an SPM and evaluating a probe, and a computer-readable recording medium storing a program for causing a computer to execute the method. The purpose is.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、請求項1の発明に係るSPM保
守管理方法は、試料を取り付けるステージまたは探針を
水平面方向(XY方向)に微動させるSPM(Scan
ning Probe Microscope)のアク
チュエータの制御値を校正するSPM保守管理方法にお
いて、既知のサイズの周期構造を有する標準試料に対し
て当該標準試料の表面微細構造の観察データを取得し、
取得した観察データから前記標準試料の周期ピッチを導
出し、導出した周期ピッチと前記標準試料の既知の周期
ピッチとを比較し、比較した結果、導出した周期ピッチ
と前記標準試料の既知の周期ピッチとが異なる場合に前
記アクチュエータの制御値の校正が必要であると判断す
ることを特徴とする。
Means for Solving the Problems To solve the above-mentioned problems,
In order to achieve the object, the SPM maintenance management method according to the first aspect of the present invention provides an SPM (Scan) for finely moving a stage or a probe on which a sample is mounted in a horizontal plane direction (XY directions).
In an SPM maintenance management method for calibrating a control value of an actuator of a Ning Probe Microscope), observation data of a surface microstructure of a standard sample having a periodic structure of a known size is acquired for a standard sample having a periodic structure of a known size.
Deriving the periodic pitch of the standard sample from the acquired observation data, comparing the derived periodic pitch with the known periodic pitch of the standard sample, and comparing the results, the derived periodic pitch and the known periodic pitch of the standard sample Is different, it is determined that calibration of the control value of the actuator is necessary.

【0016】この請求項1の発明によれば、従来のSP
Mの装置構成を保持しつつ、既知のサイズの周期ピッチ
を有する標準試料の表面観察データを取得し、取得した
表面観察データにより示された周期ピッチ情報を用い
て、アクチュエータの制御値の校正を必要であるか否か
を判断することができる。
According to the first aspect of the present invention, the conventional SP
While maintaining the device configuration of M, acquire surface observation data of a standard sample having a periodic pitch of a known size, and calibrate the control value of the actuator using the periodic pitch information indicated by the acquired surface observation data. It can be determined whether or not it is necessary.

【0017】また、請求項2の発明に係るSPM保守管
理方法は、請求項1の発明において、前記周期ピッチの
導出が、前記取得した観察データに微分処理を施し、当
該微分処理によって得られた前記観察データの鉛直方向
(Z方向)のピークが所定値を超えるXY方向面内の位
置を、前記周期ピッチを規定する境界位置とすることで
行われることを特徴とする。
In the SPM maintenance management method according to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the derivation of the periodic pitch is obtained by performing a differentiation process on the acquired observation data, and obtained by the differentiation process. The observation is performed by setting a position in the XY direction plane where a peak in the vertical direction (Z direction) of the observation data exceeds a predetermined value as a boundary position that defines the periodic pitch.

【0018】この請求項2の発明によれば、取得した観
察データに微分処理を施すことで観察データ内の周期ピ
ッチを規定する境界位置を強調させ、かつその強調によ
り得られた鉛直方向(Z方向)のピークが所定値を超え
た位置(XY方向面内)に限り、境界位置であると判定
することで周期ピッチを導出することができる。
According to the second aspect of the present invention, the boundary position defining the periodic pitch in the observation data is emphasized by differentiating the obtained observation data, and the vertical direction (Z) obtained by the emphasis is obtained. The periodic pitch can be derived by determining that it is a boundary position only at a position (in the XY direction plane) where the peak in the (direction) exceeds a predetermined value.

【0019】また、請求項3の発明に係るSPM保守管
理方法は、請求項1または2の発明において、前記アク
チュエータの制御値の校正が必要であると判断した場合
に、前記導出した周期ピッチと前記標準試料の既知の周
期ピッチとの差分を演算し、前記差分に基づいて前記ア
クチュエータのXY方向における制御値を校正すること
を特徴とする。
In the SPM maintenance management method according to the third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, when it is determined that calibration of the control value of the actuator is necessary, the derived periodic pitch and A difference from a known periodic pitch of the standard sample is calculated, and a control value of the actuator in the X and Y directions is calibrated based on the difference.

【0020】この請求項3の発明によれば、導出した周
期ピッチと標準試料の既知の周期ピッチとの差分に基づ
いて、アクチュエータのXY方向における制御値を校正
することができる。
According to the third aspect of the invention, the control value of the actuator in the X and Y directions can be calibrated based on the difference between the derived periodic pitch and the known periodic pitch of the standard sample.

【0021】また、請求項4の発明に係るSPM保守管
理方法は、試料を取り付けるステージまたは探針を鉛直
方向(Z方向)に微動させるアクチュエータの制御値を
校正するSPM保守管理方法において、既知のサイズの
段差を有する標準試料に対して当該標準試料の表面微細
構造の観察データを取得し、取得した観察データから前
記標準試料の段差を導出し、導出した段差と前記標準試
料の既知の段差とを比較し、比較した結果、導出した段
差と前記標準試料の既知の段差とが異なる場合に前記ア
クチュエータの制御値の校正が必要であると判断するこ
とを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an SPM maintenance management method for calibrating a control value of an actuator for finely moving a stage or a probe for mounting a sample in a vertical direction (Z direction). Obtain observation data of the surface microstructure of the standard sample for a standard sample having a step of size, derive the step of the standard sample from the obtained observation data, and derive the step and the known step of the standard sample. And when the derived step is different from the known step of the standard sample, it is determined that the control value of the actuator needs to be calibrated.

【0022】この請求項4の発明によれば、従来のSP
Mの装置構成を保持しつつ、既知のサイズの段差を有す
る標準試料の表面観察データを取得し、取得した表面観
察データにより示された段差情報を用いて、アクチュエ
ータの制御値の校正を必要であるか否かを判断すること
ができる。
According to the invention of claim 4, the conventional SP
It is necessary to acquire surface observation data of a standard sample having a step of a known size while retaining the apparatus configuration of M, and to calibrate the control value of the actuator using the step information indicated by the acquired surface observation data. It can be determined whether or not there is.

【0023】また、請求項5の発明に係るSPM保守管
理方法は、請求項4の発明において、前記アクチュエー
タの制御値の校正が必要であると判断した場合に、前記
導出した段差と前記標準試料の既知の段差との差分を演
算し、前記差分に基づいて前記アクチュエータのZ方向
における制御値を校正することを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the SPM maintenance management method according to the fourth aspect of the present invention, when it is determined that calibration of the control value of the actuator is necessary, the derived step and the standard sample are determined. And calculating a difference between the actuator and a known step, and calibrating a control value of the actuator in the Z direction based on the difference.

【0024】この請求項5の発明によれば、導出した段
差と標準試料の既知の段差との差分に基づいて、アクチ
ュエータのZ方向における制御値を校正することができ
る。
According to the fifth aspect of the present invention, the control value of the actuator in the Z direction can be calibrated based on the difference between the derived step and the known step of the standard sample.

【0025】また、請求項6の発明に係るSPM保守管
理方法は、評価対象となる探針を装着したSPMを用い
て、既知の深さの谷部を有する標準試料に対して当該標
準試料の表面微細構造の観察データを取得し、取得した
観察データから前記標準試料の前記谷部の深さを導出
し、導出した深さと前記標準試料の既知の深さとを比較
した結果に基づいて、前記探針についてアスペクト比や
曲率半径の大小等の先端部の形状を判断することを特徴
とする。
Further, the SPM maintenance management method according to the invention of claim 6 uses the SPM equipped with a probe to be evaluated, with respect to a standard sample having a valley of a known depth. Obtaining the observation data of the surface microstructure, deriving the depth of the valley of the standard sample from the obtained observation data, based on the result of comparing the derived depth and the known depth of the standard sample, The method is characterized in that the shape of the tip such as the aspect ratio and the radius of curvature of the probe is determined.

【0026】この請求項6の発明によれば、評価対象と
なる探針をSPMに装着した状態で、、既知の深さの谷
部を有する標準試料を観察し、その観察データから導出
した標準試料の谷部の深さ情報を用いて、探針の先端部
の形状(アスペクト比や曲率半径の大小等)を判断する
ことができる。
According to the sixth aspect of the present invention, a standard sample having a valley of a known depth is observed with the probe to be evaluated attached to the SPM, and the standard sample derived from the observation data is observed. Using the depth information of the valley of the sample, the shape of the tip of the probe (the aspect ratio, the radius of curvature, etc.) can be determined.

【0027】また、請求項7の発明に係るSPM保守管
理方法は、請求項1〜6のいずれか一つの発明におい
て、前記標準試料は、既知の粒径を有する粒子の集合体
であることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the SPM maintenance management method according to any one of the first to sixth aspects, wherein the standard sample is an aggregate of particles having a known particle size. Features.

【0028】この請求項7の発明によれば、標準試料と
して既知の粒径を有する粒子の集合体を用いるので、球
形状の集合による細密充填構造の特徴やXY方向および
Z方向のサイズがともに等しいといった球形状の特色を
利用して、周期ピッチと段差とをともに既知のサイズと
して知得することができる。
According to the seventh aspect of the present invention, since the aggregate of particles having a known particle size is used as the standard sample, the characteristics of the finely packed structure formed by the spherical aggregate and the sizes in the XY and Z directions are both reduced. By utilizing a spherical characteristic such as equality, both the periodic pitch and the step can be known as known sizes.

【0029】また、請求項8の発明に係るコンピュータ
読み取り可能な記録媒体にあっては、請求項1〜7に記
載されたいずれか一つの方法をコンピュータに実行させ
るプログラムを記録したことで、そのプログラムを機械
読み取り可能となり、これによって、請求項1〜7の方
法による動作をコンピュータによって実現することが可
能である。
In a computer readable recording medium according to the present invention, a program for causing a computer to execute any one of the methods according to the first to seventh aspects is recorded. The program becomes machine-readable, so that the operation according to the method of claims 1 to 7 can be realized by a computer.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るSPM保守
管理方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明す
る。なお、この実施の形態によりこの発明が限定される
ものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an SPM maintenance management method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the embodiment.

【0031】(実施の形態1)まず、実施の形態1に係
るSPM保守管理方法について説明する。実施の形態1
に係るSPM保守管理方法は、標準試料として基準樹脂
ボールの集合体を用い、その観察結果に基づいてSPM
の探針またはステージの制御機構(XYZアクチュエー
タ)の校正をおこなうものである。
(Embodiment 1) First, an SPM maintenance management method according to Embodiment 1 will be described. Embodiment 1
The SPM maintenance management method according to the above uses an aggregate of reference resin balls as a standard sample, and based on the observation results,
Of the probe or stage control mechanism (XYZ actuator).

【0032】ここで、基準樹脂ボールとしては、米国国
家標準技術局(NIST)のトレーサビリティを確保し
た信頼性の高い粒子径標準粒子が市販されており、例え
ば、粒径500nmのポリスチレン粒子が純水中に分散
された形態として提供されている。従って、ナノメート
ルオーダの微細な表面形状を無視し得る平坦な物質(例
えば、層状多結晶物質の壁開面やシリコン[111]面
等)の上に、上記した基準樹脂ボールを展開すること
で、基準樹脂ボールの多くをより安定な細密充填構造に
自己形成させることができる。本実施の形態は、この細
密充填構造の形態での基準樹脂ボールの集合体を標準試
料として用いることを特徴としている。
Here, as the standard resin ball, highly reliable standard particle size particles having high traceability of the National Institute of Standards and Technology (NIST) are commercially available. For example, polystyrene particles having a particle size of 500 nm are converted into pure water. It is provided in a dispersed form. Therefore, by developing the above-described reference resin ball on a flat material (for example, a wall-opened surface of a layered polycrystalline material or a silicon [111] surface) that can ignore a fine surface shape on the order of nanometers. In addition, many of the reference resin balls can be self-formed into a more stable densely packed structure. The present embodiment is characterized in that an aggregate of reference resin balls in the form of the finely packed structure is used as a standard sample.

【0033】図1は、実施の形態1に係るSPM保守管
理方法において、SPMの探針制御機構の校正方法を示
すフローチャートである。なお、本方法を実現するため
のSPMは従来と同様な構成であり、ここでは、XYZ
アクチュエータによって、Z軸方向(鉛直方向)および
XY方向(水平面内方向)に微動可能なステージ上に、
試料をセットし、そのステージ上方に探針が固定配置さ
れているものとして説明する。すなわち、このXYZア
クチュエータの制御値が本方法における校正対象とな
る。
FIG. 1 is a flowchart showing a method of calibrating the SPM probe control mechanism in the SPM maintenance management method according to the first embodiment. Note that the SPM for realizing the present method has the same configuration as the conventional one, and here, XYZ
On a stage that can be finely moved in the Z-axis direction (vertical direction) and XY direction (in a horizontal plane) by an actuator,
The description will be made assuming that the sample is set and the probe is fixedly arranged above the stage. That is, the control value of the XYZ actuator is a calibration target in the present method.

【0034】また、SPMは、従来同様に、上記したX
YZアクチュエータの駆動や探針と試料表面との相互作
用(原子間力等)の検出等のSPM動作を制御する制御
手段と、一般的なユーザインターフェース(キーボード
やマウス等の入力手段やCRTディスプレイ等の表示手
段)を介して上記した制御手段に対して測定の開始や測
定範囲等の指示を与えるためのコンピュータと、を備え
ている。特に、本方法は、このコンピュータ上で実行可
能なプログラムとして提供できるものである。
The SPM is the same as that of the prior art.
Control means for controlling the SPM operation such as driving of the YZ actuator and detection of interaction (atomic force etc.) between the probe and the sample surface, and a general user interface (input means such as a keyboard and a mouse, a CRT display, etc.) And a computer for giving instructions such as the start of measurement and the measurement range to the control means described above via the display means). In particular, the method can be provided as a program executable on the computer.

【0035】まず、本方法を実施するにあたって、利用
者は、上記したステージ上に、基準樹脂ボールの集合体
である標準試料をセットし(ステップS101)、探針
を所定位置に装着する。なお、探針の装着は、SPMの
装置構成によっては、標準試料をセットする前段階にお
いて完了することも可能である。
First, in carrying out the present method, a user sets a standard sample, which is an aggregate of reference resin balls, on the above-mentioned stage (step S101), and mounts a probe at a predetermined position. The mounting of the probe can be completed before the setting of the standard sample, depending on the SPM device configuration.

【0036】この状態で、利用者は、上記したユーザイ
ンターフェースを介して校正動作開始を指示することに
より、標準試料に対する表面観察データの取得および表
示処理を開始させる(ステップS102)。この表面観
察データの取得は、通常の試料に対する表面観察データ
の取得と同様であり、(1)標準試料表面への探針の自
動接近、(2)自動接近完了後のXY方向の探針走査
(実際にはステージ側が移動する)(3)探針と試料表
面との相互作用(原子間力等)の検出および探針のZ軸
フィードバック制御(実際にはステージ側が制御され
る)、(4)検出された相互作用量を2次元または3次
元に画像化、が実行される。
In this state, the user instructs the start of the calibration operation via the above-mentioned user interface to start the process of acquiring and displaying the surface observation data for the standard sample (step S102). The acquisition of the surface observation data is the same as the acquisition of the surface observation data for a normal sample. (1) Automatic approach of the probe to the surface of the standard sample, (2) Probe scanning in the XY directions after completion of the automatic approach. (Actually, the stage moves) (3) Detection of interaction (atomic force or the like) between the probe and the sample surface and Z-axis feedback control of the probe (actually, the stage is controlled), (4) 2) The detected interaction amount is imaged in two or three dimensions.

【0037】図2は、ステップS102において表示さ
れた標準試料の表面構造の3次元画像例を示す図であ
る。図2に示すように、個々が分離可能な球形状である
基準樹脂ボールは細密充填構造で安定する。特に、図2
においては、XY面内方向においてほぼ均一に基準樹脂
ボールが展開されていることが示されている。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a three-dimensional image of the surface structure of the standard sample displayed in step S102. As shown in FIG. 2, the reference resin balls each having a separable spherical shape are stable in a finely packed structure. In particular, FIG.
Shows that the reference resin ball is spread almost uniformly in the direction within the XY plane.

【0038】つづいて、利用者は、XYZアクチュエー
タのX軸、Y軸およびZ軸のうち、校正しようとする軸
を指定する(ステップS103)。なお、この校正軸の
指定は、ステップS102の処理の前段において行うよ
うにしてもよい。ここで、まず、利用者により指定され
た校正軸が、X軸またはY軸である場合、すなわち水平
面内方向の校正である場合について説明する(ステップ
S104否定)。特に、以下においては、X軸を指定し
た場合を例に挙げる。
Subsequently, the user designates an axis to be calibrated among the X, Y, and Z axes of the XYZ actuator (step S103). The designation of the calibration axis may be performed at a stage prior to the process of step S102. Here, first, the case where the calibration axis specified by the user is the X axis or the Y axis, that is, the case where the calibration is performed in the horizontal plane direction will be described (No in step S104). In particular, in the following, a case where the X axis is designated will be described as an example.

【0039】つぎに、利用者は、校正基準データとする
範囲、すなわち表示された表面構造の画像上において標
準試料の集合のどの範囲における周期ピッチを取得する
のかを指定する(ステップS105)。具体的には、図
3(a)に示すように、図2に示した3次元画像をXY
平面へと2次元表示画像上において、例えば同図A−
A’線のように直列した複数の基準樹脂ボール上を指定
する。
Next, the user designates a range to be used as the calibration reference data, that is, a range of a set of standard samples on the displayed image of the surface structure in which the periodic pitch is to be obtained (step S105). Specifically, as shown in FIG. 3A, the three-dimensional image shown in FIG.
On a two-dimensional display image on a plane, for example,
A plurality of reference resin balls in series are designated like the line A '.

【0040】図3(b)は、図3(a)において指定し
たA−A’線範囲における基準樹脂ボール配列の断面、
すなわちZ軸方向のデータを示した図である。図3
(b)に示すように、A−A’線における基準樹脂ボー
ル配列がほぼ一定のピッチで並んでいることがわかる。
SPMの装置構成の一部となる上記コンピュータ上で
は、図2および図3に示したように、試料の表面観察デ
ータを取得した後は、3次元構造や所望の軸の組み合わ
せによる2次元構造等、表面観察データを自由な表示形
態で処理することができる。
FIG. 3B is a cross-sectional view of the reference resin ball arrangement in the range of the line AA ′ designated in FIG.
That is, it is a diagram showing data in the Z-axis direction. FIG.
As shown in (b), it can be seen that the reference resin ball arrangement along the line AA 'is arranged at a substantially constant pitch.
As shown in FIGS. 2 and 3, on the computer which is a part of the SPM device configuration, after acquiring the surface observation data of the sample, a three-dimensional structure or a two-dimensional structure by a combination of desired axes is obtained. In addition, surface observation data can be processed in a free display form.

【0041】ステップS105において校正基準データ
の指定が完了すると、指定された範囲のデータを基にし
て、基準樹脂ボールの周期ピッチを演算する(ステップ
S106)。ここで、基準樹脂ボールの周期ピッチを演
算する際に、図2(b)に示したような断面データをそ
のまま利用したのでは、基準樹脂ボール間の境界が不明
瞭であるため、正確な結果を得ることはできない。そこ
で、取得した表面観察データに対して微分処理を施すこ
とにより、基準樹脂ボール間の谷部が強調されたデータ
を作成する。
When the designation of the calibration reference data is completed in step S105, the periodic pitch of the reference resin balls is calculated based on the data in the designated range (step S106). Here, when calculating the periodic pitch of the reference resin balls, if the cross-sectional data as shown in FIG. 2B is used as it is, the boundary between the reference resin balls is unclear, so that an accurate result is obtained. Can not get. Therefore, by performing a differentiation process on the acquired surface observation data, data in which the valleys between the reference resin balls are emphasized is created.

【0042】図4は、図2に示した3次元画像に対して
微分処理を施した結果を示す図である。図4に示すよう
に、微分処理によって、基準樹脂ボール間の境界に位置
する部分は、エッジピークとして強調して表わされる。
図5(a)および(b)は、それぞれ図3(a)および
(b)に対して微分処理を施した結果を示す図である。
微分処理の結果、図5(a)上のA−A’線の断面は、
図5(b)に示すように、基準樹脂ボール間をエッジピ
ークによって容易に分離することができる。
FIG. 4 is a diagram showing the result of performing a differentiation process on the three-dimensional image shown in FIG. As shown in FIG. 4, the portion located at the boundary between the reference resin balls is emphasized and represented as an edge peak by the differential processing.
FIGS. 5 (a) and 5 (b) are diagrams showing the results of performing differentiation processing on FIGS. 3 (a) and 3 (b), respectively.
As a result of the differentiation processing, the cross section taken along the line AA ′ in FIG.
As shown in FIG. 5B, the reference resin balls can be easily separated by the edge peak.

【0043】例えば、同図に示すように、Z軸方向にお
いて基準レベルTLを設定し、エッジピークがこの基準
レベルTLを超過した地点を、境界位置として決定す
る。なお、同一の基準樹脂ボールの断面上において、基
準レベルTLが2地点により交差される場合は、より−
X軸側の交差点を境界位置として選択したり、2地点の
中央点を境界位置とすることができる。
For example, as shown in the figure, a reference level TL is set in the Z-axis direction, and a point where an edge peak exceeds the reference level TL is determined as a boundary position. In the case where the reference level TL intersects at two points on the cross section of the same reference resin ball, it is more negative.
An intersection on the X-axis side can be selected as a boundary position, or a center point between two points can be set as a boundary position.

【0044】このように基準樹脂ボール間の境界位置を
特定することで、図示するように、境界位置間dを基準
樹脂ボールの周期ピッチとして認識することができる。
ここで、上述した手順にて演算されたピッチは、本来な
らば、基準樹脂ボールの既知の粒径と一致していなけれ
ばならないが、ずれが生じている場合は、指示する移動
量と実際のXYZアクチュエータの移動量とが異なって
いるとみなし、補正が必要であると判断することができ
る。
By specifying the boundary positions between the reference resin balls in this manner, the distance d between the boundary positions can be recognized as the periodic pitch of the reference resin balls as shown in the figure.
Here, the pitch calculated by the above-described procedure should originally match the known particle size of the reference resin ball. It can be considered that the movement amount of the XYZ actuator is different, and it can be determined that correction is necessary.

【0045】そこで、このずれ量に基づいて、上記ピッ
チ分の移動を指示していた制御値が、上記既知の粒径分
の移動を行う値となるように補正する(ステップS10
8)。これにより、基準樹脂ボールの粒径のような1マ
イクロメートル以下の微小範囲に対しても、XYZアク
チュエータの制御値校正が実現される。
Therefore, based on the shift amount, the control value for instructing the movement for the pitch is corrected to a value for performing the movement for the known particle size (step S10).
8). Thereby, the control value calibration of the XYZ actuator is realized even in a minute range of 1 micrometer or less such as the particle diameter of the reference resin ball.

【0046】なお、以上に説明したピッチ演算におい
て、隣接した基準樹脂ボールの配列方向とXYZアクチ
ュエータの駆動上のX軸とが一致するとは限らないが、
一致しない場合にも、指定した校正基準データ範囲をX
成分とY成分とに分離することは容易であるため、何ら
問題は生じない。
In the pitch calculation described above, the arrangement direction of the adjacent reference resin balls does not always coincide with the X axis for driving the XYZ actuator.
Even if they do not match, the specified calibration reference data range
There is no problem because it is easy to separate the component into the Y component.

【0047】つぎに、上記したステップS103におい
て、校正する軸としてZ軸を指定した場合(ステップS
104肯定)について説明する。この場合、コンピュー
タは、ステップS102において得られた表面観察デー
タまたは新たに取得した表面観察データから、Z軸方向
において基準樹脂ボール1つ分の段差が生じている範囲
を抽出し、基準樹脂ボール1つ分の高さデータを取得す
る(ステップS107)。
Next, in step S103, when the Z axis is designated as the axis to be calibrated (step S103).
104 affirmation) will be described. In this case, the computer extracts, from the surface observation data obtained in step S102 or the newly obtained surface observation data, a range in which a step corresponding to one reference resin ball occurs in the Z-axis direction. One height data is acquired (step S107).

【0048】図6は、基準樹脂ボール1つ分の高さデー
タの取得を説明するための説明図である。図6において
は、理解を容易にするために、上記した平坦な物質60
上に1層のみ基準樹脂ボール65が展開されている状態
を示している。図示するように、探針の走査において、
その先端が基準樹脂ボール65の頭頂部に位置する探針
61から、先端が平坦な物質60上に位置する探針6
1’に至っては、理論的に基準樹脂ボールの粒径2R分
の変位が観察される。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining acquisition of height data for one reference resin ball. In FIG. 6, for ease of understanding, the flat material 60 described above is used.
A state where only one layer of the reference resin ball 65 is unfolded is shown above. As shown, in the scanning of the probe,
From the probe 61 whose tip is located at the top of the reference resin ball 65 to the probe 6 whose tip is located on a flat material 60
At 1 ', a displacement of 2R of the particle diameter of the reference resin ball is theoretically observed.

【0049】そこで、Z軸方向の校正においては、ま
ず、探針61の位置において取得されたZ軸方向のデー
タと、探針61’の位置において取得されたZ軸方向の
データと、の差分を算出し、この差分が既知の基準樹脂
ボールの粒径2Rと一致するか否かを判断する。一致し
ない場合は、フィードバック制御によるXYZアクチュ
エータのZ軸方向の微動制御量に補正が必要であるとみ
なされ、そのずれ量に基づいて、探針61と探針61’
の各位置間のZ軸方向の距離に相当する移動を指示して
いた制御値が、上記既知の粒径2R分の移動を行う値と
なるように補正する(ステップS108)。
Therefore, in the calibration in the Z-axis direction, first, a difference between the data in the Z-axis direction acquired at the position of the probe 61 and the data in the Z-axis direction acquired at the position of the probe 61 ′ is obtained. Is determined, and it is determined whether or not this difference matches the particle diameter 2R of the known reference resin ball. When they do not match, it is considered that the fine movement control amount of the XYZ actuator in the Z-axis direction by the feedback control needs to be corrected, and the probe 61 and the probe 61 ′ are determined based on the deviation amount.
Is corrected so that the control value instructing the movement corresponding to the distance in the Z-axis direction between the respective positions becomes a value for performing the movement by the known particle diameter 2R (step S108).

【0050】以上に説明したように、実施の形態1に係
るSPM保守管理方法によれば、1マイクロメートル以
下等の微小な粒径を有する基準樹脂ボールを標準試料と
して用い、細密充填構造に展開された基準樹脂ボールに
対して取得した表面観察データに対して微分処理を施す
ことで、取得した表面観察データから基準樹脂ボールの
周期ピッチを容易にかつ正確に算出することができると
ともに、算出した結果と、実際の既知の基準樹脂ボール
の粒径とが一致するか否かを判断することで、試料に対
して探針を微動させるXYZアクチュエータのXY平面
方向における制御値の校正が必要であるか否かを判断す
ることができるので、1マイクロメートル以下等の微小
な範囲においても、得られた表面観察データが正確なも
のであるか否かを知得することができる。
As described above, according to the SPM maintenance management method according to the first embodiment, a reference resin ball having a small particle size of 1 micrometer or less is used as a standard sample and developed into a close-packed structure. By performing a differentiation process on the surface observation data obtained for the obtained reference resin ball, the periodic pitch of the reference resin ball can be easily and accurately calculated from the obtained surface observation data, and the calculated value is calculated. It is necessary to calibrate the control value in the XY plane direction of the XYZ actuator for finely moving the probe with respect to the sample by judging whether or not the result matches the actual known particle diameter of the reference resin ball. It is possible to determine whether the obtained surface observation data is accurate even in a minute range such as 1 micrometer or less. It can be Tokusuru.

【0051】また、XYZアクチュエータのXY平面方
向における制御値の校正が必要であると判断された場合
に、上記算出した結果と実際の既知の基準樹脂ボールの
粒径とのずれ量に基づいて、上記した配列ピッチ分の移
動を指示していた制御値が、上記既知の粒径分の移動を
行う値となるようにXYZアクチュエータの制御値を補
正するので、1マイクロメートル以下等の微小な範囲に
おいても、XYZアクチュエータのXY面方向における
校正を行うことができ、より正確な表面観察データを取
得することができる。
When it is determined that it is necessary to calibrate the control values of the XYZ actuators in the XY plane direction, based on the deviation between the calculated result and the actual known particle diameter of the reference resin ball, Since the control value of the XYZ actuator is corrected so that the control value instructing the movement for the arrangement pitch becomes a value for performing the movement for the known particle diameter, a minute range such as 1 micrometer or less is corrected. Also in the above, calibration in the XY plane direction of the XYZ actuator can be performed, and more accurate surface observation data can be obtained.

【0052】また、基準樹脂ボール1つ分の高さに相当
するZ軸方向の変位を取得し、取得した変位と、実際の
既知の基準樹脂ボールの粒径とが一致するか否かを判断
することで、XYZアクチュエータのZ軸方向における
制御値の校正が必要であるか否かを判断することができ
るので、Z軸のフィードバック制御が正確に行われてい
るか否かを知得することができる。
Further, a displacement in the Z-axis direction corresponding to the height of one reference resin ball is acquired, and it is determined whether or not the acquired displacement matches the actual known particle diameter of the reference resin ball. By doing so, it is possible to determine whether or not it is necessary to calibrate the control value of the XYZ actuator in the Z-axis direction, so that it is possible to know whether or not the Z-axis feedback control is being performed accurately. .

【0053】さらに、XYZアクチュエータのZ軸方向
における制御値の校正が必要であると判断された場合
に、上記取得したZ軸方向の変位と実際の既知の基準樹
脂ボールの粒径とのずれ量に基づいて、上記変位分に相
当する移動を指示していた制御値が上記既知の粒径分の
移動を行う値となるように補正するので、XYZアクチ
ュエータのZ軸方向における校正を行うことができ、よ
り正確な表面観察データを取得することができる。
Further, when it is determined that the control value of the XYZ actuator in the Z-axis direction needs to be calibrated, the deviation amount between the acquired displacement in the Z-axis direction and the actual known particle diameter of the reference resin ball is determined. Based on the above, the control value instructing the movement corresponding to the displacement is corrected so as to be a value for performing the movement for the known particle size, so that the calibration of the XYZ actuator in the Z-axis direction can be performed. It is possible to obtain more accurate surface observation data.

【0054】なお、上述した実施の形態1においては、
標準試料を球形状の基準樹脂ボールとして説明したが、
ピッチを容易にかつ正確に算出するための微分処理およ
びZ軸方向の段差の取得については、表面に格子構造を
有した試料や段差サイズが既知の従来の標準試料に対し
ても適用することができる。
In the first embodiment described above,
Although the standard sample was described as a spherical reference resin ball,
The differential processing for easily and accurately calculating the pitch and the acquisition of the step in the Z-axis direction can be applied to a sample having a lattice structure on the surface or a conventional standard sample having a known step size. it can.

【0055】(実施の形態2)つぎに、実施の形態2に
係るSPM保守管理方法について説明する。実施の形態
2に係るSPM保守管理方法は、標準試料として上記し
た基準樹脂ボールの集合体を用い、その観察結果に基づ
いて探針の評価を行うものである。
(Embodiment 2) Next, an SPM maintenance management method according to Embodiment 2 will be described. The SPM maintenance management method according to the second embodiment uses an assembly of the above-described reference resin balls as a standard sample, and evaluates a probe based on the observation result.

【0056】図7は、実施の形態2に係るSPM保守管
理方法において、探針の評価方法を説明するための説明
図である。特に、図7は、ナノメートルオーダの微細な
表面形状を無視し得る平坦な物質70上に複数の基準樹
脂ボール75が1層の細密充填構造に展開された状態を
示している。
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a probe evaluation method in the SPM maintenance management method according to the second embodiment. In particular, FIG. 7 shows a state in which a plurality of reference resin balls 75 are developed in a one-layer close-packed structure on a flat material 70 that can ignore a fine surface shape on the order of nanometers.

【0057】図7において、探針71および71’は、
先端部のアスペクト比(図中において、a1/b1によ
って示される値)が比較的大きなものであり、探針72
は、先端部のアスペクト比(図中において、a2/b2
によって示される値)が比較的小さなものである。
In FIG. 7, the probes 71 and 71 'are
The tip portion has a relatively large aspect ratio (a value indicated by a1 / b1 in the figure), and the probe 72
Is the aspect ratio of the tip (a2 / b2 in the figure)
Is relatively small.

【0058】ここで、図7に示すように、基準樹脂ボー
ルが細密充填構造で配列している場合、探針71は、複
数の基準樹脂ボール75の表面を辿って走査されるが、
この走査によって得られる基準樹脂ボール間の谷部頂点
でのZ軸方向の位置(図中、探針71’の位置)は、基
準樹脂ボールの頭頂部におけるZ軸方向の位置(図中、
探針71の位置)に対して、理想的にはちょうど粒径の
半分の値R分だけ差異が生ずるはずである。
Here, as shown in FIG. 7, when the reference resin balls are arranged in a finely packed structure, the probe 71 is scanned along the surface of the plurality of reference resin balls 75.
The position in the Z-axis direction at the apex of the valley between the reference resin balls obtained by this scanning (the position of the probe 71 'in the figure) is the position in the Z-axis direction at the top of the reference resin ball (in the figure,
Ideally, there should be a difference with respect to the position of the probe 71) by a value R which is exactly half the particle diameter.

【0059】しかしながら、探針71の先端部は、微小
と言えど上記アスペクト比で規定される広がりを有する
ため、その最先端は、基準樹脂ボール間の谷部頂点に達
することはできない。よって、図示するように、谷部頂
点でのZ軸方向の位置と頭頂部でのZ軸方向の位置との
差分は、実際には、粒径の半値Rから誤差α分だけ減算
した結果として取得される。
However, since the tip of the probe 71 has a spread defined by the above-mentioned aspect ratio even though it is minute, its tip cannot reach the top of the valley between the reference resin balls. Therefore, as shown in the figure, the difference between the position in the Z-axis direction at the top of the valley and the position in the Z-axis direction at the top of the head is actually a result of subtracting the error α from the half value R of the particle diameter. Is obtained.

【0060】よって、この誤差は、上記したアスペクト
比が小さな探針ほど大きくなり、同図において、探針7
2を用いた場合には、探針71’を用いた場合の誤差α
によりも大きな値を示す誤差βが生ずる。このことは、
探針の先端部のアスペクト比の違いに応じて、基準樹脂
ボールのZ軸方向における登頂部と谷部との観察データ
が異なることを意味し、これを利用して探針の先端部形
状を評価することができる。
Accordingly, this error becomes larger as the above-mentioned probe has a smaller aspect ratio, and in FIG.
2, the error α when using the probe 71 ′ is used.
, An error β having a larger value is generated. This means
This means that the observation data of the top and the valley in the Z-axis direction of the reference resin ball differs according to the difference in the aspect ratio of the tip of the probe, and this is used to shape the tip of the probe. Can be evaluated.

【0061】また、この探針による谷部データの違い
は、アスペクト比の違いのみならず、先端部が歪んだ形
状であるか否かによっても生じる。これは、探針の先端
部が歪んでいる場合には、探針先端が基準樹脂ボールの
谷部深くへと達するまでに、両側の基準樹脂ボールの表
面に接触する可能性が高いことに起因する。
The difference in valley data due to the probe is caused not only by the difference in aspect ratio but also by whether or not the tip has a distorted shape. This is because if the tip of the probe is distorted, it is highly likely that the tip will come into contact with the surface of the reference resin ball on both sides before the tip reaches deep into the valley of the reference resin ball. I do.

【0062】さらに、上記した探針による谷部データの
違いは、探針先端の曲率半径にも依存する。図8は、基
準樹脂ボールの谷部に位置した探針の曲率半径について
説明するための説明図である。図8に示すように、探針
81の曲率半径rが小さい場合には、探針81は、より
基準樹脂ボール85間の谷部深くまで到達することがで
きるが、曲率半径rが大きい場合には、谷部頂点から大
きく離間した位置に留まることになる。
Further, the difference in the valley data depending on the probe also depends on the radius of curvature of the tip of the probe. FIG. 8 is an explanatory diagram for describing a radius of curvature of a probe located at a valley of a reference resin ball. As shown in FIG. 8, when the radius of curvature r of the probe 81 is small, the probe 81 can reach a deeper valley between the reference resin balls 85, but when the radius of curvature r is large, Will remain at a position far away from the top of the valley.

【0063】探針の具体的な評価方法としては、例え
ば、探針の形状に対して、理論計算から得られる基準樹
脂ボールの谷部方向への到達可能位置を対応付けたテー
ブルを用意し、実際に得られた観察データに対してこの
テーブルを参照することにより、探針先端部の形状評価
を行う。
As a specific method of evaluating the probe, for example, a table is prepared in which the reachable position of the reference resin ball in the valley direction obtained from the theoretical calculation is associated with the shape of the probe. The shape of the tip of the probe is evaluated by referring to this table with respect to the actually obtained observation data.

【0064】この場合、実際に得られた基準樹脂ボール
間の谷部におけるZ軸方向の観察データが、基準樹脂ボ
ールの頭頂部の観察データに対して示される差分が所定
値以下である場合に、不良の探針である旨を表示手段上
に表示するようにすることもできる。
In this case, the difference between the actually obtained observation data in the Z-axis direction at the valley between the reference resin balls and the observation data at the top of the reference resin ball is smaller than a predetermined value. Alternatively, the fact that the probe is defective can be displayed on the display means.

【0065】以上に説明したように、実施の形態2に係
るSPM保守管理方法によれば、1マイクロメートル以
下等の微小な粒径を有する基準樹脂ボールを標準試料と
して用い、細密充填構造に展開された基準樹脂ボール間
の谷部において取得されたZ軸方向の表面観察データに
基づいて、探針の形状を評価することができるので、探
針をSPMに装着した状態でかつSPMを用いて容易に
探針の良否を判断することができる。
As described above, according to the SPM maintenance management method according to the second embodiment, a reference resin ball having a small particle size of 1 micrometer or less is used as a standard sample and developed into a close-packed structure. Since the shape of the probe can be evaluated based on the surface observation data in the Z-axis direction acquired at the valleys between the reference resin balls, the probe is mounted on the SPM and the SPM is used. The quality of the probe can be easily determined.

【0066】また、上記した実施の形態2においては、
探針を評価するのに、基準樹脂ボール間の谷部での観察
データを利用するとしたが、基準樹脂ボールの下半分の
情報は、通常、探針の形状から原理的に得ることはでき
ずに、図6の点線69に示すように裾が広がった形とし
て取得されるため、探針の先端部形状に応じた観察デー
タの変化は、この裾の広がり度に応じても現れる。よっ
て、この裾の広がり度を探針の評価情報として用いるこ
ともできる。
In the second embodiment,
Although the observation data at the valley between the reference resin balls was used to evaluate the probe, information on the lower half of the reference resin ball cannot usually be obtained in principle from the shape of the probe. In addition, since the shape is acquired as a flared shape as shown by a dotted line 69 in FIG. 6, a change in observation data according to the tip shape of the probe also appears according to the degree of spread of the skirt. Therefore, the degree of spread of the skirt can be used as evaluation information of the probe.

【0067】なお、以上に説明した実施の形態1または
2に係るSPM保守管理方法を実現するコンピュータプ
ログラムを、ICカードメモリ、フロッピー(登録商
標)ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM等の記録
媒体に格納し、この記録媒体に記録されたプログラム
を、SPMを構成するコンピュータにファームウェアま
たはソフトウェアとしてインストールすることで、従来
のSPM装置においても、本発明に係るSPM保守管理
方法によって実現される機能を具備させることができ
る。
A computer program for realizing the SPM maintenance management method according to the first or second embodiment described above is stored in a recording medium such as an IC card memory, a floppy (registered trademark) disk, a magneto-optical disk, or a CD-ROM. And by installing the program recorded on this recording medium as firmware or software in a computer constituting the SPM, the functions realized by the SPM maintenance management method according to the present invention can be realized in the conventional SPM device. Can be provided.

【0068】[0068]

【発明の効果】請求項1、2および7に記載の発明によ
れば、既知の周期ピッチを有した標準試料、例えば1マ
イクロメートル以下等の微小な粒径を有する基準樹脂ボ
ールの集合体を用い、その標準試料に対して取得した表
面観察データに対して、微分処理を施すことで、取得し
た表面観察データから基準樹脂ボールの周期ピッチを容
易にかつ正確に導出することができるとともに、導出し
た結果と、実際の既知の周期ピッチとが一致するか否か
を判断することで、試料に対して探針を微動させるアク
チュエータのXY平面方向における制御値の校正が必要
であるか否かを判断することができるので、1マイクロ
メートル以下等の微小な範囲においても、得られた表面
観察データが正確なものであるか否かを知得することが
できるという効果を奏する。
According to the first, second and seventh aspects of the present invention, a standard sample having a known periodic pitch, for example, an aggregate of reference resin balls having a fine particle diameter of 1 micrometer or less is prepared. By performing differential processing on the surface observation data acquired for the standard sample used, the periodic pitch of the reference resin ball can be easily and accurately derived from the acquired surface observation data, By judging whether or not the result obtained and the actually known pitch match each other, it is determined whether or not it is necessary to calibrate the control value in the XY plane direction of the actuator for slightly moving the probe with respect to the sample. Since it is possible to judge, even in a minute range such as 1 micrometer or less, it is possible to know whether or not the obtained surface observation data is accurate. Unlikely to.

【0069】また、請求項3に記載の発明によれば、ア
クチュエータのXY平面方向における制御値の校正が必
要であると判断された場合に、上記導出した結果と実際
の既知の周期ピッチとのずれ量に基づいて、その周期ピ
ッチ分の移動を指示していた制御値が、上記既知の周期
ピッチの移動を行う値となるようにアクチュエータの制
御値を補正するこができるので、これによりアクチュエ
ータのXY面方向における校正が実現できるとともに、
より正確な表面観察データを取得することが可能になる
という効果を奏する。
According to the third aspect of the present invention, when it is determined that the control value of the actuator in the XY plane direction needs to be calibrated, the derived result is compared with the actual known period pitch. Based on the amount of deviation, the control value of the actuator can be corrected so that the control value instructing the movement of the periodic pitch becomes a value for performing the movement of the known periodic pitch. Calibration in the XY plane directions can be realized,
There is an effect that it is possible to acquire more accurate surface observation data.

【0070】また、請求項4および7に記載の発明によ
れば、既知の段差を有する標準試料(例えば、既知の粒
径を有する基準樹脂ボール)を用い、その段差(高さ)
に相当するZ軸方向の変位を取得し、取得した変位と、
実際の既知の段差とが一致するか否かを判断すること
で、アクチュエータのZ軸方向における制御値の校正が
必要であるか否かを判断するので、Z軸のフィードバッ
ク制御が正確に行われているか否かを知得することがで
きるという効果を奏する。
According to the fourth and seventh aspects of the present invention, a standard sample having a known step (for example, a reference resin ball having a known particle size) is used, and the step (height) is used.
And the displacement in the Z-axis direction corresponding to
By judging whether or not an actual known step coincides, it is judged whether or not it is necessary to calibrate the control value of the actuator in the Z-axis direction. Therefore, the Z-axis feedback control is performed accurately. This has the effect of being able to know whether or not it is running.

【0071】また、請求項5に記載の発明によれば、ア
クチュエータのZ軸方向における制御値の校正が必要で
あると判断された場合に、上記取得したZ軸方向の変位
と実際の既知の段差とのずれ量に基づいて、上記変位分
に相当する移動を指示していた制御値が上記既知の段差
の移動を行う値となるように補正することができるの
で、アクチュエータのZ軸方向における校正が実現でき
るとともに、より正確な表面観察データを取得すること
が可能となるという効果を奏する。
According to the fifth aspect of the present invention, when it is determined that the control value of the actuator in the Z-axis direction needs to be calibrated, the acquired displacement in the Z-axis direction is compared with the actual known value. Based on the amount of deviation from the step, the control value instructing the movement corresponding to the displacement can be corrected so as to be a value for performing the movement of the known step. This has the effect that calibration can be realized and more accurate surface observation data can be obtained.

【0072】また、請求項6に記載の発明によれば、既
知の深さの谷部を有する標準試料(例えば、既知の粒径
を有する基準樹脂ボール)を用い、その標準試料の谷部
において取得されたZ軸方向の表面観察データに基づい
て、探針の形状を評価することができるので、探針をS
PMに装着した状態でかつSPMを用いて容易に探針の
良否を判断することが可能となるという効果を奏する。
According to the invention described in claim 6, a standard sample having a valley of a known depth (for example, a reference resin ball having a known particle size) is used, and the valley of the standard sample is used. The shape of the probe can be evaluated based on the acquired surface observation data in the Z-axis direction.
There is an effect that it is possible to easily determine the quality of the probe using the SPM while attached to the PM.

【0073】さらに、請求項8に記載の発明によれば、
上記した請求項1〜7の方法をコンピュータに実行させ
るプログラムを記録したことで、そのプログラムを機械
読み取り可能となり、これによって、請求項1〜7の方
法による動作をコンピュータによって実現することが可
能となる記録媒体が得られるという効果を奏する。
Further, according to the invention described in claim 8,
By recording a program for causing a computer to execute the above-described method according to claims 1 to 7, the program becomes machine-readable, whereby the operation according to the method according to claim 1 to 7 can be realized by a computer. There is an effect that a recording medium having a small size can be obtained.

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

【図1】実施の形態1に係るSPM保守管理方法におい
て、SPMの探針制御機構の校正方法を示すフローチャ
ートである。
FIG. 1 is a flowchart showing a method of calibrating an SPM probe control mechanism in an SPM maintenance management method according to a first embodiment.

【図2】実施の形態1に係るSPM保守管理方法におい
て、細密充填構造に展開された基準樹脂ボールの表面構
造の3次元画像例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a three-dimensional image of a surface structure of a reference resin ball developed in a finely packed structure in the SPM maintenance management method according to the first embodiment.

【図3】実施の形態1に係るSPM保守管理方法におい
て、細密充填構造に展開された基準樹脂ボールの表面構
造の2次元画像例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a two-dimensional image of a surface structure of a reference resin ball developed in a close-packed structure in the SPM maintenance management method according to the first embodiment.

【図4】実施の形態1に係るSPM保守管理方法におい
て、細密充填構造に展開された基準樹脂ボールの表面構
造を表わした3次元画像に対して微分処理を施した結果
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a result of performing a differentiation process on a three-dimensional image representing a surface structure of a reference resin ball developed into a finely packed structure in the SPM maintenance management method according to the first embodiment.

【図5】実施の形態1に係るSPM保守管理方法におい
て、細密充填構造に展開された基準樹脂ボールの表面構
造を表わした2次元画像に対して微分処理を施した結果
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a result of performing a differentiation process on a two-dimensional image representing a surface structure of a reference resin ball developed into a finely packed structure in the SPM maintenance management method according to the first embodiment.

【図6】実施の形態1に係るSPM保守管理方法におい
て、基準樹脂ボール1つ分の高さデータの取得を説明す
るための説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram for describing acquisition of height data for one reference resin ball in the SPM maintenance management method according to the first embodiment.

【図7】実施の形態2に係るSPM保守管理方法におい
て、探針の評価方法を説明するための説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a probe evaluation method in the SPM maintenance management method according to the second embodiment.

【図8】実施の形態2に係るSPM保守管理方法におい
て、基準樹脂ボールの谷部に位置した探針の曲率半径に
ついて説明するための説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram for describing a radius of curvature of a probe located at a valley of a reference resin ball in the SPM maintenance management method according to the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

61,61’,71,71’,72,81 探針 65,75,85 基準樹脂ボール 61, 61 ', 71, 71', 72, 81 Probe 65, 75, 85 Reference resin ball

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F069 AA60 AA66 DD30 FF00 FF07 GG01 GG04 GG06 GG07 GG62 GG72 HH02 HH04 HH30 JJ07 LL03 LL10 MM32 NN05 NN10 QQ05  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F069 AA60 AA66 DD30 FF00 FF07 GG01 GG04 GG06 GG07 GG62 GG72 HH02 HH04 HH30 JJ07 LL03 LL10 MM32 NN05 NN10 QQ05

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料を取り付けるステージまたは探針を
水平面方向(XY方向)に微動させるSPM(Scan
ning Probe Microscope)のアク
チュエータの制御値を校正するSPM保守管理方法にお
いて、 既知のサイズの周期ピッチを有する標準試料に対して当
該標準試料の表面微細構造の観察データを取得し、 取得した観察データから前記標準試料の周期ピッチを導
出し、 導出した周期ピッチと前記標準試料の既知の周期ピッチ
とを比較し、 比較した結果、導出した周期ピッチと前記標準試料の既
知の周期ピッチとが異なる場合に前記アクチュエータの
制御値の校正が必要であると判断することを特徴とする
SPM保守管理方法。
An SPM (Scan) for finely moving a stage or a probe for mounting a sample in a horizontal plane direction (XY directions).
In the SPM maintenance management method for calibrating the control value of the actuator of the Ning Probe Microscope), observation data of the surface microstructure of a standard sample having a periodic pitch of a known size is acquired from the acquired observation data. Deriving the periodic pitch of the standard sample, comparing the derived periodic pitch with the known periodic pitch of the standard sample, and comparing, when the derived periodic pitch is different from the known periodic pitch of the standard sample, An SPM maintenance management method, wherein it is determined that calibration of the control value of the actuator is necessary.
【請求項2】 前記周期ピッチの導出は、前記取得した
観察データに微分処理を施し、当該微分処理によって得
られた前記観察データの鉛直方向(Z方向)のピークが
所定値を超えるXY方向面内の位置を、前記周期ピッチ
を規定する境界位置とすることで行われることを特徴と
する請求項1に記載のSPM保守管理方法。
2. The derivation of the periodic pitch is performed by differentiating the acquired observation data, and a vertical (Z direction) peak of the observation data obtained by the differentiation processing exceeds a predetermined value in an XY plane. The SPM maintenance management method according to claim 1, wherein the position is set as a boundary position that defines the periodic pitch.
【請求項3】 前記アクチュエータの制御値の校正が必
要であると判断した場合に、前記導出した周期ピッチと
前記標準試料の既知の周期ピッチとの差分を演算し、 前記差分に基づいて前記アクチュエータのXY方向にお
ける制御値を校正することを特徴とする請求項1または
2に記載のSPM保守管理方法。
3. When it is determined that calibration of a control value of the actuator is necessary, a difference between the derived periodic pitch and a known periodic pitch of the standard sample is calculated, and the actuator is determined based on the difference. 3. The SPM maintenance management method according to claim 1, wherein the control values in the X and Y directions are calibrated.
【請求項4】 試料を取り付けるステージまたは探針を
鉛直方向(Z方向)に微動させるSPMのアクチュエー
タの制御値を校正するSPM保守管理方法において、 既知のサイズの段差を有する標準試料に対して当該標準
試料の表面微細構造の観察データを取得し、 取得した観察データから前記標準試料の段差を導出し、 導出した段差と前記標準試料の既知の段差とを比較し、 比較した結果、導出した段差と前記標準試料の既知の段
差とが異なる場合に前記アクチュエータの制御値の校正
が必要であると判断することを特徴とするSPM保守管
理方法。
4. A SPM maintenance management method for calibrating a control value of an SPM actuator for finely moving a stage or a probe on which a sample is mounted in a vertical direction (Z direction), wherein the standard sample having a step of a known size is calibrated. Obtain observation data of the surface microstructure of the standard sample, derive the step of the standard sample from the obtained observation data, compare the derived step with a known step of the standard sample, and compare the derived step to the derived step. SPM maintenance management method, characterized in that it is determined that calibration of the control value of the actuator is necessary when the known step of the standard sample is different from the known step.
【請求項5】 前記アクチュエータの制御値の校正が必
要であると判断した場合に、前記導出した段差と前記標
準試料の既知の段差との差分を演算し、 前記差分に基づいて前記アクチュエータのZ方向におけ
る制御値を校正することを特徴とする請求項4に記載の
SPM保守管理方法。
5. When it is determined that calibration of the control value of the actuator is necessary, a difference between the derived step and a known step of the standard sample is calculated, and the Z of the actuator is calculated based on the difference. The SPM maintenance management method according to claim 4, wherein the control value in the direction is calibrated.
【請求項6】 評価対象となる探針を装着したSPMを
用いて、既知の深さの谷部を有する標準試料に対して当
該標準試料の表面微細構造の観察データを取得し、 取得した観察データから前記標準試料の前記谷部の深さ
を導出し、 導出した深さと前記標準試料の既知の深さとを比較した
結果に基づいて、前記探針についてアスペクト比や曲率
半径の大小等の先端部の形状を判断することを特徴とす
るSPM保守管理方法。
6. Obtaining observation data of a surface microstructure of a standard sample having a valley of a known depth using an SPM equipped with a probe to be evaluated, and obtaining the obtained observation. Deriving the depth of the valley of the standard sample from the data, based on the result of comparing the derived depth with the known depth of the standard sample, the tip of the probe such as the aspect ratio or the radius of curvature of the tip, etc. An SPM maintenance management method characterized by determining a shape of a part.
【請求項7】 前記標準試料は、既知の粒径を有する粒
子の集合体であることを特徴とする請求項1〜6のいず
れか一つに記載のSPM保守管理方法。
7. The SPM maintenance management method according to claim 1, wherein the standard sample is an aggregate of particles having a known particle size.
【請求項8】 前記請求項1〜7のいずれか一つに記載
された方法をコンピュータに実行させるプログラムを記
録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記
録媒体。
8. A computer-readable recording medium on which a program for causing a computer to execute the method according to claim 1 is recorded.
JP2000143238A 2000-05-16 2000-05-16 Spm maintenance/management method and computer- readable recording medium having program for making computer execute the method recorded therein Pending JP2001324438A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000143238A JP2001324438A (en) 2000-05-16 2000-05-16 Spm maintenance/management method and computer- readable recording medium having program for making computer execute the method recorded therein

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000143238A JP2001324438A (en) 2000-05-16 2000-05-16 Spm maintenance/management method and computer- readable recording medium having program for making computer execute the method recorded therein

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001324438A true JP2001324438A (en) 2001-11-22

Family

ID=18650085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000143238A Pending JP2001324438A (en) 2000-05-16 2000-05-16 Spm maintenance/management method and computer- readable recording medium having program for making computer execute the method recorded therein

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001324438A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004074816A1 (en) * 2003-01-30 2004-09-02 Hitachi, Ltd. Scanning probe microscope and sample observing method using this and semiconductor device production method
WO2015127449A1 (en) * 2014-02-24 2015-08-27 Bruker Nano, Inc. Precise probe placement in automated scanning probe microscopy systems

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004074816A1 (en) * 2003-01-30 2004-09-02 Hitachi, Ltd. Scanning probe microscope and sample observing method using this and semiconductor device production method
US7562564B2 (en) 2003-01-30 2009-07-21 Hitachi, Ltd. Scanning probe microscope and sample observing method using this and semiconductor device production method
WO2015127449A1 (en) * 2014-02-24 2015-08-27 Bruker Nano, Inc. Precise probe placement in automated scanning probe microscopy systems
US9995763B2 (en) 2014-02-24 2018-06-12 Bruker Nano, Inc. Precise probe placement in automated scanning probe microscopy systems

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dai et al. Accurate and traceable calibration of one-dimensional gratings
Dai et al. Development of a 3D-AFM for true 3D measurements of nanostructures
US20210247336A1 (en) Device and method for analysing a defect of a photolithographic mask or of a wafer
WO2004074816A1 (en) Scanning probe microscope and sample observing method using this and semiconductor device production method
JP2001517777A (en) Method and apparatus for improved vertical metrology measurements
WO2000020823A2 (en) Atomic force microscope for profiling high aspect ratio samples
US9995763B2 (en) Precise probe placement in automated scanning probe microscopy systems
Fujita et al. Global standardization of scanning probe microscopy
JP2005037205A (en) Scanning probe microscope and measuring method of the same
JP2011043458A (en) Pattern size measuring method and system therefor
US8495759B2 (en) Probe aligning method for probe microscope and probe microscope operated by the same
Geng et al. Sidewall imaging of microarray-based biosensor using an orthogonal cantilever probe
US8141168B2 (en) Scanning probe microscope and a method to measure relative-position between probes
Serry et al. Characterization and Measurement of Microcomponents with the Atomic Force Microscope (AFM)
JP2001324438A (en) Spm maintenance/management method and computer- readable recording medium having program for making computer execute the method recorded therein
TW202020458A (en) High speed atomic force profilometry of large areas
Morkvenaite-Vilkonciene et al. The improvement of the accuracy of electromagnetic actuator based atomic force microscope operating in contact mode and the development of a new methodology for the estimation of control parameters and the achievement of superior image quality
Marinello et al. Coordinate metrology using scanning probe microscopes
JP5458625B2 (en) Level difference measuring method, level difference measuring apparatus, and scanning electron microscope apparatus
US6405584B1 (en) Probe for scanning probe microscopy and related methods
JPH08226926A (en) Scanning probe microscope and measurement method by the microscope
TWI811462B (en) Method and apparatus for aligning probe for scanning probe microscopy to tip of pointed sample
Dai et al. True 3D measurements of micro and nano structures
Sikora et al. The accuracy of an optically supported fast approach solution for scanning probe microscopy (SPM)-measuring devices
JP2007046974A (en) Displacement quantity measuring instrument using multiprobe and displacement quantity measuring method using it

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040113

RD01 Notification of change of attorney

Effective date: 20040303

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

A711 Notification of change in applicant

Effective date: 20040526

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050705

A02 Decision of refusal

Effective date: 20051122

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02