JP2002214111A - プローブ顕微鏡 - Google Patents
プローブ顕微鏡Info
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Abstract
といったプロ−ブ顕微鏡において、測定精度を向上させ
る手段を有する構成にしたプロ−ブ顕微鏡の提供を目的
とするものである。 【解決手段】 この発明は、微動機構に用いられている
駆動体の非線形性を校正する変位センサ等の手段を有
し、実際の測定をする前に、測定対象物の形状や状態に
対し、前記微動機構が追従するに必要は駆動量(電圧
量)と前記微動機構に用いられている駆動体の非線形性
を校正する変位センサ等の手段の出力結果から前記微動
機構の感度を算出し、この値をもとに、実際の測定を行
い、測定結果を表現する手順にした。
Description
間力または磁気力といった様々な力を微小なばね要素で
変位に変換して表現する原子間力顕微鏡や磁気力顕微鏡
といったプロ−ブ顕微鏡に関する。
−ブ顕微鏡は一般的に、試料と試料から受ける原子間力
及び磁気力等の物理量を検出する機構を3次元的に相対
運動させる、粗い位置決め的な粗動機構及び微細な位置
決め的な微動機構と、前記試料と前記原子間力及び磁気
力等の物理量を検出する機構間を一定の距離に保つ制御
手段と、設置環境からくる装置への振動伝達を低減させ
る除振機構と、装置全体を制御する制御部及びコンピュ
ータを有した構成からなる。物理量を検出する機構を3
次元的に相対運動させる前記微動機構は通常、電圧を印
加することで変形する特徴がある圧電素子が用いられて
いる。圧電素子でも比較的多く用いられているのがPZ
T(ジルコン酸チタン鉛)である。この圧電素子は電圧
を印加することで変形するが、印加電圧量に対し変形量
は比例関係ではない、つまり圧電素子に電圧を印加し
て、試料表面に対し、物理量を検出する機構を3次元的
に追従させ、前記圧電素子に印加した電圧量をもとに試
料表面形状や状態を表現した場合、測定量に誤差を生じ
る。通常、プロ−ブ顕微鏡では、圧電素子の感度を標準
試料で校正し、その校正値(感度)により試料表面に対
し、物理量を検出する機構を3次元的に追従させた時の
電圧値を変位量等に変えて表現される。
さ校正用の試料が必要となる。前記問題を解決する手段
として、変位センサ等の他の変位検出手段を装置に組み
込む方法が提案されている。線形性の良い変位センサを
用いることで、圧電素子の変位に対する非線形性を校正
することは可能になる。
位検出手段は特に高さ情報に関しては、原子分解能を有
するプローブ顕微鏡より分解能が劣る。そのため、同じ
形状の高さを繰り返し測定した場合(再現性)、分解能
がプローブ顕微鏡より劣る分、他の変位検出手段による
出力結果をもとに表現した場合の方がばらつきが大きい
場合がある。半導体のパターン形状やCD、DVD等の
光メディアの形状管理範囲がnmまたはそれ以下を求め
るといったように、厳しくなってきている現在、装置側
のばらつきを減らすことが必要になっている。
鏡といったプロ−ブ顕微鏡の測定精度を向上させる手段
を有する構成のプロ−ブ顕微鏡の提供を目的とするもの
である。
用いられている駆動体の非線形性を校正する変位センサ
等の手段を有し、実際の測定をする前に、測定対象物の
形状に対し、前記微動機構が追従するに必要は駆動量
(電圧量)と前記微動機構に用いられている駆動体の非
線形性を校正する変位センサ等の手段の出力結果から前
記微動機構の感度を算出し、この値をもとに、測定を行
なう手順にした。
い走査ライン数で試料表面を測定する。そのとき要した
微動機構(圧電素子)への印加電圧を検出する。並行し
て、微動機構の非線形性を校正する変位センサ等の手段
からの出力を検出する。通常、電圧出力となるが、セン
サの感度から変位に換算する。次に、前記微動機構(圧
電素子)への印加電圧と変位に換算されたセンサ出力よ
り微動機構の感度(変位量/電圧量)を求める。求めた
感度を微動機構の新しい感度とする。当然のことなが
ら、上記の校正はプローブ顕微鏡のシステム(コンピュ
ータ)上で行なわれる。走査ライン数を増やした状態で
本測定をおこなう。校正された感度をもとに試料表面の
形状及び状態を表現する。
特に高さ校正に対しては、変位センサを用いて校正をす
るため、幾つもの標準試料の用意や測定をすることがな
い。また、実際の測定には微動機構の圧電素子への印加
電圧結果により行い、前記変位センサで校正した感度を
もとに、変位量を算出するため、変位センサによる測定
ではなく、高分解能のプローブ顕微鏡での測定となる。
それにより、ばらつきの少ない測定が可能となる。
子間力等の物理量を検出する機構を3次元的に相対運動
させる、粗い位置決め的な粗動機構及び微細な位置決め
的な微動機構を有している。また、前記試料と前記原子
間力等の物理量を検出する機構間を一定の距離に保つ制
御手段を有している。また、設置環境からくる装置への
振動伝達を低減させる除振機構を有している。また、装
置全体を制御する制御部及びコンピュータを有してい
る。前記微動機構に用いられている駆動体の非線形性を
校正する手段を有している。実際の測定をする前に、測
定対象物の形状に対し、前記微動機構が追従するに必要
は駆動量と前記微動機構に用いられている駆動体の非線
形性を校正する手段の出力結果から前記微動機構の動作
感度を算出し、この値をもとに、測定結果を表現する手
順を有している。
明する。 (実施例1)図1は、本発明の第1実施例を示したブロ
ック図である。例として示した構成は微動機構側の先端
に検出部を設け、大きい試料の測定が可能な検出部を試
料表面に対し走査するタイプである。もちろん、微動機
構の先端に試料を取付けられるようにして、試料側を検
出部に対して走査させるタイプでも本発明は可能であ
る。また、本発明は測定上の手順に特徴を持つため、装
置構成上は従来、公表されている、センサ付のものと大
差がないものとなっているが、以下、構成を説明する。
置のプローブ顕微鏡ユニット(機械部)が構成されてい
る。プローブ顕微鏡ユニットは筐体2を基準に試料3を
三次元(X,Y,Z)に粗い位置出しをするステージ4
があり、前記試料3と相対する位置に検出部5が微動機
構6を介して前記筐体2に固定されている。前記微動機
構6は中空円筒状に形成されたPZT圧電素子からな
り、前記試料3に対し前記検出部5を三次元(X,Y,
Z)に動作するものである。この例では前記検出部5
は、ばね性を有するカンチレバー7の先端に形成された
探針が試料表面間とに受ける力により変形する状態を光
学的に検出する機構(光テコ機構)が構成されている。
域まで、前記試料3の表面に位置合わせする手段として
前記ステージ4のZ軸(鉛直方向)が用いられる。ま
た、前記筐体2には前記微動機構6のZ軸(鉛直方向)
の動作が測定できる変位測定器(変位センサ)8が変位
センサ位置決め機構9を介して構成されている。本実施
例では静電容量型の変位センサを用いた。
ム10からのX,Y走査信号により前記検出部5及び前
記カンチレバー7を前記試料3表面に対し、面内方向
(X,Y)に走査するようになっている。本図では変位
センサをZ軸のみに構成しているが、すでに公表されて
いるように面内方向(X,Y)校正用の変位センサを組
み込む構成も考えられる。
ンサの出力は本発明の特徴とする測定手順的な使い方は
されるものではない。つまり、従来あるように圧電素子
の出力ではなく、センサ出力を用いて試料の面内情報を
表現することになる。何故ならば、試料形状によって異
なる鉛直方向(Z)情報に対し、走査量によって決まっ
てくる面内方向(X,Y)情報の違いである。
端の探針形状により左右され、鉛直方向(Z)の分解能
より劣るため、現在市販されている変位センサでも十分
な分解能を得ることが可能である。そして、前記検出部
5からの検出信号の値を常に一定になる様にZ軸サーボ
システム11から出されるZ追従信号にて前記微動機構
6のZ軸を操作する構成になっている。また、変位検出
器アンプ(変位センサアンプ)12を介したセンサ信号
結果及び前記Z追従信号と前記X,Y走査信号を画像処
理手段(コンピュータ)13を介し処理してモニタ14
に表示する構成になっている。
する。測定可能な領域に探針と試料表面を位置決めす
る。図2に示すように本走査より少ない走査ライン数で
探針を走査する。または、図3に示すような同一ライン
上を測定(オシロスコープのような表示)することも考
えられる。そのとき探針が試料表面追従に要した微動機
構(圧電素子)への印加電圧を検出する。並行して、微
動機構の非線形性を校正する変位センサからの出力を検
出する。通常、電圧出力となるが、センサの感度から変
位に換算する。次に、前記微動機構(圧電素子)への印
加電圧と変位に換算されたセンサ出力より微動機構の感
度(変位量/電圧量)を求める。求めた感度を微動機構
の今回の試料測定における新しい感度とする。上記の校
正はプローブ顕微鏡のシステム(コンピュータ)上で行
なわれる。走査ライン数を増やした状態で本測定をおこ
なう。微動機構(圧電素子)への印加電圧にて表面形状
及び状態を表示する際、先に求めた感度にておこなう。
を示したブロック図である。 変位検出器を構成したこ
とで重量の面から剛性の低下が生じ、それに伴い、追従
性の低下を防止する目的で相似形をした微動機構26を
変位センサ位置決め機構15を介して筐体21上に別に
構成した。また、変位検出器28が変位センサ姿勢調整
機構29を介して前記微動機構26と相対した位置に構
成されている。この構成に関しては(特開平7−120
481 プローブ顕微鏡)に記載されているものがベー
スとなっている。そして、実施例1で記載したような手
順で測定を行い、同等の精度が得られた。
電素子の非線形性を校正した状態で、しかも再現性の良
い測定結果を有するプローブ顕微鏡が提供できる。それ
により、半導体のパターン形状やCD、DVD等の光メ
ディアの形状管理において、精度向上が行なえるという
効果がある。
る。
図である。
た図である。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 試料と試料から受ける原子間力等の物理
量を検出する機構を3次元的に相対運動させる、粗い位
置決め的な粗動機構及び微細な位置決め的な微動機構
と、前記試料と前記原子間力等の物理量を検出する機構
間を一定の距離に保つ制御手段と、設置環境からくる装
置への振動伝達を低減させる除振機構と、装置全体を制
御する制御部及びコンピュータを有し、試料表面の形状
及び状態を観察するプロ−ブ顕微鏡において、前記微動
機構に用いられている駆動体の非線形性を校正する手段
を有し、実際の測定をする前に、測定対象物の形状に対
し、前記微動機構が追従するに必要は駆動量と前記微動
機構に用いられている駆動体の非線形性を校正する手段
の出力結果から前記微動機構の動作感度を算出し、この
値をもとに、測定結果を表現する手順にしたことを特徴
とするプロ−ブ顕微鏡。 - 【請求項2】 前記微動機構が圧電素子からなり、前記
駆動量が電圧であることを特徴とする特許請求範囲1項
に記載のプロ−ブ顕微鏡。 - 【請求項3】 前記微動機構に用いられている駆動体の
非線形性を校正する手段が変位センサ等の変位測定器で
あることを特徴とする特許請求範囲1項に記載のプロ−
ブ顕微鏡。 - 【請求項4】 前記変位測定器が静電容量型の変位セン
サであることを特徴とする特許請求範囲3項に記載のプ
ロ−ブ顕微鏡。 - 【請求項5】 前記変位測定計が光型の変位センサであ
ることを特徴とする特許請求範囲3項に記載のプロ−ブ
顕微鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001008894A JP2002214111A (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001008894A JP2002214111A (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002214111A true JP2002214111A (ja) | 2002-07-31 |
Family
ID=18876451
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001008894A Withdrawn JP2002214111A (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002214111A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014190923A (ja) * | 2013-03-28 | 2014-10-06 | Hitachi High-Tech Science Corp | アクチュエータの位置算出装置、位置算出方法及び位置算出プログラム |
CN104374356A (zh) * | 2014-12-01 | 2015-02-25 | 北京机械设备研究所 | 一种位移传感器动态标定方法 |
KR101816657B1 (ko) | 2016-05-27 | 2018-01-09 | 광주과학기술원 | 원자현미경을 이용한 높이 교정 방법 |
JP2019109260A (ja) * | 2019-04-03 | 2019-07-04 | 株式会社日立ハイテクサイエンス | 3次元微動測定装置 |
-
2001
- 2001-01-17 JP JP2001008894A patent/JP2002214111A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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