JP2003194698A - 走査型プローブ顕微鏡およびその使用方法 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡およびその使用方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザー光による光起電流を試料に発生させ
ない走査型プローブ顕微鏡およびその使用方法を提供す
る。 【解決手段】 レーザー光２の光源として、試料たる半
導体のバンドギャップ未満のエネルギーを有する光を射
出するレーザーダイオード１ａを採用する。レーザー光
２の波長には、λ＝ｈ・ｃ／Ｅｇ（ｈ：プランク定数、
ｃ：光の速さ、Ｅｇ：バンドギャップ）で算出される波
長λよりも大きい値が採用される。試料たる半導体がシ
リコンである場合、そのバンドギャップは１．１２［ｅ
Ｖ］であるので、λ＝１．１０７［μｍ］と算出され
る。レーザーダイオード１ａには、この値よりも大きい
波長のレーザー光２を射出することが可能なものが採用
される。これにより、シリコンたる試料のバンドギャッ
プ以上のエネルギーを有する光が射出されることはな
く、試料に光起電流を生じさせることがない。
ない走査型プローブ顕微鏡およびその使用方法を提供す
る。 【解決手段】 レーザー光２の光源として、試料たる半
導体のバンドギャップ未満のエネルギーを有する光を射
出するレーザーダイオード１ａを採用する。レーザー光
２の波長には、λ＝ｈ・ｃ／Ｅｇ（ｈ：プランク定数、
ｃ：光の速さ、Ｅｇ：バンドギャップ）で算出される波
長λよりも大きい値が採用される。試料たる半導体がシ
リコンである場合、そのバンドギャップは１．１２［ｅ
Ｖ］であるので、λ＝１．１０７［μｍ］と算出され
る。レーザーダイオード１ａには、この値よりも大きい
波長のレーザー光２を射出することが可能なものが採用
される。これにより、シリコンたる試料のバンドギャッ
プ以上のエネルギーを有する光が射出されることはな
く、試料に光起電流を生じさせることがない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、走査型プローブ
顕微鏡およびその使用方法に関する。
顕微鏡およびその使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanni
ng Probe Microscope）には、試料と導電性探針との間
に流れるトンネル電流を測定して観察領域を走査するこ
とにより観察領域の画像化を図る走査型トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ：Scanning TunnelingMicroscope）や、探針の
先端と試料表面との間にはたらく原子間力を測定して観
察領域を走査することにより観察領域の画像化を図る原
子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）等
が存在する。
ng Probe Microscope）には、試料と導電性探針との間
に流れるトンネル電流を測定して観察領域を走査するこ
とにより観察領域の画像化を図る走査型トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ：Scanning TunnelingMicroscope）や、探針の
先端と試料表面との間にはたらく原子間力を測定して観
察領域を走査することにより観察領域の画像化を図る原
子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）等
が存在する。
【０００３】このうちＡＦＭは、板バネ（カンチレバー
と呼ばれる）の先に形成された探針の先端と試料表面と
の間にはたらく原子間力をカンチレバーの反りの量（変
位）から測定し、試料表面を走査することで試料表面の
形状を画像化する方式の電子顕微鏡である。
と呼ばれる）の先に形成された探針の先端と試料表面と
の間にはたらく原子間力をカンチレバーの反りの量（変
位）から測定し、試料表面を走査することで試料表面の
形状を画像化する方式の電子顕微鏡である。
【０００４】ＡＦＭには、カンチレバーの変位検出方式
の違いにより、いくつかの方式が知られている。すなわ
ち、カンチレバーをＳＴＭの導電性探針と試料との間に
配置してカンチレバーの変位をトンネル電流の変化とし
て検出するＳＴＭ改良方式や、カンチレバーの背面で反
射されるレーザー光の角度変化からカンチレバーの変位
を検出する光てこ方式、カンチレバー背面に配置された
光ファイバのファイバ端面での反射光とカンチレバー背
面での反射光との干渉量を測定してカンチレバーの変位
を検出する光干渉方式などが存在する。このうち光てこ
方式が現在のＡＦＭの主流を占めている。
の違いにより、いくつかの方式が知られている。すなわ
ち、カンチレバーをＳＴＭの導電性探針と試料との間に
配置してカンチレバーの変位をトンネル電流の変化とし
て検出するＳＴＭ改良方式や、カンチレバーの背面で反
射されるレーザー光の角度変化からカンチレバーの変位
を検出する光てこ方式、カンチレバー背面に配置された
光ファイバのファイバ端面での反射光とカンチレバー背
面での反射光との干渉量を測定してカンチレバーの変位
を検出する光干渉方式などが存在する。このうち光てこ
方式が現在のＡＦＭの主流を占めている。
【０００５】図１２は、光てこ方式のＡＦＭの構成を示
す図である。なお、図１２のＡＦＭは、試料表面の形状
観察だけでなく、試料の電気特性の測定も可能な電子顕
微鏡である。
す図である。なお、図１２のＡＦＭは、試料表面の形状
観察だけでなく、試料の電気特性の測定も可能な電子顕
微鏡である。
【０００６】図１２において、符号１はレーザーダイオ
ード、符号２はレーザーダイオード１から射出されるレ
ーザー光、符号３は反射したレーザー光２たる反射レー
ザー光、符号４は反射レーザー光３の角度変化を検知す
るフォトディテクター、符号５は背面でレーザー光２を
反射させる導電性カンチレバー、符号６は上面に載置し
たものをＸ、Ｙ、Ｚの三方向に移動させることが可能な
圧電アクチュエータである。
ード、符号２はレーザーダイオード１から射出されるレ
ーザー光、符号３は反射したレーザー光２たる反射レー
ザー光、符号４は反射レーザー光３の角度変化を検知す
るフォトディテクター、符号５は背面でレーザー光２を
反射させる導電性カンチレバー、符号６は上面に載置し
たものをＸ、Ｙ、Ｚの三方向に移動させることが可能な
圧電アクチュエータである。
【０００７】また、符号７はＡＦＭ像を生成し、圧電ア
クチュエータ６を制御する制御部、符号８は試料と導電
性カンチレバー５との間に流れる電流値を検出して増幅
するアンプ、符号９は導電性カンチレバー５の先端に設
けられた探針、符号１０は圧電アクチュエータ６上に載
置され、評価すべき試料を載置するためのステージ、符
号１１は試料の電気特性測定時に電圧を試料に印加する
ための可変電圧源である。
クチュエータ６を制御する制御部、符号８は試料と導電
性カンチレバー５との間に流れる電流値を検出して増幅
するアンプ、符号９は導電性カンチレバー５の先端に設
けられた探針、符号１０は圧電アクチュエータ６上に載
置され、評価すべき試料を載置するためのステージ、符
号１１は試料の電気特性測定時に電圧を試料に印加する
ための可変電圧源である。
【０００８】ここで、制御部７は、フォトディテクター
４の検知した反射レーザー光３の角度変化から導電性カ
ンチレバー５の反りの量を算出してＡＦＭ像を生成する
（試料の表面形状の画像化を行う）。さらに制御部７
は、導電性カンチレバー５の反りの量が常に一定となる
ように圧電アクチュエータ６をフィードバック制御す
る。このＡＦＭ像生成およびフィードバック制御におい
ては、導電性カンチレバー５の反りの量が一定となるよ
うに、圧電アクチュエータ６がＺ軸（上下）方向へと変
位するよう制御される。この変位量から表面の凹凸量が
検出できるので、ＡＦＭ像生成が可能となる。
４の検知した反射レーザー光３の角度変化から導電性カ
ンチレバー５の反りの量を算出してＡＦＭ像を生成する
（試料の表面形状の画像化を行う）。さらに制御部７
は、導電性カンチレバー５の反りの量が常に一定となる
ように圧電アクチュエータ６をフィードバック制御す
る。このＡＦＭ像生成およびフィードバック制御におい
ては、導電性カンチレバー５の反りの量が一定となるよ
うに、圧電アクチュエータ６がＺ軸（上下）方向へと変
位するよう制御される。この変位量から表面の凹凸量が
検出できるので、ＡＦＭ像生成が可能となる。
【０００９】また、導電性カンチレバー５は、試料の原
子間力を検知するだけではなく、試料の電気特性をも検
出することが可能なカンチレバーである。探針９は試料
との間にはたらく原子間力を検知するための探針である
が、試料の電気特性を測定する場合には試料への導電性
接触探針としても機能する。カンチレバーを導電性とす
ることで、試料表面の凸凹と試料の電気特性とを同時に
測定することが可能である。
子間力を検知するだけではなく、試料の電気特性をも検
出することが可能なカンチレバーである。探針９は試料
との間にはたらく原子間力を検知するための探針である
が、試料の電気特性を測定する場合には試料への導電性
接触探針としても機能する。カンチレバーを導電性とす
ることで、試料表面の凸凹と試料の電気特性とを同時に
測定することが可能である。
【００１０】試料の電気特性を測定する場合には、可変
電圧源１１により試料に電圧を印加して、試料と導電性
カンチレバー５との間に流れる電流値をアンプ８が検出
し、電流値として出力する。
電圧源１１により試料に電圧を印加して、試料と導電性
カンチレバー５との間に流れる電流値をアンプ８が検出
し、電流値として出力する。
【００１１】例えば半導体装置内のリーク電流発生箇所
の検出を行ないたい場合、顕微鏡画像を観察しつつ直
接、不良箇所のリーク電流を測定することで、不良箇所
の位置同定をナノスケールレベルで行なうことができ
る。その結果、不良箇所と正常箇所との電流量の差から
不良の原因を推測すること等が可能となる。
の検出を行ないたい場合、顕微鏡画像を観察しつつ直
接、不良箇所のリーク電流を測定することで、不良箇所
の位置同定をナノスケールレベルで行なうことができ
る。その結果、不良箇所と正常箇所との電流量の差から
不良の原因を推測すること等が可能となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】図１２のＡＦＭにおい
ては、導電性カンチレバー５の変位を測定するためのレ
ーザー光２が、導電性カンチレバー５から漏れて試料に
当たることがある。その他にも反射レーザー光３の一部
が更なる反射を受けて、試料に当たることがある。この
場合、試料が半導体であればその内部で光起電流が発生
してしまい、試料の電気特性の測定に影響が生じてしま
う。特に、半導体装置内で生じる微小なリーク電流を測
定する場合などは、その電流値を正確に測定することが
できなくなってしまう。
ては、導電性カンチレバー５の変位を測定するためのレ
ーザー光２が、導電性カンチレバー５から漏れて試料に
当たることがある。その他にも反射レーザー光３の一部
が更なる反射を受けて、試料に当たることがある。この
場合、試料が半導体であればその内部で光起電流が発生
してしまい、試料の電気特性の測定に影響が生じてしま
う。特に、半導体装置内で生じる微小なリーク電流を測
定する場合などは、その電流値を正確に測定することが
できなくなってしまう。
【００１３】このことを説明するのが、図１３に示す光
起電流発生モデルである。図１３において、符号１２は
試料たる半導体、符号１３は導電性カンチレバー５から
漏れたレーザー光２に起因して生じた電子・正孔対であ
る。なお、半導体１２は例えば、ｎ型領域１２ａが内部
に形成されたｐ型基板で構成されている。また、図１３
においては、説明を簡略化するためにステージ１０の表
示を省略している。
起電流発生モデルである。図１３において、符号１２は
試料たる半導体、符号１３は導電性カンチレバー５から
漏れたレーザー光２に起因して生じた電子・正孔対であ
る。なお、半導体１２は例えば、ｎ型領域１２ａが内部
に形成されたｐ型基板で構成されている。また、図１３
においては、説明を簡略化するためにステージ１０の表
示を省略している。
【００１４】図１３に示すように、ｎ型領域１２ａとｐ
型基板との間に形成されるｐｎ接合の空乏層１２ｂにレ
ーザー光２が照射されると、電子・正孔対１２が発生
し、光起電流が生じてしまう。この光起電流は、上述の
ように半導体装置内で生じる電流の正確な測定を阻害す
る。
型基板との間に形成されるｐｎ接合の空乏層１２ｂにレ
ーザー光２が照射されると、電子・正孔対１２が発生
し、光起電流が生じてしまう。この光起電流は、上述の
ように半導体装置内で生じる電流の正確な測定を阻害す
る。
【００１５】そこで、この発明の課題は、レーザー光に
よる光起電流を試料に発生させない走査型プローブ顕微
鏡およびその使用方法を提供することにある。
よる光起電流を試料に発生させない走査型プローブ顕微
鏡およびその使用方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、光源と、試料との間にはたらく原子間力を検知する
カンチレバーとを備え、前記光源から射出される光を前
記カンチレバーに当て、その反射光を検出することで試
料の表面形状の画像化を行なう走査型プローブ顕微鏡で
あって、前記カンチレバーは試料の電気特性測定用探針
としても機能し、前記試料は半導体であり、前記光源は
前記半導体のバンドギャップ未満のエネルギーを有する
光を射出する走査型プローブ顕微鏡である。
は、光源と、試料との間にはたらく原子間力を検知する
カンチレバーとを備え、前記光源から射出される光を前
記カンチレバーに当て、その反射光を検出することで試
料の表面形状の画像化を行なう走査型プローブ顕微鏡で
あって、前記カンチレバーは試料の電気特性測定用探針
としても機能し、前記試料は半導体であり、前記光源は
前記半導体のバンドギャップ未満のエネルギーを有する
光を射出する走査型プローブ顕微鏡である。
【００１７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の走査型プローブ顕微鏡であって、前記試料はシリコン
で構成され、前記光源の射出する光の波長は１．１０７
μｍよりも大きい走査型プローブ顕微鏡である。
の走査型プローブ顕微鏡であって、前記試料はシリコン
で構成され、前記光源の射出する光の波長は１．１０７
μｍよりも大きい走査型プローブ顕微鏡である。
【００１８】請求項３に記載の発明は、光源と、試料と
の間にはたらく原子間力を検知するカンチレバーとを備
え、前記光源から射出される光を前記カンチレバーに当
て、その反射光を検出することで試料の表面形状の画像
化を行なう走査型プローブ顕微鏡の使用方法であって、
前記カンチレバーは試料の電気特性測定用探針としても
機能し、（ａ）前記光源から光を射出して前記カンチレ
バーに当てて、試料と前記カンチレバーとの間の原子間
力を検出するステップと、（ｂ）前記光の射出を停止し
て、少なくとも試料の光起電流の減衰時間だけ待機する
ステップと、（ｃ）待機後に前記カンチレバーを介して
試料の電気特性測定を行なうステップとを備える走査型
プローブ顕微鏡の使用方法である。
の間にはたらく原子間力を検知するカンチレバーとを備
え、前記光源から射出される光を前記カンチレバーに当
て、その反射光を検出することで試料の表面形状の画像
化を行なう走査型プローブ顕微鏡の使用方法であって、
前記カンチレバーは試料の電気特性測定用探針としても
機能し、（ａ）前記光源から光を射出して前記カンチレ
バーに当てて、試料と前記カンチレバーとの間の原子間
力を検出するステップと、（ｂ）前記光の射出を停止し
て、少なくとも試料の光起電流の減衰時間だけ待機する
ステップと、（ｃ）待機後に前記カンチレバーを介して
試料の電気特性測定を行なうステップとを備える走査型
プローブ顕微鏡の使用方法である。
【００１９】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の走査型プローブ顕微鏡の使用方法であって、前記ステ
ップ（ａ）乃至（ｃ）を測定点ごとに行い、１つの測定
点での前記画像化および電気特性測定を終えた後、次の
測定点に移動して前記ステップ（ａ）乃至（ｃ）を繰り
返す走査型プローブ顕微鏡の使用方法である。
の走査型プローブ顕微鏡の使用方法であって、前記ステ
ップ（ａ）乃至（ｃ）を測定点ごとに行い、１つの測定
点での前記画像化および電気特性測定を終えた後、次の
測定点に移動して前記ステップ（ａ）乃至（ｃ）を繰り
返す走査型プローブ顕微鏡の使用方法である。
【００２０】請求項５に記載の発明は、請求項３に記載
の走査型プローブ顕微鏡の使用方法であって、前記ステ
ップ（ａ）乃至（ｃ）を測定領域内の１ラインごとに行
い、１つのラインでの前記画像化および電気特性測定を
終えた後、次のラインに移動して前記ステップ（ａ）乃
至（ｃ）を繰り返す走査型プローブ顕微鏡の使用方法で
ある。
の走査型プローブ顕微鏡の使用方法であって、前記ステ
ップ（ａ）乃至（ｃ）を測定領域内の１ラインごとに行
い、１つのラインでの前記画像化および電気特性測定を
終えた後、次のラインに移動して前記ステップ（ａ）乃
至（ｃ）を繰り返す走査型プローブ顕微鏡の使用方法で
ある。
【００２１】請求項６に記載の発明は、請求項３に記載
の走査型プローブ顕微鏡の使用方法であって、前記ステ
ップ（ａ）を試料の全測定領域に対して行い、前記ステ
ップ（ｂ）を経て、前記ステップ（ｃ）を試料の全測定
領域に対して行う走査型プローブ顕微鏡の使用方法であ
る。
の走査型プローブ顕微鏡の使用方法であって、前記ステ
ップ（ａ）を試料の全測定領域に対して行い、前記ステ
ップ（ｂ）を経て、前記ステップ（ｃ）を試料の全測定
領域に対して行う走査型プローブ顕微鏡の使用方法であ
る。
【００２２】請求項７に記載の発明は、光源と、試料と
の間にはたらく原子間力を検知するカンチレバーとを備
え、前記光源から射出される光を前記カンチレバーに当
て、その反射光を検出することで試料の表面形状の画像
化を行なう走査型プローブ顕微鏡であって、前記カンチ
レバーは試料の電気特性測定用探針としても機能し、前
記試料の電気特性の測定時には、前記光源から射出され
る光を前記カンチレバーに当てないようにする光遮断器
をさらに備える走査型プローブ顕微鏡である。
の間にはたらく原子間力を検知するカンチレバーとを備
え、前記光源から射出される光を前記カンチレバーに当
て、その反射光を検出することで試料の表面形状の画像
化を行なう走査型プローブ顕微鏡であって、前記カンチ
レバーは試料の電気特性測定用探針としても機能し、前
記試料の電気特性の測定時には、前記光源から射出され
る光を前記カンチレバーに当てないようにする光遮断器
をさらに備える走査型プローブ顕微鏡である。
【００２３】請求項８に記載の発明は、探針と、試料と
の間にはたらく原子間力を検知するカンチレバーとを備
え、前記探針と前記カンチレバーとの間に流れるトンネ
ル電流を検出することで試料の表面形状の画像化を行な
う走査型プローブ顕微鏡であって、前記カンチレバーは
試料の電気特性測定用探針としても機能し、前記カンチ
レバーは、前記探針に面する側と試料に面する側との間
に絶縁層を有している走査型プローブ顕微鏡である。
の間にはたらく原子間力を検知するカンチレバーとを備
え、前記探針と前記カンチレバーとの間に流れるトンネ
ル電流を検出することで試料の表面形状の画像化を行な
う走査型プローブ顕微鏡であって、前記カンチレバーは
試料の電気特性測定用探針としても機能し、前記カンチ
レバーは、前記探針に面する側と試料に面する側との間
に絶縁層を有している走査型プローブ顕微鏡である。
【００２４】
【発明の実施の形態】＜実施の形態１＞本実施の形態
は、試料たる半導体のバンドギャップ未満のエネルギー
を有する光を射出する光源を採用したＡＦＭである。こ
れにより、試料の電気特性測定を表面形状の観察と同時
に行なう場合であっても、半導体たる試料に光起電流を
生じさせることがなく、試料の電気特性の正確な測定を
阻害しない。
は、試料たる半導体のバンドギャップ未満のエネルギー
を有する光を射出する光源を採用したＡＦＭである。こ
れにより、試料の電気特性測定を表面形状の観察と同時
に行なう場合であっても、半導体たる試料に光起電流を
生じさせることがなく、試料の電気特性の正確な測定を
阻害しない。
【００２５】図１は本実施の形態に係るＡＦＭを示す図
である。なお、図１において、図１２のＡＦＭと同様の
機能を有する要素については同一符号を付している。ま
た、本実施の形態において観測される試料は半導体であ
る。
である。なお、図１において、図１２のＡＦＭと同様の
機能を有する要素については同一符号を付している。ま
た、本実施の形態において観測される試料は半導体であ
る。
【００２６】本実施の形態のＡＦＭは、レーザー光２の
光源として、試料たる半導体のバンドギャップ未満のエ
ネルギーを有する光を射出するレーザーダイオード１ａ
を備えている。具体的には、レーザーダイオード１ａの
射出するレーザー光の波長には、λ＝ｈ・ｃ／Ｅｇ
（ｈ：プランク定数、ｃ：光の速さ、Ｅｇ：バンドギャ
ップ）で算出される波長λよりも大きい値が採用され
る。
光源として、試料たる半導体のバンドギャップ未満のエ
ネルギーを有する光を射出するレーザーダイオード１ａ
を備えている。具体的には、レーザーダイオード１ａの
射出するレーザー光の波長には、λ＝ｈ・ｃ／Ｅｇ
（ｈ：プランク定数、ｃ：光の速さ、Ｅｇ：バンドギャ
ップ）で算出される波長λよりも大きい値が採用され
る。
【００２７】試料たる半導体がシリコンである場合、そ
のバンドギャップは１．１２［ｅＶ］であるので、λ＝
１．１０７［μｍ］と算出される。レーザーダイオード
１ａには、この値よりも大きい波長のレーザー光２を射
出することが可能なものが採用される。これにより、シ
リコンたる試料のバンドギャップ以上のエネルギーを有
する光がレーザーダイオード１ａから射出されることは
なく、試料に光起電流を生じさせることがない。
のバンドギャップは１．１２［ｅＶ］であるので、λ＝
１．１０７［μｍ］と算出される。レーザーダイオード
１ａには、この値よりも大きい波長のレーザー光２を射
出することが可能なものが採用される。これにより、シ
リコンたる試料のバンドギャップ以上のエネルギーを有
する光がレーザーダイオード１ａから射出されることは
なく、試料に光起電流を生じさせることがない。
【００２８】なお、本実施の形態におけるその他の構成
は図１２のＡＦＭと同様のため、説明を省略する。
は図１２のＡＦＭと同様のため、説明を省略する。
【００２９】本実施の形態に係るＡＦＭによれば、試料
たる半導体のバンドギャップ未満のエネルギーを有する
光を射出する光源として、レーザーダイオード１ａを採
用している。よって、試料の電気特性測定を表面形状の
観察と同時に行なう場合であっても、半導体たる試料に
光起電流を生じさせることがなく、試料の電気特性の正
確な測定を阻害することがない。
たる半導体のバンドギャップ未満のエネルギーを有する
光を射出する光源として、レーザーダイオード１ａを採
用している。よって、試料の電気特性測定を表面形状の
観察と同時に行なう場合であっても、半導体たる試料に
光起電流を生じさせることがなく、試料の電気特性の正
確な測定を阻害することがない。
【００３０】なお、本実施の形態では、光源以外は図１
２のＡＦＭと同様の構造を有するＡＦＭの場合を示した
が、この他にも例えば光干渉方式のＡＦＭなどにも本実
施の形態を適用することが可能である。すなわち、試料
との間にはたらく原子間力を検知するカンチレバーと、
光源とを備える走査型プローブ顕微鏡であって、カンチ
レバーが試料の電気特性測定用探針としても機能し、光
源から射出される光をカンチレバーに当てて、その反射
光を検出することで試料の表面形状の画像化を行ない、
さらに試料の電気特性の測定も可能なものであれば、上
記のような光源を採用することで本実施の形態と同様の
効果が得られる。
２のＡＦＭと同様の構造を有するＡＦＭの場合を示した
が、この他にも例えば光干渉方式のＡＦＭなどにも本実
施の形態を適用することが可能である。すなわち、試料
との間にはたらく原子間力を検知するカンチレバーと、
光源とを備える走査型プローブ顕微鏡であって、カンチ
レバーが試料の電気特性測定用探針としても機能し、光
源から射出される光をカンチレバーに当てて、その反射
光を検出することで試料の表面形状の画像化を行ない、
さらに試料の電気特性の測定も可能なものであれば、上
記のような光源を採用することで本実施の形態と同様の
効果が得られる。
【００３１】＜実施の形態２＞本実施の形態は、図１２
の従来のＡＦＭを用いる場合であっても、試料に光起電
流を生じさせないようにするＡＦＭの使用方法である。
の従来のＡＦＭを用いる場合であっても、試料に光起電
流を生じさせないようにするＡＦＭの使用方法である。
【００３２】図２は本実施の形態に係るＡＦＭの使用方
法を示すフローチャートである。図２に示すようにま
ず、測定領域内のある測定点においてレーザーダイオー
ド１からレーザー光２を射出して導電性カンチレバー５
に当てて、制御部７において導電性カンチレバー５の反
りの量を検出し、その反りの量が一定となるように圧電
アクチュエータ６へのＺ軸方向へのフィードバック制御
を行なう。そして、この変位量からＡＦＭ像の生成を行
なう（ステップＳＴ１ａ）。
法を示すフローチャートである。図２に示すようにま
ず、測定領域内のある測定点においてレーザーダイオー
ド１からレーザー光２を射出して導電性カンチレバー５
に当てて、制御部７において導電性カンチレバー５の反
りの量を検出し、その反りの量が一定となるように圧電
アクチュエータ６へのＺ軸方向へのフィードバック制御
を行なう。そして、この変位量からＡＦＭ像の生成を行
なう（ステップＳＴ１ａ）。
【００３３】次に、レーザー光２の照射を停止する。そ
して、レーザー光２により試料内に生じる光起電流が減
衰する時間だけ待機する。具体的には、光起電流を担う
キャリア（図１３の電子・正孔対１３）の減衰時間だけ
待機する（ステップＳＴ２ａ）。
して、レーザー光２により試料内に生じる光起電流が減
衰する時間だけ待機する。具体的には、光起電流を担う
キャリア（図１３の電子・正孔対１３）の減衰時間だけ
待機する（ステップＳＴ２ａ）。
【００３４】そして待機後に、可変電圧源１１およびア
ンプ８を操作して、その測定点での試料の電気特性測定
を行なう（ステップＳＴ３ａ）。この電気特性測定は、
キャリア減衰時間だけ待機した後に行なわれているの
で、たとえステップＳＴ１ａにおいて光起電流が生じて
いたとしても、電気特性測定時には光起電流は減衰して
おり測定に影響を与えない。
ンプ８を操作して、その測定点での試料の電気特性測定
を行なう（ステップＳＴ３ａ）。この電気特性測定は、
キャリア減衰時間だけ待機した後に行なわれているの
で、たとえステップＳＴ１ａにおいて光起電流が生じて
いたとしても、電気特性測定時には光起電流は減衰して
おり測定に影響を与えない。
【００３５】そして、その測定点での電気特性測定が終
了すれば、圧電アクチュエータ６を制御部７を介して制
御し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への変位を行って次の測
定点に移動する（ステップＳＴ４ａ）。その後、その測
定点においてもステップＳＴ１ａ〜ＳＴ３ａを行い、測
定領域全域で観測が終了するまでステップＳＴ１ａ〜Ｓ
Ｔ４ａを繰り返す。
了すれば、圧電アクチュエータ６を制御部７を介して制
御し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への変位を行って次の測
定点に移動する（ステップＳＴ４ａ）。その後、その測
定点においてもステップＳＴ１ａ〜ＳＴ３ａを行い、測
定領域全域で観測が終了するまでステップＳＴ１ａ〜Ｓ
Ｔ４ａを繰り返す。
【００３６】なお、図３はステップＳＴ１ａにおけるＡ
ＦＭの動作状況を示す図であり、図４はステップＳＴ３
ａにおけるＡＦＭの動作状況を示す図である。図３で
は、試料の電気特性測定を行なっていないため、アンプ
８からは電流値が出力されていない。また、図４では、
ＡＦＭ像の取得を行なっていないため、レーザーダイオ
ード１からはレーザー光２は出力されず、また制御部７
からはＡＦＭ像が出力されていない。
ＦＭの動作状況を示す図であり、図４はステップＳＴ３
ａにおけるＡＦＭの動作状況を示す図である。図３で
は、試料の電気特性測定を行なっていないため、アンプ
８からは電流値が出力されていない。また、図４では、
ＡＦＭ像の取得を行なっていないため、レーザーダイオ
ード１からはレーザー光２は出力されず、また制御部７
からはＡＦＭ像が出力されていない。
【００３７】本実施の形態に係るＡＦＭの使用方法によ
れば、少なくとも試料の光起電流の減衰時間だけ待機し
た後に試料の電気特性測定を行なう。よって、電気特性
の測定時には光起電流が生じておらず、試料の電気特性
の正確な測定を阻害することがない。
れば、少なくとも試料の光起電流の減衰時間だけ待機し
た後に試料の電気特性測定を行なう。よって、電気特性
の測定時には光起電流が生じておらず、試料の電気特性
の正確な測定を阻害することがない。
【００３８】また、本実施の形態に係るＡＦＭの使用方
法によれば、ＡＦＭ像の生成、光起電流の減衰時間分の
待機、および試料の電気特性測定を測定点ごとに行い、
１つの測定点での画像化および電気特性測定を終えた
後、次の測定点に移動してそれらのステップを繰り返
す。よって、試料の測定点ごとにＡＦＭ像が得られ、そ
の点での電気特性が得られるので、試料の表面形状の画
像化および電気特性測定を精度よく行なえる。
法によれば、ＡＦＭ像の生成、光起電流の減衰時間分の
待機、および試料の電気特性測定を測定点ごとに行い、
１つの測定点での画像化および電気特性測定を終えた
後、次の測定点に移動してそれらのステップを繰り返
す。よって、試料の測定点ごとにＡＦＭ像が得られ、そ
の点での電気特性が得られるので、試料の表面形状の画
像化および電気特性測定を精度よく行なえる。
【００３９】なお、本実施の形態においては、図１２の
従来のＡＦＭを用いる場合を示したが、この他にも例え
ば光干渉方式のＡＦＭなどにも本実施の形態を適用する
ことが可能である。すなわち、試料との間にはたらく原
子間力を検知するカンチレバーと、光源とを備える走査
型プローブ顕微鏡であって、カンチレバーが試料の電気
特性測定用探針としても機能し、光源から射出される光
をカンチレバーに当てて、その反射光を検出することで
試料の表面形状の画像化を行ない、さらに試料の電気特
性の測定も可能なものであれば、上記のような使用方法
を採用することで本実施の形態と同様の効果が得られ
る。
従来のＡＦＭを用いる場合を示したが、この他にも例え
ば光干渉方式のＡＦＭなどにも本実施の形態を適用する
ことが可能である。すなわち、試料との間にはたらく原
子間力を検知するカンチレバーと、光源とを備える走査
型プローブ顕微鏡であって、カンチレバーが試料の電気
特性測定用探針としても機能し、光源から射出される光
をカンチレバーに当てて、その反射光を検出することで
試料の表面形状の画像化を行ない、さらに試料の電気特
性の測定も可能なものであれば、上記のような使用方法
を採用することで本実施の形態と同様の効果が得られ
る。
【００４０】＜実施の形態３＞本実施の形態は、実施の
形態２に係るＡＦＭの使用方法の変形例であり、実施の
形態２においては測定点ごとに行なっていた、ＡＦＭ像
の生成、光起電流の減衰時間分の待機、および試料の電
気特性測定を、１つの測定ラインごとに行なうようにし
た使用方法である。
形態２に係るＡＦＭの使用方法の変形例であり、実施の
形態２においては測定点ごとに行なっていた、ＡＦＭ像
の生成、光起電流の減衰時間分の待機、および試料の電
気特性測定を、１つの測定ラインごとに行なうようにし
た使用方法である。
【００４１】図５は本実施の形態に係るＡＦＭの使用方
法を示すフローチャートである。図５に示すようにま
ず、測定領域内のある測定点においてレーザーダイオー
ド１からレーザー光２を射出して導電性カンチレバー５
に当てて、制御部７において導電性カンチレバー５の反
りの量を検出し、その反りの量が一定となるように圧電
アクチュエータ６へのＺ軸方向へのフィードバック制御
を行なう。そして、この変位量からＡＦＭ像の生成を行
なう。このＡＦＭ像の生成を、Ｘ方向またはＹ方向のあ
る測定ラインに沿って連続して行なう（ステップＳＴ１
ｂ）。
法を示すフローチャートである。図５に示すようにま
ず、測定領域内のある測定点においてレーザーダイオー
ド１からレーザー光２を射出して導電性カンチレバー５
に当てて、制御部７において導電性カンチレバー５の反
りの量を検出し、その反りの量が一定となるように圧電
アクチュエータ６へのＺ軸方向へのフィードバック制御
を行なう。そして、この変位量からＡＦＭ像の生成を行
なう。このＡＦＭ像の生成を、Ｘ方向またはＹ方向のあ
る測定ラインに沿って連続して行なう（ステップＳＴ１
ｂ）。
【００４２】次に、レーザー光２の照射を停止する。そ
して、レーザー光２により試料内に生じる光起電流が減
衰する時間だけ待機する。具体的には、光起電流を担う
キャリアの減衰時間だけ待機する（ステップＳＴ２
ｂ）。なお、このとき、導電性カンチレバー５の探針９
の位置を、ＡＦＭ像の生成を行なった最初の測定点にま
で戻しておく。
して、レーザー光２により試料内に生じる光起電流が減
衰する時間だけ待機する。具体的には、光起電流を担う
キャリアの減衰時間だけ待機する（ステップＳＴ２
ｂ）。なお、このとき、導電性カンチレバー５の探針９
の位置を、ＡＦＭ像の生成を行なった最初の測定点にま
で戻しておく。
【００４３】そして待機後に、可変電圧源１１およびア
ンプ８を操作して、その測定点からＡＦＭ像の生成を行
なった１ラインまでの試料の電気特性測定を行なう（ス
テップＳＴ３ｂ）。この電気特性測定は、キャリア減衰
時間だけ待機した後に行なわれているので、たとえステ
ップＳＴ１ｂにおいて光起電流が生じていたとしても、
電気特性測定時には光起電流は減衰しており測定に影響
を与えない。
ンプ８を操作して、その測定点からＡＦＭ像の生成を行
なった１ラインまでの試料の電気特性測定を行なう（ス
テップＳＴ３ｂ）。この電気特性測定は、キャリア減衰
時間だけ待機した後に行なわれているので、たとえステ
ップＳＴ１ｂにおいて光起電流が生じていたとしても、
電気特性測定時には光起電流は減衰しており測定に影響
を与えない。
【００４４】そして、その測定ラインでの電気特性測定
が終了すれば、圧電アクチュエータ６を制御部７を介し
て制御し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への変位を行って次
の測定ラインに移動する（ステップＳＴ４ｂ）。その
後、その測定ラインにおいてもステップＳＴ１ｂ〜ＳＴ
３ｂを行い、測定領域全域で観測が終了するまでステッ
プＳＴ１ｂ〜ＳＴ４ｂを繰り返す。
が終了すれば、圧電アクチュエータ６を制御部７を介し
て制御し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への変位を行って次
の測定ラインに移動する（ステップＳＴ４ｂ）。その
後、その測定ラインにおいてもステップＳＴ１ｂ〜ＳＴ
３ｂを行い、測定領域全域で観測が終了するまでステッ
プＳＴ１ｂ〜ＳＴ４ｂを繰り返す。
【００４５】本実施の形態に係るＡＦＭの使用方法によ
れば、ＡＦＭ像の生成、光起電流の減衰時間分の待機、
および試料の電気特性測定を、１つの測定ラインごとに
行ない、１つのラインでの画像化および電気特性測定を
終えた後、次のラインに移動してそれらのステップを繰
り返す。よって、試料の表面形状の画像化および電気特
性測定を精度よく行ないつつ、ラインごとに待機を行な
うので実施の形態２の場合よりも速やかに観測が行なえ
る。
れば、ＡＦＭ像の生成、光起電流の減衰時間分の待機、
および試料の電気特性測定を、１つの測定ラインごとに
行ない、１つのラインでの画像化および電気特性測定を
終えた後、次のラインに移動してそれらのステップを繰
り返す。よって、試料の表面形状の画像化および電気特
性測定を精度よく行ないつつ、ラインごとに待機を行な
うので実施の形態２の場合よりも速やかに観測が行なえ
る。
【００４６】なお、本実施の形態も、実施の形態２の場
合と同様、図１２のＡＦＭ以外の他の走査型プローブ顕
微鏡に適用可能である。
合と同様、図１２のＡＦＭ以外の他の走査型プローブ顕
微鏡に適用可能である。
【００４７】＜実施の形態４＞本実施の形態も、実施の
形態２に係るＡＦＭの使用方法の変形例であり、実施の
形態２においては測定点ごとに行なっていた、ＡＦＭ像
の生成、光起電流の減衰時間分の待機、および試料の電
気特性測定を、全測定領域でそれぞれ行なうようにした
使用方法である。
形態２に係るＡＦＭの使用方法の変形例であり、実施の
形態２においては測定点ごとに行なっていた、ＡＦＭ像
の生成、光起電流の減衰時間分の待機、および試料の電
気特性測定を、全測定領域でそれぞれ行なうようにした
使用方法である。
【００４８】図６は本実施の形態に係るＡＦＭの使用方
法を示すフローチャートである。図６に示すようにま
ず、測定領域内のある測定点においてレーザーダイオー
ド１からレーザー光２を射出して導電性カンチレバー５
に当てて、制御部７において導電性カンチレバー５の反
りの量を検出し、その反りの量が一定となるように圧電
アクチュエータ６へのＺ軸方向へのフィードバック制御
を行なう。そして、この変位量からＡＦＭ像の生成を行
なう。このＡＦＭ像の生成を、測定領域の全てにわたっ
て連続して行なう（ステップＳＴ１ｃ）。
法を示すフローチャートである。図６に示すようにま
ず、測定領域内のある測定点においてレーザーダイオー
ド１からレーザー光２を射出して導電性カンチレバー５
に当てて、制御部７において導電性カンチレバー５の反
りの量を検出し、その反りの量が一定となるように圧電
アクチュエータ６へのＺ軸方向へのフィードバック制御
を行なう。そして、この変位量からＡＦＭ像の生成を行
なう。このＡＦＭ像の生成を、測定領域の全てにわたっ
て連続して行なう（ステップＳＴ１ｃ）。
【００４９】次に、レーザー光２の照射を停止する。そ
して、レーザー光２により試料内に生じる光起電流が減
衰する時間だけ待機する。具体的には、光起電流を担う
キャリアの減衰時間だけ待機する（ステップＳＴ２
ｃ）。なお、このとき、導電性カンチレバー５の探針９
の位置を、ＡＦＭ像の生成を行なった最初の測定点にま
で戻しておく。
して、レーザー光２により試料内に生じる光起電流が減
衰する時間だけ待機する。具体的には、光起電流を担う
キャリアの減衰時間だけ待機する（ステップＳＴ２
ｃ）。なお、このとき、導電性カンチレバー５の探針９
の位置を、ＡＦＭ像の生成を行なった最初の測定点にま
で戻しておく。
【００５０】そして待機後に、可変電圧源１１およびア
ンプ８を操作して、その測定点から測定領域の全てにわ
たっての試料の電気特性測定を行なう（ステップＳＴ３
ｃ）。この電気特性測定は、キャリア減衰時間だけ待機
した後に行なわれているので、たとえステップＳＴ１ｃ
において光起電流が生じていたとしても、電気特性測定
時には光起電流は減衰しており測定に影響を与えない。
ンプ８を操作して、その測定点から測定領域の全てにわ
たっての試料の電気特性測定を行なう（ステップＳＴ３
ｃ）。この電気特性測定は、キャリア減衰時間だけ待機
した後に行なわれているので、たとえステップＳＴ１ｃ
において光起電流が生じていたとしても、電気特性測定
時には光起電流は減衰しており測定に影響を与えない。
【００５１】本実施の形態に係るＡＦＭの使用方法によ
れば、ＡＦＭ像の生成を試料の全測定領域に対して行
い、光起電流の減衰時間分の待機のステップを経て、試
料の電気特性測定を試料の全測定領域に対して行う。よ
って、実施の形態３の場合よりも速やかに観測が行なえ
る。
れば、ＡＦＭ像の生成を試料の全測定領域に対して行
い、光起電流の減衰時間分の待機のステップを経て、試
料の電気特性測定を試料の全測定領域に対して行う。よ
って、実施の形態３の場合よりも速やかに観測が行なえ
る。
【００５２】なお、本実施の形態も、実施の形態２の場
合と同様、図１２のＡＦＭ以外の他の走査型プローブ顕
微鏡に適用可能である。
合と同様、図１２のＡＦＭ以外の他の走査型プローブ顕
微鏡に適用可能である。
【００５３】＜実施の形態５＞本実施の形態は、試料の
電気特性の測定時にはレーザーダイオード１から射出さ
れるレーザー光２を導電性カンチレバー５に当てないよ
うにする光遮断器を、図１２の従来のＡＦＭの構成に追
加したＡＦＭである。
電気特性の測定時にはレーザーダイオード１から射出さ
れるレーザー光２を導電性カンチレバー５に当てないよ
うにする光遮断器を、図１２の従来のＡＦＭの構成に追
加したＡＦＭである。
【００５４】図７は本実施の形態に係るＡＦＭを示す図
である。なお、図７において、図１２のＡＦＭと同様の
機能を有する要素については同一符号を付している。本
実施の形態のＡＦＭは、試料の電気特性の測定時にレー
ザー光２を導電性カンチレバー５に当てないようにする
光遮断器として、ライトチョッパー１４を備えている。
である。なお、図７において、図１２のＡＦＭと同様の
機能を有する要素については同一符号を付している。本
実施の形態のＡＦＭは、試料の電気特性の測定時にレー
ザー光２を導電性カンチレバー５に当てないようにする
光遮断器として、ライトチョッパー１４を備えている。
【００５５】図８はライトチョッパー１４が作動した場
合のＡＦＭの動作状況を示す図である。また、図９はラ
イトチョッパー１４の構造を示す図である。
合のＡＦＭの動作状況を示す図である。また、図９はラ
イトチョッパー１４の構造を示す図である。
【００５６】図９に示すように、ライトチョッパー１４
は、光を透過させる光透過部１４ａと光を透過させない
光遮断部１４ｂとを備えており、回転軸１４ｃを中心と
して光透過部１４ａと光遮断部１４ｂとが放射状に配置
されている。そして、回転軸１４ｃを中心としてライト
チョッパー１４を回転させることにより、レーザー光２
を光透過部１４ａを介して透過させるか、光遮断部１４
ｂを介して遮断するか選択することができる。
は、光を透過させる光透過部１４ａと光を透過させない
光遮断部１４ｂとを備えており、回転軸１４ｃを中心と
して光透過部１４ａと光遮断部１４ｂとが放射状に配置
されている。そして、回転軸１４ｃを中心としてライト
チョッパー１４を回転させることにより、レーザー光２
を光透過部１４ａを介して透過させるか、光遮断部１４
ｂを介して遮断するか選択することができる。
【００５７】なお、本実施の形態におけるその他の構成
は図１２のＡＦＭと同様のため、説明を省略する。
は図１２のＡＦＭと同様のため、説明を省略する。
【００５８】本実施の形態に係るＡＦＭによれば、試料
の電気特性の測定時には、レーザーダイオード１から射
出されるレーザー光２を導電性カンチレバー５に当てな
いようにするライトチョッパー１４をさらに備える。よ
って、試料に光起電流を生じさせることがなく、試料の
電気特性の正確な測定を阻害することがない。
の電気特性の測定時には、レーザーダイオード１から射
出されるレーザー光２を導電性カンチレバー５に当てな
いようにするライトチョッパー１４をさらに備える。よ
って、試料に光起電流を生じさせることがなく、試料の
電気特性の正確な測定を阻害することがない。
【００５９】なお、本実施の形態も、実施の形態１の場
合と同様、図１２のＡＦＭ以外の他の走査型プローブ顕
微鏡に適用可能である。
合と同様、図１２のＡＦＭ以外の他の走査型プローブ顕
微鏡に適用可能である。
【００６０】＜実施の形態６＞本実施の形態は、ＳＴＭ
の探針と、原子間力を検知する導電性カンチレバーとを
備え、ＳＴＭの探針と導電性カンチレバーとの間に流れ
るトンネル電流を検出することで試料の表面形状の画像
化を行なうＳＴＭ改良方式のＡＦＭであって、導電性カ
ンチレバーに絶縁層を挟むようにしたＡＦＭである。
の探針と、原子間力を検知する導電性カンチレバーとを
備え、ＳＴＭの探針と導電性カンチレバーとの間に流れ
るトンネル電流を検出することで試料の表面形状の画像
化を行なうＳＴＭ改良方式のＡＦＭであって、導電性カ
ンチレバーに絶縁層を挟むようにしたＡＦＭである。
【００６１】図１０は本実施の形態に係るＡＦＭを示す
図である。なお、図１０では図１２の従来のＡＦＭと同
様の機能を有する要素については同一符号を付してい
る。この実施の形態のＡＦＭでは、ＡＦＭ像生成および
圧電アクチュエータ６のフィードバック制御を行なうた
めの手段として、レーザーダイオード１およびフォトデ
ィテクター４を設ける代わりに、トンネル電流を検出す
るための探針１６が採用されている。また、導電性カン
チレバー５に代わって図１１に示すような、探針１６に
面する側１５ａと試料に面する側１５ｂとの間に絶縁層
１８を有する構造の導電性カンチレバー１５が採用され
ている。
図である。なお、図１０では図１２の従来のＡＦＭと同
様の機能を有する要素については同一符号を付してい
る。この実施の形態のＡＦＭでは、ＡＦＭ像生成および
圧電アクチュエータ６のフィードバック制御を行なうた
めの手段として、レーザーダイオード１およびフォトデ
ィテクター４を設ける代わりに、トンネル電流を検出す
るための探針１６が採用されている。また、導電性カン
チレバー５に代わって図１１に示すような、探針１６に
面する側１５ａと試料に面する側１５ｂとの間に絶縁層
１８を有する構造の導電性カンチレバー１５が採用され
ている。
【００６２】従来、図１０の構造で導電性カンチレバー
１５ではなく導電性カンチレバー５を採用し、アンプ８
および可変電圧源１１を有しない構造のＡＦＭは存在し
た。この構造のＡＦＭは、ＳＴＭを改良した方式のＡＦ
Ｍであって、試料との間にはたらく原子間力を導電性カ
ンチレバー５の反りの量（変位）として検出し、探針１
６と導電性カンチレバー５との間に流れるトンネル電流
が一定となるよう圧電アクチュエータ６に制御部７がフ
ィードバックをかけることでＡＦＭ像を生成していた。
１５ではなく導電性カンチレバー５を採用し、アンプ８
および可変電圧源１１を有しない構造のＡＦＭは存在し
た。この構造のＡＦＭは、ＳＴＭを改良した方式のＡＦ
Ｍであって、試料との間にはたらく原子間力を導電性カ
ンチレバー５の反りの量（変位）として検出し、探針１
６と導電性カンチレバー５との間に流れるトンネル電流
が一定となるよう圧電アクチュエータ６に制御部７がフ
ィードバックをかけることでＡＦＭ像を生成していた。
【００６３】しかし、そのような従来のＳＴＭ改良方式
のＡＦＭでは、探針１６と導電性カンチレバー５との間
でトンネル電流を流していたため、試料と導電性カンチ
レバー５との間で電流を流して試料の電気特性を測定す
ることはできなかった。仮に、試料と導電性カンチレバ
ー５との間に電流を流して電気特性を測定しようとして
も、探針１６と導電性カンチレバー５との間で流れるト
ンネル電流にその電流が混ざってしまい、ＡＦＭ像生成
および試料の電気特性測定のいずれもがうまく機能しな
くなるからである。
のＡＦＭでは、探針１６と導電性カンチレバー５との間
でトンネル電流を流していたため、試料と導電性カンチ
レバー５との間で電流を流して試料の電気特性を測定す
ることはできなかった。仮に、試料と導電性カンチレバ
ー５との間に電流を流して電気特性を測定しようとして
も、探針１６と導電性カンチレバー５との間で流れるト
ンネル電流にその電流が混ざってしまい、ＡＦＭ像生成
および試料の電気特性測定のいずれもがうまく機能しな
くなるからである。
【００６４】ＳＴＭ改良方式のＡＦＭは、光てこ方式や
光干渉方式で採用されるような光源を用いないので、試
料に光起電流を生じさせることがなく、試料の電気特性
の正確な測定を阻害することがない。よって、レーザー
光による光起電流を試料に発生させない走査型プローブ
顕微鏡として、ＳＴＭ改良方式のＡＦＭは本来、有力な
候補となるはずである。本実施の形態はこの点に着目し
て、従来のＳＴＭ改良方式のＡＦＭに更なる改良を加え
て、試料の電気特性測定を可能としたものである。
光干渉方式で採用されるような光源を用いないので、試
料に光起電流を生じさせることがなく、試料の電気特性
の正確な測定を阻害することがない。よって、レーザー
光による光起電流を試料に発生させない走査型プローブ
顕微鏡として、ＳＴＭ改良方式のＡＦＭは本来、有力な
候補となるはずである。本実施の形態はこの点に着目し
て、従来のＳＴＭ改良方式のＡＦＭに更なる改良を加え
て、試料の電気特性測定を可能としたものである。
【００６５】すなわち、図１１に示すような、探針１６
に面する側１５ａと試料に面する側１５ｂとの間に絶縁
層１８を有する構造の導電性カンチレバー１５を採用す
ることで、探針１６と導電性カンチレバー１５との間で
流れるトンネル電流と、試料と導電性カンチレバー１５
との間に流れる電流とが混ざらないようにしているので
ある。
に面する側１５ａと試料に面する側１５ｂとの間に絶縁
層１８を有する構造の導電性カンチレバー１５を採用す
ることで、探針１６と導電性カンチレバー１５との間で
流れるトンネル電流と、試料と導電性カンチレバー１５
との間に流れる電流とが混ざらないようにしているので
ある。
【００６６】なお、その他の構成は図１２の従来のＡＦ
Ｍと同様のため、説明を省略する。
Ｍと同様のため、説明を省略する。
【００６７】本実施の形態によれば、光源を用いないＳ
ＴＭ改良方式のＡＦＭであるので、試料に光起電流を生
じさせることがなく、試料の電気特性の正確な測定を阻
害することがない。また、導電性カンチレバー１５は、
探針１６に面する側１５ａと試料に面する側１５ｂとの
間に絶縁層１８を有している。よって、探針１６と導電
性カンチレバー１５との間に流れるトンネル電流が、試
料の電気特性測定に影響を及ぼすことがない。
ＴＭ改良方式のＡＦＭであるので、試料に光起電流を生
じさせることがなく、試料の電気特性の正確な測定を阻
害することがない。また、導電性カンチレバー１５は、
探針１６に面する側１５ａと試料に面する側１５ｂとの
間に絶縁層１８を有している。よって、探針１６と導電
性カンチレバー１５との間に流れるトンネル電流が、試
料の電気特性測定に影響を及ぼすことがない。
【００６８】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、光源が
半導体のバンドギャップ未満のエネルギーを有する光を
射出する。よって、試料の電気特性測定を表面形状の観
察と同時に行なう場合であっても、半導体たる試料に光
起電流を生じさせることがなく、試料の電気特性の正確
な測定を阻害することがない。
半導体のバンドギャップ未満のエネルギーを有する光を
射出する。よって、試料の電気特性測定を表面形状の観
察と同時に行なう場合であっても、半導体たる試料に光
起電流を生じさせることがなく、試料の電気特性の正確
な測定を阻害することがない。
【００６９】請求項２に記載の発明によれば、光源の射
出する光の波長は１．１０７μｍよりも大きい。よっ
て、シリコンたる試料のバンドギャップ（１．１２［ｅ
Ｖ］）以上のエネルギーを有する光が光源から射出され
ることはなく、試料に光起電流を生じさせることがな
い。
出する光の波長は１．１０７μｍよりも大きい。よっ
て、シリコンたる試料のバンドギャップ（１．１２［ｅ
Ｖ］）以上のエネルギーを有する光が光源から射出され
ることはなく、試料に光起電流を生じさせることがな
い。
【００７０】請求項３に記載の発明によれば、少なくと
も試料の光起電流の減衰時間だけ待機した後に試料の電
気特性測定を行なう。よって、電気特性の測定時には光
起電流が生じておらず、試料の電気特性の正確な測定を
阻害することがない。
も試料の光起電流の減衰時間だけ待機した後に試料の電
気特性測定を行なう。よって、電気特性の測定時には光
起電流が生じておらず、試料の電気特性の正確な測定を
阻害することがない。
【００７１】請求項４に記載の発明によれば、ステップ
（ａ）乃至（ｃ）を測定点ごとに行い、１つの測定点で
の画像化および電気特性測定を終えた後、次の測定点に
移動してステップ（ａ）乃至（ｃ）を繰り返す。よっ
て、試料の表面形状の画像化および電気特性測定を精度
よく行なえる。
（ａ）乃至（ｃ）を測定点ごとに行い、１つの測定点で
の画像化および電気特性測定を終えた後、次の測定点に
移動してステップ（ａ）乃至（ｃ）を繰り返す。よっ
て、試料の表面形状の画像化および電気特性測定を精度
よく行なえる。
【００７２】請求項５に記載の発明によれば、ステップ
（ａ）乃至（ｃ）を測定領域内の１ラインごとに行い、
１つのラインでの画像化および電気特性測定を終えた
後、次のラインに移動してステップ（ａ）乃至（ｃ）を
繰り返す。よって、試料の表面形状の画像化および電気
特性測定を精度よく行ないつつ、請求項４の場合よりも
速やかに観測が行なえる。
（ａ）乃至（ｃ）を測定領域内の１ラインごとに行い、
１つのラインでの画像化および電気特性測定を終えた
後、次のラインに移動してステップ（ａ）乃至（ｃ）を
繰り返す。よって、試料の表面形状の画像化および電気
特性測定を精度よく行ないつつ、請求項４の場合よりも
速やかに観測が行なえる。
【００７３】請求項６に記載の発明によれば、ステップ
（ａ）を試料の全測定領域に対して行い、ステップ
（ｂ）を経て、ステップ（ｃ）を試料の全測定領域に対
して行う。よって、請求項５の場合よりも速やかに観測
が行なえる。
（ａ）を試料の全測定領域に対して行い、ステップ
（ｂ）を経て、ステップ（ｃ）を試料の全測定領域に対
して行う。よって、請求項５の場合よりも速やかに観測
が行なえる。
【００７４】請求項７に記載の発明によれば、試料の電
気特性の測定時には、光源から射出される光をカンチレ
バーに当てないようにする光遮断器をさらに備える。よ
って、試料に光起電流を生じさせることがなく、試料の
電気特性の正確な測定を阻害することがない。
気特性の測定時には、光源から射出される光をカンチレ
バーに当てないようにする光遮断器をさらに備える。よ
って、試料に光起電流を生じさせることがなく、試料の
電気特性の正確な測定を阻害することがない。
【００７５】請求項８に記載の発明によれば、光源を用
いない走査型プローブ顕微鏡であるので、試料に光起電
流を生じさせることがなく、試料の電気特性の正確な測
定を阻害することがない。また、カンチレバーは、探針
に面する側と試料に面する側との間に絶縁層を有してい
る。よって、探針とカンチレバーとの間に流れるトンネ
ル電流が、試料の電気特性測定に影響を及ぼすことがな
い。
いない走査型プローブ顕微鏡であるので、試料に光起電
流を生じさせることがなく、試料の電気特性の正確な測
定を阻害することがない。また、カンチレバーは、探針
に面する側と試料に面する側との間に絶縁層を有してい
る。よって、探針とカンチレバーとの間に流れるトンネ
ル電流が、試料の電気特性測定に影響を及ぼすことがな
い。
【図１】 実施の形態１に係るＡＦＭを示す図である。
【図２】 実施の形態２に係るＡＦＭの使用方法を示す
フローチャートである。
フローチャートである。
【図３】 実施の形態２に係るＡＦＭの使用方法におけ
るＡＦＭ像生成時のＡＦＭの動作状況を示す図である。
るＡＦＭ像生成時のＡＦＭの動作状況を示す図である。
【図４】 実施の形態２に係るＡＦＭの使用方法におけ
る電気特性測定時のＡＦＭの動作状況を示す図である。
る電気特性測定時のＡＦＭの動作状況を示す図である。
【図５】 実施の形態３に係るＡＦＭの使用方法を示す
フローチャートである。
フローチャートである。
【図６】 実施の形態４に係るＡＦＭの使用方法を示す
フローチャートである。
フローチャートである。
【図７】 実施の形態５に係るＡＦＭを示す図である。
【図８】 実施の形態５に係るＡＦＭにおいてライトチ
ョッパー１４が作動した場合の動作状況を示す図であ
る。
ョッパー１４が作動した場合の動作状況を示す図であ
る。
【図９】 実施の形態５に係るＡＦＭで採用されるライ
トチョッパー１４の構造を示す図である。
トチョッパー１４の構造を示す図である。
【図１０】 実施の形態６に係るＡＦＭを示す図であ
る。
る。
【図１１】 実施の形態６に係るＡＦＭで採用される導
電性カンチレバー１５を示す図である。
電性カンチレバー１５を示す図である。
【図１２】 従来のＡＦＭの構成を示す図である。
【図１３】 光起電流の発生モデルを示す図である。
１，１ａ レーザーダイオード、２ レーザー光、３
反射レーザー光、４フォトディテクター、５，１５ 導
電性カンチレバー、６ 圧電アクチュエータ、７ 制御
部、８ アンプ、９ 探針、１０ ステージ、１１ 可
変電圧源、１２ 半導体、１３ 電子・正孔対、１４
ライトチョッパー、１６ 探針。
反射レーザー光、４フォトディテクター、５，１５ 導
電性カンチレバー、６ 圧電アクチュエータ、７ 制御
部、８ アンプ、９ 探針、１０ ステージ、１１ 可
変電圧源、１２ 半導体、１３ 電子・正孔対、１４
ライトチョッパー、１６ 探針。
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フロントページの続き
(72)発明者 前田 一史
東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三
菱電機株式会社内
(72)発明者 小山 徹
東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三
菱電機株式会社内
Ｆターム(参考） 2F069 AA60 BB15 CC06 DD08 GG04
GG06 GG18 GG62 HH04 HH30
JJ07
Claims (8)
- 【請求項１】 光源と、 試料との間にはたらく原子間力を検知するカンチレバー
とを備え、 前記光源から射出される光を前記カンチレバーに当て、
その反射光を検出することで試料の表面形状の画像化を
行なう走査型プローブ顕微鏡であって、 前記カンチレバーは試料の電気特性測定用探針としても
機能し、 前記試料は半導体であり、 前記光源は前記半導体のバンドギャップ未満のエネルギ
ーを有する光を射出する走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項２】 請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡
であって、 前記試料はシリコンで構成され、 前記光源の射出する光の波長は１．１０７μｍよりも大
きい走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項３】 光源と、試料との間にはたらく原子間力
を検知するカンチレバーとを備え、前記光源から射出さ
れる光を前記カンチレバーに当て、その反射光を検出す
ることで試料の表面形状の画像化を行なう走査型プロー
ブ顕微鏡の使用方法であって、 前記カンチレバーは試料の電気特性測定用探針としても
機能し、 （ａ）前記光源から光を射出して前記カンチレバーに当
てて、試料と前記カンチレバーとの間の原子間力を検出
するステップと、 （ｂ）前記光の射出を停止して、少なくとも試料の光起
電流の減衰時間だけ待機するステップと、 （ｃ）待機後に前記カンチレバーを介して試料の電気特
性測定を行なうステップとを備える走査型プローブ顕微
鏡の使用方法。 - 【請求項４】 請求項３に記載の走査型プローブ顕微鏡
の使用方法であって、 前記ステップ（ａ）乃至（ｃ）を測定点ごとに行い、１
つの測定点での前記画像化および電気特性測定を終えた
後、次の測定点に移動して前記ステップ（ａ）乃至
（ｃ）を繰り返す走査型プローブ顕微鏡の使用方法。 - 【請求項５】 請求項３に記載の走査型プローブ顕微鏡
の使用方法であって、 前記ステップ（ａ）乃至（ｃ）を測定領域内の１ライン
ごとに行い、１つのラインでの前記画像化および電気特
性測定を終えた後、次のラインに移動して前記ステップ
（ａ）乃至（ｃ）を繰り返す走査型プローブ顕微鏡の使
用方法。 - 【請求項６】 請求項３に記載の走査型プローブ顕微鏡
の使用方法であって、 前記ステップ（ａ）を試料の全測定領域に対して行い、
前記ステップ（ｂ）を経て、前記ステップ（ｃ）を試料
の全測定領域に対して行う走査型プローブ顕微鏡の使用
方法。 - 【請求項７】 光源と、 試料との間にはたらく原子間力を検知するカンチレバー
とを備え、 前記光源から射出される光を前記カンチレバーに当て、
その反射光を検出することで試料の表面形状の画像化を
行なう走査型プローブ顕微鏡であって、 前記カンチレバーは試料の電気特性測定用探針としても
機能し、 前記試料の電気特性の測定時には、前記光源から射出さ
れる光を前記カンチレバーに当てないようにする光遮断
器をさらに備える走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項８】 探針と、 試料との間にはたらく原子間力を検知するカンチレバー
とを備え、 前記探針と前記カンチレバーとの間に流れるトンネル電
流を検出することで試料の表面形状の画像化を行なう走
査型プローブ顕微鏡であって、 前記カンチレバーは試料の電気特性測定用探針としても
機能し、 前記カンチレバーは、前記探針に面する側と試料に面す
る側との間に絶縁層を有している走査型プローブ顕微
鏡。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001391484A JP2003194698A (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 走査型プローブ顕微鏡およびその使用方法 |
| US10/193,237 US6745618B2 (en) | 2001-12-25 | 2002-07-12 | Scanning probe microscope |
| DE10236695A DE10236695A1 (de) | 2001-12-25 | 2002-08-09 | Rastermessmikroskop |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001391484A JP2003194698A (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 走査型プローブ顕微鏡およびその使用方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003194698A true JP2003194698A (ja) | 2003-07-09 |
Family
ID=19188528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001391484A Pending JP2003194698A (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 走査型プローブ顕微鏡およびその使用方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6745618B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003194698A (ja) |
| DE (1) | DE10236695A1 (ja) |
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| JP4200147B2 (ja) * | 2005-06-09 | 2008-12-24 | Ｔｄｋ株式会社 | 微細構造体、カンチレバー、走査型プローブ顕微鏡及び微細構造体の変形量測定方法 |
| DE102007033441B4 (de) * | 2007-07-18 | 2013-04-18 | SIOS Meßtechnik GmbH | Vorrichtung zur gleichzeitigen Messung von Kräften |
| CN106483339A (zh) * | 2015-09-02 | 2017-03-08 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 半导体材料表面微区光电响应测量装置及测量方法 |
| WO2017079968A1 (en) * | 2015-11-13 | 2017-05-18 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | A method for infrared spectroscopic analysis of a polymer utilizing an atomic force microscope |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH09166603A (ja) | 1995-12-18 | 1997-06-24 | Olympus Optical Co Ltd | 走査型プローブ顕微鏡 |
| JPH10267945A (ja) | 1997-03-21 | 1998-10-09 | Olympus Optical Co Ltd | 走査型光顕微鏡 |
| US6198097B1 (en) * | 1998-04-15 | 2001-03-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Photocharge microscope |
| US6888135B2 (en) * | 2000-10-18 | 2005-05-03 | Nec Corporation | Scanning probe microscope with probe formed by single conductive material |
| EP1237161B1 (en) * | 2001-02-28 | 2014-05-14 | Imec | Method and apparatus for performing atomic force microscopy measurements |
-
2001
- 2001-12-25 JP JP2001391484A patent/JP2003194698A/ja active Pending
-
2002
- 2002-07-12 US US10/193,237 patent/US6745618B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-08-09 DE DE10236695A patent/DE10236695A1/de not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10236695A1 (de) | 2003-07-10 |
| US20030115939A1 (en) | 2003-06-26 |
| US6745618B2 (en) | 2004-06-08 |
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