JP2004122278A - Control device for scanning probe, working device and observation device thereby, vibrating method for probe and working method using the same - Google Patents

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JP2004122278A JP2002288796A JP2002288796A JP2004122278A JP 2004122278 A JP2004122278 A JP 2004122278A JP 2002288796 A JP2002288796 A JP 2002288796A JP 2002288796 A JP2002288796 A JP 2002288796A JP 2004122278 A JP2004122278 A JP 2004122278A
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Shunichi Shito
紫藤 俊一
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device for a scanning probe stably resting the vibration of a probe in a short time and quickly changing over to a restart of the vibration and to provide a working device and an observation device thereby, a vibration method for the probe and a working method using the same. <P>SOLUTION: This control device for the scanning probe with the probe micro vibrating the probe by resonant frequency and controlling the tip of the conductive micro probe in non-contact with a sample surface. This device is provided with a drive signal generating means generating a vibration drive signal for operating the vibration means by referring to the frequency detected by a vibration frequency detecting means. This device is so constituted as to output the drive signal proportional to the amplitude of the probe and deviating the phase therefrom by controlling a phase shift means and an amplification means provided in the drive signal generating means. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、探針と試料を接近させることによって生じる物理現象を利用した走査型プローブの制御装置とそれによる加工装置および観察装置、プローブの加振方法とそれを用いた加工方法に関し、特に探針と試料との間に働く原子間力を測定し、それらの信号の変化から観察対象物表面の微細な凹凸を非接触で計測するとともに、探針先端から微小領域に何らかのエネルギーを注入することによりその微小領域を加工する加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、探針と試料とを接近させ、その時に生じる物理現象(トンネル現象、原子間力等)を利用して、物質表面及び表面近傍の電子構造を直接観察できる走査型プローブ顕微鏡(以下SPMと略す)が開発され、単結晶、非晶質を問わず様々な物理量の実空間像を高い分解能で測定できるようになっている。
中でも走査型原子間力顕微鏡(以下AFMと呼ぶ)は探針先端の原子と試料上の原子の間の微弱な作用力(原子間力:Atomic Force)を検出して試料表面の凹凸を測定するために、探針や試料に導電性や磁性等の特殊な性質を必要とせず、絶縁物とりわけ最近では有機物等の形状の測定等に効力を発揮している。
【0003】
また、AFMには大きく分けて、原子間力が斥力の状態で用いるものと引力の状態で用いるものと2種類があり、前者をコンタクトモードAFM、後者をノンコンタクトモードAFMと言うことがある。
コンタクトモードAFMは測定対象と探針先端との斥力を測定する。この場合の斥力は探針先端と測定対象表面との距離変化に対して非常に大きく変化し、したがってその力を受けるプローブ(探針を支える部分)の歪み量が大きく感度が大きいために測定システムへの負荷が小さくて済む。しかしながら、探針と測定表面は非常に接近しており、その力は測定表面や探針先端に、時として弾性変形以上の影響を与え、試料や探針先端に損傷を与えることがある。
前述の有機物、とりわけ生体物質など柔らかい試料の測定に対してはその影響が大きく、プローブおよび探針先端により対象物を変形したり破壊したりするために精度良い観察ができない。
【0004】
一方、ノンコンタクトモードAFMは探針先端と測定対象表面との間の原子間引力を測定するが、その引力は、探針先端と測定対象表面との距離がコンタクトモードより大きい状態から働くために、探針先端と測定対象表面の両方に対する影響が非常に小さい。したがって、ノンコンタクトモードAFMは上記のコンタクトモードAFMの欠点を持たないため、柔らかい試料の測定には有用である。しかしながらノンコンタクトモードは、力の変化が探針先端と試料表面との間の距離変化に対してあまり敏感でないことが挙げられる。そのために一般的にはカンチレバータイプのプローブを共振周波数で微小振動させ、微小引力変化が探針先端に働いた場合の振動状態の変化(周波数ずれや位相ずれ等)をモニタすることにより間接的に測定している。そのため、当然のことながら測定システムは複雑になり、また加えてプローブを振動させるための加振機構も必要になっている。
【0005】
因みに、現在最も一般的に用いられているAFMは両モードともに光てこ方式である(例えば、非特許文献1参照)。この方式は、プローブとして数10〜数100μmの長さのカンチレバーの先端探針を設け、そのカンチレバーの探針と反対側にレーザ光を照射し、その反射光の方向を測定することによって、探針が試料からの原子間力を受けたことによるカンチレバーの微小なたわみ量をてこの原理で拡大し、測定できるように構成されている。
【0006】
また、一方で走査型プローブ顕微鏡は最近になって、その原理、装置構成を用いて、ナノメートルオーダーの加工を行なう方法にも用いられており、実際に装置としての報告も行なわれている。
この加工の最もわかりやすい方法としては、弾性体に支持された探針を試料表面に接触させた状態で探針と試料表面を相対的に移動させることにより試料表面に加工を施す切削加工方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この方法によれば導電性の薄膜に溝を掘って電気的に絶縁層を形成することによって配線パターンを作ったり、素子自体を作ったりすることができる。しかしながら実際には、摩擦による探針先端の変化や切削くずの影響などにより、精度の良い加工をするためには条件の設定(探針や加工対象の材料・材質の選定、探針先端の対象材料への押しつけ条件など)を検討することが必要になる。
【0007】
次に、比較的簡単で近年着目されている方法としては、走査型トンネル顕微鏡を用いた導電性の加工対象への局所的な変成効果を利用する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。実際に報告されている例としては、導電性の探針と加工対象である導電性の薄膜(絶縁体基板上の半導体薄膜や金属薄膜など)との間に電圧を印加し、それによって加工対象を局所的に酸化することにより電気的に絶縁パターンを形成し、配線や素子を作るというものである。
また同様な例として、非接触による加工も可能である(例えば、非特許文献2参照)。
また、電子線リソグラフィの一種として、リソグラフィ用の有機薄膜をシリコン基板上に累積し、プローブでアクセス、バイアスを印加することによってパターンを形成させるというものも報告されている(例えば、非特許文献3参照)。以上のような方法を用いることにより、ナノメートルオーダーの構造を形成できるため、そのような構造による新しい機能をもったデバイスなども考案されるようにもなってきている。
【0008】
【特許文献1】特開平10−340700号公報
【特許文献2】特開平9−172213号公報
【非特許文献1】T.R.Albrecht,J.Appl.Phys.69(2)668頁
【非特許文献2】APPLIED PHYSICS LETTERS,76巻,23号,3427頁
【非特許文献3】THIN SOLID FILMS,327〜329巻,690〜693頁
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
以上に示したようにプローブ顕微鏡の方法により観察や加工が可能であるが、これらにより加工をする場合には、必ず加工位置を探す必要がある。そのための行程としては、
・加工エリアを決める。
・加工エリアの表面状態を把握する。
・加工開始位置を決定する。
・加工する。
・加工が正常に行なわれたかどうかを調べる。
という手順が、一般的には必要である。
【0010】
したがって、加工をする場合は必ず何度もそのエリアを観察する必要が生じる。加えて、エリアの観察ではラスタ走査によってプローブを試料表面に対してスキャンし、隈無く観察するのが一般的であり、その際のプローブの走行距離は、実際に加工するための走行距離よりもかなり長くなってしまう。加工や観察では、なるべく探針先端と試料等にダメージを与えないことが必要である。加工過程については、その方法により非接触か接触かが限定されてしまうため、選択の余地はない。少なくとも観察過程に非接触、すなわちノンコンタクトAFMを用いることは、探針や試料のダメージを少なくすることにおいて非常に重要である。
【0011】
しかしながら、ノンコンタクトの方式は、前述したようにプローブをその共振周波数において振動させ、その振動状態の変化を検出するものであるため、観察時にプローブは振動しており、その振動が加工時に分解能や加工安定性の低下を招いてしまうという問題があった。振幅は一般的には1〜10nm程度であるが、nm以下の高精度で加工する場合には、このようなプローブの振動を静止させる必要がある。このようなことから、Q値の高いプローブや、気圧の低い環境では駆動信号を切っても、その機械特性により振動がなかなか治まらず、そのために振動が停止するまで加工を開始することができず、加工のスループットが悪くなるという問題があった。
【0012】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、プローブの振動を短時間に安定して静止させることができ、また振動の再開の切り換えを迅速に行うことが可能となる走査型プローブの制御装置とそれによる加工装置および観察装置、プローブの加振方法とそれを用いた加工方法を提供することを目的とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、つぎのように構成した走査型プローブの制御装置とそれによる加工装置および観察装置、プローブの加振方法とそれを用いた加工方法を提供するものである。
本発明の走査型プローブの制御装置は、共振周波数で微小振動させ、導電性の微小探針の先端を試料表面に対して非接触に制御するプローブを有する走査型プローブの制御装置において、
前記プローブを共振周波数で微小振動させるための加振手段と、
前記プローブを試料表面に対して走査するプローブ走査手段と、
前記プローブの振動周波数を検出する振動周波数検出手段と、
前記振動周波数検出手段で検出された周波数を参照して前記微小探針の先端と
前記試料表面との距離を制御する距離制御手段と、
前記振動周波数検出手段で検出された周波数を参照して前記加振手段を動作させるための加振駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記駆動信号生成手段に設けられた位相シフト手段と増幅手段を制御することで、プローブの振幅に比例し且つ位相をずらした駆動信号を出力する加振制御手段と、を有することを特徴としている。
また、本発明の加工装置は、共振周波数で微小振動させ、導電性の微小探針の先端を加工対象である試料表面に対して非接触に制御するプローブを有する走査型プローブの制御装置を上記した本発明の走査型プローブの制御装置で構成し、前記試料表面を加工する加工装置であって、
前記導電性探針と前記試料との間に、加工手段として電圧を印加する電圧印加手段を有することを特徴としている。
また、本発明のプローブの加振方法は、加振手段によって共振周波数で微小振動させ、導電性の微小探針の先端を試料表面に対して非接触に制御するようにしたプローブの加振方法であって、タイミング信号を受け取って、そのタイミング信号の示すタイミングに従って前記加振手段を動作させるために加えられる駆動信号に、所定の位相シフトを与えるステップ、またはプローブ振動の振幅に比例したゲインを印加するステップ、または前記駆動信号の周波数をホールドするステップを有することを特徴としている。
また、本発明の加工方法は、加振手段によって共振周波数で微小振動させ、導電性の微小探針の先端を加工対象である試料表面に対して非接触に制御するようにしたプローブの加振方法を用い、前記試料表面を加工する加工方法であって、
前記導電性探針と前記試料との間に、電圧を印加して加工するに際して、上記した本発明ののプローブの加振方法におけるいずれかのステップを用いて加工することを特徴としている。
【0014】
【発明の実施の形態】
上記構成を用いることによって、ノンコンタクトAFMなどの動作時にプローブ振動を伴う観察手段を用いて観察及び加工を行なう場合に、プローブを短時間で安定に静止させ、あるいは振動を再開させることが可能となる。したがって、これを例えば、加工手段に適用すれば、プローブ振動による探針先端のぶれなどの加工分解能の劣化や、プローブの静止或いは振動の安定化までの時間を短くすることができ、加工のスループットを向上させることが可能となる。
加えて、プローブを静止させて加工ができるため、電気的な加工、すなわち電圧や電流を用いる加工では、電圧や電流を安定して供給させることが可能となり、より安定したかき込みプロセスを実現できる。
【0015】
以下実施の形態について図を用いて説明する。
図1は本実施の形態におけるシステム構成を示すブロック図、図2は周波数検出器を説明するためのブロック図、図3は位相シフタ&増幅器を説明するためのブロック図である。
まず、観察動作時について説明する。
図1において、探針101は導電性を持ち、同じく導電性カンチレバー102上に配してある。103は導電性を持つ加工試料である。レバー102は支持部材をはさんで加振アクチュエータ104に接着されている。このアクチュエータを振動させることによって、その振動がカンチレバー102に伝わり、先端の探針101が振動する。加振アクチュエータ104はドライバ109を通して後に詳述する周波数検出部108から駆動信号を受け取る。
【0016】
一方、レバーの振動検出には例えば光てこ方式を用いることが出来る。この場合レーザ105から放出されるレーザ光をレバー先端に当て、反射してきた光を4分割フォトダイオードなどの光検出器106により検出する。受光面のレーザスポットの位置により変動するセンサ信号(電流)が光検出器106よりプリアンプ107に出力される。プリアンプ107はその信号を変換・増幅し電圧信号として後段の周波数検出部108に送る。これによりレバー振動が電気信号となって検出されることになる。
周波数検出部108はレバー振動の周波数を検出するとその周波数と同じ周波数の駆動信号を、位相を調整して前述の加振アクチュエータ104へドライバ109を通して出力する。また一方で、その検出された周波数信号を後段のZ制御部111とデータ処理部112へ出力する。
【0017】
Z制御部111では受け取った周波数信号を元に探針101先端と試料103表面との距離を制御するための制御信号を算出しドライバ113を通してXYZステージ116へ印加する。XYZステージ116はXY走査制御部114によって生成されたXY方向走査信号とZ制御部111によって生成されたZ方向駆動信号によって試料を3次元に位置決めすることのできるステージである。
前述のデータ処理部112は周波数検出部108からの周波数値、或いはZ制御部111によって出力された制御量を元にAFM観察を行なうために設けられている。
【0018】
次に図2を用いて周波数検出部108の内部について説明する。
108は周波数の検出をPLL(位相同期ループ:Phase Locked Loop)により行なう。入力された信号はコンパレータ201を通して2値化、プローブ振動と同じ周期を持ったパルス列に変換され、後段のPLL部に送られる。
PLL部では位相比較器202とループフィルタ203および発振器204によりフィードバックループが構成されており、発振器204の出力はコンパレータ201からの入力パルスと同位相に制御されて出力される。
【0019】
電圧発振器204からのパルス波は再び位相比較器202へ送られてフィードバックに用いられる他、位相シフタ&増幅器205へ送られる。このパルス波は適当に位相を調整されたあと、パルス波高値に応じて適当なゲインがかけられ、後段のバンドパスフィルタ206に送られる。
バンドパスフィルタ206ではパルス波を正弦波に近い形に整形し、プローブ加振信号として加振アクチュエータ104に送る。前述の位相シフタ&増幅器205による位相の調整と波高値の調整はカンチレバー102が共振点で共振するように調整される。安定して振動している場合、位相シフト量とゲインは一定である。ノンコンタクトAFM観察動作時には以上の動作を行なう。
【0020】
次に加工動作時の場合を説明する。
ここで加工方法として探針によって加工対象表面に電圧を印加する方法について説明するが、加工方法については切削加工等の他の方法によって加工する場合にも、本発明の効果は何ら影響を受けない。探針101とカンチレバー102は前述したとおり導電性を持ち、プローブバイアス印加部110からの電圧信号により試料103に対してバイアスされる。
【0021】
ここで、プローブに加工バイアスが印加されるときにはプローブ振動が止まっていることが望ましいが、前述したとおり、加振アクチュエータ104への信号を停止しても振動体であるプローブはその状況によってはすぐには停止しない。そこで本発明は加振アクチュエータ104をドライブすることによってプローブ振動を止めることが可能である様に構成される。
【0022】
次に、これらがどのように動作するかについて説明する。
プローブバイアス印加部110はプローブにバイアスを印加する際に周波数検出部108とZ制御部111に制御信号を送る。Z制御部111はそのタイミング信号を用いて加工時にプローブ・試料表面間距離を一定量近づけたりすることができる。周波数検出部108に送られた制御信号は、図2における制御信号がその信号に相当するが、発振器204と位相シフタ&増幅器205に入力されている。
【0023】
位相シフタ&増幅器205の内部構成を図3に示す。内部は位相シフタ301と増幅器302、及び増幅器のゲインを設定するゲイン設定回路303と振幅検出器304とによって成っている。制御信号は位相シフタ301とゲイン設定回路303に入力される。位相シフタ301は観察動作時には前述したようにプローブの自励発振が起こるように、一定のシフト量θにセットされている。ここで制御信号が入力されると位相シフタ301は一定量θaのさらに変化させて出力するように構成されている。それにより、VCOからのパルス列は観察時よりもθaだけ位相のずれた信号として位相シフタ&増幅器より出力される。
【0024】
増幅器302は観察時の動作の説明にも示したように、加振アクチュエータ104のドライブ信号の大きさを調整する部分であり、VCOからのパルス列の波高値を設定している。そのゲインの大きさはゲイン設定回路303により設定されている。観察時の動作の場合はプローブへの加振エネルギーを一定にするため、ドライブ信号の振幅を一定に保つ必要がある。そのため増幅器302のゲインはある一定のゲインに固定されている。制御信号がゲイン設定回路303に入力されると、ゲイン設定回路303は振幅検出器304の検出した入力信号の振幅の大きさに比例したゲインを増幅器302に設定するように構成されている。 これにより、観察時には固定ゲインだったために出力信号は一定の波高値を持っていたが、制御信号が入力されると実際のレバーの振幅に比例した出力信号によって加振アクチュエータがドライブされるようになる。すなわち、プローブの振幅が小さい場合は、小さな振幅でかつ位相をずらしたドライブ信号を用いて加振することになる。これによってカンチレバー振幅は急激に減衰し、振動が停止するとそれ以降は加振器は動作しない。したがってこの間に加工電圧をプローブに印加することにより、加工時にはプローブは静止しているようになる。再び観察動作に戻る場合には、前述とは逆に位相シフト量をθに戻し、ゲインも一定値に戻すように動作することでプローブ発振系が再び構築される。
また、図2に示すように制御信号はPLL部の発振器204にも入力されている。
【0025】
発振器204内部を図4を用いて説明する。発振器204は電圧制御発振器(VCO)401により構成されているが、加工時にはVCOの発振周波数を決定する入力電圧をサンプルホールド回路403によってサンプル&ホールドしておく。このように設定することにより加工終了時にプローブ振動を急激に立ち上げることが可能となる。図5のタイミングチャートを用いて、それぞれの動作タイミングを説明する。始めに加工位置にプローブが到達すると制御信号が立ち上がる(ta)。
この立ち上がりによりサンプルホールド回路403が働き、現発振器制御信号をサンプリングする。このときはスイッチ402は開いている状態である。次にサンプルホールドが終了するとZ方向のプローブ操作が行なわれる(tb)。たとえば、プローブと試料表面を一定距離近づけるなどの動作を行なう。その後プローブの位置が安定した一定時間後(tc)において加工用の電圧印加が開始される。加工が終了し(td)一定時間経過の後、プローブを加工前の位置に戻す(te)。
【0026】
プローブの位置が安定したと思われる一定時間後(tf)、制御信号はリセットされるが、そのタイミングでスイッチ402が一定時間オン状態になり(tgまで)、サンプルホールド403でホールドされていた制御電圧が電圧制御発振器401に入力され、加工前の発振周波数を持つ信号が発振器出力として次段へ送られる。以上のような構成にすることによりプローブと試料表面の距離が加工位置から観察位置へ戻った時に、以前の観察位置の加振周波数を直接加振用アクチュエータに出力することで、高速に復帰が可能となる。なお、これらのタイミング管理は回路の時定数などを用いてアナログで行なっても良いし、たとえば図5に示すように、各々のタイミングをクロックと同期させて行なうことも良い。
【0027】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
導電性レバーとして半導体プロセスを用いて製作された長さ100μm、幅10μm、厚さ2μmのシリコンカンチレバーを用い、導電性を得るためにPt薄膜をスパッタによりプローブ表面に堆積させ、その上に探針として高さ10μm程度のPtによる円錐形の構造をスピント法により形成した。このプローブに機械的な衝撃を加えて、スペクトルアナライザで測定したところ300kHzであった。大気中でのQ値は400程度であったため、加工時は10−3Torr程度まで減圧することによって10000程度まで向上させた。
加工対象となる試料としてはシリコン上に累積したレジスト薄膜(PMPMA;ポリメチルフェニルメタクリレート)を用い、SPMリソグラフィを行なった。プローブと基板であるシリコンウェハとの間に20V程度(基板を正とする)を印加することによりパターンの形成を行なった。
【0028】
その他の回路部分の設定については以下の通りである。
図2における位相比較器としては一般に市販されている汎用PLL(例えば4046等)を用い、図4における発振器は水晶発振器などを分周することで高精度の発振器を構成した。また、図3における増幅器はたとえば外付けの抵抗変化によってゲインが変化させられるようなデバイス(たとえばOPA660[Texas Instruments])を用いて、可変抵抗としてMOSトランジスタデバイスを用いることで実現は容易である。
【0029】
また、位相シフタは、やはり可変抵抗により位相設定が可能なデバイスが一般的で、アナログスイッチなどを用いて抵抗値を切り替えることで位相変化を持たせることは十分可能である。振幅検出器についてはピークホールドによるピーク電圧を用いることで実現できるが、この際ホールドする時間設定が重要であり、本実施例の場合、レバー振動が300kHz程度であるためほぼその程度の時間を設定することにより振動一山分の振幅を捉えることができ、より高速に振動を減衰させられると考えられる。この部分が長いとプローブ振動を停止させるまでの時間が長くなる。また、位相の加算シフト量θaとして180°を用いた。このシフト量の設定も、プローブ振動を停止させるために必要な時間を左右する。
【0030】
以上の様な設定によって所定のパターン図形の加工を行なったところ、加工時間の短縮、及び加工の安定化が図られた。プローブ振動の停止までの時間、停止から振動安定化間での時間はそれぞれ本発明を用いない場合の10%以下となっており、細かく多数の構造で構成されたパターンを形成するなど、加工と加工位置探索の切り替えが多いパターンに関しては非常に有用である。
【0031】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、プローブの振動を短時間に安定して静止させることができ、また振動の再開の切り換えを迅速に行うことが可能となる走査型プローブの制御装置およびプローブの加振方法、あるいは観察装置を実現することができる。
また、加工装置および加工方法に上記した本発明の走査型プローブの制御装置およびプローブの加振方法を用いることにより、加工時にプローブの振動を短時間に安定して静止させ、加工を開始することができ、スループットを著しく向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を説明するためのシステム構成を示すブロック図。
【図2】本発明の実施の形態における周波数検出器を説明するためのブロック図。
【図3】本発明の実施の形態における位相シフタ&増幅器を説明するためのブロック図。
【図4】本発明の実施の形態における発振器を説明するためのブロック図。
【図5】本発明の実施の形態における制御信号による各部の動作タイミングを説明するための図。
【符号の説明】
101:探針
102:カンチレバー
103:加工試料
104:加振アクチュエータ
105:レーザ
106:光検出器
107:プリアンプ
108:周波数検出部
109:ドライバ
110:プローブバイアス印加部
111:Z制御部
112:データ処理部
113:ドライバ
114:XY走査制御部
116:XYZステージ
201:コンパレータ
202:位相比較器
203:フィルタ
204:発振器
205:位相シフタ&増幅器
206:バンドパスフィルタ
301:位相シフタ
302:増幅器
303:ゲイン設定回路
304:振幅検出器
401:電圧制御発振器
402:スイッチ
403:ホールド
404:スイッチコントローラ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control apparatus for a scanning probe utilizing a physical phenomenon caused by bringing a probe and a sample close to each other, a processing apparatus and an observation apparatus using the same, a method for exciting a probe, and a processing method using the same. Measure the atomic force acting between the needle and the sample, measure the fine irregularities on the surface of the observation object in a non-contact manner from the change in those signals, and inject some energy from the tip of the probe into the small area The present invention relates to a processing apparatus for processing a minute area by using the method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a scanning probe microscope (hereinafter referred to as SPM), which allows a probe and a sample to approach each other, and directly observes the electronic structure on and near the surface by using physical phenomena (tunnel phenomenon, atomic force, etc.) generated at that time. Abbreviations) have been developed, and real-space images of various physical quantities, whether single-crystal or amorphous, can be measured with high resolution.
Among them, a scanning atomic force microscope (hereinafter, referred to as AFM) detects a weak acting force (atomic force: Atomic Force) between an atom at a tip of a probe and an atom on a sample to measure unevenness on the surface of the sample. Therefore, the probe or sample does not require special properties such as conductivity and magnetism, and is effective in measuring the shape of an insulator, particularly an organic material, etc. recently.
[0003]
The AFM is roughly classified into two types, one using an atomic force in a repulsive state and the other using an attractive state, and the former may be called a contact mode AFM and the latter may be called a non-contact mode AFM.
The contact mode AFM measures a repulsive force between a measurement target and a tip of a probe. In this case, the repulsive force changes greatly with the change in the distance between the tip of the probe and the surface of the object to be measured. The load on the system is small. However, the probe and the measurement surface are very close, and the force exerts an influence on the measurement surface and the probe tip more than elastic deformation sometimes, and may damage the sample and the probe tip.
The influence on the measurement of a soft sample such as the above-described organic substance, particularly a biological substance, is large, and accurate observation cannot be performed because the object is deformed or destroyed by the probe and the tip of the probe.
[0004]
On the other hand, the non-contact mode AFM measures the interatomic attractive force between the tip of the probe and the surface of the object to be measured. The effect on both the probe tip and the surface to be measured is very small. Therefore, the non-contact mode AFM does not have the above-mentioned disadvantages of the contact mode AFM, and is useful for measuring a soft sample. However, in the non-contact mode, a change in force is not so sensitive to a change in distance between the probe tip and the sample surface. Therefore, in general, the cantilever type probe is vibrated minutely at the resonance frequency, and indirectly by monitoring the change in the vibration state (frequency shift, phase shift, etc.) when a small change in the attractive force acts on the tip of the probe. Measuring. This naturally complicates the measurement system, and also requires a vibration mechanism for vibrating the probe.
[0005]
Incidentally, the AFM currently most commonly used is an optical lever system in both modes (for example, see Non-Patent Document 1). In this method, a probe is provided with a tip of a cantilever having a length of several tens to several hundreds of micrometers as a probe, a laser beam is irradiated on the opposite side of the cantilever from the probe, and the direction of the reflected light is measured. It is configured so that the minute amount of deflection of the cantilever due to the atomic force applied to the needle from the sample can be enlarged and measured by the principle of leverage.
[0006]
On the other hand, the scanning probe microscope has recently been used for a method of processing on the order of nanometers by using its principle and apparatus configuration, and has actually been reported as an apparatus.
The most obvious method of this processing is to propose a cutting method in which the sample surface is processed by moving the probe and the sample surface relatively while the probe supported by the elastic body is in contact with the sample surface. (For example, see Patent Document 1). According to this method, a wiring pattern can be formed or an element itself can be formed by forming an electrically insulating layer by digging a groove in a conductive thin film. However, in practice, due to changes in the tip of the probe due to friction and the effects of cutting chips, etc., it is necessary to set conditions (selecting the probe and the material to be processed, selecting the It is necessary to consider conditions for pressing the material.
[0007]
Next, as a relatively simple method that has attracted attention in recent years, there has been proposed a method using a local metamorphic effect on a conductive processing object using a scanning tunneling microscope (for example, Patent Document 2). reference). As an example actually reported, a voltage is applied between a conductive probe and a conductive thin film to be processed (a semiconductor thin film or a metal thin film on an insulating substrate, for example). Is locally oxidized to form an electrically insulating pattern, thereby making wirings and elements.
As a similar example, non-contact processing is also possible (for example, see Non-Patent Document 2).
In addition, as one type of electron beam lithography, an organic thin film for lithography is accumulated on a silicon substrate, and a pattern is formed by accessing and applying a bias with a probe (for example, Non-Patent Document 3). reference). Since a structure on the order of nanometers can be formed by using the above method, a device having a new function due to such a structure is being devised.
[0008]
[Patent Document 1] JP-A-10-340700 [Patent Document 2] JP-A-9-172213 [Non-Patent Document 1] R. Albrecht, J .; Appl. Phys. 69 (2) p. 668 [Non-patent document 2] APPLIED PHYSICS LETTERS, Vol. 76, No. 23, p. 3427 [Non-patent document 3] THIN SOLID FILMS, 327-329, 690-693 [0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, observation and processing can be performed by the method of the probe microscope. However, when processing is performed using these methods, it is necessary to find a processing position. As a process for that,
・ Determine the processing area.
・ Understand the surface condition of the processing area.
・ Determine the machining start position.
・ Process.
・ Check whether the processing has been performed normally.
Is generally necessary.
[0010]
Therefore, when processing, it is necessary to observe the area many times. In addition, when observing the area, it is common to scan the probe over the sample surface by raster scanning and observe the whole area, and the traveling distance of the probe at that time is longer than the actual traveling distance for processing. It will be quite long. In processing and observation, it is necessary to minimize damage to the tip of the probe and the sample. Regarding the working process, there is no choice as to whether it is non-contact or contact depending on the method. It is very important to use at least non-contact, that is, non-contact AFM in the observation process in order to reduce damage to the probe and the sample.
[0011]
However, the non-contact method vibrates the probe at its resonance frequency and detects a change in the vibration state, as described above. There is a problem that processing stability is reduced. The amplitude is generally about 1 to 10 nm, but it is necessary to stop the vibration of such a probe when processing with high precision of less than nm. For this reason, even if the drive signal is turned off in a probe with a high Q value or in an environment with a low atmospheric pressure, the vibration does not easily subside due to its mechanical characteristics, and therefore processing cannot be started until the vibration stops. However, there is a problem that the processing throughput is deteriorated.
[0012]
Therefore, the present invention solves the above-described problems, and provides a scanning probe control device that can stably stop vibration of a probe in a short time and can quickly perform switching of restart of vibration. It is an object of the present invention to provide a processing apparatus, an observation apparatus, a method of exciting a probe, and a processing method using the same.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a scanning probe control device, a processing device and an observation device, a probe vibration method, and a processing method using the same, which are configured as follows.
The scanning probe control device of the present invention is a scanning probe control device having a probe that microvibrates at a resonance frequency and controls the tip of a conductive microtip in a non-contact manner with respect to the sample surface.
Vibrating means for microvibrating the probe at a resonance frequency,
Probe scanning means for scanning the probe against the sample surface,
Vibration frequency detection means for detecting the vibration frequency of the probe,
Distance control means for controlling the distance between the tip of the microprobe and the sample surface with reference to the frequency detected by the vibration frequency detection means,
A drive signal generation unit that generates a vibration drive signal for operating the vibration unit with reference to the frequency detected by the vibration frequency detection unit,
An excitation control unit that outputs a drive signal proportional to the amplitude of the probe and shifted in phase by controlling the phase shift unit and the amplification unit provided in the drive signal generation unit. .
Further, the processing apparatus of the present invention is a scanning type probe control apparatus having a probe that microvibrates at a resonance frequency and controls the tip of a conductive microprobe in a non-contact manner with respect to the sample surface to be processed. A processing device configured to process the sample surface, comprising a scanning probe control device according to the present invention,
A voltage applying means for applying a voltage as a processing means is provided between the conductive probe and the sample.
Further, the probe vibration method of the present invention is a probe vibration method in which the vibrating means microvibrates at a resonance frequency and the tip of the conductive microprobe is controlled in non-contact with the sample surface. Receiving a timing signal and applying a predetermined phase shift to a drive signal applied to operate the vibrating means in accordance with the timing indicated by the timing signal, or adding a gain proportional to the amplitude of the probe vibration. And a step of holding the frequency of the drive signal.
Further, the processing method of the present invention is characterized in that the probe vibrates microscopically at a resonance frequency by vibrating means so as to control the tip of the conductive microprobe in a non-contact manner with respect to the sample surface to be processed. A method of processing the sample surface using a method,
When a voltage is applied between the conductive probe and the sample to perform processing, the processing is performed by using any one of the steps in the above-described probe vibration method of the present invention.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
By using the above configuration, it is possible to stably stabilize the probe in a short time or restart the vibration when performing observation and processing using the observation means accompanied by the probe vibration during operation of the non-contact AFM or the like. Become. Therefore, if this is applied to the processing means, for example, it is possible to reduce the processing resolution such as the tip of the probe being shaken due to the vibration of the probe, and to shorten the time required for the probe to stabilize or to stabilize the vibration, thereby improving the processing throughput. Can be improved.
In addition, since processing can be performed with the probe stationary, in electrical processing, that is, processing using voltage or current, it is possible to stably supply voltage or current, and a more stable writing process can be realized.
[0015]
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a system configuration according to the present embodiment, FIG. 2 is a block diagram illustrating a frequency detector, and FIG. 3 is a block diagram illustrating a phase shifter and amplifier.
First, the observation operation will be described.
In FIG. 1, a probe 101 has conductivity and is disposed on a conductive cantilever 102. 103 is a processed sample having conductivity. The lever 102 is bonded to the vibration actuator 104 with a support member interposed therebetween. By vibrating the actuator, the vibration is transmitted to the cantilever 102, and the probe 101 at the tip vibrates. The vibration actuator 104 receives a drive signal from a frequency detection unit 108 described later in detail through a driver 109.
[0016]
On the other hand, for example, an optical lever method can be used to detect lever vibration. In this case, the laser light emitted from the laser 105 is applied to the tip of the lever, and the reflected light is detected by a photodetector 106 such as a four-division photodiode. A sensor signal (current) that varies depending on the position of the laser spot on the light receiving surface is output from the photodetector 106 to the preamplifier 107. The preamplifier 107 converts and amplifies the signal and sends it as a voltage signal to the subsequent frequency detection unit 108. Thus, the lever vibration is detected as an electric signal.
Upon detecting the frequency of the lever vibration, the frequency detector 108 adjusts the phase of the drive signal having the same frequency as the frequency and outputs the drive signal to the vibration actuator 104 through the driver 109. On the other hand, the detected frequency signal is output to the Z control unit 111 and the data processing unit 112 at the subsequent stage.
[0017]
The Z control unit 111 calculates a control signal for controlling the distance between the tip of the probe 101 and the surface of the sample 103 based on the received frequency signal, and applies the control signal to the XYZ stage 116 through the driver 113. The XYZ stage 116 is a stage capable of three-dimensionally positioning the sample by the XY scanning signal generated by the XY scanning controller 114 and the Z driving signal generated by the Z controller 111.
The data processing unit 112 is provided for performing AFM observation based on the frequency value from the frequency detection unit 108 or the control amount output from the Z control unit 111.
[0018]
Next, the inside of the frequency detection unit 108 will be described with reference to FIG.
Reference numeral 108 performs frequency detection by a PLL (Phase Locked Loop). The input signal is binarized through a comparator 201, converted into a pulse train having the same cycle as the probe vibration, and sent to a PLL unit at a subsequent stage.
In the PLL section, a feedback loop is formed by the phase comparator 202, the loop filter 203, and the oscillator 204. The output of the oscillator 204 is controlled and output in the same phase as the input pulse from the comparator 201.
[0019]
The pulse wave from the voltage oscillator 204 is sent again to the phase comparator 202 and used for feedback, and also sent to the phase shifter & amplifier 205. After the phase of the pulse wave is appropriately adjusted, an appropriate gain is applied according to the pulse peak value, and the pulse wave is sent to the band-pass filter 206 at the subsequent stage.
The band-pass filter 206 shapes the pulse wave into a shape close to a sine wave, and sends it to the vibration actuator 104 as a probe vibration signal. The phase adjustment and the peak value adjustment by the phase shifter & amplifier 205 are adjusted so that the cantilever 102 resonates at the resonance point. When the vibration is stable, the phase shift amount and the gain are constant. The above operation is performed during the non-contact AFM observation operation.
[0020]
Next, the case of the machining operation will be described.
Here, a method of applying a voltage to the surface to be processed by a probe will be described as a processing method. However, the processing method is not affected by the present invention even when processing is performed by another method such as cutting. . The probe 101 and the cantilever 102 have conductivity as described above, and are biased with respect to the sample 103 by a voltage signal from the probe bias applying unit 110.
[0021]
Here, it is desirable that the vibration of the probe is stopped when the processing bias is applied to the probe. However, as described above, even if the signal to the vibration actuator 104 is stopped, the probe that is a vibrating body may be immediately dependent on the situation. Do not stop. Therefore, the present invention is configured so that probe vibration can be stopped by driving the vibration actuator 104.
[0022]
Next, how they operate will be described.
The probe bias application unit 110 sends a control signal to the frequency detection unit 108 and the Z control unit 111 when applying a bias to the probe. The Z control unit 111 can use the timing signal to reduce the distance between the probe and the sample surface by a certain amount during processing. The control signal sent to the frequency detection unit 108 corresponds to the control signal in FIG. 2, but is input to the oscillator 204 and the phase shifter & amplifier 205.
[0023]
FIG. 3 shows the internal configuration of the phase shifter & amplifier 205. The inside includes a phase shifter 301 and an amplifier 302, a gain setting circuit 303 for setting the gain of the amplifier, and an amplitude detector 304. The control signal is input to the phase shifter 301 and the gain setting circuit 303. As the self-excited oscillation of the probe as described above takes place the phase shifter 301 during the observation operation, it is set to a constant shift amount theta 0. Here, when the control signal is input, the phase shifter 301 is configured to further change and output the fixed amount θa. Accordingly, the pulse train from the VCO is output from the phase shifter & amplifier as a signal whose phase is shifted by θa from the time of observation.
[0024]
As described in the description of the operation at the time of observation, the amplifier 302 adjusts the magnitude of the drive signal of the vibration actuator 104, and sets the peak value of the pulse train from the VCO. The magnitude of the gain is set by the gain setting circuit 303. In the case of the operation during observation, it is necessary to keep the amplitude of the drive signal constant in order to keep the excitation energy to the probe constant. Therefore, the gain of the amplifier 302 is fixed to a certain gain. When a control signal is input to the gain setting circuit 303, the gain setting circuit 303 is configured to set a gain in the amplifier 302 in proportion to the magnitude of the amplitude of the input signal detected by the amplitude detector 304. As a result, the output signal had a constant peak value due to the fixed gain at the time of observation, but when the control signal was input, the excitation actuator was driven by the output signal proportional to the actual lever amplitude. Become. In other words, when the amplitude of the probe is small, vibration is performed using a drive signal having a small amplitude and a phase shifted. As a result, the amplitude of the cantilever is rapidly attenuated, and when the vibration stops, the vibrator does not operate thereafter. Therefore, by applying a processing voltage to the probe during this time, the probe becomes stationary at the time of processing. When returning to the observation operation again, the probe oscillation system is re-established by returning the phase shift amount to θ 0 and returning the gain to a constant value.
Further, as shown in FIG. 2, the control signal is also input to the oscillator 204 of the PLL unit.
[0025]
The inside of the oscillator 204 will be described with reference to FIG. The oscillator 204 is constituted by a voltage controlled oscillator (VCO) 401. At the time of machining, an input voltage for determining the oscillation frequency of the VCO is sampled and held by a sample and hold circuit 403. With this setting, it becomes possible to rapidly raise the probe vibration at the end of the processing. Each operation timing will be described with reference to the timing chart of FIG. First, when the probe reaches the processing position, the control signal rises (ta).
This rising causes the sample-and-hold circuit 403 to operate and sample the current oscillator control signal. At this time, the switch 402 is open. Next, when the sample hold is completed, the probe operation in the Z direction is performed (tb). For example, an operation such as bringing the probe and the sample surface closer by a certain distance is performed. Then, after a fixed time (tc) when the position of the probe is stabilized, the application of the processing voltage is started. After the processing is completed (td), after a lapse of a predetermined time, the probe is returned to the position before processing (te).
[0026]
After a certain time (tf) when the position of the probe is considered to be stable (tf), the control signal is reset. At that timing, the switch 402 is turned on for a certain time (until tg), and the control held by the sample hold 403 is performed. The voltage is input to the voltage controlled oscillator 401, and a signal having the oscillation frequency before processing is sent to the next stage as an oscillator output. With the above configuration, when the distance between the probe and the sample surface returns from the processing position to the observation position, the excitation frequency of the previous observation position is output directly to the excitation actuator, enabling fast return. It becomes possible. Note that these timings may be managed in an analog manner using the time constant of the circuit or the like, or each timing may be synchronized with a clock as shown in FIG. 5, for example.
[0027]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described.
Using a silicon cantilever of 100 μm in length, 10 μm in width, and 2 μm in thickness manufactured using a semiconductor process as a conductive lever, a Pt thin film is deposited on the probe surface by sputtering to obtain conductivity, and a probe thereon. A Pt-shaped conical structure having a height of about 10 μm was formed by the Spindt method. A mechanical shock was applied to this probe, and it was 300 kHz when measured with a spectrum analyzer. Since the Q value in the atmosphere was about 400, it was improved to about 10,000 by reducing the pressure to about 10 −3 Torr during processing.
SPM lithography was performed using a resist thin film (PMPMA; polymethylphenyl methacrylate) accumulated on silicon as a sample to be processed. A pattern was formed by applying about 20 V (positive to the substrate) between the probe and the silicon wafer as the substrate.
[0028]
The setting of the other circuit parts is as follows.
A commercially available general-purpose PLL (for example, 4046 or the like) was used as the phase comparator in FIG. 2, and a high-precision oscillator was configured by dividing the frequency of a crystal oscillator or the like as the oscillator in FIG. The amplifier in FIG. 3 can be easily realized by using a device whose gain can be changed by an external resistance change (for example, OPA660 [Texas Instruments]) and using a MOS transistor device as a variable resistor.
[0029]
Also, the phase shifter is generally a device whose phase can be set by a variable resistor, and it is sufficiently possible to have a phase change by switching a resistance value using an analog switch or the like. The amplitude detector can be realized by using the peak voltage by the peak hold. At this time, the setting of the hold time is important. In the case of this embodiment, since the lever vibration is about 300 kHz, the time is set to about that time. By doing so, it is considered that the amplitude of one peak of the vibration can be captured, and the vibration can be attenuated faster. If this portion is long, the time until stopping the probe vibration becomes long. In addition, 180 ° was used as the phase shift amount θa. The setting of the shift amount also affects the time required for stopping the probe vibration.
[0030]
When a predetermined pattern figure is processed by the above setting, the processing time is reduced and the processing is stabilized. The time from the stop of the probe vibration and the time from the stop to the vibration stabilization are each 10% or less of the case where the present invention is not used, and are used for processing such as forming a pattern composed of many fine structures. This is very useful for patterns in which the processing position search is frequently switched.
[0031]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the structure of this invention, the vibration of a probe can be stably stopped in a short time, and the control apparatus of the scanning probe which can switch the restart of a vibration quickly can be performed. A method or an observation device can be realized.
In addition, by using the above-described scanning probe control device and probe excitation method of the present invention in the processing apparatus and the processing method, the vibration of the probe can be stably stopped in a short time during the processing, and the processing can be started. And the throughput can be significantly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram for explaining a frequency detector according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram for explaining a phase shifter & amplifier according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram illustrating an oscillator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining operation timing of each unit according to a control signal in the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
101: Probe 102: Cantilever 103: Processing sample 104: Vibration actuator 105: Laser 106: Photodetector 107: Preamplifier 108: Frequency detection unit 109: Driver 110: Probe bias application unit 111: Z control unit 112: Data processing Unit 113: Driver 114: XY scanning control unit 116: XYZ stage 201: Comparator 202: Phase comparator 203: Filter 204: Oscillator 205: Phase shifter & amplifier 206: Band pass filter 301: Phase shifter 302: Amplifier 303: Gain setting Circuit 304: Amplitude detector 401: Voltage controlled oscillator 402: Switch 403: Hold 404: Switch controller

Claims (11)

共振周波数で微小振動させ、導電性の微小探針の先端を試料表面に対して非接触に制御するプローブを有する走査型プローブの制御装置において、
前記プローブを共振周波数で微小振動させるための加振手段と、
前記プローブを試料表面に対して走査するプローブ走査手段と、
前記プローブの振動周波数を検出する振動周波数検出手段と、
前記振動周波数検出手段で検出された周波数を参照して前記微小探針の先端と
前記試料表面との距離を制御する距離制御手段と、
前記振動周波数検出手段で検出された周波数を参照して前記加振手段を動作させるための加振駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記駆動信号生成手段に設けられた位相シフト手段と増幅手段を制御することで、プローブの振幅に比例し且つ位相をずらした駆動信号を出力する加振制御手段と、
を有することを特徴とする走査型プローブの制御装置。
In a scanning probe control device having a probe that microvibrates at the resonance frequency and controls the tip of the conductive microprobe in a non-contact manner with respect to the sample surface,
Vibrating means for microvibrating the probe at a resonance frequency,
Probe scanning means for scanning the probe against the sample surface,
Vibration frequency detection means for detecting the vibration frequency of the probe,
Distance control means for controlling the distance between the tip of the microprobe and the sample surface with reference to the frequency detected by the vibration frequency detection means,
A drive signal generation unit that generates a vibration drive signal for operating the vibration unit with reference to the frequency detected by the vibration frequency detection unit,
By controlling the phase shift means and the amplification means provided in the drive signal generation means, a vibration control means for outputting a drive signal proportional to the amplitude of the probe and shifted in phase,
A control device for a scanning probe, comprising:
前記加振制御手段は、前記位相シフト手段における加振信号の位相シフト量と、前記増幅手段における増幅度を制御する手段を有することを特徴とする請求項1に記載の走査型プローブの制御装置。2. The scanning probe control apparatus according to claim 1, wherein said excitation control means has means for controlling a phase shift amount of an excitation signal in said phase shift means and an amplification degree in said amplification means. . 前記振動周波数検出手段は、振動周波数を検出するため位相同期ループ(PLL:Phase Locked Loop)を有し、前記加振手段は前記位相同期ループ内の発振器により出力される信号を用いて動作する手段を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の走査型プローブの制御装置。The vibration frequency detecting means has a phase locked loop (PLL) for detecting a vibration frequency, and the vibration means operates using a signal output from an oscillator in the phase locked loop. The control device for a scanning probe according to claim 1, wherein the control device comprises: 前記加振制御手段は、前記位相同期ループ内の発振器の発振周波数を保持する周波数ホールド手段を有することを特徴とする請求項3に記載の走査型プローブの制御装置。4. The scanning probe control apparatus according to claim 3, wherein said excitation control means includes frequency holding means for holding an oscillation frequency of an oscillator in said phase locked loop. 共振周波数で微小振動させ、導電性の微小探針の先端を加工対象である試料表面に対して非接触に制御するプローブを有する走査型プローブの制御装置を請求項1〜4のいずれか1項に記載の走査型プローブの制御装置で構成し、前記試料表面を加工する加工装置であって、
前記導電性探針と前記試料との間に、加工手段として電圧を印加する電圧印加手段を有することを特徴とする加工装置。
5. A control device for a scanning probe having a probe that microvibrates at a resonance frequency and controls a tip of a conductive microprobe in a non-contact manner with respect to a sample surface to be processed. A processing device configured to process the sample surface, comprising a scanning probe control device according to the above,
A processing apparatus, comprising: a voltage applying unit that applies a voltage as a processing unit between the conductive probe and the sample.
前記加振制御手段は、加工タイミングにあわせて動作し、前記加振信号の位相シフト量及び前記増幅度を制御するように構成されていることを特徴とする請求項5に記載の加工装置。The processing apparatus according to claim 5, wherein the vibration control means is configured to operate in accordance with processing timing, and to control a phase shift amount and the amplification degree of the vibration signal. 共振周波数で微小振動させ、導電性の微小探針の先端を観察対象である試料表面に対して非接触に制御するプローブを有する走査型プローブの制御装置を備え、試料表面を観察する観察装置において、前記走査型プローブの制御装置を請求項1〜4のいずれか1項に記載の走査型プローブの制御装置によって構成したことを特徴とする観察装置。An observation device that observes the sample surface by providing a scanning probe control device that has a probe that vibrates microscopically at the resonance frequency and controls the tip of the conductive microprobe in a non-contact manner with the sample surface to be observed An observation device, wherein the control device for the scanning probe is constituted by the control device for a scanning probe according to any one of claims 1 to 4. 加振手段によって共振周波数で微小振動させ、導電性の微小探針の先端を試料表面に対して非接触に制御するようにしたプローブの加振方法であって、タイミング信号を受け取って、そのタイミング信号の示すタイミングに従って前記加振手段を動作させるために加えられる駆動信号に所定の位相シフトを与えるステップを有することを特徴とするプローブの加振方法。A probe vibration method that vibrates microscopically at a resonance frequency by vibrating means and controls the tip of a conductive microprobe in a non-contact manner with respect to the sample surface. A step of giving a predetermined phase shift to a drive signal applied to operate the vibrating means in accordance with the timing indicated by the signal. 加振手段によって共振周波数で微小振動させ、導電性の微小探針の先端を試料表面に対して非接触に制御するようにしたプローブの加振方法であって、タイミング信号を受け取って、そのタイミング信号の示すタイミングに従って前記加振手段を動作させるために加えられる駆動信号にプローブ振動の振幅に比例したゲインを印加するステップを有することを特徴とするプローブの加振方法。A probe vibration method that vibrates microscopically at a resonance frequency by vibrating means and controls the tip of a conductive microprobe in a non-contact manner with respect to the sample surface. A step of applying a gain proportional to the amplitude of the probe vibration to a drive signal applied to operate the vibrating means in accordance with the timing indicated by the signal. 加振手段によって共振周波数で微小振動させ、導電性の微小探針の先端を試料表面に対して非接触に制御するようにしたプローブの加振方法であって、タイミング信号を受け取って、そのタイミング信号の示すタイミングに従って前記加振手段を動作させるために加えられる駆動信号の周波数をホールドするステップを有することを特徴とするプローブの加振方法。A probe vibration method that vibrates microscopically at a resonance frequency by vibrating means and controls the tip of a conductive microprobe in a non-contact manner with respect to the sample surface. A method of vibrating a probe, comprising: a step of holding a frequency of a drive signal applied to operate the vibrating means in accordance with a timing indicated by a signal. 加振手段によって共振周波数で微小振動させ、導電性の微小探針の先端を加工対象である試料表面に対して非接触に制御するようにしたプローブの加振方法を用い、前記試料表面を加工する加工方法であって、
前記導電性探針と前記試料との間に、電圧を印加して加工するに際して、請求項8〜10のいずれか1項に記載のプローブの加振方法におけるステップを用いて加工することを特徴とする加工方法。
The sample surface is processed by using a probe vibration method in which the vibrating means microvibrates at the resonance frequency and the tip of the conductive microprobe is controlled to be in non-contact with the sample surface to be processed. Processing method,
When applying a voltage between the conductive probe and the sample to perform processing, processing is performed using the steps in the probe vibration method according to any one of claims 8 to 10. And processing method.
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WO2018078011A1 (en) * 2016-10-28 2018-05-03 Carl Zeiss Smt Gmbh Scanning probe microscope and method for increasing a scan speed of a scanning probe microscope in the step-in scan mode

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