JP2010210636A5

JP2010210636A5 -

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Publication number: JP2010210636A5
Application number: JP2010106324A
Authority: JP
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2010-12-02

Claims

試料（１２）とプローブ（２０、５４）との間の相互作用に従って前記試料（１２）を画像化する走査型プローブ顕微鏡（１０、５０）であって、
前記プローブ（２０、５４）と前記試料の表面とを相対的に移動させるように構成され、且つ前記試料（１２）と前記プローブ（２０、５４）との間で検出可能な相互作用が確立されるのに十分な近接した状態に、前記試料（１２）と前記プローブ（２０、５４）とをもっていくことができる駆動手段（１６、１８、２２）と、
前記プローブ（２０、５４）又は前記試料（１２）の何れかを、その共振周波数又はその共振周波数付近で振動させて、前記表面を横切る前記プローブ（２０、５４）の相対的な横方向振動を提供する手段（２２、５２）と、
前記プローブ（２０、５４）と前記試料（１２）との間の前記相互作用の強度を示す少なくとも１つのパラメータを測定するように構成されたプローブ検出機構（２４、５６、５８）と、
前記少なくとも１つのパラメータのうちの１つのパラメータの平均値が、所定の設定値から離れるように変化することに応答して、前記駆動手段（１６、２２）の動作を介して、前記プローブと前記試料との分離を調整するように構成されたフィードバック機構（２６）と
を備え、
前記顕微鏡（１０、５０）が、動作時に、前記試料の表面の走査を実行するように構成され、走査の範囲は走査ラインの配列によりカバーされ、各走査ラインは、前記プローブ（２０、５４）又は前記試料（１２）の何れかの前記横方向振動により提供され、振動の振幅が最大走査ライン長を直接的に決め、前記走査ラインの配列が前記駆動手段（１６、２２）の動作により形成され、前記プローブ検出機構により継続的に読み取りが行われ、該読み取りにより得られたられた情報が、各振動の間における測定された前記パラメータの少なくとも２つの変動に対応するイメージを形成するために用いられる、
顕微鏡。
請求項１に記載の顕微鏡であって、前記プローブと前記表面との間の前記横方向振動は、少なくとも１マイクロメートルの振動振幅を有する、顕微鏡。
請求項１又は２に記載の顕微鏡であって、前記プローブが金属であり、前記相互作用を示す前記パラメータが、前記プローブと前記試料との界面のキャパシタンスである、顕微鏡。
請求項３に記載の顕微鏡であって、前記プローブ検出機構（２４、５６、５８）が、前記プローブ（２０、５４）と前記試料（１２）との間の前記界面間に、前記界面の特性を変えて前記界面の電気容量に影響を及ぼすために変調電圧を印加するように構成された変調信号生成器（４８）と、前記プローブ（２０、５４）及び前記試料（１２）を組み込んだ回路において共振電界を確立するように構成された共振器（４２）と、前記電界の共振周波数を測定し、前記変調電圧が印加されるときに前記界面のキャパシタンスの変化を測定できるように構成された検出器（４６）とを備える、顕微鏡。
請求項１に記載の顕微鏡であって、前記プローブ（２０）が、磁界と相互作用するように適合され、前記プローブ検出機構（２４、５６、５８）が、前記プローブ（２０、５２）と前記試料（１２）との間の磁気的な相互作用を示すパラメータを測定するように構成される、顕微鏡。
請求項１に記載の顕微鏡であって、前記プローブ（２０）が、カンチレバーと、前記カンチレバーを「タッピング」モードで駆動するように構成されたアクチュエータとを備えることを特徴とする顕微鏡。
請求項６に記載の顕微鏡であって、前記相互作用の強度を示す前記パラメータが、前記カンチレバーが前記試料（１２）をたたくときの前記カンチレバーの曲がりである、顕微鏡。
請求項１に記載の顕微鏡であって、前記プローブ（５４）がＡＦＭのカンチレバーであり、前記プローブ検出機構（２４、５６、５８）により測定され且つ前記フィードバック機構（２６）により用いられる、前記相互作用の強度を示す前記少なくとも１つのパラメータのうちの前記１つのパラメータが、前記プローブ（５４）の曲がりである、顕微鏡。
請求項８に記載の顕微鏡であって、前記プローブ検出機構（２４、５６、５８）が、前記プローブ（５４）と前記試料（１２）との間の前記相互作用の強度を示す少なくとも１つのパラメータを測定するように構成された相互作用検出機構（５６）と、前記フィードバック機構（２６）にリンクされ且つ前記プローブ（５４）の曲がりを測定するように構成された偏差検出機構（５８）とを備える、顕微鏡。
請求項８又は９に記載の顕微鏡であって、前記プローブ（５４）が、前記カンチレバーを「タッピング」モードで駆動するように構成されたアクチュエータを備える、顕微鏡。
請求項１ないし１０の何れかに記載の顕微鏡であって、前記駆動手段（２２）が、前記プローブ（２０）又はプローブ・アセンブリを振動させるように構成される、顕微鏡。
請求項１１に記載の顕微鏡であって、前記駆動手段（２２）が音叉を含む、顕微鏡。
請求項１ないし１０の何れかに記載の顕微鏡であって、前記プローブ又は前記試料の何れかを振動させる前記手段（２２、５２）が、前記試料（１２）を振動させるように構成される、顕微鏡。
請求項１３に記載の顕微鏡であって、前記試料を振動させる前記手段が音叉（５２）であり、前記試料（１２）が前記音叉に取り付けられる、顕微鏡。
請求項１ないし１４の何れかに記載の顕微鏡であって、前記フィードバック機構（２６）は時定数を用いて動作するものであり、前記時定数は、プローブの振動の１サイクルよりも大きく、走査を実施するのにかかる総時間よりもかなり小さいものである、顕微鏡。
請求項１１又は１２に記載の顕微鏡であって、前記プローブが実質的に垂直に向けられ、前記駆動手段（１６、２２）が、前記プローブ（２０）と前記試料（１２）とを、前記プローブが振動する面に実質的に直交する方向に、相対的に線形的に並進移動させ、それにより実質的に矩形の走査範囲を画定する、顕微鏡。
請求項１１又は１２に記載の顕微鏡であって、前記プローブが実質的に水平に向けられ、前記駆動手段（１６、２２）が、前記プローブ（２０）と前記試料（１２）とを、前記振動の軸に実質的に平行な方向に相対的に線形的に並進移動させ、それにより実質的に矩形の走査範囲を画定するように構成される、顕微鏡。
請求項１１又は１２に記載の顕微鏡であって、前記プローブが実質的に垂直に向けられ、前記駆動手段（１６、２２）が、前記プローブ（２０）と前記試料（１２）とを、前記プローブ（２０）が振動する軸と実質的に一致する軸について相対的に回転させ、それにより円形配列の走査ラインで前記走査範囲をカバーするように構成される、顕微鏡。
請求項１ないし１８の何れかに記載の顕微鏡であって、前記顕微鏡は、半導体デバイスの電荷分布を監視するように適合されている、顕微鏡。
ナノメートル・スケールの形状を有する試料（１２）の走査範囲から画像データを迅速に収集する方法であって、
（ａ）サブナノメートルの寸法の先端を有するプローブ（２０、５４）を、前記プローブ（２０、５４）と試料（１２）との間で相互作用が確立され得るように、前記試料（１２）の近傍に移動させるステップと、
（ｂ）前記試料（１２）の表面を横切って前記プローブ（２０、５４）を、その共振周波数又はその共振周波数付近で振動させるか、或いは、前記プローブ（２０、５４）の下の前記試料（１２）を、共振周波数又は共振周波数付近で振動させ、前記プローブ（２０、５４）と表面との間での相対的な運動を提供し、振動の振幅によって最大長が直接的に決まる走査ラインの配列が前記走査範囲をカバーするようにするステップと、
（ｃ）前記相互作用の強度を示すパラメータを継続的に測定するステップと、
（ｄ）前記ステップ（ｃ）で測定される前記パラメータ、或いは、前記プローブ（２０、５４）と前記試料（１２）との間の相互作用を示す第２パラメータを監視し、監視した前記パラメータの値が、所定の設定値よりも小さくなるか又は大きくなる場合に、前記プローブ（２０、５４）と前記試料（１２）との分離間隔を調整して、監視した前記パラメータの値を前記設定値に向かって戻すステップと、
（ｅ）前記ステップ（ｃ）で取得された測定値を処理して、前記試料の前記ナノメートル・スケールの構造に関係する情報を抽出するステップであって、前記情報は、各振動の間における測定された前記パラメータの少なくとも２つの変動に対応する情報である、ステップと
を備える方法。
試料とＡＦＭのカンチレバー・プローブとの間の相互作用により前記試料に情報を書き込む走査型プローブ顕微鏡であって、
前記プローブと前記試料の表面との間の相対的運動を提供し、且つ前記試料と前記プローブとを近づけることができるように構成される駆動手段と、
前記プローブ又は前記試料の何れかをその共振周波数又はその共振周波数付近で振動させて、前記表面を横切る前記プローブの相対的な横方向振動を生じさせる手段と、
プローブ又は試料の振動の１周期よりも短い時間尺度で、前記プローブと前記試料との間の前記相互作用の強度を間欠的に変えて、前記プローブが位置する前記試料の表面の特性を間欠的に変化させるように構成される、プローブによる書込み機構と
を備え、
前記顕微鏡が、動作時に、前記試料の表面の書込み走査を実行するように構成され、走査範囲は、書込みラインの配列によりカバーされ、各書込みラインは、前記プローブ又は前記試料の何れかの前記横方向振動により提供され、振動の振幅が最大走査ライン長を直接的に決め、前記走査ラインの配列は前記駆動手段の動作により与えられ、前記プローブによる書き込み機構により変動が生じて、各振動の間における少なくとも２つの位置における前記試料の表面の特性を変化させるよう構成されている、
走査型プローブ顕微鏡。
請求項２１に記載の、試料に情報を書き込む走査型プローブ顕微鏡であって、前記プローブと前記試料との間の前記相互作用の強度を示す少なくとも１つのパラメータを測定するように構成されたプローブ検出機構と、前記少なくとも１つのパラメータのうちの１つのパラメータの平均値が所定の設定値から離れるように変化することに応答して、前記駆動手段の動作を介して、前記プローブと前記試料との分離を調整するように構成されたフィードバック機構とを更に含み、前記平均値は、前記プローブ又は前記試料の振動の１周期の時間間隔よりも長い時間間隔にわたって取得されるものである、走査型プローブ顕微鏡。