JP2011215112A - 多探針afmナノプローバとそれを用いた測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】それぞれの探針によるAFMイメージを同時に取得する。この際、重複領域があるようにする。AFMイメージから、その重複領域を探索し、それぞれの相対位置を見出し、さらに、それぞれの探針位置を導出する。また、その探針位置から、測定用にあらためて探針位置を設定し、被測定物に探針を圧接して電気的測定を行う。最初に探針間が近接していることを検出するようにして、探針が近接状態にあるところから開始することで、重複領域を小さくすることができ、迅速な測定を行うことができる。上記スキャンは、ラスタスキャンまたはスパイラルスキャンである。
【選択図】図1
Description
探針それぞれにAFMイメージを取得する手段があり、これは同時に稼動することができる。このためには、既によく知られたAFMイメージング装置を用いることができる。
また、取得した上記AFMイメージの相対位置を探索するイメージ探索手段がある。この探索手段としては、例えば、探索プログラムを備えたコンピュータを使用することができる。これは、例えば、重複したイメージを作成して、その重複部分を見出すものである。その重複部分でそれぞれのイメージを連結することで、上記イメージの相対位置を探索することができる。
上記相対位置から、それぞれの探針位置を導出する位置導出手段を備える。具体的には、位置導出手段としては、位置導出プログラムと上記のコンピュータを使用すればよい。
また、導出されたそれぞれの上記探針位置から、所定の位置関係になるようにそれぞれの上記探針位置を設定する位置設定手段を備える。通常のAFMイメージング装置では探針位置を所定の範囲で自由に設定することができ、また、プロービング装置では試料を乗せるステージ位置を所定の範囲で自由に設定することができる。
電気的測定に際しては、上記被測定物に上記探針を圧接して電気的測定を行う。
1) 探針を所定の距離に離間する。
2) 上記可動ステージをラスタスキャンして、重なり領域のあるそれぞれのAFMイメージを取得する。
3) 取得したイメージにおける上記重なり領域を見出して、上記探針のそれぞれの位置を読み取る。
4) 上記探針のそれぞれを所定の位置に設定する。
5) 上記被測定物の測定を行う。
以上を順に行って測定する。
1) 探針間の導通特性から該探針間が近接位置であることを示すように該探針のそれぞれの位置を設定する。
2) 上記探針を所定の距離をおいて離間する。
を順に含むようにしてもよい。
1) 探針を所定の距離に離間する。この際、例えば図2(a)の所定のスキャン領域16に入るようにする。これは、アラインメントマークまたはその代用品のAFMイメージをとることで容易に行うことができる。また、比較的大きなサイズの場合、光学顕微鏡のもとでも行うことができる。探針間は、後に述べる理由からできるだけ接近して配置することが望ましい。
2) 上記可動ステージをラスタスキャンして、重なり領域のあるそれぞれのAFMイメージを取得する。ここで、ラスタスキャンの領域サイズは、迅速な測定を行うためにはできるだけ小さい領域であることが望ましいことは明らかであるが、重なり領域を見出せるサイズであることが必要である。例えば、探針4a、4bを用いて、AFMイメージである図4(a)のマップA、マップBをそれぞれ取得する。ラスタスキャンの場合、探針4a、4bのスキャン最後の位置が、それぞれのマップA、Bの端にくるので、それぞれのマップの中心付近に戻しておくことが望ましい。また、外側から内側に向かうスパイラルスキャンを行うと、スキャン最後の位置がスキャン領域のほぼ中央になる。
3) 取得したイメージにおける上記重なり領域を見出して、上記探針のそれぞれの位置を読み取る。これは、例えば図4(a)の重複部分である。重複部分を見出すことは、マップAとマップBの相対位置を少しずつ変えて相関係数を評価し、最大となるところを見出すことで行うことができる。また、この重複部分で連結することによって、図4(b)に示す合成したマップを得ることができる。これは、当然のことながら、スキャン領域よりも広い面積をカバーしている。
4) 上記探針のそれぞれを所定の位置に設定する。この段階では、上記の合成したマップを用いることができる。
5) 上記被測定物の測定を行う。この際、図2(b)に示すように、例えば探針4a、4bが、点線像から実線像の方にずれることが度々起こる。例えば、被測定物のコンタクトホールやスルーホールに埋め込まれた導電性プラグ18に圧接して電気的導通をとる場合に、圧接する際に探針が被測定物の表面を滑って、その位置がずれることが度々起こる。このため、圧接前の距離にこのずれを見込んでおくことが望ましい。
1) 探針間の導通特性から該探針間が近接位置であることを示すように該探針のそれぞれの位置を設定する。例えば、図3(a)に示すように、一方、あるいは両方の探針を、トンネル電流あるいはイオン化されたガスによるイオン電流が流れるまで移動して接近させる。ここで、電圧電流計を用いて、通常の電気的導通が得られる直前で停止することが肝要である。また、原子間力が働く程度の距離に接近させることでも、上記と同様な距離に設定することができる。
2) 上記探針を所定の距離をおいて離間する。これは、上記の様に、上記探針間が極接近した距離にあっては、互いの干渉なしに電気的測定行えないためである。また、この際の所定の距離は、なるべく小さいことが望ましい。これは、スキャン領域の面積が一定の場合に、上記のマップA、マップBの重複領域の面積割合をなるべく大きくするためである。
2 ステージ
3 被測定物
4a、4b 探針
5a、5b カンチレバー
6a、6b カンチレバー駆動部
7a、7b レーザ光源
8a、8b 4分割光検出器
9a、9b フィードバック(FB)回路
10 コンピュータ
11 制御線
12a、12b 制御線
13a、13b 信号線
14a、14b 信号線
15a、15b レーザ光
16 スキャン領域
17a、17b 電圧電流計
18 導電性プラグ
19a、19b ピエゾ抵抗部
Claims (8)
- 可動ステージ上の被測定物の電気的測定を行うための複数の探針を備え外部からの制御で前記探針位置を変えることが可能な多探針AFMナノプローバであって、
それぞれの探針によるAFMイメージを同時に取得する手段と、
取得した上記AFMイメージの相対位置を探索するイメージ探索手段と、
上記相対位置から、それぞれの探針位置を導出する位置導出手段と、
導出されたそれぞれの上記探針位置から、所定の位置関係になるようにそれぞれの上記探針位置を設定する位置設定手段と、
を備え、上記被測定物に上記探針を圧接して電気的測定を行うことを特徴とする多探針AFMナノプローバ。 - 上記可動ステージをスキャンするための掃引手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の多探針AFMナノプローバ。
- 上記スキャンは、ラスタスキャンまたはスパイラルスキャンであることを特徴とする請求項2に記載の多探針AFMナノプローバ。
- 上記スキャン中に、上記探針のそれぞれは、上記ラスタスキャン方向と直交する方法に位置制御を行う垂直位置制御を備えることを特徴とする請求項2または3のいずれか1つに記載の多探針AFMナノプローバ。
- 複数の上記探針間の電気的導通特性から近接状態にあることを電気的に確認する近接確認手段を備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の多探針AFMナノプローバ。
- 複数の上記探針間の原子間力から近接状態にあることを確認する近接確認手段を備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の多探針AFMナノプローバ。
- 上記多探針AFMナノプローバを用いて上記被測定物の電気的測定を行う方法であって、
1) 探針を所定の距離に離間するステップと、
2) 上記可動ステージをラスタスキャンして、重なり領域のあるそれぞれのAFMイメージを取得するステップと、
3) 取得したイメージにおける上記重なり領域を見出して、上記探針のそれぞれの位置を読み取るステップと、
4) 上記探針のそれぞれを所定の位置に設定するステップと、
5) 上記被測定物の測定を行うステップと、
を順に含むことを特徴とする多探針AFMナノプローバを用いた測定方法。 - 請求項4に記載の上記多探針AFMナノプローバを用いた測定方法の前に、
1) 探針間の導通特性から該探針間が近接位置であることを示すように該探針のそれぞれの位置を設定するステップと、
2) 上記探針を所定の距離離間するステップと、
を順に含むことを特徴とする請求項7に記載の多探針AFMナノプローバを用いた測定方法。
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