JP2014504737A - 適応モード走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
試料特性を測定するようにも適応させることができる。
リソグラフィなどの多様な分野でその用途を見いだすことを可能にした。
メカニズムを含んでいてよい。或いは、アクチュエータは、プローブをたわませることなく移動させる圧電アクチュエータをプローブの基部に含んでいてよい。
mであって幅が3〜10μmであるカンチレバーと、それに相応して小さい先端とを有する。
下においてプローブを移動させつつこのプロセスを繰り返すことによって、表面高さの画像が作成される。この移動は、総じてラスタパターンにしたがうが、あらゆるx、y順序にしたがうことがありえる。z位置決めシステム18は、表面の上方におけるプローブ基部の高さを制御し、プローブの周期的振幅を設定平均レベルに維持するように動作される。ここで、「プローブの周期的振幅」は、各サイクルについての完全後退位置と表面検出点との間の高さの差である。更に、z位置決めシステム18は、プローブの周期的運動を大幅に超過した範囲を有しており、そうして、試料の傾き及び全体的な特徴に対応することを可能にしている。
ると考えられ、不安定化を示す恐れがある。待機期間の長さは、表面検出点に依存し、該時点は、更に、試料の高さに依存する。この例では、待機期間75は、待機期間のすぐ後に続く次パルスの期間の約40%である。しかしながら、もし、表面検出点82がこれよりも高いならば、表面に接近するために費やされる時間が短くなるゆえに、次サイクルのための待機期間は長くなると考えられる。
由空間波形100cにしたがっていたと考えられる。プローブの自由空間運動は、図4(b)において、1つのサイクルにのみ破線で90dに示されている。すなわち、もし、表面位置が検出されなかったならば、プローブは、表面の最大高さ変動の約2倍であるように選択された由空間振幅90eを伴うこの修正されていない経路90dをたどっていたと考えられ、したがって、プローブは、段86から下がるときに十分に遠くに下がるように、また、段86の高さと同じくらい深い溝に入るように駆動することができる。自由空間振幅は、数十ナノメートルから数百ナノメートルに設定されるのが通常であるが、ただし、試料のトポグラフィに依存する。なお、自由空間波形は、隣り合う各サイクルの間に待機期間を有していないことに留意せよ。
三度の解析的計算は、1つのFPGA又はDSPのなかで実施されてよいが、明瞭さを期するために、図5では、別々の処理ユニットによって実施されるものとして示されている。
おける波形生成器54からの駆動信号の強度を示しており、ここでは、プローブの接近速度は、いずれの側の表面位置においても後退速度と同じである。図8は、(a)において、代替の方法を示しており、この方法では、アクチュエータ46が、プローブを試料から遠ざける速度v2よりも低い速度v1でプローブを試料に向かわせるように、駆動信号の各パルスは非対称的である。この素早い後退は、図8(b)の対称的なパルス構成と比べて試料が迅速に撮像されることを可能にする。
Claims (18)
- 走査型プローブ顕微鏡であって、
駆動力に対して機械的に応答するプローブと、
前記駆動力を生成するアクチュエータに、前記プローブを繰り返し試料に向かわせる及び試料から遠ざからせるように前記アクチュエータを促すための駆動信号を提供するための信号生成器と、
前記プローブから反射された光と、高さ基準ビームとの間の経路差の指標になる高さ信号を出力するように構成された検出システムと、
前記高さ信号を使用して前記試料の画像を形成するように構成された画像処理装置と、
前記プローブが試料に接近する間に前記プローブを監視するように及び前記プローブが前記試料と相互作用する表面位置を検出するように構成された信号処理装置と、
を備え、
前記表面位置の検出に応答し、前記信号処理装置は、前記駆動信号を修正するように前記信号生成器を促す、走査型プローブ顕微鏡。 - 請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記信号処理装置は、前記プローブが試料に接近する間に前記高さ信号を監視するように及び前記プローブが前記試料と相互作用する前記表面位置を検出するように構成される、走査型プローブ顕微鏡。 - 請求項1又は2に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記高さ基準ビームは、試料位置との間に既知の関係を有する基準点から反射される、走査型プローブ顕微鏡。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記信号生成器は、プローブ振動運動を生成するためのものであり、前記信号生成器は、波形生成器であり、前記駆動信号は、前記プローブを前記表面に向かわせる及び前記表面から遠ざからせる周期的駆動力を提供するためのものである、走査型プローブ顕微鏡。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記検出システムは、干渉計を含む、走査型プローブ顕微鏡。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記信号処理装置は、位置信号の変化率を監視するように及び前記位置信号の変化率が既定の閾値を既定の時間間隔にわたって下回る時点において得られた前記位置信号から表面位置の前記指標を得るように構成される、走査型プローブ顕微鏡。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記プローブは、熱膨張の異なる二種類の材料を含み、前記アクチュエータは、照明源である、走査型プローブ顕微鏡。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記信号処理装置は、プローブ振動の振幅の変動を検出するように及び前記振幅を所望の値に維持するためにプローブと試料との隔たりを調整するようにも構成される、走査型プローブ顕微鏡。 - 請求項1から8のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記駆動信号は、前記プローブを完全後退位置と表面位置との間で繰り返し試料に向かわせる及び試料から遠ざからせるように前記アクチュエータを促すための信号であり、前
記信号処理装置は、前記表面位置と前記完全後退位置との間の距離を所定の値に維持するために前記プローブと試料との間の隔たりを調整するようにも構成される、走査型プローブ顕微鏡。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、更に、
前記アクチュエータ又は第2のアクチュエータに、前記プローブの1つ以上の二次振動を励起するように前記アクチュエータ又は前記第2のアクチュエータを促すための第2の駆動信号を提供するための第2の信号生成器を備え、
前記信号処理装置は、前記プローブの前記二次振動の振幅、位相、及び周波数の指標になる相互作用信号を生成するように構成された表面相互作用検出器を含み、前記信号処理装置は、前記プローブが試料に接近する間に前記相互作用信号を監視することによって前記表面位置を検出するように構成される、走査型プローブ顕微鏡。 - 請求項1から10のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記駆動信号は、一連のパルスを含み、前記駆動信号の各パルスは、前記プローブを前記試料から遠ざからせるよりも低い速度で前記プローブを前記試料に向かわせるように前記アクチュエータを促すように、非対称的である、走査型プローブ顕微鏡。 - 請求項1から11のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記試料の前記画像は、複数の画素を含み、各画素は、前記試料に向かう及び前記試料から遠ざかる前記プローブの運動の所定の一サイクルにわたって前記プローブの前記運動にしたがって変動する、走査型プローブ顕微鏡。 - 請求項1から12のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記試料の前記画像は、複数の画素を含み、各画素は、前記試料に向かう及び前記試料から遠ざかる前記プローブの運動の一サイクル中のみの前記プローブの運動から導出される、走査型プローブ顕微鏡。 - 試料の画像を形成する方法であって、
(a)繰り返し前記試料に向かう及び前記試料から遠ざかるようにプローブを駆動するために使用される駆動信号を生成するステップと、
(b)前記プローブから反射された光と、高さ基準ビームとの間の経路差の指標になる高さ信号を測定するステップと、
(c)前記高さ信号を使用して、前記試料の画像を形成するステップと、
(d)前記プローブが前記試料に接近する間に前記プローブを監視して、前記プローブが前記試料と相互作用する表面位置の指標を得るステップと、
(e)前記表面位置の指標に応答し、前記駆動信号を調整するステップと、
を備える方法。 - 請求項14に記載の方法であって、
前記プローブは、ステップ(d)において、前記高さ信号を監視することによって監視される、方法。 - 請求項14又は15に記載の方法であって、
前記駆動信号は、前記プローブを前記試料から後退させるように調整される、方法。 - 請求項14、15、又は16に記載の方法であって、更に、
前記試料の前記画像を構築するために、前記高さ信号をプローブ横方向位置と関連付けるステップを備える方法。 - 請求項14から17のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
前記プローブの1つ以上の二次振動を励起させるために使用される第2の駆動信号を生成するステップを備え、
前記ステップ(d)は、前記プローブの前記二次振動の振幅、位相、及び周波数の指標になる相互作用信号を生成することと、前記プローブが試料に接近する間に前記相互作用信号を監視して、前記表面位置を検出することとを含む、方法。
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