JP3476380B2 - 走査型プローブ顕微鏡の測定パラメータ設定方法 - Google Patents

走査型プローブ顕微鏡の測定パラメータ設定方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料の物理量を測
定する走査型プローブ顕微鏡の測定パラメータ設定方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】元々走査型プローブ顕微鏡は、原子・分
子配列を含めた試料表面の形状情報を測定するための装
置であった。しかし近年では、種々の物理量も測定でき
る装置へと発展してきており、既に静電気力、表面電
位、磁気力といった物理量が測定可能になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】走査型プローブ顕微鏡
で形状情報を測定する場合、適切なプローブ−試料間距
離は、その制御の基準となる原子間力等のパラメータを
介して設定することができる。
【０００４】一方、形状情報以外の物理量を測定する場
合、適切なプローブ−試料間距離は形状情報測定時のそ
れとは必ずしも一致しない。このため、物理量測定にあ
たっては、プローブ−試料間距離の適切な値を改めて設
定する作業が必要になる。にも関わらず、形状情報測定
時に使用しているような従来の方法では、物理量測定時
のプローブ−試料間距離を適切な値に設定できない恐れ
がある。
【０００５】また、物理量測定では、プローブと試料を
接触させることができない場合もある。プローブ−試料
間距離を形状情報測定時より近づける必要がある場合が
特に問題で、このとき何らの指針もないままプローブ−
試料間距離を設定すると、プローブと試料を接触させて
しまう危険性が高い。
【０００６】これらのことは、生産性を低下させる要因
となる他、物理量測定自体に支障を来す恐れもある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、測定対象物理量信号レベルの値
または範囲を設定し、それによって物理量測定時のプロ
ーブ−試料間距離を規制・制御することとした。また、
測定対象物理量信号レベルの値または範囲の設定にあた
っては、「プローブ−試料間距離」対「測定対象物理量
信号」の特性を測定し、その結果を利用することができ
ることとした。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態を
図面に基づいて説明する。 （１）第一実施形態例
【０００９】図１〜３は、本発明の測定パラメータ設定
方法による第一実施形態例を説明するための図である。
ここでの測定対象物理量は「静電気力」である。
【００１０】図１は、「静電気力Ｆ」対「プローブ−試
料間距離Ｚ」の特性曲線である。ＦはＺ＞０の範囲にお
いてＺの逆数に比例する。なお、Ｚ＝０、すなわちプロ
ーブと試料が接触したときはＦ＝０となる。
【００１１】図２は、図１を基にＦの範囲を規制したと
きの、Ｆ対Ｚの特性曲線である。測定対象物理量である
静電気力Ｆを規制することにより、プローブ−試料間距
離を規制できることがわかる。
【００１２】図３は、走査型プローブ顕微鏡で静電気力
を測定する場合の基本構成の一を示すブロック図であ
る。
【００１３】図３において、バイアス電源７を用いて、
カンチレバー３先端部のプローブ２と試料４の間にバイ
アス電圧を印加する。次に、その状態で、駆動部６で微
動機構５を駆動し、プローブ−試料間を近づけていく。
すると、プローブ−試料間がある距離以下になると、両
者の間に静電気力が働き、カンチレバー３が変位する。
この変位を検出部１で検出し、静電気力信号９として出
力する。駆動部６は駆動信号１０を出力し、微動機構５
を駆動する。データ生成部８は静電気力信号９と駆動信
号１０から画像や特性曲線のデータを生成する。そして
このとき駆動部６に対して、例えば「静電気力ＦがＦ２
（図２参照）を超えないこと」と設定しておくと、駆動
部６は静電気力信号９を監視し、ＦがＦ２を超えないよ
うに、すなわちプローブ−試料間距離ＺがＺ１（図２参
照）を下回らないように、微動機構５を制御する。
【００１４】なお、駆動部６に対する静電気力Ｆの値ま
たは範囲の設定は、図２のような特性曲線の測定結果を
基に、手動または自動で行われる。特性が予めわかって
いれば、測定者が任意に設定することもできる。 （２）第二実施形態例
【００１５】図４〜６は、本発明の測定パラメータ設定
方法による第二実施形態例を説明するための図である。
ここでの測定対象物理量は「磁気力」である。
【００１６】図４は、「磁気力Ｆ」対「プローブ−試料
間距離Ｚ」の特性曲線である。
【００１７】図５は、図４を基に磁気力Ｆの範囲を規制
したときの「磁気力Ｆ」対「プローブ−試料間距離Ｚ」
の特性曲線である。測定対象物理量である磁気力を規制
することにより、プローブ−試料間距離を規制できるこ
とがわかる。
【００１８】図６は、走査型プローブ顕微鏡で磁気力を
測定する場合の基本構成の一を示すブロック図である。
【００１９】図６において、カンチレバー加振部１１で
カンチレバー３を加振する。加振は通常、カンチレバー
の共振周波数の近傍で行われる。次に、その状態で、駆
動部６で微動機構５を駆動し、プローブ−試料間を近づ
けていく。すると、プローブ−試料間がある距離以下に
なると、両者の間に磁気力が働き、カンチレバー３が変
位する。この変位を検出部１で検出し、磁気力信号１２
として出力する。駆動部６は駆動信号１０を出力し、微
動機構５を駆動する。データ生成部８は磁気力信号１２
と駆動信号１０から画像や特性曲線のデータを生成す
る。そしてこのとき駆動部６に対して、例えば「磁気力
ＦがＦ３〜Ｆ４（図５参照）の範囲を超えないこと」と
設定しておくと、駆動部６は磁気力信号１２を監視し、
ＦがＦ３〜Ｆ４の範囲を超えないように、すなわちプロ
ーブ−試料間距離ＺがＺ３〜Ｚ４（図２参照）に収まる
ように、微動機構５を制御する。
【００２０】なお、駆動部６に対する磁気力Ｆの値また
は範囲の設定は、図５のような特性曲線の測定結果を基
に、手動または自動で行われる。特性が予めわかってい
れば、測定者が任意に設定することもできる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
対象物理量の測定が支障なく行えるようになる。また、
測定者は容易にプローブ−試料間距離を適切な値に設定
でき、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定パラメータ設定方法による第一実
施形態例を説明するための図で、「静電気力」対「プロ
ーブ−試料間距離」の特性曲線である。
【図２】本発明の測定パラメータ設定方法による第一実
施形態例を説明するための図で、図１を基に静電気力の
範囲を規制したときの「静電気力」対「プローブ−試料
間距離」の特性曲線である。
【図３】本発明の測定パラメータ設定方法による第一実
施形態例を説明するための図で、走査型プローブ顕微鏡
で静電気力を測定する場合の基本構成の一を示すブロッ
ク図である。なお、バイアス電圧を印加する必要がある
ため、プローブ２およびカンチレバー３は導電性でなけ
ればならない。
【図４】本発明の測定パラメータ設定方法による第二実
施形態例を説明するための図で、「磁気力」対「プロー
ブ−試料間距離」の特性曲線である。
【図５】本発明の測定パラメータ設定方法による第二実
施形態例を説明するための図で、図１を基に磁気力の範
囲を規制したときの「磁気力」対「プローブ−試料間距
離」の特性曲線である。
【図６】本発明の測定パラメータ設定方法による第二実
施形態例を説明するための図で、走査型プローブ顕微鏡
で磁気力を測定する場合の基本構成の一を示すブロック
図である。なお、磁気を感知する必要があるため、プロ
ーブ２は適切な磁性材料でできているかまたはコーティ
ングされていなければならない。
【符号の説明】
１ 検出部 ２ プローブ ３ カンチレバー ４ 試料 ５ 微動機構 ６ 駆動部 ７ バイアス電源 ８ データ生成部 ９ 静電気力信号 １０ 駆動信号 １１ カンチレバー加振部 １２ 磁気力信号
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−86791（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−201315（ＪＰ，Ａ) 特開2000−180340（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−288620（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−206439（ＪＰ，Ａ) 特開2000−249713（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−211078（ＪＰ，Ａ) 特許2732771（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 13/10 - 13/24 G12B 21/00 - 21/24 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プローブ−試料間に生じる複数の物理量
    を検出する手段と、プローブと試料の相対位置を三次元
    的に変位させる粗微動機構と、プローブ−試料間の距離
    を制御する手段と、これら全体を統括制御する手段を有
    する走査型プローブ顕微鏡の測定パラメータ設定方法に
    おいて、 測定時のプローブ−試料間距離を測定対象物理量に合わ
    せて変更して測定対象物理量の信号レベルにより規制す
    ることを特徴とする、走査型プローブ顕微鏡の測定パラ
    メータ設定方法。
  2. 【請求項２】 前記測定対象物理量は、静電気力である
    ことを特徴とする、請求項１に記載の走査型プローブ顕
    微鏡の測定パラメータ設定方法。
  3. 【請求項３】 前記測定対象物理量は、磁気力であるこ
    とを特徴とする、請求項１に記載の走査型プローブ顕微
    鏡の測定パラメータ設定方法。
  4. 【請求項４】 測定時のプローブ−試料間距離を、測定
    対象物理量の信号レベルの上限値または下限値の少なく
    とも一方により規制することを特徴とする、請求項１か
    ら３のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡の測定パ
    ラメータ設定方法。
  5. 【請求項５】 測定対象物理量の信号レベルの上限値ま
    たは下限値は、「プローブ−試料間距離」対「測定対象
    物理量信号」の特性を測定し、前記特性を基に設定され
    ることを特徴とする、請求項４に記載の走査型プローブ
    顕微鏡の測定パラメータ設定方法。
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