JP4621908B2 - Surface state measuring method, surface state measuring device, microscope, information processing device - Google Patents

Surface state measuring method, surface state measuring device, microscope, information processing device Download PDF

Info

Publication number
JP4621908B2
JP4621908B2 JP2004331103A JP2004331103A JP4621908B2 JP 4621908 B2 JP4621908 B2 JP 4621908B2 JP 2004331103 A JP2004331103 A JP 2004331103A JP 2004331103 A JP2004331103 A JP 2004331103A JP 4621908 B2 JP4621908 B2 JP 4621908B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probes
probe
surface state
measurement object
state measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2004331103A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006138821A (en
Inventor
宣夫 佐藤
圭 小林
啓文 山田
和美 松重
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyoto University
Original Assignee
Kyoto University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyoto University filed Critical Kyoto University
Priority to JP2004331103A priority Critical patent/JP4621908B2/en
Priority to PCT/JP2005/020942 priority patent/WO2006051983A1/en
Publication of JP2006138821A publication Critical patent/JP2006138821A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4621908B2 publication Critical patent/JP4621908B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q10/00Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
    • G01Q10/04Fine scanning or positioning
    • G01Q10/06Circuits or algorithms therefor
    • G01Q10/065Feedback mechanisms, i.e. wherein the signal for driving the probe is modified by a signal coming from the probe itself
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q70/00General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
    • G01Q70/06Probe tip arrays

Description

本発明は、2本以上の複数のプローブ(マルチプローブ)の互いの位置を安定して制御するために、変位検出回路およびプローブホルダにより、小型で高精度なマルチプローブ間距離制御して、計測対象物の表面状態を分子レベルにて計測できる表面状態計測方法、表面状態計測装置、それを用いた顕微鏡および情報処理装置に関するものである。   In the present invention, in order to stably control the positions of two or more probes (multi-probes), the displacement detection circuit and the probe holder are used to control the distance between the multi-probes with a small size and high accuracy, and to measure them. The present invention relates to a surface state measuring method, a surface state measuring device, a microscope using the same, and an information processing device that can measure the surface state of an object at a molecular level.

メモリなどのストレージデバイスにおいて、高密度記録のために分子レベルでの記録を実現するには、デバイスの分子材料に用いたその分子の各特性(電気特性、光学特性、磁気特性のほか機械的剛性など)の少なくとも一つを十分に知る必要がある。   In storage devices such as memory, in order to achieve recording at the molecular level for high-density recording, each characteristic of the molecule used in the molecular material of the device (electrical characteristics, optical characteristics, magnetic characteristics, as well as mechanical rigidity) Etc.) is necessary.

そのために、従来、上記分子の特性の計測方法として、数ミクロン程度のギャップを備えた電極を微細加工技術により作製し、上記ギャップにおいて偶発的に架橋した分子の諸特性を測定できることが知られている。   Therefore, conventionally, as a method for measuring the characteristics of the molecule, it is known that an electrode having a gap of about several microns can be produced by a microfabrication technique and various characteristics of the molecule accidentally crosslinked in the gap can be measured. Yes.

ところが、上記方法では、「光の回折限界」によって、上記微細加工には限界があるため、分子レベルといったナノメートルスケールでの分子特性の計測には限界がある。   However, in the above method, there is a limit to the measurement of molecular characteristics at the nanometer scale such as the molecular level because the microfabrication is limited by the “light diffraction limit”.

一方、微細形状の評価方法として原子レベルの分解能を有しているプローブ顕微鏡の一種である原子間力顕微鏡が期待されている。   On the other hand, an atomic force microscope which is a kind of probe microscope having atomic level resolution is expected as a fine shape evaluation method.

原子間力顕微鏡(AFM)は新規な絶縁性物質の表面形状観察手段として期待され、研究が進められている。その原理は先端を充分に鋭くしたプローブ(探針)と試料との間に働く原子間力を前記プローブが取り付けられているばね要素の変位として測定し、前記ばね要素の変位量を一定に保ちながら前記試料表面を走査し、前記ばね要素の変位量を一定に保つための制御信号を形状情報として、前記試料表面の形状を計測するものである。   Atomic force microscopy (AFM) is expected as a new means for observing the surface shape of insulating materials, and research is ongoing. The principle is that the atomic force acting between a probe with a sufficiently sharp tip and the sample is measured as the displacement of the spring element to which the probe is attached, and the amount of displacement of the spring element is kept constant. The sample surface is scanned while the shape of the sample surface is measured using shape information as a control signal for keeping the amount of displacement of the spring element constant.

ばね要素の変位検出手段としては光学的方式(光干渉法、光てこ法)およびバネ要素の変形ひずみを電気信号として検出する自己検出方式(ピエゾ抵抗検出法、圧電検出法)がある。   As the spring element displacement detection means, there are an optical method (optical interference method, optical lever method) and a self-detection method (piezoresistance detection method, piezoelectric detection method) for detecting deformation distortion of the spring element as an electric signal.

上記原子間力顕微鏡に用いられるプローブは、カンチレバーと称される片持ち梁状の支持部材の先端部に形成されており、主に四角垂状をしている。上記プローブの材質としてはシリコンが挙げられる。上記プローブにシリコンを用いる場合、上記プローブは異方性エッチング技術を用いて加工される。   The probe used in the atomic force microscope is formed at the tip of a cantilevered support member called a cantilever, and has a quadrangular shape mainly. An example of the material of the probe is silicon. When silicon is used for the probe, the probe is processed using an anisotropic etching technique.

このような原子間力顕微鏡(G. Binnig, C. F. Quate, Ch. Gerber : Phys. Rev. Lett. 56 (1986) 930.)のカンチレバーを特性計測用プローブとして用いることで、メモリ(ストレージデバイス)などの情報処理装置といった様々な分子系デバイスの特性を測定できると期待されている。   By using the cantilever of such an atomic force microscope (G. Binnig, CF Quate, Ch. Gerber: Phys. Rev. Lett. 56 (1986) 930.) as a characteristic measurement probe, memory (storage device) etc. It is expected to be able to measure the characteristics of various molecular devices such as information processing equipment.

そのような情報処理装置のプローブ制御回路が、特許文献1において、プローブとこれに対向する媒体との物理現象から生じる信号を検出信号として検出し、該検出信号に基づく位置制御信号によってプローブの位置制御を行うことが提案されている。
特開平8−249732号公報(公開日:1996年9月27日)
In Patent Document 1, a probe control circuit of such an information processing apparatus detects a signal generated from a physical phenomenon between a probe and a medium facing the probe as a detection signal, and detects the position of the probe by a position control signal based on the detection signal. It has been proposed to perform control.
JP-A-8-249732 (Publication date: September 27, 1996)

しかしながら、上記従来の構成および方法は、複数のプローブ間の相対位置を安定に制御する方法ではなく、複数のプロープによる計測において、分子材料などのナノスケールでの諸特性(前記電気特性、光学特性、磁気特性、機械的剛性など)を精度良く計測できなかったという問題点を有している。   However, the above-described conventional configuration and method are not a method for stably controlling the relative positions between a plurality of probes, but in measurement with a plurality of probes, various characteristics (such as the above-mentioned electrical characteristics and optical characteristics) of molecular materials, etc. , Magnetic characteristics, mechanical rigidity, etc.) cannot be measured with high accuracy.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の原子間力顕微鏡において重要であったプローブと試料間距離の制御ではなく、2本以上の複数のプローブにおいて、それぞれのプローブとプローブとの距離間を制御することで、分子材料などのナノスケールでの諸特性(前記電気特性、光学特性、磁気特性、機械的剛性など)を精度良く計測できる位置制御の手法を備えた表面状態計測方法、表面状態計測装置、それを用いた顕微鏡および情報処理装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is not to control the distance between the probe and the sample, which is important in the conventional atomic force microscope, but to two or more probes. By controlling the distance between each probe, the position control can accurately measure various nanoscale characteristics (such as electrical characteristics, optical characteristics, magnetic characteristics, mechanical rigidity, etc.) of molecular materials. An object of the present invention is to provide a surface state measurement method, a surface state measurement device, a microscope and an information processing device using the method.

本発明に係る表面状態計測装置は、上記課題を解決するために、計測対象物と対向する複数のプローブと、上記各プローブを上記計測対象物に対しそれぞれ移動させるプローブ駆動部と、上記計測対象物および各プローブの間の物理現象から生じる検出信号を検出して出力する検出部と、上記検出信号に基づく位置制御信号によって各プローブ間の相対位置を制御するための第一制御部と、上記検出信号から上記計測対象物の表面状態を計測する計測部とを有していることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a surface state measurement apparatus according to the present invention includes a plurality of probes facing a measurement object, a probe driving unit that moves each of the probes with respect to the measurement object, and the measurement object. A detection unit for detecting and outputting a detection signal resulting from a physical phenomenon between the object and each probe, a first control unit for controlling a relative position between the probes by a position control signal based on the detection signal, and And a measuring unit that measures the surface state of the measurement object from a detection signal.

上記構成によれば、プローブ駆動部により各プローブを計測対象物の表面に対して相対移動つまり走査することにより、上記走査に伴う検出信号を検出部によって得ることができ、上記走査に伴う検出信号から計測部により、計測対象物の表面状態(例えば表面形状)を計測できる。   According to the above configuration, each probe is moved relative to the surface of the measurement object by the probe driving unit, that is, the detection signal associated with the scanning can be obtained by the detection unit, and the detection signal associated with the scanning is detected. From the measurement unit, the surface state (for example, surface shape) of the measurement object can be measured.

その上、上記構成は、計測対象物と対向する複数のプローブをそれぞれ移動させて、各プローブ間の相対位置を制御するための第一制御部を備えているので、複数のプローブの位置制御をそれぞれ行うことができ、上記各プローブ間や、上記各プローブと計測対象物との間隔であるギャップ長を分子レベルや原子レベルでの計測が可能なように安定に制御できることになるため、計測対象物の表面状態をナノメートルスケールにて安定に計測できる。   In addition, the above configuration includes the first control unit for controlling the relative positions between the probes by moving the plurality of probes facing the measurement object, respectively, so that the position control of the plurality of probes can be performed. The gap length, which is the distance between each probe and between each probe and the measurement object, can be controlled stably so that measurement at the molecular level or atomic level can be performed. The surface state of an object can be stably measured on a nanometer scale.

この結果、上記構成は、計測対象物の表面状態をナノメートルスケールにて安定に計測できるので、原子間力顕微鏡といった顕微鏡や、メモリといったストレージデバイスである情報処理装置に用いると、上記顕微鏡の分解能を向上でき、また、上記情報処理装置の情報処理量を改善できるという効果を奏する。   As a result, since the above configuration can stably measure the surface state of the measurement object on the nanometer scale, the resolution of the microscope can be obtained when used in an information processing apparatus that is a microscope such as an atomic force microscope or a storage device such as a memory. And the amount of information processing of the information processing apparatus can be improved.

上記表面状態計測装置では、前記第一制御部は、各プローブを互いに近接させるようになっていることが好ましい。   In the surface state measuring apparatus, it is preferable that the first controller is configured to bring the probes close to each other.

上記表面状態計測装置においては、前記各プローブは、各プローブの先端部を互いに近接するようにそれぞれ配置されていることが望ましい。   In the surface state measuring apparatus, it is preferable that the probes are arranged so that the tip portions of the probes are close to each other.

上記表面状態計測装置では、さらに、前記プローブを先端に備えたカンチレバーを有するものであってもよい。   The surface state measuring apparatus may further include a cantilever having the probe at the tip.

上記表面状態計測装置においては、前記各プローブの先端部は、前記計測対象物と対向する方向に延びるように形成されていることが好ましい。   In the surface state measuring apparatus, it is preferable that the tip of each probe is formed so as to extend in a direction facing the measurement object.

上記表面状態計測装置では、前記各プローブは、先端が尖って形成されていることが望ましい。   In the surface condition measuring apparatus, it is preferable that each probe is formed with a sharp tip.

上記表面状態計測装置においては、前記各プローブの先端部には、各プローブの長手方向に沿って延びる突出部が形成されていてもよい。   In the surface state measuring apparatus, a protrusion extending along the longitudinal direction of each probe may be formed at the tip of each probe.

上記表面状態計測装置では、前記突出部は、その先が尖って形成されていてもよい。   In the surface condition measuring apparatus, the protruding portion may be formed with a pointed tip.

上記表面状態計測装置においては、前記突出部は、先端側が前記計測対象物に向かって折れ曲がる屈曲部を備えていてもよい。   In the said surface state measuring device, the said protrusion part may be equipped with the bending part by which the front end side bends toward the said measurement target object.

上記表面状態計測装置では、前記物理現象は、原子間力、トンネル電流、および静電気からなる群から選択された少なくとも一つであることが好ましい。   In the surface state measuring apparatus, the physical phenomenon is preferably at least one selected from the group consisting of an atomic force, a tunnel current, and static electricity.

上記表面状態計測装置においては、さらに、各プローブと計測対象物との間隔を前記検出信号に基づき一定するように各プローブ駆動部を制御する第二制御部を有し、前記計測部は、各プローブの位置を検出するプローブ位置検出部を備えていてもよい。   In the surface state measurement apparatus, the apparatus further includes a second control unit that controls each probe driving unit so that the interval between each probe and a measurement object is constant based on the detection signal, You may provide the probe position detection part which detects the position of a probe.

本発明の顕微鏡は、上記の何れかに記載の表面状態計測装置を有していることを特徴としている。   The microscope of the present invention is characterized by having any one of the above-described surface state measuring devices.

本発明の情報処理装置は、上記の何れかに記載の表面状態計測装置を有していることを特徴としている。   An information processing apparatus according to the present invention includes any one of the above-described surface state measurement apparatuses.

本発明の表面状態計測方法は、前記課題を解決するために、計測対象物と対向する複数のプローブを上記計測対象物との相対位置と上記各プローブ間の相対位置とをそれぞれ移動させ、上記計測対象物および各プローブの間の物理現象から生じる検出信号を検出し、上記検出信号から上記計測対象物の表面状態を計測することを特徴としている。   In order to solve the above problems, the surface state measurement method of the present invention moves a plurality of probes facing a measurement object to each of a relative position between the measurement object and a relative position between the probes, A detection signal generated from a physical phenomenon between the measurement object and each probe is detected, and the surface state of the measurement object is measured from the detection signal.

上記表面状態計測方法においては、前記物理現象は、原子間力、トンネル電流、および静電気からなる群から選択された少なくとも一つであることが望ましい。   In the surface state measurement method, the physical phenomenon is preferably at least one selected from the group consisting of an atomic force, a tunnel current, and static electricity.

上記表面状態計測方法では、前記各プローブの先端部を互いに近接するように各プローブをそれぞれ移動させることが好ましい。   In the surface state measuring method, it is preferable that the probes are moved so that the tips of the probes are close to each other.

本発明に係る表面状態計測装置は、以上のように、計測対象物と対向する複数のプローブと、上記各プローブを上記計測対象物に対しそれぞれ移動させるプローブ駆動部と、上記計測対象物および各プローブの間の物理現象から生じる検出信号を検出して出力する検出部と、上記検出信号に基づく位置制御信号によって各プローブ間の相対位置を制御するための第一制御部と、上記検出信号から上記計測対象物の表面状態を計測する計測部とを有する構成である。   As described above, the surface state measurement apparatus according to the present invention includes a plurality of probes facing the measurement object, a probe driving unit that moves each of the probes with respect to the measurement object, the measurement object, and each of the measurement objects. From the detection signal, a detection unit that detects and outputs a detection signal generated from a physical phenomenon between the probes, a first control unit for controlling the relative position between the probes by a position control signal based on the detection signal, and And a measurement unit that measures the surface state of the measurement object.

それゆえ、上記構成は、計測対象物と対向する複数のプローブをそれぞれ移動させて、各プローブ間の相対位置を制御するための第一制御部を備えているので、複数のプローブの位置制御をそれぞれ行うことができ、分子レベルや原子レベルの計測に至るギャップ長を安定に制御できることになるため、計測対象物の表面状態をナノメートルスケールにて安定に計測できる。   Therefore, the above-described configuration includes the first control unit for moving the plurality of probes facing the measurement object and controlling the relative position between the probes. Each can be performed, and the gap length leading to measurement at the molecular level or atomic level can be controlled stably, so that the surface state of the measurement object can be stably measured at the nanometer scale.

この結果、上記構成は、計測対象物の表面状態をナノメートルスケールにて安定に計測できるので、原子間力顕微鏡といった顕微鏡や、メモリといったストレージデバイスである情報処理装置に用いると、上記顕微鏡の分解能を向上でき、また、上記情報処理装置の情報処理量を改善できるという効果を奏する。   As a result, since the above configuration can stably measure the surface state of the measurement object on the nanometer scale, the resolution of the microscope can be obtained when used in an information processing apparatus that is a microscope such as an atomic force microscope or a storage device such as a memory. And the amount of information processing of the information processing apparatus can be improved.

本発明に係る表面状態計測装置の実施の一形態について図1ないし図13に基づいて説明すると以下の通りである。すなわち、上記表面状態計測装置では、図2に示すように、計測対象物1と対向するように複数のプローブ2(図2では一つのみ記載)が設けられている。計測対象物1は、図2に示すx−y方向(つまり計測対象物1の表面と略平行な水平方向)に二次元にて移動する載置台3上に装着されている。   An embodiment of the surface state measuring apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS. That is, in the surface state measuring apparatus, as shown in FIG. 2, a plurality of probes 2 (only one is shown in FIG. 2) are provided so as to face the measurement object 1. The measurement object 1 is mounted on a mounting table 3 that moves two-dimensionally in the xy direction shown in FIG. 2 (that is, a horizontal direction substantially parallel to the surface of the measurement object 1).

上記各プローブ2の形状としては、先端に向かって順次細くなるテーパー形状を備えており、後述する相互作用の検出ができる形状であればよいが、例えば三角錘形状や、四角錐形状や、円錐形状が挙げられる。また、上記各プローブ2の素材としては、後述する相互作用の検出ができて、上記形状に成形し易いものであればよいが、例えばシリコンが挙げられる。各プローブ2にシリコンを用いた場合、その成形には異方性エッチング技術が好適なものである。   The shape of each probe 2 may be any shape as long as it has a tapered shape that gradually decreases toward the tip and can detect the interaction described later. For example, a triangular pyramid shape, a quadrangular pyramid shape, a cone shape, etc. Shape. Moreover, as a raw material of each said probe 2, although the interaction mentioned later can be detected and what is easy to shape | mold into the said shape, silicon | silicone is mentioned, for example. When silicon is used for each probe 2, an anisotropic etching technique is suitable for forming the probe.

上記載置台3を駆動するためのスキャン部4がプローブ駆動部として取り付けられている。スキャン部4を制御するための制御信号を生成するスキャンシステム5が設けられている。   A scanning unit 4 for driving the mounting table 3 is attached as a probe driving unit. A scan system 5 that generates a control signal for controlling the scan unit 4 is provided.

一方、上記表面状態計測装置においては、前記プローブ2を先端部に有するカンチレバー6が片もち梁のパイプ形状で長さ0.1mm〜1mmにて取り付けられている。プローブ2は、その先端が計測対象物1の表面に向かうようにカンチレバー6の先端部に設けられている。また、各カンチレバー6は、各プローブ2をそれぞれ備えた先端部の先端が互いに突き合わせるように、かつ各カンチレバー6の長手方向が計測対象物1の表面と略平行となるように取り付けられている。カンチレバー6の素材としては、相互作用の検出のための導電性を有し、後述する励振に耐える剛性を備えていればよいが、アルミニウム、銅、それらの合金、またはカーボン等が挙げられる。   On the other hand, in the surface state measuring apparatus, the cantilever 6 having the probe 2 at the tip is attached in the shape of a single cantilever pipe with a length of 0.1 mm to 1 mm. The probe 2 is provided at the tip of the cantilever 6 so that the tip of the probe 2 faces the surface of the measurement object 1. Each cantilever 6 is attached so that the tips of the tips provided with the probes 2 are in contact with each other, and the longitudinal direction of each cantilever 6 is substantially parallel to the surface of the measurement object 1. . The cantilever 6 may be made of aluminum, copper, an alloy thereof, carbon, or the like as long as it has conductivity for detecting an interaction and has rigidity enough to withstand excitation described later.

上記カンチレバー6の基端側には、プローブ2を上下方向(図2ではz方向)に往復移動させるための第一駆動部7と、プローブ2をカンチレバー6の長手方向に対し直交する水平方向(図2ではy方向)に往復移動させるための第二駆動部8と、プローブ2をカンチレバー6の長手方向に沿った方向(図2ではx方向)に往復移動させるための第三駆動部9とが、それぞれ、プローブ駆動部として形成されている。   On the proximal end side of the cantilever 6, a first drive unit 7 for reciprocating the probe 2 in the vertical direction (z direction in FIG. 2), and a horizontal direction orthogonal to the longitudinal direction of the cantilever 6 ( A second drive unit 8 for reciprocating in the y direction in FIG. 2; a third drive unit 9 for reciprocating the probe 2 in the direction along the longitudinal direction of the cantilever 6 (x direction in FIG. 2); Are each formed as a probe driving section.

第一駆動部7、第二駆動部8および第三駆動部9は、それぞれプローブ2をミクロンオーダー(最大駆動距離が0.1μm〜10μm)にて駆動できるものであればよいが、圧電素子、ステッピングモータまたはインパクトステージによる自動駆動、または手動ネジ式を用いた微動駆動機構が挙げられる。上記微動駆動機構の内、特に圧電素子からなるものが好適なものである。よって、第一駆動部7、第二駆動部8および第三駆動部9は、複数の各プローブ2を、それらの相対位置を互いに変化させるように、また、計測対象物1の表面に対する相対位置を変化させるために、それぞれ移動できるようになっている。   The first drive unit 7, the second drive unit 8, and the third drive unit 9 may be any devices that can drive the probe 2 on the micron order (maximum driving distance is 0.1 μm to 10 μm). Examples thereof include an automatic drive by a stepping motor or an impact stage, or a fine movement drive mechanism using a manual screw type. Of the above-described fine movement driving mechanisms, those composed of piezoelectric elements are particularly suitable. Therefore, the first drive unit 7, the second drive unit 8, and the third drive unit 9 change the relative positions of the plurality of probes 2 to each other and relative to the surface of the measurement object 1. Each can be moved to change.

また、上記表面状態計測装置では、プローブ2の位置(特にz方向での)を光学的(光てこ法)に検出するための半導体レーザ10、ミラー11およびフォトダイオード12が装着されている。この光学的な検出のために、カンチレバー6の先端部における、プローブ2の取り付け位置の反対面(背面)は、鏡面仕上げとなっていることが好ましい。半導体レーザ10は、上記反対面に対しレーザ光を照射するものである。ミラー11は、上記反対面からのレーザ光の反射光をフォトダイオード12の受光面に導くものである。フォトダイオード12は、受光した光を、例えばプッシュプル法にて上記プローブ2の位置情報信号を含む電気信号に変換して出力するものである。   In the surface state measuring apparatus, a semiconductor laser 10, a mirror 11, and a photodiode 12 are mounted for optically detecting the position of the probe 2 (especially in the z direction) (optical lever method). For this optical detection, it is preferable that the surface (back surface) opposite to the mounting position of the probe 2 at the tip of the cantilever 6 has a mirror finish. The semiconductor laser 10 irradiates the opposite surface with laser light. The mirror 11 guides the reflected light of the laser beam from the opposite surface to the light receiving surface of the photodiode 12. The photodiode 12 converts the received light into an electrical signal including the position information signal of the probe 2 by, for example, a push-pull method and outputs the electrical signal.

さらに、上記表面状態計測装置においては、上記電気信号が入力されて、上記電気信号から上記プローブ2の位置情報信号から、計測対象物1の表面形状(表面状態)を算出して示す形状信号を出力する計測部13と、上記表面形状を上記形状信号に基づき表示するためのディスプレイ14と、そのディスプレイ14のためのビデオRAMであるメモリ15とが設けられている。   Furthermore, in the surface state measuring device, the shape signal is calculated by inputting the electric signal and calculating the surface shape (surface state) of the measurement object 1 from the position information signal of the probe 2 from the electric signal. A measurement unit 13 for outputting, a display 14 for displaying the surface shape based on the shape signal, and a memory 15 as a video RAM for the display 14 are provided.

そして、上記表面状態計測装置では、上記計測対象物1および各プローブ2の間の物理現象から生じる検出信号を検出して出力する検出部16と、上記検出信号に基づく位置制御信号によって各プローブ2間の相対位置を制御するための制御部17とが設けられている。上記物理現象としては、原子間力、トンネル電流、静電気力などの相互作用が挙げられる。   And in the said surface state measuring device, each probe 2 is detected by the detection part 16 which detects and outputs the detection signal which arises from the physical phenomenon between the said measurement object 1 and each probe 2, and the position control signal based on the said detection signal. A control unit 17 is provided for controlling the relative position between them. Examples of the physical phenomenon include interactions such as atomic force, tunnel current, and electrostatic force.

検出部16は、トンネル電流を検出する場合、計測対象物1とプローブ2との間に電圧を各配線A、Bを通して印加しておき、上記間隔が1ナノメートル(nm)程度までに近づくと生じるトンネル電流を検出できるようになっている。さらに、検出部16は、互いに隣り合う各プローブ2の間に電圧を各配線B、Bを通して印加しておき、上記間隔が1ナノメートル(nm)程度までに近づくと生じるトンネル電流を検出できるようになっている。これらトンネル電流は、上記間隔の変化に対し非常に精度良く変化するので、上記各間隔を少なくとも0.1nmの精度の分解能にて制御できるものである。   When detecting the tunnel current, the detection unit 16 applies a voltage between the measurement object 1 and the probe 2 through the wirings A and B, and when the interval approaches about 1 nanometer (nm). The generated tunnel current can be detected. Further, the detection unit 16 applies a voltage between the adjacent probes 2 through the wirings B and B so that the tunnel current generated when the distance approaches about 1 nanometer (nm) can be detected. It has become. Since these tunnel currents change with high accuracy in response to the change in the interval, the intervals can be controlled with a resolution of at least 0.1 nm.

制御部17は、計測部13からの形状信号から二次元での表面形状を生成して前記メモリ15に出力すると共に、上記検出信号からプローブ2と計測対象物1との間隔を一定に維持するように上記プローブ2の位置(つまり、カンチレバー6)をフィードバック制御するように第一駆動部7、第二駆動部8および第三駆動部9を制御できるものである。上記フィードバック制御は、図3(a)に示すように、カンチレバー6の先端部のプローブ2が計測対象物1の表面にナノメートルスケールにて接近すると、図3(b)に示すように、検出部16での検出信号の振幅が増減(または、周波数が増減)することを利用したものである。   The control unit 17 generates a two-dimensional surface shape from the shape signal from the measurement unit 13 and outputs the two-dimensional surface shape to the memory 15, and also maintains a constant interval between the probe 2 and the measurement object 1 from the detection signal. Thus, the first drive unit 7, the second drive unit 8 and the third drive unit 9 can be controlled so as to feedback control the position of the probe 2 (that is, the cantilever 6). As shown in FIG. 3A, when the probe 2 at the tip of the cantilever 6 approaches the surface of the measurement object 1 on the nanometer scale, the feedback control is performed as shown in FIG. This utilizes the fact that the amplitude of the detection signal in the unit 16 increases or decreases (or the frequency increases or decreases).

その上、制御部17は、計測対象物1の表面を各プローブ2により二次元的に走査するように前記スキャンシステム5を制御できるようにもなっている。さらに、制御部17は、第一駆動部7を制御してカンチレバー6の先端部のプローブ2を上下方向(z方向)に往復移動、好ましくはカンチレバー6の共振周波数にて励振できるようにもなっている。   In addition, the control unit 17 can control the scan system 5 so that the surface of the measurement object 1 is scanned two-dimensionally by the probes 2. Further, the control unit 17 can control the first driving unit 7 to reciprocate the probe 2 at the tip of the cantilever 6 in the vertical direction (z direction), preferably at the resonance frequency of the cantilever 6. ing.

次に、上記表面状態計測装置を用いた表面状態計測方法について説明する。図1(a)に示すように、上記表面状態計測方法では、各プローブ2の間隔を制御するために、各プローブ2を励振しながら、プローブ2の少なくとも一方に設けた変位検出機構である検出部16および制御部17により、微動駆動機構である圧電素子からなる第三駆動部9によって、互いの距離を近づけていく。その際に、互いに隣り合うプローブ2とプローブ2との間において相互作用(トンネル電流)により、図1(b)に示すように、変位検出機構を持つプローブ2側の信号に変位が検出される。変位が設定値に到達することで、安定なプローブ位置制御がなされる。これは例えば目視などの際にはプローブとプローブが接触、あるいは激突して破壊する場合が考えられるが、上記変位検出機構を用いた場合には、そのような事由はない。   Next, a surface state measuring method using the surface state measuring apparatus will be described. As shown in FIG. 1A, in the surface state measurement method described above, detection is a displacement detection mechanism provided on at least one of the probes 2 while exciting the probes 2 in order to control the interval between the probes 2. The third drive unit 9 made of a piezoelectric element, which is a fine movement drive mechanism, reduces the distance between the unit 16 and the control unit 17. At that time, due to the interaction (tunnel current) between the probes 2 adjacent to each other, the displacement is detected in the signal on the probe 2 side having the displacement detection mechanism as shown in FIG. . When the displacement reaches the set value, stable probe position control is performed. For example, in the case of visual inspection, the probe may come into contact with the probe, or may collide and break, but there is no such reason when the displacement detection mechanism is used.

本発明は、簡単な装置構成により、複数の各プローブ2間の相対位置の位置制御を行うことができ、分子や原子に至るギャップ長を安定に制御できることになるため、分子エレクトロニクスにおける研究進展を飛躍的に増進できるとともに、走査型トンネル顕微鏡の高分解能化、およびメモリなどのストレージデバイスに適用してその記憶容量を増大化できる。   Since the present invention can control the relative position between a plurality of probes 2 with a simple apparatus configuration, and can stably control the gap length to molecules and atoms, In addition to the dramatic improvement, it is possible to increase the resolution of the scanning tunneling microscope and increase the storage capacity by applying it to a storage device such as a memory.

本実施の形態の一変形例として、図4に示すように、各プローブ2を励振せずに上記プローブ2間のトンネル電流をモニタしてもよい。また、本実施の形態における他の変形例として、図5に示すように、各プローブ2の一方を励振しながら他方を励振せずに、上記プローブ2間の原子間力をモニタしてもよい。本実施の形態のさらに他の変形例として、図6に示すように、各プローブ2の双方を励振しながら上記プローブ2間の原子間力をモニタしてもよい。   As a modification of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the tunnel current between the probes 2 may be monitored without exciting each probe 2. As another modification of the present embodiment, as shown in FIG. 5, the atomic force between the probes 2 may be monitored while exciting one of the probes 2 and not the other. . As yet another modification of the present embodiment, the atomic force between the probes 2 may be monitored while exciting both of the probes 2 as shown in FIG.

なお、本実施の形態では、プローブ2の形状としては、先端が計測対象物1の表面に向かう四角錐形状のものを挙げたが、上記各プローブ2間の位置制御のために、図7(a)に示すように、カンチレバー6の長手方向に延びる棒状の突出部18をプローブ2に形成することが望ましい。突出部18は、カンチレバー6の先端側のプローブ2に形成することがより望ましく、プローブ2の基端側に形成することがさらに望ましい。また、突出部18は、その形状を先端に向かって細くなるように形成されることが好ましく、先が尖ったテーパー形状がより好ましい。   In the present embodiment, the probe 2 has a quadrangular pyramid shape whose tip is directed to the surface of the measurement object 1. However, for position control between the probes 2, FIG. As shown to a), it is desirable to form the rod-shaped protrusion part 18 extended in the longitudinal direction of the cantilever 6 in the probe 2. FIG. The protrusion 18 is more preferably formed on the probe 2 on the distal end side of the cantilever 6, and more preferably on the proximal end side of the probe 2. Moreover, it is preferable that the protrusion part 18 is formed so that the shape may become thin toward the front-end | tip, and a taper shape with a pointed tip is more preferable.

さらに、突出部18は、図7(b)に示すように、突出部18の先端側が計測対象物1の表面の方向に折れ曲がった屈曲部18aを備えていることが、上記各プローブ2間の位置制御のために望ましい。屈曲部18aは、その形状を先端に向かって細くなるように形成されることが好ましく、先が尖ったテーパー形状がより好ましい。   Further, as shown in FIG. 7B, the protrusion 18 includes a bent portion 18 a where the tip end side of the protrusion 18 is bent in the direction of the surface of the measurement object 1. Desirable for position control. The bent portion 18a is preferably formed so that its shape becomes narrower toward the tip, and more preferably a tapered shape with a sharp point.

また、本実施の形態では、各プローブ2を図8(a)に示すように、2個、互いにつきあうように設けた例を挙げたが、図8(b)に示すように、3個、それらの先端側を互いにつきあうように設けてもよく、図8(c)に示すように、4個、それらの先端側を互いにつきあうように設けても、図8(d)に示すように、8個、それらの先端側を互いにつきあうように設けてもよい。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 8 (a), two probes 2 are provided so as to be in contact with each other, but as shown in FIG. 8 (b), three probes are provided. These tip sides may be provided so as to touch each other, as shown in FIG. 8 (c), even if four tips are provided so as to touch each other, as shown in FIG. 8 (d), Eight of them may be provided so that their tip sides are in contact with each other.

以下に、前記物理現象としての、原子間力および静電気力といった相互作用についてそれぞれ説明する。まず、原子間力について説明すると、図9に示すように、本発明の表面状態計測装置では、プローブ2と計測対象物1の表面との間に働く原子間力を、プローブ2が取り付けられているカンチレバー6のたわみとして検出し、上記たわみを一定するように上記プローブ2の位置を制御して、上記表面形状を二次元的に走査することで、上記表面形状を計測して画像化できる。   Hereinafter, the interactions such as interatomic force and electrostatic force as the physical phenomenon will be described. First, the atomic force will be described. As shown in FIG. 9, in the surface state measurement apparatus of the present invention, the atomic force acting between the probe 2 and the surface of the measurement object 1 is attached to the probe 2. By detecting the deflection of the cantilever 6 and controlling the position of the probe 2 so as to make the deflection constant and scanning the surface shape two-dimensionally, the surface shape can be measured and imaged.

原子間力とは、図10に示すように、無極性の中性原子間の相互作用であって、上記相互作用は、レナード(Lennard)−ジョーンズ(Jones)型のポテンシャルにて近似できるものである。ポテンシャルエネルギーU0と、原子間距離r0との関係は、以下の式(1)で表される。 As shown in FIG. 10, the interatomic force is an interaction between nonpolar neutral atoms. The above interaction can be approximated by a Lennard-Jones type potential. is there. The relationship between the potential energy U 0 and the interatomic distance r 0 is expressed by the following equation (1).

Figure 0004621908
Figure 0004621908

ここで、εLJは凝集エネルギー、σは平衡原子間距離である。 Here, ε LJ is the cohesive energy, and σ is the distance between the equilibrium atoms.

これらの原子間に働く原子間力F0は、以下の式(2)にて表される。 The interatomic force F 0 acting between these atoms is expressed by the following formula (2).

Figure 0004621908
Figure 0004621908

上記式(2)を変形し具体的な数値を代入し、プロットした結果を図11に示した。図11から、原子間距離が、約0.2nm以上では引力(attractive force)が働き、それ以上近づくと(0.2nm未満では)、斥力が働くことが分かる。   FIG. 11 shows the plotted results obtained by modifying the above equation (2) and substituting specific numerical values. From FIG. 11, it can be seen that an attractive force works when the interatomic distance is about 0.2 nm or more, and a repulsive force works when the distance is more than that (less than 0.2 nm).

このように、プローブ2の先端と計測対象物1の表面との間には、遠距離(0.2nm以上)においては引力が発生する。この引力は、分散力(言い換えると凝集力)によるものである。分散力とは、瞬間双極子(無極性原子でも瞬間的には電荷の偏りが発生している)によって他方の原子にも双極子が生成し、これらの双極子の間に働く力である。大きい原子分子ほど、電子を保持する力が弱いため瞬間双極子を生じ易く、結果として分散力が大きくなる。   Thus, an attractive force is generated between the tip of the probe 2 and the surface of the measurement object 1 at a long distance (0.2 nm or more). This attractive force is due to the dispersion force (in other words, cohesive force). The dispersive force is a force that acts between these dipoles because a dipole is also generated in the other atom by an instantaneous dipole (a non-polar atom causes a momentary charge bias). Larger atomic molecules tend to generate instantaneous dipoles due to their weaker force to hold electrons, resulting in higher dispersion force.

一方、プローブ2の先端と計測対象物1の表面との間に、0.2nm未満の近距離では、斥力が働く。この斥力は、交換相互作用によるものである。交換相互作用とは、2つの原子の電子雲が互いに重なり合うと、原子核の正電荷を電子雲が静電的に遮蔽できず、双方の各原子核における正電荷同士の間にクーロン(Coulomb)力が生じる。また、パウリ(Pauli)の禁則により、同一のエネルギーレベルの電子は同一空間を占めることはできない。それらのため、2つの原子が上記近距離に近づくと電子雲が歪み、結果としてプローブ2の先端と計測対象物1の表面との間に上記近距離では斥力が働くことになる。   On the other hand, repulsive force acts between the tip of the probe 2 and the surface of the measurement object 1 at a short distance of less than 0.2 nm. This repulsive force is due to exchange interaction. The exchange interaction is that when two electron clouds of two atoms overlap each other, the electron cloud cannot electrostatically shield the positive charge of the nucleus, and the Coulomb force is generated between the positive charges of both nuclei. Arise. Also, due to Pauli's prohibition, electrons of the same energy level cannot occupy the same space. Therefore, when two atoms approach the short distance, the electron cloud is distorted. As a result, a repulsive force acts between the tip of the probe 2 and the surface of the measurement object 1 at the short distance.

次に、前記物理現象としての、静電気力といった相互作用について説明する。静電気力とは、図12に示すように、距離r0離れた各電荷Q1、Q2の間に働く静電気力F0であり、その静電気力F0は、下記の式(3)にて表される。 Next, interaction such as electrostatic force as the physical phenomenon will be described. The electrostatic force, as shown in FIG. 12, the distance r 0 away each charge was Q1, Q2 is the electrostatic force F 0 exerted between, the electrostatic force F 0 is expressed by the following equation (3) The

Figure 0004621908
Figure 0004621908

ここで、k=8.99×109(Nm2/C2)である。 Here, k = 8.99 × 10 9 (Nm 2 / C 2 ).

物理現象として静電気力を用いた場合、本発明の表面状態計測装置においては、プローブ2と計測対象物1の表面との間に働く静電気力を、プローブ2が取り付けられているカンチレバー6のたわみとして検出し、上記たわみを一定するように上記プローブ2の位置を制御して、上記表面形状を二次元的に走査することで、上記表面形状を計測して画像化できる。   When electrostatic force is used as a physical phenomenon, in the surface state measuring apparatus of the present invention, the electrostatic force acting between the probe 2 and the surface of the measurement object 1 is used as the deflection of the cantilever 6 to which the probe 2 is attached. The surface shape can be measured and imaged by detecting and controlling the position of the probe 2 so as to keep the deflection constant and scanning the surface shape two-dimensionally.

以上のように、本発明では、図13に示すように、複数のプローブ2を、互いに独立して、ナノスケールにて制御できるから、ナノテクノロジー分野において、計測対象物1の表面に形成された、個々の機能性素子(分子を含む)1a、例えばペンタセン分子の特性(どの程度電流が流れる、どの程度堅いなど)を直接的に評価することが可能となる。   As described above, in the present invention, as shown in FIG. 13, a plurality of probes 2 can be controlled on a nanoscale independently of each other, and thus formed on the surface of the measurement object 1 in the nanotechnology field. It becomes possible to directly evaluate the characteristics (how much current flows, how hard, etc.) of each functional element (including molecules) 1a, for example, pentacene molecule.

その上、複数の各プローブ2を互いの距離を安定に制御できれば、原子間力顕微鏡においては、多数の各プローブ2で表面形状を観察できるので、一度に、広範囲の表面を計測できて計測を迅速化できる。   In addition, if the distance between each of the plurality of probes 2 can be controlled stably, the surface shape can be observed with a large number of probes 2 in the atomic force microscope, so that a wide range of surfaces can be measured at one time. Speed up.

本発明の表面状態計測方法、表面状態計測装置は、計測対象物の表面状態を分子レベルにて精度よく計測できるので、顕微鏡などの表面形状測定装置といった測定分野や半導体製造分野およびメモリなどのストレージデバイスといった情報処理分野に好適に利用できる。   Since the surface state measuring method and the surface state measuring apparatus of the present invention can accurately measure the surface state of a measurement object at the molecular level, the measuring field such as a surface shape measuring device such as a microscope, the semiconductor manufacturing field, and the storage such as a memory It can be suitably used in the information processing field such as devices.

本発明の表面状態計測方法における各プローブ間の位置制御を示し、(a)は上記位置制御を示す各プローブの概略正面図、(b)は各プローブが互いに近づく前と、近づいた後の検出信号の変化を示す各波形図である。The position control between each probe in the surface state measuring method of this invention is shown, (a) is a schematic front view of each probe which shows the said position control, (b) is the detection before and after each probe approaches each other. It is each waveform figure which shows the change of a signal. 本発明の表面状態計測装置のブロック図である。It is a block diagram of the surface state measuring device of the present invention. 本発明の表面状態計測方法における計測対象物とプローブとの間の位置制御を示し、(a)は上記計測対象物とプローブとの概略正面図、(b)は計測対象物とプローブとが互いに近づく(接触)前と、近づいた(接触)後の検出信号の変化を示す各波形図である。The position control between the measurement object and the probe in the surface state measurement method of the present invention is shown, (a) is a schematic front view of the measurement object and the probe, (b) is a measurement object and the probe each other It is each waveform figure which shows the change of the detection signal before approaching (contact) and after approaching (contact). 上記の表面状態計測方法の一変形例を示す、各プローブの概略正面図である。It is a schematic front view of each probe which shows one modification of said surface state measuring method. 上記の表面状態計測方法の他の変形例を示す、各プローブの概略正面図である。It is a schematic front view of each probe which shows the other modification of said surface state measuring method. 上記の表面状態計測方法のさらに他の変形例を示す、各プローブの概略正面図である。It is a schematic front view of each probe which shows the further another modification of said surface state measuring method. 上記プローブの各変形例を示す正面図であり、(a)は一変形例を示し、(b)は他の変形例を示す。It is a front view which shows each modification of the said probe, (a) shows one modification, (b) shows another modification. 上記各プローブの各変形例を示す平面図であり、(a)は各プローブが2個の本実施の形態を示し、(b)は各プローブが3個の一変形例を示し、(c)は各プローブが4個の他の変形例を示し、(d)は各プローブが8個のさらに他の変形例を示す。It is a top view which shows each modification of each said probe, (a) shows this embodiment with each probe being two, (b) shows each modification with three each probes, (c) Each probe shows four other modifications, and (d) shows yet another modification with eight probes. 物理現象に原子間力を用いた場合の上記表面状態計測装置の概略正面図である。It is a schematic front view of the said surface state measuring device at the time of using atomic force for a physical phenomenon. 上記原子間力を説明するための各原子の模式図である。It is a schematic diagram of each atom for demonstrating the said atomic force. 上記各原子間の原子間力と原子間距離との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the interatomic force between each said atom and interatomic distance. 物理現象としての静電気力を説明するために、上記静電気力を発生する各電荷の模式図である。In order to explain the electrostatic force as a physical phenomenon, it is a schematic diagram of each charge that generates the electrostatic force. 上記表面状態計測装置を用いた、本発明の表面状態計測方法の一例を示す模式正面図である。It is a schematic front view which shows an example of the surface state measuring method of this invention using the said surface state measuring apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 計測対象物
2 プローブ
6 カンチレバー
7 第一駆動部
9 第三駆動部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement object 2 Probe 6 Cantilever 7 1st drive part 9 3rd drive part

Claims (16)

計測対象物と対向する複数のプローブと、
上記各プローブを上記計測対象物に対しそれぞれ移動させると共に、上記各プローブ間の相対位置を移動させるプローブ駆動部と、
上記各プローブおよび上記計測対象物の間に電圧を印加すると共に上記各プローブ間に電圧を印加して、上記各プローブおよび上記計測対象物の間のトンネル電流および上記各プローブ間のトンネル電流を検出して出力し、上記計測対象物および各プローブの間の物理現象から生じる検出信号を検出して出力する検出部と、
上記検出部による上記各プローブ間のトンネル電流によって上記各プローブ間の相対位置を制御すると共に、上記検出部による上記各プローブおよび上記計測対象物の間のトンネル電流によって上記各プローブおよび上記計測対象物の間隔を制御するように上記プローブ駆動部を制御するための第一制御部と、
上記検出信号から上記計測対象物の表面状態を計測する計測部とを有していることを特徴とする表面状態計測装置。
A plurality of probes facing the measurement object;
A probe driving unit that moves each of the probes with respect to the measurement object and moves a relative position between the probes;
A voltage is applied between each probe and the measurement object and a voltage is applied between the probes to detect a tunnel current between the probe and the measurement object and a tunnel current between the probes. and to output, the measurement object and detector which detects and outputs a detection signal arising from the physical phenomenon between each probe,
The relative position between the probes is controlled by the tunnel current between the probes by the detection unit, and the probes and the measurement object by the tunnel current between the probes and the measurement object by the detection unit. A first control unit for controlling the probe driving unit to control the interval of
A surface state measurement apparatus comprising: a measurement unit that measures a surface state of the measurement object from the detection signal.
前記第一制御部は、前記各プローブ間のトンネル電流によって上記各プローブを互いに近接させるようになっていることを特徴とする請求項1記載の表面状態計測装置。 2. The surface state measuring apparatus according to claim 1, wherein the first controller is configured to bring the probes close to each other by a tunnel current between the probes . 前記各プローブは、各プローブの先端部を互いに近接するようにそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の表面状態計測装置。   3. The surface state measuring apparatus according to claim 1, wherein the probes are arranged so that tip portions of the probes are close to each other. さらに、前記プローブを先端部に備えたカンチレバーを有していることを特徴とする請求項1ないし3の何れか1項に記載の表面状態計測装置。   The surface state measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a cantilever provided with the probe at a tip portion. 前記各プローブの先端部は、前記計測対象物に対向する方向に延びるように設定され
前記第一制御部は、上記各プローブの先端部および上記計測対象物の間隔を、前記各プローブおよび上記計測対象物の間のトンネル電流によって制御するものであることを特徴とする請求項4記載の表面状態計測装置。
The tip of each probe is set to extend in a direction opposite to the measurement object ,
5. The first control unit controls a distance between a tip portion of each probe and the measurement object by a tunnel current between the probes and the measurement object. Surface state measuring device.
前記各プローブは、先端が尖って形成されていることを特徴とする請求項5記載の表面状態計測装置。   6. The surface state measuring apparatus according to claim 5, wherein each of the probes has a sharp tip. 前記カンチレバーの先端部には、カンチレバーの長手方向に沿って延びる突出部が、前記各プローブ間に電圧を印加して、上記各プローブ間のトンネル電流を検出するために形成されていることを特徴とする請求項4ないし6の何れか1項に記載の表面状態計測装置。 A protrusion extending along the longitudinal direction of the cantilever is formed at the tip of the cantilever to apply a voltage between the probes and detect a tunnel current between the probes. The surface state measuring apparatus according to any one of claims 4 to 6. 前記突出部は、先が尖って形成されていることを特徴とする請求項7記載の表面状態計測装置。   The surface state measuring apparatus according to claim 7, wherein the protruding portion is formed with a pointed tip. 前記突出部は、先端側が前記計測対象物に向かって折れ曲がる屈曲部を備えていることを特徴とする請求項7または8記載の表面状態計測装置。   The surface state measuring device according to claim 7 or 8, wherein the protruding portion includes a bent portion whose front end is bent toward the measurement object. 前記物理現象は、原子間力、トンネル電流、および静電気からなる群から選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項1ないし9の何れか1項に記載の表面状態計測装置。   10. The surface state measuring apparatus according to claim 1, wherein the physical phenomenon is at least one selected from the group consisting of an atomic force, a tunnel current, and static electricity. 前記計測部は、各プローブの位置を検出するプローブ位置検出部を備え、
さらに、前記物理現象の力が加わった上記各プローブおよび上記計測対象物の間隔を前記検出信号に基づき一定に維持するように上記ブローブ駆動部をフィードバック制御する第二制御部を有していることを特徴とする請求項1ないし10の何れか1項に記載の表面状態計測装置。
The measurement unit includes a probe position detection unit that detects the position of each probe,
Furthermore, it has a second controller for feedback controlling the Burobu driving unit so as to maintain the spacing of the physical phenomenon above probe and the measurement object a force is applied in a constant based on the detection signal The surface state measuring apparatus according to claim 1, wherein
請求項1ないし11の何れか1項に記載の表面状態計測装置を有していることを特徴とする顕微鏡。   A microscope comprising the surface state measuring device according to claim 1. 請求項1ないし11の何れか1項に記載の表面状態計測装置を有していることを特徴とする情報処理装置。   An information processing apparatus comprising the surface state measurement apparatus according to claim 1. 計測対象物と対向する複数の各プローブおよび上記計測対象物の間に電圧を印加すると共に上記各プローブ間に電圧を印加して、上記各プローブおよび上記計測対象物の間のトンネル電流および上記各プローブ間のトンネル電流を検出し、
上記複数のプローブおよび上記計測対象物の相対位置を上記各プローブおよび上記計測対象物の間のトンネル電流により上記各プローブをそれぞれ移動させ、上記各プローブ間のトンネル電流により上記各プローブ間の相対位置をそれぞれ移動させ、
上記計測対象物および上記各プローブの間の物理現象から生じる検出信号を検出し、
上記各プローブの位置をそれぞれ位置情報信号として検出し、
上記検出信号から上記各プローブと上記計測対象物との間隔を一定に維持するように上記各プローブをフィードバック制御して、上記計測対象物の表面状態を計測することを特徴とする表面状態計測方法。
A voltage is applied between each of the plurality of probes facing the measurement object and the measurement object and a voltage is applied between the probes, and a tunnel current between the probe and the measurement object and each of the measurement objects. Detect tunnel current between probes,
The relative positions of the plurality of probes and the measurement object are moved by the tunnel currents between the probes and the measurement object, respectively , and the relative positions between the probes by the tunnel current between the probes. Move each
Detecting a detection signal arising from the physical phenomenon between the measurement object and the respective probe,
The position of each probe is detected as a position information signal,
A surface state measurement method, wherein the surface state of the measurement object is measured by feedback controlling each probe so as to maintain a constant distance between the probe and the measurement object from the detection signal. .
前記物理現象は、原子間力、トンネル電流、および静電気からなる群から選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項14記載の表面状態計測方法。   15. The surface state measurement method according to claim 14, wherein the physical phenomenon is at least one selected from the group consisting of an atomic force, a tunnel current, and static electricity. 前記各プローブの先端部を互いに近接するように各プローブをそれぞれ移動させることを特徴とする請求項14または15記載の表面状態計測方法。
The surface state measuring method according to claim 14 or 15, wherein each probe is moved so that a tip portion of each probe is close to each other.
JP2004331103A 2004-11-15 2004-11-15 Surface state measuring method, surface state measuring device, microscope, information processing device Active JP4621908B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004331103A JP4621908B2 (en) 2004-11-15 2004-11-15 Surface state measuring method, surface state measuring device, microscope, information processing device
PCT/JP2005/020942 WO2006051983A1 (en) 2004-11-15 2005-11-15 Surface status measuring method, surface status measuring device, microscope and information processor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004331103A JP4621908B2 (en) 2004-11-15 2004-11-15 Surface state measuring method, surface state measuring device, microscope, information processing device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006138821A JP2006138821A (en) 2006-06-01
JP4621908B2 true JP4621908B2 (en) 2011-02-02

Family

ID=36336648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004331103A Active JP4621908B2 (en) 2004-11-15 2004-11-15 Surface state measuring method, surface state measuring device, microscope, information processing device

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP4621908B2 (en)
WO (1) WO2006051983A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4863405B2 (en) * 2008-04-25 2012-01-25 独立行政法人産業技術総合研究所 Non-contact scanning probe microscope
EP2447723A4 (en) * 2009-06-23 2014-01-15 Univ Kyoto Scanning probe microscope and probe proximity detection method therefor
JP2011215112A (en) * 2010-04-02 2011-10-27 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology Multi-probe afm nanoprober and measurement method using the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06201369A (en) * 1992-12-28 1994-07-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Multiprobe head of scanning probe microscope
JPH06265342A (en) * 1992-01-30 1994-09-20 Seiko Instr Inc Infinitesimal displacement measuring head
JPH08249732A (en) * 1995-03-06 1996-09-27 Canon Inc Probe control circuit for information processor
JP2001024038A (en) * 1999-07-05 2001-01-26 Hitachi Ltd Probe positioning method and apparatus and method of evaluating member using the same
JP2001174491A (en) * 1999-12-20 2001-06-29 Japan Science & Technology Corp Apparatus for evaluating electric characteristic

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06265342A (en) * 1992-01-30 1994-09-20 Seiko Instr Inc Infinitesimal displacement measuring head
JPH06201369A (en) * 1992-12-28 1994-07-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Multiprobe head of scanning probe microscope
JPH08249732A (en) * 1995-03-06 1996-09-27 Canon Inc Probe control circuit for information processor
JP2001024038A (en) * 1999-07-05 2001-01-26 Hitachi Ltd Probe positioning method and apparatus and method of evaluating member using the same
JP2001174491A (en) * 1999-12-20 2001-06-29 Japan Science & Technology Corp Apparatus for evaluating electric characteristic

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006051983A1 (en) 2006-05-18
JP2006138821A (en) 2006-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7155964B2 (en) Method and apparatus for measuring electrical properties in torsional resonance mode
US5461907A (en) Imaging, cutting, and collecting instrument and method
US7941286B2 (en) Variable density scanning
EP0433604A2 (en) Electrical probe incorporating scanning proximity microscope
US9910064B2 (en) Force measurement with real-time baseline determination
JP2004523748A (en) Probe case with balanced momentum
EP1756595B1 (en) Method and apparatus for measuring electrical properties in torsional resonance mode
CN107636474B (en) Multi-integrated tip scanning probe microscope
US7910390B2 (en) Resonant MEMS device that detects photons, particles and small forces
JP3069923B2 (en) Cantilever probe, atomic force microscope, information recording / reproducing device
US9366693B2 (en) Variable density scanning
JP4621908B2 (en) Surface state measuring method, surface state measuring device, microscope, information processing device
US7009414B2 (en) Atomic force microscope and method for determining properties of a sample surface using an atomic force microscope
US7363802B2 (en) Measurement device for electron microscope
JP2007240238A (en) Probe microscope and measuring method of probe microscope
KR100597067B1 (en) Device for Assembling Nano Material on Probe Tips and Scanning Probe Microscope Employed Therefor
Microscopy Atomic force microscopy
JP2005300490A (en) Mechanical detection element and detector
JP4497665B2 (en) Probe scanning control device, scanning probe microscope using the scanning control device, probe scanning control method, and measurement method using the scanning control method
Wenzler et al. An integrated scanning tunneling, atomic force and lateral force microscope
Phan et al. Atomic force microscopy
Satoh et al. Multi-Probe Atomic Force Microscopy Using Piezo-Resistive Cantilevers and Interaction between Probes
Russell et al. AFM and Other Scanned Probe Microscopies Tutorial
JPH10213749A (en) Surface observing method by scanning type probe microscope

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070518

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100720

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100915

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20101005

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150