JP5254509B2 - カンチレバーおよびシールドを備えた静電気力検出器 - Google Patents
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Description
上記の各式において、Vt は外部バイアス電圧であり、ρは電荷分布の密度であり、εはテスト中のサンプルの誘電率であり、do はサンプルの厚みであり、dは検出器チップと金属基板と間の距離であり、Sは平行板の板の面積である。εおよびdo が知られている場合、Fω(静電気力のω成分)を検出するか、あるいはFωをゼロにするフィードバックとして検出器に与えられるVDCを測定することによってρを得ることが可能である。do がゼロならば、それはテスト中の表面が固体金属であることを意味する。F 2ωは、これを一定にするようにdを制御することによりテスト中の表面の粗さの情報を提供する。誘電体フィルム100 上の電荷分布を測定しなければならないため、do =0の状態は現実的ではなく、したがって、F 2ωを直接測定しなければならない。
(1)テスト中の表面は、金属基板と、比誘電率が3である厚さ15μm乃至25μmの誘電体フィルムの層とを含んでいる。
(2)検出器は、テスト中の表面の上方に配置されている。検出器のチップと金属基板との間の距離は30μmである。
(3)テスト中の表面上の検出器の下方に、1fC(1×10−15C)の電荷が配置される。
Claims (14)
- (a)基端部が固定されたカンチレバーアームを有し、テスト対象となるサンプルの表面上の静電荷により前記カンチレバーの先端部のチップに静電気力が誘導されるように配置された検出器と、
(b)前記チップにおいて誘導された静電気力による前記カンチレバーアームの湾曲を検知して、前記チップにおいて誘導された静電気力の周波数成分を含む電気信号に変換する光学系と、
(c)所定の周波数の交流バイアス電圧および直流バイアス電圧の組合せたものを検出器に供給する手段と、
(d)前記カンチレバーアームとテスト中のサンプルとの間に配置されて前記カンチレバーアームを静電遮蔽する静電気シールドと、
(e)サンプルを支持してそのサンプルの位置をXYZ方向に駆動するスキャナと、
(f)前記スキャナとサンプルとの間に配置されて、サンプルが搭載された金属基板の表面に接触させた前記カンチレバーの前記チップを高さ方向であるZ方向へ移動させることにより、前記金属基板の表面から前記チップまでの距離dを設定する圧電アクチュエータと、
(g)前記チップにおいて誘導された静電気力の周波数成分を含む電気信号から、交流バイアス電圧の周波数と等倍の周波数および2倍の周波数に対応する周波数成分を検出し、前記圧電アクチュエータで検出された前記チップの高さ方向の距離dをパラメータとして使用して、前記2つの周波数成分から、サンプルの表面上の電荷分布とサンプルのフィルムの厚さd 0 を求める手段と、
を具備しているテストサンプルの静電気力およびフィルムの厚さを測定するための静電気力顕微鏡。
- 前記静電気シールドは、前記カンチレバーアームから間隔を隔てて配置されている請求項1記載の静電気力顕微鏡。
- 前記静電気シールドは金属である請求項1記載の静電気力顕微鏡。
- 前記静電気シールドは細長く、前記カンチレバーアームのテスト中のサンプルにさらされる部分を遮蔽するように構成されている請求項1記載の静電気力顕微鏡。
- 前記カンチレバーアームと前記静電気シールドを同じ電位に維持する手段を具備している請求項1記載の静電気力顕微鏡。
- (a)基端部が固定されたカンチレバーアームを有し、テスト対象となるサンプルの表面上の静電荷により前記カンチレバーの先端部のチップに静電気力が誘導されるように配置された検出器と、
(b)前記チップにおいて誘導された静電気力による前記カンチレバーアームの湾曲を検知して、前記チップにおいて誘導された静電気力の周波数成分を含む電気信号に変換する光学系と、
(c)所定の周波数の交流バイアス電圧および直流バイアス電圧の組合せたものを検出器に供給する手段と、
(d)前記カンチレバーアームとテスト中のサンプルとの間に配置されて前記カンチレバーアームを静電遮蔽する静電気シールドと、
(e)サンプルを支持してそのサンプルの位置をXYZ方向に駆動するスキャナと、
(f)前記スキャナとサンプルとの間に配置されて、サンプルが搭載された金属基板の表面に接触させた前記カンチレバーの前記チップを高さ方向であるZ方向へ移動させることにより、前記金属基板の表面から前記チップまでの距離dを設定する圧電アクチュエータと
(g)前記チップにおいて誘導された静電気力の周波数成分を含む電気信号から、交流バイアス電圧の周波数と等倍の周波数に対応する周波数成分を検出し、前記圧電アクチュエータで検出された前記チップの高さ方向の距離dをパラメータとして使用して、前記周波数成分から、サンプルの表面上の電荷分布を求める手段と、
を具備しているテストサンプルの静電気力を測定するための静電気力顕微鏡。
- 前記静電気シールドは、前記カンチレバーアームから間隔を隔てて配置されている請求項6記載の静電気力顕微鏡。
- 前記静電気シールドは金属である請求項6記載の静電気力顕微鏡。
- 前記静電気シールドは細長く、前記カンチレバーアームのテスト中のサンプルにさらされる部分を遮蔽するように構成されている請求項6記載の静電気力顕微鏡。
- 前記カンチレバーアームと前記静電気シールドを同じ電位に維持する手段を具備している請求項6記載の静電気力顕微鏡。
- 静電気力顕微鏡の検出器に設けられたカンチレバーアームの先端部のチップと、テスト対象となるサンプルの表面上の静電荷との間に誘起される静電気力を決定する方法において、
(a)前記カンチレバーアームとテスト中のサンプルとの間に配置されて前記カンチレバーアームを静電遮蔽する静電気シールドを設け、
(b)サンプルを支持してそのサンプルの位置をXYZ方向に駆動するスキャナを配置し、前記スキャナとサンプルとの間に圧電アクチュエータを設置し、前記圧電アクチュエータを使用してサンプルが搭載された金属基板の表面に接触させた前記カンチレバーの前記チップを高さ方向であるZ方向へ移動させて、前記金属基板の表面から前記チップまでの距離dを設定し、
(c)所定の周波数の交流バイアス電圧および直流バイアス電圧の組合せたものを検出器に供給し、前記チップにおいて誘導された静電気力による前記カンチレバーアームの湾曲を検知して、前記チップにおいて誘導された静電気力の周波数成分を含む電気信号を生成し、
(d)ステップ(c)で得られた電気信号から交流バイアス電圧と等倍の周波数成分を検出し、
(e)ステップ(d)で得られた周波数成分を使用し、ステップ(b)の前記圧電アクチュエータで検出された前記チップの高さ方向の距離dをパラメータとして使用して、サンプルの表面上の電荷分布を決定するステップを含んでいる静電気力を決定する方法。
- 前記静電気シールドを前記カンチレバーアームに近接して間隔を隔てて配置するステップを含んでいる請求項11記載の方法。
- 前記カンチレバーアームのテスト中のサンプルにさらされる部分を遮蔽するステップを含んでいる請求項11記載の方法。
- 前記カンチレバーアームと前記静電気シールドを同じ電位に維持するステップを含んでいる請求項11記載の方法。
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