JPH02269904A - 探針の試料に対する位置測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、鋭い探針により表面形状や表面の物理特性を
測定する装置において、探針の試料に対する位置を測定
する方法に関する。

〈従来の技術〉 表面の微細形状や物理特性を観察することは科学技術の
広い範囲で必要である。そして、近年特に高さを含む三
次元の寸法をミクロンメートル以下の分解能で測定する
ことがＬＳＩ、光メモリなど開発において重要になって
きており、又、ミクロンメートル以下の領域での表面の
物質構造を調べろことがＬＳＩや高温超伝導体の開発で
重要になってきている。

このような状況の中、最近、極めて鋭い探針を用いて試
料の表面形状や表面の物理特性を原子レベルの分解能で
測定し得る走査型トンネル顕微鏡が開発されている。又
、探針と試料の表面との間に動く力を測定する原子開力
顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ　Ｆｏｒｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏ
ｐｅ）も開発されている。さらに、探針を試料の表面に
接触摺動させて表面形状を測定する表面形状測定器も広
く用いられている。

〈発明が解決しようとする１ｌｊｆｆｉ＞しかし、前述
した測定装置においては、試料の測定表面上の探針の位
置が目視でしか確かめられず、又、通常、探針は支持部
材の裏面に取付けられているので、試料表面のどの位置
を測定しているかがはっきりしないという問題がある。

しかも、この問題は、ミクロンメートル以下の領域の観
測において特に重大となる。

又、例えばＬＳＩのテストパターンを用いて、支持部材
に対する探針の位置を予め求めておき、試料に対する探
針の位置を安定する方法が提案されているが、かかる方
法で探針の位置を決定するには、多大な手間を要するの
で、簡易な位置決定方法の出現が要望されている。

本発明はこのような事情に鑑み、探針により試料の表面
形状や表面の物理特性を測定する装置において探針の試
料に対する位置を簡易に測定することができる方法を提
供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 前記目的を達成する本発明に係る探針の試料に対する位
置測定方法は、測定領域周辺を１１１３１する光学顕微
鏡を具備すると共に探針により試料の表面形状や表面の
物理特性を測定する装置において当該探針の当該試料に
対する位置を測定するに際し、まず、塑性変形し易い仮
試料に上記探針を押付けて圧痕を形成すると共に当該圧
痕を介して当該探針と上記光学顕微鏡との相対位置をＩ
Ｉ！測し、次いで、この光学顕微鏡に対して上記試料の
位置を合わせることにより当該試料に対する探針の位置
を測定することを特徴とする。

く作　　　用〉 まず、光学顕微鏡で位置を確認しながら、塑性変形し易
い仮試料に探針を押付けて圧痕を形成した後、との探針
が取付けられた支持部材を移動して、圧痕が光学顕微鏡
で確認できるようにする。そして、このときの支持部材
の移動量と、圧痕の光学顕微鏡との相対位置をＩＩ測す
る。

次いで、乙の光学顕微鏡に対して試料の位置合せを行う
ことによ咋、探針の試料に対する位置を測定する。

く実　施　例〉 本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図には本実施例で使用する表面形状測定装置の概略
を示しである。

図中１は探針であり、板ばね２の先端下面に固定されて
いる。探針１の先端半径はサブミクロンもしくはそれ以
下に形成されており、試料３の測定面３ａに対しサブミ
クロンの分解能を実現している。板ばね２は極めて小型
。

例えば長さ０．５園２幅０．０１〜０．０２ｍ。

厚み５μｍ程度に形成されている。これら探針１と板ば
ね２は共にフォトリソグラフィによるエツチング加工で
製作されている。

板ばね２は板ばね支持手段たる探針ばね支持装置４に支
持されている。本実施例の場合。

探針ばね支持装置４にはピエゾバイモルフ素子４ａを用
いており、探針１が測定面３ａに対し接触・離反動作を
行えるように板ばね２を支持すると共に、探針１の測定
面３ａに対する押付は荷重が調整できるようになってい
る。なお、図中、４ｂはピエゾバイモルフ素、　子４ａ
に電圧を印加するための電線であり、４ｃはピエゾバイ
モルフ素子４ａを支持するステーである。。

一方、板ばね２の上方には対物レンズ系５が位置し、さ
らにその上方には接眼レンズ系１　　番が位置して、光
学顕微鏡を形成している。

また、７はレーザ光発信部と焦点誤差検出、　　部とか
ら構成される変位センサ系であり、８は光路切り替えミ
ラーである。変位センサ系７からのレーザ光は、光路切
り替えミラー８を介して対物レンズ系５に入り、板ばね
２の先端上面に光スポットとして結像する。そして、結
像光は反射して再び光路切り替えミラ、　−８を経由し
て変位センサ系７に戻り、焦点誤差が検出される。すな
わち、試料３又は探針１を移動させると、探針１が測定
面３ａに沿って移動することにより板ばね２が測定面３
ａの形状に応じて変位するので、この変位を変位センサ
系７で検出することにより、変位量と試料３の移動量と
により表面形状を知ることができる。

しかし、探針１が試料３の測定面３ａと接触している部
分は板ばね２に隠されて見ることができないので、実際
にどこを測定しているのかが確認できず、又、測定した
い部分に探針１を合わせろことができない。

以下に、探針１の試料３に対する位置を簡易に測定する
本発明方法の一例を第２図及び第３図に基づいて説明す
る。

試料３の測定に先立って、まず、例えばプラスチックな
どの塑性変形し易い仮試料９を探針１の下に載置し、第
２図（ａ）に示すように、この仮試料９に探針１を押し
付ける。探針１の先端が０．１ｉ：クロンメータ半径ぐ
らい鋭いと、ミリグラムオーダの荷重で、第２図（ｂｌ
に示すような、１ミクロンメータ程度の圧痕１０が形成
される。なお、このときの板ばね２の位置をＡとする。

このように、圧痕１０を形成した後、探針１を取付けた
板ばね２を、圧痕１０が光学顕微鏡で観測できる位置ま
で移動する。このときの板ばね２の位置をＢとする。

そして、板ばね２の位置ＡからＢへの移動ｆＸ０を測定
する。又、圧痕１０の光学ｗ１黴鏡の視野中心、すなわ
ちヘアライン１１の交点０からの位置（ｘｌ　＃　ｙ、
）を測定する。これらの値より、位置Ｂにある板ばね２
の光学顕微鏡の視野中心Ｏとの相対位置関係を知ること
ができる。すなわち、例えば探針１を視野中心に位置さ
せるには、位置Ｂから、図中Ｘ方向布へｌＸ０−Ｘ、ｌ
、ｙ方向下へ１ｙ１１だけ移動させればよいことが判か
る。

よって、次に仮試料９の代りに試料３を載置し、測定し
たい場所を視野中心０に設定する。しかる後、板ばね２
を、位置Ｂから図中Ｘ方向布へｌ　Ｘ　ｏ　　Ｘ　ｔ　
Ｉ　ｐ　Ｙ方向下へ１ｙ１１だけ移動させると、視野中
心０と探針１の位置とが一致することになる。かくて、
以後、常法に従い、このような探針の試料に対する位置
の測定結果は、探針の取り換え等を行わないかぎり有効
である。

また、この種の測定装置では、一般にダイヤモンドやタ
ングステンなどの硬い材料を探針として用いるので、上
述したように圧痕を形成することで探針が破壊されるこ
とはない。

また、走査型トンネル顕微鏡では、探針を、試料表面と
のトンネル電流で制御するので、圧痕を形成する仮試料
に導電性が要求される。

したがって、この場合には仮試料として、例えば、柔か
い金属やプラスチックス表面１２に柔かい金属を薄く形
成したものなどを用いればよい。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明方法によれば、探針により
試料の表面形状や表面の物理特性を測定する装置におい
て、探針の試料に対する位置を簡易に測定することがで
き、したがって、試料の所望の位置に探針を容易に設定
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に用いた表面形状測定装置の概
略図、第２図及び第３図はその実施例の工程を示す説明
図である。 図面中、 １は探針、 ２は板ばね、 ３は試料、 ３ａは測定面、 ４は探針ばね支持装冒、 ４ａはピエゾバイモルフ素子、 ５は対物レンズ系、 ６は接眼レンズ系、 ７は変位センサ系、 ８は光路切り替えミラー、 ９は仮試料、 １０は圧痕、 １１はへアーラインであるＯ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 測定領域周辺を観察する光学顕微鏡を具備すると共に探
   針により試料の表面形状や表面の物理特性を測定する装
   置において当該探針の当該試料に対する位置を測定する
   に際し、まず、塑性変形し易い仮試料に上記探針を押付
   けて圧痕を形成すると共に当該圧痕を介して当該探針と
   上記光学顕微鏡との相対位置を観測し、次いで、この光
   学顕微鏡に対して上記試料の位置を合わせることにより
   当該試料に対する探針の位置を測定することを特徴とす
   る探針の試料に対する位置測定方法。