JPH05188045A - 音響顕微鏡装置及び方法 - Google Patents
音響顕微鏡装置及び方法Info
- Publication number
- JPH05188045A JPH05188045A JP4162917A JP16291792A JPH05188045A JP H05188045 A JPH05188045 A JP H05188045A JP 4162917 A JP4162917 A JP 4162917A JP 16291792 A JP16291792 A JP 16291792A JP H05188045 A JPH05188045 A JP H05188045A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- target object
- thin film
- sharp tip
- piezoelectric thin
- probe
- 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.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
- G01N29/0654—Imaging
- G01N29/0681—Imaging by acoustic microscopy, e.g. scanning acoustic microscopy
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
- G01H3/10—Amplitude; Power
- G01H3/12—Amplitude; Power by electric means
- G01H3/125—Amplitude; Power by electric means for representing acoustic field distribution
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
- G01Q60/32—AC mode
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
- G01S15/8934—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a dynamic transducer configuration
- G01S15/8945—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a dynamic transducer configuration using transducers mounted for linear mechanical movement
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/02827—Elastic parameters, strength or force
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/048—Transmission, i.e. analysed material between transmitter and receiver
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
- Y10S977/86—Scanning probe structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】その下面上の鋭いチップとその上面上の酸化亜
鉛圧電薄膜とを備えたカンチレバーアームを含む目標物
体の原子レベルの検査のための音響顕微鏡構成。 【構成】少なくとも５０メガヘルツの周波数を有する高
周波励起信号を圧電薄膜２１０に印加して鋭いチップ１
０４を通して伝送されて目標物体１１０に衝突する高周
波音響信号を生成する。この構成においては、目標物体
によって反射された音響信号を受信するか、目標物体を
通って伝わった音響信号を受信するかすることができ
る。この構成を利用する１つの方法は、目標物体を走査
しながら、圧電薄膜に持続波信号を印加し、伝送された
高周波音響信号の共鳴周波数を測定することによって目
標物体のいろいろな位置における特性を測定するもので
ある。他の方法には、パルスによる動作や、この音響測
定を、原子圧力測定および／またはトンネル電流測定と
組み合わせて目標物体の特性を調べるものがある。
鉛圧電薄膜とを備えたカンチレバーアームを含む目標物
体の原子レベルの検査のための音響顕微鏡構成。 【構成】少なくとも５０メガヘルツの周波数を有する高
周波励起信号を圧電薄膜２１０に印加して鋭いチップ１
０４を通して伝送されて目標物体１１０に衝突する高周
波音響信号を生成する。この構成においては、目標物体
によって反射された音響信号を受信するか、目標物体を
通って伝わった音響信号を受信するかすることができ
る。この構成を利用する１つの方法は、目標物体を走査
しながら、圧電薄膜に持続波信号を印加し、伝送された
高周波音響信号の共鳴周波数を測定することによって目
標物体のいろいろな位置における特性を測定するもので
ある。他の方法には、パルスによる動作や、この音響測
定を、原子圧力測定および／またはトンネル電流測定と
組み合わせて目標物体の特性を調べるものがある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に走査型ニアフィ
ールド音響顕微鏡法に関し、特に、回折の限界を超えた
解像力での顕微鏡検査で用いるＶＨＦニアフィールド顕
微鏡構造、および原子圧顕微鏡走査型トンネル顕微鏡、
その他の測定様式の特徴とニアフィールド音響顕微鏡法
の特徴とを組み合わせたＶＨＦ顕微鏡法構造に関する。
ールド音響顕微鏡法に関し、特に、回折の限界を超えた
解像力での顕微鏡検査で用いるＶＨＦニアフィールド顕
微鏡構造、および原子圧顕微鏡走査型トンネル顕微鏡、
その他の測定様式の特徴とニアフィールド音響顕微鏡法
の特徴とを組み合わせたＶＨＦ顕微鏡法構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明は、（１）新しい走査プローブ構
造を用い、（２）従来用いられていたものよりずっと高
い周波数を用いて、したがって横解像度を増しかつ正確
な位相測定を可能にし、（３）ニアフィールド音響顕微
鏡法の機能を、原子圧顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡お
よび／または他の測定方法と組み合わせることにより、
ニアフィールド音響顕微鏡の機能を拡張するものであ
る。
造を用い、（２）従来用いられていたものよりずっと高
い周波数を用いて、したがって横解像度を増しかつ正確
な位相測定を可能にし、（３）ニアフィールド音響顕微
鏡法の機能を、原子圧顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡お
よび／または他の測定方法と組み合わせることにより、
ニアフィールド音響顕微鏡の機能を拡張するものであ
る。
【０００３】ニアフィールド音響顕微鏡法は、原子レベ
ルの解像度の顕微鏡法が可能ないくつかの顕微鏡方法論
の１つである。ニアフィールド音響顕微鏡においては、
走査プローブのチップを用いて、高周波数の音響エネル
ギーを、チップ自体のそれと等しい小さな直径に拘束す
る。このチップの直径は、音響波長よりもずっと小さな
ものである。音響エネルギーは、チップと試料との間隔
が増大するにしたがって、急速に横方向に広がる。した
がって、細いチップによる音響エネルギーの拘束を最大
限に活用するためには、サンプルを、それがチップの頂
点に極めて近くに置かれたときに観察することが必要で
ある。「ニアフィールド」音響顕微鏡の名称は、ここに
由来する。
ルの解像度の顕微鏡法が可能ないくつかの顕微鏡方法論
の１つである。ニアフィールド音響顕微鏡においては、
走査プローブのチップを用いて、高周波数の音響エネル
ギーを、チップ自体のそれと等しい小さな直径に拘束す
る。このチップの直径は、音響波長よりもずっと小さな
ものである。音響エネルギーは、チップと試料との間隔
が増大するにしたがって、急速に横方向に広がる。した
がって、細いチップによる音響エネルギーの拘束を最大
限に活用するためには、サンプルを、それがチップの頂
点に極めて近くに置かれたときに観察することが必要で
ある。「ニアフィールド」音響顕微鏡の名称は、ここに
由来する。
【０００４】この分野において、研究がなされたきてい
る。Zieniuk は、細いチップを介して音波を水中に伝送
した。この水中の波は、試料に伝わり、水中でのパスレ
ングスにほぼ等しい直径で試料に入る。この場合、横解
像度は、チップと試料との間隔によって定まる。このシ
ステムは、チップと水との間および水と試料との間にイ
ンピーダンスの不整合を生じることから極めて非効率的
なものである。「J. K. Zieniuk,「Imaging Using Ultr
asonic PIN Scanning Micropy,」IEEE Proceedings 198
6 Ultrasonics Symposium, edited by R. B. McAvoy, V
ol. 2, pp.1037〜1039。また、W. Durr, D.A. Sinclair
and E. A. Ash, 「High resolution acoustic probe,
」Electronic Letters, Vol. 16, pp. 805〜806, 1980
参照。
る。Zieniuk は、細いチップを介して音波を水中に伝送
した。この水中の波は、試料に伝わり、水中でのパスレ
ングスにほぼ等しい直径で試料に入る。この場合、横解
像度は、チップと試料との間隔によって定まる。このシ
ステムは、チップと水との間および水と試料との間にイ
ンピーダンスの不整合を生じることから極めて非効率的
なものである。「J. K. Zieniuk,「Imaging Using Ultr
asonic PIN Scanning Micropy,」IEEE Proceedings 198
6 Ultrasonics Symposium, edited by R. B. McAvoy, V
ol. 2, pp.1037〜1039。また、W. Durr, D.A. Sinclair
and E. A. Ash, 「High resolution acoustic probe,
」Electronic Letters, Vol. 16, pp. 805〜806, 1980
参照。
【０００５】Guthner とＤransfeldは、おんさの鋭いか
どを利用する第２のシステムを提示した。おんさをその
共振周波数で振動させて、彼らはそれを試料に近づけ、
試料の存在によって共振周波数が変化することをつきと
めた。この変化は間隔に比例しており、彼らがサンプル
をおんさのかどの下で移動するのにしたがって試料表面
の微細な構造によってこの間隔は変化する。間隔の変化
は、共振周波数の変化に反映される。（１）P. Guethne
r, E. Schreck, K. Dransfeld,「Scanning Tunneling M
icroscopy and Related Methods,」edited by R.J.Behm
et al., pp. 507〜513 （「Scanning Nearfield Acous
tic Microscopy」と題する章), KluwerAcademic Pablis
hers, Netherlands 1990;および（２）P. Guthner, U.
Ch. Fisher, and K. Dransfeld,「Scanning Nearfield
Acoustic Microscopy, 」ApplidPhysics and Laser Che
mistry, Applied Physics B., pp. 89〜92, Springer-V
eriag 1989を参照。
どを利用する第２のシステムを提示した。おんさをその
共振周波数で振動させて、彼らはそれを試料に近づけ、
試料の存在によって共振周波数が変化することをつきと
めた。この変化は間隔に比例しており、彼らがサンプル
をおんさのかどの下で移動するのにしたがって試料表面
の微細な構造によってこの間隔は変化する。間隔の変化
は、共振周波数の変化に反映される。（１）P. Guethne
r, E. Schreck, K. Dransfeld,「Scanning Tunneling M
icroscopy and Related Methods,」edited by R.J.Behm
et al., pp. 507〜513 （「Scanning Nearfield Acous
tic Microscopy」と題する章), KluwerAcademic Pablis
hers, Netherlands 1990;および（２）P. Guthner, U.
Ch. Fisher, and K. Dransfeld,「Scanning Nearfield
Acoustic Microscopy, 」ApplidPhysics and Laser Che
mistry, Applied Physics B., pp. 89〜92, Springer-V
eriag 1989を参照。
【０００６】Uozumiは、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴ
Ｍ）のチップの背面に、バルク圧電トランスデューサー
を設置したシステムを提示し、これを用いて1.４MHz の
音波を励起した。これらの音波はチップの頂点まで達
し、戻ってくる。したがって動作の反射モードを利用し
た。Uozumiは、反射信号の振幅が、チップと試料との間
隔によることを発見した。Kiyohiko Uozumi et al.,
「A Possible Novel Scanning Ultrasonic Tip Microsc
ope,」 Japanese Journal of Applied Physics Vol.28,
No. 7 July 1989 pp. L1297 〜L1299 。
Ｍ）のチップの背面に、バルク圧電トランスデューサー
を設置したシステムを提示し、これを用いて1.４MHz の
音波を励起した。これらの音波はチップの頂点まで達
し、戻ってくる。したがって動作の反射モードを利用し
た。Uozumiは、反射信号の振幅が、チップと試料との間
隔によることを発見した。Kiyohiko Uozumi et al.,
「A Possible Novel Scanning Ultrasonic Tip Microsc
ope,」 Japanese Journal of Applied Physics Vol.28,
No. 7 July 1989 pp. L1297 〜L1299 。
【０００７】さらに別の実験において、Hitachi, Ltd.,
のTakataは、音を試料を介してチップから試料の裏側
に配置した圧電検出器にまで伝え、したがって動作の伝
送モードを利用するシステムを提示した。利用した周波
数は、数キロヘツルであった。（１）Keiji Takata el
al.,「Tunneling acoustic microscope,」Appl. Phys.
Lett. 55(17), 23 October 1989 pp. 1718〜1720；およ
び（２）Keiji Takataet al, 「Electrostatic Force I
maging by Tunneling Acoustic Microscopy,」Japanese
Journal of Applied Physics Vol. 30, No. 2B, Febru
ary 1991 pp.L309 L312 を参照。
のTakataは、音を試料を介してチップから試料の裏側
に配置した圧電検出器にまで伝え、したがって動作の伝
送モードを利用するシステムを提示した。利用した周波
数は、数キロヘツルであった。（１）Keiji Takata el
al.,「Tunneling acoustic microscope,」Appl. Phys.
Lett. 55(17), 23 October 1989 pp. 1718〜1720；およ
び（２）Keiji Takataet al, 「Electrostatic Force I
maging by Tunneling Acoustic Microscopy,」Japanese
Journal of Applied Physics Vol. 30, No. 2B, Febru
ary 1991 pp.L309 L312 を参照。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】超音波の音を生成する
ための、上述した従来技術の各方法は、扱いにくく、非
効率的なものである。また、それらは、低周波数に限ら
れている。
ための、上述した従来技術の各方法は、扱いにくく、非
効率的なものである。また、それらは、低周波数に限ら
れている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧電薄膜トラ
ンスデューサを備えた走査プローブを提供し、バルク圧
電トランスデューサの代わりに圧電薄膜を利用すること
によって可能となる著しく高い超音波周波数を利用する
ことによって、従来技術の音響顕微鏡を改良するもので
ある。短い波長の例えば５０MHz 以上の高周波数で動作
することが望ましい。本発明者らは、ニアフィールド音
響顕微鏡の効率および横解像度が、一層短い波長を利用
するにしたがって向上すると考えている。これまでの実
験は、固体内の波長が５０ナノメータ近くの１００GHz
の音を生成、検出できることを示している。
ンスデューサを備えた走査プローブを提供し、バルク圧
電トランスデューサの代わりに圧電薄膜を利用すること
によって可能となる著しく高い超音波周波数を利用する
ことによって、従来技術の音響顕微鏡を改良するもので
ある。短い波長の例えば５０MHz 以上の高周波数で動作
することが望ましい。本発明者らは、ニアフィールド音
響顕微鏡の効率および横解像度が、一層短い波長を利用
するにしたがって向上すると考えている。これまでの実
験は、固体内の波長が５０ナノメータ近くの１００GHz
の音を生成、検出できることを示している。
【００１０】本発明は、これらの高周波音波を励起する
いくつかの異なる方法を提供し、酸化亜鉛等の圧電材料
の薄膜を用いて、試料との相互作用の後にこれらの波を
検出するものである。これらの新しい動作のモードが、
音響顕微鏡およびＡＦＭ／音響顕微鏡やＳＴＭ／音響顕
微鏡の組合せの効用を拡張する。
いくつかの異なる方法を提供し、酸化亜鉛等の圧電材料
の薄膜を用いて、試料との相互作用の後にこれらの波を
検出するものである。これらの新しい動作のモードが、
音響顕微鏡およびＡＦＭ／音響顕微鏡やＳＴＭ／音響顕
微鏡の組合せの効用を拡張する。
【００１１】要約すれば、本発明は、目標物体の原子レ
ベルの検査のための音響顕微鏡構造である。この構造
は、その下部表面上の鋭いチップを備えた走査プローブ
と、その上部表面上の酸化亜鉛圧電薄膜とを含んでい
る。少なくとも５０メガヘルツの周波数を有する高周波
励起信号を圧電薄膜に印加して、鋭いチップを介して伝
送されて目標物体に衝突する高周波音響信号を生成する
ようにする。この構造においては、目標物体によって反
射された音響信号を受信することも、あるいは、目標物
体を通って伝わった音響信号を受信することもできる。
ベルの検査のための音響顕微鏡構造である。この構造
は、その下部表面上の鋭いチップを備えた走査プローブ
と、その上部表面上の酸化亜鉛圧電薄膜とを含んでい
る。少なくとも５０メガヘルツの周波数を有する高周波
励起信号を圧電薄膜に印加して、鋭いチップを介して伝
送されて目標物体に衝突する高周波音響信号を生成する
ようにする。この構造においては、目標物体によって反
射された音響信号を受信することも、あるいは、目標物
体を通って伝わった音響信号を受信することもできる。
【００１２】この構成を利用する方法の１つは、継続的
な波信号を圧電薄膜に印加しながら、目標物体を走査
し、且つ伝送された高周波音響信号の共振周波数を測定
することによって、目標物体のそのいろいろな位置にお
ける特性を測定するものである。他の方法には、パルス
による動作、および目標物体を特徴づけるために原子圧
力測定および／またはトンネル電流測と音響測定とを組
み合わせるものが含まれる。電磁界、被変調レーザビー
ムおよびパルス抵抗または誘導加熱を含む広範な他の技
法を用いて、音響波を励起することができる。また周波
数ミキシングを利用して、多重周波数成分を有する超音
波信号を生成することでもできる。これらの総ての場合
において、テストされている試料の物理的特性が超可聴
音波を変調する。この結果生じる変調された超可聴音波
は、走査プローブまたは試料自体に取り付けられた薄膜
圧電検出器を用いて検出される。
な波信号を圧電薄膜に印加しながら、目標物体を走査
し、且つ伝送された高周波音響信号の共振周波数を測定
することによって、目標物体のそのいろいろな位置にお
ける特性を測定するものである。他の方法には、パルス
による動作、および目標物体を特徴づけるために原子圧
力測定および／またはトンネル電流測と音響測定とを組
み合わせるものが含まれる。電磁界、被変調レーザビー
ムおよびパルス抵抗または誘導加熱を含む広範な他の技
法を用いて、音響波を励起することができる。また周波
数ミキシングを利用して、多重周波数成分を有する超音
波信号を生成することでもできる。これらの総ての場合
において、テストされている試料の物理的特性が超可聴
音波を変調する。この結果生じる変調された超可聴音波
は、走査プローブまたは試料自体に取り付けられた薄膜
圧電検出器を用いて検出される。
【００１３】また、音響顕微鏡構成を、ある物体の表面
構造を制御された方法で変更するための超音波ドリル加
工を用いることもできる。この技法を用いて、フォトレ
ジストに利用される重合体薄膜等の軟性材料に線を刻み
つけることができる。さらに、基板をその選択した場所
において変形させることによってその基板上に情報を記
憶し、また、基板上のどの場所が変形されたかを求める
ことによって、そのような記憶された情報を読み出すた
めに、ＶＨＦ超音波ドリル加工を用いることもできる。
構造を制御された方法で変更するための超音波ドリル加
工を用いることもできる。この技法を用いて、フォトレ
ジストに利用される重合体薄膜等の軟性材料に線を刻み
つけることができる。さらに、基板をその選択した場所
において変形させることによってその基板上に情報を記
憶し、また、基板上のどの場所が変形されたかを求める
ことによって、そのような記憶された情報を読み出すた
めに、ＶＨＦ超音波ドリル加工を用いることもできる。
【００１４】
【実施例】本発明は、音響顕微鏡ばかりではなく、ＡＦ
ＭおよびＳＴＭと音響顕微鏡法との組合せにも関わるこ
とから、この従来技術に精通していない人達のために、
ＡＦＭおよびＳＴＭで用いられる装置の簡単な説明をす
る。
ＭおよびＳＴＭと音響顕微鏡法との組合せにも関わるこ
とから、この従来技術に精通していない人達のために、
ＡＦＭおよびＳＴＭで用いられる装置の簡単な説明をす
る。
【００１５】ＡＦＭおよびＳＴＭの動作 図１において、原子圧力顕微鏡１００の概念図を示す。
鋭く突き出すチップ１０４をその自由端に備える超小型
カンチレバーアーム１０２を用いて、試料１１０の表面
を探る。ある種の原子圧力顕微鏡（ＡＦＭ）において
は、試料１１０を静止させている間にカンチレバー１０
２を移動させるためにＸＹＺトランスレータスージ１１
２を用いて、試料の表面を走査する。別のＡＦＭにおい
ては、ＸＹＺトランスレータステージがサンプル１１０
を移動させる間に、カンチレバー１０２を静止させて試
料の表面を走査する。好ましい実施例においては、圧電
ＸＹトランスレイタが試料１１０を移動させ、別個のＺ
トランスレイタが、カンチレバー／プローブ１０２（図
２参照）を移動する。走査は、プログラムされたマイク
ロコントローラまたはコンピュータ１１４によって制御
され、これが、また、測定データを分析し、測定情報を
表示装置１１６上に表示する。
鋭く突き出すチップ１０４をその自由端に備える超小型
カンチレバーアーム１０２を用いて、試料１１０の表面
を探る。ある種の原子圧力顕微鏡（ＡＦＭ）において
は、試料１１０を静止させている間にカンチレバー１０
２を移動させるためにＸＹＺトランスレータスージ１１
２を用いて、試料の表面を走査する。別のＡＦＭにおい
ては、ＸＹＺトランスレータステージがサンプル１１０
を移動させる間に、カンチレバー１０２を静止させて試
料の表面を走査する。好ましい実施例においては、圧電
ＸＹトランスレイタが試料１１０を移動させ、別個のＺ
トランスレイタが、カンチレバー／プローブ１０２（図
２参照）を移動する。走査は、プログラムされたマイク
ロコントローラまたはコンピュータ１１４によって制御
され、これが、また、測定データを分析し、測定情報を
表示装置１１６上に表示する。
【００１６】ＡＦＭには、「接触モード」の動作と「非
接触モード」の動作がある。「接触モード」の動作にお
いては、チップ１０４が、１０-5〜１０-10 Ｎ程度の極
めて軽いトラッキング圧力で、サンプルの表面上に乗
る。表面の微細構造の輪郭が、極めて高い解像度で得ら
れる。個別の原子の位置を示す画像が、あたりまえのこ
ととして得られる。第２の非接触モードの動作において
は、チップ１０４が、試料の表面から５〜５００Angstr
oms 程度の短い距離に保持され、試料とチップとの間の
各種の力によって歪められるものであり、このような力
には、静電力、磁力およびファンデルワールス力等があ
る。いずれのモードの動作においても、試料表面上の微
細構造または他の特徴の測度は、カンチレバー１０２の
振れを測定することによって得られる。カンチレバーの
振れは、他の技法を用いることもあるが、通常は、振れ
測定回路１２２に結合する正確に整列させた光学的構成
要素を用いて測定する。
接触モード」の動作がある。「接触モード」の動作にお
いては、チップ１０４が、１０-5〜１０-10 Ｎ程度の極
めて軽いトラッキング圧力で、サンプルの表面上に乗
る。表面の微細構造の輪郭が、極めて高い解像度で得ら
れる。個別の原子の位置を示す画像が、あたりまえのこ
ととして得られる。第２の非接触モードの動作において
は、チップ１０４が、試料の表面から５〜５００Angstr
oms 程度の短い距離に保持され、試料とチップとの間の
各種の力によって歪められるものであり、このような力
には、静電力、磁力およびファンデルワールス力等があ
る。いずれのモードの動作においても、試料表面上の微
細構造または他の特徴の測度は、カンチレバー１０２の
振れを測定することによって得られる。カンチレバーの
振れは、他の技法を用いることもあるが、通常は、振れ
測定回路１２２に結合する正確に整列させた光学的構成
要素を用いて測定する。
【００１７】原子圧力顕微鏡法は、原子レベルでの解像
度で、導電性並びに絶縁表面を画像化することができ
る。一般的なＡＦＭは、変位の測定において0.１Angstr
omの感度を有している。
度で、導電性並びに絶縁表面を画像化することができ
る。一般的なＡＦＭは、変位の測定において0.１Angstr
omの感度を有している。
【００１８】ＡＦＭとＳＴＭとは、普通は別個の装置で
あるが、便宜上、走査型トンネル顕微鏡のトンネル電流
測定回路１２４も図１に示した。従来のＳＴＭは、基本
的には、走査される表面の電子的特性をモニタするため
に用いられる。
あるが、便宜上、走査型トンネル顕微鏡のトンネル電流
測定回路１２４も図１に示した。従来のＳＴＭは、基本
的には、走査される表面の電子的特性をモニタするため
に用いられる。
【００１９】導電性チップ１０４をサンプルの１乃至１
０Angstrom上方に導電性チップ１０４を配置することに
よって、導体または半導体資料にトンネル電流が誘導さ
れ、導電性チップ１０４と、試料への電気的接続を容易
にするための金属プレート上に置かれたサンプルとの間
に（一般に１ボルト未満の）低圧電界をつくり出す。チ
ップ１０４と試料１１０との間の１〜１０Åのギャップ
１３０を介しチップから引き出されるトンネル電流は、
ギャップ１３０の大きさを示すものである。ＳＴＭは、
一般的に、２つの動作のモードを有している。第１のも
のは、極めて平坦な資料のための、定高さモードであり
チップが一定の高さで走査され、試料の微細構造を求め
るためにトンネル電流を測定する。第２モードは定電流
モードであり、所定の電流レベルに回復するまでカンチ
レバーの高さを変化させることによって、トンネル電流
を一定に保持するものである。
０Angstrom上方に導電性チップ１０４を配置することに
よって、導体または半導体資料にトンネル電流が誘導さ
れ、導電性チップ１０４と、試料への電気的接続を容易
にするための金属プレート上に置かれたサンプルとの間
に（一般に１ボルト未満の）低圧電界をつくり出す。チ
ップ１０４と試料１１０との間の１〜１０Åのギャップ
１３０を介しチップから引き出されるトンネル電流は、
ギャップ１３０の大きさを示すものである。ＳＴＭは、
一般的に、２つの動作のモードを有している。第１のも
のは、極めて平坦な資料のための、定高さモードであり
チップが一定の高さで走査され、試料の微細構造を求め
るためにトンネル電流を測定する。第２モードは定電流
モードであり、所定の電流レベルに回復するまでカンチ
レバーの高さを変化させることによって、トンネル電流
を一定に保持するものである。
【００２０】ニアフィールド音響顕微鏡装置 図２において、音響顕微鏡法とＡＦＭまたはＳＴＭ測定
方式とを組み合せた顕微鏡２００を示す。音響顕微鏡法
は、基板または他の目標物体の微細構造および物質的特
性を分析するために、単独で、或いはＡＦＭまたはＳＴ
Ｍと関連させて用いることのできる分析ツールである。
本発明によって生成される高周波を用いて、試料の表面
および表面のすぐ下の物質的特性を測定することができ
る。この顕微鏡は、導電性および絶縁表面の両方で動作
可能であり、イオン注入を用いた試料等の試料の表面近
くにおける不純原子を検出するために用いることができ
る。
方式とを組み合せた顕微鏡２００を示す。音響顕微鏡法
は、基板または他の目標物体の微細構造および物質的特
性を分析するために、単独で、或いはＡＦＭまたはＳＴ
Ｍと関連させて用いることのできる分析ツールである。
本発明によって生成される高周波を用いて、試料の表面
および表面のすぐ下の物質的特性を測定することができ
る。この顕微鏡は、導電性および絶縁表面の両方で動作
可能であり、イオン注入を用いた試料等の試料の表面近
くにおける不純原子を検出するために用いることができ
る。
【００２１】図１のものと同じように、この顕微鏡構成
２００は、走査および測定コントローラ１１４と試料１
１０上に配置された鋭いチップローブ１０４を備えたカ
ンチレバー１０２と、カンチレバー振れ測定光学系１２
０と、ＡＦＭ動作のためのカンチレバー振れ測定回路１
２２とを有している。構成２００を音響／走査型トンネ
ル顕微鏡として用いる場合のＳＴＭ動作のために、チッ
プ１０４は、導電性外側層（例えば蒸着金属）を備えて
おり、試料およびチップに結合するトンネル電流測定回
路１２４が、試料１１０内のトンネル電流を検出する。
２００は、走査および測定コントローラ１１４と試料１
１０上に配置された鋭いチップローブ１０４を備えたカ
ンチレバー１０２と、カンチレバー振れ測定光学系１２
０と、ＡＦＭ動作のためのカンチレバー振れ測定回路１
２２とを有している。構成２００を音響／走査型トンネ
ル顕微鏡として用いる場合のＳＴＭ動作のために、チッ
プ１０４は、導電性外側層（例えば蒸着金属）を備えて
おり、試料およびチップに結合するトンネル電流測定回
路１２４が、試料１１０内のトンネル電流を検出する。
【００２２】好ましい実施例においては、試料１１０
は、ＸＹ走査ステージ２０２の上に設置される。これは
「圧電走査チューブ」型のステージであり、圧電アクチ
ュエータを用いて、試料１１０をＸおよびＹ方向に正確
に移動させるものである。別個のトランスレータ装置２
０４が、プローブ１０２を、試料１１０に対して上下に
移動させる。
は、ＸＹ走査ステージ２０２の上に設置される。これは
「圧電走査チューブ」型のステージであり、圧電アクチ
ュエータを用いて、試料１１０をＸおよびＹ方向に正確
に移動させるものである。別個のトランスレータ装置２
０４が、プローブ１０２を、試料１１０に対して上下に
移動させる。
【００２３】カンチレバー１０２は、その上側、チップ
１０４の背に蒸着、パターン化された酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）圧電薄膜トランスデューサ２１０を備えている。ま
た、別のＺｎＯ圧電薄膜トランスデューサ２２０を、試
料１１０の底に形成することもできる。ＶＨＦ−ＲＦ励
起信号２１２が、一般的には５０MHz 以上の、好ましく
は１００MHz を超える選択さた周波数の励起信号によっ
てＺｎＯトランスデューサ２１０を励起する。検出器２
１４が試料１１０から反射される音響音波の振幅および
／または位相を測定し、検出器２２２が、試料１１０を
通って伝送される音響音波の振幅／および／または位相
を測定する。
１０４の背に蒸着、パターン化された酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）圧電薄膜トランスデューサ２１０を備えている。ま
た、別のＺｎＯ圧電薄膜トランスデューサ２２０を、試
料１１０の底に形成することもできる。ＶＨＦ−ＲＦ励
起信号２１２が、一般的には５０MHz 以上の、好ましく
は１００MHz を超える選択さた周波数の励起信号によっ
てＺｎＯトランスデューサ２１０を励起する。検出器２
１４が試料１１０から反射される音響音波の振幅および
／または位相を測定し、検出器２２２が、試料１１０を
通って伝送される音響音波の振幅／および／または位相
を測定する。
【００２４】さらに別のモードの動作では、チップ１０
４および試料１１０に結合するＲＦ電界発生器２３０
が、チップと試料との間のギャップ１３０に高周波電界
を生成する。
４および試料１１０に結合するＲＦ電界発生器２３０
が、チップと試料との間のギャップ１３０に高周波電界
を生成する。
【００２５】本発明を用いて利用することのできる動作
のモードが多数ある。それら総てが、プローブ上の鋭い
チップの背面の圧電薄膜トランスデューサおよび／また
は調べられている試料１１０背面上の圧電薄膜トランス
デューサを用いている。一般に、各様式において、ＶＨ
Ｆ音響信号を、試料１１０の中または上で生成し、次
に、それらの信号を検出し、したがって試料の特徴を測
定するために、圧電薄膜トランスデューサの１つまたは
両方を利用する。次にそれらの各様式を説明する。
のモードが多数ある。それら総てが、プローブ上の鋭い
チップの背面の圧電薄膜トランスデューサおよび／また
は調べられている試料１１０背面上の圧電薄膜トランス
デューサを用いている。一般に、各様式において、ＶＨ
Ｆ音響信号を、試料１１０の中または上で生成し、次
に、それらの信号を検出し、したがって試料の特徴を測
定するために、圧電薄膜トランスデューサの１つまたは
両方を利用する。次にそれらの各様式を説明する。
【００２６】音響的励振 チップの頂点を試料の表面から特定の距離（例えば１か
ら１００Åの間）に位置させながら、プローブチップ１
０４を、試料１１０の表面上で走査する。導電性の試料
に対しては、一般に、トンネル電流測定回路１２４を用
いて、試料１１０中のトンネル電流を誘導、監視するこ
とによって、これを達成する。非導電性の試料に対して
は、一般に、光学要素１２０と回路１２２を用いる原子
圧力顕微鏡法を利用してチップ１０４を試料の表面から
一定の距離の距離に維持することによって、これを達成
する。
ら１００Åの間）に位置させながら、プローブチップ１
０４を、試料１１０の表面上で走査する。導電性の試料
に対しては、一般に、トンネル電流測定回路１２４を用
いて、試料１１０中のトンネル電流を誘導、監視するこ
とによって、これを達成する。非導電性の試料に対して
は、一般に、光学要素１２０と回路１２２を用いる原子
圧力顕微鏡法を利用してチップ１０４を試料の表面から
一定の距離の距離に維持することによって、これを達成
する。
【００２７】試料の上方の選択した位置において、ＲＦ
生成器２１２を作動し、チップ１０４のＺｎＯ薄膜トラ
ンスデューサ２１０を刺激する高周波励起信号を生成す
る。この結果生じる衝撃波音響信号は、チップの頂点１
０４を通過し、試料１１０に衝突する。この音響音波
は、試料の微細構造および物理的特性によって影響され
るように変調される。この変調を、センサ２１４によっ
て検出される反射波を用いる（反射モード）か或いは試
料を通って圧電薄膜トランスデューサ２２０に伝送され
且つセンサ２２２によって検出される波を検出する（伝
送モード）ことによって測定することができる。
生成器２１２を作動し、チップ１０４のＺｎＯ薄膜トラ
ンスデューサ２１０を刺激する高周波励起信号を生成す
る。この結果生じる衝撃波音響信号は、チップの頂点１
０４を通過し、試料１１０に衝突する。この音響音波
は、試料の微細構造および物理的特性によって影響され
るように変調される。この変調を、センサ２１４によっ
て検出される反射波を用いる（反射モード）か或いは試
料を通って圧電薄膜トランスデューサ２２０に伝送され
且つセンサ２２２によって検出される波を検出する（伝
送モード）ことによって測定することができる。
【００２８】トランスデューサ２１０に印加される励起
信号は、パルス或いは持続波信号のいずれでもよい。パ
ルス励起は、それが、音響伝送および反射信号の励起信
号からの明確且つ簡単な分離を可能にすることから好ま
しいものとなることがある。持続波励起は、共に試験中
の試料の物理的特性を示すところの共振周波数の変化お
よび周波数応答ピーク（通常Ｑにより表わされる）の鋭
敏さの変化を、システムが監視することをそれが可能に
するという効果を有する。これらの測定値は、プローブ
のＸ、Ｙ位置にしたがってマップされ、コントローラ１
１４が、試料の特性の表および／またはマップを生成す
ることを可能にしている。
信号は、パルス或いは持続波信号のいずれでもよい。パ
ルス励起は、それが、音響伝送および反射信号の励起信
号からの明確且つ簡単な分離を可能にすることから好ま
しいものとなることがある。持続波励起は、共に試験中
の試料の物理的特性を示すところの共振周波数の変化お
よび周波数応答ピーク（通常Ｑにより表わされる）の鋭
敏さの変化を、システムが監視することをそれが可能に
するという効果を有する。これらの測定値は、プローブ
のＸ、Ｙ位置にしたがってマップされ、コントローラ１
１４が、試料の特性の表および／またはマップを生成す
ることを可能にしている。
【００２９】なお、試料の初期刺激が周波数ｆ１のもの
であるとするなら、チップと試料の結合に関わる非直線
性が、基本振動数の倍振動を生じる。これらの倍振動
は、第２高調波に対する２×ｆ１等の、適切な周波数に
センサを合わせることによって感知することができる。
であるとするなら、チップと試料の結合に関わる非直線
性が、基本振動数の倍振動を生じる。これらの倍振動
は、第２高調波に対する２×ｆ１等の、適切な周波数に
センサを合わせることによって感知することができる。
【００３０】ＲＦ電磁界励振 さらに図２において、このモードの動作では、ＲＦ電界
発生器２３０によってチップ１０４と試料との間のギャ
ップ１３０にＲＦフィールドが形成される。このモード
の動作においては、チップ１０４は、導電性材料（例え
ば高濃度にドープされたシリコン）からつくられるか、
或いはスパッタリングされた金属層等の導電性材料でお
おわれるかしなければならない。このチップと試料は、
その間にフィールドＥ＝Ｖ／ｄを伴うコンデンサを形成
するものであり、但し、「Ｖ」はギャップにかかる電
圧、また「ｄ」はギャップの距離である。
発生器２３０によってチップ１０４と試料との間のギャ
ップ１３０にＲＦフィールドが形成される。このモード
の動作においては、チップ１０４は、導電性材料（例え
ば高濃度にドープされたシリコン）からつくられるか、
或いはスパッタリングされた金属層等の導電性材料でお
おわれるかしなければならない。このチップと試料は、
その間にフィールドＥ＝Ｖ／ｄを伴うコンデンサを形成
するものであり、但し、「Ｖ」はギャップにかかる電
圧、また「ｄ」はギャップの距離である。
【００３１】このＲＦフィールドは好ましくは少なくと
も５０MHz の高周波数で変動する。この変動するフィー
ルドは、電界Ｅの平方に比例するひずみＳを伴って媒体
に音波を誘導する。この変動するひずみを、試料１１０
の背面上の圧電薄膜２２０によるか、或いはプローブ１
０２の背面の圧電薄膜２１０によって検出することがで
きる。試料のチップ１０４の下の領域の導電性を、この
ＲＦフィールドの周波数の２倍の圧電出力信号を監視す
ることによって測定することができる。
も５０MHz の高周波数で変動する。この変動するフィー
ルドは、電界Ｅの平方に比例するひずみＳを伴って媒体
に音波を誘導する。この変動するひずみを、試料１１０
の背面上の圧電薄膜２２０によるか、或いはプローブ１
０２の背面の圧電薄膜２１０によって検出することがで
きる。試料のチップ１０４の下の領域の導電性を、この
ＲＦフィールドの周波数の２倍の圧電出力信号を監視す
ることによって測定することができる。
【００３２】チップ１０４が試料に接触している図３に
示したシステム構成を用いてキャパシタプレート２４０
とカンチレバー１０２との間にＲＦフィールドが形成さ
れて、カンチレバー１０２を振動する。結果として試料
内に生じ、検出器２１４または検出器２２２を介して測
定される超音波は、試料１１０の弾性特性を示すもので
ある。
示したシステム構成を用いてキャパシタプレート２４０
とカンチレバー１０２との間にＲＦフィールドが形成さ
れて、カンチレバー１０２を振動する。結果として試料
内に生じ、検出器２１４または検出器２２２を介して測
定される超音波は、試料１１０の弾性特性を示すもので
ある。
【００３３】音響およびＲＦ電磁界励振の組合せ 図４および図５は、音響およびＲＦ電磁界刺激を組合せ
た２つの顕微鏡構成を示すものである。図４において、
圧電薄膜２１０は、周波数ω１のＲＦ励起信号によって
駆動される。また、キャパシタプレート２４０とカンチ
レバー１０２との間に周波数ω２のＲＦフィールドが形
成されて、カンチレバー１０２を振動する。これら２つ
の刺激は同時に印加され、周波数ω１±ω２の周波数成
分を有する試料１１０内の音響音波を生成し、一般的に
これを、試料１１０の底の薄膜ＺｎＯ圧電トランスデュ
ーサ２２０に結合する伝送モードセンサ２２２を用いて
検出する。
た２つの顕微鏡構成を示すものである。図４において、
圧電薄膜２１０は、周波数ω１のＲＦ励起信号によって
駆動される。また、キャパシタプレート２４０とカンチ
レバー１０２との間に周波数ω２のＲＦフィールドが形
成されて、カンチレバー１０２を振動する。これら２つ
の刺激は同時に印加され、周波数ω１±ω２の周波数成
分を有する試料１１０内の音響音波を生成し、一般的に
これを、試料１１０の底の薄膜ＺｎＯ圧電トランスデュ
ーサ２２０に結合する伝送モードセンサ２２２を用いて
検出する。
【００３４】図５において、圧電薄膜２１０は、周波数
ω１のＲＦ励起信号によって駆動され、チップ１０４と
試料１１０との間のギャップ１３０には、周波数ω２の
ＲＦフィールドが形成される。なお、この実施例におい
ては、チップ１０４を、カンチレバーではない一般の走
査プローブ２５０に設置することができる。２つの刺激
は同時に印加され、周波数ω１±ω２の周波数成分を有
し一般的に伝送モードセンサによって検出される試料１
１０内の音響音波を生成する。
ω１のＲＦ励起信号によって駆動され、チップ１０４と
試料１１０との間のギャップ１３０には、周波数ω２の
ＲＦフィールドが形成される。なお、この実施例におい
ては、チップ１０４を、カンチレバーではない一般の走
査プローブ２５０に設置することができる。２つの刺激
は同時に印加され、周波数ω１±ω２の周波数成分を有
し一般的に伝送モードセンサによって検出される試料１
１０内の音響音波を生成する。
【００３５】図４および図５の両図において、試料内に
生成される音波は、これらの音波がギャップ１３０、チ
ップ１０４およびプローブ２５０を介しても伝わること
から、センサ２１４によって検出することもできる。
生成される音波は、これらの音波がギャップ１３０、チ
ップ１０４およびプローブ２５０を介しても伝わること
から、センサ２１４によって検出することもできる。
【００３６】図４のシステムを用いて、カンチレバー１
０２を、一般に１００KHz 前後であるその共振周波数ω
Δで励起することができる。この共振を試料近くでのチ
ップのローディングによって変えることができる。Ｚｎ
Ｏトランスデューサ２１０を直接に励起することによっ
て周波数ω１（例えば１００MHz ）で試料を通る音を同
時に伝わらせ、システムは、周波数ω１±Δωを監視す
ることによって、これら２つの周波数の混合を検出する
ことができる。
０２を、一般に１００KHz 前後であるその共振周波数ω
Δで励起することができる。この共振を試料近くでのチ
ップのローディングによって変えることができる。Ｚｎ
Ｏトランスデューサ２１０を直接に励起することによっ
て周波数ω１（例えば１００MHz ）で試料を通る音を同
時に伝わらせ、システムは、周波数ω１±Δωを監視す
ることによって、これら２つの周波数の混合を検出する
ことができる。
【００３７】レーザビーム／表面加熱励振 図６において、周波数ω２の振幅変調されたレーザビー
ムが、レーザビームソース２５２によって試料１１０の
表面上に集束している。試料の表面は、レーザービーム
によって実質的に変調されて伸縮し、試料１１０内に音
響音波を生成する。これらの音波は、センサ２１４（反
射モード）またはセンサ２２２（伝送モード）によって
検出される。
ムが、レーザビームソース２５２によって試料１１０の
表面上に集束している。試料の表面は、レーザービーム
によって実質的に変調されて伸縮し、試料１１０内に音
響音波を生成する。これらの音波は、センサ２１４（反
射モード）またはセンサ２２２（伝送モード）によって
検出される。
【００３８】或いは、試料の表面を周波数ω２において
振幅変調されるレーザビームで刺激する一方で、圧電薄
膜２１０を周波数ω１のＲＦ励起信号によって駆動する
ことが可能である。これら２つの刺激は同時に印加さ
れ、周波数ω１±ω２の一般的に伝送モードセンサ２２
２を用いて検出される音響音波を、試料１１０内に生成
する。同様の周波数変調を、１つは周波数ω１で変調さ
れ、もう１つは周波数ω２で変調された２つの振幅変調
されたレーザビームで試料表面を刺激することによって
も達成できる。
振幅変調されるレーザビームで刺激する一方で、圧電薄
膜２１０を周波数ω１のＲＦ励起信号によって駆動する
ことが可能である。これら２つの刺激は同時に印加さ
れ、周波数ω１±ω２の一般的に伝送モードセンサ２２
２を用いて検出される音響音波を、試料１１０内に生成
する。同様の周波数変調を、１つは周波数ω１で変調さ
れ、もう１つは周波数ω２で変調された２つの振幅変調
されたレーザビームで試料表面を刺激することによって
も達成できる。
【００３９】他の励振様式 いくつかの他の励振様式を、単独で、或いはプローブ上
のＺｎＯ薄膜トランスデューサ２１０の励起と組み合せ
て用いることができる。これらには、周波数ωで変調さ
れた電流でプローブ上の抵抗薄膜２６０を加熱するもの
（図７）や、周波数ωで変調された電流で試料に結合す
る抵抗薄膜２６２を加熱するもの（図８）が含まれる。
試料の変調加熱を、周波数ωで変調された電流で誘導加
熱コイル２７０によっても達成することができる（図
９）。
のＺｎＯ薄膜トランスデューサ２１０の励起と組み合せ
て用いることができる。これらには、周波数ωで変調さ
れた電流でプローブ上の抵抗薄膜２６０を加熱するもの
（図７）や、周波数ωで変調された電流で試料に結合す
る抵抗薄膜２６２を加熱するもの（図８）が含まれる。
試料の変調加熱を、周波数ωで変調された電流で誘導加
熱コイル２７０によっても達成することができる（図
９）。
【００４０】ＲＦ磁界の存在するとき、試料が導電性で
ある場合、そこに渦電流が誘導され、この周期的加熱
が、圧電薄膜によって検出することのできる音波を試料
内に誘導する。
ある場合、そこに渦電流が誘導され、この周期的加熱
が、圧電薄膜によって検出することのできる音波を試料
内に誘導する。
【００４１】また、図１０において、試料１１０を磁界
で励起して、核磁気共鳴（ＮＭＲ）または電子常磁性共
鳴（ＥＰＲ）を誘導することもできる。このＮＭＲ／Ｅ
ＰＲ磁界は、被変調電流源２８２によって駆動される磁
界コイル２８０を用いて生成される。
で励起して、核磁気共鳴（ＮＭＲ）または電子常磁性共
鳴（ＥＰＲ）を誘導することもできる。このＮＭＲ／Ｅ
ＰＲ磁界は、被変調電流源２８２によって駆動される磁
界コイル２８０を用いて生成される。
【００４２】電子常磁性共鳴は、ある原子に付随するス
ピニング電子が、磁界の存在によりすりこぎ運動をする
プロセスである。このすりこぎ運動の頻度は、磁界の強
さによって決まる。３３００ガウスの磁界は、１０10Hz
のすりこぎ運動振動数を誘導する。すりこぎ運動頻度
は、磁界に正比例し、したがって３３０ガウスの界は１
０9 Hzのすりこぎ頻度を誘導する。すりこぎ頻度に等し
い周波数の外部ＲＦ電界を同時に印加した場合、共鳴
が、すりこぎ運動の大きさを著しく拡大する。この電界
のＲＦ周波数を共鳴に合わせた場合、外部ＲＦソース
（通常はマイクロ波キャビティー）からエネルギーが吸
収され得る。このエネルギーの変化を多様な方法で検出
できる。
ピニング電子が、磁界の存在によりすりこぎ運動をする
プロセスである。このすりこぎ運動の頻度は、磁界の強
さによって決まる。３３００ガウスの磁界は、１０10Hz
のすりこぎ運動振動数を誘導する。すりこぎ運動頻度
は、磁界に正比例し、したがって３３０ガウスの界は１
０9 Hzのすりこぎ頻度を誘導する。すりこぎ頻度に等し
い周波数の外部ＲＦ電界を同時に印加した場合、共鳴
が、すりこぎ運動の大きさを著しく拡大する。この電界
のＲＦ周波数を共鳴に合わせた場合、外部ＲＦソース
（通常はマイクロ波キャビティー）からエネルギーが吸
収され得る。このエネルギーの変化を多様な方法で検出
できる。
【００４３】Mannassen は、ＳＴＭにおけるトンネル電
流の変化を監視することによって、この共鳴を検出し
た。Y.Mannassen, R.J. Hamers, J.E.DemuthおよびA.J.
Castellano, Jr.,「Direct Observation of the Preces
sional of Individual Paramagnetic Spins on Oxidize
d Silicon Surface,」Phys. Rev. Lett., Vol.６２、P.
２５３１〜２５３３、May ２２、１９８９を参照。
流の変化を監視することによって、この共鳴を検出し
た。Y.Mannassen, R.J. Hamers, J.E.DemuthおよびA.J.
Castellano, Jr.,「Direct Observation of the Preces
sional of Individual Paramagnetic Spins on Oxidize
d Silicon Surface,」Phys. Rev. Lett., Vol.６２、P.
２５３１〜２５３３、May ２２、１９８９を参照。
【００４４】このエネルギーの変化を、試料による音響
透過の変化を監視することによって、本発明を用いて検
出することもできる。この手順は、外部ソースからＲＦ
周波数電界を印加し、次に、印加された磁界（図１０参
照）の大きさをそれが共鳴値に達するまでゆるやかに変
化させるものである。
透過の変化を監視することによって、本発明を用いて検
出することもできる。この手順は、外部ソースからＲＦ
周波数電界を印加し、次に、印加された磁界（図１０参
照）の大きさをそれが共鳴値に達するまでゆるやかに変
化させるものである。
【００４５】第２の変化例においては、印加された音響
信号（トランスデューサ２１０を介して印加）自体の音
響周波数を、すりこぎ運動頻度と共鳴させることができ
る。ＥＰＲ信号を、付加的なＲＦエネルギーの外部ソー
スを必要とせずに検出することができる。このシステム
は、チップの形状によって決まる解像度で試料１１０の
特定の場所における電子共鳴を検出することを可能に
し、ひるがえって、これが、他の方法では得ることので
きない正確さで試料を特徴づけることを可能にしてい
る。
信号（トランスデューサ２１０を介して印加）自体の音
響周波数を、すりこぎ運動頻度と共鳴させることができ
る。ＥＰＲ信号を、付加的なＲＦエネルギーの外部ソー
スを必要とせずに検出することができる。このシステム
は、チップの形状によって決まる解像度で試料１１０の
特定の場所における電子共鳴を検出することを可能に
し、ひるがえって、これが、他の方法では得ることので
きない正確さで試料を特徴づけることを可能にしてい
る。
【００４６】原子核も、スピニング電子と類似した角運
動量を有している。大きな違いは、これら２つのものの
質量および電子に作用する力とは異なる核子−核子力で
ある。これらの違いは原子核のすりこぎ運動頻度に反映
される。１０4 ガウスの印加磁界では、共鳴周波数は１
０7 ヘルツに等しく、これは同じ界における電子共鳴周
波数よりもずっと低い。ここでも、外部ＲＦソースから
吸収される付加的エネルギーを、音響エネルギーの透過
の変化で検出することができる。この外部エネルギーソ
ースは、電磁界またはトランスデューサ２１０を介して
印加される音響フィールドとすることができる。
動量を有している。大きな違いは、これら２つのものの
質量および電子に作用する力とは異なる核子−核子力で
ある。これらの違いは原子核のすりこぎ運動頻度に反映
される。１０4 ガウスの印加磁界では、共鳴周波数は１
０7 ヘルツに等しく、これは同じ界における電子共鳴周
波数よりもずっと低い。ここでも、外部ＲＦソースから
吸収される付加的エネルギーを、音響エネルギーの透過
の変化で検出することができる。この外部エネルギーソ
ースは、電磁界またはトランスデューサ２１０を介して
印加される音響フィールドとすることができる。
【００４７】ＮＭＲは、すりこぎ運動頻度が、すりこぎ
運動する原子の化学的性質によって定まることから重要
である。したがって、すりこぎ運動をする核の共鳴周波
数を測定することにより、即ちトランスデューサ２１０
または２２０を用いてＮＭＲ信号を測定することによっ
て、チップ１０４の下の原子の種類を識別することがで
きる。
運動する原子の化学的性質によって定まることから重要
である。したがって、すりこぎ運動をする核の共鳴周波
数を測定することにより、即ちトランスデューサ２１０
または２２０を用いてＮＭＲ信号を測定することによっ
て、チップ１０４の下の原子の種類を識別することがで
きる。
【００４８】超音波せん孔 図１１において、本発明の音響顕微鏡構成をある物体の
表面構造を制御された方式で変更するための超音波せん
孔に用いることもできる。この技法は、フォトレジスト
に用いられる重合体薄膜等の軟性材料に線をけがきする
のに用いることができる。
表面構造を制御された方式で変更するための超音波せん
孔に用いることもできる。この技法は、フォトレジスト
に用いられる重合体薄膜等の軟性材料に線をけがきする
のに用いることができる。
【００４９】また、基板をその選択した場所において変
形して２値形式で基板にデータを記憶することにより、
ＶＨＦ超音波せん孔を用いて基板に情報を記憶すること
もできる。例えば、ビット位置のアレー各位置におい
て、変形２９０が「１」を示し、変形のないもの２９２
が「０」を示すようにすることができる。或いは、２つ
のはっきりと違う種類の変形を用いて、「０」および
「１」ビットを互いから、並びにその間の空き部分から
区別するようにすることもできる。記憶された情報は、
超音波を生成しながら基板を走査し、反射または透過さ
れた音響信号を監視して、基板上のどの位置が変形さ
れ、どの位置がされていないかを知ることによって読み
出される。
形して２値形式で基板にデータを記憶することにより、
ＶＨＦ超音波せん孔を用いて基板に情報を記憶すること
もできる。例えば、ビット位置のアレー各位置におい
て、変形２９０が「１」を示し、変形のないもの２９２
が「０」を示すようにすることができる。或いは、２つ
のはっきりと違う種類の変形を用いて、「０」および
「１」ビットを互いから、並びにその間の空き部分から
区別するようにすることもできる。記憶された情報は、
超音波を生成しながら基板を走査し、反射または透過さ
れた音響信号を監視して、基板上のどの位置が変形さ
れ、どの位置がされていないかを知ることによって読み
出される。
【００５０】カンチレバー製造プロセス 超小型チップ／トランスデューサ構成の重要な特徴は、
鋭いシリコンチップである。このようなチップを製作す
るいくつかの方法が知られているが、好ましい実施例に
おいて用いられるものは、以下のようにしてつくられる
四面体、単結晶シリコンチップである。窒化シリコン３
００を（１００）シリコン基板３０２上に付着、パター
ン化して、鋭いかどが（１１０）方向を指す窒化物のく
形領域を形成する（図１２）。次に、シリコンポスト３
０４を基板にエッチングし、（１１０）方向を指すかど
を有するようにする。次に、数千オングストロームの酸
化物３０６を低温（９５０℃）で成長させ、ポストの側
壁が酸化物で保護されているのに対し、ポストの上部に
未た窒化物がかぶさっているようにする（図１３）。こ
の窒化物キャップを、反応性イオンエッチングによって
取り除く（図１４）。ポストの中央の露出したシリコン
をＥＤＰまたはＫＯＨ等の異方性シリコンエチャントで
エッチングする。この段階において、ポストの各隅の小
さな四面体３１０以外のポスト内部の大部分をエッチン
グで取り去る。これらの四面体は、その側壁を酸化物に
より、また一面を（１１１）結晶面によって境界を形成
されていることから、エッチングされることはない（図
１５）。このプロセスを完了するために、酸化物側壁３
０６をＨＦ溶液で取り除き、チップ３１０を完全に露出
する（図１６）。
鋭いシリコンチップである。このようなチップを製作す
るいくつかの方法が知られているが、好ましい実施例に
おいて用いられるものは、以下のようにしてつくられる
四面体、単結晶シリコンチップである。窒化シリコン３
００を（１００）シリコン基板３０２上に付着、パター
ン化して、鋭いかどが（１１０）方向を指す窒化物のく
形領域を形成する（図１２）。次に、シリコンポスト３
０４を基板にエッチングし、（１１０）方向を指すかど
を有するようにする。次に、数千オングストロームの酸
化物３０６を低温（９５０℃）で成長させ、ポストの側
壁が酸化物で保護されているのに対し、ポストの上部に
未た窒化物がかぶさっているようにする（図１３）。こ
の窒化物キャップを、反応性イオンエッチングによって
取り除く（図１４）。ポストの中央の露出したシリコン
をＥＤＰまたはＫＯＨ等の異方性シリコンエチャントで
エッチングする。この段階において、ポストの各隅の小
さな四面体３１０以外のポスト内部の大部分をエッチン
グで取り去る。これらの四面体は、その側壁を酸化物に
より、また一面を（１１１）結晶面によって境界を形成
されていることから、エッチングされることはない（図
１５）。このプロセスを完了するために、酸化物側壁３
０６をＨＦ溶液で取り除き、チップ３１０を完全に露出
する（図１６）。
【００５１】この方法でつくられたチップは、一般に５
００Å以下、最小で２００Åの曲率半径を有する。元の
シリコンポストの各かどの鋭さは、リソグラフィーの分
解能によって制限されるが、その最終的な鋭さは、低温
酸化の尖鋭化効果によって決まる。
００Å以下、最小で２００Åの曲率半径を有する。元の
シリコンポストの各かどの鋭さは、リソグラフィーの分
解能によって制限されるが、その最終的な鋭さは、低温
酸化の尖鋭化効果によって決まる。
【００５２】好ましい実施例のカンチレバー上で用いら
れる超音波トランスデューサは、金とチタン／金の電極
にはさまれるスパッタされたＺｎＯ薄膜であり、１７５
MHzの周波数で共鳴する５０×２００ミクロンのトラン
スデューサを形成する。
れる超音波トランスデューサは、金とチタン／金の電極
にはさまれるスパッタされたＺｎＯ薄膜であり、１７５
MHzの周波数で共鳴する５０×２００ミクロンのトラン
スデューサを形成する。
【００５３】トランスデューサ用の基板は、後の陽極結
合段階においてシリコンと適合するように選択されたCo
rnimg ７７４０ガラスである。
合段階においてシリコンと適合するように選択されたCo
rnimg ７７４０ガラスである。
【００５４】チップおよびトランスデューサは、両面ア
ライナを用いて整列させ、次に、加熱板上で３２５℃に
まで熱し、そのガラスに１５〜３０分間、１５００〜２
５００ボルトを印加することによって陽極結合される。
ライナを用いて整列させ、次に、加熱板上で３２５℃に
まで熱し、そのガラスに１５〜３０分間、１５００〜２
５００ボルトを印加することによって陽極結合される。
【００５５】ＺｎＯトランスデューサ２１０は、普通の
配線で接触することができるが、図１７は、ＺｎＯ薄膜
圧電トランスデューサ２１０に接触するための千鳥型金
属フィンガ３５０、３５２を備えたカンチレバーの上面
図である。対向する各フィンガは、（トランスデューサ
２１０の共鳴周波数に基づいて）半波長の離隔距離をあ
けられており、カンチレバーをそのチップから伝わる波
が、１８０度で隔てられた２つの信号を生成するように
している。生成される超音波の波長が極めて短いことか
ら、このトランスデューサ２１０の接続が、明りょうな
出力信号を生成するための役に立つ。
配線で接触することができるが、図１７は、ＺｎＯ薄膜
圧電トランスデューサ２１０に接触するための千鳥型金
属フィンガ３５０、３５２を備えたカンチレバーの上面
図である。対向する各フィンガは、（トランスデューサ
２１０の共鳴周波数に基づいて）半波長の離隔距離をあ
けられており、カンチレバーをそのチップから伝わる波
が、１８０度で隔てられた２つの信号を生成するように
している。生成される超音波の波長が極めて短いことか
ら、このトランスデューサ２１０の接続が、明りょうな
出力信号を生成するための役に立つ。
【００５６】図１８は、超音波によるカンチレバーの振
れを検出するのに適する曲折型圧電抵抗器３６０を備え
たカンチレバーの上面図である。この圧電抵抗器の抵抗
は、カンチレバーの振れによって変化し、したがって、
一般的光学を用いることなしにカンチレバーの振れの電
子的検出を可能にしている。
れを検出するのに適する曲折型圧電抵抗器３６０を備え
たカンチレバーの上面図である。この圧電抵抗器の抵抗
は、カンチレバーの振れによって変化し、したがって、
一般的光学を用いることなしにカンチレバーの振れの電
子的検出を可能にしている。
【００５７】本発明を、特定のいくつかの実施例につい
て説明してきたが、そのような記述は本発明の説明とし
てのものであり、本発明を限定するものとみなすべきで
はない。当業者においては、添付の請求の範囲によって
定義される本発明の真の主旨および範囲を逸脱すること
なしに、多様な変更を考え得るところである。
て説明してきたが、そのような記述は本発明の説明とし
てのものであり、本発明を限定するものとみなすべきで
はない。当業者においては、添付の請求の範囲によって
定義される本発明の真の主旨および範囲を逸脱すること
なしに、多様な変更を考え得るところである。
【図１】原子圧力顕微鏡のブロック図である。
【図２】本発明にしたがうＡＦＭ／音響顕微鏡のブロッ
ク図である。
ク図である。
【図３】その顕微鏡のカンチレバーを振動するためにＲ
Ｆ電界発生器を用いた音響顕微鏡のブロック図である。
Ｆ電界発生器を用いた音響顕微鏡のブロック図である。
【図４】顕微鏡のカンチレバーを振動するためにＲＦ電
界発生器を用いる一方で、圧電薄膜トランスデューサで
超音波も発生する音響顕微鏡のブロック図である。
界発生器を用いる一方で、圧電薄膜トランスデューサで
超音波も発生する音響顕微鏡のブロック図である。
【図５】プローブと試料との間のギャップに電界を生成
するためにＲＦ電界発生器を用いる音響顕微鏡のブロッ
ク図である。
するためにＲＦ電界発生器を用いる音響顕微鏡のブロッ
ク図である。
【図６】試料内に超音波音響波を生成するために振幅変
調されたレーザビームを用いる音響顕微鏡のブロック図
である。
調されたレーザビームを用いる音響顕微鏡のブロック図
である。
【図７】試料に音響波を励起するために抵抗薄膜が変調
された電流で加熱される音響顕微鏡のブロック図であ
る。
された電流で加熱される音響顕微鏡のブロック図であ
る。
【図８】試料に音響波を励起するために抵抗薄膜が変調
された電流で加熱される音響顕微鏡のブロック図であ
る。
された電流で加熱される音響顕微鏡のブロック図であ
る。
【図９】試料に音響波を励起するための誘導加熱コイル
を備えた音響顕微鏡のブロック図である。
を備えた音響顕微鏡のブロック図である。
【図１０】試料に音響波を励起するための磁気コイルを
備えた音響顕微鏡のブロック図である。
備えた音響顕微鏡のブロック図である。
【図１１】メモリ記憶および検索装置として用いられる
音響顕微鏡のブロック図である。
音響顕微鏡のブロック図である。
【図１２】音響顕微鏡で利用するのに適する鋭いシリコ
ンチップを製造する段階の１つを示す図である。
ンチップを製造する段階の１つを示す図である。
【図１３】音響顕微鏡で利用するのに適する鋭いシリコ
ンチップを製造する段階の１つを示す図である。
ンチップを製造する段階の１つを示す図である。
【図１４】音響顕微鏡で利用するのに適する鋭いシリコ
ンチップを製造する段階の１つを示す図である。
ンチップを製造する段階の１つを示す図である。
【図１５】音響顕微鏡で利用するのに適する鋭いシリコ
ンチップを製造する段階の１つを示す図である。
ンチップを製造する段階の１つを示す図である。
【図１６】音響顕微鏡で利用するのに適する鋭いシリコ
ンチップを製造する段階の１つを示す図である。
ンチップを製造する段階の１つを示す図である。
【図１７】その上のＺｎＯ薄膜圧電トランスデューサに
接触するための千鳥型金属フィンガを備えたカンチレバ
ーの上面図である。
接触するための千鳥型金属フィンガを備えたカンチレバ
ーの上面図である。
【図１８】カンチレバーの振れを検出するの適する曲折
型圧電抵抗器を備えたカンチレバーの上面図である。
型圧電抵抗器を備えたカンチレバーの上面図である。
１０２ カンチレバー １０４ 鋭いチッププローブ １１０ 試料 １１２ ＸＹＺトランレータステージ １１４ マイクロコントローラ １１６ 表示装置 １２０ 光学構成要素 １２２ 振れ測定回路 １２４ トンネル電流測定回路 １３０ ギャップ ２０２ ＸＹ走査ステージ ２１０ 薄膜トランスデューサ ２１２ ＲＦ励起信号発生器 ２１４ 検出器 ２２０ 薄膜トランスデューサ ２２２ 検出器 ２３０ ＲＦ電界発生器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カルヴィン エフ クウォート アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94306 スタンフォード セドロ ウェイ 859 (72)発明者 バトラス ティー クーリー ヤクブ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94306 パロ アルト ドナルド ドライ ヴ 4151 (72)発明者 シンヤ アカミネ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94309 スタンフォード ピーオーボック ス 7704 (72)発明者 バブール ビー ハディミオグル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94040 マウンテン ヴィュー オークト ゥリー ドライヴ 323
Claims (12)
- 【請求項１】 上面と下面とを有するカンチレバーアー
ムと、 前記カンチレバーアーム下面上の鋭いチップと、 前記カンチレバーアームの上面の少なくとも一部の上の
圧電薄膜と、 前記圧電薄膜に励起信号を印加して高周波音響信号を生
成するために、前記圧電薄膜に結合する高周波励起手段
とを有し、前記高周波音響信号は、前記鋭いチップを介
して伝送されることを特徴とする音響顕微鏡装置。 - 【請求項２】 上面と下面とを有するカンチレバーアー
ムと、 前記カンチレバーアーム下面上の鋭いチップと、 前記カンチレバーアームの上面の少なくとも一部の上の
圧電薄膜と、 前記圧電薄膜に励起信号を印加して、前記鋭いチップを
介し伝送される高周波音響信号を生成するために、前記
圧電薄膜に結合する高周波励起手段と、 前記鋭いチップを任意の横方向位置におき目標物体と接
触させて位置決めし、且つ前記鋭いチップと前記目標物
体との間のギャップを維持しながら、前記鋭いチップを
前記目標物体に対する任意の横方向位置に位置決めする
位置決め手段と、 前記鋭いチップを前記目標物体の任意の横方向位置に移
動し、前記目標物体が前記任意の位置において変形され
るまで前記鋭いチップによって前記高周波励起手段が前
記目標物体に接触できるようにすることで前記目標物体
を前記任意の横方向位置で変形するため、前記位置決め
手段および前記高周波励起手段に結合する書込みモード
制御手段とを有し、前記目標物体をその任意の位置にお
いて変形することによって、前記目標物体に情報を記憶
することを特徴とする原子レベルメモリ記憶装置。 - 【請求項３】 上面と下面とを有するカンチレバーアー
ムと、 前記カンチレバーアーム下面上の鋭いチップと、 前記カンチレバーアームの上面の少なくとも一部の上の
圧電薄膜と、 前記圧電薄膜に励起信号を印加して、前記鋭いチップを
介し伝送される高周波音響信号を生成するために、前記
圧電薄膜に結合する高周波励起手段と、 その任意の位置に変形部分を有する目標物体を保持する
手段と、 前記鋭いチップを前記目標物体に対して任意の横方向位
置に位置決めするための位置決め手段と、 前記高周波音響信号が前記目標物体と相互に作用し合っ
た後に、前記高周波音響信号を受信する音響信号受信手
段と、 前記目標物体が前記任意の位置のそれぞれにおいて変形
されたかどうかを判断するための、前記音響信号受信手
段に結合する情報読出し手段とを有することを特徴とす
る原子レベルメモリ読出し装置。 - 【請求項４】 上面と下面とを有するカンチレバーアー
ムであって、その下面上に鋭いチップを有し且つその上
面の少なくとも一部に圧電薄膜を有する前記カンチレバ
ーアームを、目標物体上で位置決めし、 前記鋭いチップを介して伝送される高周波音響信号を生
成するために、前記圧電薄膜に励起信号を印加し、 前記高周波音響信号が目標物体と相互に作用し合った後
に、前記高周波音響信号を受信する各段階を含むことを
特徴とする音響顕微鏡法を行う方法。 - 【請求項５】 上面と下面とを有するプローブであり、
その下面の鋭いチップとその上面の少なくとも一部の上
の圧電薄膜とを有する前記プローブであって、前記鋭い
チップと前記目標物体との間にギャップを残すように前
記目標物体に対して位置決めされる前記プローブを、前
記目標物体上で位置決めし、 前記鋭いチップと前記目標物体との間の前記ギャップに
ＲＦ電界を生成し、 前記ＲＦ電界によって前記ギャップに引き起こされたＲ
Ｆ音響信号を、前記圧電薄膜を介して受信し、 受信したＲＦ音響信号を測定することによって、前記目
標物体の特性を測定する各段階を含むことを特徴とする
音響顕微鏡法を行う方法。 - 【請求項６】 圧電薄膜を目標物体に取り付け、 その下面に鋭いチップを有するプローブであって、前記
鋭いチップと前記目標物体との間にギャップを残すよう
に前記目標物体に対して位置決めされる前記プローブ
を、前記目標物体上で位置決めし、 前記鋭いチップと前記目標物体との間の前記ギャップに
ＲＦ電界を生成し、 前記ＲＦ電界によって前記ギャップに引き起こされたＲ
Ｆ音響信号を、前記圧電薄膜を介して受信し、 受信したＲＦ音響信号を測定することによって、前記目
標物体の特性を測定する各段階を含むことを特徴とする
音響顕微鏡法を行う方法。 - 【請求項７】 上面と下面とを有するプローブであっ
て、その下面の鋭いチップとその上面の少なくとも一部
の上の圧電薄膜とを有する前記プローブを設け、 前記鋭いチップを基板と接触させてその任意の横方向の
位置に位置決めし、 前記基板が前記任意の横方向の位置のそれぞれにおいて
変形されるまで、前記鋭いチップを介して伝送される高
周波音響信号を生成するように、前記圧電薄膜に励起信
号を印加することによって、前記任意の横方向の位置に
おいて前記基板を変形する各段階を含み、 前記基板をその任意の位置において変形することによっ
て、前記基板に情報を記憶することを特徴とする基板に
情報を記憶する方法。 - 【請求項８】 あらかじめ選択された位置における変形
の形態で基板に記憶された情報を読み出す方法におい
て、 上面と下面を有するプローブであって、その下面の鋭い
チップとその上面の少なくとも一部の上の圧電薄膜とを
有する前記プローブを設け、 その任意の横方向の位置のうちのあらかじめ選択された
ものにおいて変形を有する前記基板の任意の横方向の位
置に前記鋭いチップを位置決めし、 前記鋭いチップを介して伝送される高周波音響信号を生
成するように前記圧電薄膜に励起信号を印加し、 前記高周波音響信号が前記基板と相互に作用し合った後
に、前記高周波音響信号を受信し、 前記基板が前記任意の位置のそれぞれにおいて変形され
ているかどうかを判断するために、前記受信した音響信
号を測定する各段階を含むことを特徴とする前記方法。 - 【請求項９】 上面と下面とを有するプローブと、 前記プローブの下面上の鋭いチップと、 前記プローブの上面の少なくとも一部分の上の圧電薄膜
と、 前記圧電薄膜に励起信号を印加して高周波音響信号を生
成するために、前記圧電薄膜に結合する高周波励起手段
とを有し、前記高周波音響信号は、前記鋭いチップを介
して伝送されることを特徴とする音響顕微鏡装置。 - 【請求項１０】 上面と下面とを有するプローブと、 前記プローブの下面上の鋭いチップと、 前記プローブの上面の少なくとも一部の上の圧電薄膜
と、 前記圧電薄膜に励起信号を印加して、前記鋭いチップを
介して伝送される高周波音響信号を生成するために、前
記圧電薄膜に結合する高周波励起手段と、 前記鋭いチップを任意の横方向の位置において目標物体
と接触させて位置決めし、且つ前記鋭いチップと前記目
標物体との間のギャップを維持しながら、前記鋭いチッ
プを前記目標物体に対する任意の横方向位置に位置決め
する位置決め手段と、 前記鋭いチップを前記目標物体の任意の横方向位置に移
動し、前記目標物体が前記任意の位置において変形され
るまで前記鋭いチップによって前記高周波励起手段が前
記目標物体に接触できるようにすることで前記目標物体
を前記任意の横方向位置で変形するため、前記位置決め
手段および前記高周波励起手段に結合する書込みモード
制御手段と、 を有し、前記目標物体をその任意の位置において変形す
ることによって、前記目標物体に情報を記憶することを
特徴とする原子レベルメモリ記憶装置。 - 【請求項１１】 上面と下面とを有するプローブと、 前記プローブの下面上の鋭いチップと、 前記プローブの上面の少なくとも一部の上の圧電薄膜
と、 前記圧電薄膜に励起信号を印加して、前記鋭いチップを
介し伝送される高周波音響信号を生成するために、前記
圧電薄膜に結合する高周波励起手段と、 その任意の位置に変形部分を有する目標物体を保持する
手段と、 前記鋭いチップを前記目標物体に対して任意の横方向位
置に位置決めするための位置決め手段と、 前記高周波音響信号が前記目標物体と相互に作用し合っ
た後に、前記高周波音響信号を受信する音響信号受信手
段と、 前記目標物体が前記任意の位置のそれぞれにおいて変形
されたかどうかを判断するための、前記御信号受信手段
に結合する情報読出し手段と、 を有することを特徴とする原子レベルメモリ読出し装
置。 - 【請求項１２】 上面と下面とを有するプローブであっ
て、その下面上の鋭いチップとその上面の少なくとも一
部の上の圧電薄膜とを有する前記プローブを、目標物体
上で位置決めし、 前記鋭いチップを介して伝送される高周波音響信号を生
成するために、前記圧電薄膜に励起信号を印加し、 前記高周波音響信号が目標物体と相互に作用し合った後
に、前記高周波音響信号を受信する各段階を含むことを
特徴とする音響顕微鏡法を行う方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US7/718234 | 1991-06-20 | ||
| US07/718234 | 1991-06-20 | ||
| US07/718,234 US5319977A (en) | 1991-06-20 | 1991-06-20 | Near field acoustic ultrasonic microscope system and method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05188045A true JPH05188045A (ja) | 1993-07-27 |
| JP2709240B2 JP2709240B2 (ja) | 1998-02-04 |
Family
ID=24885323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4162917A Expired - Lifetime JP2709240B2 (ja) | 1991-06-20 | 1992-06-22 | 音響顕微鏡法を行う方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5319977A (ja) |
| JP (1) | JP2709240B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013015407A (ja) * | 2011-07-04 | 2013-01-24 | Fujitsu Ltd | 検査装置及び検査方法 |
Families Citing this family (79)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5381101A (en) * | 1992-12-02 | 1995-01-10 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | System and method of measuring high-speed electrical waveforms using force microscopy and offset sampling frequencies |
| JP3207994B2 (ja) * | 1993-02-17 | 2001-09-10 | キヤノン株式会社 | 走査型プローブ顕微鏡、およびそれを用いた情報記録再生装置 |
| DE4324983C2 (de) * | 1993-07-26 | 1996-07-11 | Fraunhofer Ges Forschung | Akustisches Mikroskop |
| KR950012094A (ko) * | 1993-10-04 | 1995-05-16 | 가나이 쯔또무 | 미소부 물성정보 측정장치 |
| US5866805A (en) | 1994-05-19 | 1999-02-02 | Molecular Imaging Corporation Arizona Board Of Regents | Cantilevers for a magnetically driven atomic force microscope |
| US5513518A (en) | 1994-05-19 | 1996-05-07 | Molecular Imaging Corporation | Magnetic modulation of force sensor for AC detection in an atomic force microscope |
| US5753814A (en) * | 1994-05-19 | 1998-05-19 | Molecular Imaging Corporation | Magnetically-oscillated probe microscope for operation in liquids |
| US5515719A (en) | 1994-05-19 | 1996-05-14 | Molecular Imaging Corporation | Controlled force microscope for operation in liquids |
| JP3523688B2 (ja) * | 1994-07-06 | 2004-04-26 | オリンパス株式会社 | 試料測定用プローブ装置 |
| US5751683A (en) * | 1995-07-24 | 1998-05-12 | General Nanotechnology, L.L.C. | Nanometer scale data storage device and associated positioning system |
| US6337479B1 (en) * | 1994-07-28 | 2002-01-08 | Victor B. Kley | Object inspection and/or modification system and method |
| US6339217B1 (en) * | 1995-07-28 | 2002-01-15 | General Nanotechnology Llc | Scanning probe microscope assembly and method for making spectrophotometric, near-field, and scanning probe measurements |
| US6265711B1 (en) | 1994-07-28 | 2001-07-24 | General Nanotechnology L.L.C. | Scanning probe microscope assembly and method for making spectrophotometric near-field optical and scanning measurements |
| US6353219B1 (en) | 1994-07-28 | 2002-03-05 | Victor B. Kley | Object inspection and/or modification system and method |
| JPH10506457A (ja) * | 1994-07-28 | 1998-06-23 | ジェネラル ナノテクノロジー エルエルシー | 走査型プローブ顕微鏡装置 |
| US5489774A (en) * | 1994-09-20 | 1996-02-06 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford University | Combined atomic force and near field scanning optical microscope with photosensitive cantilever |
| US5948972A (en) * | 1994-12-22 | 1999-09-07 | Kla-Tencor Corporation | Dual stage instrument for scanning a specimen |
| US6520005B2 (en) * | 1994-12-22 | 2003-02-18 | Kla-Tencor Corporation | System for sensing a sample |
| EP0726444B1 (en) * | 1995-02-10 | 2001-10-31 | Bruker Analytik Gmbh | Magnetic resonance method and apparatus for detecting an atomic structure of a sample along a surface thereof |
| US5609744A (en) * | 1995-03-16 | 1997-03-11 | International Business Machines Corporation | Assembly suitable for identifying a code sequence of a biomolecule in a gel embodiment |
| US5624845A (en) * | 1995-03-16 | 1997-04-29 | International Business Machines Corporation | Assembly and a method suitable for identifying a code |
| US5538898A (en) * | 1995-03-16 | 1996-07-23 | International Business Machines Corporation | Method suitable for identifying a code sequence of a biomolecule |
| US5607568A (en) * | 1995-03-16 | 1997-03-04 | International Business Machines Corporation | Assembly suitable for identifying a code sequence of a biomolecule in a free-solution embodiment |
| US6507553B2 (en) | 1995-07-24 | 2003-01-14 | General Nanotechnology Llc | Nanometer scale data storage device and associated positioning system |
| DE69625292T2 (de) | 1995-08-04 | 2003-09-04 | Ibm | Interferometrischer Nahfeldapparat und Verfahren |
| US5602820A (en) * | 1995-08-24 | 1997-02-11 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for mass data storage |
| US5886532A (en) * | 1995-10-04 | 1999-03-23 | Uva Patent Foundation | Nanometer distance regulation using electromechanical power dissipation |
| US5874668A (en) * | 1995-10-24 | 1999-02-23 | Arch Development Corporation | Atomic force microscope for biological specimens |
| US5631425A (en) * | 1996-03-07 | 1997-05-20 | Integrated Device Technology, Inc. | Method for identifying molding compound using an acoustic microscope |
| US5615675A (en) * | 1996-04-19 | 1997-04-01 | Regents Of The University Of Michigan | Method and system for 3-D acoustic microscopy using short pulse excitation and 3-D acoustic microscope for use therein |
| US5852232A (en) * | 1997-01-02 | 1998-12-22 | Kla-Tencor Corporation | Acoustic sensor as proximity detector |
| DE19729280C1 (de) * | 1997-07-09 | 1998-11-05 | Fraunhofer Ges Forschung | Ultraschallmikroskop |
| US6802646B1 (en) * | 2001-04-30 | 2004-10-12 | General Nanotechnology Llc | Low-friction moving interfaces in micromachines and nanomachines |
| US7196328B1 (en) | 2001-03-08 | 2007-03-27 | General Nanotechnology Llc | Nanomachining method and apparatus |
| US6752008B1 (en) | 2001-03-08 | 2004-06-22 | General Nanotechnology Llc | Method and apparatus for scanning in scanning probe microscopy and presenting results |
| US6923044B1 (en) | 2001-03-08 | 2005-08-02 | General Nanotechnology Llc | Active cantilever for nanomachining and metrology |
| US6787768B1 (en) | 2001-03-08 | 2004-09-07 | General Nanotechnology Llc | Method and apparatus for tool and tip design for nanomachining and measurement |
| US6417673B1 (en) * | 1998-11-19 | 2002-07-09 | Lucent Technologies Inc. | Scanning depletion microscopy for carrier profiling |
| EP1196939A4 (en) * | 1999-07-01 | 2002-09-18 | Gen Nanotechnology Llc | DEVICE AND METHOD FOR EXAMINING AND / OR CHANGING OBJECT |
| US6621079B1 (en) * | 1999-07-02 | 2003-09-16 | University Of Virginia Patent Foundation | Apparatus and method for a near field scanning optical microscope in aqueous solution |
| JP2001091441A (ja) * | 1999-07-16 | 2001-04-06 | Japan Science & Technology Corp | ナノメートルオーダの機械振動子、その製造方法及びそれを用いた測定装置 |
| US6305226B1 (en) * | 1999-08-30 | 2001-10-23 | Agere Systems Guardian Corp. | Method and apparatus for imaging acoustic fields in high-frequency acoustic resonators |
| US6269699B1 (en) * | 1999-11-01 | 2001-08-07 | Praxair S. T. Technology, Inc. | Determination of actual defect size in cathode sputter targets subjected to ultrasonic inspection |
| US6342134B1 (en) * | 2000-02-11 | 2002-01-29 | Agere Systems Guardian Corp. | Method for producing piezoelectric films with rotating magnetron sputtering system |
| DE10043731C2 (de) * | 2000-09-05 | 2003-06-26 | Infineon Technologies Ag | Meßsonde, deren Verwendung und Herstellung und Meßsystem zum Erfassen von elektrischen Signalen in einer integrierten Halbleiterschaltung |
| US6661240B1 (en) * | 2000-10-04 | 2003-12-09 | General Electric Co. | Methods and systems for capacitive motion sensing and position control |
| US6931710B2 (en) * | 2001-01-30 | 2005-08-23 | General Nanotechnology Llc | Manufacturing of micro-objects such as miniature diamond tool tips |
| US7253407B1 (en) | 2001-03-08 | 2007-08-07 | General Nanotechnology Llc | Active cantilever for nanomachining and metrology |
| US6779387B2 (en) * | 2001-08-21 | 2004-08-24 | Georgia Tech Research Corporation | Method and apparatus for the ultrasonic actuation of the cantilever of a probe-based instrument |
| US6694817B2 (en) | 2001-08-21 | 2004-02-24 | Georgia Tech Research Corporation | Method and apparatus for the ultrasonic actuation of the cantilever of a probe-based instrument |
| US7053369B1 (en) | 2001-10-19 | 2006-05-30 | Rave Llc | Scan data collection for better overall data accuracy |
| US6813937B2 (en) | 2001-11-28 | 2004-11-09 | General Nanotechnology Llc | Method and apparatus for micromachines, microstructures, nanomachines and nanostructures |
| WO2004023490A2 (en) | 2002-09-09 | 2004-03-18 | General Nanotechnology Llc | Fluid delivery for scanning probe microscopy |
| JP2004101407A (ja) * | 2002-09-11 | 2004-04-02 | Fuji Photo Film Co Ltd | 塗工物の脆性評価方法及び装置 |
| US7019538B2 (en) * | 2003-01-28 | 2006-03-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Electrostatic capacitance sensor type measurement apparatus |
| JP4452278B2 (ja) * | 2004-06-25 | 2010-04-21 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 探針装置 |
| US7446542B2 (en) * | 2005-03-04 | 2008-11-04 | Omniprobe, Inc. | Apparatus and method for automated stress testing of flip-chip packages |
| US20060288786A1 (en) * | 2005-03-18 | 2006-12-28 | Flores Andres H L | Ultrasonically coupled scanning probe microscope |
| US8037762B2 (en) * | 2005-03-18 | 2011-10-18 | State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Portland State University | Whispering gallery mode ultrasonically coupled scanning probe microscopy |
| JP5034294B2 (ja) * | 2006-03-30 | 2012-09-26 | 富士通株式会社 | 圧電体薄膜評価装置及び圧電体薄膜の評価方法 |
| CN101029862B (zh) * | 2007-03-19 | 2010-10-20 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 基于原子力显微镜的声成像用弱信号检测器 |
| US7845215B2 (en) * | 2007-05-31 | 2010-12-07 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Resonant difference-frequency atomic force ultrasonic microscope |
| US7924423B2 (en) * | 2008-08-11 | 2011-04-12 | Ut-Battelle, Llc | Reverse photoacoustic standoff spectroscopy |
| US8194246B2 (en) * | 2008-08-11 | 2012-06-05 | UT-Battellle, LLC | Photoacoustic microcantilevers |
| US7961313B2 (en) * | 2008-08-11 | 2011-06-14 | Ut-Battelle, Llc | Photoacoustic point spectroscopy |
| US20110231966A1 (en) * | 2010-03-17 | 2011-09-22 | Ali Passian | Scanning probe microscopy with spectroscopic molecular recognition |
| US8448261B2 (en) * | 2010-03-17 | 2013-05-21 | University Of Tennessee Research Foundation | Mode synthesizing atomic force microscopy and mode-synthesizing sensing |
| US8080796B1 (en) | 2010-06-30 | 2011-12-20 | Ut-Battelle, Llc | Standoff spectroscopy using a conditioned target |
| US8726410B2 (en) * | 2010-07-30 | 2014-05-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Atomic force microscopy system and method for nanoscale measurement |
| CN103299197B (zh) * | 2010-08-13 | 2017-09-08 | 加利福尼亚大学董事会 | 分子共振的像力显微镜 |
| CN105115589A (zh) * | 2015-08-24 | 2015-12-02 | 扬州大学 | 一种基于隧道显微镜的水声测试仪 |
| CN106018566B (zh) * | 2016-07-05 | 2018-07-13 | 华中科技大学 | 一种超声换能装置 |
| EP3349002A1 (en) * | 2017-01-13 | 2018-07-18 | Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO | Method of and system for detecting structures on or below the surface of a sample using a probe including a cantilever and a probe tip |
| EP3349017A1 (en) * | 2017-01-13 | 2018-07-18 | Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO | Atomic force microscopy device, method and lithographic system |
| US10955386B2 (en) * | 2017-09-05 | 2021-03-23 | Utah Valley University | Compact immersion scanning system for high-frequency sound waves |
| US20190361103A1 (en) * | 2018-05-25 | 2019-11-28 | Pva Tepla Analytical Systems Gmbh | Ultrasonic Microscope and Carrier for carrying an acoustic Pulse Transducer |
| EP3644067A1 (en) * | 2018-10-25 | 2020-04-29 | Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO | Frequency tracking for subsurface atomic force microscopy |
| EP3745125A1 (en) * | 2019-05-27 | 2020-12-02 | Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO | Ultrasound sub-surface probe microscopy device and corresponding method |
| EP4050345A1 (de) * | 2021-02-26 | 2022-08-31 | Materials Center Leoben Forschung GmbH | Messsonde zum untersuchen von oberflächenbereichen |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01298551A (ja) * | 1988-03-31 | 1989-12-01 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | データ・ビツトを記録し、読み取る方法 |
| JPH02147951A (ja) * | 1988-11-30 | 1990-06-06 | Kiyohiko Uozumi | 探針走査型顕微鏡 |
| JPH02210633A (ja) * | 1989-02-09 | 1990-08-22 | Olympus Optical Co Ltd | 走査型トンネル電流演算処理装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4126036A (en) * | 1977-07-27 | 1978-11-21 | United States Steel Corporation | Surface roughness analyzer |
| JPS6098352A (ja) * | 1983-11-02 | 1985-06-01 | Olympus Optical Co Ltd | 超音波顕微鏡 |
| EP0198944B1 (en) * | 1985-04-26 | 1990-03-21 | International Business Machines Corporation | Scanning acoustic microscope |
| DE3820518C1 (ja) * | 1988-06-16 | 1990-01-11 | Wild Leitz Gmbh, 6330 Wetzlar, De | |
| US5003815A (en) * | 1989-10-20 | 1991-04-02 | International Business Machines Corporation | Atomic photo-absorption force microscope |
-
1991
- 1991-06-20 US US07/718,234 patent/US5319977A/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-06-22 JP JP4162917A patent/JP2709240B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01298551A (ja) * | 1988-03-31 | 1989-12-01 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | データ・ビツトを記録し、読み取る方法 |
| JPH02147951A (ja) * | 1988-11-30 | 1990-06-06 | Kiyohiko Uozumi | 探針走査型顕微鏡 |
| JPH02210633A (ja) * | 1989-02-09 | 1990-08-22 | Olympus Optical Co Ltd | 走査型トンネル電流演算処理装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013015407A (ja) * | 2011-07-04 | 2013-01-24 | Fujitsu Ltd | 検査装置及び検査方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5319977A (en) | 1994-06-14 |
| JP2709240B2 (ja) | 1998-02-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2709240B2 (ja) | 音響顕微鏡法を行う方法 | |
| KR100961571B1 (ko) | 주사 탐침 현미경 | |
| US9535087B2 (en) | Band excitation method applicable to scanning probe microscopy | |
| McClelland et al. | Atomic force microscopy: General principles and a new implementation | |
| US6694817B2 (en) | Method and apparatus for the ultrasonic actuation of the cantilever of a probe-based instrument | |
| EP0726444B1 (en) | Magnetic resonance method and apparatus for detecting an atomic structure of a sample along a surface thereof | |
| US6779387B2 (en) | Method and apparatus for the ultrasonic actuation of the cantilever of a probe-based instrument | |
| US5641896A (en) | Coupled oscillator scanning imager | |
| US5003815A (en) | Atomic photo-absorption force microscope | |
| EP0410131B1 (en) | Near-field lorentz force microscopy | |
| KR100501787B1 (ko) | 나노미터 오더의 기계 진동자, 그 제조방법, 및 이를이용한 측정장치 | |
| EP1002216B1 (en) | Microscope for compliance measurement | |
| EP0872707B1 (en) | Apparatus for measuring exchange force | |
| US8726410B2 (en) | Atomic force microscopy system and method for nanoscale measurement | |
| JP3057222B2 (ja) | 交換相互作用力の測定方法および交換相互作用力による磁気特性の評価方法 | |
| JPH063397A (ja) | 電位分布測定装置 | |
| RU2208763C1 (ru) | Зонд на основе кварцевого резонатора для сканирующего зондового микроскопа | |
| Iams | Atomic force microscopy of magnetic samples using optical detection methods | |
| JPH0758323B2 (ja) | 磁場観測装置及び方法 | |
| Campbell et al. | Non-invasive current and voltage imaging techniques for integrated circuits using scanning probe microscopy. Final report, LDRD Project FY93 and FY94 | |
| Grant | Development of Non-Contact Scanning Force Microscopy for Imaging in Liquid Environments |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19960401 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19970930 |