JPH05322512A - 表面観察方法 - Google Patents
表面観察方法Info
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- JPH05322512A JPH05322512A JP15607292A JP15607292A JPH05322512A JP H05322512 A JPH05322512 A JP H05322512A JP 15607292 A JP15607292 A JP 15607292A JP 15607292 A JP15607292 A JP 15607292A JP H05322512 A JPH05322512 A JP H05322512A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 温度変化や機械的ドリフトの影響に関わらず
試料表面の観察を安定して行うことのできる表面観察方
法を提供することを目的とする。 【構成】 試料３の表面を探針１で走査して、試料３か
ら受ける物理量により探針１を制御し、この制御量によ
り試料３表面を観察する方法において、前記試料３表面
にあらかじめ形成した凹凸部を凹凸検出装置５により検
出し、この凹凸部を基準として前記走査位置制御を行
う。
試料表面の観察を安定して行うことのできる表面観察方
法を提供することを目的とする。 【構成】 試料３の表面を探針１で走査して、試料３か
ら受ける物理量により探針１を制御し、この制御量によ
り試料３表面を観察する方法において、前記試料３表面
にあらかじめ形成した凹凸部を凹凸検出装置５により検
出し、この凹凸部を基準として前記走査位置制御を行
う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トンネル顕微鏡（以
下、ＳＴＭと記す）、原子間力顕微鏡（以下、ＡＦ
Ｍ）、磁気力顕微鏡等の、試料面に探針を近接し試料か
ら受ける物理量により試料表面を観察する方法に関す
る。
下、ＳＴＭと記す）、原子間力顕微鏡（以下、ＡＦ
Ｍ）、磁気力顕微鏡等の、試料面に探針を近接し試料か
ら受ける物理量により試料表面を観察する方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の技術としては、例えば、
特開平３−１８７０４号公報に記載された走査形トンネ
ル顕微鏡が知られている。この装置は、図８に示すよう
に、探針１を試料３の表面に近接して走査することで同
試料３の表面形状を観察するものである。即ち、探針１
を駆動するアクチュエータ８には圧電素子駆動回路２
５、２６、２７が接続されており、これらのうち、２５
及び２６は試料３の表面と平行なＸＹ平面上の走査を行
い、２７は試料３の表面に垂直なＺ方向の駆動を行うた
めのものである。Ｚ方向は試料３と探針１との間のトン
ネル電流を用いて制御され、この装置では、ＸＹ方向の
走査位置とＺ方向の制御量及びトンネル電流により試料
３表面の凹凸像を観察する。そのために設けたのが波形
モニタ回路２８で、この波形モニタ回路２８に入力され
た信号が画像表示装置２９に供給されて、試料３表面の
凹凸像とともに入力信号がラインプロファイル表示され
る。なお、トンネル電流はＩ／Ｖ増幅器３０、ログアン
プ３１、コンパレータ３２により検出され、同コンパレ
ータ３２の出力を積分増幅してＺ方向の制御量を得てい
る。
特開平３−１８７０４号公報に記載された走査形トンネ
ル顕微鏡が知られている。この装置は、図８に示すよう
に、探針１を試料３の表面に近接して走査することで同
試料３の表面形状を観察するものである。即ち、探針１
を駆動するアクチュエータ８には圧電素子駆動回路２
５、２６、２７が接続されており、これらのうち、２５
及び２６は試料３の表面と平行なＸＹ平面上の走査を行
い、２７は試料３の表面に垂直なＺ方向の駆動を行うた
めのものである。Ｚ方向は試料３と探針１との間のトン
ネル電流を用いて制御され、この装置では、ＸＹ方向の
走査位置とＺ方向の制御量及びトンネル電流により試料
３表面の凹凸像を観察する。そのために設けたのが波形
モニタ回路２８で、この波形モニタ回路２８に入力され
た信号が画像表示装置２９に供給されて、試料３表面の
凹凸像とともに入力信号がラインプロファイル表示され
る。なお、トンネル電流はＩ／Ｖ増幅器３０、ログアン
プ３１、コンパレータ３２により検出され、同コンパレ
ータ３２の出力を積分増幅してＺ方向の制御量を得てい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の従来
の表面観察方法では、温度変化や機械的ドリフトの影響
により観察位置が時間とともに変化して安定した観察像
が得られないという問題があった。
の表面観察方法では、温度変化や機械的ドリフトの影響
により観察位置が時間とともに変化して安定した観察像
が得られないという問題があった。
【０００４】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、温度変化や機械的ドリフトの影響に関わらず試料表
面の観察を安定して行うことのできる表面観察方法を提
供することを目的とする。
で、温度変化や機械的ドリフトの影響に関わらず試料表
面の観察を安定して行うことのできる表面観察方法を提
供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の表面観察方法では、試料面を探針で走査し、
試料面から受ける物理量により探針を制御し、この制御
量により試料面を観察する方法において、前記試料面に
あらかじめ凹凸部を形成し、この凹凸部を基準として前
記走査位置制御を行うことを特徴としている。
に本発明の表面観察方法では、試料面を探針で走査し、
試料面から受ける物理量により探針を制御し、この制御
量により試料面を観察する方法において、前記試料面に
あらかじめ凹凸部を形成し、この凹凸部を基準として前
記走査位置制御を行うことを特徴としている。
【０００６】
【作用】上記手段からなる本発明の表面観察方法では、
あらかじめ試料表面に機械的又は化学的に凹凸部を形成
し、逐次この凹凸部の位置を観察測定しつつ走査位置の
補正を行う。
あらかじめ試料表面に機械的又は化学的に凹凸部を形成
し、逐次この凹凸部の位置を観察測定しつつ走査位置の
補正を行う。
【０００７】ここで、本発明の作用をより詳しく説明す
れば次の通りである。図１は本発明の表面観察方法の原
理を説明するための概念図である。図に示す通りこの装
置では、探針１を試料３に対向して配置し、近接させる
ことにより両者の間に物理量を作用させる。この物理量
は、具体的には、ＳＴＭではトンネル電流、ＡＦＭでは
原子間力、磁気力顕微鏡では磁気力として作用する。探
針１は走査制御器２によりＸＹＺの各方向に駆動され、
ＸＹ方向の動作にて試料３表面の走査を行い、Ｚ方向は
前記物理量が一定になるように制御される。従って、Ｘ
Ｙ方向の走査位置とＺ方向制御量により試料３の表面形
状を得ることができる。観察装置４はこれを表示するも
のである。ここで、凹凸検出装置５はこれら制御量を処
理して、あらかじめ試料３表面に形成した凹凸部の位置
を検出するもので、この検出位置を走査制御器２にフィ
ードバックしてＸＹ方向の走査位置を一定にするよう制
御する。なお、６は加工制御装置で、本発明を応用して
試料３の表面加工を行う場合に必要となるものである。
れば次の通りである。図１は本発明の表面観察方法の原
理を説明するための概念図である。図に示す通りこの装
置では、探針１を試料３に対向して配置し、近接させる
ことにより両者の間に物理量を作用させる。この物理量
は、具体的には、ＳＴＭではトンネル電流、ＡＦＭでは
原子間力、磁気力顕微鏡では磁気力として作用する。探
針１は走査制御器２によりＸＹＺの各方向に駆動され、
ＸＹ方向の動作にて試料３表面の走査を行い、Ｚ方向は
前記物理量が一定になるように制御される。従って、Ｘ
Ｙ方向の走査位置とＺ方向制御量により試料３の表面形
状を得ることができる。観察装置４はこれを表示するも
のである。ここで、凹凸検出装置５はこれら制御量を処
理して、あらかじめ試料３表面に形成した凹凸部の位置
を検出するもので、この検出位置を走査制御器２にフィ
ードバックしてＸＹ方向の走査位置を一定にするよう制
御する。なお、６は加工制御装置で、本発明を応用して
試料３の表面加工を行う場合に必要となるものである。
【０００８】以下、添付図面を参照して本発明に係る表
面観察方法のいくつかの実施例を説明する。なお、図面
の説明において同一の要素には同一符号を付し、重複す
る説明を省略する。
面観察方法のいくつかの実施例を説明する。なお、図面
の説明において同一の要素には同一符号を付し、重複す
る説明を省略する。
【０００９】
【実施例１】まず、本発明の実施例１を説明する。図２
は実施例１の構成を示すブロック線図である。この実施
例では本発明をＳＴＭに適用した。図において、１はタ
ングステン等の金属線の先端を機械研磨又は電解研磨し
てなる探針で、試料３表面に近接する位置にアクチュエ
ータ８により支持されている。アクチュエータ８は圧電
素子で構成された微動機構であり、ＸＹＺの直交３方向
に動作可能になっている。一方、試料３にはバイアス回
路９から定電圧が印加され、探針１との間にトンネル電
流が流れている。このトンネル電流値はＩ／Ｖコンバー
タ１０により電圧値に変換された後、ログアンプ１９に
て増幅されＡ／Ｄコンバータ１３を介して中央処理装置
１７に入力される。中央処理装置１７はマイクロプロセ
ッサにより構成され、Ｄ／Ａコンバータ１４を介してＸ
Ｙ軸走査アンプ１２に走査信号を出力するとともに、Ｚ
軸制御アンプ１１に制御信号を出力し、前記アクチュエ
ータ８をＸＹＺの各方向に駆動する。また、中央処理装
置１７には、試料３の表面形状を表示する表示装置１６
と、半導体メモリ又は磁気ディスク装置からなるパター
ン記憶装置１８とが接続されている。
は実施例１の構成を示すブロック線図である。この実施
例では本発明をＳＴＭに適用した。図において、１はタ
ングステン等の金属線の先端を機械研磨又は電解研磨し
てなる探針で、試料３表面に近接する位置にアクチュエ
ータ８により支持されている。アクチュエータ８は圧電
素子で構成された微動機構であり、ＸＹＺの直交３方向
に動作可能になっている。一方、試料３にはバイアス回
路９から定電圧が印加され、探針１との間にトンネル電
流が流れている。このトンネル電流値はＩ／Ｖコンバー
タ１０により電圧値に変換された後、ログアンプ１９に
て増幅されＡ／Ｄコンバータ１３を介して中央処理装置
１７に入力される。中央処理装置１７はマイクロプロセ
ッサにより構成され、Ｄ／Ａコンバータ１４を介してＸ
Ｙ軸走査アンプ１２に走査信号を出力するとともに、Ｚ
軸制御アンプ１１に制御信号を出力し、前記アクチュエ
ータ８をＸＹＺの各方向に駆動する。また、中央処理装
置１７には、試料３の表面形状を表示する表示装置１６
と、半導体メモリ又は磁気ディスク装置からなるパター
ン記憶装置１８とが接続されている。
【００１０】次に、実施例１の作用を説明する。中央処
理装置１７はＡ／Ｄコンバータ１３から検知されるトン
ネル電流が常時一定値になるようにＺ方向の制御を行い
つつＸＹ方向に探針１の走査を行う。このときのＸＹ方
向の走査位置とＺ方向の制御量は表示装置１６に伝達さ
れて、試料３の表面形状が表示される。ここで、試料３
の表面にはあらかじめ、図３（ａ）〜（ｄ）に示すよう
な、格子パターン３ａ又は点状パターン３ｂのいずれか
が形成されている。の格子パターン３ａは試料３表面に
格子状に凹溝を形成したものであり、点状パターン３ｂ
は点状に凹部を形成したものである。そして、この形状
はパターン記憶装置１８に記憶されている。中央処理装
置１７では、この記憶パターンと探針１の走査により得
られた表面形状とを逐次比較して、両者の凹凸パターン
のずれがなくなるようにＤ／Ａコンバータ１５からＸＹ
軸走査アンプ１２に加える制御電圧を加減する。なお、
凹凸パターンの比較には３値パターンマッチング等の一
般的画像処理方法を用いる。
理装置１７はＡ／Ｄコンバータ１３から検知されるトン
ネル電流が常時一定値になるようにＺ方向の制御を行い
つつＸＹ方向に探針１の走査を行う。このときのＸＹ方
向の走査位置とＺ方向の制御量は表示装置１６に伝達さ
れて、試料３の表面形状が表示される。ここで、試料３
の表面にはあらかじめ、図３（ａ）〜（ｄ）に示すよう
な、格子パターン３ａ又は点状パターン３ｂのいずれか
が形成されている。の格子パターン３ａは試料３表面に
格子状に凹溝を形成したものであり、点状パターン３ｂ
は点状に凹部を形成したものである。そして、この形状
はパターン記憶装置１８に記憶されている。中央処理装
置１７では、この記憶パターンと探針１の走査により得
られた表面形状とを逐次比較して、両者の凹凸パターン
のずれがなくなるようにＤ／Ａコンバータ１５からＸＹ
軸走査アンプ１２に加える制御電圧を加減する。なお、
凹凸パターンの比較には３値パターンマッチング等の一
般的画像処理方法を用いる。
【００１１】以上の実施例１によれば、探針１と試料３
との相対位置関係を一定に保ち、温度変化や機械的ドリ
フトによる影響を排除して安定した観察像を得ることが
できる。そして、パターン記憶装置１８には試料３の表
面の既知の凹凸パターンを記憶するだけでよく、任意の
凹凸パターン形状に適用可能であるから、凹凸パターン
の形成も容易である。
との相対位置関係を一定に保ち、温度変化や機械的ドリ
フトによる影響を排除して安定した観察像を得ることが
できる。そして、パターン記憶装置１８には試料３の表
面の既知の凹凸パターンを記憶するだけでよく、任意の
凹凸パターン形状に適用可能であるから、凹凸パターン
の形成も容易である。
【００１２】
【実施例２】次に、本発明の実施例２を説明する。図４
は実施例２の構成を示すブロック線図である。この実施
例では本発明をＡＦＭに適用した。図示の通りこの装置
では、ＡＦＭユニット２１に一端を固定したカンチレバ
ー２２を介して探針１を支持している。カンチレバー２
２としては充分に薄い燐青銅の箔片又は半導体デバイス
作成技術による箔を用いる。そして、カンチレバー２２
の上方には変位検出器２３を設け、その検出量はＡ／Ｄ
コンバータ１３を介して中央処理装置１７に伝達され
る。変位検出器２３としては三角測量法、非点収差法、
臨界角法等の光学式変位センサ、又はＳＴＭ、静電容量
等を利用した変位センサを用いる。また実施例２では、
実施例１と異なり、試料３をアクチュエータ８により移
動するようになっている。また実施例２では、パターン
記憶装置１８を用いず、後述の位置検出器２０により試
料３表面の凹凸の検出を行う。
は実施例２の構成を示すブロック線図である。この実施
例では本発明をＡＦＭに適用した。図示の通りこの装置
では、ＡＦＭユニット２１に一端を固定したカンチレバ
ー２２を介して探針１を支持している。カンチレバー２
２としては充分に薄い燐青銅の箔片又は半導体デバイス
作成技術による箔を用いる。そして、カンチレバー２２
の上方には変位検出器２３を設け、その検出量はＡ／Ｄ
コンバータ１３を介して中央処理装置１７に伝達され
る。変位検出器２３としては三角測量法、非点収差法、
臨界角法等の光学式変位センサ、又はＳＴＭ、静電容量
等を利用した変位センサを用いる。また実施例２では、
実施例１と異なり、試料３をアクチュエータ８により移
動するようになっている。また実施例２では、パターン
記憶装置１８を用いず、後述の位置検出器２０により試
料３表面の凹凸の検出を行う。
【００１３】次に、実施例２の作用を説明する。探針１
と試料３との間には原子間力が作用してカンチレバー２
２に撓みが生ずる。中央処理装置１７は、この撓み量を
常時一定値に保つようにＺ方向の制御を行いつつ試料３
をＸＹ方向に走査する。ここで試料３の表面にはあらか
じめ、図５（ａ）〜（ｄ）に示すような凹部３ｃ、又は
凹部３ｄのいずれかが形成されている。凹部３ｃは観察
面形状に比べて充分な深さを有するもので、位置検出器
２０として比較器を用いて検出する。また、凹部３ｄは
観察面形状に比べて充分に急峻なエッジを有するもので
位置検出器２０として微分回路を用いて検出する。な
お、比較器や微分回路を用いずに、中央処理装置１７に
て比較演算、差分演算を行うようにしてもよい。
と試料３との間には原子間力が作用してカンチレバー２
２に撓みが生ずる。中央処理装置１７は、この撓み量を
常時一定値に保つようにＺ方向の制御を行いつつ試料３
をＸＹ方向に走査する。ここで試料３の表面にはあらか
じめ、図５（ａ）〜（ｄ）に示すような凹部３ｃ、又は
凹部３ｄのいずれかが形成されている。凹部３ｃは観察
面形状に比べて充分な深さを有するもので、位置検出器
２０として比較器を用いて検出する。また、凹部３ｄは
観察面形状に比べて充分に急峻なエッジを有するもので
位置検出器２０として微分回路を用いて検出する。な
お、比較器や微分回路を用いずに、中央処理装置１７に
て比較演算、差分演算を行うようにしてもよい。
【００１４】以上の実施例２によれば、探針１と試料３
との相対位置関係を一定に保ち、温度変化や機械的ドリ
フトによる影響を排除して安定した観察像を得ることが
できる。そして、凹凸パターンの検出は比較器や微分回
路にて構成できるので、ずれ量の検出は高速で行われ、
処理速度を向上することができる。
との相対位置関係を一定に保ち、温度変化や機械的ドリ
フトによる影響を排除して安定した観察像を得ることが
できる。そして、凹凸パターンの検出は比較器や微分回
路にて構成できるので、ずれ量の検出は高速で行われ、
処理速度を向上することができる。
【００１５】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、その応用として試料３の表面に加
工を施すことも可能である。即ち、試料３を加工するに
は、探針１に作用する荷重、電流、磁界を変化させて、
試料３表面にダメージを与えればよい。具体的には、図
６に示すように、中央処理装置１７からＤ／Ａコンバー
タ２１を介してＺ軸制御アンプ１１への回路を設け、こ
の信号とＤ／Ａコンバータ１４からの信号とを加算して
Ｚ軸を制御する。そして、加工動作時にはＤ／Ａコンバ
ータ２１を介して探針１から試料３に加わる荷重を変化
させればよい。以上のようにすれば、図７のように、ま
ず試料３の表面形状を観察し（ａ）、所望の位置にて加
工動作を行い、試料３表面に圧痕２４を形成することが
できる。
のではなく、例えば、その応用として試料３の表面に加
工を施すことも可能である。即ち、試料３を加工するに
は、探針１に作用する荷重、電流、磁界を変化させて、
試料３表面にダメージを与えればよい。具体的には、図
６に示すように、中央処理装置１７からＤ／Ａコンバー
タ２１を介してＺ軸制御アンプ１１への回路を設け、こ
の信号とＤ／Ａコンバータ１４からの信号とを加算して
Ｚ軸を制御する。そして、加工動作時にはＤ／Ａコンバ
ータ２１を介して探針１から試料３に加わる荷重を変化
させればよい。以上のようにすれば、図７のように、ま
ず試料３の表面形状を観察し（ａ）、所望の位置にて加
工動作を行い、試料３表面に圧痕２４を形成することが
できる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の表面観察
方法によれば、試料面に形成した凹凸部を基準として走
査位置制御を行うことにより、探針と試料との相対位置
関係を一定に保つので、温度変化や機械的ドリフトによ
る影響を排除して安定した観察像を得ることができる。
方法によれば、試料面に形成した凹凸部を基準として走
査位置制御を行うことにより、探針と試料との相対位置
関係を一定に保つので、温度変化や機械的ドリフトによ
る影響を排除して安定した観察像を得ることができる。
【図１】本発明の表面観察方法の原理を説明するための
概念図である。
概念図である。
【図２】実施例１の構成を示すブロック線図である。
【図３】実施例１の試料表面にあらかじめ形成する凹凸
形状の例を示す図である。
形状の例を示す図である。
【図４】実施例２の構成を示すブロック線図である。
【図５】実施例２の試料表面にあらかじめ形成する凹凸
形状の例を示す図である。
形状の例を示す図である。
【図６】実施例３の構成を示すブロック線図である。
【図７】実施例３による加工動作を説明する図である。
【図８】従来の走査形トンネル顕微鏡の構成を示す図で
ある。
ある。
１ 探針 ２ 走査制御器 ３ 試料 ３ａ 格子パターン ３ｂ 点状パターン ３ｃ，３ｄ 凹部 ４ 観察装置 ５ 凹凸検出装置 ６ 加工制御装置 ７ ＳＴＭユニット ８ アクチュエータ ９ バイアス回路 １０ Ｉ／Ｖコンバータ １１ Ｚ軸制御アンプ １２ ＸＹ軸走査アンプ １３ Ａ／Ｄコンバータ １４，１５ Ｄ／Ａコンバータ １６ 表示装置 １７ 中央処理装置 １８ パターン記憶装置 １９，３１ ログアンプ ２０ 位置検出器 ２１ ＡＦＭユニット ２２ カンチレバー ２３ 変位検出器 ２４ 圧痕 ２５，２６，２７ 圧電素子駆動回路 ２８ モニタ回路 ２９ 画像処理装置 ３０ Ｉ／Ｖ増幅器 ３２ コンパレータ
Claims (1)
- 【請求項１】 試料面を探針で走査し、試料面から受け
る物理量により探針を制御し、この制御量により試料面
を観察する方法において、前記試料面にあらかじめ凹凸
部を形成し、この凹凸部を基準として前記走査位置制御
を行うことを特徴とする表面観察方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15607292A JPH05322512A (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 表面観察方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15607292A JPH05322512A (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 表面観察方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05322512A true JPH05322512A (ja) | 1993-12-07 |
Family
ID=15619695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15607292A Withdrawn JPH05322512A (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 表面観察方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05322512A (ja) |
-
1992
- 1992-05-22 JP JP15607292A patent/JPH05322512A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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