JPH06223766A - 表面分析及び加工装置 - Google Patents
表面分析及び加工装置Info
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- JPH06223766A JPH06223766A JP5009585A JP958593A JPH06223766A JP H06223766 A JPH06223766 A JP H06223766A JP 5009585 A JP5009585 A JP 5009585A JP 958593 A JP958593 A JP 958593A JP H06223766 A JPH06223766 A JP H06223766A
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- G—PHYSICS
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- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体試料の表面の形状をナノメータオーダで
観測しながら、表面の構成元素及び構成化合物を分析し
たり、ナノメータオーダで表面を加工することを目的と
する。 【構成】 真空チャンバー４０内に、導電性の探針４を
用いたＡＦＭユニット、導電性の探針と試料との間に電
圧を印加した時、試料表面より飛散する二次イオンの質
量分析又は二次電子のエネルギーを分析する質量分析計
制御系１８または静電アナライザー１９、試料基板の温
度を制御するための温度制御系２４、試料台に流入した
電流を検出する微少電流計測系２５、及び表面を加工す
るためのガスを導入するガス導入系を有する。
観測しながら、表面の構成元素及び構成化合物を分析し
たり、ナノメータオーダで表面を加工することを目的と
する。 【構成】 真空チャンバー４０内に、導電性の探針４を
用いたＡＦＭユニット、導電性の探針と試料との間に電
圧を印加した時、試料表面より飛散する二次イオンの質
量分析又は二次電子のエネルギーを分析する質量分析計
制御系１８または静電アナライザー１９、試料基板の温
度を制御するための温度制御系２４、試料台に流入した
電流を検出する微少電流計測系２５、及び表面を加工す
るためのガスを導入するガス導入系を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）を用いて、ナノメータオーダの高分解能で試料を観
測した後、試料の表面にＡＦＭの探針より刺激を与え、
試料面より出てくる二次電子、二次イオン等を検出して
表面を分析する表面分析装置及び試料表面を微細にエッ
チングしたり、薄板を堆積（デポジション）する加工装
置に属する。
Ｍ）を用いて、ナノメータオーダの高分解能で試料を観
測した後、試料の表面にＡＦＭの探針より刺激を与え、
試料面より出てくる二次電子、二次イオン等を検出して
表面を分析する表面分析装置及び試料表面を微細にエッ
チングしたり、薄板を堆積（デポジション）する加工装
置に属する。
【０００２】
【従来の技術】従来の表面分析装置として、 光電子分析装置 オージェ電子分析装置 二次イオン質量分析装置 等がある。いずれの装置も高分解能（１０ｎｍ程度）の
像分解能は得られず、又、高分解能を得ようとしてプロ
ーブを微少化すると、分析感度が低下してしまう。又、
〜のいずれの装置も試料の凹凸方向の情報は得られ
ない。
像分解能は得られず、又、高分解能を得ようとしてプロ
ーブを微少化すると、分析感度が低下してしまう。又、
〜のいずれの装置も試料の凹凸方向の情報は得られ
ない。
【０００３】一方、従来の加工装置としてはＧａイオン
ビームを用いてのスパッタリング加工及び有機金属ガス
イオンビームを用い、分解し、堆積（デポジション）す
る装置等があるが、加工の寸法はプローブ径によって制
限され、およそ１００ｎｍ程度である。
ビームを用いてのスパッタリング加工及び有機金属ガス
イオンビームを用い、分解し、堆積（デポジション）す
る装置等があるが、加工の寸法はプローブ径によって制
限され、およそ１００ｎｍ程度である。
【０００４】一方、原子間力顕微鏡（Atomic Force Mic
roscope ；AFM)は、１９８６年にＧ．Ｂｉｎｎｇ，Ｃ
Ｆ．Ｑｕａｔｅ Ｃｈ．Ｇｅｒｂｅｒらにより発明され
ている。（Phys.Rev. Lett. 56, 930 (1986)) ＡＦＭは、表面の形状の観測装置とし、高分解能で絶縁
物試料を含め三次元的形状が得られる点が他の観測装置
と比較して優れた点である。本発明は、このＡＦＭの優
れた三次元分解能を利用し、このＡＦＭの探針をプロー
ブとして、試料面に刺激を与え、試料表面より飛散する
粒子を分析して、表面分析を行い、又、試料極近傍にガ
スを導入し、ＡＦＭのプローブより刺激を与え試料表面
の加工を行うものである。
roscope ；AFM)は、１９８６年にＧ．Ｂｉｎｎｇ，Ｃ
Ｆ．Ｑｕａｔｅ Ｃｈ．Ｇｅｒｂｅｒらにより発明され
ている。（Phys.Rev. Lett. 56, 930 (1986)) ＡＦＭは、表面の形状の観測装置とし、高分解能で絶縁
物試料を含め三次元的形状が得られる点が他の観測装置
と比較して優れた点である。本発明は、このＡＦＭの優
れた三次元分解能を利用し、このＡＦＭの探針をプロー
ブとして、試料面に刺激を与え、試料表面より飛散する
粒子を分析して、表面分析を行い、又、試料極近傍にガ
スを導入し、ＡＦＭのプローブより刺激を与え試料表面
の加工を行うものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の装置構成では、
一つの装置での試料表面の三次元的観測及び表面の成分
分析、表面のエッチング、表面への堆積（デポジショ
ン）等を、高分解能（１０ｎｍ以下）で行わせることが
難しかった。
一つの装置での試料表面の三次元的観測及び表面の成分
分析、表面のエッチング、表面への堆積（デポジショ
ン）等を、高分解能（１０ｎｍ以下）で行わせることが
難しかった。
【０００６】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点を鑑み、高分解能で試料表面の観測、分析、加工を
行う装置に関するものである。
題点を鑑み、高分解能で試料表面の観測、分析、加工を
行う装置に関するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】ＡＦＭ（原子間力顕微
鏡）の導電性探針を試料極近傍に配置し、又、試料近傍
に二次イオン分析用のイオン引き込み系付きの質量分析
装置（ＭＳ）及び二次電子分析用の静電アナライザー付
二次電子検出を配した。ＡＦＭの探針としては導電性の
探針を使用し、この探針と試料台の間には、連続的又は
パルス状の電圧を印加することが可能なバイアス電源を
有する。又、有機ガス及び硫酸ガスを導入できる圧力コ
ントロール付きガス導入系を複数個有する。
鏡）の導電性探針を試料極近傍に配置し、又、試料近傍
に二次イオン分析用のイオン引き込み系付きの質量分析
装置（ＭＳ）及び二次電子分析用の静電アナライザー付
二次電子検出を配した。ＡＦＭの探針としては導電性の
探針を使用し、この探針と試料台の間には、連続的又は
パルス状の電圧を印加することが可能なバイアス電源を
有する。又、有機ガス及び硫酸ガスを導入できる圧力コ
ントロール付きガス導入系を複数個有する。
【０００８】又、試料台には、試料基板の温度制御用に
ヒータ及び測温機を有する。又、連続的又はパルス状の
電圧印加時に試料台に流入した電流を検出する電流計及
び電流を積算する積分器を有する。
ヒータ及び測温機を有する。又、連続的又はパルス状の
電圧印加時に試料台に流入した電流を検出する電流計及
び電流を積算する積分器を有する。
【０００９】
【作用】上記の構成において、ＡＦＭの探針を走査させ
試料表面の凹凸をモニターしながら各画素ごとに凹凸の
データを取り込む。次に探針と試料の間の距離をＺ方向
ＰＺＴで制御し、探針と試料の間にバイアス電源より電
圧を印加し、試料表面に刺激を与える。試料表面より飛
散する二次イオンを、イオン引き込み系付き質量分析装
置によって分析を行う。又は、試料表面より飛散する二
次電子を静電アナライザーでエネルギー分析しながら検
出する。前記操作を各画素ごとに行い、ｘ・ｙ平面で探
針又は試料を走査することにより、試料表面内での分析
が行える。
試料表面の凹凸をモニターしながら各画素ごとに凹凸の
データを取り込む。次に探針と試料の間の距離をＺ方向
ＰＺＴで制御し、探針と試料の間にバイアス電源より電
圧を印加し、試料表面に刺激を与える。試料表面より飛
散する二次イオンを、イオン引き込み系付き質量分析装
置によって分析を行う。又は、試料表面より飛散する二
次電子を静電アナライザーでエネルギー分析しながら検
出する。前記操作を各画素ごとに行い、ｘ・ｙ平面で探
針又は試料を走査することにより、試料表面内での分析
が行える。
【００１０】次に、反応ガス導入ノズルより、又は有機
金属ガス導入ノズルより、ガスを導入し、試料基板の温
度を適当に制御し、ＡＦＭの探針より刺激を与えること
により、試料表面のエッチング又は堆積（デポジショ
ン）が行える。
金属ガス導入ノズルより、ガスを導入し、試料基板の温
度を適当に制御し、ＡＦＭの探針より刺激を与えること
により、試料表面のエッチング又は堆積（デポジショ
ン）が行える。
【００１１】
【実施例】図２に本発明に使用する光テコ方式ＡＦＭの
構成図を示す。試料５はアース電位に固定されている。
この試料５の表面をＡＦＭのレバー付き導電性探針４が
走査している。カンチレバー３の反りは半導体レーザー
１と、ポジションセンシティブディテクター（二分割フ
ォトダイオード）２とで構成される光テコ系により検出
される。検出された信号は、増幅後Ｚ軸サーボ制御系８
に送られ、前記カンチレバー３の反りを一定にするよう
に三次元スキャナ７のＺ軸を制御する。この時の制御電
圧を画像処理系９に取り込み、ｘ・ｙのラスター走査系
１０と同期させると画像表示系１１三次元画像が得られ
る。以上がＡＦＭによる画像表示系１１三次元画像の測
定順序である。
構成図を示す。試料５はアース電位に固定されている。
この試料５の表面をＡＦＭのレバー付き導電性探針４が
走査している。カンチレバー３の反りは半導体レーザー
１と、ポジションセンシティブディテクター（二分割フ
ォトダイオード）２とで構成される光テコ系により検出
される。検出された信号は、増幅後Ｚ軸サーボ制御系８
に送られ、前記カンチレバー３の反りを一定にするよう
に三次元スキャナ７のＺ軸を制御する。この時の制御電
圧を画像処理系９に取り込み、ｘ・ｙのラスター走査系
１０と同期させると画像表示系１１三次元画像が得られ
る。以上がＡＦＭによる画像表示系１１三次元画像の測
定順序である。
【００１２】以下に、本発明の一実施例を図１に基づい
て説明する。最初に、画像測定と同時に行う表面成分分
析の例を説明する。図１は、１は半導体レーザー、２は
ポジションセンシティブディテクター（二分割フォトダ
イオード）、３はカンチレバー、４は探針、５は試料、
６は試料台、７は三次元スキャナー、８はＺ軸サーボ制
御系、９はｘ，ｙラスター走査系、１０は画像処理系、
１１は画像表示系、１２はプリアンプ、１３はイオン引
き込み残留ガス分析系、１４は質量分析器、１５は二次
イオン検出器、１６はプリアンプ、１７はイオン引き込
み系残留ガス分析制御系、１８は質量分析計制御系、１
９は静電アナライザー、２０は二次電子検出器、２１は
静電アナライザー制御系、２２はプリアンプ、２３はヒ
ーター、２４は温度制御系、２５は微少電流系、２６は
積分器、２７は反応ガス導入ノズル、２８は反応ガスリ
ークバルブ、２９は気化室、３０は有機ガス導入ノズ
ル、３１は有機ガスリークバルブ、３２は気化室、３３
はバイアス電源、４０は真空チャンバーである。
て説明する。最初に、画像測定と同時に行う表面成分分
析の例を説明する。図１は、１は半導体レーザー、２は
ポジションセンシティブディテクター（二分割フォトダ
イオード）、３はカンチレバー、４は探針、５は試料、
６は試料台、７は三次元スキャナー、８はＺ軸サーボ制
御系、９はｘ，ｙラスター走査系、１０は画像処理系、
１１は画像表示系、１２はプリアンプ、１３はイオン引
き込み残留ガス分析系、１４は質量分析器、１５は二次
イオン検出器、１６はプリアンプ、１７はイオン引き込
み系残留ガス分析制御系、１８は質量分析計制御系、１
９は静電アナライザー、２０は二次電子検出器、２１は
静電アナライザー制御系、２２はプリアンプ、２３はヒ
ーター、２４は温度制御系、２５は微少電流系、２６は
積分器、２７は反応ガス導入ノズル、２８は反応ガスリ
ークバルブ、２９は気化室、３０は有機ガス導入ノズ
ル、３１は有機ガスリークバルブ、３２は気化室、３３
はバイアス電源、４０は真空チャンバーである。
【００１３】ここでは試料５面より飛散する二次イオン
の分析を例として説明する。ある画素の測定点で凹凸像
のデータを取り込んだ後に、Ｚ軸サーボ制御系８を固定
して、三次元スキャナー７のＺ軸に一定の電圧を与えて
試料５と探針４の距離をある設定した値（通常は１ｎｍ
〜１００ｎｍ）に保つ（場合によっては、探針４は試料
５に接触したままでもよい）。この状態でバイアス電源
３３より電圧パルスを与え、試料５を蒸発させる。この
蒸発した試料５の一部が探針４と試料５間の強電界によ
りイオン化され、このイオンがイオン引き込み系１３及
び四重極マスなどの質量分析器１４を通して質量分析さ
れる。その後、Ｚ軸の制御系は解除され、次の画素へ探
針が移動し、同様のことが繰り返される。このような走
査を１画面について行えば、試料５の凹凸像及び質量分
析像（特定の質量数の物質の画像）が得られる。
の分析を例として説明する。ある画素の測定点で凹凸像
のデータを取り込んだ後に、Ｚ軸サーボ制御系８を固定
して、三次元スキャナー７のＺ軸に一定の電圧を与えて
試料５と探針４の距離をある設定した値（通常は１ｎｍ
〜１００ｎｍ）に保つ（場合によっては、探針４は試料
５に接触したままでもよい）。この状態でバイアス電源
３３より電圧パルスを与え、試料５を蒸発させる。この
蒸発した試料５の一部が探針４と試料５間の強電界によ
りイオン化され、このイオンがイオン引き込み系１３及
び四重極マスなどの質量分析器１４を通して質量分析さ
れる。その後、Ｚ軸の制御系は解除され、次の画素へ探
針が移動し、同様のことが繰り返される。このような走
査を１画面について行えば、試料５の凹凸像及び質量分
析像（特定の質量数の物質の画像）が得られる。
【００１４】イオン化の過程は、前記強電界によるフィ
ールドイオン化の他に、電流による試料５の発熱による
もの、探針４と試料５の機械的接触によるもの、探針４
と吸着分子と試料５の化学反応によるもの、及びこれら
の複合作用等、様々な過程が存在する。また二次電子又
はオージェ電子を検出する場合は、試料台に対して静電
アナライザーの引き込み電極を正の電位にし、引き込ん
だ二次電子又はオージェ電子を静電アナライザー１９で
エネルギー分析後、二次電子検出器２０により検出す
る。この時、前述のＡＦＭ探針４と試料５面に印加する
パルス電圧の周期に同期させて、ロックインアンプ等で
位相検出すると、検出のＳ／Ｎ比が向上する。このよう
な分析を各画素ごとに行い、１画面を構成すると、試料
５の凹凸像及びエネルギー分析された特定の電子像が得
られる。
ールドイオン化の他に、電流による試料５の発熱による
もの、探針４と試料５の機械的接触によるもの、探針４
と吸着分子と試料５の化学反応によるもの、及びこれら
の複合作用等、様々な過程が存在する。また二次電子又
はオージェ電子を検出する場合は、試料台に対して静電
アナライザーの引き込み電極を正の電位にし、引き込ん
だ二次電子又はオージェ電子を静電アナライザー１９で
エネルギー分析後、二次電子検出器２０により検出す
る。この時、前述のＡＦＭ探針４と試料５面に印加する
パルス電圧の周期に同期させて、ロックインアンプ等で
位相検出すると、検出のＳ／Ｎ比が向上する。このよう
な分析を各画素ごとに行い、１画面を構成すると、試料
５の凹凸像及びエネルギー分析された特定の電子像が得
られる。
【００１５】次に、基板状の試料５表面の微細加工の例
を示す。最初に試料５表面へのエッチング加工を説明す
る。エッチングの原理は、エッチングされる基板表面又
は表面極近傍に反応性ガスを導入し、ＡＦＭ探針４より
の電流により、反応性ガスと基板表面の分子が反応し、
この反応した部分が基板表面より除去されることにより
試料５表面がエッチングされる。この反応を一定の条件
で、所定の線幅で加工するために、 １．真空チャンバー４０への反応ガスの導入量 ２．試料５の温度 ３．試料５と探針４間の電流、電圧、距離 等を制御する必要がある。以下に、これらの制御の方法
を示す。
を示す。最初に試料５表面へのエッチング加工を説明す
る。エッチングの原理は、エッチングされる基板表面又
は表面極近傍に反応性ガスを導入し、ＡＦＭ探針４より
の電流により、反応性ガスと基板表面の分子が反応し、
この反応した部分が基板表面より除去されることにより
試料５表面がエッチングされる。この反応を一定の条件
で、所定の線幅で加工するために、 １．真空チャンバー４０への反応ガスの導入量 ２．試料５の温度 ３．試料５と探針４間の電流、電圧、距離 等を制御する必要がある。以下に、これらの制御の方法
を示す。
【００１６】反応ガスは、ガス導入系２７より、バリア
ブルリークバルプ２８等により圧力コントロールされ、
真空チャンバー内４０に導入される。室温で気体でない
物は、予備加熱室２９で気化後導入される。この反応性
ガスは、前述の質量分析器１４により残留ガス分析さ
れ、真空チャンバー内の分圧が一定になるように保たれ
る。次に、試料５の温度は、試料台６に内蔵されている
加熱用ヒータ２３及び測温ケージ及び温度制御系２４に
より所定の温度に制御される。次に、試料５と探針４間
の電流を一定にするために、各画素ごとに導電性試料５
より試料台６を通して流れる電流量を微少電流計２５に
て検出し、一定時間積分器２６を用い積算し、この電流
の積算値がある一定値になると、探針４と試料５間のバ
イアス電圧をゼロボルトにし、次の画素に移動するよう
にラスター走査系１０を制御する。
ブルリークバルプ２８等により圧力コントロールされ、
真空チャンバー内４０に導入される。室温で気体でない
物は、予備加熱室２９で気化後導入される。この反応性
ガスは、前述の質量分析器１４により残留ガス分析さ
れ、真空チャンバー内の分圧が一定になるように保たれ
る。次に、試料５の温度は、試料台６に内蔵されている
加熱用ヒータ２３及び測温ケージ及び温度制御系２４に
より所定の温度に制御される。次に、試料５と探針４間
の電流を一定にするために、各画素ごとに導電性試料５
より試料台６を通して流れる電流量を微少電流計２５に
て検出し、一定時間積分器２６を用い積算し、この電流
の積算値がある一定値になると、探針４と試料５間のバ
イアス電圧をゼロボルトにし、次の画素に移動するよう
にラスター走査系１０を制御する。
【００１７】従って、エッチングを行う各画素ごとに一
定の電荷量が注入されるように印加する探針と試料５間
のバイアス電圧のパルス幅を制御する。この時、バイア
ス電圧の上限は所定の値に固定する。又、試料５が絶縁
性の場合は、試料５よりの電流が得られないために、エ
ッチングする各画素ごとに一定の時間が経過したら、次
の画素へ移動するように制御する。この時、探針４と試
料５間の距離は一定になるように制御する。距離の制御
の方法は、バイアス電圧ゼロボルトにして試料５と探針
４を接触させ試料５の凹凸情報をデータとして取り込
む。次にＺ軸のサーボ系８を固定して、三次元スキャナ
ー７のＺ軸に一定の電圧を与えて、試料５と探針４の距
離をある設定した値に保つ（条件によっては探針４は試
料５表面に接触したままでも良い）。この状態でバイア
ス電源３３より所定の電圧を与え、前述の探針４よりの
電流の積算値が所定の量になったら、又は一定の時間経
過後バイアス電圧をゼロボルトにもどし、Ｚ軸のサーボ
系８を解除し、次の画素へｘ・ｙラスター走査系９を使
用して移動する。
定の電荷量が注入されるように印加する探針と試料５間
のバイアス電圧のパルス幅を制御する。この時、バイア
ス電圧の上限は所定の値に固定する。又、試料５が絶縁
性の場合は、試料５よりの電流が得られないために、エ
ッチングする各画素ごとに一定の時間が経過したら、次
の画素へ移動するように制御する。この時、探針４と試
料５間の距離は一定になるように制御する。距離の制御
の方法は、バイアス電圧ゼロボルトにして試料５と探針
４を接触させ試料５の凹凸情報をデータとして取り込
む。次にＺ軸のサーボ系８を固定して、三次元スキャナ
ー７のＺ軸に一定の電圧を与えて、試料５と探針４の距
離をある設定した値に保つ（条件によっては探針４は試
料５表面に接触したままでも良い）。この状態でバイア
ス電源３３より所定の電圧を与え、前述の探針４よりの
電流の積算値が所定の量になったら、又は一定の時間経
過後バイアス電圧をゼロボルトにもどし、Ｚ軸のサーボ
系８を解除し、次の画素へｘ・ｙラスター走査系９を使
用して移動する。
【００１８】なお、前記の操作は凹凸像測定後エッチン
グを行うため、エッチング時間が長くなる。エッチング
のみを高速で行いたい場合は、エッチングを行う面をあ
らかじめＡＦＭ測定しておき各画素の凹凸を画像処理系
１０のメモリーに記録しておく。次に、エッチングする
画素の直上に探針４又は試料５が移動した後、試料５の
表面上の一定の距離に探針４がくるように、三次元スキ
ャナー７のＺ軸に一定の電圧を加える。その後は、前記
と同じようにバイアス電圧を加え、エッチング終了後、
次の画素へ移動する。
グを行うため、エッチング時間が長くなる。エッチング
のみを高速で行いたい場合は、エッチングを行う面をあ
らかじめＡＦＭ測定しておき各画素の凹凸を画像処理系
１０のメモリーに記録しておく。次に、エッチングする
画素の直上に探針４又は試料５が移動した後、試料５の
表面上の一定の距離に探針４がくるように、三次元スキ
ャナー７のＺ軸に一定の電圧を加える。その後は、前記
と同じようにバイアス電圧を加え、エッチング終了後、
次の画素へ移動する。
【００１９】又、エッチング加工により生じる反応イオ
ン又は反応ガスを前述の質量分析計でモニタすることに
より、エッチング加工の状態及び終点を確認することも
可能である。又、エッチング加工終了後に、各画素ごと
に試料５面の凹凸を確認して実際の加工穴の深さを計測
しても良い。
ン又は反応ガスを前述の質量分析計でモニタすることに
より、エッチング加工の状態及び終点を確認することも
可能である。又、エッチング加工終了後に、各画素ごと
に試料５面の凹凸を確認して実際の加工穴の深さを計測
しても良い。
【００２０】以上のように反応ガスの導入量、試料５の
温度、試料５と探針４間の電流、電圧、距離を制御する
ことにより一定の条件でエッチング加工が行える。次
に、試料５表面への堆積（デポジション）の例を説明す
る。デポジションの原理は、基板状の試料５表面、又は
表面極近傍に有機ガス又は有機金属ガスを有機ガス導入
ノズル３０、リークバルプ３１を介して導入し、ＡＦＭ
の探針４の電流により、前記のガスの分解生成物が試料
５の表面にデポジションするものである。この反応を一
定の条件で所定の線幅で加工するために、エッチングの
時と同様に １．真空チャンバー４０への有機ガスの導入量 ２．試料５の温度 ３．試料５と探針４間の電流、電圧、距離 等を制御する必要がある。制御の各パラメータの値は、
エッチングの場合と異なるが方法は類似なため省略す
る。
温度、試料５と探針４間の電流、電圧、距離を制御する
ことにより一定の条件でエッチング加工が行える。次
に、試料５表面への堆積（デポジション）の例を説明す
る。デポジションの原理は、基板状の試料５表面、又は
表面極近傍に有機ガス又は有機金属ガスを有機ガス導入
ノズル３０、リークバルプ３１を介して導入し、ＡＦＭ
の探針４の電流により、前記のガスの分解生成物が試料
５の表面にデポジションするものである。この反応を一
定の条件で所定の線幅で加工するために、エッチングの
時と同様に １．真空チャンバー４０への有機ガスの導入量 ２．試料５の温度 ３．試料５と探針４間の電流、電圧、距離 等を制御する必要がある。制御の各パラメータの値は、
エッチングの場合と異なるが方法は類似なため省略す
る。
【００２１】以下はＡＦＭの変位検出方式を光テコを用
いた系に基づいて説明したが、他の実施例として、光干
渉計、キャパシタンス計等の他の技法を用いることもで
きる。又、飛散してくる二次イオンを高分解能で測定す
る場合は、セクタータイプの質量分析計を使用する場合
もありえる。又、ガス導入ノズルも真空チャンバー内の
ベース圧力を上昇させないように、ＡＦＭの導電性プロ
ーブの極近傍に配置する。場合によっては、プローブの
先端近傍に微少な穴をあけ、この穴より反応性ガスを導
入してもよい。
いた系に基づいて説明したが、他の実施例として、光干
渉計、キャパシタンス計等の他の技法を用いることもで
きる。又、飛散してくる二次イオンを高分解能で測定す
る場合は、セクタータイプの質量分析計を使用する場合
もありえる。又、ガス導入ノズルも真空チャンバー内の
ベース圧力を上昇させないように、ＡＦＭの導電性プロ
ーブの極近傍に配置する。場合によっては、プローブの
先端近傍に微少な穴をあけ、この穴より反応性ガスを導
入してもよい。
【００２２】図３（ａ）にガス導入用穴を設けたプロー
ブ部の断面図を示す。図３（ｂ）はガス導入穴部分を下
からみた平面図である。図で３０１は探針、３０２はレ
バー部、３０３はレバー基部、３０４はガス導入管、３
０５はガス導入穴、３０６は探針先端である。又、試料
台の温度制御は例として室温以上の場合を示したが、ガ
スの吸着量を増加させるために室温以下に冷却させるよ
う制御する場合もある。又、試料５交換及び探針の交換
を容易にするために、真空チャンバーを２室に分離し、
ロードロック機構を有してもよい。
ブ部の断面図を示す。図３（ｂ）はガス導入穴部分を下
からみた平面図である。図で３０１は探針、３０２はレ
バー部、３０３はレバー基部、３０４はガス導入管、３
０５はガス導入穴、３０６は探針先端である。又、試料
台の温度制御は例として室温以上の場合を示したが、ガ
スの吸着量を増加させるために室温以下に冷却させるよ
う制御する場合もある。又、試料５交換及び探針の交換
を容易にするために、真空チャンバーを２室に分離し、
ロードロック機構を有してもよい。
【００２３】
【発明の効果】ＡＦＭに、導電性のカンチレバーを用
い、このレバーをプローブとすることにより、従来の表
面分析装置よりも１桁以上優れた空間分解能で、また従
来の装置では得られなかった表面の凹凸情報も同時に観
測でき、これらの分解能を保ちながら、試料表面の構成
元素又は構成化合物の分析が可能になった。又、真空チ
ャンバー内に適当なガスを導入することにより、試料基
板の特定の領域をエッチング加工及び堆積（デポジショ
ン）加工することが可能になった。前記のように一台の
装置で観測、分析、加工がナノメータオーダで行うこと
が可能となった。
い、このレバーをプローブとすることにより、従来の表
面分析装置よりも１桁以上優れた空間分解能で、また従
来の装置では得られなかった表面の凹凸情報も同時に観
測でき、これらの分解能を保ちながら、試料表面の構成
元素又は構成化合物の分析が可能になった。又、真空チ
ャンバー内に適当なガスを導入することにより、試料基
板の特定の領域をエッチング加工及び堆積（デポジショ
ン）加工することが可能になった。前記のように一台の
装置で観測、分析、加工がナノメータオーダで行うこと
が可能となった。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明に使用する光テコ方式ＡＦＭの構成図で
ある。
ある。
【図３】ガス導入用穴を設けたプローグ部の断面図であ
る。
る。
３ カンチレバー ４ 探針 ５ 試料 ２４ 温度制御系 ２５ 微少電流系 ２６ 積分器 ３３ バイアス電源 ４０ 真空チャンバー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｃ２３Ｆ 1/08 8414−4Ｋ
Claims (4)
- 【請求項１】 真空チャンバー内に導電性の探針が先端
についた弾性的レバーと、このレバーの変位又は振幅を
検出する変位検出手段と、前記弾性的レバーの変位又は
振幅を一定又は試料面からの探針の距離を所定の値に制
御するサーボ系及びピエゾアクチュエータと、試料面の
温度を所定の値に制御する温度制御系と、前記導電性探
針と試料の間に所定のパルス状電圧又は連続的電圧を印
加することができるバイアス電源と、前記パルス状電圧
又は連続的電圧印加時に流れる試料面からの微少電流を
検出する電流計とこの電流を一定時間積算する積分器
と、前記パルス状電圧又は連続的電圧の印加時に試料面
より飛散する粒子を分析するための、質量分析計又は静
電アナライザー付き電子検出器と、圧力を制御されたガ
ス導入用の複数個のノズルとからなることを特徴とする
表面分析及び加工装置。 - 【請求項２】 試料面の加工時に、前記電流計及び積分
器で検出される電流量が所定の量となると、次の画素へ
移動するようにｘ・ｙスキャナーに命令を出す回路系を
有することを特徴とする請求項１記載の表面分析及び加
工装置。 - 【請求項３】 各画素ごとに前記のレバーの変位を一定
にするようにピエゾアクチュエータを制御し、試料面の
凹凸情報を得た後、試料と探針の距離を所定の値に固定
した後、試料と探針間に所定の電圧を印加し、試料面よ
り飛散する粒子を分析することにより、試料の凹凸情報
及び試料の構成元素又は構成化合物を同時に得ることを
特徴とする請求項１または２記載の表面分析及び加工装
置。 - 【請求項４】 前記ガス導入ノズルより、反応性ガスを
真空チャンバー内に導入しておき、前記凹凸情報を得た
後、試料と探針の距離を所定の値に固定し、試料と探針
間に所定の電圧を印加し、前記電流計及び積分器で検出
される前記電流量が一定になるように制御し、試料面の
観測及び加工を同時に行うことを特徴とする請求項１か
ら３に記載の表面分析及び加工装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00958593A JP3270165B2 (ja) | 1993-01-22 | 1993-01-22 | 表面分析及び加工装置 |
| US08/186,137 US5440122A (en) | 1993-01-22 | 1994-01-24 | Surface analyzing and processing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00958593A JP3270165B2 (ja) | 1993-01-22 | 1993-01-22 | 表面分析及び加工装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06223766A true JPH06223766A (ja) | 1994-08-12 |
| JP3270165B2 JP3270165B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=11724403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00958593A Expired - Fee Related JP3270165B2 (ja) | 1993-01-22 | 1993-01-22 | 表面分析及び加工装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5440122A (ja) |
| JP (1) | JP3270165B2 (ja) |
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1994
- 1994-01-24 US US08/186,137 patent/US5440122A/en not_active Expired - Lifetime
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| JP3270165B2 (ja) | 2002-04-02 |
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| Spectroscopies | Article type: Full Paper |
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