JPH0626846A - 表面粗さ測定装置 - Google Patents
表面粗さ測定装置Info
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- JPH0626846A JPH0626846A JP4182711A JP18271192A JPH0626846A JP H0626846 A JPH0626846 A JP H0626846A JP 4182711 A JP4182711 A JP 4182711A JP 18271192 A JP18271192 A JP 18271192A JP H0626846 A JPH0626846 A JP H0626846A
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- JP
- Japan
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- cantilever
- probe
- measured
- light
- semiconductor laser
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0225—Out-coupling of light
- H01S5/02251—Out-coupling of light using optical fibres
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
- H01S5/18352—Mesa with inclined sidewall
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18386—Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
- H01S5/18388—Lenses
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 表面粗さ測定装置に関し，光学系の調整を容
易にし，且つ大視野観察手段の追加を容易にできる原子
間力顕微鏡の提供を目的とする。 【構成】 １）先端に探針２を持つカンチレバー１のた
わみを検知することにより該カンチレバーに加わる力を
検出し，該力でもって被測定試料の表面形状を測定する
か，あるいは該力が一定値になるように該探針と該被測
定試料の相対位置を決定し，該位置でもって被測定試料
の表面形状を測定する装置であって，該カンチレバーの
先端の該探針と反対側の面に形成された半導体レーザ４
と，該半導体レーザから射出される光の到達する位置に
設けられた受光器とを有する，２）カンチレバー保持部
に設けられた半導体レーザ４と，該半導体レーザからの
出射光を通す２次元導波路機能を備えたカンチレバー８
と，該カンチレバーの先端の該探針と反対側の面に設け
られた光方向変換手段９とを有するように構成する。
易にし，且つ大視野観察手段の追加を容易にできる原子
間力顕微鏡の提供を目的とする。 【構成】 １）先端に探針２を持つカンチレバー１のた
わみを検知することにより該カンチレバーに加わる力を
検出し，該力でもって被測定試料の表面形状を測定する
か，あるいは該力が一定値になるように該探針と該被測
定試料の相対位置を決定し，該位置でもって被測定試料
の表面形状を測定する装置であって，該カンチレバーの
先端の該探針と反対側の面に形成された半導体レーザ４
と，該半導体レーザから射出される光の到達する位置に
設けられた受光器とを有する，２）カンチレバー保持部
に設けられた半導体レーザ４と，該半導体レーザからの
出射光を通す２次元導波路機能を備えたカンチレバー８
と，該カンチレバーの先端の該探針と反対側の面に設け
られた光方向変換手段９とを有するように構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は表面粗さ測定装置に係
り，特にμｍオーダの微細な起伏を検知する装置に関す
る。
り，特にμｍオーダの微細な起伏を検知する装置に関す
る。
【０００２】このような測定装置は，例えば，年々高集
積化が進む半導体集積回路の表面形状等を測定するため
に不可欠なものとなってきている。
積化が進む半導体集積回路の表面形状等を測定するため
に不可欠なものとなってきている。
【０００３】
【従来の技術】微細構造を観測するためには光学顕微鏡
では限界があるため，走査型，あるいは透過型電子顕微
鏡が用いられていた。しかしながら，これらの電子顕微
鏡では物体の３次元構造を観測するのが困難であるた
め，近年では電極微細探針を試料に接近させたときに，
微細探針と試料間に流れるトンネル電流を利用して試料
表面の形状測定を行う走査型トンネル顕微鏡(STM) や，
近接させた微細探針と試料表面に働く微細な力をカンチ
レバー（微細探針を先端に備えた弾力性のある片持板）
のたわみとして検出し形状測定を行う原子間力顕微鏡(A
FM) が開発され，微細構造の３次元観測に役立ってい
る。
では限界があるため，走査型，あるいは透過型電子顕微
鏡が用いられていた。しかしながら，これらの電子顕微
鏡では物体の３次元構造を観測するのが困難であるた
め，近年では電極微細探針を試料に接近させたときに，
微細探針と試料間に流れるトンネル電流を利用して試料
表面の形状測定を行う走査型トンネル顕微鏡(STM) や，
近接させた微細探針と試料表面に働く微細な力をカンチ
レバー（微細探針を先端に備えた弾力性のある片持板）
のたわみとして検出し形状測定を行う原子間力顕微鏡(A
FM) が開発され，微細構造の３次元観測に役立ってい
る。
【０００４】図３は従来例による原子間力顕微鏡(AFM)
の説明図である。図において，１はカンチレバー，２は
カンチレバーの先端に固着された探針，３はカンチレバ
ーの根本を保持するカンチレバー保持基板，４はレーザ
光源，５は反射光の角度を検知する受光器，６は試料で
ある。
の説明図である。図において，１はカンチレバー，２は
カンチレバーの先端に固着された探針，３はカンチレバ
ーの根本を保持するカンチレバー保持基板，４はレーザ
光源，５は反射光の角度を検知する受光器，６は試料で
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】原子間力顕微鏡におい
て，カンチレバーのたわみを反射光の反射角変位によっ
て検出するような場合は，光がカンチレバー先端に入射
し，反射光が受光器に到達するように各光学部品を調整
する必要がある。
て，カンチレバーのたわみを反射光の反射角変位によっ
て検出するような場合は，光がカンチレバー先端に入射
し，反射光が受光器に到達するように各光学部品を調整
する必要がある。
【０００６】さらに，装置に光学系を付加したいとき，
例えば，原子間力顕微鏡で観測可能な視野は非常に微小
であるため，測定効率の向上を図るため被測定線位置を
見つける手段として光学顕微鏡等の大視野観察手段を追
加しようと擦る場合，空間的な制約から光学顕微鏡等を
設けることが困難であるか，あるいは不可能となる恐れ
がある。
例えば，原子間力顕微鏡で観測可能な視野は非常に微小
であるため，測定効率の向上を図るため被測定線位置を
見つける手段として光学顕微鏡等の大視野観察手段を追
加しようと擦る場合，空間的な制約から光学顕微鏡等を
設けることが困難であるか，あるいは不可能となる恐れ
がある。
【０００７】本発明は光学系の調整を容易にし，且つ大
視野観察手段の追加を容易にできる原子間力顕微鏡の提
供を目的とする。
視野観察手段の追加を容易にできる原子間力顕微鏡の提
供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は， １）先端に探針２を持つカンチレバー１のたわみを検知
することにより該カンチレバーに加わる力を検出し，該
力でもって被測定試料の表面形状を測定するか，あるい
は該力が一定値になるように該探針と該被測定試料の相
対位置を決定し，該位置でもって被測定試料の表面形状
を測定する装置であって，該カンチレバーの先端の該探
針と反対側の面に形成された半導体レーザ４と，該半導
体レーザから射出される光の到達する位置に設けられた
受光器とを有する表面粗さ測定装置あるいは ２）前記の被測定試料の表面形状を測定する装置であっ
て，カンチレバー保持部に設けられた半導体レーザ４
と，該半導体レーザからの出射光を通す２次元導波路機
能を備えたカンチレバー８と，該カンチレバーの先端の
該探針と反対側の面に設けられた光方向変換手段９とを
有する表面粗さ測定装置により達成される。
することにより該カンチレバーに加わる力を検出し，該
力でもって被測定試料の表面形状を測定するか，あるい
は該力が一定値になるように該探針と該被測定試料の相
対位置を決定し，該位置でもって被測定試料の表面形状
を測定する装置であって，該カンチレバーの先端の該探
針と反対側の面に形成された半導体レーザ４と，該半導
体レーザから射出される光の到達する位置に設けられた
受光器とを有する表面粗さ測定装置あるいは ２）前記の被測定試料の表面形状を測定する装置であっ
て，カンチレバー保持部に設けられた半導体レーザ４
と，該半導体レーザからの出射光を通す２次元導波路機
能を備えたカンチレバー８と，該カンチレバーの先端の
該探針と反対側の面に設けられた光方向変換手段９とを
有する表面粗さ測定装置により達成される。
【０００９】
【作用】本発明ではカンチレバーの先端で探針の反対面
に光源を設けることにより，光学系の簡素化を行ってい
る。
に光源を設けることにより，光学系の簡素化を行ってい
る。
【００１０】
【実施例】図１(A),(B) は本発明の実施例１の説明図で
ある。この実施例では，カンチレバー１の先端に半導体
レーザを形成する。カンチレバーは薄い金属膜や窒化シ
リコン(Si3N4) 膜で形成されることが多いが，特に窒化
シリコン膜はLSI の製造プロセスと同様の手法によって
形成される。形成されたカンチレバーの先端部の探針と
反対側の面に半導体レーザを形成する。
ある。この実施例では，カンチレバー１の先端に半導体
レーザを形成する。カンチレバーは薄い金属膜や窒化シ
リコン(Si3N4) 膜で形成されることが多いが，特に窒化
シリコン膜はLSI の製造プロセスと同様の手法によって
形成される。形成されたカンチレバーの先端部の探針と
反対側の面に半導体レーザを形成する。
【００１１】探針は例えば二酸化シリコン(SiO2)基板上
にカンチレバーとなるSi3N4 膜を堆積する際にSiO2基板
に探針の形状に穴を掘っておき，この穴に埋め込まれた
Si3N4 の突起を用いる。
にカンチレバーとなるSi3N4 膜を堆積する際にSiO2基板
に探針の形状に穴を掘っておき，この穴に埋め込まれた
Si3N4 の突起を用いる。
【００１２】図１(B) は面発光型半導体レーザの断面図
である。図において，４は面発光型半導体レーザ，41は
レーザの活性層, ７はマイクロレンズである。
である。図において，４は面発光型半導体レーザ，41は
レーザの活性層, ７はマイクロレンズである。
【００１３】近年では図示の面発光型半導体レーザが開
発されているため，カンチレバーの法線方向に光を放出
することが可能である。法線方向に放出された光は，半
導体レーザ上に設けられたマイクロレンズ７により集光
され，受光器に向かって照射される。
発されているため，カンチレバーの法線方向に光を放出
することが可能である。法線方向に放出された光は，半
導体レーザ上に設けられたマイクロレンズ７により集光
され，受光器に向かって照射される。
【００１４】図２は本発明の実施例２の説明図である。
この例では，カンチレバー保持基板３の内部に半導体レ
ーザ４が形成される。このときのレーザは通常のもので
よく面発光型を用いる必要はない。半導体レーザから出
射された光は，２次元導波路の機能を備えたカンチレバ
ー８内を通過し，カンチレバー先端の光方向変換手段に
よりカンチレバー面の法線方向に放出され，集光手段に
より平行光または受光器に結像するような光に変換され
る。この実施例ではグレーティングカプラ９を用いて光
方向変換機能と集光機能の両方の役割を果たしている。
この例では，カンチレバー保持基板３の内部に半導体レ
ーザ４が形成される。このときのレーザは通常のもので
よく面発光型を用いる必要はない。半導体レーザから出
射された光は，２次元導波路の機能を備えたカンチレバ
ー８内を通過し，カンチレバー先端の光方向変換手段に
よりカンチレバー面の法線方向に放出され，集光手段に
より平行光または受光器に結像するような光に変換され
る。この実施例ではグレーティングカプラ９を用いて光
方向変換機能と集光機能の両方の役割を果たしている。
【００１５】光方向変換手段として，マイクロプリズム
や微小ミラーを用いる場合は，図１と同様に集光レンズ
等を設ける必要がある。２次元導波路は基板上に基板よ
り屈折率の高い薄膜を形成することにより得られる。実
施例でカンチレバーを形成する際に，高屈折率の薄膜
(LiNbO3等) をカンチレバー(Si3N4膜) 上に被着するこ
とにより，カンチレバーは導波路の機能を備えることが
できる。
や微小ミラーを用いる場合は，図１と同様に集光レンズ
等を設ける必要がある。２次元導波路は基板上に基板よ
り屈折率の高い薄膜を形成することにより得られる。実
施例でカンチレバーを形成する際に，高屈折率の薄膜
(LiNbO3等) をカンチレバー(Si3N4膜) 上に被着するこ
とにより，カンチレバーは導波路の機能を備えることが
できる。
【００１６】また，グレーティングは薄膜（導波路）上
に周期的な凹凸をつけることにより形成される。以上は
すべてLSI の製造プロセスと同様の手法で作成できる。
に周期的な凹凸をつけることにより形成される。以上は
すべてLSI の製造プロセスと同様の手法で作成できる。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば，レーザ光源を原子間力
顕微鏡のカンチレバーあるいはカンチレバー保持基板上
に形成するため，装置構成を簡素化して光学系の調整を
容易にし，且つ大視野観察手段の追加を容易にできるよ
うになった。
顕微鏡のカンチレバーあるいはカンチレバー保持基板上
に形成するため，装置構成を簡素化して光学系の調整を
容易にし，且つ大視野観察手段の追加を容易にできるよ
うになった。
【図１】 本発明の実施例１の説明図
【図２】 本発明の実施例２の説明図
【図３】 従来例による原子間力顕微鏡(AFM) の説明図
１ カンチレバー ２ 探針 ３ カンチレバー保持基板 ４ レーザ光源で半導体レーザ ５ 受光器 ６ 試料 ７ マイクロレンズ ８ ２次元導波路の機能を備えたカンチレバー ９ グレーティングカプラ
Claims (2)
- 【請求項１】 先端に探針(2) を持つカンチレバー(1)
のたわみを検知することにより該カンチレバーに加わる
力を検出し，該力でもって被測定試料の表面形状を測定
するか，あるいは該力が一定値になるように該探針と該
被測定試料の相対位置を決定し，該位置でもって被測定
試料の表面形状を測定する装置であって，該カンチレバ
ーの先端の該探針と反対側の面に形成された半導体レー
ザ(4）と，該半導体レーザから射出される光の到達する
位置に設けられた受光器とを有することを特徴とする表
面粗さ測定装置。 - 【請求項２】 前記の被測定試料の表面形状を測定する
装置であって，カンチレバー保持部に設けられた半導体
レーザ(4）と，該半導体レーザからの出射光を通す２次
元導波路機能を備えたカンチレバー(8) と，該カンチレ
バーの先端の該探針と反対側の面に設けられた光方向変
換手段(9) とを有することを特徴とする表面粗さ測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4182711A JPH0626846A (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 表面粗さ測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4182711A JPH0626846A (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 表面粗さ測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0626846A true JPH0626846A (ja) | 1994-02-04 |
Family
ID=16123103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4182711A Pending JPH0626846A (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 表面粗さ測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0626846A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006514274A (ja) * | 2003-01-31 | 2006-04-27 | フラウンホファー‐ゲゼルシャフト ツール フォーダールング デル アンゲヴァンテン フォーシュング エー・ファウ | 散乱光を抑制した近接場光学顕微鏡プローブおよびその製造方法 |
-
1992
- 1992-07-10 JP JP4182711A patent/JPH0626846A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006514274A (ja) * | 2003-01-31 | 2006-04-27 | フラウンホファー‐ゲゼルシャフト ツール フォーダールング デル アンゲヴァンテン フォーシュング エー・ファウ | 散乱光を抑制した近接場光学顕微鏡プローブおよびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20001017 |