JPH07229906A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡Info
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- JPH07229906A JPH07229906A JP4338994A JP4338994A JPH07229906A JP H07229906 A JPH07229906 A JP H07229906A JP 4338994 A JP4338994 A JP 4338994A JP 4338994 A JP4338994 A JP 4338994A JP H07229906 A JPH07229906 A JP H07229906A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 カンチレバー全体を交換することなく簡便に
探針の先端部分に生じる付着物を除去し、探針の状態を
初期状態に簡易に復元することが出来る走査型プローブ
顕微鏡を提供すること。 【構成】 探針を試料表面に近接させ、該探針と試料と
を相対的に走査させて試料の表面情報を得る走査型プロ
ーブ顕微鏡において、探針の先端部分に生じる付着物を
除去する手段が設けられていることを特徴とする走査型
プローブ顕微鏡。
探針の先端部分に生じる付着物を除去し、探針の状態を
初期状態に簡易に復元することが出来る走査型プローブ
顕微鏡を提供すること。 【構成】 探針を試料表面に近接させ、該探針と試料と
を相対的に走査させて試料の表面情報を得る走査型プロ
ーブ顕微鏡において、探針の先端部分に生じる付着物を
除去する手段が設けられていることを特徴とする走査型
プローブ顕微鏡。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物質表面の、電子構
造、磁気力及び摩擦力等の様々な物性情報や、三次元形
状等を評価する為の走査型プローブ顕微鏡（Ｓｃａｎｎ
ｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下「Ｓ
ＰＭ」と記す。）に関する。
造、磁気力及び摩擦力等の様々な物性情報や、三次元形
状等を評価する為の走査型プローブ顕微鏡（Ｓｃａｎｎ
ｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下「Ｓ
ＰＭ」と記す。）に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＳＰＭと総称される装置に関する
研究・開発が盛んに行われている。その最も基本的な装
置は、物質表面形状や表面近傍の電子構造を直接観察す
る走査型トンネル顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎ
ｅｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下「ＳＴＭ」と
記す。）［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｎｇ ｅｔ ａｌ．， Ｈｅ
ｌｖｅｔｉｃａ Ｐｈｙｓｉｃａ Ａｃｔａ，５５，７
２６（１９８２）］で、単結晶、非結晶を問わず、実空
間像を高い分解能で測定するものである。しかも、超高
真空のみならず、大気中や溶液中においても動作し、導
電性材料及び半導体材料等の種々の材料を測定対象とす
ることが出来る。
研究・開発が盛んに行われている。その最も基本的な装
置は、物質表面形状や表面近傍の電子構造を直接観察す
る走査型トンネル顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎ
ｅｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下「ＳＴＭ」と
記す。）［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｎｇ ｅｔ ａｌ．， Ｈｅ
ｌｖｅｔｉｃａ Ｐｈｙｓｉｃａ Ａｃｔａ，５５，７
２６（１９８２）］で、単結晶、非結晶を問わず、実空
間像を高い分解能で測定するものである。しかも、超高
真空のみならず、大気中や溶液中においても動作し、導
電性材料及び半導体材料等の種々の材料を測定対象とす
ることが出来る。
【０００３】このＳＴＭ技術をもとに、様々な装置が開
発されている。その代表的なものの１つが、下記に説明
する原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉ
ｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下「ＡＦＭ」と記す。）であり、
ＳＴＭの場合の様に被測定試料が導電性である必要はな
く、導電性材料であっても絶縁性材料であっても、いず
れも測定対象とすることが可能である。ＡＦＭは、被測
定試料の表面に対して、１ｎｍ以下の距離にまで探針を
接近させた際に生じる試料と探針間に働く原子間力を、
探針を支持しているカンチレバーの縦方向の撓み量（変
位量）から検出し、この原子間力を一定に保つ様に、試
料と探針との距離を制御しながら探針と試料表面とを相
対的に走査することにより、試料表面の三次元形状を１
ｎｍ以下の分解能で測定するものである［Ｇ．Ｂｉｎｎ
ｉｎｇ ｅｔ．ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．
５６，９３０（１９８６）］。このＡＦＭの場合も、前
記したＳＴＭと同様に、溶液中、及び大気中から超高真
空中まで、様々な雰囲気中での動作が可能である。
発されている。その代表的なものの１つが、下記に説明
する原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉ
ｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下「ＡＦＭ」と記す。）であり、
ＳＴＭの場合の様に被測定試料が導電性である必要はな
く、導電性材料であっても絶縁性材料であっても、いず
れも測定対象とすることが可能である。ＡＦＭは、被測
定試料の表面に対して、１ｎｍ以下の距離にまで探針を
接近させた際に生じる試料と探針間に働く原子間力を、
探針を支持しているカンチレバーの縦方向の撓み量（変
位量）から検出し、この原子間力を一定に保つ様に、試
料と探針との距離を制御しながら探針と試料表面とを相
対的に走査することにより、試料表面の三次元形状を１
ｎｍ以下の分解能で測定するものである［Ｇ．Ｂｉｎｎ
ｉｎｇ ｅｔ．ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．
５６，９３０（１９８６）］。このＡＦＭの場合も、前
記したＳＴＭと同様に、溶液中、及び大気中から超高真
空中まで、様々な雰囲気中での動作が可能である。
【０００４】又、上記した様なＡＦＭにおいて、試料表
面との相対的な走査で探針に生じた横方向の力（＝Ｌａ
ｔｅｒａｌ Ｆｏｒｃｅ）によってカンチレバーに生じ
るねじれ量を検出して、固体表面の摩擦力分布を測定す
る摩擦力顕微鏡（Ｌａｔｅｒａｌ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃ
ｒｏｓｃｏｐｅ：以下「ＬＦＭ」と記す。）や、ＡＦＭ
に用いる探針先端を磁性材料とし、試料表面の磁区分布
を測定する磁気力顕微鏡（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｏｒｃ
ｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下「ＭＦＭ」と記す。）
といった装置も次々と開発され、商品化に至っている。
更には、ＡＦＭカンチレバーと探針とを導電性とし、Ａ
ＦＭ機能とＳＴＭ機能とを組み合わせたＡＦＭ・ＳＴＭ
複合装置の研究・開発も行われ、例えば、これを記録検
知装置に応用した例が、特開平１−２４５４４５号公報
に開示されている。以上述べてきた、ＡＦＭ、ＬＦＭ、
ＭＦＭ及びＡＦＭ・ＳＴＭ複合装置等多くのＳＰＭで
は、探針が設けられたカンチレバーが用いられ、且つ探
針先端と試料表面とが接触しながら走査が行われるのが
通常である。
面との相対的な走査で探針に生じた横方向の力（＝Ｌａ
ｔｅｒａｌ Ｆｏｒｃｅ）によってカンチレバーに生じ
るねじれ量を検出して、固体表面の摩擦力分布を測定す
る摩擦力顕微鏡（Ｌａｔｅｒａｌ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃ
ｒｏｓｃｏｐｅ：以下「ＬＦＭ」と記す。）や、ＡＦＭ
に用いる探針先端を磁性材料とし、試料表面の磁区分布
を測定する磁気力顕微鏡（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｏｒｃ
ｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下「ＭＦＭ」と記す。）
といった装置も次々と開発され、商品化に至っている。
更には、ＡＦＭカンチレバーと探針とを導電性とし、Ａ
ＦＭ機能とＳＴＭ機能とを組み合わせたＡＦＭ・ＳＴＭ
複合装置の研究・開発も行われ、例えば、これを記録検
知装置に応用した例が、特開平１−２４５４４５号公報
に開示されている。以上述べてきた、ＡＦＭ、ＬＦＭ、
ＭＦＭ及びＡＦＭ・ＳＴＭ複合装置等多くのＳＰＭで
は、探針が設けられたカンチレバーが用いられ、且つ探
針先端と試料表面とが接触しながら走査が行われるのが
通常である。
【０００５】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、上記
した従来例のＳＰＭにおいては、探針が試料表面の走査
を繰り返し行っていくと、試料表面上に存在していた付
着物や、試料そのものが削れた削れカス等の様々付着物
が探針先端部に付着することがあり、これらの付着物に
よって、探針の曲率半径が見掛け上増大しＳＰＭ像の分
解能が低下してしまったり、或は探針と試料との摩擦力
が増加する等の問題があった。この様な場合、通常は探
針を含むカンチレバー全体を交換することによってＳＰ
Ｍ本来の性能を回復することが可能ではあるが、交換し
た新しい探針の先端形状と交換前の探針の先端形状は全
く同一ではなく、又、カンチレバーのばね定数も個々で
微妙に異なり、更に交換によってカンチレバーの取付け
角度も微妙に変化する等、多くのファクターが重畳され
る為、得られるＳＰＭ像がカンチレバーを交換する前後
で全く同一とはなり得ず、更に、交換前後にわたって異
なる探針を用いて夫々測定したＳＰＭデータでは、必ず
しも整合性のあるデータとはならない等、多くの問題が
あった。又、探針の交換そのものが極めて煩雑な作業で
あり、探針先端部が種々の付着物によって劣化する度毎
に、一々探針を含むカンチレバー全体を交換すること自
体、作業効率上も好ましくない。従って、本発明の目的
は、上記従来技術の問題を解決し、カンチレバー全体を
交換することなく簡便に探針の先端部分に生じる付着物
を除去し、探針の状態を初期状態に簡易に復元すること
が出来る走査型プローブ顕微鏡を提供することにある。
した従来例のＳＰＭにおいては、探針が試料表面の走査
を繰り返し行っていくと、試料表面上に存在していた付
着物や、試料そのものが削れた削れカス等の様々付着物
が探針先端部に付着することがあり、これらの付着物に
よって、探針の曲率半径が見掛け上増大しＳＰＭ像の分
解能が低下してしまったり、或は探針と試料との摩擦力
が増加する等の問題があった。この様な場合、通常は探
針を含むカンチレバー全体を交換することによってＳＰ
Ｍ本来の性能を回復することが可能ではあるが、交換し
た新しい探針の先端形状と交換前の探針の先端形状は全
く同一ではなく、又、カンチレバーのばね定数も個々で
微妙に異なり、更に交換によってカンチレバーの取付け
角度も微妙に変化する等、多くのファクターが重畳され
る為、得られるＳＰＭ像がカンチレバーを交換する前後
で全く同一とはなり得ず、更に、交換前後にわたって異
なる探針を用いて夫々測定したＳＰＭデータでは、必ず
しも整合性のあるデータとはならない等、多くの問題が
あった。又、探針の交換そのものが極めて煩雑な作業で
あり、探針先端部が種々の付着物によって劣化する度毎
に、一々探針を含むカンチレバー全体を交換すること自
体、作業効率上も好ましくない。従って、本発明の目的
は、上記従来技術の問題を解決し、カンチレバー全体を
交換することなく簡便に探針の先端部分に生じる付着物
を除去し、探針の状態を初期状態に簡易に復元すること
が出来る走査型プローブ顕微鏡を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】上記目的は以下の本発明に
よって達成される。即ち、本発明は、探針を試料表面に
近接させ、該探針と試料とを相対的に走査させて試料の
表面情報を得る走査型プローブ顕微鏡において、探針の
先端部分に生じる付着物を除去する手段が設けられてい
ることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡である。
よって達成される。即ち、本発明は、探針を試料表面に
近接させ、該探針と試料とを相対的に走査させて試料の
表面情報を得る走査型プローブ顕微鏡において、探針の
先端部分に生じる付着物を除去する手段が設けられてい
ることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡である。
【０００７】
【作用】本発明によれば、ＳＰＭ装置に探針先端の付着
物を除去する手段を設けることにより、付着物によって
増大した探針の曲率半径を元の良好な初期状態に戻すこ
とが出来る結果、ＳＰＭ像の分解能の低下が防止され、
且つ探針と試料との間に生じる摩擦力の増大が抑制され
てＳＰＭ本来の性能が回復する。
物を除去する手段を設けることにより、付着物によって
増大した探針の曲率半径を元の良好な初期状態に戻すこ
とが出来る結果、ＳＰＭ像の分解能の低下が防止され、
且つ探針と試料との間に生じる摩擦力の増大が抑制され
てＳＰＭ本来の性能が回復する。
【０００８】
【好ましい実施態様】以下、本発明の好ましい実施態様
を挙げて本発明を詳細に説明する。本発明にかかる走査
型プローブ顕微鏡は、探針の先端部分に生じる付着物を
除去する手段が設けられていることを特徴とする。探針
の先端部分に生じる付着物を除去する手段としては、走
査型プローブ顕微鏡の探針の先端部分の状態をカンチレ
バー全体を交換することなく簡便に復元することが出来
るものであればいずれのものでもよいが、例えば、洗浄
液に探針の先端部分を浸漬させる溶液洗浄による探針先
端の付着物除去手段、或いはイオンガンによる探針の先
端部分のスパッタエッチングによる探針先端の付着物除
去手段等が好ましく用いられる。しかし、これに限定さ
れるわけではなく、上記した溶液洗浄や、イオンガンに
よるスパッタエッチング以外の付着物除去方法も、探針
に与えるダメージとの兼ね合いで、如何なる手段も適宜
に用いることが出来る。
を挙げて本発明を詳細に説明する。本発明にかかる走査
型プローブ顕微鏡は、探針の先端部分に生じる付着物を
除去する手段が設けられていることを特徴とする。探針
の先端部分に生じる付着物を除去する手段としては、走
査型プローブ顕微鏡の探針の先端部分の状態をカンチレ
バー全体を交換することなく簡便に復元することが出来
るものであればいずれのものでもよいが、例えば、洗浄
液に探針の先端部分を浸漬させる溶液洗浄による探針先
端の付着物除去手段、或いはイオンガンによる探針の先
端部分のスパッタエッチングによる探針先端の付着物除
去手段等が好ましく用いられる。しかし、これに限定さ
れるわけではなく、上記した溶液洗浄や、イオンガンに
よるスパッタエッチング以外の付着物除去方法も、探針
に与えるダメージとの兼ね合いで、如何なる手段も適宜
に用いることが出来る。
【０００９】溶液洗浄による探針先端の付着物除去手段
としては、例えば、走査型プローブ顕微鏡に、探針の直
下に配置された洗浄液で満たされた洗浄槽からなり、且
つ該洗浄槽内の洗浄液に少なくとも探針の先端部が一定
時間浸漬される様に制御された洗浄部を設けておく等の
手段が好ましく用いられる。この際に使用される洗浄液
としては、探針の先端部分に付着した付着物の材料と探
針の材質との兼ね合いで、最も適切なエッチング液、例
えば、エッチングレートの選択比が探針の材質に対して
２ケタ〜３ケタ大きいものをを適宜選択して用いればよ
い。
としては、例えば、走査型プローブ顕微鏡に、探針の直
下に配置された洗浄液で満たされた洗浄槽からなり、且
つ該洗浄槽内の洗浄液に少なくとも探針の先端部が一定
時間浸漬される様に制御された洗浄部を設けておく等の
手段が好ましく用いられる。この際に使用される洗浄液
としては、探針の先端部分に付着した付着物の材料と探
針の材質との兼ね合いで、最も適切なエッチング液、例
えば、エッチングレートの選択比が探針の材質に対して
２ケタ〜３ケタ大きいものをを適宜選択して用いればよ
い。
【００１０】スパッタエッチングによる探針先端の付着
物除去手段としては、例えば、図３及び図４に示した様
に、走査型プローブ顕微鏡の探針の先端の直下にイオン
ガンが配置される構造とし、各種のイオン源を使用し真
空又は低圧ガス中で、該イオンガンから陽イオン化した
気体分子を探針の先端の付着物に高速で衝突させて、探
針先端の付着物のみをスパッタエッチングする等の手段
が好ましく用いられる。この際使用されるイオン源とし
て、例えば、イオン源に大気の残留ガス（Ｎ、Ｏ等）を
用いれば、装置の簡便化が図れるが、イオン種をこれに
限定する必要は全くない。例えば、別途イオン源となる
Ａｒ等の付活性ガスや反応性ガスを使用する等、探針に
付着した付着物を容易に除去することが出来れば、どの
様なイオンを用いてスパッタ・エッチングしても一向に
かまわない。
物除去手段としては、例えば、図３及び図４に示した様
に、走査型プローブ顕微鏡の探針の先端の直下にイオン
ガンが配置される構造とし、各種のイオン源を使用し真
空又は低圧ガス中で、該イオンガンから陽イオン化した
気体分子を探針の先端の付着物に高速で衝突させて、探
針先端の付着物のみをスパッタエッチングする等の手段
が好ましく用いられる。この際使用されるイオン源とし
て、例えば、イオン源に大気の残留ガス（Ｎ、Ｏ等）を
用いれば、装置の簡便化が図れるが、イオン種をこれに
限定する必要は全くない。例えば、別途イオン源となる
Ａｒ等の付活性ガスや反応性ガスを使用する等、探針に
付着した付着物を容易に除去することが出来れば、どの
様なイオンを用いてスパッタ・エッチングしても一向に
かまわない。
【００１１】
【実施例】次に実施例に基づき本発明を更に詳しく説明
する。 実施例１ 図１及び図２は、探針の先端部分に生じる付着物を除去
する手段として、洗浄液に探針の先端部分を浸漬させる
溶液洗浄による探針先端の付着物除去手段を設けた例を
示す。尚、図１には、ＳＰＭのうち、大気中で動作させ
るタイプのＡＦＭ装置の例が示されている。図１中、１
はカンチレバー、２は測定対象である被測定試料、３
は、カンチレバー１に支持された被測定試料２の表面形
状等を捕える為の探針、４はカンチレバーのＺ方向の変
位を捕らえる為の変位検出機構、６は試料２をｎｍレベ
ルで高精度に駆動する為の三次元ピエゾスキャナー、７
は探針３の先端部分を洗浄する為の洗浄槽、８は洗浄
液、１０は、被測定試料２と探針３との相対位置、及び
洗浄槽７と探針３との相対位置をＸ−Ｙ−Ｚ方向に任意
に変える為の粗動機構、１１は粗動機構がＸ方向に大き
く変位する為のリニアスライド、１２は測定系全体を外
部振動から遮断する為の除振機構、２１は、変位検出機
構４の信号を処理するＺ方向フィードバック信号回路、
２２は、Ｚ方向フィードバック信号回路２１より得られ
た信号により三次元ピエゾスキャナー６のＺ方向を動か
す為のＺ方向駆動回路、２３は、ＡＦＭ動作を行う際に
三次元ピエゾスキャナー５をＸ−Ｙ方向にスキャンする
為のＸ−Ｙ方向走査回路、２４は、粗動機構１０を駆動
する為の粗動駆動回路、２５は、信号処理回路や駆動回
路等を全て集中制御する為のコンピューター、２６は得
られた情報を表示する為の表示モニター、２７はＡＦＭ
画像データ等を打ち出す為の出力装置である。
する。 実施例１ 図１及び図２は、探針の先端部分に生じる付着物を除去
する手段として、洗浄液に探針の先端部分を浸漬させる
溶液洗浄による探針先端の付着物除去手段を設けた例を
示す。尚、図１には、ＳＰＭのうち、大気中で動作させ
るタイプのＡＦＭ装置の例が示されている。図１中、１
はカンチレバー、２は測定対象である被測定試料、３
は、カンチレバー１に支持された被測定試料２の表面形
状等を捕える為の探針、４はカンチレバーのＺ方向の変
位を捕らえる為の変位検出機構、６は試料２をｎｍレベ
ルで高精度に駆動する為の三次元ピエゾスキャナー、７
は探針３の先端部分を洗浄する為の洗浄槽、８は洗浄
液、１０は、被測定試料２と探針３との相対位置、及び
洗浄槽７と探針３との相対位置をＸ−Ｙ−Ｚ方向に任意
に変える為の粗動機構、１１は粗動機構がＸ方向に大き
く変位する為のリニアスライド、１２は測定系全体を外
部振動から遮断する為の除振機構、２１は、変位検出機
構４の信号を処理するＺ方向フィードバック信号回路、
２２は、Ｚ方向フィードバック信号回路２１より得られ
た信号により三次元ピエゾスキャナー６のＺ方向を動か
す為のＺ方向駆動回路、２３は、ＡＦＭ動作を行う際に
三次元ピエゾスキャナー５をＸ−Ｙ方向にスキャンする
為のＸ−Ｙ方向走査回路、２４は、粗動機構１０を駆動
する為の粗動駆動回路、２５は、信号処理回路や駆動回
路等を全て集中制御する為のコンピューター、２６は得
られた情報を表示する為の表示モニター、２７はＡＦＭ
画像データ等を打ち出す為の出力装置である。
【００１２】上記構成において、図１に従って具体的な
動作の説明を行う。カンチレバー１及び探針３には、Ｓ
ｉ3Ｎ4 薄膜で一体化して作成された、ごく一般の市販
品を用いた。被測定試料２として、表面研磨されたＳｉ
ウエハー片を探針３の直下にセッティングした。尚、試
料２のセッティング位置のＸ−Ｙ−Ｚ方向の微調整は、
粗動機構１０で行われる。図１に示した本実施例の装置
によるＡＦＭ観察は、従来の一般的なＡＦＭ装置による
のと同様に行なわれる。即ち、試料２の表面と探針３の
先端との距離が１ｎｍ以下にまで近付いた際に試料２表
面と探針３先端とに働く原子間力を、カンチレバー１の
変位として変位検出機構４により検出し、Ｚ方向フィー
ドバック回路２１、Ｚ方向駆動回路２２、Ｘ−Ｙ方向走
査回路２３の夫々の回路をコンピューター２５でコント
ロールし、表示モニター２６に画像表示するといった一
般的なＡＦＭ装置と同様のものである。
動作の説明を行う。カンチレバー１及び探針３には、Ｓ
ｉ3Ｎ4 薄膜で一体化して作成された、ごく一般の市販
品を用いた。被測定試料２として、表面研磨されたＳｉ
ウエハー片を探針３の直下にセッティングした。尚、試
料２のセッティング位置のＸ−Ｙ−Ｚ方向の微調整は、
粗動機構１０で行われる。図１に示した本実施例の装置
によるＡＦＭ観察は、従来の一般的なＡＦＭ装置による
のと同様に行なわれる。即ち、試料２の表面と探針３の
先端との距離が１ｎｍ以下にまで近付いた際に試料２表
面と探針３先端とに働く原子間力を、カンチレバー１の
変位として変位検出機構４により検出し、Ｚ方向フィー
ドバック回路２１、Ｚ方向駆動回路２２、Ｘ−Ｙ方向走
査回路２３の夫々の回路をコンピューター２５でコント
ロールし、表示モニター２６に画像表示するといった一
般的なＡＦＭ装置と同様のものである。
【００１３】以上の様なＡＦＭ測定を従来の装置で、同
一試料を長時間走査したり、多数の試料を長時間にわた
って観察した場合には、ＡＦＭ像の解像度が低下してし
まう現象が生じていた。この主原因は、走査が長時間繰
り返された為、探針のごく先端部に試料の削れカスが付
着したことによるものである。従って、本実施例の場合
には、被測定試料２が表面研磨されたＳｉウエハである
為、探針３の先端部に生じた付着物は、被測定試料２の
削れカスでありＳｉを主成分とする。
一試料を長時間走査したり、多数の試料を長時間にわた
って観察した場合には、ＡＦＭ像の解像度が低下してし
まう現象が生じていた。この主原因は、走査が長時間繰
り返された為、探針のごく先端部に試料の削れカスが付
着したことによるものである。従って、本実施例の場合
には、被測定試料２が表面研磨されたＳｉウエハである
為、探針３の先端部に生じた付着物は、被測定試料２の
削れカスでありＳｉを主成分とする。
【００１４】次に、本実施例で行なった溶液洗浄による
探針先端の付着物除去手段について図２を用いて具体的
に説明する。図１に示す様に、ＡＦＭ測定時には、探針
３の直下に被測定試料２がセッティングされて走査が行
われている。次に、走査が続いた結果、ＡＦＭ像の解像
度が低下してきた時点で一旦走査を止め、図２に示した
様に、粗動機構１０をリニアスライド１１上で大きく移
動させて、カンチレバー１と三次元ピエゾスキャナー６
の相対位置を変え、探針３の先端部の直下に洗浄液８で
満たされた洗浄槽７が来る様な配置とする。
探針先端の付着物除去手段について図２を用いて具体的
に説明する。図１に示す様に、ＡＦＭ測定時には、探針
３の直下に被測定試料２がセッティングされて走査が行
われている。次に、走査が続いた結果、ＡＦＭ像の解像
度が低下してきた時点で一旦走査を止め、図２に示した
様に、粗動機構１０をリニアスライド１１上で大きく移
動させて、カンチレバー１と三次元ピエゾスキャナー６
の相対位置を変え、探針３の先端部の直下に洗浄液８で
満たされた洗浄槽７が来る様な配置とする。
【００１５】更に、粗動機構１０でＸ−Ｙ−Ｚ方向の位
置の微調整を行い、探針３を含むカンチレバー１全体が
洗浄液８に浸漬する様にして探針３の洗浄を行う。この
場合の洗浄に用いる洗浄液８としては、Ｓｉ3Ｎ4 に対
するＳｉのエッチングレートの選択比が２ケタ〜３ケタ
大きいＫＯＨ溶液を用いた。この結果、探針３の材質で
あるＳｉ3Ｎ4 に殆どダメージを与えることなく、探針
３の削れカスのＳｉのみが選択的にエッチングされて、
探針３の先端部のクリーニングが実行される。ＫＯＨ溶
液等の洗浄液８によるクリーニングを実行後、洗浄液８
が探針３の先端部に残らない様に、洗浄槽７の中をを純
水に入替えて探針３の先端部の純水洗浄を行うことによ
って、クリーニングが完了する。上記の様にして探針３
のクリーニングが完了した後、粗動機構１０によって、
探針３の直下に被測定試料２が来る様にセッティングを
戻し、ＡＦＭ測定を再開する。上記の様な本実施例によ
れば、探針３の先端部分のクリーニング後に測定したＡ
ＦＭ像の分解能は、ほぼ測定初期状態程度まで回復し
た。この結果、再び測定を継続して行うことが可能とな
った。
置の微調整を行い、探針３を含むカンチレバー１全体が
洗浄液８に浸漬する様にして探針３の洗浄を行う。この
場合の洗浄に用いる洗浄液８としては、Ｓｉ3Ｎ4 に対
するＳｉのエッチングレートの選択比が２ケタ〜３ケタ
大きいＫＯＨ溶液を用いた。この結果、探針３の材質で
あるＳｉ3Ｎ4 に殆どダメージを与えることなく、探針
３の削れカスのＳｉのみが選択的にエッチングされて、
探針３の先端部のクリーニングが実行される。ＫＯＨ溶
液等の洗浄液８によるクリーニングを実行後、洗浄液８
が探針３の先端部に残らない様に、洗浄槽７の中をを純
水に入替えて探針３の先端部の純水洗浄を行うことによ
って、クリーニングが完了する。上記の様にして探針３
のクリーニングが完了した後、粗動機構１０によって、
探針３の直下に被測定試料２が来る様にセッティングを
戻し、ＡＦＭ測定を再開する。上記の様な本実施例によ
れば、探針３の先端部分のクリーニング後に測定したＡ
ＦＭ像の分解能は、ほぼ測定初期状態程度まで回復し
た。この結果、再び測定を継続して行うことが可能とな
った。
【００１６】実施例２ 上記の実施例１は、大気中ＡＦＭを用い、これに溶液洗
浄による探針先端の付着物除去手段を設けた例である
が、実施例２では、この実施例１の構成を、真空中ＡＦ
Ｍ／ＬＦＭ複合装置を用い、付着物除去手段としてイオ
ンガンを用いるスパッタ・エッチ手段で構成する。本実
施例では、被測定試料２として、Ｓｉウエハー上に成膜
した有機薄膜を用いた。以下、これについて図３及び図
４を用いて説明する。図３中、５は、ＡＦＭ並びにＬＦ
Ｍとして機能する為、カンチレバーのＺ方向のみならず
横方向に加わる力（＝Ｌａｔｅｒａｌ Ｆｏｒｃｅ）を
も同時に検出するＺ方向及び横方向の同時変位検出機
構、９は、付着物を除去する為のイオンガン、１３は装
置を真空に保つ為の真空チャンバー、２８は変位機構で
検出した横方向の力を摩擦力信号とする摩擦力信号回
路、２９は、イオンガンに電圧を印加する為のイオンガ
ン電源回路であり、それ以外の構成は全て図１で説明し
た実施例１と全く同じ構成である。
浄による探針先端の付着物除去手段を設けた例である
が、実施例２では、この実施例１の構成を、真空中ＡＦ
Ｍ／ＬＦＭ複合装置を用い、付着物除去手段としてイオ
ンガンを用いるスパッタ・エッチ手段で構成する。本実
施例では、被測定試料２として、Ｓｉウエハー上に成膜
した有機薄膜を用いた。以下、これについて図３及び図
４を用いて説明する。図３中、５は、ＡＦＭ並びにＬＦ
Ｍとして機能する為、カンチレバーのＺ方向のみならず
横方向に加わる力（＝Ｌａｔｅｒａｌ Ｆｏｒｃｅ）を
も同時に検出するＺ方向及び横方向の同時変位検出機
構、９は、付着物を除去する為のイオンガン、１３は装
置を真空に保つ為の真空チャンバー、２８は変位機構で
検出した横方向の力を摩擦力信号とする摩擦力信号回
路、２９は、イオンガンに電圧を印加する為のイオンガ
ン電源回路であり、それ以外の構成は全て図１で説明し
た実施例１と全く同じ構成である。
【００１７】図３に示した上記の構成に従い本実施例の
説明を行う。本実施例におけるＡＦＭ動作までの一連の
動作は、実施例１で説明したと同様である。又、本実施
例におけるＬＦＭ動作としては、ＡＦＭ動作と全く同時
に変位検出機構５の横方向成分の変位から、摩擦力信号
回路２８で処理されてＬＦＭ像が得られる。この場合に
も、実施例１の場合と同様に、探針３の走査が繰り返さ
れることでＡＦＭ像の分解能の低下、並びにＬＦＭ像の
摩擦力分布の異常等が生じる。本実施例では、これを回
復させる為に、実施例１で洗浄槽７を探針３の先端の直
下に配置したと同様の手順で、探針３の先端の直下にイ
オンガン９が来る様に三次元ピエゾスキャナーを移動さ
せる。この様な状態に配置されたイオンガン９に、イオ
ンガン電源回路２９により数ｋＶ〜１０ｋＶ程度の電圧
を適宜印加し、且つこの時に真空チャンバー１３の真空
度を低下させることによって、大気成分である窒素や酸
素等がイオンガン９のイオン源となり、これらのイオン
が高速で探針３の先端部分に衝突することにより、付着
物がスパッタ・エッチされて、探針の先端部のクリーニ
ングが行なわれる。
説明を行う。本実施例におけるＡＦＭ動作までの一連の
動作は、実施例１で説明したと同様である。又、本実施
例におけるＬＦＭ動作としては、ＡＦＭ動作と全く同時
に変位検出機構５の横方向成分の変位から、摩擦力信号
回路２８で処理されてＬＦＭ像が得られる。この場合に
も、実施例１の場合と同様に、探針３の走査が繰り返さ
れることでＡＦＭ像の分解能の低下、並びにＬＦＭ像の
摩擦力分布の異常等が生じる。本実施例では、これを回
復させる為に、実施例１で洗浄槽７を探針３の先端の直
下に配置したと同様の手順で、探針３の先端の直下にイ
オンガン９が来る様に三次元ピエゾスキャナーを移動さ
せる。この様な状態に配置されたイオンガン９に、イオ
ンガン電源回路２９により数ｋＶ〜１０ｋＶ程度の電圧
を適宜印加し、且つこの時に真空チャンバー１３の真空
度を低下させることによって、大気成分である窒素や酸
素等がイオンガン９のイオン源となり、これらのイオン
が高速で探針３の先端部分に衝突することにより、付着
物がスパッタ・エッチされて、探針の先端部のクリーニ
ングが行なわれる。
【００１８】本実施例の試料２は、Ｓｉウエハー上に成
膜した有機薄膜であるので、探針３の先端部分の付着物
はこの有機物が主体である為、イオンガン９の印加電圧
は数ｋＶ程度の低い電圧で、付着物が簡単に除去され
る。しかも探針３の材料であるＳｉ3Ｎ4 は殆どエッチ
ングされなかった。以上の様にして、本実施例において
も実施例１と同様に、探針３の先端部分をクリーニング
することが出来、クリーニング後には、測定初期状態と
ほぼ同程度の良好なＡＦＭ像並びにＬＦＭ像に回復する
為、その後も継続して測定を行うことが可能となる。
膜した有機薄膜であるので、探針３の先端部分の付着物
はこの有機物が主体である為、イオンガン９の印加電圧
は数ｋＶ程度の低い電圧で、付着物が簡単に除去され
る。しかも探針３の材料であるＳｉ3Ｎ4 は殆どエッチ
ングされなかった。以上の様にして、本実施例において
も実施例１と同様に、探針３の先端部分をクリーニング
することが出来、クリーニング後には、測定初期状態と
ほぼ同程度の良好なＡＦＭ像並びにＬＦＭ像に回復する
為、その後も継続して測定を行うことが可能となる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、Ｓ
ＰＭ装置に探針先端に付着した付着物を簡易に除去する
手段が設けられている為、同一の探針を初期状態に復元
させて、繰り返し使用することが可能となり、カンチレ
バー交換に伴うコストを削減することが出来る。又、カ
ンチレバー交換の頻度が減ることにより、ＳＰＭ装置の
操作性及び作業効率の向上等の効果ももたらされる。
ＰＭ装置に探針先端に付着した付着物を簡易に除去する
手段が設けられている為、同一の探針を初期状態に復元
させて、繰り返し使用することが可能となり、カンチレ
バー交換に伴うコストを削減することが出来る。又、カ
ンチレバー交換の頻度が減ることにより、ＳＰＭ装置の
操作性及び作業効率の向上等の効果ももたらされる。
【図１】本発明を実施した大気中で動作するＡＦＭの概
略図である。
略図である。
【図２】図１の装置による探針先端の付着物の除去方法
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図３】本発明を実施したＡＦＭ／ＬＦＭ複合装置の概
略図である。
略図である。
【図４】図３のＡＦＭ／ＬＦＭ複合装置の装置による探
針先端の付着物除去方法を示す概略図である。
針先端の付着物除去方法を示す概略図である。
１：カンチレバー ２：試料 ３：探針 ４：変位検出機構 ５：Ｚ方向及び横方向変位検出機構 ６：三次元ピエゾスキャナー ７：洗浄槽 ８：洗浄液 ９：イオンガン １０：粗動機構 １１：リニアスライド １２：除振機構 １３：真空チャンバー ２１：Ｚ方向フィードバック信号回路 ２２：Ｚ方向駆動回路 ２３：Ｘ−Ｙ方向駆動回路 ２４：粗動駆動回路 ２５：コンピューター ２６：モニター ２７：出力機構 ２８：摩擦力信号回路 ２９：イオンガン電源回路
Claims (1)
- 【請求項１】 探針を試料表面に近接させ、該探針と試
料とを相対的に走査させて試料の表面情報を得る走査型
プローブ顕微鏡において、探針の先端部分に生じる付着
物を除去する手段が設けられていることを特徴とする走
査型プローブ顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4338994A JPH07229906A (ja) | 1994-02-18 | 1994-02-18 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4338994A JPH07229906A (ja) | 1994-02-18 | 1994-02-18 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07229906A true JPH07229906A (ja) | 1995-08-29 |
Family
ID=12662448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4338994A Pending JPH07229906A (ja) | 1994-02-18 | 1994-02-18 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07229906A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102625022A (zh) * | 2011-01-29 | 2012-08-01 | 麦克奥迪实业集团有限公司 | 一种带有像方补偿运动的快速显微切片扫描方法及装置 |
| JP2015040785A (ja) * | 2013-08-22 | 2015-03-02 | 株式会社東芝 | 走査型プローブ顕微鏡 |
| WO2016129791A1 (ko) * | 2015-02-11 | 2016-08-18 | 한국과학기술원 | 독립 나노 구조체의 3차원 구조에 대한 afm 정밀 측정 방법 및 복수의 afm 탐침을 가지는 나노 구조체 스캔장치와 이를 이용한 스캔 방법 |
| US9581617B2 (en) | 2015-02-11 | 2017-02-28 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Apparatus for scanning nano structure with plural AFM probes and method thereof |
-
1994
- 1994-02-18 JP JP4338994A patent/JPH07229906A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102625022A (zh) * | 2011-01-29 | 2012-08-01 | 麦克奥迪实业集团有限公司 | 一种带有像方补偿运动的快速显微切片扫描方法及装置 |
| JP2015040785A (ja) * | 2013-08-22 | 2015-03-02 | 株式会社東芝 | 走査型プローブ顕微鏡 |
| WO2016129791A1 (ko) * | 2015-02-11 | 2016-08-18 | 한국과학기술원 | 독립 나노 구조체의 3차원 구조에 대한 afm 정밀 측정 방법 및 복수의 afm 탐침을 가지는 나노 구조체 스캔장치와 이를 이용한 스캔 방법 |
| KR20160098725A (ko) * | 2015-02-11 | 2016-08-19 | 한국과학기술원 | 복수의 afm 탐침을 가지는 나노 구조체 스캔장치와 방법 |
| US9581617B2 (en) | 2015-02-11 | 2017-02-28 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Apparatus for scanning nano structure with plural AFM probes and method thereof |
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