JPH0735826A - 原子間力顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子デバイスの電気光サンプリング計測が行
える原子間力顕微鏡を提供する。 【構成】 原子間力顕微鏡の探針または探針と電流検出
回路との間の介挿物に光学活性物質を用いる。この光学
活性物質に探針位置検出用の光が一部照射されるように
する。これにより、光が照射されている間だけ探針が電
流を導通させ、それ以外のときは非導通となる。 【効果】 光学活性物質に光を照射するための光学系が
省略できるので、プローブの信頼性が向上し、しかも安
価に製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はきわめて小型で精密な構
造物の観測および測定に利用する。本発明は、機械的構
造がきわめて微細に形成され、隣りの回路との間隔がき
わめて小さい電気回路の電気的特性の測定を行うことが
できる精密測定装置として利用する。本発明は半導体デ
バイスの製造および研究に利用するに適する。本発明
は、特に高速集積電子回路の動作状態を電気的に計測す
るために開発されたものである。

【従来の技術】近年のエレクトロニクスの分野において
扱われる信号の周波数は２５０ＧＨｚにおよび、これら
の高速電気波形を観測する手段が技術の進歩に追いつか
ないというのが現在の高速電気計測技術の現状である。
さらに、素子の微細化が進み時分解能のみならず、電気
計測装置の空間分解能も現在の技術の進歩に追いつかな
いのが現状である。

【０００２】微小素子の高速動作状態など高速現象を観
測するには、従来からその代表的なものとしてサンプリ
ング・オシロスコープがある。また、近年では光学結晶
の電気光学効果を利用したＥＯサンプリング法が研究さ
れている（ＥＯサンプリング神谷武志 高橋亮 半導体
レーザを光源とする電気光学サンプリング 応用物理第
６１巻第１号ｐ３０，１９９２）。レーザの分野では、
サブピコ秒領域の光パルスが比較的容易に得られるよう
になってきたことから、このレーザパルスを電気信号の
サンプリングに用いようとするのが光サンプリング法で
ある。この方法により、従来の電子計測よりも高速で、
しかも信号を外に引き出すことなく、測定したい点の電
位を被測定回路に非接触で直接測定することが可能であ
る。この方法は、サンプリング・オシロスコープにおけ
るサンプリング用の電気パルスを光パルスに置き換えた
ものといえる。

【０００３】さらに、高空間分解能で、測定したい点の
電位を直接測定する他の方法としては電子ビームテスタ
があり（G.Plows "Electron-Beam Probing"Semiconduct
or and Semimetals Vol.28 (Measurement of High-Spee
d Signals in Solid State Devices)Chap.6,p.336,Edit
ed by R.K.Willardson and Albert C.Beer,AcademicPre
ss.1990) 、ＩＣの動作診断、解析技術においても、電
子ビームテスタがＩＣ内部の電気信号を観測する有力な
手段である。

【０００４】高精度空間分解能で被測定物の表面形状を
観察する装置としては、走査型トンネル顕微鏡あるいは
走査型原子間力顕微鏡などが最近急速に発展普及してい
る。これらの装置は原子レベルの超高空間分解能で３次
元的な画像を得ることができるため、半導体集積回路等
の表面形状の観察には非常に適している。これらを応用
して被測定物の電位を測定する方法としてＢｌｏｏｍ等
によって最近提案された走査型原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）を用いた方法がある(A.F.Hou,F.Ho and D.M.Bloom
"Picosecond Electrical Sanpling using a Scanning F
orce Microscope"Electronics Letters Vol.28 No.25,
p.2302.1992)。この方法では、通常のＡＦＭの被測定物
として高速電子回路を用いる。この場合に被測定点の電
位に応じてＡＦＭのカンチレバーと被測定物の間に斥力
あるいは引力が生じ、その力がカンチレバーの位置の微
小な変位を引き起こす。この微小な変位を検出すること
によって被測定点の電位の時間変化を測定しようとする
のがＢｌｏｏｍ等の方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、サンプリング
・オシロスコープの時分解能は、サンプリングのための
電気パルスの幅や測定系の持つ電気抵抗および静電容量
で決まる時定数によって計測可能なスピードに限界があ
る。また、被測定信号をケーブルまたは導波路によって
測定点から外に取り出すため、被測定信号を乱してしま
いその信頼性にも問題がある。

【０００６】ＥＯサンプリング法は信号の絶対値を測定
することが困難であり、さらにプローブの位置を高い空
間分解でモニタし、制御する方法などに関して実用上問
題がある。

【０００７】電子ビームテスタは時分解能が低く、高速
なトランジスタを用いたＩＣの評価には適用することが
できず、また測定環境として高真空が要求される不便さ
がある。

【０００８】走査型トンネル顕微鏡あるいは走査型原子
間力顕微鏡は時間分解能については機械系であるカンチ
レバーの応答速度によって限界が決定されるため、高速
電気波形の測定に用いるのは難しい。

【０００９】したがって高速電子回路、特に高密度に集
積された電子回路の電気波形の正確な評価のためには新
しい計測手段が求められている。

【００１０】本発明は、このような背景に行われたもの
であり、高速電気波形を高速時間分解能、高精度空間分
解能で集積回路の内部等をも含む任意の測定点で計測す
る要求に応えるもので、より高速のより微細な被測定物
にも適用でき、より信頼性の高い高速電気計測方法およ
び計測装置としての原子間力顕微鏡を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、プローブと、
このプローブに取付けられ被測定物に近接させる探針
と、このプローブに光を照射する光源と、前記プローブ
からの反射光により前記探針位置を検出する探針位置検
出手段と、前記探針と前記被測定物との相対位置を制御
する探針位置制御手段とを備えた原子間力顕微鏡であ
る。

【００１２】ここで、本発明の特徴とするところは、前
記プローブおよび前記探針の少なくとも一部が、測定環
境下で非導電性であり光を照射することにより導電性を
呈する光学活性物質で形成され、前記光源から照射され
た光をこの光学活性物質に導入する手段を備え、前記探
針と前記被測定物との間の電流を検出する電流検出回路
を備えたところにある。前記探針が光学活性物質により
形成され、前記プローブは導電性物質により形成され、
このプローブが前記電流検出回路に電気的に接続される
ことが望ましい。

【００１３】前記導入する手段は前記プローブの先端に
設けられたハーフミラーを含み、このハーフミラーを透
過する光の照射位置に前記探針が配置される構成とする
こともできる。

【００１４】前記探針は導電性物質により形成され、前
記プローブには前記探針に接続された電気通路が形成さ
れ、その電気通路の途中に光学活性物質が介挿される構
成とすることもできる。

【００１５】

【作用】被測定物の有する電界の時間的変化を超高速で
超高空間分解能で計測するために、被測定物とその近傍
に配置した尖塔形状を有し、電流を計測する手段と光学
活性物質を介して接続される端子のこの光学活性物質
に、短パルス状の光を照射することにより、被測定物と
尖塔形状を有する端子との間の電圧に依存して光が照射
されている間だけ生じ流れる電流を測定する。これによ
り、被測定物の電位をサンプリング計測することができ
る。この端子は、それ自体を光学活性物質としてもよ
い。

【００１６】すなわち、きわめて被測定物に近接させた
尖塔形状を有する端子は、そのままでは電気的に非導通
であり測定系の持つ電気抵抗および静電容量などの被測
定物に対する電気的影響も皆無である。ここで、この端
子が接続された光学活性物質に光パルスを照射すると、
端子は導体となり被測定物との間に電流が流れて被測定
物の電位が測定できる。

【００１７】尖塔形状を有する端子と被測定物との間
は、原子程度の距離だけ離しても接触させてもどちらで
もかまわない。離れている場合には、トンネル効果また
は電界放出によって電流が流れる。接触している場合に
はその界面にバリアが形成されていればトンネル効果に
よって電流が流れ、バリアを形成せずに接触が実現され
ていれば、通常の電流が流れる。接触している場合にも
端子の電流経路の抵抗が充分大きく、光学活性領域の非
導通時の電気容量が充分小さければ被測定物への影響は
充分小さくすることができる。この場合は、検出される
電流の大きさは、この抵抗値で規定され被測定物の電位
に比例する。

【００１８】このように構成された原子間力顕微鏡は、
従来不可能であった高速電気波形の計測を可能とし、高
精度空間分解能での端子位置のモニタ、制御、測定点の
特定等を可能とし、信頼性の高い計測を実現することが
できる。

【００１９】

【実施例】本発明第一実施例の構成を図１を参照して説
明する。図１は本発明第一実施例装置のブロック構成図
である。

【００２０】本発明は、プローブ２と、このプローブ２
に取付けられ被測定物１０に近接させる探針１と、この
プローブ２に光を照射する光源として光パルス源３と、
プローブ２からの反射光により探針１の位置を検出する
探針位置検出手段として探針位置検出回路４と、探針１
と被測定物１０との相対位置を制御する探針位置制御手
段として探針位置制御回路５とを備えた原子間力顕微鏡
である。

【００２１】ここで、本発明の特徴とするところは、プ
ローブ２および探針１の少なくとも一部が、測定環境下
で非導電性であり光を照射することにより導電性を呈す
る光学活性物質で形成され、光パルス源３から照射され
た光をこの光学活性物質に導入する手段を備え、探針１
と被測定物１０との間の電流を検出する電流検出回路１
２を備えたところにある。本発明第一実施例では、探針
１が光学活性物質により形成され、プローブ２は導電性
物質により形成され、このプローブ２が電流検出回路１
２に電気的に接続される構成である。また、前記導入す
る手段はプローブ２の先端に設けられたハーフミラーを
含み、このハーフミラーを透過する光の照射位置に探針
１が配置される構成である。

【００２２】次に、本発明第一実施例装置の動作を説明
する。探針位置設定回路１４は、操作入力により被測定
物１０の任意の位置に探針１を近接させる。本発明第一
実施例装置は被測定物１０として電子デバイスの電気計
測を目的としている。このため、電子デバイスの所望の
配線位置にあたる凸部を探針１がトレースしているか否
かを探針位置検出回路４が検出してその検出出力を探針
位置設定回路１４が入力とし、探針位置制御回路５がピ
エゾ素子１３を駆動させて被測定物１０の所望の位置に
探針１を近接させることもできる。

【００２３】このようにして所望の位置に近接された探
針１は、そのままでは電気的に非導通であり、したがっ
て被測定物１０である電子デバイスの動作特性に対して
電気的な影響を与えることはない。ここで、光パルス源
３からの光の照射により探針１を形成する光学活性物質
が電気的に導通となると、探針１に近接した被測定点の
電流が探針１に流れる。これを電流検出回路１２が測定
し、電子デバイスの電気測定を行うことができる。光パ
ルス源３からのパルス周期にしたがった光サンプリング
計測が行える。

【００２４】次に、本発明第一実施例におけるプローブ
２を図２を参照して説明する。図２は本発明第一実施例
におけるプローブ２の構成図である。プローブ２は金属
で形成されている。図２（ａ）に示すように、プローブ
２の先端がハーフミラー６に構成されている。光パルス
源３からの光は半分は反射され、半分は探針１に照射さ
れる。探針１は光学活性物質で形成されているため、光
の照射により電気的に導通となる。本発明第一実施例で
用いた光学活性物質はIV族半導体である。他にもIII −
Ｖ族系半導体、II−VI族系半導体を用いることができ
る。また、被測定物は半導体デバイスとした。ハーフミ
ラー６は、金属薄膜の上面を鏡面として用いた。金属薄
膜の代わりに誘電体多層膜を用いることもできる。

【００２５】微小位置制御により被測定物１０を移動さ
せ、探針１を被測定物１０の所望の位置に置く。この時
点では、光パルスは照射されていないため、探針１は非
導通となっている。つぎに、光パルス源３から光パルス
を照射する。ハーフミラー６に照射された光は、一部が
透過され探針１に照射される。残りの一部は反射して受
光素子１１に入射し、探針１の位置が検出される。探針
１に照射された光のために探針１を形成している光学活
性物質は導通となる。このとき、被測定物１０である半
導体デバイスの所望の位置の電流が探針１を介してプロ
ーブ２に流れ、電流検出回路１２により測定される。こ
れにより、光パルスの発光間隔により電気信号をサンプ
リング計測できる。このとき、光パルスが照射されてい
ない間は探針１は電気的に非導通であり被測定物１０に
電気的影響を与えないので信頼性の高い測定結果を得る
ことができる。

【００２６】図２（ｂ）に示すように、探針１を金属で
形成し、この探針１とハーフミラー６との間に介挿物７
として光学活性物質を用いる構成とすることもできる。
探針１が金属である方が適当な被測定物１０に用いる。

【００２７】次に、図３を参照して本発明第二実施例を
説明する。図３は本発明第二実施例におけるプローブ２
の構成図である。本発明第一実施例においてハーフミラ
ー６を設けた位置に反射面８として光学活性物質を用い
る。本発明第二実施例においては探針１は金属により形
成している。光パルス源３からの光の照射により反射面
８を形成する光学活性物質に光が照射され、それに接続
されている探針１は導通となる。測定原理は、本発明第
一実施例ですでに説明したとおりである。

【００２８】次に、図４を参照して本発明第三実施例を
説明する。図４は本発明第三実施例におけるプローブ２
の構成図である。本発明第三実施例ではプローブ２は四
フッ化エチレン樹脂等の絶縁体で形成し、その上に電気
通路９を設ける。その途中に光学活性物質により形成さ
れる反射面８を介挿する。本発明第二実施例と動作は同
じであるが反射面８の位置がプローブ２の任意の位置に
設けることができるためプローブ２を設計する上で自由
度が大きくなる利点がある。

【００２９】〔参考実験例〕発明者は、上記作用を説明
するために次の実験を行った。図５および図６は実験配
置を示す図である。図７は測定原理を示す図である。図
８〜図１３は実験結果を示す図である。図８〜図１３は
横軸に時間をとり、縦軸に電圧をとる。実験は図５およ
び図６に示すように２種類の実験配置により大気中で行
った。この実験では、光学活性物質で被測定物１０を形
成し、探針１に白金イリジウム（以下、ＰｔＩｒとい
う）を用いており、探針１の先端近傍に光を照射するこ
とにより光学活性物質を活性化して電位を測定してい
る。

【００３０】被測定物１０は半絶縁型の砒化ガリウム
（以下、ＧａＡｓという）およびインジウムリン（以
下、ＩｎＰという）ウェハである。ウェハ表面に金（Ａ
ｕ）をスパッタ蒸着して電極とし、銀ペーストでリード
線を接着した。また、被測定物１０の表面の酸化および
または汚染を防ぐため、測定直前に劈開し、その劈開面
を被測定物１０として使用した。光源としては波長６５
０ｎｍのアルミニウム砒素ガリウム（以下、ＡｌＧａＡ
ｓという）−ＬＥＤからのパルス光を用いた。ＬＥＤ２
３は５０Ωになるようにインピーダンスマッチングをと
っており、入力電圧に対する応答速度は４５ｎｓであっ
た。

【００３１】まず、図５に示す実験例から説明する。半
導体ウェハ（ＧａＡｓまたはＩｎＰ）の被測定物１０と
探針１とは大気中で微小距離だけ隔てて設置されてい
る。一方、ＬＥＤ２３はパルス発生器２４によって駆動
され、被測定物１０上の探針１の先端近傍に光を照射す
るよう構成されている。被測定物１０には直流バイアス
電圧が電源部２５により印加されるようになっている。

【００３２】一方、探針１は、ピエゾ駆動素子２６によ
って駆動され、探針１および被測定物１０の間に流れる
トンネル電流をプリアンプ２７およびオペアンプ２８、
２９から成るフィードバック回路が検出して微小位置制
御するようになっている。これは走査型トンネル顕微鏡
と同様な制御系を構成している。

【００３３】このときフィードバック回路全体の時定数
はパルス発生器２４からのパルス信号の時定数よりも大
きく設計されている。ただし、プリアンプ２７はその出
力に接続されたオシロスコープ３０により、上記パルス
信号が充分観測できる程度の高速なものである。

【００３４】次に、図６に示す実験例を説明する。図６
に示す実験例は、図５において被測定物１０に直流電圧
を印加する代わりに交番電場を印加することにより実験
したときの実験配置を示している。

【００３５】図６において被測定物１０と探針１とは図
５と同様に大気中で微小距離だけ隔てて設定されてい
る。ＬＥＤ２３はパルス発生器２４によって駆動され、
被測定物１０上の探針１の先端近傍に光照射されるよう
に構成されている。

【００３６】被測定物１０は、オシレータ３５により駆
動され、このときのパルス発生器２４およびオシレータ
３５の繰り返し周波数およびこれらの差周波数Δｆは周
波数カウンタ３１で観測できる。

【００３７】探針１は、ピエゾ駆動素子２６によって駆
動され、探針１および被測定物１０の間に流れるトンネ
ル電流をプリアンプ２７およびオペアンプ２８、２９か
ら成るフィードバック回路が検出して微小位置制御する
ようになっている。この時の制御系の時定数は図５に示
す実験例と同じとする。

【００３８】また、プリアンプ２７の出力信号は低域濾
波器３２を介してディジタルオシロスコープ３３によっ
て観測できるようになっている。また、オシレータ３５
は直流電圧がオフセットとして印加できるようになって
いる。

【００３９】この実験配置において、被測定物１０と接
触させるかまたは原子程度の微小距離（５〜１０Å）隔
てて設けた探針１とから成る計測装置の被測定物１０と
探針１が対向する部分の近傍に短パルス状の光を照射す
ることにより、被測定物１０と探針１との間に生じて流
れる電流を計測して被測定物１０の電位をサンプリング
計測することによって被測定物１０の動作状態または被
測定物１０の電界分布等を計測できるものである。

【００４０】図７を参照して測定原理を説明する。図７
（ａ）に示すように試料ＤＵＴの電位ＶＤと尖塔形状を
有する端子ｔｉｐの電位ＶｔがＶＤ＝Ｖｔのとき、尖塔
形状を有する端子ｔｉｐのバンドギャップの中心と試料
ＤＵＴのフェルミ準位が一致していたとする。このよう
なとき、通常はキャリアが少ないのでトンネル電流は流
れない。また、電界放出も起こらない。この状態で尖塔
形状を有する端子ｔｉｐに光を照射すると、光が当たっ
ている間だけキャリアが生成されトンネル電流が流れ
る。また、トンネルバリアの形状等によっては電界放出
による電流も流れる。この電流の大きさは、図７（ｂ）
および（ｃ）に示すように被測定物ＤＵＴと尖塔形状を
有する端子ｔｉｐとの間電位差すなわちＶＤ−Ｖｔに依
存する。したがってＶｔを適当に設定し、そのときの電
流を観測することにより試料ＤＵＴの電位を知ることが
できる。

【００４１】この現象を利用して、照射する光の短パル
スレーザ光とその繰り返し周波数を被測定物１０の電気
信号の周波数からわずかにずれた周波数に設定し、この
とき流れる電流を測定することにより、サンプリング動
作をさせることができる。この場合の被測定物１０の電
気信号は、上記光パルスの繰り返し周波数と電気信号と
の周波数の差の周波数の信号すなわちビート成分として
ディジタルオシロスコープ３３のような通常の測定装置
で容易に測定することができる。

【００４２】この端子ｔｉｐの位置を保持するために
は、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の場合と同様な手
段によって平均電流が一定になるようにフィードバック
をかけることが有効であるが、このフィードバック制御
系の周波数帯域を充分狭くし、被測定物１０の電気信号
の周波数および光パルスの繰り返し周波数およびそれら
のビート周波数がこのフィードバック制御系の周波数帯
域よりも充分高くなるように設定することによって尖塔
形状を有する端子ｔｉｐの位置を保持しながら被測定物
１０の電気信号を測定することができる。

【００４３】走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）におい
て、一般に用いられている手法と同様に、被測定物１０
とこの端子ｔｉｐとの間に作用する原子間力を上記端子
の位置のずれとして検出し、それが一定となるようにフ
ィードバックをかけることも有効である。

【００４４】また、上記尖塔形状を有する端子ｔｉｐと
して、被測定物１０およびまたは端子ｔｉｐにそれぞれ
バイアス電圧を印加し、それぞれのバイアス電流を調整
することにより、被測定物１０の電位を高精度に計測す
るように構成することも可能である。このとき、上記半
導体で構成した尖塔形状を有する端子ｔｉｐとしてシリ
コン等IV族半導体、砒素ガリウム等III −Ｖ族系半導
体、セレン化亜鉛等II−VI族系半導体等を用いることが
できる。

【００４５】図５に戻り、この実験配置により光パルス
に対する系の応答の確認を行った。この実験方法および
結果を説明する。図５において、被測定物１０に電源部
２５により直流バイアスをかけた状態で、パルス発生器
２４によりＬＥＤ２３から矩形のパルス光を出力し、被
測定物１０の劈開面に照射してプリアンプ２７の出力を
オシロスコープ３０を用いて測定し、被測定物１０およ
び探針１の間に生ずるトンネル電流のパルス光に対する
応答を観測した。探針１の電位は０Ｖである。この時平
均トンネル電流は１ｎＡになるように上記フィードバッ
ク回路により制御している。

【００４６】このプリアンプ２７は１ｎＡのトンネル電
流を１０ｍＶの電圧に変換するが周波数帯域は４００ｋ
Ｈｚ程度である。これに対して走査型トンネル顕微鏡制
御系の周波数帯域は積分回路の時定数で決定され、本実
験例では３００Ｈｚに設定した。したがって、これらの
間の周波数領域約１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの範囲にある
信号は、フィードバック制御系の動作を乱すことなく印
加され、また検出することができる。

【００４７】次に、各種の実験結果を示す。被測定物１
０として半絶縁型ＩｎＰを用いたときの結果（周波数１
０ｋＨｚ）を図８に示す。また、半絶縁型ＧａＡｓを用
いたときの結果（周波数１ｋＨｚ）を図９に示す。図８
および図９で、矩形波４１および４３はＬＥＤ２３の駆
動電圧であり、なまっている波形４２および４４はトン
ネル電流である。トンネル電流の波形４２および４４が
完全な矩形波でなく、なまっているのは、プリアンプ２
７の有する通過帯域幅が狭いためで、その時定数が約１
０μｓであることによるもので、この値はこれらの波形
から得られる時定数とよく対応している。

【００４８】トンネル電流の符号は反転しているので、
下向きの部分が電流の流れている時に対応している。電
流の原点は、プリアンプ２７に余分なオフセットがある
ため下にずれてみえるが、平均トンネル電流１ｎＡを中
心に０ｎＡと２ｎＡとの間で変化しており、もっともら
しい振る舞いである。

【００４９】ここに示した結果は、電源部２５によるバ
イアス電圧が直流で＋２Ｖの場合である。バイアス電圧
は−５Ｖから＋５Ｖの間で変化させたが、いずれの場合
も光が当たっている間だけ電流が流れるという同様の結
果を得た。さらにこのようなトンネル電流の光に対する
応答は、バイアス電圧が被測定物１０のバンドギャップ
よりも充分小さく、ほとんど０Ｖの場合でも同様に観測
された。

【００５０】次に、図６の実験配置において、光パルス
と交流バイアスのビートの検出について実験方法および
結果を記述する。図６において、パルス発生器２４によ
り駆動されたＬＥＤ２３からの光パルスの繰り返し周波
数を４００ｋＨｚとし、オシレータ３５によるバイアス
電圧の交流成分の周波数を４００ｋＨｚ＋Δｆとして、
トンネル電流にビート周波数Δｆの成分が見られるか否
かを試した。図１０にＬＥＤ２３の駆動パルス（４００
ｋＨｚ）の波形４５を示した。また、図１１にバイアス
電圧の交流成分（４００ｋＨｚ）の波形４６を示す。こ
れにオフセットとして＋２Ｖの直流成分を重ね合わせて
結局＋１Ｖから＋３Ｖの間で変化する正弦波として被測
定物１０に印加した。この時平均トンネル電流は１ｎＡ
になるようにフィードバック制御を行っている。

【００５１】この状態でトンネル電流に対応するプリア
ンプ２７からの出力をディジタルオシロスコープ３３を
用いてシングルショットで測定した。ビート成分Δｆだ
けを検出するために基本周波数である４００ｋＨｚ付近
の成分は低域濾波器３２で除去した。光パルスと交流バ
イアス電圧の周波数は周波数カウンタ３１で測定した。

【００５２】次に、図１２に被測定物１０として半絶縁
型ＩｎＰを用いた場合の結果を示す。図１３に半絶縁型
ＧａＡｓを用いた場合の結果を示す。図１２は上述のΔ
ｆとして９．５４ｋＨｚ、１３．９６ｋＨｚ、１７．２
７ｋＨｚ、２０．０５ｋＨｚの場合の出力波形４７〜５
０をそれぞれ図１２（ａ）〜（ｄ）に示す。また、図１
３に２０ｋＨｚの場合の出力波形５１を示す。いずれの
場合もビートに対応する凹凸がはっきりと確認できる。
凹凸の数はそれぞれのΔｆに対応しており、Δｆの増大
とともに凹凸の数が増大するのが分かる。また、振幅も
１ｎＡ程度の大きさであり、設定した平均トンネル電流
１ｎＡとよく対応している。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速電気波形を高速時間分解能、高精度空間分解能で集
積回路の内部等をも含む任意の測定点で計測する要求に
応えるもので、より高速のより微細な被測定物にも適用
でき、より信頼性の高い高速電気計測方法および計測装
置としての原子間力顕微鏡が実現できる。

【００５４】本発明の原子間力顕微鏡では、探針位置検
出用の光の一部を光学活性物質に照射するように構成し
たため、光学活性物質を導通状態にするための余分な光
学系を不要とすることができる。これにより、本来の原
子間力顕微鏡の動作を乱すことなく安価で信頼性の高い
原子間力顕微鏡が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第一実施例装置のブロック構成図。

【図２】本発明第一実施例におけるプローブの構成図。

【図３】本発明第二実施例におけるプローブの構成図。

【図４】本発明第三実施例におけるプローブの構成図。

【図５】実験配置を示す図。

【図６】実験配置を示す図。

【図７】測定原理を示す図。

【図８】実験結果を示す図。

【図９】実験結果を示す図。

【図１０】実験結果を示す図。

【図１１】実験結果を示す図。

【図１２】実験結果を示す図。

【図１３】実験結果を示す図。

【符号の説明】 １ 探針 ２ プローブ ３ 光パルス源 ４ 探針位置検出回路 ５ 探針位置制御回路 ６ ハーフミラー ７ 介挿物 ８ 反射面 ９ 電気通路 １０ 被測定物 １１ 受光素子 １２ 電流検出回路 １３ ピエゾ素子 １４ 探針位置設定回路 ２２ 同期回路 ２３ ＬＥＤ ２４ パルス発生器 ２５ 電源部 ２６ ピエゾ駆動素子 ２７ プリアンプ ２８、２９ オペアンプ ３０ オシロスコープ ３１ 周波数カウンタ ３２ 低域濾波器 ３３ ディジタルオシロスコープ ３５ オシレータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プローブ（２）と、このプローブに取付
   けられ被測定物に近接させる探針（１）と、このプロー
   ブに光を照射する光源（３）と、前記プローブからの反
   射光により前記探針位置を検出する探針位置検出手段
   （４）と、前記探針と前記被測定物との相対位置を制御
   する探針位置制御手段（５）とを備えた原子間力顕微鏡
   において、 前記プローブおよび前記探針の少なくとも一部が、測定
   環境下で非導電性であり光を照射することにより導電性
   を呈する光学活性物質で形成され、 前記光源から照射された光をこの光学活性物質に導入す
   る手段を備え、 前記探針と前記被測定物との間の電流を検出する電流検
   出回路を備えたことを特徴とする原子間力顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記探針が光学活性物質により形成さ
   れ、前記プローブは導電性物質により形成され、このプ
   ローブが前記電流検出回路に電気的に接続された請求項
   １記載の原子間力顕微鏡。
3. 【請求項３】 前記導入する手段は前記プローブの先端
   に設けられたハーフミラーを含み、このハーフミラーを
   透過する光の照射位置に前記探針が配置された請求項２
   記載の原子間力顕微鏡。
4. 【請求項４】 前記探針は導電性物質により形成され、
   前記プローブには前記探針に接続された電気通路が形成
   され、その電気通路の途中に光学活性物質が介挿された
   請求項１記載の原子間力顕微鏡。