JPH0746051B2 - 微小部力測定装置 - Google Patents
微小部力測定装置Info
- Publication number
- JPH0746051B2 JPH0746051B2 JP1841793A JP1841793A JPH0746051B2 JP H0746051 B2 JPH0746051 B2 JP H0746051B2 JP 1841793 A JP1841793 A JP 1841793A JP 1841793 A JP1841793 A JP 1841793A JP H0746051 B2 JPH0746051 B2 JP H0746051B2
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- Japan
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- probe
- sample
- displacement
- beam member
- force
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は微小領域の３次元断面形
状測定装置に係り、特に絶縁物表面の計測に好適な微小
領域の力を測定する装置に関する。
状測定装置に係り、特に絶縁物表面の計測に好適な微小
領域の力を測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、微小領域の力検出については、フ
ィジカル、レビュー、レータ５６，(１９８６年）第９
３０頁から第９３３頁（Phys. Rev, Lett, ５６，（１
９８６）ｐｐ９３０−９３３）において論じられてい
る。
ィジカル、レビュー、レータ５６，(１９８６年）第９
３０頁から第９３３頁（Phys. Rev, Lett, ５６，（１
９８６）ｐｐ９３０−９３３）において論じられてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は図２に
示すごとく、はり支持具５により一端支点とされたはり
（板材）２の先端に鋭利な探針１を具備する。試料３の
接近に伴なって、原子間力によりはり２が変位し、該変
位を走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）のごとくトンネル
電流を一定に流し、はり２と探針１４との間隙を一定に
保つことにより測定する。このような非接触間隙測定方
式を用いることで、力を変位に変換し、変位を測定する
ことによって微小領域の力検出が実行されていた。
示すごとく、はり支持具５により一端支点とされたはり
（板材）２の先端に鋭利な探針１を具備する。試料３の
接近に伴なって、原子間力によりはり２が変位し、該変
位を走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）のごとくトンネル
電流を一定に流し、はり２と探針１４との間隙を一定に
保つことにより測定する。このような非接触間隙測定方
式を用いることで、力を変位に変換し、変位を測定する
ことによって微小領域の力検出が実行されていた。
【０００４】この技術は、力検出のための探針１の剛性
について配慮されていなかった。また、変位測定のため
の安定性、即ち、はり２の測定表面の表面粗さによる測
定誤差の点について配慮がされておらず、検出精度に問
題があった。
について配慮されていなかった。また、変位測定のため
の安定性、即ち、はり２の測定表面の表面粗さによる測
定誤差の点について配慮がされておらず、検出精度に問
題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、２つの支
持部を有するはり部材と、はり部材に固定され２つの支
持部の間に位置する探針と、探針に対向して試料を配置
する試料台と、探針と試料の間隔を相対的に移動させる
第１の移動手段と、探針を試料表面に沿って２次元的に
相対的に移動させる第２の移動手段と、探針と試料との
間に働く力によるはり部材の変位を測定する測定手段と
を有することによって達成される。
持部を有するはり部材と、はり部材に固定され２つの支
持部の間に位置する探針と、探針に対向して試料を配置
する試料台と、探針と試料の間隔を相対的に移動させる
第１の移動手段と、探針を試料表面に沿って２次元的に
相対的に移動させる第２の移動手段と、探針と試料との
間に働く力によるはり部材の変位を測定する測定手段と
を有することによって達成される。
【０００６】好適にははり部材の変位を一定に保つよう
に第１の移動手段を制御しながら第２の移動手段を動作
させる制御装置を用いて３次元断面形状を測定する。
に第１の移動手段を制御しながら第２の移動手段を動作
させる制御装置を用いて３次元断面形状を測定する。
【０００７】以上のように図２のはり２の剛性を向上す
るため、少なくともはり２の両端を固定し、中央部に探
針１を設置する。また、はり２の変位測定での表面凹凸
による微小変位測定誤差を防止するため、大面積で微小
変位を測定できる非接触変位測定手段を設けることも望
ましい。
るため、少なくともはり２の両端を固定し、中央部に探
針１を設置する。また、はり２の変位測定での表面凹凸
による微小変位測定誤差を防止するため、大面積で微小
変位を測定できる非接触変位測定手段を設けることも望
ましい。
【０００８】
【作用】両端支持のはり２は、両端支持のため探針軸方
向に自由度を持ち、ねじれ等の運動を防止することがで
きる。このため、はり２の剛性が向上する。また、大面
積の変位検出部分を持つ非接触変位測定器ははり２表面
の凹凸や原子の配列の影響を受けることなく測定するこ
とができる。
向に自由度を持ち、ねじれ等の運動を防止することがで
きる。このため、はり２の剛性が向上する。また、大面
積の変位検出部分を持つ非接触変位測定器ははり２表面
の凹凸や原子の配列の影響を受けることなく測定するこ
とができる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。図１は微小領域の３次元形状測定器に本発明を応用
した例を示す。
る。図１は微小領域の３次元形状測定器に本発明を応用
した例を示す。
【００１０】図１において、力の検出部ははり２の両端
を支持具５で支持し、その中央部にダイヤモンド製の先
端が非常に尖った探針１を設置し、はり２を介して探針
１と反対側に容量変位計のような非接触変位計４を設け
る構造とした。
を支持具５で支持し、その中央部にダイヤモンド製の先
端が非常に尖った探針１を設置し、はり２を介して探針
１と反対側に容量変位計のような非接触変位計４を設け
る構造とした。
【００１１】試料３は粗動機構１１の上に設けた３次元
微動機構上の試料台６に搭載される。３次元微動機構は
Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸ピエゾ素子７，８，９を台座１０に図
の様に設置してトライポット型の構成としている。さら
に、力による変位を検出して、その力を一定、即ち、変
位を一定にする様にＺ軸ピエゾ素子９を制御するととも
に、２次元走査や探針１に試料３を近ずける粗動機構１
１を制御する制御装置１２を有する。表示装置１３は試
料の３次元構造を３次元表示する。
微動機構上の試料台６に搭載される。３次元微動機構は
Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸ピエゾ素子７，８，９を台座１０に図
の様に設置してトライポット型の構成としている。さら
に、力による変位を検出して、その力を一定、即ち、変
位を一定にする様にＺ軸ピエゾ素子９を制御するととも
に、２次元走査や探針１に試料３を近ずける粗動機構１
１を制御する制御装置１２を有する。表示装置１３は試
料の３次元構造を３次元表示する。
【００１２】はり２を厚さ１０μｍ，幅０.５ｃｍ，長
さ５ｃｍの銀等で構成すると、約１０-12Ｎ（ニュート
ン）の力で約１Åの変化が生じる。一方、非接触変位測
定手段４には被測定部分が大面積である容量変位計、光
てこ式の光学変位測定器が使用される。また、粗動機構
１１には尺取り虫機構やネジ式あるいは縮小変位機構を
使用したものを使用する。
さ５ｃｍの銀等で構成すると、約１０-12Ｎ（ニュート
ン）の力で約１Åの変化が生じる。一方、非接触変位測
定手段４には被測定部分が大面積である容量変位計、光
てこ式の光学変位測定器が使用される。また、粗動機構
１１には尺取り虫機構やネジ式あるいは縮小変位機構を
使用したものを使用する。
【００１３】上記の粗動機構１１により探針１に試料３
を近接し、数Å程度までに接近すると、双方の表面原子
で最近接同士の原子間に力が働き、はり２の変位が起
り、非接触変位測定手段で検出される。この変化を一定
に保つ様に制御装置１２でＺ軸ピエゾ素子９を駆動し、
探針１と試料３との間隙を一定に保つ。この状態を保ち
つつ、Ｘ軸，Ｙ軸ピエゾ素子７，８で２次元走査する
と、試料３の表面形状に基づいてＺ軸ピエゾ素子が変化
して試料表面の３次元形状が得られ、表示装置１３に微
細構造を表示することができる。実際の原子間力は１０
-9〜１０-10Ｎと言われており、上述のはり構造及び変
位計で十分、表面の原子構造を観察できる。
を近接し、数Å程度までに接近すると、双方の表面原子
で最近接同士の原子間に力が働き、はり２の変位が起
り、非接触変位測定手段で検出される。この変化を一定
に保つ様に制御装置１２でＺ軸ピエゾ素子９を駆動し、
探針１と試料３との間隙を一定に保つ。この状態を保ち
つつ、Ｘ軸，Ｙ軸ピエゾ素子７，８で２次元走査する
と、試料３の表面形状に基づいてＺ軸ピエゾ素子が変化
して試料表面の３次元形状が得られ、表示装置１３に微
細構造を表示することができる。実際の原子間力は１０
-9〜１０-10Ｎと言われており、上述のはり構造及び変
位計で十分、表面の原子構造を観察できる。
【００１４】尚、本実施例は構力の影響を受けるような
構成としたが、９０゜回転し重力の影響を受けない構成
とすることもできる。また、微小機構や粗動機構を試料
側あるいは力測定部に設置しても良い。探針１はダイヤ
モンド以外に硬度の高いものが良く、先端を鋭く尖らせ
ることが重要であり、イオンエッチングや化学エッチン
グあるいは精密加工技術によって製作されることが望ま
しい。さらに、探針を絶縁物以外のものにすれば、走査
型トンネル顕微鏡としても利用できる。
構成としたが、９０゜回転し重力の影響を受けない構成
とすることもできる。また、微小機構や粗動機構を試料
側あるいは力測定部に設置しても良い。探針１はダイヤ
モンド以外に硬度の高いものが良く、先端を鋭く尖らせ
ることが重要であり、イオンエッチングや化学エッチン
グあるいは精密加工技術によって製作されることが望ま
しい。さらに、探針を絶縁物以外のものにすれば、走査
型トンネル顕微鏡としても利用できる。
【００１５】本システムは計算機と結合してデータ処理
を行なうことにより、より良い像を得ることができる。
を行なうことにより、より良い像を得ることができる。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、探針の機械的剛性が増
加し、力の影響を正確に変位に変換する。また、測定面
積の大きい非接触変位測定手段を用いるため、はりの表
面の凹凸の影響を除くことができるので、高精度な微小
部分の微小を検出することができる。また、３次元形状
測定器に応用することにより、全ての材料が測定可能と
なる。また、上記の非接触変位測定手段は通常、大気中
で安定に動作するのでＳＴＭのように真空中での動作の
必要がなくなる。
加し、力の影響を正確に変位に変換する。また、測定面
積の大きい非接触変位測定手段を用いるため、はりの表
面の凹凸の影響を除くことができるので、高精度な微小
部分の微小を検出することができる。また、３次元形状
測定器に応用することにより、全ての材料が測定可能と
なる。また、上記の非接触変位測定手段は通常、大気中
で安定に動作するのでＳＴＭのように真空中での動作の
必要がなくなる。
【図１】本発明の一実施例の構成を示す要部構成図。
【図２】従来の力測定装置の原理的構成を示す要部構成
図。
図。
１…探針、２…はり、３…試料、４…測定面積の大きい
非接触変位測定手段、５…はり支持具、６…試料台、７
…Ｘ軸ピエゾ素子、８…Ｙ軸ピエゾ素子、９…Ｚ軸ピエ
ゾ素子、１０…台座、１１…粗動機構、１２…制御回
路、１３…表示手段。
非接触変位測定手段、５…はり支持具、６…試料台、７
…Ｘ軸ピエゾ素子、８…Ｙ軸ピエゾ素子、９…Ｚ軸ピエ
ゾ素子、１０…台座、１１…粗動機構、１２…制御回
路、１３…表示手段。
Claims (5)
- 【請求項１】２つの支持部を有するはり部材と、該はり
部材に固定され上記２つの支持部の間に位置する探針
と、該探針に対向して試料を配置する試料台と、上記探
針と試料の間隔を相対的に移動させる第１の移動手段
と、上記探針を試料表面に沿って２次元的に相対的に移
動させる第２の移動手段と、上記探針と試料との間に働
く力による上記はり部材の変位を測定する測定手段とを
有する微小部力測定装置。 - 【請求項２】前記はり部材の変位を一定に保つように上
記第１の移動手段を制御しながら前記第２の移動手段を
動作させる制御装置を有する請求項１記載の微小部力測
定装置。 - 【請求項３】前記第１の移動手段の動作から前記試料表
面の形状情報を得る手段と、該形状情報を表示する表示
手段を有する請求項２記載の微小部力測定装置。 - 【請求項４】２つの支持部を有するはり部材と、該はり
部材に固定され上記２つの支持部の間に位置する探針と
を用い、該探針に対向して試料を配置し、上記探針と試
料との間に働く力による上記はり部材の変位を測定する
微小部力測定方法。 - 【請求項５】上記はり部材の変位を一定に保つように制
御しながら、上記探針を試料表面に沿って２次元的に相
対的に移動させる請求項４記載の微小部力測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1841793A JPH0746051B2 (ja) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | 微小部力測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1841793A JPH0746051B2 (ja) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | 微小部力測定装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62170942A Division JPH0752102B2 (ja) | 1987-07-10 | 1987-07-10 | 微小部力測定方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06258066A JPH06258066A (ja) | 1994-09-16 |
| JPH0746051B2 true JPH0746051B2 (ja) | 1995-05-17 |
Family
ID=11971089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1841793A Expired - Lifetime JPH0746051B2 (ja) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | 微小部力測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0746051B2 (ja) |
-
1993
- 1993-02-05 JP JP1841793A patent/JPH0746051B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06258066A (ja) | 1994-09-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 13 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080517 |