JPS6347601A - スキヤニングキヤパシタンスマイクロスコピ− - Google Patents
スキヤニングキヤパシタンスマイクロスコピ−Info
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- JPS6347601A JPS6347601A JP18956286A JP18956286A JPS6347601A JP S6347601 A JPS6347601 A JP S6347601A JP 18956286 A JP18956286 A JP 18956286A JP 18956286 A JP18956286 A JP 18956286A JP S6347601 A JPS6347601 A JP S6347601A
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- 241001422033 Thestylus Species 0.000 claims abstract description 15
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract 2
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims 1
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/46—SCM [Scanning Capacitance Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SCM probes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は試料表面上の形状を精度良く測定するスキャニ
ングキャパシタンスマイクロスコピーの改良に関する。
ングキャパシタンスマイクロスコピーの改良に関する。
（従来の技術）
第２図は、スキャニングキャパシタンスマイクロスコピ
ー（以下ＳＣａＭと呼ぶ。）の測定原理を示す基本回路
構成の１例である。２９は抵抗、３０は可変キャパシタ
ンス、３１は９１５ ？ｖＩ Ｈｚの発振器、３２は自
動周波数制御回路、３３は出力端、３４は検出器、３５
はバラクタ−１３６はストライブライン共振器、３７は
フライリード、３８はダイヤモンド、３９は電極である
。
ー（以下ＳＣａＭと呼ぶ。）の測定原理を示す基本回路
構成の１例である。２９は抵抗、３０は可変キャパシタ
ンス、３１は９１５ ？ｖＩ Ｈｚの発振器、３２は自
動周波数制御回路、３３は出力端、３４は検出器、３５
はバラクタ−１３６はストライブライン共振器、３７は
フライリード、３８はダイヤモンド、３９は電極である
。
ピックアップスタイラスはダイヤモンド製ボディとスパ
ッターでつけた薄い金属膜（電極）とから構成される。
ッターでつけた薄い金属膜（電極）とから構成される。
スタイラスの大きさは例えば試料の走査方向に５μの１
高さ５μ１１幅２．５μｍである。スタイラスはトラン
スミッション回路に対して相対的に動くことが可能なよ
うにフライリードと呼ばれる薄くてフレキシブルな金属
のはだか線でストリップラインリゾネータと接続されて
いる。試料上をスタイラスが移動するとスタイラスと試
料間の容量Ｃ３Ｄが試料の形状に応じて変化する。キャ
パシタンス３０（Ｃ８Ｄ）、中央のトランスミッション
ライン、フライリード３７、スタイラス電極３９、試料
の凹抗、回路のハウジング、バラクタ−ダイオード３５
、カップリングキャパシタ４０から構成される回路は共
振回路で、スタイラスと試料間の容量Ｃ８Ｄはその一部
を成している。共振回路の共振周波数は、試料が動いて
、その形状が変わると、Ｃ８Ｄが変化し、わずかに変わ
る。発振器からの、例えば第２図に示すような９１５Ｍ
Ｈ７の信号はりゾネータトランスミッションラインを通
して、デテクタートランスミッションラインとカップル
する。デテクター出力の周波数共振曲線は第３図に示す
ようなつり鐘形をしている。共振周波数は９１５ＭＨｚ
の信号が共振ピークから６ｄＢダウンの場所にあるよう
に自動周波数調整回路（ＡＦＣ）で調整されたる。共振
周波数の変化に対応して共振曲線は第３図に示すように
水平方向に移動する。共振曲線の９１５ＭＨｚでの電圧
を示すデテクター出力は試料上をスタイラスが移動する
とその形状に応じて変化する。従って、デテクター出力
を調べることによって、試料表面の形状、特にあらさを
精度良く知ることができる。
高さ５μ１１幅２．５μｍである。スタイラスはトラン
スミッション回路に対して相対的に動くことが可能なよ
うにフライリードと呼ばれる薄くてフレキシブルな金属
のはだか線でストリップラインリゾネータと接続されて
いる。試料上をスタイラスが移動するとスタイラスと試
料間の容量Ｃ３Ｄが試料の形状に応じて変化する。キャ
パシタンス３０（Ｃ８Ｄ）、中央のトランスミッション
ライン、フライリード３７、スタイラス電極３９、試料
の凹抗、回路のハウジング、バラクタ−ダイオード３５
、カップリングキャパシタ４０から構成される回路は共
振回路で、スタイラスと試料間の容量Ｃ８Ｄはその一部
を成している。共振回路の共振周波数は、試料が動いて
、その形状が変わると、Ｃ８Ｄが変化し、わずかに変わ
る。発振器からの、例えば第２図に示すような９１５Ｍ
Ｈ７の信号はりゾネータトランスミッションラインを通
して、デテクタートランスミッションラインとカップル
する。デテクター出力の周波数共振曲線は第３図に示す
ようなつり鐘形をしている。共振周波数は９１５ＭＨｚ
の信号が共振ピークから６ｄＢダウンの場所にあるよう
に自動周波数調整回路（ＡＦＣ）で調整されたる。共振
周波数の変化に対応して共振曲線は第３図に示すように
水平方向に移動する。共振曲線の９１５ＭＨｚでの電圧
を示すデテクター出力は試料上をスタイラスが移動する
とその形状に応じて変化する。従って、デテクター出力
を調べることによって、試料表面の形状、特にあらさを
精度良く知ることができる。
このような構成によって、試料面に対して垂直方向で０
．３ｎｍｓ水平方向で１００ｎｏ＋の測定分解能で試料
面の形状を知ることができる。（文献：Ｊ、Ｒ，Ｍａｔ
ｅｙ ａｎｄ Ｊ、Ｂｌａｎｃ、 Ｓｃａｎｎｉｎｇ
ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅａ＋１ｃｒｏｓｃｏｐｙ、 Ｊ
、Ａ ｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、５７（５）、Ｉ Ｍａｒｃｈ
１９８５゜ｐ１４３７〜１４４４） しかしながら、この構成では、スタイラスを試料表面上
に予圧を与えて押し付けているため、試料面に損傷を与
える。さらに試料表面のうねりが測定できない。これら
が、この方式の欠点とされている。
．３ｎｍｓ水平方向で１００ｎｏ＋の測定分解能で試料
面の形状を知ることができる。（文献：Ｊ、Ｒ，Ｍａｔ
ｅｙ ａｎｄ Ｊ、Ｂｌａｎｃ、 Ｓｃａｎｎｉｎｇ
ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅａ＋１ｃｒｏｓｃｏｐｙ、 Ｊ
、Ａ ｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、５７（５）、Ｉ Ｍａｒｃｈ
１９８５゜ｐ１４３７〜１４４４） しかしながら、この構成では、スタイラスを試料表面上
に予圧を与えて押し付けているため、試料面に損傷を与
える。さらに試料表面のうねりが測定できない。これら
が、この方式の欠点とされている。
（発明が解決しようとする問題点）
本発明は、ＳＣａＭの利点を維持したままで、欠点とさ
れる問題点を無くすことを目的とする。
れる問題点を無くすことを目的とする。
［発明の構成コ ・
（問題点を解決するための手段）
本発明の骨子は、ピックアップスタイラスを、例えば圧
電素子等により、試料面に対して垂直方向に極めて高精
度に移動可能とし、出力試号から、ローパスフィルター
を使って、試料面のうねり（低周波数成分）に相当する
成分を取り出し、−ピックアップスタイラスと試料面と
を常に一定距離に保つようにして、試料表面の形状（あ
らさとうねり）を非接触で測定することができるように
したものである。
電素子等により、試料面に対して垂直方向に極めて高精
度に移動可能とし、出力試号から、ローパスフィルター
を使って、試料面のうねり（低周波数成分）に相当する
成分を取り出し、−ピックアップスタイラスと試料面と
を常に一定距離に保つようにして、試料表面の形状（あ
らさとうねり）を非接触で測定することができるように
したものである。
（作 用）・
ピックアップスタイラスを圧電素子に取付けて、精度良
く移動可能とし、ピックアップスタイラスからの出力信
号からローパスフィルターで低周波数成分だけを取り出
し、サーボコントローラでピックアップスタイラス先端
と試料表面間の距離を一定に保つようにしたため、ピッ
クアップスタイラスと試料とを非接触で試料表面の形状
を測定することができる。出力信号からローパスフィル
ターで分離された低周波数成分は試料表面のうねりに相
当するため、試料表面のうねりも測定可能となる。
く移動可能とし、ピックアップスタイラスからの出力信
号からローパスフィルターで低周波数成分だけを取り出
し、サーボコントローラでピックアップスタイラス先端
と試料表面間の距離を一定に保つようにしたため、ピッ
クアップスタイラスと試料とを非接触で試料表面の形状
を測定することができる。出力信号からローパスフィル
ターで分離された低周波数成分は試料表面のうねりに相
当するため、試料表面のうねりも測定可能となる。
（実施例）
第１図は本発明の実施例に係わる５Ｃａｋｉの概略構成
を示す図である。試料２０は例えばＸ−Ｙ試料台２１上
に固定され、モータ２２で自由に移動可能となっている
。１はピックアップスクイラスで例えば圧電素子に取付
けられて試料２０に対して上下方向に移動可能となって
いる。スタイラス１の電極はフライリード３でトランス
ミッションラインピックアップ回路４に接続されており
、これによってスタイラスと試料との間隔を測定するこ
とができる。トランスミッションラインピックアップ回
路４からの出力信号は２つに分かれる。
を示す図である。試料２０は例えばＸ−Ｙ試料台２１上
に固定され、モータ２２で自由に移動可能となっている
。１はピックアップスクイラスで例えば圧電素子に取付
けられて試料２０に対して上下方向に移動可能となって
いる。スタイラス１の電極はフライリード３でトランス
ミッションラインピックアップ回路４に接続されており
、これによってスタイラスと試料との間隔を測定するこ
とができる。トランスミッションラインピックアップ回
路４からの出力信号は２つに分かれる。
一方の信号はローパスフィルター５を通して、出力信号
のうちの低周波数成分（試料表面のうねりに相当）だけ
がサーボコントローラ６に送られる。
のうちの低周波数成分（試料表面のうねりに相当）だけ
がサーボコントローラ６に送られる。
この際のカットオフ周波数は、カットオフ周波数設定器
で自由に設定できるサーボコントローラ６ではスタイラ
ス１と試料２０との距離を予め設定された値、（距離設
定器により指定する）例えば２０ｎｍ程度になるように
出力信号との偏差信号をピエゾドライバー７に送る。ピ
エゾドライバー７で、偏差信号に相当する電圧が増幅発
生され圧電素子２に供給される。これによって試料がＸ
Ｙ力方向移動しても、はぼ試料とスタイラス間を一定に
保つことが可能となる。他方の信号はバイパスフィルタ
ー１０を通して高周波数成分（試料表面のあらさに相当
）がデータ処理回路１１に送られる。カットオフ周波数
はカットオフ周波数設定器により設定する。スタイラス
１による測定位置は例えばレーザ干渉計１２により測定
され、レーザカウンタ１３から座標位置がデータ処理回
路１１に送られる。データ処理回路１１に送られた３つ
の信号により所望とする情報の演算がなされ、結果が記
録計１４に出力される。
で自由に設定できるサーボコントローラ６ではスタイラ
ス１と試料２０との距離を予め設定された値、（距離設
定器により指定する）例えば２０ｎｍ程度になるように
出力信号との偏差信号をピエゾドライバー７に送る。ピ
エゾドライバー７で、偏差信号に相当する電圧が増幅発
生され圧電素子２に供給される。これによって試料がＸ
Ｙ力方向移動しても、はぼ試料とスタイラス間を一定に
保つことが可能となる。他方の信号はバイパスフィルタ
ー１０を通して高周波数成分（試料表面のあらさに相当
）がデータ処理回路１１に送られる。カットオフ周波数
はカットオフ周波数設定器により設定する。スタイラス
１による測定位置は例えばレーザ干渉計１２により測定
され、レーザカウンタ１３から座標位置がデータ処理回
路１１に送られる。データ処理回路１１に送られた３つ
の信号により所望とする情報の演算がなされ、結果が記
録計１４に出力される。
つぎにこのように構成された装置の作用について説明す
る。
る。
Ｘ−Ｙ試料台に固定された試料２０は、コントローラ２
３により制御されたモータ駆動でピックアップスタイラ
ス１に対して移動する。この際にピックアップスタイラ
ス１と試料２０との間隔は、すなわちトランスミッショ
ンライン回路４からの出力信号のうち、カットオフ周波
数設定器８で設定されたカットオフ周波数以下の周波数
成分（うねりに相当）については、サーボコントローラ
６とピエゾドライバー７とによって補正され、一定に保
たれる。一方、出力信号のうち、バイパスフィルター１
０を通った高周波数成分（試料表面のあらさに相当）は
、データ処理回路１１に送られる。この際の試料位置は
レーザ干渉計１２によって測定され、レーザカウンター
１３を通して、データ処理回路１１に送られる。データ
処理回路では所望する情報（例えば試料表面あらさの３
次元マツプ）に必要な演算がなされ、記録計１４に出力
される。データ処理回路１１には、トランスミョン回路
４からの出力信号、ローパスフィルター５を通した後の
出力信号も送られるようになっているので、例えば試料
表面のうねり等も自由に選択して出力させることができ
る。
３により制御されたモータ駆動でピックアップスタイラ
ス１に対して移動する。この際にピックアップスタイラ
ス１と試料２０との間隔は、すなわちトランスミッショ
ンライン回路４からの出力信号のうち、カットオフ周波
数設定器８で設定されたカットオフ周波数以下の周波数
成分（うねりに相当）については、サーボコントローラ
６とピエゾドライバー７とによって補正され、一定に保
たれる。一方、出力信号のうち、バイパスフィルター１
０を通った高周波数成分（試料表面のあらさに相当）は
、データ処理回路１１に送られる。この際の試料位置は
レーザ干渉計１２によって測定され、レーザカウンター
１３を通して、データ処理回路１１に送られる。データ
処理回路では所望する情報（例えば試料表面あらさの３
次元マツプ）に必要な演算がなされ、記録計１４に出力
される。データ処理回路１１には、トランスミョン回路
４からの出力信号、ローパスフィルター５を通した後の
出力信号も送られるようになっているので、例えば試料
表面のうねり等も自由に選択して出力させることができ
る。
このような構成とすることによって、試料とスタイラス
を接触させることなく、試料表面の形状を測定すること
が可能となり、従来のＳＣａＭで問題となっていた試料
の損傷を解消することができる。
を接触させることなく、試料表面の形状を測定すること
が可能となり、従来のＳＣａＭで問題となっていた試料
の損傷を解消することができる。
［発明の効果コ
本発明によれば、試料とピックアップスタイラスとを非
接触で、試料表面の形状（うねりとあらさ）を高精度に
測定することが可能となり、しかも試料に損傷を与える
ことが無い。
接触で、試料表面の形状（うねりとあらさ）を高精度に
測定することが可能となり、しかも試料に損傷を与える
ことが無い。
第１図は、本発明の一実施例の構成を示す図、第２図は
ＳＣａＭの測定原理を示す構成図、第３図は測定原理を
説明するための出力波形図である。 １・・・ピックアップスタイラス、２・・・圧電素子、
３・・・フライリード、４・・・トランスミッションラ
イン回路、５・・・ローパスフィルター、６・・・サー
ボコントローラ、７・・・ピエゾドライバー、８・・・
カットオフ周波数設定器、９・・・距離設定器、１０・
・・バイパスフィルター、１１・・・データ処理回路、
１２・・・レーザ干渉計、１３・・・レーザカウンター
、１４・・・記録計、２１・・・Ｘ−Ｙ試料台、２２・
・・モータ、２３・・・コントローラ。
ＳＣａＭの測定原理を示す構成図、第３図は測定原理を
説明するための出力波形図である。 １・・・ピックアップスタイラス、２・・・圧電素子、
３・・・フライリード、４・・・トランスミッションラ
イン回路、５・・・ローパスフィルター、６・・・サー
ボコントローラ、７・・・ピエゾドライバー、８・・・
カットオフ周波数設定器、９・・・距離設定器、１０・
・・バイパスフィルター、１１・・・データ処理回路、
１２・・・レーザ干渉計、１３・・・レーザカウンター
、１４・・・記録計、２１・・・Ｘ−Ｙ試料台、２２・
・・モータ、２３・・・コントローラ。
Claims (2)
- （１）スキャニングキャパシタンスマイクロスコピーに
おいて、 試料表面に対して垂直方向にピックアップスタイラスを
移動自在にするアクチュエータと、容量検出回路からの
出力信号を任意の周波数成分で取り出す少なくとも１個
のフィルターと、前記ピックアップスタイラスと前記試
料表面との間隔が一定となるように、前記フィルターか
らの出力信号を用いて前記アクチュエータを駆動するサ
ーボ回路と から構成されたことを特徴とするスキャニングキャパシ
タンスマイクロスコピー。 - （２）特許請求の範囲第１項に記載したスキャニングキ
ャパシタマイクロスコピーに於いて、試料を載置してピ
ックアップスタイラスと相対的に移動する試料台と、 試料台位置を検出する位置測定器と、 前記フィルタや／あるいは前記位置測定器からの出力信
号を処理するデータ処理回路と を更に具備してなることを特徴とするスキャニングキャ
パシタンスマイクロスコピー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18956286A JPS6347601A (ja) | 1986-08-14 | 1986-08-14 | スキヤニングキヤパシタンスマイクロスコピ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18956286A JPS6347601A (ja) | 1986-08-14 | 1986-08-14 | スキヤニングキヤパシタンスマイクロスコピ− |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6347601A true JPS6347601A (ja) | 1988-02-29 |
Family
ID=16243408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18956286A Pending JPS6347601A (ja) | 1986-08-14 | 1986-08-14 | スキヤニングキヤパシタンスマイクロスコピ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6347601A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0222506A (ja) * | 1988-07-12 | 1990-01-25 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 変位測定装置 |
| US5003815A (en) * | 1989-10-20 | 1991-04-02 | International Business Machines Corporation | Atomic photo-absorption force microscope |
| US5267471A (en) * | 1992-04-30 | 1993-12-07 | Ibm Corporation | Double cantilever sensor for atomic force microscope |
| US5509300A (en) * | 1994-05-12 | 1996-04-23 | Arizona Board Of Regents Acting For Arizona State University | Non-contact force microscope having a coaxial cantilever-tip configuration |
-
1986
- 1986-08-14 JP JP18956286A patent/JPS6347601A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0222506A (ja) * | 1988-07-12 | 1990-01-25 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 変位測定装置 |
| US5003815A (en) * | 1989-10-20 | 1991-04-02 | International Business Machines Corporation | Atomic photo-absorption force microscope |
| US5267471A (en) * | 1992-04-30 | 1993-12-07 | Ibm Corporation | Double cantilever sensor for atomic force microscope |
| US5509300A (en) * | 1994-05-12 | 1996-04-23 | Arizona Board Of Regents Acting For Arizona State University | Non-contact force microscope having a coaxial cantilever-tip configuration |
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