JP2001183283A - Information detector having scanning probe and information detecting method - Google Patents
Information detector having scanning probe and information detecting methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、複数のプローブを
備えた走査型プローブを有する情報検出装置及び情報検
出方法に関し、特に、複数のプローブで測定試料を同時
観察する走査型プローブ顕微鏡に好適な技術の実現を目
指すものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an information detecting apparatus and an information detecting method having a scanning probe having a plurality of probes, and more particularly, to a scanning probe microscope suitable for simultaneously observing a measurement sample with a plurality of probes. The aim is to realize the technology.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、導体の電子構造を直接観察できる
走査型トンネル顕微鏡（以後、ＳＴＭと略す）の開発
［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｎｇ ｅｔ ａｌ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅ
ｖ．Ｌｅｔｔ，４９，５７（１９８２）］以来、ＡＦＭ
（原子間力顕微鏡）、ＳＣＭ（走査型容量顕微鏡）、Ｎ
ＳＯＭ（近接場顕微鏡）といった、先端の尖ったプロー
ブを走査することにより様々な情報とその分布を得る顕
微鏡装置が、次々と開発されてきた。現在、これらの顕
微鏡群は、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）と総称さ
れ、原子、分子レベルの解像度を持つ、微細構造の観察
手段として、広く用いられるようになっている。2. Description of the Related Art In recent years, a scanning tunneling microscope (hereinafter abbreviated as STM) capable of directly observing the electronic structure of a conductor has been developed [G. Binning et al. Phys. Re
v. Lett, 49, 57 (1982)]
(Atomic force microscope), SCM (scanning capacity microscope), N
Microscope devices, such as SOM (near field microscope), which obtain various information and its distribution by scanning a probe having a sharp tip, have been developed one after another. At present, these microscope groups are collectively referred to as scanning probe microscopes (SPM), and have been widely used as means for observing microstructures having resolution at the atomic and molecular levels.
【０００３】走査型プローブ顕微鏡を用いた測定では、
測定試料の面に沿ってプローブを走査する時間が、工業
的な応用を考える際にスループットの点で障害となって
いた。また、走査を行うためのステージ（アクチュエー
タ）の動作精度が測定精度を左右するが、より広範囲の
試料を測定したいという要求に対して、技術的およびコ
スト的な観点から、広い走査範囲と高い精度を両立する
ステージの開発が困難であるということが障害となって
いた。これらの問題に対する回答として、複数のプロー
ブを用いて試料を同時観察する方法があり、例えば、特
開平３−２８７００６号公報では、試料の３次元形状を
測定するために、複数のＡＦＭ探針を試料面と平行な面
内において動作する同一ステージ上に配置し、個々のＡ
ＦＭ探針ごとに試料表面との距離を制御することで、広
範囲に渡り、高精度な、試料の形状情報を得る方法が提
案されている。In the measurement using a scanning probe microscope,
The time required to scan the probe along the surface of the measurement sample has been an obstacle in terms of throughput when considering industrial applications. In addition, the operation accuracy of the stage (actuator) for scanning affects the measurement accuracy. However, from the technical and cost perspective, a wide scanning range and high accuracy are required in order to measure a wider range of samples. The difficulty in developing a stage that balances both was an obstacle. As a response to these problems, there is a method of simultaneously observing a sample using a plurality of probes. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-287006, a plurality of AFM probes are used to measure a three-dimensional shape of the sample. Each A is placed on the same stage operating in a plane parallel to the sample surface.
A method has been proposed in which the distance from the sample surface is controlled for each FM probe to obtain highly accurate sample shape information over a wide range.
【０００４】しかしながら、前記方式のように、個々の
プローブについて独立に距離制御を行う場合、プローブ
ごとに制御系と駆動系を持つ必要があり、装置構成が非
常に複雑になる。特に駆動系はプローブと一体化した場
合、高価なものとなるという問題がある。これを避ける
ため、プローブごとに交換可能とした場合は、交換時に
非常に高い取り付け精度が要求され、結果として装置全
体のコスト増を招く。また、多数の微小なアクチュエー
タ（例えば圧電素子）を用いるため、アクチュエータ間
の特性ばらつきが測定結果に影響しやすい。この問題を
解決するための方法として、弾性体に支持された探針を
持つ複数のプローブを一体として試料表面と平行に走査
し、前記弾性体の変位により、試料表面の凹凸を吸収し
ながら試料表面の情報を得るという方法が知られてい
る。例えば、形状情報を得るためには、個々のプローブ
の前記弾性体の変位量を計測する、導電性の分布情報を
得るためには導電性の探針を用いて、試料との間に電圧
を印加し、電流値を計測するなどする。このような接触
走査方式は、探針先端を試料に対し接触させたまま走査
する場合に、試料に対する個々のプローブの測定面垂直
方向位置のフィードバック制御が不必要であるため、構
成が複雑にならず、特に複数のプローブを有する装置に
適している。However, when distance control is performed independently for each probe as in the above-described method, it is necessary to provide a control system and a drive system for each probe, and the configuration of the apparatus becomes very complicated. In particular, there is a problem that the drive system becomes expensive when integrated with the probe. In order to avoid this, if each probe can be replaced, very high mounting accuracy is required at the time of replacement, resulting in an increase in the cost of the entire apparatus. In addition, since a large number of minute actuators (for example, piezoelectric elements) are used, variation in characteristics between the actuators easily affects measurement results. As a method for solving this problem, a plurality of probes each having a probe supported by an elastic body are integrally scanned in parallel with the surface of the sample, and the displacement of the elastic body absorbs irregularities on the surface of the sample. A method of obtaining surface information is known. For example, to obtain shape information, measure the amount of displacement of the elastic body of each probe.To obtain conductive distribution information, use a conductive probe to apply a voltage between the probe and the sample. Apply and measure the current value. In such a contact scanning method, when scanning while keeping the probe tip in contact with the sample, feedback control of the position of each probe in the direction perpendicular to the measurement surface with respect to the sample is unnecessary, so if the configuration is complicated, And particularly suitable for an apparatus having a plurality of probes.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】さて、前記の方法をと
った場合、特に集積回路の配線部分等、局所的に大きな
段差を持つ資料を測定する場合、発生する問題について
図を用いて説明する。図３は、Ｓｉ基板の上に、金属配
線が載った試料１１３を前記方法において観察した場合
をプローブの弾性体の長手方向から見た模式図である。
なお、説明のため、配線及び、プローブの大きさについ
ては強調して示してある。The problem which occurs when the above method is employed, particularly when a material having a locally large step, such as a wiring portion of an integrated circuit, is measured will be described with reference to the drawings. . FIG. 3 is a schematic view of the case where the sample 113 on which the metal wiring is mounted on the Si substrate is observed by the above method, as viewed from the longitudinal direction of the elastic body of the probe.
For the sake of explanation, the sizes of the wiring and the probe are emphasized.
【０００６】図３は試料１１３のＳｉ基板面に対してプ
ローブアレイ１１２の探針１１０の先端が並ぶ面が平行
な状態（面あわせされた状態）から基板のプローブアレ
イ１１２の全プローブが試料１１３表面に接触するまで
プローブアレイ１１２と試料１１３を接近させた様子で
ある。この時、弾性体１０９の最大たわみ量すなわち探
針１１０の変位量は図３中のｄとなる。FIG. 3 shows that all the probes of the probe array 112 of the substrate are changed from the state in which the surface where the tips of the probes 110 of the probe array 112 are arranged parallel to the surface of the Si substrate of the sample 113 (the state where they are aligned). This is a state in which the probe array 112 and the sample 113 are brought close to each other until they come into contact with the surface. At this time, the maximum amount of deflection of the elastic body 109, that is, the amount of displacement of the probe 110 is d in FIG.
【０００７】段差の大きい試料を測定する場合、この最
大たわみ量の大きさが問題となる。弾性体１０９は板ば
ねとして機能するため、たわみ量が大きいほど探針１１
０先端と試料１１３表面との間に働く押し付け力が大き
くなり、最悪の場合、探針１１０や試料１１３表面の破
損を招く結果となる。また、探針１１０の摩耗という観
点からも押し付け力は小さい方が望ましい。When measuring a sample having a large step, the magnitude of the maximum deflection becomes a problem. Since the elastic body 109 functions as a leaf spring, the larger the deflection amount, the more the probe 11
0 The pressing force acting between the tip and the surface of the sample 113 increases, and in the worst case, the probe 110 and the surface of the sample 113 are damaged. Also, from the viewpoint of wear of the probe 110, it is desirable that the pressing force be small.
【０００８】また、探針１１０と試料１１３の材料定
数、形状、測定精度等から、許容される押し付け力が定
まれば、許容される最大たわみ量も定まるため、試料１
１３の垂直方向の測定レンジはこれで制限を受ける。ま
た、従来技術に述べたような、個々のプローブにアクチ
ュエータを配する構成においても、アクチュエータの動
作範囲があるため、同様に変位量ｄが大きければ、試料
１１３の垂直方向の測定レンジは制限を受ける。Further, if the allowable pressing force is determined from the material constant, shape, measurement accuracy, and the like of the probe 110 and the sample 113, the maximum allowable deflection is determined.
The thirteen vertical measurement ranges are now limited. Also, in the configuration in which an actuator is provided for each probe as described in the related art, since the actuator has an operating range, similarly, if the displacement d is large, the measurement range of the sample 113 in the vertical direction is limited. receive.
【０００９】そこで、本発明は、上記課題を解決するた
め、試料とプローブの破損を最小限に押さえながら、よ
り広い高さ方向の測定レンジをもつ広範囲な試料面を、
高分解能かつ高速に測定し、情報を検出することができ
る複数のプローブを備えた走査型プローブを有する情報
検出装置及び情報検出方法、特に、走査型プローブ顕微
鏡に適した情報検出装置及び情報検出方法を提供するも
のである。In order to solve the above problems, the present invention provides a wide sample surface having a wider measurement range in the height direction while minimizing damage to the sample and the probe.
Information detection apparatus and information detection method having a scanning probe having a plurality of probes capable of measuring and detecting information at high resolution and high speed, and in particular, an information detection apparatus and an information detection method suitable for a scanning probe microscope Is provided.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために、つぎの（１）〜（８）のように構成した
走査型プローブを有する情報検出装置及び情報検出方法
を提供する。 （１）複数のプローブを一体として試料に対し相対走査
して該試料上の情報を取得する走査型プローブを有する
情報検出装置において、前記複数のプローブの各探針の
先端の位置関係を記憶する位置関係記憶手段と、前記複
数のプローブの各探針の変位量を検出する変位量検出手
段と、前記複数のプローブを一体として試料との相対的
角度を変化させる角度制御手段と、前記複数のプローブ
を一体として試料との相対的位置を制御する位置制御手
段と、を有し、前記変位量の最大値が小さくなるように
前記複数のプローブを一体として試料との相対的角度と
間隔を制御してプローブを走査することを特徴とする情
報検出装置。 （２）前記角度制御手段が、前記変位量検出手段による
変位量の最大値と最小値と、前記位置関係記憶手段によ
り記憶された前記複数のプローブの各探針の先端の位置
関係から、該変位量の最大値と最小値の差が小さくなる
ように角度制御量を演算する角度制御量演算手段を有す
ることを特徴とする上記（１）に記載の情報検出装置。 （３）位置制御手段が、前記変位量の最小となるプロー
ブの変位量が一定となるようにプローブと試料との間隔
を制御するための位置制御量の計算を行う位置制御量演
算手段を有することを特徴とする上記（１）または
（２）に記載の情報検出装置。 （４）前記位置制御量と、前記変位量、前記角度制御
量、及び前記位置関係とから、前記試料の表面形状の情
報を合成する情報合成手段を有することを特徴とする上
記（１）〜（３）のいずれかに記載の情報検出装置。 （５）複数のプローブを一体として試料に対し相対走査
して該試料上の情報を取得する走査型プローブを有する
情報検出方法において、前記複数のプローブの各探針の
変位量を検出し、前記変位量の最大値が小さくなるよう
に前記複数のプローブを一体として試料との相対的角度
と間隔を制御してプローブを走査することを特徴とする
情報検出方法。 （６）前記複数のプローブと試料との相対的角度の変化
が、前記変位量検出手段による変位量の最大値と最小値
と、あらかじめ記憶された前記複数のプローブの各探針
の先端の位置関係とから、該変位量の最大値と最小値の
差が小さくなるように演算された角度制御量を用いて行
われることを特徴とする上記（５）に記載の情報検出方
法。 （７）前記位置制御が、前記変位量の最小となるプロー
ブの変位量が一定となるようにプローブと試料との間隔
を制御する位置制御量の計算に基づいて行われることを
特徴とする上記（５）または（６）に記載の情報検出方
法。 （８）前記位置制御量と、前記変位量、前記角度制御
量、及び前記あらかじめ記憶された前記複数のプローブ
の各探針の先端の位置関係とから、前記試料の表面形状
を計算して合成することを特徴とする上記（７）に記載
の情報検出方法。According to the present invention, there is provided an information detecting apparatus and an information detecting method having a scanning probe configured as described in the following (1) to (8). . (1) In an information detecting apparatus having a scanning probe for acquiring information on a sample by performing relative scanning with respect to the sample by integrating a plurality of probes, a positional relationship between tips of the probes of the plurality of probes is stored. Positional relationship storage means, displacement amount detecting means for detecting the displacement amount of each probe of the plurality of probes, angle control means for changing the relative angle with the sample by integrating the plurality of probes, and the plurality of Position control means for controlling a relative position with respect to the sample integrally with the probe, and controlling a relative angle and an interval between the plurality of probes and the sample so that the maximum value of the displacement amount is reduced. An information detecting device, which scans a probe by using the information detecting device. (2) The angle control means determines the maximum value and the minimum value of the displacement amount by the displacement amount detection means and the positional relationship between the tips of the probes of the plurality of probes stored by the positional relationship storage means. The information detection device according to (1), further including an angle control amount calculation unit that calculates the angle control amount such that a difference between the maximum value and the minimum value of the displacement amount becomes small. (3) The position control means has position control amount calculating means for calculating a position control amount for controlling the distance between the probe and the sample such that the displacement amount of the probe that minimizes the displacement amount is constant. The information detecting device according to the above (1) or (2), wherein (4) There is provided information synthesizing means for synthesizing information of the surface shape of the sample from the position control amount, the displacement amount, the angle control amount, and the positional relationship. The information detection device according to any one of (3). (5) In an information detection method including a scanning probe for acquiring information on a sample by performing relative scanning with respect to a sample by integrating a plurality of probes, detecting a displacement amount of each probe of the plurality of probes, An information detection method, wherein the plurality of probes are integrated so as to reduce the maximum value of the displacement amount, and the probes are scanned while controlling the relative angle and interval with respect to a sample. (6) The change in the relative angle between the plurality of probes and the sample is determined by the maximum value and the minimum value of the displacement amount by the displacement amount detection means, and the position of the tip of each probe of the plurality of probes stored in advance. The information detection method according to the above (5), wherein the method is performed using an angle control amount calculated so as to reduce a difference between the maximum value and the minimum value of the displacement amount based on the relationship. (7) The position control is performed based on calculation of a position control amount for controlling an interval between the probe and the sample such that the displacement amount of the probe that minimizes the displacement amount is constant. The information detection method according to (5) or (6). (8) The surface shape of the sample is calculated and synthesized from the position control amount, the displacement amount, the angle control amount, and the previously stored positional relationship of the tips of the probes of the plurality of probes. The information detecting method according to the above (7), wherein
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】上記した構成によって、一体とな
って測定試料と相対動作する複数本の測定プローブを有
するプローブアレイを用いた走査型プローブ顕微鏡にお
いて、探針の変位量がそれぞれ、最大、最小となるプロ
ーブとそれらの変位量を検出し、両者の変位量の差が小
さくなるようにプローブの角度を制御し、変位量最小と
なるプローブの変位量が一定となるようにプローブアレ
イと試料との間隔を制御しながら走査を行う事により、
探針の試料に対する最大押し付け力を小さくし、両者の
損傷を小さくすることが出来る。また、上記構成による
と、許容される押し付け力の範囲において、測定できる
試料面垂直方向の測定レンジを実効的に拡大することが
出来る。さらに、前記動作に加えて、各プローブの探針
の変位量、前記各制御量、あらかじめ記憶された、プロ
ーブの探針先端の相対的な位置関係から、試料の表面形
状を計算、合成することにより、簡便なプローブで、大
面積の形状情報を安全かつ高速に取得可能な原子間力顕
微鏡を構成できる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to the above-described configuration, in a scanning probe microscope using a probe array having a plurality of measurement probes integrally moving relative to a measurement sample, the displacement of the probe is maximized. Detecting the minimum probe and the amount of displacement between them, controlling the angle of the probe so that the difference between the two displacements is small, and setting the probe array and sample so that the displacement of the probe that minimizes the displacement is constant By scanning while controlling the interval between
The maximum pressing force of the probe against the sample can be reduced, and both damages can be reduced. Further, according to the above configuration, the measurable measurement range in the direction perpendicular to the sample surface can be effectively expanded within the range of the allowable pressing force. Further, in addition to the above operation, calculating and synthesizing the surface shape of the sample from the amount of displacement of the probe of each probe, each of the control amounts, and the previously stored relative positional relationship of the probe tip of the probe. Accordingly, an atomic force microscope capable of acquiring large-area shape information safely and at high speed with a simple probe can be configured.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、図に基づいて、本発明の実施例につい
て説明する。まず、実施例の説明に先立ち、本発明の原
理について説明する。図４は、本発明の原理を説明する
ためのプローブアレイ１１２と試料１１３が面あわせさ
れた状態から、両者のなす角度をθだけ変化させてか
ら、すべての探針１０９が試料１１３に接触するように
両者を接近させた様子の模式図である。なお、説明のた
め、配線及び、プローブの大きさについては強調して示
してある。この時、探針１１０の最大変位量すなわち弾
性体１０９の最大たわみ量は図４中のｄ’であり、図３
中のｄに対して、この例ではｄ’＜ｄなる関係が成り立
っていることが分かる。また、一般的に実際の測定時に
はこれに加えて、所定の押し込み量ｄ0を与えて走査す
る。このため、変位最小のプローブの変位量がｄ0、変
位最大のプローブの変位量がｄ0＋ｄ’となる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, prior to the description of the embodiments, the principle of the present invention will be described. FIG. 4 shows that all the probes 109 come into contact with the sample 113 after changing the angle between the probe array 112 and the sample 113 for the purpose of explaining the principle of the present invention by changing the angle between them by θ. FIG. 3 is a schematic diagram of a state in which both are brought closer to each other. For the sake of explanation, the sizes of the wiring and the probe are emphasized. At this time, the maximum displacement of the probe 110, that is, the maximum deflection of the elastic body 109 is d 'in FIG.
It can be seen that the relation d ′ <d is established in this example for d in FIG. Further, at the time generally actual measurement in addition to, scans gives a predetermined pressing amount d 0. Therefore, the displacement of the probe with the smallest displacement is d 0 , and the displacement of the probe with the largest displacement is d 0 + d ′.
【００１３】このようにｄ’＜ｄなる関係を与えるθは
一般に存在し、このような角度変化を行う事により、プ
ローブアレイ１１２に含まれる探針１１０の最大変位量
すなわち弾性体１０９の最大たわみ量を小さく出来る。
弾性体１０９は構造上、板ばねとして作用するため、探
針１１０の試料１１３に対する最大押し付け力を小さく
し、両者の損傷を小さくすることが出来る。あるいは、
許容される押し付け力の範囲において、測定できる試料
１１３面垂直方向の測定レンジを実効的に拡大すること
が出来る。As described above, θ which gives the relation d ′ <d generally exists, and by performing such an angle change, the maximum displacement of the probe 110 included in the probe array 112, that is, the maximum deflection of the elastic body 109 is obtained. The amount can be reduced.
Since the elastic body 109 functions as a leaf spring in structure, the maximum pressing force of the probe 110 against the sample 113 can be reduced, and damage to both can be reduced. Or,
Within the range of the allowable pressing force, the measurement range in the direction perpendicular to the surface of the sample 113 that can be measured can be effectively expanded.
【００１４】図１に示すように、複数のプローブ１１１
からなるプローブアレイ１１２が、試料１１３の表面に
対向するように配置される。プローブアレイ１１２はα
β駆動ステージ１０７にとりつけられており、試料１１
３は、ｘｙｚ駆動ステージ１０８に取り付けられる。プ
ローブアレイ１１２は、半導体プロセスにより、図５に
示すように平面内に格子点状に並んだ形で一体成形され
る。各プローブ１１１において、探針１１０は、Ｓｉで
構成される弾性体１０９により支持される。弾性体１０
９の表面には、Ａｓを打ち込むことで、図２に示すよう
に、ピエゾ抵抗層２０１が形成されており、弾性体の変
形によって生じる応力に応じて、抵抗値が変化する。As shown in FIG. 1, a plurality of probes 111
Is arranged so as to face the surface of the sample 113. The probe array 112 is α
The sample 11 attached to the β drive stage 107
3 is attached to the xyz drive stage 108. As shown in FIG. 5, the probe array 112 is integrally formed by a semiconductor process so as to be arranged in a plane at lattice points. In each probe 111, the probe 110 is supported by an elastic body 109 made of Si. Elastic body 10
As shown in FIG. 2, a piezoresistive layer 201 is formed on the surface of 9 by implanting As, and the resistance value changes according to the stress generated by the deformation of the elastic body.
【００１５】条件記憶回路１０２は、プローブアレイ１
１２における各探針先端の位置関係を記憶している。こ
の位置関係は、Ｓｉ基板上の金属薄膜に、ＦＩＢ（フォ
ーカシングイオンビーム）描画装置で、位置情報を記録
した、既知の校正用試料を試料１１３を測定する前に同
一のプローブアレイ１１２を用いて観察することにより
あらかじめ測定しておく。変位量検出回路１０４はプロ
ーブアレイ１１２の弾性体１０９すべてのたわみ量を検
出し、情報合成回路１０１に送る。また、弾性体１０９
のうち、たわみ量が最大であるものと最小であるものを
検出し、それらのたわみ量とそれらがどのプローブであ
るかを角度制御量演算回路１１４と位置制御量演算回路
１０３に送る。The condition storage circuit 102 includes the probe array 1
12 stores the positional relationship between the tips of the probes. This positional relationship is determined by using a same probe array 112 before measuring a known calibration sample in which positional information is recorded on a metal thin film on a Si substrate with a FIB (focusing ion beam) lithography apparatus. Measure beforehand by observation. The displacement amount detection circuit 104 detects the amount of deflection of all the elastic bodies 109 of the probe array 112 and sends it to the information synthesis circuit 101. Also, the elastic body 109
Among them, those having the maximum and minimum deflection amounts are detected, and the deflection amounts and which probes are transmitted to the angle control amount calculation circuit 114 and the position control amount calculation circuit 103.
【００１６】角度制御量演算回路１１４はたわみ量が最
大、最小を示したプローブの位置関係と距離を条件記憶
回路１０２から引き出し、これとたわみ量から角度制御
量を演算し、角度制御回路１０５と情報合成回路１０１
及び、位置制御量演算回路１０３に送る。角度制御回路
１０５は、αβ駆動ステージ１０７を駆動して、試料１
１３とプローブアレイ１１２との相対角度を変化させ
る。位置制御量演算回路１０３は変位量検出回路１０４
からのたわみ最小となるプローブとそのたわみ量、角度
制御量演算回路１１４からの角度制御量を元に、条件記
憶回路からたわみ最小となるプローブのプローブアレイ
１１２における位置を引き出し、位置制御量を演算し、
位置制御回路１０６、情報合成回路１０１に送る。位置
制御回路１０６は、ｘｙｚ駆動ステージ１０８を駆動し
て、試料１１３とプローブアレイ１１２との相対位置を
変化させる。The angle control amount calculation circuit 114 extracts from the condition storage circuit 102 the positional relationship and the distance of the probe showing the maximum and minimum deflection amount, calculates the angle control amount from this and the deflection amount. Information synthesis circuit 101
Then, it is sent to the position control amount calculation circuit 103. The angle control circuit 105 drives the αβ drive stage 107 to
The relative angle between the probe 13 and the probe array 112 is changed. The position control amount calculation circuit 103 is a displacement amount detection circuit 104
From the condition storage circuit, the position of the probe having the minimum deflection in the probe array 112 is derived based on the probe that minimizes the deflection from the probe, the deflection amount thereof, and the angle control amount from the angle control amount calculation circuit 114, and the position control amount is calculated. And
The position control circuit 106 sends the information to the information synthesis circuit 101. The position control circuit 106 drives the xyz drive stage 108 to change the relative position between the sample 113 and the probe array 112.
【００１７】情報合成回路１０１は、変位量検出回路１
０４で検出したプローブのたわみ、位置制御量演算回路
１０３の制御量、角度制御量演算回路１１４の制御量、
条件記憶回路１０２に記憶された各探針先端の位置関係
から、試料１１３の形状分布情報を合成する。なお、本
実施例では、探針１１０の変位量の検出に弾性体１０９
のたわみによるピエゾ抵抗層２０１の抵抗変化を用いた
が、もちろんこれは、光てこ等、他の変位検出手段でも
かまわない。The information synthesizing circuit 101 includes a displacement detecting circuit 1
The deflection of the probe detected in 04, the control amount of the position control amount calculation circuit 103, the control amount of the angle control amount calculation circuit 114,
The shape distribution information of the sample 113 is synthesized from the positional relationship between the tips of the probes stored in the condition storage circuit 102. In the present embodiment, the elastic body 109 is used for detecting the displacement of the probe 110.
Although the change in resistance of the piezoresistive layer 201 due to the deflection is used, it is a matter of course that other displacement detecting means such as an optical lever may be used.
【００１８】また、本実施例では、試料１１３の表面形
状を測定する原子間力顕微鏡としての装置構成例を示し
たが、走査中に別の物理量を同時に検出することで、例
えば、近接場光学顕微鏡、静電容量顕微鏡等、他の走査
型プローブ顕微鏡装置にも本発明は適用可能である。ま
た、特開平３−２８７００６号公報に見られるような、
個々のプローブにアクチュエータを持ち、それぞれで、
探針先端と試料との距離を調節する構成の装置にも応用
可能であり、この場合、試料面垂直方向の局所的な測定
レンジは個々のアクチュエータの動作レンジで制限を受
けるため、探針先端の変位すなわち個々のアクチュエー
タの変位を検出し、これを用いて同様の制御を行うこと
により、測定レンジを実効的に拡大することができる。In this embodiment, an example of an apparatus configuration as an atomic force microscope for measuring the surface shape of the sample 113 has been described. However, by simultaneously detecting another physical quantity during scanning, for example, near-field optical The present invention is also applicable to other scanning probe microscope devices such as a microscope and a capacitance microscope. Further, as disclosed in JP-A-3-287006,
Each probe has an actuator, each with
It is also applicable to a device that adjusts the distance between the tip of the probe and the sample. In this case, the local measurement range in the direction perpendicular to the sample surface is limited by the operating range of each actuator. , That is, the displacement of each actuator, and the same control is performed using the displacement, thereby effectively expanding the measurement range.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明による
と、一体となって測定試料と相対動作する複数本の測定
プローブを有するプローブアレイを用いた走査型プロー
ブ顕微鏡において、探針の変位量がそれぞれ、最大、最
小となるプローブとそれらの変位量を検出し、両者の変
位量の差が小さくなるようにプローブの角度を制御し、
変位量最小となるプローブの変位量が一定となるように
プローブアレイと試料との間隔を制御しながら走査を行
うことにより、探針の試料に対する最大押し付け力を小
さくし、両者の損傷を小さくすることができる。また、
本発明によると、許容される押し付け力の範囲におい
て、測定できる試料面垂直方向の測定レンジを実効的に
拡大することができる。さらに、本発明によると、前記
動作に加えて、各プローブの探針の変位量、前記各制御
量、あらかじめ記憶されたプローブの探針先端の相対的
な位置関係から、試料の表面形状を計算し、合成するこ
とにより、例えば、簡便なプローブで、大面積の形状情
報を安全かつ高速に取得可能な原子間力顕微鏡を構成す
ることができる。As described above, according to the present invention, in a scanning probe microscope using a probe array having a plurality of measurement probes integrally operating relative to a measurement sample, the displacement of the probe Respectively detect the maximum and minimum probes and their displacements, and control the probe angle so that the difference between the two displacements is small,
By performing scanning while controlling the distance between the probe array and the sample so that the displacement of the probe that minimizes the displacement is constant, the maximum pressing force of the probe against the sample is reduced, and damage to both is reduced. be able to. Also,
According to the present invention, the measurable measurement range in the direction perpendicular to the sample surface can be effectively expanded within the range of the allowable pressing force. Further, according to the present invention, in addition to the above operation, the surface shape of the sample is calculated from the displacement of the probe of each probe, each of the control amounts, and the relative positional relationship of the probe tip of the probe stored in advance. Then, by synthesizing, for example, an atomic force microscope capable of acquiring large-area shape information safely and at high speed with a simple probe can be configured.
【図１】本発明の実施例における表面観察装置の構成を
説明する図。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a surface observation device according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施例におけるプローブの構成を説明
する図。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a probe according to an embodiment of the present invention.
【図３】本発明において解決すべき課題を説明する図。FIG. 3 illustrates a problem to be solved in the present invention.
【図４】本発明の原理を説明する図。FIG. 4 illustrates the principle of the present invention.
【図５】本発明の実施例におけるプローブアレイの構成
を説明する図。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a probe array according to an embodiment of the present invention.
１０１：情報合成回路 １０２：条件記憶回路 １０３：位置制御量演算回路 １０４：変位量検出回路 １０５：角度制御回路 １０６：位置制御回路 １０７：αβ駆動ステージ １０８：ｘｙｚ駆動ステージ １０９：弾性体 １１０：探針 １１１：プローブ １１２：プローブアレイ １１３：試料 １１４：角度制御量演算回路 ２０１：ピエゾ抵抗層 101: information synthesis circuit 102: condition storage circuit 103: position control amount calculation circuit 104: displacement amount detection circuit 105: angle control circuit 106: position control circuit 107: αβ drive stage 108: xyz drive stage 109: elastic body 110: search Needle 111: Probe 112: Probe array 113: Sample 114: Angle control amount calculation circuit 201: Piezoresistive layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F069 AA57 AA60 DD06 DD15 DD19 DD20 GG01 GG06 GG15 GG35 GG39 GG52 GG56 GG58 GG66 HH04 JJ04 JJ25 MM04 MM17 MM21 MM24 MM32 NN12 PP02 QQ05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F069 AA57 AA60 DD06 DD15 DD19 DD20 GG01 GG06 GG15 GG35 GG39 GG52 GG56 GG58 GG66 HH04 JJ04 JJ25 MM04 MM17 MM21 MM24 MM32 NN12 PP02 QQ05
Claims (8)
対走査して該試料上の情報を取得する走査型プローブを
有する情報検出装置において、前記複数のプローブの各
探針の先端の位置関係を記憶する位置関係記憶手段と、
前記複数のプローブの各探針の変位量を検出する変位量
検出手段と、前記複数のプローブを一体として試料との
相対的角度を変化させる角度制御手段と、前記複数のプ
ローブを一体として試料との相対的位置を制御する位置
制御手段と、を有し、前記変位量の最大値が小さくなる
ように前記複数のプローブを一体として試料との相対的
角度と間隔を制御してプローブを走査することを特徴と
する情報検出装置。An information detection apparatus having a scanning probe for acquiring information on a sample by relatively scanning a sample integrally with the plurality of probes, wherein the positional relationship between the tips of the probes of the plurality of probes is determined. Positional relationship storage means for storing;
A displacement amount detecting means for detecting a displacement amount of each probe of the plurality of probes, an angle control means for changing a relative angle with a sample by integrating the plurality of probes, and a sample by integrating the plurality of probes. Position control means for controlling the relative position of the plurality of probes, and scanning the probes by controlling the relative angle and interval with the sample so that the plurality of probes are integrated so that the maximum value of the displacement amount is reduced. An information detecting device characterized by the above-mentioned.
による変位量の最大値と最小値と、前記位置関係記憶手
段により記憶された前記複数のプローブの各探針の先端
の位置関係から、該変位量の最大値と最小値の差が小さ
くなるように角度制御量を演算する角度制御量演算手段
を有することを特徴とする請求項１に記載の情報検出装
置。2. The method according to claim 1, wherein the angle control means determines a maximum value and a minimum value of the displacement amount by the displacement amount detecting means and a positional relationship between the tips of the probes of the plurality of probes stored by the positional relationship storing means. 2. The information detecting apparatus according to claim 1, further comprising an angle control amount calculating means for calculating an angle control amount such that a difference between the maximum value and the minimum value of the displacement amount becomes small.
プローブの変位量が一定となるようにプローブと試料と
の間隔を制御するための位置制御量の計算を行う位置制
御量演算手段を有することを特徴とする請求項１または
請求項２に記載の情報検出装置。3. A position control amount calculating means for calculating a position control amount for controlling an interval between a probe and a sample such that the displacement amount of the probe which minimizes the displacement amount is constant. The information detection device according to claim 1, wherein the information detection device includes:
制御量、及び前記位置関係とから、前記試料の表面形状
の情報を合成する情報合成手段を有することを特徴とす
る請求項１〜３のいずれか１項に記載の情報検出装置。4. An information synthesizing means for synthesizing information on the surface shape of the sample from the position control amount, the displacement amount, the angle control amount, and the positional relationship. The information detection device according to any one of claims 1 to 3.
対走査して該試料上の情報を取得する走査型プローブを
有する情報検出方法において、前記複数のプローブの各
探針の変位量を検出し、前記変位量の最大値が小さくな
るように前記複数のプローブを一体として試料との相対
的角度と間隔を制御してプローブを走査することを特徴
とする情報検出方法。5. An information detecting method comprising a scanning probe for acquiring information on a sample by scanning a sample relative to the sample by integrating a plurality of probes, wherein a displacement of each probe of the plurality of probes is detected. An information detection method, wherein the plurality of probes are integrated so as to reduce the maximum value of the displacement amount, and the relative angles and the distance to the sample are controlled to scan the probes.
の変化が、前記変位量検出手段による変位量の最大値と
最小値と、あらかじめ記憶された前記複数のプローブの
各探針の先端の位置関係とから、該変位量の最大値と最
小値の差が小さくなるように演算された角度制御量を用
いて行われることを特徴とする請求項５に記載の情報検
出方法。6. A change in the relative angle between the plurality of probes and the sample includes a maximum value and a minimum value of a displacement amount by the displacement amount detecting means, and a tip of each probe of the plurality of probes stored in advance. 6. The information detection method according to claim 5, wherein the position detection is performed using an angle control amount calculated such that a difference between the maximum value and the minimum value of the displacement amount is reduced based on the positional relationship.
プローブの変位量が一定となるようにプローブと試料と
の間隔を制御する位置制御量の計算に基づいて行われる
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の情報
検出方法。7. The method according to claim 1, wherein the position control is performed based on a calculation of a position control amount for controlling an interval between the probe and the sample such that the displacement amount of the probe that minimizes the displacement amount is constant. The information detecting method according to claim 5 or 6, wherein the information is detected.
制御量、及び前記あらかじめ記憶された前記複数のプロ
ーブの各探針の先端の位置関係とから、前記試料の表面
形状を計算して合成することを特徴とする請求項７に記
載の情報検出方法。8. A surface shape of the sample is calculated from the position control amount, the displacement amount, the angle control amount, and the pre-stored positional relationship of the tips of the probes of the plurality of probes. The information detection method according to claim 7, wherein the information is combined.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37026999A JP2001183283A (en) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | Information detector having scanning probe and information detecting method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37026999A JP2001183283A (en) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | Information detector having scanning probe and information detecting method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001183283A true JP2001183283A (en) | 2001-07-06 |
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ID=18496478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37026999A Pending JP2001183283A (en) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | Information detector having scanning probe and information detecting method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001183283A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008256511A (en) * | 2007-04-04 | 2008-10-23 | Asmo Co Ltd | Surface inspection device and surface inspection method |
-
1999
- 1999-12-27 JP JP37026999A patent/JP2001183283A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2008256511A (en) * | 2007-04-04 | 2008-10-23 | Asmo Co Ltd | Surface inspection device and surface inspection method |
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