JPH11101862A - Minute region observation device - Google Patents
Minute region observation deviceInfo
- Publication number
- JPH11101862A JPH11101862A JP26247597A JP26247597A JPH11101862A JP H11101862 A JPH11101862 A JP H11101862A JP 26247597 A JP26247597 A JP 26247597A JP 26247597 A JP26247597 A JP 26247597A JP H11101862 A JPH11101862 A JP H11101862A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sensor
- measured
- micro
- distance
- observation apparatus
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、磁性材料や半導
体材料、超伝導材料などの表面を走査し、被測定物から
発生する磁気や電荷等の物性を検出して分布を表示する
微小領域観察装置に関し、被測定物と物性を検出するセ
ンサーとの距離制御機構とその制御方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micro-area observation for scanning a surface of a magnetic material, a semiconductor material, a superconducting material, and the like, detecting physical properties such as magnetism and charges generated from an object to be measured, and displaying a distribution. The present invention relates to a distance control mechanism between an object to be measured and a sensor for detecting physical properties and a control method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】磁性材料などの被測定物に欠陥が存在す
ると、被測定物表面の磁束密度が変化する。そのため、
被測定物の表面付近を磁気センサーで走査して磁束密度
を計測することにより、被測定物の欠陥部位を検出する
ことができる。被測定物から出力される磁気や電荷など
の信号を、第一のセンサーを用いて検出する場合、空間
分解能やSN比を向上させるために、被測定物と第一の
センサーとの間の距離を近く設定する必要性がある。従
来の微小領域観察装置は、被測定物と第一のセンサーを
接触させ、被測定物の凹凸により第一のセンサーが上下
可能な構成としていた。2. Description of the Related Art When a defect is present in an object such as a magnetic material, the magnetic flux density on the surface of the object changes. for that reason,
By measuring the magnetic flux density by scanning the vicinity of the surface of the measured object with a magnetic sensor, a defective portion of the measured object can be detected. When signals such as magnetism and electric charge output from the device under test are detected using the first sensor, the distance between the device under test and the first sensor is increased in order to improve the spatial resolution and SN ratio. Need to be set close. The conventional micro-area observation apparatus has a configuration in which an object to be measured and a first sensor are brought into contact with each other, and the first sensor can be moved up and down due to unevenness of the object to be measured.
【0003】図2は第一のセンサーとして超伝導磁気セ
ンサー(SQUID)を用いた従来の微小領域観察装置
の一例を示した構成図である。微小領域観察装置は少な
くともSQUID11、プローブ31、走査ステージ4
1、 クライオスタット51、解析表示システム60、
で構成される。クライオスタット51は真空断熱層を有
し、冷媒52を保持する容器である。クライオスタット
51内にSQUID11を保持するプローブ31を挿入
することでSQUID11を超伝導状態に保つことがで
きる装置である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of a conventional minute area observation apparatus using a superconducting magnetic sensor (SQUID) as a first sensor. At least the SQUID 11, the probe 31, and the scanning stage 4
1. Cryostat 51, analysis display system 60,
It consists of. The cryostat 51 is a container having a vacuum heat insulating layer and holding a refrigerant 52. This is a device that can keep the SQUID 11 in a superconductive state by inserting the probe 31 holding the SQUID 11 into the cryostat 51.
【0004】解析表示システム60は、SQUID11
を用いて計測した磁束密度データを、平均やフーリエ変
換などによる解析を行い、表示するシステムである。走
査ステージ41は被測定物20を載せて走査する装置で
ある。走査ステージ41はSQUID11と被測定物2
0との相対位置を変えるための機構である。XY方向で
はSQUID11で被測定物20の任意の範囲を走査す
るために用い、またZ軸方向は個々の被測定物20の厚
さにより変化するSQUID11と被測定物20との間
隔を調整するために用いる。[0004] The analysis display system 60 uses the SQUID 11
This system analyzes and displays the magnetic flux density data measured by using averaging and Fourier transform. The scanning stage 41 is a device that scans while placing the device under test 20 on the device. The scanning stage 41 includes the SQUID 11 and the DUT 2
This is a mechanism for changing the position relative to 0. In the XY directions, the SQUID 11 is used to scan an arbitrary range of the DUT 20, and in the Z-axis direction, the distance between the SQUID 11 and the DUT 20 is changed depending on the thickness of each DUT 20. Used for
【0005】走査ステージコントローラ42は、走査ス
テージ41の動作を制御する装置である。プローブ31
へのSQUID11の装着は、プローブ31に固定して
いる蝶番36にSQUID11を固定することで行う。
蝶番36はバネ37に接触しており、被測定物20の表
面形状により角度が変わる。[0005] The scanning stage controller 42 is a device for controlling the operation of the scanning stage 41. Probe 31
The SQUID 11 is attached to the probe 31 by fixing the SQUID 11 to a hinge 36 fixed to the probe 31.
The hinge 36 is in contact with the spring 37, and the angle changes depending on the surface shape of the DUT 20.
【0006】第一のセンサー用駆動装置12はSQUI
D11を駆動し、検出した磁気信号を電圧信号として出
力する装置である。被測定物20の測定は、被測定物表
面をSQUID11で走査して行う。走査は被測定物の
表面にSQUID11を接触させて行う。被測定物20
の表面に傾きや凹凸が有る場合でも、SQUID11を
固定している蝶番の角度が変わることにより、常に被測
定物20とSQUID11が接触する構造となってい
る。[0006] The first sensor driving device 12 is an SQUID.
This is a device that drives D11 and outputs a detected magnetic signal as a voltage signal. The measurement of the DUT 20 is performed by scanning the surface of the DUT with the SQUID 11. The scanning is performed by bringing the SQUID 11 into contact with the surface of the object to be measured. DUT 20
Even if the surface has a tilt or irregularities, the object to be measured 20 and the SQUID 11 are always in contact by changing the angle of the hinge fixing the SQUID 11.
【0007】得られたデータを解析表示システム60で
解析表示することで、被測定物20の欠陥を検出する。[0007] The obtained data is analyzed and displayed by the analysis and display system 60 to detect a defect of the device under test 20.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の微小領域
観察装置では、被測定物と第一のセンサーが接触するた
め、被測定物や第一のセンサーが損傷する可能性があっ
た。また、被測定物の傾きや凹凸により生じる被測定物
と第一のセンサー間距離を蝶番の角度変化により相殺す
るために、被測定物に対する第一のセンサーの角度が被
測定物の部位により変化し、第一のセンサーの検出感度
が変わるという問題があった。In the above-described conventional micro-area observation apparatus, since the object to be measured contacts the first sensor, there is a possibility that the object to be measured and the first sensor may be damaged. Also, the angle of the first sensor with respect to the DUT changes depending on the position of the DUT in order to offset the distance between the DUT and the first sensor caused by the tilt and unevenness of the DUT by the change in the hinge angle. However, there is a problem that the detection sensitivity of the first sensor changes.
【0009】[0009]
(第1の手段)本発明は、上記の課題を解決するため
に、第一のセンサーと被測定物間の距離を計測する第二
のセンサーおよびプローブの移動機構を設置し、第一の
センサーと被測定物との間隔を非接触に制御可能な構造
とした。 (第2の手段)第1の手段にさらに、第一のセンサーと
第二のセンサーの相対位置を自動で調整する機構を設置
する構造とした。 (第3の手段)第二のセンサーと第一のセンサーを一体
形成とした。 (第4の手段)第一のセンサーに穴を設け、磁性体で作
製した第二のセンサーを第一のセンサーの穴に通して設
置する構造とした。(First Means) In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a second sensor for measuring a distance between a first sensor and an object to be measured and a probe moving mechanism, and a first sensor. The distance between the object and the object to be measured can be controlled in a non-contact manner. (Second Means) The first means is further provided with a mechanism for automatically adjusting the relative position between the first sensor and the second sensor. (Third Means) The second sensor and the first sensor are integrally formed. (Fourth Means) The first sensor is provided with a hole, and the second sensor made of a magnetic material is installed through the hole of the first sensor.
【0010】第1の手段による微小領域観察装置の構造
によれば、第一のセンサーと被測定物間の距離を計測
し、距離が一定となるように制御することが可能となる
ため、第一のセンサーは被測定物を非接触で走査でき、
第一のセンサーおよび被測定物を損傷させることなく高
空間分解能で被測定物の物性を計測することが可能であ
る。また、被測定物の表面形状に傾きや凹凸が存在して
も、移動機構により第一のセンサーを垂直移動すること
で常に第一のセンサーと被測定物間の距離を一定にする
ため、被測定物に対する第一のセンサーの角度が変化す
ることがなく、被測定物のどの位置においても同一の感
度で計測することができる。[0010] According to the structure of the micro area observation apparatus according to the first means, it is possible to measure the distance between the first sensor and the object to be measured and to control the distance so as to be constant. One sensor can scan the measured object without contact,
It is possible to measure the physical properties of the measured object with high spatial resolution without damaging the first sensor and the measured object. Even if the surface shape of the device under test has an inclination or irregularities, the distance between the first sensor and the device under test is always kept constant by vertically moving the first sensor by the moving mechanism. The angle of the first sensor with respect to the measurement object does not change, and measurement can be performed with the same sensitivity at any position on the measurement object.
【0011】第2の手段により、手動では困難な微小な
相対位置を調整することが可能となる。また、例えば極
低温などの測定環境下でも、被測定物に対する第一のセ
ンサーおよび第二のセンサーの間隔を等しくすることが
できるため、第一のセンサーと第二のセンサーとの熱収
縮率が異なる場合などでも、第一のセンサーと被測定物
間の間隔を正確に計測制御することが可能となる。By the second means, it is possible to adjust a minute relative position which is difficult to manually perform. In addition, for example, even in a measurement environment such as cryogenic temperature, the distance between the first sensor and the second sensor with respect to the measured object can be equalized, so that the heat shrinkage rate between the first sensor and the second sensor is reduced. Even in the case of being different, it is possible to accurately measure and control the interval between the first sensor and the object to be measured.
【0012】第3の手段により、距離計測と物性検出を
同じ位置で行うため、被測定物と第一のセンサーの間隔
を常に正確に一定に保つことができ、第一のセンサーお
よび被測定物を損傷させることなく高空間分解能で物性
を計測することが可能である。第4の手段により、第一
のセンサーとして磁気センサーを用いた場合、前記磁気
センサーの検出部が大きい場合や前記磁気センサーと被
測定物間の間隔が開いた場合でも、被測定物から発生す
る磁束が第二のセンサーの内部を通るため、結果として
前記磁気センサーに磁束が通ることになり、高感度、高
空間分解能で測定することができる。According to the third means, since the distance measurement and the physical property detection are performed at the same position, the distance between the object to be measured and the first sensor can always be kept accurately and constant. It is possible to measure physical properties with high spatial resolution without damaging the object. According to the fourth means, when the magnetic sensor is used as the first sensor, even when the detection unit of the magnetic sensor is large or when the interval between the magnetic sensor and the object is wide, the magnetic sensor is generated from the object. Since the magnetic flux passes through the inside of the second sensor, the magnetic flux passes through the magnetic sensor as a result, and the measurement can be performed with high sensitivity and high spatial resolution.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例について図
面を参照して説明する。 (実施例1)図1は本発明の実施例1を示す微小領域観
察装置の構造を示した図である。第一のセンサーとして
はSQUIDを使用したが、超伝導磁気抵抗素子や電荷
センサーなど他のセンサーでも良い。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a view showing the structure of a micro area observation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. Although the SQUID was used as the first sensor, other sensors such as a superconducting magnetoresistive element and a charge sensor may be used.
【0014】クライオスタット51は真空断熱層を有し
た容器で、冷媒52を保持するとともに冷媒中にSQU
ID11や被測定物20、走査ステージ41などを挿入
し保持する装置である。SQUID11にはNb系のL
ow−Tc−SQUIDを用い、クライオスタット51
に冷媒52として液体ヘリウムを溜めることでSQUI
D11を超伝導状態に保つ。ただし、SQUID11に
はイットリウム系等のHi−Tc−SQUIDを用いて
も良く、その際は、冷媒52として液体窒素を用いるこ
ともできる。The cryostat 51 is a container having a vacuum heat insulating layer, which holds the refrigerant 52 and has a SQUA in the refrigerant.
This is a device for inserting and holding the ID 11, the DUT 20, the scanning stage 41, and the like. SQUID11 has Nb-based L
Using the ow-Tc-SQUID, the cryostat 51
By storing liquid helium as refrigerant 52
D11 is kept in a superconducting state. However, a Hi-Tc-SQUID such as an yttrium-based material may be used for the SQUID 11, and in that case, liquid nitrogen may be used as the refrigerant 52.
【0015】第一のセンサー用駆動装置には、SQUI
D11を駆動し検出した磁気信号を電圧信号として出力
する装置である。解析表示システム60は、第一のセン
サー用駆動装置12から出力される電圧信号を解析して
表示する装置である。クライオスタット内部には測定室
32が設置されている。測定室32はクライオスタット
上部に固定したフランジ53から吊された構造である。
測定室32は天井部分33と側面部分34とで分割が
可能である。天井部分33と側面部分34との接続部
は、測定室内に大気および液体ヘリウムが侵入しないよ
うに真空封止が可能である。真空バルブ38は測定室3
2の真空引きやHeガスの挿入を行うバルブである。測
定室32の内部には被測定物20を固定し移動させる走
査ステージ41が設けられている。The first sensor driving device includes a SQUID
This is a device that drives D11 and outputs a detected magnetic signal as a voltage signal. The analysis display system 60 is a device that analyzes and displays a voltage signal output from the first sensor driving device 12. A measurement chamber 32 is provided inside the cryostat. The measurement chamber 32 has a structure suspended from a flange 53 fixed to the upper part of the cryostat.
The measurement chamber 32 can be divided into a ceiling part 33 and a side part 34. The connection between the ceiling portion 33 and the side portion 34 can be vacuum-sealed so that air and liquid helium do not enter the measurement chamber. The vacuum valve 38 is in the measuring chamber 3
2 is a valve for evacuating and inserting He gas. A scanning stage 41 that fixes and moves the device under test 20 is provided inside the measurement chamber 32.
【0016】走査ステージ41は測定室32の天井部分
33より吊されて固定される。クライオスタット51お
よび測定室32の材料にはステンレスを用いているが、
アルミニウムやFRPなどの材料でもよい。プローブ3
1の上端にはZ軸移動機構35が設けられている。Z軸
移動機構35はモーターと回転−直動変換機構で構成さ
れる。モーターの回転軸は回転−直動変換機構に接続
し、回転−直動変換機構はプローブ31に接続してい
る。モーターを回転させると回転−直動変換機構により
回転が直動に変換され、プローブ31が上下に移動する
構造となっている。The scanning stage 41 is suspended from the ceiling 33 of the measuring chamber 32 and fixed. Stainless steel is used as the material of the cryostat 51 and the measurement chamber 32,
Materials such as aluminum and FRP may be used. Probe 3
A Z-axis moving mechanism 35 is provided at the upper end of 1. The Z-axis moving mechanism 35 includes a motor and a rotation-linear motion conversion mechanism. The rotation axis of the motor is connected to the rotation-linear motion conversion mechanism, and the rotation-linear motion conversion mechanism is connected to the probe 31. When the motor is rotated, the rotation is converted into linear motion by a rotation-linear motion conversion mechanism, and the probe 31 moves up and down.
【0017】プローブ31の下端にはスキャナー70が
接続され、スキャナー70にはSQUID11およびマ
イクロカンチレバー81が固定されている。スキャナー
70は圧電アクチュエータであり、 SQUID11お
よびマイクロカンチレバー81を最大数十μmの範囲で
nmの分解能で走査させることができる。走査ステージ
コントローラ42は走査ステージ41およびスキャナー
70の動作を制御する装置である。A scanner 70 is connected to the lower end of the probe 31, and the SQUID 11 and the microcantilever 81 are fixed to the scanner 70. The scanner 70 is a piezoelectric actuator, and can scan the SQUID 11 and the microcantilever 81 at a resolution of nm within a range of several tens μm at the maximum. The scanning stage controller 42 is a device that controls the operations of the scanning stage 41 and the scanner 70.
【0018】マイクロカンチレバー81とレーザー発信
器91とレーザー検出器92を組み合わせて第二のセン
サーとして用いている。マイクロカンチレバー81は先
端に微小な針を備えた片持ち梁である。被測定物と微小
な針との間に生じる力によってマイクロカンチレバー8
1は変形するため、前記変形を検出することでマイクロ
カンチレバー81と被測定物間の距離を検出することが
できる。マイクロカンチレバー81には鏡面が設けられ
ており、前記鏡面にレーザー発信器91でレーザー光を
照射し、反射光をレーザー検出器92で検出することで
マイクロカンチレバー81の変位を測定する。The micro cantilever 81, the laser transmitter 91 and the laser detector 92 are combined and used as a second sensor. The micro cantilever 81 is a cantilever having a fine needle at the tip. The force generated between the object to be measured and the minute needle causes the micro cantilever 8 to move.
Since 1 is deformed, the distance between the microcantilever 81 and the object to be measured can be detected by detecting the deformation. The microcantilever 81 is provided with a mirror surface, and the mirror surface is irradiated with laser light by a laser transmitter 91 and the reflected light is detected by a laser detector 92 to measure the displacement of the microcantilever 81.
【0019】測定は以下の手順で実施する。測定室32
の側面部分34を天井部分33から外し、被測定物20
を走査ステージ41上に設置する。 Z軸移動機構35
でSQUID11と被測定物20の間隔を粗く調整した
後、測定室32の天井部分33と側面部分34を接続す
る。真空バルブ38より測定室32の真空引きを行った
後、Heガスを挿入する。クライオスタット51に測定
室32を設置し、クライオスタット51内に冷媒52の
液体Heを移送して測定室32の冷却を行う。The measurement is performed according to the following procedure. Measurement room 32
The side part 34 is removed from the ceiling part 33, and the DUT 20
Is set on the scanning stage 41. Z axis moving mechanism 35
After roughly adjusting the distance between the SQUID 11 and the DUT 20, the ceiling portion 33 and the side portion 34 of the measurement room 32 are connected. After the measurement chamber 32 is evacuated by the vacuum valve 38, He gas is inserted. The measurement chamber 32 is installed in the cryostat 51, and the liquid He of the refrigerant 52 is transferred into the cryostat 51 to cool the measurement chamber 32.
【0020】液体Heの移送後レーザー光の光軸合わせ
を行い、Z軸移動機構35およびスキャナー70にて被
測定物20とSQUID11の間隔を縮めていく。マイ
クロカンチレバー81の変位が一定となるようにスキャ
ナー70にてZ軸制御を行う。マイクロカンチレバーと
被測定物20の間隔を一定に保ったままSQUID11
で被測定物20を走査し信号検出を行う。After the liquid He is transferred, the optical axis of the laser beam is aligned, and the distance between the object 20 and the SQUID 11 is reduced by the Z-axis moving mechanism 35 and the scanner 70. The Z-axis control is performed by the scanner 70 so that the displacement of the micro cantilever 81 becomes constant. SQUID 11 with the distance between the microcantilever and the DUT 20 kept constant.
Scans the device under test 20 for signal detection.
【0021】(実施例2)図3(a)は本発明の実施例
2を示す微小領域観察装置の構造を示した図である。図
3(b)は本発明の実施例2の微小領域観察装置で用い
る第一のセンサーと第二のセンサーの構造を示した図で
ある。第一のセンサーと被測定物の間の距離検出方法以
外は実施例1となんら変わるところはない。(Embodiment 2) FIG. 3A is a view showing the structure of a microscopic region observation apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 3B is a diagram illustrating the structure of the first sensor and the second sensor used in the microscopic region observation device according to the second embodiment of the present invention. There is no difference from the first embodiment except for the method of detecting the distance between the first sensor and the object to be measured.
【0022】第一のセンサーと被測定物間の距離を計測
する第二のセンサーは、バイモルフ82と水晶振動子8
3を組み合わせて構成する。微小探針84を水晶振動子
83に接触させ、水晶振動子83をバイモルフ82上に
固定する。水晶振動子83がバイモルフ82により共振
された状態で、微小探針84を被測定物20に近づける
と、微小探針84と被測定物の間に生じる力により水晶
振動子83の共振周波数に変化が生じる。前記共振周波
数を検出することで被測定物と微小探針84の間隔を計
測することができる。前記共振周波数を一定に保つよう
に被測定物と微小探針84の間隔をスキャナー70で制
御することで、第一のセンサーと被測定物間の距離を一
定にする。A second sensor for measuring the distance between the first sensor and the object to be measured includes a bimorph 82 and a quartz oscillator 8.
3 in combination. The micro probe 84 is brought into contact with the quartz oscillator 83, and the quartz oscillator 83 is fixed on the bimorph 82. When the micro probe 84 is brought close to the device under test 20 in a state where the crystal resonator 83 is resonated by the bimorph 82, the resonance frequency of the crystal resonator 83 changes due to the force generated between the micro probe 84 and the device under test. Occurs. By detecting the resonance frequency, the distance between the object to be measured and the minute probe 84 can be measured. The distance between the first sensor and the object to be measured is made constant by controlling the distance between the object to be measured and the micro probe 84 by the scanner 70 so as to keep the resonance frequency constant.
【0023】被測定物と微小探針84の間隔はZ軸移動
機構35で制御することもできる。微小探針84は無く
とも水晶振動子83の共振周波数の変化は得られるた
め、微小探針84を用いずに水晶振動子83を直接、被
測定物20に近づけても良い。 (実施例3)図4は本発明の実施例3の微小領域観察装
置で用いる第一のセンサーと第二のセンサーの相対位置
調整機構の構造を示した図である。第二のセンサーと第
一のセンサーの相対位置調整を行う変位調整機構を有す
る以外は実施例2となんら変わるところはない。The distance between the object to be measured and the minute probe 84 can also be controlled by the Z-axis moving mechanism 35. Since the change in the resonance frequency of the crystal resonator 83 can be obtained even without the minute probe 84, the crystal resonator 83 may be brought directly close to the DUT 20 without using the minute probe 84. (Embodiment 3) FIG. 4 is a view showing a structure of a relative position adjusting mechanism of a first sensor and a second sensor used in a micro area observation apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. There is no difference from the second embodiment except that a displacement adjustment mechanism for adjusting the relative position between the second sensor and the first sensor is provided.
【0024】第二のセンサーとSQUID11の相対位
置の調整を行うために、変位調整機構90を設け、変位
調整機構90にバイモルフ82と水晶振動子83と微小
探針84を組み合わせた物からなる第二のセンサーを固
定する。変位調整機構90は圧電素子で作製されてい
る。相対位置の調整方法は、変位調整機構90を伸ばし
てSQUID11より微小探針84が被測定物に近い状
態で、スキャナー70を徐々に延ばしていく。微小探針
84が被測定物に接触しようとした場合、変位調整機構
90を収縮させることで微小探針84と被測定物が接触
することを防ぐ。SQUID11と被測定物が接触しよ
うとする状態を、微小探針84と被測定物間に生じる力
の変化で検出する。SQUID11を予め被測定物に接
触させた状態で変位調整機構90を用いて微小探針84
が被測定物に接近する位置まで伸ばす方法でも良い。ま
た、微小探針84とSQUID11を顕微鏡で観察しな
がら変位調整機構にて変位を調整しても良い。In order to adjust the relative position between the second sensor and the SQUID 11, a displacement adjusting mechanism 90 is provided, and the displacement adjusting mechanism 90 is composed of a combination of a bimorph 82, a quartz oscillator 83, and a fine probe 84. Fix the second sensor. The displacement adjusting mechanism 90 is made of a piezoelectric element. As a method of adjusting the relative position, the scanner 70 is gradually extended while the displacement adjusting mechanism 90 is extended and the micro probe 84 is closer to the object to be measured than the SQUID 11. When the minute probe 84 tries to contact the object, the displacement adjusting mechanism 90 is contracted to prevent the minute probe 84 from contacting the object. The state in which the SQUID 11 is to come into contact with the object to be measured is detected by a change in force generated between the microprobe 84 and the object to be measured. With the SQUID 11 in contact with the object to be measured in advance, the minute probe 84 is
May be extended to a position approaching the object to be measured. Further, the displacement may be adjusted by the displacement adjusting mechanism while observing the micro probe 84 and the SQUID 11 with a microscope.
【0025】前記圧電素子の代わりにモータとネジで構
成される変位調整機構などを用いても良い。 (実施例4)図5は本発明の実施例4の微小領域観察装
置で用いる第一のセンサーと第二のセンサーの構造を示
した図である。第一のセンサーとして電荷センサーを用
い、第二のセンサーに第一のセンサーを実装している以
外は実施例2となんら変わるところはない。Instead of the piezoelectric element, a displacement adjusting mechanism composed of a motor and a screw may be used. (Embodiment 4) FIG. 5 is a view showing the structure of a first sensor and a second sensor used in a microscopic region observation apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. There is no difference from the second embodiment except that the charge sensor is used as the first sensor and the first sensor is mounted on the second sensor.
【0026】バイモルフ82に固定した水晶振動子83
に第一のセンサーとしての電荷センサー13を実装して
いる。電荷センサー13は電界に非常に敏感なシングル
エレクトロントランジスタなどを用いる。性能を出すた
めには数Kの極低温で駆動する必要がある。距離検出方
法としては実施例2と同様である。バイモルフ82で共
振させた水晶振動子83の共振周波数を計測しながら、
電荷センサー13を被測定物20に近づけると、電荷セ
ンサー13と被測定物20が近接した際に前記共振周波
数が変化する。前記共振周波数が一定となるようにスキ
ャナー70で距離制御を行うことで、電荷センサー13
と被測定物20間の間隔を近接に保つことが出来る。Crystal oscillator 83 fixed to bimorph 82
, A charge sensor 13 as a first sensor is mounted. The charge sensor 13 uses a single electron transistor or the like which is very sensitive to an electric field. It is necessary to drive at a very low temperature of several K in order to obtain the performance. The distance detection method is the same as in the second embodiment. While measuring the resonance frequency of the crystal resonator 83 resonated by the bimorph 82,
When the charge sensor 13 is brought close to the device under test 20, the resonance frequency changes when the charge sensor 13 and the device under test 20 come close to each other. By controlling the distance with the scanner 70 so that the resonance frequency is constant, the charge sensor 13 is controlled.
The distance between the device and the device under test 20 can be kept close to each other.
【0027】第一のセンサーとして電荷センサー13を
用いているが、SQUIDやその他の物性検出センサー
でも良い。 (実施例5)図6は本発明の実施例5の微小領域観察装
置で用いる第一のセンサーと第二のセンサーの構造を示
した図である。第一のセンサーの実装方法以外は実施例
4となんら変わるところはない。Although the charge sensor 13 is used as the first sensor, a SQUID or other physical property detection sensor may be used. (Embodiment 5) FIG. 6 is a view showing the structure of a first sensor and a second sensor used in a micro area observation apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. There is no difference from the fourth embodiment except for the mounting method of the first sensor.
【0028】バイモルフ82に固定した水晶振動子83
に光ファイバー85を接触し、光ファイバー85に第一
のセンサーとしての電荷センサー13を実装している。
距離検出方法としては実施例4と同様である。バイモル
フ82で共振させた水晶振動子83の共振周波数を計測
しながら、電荷センサー13を被測定物20に近づける
と、電荷センサー13と被測定物20が近接した際に前
記共振周波数が変化する。前記共振周波数が一定となる
ようにスキャナー70で距離制御を行うことで、電荷セ
ンサー13と被測定物20間の間隔を近接に保つことが
出来る。Crystal oscillator 83 fixed to bimorph 82
The optical fiber 85 is in contact with the optical fiber 85, and the charge sensor 13 as the first sensor is mounted on the optical fiber 85.
The distance detection method is the same as in the fourth embodiment. When the charge sensor 13 is brought close to the device under test 20 while measuring the resonance frequency of the crystal resonator 83 resonated by the bimorph 82, the resonance frequency changes when the charge sensor 13 and the device under test 20 come close to each other. The distance between the charge sensor 13 and the device under test 20 can be kept close by controlling the distance with the scanner 70 so that the resonance frequency is constant.
【0029】ここでは光ファイバー85を用いている
が、ガラスやサファイアの小片などを用いることもでき
る。また第一のセンサーとしては、SQUIDやその他
の物性検出センサーでも良い。 (実施例6)図7は本発明の実施例6の微小領域観察装
置で用いる第一のセンサーと第二のセンサーの構造を示
した図である。水晶振動子に微小磁性探針86を接触さ
せ、第一のセンサーであるSQUID11の信号検出部
分に穴を設け、そこに微小磁性探針86を通した構造で
あること以外は実施例2となんら変わるところはない。Although the optical fiber 85 is used here, a small piece of glass or sapphire may be used. The first sensor may be a SQUID or another physical property detection sensor. (Embodiment 6) FIG. 7 is a view showing the structure of a first sensor and a second sensor used in a micro area observation apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. The micro magnetic probe 86 is brought into contact with the quartz oscillator, a hole is provided in the signal detection portion of the SQUID 11 as the first sensor, and the micro magnetic probe 86 is passed through the hole. There is nothing to change.
【0030】距離検出方法としては実施例2と同じくバ
イモルフ82と水晶振動子83を用いて水晶振動子83
の共振周波数を計測することで検出している。微小磁性
探針86は鉄ニッケル合金製であるが、その他の磁性材
料でも良く、また、光ファイバーにNi等の磁性膜をコ
ーティングした針等でも良い。 (実施例7)図8は本発明の実施例7の微小領域観察装
置で用いる第一のセンサーと第二のセンサーの構造を示
した図である。第一のセンサーと被測定物の間の距離検
出方法として、第二のセンサー部の電極と被測定物間の
静電容量を計測して行うこと以外は実施例2となんら変
わるところはない。The distance detecting method is the same as that of the second embodiment, except that a bimorph 82 and a quartz oscillator 83 are used.
Is detected by measuring the resonance frequency of The micromagnetic probe 86 is made of an iron-nickel alloy, but may be another magnetic material, or may be a needle in which an optical fiber is coated with a magnetic film such as Ni. (Embodiment 7) FIG. 8 is a view showing the structure of a first sensor and a second sensor used in a microscopic region observation apparatus according to Embodiment 7 of the present invention. The method of detecting the distance between the first sensor and the measured object is the same as that of the second embodiment except that the distance between the electrode of the second sensor unit and the measured object is measured.
【0031】第一のセンサーであるSQUID11の近
傍に微小電極87を設置し、微小電極87と被測定物2
0の間の静電容量を計測、制御して微小電極87と被測
定物間の距離制御を行い測定する。第一のセンサーとし
ては、電荷センサーやその他の物性検出センサーでも良
い。A microelectrode 87 is installed near the SQUID 11 as the first sensor, and the microelectrode 87 and the DUT 2
The capacitance between 0 is measured and controlled, and the distance between the microelectrode 87 and the object to be measured is controlled and measured. As the first sensor, a charge sensor or another physical property detection sensor may be used.
【0032】(実施例8)図9は本発明の実施例8の微
小領域観察装置で用いる第一のセンサーと第二のセンサ
ーの構造を示した図である。第一のセンサーと被測定物
の間の距離検出方法以外は実施例1となんら変わるとこ
ろはない。第二のセンサーはマイクロカンチレバー81
と歪み抵抗素子89とで構成される。歪み抵抗素子89
をマイクロカンチレバー81に設置し、被測定物とマイ
クロカンチレバーが接近した際に生じる力で起きるマイ
クロカンチレバーの変形を歪み抵抗素子89で検出して
スキャナー70で距離制御を行い測定する。(Eighth Embodiment) FIG. 9 is a view showing the structure of a first sensor and a second sensor used in a micro area observation apparatus according to an eighth embodiment of the present invention. There is no difference from the first embodiment except for the method of detecting the distance between the first sensor and the object to be measured. The second sensor is the micro cantilever 81
And a strain resistance element 89. Strain resistance element 89
Is mounted on the microcantilever 81, the deformation of the microcantilever caused by the force generated when the object to be measured comes close to the microcantilever is detected by the strain resistance element 89, and the distance is controlled by the scanner 70 for measurement.
【0033】第一のセンサーとしてはSQUIDを用い
ているが、電荷センサーやその他の物性検出センサーで
も良い。 (実施例9)図10は本発明の実施例9の微小領域観察
装置で用いる第一のセンサーと第二のセンサーの構造を
示した図である。第一のセンサーと被測定物の間の距離
検出方法以外は実施例1となんら変わるところはない。Although the SQUID is used as the first sensor, it may be a charge sensor or another physical property detection sensor. (Embodiment 9) FIG. 10 is a view showing the structure of a first sensor and a second sensor used in a micro area observation apparatus according to Embodiment 9 of the present invention. There is no difference from the first embodiment except for the method of detecting the distance between the first sensor and the object to be measured.
【0034】第二のセンサーは水晶振動子83のみで構
成される。水晶振動子83に交流信号を入力して振動さ
せて出力信号を計測する。被測定物に接近した時の出力
信号の振幅の変化を検出して距離検出を行う。第一のセ
ンサーとしてはSQUIDを用いているが、電荷センサ
ーやその他の物性検出センサーでも良い。The second sensor comprises only the quartz oscillator 83. An AC signal is input to the crystal oscillator 83 and vibrated, and an output signal is measured. The distance is detected by detecting a change in the amplitude of the output signal when approaching the device under test. Although the SQUID is used as the first sensor, it may be a charge sensor or another physical property detection sensor.
【0035】[0035]
【発明の効果】本発明によれば、第一のセンサーと被測
定物を非接触で一定距離に接近させることができ、かつ
第一のセンサーの角度を一定に保つことができるため、
第一のセンサーおよび被測定物を損傷することなく常に
同一感度、高い空間分解能で測定することが可能とな
る。According to the present invention, the first sensor and the object to be measured can be brought into close proximity to each other without contact, and the angle of the first sensor can be kept constant.
It is possible to always measure with the same sensitivity and high spatial resolution without damaging the first sensor and the object to be measured.
【図1】本発明の実施例1を示す微小領域観察装置を表
した図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a minute area observation apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図2】従来のSQUIDを用いた微小領域観察装置を
表した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a conventional small area observation device using a SQUID.
【図3】(a)本発明の実施例2を示す微小領域観察装
置を表した図である。 (b)本発明の実施例2の微小領域観察装置で用いる第
一のセンサーと第二のセンサーの構造を示した図であ
る。FIG. 3A is a diagram illustrating a minute region observation apparatus according to a second embodiment of the present invention. (B) It is the figure which showed the structure of the 1st sensor and 2nd sensor used by the micro area observation apparatus of Example 2 of this invention.
【図4】本発明の実施例3の微小領域観察装置で用いる
第一のセンサーと第二のセンサーの構造を示した図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing the structure of a first sensor and a second sensor used in a micro area observation device according to a third embodiment of the present invention.
【図5】本発明の実施例4の微小領域観察装置で用いる
第一のセンサーと第二のセンサーの構造を示した図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing the structure of a first sensor and a second sensor used in a micro area observation device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施例5の微小領域観察装置で用いる
第一のセンサーと第二のセンサーの構造を示した図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing a structure of a first sensor and a second sensor used in a micro area observation device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図7】本発明の実施例6の微小領域観察装置で用いる
第一のセンサーと第二のセンサーの構造を示した図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing a structure of a first sensor and a second sensor used in a micro area observation device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図8】本発明の実施例7の微小領域観察装置で用いる
第一のセンサーと第二のセンサーの構造を示した図であ
る。FIG. 8 is a diagram showing the structure of a first sensor and a second sensor used in a micro area observation device according to a seventh embodiment of the present invention.
【図9】本発明の実施例8の微小領域観察装置で用いる
第一のセンサーと第二のセンサーの構造を示した図であ
る。FIG. 9 is a diagram showing a structure of a first sensor and a second sensor used in a micro area observation device according to an eighth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の実施例9の微小領域観察装置で用い
る第一のセンサーと第二のセンサーの構造を示した図で
ある。FIG. 10 is a diagram showing a structure of a first sensor and a second sensor used in a micro area observation device according to a ninth embodiment of the present invention.
11 SQUID 12 第一のセンサー用駆動装置 13 電荷センサー 20 被測定物 31 プローブ 32 測定室 33 天井部分 34 側面部分 35 Z軸移動機構 36 蝶番 37 バネ 38 真空バルブ 41 走査ステージ 42 走査ステージコントローラ 51 クライオスタット 52 冷媒 53 フランジ 60 解析表示装置 70 スキャナー 81 マイクロカンチレバー 82 バイモルフ 83 水晶振動子 84 微小探針 85 光ファイバー 86 微小磁性探針 87 微小電極 89 歪み抵抗素子 90 変位調整機構 91 レーザー発信器 92 レーザー検出器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 SQUID 12 First sensor drive device 13 Charge sensor 20 DUT 31 Probe 32 Measurement chamber 33 Ceiling part 34 Side part 35 Z-axis moving mechanism 36 Hinge 37 Spring 38 Vacuum valve 41 Scanning stage 42 Scanning stage controller 51 Cryostat 52 Refrigerant 53 Flange 60 Analysis display device 70 Scanner 81 Micro cantilever 82 Bimorph 83 Quartz vibrator 84 Micro probe 85 Optical fiber 86 Micro magnetic probe 87 Micro electrode 89 Strain resistance element 90 Displacement adjusting mechanism 91 Laser transmitter 92 Laser detector
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茅根 一夫 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kazuo Chine 1-8-8 Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba Seiko Instruments Inc.
Claims (18)
ーと、前記第一のセンサーと被測定物間の距離を変える
移動機構を有する装置において、前記第一のセンサーと
被測定物間の距離を検出する第二のセンサーを有するこ
とを特徴とする微小領域観察装置。1. An apparatus having a first sensor for detecting physical properties of an object to be measured and a moving mechanism for changing a distance between the first sensor and the object to be measured. A second sensor for detecting a distance of the small area.
が別体であることを特徴とする請求項1記載の微小領域
観察装置。2. The microscopic region observation device according to claim 1, wherein the first sensor and the second sensor are separate bodies.
が一体であることを特徴とする請求項1記載の微小領域
観察装置。3. An apparatus according to claim 1, wherein said first sensor and said second sensor are integrated.
ーがクライオスタット内に設置されることを特徴とする
請求項1記載の微小領域観察装置。4. The microscopic region observation device according to claim 1, wherein the first sensor and the second sensor are installed in a cryostat.
チレバーと前記マイクロカンチレバーの変形検出手段を
組み合わせて用いたことを特徴とする請求項2記載の微
小領域観察装置。5. The microscopic region observation apparatus according to claim 2, wherein a microcantilever and a deformation detecting means of the microcantilever are used in combination as the second sensor.
いたことを特徴とする請求項5記載の微小領域観察装
置。6. An apparatus according to claim 5, wherein an optical lever system is used as said deformation detecting means.
動素子を組み合わせて用いたことを特徴とする請求項5
記載の微小領域観察装置。7. A combination of a quartz oscillator and a vibrating element is used as said deformation detecting means.
The microscopic region observation apparatus according to the above.
用いたことを特徴とする請求項5記載の微小領域観察装
置。8. The microscopic region observation apparatus according to claim 5, wherein a distortion resistance element is used as said deformation detecting means.
い、前記微小電極と被測定物間の静電容量により距離の
検出を行う請求項2記載の微小領域観察装置。9. The micro-region observation apparatus according to claim 2, wherein a micro-electrode is used as the second sensor, and the distance is detected based on a capacitance between the micro-electrode and an object to be measured.
を用いたことを特徴とする請求項2記載の微小領域観察
装置。10. The microscopic region observation apparatus according to claim 2, wherein a quartz oscillator is used as the second sensor.
動子と振動素子を組み合わせて用い、前記第一のセンサ
ーを前記水晶振動子に実装したことを特徴とする請求項
3記載の微小領域観察装置。11. The microscopic region observation apparatus according to claim 3, wherein the crystal sensor and the vibration element are used in combination as the second sensor, and the first sensor is mounted on the crystal resonator. .
動子に微小探針を実装したことを特徴とする請求項10
記載の微小領域観察装置。12. A micro probe is mounted on the quartz oscillator as the second sensor.
The microscopic region observation apparatus according to the above.
前記微小探針に前記第一のセンサーを実装したことを特
徴とする請求項11記載の微小領域観察装置。13. A micro-tip is mounted on the crystal unit,
The micro area observation device according to claim 11, wherein the first sensor is mounted on the micro probe.
サーとの相対位置調整機構を有することを特徴とする請
求項2記載の微小領域観察装置。14. The microscopic region observation apparatus according to claim 2, further comprising a relative position adjustment mechanism between the first sensor and the second sensor.
素子である請求項4記載の微小領域観察装置。15. The small area observation device according to claim 4, wherein the first sensor is a superconducting quantum interference device.
穴を設け、前記微小探針を前記穴部分に挿入することを
特徴とする請求項12記載の微小領域観察装置。16. The microregion observation apparatus according to claim 12, wherein a hole is provided in a signal detection portion of the first sensor, and the microprobe is inserted into the hole portion.
徴とする請求項16記載の微小領域観察装置。17. The microscopic region observation apparatus according to claim 16, wherein the microprobe is a magnetic material.
あることを特徴とする請求項4記載の微小領域観察装
置。18. The small area observation device according to claim 4, wherein the first sensor is a charge sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26247597A JPH11101862A (en) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | Minute region observation device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26247597A JPH11101862A (en) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | Minute region observation device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11101862A true JPH11101862A (en) | 1999-04-13 |
Family
ID=17376310
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26247597A Pending JPH11101862A (en) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | Minute region observation device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11101862A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100400755B1 (en) * | 2001-11-08 | 2003-10-08 | 엘지전자 주식회사 | SQUID sensor using secondary sensor |
KR100812317B1 (en) | 2006-08-25 | 2008-03-10 | 한국표준과학연구원 | flux-gradient distribution measurement equipment |
-
1997
- 1997-09-26 JP JP26247597A patent/JPH11101862A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100400755B1 (en) * | 2001-11-08 | 2003-10-08 | 엘지전자 주식회사 | SQUID sensor using secondary sensor |
KR100812317B1 (en) | 2006-08-25 | 2008-03-10 | 한국표준과학연구원 | flux-gradient distribution measurement equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0410131B1 (en) | Near-field lorentz force microscopy | |
US4747698A (en) | Scanning thermal profiler | |
US5406832A (en) | Synchronous sampling scanning force microscope | |
US7098678B2 (en) | Multiple local probe measuring device and method | |
EP0551814B1 (en) | Surface observing apparatus and method | |
Rugar et al. | Force microscope using a fiber‐optic displacement sensor | |
JP2516292B2 (en) | Atomic force microscope | |
US6094971A (en) | Scanning-probe microscope including non-optical means for detecting normal tip-sample interactions | |
US5103174A (en) | Magnetic field sensor and device for determining the magnetostriction of a material based on a tunneling tip detector and methods of using same | |
JP2501282B2 (en) | Surface profile inspection method and apparatus using atomic force scanning microscope | |
US8220066B2 (en) | Vibration compensation in probe microscopy | |
US20200191827A1 (en) | Multiple integrated tips scanning probe microscope | |
US7945964B2 (en) | Apparatus structure and scanning probe microscope including apparatus structure | |
Fu et al. | Long‐range scanning for scanning tunneling microscopy | |
JPH11101862A (en) | Minute region observation device | |
Harley et al. | A high-stiffness axial resonant probe for atomic force microscopy | |
KR101107511B1 (en) | Apparatus for inspecting sample and control method using the same | |
Kramer et al. | A cryogenic scanning near-field optical microscope with shear-force gapwidth control | |
Davydov et al. | Cryogenic scanning tunneling microscope with a magnetic coarse approach | |
JPH06323845A (en) | Thin film force detection probe for scanning force microscope | |
Valera et al. | A high performance magnetic force microscope | |
JP4050194B2 (en) | Magnetic field detection method, magnetic field detection device, and information storage | |
JPH1123591A (en) | Scanning type magnetic microscope | |
JP3084924B2 (en) | Atomic force microscope | |
KR100298301B1 (en) | Scanning probe with built-in sensor for sensing bending state and apparatus for measuring the bending state by using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20031219 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040120 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040302 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040601 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |