WO2007094365A1 - 測定プローブ、試料表面測定装置、及び試料表面測定方法 - Google Patents
測定プローブ、試料表面測定装置、及び試料表面測定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2007094365A1 WO2007094365A1 PCT/JP2007/052626 JP2007052626W WO2007094365A1 WO 2007094365 A1 WO2007094365 A1 WO 2007094365A1 JP 2007052626 W JP2007052626 W JP 2007052626W WO 2007094365 A1 WO2007094365 A1 WO 2007094365A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- reflected light
- measurement
- light image
- probe
- axis
- Prior art date
Links
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
- G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
- G01Q60/38—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q20/00—Monitoring the movement or position of the probe
- G01Q20/02—Monitoring the movement or position of the probe by optical means
-
- 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
- G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
- G01Q60/26—Friction force microscopy
Definitions
- the present invention relates to a measurement probe used for measuring the surface of a sample, a sample surface measurement device using the measurement probe, and a sample surface measurement method.
- Friction Force Microscope or Horizontal Force Microscope (LFM) is a technology that enables nanometer-scale material evaluation by measuring the frictional force distribution on the sample surface.
- a sample surface measuring device called a “microscope” (for example, see publication 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2000-171381, publication 2: Japanese Patent Laid-Open No. 2000-258331).
- FIG. 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-171381
- publication 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-258331
- the surface of the sample is scanned by the cantilever 6 with the direction of the support shaft, which is the long axis of the lever portion 62, and the direction perpendicular to the direction of the probe shaft from which the probe 61 protrudes, as the strike direction.
- a frictional force horizontal force
- a load vertical force
- stagnation occurs in the lever portion 62.
- a composite material such as a reinforced plastic produced by solidifying a carbon fiber used for an aircraft body or the like with a resin, or a fine particle-dispersed glass having a new function for glass.
- a composite material such as a reinforced plastic produced by solidifying a carbon fiber used for an aircraft body or the like with a resin, or a fine particle-dispersed glass having a new function for glass.
- Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-171381
- Patent Document 2 JP 2000-258331 A
- Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-258332
- Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 11-166823
- Patent Document 5 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-56281
- Non-Patent Document 2 S.A Joyce and J.E.Housion, Rev. Sci. Instrum. Vol.62, No.3, pp.710-715 (1991)
- deformation due to twisting and stagnation occurring in the lever portion 62 can be measured using an optical lever method.
- the laser light which is measurement light
- the reflection angle of the light reflected on the back surface is detected using a four-part photodiode, etc. Itching can be measured together.
- the optical lever method is also used to measure the deflection of atomic force detection in a normal atomic force microscope (AFM). If the split type is changed to a four-part type for twisting measurement, it is possible to measure the friction force with a normal AFM device.
- this method has a problem that the measurement accuracy is lowered due to the interference of deformation in two directions. Force that can improve the problem It is necessary to measure the deformation of the two leaf springs separately.
- the optical lever method requires a special measurement system that uses two laser beams for the optical lever, as shown by the solid line arrows and the broken line arrows in FIG. If you can't, you have problems.
- the present invention has been made to solve the above-described problems.
- a measurement probe and a measurement probe that can improve the measurement accuracy of a sample surface without using a special measurement system.
- a measurement probe is a measurement probe used for measuring a surface of a sample, and includes (1) a base portion, and (2) a surface measurement A head portion provided with the probe, and (3) a support structure portion that supports the head portion with respect to the base portion with a first axis substantially orthogonal to the probe shaft from which the probe protrudes as a support shaft, (4)
- the support structure is configured to be deformable in the direction of the first spring structure configured to be deformable in the direction of the probe axis and the direction of the second axis substantially orthogonal to the probe axis and the first axis.
- the head portion is provided on the opposite side of the probe, and is formed with a reflection pattern that varies so that its reflectance varies in the plane. It has a reflective surface.
- the structure part comprised by the 2nd spring structure part (2nd deformation structure part) which can deform
- the spring structure portion refers to a structural portion that is elastically deformed, and includes, for example, a leaf spring, a torsion spring, and the like.
- the head portion provided at the end portion of the support structure portion is provided with a reflection surface used when measuring the deformation of the spring structure portion by the optical lever method.
- the reflectance is changed in a predetermined pattern.
- a two-dimensional light image reflecting the reflection pattern on the reflective surface is generated in the resulting reflected light.
- the deformation in the direction of the vertical axis in the first spring structure and the deformation in the direction of the horizontal axis in the second spring structure are special. It is possible to measure with one measuring beam without using a simple measuring system.
- a sample surface measuring apparatus supplies (a) the above-described measuring probe for measuring the surface of the sample, and (b) measuring light for measuring deformation of the support structure portion in the measuring probe.
- C a reflected light image detecting means for detecting a reflected light image generated by reflecting the measuring light on the reflecting surface provided on the head portion of the measurement probe; and (d) a reflected light image.
- a reflected light image detected by the reflected light image detecting means is obtained by detecting the reflected light image based on the detection result of the reflected light image by the detecting means. This is a two-dimensional light image generated by the irradiation pattern on the reflection surface and the reflection pattern on the reflection surface.
- the surface information processing means is based on the detection result of the reflection light image. Obtain both surface information and surface information along the direction of the second axis. It is characterized by that.
- the sample surface measuring method uses (a) the above-described measuring probe for measuring the surface of the sample, and (b) measuring light for measuring the deformation of the support structure portion in the measuring probe.
- a surface information processing step for acquiring surface information of the sample based on the detection result of the reflected light image in the reflected light image detection step, and (e) the reflected light image detected in the reflected light image detection step is measured.
- This is a two-dimensional light image generated by the light irradiation pattern on the reflection surface and the reflection pattern on the reflection surface.
- the probe axis is based on the detection result of the reflection light image. Surface information about the direction of the second and It is characterized by acquiring both surface information about the direction of the axis.
- the measuring light is applied to the measuring probe without using a special measuring system.
- the reflected light image By detecting the reflected light image, it is possible to acquire the surface information of the sample with high measurement accuracy.
- the first spring structure portion is deformed in the direction of the vertical axis, and the first (2)
- the deformation in the direction of the horizontal axis in the spring structure can be measured with a single measuring beam, and both the surface information about the vertical axis and the direction of the horizontal axis can be acquired with a simple configuration. It becomes possible.
- the first spring structure part that can be deformed in the direction of the vertical axis and the second spring structure that can be deformed in the direction of the horizontal axis
- the support structure part constituted by the part, providing a reflection surface on the head part provided at the end of the support structure part, and changing the reflectance in a predetermined pattern within the reflection surface
- FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of an embodiment of a sample surface measuring apparatus.
- FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of one embodiment of a measurement probe.
- FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a sample surface measurement method using a measurement probe.
- FIG. 4 is a schematic view showing an example of a method for acquiring surface information of a sample.
- FIG. 5 is a diagram showing an example of a method for producing a measurement probe.
- FIG. 6 is a diagram showing an example of a method for producing a measurement probe.
- FIG. 7 is a diagram showing an example of a method for producing a measurement probe.
- FIG. 8 is a diagram showing an example of the configuration of a conventional measurement probe.
- FIG. 9 is a diagram showing another example of the configuration of a conventional measurement probe.
- FIG. 10 is an SEM image showing an overall configuration of one example of production of a measurement probe.
- FIG. 11 is an SEM image showing an enlarged view of the configuration of the reflecting surface provided on the upper surface of the head portion of the measurement probe shown in FIG.
- FIG. 12 shows the structure of the probe provided on the lower surface of the head portion of the measurement probe shown in FIG. It is a SEM image showing the enlargement.
- FIG. 13 is a diagram showing an AFM image of a sample with respect to normal force measured using the measurement probe shown in FIG.
- FIG. 14 is a diagram showing an FFM image of a sample with respect to horizontal force measured using the measurement probe shown in FIG.
- FIG. 15 is a graph showing a cross section of the FFM image shown in FIG.
- FIG. 16 is an SEM image showing the configuration of a commercially available measurement probe.
- Fig. 17 shows the F of the sample for the horizontal force measured using a commercially available measuring probe.
- FIG. 18 is a diagram showing an example of the configuration of a measurement probe.
- FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of an embodiment of a sample surface measuring apparatus according to the present invention.
- This sample surface measuring apparatus includes a measuring probe 1, a measuring light source 40, a four-division photodiode 41, and a measurement control device 50.
- the measurement probe 1 is a probe mechanism used for measuring the surface of the sample S using a probe 31 provided at the end thereof.
- the sample surface measuring device according to the present embodiment.
- the friction force microscope is capable of measuring the normal force in the direction perpendicular to the surface of the sample S (hereinafter referred to as the vertical direction) and the horizontal force in the direction parallel to the surface (hereinafter referred to as the horizontal direction). It is configured as.
- the vertical force is a force applied to the probe 31, and reflects the shape of the surface of the sample S, for example.
- the horizontal force is a frictional force applied to the probe 31 and reflects, for example, the constituent material of each part of the sample S.
- the sample S to be measured on the surface is placed on an XYZ stage 45 that is configured to be movable in the X-axis direction, Y-axis direction (horizontal direction), and Z-axis direction (vertical direction). By driving the XYZ stage 45, the measurement position can be set and scanned by the measurement probe 1.
- a measurement light source 40 and a four-division photodiode 41 are installed for the measurement probe 1 for measuring the surface of the sample S.
- the measurement light source 40 is measurement light supply means for supplying measurement light for measuring deformation of the support structure portion of the measurement probe 1 described later. For example, measurement light such as laser light is supplied to the measurement probe 1. Irradiate.
- the quadrant photodiode 41 is reflected light image detection means for detecting a reflected light image generated by reflecting the measurement light on the reflection surface provided on the measurement probe 1.
- the measurement control device 50 is configured using, for example, a PC, and is a control means that performs necessary processing such as condition setting, execution, and data analysis of the surface measurement of the sample S in the measurement device.
- the measurement control device 50 includes a measurement condition setting unit 51 and a surface information processing unit 52.
- the measurement condition setting unit 51 sets the measurement conditions such as the measurement position and scanning speed with respect to the surface of the sample S by controlling the XYZ stage 45 on which the sample S is placed 45, the measurement light source 40 that supplies the measurement light, etc. To do. It should be noted that such control of the XYZ stage 45, the measurement light source 40, and the like is not necessarily controlled automatically by the control device 50, but may be configured to be controlled manually by the operator.
- the surface information processing unit 52 receives the detection result of the reflected light image from the quadrant photodiode 41 that is the reflected light image detection means, and acquires the surface information of the sample S based on the detection result. Means. In particular, in this measuring apparatus, the surface information processing unit 52 acquires both surface information about the vertical axis direction and surface information about the horizontal axis direction based on the detection result of the reflected light image.
- an input device 56 and a display device 57 are connected to the measurement control device 50.
- the input device 56 is, for example, a keyboard or a mouse, and is used for inputting instructions necessary for the surface measurement of the sample S.
- the display device 57 is, for example, a liquid crystal display, and is used for displaying information related to the surface measurement of the sample S or displaying surface information obtained by the surface measurement.
- FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of an embodiment of the measurement probe according to the present invention.
- FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a sample surface measurement method using the measurement probe shown in FIG.
- the measurement probe 1 according to the present embodiment includes a base portion 10, a support structure portion 15, and a head portion 30.
- the X axis, the Y axis, and the Z axis are defined as shown in FIG.
- the vertical axis perpendicular to the surface of the sample S and the probe axis from which the probe 31 of the measurement probe 1 protrudes is the Z axis
- the direction perpendicular to the probe axis is measured.
- the support axis of probe 1 is the X axis (horizontal first axis)
- the Z axis and the horizontal axis perpendicular to the X axis are the Y axis (horizontal second axis).
- the force in the Z-axis direction is the vertical force
- the force in the Y-axis direction is the horizontal force.
- the base portion 10 constitutes a device side portion of the measurement probe 1, and serves as a probe holding portion for holding the support structure portion 15 and the head portion 30 with respect to the device.
- the base portion 10 has a pair of support portions 11 and 12 arranged so as to sandwich the support structure portion 15 in the Y-axis direction (sandwiched from the left and right in FIG. 2). Yes.
- Each of the support portions 11 and 12 is formed so as to protrude forward along the X axis from the side portion of the base portion 10.
- the head portion 30 constitutes a tip side portion of the measurement probe 1, and a probe 31 is provided on one surface thereof (the lower surface in FIG. 2).
- the probe 31 is provided in a state of projecting downward along the Z axis toward the surface of the sample S to be measured.
- the tip 31 of the probe 31 has a sharpened tip diameter of, for example, several nm or less, so that surface measurement with high resolution is possible.
- the X-axis is used as a support shaft and is opposed to the base portion 10.
- a support structure portion 15 that supports the head portion 30 is provided.
- the surface information of the sample S is obtained by measuring the deformation in the direction of the vertical axis / horizontal axis that occurs in the support structure 15 when the surface of the sample S is scanned.
- the support structure portion 15 includes a first spring structure portion 20 on the base portion 10 side and a second spring structure portion 25 on the head portion 30 side.
- the first spring structure portion (first deformation structure portion) 20 is configured to be elastically deformable in the direction of the vertical axis (Z-axis), and is used for measuring the normal force in the surface measurement of the sample S.
- the first spring structure portion 20 is composed of torsion beams 21 and 22 and a connecting portion 23.
- the torsion beams 21 and 22 are respectively arranged so as to extend in the direction of the horizontal axis, and between the base portion 10 and the support structure portion 15 (other portions of the support structure portion 15 excluding the torsion beams 21 and 22). It is connected. Further, as shown in FIG. 3, these torsion beams 21 and 22 are configured to be torsionally deformed, and thereby function as torsion springs.
- the other portion of the support structure portion 15 and the pair of support portions 11, 12 correspond to the configuration of the base portion 10 provided with the pair of support portions 11, 12.
- a pair of torsion beams 21 and 22 are provided to connect each of them.
- the connecting portion 23 is a portion that connects the base portion 10 and the first spring structure portion 20 to the second spring structure portion 25.
- the torsion beams 21 and 22 are provided between the connecting portion 23 and the support portions 11 and 12.
- the second spring structure (second deformation structure) 25 is configured to be elastically deformable in the direction of the horizontal axis (Y-axis), and is used for measuring the horizontal force in the surface measurement of the sample S.
- the second spring structure 25 is constituted by two leaf springs 26 and 27. These plate springs 26 and 27 are arranged such that their plate surfaces face the direction of the horizontal axis, and are configured so as to be able to stagnate and deform as shown in FIG.
- the two leaf springs 26 and 27 constitute parallel leaf springs arranged in parallel to each other.
- the connecting portion 23 of the first spring structure portion 20 functions as a parallel leaf spring support portion that supports these leaf springs 26 and 27.
- the head portion 30 provided with the surface measurement probe 31 is connected to the front side of the plate springs 26 and 27 of the second spring structure portion 25.
- the head portion 30 is deformed on the surface opposite to the probe 31 (upper surface in FIG. 2) by deforming the support structure portion 15 by the optical lever method (first case).
- a reflection surface 32 used for measurement of the deformation of the spring structure portion 20 and the second spring structure portion 25 is provided.
- the reflection surface 32 is formed so that the reflectance changes in a predetermined reflection pattern within the surface. That is, the reflection surface 32 is formed with a reflection pattern whose reflectance varies so as to vary within the surface.
- a first reflection region 321 extending in a strip shape along the central axis of the reflection surface 32 in the X-axis direction, and a first reflection region 321 Shows a configuration including a second reflection region 322 having different reflectivities.
- the reflection light is reflected on the reflection pattern 32 with the irradiation pattern of the measurement light. It becomes a two-dimensional light image generated by the reflection pattern of the measurement light at surface 32.
- the four-segment photodiode 41 for detecting the reflected light image has a first upper left as viewed from the light incident side (the side opposite to the paper surface of Figs. 2 and 3).
- the photodetection unit 41a, the upper right second photodetection unit 41b, the lower left third photodetection unit 41c, and the lower right fourth photodetection unit 41d are configured in a quadrant type.
- the reflected light image from the reflecting surface 32 of the measurement probe 1 is light corresponding to the first reflecting region 321 on the reflecting surface 32 as shown in FIG.
- the light image R including the image portion R1 and the light image portion R2 corresponding to the second reflection region 322 is incident on the quadrant photodiode 41.
- the surface of the sample S is measured and moved by the probe 31 of the measurement probe 1, and the measurement light for measuring the deformation of the support structure 15 is sent from the measurement light source 40 to the measurement probe 1.
- the reflected light R is generated by the measurement light being reflected by the reflection surface 32 of the head unit 30 having the predetermined reflection pattern as described above.
- this reflected light image R is detected by a four-division photodiode 41 which is a reflected light image detecting means (reflected light image detecting step).
- the surface information processing unit 52 of the measurement control device 50 determines the surface information (vertical force information) about the direction of the vertical axis of the sample S, based on the detection result of the reflected light image R by the four-segment photodiode 41. And both surface information (horizontal force information) about the direction of the horizontal axis (surface information processing step).
- the head portion caused by the deformation in the vertical direction of the first spring structure portion 20 in the support structure portion 15 and the deformation in the horizontal direction of the second spring structure portion 25. Due to the displacement of 30, the incident condition to the quadrant photodiode 41, detection conditions, etc. change.
- the detection position of the reflected light image R itself with respect to the quadrant photodiode 41 or the detection pattern of the reflected light in the light image R changes due to the vertical and horizontal deformations of the support structure 15.
- the surface information processing unit 52 acquires the surface information of the sample S with reference to the change in the position of the reflected light image and the change in the detection pattern of the reflected light in the reflected light image R.
- a support structure 15 provided between a base 10 that is a fixed part on the apparatus side and a head 30 having a probe 31 on the sample S side.
- the support structure is composed of a first spring structure 20 that can be deformed in the direction of the probe axis (vertical axis) and a second spring structure 25 that can be deformed in the direction of the second axis (horizontal axis).
- the reflection surface 32 for measuring the deformation in the support structure 15 by the optical lever method is provided on the head 30 provided at the end of the support structure 15.
- the reflection surface 32 is configured to change its reflectance so as to vary in a predetermined pattern.
- a reflected light image detecting means capable of acquiring information about the light image as a reflected light detecting light detector can be used.
- Deformation in the direction of the vertical axis in the spring structure 20 and deformation in the direction of the horizontal axis in the second spring structure 25 Can be measured simultaneously.
- the surface of the sample can be measured with a single measurement light without using a special measurement system, and displacement detection of the friction force microscope that is standard equipment in ordinary AFM equipment is possible. By using the system as it is, it can be easily incorporated into AFM equipment.
- the measurement light is supplied to the measuring probe 1 and the reflected light image R is detected, so that high measurement accuracy is achieved.
- the measurement light is supplied to the measuring probe 1 and the reflected light image R is detected, so that high measurement accuracy is achieved.
- the surface information of the sample S since it is not necessary to use a special measurement system as described above, it is possible to acquire both surface information about the direction of the vertical axis and the direction of the horizontal axis with a simple configuration.
- Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-258331 describes that a reflection surface having a different reflection angle of measurement light depending on the position is provided on the head of the cantilever.
- the measurement probe 1 forms a reflection surface 32 on which the reflectance changes in a predetermined pattern on the head portion 30, and reflects a reflected light image obtained by reflecting the measurement light on the reflection surface 32.
- the spring structure portion means a structural portion that is elastically deformed, and includes various forms such as a leaf spring and a torsion spring.
- the first spring structure 20 used for measuring the vertical force is arranged to extend in the direction of the horizontal axis, like the torsion beams 21 and 22 shown in the above configuration. It is preferable that a torsion beam that can be torsionally deformed is included. In the configuration in which the torsion beams 21 and 22 are provided in this way, the torsion beams 21 and 22 are twisted on the horizontal axis to cause deformation in the vertical axis direction, whereby the head portion 30 is displaced in the vertical axis direction. At this time, (sag in the vertical direction) X (equivalent spring constant of torsion beams 21 and 22) It is possible to accurately measure the normal force on the surface.
- the second spring structure portion 25 used for measuring the horizontal force is arranged in parallel to each other so as to face the direction of the horizontal axis, like the parallel leaf springs 26 and 27 shown in the above configuration. It is preferable to include two leaf springs. In the configuration in which the parallel leaf springs 26 and 27 are provided as described above, the leaf springs 26 and 27 are deformed in the horizontal axis direction, whereby the head portion 30 is displaced in the horizontal axis direction. At this time, it is possible to accurately measure the horizontal force on the surface of the sample S by (horizontal deflection) X (the spring constant of the parallel leaf springs 26 and 27).
- the first spring structure portion 20 having the torsion beams 21 and 22 extending in the horizontal axis direction and the second spring structure portion 25 having the parallel leaf springs 26 and 27 facing the horizontal axis direction are combined.
- the support structure portion 15 in the surface measurement of the sample S, it is possible to measure the normal force and the horizontal force with high accuracy.
- Such a structure of the support structure portion 15 has, for example, a higher resonance frequency of the support structure portion 15 than a structure in which a parallel plate spring for vertical force measurement and a parallel plate spring for horizontal force measurement are combined.
- the number of parallel leaf springs constituting the second spring structure 25 may be at least two, for example, three or more.
- the reflected light image detecting means for detecting the two-dimensional light image of the reflected light can acquire the information of the light image so that the deformation in the directions of the vertical axis and the horizontal axis can be measured. If so, various photodetectors may be used. As such a photodetector, there is the quadrant photodiode 41 exemplified in the above embodiment. By using the quadrant photodiode 41 for reflected light image detection, the equipment in the normal AFM device can be used to deform the first spring structure 20 in the direction of the vertical axis, and the second spring structure 25 The deformation in the horizontal axis direction can be measured suitably and easily.
- a photodetector other than the quadrant photodiode may be used.
- a split photodiode that is divided into at least four parts as the reflected light image detection means.
- Examples of such a divided photodiode include a 16-divided photodiode other than the above-described 4-divided photodiode.
- this split photo diode The quadruple photodiode is particularly preferably used from the viewpoint of the structure of the photodiode and the simplification of the signal processing of the detection signal output from the split photodiode.
- the change in the position of the reflected light image R detected by the four-segment photodiode 41 and the reflected light It is preferable to obtain the surface information with reference to the change in the detection pattern of the reflected light in the image R.
- the specific method for acquiring the surface information is preferably set according to the reflection pattern on the reflection surface 32 provided on the head portion 30 of the measurement probe 1.
- FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a method for acquiring the surface information of the sample S when the measurement probe 1 and the quadrant photodiode 41 having the configuration shown in FIG. 3 are used.
- the detection signal output from the first light detection unit 41a of the quadrant photodiode 41 is A
- the detection signal output from the second light detection unit 41b is B
- the detection signal output from the third light detection unit 41c is C
- the detection signal output from the fourth light detector 41d is D.
- the horizontal deformation of the support structure 15 and the horizontal force as the surface information of the sample S can be detected.
- the reflected light image is measured by the measurement probe on the second axis with respect to a plurality of light detection units constituting the divided photodiode.
- the reflected light image is reflected light. It is preferable that the light beams are incident so as to be detected by at least two light detection units positioned in line in the direction of displacement of the image.
- the vertical deformation of the support structure 15 and the normal force as the surface information of the sample S can be detected.
- the reflected light image is transmitted from the measurement probe to the probe axis with respect to a plurality of photodetectors constituting the divided photodiode.
- the reflected light image is incident in such a manner that it is detected by at least two light detection units positioned side by side in the direction of displacement of the reflected light image.
- the vertical force is detected by the change in the position of the reflected light image R detected by the four-segment photodiode 41, and at the same time, the reflected light is reflected.
- the horizontal force can be detected independently of the vertical force by changing the detection pattern of the reflected light in the image R.
- FIGS. 5 to 7 are diagrams showing an example of a method for producing the measurement probe 1.
- a single crystal (100) silicon substrate used in the electronic semiconductor industry is used as a processing material for manufacturing the measurement probe 1.
- Fig. 5 (b), Fig. 6 (b), and Fig. 7 (b) are plan views of the substrate in each process, Fig. 5 (a), Fig. 6 (a), and Fig. 7 (a).
- Fig. 5 (c), Fig. 6 (c) and Fig. 7 (c) show cross-sectional views along the ⁇ - ⁇ plane.
- a (100) silicon substrate 100 is prepared, and one surface thereof (the lower surface of the measurement probe 1).
- a protruding structure 102 to be the probe 31 and a step structure 103 to be the torsion beams 21 and 22 are formed on the 101 side.
- a groove structure 107 serving as a reflection pattern on the reflection surface 32 is formed on the other surface (upper surface of the measurement probe 1) 106 side.
- the groove structure 107 becomes the first reflection region 321 that does not reflect the measurement light (low reflectance) on the reflection surface 32, and the reflection pattern on the reflection surface 32 together with the second reflection region 322 that reflects the measurement light otherwise.
- silicon oxide films 111 and 116 are formed on the surfaces 101 and 106 of the silicon substrate 100, respectively. Further, a slit-like opening 117 for silicon etching is formed in the silicon oxide film 116 on the surface 106 as shown by the broken line in FIG. 6B.
- the silicon substrate 100 is immersed in an aqueous potassium hydroxide solution to etch the silicon.
- the (100) and (010) planes are selectively exposed from the crystal anisotropy of silicon, and a vertical plane by the (010) plane is formed.
- the structure that becomes the support structure portion 15 and the head portion 30 in the measurement probe 1 is formed.
- the etching is finished before the step structure 103 is etched. It is also possible to provide a buried layer made of an unetched material such as silicon oxide in advance under the step structure 103. In this case, the step The structure 103 is protected by the buried layer, which improves the accuracy and ease of manufacturing the measurement probe. Finally, the measurement probe 1 is completed by removing the oxide film with a hydrofluoric acid aqueous solution or the like. Although not shown in FIGS. 5 to 7, the base portion 10 of the measurement probe 1 can be similarly manufactured from a silicon substrate.
- FIG. 10 is an SEM (Scanning Electron Microscope) image showing the overall configuration of an example of manufacturing a measurement probe.
- the measurement probe according to this fabrication example is fabricated using the fabrication method described above with reference to FIGS.
- FIG. 11 is an enlarged SEM image showing the configuration of the reflecting surface provided on the upper surface of the head portion of the measurement probe shown in FIG.
- FIG. 12 is an enlarged SEM image showing the configuration of the probe provided on the lower surface of the head portion of the measurement probe shown in FIG.
- a measurement probe having a configuration including a first spring structure 20 by 22 and a support structure 15 including a second spring structure 25 by leaf springs 26 and 27 is suitably manufactured.
- the horizontal force and the vertical force on the sample surface were measured.
- a silicon substrate coated with a fluorine-based liquid lubricant film was used as a measurement sample.
- the lubricating film was almost flat and was coated to a film thickness of about 3.5 nm by the dipping method in order to have an appropriate friction distribution.
- the substrate was irradiated with ultraviolet rays to make it relatively strongly adsorbed, and then immersed in a solvent again to remove excess lubricant.
- a measurement probe having the configuration shown in Fig. 10 was used, and the horizontal force and the vertical force were simultaneously measured on the sample surface.
- the measured values of the spring constant in the horizontal direction and vertical direction of the measurement probe used for the surface measurement were 2.3 NZm and 7.7 N / m, respectively.
- FIG. 13 is a diagram showing an AFM image of the sample with respect to the normal force measured using the measurement probe shown in FIG. Fig. 14 shows the measurement probe shown in Fig. 10. It is a figure which shows the FFM image of the sample about the measured horizontal force.
- FIG. 15 is a drawing showing a III-III cross section of the FFM image shown in FIG.
- the horizontal force measurement on the sample surface was performed using the commercially available FFM measurement probe shown in the SEM image of FIG.
- the horizontal spring constant of the FFM measurement probe used for the surface measurement was about 200 N / m.
- FIG. 17 is a diagram showing an FFM image of the sample with respect to the horizontal force measured using the above-described commercially available FFM measurement probe.
- This horizontal force measurement image shows that no structure such as a granular structure is observed on the surface of the lubricating film of the measurement sample.
- two types of granular structures a relatively large granular structure P and a small granular structure P, are clearly shown.
- the configuration of the first spring structure 20 used for the vertical force measurement is arranged so as to extend in the direction of the horizontal axis. It is preferable that the structure includes a torsion beam that can be torsionally deformed while connecting the base portion 10 and the base portion 10.
- the first spring structure 20 made of a torsion beam and the second spring structure 25 made of a parallel leaf spring are combined, for example, the first and second Compared to a configuration in which two spring structural parts are connected in two stages, the horizontal force and vertical force can be measured and controlled with good independence. Also, with such a configuration, the design of the measurement probe is simplified and the manufacturing process is facilitated.
- the length in the support axis direction of the entire measurement probe is shortened as shown in FIG. At this time, the resonance frequency in the vertical direction of the measurement probe can be increased. As described above, this is effective in that it is less susceptible to external vibration noise that has many components in the low frequency range.
- the first spring structure 20 may be configured using a structure other than a torsion beam such as a parallel leaf spring, depending on the characteristic conditions required for each measurement probe.
- a prismatic structure can be used.
- t t its width
- a plate-like structure in which b is larger than thickness h (b> h) can be used.
- the measurement probe, the sample surface measurement apparatus, and the sample surface measurement method according to the present invention include the above
- the present invention is not limited to the embodiments and configuration examples, and various modifications are possible.
- the reflection pattern on the reflection surface provided in the head portion in the above configuration example, the first reflection region extending in a band shape along the central axis in the direction of the support axis (first axis) of the support structure portion, and the first Although the pattern includes a second reflective area having a reflectance different from that of the reflective area, other reflective patterns such as a rectangular area extending along the central axis may be used. .
- the reflection surface of the head portion is formed with a reflection pattern whose reflectance changes in the horizontal axis (second axis) direction within the surface.
- a reflection pattern whose displacement can be identified by the photo detector according to the type of photo detector used as a reflected light image detection means (for example, a quadrant photodiode).
- various methods may be specifically used as a method for forming the reflection pattern on the reflection surface of the head portion.
- a predetermined reflection surface A method of forming an antireflection film (AR film) in the region to form the first reflection region can be used.
- the measurement probe is a measurement probe used for measuring the surface of a sample, and is provided with (1) a base portion and (2) a probe for surface measurement.
- a first spring structure configured to be deformable in the direction of the probe axis
- a second spring structure configured to be deformable in the direction of the probe axis and the second axis substantially perpendicular to the first axis.
- the head portion is provided on the opposite side of the probe, and the reflection surface is formed so that the reflectance changes in a predetermined reflection pattern within the surface. The configuration is used.
- the first spring structure portion is arranged to extend in the direction of the second axis, and the other portion of the support structure portion and the base portion are arranged. It is preferable to include a torsion beam that can be twisted and deformed.
- the base portion is a pair of support portions arranged so as to sandwich the support structure portion in the direction of the second axis.
- the first spring structure part preferably includes a pair of torsion beams that connect the other part of the support structure part and each of the pair of support parts as the torsion beam.
- the torsion beam is twisted on the second axis (horizontal axis) and deformed in the direction of the probe axis (vertical axis) to function as a torsion spring, so that the head portion is vertical. Displace in the direction of the axis. This makes it possible to suitably measure the normal force on the sample surface.
- the second spring structure portion includes at least two leaf springs arranged in parallel to each other so as to face the direction of the second axis.
- the head spring is displaced in the direction of the horizontal axis when the leaf spring is deformed in the direction of the second axis (horizontal axis). This makes it possible to suitably measure the horizontal force on the sample surface.
- the reflection surface of the head portion is formed with a reflection pattern whose reflectance changes in the direction of the second axis in the surface. , I prefer to be.
- the reflection pattern changing in the direction of the second axis in this way preferably, the first reflection area extending along the central axis in the direction of the first axis and the second reflection area having a reflectance different from that of the first reflection area.
- a reflection pattern including at least a reflection region can be used. According to such a reflection pattern, it is possible to suitably realize measurement of deformation of the support structure portion by the optical lever method, and measurement of vertical force and horizontal force thereby.
- the measurement probe for measuring the surface of the sample, and (b) measurement light for measuring the deformation of the support structure portion in the measurement probe.
- C a reflected light image detecting means for detecting a reflected light image generated by reflecting the measuring light on a reflecting surface provided on the head portion of the measurement probe; and (d) a reflected light.
- a reflected light image detected by the reflected light image detecting means is provided for measuring light of the measurement light, based on the detection result of the reflected light image by the image detecting means. This is a two-dimensional light image generated by the irradiation pattern on the reflecting surface and the reflecting pattern on the reflecting surface.
- the surface information processing means uses a detection axis based on the detection result of the reflected light image. Both the surface information and the surface information in the direction of the second axis. The configuration to acquire is used.
- the surface of the sample is measured.
- a measurement light supply step for supplying measurement light for measuring deformation of the support structure portion at the measurement probe, and (c) a reflective surface provided on the head portion of the measurement probe.
- the reflected light image detection step for detecting the reflected light image generated by reflecting the measurement light in step (d) and (d) obtaining the surface information of the sample based on the detection result of the reflected light image in the reflected light image detection step
- the reflected light image detected in the reflected light image detection step is a two- dimensional light generated by the irradiation pattern of the measurement light on the reflecting surface and the reflecting pattern on the reflecting surface.
- the surface information about the direction of the probe axis and the surface information about the direction of the second axis Use a configuration that acquires both.
- the measuring light is supplied to the measuring probe without using a special measuring system, and the reflected light is supplied.
- the reflected light is supplied.
- the first spring structure portion is deformed in the direction of the vertical axis, and the first (2)
- the deformation in the direction of the horizontal axis in the spring structure can be measured with a single measuring beam, and both the surface information about the vertical axis and the direction of the horizontal axis can be acquired with a simple configuration. It becomes possible.
- the reflected light image detecting means has a divided photodiode that is divided into at least four to detect the reflected light image.
- the reflected light image detection step it is preferable that the reflected light image is detected by a divided photodiode divided into at least four parts. In this way, by detecting the reflected light image with the split-type photodiode, it is possible to suitably deform the vertical axis direction in the first spring structure and the horizontal axis direction in the second spring structure. Can be measured.
- this split photodiode it is particularly preferable to use a four split photodiode in view of the structure of the photodiode and simplification of the signal processing of the detection signal output from the split photodiode.
- the reflected light image is detected by a measurement probe with respect to a plurality of light detection units constituting the split photodiode. It is preferable that the incident light is incident in the direction of displacement of the reflected light image when deformed in the direction of the needle axis, and is detected by at least two light detectors arranged side by side in that direction. .
- the reflected light image is positioned side by side in the direction of displacement of the reflected light image when the measurement probe is deformed in the direction of the second axis with respect to the plurality of light detection units constituting the split photodiode.
- the light is incident so that the light is detected by at least two light detection units.
- a configuration can be realized, for example, by appropriately designing a light guide optical system that guides the reflected light image from the reflection surface of the measurement probe to the split photodiode.
- the surface information processing unit obtains the surface information with reference to a change in the position of the reflected light image and a change in the detection pattern of the reflected light in the reflected light image. Ms.
- the measurement method preferably acquires surface information with reference to a change in the position of the reflected light image and a change in the reflected light detection pattern in the reflected light image.
- the specific method for acquiring surface information is preferably set according to the reflection pattern on the reflection surface provided in the head portion of the measurement probe. Industrial applicability
- the present invention can be used as a measurement probe capable of improving the measurement accuracy of the sample surface without using a special measurement system, a sample surface measurement apparatus using the measurement probe, and a sample surface measurement method. is there.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
試料Sの表面を測定するための測定プローブ1を、ベース部10と、探針31が設けられたヘッド部30と、探針31が突出する垂直軸に略直交する軸を支持軸としてベース部10に対してヘッド部30を支持する支持構造部15とによって構成する。また、支持構造部15を、垂直軸の方向について変形可能な第1ばね構造部20と、水平軸の方向について変形可能な第2ばね構造部25との2つのばね構造部によって構成するとともに、ヘッド部30の探針31とは反対側に、反射率が面内で異なるように変化する反射パターンで形成された反射面32を設ける。これにより、特殊な測定系を用いることなく試料表面の測定精度を向上することが可能な測定プローブ、試料表面測定装置、及び試料表面測定方法が実現される。
Description
明 細 書
測定プローブ、試料表面測定装置、及び試料表面測定方法
技術分野
[0001] 本発明は、試料の表面を測定するために用いられる測定プローブ、測定プローブ を用いた試料表面測定装置、及び試料表面測定方法に関するものである。
背景技術
[0002] 試料表面の摩擦力分布を測定することでナノメートル 'スケールでの材料評価等が 可能な技術として、摩擦力顕微鏡(FFM : Friction Force Microscope) ,あるいは水 平力顕微鏡(LFM : Lateral Force Microscope)と呼ばれる試料表面測定装置がある (例えば、文献 1 :特開 2000— 171381号公報、文献 2 :特開 2000— 258331号公 報参照)。摩擦力顕微鏡では、例えば、図 8に示すように、ベース部 60に固定された レバー部 62を有する微小(長さが 100 μ mのオーダ、厚さが 1 μ mのオーダ)なカン チレバー 6を測定プローブとし、レバー部 62の端部に設けられた、先端径を数 nm以 下に先鋭化させた探針 61を用いて試料 Sの表面を測定する。
[0003] すなわち、レバー部 62の長軸である支持軸の方向、及び探針 61が突出する探針 軸の方向に直交する方向を走查方向として、カンチレバー 6で試料の表面を走査す る。このとき、探針 61に走查軸(水平軸)の方向の摩擦力(水平力)が働き、レバー部 62に「捩れ」が生じる。また、試料表面の形状に応じて探針 61に荷重(垂直力)が働 き、レバー部 62に「橈み」が生じる。これらのレバー部 62の捩れ、及び橈みを測定す ることにより、試料を走查することで生じる水平力 ·垂直力の 2方向の力を求めることが でき、試料の表面情報を取得することができる。また、水平力'垂直力の比によって、 試料表面の摩擦係数も求められる。
[0004] このような測定方法によれば、例えば、航空機の機体等に用いられているカーボン ファイバなどを樹脂で固めて作製した強化プラスチック、あるいはガラスに新機能を 持たせる微粒子分散ガラスなどの複合材料を試料として、材料の断面を作製し、上 記装置を用いてその表面上での摩擦係数の分布を測定することにより、その複合材 料における構成材料の分布を把握することができる。あるいは、水平力及び垂直力を
測定することで、材料表面の摩擦特性や潤滑特性をナノメートル 'スケールで測定す ること力 Sできる。
特許文献 1 :特開 2000— 171381号公報
特許文献 2 :特開 2000— 258331号公報
特許文献 3 :特開 2000— 258332号公報
特許文献 4:特開平 11一 166823号公報
特許文献 5 :特開 2001— 56281号公報
非特許文献 l : B.W.Chui et al. , Applied Physics Letters, Vol.72, No. l l, pp.1388- 13 90 (1998)
非特許文献 2 : S.A Joyce and J.E.Housion, Rev. Sci. Instrum. Vol.62, No.3, pp.710- 715 (1991)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 上記したカンチレバー 6を用いた試料表面の測定において、レバー部 62に生じる 捩れ及び橈みによる変形は、光てこ法を用いて測定することができる。光てこ法では 、測定光であるレーザ光をレバー部 62の背面に照射し、背面で反射される光の反射 角を 4分割フォトダイオード等を用いて検出することで、レバー部 62の捩れ及び橈み をともに測定することができる。光てこ法は、通常の原子間力顕微鏡 (AFM : Atomic Force Microscope)における原子間力検出での撓みの測定にも用いられており、反 射光検出用の光検出器を橈み測定用の 2分割型から捩れ '橈み測定用の 4分割型 に変更すれば、通常の AFM装置で摩擦力測定が可能になるとレ、う利点がある。
[0006] ここで、このようにレバー部 62の捩れ '撓みによって水平力 ·垂直カを求める方法で は、同一のレバーの変形を測定しているため、 2方向の変形が干渉しあって原理的 な高精度化が困難であるという問題があった。これに対して、図 9に示すように、ベー ス部 70に固定されてその端部に探針 71が設けられるレバー部において、垂直力測 定用の板ばね部 72と、水平力測定用の板ばね部 73とを設ける構成の測定プローブ 7が提案されてレ、る(上記文献 2:特開 2000— 258331号公報参照)。
[0007] し力、しながら、この方法では、 2方向の変形の干渉による測定精度の低下という問
題を改善することが可能である力 2つの板ばね部の変形を別々に測定する必要が ある。このとき、例えば光てこ法では、図 9に実線矢印及び破線矢印で示すように、 2 本の光てこ用レーザ光を用いる特殊な測定系が必要となり、 AFM装置の通常の仕 様では測定ができないとレ、う問題がある。
[0008] 本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、特殊な測定系を用 レ、ることなく試料表面の測定精度を向上することが可能な測定プローブ、測定プロ一 ブを用いた試料表面測定装置、及び試料表面測定方法を提供することを目的とする 課題を解決するための手段
[0009] このような目的を達成するために、本発明による測定プローブは、試料の表面を測 定するために用いられる測定プローブであって、(1)ベース部と、 (2)表面測定用の 探針が設けられたヘッド部と、(3)探針が突出する探針軸に略直交する第 1軸を支持 軸としてベース部に対してヘッド部を支持する支持構造部とを備え、(4)支持構造部 は、探針軸の方向について変形可能に構成された第 1ばね構造部と、探針軸及び 第 1軸に略直交する第 2軸の方向について変形可能に構成された第 2ばね構造部と の 2つのばね構造部によって構成され、(5)ヘッド部は、探針とは反対側に設けられ 、その反射率が面内で異なるように変化する反射パターンで形成された反射面を有 することを特徴とする。
[0010] 上記した測定プローブにおいては、固定部であるベース部と、探金十を有するヘッド 部との間に設けられる支持構造部として、探針軸 (垂直軸)の方向に変形可能な第 1 ばね構造部(第 1変形構造部)、及び第 2軸 (水平軸)の方向に変形可能な第 2ばね 構造部(第 2変形構造部)によって構成された構造部を用いている。このように、垂直 力測定及び水平力測定に用いられる 2つのばね構造部を設ける構成によれば、 2方 向の変形が干渉することが防止され、試料表面の測定精度を向上することができる。 なお、ここでは、ばね構造部とは弾性的に変形する構造部分をいい、例えば板ばね 、捩りばね等を含む。
[0011] さらに、支持構造部の端部に設けられるヘッド部に、光てこ法によってばね構造部 の変形を測定する際に用いられる反射面を設けるとともに、反射面内において、その
反射率が所定パターンで変化する構成としている。このような反射面に対して光てこ 法での測定光を照射した場合、得られる反射光において、反射面での反射パターン が反映された 2次元光像が生成される。そして、この 2次元光像を光検出器で検出す ることにより、第 1ばね構造部での垂直軸の方向の変形と、第 2ばね構造部での水平 軸の方向の変形とを、特殊な測定系を用いることなぐ 1本の測定光で測定すること が可能となる。
[0012] 本発明による試料表面測定装置は、(a)試料の表面を測定するための上記測定プ ローブと、 (b)測定プローブでの支持構造部の変形を測定するための測定光を供給 する測定光供給手段と、 (c)測定プローブのヘッド部に設けられた反射面で測定光 が反射されて生成された反射光像を検出する反射光像検出手段と、(d)反射光像検 出手段での反射光像の検出結果に基づいて、試料の表面情報を取得する表面情報 処理手段とを備え、 (e)反射光像検出手段で検出される反射光像は、測定光の反射 面への照射パターンと、反射面での反射パターンとによって生成される 2次元光像で あり、(f)表面情報処理手段は、反射光像の検出結果に基づいて、探^"軸の方向に っレ、ての表面情報、及び第 2軸の方向にっレ、ての表面情報の両者を取得することを 特徴とする。
[0013] また、本発明による試料表面測定方法は、(a)試料の表面を測定するための上記 測定プローブを用い、(b)測定プローブでの支持構造部の変形を測定するための測 定光を供給する測定光供給ステップと、(c)測定プローブのヘッド部に設けられた反 射面で測定光が反射されて生成された反射光像を検出する反射光像検出ステップと 、(d)反射光像検出ステップでの反射光像の検出結果に基づいて、試料の表面情報 を取得する表面情報処理ステップとを備え、(e)反射光像検出ステップにおいて検出 される反射光像は、測定光の反射面への照射パターンと、反射面での反射パターン とによって生成される 2次元光像であり、(f)表面情報処理ステップにおいて、反射光 像の検出結果に基づいて、探針軸の方向についての表面情報、及び第 2軸の方向 についての表面情報の両者を取得することを特徴とする。
[0014] 上記した試料表面測定装置、及び測定方法においては、上記構成の測定プロ一 ブを用いることにより、特殊な測定系を用いることなぐ測定プローブに対して測定光
を供給してその反射光像を検出することで、高い測定精度で試料の表面情報を取得 すること力 S可能となる。特に、測定プローブのヘッド部に設けられた反射面での反射 パターンに対応した 2次元光像となる反射光像を検出することにより、第 1ばね構造 部における垂直軸の方向の変形と、第 2ばね構造部における水平軸の方向の変形と を、 1本の測定光で測定することができ、垂直軸、及び水平軸の方向についての表 面情報の両者を簡単な構成で取得することが可能となる。
発明の効果
[0015] 本発明の測定プローブ、試料表面測定装置、及び試料表面測定方法によれば、 垂直軸の方向に変形可能な第 1ばね構造部、及び水平軸の方向に変形可能な第 2 ばね構造部によって構成された支持構造部を用いるとともに、支持構造部の端部に 設けられるヘッド部に反射面を設け、反射面内において、その反射率が所定パター ンで変化する構成とすることにより、特殊な測定系を用いることなく試料表面の測定 精度を向上することが可能となる。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]図 1は、試料表面測定装置の一実施形態の構成を概略的に示すブロック図で ある。
[図 2]図 2は、測定プローブの一実施形態の構成を示す斜視図である。
[図 3]図 3は、測定プローブを用いた試料表面測定方法の一例を示す模式図である。
[図 4]図 4は、試料の表面情報の取得方法の一例を示す模式図である。
[図 5]図 5は、測定プローブの作製方法の一例を示す図である。
[図 6]図 6は、測定プローブの作製方法の一例を示す図である。
[図 7]図 7は、測定プローブの作製方法の一例を示す図である。
[図 8]図 8は、従来の測定プローブの構成の一例を示す図である。
[図 9]図 9は、従来の測定プローブの構成の他の例を示す図である。
[図 10]図 10は、測定プローブの一作製例の全体構成を示す SEM画像である。
[図 11]図 11は、図 10に示した測定プローブのヘッド部の上面に設けられた反射面の 構成を拡大して示す SEM画像である。
[図 12]図 12は、図 10に示した測定プローブのヘッド部の下面に設けられた探針の構
成を拡大して示す SEM画像である。
[図 13]図 13は、図 10に示した測定プローブを用いて測定された垂直力についての 試料の AFM画像を示す図である。
[図 14]図 14は、図 10に示した測定プローブを用いて測定された水平力についての 試料の FFM画像を示す図である。
[図 15]図 15は、図 14に示した FFM画像の ΙΠ— ΠΙ断面を示すグラフである。
[図 16]図 16は、市販の測定プローブの構成を示す SEM画像である。
[図 17]図 17は、市販の測定プローブを用いて測定された水平力についての試料の F
FM画像を示す図である。
[図 18]図 18は、測定プローブの構成の一例を示す図である。
符号の説明
[0017] 1…測定プローブ、 10…ベース部、 11、 12…支持部、 15…支持構造部、 20…第 1 ばね構造部、 21、 22…捩り梁、 23…連結部、 25…第 2ばね構造部、 26、 27…板ば ね、 30…ヘッド部、 31…探針、 32…反射面、 321…第 1反射領域、 322…第 2反射 領域、 40…測定光源、 41 · ' ·4分割フォトダイオード、 41a〜41d…光検出部、 45—X YZステージ、 50…測定制御装置、 51…測定条件設定部、 52…表面情報処理部、 56…入力装置、 57…表示装置。
発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下、図面とともに本発明による測定プローブ、試料表面測定装置、及び試料表 面測定方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明におい ては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比 率は、説明のものと必ずしも一致していない。
[0019] まず、本発明による試料表面測定装置の全体構成について説明する。図 1は、本 発明による試料表面測定装置の一実施形態の構成を概略的に示すブロック図であ る。本試料表面測定装置は、測定プローブ 1と、測定光源 40と、 4分割フォトダイォー ド 41と、測定制御装置 50とを備えて構成されている。
[0020] 測定プローブ 1は、その端部に設けられた探針 31を用いて試料 Sの表面を測定す るために用いられるプローブ機構である。特に、本実施形態による試料表面測定装
置は、試料 Sの表面に対して直交する方向(以下、垂直方向)についての垂直力と、 表面に対して平行な方向(以下、水平方向)についての水平力とを測定可能な摩擦 力顕微鏡として構成されている。
[0021] これらの力のうち、垂直力は探針 31に力、かる荷重であり、例えば試料 Sの表面の形 状を反映している。また、水平力は探針 31にかかる摩擦力であり、例えば試料 Sの各 部の構成材料を反映している。また、表面の測定対象となる試料 Sは、 X軸方向及び Y軸方向(水平方向)と、 Z軸方向(垂直方向)とに可動に構成された XYZステージ 4 5上に載置されており、この XYZステージ 45を駆動することで、測定プローブ 1による 測定位置の設定、及び走査が可能となっている。
[0022] この試料 Sの表面測定用の測定プローブ 1に対し、測定光源 40と、 4分割フォトダイ オード 41とが設置されている。測定光源 40は、後述する測定プローブ 1での支持構 造部の変形を測定するための測定光を供給する測定光供給手段であり、例えばレー ザ光などの測定光を測定プローブ 1に対して照射する。また、 4分割フォトダイオード 41は、測定プローブ 1に設けられた反射面で測定光が反射されて生成された反射光 像を検出する反射光像検出手段である。
[0023] 測定制御装置 50は、例えば PCを用いて構成され、本測定装置における試料 Sの 表面測定の条件設定、実行、及びデータ解析等の必要な処理を行う制御手段であ る。本実施形態においては、測定制御装置 50は、測定条件設定部 51と、表面情報 処理部 52とを有している。測定条件設定部 51は、試料 Sを載置する XYZステージ 4 5、測定光を供給する測定光源 40等を制御することにより、試料 Sの表面に対する測 定位置、走査速度等の測定条件を設定する。なお、このような XYZステージ 45、測 定光源 40等の制御については、制御装置 50によって自動で制御せずに、操作者が 手動で制御する構成としても良レ、。
[0024] 表面情報処理部 52は、反射光像検出手段である 4分割フォトダイオード 41での反 射光像の検出結果を入力し、その検出結果に基づいて、試料 Sの表面情報を取得 する処理手段である。特に、本測定装置においては、表面情報処理部 52は、反射 光像の検出結果に基づいて、垂直軸の方向についての表面情報、及び水平軸の方 向についての表面情報の両者を取得する。
[0025] また、この測定制御装置 50に対して、入力装置 56と、表示装置 57とが接続されて いる。入力装置 56は、例えばキーボードやマウスであり、試料 Sの表面測定に必要な 指示の入力等に用いられる。また、表示装置 57は、例えば液晶ディスプレイであり、 試料 Sの表面測定に関する情報の表示、あるいは、表面測定によって取得された表 面情報の表示等に用いられる。
[0026] 次に、本実施形態による試料表面測定装置に用いられている測定プローブ 1の構 成について説明する。図 2は、本発明による測定プローブの一実施形態の構成を示 す斜視図である。また、図 3は、図 2に示した測定プローブを用いた試料表面測定方 法の一例を示す模式図である。本実施形態による測定プローブ 1は、ベース部 10と 、支持構造部 15と、ヘッド部 30とを備えている。
[0027] ここで、説明の便宜のため、図 2に示すように X軸、 Y軸、及び Z軸を定義する。すな わち、試料 Sの表面に直交する垂直軸であって、測定プローブ 1の探針 31が突出す る方向となる探針軸を Z軸、探針軸に直交する方向であって測定プローブ 1での支持 軸を X軸(水平方向の第 1軸)、 Z軸及び X軸に直交する水平軸を Y軸(水平方向の 第 2軸)とする。このような各軸の定義において、 Z軸の方向についての力が垂直力、 Y軸の方向についての力が水平力である。
[0028] ベース部 10は、測定プローブ 1の装置側部分を構成しており、支持構造部 15、及 びヘッド部 30を装置に対して保持するプローブ保持部となっている。本実施形態に おいては、このベース部 10は、支持構造部 15を Y軸の方向で挟む(図 2中において 左右から挟む)ように配置された一対の支持部 11、 12を有している。また、これらの 支持部 11、 12は、それぞれベース部 10の側部から X軸に沿って前方に突出するよう に形成されている。
[0029] また、ヘッド部 30は、測定プローブ 1の先端側部分を構成しており、その一方側の 面(図 2中の下面)に探針 31が設けられている。この探針 31は、測定対象となる試料 Sの表面に向かって、 Z軸に沿って下方に突出した状態で設けられている。また、この 探針 31は、例えばその先端径が数 nm以下に先鋭化されており、高分解能での表面 測定が可能となっている。
[0030] これらのベース部 10とヘッド部 30との間には、 X軸を支持軸としてベース部 10に対
してヘッド部 30を支持する支持構造部 15が設けられている。測定プローブ 1を用い た表面測定では、試料 Sの表面を走査したときに支持構造部 15に生じる垂直軸 ·水 平軸の方向の変形を測定することによって試料 Sの表面情報を取得する。本実施形 態においては、この支持構造部 15は、ベース部 10側の第 1ばね構造部 20と、ヘッド 部 30側の第 2ばね構造部 25とによって構成されている。
[0031] 第 1ばね構造部(第 1変形構造部) 20は、垂直軸 (Z軸)の方向について弾性変形 が可能に構成されており、試料 Sの表面測定において、垂直力の測定に用いられる 。具体的には、この第 1ばね構造部 20は、捩り梁 21、 22と、連結部 23とによって構 成されている。捩り梁 21、 22は、それぞれ水平軸の方向に延びるように配置され、ベ ース部 10と支持構造部 15 (捩り梁 21、 22を除く支持構造部 15の他の部分)との間を 連結している。また、これらの捩り梁 21、 22は、図 3に示すように捩り変形可能に構成 されており、これによつて捩りばねとして機能する。
[0032] また、図 2に示す構成においては、一対の支持部 11、 12が設けられたベース部 10 の構成に対応して、支持構造部 15の他の部分と一対の支持部 11、 12のそれぞれと の間を連結する一対の捩り梁 21、 22が設けられている。また、連結部 23は、ベース 部 10及び第 1ばね構造部 20と、第 2ばね構造部 25とを連結する部分である。上記し た捩り梁 21、 22は、この連結部 23と支持部 11、 12との間に設けられている。
[0033] 第 2ばね構造部(第 2変形構造部) 25は、水平軸 (Y軸)の方向について弾性変形 が可能に構成されており、試料 Sの表面測定において、水平力の測定に用いられる 。具体的には、この第 2ばね構造部 25は、 2枚の板ばね 26、 27によって構成されて いる。これらの板ばね 26、 27は、それぞれその板面が水平軸の方向を向くように配 置され、図 3に示すように橈み変形可能に構成されている。また、 2枚の板ばね 26、 2 7は、互いに平行に配置された平行板ばねを構成している。また、第 1ばね構造部 20 の連結部 23は、これらの板ばね 26、 27を支持する平行板ばね支持部として機能し ている。
[0034] 第 2ばね構造部 25の板ばね 26、 27の前方側には、上述したように、表面測定用の 探針 31が設けられたヘッド部 30が接続されている。また、このヘッド部 30には、探針 31とは反対側の面(図 2中の上面)に、光てこ法による支持構造部 15の変形 (第 1ば
ね構造部 20、及び第 2ばね構造部 25のそれぞれの変形)の測定に用いられる反射 面 32が設けられている。反射面 32は、その反射率が面内で所定の反射パターンで 変化するように形成されている。すなわち、反射面 32は、その反射率が面内で異なる ように変化する反射パターンで形成されてレ、る。
[0035] 図 2及び図 3においては、そのような反射面 32の一例として、 X軸方向の反射面 32 の中心軸に沿って帯状に延びる第 1反射領域 321と、第 1反射領域 321とは異なる 反射率を有する第 2反射領域 322とを含む構成を示している。このような構成におい て、測定光源 40 (図 1参照)から光てこ法の測定光が反射面 32に照射されると、その 反射光は、反射面 32への測定光の照射パターンと、反射面 32での測定光の反射パ ターンとによって生成される 2次元光像となる。
[0036] このような反射光像に対して、反射光像検出用の 4分割フォトダイオード 41は、光の 入射側(図 2、図 3の紙面とは反対側)からみて、左上の第 1光検出部 41a、右上の第 2光検出部 41b、左下の第 3光検出部 41c、及び右下の第 4光検出部 41dの 4つの 光検出部を有する 4分割型に構成されている。このような 4分割フォトダイオード 41の 光入射面において、測定プローブ 1の反射面 32からの反射光像は、図 3に示すよう に、反射面 32上での第 1反射領域 321に対応する光像部分 R1と、第 2反射領域 32 2に対応する光像部分 R2とを含む光像 Rとして 4分割フォトダイオード 41に入射する
[0037] 以上の構成において、測定プローブ 1の探針 31によって試料 Sの表面を測定、走 查するとともに、支持構造部 15の変形を測定するための測定光を測定光源 40から 測定プローブ 1へと供給する(測定光供給ステップ)。このとき、上記のように所定の 反射パターンを有するヘッド部 30の反射面 32で測定光が反射されることにより、反 射光像 Rが生成される。そして、この反射光像 Rが、反射光像検出手段である 4分割 フォトダイオード 41によって検出される(反射光像検出ステップ)。さらに、測定制御 装置 50の表面情報処理部 52は、 4分割フォトダイオード 41による反射光像 Rの検出 結果に基づいて、試料 Sの垂直軸の方向についての表面情報(垂直力の情報)、及 び水平軸の方向についての表面情報 (水平力の情報)の両者を取得する(表面情報 処理ステップ)。
[0038] 特に、この反射光像 Rでは、支持構造部 15における第 1ばね構造部 20の垂直方 向についての変形、及び第 2ばね構造部 25の水平方向についての変形によって生 じるヘッド部 30の変位により、その 4分割フォトダイオード 41への入射条件、検出条 件等が変化する。具体的には、支持構造部 15の垂直方向、水平方向の変形により、 4分割フォトダイオード 41に対する反射光像 R自体の検出位置、あるいは光像 R内で の反射光の検出パターンが変化する。表面情報処理部 52では、この反射光像 の 位置の変化、及び反射光像 R内での反射光の検出パターンの変化を参照して、試料 Sの表面情報が取得される。
[0039] 本実施形態による測定プローブ、試料表面測定装置、及び試料表面測定方法の 効果について説明する。
[0040] 図 1〜図 3に示した測定プローブにおいては、装置側の固定部であるベース部 10 と、試料 S側で探針 31を有するヘッド部 30との間に設けられる支持構造部 15として、 探^"軸 (垂直軸)の方向に変形可能な第 1ばね構造部 20、及び第 2軸 (水平軸)の方 向に変形可能な第 2ばね構造部 25によって構成された支持構造部 15を用レ、てレ、る 。このように、 2つのばね構造部 20、 25を設けて、垂直力、水平力を独立に測定する 構成によれば、原理的に垂直力'水平力が干渉することが防止され、独立で垂直力' 水平力の同時測定を行うことが可能となる。これにより、試料 Sの表面の測定精度を 向上することができる。
[0041] さらに、上記の測定プローブ 1においては、支持構造部 15の端部に設けられるへッ ド部 30に、光てこ法によって支持構造部 15での変形を測定するための反射面 32を 設けるとともに、反射面 32内において、その反射率が所定パターンで異なるように変 化する構成としている。このような反射面 32に対して測定光源 40からの測定光を照 射した場合、図 3に 4分割フォトダイオード 41で検出される反射光像 Rを例示したよう に、得られる反射光において、反射面 32での反射パターンが反映された 2次元光像 が生成される。
[0042] このような 2次元の反射光像 Rに対して、反射光検出用の光検出器として光像につ レ、ての情報を取得可能な反射光像検出手段を用いることにより、第 1ばね構造部 20 における垂直軸の方向の変形と、第 2ばね構造部 25における水平軸の方向の変形
とを、同時に測定することができる。特に、このような構成では、特殊な測定系を用い ることなく 1本の測定光で試料の表面を測定することができ、通常の AFM装置に標 準装備されている摩擦力顕微鏡の変位検出系をそのまま利用することで、 AFM装 置に容易に組み込むことが可能となる。
[0043] また、上記構成の測定プローブ 1を用いた試料表面測定装置、及び測定方法では 、測定プローブ 1に対して測定光を供給してその反射光像 Rを検出することで、高い 測定精度で試料 Sの表面情報を取得することが可能となる。また、上記したように特 殊な測定系を用いる必要がないため、垂直軸、及び水平軸の方向についての表面 情報の両者を簡単な構成で取得することが可能となる。
[0044] なお、文献 2 :特開 2000— 258331号公報には、カンチレバーのヘッド上に位置に よって測定光の反射角度が異なる反射面を設けることが記載されている。し力、しなが ら、このような構成では、探針が 0. lnm〜: 1. Onm程度移動した場合でも反射角度 が変化するような反射角度分布で反射面を作製する必要があるが、このような反射面 の作製は困難である。これに対して、本発明による測定プローブ 1は、ヘッド部 30上 に反射率が所定パターンで変化する反射面 32を形成し、この反射面 32で測定光が 反射されて得られる反射光像を光検出器面に投影することで、垂直力'水平力の高 精度での測定を実現するものである。
[0045] ここで、支持構造部 15における第 1ばね構造部 20及び第 2ばね構造部 25の具体 的な構成については、上記したように、試料 Sの表面測定における垂直力、水平力を 独立に測定可能な構成とすることが好ましい。なお、ここでは、ばね構造部とは弾性 的に変形する構造部分をいい、例えば板ばね、捩りばね等の様々な形態のものを含 む。
[0046] 垂直力の測定に用いられる第 1ばね構造部 20は、上記構成で示した捩り梁 21、 2 2のように、水平軸の方向に延びるように配置され、支持構造部 15の他の部分とベー ス部 10との間を連結するとともに、捩れ変形可能な捩り梁を含むことが好ましい。この ように捩り梁 21、 22を設けた構成では、捩り梁 21、 22が水平軸上で捩れて垂直軸の 方向についての変形を起こすことにより、ヘッド部 30が垂直軸の方向に変位する。こ のとき、(垂直方向の橈み) X (捩り梁 21、 22の等価的なばね定数)により、試料 Sの
表面での垂直力を精度良く測定することが可能となる。
[0047] また、水平力の測定に用いられる第 2ばね構造部 25は、上記構成で示した平行板 ばね 26、 27のように、それぞれ水平軸の方向を向くように、互いに平行に配置された 2枚の板ばねを含むことが好ましい。このように平行板ばね 26、 27を設けた構成では 、板ばね 26、 27が水平軸の方向についての変形を起こすことにより、ヘッド部 30が 水平軸の方向に変位する。このとき、(水平方向の橈み) X (平行板ばね 26、 27のば ね定数)により、試料 Sの表面での水平力を精度良く測定することが可能となる。
[0048] 以上のように、水平軸方向に延びる捩り梁 21、 22を有する第 1ばね構造部 20と、 水平軸方向を向く平行板ばね 26、 27を有する第 2ばね構造部 25とを組み合わせて 、支持構造部 15を構成することにより、試料 Sの表面測定において、その垂直力'水 平力をそれぞれ高精度で測定することが可能となる。このような支持構造部 15の構 造は、垂直力測定用の平行板ばねと水平力測定用の平行板ばねとを組み合わせた 構造等に比べて、例えば、支持構造部 15の共振周波数を高く取ることが容易で、主 に低周波数域の機械振動からなる外部雑音に影響されにくい構造が得られるなど、 垂直力'水平力の分離測定、及びその測定精度などの点で有利である。なお、第 2 ばね構造部 25を構成する平行板ばねの枚数については、少なくても 2枚であれば良 ぐ例えば 3枚以上でも良い。
[0049] 反射光の 2次元光像を検出する反射光像検出手段としては、上記したように垂直軸 、及び水平軸の方向の変形を測定可能なように光像の情報を取得可能なものであれ ば、様々な光検出器を用いて良い。そのような光検出器としては、上記実施形態で 例示した 4分割フォトダイオード 41がある。反射光像検出に 4分割フォトダイオード 41 を用いることにより、通常の AFM装置での装備を活用して、第 1ばね構造部 20にお ける垂直軸の方向の変形と、第 2ばね構造部 25における水平軸の方向の変形とを、 好適かつ容易に測定することができる。
[0050] また、 4分割フォトダイオード以外の光検出器を用いても良い。一般には、反射光像 検出手段として、少なくとも 4分割された分割型フォトダイオードを用いることが好まし レ、。このような分割型フォトダイオードとしては、例えば上記した 4分割フォトダイォー ド以外に、 16分割フォトダイオード等が挙げられる。ただし、この分割型フォトダイォ
ードとしては、フォトダイオードの構造、及び分割型フォトダイオードから出力される検 出信号の信号処理の簡単化等の観点から、 4分割フォトダイオードを用いることが特 に好ましい。
[0051] また、測定制御装置 50の表面情報処理部 52での表面情報の取得方法にっレ、て は、 4分割フォトダイオード 41で検出される反射光像 Rの位置の変化、及び反射光像 R内での反射光の検出パターンの変化を参照して、表面情報を取得することが好ま しい。具体的な表面情報の取得方法については、測定プローブ 1のヘッド部 30に設 けられた反射面 32での反射パターンに応じて設定することが好ましい。
[0052] 図 4は、図 3に示した構成の測定プローブ 1及び 4分割フォトダイオード 41を用いた 場合の試料 Sの表面情報の取得方法の一例を示す模式図である。ここで、 4分割フ オトダイオード 41の第 1光検出部 41aから出力される検出信号を A、第 2光検出部 41 bから出力される検出信号を B、第 3光検出部 41cから出力される検出信号を C、第 4 光検出部 41dから出力される検出信号を Dとする。
[0053] 試料 Sの表面測定において、水平力によって第 2ばね構造部 25の平行板ばね 26 、 27に橈みによる水平方向(第 2軸の方向)の変形が生じた場合、ヘッド部 30の反射 面 32は水平方向に変位する。このとき、図 4 (a)に示すように、 4分割フォトダイオード 41で検出される反射光像 Rでは、光像 Rの位置自体は変化せず、反射面 32での反 射領域 321、 322に対応する光像部分 Rl、 R2による光像パターンが水平方向に変 位して、光像 R内での反射光の検出パターンが変化する。
[0054] このとき、左右の光検出部での検出信号強度の差を次式
(A+ C) - (B + D)
から求めることにより、支持構造部 15の水平方向の変形、及び試料 Sの表面情報とし ての水平力を検出することができる。この場合、 4分割フォトダイオードなどの分割型 フォトダイオードに対する反射光像の入射条件については、反射光像は、分割型フ オトダイオードを構成する複数の光検出部に対し、測定プローブが第 2軸の方向に変 形した場合の反射光像の変位方向(上記の例では水平方向)について一方側に位 置する光検出部(41a、 41c)と、他方側に位置する光検出部(41b、 41d)とによって それぞれ検出されるように入射することが好ましい。一般には、反射光像は、反射光
像の変位方向にっレ、て、その方向に並んで位置する少なくとも 2つの光検出部によ つてそれぞれ検出されるように入射することが好ましい。
[0055] 一方、試料 Sの表面測定において、垂直力によって第 1ばね構造部 20の捩り梁 21 、 22に捩れによる垂直方向(探針軸の方向)の変形が生じた場合、ヘッド部 30の反 射面 32は垂直方向に変位する。このとき、図 4 (b)に示すように、 4分割フォトダイォ ード 41で検出される反射光像 Rでは、光像 R内での反射光の検出パターンは変化せ ず、光像 R自体の位置が垂直方向に変位する。
[0056] このとき、上下の光検出部での検出信号強度の差を次式
(A+B) - (C + D)
から求めることにより、支持構造部 15の垂直方向の変形、及び試料 Sの表面情報とし ての垂直力を検出することができる。この場合、 4分割フォトダイオードなどの分割型 フォトダイオードに対する反射光像の入射条件については、反射光像は、分割型フ オトダイオードを構成する複数の光検出部に対し、測定プローブが探針軸の方向に 変形した場合の反射光像の変位方向(上記の例では垂直方向)について一方側に 位置する光検出部(41a、 41b)と、他方側に位置する光検出部(41c、 41d)とによつ てそれぞれ検出されるように入射することが好ましい。一般には、反射光像は、反射 光像の変位方向にっレヽて、その方向に並んで位置する少なくとも 2つの光検出部に よってそれぞれ検出されるように入射することが好ましい。
[0057] このように、図 2及び図 3に示した構成の測定プローブ 1では、 4分割フォトダイォー ド 41で検出される反射光像 Rの位置の変化によって垂直力を検出し、同時に、反射 光像 R内での反射光の検出パターンの変化によって水平力を垂直力とは独立に検 出することが可能である。
[0058] 上記実施形態による測定プローブ 1の作製方法について概略的に説明する。図 5 〜図 7は、測定プローブ 1の作製方法の一例を示す図である。ここでは、測定プロ一 ブ 1を作製するための加工材料として電子半導体産業で用いられる単結晶(100)シ リコン基板を用いた例を示している。また、各図において、図 5 (b)、図 6 (b)、図 7 (b) は各工程での基板の平面図、図 5 (a)、図 6 (a)、図 7 (a)は I_I面での断面図、図 5 ( c)、図 6 (c)、図 7 (c)は Π-Π面での断面図を示している。
[0059] 加工材料として単結晶シリコン基板を用いた場合、化学エッチング液に対する結晶 面のエッチング速度の違レ、(結晶異方性エッチング)、あるいは反応性イオンエッチ ングなどを利用することにより、板厚さが 1 μ mのオーダ、幅が 100 μ mのオーダの平 行板ばねの作製が可能である。このような平行板ばねを用いれば、 InNオーダでの 高感度の水平力測定も可能である。また、同様の方法によって厚さが l z mのオーダ 、幅が 10 x mのオーダの捩り梁の作製が可能である。このような捩り梁を用いれば、 垂直力測定についても、同様に InNオーダでの高感度の測定が可能である。この捩 り梁の構造としては、例えば、断面が?!^ ?!^ !!^で長さカ^!!!!!!程度の細長ぃ角柱 状の構造がある。
[0060] 図 5〜図 7に示す測定プローブ 1の作製例では、まず、図 5に示すように、(100)シ リコン基板 100を用意し、その一方の面(測定プローブ 1での下面) 101側に、探針 3 1となる突出構造 102、及び捩り梁 21、 22となる段差構造 103を形成する。また、他 方の面(測定プローブ 1での上面) 106側に、反射面 32での反射パターンとなる溝構 造 107を形成する。この溝構造 107は、反射面 32において、測定光を反射しない( 反射率が低い)第 1反射領域 321となり、それ以外で測定光を反射する第 2反射領域 322とともに反射面 32の反射パターンを構成する。
[0061] 次に、図 6に示すように、シリコン基板 100の面 101、 106上に、それぞれシリコン酸 化膜 111、 116を形成する。また、面 106上のシリコン酸化膜 116に対して、図 6 (b) に破線でその範囲を示すように、シリコンエッチング用のスリット状開口 117を形成す る。
[0062] 続いて、図 7に示すように、シリコン基板 100を水酸化カリウム水溶液に浸漬し、シリ コンをエッチングする。このとき、シリコンの結晶異方性から(100)、(010)面が選択 的に露出し、(010)面による垂直面が形成される。これにより、図 7 (b)に破線でその 範囲を示すように、測定プローブ 1において支持構造部 15、及びヘッド部 30となる構 造が形成される。
[0063] ここで、このシリコン基板 100のエッチングでは、段差構造 103がエッチングされる 前にエッチングを終了する。また、段差構造 103の下側にあらかじめ、酸化シリコンな どのエッチングされない材料からなる埋込層を設けておいても良レ、。この場合、段差
構造 103が埋込層によって保護されることとなり、測定プローブの作製の精度、及び その容易性が向上される。最後に、酸化膜をフッ酸水溶液などで除去することによつ て、測定プローブ 1が完成する。なお、図 5〜図 7においては図示していないが、測定 プローブ 1のベース部 10についても、同様にシリコン基板から作製することができる。
[0064] 本発明による測定プローブ、試料表面測定装置、及び試料表面測定方法につい て、具体的な測定プローブの作製例等とともにさらに説明する。
[0065] 図 10は、測定プローブの一作製例の全体構成を示す SEM (Scanning Electron Mi croscope :走查型電子顕微鏡)画像である。本作製例による測定プローブは、図 5〜 図 7に関して上述した作製方法を用いて作製されたものである。また、図 11は、図 10 に示した測定プローブのヘッド部の上面に設けられた反射面の構成を拡大して示す SEM画像である。また、図 12は、図 10に示した測定プローブのヘッド部の下面に設 けられた探針の構成を拡大して示す SEM画像である。
[0066] これらの画像からわかるように、本作製例では、探針 31、及び第 1反射領域 321、 第 2反射領域 322を含む反射面 32が設けられたヘッド部 30と、捩り梁 21、 22による 第 1ばね構造部 20、及び板ばね 26、 27による第 2ばね構造部 25を含む支持構造部 15とを含む構成の測定プローブが好適に作製されている。
[0067] 図 10〜図 12に示した作製例の測定プローブを用いて、試料表面に対する水平力 、垂直力の測定を行った。ここでは、測定試料として、シリコン基板にフッ素系の液体 潤滑膜を塗布したものを用いた。潤滑膜は、ほぼ平坦であって、かつ適当な摩擦分 布を持たせるために、ディップ法により膜厚約 3. 5nmとなるように塗膜した。また、塗 膜後に、紫外線を照射して比較的強く基板に吸着させた後、再度溶剤に浸潰して過 剰な潤滑剤を除いた。
[0068] このような測定試料に対し、図 10に示した構成の測定プローブを用レ、、試料表面 に対して水平力、及び垂直力の同時測定を行った。ここで、表面測定に用いた測定 プローブの水平方向、垂直方向のばね定数の測定値は、それぞれ、 2. 3NZm、 7. 7N/mであった。
[0069] 図 13は、図 10に示した測定プローブを用いて測定された垂直力についての試料 の AFM画像を示す図である。また、図 14は、図 10に示した測定プローブを用いて
測定された水平力についての試料の FFM画像を示す図である。ここで、図 14の FF M画像では、信号強度が大きく画像が明るいほど、水平力である摩擦力は小さくなる 表示となっている。また、図 15は、図 14に示した FFM画像の III— III断面を示すダラ フである。
[0070] 図 13に示すように、コンタクト 'モード AFMによる試料の垂直力測定画像では、試 料表面には微細構造がほとんど見られない。一方、図 14及び図 15に示す試料の水 平力測定画像では、測定試料の潤滑膜の表面上に比較的大きい粒状構造 P (直径
L
0. 7 z m程度)と、小さい粒状構造 P (直径 0. 2 z m程度)との 2種類の粒状構造が
S
生じていることを示す水平力の分布像が得られた。
[0071] これらの測定結果は、上記構成の測定プローブでは、水平方向、垂直方向の変形 が、互いの干渉がほとんどない独立な状態で生じていることを示し、水平力、垂直力 の独立測定が可能であることを示している。また、この測定は荷重一定のコンタクト' モードで行われていることから、図 14に示す水平力分布は摩擦係数の分布に相当 すると角军釈すること力 Sできる。
[0072] また、上記の測定試料に対し、比較のため、図 16の SEM画像に示す市販の FFM 測定プローブを用いて試料表面に対する水平力測定を行った。ここで、表面測定に 用いた FFM測定プローブの水平方向のばね定数は、約 200N/mであった。
[0073] 図 17は、上記した市販の FFM測定プローブを用いて測定された水平力について の試料の FFM画像を示す図である。この水平力測定画像では、測定試料の潤滑膜 の表面について、粒状構造などの構造が観測されていないことがわかる。これに対し て、本発明による測定プローブを用いた図 14の水平力測定画像では、上記したよう に、比較的大きい粒状構造 Pと、小さい粒状構造 Pとの 2種類の粒状構造が明瞭に
L S
観測されている。これは、上記構造の測定プローブの優位性を示すものである。
[0074] 本発明による測定プローブの好適な構造について、さらに検討する。図 2に示した 構成の測定プローブ 1では、上記したように、垂直力測定に用いられる第 1ばね構造 部 20の構成について、水平軸の方向に延びるように配置され、支持構造部 15の他 の部分とベース部 10との間を連結するとともに、捩れ変形可能な捩り梁を含む構成と することが好ましい。
[0075] このように、捩り梁による第 1ばね構造部 20と、平行板ばねによる第 2ばね構造部 2 5とを組み合わせた構成によれば、例えば、ともに平行板ばねからなる第 1、第 2ばね 構造部を 2段階に連結した構成等に比べて、水平力と垂直力とを独立性良く測定、 制御すること力 Sできる。また、このような構成では、測定プローブの設計が簡単化され るとともに、その製造工程も容易化される。
[0076] また、このように捩り梁を用いた構成では、図 2に示すように、測定プローブ全体で の支持軸方向の長さが短くなる。このとき、測定プローブの垂直方向についての共振 周波数を高くすることができる。このことは、上述したように、低周波数域の成分が多 い外部からの振動雑音の影響を受けにくくなるという点で有効である。
[0077] 上記した共振周波数を高くする効果について、簡単化したモデルで計算を行った。
具体的には、図 18の下面図(a)、前面図(b)、及び側面図(c)に模式的に示す測定 プローブの構成において、第 2ばね構造部 25の板ばね 26、 27の長さを 1 = 1200 μ
d
m、幅を b = 185 /i m、厚さを h = 5 /i m、平行板ばねの間隔を w =400 /i mとし、
d d h また、ヘッド部 30及び連結部 23の長さをそれぞれ 1 = 300 μ ΐηに設定した。
h
[0078] そして、このような構成において、第 1ばね構造部 20を垂直方向のばね定数が約 1 3N/mの捩り梁とした場合について計算すると、垂直方向の共振周波数の概略値 は約 3kHzとなった。また、同様の構成において、第 1ばね構造部 20を垂直方向の ばね定数が同じく約 13N/mの平行板ばねとした場合について計算すると、垂直方 向の共振周波数の概略値は約 2kHzとなった。この計算結果は、第 1ばね構造部 20 に捩り梁を用いることにより、共振周波数を高くすることができることを示している。
[0079] なお、第 1ばね構造部 20としては、個々の測定プローブで必要とされる特性条件等 に応じて、平行板ばね等の捩り梁以外の構成を用いることも可能である。また、捩り梁 の構成については、図 18に示す構成において、その幅 bと厚さ hとが等しい(b =h
t t t t
)角柱状の構造を用いることができる。そのような構造の具体例としては、上記したよう に、 b =h = 20 x mとする構造が挙げられる。あるいは、捩り梁の構成として、その幅 t t
bが厚さ hよりも大きい(b >h )平板状の構造を用いることができる。そのような構造 t t t t
の具体例としては、 b = 70 μ m、 h = 20 μ mとする構造が挙げられる。
t t
[0080] 本発明による測定プローブ、試料表面測定装置、及び試料表面測定方法は、上記
実施形態及び構成例に限られるものではなぐ様々な変形が可能である。例えば、 ヘッド部に設けられる反射面での反射パターンについては、上記構成例では、支持 構造部の支持軸 (第 1軸)方向の中心軸に沿って帯状に延びる第 1反射領域と、第 1 反射領域とは異なる反射率を有する第 2反射領域とを含むパターンとしてレ、るが、第 1反射領域を中心軸に沿った長方形状の領域とするなど、他の反射パターンを用い ても良い。
[0081] この場合、ヘッド部の反射面を、その反射率が面内で水平軸 (第 2軸)の方向にお レ、て変化する反射パターンで形成することが好ましい。一般には、反射光像検出手 段として用いられる光検出器の種類 (例えば 4分割フォトダイオード)に応じて、その 光検出器で変位が識別可能な反射パターンとすることが好ましい。また、ヘッド部の 反射面における反射パターンの形成方法については、具体的には様々な方法を用 いてよい。例えば、上記した構成例のように第 1、第 2反射領域を有する反射パター ンを形成する場合には、第 1反射領域を溝構造によって形成する方法以外にも、例 えば反射面の所定の領域に反射防止膜 (AR膜)を形成して第 1反射領域とする方法 を用いることができる。
[0082] ここで、上記実施形態による測定プローブでは、試料の表面を測定するために用い られる測定プローブであって、 (1)ベース部と、(2)表面測定用の探針が設けられた ヘッド部と、(3)探針が突出する探針軸に略直交する第 1軸を支持軸としてベース部 に対してヘッド部を支持する支持構造部とを備え、(4)支持構造部は、探針軸の方 向について変形可能に構成された第 1ばね構造部と、探針軸及び第 1軸に略直交す る第 2軸の方向について変形可能に構成された第 2ばね構造部との 2つのばね構造 部によって構成され、(5)ヘッド部は、探針とは反対側に設けられ、その反射率が面 内で所定の反射パターンで変化するように形成された反射面を有する構成を用いて いる。
[0083] また、支持構造部の具体的な構成にっレ、ては、第 1ばね構造部は、第 2軸の方向 に延びるように配置され、支持構造部の他の部分とベース部との間を連結するととも に捩れ変形可能な捩り梁を含むことが好ましい。また、このような構成においては、特 に、ベース部が、支持構造部を第 2軸の方向で挟むように配置された一対の支持部
を有し、第 1ばね構造部は、上記捩り梁として、支持構造部の他の部分と一対の支持 部のそれぞれとの間を連結する一対の捩り梁を含むことが好ましい。このように捩り梁 を設けた構成では、捩り梁が第 2軸 (水平軸)上で捩れて探針軸 (垂直軸)の方向に 変形して捩りばねとして機能することにより、ヘッド部が垂直軸の方向に変位する。こ れにより、試料表面での垂直力を好適に測定することが可能となる。
[0084] また、第 2ばね構造部は、それぞれ第 2軸の方向を向くように互いに平行に配置さ れた少なくとも 2枚の板ばねを含むことが好ましい。このように、平行板ばねを設けた 構成では、板ばねが第 2軸 (水平軸)の方向に変形することにより、ヘッド部が水平軸 の方向に変位する。これにより、試料表面での水平力を好適に測定することが可能と なる。
[0085] また、ヘッド部の反射面における測定光の反射パターンについては、ヘッド部の反 射面は、その反射率が面内で第 2軸の方向において変化する反射パターンで形成さ れてレ、ることが好ましレ、。このように第 2軸の方向に変化する反射パターンとしては、 好ましくは、第 1軸の方向の中心軸に沿って延びる第 1反射領域と、第 1反射領域と は異なる反射率を有する第 2反射領域とを少なくとも含む反射パターンを用いること ができる。このような反射パターンによれば、光てこ法による支持構造部の変形の測 定、及びそれによる垂直力及び水平力の測定を好適に実現することができる。
[0086] 上記実施形態による試料表面測定装置では、(a)試料の表面を測定するための上 記測定プローブと、 (b)測定プローブでの支持構造部の変形を測定するための測定 光を供給する測定光供給手段と、(c)測定プローブのヘッド部に設けられた反射面 で測定光が反射されて生成された反射光像を検出する反射光像検出手段と、(d)反 射光像検出手段での反射光像の検出結果に基づいて、試料の表面情報を取得する 表面情報処理手段とを備え、 (e)反射光像検出手段で検出される反射光像は、測定 光の反射面への照射パターンと、反射面での反射パターンとによって生成される 2次 元光像であり、(f)表面情報処理手段は、反射光像の検出結果に基づいて、探 ^"軸 の方向にっレ、ての表面情報、及び第 2軸の方向にっレ、ての表面情報の両者を取得 する構成を用いている。
[0087] また、上記実施形態による試料表面測定方法では、(a)試料の表面を測定するた
めの上記測定プローブを用い、(b)測定プローブでの支持構造部の変形を測定する ための測定光を供給する測定光供給ステップと、 (c)測定プローブのヘッド部に設け られた反射面で測定光が反射されて生成された反射光像を検出する反射光像検出 ステップと、(d)反射光像検出ステップでの反射光像の検出結果に基づいて、試料 の表面情報を取得する表面情報処理ステップとを備え、 (e)反射光像検出ステップ において検出される反射光像は、測定光の反射面への照射パターンと、反射面での 反射パターンとによって生成される 2次元光像であり、(f)表面情報処理ステップにお いて、反射光像の検出結果に基づいて、探針軸の方向についての表面情報、及び 第 2軸の方向にっレ、ての表面情報の両者を取得する構成を用いてレ、る。
[0088] 上記した試料表面測定装置、及び測定方法においては、上記構成の測定プロ一 ブを用いることにより、特殊な測定系を用いることなぐ測定プローブに対して測定光 を供給してその反射光像を検出することで、高い測定精度で試料の表面情報を取得 すること力 S可能となる。特に、測定プローブのヘッド部に設けられた反射面での反射 パターンに対応した 2次元光像となる反射光像を検出することにより、第 1ばね構造 部における垂直軸の方向の変形と、第 2ばね構造部における水平軸の方向の変形と を、 1本の測定光で測定することができ、垂直軸、及び水平軸の方向についての表 面情報の両者を簡単な構成で取得することが可能となる。
[0089] ここで、試料表面測定装置は、反射光像検出手段が、反射光像を検出する少なくと も 4分割された分割型フォトダイオードを有することが好ましい。同様に、試料表面測 定方法は、反射光像検出ステップにおいて、反射光像を少なくとも 4分割された分割 型フォトダイオードによって検出することが好ましい。このように、分割型フォトダイォ ードで反射光像を検出することにより、第 1ばね構造部における垂直軸の方向の変 形と、第 2ばね構造部における水平軸の方向の変形とを好適に測定することができる 。また、この分割型フォトダイオードとしては、フォトダイオードの構造、及び分割型フ オトダイオードから出力される検出信号の信号処理の簡単化等の観点から、 4分割フ オトダイオードを用いることが特に好ましい。
[0090] また、上記のように反射光像検出に分割型フォトダイオードを用いた場合、反射光 像は、分割型フォトダイオードを構成する複数の光検出部に対し、測定プローブが探
針軸の方向に変形した場合の反射光像の変位方向にっレ、て、その方向に並んで位 置する少なくとも 2つの光検出部によってそれぞれ検出されるように入射することが好 ましレ、。また、反射光像は、分割型フォトダイオードを構成する複数の光検出部に対 し、測定プローブが第 2軸の方向に変形した場合の反射光像の変位方向について、 その方向に並んで位置する少なくとも 2つの光検出部によってそれぞれ検出されるよ うに入射することが好ましい。このような構成は、例えば、測定プローブの反射面から 分割型フォトダイオードへと反射光像を導く導光光学系を適切に設計することで実現 すること力 Sできる。
[0091] また、測定装置は、表面情報処理手段が、反射光像の位置の変化、及び反射光像 内での反射光の検出パターンの変化を参照して、表面情報を取得することが好まし レ、。同様に、測定方法は、表面情報処理ステップにおいて、反射光像の位置の変化 、及び反射光像内での反射光の検出パターンの変化を参照して、表面情報を取得 することが好ましい。具体的な表面情報の取得方法については、測定プローブのへ ッド部に設けられた反射面での反射パターンに応じて設定することが好ましい。 産業上の利用可能性
[0092] 本発明は、特殊な測定系を用いることなく試料表面の測定精度を向上することが可 能な測定プローブ、測定プローブを用いた試料表面測定装置、及び試料表面測定 方法として利用可能である。
Claims
[1] 試料の表面を測定するために用いられる測定プローブであって、
ベース部と、
表面測定用の探針が設けられたヘッド部と、
前記探 ^"が突出する探 ^"軸に略直交する第 1軸を支持軸として前記ベース部に対 して前記ヘッド部を支持する支持構造部とを備え、
前記支持構造部は、前記探針軸の方向について変形可能に構成された第 1ばね 構造部と、前記探^"軸及び前記第 1軸に略直交する第 2軸の方向について変形可 能に構成された第 2ばね構造部との 2つのばね構造部によって構成され、
前記ヘッド部は、前記探針とは反対側に設けられ、その反射率が面内で異なるよう に変化する反射パターンで形成された反射面を有することを特徴とする測定プロ一 ブ。
[2] 前記第 1ばね構造部は、前記第 2軸の方向に延びるように配置され、前記支持構 造部の他の部分と前記ベース部との間を連結するとともに捩れ変形可能な捩り梁を 含むことを特徴とする請求項 1記載の測定プローブ。
[3] 前記ベース部は、前記支持構造部を前記第 2軸の方向で挟むように配置された一 対の支持部を有し、
前記第 1ばね構造部は、前記捩り梁として、前記支持構造部の他の部分と前記一 対の支持部のそれぞれとの間を連結する一対の捩り梁を含むことを特徴とする請求 項 2記載の測定プローブ。
[4] 前記第 2ばね構造部は、それぞれ前記第 2軸の方向を向くように互いに平行に配 置された少なくとも 2枚の板ばねを含むことを特徴とする請求項 1〜3のいずれか一項 記載の測定プローブ。
[5] 前記ヘッド部の前記反射面は、その反射率が面内で前記第 2軸の方向において変 化する前記反射パターンで形成されていることを特徴とする請求項 1〜4のいずれか 一項記載の測定プローブ。
[6] 前記ヘッド部の前記反射面は、前記第 1軸の方向の中心軸に沿って延びる第 1反 射領域と、前記第 1反射領域とは異なる反射率を有する第 2反射領域とを少なくとも
含む前記反射パターンで形成されていることを特徴とする請求項 1〜5のいずれか一 項記載の測定プローブ。
[7] 試料の表面を測定するための請求項:!〜 6のいずれか一項記載の測定プローブと 前記測定プローブでの前記支持構造部の変形を測定するための測定光を供給す る測定光供給手段と、
前記測定プローブの前記ヘッド部に設けられた前記反射面で前記測定光が反射さ れて生成された反射光像を検出する反射光像検出手段と、
前記反射光像検出手段での前記反射光像の検出結果に基づいて、前記試料の表 面情報を取得する表面情報処理手段とを備え、
前記反射光像検出手段で検出される前記反射光像は、前記測定光の前記反射面 への照射パターンと、前記反射面での前記反射パターンとによって生成される 2次元 光像であり、
前記表面情報処理手段は、前記反射光像の前記検出結果に基づいて、前記探針 軸の方向にっレ、ての表面情報、及び前記第 2軸の方向にっレ、ての表面情報の両者 を取得することを特徴とする試料表面測定装置。
[8] 前記反射光像検出手段は、前記反射光像を検出する少なくとも 4分割された分割 型フォトダイオードを有することを特徴とする請求項 7記載の試料表面測定装置。
[9] 前記反射光像は、前記分割型フォトダイオードを構成する複数の光検出部に対し、 前記測定プローブが前記探針軸の方向に変形した場合の前記反射光像の変位方 向について、その方向に並んで位置する少なくとも 2つの光検出部によってそれぞれ 検出されるように入射することを特徴とする請求項 8記載の試料表面測定装置。
[10] 前記反射光像は、前記分割型フォトダイオードを構成する複数の光検出部に対し、 前記測定プローブが前記第 2軸の方向に変形した場合の前記反射光像の変位方向 について、その方向に並んで位置する少なくとも 2つの光検出部によってそれぞれ検 出されるように入射することを特徴とする請求項 8または 9記載の試料表面測定装置
[11] 前記表面情報処理手段は、前記反射光像の位置の変化、及び前記反射光像内で
の前記反射光の検出パターンの変化を参照して、前記表面情報を取得することを特 徴とする請求項 7〜: 10のいずれか一項記載の試料表面測定装置。
[12] 試料の表面を測定するための請求項:!〜 6のいずれか一項記載の測定プローブを 用い、前記測定プローブでの前記支持構造部の変形を測定するための測定光を供 給する測定光供給ステップと、
前記測定プローブの前記ヘッド部に設けられた前記反射面で前記測定光が反射さ れて生成された反射光像を検出する反射光像検出ステップと、
前記反射光像検出ステップでの前記反射光像の検出結果に基づいて、前記試料 の表面情報を取得する表面情報処理ステップとを備え、
前記反射光像検出ステップにおいて検出される前記反射光像は、前記測定光の 前記反射面への照射パターンと、前記反射面での前記反射パターンとによって生成 される 2次元光像であり、
前記表面情報処理ステップにおレ、て、前記反射光像の前記検出結果に基づレ、て、 前記探^"軸の方向にっレ、ての表面情報、及び前記第 2軸の方向にっレ、ての表面情 報の両者を取得することを特徴とする試料表面測定方法。
[13] 前記反射光像検出ステップにおいて、前記反射光像を少なくとも 4分割された分割 型フォトダイオードによって検出することを特徴とする請求項 12記載の試料表面測定 方法。
[14] 前記反射光像は、前記分割型フォトダイオードを構成する複数の光検出部に対し、 前記測定プローブが前記探針軸の方向に変形した場合の前記反射光像の変位方 向について、その方向に並んで位置する少なくとも 2つの光検出部によってそれぞれ 検出されるように入射することを特徴とする請求項 13記載の試料表面測定方法。
[15] 前記反射光像は、前記分割型フォトダイオードを構成する複数の光検出部に対し、 前記測定プローブが前記第 2軸の方向に変形した場合の前記反射光像の変位方向 について、その方向に並んで位置する少なくとも 2つの光検出部によってそれぞれ検 出されるように入射することを特徴とする請求項 13または 14記載の試料表面測定方 法。
[16] 前記表面情報処理ステップにおレ、て、前記反射光像の位置の変化、及び前記反
射光像内での前記反射光の検出パターンの変化を参照して、前記表面情報を取得 することを特徴とする請求項 12〜: 15のいずれか一項記載の試料表面測定方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US12/279,331 US7557933B2 (en) | 2006-02-14 | 2007-02-14 | Measuring probe, sample surface measuring apparatus and sample surface measuring method |
EP07714179A EP1985991B1 (en) | 2006-02-14 | 2007-02-14 | Measuring probe, sample surface measuring apparatus and sample surface measuring method |
JP2007536526A JP4546535B2 (ja) | 2006-02-14 | 2007-02-14 | 測定プローブ、試料表面測定装置、及び試料表面測定方法 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006037030 | 2006-02-14 | ||
JP2006-037030 | 2006-02-14 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2007094365A1 true WO2007094365A1 (ja) | 2007-08-23 |
Family
ID=38371544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2007/052626 WO2007094365A1 (ja) | 2006-02-14 | 2007-02-14 | 測定プローブ、試料表面測定装置、及び試料表面測定方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7557933B2 (ja) |
EP (1) | EP1985991B1 (ja) |
JP (1) | JP4546535B2 (ja) |
WO (1) | WO2007094365A1 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8387161B2 (en) | 2008-03-12 | 2013-02-26 | Orbital Instruments Limited | Scanning probe microscope |
JP2013217906A (ja) * | 2012-03-13 | 2013-10-24 | Toshiba Mach Co Ltd | 機上測定機能付き加工装置 |
JP2022530987A (ja) * | 2019-05-03 | 2022-07-05 | ブルカー ナノ インコーポレイテッド | トーションウイングプローブアセンブリ |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FI20086109A0 (fi) * | 2008-11-21 | 2008-11-21 | Nanogalax Ltd Oy | Menetelmä ja laite adheesiovoimien mittaamiseksi |
US8104189B2 (en) * | 2009-06-30 | 2012-01-31 | Hexagon Metrology Ab | Coordinate measurement machine with vibration detection |
JP5714941B2 (ja) * | 2011-03-04 | 2015-05-07 | 株式会社日立ハイテクサイエンス | 摩擦力顕微鏡 |
WO2016085989A1 (en) * | 2014-11-25 | 2016-06-02 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | In situ tribometer and methods of use |
JP2016128788A (ja) * | 2015-01-09 | 2016-07-14 | キヤノン株式会社 | プローブ変位計測装置、およびそれを有するイオン化装置、質量分析装置、情報取得システム |
JP2017181135A (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 株式会社日立ハイテクサイエンス | 走査型プローブ顕微鏡及びそのプローブ接触検出方法 |
CN106324290A (zh) * | 2016-08-24 | 2017-01-11 | 四川理工学院 | 一种基于afm针尖力曲线检测炭材料表面活性的方法 |
DE102017205528B4 (de) * | 2017-03-31 | 2021-06-10 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Vorrichtung und Verfahren für ein Rastersondenmikroskop |
FR3098918B1 (fr) * | 2019-07-16 | 2022-01-21 | Paris Sciences Lettres Quartier Latin | Microscope a force atomique |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06294638A (ja) * | 1993-04-06 | 1994-10-21 | Olympus Optical Co Ltd | 表面形状測定装置 |
JP2755333B2 (ja) * | 1990-02-16 | 1998-05-20 | 日本電信電話株式会社 | 表面機械特性測定装置 |
JPH10221355A (ja) * | 1997-02-04 | 1998-08-21 | Seiko Instr Inc | 走査型プローブ顕微鏡およびそのカンチレバー |
JPH10282130A (ja) * | 1997-04-01 | 1998-10-23 | Canon Inc | プローブとそれを用いた走査型プローブ顕微鏡 |
JP2000105184A (ja) | 1998-09-28 | 2000-04-11 | Natl Res Inst For Metals | 原子間力顕微鏡用背高探針付き片持ちレバー |
JP2000171381A (ja) | 1998-12-09 | 2000-06-23 | Angstrom Technology Partnership | カンチレバー |
JP2000258331A (ja) | 1999-03-10 | 2000-09-22 | Agency Of Ind Science & Technol | 摩擦力検出用カンチレバー |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09281121A (ja) * | 1996-04-10 | 1997-10-31 | Canon Inc | トンネル電流検出又は微小力検出に用いる微小探針と該微小探針を有するプローブ及び該プローブを備えた走査型プローブ顕微鏡、並びに該微小探針または該プローブの製造方法及び該微小探針形成用の雌型基板と該雌型基板の作成方法 |
JPH11166823A (ja) | 1997-12-08 | 1999-06-22 | Nikon Corp | プローブ機構及びこれを用いた座標測定装置 |
JP2000258332A (ja) | 1999-03-10 | 2000-09-22 | Agency Of Ind Science & Technol | 原子間力顕微鏡のための垂直力検出用カンチレバー |
JP2001056281A (ja) | 1999-08-17 | 2001-02-27 | Olympus Optical Co Ltd | 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー |
JP4291849B2 (ja) * | 2006-12-20 | 2009-07-08 | パナソニック株式会社 | 三次元測定プローブ |
-
2007
- 2007-02-14 US US12/279,331 patent/US7557933B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-02-14 JP JP2007536526A patent/JP4546535B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2007-02-14 WO PCT/JP2007/052626 patent/WO2007094365A1/ja active Application Filing
- 2007-02-14 EP EP07714179A patent/EP1985991B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2755333B2 (ja) * | 1990-02-16 | 1998-05-20 | 日本電信電話株式会社 | 表面機械特性測定装置 |
JPH06294638A (ja) * | 1993-04-06 | 1994-10-21 | Olympus Optical Co Ltd | 表面形状測定装置 |
JPH10221355A (ja) * | 1997-02-04 | 1998-08-21 | Seiko Instr Inc | 走査型プローブ顕微鏡およびそのカンチレバー |
JPH10282130A (ja) * | 1997-04-01 | 1998-10-23 | Canon Inc | プローブとそれを用いた走査型プローブ顕微鏡 |
JP2000105184A (ja) | 1998-09-28 | 2000-04-11 | Natl Res Inst For Metals | 原子間力顕微鏡用背高探針付き片持ちレバー |
JP2000171381A (ja) | 1998-12-09 | 2000-06-23 | Angstrom Technology Partnership | カンチレバー |
JP2000258331A (ja) | 1999-03-10 | 2000-09-22 | Agency Of Ind Science & Technol | 摩擦力検出用カンチレバー |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
See also references of EP1985991A4 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8387161B2 (en) | 2008-03-12 | 2013-02-26 | Orbital Instruments Limited | Scanning probe microscope |
JP2013217906A (ja) * | 2012-03-13 | 2013-10-24 | Toshiba Mach Co Ltd | 機上測定機能付き加工装置 |
JP2022530987A (ja) * | 2019-05-03 | 2022-07-05 | ブルカー ナノ インコーポレイテッド | トーションウイングプローブアセンブリ |
JP7391998B2 (ja) | 2019-05-03 | 2023-12-05 | ブルカー ナノ インコーポレイテッド | トーションウイングプローブアセンブリ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1985991A4 (en) | 2011-03-16 |
EP1985991B1 (en) | 2012-06-13 |
JP4546535B2 (ja) | 2010-09-15 |
EP1985991A1 (en) | 2008-10-29 |
US7557933B2 (en) | 2009-07-07 |
US20090027690A1 (en) | 2009-01-29 |
JPWO2007094365A1 (ja) | 2009-07-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4546535B2 (ja) | 測定プローブ、試料表面測定装置、及び試料表面測定方法 | |
US7533561B2 (en) | Oscillator for atomic force microscope and other applications | |
CN101957246B (zh) | 一种用于微力微位移测量***的集成探测器 | |
CN100587394C (zh) | 一种微纳深沟槽结构测量方法及装置 | |
Dai et al. | Nanoscale surface measurements at sidewalls of nano-and micro-structures | |
Cumpson et al. | Calibration of AFM cantilever stiffness: a microfabricated array of reflective springs | |
JP2018105665A (ja) | 歪センサー及び歪量測定方法 | |
Dienwiebel et al. | Design and performance of a high-resolution frictional force microscope with quantitative three-dimensional force sensitivity | |
US9829427B2 (en) | Method and system for characterization of nano- and micromechanical structures | |
Thiesler et al. | True 3D-AFM sensor for nanometrology | |
TWI267622B (en) | Measuring system with zero Abbe error and method thereof | |
Yu et al. | Fabrication of short and thin silicon cantilevers for AFM with SOI wafers | |
Zhang et al. | Measurement technology for micro-nanometer devices | |
Danzebrink et al. | Dimensional nanometrology at PTB | |
JP2006208335A (ja) | 近接場光プローブユニット作製装置及びその作製方法 | |
JP2900552B2 (ja) | 微小力検出器 | |
KR20080110234A (ko) | 원자 탐침 현미경의 헤드 모듈부 | |
Muralikrishnan et al. | Micro-feature dimensional and form measurements with the NIST fiber probe on a CMM | |
Galeotti | Nano-opto-mechanical sensors for semiconductor metrology | |
Mannoni et al. | Measuring topography and refractive index of channel waveguides with a hybrid AFM-SNOM | |
Zhang | Precision Measurement of Micro and Nano-Structures by Using Atomic Force Microscope | |
Furlong et al. | Conference 6188: Optical Micro-and Nanometrology in Microsystems Technology | |
Sato et al. | Advanced Sensing and Machine Learning Technologies for Intelligent Measurement in Smart and Precision Manufacturing | |
Cheneler et al. | Fabrication and analysis of cylindrical resin AFM microcantilevers | |
Boukellal et al. | Implementation of a four quadrant optic fibre bundle as a deflection sensor to get rid of heat sources in an AFM head |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2007536526 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2007714179 Country of ref document: EP |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 12279331 Country of ref document: US |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |