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表面状態計測方法、表面状態計測装置、顕微鏡、情報処理装置 新技術説明会

国内特許コード P07A009818
掲載日 2007年4月27日
出願番号 特願2004-331103
公開番号 特開2006-138821
登録番号 特許第4621908号
出願日 平成16年11月15日(2004.11.15)
公開日 平成18年6月1日(2006.6.1)
登録日 平成22年11月12日(2010.11.12)
発明者
  • 佐藤 宣夫
  • 小林 圭
  • 山田 啓文
  • 松重 和美
出願人
  • 学校法人京都大学
発明の名称 表面状態計測方法、表面状態計測装置、顕微鏡、情報処理装置 新技術説明会
発明の概要

【課題】 計測対象物の表面状態を精度よく計測できる表面状態計測方法、表面状態計測装置を実現する。
【解決手段】 計測対象物1と対向する複数のプローブ2を計測対象物1との相対位置と各プローブ2間の相対位置とをそれぞれ移動させる。計測対象物1および各プローブ2の間の物理現象から生じる検出信号を検出する。上記検出信号から計測対象物1の表面状態を計測する。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


メモリなどのストレージデバイスにおいて、高密度記録のために分子レベルでの記録を実現するには、デバイスの分子材料に用いたその分子の各特性(電気特性、光学特性、磁気特性のほか機械的剛性など)の少なくとも一つを十分に知る必要がある。



そのために、従来、上記分子の特性の計測方法として、数ミクロン程度のギャップを備えた電極を微細加工技術により作製し、上記ギャップにおいて偶発的に架橋した分子の諸特性を測定できることが知られている。



ところが、上記方法では、「光の回折限界」によって、上記微細加工には限界があるため、分子レベルといったナノメートルスケールでの分子特性の計測には限界がある。



一方、微細形状の評価方法として原子レベルの分解能を有しているプローブ顕微鏡の一種である原子間力顕微鏡が期待されている。



原子間力顕微鏡(AFM)は新規な絶縁性物質の表面形状観察手段として期待され、研究が進められている。その原理は先端を充分に鋭くしたプローブ(探針)と試料との間に働く原子間力を前記プローブが取り付けられているばね要素の変位として測定し、前記ばね要素の変位量を一定に保ちながら前記試料表面を走査し、前記ばね要素の変位量を一定に保つための制御信号を形状情報として、前記試料表面の形状を計測するものである。



ばね要素の変位検出手段としては光学的方式(光干渉法、光てこ法)およびバネ要素の変形ひずみを電気信号として検出する自己検出方式(ピエゾ抵抗検出法、圧電検出法)がある。



上記原子間力顕微鏡に用いられるプローブは、カンチレバーと称される片持ち梁状の支持部材の先端部に形成されており、主に四角垂状をしている。上記プローブの材質としてはシリコンが挙げられる。上記プローブにシリコンを用いる場合、上記プローブは異方性エッチング技術を用いて加工される。



このような原子間力顕微鏡(G. Binnig, C. F. Quate, Ch. Gerber : Phys. Rev. Lett. 56 (1986) 930.)のカンチレバーを特性計測用プローブとして用いることで、メモリ(ストレージデバイス)などの情報処理装置といった様々な分子系デバイスの特性を測定できると期待されている。



そのような情報処理装置のプローブ制御回路が、特許文献1において、プローブとこれに対向する媒体との物理現象から生じる信号を検出信号として検出し、該検出信号に基づく位置制御信号によってプローブの位置制御を行うことが提案されている。

【特許文献1】特開平8-249732号公報(公開日:1996年9月27日)

産業上の利用分野


本発明は、2本以上の複数のプローブ(マルチプローブ)の互いの位置を安定して制御するために、変位検出回路およびプローブホルダにより、小型で高精度なマルチプローブ間距離制御して、計測対象物の表面状態を分子レベルにて計測できる表面状態計測方法、表面状態計測装置、それを用いた顕微鏡および情報処理装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
計測対象物と対向する複数のプローブと、
上記各プローブを上記計測対象物に対しそれぞれ移動させると共に、上記各プローブ間の相対位置を移動させるプローブ駆動部と、
上記各プローブおよび上記計測対象物の間に電圧を印加すると共に上記各プローブ間に電圧を印加して、上記各プローブおよび上記計測対象物の間のトンネル電流および上記各プローブ間のトンネル電流を検出して出力し、上記計測対象物および各プローブの間の物理現象から生じる検出信号を検出して出力する検出部と、
上記検出部による上記各プローブ間のトンネル電流によって上記各プローブ間の相対位置を制御すると共に、上記検出部による上記各プローブおよび上記計測対象物の間のトンネル電流によって上記各プローブおよび上記計測対象物の間隔を制御するように上記プローブ駆動部を制御するための第一制御部と、
上記検出信号から上記計測対象物の表面状態を計測する計測部とを有していることを特徴とする表面状態計測装置。

【請求項2】
前記第一制御部は、前記各プローブ間のトンネル電流によって上記各プローブを互いに近接させるようになっていることを特徴とする請求項1記載の表面状態計測装置。

【請求項3】
前記各プローブは、各プローブの先端部を互いに近接するようにそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の表面状態計測装置。

【請求項4】
さらに、前記プローブを先端部に備えたカンチレバーを有していることを特徴とする請求項1ないし3の何れか1項に記載の表面状態計測装置。

【請求項5】
前記各プローブの先端部は、前記計測対象物に対向する方向に延びるように設定され
前記第一制御部は、上記各プローブの先端部および上記計測対象物の間隔を、前記各プローブおよび上記計測対象物の間のトンネル電流によって制御するものであることを特徴とする請求項4記載の表面状態計測装置。

【請求項6】
前記各プローブは、先端が尖って形成されていることを特徴とする請求項5記載の表面状態計測装置。

【請求項7】
前記カンチレバーの先端部には、カンチレバーの長手方向に沿って延びる突出部が、前記各プローブ間に電圧を印加して、上記各プローブ間のトンネル電流を検出するために形成されていることを特徴とする請求項4ないし6の何れか1項に記載の表面状態計測装置。

【請求項8】
前記突出部は、先が尖って形成されていることを特徴とする請求項7記載の表面状態計測装置。

【請求項9】
前記突出部は、先端側が前記計測対象物に向かって折れ曲がる屈曲部を備えていることを特徴とする請求項7または8記載の表面状態計測装置。

【請求項10】
前記物理現象は、原子間力、トンネル電流、および静電気からなる群から選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項1ないし9の何れか1項に記載の表面状態計測装置。

【請求項11】
前記計測部は、各プローブの位置を検出するプローブ位置検出部を備え、
さらに、前記物理現象の力が加わった上記各プローブおよび上記計測対象物の間隔を前記検出信号に基づき一定に維持するように上記ブローブ駆動部をフィードバック制御する第二制御部を有していることを特徴とする請求項1ないし10の何れか1項に記載の表面状態計測装置。

【請求項12】
請求項1ないし11の何れか1項に記載の表面状態計測装置を有していることを特徴とする顕微鏡。

【請求項13】
請求項1ないし11の何れか1項に記載の表面状態計測装置を有していることを特徴とする情報処理装置。

【請求項14】
計測対象物と対向する複数の各プローブおよび上記計測対象物の間に電圧を印加すると共に上記各プローブ間に電圧を印加して、上記各プローブおよび上記計測対象物の間のトンネル電流および上記各プローブ間のトンネル電流を検出し、
上記複数のプローブおよび上記計測対象物の相対位置を上記各プローブおよび上記計測対象物の間のトンネル電流により上記各プローブをそれぞれ移動させ、上記各プローブ間のトンネル電流により上記各プローブ間の相対位置をそれぞれ移動させ、
上記計測対象物および上記各プローブの間の物理現象から生じる検出信号を検出し、
上記各プローブの位置をそれぞれ位置情報信号として検出し、
上記検出信号から上記各プローブと上記計測対象物との間隔を一定に維持するように上記各プローブをフィードバック制御して、上記計測対象物の表面状態を計測することを特徴とする表面状態計測方法。

【請求項15】
前記物理現象は、原子間力、トンネル電流、および静電気からなる群から選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項14記載の表面状態計測方法。

【請求項16】
前記各プローブの先端部を互いに近接するように各プローブをそれぞれ移動させることを特徴とする請求項14または15記載の表面状態計測方法。
産業区分
  • 測定
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2004331103thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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