[發明專利]位移檢測機構及使用該位移檢測機構的掃描型探頭顯微鏡

有效

• 申請號: 201210052249.8
• 申請日: 2012-03-01
• 公開（公告）號: CN102654516A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 廣瀬龍介
• 申請（專利權）人: 精工電子納米科技有限公司
• 主分類號: G01Q10/00
• 分類號: G01Q10/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝;馬建軍

技術領域

本發明涉及高精度地測定懸臂的位移量的位移測定方法，尤其是涉及使用該方法的、能夠通過使探針在試樣表面掃描來觀察試樣的表面形狀或物性信息的掃描型探頭顯微鏡。

背景技術

掃描型探頭顯微鏡(以下稱作SPM)是測定試樣的表面形狀或物性信息的顯微鏡，至今為止提出了各種各樣的測定模式。例如，有通過將在探針與試樣間流過的隧道電流保持恒定來取得表面形狀的掃描型隧道顯微鏡(以下稱作STM)，以及通過檢測探針與試樣間的原子間作用力來取得表面形狀的原子間作用力顯微鏡(以下稱作AFM)。在AFM中，存在通過將懸臂的撓度保持恒定來取得表面形狀的接觸模式，以及通過對懸臂勵振并將其振幅保持恒定來取得表面形狀的動態力模式(以下稱作DFM模式)。一般地，在接觸模式下，探針與試樣始終接觸，在DFM模式下，探針與試樣是間歇性地接觸的。

在SPM中，能夠進行在取得試樣的表面形狀的同時取得試樣的物性信息的物性測定。尤其是當使用在探針上鍍上金屬的導電性懸臂時，能夠測定試樣表面的電物性。例如，可列舉觀察試樣的表面電位的開爾文力(Kelvin?Force)顯微鏡(以下稱作KFM)、測定靜電力的靜電力顯微鏡(以下稱作EFM)、能夠觀察磁力特性的磁力顯微鏡(以下稱作MFM)等。在任何測定方法中，都是將探針與試樣保持為非接觸狀態，檢測探針與試樣表面的物理相互作用作為懸臂的位移(例如參照非專利文獻1)。

在使探針和試樣接觸的狀態下，即在接觸模式狀態下，能夠測定試樣表面的各種物性信息。例如，可列舉能夠計測試樣表面的靜電電容變化的掃描型非線性介電顯微鏡(以下稱作SNDM)。SNDM計測由于在導電性懸臂與試樣間施加交流電壓引起的試樣的靜電電容變化。作為靜電電容變化的計測方法，將導電性懸臂安裝在LC諧振器上，將探針正下面的靜電電容變化變換成LC諧振器的諧振頻率變化，進而用FM解調器等將該諧振頻率變化變換成電壓變化，從而將靜電電容變化作為電壓變化進行檢測(例如參照專利文獻1)。

另一方面，作為懸臂的位移檢測方法，一般是光學杠桿方式。光學杠桿方式是指將激光等光照射在懸臂的背面，通過檢測其反射光的位置來檢測懸臂的撓度(位移)。作為不使用光的方法，存在利用壓敏電阻的壓敏電阻型自檢測懸臂。在這種方式下，通過將壓敏電阻體變形傳感器搭載在懸臂上，將懸臂的撓度作為壓敏電阻體的電阻的變化進行檢測(例如參照專利文獻2)。

【專利文獻】

【專利文獻1】日本特開平8-75806號公報

【專利文獻2】日本特表2007-532923號公報

【非專利文獻】

【非專利文獻1】山岡武博著、材料技術Vol.23No.4(2005)211

【非專利文獻2】M.Takahashi，T.Igarashi，T.Ujihara?and?T.Takahashi：“photovoltage?Mapping?on?Polycrystalline?Silicon?Solar?Cells?by?Kelvin?Prove?Force?Microscopy?with?Piezoresistive?Cantilever”，Jpn.J.Appl.Phys.，46，548(2007)

在AFM中，為了檢測懸臂的位移一般采用光學杠桿方式。然而，有時由于光也被照射在試樣上，因而在進行物性測定時受到該光的影響。尤其是在計測試樣表面的電位或電流等時，有時試樣本身由于光激勵等而使物性值發生變化，無法測定正確的物性信息。另外，由于同樣的理由，有時將光照射在試樣上，測定由于有光無光引起的試樣的物性信息的變化變得困難。

另一方面，使用壓敏電阻型自檢測懸臂的方法由于沒有在懸臂的位移探測中使用光，因而沒有上述的影響。然而，在測定KFM等電物性時產生各種限制。例如，使用的懸臂需要具有壓敏電阻體，需要復雜的構造或特別的制造過程。當然，無法使用市場上銷售的一般的懸臂。另外，在電物性測定中，一般是使用在探針上鍍上金屬的導電性懸臂，但是在探針上鍍上金屬的壓敏電阻型自檢測懸臂需要更加復雜的構造或制造過程，制作這樣的壓敏電阻型自檢測懸臂本身就具有困難性。另外，KFM、EFM等在試樣與探針間施加交流電場的測定中，施加的交流電場也被施加到壓敏電阻傳感器上，由此在壓敏電阻體上產生的位移電流作為相對于臂的位移信號的噪音而混入，導致無法正確的測定。關于這一點，雖然報告了利用作用在探針與試樣間的交流電場與作用在壓敏電阻傳感器上的交流電場的相位差的KFM的測定例子，但是裝置結構復雜且分辨率差(參照非專利文獻2)。

發明內容