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JP2011064514A - Scanning probe microscope and surface inspection method - Google Patents

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JP2011064514A
JP2011064514A JP2009213900A JP2009213900A JP2011064514A JP 2011064514 A JP2011064514 A JP 2011064514A JP 2009213900 A JP2009213900 A JP 2009213900A JP 2009213900 A JP2009213900 A JP 2009213900A JP 2011064514 A JP2011064514 A JP 2011064514A
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JP
Japan
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probe
marking
sample
cantilever
scanning probe
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Application number
JP2009213900A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Etsuko Tomita
恵津子 冨田
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Holdings Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】装置構成を複雑化することなく、試料表面にマーキング痕を形成できる走査型プローブ顕微鏡及び表面検査方法を提供する。
【解決手段】探針31の試料60に近接する先端部33を除く少なくとも一部に、探針31よりも融点が低いマーキング材がコーティングされ、マーキング材32を加熱して探針から剥離して試料表面60に付着させ、試料表面にマーキング痕62を形成するマーキング痕形成手段40を設けた走査型プローブ顕微鏡100を用い、探針31の先端33を試料表面60に近接させて走査し、異常箇所61を検出したらマーキング材32を加熱して探針から剥離させ、異常箇所近傍に付着させてマーキング痕62を形成して表面検査を行う。
【選択図】図2
Provided are a scanning probe microscope and a surface inspection method capable of forming marking marks on a sample surface without complicating an apparatus configuration.
A marking material having a melting point lower than that of the probe 31 is coated on at least a part of the probe 31 except for a tip portion 33 adjacent to a sample 60, and the marking material 32 is heated to peel off from the probe. Using the scanning probe microscope 100 provided with the marking mark forming means 40 to be attached to the sample surface 60 and forming the marking mark 62 on the sample surface, the tip 33 of the probe 31 is moved close to the sample surface 60 and scanned. When the location 61 is detected, the marking material 32 is heated and peeled off from the probe, and is adhered to the vicinity of the abnormal location to form a marking mark 62 and surface inspection is performed.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、走査型プローブ顕微鏡及びそれを用いた表面検査方法に関する。   The present invention relates to a scanning probe microscope and a surface inspection method using the same.

走査型原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope:AFM)に代表される走査型プローブ顕微鏡は、試料表面とプローブとの間の相互作用を利用して、試料表面の微細な組織や構造を検出する分析装置である。このため、走査型プローブ顕微鏡には、片持ち梁の先端に探針を装着したカンチレバーが走査プローブとして使用される。   A scanning probe microscope typified by a scanning atomic force microscope (AFM) uses an interaction between a sample surface and a probe to detect a fine structure or structure on the sample surface. Device. For this reason, in a scanning probe microscope, a cantilever having a probe attached to the tip of a cantilever is used as a scanning probe.

探針で試料表面を走査すると、試料表面と探針との間に原子間力に基づく引力あるいは斥力が発生する。このとき、カンチレバーに対してレーザー光を照射し、カンチレバーからの反射光の位置をフォトディテクタで検知すると、ひずみ量に応じて反射光の位置が変化する。このひずみ量が一定、すなわち、試料表面と探針との間隙が一定となるように試料ステージをZ軸方向へ微動させれば、その際の微動信号、あるいは検出されたひずみ量そのものが試料表面の形状を反映したものとなり、最高で原子像レベルの高分解能画像を得ることができる。さらには、試料と探針間の相互間に働く力を利用することで、形状像と同時にナノスケールの磁気力、表面電位、粘弾性力、摩擦力などの分布を測定できる。そして、走査型プローブ顕微鏡での試料の表面検査中に発見した異常箇所を、透過型顕微鏡(TEM)などの他の分析装置で更なる分析を行うことで、異常原因解明に結びつけることが可能である。   When the sample surface is scanned with the probe, an attractive force or a repulsive force based on an atomic force is generated between the sample surface and the probe. At this time, when the cantilever is irradiated with laser light and the position of the reflected light from the cantilever is detected by the photodetector, the position of the reflected light changes according to the amount of strain. If the sample stage is finely moved in the Z-axis direction so that the strain amount is constant, that is, the gap between the sample surface and the probe is constant, the fine movement signal or the detected strain amount at that time is the sample surface. The high-resolution image at the atomic image level can be obtained at the maximum. Furthermore, by utilizing the force acting between the sample and the probe, the distribution of nanoscale magnetic force, surface potential, viscoelastic force, friction force and the like can be measured simultaneously with the shape image. And, by analyzing the abnormal part discovered during the surface inspection of the sample with the scanning probe microscope with another analyzer such as a transmission microscope (TEM), it can be linked to the cause of the abnormality. is there.

このため、走査型プローブ顕微鏡による表面検査で発見した異常箇所の近傍にマーキング痕を付しておき、他の分析装置で更なる分析を行う際に、測定位置を容易に特定できるようにする試みがなされている。   For this reason, an attempt is made to make it easy to specify the measurement position when performing further analysis with other analyzers by attaching marking marks in the vicinity of the abnormal part discovered by surface inspection with a scanning probe microscope Has been made.

例えば、下記特許文献1には、試料の表面に圧痕を形成する圧痕形成用プローブと、試料の表面を測定する測定用プローブとを備えたマルチプローブ型走査プローブ顕微鏡装置を用いて表面検査を行い、圧痕形成用プローブで試料の測定箇所近傍に圧痕を形成することが開示されている。   For example, in Patent Document 1 below, surface inspection is performed using a multi-probe scanning probe microscope apparatus provided with an indentation forming probe for forming an indentation on the surface of a sample and a measurement probe for measuring the surface of the sample. It is disclosed that an indentation is formed in the vicinity of a measurement location of a sample with an indentation forming probe.

特開2002−139414号公報JP 2002-139414 A

しかしながら、上記特許文献1に開示された走査型プローブ顕微鏡では、圧痕形成用プローブ駆動機構ならびに圧痕形成用プローブのための位置制御機構を付帯設備として備える必要があるので、装置機構がより複雑化し、装置コストが嵩む問題があった。更には、試料表面がSiや金属など硬い材料の場合、圧痕形成用プローブを押し当てても試料表面に圧痕が形成されない場合があり、汎用性に欠けるものであった。   However, in the scanning probe microscope disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, it is necessary to provide an indentation forming probe driving mechanism and a position control mechanism for the indentation forming probe as incidental equipment, so that the apparatus mechanism becomes more complicated, There was a problem that the apparatus cost increased. Furthermore, when the sample surface is a hard material such as Si or metal, the indentation may not be formed on the sample surface even when the indentation forming probe is pressed, which is not versatile.

したがって、本発明の目的は、装置構成を複雑化することなく、試料表面にマーキング痕を形成できる走査型プローブ顕微鏡及び表面検査方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a scanning probe microscope and a surface inspection method capable of forming marking marks on the surface of a sample without complicating the apparatus configuration.

上記目的を達成するにあたり、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、カンチレバーの先端部に探針を有し、該探針の先端を試料表面に近接させて走査することにより、該試料の表面検査を行う走査型プローブ顕微鏡であって、前記探針は、前記試料に近接する先端部を除く少なくとも一部に、前記探針よりも融点が低いマーキング材がコーティングされ、前記マーキング材を加熱して探針から剥離させて前記試料表面に付着させ、試料表面にマーキング痕を形成するマーキング痕形成手段を設けたことを特徴とする。   In achieving the above object, the scanning probe microscope according to the present invention has a probe at the tip of a cantilever, and scans the tip of the probe close to the sample surface to perform surface inspection of the sample. In the scanning probe microscope to be performed, the probe is coated with a marking material having a melting point lower than that of the probe on at least a part of the probe except for a tip close to the sample, and the marking material is heated to detect the probe. A marking mark forming means is provided for peeling from the needle and adhering to the sample surface to form a marking mark on the sample surface.

本発明の走査型プローブ顕微鏡は、前記マーキング痕形成手段として、前記探針を加熱する機構を備えることが好ましい。そして、加熱する手段としては、前記探針にレーザーを照射する機構か、または前記探針に電圧を印加する機構を備えることが好ましい。   The scanning probe microscope of the present invention preferably includes a mechanism for heating the probe as the marking mark forming means. And as a means to heat, it is preferable to provide the mechanism which irradiates a laser to the said probe, or the mechanism which applies a voltage to the said probe.

本発明の走査型プローブ顕微鏡は、前記マーキング痕形成手段として、試料ステージをx−y−z方向に移動させてマーキング痕形成位置を決める機構を備えることが好ましい。   The scanning probe microscope of the present invention preferably includes a mechanism for determining the marking mark forming position by moving the sample stage in the xyz direction as the marking mark forming means.

また、本発明の表面検査方法は、上記走査型プローブ顕微鏡を用いた表面検査方法であって、探針の先端を試料表面に近接させて走査し、異常箇所を検出したら前記マーキング材を加熱して探針から剥離させ、該異常箇所近傍に付着させてマーキング痕を形成することを特徴とする。   The surface inspection method of the present invention is a surface inspection method using the scanning probe microscope, wherein the tip of the probe is scanned close to the sample surface, and the marking material is heated when an abnormal location is detected. The marking mark is formed by peeling off from the probe and adhering to the vicinity of the abnormal portion.

本発明の走査型プローブ顕微鏡は、探針の試料に近接する先端部を除く少なくとも一部に、探針よりも融点が低いマーキング材がコーティングされており、マーキング材を加熱して試料表面に付着させてマーキング痕を形成するマーキング痕形成手段を備えている。
本発明の走査型プローブ顕微鏡によれば、当該探針を備えたカンチレバーを用いて試料表面を検査しつつ、異常箇所等を検出したら、試料ステージをx-y-z方向に移動させて、該異常箇所近傍で前記マーキング材を加熱して探針から剥離させ、試料表面に付着させてマーキング痕を形成できるので、表面検査とマーキング痕の形成を、1つのカンチレバーで対応でき、マーキング痕形成専用の装置機構を試料観察機構の近傍に別途設ける必要がなく、装置構成を簡略化でき、より小型化を図ることができる。また、マーキング痕は、マーキング材を試料表面に付着させて形成するので、試料表面にキズなどの損傷を生じさせずにすみ、試料の硬さや材質によらず常に安定した形状のマーキング痕を形成できる。
そして、本発明の表面検査方法によれば、走査型プローブ顕微鏡において、カンチレバーによる試料表面走査後、試料表面に異常個所が検知された場合、走査プローブ顕微鏡装置内でマーキング痕を形成できるので、異常箇所を他の分析装置で更なる分析をする際の位置手がかりとなるマーキング痕を、走査プローブ顕微鏡の空間分解能オーダーの高い位置精度で形成することが出来る。
In the scanning probe microscope according to the present invention, a marking material having a melting point lower than that of the probe is coated on at least a part of the probe except the tip close to the sample, and the marking material is heated to adhere to the sample surface. And marking mark forming means for forming marking marks.
According to the scanning probe microscope of the present invention, when an abnormal location or the like is detected while inspecting the sample surface using the cantilever provided with the probe, the sample stage is moved in the xyz direction, The marking material can be heated and peeled off from the probe in the vicinity of the abnormal location and attached to the sample surface to form marking marks, so surface inspection and marking mark formation can be handled with a single cantilever. It is not necessary to separately provide the device mechanism in the vicinity of the sample observation mechanism, so that the device configuration can be simplified and the size can be further reduced. In addition, the marking marks are formed by attaching the marking material to the sample surface, so there is no need to cause damage such as scratches on the sample surface, and a marking mark with a stable shape is always formed regardless of the hardness or material of the sample. it can.
Then, according to the surface inspection method of the present invention, in the scanning probe microscope, after the sample surface is scanned by the cantilever, if an abnormal part is detected on the sample surface, a marking mark can be formed in the scanning probe microscope apparatus. It is possible to form a marking mark which becomes a position clue when the place is further analyzed by another analyzer with high positional accuracy of the spatial resolution order of the scanning probe microscope.

本発明の走査プローブ顕微鏡の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the scanning probe microscope of this invention. 同走査プローブ顕微鏡に用いるカンチレバーの拡大図である。It is an enlarged view of the cantilever used for the scanning probe microscope. 検査試料の表面にマーキング痕を形成する状態図である。It is a state figure which forms a marking mark on the surface of a test sample. 試料の表面にマーキング痕を形成した一例である。It is an example which formed the marking trace on the surface of the sample.

本発明の走査型プローブ顕微鏡について、図1,2を用いて説明する。   The scanning probe microscope of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、本発明の走査型プローブ顕微鏡100は、検査試料60を載置して走査させる試料走査機構10と、カンチレバー30の基端側を固定してカンチレバーを片持ち梁状に支持するカンチレバー固定部20と、カンチレバー30と、電圧印加装置40と、レーザー光51をカンチレバー30の上面に照射するとともに反射光を検出するフォトディテクタ52を備えるレーザー発振装置50とで主に構成されている。   As shown in FIG. 1, a scanning probe microscope 100 according to the present invention includes a sample scanning mechanism 10 for placing and scanning an inspection sample 60, and a base end side of a cantilever 30 to fix the cantilever into a cantilever shape. The cantilever fixing portion 20 to be supported, the cantilever 30, the voltage applying device 40, and the laser oscillation device 50 including the photodetector 52 that irradiates the upper surface of the cantilever 30 and detects the reflected light are mainly configured. Yes.

図2を併せて参照すると、カンチレバー30の先端側には、マーキング材32がコーティングされた探針31が設けられている。また、カンチレバー30は、電圧印加装置40と、電気的に連結している。   Referring also to FIG. 2, the tip 31 of the cantilever 30 is provided with a probe 31 coated with a marking material 32. The cantilever 30 is electrically connected to the voltage application device 40.

探針31は、耐摩耗性、耐久性、剛性に優れたものであれば特に限定はない。例えば、SiN、Si、ダイヤモンド等が挙げられる。また、探針31の長さL2は、特に限定はない。例えば、10〜15μmが好ましい。   The probe 31 is not particularly limited as long as it has excellent wear resistance, durability, and rigidity. For example, SiN, Si, diamond, etc. are mentioned. Further, the length L2 of the probe 31 is not particularly limited. For example, 10-15 micrometers is preferable.

マーキング材32の材質は、探針よりも融点が低いものであれば特に限定はない。このようなマーキング材としては、例えば、Au、Cuなどの低融点金属、アクリル樹脂などの樹脂材料等が挙げられる。マーキング材は、検査試料60の種類に応じて適宜選択でき、検査試料60の表面組成とは異なる材質からなるものを選択することが好ましい。また、この実施形態のようにカンチレバー30に対し電圧を印加してマーキング材32が加熱を加熱する場合において、カンチレバーの材質が非導電性の場合は、マーキング材32として導電性の材料を用いることが好ましい。   The marking material 32 is not particularly limited as long as it has a lower melting point than the probe. Examples of such marking materials include low melting point metals such as Au and Cu, and resin materials such as acrylic resins. The marking material can be appropriately selected according to the type of the test sample 60, and it is preferable to select a material made of a material different from the surface composition of the test sample 60. When the marking material 32 heats the heating by applying a voltage to the cantilever 30 as in this embodiment, if the material of the cantilever is non-conductive, a conductive material is used as the marking material 32. Is preferred.

マーキング材32の膜厚は、1000nm以下が好ましく、50〜1000nmがより好ましく、50〜150nmが特に好ましい。膜厚が1000nmを超えると、試料表面を検査する際にマーキング材32が試料表面に接することがあり、検査に支障をきたすことがある。   The film thickness of the marking material 32 is preferably 1000 nm or less, more preferably 50 to 1000 nm, and particularly preferably 50 to 150 nm. When the film thickness exceeds 1000 nm, the marking material 32 may come into contact with the sample surface when inspecting the sample surface, which may hinder the inspection.

このマーキング材32は、試料に近接する先端部33を除く少なくとも一部にコーティングされている。空間分解能を低下させないためには、マーキング材32がコーティングされずに露出している探針の先端部33の長さL1は、先端部33の曲率半径より大きいことが必須である。先端部33の長さL1が、探針33の曲率半径以下であると、試料表面を検査する際にマーキング材32が試料表面に接することがあり、検査に支障をきたすことがある。また、先端部33の長さL1が、探針31の長さL2の50%を超えると、マーキング材32が少なくなるので、十分なマーキング痕を試料表面に形成出来ないことがあるので、上限は探針31の長さL2の50%が好ましい。   The marking material 32 is coated on at least a portion of the marking member 32 excluding the tip 33 close to the sample. In order not to reduce the spatial resolution, it is essential that the length L1 of the tip portion 33 of the probe exposed without being coated with the marking material 32 is larger than the radius of curvature of the tip portion 33. When the length L1 of the tip 33 is equal to or less than the radius of curvature of the probe 33, the marking material 32 may come into contact with the sample surface when inspecting the sample surface, which may hinder the inspection. Further, if the length L1 of the tip 33 exceeds 50% of the length L2 of the probe 31, the marking material 32 is reduced, so that a sufficient marking mark may not be formed on the sample surface. Is preferably 50% of the length L2 of the probe 31.

マーキング材32のコーティング方法は、探針の先端部33をマスキングした状態で、探針31に対し、マーキング材を蒸着、CVD、スパッタリング等の方法でコーティングする方法が挙げられる。   Examples of the method for coating the marking material 32 include a method in which the marking material is coated on the probe 31 by vapor deposition, CVD, sputtering, or the like in a state where the tip portion 33 of the probe is masked.

次に、上記走査型プローブ顕微鏡を用いた、本発明の表面検査方法について説明する。   Next, the surface inspection method of the present invention using the scanning probe microscope will be described.

まず、検査試料60の表面に、カンチレバー30の探針31を近接あるいは接触させ、カンチレバー30の上面に、レーザー発振装置50からレーザー51を照射し、反射光をフォトディテクタ52で検出する。この状態で、検査試料60の表面をカンチレバー30の探針31を走査すると、カンチレバー30の動きに応じてレーザー51の反射光の位置が変わるため、位置情報を逐次フォトディテクタ52で検出することで、形状像と同時にナノスケールの磁気力、表面電位、粘弾性力、摩擦力の分布を得ることができる。   First, the probe 31 of the cantilever 30 is brought close to or in contact with the surface of the inspection sample 60, the laser 51 is irradiated from the laser oscillation device 50 to the upper surface of the cantilever 30, and the reflected light is detected by the photodetector 52. In this state, when the probe 31 of the cantilever 30 is scanned over the surface of the inspection sample 60, the position of the reflected light of the laser 51 changes according to the movement of the cantilever 30, so that the position information is sequentially detected by the photodetector 52. At the same time as the shape image, nano-scale magnetic force, surface potential, viscoelastic force, and friction force distribution can be obtained.

このようにして表面検査を行い、検査試料60の表面に何らかの異常部を発見した場合、探針31と検査試料60とを接触させた状態で、試料走査機構10により試料ステージをx−y−z方向に移動させてマーキング痕形成位置を決めた後、電圧印加装置40よりカンチレバー30に対し電圧を印加する。カンチレバー30に電圧を印加することで、探針31と検査試料60の間で放電が発生し、図3に示すように、探針31に形成されていたマーキング材32が加熱されて剥離し、検査試料60の表面に付着してマーキング痕62となる。電圧印加条件は、マーキング材32の材質、膜厚によって異なり特に限定はなく、適宜調整することができる。   When the surface inspection is performed in this way and any abnormal portion is found on the surface of the inspection sample 60, the sample scanning mechanism 10 causes the sample stage to be moved to the xy-state while the probe 31 and the inspection sample 60 are in contact with each other. After moving in the z direction to determine the marking mark formation position, a voltage is applied to the cantilever 30 from the voltage application device 40. By applying a voltage to the cantilever 30, a discharge is generated between the probe 31 and the test sample 60, and the marking material 32 formed on the probe 31 is heated and peeled off as shown in FIG. It adheres to the surface of the inspection sample 60 and becomes a marking mark 62. The voltage application conditions differ depending on the material and film thickness of the marking material 32 and are not particularly limited, and can be adjusted as appropriate.

マーキング痕の形成方法としては、特に限定はない。例えば、図4(a)に示すように、検査試料60の異常部61をはさむように、点状マーキング痕62を3点配置する方法が挙げられる。異常部61周辺に、マーキング痕62を3点以上配置すれば、異常部61を他の分析装置で更なる分析を行う際に、測定位置を容易に特定できる。また、図4(b),(c)に示すように、検査試料60の異常部61をはさむように、点状マーキング痕62を4点以上配置し、さらに異常部61と点状マーキング痕62との距離及びマーキング痕62の数を、上下及び左右で非同一にすることで、異常部61の方向をより認識しやすくできる。   There are no particular limitations on the method of forming the marking marks. For example, as shown to Fig.4 (a), the method of arrange | positioning three point marking marks 62 so that the abnormal part 61 of the test sample 60 may be pinched | interposed is mentioned. If three or more marking marks 62 are arranged around the abnormal portion 61, the measurement position can be easily specified when the abnormal portion 61 is further analyzed by another analyzer. Further, as shown in FIGS. 4B and 4C, four or more dot marking marks 62 are arranged so as to sandwich the abnormal portion 61 of the test sample 60, and further, the abnormal portion 61 and the dot marking mark 62 are arranged. By making the distance and the number of marking marks 62 non-identical on the top and bottom and on the left and right, the direction of the abnormal part 61 can be more easily recognized.

このように、本発明の走査型プローブ顕微鏡によれば、試料の表面検査と、マーキング痕の形成を、1つのカンチレバーで行えるので、マーキング痕形成専用の装置機構を別途設ける必要がなく、装置構成を簡略化でき、より小型化を図ることができる。また、マーキング痕は、マーキング材を試料表面に付着させて形成するので、試料表面にキズなどの損傷を生じさせずにすみ、試料の硬さや材質によらず常に安定した形状のマーキング痕を形成できる。   As described above, according to the scanning probe microscope of the present invention, the surface inspection of the sample and the formation of the marking trace can be performed with one cantilever. Can be simplified and further downsizing can be achieved. In addition, the marking marks are formed by attaching the marking material to the sample surface, so there is no need to cause damage such as scratches on the sample surface, and a marking mark with a stable shape is always formed regardless of the hardness or material of the sample. it can.

そして、本発明の表面検査方法によれば、カンチレバーによる試料表面走査後、試料表面に異常個所が検知された場合、走査プローブ顕微鏡装置内でマーキング痕を形成できるので、異常箇所を他の分析装置で更なる分析をする際の位置手がかりとなるマーキング痕を走査プローブ顕微鏡の空間分解能オーダーの高い位置精度で形成することが出来る。   According to the surface inspection method of the present invention, after an abnormal part is detected on the sample surface after scanning the sample surface with a cantilever, a marking mark can be formed in the scanning probe microscope apparatus. Thus, a marking mark that becomes a position clue for further analysis can be formed with a high position accuracy of the spatial resolution order of a scanning probe microscope.

なお、この実施形態では、マーキング痕形成手段として電圧印加装置40を用いたが、電圧印加装置40の代わりに、レーザー照射装置を設け、レーザー照射によりコーティング層32を加熱してマーキング材32を溶融又は剥離させて試料表面に付着させてもよい。但し、より短時間でマーキング可能という理由から、電圧印加装置40を用いた電圧印加形式の方が好ましい。   In this embodiment, the voltage applying device 40 is used as the marking mark forming means. However, instead of the voltage applying device 40, a laser irradiation device is provided, and the coating layer 32 is heated by laser irradiation to melt the marking material 32. Alternatively, it may be peeled off and attached to the sample surface. However, the voltage application type using the voltage application device 40 is preferable because the marking can be performed in a shorter time.

以下の実施例において、レーザー発振装置50として、レーザーの光源に半導体レーザー(波長660nm赤色)を用い、レーザースポット径が10μmとなるものを用いた。また、検査試料60として、表面が平坦なSiウエハを用いた。   In the following examples, as the laser oscillation device 50, a semiconductor laser (wavelength 660 nm red) was used as a laser light source, and a laser spot diameter of 10 μm was used. Further, a Si wafer having a flat surface was used as the inspection sample 60.

(実施例1)
カンチレバー(製品名「SI−DF20」、SIIナノテクノロジ社製、材質:SiN、探針31の長さ:12.5μm、先端半径:10nm)の探針の先端から200nmをマスキングし、アクリル樹脂を探針31に蒸着して、厚さ100nmのアクリル樹脂からなるマーキング材32をコーティングした。
このカンチレバーを用いて、検査試料60の表面形状を走査した。カンチレバー上面にレーザー51を照射し、カンチレバーからのレーザーの反射光をフォトディテクタ52で捕らえ、カンチレバーの位置情報に変換し、形状像を取得した。このとき,レーザパワーは約3mWとした。その結果、10μm×10μmの走査範囲において、表面モフォロジの平均表面粗さ(Ra)は約0.4nmであり、極めて平坦であることが確認できた。
次に、カンチレバーに、レーザー発振装置50から、レーザパワー約100mWのレーザー51を60秒間照射して探針31のマーキング材32を溶融させ、検査試料60の表面にマーキング材を付着させ、マーキング痕62を形成した。異常部61を原点として、x-y方向に±2μmずつ移動させて、図4(b)に示すマーキング痕62を形成した。
そして、探針31が十分冷却されてから再び表面形状を走査したところ、直径約200nm、高さ約50nmの凸型マーキング痕62が形成されていることが確認できた。またこのマーキング痕62は、電子顕微鏡(型番「FE−SEM S−4700」、日立製作所製)で容易に確認することが出来た。
Example 1
Masking 200 nm from the tip of the cantilever (product name “SI-DF20”, manufactured by SII Nanotechnology, material: SiN, length of the probe 31: 12.5 μm, tip radius: 10 nm) and applying acrylic resin A marking material 32 made of an acrylic resin having a thickness of 100 nm was coated on the probe 31 by vapor deposition.
Using this cantilever, the surface shape of the test sample 60 was scanned. The upper surface of the cantilever was irradiated with a laser 51, and the reflected light of the laser from the cantilever was captured by a photodetector 52 and converted into cantilever position information to obtain a shape image. At this time, the laser power was about 3 mW. As a result, in the scanning range of 10 μm × 10 μm, the average surface roughness (Ra) of the surface morphology was about 0.4 nm, and it was confirmed that the surface was extremely flat.
Next, a laser 51 having a laser power of about 100 mW is irradiated on the cantilever for 60 seconds to melt the marking material 32 of the probe 31, and the marking material is adhered to the surface of the inspection sample 60. 62 was formed. The marking portion 62 shown in FIG. 4B was formed by moving the abnormal portion 61 by ± 2 μm in the xy direction from the origin.
Then, when the surface shape was scanned again after the probe 31 was sufficiently cooled, it was confirmed that a convex marking mark 62 having a diameter of about 200 nm and a height of about 50 nm was formed. The marking marks 62 could be easily confirmed with an electron microscope (model number “FE-SEM S-4700”, manufactured by Hitachi, Ltd.).

(実施例2)
カンチレバー(製品名「SI−DF20」、SIIナノテクノロジ社製、材質:SiN、探針31の長さ:12.5μm、先端半径:10nm)の探針の先端から200nmをマスキングし、金を探針31に蒸着して、厚さ100nmの金からなるマーキング材32をコーティングした。測定試料は、試料表面単部から本体の試料台に導電性の銀ペーストを塗布した。
マーキング材32をコーティングしたカンチレバーを用いて、実施例1と同様にして検査試料60の表面形状を走査した。10μm×10μmの走査範囲において、表面モフォロジの平均表面粗さ(Ra)は約0.4nmであり、極めて平坦であることが確認できた。
次に、カンチレバーの探針31と検査試料60の表面とを接触させた状態で、導電性のマーキング材32に電圧印加装置40から、2Vの電圧を1秒間印加した。
このとき、電圧印加により探針31が加熱されてマーキング材32とカンチレバーとの熱膨張係数の違いによりマーキング材が剥離して試料表面に付着し、マーキング痕62が形成された。異常部61を原点として、x方向に±2μm、y方向に+2μmずつ移動させて、図4(a)に示すマーキング痕62を形成した。
そして、再び表面形状を走査したところ、直径約150nm、高さ約60nmの凸型マーキング痕62が形成されていることが確認できた。またこのマーキング痕62は、電子顕微鏡(型番「FE−SEM S−4700」、日立製作所製)で容易に確認することが出来た。
(Example 2)
Mask gold from the tip of the cantilever (product name “SI-DF20”, manufactured by SII Nanotechnology, material: SiN, length of probe 31: 12.5 μm, tip radius: 10 nm) to detect gold The marking material 32 made of gold having a thickness of 100 nm was coated on the needle 31 by vapor deposition. For the measurement sample, conductive silver paste was applied from a single part of the sample surface to the sample stage of the main body.
Using the cantilever coated with the marking material 32, the surface shape of the test sample 60 was scanned in the same manner as in Example 1. In the scanning range of 10 μm × 10 μm, the average surface roughness (Ra) of the surface morphology was about 0.4 nm, and it was confirmed that the surface was extremely flat.
Next, a voltage of 2 V was applied to the conductive marking material 32 from the voltage applying device 40 for 1 second while the cantilever probe 31 and the surface of the inspection sample 60 were in contact with each other.
At this time, the probe 31 was heated by voltage application, the marking material was peeled off due to the difference in thermal expansion coefficient between the marking material 32 and the cantilever, and adhered to the sample surface, and the marking mark 62 was formed. With the abnormal portion 61 as the origin, the marking mark 62 shown in FIG. 4A is formed by moving by ± 2 μm in the x direction and +2 μm in the y direction.
When the surface shape was scanned again, it was confirmed that a convex marking mark 62 having a diameter of about 150 nm and a height of about 60 nm was formed. The marking marks 62 could be easily confirmed with an electron microscope (model number “FE-SEM S-4700”, manufactured by Hitachi, Ltd.).

10:試料走査機構
20:カンチレバー固定部
30:カンチレバー
31:探針
32:マーキング材
33:先端部
40:電圧印加装置
50:レーザー発振装置
51:レーザー光
52:フォトディテクタ
60:検査試料
61:異常部
62:マーキング痕
100:走査型プローブ顕微鏡
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Sample scanning mechanism 20: Cantilever fixing | fixed part 30: Cantilever 31: Probe 32: Marking material 33: Tip part 40: Voltage application apparatus 50: Laser oscillation apparatus 51: Laser beam 52: Photo detector 60: Inspection sample 61: Abnormal part 62: Marking mark 100: Scanning probe microscope

Claims (5)

カンチレバーの先端部に探針を有し、該探針の先端を試料表面に近接させて走査することにより、該試料の表面検査を行う走査型プローブ顕微鏡であって、
前記探針は、前記試料に近接する先端部を除く少なくとも一部に、前記探針よりも融点が低いマーキング材がコーティングされ、
前記マーキング材を加熱して探針から剥離させて前記試料表面に付着させ、試料表面にマーキング痕を形成するマーキング痕形成手段を設けたことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
A scanning probe microscope that has a probe at the tip of a cantilever and scans the tip of the probe close to the sample surface to inspect the surface of the sample,
The probe is coated with a marking material having a melting point lower than that of the probe on at least a part of the tip excluding the tip close to the sample,
A scanning probe microscope comprising marking mark forming means for heating and marking the marking material from a probe to adhere to the sample surface and forming a marking mark on the sample surface.
前記マーキング痕形成手段として、前記探針を加熱する機構を備える請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。   The scanning probe microscope according to claim 1, further comprising a mechanism for heating the probe as the marking mark forming unit. 前記加熱手段として、前記探針にレーザーを照射する機構または電圧を印加する機構を備える請求項2に記載の走査型プローブ顕微鏡。   The scanning probe microscope according to claim 2, further comprising a mechanism for irradiating the probe with a laser or a mechanism for applying a voltage as the heating means. 前記マーキング痕形成手段として、試料ステージをx−y−z方向に移動させてマーキング痕形成位置を決める機構を備える請求項1から3のいずれか1項に記載の走査型プローブ顕微鏡。   4. The scanning probe microscope according to claim 1, further comprising a mechanism for moving the sample stage in an xyz direction to determine a marking mark forming position as the marking mark forming unit. 5. 請求項1から4のいずれか1項に記載の走査型プローブ顕微鏡を用いた表面検査方法であって、
探針の先端を試料表面に近接させて走査し、異常箇所を検出したら前記マーキング材を加熱して探針から剥離させ、該異常箇所近傍に付着させてマーキング痕を形成することを特徴とする表面検査方法。
A surface inspection method using the scanning probe microscope according to any one of claims 1 to 4,
The tip of the probe is scanned close to the sample surface, and when an abnormal location is detected, the marking material is heated and peeled off from the probe, and is attached to the vicinity of the abnormal location to form a marking mark. Surface inspection method.
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