(57)【要約】【課題】探針を走査させてトンネル電流の測定を行なうときに、探針の状態及び試料表面の状態を変化させることなく、安定した試料の表面観察を行なうことができるようにする。【解決手段】制御部１５は、試料１０に可変電圧源１３から第１の電圧を印加させながら試料１０と探針１１との間におけるトンネル電流の測定を行なう際の探針１１の駆動を制御する第１の制御処理と、試料１０の測定点間の移動における探針１１の駆動を制御する第２の制御処理とを独立して行なうように制御する。さらに、制御部１５は、第２の制御処理において、試料１０に、可変電圧源１３から第１の電圧とは独立に決められ且つ第１の電圧とは異なる第２の電圧を印加させながらトンネル電流の測定を行ない、当該トンネル電流の検出量に応じて、第２の制御処理における探針１１の位置を調整するように制御する。【選択図】図１
2008102150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の２次元キャリア密度分布を測定するための顕微鏡装置であって、
探針と、
前記試料に、第１の電圧、又は前記第１の電圧とは独立に決められ且つ前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を印加する可変電圧源と、
前記探針の駆動を制御する制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記試料に前記第１の電圧を印加しながら前記試料と前記探針との間における物理的相互作用の測定を行なう際の前記探針の駆動を制御する第１の制御処理と、前記試料の測定点間の移動における前記探針の駆動を制御する第２の制御処理とを独立して行ない、
さらに、前記制御手段は、前記第２の制御処理において、前記試料に前記第２の電圧を印加しながら前記物理的相互作用の測定を行ない、当該物理的相互作用の検出量に応じて、前記第２の制御処理における前記探針の位置を調整することを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第２の制御処理における前記探針と前記試料との距離を、前記第１の制御処理における前記探針と前記試料との距離よりも長くすることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１の制御処理及び前記第２の制御処理における前記探針の駆動を、前記試料と前記探針との距離が一定となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項４】
前記試料の各測定点において、前記第１の制御処理を行なうときに、前記第２の制御処理における前記探針の位置から前記試料に向けて等しい距離だけ接近させることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項５】
試料の２次元キャリア密度分布を測定するための顕微鏡装置における駆動方法であって、
前記試料に第１の電圧を印加しながら前記試料と探針との間における物理的相互作用の測定を行なう際の前記探針の駆動を制御する第１の制御処理と、前記試料の測定点間の移動における前記探針の駆動を制御する第２の制御処理とを独立して行ない、
さらに、前記第２の制御処理において、前記試料に、前記第１の電圧とは独立に決められ且つ前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を印加しながら前記物理的相互作用の測定を行ない、当該物理的相互作用の検出量に応じて、前記第２の制御処理における前記探針の位置を調整することを特徴とする顕微鏡装置の駆動方法。
【請求項６】
前記第１の制御処理及び前記第２の制御処理における前記探針の駆動を、前記試料と前記探針との距離が一定となるように制御することを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡装置の駆動方法。
【請求項７】
前記第２の制御処理における前記探針と前記試料との距離を、前記第１の制御処理における前記探針と前記試料との距離よりも長くすることを特徴とする請求項５又は６に記載の顕微鏡装置の駆動方法。
【請求項８】
前記試料の各測定点において、前記第１の制御処理を行なうときに、前記第２の制御処理における前記探針の位置から前記試料に向けて等しい距離だけ接近させることを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡装置及びその駆動方法に関し、特に、微細なＭＯＳトランジスタの２次元キャリア密度分布の測定を行なうものに用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）は、探針と試料表面の間に作用する様々な物理的相互作用、例えばトンネル電流、原子間力、摩擦力などを検出することで試料の表面情報を得ている。
【０００３】
例えば、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）では、金属製の探針を試料との距離を一定にして走査する技術や、金属製の探針を試料の表面に対して垂直方向（ｚ方向）に制御して走査する技術を用いて、試料との間に流れるトンネル電流を一定にしながら探針を走査させ、試料表面の原子構造や局所的な電子状態を像として映し出すことで観察できるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１６６６０３号公報
【特許文献２】特開平６−５０７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の走査プローブ顕微鏡では、試料表面との間に作用する物理的相互作用を測定するために探針を駆動させた場合に、試料に凹凸があるとその試料と探針とが接触を起こして探針や試料の状態を変化させてしまうという第１の問題があった。さらに、探針と試料との間に発生する電場等の物理的相互作用による影響で探針や試料の状態を変化させてしまうという第２の問題もあった。
これらの問題は、試料の表面観察を安定して行なう妨げとなっていた。
【０００６】
ここで、図１１に前述した第１の問題の例を示す。
図１１は、従来の走査型トンネル顕微鏡を用いた電流像トンネル分光法（ＣＩＴＳ法：Current Imaging Tunneling Spectroscopy）による試料の顕微鏡写真である。
図１１（ａ）は水素終端されたＮ型シリコン（００１）面の走査領域の顕微鏡写真であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示した試料の走査領域の一部を探針で走査した後の顕微鏡写真である。図１１に示した試料の走査領域の凹凸は約１ｎｍ程度であり、また、図１１（ｂ）の矢印で示した領域が探針を走査させた領域である。
【０００７】
図１１（ｂ）において、探針を走査させた条件は、試料電圧（Ｖｓ）を０．５Ｖ、トンネル電流（Ｉｔ）を０．２ｎＡとした定電流モードによるものであり、試料電圧が低い設定のため、探針を試料に非常に接近させた状態で走査させたものである。図１１（ｂ）に示すように、探針の走査を行なった試料表面に大きな異物が存在していることがわかる。これは、探針を試料表面に対して水平方向に走査させたときに、探針と試料との接触により探針の先端から何かが落ちたものと考えられる。
このように、試料表面と探針とが接近した状態（低いＶｓのとき）でＣＩＴＳ測定を行なうと、試料と探針の接触により探針の状態が不安定になり、また、測定する試料表面を汚すため、安定した試料の表面観察ができない。
【０００８】
図１２に前述した第２の問題の例を示す。
図１２は、従来の走査型トンネル顕微鏡を用いたＣＩＴＳ法による試料の顕微鏡写真である。
図１２（１ａ）及び図１２（２ａ）はトンネル電流−試料電圧（Ｉ−Ｖ）測定を行なう前の水素終端されたＮ型シリコン（００１）面の顕微鏡写真であり、図１２（１ｂ）及び図１２（２ｂ）はＩ−Ｖ測定後のそれぞれの試料表面の顕微鏡写真である。
【０００９】
図１２において、Ｉ−Ｖ測定の条件は、試料電圧（Ｖｓ）が０．２Ｖ、トンネル電流（Ｉｔ）が０．２ｎＡになるｚ方向の高さに固定して測定を行なった。図１２（１ｂ）に示すように、測定を行なった試料表面に探針から大きな異物が落ちたことがわかる。
また、図１２（２ｂ）に示すように、Ｉ−Ｖ測定を行なった結果、水素終端された試料表面の水素が脱離していることがわかる。これは、Ｉ−Ｖ測定を行なう際に、試料電圧を−６Ｖから＋６Ｖまで可変させて印加した結果、強い電場が生じて水素が脱離したものと考えられる。
【００１０】
本発明は前述の問題点に鑑みてなされたものであり、探針を走査させて試料との間における物理的相互作用の測定を行なうときに、探針の状態及び試料表面の状態を変化させることなく、安定した試料の表面観察を行なうことができる顕微鏡装置及びその駆動方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【００１２】
本発明の顕微鏡装置は、試料の２次元キャリア密度分布を測定するための顕微鏡装置であって、探針と、前記試料に、第１の電圧、又は前記第１の電圧とは独立に決められ且つ前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を印加する可変電圧源と、前記探針の駆動を制御する制御手段とを含み、前記制御手段は、前記試料に前記第１の電圧を印加しながら前記試料と前記探針との間における物理的相互作用の測定を行なう際の前記探針の駆動を制御する第１の制御処理と、前記試料の測定点間の移動における前記探針の駆動を制御する第２の制御処理とを独立して行ない、さらに、前記制御手段は、前記第２の制御処理において、前記試料に前記第２の電圧を印加しながら前記物理的相互作用の測定を行ない、当該物理的相互作用の検出量に応じて、前記第２の制御処理における前記探針の位置を調整することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の顕微鏡装置の駆動方法は、試料の２次元キャリア密度分布を測定するための顕微鏡装置における駆動方法であって、前記試料に第１の電圧を印加しながら前記試料と探針との間における物理的相互作用の測定を行なう際の前記探針の駆動を制御する第１の制御処理と、前記試料の測定点間の移動における前記探針の駆動を制御する第２の制御処理とを独立して行ない、さらに、前記第２の制御処理において、前記試料に、前記第１の電圧とは独立に決められ且つ前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を印加しながら前記物理的相互作用の測定を行ない、当該物理的相互作用の検出量に応じて、前記第２の制御処理における前記探針の位置を調整することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、試料と探針との間における物理的相互作用の測定を行なう際の探針の駆動と、試料の測定点間の移動における探針の駆動とをそれぞれ独立して行なうようにしたので、探針を走査させて物理的相互作用の測定を行なうときに、探針の試料への接触を回避することができ、探針の状態及び試料表面の状態を安定させた、良好な試料の表面観察を行なうことができる。さらに、本発明によれば、試料の測定点間の移動における探針の駆動の際においても、物理的相互作用の測定を行ない、当該物理的相互作用の検出量に応じて試料の測定点間の移動における探針の位置を調整するようにしたので、探針の基点が定まり、続いて行なわれる、キャリア密度分布を反映した物理的相互作用（トンネル電流）の測定を正確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、添付図面を参照しながら、本発明の顕微鏡装置及びその駆動方法の具体的な諸実施形態について説明する。
なお、本発明の顕微鏡装置の実施形態としては、探針と試料との間に発生する物理的相互作用がトンネル電流である走査型トンネル顕微鏡を例として説明を行なうが、本発明はこれに限定されるわけではなく、例えば、発生する物理的相互作用が原子間力であるＡＦＭ（Atomic Force Microscope）や、発生する物理的相互作用が摩擦力であるＦＦＭ（Friction Force Microscope）などに適用することも可能である。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態における走査型トンネル顕微鏡の概略構成図である。
図示するように、走査型トンネル顕微鏡は、試料１０を載置する不図示のステージと、金属からなる探針１１と、探針１１を試料１０の表面に対して水平方向（ｘ方向及びｙ方向）に微動させるピエゾ素子１２ａ，１２ｂと、探針１１を試料１０の表面に対して垂直方向（ｚ方向）に微動させるピエゾ素子１２ｃと、探針１１のｘ方向、ｙ方向及びｚ方向の位置を粗調整するための不図示の駆動モータと、試料１０に印加する電圧を供給する可変電圧源１３と、探針１１に流れるトンネル電流を検出する電流計１４と、可変電圧源１３、ピエゾ素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び駆動モータを制御して、探針１１の位置や試料１０への印加電圧を決定する制御部１５とを備えている。
【００１７】
制御部１５は、試料１０と探針１１との間に流れるトンネル電流の測定を行なう際の探針１１の駆動と、試料１０の測定点間の移動における探針１１の駆動とをそれぞれ独立して制御を行なう。また、制御部１５には、電流計１４で検出された電流値が一定の値になるようにピエゾ素子１２ｃに印加する電圧を自動制御して探針１１の位置を調整するフィードバック制御回路１５ａが備えられている。
【００１８】
次に、図２に、走査型トンネル顕微鏡を用いた試料１０の表面観察を行なう手順を示す。以下、試料１０としては、ＭＯＳトランジスタを用いた例で説明を行なう。
【００１９】
図２に示すように、先ず始めに測定する試料の処理を行なう。
先ず、第１の工程では、ＭＯＳトランジスタの観察面を研磨やヘキ開等の手法で平坦化する。このときの平坦度は、面内の凹凸が１ｎｍ程度以下になるのが望ましい。本実施形態では研磨により平坦化を実現している。
【００２０】
続いて、第２の工程では、フッ酸（ＨＦ）と塩酸（ＨＣｌ）との混合液にＭＯＳトランジスタの観察面を浸して、その観察面を水素終端化する。このような処理を行なうことで、探針とＭＯＳトランジスタの観察面との間に流れるトンネル電流が局所的なキャリア密度を反映するようになる。さらに、この水素終端処理により、観察面内に局在するシリコン酸化膜系絶縁膜（例えば素子分離、ゲート酸化膜やゲート電極側壁酸化膜、ＳＯＩ基板を用いた場合は埋め込み酸化膜など）がエッチングされてシリコン基板より窪むため、探針がＭＯＳトランジスタに衝突しにくくなる。
【００２１】
続いて、第３の工程では、水素終端処理を行なったＭＯＳトランジスタを速やかに高真空チャンバ内へ搬送する。本実施形態では、圧力１×１０-7Ｐａ程度の超高真空環境下でＩ−Ｖ測定を行なう。このように、真空の環境下でＩ−Ｖ測定をすることで、水や酸素などの影響による観察面の水素終端性の悪化や、観察面の酸化、観察面の汚染などの可能性を低下させることができる。
【００２２】
続いて、第４の工程では、走査型トンネル顕微鏡に設けられた駆動モータを駆動させて探針をｘ方向及びｙ方向に走査して、ＭＯＳトランジスタの観察したい箇所近傍に探針を移動する。
【００２３】
ここで、探針１１をＭＯＳトランジスタのゲート電極近傍に移動させ、ゲート電極形状を鮮明に視覚化した顕微鏡写真を図５に示す。
図５は、試料電圧が６Ｖ、トンネル電流が０．２ｎＡ、トンネル電流一定モードの条件におけるＳＴＭ像である。
また、ゲート電極は、ゲート長が７０ｎｍのものである。
【００２４】
図５より、ＭＯＳトランジスタのアクティブ領域（チャネル部、ソース・ドレイン・エクステンション部）が平坦に視覚化されている。これは、前述の測定条件下では、探針１１と試料１０との距離が一定になることを示唆しており、この場合には、探針１１がｘｙ方向へ直線的に走査することになる。
【００２５】
続いて、第５の工程では、探針１１を走査させて試料１０との間の２次元トンネル電流分布の測定を行なう。本実施形態では、この２次元トンネル電流分布の測定を行なうための探針１１の駆動方法を２つの実施例（第１の駆動方法及び第２の駆動方法）を挙げて後述する。
【００２６】
続いて、この２次元トンネル分布測定を行なった後、第６の工程では、所望の参照データテーブルを用いて２次元トンネル分布を２次元キャリア密度の変換する。
【００２７】
次に、第５の工程における２次元トンネル電流分布を測定する走査型トンネル顕微鏡の駆動方法について詳細に説明する。
【００２８】
（第１の駆動方法）
図３は、走査型トンネル顕微鏡における第１の駆動方法の流れを示す模式図である。
先ず、図３（ａ）に示すように、フィードバック制御回路１５ａをオンにして、探針を、設定した高い試料電圧Ｖｓ1の下で設定したトンネル電流値Ｉｔ1になるｚ方向の高さで、測定を行なうｘｙ位置に配置する。
【００２９】
続いて、図３（ｂ）に示すように、フィードバック制御回路１５ａがオンの状態で、探針を、設定した低い試料電圧Ｖｓ2の下で設定したトンネル電流値Ｉｔ2になるｚ方向の高さで固定する。
【００３０】
続いて、図３（ｃ）に示すように、フィードバック制御回路１５ａをオフにして、探針のｚ方向の高さを固定した状態で、Ｉ−Ｖ特性を測定する。
【００３１】
続いて、測定を終了した後、図３（ｄ）に示すように、フィードバック制御回路１５ａをオンにして、探針を、試料電圧Ｖｓ1の下で設定したトンネル電流値Ｉｔ1になるｚ方向の高さに戻した後、次の測定点で測定を行なうために探針を試料の表面に対して水平方向（ｘ方向及びｙ方向）に移動する。
【００３２】
図３（ａ）〜図３（ｄ）に示した探針１１の駆動を繰り返すことにより、図３（ｂ）のフィードバック条件で決まるＩ−Ｖ特性の２次元分布が得られる。この第１の駆動方法により得られる２次元トンネル電流は、探針１１と試料１０との距離が一定ではない条件での２次元トンネル電流の分布であるため、トンネル電流は探針１１と試料１０との距離及びキャリア密度に依存したものとなる。
【００３３】
次に、走査型トンネル顕微鏡における第１の駆動方法を行なうための処理について説明する。
図４に、走査型トンネル顕微鏡における第１の駆動方法を実行するための処理のフローチャートを示す。
【００３４】
先ず、探針１１の走査領域をＸｎｍ×Ｙｎｍと設定し、この走査領域内の測定点数をＮ×Ｍ個で設定する。
【００３５】
続いて、図４に示すように、探針１１の駆動を制御するパラメータを設定する。
具体的には、第１のパラメータとして、探針１１をｘｙ方向に移動させる際のその探針１１のｚ位置を固定するフィードバック条件を設定する。例えば、試料電圧Ｖｓ1を６Ｖ、トンネル電流Ｉｔ1を０．２ｎＡとして設定する。また、第２のパラメータとして、Ｉ−Ｖ特性を測定する際の探針１１のｚ位置を固定するフィードバック条件を設定する。例えば、試料電圧Ｖｓ2を４Ｖ、トンネル電流Ｉｔ2を０．２ｎＡとして設定する。さらに、第３のパラメータとして、Ｉ−Ｖ特性の測定における試料電圧Ｖｓを設定する。例えば、試料電圧Ｖｓを−５Ｖとして設定する。各パラメータの設定が終了すると、ステップＳ１に進む。
【００３６】
続いて、ステップＳ１では、試料電圧Ｖｓ1、トンネル電流Ｉｔ1の設定条件の下で、フィードバック制御回路１５ａをオンにして、探針１１をｘｙ方向に走査させて、次のＩ−Ｖ特性の測定点へ移動させる。続いて、ステップＳ２に進み、探針１１のｘｙ位置を固定する。
【００３７】
続いて、ステップＳ３では、試料電圧Ｖｓ2、トンネル電流Ｉｔ2の設定条件の下で、フィードバック制御回路１５ａをオンにして、探針１１をｚ方向に移動させ、探針１１のｚ位置を固定する。続いて、ステップＳ４では、フィードバック制御回路１５ａをオフにして、試料電圧Ｖｓの設定条件の下でトンネル電流を測定する。
【００３８】
その後、再びステップＳ１に戻って、探針１１のｚ位置をステップ４におけるトンネル電流測定時よりも試料１０から離れた状態に戻して次の測定点に移動する。
前述したステップＳ１〜ステップＳ４までの処理を走査領域（Ｘｎｍ×Ｙｎｍ）内で設定した全ての測定点（Ｎ×Ｍ個）における測定が終了するまで繰り返し、ＭＯＳトランジスタの（探針と試料間の距離が一定ではない）２次元トンネル電流値分布を得る。
【００３９】
次に、第１の駆動方法を用いて得られた顕微鏡写真を図６に示す。
図６は、図５と同様の領域におけるステップＳ４での測定（試料電圧４Ｖ、トンネル電流０．２ｎＡでトンネル電流一定モード）の結果である。
図６に示すように、上述した測定条件では、ＭＯＳトランジスタの観察面が傷ついたり、汚れたりしておらず、探針１１と試料１０との接触はない。
また、キャリア密度の異なる領域が見られ、探針１１と試料１０との距離が異なることがわかる。これは、図５における測定条件よりも試料電圧が低くなったことで探針１１と試料１０との距離が短くなり、キャリア密度に対してトンネル電流が敏感になるために、トンネル電流一定でフィードバック制御を行なうと、探針１１と試料１０との距離が一定にならないと考えられる。これは、２次元キャリア密度分布に対応するトンネル電流分布が定性的なものとなることを示唆している。
【００４０】
また、図７に、図４による処理を行って得られた定性的な２次元キャリア密度分布に対応するトンネル電流分布を示す。
この図７から、ＭＯＳトランジスタのアクティブ領域のキャリア分布が高空間分解能で視覚化できていることがわかる。また、ベタ膜のリファレンス試料を用いて、その深さ方向のトンネル電流分布とＳＩＭＳ測定の結果とを比較することで得た変換テーブルを用いるなどして、２次元キャリア密度分布に変換することができる。
【００４１】
また、図８に、図７と同様の領域に対して試料電圧Ｖｓの条件を５Ｖとして得た２次元トンネル電流分布を示す。
この図８から、キャリア分布に対応するトンネル電流の変化が顕著には見られない。これは、試料電圧Ｖｓに対して適切な条件を選定すれば、Ｉ−Ｖ特性を測定するための試料電圧を可変させる必要はないことを示唆している。これにより、試料電圧を可変させることによる試料の観察面が傷つけられる或いは汚染されるという第２の問題を回避することも可能である。
【００４２】
（第２の駆動方法）
図９は、走査型トンネル顕微鏡における第２の駆動方法の流れを示す模式図である。
先ず、図９（ａ）に示すように、フィードバック制御回路１５ａをオンにして、探針を、設定した高い試料電圧Ｖｓ1の下で設定したトンネル電流値Ｉｔ1になるｚ方向の高さで、測定を行なうｘｙ位置に配置する。
【００４３】
続いて、図９（ｂ）に示すように、フィードバック制御回路１５ａをオフにして、探針を、ピエゾ素子を用いて設定したｚ変位値（Δｚ）だけ試料側に近づけて固定する。
【００４４】
続いて、図９（ｃ）に示すように、フィードバック制御回路１５ａをオフのままにして、探針のｚ方向の高さを固定した状態で、Ｉ−Ｖ特性を測定する。
【００４５】
続いて、測定を終了した後、図９（ｄ）に示すように、フィードバック制御回路１５ａをオンにして、探針を、試料電圧Ｖｓ1の下で設定したトンネル電流値Ｉｔ1になるｚ方向の高さに戻した後、次の測定点で測定を行なうために探針を試料の表面に対して水平方向（ｘ方向及びｙ方向）に移動する。
【００４６】
図９（ａ）〜図９（ｄ）に示した探針１１の駆動を繰り返すことにより、フィードバック条件で決まるｚ位置からΔｚを差し引いたｚ位置にある探針１１と試料１０とのＩ−Ｖ特性の２次元分布が得られる。この第２の駆動方法により得られる２次元トンネル電流は、探針１１と試料１０との距離が一定であり、さらに試料電圧も一定であるため、測定したトンネル電流はキャリア密度にのみ依存したものとなる。
【００４７】
第２の駆動方法では、キャリア密度とトンネル電流値との関係の明らかな測定点が１つでも存在すれば、それを参照データテーブルとして２次元キャリア密度分布を定量的に得ることができる。或いは、ある１点の測定点での探針１１と試料１０との距離の絶対値が明らかであれば、その絶対値をもとにトンネル電流値からキャリア密度を導出し、その２次元分布を定量的に得ることができる。
【００４８】
次に、走査型トンネル顕微鏡における第２の駆動方法を行なうための処理について説明する。
図１０に、走査型トンネル顕微鏡における第２の駆動方法を実行するための処理のフローチャートを示す。
【００４９】
先ず、探針１１の走査領域をＸｎｍ×Ｙｎｍと設定し、この走査領域内の測定点数をＮ×Ｍ個で設定する。
【００５０】
続いて、図１０に示すように、探針１１の駆動を制御するパラメータを設定する。
具体的には、第１のパラメータとして、探針１１をｘｙ方向に移動させる際のその探針１１のｚ位置を固定するフィードバック条件を設定する。例えば、試料電圧Ｖｓ1を６Ｖ、トンネル電流Ｉｔ1を０．２ｎＡとして設定する。また、第２のパラメータとして、第１のパラメータで設定された条件で固定される探針１１のｚ位置よりもＭＯＳトランジスタ側へ付加的に探針１１を前進させる量であるｚ変位値（△ｚ）を設定する。例えば、ｚ変位値△ｚを１ｎｍとして設定する。このｚ変位値△ｚの値は、トンネル電流が局所的なキャリア密度に充分に敏感となり、かつ探針及び試料に深刻な損傷を与えないように適当に選ぶ。さらに、第３のパラメータとして、Ｉ−Ｖ特性の測定における試料電圧Ｖｓを設定する。例えば、試料電圧Ｖｓを−５Ｖとして設定する。各パラメータの設定が終了すると、ステップＳ５に進む。
【００５１】
続いて、ステップＳ５では、試料電圧Ｖｓ1、トンネル電流Ｉｔ1の設定条件の下で、フィードバック制御回路１５ａをオンにして、探針１１をｘｙ方向に走査させて、次のＩ−Ｖ特性の測定点へ移動させる。続いて、ステップＳ６に進み、探針１１のｘｙ位置を固定する。
【００５２】
続いて、ステップＳ７では、フィードバック制御回路１５ａをオフにして、探針のｚ方向位置をΔｚだけＭＯＳトランジスタ側に移動させる。続いて、ステップＳ８では、フィードバック制御回路１５ａがオフのままで、ステップＳ７で移動したｚ位置に探針を固定して、試料電圧Ｖｓの設定条件の下でトンネル電流を測定する。
【００５３】
その後、再びステップＳ５に戻って、探針１１のｚ位置をステップ８におけるトンネル電流測定時よりも試料１０から離れた状態に戻して次の測定点に移動する。
前述したステップＳ５〜ステップＳ８までの処理を走査領域（Ｘｎｍ×Ｙｎｍ）内で設定した全ての測定点（Ｎ×Ｍ個）における測定が終了するまで繰り返し、ＭＯＳトランジスタの（探針と試料間の距離が一定である）２次元トンネル電流値分布を得る。
【００５４】
前述した実施形態による走査型トンネル顕微鏡を構成する各手段、並びに走査型トンネル顕微鏡の駆動方法の各ステップ（図４のステップＳ１〜ステップＳ４、図１０のステップＳ５〜ステップＳ８）は、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。
【００５５】
具体的に、前記プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのような記録媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。前記プログラムを記録する記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、前記プログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワーク（ＬＡＮ、インターネットの等のＷＡＮ、無線通信ネットワーク等）システムにおける通信媒体（光ファイバ等の有線回線や無線回線等）を用いることができる。
【００５６】
また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより前述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して前述の実施形態の機能が実現される場合や、供給されたプログラムの処理の全て或いは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて前述の実施形態の機能が実現される場合も、かかるプログラムは本発明に含まれる。
【００５７】
例えば、図１３は、一般的なパーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。
この図１３において、１２００はコンピュータＰＣである。ＰＣ１２００は、ＣＰＵ１２０１を備え、ＲＯＭ１２０２又はハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶された、或いはフレキシブルディスクドライブ（ＦＤ）１２１２より供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行し、システムバス１２０４に接続される各デバイスを総括的に制御する。
【００５８】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００５９】
（付記１）
探針と、
前記探針の駆動を制御する制御手段とを含み、
前記制御手段は、試料と前記探針との間における物理的相互作用の測定を行なう際の前記探針の駆動を制御する第１の制御処理と、前記試料の測定点間の移動における前記探針の駆動を制御する第２の制御処理とを独立して行なうことを特徴とする顕微鏡装置。
【００６０】
（付記２）
前記制御手段は、前記第２の制御処理における前記探針と前記試料との距離を、前記第１の制御処理における前記探針と前記試料との距離よりも長くすることを特徴とする付記１に記載の顕微鏡装置。
【００６１】
（付記３）
前記制御手段は、前記第１の制御処理及び前記第２の制御処理における前記探針の駆動を、前記試料との間における前記物理的相互作用が一定となるように制御することを特徴とする付記１又は２に記載の顕微鏡装置。
【００６２】
（付記４）
前記制御手段は、前記第１の制御処理及び前記第２の制御処理における前記探針の駆動を、前記試料との間の距離が一定となるように制御することを特徴とする付記１又は２に記載の顕微鏡装置。
【００６３】
（付記５）
前記制御手段は、前記物理的相互作用の検出量に応じて前記第１の制御処理及び前記第２の制御処理における前記探針の位置を調整するフィードバック制御回路を有することを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の顕微鏡装置。
【００６４】
（付記６）
前記探針に接続されたピエゾ素子を有し、前記制御手段は、当該ピエゾ素子に印加する電圧を制御して前記第１の制御処理及び前記第２の制御処理における前記探針の駆動を制御することを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載の顕微鏡装置。
【００６５】
（付記７）
前記物理的相互作用の測定を、前記試料に印加する電圧を一定にして行なうことを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の顕微鏡装置。
【００６６】
（付記８）
前記物理的相互作用がトンネル電流であることを特徴とする付記１〜７のいずれか１項に記載の顕微鏡装置。
【００６７】
（付記９）
探針の駆動を制御する顕微鏡装置における駆動方法であって、
試料と前記探針との間における物理的相互作用の測定を行なう際の前記探針の駆動を制御する第１の制御処理と、前記試料の測定点間の移動における前記探針の駆動を制御する第２の制御処理とを独立して行なうことを特徴とする顕微鏡装置の駆動方法。
【００６８】
（付記１０）
前記第２の制御処理における前記探針と前記試料との距離を、前記第１の制御処理における前記探針と前記試料との距離よりも長くすることを特徴とする付記９に記載の顕微鏡装置の駆動方法。
【００６９】
（付記１１）
前記第１の制御処理及び前記第２の制御処理における前記探針の駆動を、前記試料との間における前記物理的相互作用が一定となるように制御することを特徴とする付記９又は１０に記載の顕微鏡装置の駆動方法。
【００７０】
（付記１２）
前記第１の制御処理及び前記第２の制御処理における前記探針の駆動を、前記試料との間の距離が一定となるように制御することを特徴とする付記９又は１０に記載の顕微鏡装置の駆動方法。
【００７１】
（付記１３）
前記物理的相互作用の検出量に応じて前記第１の制御処理及び前記第２の制御処理における前記探針の位置を調整することを特徴とする付記９〜１２のいずれか１項に記載の顕微鏡装置の駆動方法。
【００７２】
（付記１４）
前記探針と接続されたピエゾ素子に印加する電圧を制御して前記第１の制御処理及び前記第２の制御処理における前記探針の駆動を制御することを特徴とする付記９〜１３のいずれか１項に記載の顕微鏡装置の駆動方法。
【００７３】
（付記１５）
前記物理的相互作用の測定を、前記試料に印加する電圧を一定にして行なうことを特徴とする付記９〜１４のいずれか１項に記載の顕微鏡装置の駆動方法。
【００７４】
（付記１６）
前記物理的相互作用がトンネル電流であることを特徴とする付記９〜１５のいずれか１項に記載の顕微鏡装置の駆動方法。
【００７５】
（付記１７）
探針の駆動を制御する顕微鏡装置での処理をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
試料と前記探針との間における物理的相互作用の測定を行なう際の前記探針の駆動を制御する第１の制御処理と、前記試料の測定点間の移動における前記探針の駆動を制御する第２の制御処理とを独立して行なうことを特徴とするコンピュータプログラム。
【００７６】
本発明の実施形態によれば、試料と探針との間における物理的相互作用の測定を行なう際の探針の駆動と、試料の測定点間の移動における探針の駆動とをそれぞれ独立して行なうようにしたので、探針を走査させて物理的相互作用の測定を行なうときに、探針の試料への接触を回避することができ、探針の状態及び試料表面の状態を安定させた、良好な試料の表面観察を行なうことができる。
【００７７】
また、本発明の実施形態の他の特徴によれば、物理的相互作用の測定をする際に、試料に印加する電圧を一定にして行なうようにしたので、その電場の変化による影響で探針の状態の不安定化や試料表面が汚染を回避することができ、探針の状態及び試料表面の状態を安定させた、良好な試料の表面観察を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施形態における走査型トンネル顕微鏡の概略構成図である。
【図２】走査型トンネル顕微鏡を用いた試料の表面観察を行なう手順を示すフローチャートである。
【図３】走査型トンネル顕微鏡における第１の駆動方法の流れを示す模式図である。
【図４】走査型トンネル顕微鏡における第１の駆動方法を実行するための処理のフローチャートである。
【図５】ＭＯＳトランジスタの走査型トンネル顕微鏡による顕微鏡写真である。
【図６】ＭＯＳトランジスタの走査型トンネル顕微鏡による顕微鏡写真である。
【図７】トンネル電流の分布図である。
【図８】トンネル電流の分布図である。
【図９】走査型トンネル顕微鏡における第２の駆動方法の流れを示す模式図である。
【図１０】走査型トンネル顕微鏡における第２の駆動方法を実行するための処理のフローチャートである。
【図１１】従来の走査型トンネル顕微鏡を用いたＣＩＴＳ法によるＮ型シリコン（００１）面の顕微鏡写真である。
【図１２】従来の走査型トンネル顕微鏡を用いたＣＩＴＳ法によるＮ型シリコン（００１）面の顕微鏡写真である。
【図１３】一般的なパーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０  試料
１１  探針
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  ピエゾ素子
１３  可変電圧源
１４  電流計
１５  制御部
１５ａ  フィードバック制御回路
【図１】
2008102150.tif 000003
【図２】
2008102150.tif 000004
【図３】
2008102150.tif 000005
【図４】
2008102150.tif 000006
【図５】
2008102150.tif 000007
【図６】
2008102150.tif 000008
【図７】
2008102150.tif 000009
【図８】
2008102150.tif 000010
【図９】
2008102150.tif 000011
【図１０】
2008102150.tif 000012
【図１１】
2008102150.tif 000013
【図１２】
2008102150.tif 000014
【図１３】
2008102150.tif 000015