課題解決事例6

広い領域でナノメートルの3次元形状を観て,計測

【克服するべき課題】 
“ナノメートルの3次元形状を広い領域で観て,計測したい!“

このような観察でお困りではありませんか? 

3次元形状観察にはレーザー顕微鏡(LSM)と走査型プローブ顕微鏡(SPM)が多く用いられています。LSMは広い領域での形状観察が得意ですが,ナノメートル以下の形状の評価は光学的な限界から困難です。SPMはナノメートル,サブナノメートルの形状観察を得意とします。

【解決!】
ナノサーチ®顕微鏡SFTシリーズは,LSMとSPMの複合型顕微鏡です。今回,このSFTシリーズに接続できるクローズドループステージ(CL-ステージ)を紹介します。CLステージを使用することで,広い領域のSPM観察が可能となります。

Fig.1 SFT-4500とCL-ステージ

Fig.1 SFT-4500とCL-ステージ

クローズドループステージ(CL-ステージ)

 SFT-4500の試料ステージ部に搭載したCL-ステージをFig.1に示します。CL-ステージはクローズドループ制御により,次の特長を持ったSPM観察が可能となります。

  • 100μm四方の広い領域のSPM観察
  • 狭い領域から広い領域まで歪が少ないSPM観察
  • 精度よく指定した座標への視野移動
  • 自在な観察対象の拡大観察と縮小観察
  • 容易な繰り返しSPM観察
Fig.2  10umピッチ格子試料のSPM広域観察像                90μm×90μm

Fig.2 10umピッチ格子試料のSPM広域観察像
               90μm×90μm

SPM 広域観察

校正にも使用される10μmピッチの格子試料のSPM観察像をFig.2に示します。走査は90μm×90μmで行っています。CL-ステージにより90μmの広域走査でも歪がないSPM観察が行えています。

緩やかに変化するナノメートル段差

Fig.3 SPM 高さ3次元像

Fig.3 SPM 高さ3次元像

膜厚評価のために,基板と膜面の段差を計測することがあります。段差が鋭いナイフエッジ形状を持つ場合,段差観察による膜厚評価は簡単に行えます。しかし,長い距離にわたり緩やかにナノメートルの段差形状が変化する場合,SPMによる膜厚評価が困難になる場合があります。たとえば,基板上に塗布した有機薄膜では膜と基板の境界段差が100μm近くにおよぶものも多くあります。広い領域におけるナノメートル形状をSPM観察する場合,

    「広い領域にわたりXYZに歪がないこと」

が要求されます。とくに,平坦な試料を観るとき,この要求を満たすことが重要です。

Fig.4 形状プロファイルと段差計測

Fig.4 形状プロファイルと段差計測

ナノサーチ®顕微鏡とCL-ステージによるSPM観察を行い,エッチング部の境界の段差形状を得ました。SPM 高さ3次元像をFig.3に示します。形状プロファイルと段差計測結果をFig.4に示します。100μm四方の広い領域で緩やかに段差が変化する境界部の形状が得られました。段差計測の結果から,この有機薄膜の膜厚が79nmであることがわかりました。

繰り返し 連続SPM観察

Fig.5  繰り返し連続SPM観察    Repetition of the SPM Observation

Fig.5 繰り返し連続SPM観察
Repetition of the SPM Observation

繰り返し観察例をFig.5に示します。
45分間の連続観察でも観察対象が観察中心から移動することはなく,安定した観察が行えています。

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