2016 Fiscal Year Research-status Report
AFMによる線幅計測の不確かさ低減のための探針形状の絶対評価技術開発
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16K18119
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
木津 良祐 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 工学計測標準研究部門, 研究員 (40760294)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 原子間力顕微鏡 / AFM / ナノ計測 / 線幅 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、AFMによる線幅計測の不確かさ低減に向けたAFM探針形状の絶対評価技術開発を目的とする。本年度は測定中の探針摩耗抑制を目的とし、主に測定の最適化とAFMカンチレバー励振方法について検討し、以下のような知見が得られた。
矩形断面Siラインパターンを跨ぐように探針走査すると、ライン立ち上がりにおいてZ方向に急峻な変化が起こるため、探針の強い接触が原因と考えられる探針摩耗が確認できた。特にラインエッジ付近においてはスキャナのZ軸制御において発振が起きていたため、PIDゲインと走査速度の調整により発振を低減と、それによる探針摩耗量の低減を行った。また、測定環境や測定手順の最適化によって熱ドリフトの影響が抑制され、探針摩耗の低減ができた。
安定した側壁走査に向けた水平方向の検知能力向上のために、カンチレバーの周波数特性分析を行い一般的な上下振動(≒150 kHz)に加えねじれ振動(torsional)モード(≒1.1 MHz)を導入した。約55°の傾斜角をもつ三角波形状標準試料を、ねじれ振動信号のみの使用による測定を行った結果、通常のAFM測定と同様の像が取得できた。しかしながら、フィードバック用のAFM信号セットポイントを0.5~0.95の間のいずれに設定してもAFM信号は測定中に不安定であり、試料との接触による探針摩耗を引き起こしていることがわかった。一方、AFM信号とねじれ振動信号を組み合わせてAFM信号によるフィードバック制御を行うと、従来のAFM信号のみの場合よりもラインエッジ付近における発振が抑制される結果が得られた。この理由は、ねじれ振動に影響されてAFM信号の減衰が水平方向の試料に対して高感度に引き起こされ、探針の強い接触が抑制できたからと考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の研究計画では「研究実績の概要」に加え、ねじれ振動信号を利用した水平方向位置制御技術を開発する予定であったが、現状ではねじれ振動信号を安定してフィードバック制御することができていないため。しかしながら、ねじれ振動信号は補助的な利用でも探針摩耗が抑制されることが明らかになったため、今後ねじれ振動制御の最適化が困難と判断した場合はねじれ振動信号は補助的な使用に留める。また、耐摩耗性の高い探針先端材料を用いたカンチレバーの最適化ができていないため。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、今年度完了しなかった探針制御技術の開発と耐摩耗性の高い探針先端材料を用いたカンチレバーの最適化を行う。探針制御技術開発では元々計画していたカンチレバーのねじれ振動信号を利用した方法に加え、ラスタースキャンの走査軸を傾斜させたときの効果も調べる。そして、探針形状測定のための治具の作製を行い測定にとりかかる。
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| Causes of Carryover |
本年度は探針制御技術開発を行っていたが、計画にあった探針選択の最適化まで至らなかったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
探針を数種類購入するのに加え、必要に応じて広帯域ロックインアンプ、標準試料を購入する予定である。また、探針形状測定用の治具の購入にも充てる予定である。
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