微細形状測定のための非接触静電気力走査型プローブ顕微鏡に関する研究

摘要

回折格子やプリズムシートなどのマイクロ/ナノスケール微細表面構造の評価方法として，走査型プローブ顕微鏡(SPM)が注目されている．とりわけ非接触型原子間力顕微鏡(NC-AFM)や走査型トンネル顕微鏡(STM)に代表される非接触型SPMは，探針や試料の摩耗や破損が低減できるため，ナノスケール微細形状測定法として期待されている．しかしながら，これらの非接触型SPMでは，トンネル電流や原子間力等の微弱な信号を検出するため，探針試料間距離を数nm程度に維持する必要があり，また，しばしば真空中での観察を必要とする．これらは探針と試料との接触を引き起こし，また走査速度の向上を困難にする．静電気力は100 nm程度離れた位置においても安定して検出可能であり，SPM にも用いられている．しかしながら，この静電気力は表面電荷および試料物性に依存するため，探針の軌跡と試料の表面形状は必ずしも一致はしない．本研究では，探針と試料表面との間を非接触に保った状態において，探針と試料間に作用する静電場の信号から電荷分布の影響を除去し形状を求める計算手法について提案する．提案するアルゴリズムを応用した表面形状の測定装置を開発し，回折格子の形状計測を行った．