導電率測定装置及び導電率測定方法
【課題】プローブ間の離間距離を連続的に調節し、各プローブを試料に押当てる力の再現性を高めて導電率を精度良く測定可能な導電率測定装置を提供する。
【解決手段】試料支持面２ａ上に試料Ｓ１が固定される試料台２と、試料支持面に平行な面に沿って隣接配置される観察用プローブ３及び把持用プローブ４を有する２端子ピンセット１５と、試料台と２端子ピンセットとを試料支持面に平行な方向及び垂直な方向に移動させる移動手段と、観察用プローブを振動させる加振手段１０と、観察用プローブの変位を測定する変位測定手段と、観察用プローブに対して把持用プローブを接近又は離間する方向へ移動させてプローブ間の距離を調節するプローブ駆動手段１２と、２端子ピンセットをそれぞれ試料に接触させ、この状態で２端子ピンセット間に電流を流しそのときの２端子ピンセット間の電気的特性から試料上の２点間の導電率を測定する第１の測定手段３５とを備える。
【解決手段】試料支持面２ａ上に試料Ｓ１が固定される試料台２と、試料支持面に平行な面に沿って隣接配置される観察用プローブ３及び把持用プローブ４を有する２端子ピンセット１５と、試料台と２端子ピンセットとを試料支持面に平行な方向及び垂直な方向に移動させる移動手段と、観察用プローブを振動させる加振手段１０と、観察用プローブの変位を測定する変位測定手段と、観察用プローブに対して把持用プローブを接近又は離間する方向へ移動させてプローブ間の距離を調節するプローブ駆動手段１２と、２端子ピンセットをそれぞれ試料に接触させ、この状態で２端子ピンセット間に電流を流しそのときの２端子ピンセット間の電気的特性から試料上の２点間の導電率を測定する第１の測定手段３５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板等の試料の導電率、又は微小な試料の導電率を測定する導電率測定装置及び導電率測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体等の表面における極微細領域の電気的な特性を計測するために、例えば、特許文献１、２に示すように、四つの探針が直線上に等間隔に配置された計測プローブを有する走査トンネル顕微鏡等の導電率測定装置が使用されている。この計測プローブによる導電率測定方法は、外側に配された二本の探針（外側プローブ）を試料に接触又は接近させた状態で電圧を印加して、試料の電気抵抗のために生じる電圧降下を内側に配された残りの二本の探針（観察用プローブと把持用プローブ）で測定することにより、その位置における断面情報を含む表面特性を測定するものである。
この計測プローブによれば、外側二本の探針間に電圧を印加したとき、外側二本の探針間隔が離間しているほど、試料の深い位置まで内側二本の探針にて断面情報を計測することができる。
【特許文献１】特開２００４−９３３５２号公報
【特許文献２】特開２００２−３１６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の導電率測定装置では、以下のような問題があった。
第１に、内側に配された二本の探針がそれぞれ別々の駆動源により駆動されているので、内側に配された両プローブの離間距離を精度良く連続的に調節することができなかった。また第１の課題に関連して第２に、内側に配された二本の探針の離間距離を精度良く調節することができないので、極近接個所の導電率を精度良く測定できないという問題があった。
第３に、計測プローブを試料に押当てる力を調節することができないので、押当てる力の再現性が悪かった。
第４に、内側に配された二本の探針がそれぞれ別々の駆動源により駆動されているので、微小な試料を正確に摘んで電気的特性を測定することができなかった。
そして第５に、試料の形状を観察して、所定箇所を選択し把持し、他の箇所から切り離して所定箇所の導電率を測定することはできなかった。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、上記の課題を解決することが可能な導電率測定装置及び導電率測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の導電率測定装置は、試料支持面上に試料が固定される試料台と、該試料の上方に配置され、かつ前記試料支持面に平行な面に沿って互いに所定の離間距離を空けた状態で隣接配置される観察用プローブ及び把持用プローブを有する２端子ピンセットと、前記試料台と前記２端子ピンセットとを、前記試料支持面に平行な方向及び該試料支持面に垂直な方向に相対的に移動させる移動手段と、前記観察用プローブを振動させる加振手段と、前記観察用プローブの変位を測定する変位測定手段と、前記観察用プローブに対して前記把持用プローブを接近または離間する方向へ移動させて、両プローブ間の距離を調節するプローブ駆動手段と、前記２端子ピンセットをそれぞれ前記試料に接触させ、この状態で前記２端子ピンセット間に電流を流し、そのときの前記２端子ピンセット間の電気的特性から前記試料上の２点間の導電率を測定する第１の測定手段とを備えることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の導電率測定方法は、上記に記載の導電率測定装置を用いた導電率測定方法であって、前記移動手段の操作により前記観察用プローブを前記試料上に沿って走査させながら、ＡＦＭ観察により前記試料を観察し、前記プローブ駆動手段により前記離間距離を調節し、前記試料の被測定点に前記２端子ピンセットを位置決めする位置決め工程と、前記２端子ピンセットを試料側へ相対的に所定長さだけそれぞれ移動させて、前記２端子ピンセットの先端を前記試料にそれぞれ押当てるプローブ押当て工程と、第１の測定手段により前記２端子ピンセット間に電流を流し、そのときの前記２端子ピンセット間の電気的特性から前記試料の被測定点間の導電率を測定する測定工程と、を備えることを特徴としている。
【０００７】
この発明によれば、まずＡＦＭ観察により移動手段の操作により観察用プローブを試料上に沿って走査させながら試料を観察する。これにより、試料がどのような表面形状（高さ、外形形状等）であるかと、被測定点の位置を把握することができる。
続いて、プローブ駆動手段により離間距離を調節し、取得した位置データ及び形状データに基づいて、２端子ピンセットの先端を相対的に移動させて被測定点にそれぞれ位置決めさせる。
観察用プローブ及び把持用プローブは、試料支持面に平行な面に沿って配置されるとともに、移動手段により試料支持面に平行な方向及び試料支持面に垂直な方向に相対的に移動する。このため、観察用プローブ及び把持用プローブのそれぞれの先端を試料に同時に押当てることが可能となる。
また、ＡＦＭ観察により被測定点の位置が把握できているので、指定した位置の被測定点への位置決めを迅速に行うことができる。
続いて、２端子ピンセットを試料側に所定長さだけ相対的に移動させる。２端子ピンセットの各プローブは試料に同時に押当てられているので、各プローブは試料とは反対側に所定長さだけ撓むことになる。また各プローブが試料を押当てる力は、各プローブの試料とは反対側へのバネ定数と撓み量により定まる。各プローブの撓み量は測定によらず一定になるので、２端子ピンセットの各プローブが試料の被測定点に押当てる力をそれぞれ一定にし、押当てる力の再現性を高めることができる。
【０００８】
最後に、第１の測定手段により２端子ピンセットの間に電流を流すとともに、そのときの２端子ピンセット間の電気的特性から試料の被測定点間の導電率を測定する。
このように、一つのプローブ駆動手段により２端子ピンセット間の離間距離を調節するので、離間距離を精度良く連続的に調節することができる。また、離間距離を精度良く調節することができるので、２端子ピンセット間の離間距離をたとえば１００ナノメートル以下までの所定微小距離まで近づけて導電率を精度良く測定することができる。
【０００９】
また、本発明の導電率測定装置は、試料支持面上に試料が固定される試料台と、該試料の上方に配置され、かつ前記試料支持面に平行な面に沿って互いに所定の離間距離を空けた状態で隣接配置される観察用プローブ及び把持用プローブ、並びに両プローブの外側に該両プローブを結ぶ直線上に該両プローブに対して離間して配置される左右の外側プローブを有する４端子ピンセットと、前記試料台と前記４端子ピンセットとを、前記試料支持面に平行な方向及び該試料支持面に垂直な方向に相対的に移動させる移動手段と、前記観察用プローブを振動させる加振手段と、前記観察用プローブの変位を測定する変位測定手段と、前記観察用プローブに対して前記把持用プローブを接近または離間する方向へ移動させて、両プローブ間の距離を調節するプローブ駆動手段と、前記４端子ピンセットをそれぞれ前記試料に接触させ、この状態で左右の前記外側プローブ間に電流を流し、そのときの観察用プローブと前記把持用プローブの間の電気的特性から前記試料上の２点間の導電率を測定する第２の測定手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の導電率測定方法は、上記に記載の導電率測定装置を用いた導電率測定方法であって、前記移動手段の操作により前記観察用プローブを前記試料上に沿って走査させながら、ＡＦＭ観察により前記試料を観察し、前記プローブ駆動手段により前記離間距離を調節し、前記試料の被測定点に前記観察用プローブ及び前記把持用プローブを位置決めする位置決め工程と、前記移動手段の操作により前記４端子ピンセットを試料側へ相対的に所定長さだけそれぞれ移動させて、前記４端子ピンセットの先端を前記試料にそれぞれ押し当てるプローブ押当て工程と、第２の測定手段により左右の前記外側プローブ間に電流を流し、そのときの前記観察用プローブ及び前記把持用プローブ間の電気的特性から前記試料の被測定点間の導電率を測定する測定工程と、を備えることを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、まずＡＦＭ観察により移動手段の操作により観察用プローブを試料上に沿って走査させながら試料を観察する。これにより、試料がどのような表面形状（高さ、外形形状等）であるかと、被測定点の位置を把握することができる。
続いて、プローブ駆動手段により離間距離を調節し、取得した位置データ及び形状データに基づいて、４端子ピンセットの先端を相対的に移動させて被測定点にそれぞれ位置決めさせる。
観察用プローブ及び把持用プローブは、試料支持面に平行な面に沿って配置されるとともに、左右の外側プローブは観察用プローブ及び把持用プローブを結ぶ直線上に配置されている。また、これら４端子ピンセットは、移動手段により試料支持面に平行な方向及び試料支持面に垂直な方向に相対的に移動する。このため、４端子ピンセットのそれぞれの先端を試料に同時に押当てることが可能となる。
また、ＡＦＭ観察により被測定点の位置が把握できているので、指定した位置の被測定点への位置決めを迅速に行うことができる。
続いて、４端子ピンセットを試料側に所定長さだけ相対的に移動させる。４端子ピンセットの各プローブは試料に同時に押当てられているので、各プローブは試料とは反対側に所定長さだけ撓むことになる。また各プローブが試料を押当てる力は、各プローブの試料とは反対側へのバネ定数と撓み量により定まる。各プローブの撓み量は測定によらず一定になるので、４端子ピンセットの各プローブが試料の被測定点に押当てる力をそれぞれ一定にし、押当てる力の再現性を高めることができる。
【００１２】
最後に、第２の測定手段により左右の外側プローブの間に電流を流すとともに、そのときの観察用プローブ及び把持用プローブ間の電気的特性から試料の被測定点間の導電率を測定する。
このように、一つのプローブ駆動手段により観察用プローブと把持用プローブの間の離間距離を調節するので、離間距離を精度良く連続的に調節することができる。また、離間距離を精度良く調節することができるので、離間距離をたとえば１００ナノメートル以下までの所定微小距離まで近づけて導電率を精度良く測定することができる。
【００１３】
また、本発明の導電率測定装置は、前記プローブ駆動手段は、一方が前記把持用プローブの基端側を固定するプローブベースに、他方が前記把持用プローブの中間部に設けられて互いに対応する一対の櫛歯と、それら櫛歯の対向面にそれぞれ設けられる一対の電極と、一対の該電極間に電圧を印加する電圧印加部とを備えることを特徴としている。
この発明によれば、電圧印加部により一対の電極間に電圧を印加することで、一対の電極間に作用する静電気力により、プローブベースと把持用プローブの中間部にそれぞれ設けられて互いに対応する一対の櫛歯間の距離を調節することができる。これにより、観察用プローブと把持用プローブの間の離間距離をより精度良く連続的に調節することができる。
【００１４】
また、本発明の導電率測定方法は、前記測定工程において、前記プローブ駆動手段の操作により前記観察用プローブ及び前記把持用プローブ間の前記離間距離を変えながら、前記試料の被測定点間の導電率を測定することを特徴としている。
この発明によれば、観察用プローブ及び把持用プローブ間の離間距離が電気的特性に及ぼす影響を測定することが可能となり、試料の被測定点間の導電率をより精度良く測定することができる。
【００１５】
また、本発明の導電率測定方法は、上記に記載の導電率測定装置を用いた導電率測定方法であって、前記移動手段の操作により前記観察用プローブを前記試料上に沿って走査させながら、ＡＦＭ観察により前記試料を観察し、該試料の所定箇所に前記観察用プローブ及び前記把持用プローブを位置決めする位置決め工程と、前記プローブ駆動手段の操作により前記観察用プローブと前記把持用プローブ間の前記離間距離を所定長さだけ近づけて両プローブで前記試料の所定箇所を把持する把持工程と、該把持工程の後に、前記第１の測定手段により前記観察用プローブと前記把持用プローブ間に電流を流し、そのときの前記両プローブ間の電気的特性から前記試料の所定箇所間の導電率を測定する測定工程と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
この発明によれば、まずＡＦＭ観察により移動手段の操作により観察用プローブを試料上に沿って走査させながら試料を観察する。これにより、試料がどのような表面形状（高さ、外形形状等）であるかと、所定箇所の位置と形状を把握することができる。
続いて、プローブ駆動手段により離間距離を調節し、取得した位置データ及び形状データに基づいて、２端子ピンセットで試料の所定箇所を挟むように位置決めする。
ＡＦＭ観察により所定箇所の位置と形状が把握できているので、指定した位置の所定箇所への２端子ピンセットの位置決めを迅速に行うことができる。
続いて、プローブ駆動手段の操作により２端子ピンセット間の離間距離を所定長さだけ近づけて２端子ピンセットで試料の所定箇所を押当てて把持する。
２端子ピンセットが所定箇所を押当てる力は、挟んだ所定箇所とは反対側へのバネ定数と撓み量により定まる。各プローブの撓み量は測定によらず一定になるので、２端子ピンセットの各プローブが所定箇所を押当てる力をそれぞれ一定にし、押当てる力の再現性を高めることができる。
【００１７】
最後に、第１の測定手段により２端子ピンセット間に電流を流し、そのときの２端子ピンセット間の電気的特性から試料の所定箇所間の導電率を測定する。
このように、一つのプローブ駆動手段により観察用プローブと把持用プローブの間の離間距離を調節するので、離間距離を精度良く連続的に調節し微小な所定箇所を正確に摘んで導電率を測定することができる。また、離間距離を精度良く調節することができるので、離間距離をたとえば１００ナノメートル以下までの所定微小距離まで近づけて所定箇所を把持し、導電率を精度良く測定することができる。
【００１８】
また、本発明の導電率測定方法は、一様で均質な試料だけでなく試料中に不均一な所定箇所がある試料に対して、前記把持工程と前記測定工程の間に、前記移動手段の操作により、前記試料中の所定箇所を選択し、把持した後、前記観察用プローブと前記把持用プローブで把持した前記試料の所定箇所を前記試料の他の箇所から切り離す測定箇所切離し工程を備えることを特徴としている。
この発明によれば、試料の影響を受けずに所定箇所間の導電率を測定し、導電率をより精度良く測定することができる。
【００１９】
また、本発明の導電率測定方法は、前記測定工程において、前記プローブ駆動手段の操作により、前記観察用プローブと前記把持用プローブ間の前記離間距離を変えて前記試料の所定箇所間への把持力を変えながら、該試料の所定箇所間の導電率を測定することを特徴としている。
この発明によれば、試料の所定箇所間の押当て力が電気的特性に及ぼす影響を測定することが可能となり、所定箇所間の導電率をより精度良く測定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の導電率測定装置及び導電率測定方法によれば、観察用プローブにより事前に試料を観察するため測定試料に対する位置あわせ精度が良く、観察用プローブと把持用プローブの間の離間距離を精度良く連続的に調節し、各プローブを試料に押当てる力の再現性を高めて導電率を精度良く測定することができる。さらに一様で均質な試料だけでなく試料中に不均一な所定箇所がある試料に対してもその箇所を試料面より切り離し所定箇所のみの導電率の測定が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第一の実施形態）
以下、本発明に係る導電率測定装置の第一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１から図８は、本発明の第一実施形態の導電率測定装置の説明図である。図１は導電率測定装置の構成図、図２は導電率測定装置の要部斜視図である。
なお、本実施形態では、光てこ方式を利用した場合を例に挙げて説明する。
本実施形態の導電率測定装置１は、図１及び図２に示すように、試料Ｓ１の導電率を測定する装置であって、試料台２と、２端子ピンセット１５と、プローブベース７と、加振手段１０と、変位測定手段１１と、プローブ駆動手段１２と、移動手段１３と、第１の測定手段３５と、制御手段１４とを概略備えている。
【００２２】
計測の対象となる平板状の試料Ｓ１は、試料台２に設けられた試料支持面２ａ上に図示しない固定手段により固定されている。そして、導電率測定装置１の通常の使用時においては、試料支持面２ａは水平面に平行に配置され、試料支持面２ａに平行な直交する二方向をＸ方向及びＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。
２端子ピンセット１５は、観察用プローブ３と把持用プローブ４とで構成され、試料Ｓ１の上方に配置され、かつ試料支持面２ａに平行な仮想面Ｃ１に沿って互いに所定の離間距離Ｇを空けた状態で隣接配置されている。そして、観察用プローブ３の先端３ａには導電性の第一のティップ５が設けられ、把持用プローブ４の先端４ａには導電性の第二のティップ６が設けられている。また、第一のティップ５の先端５ａと第二のティップ６の先端６ａを結ぶ仮想線Ｃ２も仮想面Ｃ１に平行なるように設定されている。
【００２３】
図２に示すように、第一のティップ５及び第二のティップ６も離間距離Ｇを空けた状態で隣接配置されていて、観察用プローブ３の基端３ｂ側及び把持用プローブ４の基端４ｂ側はプローブベース７に、それぞれ片持ち状態に固定されている。
第一のティップ５と第二のティップ６はたとえばタングステンのような導電性の材料で形成され、観察用プローブ３及び把持用プローブ４はシリコンにより形成されている。そして、観察用プローブ３と把持用プローブ４は、それぞれ電気的に絶縁されている。
また、観察用プローブ３と把持用プローブ４は、それぞれのＺ方向の共振周波数が異なるように設定されている。
【００２４】
観察用プローブ３には、観察用プローブ３を振動させる圧電体１６が固定されている。この圧電体１６は、圧電体制御部１７からの信号を受けて所定周波数（ｆ０）及び所定振幅（Ａ０）で振動するようになっており、その振動を観察用プローブ３に伝えている。これにより、観察用プローブ３は、圧電体１６と同様に所定周波数（ｆ０）及び所定振幅（Ａ０）で振動するようになっている。即ち、これら圧電体１６及び圧電体制御部１７は、上記加振手段１０として機能する。
【００２５】
把持用プローブ４の中間部とプローブベース７には、互いに接触しないように凹凸状に形成されて互いに対応する一対の櫛歯４ｃ、櫛歯７ａがそれぞれ設けられている。また、一対の櫛歯４ｃと櫛歯７ａの対向面にはそれぞれ電極４ｄ、電極７ｂが備えられている。
なお、櫛歯７ａが移動しないように、櫛歯７ａの剛性が高くなるように設定することが好ましい。
電極４ｄと電極７ｂは、櫛歯用電圧装置１８に接続されている。櫛歯用電圧装置１８によりの一対の電極４ｄと電極７ｂの間に電圧が印加されると、電極４ｄと電極７ｂが引き合うことにより、把持用プローブ４の先端４ａ側が観察用プローブ３の先端３ａ側に移動し、第一のティップ５と第二のティップ６の離間距離Ｇが調節される。
即ち、これら櫛歯４ｃ、櫛歯７ａ、電極４ｄ、電極７ｂ及び櫛歯用電圧装置１８は、上記プローブ駆動手段１２として機能する。なお、櫛歯用電圧装置１８は特許請求の範囲の電圧装置に相当する。
また、圧電体制御部１７と櫛歯用電圧装置１８は、制御部３２に接続されている。
【００２６】
また、導電率測定装置１は、観察用プローブ３を所定周波数及び所定振幅で振動させる加振手段１０と、第一のティップ５と第二のティップ６の間に流す電流を発生させる電流装置８と、第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定する電圧計測装置９を備えている。そして、これら電流装置８及び電圧計測装置９は、上記第１の測定手段３５として機能する。
【００２７】
図１に示すように、上記試料台２はＸＹスキャナ２１上に載置されているとともに、図示しない防振台上に載置されている。このＸＹスキャナ２１は、例えばピエゾ素子からなり、ＸＹ走査系とＺサーボ系を含むＸＹＺスキャナ制御部２２から電圧を印加されることで、試料支持面２ａに平行なＸＹ方向に微小移動するようになっている。これにより、試料Ｓ１をＸＹ方向に微小移動させることが可能とされている。
また、ホルダ部１９はＺスキャナ２３にぶら下がるように固定されていて、上記プローブベース７は、ホルダ部１９の下方に固定されている。
このＺスキャナ２３は、ＸＹスキャナ２１と同様に、例えばピエゾ素子からなり、ＸＹＺスキャナ制御部２２から電圧を印加させることで、試料支持面２ａに垂直すなわち試料Ｓ１表面に垂直なＺ方向に微小移動するようになっている。これにより、プローブベース７に固定された観察用プローブ３及び把持用プローブ４をＺ方向に微小移動させることが可能とされている。
【００２８】
すなわち、これらＸＹスキャナ２１、Ｚスキャナ２３及びＸＹＺスキャナ制御部２２は、プローブベース７が試料支持面２ａに対してＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向平行な方向、すなわち三次元方向に移動するように、プローブベース７と試料台２を移動させる上記移動手段１３として機能する。
【００２９】
また、試料台２上には、観察用プローブ３の裏面側に形成された図示しない反射面に対してレーザ光Ｌを照射するレーザ光源２５と、反射面で反射されたレーザ光Ｌを、ミラー２６を利用して受光する光検出部２７とが設けられている。この光検出部２７は、例えば入射面が２分割或いは４分割されたフォトダイオードであり、レーザ光Ｌの入射位置から観察用プローブ３の振動状態を検出する。そして、光検出部２７は、検出した観察用プローブ３のＺ方向の振動状態の変位をＤＩＦ信号としてプリアンプ２８に出力している。即ち、これらレーザ光源２５、ミラー２６、光検出部２７は、観察用プローブ３の変位を測定する上記変位測定手段１１として機能する。
なお、試料台２の上方には、試料台２を観察するために光学顕微鏡２９が設けられている。
【００３０】
光検出部２７から出力されたＤＩＦ信号は、プリアンプ２８によって増幅された後、交流−直流変換回路３０に送られて直流変換され、Ｚ電圧フィードバック回路３１に送られる。Ｚ電圧フィードバック回路３１は、直流変換されたＤＩＦ信号が常に一定となるように、ＸＹＺスキャナ制御部２２を通してフィードバック制御する。これにより、試料Ｓ１のＡＦＭ観察を行う際に、試料Ｓ１の表面と観察用プローブ３に設けられた第一のティップ５の先端５ａとの距離を、観察用プローブ３のＺ方向の振動状態が一定となるように、具体的には振幅の減衰量或いは周波数のずれ量、又は、位相のずれ量が一定となるように制御することができる。
【００３１】
また、このＺ電圧フィードバック回路３１には、制御部３２が接続されており、Ｚ電圧フィードバック回路３１により送信される信号に基づいて、制御部３２が試料Ｓ１上の観察データを取得することができるようになっている。また制御部３２は、ＸＹの走査信号をＸＹＺスキャナ制御部２２に出力する。これにより試料Ｓ１の位置データや形状データを取得することができるようになっている。
このように、プリアンプ２８、交流−直流変換回路３０、Ｚ電圧フィードバック回路３１及び制御部３２は、上記制御手段１４として機能する。なお、この制御手段１４は、上述した各構成品を総合的に制御している。
【００３２】
次に、このように構成された導電率測定装置１により、試料台２上の試料Ｓ１を観察した後、試料Ｓ１の微小領域で、試料Ｓ１の被測定点間の導電率を求める工程について、以下に説明する。
図３は、導電率を求める工程を示すフローチャート、図４から図６は導電率を求める各工程を示す説明図である。
まず、この工程を行う前に初期設定を行う。即ち図１及び図２に示すように、観察用プローブ３の反射面に確実にレーザ光Ｌが入射するように、また、反射したレーザ光Ｌが光検出部２７に確実に入射するように、レーザ光源２５及び光検出部２７の位置を調節する。また、圧電体制御部１７から圧電体１６に対して信号を出力して、圧電体１６を所定周波数（ｆ０）及び所定振幅（Ａ０）で振動させる。これにより、観察用プローブ３は、図４に示すようにＺ方向に所定周波数（ｆ０）及び所定振幅（Ａ０）で振動することとなる。
【００３３】
この初期設定が終了した後、図３に示すデータ取得工程（ステップＳ１１）で、まず、試料Ｓ１の表面全体の状態を光学顕微鏡２９で観察し、試料Ｓ１の表面形状の概要や、被測定点のおおまかな位置を把握する。
続いて、試料Ｓ１のＡＦＭ観察を行う。
具体的には、図１及び図４に示すように観察用プローブ３を所定振幅（Ａ０）でＺ方向に振動させながら、観察用プローブ３の先端３ａに設けられた第一のティップ５と試料Ｓ１の表面との距離を、観察用プローブ３のＺ方向の振動状態が一定となるように高さ制御した状態で、ＸＹスキャナ２１により試料Ｓ１の表面の走査を行う。この際、試料Ｓ１の表面の凹凸に応じて観察用プローブ３のＺ方向の振幅が増減しようとするので、図１に示す光検出部２７に入射するレーザ光Ｌ（反射面で反射したレーザ光）の振幅が異なってくる。光検出部２７は、この振幅に応じたＤＩＦ信号をプリアンプ２８に出力する。出力されたＤＩＦ信号は、プリアンプ２８によって増幅されるとともに交流−直流変換回路３０によって直流変換された後、Ｚ電圧フィードバック回路３１に送られる。
【００３４】
Ｚ電圧フィードバック回路３１は、直流変換されたＤＩＦ信号が常に一定となるように（つまり、観察用プローブ３のＺ方向の振幅が一定となるように）。ＸＹＺスキャナ制御部２２によりＺスキャナ２３をＺ方向に微小移動させて、フィードバック制御を行う。これにより、試料Ｓ１の表面と第一のティップ５との距離を、観察用プローブ３のＺ方向の振動状態が一定となるように高さ制御した状態で試料Ｓ１の表面の走査を行うことができる。
また、制御部３２は、Ｚ電圧フィードバック回路３１により送信される、Ｚスキャナ２３を上下させる信号に基づいて、試料Ｓ１の表面上の観察データを取得することができる。その結果、試料Ｓ１の位置データ及び形状データを取得することができ、被測定点Ｐが試料Ｓ１のどの辺りに配置されているのかを把握することができる。
【００３５】
次に、位置決め工程（ステップＳ１２）では、取得した位置データ及び形状データに基づいて被測定点Ｐを定め、ＸＹＺスキャナ制御部２２によりＸＹスキャナ２１及びＺスキャナ２３を移動させ、図５に示すように、被測定点Ｐに第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａが配置されるようにプローブベース７を移動させて位置決めする。
第一のティップ５の先端５ａと第二のティップ６の先端６ａを結ぶ仮想線Ｃ２は仮想面Ｃ１に平行なるように、すなわち試料支持面２ａに平行になるように設定されている。そして、試料Ｓ１は平板状なので、仮想線Ｃ２は試料Ｓ１の上面と平行になる。
また、移動手段１３により、２端子ピンセット１５は試料支持面２ａに平行な方向及び試料支持面２ａに垂直な方向に移動する。このため、第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａを試料Ｓ１に同時に押当てることが可能となる。
また、試料Ｓ１の表面上のどの辺りに被測定点Ｐが位置しているかを既にＡＦＭ観察により把握しているので、第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａを速やかに位置決めすることができる。
【００３６】
次に、プローブ押当て工程（ステップＳ１３）では、ＸＹＺスキャナ制御部２２によりＺスキャナ２３を移動させ、図６に示すように、２端子ピンセット１４を試料Ｓ１側、すなわちＺ方向へ所定長さＤだけ移動させて、第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａを試料Ｓ１に押当てる。
ここで、各ティップが試料Ｓ１を押当てる力は各プローブのＺ方向のバネ定数とＺ方向の撓み量、この場合は所定長さＤにより定まる。従って、測定毎に各プローブのＺ方向の撓み量を所定長さＤとすることで、第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａのそれぞれが試料Ｓ１を押当てる力が測定によらず一定になるように調節される。
これにより、第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａのそれぞれの試料Ｓ１の被測定点Ｐに押当てる力の再現性を高めることができる。
【００３７】
最後に、測定工程（ステップＳ１４）では、まず電流装置８に第一のティップ５と第二のティップ６の間に流す一定の電流を発生させ、電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定する。
さらに、櫛歯用電圧装置１８により電極４ｄと電極７ｂの間に印加する電圧を変化させて、把持用プローブ４の先端４ａ側を観察用プローブ３の先端３ａ側に移動して、第一のティップ５と第二のティップ６の間隔を変化させながら、電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定していく。
【００３８】
上述のように、第一のティップ５と第二のティップ６の間に一定の電流値Ｉ０の電流を流すことにより第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧値Ｖを測定する。この時、図７に示すように、測定した電圧値を電流値で除して求める合成抵抗値Ｑには、試料Ｓ１の被測定点間の抵抗Ｒだけでなく、第一のティップ５、観察用プローブ３、電圧計測装置９等が有する内部抵抗ｒ１と、第一のティップ５及び第二のティップ６と試料Ｓ１の表面のそれぞれの間に生じる接触抵抗ｒ２が含まれる。ただし、押当て力のバラつきが抑えられているので接触抵抗ｒ２はほぼ一定であり、同一の導電率測定装置を用いることにより内部抵抗ｒ１も一定となる。
すなわち、下記の式（１）から式（２）のようになる
【００３９】
【数１】
【００４０】
従って、第一のティップ５と第二のティップ６の離間距離ＧをＧ１、Ｇ２、‥と変化させながら、電圧計測装置９により第一のティップ５及び第二のティップ６間に生じる電圧をＶ１、Ｖ２、‥と測定すると、下記の式（３）から式（４）のような式が成立する。
【００４１】
【数２】
【００４２】
そして、図８に示すように、横軸の第一のティップ５と第二のティップ６の離間距離Ｇに対する、縦軸の合成抵抗値Ｑの関係を直線Ｍで近似し、切片の値を求めることで、（ｒ１＋ｒ２）の式で求められる値を得ることができる。
すなわち、求めた合成抵抗値Ｑから内部抵抗ｒ１及び接触抵抗ｒ２を分離した、試料Ｓ１の被測定点間のより正確な抵抗値Ｒを算出することができる。さらに、算出した抵抗値Ｒから試料Ｓ１の導電率を求めることが可能となる。
【００４３】
こうして、本発明の実施形態の導電率測定装置によれば、一つのプローブ駆動手段１２により２端子ピンセット１５間の離間距離Ｇを調節するので、離間距離Ｇを精度良く連続的に調節することができる。また、離間距離Ｇを精度良く調節することができるので、２端子ピンセット１５間の離間距離Ｇをたとえば１００ナノメートル以下までの所定微小距離まで近づけて導電率を精度良く測定することができる。
また、櫛歯用電圧装置１８により一対の電極４ｄ、電極７ｂの間に電圧を印加することで、電極４ｄ、電極７ｂの間に作用する静電気力により、プローブベース７と把持用プローブ４の中間部にそれぞれ設けられて互いに対応する一対の櫛歯４ｃ、櫛歯７ａ間の距離を調節することができる。これにより、観察用プローブ３と把持用プローブ４の間の離間距離Ｇをより精度良く連続的に調節することができる。
また、観察用プローブ３及び把持用プローブ４の離間距離Ｇを変えながら、試料Ｓ１の被測定点Ｐ間の導電率を測定するので、観察用プローブ３及び把持用プローブ４間の離間距離Ｇが電気的特性に及ぼす影響を測定することが可能となり、試料Ｓ１の被測定点Ｐ間の導電率をより精度良く測定することができる。
【００４４】
なお、上記第一実施形態では、電流装置８により第一のティップ５と第二のティップ６の間に流す一定の電流を発生させ、第一のティップ５と第二のティップ６の離間距離Ｇを変化させながら電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定するとした。しかし、定電圧装置８より第一のティップ５と第二のティップ６の間に印加する一定の電圧を発生させ、第一のティップ５と第二のティップ６の間隔を変化させながら電流計測装置により第一のティップ５と第二のティップ６の間に流れる電流を測定してもよい。
【００４５】
（第二の実施形態）
以下、本発明に係る導電率測定装置の第二実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図９から図１３は、本発明の第二実施形態の導電率測定装置の説明図である。図９は導電率測定装置の構成図、図１０は導電率測定装置の要部斜視図である。
なお説明の便宜上、本発明の第二実施形態において、前述の第一実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については同一符号を付して、その説明を省略する。
【００４６】
第二実施形態は、前述の第一実施形態と導電率測定装置５０の要部のみが異なる。具体的には、図９及び図１０に示すように、第一実施形態の導電率測定装置１に備えられた観察用プローブ３及び把持用プローブ４に加え、観察用プローブ３及び把持用プローブ４の外側に両プローブに対して離間して配置された外側プローブ対５３、５４を備えている。
外側プローブ対５３、５４のそれぞれの先端５３ａ、５４ａには外側探針５５、５６が設けられている。そして、外側探針５５の先端５５ａ及び外側探針５６の先端５６ａは、第一のティップ５の先端５ａと第二のティップ６の先端６ａを結ぶ仮想線Ｃ２上に配置されている。
また、第一実施形態で観察用プローブ３の基端３ｂと把持用プローブ４の基端４ｂが固定されたプローブベース７に、第二実施形態では外側プローブ対５３、５４のそれぞれの基端５３ｂ、５４ｂもそれぞれ片持ち状態に固定される。そして、４端子ピンセット５７は観察用プローブ３、把持用プローブ４及び外側プローブ対５３、５４で構成される。
また、外側探針５５、５６はたとえばタングステンのような導電性の材料で形成され、外側プローブ対５３、５４はシリコンにより形成されている。
【００４７】
第一実施形態の電流装置８は第一のティップ５と第二のティップ６の間に流す電流を発生させているが、第二実施形態の電流装置８は外側探針５５、５６の間に流す電流を発生させている。また、電圧計測装置９は、第一実施形態と同様に第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定する。そして、これら電流装置８及び電圧計測装置９は、上記第２の測定手段５８として機能する。
【００４８】
次に、このように構成された導電率測定装置５０により、試料台２上の試料Ｓ１を観察した後、試料Ｓ１の微小領域で、試料Ｓ１の被測定点間の導電率を求める工程について、以下に説明する。
この第二実施形態の工程は、図３に示す第一実施形態のデータ取得工程（ステップＳ１１）までは共通であり、位置決め工程（ステップＳ１２）以降の工程の内容のみが異なる。
【００４９】
位置決め工程（ステップＳ１２）では、取得した位置データ及び形状データに基づいて被測定点Ｐを定め、ＸＹＺスキャナ制御部２２によりＸＹスキャナ２１及びＺスキャナ２３を移動させ、図１１に示すように、被測定点Ｐに第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａが配置されるようにプローブベース７を移動させて位置決めして、ステップＳ１３に移行する。
第一のティップ５の先端５ａ、第二のティップ６の先端６ａ、外側探針５５の先端５５ａ及び外側探針５６の先端５６ａは仮想線Ｃ２上に配置され、仮想線Ｃ２は仮想面Ｃ１に平行なるように、すなわち試料支持面２ａに平行になるように設定されている。そして、試料Ｓ１は平板状なので、仮想線Ｃ２は試料Ｓ１の上面と平行になる。
また、移動手段１３により試料支持面２ａに平行な方向及び試料支持面２ａに垂直な方向に移動する。
移動手段１３により、４端子ピンセット５７は試料支持面２ａに平行な方向及び試料支持面２ａに垂直な方向に移動する。このため、第一のティップ５の先端５ａ、第二のティップ６の先端６ａ、外側探針５５の先端５５ａ及び外側探針５６の先端５６ａを試料Ｓ１に同時に押当てることが可能となる。
また、試料Ｓ１の表面上のどの辺りに被測定点Ｐが位置しているかを既にＡＦＭ観察により把握しているので、第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａを速やかに位置決めすることができる。
【００５０】
次に、プローブ押当て工程（ステップＳ１３）では、ＸＹＺスキャナ制御部２２によりＺスキャナ２３を移動させ、図１２に示すように、４端子ピンセット５７を試料Ｓ１側、すなわちＺ方向へ所定長さＤだけ移動させて、第一のティップ５の先端５ａ、第二のティップ６の先端６ａ、外側探針５５の先端５５ａ及び外側探針５６の先端５６ａを試料Ｓ１に押当てる。
ここで、４つの各探針が試料Ｓ１を押当てる力は各プローブのＺ方向のバネ定数とＺ方向の撓み量、この場合は所定長さＤにより定まる。従って、測定毎に４つの各プローブのＺ方向の撓み量を所定長さＤとすることで、第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａ、外側探針５５の先端５５ａ及び外側探針５６の先端５６ａのそれぞれが測定毎に試料Ｓ１を押当てる力が測定によらず一定になるように調節される。
これにより、４つの探針の先端のそれぞれの試料Ｓ１の被測定点Ｐに押当てる力の再現性を高めることができる。
【００５１】
最後に、測定工程（ステップＳ１４）では、まず電流装置８に外側探針５５、５６の間に流す一定の電流を発生させ、電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定する。
更に、櫛歯用電圧装置１８により電極４ｄと電極７ｂの間に印加する電圧を変化させて、把持用プローブ４の先端４ａ側を観察用プローブ３の先端３ａ側に移動して、第一のティップ５と第二のティップ６の離間距離Ｇを変化させながら、電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定していく。
【００５２】
こうして、本発明の実施形態の導電率測定装置によれば、第一のティップ５、第二のティップ６及び外側探針５５、５６とういう４つの探針を用いて電圧を測定するので、図１３に示すように、外側探針５５、５６、外側プローブ５３、５４及び電圧計測装置９等が有する内部抵抗ｒ１と、第一のティップ５と試料Ｓ１の表面の間等に生じる接触抵抗ｒ２の影響をより効果的に抑えて、試料Ｓ１の被測定点Ｐ間の距離に対する電圧の変化を計測することができる。さらに、計測した電圧から試料Ｓ１の導電率を求めることが可能となる。
こうして、測定による試料Ｓ１に押当てる力のバラつき及び探針間の押当てる力のバラつきを抑えて試料Ｓ１の被測定点間の導電率を求めることができる。
【００５３】
なお、上記第二実施形態では、電流装置８により外側探針５５、５６の間に流す一定の電流を発生させ、第一のティップ５と第二のティップ６の離間距離Ｇを変化させながら電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定するとした。しかし、定電圧装置８より外側探針５５、５６の間に印加する一定の電圧を発生させ、第一のティップ５と第二のティップ６の間隔を変化させながら電流計測装置により第一のティップ５と第二のティップ６の間に流れる電流を測定してもよい。
【００５４】
（第三の実施形態）
以下、本発明に係る導電率測定装置の第三実施形態を図面を参照して詳細に説明する。なお説明の便宜上、本発明の第三実施形態において、前述の第一実施形態及び第二実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については同一符号を付して、その説明を省略する。
第三実施形態は、前述の第一実施形態と導電率測定装置１の構成は同一であり、導電率を測定する試料の形状と、導電率を測定する工程の一部のみが異なる。具体的には、第一実施形態では平板状の試料Ｓ１を計測したが、第三実施形態では図１４に示すように、例えば直径が数マイクロメートル以下という試料Ｓ１の微小な所定箇所Ｓ２を測定の対象とする。
【００５５】
次に、導電率測定装置１により、試料台上の試料を観察した後、微小な所定箇所の導電率を求める工程について、以下に説明する。図１５は、導電率を求める工程を示すフローチャート、図１６及び図１７は、本発明の第三実施形態の導電率測定装置の説明図である。である。
なお、第三実施形態の各工程を行う前に、第一実施形態で述べた初期工程を行う。
【００５６】
初期設定が終了した後、図１５に示すデータ取得工程（ステップＳ２１）で、第一実施形態の図３に示すデータ取得工程（ステップＳ１１）と同一の工程を行う。
ただし、本実施形態では試料Ｓ１のＡＦＭ観察により、試料Ｓ１がどのような表面形状（高さ、外形形状等）であるかと、所定箇所Ｓ２の位置と形状を把握する。
【００５７】
次に、位置決め工程（ステップＳ２２）では、取得した位置データ及び形状データに基づいて所定箇所Ｓ２の位置を定め、ＸＹＺスキャナ制御部２２によりＸＹスキャナ２１及びＺスキャナ２３を移動させ、さらに櫛歯用電圧装置１８により電極４ｄと電極７ｂの間に印加する電圧を変化させる。そして、図１６に示すように、観察用プローブ３に設けられた第一のティップ５及び把持用プローブ４に設けられた第二のティップ６で試料Ｓ１の所定箇所Ｓ２を挟むように位置決めする。
試料Ｓ１の表面上のどの辺りに所定箇所Ｓ２が位置しているかを既にＡＦＭ観察により把握しているので、第一のティップ５及び第二のティップ６を速やかに位置決めすることができる。
【００５８】
次に、把持工程（ステップＳ２３）では、櫛歯用電圧装置１８により電極４ｄと電極７ｂの間に印加する電圧を変化させ、図１７に示すように、第一のティップ５及び第二のティップ６間の離間距離Ｇを所定長さＤだけ近づけて２端子ピンセット１５で試料Ｓ１の所定箇所Ｓ２を押当てて把持する。
２端子ピンセット１５が所定箇所Ｓ２を押当てる力は、挟んだ所定箇所Ｓ２とは反対側へのバネ定数と撓み量により定まる。各プローブの撓み量は測定によらず一定になるので、２端子ピンセット１５の各プローブが所定箇所Ｓ２を押当てる力をそれぞれ一定にし、押当てる力の再現性を高めることができる。
【００５９】
次に、測定箇所切離し工程（ステップＳ２４）では、ＸＹＺスキャナ制御部２２によりＺスキャナ２３を移動させ、図１８に示すように、第一のティップ５と第二のティップ６で把持した試料Ｓ１の所定箇所Ｓ２をＺ方向に持ち上げて試料Ｓ１の他の箇所から切り離す。
【００６０】
最後に、測定工程（ステップＳ２５）では、まず電流装置８に第一のティップ５と第二のティップ６の間に流す一定の電流を発生させ、電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定する。
さらに、櫛歯用電圧装置１８により電極４ｄと電極７ｂの間に印加する電圧を変化させて、図１９に示すように、把持用プローブ４の先端４ａ側を観察用プローブ３の先端３ａ側に移動して、第一のティップ５と第二のティップ６の離間距離Ｇを変化させながら、電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定していく。
【００６１】
こうして、本発明の実施形態の導電率測定装置によれば、一つのプローブ駆動手段１２により第一のティップ５と第二のティップ６間の離間距離Ｇを調節するので、離間距離Ｇを精度良く連続的に調節し、微小な所定箇所Ｓ２を正確に摘んで導電率を測定することができる。
また、所定箇所Ｓ２を持ち上げて導電率を測定するので、試料Ｓ１の影響を受けずに所定箇所Ｓ２間の導電率を測定し、導電率をより精度良く測定することができる。
また、離間距離Ｇを変えて所定箇所Ｓ２間への把持力を変えながら、所定箇所Ｓ２間の導電率を測定する。従って、試料Ｓ１の所定箇所Ｓ２間の押当て力が電気的特性に及ぼす影響を測定することが可能となり、所定箇所Ｓ２間の導電率をより精度良く測定することができる。
【００６２】
なお、上記第三実施形態では、電流装置８により第一のティップ５と第二のティップ６の間に流す一定の電流を発生させ、第一のティップ５と第二のティップ６の離間距離Ｇを変化させながら電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定するとした。しかし、定電圧装置８より第一のティップ５と第二のティップ６の間に印加する一定の電圧を発生させ、第一のティップ５と第二のティップ６の間隔を変化させながら電流計測装置により第一のティップ５と第二のティップ６の間に流れる電流を測定してもよい。
【００６３】
以上、本発明の第一実施形態、第二実施形態に及び第三実施形態ついて図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更等も含まれる。
例えば、上記第一実施形態から第三実施形態では、観察用プローブ３の先端３ａに第一のティップ５を設けた。しかし、第一のティップ５を観察用プローブ３と一体として導電性のものとしてもよい。把持用プローブ４及び外側プローブ対５３、５４についても同様である。
また、上記第一実施形態から第三実施形態では、各プローブの探針の先端は各プローブから下方に伸び、探針の先端を結ぶ仮想線Ｃ２は各プローブが沿って配置されている仮想面Ｃ１上にないものとした。しかし、仮想線Ｃ２が仮想面Ｃ１上にある構成であってもよい。
【００６４】
また、上記第一実施形態から第三実施形態では、プローブ駆動手段１２は静電気力を利用する電極を有する櫛歯を備えるとした。しかし、熱アクチュエータにより把持用プローブ４の先端４ａ側を移動させてもよい。
また、上記第一実施形態から第三実施形態では、測定工程で第一のティップ５と第二のティップ６の間の離間距離Ｇを変化させて導電率を測定した。しかし、離間距離Ｇを変化させずに導電率を測定してもよい。
【００６５】
また、上記第三実施形態では、所定箇所Ｓ２を持ち上げて導電率を測定したが、所定箇所Ｓ２を持ち上げずに所定箇所Ｓ２の導電率を測定してもよい。あるいは、所定箇所Ｓ２を持ち上げる替わりに、試料台２側に昇降機構を設けて、被測定試料Ｓ１を所定箇所Ｓ２から切り離すように降下させてもよい。
また、上記第三実施形態では、所定箇所Ｓ２間への把持力を変えながら導電率を測定したが、所定箇所Ｓ２間への把持力を一定にして変えずに所定箇所Ｓ２の導電率を測定してもよい。
【００６６】
また、上記第一実施形態から第三実施形態では、データ取得工程を行い、試料Ｓ１のＡＦＭ観察を行って位置データ及び形状データを取得して試料Ｓ１の表面形状を把握した。しかし、このデータ取得工程を無くして、別に予め取得した試料Ｓ１の位置データ及び形状データを利用してもよい。
また、上記第一実施形態から第二実施形態では、ＡＦＭ観察を行って取得した位置データ及び形状データに基づいて観察用プローブ３を位置決めした。しかし、位置決めする時も再度観察用プローブ３を振動させながらその振動の状態を観察して位置決めしてもよい。
【００６７】
また、上記第一実施形態及び第三実施形態では、試料Ｓ１を固定して２端子ピンセット１４を移動させたが、２端子ピンセット１４を固定して試料Ｓ１を移動させてもよい。
第二実施形態においても、４端子ピンセット５７を固定して試料Ｓ１を移動させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の導電率測定装置の第一実施形態の構成図である。
【図２】本発明の導電率測定装置の第一実施形態の要部斜視図である。
【図３】本発明の導電率測定装置の第一実施形態による導電率を求める工程を示すフローチャートである。
【図４】本発明の導電率測定装置の第一実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【図５】本発明の導電率測定装置の第一実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【図６】本発明の導電率測定装置の第一実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【図７】本発明の導電率測定装置の第一実施形態の試料と両プローブに関連する部分の回路図である。
【図８】本発明の導電率測定装置の第一実施形態の試料の抵抗値を求める説明図である。
【図９】本発明の導電率測定装置の第二実施形態の構成図である。
【図１０】本発明の導電率測定装置の第二実施形態の要部斜視図である。
【図１１】本発明の導電率測定装置の第二実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【図１２】本発明の導電率測定装置の第二実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【図１３】本発明の導電率測定装置の第二実施形態の試料と両プローブに関連する部分の回路図である。
【図１４】試料の微小な所定箇所の説明図である。
【図１５】本発明の導電率測定装置の第三実施形態による導電率を求める工程を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の導電率測定装置の第三実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【図１７】本発明の導電率測定装置の第三実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【図１８】本発明の導電率測定装置の第三実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【図１９】本発明の導電率測定装置の第三実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１、５０ 導電率測定装置
２ 試料台
２ａ 試料支持面
３ 観察用プローブ
４ 把持用プローブ
４ｂ 基端
４ｃ、７ａ 櫛歯
４ｄ、７ｂ 電極
７ プローブベース
１０ 加振手段
１１ 変位測定手段
１２ プローブ駆動手段
１３ 移動手段
１５ ２端子ピンセット
１８ 櫛歯用電圧装置（電圧装置）
３５ 第１の測定手段
５２ 外側プローブ
５７ ４端子ピンセット
５８ 第２の測定手段
Ｇ 離間距離
Ｐ 被測定点
Ｓ１ 試料
Ｓ２ 所定箇所
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板等の試料の導電率、又は微小な試料の導電率を測定する導電率測定装置及び導電率測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体等の表面における極微細領域の電気的な特性を計測するために、例えば、特許文献１、２に示すように、四つの探針が直線上に等間隔に配置された計測プローブを有する走査トンネル顕微鏡等の導電率測定装置が使用されている。この計測プローブによる導電率測定方法は、外側に配された二本の探針（外側プローブ）を試料に接触又は接近させた状態で電圧を印加して、試料の電気抵抗のために生じる電圧降下を内側に配された残りの二本の探針（観察用プローブと把持用プローブ）で測定することにより、その位置における断面情報を含む表面特性を測定するものである。
この計測プローブによれば、外側二本の探針間に電圧を印加したとき、外側二本の探針間隔が離間しているほど、試料の深い位置まで内側二本の探針にて断面情報を計測することができる。
【特許文献１】特開２００４−９３３５２号公報
【特許文献２】特開２００２−３１６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の導電率測定装置では、以下のような問題があった。
第１に、内側に配された二本の探針がそれぞれ別々の駆動源により駆動されているので、内側に配された両プローブの離間距離を精度良く連続的に調節することができなかった。また第１の課題に関連して第２に、内側に配された二本の探針の離間距離を精度良く調節することができないので、極近接個所の導電率を精度良く測定できないという問題があった。
第３に、計測プローブを試料に押当てる力を調節することができないので、押当てる力の再現性が悪かった。
第４に、内側に配された二本の探針がそれぞれ別々の駆動源により駆動されているので、微小な試料を正確に摘んで電気的特性を測定することができなかった。
そして第５に、試料の形状を観察して、所定箇所を選択し把持し、他の箇所から切り離して所定箇所の導電率を測定することはできなかった。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、上記の課題を解決することが可能な導電率測定装置及び導電率測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の導電率測定装置は、試料支持面上に試料が固定される試料台と、該試料の上方に配置され、かつ前記試料支持面に平行な面に沿って互いに所定の離間距離を空けた状態で隣接配置される観察用プローブ及び把持用プローブを有する２端子ピンセットと、前記試料台と前記２端子ピンセットとを、前記試料支持面に平行な方向及び該試料支持面に垂直な方向に相対的に移動させる移動手段と、前記観察用プローブを振動させる加振手段と、前記観察用プローブの変位を測定する変位測定手段と、前記観察用プローブに対して前記把持用プローブを接近または離間する方向へ移動させて、両プローブ間の距離を調節するプローブ駆動手段と、前記２端子ピンセットをそれぞれ前記試料に接触させ、この状態で前記２端子ピンセット間に電流を流し、そのときの前記２端子ピンセット間の電気的特性から前記試料上の２点間の導電率を測定する第１の測定手段とを備えることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の導電率測定方法は、上記に記載の導電率測定装置を用いた導電率測定方法であって、前記移動手段の操作により前記観察用プローブを前記試料上に沿って走査させながら、ＡＦＭ観察により前記試料を観察し、前記プローブ駆動手段により前記離間距離を調節し、前記試料の被測定点に前記２端子ピンセットを位置決めする位置決め工程と、前記２端子ピンセットを試料側へ相対的に所定長さだけそれぞれ移動させて、前記２端子ピンセットの先端を前記試料にそれぞれ押当てるプローブ押当て工程と、第１の測定手段により前記２端子ピンセット間に電流を流し、そのときの前記２端子ピンセット間の電気的特性から前記試料の被測定点間の導電率を測定する測定工程と、を備えることを特徴としている。
【０００７】
この発明によれば、まずＡＦＭ観察により移動手段の操作により観察用プローブを試料上に沿って走査させながら試料を観察する。これにより、試料がどのような表面形状（高さ、外形形状等）であるかと、被測定点の位置を把握することができる。
続いて、プローブ駆動手段により離間距離を調節し、取得した位置データ及び形状データに基づいて、２端子ピンセットの先端を相対的に移動させて被測定点にそれぞれ位置決めさせる。
観察用プローブ及び把持用プローブは、試料支持面に平行な面に沿って配置されるとともに、移動手段により試料支持面に平行な方向及び試料支持面に垂直な方向に相対的に移動する。このため、観察用プローブ及び把持用プローブのそれぞれの先端を試料に同時に押当てることが可能となる。
また、ＡＦＭ観察により被測定点の位置が把握できているので、指定した位置の被測定点への位置決めを迅速に行うことができる。
続いて、２端子ピンセットを試料側に所定長さだけ相対的に移動させる。２端子ピンセットの各プローブは試料に同時に押当てられているので、各プローブは試料とは反対側に所定長さだけ撓むことになる。また各プローブが試料を押当てる力は、各プローブの試料とは反対側へのバネ定数と撓み量により定まる。各プローブの撓み量は測定によらず一定になるので、２端子ピンセットの各プローブが試料の被測定点に押当てる力をそれぞれ一定にし、押当てる力の再現性を高めることができる。
【０００８】
最後に、第１の測定手段により２端子ピンセットの間に電流を流すとともに、そのときの２端子ピンセット間の電気的特性から試料の被測定点間の導電率を測定する。
このように、一つのプローブ駆動手段により２端子ピンセット間の離間距離を調節するので、離間距離を精度良く連続的に調節することができる。また、離間距離を精度良く調節することができるので、２端子ピンセット間の離間距離をたとえば１００ナノメートル以下までの所定微小距離まで近づけて導電率を精度良く測定することができる。
【０００９】
また、本発明の導電率測定装置は、試料支持面上に試料が固定される試料台と、該試料の上方に配置され、かつ前記試料支持面に平行な面に沿って互いに所定の離間距離を空けた状態で隣接配置される観察用プローブ及び把持用プローブ、並びに両プローブの外側に該両プローブを結ぶ直線上に該両プローブに対して離間して配置される左右の外側プローブを有する４端子ピンセットと、前記試料台と前記４端子ピンセットとを、前記試料支持面に平行な方向及び該試料支持面に垂直な方向に相対的に移動させる移動手段と、前記観察用プローブを振動させる加振手段と、前記観察用プローブの変位を測定する変位測定手段と、前記観察用プローブに対して前記把持用プローブを接近または離間する方向へ移動させて、両プローブ間の距離を調節するプローブ駆動手段と、前記４端子ピンセットをそれぞれ前記試料に接触させ、この状態で左右の前記外側プローブ間に電流を流し、そのときの観察用プローブと前記把持用プローブの間の電気的特性から前記試料上の２点間の導電率を測定する第２の測定手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の導電率測定方法は、上記に記載の導電率測定装置を用いた導電率測定方法であって、前記移動手段の操作により前記観察用プローブを前記試料上に沿って走査させながら、ＡＦＭ観察により前記試料を観察し、前記プローブ駆動手段により前記離間距離を調節し、前記試料の被測定点に前記観察用プローブ及び前記把持用プローブを位置決めする位置決め工程と、前記移動手段の操作により前記４端子ピンセットを試料側へ相対的に所定長さだけそれぞれ移動させて、前記４端子ピンセットの先端を前記試料にそれぞれ押し当てるプローブ押当て工程と、第２の測定手段により左右の前記外側プローブ間に電流を流し、そのときの前記観察用プローブ及び前記把持用プローブ間の電気的特性から前記試料の被測定点間の導電率を測定する測定工程と、を備えることを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、まずＡＦＭ観察により移動手段の操作により観察用プローブを試料上に沿って走査させながら試料を観察する。これにより、試料がどのような表面形状（高さ、外形形状等）であるかと、被測定点の位置を把握することができる。
続いて、プローブ駆動手段により離間距離を調節し、取得した位置データ及び形状データに基づいて、４端子ピンセットの先端を相対的に移動させて被測定点にそれぞれ位置決めさせる。
観察用プローブ及び把持用プローブは、試料支持面に平行な面に沿って配置されるとともに、左右の外側プローブは観察用プローブ及び把持用プローブを結ぶ直線上に配置されている。また、これら４端子ピンセットは、移動手段により試料支持面に平行な方向及び試料支持面に垂直な方向に相対的に移動する。このため、４端子ピンセットのそれぞれの先端を試料に同時に押当てることが可能となる。
また、ＡＦＭ観察により被測定点の位置が把握できているので、指定した位置の被測定点への位置決めを迅速に行うことができる。
続いて、４端子ピンセットを試料側に所定長さだけ相対的に移動させる。４端子ピンセットの各プローブは試料に同時に押当てられているので、各プローブは試料とは反対側に所定長さだけ撓むことになる。また各プローブが試料を押当てる力は、各プローブの試料とは反対側へのバネ定数と撓み量により定まる。各プローブの撓み量は測定によらず一定になるので、４端子ピンセットの各プローブが試料の被測定点に押当てる力をそれぞれ一定にし、押当てる力の再現性を高めることができる。
【００１２】
最後に、第２の測定手段により左右の外側プローブの間に電流を流すとともに、そのときの観察用プローブ及び把持用プローブ間の電気的特性から試料の被測定点間の導電率を測定する。
このように、一つのプローブ駆動手段により観察用プローブと把持用プローブの間の離間距離を調節するので、離間距離を精度良く連続的に調節することができる。また、離間距離を精度良く調節することができるので、離間距離をたとえば１００ナノメートル以下までの所定微小距離まで近づけて導電率を精度良く測定することができる。
【００１３】
また、本発明の導電率測定装置は、前記プローブ駆動手段は、一方が前記把持用プローブの基端側を固定するプローブベースに、他方が前記把持用プローブの中間部に設けられて互いに対応する一対の櫛歯と、それら櫛歯の対向面にそれぞれ設けられる一対の電極と、一対の該電極間に電圧を印加する電圧印加部とを備えることを特徴としている。
この発明によれば、電圧印加部により一対の電極間に電圧を印加することで、一対の電極間に作用する静電気力により、プローブベースと把持用プローブの中間部にそれぞれ設けられて互いに対応する一対の櫛歯間の距離を調節することができる。これにより、観察用プローブと把持用プローブの間の離間距離をより精度良く連続的に調節することができる。
【００１４】
また、本発明の導電率測定方法は、前記測定工程において、前記プローブ駆動手段の操作により前記観察用プローブ及び前記把持用プローブ間の前記離間距離を変えながら、前記試料の被測定点間の導電率を測定することを特徴としている。
この発明によれば、観察用プローブ及び把持用プローブ間の離間距離が電気的特性に及ぼす影響を測定することが可能となり、試料の被測定点間の導電率をより精度良く測定することができる。
【００１５】
また、本発明の導電率測定方法は、上記に記載の導電率測定装置を用いた導電率測定方法であって、前記移動手段の操作により前記観察用プローブを前記試料上に沿って走査させながら、ＡＦＭ観察により前記試料を観察し、該試料の所定箇所に前記観察用プローブ及び前記把持用プローブを位置決めする位置決め工程と、前記プローブ駆動手段の操作により前記観察用プローブと前記把持用プローブ間の前記離間距離を所定長さだけ近づけて両プローブで前記試料の所定箇所を把持する把持工程と、該把持工程の後に、前記第１の測定手段により前記観察用プローブと前記把持用プローブ間に電流を流し、そのときの前記両プローブ間の電気的特性から前記試料の所定箇所間の導電率を測定する測定工程と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
この発明によれば、まずＡＦＭ観察により移動手段の操作により観察用プローブを試料上に沿って走査させながら試料を観察する。これにより、試料がどのような表面形状（高さ、外形形状等）であるかと、所定箇所の位置と形状を把握することができる。
続いて、プローブ駆動手段により離間距離を調節し、取得した位置データ及び形状データに基づいて、２端子ピンセットで試料の所定箇所を挟むように位置決めする。
ＡＦＭ観察により所定箇所の位置と形状が把握できているので、指定した位置の所定箇所への２端子ピンセットの位置決めを迅速に行うことができる。
続いて、プローブ駆動手段の操作により２端子ピンセット間の離間距離を所定長さだけ近づけて２端子ピンセットで試料の所定箇所を押当てて把持する。
２端子ピンセットが所定箇所を押当てる力は、挟んだ所定箇所とは反対側へのバネ定数と撓み量により定まる。各プローブの撓み量は測定によらず一定になるので、２端子ピンセットの各プローブが所定箇所を押当てる力をそれぞれ一定にし、押当てる力の再現性を高めることができる。
【００１７】
最後に、第１の測定手段により２端子ピンセット間に電流を流し、そのときの２端子ピンセット間の電気的特性から試料の所定箇所間の導電率を測定する。
このように、一つのプローブ駆動手段により観察用プローブと把持用プローブの間の離間距離を調節するので、離間距離を精度良く連続的に調節し微小な所定箇所を正確に摘んで導電率を測定することができる。また、離間距離を精度良く調節することができるので、離間距離をたとえば１００ナノメートル以下までの所定微小距離まで近づけて所定箇所を把持し、導電率を精度良く測定することができる。
【００１８】
また、本発明の導電率測定方法は、一様で均質な試料だけでなく試料中に不均一な所定箇所がある試料に対して、前記把持工程と前記測定工程の間に、前記移動手段の操作により、前記試料中の所定箇所を選択し、把持した後、前記観察用プローブと前記把持用プローブで把持した前記試料の所定箇所を前記試料の他の箇所から切り離す測定箇所切離し工程を備えることを特徴としている。
この発明によれば、試料の影響を受けずに所定箇所間の導電率を測定し、導電率をより精度良く測定することができる。
【００１９】
また、本発明の導電率測定方法は、前記測定工程において、前記プローブ駆動手段の操作により、前記観察用プローブと前記把持用プローブ間の前記離間距離を変えて前記試料の所定箇所間への把持力を変えながら、該試料の所定箇所間の導電率を測定することを特徴としている。
この発明によれば、試料の所定箇所間の押当て力が電気的特性に及ぼす影響を測定することが可能となり、所定箇所間の導電率をより精度良く測定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の導電率測定装置及び導電率測定方法によれば、観察用プローブにより事前に試料を観察するため測定試料に対する位置あわせ精度が良く、観察用プローブと把持用プローブの間の離間距離を精度良く連続的に調節し、各プローブを試料に押当てる力の再現性を高めて導電率を精度良く測定することができる。さらに一様で均質な試料だけでなく試料中に不均一な所定箇所がある試料に対してもその箇所を試料面より切り離し所定箇所のみの導電率の測定が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第一の実施形態）
以下、本発明に係る導電率測定装置の第一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１から図８は、本発明の第一実施形態の導電率測定装置の説明図である。図１は導電率測定装置の構成図、図２は導電率測定装置の要部斜視図である。
なお、本実施形態では、光てこ方式を利用した場合を例に挙げて説明する。
本実施形態の導電率測定装置１は、図１及び図２に示すように、試料Ｓ１の導電率を測定する装置であって、試料台２と、２端子ピンセット１５と、プローブベース７と、加振手段１０と、変位測定手段１１と、プローブ駆動手段１２と、移動手段１３と、第１の測定手段３５と、制御手段１４とを概略備えている。
【００２２】
計測の対象となる平板状の試料Ｓ１は、試料台２に設けられた試料支持面２ａ上に図示しない固定手段により固定されている。そして、導電率測定装置１の通常の使用時においては、試料支持面２ａは水平面に平行に配置され、試料支持面２ａに平行な直交する二方向をＸ方向及びＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。
２端子ピンセット１５は、観察用プローブ３と把持用プローブ４とで構成され、試料Ｓ１の上方に配置され、かつ試料支持面２ａに平行な仮想面Ｃ１に沿って互いに所定の離間距離Ｇを空けた状態で隣接配置されている。そして、観察用プローブ３の先端３ａには導電性の第一のティップ５が設けられ、把持用プローブ４の先端４ａには導電性の第二のティップ６が設けられている。また、第一のティップ５の先端５ａと第二のティップ６の先端６ａを結ぶ仮想線Ｃ２も仮想面Ｃ１に平行なるように設定されている。
【００２３】
図２に示すように、第一のティップ５及び第二のティップ６も離間距離Ｇを空けた状態で隣接配置されていて、観察用プローブ３の基端３ｂ側及び把持用プローブ４の基端４ｂ側はプローブベース７に、それぞれ片持ち状態に固定されている。
第一のティップ５と第二のティップ６はたとえばタングステンのような導電性の材料で形成され、観察用プローブ３及び把持用プローブ４はシリコンにより形成されている。そして、観察用プローブ３と把持用プローブ４は、それぞれ電気的に絶縁されている。
また、観察用プローブ３と把持用プローブ４は、それぞれのＺ方向の共振周波数が異なるように設定されている。
【００２４】
観察用プローブ３には、観察用プローブ３を振動させる圧電体１６が固定されている。この圧電体１６は、圧電体制御部１７からの信号を受けて所定周波数（ｆ０）及び所定振幅（Ａ０）で振動するようになっており、その振動を観察用プローブ３に伝えている。これにより、観察用プローブ３は、圧電体１６と同様に所定周波数（ｆ０）及び所定振幅（Ａ０）で振動するようになっている。即ち、これら圧電体１６及び圧電体制御部１７は、上記加振手段１０として機能する。
【００２５】
把持用プローブ４の中間部とプローブベース７には、互いに接触しないように凹凸状に形成されて互いに対応する一対の櫛歯４ｃ、櫛歯７ａがそれぞれ設けられている。また、一対の櫛歯４ｃと櫛歯７ａの対向面にはそれぞれ電極４ｄ、電極７ｂが備えられている。
なお、櫛歯７ａが移動しないように、櫛歯７ａの剛性が高くなるように設定することが好ましい。
電極４ｄと電極７ｂは、櫛歯用電圧装置１８に接続されている。櫛歯用電圧装置１８によりの一対の電極４ｄと電極７ｂの間に電圧が印加されると、電極４ｄと電極７ｂが引き合うことにより、把持用プローブ４の先端４ａ側が観察用プローブ３の先端３ａ側に移動し、第一のティップ５と第二のティップ６の離間距離Ｇが調節される。
即ち、これら櫛歯４ｃ、櫛歯７ａ、電極４ｄ、電極７ｂ及び櫛歯用電圧装置１８は、上記プローブ駆動手段１２として機能する。なお、櫛歯用電圧装置１８は特許請求の範囲の電圧装置に相当する。
また、圧電体制御部１７と櫛歯用電圧装置１８は、制御部３２に接続されている。
【００２６】
また、導電率測定装置１は、観察用プローブ３を所定周波数及び所定振幅で振動させる加振手段１０と、第一のティップ５と第二のティップ６の間に流す電流を発生させる電流装置８と、第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定する電圧計測装置９を備えている。そして、これら電流装置８及び電圧計測装置９は、上記第１の測定手段３５として機能する。
【００２７】
図１に示すように、上記試料台２はＸＹスキャナ２１上に載置されているとともに、図示しない防振台上に載置されている。このＸＹスキャナ２１は、例えばピエゾ素子からなり、ＸＹ走査系とＺサーボ系を含むＸＹＺスキャナ制御部２２から電圧を印加されることで、試料支持面２ａに平行なＸＹ方向に微小移動するようになっている。これにより、試料Ｓ１をＸＹ方向に微小移動させることが可能とされている。
また、ホルダ部１９はＺスキャナ２３にぶら下がるように固定されていて、上記プローブベース７は、ホルダ部１９の下方に固定されている。
このＺスキャナ２３は、ＸＹスキャナ２１と同様に、例えばピエゾ素子からなり、ＸＹＺスキャナ制御部２２から電圧を印加させることで、試料支持面２ａに垂直すなわち試料Ｓ１表面に垂直なＺ方向に微小移動するようになっている。これにより、プローブベース７に固定された観察用プローブ３及び把持用プローブ４をＺ方向に微小移動させることが可能とされている。
【００２８】
すなわち、これらＸＹスキャナ２１、Ｚスキャナ２３及びＸＹＺスキャナ制御部２２は、プローブベース７が試料支持面２ａに対してＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向平行な方向、すなわち三次元方向に移動するように、プローブベース７と試料台２を移動させる上記移動手段１３として機能する。
【００２９】
また、試料台２上には、観察用プローブ３の裏面側に形成された図示しない反射面に対してレーザ光Ｌを照射するレーザ光源２５と、反射面で反射されたレーザ光Ｌを、ミラー２６を利用して受光する光検出部２７とが設けられている。この光検出部２７は、例えば入射面が２分割或いは４分割されたフォトダイオードであり、レーザ光Ｌの入射位置から観察用プローブ３の振動状態を検出する。そして、光検出部２７は、検出した観察用プローブ３のＺ方向の振動状態の変位をＤＩＦ信号としてプリアンプ２８に出力している。即ち、これらレーザ光源２５、ミラー２６、光検出部２７は、観察用プローブ３の変位を測定する上記変位測定手段１１として機能する。
なお、試料台２の上方には、試料台２を観察するために光学顕微鏡２９が設けられている。
【００３０】
光検出部２７から出力されたＤＩＦ信号は、プリアンプ２８によって増幅された後、交流−直流変換回路３０に送られて直流変換され、Ｚ電圧フィードバック回路３１に送られる。Ｚ電圧フィードバック回路３１は、直流変換されたＤＩＦ信号が常に一定となるように、ＸＹＺスキャナ制御部２２を通してフィードバック制御する。これにより、試料Ｓ１のＡＦＭ観察を行う際に、試料Ｓ１の表面と観察用プローブ３に設けられた第一のティップ５の先端５ａとの距離を、観察用プローブ３のＺ方向の振動状態が一定となるように、具体的には振幅の減衰量或いは周波数のずれ量、又は、位相のずれ量が一定となるように制御することができる。
【００３１】
また、このＺ電圧フィードバック回路３１には、制御部３２が接続されており、Ｚ電圧フィードバック回路３１により送信される信号に基づいて、制御部３２が試料Ｓ１上の観察データを取得することができるようになっている。また制御部３２は、ＸＹの走査信号をＸＹＺスキャナ制御部２２に出力する。これにより試料Ｓ１の位置データや形状データを取得することができるようになっている。
このように、プリアンプ２８、交流−直流変換回路３０、Ｚ電圧フィードバック回路３１及び制御部３２は、上記制御手段１４として機能する。なお、この制御手段１４は、上述した各構成品を総合的に制御している。
【００３２】
次に、このように構成された導電率測定装置１により、試料台２上の試料Ｓ１を観察した後、試料Ｓ１の微小領域で、試料Ｓ１の被測定点間の導電率を求める工程について、以下に説明する。
図３は、導電率を求める工程を示すフローチャート、図４から図６は導電率を求める各工程を示す説明図である。
まず、この工程を行う前に初期設定を行う。即ち図１及び図２に示すように、観察用プローブ３の反射面に確実にレーザ光Ｌが入射するように、また、反射したレーザ光Ｌが光検出部２７に確実に入射するように、レーザ光源２５及び光検出部２７の位置を調節する。また、圧電体制御部１７から圧電体１６に対して信号を出力して、圧電体１６を所定周波数（ｆ０）及び所定振幅（Ａ０）で振動させる。これにより、観察用プローブ３は、図４に示すようにＺ方向に所定周波数（ｆ０）及び所定振幅（Ａ０）で振動することとなる。
【００３３】
この初期設定が終了した後、図３に示すデータ取得工程（ステップＳ１１）で、まず、試料Ｓ１の表面全体の状態を光学顕微鏡２９で観察し、試料Ｓ１の表面形状の概要や、被測定点のおおまかな位置を把握する。
続いて、試料Ｓ１のＡＦＭ観察を行う。
具体的には、図１及び図４に示すように観察用プローブ３を所定振幅（Ａ０）でＺ方向に振動させながら、観察用プローブ３の先端３ａに設けられた第一のティップ５と試料Ｓ１の表面との距離を、観察用プローブ３のＺ方向の振動状態が一定となるように高さ制御した状態で、ＸＹスキャナ２１により試料Ｓ１の表面の走査を行う。この際、試料Ｓ１の表面の凹凸に応じて観察用プローブ３のＺ方向の振幅が増減しようとするので、図１に示す光検出部２７に入射するレーザ光Ｌ（反射面で反射したレーザ光）の振幅が異なってくる。光検出部２７は、この振幅に応じたＤＩＦ信号をプリアンプ２８に出力する。出力されたＤＩＦ信号は、プリアンプ２８によって増幅されるとともに交流−直流変換回路３０によって直流変換された後、Ｚ電圧フィードバック回路３１に送られる。
【００３４】
Ｚ電圧フィードバック回路３１は、直流変換されたＤＩＦ信号が常に一定となるように（つまり、観察用プローブ３のＺ方向の振幅が一定となるように）。ＸＹＺスキャナ制御部２２によりＺスキャナ２３をＺ方向に微小移動させて、フィードバック制御を行う。これにより、試料Ｓ１の表面と第一のティップ５との距離を、観察用プローブ３のＺ方向の振動状態が一定となるように高さ制御した状態で試料Ｓ１の表面の走査を行うことができる。
また、制御部３２は、Ｚ電圧フィードバック回路３１により送信される、Ｚスキャナ２３を上下させる信号に基づいて、試料Ｓ１の表面上の観察データを取得することができる。その結果、試料Ｓ１の位置データ及び形状データを取得することができ、被測定点Ｐが試料Ｓ１のどの辺りに配置されているのかを把握することができる。
【００３５】
次に、位置決め工程（ステップＳ１２）では、取得した位置データ及び形状データに基づいて被測定点Ｐを定め、ＸＹＺスキャナ制御部２２によりＸＹスキャナ２１及びＺスキャナ２３を移動させ、図５に示すように、被測定点Ｐに第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａが配置されるようにプローブベース７を移動させて位置決めする。
第一のティップ５の先端５ａと第二のティップ６の先端６ａを結ぶ仮想線Ｃ２は仮想面Ｃ１に平行なるように、すなわち試料支持面２ａに平行になるように設定されている。そして、試料Ｓ１は平板状なので、仮想線Ｃ２は試料Ｓ１の上面と平行になる。
また、移動手段１３により、２端子ピンセット１５は試料支持面２ａに平行な方向及び試料支持面２ａに垂直な方向に移動する。このため、第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａを試料Ｓ１に同時に押当てることが可能となる。
また、試料Ｓ１の表面上のどの辺りに被測定点Ｐが位置しているかを既にＡＦＭ観察により把握しているので、第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａを速やかに位置決めすることができる。
【００３６】
次に、プローブ押当て工程（ステップＳ１３）では、ＸＹＺスキャナ制御部２２によりＺスキャナ２３を移動させ、図６に示すように、２端子ピンセット１４を試料Ｓ１側、すなわちＺ方向へ所定長さＤだけ移動させて、第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａを試料Ｓ１に押当てる。
ここで、各ティップが試料Ｓ１を押当てる力は各プローブのＺ方向のバネ定数とＺ方向の撓み量、この場合は所定長さＤにより定まる。従って、測定毎に各プローブのＺ方向の撓み量を所定長さＤとすることで、第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａのそれぞれが試料Ｓ１を押当てる力が測定によらず一定になるように調節される。
これにより、第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａのそれぞれの試料Ｓ１の被測定点Ｐに押当てる力の再現性を高めることができる。
【００３７】
最後に、測定工程（ステップＳ１４）では、まず電流装置８に第一のティップ５と第二のティップ６の間に流す一定の電流を発生させ、電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定する。
さらに、櫛歯用電圧装置１８により電極４ｄと電極７ｂの間に印加する電圧を変化させて、把持用プローブ４の先端４ａ側を観察用プローブ３の先端３ａ側に移動して、第一のティップ５と第二のティップ６の間隔を変化させながら、電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定していく。
【００３８】
上述のように、第一のティップ５と第二のティップ６の間に一定の電流値Ｉ０の電流を流すことにより第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧値Ｖを測定する。この時、図７に示すように、測定した電圧値を電流値で除して求める合成抵抗値Ｑには、試料Ｓ１の被測定点間の抵抗Ｒだけでなく、第一のティップ５、観察用プローブ３、電圧計測装置９等が有する内部抵抗ｒ１と、第一のティップ５及び第二のティップ６と試料Ｓ１の表面のそれぞれの間に生じる接触抵抗ｒ２が含まれる。ただし、押当て力のバラつきが抑えられているので接触抵抗ｒ２はほぼ一定であり、同一の導電率測定装置を用いることにより内部抵抗ｒ１も一定となる。
すなわち、下記の式（１）から式（２）のようになる
【００３９】
【数１】
【００４０】
従って、第一のティップ５と第二のティップ６の離間距離ＧをＧ１、Ｇ２、‥と変化させながら、電圧計測装置９により第一のティップ５及び第二のティップ６間に生じる電圧をＶ１、Ｖ２、‥と測定すると、下記の式（３）から式（４）のような式が成立する。
【００４１】
【数２】
【００４２】
そして、図８に示すように、横軸の第一のティップ５と第二のティップ６の離間距離Ｇに対する、縦軸の合成抵抗値Ｑの関係を直線Ｍで近似し、切片の値を求めることで、（ｒ１＋ｒ２）の式で求められる値を得ることができる。
すなわち、求めた合成抵抗値Ｑから内部抵抗ｒ１及び接触抵抗ｒ２を分離した、試料Ｓ１の被測定点間のより正確な抵抗値Ｒを算出することができる。さらに、算出した抵抗値Ｒから試料Ｓ１の導電率を求めることが可能となる。
【００４３】
こうして、本発明の実施形態の導電率測定装置によれば、一つのプローブ駆動手段１２により２端子ピンセット１５間の離間距離Ｇを調節するので、離間距離Ｇを精度良く連続的に調節することができる。また、離間距離Ｇを精度良く調節することができるので、２端子ピンセット１５間の離間距離Ｇをたとえば１００ナノメートル以下までの所定微小距離まで近づけて導電率を精度良く測定することができる。
また、櫛歯用電圧装置１８により一対の電極４ｄ、電極７ｂの間に電圧を印加することで、電極４ｄ、電極７ｂの間に作用する静電気力により、プローブベース７と把持用プローブ４の中間部にそれぞれ設けられて互いに対応する一対の櫛歯４ｃ、櫛歯７ａ間の距離を調節することができる。これにより、観察用プローブ３と把持用プローブ４の間の離間距離Ｇをより精度良く連続的に調節することができる。
また、観察用プローブ３及び把持用プローブ４の離間距離Ｇを変えながら、試料Ｓ１の被測定点Ｐ間の導電率を測定するので、観察用プローブ３及び把持用プローブ４間の離間距離Ｇが電気的特性に及ぼす影響を測定することが可能となり、試料Ｓ１の被測定点Ｐ間の導電率をより精度良く測定することができる。
【００４４】
なお、上記第一実施形態では、電流装置８により第一のティップ５と第二のティップ６の間に流す一定の電流を発生させ、第一のティップ５と第二のティップ６の離間距離Ｇを変化させながら電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定するとした。しかし、定電圧装置８より第一のティップ５と第二のティップ６の間に印加する一定の電圧を発生させ、第一のティップ５と第二のティップ６の間隔を変化させながら電流計測装置により第一のティップ５と第二のティップ６の間に流れる電流を測定してもよい。
【００４５】
（第二の実施形態）
以下、本発明に係る導電率測定装置の第二実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図９から図１３は、本発明の第二実施形態の導電率測定装置の説明図である。図９は導電率測定装置の構成図、図１０は導電率測定装置の要部斜視図である。
なお説明の便宜上、本発明の第二実施形態において、前述の第一実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については同一符号を付して、その説明を省略する。
【００４６】
第二実施形態は、前述の第一実施形態と導電率測定装置５０の要部のみが異なる。具体的には、図９及び図１０に示すように、第一実施形態の導電率測定装置１に備えられた観察用プローブ３及び把持用プローブ４に加え、観察用プローブ３及び把持用プローブ４の外側に両プローブに対して離間して配置された外側プローブ対５３、５４を備えている。
外側プローブ対５３、５４のそれぞれの先端５３ａ、５４ａには外側探針５５、５６が設けられている。そして、外側探針５５の先端５５ａ及び外側探針５６の先端５６ａは、第一のティップ５の先端５ａと第二のティップ６の先端６ａを結ぶ仮想線Ｃ２上に配置されている。
また、第一実施形態で観察用プローブ３の基端３ｂと把持用プローブ４の基端４ｂが固定されたプローブベース７に、第二実施形態では外側プローブ対５３、５４のそれぞれの基端５３ｂ、５４ｂもそれぞれ片持ち状態に固定される。そして、４端子ピンセット５７は観察用プローブ３、把持用プローブ４及び外側プローブ対５３、５４で構成される。
また、外側探針５５、５６はたとえばタングステンのような導電性の材料で形成され、外側プローブ対５３、５４はシリコンにより形成されている。
【００４７】
第一実施形態の電流装置８は第一のティップ５と第二のティップ６の間に流す電流を発生させているが、第二実施形態の電流装置８は外側探針５５、５６の間に流す電流を発生させている。また、電圧計測装置９は、第一実施形態と同様に第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定する。そして、これら電流装置８及び電圧計測装置９は、上記第２の測定手段５８として機能する。
【００４８】
次に、このように構成された導電率測定装置５０により、試料台２上の試料Ｓ１を観察した後、試料Ｓ１の微小領域で、試料Ｓ１の被測定点間の導電率を求める工程について、以下に説明する。
この第二実施形態の工程は、図３に示す第一実施形態のデータ取得工程（ステップＳ１１）までは共通であり、位置決め工程（ステップＳ１２）以降の工程の内容のみが異なる。
【００４９】
位置決め工程（ステップＳ１２）では、取得した位置データ及び形状データに基づいて被測定点Ｐを定め、ＸＹＺスキャナ制御部２２によりＸＹスキャナ２１及びＺスキャナ２３を移動させ、図１１に示すように、被測定点Ｐに第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａが配置されるようにプローブベース７を移動させて位置決めして、ステップＳ１３に移行する。
第一のティップ５の先端５ａ、第二のティップ６の先端６ａ、外側探針５５の先端５５ａ及び外側探針５６の先端５６ａは仮想線Ｃ２上に配置され、仮想線Ｃ２は仮想面Ｃ１に平行なるように、すなわち試料支持面２ａに平行になるように設定されている。そして、試料Ｓ１は平板状なので、仮想線Ｃ２は試料Ｓ１の上面と平行になる。
また、移動手段１３により試料支持面２ａに平行な方向及び試料支持面２ａに垂直な方向に移動する。
移動手段１３により、４端子ピンセット５７は試料支持面２ａに平行な方向及び試料支持面２ａに垂直な方向に移動する。このため、第一のティップ５の先端５ａ、第二のティップ６の先端６ａ、外側探針５５の先端５５ａ及び外側探針５６の先端５６ａを試料Ｓ１に同時に押当てることが可能となる。
また、試料Ｓ１の表面上のどの辺りに被測定点Ｐが位置しているかを既にＡＦＭ観察により把握しているので、第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａを速やかに位置決めすることができる。
【００５０】
次に、プローブ押当て工程（ステップＳ１３）では、ＸＹＺスキャナ制御部２２によりＺスキャナ２３を移動させ、図１２に示すように、４端子ピンセット５７を試料Ｓ１側、すなわちＺ方向へ所定長さＤだけ移動させて、第一のティップ５の先端５ａ、第二のティップ６の先端６ａ、外側探針５５の先端５５ａ及び外側探針５６の先端５６ａを試料Ｓ１に押当てる。
ここで、４つの各探針が試料Ｓ１を押当てる力は各プローブのＺ方向のバネ定数とＺ方向の撓み量、この場合は所定長さＤにより定まる。従って、測定毎に４つの各プローブのＺ方向の撓み量を所定長さＤとすることで、第一のティップ５の先端５ａ及び第二のティップ６の先端６ａ、外側探針５５の先端５５ａ及び外側探針５６の先端５６ａのそれぞれが測定毎に試料Ｓ１を押当てる力が測定によらず一定になるように調節される。
これにより、４つの探針の先端のそれぞれの試料Ｓ１の被測定点Ｐに押当てる力の再現性を高めることができる。
【００５１】
最後に、測定工程（ステップＳ１４）では、まず電流装置８に外側探針５５、５６の間に流す一定の電流を発生させ、電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定する。
更に、櫛歯用電圧装置１８により電極４ｄと電極７ｂの間に印加する電圧を変化させて、把持用プローブ４の先端４ａ側を観察用プローブ３の先端３ａ側に移動して、第一のティップ５と第二のティップ６の離間距離Ｇを変化させながら、電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定していく。
【００５２】
こうして、本発明の実施形態の導電率測定装置によれば、第一のティップ５、第二のティップ６及び外側探針５５、５６とういう４つの探針を用いて電圧を測定するので、図１３に示すように、外側探針５５、５６、外側プローブ５３、５４及び電圧計測装置９等が有する内部抵抗ｒ１と、第一のティップ５と試料Ｓ１の表面の間等に生じる接触抵抗ｒ２の影響をより効果的に抑えて、試料Ｓ１の被測定点Ｐ間の距離に対する電圧の変化を計測することができる。さらに、計測した電圧から試料Ｓ１の導電率を求めることが可能となる。
こうして、測定による試料Ｓ１に押当てる力のバラつき及び探針間の押当てる力のバラつきを抑えて試料Ｓ１の被測定点間の導電率を求めることができる。
【００５３】
なお、上記第二実施形態では、電流装置８により外側探針５５、５６の間に流す一定の電流を発生させ、第一のティップ５と第二のティップ６の離間距離Ｇを変化させながら電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定するとした。しかし、定電圧装置８より外側探針５５、５６の間に印加する一定の電圧を発生させ、第一のティップ５と第二のティップ６の間隔を変化させながら電流計測装置により第一のティップ５と第二のティップ６の間に流れる電流を測定してもよい。
【００５４】
（第三の実施形態）
以下、本発明に係る導電率測定装置の第三実施形態を図面を参照して詳細に説明する。なお説明の便宜上、本発明の第三実施形態において、前述の第一実施形態及び第二実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については同一符号を付して、その説明を省略する。
第三実施形態は、前述の第一実施形態と導電率測定装置１の構成は同一であり、導電率を測定する試料の形状と、導電率を測定する工程の一部のみが異なる。具体的には、第一実施形態では平板状の試料Ｓ１を計測したが、第三実施形態では図１４に示すように、例えば直径が数マイクロメートル以下という試料Ｓ１の微小な所定箇所Ｓ２を測定の対象とする。
【００５５】
次に、導電率測定装置１により、試料台上の試料を観察した後、微小な所定箇所の導電率を求める工程について、以下に説明する。図１５は、導電率を求める工程を示すフローチャート、図１６及び図１７は、本発明の第三実施形態の導電率測定装置の説明図である。である。
なお、第三実施形態の各工程を行う前に、第一実施形態で述べた初期工程を行う。
【００５６】
初期設定が終了した後、図１５に示すデータ取得工程（ステップＳ２１）で、第一実施形態の図３に示すデータ取得工程（ステップＳ１１）と同一の工程を行う。
ただし、本実施形態では試料Ｓ１のＡＦＭ観察により、試料Ｓ１がどのような表面形状（高さ、外形形状等）であるかと、所定箇所Ｓ２の位置と形状を把握する。
【００５７】
次に、位置決め工程（ステップＳ２２）では、取得した位置データ及び形状データに基づいて所定箇所Ｓ２の位置を定め、ＸＹＺスキャナ制御部２２によりＸＹスキャナ２１及びＺスキャナ２３を移動させ、さらに櫛歯用電圧装置１８により電極４ｄと電極７ｂの間に印加する電圧を変化させる。そして、図１６に示すように、観察用プローブ３に設けられた第一のティップ５及び把持用プローブ４に設けられた第二のティップ６で試料Ｓ１の所定箇所Ｓ２を挟むように位置決めする。
試料Ｓ１の表面上のどの辺りに所定箇所Ｓ２が位置しているかを既にＡＦＭ観察により把握しているので、第一のティップ５及び第二のティップ６を速やかに位置決めすることができる。
【００５８】
次に、把持工程（ステップＳ２３）では、櫛歯用電圧装置１８により電極４ｄと電極７ｂの間に印加する電圧を変化させ、図１７に示すように、第一のティップ５及び第二のティップ６間の離間距離Ｇを所定長さＤだけ近づけて２端子ピンセット１５で試料Ｓ１の所定箇所Ｓ２を押当てて把持する。
２端子ピンセット１５が所定箇所Ｓ２を押当てる力は、挟んだ所定箇所Ｓ２とは反対側へのバネ定数と撓み量により定まる。各プローブの撓み量は測定によらず一定になるので、２端子ピンセット１５の各プローブが所定箇所Ｓ２を押当てる力をそれぞれ一定にし、押当てる力の再現性を高めることができる。
【００５９】
次に、測定箇所切離し工程（ステップＳ２４）では、ＸＹＺスキャナ制御部２２によりＺスキャナ２３を移動させ、図１８に示すように、第一のティップ５と第二のティップ６で把持した試料Ｓ１の所定箇所Ｓ２をＺ方向に持ち上げて試料Ｓ１の他の箇所から切り離す。
【００６０】
最後に、測定工程（ステップＳ２５）では、まず電流装置８に第一のティップ５と第二のティップ６の間に流す一定の電流を発生させ、電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定する。
さらに、櫛歯用電圧装置１８により電極４ｄと電極７ｂの間に印加する電圧を変化させて、図１９に示すように、把持用プローブ４の先端４ａ側を観察用プローブ３の先端３ａ側に移動して、第一のティップ５と第二のティップ６の離間距離Ｇを変化させながら、電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定していく。
【００６１】
こうして、本発明の実施形態の導電率測定装置によれば、一つのプローブ駆動手段１２により第一のティップ５と第二のティップ６間の離間距離Ｇを調節するので、離間距離Ｇを精度良く連続的に調節し、微小な所定箇所Ｓ２を正確に摘んで導電率を測定することができる。
また、所定箇所Ｓ２を持ち上げて導電率を測定するので、試料Ｓ１の影響を受けずに所定箇所Ｓ２間の導電率を測定し、導電率をより精度良く測定することができる。
また、離間距離Ｇを変えて所定箇所Ｓ２間への把持力を変えながら、所定箇所Ｓ２間の導電率を測定する。従って、試料Ｓ１の所定箇所Ｓ２間の押当て力が電気的特性に及ぼす影響を測定することが可能となり、所定箇所Ｓ２間の導電率をより精度良く測定することができる。
【００６２】
なお、上記第三実施形態では、電流装置８により第一のティップ５と第二のティップ６の間に流す一定の電流を発生させ、第一のティップ５と第二のティップ６の離間距離Ｇを変化させながら電圧計測装置９により第一のティップ５と第二のティップ６の間に生じる電圧を測定するとした。しかし、定電圧装置８より第一のティップ５と第二のティップ６の間に印加する一定の電圧を発生させ、第一のティップ５と第二のティップ６の間隔を変化させながら電流計測装置により第一のティップ５と第二のティップ６の間に流れる電流を測定してもよい。
【００６３】
以上、本発明の第一実施形態、第二実施形態に及び第三実施形態ついて図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更等も含まれる。
例えば、上記第一実施形態から第三実施形態では、観察用プローブ３の先端３ａに第一のティップ５を設けた。しかし、第一のティップ５を観察用プローブ３と一体として導電性のものとしてもよい。把持用プローブ４及び外側プローブ対５３、５４についても同様である。
また、上記第一実施形態から第三実施形態では、各プローブの探針の先端は各プローブから下方に伸び、探針の先端を結ぶ仮想線Ｃ２は各プローブが沿って配置されている仮想面Ｃ１上にないものとした。しかし、仮想線Ｃ２が仮想面Ｃ１上にある構成であってもよい。
【００６４】
また、上記第一実施形態から第三実施形態では、プローブ駆動手段１２は静電気力を利用する電極を有する櫛歯を備えるとした。しかし、熱アクチュエータにより把持用プローブ４の先端４ａ側を移動させてもよい。
また、上記第一実施形態から第三実施形態では、測定工程で第一のティップ５と第二のティップ６の間の離間距離Ｇを変化させて導電率を測定した。しかし、離間距離Ｇを変化させずに導電率を測定してもよい。
【００６５】
また、上記第三実施形態では、所定箇所Ｓ２を持ち上げて導電率を測定したが、所定箇所Ｓ２を持ち上げずに所定箇所Ｓ２の導電率を測定してもよい。あるいは、所定箇所Ｓ２を持ち上げる替わりに、試料台２側に昇降機構を設けて、被測定試料Ｓ１を所定箇所Ｓ２から切り離すように降下させてもよい。
また、上記第三実施形態では、所定箇所Ｓ２間への把持力を変えながら導電率を測定したが、所定箇所Ｓ２間への把持力を一定にして変えずに所定箇所Ｓ２の導電率を測定してもよい。
【００６６】
また、上記第一実施形態から第三実施形態では、データ取得工程を行い、試料Ｓ１のＡＦＭ観察を行って位置データ及び形状データを取得して試料Ｓ１の表面形状を把握した。しかし、このデータ取得工程を無くして、別に予め取得した試料Ｓ１の位置データ及び形状データを利用してもよい。
また、上記第一実施形態から第二実施形態では、ＡＦＭ観察を行って取得した位置データ及び形状データに基づいて観察用プローブ３を位置決めした。しかし、位置決めする時も再度観察用プローブ３を振動させながらその振動の状態を観察して位置決めしてもよい。
【００６７】
また、上記第一実施形態及び第三実施形態では、試料Ｓ１を固定して２端子ピンセット１４を移動させたが、２端子ピンセット１４を固定して試料Ｓ１を移動させてもよい。
第二実施形態においても、４端子ピンセット５７を固定して試料Ｓ１を移動させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の導電率測定装置の第一実施形態の構成図である。
【図２】本発明の導電率測定装置の第一実施形態の要部斜視図である。
【図３】本発明の導電率測定装置の第一実施形態による導電率を求める工程を示すフローチャートである。
【図４】本発明の導電率測定装置の第一実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【図５】本発明の導電率測定装置の第一実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【図６】本発明の導電率測定装置の第一実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【図７】本発明の導電率測定装置の第一実施形態の試料と両プローブに関連する部分の回路図である。
【図８】本発明の導電率測定装置の第一実施形態の試料の抵抗値を求める説明図である。
【図９】本発明の導電率測定装置の第二実施形態の構成図である。
【図１０】本発明の導電率測定装置の第二実施形態の要部斜視図である。
【図１１】本発明の導電率測定装置の第二実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【図１２】本発明の導電率測定装置の第二実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【図１３】本発明の導電率測定装置の第二実施形態の試料と両プローブに関連する部分の回路図である。
【図１４】試料の微小な所定箇所の説明図である。
【図１５】本発明の導電率測定装置の第三実施形態による導電率を求める工程を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の導電率測定装置の第三実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【図１７】本発明の導電率測定装置の第三実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【図１８】本発明の導電率測定装置の第三実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【図１９】本発明の導電率測定装置の第三実施形態による導電率を求める工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１、５０ 導電率測定装置
２ 試料台
２ａ 試料支持面
３ 観察用プローブ
４ 把持用プローブ
４ｂ 基端
４ｃ、７ａ 櫛歯
４ｄ、７ｂ 電極
７ プローブベース
１０ 加振手段
１１ 変位測定手段
１２ プローブ駆動手段
１３ 移動手段
１５ ２端子ピンセット
１８ 櫛歯用電圧装置（電圧装置）
３５ 第１の測定手段
５２ 外側プローブ
５７ ４端子ピンセット
５８ 第２の測定手段
Ｇ 離間距離
Ｐ 被測定点
Ｓ１ 試料
Ｓ２ 所定箇所
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料支持面上に試料が固定される試料台と、
該試料の上方に配置され、かつ前記試料支持面に平行な面に沿って互いに所定の離間距離を空けた状態で隣接配置される観察用プローブ及び把持用プローブを有する２端子ピンセットと、
前記試料台と前記２端子ピンセットとを、前記試料支持面に平行な方向及び該試料支持面に垂直な方向に相対的に移動させる移動手段と、
前記観察用プローブを振動させる加振手段と、
前記観察用プローブの変位を測定する変位測定手段と、
前記観察用プローブに対して前記把持用プローブを接近または離間する方向へ移動させて、両プローブ間の距離を調節するプローブ駆動手段と、
前記２端子ピンセットをそれぞれ前記試料に接触させ、この状態で前記２端子ピンセット間に電流を流し、そのときの前記２端子ピンセット間の電気的特性から前記試料上の２点間の導電率を測定する第１の測定手段とを備えることを特徴とする導電率測定装置。
【請求項２】
試料支持面上に試料が固定される試料台と、
該試料の上方に配置され、かつ前記試料支持面に平行な面に沿って互いに所定の離間距離を空けた状態で隣接配置される観察用プローブ及び把持用プローブ、並びに両プローブの外側に該両プローブを結ぶ直線上に該両プローブに対して離間して配置される左右の外側プローブを有する４端子ピンセットと、
前記試料台と前記４端子ピンセットとを、前記試料支持面に平行な方向及び該試料支持面に垂直な方向に相対的に移動させる移動手段と、
前記観察用プローブを振動させる加振手段と、
前記観察用プローブの変位を測定する変位測定手段と、
前記観察用プローブに対して前記把持用プローブを接近または離間する方向へ移動させて、両プローブ間の距離を調節するプローブ駆動手段と、
前記４端子ピンセットをそれぞれ前記試料に接触させ、この状態で左右の前記外側プローブ間に電流を流し、そのときの観察用プローブと前記把持用プローブの間の電気的特性から前記試料上の２点間の導電率を測定する第２の測定手段とを備えることを特徴とする導電率測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の導電率測定装置において、
前記プローブ駆動手段は、一方が前記把持用プローブの基端側を固定するプローブベースに、他方が前記把持用プローブの中間部にそれぞれ設けられて互いに対応する一対の櫛歯と、それら櫛歯の対向面にそれぞれ設けられる一対の電極と、一対の該電極間に電圧を印加する電圧装置とを備えることを特徴とする導電率測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の導電率測定装置を用いた導電率測定方法であって、
前記移動手段の操作により前記観察用プローブを前記試料上に沿って走査させながら、ＡＦＭ観察により前記試料を観察し、前記プローブ駆動手段により前記離間距離を調節し、前記試料の被測定点に前記２端子ピンセットを位置決めする位置決め工程と、
前記２端子ピンセットを試料側へ相対的に所定長さだけそれぞれ移動させて、前記２端子ピンセットの先端を前記試料にそれぞれ押当てるプローブ押当て工程と、
第１の測定手段により前記２端子ピンセット間に電流を流し、そのときの前記２端子ピンセット間の電気的特性から前記試料の被測定点間の導電率を測定する測定工程と、
を備えることを特徴とする導電率測定方法。
【請求項５】
請求項２に記載の導電率測定装置を用いた導電率測定方法であって、
前記移動手段の操作により前記観察用プローブを前記試料上に沿って走査させながら、ＡＦＭ観察により前記試料を観察し、前記プローブ駆動手段により前記離間距離を調節し、前記試料の被測定点に前記観察用プローブ及び前記把持用プローブを位置決めする位置決め工程と、
前記移動手段の操作により前記４端子ピンセットを試料側へ相対的に所定長さだけそれぞれ移動させて、前記４端子ピンセットの先端を前記試料にそれぞれ押し当てるプローブ押当て工程と、
第２の測定手段により左右の前記外側プローブ間に電流を流し、そのときの前記観察用プローブ及び前記把持用プローブ間の電気的特性から前記試料の被測定点間の導電率を測定する測定工程と、
を備えることを特徴とする導電率測定方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の導電率測定方法において、
前記測定工程において、前記プローブ駆動手段の操作により前記観察用プローブ及び前記把持用プローブ間の前記離間距離を変えながら、前記試料の被測定点間の導電率を測定することを特徴とする導電率測定方法。
【請求項７】
請求項１に記載の導電率測定装置を用いた導電率測定方法であって、
前記移動手段の操作により前記観察用プローブを前記試料上に沿って走査させながら、ＡＦＭ観察により前記試料を観察し、前記プローブ駆動手段により前記離間距離を調節し、前記２端子ピンセットで前記試料の所定箇所を挟むように位置決めする位置決め工程と、
前記プローブ駆動手段の操作により前記２端子ピンセット間の前記離間距離を所定長さだけ近づけて該２端子ピンセットで前記試料の所定箇所を把持する把持工程と、
該把持工程の後に、前記第１の測定手段により前記２端子ピンセット間に電流を流し、そのときの該２端子ピンセット間の電気的特性から前記試料の所定箇所間の導電率を測定する測定工程と、
を備えることを特徴とする導電率測定方法。
【請求項８】
請求項７に記載の導電率測定方法において、
前記把持工程と前記測定工程の間に、
前記移動手段の操作により、前記試料中の所定箇所を選択し、把持した後、前記観察用プローブと前記把持用プローブで把持した前記試料の所定箇所を前記試料の他の箇所から切り離す測定箇所切離し工程を備えることを特徴とする導電率測定方法。
【請求項９】
請求項８に記載の導電率測定方法において、
前記測定工程において、前記プローブ駆動手段の操作により、前記観察用プローブと前記把持用プローブ間の前記離間距離を変えて前記試料の所定箇所間への把持力を変えながら、該試料の所定箇所間の導電率を測定することを特徴とする導電率測定方法。
【請求項１】
試料支持面上に試料が固定される試料台と、
該試料の上方に配置され、かつ前記試料支持面に平行な面に沿って互いに所定の離間距離を空けた状態で隣接配置される観察用プローブ及び把持用プローブを有する２端子ピンセットと、
前記試料台と前記２端子ピンセットとを、前記試料支持面に平行な方向及び該試料支持面に垂直な方向に相対的に移動させる移動手段と、
前記観察用プローブを振動させる加振手段と、
前記観察用プローブの変位を測定する変位測定手段と、
前記観察用プローブに対して前記把持用プローブを接近または離間する方向へ移動させて、両プローブ間の距離を調節するプローブ駆動手段と、
前記２端子ピンセットをそれぞれ前記試料に接触させ、この状態で前記２端子ピンセット間に電流を流し、そのときの前記２端子ピンセット間の電気的特性から前記試料上の２点間の導電率を測定する第１の測定手段とを備えることを特徴とする導電率測定装置。
【請求項２】
試料支持面上に試料が固定される試料台と、
該試料の上方に配置され、かつ前記試料支持面に平行な面に沿って互いに所定の離間距離を空けた状態で隣接配置される観察用プローブ及び把持用プローブ、並びに両プローブの外側に該両プローブを結ぶ直線上に該両プローブに対して離間して配置される左右の外側プローブを有する４端子ピンセットと、
前記試料台と前記４端子ピンセットとを、前記試料支持面に平行な方向及び該試料支持面に垂直な方向に相対的に移動させる移動手段と、
前記観察用プローブを振動させる加振手段と、
前記観察用プローブの変位を測定する変位測定手段と、
前記観察用プローブに対して前記把持用プローブを接近または離間する方向へ移動させて、両プローブ間の距離を調節するプローブ駆動手段と、
前記４端子ピンセットをそれぞれ前記試料に接触させ、この状態で左右の前記外側プローブ間に電流を流し、そのときの観察用プローブと前記把持用プローブの間の電気的特性から前記試料上の２点間の導電率を測定する第２の測定手段とを備えることを特徴とする導電率測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の導電率測定装置において、
前記プローブ駆動手段は、一方が前記把持用プローブの基端側を固定するプローブベースに、他方が前記把持用プローブの中間部にそれぞれ設けられて互いに対応する一対の櫛歯と、それら櫛歯の対向面にそれぞれ設けられる一対の電極と、一対の該電極間に電圧を印加する電圧装置とを備えることを特徴とする導電率測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の導電率測定装置を用いた導電率測定方法であって、
前記移動手段の操作により前記観察用プローブを前記試料上に沿って走査させながら、ＡＦＭ観察により前記試料を観察し、前記プローブ駆動手段により前記離間距離を調節し、前記試料の被測定点に前記２端子ピンセットを位置決めする位置決め工程と、
前記２端子ピンセットを試料側へ相対的に所定長さだけそれぞれ移動させて、前記２端子ピンセットの先端を前記試料にそれぞれ押当てるプローブ押当て工程と、
第１の測定手段により前記２端子ピンセット間に電流を流し、そのときの前記２端子ピンセット間の電気的特性から前記試料の被測定点間の導電率を測定する測定工程と、
を備えることを特徴とする導電率測定方法。
【請求項５】
請求項２に記載の導電率測定装置を用いた導電率測定方法であって、
前記移動手段の操作により前記観察用プローブを前記試料上に沿って走査させながら、ＡＦＭ観察により前記試料を観察し、前記プローブ駆動手段により前記離間距離を調節し、前記試料の被測定点に前記観察用プローブ及び前記把持用プローブを位置決めする位置決め工程と、
前記移動手段の操作により前記４端子ピンセットを試料側へ相対的に所定長さだけそれぞれ移動させて、前記４端子ピンセットの先端を前記試料にそれぞれ押し当てるプローブ押当て工程と、
第２の測定手段により左右の前記外側プローブ間に電流を流し、そのときの前記観察用プローブ及び前記把持用プローブ間の電気的特性から前記試料の被測定点間の導電率を測定する測定工程と、
を備えることを特徴とする導電率測定方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の導電率測定方法において、
前記測定工程において、前記プローブ駆動手段の操作により前記観察用プローブ及び前記把持用プローブ間の前記離間距離を変えながら、前記試料の被測定点間の導電率を測定することを特徴とする導電率測定方法。
【請求項７】
請求項１に記載の導電率測定装置を用いた導電率測定方法であって、
前記移動手段の操作により前記観察用プローブを前記試料上に沿って走査させながら、ＡＦＭ観察により前記試料を観察し、前記プローブ駆動手段により前記離間距離を調節し、前記２端子ピンセットで前記試料の所定箇所を挟むように位置決めする位置決め工程と、
前記プローブ駆動手段の操作により前記２端子ピンセット間の前記離間距離を所定長さだけ近づけて該２端子ピンセットで前記試料の所定箇所を把持する把持工程と、
該把持工程の後に、前記第１の測定手段により前記２端子ピンセット間に電流を流し、そのときの該２端子ピンセット間の電気的特性から前記試料の所定箇所間の導電率を測定する測定工程と、
を備えることを特徴とする導電率測定方法。
【請求項８】
請求項７に記載の導電率測定方法において、
前記把持工程と前記測定工程の間に、
前記移動手段の操作により、前記試料中の所定箇所を選択し、把持した後、前記観察用プローブと前記把持用プローブで把持した前記試料の所定箇所を前記試料の他の箇所から切り離す測定箇所切離し工程を備えることを特徴とする導電率測定方法。
【請求項９】
請求項８に記載の導電率測定方法において、
前記測定工程において、前記プローブ駆動手段の操作により、前記観察用プローブと前記把持用プローブ間の前記離間距離を変えて前記試料の所定箇所間への把持力を変えながら、該試料の所定箇所間の導電率を測定することを特徴とする導電率測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００９−１９２３７０（Ｐ２００９−１９２３７０Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３２９１（Ｐ２００８−３３２９１）
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（５０３４６０３２３）エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 (330)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（５０３４６０３２３）エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 (330)
【Ｆターム（参考）】
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