AFMの評価方法

AFMを購入する際に重視される機能・特徴には、最終的なシステムの用途に応じて、さまざまなものがあると考えられます。このような機能・特徴を踏まえて、AFMシステムの評価を進める上で問題になるポイントは、お客様ごとに異なります。具体的な例として、重要なポイントをお客様からの質問の形で挙げてみます。「そのAFMシステムは、工業用途や研究用途に対応して設計されているのか?」「そのAFMシステムは、マルチユーザー対応の環境に設置するのか?」「そのAFMシステムは、必要なオプションをすべてサポートしているのか?」「そのAFMシステムは、スキルの低いユーザーでも使いこなせるのか?」「そのAFMシステムは、ハイエンドユーザーのニーズにも柔軟に対応できるのか?」お客様がAFMシステムについての情報収集を初めて開始した段階では、このような質問の形で、さまざまな疑問点が挙がると考えられます。

疑問点が解消され、実現性のあるシステムの候補が絞られた段階で、要件全般に最も適合するシステムを選定するために、各システムを根本的に比較・対照する必要があります。この目標を念頭に置いて、パークシステムズは、AFMシステムに求められる要件を網羅する形で「優れたAFMの条件」としてまとめています。

図5. X-Y直線性は、高速走査軸の方向を変えてから、2回の直交走査をマッチングすることで評価されます。テストは、ランダムオフセット座標で40μm×40μmサイズのサイトに対して実施できます。

チップ寿命は、一貫性と信頼性のある高分解能の画像を取得する上で重要な要素です。チップが試料に触れて先の尖りが減ると、AFMの分解能が制限され、画像の分解能の低下を招きます。試料が軟質な場合、チップが試料の表面に触れると、チップだけでなく試料も損傷し、試料の高さの測定時に精度を劣化させる原因になります。以上の点から、チップの状態を損なわずに保持することが、一貫した高分解能・高精度のデータを実現するポイントになります。

AFMシステムのチップ寿命をテストする方法としては、硬度の高い表面に先鋭な部位が存在するCrNの画像化を推奨します。チップの先の尖りが減ったり、チップ自体が損傷したりすると、試料表面の先鋭な部位の底部に到達できなくなり、画像は不鮮明になります。優れたAFMでは、図9に示すように、CrN試料の画像走査を100回行った後でも、チップの先の尖りは失われず、試料表面の起伏(表面粗さ)は同じ状態を維持しています(図10を参照)。