(57)【要約】【課題】  試料表面の微細な溝等の側壁等を測定するとき、探針の磨耗が小さく、測定信頼性が高く、探針走査の移動制御を簡単に行うことができ、試料表面を短時間に走査できる走査型プローブ顕微鏡およびその測定方法を提供する。【解決手段】  走査型プローブ顕微鏡の測定方法は、予め設定された探針移動路について、ＸＹＺ微動機構２９等によって、試料１２上でＺ方向に探針の位置を制御しながら探針２０を試料の表面に沿ってＸＹの両方向またはいずれか一方向に走査させる第１のステップと、第１ステップの間、測定部や変位検出部により試料の表面に係る測定情報を得る第２のステップと、第２のステップで取得した測定情報に基づいて、第２回目の走査における探針移動路と、この探針移動路上での試料表面に対する平行方向成分を含む測定を行う測定場所とを決定する第３のステップと、第２回目の走査に基づき平行方向成分を含む測定を行う第４のステップとを含む。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対向する探針を有したカンチレバーと、前記探針と前記試料の間の位置関係にて直交する３軸（試料表面に平行な２軸Ｘ，Ｙ、試料表面の高さ方向の軸Ｚ）の各方向に変位を与えるＸＹＺ微動機構と、前記探針と前記試料の相対位置を変更する移動機構と、前記探針が前記試料の表面を走査するとき前記探針と前記試料の間で作用する物理量に基づき前記試料の表面特性を測定する測定手段と、前記カンチレバーの変位を検出する変位検出手段とを備え、前記物理量を一定に保ちながら前記探針で前記試料の表面を走査して前記試料の表面特性を測定する走査型プローブ顕微鏡の測定方法において、
予め設定された探針移動路について、前記移動機構および前記ＸＹＺ微動機構によって、前記試料上でＺ方向に前記探針の位置を制御しながら前記探針を前記試料の表面に沿ってＸ方向とＹ方向の両方またはいずれか一方向に第１回目の走査として走査させる第１のステップと、
前記第１ステップの間、前記測定手段と前記変位検出手段により前記試料の表面に係る測定情報を得る第２のステップと、
前記第２のステップで取得した前記試料の表面に係る前記測定情報に基づいて、第２回目の走査における探針移動路と、この探針移動路上での試料表面に対する平行方向成分を含む測定を行う測定場所とを決定する第３のステップと、
前記第２回目の走査に基づき平行方向成分を含む測定を行う第４のステップと、
を含んで成ることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項２】
試料表面に対する平行方向成分を含む測定を行う前記測定場所は、試料表面における傾斜を有する部分であることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項３】
走査動作に基づく前記探針移動路で、前記探針は、試料表面における測定場所以外では試料表面から離れていることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項４】
前記探針は、試料表面に対する平行方向と垂直方向の両方またはいずれか一方の方向に先鋭部を有することを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項５】
前記探針は、前記試料の表面に対して探針の軸が傾斜するように設けられることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項６】
前記第４ステップにおける試料表面に対する平行方向成分を含む測定は、寸法測定が必要である少なくとも１つの測定点、または必要最小限の測定点で行われることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項７】
試料表面に対して平行方向成分を含む測定では前記カンチレバーの捩れ信号が用いられることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項８】
前記試料の表面が溝形状を有するとき、前記第４ステップにおける試料表面に対する平行方向成分を含む測定は溝の方向に平行な方向に沿って行われる測定であることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項９】
前記試料の表面が穴形状を有するとき、前記第４ステップにおける試料表面に対する平行方向成分を含む測定は穴の周方向に沿って行われる測定であることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項１０】
往復走査にて前記第１ステップと前記第４ステップを実行するとき、前記第１ステップを往路で実行し、前記第４ステップを復路で実行することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項１１】
前記第４ステップの走査動作は、前記第１および第２のステップに基づいて得た前記試料の表面に係る測定情報に基づき、試料表面に対して、各測定点での移動方向が試料表面の法線方向に沿って行われることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項１２】
前記第２ステップによる測定情報と前記第４ステップによる測定情報とを合成する第５のステップを備えることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項１３】
前記第４ステップの平行方向成分を含む測定において、前記探針と前記試料との接触の検出には、前記カンチレバーの捩れ信号と撓み信号のいずれか一方または両方を用いることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項１４】
前記第１ステップで行う第１回目の走査はＸ方向（Ｙ方向）の１ラインの走査であり、第３ステップで決定する探針移動路と測定場所は、第２ステップで得た情報に基づいて決定した探針移動路と測定場所をＹ方向（Ｘ方向）に複数回シフトして作成したものであることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項１５】
前記第２ステップで第１回目の走査中に測定情報を得る点は１点または数点であり、前記第３ステップで決定する探針移動路は前記１点または数点で得た測定情報により決定した直線であり、前記第４ステップにおける試料表面に対する平行方向成分を含む測定は、この直線に沿って行われることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項１６】
試料に対向する探針を有したカンチレバーと、前記探針と前記試料の間の位置関係にて直交する３軸（試料表面に平行な２軸Ｘ，Ｙ、試料表面の高さ方向の軸Ｚ）の各方向に変位を与えるＸＹＺ微動機構と、前記探針と前記試料の相対位置を変更する移動機構と、前記探針が前記試料の表面を走査するとき前記探針と前記試料の間で作用する物理量に基づき前記試料の表面特性を測定する測定手段と、前記カンチレバーの変位を検出する変位検出手段、前記ＸＹＺ微動機構と前記移動機構を介して前記探針と前記試料の位置関係を変化させる制御用コンピュータを備え、前記物理量を一定に保ちながら前記探針で前記試料の表面を走査して前記試料の表面特性を測定する走査型プローブ顕微鏡において、
前記制御用コンピュータに、
前記移動機構および前記ＸＹＺ微動機構により、予め設定された探針移動路について、前記試料上でＺ方向に前記探針の位置を制御しながら前記探針を前記試料の表面に沿ってＸ方向とＹ方向の両方またはいずれか一方向に走査させる第１の機能と、
前記走査の間に前記測定手段と前記変位検出手段により前記試料の表面に係る測定情報を得る第２の機能と、
前記測定で取得した前記試料の表面に係る前記測定情報に基づいて、第２回目の走査における探針移動路と、この探針移動路上での試料表面に対する平行方向成分を含む測定を行う測定場所とを決定する第３の機能と、
前記第２回目の走査に基づき平行方向成分を含む測定を行う第４の機能と、
を実現するためのプログラムを備えたことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査型プローブ顕微鏡とその測定方法に関し、特に、側壁や勾配のある形状等の形状測定や寸法計測に適した走査型プローブ顕微鏡とその測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型プローブ顕微鏡は、従来、原子のオーダまたはサイズの微細な対象物を観察できる測定分解能を有する測定装置として知られている。近年、走査型プローブ顕微鏡は、半導体デバイスが作られた基板やウェハの表面の微細な凹凸形状の測定など各種の分野に適用されている。測定に利用する検出物理量に応じて各種のタイプの走査型プローブ顕微鏡がある。例えばトンネル電流を利用する走査型トンネル顕微鏡（ＳＰＭ）、原子間力を利用する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、磁気力を利用する磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）等があり、それらの応用範囲も拡大しつつある。
【０００３】
中でも原子間力顕微鏡は、試料表面の形状を高分解能で検出するのに適しており、半導体等の分野で実績を上げている。
【０００４】
原子間力顕微鏡は、基本的な構成として、原子間力顕微鏡の原理に基づく測定装置部分を備える。通常、圧電素子を利用して形成されたトライポッド型あるいはチューブ型のＸＹＺ微動機構を備え、このＸＹＺ微動機構の下端に、先端に探針が形成されたカンチレバーが取り付けられている。探針の先端は試料の表面に対向している。上記カンチレバーに対して例えば光てこ式光学検出装置が配備される。すなわち、カンチレバーの上方に配置されたレーザ光源（レーザ発振器）から出射されたレーザ光がカンチレバーの背面で反射され、光検出器より検出される。カンチレバーにおいて捩れや撓みが生じると、光検出器におけるレーザ光の入射位置が変化する。従って探針およびカンチレバーで変位が生じると、光検出器から出力される検出信号で当該変位の方向および量を検出できる。
【０００５】
上記の原子間力顕微鏡の構成について、制御系として、通常、比較器、制御器が設けられる。比較器は、光検出器から出力される検出電圧信号と基準電圧とを比較し、その偏差信号を出力する。制御器は、当該偏差信号が０になるように制御信号を生成し、この制御信号をＸＹＺ微動機構内のＺ微動機構に与える。こうして、試料と探針の間の距離を一定に保持するフィードバックサーボ制御系が形成される。上記の構成によって探針を試料表面の微細凹凸等に追従させながら走査し、その形状等を測定することができる。
【０００６】
半導体ウェハ用途の原子間力顕微鏡では、ＡＦＭシステムコントローラにより、観察場所の特定、ＡＦＭ測定、ＡＦＭデータの処理など一連の処理を自動化することが可能になっている。
【０００７】
ここで、図１５を参照して従来の一般的な測定に係る探針の走査移動方法を説明し、従来の問題点を指摘する。図１５において、１０１は探針を示し、１０２は試料を示し、１０２ａは試料表面を示している。
【０００８】
図１５の（Ａ）は連続法を示す。この連続法では、探針１０１を試料表面１０２ａに沿って連続的になぞって移動させる。破線１０３は探針１０１の先端部の移動の軌跡である。一般的に、カンチレバーのたわみを静的状態で一定に保ちながら試料の表面方向（ＸＹ方向）に走査させる方式（静的コンタクト法）、カンチレバーの共振点でカンチレバー（探針）を微小振動させて原子間力に伴う振動振幅や振動数シフトを検出する方式（動的コンタクト法：特許文献１参照）などが使用される。基本的に、探針１０１の制御方向は、矢印１０４に示す通り、試料表面１０２ａの高さ方向（Ｚ方向）のみの制御である。この連続法は、探針１０１の先端半径や探針１０１の先端角度による制約から、図１５の（Ａ）で示すごとく直角の壁面を有する試料１０２の溝の側面形状を測定することはできない。また試料表面１０２ａを連続的になぞっていく方式のため、探針１０１の先端の磨耗が大きいという問題を有する。特に急峻な傾斜部を有する表面形状の場合には、探針１０１の動作が当該傾斜部に追従できないため、磨耗がより大きくなり、信頼性の高い計測には適さないという問題を有する。
【０００９】
図１５の（Ｂ）は離散法を示す（特許文献２参照）。この離散法では、多数の破線１０５で図示されるように、試料表面１０２ａにおいて形状の測定を行う測定点のみ探針１０１を試料表面１０２ａに接近させ、ＸＹ走査時には探針１０１を試料表面１０２ａから離反させる。離散法は、探針１０１の形状に伴って、９０・に切り立った側面部の形状計測は、連続法と同様に困難である。しかし、走査に伴う横方向力が作用しないこと、試料との接触時間が短いことなどの理由から探針１０１の磨耗を低減できる。このため、半導体のインライン検査用途等のような高信頼な計測が必要とされる分野に使用されている。
【００１０】
図１５の（Ｃ）は２方向同時制御法の一例を示したものである（特許文献３参照）。先端部にフラッパ状に広がりを持つ探針１０６を用いて、図１５中の水平（横）方向（Ｘ方向：矢印１０７）と垂直（縦）方向（Ｚ方向：矢印１０８）の２方向に当該探針１０６の動作を制御する。この２方向同時制御法では、探針１０６の先端部をＸ方向やＺ方向に振動させ、その振動振幅や周波数変動が一定になるように制御し、試料表面の溝部等の側壁の計測も可能になる。しかしながら、基本的に連続的に試料表面１０２ａの凹凸形状をなぞる方式であるため、探針１０６の磨耗が大きい点は改良されない。
【００１１】
また２方向同時制御では横方向振動（矢印１０７）が必要であるため、計測可能な溝寸法に制約を受ける。探針先端径をｄ、振動振幅をａ、溝幅をＷとした場合、Ｗ＞ｄ＋ａの関係を満たす必要がある。半導体デバイスの微細化に伴い溝幅（または穴径）は微細化し、３０〜６０ｎｍといった寸法が要求されつつある。探針の直径は２０ｎｍレベルが現在の技術限界であり、また探針の直径を余り細くすると、探針が曲がりやすくなり、剛性面でも実用化の限界がある。さらに、横方向振動の振幅は少なくとも数十ｎｍは必要になると考えられる。以上のように、横方向振動が必要な方式は試料の微細化に対して不利である。さらに連続的になぞるためには、左右の両側壁を常になぞっていく必要があり、制御が複雑になり、測定時間が多くかかるという問題もある。
【特許文献１】特許第２７３２７７１号公報（特開平７−２７０４３４号公報）
【特許文献２】特許第２９３６５４５号公報（特開平２−５３４０号公報）
【特許文献３】特許第２５０１２８２号公報（特開平６−８２２４８号公報）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
走査型プローブ顕微鏡によって試料表面の形状等を測定する場合において、従来の探針走査移動方法によれば、当該試料表面の凹凸形状で微細な溝や穴等の勾配部分や側壁等を測定するとき、上記のごとく、探針の先端部の磨耗が大きくなり、その結果測定信頼性が低く、また探針の走査に係る移動制御が複雑になり、測定のための走査時間が全体として長くなるという問題点が存在する。
【００１３】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、試料表面の微細な溝や穴等の勾配部分や側壁等を測定するとき、探針の先端部の磨耗が小さくなり、測定信頼性が高く、探針走査の移動制御を簡単に行うことができ、さらに試料表面を短時間に走査することができる走査型プローブ顕微鏡およびその測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る走査型プローブ顕微鏡およびその測定方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１５】
第１の走査型プローブ顕微鏡の測定方法（請求項１に対応）は、試料に対向する探針を有したカンチレバーと、探針と試料の間の位置関係にて直交する３軸（試料表面に平行な２軸Ｘ，Ｙ、試料表面の高さ方向の軸Ｚ）の各方向に変位を与えるＸＹＺ微動機構と、探針と試料の相対位置を変更する移動機構と、探針が試料の表面を走査するとき探針と試料の間で作用する物理量に基づき試料の表面特性を測定する測定部と、カンチレバーの変位を検出する変位検出部とを備え、物理量を一定に保ちながら探針で試料の表面を走査して試料の表面特性を測定する走査型プローブ顕微鏡の測定方法であって、予め設定された探針移動路について、移動機構およびＸＹＺ微動機構によって、試料上でＺ方向に探針の位置を制御しながら探針を試料の表面に沿ってＸ方向とＹ方向の両方またはいずれか一方向に第１回目の走査として走査させる第１のステップと、第１ステップの間、測定部と変位検出部により試料の表面に係る測定情報を得る第２のステップと、第２のステップで取得した試料の表面に係る測定情報に基づいて、第２回目の走査における探針移動路と、この探針移動路上での試料表面に対する平行方向成分を含む測定を行う測定場所とを決定する第３のステップと、第２回目の走査に基づき平行方向成分を含む測定を行う第４のステップと、を含んで成る測定方法である。
【００１６】
第２の走査型プローブ顕微鏡の測定方法（請求項２に対応）は、上記の測定方法において、好ましくは、試料表面に対する平行方向成分を含む測定を行う測定場所は、試料表面における傾斜を有する部分である。
【００１７】
第３の走査型プローブ顕微鏡の測定方法（請求項３に対応）は、上記の測定方法において、好ましくは、走査動作に基づく探針移動路で、探針は、試料表面における測定場所以外では試料表面から離れていることを特徴とする。
【００１８】
第４の走査型プローブ顕微鏡の測定方法（請求項４に対応）は、上記の測定方法において、好ましくは、探針は、試料表面に対する平行方向と垂直方向の両方またはいずれか一方の方向に先鋭部を有することを特徴とする。
【００１９】
第５の走査型プローブ顕微鏡の測定方法（請求項５に対応）は、上記の測定方法において、好ましくは、探針は、試料の表面に対して探針の軸が傾斜するように設けられることを特徴とする。
【００２０】
第６の走査型プローブ顕微鏡の測定方法（請求項６に対応）は、上記の測定方法において、好ましくは、第４ステップにおける試料表面に対する平行方向成分を含む測定は、寸法測定が必要である少なくとも１つの測定点、または必要最小限の測定点で行われることを特徴とする。
【００２１】
第７の走査型プローブ顕微鏡の測定方法（請求項７に対応）は、上記の測定方法において、好ましくは、試料表面に対して平行方向成分を含む測定ではカンチレバーの捩れ信号が用いられることを特徴とする。
【００２２】
第８の走査型プローブ顕微鏡の測定方法（請求項８に対応）は、上記の測定方法において、好ましくは、試料の表面が溝形状を有するとき、第４ステップにおける試料表面に対する平行方向成分を含む測定は溝の方向に平行な方向に沿って行われる測定であることを特徴とする。
【００２３】
第９の走査型プローブ顕微鏡の測定方法（請求項９に対応）は、上記の測定方法において、好ましくは、試料の表面が穴形状を有するとき、第４ステップにおける試料表面に対する平行方向成分を含む測定は穴の周方向に沿って行われる測定であることを特徴とする。
【００２４】
第１０の走査型プローブ顕微鏡の測定方法（請求項１０に対応）は、上記の測定方法において、好ましくは、往復走査にて第１ステップと第４ステップを実行するとき、第１ステップを往路で実行し、第４ステップを復路で実行することを特徴とする。
【００２５】
第１１の走査型プローブ顕微鏡の測定方法（請求項１１に対応）は、上記の測定方法において、好ましくは、第４ステップの走査動作は、第１および第２のステップに基づいて得た試料の表面に係る測定情報に基づき、試料表面に対して、各測定点での移動方向が試料表面の法線方向に沿って行われることを特徴とする。
【００２６】
第１２の走査型プローブ顕微鏡の測定方法（請求項１２に対応）は、上記の測定方法において、好ましくは、第２ステップによる測定情報と第４ステップによる測定情報とを合成する第５ステップを備えることを特徴とする。
【００２７】
第１３の走査型プローブ顕微鏡の測定方法（請求項１３に対応）は、上記の測定方法において、好ましくは、第４ステップの平行方向成分を含む測定において、探針と試料との接触の検出には、カンチレバーの捩れ信号と撓み信号のいずれか一方または両方を用いることを特徴とする。
【００２８】
第１４の走査型プローブ顕微鏡の測定方法（請求項１４に対応）は、上記の測定方法において、好ましくは、第１ステップで行う第１回目の走査はＸ方向（Ｙ方向）の１ラインの走査であり、第３ステップで決定する探針移動路と測定場所は、第２ステップで得た情報に基づいて決定した探針移動路と測定場所をＹ方向（Ｘ方向）に複数回シフトして作成したものであることを特徴とする。
【００２９】
第１５の走査型プローブ顕微鏡の測定方法（請求項１５に対応）は、上記の測定方法において、好ましくは、第２ステップで第１回目の走査中に測定情報を得る点は１点または数点であり、第３ステップで決定する探針移動路は１点または数点で得た測定情報により決定した直線であり、第４ステップにおける試料表面に対する平行方向成分を含む測定は、この直線に沿って行われることを特徴とする。
【００３０】
第１６の走査型プローブ顕微鏡（請求項１６に対応）は、試料に対向する探針を有したカンチレバーと、探針と試料の間の位置関係にて直交する３軸（試料表面に平行な２軸Ｘ，Ｙ、試料表面の高さ方向の軸Ｚ）の各方向に変位を与えるＸＹＺ微動機構と、探針と試料の相対位置を変更する移動機構と、探針が試料の表面を走査するとき探針と試料の間で作用する物理量に基づき試料の表面特性を測定する測定部と、カンチレバーの変位を検出する変位検出部、ＸＹＺ微動機構と移動機構を介して探針と試料の位置関係を変化させる制御用コンピュータを備え、物理量を一定に保ちながら探針で試料の表面を走査して試料の表面特性を測定する走査型プローブ顕微鏡において、制御用コンピュータに、移動機構およびＸＹＺ微動機構により、予め設定された探針移動路について、試料上でＺ方向に探針の位置を制御しながら探針を試料の表面に沿ってＸ方向とＹ方向の両方またはいずれか一方向に走査させる第１の機能と、上記走査の間に測定部と変位検出部により試料の表面に係る測定情報を得る第２の機能と、第２機能による測定で取得した試料の表面に係る測定情報に基づいて、第２回目の走査における探針移動路と、この探針移動路上での試料表面に対する平行方向成分を含む測定を行う測定場所とを決定する第３の機能と、第２回目の走査に基づき測定を行う第４の機能と、を実現するためのプログラムを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば次の効果を奏する。この走査型プローブ顕微鏡の測定方法によれば、Ｚ方向制御に基づく走査動作と水平方向成分の測定に係る走査動作を分けて２回実行することにしたため、試料表面の微細な溝や穴等の勾配部分や側壁等を測定するとき、探針の先端部の磨耗が小さくなり、測定信頼性が高く、探針走査の移動制御を簡単に行うことができ、さらに試料表面を短時間に走査することができる。
【００３２】
また本発明による走査型プローブ顕微鏡およびその測定方法によれば、試料表面における溝等の両側側壁に沿った２次元追従制御が不要のため測定が単純化され、測定時間が短縮される。さらに溝等における両側の側壁の間のある部分の水平寸法が必要な場合には、その一点のみの水平寸法を計測すればよく従来法に対して使用法に制限がなく、短時間かつ高精度な測定を行うことができる。また連続的ななぞり制御に必要な横方向振動が必要でないため、微細な溝や穴等の測定に対して従来法に比べて有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００３４】
図１を参照して本発明の実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡の構成と基本動作を説明する。この走査型プローブ顕微鏡は代表的な例として原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を想定している。
【００３５】
走査型プローブ顕微鏡の下側部分には試料ステージ１１が設けられている。試料ステージ１１の上に試料１２が置かれている。試料ステージ１１は、直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸で成る３次元座標系１３において試料１２の位置を変えるための機構である。試料ステージ１１はＸＹステージ１４とＺステージ１５と試料ホルダ１６とから構成されている。試料ステージ１１は、通常、試料側で変位（位置変化）を生じさせる粗動機構部として構成される。試料ステージ１１の試料ホルダ１６の上面には、比較的大きな面積でかつ薄板形状の上記試料１２が置かれ、保持されている。試料１２は、例えば、表面上に半導体デバイスの集積回路パターンが製作された基板またはウェハである。試料１２は試料ホルダ１６上に固定されている。試料ホルダ１６は試料固定用チャック機構を備えている。
【００３６】
試料１２の上方位置には、駆動機構１７を備えた光学顕微鏡１８が配置されている。光学顕微鏡１８は駆動機構１７によって支持されている。駆動機構１７は、詳しくは、光学顕微鏡１８を、Ｚ軸方向に動かすためのフォーカス用Ｚ方向移動機構部と、ＸＹの各軸方向に動かすためのＸＹ方向移動機構部とから構成されている。駆動機構１７はフレーム部材に固定されるが、図１で当該フレーム部材の図示は省略されている。
【００３７】
光学顕微鏡１８は、その対物レンズ１８ａを下方に向けて配置され、試料１２の表面を真上から臨む位置に配置されている。光学顕微鏡１８の上端部にはＴＶカメラ（撮像装置）１９が付設されている。ＴＶカメラ１９は、対物レンズ１８ａで取り込まれた試料表面の特定領域の像を撮像して取得し、画像データを出力する。
【００３８】
試料１２の上側には、先端に探針２０を備えたカンチレバー２１が接近した状態で配置されている。カンチレバー２１は取付け部２２に固定されている。取付け部２２は、例えば、空気吸引部（図示せず）が設けられると共に、この空気吸引部は空気吸引装置（図示せず）に接続されている。カンチレバー２１は、その大きな面積の基部が取付け部２２の空気吸引部で吸着されることにより、固定され装着される。取付け部２２の後部には突片部２３が設けられている
【００３９】
上記の取付け部２２は、カンチレバー変位検出部２４の支持フレーム２５の下面に取り付けられている。
【００４０】
カンチレバー変位検出部２４は、上記支持フレーム２５に、レーザ光源２６と光検出器２７が所定の配置関係で取り付けられた構成を有する。カンチレバー変位検出部２４とカンチレバー２１は一定の位置関係に保持され、レーザ光源２６から出射されたレーザ光２８はカンチレバー２１の背面で反射されて光検出器２７に入射されるようになっている。上記カンチレバー変位検出部２４は光てこ式光学検出装置を構成する。この光てこ式光学検出装置によって、カンチレバー２１で捩れや撓み等の変形が生じると、当該変形による変位を検出することができる。
【００４１】
カンチレバー変位検出部２４はＸＹＺ微動機構２９に取り付けられている。ＸＹＺ微動機構２９によってカンチレバー２１および探針２０等はＸＹＺの各軸方向に微小距離で移動される。このとき、カンチレバー変位検出部２４は同時に移動することになり、カンチレバー２１とカンチレバー変位検出部２４の位置関係は不変である。
【００４２】
上記において、ＸＹＺ微動機構２９は、一般的に、圧電素子を用いた平行板バネ機構、チューブ型機構、またはボイスコイルモータ等で構成されている。ＸＹＺ微動機構２９によって、探針２０の移動について、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各々へ微小距離（例えば数〜１０μｍ、最大１００μｍ）の変位を生じさせる。
【００４３】
上記のＸＹＺ微動機構２９は、光学顕微鏡１８に関するユニットが取り付けられる前述したフレーム部材３０に取り付けられている。
【００４４】
上記の取付け関係において、光学顕微鏡１８による観察視野には、試料１２の特定領域の表面と、カンチレバー２１における探針２０を含む先端部（背面部）とが含まれる。
【００４５】
また上記取付け部２２の突片部２３に対しては、高精度のＸ軸方向変位計３１とＹ軸方向変位計３２とＺ軸方向変位計３３が設けられる。これらの変位計３１〜３３は、例えば静電容量型変位計、差動トランス型変位計、レーザ干渉計型等が用いられる。
【００４６】
次に走査型プローブ顕微鏡の制御系を説明する。制御系の構成として、コンピュータで構成されたＡＦＭシステムコントローラ４０が設けられている。
【００４７】
ＡＦＭシステムコントローラ４０は、その内部に、機能部として、光学顕微鏡制御部４１と、形状測定部４２と、比較部（または減算部）４３と、制御部４４と、ＸＹＺ指示部４５と、ＸＹＺ駆動部４６と、ＸＹＺステージ制御部４７と、記憶部４８を備えている。またＡＦＭシステムコントローラ４０に対してはインターフェース部５１を介して表示装置５２および入力装置５３が付設されている。
【００４８】
比較部４３と制御部４４は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による測定機構を原理的に実現するための構成である。比較部４３は、光検出器２７から出力されるＺ方向撓み電圧信号Ｖａと予め設定された基準電圧（Vref）とを比較し、その偏差信号ｓ１を出力する。制御部４４は、偏差信号ｓ１が０になるように制御信号ｓ２を生成し、この制御信号ｓ２をＸＹＺ駆動部４６内の切換部６１の端子６１ａに供給する。
【００４９】
また光検出器２７から出力される信号のうち捩れ電圧信号Ｖｂは形状測定部４２に入力される。
【００５０】
上記の光検出器２７には４分割型フォトダイオード等が使用される。この光検出器２７によれば、カンチレバー２１に関する上記の撓み電圧信号Ｖａと捩れ電圧信号Ｖｂが出力される。
【００５１】
光学顕微鏡１８は、フォーカス用Ｚ方向移動機構部とＸＹ方向移動機構部とから成る駆動機構１７によって、その位置が変化させられる。上記光学顕微鏡制御部４１は、Ｚ方向移動機構部とＸＹ方向移動機構部から成る駆動機構１７の動作を制御する。
【００５２】
光学顕微鏡１８によって得られた試料表面やカンチレバー２１の像は、ＴＶカメラ１９によって撮像され、画像データとして取り出される。光学顕微鏡１８のＴＶカメラ１９で得られた画像データは同様に光学顕微鏡制御部４１で処理される。
【００５３】
上記のＸＹＺ指示部４５は、ＸＹＺ微動機構２９のＸ方向微動量とＹ方向微動量とＺ方向微動量を指示する信号（最終的にＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を生成し出力する。ＸＹＺ指示部４５から出力されるＺ方向微動量に係る信号はＸＹＺ駆動部４６の切換部６１の端子６１ｂに供給される。切換部６１の可動端子６１ｃは上記の端子６１ａと端子６１ｂのいずれか一方に選択的に接続される。この切換部６１の可動端子６１ｃから出る信号は制御アンプ６２を経由して信号ＶｚとしてＸＹＺ微動機構２９のＺ微動部に与えられる。またＸＹＺ指示部４５から出力されたＸ方向微動量に係る信号はＸＹＺ駆動部４６の制御アンプ６３を経由して信号ＶｘとしてＸＹＺ微動機構２９のＸ微動部に与えられる。さらにＸＹＺ指示部４５から出力されたＹ方向微動量に係る信号はＸＹＺ駆動部４６の制御アンプ６４を経由して信号ＶｙとしてＸＹＺ微動機構２９のＹ微動部に与えられる。
【００５４】
上記制御アンプ６２にはＺ軸方向変位計３３からの検出信号Ｕｚが入力され、制御アンプ６３にはＸ軸方向変位計３１からの検出信号Ｕｘが入力され、制御アンプ６４にはＹ軸方向変位計３２からの検出信号Ｕｙが入力されている。またＸ軸方向変位計３１とＹ軸方向変位計３２とＺ軸方向変位計３３からの各検出信号Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚは記憶部４８にも供給され、それぞれ各方向の変位データとして記憶部４８に記憶される。
【００５５】
形状測定部４２とＸＹＺ指示部４５と記憶部４８との間には制御上必要なデータのやり取りを行うように構成されている。
【００５６】
またＸＹＺステージ制御部４７は信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚを出力して試料ステージ１１におけるＸＹステージ１４とＺステージ１５の各動作を制御する。
【００５７】
上記の構成において、切換部６１の可動端子６１ｃが端子６１ａに接続されているとき、制御信号ｓ２に基づく信号（Ｖｚ）を受けたＸＹＺ微動機構２９は、カンチレバー２１の高さ位置を調整し、探針２０と試料１２の表面との間の距離を上記基準電圧（Vref）に基づいて決まる一定の距離に保つ。Ｚ方向撓み電圧信号Ｖａについて光検出器２７からＸＹＺ微動機構２９に到る制御ループは、探針２０で試料表面を走査するとき、光てこ式光学検出装置によってカンチレバー２１の変形状態を検出しながら、探針２０と試料１２との間の距離を上記の基準電圧（Vref）に基づいて決まる所定の一定距離に保持するためのフィードバックサーボ制御ループである。通常、この制御ループによって探針２０は試料１２の表面から一定の距離に保たれ、この状態で試料１２の表面を走査すると、試料表面の凹凸形状を測定することができる。
【００５８】
比較部４３や制御部４４等を含む上記のフィードバックサーボ制御ループにおいて、制御部４４から出力される制御信号（ｓ２）は、走査型プローブ顕微鏡（原子間力顕微鏡）における探針２０の高さ信号を意味するものである。
【００５９】
試料１２の表面の測定領域について探針２０による試料表面の走査は、ＸＹＺ微動機構２９のＸ微動部およびＹ微動部を駆動することにより行われる。ＸＹＺ微動機構２９の駆動制御は、上記ＸＹＺ指示部４５から出力されるＸ方向信号ＶｘとＹ方向信号Ｖｙによって行われる。
【００６０】
記憶部４８には、通常の測定プログラムおよび測定条件、本実施形態に係る測定方法を実施するための測定プログラム、測定データ等が記憶される。特に、本発明の場合には、自動測定において試料表面の溝や穴等の側壁や傾斜部等に対して探針を移動させる測定プロセスを含んでおり、側壁等の測定を行うためのプログラムを備えている。
【００６１】
またＡＦＭシステムコントローラ４０は、インターフェース部５１を介して、表示装置５２に測定データに基づく測定画像を表示し、かつ入力装置５３から測定プログラム、測定条件、データ等を設定・変更することができる。
【００６２】
次に、上記構成を有する走査型プローブ顕微鏡で実行される測定方法について説明する。先ず図２〜図４を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
【００６３】
図２は本実施形態で使用される探針２０の先端形状の一例を示す。この図示例では、正面から見た探針先端部の形状を誇張して示している。図２において、探針２０は、試料１２の表面に平行な図１中の水平方向（ＸＹ方向）に例えば先鋭部２０ａ，２０ｂを有し、試料表面に直交する垂直方向（Ｚ方向または高さ方向）に先鋭部２０ｃを有している。
【００６４】
次に図３に探針２０の移動動作に関する動作軌跡図を示す。図３では、（A)と（B)の２つの移動動作に関する動作軌跡図が示されている。この走査型プローブ顕微鏡の測定方法では、２回の測定が行われることを前提とする。図３において、（A)は第１回目の測定における探針の動作軌跡が示され、（B)は第２回目の測定における探針の動作軌跡が示されている。（A)から（B)への矢印７０は測定の順序を意味している。    
【００６５】
図３の（A)において、探針２０はＸ方向にて図中左側から右側へ走査動作を行いながら、一定間隔で設定された測定点で試料１２の表面に接近して当該試料表面に接触するように移動する。この移動方法は、背景技術の箇所で説明した離散法に基づく測定方法である。探針２０がＸ方向に走査移動するときには、探針２０の先端位置は一定の高さ位置（Ｈ）に設定され、各測定点のみで接近動作が行われる。図３において、Ｚ方向の多数の破線７１は、試料表面に対する接近動作、および試料表面からの退避動作を示している。なお試料１２の表面には一定間隔で例えば溝１２ａが形成されているものとする。従って破線７１の長さは、試料１２の表面と溝１２ａの底とでは異なっている。
【００６６】
図３の（A)に示されるごとく、第１回目の走査によって、ＸＹＺ指示部４５から出力される指示信号に基づいて、或る測定位置の範囲に関して、試料１２の表面の凹凸形状を離散法で測定（計測）する。このとき切換部６１では可動端子は６１ｃは端子６１ａに接続されている。第１回目の測定のときの移動軌跡に係る位置座標と試料表面の凹凸形状に係る測定データは、変位計３１〜３３で検出され、記憶部４８に記憶される。次に、図３の（Ｂ）に示すように第２回目の測定を行う。第２回目の走査動作の移動の方向は、第１回目の走査方向と同じである。この場合、溝等１２ａの側壁７２，７３の位置座標は第１回目の測定で既知である。そこで側壁７２の測定に関しては、側壁７２の壁面に沿う点Ａから点Ｂまでの区間を水平方向（Ｘ方向）の離散法にて測定するように切り換える。また他の側壁７３の測定に関しては、側壁７３の壁面に沿う点Ｃから点Ｄまでの区間を水平方向（Ｘ方向）の離散法にて測定するように切り換える。側壁７２の測定の際の接近方向と側壁７３の測定の際の接近方向とは反対方向となる。
【００６７】
なお図３の（Ｂ）に示された第２回目の測定では、溝等１２ａの側壁７２，７３におけるＸ方向の壁面に対してのみ離散法の測定が示されている。試料１２のその他の試料表面の測定データは既に第１回目の走査で得ているので、通常は省略する。従って図３の（Ｂ）ではＺ方向の離散法による測定は行われていない。
【００６８】
以上のごとく第１回目の測定と第２回目の測定を繰り返すことにより、試料１２の表面に形成された溝１２ａ等の両側の側壁７２，７３の形状を正確に測定することが可能となる。また測定に要する全体の時間も短時間となる。上記の実施形態の例では１ライン測定について説明したが、ライン測定を繰り返すことにより面としての測定も可能である。
【００６９】
次に、上記の切換えに基づく２回の測定動作を、図１に示した装置構成と図４に示したフローチャートの関係でさらに詳細に説明する。
【００７０】
前述のごとくＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向の高精度変位計３１〜３３の変位計信号（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）は、それぞれ、ＸＹＺ駆動部２９内でＸＹＺの各方向の制御アンプ６２，６３，６４にフィードバックされている。ＸＹＺ微動機構２９としては圧電素子を用いた機構が広く使用されるが、圧電素子の非線形動作は、高精度変位計３１〜３３の検出信号のフィードバックにより補償することができる。上記の第１回目の走査動作による測定では、ＸＹ方向に走査しながら、切換部６１の可動端子６１ｃを端子６１ａ側に設定して探針２０をＺ方向に制御する（ステップＳ１１）。第１回目の離散法による形状計測の結果、およびそのときの位置座標は記憶部４８に記憶される（ステップＳ１２）。
【００７１】
第２回目の測定では、記憶部４８の情報を元に位置決めをする（ステップＳ１３）。このステップＳ１３では、第２回目の走査軌跡（移動路）が作成され、かつ水平方向成分を測定するための制御位置が作成される。溝等１２ａの壁部７２，７３に対して壁面に沿って水平方向成分の測定を離散法で測定する場合、切換部６１では可動端子６１ｃを端子６１ｂ側に接続して、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）としてのＺ軸制御はオフにする。水平方向成分測定に係る測定点に達した場合、ＸＹＺ微動機構２９を水平方向（Ｘ方向またはＹ方向）に移動させ、探針２０に関する例えば捩れ電圧信号Ｖｂが或るレベルに達した点での位置を記憶していく（ステップＳ１４）。形状計測部４２は、第１回目の測定値と、第２回目の測定値とを合わせる形で形状情報を作成する（ステップＳ１５）。作成された形状情報は、インターフェース部５１を介して表示装置５２の画面に表示される（ステップＳ１６）。
【００７２】
本実施形態による走査型プローブ顕微鏡の測定方法においては、探針２０をＺ方向に制御して得た形状情報と、探針２０を水平方向（ＸＹ方向）に制御して得られた形状情報を分離して計測することができ、これら２つの情報を組み合せることにより試料表面に関して真の形状測定が可能となり、短時間で測定を行うことができる。また離散法のため、探針の磨耗は極めて少ない。
【００７３】
図５は、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の測定方法の第２の実施形態を示す。図５は第１実施形態の図３と同様な図であり、図５において図３で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付している。図５の（Ａ）に示した第１回目の測定は図３の（Ａ）で説明したものと同じである。図５の（Ｂ）に示す第２回目の溝１２ａ等の側壁７２，７３に関する水平方向成分の測定では一点のみ（Ｅ，Ｆ）の測定を行っている。この測定方法は、側壁７２，７３の表面形状の詳細情報よりも、溝等１２ａの一点（Ｅ，Ｆ）の水平寸法値が必要な場合に有効である。
【００７４】
第２実施形態に係る測定方法によれば、同一個所を何回か繰り返して測定してその平均を求める、あるいはＥ、Ｆ点の近傍に微小に移動させてそれらの平均値を求める等をして寸法計測の高信頼化が実現できる。また本実施形態によれば、測定個所が少ないため、更なる計測時間の短縮も可能である。
【００７５】
なお第２実施形態の測定方法において、第２回目の測定における探針２０の走査方向は、第１回目の測定の場合と同じでもよいが、また戻り側の反対方向とすることもできる。
【００７６】
図６と図７は、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の測定方法の第３の実施形態を示す。図６は第１実施形態の図２と同様な図であり、図７は第１実施形態の図３と同様な図である。図６と図７において、図２および図３で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付している。図６に示されるように、この走査型プローブ顕微鏡の探針２０は、探針形状として、水平方向の先鋭部は片側だけ（２０ａ）を有している。
【００７７】
図７の（Ａ）に示した第１回目の測定の走査動作は図３の（Ａ）で説明したものと同じである。図７の（Ｂ）に示す第２回目の溝１２ａ等の側壁に関する水平方向成分の測定では、側壁としては左側の側壁７２のみを離散法で測定することになる。この測定方法によれば、側壁形状を詳細に見る場合や、短時間計測が必要な場合、あるいは溝幅（穴径）Ｗが微小な場合に有効である。
【００７８】
図８と図９は、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の測定方法の第４の実施形態を示す。図８は第１実施形態の図３と同様な図であり、図９は第４実施形態の変形例を示している。図８と図９において、図３で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付している。第４実施形態で使用される探針２０は従来の探針と同じであって、先端だけが先鋭になっており、第１実施形態のごとき特別な先鋭部（２０ａ等）を有していない。
【００７９】
図８の（Ａ）等に示されるように探針２０は傾斜させた状態にある。図８の（Ａ）の第１回目の離散法による測定においては探針２０は、Ｘ方向に走査移動しながらＺ方向のみの制御が行われる。図８の（Ｂ）に示される第２回目の測定では、試料１２の溝等１２ａの左側の側壁７２に対して傾斜状態の探針２０で測定する場合を示している。傾斜した探針２０を用いた方式は巧緻な技術であるが、本発明の一連のアルゴリズムの中で側壁計測に有効に利用できる。
【００８０】
また図９に示されるごとく、溝等１２ａの側壁７２に対する水平方向成分の測定動作は、探針２０の軸方向に沿った動作に変更することも可能である。
【００８１】
第４実施形態の測定方法によれば、複雑な形状をした探針２０を用いることなく、探針２０を傾斜させるのみで側壁７２の計測が可能になる。
【００８２】
図１０は、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の測定方法の第５の実施形態を示す。図１０において（Ａ）は第１回目の測定を示し、（Ｂ）は第２回目の測定を示している。図１０は基本的に第１実施形態の図３と同様な図である。図１０において、図３で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付している。第５実施形態で使用される探針２０は、第１実施形態で使用された探針と同じである。図１０で探針２０の図示は省略されている。
【００８３】
図１０に示した第５実施形態では、試料１２の表面に形成された溝１２ａ等であって、深くなるほど幅方向に広がっている場合を測定する例を示している。このような溝等１２ａの両側の側壁の壁面に係る測定であっても、本実施形態に係る測定方法によれば、容易に測定することができる。ただし、この測定方法では、（Ａ）で示した第１回目の測定では、探針２０は、試料１２の表面部分および溝等１２ａの底面で、当該表面部分および底面から一定の高さになるようにして設定されている。図１０で、点線８１は探針２０の移動軌跡（移動路）を示し、矢印８２，８３は探針２０の接近動作を示す。
【００８４】
図１１は、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の測定方法の第６の実施形態を示す。図１１は図３と同様な図であり、（Ａ）は第１回目の測定を示し、（Ｂ）は第２回目の測定を示している。図１１において、図３で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付している。第６実施形態で使用される探針２０は、第１実施形態で使用された探針と同じである。
【００８５】
第６実施形態に係る測定方法では、第２回目の測定において、溝１２ａの側壁７２の溝の長さ方向に沿った測定モードに切り替える。本実施形態は、溝１２ａの側壁７２（７３）に沿った形状を測定することが可能になる。
【００８６】
図１２は、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の測定方法の第７の実施形態を示す。図１２は図３と同様な図であり、（Ａ）は第１回目の測定を示し、（Ｂ）は第２回目の測定を示している。図１２において、図３で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付している。第６実施形態で使用される探針２０は、第１実施形態で使用された探針と同じである。
【００８７】
第６実施形態に係る測定方法では、試料１２の表面に形成された形状が穴１２ａの場合である。第１回目の測定は第１実施形態で説明した通りである。第２回目の測定では、走査として、穴１２ａの周方向に探針２０を移動させて穴１２ａの形状を測定するようにしている。
【００８８】
図１３は、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の測定方法の第８の実施形態を示す。図１３は図３と同様な図であり、（Ａ）は第１回目の測定を示し、（Ｂ）は第２回目の測定を示している。図１２において、図３で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付している。この実施形態の測定方法では、第１回目の測定では行き側（往路）に走査動作を行い、第２回目の測定では戻り側（復路）に走査動作を行っている。第８実施形態の測定方法によれば、走査時間を半減することができる。
【００８９】
図１４は、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の測定方法の第９の実施形態を示す。図１４は図３と同様な図であり、（Ａ）は第１回目の測定を示し、（Ｂ）は第２回目の測定を示している。図１４において、図３で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付している。この実施形態の測定方法では、探針２０は、特別な先端部を有しない通常の探針が使用されている。この測定方法の場合には、試料１２の試料表面に湾曲状の複数の突部１２ｂが形成されている場合の測定である。第１回目の測定では、図１４の（Ａ）に示すごとく試料の表面形状が曲線として描かれる。第２回目の測定では、湾曲形状の試料１２の表面に対して当該湾曲突部１２ｂの法線方向に測定するように走査移動を制御する。第９実施形態に係る測定方法によれば、探針２０と試料１２との間に横方向の力が作用せず、すべり現象などが低減できるため高精度な計測が可能となる。
【００９０】
第９実施形態の測定方法で、試料１２の表面の湾曲突部１２ｂに対して法線方向への探針２０の接近移動は、ＸＹＺ指示部４５から出力されるＸ方向とＺ方向の指示信号の組み合せに基づいて行われる。湾曲突部１２ｂの連続法による走査ではＸ方向の水平成分を含んでいる。
【００９１】
なお上記の説明では原子間顕微鏡を用いて説明したが、走査型トンネル顕微鏡をはじめとする各種走査型プローブ顕微鏡に適用できることは明らかである。また第１回目の測定および第２回目の測定を共に離散法を用いて説明したが、連続法でも成り立つこと、また探針形状を含めてそれらの組み合わせにより各種の変形が可能なことも明らかである。
【００９２】
また、第２回目の測定（図２（Ｂ）、図５（Ｂ）、・など）を水平方向に測定動作する場合により説明したが、図９に示したように斜め方向に動作させて、カンチレバーの捩れ信号と撓み信号の両方を用いて探針の試料表面への接触を検出してもよい。
【００９３】
また溝形状等の測定の場合は、第１回目の測定をＸ方向に１ラインだけ行い、第２回目の測定に関してはＹ方向にシフトさせながら複数ラインの測定を行うことも可能である。
【００９４】
さらに、第１回目の測定は走査ラインに沿って連続してあるいは一定間隔ごとに測定するのではなく、１点のみあるいは少ない点数の数点のみとしてもよい。例えば図９に関して、第１回目の測定は試料表面の高さを測定するために１点あるいは数点とし、測定した高さから直線状のラインを定め、第２回目の測定はこのラインに沿った試料全域をこのラインから斜め方向に動作させて計測する方法もある。
【００９５】
またカンチレバーの変位検出は光てこ法により説明したが、捩れと撓みを同時に検出可能なピエゾ抵抗効果を用いた方式を用いることも可能である。
【００９６】
また、上記測定方法は試料形状測定のみについて説明したが、例えばエッジ付き試料を用いてエッジ付近で第２回目の測定を行うことにより、探針形状の計測にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、走査型プローブ顕微鏡で試料表面を測定するとき、試料表面の溝等の側壁等を正確にかつ短時間で測定するのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の全体構成を示す構成図である。
【図２】本発明に係る測定方法で使用される探針の形状を示す正面図である。
【図３】本発明に係る測定方法の第１実施形態を示す探針移動図である。
【図４】本発明に係る測定方法の第１実施形態の測定方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る測定方法の第２実施形態を示す探針移動図である。
【図６】本発明に係る測定方法で使用される他の探針の形状を示す正面図である。
【図７】本発明に係る測定方法の第３実施形態を示す探針移動図である。
【図８】本発明に係る測定方法の第４実施形態を示す探針移動図である。
【図９】本発明に係る測定方法の第４実施形態の変形例を示す探針移動図である。
【図１０】本発明に係る測定方法の第５実施形態を示す探針移動図である。
【図１１】本発明に係る測定方法の第６実施形態を示す探針移動図である。
【図１２】本発明に係る測定方法の第７実施形態を示す探針移動図である。
【図１３】本発明に係る測定方法の第８実施形態を示す探針移動図である。
【図１４】本発明に係る測定方法の第９実施形態を示す探針移動図である。
【図１５】従来の走査型プローブ顕微鏡の測定方法を説明するための探針移動図である。
【符号の説明】
【００９９】
１１      試料ステージ
１２      試料
１７      駆動機構
１８      光学顕微鏡
１９      ＴＶカメラ
２０      探針
２１      カンチレバー
２２      取付部
２４      カンチレバー変位検出部
２９      ＸＹＺ微動機構
４０      ＡＦＭシステムコントローラ
【図１】
2006234507.tif 000003
【図２】
2006234507.tif 000004
【図３】
2006234507.tif 000005
【図４】
2006234507.tif 000006
【図５】
2006234507.tif 000007
【図６】
2006234507.tif 000008
【図７】
2006234507.tif 000009
【図８】
2006234507.tif 000010
【図９】
2006234507.tif 000011
【図１０】
2006234507.tif 000012
【図１１】
2006234507.tif 000013
【図１２】
2006234507.tif 000014
【図１３】
2006234507.tif 000015
【図１４】
2006234507.tif 000016
【図１５】
2006234507.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月25日(2005.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
図１５の（Ｂ）は離散法を示す（特許文献２参照）。この離散法では、多数の破線１０５で図示されるように、試料表面１０２ａにおいて形状の測定を行う測定点のみ探針１０１を試料表面１０２ａに接近させ、ＸＹ走査時には探針１０１を試料表面１０２ａから離反させる。離散法は、探針１０１の形状に伴って、９０°に切り立った側面部の形状計測は、連続法と同様に困難である。しかし、走査に伴う横方向力が作用しないこと、試料との接触時間が短いことなどの理由から探針１０１の磨耗を低減できる。このため、半導体のインライン検査用途等のような高信頼な計測が必要とされる分野に使用されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
また、第２回目の測定（図２（Ｂ）、図５（Ｂ）、…など）を水平方向に測定動作する場合により説明したが、図９に示したように斜め方向に動作させて、カンチレバーの捩れ信号と撓み信号の両方を用いて探針の試料表面への接触を検出してもよい。