(57)【要約】【課題】走査型プローブ顕微鏡測定の障害となる半導体ウエハ内部に蓄積された電荷を、確実に取り除き、走査型プローブ顕微鏡の探針の破壊を防止し、安定した表面形状測定を行うことができる測定システムおよび測定方法を提供すること。【解決手段】第１プローブ１３６と、被測定物ＳＰを第１プローブ１３６に対して進退および走査可能に相対的に移動させる第１試料位置制御手段１２０と第１プローブ１３６および被測定物ＳＰの表面を観察可能な光学顕微鏡部１５０とを有する走査型プローブ顕微鏡部１００と、導電性の第２プローブ２３２と、被測定物ＳＰの特定部位を第２プローブ２３２に対して進退および走査可能に相対的に移動させる第２試料位置制御手段２２０と第２プローブ２３２および被測定物ＳＰの表面を観察可能な光学顕微鏡部１５０とを有する除電部２００と、を備える。【選択図】図１
2008128656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１プローブと、被測定物を前記第１プローブに対して進退および走査可能に相対的に移動させる第１試料位置制御手段と、前記第１プローブおよび前記被測定物の表面を観察可能な光学顕微鏡部と、を有する走査型プローブ顕微鏡部と、
導電性の第２プローブと、前記被測定物の特定部位を前記第２プローブに対して進退および走査可能に相対的に移動させる第２試料位置制御手段と、前記第２プローブおよび前記被測定物の表面を観察可能な光学顕微鏡部と、を有する除電部と、
を備えた表面形状測定システム。
【請求項２】
第１プローブと、導電性の第２プローブと、を有するプローブホルダと、
前記第１プローブまたは第２プローブと、被測定物の表面と、を観察可能な光学顕微鏡部と、
前記被測定物を前記第１プローブおよび前記第２プローブのそれぞれに対して進退および走査可能に相対的に移動させる試料位置制御手段と、
を備えた表面形状測定システム。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１試料位置制御手段は、前記第１プローブの先端に前記被測定物の表面を追従させながら走査可能である表面形状測定システム。
【請求項４】
請求項２において、
前記試料位置制御手段は、前記第１プローブの先端に前記被測定物の表面を追従させながら走査可能である表面形状測定システム。
【請求項５】
請求項１または３において、
さらに、前記被測定物を少なくとも前記走査型プローブ顕微鏡部と前記除電部との間で搬送する試料搬送手段を備えた表面形状測定システム。
【請求項６】
請求項２または４において、
前記プローブホルダは、前記第１プローブと前記第２プローブとの位置を相互に置換できる、表面形状測定システム。
【請求項７】
請求項１、３および５のいずれかにおいて、
前記除電部のかわりに、
少なくとも、ターンテーブルと、処理液供給ノズルと、を有するウエット除電部を備えた表面形状測定システム。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記被測定物は、タングステンプラグを有する半導体ウエハである表面形状測定システム。
【請求項９】
請求項１ないし６、および８のいずれかに記載の表面形状測定システムを用いた測定方法であって、
前記第１プローブの先端を前記被測定物の表面に接近させる前に、
前記第２プローブに前記被測定物の表面の特定部位を接触させて除電する表面形状の測定方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記被測定物は、タングステンプラグを有する半導体ウエハである表面形状の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハの表面形状の測定に適した測定システムおよび測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）によって試料の表面形状を測定する基本的な原理は、当業者には公知である。すなわちその構成として、カンチレバーと称する板バネ状の片持ち梁の先端付近に、先端の曲率半径が非常に小さい探針（プローブ）と、試料と探針との相対的な位置を制御する機構を有している。そして、該探針を試料に対して接近させることによって生じる各種の物理量を用いて探針と試料との距離を制御しながら、探針を試料表面に相対的に走査させることが基本的な原理である。たとえば、注目する物理量が、探針先端の原子と試料表面の原子との間に生じる力であれば、このようなＳＰＭは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）と称される。またたとえば、注目する物理量が、探針と試料との間に流れるトンネル電流であれば、このようなＳＰＭは走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）と称される。また、これらが顕微鏡と称される理由は、試料表面を走査することにより、たとえば表面形状を二次元的に再構築することができるため、ナノメートルオーダーの表面形状を拡大してたとえばモニタ上で観察することができるからである。
【０００３】
ＳＰＭは、他の表面形状観察方法（たとえば走査型電子顕微鏡）のように、真空中で測定を行う必要がなく、その上、試料表面の形状を高分解能で測定することができるため、近年では半導体ウエハの製造において利用が盛んである。
【０００４】
ところでＳＰＭによる半導体ウエハの測定において、測定に不具合を生じる要因の１つとして、試料の帯電が挙げられる。すなわち、試料の帯電により、ＳＰＭの探針が試料に接近したときに、探針と試料との間に電荷の急激な移動である放電現象が生じ、探針を破壊してしまうという現象がある。この現象に対しては、試料の帯電を緩和する方法として、たとえばイオナイザまたは紫外線照射装置などを設け、除電を行うことが一般的である（特許文献１、２を参照）。このような除電の方法は、試料近傍に正と負のイオンを発生させ、該イオンを試料の表面に接触させるなどして、電気的中和を行うという原理に基づいている。
【特許文献１】特開２００５−１９５５４７号公報
【特許文献２】特開２００５−１９５５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、測定対象である半導体ウエハのうち、特にウエハ内部に配線層を有するものや、タングステンプラグを有するものは、半導体ウエハ表面付近の電荷を中和するだけでは除電が不十分であり、ウエハ内部に電荷を残存させてしまうということを、本願発明者は見出した。このような試料に対しては、前述のイオナイザによる電気的中和方法では十分に除電できず、ＳＰＭの探針が試料に接近したときに、放電して探針を破壊してしまうこととなる。ＳＰＭを安定的な半導体製造プロセスにおいて活用するためには、このような公知の除電方法では十分に除電できない半導体ウエハに対しても、安定して測定できる装置および測定方法の開発が必要である。
【０００６】
本発明の目的は、走査型プローブ顕微鏡測定の障害となる半導体ウエハ内部に蓄積された電荷を、確実に取り除き、走査型プローブ顕微鏡の探針の破壊を防止し、安定した表面形状測定を行うことができる、測定システムおよび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】
【０００７】
本発明にかかる表面形状測定システムは、
第１プローブと、被測定物を前記第１プローブに対して進退および走査可能に相対的に移動させる第１試料位置制御手段と、前記第１プローブおよび前記被測定物表面を観察可能な光学顕微鏡部と、を有する走査型プローブ顕微鏡部と、
導電性の第２プローブと、前記被測定物の特定部位を前記第２プローブに対して進退および走査可能に相対的に移動させる第２試料位置制御手段と、前記第２プローブおよび前記被測定物表面を観察可能な光学顕微鏡部と、を有する除電部と、
を備える。
【０００８】
このような構成により、たとえば、被測定物である半導体ウエハ内部に蓄積された電荷を、確実に取り除き、走査型プローブ顕微鏡の探針の破壊を防止し、安定した表面形状測定を行うことができる。
【０００９】
本発明にかかる表面形状測定システムは、
第１プローブと、導電性の第２プローブと、を有するプローブホルダと、
前記第１プローブまたは第２プローブと、前記被測定物表面と、を同時に観察可能な光学顕微鏡部と、
被測定物を前記第１プローブおよび前記第２プローブの少なくとも一方に対して進退および走査可能に相対的に移動させる試料位置制御手段と、
を備える。
【００１０】
このような構成により、たとえば、被測定物である半導体ウエハ内部に蓄積された電荷を、確実に取り除き、走査型プローブ顕微鏡の探針の破壊を防止し、安定した表面形状測定を行うことができる。
【００１１】
本発明にかかる表面形状測定システムは、
前記第１試料位置制御手段を、前記第１プローブの先端に前記被測定物の表面を追従させながら走査可能とすることができる。
【００１２】
本発明にかかる表面形状測定システムは、
前記試料位置制御手段を、前記第１プローブの先端に前記被測定物の表面を追従させながら走査可能とすることができる。
【００１３】
本発明にかかる表面形状測定システムは、
被測定物を少なくとも前記走査型プローブ顕微鏡部と前記除電部との間で搬送する試料搬送手段を備えることができる。
【００１４】
本発明にかかる表面形状測定システムは、
前記プローブホルダを、前記第１プローブと前記第２プローブとの位置を相互に置換できるものとすることができる。
【００１５】
本発明にかかる表面形状測定システムは、
前記被測定物を、タングステンプラグを有する半導体ウエハとすることができる。
【００１６】
本発明にかかる表面形状の測定方法は、
前記第１プローブの先端を前記被測定物の表面に接近させる前に、
前記第２プローブに前記被測定物の表面の特定部位を接触させて除電することができる。
【００１７】
本発明にかかる表面形状の測定方法は、前記表面形状測定システムを用いて半導体ウエハの表面形状を測定する方法である。
【００１８】
この方法によれば、半導体ウエハ内部に蓄積された電荷を、確実に取り除き、走査型プローブ顕微鏡の探針の破壊を防止し、安定した表面形状測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
１．第１実施形態
１．１．表面形状測定システム１０００
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、表面形状測定システム１０００を模式的に示す斜視図である。図２（Ａ）、（Ｂ）は、走査型プローブ顕微鏡部１００の要部を模式的に示す断面図である。図３（Ａ）、（Ｂ）、および（Ｃ）は、それぞれ第１プローブホルダ１３０を模式的に示す平面図、要部を拡大して模式的に示す平面図、および要部を拡大して模式的に示す図３（Ｂ）のＡ−Ａ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）、および（Ｃ）は、それぞれ第２プローブホルダ２３０を模式的に示す平面図、要部を拡大して模式的に示す平面図、および要部を拡大して模式的に示す図４（Ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【００２０】
本実施形態にかかる表面形状測定システム１０００は、図１に示すように、チャンバ５００内に、走査型プローブ顕微鏡部１００と、除電部２００と、ウエハ搬送機構３００と、イオナイザ４００と、を備えている。
【００２１】
１．１．１．走査型プローブ顕微鏡部１００
走査型プローブ顕微鏡部１００は、表面形状測定システム１０００の一部として被測定物ＳＰの表面形状を測定するために設けられる。走査型プローブ顕微鏡部１００は、図１および図２に示すように、チャンバ５００内に設けられ、除震台１１０と、第１試料位置制御手段１２０と、第１プローブホルダ１３０と、レーザーマウント１４０と、光学顕微鏡部１５０とを含む。
【００２２】
除震台１１０は、少なくとも第１試料位置制御手段１２０の下方に設けられる。除震台１１０は、走査型プローブ顕微鏡部１００が被測定物ＳＰの表面形状を測定する際に、外部からの振動を除去し、測定を安定に行わせる機能を有する。除震台１１０は、ダンパーを内蔵し、外部からの物理的振動を吸収し、除震台１１０の上に搭載された物体に外部からの振動が伝達しないようにする。除震台１１０の材質は、天板には、石、ステンレス等の堅牢な素材を用い、ダンパーは、エアダンパー、オイルダンパー等を用いる。除震台１１０の変形例としては、チャンバ５００内にゴム製ロープ等により懸下する、いわゆるバンジー型とすることができる。また、除震台１１０の変形としては、１つの除震台１１０の上に、第１試料位置制御手段１２０の他に、第２試料位置制御手段２２０等の他の部材を載せることも可能で、さらに表面形状測定システム１０００の全体が１つの除震台１１０の上に配置されることも可能である。
【００２３】
第１試料位置制御手段１２０は、図２（Ａ）および（Ｂ）に示すように、箱形の筐体１２１の内部に、下方から順に試料移動機構１２２、試料位置微調整機構１２３、および試料載台１２４が格納されて構成される。第１試料位置制御手段１２０は、除震台１１０の上に設けられ、第１プローブホルダ１３０の下に設けられる。第１試料位置制御手段１２０は、試料載台１２４の上に積載した被測定物ＳＰ（図２（Ｂ）参照）を、試料移動機構１２２、および試料位置微調整機構１２３によって３次元的に移動させる手段である。第１試料位置制御手段１２０は、上方の第１プローブホルダ１３０に設けられている第１プローブ１３６に対して、被測定物ＳＰを上下方向に進退させることができるとともに、被測定物ＳＰを横方向に走査することができる。以下に第１試料位置制御手段１２０を構成する各部につき説明する。
【００２４】
筐体１２１は、第１試料位置制御手段１２０の外枠を構成する（図２（Ａ））。筐体１２１の形状は、除震台１１０上で走査型プローブ顕微鏡部１００の各動作を安定に行うために、傾斜または振動することのない安定な形状が選択される。筐体１２１は、その内部に、試料移動機構１２２、試料位置微調整機構１２３、および試料載台１２４が格納される空間を有する。筐体１２１は、その上方に、試料載台１２４と干渉しないように、第１プローブホルダ１３０、およびレーザーマウント１４０を着脱自在に設置できるようになっている。
【００２５】
試料移動機構１２２は、筐体１２１の内部底面に設けられる（図２（Ａ）、（Ｂ）参照）。試料移動機構１２２は、試料位置微調整機構１２３の下に配置される。試料移動機構１２２は、その上面が、少なくとも上下方向（Ｚ方向）に移動可能な（Ｚ方向に伸縮する）機構を有する。試料移動機構１２２の伸縮機構には、公知の機構が用いられ、ステップモータ等により外部からの信号に従って駆動される。試料移動機構１２２は、試料位置微調整機構１２３の伸縮のストロークを補う機能を有する。試料移動機構１２２は、試料位置微調整機構１２３による試料移動よりも動作の精度が低い反面、動作の速度が大きい。試料移動機構１２２は、試料載台１２４の上に積載した被測定物ＳＰを、素早く第１プローブホルダ１３０に設けられている第１プローブ１３６に対して接近および離脱させることができる。
【００２６】
試料位置微調整機構１２３は、筐体１２１内の試料移動機構１２２の上に設けられる（図２（Ｂ）参照）。試料位置微調整機構１２３は、その上面に試料載台１２４が設けられる。試料位置微調整機構１２３は、たとえば圧電素子を含んで構成される。試料位置微調整機構１２３は、その上面が、左右、前後、および上下方向（Ｘ、Ｙ、およびＺ方向）に移動可能な機構を有する。試料位置微調整機構１２３には、公知の機構が用いられる。試料位置微調整機構１２３は、外部からの通電によって圧電素子が変形して、試料載台１２４の上に積載した被測定物ＳＰの位置をＸ、Ｙ、およびＺ方向へ移動させることができる。たとえば、試料位置微調整機構１２３は、複数の圧電素子を横方向に結合して構成され、各圧電素子をそれぞれ伸縮させることによってＸ、Ｙ、およびＺ方向へ被測定物ＳＰを移動させることができる。
【００２７】
試料載台１２４は、試料位置微調整機構１２３の上に、設けられる（図２（Ｂ）参照）。試料載台１２４は、被測定物ＳＰを安定して積載することができる形状を有する。試料載台１２４は、積載される被測定物ＳＰを確実に試料載台１２４に固定するために、真空チャック、または機械的なクリップ機構等を有してもよい。
【００２８】
第１プローブホルダ１３０は、図３に示すように、支持枠１３１、加振子１３２、カンチレバーチップ１３３、押さえワイヤ１３４、カンチレバー１３５、および第１プローブ１３６を含んで構成される。第１プローブホルダ１３０は、第１試料位置制御手段１２０とレーザーマウント１４０の間に設けられる（図２（Ｂ）参照）。第１プローブホルダ１３０は、第１プローブ１３６の先端を被測定物ＳＰの上面の全範囲に移動可能なＸＹステージ（図示せず）に水平に固定される。そして当該ＸＹステージは、第１試料位置制御手段１２０の筐体１２１に対して固定されてもよいし、その他の独立な支持体に固定されてもよい。
【００２９】
支持枠１３１は、第１プローブホルダ１３０の外枠を構成する。支持枠１３１は、平板状で、中央部に孔１３１ａを有する。支持枠１３１は、各部材を介して第１プローブ１３６が支持枠１３１の中心付近に配置されるように成型されている。支持枠１３１の材質は、ステンレス等の金属や、アクリル板等の樹脂が用いられる。
【００３０】
加振子１３２は、たとえば圧電素子を含んで構成される。加振子１３２は、支持枠１３１の中央付近の下面に設けられる（図３（Ａ）〜（Ｃ）参照）。加振子１３２の下には、カンチレバーチップ１３３が当接して配置される。加振子１３２は、支持枠１３１の下面よりも下に配置される。加振子１３２は、上面は水平で、下面は支持枠１３１の中心方向に向かって下がる方向に傾斜している。加振子１３２は、カンチレバーチップ１３３に高周波振動を加え、カンチレバーチップ１３３に付属するカンチレバー１３５を振動させることができる。加振子１３２は、走査型プローブ顕微鏡部１００における測定モードに依存して、高周波振動を発生したり、高周波振動を発生させないで用いたりする。
【００３１】
押さえワイヤ１３４は、一端が固定され、もう一端はバネ等を介して緊張して、支持枠１３１の下面に固定される（図３（Ｂ）参照）。押さえワイヤ１３４は、線状であり、一端のバネを外力を加えて縮めることで前記ワイヤの緊張が解け、弛緩した部分が形成される。該弛緩した部分と加振子１３２との間にカンチレバーチップ１３３を挿入して、バネから外力を取り除くと、押さえワイヤ１３４は、緊張し、カンチレバーチップ１３３を加振子１３２に押さえつけて固定する。
【００３２】
カンチレバーチップ１３３は、少なくとも１つのカンチレバー１３５を有する。カンチレバーチップ１３３は、図３（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、加振子１３２の下面に押さえワイヤ１３４によって押しつけられて固定される。カンチレバーチップ１３３は、加振子１３２に接するための十分な広さの面を有し、押さえワイヤ１３４によって緊縛されることができる程度の直方体の形状を有する。加振子１３２の下面に当接されたカンチレバーチップ１３３の最下部の一辺の一部にカンチレバー１３５が設けられている。カンチレバーチップ１３３は、カンチレバー１３５の取り扱いを容易にする機能を有する。カンチレバーチップ１３３の材質はガラス等で形成されるが、下面にはＳｉＮｘまたはＳｉＯｘなどの絶縁性の薄膜を有する。
【００３３】
カンチレバー１３５は、先端付近の下面に第１プローブ１３６を有する。カンチレバー１３５は、カンチレバーチップ１３３の下面の一部が延長するように突出して配置される（図３（Ｃ）参照）。カンチレバー１３５は、平板状で片持ち梁の形状を有する。カンチレバー１３５の片持ち梁の根元は、カンチレバーチップ１３３である。カンチレバー１３５の上面は、光を反射し、レーザー光線を利用した光てこの力点としての機能を有する（図２（Ｂ）参照）。カンチレバー１３５は、加振子１３２によりカンチレバーチップ１３３を高周波振動させたときには振動する。カンチレバー１３５の材質は、ＳｉＮｘまたはＳｉＯｘなどが用いられる。
【００３４】
第１プローブ１３６は、カンチレバー１３５の先端付近の下面に設けられる。第１プローブ１３６は、第１プローブホルダ１３０の最下部に位置する（図３（Ｃ）参照）。第１プローブ１３６の形状は先端（下端）が鮮鋭な錐状である。第１プローブ１３６の先端は、被測定物ＳＰの表面に接近したときに、各種の相互作用を生じる。第１プローブ１３６が受ける相互作用の種類によって、カンチレバー１３５がたわんだり、ねじれたりする。また、カンチレバー１３５が振動しているときに、第１プローブ１３６が被測定物ＳＰの表面と相互作用した場合は当該振動の振幅や位相が変化する。第１プローブ１３６の材質は、ＳｉＮｘまたはＳｉＯｘなどが用いられる。
【００３５】
レーザーマウント１４０は、筐体１４１、ガラス窓１４２、レーザー光出射部１４３、およびレーザー光検出部１４４を含んで構成される（図２（Ｂ）参照）。図２の符号１４５は、レーザー光出射部１４３から出射したレーザー光線がカンチレバー１３５の上面で反射し、レーザー光検出部１４４に入射するまでのレーザー光線の軌跡を示している。レーザーマウント１４０は、第１プローブホルダ１３０の上に設けられる。レーザーマウント１４０は、第１試料位置制御手段１２０の筐体１２１に対して固定されてもよいし、その他の独立な支持体に固定されてもよい。
【００３６】
筐体１４１は、内部に少なくともレーザー光出射部１４３、およびレーザー光検出部１４４を含む（図２（Ｂ）参照）。筐体１４１は、ステンレス、アルミニウム等の材質で形成される。筐体１４１は、レーザー光出射部１４３、およびレーザー光検出部１４４の位置や角度を変化させることができる機構を備えている。ガラス窓１４２は、表面形状を測定するときの外乱を防止するとともに、光学顕微鏡部１５０の視野を確保するために設けられる。
【００３７】
レーザー光出射部１４３は、筐体１４１の内部に設けられる。レーザー光出射部１４３は、図２（Ｂ）に示すように、カンチレバー１３５の背面に向かってレーザー光線を出射する。レーザー光出射部１４３は、筐体１４１の外部から位置および角度を調節可能である。レーザー光出射部１４３には、公知の半導体レーザーモジュールが用いられる。レーザー光出射部１４３から出射されるレーザーは、カンチレバー１３５に照射され光てこを形成する。レーザー光出射部１４３は、当該光てこの支点として働く。
【００３８】
レーザー光検出部１４４は、筐体１４１の内部に設けられる。レーザー光検出部１４４は、図２（Ｂ）に示すように、カンチレバー１３５の背面で反射されたレーザー光線を受光する。レーザー光検出部１４４は、筐体１４１の外部から、位置および角度を調節可能である。レーザー光検出部１４４は、公知の光検出技術が用いられ、４分割のフォトダイオードなどで構成される。レーザー光出射部１４３から出射したレーザー光は、カンチレバー１３５の上面で反射し、光てこを形成し、レーザー光検出部１４４に入射する。レーザー光検出部１４４は、光てこの作用点として働く。そして、カンチレバー１３５のたわみなどにより、レーザー光線の受光位置が変化することに対応して、試料位置制御手段１２０が被測定物ＳＰと第１プローブ１３６の間の距離を制御する。
【００３９】
光学顕微鏡部１５０は、ＣＣＤカメラ１５１と長焦点レンズ１５２とを有する。光学顕微鏡部１５０は、レーザーマウント１４０の上方に設けられる（図２（Ｂ）参照）。光学顕微鏡部１５０は、別に設けられた支持体（図示せず）に取り付けられ、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向に自在に移動可能である。そしてカンチレバー１３５および被測定物ＳＰに焦点を合わせることができる。
【００４０】
ＣＣＤカメラ１５１は、市販のものを用いる。ＣＣＤカメラ１５１で撮影された映像は、チャンバ５００の外部に設けられたモニタ等（図示せず）に表示される。長焦点レンズ１５２は、市販のものを用いる。長焦点レンズ１５２は、カンチレバー１３５および被測定物ＳＰの表面が観察できるものが選択される。
【００４１】
１．１．２．除電部２００
除電部２００は、表面形状測定システム１０００の一部として被測定物ＳＰの帯電部位から電荷を除去するために設けられる。除電部２００は、図１に示すように、チャンバ５００内に設けられ、除震台２１０と、第２試料位置制御手段２２０と、第２プローブホルダ２３０と、光学顕微鏡部２５０とを含む。
【００４２】
除震台２１０は、少なくとも第２試料位置制御手段２２０の下方に設けられる。除震台２１０は、走査型プローブ顕微鏡部１００に用いられる除震台１１０と同様の形状および機能を有し、変形例についても同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００４３】
第２試料位置制御手段２２０は、箱形の筐体２２１の内部に、下方から順に試料移動機構２２２、試料位置微調整機構２２３、および試料載台２２４が格納されて構成される。第２試料位置制御手段２２０は、除震台２１０の上に設けられ、第２プローブホルダ２３０の下に設けられる。第２試料位置制御手段２２０は、前述の第１試料位置制御手段１２０と同様の構造および機能を有するため、各構成の詳細な説明を省略する。第２試料位置制御手段２２０は、第１試料位置制御手段１２０のように被測定物ＳＰの表面形状を測定するほどの位置制御の精度は要求されないため、各構成の動作精度を低く設定することが可能である。たとえば、試料位置微調整機構２２３は、第１試料位置制御手段１２０で構成した試料位置微調整機構１２３のように圧電素子を用いるものでなく、機械的なＸ、Ｙ、およびＺ方向の移動機構を備えたものとすることができる。
【００４４】
第２プローブホルダ２３０は、図４に示すように、支持枠２３１、第１プローブ２３２を含んで構成される（図４）。第２プローブホルダ２３０は、第２試料位置制御手段２２０と光学顕微鏡部２５０の間に設けられる（図１参照）。第２プローブホルダ２３０は、第２プローブ２３２の先端を被測定物ＳＰの上面の全範囲に移動可能なＸＹステージ（図示せず）に水平に固定される。そして当該ＸＹステージは、第２試料位置制御手段２２０の筐体２２１に対して固定されてもよいし、その他の独立な支持体に固定されてもよい。
【００４５】
支持枠２３１は、第２プローブホルダ２３０の外枠を構成する。支持枠２３１は、平板状で、中央部に孔２３１ａを有する。支持枠２３１は、第２プローブ２３２が支持枠２３１の中心付近に配置されるように成型されている。支持枠２３１の材質は、ステンレス等の金属や、アクリル板等の樹脂が用いられる。
【００４６】
第２プローブ２３２は、その先端が支持枠２３１の下面よりも下に位置するように設けられる（図４（Ｃ）参照）。第２プローブ２３２の形状は先端（下端）が鮮鋭な針状である。第２プローブ２３２は、少なくとも上述の第１プローブ１３６と同等の電位を有するように、表面形状測定システム１０００内の基準電位（たとえばアース）となるように接続される（図４（Ａ））。第２プローブ２３２は、たとえば、チャンバ５００等に接続することができる。これにより第２プローブ２３２は、被測定物ＳＰの表面に接触したときに、被測定物ＳＰに蓄積された電荷を取り去ることができる。第２プローブ２３２の材質は、導電性の物質であれば限定されず、たとえば、Ｐｔ、Ｗ、Ａｕまたはそれらの合金が選ばれる。また、本実施形態の第２プローブ２３２の変形例としては、複数本のプローブから構成するものが挙げられる。このようにすると、被測定物ＳＰに電荷が蓄積した部位が複数存在するときに除電のためにプローブを接触させる動作の回数を減らすことができる。また、第２プローブ２３２とアース等との間に電流測定手段等をさらに設けて、除電のときに生じる電流等を検出して、除電の動作にフィードバックさせることもできる。
【００４７】
光学顕微鏡部２５０は、ＣＣＤカメラ２５１と長焦点レンズ２５２とを有する。光学顕微鏡部２５０は、第２プローブホルダ２３０の上方に設けられる（図１参照）。光学顕微鏡部２５０は、別に設けられた支持体（図示せず）に取り付けられ、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向に自在に移動可能である。そしてカンチレバー１３５および被測定物ＳＰに焦点を合わせることができる。
【００４８】
ＣＣＤカメラ２５１は、市販のものを用いる。ＣＣＤカメラ２５１で撮影された映像は、チャンバ５００の外部に設けられたモニタ等（図示せず）に表示される。長焦点レンズ２５２は、市販のものを用いる。長焦点レンズ２５２は、第２プローブ２３２および被測定物ＳＰの表面が観察できるものが選択される。
【００４９】
１．１．３．ウエハ搬送機構３００
ウエハ搬送機構３００は、表面形状測定システム１０００のチャンバ５００内で被測定物ＳＰを搬送するために設けることができる。以下は、一例として説明する。ウエハ搬送機構３００は、たとえば図１に示すように、チャンバ５００内に設けられ、少なくとも、基体３１０、アーム３２０、ガイドレール３３０、およびマニピュレータ３４０を有する。ウエハ搬送機構３００の各部品は可能な限りチャンバ５００に電気的に接続され、アースが図られている。
【００５０】
基体３１０は、チャンバ５００内に独立して配置される。基体３１０は、アーム３２０を有する。アーム３２０は、図１に示すように基体３１０の側面に接続して、ガイドレール３３０を懸下する。アーム３２０は、基体３１０の側面において、上下に移動可能な機構を備えている。ガイドレール３３０は、アーム３２０に懸下されている。ガイドレール３３０は、その側面からマニピュレータ３４０が突出している（図１）。マニピュレータ３４０は、ガイドレール３３０に沿って移動可能な機構を備えている。マニピュレータ３４０は、図示の例では１組の腕を示しているが、次のような機能を有すれば形状は任意である。図示の例の場合、マニピュレータ３４０の１組の腕の間の間隔は、試料載台２２４および試料載台１２４の直径よりも大きい。
【００５１】
ウエハ搬送機構３００は、被測定物ＳＰを、少なくとも試料導入口５１０から除電部２００および走査型プローブ顕微鏡部１００を経由して試料排出口５２０まで搬送する。この構成および動作の一例を説明する。まず図示のように、マニピュレータ３４０の１組の腕の上に、被測定物ＳＰが積載した状態で、マニピュレータ３４０および被測定物ＳＰが、除電部２００の試料載台２２４および第２プローブホルダ２３０の間を通過できるとともに、走査型プローブ顕微鏡部１００の試料載台１２４および第１プローブホルダ１３０の間を通過できるように、ウエハ搬送機構３００の各構成を配置する。そして、試料載台２２４または試料載台１２４の上に被測定物ＳＰが、マニピュレータ３４０によって搬送されてきたときに、アーム３２０を降下すると、試料載台２２４または試料載台１２４の上に被測定物ＳＰが配置される。このとき、試料移動機構２２２または試料移動機構１２２がＺ方向に伸張した状態であれば、被測定物ＳＰとマニピュレータ３４０は離れ、被測定物ＳＰが、試料載台２２４または試料載台１２４の上に搭載される。試料移動機構２２２または試料移動機構１２２がＺ方向に縮小した状態であれば、これをＺ方向に伸張させることで、被測定物ＳＰとマニピュレータ３４０を離し、被測定物ＳＰが、試料載台２２４または試料載台１２４の上に搭載される。そして、除電部２００および走査型プローブ顕微鏡部１００による除電および測定が終了した後は、試料移動機構２２２または試料移動機構１２２をＺ方向に縮小し、アーム３２０を適宜上昇し、マニピュレータ３４０の腕の上に被測定物ＳＰを搭載して次の段階へと搬送する。
【００５２】
１．１．４．イオナイザ４００およびチャンバ５００
イオナイザ４００は、チャンバ５００内に、試料表面の帯電を除去するために補助的に設けることができる（図１）。イオナイザ４００は、公知の装置を用いることができる。
【００５３】
チャンバ５００は、少なくとも走査型プローブ顕微鏡部１００、除電部２００、ウエハ搬送機構３００、およびイオナイザ４００を格納する（図１）。チャンバ５００は、試料導入口５１０および試料排出口５２０を有する他、その内部を観察可能な窓、各種の配線を取り出すコンセント、およびその内部の雰囲気を制御する配管等（いずれも図示せず）を有する。チャンバ５００は、表面形状測定システム１０００の基準電位を供給し、たとえばその全体はアースされている。チャンバ５００は、その内部を、たとえばクリーン（無塵）環境、不活性ガス環境など、各種雰囲気に保つことができる。また、チャンバ５００は、試料の導入および排出の際に内部の環境を維持できるような準備ボックス５３０を有することができる。
【００５４】
１．１．５．被測定物ＳＰ
本実施形態の被測定物ＳＰは、特に限定されないが、本発明の効果が最も顕著に発現するものとして、配線部材としてのプラグを有する半導体ウエハが好ましい。
【００５５】
一般に、基板に形成される半導体装置は、配線層を有する。ウエハ内の配線層は、キャパシタ等を構成することがあり、またトランジスタやその他の素子間を電気的に接続するために設けられる。このような配線層は、ウエハ面に対して平行方向（横方向）に形成されることが多い。そして、このような配線層が上下に複数層形成される場合においては、当該上下の配線層を電気的に接続するために、ウエハ面に対して垂直方向にプラグ（コンタクト部）と称する配線を形成することが一般に行われている。
【００５６】
一方、半導体プロセスの特定の工程では、ウエハ表面の平坦性が極めて重要になることがある。当該特定の工程においてウエハ表面の平坦性が悪く、意図しない凹凸が発生すると、その後の種々の積層工程においてこの凹凸が悪影響を及ぼし、製造歩留まりを極端に低下させる事態に陥ることがある。このような表面の平坦性が重要となる工程の１つが、上記のようなプラグを形成する工程である。より具体的には、プラグを形成する工程は、ウエハ表面にプラグを構成する金属層を形成し、引き続きこの表面を研磨してプラグを形成する領域以外の金属層を除去する工程を含む。この工程により、プラグを有する半導体ウエハの表面が平坦化される。そして、このような平坦化（研磨）工程では、化学機械研磨（ＣＭＰ）が多用される。この段階においても、表面の平坦性が重要となるため、一般に表面形状の検査が行われる。
【００５７】
表面形状の検査を行う場合は、高スループットで正確に実施することがプロセス上極めて重要である。この場合においては、ウエハ表面の微細な平坦性を評価するために最も適した検査方法として、走査型プローブ顕微鏡が利用される。本願発明者は、走査型プローブ顕微鏡による検査を行うに当たって、ＣＭＰ工程を経たウエハに対しては、プローブの破壊を起こしやすいことを見出した。すなわち本願発明者は、ＣＭＰ工程では研磨対象であるプラグを通じて、ウエハ内部に電荷が蓄積され、プローブの破壊現象は、このウエハ内部に蓄積された電荷によって、ウエハ表面のプラグを通じて、プローブに対して放電が生じることが原因であること、および、このようなウエハ内部に蓄積された電荷は、一般的な除電方法では除去できないということを突き止めた。
【００５８】
このような理由から、本実施形態の構成により検査を安定に行う効果が高い被測定物ＳＰとしては、プラグを有する半導体ウエハであり、さらに顕著な効果が得られる被測定物ＳＰとしては、タングステンプラグを有する半導体ウエハであることが分かった。
【００５９】
１．２．表面形状測定システム１０００の動作
以下に表面形状測定システム１０００の動作の一例を説明する。被測定物ＳＰが試料導入口５１０から導入され、試料排出口５２０から排出されるまでの一連の動作は、（１）試料の搬送、（２）除電、（３）走査型プローブ顕微鏡による測定、を含む。
【００６０】
（１）試料の搬送
予め試料導入口５１０付近にウエハ搬送機構３００により、マニピュレータ３４０が準備され、マニピュレータ３４０上に被測定物ＳＰがセットされる。そして、上記で説明したウエハ搬送機構３００の動作に従って、除電部２００の試料載台２２４上に搭載される。除電部２００において除電が終了すると、ウエハ搬送機構３００により、被測定物ＳＰは、搬送され、走査型プローブ顕微鏡部１００の試料載台１２４上に搭載される。走査型プローブ顕微鏡測定が終了すると、再びウエハ搬送機構３００により、被測定物ＳＰは、試料排出口５２０付近に搬送され取り出される（図１参照）。
【００６１】
（２）除電
除電部２００の試料載台２２４上に搭載された被測定物ＳＰは、まず、光学顕微鏡部２５０によって、第２プローブホルダ２３０の孔２３１ａを通して、観察される。このとき、被測定物ＳＰと第２プローブ２３２の先端とは接触しないが、接近していることが望ましい。光学顕微鏡部２５０による観察によって、被測定物ＳＰの表面の除電を行うべき部位（すなわちプラグの断面）が検索され、プラグが見つかると、第２プローブホルダ２３０を横方向（ＸＹ方向）に移動させ、第２プローブ２３２の先端が、プラグの真上にくるようにする。ここで必要であれば試料位置微調整機構２２３を用いて、横方向の位置の微調整を行う。そして、試料移動機構２２２をＺ方向に伸張させることにより、プラグと第２プローブ２３２の先端を接触させる。この接触により、被測定物ＳＰのプラグと第２プローブ２３２が電気的に短絡し、電荷の移動が生じ、除電が達成される。このように被測定物ＳＰの目的の部位と第２プローブ２３２の先端とが接触することは、光学顕微鏡部２５０による観察で確認でき、接触さえすれば除電は達成される。なお、除電される電気量を測定する手段がさらに設けられていれば、被測定物ＳＰの目的の部位と第２プローブ２３２の先端とが接触し除電されることの確認がさらに容易になる。すなわち被測定物ＳＰの目的の部位と第２プローブ２３２の先端とを接近させるときに、電荷の移動（電流）が生じたことを契機に、試料移動機構２２２のステップモータの動作を停止するといったフィードバックをおこなうことが可能になる。
【００６２】
被測定物ＳＰのプラグの除電が終わると、次に試料移動機構２２２がＺ方向に縮小して、被測定物ＳＰと第２プローブ２３２とが離間される。被測定物ＳＰに複数のプラグがあるときは、継続して上記の動作を繰り返す。被測定物ＳＰの除電が必要なプラグの除電が全て完了すると、試料移動機構２２２がＺ方向に大きく縮小してウエハ搬送機構３００のマニピュレータ３４０に被測定物ＳＰが搭載され、被測定物ＳＰが試料載台２２４から取り外されて搬送される。
【００６３】
（３）走査型プローブ顕微鏡による測定
走査型プローブ顕微鏡部１００の試料載台１２４上に搭載された被測定物ＳＰは、公知の測定モードにより、表面形状が測定される。ここでは第１プローブ１３６が被測定物ＳＰの表面に接触して行われる原子間力モード（原子間力顕微鏡（ＡＦＭ））を例として説明する。
【００６４】
まず、光学顕微鏡部１５０によって、第１プローブホルダ１３０の孔１３１ａを通して、観察される。このとき、被測定物ＳＰと第１プローブ１３６の先端とは接触しないが、接近していることが望ましい。光学顕微鏡部１５０による観察によって、被測定物ＳＰの表面の測定を行うべき部位が検索され、測定を行うべき部位が見つかると、第１プローブホルダ１３０を横方向（ＸＹ方向）に移動させ、第１プローブ１３６の先端が、測定を行うべき部位の付近にくるようにする。一方、第１プローブホルダ１３０の上に配置されたレーザーマウント１４０内のレーザー光出射部１４３、およびレーザー光検出部１４４は、予めカンチレバー１３５の背面を利用して光てこを構成するように調整される。すなわち、第１プローブ１３６が被測定物ＳＰの表面と接触しない状態で、レーザー光は、レーザー光検出部１４４の中心に到達するように調整される。
【００６５】
次に第１プローブ１３６を被測定物ＳＰの表面に接近させる（この動作を以下アプローチという）。試料位置微調整機構１２２が伸張した状態で、試料移動機構１２２を伸張させると、第１プローブ１３６が被測定物ＳＰの表面と接触する。このとき、光てこの働きにより、レーザー光検出部１４４の検出位置が移動する。この検出位置の移動を契機に試料移動機構１２２の伸張が停止される。そしてレーザー光検出部１４４の移動したレーザー光検出位置を、試料位置微調整機構１２２が縮小することにより、今度は第１プローブ１３６が被測定物ＳＰの表面と接触した状態で、レーザー光がレーザー光検出部１４４の中心に到達するように調整される。
【００６６】
アプローチの際に、除電部２００による除電が行われていないと、第１プローブ１３６と被測定物ＳＰとの間で放電が生じることがあり、第１プローブ１３６が破壊して、測定が不可能になり、ひいてはプロセスの歩留まりを低下させてしまう。本実施形態では除電部２００による除電が行われた後に、アプローチが行われるため、第１プローブ１３６を破壊することはない。
【００６７】
次に、試料位置微調整機構１２２によって、被測定物ＳＰが横方向（Ｘ、Ｙ方向）にラスタースキャン（測定領域を１次元に走査し、順次走査線がずらされ二次元画像が構築）される。ラスタースキャンの間は、被測定物ＳＰのＺ方向の位置は、光てことなっているレーザー光がレーザー光検出部１４４の中心からのずれないように、試料位置微調整機構１２２のＺ方向の伸縮により常に制御される。このような動作における試料位置微調整機構１２２のＸ、Ｙ、およびＺ方向の位置情報から被測定物ＳＰの表面の測定領域の凹凸を再構築して表面形状を得る。
【００６８】
被測定物ＳＰの表面形状の測定が終わると、次に試料移動機構１２２がＺ方向に縮小して、被測定物ＳＰと第１プローブ１３６とが離間される。被測定物ＳＰに複数の測定すべき部位があるときは、継続して上記の動作を繰り返す。被測定物ＳＰの目的の測定すべき部位の測定が完了すると、試料移動機構１２２がＺ方向に大きく縮小してウエハ搬送機構３００のマニピュレータ３４０に被測定物ＳＰが搭載され、被測定物ＳＰが試料載台１２４から取り外されて搬送される。
【００６９】
１．３．作用効果
本実施形態の表面形状測定システム１０００は、被測定物ＳＰに蓄積された電荷を、確実に取り除き、走査型プローブ顕微鏡の探針（第１プローブ１３６）の破壊を防止し、安定した表面形状測定を行うことができる。
【００７０】
すなわち、表面形状測定システム１０００は、走査型プローブ顕微鏡部１００により被測定物ＳＰの表面形状を測定する前に、除電部２００の第２プローブ２３２によって、被測定物ＳＰの内部に蓄積している電荷を取り除く。したがって、走査型プローブ顕微鏡部１００の第１プローブ１３６が被測定物ＳＰに接触する際に、両者の間で放電が起こらず、第１プローブ１３６の破損が未然に防がれる。これにより、安定した表面形状測定をおこなうことができる。特にプラグを有する半導体ウエハに関しては、表面形状測定システム１０００は、被測定物ＳＰの内部に蓄積している電荷を取り除く効果が高く、さらにプラグがタングステンで形成されている場合に顕著な効果を得ることができる。また、表面形状測定システム１０００を用いることで安定した表面形状測定方法を提供できる。
【００７１】
２．第２実施形態
２．１．表面形状測定システム２０００
図５は、表面形状測定システム２０００を模式的に示す斜視図である。
【００７２】
本実施形態にかかる表面形状測定システム２０００は、図５に示すように、チャンバ５００内に、走査型プローブ顕微鏡部１００と、ウエハ搬送機構３００と、イオナイザ４００と、を備えている。本実施形態の走査型プローブ顕微鏡部１００は、図５に示すように、チャンバ５００内に設けられ、除震台１１０と、試料位置制御手段１２０と、プローブホルダ６３０と、レーザーマウント１４０と、光学顕微鏡部１５０とを含む。
【００７３】
本実施形態の表面形状測定システム２０００は、プローブホルダ６３０が第１実施形態の第１プローブホルダ１３０と異なる点、第１実施形態の第２プローブ２３２が、プローブホルダ６３０に設けられる点、および、第１実施形態の除電部２００の第２プローブ２３２以外の構成すなわち、除震台２１０、第２試料位置制御手段２２０、および光学顕微鏡部２５０を有さない点を除けば、第１実施形態の表面形状測定システム１０００と同様である。よって、本実施形態の説明においては、第１実施形態で述べた表面形状測定システム１０００の構成と実質的に同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７４】
本実施形態のチャンバ５００、ウエハ搬送機構３００、およびイオナイザ４００は第１実施形態で説明したと同様であるため、説明を省略する。また本実施形態の走査型プローブ顕微鏡部１００は、プローブホルダ６３０以外は、第１実施形態で説明したと同様であるため説明を省略する。
【００７５】
２．１．１．プローブホルダ６３０
図６（Ａ）は、本実施形態にかかる表面形状測定システムのプローブホルダ６３０を模式的に示す平面図である。
【００７６】
プローブホルダ６３０は、図６（Ａ）に示すように、支持枠６３１、加振子６３２、カンチレバーチップ６３３、押さえワイヤ６３４、カンチレバー６３５、および第１プローブ６３６を含んで構成される表面形状測定部６３７と、支持枠６３１、および第２プローブ６３２を含んで構成される除電プローブ部７３７とを有して構成される。
【００７７】
プローブホルダ６３０は、試料位置制御手段１２０とレーザーマウント１４０の間に設けられる。プローブホルダ６３０は、第１プローブ６３６の先端を被測定物ＳＰの上面の全範囲に移動可能なＸＹステージ（図示せず）に水平に固定される。そして当該ＸＹステージは、試料位置制御手段１２０の筐体１２１に対して固定されてもよいし、その他の独立な支持体に固定されてもよい。
【００７８】
支持枠６３１は、プローブホルダ６３０の外枠を構成する。支持枠６３１は、平板状で孔６３１ａを有する（図６（Ａ）参照）。支持枠６３１は、各部材を介して第１プローブ６３６が支持枠６３１から孔６３１ａに突出して配置されるとともに、第２プローブ７３２が支持枠６３１の孔６３１ａに突出して配置されるように成形される。支持枠６３１の材質は、ステンレス等の金属や、アクリル板等の樹脂が用いられる。第１プローブ６３６と第２プローブ７３２との間の距離は、一方のプローブが被測定物ＳＰに接近したときにもう一方のプローブが被測定物ＳＰに接触しないようにするために、被測定物ＳＰの直径よりも大きいことが望ましい。
【００７９】
本実施形態の表面形状測定システムは、プローブホルダ６３０がスライドすることによって、第２プローブ７３２と、第１プローブ６３６との、互いの位置を交換することができるものである。
【００８０】
加振子６３２、押さえワイヤ６３４、カンチレバーチップ６３３、カンチレバー６３５、第１プローブ６３６、第２プローブ７３２、および被測定物ＳＰは、第１実施形態で説明した、加振子１３２、押さえワイヤ１３４、カンチレバーチップ１３３、カンチレバー１３５、第１プローブ１３６、第２プローブ２３２、および被測定物ＳＰと同様であるため説明を省略する。
【００８１】
２．２．表面形状測定システム２０００の動作
以下に本実施形態の表面形状測定システム２０００の動作の一例を説明する。被測定物ＳＰが試料導入口５１０から導入され、試料排出口５２０から排出されるまでの一連の動作は、（１）試料の搬送、（２）除電、（３）走査型プローブ顕微鏡による測定、を含む。
【００８２】
（１）試料の搬送に関しては、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００８３】
（２）除電に関しては、第２プローブ７３２が第１実施形態の第２プローブ２３２と異なる以外は、本質的に同様であるため、説明を省略する。
【００８４】
（３）走査型プローブ顕微鏡による測定
除電動作に引き続き、被測定物ＳＰと第１および第２プローブ７３２が接触していない状態で、プローブホルダ６３０が取り付けられているＸＹステージによって、プローブホルダ６３０の位置が平行移動され、除電の終了した部位（測定部位）に第１プローブ６３６が移動される。そして走査型プローブ顕微鏡測定が行われる。測定の詳細は、第１実施形態と本質的に同様である。
【００８５】
２．３．変形例
図６（Ｂ）は、表面形状測定システムの第１プローブホルダ６３０の変形例を模式的に示す平面図である。第１プローブホルダ６３０は、図６（Ｂ）に示すような変形が可能である。
【００８６】
第２実施形態で、第２プローブ７３２と、第１プローブ６３６とはプローブホルダ６３０がスライドすることによって、その位置を交換することができるものであったのに対して、本変形例は、プローブホルダ６３０が回転することによって、第２プローブ７３２と、第１プローブ６３６との位置を交換できるものである。
【００８７】
支持枠６３１は、図６（Ｂ）に示すように、回転中心６３８を中心として、回転可能な構造となっている。そしてストッパ６３９によって支持枠６３１の回転できる角度範囲が制限される構造となっている。具体的には、図６（Ｂ）に示した状態では、支持枠６３１は、その突出面６３１ｂとストッパ６３９の端面６３９ｂとが当接して、支持枠６３１が同図の状態では、反時計回りに回転不可能になっている。また、同図の状態では、支持枠６３１は、時計回りには回転可能であり、支持枠６３１の突出面６３１ａとストッパ６３９の端面６３９ａとが当接するまで、回転中心６３８の周りに回転可能である。
【００８８】
支持枠６３１は、その外周の一部に各部材を介して第１プローブ６３６が支持枠６３１から突出して配置されるとともに、第２プローブ７３２が支持枠６３１の外周に突出して配置される。第１プローブ６３６と第２プローブ７３２との間の距離は、一方のプローブが被測定物ＳＰに接近したときにもう一方のプローブが被測定物ＳＰに接触しないようにするために、それぞれのプローブと回転中心６３８を結ぶ直線のなす角度が９０°以上であることが望ましく、表面形状測定部６３７と除電プローブ部７３７とが空間的に離間していることが望ましい。
【００８９】
本変形例の動作は、除電動作に引き続き、被測定物ＳＰと第１および第２プローブ７３２が接触していない状態で、プローブホルダ６３０を回転させ、除電の終了した部位（測定部位）に第１プローブ６３６が移動される以外は上記実施形態と同様である。
【００９０】
２．４．作用効果
本実施形態の表面形状測定システム２０００は、被測定物ＳＰに蓄積された電荷を、確実に取り除き、走査型プローブ顕微鏡の探針（第１プローブ６３６）の破壊を防止し、安定した表面形状測定を行うことができる。
【００９１】
すなわち、本実施形態の表面形状測定システム２０００は、走査型プローブ顕微鏡部１００により被測定物ＳＰの表面形状を測定する前に、第２プローブ７３２によって、被測定物ＳＰの内部に蓄積している電荷を取り除く。したがって、走査型プローブ顕微鏡部１００の第１プローブ６３６が被測定物ＳＰに接触する際に、両者の間で放電が起こらず、第１プローブ６３６の破損が未然に防がれる。これにより、安定した表面形状測定をおこなうことができる。特にプラグを有する半導体ウエハに関しては、表面形状測定システム２０００は、被測定物ＳＰの内部に蓄積している電荷を取り除く効果が高く、さらにプラグがタングステンで形成されている場合に顕著な効果を得ることができる。また、本実施形態の表面形状測定システム２０００を用いることで安定した表面形状測定方法を提供できる。
【００９２】
３．第３実施形態
３．１．表面形状測定システム３０００
図７は、表面形状測定システム３０００を模式的に示す斜視図である。
【００９３】
本実施形態にかかる表面形状測定システム３０００は、図７に示すように、チャンバ５００内に、走査型プローブ顕微鏡部１００と、ウエハ搬送機構３００と、イオナイザ４００と、ウエット除電部８００を備えている。
【００９４】
本実施形態の表面形状測定システム３０００は、ウエット除電部８００が第１実施形態の除電部２００と異なる点を除けば、第１実施形態の表面形状測定システム１０００と同様である。よって、本実施形態の説明においては、第１実施形態で述べた表面形状測定システム１０００の構成と実質的に同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００９５】
３．１．１．ウエット除電部８００
ウエット除電部８００は、外枠８１０と、ターンテーブル８２０と、処理液供給ノズル８３０と、処理液排出口８５０と、ターンテーブル上下移動機構（図示せず）を有する。ウエット除電部８００は、実質的に公知のスピンコータと同様の装置である。
【００９６】
外枠８１０は、上面に開口部を有する。外枠８１０の開口部は被測定物ＳＰが通過できる内径を有する。外枠８１０は、側面または底面に処理液排出口８５０を有する。外枠８１０の内面は処理液８４０の飛散を防止し、処理液８４０を処理液排出口８５０から回収できるように成形される。
【００９７】
ターンテーブル８２０は、ターンテーブル上下移動機構を介して外枠８１０に格納される。ターンテーブル８２０は、ターンテーブル回転用モータを有し、当該モータの回転軸に接続されている。ターンテーブル８２０は、ターンテーブル上下移動機構によって、外枠８１０の上面よりも上に移動することができるとともに、外枠８１０の上面よりも下に移動することができる。ターンテーブル８２０は円盤状で円盤の下面の中心にターンテーブル回転用モータの軸が接続される。ターンテーブル８２０の回転速度は、ターンテーブル回転用モータによって制御される。ターンテーブル８２０は、被測定物ＳＰを積載して回転することができる。ターンテーブル８２０は、回転することによって、処理液供給ノズル８３０から供給される処理液８４０を被測定物ＳＰの上面に均一に接触させ、接触した後の不要な処理液８４０を切る機能を有する。ターンテーブル８２０は、積載される被測定物ＳＰを確実に固定するために、真空チャック機構等を有してもよい。
【００９８】
処理液供給ノズル８３０は、図７に示した例では、外枠８１０の上面に設けられている。処理液供給ノズル８３０は、試料移動機構３００のマニピュレータ３４０等と干渉しないように設けられる。処理液供給ノズル８３０は、内部が中空の管で構成され、当該管を通して処理液８４０を搬送する。処理液供給ノズル８３０の先端は、ターンテーブル８２０の中心付近の上方に配置される。処理液供給ノズル８３０の先端からは処理液８４０が吐出し、ターンテーブル８２０の上に積載された被測定物ＳＰの上面に吐出される。
【００９９】
処理液８４０は、被測定物ＳＰの表面と接触して、被測定物ＳＰに蓄積された電荷を中和する。このような作用を有する処理液８４０としては、炭酸、蓚酸等の水溶液、および炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等の塩類の水溶液が挙げられる。また、処理液８４０は、これらの水溶液を混合したものを用いることもできる。処理液８４０の濃度は、たとえば、炭酸水溶液であれば、０．０１〜１０質量％とすることができ、電荷の中和を十分におこない、かつ、被測定物ＳＰの表面へのダメージを小さくするために、より好ましくは０．１〜５質量％が好ましい。
【０１００】
このような処理液８４０が、被測定物ＳＰの表面に接触すると、被測定物ＳＰの表面の電荷が中和される上、さらに、内部に蓄積した電荷をも中和することができる。たとえば、被測定物ＳＰの表面がタングステンプラグを有する場合、タングステンプラグと処理液８４０が接触すると、その界面において、少なくとも電荷の移動または化学反応を生じて、被測定物ＳＰに蓄積した電荷が中和され、被測定物ＳＰが除電される。
【０１０１】
処理液排出口８５０は、外枠８１０の側面の下部または底面に設けられる。処理液排出口８５０は、被測定物ＳＰと接触した後の処理液８４０を外枠８１０から排出する。
【０１０２】
３．２．表面形状測定システム３０００の動作
以下に本実施形態の表面形状測定システム３０００の動作の一例を説明する。被測定物ＳＰが試料導入口５１０から導入され、試料排出口５２０から排出されるまでの一連の動作は、（１）試料の搬送、（２）除電、（３）走査型プローブ顕微鏡による測定、を含む。
【０１０３】
（１）試料の搬送に関しては、本実施形態ではターンテーブル上下移動機構が、第１実施形態の試料移動機構１２２と同様の機能を有するため、実質的に第１実施形態で説明したことと同様であるため説明を省略する。なお、本実施形態では、マニピュレータ３４０は、図７に示すように、被測定物ＳＰの端部を上下に挟む１組の腕を有する。
【０１０４】
（２）除電
ウエット除電部８００のターンテーブル８２０上に搭載された被測定物ＳＰは、ターンテーブル８２０の回転により回転する。そして、被測定物ＳＰは、処理液供給ノズル８３０の先端から吐出された処理液８４０と接触する。ターンテーブル８２０の回転速度と、処理液８４０の供給量とは、被測定物ＳＰの上面全体が濡れるように調整される。この接触により、被測定物ＳＰと処理液８４０との間に、少なくとも電荷の移動または化学反応が生じ、除電が達成される。被測定物ＳＰと処理液８４０が接触する時間は、処理液８４０の種類に応じて決定される。たとえば、被測定物ＳＰと処理液８４０が接触する時間は、処理液８４０が、１質量％の炭酸水溶液であれば、１０〜２０秒に設定できる。
【０１０５】
次に、処理液８４０の供給を停止すると、既に被測定物ＳＰの表面に供給された処理液８４０は、ターンテーブル８２０の回転による遠心力で被測定物ＳＰの表面から除去される。このとき、被測定物ＳＰの表面から処理液８４０が完全に除去されるように、たとえばターンテーブル８２０の回転速度を高めることができる。また処理液８４０が、被測定物ＳＰの表面から除去された後も、乾燥のためにターンテーブル８２０を回転させ続けることもできる。そして、処理液８４０が除去されると、ターンテーブル８２０の回転が停止され、ターンテーブル上下移動機構によってターンテーブル８２０が上方に移動してウエハ搬送機構３００のマニピュレータ３４０に被測定物ＳＰが挟まれ、被測定物ＳＰがターンテーブル８２０から取り外されて搬送される。
【０１０６】
（３）走査型プローブ顕微鏡による測定に関しては、第１実施形態と本質的に同様であるため、説明を省略する。
【０１０７】
３．３．作用効果
本実施形態の表面形状測定システム３０００は、被測定物ＳＰに蓄積された電荷を、確実に取り除き、走査型プローブ顕微鏡の探針の破壊を防止し、安定した表面形状測定を行うことができる。
【０１０８】
すなわち、本実施形態の表面形状測定システム３０００は、走査型プローブ顕微鏡部１００により被測定物ＳＰの表面形状を測定する前に、ウエット除電部８００によって、被測定物ＳＰの内部に蓄積している電荷を取り除く。したがって、走査型プローブ顕微鏡部１００の第１プローブ１３６が被測定物ＳＰに接触する際に、両者の間で放電が起こらず、第１プローブ１３６の破損が未然に防がれる。これにより、安定した表面形状測定をおこなうことができる。特にプラグを有する半導体ウエハに関しては、表面形状測定システム３０００は、被測定物ＳＰの内部に蓄積している電荷を取り除く効果が高く、さらにプラグがタングステンで形成されている場合に顕著な効果を得ることができる。また、本実施形態の表面形状測定システム３０００を用いることで安定した表面形状測定方法を提供できる。
【０１０９】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明にかかる表面形状測定システム１０００の全体の構成を模式的に示す斜視図。
【図２】本発明にかかる表面形状測定システム１０００の走査型プローブ顕微鏡部１００を模式的に示す斜視図（Ａ）、および断面図（Ｂ）。
【図３】本発明にかかる第１プローブホルダ１３０を模式的に示す平面図（Ａ）、第１プローブホルダ１３０の要部を拡大して示す平面図（Ｂ）、および第１プローブホルダ１３０の要部を拡大して示す断面図（Ｃ）。
【図４】本発明にかかる第２プローブホルダ２３０を模式的に示す平面図（Ａ）、第２プローブホルダ２３０の要部を拡大して示す平面図（Ｂ）、および第２プローブホルダ２３０の要部を拡大して示す断面図（Ｃ）。
【図５】本発明にかかる表面形状測定システム２０００の全体の構成を模式的に示す斜視図。
【図６】本発明にかかるプローブホルダ６３０を模式的に示す平面図（Ａ）、およびプローブホルダ６３０の変形例を模式的に示す平面図（Ｃ）。
【図７】本発明にかかる表面形状測定システム３０００の全体の構成を模式的に示す斜視図。
【符号の説明】
【０１１１】
１００  走査型プローブ顕微鏡部、１１０  除震台、１２０  第１試料位置制御手段、
１２１  筐体、１２２  試料移動機構、１２３  試料位置微調整機構、
１２４  試料載台、１３０  第１プローブホルダ、１３１  支持枠、１３１ａ  孔、
１３２  加振子、１３３  カンチレバーチップ、１３４  押さえワイヤ、
１３５  カンチレバー、１３６  第１プローブ、１３７  表面形状測定部、
１３８回転中心、１３９  ストッパ、１４０  レーザーマウント、１４１  筐体、
１４２  ガラス窓、１４３  レーザー光出射部、１４４  レーザー光検出部、
１４５  軌跡、１５０  光学顕微鏡部、１５１  ＣＣＤカメラ、１５２  長焦点レンズ、
２００  除電部、２１０  除震台、２２０  第２試料位置制御手段、２２１  筐体、
２２２  試料移動機構、２２３  試料位置微調整機構、２２４  試料載台、
２３０  第２プローブホルダ、２３１  支持枠、２３１ａ  孔、２３２  第２プローブ、
２３７  除電プローブ部、２５０  光学顕微鏡部、２５１  ＣＣＤカメラ、
２５２  長焦点レンズ、３００  ウエハ搬送機構、３１０  基体、３２０  アーム、
３３０  ガイドレール、３４０  マニピュレータ、４００  イオナイザ、
５００  チャンバ、５１０  試料導入口、５２０  試料排出口、５３０  準備ボックス、
６３０  プローブホルダ、６３１  支持枠、６３１ａ  孔、６３２  加振子、
６３３  カンチレバーチップ、６３５  カンチレバー、６３６  第１プローブ、
６３７  表面形状測定部、６３８  回転中心、６３９  ストッパ、
７３２  第２プローブ、７３７  除電プローブ部、８００  ウエット除電部、
８１０  外枠、８２０  ターンテーブル、８３０  処理液供給ノズル、
８４０  処理液、１０００  表面形状測定システム、２０００  表面形状測定システム、
３０００  表面形状測定システム、ＳＰ  被測定物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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