(57)【要約】【課題】試料表面の或る測定範囲を測定するとき、当該測定範囲外にある基準点または基準面に対する高さ情報を容易に取得し、基準点等に対する測定データの高さの比較を容易に実現できる走査型プローブ顕微鏡の測定方法を提供する。【解決手段】この測定方法は、探針２５で試料１２を走査して試料表面に関する物理的量を測定する測定部を有し、かつ探針を微動させるＸＹ微動機構２４と試料を粗動させるＸＹステージ５１を備えるように構成された走査型プローブ顕微鏡に適用される。この測定方法では、試料表面における測定範囲を測定するとき、測定範囲外に存する基準位置に対する高さ測定を行って測定範囲の測定データを取得するようにした。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
探針で試料を走査して試料表面に関する物理的量を測定する測定部を有し、かつ前記探針を微動させるＸＹ微動機構と前記試料を粗動させる粗動機構を備える走査型プローブ顕微鏡に適用され、
前記試料表面における測定範囲を測定するとき、前記測定範囲外に存する基準位置に対する高さ測定を行って前記測定範囲の測定データを取得するようにした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】
前記試料表面における走査を前記ＸＹ微動機構と前記粗動機構によって選択的に行い、前記測定範囲の測定データと前記基準位置の測定データを共に取得するようにした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】
前記粗動機構による走査で前記基準位置の測定データを取得し、前記ＸＹ微動機構による走査で前記測定範囲の測定データを取得するようにしたことを特徴とする請求項２記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項４】
前記粗動機構による走査で前記基準位置の測定データと前記測定範囲の測定データを取得するようにしたことを特徴とする請求項２記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項５】
前記基準位置の測定データと前記測定範囲の測定データは共通の１つのファイルまたは関連付けられた複数のファイルに保存されるようにした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】
前記粗動機構はＸＹステージであることを特徴とする請求項１〜５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７】
前記探針と前記試料を接近させる接近機構と、前記探針と前記試料の間の距離を調整するＺ微動機構を備え、一連の前記基準位置および測定点の測定では、前記接近機構を同一位置に保持して前記Ｚ微動機構の動作で測定を行うようにしたことを特徴とする請求項１〜６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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査型プローブ顕微鏡の測定方法に関し、特に、試料表面の観察領域の基準点に係る情報を活用した走査型プローブ顕微鏡の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型プローブ顕微鏡は、従来、原子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、半導体デバイスが作られる基板等の表面の凹凸形状の計測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、原子間力を利用する原子間力顕微鏡、磁気力を利用する磁気力顕微鏡等があり、それらの応用範囲も拡大しつつある。
【０００３】
上記のうち原子間力顕微鏡は、試料表面の微細な凹凸形状を高分解能で検出するのに適し、半導体基板、ディスクなどの分野で実績を上げている。最近ではインライン自動検査の用途でも使用されてきている。以下の説明では原子間力顕微鏡の例を説明する。
【０００４】
図６に原子間力顕微鏡の基本的な構成の一例を示す。この原子間力顕微鏡は、本来の原子間力顕微鏡の原理に基づく測定機構と共に、光学顕微鏡を備えた構成を有している。
【０００５】
図６において、例えば水平に設置された定盤（図示せず）の上にＸＹＺステージ１１を配置している。ＸＹＺステージ１１は試料ステージであり、その上に半導体基板等の薄板状の試料１２が置かれている。試料１２の位置は安定に保持されている。ＸＹＺステージ１１は、図中水平面（ＸＹ平面）における位置決めのためのＸＹ移動機構と、Ｚ軸方向の探針接近機構とから構成される。ＸＹＺステージ１１は、例えば、パルスモータおよび駆動力伝達機構、あるいは機構学的な構成を利用した積み重ね式構造等により比較的に大きな移動量で位置変化を生じさせる。
【０００６】
上記定盤上には例えば掛渡し形状のフレーム（図示せず）が設けられている。このフレームの水平部に取り付けられることにより、試料１２の上方位置に、駆動機構２１を備えた光学顕微鏡２２が配置される。駆動機構２１は、Ｚ軸方向に光学顕微鏡２２を動かすもので、フォーカス機構である。光学顕微鏡２２は、その対物レンズ２２ａ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２２の上端部にはカメラ２３が付設されている。
【０００７】
上記フレームの水平部にはＸＹＺ微動機構２４が取り付けられ、図示されるごとく配置されている。ＸＹＺ微動機構２４は、通常、圧電素子で構成される。ＸＹＺ微動機構２４にはトライポッド型あるいはチューブ型、平行平板型等のものが存在する。ＸＹＺ微動機構２４によって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）の変位を生じさせることができる。
【０００８】
ＸＹＺ微動機構２４の下端には、先端に探針２５が形成されたカンチレバー２６が取り付けられている。探針２５は、試料１２の表面に対向している。カンチレバー２６の背面には反射面が形成されている。カンチレバー２６の上方に配置されたレーザ光源（レーザ発振器）２７から出射されたレーザ光２８がカンチレバー２６の背面における探針２５に近い部分に照射される。カンチレバー２６の背面で反射されたレーザ光２８は光検出器２９より検出される。カンチレバー２６において捩れや撓みが生じると、光検出器２９におけるレーザ光２８の入射位置が変化する。従って探針２５およびカンチレバー２６で変位が生じると、光検出器２９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することができる。
【０００９】
上記の原子間力顕微鏡の構成に対して、制御系として、比較器３１、制御器３２、制御装置３３が設けられる。比較器３１は、光検出器２９から出力される電圧信号と基準電圧（Ｖｒｅｆ）とを比較し、その偏差信号を出力する。制御器３２は、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２４内のＺ微動部に与える。制御装置３３は、光学顕微鏡２２で得られる画像の管理・処理を行う画像処理部３３ａ、原子間力顕微鏡による測定のデータの管理・処理するデータ処理部３３ｂ、ＸＹＺ微動機構２４のＸＹ走査に関する動作を制御する微動機構制御部３３ｃ、ＸＹＺステージ１１の動作に関するステージ制御部３３ｄ、および画像表示処理部３３ｅを備える。制御装置３３は記憶部３４と表示装置３５を備える。入力された各種のデータ、および上記各種の機能を実現するプログラムは記憶部３４に保存されている。表示装置３５の画面には画像表示処理部３３ｅで作られた試料表面に係る形状等の画像が表示される。
【００１０】
制御装置３３には、カメラ２３からの画像信号ｓ１、制御器３２から出力される制御信号ｓ２が入力される。また制御装置３３からは、ＸＹＺ微動機構２４のＸ軸方向とＹ軸方向の微動部（ＸＹ微動機構部分）を駆動させるＸＹ走査信号ｓ３、ＸＹＺステージ１１のＸ，Ｙ，Ｚの各ステージ部分を駆動させる各駆動信号ｓ４〜ｓ６が出力される。
【００１１】
制御装置３３は、通常、ＰＣ（パーソナル・コンピュータ）であり、表示装置３５はＰＣのディスプレイである。表示装置３５の画面に表示される内容は、光学顕微鏡２２による映像（光学顕微鏡像）と、原子間力顕微鏡に基づいて得られた凹凸情報と位置情報により作成される試料１２の表面画像である。
【００１２】
上記の構成で、ＸＹＺステージ１１によって探針２５を試料１２の表面に接近させると、両者の間に原子間力が作用してカンチレバー２６に撓みが起きる。カンチレバー２６の撓み量はレーザ光２８と光検出器２９を用いて検出される。この検出には、一般的に、図示された光てこ法が利用される。この状態において、当該カンチレバー２６の撓み量を一定に保つように、制御器３２によってＸＹＺ微動機構１９によるＺ軸方向の伸縮動作を制御する。制御器３２はフィードバック制御を行う。探針・試料間の距離を一定に保つことにより、カンチレバー２６の撓み量が一定に保たれる。ＸＹＺ微動機構２４のＸとＹの微動機構部分の動作に基づいて、試料１２の表面を探針２５によってＸおよびＹの方向に走査しながら、かつＸＹＺ微動機構２４のＺ微動部によるカンチレバー２６の撓み量を一定に保持する制御を行うことにより、試料１２の表面の凹凸形状を測定する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の原子間力顕微鏡では、通常、測定対象である試料１２の測定すべき表面（ＸＹ平面）を探針２５の先端で２次元的に走査するとき、試料側を静止状態に保ちながら探針２５を微動させるＸＹＺ微動機構２４のＸＹ微動機構の部分によって行う。ＸＹ微動機構による走査では分解能は高くなるが、測定範囲が狭くなる。測定範囲は、例えば、一辺が最大で１００μｍ程度の矩形範囲である。試料が半導体素子であり、その表面を原子間力顕微鏡で測定する場合、測定範囲の外にある測定基準点または測定基準面に対する高さに係る情報が必要となる場合が多い。このような場合には、ＸＹ微動機構を走査に使用する限り、測定範囲外の個所は測定できないから、当該高さ情報を得ることは困難である。
【００１４】
他方、試料１２の側をＸＹ平面内で移動できるように粗動用のＸＹＺステージ１１のＸとＹのステージ部分を動作させて走査を行う方式も考えることができる。しかし、通常の積み重ね構造の粗動用ＸＹステージの場合、測定基準面の精度を高いものに確保することが困難である。
【００１５】
さらに、測定基準面の測定そのものに関しても、測定しようとする試料に依存して各種のパターンがある。従って、ＸＹ微動機構によるＸＹ走査を原則的な構成とする従来の原子間力顕微鏡によれば、測定基準面の測定を容易に行えるということは難しいことである。
【００１６】
以上の課題は、原子間力顕微鏡以外の各種の走査型プローブ顕微鏡においても一般的なことである。
【００１７】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、試料表面の或る測定範囲を測定するとき、当該測定範囲外にある基準点または基準面に対する高さ情報を容易に取得し、基準点等に対する測定データの高さの比較を容易に実現できる走査型プローブ顕微鏡の測定方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の測定方法は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【００１９】
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、探針で試料を走査して試料表面に関する物理的量を測定する測定部を有し、かつ探針を微動させるＸＹ微動機構と試料を粗動させる粗動機構を備えるように構成された走査型プローブ顕微鏡に適用され、試料表面における測定範囲を測定するとき、測定範囲外に存する基準位置に対する高さ測定を行って測定範囲の測定データを取得するようにしたことで特徴づけられる。
【００２０】
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、上記の構成において、好ましくは、試料表面における走査をＸＹ微動機構と粗動機構によって選択的に行い、測定範囲の測定データと基準位置の測定データを共に取得するようにしたことを特徴とする。
【００２１】
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、上記の構成において、好ましくは、粗動機構による走査で基準位置の測定データを取得し、ＸＹ微動機構による走査で測定範囲の測定データを取得するようにしたことを特徴とする。
【００２２】
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、上記の構成において、好ましくは、粗動機構による走査で基準位置の測定データと測定範囲の測定データを取得するようにしたことを特徴とする。
【００２３】
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、上記の構成において、好ましくは、基準位置の測定データと測定範囲の測定データは共通の１つのファイルまたは関連付けられた複数のファイルに保存されるようにしたことを特徴とする。
【００２４】
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、上記の各構成において、好ましくは、粗動機構はＸＹステージであることを特徴とする。
【００２５】
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、上記の各構成において、好ましくは、探針と試料を接近させる接近機構と、探針と試料の間の距離を調整するＺ微動機構を備え、一連の基準位置および測定点の測定では、接近機構を同一位置に保持してＺ微動機構の動作で測定を行うようにしたことを特徴とする。
【００２６】
上記の走査型プローブ顕微鏡の測定方法において、上記粗動機構の代表としてはＸＹステージである。ＸＹステージの構成としては、例えば１つの平滑基準面の上を滑りガイドまたは静圧ガイドを利用して構成することが好ましい。また粗動機構の他の構成として、回転機構等を用いて構成することもできる。さらにＸＹ微動機構は、通常、探針を先端に有するカンチレバーを取り付けた探針側のＸＹＺ微動機構に内蔵されている。当該ＸＹ微動機構は好ましくは圧電素子を駆動部として形成されている。
【００２７】
【作用】
上記の走査型プローブ顕微鏡の測定方法では、ＸＹ平面における走査の仕方をＸＹ微動機構または粗動機構（代表的にはＸＹステージ）を選択して行うようにしており、ＸＹ微動機構の走査範囲外にある基準点の高さ位置測定に対しても容易に対応することができる。広域の測定に対してはＸＹステージ等の粗動機構を利用して走査を可能にし、試料表面における測定走査範囲外の任意の点、線（ライン）、領域の測定を行うことが可能である。これによって、基準点、基準線、基準面が複雑な位置関係や形状を有していても容易に対応をとることが可能である。
【００２８】
また基準位置の測定データと測定範囲の測定データを共通のファイルまたは関連付けられた複数のファイルに保存することで、測定情報の解析の取扱い性を高めている。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３０】
実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００３１】
図１に従って本発明に係る測定方法が適用される走査型プローブ顕微鏡の構成を説明する。従来技術で説明された走査型プローブ顕微鏡と同一の要素には同一の符号を付している。
【００３２】
走査型プローブ顕微鏡の基本的構成を説明する。試料ステージ５１の上には試料１２が置かれている。試料１２の上方位置には、駆動機構２１を備えた光学顕微鏡２２が配置されている。駆動機構２１はＺ軸方向に光学顕微鏡２２を動かすフォーカス機構である。光学顕微鏡２２は、その対物レンズ２２ａ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２２の上端部にはカメラ２３が付設されている。
【００３３】
試料１２の上側にはＸＹＺ微動機構２４が配置されている。ＸＹＺ微動機構２４は、通常、圧電素子で構成される。ＸＹＺ微動機構２４は、Ｚ方向に微動を生じるＺ微動機構の部分とＸＹ方向に微動を生じるＸＹ微動機構の部分を有している。ＸＹＺ微動機構２４によって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。
【００３４】
ＸＹＺ微動機構２４の下端には、探針２５を備えるカンチレバー２６が取り付けられている。カンチレバー２６の背面には反射面が形成されている。カンチレバー２６の上方に配置されたレーザ光源（レーザ発振器）２７から出射されたレーザ光２８がカンチレバー２６の背面における探針２５に近い部分に照射され、そこで反射されたレーザ光２８は光検出器２９より検出される。
【００３５】
制御系として、比較器３１、制御器３２、制御装置５２が設けられる。比較器３１は、光検出器２９から出力される電圧信号と基準電圧（Ｖｒｅｆ）とを比較し、その偏差信号を出力する。制御器３２は、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２４内のＺ微動機構の部分に与える。制御装置５２は、光学顕微鏡２２で得られる画像の管理・処理を行う画像処理部３３ａ、原子間力顕微鏡による測定のデータの管理・処理するデータ処理部３３ｂ、ＸＹＺ微動機構２４のＸＹ走査に関する動作を制御する微動機構制御部３３ｃ、ＸＹＺステージ１１の動作に関するステージ制御部３３ｄ、および画像表示処理部３３ｅを備える。制御装置５２はさらに記憶部３４と表示装置３５を備える。入力された各種のデータ、および上記各種の機能を実現するプログラムは記憶部３４に保存されている。表示装置３５の画面には画像表示処理部３３ｅで作られた試料表面に係る形状等の画像が表示される。
【００３６】
制御装置５２には、カメラ２３からの画像信号ｓ１、制御器３２から出力される制御信号ｓ２が入力される。また制御装置３３からは、ＸＹＺ微動機構２４のＸＹ微動機構の部分を駆動させるＸＹ走査信号ｓ３が出力される。
【００３７】
次に特徴的構成を説明する。コンピュータで構成される制御装置５２の中に機能部として走査信号選択部５３を備えている。走査信号選択部５３は、制御装置５２に備えられた記憶部３４内に用意された走査信号選択プログラム５４の実行によって実現される。
【００３８】
試料ステージ５１上に置かれた試料（半導体基板等）１２の表面に対して探針２５の先端を臨ませた状態において、試料表面に対して探針２５を移動させることにより試料表面の走査（ＸＹ走査）が行われる。探針２５による試料１２の表面のＸＹ走査は、探針２５の側を移動（微動）させること、または試料１２の側を移動（粗動）させることに基づき、試料と探針の間で相対的なＸＹ平面内での移動関係を作り出すことにより行われる。
【００３９】
探針２５側の移動は、カンチレバー２６を取り付けたＸＹＺ微動機構２４に対してＸＹ微動に係るＸＹ走査信号（走査指令信号）ｓ３を与えることによって行われる。ＸＹ微動に係る走査信号は制御装置５２内の微動機構制御部３３ｃ内のＸＹ微動走査部から与えられる。
【００４０】
試料１２側の移動は試料ステージ５１によって行われる。試料ステージ５１は平滑基準面５５の上に滑らかに移動するように置かれている。試料ステージ５１は、Ｚ軸方向移動機構（接近機構）５６が内蔵され、その外側に配置されたＸ軸方向移動機構５７およびＹ軸方向移動機構５８に連結部５９で連結されている。連結部５９はＸＹ方向には高い剛性を有し、Ｚ方向には低い剛性を有している。試料ステージ５１はＺ軸方向移動機構５６によってＺ軸方向への移動し、Ｘ軸方向移動機構５７とＹ軸方向移動機構５８によってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動する。試料ステージ５１とＺ軸方向移動機構５６によってＺステージが形成される。Ｚステージは接近機構として構成される。試料ステージ５１とＸ軸方向移動機構５７とＹ軸方向移動機構５８によってＸＹステージが形成される。このＸＹステージによってＸＹ走査が行われる。ＸＹステージは粗動機構の一例であるが、粗動機構はこれに限定されない。
【００４１】
上記においてＺ軸方向移動機構５６は粗動機構として構成されているが、微動機構として構成することもできる。なお探針２５側の上記ＸＹＺ微動機構２４にはＺ軸方向に微動を生じるＺ微動機構部が設けられている。
【００４２】
上記ＸＹＺ微動機構２４に含まれるＸＹ微動機構の部分は、通常、駆動部として圧電素子を利用して構成される。このＸＹ微動機構によれば、高精度および高分解能な走査移動を行うことができる。またＸＹ微動機構によるＸＹ走査で測定される測定範囲については、圧電素子のストロークによって制約されるので、最大でも約１００μｍ程度の距離で決まる範囲となる。ＸＹ微動機構によるＸＹ走査によれば、微小範囲の測定となる。
【００４３】
他方、上記ＸＹステージは、通常、駆動部として電磁気モータを利用して構成するので、そのストロークは数百ｍｍまで大きくすることができる。ＸＹステージによるＸＹ走査によれば、ワイド範囲の測定となる。
【００４４】
上記制御装置５２には、さらに、Ｚステージ制御部６０とＸＹステージ制御部６１が設けられる。Ｚステージ制御部６０はＺステージの昇降動作を制御する制御信号ｓ７を出力し、ＸＹステージ制御部６１はＸＹステージのＸＹ走査動作を制御する制御信号ｓ８を出力する。
【００４５】
探針２５を試料１２の表面に走査移動させて測定を行うとき、そのＸＹ走査を、ＸＹ微動機構を動作させることによって行うか、あるいは、ＸＹステージを動作させることによって行うかについては、走査信号選択部５３が選択する。走査信号選択部５３は、微動機構制御部３３ｃを介してＸＹ微動機構を動作させるＸＹ微動走査信号ｓ３、または、ＸＹステージを構成するＸ軸方向移動機構５７とＹ軸方向移動機構５８の動作を制御するＸＹステージ走査信号ｓ８を出力させる。
【００４６】
次に、図２〜図４を参照して上記走査型プローブ顕微鏡による測定方法を説明する。
【００４７】
最初に基準面（基準点）の測定について説明する。図２で、正方形で示した領域７１は上記試料１２の表面を示し、例えば、半導体基板（ウェハ）から切り出された１つのチップ、またはウェハ上に形成されたチップの部分拡大図である。このチップは数ｍｍから数十ｍｍの四角形状のチップである。試料１２における表面領域７１において、走査型プローブ顕微鏡のＸＹ走査に基づいて測定されるべき２つの測定範囲ｍ１，ｍ２が示されている。測定範囲ｍ１は矩形領域の形状を有し、測定範囲ｍ２は直線状領域の形状を有する。図２に示された点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は試料１２の表面領域７１の外周部に適宜に決められた基準点である。これらの３つの基準点によって構成される面が、本測定方法が適用される試料１２の測定表面における基準面となる。基準点Ｐ１〜Ｐ３は測定範囲ｍ１，ｍ２の範囲外の位置に存する。
【００４８】
上記において、走査型プローブ顕微鏡の構成に基づいて点Ｐ１〜Ｐ３の測定と測定範囲ｍ１，ｍ２の測定とが行われる。点Ｐ１〜Ｐ３の測定のためのＸＹ走査は前述したＸＹステージを動作させることに基づいて行われる。他方、測定範囲ｍ１，ｍ２の測定のためのＸＹ走査はＸＹＺ微動機構２４のＸＹ微動機構部分を動作させることに基づいて行われる。点Ｐ１〜Ｐ３の測定で基準面の高さ情報が得られる。測定範囲ｍ１，ｍ２の測定では測定範囲の表面の凹凸形状に係る情報が得られる。本実施形態では、点Ｐ１〜Ｐ３の測定が行われた後、測定範囲ｍ１，ｍ２の測定が行われる。しかしながら、測定の順序はこれに限定されない。
【００４９】
点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の間の移動ではＸＹステージによる走査動作が用いられる。このときＸＹＺ微動機構２４のＺ微動部の高さ方向は、Ｚ微動機構部分が後退して退避状態の位置にある。点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の測定では、試料ステージ５１内のＺ軸方向移動機構５６が探針と試料を接近させて測定状態として、または、好ましくはＺ微動機構部分のみにより探針と試料を接近させて測定状態として、当該測定が行われる。測定範囲ｍ１，ｍ２の測定は原子間力顕微鏡の通常の測定の構成に基づいて行われる。
【００５０】
上記の走査型プローブ顕微鏡による測定方法によれば、基準面の測定によって試料１２の表面の基準面の高さ情報を得ることができるので、測定範囲ｍ１，ｍ２の測定で得られた測定データに対して高さ情報を付加することができる。これによって試料表面の高さに関する比較を行うことができる。
【００５１】
図３は、測定結果の一例をイメージ的に示したものである。Ａは点Ｐ１〜Ｐ３の測定で得られた基準面を示している。線７２は直線状の測定範囲ｍ２を測定した結果得られた測定高さを示している。基準面Ａの高さ位置データと測定範囲ｍ２の測定データ７２との対比に基づいて高さに係る情報Ｈａが得られる。この高さ情報Ｈａは測定範囲ｍ２の測定のみからは得ることができない。この高さ情報は試料１２の表面形状に関する高さおよび深さの管理に使用される。
【００５２】
上記の測定方法では、測定範囲ｍ１，ｍ２のＸＹ走査はＸＹ微動機構を行ったが、測定範囲ｍ１，ｍ２が広い場合、例えば２００μｍの距離の移動を要求される場合にはＸＹステージを利用してワイドモードでの測定が行われる。
【００５３】
図４は他の測定方法を示している。ＸＹＺ微動機構２４のＸＹ微動機構部分によるＸＹ走査に基づく測定範囲ｍ１，ｍ２の測定は同じである。この測定方法によればＸＹステージを利用した基準面の測定が異なる。この測定方法では、点Ｐ１，Ｐ２の間の直線Ｌ１を測定し、次に点Ｐ２，Ｐ３の間の直線Ｌ２を測定する。２つの直線Ｌ１，Ｌ２に関するラインデータは平均化され、平均化されたデータ（基準線のデータ）を確定する。２つの直線によって決まる面を基準面として確定する。
【００５４】
基準面を確定するための測定に関しては、次のように変形することもできる。前述の第１の測定方法では３つの点Ｐ１〜Ｐ３に関して点測定を行ったが、各点付近で微小エリアの面測定を行い、その平均高さを各点の高さデータとして基準面を確定することもできる。
【００５５】
さらに他の測定方法として、点Ｐ１、測定範囲ｍ１、点Ｐ３が同一線上にあると仮定して、図２の破線で示した直線７３に示すごとく直線状にＸＹステージでＸＹ走査を行って測定を行い、点Ｐ１，Ｐ３で確定する基準線分に対して測定範囲ｍ２の高さを比較し、解析するようにすることもできる。
【００５６】
走査型プローブ顕微鏡による上記の測定方法は、半導体分野の試料の測定に限定されず、一般的にナノテクノロジーの分野に属する試料のすべてに適用できる測定方法である。
【００５７】
図５は制御装置５２に設けられた記憶部５４のデータ保存部７４を示す。このデータ保存部７４におけるデータの保存形式は１つのファイルを構成している。この１つの共通のファイルに、基準点、基準線、基準面のデータと、本来測定したい測定範囲ｍ１，ｍ２の面データおよび線データとを保存する。このようにデータを保存することにより、基準面に対する測定データの情報を必要なときにいつでも取り出し、解析することができる。
【００５８】
なお上記の実施形態の説明では、測定試料として半導体基板上に形成される四角形のチップを想定し、基準点がその周辺にあることを想定したが、チップ内の或る決められた位置に基準点等を設けるなど、試料と測定目的に応じて種々な場合を想定することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、測定対象である試料の表面における本来の測定範囲外の箇所の基準点や基準面等を広域走査が可能な機構部を利用してその高さを測定することができるため、試料表面の測定範囲に係る測定データの高さ等の比較を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の構成を示す構成図である。
【図２】第１の測定方法について説明するための試料表面を示す平面図である。
【図３】本発明に係る測定方法で得られる測定データのイメージを示した図である。
【図４】第２および第３の測定方法について説明するための試料表面を示す平面図である。
【図５】データの保存部の構成を示す図である。
【図６】従来の走査型プローブ顕微鏡の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１２　　　　　　　試料
２１　　　　　　　駆動機構
２２　　　　　　　光学顕微鏡
２３　　　　　　　カメラ
２４　　　　　　　ＸＹＺ微動機構
２５　　　　　　　探針
２６　　　　　　　カンチレバー
２７　　　　　　　レーザ光源
２８　　　　　　　レーザ光
２９　　　　　　　光検出器
３１　　　　　　　比較器
５１　　　　　　　試料ステージ
５２　　　　　　　制御装置
５３　　　　　　　走査信号選択部
５４　　　　　　　走査信号選択プログラム
５５　　　　　　　平滑基準面
５６　　　　　　　Ｚ軸方向移動機構
【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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