(57)【要約】【課題】  形状もしくは物性等に特徴を有するパターンの解析において、二次元平面でのパターン形状や物性のばらつき、パターン形状と物性の関係、パターン配列精度等を定量的に把握することができる測定方法を提供する。【解決手段】  走査プローブ顕微鏡の取得画像から、パターンを形成する単位領域の検出を行い、各検出単位領域内における各種特性を算出し、測定領域内での各種特性のばらつき、各特性間の相関、測定領域内での各領域の二次元配列精度等を表示してパターンの特性が容易に把握できるようにする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状特性もしくは物理特性を有する領域が二次元平面に配列されたパターンの走査型プローブ顕微鏡を用いた測定において、試料の同一領域で一つ以上の特性画像を取得するステップと前記取得画像から前記領域を検出するステップと、前記検出された各領域における各種特性の値を算出するステップと、前記算出された各領域における各種特性値の二次元的ばらつきを表示するステップを有することを特徴とした走査型プローブ顕微鏡を用いた測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の特性値の二次元的ばらつきを表示する手段が、全検出領域の特性値を一定範囲に分割してヒストグラムで表示し、前記ヒストグラムの度数表示色とその度数に対応した各範囲に属する特性値を有す領域の色を同色として、前記領域の二次元分布図を表示することを特徴とした走査型プローブ顕微鏡を用いた測定方法。
【請求項３】
請求項１記載の特性値の二次元的ばらつきを表示する手段が、全検出領域の特性値を一定範囲に分割し、前記分割された各範囲に属する特性値を有した領域の度数を、前記領域を表示する色の濃淡値に対応させ、前記領域の二次元分布図を表示することを特徴とした走査型プローブ顕微鏡を用いた測定方法。
【請求項４】
請求項１記載の各種特性値の相関を表示するステップを有することを特徴とした走査型プローブ顕微鏡を用いた測定方法。
【請求項５】
請求項１記載の領域の配列精度を表示するステップを有することを特徴とした走査型プローブ顕微鏡を用いた測定方法。
【請求項６】
請求項１記載、微小領域が二次元平面に配列されたパターンが記録媒体であることを特徴とした走査型プローブ顕微鏡の測定方法および走査型プローブ顕微鏡を用いた測定方法。
【請求項７】
請求項１記載、特性画像が形状像、摩擦像、磁気像、静電気像、誘電容量像、吸着像、弾性像、光学像のいずれかであることを特徴とした走査型プローブ顕微鏡を用いた測定方法。
【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を用いた測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微細試料の測定技術の一つとして、走査型プローブ顕微鏡が知られている。これはカンチレバーと呼ばれる非常に柔らかい板ばねの先端に先鋭化された探針が取り付けられ、試料と探針間の接触力が一定になるように制御しながら試料の表面を走査する技術であり、原子オーダーの微細立体形状が測定できる技術として広く用いられている。さらに、この走査プローブ顕微鏡をベースにして、接触力以外の力を検出、制御することによって摩擦力、磁気力、静電気力、静電容量、吸着力、弾性力、光学情報等の様々な表面物性値を測定することができ、それぞれの測定値を濃淡画像として表示することが可能である。
【０００３】
特許文献1には、複数の物性画像を取得した場合の画像表示方法として、試料の同一領域から取得した複数種の特性画像を用いて、表示画像の各表示単位領域の色を表示単位領域の位置と対応する試料の位置における複数種の特性に応じて定めることにより、複数種の特性の２次元分布の関係を示す画像表示方法について述べられている。
【０００４】
【特許文献１】特開平11−110532号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の通り走査プローブ顕微鏡は、複数種の特性画像を取得することによって、測定領域内における各種特性の二次元的な大まかな傾向をみることが可能である。ただしこれら特性画像を取得した場合でも、二次元平面内での各特性値のばらつき、または各特性間の関係等を定量的に把握することは困難であるという問題がある。特に形状もしくは物性等に特徴を有するパターンの解析においては、二次元平面内でのパターン形状や物性のばらつき、パターン形状と物性の関係、パターン配列精度等を定量的に把握することが重要であり、これらを一目で把握できる測定方法が必要である。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、パターンの形状もしくは物性に特徴を有する試料において、同一領域内で1つ以上の特性画像を取得して単位パターン毎の各種特性を算出し、測定領域内での特性のばらつき、各種特性間の関係、例えばパターン形状と物性の関係等を容易に把握することができる測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
取得画像から、上記パターンを形成する検出単位領域の検出を行い、各検出単位領域内における各種特性の算出を行う。また、測定領域内での測定領域内での各種特性のばらつき、または各種特性間の相関関係、各検出領域の二次元配列精度等を表示し、パターンの特性が容易に把握できるようにする。
【発明の効果】
【０００８】
単位領域における複数種の特性間の関係を定量的に確認することが可能となる為、試料形状もしくはその物性等に特徴を有する試料の総合的な解析に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。本測定を行う装置の構成を図１に示す。
【００１０】
装置は測定試料101を載せる試料ステージ102、試料上を走査する探針103、探針をXYZ方向に駆動する探針駆動部104、探針制御に用いる制御信号の検出を行う制御信号検出センサ105、検出センサで検出された制御信号に基づいて探針駆動部に指令を出す走査制御部106、試料ステージの制御および測定シーケンス等の制御を行う全体制御部107、測定結果の記録及び画像処理等を行う、記憶・演算処理部108、記憶・演算処理部での処理結果の表示を行う測定結果表示部109から構成される。本発明における各処理は記憶・演算処理部108で行われ、結果は測定結果表示部109に表示される。
【００１１】
測定試料として、図２に示すような二次元平面内に円錐型の磁性粒子を等間隔で規則正しく配列した記録媒体の測定例を示す。また、この時の測定から結果表示までの処理の流れを図3に示す。本測定例では測定試料は磁性体粒子であるため、測定は同一領域で形状と磁気力について行い、測定画像として形状像および磁気力像を取得する（図３処理S1）。
最初に特性評価を行いたい磁性体粒子領域および領域外形画素の検出を行う（図３処理S2）。
【００１２】
磁性粒子は円錐型の凸バターンであるので、本測定例では検出に試料表面の凹凸形状を濃淡画像として表示する形状像を用いる。本測定例の検出方法としては、形状像の高さ（濃淡値）に一定の閾値を設け、全測定画素について閾値判定を行う。本測定の場合、磁性粒子は凸パターンであるので高さが閾値以上である画素を磁性体粒子の領域として検出する。ただし、単位領域の検出に用いる画像は形状像に限るものではなく、例えば単位領域に形状の特性がなく、他領域との物性の違いのみで形成されているような場合、単位領域を形成する物性画像を用いることによって検出を行う。
【００１３】
領域外形画素の検出については、検出単位領域を構成するそれぞれの画素に対して、その画素の縦横それぞれ両隣2画素、合計4画素に着目し、図４に示すとおり、4画素のうちの少なくとも1画素が閾値以下であれば外形画素として判定することができる。
【００１４】
また、その他の領域外形画素の検出方法としては、単位領域を検出した際、単位領域とそれ以外の領域を二値化処理しておき、二値化画像の全測定画素について画素間の濃淡値の差分をとり、差分値が一定以上の画素を検出する方法を用いてもよい。
【００１５】
上記処理によって、単位領域および領域外形画素の検出を行った後、検出した単位領域における特性値の算出を行う。本実施例では形状像および磁気力像を取得しているため、形状像から得られた検出単位領域を磁気力像にも適用し、各検出単位領域での形状像から得られる形状特性および磁気像から得られる磁気特性を算出する（図３処理S3）。
【００１６】
形状特性としては、二次元的形状特徴として検出領域の周の長さ、領域面積、平均径等を算出する。また、三次元的形状特徴として領域平均高さ、アスペクト比、体積を算出する。（図４参照）各形状特徴の算出方法について以下に説明する。
【００１７】
領域の周の長さは、上で検出した外形画素の長さと定義できる。領域外形画素における画素間距離Ｌは、1画素サイズを縦、横それぞれ（ｌｘ、ｌｙ）、隣画素との座標値の差を縦、横それぞれ（X、Y）とすると
【００１８】
【数１】
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【００１９】
で表すことができるため、この画素間距離の和をとることにより外形画素の長さを算出できる（図５参照）。また、領域面については、1画素サイズを縦、横それぞれ（ｌｘ、ｌｙ）、検出領域の画素数をNとして
Ｓ＝（ｌｘ・ｌｙ）・N    ・・・・・（2）式
から算出できる。領域の平均径は、検出単位領域を円と見なした場合の直径にあたるため（図６参照）、上記で求めた領域の周の長さを円周率で割ることにより算出できる。
【００２０】
その他の領域平均高さ、アスペクト比、体積は上で求めた値を用いて、それぞれ、（領域内の各画素の高さ平均値）、（平均径を領域平均高さで割る）、（パターン面積と平均高さの積）によって算出する。
【００２１】
磁気特性については、上記で適用された領域内における各画素の値の総和、すなわち磁気力の積分値を算出する。以上の算出結果を選択された領域について表示を行う。
【００２２】
次に上記算出結果を用いて、形状特性および物性値（磁気力）の二次元的ばらつきの表示、形状特性および物性値（磁気力）の相関の表示、各検出単位領域の二次元配列精度の表示を行う（図３処理S4）。それぞれの表示方法について以下に説明する。
【００２３】
上記処理で求めた各検出単位領域の各種特性のばらつきの表示方法としてヒストグラムを用いる方法を示す。ただし、通常のヒストグラム表示のみでは、ばらつきの一次元的分布を表示することは可能であるが、二次元平面内でのばらつきの分布が不明であるという欠点がある。このため、ヒストグラムの度数表示色と、その度数が示す範囲の特性値を有する検出領域を同色として、ヒストグラムと検出領域の二次元分布図を同時に表示し、各種特性の二次元平面におけるばらつきを確認できるようにする。また、ヒストグラムを用いないばらつきの表示方法について示す。これは、全検出領域における特性値を一定の範囲に分割し、同範囲の特性値を有する領域はその領域の外形線を同色で表示する。さらに、分割された各範囲に属する特性値を有した領域の度数の大きさをその範囲に属する領域を表示する際の色の濃淡値に対応させて領域の二次元分布図を表示する方法であり、例えば度数の多いものは濃く、小さいものは薄く表示すれば、各種特性の二次元的なばらつきと度数とを同時に確認することが可能となる。
【００２４】
また、各種特性間の相関の表示方法を説明する。これは、各検出単位領域における任意の二特性値を対応させ、全検出領域での対応を散布図によって表示する。
【００２５】
その他、単位領域の配列精度として、単位領域のピッチ（領域中心間距離）のばらつき、ピッチを求めた方向と垂直方向の領域位置のばらつきを算出する。
【００２６】
ピッチを求めた方向と垂直方向のばらつきの算出は、それぞれの領域中心の座標から領域の基準位置を最小自乗法等によって算出し、それぞれの領域中心の基準位置からのずれのばらつきを求める。さらに、単位領域の絶対配列精度として、ある単位領域を基準とした際の、他の領域の設計位置からのズレの大きさをベクトルによって表示する。これによって配列精度の二次元分布が容易に確認できる。
【００２７】
以上、説明した各表示方法によって、各検出単位領域における各種特性、二次元構造、各種特性間の関係が明らかになる。本実施例では、磁性体粒子の形状のばらつき、配列精度が定量的に把握でき、また、磁性体粒子の形状特性と磁気力について相関を求めることによって、磁性粒子の各形状特性が磁気力にどの様な影響があるかを把握することができる。
【００２８】
ただし、本発明は、以上で説明した実施の形態に限定されるものではなく、形状的特性もしくは物理的特性を有する領域が二次元平面に配列されたパターンであれば、同様にこの測定結果の表示方法が適用できることは言うまでもない。本発明は走査プローブ顕微鏡における測定結果の表示方法に重点を置いたものであり、各種特性の算出方法は上で示した方法に限るものではなく、測定像に関しても本実施例で示した、形状像、磁気力像の他、摩擦力、静電気力、静電容量、吸着力、弾性力、光学情報のいずれか、もしくは他の特性画像でも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明による解析結果をパターンの評価・解析に適用し、開発プロセスにフィードバックすることによって開発効率の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明における処理の流れを示す説明図である。
【図２】走査プローブ顕微鏡構成の一例を示す説明図である。
【図３】測定パターンを示す説明図である。
【図４】検出領域の外形線画素の検出方法示す説明図である。
【図５】検出領域の外形線距離の算出方法を示す説明図である。
【図６】形状特性を示す説明図である。
【図７】特性値のばらつきの表示方法を示す説明図である。
【図８】特性値のばらつきの表示方法を示す説明図である。
【図９】特性値間の相関の表示方法を示す説明図である。
【図１０】配列精度の表示方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
101…測定試料、102…試料ステージ、103…探針、104…探針駆動部、201…時生態粒子、401…領域外形画素、402…領域外形以外の画素、501…領域外形画素間距離、601…領域平均高さ、602…領域平均径、1001…検出単位領域、1002…領域間ピッチ、1003…領域基準位置、1004…基準位置からのズレ、1005…基準単位領域、1006…設計位置からのズレ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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