(57)【要約】【課題】  インライン検査のための走査型プローブ顕微鏡による自動計測で、光量を制御し、当該自動計測の測定精度を向上できる走査型プローブ顕微鏡を提供する。【解決手段】  走査型プローブ顕微鏡は、試料１２に対向する探針２０を有するカンチレバー２１、探針が試料の表面を走査するとき探針と試料の間で生じる原子間力等を測定する測定部（光てこ式光学顕微鏡やフィードバックサーボ制御ループ）、探針と試料の位置を相対的に変化させ走査動作を行わせる移動機構を備える。さらに走査型プローブ顕微鏡は、アライメントのための参照用パターンを取得・登録する取得登録手段と、この取得登録手段によって画像パターンをレシピに登録した時の照度に光量をレシピに登録するレシピ化手段とを備える。【選択図】      図１
2005083805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対向する探針を有する探針部と、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生じる物理量を測定する測定部と、前記探針と前記試料の位置を相対的に変化させ走査動作を行わせる移動機構とを備え、前記測定部で前記物理量を一定に保ちながら前記移動機構により前記探針で前記試料の表面を走査して前記試料の表面を測定する走査型プローブ顕微鏡において、
アライメントのための画像パターンを取得・登録する取得登録手段と、
前記取得登録手段によって前記画像パターンをレシピに登録した時の照度に係る光量を前記レシピに登録するレシピ化手段と、
を備えることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記照度を有する照明を与える照明装置と、
前記レシピの実行時に前記レシピに登録された前記照度に係る光量を前記照明装置に設定する設定手段と、
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。
【請求項３】
前記光量は試料ごとに調整され、光量が調整された画像についてのパターン認識が行われることを特徴とする請求項１または２記載の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に関し、特に、自動計測で高い計測精度を実現できる走査型プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
この走査型プローブ顕微鏡は、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、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工程の用途でも使用されてきている。
【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。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（目標撓み量を与える電圧）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に追従させながら走査し、その形状を測定することができる。測定された試料の表面形状は画像化され、計測結果として、モニタに表示される。
【０００５】
上記の原子間力顕微鏡に対して観察対象である試料が用意される。試料は、例えば、表面に多数の半導体デバイスが作りこまれた基板またはウェハである。この試料は試料ステージ上に設けられた試料ホルダ（試料チャック機構）の上に配置され、静電力で固定される。試料ステージは、それ自体、試料を移動させるための移動機構としてＸＹ移動機構およびＺ移動機構を備える。ＸＹ移動機構およびＺ移動機構は、前述したＸＹＺ微動機構に比較して、探針と試料の間で相対的に大きな距離の移動を可能にする粗動機構である。
【０００６】
さらに上記原子間力顕微鏡では、例えば、試料表面等で広い範囲の観察を可能にする光学顕微鏡、および光学顕微鏡で得られた像を撮影するＴＶカメラ等が装備される。このＴＶカメラは、探針の位置の確認、あるいはパターン認識を行うための画像取込みを行うのに使用される。
【０００７】
前述した原子間力顕微鏡によってウェハ等を自動計測するとき、測定精度を高くすることが問題となる。自動計測における測定精度を向上させるには、試料表面の測定すべき箇所とカンチレバーの先端の探針とを正確に位置合せを行うことが要求される。上記のごとくＴＶカメラで得られた探針の位置を利用して当該位置合せが行われる。
【０００８】
上記原子間力顕微鏡によるウェハの自動計測においてウェハの計測すべき箇所を含む空間では、ＴＶカメラによって探針の位置の確認やパターン認識用の画像の取込みという作業が行われるから、適当な照明装置で照明を行って或る一定レベルの明るさ状態（照度状態）に保持されている。しかしながら、この照明装置は、原子間力顕微鏡のための専用の特別な照明装置ではない。従って、従来の自動計測装置の照明環境での照明レベルは、探針の位置確認のとき、またはパターン認識用画像取込みのときのいずれにおいても固定され、一定のレベルとなっている。従来の装置では、例えば、自動計測のウェハの種類ごとに照明のレベルを変えることはできなかった。従ってパターン認識のための画像取込みをうまく行うことができない場合も起り得た。そのため、アライメントの操作もうまくいかないことが多かった。
【０００９】
ここで「アライメント」とは、自動計測のプロセスで実行される、ＸＹステージの位置座標とウェハのアライメントパターンの位置座標系とを一致させるための補正のことである。このアライメントは、通常、ウェハ上に存するアライメントパターンと、レシピ（処理手順記述手段、または条件も含めて処理手順が記述されたもの）に登録された参照用パターンとを比較し、両者が一致するようにステージ位置座標を補正するように行われる。このアライメントの操作を失敗すると、その都度オペレータが介入しなければならないので、結果として、自動計測のスループットが低下するという問題を生じる。
【００１０】
なお、従来、半導体デバイスのウェハ等を検査するインライン検査用システムとして、特許文献１に開示される検査システムがある。この検査システムは、走査型電子顕微鏡およびそれに類似する装置において半導体等の製造工程で用いられる検査システムである。この半導体検査ＳＥＭの検査システムの説明では、インライン検査を行うときの手順としてアライメントの操作に関して述べている。
【特許文献１】特開２０００−２５２３３２号公報（段落０００４，００２３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
インライン検査のための走査型プローブ顕微鏡による自動計測において当該自動計測の測定精度を向上させるため、上記アライメントで、ウェハ上のアライメントパターンを取り込んだ時の画像パターンが可能な限り参照用パターンと一致するようになることが望まれる。つまり、ウェハ上のアライメントパターンを実際に取り込んだ時の条件と参照パターンを登録した時の条件とが可能な限り一致していることが望ましい。特に、画像に影響を与える照明状態すなわち光量の設定を合せることが有効である。従来の環境では、実際には、装置立上げ時に設定された光量をそのまま計測時にも使用しているので、アライメントができなかったり、精度が出ない場合がある。
【００１２】
そこで、本発明の課題は、インライン検査のための走査型プローブ顕微鏡による自動計測において、照明装置による光量を適切に設定し、当該自動計測の測定精度を向上させようとするものである。
【００１３】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、インライン検査のための走査型プローブ顕微鏡に基づく試料ごとの自動計測において、アライメントを行う際の照明レベルに係る光量を適切に制御し、当該自動計測の測定精度を向上することができる走査型プローブ顕微鏡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は、上記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（請求項１に対応）：走査型プローブ顕微鏡は、基本的構成として、試料に対向する探針を有する探針部（カンチレバー等）と、探針が試料の表面を走査するとき探針と試料の間で生じる物理量（原子間力等）を測定する測定部（光てこ式光学検出装置、フィードバックサーボ制御系、走査装置、ＸＹＺの微動機構、データ処理等の制御装置等）と、探針と試料の位置を相対的に変化させ走査動作を行わせる移動機構とを備える。走査型プローブ顕微鏡では、測定部で物理量を一定に保ちながら移動機構により探針で試料の表面を走査して試料の表面を測定する。さらに本発明に係る走査型プローブ顕微鏡は、アライメントのための画像パターン（参照用パターン）を取得・登録する取得登録手段（ステップＳ２３で実現される機能部）と、この取得登録手段によって画像パターンをレシピに登録した時の照度に係る光量をレシピに登録するレシピ化手段（ステップＳ２４で実現される機能部）と、を備えている。この特徴的構成によって、位置決めのための画像パターン（参照用パターン）の登録時の光量をレシピ準備時に記録することができ、さらに自動計測実行時（レシピ実行時）に、照明装置の照明レベルに係る光量の調整・設定を行うことができる。
【００１６】
上記の走査型プローブ顕微鏡では、試料の自動計測において試料ごとにアライメントを行うときに、参照パターンの取込み、および試料（ウェハ）上のアライメントパターンの取込みで、画像取込みに影響のある照明装置による照明状態すなわち光量を同じ条件で設定することができ、そのため、自動計測時のアライメントで確実にアライメントの操作を行うことができ、自動計測の測定精度を高くすることが可能である。またアライメントに係るパターン認識を確実に行ってアライメントを必ず成功することができるので、オペレータの介入を避けることができ、自動計測のスループットを高めることが可能である。
【００１７】
第２の走査型プローブ顕微鏡（請求項２に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、上記照度を有する照明を与える照明装置と、レシピを実行する際に上記レシピに登録された上記照度に対応する光量を照明装置に設定する設定手段（光量制御部６２等）と、を備えることで特徴づけられる。この構成によって、画像に影響のある照明装置の照明状態に係る光量を同じ条件にて適切に調整することが可能である。
【００１８】
第３の走査型プローブ顕微鏡（請求項３に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、光量は試料ごとに調整され、光量が調整された画像についてのパターン認識が行われることで特徴づけられる。この構成によって、自動計測において試料ごとに最適にアライメントを行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、半導体デバイス等の製造ラインに設けられた走査型プローブ顕微鏡に基づくインライン検査において、試料であるウェハごとの自動計測でアライメントを確実に行うことができ、その精度を向上することができ、ひいては測定精度を向上することができ、自動計測のスループットを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１に従って本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の一例として原子間力顕微鏡装置（ＡＦＭ装置）の全体構成を説明する。
【００２２】
原子間力顕微鏡装置の下側部分は試料ステージ１１が設けられている。試料ステージ１１は基準面１０上に滑らかに自在に移動できるように配置されている。試料ステージ１１は、それ自体がＸＹ移動部であり、かつその内部にＺステージ１５を有している。ＸＹ移動部として試料ステージ１１を基準面１０上で移動させるのは、基準面１０上に固定されたＸＹステージ１４である。ＸＹステージ１４はＸステージ１４ａとＹステージ１４ｂから成る。また試料ステージ１１とＸＹステージ１４は連結部１４ｃで連結されている。
【００２３】
上記の試料ステージ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で試料１２の位置を変えるための機構である。試料ステージ１１は、上記のごとくＸＹステージ１４とＺステージ１５を備え、さらに試料ホルダ１６を備える。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、その上面部分に試料固定用チャック機構を備えている。
【００２４】
図１において、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、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１７ａと、ＸＹの各軸方向に動かすためのＸＹ方向移動機構部１７ｂとから構成されている。取付け関係として、Ｚ方向移動機構部１７ａは光学顕微鏡１８をＺ軸方向に動かし、ＸＹ方向移動機構部１７ｂは光学顕微鏡１８とＺ方向移動機構部１７ａのユニットをＸＹの各軸方向に動かす。ＸＹ方向移動機構部１７ｂ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。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、これによって画像データを出力する。
【００２５】
上記の光学顕微鏡１８には、さらに、ＴＶカメラ１９の近傍の位置に照明装置６１を備える。照明装置６１は光学顕微鏡１８の光軸近傍の光路を経由して試料１２の表面に対して必要な照明を与える。試料１２は、照明装置６１によって所要の照度で照明される。試料１２の表面に関して光学顕微鏡１８によって所要の照度の下で像を得ることが可能となる。またＴＶカメラ１９は所要の照度の下の当該像を撮像する。照明装置６１は、上記の所要照度の照明を行うための光量を有する光を発する。照明装置６１から発せられる光に係る光量は任意に調整される。
【００２６】
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、その大きな面積を有する基部が取付け部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。
【００２７】
上記の取付け部２２は、Ｚ方向に微動動作を生じさせるＺ微動機構２３に取り付けられている。さらにＺ微動機構２３はカンチレバー変位検出部２４の下面に取り付けられている。
【００２８】
カンチレバー変位検出部２４は、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。
【００２９】
カンチレバー変位検出部２４はＸＹ微動機構２９に取り付けられている。ＸＹ微動機構２９によってカンチレバー２１および探針２０等はＸＹ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は同時に移動されることになり、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。Ｚ微動機構２３とＸＹ微動機構２９は、通常、圧電素子で構成されている。Ｚ微動機構２３とＸＹ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。なおＸＹ微動機構２９は、図示しない上記フレーム部材に固定されている。
【００３０】
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の適宜な領域の表面と、カンチレバー２１における探針２０を含む先端部（背面部）とが含まれることになる。
【００３１】
次に原子間力顕微鏡の制御系を説明する。制御系の構成としては、比較器３１、制御器３２、第１制御装置３３、第２制御装置３４が設けられる。制御器３２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制御器である。また第１制御装置３３は複数の駆動機構等のそれぞれの駆動制御用の制御装置であり、第２制御装置３４は上位の制御装置である。
【００３２】
比較器３１は、光検出器２７から出力される電圧信号Ｖd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。制御器３２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Ｚ微動機構２３に与える。制御信号ｓ２を受けたＺ微動機構２３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一定の距離に保つ。上記の光検出器２７からＺ微動機構２３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のループである。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。
【００３３】
次に第１制御装置３３は、原子間力顕微鏡の各部を駆動させるための制御装置であり、次のような機能部を備えている。
【００３４】
光学顕微鏡１８は、フォーカス用Ｚ方向移動機構部１７ａとＸＹ方向移動機構部１７ｂ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。第１制御装置３３は、上記のＺ方向移動機構部１７ａとＸＹ方向移動機構部１７ｂのそれぞれの動作を制御するための第１駆動制御部４１と第２駆動制御部４２を備えている。
【００３５】
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第１制御装置３３に入力され、内部の画像処理部４３で処理される。
【００３６】
光学顕微鏡１８に付設された照明装置６１の照度を決める光量は任意に調整することができる。照明装置６１の光量は光量制御部６２によって調整・設定される。
【００３７】
制御器３２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、制御器３２から出力される制御信号ｓ２は、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。探針２０の高さ信号すなわち制御信号ｓ２によって探針２０の高さ位置の変化に係る情報を得ることができる。探針２０の高さ位置情報を含む上記制御信号ｓ２は、前述のごとくＺ微動機構２３に対して駆動制御用に与えられると共に、制御装置３３内のデータ処理部４４に取り込まれる。
【００３８】
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、ＸＹ微動機構２９を駆動することにより行われる。ＸＹ微動機構２９の駆動制御は、ＸＹ微動機構２９に対してＸＹ走査信号ｓ３を提供するＸＹ走査制御部４５によって行われる。
【００３９】
また試料ステージ１１のＸＹステージ１４とＺステージ１５の駆動は、Ｘ方向駆動信号を出力するＸ駆動制御部４６とＹ方向駆動信号を出力するＹ駆動制御部４７とＺ方向駆動信号を出力するＺ駆動制御部４８とによって制御される。
【００４０】
なお第１制御装置３３は、必要に応じて、設定された制御用データ、入力した光学顕微鏡画像データや探針の高さ位置に係るデータ等を記憶・保存する記憶部（図示せず）を備える。
【００４１】
上記第１制御装置３３に対して上位に位置する第２制御装置３４が設けられている。第２制御装置３４は、通常の計測プログラムの記憶・実行および通常の計測条件の設定・記憶、自動計測プログラムの記憶・実行およびその計測条件の設定・記憶、計測データの保存、計測結果の画像処理および表示装置（モニタ）３５への表示等の処理を行う。特に本発明の場合には、自動計測におけるアライメントに関するレシピの作成、実行、照明装置    の制御が行われる。自動計測に係る条件は設定ファイルに記憶され、管理される。さらに、通信機能を有するように構成し、外部装置との間で通信を行える機能を持たせることもできる。
【００４２】
第２制御装置３４は、上記の機能を有することから、処理装置であるＣＰＵ５１と記憶部５２とから構成される。記憶部５２には上記のプログラムおよび条件データ等が記憶・保存されている。また第２制御装置３４は、画像表示制御部５３と通信部等を備える。加えて第２制御装置３４にはインタフェース５４を介して入力装置３６が接続されており、入力装置３６によって記憶部５２に記憶される測定プログラム、測定条件、データ等を設定・変更することができるようになっている。
【００４３】
第２制御装置３４のＣＰＵ５１は、バス５５を介して、第１制御装置３３の各機能部に対して上位の制御指令等を提供し、また画像処理部４３やデータ処理部４４等から画像データや探針の高さ位置に係るデータを提供される。
【００４４】
次に上記の原子間力顕微鏡装置の基本動作を説明する。
【００４５】
試料ステージ１１上に置かれた半導体基板等の試料１２の表面の所定領域に対してカンチレバー２１の探針２０の先端を臨ませる。通常、探針接近用機構であるＺステージ１５によって探針２０を試料１２の表面に近づけ、原子間力を作用させてカンチレバー２１に撓み変形を生じさせる。カンチレバー２１の撓み変形による撓み量を、前述した光てこ式光学検出装置によって検出する。この状態において、試料表面に対して探針２０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２０による試料１２の表面のＸＹ走査は、探針２０の側をＸＹ微動機構２９で移動（微動）させることによって、または試料１２の側をＸＹステージ１４で移動（粗動）させることによって、試料１２と探針２０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。
【００４６】
探針２０側の移動は、カンチレバー２１を備えるＸＹ微動機構２９に対してＸＹ微動に係るＸＹ走査信号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ｓ３は第１制御装置３３内のＸＹ走査制御部４５から与えられる。他方、試料側の移動は、試料ステージ１１のＸＹステージ１４に対してＸ駆動制御部４６とＹ駆動制御部４７から駆動信号を与えることによって行われる。
【００４７】
上記のＸＹ微動機構２９は、圧電素子を利用して構成され、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２９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２９によるＸＹ走査によれば、微小な狭域範囲の測定となる。他方、上記のＸＹステージ１４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、広域範囲の測定を行うことができる。
【００４８】
上記のごとくして試料１２の表面上の所定の測定領域を探針２０で走査しながら、フィードバックサーボ制御ループに基づいてカンチレバー２１の撓み量（撓み等による変形量）が一定になるように制御を行う。カンチレバー２１の撓み量は、常に、基準となる目標撓み量（基準電圧Ｖrefで設定される）に一致するように制御される。その結果、探針２０と試料１２の表面との距離は一定の距離に保持される。従って探針２０は、例えば、試料１２の表面の微細凹凸形状（プロファイル）をなぞりながら移動（走査）することになり、探針の高さ信号を得ることによって試料１２の表面の微細凹凸形状を計測することができる。
【００４９】
次に上記の図１、図２および図３を参照して、本実施形態に係る特徴的な機能および動作を説明する。
【００５０】
図２は自動計測を実行するまでの手順を示す。図２に示されるごとく、自動計測を実行する前の段階では、まず自動計測用レシピのロード（読込み）を行い、当該レシピを実行する（ステップＳ１１）。自動計測用レシピは、自動計測を実行するための処理手順および各種の条件を記述したものであって、自動計測の機能を実現するアルゴリズムまたはプログラムに相当するものである。当該レシピは、図３を参照して後述されるように、予め用意され、登録・保存されている。
【００５１】
次に、測定対象であるウェハすなわち試料１２を試料ステージ１１の試料ホルダ１６の上に搭載し、試料チャック機構によって固定し、さらにウェハの位置をアライメント位置に移動させる（ステップＳ１２）。試料１２の搬送・搬入は、半導体デバイス製造用のインライン装置における図示しない搬送ロボット等によって行われる。試料ホルダ１６の上に搭載された試料１２すなわちウェハに関するアライメント位置への移動は、ＸＹステージ１４を駆動することにより行われる。アライメント位置への移動は、ウェハ上のアライメントのパターンの位置が自動計測を行える位置に来るようにするための移動である。
【００５２】
次の段階では、上記レシピに記述されている光量情報に基づいて照明装置６１の光量を設定する（ステップＳ１３）。照明装置６１の照明状態（照度レベル）は、レシピに記述される光量に基づいて調整される。
【００５３】
次に、照明装置６１による上記照明状態において、光学顕微鏡１８およびＴＶカメラ１９を用いてアライメント用のパターン（アライメントパターン）を読み込む（ステップＳ１４）。アライメントパターンの像は画像データとして第１制御装置３３の画像処理部４３を通して第２制御装置３４に取り込まれる。第２制御装置３４では、取り込んだアライメントパターンに基づいて、レシピに登録された参照用パターンと比較して、アライメントを行う（ステップＳ１５）。アライメントを行った後に、当該試料１２に関して自動計測を開始する（ステップＳ１６）。
【００５４】
次に、図３は上記の自動計測用レシピの作成手順を示す。図３において、最初、レシピを作成するためのレシピ準備モードに入る（ステップＳ２１）。ＸＹステージ１４を動作させて試料ステージ１１をアライメントパターン位置へ移動させる（ステップＳ２２）。このアライメントパターン位置は、位置決めのために予め設定されているパターン位置である。次にアライメントパターンを登録する（ステップＳ２３）。この登録されたアライメントパターンは参照用パターンであり、予め試料ステージ１１上に用意された参照用試料に基づいて得られるものである。
【００５５】
さらに次には、参照用パターンを登録した時の光量をレシピに登録する（ステップＳ２４）。上記のアライメントパターン（参照用パターン）を登録する時には照明装置６１によって所望の照明状態が作られており、従ってその時の照明装置６１による照明の光量を登録しておく。次にアライメントを試み、所定の補正ができるか否かを確認する（ステップＳ２５）。次の判定ステップＳ２５でＮＯのときにはステップＳ２２に戻ってやり直す。判定ステップＳ２６でＹＥＳであるとき、すなわち所定の補正ができることを確認したときには、作成したレシピを登録・保存する（ステップＳ２７）。
【００５６】
以上のようにして作成されたレシピは、前述の図２のフローチャートで説明したごとく、ステップＳ１１で読み出して実行される。これによって精度の高いアライメントを実現することができる。この結果、自動計測における測定精度も向上することができる。
【００５７】
以上の実施形態で説明された構成、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、説明された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。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、半導体デバイスの製造ライン等における走査型プローブ顕微鏡に基づくインライン検査等において、アライメントを確実に行って試料ごとの自動計測の測定精度を向上するのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の代表例である原子間力顕微鏡装置の全体的な構成を示す構成図である。
【図２】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡における自動計測の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡における自動計測前のレシピ登録までの手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６０】
１０      基準面
１１      試料ステージ
１２      試料
１４      ＸＹステージ
１５      Ｚステージ
１６      試料ホルダ
１８      光学顕微鏡
１９      ＴＶカメラ
２０      探針
２１      カンチレバー
３３      第１制御装置
３４      第２制御装置
６１      照明装置
６２      光量制御部
【図１】
2005083805.tif 000003
【図２】
2005083805.tif 000004
【図３】
2005083805.tif 000005