(57)【要約】【課題】傾斜法を利用して側壁等を測定する方法で自動的な計測を行うことができる走査型プローブ顕微鏡およびその計測方法を提供する。【解決手段】走査型プローブ顕微鏡は、試料１２に対して探針２０が向くように設けられたカンチレバー２１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を測定する測定部を備え、測定部で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を測定する。走査型プローブ顕微鏡はさらに探針傾斜機構３０と、探針が傾斜されるとき探針の位置を検出する光学顕微鏡等（１８，１９，４３）と、探針を第１傾斜姿勢と第２傾斜姿勢にさせ各傾斜姿勢で上記測定部により試料表面を測定するとき、光学顕微鏡等で少なくとも第２傾斜姿勢での探針の位置を検出し、第２傾斜姿勢による測定箇所を第１傾斜姿勢による測定箇所と一致させるようにして測定を行う制御装置（３３，３４）を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対して探針が向くように設けられた探針部と、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を備え、この測定部で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を測定するようにした走査型プローブ顕微鏡において、
前記探針を傾斜させる探針傾斜機構と、
前記探針が傾斜されるとき前記探針の位置を検出する探針位置検出手段と、
前記探針傾斜機構で前記探針を第１傾斜姿勢と第２傾斜姿勢にさせ各傾斜姿勢で前記測定部により前記試料の表面を測定するとき、前記探針位置検出手段によって少なくとも前記第２傾斜姿勢での前記探針の位置を検出し、前記第２傾斜姿勢による測定箇所を前記第１傾斜姿勢による測定箇所と一致させるようにして測定を行う制御手段と、
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】
前記探針部は、先端に前記探針を有するカンチレバー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。
【請求項３】
前記探針傾斜機構は、前記カンチレバーの長手方向の軸の回りに前記カンチレバーを回転させると共に前記探針の先端の点を中心点として回転させて前記探針を傾斜させる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。
【請求項４】
前記探針位置検出手段は、前記試料の測定領域を観察する光学顕微鏡と、この光学顕微鏡で得られた光学像を撮影する撮像装置と、この撮像装置で得られた観察画像を処理する画像処理手段とで構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項５】
複数の傾斜角度の設定と各傾斜角度での前記探針による試料表面の測定は、前記制御手段で実行される測定手順に含まれるように記憶手段に自動計測条件として記憶されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第１傾斜姿勢と前記第２傾斜姿勢の前記探針によって前記試料の表面における同一箇所の側壁部分を自動計測す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。
【請求項７】
試料に対して探針が向くように設けられた探針部と、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を備え、この測定部で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を測定するようにした走査型プローブ顕微鏡の自動計測動作の制御方法であり、
前記探針を少なくとも第１傾斜姿勢と第２傾斜姿勢にさせて各傾斜姿勢で前記測定部により前記試料の表面を測定するとき、少なくとも前記第２傾斜姿勢での前記探針の位置を検出し、前記第２傾斜姿勢による測定箇所を前記第１傾斜姿勢による測定箇所と一致させるようにして前記測定を行うことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡の計測方法。
【請求項８】
前記探針部は、先端に前記探針を有するカンチレバーであることを特徴とする請求項７記載の走査型プローブ顕微鏡の計測方法。
【請求項９】
前記探針は、前記カンチレバーの長手方向の軸の回りに前記カンチレバーを回転させると共に前記探針の先端の点を中心点として回転させることにより、傾斜させることを特徴とする請求項８記載の走査型プローブ顕微鏡の計測方法。
【請求項１０】
前記第１傾斜姿勢と前記第２傾斜姿勢の前記探針によって前記試料の表面における同一箇所の側壁部分を自動計測することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡の計測方法。
【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およびその計測方法に関し、特に、基板またはウェハのごとき試料表面の微細凹凸形状等の測定で側壁の自動計測に適した走査型プローブ顕微鏡およびその計測方法に関する。
【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。
【０００５】
原子間力顕微鏡が発明された当時は、その高分解能性を利用してｎｍ（ナノメートル）以下のオーダの表面微細形状の測定が中心課題であった。しかしながら、現在では、走査型プローブ顕微鏡は半導体デバイスのインライン製作装置の途中の段階で検査を行うインライン自動検査までその使用範囲が拡大してきている。このような状況になると、実際の検査工程では、基板またはウェハの上に作られた半導体デバイスの表面の微細凹凸形状において非常に急峻な凹凸を測定することが要求される。さらに現在の段階ではインライン検査の用途としては従来では不可能と考えられてきた例えば９０°の角度を有する垂直側壁の面や孔の側壁面の自動測定も求められつつある。
【０００６】
原子間力顕微鏡を用いて例えば垂直な側壁を測定する技術としては、特許文献１および特許文献２を挙げることができる。これらの特許文献に開示されるカンチレバーおよび探針の代表的形状を図１１に示す。カンチレバー５０１の先端部に設けられた探針５０２は、その先端部の周囲部に長靴の先端に類似した形状を有している。従って探針５０２は直線状部５０２ａと長靴状先端部５０２ｂから形成される。図１１は試料５０３の表面近傍の一部が示されており、試料５０３の表面には任意の深さを有する溝または孔や、その他の凸部等（以下「溝」という）５０４が形成されている。探針５０２は、試料５０３の表面の溝５０４に入り込んだ状態にあり、溝５０４の形状を測定している状態である。探針５０２は、溝５０４の底部５０４ａの測定と共に、その長靴状先端部５０２ｂの形状に基づいて、溝５０４の側壁５０４ｂ，５０４ｃの表面部分に接近することができる。このため、探針５０２の移動の仕方を工夫することにより、溝５０４の側壁５０４ｂ，５０４ｃの計測を行うことができる。
【０００７】
原子間力顕微鏡による他の垂直側壁の測定技術として特許文献３によって提案されるものもある。この特許文献３に開示された探針に基づく測定状態の一例を図１２に示す。特許文献３による走査型プローブ顕微鏡は、カンチレバー５１１の先端の探針５１２を傾斜させる構成（傾斜法）を有している。図１２では、探針５１２を傾斜させて試料５０３の表面に形成された溝５０４の側壁５０４ｂ，５０４ｃの表面を測定している状態を示している。探針５０２は１０〜２０ｎｍ程度の直径を有する直線形状を有する。このような形状を有する探針５０２を角度θ傾斜させて測定を行っている。このような傾斜法の測定方法が可能である走査型プローブ顕微鏡は、比較的に簡単な測定方式によって実現され、現行の技術に基づいて例えば凸部等の左右の側縁部すなわち側壁部を正確に測定することができる。近年のカーボンナノチューブに代表される技術を探針製作に適用することにより、直径が１０〜２０ｎｍ程度の探針５１２を実現することができ、その実用性も高くなりつつある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−８２２４８号公報
【特許文献２】
特開平２００１−２４９０６７号公報
【特許文献３】
特開平８−２２６９２６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１と特許文献２に基づく図１１に示された探針５０２の場合には、基板上に製作される半導体デバイス（ＬＳＩ）の回路パターンが微細化され、図１１に示した溝５０４の幅ａが１００ｎｍよりも小さくなって将来的に５０ｎｍのレベルまでになると、長靴状先端部５０２ｂを有する探針５０２が原因で測定が不可能になり、微細化に対応することができない。この方式の場合には、長靴状先端部５０２ｂの直径ｂを回路パターンの溝５０４の幅ａよりも小さくすることが必要である。例えば長靴状先端部５０２ｂの直径ｂを４０ｎｍとすると、直線状部５０２ａの直径は１０ｎｍより小さくなり、製作上および機械強度面からも非現実的となる。
【００１０】
これに対して特許文献３に基づく図１２に示した傾斜法による側壁面測定では、前述の通り微細径の直線形状の探針５１２を製作することができるので、上記の半導体デバイスの回路パターンの微細化に対応することができる。探針５１１によれば、直線状部分だけで形成されており、長靴状探針の有する直径の問題が生じることなく、半導体デバイスが微細化されても溝５０４の側壁を計測することができる。
【００１１】
他方、傾斜法の測定方法では、図１２に示すごとく、探針５１２で１つの傾斜姿勢を作って測定を行っているので、基本的に溝５０４の側壁の一方しか測定することができないという問題を有する。溝５０４の両側の側壁を測定するためには、探針５１２の傾斜角を反転させてもう一度測定することが必要となる。直線形状を有する探針５１２を溝５０４の側壁に対応させて両側に傾斜させ、側壁の形状を測定するように構成された原子間力顕微鏡の測定システムは、現在の段階では、半導体製造ラインのインライン計測に必要な自動計測化に関しては十分な技術的な進歩を見せていない。自動計測化に対応させることができない理由は、探針の傾斜方向を切り換えて測定を行うとき、傾斜の際に傾斜前後で探針と試料の位置関係が変わるので、例えば試料の同じ箇所を自動的に両側から測定することが非常に困難であるということにある。どのように高い精度を有する傾斜回転機構を備えたとしても、５０〜１００ｎｍという微細寸法の計測分野では現実的な計測システムを構成することは困難である。以上のごとく自動計測の分野では原子間力顕微鏡等の傾斜法を実用的に実現したものは存在していない。
【００１２】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、傾斜法を利用して側壁等を測定する方法で自動的な計測を行うことができる走査型プローブ顕微鏡およびその計測方法を提供することにある。
【００１３】
【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およびその計測方法は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【００１４】
第１の走査型プローブ顕微鏡（請求項１に対応）は、試料に対して探針が向くように設けられた探針部（カンチレバー等）と、当該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から成る部分）を備え、この測定部で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を測定するように構成され、さらに、探針を任意角度で傾斜させる探針傾斜機構と、探針が傾斜されるとき探針の位置を検出する探針位置検出部（光学顕微鏡等）と、探針傾斜機構で探針を第１傾斜姿勢と第２傾斜姿勢にさせ各傾斜姿勢で上記測定部により試料の表面を測定するとき、探針位置検出部によって少なくとも第２傾斜姿勢での探針の位置を検出し、第２傾斜姿勢による測定箇所を第１傾斜姿勢による測定箇所と一致させるようにして測定を行う制御部と、を備えている。
【００１５】
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、探針部は、先端に探針を有するカンチレバーであることで特徴づけられる。
【００１６】
第３の走査型プローブ顕微鏡（請求項３に対応）は、上記の第２の構成において、好ましくは、探針傾斜機構は、カンチレバーの長手方向の軸の回りにカンチレバーを回転させると共に探針の先端の点を中心点として回転させて探針を傾斜させることで特徴づけられる。
【００１７】
第４の走査型プローブ顕微鏡（請求項４に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、探針位置検出部は、試料の測定領域を観察する光学顕微鏡と、この光学顕微鏡で得られた光学像を撮影する撮像装置と、この撮像装置で得られた観察画像を処理する画像処理部とで構成される。
【００１８】
第５の走査型プローブ顕微鏡（請求項５に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、複数の傾斜角度の設定と各傾斜角度での探針による試料表面の測定は、上記制御部で実行される測定手順に含まれるように記憶部に自動計測条件として記憶されていることで特徴づけられる。
【００１９】
第６の走査型プローブ顕微鏡（請求項６に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、上記制御部は、第１傾斜姿勢と第２傾斜姿勢の探針によって試料の表面における同一箇所の側壁部分を自動計測することで特徴づけられる。
【００２０】
第１の走査型プローブ顕微鏡の計測方法（請求項７に対応）は、試料に対して探針が向くように設けられた探針部と、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を測定する測定部を備え、この測定部で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を測定するようにした走査型プローブ顕微鏡の自動計測動作の制御方法であり、探針を少なくとも第１傾斜姿勢と第２傾斜姿勢にさせて各傾斜姿勢で測定部により試料の表面を測定するとき、少なくとも第２傾斜姿勢での探針の位置を検出し、第２傾斜姿勢による測定箇所を第１傾斜姿勢による測定箇所と一致させるようにして上記測定を行う方法である。
【００２１】
第２の走査型プローブ顕微鏡の計測方法（請求項８に対応）は、上記の第１の計測方法において、好ましくは、探針部は、先端に探針を有するカンチレバーであることを特徴とする。
【００２２】
第３の走査型プローブ顕微鏡の計測方法（請求項９に対応）は、上記の第１の計測方法において、好ましくは、探針は、カンチレバーの長手方向の軸の回りにカンチレバーを回転させると共に探針の先端の点を中心点として回転させることにより、傾斜される方法である。
【００２３】
第３の走査型プローブ顕微鏡の計測方法（請求項１０に対応）は、上記の第１の計測方法において、好ましくは、第１傾斜姿勢と第２傾斜姿勢の探針によって試料の表面における同一箇所の側壁部分を自動計測する方法である。
【００２４】
【作用】
走査型プローブ顕微鏡によって例えば半導体デバイスが製作された基板等の試料をインライン自動検査工程で計測・検査する場合において、自動計測のアルゴリズムの中に試料表面の凹凸形状にてカンチレバおよび探針を傾斜させて側壁部を測定するとき、従来では傾斜前後で探針と試料の間の位置関係にて変化が生じるが、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の構成あるいはその計測方法によれば、位置変化を検出しかつ探針の位置合わせを行って位置ずれをなくし、第１傾斜姿勢による探針と第２傾斜姿勢による探針で同一箇所を測定することが可能となる。従来の装置構成では、厳密な調整装置で調整しても１００ｎｍ以下の位置精度で異なる傾斜の探針の位置を合わせることは困難であった。本発明による構成では、２つの傾斜角度における探針の位置のうち少なくとも第２の傾斜角度の位置を光学顕微鏡で得られた観察画像の画像処理により求め、その値を基準にして２つの傾斜状態にて試料の同一箇所の測定を行うことができる。特に、シリコンウェハ上に存する測定領域へ探針をセットする場合、光学顕微鏡を利用した測定場所の絞込みとそれに続く走査型プローブ顕微鏡の測定部に基づく微細部への絞込みを併用し、上記２つの傾斜角度における探針位置情報に基づいて、２つの傾斜姿勢の探針によって試料表面の同一箇所である側壁部等の自動計測を行うことができる。
【００２５】
【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。
【００２６】
図１に従って、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の全体の構成を説明する。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。
【００２７】
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。
【００２８】
図２に従って試料ステージ１１の具体的な構成例を説明する。図２で、１４はＸＹステージであり、１５はＺステージである。ＸＹステージ１４は水平面（ＸＹ平面）上で試料を移動させる機構であり、Ｚステージ１５は垂直方向に試料１２を移動させる機構である。Ｚステージ１５は、例えば、ＸＹステージ１４の上に搭載されて取り付けられている。
【００２９】
ＸＹステージ１４は、Ｙ軸方向に向けて配置された平行な２本のＹ軸レール２０１とＹ軸モータ２０２とＹ軸駆動力伝達機構２０３から成るＹ軸機構部と、Ｘ軸方向に向けて配置された平行な２本のＸ軸レール２０４とＸ軸モータ２０５とＸ軸駆動力伝達機構２０６から成るＸ軸機構部とから構成されている。上記ＸＹステージ１４によって、Ｚステージ１５はＸ軸方向またはＹ軸方向に任意に移動させられる。またＺステージ１５には、試料ホルダ１６をＺ軸方向に昇降させるための駆動機構が付設されている。図２では当該駆動機構は隠れており、図示されていない。試料ホルダ１６の上には試料１２を固定するためのチャック機構２０７が設けられる。チャック機構２０７には、通常、機械式、吸着や静電等の作用を利用した機構が利用される。
【００３０】
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、画像データを出力する。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
上記において、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。
【００３６】
上記のＸＹ微動機構２９はさらに探針傾斜機構３０に取り付けられている。探針傾斜機構３０は、ＸＹ微動機構２９から下側の部分を全体として傾斜させる機能を有するもので、それによって最終的に探針２０の軸方向を、試料１２の表面の垂直方向に対して傾斜させることが可能となる。探針２０の傾斜姿勢は、カンチレバー２１の長手方向の軸の回りに回転させることによって作ることもできるし、または当該長手方向に直交する軸の回りに回転させることにより作ることもできる。探針２０の傾斜姿勢または傾斜角度は任意に作ることができる。探針傾斜機構３０の構成は、圧電素子、モータ、その他のアクチュエータ等の任意のものを採用することができる。
【００３７】
探針傾斜機構３０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不図示のフレーム部材に取り付けられている。
【００３８】
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。
【００３９】
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、例えば原子間力顕微鏡（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。
【００４０】
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。
【００４１】
次に第１制御装置３３は、走査型プローブ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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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、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。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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
さらに探針２０の姿勢を必要に応じて傾斜させる探針傾斜機構３０の動作は、探針傾斜機構３０に対して傾斜指令信号ｓ４を提供する探針傾斜制御部４９によって行われる。
【００４８】
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。
【００４９】
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、自動計測において試料表面の凸部や凹部等の側壁に対して探針を傾斜させて当該側壁を測定する計測プロセスを含んでおり、探針の傾斜姿勢を自動的に変化させて同一箇所の側壁の測定を行うためのプログラムを備えている。計測条件の設定では、測定範囲、測定スピードといった基本項目、傾斜角度の設定と各傾斜姿勢測定時の計測条件など、自動計測の条件の設定が行われ、それらの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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
次に上記走査型プローブ顕微鏡（原子間力顕微鏡）の基本動作を説明する。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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、広域範囲の測定となる。
【００５６】
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。
【００５７】
上記のごとき走査型プローブ顕微鏡は、例えば、図３に示すごとく、半導体デバイス（ＬＳＩ）のインライン製作装置の例えば途中段階で基板（ウェハ）の検査を行う自動検査工程６２として組み込まれる。図示しない基板搬送装置によって、前段の製作処理工程６１から検査対象である基板（試料１２）を搬出し、自動検査工程６２の上記走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の基板ホルダ１６上に置くと、走査型プローブ顕微鏡により基板表面の所定領域の微細凹凸形状が自動的に計測され、前段での基板製作の処理内容の合否が判定され、その後、再び基板搬送装置によって後段の製作処理工程６３へ搬出される。
【００５８】
次に、図４〜図１０を参照して、走査型プローブ顕微鏡による自動計測方法を説明する。この自動計測方法では、試料１２の表面の検査対象である特定領域の凸部や凹部等において、例えば、同じ箇所の側壁に対して２つの異なる角度で探針２０を傾斜させることにより各傾斜姿勢で測定が行われるという測定プロセスが含まれる。
【００５９】
図４は、カンチレバー２１を拡大して斜視図で示すと共に、カンチレバー２１における傾斜状態の例を示す。実線で示された姿勢のカンチレバー２１は傾斜させていない正規の状態（好ましくは水平状態）を示している。このときカンチレバー２１の先端部の下面に設けられた探針２０はその先端が下方を向いている。一点鎖線で示した線７１は探針２０の軸線を示している。この状態の軸線７１は試料表面に対して実質的に垂直になるように設定されている。
【００６０】
さらに図４において、軸線７１に対して、その左右に２本の線７２Ｒ，７２Ｌが示されている。線７２Ｒ，７２Ｌは、カンチレバー２１を、その長手方向の軸線７３の回りにおいて先端に向かって時計回りおよび反時計回りにそれぞれθの角度回転させた結果得られる上記軸線７１の傾斜姿勢である。従って、線７２Ｒ，７２Ｌは、傾斜させた探針２０の傾斜姿勢（軸線）を示している。２つの線７２Ｒ，７２Ｌの間は２θの角度となっている。探針２０の軸線７１を線７２Ｒまたは線７２Ｌのごとく傾斜させる探針傾斜機構３０は、任意の構成を採用することができる。探針傾斜機構３０による探針２０の傾斜姿勢は、好ましくは、探針２０の先端の点Ｏを回転中心とする回転動作に基づいて作られる。探針２０の先端の点Ｏは、理想的には、位置が変化しない点（不動点）として設定される。
【００６１】
図５は、カンチレバー２１を先端側すなわち探針２０の側から見た正面図を示している。図５によれば、カンチレバー２１を第１傾斜姿勢（Ａ）から反対側の第２傾斜姿勢（Ｂ）へ変化するように回転させると、探針２０の先端の点Ｏは、実際にはδの距離だけ移動している。従って、カンチレバー２１を回転させて探針２０をその先端の点Ｏを中心にして傾斜姿勢を変えるとき、先端の点Ｏは動かないことが望ましいが、実際には、探針傾斜機構３０内に含まれる回転機構による位置誤差、および探針の長さ等のパラメータの変化（種類の異なる探針の場合）により、少なくともδの誤差が生じる。従って本発明の自動計測のプログラムでは、探針２０の傾斜を第１傾斜姿勢（Ａ）から第２傾斜姿勢（Ｂ）に変更するときに当該誤差δが生じないように位置制御が行われる。
【００６２】
図６は、探針２０、カンチレバー２１、取付け部２２、Ｚ微動機構２３、支持フレーム２５、ＸＹ微動機構２９、探針傾斜機構３０から成るユニット部分を、カンチレバー２１の先端部側から見た図である。図６では、カンチレバー２１に関して傾斜していない正規の姿勢の状態（Ｃ）と、第１傾斜姿勢の状態（Ａ）と、第２傾斜姿勢の状態（Ｂ）の３つの状態が示されている。
【００６３】
探針傾斜機構３０は、一般的には電磁モータ等により傾斜動作の駆動が行われる。電磁モータの代わりに空気圧やその他のアクチュエータであってもよい。探針傾斜機構３０は、この実施形態の例では、カンチレバー２１の長手方向７３において先端部に向かって時計回りに傾斜動作を行うことにより探針２０を右側に角度θだけ傾斜させ（状態（Ａ）に対応）、同じく長手方向７３において先端部に向かって反時計回りに傾斜動作を行うことにより探針２０を左に角度θだけ傾斜させる（状態（Ｂ）に対応）。
【００６４】
なお、図５や図６等では、カンチレバー２１の先端部側から見て図を描いているので、左右の傾斜方向は反対の表示となっている。すなわち右側傾斜である第１傾斜状態（Ａ）が左側に描かれ、左側傾斜である第２傾斜状態（Ｂ）が右側に描かれている。
【００６５】
また図６では、探針２０の先端の点Ｏの位置は動かないように示しているが、実際には、図５で説明したように距離δの移動が生じている。距離δの移動は、通常、ＸＹ平面内で生じる。
【００６６】
探針傾斜機構３０に基づく探針２０の傾斜動作は、図６で示されるように、探針傾斜機構３０においてガイド面７４が設定されており、当該ガイド面７４が探針２０の先端の点Ｏを中心にして回転するように、行われる。
【００６７】
上記の探針２０の傾斜動作では、探針傾斜機構３０は、左右にθずつ傾斜できるように構成されていたが、これに限定されない。傾斜角度は試料表面の形状に応じて任意である。さらに左右の傾斜角度は異なっても構わない。探針傾斜機構３０の傾斜動作は、第２制御装置３４内の記憶部５２に用意された探針傾斜プログラムに基づいて、自動計測の実行中に必要に応じて行われる。
【００６８】
図７〜図１０を参照して、上記構成を有する走査型プローブ顕微鏡に基づく自動計測を説明する。図７は光学顕微鏡１８で得られる観察画像の代表例を示している。８１は光学顕微鏡１８の観察視野である。この観察視野８１には、試料表面の特定領域とカンチレバー２１の先端部であって探針２０が設けられた部分の背面を映すことができる。実際には、光学顕微鏡１８の焦点を合わせることにより、一方はぼやける。図７では、カンチレバー２１の背面に焦点が合わせられている。図８は、試料表面の同一箇所に対して探針２０を２つの側から順次に傾斜させて自動的に測定を行うときの自動的な位置合わせの手順を示す光学顕微鏡１８による観察画像を示す。図９は、インライン自動検査工程６２における走査型プローブ顕微鏡による通常の自動計測の手順を示すフローチャートである。図１０は、探針傾斜のプロセスが含まれる場合の自動計測の手順を示すフローチャートである。
【００６９】
試料１２の自動計測では、通常、試料１２（例えば８〜１２インチの基板）を基板搬送機構で自動搬送して試料ステージ１１の試料ホルダ１６の上に配置し（ステップＳ１１）、さらにその後、試料１２の特定領域の測定箇所に探針２０をセットする（ステップＳ１２）。試料１２の当該特定領域の測定箇所には、検査対象である試料１２に特有の回路パターンが形成されているものとする。
【００７０】
図７において、カンチレバー２１は回転されておらず、探針２０は傾斜していない状態にある。図７で示された観察視野８１において、点Ｏは探針２０の先端の点が存在する場所であるとする。光学顕微鏡１８の観察視野８１では、その中心位置がカンチレバー２１の探針２０の先端の点Ｏとなるように、カンチレバー２１に対する光学顕微鏡１８の位置関係が設定されている。光学顕微鏡１８によって下方に位置にする試料１２の表面およびカンチレバー２１を観察するとき、フォーカス用Ｚ方向移動機構部１７ａによってカンチレバー２１の背面に焦点を合わせると、その中心点が探針２０の先端点Ｏとなる。光学顕微鏡１８の焦点が試料表面に合わせられているときには、試料表面の像が明確になり、カンチレバー２１の像は不明瞭になるが、この場合にも、光学顕微鏡１８とカンチレバー２１の位置関係は所定の一定関係に保持され、探針２０の先端の点Ｏの位置は観察視野８１の中心位置に保持されている。
【００７１】
試料１２の表面上の特定な回路パターンを探すとき、通常、試料ステージ１１のＸＹステージ１４を動作させる。このとき光学顕微鏡１８の焦点は試料１２の表面に合わせられている。光学顕微鏡１８のＸＹ方向移動機構部１７ｂとカンチレバー２１のＸＹ微動機構２９は駆動されず、光学顕微鏡１８とカンチレバー２１は所定の位置関係に保持される。
【００７２】
上記のステップＳ１２では、光学顕微鏡１８による試料１２の表面の特定の回路パターンの探索および認識が行われる。試料表面の特定の回路パターンの探索および認識において、探索のための移動は試料ステージ１１のＸＹステージ１４によって自動的に行われ（ステップＳ１２Ａ）、回路パターンの認識は例えばパターン認識処理で自動的に行われる（ステップＳ１２Ｂ）。
【００７３】
ステップＳ１２によって試料１２の特定領域の測定箇所に探針２０をセットした後、さらに、測定対象である微細部分への位置決めを行うために、走査型プローブ顕微鏡の測定部（光てこ式光学検出装置、フィードバックサーボ制御ループ等から成るＳＰＭ測定を実行する構成部分）を利用して当該測定箇所を１〜１０μｍの視野で粗く測定する（ステップＳ１３）。
【００７４】
さらに上記の測定情報に基づいてもう一段の絞込み測定を行う（ステップＳ１４）。このステップＳ１４による絞込み測定では、測定対象部については５０〜数百ｎｍの寸法で測定を行う。この測定によって試料１２の検査が完了する。
【００７５】
上記の自動計測は、通常の計測であって、探針２０は例えば一方の側に傾斜させた状態で側壁の片側の計測を行う。探針２０を一方の側に傾斜させて自動計測を行うとき、傾斜角度に応じて探針２０の位置を計算に基づいて補正を行う。
【００７６】
次に図８と図１０を参照して探針傾斜のプロセスを説明する。図８において、図８（Ａ）は探針２０が上記第１傾斜姿勢（Ａ）にあるときの観察画像を示し、図８（Ｂ）は探針２０の状態を第１傾斜姿勢（Ａ）から第２傾斜姿勢（Ｂ）へ変化させかつカンチレバー２１が観察視野内に存在するときの観察画像を示し、図８（Ｃ）は探針２０の状態を第１傾斜姿勢（Ａ）から第２傾斜姿勢（Ｂ）へ変化させかつカンチレバー２１が観察視野外に外れてしまうときの観察画像を示している。
【００７７】
図８（Ａ）において、観察視野８１でカンチレバー２１はその長手方向の軸回りに時計回りに回転させられ、探針２０は第１傾斜姿勢（Ａ）をとっている。探針２０は、探針傾斜機構３０による回転傾斜動作に基づいて第１傾斜姿勢（Ａ）の状態にされる（ステップＳ２１）。このとき、探針２０の先端の点Ｏは、観察視野８１の中心点に位置にするように設定されている。この第１傾斜姿勢（Ａ）にある探針２０を用いて、試料１２の表面の特定箇所について、走査型プローブ顕微鏡の測定部による測定（ＳＰＭ測定）を行う（ステップＳ２２）。
【００７８】
次に探針傾斜機構３０を駆動して第１傾斜姿勢（Ａ）にある探針２０を第２傾斜姿勢（Ｂ）になるように反対側に傾斜させる（ステップＳ２３）。その結果、光学顕微鏡によって得られる観察視野８１の画像が図８（Ｂ）に示される。この図に示されるように、探針２０の傾斜が第１傾斜姿勢（Ａ）から第２傾斜姿勢（Ｂ）に変更されたとき、図５で説明されたように探針の先端が距離δだけ移動するので、探針２０の先端の点Ｏが観察視野８１の中心点から移動する。探針傾斜機構３０の回転機構では、その位置決めのばらつきも含めて、このようにずれることが一般的である。
【００７９】
そこで次のステップＳ２４では、光学顕微鏡１８をＸＹ方向移動機構部１７ｂで移動させ、観察視野８１の中心点と探針２０の先端のＯが一致するように光学顕微鏡１８による観察視野８１を移動させる。図８（Ｂ）において、観察視野８１から観察視野８１’への移動を示す矢印８２は、ステップＳ２４の処理で観察視野が移動する状態を示している。これによって、探針２０の先端の点Ｏが光学顕微鏡１８の観察視野の中心点に一致する。矢印８２に対応する光学顕微鏡１８の移動は、観察視野８１におけるカンチレバー２１の像をパターン認識してその位置関係を算出し、ＸＹ方向微動機構部１７ｂの動作を制御することにより行われる。なお矢印８２に係る観察視野の移動は、光学顕微鏡側ではなく、カンチレバー側を移動させることによっても行うことができる。また、この観察視野の移動量を記憶しておき、必要に応じて測定時のＸＹ座標値の修正に用いることもできる。
【００８０】
観察視野８１’によって探針２０の先端の位置Ｏとその中心点が一致した状態で、再度、第２傾斜姿勢（Ｂ）にある探針２０を用いて、試料１２の表面の特定箇所について、走査型プローブ顕微鏡の測定部による測定（ＳＰＭ測定）を行う（ステップＳ２５）。測定のステップＳ２５では、光学顕微鏡１８による試料パターンの認識、走査型プローブ顕微鏡による測定箇所の絞込み、先に測定した同一箇所の測定を自動的なアルゴリズムで行う。
【００８１】
上記の探針傾斜のプロセスを含む計測方法によって、傾斜変更時の探針先端の位置ずれをなくし、探針２０を第１傾斜姿勢（Ａ）と第２傾斜姿勢（Ｂ）の状態にして試料１２の表面の特定領域の同一の測定箇所をＳＰＭ測定することができる。
【００８２】
また探針２０の傾斜角度を第１傾斜姿勢から第２傾斜姿勢に変えたとき、カンチレバー２１の位置が光学顕微鏡１８の観察視野から外れる場合がある。この状態が図８（Ｃ）の状態である。このような状態は、探針傾斜機構３０の回転機構として別のものを用いたときに起きやすい。このような場合には、通常、機械的にカンチレバー２１のおよその移動位置が推定できる。そこで、推定処理を行って光学顕微鏡１８を移動させる。図８（Ｃ）の矢印８３，８４で示された観察視野の移動軌跡は推定処理による移動を表している。このような結果で得られた観察視野８１−１には、当該観察視野内にカンチレバー２１の像を捕らえることができる。次の段階では、図８（Ｂ）で説明した手順と同じ手順により、観察視野８１−１を観察視野８１−２まで移動させて、光学顕微鏡１８の観察視野の中心点と探針２１の先端の点Ｏを一致させることができる。その後は、図８（Ｂ）の例で説明した通り、第２傾斜姿勢（Ｂ）の探針２０を用いて試料表面の同一箇所についてＳＰＭ測定が行われる。
【００８３】
上記において、探針傾斜機構３０でカンチレバー２１を回転させ探針２０の傾斜姿勢を作るとき、常にカンチレバー２１が光学顕微鏡１８によって捕らえることができるように、ＸＹ方向移動機構部１７ｂおよびＺ方向移動機構部１７ａによって追従動作を行わせるように構成することもできる。
【００８４】
図８および図１０を参照して説明された探針２０の反対の２つの角度の傾斜姿勢、すなわち第１傾斜姿勢（Ａ）と第２傾斜姿勢（Ｂ）のそれぞれによって試料表面の同一箇所（側壁等）を自動的に計測するという処理は、第２制御装置３４の記憶部５２に記憶された探針傾斜測定プログラム（測定条件ファイルまたはレシピファイル）によって実行される。試料１２の表面における測定箇所についての２つの角度に基づく測定情報は、例えば垂直な側壁の測定の場合には、両側からの側壁情報を得ることができるので、通常のよく知られた解析処理に基づいて２つの測定データを合成することができる。
【００８５】
なお探針２０の２つの傾斜角度については「θ」で示したが、具体的には０〜４５度および０〜−４５度が一般的である。両者の傾斜角度はプラス・マイナスで同量とすることが多いが、試料１２の形状に応じて応じて任意に設定することができる。さらに２つの角度による測定のタイミングは、各種のタイミングを想定することができる。試料の表面の複数点を自動的に計測する場合には、同一箇所を２つの角度で測定した後にその組合せにより試料各点を測定する計測方法、あるいは試料の各点を探針の同一の傾斜角度で測定した後に傾斜角度を変えてそれらの各点を測定する計測方法などがある。さらに特定のラインを測定する最中に探針の傾斜角度を変えることも可能である。
【００８６】
上記の実施形態において、光学顕微鏡による観察は広域的な大規模観察であり、走査型プローブ顕微鏡による測定は基本的に狭域観察である。これらの観察を組み合せて測定アルゴリズムが実現されている。
【００８７】
前述の実施形態の説明では、広域観察として光学顕微鏡を用いたが、その代わりに、走査型電子顕微鏡やレーザ顕微鏡などの各種のものを使用することができる。
【００８８】
上記の各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。
【００８９】
【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、探針を傾斜させて測定する傾斜法に基づき凹凸での側壁等の測定を含む試料表面を自動的に測定する走査型プローブ顕微鏡およびその計測方法で、探針を傾斜させる時に光学顕微鏡等および画像処理を利用して探針の位置を正確に検出して探針の位置を調整する構成を有するようにしたため、探針傾斜に基づく側壁部等の測定プロセスが含まれていても自動計測を行うことができ、さらに異なる傾斜姿勢の探針で試料表面の同一個所を自動的に計測することができる。
【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全体的な構成を示す構成図である。
【図２】試料ステージの具体的な構成を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡がインライン自動検査工程として用いられる構成を示したブロック図である。
【図４】カンチレバーと探針の部分の斜視図である。
【図５】カンチレバーを先端部側から見た図である。
【図６】探針傾斜機構およびその下側部分の構造部をカンチレバーの先端部側から見た図である。
【図７】光学顕微鏡で得られた代表的な観察視野の例を示す観察画像図である。
【図８】２つの傾斜角度による傾斜姿勢で試料表面の同一箇所を測定するときの手順を示す観察画像の遷移図である。
【図９】走査型プローブ顕微鏡による基本的な測定プロセスを示すフローチャートである。
【図１０】傾斜姿勢を変更して試料表面の同一の側壁部を測定するプロセスを示すフローチャートである。
【図１１】側壁を測定する従来の走査型プローブ顕微鏡の第１の例を示す要部説明図である。
【図１２】側壁を測定する従来の走査型プローブ顕微鏡の第１２例を示す要部説明図である。
【符号の説明】
１１              試料ステージ
１２              試料
１６              試料ホルダ
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              取付け部
２３              Ｚ微動機構
２９              ＸＹ微動機構
３０              探針傾斜機構
３３              第１制御装置
３４              第２制御装置
【図１】
2005037205.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005037205.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005037205.tif 000009
【図８】
2005037205.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2005037205.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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