(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を検知するための装置において、
試料のパラメータを検知するための検知用の先端を有するプローブと、
前記検知用の先端および試料間の相対運動を惹起させる粗調整用ステージと、
前記検知用の先端および試料間の相対運動を惹起させる微調整用ステージと、
前記検知用の先端が前記試料のパラメータを検知しているとき、前記粗調整用ステージによって惹起した相対運動により前記検知用の先端が試料の表面を横切って走査するように前記２つのステージを制御する少なくとも１つの制御装置と、
を備える試料を検知するための装置。
【請求項２】
検知用の先端を用いる試料を検知するための方法において、
粗調整用ステージによって前記検知用の先端および試料間の相対運動を惹起して、前記試料の表面の第１の部分を横切って前記検知用の先端で走査するステップと、
微調整用ステージによって前記検知用の先端および試料間の相対運動を惹起して、前記第１の部分と接触しているかあるいは近接している前記試料の表面の第２の部分を横切って前記検知用の先端で走査するステップと、
前記検知用の先端を前記２つのステージの各々によって移動するとき、試料のパラメータを検知するステップと、
を含む検知用の先端を用いる試料を検知するための方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
〔関連出願の相互参照〕
本出願は、１９９６年２月９日出願の米国出願第０８／５９８，８４８号の「試料走査用の二重ステージ装置」の一部継続出願であり、前記出願は、１９９４年１２月２２日出願の米国出願第０８／３６２，８１８号であり、以後「親出願」として参照される「探針安定センサ装置を備える一定力プロフィロメータ、双観光学系および温度ドリフト補正」の一部継続出願である。本出願は「表面形状の位置決め用装置」と題した出願と同日に出願され、以後それを「関連出願」として参照する。
【０００２】
〔発明の背景〕
この発明は、一般的に、試料や標本を走査するための器具に関し、特に、改良された特徴を有する、試料や標本を走査するための装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
ならい器具は、粗さ，波形，形態という点で表面を特徴づける目的で元々開発された。最近、前記ならい器具は、半導体装置の測定や生産管理において正確な度量衡を得るために洗練されてきた。ならい器具はまた、半導体産業以外でも使用され、例えば、光ディスク，フラットパネルディスプレイや他の装置を走査し検知する目的でも使用される。
【０００４】
前述の出願において使用される針のプロフィロメータは、カリフォルニアのマウンテンビューにあるテンコールインスツルメンツや他の製造業者から入手可能である。従来の針のプロフィロメータでは、試料はＸ−Ｙ位置決めステージに置かれ、ここでは、測定もしくは検知される試料の表面は、Ｘ−Ｙ平面に限定される。針のプロフィロメータは針の先端を含み、前記針の先端は、試料に対して、針の先端と試料の表面間の相互作用を検知するような位置に置かれている。針と針の先端は、エレベータに取り付けられ、前記エレベータは、Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ方向に移動する。センサはＸもしくはＹ方向には移動しない。（例えば、試料の表面に平行な面の方向等。）針の先端と試料との間の相互作用は、センサによって測定される。連続してデータを取得している際、Ｘ−Ｙステージは、ある制御された方法で、針の先端の下で試料を動かし、一方で、センサが試料の表面を走査するとき、センサは試料の表面を通って、様々な試料と針の先端の相互作用を検知する。かくして、センサを用いてデータを取得している間、Ｘ−Ｙステージは、ある制御された方法で、試料を動かす。
【０００５】
「アルファステップ（商品名）」は、針のプロフィロメータの別のタイプのもので、カリフォルニアのマウンテンビューにあるテンコールインスツルメンツから入手できる。「アルファステップ」は、試料を横切る針のアームを動かすことで、試料を走査する。
【０００６】
かくして、針のプロフィロメータにより、Ｘ−Ｙ平面において、数ミクロンから数百ｍｍまでの距離の走査が可能となる。プロフィロメータ用に使用されるセンサは、通常、同様に広い動作範囲を有する。例えば、試料の高さを測定するための針のプロフィロメータでは、数オングストローム程の小ささから数百μｍ程の大きさまで、Ｚ方向における垂直な変化が検出される。重要なことであるが、高さ測定プロフィロメータは、直接高さを測定する。
【０００７】
半導体産業が、新製品が出るたびに、より小さな寸法のものへと開発が進められるので、試料を非常に細かく分析し、繰り返し走査できる走査装置への需要が高まっている。針のプロフィロメータにおけるＸ−Ｙステージの大きいサイズは、従来の針のプロフィロメータの横方向の位置決め分解力に制限を与える。かくして、針のプロフィロメータによりＸ−Ｙ方向の再位置決めを繰り返すことは、およそ１μｍに限られており、そのような装置では、繰り返し、１ｎｍもしくは１ｎｍよりも小さなＸ−Ｙ方向の位置決めができない。
【０００８】
それ故に、従来の針のプロフィロメータよりも、より正確にＸ−Ｙ方向の繰り返し可能な位置決め分解力を提供できる、改良された走査装置を提供し、また、Ｚ方向に幅広い範囲や数百ｍｍまでの長さまで走査可能であるといった多数のプロフィロメータの利点を維持することが望ましい。
【０００９】
半導体ウェーハ表面は平坦な平面であることが望ましい。そのような全体的な平面化を達成するために、化学機械的研磨（ＣＭＰ）が用いられる。ＣＭＰ処理は、タングステンプラグやブァイアホールが半導体ウェーハの表面に製造された後、通常適用される。ＣＭＰ処理が適切に機能しなければ、タングステンプラグもしくはブァイアホールにすきまを生じ、それ故に、タングステンプラグおよびブァイアホールの大きさと深さに影響をもたらす。これは、半導体ウェーハの表面に種々のキャパシタンスや電気抵抗を引き起こし、それは、逆にウェーハ上に組立てられた電子回路の作動に影響を及ぼす。この問題は、トランジスタや他の電子装置の大きさは次第に小型化されてきている大規模集積回路において特に深刻なものとなってきている。これはまた、レーザー加工されるハードディスクにも当てはまる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＭＰ処理の機能を検査するために、走査探針顕微鏡やプロフィロメータが使用されている。プロフィロメータがウェーハの表面の全体的な特徴を測定することが可能であるのに対し、従来のプロフィロメータは、例えば、タングステンプラグもしくはブァイアホールの形や深さを見つける分析ができない。このように、プロフィロメータ走査がタングテンプラグもしくはブァイアホールを通過しなければ、走査からの情報はそのような情報を表示しない。従来のプロフィロメータは、位置および位置決め能力に問題があり、走査で１ミクロン以下の正確な位置合わせができない。このように、プロフィロメータがＣＭＰ処理を検査するために使用されるならば、たとえ試料の全体的な平面化やウェーハ上に一定間隔で引き離された点の相対的な高さが検査されたとしても、表面の正確な局部形態は測定できない。
【００１１】
走査針顕微鏡（ＳＰＭｓ）は、走査通路で正確な１ミクロンよりも小さな特徴を得ることが可能な正確な位置決め能力を有するが、一方では、ＳＰＭ装置は、正確な長さ範囲や繰り返し可能な動きをもたず、その結果、ウェーハ表面上でかなり離れた２点の相対位置、もしくは、ウェーハ上に一定間隔で離れている２つのタングテンプラグもしくは２つのブァイアホールとの間の高さ関係を見つけるために、ＳＰＭ装置を使用することは困難である。実際、多くのＳＰＭ装置では、前記装置で通過したあらゆる振れは、背景とみなされて除かれる。たとえＳＰＭにより取得された多数の局部像が得られたとしても、表面の全体的な特徴がつかめず、そして、ＳＰＭ装置の範囲以上の距離に離れている２点間の高さの差は正確には測定できない。さらに、ＳＰＭの多数の局部像との間のデータ相関性は扱いにくく、時間がかかるものであり、資源のかなりの重複による無駄が生じる。
それ故に、上述の欠点を解消する改良装置を提供することが望ましい。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
〔発明の要約〕
本発明は、針のプロフィロメータ用に使用される従来のＸ−Ｙ位置決めステージよりもかなり精密な分解力をもつ微調整用ステージを設けることで、従来の針のプロフィロメータのもつ利点をそのまま全て生かしながら、位置決め分析がかなり改良されるという結果に基づいている。針のプロフィロメータで使用される従来のＸ−Ｙ位置決めステージに類似した特徴をもつ位置決めステージは、微調整用ステージに対して粗調整用ステージとして以下参照される。微調整用ステージは、粗調整用ステージよりもより高い分解力をもつ位置決めステージとして定義される。
【００１３】
好適な実施例において、そして本出願時において、粗調整用ステージは、最も正確で約１００オングストロームにセンサを位置させることが可能なものを意味し、微調整用ステージは、１００オングストロームよりもさらに正確にセンサを位置させることが可能なものを意味する。当業者には既知であるが、技術が進歩するにつれ、粗調整用ステージと微調整用ステージとの境界線、すなわち１００オングストロームは、次第に下げられるものである。ここに記述された方法を用いて改善された分解力を有するそのような粗調整用ステージおよび微調整用ステージもまた、本発明の範囲に含まれる。
【００１４】
本発明の第１の特徴は、試料のパラメータを検知するセンサ、センサおよび試料間に相対運動を惹起させる粗調整用ステージ、センサと試料間に相対運動を惹起させる微調整用ステージ、そしてセンサが試料のパラメータを検知している際、前記２つのステージの一方かもしくはその両方がセンサと試料間に相対運動を惹起させるように、少なくとも２つのステージを制御する制御装置を含む、試料を検知するための装置に関する。
【００１５】
本発明の別の特徴は、粗調整用ステージによりセンサと試料間に相対運動を惹起させる手段、微調整用ステージによりセンサと試料間に相対運動を惹起させる手段、センサと試料間の相対運動が２つのステージのどちらかにより惹起させられる際、試料のパラメータを検知する手段を含む、試料を検知する方法に関する。
【００１６】
しかし、本発明の別の特徴は、従来のプロフィロメータよりもより高い横方向の分解力をもつが、同時に、垂直方向において従来のプロフィロメータの幅広い範囲を維持する装置に関する。そのような装置は、試料のパラメータを検知するためのセンサを含み、前記センサは、試料の表面パラメータを検知するための針の先端を有する針のアーム、針のアームが蝶番の回りを回転できるように針を支持する蝶番、そして針のアームに力を加える手段を含む。さらに、前記装置は、センサと試料間に相対運動を惹起させる微調整用ステージを含み、前記微調整用ステージは、１ｎｍよりも精密な分解力を有する。
【００１７】
さらに、本発明の別の特徴は、試料表面の特徴を１つ以上測定する方法に関し、（ａ）表面上の第１の走査通路に沿って、プロフィロメータもしくは走査探針顕微鏡の第１のプローブの先端で走査し、第１の特徴での第１データを供給するために、第１の特徴を検知し、そして（ｂ）表面上の少なくとも第２の走査通路に沿って、第２のプローブの先端のプロフィロメータもしくは走査探針顕微鏡の第２のプローブの先端で走査し、少なくとも第２の特徴での第２データを供給するために、少なくとも第２の特徴を検知し、前記第２の通路は、前記第１の走査通路よりも短いものである。第２の走査ステップ中の走査の分解力は、第１の走査ステップ中よりも高いものである。
【００１８】
本発明のもう一つの特徴は、試料を測定する装置に関し、２つのセンサを含み、１つはプロフィロメータの使用に適しているものであり、他方は走査探針顕微鏡に適しているものである。つまり、２つのセンサと試料間に相対運動を惹起させる粗調整用ステージ用と、２つのセンサと試料間に相対運動を惹起させる微調整用ステージ用に適しているということである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
〔好適な実施形態の詳細な説明〕
図１は、本発明の好適な実施例を説明するための二重ステージ走査装置１００の略図である。センサ組立６０が試料もしくは標本９０よりもかなり軽いものであることから、微調整用ステージ７０によりセンサを支持し、標本もしく試料を支持するための粗調整用ステージ８０のＸＹ部分８０ｂを使用することが望ましい。微調整用ステージは、粗調整用ステージのＺ部分８０ａに同様に接続され支持されている。かくして、図１に示されているように、走査装置１００は、微調整用ステージ７０に接続され支持されているセンサ組立６０を含み、同様に、前記微調整用ステージ７０は、粗調整用ステージ８０のＺ部分８０ａに接続され支持されている。試料９０は、粗調整用ステージ８０のＸＹ部分８０ｂにより支持されている。粗調整用ステージ８０のＺ部分８０ａとＸ−Ｙ部分８０ｂは、図１に示されているように、台１０２に接続され支持されている。
【００２０】
微調整用ステージ７０は、約１から５０オングストローム（０．１から５ｎｍ）の表面分解力をもつが、１００もしくは１０００オングストローム（１０もしくは１００ｎｍ）の表面分解力は、いくつかの応用に適している。粗調整用ステージ８０の表面分解力は、好ましくは約５０から１００オングストローム（５から１０ｎｍ）であり、垂直分解力は、約１０から５０オングスローム（１から５ｎｍ）であるが、１μｍの表面および垂直分解力はいくつかの応用に適している。
【００２１】
粗調整用ステージは、約１μｍから数百ｍｍ、例えば５００ｍｍまでの走査範囲をもつ。微調整用ステージが約０．０１から５００μｍの走査範囲をもつ一方で、前述した粗調整用ステージの走査範囲を加えることで、二重ステージ装置１００は、約０．０１μｍから数百ｍｍ、例えば５００ｍｍの走査範囲をもつことになる。このことは以下でさらに詳細に説明される。センサ６０は、粗調整用ステージの垂直動作範囲を少なくとも約５００μｍ調整することが可能である動作範囲をもつタイプのものである。
【００２２】
装置１００は、試料を検知するために多数の方法で使用される。このように、装置１００は、従来のプロフィロメータと同じ方法で使用される。微調整用ステージ７０が動作しなくなることで、粗調整用ステージ８０はセンサ組立６０により試料９０を走査するための従来のプロフィロメータと同じ方法で使用される。センサ組立６０が試料９０の表面の高さの大きな変化、数百ｍｍ程の長さである長い走査を超えるような変化を収容するのに十分な適切な動作範囲をもつので、これが可能となる。
【００２３】
別の可能な動作方法は、微調整用ステージが動作しない間、センサ組立６０を動かすのに粗調整用ステージを使用することであり、一方で標本もしくは試料９０の分解対象域を位置決めするための従来のプロフィロメータと同じ方法で試料を検知する。そのような対象域が位置決めされた後、粗調整用ステージは動作しなくなり、微調整用ステージが動作し、高分解度で対象域を走査するために使用される。言い換えれば、２つのステージは試料のパラメータが検知される間、センサを動かすために連続して使用される。
【００２４】
さらなる別の可能な動作方法は、微調整用ステージ７０と粗調整用ステージ８０の両方をほとんど同時に動作させることであり、両ステージがセンサ組立と試料９０間をほとんど同時に相対的に動いている間、センサ組立６０は試料９０のパラメータを検知するのに使用される。このように、粗調整用ステージのＸ−Ｙ部分８０ｂは、Ｘ軸に沿って試料を動かすために使用される一方で、微調整用ステージ７０は、Ｙ軸に沿ってセンサ組立６０を動かすために使用される。両ステージがセンサ組立と試料間を相対的に動いている間、センサ組立６０は、１つ以上の試料のパラメータを検知するために使用される。この方法で、粗調整用ステージ８０のＸ−Ｙ部分がＹ方向に動かないことから、微調整用ステージ７０の分解力は、センサ組立６０がＹ方向に沿って試料のパラメータを検知するとき、制御されるのである。それから、Ｘ方向に沿って同じ分解力を得るために、粗調整用ステージのＸ−Ｙ部分８０ｂはＹ方向に沿って試料を動かすために使用されるが、Ｘ方向には動かず、一方で、微調整用ステージは、Ｘ方向に沿ってセンサ組立６０を動かすために使用されるが、Ｙ方向には動かない。この方法で、高い分解力がＸおよびＹの方向に沿って達成されるのである。さらなる作動方法は、以下に詳細に記述される。
【００２５】
図２は、本発明を説明するための、二重ステージ走査装置とその制御およびディスプレイ装置のブロック図である。図２は、図５に示されたもののような、装置の実施例を制御するために、わずかながら修正される必要がある。
【００２６】
図２に示されるように、微調整用ステージ７０は、微調整用ステージ制御装置１１０によって制御されている。粗調整用ステージのＺ部分８０ａは、粗調整Ｚ制御装置１１２により制御されており、そして粗調整用ステージのＸ−Ｙ部分８０ｂは、粗調整Ｘ−Ｙ制御装置１１４により制御されている。センサ組立６０と試料９０は、センサおよび試料制御装置１１６により制御される。このように、制御装置１１６は、制御された周波数で試料に電圧を印加し、そして振幅または電気信号が前記試料から検知される。記憶装置１１８は、センサ組立６０からのデータを記憶するために使用される。記憶装置１１８はまた、制御装置１１０，１１２，１１４，１１６からＸＹＺ位置決め情報を受け、その結果、検知された試料のパラメータはセンサ組立６０のＸＹＺ位置に相関性をもつものであり、それ故に、試料９０の位置と相互に関連する。システム制御装置１２０は、全システムを制御し、ディスプレイ用のモニタ１２２へ情報を供給するために使用される。このように、制御装置１１０〜１１６からの位置決め情報とともに組立６０により送られたパラメータは、フライバイシステム制御装置１２０で処理され表示されるか、もしくは、そのようなデータは、記憶装置１１８に記憶され、後で処理され表示される。システム制御装置１２０および制御装置１１０〜１１６は、これから記述されるように、組立６０が種々の動作を実行することができるように使用される。ここに記述されている前記機能に基づいた制御装置１１０〜１２０を実行することは、慣用されたものであり、当業者には既知のものである。
【００２７】
図３Ａ、３Ｂ、４Ａ〜４Ｄおよび５は、微調整用と粗調整用ステージおよびセンサ組立６０の異なる実施例を示している。図３Ａは、微調整用ステージとセンサ組立の１つの実施例の斜視図である。図３Ａにおいて、微調整用ステージ７０' は圧電管１３２を含む。図３Ｂの実施例は、微調整用ステージ７０''が１つではなく、２つの圧電管１３２を含むという点で、図３Ａとは異なる。センサ組立の同様な実施例６０' は、図３Ａ，３Ｂ，４Ａ〜４Ｄおよび５に示されている。センサ組立６０の１つの実施例６０' の構造と図４Ａ〜４Ｄを参照して以下に記述される動作は、本質的には親出願からきたものである。
【００２８】
図４Ａを参照すると、ダイヤモンドの針の先端１１は、０．０１ｍｍかもしくはそれよりも小さい半径であり、直角に曲げられた細いステンレス製の鉄線１３の終端に付けられている。前記ワイヤの半径は、約０．２５ｍｍである。ダイヤモンドの先端は、ワイヤ１３の直角に折り曲げられた端部に接着して設けられ、一方で、ワイヤ１３の他端は延長された空洞のアルミニウム製アーム１５に挿入され、前記アームは、約２ｃｍの長さであり、内壁の半径は約０．０１８ｃｍである。アルミニウム製のアームは、実質的に堅くて曲がらないものであるので、高さを検知するステップで曲げられないが、前記アームは実質的に低質量であるので、慣性モーメントが低く保たれる。アーム，ワイヤおよびダイヤモンドの先端の全質量は、およそ０．０５グラムを超えないことが望ましい。アーム１５は、支持ブロック１９にはめ込まれ、そして支持ブロック１９にはめ込まれているたわみピボット２１に操作可能に接続される。この方法で、アルミニウム製のアーム１５は、たわみピボット２１の回りに回転の中心がある。たわみピボット２１は、標本もしくは試料１０のような測定される表面に向かって、針の先端１１を下方向に軽く支持するのに十分なねじれ力をもっている。ピボットの針側にある全質量は、以下に記述されるレバー５９を含めて、０．５０ｇを超えないものが好ましい。
【００２９】
電気ソレノイドコイル５１は、プラスチック製ボビン５０の回りにあるワイヤコイル５３を含む。使用されるワイヤは、数千回巻くことができる細い銅線が好ましい。コイル５１は、図４Ｂに示されているように、ワイヤ５５により電流の印加により磁化される。磁化されたコイル５１は、アルミニウム製レバー５９の強磁性の先端を引きつける。レバー５９は、支持ブロック１９にはり付けられた強磁性の先端とは反対の終端をもつ。強磁性の先端は、好ましくは磁石であり、ネオジウム鉄ホウ素磁石のような、非常に強い磁性をもち、その大きさの割りには大変に強い磁界をもつ材料で作られる。磁石５７は、図４Ａ〜４Ｃにおいて示されているように、支持ブロック１９とは反対のレバー５９の終端に付けられたホルダ５２に示されている。レバー５９は、磁石５７がたわみピボット２１上に位置するように曲げられるのが好ましい。ワイヤ５５に電極を印加すると、コイル５１が磁化されることで、磁力がレバー５９に作用して、前記レバーに、コイル５１の中心の方へもしくは中心から離れる方向の力バイアスがかけられる。レバー５９は軽量であるが、硬いものなので、前記レバーは磁気力を加えても曲げられない。磁石５７および磁気コイル５１は、本発明の針力バイアス手段の一部である。
【００３０】
磁石５７が動くにつれ生じる種々の力は、最小限度におさえられ、そして前記力の大きさは、頂点の磁界勾配の近くに、例えば、コイル５１の軸上やコイル巻の終端平面に近接した場所に、磁石５７を置くことで最大限にされる。本発明の好適な実施例において、磁石５７はコイル巻５１から引き離されて置かれることで、磁石がコイルの中心孔の中に進むのを阻止する。最も近い位置では、磁石５７は、ほとんどコイル５１に接触しそうな状態である。前記の磁石配置により、磁石の位置が容易に調整できる。替わりに、磁石５７は、コイル５１の中心孔に入るように置くこともできる。このことにより、磁石の移動範囲が磁界勾配が最高の状態で中心に配置されることになるが、コイル５１と磁石５７を正確に一列にすることが必要となる。
【００３１】
ネオジウム鉄ホウ素材料のような磁石５７用に大変強力な材料を使用することで、前記磁石は大変小さく軽量にすることが可能であるが、それでも十分な力を発生することができる。好適な実施例において、磁石は、直径３ｍｍで、厚さ１．５ｍｍである。ここでの低電流は、コイルの電力損失を最小にし、生じる熱を最小限にすることができる。これは、同様に、センサ組立を含む部材の熱的に誘導された膨張および収縮を最小限に抑える。これらの熱誘導されたサイズ変化は、試料もしくは標本の測定されたプロファイルに望ましくないドリフトを引き起こす。
【００３２】
好適な実施例において、支持体７１の下側に、１組の間隔を保って引き離された平行コンデンサ板３５と３７の高さを調節する働きをする変換器支持体７２が設けられている。前記板間の間隔は、板間のエアギャップを含め、およそ０．７ｍｍである。表示されていないが、小さなスペーサが板３５と板３７を引き離しており、２つの板を変換器支持体７２にしっかりとねじでとめている。前記板の広がりは、外部空間から羽根４１を遮蔽するのに十分な大きさであるため、前記羽根は空気が近接に間隔を保った板間に瞬間的に閉じ込められ圧縮されるために運動の制限を受けることになる。図４Ｂの一組の電線３９は平行板にそれぞれ接続されている。平行板の間に、低質量の導電性の羽根４１が間隔を保って保持されており、平行板３５と３７のそれぞれにコンデンサを形成している。図４Ｂの矢印Ａにより示されている羽根の動作範囲は、±０．１６ｍｍである。さらに、羽根４１は、支持ブロック１９とたわみピボット２１に接続されており、羽根による制動ピボット動作により、平行板間の空気が圧縮される。この羽根の制動動作により、アーム１５への振動や衝撃が減少される。羽根４１は、支持ブロック１９の後方に伸びたものであり、針のアーム１５の反対側であり、アームを平衡させるパドル４３に接続されている。ピボットの羽根側にある羽根、パドルそしてピボット部材の総質量が、約０．６ｇを超えることは好ましくない。板３５と３７間の羽根の動きにより、探針チップの動きを指示する静電容量が変化する。そのような動作変換器は、ウィーラーの米国特許第５，３０９，７５５号に示されている。
【００３３】
支持体７１，Ｌ形ブラケット７３，そして変換器支持体７２の図示されている構造は、本発明のセンサ針組立を支持するための構造の一例である。さらに、針の変位測定手段もしくは針の先端に対して設置された上記の動作変換器は好ましいものであるが、針の先端の動きを支持する同等な手段に代替可能である。
作動中、針の先端１１は、パターン化された半導体ウェーハのような測定対象の表面を走査する。走査は、固定されたウェーハの位置に対して針のアームフレームを動かすか、もしくは、かわりに固定された針の位置に対して微調整用そしてまたは粗調整用ステージのようなＸ−Ｙ位置決めウェーハステージ上のウェーハを動かすか、もしくは前記２つの動作を合わせた形で実行される。最後の例では、針のアームはＸ方向に直線に動かされている一方で、ウェーハは、Ｘ方向に長く走査した後、Ｙ方向に進む。針の先端１１は、コイル５１からレバー５９へ加えられた適切なバイアスにより安定した力でウェーハの表面に接触したまま維持される。前記バイアスは、接触を維持できるほどの大きさであることが好ましいが、測定表面に損害をあたえるほどの大きさであってはならない。チップ１１のゆがみは、測定表面の形態の相違により生じ、これらは、たわみピボット２１から羽根４１へと後方に伝わる。羽根４１は、平行板３５と３７間の空気変位による振動のため、望ましくない多大な動きに抵抗する。しかしながら、空気が圧縮され移動させられるので、羽根４１は電線３９で信号を生じてかすかに動き、これらの電線に接続された電気ブリッジ回路に変化を及ぼす。走査の終了時には、先端１１は、ウェーハの形態が変化する場合におこるダメージから保護するために上げられる。
【００３４】
アーム１５，ワイヤ１３，そして先端１１を組み立てる際に、慣性モーメントができるだけ小さく維持されることが望ましい。質量と半径の二乗の積は、約０．５ｇ−ｃｍ2 を超えないことが好ましい。現在のデザインは、質量と半径の二乗の積が０．４２ｇ−ｃｍ2 である。前記半径は、たわみピボット２１の中心に対して、鉄線１３の最も離れている半径位置で測定される。同様な慣性モーメントが羽根４１およびレバー５９に関して計算される。前記モーメントの合計は、針のアーム全体の慣性モーメントと言われる。低慣性モーメントを維持することによって、針のアームは振動に対する感度がより低くなる。それ故に、薄いフィルムのようなもののプロファイルを測定する際の高い分解力は、この好適な実施例により達成される。
【００３５】
本発明は従来の技術を改善したものといえ、その理由は、本発明によって、針が垂直方向に動くにつれて、駆動コイル電流の動作範囲の変動が可能となり、それにより従来の装置での針の力のばらつきが除去されるからである。本発明の装置は、駆動電流を使用中でない針を正規の離れた位置に移動させることにより位置対駆動電流のセットの表を作ることにより較正される。そのテーブルは、データを多項式曲線合わせ近似値に提供することができる。図４Ｄのデジタル信号処理装置８４は、そこにある標本で位置測定が行われているときに、前記力のセッテイングをある範囲で変化させるために、前記曲線合わせを用いる。正の一定の力が、一定電流のずらしを合わせられた多項式に加えることで生じ、その結果、直接の合わせが力をゼロにする。
【００３６】
図４Ｄは、上記の針の力を調整する電子装置のブロック図である。電気信号は、動作変換器８１により発生させられ、例えば、平行板３５と３７に接続されている羽根４１が、針の先端１１が標本１０と連携していない間、データ点を作る特別な垂直位置用に信号調整回路８２内で選択され記憶される。針の先端１１がたわみ、例えば、ねじればねにより支持されるので、データ点は、ばねの法則Ｆ＝ｋｘにより、力にそのまま比例する。それから、信号は変換器８３によりデジタルに変換され、デジタル信号処理装置８４はデータ点の多項式曲線を発生する。前記曲線は、プロファイルを測定している間、針の先端１１上に望ましい力を表すために、処理装置８４により調整される。調整曲線は変調支持を出し、例えば、フィードバック信号であり、それは変換器８５によりアナログに変換され、コイル５１を駆動する回路８６からの信号を、一定の針の力を維持するため変調電流８７を駆動コイル５１に伝える。
【００３７】
上述したセンサ組立６０の１つの実施例６０' は、親出願のものである。図１，３Ａ，３Ｂ，５に関して、組立６０' が用いられる場合、微調整用ステージ７０，７０' ，７０''と粗調整用ステージのＺ部分１３４はセンサ組立６０' の支持体７１に接続されて設けられている。本発明の別の特徴は、図４Ａ〜４Ｄの微調整用位置決めステージとセンサ組立６０' を組み合わせることである。そのような組合せは、１ｎｍかそれよりも高い、微調整用Ｘ−Ｙもしくは横方向の、分解力をもつ利点があり、また従来のプロフィロメータの幅広いＺもしくは垂直動作範囲を維持する。
【００３８】
図４Ａ〜４Ｄに示された磁力バイアス装置のかわりに、２つの静電板９３を含む静電力バイアス装置９１が使用される。図４Ｅに示されているように、アーム１６２はコネクタ１６６ａを通して、支持部１５０に支持されている２つの板９３の間に置かれた偏向板９５に取り付けられる。電圧供給（図示せず）は、適切な電圧を２つの板９３に印加するために使用され、針の先端１６４が試料もしくは標本に望ましい変化をもつか、あるいは一定の力を加えることが可能になる。望ましい力は、図４Ｄに参照される磁力バイアス用の上述されたものと同じ方法で制御される。
【００３９】
図３Ａ，３Ｂに関して、圧電管１３２はそれぞれ軸１３２' をもつ。前記管の一端は、支持板１３４に取り付けられている。適切な電圧がそれぞれの管１３２に印加されると、管は基板１３４に対して軸１３２' に平行な方向に曲げられるため、センサ組立６０がＸ−Ｙ平面の方向に動くことになる。適切な電圧はまた、管が軸１３２' に平行な方向に膨張するか収縮するように管１３２にそれぞれ印加される。この方法で、管１３２の各々は、Ｚ軸に沿ってセンサ組立６０を動かすように制御される。この方法は、レビューサイエンスインスツルメンツ（Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．）の５７（８）、１９８６年８月号の１６８８〜１６８９ページのビニングとスミスによる「走査型トンネル顕微鏡用の単一管三次元走査」において詳細に説明されている。それ故に、どのように管１３２が三次元空間において組立６０をあらゆる方向に動かすように制御されるのかという詳細な説明は、ここでは省くことにする。
【００４０】
管の弓形の動きは非直線的であり、Ｚ方向にエラーを生じる。このことは、Ｚ方向においてセンサ組立６０の位置を測定するための静電装置１３６を使用することで、そしてあらゆるＺ方向の動きを微調整用ステージ制御装置１１０に帰還することで解消される。静電装置１３６以外の装置はまた、当業者に既知のものとして使用される。
【００４１】
図１，３Ａ，および３Ｂに示されているように、微調整用ステージ７０，７０' ，７０''は基板１３４に接続されており、前記基板は、図１に示されている粗調整用ステージの８０ａのＺ方向に取り付けられている。１つの特別な実施例において、管１３２の内面と外面は四分円に分けられている。ビニングとスミスとは異なり、前記四分円の外面にのみ圧力を印加せずに、四分円の内面にも適切な電圧が印加される。これは、管の動作範囲を２倍にする効果がある。かわりに、より短い管が同じ動作範囲を得るために使用される。より短い管はまた、センサ組立の機械的な共振周波数を増加させ、それにより、微調整用ステージの動作がより速くなる。
【００４２】
図３Ｂの実施例は、センサ組立６０が２つの管１３２に取り付けられ、標本もしくは試料の表面に対してセンサ組立の位置の、より高速な走査およびより効果的な制御が可能となるという点で図３Ａよりも利点をもつ。図３Ｂの実施例において、センサ組立６０は、ステンレス鋼羽根を含むたわみ蝶番１３８により２つの管１３２に接続される。
【００４３】
いくつかの応用において、試料もしくは標本を動かす微調整用ステージを使用することは望ましい。これは、図５に示されている。図５に示されているように、試料９０は、粗調整用ステージのＸ−Ｙ位置８０ｂにより接続され支持されている３つの圧電管１３２により支持されている。センサ組立６０は、基板１３４に直接取り付けられており、前記基板１３４は、粗調整用ステージのＺ部分８０ａに取り付けられている。粗調整用ステージの両部分は、固定基準とされる台１０２に取り付けられ、支持される。この実施例において、センサ組立は、粗調整用ステージのＺ方向にのみ動かされる一方で、試料９０は微調整用ステージと粗調整用ステージのＸ−Ｙ部分の両方により動かされる。
【００４４】
図６は、図１，２，３Ａ，３Ｂおよび５のセンサ６０の別の実施例であるセンサ６０''の略図である。センサ６０''は、試料の表面の高さを検知する先端を含むだけでなく、熱変動，静電，磁気，光反射率，もしくは試料か標本の光伝送パラメータ等の一つ以上の付加的パラメータを検知する第２のセンサを含むという点で、図３Ａおよび図３Ｂのセンサ６０' とは異なる。図６に示されているように、センサ組立６０''は、高さセンサ１６０や第２センサ１７０を支持する支持部１５０を含む。高さセンサ１６０は、終端１６２ａ，１６２ｂをもつ針のアーム１６２を含み、針の先端１６４はアームの終端１６２ａに接続されている。高さセンサ１６０はまた、力制御装置１６６と試料表面の様々な高さにより生じる針のアームの偏向量を検知するための偏向センサ１６８を含む。偏向センサは、図４Ａ〜４Ｅにおいて記述されているように、磁気的もしくは容量的である。他の偏向センサ構成もまた使用され、本発明の範囲内である。
【００４５】
図６に関して、針のアーム１６２は、蝶番１８２で支持部１５０により回転され支持されるため、アームが回転すると、アームの終端１６２ａが少なくとも約５００μｍの動作範囲をもつようになる。力制御装置１６６は、上述したように、磁気もしくは容量バイアス装置１６６ｂおよび装置１６６ｂをアーム１６２に取り付けるコネクタ１６６ａを含むことが好ましい。
【００４６】
針の先端１６４と試料表面との間の相互作用により、アーム１６２が蝶番１８２の回りを回転する。アーム１６２が回転することで、終端１６２ｂの背面が偏向センサ１６８から離れたり近づいたりする。終端１６２ｂのそのような動きは、試料表面の高さを直接測定するために、上述したようにセンサ１６８により検知される。
【００４７】
センサ組立６０''の一つの特別な実施例として、容量センサとして偏向センサ１６８が図７Ａに示されている。言い換えれば、容量センサ１６８ａは、実質的には、上述された図４Ａ〜４Ｄのセンサ６０' と同じ方法で機能する。アームの終端１６２ｂが静電板２０２に近づき、静電板２０４から離れると、終端もしくは羽根１６２ｂは板２０２と２０４間の静電容量を変化させ、これは、先端１６４と相互に作用する試料の表面上にあるくぼみを示すとき、検知される。それとは反対の方向に終端１６２ｂが動くと、静電容量の変化が生じ、チップ１６４と相互に作用する試料表面のもりあがりや上向き斜面を示す。図４Ａ〜４Ｄ，１１に関して上述され、以下で説明されるように、力制御装置１７０は、針の先端１６４と試料表面との間の力を制御するために使用される。
【００４８】
図７Ｂは、センサ６０''の別の実施例を示しており、偏向センサは線形電圧差動トランス（ＬＶＤＴ）センサである。図７Ｂに示されているように、アームの終端１６２ｂが動くとき、アームは蝶番１８２の回りを回転し、アームの終端１６２ｂに取り付けられているコア２１２は、ＬＶＤＴセンサのコイル２１４により囲まれている空間に入るかもしくは出る動きをとる。これにより、針の先端１６４と相互に作用する表面の高さの直接表示として、コイル２１４を流れる電流が変化する。
【００４９】
図７Ｃはセンサ組立６０''の別の実施例であり、偏向センサ１６８ｃは光源２２２、そしてアーム１６２の終端１６２ｂの上面にあるミラー２２６に光源から光を照射するための入力光ファイバ２２４を含む。そのような光は、検出光ファイバ２２８の方へミラーにより反射され、前記光ファイバ２２８は、反射光を光検出器２３０に照射する。終端１６２ｂが動くと、ミラー２２６により反射され、検出ファイバ２２８および検出器２３０により取られた光が変化し、それにより、再度針１６４と相互に作用する表面の高さ変化を直接表示する。ファイバ２２４と２２８は、図７Ｄに示されているように、支持プローブ本体２２９で取扱いやすいように、一緒に固められている。センサ１６８ｃ用に使用される適切な装置は、イスラエルのアシュケロンにあるフォン・オール会社の光ファイバ近接センサ、メリーランド州のアーノルドにあるフィレテック会社のシリーズ８８光ファイバ変位センサを含む。
【００５０】
図６に示されているように、一つ以上の第２センサ１７０は、支持部１５０に取り付けられており、第２センサは、試料の高さが針の先端１６４や偏向センサ１６８により検知される位置で試料の高さ以外のパラメータを検知するような位置に設置される。
【００５１】
図８Ａは、センサ組立６０''の略図であり、第２センサは試料を横切り、熱変化を検知する。第２センサは、針の先端１６４に埋め込まれている一組の熱電対ワイヤ２５２，２５４を含む。一組のワイヤ２５２，２５４は、熱電対センサ２５６に接続されている。図８Ａにある第２センサの部分がより詳細に図９で説明されている。
【００５２】
図８Ｂは第２センサの特別な実施例であるセンサ６０''の略図である。図８Ｂに示されているように、第２センサは静電センサであって、伝導コア２６２を含み、前記コアおよび前記遮蔽は絶縁層２６６（図示せず）により分離され、前記コア，遮蔽および絶縁層は全て、図１０に示されているように、針の先端１６４に埋め込まれている。前記コアはワイヤ２７２を通して、そして前記遮蔽はワイヤ２７４を通してセンサ２７６に接続される。それ故に、針の先端１６４により検知された場所での試料の静電電荷変化はセンサ２７６により検知される。図１０には、埋め込まれている伝導コア２６２，導電遮蔽２６４および絶縁層２６６を含む針の先端１６４の構造が詳細に説明されている。前記針の尖った終端２６８は、絶縁層もしくは遮蔽２６４により形成される。
【００５３】
図８Ｃは、センサ組立６０''の別の実施例であり、第２センサは、光源３０２をもつ光強度反射センサを含み、前記光源は、銀ハーフミラー３０４を通して、針の先端１６４と相互に作用する位置の試料へと供給する。そのような位置で試料により反射され拡散された光は、高さ変化が検出される場所で、試料の光反射率もしくは拡散特性を検知するために、光検出器３０６により検出される。光検出器３０６が光源３０２に対して試料の反対側に設置されるならば、図８Ｄのセンサ配置が光伝導特性をかわりに検知するのに使用される。この場合に使用される針の先端１６４は、透明なものが好ましい。
【００５４】
図１１は、組立の好適な実施例を説明するセンサ組立４００の平面図である。全センサ組立は、シリコンもしくはシリコン酸化物の平板片で製造される。半導体産業において使用される従来の技術により、シリコンもしくはシリコン酸化物の板は、より広い部分３６２' とより狭い部分３６２''をもつアーム３６２を形成するようにエッチングされる。前記のより細い部分３６２''の終端には、好ましくはダイヤモンドで作られたチップが取り付けられている。アーム３６２は、駆動コイル３７２を支持するための支持部３７０からなる。アーム３６２と共に支持部３７０は、２つの蝶番３７４により板の残りの部分に接続されている。駆動コイルは支持部３７０の表面に設置され差し込まれている伝導部材の層を含む。好ましくは、部材の層は螺旋の形をしている。磁石３８２は、駆動コイルに近接して支持部３８４に取付けられている。この方法で、電流が駆動コイルを通過すると、駆動コイルと磁石の間の電磁相互作用により力が支持部３７０に加えらえる。支持部３７０がアーム３６２と一体に設けられ、両方が蝶番を通して支持部３８４に取り付けられるので、支持部３７０に加えられる力はまた、アームにも加えられる。すなわち、磁石および駆動コイルは、米国特許第５，３０９，７５５号の強磁性の先端５７やソレノイドコイル５１と同様な機能をもつ。
【００５５】
センサ４００は、蝶番を除いて、約０．１〜０．２ｍｍの厚みをもつ。アーム３６２は、およそ１５〜１６ｍｍの長さである。蝶番３７４はおよそ０．０２ｍｍの厚みである。アーム支持蝶番組立は、約１〜５０ｋＨｚの共振周波数をもつ。
【００５６】
図１２は、圧電スタックを用いる微調整用ステージの１つの実施例を示すためのものであり、微調整用ステージ部分の平面図である。図１２に示されているように、この微調整用ステージの実施例４００は、支持フレーム４０２やセンサ組立６０に接続されるか取付けられている移動フレーム４０４を含む。前記移動フレーム４０４は、８つのたわみ蝶番４０８と同様に４つの圧電スタック４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃ，４０６ｄにより支持フレームに接続されている。圧電スタック４０６ａ，４０６ｃは、支持フレームに対してＸ軸の正か負の方向に沿って移動フレーム４０４を動かすために使用され、そして圧電スタック４０６ｂ，４０６ｄは、支持フレームに対してＹ軸の正か負の方向に沿って移動フレームを動かすために使用される。この構造において圧電スタックを使用することは、圧電管を使用する上で利点をもつ、なぜなら、圧電スタックにより、Ｚ方向に最小の誤差でＸ−Ｙ平面において移動フレームと支持フレームとの間に相対動作が惹起されるからである。このように、圧電スタックを使用することで、Ｘ−Ｙ平面からの動きは５アークよりも小さい場合もある。容量センサ（図示せず）はステージのあらゆるクロストークや非線形を検知するために使用され、そして、クロストークや非線形を修正するために、図２の微調整用ステージ制御装置１１０にフィードバックされる。Ｚ方向での誤差を減らすことで、Ｚ方向での動きのフィードバック制御装置と同様にＺ方向での動きを検知するために分離したセンサによって生じた複雑さが減少させられる。Ｘ−Ｙ位置決め用の圧電スタックを使用する適切な装置は、ドイツ連邦共和国のヴァルドブロンにある物理研究所（ＰＩ）有限会社のＰ−７３０かＰ−７３１である。
【００５７】
〔動作モード〕
いくつかの動作モードはすでに上述されている。このように、二重ステージ走査装置は、微調整用ステージの効力を完全になくすことで、従来の針のプロフィロメータのように使用される。替わりに、二重ステージ走査装置は、関心領域を見つける針のプロフィロメータとして最初は使用される。そして、粗調整用ステージと微調整用ステージの両方が、センサ組立と試料間に相対運動を惹起させるように動作する。上述したように、Ｘ−Ｙ位置決めの微調整用ステージで高分解力を維持するために、粗調整用ステージの方向に対して垂直な方向に、センサ組立と試料間に相対運動を惹起させるように微調整用ステージを使用することが望ましい。
【００５８】
試料表面の高さプロファイルを得ることは望ましく、微調整用ステージが粗調整用ステージの方向に対して垂直な方向に相対運動を惹起する上述した方法は、試料表面の対象部分をカバーするために制御される。これは図１３において図示されている。図１３に示されているように、微調整用ステージは、Ｙ軸に沿ってセンサ組立と試料間に相対運動を惹起するように制御されており、粗調整用ステージはＸ軸に沿ってそのような相対運動をしている。
【００５９】
図２の制御装置１１０〜１２０がアナログ回路で実行されているのに対して、好適な実施例において、これらの制御装置はデジタル回路で実行されている。そのような場合、モータもしくは位置決めアクチュエータは、別々の方法でセンサ組立と試料間に相対運動を惹起させるように微調整用および粗調整用ステージにおいて使用される。図１３に示されているように、微調整用ステージの動作を達成するためのモータは、粗調整用ステージの動作を制御するためのものと比較すると、かなり高い頻度で制御されるため、試料に対してセンサ組立の相対運動の結果は、図１３に示されているようにジグザグの通路となる。また図１３に示されているように、２つのステージはセンサ組立と試料間の相対運動がジグザク通路４５０になるように制御されており、前記通路４５０は、実質的に一定の振幅でライン４５２を往復するので、ジグザグ通路４５０は実質的に長方形部分をカバーすることになる。替わりに、２つのステージは、ジグザグ通路が長方形でない部分をカバーするように制御される。ジグザグ通路が他の形の部分をカバーするような２つのステージの制御方法は、当業者には既知のものであり、ここでは詳細に説明しない。
【００６０】
上述されたように、１つ以上の試料の特徴は、相対運動が微調整用と粗調整用ステージの両方でセンサと試料間で惹起されている間、検知される。センサは、２つのステージによるセンサ組立と試料間の相対運動の速度とは独立した検知速度で動作する。さらに明確に示すと、２つのステージは１つ以上の頻度で相対運動を惹起させており、センサの検知速度はそのような頻度とは独立しており、そのような頻度に対して非同期性である。センサは、粗調整用ステージがある方向に相対運動を惹起させ、微調整用ステージがその方向に相対運動を惹起させないときに、１つ以上の特徴を検知するために使用される。替わりに、センサは、微調整用ステージが別の方向に相対運動を惹起させ、粗調整用ステージがその方向に相対運動を惹起させないときに、１つ以上の特徴を検知するために使用される。
【００６１】
１つの特別な動作モードで、１つもしくは２つのステージは、センサ組立が試料表面に対して予め定められた位置にあり、最初の像位置を決定するまで、センサ組立と試料間に相対運動を惹起させるように使用される。そして、センサ組立と試料間の相対運動が惹起すると、センサ組立は、走査する試料表面に平行な最初の方向に移動する。接触モードにおいては、例えば、試料表面の高さ変化を検知することが望ましい場合、試料に対してセンサ組立の予め定められた位置は、センサ組立の針の先端が測定されるか検知される試料表面に接触している位置にある。非接触モードにおいては、例えば、高さ変化以外の試料の特徴を検知する場合、予め定められた位置は、センサ組立が試料に接触していない状態である。接触もしくは非接触モードのどちらかにおいて、微調整用と粗調整用ステージの制御装置は一定力で作動され、偏向センサ１６８の出力は図６の力制御装置１６６にフィードバックされるため、一定力は針の先端１６４および試料表面間に印加される。替わりに、接触と非接触モードの両方において、前記フィードバックは切られるか、一定の高さモードは大変少量にする。
【００６２】
さらなる別の有用な動作モードにおいて、微調整用および粗調整用ステージの一方か両方は、針の先端１６４と試料表面がお互い近づくように、相対運動を惹起させるように使用される。この動きは、針の先端が表面のコンプライアンスを測定するために試料表面に接触状態になった後、持続する。上述の図４Ａ〜４Ｄの磁気バイアス構成を使用し、駆動コイルに印加される電流を増加することで、針の先端は試料表面に偏向される。アームの偏向と力のプロットは、印加された力に対して表面が反応する量を示す。表面がプラスチックで柔らかければ、同一の力は硬い表面と比較してより大きな偏向を引き起こし、そして逆もまた同様である。
【００６３】
針の先端１６４と相互に作用する試料表面の位置で、試料表面の高さ変化以外の１つ以上の特徴を測定するために、第２センサを使用することにより、１つ以上の表面位置での高さや、１つ以上の位置での試料の別の特徴を実質的に同時に検知するために、この応用の走査装置を使用することが可能となる。これは、微調整用および粗調整用ステージの両方を使用するか、もしくは両方を使用せずに行われる。言い換えれば、粗調整用ステージのみか、もしくは微調整用ステージのみのいずれかを使用することが可能であるので、試料表面に対して特別な位置にセンサ組立を設けることで、試料表面のそのような位置で高さや一つ以上のパラメータを測定できる。
【００６４】
次の記述は、表面の特徴を探査する方法に関してであり、関連出願からきているもので、そのような記述は図１４〜２５を参照している。
【００６５】
図１４は、関連出願の発明を説明するもので、試料表面の対象となる特徴を位置付け、測定するための装置を記述している。図１４に示されているように、装置１０２０はスキャナヘッド１０２２，センサ１０２４，針の先端もしくはプローブの先端１０２６を含んでおり、試料１０３４の表面１０３２上の関心の特徴１０３０を検知するためのものである。プローブ１０２６の位置合わせは、システム制御装置１０３８により制御されている正確な制御ブロック１０３６により制御されている。システム１０２０は、ウィーラーの米国特許第５，３０９，７５５号に記述されているタイプのプロフィロメータである。そのような場合、プローブ１０２６は表面１０３２に接触した状態を維持し、先端が表面を横切るときに表面の形態が変化する際、前記プローブは上下に移動する。そして、センサ１０２４は、表面１０３２の形態を測定するために、プローブ１０２６の先端の位置変化を検知する。
【００６６】
システム１０２０はまた、走査探針顕微鏡でもあり、その場合、プローブ１０２６は表面１０３２に接触状態か非接触状態である。むしろ、プローブ１０２６は、フィードバック信号によりスキャナ，センサ，プローブを上下に移動することで、表面１０３２から予め定められた離れた位置か、前記表面に接触した状態の位置に維持される。そして、前記フィードバック信号での変化は表面１０３２の形態を表示する。走査探針顕微鏡の１つのタイプは、米国特許第４，７２４，３１８号において説明されている。センサ１０２４はまた、静電容量，磁力，ファンデルワールス，電気抵抗，もしくは電流センサであり、表面の形態もしくは地形に加え、パラメータを検知する。そのような方法において、関心の特徴が光学的に検知されなくとも、特徴が磁力，電気容量か電気抵抗，もしくはファンデルワールス力のような他の検知可能な特性を示す限り、前記特徴はそれでもなお、位置付けされ測定される。
【００６７】
図１５は、関連出願の発明を説明するためのものであり、関心の特徴１０３０をもつ表面の対象域の断面図である。初めに、表面上の対象域１０４０が特定される。位置付けされた特徴の寸法が明らかになると、実質的に平行である線に沿ってプローブ１０２６を走査することが望ましく、近接した線の間の間隔ｄは、図１５に図示されているように検知される特徴の予想寸法よりも狭いものである。図１５に示されているように、プローブ１０２６は７本の走査線にそって走査されており、近接した走査線、例えば１０４２と１０４４間の間隔ｄは、特徴の予想寸法よりも狭いものである。図１５において、間隔ｄは特徴の予想寸法の約７５％である。前記間隔は情報量を最大限に引き出すが、走査が特徴を失わないような間隔にされる。好ましくは、そのような間隔は、特徴の予想寸法の５０〜８５％の範囲である。
【００６８】
多くの関心の特徴に関して、前記特徴の位置合わせをするだけでなく、前記特徴の中心も位置合わせすることが重要である。このように、タングステンプラグ，導電性部材のブァイアかクラスタ，加工ハードディスクの表面上にある隆起かくぼみ，もしくは読み書きヘッドのプルチップ（ｐｕｌｌ  ｔｉｐ）くぼみに関して、そのような特徴の中心を検知し、特徴の中心でプローブで測定を実施することは、有用でしばしば重要なものとなる。図１６は、特徴の中心を位置付ける探査方法を図示したもので、試料上か試料中に特徴１０３０をもつ表面のウィンドもしくは対象域１０４０の略図である。図１６に示されているように、初めにプローブの先端が走査線区分１０５２（１）に沿って走査され、走査線区分１０５２（２）、走査線区分１０５２（３）、そして必要であれば、追加の走査線区分が続く。区分１０５２（２），１０５２（３），そして追加の線区分は、実質的に区分１０５２（１）に対して平行である。プローブがそのような線区分に沿って走査するとき、センサ１０２４は特徴１０３０、形態的には、電気抵抗か静電容量，磁力，ファンデルワールス力，もしくは検知可能な特性を有する他の特徴を検知するために使用される。このように、プローブ１０２６の先端が走査線区分１０５２（３）に沿って走査されるとき、センサ１０２４は特徴１０３０を検知する。センサ１０２４は、走査線区分１０５２（３）に沿って、特徴１０３０の存在だけでなく特徴１０３０の境界点Ａ，Ｂをも検知し、それを表示するシステム制御装置１０３８に出力する。
【００６９】
センサ１０２４が特徴１０３０の存在を検知するとすぐに、範囲１０４０のいくつかの部分が検知されないまま残っていたとしても、システム制御装置１０３８は位置決め制御回路１０３６に走査線区分１０５２（３）に沿った走査動作を終了するように指示を出す。境界点Ａ，Ｂが明らかになると、点Ａ，Ｂ間の中点Ｃが決定され、そして、システム制御装置１０３８と位置決め制御装置１０３６により、スキャナ１０２２は走査線区分１０５２（４）に沿って走査し、走査線区分１０５２（４）は点Ｃを通過し、走査線区分１０５２（１）〜１０５２（３）を横切る。センサ１０２４は、走査線区分１０５２（４）に沿って特徴１０３０の境界Ｄ，Ｅを検知する。そして、点Ｄ，Ｅ間の走査線区分１０５２（４）の中点Ｏが、特徴１０３０の中心と決定され、特徴を測定するために特徴１０３０の中心Ｏを通って、制御装置１０３６，１０３８により走査線区分１０５２（５）に沿ってスキャナ１０２２がプローブを動かす。システム制御装置１０３８はセンサ１０２４の出力を記憶し、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｏの位置を決定する。境界点Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅは、表面にある特徴の変化を検知することで見い出される。
【００７０】
特徴の中心を決定してその中心で特徴を測定することは重要なことではない場合、上記の探査過程は、特徴１０３０が走査線区分１０５２（３）に沿って検知される際に明らかになれば、終了する。特徴は、例えば点Ｃ等で単純に測定される。
【００７１】
上記の処理から、関連出願の発明の探査方法は従来の探査技術よりも優れていることは明白である。システム１０２０から分離され離されている光学システムが、特徴１０３０の適切な位置を決めるために全く使用されていないので、関連出願の発明の探査方法は、１つ以上のレンズを用いた光学システムの分解力や収束力により制限されないものである。特徴を測定するための装置がまた、特徴を位置決めするためにも使用されるので、関連出願の発明の方法は、特徴が位置決めされた後に、特徴に対して測定プローブやセンサを設ける必要がない。さらに、特徴の位置が正確に決定される前に、全対象域１０４０のデータを取得する必要がない。かわりに、特徴が見つけられれば、対象域を走査していない残りの部分を走査する必要がなくなり、使用者は特徴の測定を直ちに進めることが可能となる。これは情報量の獲得を効果的にし、使用者の資源の無駄をなくす。
【００７２】
関連出願の発明の利点は、具体的な例を参照することでさらに明らかになる。関心の特徴は、１ミクロンの直径をもつ対象物である。±２ミクロンの正確さで初めに特徴を確認することが可能であると仮定する。つまり、前記対象物は最善の状態で４ミクロン×４ミクロンの対象域内に最初に位置が特定される。そしてｘ方向に沿って４ミクロンの長さの走査線区分に沿って対象域を検知し、毎回差し引き０．７５ミクロンまでｙ方向にプローブ１０２６を動かし、走査線の１つが対象物を横切るまで続ける。つまり、最大５本の走査線が図１７の対象を横切るために必要とされる。走査線が関心の対象を横切ると、図１６において上述されたような同様な手段により、特徴の適切な中心が決定される。つまり、最大６本の走査が終了した後、対象の中心が位置決めされ、特徴の測定が始まる。４ミクロンの走査線区分のそれぞれの走査時間が１秒かかろうとも、全部で６本の走査線から必要とされる最大時間が１０秒である。反対に、４ミクロン×４ミクロンの範囲を毎秒１ラインの速さで２５６本の走査線のそれぞれにある２５６のデータ点を取得するためには、処理をするのに４分３０秒の時間が必要となり、走査線２５６の１本以外の全ての走査線にあるデータ点が無駄なものとなる。
図１８は、関連出願の発明を説明するものであり、表面の特徴の典型的な断面図である。
【００７３】
図１９Ａ〜１９Ｉは、関連出願の発明の実施例を説明するためのもので、特徴や探査走査区分を含む表面の対象域の略図である。上述したように、表面の対象域１０４０' は、位置決めされ測定される対象１０３０' の特徴を含むものとして定義される。２つの走査方向は、第１の方向に沿った走査線区分１０６２と第２方向に沿った走査線区分１０７２で定義される。第１および第２の方向は互いに交差するものである。図１９Ａ〜１９Ｉに示されているように、対象域１０４０' は平面でない表面上にあり、走査線区分１０６２と１０７２は、直線区分というよりも曲線区分である。それにもかかわらず、同様な探査方法が、表面の特徴１０３０' を位置決めするために用いられる。このように、図１９Ｄに示されているように、先端１０２６が走査線区分１０６２ａに沿って走査されるときに、特徴１０３０' は見い出される。再び、センサ１０２４により検知された境界点Ａ' ，Ｂ' がシステム制御装置１０３８により記憶され、区分１０６２ａに沿った点Ａ' ，Ｂ' 間の中点Ｃ' 点が決定され、そしてプローブは第２の方向の走査線区分１０７２ａに沿って走査される。そして、システム制御装置１０３８は、センサ１０２４により検知された境界点Ｄ' ，Ｅ' を記憶し、区分１０７２ａに沿った点Ｄ' ，Ｅ' 間の中点Ｏ' は特徴１０３０' の適切な中心と決定される。そして、プローブは走査線区分１０６２ｂに沿って走査され、特徴１０３２' はセンサ１０２４により測定される。
【００７４】
図１９Ｇは走査方法を図示しており、特徴の中心を必ずしも見つけずに、特徴の位置決めができるものである。そのような場合、探査は特徴が見い出されたあと終了する。そして、特徴は、表面をさらに走査せずに探査を終了して測定される。替わりに、特徴は図１９Ｇにある走査線区分１０７２ａに沿って測定される。図１９Ｈに示されているように、特徴が対象的である場合、特徴の中心はいくつかの応用においてさらに意味のあるものとなり、そのような中心で特徴を測定することが重要となる。図１９Ｉは平らな表面の実質的に長方形のウィンド用の探査方法を図示している。
【００７５】
図２０Ａ〜２０Ｃは関心の特徴をもつ表面の対象域と異なるモードで動作された走査通路の略図であり、非接触モード，断続的接触モード，そして接触モードを含む、関連出願の発明を図示したものである。図２０Ａは、断続的接触モードを図示した対象域と走査通路の略図である。図２０Ａに示されているように、プローブ１０２６の先端は、走査線区分１１６２ａ，１１６２ｂ，１１６２ｃ，および１１６２ｄに沿って走査され、これらの走査線区分は実質的には互いに平行なものである。図２０Ａに示されているように、断続的接触モードでそれぞれの走査線区分に沿って、プローブ１０２６の先端は表面１０４０' を横切っている。走査線区分１１６２ａの場合、プローブは最初表面に接触せずに、例えば区分１１６２ａの部分１１６２ａ' に沿って進む。そして、先端は、部分１１６２ａ''に沿って表面に接触するまで、表面１０４０' の方へ下がり、それから先端は、部分１１６２ａ''' に沿って表面１０４０' に実質的に持続して接触した状態のまま引っぱられる。そして先端は再度、部分１１６２ａ''''に沿って表面から持ち上げられ、それから、先端が走査線区分１１６２ａを引き、表面１０４０' を横切りながら移動するとき、上述したサイクルが繰り返される。他の３つの走査線区分１１６２ｂ，１１６２ｃ，１１６２ｄは、同様な方法で先端により検知される。上述された断続的接触走査の利点は、いくつかの応用において、プローブの先端が表面に持続的に接触する動作モードと比較すると、走査処理の時間を短縮できるという点にある。この動作モードはまた、プローブの先端と表面との間の摩擦力によるプローブの先端か表面、もしくはその両方に起きるかもしれないダメージを減らす。同じことが、断続的接触モードもしくは接触モードと比較すると非接触モードにも当てはまる。
【００７６】
上述したように、プローブの先端が走査線区分１１６２ｄに沿って検知され、境界点Ａ' ，Ｂ' が検出され、点Ａ' ，Ｂ' 間の走査線区分の中点が検出され、そして、プローブの先端が、境界点Ｄ' ，Ｅ' を位置決めし、上述したように特徴１０３０' の中心を位置決めするために、他の走査線区分を横切る走査線区分もしくは通路区分１１６２ｅに沿って検知されるとき、特徴１０３０' は検知される。
【００７７】
いくつかの応用において、特徴のおおよその位置が明らかになった後に動作モードを変えることは利点となる。このように、検知される特徴が、別々に検知される２つの異なる特徴をもつ場合、第１の特徴は、表面が、例えば走査通路１１６２ａ〜１１６２ｄの走査中に、特徴のおおよその位置を発見するように検知されるときに使用される。そして、特徴のおおよその位置が位置決めされた後、使用者は、特徴の中心を検知するために異なる動作モードに切り換えることができる。そして、特徴がもつ２つの特徴のうちの１つか、他の特徴のどちらかにより、特徴が測定される。しかしながら、多くの応用において、特徴の中心に加え、特徴のおおよその位置を見つけるために同様な動作モードをとり、そして特徴が実際に測定されるとき、異なる動作モードを使用することは適切である。これは、図２０Ｂと２０Ｃに図示されている。
図２０Ｂに示されているように、表面１０４０' が走査線区分１１６２ａ，１１６２ｂ，１１６２ｃ，および１１６２ｄに沿って，断続的接触モードでプローブの先端を使用して検知されるとき、特徴１０３０' のおおよその位置が検出される。境界点Ａ' ，Ｂ' が検出され、そして表面が、境界点Ｄ' ，Ｅ' を検出するために、走査線区分１１６２ｅに沿って走査され、そして中心Ｏ' が、図２０Ａを参照し上述された同様な方法で検出される。しかしながら、中心Ｏ' が位置決めされた後、システム１０２０は接触モードで動作し、プローブの先端１０２６は、特徴を測定するために中心Ｏ' を通過して走査線区分１１６２ｆ' に沿って走査されるとき、表面１０４０' に接触する。
【００７８】
図２０Ｃにおいて、境界点Ａ' ，Ｂ' ，Ｄ' ，Ｅ' と特徴１０３０' の中心Ｏ' は、図２０Ｂを参照し上述されたものと同じ方法で、走査線区分１１８２ａ，１１８２ｂ，１１８２ｃ，１１８２ｄ，１１８２ｅに沿って、プローブの先端１０２６により最初に位置決めされるが、それは、プローブの先端が区分１１８２ａ〜１１８２ｅに沿って走査されるときにプローブの先端が表面１０４０’に接触していない状態のとき以外である。特徴１０３０' の中心Ｏ' が位置決めされた後、システム１０２０は、特徴を測定するために、走査線区分１１８２ｆに沿って断続的接触モードで動作する。明らかに、図２０Ｃに示されているように、走査線区分１１８２ｆに沿って断続的接触モードで特徴を測定しないで、そのような走査線区分に沿って非接触もしくは接触動作モードを使用して、特徴を測定することも可能である。同様に、図２０Ｂにおいて、断続的接触モードもしくは非接触モードで特徴１０３０' を測定することも可能である。そのような他の変化は、関連出願の発明の範囲である。
【００７９】
異なるモードは異なる測定に適切である。例えば、磁気的もしくは電気的変化を見つけるために、断続的もしくは非接触モードを使用することは適切である。正確な幾何学的形状の測定を行うためには、接触もしくは断続的接触モードがより望ましい。特徴は粗い表面と同様に測定可能である磁気的特徴を有する。それは、非接触モードで位置決めされ、そして接触モードで測定される。しかし、そのような特徴が大変粗いものであれば、断続的接触モードでそれを測定することが望ましく、それは継続的な接触技術がもつ本来の摩擦的な影響を避けるためであり、先端もしくは表面にダメージを及ぼすことを防ぐためである。
【００８０】
断続的接触モード中の走査速度はまた、接触モードよりも速いものである。そして、特徴が位置決めされその中心が検知された後、その外形もしくは幾何学的形状等の特徴が、望ましくもしくは必要とされた場合、特徴と中心を位置決めするのに使用されたものとは異なる動作モードで測定される。このように、特徴の幾何学的形状もしくは外形の測定が望ましいとき、システム１０２０は接触モードか断続的接触モードのどちからで動作される。
【００８１】
いくつかの応用において、より正確に特徴の境界か中心またはその両方を位置決めすることが可能であることは望ましいことである。そのような応用において、上述した探査過程を、より高い分解力で繰り返すことは望ましいことである。これは図２０Ｄに図示されている。図２０Ｄに示されているように、表面の対象域４０は最初、走査線区分１１９２（１），１１９２（２），および１１９２（３）に沿ってプローブの先端により走査され、そこでは、特徴３０''の適切な位置決めが、走査線区分１１９２（３）に沿った走査中、検出される。そして、より小さな対象域１０４０''が特徴１０３０''を囲むものと限定され、走査過程が走査線区分１１９４（１），１１９４（２）．．．に沿って繰り返され、そこでは、近接した走査線間の間隔は、走査線１１９２（１），１１９２（２），および１１９２（３）間よりも小さいものである。望ましくは、全対象域４０''は、より正確に特徴の境界点を位置決めするように走査される。Ａ''，Ｂ''，Ａ''' ，Ｂ''' のような異なる境界点が、Ａ''，Ｂ''のような２つの境界点のみに対応する中点を決定するだけよりも、横切る走査１１９６の位置を決定するものとして考慮されるならば、特徴１０３０''の中心はより正確に位置決めされる。例えば、より正確な位置決めは、境界点Ａ''，Ｂ''に対応する中点とＡ''' ，Ｂ''' のような境界点に対応する中点との間に平均的な位置決めをすることでなされる。
【００８２】
表面の外形もしくは幾何学的形状を測定するために、図２１Ａに参照されるように、システム１０２０は、表面から予め定められた距離ｈまでプローブの先端を持ち上げており、先端が移動する横方向の距離δｘを記録し、その後、表面に接触するように再度下げられ、プローブの先端が表面に再度接触する前の下げられた位置までの距離を記録する。好ましくは、先端は再度距離ｈの位置まで前記接触点から持ち上げられ、横方向に距離δｘ移動し、表面に接触するように再度下げられ、そして再度下げられた先端の距離が記録される。そして、この過程は対象域を横切る走査が終了するまで繰り返される。前記のような距離δｘや、走査中に断続的接触モードで表面に接触する前に、先端が繰り返し下げられる距離を記録することで、表面の幾何学的形状もしくは外形の表示が可能となる。
【００８３】
図２１Ａの実施例において、プローブの先端は、表面１２００に沿ってプローブの先端を引きずらずに、表面に接触するように下げられた後持ち上げられる。言い換えれば、プローブの先端は、持ち上げられる前に表面１２００に軽く接触し、そしてプローブの先端は表面に接触している間、表面を横切る横方向には移動しないのである。いくつかの応用において、図２１Ｂに図示されている実施例において、プローブの先端が表面に接触するように下げられた後、表面に沿ってプローブの先端を引くことは望ましいことである。プローブの先端が予め定められた距離間を表面１２００に沿って引かれた後、プローブの先端は予め定められた距離、例えばｈまで再度持ち上げられ、予め定められた距離まで横方向に移動し、そして再度表面１２００に接触するように下げられる。先端が表面に接触した後、先端は再度予め定められた距離間を表面に沿って引かれ、上述された過程が、全対象域を横切る走査が上述されたように終了するまで、繰り返される。量ｈ，δｘ，そして先端が走査中断続的接触モードで表面に接触する前に、繰り返して下げられる距離を記録する他に、図２１Ｂの動作モードにおいては、システム１０２０は、先端が表面１２００に沿って引かれるとき、プローブの先端の高さ変化も記録する。ｈ，δｘ，そして先端が表面に接触するまで下げられる距離と共にそのような情報により、システム１０２０が図２１Ｂに図示されているモードで動作する際、表面の幾何学的形状もしくは特徴が表示される。
【００８４】
断続的接触モードでのシステム１０２０のさらなる別の動作モードが図２１Ｃに図示されている。そのようなモードは図２１Ａのものと同様なものであり、図２１Ａおよび図２１Ｃの両図の動作モードにおいて、プローブの先端が表面に接触するように下げられた後、表面を横切る際、先端を引きずるように横方向には移動しないものであり、その後予め定められた高さｈまで先端は上げられる。しかしながら、図２１Ａのようにプローブの先端を実質的に直線に沿って上下，横方向に移動させるのとは異なり、図２１Ｃにある先端は、対象域を横切り走査するまで、表面１２００上をおおよそ正弦曲線の通路に沿って移動する。前記のようなそして他の変化は、関連出願の発明の範囲内である。
【００８５】
多数の異なるタイプの特徴は、上述の方法で位置決めされ、測定される。半導体産業において、特別な幾何学的，磁気的もしくは電気的パラメータを測定するために、タングステンプラグ，金属クラスタ，もしくは金属で満たされたブァイアホールの位置決めをすることは、しばしば望ましいことである。このように、タングステンプラグ，金属クラスタか金属部材で満たされたブァイアホールは、その場所の静電容量，磁力，電気抵抗もしくは幾何学的特性の変化を検知することで、位置決めされる。このように、システム１０２０が非接触動作モードで動作しているとき、先端は表面よりも少し上の位置で保持され、探査パターンに沿って表面上を高速度で走査するので、センサ１０２８は、表面の静電容量，トンネル電流もしくは磁気的パラメータ（例えば、プローブの先端とセンサ１０２４により検知される磁力）にある変化を検知する。静電容量，トンネル電流もしくは磁力においての変化により、タングステンプラグ，金属クラスタ，もしくは金属で満たされたブァイアホールの位置が明らかになる。この位置が決定されると、針もしくはプローブは、その部分の電気的，磁気的，もしくは幾何学的特性を測定するために、表面に接触するか、近接する状態になる。替わりに、システム１０２０は断続的接触モードで動作し、表面の抵抗，静電容量，もしくは磁気的パラメータがセンサ１０２４により走査された位置で検知される。抵抗，静電容量，もしくは磁気的パラメータが変化すると、タングステンプラグか金属クラスタもしくはブァイアホールの位置が明らかになる。例えば、抵抗での変化は、針の先端と表面間の電流の流れの量の変化により明らかになる。電流の流れの量が増加するならば、それは、針がタングステンプラグ，金属クラスタもしくはブァイアホールに接触するか近接する状態を意味する。先端がプラグ，クラスタ，もしくはブァイアホールに接触するか近接するとき、最大電流が流れることになる。また、先端とプラグ，クラスタ，もしくは金属でみたされたブァイアホール間の間隔が狭まると、プローブの先端と表面間の静電容量も減少する、なぜなら、表面と先端間の間隔の絶縁効果がその間隔で減少するからである。先端が、磁気部材で作られたプラグかクラスタ，もしくはそのような部材で満たされたブァイアホールなどの特徴の方へ移動するとき、プローブの先端と特徴との間の磁力もまた、特徴と先端が接触するときの最大量になるまで増加する。これにより、使用者はプラグ，クラスタ，もしくはブァイアホールの位置合わせをすることが可能となる。プラグ，クラスタ，もしくはブァイアホールが位置決めされた後、特徴の電気的，光学的，磁気的，もしくは幾何学的特性が測定される。上述された効果は検出可能であり、そして特徴は、接触，断続的接触，もしくは非接触モードで検知される。
【００８６】
上述の記載は、磁力のような磁気的パラメータにより磁気的特徴を位置決めし測定する過程に適用される。これは、センサ１０２４と磁区のような表面の特徴との間に生じる磁力を測定する磁力顕微鏡により行われる。そのような磁区は、磁気的読み書きヘッド上の磁極端くぼみである。前記磁力顕微鏡は、既知の磁気的顕微鏡の応用で記述されているように、交流か直流増幅器において原子間引力顕微鏡もしくはプロフィロメータを用いる。磁力顕微鏡は、「走査型トンネル顕微鏡II」と題して、「表面科学のスプリンガーシリーズ」の第２８巻で、ピー．グルテール、エイチ．ジェイ．マミン、そしてディ．ルガールにより記述され、イーディエス．アール．ヴィゼンデンジェール、エイチ．ジェイ．ガンテロード、スプリンガー出版ベルリン  ハイデルブルク１９９２年の１５２〜２０７ページに出版されている。
【００８７】
特徴を位置付けるために使用されるパラメータの別の特徴は、特徴とプローブの先端との間のトンネル電流である。例えば、半導体表面上の金属クラスタは、半導体表面よりもプローブに対して、完全に異なる電流トンネル特性をもつ。
【００８８】
さらに、関連出願の発明により位置決めされ測定される他の可能性のある特徴は、満たされていないブァイアホールやレーザ加工を施されたハードディスク上の表面隆起もしくはくぼみである。これらの隆起やくぼみの大きさが一定であることは、ハードディスクの製造においての重要な要因である。ディスク上のこれらの隆起には、異なる大きさや形の変化もまた存在する。前記隆起は、ドーナツ形のものや、もしくはひとつ以上の軸の回りに非対象的なものである。そのような加工されたディスクのパターンは、一般的に知られており、そして使用者は通常、ディスクの回りにあるこれらいくつかの隆起の重要な特徴を測定することに関心がある。つまり、測定用のプローブの先端か針の下にある隆起もしくはくぼみを正確に位置決めすることが望ましい。隆起の大きさは、横方向の寸法で１から１０ミクロンで、高さでは１００から１０００オングストロームの範囲のものである。そのような隆起やくぼみの適切な位置そしてそのような隆起やくぼみの中心が、上述された方法で位置決めされ、特に、幾何学的特徴を位置合わせするために、断続的接触や接触モードの上述した方法が使用される。断続的接触モードが用いられた場合、図２１Ａ〜２１Ｃで用いられている量δｘと高さｈは、プローブの先端が隆起もしくはくぼみを「飛び越える」ことがないように選択される。ｈの適切な範囲は１０〜１０００オングストロームで、δｘの適切な距離は対象の特徴の予想サイズの内の僅かである。このように、隆起はドーナツ形の中心に隆起をもち、５ミクロンの直径をもつドーナツ形のものである。隆起の中心の周りの表面において、２つの直行する軸に沿った隆起の直径、隆起の縁（レーザ隆起の外周にある隆起）の高さ、および隆起に近接した非加工部分に対して隆起の中心に盛り上げられている隆起の高さは、重要なものである。
【００８９】
表面にある段の位置を確認することが望ましい場合、使用者は、断続的接触モードでプローブの先端を移動させることで、前記段の適切な位置を見い出すことを望むかもしれない。前記段のおおよその位置が見いだされた後、使用者は、接触モードで前記のおおよその位置を再走査することを望むかもしれない。前記段の位置が見いだされた後、使用者は、前記段を明確にし、段の上を横方向に移動させ、前記段の頂点に接触するまで表面を横切って先端を下げるまで、既知の距離に表面からプローブの先端か針を離すかもしれない。先端が持ち上げられる距離と先端が下げられる距離との間の違いが、前記段の高さを表している。替わりに、段の位置が見いだされた場合、横向きのセンサによりプローブの先端が前記段をよじ登ったりはい上がったりしながら、プローブの先端は接触モードで前記段の表面を横切って移動する。段が検知されると、センサは、米国特許第５，３４７，８５４号に記述されているような横方向の検知技術により、前記段か溝、もしくはタングステンプラグかブァイアホールの横方向の形態を測定するために使用される。
【００９０】
関連出願の発明により位置決めされ測定される表面の別の特徴は、滑らかな表面上の粗い部分か粗い表面上の滑らかな部分を含む。接触モードもしくは図２１Ｂに示されているような断続的接触モードの作動システム１０２０は、プローブの先端か針と表面との間の摩擦の変化を検知するための摩擦センサを用いて使用される。適切な摩擦センサは、エルセビエール科学出版の「超顕微鏡」，４２〜４４（１９９２年），１４９８〜１５０３ページに「独立形走査力と摩擦顕微鏡」と題して、エム．ヒップ、エイチ．ヴィエェフェルト、ジェイ．コルケロ、オー．マルチ、ジェイ．マリネックにより記述されている。
【００９１】
上述されたように、プローブの先端は、互いに実質的に平行な走査線区分に沿って走査される。しかしながら、これは必要とされる要因ではなく、図２２，２３，２４において図示されているように、他の走査通路が可能である。
【００９２】
実質的に平行な走査線に沿ってプローブの先端で走査するかわりに、表面のウィンド１０４０' にある特徴１０３０' は、図２２に図示されているように実質的にランダムな位置構成により位置合わせされる。最初に、格子網１１９８がウィンド１０４０' 上に重ねられる。編目の格子の大きさは、位置合わせされる関心の特徴もしくは物体の予想サイズよりも小さいものとなるように選択される。例えば、格子は関心の特徴もしくは対象の予想サイズの５０％から８５％以内の寸法をもつ。図２２に示されているように、実質的にランダムな場所もしくは位置ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，．．．の連続は、（下記に明らかな理由で、図２２にある位置ｆより先は連続して示されていない）格子状の交差点１１９９で表面のウィンド１０４０’で最初に生じており、そしてシステム１０２０によりプローブの先端が、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，．．．と連続して特定される位置のそれぞれに連続して位置合わせされる。図２２に図示されているように、プローブの先端は、位置ｆに置かれるか位置合わせされるとき、特徴１０３０’の存在を初めて検知する。この点での特徴の情報をさらに検知するためには、連続したランダムな点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，．．．ｆ以下も続く、を連続して続けるのではなく、異なる位置合わせの構造で続けることがより効果的である。そのかわり、連続して２つの交差方向に沿ってプローブの先端で走査することは、好ましいことである。例えば、プローブの先端は、図２２において２つの直行した方向Ｘ，Ｙに沿って走査し、図１９Ｄ〜１９Ｆに参照され上述された方法で、特徴の中心を位置合わせする。特徴の中心が位置合わせされると、プローブの先端は、特徴を測定するためにそのような中心の上を走査する。
【００９３】
別の実施例において、特徴が、特徴についての情報をさらに得るために、先端を連続したランダムな位置に置くことで、位置ｆで検出された後、プローブの先端は、新しい軸に沿って特徴１０３０’の領域をみつけるために、種々の順序で＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙ軸に沿って移動する。前記領域は、先端もしくはセンサにより検出されるパラメータで変化や変動を検知することで、見い出される。
【００９４】
このように、プローブの先端は、最初Ｙ軸の正の方向に沿って、領域を位置合わせするために、位置ｆから位置１にそして位置２に移動する。プローブの先端が位置１から位置２に移動するときに、前記方向の領域が検出された後、位置２が領域外であることが検出される。そして、プローブは、位置１からＸ軸の正の方向上にある位置３へと移動する。位置３が特徴内であることが検出され、そして先端が位置４，５と連続して移動しながら、双方の点が特徴外であることが検出されることで、位置３が特徴の領域にあることが明確になる。そして、先端は、位置３から特徴内にあることが検出される位置６の方へと−Ｙ軸方向に移動する。そして、プローブの先端は、Ｘ方向に沿って、特徴内であることが検出される位置７，８に移動し、Ｙ軸方向に沿って、特徴外であることが検出される位置９へと移動する。そして、特徴内であることが検出される位置１０へと移動する。それ故に、特徴の領域の近似は、位置１，３，６，７，８，１０を結んだ線を引くことで得られる。同様な方法で、領域の残りの部分が検出され、その領域の近似は、位置１０，１３，１６，１８，２０，２２，２４，２７，２９，そして位置１に戻る点を通る線を引くことで、表示される。上述した過程において、システム１０２０は、特徴の検知が実行されているとき、先端の位置を記録し、そのような検知結果を記録する。
【００９５】
表面の特徴１０３０’’を位置決めするために使用できる他の手段は、図２３に示されている方法のように、プローブの先端を螺旋通路に沿って走査させることである。図２３に示されているように、プローブの先端の１０２６は矢印１２０２で示される１２００からの点から始まる通路に沿って走査させられる。プローブの先端が初めの位置の１２００に戻るとそれは、通路１２０４に沿って螺旋の走査を始める。前記螺旋の走査は、走査の通路の隣接する部分が異なる曲線をもち、そのために異なる曲線の傾きをもつ、例えば、図２３に示されているように１２０６の位置での曲線の通路は曲線の傾きθをもっており、一方１２０８の部分はφの傾きをもっており、ここにおいて、φはθよりも大きい。換言すれば、曲線の傾きはプローブの先端が螺旋に沿って移動するにしたがって増加し、その結果プローブの先端は特徴の位置を出すためにどんどんと小さな対象域に近づいていく。螺旋通路の隣接する部分（例えば１２０６，１２０８の位置）の曲線の傾きの角度は前記特徴の予想される大きさより余り離れていない。図２３に示されているようにプローブの先端は特徴点の存在を１２０８またはその近辺で検知する。そのような位置で、螺旋通路の曲線の角度は増加し、前記螺旋通路がもし特徴の位置がみつけられていないときよりはより小さい領域をカバーする。これにより、特徴の境界の探査の過程が加速される。特徴の境界が見いだされた場所（例えば特徴の性質に変化が検出されたとき）の前記先端の位置は特徴の位置をより正確に定義できるように記録される。
【００９６】
このようして、概して、予め定められた走査の通路は当初前記特徴のおおよその位置を見出す。それがわかると、その通路に沿って走査するのを中止して、前記特徴についてより多くの情報が得られるように前記先端を異なる通路で走査することが望ましい。上述した予め定められた走査通路は、図１９Ｄから図１９Ｇに示されているように実質的に平行な走査線部分のセット、例えば１０６２ａとすることができる。または、それは図２２における実質的にランダムな配置の一連のものとするか、または図２３の点１２００から１２０８の螺旋通路とすることができる。前記特徴点が見出された後で、前記特徴についてのより多くの情報を見出すために異なる走査通路に切り換えることが望ましい。かくして図１９Ｅ−１９Ｉ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，に示されているように、前記先端は通路１０７２ａ，１１６２ｅ，１１８２ｅに沿って走査させられ、そこでは先の走査で得られている情報がそのような通路の決定に利用される。図２２においては、Ｘ，Ｙまたは位置１，２，３，４・・・による規定される通路に沿って走査が行われ、前記特徴点が検知されたという情報以外には先の走査通路の情報は利用されない。図２３においては、先の走査通路の曲線の角度についての情報（曲線の新しい角度を決定するための）と前記特徴の検出された位置の情報が同様に用いられ位置１２０８を越えて走査が行われる。
【００９７】
図２３に示す螺旋の通路に沿って前記先端を走査するかわりに、図２４に示すように螺旋の通路を略線分的にすることもできる。図２４に示されているように、プローブの先端はより小さい領域を旋回するように螺旋状に走査されるが、通路の隣接する部分が実施的に相互に平行になるように走査される。このようなまたはその他の螺旋通路の変形は本発明の範囲に含まれるものである。
いつも同一の端から出発する平行の通路に沿ってプローブの先端の走査のかわりに、図２５に示されているように葛折れの通路１２５０に沿って走査することもできる。葛折れの通路に沿って行われるプローブの先端の走査は、前記特徴の位置を乱すためにプローブが標的の領域の同一辺に戻らなければならない走査構造と比較すると、表面の同じ位置を走査するのに必要な時間を減少させることができる。
【００９８】
本発明の関連出願は前述した好ましい実施例に関連して説明された。
様々な変化および変更はこの関連出願の本発明の範囲からはずれることなく可能である。
このようにして、前記特徴は、熱の特性による手段、例えば伝導性を測定する温度センサによって検出できる。
本発明の関連出願は試料の表面の特徴を参照して説明されたが、他の例、電気的，磁気的，光学的，熱的，または他の手段によって、表面、機能の特性が検出または検知される特徴にも同様に適用可能である。
前述の章は、前記関連する出願から採択されたものである。
【００９９】
図２６は、本発明の説明に用いられる従来の走査探針顕微鏡の略図である。図２６に示されているように、走査探針顕微鏡（ＳＰＭ）は粗調整用Ｘ−Ｙステージ１５０２ａと粗調整用のＺステージ１５０２ｂを含んでいる。試料９０はステージ１５０２ａに載置される。前記ＳＰＭセンサ１５０４は微調整用のＸ−Ｙ−Ｚステージ（これはブロック１３４に設けられている）１５０６に設けられ、それはブロック１５０８によりステージ１５０２ｂに結合されている。
従来のＳＰＭ１５００は、図３０〜３４Ｅを参照して説明されるように、走査の動作をすることができる。
【０１００】
図２７は、ＳＰＭセンサ１５０４およびプロフィロメータセンサ組立６０を含む走査装置の略図である。両方のセンサまたはセンサ組立は微調整用のＸ−Ｙステージに設けられており、そのステージは前述した微調整用ステージ、例えば７０，７０',７０''および７０''' のような任意のステージで良い。前述した二重ステージ走査装置の実施例中に示されているように、微調整用ステージ７０−７０''' は、従来の針のプロフィロメータを用いたＸ−Ｙ位置決めステージよりはより細かい分解力をもつものであるから従来の針のプロフィロメータの利点を全部残して位置決め分解力が大幅に改良されることになる。システム１５５０は、前記プロフィロメータの多くの利点、例えばＺ方向の広い動作範囲と数百ｍｍ代の長い走査能力を保有している点で前記ＳＰＭより優れている。
【０１０１】
装置１５５０は、図２に示した流れに沿って制御されるものであり、そのような図面を参照して説明したところと異ならない。前記ＳＰＭセンサ１５０４または前記プロフィロメータセンサ６０のいずれかの使用が可能であり、両者は微調整用Ｘ−Ｙステージ７０−７０''' に載置されている。かくして、制御装置１１０は図２７に示されている微調整用のステージに使用される。
図２８は、ＳＰＭセンサとプロフィロメータセンサをもつ走査装置の略図であり、前記ＳＰＭセンサはＳＰＭ微調整用Ｘ−Ｙ−Ｚステージ（そのステージはブロック１３４に設けられている）に設けられているが、前記プロフィロメータは本発明の他の実施例を説明するものではない。システム１６００において、前記プロフィロメータは微調整用のステージに設けられていないから、前記ＳＰＭセンサのみが１ｎｍか１ｎｍ以下の検知に用いられる一方、前記プロフィロメータは以前として従来の針プロフィロメータのように長い距離の外形走査に用いられる。システム１５５０および１６００の両方は図３０−３４Ｅを参照して説明した走査動作に利用されるであろう。制御装置１１０は図２８の前記微調整用ステージ１５０６を制御するために用いられる。
【０１０２】
図２９Ａは表面の形状、例えば半導体ウェーハのそれを示す図である。図２９Ａに示されているように表面１６０２の表面は弓なりになっている。点ＡＡ，ＢＢに穴がある。前述したように従来の針式のプロフィロメータでは表面の弓なりの形状を検知できても、図２９Ｂ，２９Ｃに示されている穴ＡＡ，ＢＢの局所的な特徴を検出することができない。一方、ＳＰＭは、ブァイアホールＡＡ，ＢＢのような局所的な特徴を検知することができるが、外形１６０２または２つのブァイアホールＡＡ，ＢＢの相対的な高さを検出することができない。この出願に係る本発明は、前記表面１６０２の全体的な特徴の検知、局地的な点ＡＡ，ＢＢの外形、さらには２つのブァイアホールの相対的な高さを検出することができる。
【０１０３】
表面の全体の形状を得るために、図３０に示されているように第１の走査通路１６１２に沿って長い走査が行われる。そして走査通路１６１４に沿って多数の短い走査が、前記長い走査通路１６１２の位置またはその近傍で行われるが、それは長い走査に用いられるよりは高い分解力のものであり、図２９Ｂ，図２９Ｃに示されているように１ｎｍか１ｎｍ以下の形状が得られる。もし前記プロフィロメータまたは走査探針顕微鏡で同じプローブ先端が長い走査通路１６１２と短い走査通路１６１４に用いられ、そして検知されたデータが前記先端のＸ−Ｙ−Ｚの位置で相関をとることにより、相対高さと局部的な形状、例えば図２９Ａに示されているようにブァイアホールＡＡ，ＢＢの形状が決定できる。走査通路１６１４に沿う短い走査通路に使用されるものとは異なるプローブの先端で通路１６１２に沿った長い走査が行われたとしても、前記２つのプローブ先端の相対位置が知られている限り、相対的な高さと局所的な特徴、例えばウェーハの表面で遠く離れて一定の距離を保たれるブァイアホールを相関させることができる。図３０で分かったように、短い走査は互いにまたは長い走査通路１６１２に対して、平行でない方向に沿って行われる。長い走査通路１６１２は５００ｍｍまでの範囲にある。プローブの先端が長い走査通路か短い走査通路のどちらかに沿って走査しているので、表面の内部のまたは表面の頂上の特徴は前述したいずれかの方法で検知できる。そのような特徴は短い走査では０．１から５ｎｍの分解力で、表面に平行な方向（つまりＸ−Ｙ平面）では１から５ｎｍで、試料の表面に垂直な方向（すなわちＺ方向）では５から１０ｎｍの分解力で検知される。
【０１０４】
このようにして、図３０に関連して検知される特徴は外形または他の幾何学パラメータであるか、電気的，磁気的，光学的，熱的，摩擦的またはファンデルワールス力であろう。望まれたら、走査のシステムは長い走査通路１６１２で検出されるよりは、前記短い走査通路１６１２’での種々の走査パラメータの検出に利用される。事実、異なったパラメータが異なる短い走査１６１４で検知される。
【０１０５】
図３０に示されている走査動作は、前述した任意の二重走査装置により実行されるであろう。粗調整用Ｚステージ８０ａと前記粗調整用Ｘ−Ｙステージ８０ｂは長い走査の通路１６１２に沿ってセンサの組立およびプローブの先端を動かすことのために使われ、微調整用Ｘ−Ｙステージは前記センサ組立およびプローブの先端を短い走査の方向に移動させるために用いられる。システム１５００において、例えば、粗調整用ステージ１５０２ａ、１５０２ｂ  はセンサ１５０４および試料９０間の長い走査通路１６１２に沿った相対運動を惹起するために使われ、微調整用ステージ１５０６は短い走査通路１６１４に沿った運動を惹起するために使用される。システム１５５０において、粗調整用ステージ８０ａ，８０ｂは長い走査のために使われ、そして微調整用ステージ７０−７０'''は短い走査に使用される。２個のセンサ６０，１５０４のどちらかは、長い走査は短い走査で使われ、種々のセンサが図３０に示されるの８通りの走査に使用される。２個のセンサの相対的位置が既知である限り、例えば相互に２つのセンサを固定してそれらが固定的な相対位置関係を保たせるなどし、図３０に示されている全ての走査、長いものでも短いものでも、からのデータは相関させることができる。長い走査通路１６１２または短い走査通路１６１４に沿った走査は、前述した接触、非接触または断続的接触の任意のモードで行われる。短い走査通路は長さ１００ミクロンより少なく、一方長い走査通路の１６１２は１００ミクロンよりも長くすることができる。
【０１０６】
図３０に示されているように、短い走査通路１６１４ａは長い走査通路１６１２を横切らない。もし、走査通路１６１４と走査通路１６１２間の距離で、前記表面の等高線が激変しないものと仮定することができると、走査通路１６１４ａで得られたデータは、通路１６１４ａの近くの走査通路１６１２の部分に沿って得られるものと相関性がある。短い走査通路と長い走査通路が交差する場合、使用者はより一層正確なデータの相関を得ることができるであろう。
【０１０７】
それぞれの長い走査通路１６１２、さらに短い走査通路の１６１４は、図３１に示されているように１６２０のような多数の走査線区分から現実に構成される。ここにおいて走査通路区分１６２０はウェーハ表面のほとんどの部分をカバーし、そのような走査通路は使用者をして、ウェーハ表面のほとんどの部分の等高線図の測定を可能にし、走査線区分１６２０は短く、そのような区分から得られるデータは局所的な特徴例えば、ブァイアホールが期待される等の等高線形状の観察を可能にする。一実施例において前記区分１６２０は実質に互いに平行である。図３２に示されているように、開始点１６３０から終了点１６３２までの長い走査をし、そのその長い走査線に沿って点１６３０と１６３２を通る短い走査が可能である。好ましくは、短い走査、点１６３０を通る短い走査は前記長い走査に先立ち、点１６３２を通る短い走査は長い走査の後で行われることが好ましい。
【０１０８】
図３０において、長い走査が最初に行われ、続いて短い走査が行われる。局所的な関心の特徴の位置が既知であるときには、最初に対応する関心の特徴に関連して、いくつかの短い走査を行うことが好ましく、引き続き前記表面の関心の特徴点ではないある領域の長い走査が行われるが、図３３に示されているように、各々の関心の特徴点について短い走査で得られたデータとの相関をとるために最適化された位置で行われる。このようにして、最初に短い走査は、点１６４０の各々を通って実行される。その後、最適化された通路１６４２は、点１６４０を通る短い走査の間に得られたデータと最高の相関が得られるように選ばれる。好ましい実施形態では、点１６４０の位置に基づいて最適化された通路１６４２を選ぶために、少なくとも最小自乗法の計算がなされる。
【０１０９】
走査の過程のいつでも、前記走査で得られるデータは実時間で分析され、使用者は前記表面の特定の特徴を表面でまたは近傍で探したほうが良いか気づくことができるであろう。そのような場合に、前述した表面の特徴の探査過程は、標的領域を決定することにより利用され、前記標的領域内でプローブ先端手段により探査がなされ、表面を検出することにより関心の特徴点を提供する。そのような探査の動作の結果として、一つの走査の通路は前記表示の関数として選ばれる。例えば、もし前記探査の動作でくぼみが発見されると、そのようなくぼみを通過するであろう走査通路が選ばれる。前述したように、前記探査の過程は、探査中の特徴の予想される大きさを越えないだけずらされた幅をもって、プローブの先端を実質的に平行な探査線区分に沿って走査する。前述したように、前記特徴の大まかな位置が見出された後、前記先端を、関心の特徴の中心を出すために先の走査線区分を横切る他の探査区分に沿って走査することが好ましい。
【０１１０】
走査通路、例えば１６１２，１６１４，１６２０は、図２３と２５に示される螺旋区分とか葛折れ走査線区分のように、お互いに平行な走査線区分を含む。
【０１１１】
図３４Ａから３４Ｅは、異なった走査から得られたデータがどのようにして相関されるかが図示されている。図の３４Ａは表面の３つの局所的な特徴ＣＣ，ＤＤ，ＥＥの特徴を示す。前記３つの特徴は図３４Ｂ−３４Ｄにそれぞれ示されている。図３４に示されているように、前記表面はくぼみの両側に特徴ＣＣ，ＥＥをもち、そしてくぼみの底に特徴ＤＤをもつ大きな領域のくぼみをもつ。上に記述された方法によって、くぼみの全体の特徴は、局所的な特徴ＣＣ，ＤＤ，ＥＥとともに、高分解力で測定される。局所的な特徴ＣＣ，ＤＤ，ＥＥの相関性が図３４Ｅに示されており、ブァイアホールの深さと３つの相対高さが示されている。
記載を簡潔にするために、本出願の異なる図における同一の構成要素は、同じ数字で表記されている。
【０１１２】
本発明は様々な実施例を参照して説明されたが、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形と変更が可能であり、本発明の範囲は添付の請求の範囲とその均等物によってのみ制限されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例を説明するための、二重ステージ走査装置の略図である。
【図２】本発明の好適な実施例を説明するための、二重ステージ走査装置とその制御およびディスプレイ装置のブロック図である。
【図３Ａ】微調整用ステージとセンサ組立の第１の実施例を説明するためのものであり、二重ステージ走査装置の微調整用ステージとして作用する圧電管に接続された高さセンサの略図である。
【図３Ｂ】微調整用ステージとセンサ組立の第２の実施例を説明するためのものであり、微調整用ステージとして作用する２つの圧電管と高さセンサの斜視図である。
【図４Ａ】本発明の好適な実施例を説明するものであり、針の先端が望ましい力を試料に加える磁気手段を用いたセンサ組立の横斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａのセンサ組立の断面図である。
【図４Ｃ】図４Ａのセンサ組立の磁気針力バイアス手段の詳細を示した端部の斜視図である。
【図４Ｄ】本発明による針に加える力を調整するための電子装置のブロック図である。
【図４Ｅ】本発明の別の実施例を説明するもので、針の先端が望ましい力を試料に加える容量手段を用いたセンサ組立の断面図である。
【図５】本発明の別の実施例を説明するもので、試料が微調整用ステージにより支持され、センサが粗調整用ステージのＺ部分により支持されている二重ステージ走査装置の略図である。
【図６】センサの１つの実施例を説明する本出願の二重ステージ走査装置で使用されるセンサの略図である。
【図７Ａ】偏向センサ部の異なる実施例を示すことによる、図６に示されているタイプのセンサの略図である。
【図７Ｂ】偏向センサ部の異なる実施例を示すことによる、図６に示されているタイプのセンサの略図である。
【図７Ｃ】偏向センサ部の異なる実施例を示すことによる、図６に示されているタイプのセンサの略図である。
【図７Ｄ】図７Ｃの近接センサの別の実施例を説明するプローブ部分の略図である。
【図８Ａ】より詳細に第２センサの異なる実施例を示すことによる、図６に示したタイプのセンサの略図である。
【図８Ｂ】より詳細に第２センサの異なる実施例を示すことによる、図６に示したタイプのセンサの略図である。
【図８Ｃ】より詳細に第２センサの異なる実施例を示すことによる、図６に示したタイプのセンサの略図である。
【図９】図８Ａのセンサを実行するのに使用される針の先端の略図である。
【図１０】図８Ｂのセンサを実行するのに使用される針の先端の断面図である。
【図１１】本発明の好適な実施例を説明するための、平らな部材で作られた偏向センサの平面図である。
【図１２】本発明を説明するための、圧電スタックを用いた微調整用ステージ部分の平面図である。
【図１３】本発明の好適な実施例を説明するための、二重ステージ走査装置のセンサによる試料表面の走査通路の略図である。
【図１４】関連出願の発明を説明するのに有用な表面測定装置のブロック図である。
【図１５】関連出願の発明の特徴である位置合わせ方法を説明するための、特徴と探査通路をもつ表面の対象域の略図である。
【図１６】関連出願の発明を説明するための、図１５の特徴の探査手段を説明する際の表面と探査通路の対象域の略図である。
【図１７】関連出願の発明での方法を説明する、特徴および探査通路を有する表面の対象域の略図である。
【図１８】関連出願の発明を説明するための、表面の特徴を表した断面図である。
【図１９Ａ】関連出願の発明の好適な実施例として、特徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通路を有する表面の対象域の略図である。
【図１９Ｂ】関連出願の発明の好適な実施例として、特徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通路を有する表面の対象域の略図である。
【図１９Ｃ】関連出願の発明の好適な実施例として、特徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通路を有する表面の対象域の略図である。
【図１９Ｄ】関連出願の発明の好適な実施例として、特徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通路を有する表面の対象域の略図である。
【図１９Ｅ】関連出願の発明の好適な実施例として、特徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通路を有する表面の対象域の略図である。
【図１９Ｆ】関連出願の発明の好適な実施例として、特徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通路を有する表面の対象域の略図である。
【図１９Ｇ】関連出願の発明の好適な実施例として、特徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通路を有する表面の対象域の略図である。
【図１９Ｈ】関連出願の発明の好適な実施例として、特徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通路を有する表面の対象域の略図である。
【図１９Ｉ】関連出願の発明の好適な実施例として、特徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通路を有する表面の対象域の略図である。
【図２０Ａ】関連出願の発明の別の実施例を説明するためのもので、接触もしくは非接触モードとの組合せで断続的に接触した方法を用いた探査方法を説明する、特徴および探査通路を用いた表面の対象域の略図である。
【図２０Ｂ】関連出願の発明の別の実施例を説明するためのもので、接触もしくは非接触モードとの組合せで断続的に接触した方法を用いた探査方法を説明する、特徴および探査通路を用いた表面の対象域の略図である。
【図２０Ｃ】関連出願の発明の別の実施例を説明するためのもので、接触もしくは非接触モードとの組合せで断続的に接触した方法を用いた探査方法を説明する、特徴および探査通路を用いた表面の対象域の略図である。
【図２０Ｄ】関連出願のさらなる別の実施例の探査方法を説明するためのもので、両方の対象域に特徴および探査通路をもつ表面のより大きな対象域とより小さな対象域の略図であり、前記方法は、接触モード，非接触モード，もしくは断続的接触モードにて使用される。
【図２１Ａ】関連出願の発明の別の実施例を説明するための、表面および断続的探査通路の断面図である。
【図２１Ｂ】関連出願の発明の別の実施例を説明するための、表面および断続的探査通路の断面図である。
【図２１Ｃ】関連出願の発明の別の実施例を説明するための、表面および断続的探査通路の断面図である。
【図２２】関連出願の発明のさらなる別の代替実施例を説明するためのもので、特徴の適切な位置合わせを見つける連続したランダムな位置決め方法や、適切な特徴の位置が位置づけられた後の特徴の範囲を位置付けるための非ランダムなアルゴリズムを用いた、探査方法を説明する際の表面や探査通路の対象域の略図である。
【図２３】関連出願の発明のさらなる別の代替実施例を説明するためのもので、表面上か、表面にある特徴を探査するための表面にある渦巻き状の探査通路の略図である。
【図２４】関連出願の発明のさらなる代替実施例を説明するためのもので、表面の特徴を位置合わせのための実質的に折れ線の渦巻き状探査通路の略図である。
【図２５】関連出願の発明のさらなる代替実施例を説明するためのもので、表面の特徴を位置付ける葛折れ状の探査通路の略図である。
【図２６】本発明を説明するために有用な従来の走査探針顕微鏡の略図である。
【図２７】本発明のさらなる別の実施例を説明するもので、プロフィロメータセンサと同様な走査探針顕微鏡センサを含む二重ステージ走査装置の略図であり、前記の両センサは、同じ微調整用Ｘ−Ｙステージ上に装着されている。
【図２８】本発明のさらなる実施例を説明するもので、図２７の２つのセンサを含む二重ステージ走査装置の略図である、走査探針顕微鏡センサのみが微調整用ステージに装着されているものである。
【図２９】本発明を説明するために、２点ＡＡとＢＢ上を走査した表面の特徴の略図である。
【図３０】本発明を説明する走査作動の略図であり、多数の短い走査と同様に長い走査が表面で行われ、いくつかの短い走査は、長い走査を横切り、そして少なくとも１本の短い走査は、長い走査に近接しているが横切ってはいない。
【図３１】本発明を説明するために、長い走査もしくは短い走査のどちらかで走査するパターンを説明したものであり、多数の実質的に平行な走査線部分を含む走査通路の略図である。
【図３２】本発明の好適な実施例を説明するためのものであり、同様の走査装置が、始点と終点間の長い走査を実行するのと同様に、始点と終点での短い局地走査を実行するために使用される走査通路の略図である。
【図３３】本発明の別の実施例を説明するもので、表面に多数の点が近接して示されており、そのような点に局地走査も同様に示されている走査通路の略図である。
【図３４】本発明を説明するためのものであり、特徴および３つの局地特徴、そしてそれらの相対的な高さを示す略図である。
【符号の説明】
６０  センサ組立
７０  微調整用ステージ
８０  粗調整用ステージ
８０ａ  粗調整用ステージのＺ部分
８０ｂ  粗調整用ステージのＸＹ部分
９０  試料
１００  二重ステージ走査装置
１０２  台
【図１】
0004398519.tif 000002
【図２】
0004398519.tif 000003
【図３Ａ】
0004398519.tif 000004
【図３Ｂ】
0004398519.tif 000005
【図４Ａ】
0004398519.tif 000006
【図４Ｂ】
0004398519.tif 000007
【図４Ｃ】
0004398519.tif 000008
【図４Ｄ】
0004398519.tif 000009
【図４Ｅ】
0004398519.tif 000010
【図５】
0004398519.tif 000011
【図６】
0004398519.tif 000012
【図７Ａ】
0004398519.tif 000013
【図７Ｂ】
0004398519.tif 000014
【図７Ｃ】
0004398519.tif 000015
【図７Ｄ】
0004398519.tif 000016
【図８Ａ】
0004398519.tif 000017
【図８Ｂ】
0004398519.tif 000018
【図８Ｃ】
0004398519.tif 000019
【図１３】
0004398519.tif 000020
【図９】
0004398519.tif 000021
【図１０】
0004398519.tif 000022
【図１１】
0004398519.tif 000023
【図１２】
0004398519.tif 000024
【図１４】
0004398519.tif 000025
【図１５】
0004398519.tif 000026
【図１６】
0004398519.tif 000027
【図１７】
0004398519.tif 000028
【図１８】
0004398519.tif 000029
【図１９Ａ】
0004398519.tif 000030
【図１９Ｂ】
0004398519.tif 000031
【図１９Ｃ】
0004398519.tif 000032
【図１９Ｄ】
0004398519.tif 000033
【図１９Ｅ】
0004398519.tif 000034
【図１９Ｆ】
0004398519.tif 000035
【図１９Ｇ】
0004398519.tif 000036
【図１９Ｈ】
0004398519.tif 000037
【図１９Ｉ】
0004398519.tif 000038
【図２０Ａ】
0004398519.tif 000039
【図２０Ｂ】
0004398519.tif 000040
【図２０Ｃ】
0004398519.tif 000041
【図２０Ｄ】
0004398519.tif 000042
【図２１Ａ】
0004398519.tif 000043
【図２１Ｂ】
0004398519.tif 000044
【図２１Ｃ】
0004398519.tif 000045
【図２２】
0004398519.tif 000046
【図２３】
0004398519.tif 000047
【図２４】
0004398519.tif 000048
【図２５】
0004398519.tif 000049
【図２６】
0004398519.tif 000050
【図２７】
0004398519.tif 000051
【図２８】
0004398519.tif 000052
【図２９】
0004398519.tif 000053
【図３０】
0004398519.tif 000054
【図３１】
0004398519.tif 000055
【図３２】
0004398519.tif 000056
【図３３】
0004398519.tif 000057
【図３４】
0004398519.tif 000058