(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
探針を有するカンチレバーと、試料と前記探針の間の変位を変えるＺ微動機構と、前記試料の表面に沿って前記探針の相対的変位を与えるＸＹ走査機構と、前記カンチレバーに生じる変位量を検出する光学式検出手段とを備え、前記試料の表面特性に係る物理量を測定する走査型プローブ顕微鏡において、
前記光学式検出手段は、前記カンチレバーの背面にレーザ光を照射するレーザ光源と、前記カンチレバーの背面で反射される前記レーザ光を受ける光検出器を有し、
前記カンチレバーは、その背面が、前記試料の標準面に対して、その長手方向およびその幅方向のいずれにも傾斜するように構成され、
前記カンチレバーと前記レーザ光源と前記光検出器の配置関係は、前記レーザ光源と前記光検出器についての前記カンチレバーの前記幅方向の配置においては、傾斜した前記カンチレバーの背面に垂直な線に対してレーザ光反射点での前記レーザ光の入射角と反射角が等しくなるように線対称な位置に前記レーザ光源と前記光検出器が配置される配置関係とする、
ことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記光学式検出手段は光てこ式検出手段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。
【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に関し、特に、測定誤差の低減に適した走査型プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型プローブ顕微鏡は、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（ウェハ）、ディスクなどの分野で実績を上げている。以下の説明では原子間力顕微鏡の例を説明する。
【０００４】
図５に原子間力顕微鏡の基本的な構成を示す。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。この基本構成は一例である。
【０００５】
図５において、例えば水平に設置された定盤１１の上にＸＹステージ１２を配置し、その上に接近用粗動機構１３が設置されている。接近用粗動機構１３の上に半導体基板等の薄板状の試料１４が置かれている。定盤１１は試料の位置が不安定にならないようにするためのものである。ＸＹステージ１２は、図中水平面（ＸＹ平面）における位置の変化を生じさせる移動機構であり、試料１４を水平方向に位置決めする。ＸＹステージ１２は、パルスモータおよび駆動力伝達機構により比較的に大きな移動量で位置変化を生じさせる。粗動機構１３は高さ方向（図中Ｚ軸方向）に変位を生じさせる機構部であり、探針接近用機構として用いられる。通常、パルスモータ等を利用して変位を生じさせる。粗動機構１３は、後述の微動機構に比較して大きな距離（数μｍ〜数ｍｍ）で垂直方向の移動を生じさせる。
【０００６】
上記定盤１１上には掛渡し形状のフレーム１５が設けられている。フレーム１５は所望の剛性を有し、かつ上記試料１４の上方に位置するように配置されている。フレーム１５の水平部１５ａであって、試料１４の上方位置に駆動機構１６を介して光学顕微鏡１７が取り付けられている。光学顕微鏡１７は、その対物レンズ１７ａを下方に向けて配置され、試料１４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１７の上端にはカメラ１８が付設されている。光学顕微鏡１７は、当該光学顕微鏡１７を垂直方向（Ｚ軸方向）に移動させる上記の駆動機構１６によって支持されている。この駆動機構１６によって光学顕微鏡１７は試料１４に接近させたり遠ざけたりすることができる。さらにフレーム１５の水平部１５ａの下面にはＸＹＺ微動機構１９が取り付けられている。ＸＹＺ微動機構１９は通常は圧電素子で構成される。ＸＹＺ微動機構１９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１９によってＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各々へ微小距離（数〜１０μｍ）の変位を生じさせることができる。ＸＹＺ微動機構１９の下端には、先端に探針２０が形成されたカンチレバー２１が取り付けられている。探針２０は、試料１４の表面に対向している。カンチレバー２１の背面には反射面が形成されている。カンチレバー２１の上方に配置されたレーザ光源（図示せず）から出射されたレーザ光２２がカンチレバー２１の背面における探針２０に近い部分に照射される。カンチレバー２１の背面（反射面）で反射されたレーザ光２２は光検出器２３より検出される。試料１４の表面と探針２０との間で原子間力が作用してカンチレバー２１において捩れや撓みが生じると、光検出器２３の受光面におけるレーザ光２２の入射位置が変化する。従って、探針２０およびカンチレバー２１で変位が生じると、光検出器２３から出力される検出信号で当該変位を検出することができる。
【０００７】
上記の原子間力顕微鏡の構成に対して制御装置３１が設けられている。制御装置３１は原子間力顕微鏡による測定制御用の制御器３２を含んでいる。上記光検出器２３から出力される検出信号は制御器３２に入力される。制御器３２から出力される制御信号はＸＹＺ微動機構１９に与えられる。制御装置３１は、さらにＸＹステージ１２、粗動機構１３、駆動機構１６のそれぞれの動作を制御する機能部を含んでいる。ＸＹステージ１２、粗動機構１３、ＸＹＺ微動機構１９、駆動機構１６の各々には制御装置３１から制御信号ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４が供給されている。また光学顕微鏡１７を介して得られた映像情報はカメラ１８から出力され、制御装置３１に入力される。３３は、制御装置３１に付設された表示装置である。通常、制御装置３１はＰＣ（パーソナル・コンピュータ）であり、表示装置３３はＰＣのディスプレイである。表示装置３３によって表示される内容には、光学顕微鏡１７による映像（光学顕微鏡像）３３Ａ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の表面画像３３Ｂとがある。
【０００８】
上記の構成で、粗動機構１３によって探針２０を試料１４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２１に撓みが起きる。カンチレバー２１の撓み量はレーザ光２２と光検出器２３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２１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の動作を制御する。制御器３２はフィードバックサーボ制御を行う。探針・試料間の距離（変位）を一定に保つことにより、カンチレバー２１の撓み量が一定に保たれる。ＸＹＺ微動機構１９に基づいて、試料１４の表面を探針２０によってＸおよびＹの方向に走査しながら、かつカンチレバー２１の撓み量を一定に保持する制御を行うことにより、試料１４の表面の凹凸形状を測定することができる。
【０００９】
またあまり高精度な測定が要求されない場合には、上記のようにカンチレバー２１を試料１４の表面に接触させた状態で、ＸＹＺ微動機構１９でＸ軸またはＹ軸の方向に試料１４の表面をなぞるように移動させて、そのときのカンチレバー２１の変位を光検出器２３により検出し、その検出信号に基づいて試料１４の表面形状を画像として測定することも行われている。
【００１０】
次に図６〜図９を参照して、原子間力顕微鏡においてカンチレバー２１の撓み検出（変位検出）に光てこ方式等の光学的手法を用いた場合の問題点を説明する。図６は上記走査型プローブ顕微鏡の要部を拡大して示した側面図、図７は図６におけるＤ１方向矢視図、図８は問題点を指摘する図、図９は図８におけるＥ１方向矢視図である。
【００１１】
図６では試料１４の表面１４ａに探針２０の先端が接触した状態が示されている。カンチレバー２１はＸＹＺ微動機構１９によって支持されている。この状態は探針２０の先端によって試料１４の表面１４ａをなぞり、試料表面１４ａの凹凸を測定している状態である。かかるカンチレバー２１に対してレーザ光源４１から出射されたレーザ光２２は、カンチレバー２１の背面の反射面に照射され、そこで反射され、光検出器２３の受光面に入射される。なお図中、レーザ光２２の光路を明示するため、レーザ光の出射点Ａ、反射点Ｂ、入射点Ｃが示され、レーザ光２２はＡ，Ｂ，Ｃの順序で進行する。また実際の装置構成では、レーザ光源４１には集光光学系が組み込まれており、カンチレバー２１の背面で焦点を結ぶように設定されている。ただし図示例では煩雑さを避けるため、レーザ光２２の中心線のみを表している。しかしながら、装置構成の制約から焦点位置でのレーザ光２２のビームスポットの直径ｄ（ｄは開口／焦点距離の値に比例する）を所望の充分に小さい値にすることができない場合が多い。
【００１２】
また半導体製造プロセスを利用して製造されるカンチレバー２１は、ｎＮレベルの微小力を検出する目的からして、レーザ光２２を反射させる背面の面積を大きくすることは、バネ定数の増加につながり、容易なことではない。通常使用されているカンチレバー２１の幅は１０〜５０μｍ程度である。
【００１３】
以上の事情から、カンチレバー２１の背面にレーザ光２２が照射されるとき、レーザ光２２の一部はカンチレバー２１の背面から漏れ、試料表面１４ａに照射される場合が多い。試料表面１４ａに照射されたレーザ光２２は、試料表面１４ａで反射され、試料表面１４ａでの入射角と反射角の関係に基づき方向Ｃ’に向かって進行する。従来のレーザ光源４１とカンチレバー２１と光検出器２３の配置関係に関して、図６で示された３つの点Ａ，Ｂ，Ｃで決まる平面は、図７に示されるように、試料表面１４ａに垂直になるように設定されているので、試料表面１４ａで反射するレーザ光２２ａも光検出器２３の受光面に入る場合が多い。当該レーザ光２２ａが光検出器２３の受光面に入ると、光検出器２３から出力される信号に誤差が含まれる、正しい検出を行うことができなくなる。そこで従来では、図６に示されるように例えばカンチレバー２１を長手方向に角度θｘで傾斜させて配置するようにし、試料表面１４ａからの反射光２２ａが光検出器２３の受光面に入射しないようにする工夫が凝らされている。このような考え方は、例えば特開平６−１０２０３８号公報（「原子間力顕微鏡」）に開示される。
【００１４】
しかしながら、実際の現象として、試料表面１４ａで反射するレーザ光２２ａでは、図８に示すごとく試料表面の形状に基づいて回折現象が生じる。すなわち、試料１４は半導体基板であり、このような試料表面１４ａでは例えば特定方向に規則性のある凹凸パターンが形成されている。このような凹凸パターンが表面形状として形成されている場合には、例えば凸部の角で回折現象が生じる。この回折現象によれば、試料表面１４ａからの反射光２２ａで、直接的な反射光Ｃ’の他に、１次、２次等の回折光Ｃ１’，Ｃ２’が生じる。これらの回折光は、上記の点Ａ，Ｂ，Ｃで決まる平面内に生じているので、図９に示される通り、光検出器２３の受光面に入射される可能性が高く、検出誤差が生じる原因となる。試料表面１４ａからの回折光が光検出器２３に入射されると、カンチレバー２１の背面で反射したレーザ光２２と干渉し、試料１４の表面の形状測定に誤差が生じることになる。
【００１５】
上記の問題は、原子間力顕微鏡以外の他の方式の走査型プローブ顕微鏡においても同様に当てはまる。
【００１６】
本発明の目的は、上記の問題に鑑み、カンチレバーの背面に照射されるレーザ光の一部が漏れて試料表面に照射され、試料表面で反射して回折光が生じるとき、回折光が光検出器の受光面に入射される確率を低減させ、測定誤差を低減した走査型プローブ顕微鏡を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段および作用】
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。
【００１８】
第１の走査型プローブ顕微鏡（請求項１に対応）：前提として、先端に探針を有するカンチレバーと、試料と探針の間の変位（距離等）を与えるＺ微動機構（ＸＹＺ微動機構のＺ軸方向の微動に関与する機構部分）と、試料の表面に沿って探針の相対的変位を与えるＸＹ走査機構（ＸＹＺ微動機構の平面走査に関与する機構部分）と、カンチレバーに生じる変位量を検出する光学式検出手段とを備え、試料の表面特性に係る物理量を測定するように構成されている。上記光学式検出手段は、カンチレバーの背面にレーザ光を照射するレーザ光源と、カンチレバーの背面で反射されるレーザ光を受ける光検出器を備えている。カンチレバーは、探針の先端が試料表面に対して向うように試料の表面に対して近づけて配置され、またカンチレバーとレーザ光源と光検出器は、カンチレバーのレーザ光反射点とレーザ光源のレーザ光出射点と光検出器のレーザ光入射点で作られる平面が試料表面の標準面に対して傾斜するように、配置されている。さらにカンチレバーは、その背面が、試料の標準面に対して、その長手方向およびその幅方向のいずれにも傾斜するように配置されている。さらに詳しくは、カンチレバーとレーザ光源と光検出器の配置関係は、レーザ光源と光検出器についてのカンチレバーの幅方向の配置においては、傾斜したカンチレバーの背面に垂直な線に対してレーザ光反射点でのレーザ光の入射角と反射角が等しくなるように線対称な位置にレーザ光源と光検出器が配置される配置関係としている。このように標準面に対して上記の所定平面を傾斜させることに基づき、レーザ光のうちの一部が試料表面の回折現象を生じさせる領域に照射されたときに生じるレーザ光の回折光を前記光検出器に入射させないようにする。上記において「試料表面の標準面」とは、試料表面上に例えば特定方向に規則性のある凹凸パターンが形成されている場合に当該試料表面における平均的な平面またはこれに平行な平面である。これによりレーザ光のうち試料表面で反射する一部のレーザ光の回折光を光検出器に入射させないようにしている。
【００１９】
レーザ光を発するレーザ光源とレーザ光を受ける光検出器を備え、光検出器から出射されたレーザ光をカンチレバーの背面で反射させて光検出器に入射させるように構成された光学検出手段において、カンチレバーのレーザ光反射点とレーザ光源のレーザ光出射点と光検出器のレーザ光入射点で作られる平面を、試料表面の標準面に対して傾斜させることによって、試料表面での反射で生じる回折光が光検出器に入射される確率を低減させることができる。カンチレバーと試料表面の関係に着目すると、好ましくはカンチレバーの幅方向、あるいは幅方向および長手方向を、試料の表面に対して傾斜させると、試料表面からの回折光が光検出器に入射する確率を非常に低減することができる。カンチレバーの背面から漏れたレーザ光が試料に照射されるとき、試料が例えば半導体基板等であるとき試料表面には例えば縦横の直交方向に凹凸パターンが形成されていることが多いので、回折光に関して高次光が発生する。しかし、カンチレバーで反射される本来のレーザ光が通る平面と、試料表面での反射で生じた回折光が通る平面が配置関係上予め異なるように構成しているため、試料表面からの回折光が光検出器に入射することはない。これにより、試料表面からの回折光が光検出器に戻らないので、測定誤差を生じない測定を行うことができる。
【００２２】
第２の走査型プローブ顕微鏡（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、光学式検出手段は光てこ式検出手段である。
【００２３】
【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。
【００２４】
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。
【００２５】
本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の実施形態は原子間力顕微鏡の例で説明される。本実施形態に係る原子間力顕微鏡の基本的構成は先に図５を参照して説明された構成と同じである。そこで、この実施形態の説明でも、走査型プローブ顕微鏡の基本的な構成部分は図５を参照して説明する。
【００２６】
本実施形態に係る原子間力顕微鏡の基本的構成を再度説明する。
【００２７】
定盤１１上にＸＹステージ１２を配置し、その上に接近用粗動機構１３が設置される。接近用粗動機構１３上に半導体基板の試料１４が置かれる。ＸＹステージ１２は、ＸＹ平面における位置の変化を生じさせる移動機構で、試料１４を移動させる。ＸＹステージ１２は、パルスモータおよび駆動力伝達機構により比較的に大きな移動量で位置変化を生じさせる。粗動機構１３は高さ方向すなわちＺ軸方向に変位を生じさせ、探針接近用機構として用いられる。粗動機構１４は大きな距離（数μｍ〜数ｍｍ）で垂直方向の移動を生じさせる。試料１４は、好ましくは、測定対象である表面が水平状態になるように、すなわちＸＹ平面に平行になるように、置かれている。また試料１４は、好ましくは半導体基板（ウェハ）またはディスクであり、その表面には例えば直線的な多数の電気配線や溝などによって規則的な微小な凹凸パターンが形成されている。この場合、凹凸パターンに係る表面での平均的な平面を「標準面」として、当該標準面が好ましくは水平になるように、試料１４は置かれている。
【００２８】
定盤１１上に掛け渡されたフレーム１５は上記試料１４の上側に位置し、その水平部１５ａに駆動機構１６を介して光学顕微鏡１７が取り付けられる。光学顕微鏡１７の対物レンズ１７ａは試料１４の表面に臨み、光学顕微鏡１７の上端にはカメラ１８が付設されている。光学顕微鏡１７は、垂直方向（Ｚ軸方向）に移動させる駆動機構１６によって支持されている。駆動機構１６は、光学顕微鏡１７を試料１４に接近させたり遠ざけたりする。フレーム１５の水平部１５ａの下面にはＸＹＺ微動機構１９が取り付けられている。ＸＹＺ微動機構１９によってＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各々へ微小距離（数〜１０μｍ）の変位を生じさせる。ＸＹＺ微動機構１９は、大きく分けて、試料表面に沿って探針を平面的（ＸＹ平面）に走査移動させるＸＹ微動機構の部分と、試料表面と探針の距離（試料表面に対する探針の高さ位置）を調整するＺ方向に係るＺ微動機構の部分を備えている。ＸＹＺ微動機構１９の下端には、先端に探針２０が設けられたカンチレバー２１が取り付けられている。カンチレバー２１は、通常、試料１４の表面に対してその長手方向に傾斜されている。
【００２９】
探針２０の先端は試料１４の表面に向かっている。カンチレバー２１の背面には反射面が形成され、レーザ光源（図１に示される４１）から出射されたレーザ光２２がカンチレバー２１の背面に照射される。カンチレバー２１の背面で反射したレーザ光２２は光検出器２３により検出される。カンチレバー２１において捩れや撓みが生じると、光検出器２３におけるレーザ光２２の入射位置が変化し、探針２０とカンチレバー２１で変位・変形が生じると、光検出器２３から出力される検出信号に基づいてこれを検出する。
【００３０】
上記の原子間力顕微鏡の構成に対して制御装置３１が設けられ、制御装置３１は原子間力顕微鏡制御用のフィードバックサーボ制御式の制御器３２を含んでいる。光検出器２３から出力される検出信号は制御器３２に入力される。制御器３２から出力される制御信号はＸＹＺ微動機構１９に与えられる。制御装置３１は、さらにＸＹステージ１２、粗動機構１３、駆動機構１６のそれぞれの動作を制御するＸＹステージ制御部、粗動機構制御部、駆動機構制御部を備える。光学顕微鏡１７を介して得られた映像情報（光学顕微鏡像）はカメラ１８から出力され、制御装置３１に入力される。制御装置３１には表示装置３３が付設される。表示装置３３によって表示される内容は、光学顕微鏡１７による映像３３Ａ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の表面画像３３Ｂである。制御装置３１は、所要のプログラムおよび各種のデータを記憶する記憶部５１を備えている。
【００３１】
粗動機構１３によって探針２０を試料１４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２１に撓みが起きる。カンチレバー２１の撓み量はレーザ光２２と光検出器２３を利用して検出される。この状態で、当該カンチレバー２１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の動作を制御する。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２１の撓み量が一定に保たれる。ＸＹＺ微動機構１９に基づいて、試料１４の表面を探針２０によってＸおよびＹの方向に走査しながら、かつカンチレバー２１の撓み量を一定に保持する制御を行うことにより、試料１４の表面の凹凸形状を測定できる。
【００３２】
次に図１と図２に従って本実施形態の特徴的構成を説明する。図１と図２はカンチレバー２１とレーザ光源４１と光検出器２３と試料１４の配置関係を示す拡大図である。図１は側面図を示し、図２は図１におけるＡ１方向矢視図である。図１によれば実質的にカンチレバー２１の長手方向の断面が示され、図２によれば実質的にカンチレバー２１の幅方向の断面が示される。
【００３３】
図１と図２では、試料１４の表面１４ａに探針２０の先端が接触するようにカンチレバー２１が配置されている。カンチレバー２１の基端はＸＹＺ微動機構１９に固定されている。カンチレバー２１は、試料１４の表面１４ａに対して、図１に示すごとく長手方向に角度θｘで傾斜され、同時に図２に示すごとく幅方向に角度θｙで傾斜されるように、ＸＹＺ微動機構１９に固定されている。ここで、θｘとθｙはいずれも好ましくは１〜１０度の範囲に含まれる角度である。
【００３４】
試料１４は、例えば、半導体デバイスが形成された半導体基板であり、その表面に前述のごとく規則的な凹凸パターンが縦横に形成されている。試料１４の表面１４ａは図１および図２では水平面状に描かれているが、この表面は前述したごとく標準面であり、実際には探針２０による測定対象である凹凸パターンが形成されている。凹凸パターンの図示は省略されている。試料１４のかかる表面１４ａにおいて、カンチレバー２１は、その長手方向が、直線状形状から成る多数の凹凸パターンに対して直交または平行になるように配置されている。図１に示した回折は、凹凸パターンがカンチレバー長手方向に配置された場合に相当する。カンチレバー２１の幅方向に凹凸パターンがある場合には、図１のＣ’位置に対して断面鉛直方向に回折光が現れ、この場合には回折光が光検出器２３に戻ることはない。
【００３５】
上記のごとき試料１４の表面１４ａに対して、カンチレバー２１は上記のθｘとθｙの角度で長手方向および幅方向に傾斜させている。試料１４とカンチレバー２１の間において傾斜関係に基づく配置関係は相対的なものであり、カンチレバー２１の背面を水平にし、試料１４の表面１４ａの側を同様な配置関係になるように傾斜させることもできる。
【００３６】
試料１４の表面１４ａに対してカンチレバー２１を上記のごとく傾斜させて配置した構成において、レーザ光源４１と光検出器２３は、カンチレバー２１の長手方向に沿って配置され、かつレーザ光源４１から出射されたレーザ光２２がカンチレバー２１の背面で反射され、その後、光検出器２３の受光面に入射されるように、配置されている。図２に示された構成では、レーザ光源４１から出射されたレーザ光２２は、試料表面１４ａに垂直となる面に含まれる状態で、カンチレバー２１の背面に照射されている。他方、カンチレバー２１の背面は、試料表面１４ａに対して角度θｙで傾斜されている。そこで、光検出器２３は図２中右方へずらせて配置される。
【００３７】
以上のように、一般的には、レーザ光源４１と光検出器２３は、カンチレバー２１の長手方向に沿って、レーザ光出射点Ａとレーザ光反射点Ｂとレーザ入射点Ｃによって形成される平面が、試料１４の表面（標準面）１４ａに対して傾斜するように、配置されている。
【００３８】
このため、カンチレバー２１の背面で照射されるレーザ光２２は光検出器２３の受光面に入射されるが、試料表面１４ａで反射されたレーザ光２２の直接光および回折光は光検出器２３に入射することはない。試料表面１４ａの反射で生じるレーザ光の回折光のうち高次の光Ｃ１’，Ｃ２’は、図２に示されるごとく垂直方向に戻るため、光検出器２３によって検出されることはない。これにより測定誤差の発生をなくすことができる。
【００３９】
次に図３と図４に基づいて本発明の他の実施形態を説明する。図３と図４もカンチレバー２１とレーザ光源４１と光検出器２３と試料１４の配置関係を示す拡大図である。図３は側面図を示し、図４は図３におけるＢ１方向矢視図である。この実施形態では、試料１４の表面１４ａに対するカンチレバー２１の取付け位置に関する関係は上記の実施形態と同じである。この実施形態の特徴は、レーザ光源４１と光検出器２３の配置が、カンチレバー２１の長手方向を含みかつ試料表面１４ａに垂直な平面に対して垂直な面内に含まれるように形成される。レーザ光源４１と光検出器２３はカンチレバー２１の幅方向に沿って配置されている。図３に示されるようにカンチレバー２１の長手方向においてレーザ光源４１と光検出器２３は同じ側にあり、図４に示されるようにカンチレバー２１の幅方向においては傾斜したカンチレバー２１の背面に垂直な線４２に対してレーザ光反射点Ｂでのレーザ光２２の入射角と反射角が等しくなるように線対称な位置にレーザ光源４１と光検出器２３が配置される。レーザ光源４１のレーザ光出射点Ａから出たレーザ光２２は、カンチレバー２１の背面のレーザ光反射点Ｂで反射し、光検出器２３のレーザ光入射点Ｃに到達する。これに対して、試料表面１４ａで反射したレーザ光はＣ’の方向となり、光検出器２３に入射することはない。また試料表面１４ａでの回折光も、カンチレバー２１の背面が幅方向にθｙの角度で傾斜しているので、Ｃ１’の方向へ進行し、光検出器２３へ戻ることはない。
【００４０】
前述の実施形態では、カンチレバー２１を長手方向および幅方向に傾斜させたが、幅方向のみに傾斜させるように構成しても同様な作用を生じさせることができる。
【００４１】
前述の実施形態では原子間力顕微鏡の例を説明したが、走査型プローブ顕微鏡はこれに限定されず、走査型トンネル顕微鏡や磁気間力顕微鏡、その他の走査型プローブ顕微鏡一般に適用できるものである。またカンチレバーの撓みを検出例を説明したが、カンチレバーを動的に振動させ、振幅、位相を検出する方式等にも適用することができる。
【００４２】
さらに前述の実施形態で、ＸＹステージ１２、接近用粗動機構１３、ＸＹＺ微動機構１９等の配置位置および取付け構成は一例であって、これらは任意に変更することができる。
【００４３】
【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、走査型プローブ顕微鏡で半導体基板等のごとく縦横に規則正しく凹凸パターンが形成されることが多い試料表面の形状を測定する場合において、相対的な位置関係として試料表面の標準面に対してカンチレバーの背面を傾斜させるようにしたため、試料表面に照射されるレーザ光に係る回折光が光検出器に入射する確率を大きく低減することができ、これにより試料表面からの回折光による測定誤差の問題を大幅に低減することができる。
【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要部の実施形態を示す側面図である。
【図２】図１におけるＡ１方向矢視図である。
【図３】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の要部の他の実施形態を示す側面図である。
【図４】図３におけるＢ１方向矢視図である。
【図５】走査型プローブ顕微鏡の基本的構成を示す構成図である。
【図６】走査型プローブ顕微鏡での従来の問題を説明するための要部拡大図である。
【図７】図６におけるＤ１方向矢視図である。
【図８】走査型プローブ顕微鏡での従来のさらなる問題を説明するための要部拡大図である。
【図９】図８におけるＥ１方向矢視図である。
【符号の説明】
１１              定盤
１２              ＸＹステージ
１３              粗動機構
１６              駆動機構
１７              光学顕微鏡
１８              カメラ
１９              ＸＹＺ微動機構
２０              探針
２１              カンチレバー
２２              レーザ光
２３              光検出器
３１              制御装置
４１              レーザ光源
【図１】
0003998931.tif 000002
【図２】
0003998931.tif 000003
【図３】
0003998931.tif 000004
【図４】
0003998931.tif 000005
【図５】
0003998931.tif 000006
【図６】
0003998931.tif 000007
【図７】
0003998931.tif 000008
【図８】
0003998931.tif 000009
【図９】
0003998931.tif 000010