【手続補正書】
【提出日】平成20年4月18日(2008.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  探針を有するカンチレバーと、試料に対する前記探針の高さ変位を与える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検出手段と、前記検出手段から出力される検出信号と基準値に基づき前記Ｚ微動機構の動作を制御して前記探針と前記試料の間隔を一定に保持しながら前記ＸＹ走査機構の動作を制御することにより前記探針で前記試料の表面を走査させる制御手段を備え、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、
前記試料の表面の測定箇所を前記カンチレバーと共に観察する第２顕微鏡と、
前記第２顕微鏡で得られる観察像から画像データを作り、前記制御手段に送る撮像手段と、
前記画像データを記憶する記憶手段を備えて成り、
前記試料の前記測定箇所を前記探針に一致させたときにおける前記第２顕微鏡による観察像を前記測定に際しての位置決めに用いる基準像として前記記憶手段に予め記憶させることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】  前記制御手段は、前記測定に際し前記第２顕微鏡による前記観察像と前記記憶手段に記憶された前記基準像とを比較し、前記試料と前記探針との位置合わせを行う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】  前記制御手段は、前記測定に際しての位置決め時に前記第２顕微鏡による前記観察像と前記記憶手段に記憶された前記基準像とが一致するまで、前記ＸＹ走査機構を制御して前記探針と前記試料の位置合わせ動作を行う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】  前記第２顕微鏡による前記観察像は、前記カンチレバーと、前記測定箇所の周辺の試料表面の特徴部を含む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５】  前記第２顕微鏡は光学顕微鏡であ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】  探針を有するカンチレバーと、試料に対する前記探針の高さ変位を与える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検出手段と、前記検出手段から出力される検出信号と基準値に基づき前記Ｚ微動機構の動作を制御して前記探針と前記試料の間隔を一定に保持しながら前記ＸＹ走査機構の動作を制御することにより前記探針で前記試料の表面を走査させる制御手段を備え、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適用される測定設定方法であり、
前記走査型プローブ顕微鏡により前記試料の測定箇所を測定するとき、その前の段階で、
第２顕微鏡により前記試料の表面の前記測定箇所を前記カンチレバーと共に観察するステップと、
前記第２顕微鏡で得られる観察像を利用して前記試料の前記測定箇所と前記探針との位置合わせを行うステップと、
前記位置合わせを行った後の第２顕微鏡により得られる観察像と、予め用意された基準像とを比較し、前記観察像と前記基準像が一致するように最終位置合わせを行うステップと、
を実行することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡の測定設定方法。
【請求項７】  前記基準像は、前記記憶手段に予め記憶されていることを特徴とする請求項６記載の走査型プローブ顕微鏡の測定設定方法。
【請求項８】  前記第２顕微鏡による前記観察像は、前記カンチレバーと、前記測定箇所の周辺の試料表面の特徴部を含むことを特徴とする請求項６記載の走査型プローブ顕微鏡の測定設定方法。
【請求項９】  前記第２顕微鏡は光学顕微鏡であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡の測定設定方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
【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測定設定方法は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
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、試料に対する探針の高さ変位を与える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検出手段と、この検出手段から出力される検出信号と基準値に基づきＺ微動機構の動作を制御して探針と試料の間隔を一定に保持しながらＸＹ走査機構の動作を制御することにより探針で試料の表面を走査させる制御手段を備え、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る。さらに、試料の表面の測定箇所をカンチレバーと共に観察する第２顕微鏡と、第２顕微鏡で得られる観察像から画像データを作り、制御手段に送る撮像手段と、画像データを記憶する記憶手段を備えている。上記の構成に基づいて、試料の測定箇所を探針に一致させたときにおける第２顕微鏡による観察像を測定に際しての位置決めに用いる基準像として記憶手段に予め記憶させることで特徴づけられている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
第２の走査型プローブ顕微鏡（請求項２に対応）は、上記の第１の走査型プローブ顕微鏡において、好ましくは、制御手段は、測定に際し第２顕微鏡による観察像と記憶手段に記憶された基準像とを比較し、試料と探針との位置合わせを行うことを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
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の走査型プローブ顕微鏡において、好ましくは、制御手段は、測定に際しての位置決め時に第２顕微鏡による観察像と記憶手段に記憶された基準像とが一致するまで、ＸＹ走査機構を制御して探針と試料の位置合わせ動作を行うことを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
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上に半導体基板等の試料１４が置かれている。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１３は大きな距離（数μｍ〜数ｍｍ）で垂直方向の移動を生じさせる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
図２（Ｃ）に、観察点１０６と探針推定点１０５が一致した状態を、光学顕微鏡像１０８で示している。制御装置３１の記憶部５１には前処理にて予め最終位置決め点での光学顕微鏡像１０９が記憶されている。図２（Ｃ）に示された光学顕微鏡像１０８において、記憶部５１に記憶されている光学顕微鏡像１０９を読出し、この記憶像１０９と、実際の上記光学顕微鏡像１０８とを比較し、２つの像が一致するようになるまで微調整位置決め（最終位置決め）を行う（ステップＳ１５）。微調整位置決めのための移動動作は、ＸＹステージ１２またはＸＹＺ微動機構１９によって行われる。光学顕微鏡像１０８では、カンチレバー２１、測定すべき箇所１０２の周辺の特徴パターン１０３，１０４の像が含まれているので、位置を確定することができ、これらの確定できる部分を利用して２つの像の一致を判定することができる（ステップＳ１６）。実際の光学顕微鏡像１０８と制御装置３１の記憶部５１に記憶された像１０９とが一致した段階で、探針２０と観察点１０６との位置合わせが完了する（ステップＳ１７）。その後、ステップＳ１８に移行し、図２（Ｄ）に示されるごとく試料１４の表面における測定しようとする箇所１０２が光学顕微鏡１７によって観察される視野の中央位置にセットされ、探針２０とカンチレバー２１等を利用して原子間力顕微鏡の原理に基づく測定が実行される（ステップＳ１８）。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
【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ウェハ等の試料の表面における特定の測定箇所を測定する場合においてその前段階で光学顕微鏡等を利用してその光学顕微鏡像にてカンチレバーの陰に隠れた探針と試料表面の観察点を一致させるとき、この位置合わせを初期的な位置合わせと最終位置合わせの２段階で構成し、最終位置合わせを、予め基準となる像を記憶手段に用意しておいてこの基準像と実際の観察像を比較することにより両者が一致するように行うため、試料表面の測定箇所を高速にかつ高精度に特定して探針との位置合わせを行い、原子間力顕微鏡等により測定の効率を高めることができる。さらに本発明による走査型プローブ顕微鏡およびその測定設定方法によれば、ＸＹステージの位置決め精度が悪い場合、探針取付け位置がばらつく場合、温度ドリフト等で相対位置が動く場合、別のカンチレバーを用いる場合等にも、正確な位置合わせを行って走査型プローブ顕微鏡に基づく試料測定を行うことができる。