(57)【要約】【課題】走査プローブ顕微鏡において、プローブ尖端へ異物が付着しても、異物をプローブ尖端部から除去してカンチレバー交換をすることなく測定を継続可能とすること。【解決手段】カンチレバー１５の一端に設けられたプローブ１６を試料３０の表面に沿って走査させて試料３０の高さ及び物理状態の分布を測定する走査プローブ顕微鏡１０において、試料３０の測定の前後にカンチレバー１５の共振周波数を検出してプローブ１６の尖端への異物の付着の有無を検知する。カンチレバー１５の共振周波数が初期値から規定値以上シフトしたときには、凹凸が形成されたプローブ洗浄用冶具２０の表面をプローブ１６で走査してプローブ１６の尖端に付着した異物を除去する。【選択図】図４
2009300322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カンチレバーの一端に設けられたプローブを試料の表面に沿って走査させて前記試料の表面状態を測定する走査プローブ顕微鏡において、
前記カンチレバーの共振周波数を検出する共振周波数測定機構と、
表面に凹部が形成されたプローブ洗浄用冶具と、
前記カンチレバーの共振周波数が初期値から規定値を超えてシフトしたときに、前記プローブを前記プローブ洗浄用冶具の上で走査させる制御回路と、
を備えたことを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記規定値が０．３ｋＨｚであることを特徴とする請求項１に記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項３】
前記凹部は、前記プローブの尖端の曲率よりも大きく、且つ、前記プローブの尖端が底に届かない深さに形成され、
前記制御回路は、前記プローブが前記プローブ洗浄用冶具の凹部を通過するように前記プローブを走査させることを特徴とする請求項１又は２に記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項４】
走査プローブ顕微鏡のプローブに付着した異物を除去するプローブの洗浄方法であって、
前記プローブの尖端よりも大きく、且つ前記プローブの尖端が底に接触しない深さの凹部を１又は複数有するプローブ洗浄用冶具の表面に前記プローブの尖端を接触させる工程と、
前記凹部を通過するように前記プローブを走査させる工程と、を有することを特徴とするプローブの洗浄方法。
【請求項５】
半導体基板上に回路パターンを形成する第１の工程と、
前記回路パターンが形成された半導体基板の表面の高さ分布及び物理状態の分布の何れか一方又は両方を測定する第２の工程と、を有し、
前記第２の工程では、
先端部にプローブが設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの共振周波数を検出する共振周波数測定機構と、表面に凹部が形成されたプローブ洗浄用冶具と、前記カンチレバーの共振周波数が初期値から規定値以上シフトしたときに、前記プローブを前記プローブ洗浄用冶具の上で走査させる制御回路とを備えた走査プローブ顕微鏡を用いて、前記測定を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブ（探針）を試料表面に接触させて試料の局所的な表面状態の測定を行う走査プローブ顕微鏡及びそのプローブの洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プローブ（探針）を試料表面で走査させて測定を行う走査プローブ顕微鏡は、高い空間分解能で局所的な表面状態（形状や電気的特性等）を測定できることから、微細化及び高集積化の進む半導体分野へ応用されつつある。
【０００３】
ところが、走査プローブ顕微鏡による観測において、測定する試料によっては試料表面に汚染物質が付着している場合がある。この汚染物質が測定中にプローブの尖端側に付着して、測定感度や空間分解能が低下してしまうことが知られている（特許文献１〜４参照）。
【０００４】
従来は、上述のようなプローブ尖端への異物付着の有無を、画質の低下（空間分解能の低下）や物性測定値の感度不足などの間接的な現象から経験的に判断して、プローブをそれを保持するカンチレバーごと交換して対応していた。
【特許文献１】特開２００７−１６３１４４号公報
【特許文献２】特開２００６−２２６６８８号公報
【特許文献３】特開平１１−１７４０６３号公報
【特許文献４】特開平０７−２２９９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、カンチレバーを交換すると、カンチレバー及びプローブのバラツキにより、測定結果の再現性確保が困難となる。また、プローブ尖端への異物付着の有無の判断には人手が必要であり、測定の自動化を図るのが困難である。さらに、頻繁なカンチレバー交換は測定に要するコストの増大及びスループットの低下の原因となる。
【０００６】
そこで、走査プローブ顕微鏡において、プローブ尖端へ異物が付着しても、異物をプローブ尖端部から除去してカンチレバー交換をすることなく測定を継続可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的は、カンチレバーの一端に設けられたプローブを試料の表面に沿って走査させて前記試料の表面状態を測定する走査プローブ顕微鏡において、前記カンチレバーの共振周波数を検出する共振周波数測定機構と、表面に凹部が形成されたプローブ洗浄用冶具と、前記カンチレバーの共振周波数が初期値から規定値以上シフトしたときに、前記プローブを前記プローブ洗浄用冶具の上で走査させる制御回路と、を備えたことを特徴とする走査プローブ顕微鏡により達成することができる。
【０００８】
また、上述の目的は、走査プローブ顕微鏡のプローブに付着した異物を除去するプローブの洗浄方法であって、前記プローブの尖端よりも大きく、且つ前記プローブの尖端が底に接触しない深さの凹部を１又は複数有するプローブ洗浄用冶具の表面に前記プローブの尖端を接触させる工程と、前記凹部を通過するように前記プローブを走査させる工程と、を有するプローブの洗浄方法により達成することができる。
【０００９】
尚、本明細書において、清浄なプローブを有するカンチレバーの共振周波数を共振周波数の初期値（又は単に初期値）と呼び、この値とプローブに異物が付着したカンチレバーの共振周波数との差を共振周波数のシフト（又はシフト量）と呼ぶ。
【００１０】
上述の走査プローブ顕微鏡では、プローブへの異物の付着をカンチレバーの共振周波数のシフトが一定値以上となることで検出する。そして、プローブ洗浄用冶具上をプローブで走査させることでプローブの尖端に付着した異物を取り除く。これにより、頻繁なカンチレバー交換が不要となるため、測定の再現性が確保できるとともに、測定に要するコストの抑制及びスループット向上を図ることができる。さらに、測定の自動化も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施形態の説明に先立って本願発明者の検討事項について説明する。なお、以下の説明では走査プローブ顕微鏡の１種である原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope：ＡＦＭ）を例に説明する。ここに、図１は原子間力顕微鏡のプローブの尖端に異物が付着する様子を示す模式図である。図２は、プローブの尖端に付着した異物を走査電子顕微鏡で観察した結果を示す図である。図３は、プローブ尖端に異物が付着したときと、プローブ尖端が清浄なときのカンチレバーの共振周波数の測定結果を示す図である。
【００１２】
原子間力顕微鏡は大気中で測定を行う。このため、半導体基板等の試料３０の表面には水分が存在し、水分が存在する部分に、図１に示すように汚染物質３１が付着する場合がある。原子間力顕微鏡のコンタクトモードでの測定は、試料３０の表面にプローブ１６を接触させて、カンチレバー１５のたわみ量が一定となるように保ちながら、試料３０表面をなぞるようにプローブ１６を移動（走査）させる。走査開始直後は、図１で符号Ａに示すようにプローブ１６の尖端に異物は付着していない。しかし、測定の進行とともに試料３０表面の汚染物質３１が削られて、符号Ｂに示すように異物３２としてプローブ１６に付着する。さらに測定を続けることによって、符号Ｃ及び符号Ｄに示すようにプローブ１６への異物３２の付着量が増加する。
【００１３】
本願発明者らが走査電子顕微鏡を用いて観察を行った結果、図２のように、異物３２はプローブ１６の尖端側に集中して付着することが判明した。原子間力顕微鏡の空間分解能はプローブ尖端の大きさに依存するため、図２に示すように、プローブ１６の尖端に異物が付着すると測定精度が低下してしまう。さらに、プローブ１６を試料３０の表面に押し付けて局所的な電気特性等の測定を行う場合には、異物３２の存在によって感度が低下して、正確な電気的特性の測定を行うことが困難になる。
【００１４】
なお、プローブ１６の尖端部への異物３２の付着は、プローブ１６を試料表面で跳ねるよう上下方向に振動させながら走査を行うタッピングモード（ＡＣモード）での測定でも発生する。
【００１５】
ところで、プローブ１６の尖端に異物３２が付着すると、プローブ１６（及びカンチレバー１５）の質量が増える。このため、図３に示すように、清浄なプローブ１６を有するカンチレバー１５が共振周波数ｆ0（初期値）であるのに対し、プローブ１６への異物の付着により共振周波数がｆ´にシフトする。そこで、本願発明者はカンチレバーの共振周波数の調査、検討を行った。その結果、カンチレバー１５の共振周波数の初期値が３００ｋＨｚ程度の場合、大気中の水分の付着等により０．１〜０．３ｋＨｚ程度の共振周波数変化（シフト）が生じるものの、０．３ｋＨｚを超える共振周波数のシフトは異物付着が原因である可能性が高いことが判明した。すなわち、共振周波数の初期値の０．１％を超える共振周波数のシフトは異物の付着によって発生する可能性が高い。
【００１６】
したがって、カンチレバー１５の共振周波数のシフトを検出することでプローブ１６への異物付着の有無を検知することができる。
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１８】
（実施形態）
図４は、実施形態に係る原子間力顕微鏡の概要を示すブロック図である。図５は、実施形態に係る原子間力顕微鏡の動作を示すフロー図である。図６は、実施形態でプローブの洗浄に用いるプローブ洗浄用冶具を示す斜視図である。図７は、プローブ尖端の異物除去の様子を示す模式図である（その１）。図８は、プローブ尖端の異物除去の様子を示す模式図である（その２）。なお、以下の説明でＸ軸及びＹ軸方向は試料（及びステージ）の表面に平行な方向に対応し、Ｚ軸は試料（及びステージ）の表面に垂直な方向に対応する。
【００１９】
実施形態に係る原子間力顕微鏡１０は、測定の前後にカンチレバー１５の共振周波数シフトを検出して、プローブ１６への異物付着の有無を検知し、異物除去動作を行うものである。以下、原子間力顕微鏡１０の各部の構成について説明する。
【００２０】
図４に示すように、カンチレバー１５は一端が支持部材１４に固定され他方の一端が自由端となっており、その自由端にプローブ１６が設けられている。カンチレバー１５及び支持部材１４は、後述するＸ軸微動機構１２ａ、Ｙ軸微動機構１２ｂ及びＺ軸微動機構１２ｃと接続されている。カンチレバー１５は薄板状の部材であり上下方向に湾曲可能となっている。プローブ１６はカンチレバー１５の自由端側の一面から突出して形成されている。プローブ１６は、尖端にかけて細くなるように形成されており、その尖端部は例えば５〜３０ｎｍ程度の曲率を有する半球状に形成されている。
【００２１】
レーザ光源１７ａは、カンチレバー１５の上面にレーザ光９９を照射する。カンチレバー１５で反射されたレーザ光９９は、受光部１７ｂに所定の像を結ぶ。カンチレバー１５が上下方向に変位すると、受光部１７ｂでのレーザ光９９の像が変化する。これにより、カンチレバー１５の上下方向の変位を受光部１７ｂからの電気信号として検出できる。受光部１７ｂからの電気信号はフィードバック回路１８に入力される。
【００２２】
フィードバック回路１８は、コンタクトモードで動作を行う場合には、カンチレバー１５のたわみ量が一定となるようにＺ軸微動機構１２ｃに制御信号を出力する。なお、プローブ１６を振動させながら走査を行うタッピングモードでの動作時には、フィードバック回路１８はカンチレバー１５の振幅が一定となるような制御信号を出力する。このようなフィードバック回路１８の制御信号は制御回路１１にも出力され、この制御信号から制御回路１１は試料３０の高さ方向の情報を取得する。
【００２３】
Ｘ軸微動機構１２ａ、Ｙ軸微動機構１２ｂ及びＺ軸微動機構１２ｃは、例えば圧電素子を有し、カンチレバー１５をそれぞれＸ、Ｙ及びＺ方向に微動する。Ｘ軸微動機構１２ａ及びＹ軸微動機構１２ｂは制御回路１１からの制御信号によって駆動し、Ｚ軸微動機構１２ｃはフィードバック回路１８からの制御信号に基づいて駆動する。尚、微動機構１２ａ〜１２ｃはカンチレバー１５側ではなく、後述するステージ１９側に設けてもよい。
【００２４】
圧電素子１３は、微動機構１２ａ〜１２ｃと、支持部材１４との間に配置されており、制御回路１１からの駆動信号によりカンチレバー１５を共振周波数付近（例えば３００ｋＨｚ程度）で上下方向に振動させる。
【００２５】
ステージ１９には、図示しない粗動機構が設けられており、制御回路１１からの駆動信号に基づいて、ステージ１９を水平方向（ＸＹ方向）及び上下方向（Ｚ方向）に、移動させることができる。ステージ１９には、試料３０とともにプローブ洗浄用冶具２０（後述する）を載置することができる。
【００２６】
制御回路１１は、上述の各機構部の動作を制御して試料３０の測定動作を行う。また、制御回路１１は、後述する手順でプローブ１６への異物付着の検知と異物除去動作とを行う。
【００２７】
原子間力顕微鏡１０において、カンチレバー１５の共振周波数の測定は、制御回路１１で圧電素子１４の振動周波数を掃引しながら、カンチレバー１５の振幅をレーザ光源１７ａ及び受光部１７ｂで検出することで行う。すなわち、カンチレバーの共振周波数測定は、制御回路１１、圧電素子１４、レーザ光源１７ａ及び受光部１７ｂが協働して行なう。
【００２８】
尚、特に図示しないが、原子間力顕微鏡１０には試料３０の局所的な電気的特性を測定するための電気信号発生装置が設置され、必要に応じて電気信号発生装置と試料３０又はプローブ１６とを電気的に接続することができる。また、原子間力顕微鏡１０には、必要に応じて、真空環境を発生させるための真空チャンバ及び減圧ポンプが設けられる。
【００２９】
次に、原子間力顕微鏡１０の動作について図５を参照しつつ説明する。
【００３０】
まず、試料３０の測定に先立って、清浄なカンチレバー１５の共振周波数（初期値）の測定を行なう（ステップＳ１０）。共振周波数の測定は、プローブ１６に原子間力が作用しない条件で、圧電素子１３の振動周波数を掃引しながらカンチレバー１５の振幅をレーザ光源１７ａ及び受光部１７ｂで検出して行うことができる。
【００３１】
次に、試料３０の原子間力顕微鏡像の測定を行う（ステップＳ２０）。試料３０の表面に汚染物質が付着しているときには、この測定の過程でプローブ１６の先端に異物が付着する可能性が高い。
【００３２】
次に、試料３０の測定完了後に、カンチレバー１５の共振周波数測定を行う（ステップＳ３０）。このとき、プローブ１６に異物が付着している場合には、カンチレバー１５の共振周波数が低周波数側にシフトする。
【００３３】
次に、ステップＳ３０で測定したカンチレバー１５の共振周波数が、ステップＳ１０で測定した清浄なカンチレバー１５の共振周波数（初期値）に対して規定値以内であるか否かを制御回路１１で判断する（ステップＳ４０）。ここで規定値としては、例えば、清浄なカンチレバー１５の共振周波数が３００ｋＨｚ程度の場合には０．３ｋＨｚ、すなわち共振周波数の初期値に対して０．１％とすることができる。この規定値内の場合（ＹＥＳ）には、プローブ１６への異物付着が存在しないか又は付着量が僅かであるため、ステップＳ８０に移行して次の試料３０の測定に備える。一方、カンチレバー１５の共振周波数が上述の規定値を超える場合には（ＮＯ）には、ステップＳ５０に移行してプローブ１６の洗浄動作を行う。
【００３４】
プローブ１６の洗浄動作（ステップＳ５０）では、ステージ１９の粗動機構及び微動機構１２ａ〜１２ｃを駆動してプローブ洗浄用冶具２０の表面にプローブ１６の尖端を接触させる。つづいて、微動機構１２ａ〜１２ｃを駆動して、コンタクトモード又はタッピングモードでプローブ洗浄用冶具２０の上をプローブ１６で１回又は複数回走査してプローブ１６の尖端に付着した異物を取り除く。なお、プローブ洗浄用冶具２０及びプローブ洗浄用冶具２０によるプローブ１６の洗浄作用については後述する。
【００３５】
次に、カンチレバー１５の共振周波数の測定を行う（ステップＳ６０）。続いて、Ｓ６０で測定した共振周波数が規定値内にあるか判断する（ステップＳ７０）。原子間力顕微鏡１０の空間分解能を確保する観点からは、異物３２が完全に除去される必要はなく、少なくともプローブ１６の尖端部から離れた部分に異物３２が移動していれば十分である。本願発明者が検討を行った結果、共振周波数のシフトが初期値の５０％まで回復すれば十分であった。そこで、ステップＳ７０の規定値として、カンチレバーの共振周波数の初期値とプローブの洗浄を開始する直前のカンチレバーの共振周波数との差の半分（５０％）以上まで共振周波数が回復したか否かを基準とすることができる。
【００３６】
ステップＳ７０でカンチレバー１５の共振周波数が規定値内であると判断された場合（ＹＥＳ）には、プローブ１６に付着した異物が除去できたものとして洗浄を終了してステップＳ８０に移行して、別の試料３０の測定に備える。また、カンチレバー１５の共振周波数が規定値まで回復していない場合（ＮＯ）には、再びステップＳ５０に移行してプローブ洗浄用冶具２０を用いたプローブ１６の洗浄動作を行う。
【００３７】
最後に、ステップＳ８０では、測定を継続するか否かを判断し、測定を継続する場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ２０に移行して試料３０の測定を続ける。一方、測定を終了する場合には一連の処理を終了する。
【００３８】
次に、プローブ洗浄用冶具２０及びその洗浄作用について説明する。
【００３９】
プローブ洗浄用冶具２０は、図６に示すように、基板２１の上面に溝２１ａが形成されたものである。溝２１ａの幅Ｗは少なくとも洗浄を行うプローブ１６の尖端の曲率（例えば、５〜３０ｎｍ程度）よりも大きく形成されている。また、溝２１ａの深さＤはプローブ１６が溝２１ａに最も深く入り込んだ時であってもプローブ１６の尖端が溝２１ａの底に接触しない深さに形成されている。溝２１ａ同士の間隔Ｐは、溝２１ａ間の凸部のパターン倒れが発生しない範囲で適宜設定すればよい。なお、溝２１ａは図５に示すように複数であってもよいし、１つのプローブ洗浄用冶具２０に１本だけ設けてもよい。
【００４０】
基板２１には、例えばＳｉ（シリコン）単結晶基板を用いることができる。この場合には、溝２１ａはＳｉ単結晶基板をフォトリソグラフィ法及びエッチング法で加工することで形成できる。
【００４１】
このようなプローブ洗浄用冶具２０を用いた洗浄は、プローブ洗浄用冶具２０の表面にプローブ１６を接触させて、図６の矢印に示すように、溝２１ａと交差する方向にプローブ１６を走査させて行う。
【００４２】
プローブ１６を図６の右方向に走査させると、図７（ａ）に示すように、プローブ洗浄用冶具２０の表面をプローブ１６が移動する。この過程でプローブ１６の尖端の上に付着した異物が取り除かれる。さらに、プローブ１６が進行して溝２１ａの部分に差し掛かると、溝２１ａの幅がプローブ１６の尖端部の曲率より広く形成されているため、図７（ｂ）に示すようにプローブ１６の尖端部が溝２１ａ内に入り込む。このとき、プローブ１６の左側に付着している異物３２が溝２１ａの角部で擦られて、一部がプローブ１６から脱落し、一部は摩擦によってプローブ１６の基端部側（図７で上側）に移動する。溝２１ａはプローブ１６の尖端と接触しない深さに形成されているため、溝２１ａを通過している間はプローブ１６の尖端が溝２１ａの底とは接触しない。プローブ１６がさらに進行すると、図７（ｃ）に示すようにプローブ１６の右側の部分が溝２１ａの角部と接触して擦られ、プローブ１６の右側に異物３２の一部が脱落する。
【００４３】
また、プローブ１６を逆の方向（図６で左向き）に走査させると、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、プローブ１６の右側に付着した異物３２が溝２１ａの角部で擦られて、一部はプローブ１６から脱落するとともに、一部はプローブ１６の基端側（上側）に移動する。異物３２の一部はプローブ１６の基端部側に残留するが、プローブ１６の尖端から異物３２が除去できていれば、空間分解能は回復するので十分である。
【００４４】
以上のようにして、溝２１ａと交差する方向への走査を複数回繰り返すことでプローブ１６に付着した異物３２を尖端部から除去することができ、プローブ１６の空間分解能やプローブ１６の電気的特性を回復させることができる。なお、プローブ１６の走査はコンタクトモードで行ってもよいし、タッピングモードで行ってもよい。
【００４５】
また、プローブ洗浄用冶具２０は、図６に示すようにプローブ１６の移動方向に直交する方向に伸びる溝２１ａが形成されたものに限定されるものではなく、一定のピッチで２次元方向に配列した穴を形成したものであってもよい。
【００４６】
以上のように、原子間力顕微鏡１０は、カンチレバー１５の共振周波数の変化を検出することでプローブ１６への異物の付着の有無を検知し、溝２１ａ（凹部）が形成されたプローブ洗浄用冶具２０によりプローブ１６の異物除去動作を行う。このため、プローブ１６の洗浄の必要性の判断及び洗浄動作を自動化することが可能となる。また、プローブ１６を交換することなく高い空間分解能での測定を続けることができ、測定データの再現性の向上及びスループットの向上を図ることができる。
【００４７】
（実験例）
以下、本願発明者が行った実験例について説明する。ここに、図９は実験例に係るプローブ洗浄用冶具を異物が付着したプローブで走査して観測した結果を示す図である。図１０は、図９の１本の走査ラインに沿った高さ分布を示す図である。図１１は、プローブ洗浄用冶具をプローブで走査した回数ｔとカンチレバー共振周波数との関係の測定結果を示す図である。
【００４８】
本願発明者は、幅２００ｎｍ程度の溝を有するシリコン板からなる試料をプローブ洗浄用冶具として作製し、この試料を異物の付着したプローブで走査してカンチレバーの共振周波数が走査回数によってどのように変化するかを調べた。プローブはコンタクトモードで溝と直交する方向に走査した。走査線の端から端までの１回の走査は１秒（１Ｈｚ）で行った。
【００４９】
その結果、図９及び図１０に示すような高さ分布の測定結果が得られた。図９及び図１０において、低く窪んだ部分が溝に対応している。溝の中央部分で高さ分布が一定となっているのは、プローブの尖端が溝の表面に追随しきれていないことを示している。
【００５０】
カンチレバーの共振周波数は、走査回数がそれぞれ１２５回、２５０回、５００回及び１０００回のときカンチレバーの共振周波数の測定を行った。なお、カンチレバーの共振周波数は、プローブが清浄な場合に２９７．６ｋＨｚであり、異物が付着した場合に２９６．８ｋＨｚであった。
【００５１】
プローブの走査回数とカンチレバーの共振周波数の関係として図１１に示す結果が得られた。ここで図１１の横軸はプローブの走査回数を示す。また図１１の縦軸はカンチレバーの共振周波数を示す。なお、ｆ0は共振周波数の初期値（異物付着前の共振周波数）であり、ｆdは試料を走査する直前（走査回数が０回）のカンチレバーの共振周波数（異物付着後の共振周波数）である。
【００５２】
図１１に示すように、プローブの走査回数ｔが増加することにより、カンチレバーの共振周波数が増加し、プローブに付着した異物が除去できることが確認できた。走査回数が少ない範囲（０〜２００回）では比較的急な変化率で共振周波数が上昇し、走査回数が１００回程度で共振周波数のシフトが初期値の５０％程度まで回復した。更なる走査回数の増加により共振周波数の回復がみられるが、その変化率は次第に低下した。走査回数が１０００回では共振周波数のシフトは７０％程度まで回復し、共振周波数の変化は概ね飽和した。
【００５３】
本実験例ではプローブの１回の走査を１秒間（１Ｈｚ）で行うので、１００〜１０００回程度走査するのに必要な時間は１００秒〜１０００秒程度であり、プローブの洗浄に要する時間は比較的短い時間で済む。
【００５４】
（その他の実施形態）
上述の原子間力顕微鏡１０は、ＬＳＩ等の半導体装置の製造工程にも用いることができる。この場合には、シリコン基板上への回路パターンの焼きつけ、エッチング、配線形成及び表面の平坦化等の工程の間に原子間力顕微鏡１０で溝や凹凸を含んだ回路パターンの高さ分布を測定する。この測定結果により、半導体装置の不具合を迅速に発見でき、また測定結果に基づいた製造条件の管理等を行うことができる。
【００５５】
以上の実験例を含む諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００５６】
（付記１）カンチレバーの一端に設けられたプローブを試料の表面に沿って走査させて前記試料の表面状態を測定する走査プローブ顕微鏡において、
前記カンチレバーの共振周波数を検出する共振周波数測定機構と、
表面に凹部が形成されたプローブ洗浄用冶具と、
前記カンチレバーの共振周波数が初期値から規定値を超えてシフトしたときに、前記プローブを前記プローブ洗浄用冶具の上で走査させる制御回路と、
を備えたことを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
【００５７】
（付記２）前記規定値が０．３ｋＨｚであることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡。
【００５８】
（付記３）前記規定値は前記カンチレバーの共振周波数の初期値の０．１％以上であることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡。
【００５９】
（付記４）前記凹部は、前記プローブの尖端の曲率よりも大きく、且つ、前記プローブの尖端が底に届かない深さに形成され、
前記制御回路は、前記プローブが前記プローブ洗浄用冶具の凹部を通過するように前記プローブを走査させることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡。
【００６０】
（付記５）前記制御回路は、前記カンチレバーの共振周波数の初期値からのシフトが５０％回復するまで、前記プローブを前記プローブ洗浄用冶具の表面に沿って走査させ続けることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡。
【００６１】
（付記６）前記制御回路は、前記プローブを前記プローブ洗浄用冶具の表面に沿ってコンタクトモード及びタッピングモードの何れかで走査させることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡。
【００６２】
（付記７）走査プローブ顕微鏡のプローブに付着した異物を除去するのに使用するプローブ洗浄用冶具であって、
前記プローブの尖端の曲率よりも大きく、且つ、前記プローブの尖端が底に届かない深さに形成された凹部を１又は複数備えたことを特徴とするプローブ洗浄用冶具。
【００６３】
（付記８）走査プローブ顕微鏡のプローブに付着した異物を除去するプローブの洗浄方法であって、
前記プローブの尖端よりも大きく、且つ前記プローブの尖端が底に接触しない深さの凹部を１又は複数有するプローブ洗浄用冶具の表面に前記プローブの尖端を接触させる工程と、
前記凹部を通過するように前記プローブを走査させる工程と、を有することを特徴とするプローブの洗浄方法。
【００６４】
（付記９）半導体基板上に回路パターンを形成する第１の工程と、
前記回路パターンが形成された半導体基板の表面の高さ分布及び物理状態の分布の何れか一方又は両方を測定する第２の工程と、を有し、
前記第２の工程では、
先端部にプローブが設けられたカンチレバーと、前記カンチレバーの共振周波数を検出する共振周波数測定機構と、表面に凹部が形成されたプローブ洗浄用冶具と、前記カンチレバーの共振周波数が初期値から規定値以上シフトしたときに、前記プローブを前記プローブ洗浄用冶具の上で走査させる制御回路とを備えた走査プローブ顕微鏡を用いて、前記測定を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は、走査プローブ顕微鏡装置のプローブの尖端に異物が付着する様子を示す模式図である。
【図２】図２は、プローブの尖端に付着した異物を走査電子顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図３】図３は、プローブ尖端に異物が付着したときと、プローブ尖端が清浄なときのカンチレバーの共振周波数の測定結果を示す図である。
【図４】図４は、実施形態に係る原子間力顕微鏡の概要を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施形態に係る原子間力顕微鏡の動作を示すフロー図である。
【図６】図６は、実施形態でプローブの洗浄に用いるプローブ洗浄用冶具を示す斜視図である。
【図７】図７は、プローブ尖端の異物除去の様子を示す模式図である（その１）。
【図８】図８は、プローブ尖端の異物除去の様子を示す模式図である（その２）。
【図９】図９は、実験例に係るプローブ洗浄用冶具を異物が付着したプローブで走査して観測した結果を示す図である。
【図１０】図１０は、図９の１本の走査ラインに沿った高さ分布を示す図である。
【図１１】図１１は、プローブ洗浄用冶具をプローブで走査した回数ｔとカンチレバー共振周波数との関係の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…原子間力顕微鏡、１１…制御回路、１２ａ…Ｘ軸微動機構、１２ｂ…Ｙ軸微動機構、１２ｃ…Ｚ軸微動機構、１３…圧電素子、１４…支持部材、１５…カンチレバー、１６…プローブ（探針）、１７ａ…レーザ光源、１７ｂ…受光素子、１８…フィードバック回路、１９…ステージ、２０…プローブ洗浄用冶具、２１…基板、２１ａ…溝、３０…試料、３１…汚染物質、３２…異物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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