DE19544299C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen von Strukturen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ver­ messen einer Struktur einer Oberfläche einer Probe, insbesondere zum optischen Detektieren einer Verschiebung eines Fühlers aufgrund einer atomaren Kraft, die zwischen dem Ende des Fühlers, welcher am freien Ende eines einseitig einge­ spannten Arms eine Nadel aufweist, und der Probenoberfläche wirkt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verfahren und Vorrichtungen zum Vermessen von Strukturen, welche in der Lage sind, große und großflächige Proben zu vermessen. Eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Vermessen von Strukturen kann durch ein Kraftmikroskop aufgebaut werden.

Das Kraftmikroskop zum Vermessen von Löchern und Vorsprüngen auf einer Probenoberfläche mit einer Genauigkeit von Nanometern oder weniger ist durch den Trend der letzten Jahre zu einer höheren Dichte und zu einem höheren Grad der Integration in optischen Platten, Magnetaufzeichnungen, Halbleitern oder dergleichen in einer zunehmenden Vielzahl von Bereichen zur Anwendung gekom­ men. Das Kraftmikroskop ist in verschiedenen Variationen erhältlich, etwa der Variation mit optischem Hebel, mit optischer Interferenz und mit kritischem Winkel. Im Folgenden wird mit Bezug auf Fig. 5 ein Kraftmikroskop mit optischem Hebel beschrieben, welches mit einer sehr einfachen Konstruktion implementiert werden kann.

In Fig. 5 ist eine Probe 41 auf einem Abtaster 44 befestigt, welcher in X-, Y- und Z-Richtung bewegbar ist. Der Fühler 42, an seinem einen Ende durch einen Füh­ lerhalter 43 unterstützt, ist auf der Probe 41 positioniert.

Eine Lichtquelle 45 strahlt einen Lichtstrahl 46 durch eine Linse 47 auf eine reflek­ tierende Oberfläche des Fühlers 42 auf die der Probe 41 gegenüberliegenden Seite ab. Ein Fotodetektor 48 wird in einer Position gehalten, in der er den durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers 42 reflektierten Lichtstrahl 46 erfassen kann. Die Linse 47 ist auf der Achse angeordnet, welche die Lichtquelle 45 und den Fühler 42 miteinander verbindet und bündelt den Lichtstrahl 46, welcher durch die Lichtquelle 45 eingestrahlt wird, auf den Fotodetektor 48 oder auf einen Punkt in seiner Nähe.

Wenn der Fühler 42 in nächste Nähe zur Oberfläche der Probe 41 gebracht wird, wird der Fühler 42 aufgrund einer zwischen dem Fühler 42 und der Oberfläche der Probe 41 wirkenden atomaren Kraft abgelenkt. Als Ergebnis verändert sich der Reflektionswinkel des durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers 42 reflektier­ ten Lichtstrahls ein wenig. Eine Ablenkung ΔZ des Fühlers in Z-Richtung wird ver­ stärkt und durch den Fotodetektor 48 detektiert, welcher den durch die reflektie­ rende Oberfläche des Fühlers 42 reflektierten Lichtstrahl erfaßt hat. Während diese Ablenkung in Z-Richtung detektiert wird, wird der Abtaster 44, wie in Fig. 6 gezeigt, mit der auf ihm angeordneten Probe 41 in X- und Y-Richtung rasterartig bewegt und darüber hinaus in Z-Richtung in Vibration versetzt, wodurch die Oberflächenstruktur der Probe 41 vermessen wird.

In dem bekannten Beispiel der Fig. 5 wird jedoch der Abtaster 44, auf welchem die Probe 41 befestigt ist, zum rasterartigen Abtasten der Probe 41 in X-, Y- und Z- Richtung bewegt. Dadurch tritt beim Vermessen der Oberfläche einer großen und großflächigen Probe aufgrund des Eigengewichts der Probe eine große Trägheits­ kraft auf. Dies macht es schwierig, den Abtaster 44, auf welchem die Probe 41 befestigt ist, zu kontrollieren.

Das Kraftmikroskop ist darüber hinaus zwar in der Lage, mikroskopische Regionen von einigen zehn µm² Fläche oder weniger mit einer Genauigkeit von Nanometern oder weniger zu vermessen, aber zur Analyse von größeren Bereichen ist die Verstärkung des Kraftmikroskopes zu groß. Beispielsweise würde es bei der Vermessung von Löchern, wie etwa Defekten auf einer Probenoberfläche, welche durch ein optisches Mikroskop beobachtet werden können, etwas ausmachen, die Verschiebung zwischen einem Ort, welcher das aktuelle Beobachtungsziel ist und einem Ort, welcher tatsächlich beobachtet wird, zu korrigieren.

In letzter Zeit wurden Kraftmikroskope dazu verwendet, die Anordnung von Lö­ chern auf einer optischen Platte mit 30 cm Durchmesser auszuwerten, die Spaltlän­ ge eines magnetischen Kopfes eines mit einem Zylinder versehenen Videokopfes auszuwerten, sowie elektronische Komponenten auszuwerten. Für diese Messun­ gen besteht ein wachsendes Bedürfnis, die Proben zerstörungsfrei zu messen, um innerhalb der Produktionslinie Analysen vornehmen zu können. Es ist jedoch bei konventionellen Kraftmikroskopen schwierig, eine Messung vorzunehmen, ohne die Probe in etwa 1 cm² große Stücke zu zerteilen.

Aus der EP-0 422 548 A2 ist ein Kraftmikroskop bekannt, bei dem eine Probe auf einem XYZ-Scanner angeordnet ist. Die kraftabhängige Auslenkung des Tastarms mit der Meß­ sonde erfolgt optisch. Nachteilig bei diesem bekannten Kraftmikroskop ist die Tatsache, daß größere und schwerere Proben nicht mit hoher Genauigkeit gemessen werden können.

Aus der Patentschrift US 4,894,538 ist ein Kraftmikroskop bekannt, bei dem eine Sonde in einem XYZ-Scanner montiert ist und über die Probe 21 hinweg bewegbar ist.

Aus der Patentschrift US 5,298,975 ist eine Meßvorrichtung bekannt, bei der ein Fühler ortsfest bleibt, während die Probe relativ zum Fühler bewegt wird. Das System erfaßt den Abstand zwischen Meßfühler und Probe. Das System enthält auch eine Videokamera, mit der sich die abgetastete Oberfläche sichtbar machen läßt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen zum Vermessen von Strukturen zur Verfügung zu stellen, welche Kraftmikroskope verwenden, die in der Lage sind, große bzw. großflächige Proben in unveränderter Größe vermessen zu können, ohne die Notwendigkeit, derartige Proben zu zer­ schneiden.

Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben wird entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Vermessen von Strukturen mit den folgenden Schrit­ ten zur Verfügung gestellt:

Im wesentlichen kollimiertes Licht zur Detektion einer Verschiebung wird von einem System zum Abstrahlen von Detektierlicht abgestrahlt;
die Richtung des im wesentlichen kollimierten Lichtes zur Detektion einer Ver­ schiebung wird durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung verändert, so daß es zu einer Linse geleitet wird;
das Licht zur Detektion einer Verschiebung wird durch die erste Linse auf einen Punkt in der Nähe der reflektierenden Oberfläche eines Fühlers gebündelt;
das gebündelte Licht wird durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers reflek­ tiert;
durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft wird das reflektierte Licht verschoben, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschiebung in seinem Reflektionswinkel variiert;
das verschobene Licht wird zur ersten Linse geleitet;
das geleitete Licht wird zu einem System zur Detektion der Verschiebung geleitet, indem es in der Richtung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird; und
das zum System zur Detektion der Verschiebung geleitete Licht wird durch Ver­ stärkung der Verschiebung des Fühlers detektiert,
wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit wird durch eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung in einer Richtung vertikal zur Probenoberfläche bewegt, wobei die Z-Richtungsabta­ steinheit die erste Linse und den Fühler aufweist;
eine X-Richtungsabtasteinheit wird durch eine X-Richtungsantriebsvorrichtung in einer ersten axialen Richtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die X-Richtungsabtasteinheit die Z-Richtungsabtasteinheit, die Z- Richtungsantriebsvorrichtung und den Spiegel aufweist;
eine Y-Richtungsabtasteinheit wird durch eine Y-Richtungsantriebsvorrichtung in einer zweiten axiale Richtung senkrecht zur ersten axialen Richtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die Y-Richtungsabtasteinheit mit der X-Richtungsabtasteinheit, der X-Richtungsantriebsvorrichtung, dem System zum Abstrahlen von Detektierlicht und dem System zum Erfassen der Verschiebung verbunden ist.

Entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Vermessen einer Struktur mit den folgenden Schritten zur Verfügung gestellt: Im wesentlichen kollimiertes Licht zur Detektion einer Verschiebung wird von einem System zum Abstrahlen von Licht zur Detektion einer Verschiebung abgestrahlt;
die Richtung des im wesentlichen kollimierten Lichtes zur Detektion einer Ver­ schiebung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung ver­ ändert, so daß es zu einer Linse geleitet wird;
das Licht zur Detektion einer Verschiebung wird durch die erste Linse auf einen Punkt in der Nähe der reflektierenden Oberfläche eines Fühlers gebündelt;
das gebündelte Licht wird durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers reflek­ tiert;
durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft wird das reflektierte Licht verschoben, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschiebung in seinem Reflektionswinkel variiert;
das verschobene Licht wird zur ersten Linse geleitet;
das geleitete Licht wird zu einem System zur Detektion der Verschiebung geleitet, indem es in der Richtung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird; und
das zum System zur Detektion der Verschiebung geleitete Licht wird durch Ver­ stärkung der Verschiebung des Fühlers detektiert,
wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit wird durch eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung in einer Richtung vertikal zur Probenoberfläche bewegt, wobei die Z-Richtungsabta­ steinheit die erste Linse und den Fühler aufweist;
eine X-Y-Richtungsabtasteinheit wird durch eine X-Y-Richtungsantriebsvorrichtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die X-Y- Richtungsabtasteinheit die Z-Richtungsabtasteinheit, die Z-Richtungsantriebsvor­ richtung, den Spiegel, das System zum Abstrahlen von Detektierlicht und das System zur Detektion der Verschiebung aufweist.

Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vor­ richtung zum Vermessen einer Struktur zur Verfügung gestellt, in welcher im wesentlichen kollimiertes Licht zur Detektion einer Verschiebung, welches von einem System zum Abstrahlen von Detektierlicht abgestrahlt wird, in der Richtung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung abgelenkt wird, um zu einer ersten Linse geleitet zu werden; das Licht zur Detektion der Verschie­ bung durch die erste Linse in die Nähe einer reflektierenden Oberfläche eines Fühlers gebündelt wird; und in welcher reflektiertes Licht, reflektiert durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers, welcher durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft verschoben wird, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschiebung in Reflektionswinkel variiert, zu der ersten Linse geleitet wird und dann, indem es in der Richtung durch den Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird, zu einem System zur Detektion der Verschiebung geleitet wird, wo die Verschiebung des Fühlers verstärkt und detektiert wird, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit mit der ersten Linse und dem Fühler;
eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung zum Bewegen der Z-Richtungsabtasteinheit in eine Richtung vertikal zur Probenoberfläche;
eine X-Richtungsabtasteinheit, verbunden mit der Z-Richtungsabtasteinheit, der Z- Richtungsantriebsvorrichtung und dem Spiegel;
einer Z-Richtungsantriebsvorrichtung zum Bewegen der Z-Richtungsabtasteinheit in einer ersten axialen Richtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene;
eine Y-Richtungsabtasteinheit, welche mit der X-Richtungsabtasteinheit, der X- Richtungsantriebsvorrichtung, dem System zum Abstrahlen von Detektierlicht und dem System zur Detektion der Verschiebung verbunden ist; und
eine Y-Richtungsantriebsvorrichtung zum Bewegen der Y-Richtungsabtasteinheit in einer zweiten axialen Richtung senkrecht zu der ersten axialen Richtung innerhalb der zur Probenoberfläche parallelen Ebene.

Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vor­ richtung zum Vermessen einer Struktur zur Verfügung gestellt, in welcher im wesentlichen kollimiertes Licht zur Detektion einer Verschiebung, welches von einem System zum Abstrahlen von Detektierlicht abgestrahlt wird, in der Richtung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung abgelenkt wird, um zu einer ersten Linse geleitet zu werden; das Licht zur Detektion der Verschie­ bung durch die erste Linse in die Nähe einer reflektierenden Oberfläche eines Fühlers gebündelt wird; und in welcher reflektiertes Licht, reflektiert durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers, welcher durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft verschoben wird, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschiebung in Reflektionswinkel variiert, zu der ersten Linse geleitet wird und dann, indem es in der Richtung durch den Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird, zu einem System zur Detektion der Verschiebung geleitet wird, wo die Verschiebung des Fühlers verstärkt und detektiert wird, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit mit der ersten Linse und dem Fühler;
eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung zum Bewegen der Z-Richtungsabtasteinheit in eine Richtung vertikal zur Probenoberfläche;
eine X-Y-Richtungsabtasteinheit, welche mit der Z-Richtungsabtasteinheit, der Z- Richtungsantriebsvorrichtung, dem Spiegel, dem System zum Abstrahlen von Detektierlicht und dem System zur Detektion der Verschiebung verbunden ist; und eine X-Y-Richtungsantriebsvorrichtung zum Bewegen der X-Y-Richtungsabtastein­ heit innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene.

Diese und andere Aspekte und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen derselben in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschema, welches den Aufbau eines Kraftmikro­ skopes entsprechend einer Ausführungsform 1 der vorlie­ genden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ein Prinzipschema, welches den Aufbau des Meßkopfes des Kraftmikroskopes zeigt;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, in welcher der Meßkopf an dem Kopf eines optischen Mikroskopes angebracht ist;

Fig. 4 ein Prinzipschema, welches den Aufbau des Meßkopfes eines Kraftmikroskopes entsprechend einer Ausführungs­ form 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 ein Prinzipschema, welches den Aufbau eines Kraftmikro­ skopes entsprechend dem Stand der Technik zeigt;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht, welche das Verfahren zum Abtasten der Probenoberfläche im Kraftmikroskop zeigt;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des Meßkopfes der Fig. 2 ent­ sprechend einer Modifikation der Ausführungsform 1;

Fig. 8 eine Seitenansicht des Meßkopfes der Fig. 7;

Fig. 9 ein Grundriß des Meßkopfes der Fig. 7;

Fig. 10 + 11 Ansichten gemäß den Pfeilen X und XI in der Fig. 7, wobei die entsprechenden Komponenten durch gestrichelte Linien angedeutet sind; und

Fig. 12 ein Prinzipschema, welches den Aufbau eines Kraftmikro­ skopes entsprechend einer Ausführungsform 3 der vorlie­ genden Erfindung zeigt.

Bevor die Beschreibung der vorliegenden Erfindung fortgesetzt wird, soll hier festgestellt werden, daß in den begleitenden Zeichnungen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind.

Eine Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 zeigt den grundlegenden Aufbau des Kraftmikroskopes der vorliegenden Erfindung.

Ein Fühler 110 weist einen einseitig eingespannten Arm 109, eine Nadel 100, welche an der unteren Oberfläche seines freien Endes angebracht ist und eine reflektierende Oberfläche an der oberen Oberfläche des freien Endes des Arms 109 auf. Der Fühler 110 wird durch einen Halter 108 am Fußende des Arms 109 gestützt. Eine Halbleiterlaserstrahlquelle 101 emittiert einen Laserstrahl (Licht zur Detektion der Verschiebung) 103 in Richtung der unterhalb oder oberhalb angeord­ neten Kollimatorlinse 102 (die Fig. 1 und 2 zeigen Fälle, in denen die Halbleiterla­ serstrahlquelle 101 oberhalb bzw. unterhalb angeordnet ist). Die Kollimatorlinse 102 kollimiert den Laserstrahl 103.

Ein Polarisationsstrahlteiler 104 reflektiert den von der Laserstrahlquelle 101 emittierten Laserstrahl 103 senkrecht, wodurch der reflektierte Laserstrahl 103 zum λ/4-Plättchen 105 und zu einem dichroitischen Spiegel 106 geleitet wird. Der dichroitische Spiegel 106 reflektiert den Laserstrahl 103 senkrecht und leitet ihn zu einer unterhalb angeordneten konfokalen Linse 107 und so zur reflektierenden Oberfläche des freien Endes des Armes 109.

Der durch die reflektierende Oberfläche reflektierte Laserstrahl 103 kehrt über die konfokale Linse 107, den dichroitischen Spiegel 106 und das λ/4-Plättchen 105 zu dem Polarisationsstrahlteiler 104 zurück, während der Polarisationsstrahlteiler 104 den reflektierten Laserstrahl 103 durchläßt und ihn so zum Spiegel 111 leitet. Der durchgelassene Laserstrahl 103 wird durch den Spiegel 111 senkrecht reflektiert und somit zur unterhalb angeordneten zweiteiligen Fotodiode 112 geleitet.

Der dichroitische Spiegel 106 reflektiert nur den bestimmte Wellenlängen auf­ weisenden Laserstrahl 103, leitet den Laserstrahl 103 über die konfokale Linse 107 zur reflektierenden Oberfläche des freien Endes des Armes 109, während der dichroitische Spiegel 106 Licht anderer Wellenlängen als die des bestimmte Wellen­ längen aufweisenden Laserstrahls 103 durchläßt.

Die konfokale Linse 107, welche in jeder der zwei Richtungen des Strahlengangs eine Brennweite f aufweist, bündelt den vom dichroitischen Spiegel 106 zugeleite­ ten Laserstrahl 103 in der Nähe der reflektierenden Oberfläche des freien Endes des vom Fühlerhalter 108 gestützten Armes 109 und bündelt darüber hinaus den von der reflektierenden Oberfläche des freien Endes reflektierten Laserstrahl 103 über den dichroitischen Spiegel 106, das λ/4-Plättchen 105, den Polarisationsstrahlteiler 104 und den Spiegel 111 auf die zweiteilige Fotodiode 112.

Durch Vergrößern der Distanz zwischen der reflektierenden Oberfläche des freien Endes des Armes 109 und des unteren Endes der konfokalen Linse 107 um eine Länge Δf zusätzlich zur Brennweite f der konfokalen Linse 107 wird der über die konfokale Linse 107 von dem dichroitischen Spiegel 106 einfallende Laserstrahl 103 um Δf von der reflektierenden Oberfläche des freien Endes des Armes 109 defokussiert, wodurch der von der reflektierenden Oberfläche des freien Endes des Armes 109 kommende Laserstrahl 103 auf die zweiteilige Fotodiode 112 gebündelt werden kann.

Eine oberhalb des dichroitischen Spiegels 106 angeordnete CCD-Kamera 113 emp­ fängt Beleuchtungslicht 114, welches zur Beobachtung der Probe verwendet wird und durch die reflektierende Oberfläche des freien Endes des Armes 109, der Probenoberfläche und ähnlichem über den dichroitischen Spiegel 106 und die kon­ fokale Linse 107 reflektiert wird. Daher erhält die CCD-Kamera 113 Bildinformation von der Nadel 100 des Fühlers 110 und dessen Umgebung.

Wie oben beschrieben, bilden die Halbleiterlaserstrahlquelle 101, die Kollimatorlinse 102, der Polarisationsstrahlteiler 104 und das λ/4-Plättchen 105 ein System zum Abstrahlen von Detektierlicht. Das λ/4-Plättchen 105, der Polarisationsstrahlteiler 104, der Spiegel 111 und die zweiteilige Fotodiode 112 bilden ein System zur Detektion einer Verschiebung. Die CCD-Kamera 113 und ein weiter unten be­ schriebener zweiter Monitor 205 bilden ein Beispiel einer Bilddarstellungsvorrich­ tung.

Als nächstes wird das Prinzip der Detektion der Verschiebung mit Bezug auf die Fig. 1 beschrieben. Wie Fig. 1 zeigt, ist f die Brennweite der konfokalen Linse 107, L der Abstand des stationären Endes des Armes 109 zur Nadel 100, ΔZ die Ver­ schiebung des Armes 109 in Z-Richtung aufgrund der zwischen der Probenober­ fläche und der Nadel 100 erzeugten atomaren Kraft, und wenn die Verschiebung des Laserstrahls 103 in X-Richtung auf der zweiteiligen Fotodiode 112 ΔX ist, gilt die Gleichung ΔX = (3f/L)/ΔZ. In dieser Gleichung ist, wenn f = 8 mm und L = 0,1 mm, ΔX = 240 ΔZ, d. h. die Verschiebung ΔZ des Armes 109 in Z-Richtung ist um einen Faktor 240 verstärkt und wird so auf der zweiteiligen Fotodiode 112 detektiert. In diesem Fall ist die Auflösung in Z-Richtung ungefähr 0,1 nm, wenn die Detektierempfindlichkeit der zweiteiligen Fotodiode 112 0,025 µm beträgt.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau ist der Durchmesser des Lichtflecks des Laserstrahls 103 auf der zweiteiligen Fotodiode 112 klein, da der Laserstrahl 103, d. h. das Licht zur Detektion der Verschiebung, auf die zweiteilige Fotodiode 112 gebündelt wird. Daher kann die Nachweisempfindlichkeit der zweiteiligen Fotodiode 112 bezüglich der Verschiebung ΔZ des Armes 109 verbessert werden. Daher kann sogar dann, wenn der Meßkopf dazu verwendet wird, die Probenoberfläche abzurastern, eine im Ångström-Bereich oder niedriger liegende Auflösung erreicht werden.

Als nächstes wird das Abtastsystem der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben. Im allgemeinen, wie in einem in Fig. 6 dargestellten Abtast­ prozeß eines Kraftmikroskopes, tastet der Fühler 110 eine Linie in der X-Richtung entlang der Oberfläche der Probe 41 ab, und dann die Linien 52, 53, 54, ..., um die Bildinformation zu erhalten, während er senkrecht zur X-Richtung in Y-Richtung bewegt wird und somit Information über die Struktur der Oberfläche der Probe 41 erhält. Im Falle des in Fig. 6 dargestellten Abtastens werden zum Abtasten der Probenoberfläche Antwortfrequenzen von mehreren kHz in Z-Richtung benötigt. Darüber hinaus werden für die oben beschriebene Rasterabtastung in X-Richtung Antwortfrequenzen von mehreren Hz und in Y-Richtung von mehreren hundert Hz benötigt.

Gemäß Fig. 2, welche einen Meßkopf 33 zeigt, ist der durch das Bezugszeichen 26 bezeichnete Z-Richtungsabtaster ausgelegt, eine Z-Richtungsabtasteinheit 23, bestehend aus der konfokalen Linse 107, dem Fühlerhalter 108 und dem Fühler 110 in Z-Richtung senkrecht zur Oberfläche der Probe 41 zu bewegen. Die Z- Richtungsabtasteinheit 23 kann durch ihre Komponenten, wie etwa der konfokalen Linse 107 und dem Fühler 110 sehr leichtgewichtig ausgeführt werden, so daß die Z-Richtungsabtasteinheit 23 in die Lage versetzt wird, in Z-Richtung mit hoher Geschwindigkeit zu reagieren.

Der in Fig. 2 mit 24 bezeichnete X-Richtungsabtaster ist ausgelegt, eine X-Rich­ tungsabtasteinheit in X-Richtung zu bewegen, welche zusätzlich zu der Z-Rich­ tungsabtasteinheit 23 und dem Z-Richtungsabtaster 26 einen dichroitischen Spiegel 106 und einen Öffnungsanpassungmechanismus 27 aufweist. Die X-Richtungsab­ tasteinheit 21, welche durch den X-Richtungsabtaster 24 bewegt wird, benötigt eine in X-Richtung im Bereich von einigen Hz liegende Antwortfrequenz, so daß die X-Richtungsabtasteinheit 21 auch dann, wenn sie um einiges schwerer ist als die Z-Richtungsabtasteinheit 23, in X-Richtung ausreichend kontrolliert werden kann.

Darüber hinaus, aufgrund der Tatsache, daß der Laserstrahl 103, welcher auf die konfokale Linse 107 auftrifft, kollimiertes Licht ist, werden, sogar wenn die Z- Richtungsabtasteinheit 23 innerhalb der X-Richtungsabtasteinheit 21 bewegt wird, sich beide immer auf der gleichen Position in X-Richtung befinden. Daraus folgt, daß bei der Messung der Verschiebung ΔZ des Fühlers 110 keine Fehler auftreten werden. Der in Fig. 2 mit 25 bezeichnete Y-Richtungsabtaster ist ausgelegt, eine zusätzlich zu der X-Richtungsabtasteinheit 21 und dem X-Richtungsabtaster 24 aus der Kollimatorlinse 102, dem Polarisationsstrahlteiler 104, dem λ/4-Plättchen 105, dem Spiegel 111, dem Öffnungsanpassungsmechanismus 28 und der zweiteiligen Fotodiode 112 bestehende Y-Richtungsabtasteinheit 22 in Y-Richtung zu bewegen.

Die durch den Y-Richtungsabtaster 25 zu bewegende Y-Richtungsabtasteinheit 22 benötigt in Y-Richtung eine sehr kleine im Bereich von einigen hundert Hz liegende Antwortfrequenz, so daß sogar dann, wenn eine relativ große Einheit (einige hundert Gramm) bewegt werden muß, die Y-Abtasteinheit 22 ausreichend in Y- Richtung kontrolliert werden kann.

In Fig. 2 bezeichnet 200 eine Steuereinheit, 201 einen ersten, auf Abtastsignalen der Steuereinheit 200 basierenden Antrieb zum Antreiben des X-Richtungsabtasters 24, 202 einen zweiten, auf Abtastsignalen der Steuereinheit 200 basierenden Antrieb zum Antreiben des Y-Richtungsabtasters 25, 203 einen dritten, auf Signa­ len der Steuereinheit 200 basierenden Antrieb zum Antreiben des Z-Richtungs­ abtasters 26, 204 einen ersten Monitor zur Darstellung der Probenoberfläche, 205 einen zweiten Monitor zur Darstellung des durch die CCD-Kamera 113 aufgenom­ menen Bildes und 207 ein Rückkopplungsschaltkreis zum Zurückführen von durch die zweiteilige Fotodiode 112 erhaltenen Signalen zum dritten Antrieb 203, um den Betrieb des Z-Richtungsabtasters 26 mittels einer Rückkopplung zu kontrollieren und zum Übertragen der durch die zweiteilige Fotodiode 112 erhaltenen Signale an die Steuereinheit 200, um das Bild der Probenoberfläche auf den ersten Monitor 204 darzustellen. Erste, zweite und dritte Antriebe 201, 202, 203 können un­ abhängig voneinander den X-Richtungsabtaster 24, den Y-Richtungsabtaster 25 und den Z-Richtungsabtaster 26 über die Steuereinheit 200 antreiben.

Zusätzlich ermöglicht es der Öffnungsanpassungsmechanismus 27 am dichroiti­ schen Spiegel 106 die Position anzupassen, auf die der Laserstrahl 103 durch die reflektierende Oberfläche des freien Endes des Armes 109 gebündelt wird. Ebenso ermöglicht es der Öffnungsanpassungsmechanismus 28 am Spiegel 111 die Position anzupassen, auf die der Laserstrahl 103 durch die zweiteilige Fotodiode 112 gebündelt wird.

Der Z-Richtungsabtaster 26 kann durch eine piezoelektrische Vorrichtung oder der­ gleichen aufgebaut werden. Ebenso können der X-Richtungsabtaster 24 und der Y- Richtungsabtaster 25 durch piezoelektrische Vorrichtungen oder dergleichen implementiert werden. Wenn jedoch während der Rasterabtastprozesse aufgrund des Eigengewichts des Meßkopfes ein Zickzack-Phänomen gemessen wird, ist es wünschenswert, den X-Richtungsabtaster 24 und den Y-Richtungsabtaster 25 durch Kombination von Federn mit parallelen Platten und piezoelektrischen Vor­ richtungen aufzubauen, so daß ein stabiles Abtasten der Probenoberfläche erzielt werden kann.

Gemäß Fig. 7 weist der Y-Richtungsabtaster 25 bewegliche Teile 25a und 25e auf, ein im Vergleich zu den beweglichen Teilen 25a und 25e unbeweglich angeord­ netes statisches Teil 25b, die piezoelektrische Vorrichtung 25f, eine Feder mit parallelen Platten 25c zum Verbinden der beweglichen Teile 25a und 25e mit dem statischen Teil 25b, und ein Verbindungsteil 25d auf, um den Y-Richtungsabtaster 25 fest mit dem rotierenden Revolverkopf 36 zu verbinden. Die beweglichen Teile 25a und 25e sind mit dem Y-optischen System 500y verbunden, welches die Halb­ leiterlaserstrahlquelle 101, die Kollimatorlinse 102, den Polarisationsstrahlteiler 104, das λ/4-Plättchen 105, den Spiegel 111, ein Öffnungsanpassungsmechanis­ mus 28 und die zweiteilig Fotodiode 112 umfaßt. Wenn der Y-Richtungsabtaster 25 durch den zweiten Antrieb 202 angetrieben wird, werden die beweglichen Teile 25a und 25e zusammen mit dem Y-optischen System 500y parallel in Y-Richtung bewegt, während sie über die Feder mit parallelen Platten 25c durch das statische Teil 25b unterstützt werden.

Wie in den Fig. 7-11 gezeigt, weist der X-Richtungsabtaster 24 ein bewegliches Teil 24a auf, im Vergleich zum beweglichen Teil 24a unbeweglich angeordnete, statische Teile 24b und 24e, die piezoelektrische Vorrichtung 24f, und eine Feder mit parallelen Platten 24c auf, um das bewegliche Teil 24a mit den statischen Teilen 24b und 24e zu verbinden. Die statischen Teile 24b und 24e sind mit dem Y-optischen System 500y verbunden. Das bewegliche Teil 24a ist mit einem den dichroitischen Spiegel 106 einschließenden X-optischen System 500x verbunden. Das X-optische System 500x ist mit dem auf der piezoelektrischen Vorrichtung aufgebauten Z-Richtungsabtaster 26 verbunden, welcher mit einem die konfokale Linse 107 aufweisenden Z-optischen System 500z verbunden ist. In den Fig. 10 und 11 sind der Y-Richtungsabtaster 25 und der X-Richtungsabtaster 24, welche im vorigen gerade das Y-optische System 500y bildeten, durch gestrichelte Linien angedeutet, um die Verbindungen zwischen diesen leicht verständlich zu machen.

Somit wird, wenn der X-Richtungsabtaster 24 durch den ersten Antrieb 201 angetrieben wird, das bewegliche Teil 21a zusammen mit dem X-optischen System 500x parallel in X-Richtung bewegt, während es über die Feder 21c mit parallelen Platten durch die statischen Teile 21b und 21e unterstützt wird. Ebenso wird, wenn der Z-Richtungsabtaster 26 durch den dritten Antrieb 203 angetrieben wird, das Z-optische System 500z in Z-Richtung bewegt. Dann werden die ersten, zweiten und dritten Antriebe 201, 202 und 203 durch die Steuereinheit 200 angetrieben, um den X-Richtungsabtaster 21, den Y-Richtungsabtaster 22 und den Z-Richtungsabtaster 23 und somit die X-Richtungsabtasteinheit 21, die Y-Rich­ tungsabtasteinheit 22 und die Z-Richtungsabtasteinheit 23 in X-, Y- bzw. Z-Rich­ tung zu bewegen. X-, Y- und Z-Richtung stehen jeweils senkrecht aufeinander.

In Fig. 3 ist zu erkennen, daß der Meßkopf 33 des oben beschriebenen Kraftmikro­ skopes an einem durch seinen Grundkörper 37 unterstützten Revolverkopf 36 angebracht ist. Bei einer solchen Anordnung kann die Größe des Meßkopfes 33 ausreichend reduziert werden, um an dem rotierenden Revolverkopf 36 angebracht werden zu können. Der rotierende Revolverkopf 36 weist eine Anzahl von Löchern 35 zur Aufnahme von Objektivlinsen auf, so daß Objektivlinsen 34 mit verschiede­ nen Vergrößerungen an den Löchern 35 angebracht werden können, so daß die Oberfläche der Probe 41 optisch beobachtet werden kann.

Für eine Messung mit der vorliegenden Ausrüstung wird der Meßkopf 33 durch Rotation des rotierenden Revolverkopfs 36 fest in eine Position gemäß Fig. 3 gebracht. Ein Grobeinstellungstisch 38 bewegt sich mit der darauf angeordneten Probe 41 auf und ab. Die Probe 41 wird ausreichend nahe an den am Meßkopf 33 angebrachten Fühler 110 herangebracht, und die Oberfläche der Probe 41 wird vermessen. Dann wird basierend auf Signalen der zweiteiligen Fotodiode 112, des X-Richtungsabtasters 24 und des Y-Richtungsabtasters 25 ein Bild erzeugt.

Nun wird eine Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung anhand der Fig. 4 beschrieben. Komponenten der Fig. 4, welche mit Bezugszeichen der Fig. 2 be­ zeichnet, sind mit denen in Zusammenhang mit der Ausführungsform 1 beschriebe­ nen identisch. Das Prinzip der Detektion der Verschiebung ist ebenfalls identisch mit dem der Ausführungsform 1 und wird daher in der folgenden Beschreibung weggelassen.

Gemäß Fig. 4 bewegt der Z-Richtungsabtaster 26 die aus der konfokalen Linse 107, dem Fühlerhalter 108 und dem Fühler 110 bestehende Z-Richtungsabtastein­ heit 23 in Z-Richtung. Die Z-Richtungsabtasteinheit 23 ist sehr leichtgewichtig und daher in der Lage, ebenso wie in der Ausführungsform 1, in Z-Richtung mit hoher Geschwindigkeit zu reagieren. In X- und Y-Richtung tastet eine durch ein X-Y- Richtungsabtaster 29 bewegte, zusätzlich zur Z-Richtungsabtasteinheit 23 und dem Z-Richtungsabtaster 26 aus einem dichroitischen Spiegel 106 und seinem Öff­ nungsanpassungsmechanismus 27, einer Halbleiterlaserstrahlquelle 101, einer Kollimatorlinse 102, einem Polarisationsstrahlteiler 104, einem λ/4-Plättchen 105, einem Spiegel 111 und seinem Öffnungsanpassungsmechanismus 28 und einer zweiteiligen Fotodiode 112 bestehende X-Y-Richtungsabtasteinheit 30 eine parallel zur Oberfläche der Probe 41 verlaufende Ebene ab.

Mit einer Anordnung des Abtastmechanismus, bei der ein in X-Richtung zu bewe­ gender Abtastmechanismus und ein in Y-Richtung zu bewegender Abtastmechanis­ mus wie in der Ausführungsform 1 unabhängig voneinander zur Verfügung gestellt werden, können aufgrund der gegenseitigen Interferenzen ihrer Abtastungen während des Meßprozesses nichtlineare Verzerrungen auftreten.

Derartige Interferenzen können jedoch, wie die vorliegende Ausführungsform 2 zeigt, durch integrale Abtastvorgänge in X- und Y-Richtung vermieden werden. Die durch den X-Y-Richtungsabtaster 29 zu bewegende X-Y-Richtungsabtasteinheit 30 benötigt relativ kleine Antwortfrequenzen von einigen Hz bis zu einigen hundert Hz in den X-Y-Richtungen, so daß sogar dann, wenn relativ große Einheiten (kleiner als einige hundert Gramm) verwendet werden, die X-Y-Richtungsabtasteinheit 30 zum Abtasten in den X-Y-Richtungen genügend kontrolliert werden kann.

Der Z-Richtungsabtaster 26 kann wie in der Ausführungsform 1 durch eine piezo­ elektrische Vorrichtung oder dergleichen aufgebaut werden. Darüber hinaus erlaubt der Aufbau des X-Y-Richtungsabtasters 29 mit einer Feder mit einer parallelen Platte und einer piezoelektrischen Vorrichtung in Kombination ein stabileres Ab­ tasten als in der Ausführungsform 1, obwohl der X-Y-Richtungsabtaster 29 eben­ falls auf ähnliche Art und Weise durch eine piezoelektrische Vorrichtung oder dergleichen aufgebaut werden kann.

Bei der vorliegenden Ausführungsform 2 ist es ebenso wie in der Ausführungsform 1 bevorzugt, daß die CCD-Kamera 113 oberhalb des dichroitischen Spiegels 106 angeordnet ist, so daß Bildinformation von der Nadel 100 des Fühlers 110 und seiner Umgebung erhalten werden kann.

Nun wird eine Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Fig. 12 beschrieben. Komponenten der Fig. 12, welche durch Bezugszeichen aus Fig. 1 bezeichnet sind, sind mit den in der Ausführungsform 1 beschriebenen Komponenten identisch. Das Prinzip der Detektion der Verschiebung ist ebenfalls identisch mit dem der Ausführungsform 1 und wird daher im Folgenden weggelas­ sen.

In der Ausführungsform 3 ersetzt eine normale Linse 401 die konfokale Linse 107 und ist eine Linse 400 zwischen der Halbleiterlaserstrahlquelle 101 und der Kolli­ matorlinse 102 angeordnet, um den Durchmesser des Laserstrahls der Halbleiterla­ serstrahlquelle 101 zu reduzieren, bevor die Kollimatorlinse 102 den Laserstrahl 103 kollimiert.

In den Ausführungsformen kann die Z-Richtung in einigen Fällen als die horizontale Richtung gewählt werden, obwohl die Z-Richtung vertikal dargestellt ist.

Entsprechend den ersten und zweiten Aspekten der vorliegenden Erfindung kann die Z-Richtungsabtasteinheit sehr leichtgewichtig ausgeführt werden, wodurch ein weiches Abtasten durch den Z-Richtungsabtaster, für den Antwortfrequenzen von einigen kHz benötigt werden, ermöglicht wird. Währenddessen weisen die X- Richtungsabtasteinheit und die Y-Richtungsabtasteinheit oder die X-Y-Richtungs­ abtasteinheit Gewicht auf, aber die für diese Einheiten benötigten Abtastfrequen­ zen liegen in der niedrigen Größenordnung von einigen Hz bis einigen hundert Hz, so daß das Abtasten durch den X-Richtungsabtaster, den Y-Richtungsabtaster oder den X-Y-Richtungsabtaster nicht verhindert wird.

Die Z-Richtungsabtasteinheit bewegt sich im Gegensatz zur X-Richtungsabtastein­ heit oder der X-Y-Richtungsabtasteinheit in Z-Richtung, wobei die konfokale Linse der Z-Richtungsabtasteinheit und der Spiegel der X-Richtungsabtasteinheit oder der X-Y-Richtungsabtasteinheit in X-Richtung immer in der gleichen Position gehalten werden. Darüber hinaus ist das von dem Spiegel auf die konfokale Linse einfallende Licht zur Detektion einer Verschiebung kollimiertes Licht. Daraus ergibt sich, daß keine Fehler beim Vermessen von Verschiebungen des Fühlers auftreten werden. Dementsprechend wird es möglich, eine gleichmäßige und richtige Vermessung der feststehenden Probe durch die Abtastung durch den Fühler zu erzielen.

Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es zusätzlich zu den Vorteilen der ersten und zweiten Aspekte der Erfindung möglich, das Bild unterhalb des Fühlers über einen großen Zeitabschnitt hinweg zu empfangen.

Mit Hilfe der Kraftmikroskope des ersten und zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist es möglich, durch Abtasten der Fühlerseite mit einer feststehenden Probe eine gleichmäßige und richtige Vermessung zu erzielen. Es können daher große und großflächige Proben zerstörungsfrei vermessen werden. Dies war bisher nicht möglich.

Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es zusätzlich zu den obigen Vorteilen möglich, das Bild unterhalb der Probe über einen großen Zeitabschnitt hinweg zu empfangen, und somit eine leichtere Annäherung an einen zu vermessenden Abschnitt zu ermöglichen.

Claims (20)

1. Verfahren zum Vermessen von Strukturen mit den folgenden Schritten:
im wesentlichen kollimiertes Licht (103) zur Detektion einer Verschiebung wird von einem System (101, 102, 104, 105) zum Abstrahlen von Detektierlicht abge­ strahlt;
die Richtung des im wesentlichen kollimierten Lichtes (103) zur Detektion einer Verschiebung wird durch einen Spiegel (106) in eine im wesentlichen senkrechte Richtung verändert, so daß es zu einer ersten Linse (107; 401) geleitet wird;
das Licht (103) zur Detektion einer Verschiebung wird durch die erste Linse (107; 401) auf einen Punkt in der Nähe der reflektierenden Oberfläche eines Fühlers (110) gebündelt;
das gebündelte Licht wird durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers (110) reflektiert;
der Fühler (110) wird von einer gegen eine Oberfläche einer Probe wirkenden atomaren Kraft verschoben und das von der reflektierenden Oberfläche des Fühlers (110) reflektierte Licht wird verschoben, wobei das reflektierte Licht entsprechend der Verschiebung in seinem Reflektionswinkel variiert;
das verschobene Licht wird zur ersten Linse (107; 401) geleitet;
das geleitete Licht wird zu einem System (104, 105, 111, 112) zur Detektion der Verschiebung geleitet, indem es in der Richtung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird; und
das zum System zur Detektion der Verschiebung geleitete Licht wird durch Ver­ stärkung der Verschiebung des Fühlers (110) detektiert,
wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit (23) wird durch eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung (26) in einer Richtung vertikal zur Probenoberfläche bewegt, wobei die Z-Rich­ tungsabtasteinheit die erste Linse und den Fühler aufweist;
eine X-Richtungsabtasteinheit (21) wird durch eine X-Richtungsantriebsvorrichtung (24) in einer ersten axialen Richtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die X-Richtungsabtasteinheit die Z-Richtungsabtasteinheit, die Z-Richtungsantriebsvorrichtung und den Spiegel aufweist; und
eine Y-Richtungsabtasteinheit (22) wird durch eine Y-Richtungsantriebsvorrichtung (25) in einer zweiten axiale Richtung senkrecht zur ersten axialen Richtung in­ nerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die Y-Rich­ tungsabtasteinheit die X-Richtungsabtasteinheit, die X-Richtungsantriebsvorrich­ tung, das System zum Abstrahlen von Detektierlicht und das System zum Erfassen der Verschiebung aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linse eine konfokale Linse ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die X-Richtungsantriebsvorrichtung, die Y-Richtungs­ antriebsvorrichtung und die Z-Richtungsantriebsvorrichtung durch eine piezoelek­ trische Vorrichtung aufgebaut sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen der X-Richtungsantriebsvorrichtung, der Y-Richtungsantriebsvorrichtung und der Z-Richtungsantriebsvorrichtung basie­ rend auf Rückkopplungssignalen des Systems zur Detektion von Verschiebungen kontrolliert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel nur das Licht zur Detektion der Ver­ schiebung reflektiert, während er Licht mit anderen Wellenlängen als die des reflektierten Lichtes durchläßt, wobei in einem weiteren Schritt ein Bild des Fühlers und seiner Umgebung und der den Fühler umgebenden Probenoberfläche durch das von dem Spiegel durchgelassene Licht erhalten wird und das Bild auf einer Bilddar­ stellungseinheit (113, 205) dargestellt wird.

6. Verfahren zum Vermessen von Strukturen mit den folgenden Schritten:
im wesentlichen kollimiertes Licht (103) zur Detektion einer Verschiebung wird von einem System (101, 102, 104, 105) zum Abstrahlen von Detektierlicht abge­ strahlt;
die Richtung des im wesentlichen kollimierten Lichtes zur Detektion einer Ver­ schiebung wird durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung verändert, so daß es zu einer ersten Linse (107; 401) geleitet wird;
das Licht zur Detektion einer Verschiebung wird durch die erste Linse (107; 401) auf einen Punkt in der Nähe der reflektierenden Oberfläche eines Fühlers (110) gebündelt;
das gebündelte Licht wird durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers (110) reflektiert;
der Fühler (110) wird von einer gegen eine Oberfläche einer Probe wirkenden atomaren Kraft verschoben und das von der reflektierenden Oberfläche des Fühlers (110) reflektierte Licht wird verschoben, wobei das reflektierte Licht entsprechend der Verschiebung in seinem Reflektionswinkel variiert;
das verschobene Licht wird zur ersten Linse (107; 401) geleitet;
das geleitete Licht wird zu einem System (104, 105, 111, 112) zur Detektion der Verschiebung geleitet, indem es in der Richtung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird; und
das zum System zur Detektion der Verschiebung geleitete Licht wird durch Ver­ stärkung der Verschiebung des Fühlers detektiert,
wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit (23) wird durch eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung (26) in einer Richtung vertikal zur Probenoberfläche bewegt, wobei die Z-Rich­ tungsabtasteinheit die erste Linse und den Fühler aufweist;
eine X-Y-Richtungsabtasteinheit (30) wird durch eine X-Y-Richtungsantriebsvor­ richtung (29) innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene bewegt, wobei die X-Y-Richtungsabtasteinheit die Z-Richtungsabtasteinheit, die Z-Richtungs­ antriebsvorrichtung, den Spiegel, das System zum Abstrahlen von Detektierlicht und das System zur Detektion der Verschiebung aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linse eine konfokale Linse ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die X-Y-Richtungsantriebsvorrichtung und die Z-Rich­ tungsantriebsvorrichtung durch eine piezoelektrische Vorrichtung aufgebaut sind.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß basierend auf Rückkopplungssignalen des Systems zur Detektion einer Verschiebung Bewegungen der X-Y-Richtungsantriebsvor­ richtung und der Z-Richtungsantriebsvorrichtung kontrolliert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel nur Licht zur Detektion einer Verschie­ bung reflektiert und Licht mit anderen Wellenlängen als die des reflektierten Lichtes durchläßt, wobei in einem weiteren Schritt ein Bild ein Bild des Fühlers und seiner Umgebung und der den Fühler umgebenden Probenoberfläche durch das durch den Spiegel durchgelassene Licht erhalten wird und das Bild auf einem Bilddarstellungs­ gerät (113, 205) dargestellt wird.

11. Vorrichtung zum Vermessen einer Struktur, in welcher im wesentlichen kollimiertes Licht (103) zur Detektion einer Verschiebung, welches von einem System (101, 102, 104, 105) zum Abstrahlen von Detektierlicht abgestrahlt wird, in der Richtung durch einen Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung abgelenkt wird, um zu einer ersten Linse (107; 401) geleitet zu werden;
das Licht zur Detektion der Verschiebung durch die erste Linse in die Nähe einer reflektierenden Oberfläche eines Fühlers (110) gebündelt wird; und
in welcher reflektiertes Licht, reflektiert durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers, welcher durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft verschoben wird, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschie­ bung in Reflektionswinkel variiert, zu der ersten Linse geleitet wird und dann, indem es in der Richtung durch den Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird, zu einem System (104, 105, 111, 112) zur Detektion der Verschiebung geleitet wird, wo die Verschiebung des Fühlers verstärkt und detektiert wird, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit (23) mit der ersten Linse und dem Fühler;
eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung (26) zum Bewegen der Z-Richtungsabtastein­ heit in eine Richtung vertikal zur Probenoberfläche;
eine X-Richtungsabtasteinheit (21), verbunden mit der Z-Richtungsabtasteinheit, der Z-Richtungsantriebsvorrichtung und dem Spiegel;
einer X-Richtungsantriebsvorrichtung (24) zum Bewegen den X-Richtungsabtastein­ heit in einer ersten axialen Richtung innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene;
eine Y-Richtungsabtasteinheit (22), welche die X-Richtungsabtasteinheit, die X- Richtungsantriebsvorrichtung, das System zum Abstrahlen von Detektierlicht und das System zur Detektion der Verschiebung aufweist; und
eine Y-Richtungsantriebsvorrichtung (25) zum Bewegen der Y-Richtungsabtastein­ heit in einer zweiten axialen Richtung senkrecht zu der ersten axialen Richtung innerhalb der zur Probenoberfläche parallelen Ebene.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linse eine konfokale Linse ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die X-Richtungsantriebsvorrichtung, die Y-Richtungs­ antriebsvorrichtung und die Z-Richtungsantriebsvorrichtung jeweils durch eine piezoelektrische Vorrichtung aufgebaut sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine auf Rückkopplungssignalen des Systems zur Detektion von Verschiebungen basierenden Steuereinheit (200) zum Kontrollieren der Bewe­ gungen der X-Richtungsantriebsvorrichtung, der Y-Richtungsantriebsvorrichtung und der Z-Richtungsantriebsvorrichtung.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel nur das Licht zur Detektion einer Ver­ schiebung reflektiert und Licht anderer Wellenlängen als die des reflektierten Lichtes durchläßt, und daß eine Bilddarstellungsvorrichtung (113, 205) zum Erfas­ sen eine Probenoberflächenbildes des Fühlers und seiner Umgebung durch das durch den Spiegel durchgelassene Licht und zum Darstellen des Bildes auf der Bilddarstellungsvorrichtung vorgesehen ist.

16. Vorrichtung zum Vermessen einer Struktur, in welcher im wesentlichen kollimiertes Licht (103) zur Detektion einer Verschiebung, welches von einem System (101, 102, 104, 105) zum Abstrahlen von Detektierlicht abgestrahlt wird, in der Richtung durch einen Spiegel (106) in eine im wesentlichen senkrechte Richtung abgelenkt, um zu einer ersten Linse (107; 401) geleitet zu werden;
das Licht zur Detektion der Verschiebung durch die erste Linse in die Nähe einer reflektierenden Oberfläche eines Fühlers (110) gebündelt wird;
und in welcher reflektiertes Licht, reflektiert durch die reflektierende Oberfläche des Fühlers, welcher durch eine gegen eine Oberfläche einer Probe wirkende atomare Kraft verschoben wird, dort, wo das reflektierte Licht entsprechend der Verschie­ bung in Reflektionswinkel variiert, zu der ersten Linse geleitet wird und dann, indem es in der Richtung durch den Spiegel in eine im wesentlichen senkrechte Richtung umgelenkt wird, zu einem System (104, 105, 111, 112) zur Detektion der Verschiebung geleitet wird, wo die Verschiebung des Fühlers verstärkt und detektiert wird, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Z-Richtungsabtasteinheit (23) mit der ersten Linse und dem Fühler;
eine Z-Richtungsantriebsvorrichtung (26) zum Bewegen der Z-Richtungsabtastein­ heit in eine Richtung vertikal zur Probenoberfläche;
eine X-Y-Richtungsabtasteinheit (21), welche die Z-Richtungsabtasteinheit, die Z- Richtungsantriebsvorrichtung, den Spiegel, das System zum Abstrahlen von Detektierlicht und das System zur Detektion der Verschiebung aufweist; und
eine X-Y-Richtungsantriebsvorrichtung (24) zum Bewegen der X-Y-Richtungs­ abtasteinheit innerhalb einer zur Probenoberfläche parallelen Ebene.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß erste Linse eine konfokale Linse ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die X-Y-Richtungsantriebsvorrichtung und die Z- Richtungsantriebsvorrichtung jeweils durch eine piezoelektrische Vorrichtung aufgebaut sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine auf Rückkopplungssignalen des Systems zur Detektion von Verschiebungen basierenden Steuereinheit (200) zum Kontrollieren der Bewe­ gungen der X-Y-Richtungsantriebseinheit und der Z-Richtungsantriebseinheit.

20. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel nur das Licht zur Detektion einer Ver­ schiebung reflektiert und Licht anderer Wellenlängen als die des reflektierten Lichtes durchläßt, und daß eine Bilddarstellungsvorrichtung (113, 205) zum Erfas­ sen eine Probenoberflächenbildes des Fühlers und seiner Umgebung durch das durch den Spiegel durchgelassene Licht und zum Darstellen des Bildes auf der Bilddarstellungsvorrichtung vorgesehen ist.