JP2000055927A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡Info
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- JP2000055927A JP2000055927A JP10226449A JP22644998A JP2000055927A JP 2000055927 A JP2000055927 A JP 2000055927A JP 10226449 A JP10226449 A JP 10226449A JP 22644998 A JP22644998 A JP 22644998A JP 2000055927 A JP2000055927 A JP 2000055927A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 走査型プローブ顕微鏡本体とこれに取り付け
られるカンチレバー或いは探針との位置関係を測定し、
カンチレバーを試料面に正確に接近させる位置合わせ機
能を有する走査型プローブ顕微鏡を提供する。 【解決手段】 運動するスリットから出た光を光学系を
通してカンチレバー背面に照射して反射させ、該反射光
を光検出器に入射させてスポットを得て、該スポットの
光量変化から試料面に対するカンチレバーの位置を決定
し、次に、試料面に対するｚ方向の位置を決定し、これ
らの位置情報に基づいてカンチレバーを試料面に接近さ
せる。
られるカンチレバー或いは探針との位置関係を測定し、
カンチレバーを試料面に正確に接近させる位置合わせ機
能を有する走査型プローブ顕微鏡を提供する。 【解決手段】 運動するスリットから出た光を光学系を
通してカンチレバー背面に照射して反射させ、該反射光
を光検出器に入射させてスポットを得て、該スポットの
光量変化から試料面に対するカンチレバーの位置を決定
し、次に、試料面に対するｚ方向の位置を決定し、これ
らの位置情報に基づいてカンチレバーを試料面に接近さ
せる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カンチレバーの位
置合わせ手段を有する走査型プローブ顕微鏡に関するも
のである。
置合わせ手段を有する走査型プローブ顕微鏡に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来の走査型プローブ顕微鏡において
は、カンチレバーの位置合わせ機構はないため、カンチ
レバーと試料もしくは試料ステージとの相対位置を知る
ことは出来ない。カンチレバーをあらかじめ台座にマウ
ントしておき、それをスキャナーに取り付ける方法によ
り、精度良くカンチレバーを取り付ける試みがなされて
いるが、誤差が数十μｍ程度と十分な精度は得られてい
ない。また、カンチレバーのたわみを光てこ法により検
出する場合には、カンチレバーを光学顕微鏡により観察
しながらカンチレバーに照射される光の位置を手動の駆
動機構により調整していた。
は、カンチレバーの位置合わせ機構はないため、カンチ
レバーと試料もしくは試料ステージとの相対位置を知る
ことは出来ない。カンチレバーをあらかじめ台座にマウ
ントしておき、それをスキャナーに取り付ける方法によ
り、精度良くカンチレバーを取り付ける試みがなされて
いるが、誤差が数十μｍ程度と十分な精度は得られてい
ない。また、カンチレバーのたわみを光てこ法により検
出する場合には、カンチレバーを光学顕微鏡により観察
しながらカンチレバーに照射される光の位置を手動の駆
動機構により調整していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、走査型プロ
ーブ顕微鏡において、走査型プローブ顕微鏡本体とこれ
に取り付けられるカンチレバー（探針）との位置関係を
知り、カンチレバー（探針）を試料面に正確に接近させ
る位置合わせ機構を提供することを目的とする。
ーブ顕微鏡において、走査型プローブ顕微鏡本体とこれ
に取り付けられるカンチレバー（探針）との位置関係を
知り、カンチレバー（探針）を試料面に正確に接近させ
る位置合わせ機構を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
発明は、「光源とスリットと光検出器と光学系からな
り、前記スリットから出た光を前記光学系によりカンチ
レバー背面に照射して反射させ、該反射光を前記光検出
器の位置に入射させてスポットを得、前記カンチレバー
と照射光との位置関係に対応する前記スポットの光量を
測定するオートフォーカス機構と、前記カンチレバーと
前記照射光とを試料面に平行な面上で相対移動させる走
査機構と、前記光量測定結果に基づいて前記カンチレバ
ーと前記試料面との３次元的な位置合わせを行う駆動機
構と、を備えた」走査型プローブ顕微鏡である。
発明は、「光源とスリットと光検出器と光学系からな
り、前記スリットから出た光を前記光学系によりカンチ
レバー背面に照射して反射させ、該反射光を前記光検出
器の位置に入射させてスポットを得、前記カンチレバー
と照射光との位置関係に対応する前記スポットの光量を
測定するオートフォーカス機構と、前記カンチレバーと
前記照射光とを試料面に平行な面上で相対移動させる走
査機構と、前記光量測定結果に基づいて前記カンチレバ
ーと前記試料面との３次元的な位置合わせを行う駆動機
構と、を備えた」走査型プローブ顕微鏡である。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
オートフォーカス機構を有する走査型プローブ顕微鏡の
概略構成図である。この走査型プローブ顕微鏡は、撓み
検出機能を有するカンチレバー１、３次元スキャナー
２、カンチレバー１を３次元スキャナー２に固定するた
めのホルダー１ａ、支持体３、オートフォーカス光学系
４、３次元ステージ５、ウェハローダ６、フレーム７、
及び台８からなる。カンチレバー１は先端付近に探針を
有しており、カンチレバー１の撓みは、スキャナー２に
取り付けられている半導体レーザーならびに光ディテク
ターにより光てこ法により検出される。また、オートフ
ォーカス光学系４は、後述する図２に示される構造をし
ており、対物レンズからの光はオートフォーカス光学系
４と一体となったミラーを介してカンチレバーならびに
試料に集光される。ここで、ミラーは３次元スキャナー
に取り付けられている構造としてもよく、ミラーを用い
ずに対物レンズからの光を直接カンチレバーならびに試
料に集光させる構造としてもよい。３次元ステージ５
は、１２インチウェハ対応のステージであり、本実施形
態の走査型プローブ顕微鏡により１２インチウェハ全面
の観察が可能である。また、、３次元ステージ５は、ｚ
方向のストロークとして１０ｍｍを有しているが、ｚ方
向のストロークはこれに限定されるものではなく、また
３次元スキャナー２及びカンチレバー１を粗動機構によ
りｚ方向に駆動する機構を有する走査型プローブ顕微鏡
としてもよい。ウェハローダ６は、ウェハのプリアライ
メント機能を有しており、約１μｍの精度でウェハを３
次元ステージ５上にセットできる。また、オートフォー
カス光学系４は、図２に示される構造をしており、以
下、図２によりオートフォーカス系の仕組みの一形態を
説明する。ＬＥＤ１１からの光は、レンズ１２により集
光されその一部がスリット１３を通過する。スリット１
３を通過した光はレンズ１４により平行光となり、遮光
板１５により半分の光が遮光された後、ハーフミラー１
６により反射され、さらに対物レンズ１７により試料面
１８に集束される。試料面１８において反射された光
は、対物レンズ１７、ハーフミラー１６を通過した後、
レンズ１９により光検出器２０上に集束される。
オートフォーカス機構を有する走査型プローブ顕微鏡の
概略構成図である。この走査型プローブ顕微鏡は、撓み
検出機能を有するカンチレバー１、３次元スキャナー
２、カンチレバー１を３次元スキャナー２に固定するた
めのホルダー１ａ、支持体３、オートフォーカス光学系
４、３次元ステージ５、ウェハローダ６、フレーム７、
及び台８からなる。カンチレバー１は先端付近に探針を
有しており、カンチレバー１の撓みは、スキャナー２に
取り付けられている半導体レーザーならびに光ディテク
ターにより光てこ法により検出される。また、オートフ
ォーカス光学系４は、後述する図２に示される構造をし
ており、対物レンズからの光はオートフォーカス光学系
４と一体となったミラーを介してカンチレバーならびに
試料に集光される。ここで、ミラーは３次元スキャナー
に取り付けられている構造としてもよく、ミラーを用い
ずに対物レンズからの光を直接カンチレバーならびに試
料に集光させる構造としてもよい。３次元ステージ５
は、１２インチウェハ対応のステージであり、本実施形
態の走査型プローブ顕微鏡により１２インチウェハ全面
の観察が可能である。また、、３次元ステージ５は、ｚ
方向のストロークとして１０ｍｍを有しているが、ｚ方
向のストロークはこれに限定されるものではなく、また
３次元スキャナー２及びカンチレバー１を粗動機構によ
りｚ方向に駆動する機構を有する走査型プローブ顕微鏡
としてもよい。ウェハローダ６は、ウェハのプリアライ
メント機能を有しており、約１μｍの精度でウェハを３
次元ステージ５上にセットできる。また、オートフォー
カス光学系４は、図２に示される構造をしており、以
下、図２によりオートフォーカス系の仕組みの一形態を
説明する。ＬＥＤ１１からの光は、レンズ１２により集
光されその一部がスリット１３を通過する。スリット１
３を通過した光はレンズ１４により平行光となり、遮光
板１５により半分の光が遮光された後、ハーフミラー１
６により反射され、さらに対物レンズ１７により試料面
１８に集束される。試料面１８において反射された光
は、対物レンズ１７、ハーフミラー１６を通過した後、
レンズ１９により光検出器２０上に集束される。
【０００６】２１、２２、２３は、それぞれスリット１
３、試料面１８、光検出器２０での光の形状を示してい
る。試料面１８が対物レンズ１７の焦点に一致する時
（１８ｂ）には、光検出器２０にほぼスリット１３の形
状の光（２３ｂ）が照射される。一方、試料面１８が焦
点よりも対物レンズ１７に近いとき（１８ａ）には、ぼ
けた形状の光（２３ａ）が光検出器２０の下側に照射さ
れる。ここで、遮光板１５が無い場合には、焦点からず
れた試料面１８からの反射光は光検出器２０における光
の形状において、２３ｂにたいして上下両方向にぼけた
光形状になるが、遮光板１５があるために試料面１８ａ
で反射された光のうち下側にぼける成分がカットされて
おり２３ａの形状になる。一方、試料面１８ｃが対物レ
ンズ１７の焦点よりも遠くにある場合には、光形状は２
３ｃとなり上側にずれている。これにより、光検出器２
０の信号から試料面１８が対物レンズ１７の焦点に対し
てどちらにずれているのが知ることが出来る。また、ぼ
けかたは焦点からずれるにしたがって大きくなるため、
焦点からのずれ量も同時に知ることが可能である。次
に、図３及び図４により本発明の実施形態を説明する
が、図３及び図４では、試料面やカンチレバーにおいて
スリットからの光が照射される領域を「スリット光領
域」という。図３は、本発明のオートフォーカスの原理
を説明する模式図である。図３（ａ）は、カンチレバー
３１に対して照射されたスリット光領域３２を示す平面
図である。カンチレバー３１に対してスリットを通った
光がスリット光領域３２に照射されているとする。ここ
で、カンチレバー３１の下のステージはカンチレバーか
ら十分離れており、そこからの反射光が光検出器により
検出されることはなく、光検出器で検出されるのはすべ
てカンチレバー３１の背面からの反射光である。スリッ
ト光領域３２は、図３（ａ）に示されるようにｙ方向が
十分狭く、ｘ方向がカンチレバーの幅よりもやや長いも
のとする。図３（ｂ）は、図３（ａ）のスリット光領域
３２に対応する光が光検出器上でどのような光量分布に
なるかを示す図である。すなわち、図３（ａ）におい
て、スリット光領域３２ａをカンチレバーに対してｘ方
向に移動させることにより光検出器において検出される
光の光量は、図３（ｂ）のライン３３のように変化す
る。また、図３（ａ）においてスリット光領域３２ｂを
ｘ方向に移動させることにより光検出器において検出さ
れる光の光量は、図３（ｂ）のライン３４のように変化
する。図３（ｃ）は、スリット光領域３２のカンチレバ
ー３１に対する位置に対応して光検出器で検出される光
量分布を示している。図３（ｃ）の点線３５は、スリッ
ト光領域３２の重心とカンチレバー３１の軸３１ａが一
致する位置を示しており、例えば同じｘ座標のデータを
積算してライン３６の光量分布を得、この分布曲線より
カンチレバーの軸に対応する点線３５すなわち、カンチ
レバー３１の軸３１ａに対応するｘ座標を得る。次にこ
のｘ座標における光の強度変化のライン３７から図３
（ａ）に示されるカンチレバーの先端に対応する点Ａ
と、カンチレバー先端の三角形の付け根部分に対応する
点Ｂが求められる。図４は、本発明のオートフォーカス
の原理を説明する別の模式図である。図４（ａ）は、カ
ンチレバー４１に対して照射されたスリット光領域４２
を示す平面図である。カンチレバー４１は、図４（ａ）
に示される形状をしており、スリット光領域４２が図４
（ａ）のようにｘ方向が十分狭く、ｙ方向がカンチレバ
ー長よりもやや短い場合について、図４により発明の原
理を、図３における場合と同様にして説明する。図４
（ｂ）は、スリット光領域４２のカンチレバー４１に対
する位置に対応して光検出器で検出される光量分布を示
す図である。図４（ｂ）の点線４３ｂ及び４３ｃは、ス
リット光領域の中心とカンチレバーの端が一致する位置
を示しており、例えば、点線４３ｂは、図４（ａ）のス
リット光領域４２がカンチレバーの端４１ｂに沿ってｙ
方向に走査された時に、点線４３ｃは、スリット光領域
４２がカンチレバーの端４１ｃに沿ってｙ方向に走査さ
れた時に対応している。また、図４（ｂ）の点線４３ａ
は、スリット光領域４２がカンチレバー４１の軸４１ａ
に沿って走査された時に光検出器で検出される光量変化
を示している。これにより、カンチレバーの幅方向（ｘ
方向）の位置とスリットとの関係が求められる。ここ
で、ライン４４は、同じｘ座標のデータを積算したもの
であり、ライン４５は、スリット光領域４２がカンチレ
バーの軸４１ａに沿ってｙ方向に移動したときの光量変
化である。また、カンチレバーの先端に対応する点Ｃ
は、スリット光領域の端４２ａがカンチレバー４１の
軸、すなわち点線４１ａ上を移動した時の光量変化から
求められる。図５は、本発明のオートフォーカスの原理
を説明する別の模式図である。図５（ａ）及び（ｂ）
は、カンチレバー５１へ照射されたスリット光領域５２
を示す平面図である。カンチレバー５１に対してスリッ
ト光領域５２が図５（ａ）である場合には、スリット光
領域５２の一部のみがカンチレバー背面で反射されて光
検出器で検出される。一方、スリット光領域５２が図５
（ｂ）である場合には、スリット光領域５２はほぼすべ
てカンチレバー５１の背面で反射され、光検出器で検出
される。このため、図５（ｂ）の場合の方が、図５
（ａ）等の場合に比べて多くの光量が光検出器により検
出される。従って、光検出器により検出される光の量が
最大となる位置からカンチレバーの光学系に対する位置
を求められる。以下に、図６のフローチャートにより、
本実施形態のカンチレバー位置合わせプロセスを説明す
る。カンチレバーが交換されると（ステップ６１）、カ
ンチレバーの取り付け誤差によりカンチレバーと走査型
プローブ顕微鏡装置との位置関係が変化する。より具体
的には、カンチレバーと試料ならびに光てこ法等のカン
チレバーの撓み検出機構との位置関係は、以前の状態と
は異なる。このため、カンチレバーの位置を決定するた
めに以下のプロセスを行う。また、このとき３次元ステ
ージ６は、ｚ方向の駆動によりカンチレバーから数ｍｍ
以上離しておく。これにより以下のプロセスではステー
ジからの反射光が問題になることはない。
３、試料面１８、光検出器２０での光の形状を示してい
る。試料面１８が対物レンズ１７の焦点に一致する時
（１８ｂ）には、光検出器２０にほぼスリット１３の形
状の光（２３ｂ）が照射される。一方、試料面１８が焦
点よりも対物レンズ１７に近いとき（１８ａ）には、ぼ
けた形状の光（２３ａ）が光検出器２０の下側に照射さ
れる。ここで、遮光板１５が無い場合には、焦点からず
れた試料面１８からの反射光は光検出器２０における光
の形状において、２３ｂにたいして上下両方向にぼけた
光形状になるが、遮光板１５があるために試料面１８ａ
で反射された光のうち下側にぼける成分がカットされて
おり２３ａの形状になる。一方、試料面１８ｃが対物レ
ンズ１７の焦点よりも遠くにある場合には、光形状は２
３ｃとなり上側にずれている。これにより、光検出器２
０の信号から試料面１８が対物レンズ１７の焦点に対し
てどちらにずれているのが知ることが出来る。また、ぼ
けかたは焦点からずれるにしたがって大きくなるため、
焦点からのずれ量も同時に知ることが可能である。次
に、図３及び図４により本発明の実施形態を説明する
が、図３及び図４では、試料面やカンチレバーにおいて
スリットからの光が照射される領域を「スリット光領
域」という。図３は、本発明のオートフォーカスの原理
を説明する模式図である。図３（ａ）は、カンチレバー
３１に対して照射されたスリット光領域３２を示す平面
図である。カンチレバー３１に対してスリットを通った
光がスリット光領域３２に照射されているとする。ここ
で、カンチレバー３１の下のステージはカンチレバーか
ら十分離れており、そこからの反射光が光検出器により
検出されることはなく、光検出器で検出されるのはすべ
てカンチレバー３１の背面からの反射光である。スリッ
ト光領域３２は、図３（ａ）に示されるようにｙ方向が
十分狭く、ｘ方向がカンチレバーの幅よりもやや長いも
のとする。図３（ｂ）は、図３（ａ）のスリット光領域
３２に対応する光が光検出器上でどのような光量分布に
なるかを示す図である。すなわち、図３（ａ）におい
て、スリット光領域３２ａをカンチレバーに対してｘ方
向に移動させることにより光検出器において検出される
光の光量は、図３（ｂ）のライン３３のように変化す
る。また、図３（ａ）においてスリット光領域３２ｂを
ｘ方向に移動させることにより光検出器において検出さ
れる光の光量は、図３（ｂ）のライン３４のように変化
する。図３（ｃ）は、スリット光領域３２のカンチレバ
ー３１に対する位置に対応して光検出器で検出される光
量分布を示している。図３（ｃ）の点線３５は、スリッ
ト光領域３２の重心とカンチレバー３１の軸３１ａが一
致する位置を示しており、例えば同じｘ座標のデータを
積算してライン３６の光量分布を得、この分布曲線より
カンチレバーの軸に対応する点線３５すなわち、カンチ
レバー３１の軸３１ａに対応するｘ座標を得る。次にこ
のｘ座標における光の強度変化のライン３７から図３
（ａ）に示されるカンチレバーの先端に対応する点Ａ
と、カンチレバー先端の三角形の付け根部分に対応する
点Ｂが求められる。図４は、本発明のオートフォーカス
の原理を説明する別の模式図である。図４（ａ）は、カ
ンチレバー４１に対して照射されたスリット光領域４２
を示す平面図である。カンチレバー４１は、図４（ａ）
に示される形状をしており、スリット光領域４２が図４
（ａ）のようにｘ方向が十分狭く、ｙ方向がカンチレバ
ー長よりもやや短い場合について、図４により発明の原
理を、図３における場合と同様にして説明する。図４
（ｂ）は、スリット光領域４２のカンチレバー４１に対
する位置に対応して光検出器で検出される光量分布を示
す図である。図４（ｂ）の点線４３ｂ及び４３ｃは、ス
リット光領域の中心とカンチレバーの端が一致する位置
を示しており、例えば、点線４３ｂは、図４（ａ）のス
リット光領域４２がカンチレバーの端４１ｂに沿ってｙ
方向に走査された時に、点線４３ｃは、スリット光領域
４２がカンチレバーの端４１ｃに沿ってｙ方向に走査さ
れた時に対応している。また、図４（ｂ）の点線４３ａ
は、スリット光領域４２がカンチレバー４１の軸４１ａ
に沿って走査された時に光検出器で検出される光量変化
を示している。これにより、カンチレバーの幅方向（ｘ
方向）の位置とスリットとの関係が求められる。ここ
で、ライン４４は、同じｘ座標のデータを積算したもの
であり、ライン４５は、スリット光領域４２がカンチレ
バーの軸４１ａに沿ってｙ方向に移動したときの光量変
化である。また、カンチレバーの先端に対応する点Ｃ
は、スリット光領域の端４２ａがカンチレバー４１の
軸、すなわち点線４１ａ上を移動した時の光量変化から
求められる。図５は、本発明のオートフォーカスの原理
を説明する別の模式図である。図５（ａ）及び（ｂ）
は、カンチレバー５１へ照射されたスリット光領域５２
を示す平面図である。カンチレバー５１に対してスリッ
ト光領域５２が図５（ａ）である場合には、スリット光
領域５２の一部のみがカンチレバー背面で反射されて光
検出器で検出される。一方、スリット光領域５２が図５
（ｂ）である場合には、スリット光領域５２はほぼすべ
てカンチレバー５１の背面で反射され、光検出器で検出
される。このため、図５（ｂ）の場合の方が、図５
（ａ）等の場合に比べて多くの光量が光検出器により検
出される。従って、光検出器により検出される光の量が
最大となる位置からカンチレバーの光学系に対する位置
を求められる。以下に、図６のフローチャートにより、
本実施形態のカンチレバー位置合わせプロセスを説明す
る。カンチレバーが交換されると（ステップ６１）、カ
ンチレバーの取り付け誤差によりカンチレバーと走査型
プローブ顕微鏡装置との位置関係が変化する。より具体
的には、カンチレバーと試料ならびに光てこ法等のカン
チレバーの撓み検出機構との位置関係は、以前の状態と
は異なる。このため、カンチレバーの位置を決定するた
めに以下のプロセスを行う。また、このとき３次元ステ
ージ６は、ｚ方向の駆動によりカンチレバーから数ｍｍ
以上離しておく。これにより以下のプロセスではステー
ジからの反射光が問題になることはない。
【０００７】はじめに、ｘｙ平面上でのカンチレバー位
置の決定を行う（ステップ６２）。例えば、スリットを
走査させると、図３（ａ）に示されるような形状のスリ
ット光領域がカンチレバー１に対してｘｙ平面上で走査
する（ステップ６２）。前記走査は、固定されたオート
フォーカス光学系４に対してカンチレバー１を３次元ス
キャナー２によりｘｙ平面上で走査することにより行
う。これにより図３（ｃ）のような、光検出器で検出さ
れる光量のカンチレバー位置に対応する２次元分布が得
られる。ここで、走査の前にオートフォーカス光学系４
の焦点をカンチレバー１に合わせておく。カンチレバー
１の取り付け誤差はカンチレバー１の大きさに比べて小
さいため、走査前のデフォルト位置において常にある程
度のカンチレバー１の背面からの反射光を得ることが可
能である。得られた前記２次元分布からのカンチレバー
位置の決定（ｘｙ平面上）は、例えば以下の様にして行
う。図３（ｃ）において、同じｘ座標のデータを積算し
てライン３６の光量分布を得、この分布曲線よりカンチ
レバーの軸に対応する点線３５すなわち、軸に対応する
ｘ座標を得る。次にこのｘ座標における光の強度変化の
ライン３７から図３（ａ）に示されるカンチレバーの先
端に対応する点Ａと、カンチレバー先端の三角形の付け
根部分に対応する点Ｂが求められる。また、スリット光
領域が図４のような形状である場合にも同様にして、図
４（ｂ）に示されるように、カンチレバーの軸に対応す
る点線４３ａおよびカンチレバーの先端に対応する点Ｃ
が求められる。また、スリット光領域が図５のような形
状である場合には、検出器で検出される光量が最大とな
る点、すなわち図５（ｂ）の様なカンチレバーとスリッ
ト光領域との位置関係になる点から、カンチレバー位置
を求められる。次に、ｚ方向でのカンチレバー位置の決
定を行う（ステップ６４）。すなわち、カンチレバーに
おいて探針がある位置に対応する位置にスリットを固定
し、オートフォーカス光学系４の焦点をずらしながらカ
ンチレバーに焦点が合う位置を求めることにより探針の
ｚ方向の位置を決定する（ステップ６５）。このｚ方向
の位置合わせにおいては、スリットから照射される光を
カンチレバー位置から外し、オートフォーカス光学系４
の焦点を探針位置よりも５μｍ低い位置に合わせてお
く。この状態において３次元ステージ５により試料に焦
点が合う位置まで試料とカンチレバーを接近させる。そ
の後、カンチレバー１の撓み情報を、撓み検出機構によ
りモニターしながらカンチレバー１を試料をコンタクト
させる（ステップ６６）。また、カンチレバー１の撓み
検出機構として光てこ法を用いる場合にはカンチレバー
１に照射されるレーザー光の位置を、アライメントする
必要があるが、カンチレバーの位置情報に対応させて、
レーザー光照射位置をレーザーの駆動機構等により調節
することにより行う。
置の決定を行う（ステップ６２）。例えば、スリットを
走査させると、図３（ａ）に示されるような形状のスリ
ット光領域がカンチレバー１に対してｘｙ平面上で走査
する（ステップ６２）。前記走査は、固定されたオート
フォーカス光学系４に対してカンチレバー１を３次元ス
キャナー２によりｘｙ平面上で走査することにより行
う。これにより図３（ｃ）のような、光検出器で検出さ
れる光量のカンチレバー位置に対応する２次元分布が得
られる。ここで、走査の前にオートフォーカス光学系４
の焦点をカンチレバー１に合わせておく。カンチレバー
１の取り付け誤差はカンチレバー１の大きさに比べて小
さいため、走査前のデフォルト位置において常にある程
度のカンチレバー１の背面からの反射光を得ることが可
能である。得られた前記２次元分布からのカンチレバー
位置の決定（ｘｙ平面上）は、例えば以下の様にして行
う。図３（ｃ）において、同じｘ座標のデータを積算し
てライン３６の光量分布を得、この分布曲線よりカンチ
レバーの軸に対応する点線３５すなわち、軸に対応する
ｘ座標を得る。次にこのｘ座標における光の強度変化の
ライン３７から図３（ａ）に示されるカンチレバーの先
端に対応する点Ａと、カンチレバー先端の三角形の付け
根部分に対応する点Ｂが求められる。また、スリット光
領域が図４のような形状である場合にも同様にして、図
４（ｂ）に示されるように、カンチレバーの軸に対応す
る点線４３ａおよびカンチレバーの先端に対応する点Ｃ
が求められる。また、スリット光領域が図５のような形
状である場合には、検出器で検出される光量が最大とな
る点、すなわち図５（ｂ）の様なカンチレバーとスリッ
ト光領域との位置関係になる点から、カンチレバー位置
を求められる。次に、ｚ方向でのカンチレバー位置の決
定を行う（ステップ６４）。すなわち、カンチレバーに
おいて探針がある位置に対応する位置にスリットを固定
し、オートフォーカス光学系４の焦点をずらしながらカ
ンチレバーに焦点が合う位置を求めることにより探針の
ｚ方向の位置を決定する（ステップ６５）。このｚ方向
の位置合わせにおいては、スリットから照射される光を
カンチレバー位置から外し、オートフォーカス光学系４
の焦点を探針位置よりも５μｍ低い位置に合わせてお
く。この状態において３次元ステージ５により試料に焦
点が合う位置まで試料とカンチレバーを接近させる。そ
の後、カンチレバー１の撓み情報を、撓み検出機構によ
りモニターしながらカンチレバー１を試料をコンタクト
させる（ステップ６６）。また、カンチレバー１の撓み
検出機構として光てこ法を用いる場合にはカンチレバー
１に照射されるレーザー光の位置を、アライメントする
必要があるが、カンチレバーの位置情報に対応させて、
レーザー光照射位置をレーザーの駆動機構等により調節
することにより行う。
【０００８】以下に、図７のフローチャートにより、本
実施形態における試料上の任意の点を測定するプロセス
を説明する。ここで試料は、シリコンウェハとする。ウ
ェハはウェハローダ６でプリアライメントがなされた
後、３次元ステージに運ばれる（ステップ７１）。次に
オートフォーカス光学系によりウェハ上のアライメント
マークを計測する（ステップ７２）。アライメント計測
はウェハ上のアライメントマークのパターンマッチング
により行う。以上のプロセスによりカンチレバー１とウ
ェハとの位置関係が決まり、この情報をもとにしてカン
チレバーを試料上の任意の位置へ移動させる（ステップ
７３）。この状態において、試料面へのオートフォーカ
ス（ステップ７４）およびカンチレバーの自動接近（ス
テップ７５）を行う。
実施形態における試料上の任意の点を測定するプロセス
を説明する。ここで試料は、シリコンウェハとする。ウ
ェハはウェハローダ６でプリアライメントがなされた
後、３次元ステージに運ばれる（ステップ７１）。次に
オートフォーカス光学系によりウェハ上のアライメント
マークを計測する（ステップ７２）。アライメント計測
はウェハ上のアライメントマークのパターンマッチング
により行う。以上のプロセスによりカンチレバー１とウ
ェハとの位置関係が決まり、この情報をもとにしてカン
チレバーを試料上の任意の位置へ移動させる（ステップ
７３）。この状態において、試料面へのオートフォーカ
ス（ステップ７４）およびカンチレバーの自動接近（ス
テップ７５）を行う。
【０００９】
【発明の効果】本発明により、走査型プローブ顕微鏡本
体とこれに取り付けられるカンチレバー（探針）との位
置関係を正確に知ることができ、カンチレバーを交換し
たときや試料を交換したときに短時間でカンチレバーの
位置合わせができる。
体とこれに取り付けられるカンチレバー（探針）との位
置関係を正確に知ることができ、カンチレバーを交換し
たときや試料を交換したときに短時間でカンチレバーの
位置合わせができる。
【図１】本発明の実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡
の概略構成図である。
の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るオートフォーカス光学
系の概略構成図である。
系の概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係るカンチレバーの位置合
わせ機構の原理を説明するための模式図である。
わせ機構の原理を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係るカンチレバーの位置合
わせ機構の原理を説明するための別の模式図である。
わせ機構の原理を説明するための別の模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係るカンチレバーの位置合
わせ機構の原理を説明するための別の模式図である。
わせ機構の原理を説明するための別の模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る、カンチレバーの接近
工程を示すフローチャートである。
工程を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に係る、カンチレバーの接近
工程を示す別のフローチャートである。
工程を示す別のフローチャートである。
１、３１、４１、５１ カンチレバー ２ ３次元スキャナー ３ 支持体 ４ オートフォーカス
光学系 ５ ３次元ステージ １１ ＬＥＤ １２、１４、１９ レンズ １３ スリット １５ 遮光板 １６ ハーフミラー １７ 対物レンズ １８ 試料面 ２０ 光検出器 ２１、２２、２３ 光形状 ３２、４２、５２ スリット光領域 ３３、３４、３６、３７、４４、４５ 光量分布曲線
光学系 ５ ３次元ステージ １１ ＬＥＤ １２、１４、１９ レンズ １３ スリット １５ 遮光板 １６ ハーフミラー １７ 対物レンズ １８ 試料面 ２０ 光検出器 ２１、２２、２３ 光形状 ３２、４２、５２ スリット光領域 ３３、３４、３６、３７、４４、４５ 光量分布曲線
Claims (7)
- 【請求項１】 光源とスリットと光検出器と光学系から
なり、前記スリットから出た光を前記光学系によりカン
チレバー背面に照射して反射させ、該反射光を前記光検
出器の位置に入射させてスポットを得、前記カンチレバ
ーと照射光との位置関係に対応する前記スポットの光量
を測定するオートフォーカス機構と、前記カンチレバー
と前記照射光とを試料面に平行な面上で相対移動させる
走査機構と、前記光量測定結果に基づいて前記カンチレ
バーと前記試料面との３次元的な位置合わせを行う駆動
機構と、を備えたことを特徴とする走査型プローブ顕微
鏡。 - 【請求項２】 請求項１において、前記照射光の形状
は、前記カンチレバー背面の幅よりも長く、且つ前記カ
ンチレバー背面の長さに対して十分狭いことを特徴とす
る走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項３】 請求項１において、前記照射光の形状
は、前記カンチレバー背面の長さより短く、且つ前記カ
ンチレバー背面の幅に対して十分狭いことを特徴とする
走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項４】 請求項１において、前記照射光の形状
は、前記カンチレバー背面の先端形状と同形状であるこ
とを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項５】 請求項１において、前記オートフォーカ
ス機構は、前記カンチレバーと前記照射光とが相対移動
することによって生じる各相対位置でオートフォーカス
を行い、前記カンチレバーのフォーカス位置を前記相対
位置に対応させて記録することにより、前記カンチレバ
ー先端に位置する探針の前記試料面に対して垂直方向の
位置情報及び前記カンチレバーの傾きを求めることを特
徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項６】 請求項１において、前記オートフォーカ
ス機構は、前記試料面上のアライメントマークを測定す
る機能を有し、試料上の位置と探針が測定している位置
とを関連させる機能を有することを特徴とする走査型プ
ローブ顕微鏡。 - 【請求項７】 請求項１において、前記オートフォーカ
ス機構は、前記スリットから出た光が前記光学系の対物
レンズ及び前記光学系と一体化されたミラーを介して前
記試料面に照射される構成としたことを特徴とする走査
型プローブ顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10226449A JP2000055927A (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10226449A JP2000055927A (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000055927A true JP2000055927A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=16845281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10226449A Pending JP2000055927A (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000055927A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002009315A (ja) * | 2000-06-22 | 2002-01-11 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 薄膜のレーザスクライブ用アライメントマークの認識方法及び装置 |
| JP2003149121A (ja) * | 2001-11-16 | 2003-05-21 | Seiko Instruments Inc | 走査型プローブ顕微鏡 |
-
1998
- 1998-08-11 JP JP10226449A patent/JP2000055927A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002009315A (ja) * | 2000-06-22 | 2002-01-11 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 薄膜のレーザスクライブ用アライメントマークの認識方法及び装置 |
| JP4672833B2 (ja) * | 2000-06-22 | 2011-04-20 | 株式会社カネカ | 薄膜のレーザスクライブ用アライメントマークの認識方法及び装置 |
| JP2003149121A (ja) * | 2001-11-16 | 2003-05-21 | Seiko Instruments Inc | 走査型プローブ顕微鏡 |
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