JP2001133381A - 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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- JP2001133381A JP2001133381A JP31696999A JP31696999A JP2001133381A JP 2001133381 A JP2001133381 A JP 2001133381A JP 31696999 A JP31696999 A JP 31696999A JP 31696999 A JP31696999 A JP 31696999A JP 2001133381 A JP2001133381 A JP 2001133381A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 短時間で正確な3次元形状を得ることができ
る走査型プローブ顕微鏡を提供する。 【解決手段】 Zスキャナに対するZ制御系のサーボ残
差が大きくなって、Zセンサ7からのセンサ信号がコン
パレータ905aの基準電圧906より大きくなると、
減速要求信号がパルス生成部901のクロック発生器9
01aに与えられ、パルス発生器901bからのクロッ
ク信号の周波数を低下させ、UP/DOWNカウンタ9
02、D/A変換器903および高圧アンプ904によ
るXYスキャナ3の走査速度を低速に移行する。
る走査型プローブ顕微鏡を提供する。 【解決手段】 Zスキャナに対するZ制御系のサーボ残
差が大きくなって、Zセンサ7からのセンサ信号がコン
パレータ905aの基準電圧906より大きくなると、
減速要求信号がパルス生成部901のクロック発生器9
01aに与えられ、パルス発生器901bからのクロッ
ク信号の周波数を低下させ、UP/DOWNカウンタ9
02、D/A変換器903および高圧アンプ904によ
るXYスキャナ3の走査速度を低速に移行する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、微小域の3次元形
状を取得する走査型プローブ顕微鏡に関するものであ
る。
状を取得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】最近、半導体製造工程におけるパターン
の微細化は、目覚ましいものがあり、これにともない3
次元精密計測の要求が高まっているが、このような要求
に対応できる手段のひとつとして、ナノメートル以下の
感度を有する走査型プローブ顕微鏡が注目されている。
の微細化は、目覚ましいものがあり、これにともない3
次元精密計測の要求が高まっているが、このような要求
に対応できる手段のひとつとして、ナノメートル以下の
感度を有する走査型プローブ顕微鏡が注目されている。
【0003】図2は、従来の走査型プローブ顕微鏡の一
例を示すもので、試料1を載置した試料台2は、XYス
キャナ3とZスキャナ4を有するステージ5上に設けら
れ、これらXYスキャナ3とZスキャナ4により試料1
の3次元方向の移動を可能にしている。ここで、ステー
ジ5には、圧電体ステージが用いられており、印加され
る電圧にほぼ比例した変位が得られるようにしている。
また、試料1に極近接してカンチレバー6が配置され、
この時のカンチレバー6と試料1との間に働く力による
カンチレバー6のたわみ量をZセンサ7により検出する
ようにしている。このZセンサ7には、Z制御部8が接
続されている。Z制御部8は、図示しないCPUからの
制御開始指令によりZセンサ7からのセンサ信号を取込
むとともに、このセンサ信号が一定になるようにZスキ
ャナ4によるZ(垂直)方向の移動量、つまり試料1と
カンチレバー6との間の距離を制御するようにしてい
る。一方、XYスキャナ3には、走査波形生成部9が接
続され、この走査波形生成部9からの三角波形の駆動信
号により、カンチレバー6に対して試料1を水平方向に
2次元走査するようにしている。
例を示すもので、試料1を載置した試料台2は、XYス
キャナ3とZスキャナ4を有するステージ5上に設けら
れ、これらXYスキャナ3とZスキャナ4により試料1
の3次元方向の移動を可能にしている。ここで、ステー
ジ5には、圧電体ステージが用いられており、印加され
る電圧にほぼ比例した変位が得られるようにしている。
また、試料1に極近接してカンチレバー6が配置され、
この時のカンチレバー6と試料1との間に働く力による
カンチレバー6のたわみ量をZセンサ7により検出する
ようにしている。このZセンサ7には、Z制御部8が接
続されている。Z制御部8は、図示しないCPUからの
制御開始指令によりZセンサ7からのセンサ信号を取込
むとともに、このセンサ信号が一定になるようにZスキ
ャナ4によるZ(垂直)方向の移動量、つまり試料1と
カンチレバー6との間の距離を制御するようにしてい
る。一方、XYスキャナ3には、走査波形生成部9が接
続され、この走査波形生成部9からの三角波形の駆動信
号により、カンチレバー6に対して試料1を水平方向に
2次元走査するようにしている。
【0004】図3は、走査波形生成部9の概略構成を示
すもので、パルス生成部901は、クロック発生器90
1aとパルス発生器901bを有し、クロック発生器9
01aのクロック信号に基いてパルス発生器901bよ
りパルスPLSとUP/DOWNカウンタ902でのカ
ウント方向を示す信号DIRを出力するようにしてい
る。そして、このパルス生成部901からのパルスPL
Sは、UP/DOWNカウンタ902に送られ、カウン
ト方向を示す信号DIRに従いUP/DOWNカウント
されるとともに、D/A変換器903を介してデジタル
信号から三角形状のアナログ駆動信号に変換され、高圧
アンプ904を介してXYスキャナ3に印加される。
すもので、パルス生成部901は、クロック発生器90
1aとパルス発生器901bを有し、クロック発生器9
01aのクロック信号に基いてパルス発生器901bよ
りパルスPLSとUP/DOWNカウンタ902でのカ
ウント方向を示す信号DIRを出力するようにしてい
る。そして、このパルス生成部901からのパルスPL
Sは、UP/DOWNカウンタ902に送られ、カウン
ト方向を示す信号DIRに従いUP/DOWNカウント
されるとともに、D/A変換器903を介してデジタル
信号から三角形状のアナログ駆動信号に変換され、高圧
アンプ904を介してXYスキャナ3に印加される。
【0005】このようにして、ステージ5のZスキャナ
4によるZ方向の移動とともに、XYスキャナ3による
水平方向の移動が得られることにより、試料1の3次元
計測が行なわれるようになる。
4によるZ方向の移動とともに、XYスキャナ3による
水平方向の移動が得られることにより、試料1の3次元
計測が行なわれるようになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
構成によると、例えば、試料1の計測面での凹凸が大き
いような場合、走査速度を速めようとすると、Zセンサ
7の出力が一定になるようにZ方向の移動量を制御する
Z制御系のサーボ残差が大きくなり、カンチレバー6が
安定して試料1の計測面に追従できなくなり、正確な3
次元形状が得られないという問題が生じる。このため、
このような試料1に対しては、クロック発生器901a
のクロック信号の周波数を前もって低く設定することが
考えられるが、これは、計測のための走査速度を遅くす
ることであり、3次元形状を得るまでに時間がかかって
しまうという問題があった。
構成によると、例えば、試料1の計測面での凹凸が大き
いような場合、走査速度を速めようとすると、Zセンサ
7の出力が一定になるようにZ方向の移動量を制御する
Z制御系のサーボ残差が大きくなり、カンチレバー6が
安定して試料1の計測面に追従できなくなり、正確な3
次元形状が得られないという問題が生じる。このため、
このような試料1に対しては、クロック発生器901a
のクロック信号の周波数を前もって低く設定することが
考えられるが、これは、計測のための走査速度を遅くす
ることであり、3次元形状を得るまでに時間がかかって
しまうという問題があった。
【0007】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、短時間で正確な3次元形状を得ることができる走査
型プローブ顕微鏡を提供することを目的とする。
で、短時間で正確な3次元形状を得ることができる走査
型プローブ顕微鏡を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
試料に近接して配置されたカンチレバーを有し、このカ
ンチレバーの状態を検出する検出手段の出力により前記
カンチレバーと試料との間の距離を制御するとともに、
前記カンチレバーに対して前記試料を2次元走査するこ
とにより該試料の3次元計測を可能にした走査型プロー
ブ顕微鏡において、前記検出手段の出力に基いて前記試
料の2次元走査速度の減速を判断する減速判定手段と、
この減速判定手段の判断結果に基いて前記試料の2次元
走査速度を減速させる速度制御手段とを具備したことを
特徴としている。
試料に近接して配置されたカンチレバーを有し、このカ
ンチレバーの状態を検出する検出手段の出力により前記
カンチレバーと試料との間の距離を制御するとともに、
前記カンチレバーに対して前記試料を2次元走査するこ
とにより該試料の3次元計測を可能にした走査型プロー
ブ顕微鏡において、前記検出手段の出力に基いて前記試
料の2次元走査速度の減速を判断する減速判定手段と、
この減速判定手段の判断結果に基いて前記試料の2次元
走査速度を減速させる速度制御手段とを具備したことを
特徴としている。
【0009】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、減速判定手段は、前記検出手段の出力が予
め設定された基準値を超えたことにより減速要求信号を
出力する比較手段を有し、前記速度制御手段は、所定周
波数のクロック信号に応じたパルスを発生するパルス生
成手段、このパルス生成手段のパルスを計数するパルス
計数手段、このパルス計数手段でのパルス計数に応じて
前記2次元走査出力を生成する走査出力手段を有し、前
記減速判定手段の減速要求信号により前記速度制御手段
でのクロック信号の周波数を低下させることを特徴とし
ている。
明において、減速判定手段は、前記検出手段の出力が予
め設定された基準値を超えたことにより減速要求信号を
出力する比較手段を有し、前記速度制御手段は、所定周
波数のクロック信号に応じたパルスを発生するパルス生
成手段、このパルス生成手段のパルスを計数するパルス
計数手段、このパルス計数手段でのパルス計数に応じて
前記2次元走査出力を生成する走査出力手段を有し、前
記減速判定手段の減速要求信号により前記速度制御手段
でのクロック信号の周波数を低下させることを特徴とし
ている。
【0010】この結果、カンチレバーのたわみなどの状
態に応じて試料の2次元走査速度を減速させることがで
きるので、計測面の一部に凹凸が存在するような試料に
ついては、凹凸部分で2次元走査速度を低速にして3次
元計測を行ない、その他の部分では、通常の走査速度に
より3次元計測を行なうようにでき、どのような試料に
ついても連続して3次元計測を行なうことができる。
態に応じて試料の2次元走査速度を減速させることがで
きるので、計測面の一部に凹凸が存在するような試料に
ついては、凹凸部分で2次元走査速度を低速にして3次
元計測を行ない、その他の部分では、通常の走査速度に
より3次元計測を行なうようにでき、どのような試料に
ついても連続して3次元計測を行なうことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に従い説明する。
面に従い説明する。
【0012】ここで、走査型プローブ顕微鏡全体を説明
するための概略構成図については、図2と同様なので、
同図を援用するものとする。
するための概略構成図については、図2と同様なので、
同図を援用するものとする。
【0013】図1は、このような走査型プローブ顕微鏡
に用いられる走査波形生成部9の概略構成を示すもの
で、図3と同一部分には、同符号を付している。
に用いられる走査波形生成部9の概略構成を示すもの
で、図3と同一部分には、同符号を付している。
【0014】この場合、走査波形生成部9は、さらに減
速判断手段905を有している。この減速判断手段90
5は、比較手段としてコンパレータ905aを有してい
る。コンパレータ905aは、一方の入力端子に図2に
示すZセンサ7からのセンサ信号が与えられ、また、他
方の入力端子には、基準電圧(Vref)906が与え
られるもので、Zセンサ7からのセンサ信号と基準電圧
906を比較し、センサ信号が基準電圧906より大き
くなると、減速要求信号を出力するようになっている。
なお、ここでの基準電圧906は、例えば、試料1の計
測面での凹凸が大きくなって制御帯域を超え、カンチレ
バー6が試料1面を追従不能になる直前のZセンサ7か
らのセンサ信号に対応した値に設定されている。
速判断手段905を有している。この減速判断手段90
5は、比較手段としてコンパレータ905aを有してい
る。コンパレータ905aは、一方の入力端子に図2に
示すZセンサ7からのセンサ信号が与えられ、また、他
方の入力端子には、基準電圧(Vref)906が与え
られるもので、Zセンサ7からのセンサ信号と基準電圧
906を比較し、センサ信号が基準電圧906より大き
くなると、減速要求信号を出力するようになっている。
なお、ここでの基準電圧906は、例えば、試料1の計
測面での凹凸が大きくなって制御帯域を超え、カンチレ
バー6が試料1面を追従不能になる直前のZセンサ7か
らのセンサ信号に対応した値に設定されている。
【0015】そして、減速判断手段905からの減速要
求信号は、パルス生成部901のクロック発生器901
aに与えられる。クロック発生器901aは、常時は、
一定周波数のクロック信号を出力し、減速判断手段90
5の減速要求信号が与えられると、クロック信号の周波
数を予め定められた周波数まで低下させるようにしてい
る。
求信号は、パルス生成部901のクロック発生器901
aに与えられる。クロック発生器901aは、常時は、
一定周波数のクロック信号を出力し、減速判断手段90
5の減速要求信号が与えられると、クロック信号の周波
数を予め定められた周波数まで低下させるようにしてい
る。
【0016】次に、このように構成した実施の形態の動
作を説明する。
作を説明する。
【0017】まず、通常の試料1の計測面での3次元計
測については、上述した図1および図2での説明と同様
である。この場合、減速判断手段905のコンパレータ
905aでは、Zセンサ7からのセンサ信号が基準電圧
906より大きくなることはなく、減速判断手段905
より減速要求信号が出力されることもない。
測については、上述した図1および図2での説明と同様
である。この場合、減速判断手段905のコンパレータ
905aでは、Zセンサ7からのセンサ信号が基準電圧
906より大きくなることはなく、減速判断手段905
より減速要求信号が出力されることもない。
【0018】次に、カンチレバー6が試料1面を追従で
きなくなる程度に、試料1の計測面での凹凸が大きい場
合は、Zスキャナ4に対するZ制御系のサーボ残差が大
きくなり、Zセンサ7からのセンサ信号も大きく変動す
る。そして、このセンサ信号がコンパレータ905aの
基準電圧906より大きくなると、減速判断手段905
より減速要求信号が出力され、パルス生成部901のク
ロック発生器901aに与えられる。
きなくなる程度に、試料1の計測面での凹凸が大きい場
合は、Zスキャナ4に対するZ制御系のサーボ残差が大
きくなり、Zセンサ7からのセンサ信号も大きく変動す
る。そして、このセンサ信号がコンパレータ905aの
基準電圧906より大きくなると、減速判断手段905
より減速要求信号が出力され、パルス生成部901のク
ロック発生器901aに与えられる。
【0019】これにより、クロック発生器901aは、
クロック信号の周波数を予め定められた周波数まで低下
され、また、パルス発生器901bでは、クロック信号
の周波数に応じたパルスPLSを出力するので、この時
のパルスPLSの速度も減速される。そして、このパル
スPLSは、UP/DOWNカウンタ902に送られ、
UP/DOWNカウントされるが、パルスPLSの速度
が減速されることにより、UP/DOWNのカウント速
度も遅くなり、この状態で、D/A変換器903を介し
て三角形状のアナログ駆動信号に変換され、高圧アンプ
904を介してXYスキャナ3に印加される。この場
合、XYスキャナ3に印加される三角形状のアナログ駆
動信号は、Zセンサ7のセンサ信号が基準電圧906を
僅かに上回る走査速度(予め設定された走査速度よりも
遅い速度)に制限されることになっており、この状態
で、試料1の計測面での3次元計測が続けられる。
クロック信号の周波数を予め定められた周波数まで低下
され、また、パルス発生器901bでは、クロック信号
の周波数に応じたパルスPLSを出力するので、この時
のパルスPLSの速度も減速される。そして、このパル
スPLSは、UP/DOWNカウンタ902に送られ、
UP/DOWNカウントされるが、パルスPLSの速度
が減速されることにより、UP/DOWNのカウント速
度も遅くなり、この状態で、D/A変換器903を介し
て三角形状のアナログ駆動信号に変換され、高圧アンプ
904を介してXYスキャナ3に印加される。この場
合、XYスキャナ3に印加される三角形状のアナログ駆
動信号は、Zセンサ7のセンサ信号が基準電圧906を
僅かに上回る走査速度(予め設定された走査速度よりも
遅い速度)に制限されることになっており、この状態
で、試料1の計測面での3次元計測が続けられる。
【0020】一方、この状態から、センサ信号が基準電
圧906を超えなくなり、Zスキャナ4に対するZ制御
系が十分に追従するようになると、減速判断手段905
の減速要求信号の出力は停止される。これにより、パル
ス生成部901のクロック発生器901aのクロック信
号は、最初の設定周波数に戻され、通常の速度での3次
元計測が実行される。
圧906を超えなくなり、Zスキャナ4に対するZ制御
系が十分に追従するようになると、減速判断手段905
の減速要求信号の出力は停止される。これにより、パル
ス生成部901のクロック発生器901aのクロック信
号は、最初の設定周波数に戻され、通常の速度での3次
元計測が実行される。
【0021】従って、このようにすれば、Zスキャナ4
に対するZ制御系のサーボ残差が大きくなって、Zセン
サ7からのセンサ信号がコンパレータ905aの基準電
圧906より大きくなると、減速要求信号がクロック発
生器901aに与えられ、パルス発生器901bからの
クロック信号の周波数を低下させて、XYスキャナ3に
よる走査速度を低速に移行できるようにしたので、例え
ば、半導体のラインパターンのように試料1の計測面の
一部に急峻な傾斜が存在する場合は、この急峻な傾斜部
分では、走査速度を低速にして3次元計測を行ない、そ
の他の部分では、通常の走査速度により3次元計測を行
なうようにできる。これにより、計測面に大きな凹凸が
存在するような試料1も含め、どのような試料1につい
ても、連続して3次元計測を行なうことができるように
なり、測定時間を短縮できるとともに、正確な3次元形
状を得ることができる。
に対するZ制御系のサーボ残差が大きくなって、Zセン
サ7からのセンサ信号がコンパレータ905aの基準電
圧906より大きくなると、減速要求信号がクロック発
生器901aに与えられ、パルス発生器901bからの
クロック信号の周波数を低下させて、XYスキャナ3に
よる走査速度を低速に移行できるようにしたので、例え
ば、半導体のラインパターンのように試料1の計測面の
一部に急峻な傾斜が存在する場合は、この急峻な傾斜部
分では、走査速度を低速にして3次元計測を行ない、そ
の他の部分では、通常の走査速度により3次元計測を行
なうようにできる。これにより、計測面に大きな凹凸が
存在するような試料1も含め、どのような試料1につい
ても、連続して3次元計測を行なうことができるように
なり、測定時間を短縮できるとともに、正確な3次元形
状を得ることができる。
【0022】なお、上述した実施の形態では、Zセンサ
7のセンサ信号は、カンチレバー6と試料1との間に働
く力で、カンチレバー6のたわみ量そのものであるごと
く説明したが、カンチレバー6が振動している場合は、
この振動振幅値を用いるようにしてもよい。また、上述
した実施の形態では、パルス発生器901bを用いた
が、これに代えて、市販のモータコントロール用ICを
使用し、このモータコントロール用ICの減速端子に減
速判断手段905の減速要求信号を入力することで、X
Yスキャナ3の走査速度を減速させるようにしてもよ
い。
7のセンサ信号は、カンチレバー6と試料1との間に働
く力で、カンチレバー6のたわみ量そのものであるごと
く説明したが、カンチレバー6が振動している場合は、
この振動振幅値を用いるようにしてもよい。また、上述
した実施の形態では、パルス発生器901bを用いた
が、これに代えて、市販のモータコントロール用ICを
使用し、このモータコントロール用ICの減速端子に減
速判断手段905の減速要求信号を入力することで、X
Yスキャナ3の走査速度を減速させるようにしてもよ
い。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、短時
間で正確な3次元形状を得ることができる走査型プロー
ブ顕微鏡を提供できる。
間で正確な3次元形状を得ることができる走査型プロー
ブ顕微鏡を提供できる。
【図1】本発明の一実施の形態の走査型プローブ顕微鏡
に用いられる走査波形生成部の概略構成を示す図。
に用いられる走査波形生成部の概略構成を示す図。
【図2】従来の走査型プローブ顕微鏡の概略構成を示す
図。
図。
【図3】従来の走査型プローブ顕微鏡に用いられる走査
波形生成部の概略構成を示す図。
波形生成部の概略構成を示す図。
1…試料 2…試料台 3…XYスキャナ 4…Zスキャナ 5…ステージ 6…カンチレバー 7…Zセンサ 8…Z制御部 9…走査波形生成部 901…パルス生成部 901a…クロック発生器 901b…パルス発生器 902…UP/DOWNカウンタ 903…D/A変換器 904…高圧アンプ 905…減速判断手段 905a…コンパレータ 906…基準電圧
Claims (2)
- 【請求項1】 試料に近接して配置されたカンチレバー
を有し、このカンチレバーの状態を検出する検出手段の
出力により前記カンチレバーと試料との間の距離を制御
するとともに、前記カンチレバーに対して前記試料を2
次元走査することにより該試料の3次元計測を可能にし
た走査型プローブ顕微鏡において、 前記検出手段の出力に基いて前記試料の2次元走査速度
の減速を判断する減速判定手段と、 この減速判定手段の判断結果に基いて前記試料の2次元
走査速度を減速させる速度制御手段とを具備したことを
特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項2】 減速判定手段は、前記検出手段の出力が
予め設定された基準値を超えたことにより減速要求信号
を出力する比較手段を有し、 前記速度制御手段は、所定周波数のクロック信号に応じ
たパルスを発生するパルス生成手段、このパルス生成手
段のパルスを計数するパルス計数手段、このパルス計数
手段でのパルス計数に応じて前記2次元走査出力を生成
する走査出力手段を有し、 前記減速判定手段の減速要求信号により前記速度制御手
段でのクロック信号の周波数を低下させることを特徴と
する請求項1記載の走査型プローブ顕微鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31696999A JP2001133381A (ja) | 1999-11-08 | 1999-11-08 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31696999A JP2001133381A (ja) | 1999-11-08 | 1999-11-08 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001133381A true JP2001133381A (ja) | 2001-05-18 |
Family
ID=18082965
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31696999A Withdrawn JP2001133381A (ja) | 1999-11-08 | 1999-11-08 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001133381A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003014605A (ja) * | 2001-06-29 | 2003-01-15 | Olympus Optical Co Ltd | 走査型プローブ顕微鏡 |
JP2014235096A (ja) * | 2013-06-03 | 2014-12-15 | 富士通株式会社 | 走査型プローブ顕微鏡の制御プログラム、制御方法及び制御装置 |
JP2016530499A (ja) * | 2013-06-24 | 2016-09-29 | ディーシージー システムズ、 インコーポレイテッドDcg Systems Inc. | 局所的な試料の特性によって制御されるプロービングの適応モードを備えたプロービングを利用したデータ収集システム |
US10539589B2 (en) | 2014-06-25 | 2020-01-21 | Fei Efa, Inc. | Through process flow intra-chip and inter-chip electrical analysis and process control using in-line nanoprobing |
-
1999
- 1999-11-08 JP JP31696999A patent/JP2001133381A/ja not_active Withdrawn
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