JP2005106599A - 走査型プローブ顕微鏡の誤測定検証方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 走査型プローブ顕微鏡を利用してウェハ等の試料をインライン自動検査を行うとき測定開始位置ずれなどの誤測定を正確に検証できる誤測定検証方法を提供する。
【解決手段】 走査型プローブ顕微鏡は、探針２０を有するカンチレバー２１、探針が試料１２の表面を走査するとき探針と試料の間で生じる原子間力等を測定する測定部（２４，３２等）、試料ステージ１１、光学顕微鏡１８を備える。走査型プローブ顕微鏡では、測定部によりＳＰＭ測定が行われる。このＳＰＭ測定で、さらに、試料の表面で測定部による測定開始位置ごとに光学顕微鏡像を記憶するステップと、測定部による測定で取得した画像を記憶するステップと、記憶された光学顕微鏡像と上記画像を比較するステップと、光学顕微鏡像と上記画像の比較で得られた差異に基づき測定の正常・異常を判定するステップと、を含んでなる誤測定検証方法が実施される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、走査型プローブ顕微鏡の誤測定検証方法に関し、特に、走査型プローブ顕微鏡によってウェハ等のインライン検査を実施する際に測定データの確かさを示す走査型プローブ顕微鏡の誤測定検証方法に関する。

走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）は、原子のオーダまたはサイズの微細な対象物を観察できる測定分解能を有する測定装置として知られる。近年、走査型プローブ顕微鏡は、半導体デバイスが作られた基板やウェハの表面の微細な凹凸形状の測定など各種の分野に適用されている。測定に利用する検出物理量に応じて各種のタイプの走査型プローブ顕微鏡がある。例えばトンネル電流を利用する走査型トンネル顕微鏡、原子間力を利用する原子間力顕微鏡、磁気力を利用する磁気力顕微鏡等があり、それらの応用範囲も拡大しつつある。

上記のうち原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）は、試料表面の微細な凹凸形状を高分解能で検出するのに適し、半導体基板、ディスクなどの分野で実績を上げている。最近ではインライン自動検査工程の用途でも使用されてきている。

原子間力顕微鏡は、基本的な構成として、原子間力顕微鏡の原理に基づく測定装置部分を備える。通常、圧電素子を利用して形成されたトライポッド型あるいはチューブ型のＸＹＺ微動機構を備え、このＸＹＺ微動機構の下端に、先端に探針が形成されたカンチレバーが取り付けられている。探針の先端は試料の表面に対向している。上記カンチレバーに対して例えば光てこ式光学検出装置が配備される。すなわち、カンチレバーの上方に配置されたレーザ光源（レーザ発振器）から出射されたレーザ光がカンチレバーの背面で反射され、光検出器より検出される。カンチレバーにおいて捩れや撓みが生じると、光検出器におけるレーザ光の入射位置が変化する。従って探針およびカンチレバーで変位が生じると、光検出器から出力される検出信号で当該変位の方向および量を検出できる。上記の原子間力顕微鏡の構成について、制御系として、通常、比較器、制御器が設けられる。比較器は、光検出器から出力される検出電圧信号と基準電圧とを比較し、その偏差信号を出力する。制御器は、当該偏差信号が０になるように制御信号を生成し、この制御信号をＸＹＺ微動機構内のＺ微動機構に与える。こうして、試料と探針の間の距離を一定に保持するフィードバックサーボ制御系が形成される。上記の構成によって探針を試料表面の微細凹凸に追従させながら走査し、その形状を測定することができる。

上記の原子間力顕微鏡に対して観察対象である試料が用意される。試料は、例えば、表面に多数の半導体デバイスが作りこまれた基板またはウェハである。この試料は試料ステージ上に設けられた試料ホルダ（試料チャック機構）の上に配置され、静電力で固定される。試料ステージは、それ自体、試料を移動させるための移動機構としてＸＹ移動機構およびＺ移動機構を備える。ＸＹ移動機構およびＺ移動機構は、前述したＸＹＺ微動機構に比較して、相対的に大きな距離の移動を可能にする粗動機構である。さらに上記原子間力顕微鏡では、試料表面等で広い範囲の観察を可能にする光学顕微鏡、および光学顕微鏡で得られた像を撮影するＴＶカメラ等が装備される。

上記の走査型プローブ顕微鏡で得られる画像（ＳＰＭ像）と、低分解能の光学顕微鏡で得られた光学顕微鏡像とを互いに関連付けて評価する方法としては、下記の特許文献１に記載される方法がある。この文献に開示される走査型プローブ顕微鏡での上記評価方法では、手動による測定を容易に行えるようにするため、まず低分解能の光学顕微鏡像を事前に取得し、その画像の上で走査型プローブ顕微鏡による測定領域を指定し、次にその測定領域に従ってＳＰＭ像を取得するものである。さらに得られた光学顕微鏡像とＳＰＭ像を関連付けて評価するように構成したものである。

しかし、上記の特許文献１に開示される従来技術では、測定前の領域指定であるので、低分解能の光学顕微鏡像を取得し、その後取得するＳＰＭ像と関連付けて記憶することができるが、ＳＰＭ測定開始直前の低分解能画像との関連ではないので、次のような問題がある。

第１に、光学顕微鏡像の取得とＳＰＭ像の取得とは異なる走査方式であり、装置機構に起因する誤差等の様々な誤差により精度面で真にＳＰＭ走査した箇所がどこであるかが明確に分らない。第２に、何らかの装置異常等によって測定位置ずれが発生しても分らない。第３に、低分解能画像の取得からＳＰＭ測定までの間の時間で起るかもしれない変化については知ることができない。例えば、ＳＰＭ測定開始前に試料上にゴミが載った等の影響により異常データ（本来の測定データと異なるデータ）となった場合に、測定位置が正しかったかどうかを知ることができない。

インライン自動検査工程では、オペレータの介在なしで自動でかつ連続で測定が行われるため、上記のような問題により測定結果に誤りがあった場合には、その検証が極めて困難となる。
特開２００２−３５０３２０号公報

本発明の課題は、走査型プローブ顕微鏡によるウェハ等のインライン自動検査工程において、オペレータの介在なしで自動でかつ連続で測定が行われたとしても、測定結果が本来の測定データという観点からその正誤の検証を正確に行えることを可能にするものである。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、走査型プローブ顕微鏡を利用してウェハ等の試料をインライン自動検査を行うことにおいて測定開始位置ずれなどの誤測定を正確に検証できる走査型プローブ顕微鏡の誤測定検証方法を提供することにある。

本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の誤測定検証方法は、上記目的を達成するために、次のように構成される。

走査型プローブ顕微鏡の誤測定検証方法（請求項１に対応）： 走査型プローブ顕微鏡は、試料に対向する探針を有する探針部（カンチレバー等）と、探針が試料の表面を走査するとき探針と試料の間で生じる物理量（原子間力等）を測定する測定部（光てこ式光学検出装置、フィードバックサーボ制御系、走査装置、ＸＹＺの微動機構、データ処理等の制御装置等）と、試料が載置される試料ステージと、試料の光学顕微鏡像を得るための光学顕微鏡装置とを備える。この走査型プローブ顕微鏡では、測定部で物理量を一定に保ちながら試料に対する探針の位置を変えて探針で試料の表面を走査して試料の表面を測定する。この走査型プローブ顕微鏡のＳＰＭ測定では、さらに、試料の表面で測定部による測定開始位置ごとに光学顕微鏡像を記憶するステップと、測定部による測定で取得した画像を記憶するステップと、記憶された光学顕微鏡像と予め記憶された基準としての光学顕微鏡像を比較するステップと、光学顕微鏡像と上記基準としての光学顕微鏡像との比較で得られた差異に基づき測定の正常・異常を判定するステップと、を含んで成る誤測定検証方法が実施される。

他の走査型プローブ顕微鏡の誤測定検証方法（請求項２に対応）は、上記の誤測定検証方法において、好ましくは、上記の差異は測定位置ずれであることで特徴づけられる。また他の走査型プローブ顕微鏡の誤測定検証方法（請求項３に対応）は、上記の誤測定検証方法において、好ましくは、光学顕微鏡像を比較するステップは、実測定時の光学顕微鏡とレシピに記憶されている基準としての光学顕微鏡像との中に示される目安となる特定のパターンの形状と位置を比較し、正常・異常を判定するステップは、上記比較の結果が同じであれば正常、異なれば異常と判定することで特徴づけられる。さらに他の走査型プローブ顕微鏡の誤測定検証方法（請求項４に対応）は、上記の誤測定検証方法において、好ましくは、正常・異常を判定するステップは、判定結果を測定データに関連づけて記憶することで特徴づけられる。

本発明によれば、走査型プローブ顕微鏡によって試料表面の測定領域を測定する場合において特にインライン検査で測定結果に誤りがあったか否かの検証を容易にかつ確実に行うことができる。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

図１に従って本発明に係る走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の全体の構成を説明する。この走査型プローブ顕微鏡は、代表的な例として、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を想定している。

走査型プローブ顕微鏡の下側部分には試料ステージ１１が設けられている。試料ステージ１１の上に試料１２が置かれている。試料ステージ１１は、直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸で成る３次元座標系１３で試料１２の位置を変えるための機構である。試料ステージ１１は、ＸＹステージ１４とＺステージ１５と試料ホルダ１６とから構成されている。試料ステージ１１は、通常、試料側で変位（位置変化）を生じさせる粗動機構部として構成される。試料ステージ１１の試料ホルダ１６の上面には、比較的大きな面積でかつ薄板形状の上記試料１２が置かれ、保持されている。試料１２は、例えば、表面上に半導体デバイスの集積回路パターンが製作された基板またはウェハである。試料１２は試料ホルダ１６上に固定されている。試料ホルダ１６は試料固定用チャック機構を備えている。

図２に従って試料ステージ１１の具体的な構成例を説明する。図２で、１４はＸＹステージであり、１５はＺステージである。ＸＹステージ１４は水平面（ＸＹ平面）上で試料を移動させる機構であり、Ｚステージ１５は垂直方向に試料１２を移動させる機構である。Ｚステージ１５は例えばＸＹステージ１４の上に搭載されて取り付けられている。

ＸＹステージ１４は、Ｙ軸方向に向けて配置された平行な２本のＹ軸レール２０１とＹ軸モータ２０２とＹ軸駆動力伝達機構２０３から成るＹ軸機構部と、Ｘ軸方向に向けて配置された平行な２本のＸ軸レール２０４とＸ軸モータ２０５とＸ軸駆動力伝達機構２０６から成るＸ軸機構部とから構成されている。上記ＸＹステージ１４によって、Ｚステージ１５はＸ軸方向またはＹ軸方向に任意に移動させられる。またＺステージ１５には、試料ホルダ１６をＺ軸方向に昇降させるための駆動機構が付設されている。図２では当該駆動機構は隠れており、図示されていない。試料ホルダ１６の上には試料１２を固定するためのチャック機構２０７が設けられる。チャック機構２０７には、通常、機械式、吸着や静電等の作用を利用した機構が利用される。

図１において、試料１２の上方位置には、駆動機構１７を備えた光学顕微鏡１８が配置されている。光学顕微鏡１８は駆動機構１７によって支持されている。駆動機構１７は、光学顕微鏡１８を、Ｚ軸方向に動かすためのフォーカス用Ｚ方向移動機構部１７ａと、ＸＹの各軸方向に動かすためのＸＹ方向移動機構部１７ｂとから構成されている。取付け関係として、Ｚ方向移動機構部１７ａは光学顕微鏡１８をＺ軸方向に動かし、ＸＹ方向移動機構部１７ｂは光学顕微鏡１８とＺ方向移動機構部１７ａのユニットをＸＹの各軸方向に動かす。ＸＹ方向移動機構部１７ｂはフレーム部材に固定されるが、図１で当該フレーム部材の図示は省略されている。光学顕微鏡１８は、その対物レンズ１８ａを下方に向けて配置され、試料１２の表面を真上から臨む位置に配置されている。光学顕微鏡１８の上端部にはＴＶカメラ（撮像装置）１９が付設されている。ＴＶカメラ１９は、対物レンズ１８ａで取り込まれた試料表面の特定領域の像を撮像して取得し、画像データを出力する機能を有する。

試料１２の上側には、先端に探針２０を備えたカンチレバー２１が接近した状態で配置されている。カンチレバー２１は取付け部２２に固定されている。取付け部２２は、例えば、空気吸引部（図示せず）が設けられると共に、この空気吸引部は空気吸引装置（図示せず）に接続されている。カンチレバー２１は、その大きな面積の基部が取付け部２２の空気吸引部で吸着されることにより、固定され装着される。

上記の取付け部２２は、Ｚ方向に微動動作を生じさせるＺ微動機構２３に取り付けられている。さらにＺ微動機構２３はカンチレバー変位検出部２４の下面に取り付けられている。

カンチレバー変位検出部２４は、支持フレーム２５にレーザ光源２６と光検出器２７が所定の配置関係で取り付けられた構成を有する。カンチレバー変位検出部２４とカンチレバー２１は一定の位置関係に保持され、レーザ光源２６から出射されたレーザ光２８はカンチレバー２１の背面で反射されて光検出器（分割フォトダイオード等）２７に入射されるようになっている。上記カンチレバー変位検出部は光てこ式光学検出装置を構成する。この光てこ式光学検出装置によって、カンチレバー２１で捩れや撓み等の変形が生じると、当該変形による変位を検出することができる。

カンチレバー変位検出部２４はＸＹ微動機構２９に取り付けられている。ＸＹ微動機構２９によってカンチレバー２１および探針２０等はＸＹの各軸方向に微小距離で移動される。このとき、カンチレバー変位検出部２４は同時に移動されることになり、カンチレバー２１とカンチレバー変位検出部２４の位置関係は不変である。このＸＹ微動機構２９は上記した図示しないフレーム部材に固定されている。

上記において、Ｚ微動機構２３とＸＹ微動機構２９は、通常、圧電素子で構成されている。Ｚ微動機構２３とＸＹ微動機構２９によって、探針２０の移動について、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各々へ微小距離（例えば数〜１０μｍ、最大１００μｍ）の変位を生じさせる。

上記の取付け関係において、光学顕微鏡１８による観察視野には、試料１２の特定領域の表面と、カンチレバー２１における探針２０を含む先端部（背面部）とが含まれる。

次に、走査型プローブ顕微鏡の制御系を説明する。制御系の構成としては、比較器３１、制御器３２、第１制御装置３３、第２制御装置３４が設けられる。制御器３２は、例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による測定機構を原理的に実現するための制御器である。また第１制御装置３３は複数の駆動機構等のそれぞれの駆動制御用の制御装置であり、第２制御装置３４は上位の制御装置である。

比較器３１は、光検出器２７から出力される電圧信号Ｖdと予め設定された基準電圧（Vref）とを比較し、その偏差信号ｓ１を出力する。制御器３２は、偏差信号ｓ１が０になるように制御信号ｓ２を生成し、この制御信号ｓ２をＺ微動機構２３に与える。制御信号ｓ２を受けたＺ微動機構２３は、カンチレバー２１の高さ位置を調整し、探針２０と試料１２の表面との間の距離を一定の距離に保つ。上記の光検出器２７からＺ微動機構２３に到る制御ループは、探針２０で試料表面を走査するとき、光てこ式光学検出装置によってカンチレバー２１の長手方向に沿った撓み方向に係る変形状態を検出しながら、探針２０と試料１２との間の距離を上記の基準電圧（Vref）に基づいて決まる所定の一定距離に保持するためのフィードバックサーボ制御のループである。この制御ループによって、カンチレバー２１の撓み量は一定に保たれ、これにより探針２０は試料１２の表面から一定の距離に保たれ、この状態で試料１２の表面を走査すると、試料表面の凹凸形状を測定することができる。

次に第１制御装置３３は、走査型プローブ顕微鏡の各部を駆動させるための制御装置であり、次のような機能部を備えている。

光学顕微鏡１８は、フォーカス用Ｚ方向移動機構部１７ａとＸＹ方向移動機構部１７ｂとから成る駆動機構１７によって、その位置が変化させられる。第１制御装置３３は、上記のＺ方向移動機構部１７ａとＸＹ方向移動機構部１７ｂのそれぞれの動作を制御するための第１駆動制御部４１と第２駆動制御部４２を備えている。

光学顕微鏡１８によって得られた試料表面やカンチレバー２１の像は、ＴＶカメラ１９によって撮像され、画像データとして取り出される。光学顕微鏡１８のＴＶカメラ１９で得られた画像データは、第１制御装置３３に入力され、内部の画像処理部４３で処理される。

制御器３２等を含む上記のフィードバックサーボ制御ループにおいて、制御器３２から出力される制御信号ｓ２は、走査型プローブ顕微鏡（原子間力顕微鏡）における探針２０の高さ信号を意味するものである。探針２０の高さ信号すなわち制御信号ｓ２によって探針２０の高さ位置の変化に係る情報を得ることができる。探針２０の高さ位置情報を含む上記制御信号ｓ２は、前述のごとくＺ微動機構２３に対して駆動制御用に与えられると共に、制御装置３３内のデータ処理部４４に取り込まれる。

試料１２の表面の測定領域について探針２０による試料表面の走査は、ＸＹ微動機構２９を駆動することにより行われる。ＸＹ微動機構２９の駆動制御は、ＸＹ微動機構２９に対してＸＹ走査信号ｓ３を提供するＸＹ走査制御部４５によって行われる。

また試料ステージ１１のＸＹステージ１４とＺステージ１５の駆動は、Ｘ方向駆動信号を出力するＸ駆動制御部４６とＹ方向駆動信号を出力するＹ駆動制御部４７とＺ方向駆動信号を出力するＺ駆動制御部４８とによって制御される。

なお第１制御装置３３は、必要に応じて、設定された制御用データ、入力した光学顕微鏡画像データや探針の高さ位置に係るデータ等を記憶・保存する記憶部（図示せず）を備える。

上記第１制御装置３３に対して上位に位置する第２制御装置３４が設けられている。第２制御装置３４は、通常の計測プログラムの記憶・実行および通常の計測条件の設定・記憶、自動計測プログラムの記憶・実行およびその計測条件の設定・記憶、計測データの保存、計測結果の画像処理および表示装置（モニタ）３５への表示等の処理を行う。特に、本発明の場合には、自動計測において試料表面のＡＦＭ測定等で測定後に誤測定を検証するためのプロセスを含んでおり、このプロセスのためのプログラム（レシピ等）を備えている。計測条件の設定では、測定範囲、測定スピードといった基本項目、検証のための条件など、自動計測の条件の設定が行われ、それらの条件は設定ファイルに記憶され、管理される。さらに、通信機能を有するように構成し、外部装置との間で通信を行える機能を持たせることもできる。

第２制御装置３４は、上記の機能を有することから、処理装置であるＣＰＵ５１と記憶部５２とから構成される。記憶部５２には上記のプログラムおよび条件データ等が記憶・保存されている。また第２制御装置３４は、画像表示制御部５３と通信部等を備える。加えて第２制御装置３４にはインタフェース５４を介して入力装置３６が接続されており、入力装置３６によって記憶部５２に記憶される測定プログラム、測定条件、データ等を設定・変更することができるようになっている。

第２制御装置３４のＣＰＵ５１は、バス５５を介して、第１制御装置３３の各機能部に対して上位の制御指令等を提供し、また画像処理部４３やデータ処理部４４等から画像データや探針の高さ位置に係るデータを提供される。

次に上記の走査型プローブ顕微鏡すなわち原子間力顕微鏡の基本動作を説明する。

試料ステージ１１上に置かれた半導体基板等の試料１２の表面の所定領域に対してカンチレバー２１の探針２０の先端を臨ませる。通常、探針接近用機構であるＺステージ１５によって探針２０を試料１２の表面に近づけ、原子間力を作用させてカンチレバー２１に撓み変形を生じさせる。このとき上記フィードバックサーボ制御ループはオン状態にされている。カンチレバー２１の撓み変形による撓み量を、前述した光てこ式光学検出装置によって検出する。この状態において、試料表面に対して探針２０を移動させることにより試料表面の走査（ＸＹ走査）が行われる。探針２０による試料１２の表面のＸＹ走査は、探針２０の側をＸＹ微動機構２９で移動（微動）させることによって、または試料１２の側をＸＹステージ１４で移動（粗動）させることによって、試料１２と探針２０の間で相対的なＸＹ平面内での移動関係を作り出すことにより行われる。

探針２０側の移動は、カンチレバー２１を備えるＸＹ微動機構２９に対してＸＹ微動に係るＸＹ走査信号ｓ３を与えることによって行われる。ＸＹ微動に係る走査信号ｓ３は第１制御装置３３内のＸＹ走査制御部４５から与えられる。他方、試料側の移動は、試料ステージ１１のＸＹステージ１４に対してＸ駆動制御部４６とＹ駆動制御部４７から駆動信号を与えることによって行われる。

上記のＸＹ微動機構２９は、圧電素子を利用して構成され、高精度および高分解能な走査移動を行うことができる。またＸＹ微動機構２９によるＸＹ走査で測定される測定範囲については、圧電素子のストロークによって制約されるので、最大でも約１００μｍ程度の距離で決まる範囲となる。ＸＹ微動機構２９によるＸＹ走査によれば、微小な狭域範囲の測定となる。他方、上記のＸＹステージ１４は、通常、駆動部として電磁気モータを利用して構成するので、そのストロークは数百ｍｍまで大きくすることができる。ＸＹステージによるＸＹ走査によれば、広域範囲の測定となる。

上記のごとくして、試料１２の表面上の所定の測定領域を探針２０で走査しながら、フィードバックサーボ制御ループに基づいてカンチレバー２１の撓み量（撓み等による変形量）が一定になるように制御を行う。カンチレバー２１の撓み量は、常に、基準となる目標撓み量（基準電圧Ｖrefで設定される）に一致するように制御される。その結果、探針２０と試料１２の表面との距離は一定の距離に保持される。従って探針２０は、例えば、試料１２の表面の微細凹凸形状（プロファイル）をなぞりながら移動（走査）することになり、探針の高さ信号を得ることによって試料１２の表面の微細凹凸形状を計測することができる。

上記のごとき走査型プローブ顕微鏡は、例えば、図３に示すごとく、半導体デバイス（ＬＳＩ）のインライン製作装置の例えば途中段階で基板（ウェハ）の検査を行う自動検査工程６２として組み込まれる。図示しない基板搬送装置によって、前段の製作処理工程６１から検査対象である基板（試料１２）を搬出し、自動検査工程６２の上記走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の基板ホルダ１６上に置くと、走査型プローブ顕微鏡により基板表面の所定領域の微細凹凸形状が自動的に計測され、前段での基板製作の処理内容の合否が判定され、その後、再び基板搬送装置によって後段の製作処理工程６３へ搬出される。

次に上記原子間力顕微鏡における誤差測定検証方法について説明する。

図４にＳＰＭ測定開始位置での光学顕微鏡１８による光学顕微鏡像の記憶の例を示す。この像の記憶は、光学顕微鏡１８およびそのＴＶカメラ１９で光学顕微鏡像を取得し、取得した光学顕微鏡像を第２制御装置３４の記憶部５２へ記憶することによって実行される。ＳＰＭ測定開始位置は、光学顕微鏡１８による視野７１内に含めて記憶される。図４において、光学顕微鏡像の視野７１でヘアラインカーソル７２，７３の交点７４がＳＰＭ測定開始位置となる。７５は試料表面の特定パターンである。

図５に、試料１２の表面の所定領域の測定処理においてＳＰＭ測定開始位置の光学顕微鏡像を取得する手順を示したフローチャートを示している。このフローチャートでは、試料１２の表面における特定の測定領域に関して、走査型プローブ顕微鏡による測定（ＳＰＭ測定）の位置決めが最初に行われる（ステップＳ１１）。次に、当該ＳＰＭ測定位置に関して光学顕微鏡１８およびＴＶカメラ１９によって光学顕微鏡像を取得して記憶する（ステップＳ１２）。最後に、ＳＰＭ測定を実行し、ＳＰＭ測定像を取得して記憶する（ステップＳ１３）。この光学顕微鏡像とＳＰＭ測定像は、ＳＰＭ測定開始位置と共に関連付けられた形で記憶される。

また図６は、第２制御装置３４の記憶部５２に記憶されたレシピ（処理・条件手順プログラム）に記憶される光学顕微鏡像と、測定時に記憶される光学顕微鏡像とＳＰＭ測定像の関係を示している。

図６の（Ａ）で、８１は測定条件を決める際等に予めレシピに記憶された基準としての光学顕微鏡像であり、図４で示されたとものと同じである。光学顕微鏡像８０では、ヘアラインカーソル７２，７３と試料表面の目安としての特定のパターン７５が示されている。図６の（Ｂ）で、８１〜８４は測定時に上記ステップＳ１２に基づいて記憶された光学顕微鏡像の４つの例である。また図６の（Ｃ）で９１〜９４は、各光学顕微鏡像８１〜８４のそれぞれに対応してステップＳ１３の実行に基づいて得られたＳＰＭ測定像（１ラインプロファイル）を示している。

上記において、８１と８３に関しては、レシピに記憶された光学顕微鏡像８０と、測定時に記憶された光学顕微鏡像とが同じで、かつＳＰＭ像も正しいことから正常に測定されたと判断することができる。

８２に関しては、レシピに記憶された光学顕微鏡像８０と、測定時に記憶された光学顕微鏡像とが明確に異なるため、ＳＰＭ測定位置に位置ずれが発生していることが分る。ＳＰＭ測定像９２自体も異常なものとなっている。

８４に関しては、レシピに記憶された光学顕微鏡像８０と、測定時に記憶された光学顕微鏡像とが同じであるが、ＳＰＭ測定像９４が異常となっている。このことは、測定位置は正しかったが、それ以外の要因（試料そのものの形状、ゴミが載ったなど）で異常データとなったことが分る。

上記のごとく、図５のフローチャートに従って必要な画像データを取得し、図６に示すごとく対比を行うと、ＳＰＭ測定で得られたＳＰＭ測定像が測定開始位置などの誤測定を含むものであるか否かを正確に検証することができる。上記の検証のステップは、ＳＰＭ測定時に取得した光学顕微鏡像、およびＳＰＭ測定像を、レシピに記憶された光学顕微鏡像 を基準にして対比・検討することにより、行われる。上記の検証のステップ、すなわちＳＰＭ測定開始位置での光学顕微鏡像を比較する手段は、専ら作業者または操作者の目視作業による検証という観点で説明したが、上記のステップＳ１３の後に、画像認識により自動的に比較・判定するステップを設けることも可能である。また、比較・判定した結果を、測定データと関連付けて記憶することもできる。

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

本発明は、走査型プローブ顕微鏡による基板等の試料の表面の凹凸測定であってインライン検査において、測定開始位置ずれなどの誤測定検証に利用される。

本発明に係る誤測定検証方法を実施する走査型プローブ顕微鏡の代表例である原子間力顕微鏡装置の全体的な構成を示す構成図である。 試料ステージの具体的な構成を示す斜視図である。 インライン検査工程の構成を示す図である。 レシピに記憶される基準となる光学顕微鏡像の例を示す図である。 本発明に係る誤測定検証方法の手順を示すフローチャートである。 誤測定検証の仕方の一例を示す説明図である。

符号の説明

１１ 試料ステージ
１２ 試料
１６ 試料ホルダ
１７ 駆動機構
１８ 光学顕微鏡
１９ ＴＶカメラ
２０ 探針
２１ カンチレバー
２２ 取付け部
２３ Ｚ微動機構
２９ ＸＹ微動機構
３０ 探針傾斜機構
３３ 第１制御装置
３４ 第２制御装置

Claims (4)

1. 試料に対向する探針を有する探針部と、前記探針が前記試料の表面を走査するとき前記探針と前記試料の間で生じる物理量を測定する測定部と、前記試料が載置される試料ステージと、前記試料の光学顕微鏡像を得るための光学顕微鏡装置とを備え、前記測定部で前記物理量を一定に保ちながら前記試料に対する前記探針の位置を変え前記探針で前記試料の表面を走査して前記試料の表面を測定する走査型プローブ顕微鏡において、
   前記試料の表面で前記測定部による測定開始位置ごとに前記光学顕微鏡像を記憶するステップと、
   前記測定部による測定で取得した画像を記憶するステップと、
   記憶された前記光学顕微鏡像と予め記憶された基準としての光学顕微鏡像とを比較するステップと、
   前記光学顕微鏡像と前記基準としての光学顕微鏡像との比較で得られた差異に基づき測定の正常・異常を判定するステップと、
   から成ることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡の誤測定検証方法。
2. 前記差異は測定位置ずれであ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の誤測定検証方法。
3. 前記光学顕微鏡像を比較するステップは、実測定時の光学顕微鏡とレシピに記憶されている基準としての光学顕微鏡像との中に示される目安となる特定のパターンの形状と位置を比較し、前記正常・異常を判定するステップは、前記比較の結果が同じであれば正常、異なれば異常と判定することを特徴とする請求項１または２記載の走査型プローブ顕微鏡の誤測定検証方法。
4. 前記正常・異常を判定するステップは、判定結果を測定データに関連づけて記憶することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡の誤測定検証方法。
   

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