JP2010038856A - Scanning probe microscope - Google Patents

Scanning probe microscope Download PDF

Info

Publication number
JP2010038856A
JP2010038856A JP2008205235A JP2008205235A JP2010038856A JP 2010038856 A JP2010038856 A JP 2010038856A JP 2008205235 A JP2008205235 A JP 2008205235A JP 2008205235 A JP2008205235 A JP 2008205235A JP 2010038856 A JP2010038856 A JP 2010038856A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
measurement
sample
scanning probe
probe microscope
reference pattern
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008205235A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuichi Baba
修一 馬塲
Masahiro Watanabe
正浩 渡辺
Toshihiko Nakada
俊彦 中田
Toru Kurenuma
榑沼  透
Takashi Morimoto
高史 森本
Satoshi Sekino
聡 関野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery FineTech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery FineTech Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery FineTech Co Ltd
Priority to JP2008205235A priority Critical patent/JP2010038856A/en
Publication of JP2010038856A publication Critical patent/JP2010038856A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that a highly precise measurement result cannot be obtained owing to distortion of a measured image caused by drifting in measurement of a pattern shape and a pattern arrangement in nanometer order in the fields of semiconductor and storage having further increasing demands in the future. <P>SOLUTION: A previously selected reference pattern region is measured at a certain timing during measurement of a measurement region of sample characteristics with a scanning probe microscope, and the displacement of a probe is corrected while necessarily specifying the displacement in an XYZ axis from a measured image of the reference pattern. Further, the specified displacement and the temperature data in a measurement chamber are used to correct the distortion of the measurement image of the sample characteristics. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、走査型プローブ顕微鏡を用いた測定におけるドリフトに起因する測定像の歪み補正技術に関する。   The present invention relates to a technique for correcting distortion of a measurement image caused by drift in measurement using a scanning probe microscope.

微細立体形状の計測技術の一つとして走査探針顕微鏡(SPM:Scanning Probe Microscope)が知られている。これは、先鋭化された探針(プローブ)を、試料表面に近接もしくは接触させ、その際、探針と試料間に生じる原子間力等の物理的な相互作用の計測量を画像として表示するものである。その中のひとつであるAFM(Atomic Force Microscope)はカンチレバーと呼ばれる微小な片もち梁(板ばね)の先端にとりつけられた探針と試料の間に働く原子間力、つまり探針・試料間の接触力を、カンチレバーのたわみによる変位量によって検出し、これが一定になるように制御しながら試料表面を走査することにより、試料表面の微細形状を計測する技術であり、原子オーダーでの微細立体形状が測定できる技術として、生物、物理、半導体、ストレージ等の多岐の分野に亘って広く用いられている。   A scanning probe microscope (SPM) is known as one of measuring techniques for a fine three-dimensional shape. In this method, a sharpened probe (probe) is brought close to or in contact with the sample surface, and at that time, a measurement amount of physical interaction such as an atomic force generated between the probe and the sample is displayed as an image. Is. One of them, AFM (Atomic Force Microscope), is an atomic force acting between the probe attached to the tip of a minute cantilever beam called a cantilever and the sample, that is, between the probe and the sample. It is a technology that measures the fine shape of the sample surface by scanning the sample surface while detecting the contact force by the amount of displacement due to the deflection of the cantilever, and controlling this so that it becomes constant. As a technology that can measure the above, it is widely used in various fields such as biological, physical, semiconductor, and storage.

ただし、走査プローブ顕微鏡を用いた測定においては、走査プローブ顕微鏡特有の測定像の歪という問題が存在するため、特にパターンが微小化すればする程、高精度な測定結果を得ることができない。測定像の歪の原因としては、XYZ各軸のリニアリティー、各軸間の直交性、各軸間の干渉等、様々なものが存在するが、主な原因としては駆動アクチュエータとして用いる圧電素子の非線形性、また測定環境の変化に伴って起こる装置のドリフト等が知られている。   However, in the measurement using the scanning probe microscope, there is a problem of distortion of the measurement image peculiar to the scanning probe microscope. Therefore, as the pattern becomes finer, a highly accurate measurement result cannot be obtained. There are various causes of distortion of the measurement image, such as linearity of each axis of XYZ, orthogonality between each axis, interference between each axis, etc. The main cause is nonlinearity of the piezoelectric element used as a drive actuator. The drift of the apparatus etc. which occur with the change of a measurement property or a measurement environment are known.

これらの内、圧電素子の非線形性については、予め圧電素子の変位特性を測定しておき、得られた特性データを用いることによって取得したデータをソフト的に補正する方法、また機構に変位センサを付設し、変位センサによるフィードバック制御を行うことによって補正を行う方法等が知られており、最近ではアクチュエータとして圧電素子を使用せず、リニアリティーの高いボイスコイルモータを使用した機構も存在している。   Among these, with regard to the nonlinearity of the piezoelectric element, a method of correcting displacement data of the piezoelectric element by measuring the displacement characteristic of the piezoelectric element in advance and using the obtained characteristic data as a software, and a mechanism that uses a displacement sensor. A method of correcting by performing feedback control using a displacement sensor is known. Recently, there is a mechanism using a voice coil motor having high linearity without using a piezoelectric element as an actuator.

一方、ドリフトによる測定歪みを解消する方法として、特許文献1にはドリフトによる探針−試料間距離の相対位置変化を変位センサで直接測定し、測定歪みを補正する方法が開示されている。また、特許文献2には測定用探針の他にドリフト量を測定するための補正用探針を複数備え、これら探針によって試料もしくは試料台の特定位置を追従するように制御し、補正用探針の移動量からドリフト量を算出して、測定画像の補正を行う方法が開示されている。
米国特許第7249002号明細書 特開平10−267943号公報
On the other hand, as a method for eliminating measurement distortion due to drift, Patent Document 1 discloses a method of directly measuring a relative position change of the probe-sample distance due to drift with a displacement sensor and correcting the measurement distortion. Further, Patent Document 2 includes a plurality of correction probes for measuring the drift amount in addition to the measurement probe, and the probe is controlled so as to follow a specific position of the sample or the sample stage by using the correction probe. A method of correcting a measurement image by calculating a drift amount from a probe movement amount is disclosed.
US Pat. No. 7,249,002 Japanese Patent Laid-Open No. 10-267943

上記ドリフトによる測定像の歪みは、今後更なる需要が高まる半導体やストレージ分野におけるナノメートルオーダーでのパターン形状・パターン配列の測定において、高精度な測定結果を得ることができない。ドリフト現象は、主に測定時間の経過に伴う測定室(以下、測定チャンバー)内の温度変化によって、図1に示すように装置の構成部材が熱膨張・収縮し、探針103と試料ステージ102上の試料101間の相対位置(XYZ位置)が変化することによって生じる。   The distortion of the measurement image due to the drift cannot provide a highly accurate measurement result in the measurement of the pattern shape / pattern arrangement on the nanometer order in the semiconductor and storage fields where further demand will increase in the future. The drift phenomenon is caused by thermal expansion / contraction of the constituent members of the apparatus as shown in FIG. This occurs when the relative position (XYZ position) between the upper samples 101 changes.

このため、例えば図2に示すL&S(Line and Space)パターン201を測定した場合、一般のラスタスキャンでは、L&S測定像202に示すように探針の走査方向(X軸)と垂直な方向(Y軸)、つまり測定時間が経過する方向(測定ラインが進む方向)に対しての位置ずれが顕著に観察される。   For this reason, for example, when the L & S (Line and Space) pattern 201 shown in FIG. 2 is measured, in a general raster scan, as shown in the L & S measurement image 202, the direction perpendicular to the probe scanning direction (X axis) (Y (Axis), that is, the positional deviation with respect to the direction in which the measurement time elapses (the direction in which the measurement line advances) is noticeable.

この際のドリフト量は、図1に示す各構成部材の熱膨張・収縮量の和となるため式(1)で表され、各構成部材の材質や大きさの他、配置方法によっても変化する。
Σ(Δl)=Σ(l0i・α・ΔT)・・・(1)
(Δl:熱膨張による各部材の伸び量,l0i:各部材の初期長さ,α:各部材の熱膨張係数、ΔT:温度変化)
The drift amount at this time is the sum of the thermal expansion and contraction amounts of the respective constituent members shown in FIG. 1, and is expressed by the formula (1). The drift amount also varies depending on the arrangement method in addition to the material and size of each constituent member. .
Σ (Δl i ) = Σ (l 0i · α i · ΔT) (1)
(Δl i : Elongation amount of each member due to thermal expansion, l 0i : Initial length of each member, α i : Thermal expansion coefficient of each member, ΔT: Temperature change)

従来のドリフト解消の方法では、探針と試料間の位置関係を測定している場所と実際の測定用探針の位置が異なっているため、それぞれの位置で生じるドリフト量に誤差が発生するとともに、探針と試料間を測定する別のセンサ、もしくは探針が必要となるため、センサ、機構部、制御回路が増えることになり、装置の製造コストが高くなるといった問題も生じる。   In the conventional drift elimination method, the location where the positional relationship between the probe and the sample is measured is different from the actual measurement probe position, so an error occurs in the drift amount generated at each position. Further, since another sensor for measuring the distance between the probe and the sample, or a probe is required, the number of sensors, mechanism units, and control circuits is increased, and there is a problem that the manufacturing cost of the apparatus is increased.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、測定用の探針を用いて探針と試料間の位置ずれ量を特定し、補正する方法を提供する。
本発明の走査プローブ顕微鏡は、探針で試料表面を走査し、探針と試料表面間に働く相互作用を検出することによって試料特性を測定する走査プローブ顕微鏡であって、前記試料特性を測定中のあるタイミングで、予め選択されたリファレンスパターン領域を適宜測定するリファレンスパターン測定部と、リファレンスパターン測定像から前記探針と前記試料間の位置ずれ量を特定する位置ずれ量特定部とを有し、前記探針の位置ずれ補正、もしくは前記試料特性の測定像の位置ずれ補正、もしくは前記探針及び前記試料特性の測定像の位置ずれ補正のいずれかを実施することを特徴とする。
具体的には、図3に示すように、走査プローブ顕微鏡を用いて試料特性の測定領域302を測定中のあるタイミングで予め選択されたリファレンスパターン領域301に移動して測定を行い、リファレンスパターン測定像から適宜XYZ軸方向の位置ずれ量を特定して探針の位置ずれ補正を行う。さらに、特定した位置ずれ量と測定チャンバー内の温度データを用いることによって、試料特性像の歪み補正を行う。これによって、上記で述べたドリフト量の測定誤差を解消し、装置の製造コストも低く抑えることができる。
The present invention has been made in view of the above points, and provides a method for specifying and correcting the amount of positional deviation between a probe and a sample using a measurement probe.
The scanning probe microscope of the present invention is a scanning probe microscope that measures a sample characteristic by scanning a sample surface with a probe and detecting an interaction between the probe and the sample surface, and measuring the sample characteristic. A reference pattern measuring unit that appropriately measures a preselected reference pattern region at a certain timing, and a positional deviation amount specifying unit that specifies a positional deviation amount between the probe and the sample from a reference pattern measurement image One of correction of the positional deviation of the probe, the positional deviation of the measurement image of the sample characteristic, or the positional deviation correction of the measurement image of the probe and the sample characteristic is performed.
Specifically, as shown in FIG. 3, measurement is performed by moving a sample characteristic measurement region 302 to a reference pattern region 301 selected in advance at a certain timing during measurement using a scanning probe microscope. The position deviation of the XYZ axes is appropriately specified from the image, and the probe position deviation is corrected. Further, the distortion of the sample characteristic image is corrected by using the specified positional deviation amount and the temperature data in the measurement chamber. As a result, the measurement error of the drift amount described above can be eliminated, and the manufacturing cost of the apparatus can be kept low.

本発明によれば、ドリフトによる試料測定像の歪み量を除去することが可能となり、半導体製造におけるCMP(Chemical Mechanical Polishing)後の平坦性評価やエッチング後のラインエッジラフネス評価、もしくは、ストレージ分野におけるパターンドメディア製造におけるパターン形状評価やパターン配列評価等に寄与する。   According to the present invention, it is possible to remove the distortion amount of the sample measurement image due to drift, and the flatness evaluation after CMP (Chemical Mechanical Polishing) in semiconductor manufacturing, the line edge roughness evaluation after etching, or the storage field. This contributes to pattern shape evaluation and pattern arrangement evaluation in patterned media production.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本測定を行う装置の構成を図4に示す。装置は、測定試料401を載せ移動が可能な粗動ステージ402、試料上を走査する探針403、探針をXYZ方向に駆動する探針駆動部404、探針403を支持するカンチレバーのたわみ、ねじれの検出を行うたわみ・ねじれ検出部405、XYZ各軸の駆動変位を検出する駆動変位検出部406、検出した各センサ信号をサンプリングするサンプリング回路407、探針駆動部404に指令を出す探針制御部408、粗動ステージ402および測定シーケンス等の制御を行う全体制御部409、データの記録を行うデータ記憶部410、演算処理等を行う演算処理部411、演算処理部での処理結果の表示を行う結果表示部412、測定チャンバー内の温度を測定するための温度センサ413から構成される。   FIG. 4 shows the configuration of an apparatus that performs this measurement. The apparatus includes a coarse movement stage 402 on which a measurement sample 401 can be placed and moved, a probe 403 that scans the sample, a probe drive unit 404 that drives the probe in the XYZ directions, a deflection of a cantilever that supports the probe 403, Deflection / twist detection unit 405 that detects torsion, drive displacement detection unit 406 that detects the drive displacement of each axis of XYZ, sampling circuit 407 that samples each detected sensor signal, and probe that issues a command to probe drive unit 404 Control unit 408, coarse movement stage 402, overall control unit 409 for controlling the measurement sequence, data storage unit 410 for recording data, arithmetic processing unit 411 for performing arithmetic processing, and display of processing results in the arithmetic processing unit Result display unit 412 and a temperature sensor 413 for measuring the temperature in the measurement chamber.

探針駆動部404は通常、印加電圧によって変形量が制御できる圧電素子を用いて構成されるが、ボイスコイルモータなど他の駆動素子を用いることもある。また、たわみ・ねじれ検出部405は一般にレーザと4分割受光素子から構成される光てこ検出が用いられる。光てこ検出では、探針403を支持するカンチレバーのたわみとねじれ量を受光素子上のレーザスポット位置の変化として検出することができる。XYZ方向の探針駆動部404については探針側に構成した例を示したが、粗動ステージ402のかわりに、試料側にXYZ方向の駆動部を構成しても本発明を実施する上での問題はない。   The probe driving unit 404 is usually configured using a piezoelectric element whose deformation amount can be controlled by an applied voltage, but other driving elements such as a voice coil motor may be used. Further, the deflection / twist detection unit 405 generally uses optical lever detection composed of a laser and a four-divided light receiving element. In the optical lever detection, the deflection and twist amount of the cantilever supporting the probe 403 can be detected as a change in the laser spot position on the light receiving element. Although an example in which the probe driving unit 404 in the XYZ directions is configured on the probe side has been shown, the present invention can be implemented even if the driving unit in the XYZ directions is configured on the sample side instead of the coarse movement stage 402. There is no problem.

測定の際は、探針403を試料表面に近接もしくは接触させ、粗動ステージ402もしくは探針駆動部404によって探針と試料の相対位置を走査しながら、その際に生じる原子間力等の物理的な相互作用をたわみ・ねじれ検出部405のセンサによって測定する。各センサからの出力信号はサンプリング回路407によって一定のタイミングでサンプリングされ、たわみ・ねじれ検出部405及び駆動変位検出部406の出力に基づいて探針制御部408が探針駆動部404に駆動信号を出力して、探針位置を制御する。また、探針が各測定位置に到達した場合、各センサ信号は、データ記憶部410に記録され、演算処理部411での処理を経て結果表示部412において数値もしくは画像表示される。   At the time of measurement, the probe 403 is brought close to or in contact with the sample surface, and the relative position between the probe and the sample is scanned by the coarse movement stage 402 or the probe driving unit 404, and the physical force such as atomic force generated at that time is scanned. The interaction is measured by the sensor of the deflection / twist detection unit 405. The output signal from each sensor is sampled at a fixed timing by the sampling circuit 407, and the probe control unit 408 sends a drive signal to the probe drive unit 404 based on the outputs of the deflection / torsion detection unit 405 and the drive displacement detection unit 406. Output and control the probe position. Further, when the probe reaches each measurement position, each sensor signal is recorded in the data storage unit 410, and a numerical value or an image is displayed on the result display unit 412 through processing in the arithmetic processing unit 411.

次に本発明を実施する際の測定手順について詳細に説明する。上でも述べたとおり、本発明では試料特性を測定中のあるタイミングで予め選択されたリファレンスパターン領域の測定を行い、リファレンスパターン測定像から適宜XYZの位置ずれ量を特定して探針の位置ずれ補正を行う。さらに、特定した位置ずれ量と測定チャンバー内の温度データを用いることによって、試料特性像の歪み補正を行う。   Next, the measurement procedure when carrying out the present invention will be described in detail. As described above, in the present invention, the reference pattern region selected in advance is measured at a certain timing during the measurement of the sample characteristics, and the XYZ misalignment amount is appropriately specified from the reference pattern measurement image to thereby misalign the probe. Make corrections. Further, the distortion of the sample characteristic image is corrected by using the specified positional deviation amount and the temperature data in the measurement chamber.

最初に位置ずれ量を特定するためのリファレンスパターンを選択する。リファレンスパターン領域301は、測定領域302内から探針が移動可能な範囲内に存在し、図5に示すように直線状で互いに交差するエッジ部を有している数百nm〜数μmのパターン領域を選択できる。リファレンスパターンとしては、周辺部との高さが異なる凹凸パターンの他、凹凸はないが周辺部と材質が異なる領域で構成されるパターンでもよい。前者の場合は試料の表面形状を表す形状像でパターンの認識が可能であり、後者の場合はスキャン時に生じる探針の捩れ量が試料の表面材質によって異なるため、摩擦像(スキャン時の探針の捩れ量を表す)を用いて、パターンを認識することができる。リファレンスパターン選択の方法としては、光学顕微鏡もしくは走査プローブ顕微鏡等による観察像をもとにユーザがマニュアルで行っても良いし、設計データをもとに検索ツール等を用いて自動で行ってもよい。   First, a reference pattern for specifying the amount of displacement is selected. The reference pattern region 301 exists in a range in which the probe can move from within the measurement region 302, and has a pattern of several hundreds of nm to several μm having edge portions that are linear and intersect with each other as shown in FIG. You can select an area. As the reference pattern, in addition to the concave / convex pattern having a different height from the peripheral portion, a pattern formed of a region having no concave / convex but having a different material from the peripheral portion may be used. In the former case, the pattern can be recognized with a shape image representing the surface shape of the sample. In the latter case, the amount of twisting of the probe that occurs during scanning differs depending on the surface material of the sample. The pattern can be recognized by using the As a method of selecting a reference pattern, the user may manually perform a reference pattern based on an observation image obtained by an optical microscope or a scanning probe microscope, or may automatically perform a search tool based on design data. .

上記処理によってリファレンスパターンを選択した後、試料特性の測定前のリファレンスパターン領域501を走査プローブ顕微鏡で予備測定し、測定像からそれぞれのエッジ502、503のXY軸に対する角度504、505、およびエッジ交差位置506のXY座標を求める。さらに算出したエッジ交差位置506のXY座標を基準として、リファレンスパターン上の任意位置をリファレンス点507に決定し、リファレンス点507の座標(X0、Y0、Z0)を記録する。   After the reference pattern is selected by the above processing, the reference pattern region 501 before the measurement of the sample characteristics is preliminarily measured with a scanning probe microscope, and the angles 504 and 505 of the respective edges 502 and 503 with respect to the XY axes and the edge crossing are measured. The XY coordinates of the position 506 are obtained. Further, using the calculated XY coordinates of the edge intersection position 506 as a reference, an arbitrary position on the reference pattern is determined as the reference point 507, and the coordinates (X0, Y0, Z0) of the reference point 507 are recorded.

上記リファレンスパターンの予備測定後、試料特性の測定を開始する。試料特性の測定中には予備測定で決定したリファレンス点507の測定を適宜行い、ドリフトによる各軸の位置ずれ量の特定を行う。また、各測定点における試料特性と併せて、測定チャンバー内の温度の測定も行う。   After preliminary measurement of the reference pattern, measurement of sample characteristics is started. During the measurement of the sample characteristics, the reference point 507 determined in the preliminary measurement is appropriately measured, and the positional deviation amount of each axis due to the drift is specified. In addition, the temperature in the measurement chamber is measured together with the sample characteristics at each measurement point.

以下でリファレンス点507の測定によって各軸の位置ずれ量を特定する方法について図6を用いて説明する。図6に示すように、リファレンスパターンの各エッジの方向に対してスキャンを行い、各エッジ上の位置の特定を行う。スキャン位置は、全方向のドリフトに対して各エッジを捉える確率が高くなるように、リファレンスパターン初期位置の中央点601を通過するスキャン(602、603)を行い、各エッジ方向の走査方向がエッジと交差する各エッジ上の任意点(604,605)を特定する。   Hereinafter, a method for specifying the positional deviation amount of each axis by measuring the reference point 507 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, scanning is performed in the direction of each edge of the reference pattern, and the position on each edge is specified. The scan position performs a scan (602, 603) that passes through the center point 601 of the reference pattern initial position so that the probability of catching each edge with respect to drift in all directions is high, and the scan direction in each edge direction is an edge. An arbitrary point (604, 605) on each edge that intersects with is specified.

ただし、各エッジ上の任意点を特定するスキャン方法は上記のスキャン方法に限定されるものではなく、他のスキャン方法を用いて特定してもよい。リファレンスパターンにおける各エッジ上の任意位置604、605が特定されると、予備測定で特定した角度504、角度505から、位置ずれ後のエッジ交差位置606の座標を算出することができる。   However, the scanning method for specifying an arbitrary point on each edge is not limited to the above-described scanning method, and may be specified using another scanning method. When the arbitrary positions 604 and 605 on each edge in the reference pattern are specified, the coordinates of the edge crossing position 606 after the position shift can be calculated from the angles 504 and 505 specified in the preliminary measurement.

ここでエッジ交差位置606とリファレンス点の位置関係は予備測定によって既知であるため、算出したエッジ交差位置から位置ずれ後のリファレンス点607を特定し、リファレンス点における高さ(Z)の測定を行う。これにより、位置ずれ前のリファレンス点507の座標(X0、Y0、Z0)、および位置ずれ後のリファレンス点607の座標(X0+ΔX、Y0+ΔY、Z0+ΔZ)から、ドリフトによる位置ずれ量(ΔX、ΔY、ΔZ)を算出することができ、位置ずれ量をキャンセルするように探針の指令位置(VX、Y、)を(V−ΔX、V−ΔY、V−ΔZ)に補正する。これによって、ドリフトの位置ずれで、評価パターンが測定領域から大きく外れてしまうことを防ぐことができる。 Here, since the positional relationship between the edge intersection position 606 and the reference point is known by preliminary measurement, the reference point 607 after the positional deviation is specified from the calculated edge intersection position, and the height (Z) at the reference point is measured. . As a result, the positional deviation amount (ΔX, ΔY, ΔZ) due to the drift is calculated from the coordinates (X0, Y0, Z0) of the reference point 507 before the positional deviation and the coordinates (X0 + ΔX, Y0 + ΔY, Z0 + ΔZ) of the reference point 607 after the positional deviation. ) can be calculated, the command position of the probe so as to cancel the positional deviation amount (V X, V Y, V Z) to (V X -ΔX, V Y -ΔY , V Z -ΔZ) the correction To do. Thereby, it is possible to prevent the evaluation pattern from being greatly deviated from the measurement region due to the drift position deviation.

ただし、上記で述べた探針位置ずれの補正のみでは、各リファレンスパターン測定間(i回目のリファレンスパターン測定から、i+1回目のリファレンスパターン測定を行うまでの間)に取得した試料測定像に歪みが生じているため、この歪みを補正する方法について図7を用いて説明する。式(1)で示したとおり、ドリフト量は測定チャンバー内の温度変化に比例するため、試料測定と同じタイミングで取得した測定チャンバー内の温度データを用いて補正を行う。   However, only by correcting the probe position deviation described above, the sample measurement image acquired between each reference pattern measurement (from the i-th reference pattern measurement to the i + 1th reference pattern measurement) is distorted. Since this occurs, a method of correcting this distortion will be described with reference to FIG. Since the drift amount is proportional to the temperature change in the measurement chamber as shown in the equation (1), correction is performed using the temperature data in the measurement chamber acquired at the same timing as the sample measurement.

まず、i回目のリファレンス測定と、i+1回目のリファレンスパターン測定で特定された探針の位置ずれ量の差(ΔX、ΔY、ΔZ)、およびi回目のリファレンスパターン測定時(701)と、i+1回目のリファレンスパターン測定時(702)における測定チャンバー内の温度差ΔT(図7参照)から、式(2)を用いることによって、各リファレンス測定間における単位温度あたりの探針の位置ズレ量(dX、dY、dZ)を算出することができる。
dX=ΔX/ΔT, dY=ΔY/ΔT, dZ=ΔZ/ΔT・・・(2)
更に、i回目のリファレンスパターン測定時の測定チャンバー内温度データT、およびk番目の試料測定像P=(X,Yk,)の取得時(703)の温度データTを用いることによって、式(3)から各画素の補正量(ΔCXk、ΔCYk、ΔCZ)を決定することができる。
ΔCX=(T−T)dX,ΔCY=(T−T)dY,
ΔCZ=(T− T)dZ ・・・(3)
First, the difference (ΔX, ΔY, ΔZ) of the positional deviation of the probe specified by the i-th reference measurement and the i + 1-th reference pattern measurement, and the i-th reference pattern measurement (701), and the i + 1-th time From the temperature difference ΔT i in the measurement chamber at the time of reference pattern measurement (702) (see FIG. 7), the positional deviation amount of the probe per unit temperature (dX) between each reference measurement by using Equation (2) , DY, dZ) can be calculated.
dX = ΔX / ΔT, dY = ΔY / ΔT, dZ = ΔZ / ΔT (2)
Furthermore, the temperature data T i in the measurement chamber at the time of the i-th reference pattern measurement, and the temperature data T k at the time of acquisition of the k th sample measurement image P k = (X k , Y k, D k ) (703) are obtained . By using it, the correction amount (ΔCX k, ΔCY k, ΔCZ k ) of each pixel can be determined from the equation (3).
ΔCX k = (T k −T i ) dX, ΔCY k = (T k −T i ) dY,
ΔCZ k = (T k −T i ) dZ (3)

ここで、試料特性像が表面形状像であった場合、(ΔCX,ΔCY,ΔCZ)を(X,Yk,)にそれぞれ加算することによって、ドリフトによるXY平面と高さ方向の歪みを補正することができる。また、試料特性像が表面形状像以外の物理量、例えば摩擦特性、弾性特性、吸着力、電磁気特性、光学特性でも本発明は適用可能であり、この場合は式(3)で求めた(ΔCX,ΔCY)を(X,Yk,)に加算することによって、XY平面内の測定歪みを補正することができる。 Here, when the sample characteristic image is a surface shape image, by adding (ΔCX k , ΔCY k , ΔCZ k ) to (X k , Y k, D k ), respectively, the XY plane and height due to drift are added. Directional distortion can be corrected. In addition, the present invention can be applied even when the sample characteristic image is a physical quantity other than the surface shape image, for example, friction characteristics, elastic characteristics, attractive force, electromagnetic characteristics, and optical characteristics. In this case, the ΔCX k , ΔCY k ) can be added to (X k , Y k, ) to correct the measurement distortion in the XY plane.

リファレンスパターンの測定を行うタイミングとしては、ドリフトによる探針の位置ずれがリファレンスパターン領域501よりも小さくなるように、予め定められた一定ライン毎にリファレンスパターン領域の測定を行うように、一定の測定ライン周期を設定する。尚、一ラインあたりのドリフト量は、温度変化の振幅・周期、さらに1ライン測定時間(測定範囲、測定点数、走査速度等から算出)から見積もることが可能である。   As a timing for measuring the reference pattern, a constant measurement is performed so that the reference pattern area is measured for each predetermined line so that the positional deviation of the probe due to drift becomes smaller than the reference pattern area 501. Set the line period. Note that the amount of drift per line can be estimated from the temperature change amplitude and period, and further from one line measurement time (calculated from the measurement range, number of measurement points, scanning speed, etc.).

もしくは、図7に示すように、測定チャンバー内の温度変化(ΔT)が予め決められた閾値(ΔTth)を超える(704)か、温度変化の方向(温度の上昇と下降)が変わる(705)場合に、その測定ラインの終了後、リファレンス測定を行う。この場合も、上記と同様に、ドリフトによる探針の位置ずれがリファレンスパターン領域よりも小さくなるように、温度変化の閾値を設定する。その他、1ラインあたりの測定時間が短く、1ライン測定間のドリフト量が非常に少ない場合は、リファレンスパターンの測定を1ライン毎に行い、各ラインで探針の位置ずれ補正のみを行うことによって、歪みのほとんどない測定像を取得することが可能となる。 Alternatively, as shown in FIG. 7, the temperature change (ΔT) in the measurement chamber exceeds a predetermined threshold (ΔT th ) (704), or the direction of temperature change (temperature rise and fall) changes (705). ), Perform reference measurement after the end of the measurement line. Also in this case, similarly to the above, the temperature change threshold is set so that the positional deviation of the probe due to drift is smaller than that of the reference pattern region. In addition, when the measurement time per line is short and the drift amount between one line measurements is very small, the reference pattern is measured for each line, and only the probe misalignment correction is performed for each line. It becomes possible to acquire a measurement image with almost no distortion.

本発明は、半導体製造におけるCMP後の平坦性評価やエッチング後のラインエッジラフネス評価、もしくは、ストレージ分野におけるパターンドメディア製造におけるパターン配列評価やパターン形状評価等に寄与する。   The present invention contributes to flatness evaluation after CMP in semiconductor manufacturing, line edge roughness evaluation after etching, or pattern arrangement evaluation and pattern shape evaluation in patterned media manufacturing in the storage field.

図1は走査プローブ顕微鏡の装置構成部材の熱膨張・収縮と温度センサの取り付け範囲を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the thermal expansion / contraction of the apparatus constituent members of the scanning probe microscope and the mounting range of the temperature sensor. 図2はドリフトによる試料測定像の歪みを示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing distortion of the sample measurement image due to drift. 図3は試料特性とリファレンスパターン測定時の探針移動経路を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing sample characteristics and the probe movement path when measuring the reference pattern. 図4は本発明を実施するための走査プローブ顕微鏡の装置構成を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing the apparatus configuration of a scanning probe microscope for carrying out the present invention. 図5は本発明におけるリファレンスパターンについて示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a reference pattern in the present invention. 図6は本発明におけるリファレンスパターンの測定方法について示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a reference pattern measuring method in the present invention. 図7は本発明における測定チャンバー内の温度変化とリファレンスパターンの測定タイミングを示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing the temperature change in the measurement chamber and the measurement timing of the reference pattern in the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

101 試料
102 試料ステージ
103 探針
201 L&Sパターン
202 L&S測定像
301 リファレンスパターン領域
302 測定領域
401 試料
402 粗動ステージ
403 探針
404 探針駆動部
405 たわみ・ねじれ検出部
406 駆動変位検出部
407 サンプリング回路
408 探針制御部
409 全体制御部
410 データ記憶部
411 演算処理部
412 結果表示部
413 温度センサ
501 リファレンスパターン領域
502 エッジ
503 エッジ
504 エッジのX軸に対する角度
505 エッジのY軸に対する角度
506 エッジ交差位置
507 リファレンス点
601 リファレンスパターン初期位置の中央点
602 中央点を通過するスキャン
603 中央点を通過するスキャン
604 スキャンとエッジの交差点
605 スキャンとエッジの交差点
606 エッジ交差位置
607 リファレンス点
701 i回目のリファレンス測定のタイミング
702 i+1回目のリファレンス測定のタイミング
703 k番目の試料測定像Pの取得タイミング
704 温度変化が予め決められた閾値を超えたタイミング
705 温度変化の方向が変わったタイミング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Sample 102 Sample stage 103 Probe 201 L & S pattern 202 L & S measurement image 301 Reference pattern area 302 Measurement area 401 Sample 402 Coarse movement stage 403 Probe 404 Probe drive section 405 Deflection / twist detection section 406 Drive displacement detection section 407 Sampling circuit 408 Probe control unit 409 Overall control unit 410 Data storage unit 411 Operation processing unit 412 Result display unit 413 Temperature sensor 501 Reference pattern area 502 Edge 503 Edge 504 Angle with respect to X axis 505 Edge angle with respect to Y axis 506 Edge crossing position 507 Reference point 601 Central point of reference pattern initial position 602 Scan passing through center point 603 Scan passing through center point 604 Intersection of scan and edge 605 Crossing point of scan and edge 606 Edge crossing position 607 Reference point 701 Timing of i-th reference measurement 702 Timing of i + 1-th reference measurement 703 Acquisition timing of k-th sample measurement image P k 704 Threshold of temperature change determined in advance 705 Timing when temperature change direction changed

Claims (6)

探針で試料表面を走査し、探針と試料表面間に働く相互作用を検出することによって試料特性を測定する走査プローブ顕微鏡において、前記試料特性を測定中のあるタイミングで、予め選択されたリファレンスパターン領域を適宜測定するリファレンスパターン測定部と、リファレンスパターン測定像から前記探針と前記試料間の位置ずれ量を特定する位置ずれ量特定部とを有し、前記探針の位置ずれ補正、もしくは前記試料特性の測定像の位置ずれ補正、もしくは前記探針及び前記試料特性の測定像の位置ずれ補正のいずれかを実施することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。   In a scanning probe microscope that scans the sample surface with a probe and measures the sample characteristics by detecting the interaction between the probe and the sample surface, a pre-selected reference at a certain timing during measurement of the sample characteristics A reference pattern measuring unit that appropriately measures a pattern region, and a positional deviation amount specifying unit that specifies an amount of positional deviation between the probe and the sample from a reference pattern measurement image, and correcting the positional deviation of the probe, or A scanning probe microscope characterized in that either the positional deviation correction of the measurement image of the sample characteristic or the positional deviation correction of the probe and the measurement image of the sample characteristic is performed. 請求項1記載の走査プローブ顕微鏡において、前記リファレンスパターン領域が、周辺部と高さが異なる領域、もしくは周辺部と材質の異なる領域で形成され、直線状で互いに交差するエッジ部を有していることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。   2. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the reference pattern region is formed in a region having a height different from that of the peripheral portion or a region having a material different from that of the peripheral portion, and has edge portions that are linear and intersect with each other. A scanning probe microscope characterized by that. 請求項1記載の走査プローブ顕微鏡において、前記試料特性が試料の表面形状、もしくは摩擦特性、もしくは弾性特性、もしくは吸着力、もしくは電磁気特性、もしくは光学特性であることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。   2. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the sample characteristic is a surface shape of the sample, a friction characteristic, an elastic characteristic, an attractive force, an electromagnetic characteristic, or an optical characteristic. 請求項1記載の走査プローブ顕微鏡において、前記リファレンスパターン領域を測定するタイミングが、予め決められた一定ライン毎であることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。   2. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the timing for measuring the reference pattern region is a predetermined line every predetermined time. 請求項1記載の走査プローブ顕微鏡において、測定チャンバー内の温度を測定する温度測定部を有し、前記試料特性を測定中の前記測定チャンバー内温度データを用いて、前記試料特性の測定像の位置ずれ補正を行うことを特徴とする走査プローブ顕微鏡。   The scanning probe microscope according to claim 1, further comprising a temperature measurement unit that measures a temperature in the measurement chamber, and using the temperature data in the measurement chamber during measurement of the sample characteristic, the position of the measurement image of the sample characteristic A scanning probe microscope characterized by performing displacement correction. 請求項5記載の走査プローブ顕微鏡において、前記リファレンスパターン領域を測定するタイミングが、前記測定チャンバー内の温度変化が予め決められた閾値を越えた場合、もしくは前記測定チャンバー内の温度変化の方向が変わった場合のいずれかであることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。   6. The scanning probe microscope according to claim 5, wherein the timing of measuring the reference pattern region is changed when a temperature change in the measurement chamber exceeds a predetermined threshold value, or the direction of the temperature change in the measurement chamber changes. A scanning probe microscope characterized by being either of the above.
JP2008205235A 2008-08-08 2008-08-08 Scanning probe microscope Pending JP2010038856A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008205235A JP2010038856A (en) 2008-08-08 2008-08-08 Scanning probe microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008205235A JP2010038856A (en) 2008-08-08 2008-08-08 Scanning probe microscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010038856A true JP2010038856A (en) 2010-02-18

Family

ID=42011550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008205235A Pending JP2010038856A (en) 2008-08-08 2008-08-08 Scanning probe microscope

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010038856A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160129073A (en) * 2014-02-28 2016-11-08 브루커 나노, 인코퍼레이션. Method and Apparatus to Compensate for Deflection Artifacts in an Atomic Force Microscope
KR20160146679A (en) * 2014-02-24 2016-12-21 브루커 나노, 인코퍼레이션. Precise probe placement in automated scanning probe microscopy systems

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160146679A (en) * 2014-02-24 2016-12-21 브루커 나노, 인코퍼레이션. Precise probe placement in automated scanning probe microscopy systems
KR102473562B1 (en) 2014-02-24 2022-12-06 브루커 나노, 인코퍼레이션. Precise probe placement in automated scanning probe microscopy systems
KR20160129073A (en) * 2014-02-28 2016-11-08 브루커 나노, 인코퍼레이션. Method and Apparatus to Compensate for Deflection Artifacts in an Atomic Force Microscope
KR102384301B1 (en) * 2014-02-28 2022-04-07 브루커 나노, 인코퍼레이션. Method to Compensate for Deflection Artifacts in an Atomic Force Microscope

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8489356B2 (en) Variable density scanning
JP4432806B2 (en) Scanning probe microscope
CN105793776B (en) Scanning probe nanolithography system and method
Marinello et al. Error sources in atomic force microscopy for dimensional measurements: Taxonomy and modeling
US20080121813A1 (en) Method and apparatus of compensating for position shift
US20100235956A1 (en) Atomic force microscopy true shape measurement method
US20140289911A1 (en) Method of investigating a sample surface
JP5121619B2 (en) Probe microscope probe alignment method and probe microscope operated by the method
US9366693B2 (en) Variable density scanning
WO2015140996A1 (en) Scanning probe microscope
Dai et al. Measurement of micro-roughness using a metrological large range scanning force microscope
JP2010038856A (en) Scanning probe microscope
JP2019032290A (en) Drift correction method of scan type probe microscope, and scan type probe microscope with drift correction function
JP5034294B2 (en) Piezoelectric thin film evaluation apparatus and piezoelectric thin film evaluation method
US8291511B2 (en) Apparatus and method for investigating biological systems and solid systems
JP4811568B2 (en) Pattern dimension measuring method and pattern dimension measuring apparatus
JP2005308406A (en) Scanning probe microscope
JP2007046974A (en) Displacement quantity measuring instrument using multiprobe and displacement quantity measuring method using it
Kneedler et al. 3D metrology solution for the 65-nm node
JP2009058479A (en) Method for correcting measured shape data, program for correcting measured shape data, and scanning type probe microscope
JP2005334986A (en) Machining method using probe of scanning probe microscope
JP2002014025A (en) Probe scanning control device, scanning probe microscope by the same, probe scanning control method, and measuring method by the scanning control method
JP2002350319A (en) Scanning probe microscope
Kühle Calibration Procedures for Atomic Force
JP2001183282A (en) Information detector having scanning probe and information detecting method