JP2501282B2 - 原子間力走査顕微鏡を使用した表面プロフィル検査方法及びその装置 - Google Patents
原子間力走査顕微鏡を使用した表面プロフィル検査方法及びその装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、原子間力走査顕微鏡を
使って、表面、特に基板の垂直面を調査するための方法
および装置、詳しく言うと、原子間力走査顕微鏡の先端
を位置決めして、基板中のトレンチの側壁または線を検
出し追跡するための、新規の制御機構に関する。さらに
詳しく言うと、走査表面の瞬間的勾配を測定し、それを
使って原子間力走査顕微鏡先端の走査軌道を制御する。
使って、表面、特に基板の垂直面を調査するための方法
および装置、詳しく言うと、原子間力走査顕微鏡の先端
を位置決めして、基板中のトレンチの側壁または線を検
出し追跡するための、新規の制御機構に関する。さらに
詳しく言うと、走査表面の瞬間的勾配を測定し、それを
使って原子間力走査顕微鏡先端の走査軌道を制御する。
【０００２】
【従来の技術】顕微測定の分野では、基板中の、線幅を
測定し、トレンチをプロフィル検査できる能力がますま
す重要になっている。現在、光学的相互作用に基づく計
器は、測定する対象がミクロンよりも小さいとき、不正
確であり、または物理的な制限がある。
測定し、トレンチをプロフィル検査できる能力がますま
す重要になっている。現在、光学的相互作用に基づく計
器は、測定する対象がミクロンよりも小さいとき、不正
確であり、または物理的な制限がある。
【０００３】正確な顕微測定を行うために通常、走査型
電子顕微鏡（ＳＥＭ）が使用されている。測定を行うの
はグルーブまたはトレンチの１つの位置だけであるの
に、真空環境で測定し、かつ基板を切断しなければなら
ないなど、ＳＥＭの使用にはいくつか不利な点がある。
ＳＥＭ測定は時間のかかるプロセスであり、電子線と測
定する材料との相互作用による効果のために空間精度が
制限される。
電子顕微鏡（ＳＥＭ）が使用されている。測定を行うの
はグルーブまたはトレンチの１つの位置だけであるの
に、真空環境で測定し、かつ基板を切断しなければなら
ないなど、ＳＥＭの使用にはいくつか不利な点がある。
ＳＥＭ測定は時間のかかるプロセスであり、電子線と測
定する材料との相互作用による効果のために空間精度が
制限される。
【０００４】単に、片持ちばり上に走査型トンネリング
顕微鏡の先端を取り付けることにより、走査型トンネリ
ング顕微鏡を使って、先端と絶縁材の表面の間の力を測
定する方法が、ビニング（Binning）らの論文 "Atomic
Force Microscope"、Physical Review Letters、第５６
巻、第９号、９３０〜９３３頁（１９８６年）に記載さ
れている。こうしてできあがった計器では、走査型トン
ネリング顕微鏡とスタイラス・プロフィルメータの原理
が組み合わされている、
顕微鏡の先端を取り付けることにより、走査型トンネリ
ング顕微鏡を使って、先端と絶縁材の表面の間の力を測
定する方法が、ビニング（Binning）らの論文 "Atomic
Force Microscope"、Physical Review Letters、第５６
巻、第９号、９３０〜９３３頁（１９８６年）に記載さ
れている。こうしてできあがった計器では、走査型トン
ネリング顕微鏡とスタイラス・プロフィルメータの原理
が組み合わされている、
【０００５】これに続き、Ｙ．マルタン（Martin）らの
論文 "Atomic Force Microscope-Force Mapping and Pr
ofiling on a sub 100Å Scale"、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．、第６９巻、第１０号、４７２３〜４７２９頁
（１９８７年）では、約３０〜５０Åの範囲の先端とサ
ンプルの距離にわたり、先端とサンプルの間の力を正確
に測定できる、改良された原子間力顕微鏡が記載されて
いる。第１の応用例では、力信号を使って、先端と表面
の間で一定の間隔を維持することにより、５０Åの空間
分解能でプロフィル検査が行われた。第２の応用例で
は、力と表面形状の同時測定が記載されている。
論文 "Atomic Force Microscope-Force Mapping and Pr
ofiling on a sub 100Å Scale"、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．、第６９巻、第１０号、４７２３〜４７２９頁
（１９８７年）では、約３０〜５０Åの範囲の先端とサ
ンプルの距離にわたり、先端とサンプルの間の力を正確
に測定できる、改良された原子間力顕微鏡が記載されて
いる。第１の応用例では、力信号を使って、先端と表面
の間で一定の間隔を維持することにより、５０Åの空間
分解能でプロフィル検査が行われた。第２の応用例で
は、力と表面形状の同時測定が記載されている。
【０００６】"Microprobe-Based CD Measurement Too
l"、IBM Technical Disclosure Bulletin、第３２巻、
第７号、１６８頁（１９８９年１２月）では、トレンチ
の深さおよび幅を測定できるように設計された原子間力
顕微鏡の使用が記載されている。このシステムは、２次
元レーザ・ヘテロダイン・システムを組み込んでおり、
これによって、プローブの先端が表面に接近する際の、
振動するプローブの先端の共振周波数の変化を検出して
いる。プローブ先端は、どの表面に接近するかに応じ
て、水平方向にでも垂直方向にでも振動できる。プロー
ブ先端を静止状態に保持し、測定するウェーハまたはそ
の他の部分をその表面に対して平行または垂直に動かし
て、変位を測定する。この計器設計では、はっきりした
センサ点を備えた３点プローブ先端を使用して、トレン
チの底面、右縁、および左縁を検出している。先端をト
レンチ内に下降させた後、トレンチの底部から一連の特
定の高さで左から右に繰り返し動かす。これによって、
トレンチの幅が高さの関数として測定され、トレンチの
寸法が正確に測定できる。
l"、IBM Technical Disclosure Bulletin、第３２巻、
第７号、１６８頁（１９８９年１２月）では、トレンチ
の深さおよび幅を測定できるように設計された原子間力
顕微鏡の使用が記載されている。このシステムは、２次
元レーザ・ヘテロダイン・システムを組み込んでおり、
これによって、プローブの先端が表面に接近する際の、
振動するプローブの先端の共振周波数の変化を検出して
いる。プローブ先端は、どの表面に接近するかに応じ
て、水平方向にでも垂直方向にでも振動できる。プロー
ブ先端を静止状態に保持し、測定するウェーハまたはそ
の他の部分をその表面に対して平行または垂直に動かし
て、変位を測定する。この計器設計では、はっきりした
センサ点を備えた３点プローブ先端を使用して、トレン
チの底面、右縁、および左縁を検出している。先端をト
レンチ内に下降させた後、トレンチの底部から一連の特
定の高さで左から右に繰り返し動かす。これによって、
トレンチの幅が高さの関数として測定され、トレンチの
寸法が正確に測定できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、まず
先端をトレンチの上面に向かって垂直に動かし、次にト
レンチ内で先端を水平方向に走査することにより、トレ
ンチの上縁を測定している。次に、トレンチの中央で先
端を下降させて、トレンチを測定する。先端を一方の側
壁に水平方向から接近させた後、他方の側壁に接近さ
せ、特定の深さ位置での幅を測定する。トレンチ内での
先端の深さを変えて、２側壁接近技法を繰り返す。各深
さ位置で、先端が第１の壁に接近する際と、次に第２の
壁に接近する際に、それぞれ測定を行う。この作業は時
間がかかる。さらに、最初に垂直方向から接近し、次に
水平方向から接近するには、複雑な複式光学センサが必
要である。
先端をトレンチの上面に向かって垂直に動かし、次にト
レンチ内で先端を水平方向に走査することにより、トレ
ンチの上縁を測定している。次に、トレンチの中央で先
端を下降させて、トレンチを測定する。先端を一方の側
壁に水平方向から接近させた後、他方の側壁に接近さ
せ、特定の深さ位置での幅を測定する。トレンチ内での
先端の深さを変えて、２側壁接近技法を繰り返す。各深
さ位置で、先端が第１の壁に接近する際と、次に第２の
壁に接近する際に、それぞれ測定を行う。この作業は時
間がかかる。さらに、最初に垂直方向から接近し、次に
水平方向から接近するには、複雑な複式光学センサが必
要である。
【０００８】従来の装置では、水平方向および通常の垂
直方向で先端をさまざまな周波数で振動させることによ
り、力のグラジエント（gradient）の水平成分および垂
直成分を検出している。そのような構成における重大な
制限は、水平振動を測定しなければならないことであ
る。しかし、第２の干渉計を使用し、片持ちばりの先端
を支える側面に光線を合焦させれば、水平振動が測定で
きる。そのような構成にすると、装置がかなり複雑にな
る。
直方向で先端をさまざまな周波数で振動させることによ
り、力のグラジエント（gradient）の水平成分および垂
直成分を検出している。そのような構成における重大な
制限は、水平振動を測定しなければならないことであ
る。しかし、第２の干渉計を使用し、片持ちばりの先端
を支える側面に光線を合焦させれば、水平振動が測定で
きる。そのような構成にすると、装置がかなり複雑にな
る。
【０００９】本発明の主な目的は、原子間力走査顕微鏡
を使ってほぼ垂直な表面をプロフィル検査するための方
法および装置を提供することである。
を使ってほぼ垂直な表面をプロフィル検査するための方
法および装置を提供することである。
【００１０】本発明の別の目的は、表面の局部勾配の測
定値に応じて、表面付近に先端を位置決めし、または表
面付近で先端を走査することにより、原子間力走査顕微
鏡を使ってほぼ垂直な表面をプロフィル検査する方法お
よび装置を提供することである。
定値に応じて、表面付近に先端を位置決めし、または表
面付近で先端を走査することにより、原子間力走査顕微
鏡を使ってほぼ垂直な表面をプロフィル検査する方法お
よび装置を提供することである。
【００１１】本発明の別の目的は、先端の２次元ディザ
（dither）運動を可能にすることにより、原子間力走査
顕微鏡を使ってほぼ垂直な表面をプロフィル検査する方
法および装置を提供することである。
（dither）運動を可能にすることにより、原子間力走査
顕微鏡を使ってほぼ垂直な表面をプロフィル検査する方
法および装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の方法によれば、
測定する表面に１回接近すれば済むので、これらの制限
が解消される。その後は、局所表面、線、または側壁の
勾配の測定に応じて、先端の動きがその場で制御され
る。次の測定位置またはステップの方向と、先端のフィ
ードバック調節方向は、局所勾配の測定値から自動的に
決定される。さらに、先端は、深さ（つまり、Ｚ軸）方
向で振動され、従来の光学測定システムが使用可能であ
る。
測定する表面に１回接近すれば済むので、これらの制限
が解消される。その後は、局所表面、線、または側壁の
勾配の測定に応じて、先端の動きがその場で制御され
る。次の測定位置またはステップの方向と、先端のフィ
ードバック調節方向は、局所勾配の測定値から自動的に
決定される。さらに、先端は、深さ（つまり、Ｚ軸）方
向で振動され、従来の光学測定システムが使用可能であ
る。
【００１３】従来の非接触式原子間力走査顕微鏡は、一
方向の検出に基づいている。つまり、鉛直力グラジエン
トを検出し、それを使ってフィードバック信号を発生
し、先端を垂直方向で位置決めしている。本発明では、
単一のフィードバック信号を発生させて、先端を位置決
めする。側壁などの垂直面を検出するのに、先端が側壁
に接近する際の垂直振動動作の減衰で検出するので、側
壁を検出する際に、水平方向における先端の振動を測定
しなくて済む。
方向の検出に基づいている。つまり、鉛直力グラジエン
トを検出し、それを使ってフィードバック信号を発生
し、先端を垂直方向で位置決めしている。本発明では、
単一のフィードバック信号を発生させて、先端を位置決
めする。側壁などの垂直面を検出するのに、先端が側壁
に接近する際の垂直振動動作の減衰で検出するので、側
壁を検出する際に、水平方向における先端の振動を測定
しなくて済む。
【００１４】本発明の主要な利点は、既存の原子間力走
査顕微鏡を使って側壁表面の検出が可能なことである。
先端の走査軌道は、局所勾配をその場で測定することに
よって制御され、この測定値を使って新しい走査位置お
よび新しいフィードバック調節方向が決定される。
査顕微鏡を使って側壁表面の検出が可能なことである。
先端の走査軌道は、局所勾配をその場で測定することに
よって制御され、この測定値を使って新しい走査位置お
よび新しいフィードバック調節方向が決定される。
【００１５】本発明での重要な点は、トレンチの底部の
隅および線が正確に検出でき、かつトレンチのオーバー
カットの下の領域が検出できる、先端形状の選択であ
る。原子間力走査顕微鏡は、顕微測定用の計器として有
用である。しかし、たとえば、従来のテーパ付きの先端
または円筒形先端では、アンダーカットは調査できな
い。３点付きの先端は、水平面および垂直面は検出でき
るが、隅は検出できない。「長靴」形先端が、トレンチ
のプロフィル検査に好ましい。先端の形状は、先端の曲
率半径が、測定する表面の最小曲率半径よりも小さくな
るように設計してある。先端は、湿式エッチングで、そ
の形状が尖った角錐状の先端のようになる前にプロセス
を停止させて製作することが好ましい。各種形状の先端
およびそのような先端を製作する方法については、本出
願人に譲渡されたヨーロッパ特許第８９１１５０９７号
に記載されている。
隅および線が正確に検出でき、かつトレンチのオーバー
カットの下の領域が検出できる、先端形状の選択であ
る。原子間力走査顕微鏡は、顕微測定用の計器として有
用である。しかし、たとえば、従来のテーパ付きの先端
または円筒形先端では、アンダーカットは調査できな
い。３点付きの先端は、水平面および垂直面は検出でき
るが、隅は検出できない。「長靴」形先端が、トレンチ
のプロフィル検査に好ましい。先端の形状は、先端の曲
率半径が、測定する表面の最小曲率半径よりも小さくな
るように設計してある。先端は、湿式エッチングで、そ
の形状が尖った角錐状の先端のようになる前にプロセス
を停止させて製作することが好ましい。各種形状の先端
およびそのような先端を製作する方法については、本出
願人に譲渡されたヨーロッパ特許第８９１１５０９７号
に記載されている。
【００１６】既知のトラッキング・システムでは、先端
が走査方向（Ｘ）の軸に沿って加工物を走査し、フィー
ドバック・システムが、走査方向に垂直なフィードバッ
ク方向（Ｚ）の軸に沿って先端と加工物との間隔を調節
している。
が走査方向（Ｘ）の軸に沿って加工物を走査し、フィー
ドバック・システムが、走査方向に垂直なフィードバッ
ク方向（Ｚ）の軸に沿って先端と加工物との間隔を調節
している。
【００１７】本発明の教示によれば、先端と表面のフィ
ードバック調節方向は、２つの次元、すなわち、Ｘ軸方
向とＹ軸方向で制御されるので、先端は常に走査中の局
所表面に対して通常は垂直に動く。先端フィードバック
調節方向は通常、９０±４５度の範囲であり、ここで、
９０度とはプロフィル検査する加工物または基板の上面
に垂直な方向に相当する。走査方向が、フィードバック
信号が最小限で済むようにプロフィル検査する表面の局
所勾配をたどるよう調節される。
ードバック調節方向は、２つの次元、すなわち、Ｘ軸方
向とＹ軸方向で制御されるので、先端は常に走査中の局
所表面に対して通常は垂直に動く。先端フィードバック
調節方向は通常、９０±４５度の範囲であり、ここで、
９０度とはプロフィル検査する加工物または基板の上面
に垂直な方向に相当する。走査方向が、フィードバック
信号が最小限で済むようにプロフィル検査する表面の局
所勾配をたどるよう調節される。
【００１８】本発明のその他の目的は、添付図面を参照
しながら以下の説明を読めばより明らかになろう。
しながら以下の説明を読めばより明らかになろう。
【００１９】
【実施例】原子間力走査顕微鏡は、本出願人に譲渡され
た米国特許第４７２４３１８号に記載されている。
た米国特許第４７２４３１８号に記載されている。
【００２０】米国特許第４７２４３１８号の教示によれ
ば、調査するサンプルの表面の非常に近くまで先端が動
かされるので、先端の頂端の原子と表面の原子との間に
発生する力によって、ばね状片持ちばりがたわんでしま
う。片持ちばりがたわむと、トンネル電流が変動し、こ
の変動を用いて補正信号が発生する。この信号を使用し
て先端とサンプル表面の間の距離を調節すれば、たとえ
ば、ｘｙｚ駆動手段によってサンプルの表面全域を先端
で走査するとき、先端と表面の間の力を一定に維持する
ことができる。ある操作モードでは、片持ちばりを励振
させて、ｚ方向に振動させることができる。片持ちばり
の共振周波数で振動させると、分解能が向上する。
ば、調査するサンプルの表面の非常に近くまで先端が動
かされるので、先端の頂端の原子と表面の原子との間に
発生する力によって、ばね状片持ちばりがたわんでしま
う。片持ちばりがたわむと、トンネル電流が変動し、こ
の変動を用いて補正信号が発生する。この信号を使用し
て先端とサンプル表面の間の距離を調節すれば、たとえ
ば、ｘｙｚ駆動手段によってサンプルの表面全域を先端
で走査するとき、先端と表面の間の力を一定に維持する
ことができる。ある操作モードでは、片持ちばりを励振
させて、ｚ方向に振動させることができる。片持ちばり
の共振周波数で振動させると、分解能が向上する。
【００２１】前掲のマーチンらの論文には、先端位置の
光学的検出を伴う、表面プロフィル検査および原子間力
顕微鏡が記載されている。
光学的検出を伴う、表面プロフィル検査および原子間力
顕微鏡が記載されている。
【００２２】図面、具体的には図１を参照すると、原子
間力走査顕微鏡の片持ちばり１２に結合された先端１０
を示してある（実寸に比例せず）。先端は、基板２０の
トレンチ１４内に配置されており、基板２０の側壁１６
および１８をプロフィル検査することになっている。特
に、トレンチの高さが約１００オングストロームを超え
るとき、ほぼ垂直な壁を持つ構造をプロフィル検査する
際に、従来の形状の先端は不適切である。先端１０が図
１に示すような長靴形であると結果が向上することが立
証されている。長靴形の先端は、乾式エッチング・プロ
セスと湿式エッチング・プロセスを組み合わせた複数の
リソグラフィ工程を用いて製作する。このプロセスは、
先端が尖った角錐状先端の形状になる前に停止する。各
種の形状の先端および製作技術については、米国特許出
願第０７／５６８４５１号に対応するヨーロッパ特許第
８９１１５０９７号に記載されている。
間力走査顕微鏡の片持ちばり１２に結合された先端１０
を示してある（実寸に比例せず）。先端は、基板２０の
トレンチ１４内に配置されており、基板２０の側壁１６
および１８をプロフィル検査することになっている。特
に、トレンチの高さが約１００オングストロームを超え
るとき、ほぼ垂直な壁を持つ構造をプロフィル検査する
際に、従来の形状の先端は不適切である。先端１０が図
１に示すような長靴形であると結果が向上することが立
証されている。長靴形の先端は、乾式エッチング・プロ
セスと湿式エッチング・プロセスを組み合わせた複数の
リソグラフィ工程を用いて製作する。このプロセスは、
先端が尖った角錐状先端の形状になる前に停止する。各
種の形状の先端および製作技術については、米国特許出
願第０７／５６８４５１号に対応するヨーロッパ特許第
８９１１５０９７号に記載されている。
【００２３】図２は、原子間力走査顕微鏡の先端位置を
調節することにより、基板中のトレンチの側壁や線など
のほぼ垂直な構造をプロフィル検査する構造の、好まし
い実施例の概略ブロック図である。
調節することにより、基板中のトレンチの側壁や線など
のほぼ垂直な構造をプロフィル検査する構造の、好まし
い実施例の概略ブロック図である。
【００２４】本明細書では、Ｚ軸方向は、先端１０の縦
軸に平行な方向を指すことを了解されたい。Ｘ軸方向
は、先端１０の縦軸に垂直な方向を指すことを了解され
たい。
軸に平行な方向を指すことを了解されたい。Ｘ軸方向
は、先端１０の縦軸に垂直な方向を指すことを了解され
たい。
【００２５】先端１０を備えた片持ちばり１２は、高速
Ｘ−Ｚ圧電チューブ・スキャナ２２に結合されており、
Ｘ軸方向とＺ軸方向の両方で先端１０の位置を迅速かつ
正確に調節できるようになっている。コリメータ・レン
ズ２６を通して片持ちばり１２の後部にレーザ・ビーム
を当て、片持ちばり１２から反射されたビームを受け取
るレーザ干渉計および電子回路２４によって、先端１０
の振動動作を測定することが好ましい。この場合、反射
されたビームは、コリメータ・レンズ２６を通してレー
ザ干渉計および電子回路２４内の検出器に達する。好ま
しいレーザ干渉計および電子回路の詳細は、たとえば、
前掲のマーチンらの論文に記載されている。レーザ干渉
計および電子回路２４は、片持ちばり１２の、したがっ
て先端１０の振動動作を正確に検出し、先端１０の動き
に応じた出力信号を発生して、以下に説明するとおり、
先端１０の走査軌道を調節できるようになっている。
Ｘ−Ｚ圧電チューブ・スキャナ２２に結合されており、
Ｘ軸方向とＺ軸方向の両方で先端１０の位置を迅速かつ
正確に調節できるようになっている。コリメータ・レン
ズ２６を通して片持ちばり１２の後部にレーザ・ビーム
を当て、片持ちばり１２から反射されたビームを受け取
るレーザ干渉計および電子回路２４によって、先端１０
の振動動作を測定することが好ましい。この場合、反射
されたビームは、コリメータ・レンズ２６を通してレー
ザ干渉計および電子回路２４内の検出器に達する。好ま
しいレーザ干渉計および電子回路の詳細は、たとえば、
前掲のマーチンらの論文に記載されている。レーザ干渉
計および電子回路２４は、片持ちばり１２の、したがっ
て先端１０の振動動作を正確に検出し、先端１０の動き
に応じた出力信号を発生して、以下に説明するとおり、
先端１０の走査軌道を調節できるようになっている。
【００２６】先端１０の位置は、ＸＹ平面内およびＺ軸
方向で走査される。ただし、ＸＹ平面とは、基板２０の
上面に平行な平面であり、Ｚ軸はトレンチまたは線の深
さ方向または垂直方向（図示のとおり）にある。この走
査は、導体２８を介してコンピュータ３２からＱ圧電回
路３４に送られる、Ｘ軸およびＹ軸の変位（ｘｙ平面変
位）用の走査信号と、導体３０を介してＱ圧電回路３６
に送られる、Ｚ軸変位用の走査信号に応答して行われ
る。
方向で走査される。ただし、ＸＹ平面とは、基板２０の
上面に平行な平面であり、Ｚ軸はトレンチまたは線の深
さ方向または垂直方向（図示のとおり）にある。この走
査は、導体２８を介してコンピュータ３２からＱ圧電回
路３４に送られる、Ｘ軸およびＹ軸の変位（ｘｙ平面変
位）用の走査信号と、導体３０を介してＱ圧電回路３６
に送られる、Ｚ軸変位用の走査信号に応答して行われ
る。
【００２７】導体２８および３０を介してコンピュータ
３２から送られる走査信号に応答して発生する走査動作
の他に、先端は、Ｚ軸方向で、通常は片持ちばりと先端
の組合せの共振周波数である、ある高周波数で振動され
る。この振動は、振幅約１０オングストローム、周波数
３００ｋＨｚであることが好ましく、導体３８を介して
高周波発振器４０から高速Ｘ−Ｚ圧電チューブ・スキャ
ナ２２に送られる信号によって発生する。
３２から送られる走査信号に応答して発生する走査動作
の他に、先端は、Ｚ軸方向で、通常は片持ちばりと先端
の組合せの共振周波数である、ある高周波数で振動され
る。この振動は、振幅約１０オングストローム、周波数
３００ｋＨｚであることが好ましく、導体３８を介して
高周波発振器４０から高速Ｘ−Ｚ圧電チューブ・スキャ
ナ２２に送られる信号によって発生する。
【００２８】先端１０はまた、Ｘ軸方向（トレンチ幅方
向）でその名目位置を中心として、Ｚ軸方向のディザ運
動よりも低周波数のディザ運動をするようになってい
る。Ｘ軸方向のディザ運動は、振幅約１０オングストロ
ーム、周波数３ｋＨＺとなることが好ましい。Ｘ軸方向
のディザ運動は、導体４４を介して発振器４２から高速
Ｘ−Ｚ圧電チューブ・スキャナ２２に送られる信号によ
って発生する。
向）でその名目位置を中心として、Ｚ軸方向のディザ運
動よりも低周波数のディザ運動をするようになってい
る。Ｘ軸方向のディザ運動は、振幅約１０オングストロ
ーム、周波数３ｋＨＺとなることが好ましい。Ｘ軸方向
のディザ運動は、導体４４を介して発振器４２から高速
Ｘ−Ｚ圧電チューブ・スキャナ２２に送られる信号によ
って発生する。
【００２９】先端は、高速Ｘ−Ｚ圧電チューブ・スキャ
ナ２２に結合してあり、高速で位置を制御できるように
なっている。しかし、このスキャナが提供するのは、約
１ミクロンという比較的限られた範囲の運動だけであ
る。したがって、このスキャナ自体が、ロング・レンジ
だが応答の遅いスキャナ（図示せず）に結合してある。
ロング・レンジ・スキャナは、Ｑ圧電回路３４およびＱ
圧電回路３６で制御される。高速Ｘ−Ｚ圧電チューブ・
スキャナ２２は、導体３８および４４を介して送られる
信号で制御される。
ナ２２に結合してあり、高速で位置を制御できるように
なっている。しかし、このスキャナが提供するのは、約
１ミクロンという比較的限られた範囲の運動だけであ
る。したがって、このスキャナ自体が、ロング・レンジ
だが応答の遅いスキャナ（図示せず）に結合してある。
ロング・レンジ・スキャナは、Ｑ圧電回路３４およびＱ
圧電回路３６で制御される。高速Ｘ−Ｚ圧電チューブ・
スキャナ２２は、導体３８および４４を介して送られる
信号で制御される。
【００３０】「開ループ」走査と、先端１０の重畳ディ
ザ運動について説明したが、次に、フィードバックによ
って先端による追跡を制御して、構造、特に垂直構造の
プロフィル検査を改善する方法について説明する。
ザ運動について説明したが、次に、フィードバックによ
って先端による追跡を制御して、構造、特に垂直構造の
プロフィル検査を改善する方法について説明する。
【００３１】図３は、片持ちばり１２から反射された検
出済みレーザ・ビームによって発生する信号を示してい
る。信号エンベロープ４６は、Ｘ軸方向ディザ運動に対
応し、高周波信号４８は、Ｚ軸方向ディザ運動に対応す
る。信号は、当技術分野で周知の信号処理手段で個別に
復調される。高周波信号の平均振幅は、レーザ干渉計お
よび電子回路２４で求める。振幅は、先端とプロフィル
検査される表面の間の間隔を示す。原子間力顕微鏡で
は、プロフィル検査される表面に振動する先端が近づく
際、先端と表面の間の力グラジエントが増すため、先端
の振動運動の振幅が減少する。原子間力顕微鏡のこの原
理を使って、先端と表面の間隔を、検出された信号の関
数として求めている。
出済みレーザ・ビームによって発生する信号を示してい
る。信号エンベロープ４６は、Ｘ軸方向ディザ運動に対
応し、高周波信号４８は、Ｚ軸方向ディザ運動に対応す
る。信号は、当技術分野で周知の信号処理手段で個別に
復調される。高周波信号の平均振幅は、レーザ干渉計お
よび電子回路２４で求める。振幅は、先端とプロフィル
検査される表面の間の間隔を示す。原子間力顕微鏡で
は、プロフィル検査される表面に振動する先端が近づく
際、先端と表面の間の力グラジエントが増すため、先端
の振動運動の振幅が減少する。原子間力顕微鏡のこの原
理を使って、先端と表面の間隔を、検出された信号の関
数として求めている。
【００３２】高周波信号、すなわちＺ軸信号は、総和器
５０に送られる。総和器５０は、高周波発振器４０から
の信号とフィードバック信号を組み合わせて、先端１０
のＺ軸方向ディザの振幅を調節する。レーザ干渉計およ
び電子回路２４の第２の出力５９から、好ましくはロッ
クイン検出器であるディザ検出器５２に、信号エンベロ
ープ４６が送られる。ディザ検出器５２へのもう１つの
入力は、発振器４２からの基準信号である。
５０に送られる。総和器５０は、高周波発振器４０から
の信号とフィードバック信号を組み合わせて、先端１０
のＺ軸方向ディザの振幅を調節する。レーザ干渉計およ
び電子回路２４の第２の出力５９から、好ましくはロッ
クイン検出器であるディザ検出器５２に、信号エンベロ
ープ４６が送られる。ディザ検出器５２へのもう１つの
入力は、発振器４２からの基準信号である。
【００３３】ディザ検出器５２の出力は、信号エンベロ
ープ４６の振幅であり、後述するように、表面の局所勾
配を示す。ディザ検出器の出力信号は、コンピュータ３
２に送られる。コンピュータ３２へのもう１つの入力
は、レーザ干渉計および電子回路２４からのフィードバ
ック信号である。コンピュータは計算を行い、乗算器５
４にＸフィードバック方向信号を送る。乗算器５４は、
Ｘ軸とＺ軸のフィードバック動作の比率を調節する。乗
算器５４のもう１つの入力は、レーザ干渉計および電子
回路２４からのＺ軸方向フィードバック信号である。
ープ４６の振幅であり、後述するように、表面の局所勾
配を示す。ディザ検出器の出力信号は、コンピュータ３
２に送られる。コンピュータ３２へのもう１つの入力
は、レーザ干渉計および電子回路２４からのフィードバ
ック信号である。コンピュータは計算を行い、乗算器５
４にＸフィードバック方向信号を送る。乗算器５４は、
Ｘ軸とＺ軸のフィードバック動作の比率を調節する。乗
算器５４のもう１つの入力は、レーザ干渉計および電子
回路２４からのＺ軸方向フィードバック信号である。
【００３４】乗算器５４からの出力信号は、総和器５６
に送られ、そこでＸ軸方向発振器４２からの信号と組み
合わされる。
に送られ、そこでＸ軸方向発振器４２からの信号と組み
合わされる。
【００３５】以下に詳述するが、高速Ｘ−Ｚ圧電チュー
ブ・スキャナ２２は、従来どおり、レーザ干渉計および
電子回路２４からのフィードバック信号に応答して、ｚ
軸方向での先端の動きを制御する。Ｘ軸方向位置は、導
体５８を介してコンピュータ３２から乗算器５４に送ら
れる局所勾配依存信号によって修正された、レーザ干渉
計および電子回路２４からのフィードバック信号に応答
して制御される。
ブ・スキャナ２２は、従来どおり、レーザ干渉計および
電子回路２４からのフィードバック信号に応答して、ｚ
軸方向での先端の動きを制御する。Ｘ軸方向位置は、導
体５８を介してコンピュータ３２から乗算器５４に送ら
れる局所勾配依存信号によって修正された、レーザ干渉
計および電子回路２４からのフィードバック信号に応答
して制御される。
【００３６】コンピュータ３２は、Ｑ圧電回路３４、３
６に印加される電圧から、または個々の位置センサから
求めることができる、先端のＸ位置、Ｙ位置、およびＺ
位置を維持して、プロフィル検査する側壁表面の二次元
表現または三次元表現を、空中における先端の位置の関
数として出力するという機能も果たす。このデータは、
表形式で格納もしくは出力するか、あるいはその両方を
行うことも、イメージに変換することも可能である。
６に印加される電圧から、または個々の位置センサから
求めることができる、先端のＸ位置、Ｙ位置、およびＺ
位置を維持して、プロフィル検査する側壁表面の二次元
表現または三次元表現を、空中における先端の位置の関
数として出力するという機能も果たす。このデータは、
表形式で格納もしくは出力するか、あるいはその両方を
行うことも、イメージに変換することも可能である。
【００３７】局所勾配依存信号を使用すると、従来は必
要だった、２つの直交して配置されたレーザ干渉計およ
び付随回路による、片持ちばりの振動運動の光学的検出
が不要になる。
要だった、２つの直交して配置されたレーザ干渉計およ
び付随回路による、片持ちばりの振動運動の光学的検出
が不要になる。
【００３８】本発明を実施するのに有用な装置の好まし
い実施例について説明したが、次に、先端の軌道を制御
する方法について説明する。
い実施例について説明したが、次に、先端の軌道を制御
する方法について説明する。
【００３９】高速Ｘ−Ｚ圧電チューブ・スキャナ２２
に、したがって先端１０にディザ信号が印加されると、
先端は、図３に示す種類の波形に従って、Ｚ軸方向に沿
って振動運動をする。信号エンベロープ４６の振幅と、
発振器４２からの信号の位相に対するエンベロープの相
対的位相は、基板または加工物表面に垂直な軸に対する
先端の振動運動の方向の関数である。すなわち、振幅
は、ディザが表面に対して垂直の方向であると増加し、
ディザ方向が表面に対して平行であるときは減少してい
って、ついにはゼロになる。位相は、基準軸に対する局
所勾配の方向を示す。したがって、振動信号のエンベロ
ープ４６から、プロフィル検査中の表面の局所勾配に関
する情報が抽出できる。この局所勾配情報を使って、原
子間力顕微鏡のフィードバック方向を制御し、先端の走
査方向も制御する。トレンチまたは線の縦軸に平行なＹ
軸方向は、コンピュータ３２からＱ圧電回路３４に送ら
れる信号に応答して、増分的に走査される。Ｙ軸方向運
動によって、プロフィル検査されるトレンチまたは線の
さまざまな断面でのプロフィル検査が可能になる。
に、したがって先端１０にディザ信号が印加されると、
先端は、図３に示す種類の波形に従って、Ｚ軸方向に沿
って振動運動をする。信号エンベロープ４６の振幅と、
発振器４２からの信号の位相に対するエンベロープの相
対的位相は、基板または加工物表面に垂直な軸に対する
先端の振動運動の方向の関数である。すなわち、振幅
は、ディザが表面に対して垂直の方向であると増加し、
ディザ方向が表面に対して平行であるときは減少してい
って、ついにはゼロになる。位相は、基準軸に対する局
所勾配の方向を示す。したがって、振動信号のエンベロ
ープ４６から、プロフィル検査中の表面の局所勾配に関
する情報が抽出できる。この局所勾配情報を使って、原
子間力顕微鏡のフィードバック方向を制御し、先端の走
査方向も制御する。トレンチまたは線の縦軸に平行なＹ
軸方向は、コンピュータ３２からＱ圧電回路３４に送ら
れる信号に応答して、増分的に走査される。Ｙ軸方向運
動によって、プロフィル検査されるトレンチまたは線の
さまざまな断面でのプロフィル検査が可能になる。
【００４０】図４および図５について説明する。表面６
０の点Ｐ０に近い位置に先端１０を配置するとき、表面
法線を、図の座標系のＺ軸に対して角度αをなす矢印６
２で示す。矢印６４に沿ったフィードバック方向は、以
下に説明するとおり、乗算器５４から送られる信号によ
って、座標系のＺ軸から角度θだけオフセットされる。
このようにオフセットされるのは、次の計測点を記録す
る際、特にトレンチの隅で先端１０と表面６０が接触し
ないようにするためである。当業者なら、先端１０と、
プロフィル検査される表面との間隔が通常は２０〜５０
Åに過ぎないことを理解されよう。
０の点Ｐ０に近い位置に先端１０を配置するとき、表面
法線を、図の座標系のＺ軸に対して角度αをなす矢印６
２で示す。矢印６４に沿ったフィードバック方向は、以
下に説明するとおり、乗算器５４から送られる信号によ
って、座標系のＺ軸から角度θだけオフセットされる。
このようにオフセットされるのは、次の計測点を記録す
る際、特にトレンチの隅で先端１０と表面６０が接触し
ないようにするためである。当業者なら、先端１０と、
プロフィル検査される表面との間隔が通常は２０〜５０
Åに過ぎないことを理解されよう。
【００４１】導体５８を介してコンピュータ３２から乗
算器５４に送られる局所勾配依存信号が、高速Ｘ−Ｚ圧
電チューブ・スキャナ２２の、したがって先端１０のＸ
軸方向に与えられるフィードバック信号を修正する。こ
のため、高速Ｘ−Ｚ圧電チューブ・スキャナ２２のＸ軸
とＺ軸に対するフィードバック信号の比率が変わり、先
端１０はフィードバック方向の矢印６４をたどるように
なる。コンピュータ３２は、Ｑ圧電回路３４に信号を送
って、Ｘ軸方向での先端の走査を制御し、Ｑ圧電回路３
６に別の信号を送って、Ｚ軸方向での先端の走査を制御
する。これにより、計測された局所勾配の方向における
表面法線（矢印６２）と９０度の角度をなす軸に沿った
方向に、点Ｐ０から、表面６０上の点Ｐ１ではなく点Ｐ
２へと先端が走査する。
算器５４に送られる局所勾配依存信号が、高速Ｘ−Ｚ圧
電チューブ・スキャナ２２の、したがって先端１０のＸ
軸方向に与えられるフィードバック信号を修正する。こ
のため、高速Ｘ−Ｚ圧電チューブ・スキャナ２２のＸ軸
とＺ軸に対するフィードバック信号の比率が変わり、先
端１０はフィードバック方向の矢印６４をたどるように
なる。コンピュータ３２は、Ｑ圧電回路３４に信号を送
って、Ｘ軸方向での先端の走査を制御し、Ｑ圧電回路３
６に別の信号を送って、Ｚ軸方向での先端の走査を制御
する。これにより、計測された局所勾配の方向における
表面法線（矢印６２）と９０度の角度をなす軸に沿った
方向に、点Ｐ０から、表面６０上の点Ｐ１ではなく点Ｐ
２へと先端が走査する。
【００４２】追跡プロセスは２段階で行われる。まず、
すでに説明したアナログ電子フィードバック・システム
が、高速Ｘ−Ｚ圧電チューブ・スキャナ２２を使用し
て、先端位置を点Ｐ２からＰ１に調節する。コンピュー
タ３２は、先端が点Ｐ２からＰ１に動くときのフィード
バック信号の変化を記録し、先端の新しい位置を算出す
る。次に、コンピュータが、Ｑ圧電回路３４およびＱ圧
電回路３６に信号を送って、先端を点Ｐ２から点Ｐ１に
移動させると、高速Ｘ−Ｚ圧電チューブ・スキャナ２２
は次の移動に備えて元の位置に戻る。システムは次に、
同じプロセスを繰り返して、点Ｐ１における新しい局所
勾配を測定し、それに応じて導体５８を介して信号を調
節すると共に、先端が新しい走査方向をたどって新しい
位置まで動くようにする。
すでに説明したアナログ電子フィードバック・システム
が、高速Ｘ−Ｚ圧電チューブ・スキャナ２２を使用し
て、先端位置を点Ｐ２からＰ１に調節する。コンピュー
タ３２は、先端が点Ｐ２からＰ１に動くときのフィード
バック信号の変化を記録し、先端の新しい位置を算出す
る。次に、コンピュータが、Ｑ圧電回路３４およびＱ圧
電回路３６に信号を送って、先端を点Ｐ２から点Ｐ１に
移動させると、高速Ｘ−Ｚ圧電チューブ・スキャナ２２
は次の移動に備えて元の位置に戻る。システムは次に、
同じプロセスを繰り返して、点Ｐ１における新しい局所
勾配を測定し、それに応じて導体５８を介して信号を調
節すると共に、先端が新しい走査方向をたどって新しい
位置まで動くようにする。
【００４３】本発明の別の利点は、トレンチや線などの
非平面状の表面に達するまで、基板の表面を走査できる
ことである。これが可能なのは、表面と先端のディザ運
動の方向が平行であるかぎり、変調されたフィードバッ
ク信号はゼロであり、かつ、表面において先端が非平面
状構造または垂直構造に達すると、ディザ方向はもはや
表面に対して平行でなくなり、信号変調の振幅が増大す
るためである。
非平面状の表面に達するまで、基板の表面を走査できる
ことである。これが可能なのは、表面と先端のディザ運
動の方向が平行であるかぎり、変調されたフィードバッ
ク信号はゼロであり、かつ、表面において先端が非平面
状構造または垂直構造に達すると、ディザ方向はもはや
表面に対して平行でなくなり、信号変調の振幅が増大す
るためである。
【００４４】実際には、先端は、基板または他の加工物
の表面を走査する間、表面に平行な方向にディザ運動を
する。トレンチまたは線に達すると、ディザ運動は、表
面に平行でない方向になる。その瞬間、変調信号の振幅
が、トレンチの下り局所勾配または線の上り局所勾配を
示すある大きさになる。先端は、測定された局所勾配に
応じて表面上を動く。長方形の微細構造を仮定すると、
たとえば、トレンチの底部または線の上端で、Ｘ軸方向
のディザ運動が再び表面に平行になるときがある。その
後、Ｘ軸方向のディザ運動は表面に平行にならず、変調
信号の振幅は局所勾配を示すことになる。先端は、測定
された局所勾配に応じて表面上を動く。先端が加工物の
上面に接近すると、Ｘ軸方向のディザ運動は再び表面に
平行になる。
の表面を走査する間、表面に平行な方向にディザ運動を
する。トレンチまたは線に達すると、ディザ運動は、表
面に平行でない方向になる。その瞬間、変調信号の振幅
が、トレンチの下り局所勾配または線の上り局所勾配を
示すある大きさになる。先端は、測定された局所勾配に
応じて表面上を動く。長方形の微細構造を仮定すると、
たとえば、トレンチの底部または線の上端で、Ｘ軸方向
のディザ運動が再び表面に平行になるときがある。その
後、Ｘ軸方向のディザ運動は表面に平行にならず、変調
信号の振幅は局所勾配を示すことになる。先端は、測定
された局所勾配に応じて表面上を動く。先端が加工物の
上面に接近すると、Ｘ軸方向のディザ運動は再び表面に
平行になる。
【００４５】高さ約１ミクロンおよび０．５ミクロン、
幅約２．５ミクロンの盛り上がったフォトレジスト線を
有する基板を使用して実験テストを実施した。実験で大
きな寸法を使ったのは、比較的大形（４．８ミクロン）
の長靴形の先端を使用したためである。小さな長靴形の
先端を使用すると、幅０．５ミクロン以下のトレンチま
たは線がプロフィル検査できる。
幅約２．５ミクロンの盛り上がったフォトレジスト線を
有する基板を使用して実験テストを実施した。実験で大
きな寸法を使ったのは、比較的大形（４．８ミクロン）
の長靴形の先端を使用したためである。小さな長靴形の
先端を使用すると、幅０．５ミクロン以下のトレンチま
たは線がプロフィル検査できる。
【００４６】図６に、高さ１ミクロンの線の２つの側壁
において得た、何回かの走査によるプロフィル・データ
のグラフを示す。利用可能な圧電チューブ・スキャナの
レンジが限られているため、測定は２回ずつ行った。壁
はほぼ垂直であり、側壁に沿って１００Åという小さな
微細構造が見える。
において得た、何回かの走査によるプロフィル・データ
のグラフを示す。利用可能な圧電チューブ・スキャナの
レンジが限られているため、測定は２回ずつ行った。壁
はほぼ垂直であり、側壁に沿って１００Åという小さな
微細構造が見える。
【００４７】図７は、準連続走査で測定した線のプロフ
ィルを示す。図では、両側壁のアンダーカットが見え
る。走査の途中で動作を中断して、スキャナを５ミクロ
ン動かした。この完全なプロフィルは、アンダーカット
が存在する場合でも、さまざまな高さで線幅が正確に測
定できることを示している。図示された測定値に基づ
き、先端の幅が４．８ミクロンであることを考慮に入れ
ると、線の上端における線幅が２．６０ミクロン、もっ
とも狭い部分では２．４５ミクロンと算出できた。
ィルを示す。図では、両側壁のアンダーカットが見え
る。走査の途中で動作を中断して、スキャナを５ミクロ
ン動かした。この完全なプロフィルは、アンダーカット
が存在する場合でも、さまざまな高さで線幅が正確に測
定できることを示している。図示された測定値に基づ
き、先端の幅が４．８ミクロンであることを考慮に入れ
ると、線の上端における線幅が２．６０ミクロン、もっ
とも狭い部分では２．４５ミクロンと算出できた。
【００４８】測定の精度は、数百Å程度である。主とし
て、使用するスキャナの品質が悪いために精度は限られ
ている。圧電ヒステリシスによる非線形度は通常、トレ
ンチ幅の５％である。独立のセンサを備えた、現在利用
可能な走査顕微鏡ワークステーションでは、これらの測
定の精度は１ｎｍ以上に向上するはずである。
て、使用するスキャナの品質が悪いために精度は限られ
ている。圧電ヒステリシスによる非線形度は通常、トレ
ンチ幅の５％である。独立のセンサを備えた、現在利用
可能な走査顕微鏡ワークステーションでは、これらの測
定の精度は１ｎｍ以上に向上するはずである。
【００４９】片持ちばりと先端の動きを、レーザ干渉計
に関して説明したが、当業者には、コンデンサ・システ
ムなど、他の片持ちばり位置検出方式を使用できること
は明かであろう。
に関して説明したが、当業者には、コンデンサ・システ
ムなど、他の片持ちばり位置検出方式を使用できること
は明かであろう。
【００５０】上記説明、特に図３では、高周波発振器４
０および発振器４２からのディザ信号を正弦波とした
が、当業者には、三角パルス、矩形パルスなどの他の波
形も使用可能であることは明らかであろう。
０および発振器４２からのディザ信号を正弦波とした
が、当業者には、三角パルス、矩形パルスなどの他の波
形も使用可能であることは明らかであろう。
【００５１】従来の方法により表示装置５７にフィード
バック信号、またはコンピュータ３２からの信号を送る
ことにより、最大信号または最小信号を探すためにフィ
ードバック信号の視覚イメージを形成し、あるいはトレ
ンチまたは線自体の視覚イメージを形成できることも当
業者には明らかであろう。
バック信号、またはコンピュータ３２からの信号を送る
ことにより、最大信号または最小信号を探すためにフィ
ードバック信号の視覚イメージを形成し、あるいはトレ
ンチまたは線自体の視覚イメージを形成できることも当
業者には明らかであろう。
【００５２】以下に、上述した実施例を要約する。 Ａ．原子間力走査顕微鏡の先端の位置を制御することに
より、加工物中にある微細構造の表面をプロフィル検査
する方法であって、片持ちばりに結合された先端を微細
構造の近傍に配置する段階と、先端の縦軸にほぼ平行な
方向の軸に沿って先端を走査する段階と、先端の縦軸に
ほぼ垂直な方向の軸に沿って先端を走査する段階と、先
端の縦軸にほぼ平行な軸に沿った方向で、先端に第１の
周波数で第１のディザ運動を加える段階と、先端の縦軸
にほぼ垂直な方向な軸に沿った方向で、先端に第２の周
波数で第２のディザ運動を加える段階と、先端の動きを
検出し、先端の動きに応じてフィードバック信号および
局所勾配信号を発生させる段階と、フィードバック信号
に応答して、先端の縦軸にほぼ平行な方向の軸に沿った
先端の走査を制御する段階と、局所勾配信号および前記
フィードバック信号に応答して、先端の縦軸にほぼ垂直
な方向に先端の位置を制御することにより、先端に微細
構造の表面のプロフィルをたどらせる段階とを含むこと
を特徴とする方法。 Ｂ．さらに、表面のプロフィルを表示する表示手段を含
むことを特徴とする、Ａに記載の、微細構造の表面をプ
ロフィル検査する方法。 Ｃ．第１の周波数が第２の周波数より大きいことを特徴
とする、Ａに記載の、微細構造の表面をプロフィル検査
する方法。 Ｄ．先端の動きの検出段階が、片持ちばりからのエネル
ギー・ビームを反射し、先端の動きに比例する変調信号
を発生させる段階を含むことを特徴とする、Ｃに記載
の、微細構造の表面をプロフィル検査する方法。 Ｅ．フィードバック信号発生段階が、変調信号の振幅を
測定する段階を含み、局所勾配信号発生段階が、変調信
号のエンベロープを測定する段階を含むことを特徴とす
る、Ｄに記載の、微細構造の表面をプロフィル検査する
方法。 ａ．原子間力走査顕微鏡の先端の位置を制御することに
より、加工物中にある微細構造の表面をプロフィル検査
する装置であって、片持ちばりに結合された縦軸を持つ
先端と、先端の縦軸にほぼ平行な方向の軸に沿って先端
に走査動作をさせる、第１の走査手段と、先端の縦軸に
ほぼ垂直な方向の軸に沿って先端に走査動作をさせる、
第２の走査手段と、先端に結合されたスキャナ手段と、
スキャナ手段に結合された、先端の縦軸にほぼ平行な方
向で先端に第１の周波数で第１のディザ運動をさせる、
第１のディザ手段と、スキャナ手段に結合された、先端
の縦軸にほぼ垂直な方向で先端に第２の周波数で第２の
ディザ運動をさせる、第２のディザ手段と、先端の動き
を検出し、フィードバック信号と、検出された動作を示
す局所勾配信号の両方を発生させるために設けられた検
出手段と、スキャナ手段と検出手段に結合された、フィ
ードバック信号に応答して、先端の縦軸にほぼ平行な方
向の軸に沿った先端の位置を制御する手段と、検出手段
と結合された、局所勾配信号に応答して、先端に近接す
る表面の局所勾配を測定し、表面局所勾配信号を発生さ
せる、局所勾配測定手段と、スキャナ手段および局所勾
配測定手段に結合された、表面局所勾配信号に応答し
て、先端の位置を制御する手段とを備えることを特徴と
する装置。 ｂ．先端が長靴形であることを特徴とする、ａに記載
の、微細構造の表面をプロフィル検査する装置。 ｃ．さらに、表面のプロフィルを表示する表示手段を含
むことを特徴とする、ａに記載の、微細構造の表面をプ
ロフィル検査する装置。 ｄ．スキャナ手段が高速で振幅の小さなスキャナである
ことを特徴とする、ａに記載の、微細構造の表面をプロ
フィル検査する装置。 ｅ．スキャナ手段がさらに、高速で振幅が小さなスキャ
ナに結合された、低速で振幅が大きなスキャナを備える
ことを特徴とする、ｄに記載の、微細構造の表面をプロ
フィル検査する装置。 ｆ．第１の周波数が第２の周波数より大きいことを特徴
とする、ａに記載の、微細構造の表面をプロフィル検査
する装置。 ｇ．検出手段が、片持ちばりからのエネルギー・ビーム
を反射して、先端の動きを示す変調信号を発生させる手
段を含むことを特徴とする、ｆに記載の、微細構造の表
面をプロフィル検査する装置。 ｈ．フィードバック信号が変調信号の振幅に比例し、局
所勾配信号が前記変調信号のエンベロープに比例するこ
とを特徴とする、ｇに記載の、微細構造の表面をプロフ
ィル検査する装置。 ｉ．先端が長靴形であることを特徴とする、ｈに記載
の、微細構造の表面をプロフィル検査する装置。 原子間力走査顕微鏡を使用して側壁をプロフィル検査す
る方法とその好ましい実施例について図示し説明した
が、本発明の広範な範囲から逸脱することなく修正また
は変更が可能なことは当業者には明らかであろう。本発
明は、頭記の特許請求の範囲によってのみ限定されるの
である。
より、加工物中にある微細構造の表面をプロフィル検査
する方法であって、片持ちばりに結合された先端を微細
構造の近傍に配置する段階と、先端の縦軸にほぼ平行な
方向の軸に沿って先端を走査する段階と、先端の縦軸に
ほぼ垂直な方向の軸に沿って先端を走査する段階と、先
端の縦軸にほぼ平行な軸に沿った方向で、先端に第１の
周波数で第１のディザ運動を加える段階と、先端の縦軸
にほぼ垂直な方向な軸に沿った方向で、先端に第２の周
波数で第２のディザ運動を加える段階と、先端の動きを
検出し、先端の動きに応じてフィードバック信号および
局所勾配信号を発生させる段階と、フィードバック信号
に応答して、先端の縦軸にほぼ平行な方向の軸に沿った
先端の走査を制御する段階と、局所勾配信号および前記
フィードバック信号に応答して、先端の縦軸にほぼ垂直
な方向に先端の位置を制御することにより、先端に微細
構造の表面のプロフィルをたどらせる段階とを含むこと
を特徴とする方法。 Ｂ．さらに、表面のプロフィルを表示する表示手段を含
むことを特徴とする、Ａに記載の、微細構造の表面をプ
ロフィル検査する方法。 Ｃ．第１の周波数が第２の周波数より大きいことを特徴
とする、Ａに記載の、微細構造の表面をプロフィル検査
する方法。 Ｄ．先端の動きの検出段階が、片持ちばりからのエネル
ギー・ビームを反射し、先端の動きに比例する変調信号
を発生させる段階を含むことを特徴とする、Ｃに記載
の、微細構造の表面をプロフィル検査する方法。 Ｅ．フィードバック信号発生段階が、変調信号の振幅を
測定する段階を含み、局所勾配信号発生段階が、変調信
号のエンベロープを測定する段階を含むことを特徴とす
る、Ｄに記載の、微細構造の表面をプロフィル検査する
方法。 ａ．原子間力走査顕微鏡の先端の位置を制御することに
より、加工物中にある微細構造の表面をプロフィル検査
する装置であって、片持ちばりに結合された縦軸を持つ
先端と、先端の縦軸にほぼ平行な方向の軸に沿って先端
に走査動作をさせる、第１の走査手段と、先端の縦軸に
ほぼ垂直な方向の軸に沿って先端に走査動作をさせる、
第２の走査手段と、先端に結合されたスキャナ手段と、
スキャナ手段に結合された、先端の縦軸にほぼ平行な方
向で先端に第１の周波数で第１のディザ運動をさせる、
第１のディザ手段と、スキャナ手段に結合された、先端
の縦軸にほぼ垂直な方向で先端に第２の周波数で第２の
ディザ運動をさせる、第２のディザ手段と、先端の動き
を検出し、フィードバック信号と、検出された動作を示
す局所勾配信号の両方を発生させるために設けられた検
出手段と、スキャナ手段と検出手段に結合された、フィ
ードバック信号に応答して、先端の縦軸にほぼ平行な方
向の軸に沿った先端の位置を制御する手段と、検出手段
と結合された、局所勾配信号に応答して、先端に近接す
る表面の局所勾配を測定し、表面局所勾配信号を発生さ
せる、局所勾配測定手段と、スキャナ手段および局所勾
配測定手段に結合された、表面局所勾配信号に応答し
て、先端の位置を制御する手段とを備えることを特徴と
する装置。 ｂ．先端が長靴形であることを特徴とする、ａに記載
の、微細構造の表面をプロフィル検査する装置。 ｃ．さらに、表面のプロフィルを表示する表示手段を含
むことを特徴とする、ａに記載の、微細構造の表面をプ
ロフィル検査する装置。 ｄ．スキャナ手段が高速で振幅の小さなスキャナである
ことを特徴とする、ａに記載の、微細構造の表面をプロ
フィル検査する装置。 ｅ．スキャナ手段がさらに、高速で振幅が小さなスキャ
ナに結合された、低速で振幅が大きなスキャナを備える
ことを特徴とする、ｄに記載の、微細構造の表面をプロ
フィル検査する装置。 ｆ．第１の周波数が第２の周波数より大きいことを特徴
とする、ａに記載の、微細構造の表面をプロフィル検査
する装置。 ｇ．検出手段が、片持ちばりからのエネルギー・ビーム
を反射して、先端の動きを示す変調信号を発生させる手
段を含むことを特徴とする、ｆに記載の、微細構造の表
面をプロフィル検査する装置。 ｈ．フィードバック信号が変調信号の振幅に比例し、局
所勾配信号が前記変調信号のエンベロープに比例するこ
とを特徴とする、ｇに記載の、微細構造の表面をプロフ
ィル検査する装置。 ｉ．先端が長靴形であることを特徴とする、ｈに記載
の、微細構造の表面をプロフィル検査する装置。 原子間力走査顕微鏡を使用して側壁をプロフィル検査す
る方法とその好ましい実施例について図示し説明した
が、本発明の広範な範囲から逸脱することなく修正また
は変更が可能なことは当業者には明らかであろう。本発
明は、頭記の特許請求の範囲によってのみ限定されるの
である。
【図１】基板中のトレンチ内に配置された原子間力走査
顕微鏡の先端を表す図である。
顕微鏡の先端を表す図である。
【図２】本発明を実施するのに有用な原子間力走査顕微
鏡の好ましい実施例の概略ブロック図である。
鏡の好ましい実施例の概略ブロック図である。
【図３】レーザ干渉計で検出した、Ｚ軸に沿った先端の
振動を表すグラフである。
振動を表すグラフである。
【図４】表面を走査する方法を表す図である。
【図５】表面を走査する方法を表す図である。
【図６】本発明を実施した際に得られた実験データを表
すグラフである。
すグラフである。
【図７】本発明を実施した際に得られた実験データを表
すグラフである。
すグラフである。
１０ 先端 １２ 片持ちばり １４ トレンチ １６ 側壁 １８ 側壁 ２０ 基板 ２２ 高速Ｘ−Ｚ圧電チューブ・スキャナ ２４ レーザ干渉計および電子回路 ２６ コリメータ・レンズ ２８ 導体 ３０ 導体 ３２ コンピュータ ３４ Ｑ圧電回路 ３６ Ｑ圧電回路 ３８ 導体 ４０ 高周波発振器 ４２ 発振器 ４４ 導体 ４６ 信号エンベロープ ５０ 総和器 ５２ ディザ検出器 ５４ 乗算器 ５７ 表示装置 ５８ 導体 ５９ 第２の出力 ６０ 表面 ６２ 矢印 ６４ 矢印
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョーダン・ポーラー アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州 カーボロ、ビー・ピー・ダブリュー・ク ラブ・ロード140、ビー12号 (72)発明者 ヘーマンタ・クマル・ウィクラマシング アメリカ合衆国10514、ニューヨーク州 チャパクワ、キング・ストリート 600 (56)参考文献 特開 平５−187864（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−259709（ＪＰ，Ａ)
Claims (31)
- 【請求項１】原子間力走査顕微鏡の先端の位置を制御す
ることにより、加工物中にある微細構造のほぼ垂直な面
を含んでよい表面をプロフィル検査する方法であって、 表面の先端に対する相対距離を検出する段階と、 表面の局所勾配を測定する段階と、 表面の局所勾配の測定に応答して、先端の位置を制御す
ることにより、先端に表面のプロフィルをたどらせる段
階とを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２】先端の縦軸にほぼ平行な方向で、先端に第
１の周波数で第１のディザ運動を加える段階と、 先端の縦軸にほぼ垂直な方向で、先端に第２の周波数で
第２のディザ運動を加える段階と、 先端の動きを検出することにより、前記距離の検出と前
記局所勾配の測定を行う段階とを含むことを特徴とす
る、請求項１に記載の、原子間力走査顕微鏡の先端の位
置を制御する方法。 - 【請求項３】前記の先端の動きの検出により、先端の動
きを示す変調信号を発生させ、前記検出された距離が変
調信号の振幅に比例し、前記測定された局所勾配が変調
信号のエンベロープに比例することを特徴とする、請求
項２に記載の、原子間力走査顕微鏡の先端の位置を制御
する方法。 - 【請求項４】前記第１の周波数が前記第２の周波数より
大きいことを特徴とする、請求項３に記載の、原子間力
走査顕微鏡の先端の位置を制御する方法。 - 【請求項５】前記の先端の動きの検出段階が、先端を支
える片持ちばりからのエネルギー・ビームを反射して、
先端の縦軸にほぼ平行な方向での先端の動きを示す信号
を発生させる段階を含むことを特徴とする、請求項２に
記載の、原子間力走査顕微鏡の先端の位置を制御する方
法。 - 【請求項６】原子間力走査顕微鏡の先端の位置を制御す
ることにより、加工物中にある微細構造の表面をプロフ
ィル検査する装置であって、 先端の縦軸にほぼ平行な方向に、先端に第１の周波数で
第１のディザ運動を加える手段と、 先端の縦軸にほぼ垂直な方向に、先端に第２の周波数で
第２のディザ運動を加える手段と、 先端の動きを検出する手段と、 検出された先端の動きに応じて表面の局所勾配を測定す
る手段と、 測定された局所勾配に応じて先端の位置を制御すること
により、先端に表面をたどらせる手段とを備えることを
特徴とする装置。 - 【請求項７】前記第１の周波数が前記第２の周波数より
大きいことを特徴とする、請求項６に記載の、原子間力
走査顕微鏡の先端の位置を制御する装置。 - 【請求項８】前記検出手段が、前記先端を支える片持ち
ばりからのエネルギー・ビームを反射して、先端の動き
を示す変調信号を発生させる手段を含むことを特徴とす
る、請求項７に記載の、原子間力走査顕微鏡の先端の位
置を制御する装置。 - 【請求項９】前記局所勾配測定手段が、表面の局所勾配
に比例する前記変調信号のエンベロープを測定すること
を特徴とする、請求項８に記載の、原子間力走査顕微鏡
の先端の位置を制御する装置。 - 【請求項１０】前記検出手段が、前記先端と表面の間の
距離に比例する前記変調信号の振幅を測定することを特
徴とする、請求項９に記載の、原子間力走査顕微鏡の先
端の位置を制御する装置。 - 【請求項１１】前記位置制御手段が、先端に結合され
た、前記変調信号のエンベロープおよび前記変調信号の
振幅に応じて先端を位置決めする手段を含むことを特徴
とする、請求項８に記載の、原子間力走査顕微鏡の先端
の位置を制御する装置。 - 【請求項１２】前記先端に表面をたどらせる手段が、低
速で振幅の大きなスキャナに結合された第１の振幅の小
さなスキャナを含むことを特徴とする、請求項１１に記
載の、原子間力走査顕微鏡の先端の位置を制御する装
置。 - 【請求項１３】前記先端が長靴形であることを特徴とす
る、請求項１２に記載の、原子間力走査顕微鏡の先端の
位置を制御する装置。 - 【請求項１４】さらに、前記検出手段および前記制御手
段に結合された、表面のプロフィルを表示する表示手段
を含むことを特徴とする、請求項６に記載の、原子間力
走査顕微鏡の先端の位置を制御する装置。 - 【請求項１５】前記位置制御手段が、前記先端を支える
片持ちばりに結合された圧電スキャナを含むことを特徴
とする、請求項６に記載の、原子間力走査顕微鏡の先端
の位置を制御する装置。 - 【請求項１６】前記先端が長靴形であることを特徴とす
る、請求項６に記載の、原子間力走査顕微鏡の先端の位
置を制御する装置。 - 【請求項１７】原子間力走査顕微鏡の先端の位置を制御
することにより、加工物中にある微細構造の表面をプロ
フィル検査する方法であって、 片持ちばりに結合された先端を微細構造の近傍に配置す
る段階と、 先端の縦軸にほぼ平行な方向の軸に沿って先端を走査す
る段階と、 先端の縦軸にほぼ垂直な方向の軸に沿って先端を走査す
る段階と、 先端の縦軸にほぼ平行な軸に沿った方向で、先端に第１
の周波数で第１のディザ運動を加える段階と、 先端の縦軸にほぼ垂直な方向の軸に沿った方向で、先端
に第２の周波数で第２のディザ運動を加える段階と、 先端の動きを検出し、先端の動きに応じてフィードバッ
ク信号および局所勾配信号を発生させる段階と、 フィードバック信号に応答して、先端の縦軸にほぼ平行
な方向の軸に沿った先端の走査を制御する段階と、 局所勾配信号および前記フィードバック信号に応答し
て、先端の縦軸にほぼ垂直な方向に先端の位置を制御す
ることにより、先端に微細構造の表面のプロフィルをた
どらせる段階とを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項１８】原子間力走査顕微鏡の先端の位置を制御
することにより、加工物中にある微細構造の表面をプロ
フィル検査する装置であって、 片持ちばりに結合された縦軸を持つ先端と、 先端の縦軸にほぼ平行な方向の軸に沿って先端に走査動
作をさせる、第１の走査手段と、 先端の縦軸にほぼ垂直な方向の軸に沿って先端に走査動
作をさせる、第２の走査手段と、 先端に結合されたスキャナ手段と、 スキャナ手段に結合された、先端の縦軸にほぼ平行な方
向で先端に第１の周波数で第１のディザ運動をさせる、
第１のディザ手段と、 スキャナ手段に結合された、先端の縦軸にほぼ垂直な方
向で先端に第２の周波数で第２のディザ運動をさせる、
第２のディザ手段と、 先端の動きを検出し、フィードバック信号と、検出され
た動作を示す局所勾配信号の両方を発生させるために設
けられた検出手段と、 スキャナ手段と検出手段に結合された、フィードバック
信号に応答して、先端の縦軸にほぼ平行な方向の軸に沿
った先端の位置を制御する手段と、 検出手段と結合された、局所勾配信号に応答して、先端
に近接する表面の局所勾配を測定し、表面局所勾配信号
を発生させる、局所勾配測定手段と、 スキャナ手段および局所勾配測定手段に結合された、表
面局所勾配信号に応答して、先端の位置を制御する手段
とを備えることを特徴とする装置。 - 【請求項１９】原子間力走査顕微鏡の先端の位置を制御
することにより、対象物中にあるほぼ垂直な面を含んで
よい対象物の表面をプロフィル検査可能にする装置であ
って、 表面に対する先端の相対距離を検出する手段と、 表面の局所勾配を測定する手段と、 表面の局所勾配に応答して、先端の位置を制御し、先端
に表面のプロフィルをたどらせる手段とを含むことを特
徴とする装置。 - 【請求項２０】先端がたわみ可能な片持ちばりによって
支持されており、前記検出する手段が、前記片持ちばり
のたわみを検出する手段を含む、 請求項１９に記載の装置。 - 【請求項２１】さらに、対象物の表面のプロフィルを表
示する手段を含む、 請求項１９に記載の装置。 - 【請求項２２】表面の局所勾配を測定する手段が、先端
の縦軸にほぼ垂直な方向に、先端に第１のディザ運動を
加える手段と、先端の縦軸にほぼ平行な方向に、先端に
第２のディザ運動を加える手段とを含む、 請求項１９に記載の装置。 - 【請求項２３】対象物の表面に沿って走査される原子間
力走査顕微鏡の先端を利用して、ほぼ垂直な面を含んで
よい対象物の表面のプロフィルを測定可能にする方法で
あって、 先端によってプロフィルされる表面の瞬間的勾配を測定
する段階と、 瞬間的勾配に従って先端の走査を制御して、先端に表面
のプロフィルをたどらせる段階とを含むことを特徴とす
る方法。 - 【請求項２４】さらに、先端をたわみ可能な片持ちばり
によって支持する段階と、 前記瞬間的局所勾配を測定する段階が、片持ちばりのた
わみを検出することを含む、 請求項２３記載の方法。 - 【請求項２５】さらに、対象物の表面のプロフィルを表
示する段階を含む、 請求項２３記載の方法。 - 【請求項２６】表面の局所勾配を測定する段階が、先端
の縦軸にほぼ平行な方向に、先端に第１のディザ運動を
加えることと、先端の縦軸にほぼ垂直な方向に、先端に
第２のディザ運動を加えることとを含む、 請求項２３記載の方法。 - 【請求項２７】対象物の表面に沿って走査される原子間
力走査顕微鏡の先端を利用して、ほぼ垂直な面を含んで
よい対象物の表面をプロフィル検査可能にする装置であ
って、 先端によってプロフィルされる特徴の局所勾配を測定す
る手段と、 局所勾配に従って先端の走査を制御して、先端に特徴の
プロフィルをたどらせる手段とを含む、 装置。 - 【請求項２８】さらに、 先端がたわみ可能な片持ちばりによって支持されてお
り、前記特徴の局所勾配 を測定する手段が、片持ちばり
のたわみを検出する手段を含む、 請求項２７記載の装置。 - 【請求項２９】さらに、対象物の表面のプロフィルを表
示する手段を含む、 請求項２７記載の装置。 - 【請求項３０】表面の局所勾配を測定する手段が、先端
の縦軸にほぼ平行な方向に、先端に第１のディザ運動を
加える手段と、先端の縦軸にほぼ垂直な方向に、先端に
第２のディザ運動を加える手段とを含む、 請求項２７記載の装置。 - 【請求項３１】前記先端が長靴形であることを特徴とす
る、 請求項１記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US83080492A | 1992-02-04 | 1992-02-04 | |
| US830804 | 1992-02-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0682248A JPH0682248A (ja) | 1994-03-22 |
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|---|---|---|---|
| JP5012168A Expired - Fee Related JP2501282B2 (ja) | 1992-02-04 | 1993-01-28 | 原子間力走査顕微鏡を使用した表面プロフィル検査方法及びその装置 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2501282B2 (ja) |
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