JP2706703B2 - 標準試料及びこれを用いた位置補正方法並びに複合化測定装置 - Google Patents

標準試料及びこれを用いた位置補正方法並びに複合化測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高倍率で測定領域の狭い測定機器で、希望
する任意の場所に測定領域を位置決めするため、他の測
定機器と複合化した装置において、両者の測定位置のズ
レ量を求め、補正することができる位置合わせ用の標準
試料に関する。詳しくは、走査型トンネル顕微鏡(ST
M)と光学顕微鏡(光顕)、あるいは走査型電子顕微鏡
(SEM)等との複合装置において、両者の測定位置の関
係を求めるための標準試料である。
〔従来の技術〕
高倍率で測定領域の狭い測定機器の例では、走査型ト
ンネル顕微鏡(STM装置)が代表的なものとしてあげる
ことができる。
このSTM装置は、試料表面上トンネル電流領域まで測
定探針を接近させ、トンネル電流を検出して高倍率の3
次元観察ができることで知られている。この装置では高
倍率測定ができる反面、探針を走査しながら測定する測
定範囲を広くすることが現時点では困難で、ミクロンオ
ーダの微小領域の測定範囲となっている。
この装置により、試料の所望部分を観察する場合に
は、第11図に概略示すように、試料4上の目標位置Xを
概略見当づけて、STM装置9の測定探針9aによりSTM測定
し、所望の場所でないときは、次にまた別の位置をSTM
測定するというように、順次試料4上の位置(X1,→X2
…)を測定しながら目標位置Xを見つけ出すことを試行
錯誤で行っていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが近年になって、試料を能率的かつ多面的に観
察、測定、分析できるよう複数の測定手段、例えばSTM
装置と光学顕微鏡(光顕),STM装置と走査型電子顕微鏡
(SEM)等を備えた複合装置が要望されてきている。
しかしながら、STM装置では測定探針先端が非常に鋭
利でなければならない必要性や、探針表面の仕事関数が
問題となる測定を行う必要などから、探針の交換が頻繁
に行われる。
ところが、探針の取付時に探針の位置が装置の特性上
前の位置とはズレが生じてしまう。
そのため、複合装置では探針と他の測定器の光軸等の
相対位置が交換するたびに異なったものとなり、その相
対位置を特定することが必要とされている。しかも、位
置を特定するため、試料上の所定位置を決め、その位置
を求めることも前述したように煩雑で問題となってい
た。
そこで、本発明は測定試料のような測定軸が頻繁にズ
レて変位しても、前述したような試行錯誤を繰り返すこ
となく、容易に所定の位置が見つけられ、しかもその位
置のパターンにより複合装置の測定軸(例えば探針や光
軸等)の相対位置が特定でき、較正できる標準試料およ
び位置補正方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明では標準試料が、所
定の領域内に全て異なるパターンを有する位置特定用パ
ターン部が、間隔を置いて形成され、この位置特定用パ
ターン部を囲んで、互いに異なるパターンを有する少な
くとも3種の補助パターン部が形成されていることを特
徴とする。
また位置補正方法が標準試料の位置特定用パターン部
内の位置に第1の測定手段の位置を合わせ、次に、この
位置に第2の測定手段を合わせ、複合された測定手段の
相対位置を補正することを特徴とする。
〔作用〕
上記の手段によれば、標準試料内で試行錯誤を繰り返
すことなく、容易に所定位置が見つけられ、しかもその
位置により複合装置の測定手段の相対位置も容易に補正
することができ、簡便に複合装置の測定が可能となる。
〔実施例〕
以下図面に基づいて実施例を説明する。
第1図は本発明の実施例にある位置合わせ用標準試料
1(以下単に標準試料という)のパターン構成を示す平
面図である。
測定位置特定用主パターン(P)部(以下主パターン
部)20は、測定部、例えばSTM装置の測定探針先端位置
を特定するためのパターン部である。そして主パターン
(P)部20の上下には補助パターン(A)部21が、両横
には補助パターン(B)部22が、斜め方向には補助パタ
ーン部(C)23がそれぞれ形成されている。即ち、標準
試料1のパターンは、格子状に区切られ、主パターン
(P)部を囲んで、補助パターン(A),(B),
(C)が一定ピッチで形成されている。
本実施例では、具体的には主パターン(P)部20は後
述するように、0.161mm口で、縦横のピッチJは、0.5mm
となっている。そして、補助パターン部はピッチJと主
パターン部の大きさとから主パターン部以外の部分が補
助パターン形成部となり、補助パターン(C)部では、
0.339mm口寸法となっている。
この例の如く、縦横のピッチJを0.5mmに設定してい
るのは、STMの測定探針の交換時の取付け誤差が、本実
施例に用いた装置では、およそ0.2〜0.3mmとなっている
ことから、ピッチ領域J口を0.5mmとして、探針を取り
付けたときの誤差範囲内に主パターン部20が2ヶ所は入
らないようにして、どの主パターン部を使用するかが分
かるよう配慮してある。
第2図は、第1図の主パターン(P)部20の拡大説明
図である。主パターン(P)部20は、ピッチHで格子24
が形成され、この格子24内部には識別用パターンQ,Q…
が形成されている。この例ではピッチHは10μmで縦・
横に巾1μmでの格子により16分割し、161口μmの主
パターン部20をなしている。図に示されるように10μm
ピッチで格子を設け、この格子内に識別パターンを設け
たのは、STM探針の観察時の走査範囲がほぼ10μmであ
ることによるものである。そして、この主パターン部20
は、分割された格子内に、16進数0〜Fを用いて2桁で
行と列を示す。すべて異なるパターンQ,Q…が識別用パ
ターンとして設けられている。また、このパターン及び
格子(斜線部分)は、図の白部分に対して相対的に段差
となるよう形成され(例えば、数百Å程度の薄膜パター
ン),識別できるようになっている。
第3図.第4図は他の識別パターン例を示すもので、
第3図では行・列でパターン位置が順にずれていく例で
あり、第4図ではパターンの形を変化させたものであ
る。
補助パターン(A),(B),(C)部には、第5図
に示すように各々異なった均一なパターンA,B,Cがそれ
ぞれ形成され、位置特定用主パターン(P)部20がどの
方向にあるか、このパターンA,B,Cが観察されたときに
分かるようになっている。即ち、補助パターンAが観察
されたときは、上又は下方向に移動させれば、主パター
ン(P)部20に行きつくことができ、補助パターンBの
ときは、左又は右方向に、補助パターンCのときは斜め
方向に移動させれば、容易に主パターン(P)部20に行
きつくことができる。
次に、本試料を用いて二つの測定手段を持つ測定装
置、例えば、第7図に示すようなSTM測定と光学顕微鏡
(光顕)測定の位置合わせを行う方法について説明す
る。
第6図は、その方法を説明するフロー図である。STM
探針交換後、標準試料の任意の箇所をSTM測定しSTM像を
得る(ST2)。
この像からどのパターン部か判定する(ST3〜6)。
補助パターンA,B,Cのときは主パターン部の方向がこの
像より分かるので、試料を移動させ、再びSTM測定し主
パターン部の識別パターンと格子が出るようにする(ST
6)。
主パターン部20内のどの識別パターンが識別できると
ころで、別の測定手段である光顕測定に切換える(ST
7)。第7図のようにレボルバ8に対物レンズ6とSTM装
置9が装着された装置では、レボルバ8を回転させ光顕
測定にする。そして光顕の視野内に表示されたクロスカ
ーソルが、ステップ6(ST6)で確認された識別パター
ン又は格子の交叉部の位置に来るように、標準試料を移
動テーブル7により移動させ、この移動量(X,Y方向)
を読みとる(ST8)。この移動量が探針交換後のブレ量
で補正量となる。(ST9)なお、この補正量を求めるこ
とは、第8図のように光顕とSTM装置が別々の測定軸と
して構成されていても、オフセット量に対するズレ量と
して同様に補正することが可能である。
次に、測定したい試料(測定試料)の所望部分を測定
するときは、光顕で位置合わせ、つまり、所望部分をク
ロスカーソルに位置合わせし、その後レボルバ8を回転
し、STM測定側にして補正量だけ試料を移動させれば、
その部分のSTM測定を容易にすることができる(ST11〜1
3)。
なお、前述した標準試料の構成で、補助パターン部な
しですべて主パターン部で標準試料を形成した場合、ど
この主パターン部の像なのか判定が煩雑となり、主パタ
ーンの周囲に補助パターンを設けることで判定が容易と
なり、また主パターン方向の容易に知ることができる。
また、実施例の説明の前半部分で述べたように、ピッ
チJによる領域(主、補助パターンを含む□Jの領域)
は、探針交換時に想定されるズレ量よりも大きな値に設
定する必要がある。
また、本実施例では、個々の識別パターン領域のピッ
チHを10μm、および、主、副パターン部のピッチJを
0.5mmとしたが、装置の特性により走査範囲、取付誤差
の異なるものに対しては、これに対応したピッチJの標
準パターンとすることもできる。
また、標準試料1は、第10図に示す如く、試料ホルダ
ー10に測定試料とともに載置することで簡便に利用する
ことができる。
更に、第11図に示すように補助パターン部(A),
(B),(C)内の識別パターンを、主パターン部
(P)方向に指すようなパターン(例えば探針で走査で
きる範囲内の大きさの矢印等)で形成すれば、より容易
に主パターン部の位置を判定することができる。
以上の実施例では主にSTM装置の光顕との複合装置を
例に説明したが、他の組み合わせ例えばSTM装置とSEMで
も適用でき、同様な効果が得られる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本標準試料は位置識別パターン
の周期を任意に設定できるため、広い領域内で特定の位
置を容易に求めるSTMの位置合わせ用試料として非常に
有益である。
また、複合装置の位置補正をすることにより、多面的
な測定が簡便に、正確にすることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の標準試料平面図、第2図は第
1図の位置特定用パターン部の拡大詳細図で、識別用の
パターンを示す説明図、第3図,第4図は他の識別用パ
ターン例を説明する説明図、第5図は補助パターン例を
示す説明図、第6図は位置合わせ方法のフロー図、第7
図は光学顕微鏡とSTMを複合化した例の側面図、第8図
は光学顕微鏡とSTMを複合化した他の例の側面図、第9
図は標準試料の搭載例を示す斜視図、第10図は他の補助
パターン例の説明図、第11図は従来のSTM測定の説明斜
視図である。 1……標準試料 4……試料 9……STM装置 9a……探針 20……測定位置特定用パターン部 21……補助パターンA部 22……補助パターンB部 23……補助パターンC部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01J 37/28 H01J 37/28 Z

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の測定手段とこれに複合した第2の測
    定手段とからなり、前記両測定手段の測定位置のズレ量
    を求めてその相対位置を補正する複合化測定装置に用い
    る位置合わせ用の標準試料において、 複数個の位置特定用パターン部が所定の間隔を置いて配
    置され、前記各位置特定用パターン部の周囲には少なく
    とも3種類の互いに異なる補助パターン部が形成されて
    おり、かつ、前記位置特定用パターン部は形状の異なる
    複数個の識別用パターンが順次形成されていることを特
    徴とする位置合わせ用の標準試料。
  2. 【請求項2】第1の測定手段とこれに複合した第2の測
    定手段と、位置合わせ用の標準試料とを用いて、前記両
    測定手段の測定位置のズレ量を求めてその相対位置を補
    正する複合化測定装置において、 前記第2の測定手段は、前記第1の測定手段より低倍率
    で広い測定領域の特性を備えており、 前記位置合わせ用の標準試料は、請求項1に記載の構成
    からなることを特徴とする前記両測定手段の相対位置を
    補正する複合化測定装置。
  3. 【請求項3】まず、第1の測定手段により標準試料の位
    置の観察像を得て、この像より位置特定用パターン部内
    のどの識別パターンであるかを判定する。この際、補助
    パターン部の像が観察されるときはこれを手掛かりに位
    置特定用パターン部が観察される位置まで試料を移動さ
    せる。その後、前記識別パターンの位置に前記第2の測
    定手段を合わせて、両測定手段の位置ズレ量からその相
    対位置補正量を求める。この相対位置補正量を用いて各
    測定手段の相対位置を補正することを特徴とする請求項
    2記載の複合化測定装置による補正方法。
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