JP3175342B2 - 表面形状の測定方法 - Google Patents

表面形状の測定方法

Info

Publication number
JP3175342B2
JP3175342B2 JP28535292A JP28535292A JP3175342B2 JP 3175342 B2 JP3175342 B2 JP 3175342B2 JP 28535292 A JP28535292 A JP 28535292A JP 28535292 A JP28535292 A JP 28535292A JP 3175342 B2 JP3175342 B2 JP 3175342B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
tip
measured
scanning
inclination angle
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP28535292A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH06109416A (ja
Inventor
光太郎 黒川
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP28535292A priority Critical patent/JP3175342B2/ja
Publication of JPH06109416A publication Critical patent/JPH06109416A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3175342B2 publication Critical patent/JP3175342B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微
鏡、走査型プローブ顕微鏡等のように、探針によって被
検査物の表面を走査することによって表面形状を測定す
るようにした表面形状の測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、半導体集積回路、光ディスク等
の分野においては、サブミクロンから原子レベルに至る
領域での3次元的な微細加工やプロセスの評価技術が重
要性を増しており、より高分解能な観察手段が必要にな
っている。このような状況から、探針が被測定物の表面
を走査することによって、被測定物を破壊することなく
3次元的観察が可能であり、被測定物表面の原子配列や
電子状態を反映した像を得ることができる走査型トンネ
ル電流顕微鏡(STM)に代表されるような測定装置の
利用が注目されている。
【0003】例えば、STMは、3次元方向に制御可能
なピエゾアクチュエータに支持された探針を備え、この
探針を被測定物との間のトンネル電流が一定となるよう
に被測定物の表面を走査させ、この探針の3次元方向の
それぞれの走査量によって被測定物の表面形状の3次元
計測を可能とした装置である。
【0004】図7に示す基本構成を備えたSTMは、X
軸ピエゾ素子1a、Y軸ピエゾ素子1b及びZ軸ピエゾ
素子1cとからなり電圧制御によってXYZ方向に独立
に動作するピエゾアクチュエータ1を備え、このピエゾ
アクチュエータ1の先端にトンネル電流検出用の探針2
を取付けてなる。
【0005】一方、被測定物3は、前記探針2に対向し
て資料台に載置され、例えば金属被測定物3の場合、バ
イアス電源4が接続され、数十mVから1V程度のバイ
アス電圧で1nA程度のトンネル電流を検出するよう
に、探針2と被測定物3との距離dが設定されている。
なお、トンネル電流は、前記距離dが最少である探針2
と被測定物3との間で流れる。すなわち、トンネリング
する。
【0006】そして、前記探針2は、トンネル電流が一
定となるように被測定物3との距離dをサーボ回路を介
して制御しながら、被測定物3の表面と平行なXY面を
ピエゾアクチュエータ1に駆動されて走査する。これに
よって、XY面の個々の画素におけるZ軸アクチュエー
タ駆動信号(電圧)を、コンピュータ6によって変位量
に換算して画像処理を行うことにより、モニター画面7
上に被測定物3の表面形状のトポグラフ像を得ることが
できる。
【0007】次に、上述したSTMにおいて、図8に示
すように先端形状を曲率半径がR、先端角がα、走査方
向の側面の傾斜角がθ1、θ2(θ1=θ2)である探
針2を用いて、図9に示すように表面に突出した凸部3
Aの斜面3B、3Cの傾斜角β1、β2(β1=β2>
90°−α/2)がそれぞれ90°に近い急峻な斜面を
有する被測定物3を測定する場合について考察する。な
お、探針2と被測定物3との距離dは、非常に小さな値
なので、説明の便宜上、無視するものとする。
【0008】探針2は、被測定物3の表面を、図9矢印
で示す方向に走査される。上述したように、トンネル電
流は、探針2と被測定物3との距離dが最少位置でトン
ネリングすることから、探針2が被測定物3の平坦面を
走査する間は、探針2の先端2aがトンネリング位置と
なる。
【0009】そして、探針2が被測定物3の3a地点に
至ると、上述したようにβ1>90°−α/2の構成に
より、探針2の側面と凸部3Aの斜面3Bとの間隔が最
少となり、探針2側のトンネリング位置は探針2と被測
定物の走査方向での位置関係に応じて変化し、この状態
は探針2の先端が凸部3Aの頂面3Dに達するまで保持
される。すなわち、被測定物3側のトンネリング位置
は、一方の頂点3bのまま変わらないが、探針2側のト
ンネリング位置は、側面の最初の接触点2bから先端2
aの間で移動する。
【0010】同様にして、探針2の先端2aが凸部3A
の頂面3D上を走査する状態にあるときは、先端2aが
トンネリング位置として保持される。そして、探針2
が、被測定物3の凸部3Aの他方頂点3cから他方の傾
斜面3Cを経て平坦面の3d地点に至るまでの間、その
被測定物側トンネリング位置は先端2aから側面にジャ
ンプし、この状態は側面の一部2c地点において保持さ
れる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】以上のようにして探針
2の走査によって測定されたSTM像は、図10に示す
ように、被測定物3はその斜面3B、3C部分が傾斜角
θ1、θ2に基づく探針2の側面形状のデータによって
測定される。
【0012】このように、探針を用いて被測定物の表面
形状を測定する方法及び装置にあっては、探針の先端角
よりも急峻な段差或いは探針の先端径よりも幅狭の溝を
有する被測定物等を測定する場合、探針の形状が測定結
果に大きく影響し、探針の形状によって被測定物の真の
表面形状と測定した表面像とが異なってしまうといった
問題点があった。換言すれば、この種の測定装置にあっ
ては、測定可能な限界がパターン寸法と探針の先端曲率
半径と先端角によって規制される。
【0013】上述した問題点は、理論的に、例えば原子
領域の先端形状を有する探針を製作することによって超
精密測定が可能となることによって解決される。しかし
ながら、探針は、被測定物の表面を走査することからあ
る程度の機械的強度も必要とされ、また加工精度の限界
から、一般的には先端曲率半径が数十nm、先端角度が
50°以上70°程度の探針が限界である。
【0014】さらに、超精密加工によって超先鋭な先端
形状を有する探針を製作するための費用は極めて莫大で
ある。したがって、本発明は、探針を用いた表面形状の
測定方法において、探針の先端形状よりもさらに精密な
測定を可能とした表面形状の測定方法を提供することを
目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】この目的を達成した本発
明に係る表面形状の測定方法は、探針を走査して被測定
物の表面形状を測定する表面形状の測定方法において、
探針の先端部の中心軸を垂直方向に対して走査方向に傾
け、当該先端部の両側面が法線方向を挟んで互いに反対
方向に傾斜するとともに、探針の先端角をαとしたとき
に被測定物の斜面の傾斜角βがβ≧90−α/2とな
り、探針の走査方向に対する一方側面の傾斜角θ1及び
他方側面の傾斜角θ2がθ1>β>θ2となるように、
被測定物の表面を走査することを特徴としたものであ
る。
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【作用】本発明に係る表面形状の測定方法においては、
探針を垂直方向に対して走査方向に傾けることによっ
て、その一方側面の傾斜角度は傾けた角度分大となる。
したがって、先端角よりも急峻な段差を有する被測定物
に対しても、傾斜角度が大となった一方側面によって、
被測定物の斜面或いは溝壁の形状を正確に測定すること
ができる。
【0020】
【0021】
【0022】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例について、図面
を参照しながら説明する。本発明は、探針2の構成に特
徴を有しており、装置全体の基本構成は上述したSTM
と同一であるため、装置全体の説明は省略する。例えば
探針2は、図1に示すように、先端の基本形状が曲率半
径をR、先端角をαとし、加工が容易であることから走
査方向の両側面が中心線Mに対して左右対称形に形成し
たものであるが、この先端部は垂直方向に対して中心線
Mが角度φ分傾斜して形成されている。
【0023】このように形成した探針2は、ピエゾアク
チュエータ1の先端に取付けた状態において、その走査
方向の一方斜面2Aの傾斜角θ1が、θ1=90°−α
/2+φとなるとともに、他方斜面2Bの傾斜角θ2
が、θ2=90°−α/2−φとなり、実際の形状に対
して、走査方向に対して少なくとも一方側面は中心軸の
傾き角度φ分急峻に構成されることになる。
【0024】したがって、この探針2を用いて、一方斜
面3Bの傾斜角がβ1、他方斜面3Cの傾斜角がβ2の
凸部3Aを有する被測定物3を測定する場合について考
察する。なお、説明の便宜上、凸部3Aは、その斜面傾
斜角β1とβ2が互いに等しい等辺台形とし、また、探
針2の側面傾斜角θ1、θ2とは、θ1>β1=β2>
θ2の条件を満足するものとする。また、探針2の先端
2aと被測定物3との距離dは無視するものとする。
【0025】探針2が被測定物3の表面を、図2矢印で
示す方向に走査することによって、被測定物3の平坦面
を走査する間は、探針2の先端2aがトンネリング位置
となる。そして、探針2が被測定物3の3a地点に至る
と、上述したようにβ1>θ2の構成により、一方側面
2Bと凸部3Aの斜面3Bとの距離が最少となり、この
状態は探針2の先端2aが凸部3Aの頂面3Dに達する
まで保持される。すなわち、被測定物3側のトンネリン
グ位置は、一方の頂点3bのまま変わらない。
【0026】そして、探針2の先端2aが凸部3Aの頂
点3cを越えて他方斜面3Cに至るが、上述したように
θ1>β2の構成により、探針2と被測定物3との最少
間隔dは、先端2aとこの先端2aが走査する凸部3A
の他方斜面3C上に位置され、先端2aのトンネリング
位置は変わらず保持される。この状態は、凸部3Aを越
えて被測定物3の平坦面を走査する間保持される。
【0027】以上のようにして探針2の走査によって測
定されたSTM像は、図3に示すように、被測定物3
は、その斜面3B部分は探針2の一方側面2Bの傾斜角
θ2に基づく形状のデータが測定されるが、他方斜面3
C部分は先端2aの変位量に基づく正確な斜面形状のデ
ータが測定される。
【0028】なお、探針2をピエゾアクチュエータ1に
対して180°位置をズラして取付け、被測定物3の表
面を同様に走査することによって、凸部3Aの一方斜面
3Bの形状を正確に測定することができる。また、上記
第1回目の走査データと第2回目の走査データとをコン
ピユータによって合成処理することによって、全体形状
を得ることができる。
【0029】図4乃至図6は、上述した方法によって、
ある角度の傾斜面を有する凸部を有する被測定物につい
て、その傾斜角度を測定したトポグラフ像である。この
測定には、先端角65°、先端曲率半径40nmの探針
を使用し、それぞれ中心軸が垂直方向に対して3°、1
9°及び43°それぞれ傾けた探針を用いて測定したも
のである。
【0030】図4に示すように、中心軸が垂直方向に対
して3°傾けた探針を用いて走査することによって、被
測定物の凸部は、その右側斜面の傾斜角度が68°であ
るとのデータが得られた。この第1の測定では、探針の
側面の傾斜角が被測定物の凸部の傾斜面の角度として測
定されたことになる。
【0031】次に、図5に示すように、中心軸が垂直方
向に対して19°傾けた探針を用いて走査することによ
って、被測定物の凸部は、その右側面の傾斜角度が74
°であるとのデータが得られた。さらに、図6に示すよ
うに、中心軸が垂直方向に対して43°傾けた探針を用
いて走査することによって、第2の測定と同様に、被測
定物の凸部は、その右側面の傾斜角度が74°であると
のデータが得られた。
【0032】以上の第2及び第3の測定結果から、被測
定物の凸部は、その右側斜面の傾斜角度が74°である
ことが確認できる。
【0033】なお、上記実施例においては、探針2は、
その走査方向の両側面が中心線Mに対して相似形に形成
するとともに先端部が垂直方向に対して中心線を角度φ
分傾斜して形成するようにしたが、例えばピエゾアクチ
ュエータの走査方向に対し傾けて取付けることによって
も同等の作用効果が達成されることは勿論である。
【0034】また、実施の範囲は、STMばかりでな
く、探針を被測定物の表面上を走査させるその他の測定
方法にも適用可能であり、また例えばタリステップ、原
子間力顕微鏡(AFM)或いはマグネット・フォース・
マイクロスコープ(MFM)等の測定装置にも適用する
ことができる。
【0035】
【発明の効果】上述したように、本発明に係る表面形状
の測定方法によれば、探針を垂直方向に対して走査方向
に傾けて被測定物の表面を走査するようにしたことによ
り、一方側面の傾斜角度が大とされた探針が構成され、
この探針の先端角よりも急峻な段差或いは探針の先端径
よりも幅狭の溝を有する被測定物の斜面或いは溝壁の形
状が正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る表面形状測定装置に用いられる探
針の先端拡大図である。
【図2】上記探針を用いた表面形状の測定動作の説明図
である。
【図3】上記によって測定した被測定物の表面形状図で
ある。
【図4】先端角度65°、曲率半径40nmの探針を、
垂直方向に対して傾き角度3°で被測定物を測定したト
ポグラフ形状図である。
【図5】上記探針を、垂直方向に対して傾き角度19°
で被測定物を測定したトポグラフ形状図である。
【図6】上記探針を、垂直方向に対して傾き角度43°
で被測定物を測定したトポグラフ形状図である。
【図7】走査型トンネル顕微鏡の概略構成図である。
【図8】従来の表面形状測定装置に用いられる探針の先
端拡大図である。
【図9】上記探針を用いた表面形状の測定動作の説明図
である。
【図10】上記によって測定した被測定物の表面形状図
である。
【符号の説明】
1・・・・・・ピエゾアクチュエータ 2・・・・・・探針 2a・・・・・探針先端 2A、2B・・探針側面 3・・・・・・被測定物 3A・・・・・凸部 3B、3C・・凸部斜面 R・・・・・・探針先端部曲率半径 M・・・・・・探針中心線 α・・・・・・探針先端角 θ・・・・・・探針側面傾斜角 β・・・・・・凸部斜面傾斜角 φ・・・・・・探針傾き角度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 21/00 - 21/32 G01B 7/00 - 7/34 102 G01N 13/10 - 13/24 H01J 37/28

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 探針を走査して被測定物の表面形状を測
    定する表面形状の測定方法において、 探針の先端部の中心軸を垂直方向に対して走査方向に傾
    け、当該先端部の両側面が法線方向を挟んで互いに反対
    方向に傾斜するとともに、探針の先端角をαとしたとき
    に被測定物の斜面の傾斜角βがβ≧90−α/2とな
    り、探針の走査方向に対する一方側面の傾斜角θ1及び
    他方側面の傾斜角θ2がθ1>β>θ2となるように、
    被測定物の表面を走査することを特徴とした表面形状の
    測定方法。
JP28535292A 1992-09-30 1992-09-30 表面形状の測定方法 Expired - Fee Related JP3175342B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28535292A JP3175342B2 (ja) 1992-09-30 1992-09-30 表面形状の測定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28535292A JP3175342B2 (ja) 1992-09-30 1992-09-30 表面形状の測定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06109416A JPH06109416A (ja) 1994-04-19
JP3175342B2 true JP3175342B2 (ja) 2001-06-11

Family

ID=17690453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP28535292A Expired - Fee Related JP3175342B2 (ja) 1992-09-30 1992-09-30 表面形状の測定方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3175342B2 (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06109416A (ja) 1994-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6169281B1 (en) Apparatus and method for determining side wall profiles using a scanning probe microscope having a probe dithered in lateral directions
US5929438A (en) Cantilever and measuring apparatus using it
JP2501282B2 (ja) 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
EP0410131B1 (en) Near-field lorentz force microscopy
US6279389B1 (en) AFM with referenced or differential height measurement
US5308974A (en) Scanning probe microscope using stored data for vertical probe positioning
US6661004B2 (en) Image deconvolution techniques for probe scanning apparatus
US5898106A (en) Method and apparatus for obtaining improved vertical metrology measurements
US6246054B1 (en) Scanning probe microscope suitable for observing the sidewalls of steps in a specimen and measuring the tilt angle of the sidewalls
US5253516A (en) Atomic force microscope for small samples having dual-mode operating capability
JP2915554B2 (ja) バリアハイト測定装置
JPH0774735B2 (ja) サンプルの表面構造の寸法の測定装置及び方法
JPH1031084A (ja) 試料走査用の二重ステージ装置
US6000281A (en) Method and apparatus for measuring critical dimensions on a semiconductor surface
JP2983876B2 (ja) リアルタイムかつナノメータスケールの位置測定方法および装置
JPH08233836A (ja) 走査型プローブ顕微鏡、並びにその高さ方向較正用基準器および較正方法
KR20010086014A (ko) 복합면의 선-기반 특성화 방법 및 측정 장치
JP3175342B2 (ja) 表面形状の測定方法
US6452161B1 (en) Scanning probe microscope having optical fiber spaced from point of hp
JPH09166607A (ja) 走査型プローブ顕微鏡およびその測定方法
US6479817B1 (en) Cantilever assembly and scanning tip therefor with associated optical sensor
JPH03122514A (ja) 表面観察装置
JPH0926427A (ja) 位置決め装置、およびこれを用いたメディア移動型メモリ装置
JPH08226926A (ja) 走査型プローブ顕微鏡およびその測定方法
JP4497665B2 (ja) プローブの走査制御装置、該走査制御装置による走査型プローブ顕微鏡、及びプローブの走査制御方法、該走査制御方法による測定方法

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20010306

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080406

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090406

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090406

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100406

Year of fee payment: 9

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees