JP6309697B2 - 走査型プローブ顕微鏡を使用して特徴部分を画像化する方法 - Google Patents

Description

本発明は、走査型プローブ顕微鏡法に関し、詳細には、走査型プローブ顕微鏡を使用して実施される電気測定に関する。

走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）は、試験体の表面の上で走査する物理プローブを使用して試験体の画像を形成する顕微鏡の一型である。走査されるプローブは、機械的接触力、ファンデルワールス力、毛管力、化学結合力、静電気力および磁力を含むさまざまな物理力を介して試験体と作用しあう。ＳＰＭは、さまざまな力を測定して試験体のさまざまな特性を決定し、それらの試料特性を画像上に表示する。

ＳＰＭには、導電性試料を測定する走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、非導電性試料のさまざまな特性を測定することができる原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などのタイプがある。ＡＦＭはよく知られており、例えば、参照によって本明細書に組み込まれているＨｏｎｇ他の「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｕｓｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ Ｗｈｉｃｈ Ｏｐｅｒａｔｅｓ ｉｎ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｍｏｄｅ」という名称の米国特許第６，１８５，９９１号明細書に記載されている。ＡＦＭは、接触モード、タッピングモードまたは非接触モードで動作することができる。

図１は、カンチレバー１０４の遠位端にプローブ先端１０２を含むＡＦＭ１００を示す。ポジショナ１０６が、プローブ先端１０２を有するカンチレバー１０４を試料１０８の表面にわたって走査する。ポジショナ１０６は通常、圧電アクチュエータを備え、試料１０８は、ナノスケール構造体１１０などの特徴部分を含むことがある。カンチレバー１０４はばねのように動作する。カンチレバー１０４を偏向させ、次いで解放すると、カンチレバー１０４は共振周波数で振動する。

試料１０８とプローブ先端１０２を有するカンチレバー１０４との間の力がカンチレバー１０４を偏向させる。レーザ１１６が、カンチレバー１０４上の先端１０２の近くに位置する反射表面に向かって光ビーム１１８を導き、反射光１２０が、位置感応型光子検出器１２２によって検出される。位置感応型光子検出器１２２は、先端の位置に対応する出力電気信号を生成する。検出器１２２からのこの出力信号を信号処理装置１２４が処理して、時間に対する先端１０２の偏向を決定する。カンチレバーの振動、したがって光子検出器１２２から出力される信号は本質的に正弦波であり、周波数、振幅および位相によって特徴付けられる。プローブと試料の間のさまざまな力がこれらの正弦波特性に影響を及ぼす。固有周波数に対応する信号を、検出器１２２からの出力信号中に存在する他の信号および雑音から抽出するため、信号処理装置１２４は、１つまたは複数のロックイン増幅器１２６を含むことができる。さまざまな用途で、カンチレバーの振動の振幅、周波数および／または位相が検出され、試料の局所特性を決定するために使用される。

ユーザ・インタフェース１３２を通して入力された命令に従って、またはコンピュータ記憶装置１３４に記憶されたプログラム命令に従って、制御装置１３０がＡＦＭ１００を制御する。制御装置１３０はさらに、コンピュータ表示画面などの画像化装置１３６を、ＡＦＭ１００によって形成された試料画像を表示するように制御する。いくつかの用途では、カンチレバー１０４を上昇または下降させて、プローブ先端１０２と試料表面との間の距離を一定に維持するため、制御装置１３０が、先端の偏向を使用して、ポジショナ１０６へのフィードバックを提供する。「プローブ先端と試料表面との間の距離」は、プローブの下の局所試料表面からプローブの静止位置までの距離を言う。別の用途では、プローブが直線に沿って走査され、そのため、試料表面の周りのプローブの高さは、局所表面形状として変化する。

試料電圧源１４０は、ｄｃバイアス電圧、ａｃ電圧、またはｄｃバイアス電圧とａｃ電圧の組合せを試料１０８に印加することができる。本明細書で使用されるとき、ｄｃバイアス電圧を印加することは、ゼロ電圧を印加すること、すなわち要素を接地することを含むことがある。走査プローブ電圧源１４２は、ｄｃバイアス電圧、ａｃ電圧、またはｄｃバイアス電圧とａｃ電圧の両方を先端１０２に印加することができる。

ＡＦＭを使用して電圧を測定しているとき、任意選択で、試料１０８は、保護チャック１４４内に配置されている。保護チャック１４４は試料を固定し、また、電気測定に影響を及ぼしうる漂遊電位を低減させるために導電性材料で試料を部分的に取り囲む。試料電圧源１４０からの電位を、この保護チャックまたは従来のチャックを通してバルク試料に印加することができる。この電位は、試料上の接触パッドにも印加することができる。

ＡＦＭを、静電気力を検出するモードで動作させるとき、そのＡＦＭは、静電気力顕微鏡（ＥＦＭ）と呼ばれる。ＥＦＭは、プローブ先端と試料の間に電位差を印加することによって発生させた力を測定する振動非接触ＡＦＭの一型である。ＥＦＭは、例えばＰ．Ｇｉｒａｒｄ、「Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ｓｏｍｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １２、４８５（２００１）に記載されている。

Ｇｉｒａｒｄに記載されているとおり、試料とＡＦＭ先端との間の電圧差は、プローブ高さの変化による静電容量の変化および電位差の２乗に比例した力を生み出す。

電圧Ｖは、印加されたｄｃ電圧（Ｖ_ｄｃ）、印加された正弦波電圧（Ｖ_ＡＣ）、接触電位（Ｖ_ｃｐ）および外部から誘導された表面電圧（Ｖ_{ｉｎｄｕｃｅｄ}）の組合せである。

Ｖ＝（Ｖ_ｃｐ＋Ｖ_ｄｃ＋Ｖ_{ｉｎｄｕｃｅｄ}）＋Ｖ_ＡＣｓｉｎΩｔ
この力を３つの周波数項に分解することができる。ｄｃ項

は、カンチレバーの連続する湾曲に対応し、検出することは難しい。

周波数Ω項

は、容量結合および試料電圧Ｖ_ｃｐおよびＶ_{ｉｎｄｕｃｅｄ}に依存し、したがって試料上の電圧コントラストを示すのに役立つ。いくつかの実施態様では、フィードバック・ループが、Ｖ_ｄｃを−（Ｖ_ｃｐ＋Ｖ_{ｉｎｄｕｃｅｄ}）と等しくすることによって、Ｆ_Ωを０に維持する。Ｆ_Ωを０に維持すると、いくつかの条件下で画像品質を向上させることができる。

周波数２Ω項

は、局所容量結合に依存する。ロックイン増幅器を使用して、一定の先端−試料距離で走査しているときの雑音から、Ｆ_Ω信号またはＦ_２Ω信号を抽出することができる。

ＥＦＭは、プローブおよび／または試料に１つまたは複数の電位を印加している間に試料にわたってプローブを走査することによって実行される。印加する電位は、ａｃ、ｄｃまたはａｃとｄｃの組合せとすることができる。

図１のＡＦＭ１００は、プローブ先端１０２に印加された電位Ｖ１を示し、試料１０８には電位Ｖ２が印加される。ユーザが、ナノスケール構造体１１０に電圧Ｖ２を印加することを望むこともあるが、さまざまな因子が、ナノスケール構造体１１０の電気特性に影響を及ぼし、その結果、ナノメートル・スケール構造体１１０上に中間電位が印加される。

ＡＦＭプローブ先端の頂点と近くの試料領域との間の静電容量はこのＥＦＭ技法の重要な構成要素である。しかしながら、試料全体からＡＦＭプローブ先端円錐およびカンチレバーへの寄生静電容量が、測定される追加の力を生み出す。さらに、集積回路のような複雑な試料では、駆動された基板体電位への多数の経路に沿った接合および抵抗のために、表面のナノメートル・スケール構造体または表面の近くのナノメートル・スケール構造体が、あまり明確には規定されない電位を有することがある。寄生静電容量の影響およびゆるく拘束されたこの一組の電位が、不良な信号対雑音比および結果として得られる電位マップの不明瞭な源を有する、走査された画像を生み出す。

図２は、２２ｎｍプロセス技術によって製造された、トランジスタの上方の第２の金属レベルの集積回路の４マイクロメートル×４マイクロメートルのエリアの振動非接触ＡＦＭトポグラフィ画像である。２２ｎｍプロセスは通常、１００ｎｍ未満の金属線間隔を有する。図２は、絶縁エリア２０４によって分離された多数の導電線２０２を示す。図２の画像では、より明るい領域が、試料表面の高度がより高い部分を示す。走査中に、振動の大きさは、表面形状に伴って変化するため、プローブを上昇および下降させて振動振幅を維持するために、フィードバックが使用される。ピエゾ・アクチュエータへの駆動電圧をプロットして、トポグラフィ画像を形成する。

図３の画像は、ＥＦＭによって形成された図２に示されたエリアと同じエリアの電位マップである。この電位マップは、一定の高さで走査されたＡＦＭプローブを使用して形成したものである。図３のグレースケール画像では、より明るい領域が、より大きな静電位を有する領域を表す。画像化プローブ先端を、カンチレバーの共振周波数に近い、時間変化する周波数でバイアスした。図３は、いくつかの金属線３０２を高静電位の領域として示しているが、それらの金属線の互いに対する接続経路および基板に対する接続経路は不明瞭である。金属線の画像が不明瞭なのは、前述のとおり、感知される電位に影響を及ぼす寄生静電容量が存在するため、ならびに、導体への異なる経路に沿った接合および異なる抵抗により、チャックを通して試料体に印加された電位が、個々のそれぞれの導電線に達する前に、さまざまに変更されるためである。

半導体回路が小さくなると、金属線は互いにより接近する。最新の集積回路の「ピッチ」、すなわち金属線間の距離は、製造プロセスとともに変化するが、通常は２５０ｎｍ未満、１００ｎｍ未満、８０ｎｍ未満および４０ｎｍ未満である。新世代の製造プロセスが現れるたびにピッチは小さくなるため、ＥＦＭ画像中の単一の金属線を区別することはより難しくなり、または不可能になる。個々の金属線および表面下の線を、短絡、断線などの製造欠陥を示すように画像化する方法および装置が求められている。

Ｔｓｕｎｅｍｉ他、「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｄｕａｌ−ｐｒｏｂｅ ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｂｅａｍ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒｓ ｗｉｔｈ ｏｂｌｉｑｕｅｌｙ ｉｎｃｉｄｅｎｔ ｌａｓｅｒ ｂｅａｍｓ」、Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ８２、０３３７０８（２０１１）は、デュアル・プローブＡＦＭシステムを記載しており、Ｔｓｕｎｅｍｉ他は、このシステムを使用して、厚さ３００ｎｍのＳｉＯ_２層を有する高濃度にドープされたＳｉ基板上のα−セキシチオフェン（α−ｓｅｘｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）薄膜の樹枝状アイランドの表面電位を決定するためのケルビン力測定（Ｋｅｌｖｉｎ Ｆｏｒｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）を実行している。１つのプローブを、ＦＭ（周波数変調）検出法によって調節された先端−試料距離で走査し、同時に、別のプローブによってα−セキシチオフェン薄膜に電荷を注入した。

米国特許第６，１８５，９９１号明細書

Ｐ．Ｇｉｒａｒｄ、「Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ｓｏｍｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １２、４８５（２００１） Ｔｓｕｎｅｍｉ他、「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｄｕａｌ−ｐｒｏｂｅ ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｂｅａｍ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒｓ ｗｉｔｈ ｏｂｌｉｑｕｅｌｙ ｉｎｃｉｄｅｎｔ ｌａｓｅｒ ｂｅａｍｓ」、Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ８２、０３３７０８（２０１１） Ｍａｒｔｉｎ他、「Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−Ｆｏｒｃｅ Ｍａｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ ｏｎ ａ Ｓｕｂ−１００Å Ｓｃａｌｅ」、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６１（１０）（１９８７） Ｖｏ Ｔｈａｎｈ Ｔｕｎｇ他、「Ｔｕｎｉｎｇ Ｆｏｒｋ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ−Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｎａｎｏ−Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ Ｌｏｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ、Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ−Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｔ Ｎａｎｏｓｃａｌｅ」、Ｄｒ．Ｖｉｊａｙ Ｎａｌｌａｄｅｇａ（編）、ＩＳＢＮ：９７８−９５３−５１−０５７６−３、ＩｎＴｅｃｈ

本発明の目的は、走査型プローブ顕微鏡を使用した電気測定を改良することにある。

走査型プローブ顕微鏡は、走査プローブと、試料上のナノメートル・スケール構造体上に１つまたは複数の局所電位を印加する１つまたは複数の追加の局所電位駆動プローブとを含む。走査プローブが測定を実行するときに感度および選択性が最大になるように局所電場分布を調整するために、この局所電位駆動プローブは、固定電位、交流電位または固定電位と交流電位の組合せを印加することができる。バルク試料を通してではなく局所特徴部分の位置で電位を駆動することによって、電位マップ上で、その局所特徴部分を近隣の特徴部分から区別することができる。これによって、狭い間隔で配置された複数の線のうちの１本の線を識別することができ、また、表面下特徴部分からの信号などのより弱い信号を使用した画像化が可能になる。このことは特に、回路欠陥を識別するのに役立つ。

以上では、以下の本発明の詳細な説明をより十分に理解できるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなりおおまかに概説した。以下では、本発明の追加の特徴および追加の利点を説明する。開示される着想および特定の実施形態を、本発明の同じ目的を達成するために他の構造体を変更しまたは設計するためのベースとして容易に利用することができることを当業者は理解すべきである。さらに、このような等価の構造体は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を逸脱しないことを当業者は理解すべきである。

次に、本発明および本発明の利点のより完全な理解のため、添付図面に関して書かれた以下の説明を参照する。

先行技術のＡＦＭの略図である。 ２２ｎｍプロセス技術によって製造されたトランジスタの上方の第２の金属レベルの集積回路の４マイクロメートル×４マイクロメートルのエリアの振動非接触ＡＦＭトポグラフィ画像を示す図である。 ＡＦＭプローブを一定の高さで走査して形成した図２と同じエリアのＥＦＭ画像を示す図である。 局所電位駆動プローブを有するＥＦＭの略図である。 走査プローブを一定の高さに維持し、局所電位駆動プローブが表面の金属線と接触し、局所電位駆動プローブがその金属線の電位を駆動することによって得たＥＦＭ画像を示す図である。 物理回路に対する信号の位置を示すために、図３のトポグラフィ画像上に図５からのＥＦＭ信号を重ねた図である。 走査プローブを一定の高さで走査し、局所電位駆動プローブが表面の金属線と接触し、局所電位駆動プローブがその金属線の電位を駆動し、さらに回路相互接続を介して表面下金属線の電位を駆動することによって得たＥＦＭ画像を示す図である。 物理回路に対する信号の位置を示すために、図３のトポグラフィ画像上に図７からのＥＦＭ信号を重ねた図である。 局所電位駆動プローブを使用して局所電位を測定するための諸ステップを示す流れ図である。 ２つ以上の局所電位駆動プローブを有するＥＦＭの略図である。

本発明の実施形態は、ＥＦＭとして使用することができるＡＦＭであって、１つまたは複数の局所電位駆動プローブと走査プローブとを含むＡＦＭを提供する。静電気力を測定する間、局所特徴部分をある電位に駆動する技法は「アクティブＥＦＭ」と呼ばれる。局所電位駆動プローブは、走査プローブに似た追加のＡＦＭプローブであることが好ましい。通常は５００ｎｍ未満、２５０ｎｍ未満、１００ｎｍ未満または５０ｎｍ未満であるＡＦＭプローブの横方向分解能は、局所ナノ構造体の要素においてまたは局所ナノ構造体の要素の近くに局所電位駆動プローブを配置して、そのナノ構造体における電位を、走査プローブによって測定するために所望のように駆動することができるようにすることを可能にする。例えば、局所電位駆動プローブは、ナノ構造体における電位を、グランド電位、ｄｃ電圧またはａｃ電圧に駆動することができる。

本発明の実施形態は、電場を使用して特徴部分の画像を生成することによって金属線を検出する画像化ツールを提供する。局所電位駆動プローブは、ナノメートル・スケールにおける電位に関する局所境界条件を定義する。局所電位駆動プローブは、チャックまたは接触パッドを通してバルク試料に印加された電位によって、局所ナノ構造体における電位が正確に規定されないという先行技術の課題を解決する。この課題は、電位の遠隔印加と局所ナノ構造体の間の条件による。さらに、局所電位駆動プローブは、局所電位駆動プローブに接続された駆動されたナノ構造体と、通常は試料体を通して接地されているかまたは試料体を通して異なる電位に維持されている隣接する構造体との間のＡＦＭ画像中の見え方の違いの明確な差を提供する。これは、ずらりと並んだ隣接する導体の中の個々の伝導を明確に識別し、駆動された電極に電気的に接続された表面下特徴部分を画像化するのに十分な感度を提供する。例えば、表面導体に電位が印加されており、表面導体と表面下導体の間に電気接続が存在する場合、表面下導体は、走査プローブによって形成された画像中で見ることができる電荷を獲得する。回路設計が接続を含まない場合、その接続は欠陥を表す。回路設計が層間接続を含み、画像が、表面下の層上の電荷を示さない場合、その回路は、コネクタが失われているという欠陥を含む。

図４は、図１のＡＦＭ１００に似ているが、局所電位駆動プローブ４０２を含むＥＦＭ４００を示す。局所電位駆動プローブ４０２は、ナノ構造体１１０において局所電位を駆動する目的に使用される。ＡＦＭ１００の要素と同じＥＦＭ４００の要素には同じ参照符号が付けられている。ＥＦＭ４００は、第２のカンチレバー４０４の端に局所電位駆動プローブ先端４０２を含む第２のＡＦＭサブアセンブリを含み、第２のカンチレバー４０４は、第２のポジショナ４０６によってナノメートル・スケールの精度で位置決めされ、第２のポジショナ４０６は制御装置１３０によって制御される。レーザ４２２および位置感応型光子検出器４２２を使用して、局所電位駆動プローブ先端４０２の位置を検出することができる。局所電位駆動プローブ電圧源４３２が、局所電位駆動プローブ先端４０２に電圧を印加する。局所電位駆動プローブ先端４０２は次いで、ナノ構造体１１０における局所電位を所望の電位に駆動する。局所電位駆動プローブ電圧源４３２は、ナノ構造体１１０をグランド電位もしくは非グランドｄｃ電位に駆動することができ、または、ナノ構造体１１０にａｃ信号を印加することができる。局所電位駆動プローブ４０２に印加される電位Ｖ３は、プローブ１０２によって走査されている試料１０８中のナノメートル・スケール構造体１１０上の中間電位を規定する。

いくつかの実施形態は、局所電位駆動プローブ４０２上にＡＣ信号およびＤＣバイアスを印加し、試料チャック１４４を接地し、画像化プローブ１０２に別のＤＣバイアスを印加する。局所電位駆動プローブ上のＡＣ信号の周波数は通常、画像化プローブのカンチレバーの周波数である。

Ｖ３の大きさは、接触されたナノスケール構造体を画像化プローブによって形成された画像中に現わすに十分に大きなものであることが好ましく、画像である回路を損傷するほどには大きくないことが好ましい。いくつかの実施形態では、ＡＣ信号とＤＣバイアスの両方が局所電位駆動プローブに印加される。ＤＣバイアスは通常−１５Ｖから＋１５Ｖの間である。ＡＣ信号の周波数は通常、カンチレバーの共振周波数に整合させる。カンチレバーの共振周波数は通常１ｋＨｚから１５０ｋＨｚの間である。画像化プローブ１０２に印加される電圧Ｖ１は、−１５Ｖから＋１５Ｖの間のＤＣバイアスを含むことができる。

図５の画像は、プローブ１０２を一定の高さで走査し、局所電位駆動プローブ４０２を表面の金属線と接触させ、局所電位駆動プローブ４０２がその電位を駆動することによって得たものである。図５の画像は、導体５０２を、図３の導体が示されているよりも明瞭に示している。導体５０２の画像がより明瞭に示されているのは、局所電位駆動プローブによって導体５０２上に局所電位が直接に印加されているためである。したがって、導体５０２上の電位はより明確に定義されている。さらに、局所電位駆動プローブから絶縁されており、試料体を通して接地されていることがある近隣の線上に電位が印加されないことによって、画像中に示される導電線の重なりが低減しまたは排除される。近接線に電位が印加されないことによってさらに、近隣線とカンチレバーまたは先端円錐との間の寄生静電容量結合が排除される。

図６は、物理回路に対するＥＦＭ信号の位置を示すために、図３のトポグラフィ画像上に図５からのＥＦＭ信号を重ねた図である。試料体を回路ノードとして使用して、１つまたは複数の局所電位駆動プローブによって駆動されるナノメートル・スケール構造体の電位を保護することができる。図５の画像を得るため、走査されたプローブ先端１０２の電位Ｖ１と試料電圧源１４０の電位Ｖ２の両方をグランド電位に維持し、その間に、直流および交流電位バイアスＶ３を局所電位駆動プローブ４０２に印加した。交流電位バイアス周波数は、カンチレバー共振周波数に整合し、それによってカンチレバーの振動を駆動するように選択した。カンチレバーの振動に関連したカンチレバーの変位を同期検出するためにロックイン増幅器１２６を使用した。カンチレバーの共振においてまたはカンチレバーの共振の近傍で交流電位を駆動することによって、非接触モード画像化に対する機構と同じ機構によって共振の振幅または位相を測定することができる。

図７は、走査プローブ１０２を一定の高さで走査し、局所電位駆動プローブ４０２を表面の金属線７０２と接触させることによって得られた画像を示す。局所電位駆動プローブ４０２は、表面金属線７０２の電位を駆動するだけでなく、表面金属線７０２と埋込み導体７０４の間の回路相互接続を介して表面下金属線７０４の電位も駆動する。図７の強い信号の端から延びる弱い信号は、表面下金属線７０４が、駆動された表面線７０２に電気的に接続されていることを示している。図３の画像では、線７０２などの弱い線は、他の導体３０２からの信号によって打ち消されてしまうであろう。線７０２だけを局所的に駆動する局所電位駆動プローブ４０２によって、線７０２に接続されていない他の導体からの信号は低減しまたは排除され、その結果、線７０２に電気的に接続された表面下線７０４からの弱い信号を検出することができ、その一方で、駆動された線７０２から絶縁された他の導体からの信号は排除される。

図８は、回路に対する信号の位置を示すために、図３のトポグラフィ画像上に図７からのＥＦＭ信号を重ねた図である。本明細書に記載された技法は、局所的に駆動された電位に関連した経路の追跡を可能にすることによって、電気故障の分離に役立つ。駆動された表面線７０２と表面下金属線７０４との間の接続を回路設計が求めていない場合、画像中の表面下金属線７０４の存在は欠陥を表す。図２、３および５〜８の画像は全て、２２ｎｍプロセス技術によって製造されたトランジスタの上方の第２の金属レベルの集積回路の同じ４ミクロン×４ミクロンのエリアの画像である。

図９は、ナノ構造体の電気特性を解析するプロセスを示す流れ図である。図９の方法は特に、ナノ構造体が、狭い間隔で配置された一連の導体のうちの１つの導体であるときの画像化に役立つ。狭い間隔で配置されたという用語は、５００ｎｍ未満、２００ｎｍ未満、１００ｎｍ未満、５０ｎｍ未満または３０ｎｍ未満の間隔を置いて配置されていることを意味する。ステップ９０２で、局所電位駆動プローブがナノ構造体と接触する。ステップ９０４で、局所電位駆動プローブがナノ構造体を所望の電位に駆動する。ステップ９０６で、バルク試料に電位を印加する。バルク試料に印加された電位は、局所電位駆動プローブが駆動している導体に隣接しているがその導体とは電気的に接触はしていない導体の周囲に保護電位を提供する。ステップ９０８で、走査プローブに電位を印加する。ステップ９１０で、ナノ構造体のあるエリアの上で走査プローブを走査する。ステップ９１２で、光信号を検出および解析して、時間経過に対するプローブの位置を決定する。ステップ９１４で、このプローブ位置対時間曲線を解析して１つまたは複数の試料特性を決定する。この解析は例えば、ロックイン増幅器を使用して、固有周波数に対応する信号を分離することを含む。ＡＦＭ信号から試料特性を決定する目的に使用される信号解析技法はよく知られており、例えばＭａｒｔｉｎ他、「Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−Ｆｏｒｃｅ Ｍａｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ ｏｎ ａ Ｓｕｂ−１００Å Ｓｃａｌｅ」、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６１（１０）（１９８７）に記載されている。前述のとおり、解析される周波数は、試料とプローブの間に印加される駆動周波数Ωまたは２ΩなどのΩの倍数に対応することがある。試料とプローブの間に多数のａｃ信号が印加されるときには、解析される周波数が、印加される周波数の和もしくは差、または印加される周波数の和、差および倍数の組合せに対応することがある。ステップ９１６で、この解析の結果を使用して、静電荷、静電容量などの特性を示すナノ構造体の画像を形成する。画像のそれぞれの画素の明るさは、走査のそれぞれの点における解析によって決定される。この画像は、局所電位駆動プローブを使用しなければかき消されたであろう、駆動された導体に電気的に接続された表面下導体などの特徴部分を示すことができる。この画像は、故意でない層間接続などの欠陥を示すことができる。

図４には、１つの局所電位駆動プローブ先端４０２が示されているが、多数の局所電位駆動プローブ先端を使用して、試料中の異なるナノ構造体上に電位を印加することもできる。図１０は、ナノ構造体１００４および１００６を有する試料１００２を調べるＥＦＭ１０００を示す。走査プローブ１０２および局所電位駆動プローブ４０２に加えて、ＥＦＭ１０００は、カンチレバー１０１２の端に第２の局所電位駆動プローブ１０１０を含む第３のＡＦＭサブアセンブリをさらに含む。カンチレバー１０１２はポジショナ１０１４によって位置決めされる。分かりやすくするため、第３のＡＦＭサブシステムの追加の構成要素は示されていない。例えば、レーザ、光子検出器、局所電位駆動プローブ電圧源、および制御装置への接続は示されていない。

異なるワイヤ線上の異なる探査用プローブ先端を使用することによって、同じ画像中の異なる導体を強調することが可能である。これは例えば、１つのプローブ先端に印加されている信号の位相をもう一方のプローブ先端の位相に対して変化させることによって達成することができ、この位相の差が、ＥＦＭ画像位相データ中に現れる。これは、３つ以上のプローブ先端を用いて実行することができ、異なる先端上でＡＣバイアス信号の位相を調整するだけで済む。

ナノメートル・スケール構造体の局所電位に影響を与える目的には、局所電位駆動プローブ先端は試料と接触してもまたは接触しなくてもよい。３つ以上の回路ノードの場合には、異なるナノメートル・スケール構造体に、異なる直流および交流バイアス電位を印加することができ、周波数混合法または時間変化する電位を印加する他の方法によって、ノード間の力の相互結合を別々に検出することができる。

多数の追加のＡＦＭプローブを使用して、多数のナノメートル・スケール構造体上に規定された電位を確立することによって、ユーザは、それらのそれぞれの構造体に関連した画像構成要素を選択したり隠したりすることができる。特に回路解析に関しては、２つの回路領域の混合または重なりが、故障または接合の位置を与えうる。混合された周波数が画像化プローブの共振となるような態様で、２つの周波数クロス乗積を選択することができる。多数の局所電位駆動プローブに加えて、いくつかの実施形態はさらに、多数の走査プローブを使用する。異なるカンチレバー共振を有する多数の走査プローブを、同時にまたは非同時に走査することができる。周波数クロス乗積は、画像化プローブを刺激して欠陥点または接合部などの変化する相互作用を強調するように選択することができる。さらに、この刺激周波数は、より高次のノードまたはねじりモードなどの画像化プローブの共振応答を刺激するように選択することもできる。

試料がバイアスされるＥＦＭ測定では、試料体からの場線（ｆｉｅｌｄ ｌｉｎｅ）の発散が、そのかなり均一な電位のために１次元的である傾向がある。結果として生じる場の発散は、第２のプローブが接触したナノ構造体またはワイヤ線だけによって発生した場よりもゆっくりと低下し、その結果、先端頂点の反対側の先端円錐およびカンチレバーからのより大きな好ましくない力成分が生じる。しかしながら、一方の先端がナノメートル・スケール構造体と接触した２つの先端間の場は、先端から全ての３つの次元に発散する傾向を有し、それによって変位の関数としての力の変化を増大させる。デバイス、領域、ナノスケール配線などのナノ構造体の存在は、本発明によって有利に接触可能であり、その結果、先端から先端またはナノ構造体から比較的に遠いカンチレバー体への寄与は無視することができ、このことは試料バイアスの強力な欠点を克服する。試料全体ではなくナノ構造体デバイスだけに電圧バイアスを印加するときにはより高い感度が達成される。感度（カンチレバーの偏向）は、プローブ頂点と局所ナノ構造体の間の電磁場によって支配される。試料全体がバイアスされているとき、電磁場のエリアは大きく、電磁場は、先端頂点に作用するだけでなく、先端円錐およびカンチレバーにも作用する。これにより、プローブ頂点における相互作用に対するこの測定の感度は低下する。

局所電位駆動プローブとしてはＡＦＭプローブが使用されることが好ましい。これは、ＡＦＭプローブの高い横方向位置決め分解能およびＡＦＭプローブの容易な入手可能性のためである。局所電位プローブは、走査プローブと構造的に非常によく似たプローブまたは全く同じプローブとすることができる。いくつかの実施形態では、走査プローブと局所電位駆動プローブが相互に交換可能である。すなわち、システムは２つのＡＦＭプローブを含むことができ、どちらかのプローブをどちらかの機能のために使用することができる。ＡＦＭプローブのこの横方向位置決め分解能は、プローブの正確な配置を可能にし、それによって、ナノメートル・スケール上の必要な正確な位置に電位を印加することを可能にする。ＡＦＭ上で使用可能な正確な垂直位置制御は、ナノ構造体を傷つけることを防ぐためにプローブがナノ構造体と穏やかに接触することを可能にする。カンチレバーの偏向を観察して、局所電位駆動プローブが表面と接触したと判定することができ、また、ナノ構造体に対する損傷を防ぎ、同時に十分な電気接触を保証するように、接触力を制御することができる。プローブが、局所電位プローブとしてしか使用されないときには、振動を測定する必要がないため、プローブの構造を単純にすることができる。したがって、本発明は、局所電位駆動プローブとしてＡＦＭプローブを使用することだけに限定されない。十分な横方向分解能を有する任意のプローブを使用することができる。

記載された技法を使用して、電場および表面電位の特性を評価することができるが、本発明の好ましい用途は、電気特性の定量的な測定ではなく、金属線を検出および画像化することである。

以上に説明した実施形態は、画像化に対してカンチレバー型のＡＦＭを使用しているが、本発明は、画像化に関してどのタイプの走査型プローブ顕微鏡にも限定されない。例えば、実施形態が音叉ＡＦＭを使用することもできる。音叉ＡＦＭは例えば、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｎｔｅｃｈｏｐｅｎ．ｃｏｍ／ｂｏｏｋｓ／ｓｃａｎｎｉｎｇ−ｐｒｏｂｅ−ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ−ｐｈｙｓｉｃａｌ−ｐｒｏｐｅｒｔｙ−ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ−ａｔｎａｎｏｓｃａｌｅ／ｔｕｎｉｎｇ−ｆｏｒｋ−ｓｃａｎｎｉｎｇ−ｐｒｏｂｅ−ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ−ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ−ｆｏｒ−ｔｈｅ−ｎａｎｏ−ａｎａｌｙｓｉｓ−ｏｆ−ｔｈｅ−ｍａｔｅｒｉａｌ−ｓｕｒｆａｃｅから入手可能なＶｏ Ｔｈａｎｈ Ｔｕｎｇ他、「Ｔｕｎｉｎｇ Ｆｏｒｋ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ−Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｎａｎｏ−Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ Ｌｏｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ、Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ−Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｔ Ｎａｎｏｓｃａｌｅ」、Ｄｒ．Ｖｉｊａｙ Ｎａｌｌａｄｅｇａ（編）、ＩＳＢＮ：９７８−９５３−５１−０５７６−３、ＩｎＴｅｃｈに記載されている。

局所電位駆動プローブを使用して金属線にＡＣ信号を印加することによって、本明細書に記載された技法は、ＥＦＭ信号の信号強度を増大させて、試料中のより深い位置にある金属線の検出を可能にし、試料からの影響を低下させる。試料および隣接する線を接地することによって、この技法はさらに、画像である金属線上の印加されたＡＣ信号の背景雑音を低減させ、さらに、そうすることによって信号対雑音比を増大させて、より良好な画像化品質を達成する。

以上に説明した実施形態は、ＥＦＭ内での静電気力の測定に関するが、本発明は、局所電位の影響を受ける任意の走査プローブ顕微鏡技法に適用可能である。画像化プローブを用いて試料特性を測定する技法はよく知られている。例えば前掲のＧｉｒａｒｄ他を参照されたい。いくつかの測定は、試料の異なる１つの特性を決定するのに異なる１つの信号解析だけを必要とする。表面の電位は非電気特性の測定にも影響を及ぼしうるため、本発明の用途は電気測定技法だけに限定されない。

本発明の好ましい方法または装置は多くの新規の態様を有する。本発明は、目的の異なるさまざまな方法または装置として実施することができるため、全ての実施形態に全ての態様が存在する必要はない。さらに、記載された実施形態の態様の多くは別個に特許を受けることができる。本発明は幅広い適用可能性を有し、上記の例において説明し示した多くの利点を提供することができる。本発明の実施形態は、具体的な用途によって大きく異なり、全ての実施形態が、これらの全ての利点を提供するわけではなく、本発明によって達成可能な全ての目的を達成するわけではない。

本発明は、上記の諸ステップを実行するようにプログラムすることができる制御装置を含む顕微鏡システムを含む。コンピュータ・ハードウェア、ハードウェアとソフトウェアの組合せ、またはコンピュータ可読の非一時的記憶装置に記憶されたコンピュータ命令によって、本発明の実施形態を実現することができることを認識すべきである。本発明の方法は、標準プログラミング技法を使用し、本明細書に記載された方法および図に基づいて、コンピュータ・プログラムとして実現することができ、このコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・プログラムを含むように構成されたコンピュータ可読の非一時的記憶媒体を含み、そのように構成された記憶媒体は、コンピュータを、予め決められた特定の方式で動作させる。コンピュータ・システムと通信するため、それぞれのプログラムは、高水準手続き型プログラミング言語またはオブジェクト指向プログラミング言語で実現することができる。しかしながら、所望ならば、それらのプログラムを、アセンブラ言語または機械語で実現することもできる。いずれにせよ、その言語は、コンパイルまたは解釈される言語とすることができる。さらに、そのプログラムは、そのプログラムを実行するようにプログラムされた専用集積回路上で実行することができる。

さらに、方法論は、限定はされないが、ＳＰＭもしくは他の画像化装置とは別個の、ＳＰＭもしくは他の画像化装置と一体の、またはＳＰＭもしくは他の画像化装置と通信するパーソナル・コンピュータ、ミニコンピュータ、メインフレーム、ワークステーション、スマート・フォン、ネットワーク化されたコンピューティング環境または分散コンピューティング環境、コンピュータ・プラットホームなどを含む、任意のタイプのコンピューティング・プラットホームで実現することができる。本発明の諸態様は、取外し可能であるか、またはコンピューティング・プラットホームと一体であるかを問わない、ハードディスク、光学式読取りおよび／または書込み記憶媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの非一時的記憶媒体または記憶装置上に記憶された機械可読コードであって、プログラム可能なコンピュータが、本明細書に記載された手順を実行するために、その記憶媒体または記憶装置を読んだときに、そのコンピュータを構成し、動作させるために、そのコンピュータが読むことができるように記憶された機械可読コードとして実現することができる。さらに、機械可読コードまたは機械可読コードの一部を、有線または無線ネットワークを介して伝送することができる。本明細書に記載された発明は、マイクロプロセッサまたは他のデータ処理装置と連携して上述の諸ステップを実現する命令またはプログラムを含む、これらのさまざまなタイプの非一時的コンピュータ可読記憶媒体、およびその他のさまざまなタイプの非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含む。本発明はさらに、本明細書に記載された方法および技法に従ってプログラムされたコンピュータを含む。

入力データに対してコンピュータ・プログラムを使用して、本明細書に記載された機能を実行し、それによって入力データを変換して、出力データを生成することができる。この出力情報は、ディスプレイ・モニタなどの１つまたは複数の出力装置に出力される。本発明の好ましい実施形態では、変換されたデータが物理的な実在する物体を表し、これには、その物理的な実在する物体の特定の視覚的描写をディスプレイ上に生成することが含まれる。

以上の説明の多くは、ドリル・カッティングからの鉱物試料を対象としているが、本発明を使用して、適当な任意の材料の試料を調製することができる。特に明記しない限り、本出願では、用語「加工物」、「試料」、「基板」および「試験体」が相互に交換可能に使用される。さらに、本明細書において、用語「自動」、「自動化された」または類似の用語が使用されるとき、これらの用語は、自動プロセスもしくは自動ステップまたは自動化されたプロセスもしくは自動化されたステップの手動による開始を含むものと理解される。

以下の議論および特許請求の範囲では、用語「含む」および「備える」が、オープン・エンド型の用語として使用されており、したがって、これらの用語は、「．．．を含むが、それらだけに限定されない」ことを意味すると解釈すべきである。ある用語が本明細書で特に定義されていない場合、その用語は、その通常の一般的な意味で使用されることが意図されている。添付図面は、本発明を理解する助けとなることが意図されており、特に明示されていない限り、一定の尺度では描かれていない。

本明細書に記載されたさまざまな特徴は、機能する任意の組合せまたは下位の組合せで使用することができ、本明細書の実施形態に記載された組合せだけで使用されるわけではない。そのため、本開示は、そのような任意の組合せまたは下位の組合せの文書による説明を提供するものと解釈すべきである。

本発明および本発明の利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された実施形態に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解すべきである。さらに、本出願の範囲が、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されていない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、または実質的に同じ結果を達成する既存のまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを、本発明に従って利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことが意図されている。

Claims (25)

1. 試料上の第１のナノスケール構造体の画像を静電気力顕微鏡を使用して形成する方法であって、
   前記試料体に試料電位を印加することであって、前記試料電位が前記第１のナノスケール構造体の周囲に保護電位を提供すること、
   前記試料上の前記第１のナノスケール構造体を第１の原子間力顕微鏡プローブと接触させること、
   前記第１の原子間力顕微鏡プローブを通して前記第１のナノスケール構造体に局所電位を印加すること、
   前記第１のナノスケール構造体の画像を生成するために、第２の原子間力顕微鏡プローブをある領域の上で走査することであって、走査することが前記第１のナノスケール構造体に電気的に接続された表面下導体の画像を形成すること
   を含む方法。
2. 前記試料上の第２のナノスケール構造体を第３の原子間力顕微鏡プローブと接触させること、
   前記第３の原子間力顕微鏡プローブを通して前記第２のナノスケール構造体に局所電位を印加することであって、前記第２のナノスケール構造体に印加される前記局所電位が、前記第１のナノスケール構造体に印加される前記電位とは異なること
   を含む請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のナノスケール構造体に局所電位を印加することが、第１の周波数を有するＡＣ電位を印加することを含み、前記第２のナノスケール構造体に局所電位を印加することが、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有するＡＣ電位を印加することを含む、請求項２に記載の方法。
4. 試料上の第１の導電性特徴部分の画像を走査型プローブ顕微鏡を使用して形成する方法であって、前記試料が、試料体および第２の導電性特徴部分を含み、前記第２の導電性特徴部分が、非接触走査プローブと前記試料体だけに印加された電位とを使用して画像が形成されたときに前記第１の特徴部分の静電気力顕微鏡像と前記第２の特徴部分の静電気力顕微鏡像とが重なり合うような態様で、前記第１の導電性特徴部分に十分に近く、前記方法が、
   前記試料体に試料電位を印加することであって、前記試料電位が、前記第１および第２の特徴部分の周囲に保護電位を提供すること、
   前記試料上の前記第１の特徴部分を局所電位駆動プローブと接触させることであって、前記局所電位駆動プローブが、前記局所電位駆動プローブをサブミクロン精度で位置決めすることができるポジショナに接続されていること、
   前記局所電位駆動プローブを通して前記表面特徴部分に局所電位を印加すること、
   出力信号を生成するために、第１の走査型プローブ顕微鏡の画像化プローブを、前記第１の特徴部分を含む領域の上で走査すること、ならびに
   前記第１の特徴部分の前記出力信号の大きさ、周波数または位相を使用して画像を形成することであって、前記画像が、前記第１の特徴部分および前記第１の特徴部分に電気的に接続された特徴部分だけを含むこと
   を含む方法。
5. 前記試料上の前記第１の特徴部分を局所電位駆動プローブと接触させることが、前記表面特徴部分を原子間力顕微鏡プローブと接触させることを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記試料上の第３の導電性特徴部分を第２の局所電位駆動プローブと接触させることをさらに含み、前記第２の局所電位駆動プローブが、前記局所電位駆動プローブをサブミクロン精度で位置決めすることができる第２のポジショナに接続されている、請求項４または５に記載の方法。
7. 画像を形成するために、前記出力信号の大きさ、周波数または位相を決定することが、走査された前記領域上の静電荷に対応する画像を形成することを含む、請求項４に記載の方法。
8. 走査された前記領域上の静電荷に対応する画像を形成することが、前記表面特徴部分上の静電荷および前記表面下特徴部分上の静電荷に対応する画像を形成することを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記画像を形成するために、前記走査プローブの振動の前記大きさ、周波数または位相を検出することが、前記出力信号から信号を抽出するためにロックイン増幅器を使用することを含む、請求項４に記載の方法。
10. 試料の表面下特徴部分を走査型プローブ顕微鏡を使用して観察する方法であって、前記試料が、試料体、表面特徴部分、および前記表面特徴部分に電気的に接続された表面下特徴部分を含み、前記方法が、
    前記試料体に試料電位を印加すること、
    前記試料上の前記表面特徴部分を局所電位駆動プローブと接触させることであって、前記局所電位駆動プローブが、前記局所電位駆動プローブをサブミクロン精度で位置決めすることができるポジショナに接続されていること、
    前記局所電位駆動プローブを通して前記表面特徴部分に局所電位を印加すること、
    出力信号を生成するために、第１の走査型プローブ顕微鏡の画像化プローブを、前記表面特徴部分の近くの領域の上で走査すること、ならびに
    前記出力信号の大きさ、周波数または位相を使用して画像を形成することであって、前記画像が、前記表面特徴部分の少なくとも一部分および前記表面下特徴部分の少なくとも一部分を含み、前記局所電位駆動プローブは、前記画像中で前記表面下特徴部分が観測可能となるように、前記表面特徴部分上および前記表面下特徴部分上の電位と前記試料電位とを十分に異ならせること
    を含む方法。
11. 前記試料上の前記表面特徴部分を前記局所電位駆動プローブと接触させることが、前記表面特徴部分を第２の走査型プローブ顕微鏡と接触させることを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記表面特徴部分を第２の走査型プローブ顕微鏡と接触させることが、前記表面特徴部分を原子間力顕微鏡と接触させることを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 画像を形成するために、前記出力信号の大きさ、周波数または位相を決定することが、走査された前記領域上の静電荷に対応する画像を形成することを含む、請求項１０に記載の方法。
14. 走査された前記領域上の静電荷に対応する画像を形成することが、前記表面特徴部分上の静電荷および前記表面下特徴部分上の静電荷に対応する画像を形成することを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記画像化プローブと前記表面特徴部分の間に交流電圧を印加することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
16. 前記画像を形成するために、前記走査プローブの振動の前記大きさ、周波数または位相を検出することが、前記出力信号から信号を抽出するためにロックイン増幅器を使用することを含む、請求項１０に記載の方法。
17. 前記試料体に試料電位を印加することが、前記試料体を接地することを含み、
    前記局所電位駆動プローブを通して前記表面特徴部分に局所電位を印加することが、前記表面特徴部分を接地することを含み、
    前記画像化プローブを走査することが、前記画像化プローブと前記表面特徴部分の間に交流電流の電位を印加することを含む、
    請求項１０に記載の方法。
18. 前記試料体に試料電位を印加することが、保護されたチャックを通して前記試料体に試料電位を印加することを含む、請求項１０に記載の方法。
19. 出力信号を生成するために、前記画像化プローブを前記表面特徴部分の近くの領域の上で走査することが、カンチレバーの端に取り付けられた画像化プローブを走査することを含む、請求項１に記載の方法。
20. 出力信号を生成するために、前記画像化プローブを前記表面特徴部分の近くの領域の上で走査することが、音叉センサ上に取り付けられた画像化プローブを走査することを含む、請求項１に記載の方法。
21. 第２の表面特徴部分を第２の局所電位駆動プローブと接触させること、および前記第２の局所電位駆動プローブを通して前記第２の表面特徴部分に第２の電位を印加することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
22. 前記第１の表面特徴部分と前記画像化プローブの間に第１の周波数の第１の交流電位が印加され、前記第２の表面特徴部分と前記画像化プローブの間に第２の交流電位が印加される、請求項２１に記載の方法。
23. 前記第１の交流電位の周波数および／または前記第２の交流電位の周波数が、これらの周波数のクロス乗積が前記画像化プローブの共振周波数となるように選択される、請求項２２に記載の方法。
24. 第２の画像化プローブを前記領域の上で走査することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
25. 顕微鏡システムであって、
    試料を保持するチャックと、
    前記試料に電位を印加する試料電位源と、
    前記試料を調べる走査型プローブ顕微鏡と、
    局所電位駆動プローブと、
    前記局所電位駆動プローブに電位を印加する局所電位駆動プローブ電位源と、
    請求項１に記載の方法を実行するためのコンピュータ命令を記憶するコンピュータ記憶装置と、
    記憶された前記コンピュータ命令を実行するように前記顕微鏡システムの動作を制御する制御装置と
    を備える顕微鏡システム。

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