JPH02155156A - 標準試料及び位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、試料表面の微細形状観察を異なる２つの手段
で行う場合に、試料の同一場所を観察するために、異な
る２つの手段の観察場所の差異を容易に検出し補正する
ための標準試料に関するもので、特に光学顕微鏡を備え
た走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭと言う）に用いて
光学顕微鏡の観察中心とＳＴＭの観察中心とのズレを検
出して補正するための標準試料として適する。

〔発明の概要〕

被測定物である試料表面に先端が鋭い探針を近づけて、
その間隔が数人（オングストローム）程度になると、探
針と試料表面との間に適当なバイアス電圧（通常ＩＶ程
度以下）を印加すればトンネル効果によるトンネル電流
が流れる。この現象を利用して試料表面の微細構造を調
べるＳＴＭの技術は全く新しい表面評価手段として近年
注目されている。

このＳＴＭについては例えば日経マイクロデバイス（１
９８６年１１月号８１頁〜）、応用物理５６−９　（１
９８７年）　１１２６１２６貝〜は固体物理２２−３　
（１９８７年）１７６貝〜に詳述されている。

このＳＴＭをナノメートルからミクロンの範囲に於ける
表面微細形状の観察に用いることも実用化されている０
例えば昭和６３年度精密工学会春季大会学術講演論文集
（３３１貝〜）のｒＳＴＭ装置の試作と評面観察Ｊ　、
（３３１貝〜）の［走査領域を拡大したＳＴＭなどに報
告されている。

さらに試料をステージに取付けて面内に移動できる機構
を備えた３７Ｍ装置も実用化されてきた。

例えば昭和６３年度精密工学会秋期大会学術講演論文集
９０７頁〜の［試料移動ステージ付３７Ｍ装置の開発」
に報告されている。

この様な試料移動ステージ付３７Ｍ装置の出現により試
料の観たい場所の観察が可能となった。

試料の観たい場所の選定には例えば光学顕微鏡が使われ
る。

以下、図６１図７６図８により説明する。第８図は試料
移動テーブル付除振台の半断面図であり、この試料移動
テーブル付除振台に於いて、ＳＴＭで観察したい試料１
４は試料移動テーブル１５に固定され試料表面に平行な
方向に移動可能である。試料移動テーブル１５は試料台
フレーム１３に固定され除振用バネ１６．１７により床
や机からの振動に対して除振される。試料台フレーム１
３には位置決用ボール１２が取付いており、図６に示す
５７Ｍユニットあるいは図７に示す光学顕微鏡で観察す
る際にそれぞれのフレームに付いている位置決用円錐穴
８に嵌合して精密に位置決めをする。

試料の観察はまず前記光学顕微鏡で観察し、ＳＴＭで観
たい場所を選択する０次に光学顕微鏡を取りはずして５
７Ｍユニットに交換して、先に光学顕微鏡で観察した場
所をＳＴＭにて観察する訳である。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述の様に観察を行うことにより、光学顕微鏡の視野で
数ミクロンの試料表面領域を特定し、その場所をＳＴＭ
でさらに細かく微細構造が観察できる訳である。

この場合、前記試料移動テーブル付除振台の上に光学顕
微鏡あるいは５７Ｍユニットを載せたときの両者の取付
位置再現性は５μｍ以内にすることは容易である。従っ
て、光学ｉｎｓ鏡の対物レンズ１０の光軸と、ＳＴＭユ
ニ、トの探針６の中心位置とが一致していれば、視野の
狭いＳＴＭでも視野の大きさは１０ミクロンあるので、
光学顕微鏡との視野中心は必ずしも一致してはいなくと
も、両者の視野には多くの共通部分が一致している。即
ち、光学顕？ｊＩＸｔｌｉで観察した部所の一部がＳＴ
Ｍにより観察できる訳である。

しかし、ＳＴＭの探針６は通常交換可能に構成されてお
り、探針取付時の先端の中心は数百μｍ程度のバラツキ
を持っている。従って高倍率の光学顕微鏡の視野と３７
Ｍ観察の視野とは全く共通域を持たなくなることがある
。

本発明は、ＳＴＭＴ：観察している部分と光学顕微鏡の
観察視野との位置ずれが定量的に把握できる様な標準試
料を提供して、位置ずれを補正できる様にすることであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明にあっては平１８な面
に溝を、中心部を有する同心形状や渦巻形状に形成した
標準試料であり、また、溝の断面形状が中心側と外側と
異なる形状をしているか、また面方向に順次ピッチ又は
溝１１が異なる形状となっている標準試料である。

さらに本発明の位置合わせ方法では、同心形状又は渦巻
形状の溝の凹凸形状を観察し、この観察により同心又は
渦巻形状の中心方向を判定し、顕微鏡の観察軸をこの中
心方向に移動して中心部に観察軸を合わせる方法を特徴
とする。

〔作用〕

上記のような手段を講じることにより、容易に目標であ
る中心部を判定することができる。

また二つの観察装置の観察軸を標準試料中心部に合わせ
ることも容易となり、両者の位置関係の補正量も簡単に
知ることができる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

１１図は本発明の一実施例の斜視図であり、平坦な表面
にほぼ同心円状の溝ｌが形成された標準試料Ｓの例を示
す。そして第２図（ａｌは第１図の溝部１の一部断面を
示す断面図であり、溝ｌの断面形状が同心円の中心側で
ある内側２と、その反対側の外側３とで異なっているこ
とを示す。

この様な標準試料を図８の試料１４に取付け、図７の光
学Ｗ４徽鏡を取付けて観察すると、その倍率にもよるが
、おおむね図９の様に観える。もし、標準試料の中心が
図１０の様に視野からはずれていた場合には、図８の試
料移動機構１５を移動させて、図９の様に、さらには図
１１の様に視野の中心に移動させることができる。

標準試料の中心を視野の中心に移動させたときの試料ス
テージ１４の位置を（ＸＩ、ＹＯ）とする。

このＸ　ｅ、　Ｙ　ｏは試料移動機構１５がステップモ
ータで駆動される場合は、そのパルス数によりあるいは
試料移動機構の内部にエンコーダなどの位置検出器があ
ることにより知ることは容易である。

次に光学３！ｌ微鏡に換えて、第６図の３７Ｍユニット
を設置して観察すると、図１２　＋ａｌの様な像が得ら
れる０図１２　Ｔａ）にみられる線は表面の溝の山と谷
により形成される高さの違いを表現するために等筋線に
より表現するための線であり、線の密な部分は高さの急
な変化を表し、疎な部分はゆるやかな変化を示す、標準
試料の断面形状が第２図（ａｌの場合、図１２　（ａｌ
は図１２　Ｔｂｌの様な断面であることを表している。

さて、この様に観察された標準試料の中心は、図１２　
（ａｔの各等高線の法線方向、即ち図１２に於いてＡＢ
の方向にあるが、等筋線の疎密により中心がＡかＢのど
ちら方向にあるかがわかる。この場合、Ａの方向に中心
が存在する。。

そこで、試料を３７Ｍユニットに対しＢの方向へ移動す
ればＳＴＭの視野は標準試料の溝中心に近づく、この結
果、ＳＴＭの観察像は図１３の如く、以前よりも標準試
料の溝の中心に近づ（ため等筋線は丸みをおびてくる０
図１３の場合、溝中心はＣＤｉ上のＣの方向にあること
がわかる。この様な操作を数回繰り返せば溝中心にたど
りつくことができ、このときの試料ステージ位置を（Ｘ
Ｉ、Ｙｌ）とすれば、（ＸＩ　　ＸＩ、　Ｙｌ　−Ｙｏ
　）が光学顕微鏡の視野中心とＳＴＭの視野中心とのず
れ量であり、以後この値を位置ずれの補正量として用い
ることができる。

即ち、３７Ｍ観察したい試料表面の位置をあらかじめ光
学類？ｌＬｍで視野の中心部に入る様にしておき、その
ときの試料ステージ位置に（ＸＩ　　Ｘ。

ｙ、−ｙｏ）の補正をして３７Ｍ観察すれば所望の部分
が観察できる。

なお、この様な溝は半導体のリソグラフの技術で製作す
ることが可能であり、溝の間隔は０．３〜１μｍ程度に
することができる。溝の間隔はこれ以上狭くても、ある
いは広くても良いがＳＴＭの観察視野に応じて選定すれ
ば良い。

第２図Ｔｏｌ、　（Ｃ１は溝の断面形状の別の形態の例
を示す断面図である。第２図（ｂｌは、溝の中心側方向
（内側方向）近傍に大きさの異なる判定溝となる小ｖ＃
２ａを設けた例で、小溝２ａ方向に中心のあることが分
かるようになっている。第２図ｆｃｌは内側と外側で異
なる傾斜角の面により溝の断面形状が形成されている例
である。この例の場合も、第１２図、１３図にみられる
ように等筋線の疎密により面の傾斜方向が観察でき、急
傾斜面方向に中心があることを知ることができる。

（実施例２〕 第３図は、他の実施例の斜視図であり、第１図の同心円
状の溝を渦巻状にした例で、渦巻上の一点を極座標系で
（Ｔ、　　θ）と表現したとき、γ。

θが比例関係となる形状となっている。

この例の溝の断面形状も第１図と同様に第２図のような
形態とすることで目的は同様に達せられる。

〔実施例３〕 第４図は、三角形の同心形状にした溝の例の斜視図であ
る。この場合、図中（イ）で最初に測定したときは、等
筋線の方向に従って移動すれば中心に到達することがで
き、また図中（ロ）で最初に測定したときは、各辺の交
叉部に到るので、この交叉部に沿って移動することで中
心に到達することができる。

この様に多角形の同心形状又は渦巻形状の例でも目的は
同様に達せられる。

〔実施例４〕 第５図は溝のピッチの異なる同心形状例であり、中心側
に行くに従ってピッチが小さくなる例である。この場合
では溝の断面形状はすべて同じでもよく、ピッチの大小
で中心方向である内側とその反対側の外側の判断ができ
、中心に到達することができる。

また溝のピンチを違えな（でも、溝巾を中心側に行くに
従って小さく形成した例でもまた同様に目的を達するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上の様に、本発明による標準試料によれば位置補正量
（Ｘ＋　　　Ｘｏ　、Ｙ＋　　　Ｙｏ　）を知るうえで
極めて有効であり、しかも、その様な試料は容易に製作
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の斜視図、第２図ｆａｔ〜
（Ｃ１は溝の断面形状を示す一部断面図、第３図は本発
明の第２実施例の斜視図、第４図は本発明の第３実施例
である多角形の同心形状の溝が形成された標準試料斜視
図、第５図は本発明の第４実施例の斜視図、第６図は３
７Ｍユニットの半断面図、第７図は光学ｌ！１微鏡の半
断面図、第８図は試料移動テーブル付除振台の半断面図
、第９．１０゜１１図は光学顕微鏡で観た標準試料の視
野に写る像の説明図、第１２図、１３図はＳＴＭで観た
標準試料の観察像の説明図である。 ｌ・・・溝 ２・・・溝の外側形状 ３・・・溝の内側形状 ・粗動機構 ・微動機構 ・探針 ・３７Ｍユニットハウジング ・位置決用溝 ・光学′ｗ４微鏡鏡筒 ・対物レンズ ・光学顕微鏡ハウジング ・位置決用ボール ・試料台フレーム ・試料ステージ ・試料移動機構 ・除振用バネ ・除振用バネ 以上 堵１１７ＩＯあ■遣迦）糾智 勇２文支φｊの鼾檀ｆ 出願人　セイコー電子工業株式会社 代理人　弁理士　　林　　　敬　之　助第 〔 恒１ ＳＴＭコニットの４ｔＴ面図 第６図 先り類（バ４免の牛ｊ面図 第７図 試Ｐ＋＋シ動チー７°ルの牛ｅｒ面図 第８図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）平坦な面に溝を、中心部を有する同心形状に形成
   したことを特徴とする標準試料。
2. （２）平坦な面に溝を渦巻状に形成したことを特徴とす
   る標準試料。
3. （３）請求項１又は２記載の標準試料において、溝の断
   面形状が中心側と外側と異なる形状をしていることを特
   徴とする標準試料。
4. （４）請求項１記載の標準試料において、面方向に順次
   にピッチ又は溝巾が異なる形状に溝が形成されているこ
   とを特徴とする標準試料。
5. （５）請求項２記載の標準試料において、渦巻状の一点
   を極座標系で（γ、θ）と表現したとき、γがθに比例
   関係にある渦巻状の溝であることを特徴とする標準試料
   。
6. （６）同心形状又は渦巻形状の溝の凹凸形状を観察し、
   この観察により同心又は渦巻形状の中心方向を判定し、
   顕微鏡の観察軸をこの中心方向に移動して中心部に観察
   軸を合わせることを特徴とする位置合わせ方法。