JPH09166607A

JPH09166607A - 走査型プローブ顕微鏡およびその測定方法

Info

Publication number: JPH09166607A
Application number: JP34726795A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Nagasawa; 潔長澤; Takeshi Murayama; 健村山; Yoshihiro Hoshino; 吉弘星野; Takashi Morimoto; 高史森本; Hiroshi Kuroda; 浩史黒田; Akimasa Onozato; 陽正小野里; Akira Imura; 亮井村; Sumio Hosaka; 純男保坂
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1995-12-14
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 1997-06-24

Abstract

(57)【要約】【課題】試料表面に形成された凸部の前後縁の段差や
コンタクトホール等を測定する場合に当該形状を正確に
測定する。【解決手段】試料13に対向する探針22を備えたカンチ
レバー21、カンチレバーを取付け、探針と試料の相対的
位置を変位させるｘｙｚスキャナ18、カンチレバーの変
位を検出する変位検出器23を備え、ｘｙｚスキャナで試
料表面を走査しながら探針と試料の間の物理量に基づく
カンチレバーのたわみ量を変位検出器で検出し、かつた
わみ量を制御し試料表面を測定するように構成され、さ
らに、例えばカンチレバーをその長手方向の軸回りに回
転させて探針をチルトさせる回転機構20と、探針の左側
チルト状態と右側チルト状態で測定動作を行わせる制御
部35を備え、探針のチルト姿勢を用いて試料の表面凹凸
部の縁部を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は走査型プローブ顕微
鏡およびその測定方法に関し、特に、半導体デバイスや
光ディスク等の表面の段差や孔等の形状測定に適した走
査型プローブ顕微鏡およびその測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型プローブ（探針）顕微鏡は原子オ
ーダの測定分解能を有し、表面形状の計測など各種分野
に利用される。走査型プローブ顕微鏡では、探針と試料
の間をナノメートルのオーダの距離に保持し、探針・試
料間に生じるトンネル電流や原子間力等の物理量を検出
することにより微細形状の測定を行う。走査型プローブ
顕微鏡には、検出対象の物理量に応じて、走査型トンネ
ル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、磁気
力顕微鏡（ＭＦＭ）などがある。この中で原子間力顕微
鏡は、試料表面の形状を高分解能で検出するのに適して
おり、半導体や光ディスクなどの表面形状の測定に利用
されている。

【０００３】例えばＡＦＭでは、先端に探針を備えたカ
ンチレバーを有し、探針を試料の表面に対向して配置
し、試料表面から探針に対して原子間力が作用すると、
探針・試料間の距離に応じてカンチレバーがたわむよう
に構成される。探針・試料間の距離に比例するたわみ量
は、例えば光てこ方式の原理による光学検出系によって
検出される。ＡＦＭは測定範囲において探針を移動させ
るための走査機構を備え、この走査機構は圧電素子を利
用して構成される。測定範囲は最大で数１０μｍ角の範
囲である。走査機構による走査動作の間、探針・試料間
の距離を所望の一定距離に制御することにより、カンチ
レバーのたわみ量を所定の一定値に保持する。探針の試
料表面に対するほぼ垂直方向の変位量が試料表面の形状
に関する測定値となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＡＦＭの測定対象であ
る試料には、例えばＤＲＡＭのレジストパターンのごと
く、表面に周期的に凸部（または凹部）が形成され、凸
部の前縁と後縁に段差が形成されているものがある。こ
のような表面形状を有する試料であっても、その表面を
正確に測定することが必要とされる。しかし、凸部の立
上り部分および立下り部分が急俊であると、図８、図９
に示すように正確に測定できない場合が生じる。図８は
１つの凸部の縦断面を示し、図９はその凸部の測定結果
を示す。

【０００５】図８では、試料７１の表面に形成された１
つの凸部７２を、探針７３が図中左から右へ移動しなが
ら測定する状態を示している。図中凸部７２の左縁と右
縁に段差７２ａ，７２ｂが形成される。段差７２ａ，７
２ｂの壁面は試料７１の表面に対してほぼ９０度の角度
をなしている。探針７３の先端は逆円錐形の形状を有
し、θは探針７３の先端部のなす角度（コーン角度）を
表している。

【０００６】市販されるカンチレバーの探針では、例え
ば長さが１０μｍ、コーン角が１０度である。またカン
チレバーの長さは約１００μｍである。

【０００７】探針７３が矢印Ｘ方向に走査され、図８に
示す位置に来たとき、探針７３の右側面の一部が凸部７
２の角部Ｐ₀₁に対して微小間隔で接近し、当該接近部分
による原子間力によりカンチレバーがたわむ。そうする
と、探針７３は図示された姿勢のまま、探針の右側面が
角部Ｐ₀₁に沿うような状態で一定の間隔を保持したまま
上方向に変位せしめられる。探針７３の先端部が角部Ｐ
₀₁に到達すると、その後は、先端部が凸部７２の上面７
２ｃに沿うように測定移動を行い、他方の角部Ｐ₀₂に到
達する。探針７３の先端部が角部Ｐ₀₂に到達すると、探
針７３の左側の傾斜表面が角部Ｐ₀₂に沿うような状態で
当該傾斜表面と角部Ｐ₀₂とが或る間隔を保持した状態で
下方向へ変位する。

【０００８】凸部７２に関する上記の測定動作によれ
ば、図９に示すような測定結果を得ることができる。こ
の測定結果によれば、凸部７２の左右の縁部の立上りお
よび立下りの部分の測定は、実線Ｍ₁，Ｍ₂に示される
ように、傾斜面として表れ、直立した壁部として正確に
測定することができない。換言すれば、凸部７２の底面
部分の幅寸法という観点でみると、実際の寸法はＬ₀で
あるにも拘らず、測定した結果はＬ₁として表れること
になり、正確な測定結果が得られない。

【０００９】上記のような不正確な測定は、凸部７２の
前後の段差７２ａ，７２ｂの壁部の傾斜角度が、探針７
３のコーン角度θの１／２未満であるときに生じる。探
針７３のコーン角度θがさらに大きくなると、測定の結
果も、図９に示す破線Ｍ₃，Ｍ₄のごとく大きくなり、
凸部７２の底面部分の寸法はＬ₂となり、その測定誤差
が拡大する。上記のような誤差は、探針７３の先端部の
鋭角度の度合いおよび凸部７２の前後縁の段差の壁面の
傾斜角度との関係に応じて発生する。

【００１０】また探針の先端部の曲率半径も上記誤差の
発生に大きな影響を与える。

【００１１】前述ではレジストパターンの凸部に関して
説明したが、基板に形成されるコンタクトホール（例え
ば直径０．２μｍ、深さ１μｍ）の底の直径を計測する
ことによって、当該コンタクトホールが貫通状態にある
か否かを判定する場合にも、上記と同様な誤差の問題が
生じる。

【００１２】また走査型プローブ顕微鏡による微細形状
の測定では、試料に応じて最適な探針を使用したり、あ
るいは測定の途中で探針を交換する場合が生じる。そし
て、探針には種々の傾斜角度あるいは先端曲率半径を有
するものがあるので、上記のごとく試料の凸部の前後の
段差部を測定する場合には前述したような誤差の問題が
発生する。

【００１３】本発明の目的は、前述の問題を解決し、試
料表面に形成された凸部の前後の段差やコンタクトホー
ル等を測定する場合に、当該形状を正確に測定できる走
査型プローブ顕微鏡およびその測定方法を提供すること
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段および作用】第１の本発明
（請求項１に対応）に係る走査型プローブ顕微鏡は、試
料に対向する探針を先部に備えたカンチレバー、このカ
ンチレバーを取付け、探針と試料の相対的位置を変位さ
せる微動機構、カンチレバーの変位を検出する変位検出
装置を備え、微動機構によって試料の表面を走査しなが
ら探針と試料の間に作用する物理量に基づくカンチレバ
ーのたわみ量を変位検出装置で検出し、かつたわみ量を
制御して試料の表面を測定するように構成され、さら
に、例えばカンチレバーをその長手方向の軸回りに回転
させて探針をチルトさせる回転機構と、探針の第１チル
ト状態と第２チルト状態で測定動作を行わせる制御手段
を備え、探針のチルト姿勢を用いて試料の表面凹凸部の
縁部を正確に測定するものである。

【００１５】本発明では、ＡＦＭ等の走査型プローブ顕
微鏡のカンチレバーの探針で試料表面の微細な凹凸形状
を測定する場合に、回転機構でカンチレバーをその長手
方向の軸回りに回転させ、探針を所望角度の傾斜姿勢で
チルトさせる。探針の姿勢をチルトできるようにするこ
とにより、例えば試料表面の凸部（または凹部）の左側
縁部と右側縁部を正確に測定することを可能にし、試料
表面の３次元形状を正確に測定できる。

【００１６】第２の本発明（請求項２に対応）に係る走
査型プローブ顕微鏡は、第１の発明の構成において、制
御手段は第１記憶部と第２記憶部を備え、上記表面凹凸
部は両側縁に段差を有し、一方の縁の段差を第１チルト
状態で測定し、その測定データを第１記憶部に格納し、
他方の縁の段差を第２チルト状態で測定し、その測定デ
ータを第２記憶部に格納するように構成される。

【００１７】第３の本発明（請求項３に対応）に係る走
査型プローブ顕微鏡は、第１または第２の発明におい
て、制御手段は、第１チルト状態の測定データと第２チ
ルト状態の測定データを合成し、測定箇所の形状に関す
る測定データを作成する合成手段を備える。

【００１８】第４の本発明（請求項４に対応）に係る走
査型プローブ顕微鏡の測定方法は、カンチレバーの先部
に設けた探針を、試料の表面に対して両者の間で物理量
が作用し合う程度の距離まで接近させ、試料の表面上で
探針を走査させる場合に探針に作用する物理量によって
カンチレバーが変位するとき、この変位を検出し、カン
チレバーの変位が一定に保持されるように制御すること
により試料の表面を測定する方法であり、探針が試料の
表面凹凸部の縁部を測定するとき、探針が各縁部に適し
た傾斜姿勢になるように例えばカンチレバーをその長手
方向の軸回りに回転させることにより探針をチルトさせ
て測定を行い、縁部における第１チルト状態および第２
チルト状態で測定した値を合成して最終的測定結果を
得、試料の表面の３次元形状を測定するようにした方法
である。

【００１９】第５の本発明（請求項５に対応）に係る走
査型プローブ顕微鏡の測定方法は、第４の発明におい
て、表面凹凸部は両側縁に段差を有し、一方の縁の段差
を第１チルト状態で測定し、他方の縁の段差を第２チル
ト状態で測定したことを特徴とする。

【００２０】第６の本発明（請求項６に対応）に係る走
査型プローブ顕微鏡の測定方法は、第４または第５の発
明において、第１および第２のチルト状態で測定した値
を合成するとき、測定データの共通部を基準にして合成
演算を行うようにしたことを特徴とする。

【００２１】第７の本発明（請求項７に対応）に係る走
査型プローブ顕微鏡の測定方法は、第４または第５の発
明において、第１および第２のチルト状態で測定した値
を合成するとき、探針をチルトさせるときの移動量を算
出して合成演算を行うようにしたことを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００２３】図１は本発明に係る走査型プローブ顕微鏡
の代表的実施形態としてのＡＦＭの構成を示し、図２は
制御部の特徴的内部構成を示す。

【００２４】本実施形態によるＡＦＭは光学顕微鏡と複
合化された構造を有する。基台１０の上にＸＹステージ
１１が配置され、ＸＹステージ１１上に設けられた試料
テーブル１２の上に、測定対象である試料１３が載置さ
れる。ＸＹステージ１１は、直交するＸ軸方向およびＹ
軸方向で定義されるＸＹ平面内で試料テーブル１２を任
意に移動させる。ＸＹ平面は、図１において、水平であ
ってかつ紙面に垂直な平面である。試料テーブル１２に
載置された試料１３は、試料テーブル１２の移動に伴っ
てＸＹ平面内で任意方向に移動する。１９は、ＸＹステ
ージ１１の変位量を検出するステージ変位計である。

【００２５】基台１０上には取付け枠体１４が設けら
れ、この取付け枠体１４に光学顕微鏡１５とＺ粗動ステ
ージ１７と変位検出器２３が取り付けられる。光学顕微
鏡１５では、その対物レンズ部分を下方に向け、試料１
３に対向させている。光学顕微鏡１５は、試料表面に関
する像を撮影して電気信号に変換するＣＣＤカメラ１６
を備える。またＺ粗動ステージ１７は、上記ＸＹ平面に
垂直なＺ軸方向の粗動動作（相対的に大きな変位を生じ
る動作）を可能にする移動機構である。Ｚ粗動ステージ
１７の下側にはｘｙｚスキャナ１８が取り付けられる。
ｘｙｚスキャナ１８の下面には回転機構２０およびホル
ダ２４を介してカンチレバー２１が取り付けられる。ｘ
ｙｚスキャナ１８は、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸方向にカンチレ
バー２１を微動させる機能を有し、通常、圧電素子を用
いて構成される。上記回転機構２０は、カンチレバー２
１を、その長手方向の軸（図３に示す軸２１ａ）の回り
に時計回りまたは反時計回りに回転させる働きを有す
る。またホルダ２４はカンチレバー２１を回転機構２０
に取り付けるための部材である。カンチレバー２１の先
部には試料１３の表面に対向する探針２２を備える。変
位検出器２３はカンチレバー２１のたわみ量、すなわち
探針２２の変位を検出するための装置であり、変位検出
器２３には例えばレーザ光源と光検出器からなる検出光
学系が使用される。レーザ光源から出力されたレーザ光
（図中破線で示す）はカンチレバー２１の背面で反射
し、その反射光は光検出器で検出される。

【００２６】ＸＹステージ１１の動作はＸＹステージ制
御回路３０の制御に基づいて行われ、ＸＹステージ１１
の動作量はステージ変位計１９で検出される。ＸＹステ
ージ制御回路３０は制御部３５から制御量に関するデー
タを受け、ステージ変位計１９は検出した動作量に関す
るデータを制御部３５に送給する。またＺ粗動ステージ
１７の動作はＺ粗動ステージ制御回路３１で制御され、
ｘｙｚスキャナ１８の動作はｘｙｚスキャナ制御回路３
２によって制御される。ｘｙｚスキャナ制御回路３２に
基づく探針２２のＺ軸方向の位置制御は、探針２２と試
料１３の表面との間に作用する原子間力が一定に保持さ
れるように両者の間の距離を調整するために行われるも
のであるので、変位検出器２３で検出された変位検出デ
ータを制御部３５に送給し、制御部３５で演算された制
御信号がｘｙｚスキャナ制御回路３２に対して与えられ
る。Ｚ粗動ステージ制御回路３１は、探針２２を測定動
作を行える位置に移動させるための制御回路であり、制
御部３５から必要な制御信号を受ける。制御部３５は、
マイクロコンピュータを用いて構成され、走査型プロー
ブ顕微鏡全体の所要の制御処理や演算処理を行い、必要
な指令等を入力するための入力装置３６を備える。

【００２７】ＣＣＤカメラ１６が出力する信号は、像を
処理する画像処理装置３３に送られる。画像処理装置３
３および制御部３５に対して表示装置３４を備える。画
像処理装置３３あるいは制御部３５で得られた画像デー
タに基づいて画像が、表示装置３４に表示される。

【００２８】次に図２を参照して制御部３５の概略構成
を説明する。制御部３５は、外部からの信号を取り込
み、必要に応じてＡ／Ｄ変換する入力インターフェース
４１と、所望の制御処理と演算処理を実行するためのマ
イクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）４２と、ＭＰＵ４
２で実行される手順や必要なパラメータを格納するリー
ドオンメモリ（ＲＯＭ）４３と、制御処理や演算処理の
結果を格納するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４４
と、制御および演算の結果を必要に応じてＤ／Ａ変換し
て出力する出力インターフェース４５を備えている。さ
らに特徴的構成として、３つのデータ記憶部４６，４
７，４８を備える。データ記憶部４６は、探針２２を一
方の側に（例えば凸部の右側縁部に対応させて）チルト
させて測定を行った時の測定データを格納する記憶部で
あり、データ記憶部４７は、探針２２を他方の側に（例
えば凸部の左側縁部に対応させて）チルトさせて測定を
行った時の測定を格納する記憶部である。またデータ記
憶部４８は、データ記憶部４６，４７に記憶された測定
データを合成したものを格納する記憶部である。

【００２９】上記構成を有するＡＦＭの操作および測定
作動を説明する。

【００３０】ＸＹステージ１１上の試料テーブル１２の
上に試料１３を載せ、ＸＹステージ１１を用いて試料１
３をＸＹ平面内で移動させながら、光学顕微鏡１５を用
いて試料１３の指定された観察位置を探し出す。光学顕
微鏡１５のＣＣＤセンサ１６から出力された信号は画像
処理装置３３に入力され、この画像処理装置３３の出力
信号と、ステージ変位計１９で検出された信号が制御部
３５に入力される。制御部３５では必要な制御信号が作
られ、これをＸＹステージ制御回路３０に供給する。Ｘ
Ｙステージ制御回路３０は制御部３５によって駆動制御
され、ＸＹステージ１１は、試料１３における測定対象
箇所が光学顕微鏡１５に捕捉される位置まで移動する。
光学顕微鏡１５で得られた像は、画像処理装置３３を経
由して表示装置３４に表示される。

【００３１】次に、光学顕微鏡１５で見出された測定対
象箇所にカンチレバー２１の探針２２を合わせる。探針
２２の位置を試料１３の測定対象箇所に合わせるときに
は、同じくＸＹステージ１１を用いて、光学顕微鏡とＡ
ＦＭとの離間距離だけ移動させる。かかる位置合せのた
めの移動は、制御部３５が、光学顕微鏡１５と探針２２
の既知の位置関係に基づいて行う。

【００３２】制御部３５は、試料１３の表面の測定対象
箇所とＡＦＭの探針２２との位置合せを完了した後、回
転機構２０に対して指令信号を出力し、カンチレバー２
１をその軸２１ａの回りに回転させ、探針２２を一方の
側にチルトさせる。図３および図４に示すように、回転
機構２０によれば、カンチレバー２１をその軸２１ａの
回りに±θ１、例えば左右に３°の範囲で回転させ、通
常は上下方向の姿勢にある探針２２を傾斜させることが
できる。そこで、最初に、例えば探針２２を左側にチル
トさせ（図４の状態２２ａ、この状態の探針を以下「探
針２２ａ」という）、ＡＦＭによる本来の測定を開始す
る。

【００３３】次に、制御部３５は、試料１３の測定対象
箇所に位置合わせされた探針２２を、Ｚ粗動ステージ１
７によって原子間力が作用する位置に至るまで試料１３
の表面に接近させる。制御部３５は、カンチレバー２１
の変位を検出する変位検出器２３からの検出値に基づ
き、ｘｙｚスキャナ制御回路３２を介して、探針・試料
間に作用する原子間力が所定値に達するまで（カンチレ
バー２１のたわみ量が所定量に達するまで）カンチレバ
ー２１を変位させる。

【００３４】さらに制御部３５は、カンチレバー２１の
探針２２が試料表面から受ける力が一定になるようにｘ
ｙｚスキャナ２０のＺ方向駆動部を利用して制御しなが
ら、同時にｘｙｚスキャナ２０のＸＹ方向駆動部を利用
して探針２２によって試料１３の測定対象箇所を走査す
る。制御部３５は、すべての走査区間に関し、走査の間
に得られたカンチレバー２１のＺ軸方向の変位に関する
制御量を取り込み、データ記憶部４６に格納する。

【００３５】左側チルト状態の探針２２によってＡＦＭ
測定が終了すると、制御部３５は、次に、探針２２を右
側にチルトさせ（図４の状態２２ｂ、この状態の探針を
以下「探針２２ｂ」という）、ＡＦＭによる本来の測定
を再び開始する。この測定は、前述した左側チルト状態
の測定の場合と同様に行われる。制御部３５は、すべて
の走査区間に関し、走査の間に得られたカンチレバー２
１のＺ軸方向の変位に関する制御量を取り込み、データ
記憶部４７に格納する。

【００３６】ここで、図５および図６を参照して本実施
形態によるＡＦＭの測定方法を説明する。

【００３７】図５で、５１は、試料１３の表面に形成さ
れたレジストパターンの１つの凸部を示す。試料表面の
レジストパターンにおいて、当該凸部５１が所定の間隔
で配列しており、その結果、凸部５１の間には凹部が形
成される。このレジストパターンは、一般的にアスペク
ト比が高いもので、本実施形態によるＡＦＭの測定方法
によれば、このようなアスペクト比の高いパターンの測
定に適している。図５では、凸部の高さ（凹部の深さ）
の寸法がｌ₁、凹部の底幅の寸法がｌ₂として与えられ
ている。凸部５１に対して、２２ａは左側にチルトされ
た探針、２２ｂは右側にチルトされた探針を示してい
る。２１はカンチレバーである。左側チルト状態の探針
２２ａは凸部５１の右側縁部の段差の形状を正確に測定
することができる。また右側チルト状態の探針２２ｂ
は、凸部５１の左側縁部の段差の形状を正確に測定する
ことができる。

【００３８】図６の（ａ）では、右側チルト状態の探針
２２ｂで測定された凸部の左側縁部の段差の測定データ
を視覚化したものである。この場合、凸部の幅はｌ₃と
なっている。データ記憶部４７には各凸部５１に関する
図６（ａ）に示した測定データが格納される。図６の
（ｂ）では左側チルト状態の探針２２ａで測定された凸
部の右側縁部の段差の測定データを視覚化したものであ
る。この場合、凸部の幅はｌ₄になっている。データ記
憶部４６には各凸部５１に関する図６（ｂ）に示した測
定データが格納される。

【００３９】左側チルト状態の探針２２ａと右側チルト
状態の探針２２ｂによってそれぞれ測定が終了すると、
制御部３５は、データ記憶部４６，４７に格納されたデ
ータを合成し、データ記憶部４８に格納する。データの
合成を凸部５１に関して見てみると、図６（ｃ）に示す
ように図６の（ａ）と（ｂ）の測定データが合成され、
共通部分が重ね合される。合成された測定データでは、
凸部５１の幅はｌ₅になっている。データ記憶部４８に
格納されたデータは、必要に応じて出力インターフェー
ス４５を経由して出力され、表示装置３４に表示され
る。

【００４０】上記の測定データの合成についてその手法
の一例は次の通りである。図７は、探針２２とレジスト
パターンの具体的な寸法関係の一実施例を示す。この図
によれば、例えばレジストパターンのパターン幅ａ（凸
部５１の幅、または凹部の幅）を０．２μｍ、凹部の深
さｂを１μｍ、探針２２の長さｃを３μｍ、探針２２の
アスペクト比を１０（ｄ＝０．１μｍ）としている。隙
間ｅは０．０５μｍである。このような寸法を有するレ
ジストパターンにおいて、探針２２をチルトさせてレジ
ストパターンの凹部に挿入し、測定を行う場合を仮定す
る。レジストパターンの凹部に対して探針２２を右側に
約３°（図中角度θ２）チルトさせたときの探針先端部
は、カンチレバー２１の軸２１ａを基準にして考える
と、Ｘ軸方向に０．１５μｍ、Ｚ軸方向に３．７ｎｍだ
け移動する。また左側に探針２２をチルトさせたときに
も、同様に同じストロークで移動する。このように、探
針の主要部の寸法、試料表面に形成されたレジストパタ
ーンの主要部の寸法が既知であり、その結果、チルトさ
せた探針（２２ａまたは２２ｂ）の先端部の移動量が分
かっているので、左側チルト状態および右側チルト状態
の各測定結果を合成演算することが可能となる。

【００４１】また左右のチルト状態の測定データの合成
の仕方として、各チルト状態で測定したデータの共通部
を基準にして合成演算を行うこともできる。

【００４２】なお、左右にチルトさせた探針の先端部の
移動量にバラツキが存在する場合には、チルトさせるた
びに基準試料を測定し、これによって探針先端部の移動
量を正確に知るようにすることが望ましい。

【００４３】前記実施形態では、回転機構２０でカンチ
レバー２１をその長手方向の軸２１ａの回りに回転させ
ることで探針２２をチルトさせたが、探針をチルトさせ
る構成は、これに限定されない。

【００４４】前記実施形態の測定方法の説明では、試料
表面の凸部形状の測定例を説明したが、コンタクトホー
ル等の底面の形状測定でも同様な考えに基づく測定方法
で測定を行うことができる。

【００４５】前記実施形態では光学顕微鏡が複合された
ＡＦＭについて説明したが、他の走査型プローブ顕微鏡
についても同様に本発明による構成を適用できる。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、ＡＦＭ等の走査型プローブ顕微鏡によって試料表
面のレジストパターン等の微細な３次元形状を測定する
場合において、例えば凸部（または凹部）の両側縁部の
段差を測定するときに、各段差で測定の精度を高める適
切な姿勢になるように、探針を必要なだけ左右にチルト
させることによって測定を行い、左右のチルト状態によ
る測定で得られたデータをその後合成するようにしたた
め、試料表面の微細な３次元形状を誤差を含むことなく
正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る走査プローブ顕微鏡の最適実施形
態を示す構成図である。

【図２】制御部の内部構成を示すブロック図である。

【図３】回転機構とカンチレバーと探針を拡大して示す
斜視図である。

【図４】探針のチルト状態を示す図である。

【図５】チルトした探針がパターンを測定する状態を示
す図である。

【図６】測定データの合成を説明するための図である。

【図７】試料やパターンの具体的寸法の一例を示す図で
ある。

【図８】従来装置による測定の問題を説明する図であ
る。

【図９】従来装置による測定結果を示す図である。

【符号の説明】

１１ＸＹステージ１２試料テーブル１３試料１４取付け枠体１５光学顕微鏡１６ＣＣＤカメラ１７Ｚ粗動ステージ１８ｘｙｚスキャナ２０回転機構２１カンチレバー２２探針２３変位検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者星野吉弘茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者森本高史茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者黒田浩史茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者小野里陽正茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者井村亮東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者保坂純男東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所基礎研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料に対向する探針を先部に備えたカン
チレバーと、前記カンチレバーを取付け、前記探針と前
記試料の相対的位置を変位させる微動機構と、前記カン
チレバーの変位を検出する変位検出装置を備え、前記微
動機構によって前記試料の表面を走査しながら前記探針
と前記試料の間に作用する物理量に基づく前記カンチレ
バーのたわみ量を前記変位検出装置で検出し、かつ前記
たわみ量を制御して前記試料の表面を測定する走査型プ
ローブ顕微鏡において、前記探針をチルトさせる回転機構と、前記探針の第１チ
ルト状態と第２チルト状態で測定動作を行わせる制御手
段とを備え、前記探針のチルト姿勢を用いて前記試料の
表面凹凸部の縁部を測定することを特徴とする走査型プ
ローブ顕微鏡。
【請求項２】前記制御手段は第１記憶部と第２記憶部
を備え、前記表面凹凸部は両側縁に段差を有し、一方の
縁の段差を前記第１チルト状態で測定し、その測定デー
タを前記第１記憶部に格納し、他方の縁の段差を前記第
２チルト状態で測定し、その測定データを前記第２記憶
部に格納したことを特徴とする請求項１記載の走査型プ
ローブ顕微鏡。
【請求項３】前記制御手段は、前記第１チルト状態の
測定データと前記第２チルト状態の測定データを合成
し、測定箇所の形状に関する測定データを作成する合成
手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の
走査型プローブ顕微鏡。
【請求項４】カンチレバーの先部に設けた探針を、試
料の表面に対して両者の間で物理量が作用し合う程度の
距離まで接近させ、前記試料の表面上で前記探針を走査
させる場合に探針に作用する前記物理量によって前記カ
ンチレバーが変位するとき、この変位を検出し、前記カ
ンチレバーの変位が一定に保持されるように制御するこ
とにより前記試料の表面を測定する走査型プローブ顕微
鏡の測定方法において、前記探針が前記試料の表面凹凸部の縁部を測定すると
き、前記探針が各縁部に適した傾斜姿勢になるように前
記探針をチルトさせて測定を行い、縁部における第１チ
ルト状態および第２チルト状態で測定した値を合成して
最終的測定結果を得、前記試料の表面の３次元形状を測
定するようにしたことを特徴とする走査型プローブ顕微
鏡の測定方法。
【請求項５】前記表面凹凸部は両側縁に段差を有し、
一方の縁の段差を前記第１チルト状態で測定し、他方の
縁の段差を前記第２チルト状態で測定したことを特徴と
する請求項４記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項６】前記第１および第２のチルト状態で測定
した値を合成するとき、測定データの共通部を基準にし
て合成演算を行うようにしたことを特徴とする請求項４
または５記載の走査型プローブ顕微鏡の測定方法。
【請求項７】前記第１および第２のチルト状態で測定
した値を合成するとき、前記探針をチルトさせるときの
移動量を算出して合成演算を行うようにしたことを特徴
とする請求項４または５記載の走査型プローブ顕微鏡の
測定方法。