表面形状測定装置および測定方法
【課題】 走査型プローブ顕微鏡を用いた表面形状の測定において、帯電の影響を排除すると同時に、活性な被測定物の表面を変化させることなく安定に測定する装置及び測定手法を提供する。
【解決手段】 走査型プローブ顕微鏡１００は被測定試料１０１の表面を走査する測定用探針１０４ａを有しており、少なくとも被測定試料１０１の測定範囲にわたり、被測定試料１０１の表面と測定用探針１０４ａの間に溶液１０２が設けられている。
溶液１０２は被測定試料１０１の表面および測定用探針１０４ａが帯電しないようにし、かつ、被測定試料１０１の表面に自然酸化膜、有機物などが成長、吸着しないようにするためのもであり、例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）が挙げられるが、溶液の代わりに上記の要件を満足するような物性を有する気体を用いてもよい。
【解決手段】 走査型プローブ顕微鏡１００は被測定試料１０１の表面を走査する測定用探針１０４ａを有しており、少なくとも被測定試料１０１の測定範囲にわたり、被測定試料１０１の表面と測定用探針１０４ａの間に溶液１０２が設けられている。
溶液１０２は被測定試料１０１の表面および測定用探針１０４ａが帯電しないようにし、かつ、被測定試料１０１の表面に自然酸化膜、有機物などが成長、吸着しないようにするためのもであり、例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）が挙げられるが、溶液の代わりに上記の要件を満足するような物性を有する気体を用いてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面形状を計測する形状測定装置に関し、特に走査型プローブ顕微鏡に関する。また本発明は、走査型プローブ顕微鏡を用いた表面形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な物質の表面形状を計測する際に、走査型プローブ顕微鏡を用いて観測するのが一般的に行われてきた手法である。近年、原子レベルの表面形状を観測する要求がますます高くなってきている。
【０００３】
しかしながら、従来の走査型プローブ顕微鏡を用いた表面形状の観測では、試料表面・探針の帯電の影響から精度よく測定することは困難であった。帯電の問題を解決するには、除電装置を用いて測定前または測定中に除電を行う、または被測定試料に対して帯電しないような工夫が必要である。従って、通常の装置では原理的に帯電を防ぐことは困難であり、何らかの工夫が必要である。
【０００４】
さらに、原子レベルでの表面形状を高精度に測定する場合、帯電の影響をなくす必要があると共に、被測定物の表面が安定である必要がある。それは、帯電の影響で測定精度に問題が生じる。
【０００５】
また、非特許文献１によれば、（１００）シリコンウェハの表面を大気中に暴露すると酸化膜が成長する（非特許文献１）。従って、シリコンウェハ表面を原子レベルでの表面形状を測定する際に、酸化膜が成長すると正確なシリコン表面の形状を測定することは不可能である。さらに、半導体製造が行われるクリーンルームの大気中においても、大気中の有機物などがシリコン表面に付着することも知られており、走査型プローブ顕微鏡を用いた大気中での測定では原子レベルで表面形状を高精度に観測することは非常に困難である。
【０００６】
一方、走査型プローブ顕微鏡の中には真空中において表面形状を測定することができる装置が存在するが、真空中では被測定物の表面に有機物がより付着することが知られており、真空中で測定することが解決策とは成り得ない。
【０００７】
同様に、走査型プローブ顕微鏡では液中で表面形状を測定することができる装置が存在するが、通常用いられる純水などの溶液では溶存酸素及びＯＨ−などの影響により、（１００）シリコンウェハの表面を酸化させるなど表面荒れを引き起こす問題がある。また、水では帯電の影響を排除することは困難である。
【０００８】
このように、（１００）シリコンウェハなどの被測定物の表面状態を変化させることなく、帯電の影響を排除した状態で測定することは困難である。走査型プローブ顕微鏡を販売しているメーカをはじめ、様々な研究機関により、より高精度に観測できる装置の実現を目指して研究開発が盛んに行われている。
【０００９】
今後も、原子レベルでの観測の要求が大きくなることが予想され、帯電の影響がなく、被測定物の表面状態を変化させない走査型プローブ顕微鏡を用いた測定技術の実現が期待されている。
【００１０】
【非特許文献１】M. Morita, T. Ohmi, E. Hasegawa, M. Kawakami, and M. Ohwada, “Growth of native oxide on a silicon surface,” J. Appl. Phys. 68(3), Aug. 1990, pp.1272-1281
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
通常、走査型プローブ顕微鏡を用いた表面形状の測定は、気体中・真空中・液体中のいずれかにおいて行われる。走査型プローブ顕微鏡を用いた表面形状の測定では、試料表面及び探針の帯電の影響が測定精度に悪影響を及ぼすことが広く知られている。この問題を解決するために、除電装置を用いて測定前に除電を行う手法が広く使われている。しかし、原子レベルの表面形状を高精度に測定するためには、走査型プローブ顕微鏡を含めた測定環境を帯電の影響がない状態にすることが必要不可欠である。また、被測定物の表面が非常に活性である場合、大気中では被測定物の表面が酸化されると共に、大気中の有機物が付着することで、被測定物の本来の表面を観測できない問題がある。また、真空中での測定においても、有機物が被測定物の表面に付着することが知られており、本来の表面を観測できない。さらに、液中での測定においても、使用する液種により被測定物の表面状態が変化することがあり、本来の表面を観測することは非常に困難である。
【００１２】
従って、本発明の目的は、走査型プローブ顕微鏡を用いた表面形状の測定において、帯電の影響を排除すると同時に、活性な被測定物の表面を変化させることなく安定に測定する装置及び測定手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記した課題を解決するために、第１の発明は、被測定物の表面形状を測定する表面形状測定装置であって、被測定物の表面を走査する測定用探針を有し、前記被測定物の表面と前記探針の間が、少なくとも測定範囲にわたり、前記被測定物の表面の形状が時間と共に変化しないような雰囲気または液体で満たされていることを特徴とする表面形状測定装置である。
【００１４】
第２の発明は、被測定物の表面と走査型プローブ顕微鏡の探針とを前記被測定物の表面の形状が時間と共に変化しないような雰囲気または液体の中に収容して、前記探針を前記被測定物の表面に走査させることによって前記被測定物の表面の形状を測定することを特徴とする表面形状測定方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被測定物の表面状態を変化させることなく測定可能な表面形状測定装置が得られる。また本発明によれば、帯電の影響を排除した状態で測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
【００１７】
まず、第１の実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡１００の構造について図１を参照して説明する。
【００１８】
図１に示すように、走査型プローブ顕微鏡１００は、装置の土台となる試料台１０５、試料台１０５上に設けられ、液体としての溶液１０２を貯蔵可能で、かつ被測定試料１０１を配置可能なセル１０３、セル１０３の上方に配置され、先端に被測定試料１０１の表面を走査する測定用探針１０４ａを有するカンチレバー１０４、カンチレバー１０４を保持するカンチレバーホルダ１０６、カンチレバーホルダ１０６に設けられ、カンチレバー１０４を操作する圧電素子１０７を有している。
【００１９】
以下、各構成要素のうち、溶液１０２、セル１０３、圧電素子１０７についてさらに説明する。
【００２０】
溶液１０２は走査型プローブ顕微鏡１００が被測定試料１０１の表面形状を測定する際に、少なくとも測定範囲の被測定試料１０１の表面および測定用探針１０４ａが帯電しないようにするためのものであり、かつ、被測定試料１０１の表面に自然酸化膜、有機物などが成長、吸着しないようにするためのものであり、例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）が挙げられる。
【００２１】
イソプロピルアルコールは、帯電しない材料であるため、走査型プローブ顕微鏡１００を用いた測定において特に有効であることを本発明者等が見出したものである。
【００２２】
なお、イソプロピルアルコールは、その溶液中に１リットルあたり２４．６ｍｇ程度の酸素が通常溶けている（条件：１気圧／酸素濃度２３％（体積％）の大気）。
【００２３】
そのため、溶液１０２にイソプロピルアルコールを使用する場合は、これを窒素雰囲気中に長時間暴露することで、イソプロピルアルコール中の溶存酸素濃度を低減させ、被測定試料１０１の表面の酸化を防止するのが望ましい。
【００２４】
なお、イソプロピルアルコールの濃度は、表面粗さが変化しない濃度であるのが望ましい。
【００２５】
このような濃度としては５重量％以上の濃度であればよいが、好ましくは３０重量％以上の濃度であればよく、特に限定はされない。また、ここでは溶液１０２としてイソプロピルアルコールを挙げたが、同等の効果を得ることができる溶液であれば、本発明の効果に影響を与えるものではなく、イソプロピルアルコールに限定はされない。
【００２６】
なお、溶液１０２は少なくとも測定範囲（全面）にわたって前記被測定物の表面と測定用探針１０４ａの間を満たすように設けられていればよく、測定用探針１０４ａ全体を満たしていてもよい。
【００２７】
一方、セル１０３を構成する材料は使用する溶液１０２に対して耐性がある材料であり、溶液１０２がイソプロピルアルコールの場合は例えばフッ素樹脂である。
【００２８】
セル１０３を構成する材料としては、使用する溶液１０２に対して耐性がある材料であればよく、例えば金属、石英、表面をフロロカーボン膜で構成されている基材などでもよい。
【００２９】
圧電素子１０７は電位の付加により変形してカンチレバー１０４を上下動させる部材であり、構成材料としては、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が挙げられる。
【００３０】
ここで、走査型プローブ顕微鏡１００を用いてが被測定試料１０１の表面形状を測定する際の手順について簡単に説明する。
【００３１】
ここでは走査型プローブ顕微鏡１００をＤＦＭ（Dynamic Force Mode）として用いる場合について説明する。
【００３２】
まず、被測定試料１０１を洗浄する。
【００３３】
例えば原子オーダ平坦化（１００）面シリコンウェハの測定を行う場合は図６のような手順で洗浄を行う。
【００３４】
具体的には、まず第１の雰囲気としての大気中でＯ３水洗浄（ステップ１００１）、Ｈ２ＳＯ４／Ｈ２Ｏ２洗浄（ステップ１００２）、Ｏ３水リンス（ステップ１００３）を行い、さらに第２の雰囲気としてのＮ２雰囲気中でＨＣｌ／ＨＦ（５０：１）溶液での洗浄（ステップ１００４）、Ｈ２水リンス（ステップ１００５）を行う。
【００３５】
このような洗浄を行うことにより、ウェハ表面に付着しているパーティクル・有機物などが除去され、その際に成長したケミカル酸化膜及び自然酸化膜が剥離され、シリコン表面が水素終端される。
【００３６】
なお、水素終端までは行わなくても、パーティクル・有機物などの除去と酸化膜の剥離を行い、シリコン表面を出すことが必要である。また、酸化膜剥離及び水素終端の工程については酸素濃度が５０ｐｐｍ以下のＮ２雰囲気中にて行うのが望ましい。これは、洗浄後に自然酸化膜が成長することを防ぐためである。
【００３７】
なお、酸素濃度はここでは５０ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中が望ましいとしたが、自然酸化膜が成長しない雰囲気であれば特に限定はされない。
【００３８】
被測定試料１０１の洗浄が終わると、次に、被測定試料１０１をセル１０３に配置して溶液１０２を満たし、圧電素子１０７を用いてカンチレバー１０４を所定の位置に移動させ、被測定試料１０１の表面を測定用探針１０４ａで走査する。
【００３９】
なお、本実施形態では測定モードは必ずしも限定されないため、測定時に測定用探針１０４ａを被測定試料１０１の表面に接触させない測定モードはもちろんのこと、被測定試料１０１の表面形状を変化させないのであれば、測定用探針１０４ａを被測定試料１０１の表面に接触させる測定モードでもよい。
【００４０】
測定用探針１０４ａは被測定試料１０１の表面形状に応じて上下動し、カンチレバー１０４が変形する。
【００４１】
カンチレバー１０４が変形すると、例えば図示しないフォトダイオード等でカンチレバー１０４の変形量を検知する。
【００４２】
検知した変形量は図示しない解析部において解析され、表面形状が測定される。
【００４３】
このように、第１の実施形態によれば、走査型プローブ顕微鏡１００は、溶液１０２を貯蔵可能で、かつ被測定試料１０１を配置可能なセル１０３、測定用探針１０４ａを有するカンチレバー１０４を有し、溶液１０２は、イソプロピルアルコールを含んでおり、かつ、少なくとも測定範囲（全面）にわたって前記被測定物の表面と測定用探針１０４ａの間を満たすようにセル１０３内に設けられている。
【００４４】
そのため、被測定試料１０１は被測定試料１０１の表面状態を変化させることなく、かつ帯電の影響を排除した状態で被測定試料１０１の表面形状を測定することができる。
【００４５】
次に、第２の実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡２００について図９を参照して説明する。
【００４６】
また、第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる箇所について図面を参照しながら説明する。
【００４７】
図９は本発明の第２の実施形態において、走査型プローブ顕微鏡２００の深針を用いて溶液中に配置した試料を測定する際の基本構成図を示したものである。
【００４８】
図９に示すように、走査型プローブ顕微鏡２００は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を材料とした圧電素子２０７の上に、試料台２０６が配置され、さらにその上部に溶液２０２を満たすことが可能で、かつ被測定試料２０１を配置できるセル２０３が配置されている。カンチレバーホルダ２０５に取り付けられたカンチレバー２０４は、測定用探針１０４ａを有し、上部から被測定試料２０１にアプローチできるような構成となっている。
【００４９】
このように、圧電素子２０７を試料台２０６側に設置し、試料を移動させる構造としてもよい。
【００５０】
なお、溶液２０２としては、第１の実施形態と同様にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を含むものが挙げられる。ただし、同等の効果を得ることができる溶液であれば、本発明の効果に影響を与えるものではなく、特に限定されない。
【００５１】
また、セル２０３は例えばフッ素樹脂で構成されている。
【００５２】
ここでは、セル２０３を構成する材料として、フッ素樹脂を挙げているが、これが金属、石英、表面をフロロカーボン膜で構成されている基材など、使用する溶液に対して耐性がある材料であればよく、必ずしもフッ素樹脂に限定はされない。
【００５３】
このように、第２の実施形態によれば、走査型プローブ顕微鏡２００は、溶液２０２を貯蔵可能で、かつ被測定試料２０１を配置可能なセル２０３、測定用探針１０４ａを有するカンチレバー２０４を有し、溶液２０２は、イソプロピルアルコールを含んでおり、かつ、少なくとも測定範囲（全面）にわたって前記被測定物の表面と測定用探針１０４ａの間を満たすようにセル１０３内に設けられている。
【００５４】
従って、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００５５】
次に、第３の実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡３００について図１０を参照して説明する。
【００５６】
なお、第３の実施形態では、第１の実施形態及び第２の実施形態と異なる個所について図面を参照しながら説明する。
【００５７】
図１０は本発明の第３の実施形態において、走査型プローブ顕微鏡３００の設置環境を示したものである。図１０に示すように、除振台３０２の上部に箱型のＢＯＸ３０３が設置されており、その中に装置本体３０１が設置されている。
【００５８】
装置本体３０１は走査型プローブ顕微鏡１００または走査型プローブ顕微鏡２００と同様の構成要素を有する構造である。
【００５９】
ＢＯＸ３０３は、内部の気体雰囲気を制御できるようにするために、気体導入口３０４と気体排気口３０５を備えている。
【００６０】
即ち、走査型プローブ顕微鏡３００は、試料の表面と探針の間が、少なくとも測定範囲にわたり、試料の表面の形状が時間と共に変化しないような雰囲気で満たされるように構成されている。
【００６１】
第３の本実施形態では、ＢＯＸ３０３を構成する材質としては例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）が挙げられるが、気密性及び操作性を確保できる材質であればよく、特にＳＵＳに限定されるものではない。また、外部の温度変動の影響を受けないようにし、内部の温度を一定に保つため、２枚のＳＵＳを用い、２枚のＳＵＳの間に断熱材を挟んだ構成にするのが好ましい。
【００６２】
第３の実施形態では、ＢＯＸ３０３内部（装置本体３０１内）の雰囲気を窒素にするために、気体導入口３０４から窒素を導入し、気体排気口３０５からＢＯＸ３０３内部の気体を排気する構成となっているが、ＢＯＸ３０３内部の雰囲気は窒素だけに限定されるものではなく、露点温度が−８０℃以下の水分濃度が非常に少ないクリーンドライエアなどを導入しても、本発明の効果になんら影響を与えるものではない。また、図１０で示すように気体導入口３０４及び気体排気口３０５の位置は、ＢＯＸ３０３の上部及び下部にそれぞれ設置されているが、ＢＯＸ３０３の内部の雰囲気を制御できる位置であれば、特に位置は限定されない。さらに、ＢＯＸ３０３は除振台３０２の上部に配置されているが、これはＢＯＸ３０３内部の容量を小さくするためのものであり、ＢＯＸ３０３を大きく作製し除振台３０２ごとＢＯＸ３０３の内部に設置したとしても、本発明の効果に何ら影響を与えるものではない。
【００６３】
ＢＯＸ３０３の中に設置された走査型プローブ顕微鏡（装置本体３０１）を用いた表面形状の測定方法は、第１及び第２の実施形態で述べた手法を用いるため、詳細な説明については省略する。
【００６４】
このように、第３の実施形態によれば、走査型プローブ顕微鏡３００は、装置本体３０１、ＢＯＸ３０３を有し、ＢＯＸ３０３内は雰囲気制御がされている。
【００６５】
従って、第１の実施形態と同様の効果を奏する
【実施例】
【００６６】
次に、具体的な実施例に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。
【００６７】
（実施例１）
（１００）面シリコンウェハを種々の濃度のイソプロピルアルコールに浸漬した際、および浸漬前の表面粗さを図１に示す走査型プローブ顕微鏡１００を用いて測定した。結果を図２に示す。
【００６８】
また図１に示す走査型プローブ顕微鏡１００を用いて、加熱処理により原子オーダで平坦化した（１００）面シリコンウェハを種々の濃度のイソプロピルアルコールに浸漬した際、および浸漬前の表面形状及び表面粗さを測定した。結果を図３、図４に示す。
【００６９】
図２によると、イソプロピルアルコール濃度が５%以上であれば、表面粗さが変化しないことが分かった。
【００７０】
一方、図３、図４によると、原子オーダで平坦化した（１００）面シリコンウェハでは、イソプロピルアルコール濃度が３０%以上であれば、表面形状が変化しないことが分かった。
【００７１】
（実施例２）
図１に示す走査型プローブ顕微鏡１００を用い、原子オーダで平坦化された（１００）面シリコンウェハの表面形状を測定した。
【００７２】
溶液１０２としては濃度９９．９９％のイソプロピルアルコールを使用し、被測定試料１０１としては、（１００）面シリコンウェハを１２００℃・アルゴン雰囲気中にて３０分間加熱処理し、加熱処理によりシリコンの原子ステップ（段差部分）とテラス（平面部分）が出現したものを用いた。
【００７３】
図５はその原子ステップの形状を示している。以下、上記の加熱処理をした（１００）面シリコンウェハを、原子オーダ平坦化（１００）面シリコンウェハと記す。
【００７４】
（実施例３）
原子オーダ平坦化（１００）面シリコンウェハを図６に示す洗浄方法で洗浄し、Ｎ２雰囲気の中でＩＰＡを含む溶液２０２中（溶存酸素０ｐｐｍ）に浸漬し、ＩＰＡ溶液中にて図１に示す走査型プローブ顕微鏡１００を用いて表面形状を測定した。
【００７５】
測定結果（顕微鏡写真）を図７Ａに示す。また測定したデータを公知の方法で変換したものを図７Ｂに示し、図７Ｂで丸付き数字の１〜６で示す各テラスの表面の粗さを求めた結果を図７Ｃに示す。
【００７６】
図７Ｃに示すように、粗さはＲａで表すことができ、各テラス表面の粗さは約０．０４ｎｍとなっていた。
【００７７】
（比較例１）
原子オーダ平坦化（１００）面シリコンウェハを図６に示す洗浄方法で洗浄し（ただし、洗浄は全て大気中）、その後クリーンルーム大気中で図１に示す走査型プローブ顕微鏡１００を用いて溶液１０２を用いずに表面形状を測定した。実施例３と異なるのは、洗浄は全て大気中で行い、測定も大気中で測定している２点のみである。
【００７８】
結果を図８Ａに示す。
【００７９】
また、測定したデータを公知の方法で変換したものを図８Ｂに示し、図８Ｂで丸付き数字の１〜６で示す各テラス表面の粗さなどを求めた結果を図８Ｃに示す。
【００８０】
図８Ｃに示すように、各テラスの粗さ（Ｒａ）は、０．０５３ｎｍ〜０．０６２ｎｍとなっており、イソプロピルアルコール中で測定した結果に比べて、各テラスの表面粗さが増大していた。
【００８１】
これは、大気中で洗浄を行いかつ測定も大気中で行ったことで、原子オーダ平坦化（１００）面シリコン表面に自然酸化膜、有機物などが成長、吸着した影響であると考えられる。
【００８２】
従って、イソプロピルアルコール中での測定が非常に効果的であることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
上述した実施形態では走査型プローブ顕微鏡１００、２００、３００をＤＦＭとして使用した場合について説明したが、本発明は何らこれに限定されるものではなく、走査型プローブ顕微鏡であれば、ＡＦＭ等のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】走査型プローブ顕微鏡１００の構造を示す模式図である。
【図２】（１００）面シリコンウェハをイソプロピルアルコール溶液に浸漬した際の、溶液の濃度とシリコンウェハの表面粗さの関係を示す図である。
【図３Ａ】（１００）面シリコンウェハをイソプロピルアルコール溶液に浸漬した際の、シリコンウェハの表面形状を示す図である。
【図３Ｂ】（１００）面シリコンウェハをイソプロピルアルコール溶液に浸漬した際の、シリコンウェハの表面形状を示す図である。
【図３Ｃ】（１００）面シリコンウェハをイソプロピルアルコール溶液に浸漬した際の、シリコンウェハの表面形状を示す図である。
【図３Ｄ】（１００）面シリコンウェハをイソプロピルアルコール溶液に浸漬した際の、シリコンウェハの表面形状を示す図である。
【図３Ｅ】（１００）面シリコンウェハをイソプロピルアルコール溶液に浸漬した際の、シリコンウェハの表面形状を示す図である。
【図４】（１００）面シリコンウェハをイソプロピルアルコール溶液に浸漬した際の、溶液の濃度とシリコンウェハの表面粗さの関係を示す図である。
【図５】（１００）面シリコンウェハをイソプロピルアルコール溶液に浸漬した際の、シリコンウェハの表面形状を示す図である。
【図６】走査型プローブ顕微鏡１００を用いて原子オーダ平坦化（１００）面シリコンウェハの測定を行う際の洗浄工程を示すフローチャートである。
【図７Ａ】原子オーダ平坦化（１００）面シリコンウェハを図６に示す洗浄方法で洗浄し、Ｎ２雰囲気の中でＩＰＡ溶液中（溶存酸素０ｐｐｍ）に浸漬し、ＩＰＡ溶液中にて走査型プローブ顕微鏡１００を用いて表面形状を測定した結果を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａを変換処理した図である。
【図７Ｃ】図７Ｂに丸付き数字の１〜６で示す各テラス表面の粗さを求めた結果を示す図である。
【図８Ａ】原子オーダ平坦化（１００）面シリコンウェハを図６に示す洗浄方法で洗浄し、その後クリーンルーム大気中で走査型プローブ顕微鏡１００を用いて表面形状を測定した結果を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａを変換処理した図である。
【図８Ｃ】図８Ｂに丸付き数字の１〜６で示す各テラス表面の粗さを求めた結果を示す図である。
【図９】走査型プローブ顕微鏡２００の構造を示す模式図である。
【図１０】走査型プローブ顕微鏡３００の構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８５】
１００……走査型プローブ顕微鏡
１０１……被測定試料
１０２……溶液
１０３……セル
１０４……カンチレバー
１０４ａ…測定用探針
１０５……試料台
１０６……カンチレバーホルダ
１０７……圧電素子
２００……走査型プローブ顕微鏡
２０１……被測定試料
２０２……溶液
２０３……セル
２０４……カンチレバー
２０５……カンチレバーホルダ
２０６……試料台
２０７……圧電素子
３００……走査型プローブ顕微鏡
３０１……装置本体
３０２……除振台
３０３……ＢＯＸ
３０４……気体導入口
３０５……気体排気口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面形状を計測する形状測定装置に関し、特に走査型プローブ顕微鏡に関する。また本発明は、走査型プローブ顕微鏡を用いた表面形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な物質の表面形状を計測する際に、走査型プローブ顕微鏡を用いて観測するのが一般的に行われてきた手法である。近年、原子レベルの表面形状を観測する要求がますます高くなってきている。
【０００３】
しかしながら、従来の走査型プローブ顕微鏡を用いた表面形状の観測では、試料表面・探針の帯電の影響から精度よく測定することは困難であった。帯電の問題を解決するには、除電装置を用いて測定前または測定中に除電を行う、または被測定試料に対して帯電しないような工夫が必要である。従って、通常の装置では原理的に帯電を防ぐことは困難であり、何らかの工夫が必要である。
【０００４】
さらに、原子レベルでの表面形状を高精度に測定する場合、帯電の影響をなくす必要があると共に、被測定物の表面が安定である必要がある。それは、帯電の影響で測定精度に問題が生じる。
【０００５】
また、非特許文献１によれば、（１００）シリコンウェハの表面を大気中に暴露すると酸化膜が成長する（非特許文献１）。従って、シリコンウェハ表面を原子レベルでの表面形状を測定する際に、酸化膜が成長すると正確なシリコン表面の形状を測定することは不可能である。さらに、半導体製造が行われるクリーンルームの大気中においても、大気中の有機物などがシリコン表面に付着することも知られており、走査型プローブ顕微鏡を用いた大気中での測定では原子レベルで表面形状を高精度に観測することは非常に困難である。
【０００６】
一方、走査型プローブ顕微鏡の中には真空中において表面形状を測定することができる装置が存在するが、真空中では被測定物の表面に有機物がより付着することが知られており、真空中で測定することが解決策とは成り得ない。
【０００７】
同様に、走査型プローブ顕微鏡では液中で表面形状を測定することができる装置が存在するが、通常用いられる純水などの溶液では溶存酸素及びＯＨ−などの影響により、（１００）シリコンウェハの表面を酸化させるなど表面荒れを引き起こす問題がある。また、水では帯電の影響を排除することは困難である。
【０００８】
このように、（１００）シリコンウェハなどの被測定物の表面状態を変化させることなく、帯電の影響を排除した状態で測定することは困難である。走査型プローブ顕微鏡を販売しているメーカをはじめ、様々な研究機関により、より高精度に観測できる装置の実現を目指して研究開発が盛んに行われている。
【０００９】
今後も、原子レベルでの観測の要求が大きくなることが予想され、帯電の影響がなく、被測定物の表面状態を変化させない走査型プローブ顕微鏡を用いた測定技術の実現が期待されている。
【００１０】
【非特許文献１】M. Morita, T. Ohmi, E. Hasegawa, M. Kawakami, and M. Ohwada, “Growth of native oxide on a silicon surface,” J. Appl. Phys. 68(3), Aug. 1990, pp.1272-1281
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
通常、走査型プローブ顕微鏡を用いた表面形状の測定は、気体中・真空中・液体中のいずれかにおいて行われる。走査型プローブ顕微鏡を用いた表面形状の測定では、試料表面及び探針の帯電の影響が測定精度に悪影響を及ぼすことが広く知られている。この問題を解決するために、除電装置を用いて測定前に除電を行う手法が広く使われている。しかし、原子レベルの表面形状を高精度に測定するためには、走査型プローブ顕微鏡を含めた測定環境を帯電の影響がない状態にすることが必要不可欠である。また、被測定物の表面が非常に活性である場合、大気中では被測定物の表面が酸化されると共に、大気中の有機物が付着することで、被測定物の本来の表面を観測できない問題がある。また、真空中での測定においても、有機物が被測定物の表面に付着することが知られており、本来の表面を観測できない。さらに、液中での測定においても、使用する液種により被測定物の表面状態が変化することがあり、本来の表面を観測することは非常に困難である。
【００１２】
従って、本発明の目的は、走査型プローブ顕微鏡を用いた表面形状の測定において、帯電の影響を排除すると同時に、活性な被測定物の表面を変化させることなく安定に測定する装置及び測定手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記した課題を解決するために、第１の発明は、被測定物の表面形状を測定する表面形状測定装置であって、被測定物の表面を走査する測定用探針を有し、前記被測定物の表面と前記探針の間が、少なくとも測定範囲にわたり、前記被測定物の表面の形状が時間と共に変化しないような雰囲気または液体で満たされていることを特徴とする表面形状測定装置である。
【００１４】
第２の発明は、被測定物の表面と走査型プローブ顕微鏡の探針とを前記被測定物の表面の形状が時間と共に変化しないような雰囲気または液体の中に収容して、前記探針を前記被測定物の表面に走査させることによって前記被測定物の表面の形状を測定することを特徴とする表面形状測定方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被測定物の表面状態を変化させることなく測定可能な表面形状測定装置が得られる。また本発明によれば、帯電の影響を排除した状態で測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
【００１７】
まず、第１の実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡１００の構造について図１を参照して説明する。
【００１８】
図１に示すように、走査型プローブ顕微鏡１００は、装置の土台となる試料台１０５、試料台１０５上に設けられ、液体としての溶液１０２を貯蔵可能で、かつ被測定試料１０１を配置可能なセル１０３、セル１０３の上方に配置され、先端に被測定試料１０１の表面を走査する測定用探針１０４ａを有するカンチレバー１０４、カンチレバー１０４を保持するカンチレバーホルダ１０６、カンチレバーホルダ１０６に設けられ、カンチレバー１０４を操作する圧電素子１０７を有している。
【００１９】
以下、各構成要素のうち、溶液１０２、セル１０３、圧電素子１０７についてさらに説明する。
【００２０】
溶液１０２は走査型プローブ顕微鏡１００が被測定試料１０１の表面形状を測定する際に、少なくとも測定範囲の被測定試料１０１の表面および測定用探針１０４ａが帯電しないようにするためのものであり、かつ、被測定試料１０１の表面に自然酸化膜、有機物などが成長、吸着しないようにするためのものであり、例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）が挙げられる。
【００２１】
イソプロピルアルコールは、帯電しない材料であるため、走査型プローブ顕微鏡１００を用いた測定において特に有効であることを本発明者等が見出したものである。
【００２２】
なお、イソプロピルアルコールは、その溶液中に１リットルあたり２４．６ｍｇ程度の酸素が通常溶けている（条件：１気圧／酸素濃度２３％（体積％）の大気）。
【００２３】
そのため、溶液１０２にイソプロピルアルコールを使用する場合は、これを窒素雰囲気中に長時間暴露することで、イソプロピルアルコール中の溶存酸素濃度を低減させ、被測定試料１０１の表面の酸化を防止するのが望ましい。
【００２４】
なお、イソプロピルアルコールの濃度は、表面粗さが変化しない濃度であるのが望ましい。
【００２５】
このような濃度としては５重量％以上の濃度であればよいが、好ましくは３０重量％以上の濃度であればよく、特に限定はされない。また、ここでは溶液１０２としてイソプロピルアルコールを挙げたが、同等の効果を得ることができる溶液であれば、本発明の効果に影響を与えるものではなく、イソプロピルアルコールに限定はされない。
【００２６】
なお、溶液１０２は少なくとも測定範囲（全面）にわたって前記被測定物の表面と測定用探針１０４ａの間を満たすように設けられていればよく、測定用探針１０４ａ全体を満たしていてもよい。
【００２７】
一方、セル１０３を構成する材料は使用する溶液１０２に対して耐性がある材料であり、溶液１０２がイソプロピルアルコールの場合は例えばフッ素樹脂である。
【００２８】
セル１０３を構成する材料としては、使用する溶液１０２に対して耐性がある材料であればよく、例えば金属、石英、表面をフロロカーボン膜で構成されている基材などでもよい。
【００２９】
圧電素子１０７は電位の付加により変形してカンチレバー１０４を上下動させる部材であり、構成材料としては、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が挙げられる。
【００３０】
ここで、走査型プローブ顕微鏡１００を用いてが被測定試料１０１の表面形状を測定する際の手順について簡単に説明する。
【００３１】
ここでは走査型プローブ顕微鏡１００をＤＦＭ（Dynamic Force Mode）として用いる場合について説明する。
【００３２】
まず、被測定試料１０１を洗浄する。
【００３３】
例えば原子オーダ平坦化（１００）面シリコンウェハの測定を行う場合は図６のような手順で洗浄を行う。
【００３４】
具体的には、まず第１の雰囲気としての大気中でＯ３水洗浄（ステップ１００１）、Ｈ２ＳＯ４／Ｈ２Ｏ２洗浄（ステップ１００２）、Ｏ３水リンス（ステップ１００３）を行い、さらに第２の雰囲気としてのＮ２雰囲気中でＨＣｌ／ＨＦ（５０：１）溶液での洗浄（ステップ１００４）、Ｈ２水リンス（ステップ１００５）を行う。
【００３５】
このような洗浄を行うことにより、ウェハ表面に付着しているパーティクル・有機物などが除去され、その際に成長したケミカル酸化膜及び自然酸化膜が剥離され、シリコン表面が水素終端される。
【００３６】
なお、水素終端までは行わなくても、パーティクル・有機物などの除去と酸化膜の剥離を行い、シリコン表面を出すことが必要である。また、酸化膜剥離及び水素終端の工程については酸素濃度が５０ｐｐｍ以下のＮ２雰囲気中にて行うのが望ましい。これは、洗浄後に自然酸化膜が成長することを防ぐためである。
【００３７】
なお、酸素濃度はここでは５０ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中が望ましいとしたが、自然酸化膜が成長しない雰囲気であれば特に限定はされない。
【００３８】
被測定試料１０１の洗浄が終わると、次に、被測定試料１０１をセル１０３に配置して溶液１０２を満たし、圧電素子１０７を用いてカンチレバー１０４を所定の位置に移動させ、被測定試料１０１の表面を測定用探針１０４ａで走査する。
【００３９】
なお、本実施形態では測定モードは必ずしも限定されないため、測定時に測定用探針１０４ａを被測定試料１０１の表面に接触させない測定モードはもちろんのこと、被測定試料１０１の表面形状を変化させないのであれば、測定用探針１０４ａを被測定試料１０１の表面に接触させる測定モードでもよい。
【００４０】
測定用探針１０４ａは被測定試料１０１の表面形状に応じて上下動し、カンチレバー１０４が変形する。
【００４１】
カンチレバー１０４が変形すると、例えば図示しないフォトダイオード等でカンチレバー１０４の変形量を検知する。
【００４２】
検知した変形量は図示しない解析部において解析され、表面形状が測定される。
【００４３】
このように、第１の実施形態によれば、走査型プローブ顕微鏡１００は、溶液１０２を貯蔵可能で、かつ被測定試料１０１を配置可能なセル１０３、測定用探針１０４ａを有するカンチレバー１０４を有し、溶液１０２は、イソプロピルアルコールを含んでおり、かつ、少なくとも測定範囲（全面）にわたって前記被測定物の表面と測定用探針１０４ａの間を満たすようにセル１０３内に設けられている。
【００４４】
そのため、被測定試料１０１は被測定試料１０１の表面状態を変化させることなく、かつ帯電の影響を排除した状態で被測定試料１０１の表面形状を測定することができる。
【００４５】
次に、第２の実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡２００について図９を参照して説明する。
【００４６】
また、第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる箇所について図面を参照しながら説明する。
【００４７】
図９は本発明の第２の実施形態において、走査型プローブ顕微鏡２００の深針を用いて溶液中に配置した試料を測定する際の基本構成図を示したものである。
【００４８】
図９に示すように、走査型プローブ顕微鏡２００は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を材料とした圧電素子２０７の上に、試料台２０６が配置され、さらにその上部に溶液２０２を満たすことが可能で、かつ被測定試料２０１を配置できるセル２０３が配置されている。カンチレバーホルダ２０５に取り付けられたカンチレバー２０４は、測定用探針１０４ａを有し、上部から被測定試料２０１にアプローチできるような構成となっている。
【００４９】
このように、圧電素子２０７を試料台２０６側に設置し、試料を移動させる構造としてもよい。
【００５０】
なお、溶液２０２としては、第１の実施形態と同様にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を含むものが挙げられる。ただし、同等の効果を得ることができる溶液であれば、本発明の効果に影響を与えるものではなく、特に限定されない。
【００５１】
また、セル２０３は例えばフッ素樹脂で構成されている。
【００５２】
ここでは、セル２０３を構成する材料として、フッ素樹脂を挙げているが、これが金属、石英、表面をフロロカーボン膜で構成されている基材など、使用する溶液に対して耐性がある材料であればよく、必ずしもフッ素樹脂に限定はされない。
【００５３】
このように、第２の実施形態によれば、走査型プローブ顕微鏡２００は、溶液２０２を貯蔵可能で、かつ被測定試料２０１を配置可能なセル２０３、測定用探針１０４ａを有するカンチレバー２０４を有し、溶液２０２は、イソプロピルアルコールを含んでおり、かつ、少なくとも測定範囲（全面）にわたって前記被測定物の表面と測定用探針１０４ａの間を満たすようにセル１０３内に設けられている。
【００５４】
従って、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００５５】
次に、第３の実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡３００について図１０を参照して説明する。
【００５６】
なお、第３の実施形態では、第１の実施形態及び第２の実施形態と異なる個所について図面を参照しながら説明する。
【００５７】
図１０は本発明の第３の実施形態において、走査型プローブ顕微鏡３００の設置環境を示したものである。図１０に示すように、除振台３０２の上部に箱型のＢＯＸ３０３が設置されており、その中に装置本体３０１が設置されている。
【００５８】
装置本体３０１は走査型プローブ顕微鏡１００または走査型プローブ顕微鏡２００と同様の構成要素を有する構造である。
【００５９】
ＢＯＸ３０３は、内部の気体雰囲気を制御できるようにするために、気体導入口３０４と気体排気口３０５を備えている。
【００６０】
即ち、走査型プローブ顕微鏡３００は、試料の表面と探針の間が、少なくとも測定範囲にわたり、試料の表面の形状が時間と共に変化しないような雰囲気で満たされるように構成されている。
【００６１】
第３の本実施形態では、ＢＯＸ３０３を構成する材質としては例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）が挙げられるが、気密性及び操作性を確保できる材質であればよく、特にＳＵＳに限定されるものではない。また、外部の温度変動の影響を受けないようにし、内部の温度を一定に保つため、２枚のＳＵＳを用い、２枚のＳＵＳの間に断熱材を挟んだ構成にするのが好ましい。
【００６２】
第３の実施形態では、ＢＯＸ３０３内部（装置本体３０１内）の雰囲気を窒素にするために、気体導入口３０４から窒素を導入し、気体排気口３０５からＢＯＸ３０３内部の気体を排気する構成となっているが、ＢＯＸ３０３内部の雰囲気は窒素だけに限定されるものではなく、露点温度が−８０℃以下の水分濃度が非常に少ないクリーンドライエアなどを導入しても、本発明の効果になんら影響を与えるものではない。また、図１０で示すように気体導入口３０４及び気体排気口３０５の位置は、ＢＯＸ３０３の上部及び下部にそれぞれ設置されているが、ＢＯＸ３０３の内部の雰囲気を制御できる位置であれば、特に位置は限定されない。さらに、ＢＯＸ３０３は除振台３０２の上部に配置されているが、これはＢＯＸ３０３内部の容量を小さくするためのものであり、ＢＯＸ３０３を大きく作製し除振台３０２ごとＢＯＸ３０３の内部に設置したとしても、本発明の効果に何ら影響を与えるものではない。
【００６３】
ＢＯＸ３０３の中に設置された走査型プローブ顕微鏡（装置本体３０１）を用いた表面形状の測定方法は、第１及び第２の実施形態で述べた手法を用いるため、詳細な説明については省略する。
【００６４】
このように、第３の実施形態によれば、走査型プローブ顕微鏡３００は、装置本体３０１、ＢＯＸ３０３を有し、ＢＯＸ３０３内は雰囲気制御がされている。
【００６５】
従って、第１の実施形態と同様の効果を奏する
【実施例】
【００６６】
次に、具体的な実施例に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。
【００６７】
（実施例１）
（１００）面シリコンウェハを種々の濃度のイソプロピルアルコールに浸漬した際、および浸漬前の表面粗さを図１に示す走査型プローブ顕微鏡１００を用いて測定した。結果を図２に示す。
【００６８】
また図１に示す走査型プローブ顕微鏡１００を用いて、加熱処理により原子オーダで平坦化した（１００）面シリコンウェハを種々の濃度のイソプロピルアルコールに浸漬した際、および浸漬前の表面形状及び表面粗さを測定した。結果を図３、図４に示す。
【００６９】
図２によると、イソプロピルアルコール濃度が５%以上であれば、表面粗さが変化しないことが分かった。
【００７０】
一方、図３、図４によると、原子オーダで平坦化した（１００）面シリコンウェハでは、イソプロピルアルコール濃度が３０%以上であれば、表面形状が変化しないことが分かった。
【００７１】
（実施例２）
図１に示す走査型プローブ顕微鏡１００を用い、原子オーダで平坦化された（１００）面シリコンウェハの表面形状を測定した。
【００７２】
溶液１０２としては濃度９９．９９％のイソプロピルアルコールを使用し、被測定試料１０１としては、（１００）面シリコンウェハを１２００℃・アルゴン雰囲気中にて３０分間加熱処理し、加熱処理によりシリコンの原子ステップ（段差部分）とテラス（平面部分）が出現したものを用いた。
【００７３】
図５はその原子ステップの形状を示している。以下、上記の加熱処理をした（１００）面シリコンウェハを、原子オーダ平坦化（１００）面シリコンウェハと記す。
【００７４】
（実施例３）
原子オーダ平坦化（１００）面シリコンウェハを図６に示す洗浄方法で洗浄し、Ｎ２雰囲気の中でＩＰＡを含む溶液２０２中（溶存酸素０ｐｐｍ）に浸漬し、ＩＰＡ溶液中にて図１に示す走査型プローブ顕微鏡１００を用いて表面形状を測定した。
【００７５】
測定結果（顕微鏡写真）を図７Ａに示す。また測定したデータを公知の方法で変換したものを図７Ｂに示し、図７Ｂで丸付き数字の１〜６で示す各テラスの表面の粗さを求めた結果を図７Ｃに示す。
【００７６】
図７Ｃに示すように、粗さはＲａで表すことができ、各テラス表面の粗さは約０．０４ｎｍとなっていた。
【００７７】
（比較例１）
原子オーダ平坦化（１００）面シリコンウェハを図６に示す洗浄方法で洗浄し（ただし、洗浄は全て大気中）、その後クリーンルーム大気中で図１に示す走査型プローブ顕微鏡１００を用いて溶液１０２を用いずに表面形状を測定した。実施例３と異なるのは、洗浄は全て大気中で行い、測定も大気中で測定している２点のみである。
【００７８】
結果を図８Ａに示す。
【００７９】
また、測定したデータを公知の方法で変換したものを図８Ｂに示し、図８Ｂで丸付き数字の１〜６で示す各テラス表面の粗さなどを求めた結果を図８Ｃに示す。
【００８０】
図８Ｃに示すように、各テラスの粗さ（Ｒａ）は、０．０５３ｎｍ〜０．０６２ｎｍとなっており、イソプロピルアルコール中で測定した結果に比べて、各テラスの表面粗さが増大していた。
【００８１】
これは、大気中で洗浄を行いかつ測定も大気中で行ったことで、原子オーダ平坦化（１００）面シリコン表面に自然酸化膜、有機物などが成長、吸着した影響であると考えられる。
【００８２】
従って、イソプロピルアルコール中での測定が非常に効果的であることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
上述した実施形態では走査型プローブ顕微鏡１００、２００、３００をＤＦＭとして使用した場合について説明したが、本発明は何らこれに限定されるものではなく、走査型プローブ顕微鏡であれば、ＡＦＭ等のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】走査型プローブ顕微鏡１００の構造を示す模式図である。
【図２】（１００）面シリコンウェハをイソプロピルアルコール溶液に浸漬した際の、溶液の濃度とシリコンウェハの表面粗さの関係を示す図である。
【図３Ａ】（１００）面シリコンウェハをイソプロピルアルコール溶液に浸漬した際の、シリコンウェハの表面形状を示す図である。
【図３Ｂ】（１００）面シリコンウェハをイソプロピルアルコール溶液に浸漬した際の、シリコンウェハの表面形状を示す図である。
【図３Ｃ】（１００）面シリコンウェハをイソプロピルアルコール溶液に浸漬した際の、シリコンウェハの表面形状を示す図である。
【図３Ｄ】（１００）面シリコンウェハをイソプロピルアルコール溶液に浸漬した際の、シリコンウェハの表面形状を示す図である。
【図３Ｅ】（１００）面シリコンウェハをイソプロピルアルコール溶液に浸漬した際の、シリコンウェハの表面形状を示す図である。
【図４】（１００）面シリコンウェハをイソプロピルアルコール溶液に浸漬した際の、溶液の濃度とシリコンウェハの表面粗さの関係を示す図である。
【図５】（１００）面シリコンウェハをイソプロピルアルコール溶液に浸漬した際の、シリコンウェハの表面形状を示す図である。
【図６】走査型プローブ顕微鏡１００を用いて原子オーダ平坦化（１００）面シリコンウェハの測定を行う際の洗浄工程を示すフローチャートである。
【図７Ａ】原子オーダ平坦化（１００）面シリコンウェハを図６に示す洗浄方法で洗浄し、Ｎ２雰囲気の中でＩＰＡ溶液中（溶存酸素０ｐｐｍ）に浸漬し、ＩＰＡ溶液中にて走査型プローブ顕微鏡１００を用いて表面形状を測定した結果を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａを変換処理した図である。
【図７Ｃ】図７Ｂに丸付き数字の１〜６で示す各テラス表面の粗さを求めた結果を示す図である。
【図８Ａ】原子オーダ平坦化（１００）面シリコンウェハを図６に示す洗浄方法で洗浄し、その後クリーンルーム大気中で走査型プローブ顕微鏡１００を用いて表面形状を測定した結果を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａを変換処理した図である。
【図８Ｃ】図８Ｂに丸付き数字の１〜６で示す各テラス表面の粗さを求めた結果を示す図である。
【図９】走査型プローブ顕微鏡２００の構造を示す模式図である。
【図１０】走査型プローブ顕微鏡３００の構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８５】
１００……走査型プローブ顕微鏡
１０１……被測定試料
１０２……溶液
１０３……セル
１０４……カンチレバー
１０４ａ…測定用探針
１０５……試料台
１０６……カンチレバーホルダ
１０７……圧電素子
２００……走査型プローブ顕微鏡
２０１……被測定試料
２０２……溶液
２０３……セル
２０４……カンチレバー
２０５……カンチレバーホルダ
２０６……試料台
２０７……圧電素子
３００……走査型プローブ顕微鏡
３０１……装置本体
３０２……除振台
３０３……ＢＯＸ
３０４……気体導入口
３０５……気体排気口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の表面形状を測定する表面形状測定装置であって、
被測定物の表面を走査する測定用探針を有し、
前記被測定物の表面と前記探針の間が、少なくとも測定範囲にわたり、前記被測定物の表面の形状が時間と共に変化しないような雰囲気または液体で満たされるように構成されていることを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項２】
前記被測定物の表面と前記測定装置の測定用探針とが、前記雰囲気または前記液体の中に収容されていることを特徴とする請求項１記載の表面形状測定装置。
【請求項３】
前記液体は、
イソプロピルアルコールを含む溶液であることを特徴とする、請求項第２に記載の表面形状測定装置。
【請求項４】
前記溶液を貯蔵可能なセルを有することを特徴とする、請求項３に記載の表面形状測定装置。
【請求項５】
前記被測定物が前記セル内部に溶液と共に配置されるように構成したことを特徴とする、請求項４に記載の表面形状測定装置。
【請求項６】
前記セルを構成する材料は、
金属または石英またはフッ素樹脂のいずれか一つを含むことを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の表面形状測定装置。
【請求項７】
前記セルは、
表面にフロロカーボン膜が形成されていることを特徴とする、請求項第５項に記載の表面形状測定装置。
【請求項８】
前記被測定物の表面と前記探針の間が、少なくとも測定範囲にわたり、気体で満たされていることを特徴とする、請求項１に記載の表面形状測定装置。
【請求項９】
前記気体が、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の気体雰囲気であることを特徴とする、請求項８に記載の表面形状測定装置。
【請求項１０】
前記気体が、露点温度が−８０℃以下の気体雰囲気であることを特徴とする、請求項８に記載の表面形状測定装置。
【請求項１１】
前記被測定物の表面と前記探針の間が、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の気体雰囲気中に設置されていることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の表面形状測定装置。
【請求項１２】
前記測定装置が、露点温度が−８０℃以下の気体雰囲気中に設置されていることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の表面形状測定装置。
【請求項１３】
前記雰囲気または前記液体は、
前記被測定物の表面と前記探針が帯電しないような液体または気体雰囲気であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の表面形状測定装置。
【請求項１４】
前記被測定物が、シリコンウェハであることを特徴する、請求項１〜１３のいずれかに記載の表面形状測定装置。
【請求項１５】
前記表面形状測定装置が走査型プローブ顕微鏡を含み、前記探針が前記走査型プローブ顕微鏡の探針であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の表面形状測定装置。
【請求項１６】
被測定物の表面と走査型プローブ顕微鏡の探針とを前記被測定物の表面の形状が時間と共に変化しないような雰囲気または液体の中に収容して、前記探針を前記被測定物の表面に走査させることによって前記被測定物の表面の形状を測定することを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項１７】
前記被測定物を、前記被測定物の表面に付着しているパーティクル、有機物、自然酸化膜などを所望の第１の雰囲気中で洗浄除去した後に、所望の第２の雰囲気中で加熱した後に、前記走査型プローブ顕微鏡を用いて前記被測定物の表面形状を測定することを特徴とする、請求項１６に記載の表面形状測定方法。
【請求項１８】
前記第１及び第２の雰囲気が、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の気体雰囲気中であることを特徴とする、請求項１７に記載の表面形状測定方法。
【請求項１９】
前記被測定物が、シリコンウェハであることを特徴する、請求項１６〜１８のいずれかに記載の表面形状測定方法。
【請求項１】
被測定物の表面形状を測定する表面形状測定装置であって、
被測定物の表面を走査する測定用探針を有し、
前記被測定物の表面と前記探針の間が、少なくとも測定範囲にわたり、前記被測定物の表面の形状が時間と共に変化しないような雰囲気または液体で満たされるように構成されていることを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項２】
前記被測定物の表面と前記測定装置の測定用探針とが、前記雰囲気または前記液体の中に収容されていることを特徴とする請求項１記載の表面形状測定装置。
【請求項３】
前記液体は、
イソプロピルアルコールを含む溶液であることを特徴とする、請求項第２に記載の表面形状測定装置。
【請求項４】
前記溶液を貯蔵可能なセルを有することを特徴とする、請求項３に記載の表面形状測定装置。
【請求項５】
前記被測定物が前記セル内部に溶液と共に配置されるように構成したことを特徴とする、請求項４に記載の表面形状測定装置。
【請求項６】
前記セルを構成する材料は、
金属または石英またはフッ素樹脂のいずれか一つを含むことを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の表面形状測定装置。
【請求項７】
前記セルは、
表面にフロロカーボン膜が形成されていることを特徴とする、請求項第５項に記載の表面形状測定装置。
【請求項８】
前記被測定物の表面と前記探針の間が、少なくとも測定範囲にわたり、気体で満たされていることを特徴とする、請求項１に記載の表面形状測定装置。
【請求項９】
前記気体が、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の気体雰囲気であることを特徴とする、請求項８に記載の表面形状測定装置。
【請求項１０】
前記気体が、露点温度が−８０℃以下の気体雰囲気であることを特徴とする、請求項８に記載の表面形状測定装置。
【請求項１１】
前記被測定物の表面と前記探針の間が、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の気体雰囲気中に設置されていることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の表面形状測定装置。
【請求項１２】
前記測定装置が、露点温度が−８０℃以下の気体雰囲気中に設置されていることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の表面形状測定装置。
【請求項１３】
前記雰囲気または前記液体は、
前記被測定物の表面と前記探針が帯電しないような液体または気体雰囲気であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の表面形状測定装置。
【請求項１４】
前記被測定物が、シリコンウェハであることを特徴する、請求項１〜１３のいずれかに記載の表面形状測定装置。
【請求項１５】
前記表面形状測定装置が走査型プローブ顕微鏡を含み、前記探針が前記走査型プローブ顕微鏡の探針であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の表面形状測定装置。
【請求項１６】
被測定物の表面と走査型プローブ顕微鏡の探針とを前記被測定物の表面の形状が時間と共に変化しないような雰囲気または液体の中に収容して、前記探針を前記被測定物の表面に走査させることによって前記被測定物の表面の形状を測定することを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項１７】
前記被測定物を、前記被測定物の表面に付着しているパーティクル、有機物、自然酸化膜などを所望の第１の雰囲気中で洗浄除去した後に、所望の第２の雰囲気中で加熱した後に、前記走査型プローブ顕微鏡を用いて前記被測定物の表面形状を測定することを特徴とする、請求項１６に記載の表面形状測定方法。
【請求項１８】
前記第１及び第２の雰囲気が、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の気体雰囲気中であることを特徴とする、請求項１７に記載の表面形状測定方法。
【請求項１９】
前記被測定物が、シリコンウェハであることを特徴する、請求項１６〜１８のいずれかに記載の表面形状測定方法。
【図１】
【図２】
【図４】
【図６】
【図７Ｃ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図５】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図２】
【図４】
【図６】
【図７Ｃ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図５】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【公開番号】特開２０１０−９１４４７（Ｐ２０１０−９１４４７Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６２４６９（Ｐ２００８−２６２４６９）
【出願日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（０００１７３６５８）財団法人国際科学振興財団 (31)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（０００１７３６５８）財団法人国際科学振興財団 (31)
【Ｆターム（参考）】
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