走査型プローブ顕微鏡
【課題】 装置に装着された探針の長さを測定して探針長さを正確に管理し、探針の摩耗状態を正確に推測し、測定中に探針の先端状態を良好に保持し、探針の使用寿命を延長し、測定・検査の精度を良好に保持できる走査型プローブ顕微鏡を提供する。
【解決手段】 この走査型プローブ顕微鏡は、試料１２に対向する探針２０を有する探針部（２１，２２等）と、探針を移動させる探針移動機構１４，１５，２３，２９と、探針と試料の間で生じる物理量を測定する測定部６３（２４，３１，３２）と、試料が載置される試料ステージ１１を備え、探針で試料の表面を走査して試料の表面を測定する走査型プローブ顕微鏡において、探針２０の軸方向の長さを測定する探針長さ測定機構６２を備えるように構成される。
【解決手段】 この走査型プローブ顕微鏡は、試料１２に対向する探針２０を有する探針部（２１，２２等）と、探針を移動させる探針移動機構１４，１５，２３，２９と、探針と試料の間で生じる物理量を測定する測定部６３（２４，３１，３２）と、試料が載置される試料ステージ１１を備え、探針で試料の表面を走査して試料の表面を測定する走査型プローブ顕微鏡において、探針２０の軸方向の長さを測定する探針長さ測定機構６２を備えるように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査型プローブ顕微鏡に関し、特に、試料の連続的な自動測定において探針の長さ管理を行って測定精度を向上するのに好適な走査型プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型プローブ顕微鏡は、従来、原子のオーダまたはサイズの微細な対象物を観察できる測定分解能を有する測定装置として知られている。近年、走査型プローブ顕微鏡は、半導体デバイスが作られた基板やウェハの表面の微細な凹凸形状の測定など各種の分野に適用されている。測定に利用する検出物理量に応じて各種のタイプの走査型プローブ顕微鏡がある。例えばトンネル電流を利用する走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力を利用する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、磁気力を利用する磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）等があり、それらの応用範囲も拡大しつつある。
【０００３】
上記のうち特に原子間力顕微鏡は、試料表面の微細な凹凸形状を高分解能で検出するのに適し、半導体基板、ディスクなどの分野で実績を上げている。最近ではインライン自動検査工程の用途でも使用されてきている。
【０００４】
原子間力顕微鏡等をインライン自動検査工程で使用するときには、半導体製品である多数の試料を連続的に順次に測定し、当該半導体製品の検査を行わなければならない。原子間力顕微鏡の測定精度は、探針の先端の摩耗度合いに大きく依存する。そのため、多数の試料の測定・検査を継続すると、次第に探針の先端が摩耗され、探針の長さが短くなってその尖り状態が劣化する。探針の長さが短くなり、それに比例して探針の先端が鈍り、分解能が低下し、測定精度が低下してきた場合、従来では、通常、探針を交換するようにしていた（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３２３４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インライン自動検査工程等で使用される原子間力顕微鏡等において探針の先端形状は計測において重要な要素であり、管理されることが必要である。現在の探針先端の摩耗管理では、使用中の探針について走行距離管理、測定試料に対するコンタクト回数の管理が行われている。これらの管理データを利用して探針の先端形状が推測され、探針の寿命が推測される。従って、現状では、探針の摩耗の程度は間接的なデータで推測されているにすぎず、探針の摩耗を直接に監視しているわけでない。また探針の摩耗を直接に監視する装置がないため、実際には測定中のデータの異常から探針の先端摩耗を知ること大部分である。従って測定装置としての信頼性を低いものとしている。さらに探針の先端の摩耗は探針の個体差も存在するが、それ以上に試料に対する依存性が高い。従って、単純に走行距離やコンタクト回数等の間接的な管理データに基づいて探針先端の摩耗状態を正確に推測することは困難である。
【０００６】
本発明の目的は、装置に装着された探針の長さを測定することで探針の長さを正確に管理すると共に探針の摩耗状態を正確に推測し、測定中に探針の先端状態を良好に保持し、探針の使用寿命を延長し、測定・検査の精度を良好に保持できる走査型プローブ顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る走査型プローブ顕微鏡は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【０００８】
第１の走査型プローブ顕微鏡（請求項１に対応）は、試料に対向する探針を有する探針部と、探針を移動させる探針移動機構と、探針と試料の間で生じる物理量を測定する測定部と、試料が載置される試料ステージを備え、探針で試料の表面を走査して試料の表面を測定する走査型プローブ顕微鏡において、探針の軸方向の長さを測定する探針長さ測定機構を備えるように構成される。
【０００９】
上記の走査型プローブ顕微鏡は、例えば半導体製造プロセス中のインライン自動検査工程に配備され、多数の半導体基板等の測定・検査を継続的に行う。上記走査型プローブ顕微鏡によれば、この試料の測定・検査において、測定の際に適宜なタイミングで探針長さ測定機構により使用前または使用中の探針の軸方向の長さを測定し、かつ当該探針長さに係るデータをメモリ等に記録し管理することにより、常に良好な先端摩耗状態で探針を使用することが可能となる。
【００１０】
第２の走査型プローブ顕微鏡（請求項２に対応）は、上記の走査型プローブ顕微鏡の構成において、好ましくは、探針長さ測定機構は、基準台と、この基準台に探針の先端を位置させる時の第１の位置と基準台に探針の基端を位置させる時の第２の位置を測定する測定部と、第１の位置と第２の位置との差を探針の長さとして算出する長さ算出部とを有することで特徴づけられる。
【００１１】
第３の走査型プローブ顕微鏡（請求項３に対応）は、上記の走査型プローブ顕微鏡の構成において、好ましくは、探針部に探針を装着した後に、探針長さ測定機構によって使用前の探針の長さを測定する。
【００１２】
第４の走査型プローブ顕微鏡（請求項４に対応）は、上記の走査型プローブ顕微鏡の構成において、好ましくは、探針長さ測定機構で測定された探針の長さを記録する記録部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る走査型プローブ顕微鏡によれば、半導体製造プロセス中のインライン自動検査工程等に配備されて当該測定・検査を行う場合において、装着状態の探針の長さを測定して探針の長さを正確に管理するようにしたため、使用中の探針の摩耗状態を正確に推測し、測定中に探針の先端状態を良好に保持し、探針の使用寿命を延長し、測定・検査の精度を向上しかつ良好に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１に基づいて、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の全体の構成を説明する。この走査型プローブ顕微鏡は代表的な例として原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を想定している。
【００１６】
原子間力顕微鏡装置の下側部分には試料ステージ１１が設けられている。試料ステージ１１は基準面１０上に滑らかに自在に移動できるように配置されている。試料ステージ１１は、それ自体がＸＹ移動部であり、かつその内部にＺステージ１５を有している。ＸＹ移動部として試料ステージ１１を基準面１０上で移動させるのは、基準面１０上に固定されたＸＹステージ機構１４である。ＸＹステージ機構１４はＸステージ機構１４ａとＹステージ機構１４ｂから成る。また、試料ステージ１１とＸＹステージ機構１４とは連結部１４ｃで連結されている。
【００１７】
上記の試料ステージ１１の上に試料１２が置かれている。試料ステージ１１は、直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸で成る３次元座標系１３で試料１２の位置を変えるための機構である。試料ステージ１１は、上記のごとくＸＹステージ機構１４とＺステージ１５を備え、さらに試料ホルダ１６を備える。試料ステージ１１は、通常、試料側で変位（位置変化）を生じさせる粗動機構部として構成される。試料ステージ１１の試料ホルダ１６の上面には、比較的大きな面積でかつ薄板形状の上記試料１２が置かれ、保持されている。試料１２は、例えば、表面上に半導体デバイスの集積回路パターンが製作された基板またはウェハである。試料１２は試料ホルダ１６上に固定されている。試料ホルダ１６は、その上面部分に試料固定用チャック機構を備えている。
【００１８】
図１において、試料１２の上方位置には、駆動機構１７を備えた光学顕微鏡１８が配置されている。光学顕微鏡１８は駆動機構１７によって支持されている。駆動機構１７は、光学顕微鏡１８を、Ｚ軸方向に動かすためのフォーカス用Ｚ方向移動機構部１７ａと、ＸＹの各軸方向に動かすためのＸＹ方向移動機構部１７ｂとから構成されている。取付け関係として、Ｚ方向移動機構部１７ａは光学顕微鏡１８をＺ軸方向に動かし、ＸＹ方向移動機構部１７ｂは光学顕微鏡１８とＺ方向移動機構部１７ａのユニットをＸＹの各軸方向に動かす。ＸＹ方向移動機構部１７ｂはフレーム部材に固定されるが、図１で当該フレーム部材の図示は省略されている。光学顕微鏡１８は、その対物レンズ１８ａを下方に向けて配置され、試料１２の表面を真上から臨む位置に配置されている。光学顕微鏡１８の上端部にはＴＶカメラ（撮像装置）１９が付設されている。ＴＶカメラ１９は、対物レンズ１８ａで取り込まれた試料表面の特定領域の像を撮像して取得し、これによって画像データを出力する。
【００１９】
試料１２の上側には、先端に探針２０を備えたカンチレバー２１が接近した状態で配置されている。カンチレバー２１は取付け部２２に固定されている。取付け部２２は、例えば、空気吸引部（図示せず）が設けられると共に、この空気吸引部は空気吸引装置（図示せず）に接続されている。カンチレバー２１は、その大きな面積を有する基部が取付け部２２の空気吸引部で吸着されることにより、固定され、装着される。
【００２０】
上記の取付け部２２は、Ｚ方向に微動動作を生じさせるＺ微動機構２３に取り付けられている。さらにＺ微動機構２３はカンチレバー変位検出部２４の下面に取り付けられている。
【００２１】
カンチレバー変位検出部２４は、支持フレーム２５にレーザ光源２６と光検出器２７が所定の配置関係で取り付けられた構成を有する。カンチレバー変位検出部２４とカンチレバー２１は一定の位置関係に保持され、レーザ光源２６から出射されたレーザ光２８はカンチレバー２１の背面で反射されて光検出器２７に入射されるようになっている。上記カンチレバー変位検出部は光てこ式光学検出装置を構成する。この光てこ式光学検出装置によって、カンチレバー２１で捩れや撓み等の変形が生じると、当該変形による変位を検出することができる。
【００２２】
カンチレバー変位検出部２４はＸＹ微動機構２９に取り付けられている。ＸＹ微動機構２９によってカンチレバー２１および探針２０等はＸＹの各軸方向に微小距離で移動される。このとき、カンチレバー変位検出部２４は同時に移動されることになり、カンチレバー２１とカンチレバー変位検出部２４の位置関係は不変である。Ｚ微動機構２３とＸＹ微動機構２９は、通常、圧電素子で構成されている。Ｚ微動機構２３とＸＹ微動機構２９によって、探針２０の移動について、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各々へ微小距離（例えば数〜１０μｍ、最大１００μｍ）の変位を生じさせる。なおＸＹ微動機構２９は、図示しない上記フレーム部材に固定されている。
【００２３】
上記の取付け関係において、光学顕微鏡１８による観察視野には、試料１２の適宜な領域の表面と、カンチレバー２１における探針２０を含む先端部（背面部）とが含まれることになる。
【００２４】
次に原子間力顕微鏡の制御系を説明する。制御系の構成としては、比較器３１、制御器３２、コントローラ（第１制御装置）３３、上位制御装置（第２制御装置）３４が設けられる。制御器３２は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による測定機構を原理的に実現するための制御器である。またコントローラ３３は複数の駆動機構等のそれぞれの駆動制御用の制御装置であり、上位制御装置３４はコントローラ３３に指令等を出しかつコントローラ３３からのデータを処理する制御装置である。
【００２５】
比較器３１は、光検出器２７から出力される電圧信号Ｖdと予め設定された基準電圧（Vref）とを比較し、その偏差信号ｓ１を出力する。制御器３２は、偏差信号ｓ１が０にな るように制御信号ｓ２を生成し、この制御信号ｓ２をＺ微動機構２３に与える。制御信号ｓ２を受けたＺ微動機構２３は、カンチレバー２１の高さ位置を調整し、探針２０と試料１２の表面との間の距離を一定の距離に保つ。上記の光検出器２７からＺ微動機構２３に到る制御ループは、探針２０で試料表面を走査するとき、光てこ式光学検出装置によってカンチレバー２１の変形状態を検出しながら、探針２０と試料１２との間の距離を上記の基準電圧（Vref）に基づいて決まる所定の一定距離に保持するためのフィードバックサーボ制御のループである。この制御ループによって探針２０は試料１２の表面から一定の距離に保たれ、この状態で試料１２の表面を走査すると、試料表面の凹凸形状を測定することができる。
【００２６】
次にコントローラ３３は、原子間力顕微鏡の各部を駆動させるための制御装置であり、次のような機能部を備えている。
【００２７】
光学顕微鏡１８は、フォーカス用Ｚ方向移動機構部１７ａとＸＹ方向移動機構部１７ｂとから成る駆動機構１７によって、その位置が変化させられる。コントローラ３３は、上記のＺ方向移動機構部１７ａとＸＹ方向移動機構部１７ｂのそれぞれの動作を制御するための第１駆動制御部４１と第２駆動制御部４２を備えている。
【００２８】
光学顕微鏡１８によって得られた試料表面やカンチレバー２１の像は、ＴＶカメラ１９によって撮像され、画像データとして取り出される。光学顕微鏡１８のＴＶカメラ１９で得られた画像データはコントローラ３３に入力され、内部の画像処理部４３で処理される。
【００２９】
制御器３２等を含む上記のフィードバックサーボ制御ループにおいて、制御器３２から出力される制御信号ｓ２は、原子間力顕微鏡における探針２０の高さ信号を意味するものである。探針２０の高さ信号すなわち制御信号ｓ２によって探針２０の高さ位置の変化に係る情報を得ることができる。探針２０の高さ位置情報を含む上記制御信号ｓ２は、前述のごとくＺ微動機構２３に対して駆動制御用に与えられると共に、コントローラ３３内のデータ処理部４４に取り込まれる。
【００３０】
試料１２の表面の測定領域について探針２０による試料表面の走査は、ＸＹ微動機構２９を駆動することにより行われる。ＸＹ微動機構２９の駆動制御は、ＸＹ微動機構２９に対してＸＹ走査信号ｓ３を提供するＸＹ走査制御部４５によって行われる。
【００３１】
また試料ステージ１１のＸＹステージ機構１４とＺステージ１５の駆動は、Ｘ方向駆動信号を出力するＸ駆動制御部４６とＹ方向駆動信号を出力するＹ駆動制御部４７とＺ方向駆動信号を出力するＺ駆動制御部４８とによって制御される。
【００３２】
なおコントローラ３３は、必要に応じて、設定された制御用データ、入力した光学顕微鏡画像データや探針の高さ位置に係るデータ等を記憶・保存する記憶部（図示せず）を備える。
【００３３】
上記コントローラ３３に対して上位制御装置３４が設けられている。上位制御装置３４は、通常の計測プログラムの記憶・実行および通常の計測条件の設定・記憶、自動計測プログラムの記憶・実行およびその計測条件の設定・記憶、計測データの保存、計測結果の画像処理および表示装置（モニタ）３５への表示等の処理を行う。特に本発明の場合には、自動計測における探針の長さの測定に係る制御が行われる。自動計測に係る条件は設定ファイルに記憶され、管理される。さらに、通信機能を有するように構成し、外部装置との間で通信を行える機能を持たせることもできる。
【００３４】
上位制御装置３４は、上記の機能を有することから、処理装置であるＣＰＵ５１と記憶部５２とから構成される。記憶部５２には上記のプログラムおよび条件データ等が記憶・保存されている。また上記制御装置３４は、画像表示制御部５３と通信部等を備える。加えて上位制御装置３４にはインタフェース５４を介して入力装置３６が接続されており、入力装置３６によって記憶部５２に記憶される測定プログラム、測定条件、データ等を設定・変更することができるようになっている。
【００３５】
上位制御装置３４のＣＰＵ５１は、バス５５を介して、コントローラ３３の各機能部に対して上位の制御指令等を提供し、また画像処理部４３やデータ処理部４４等から画像データや探針の高さ位置に係るデータを提供される。
【００３６】
次に上記の原子間力顕微鏡装置の基本動作を説明する。
【００３７】
試料ステージ１１上に置かれた半導体基板等の試料１２の表面の所定領域に対してカンチレバー２１の探針２０の先端を臨ませる。通常、探針接近用機構であるＺステージ１５によって探針２０を試料１２の表面に近づけ、原子間力を作用させてカンチレバー２１に撓み変形を生じさせる。カンチレバー２１の撓み変形による撓み量を、前述した光てこ式光学検出装置によって検出する。この状態において、試料表面に対して探針２０を移動させることにより試料表面の走査（ＸＹ走査）が行われる。探針２０による試料１２の表面のＸＹ走査は、探針２０の側をＸＹ微動機構２９で移動（微動）させることによって、または試料１２の側をＸＹステージ機構１４で移動（粗動）させることによって、試料１２と探針２０の間で相対的なＸＹ平面内での移動関係を作り出すことにより行われる。
【００３８】
探針２０側の移動は、カンチレバー２１を備えるＸＹ微動機構２９に対してＸＹ微動に係るＸＹ走査信号ｓ３を与えることによって行われる。ＸＹ微動に係る走査信号ｓ３はコントローラ３３内のＸＹ走査制御部４５から与えられる。他方、試料側の移動は、試料ステージ１１のＸＹステージ機構１４に対してＸ駆動制御部４６とＹ駆動制御部４７から駆動信号を与えることによって行われる。
【００３９】
上記のＸＹ微動機構２９は、圧電素子を利用して構成され、高精度および高分解能な走査移動を行うことができる。またＸＹ微動機構２９によるＸＹ走査で測定される測定範囲については、圧電素子のストロークによって制約されるので、最大でも約１０μｍ程度の距離で決まる範囲となる。ＸＹ微動機構２９によるＸＹ走査によれば、微小な狭域範囲の測定となる。他方、上記のＸＹステージ機構１４は、通常、駆動部として電磁気モータを利用して構成するので、そのストロークは数百ｍｍまで大きくすることができる。ＸＹステージ機構によるＸＹ走査によれば、広域範囲の測定を行うことができる。
【００４０】
上記のごとくして試料１２の表面上の所定の測定領域を探針２０で走査しながら、フィードバックサーボ制御ループに基づいてカンチレバー２１の撓み量（撓み等による変形量）が一定になるように制御を行う。カンチレバー２１の撓み量は、常に、基準となる目標撓み量（基準電圧Ｖrefで設定される）に一致するように制御される。その結果、探針２ ０と試料１２の表面との距離は一定の距離に保持される。従って探針２０は、例えば、試料１２の表面の微細凹凸形状（プロファイル）をなぞりながら移動（走査）することになり、探針の高さ信号を得ることによって試料１２の表面の微細凹凸形状を計測することができる。
【００４１】
上記構成を有する走査型プローブ顕微鏡において、さらに、試料ステージ１１の上に基準台６１が設けられる。この基準台６１は、好ましくは、その上面に、その「基準高さ」として高さ位置が既知に設定された高さ基準面が形成されている。なお基準台６１はその高さが既知である必要は必ずしもない。例えば第１の高さ位置と第２の高さ位置の差が計測できるものであれば任意のものを用いることができる。
【００４２】
さらに上位制御装置３４の記憶部５２には、探針２０の長さ（軸方向の長さ）を測定するプログラムと、探針２０の長さに係る測定データが記憶されている。探針２０の長さに係る測定データは記憶部５２の探針記録領域に記録される。
【００４３】
次に、図２と図３を参照して探針２０の長さを測定して管理する動作を説明する。図２は探針の長さを測定するプログラムのフローチャートであり、図３は探針２０と基準台６１との位置関係を示す図である。
【００４４】
最初のステップＳ１１では、走査型プローブ顕微鏡による測定開始前に、探針２０を取付け部２２に装着する。次に、Ｘステージ機構１４ａとＹステージ機構１４ｂによって試料ステージ１１を移動させ、探針２０を基準台６１の上方位置に位置させる（ステップＳ１２）。その後、探針２０を下降させ、探針２０の先端を基準台６１の高さ基準面に接触させる（ステップＳ１３）。図３の（Ａ）はこの状態を示している。その時の探針２０を下降させた移動量から探針２０のＺ方向高さ位置（Ｚ１）を測定する（ステップＳ１４）。測定されたＺ方向高さ位置（Ｚ１）に係るデータは記憶部５２の探針記録領域に記録される（ステップＳ１５）。
【００４５】
次に、探針２０を上昇させ（ステップＳ１６）、探針２０と基準台６１の位置関係を変更する（ステップＳ１７）。
【００４６】
再び、探針２０を下降させ、探針２０の基端の縁の部分（カンチレバー２１の付根部分）を基準台６１の高さ基準面に接触させる（ステップＳ１８）。図３の（Ｂ）はこの状態を示している。その時の探針２０を下降させた移動量から探針２０のＺ方向高さ位置（Ｚ２）を測定する（ステップＳ１９）。測定されたＺ方向高さ位置（Ｚ２）に係るデータは記憶部５２の探針記録領域に記録される（ステップＳ２０）。
【００４７】
次に記憶部５２の探針記録領域に記録された高さ位置データＺ１，Ｚ２に基づき探針２０の長さ（Ｌ１＝Ｚ１−Ｚ２）を算出する（ステップＳ２１）。算出された探針２０の長さデータは記憶部５２の探針記録領域に記録される。
【００４８】
なお図２のフローチャートでは、ステップＳ２２，Ｓ２３が存在するが、最初の探針長さの測定プロセスではこれらの処理は実行されない。
【００４９】
上記手順によって、探針２０の取付け部２２に装着し測定を開始する使用前の段階の探針２０の長さ（Ｌ１）が測定される。その後に走査型プローブ顕微鏡による測定が開始される。測定が開始された後、上記手順に基づく探針２０の長さの測定は、所要のタイミングにより定期的に繰り返し実行される。従って、新品の探針２０の長さを最初に測定・記録し、その後に定期的に探針の長さの測定を行って記録していく。その後に行われる探針２０の長さ測定のプロセスでは、探針２０の長さを測定するたびに、使用前の探針２０の長さと比較を行い（ステップＳ２２）、探針２０の状態を表示装置３５に表示する（ステップＳ２３）。この表示によって一定量の長さの差が生じた場合には、探針２０の先端の摩耗が大きくなったものとして交換等の警告情報をオペレータ等に知らせる。
【００５０】
なお図１に示した走査型プローブ顕微鏡が半導体製造プロセス中のインライン自動検査工程に配備されて使用される場合には、上記の警告情報はホストコンピュータに通知される。
【００５１】
上記の探針長さを測定するプログラムによって実現される探針長さ測定機構を図に示すと、図４のごとくなる。探針長さ測定機構７２は、基準高さ位置を有する上記基準台６１と、この基準台６１に探針２０の先端を位置させる時の第１の高さ位置（Ｚ１）と基準台６１に探針２０の基端を位置させる時の第２の高さ位置（Ｚ２）を測定する測定部６３と、第１の高さ位置（Ｚ１）と第２の高さ位置（Ｚ２）との差を探針２０の長さとして算出する長さ算出部６４とから構成されている。また長さ算出部６４で算出された探針の長さに係るデータは記録部６５に供給され、ここで記録される。
【００５２】
なお上記の実施形態による探針の長さの測定プロセスでは長さ測定を実行するたびに探針２０の長さを絶対値として正確に求めるようにしたが、上記ステップＳ１２〜Ｓ１５のみを定期的に実行することにより、図３の（Ａ）の測定状態に基づいて相対的に探針長さの変化を求める簡易型の測定プロセスを行うように構成することもできる。
【００５３】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００５４】
上記の実施形態の説明では基準台６１を用いた例を説明したが、基準台６１については特別のものを設ける必要はなく、例えば試料の一部や試料ホルダ１６等の特定の場所を用いることができるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、走査型プローブ顕微鏡において探針の長さを管理することにより探針先端の摩耗度を管理し、探針を有効利用し測定・検査精度を上げるのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の実施形態を示す構成図である。
【図２】本実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡で実施される探針長さ測定プロセスを示すフローチャートである。
【図３】探針長さの測定の際の探針と基準台との位置関係を示す図である。
【図４】本実施形態に係る探針長さ測定プロセスを実行する探針長さ測定機構の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 基準面
１１ 試料ステージ
１２ 試料
１４ ＸＹステージ機構
１５ Ｚステージ
１６ 試料ホルダ
２０ 探針
２１ カンチレバー
２３ Ｚ微動機構
２９ ＸＹ微動機構
６１ 基準台
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査型プローブ顕微鏡に関し、特に、試料の連続的な自動測定において探針の長さ管理を行って測定精度を向上するのに好適な走査型プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型プローブ顕微鏡は、従来、原子のオーダまたはサイズの微細な対象物を観察できる測定分解能を有する測定装置として知られている。近年、走査型プローブ顕微鏡は、半導体デバイスが作られた基板やウェハの表面の微細な凹凸形状の測定など各種の分野に適用されている。測定に利用する検出物理量に応じて各種のタイプの走査型プローブ顕微鏡がある。例えばトンネル電流を利用する走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力を利用する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、磁気力を利用する磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）等があり、それらの応用範囲も拡大しつつある。
【０００３】
上記のうち特に原子間力顕微鏡は、試料表面の微細な凹凸形状を高分解能で検出するのに適し、半導体基板、ディスクなどの分野で実績を上げている。最近ではインライン自動検査工程の用途でも使用されてきている。
【０００４】
原子間力顕微鏡等をインライン自動検査工程で使用するときには、半導体製品である多数の試料を連続的に順次に測定し、当該半導体製品の検査を行わなければならない。原子間力顕微鏡の測定精度は、探針の先端の摩耗度合いに大きく依存する。そのため、多数の試料の測定・検査を継続すると、次第に探針の先端が摩耗され、探針の長さが短くなってその尖り状態が劣化する。探針の長さが短くなり、それに比例して探針の先端が鈍り、分解能が低下し、測定精度が低下してきた場合、従来では、通常、探針を交換するようにしていた（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３２３４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インライン自動検査工程等で使用される原子間力顕微鏡等において探針の先端形状は計測において重要な要素であり、管理されることが必要である。現在の探針先端の摩耗管理では、使用中の探針について走行距離管理、測定試料に対するコンタクト回数の管理が行われている。これらの管理データを利用して探針の先端形状が推測され、探針の寿命が推測される。従って、現状では、探針の摩耗の程度は間接的なデータで推測されているにすぎず、探針の摩耗を直接に監視しているわけでない。また探針の摩耗を直接に監視する装置がないため、実際には測定中のデータの異常から探針の先端摩耗を知ること大部分である。従って測定装置としての信頼性を低いものとしている。さらに探針の先端の摩耗は探針の個体差も存在するが、それ以上に試料に対する依存性が高い。従って、単純に走行距離やコンタクト回数等の間接的な管理データに基づいて探針先端の摩耗状態を正確に推測することは困難である。
【０００６】
本発明の目的は、装置に装着された探針の長さを測定することで探針の長さを正確に管理すると共に探針の摩耗状態を正確に推測し、測定中に探針の先端状態を良好に保持し、探針の使用寿命を延長し、測定・検査の精度を良好に保持できる走査型プローブ顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る走査型プローブ顕微鏡は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【０００８】
第１の走査型プローブ顕微鏡（請求項１に対応）は、試料に対向する探針を有する探針部と、探針を移動させる探針移動機構と、探針と試料の間で生じる物理量を測定する測定部と、試料が載置される試料ステージを備え、探針で試料の表面を走査して試料の表面を測定する走査型プローブ顕微鏡において、探針の軸方向の長さを測定する探針長さ測定機構を備えるように構成される。
【０００９】
上記の走査型プローブ顕微鏡は、例えば半導体製造プロセス中のインライン自動検査工程に配備され、多数の半導体基板等の測定・検査を継続的に行う。上記走査型プローブ顕微鏡によれば、この試料の測定・検査において、測定の際に適宜なタイミングで探針長さ測定機構により使用前または使用中の探針の軸方向の長さを測定し、かつ当該探針長さに係るデータをメモリ等に記録し管理することにより、常に良好な先端摩耗状態で探針を使用することが可能となる。
【００１０】
第２の走査型プローブ顕微鏡（請求項２に対応）は、上記の走査型プローブ顕微鏡の構成において、好ましくは、探針長さ測定機構は、基準台と、この基準台に探針の先端を位置させる時の第１の位置と基準台に探針の基端を位置させる時の第２の位置を測定する測定部と、第１の位置と第２の位置との差を探針の長さとして算出する長さ算出部とを有することで特徴づけられる。
【００１１】
第３の走査型プローブ顕微鏡（請求項３に対応）は、上記の走査型プローブ顕微鏡の構成において、好ましくは、探針部に探針を装着した後に、探針長さ測定機構によって使用前の探針の長さを測定する。
【００１２】
第４の走査型プローブ顕微鏡（請求項４に対応）は、上記の走査型プローブ顕微鏡の構成において、好ましくは、探針長さ測定機構で測定された探針の長さを記録する記録部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る走査型プローブ顕微鏡によれば、半導体製造プロセス中のインライン自動検査工程等に配備されて当該測定・検査を行う場合において、装着状態の探針の長さを測定して探針の長さを正確に管理するようにしたため、使用中の探針の摩耗状態を正確に推測し、測定中に探針の先端状態を良好に保持し、探針の使用寿命を延長し、測定・検査の精度を向上しかつ良好に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１に基づいて、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の全体の構成を説明する。この走査型プローブ顕微鏡は代表的な例として原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を想定している。
【００１６】
原子間力顕微鏡装置の下側部分には試料ステージ１１が設けられている。試料ステージ１１は基準面１０上に滑らかに自在に移動できるように配置されている。試料ステージ１１は、それ自体がＸＹ移動部であり、かつその内部にＺステージ１５を有している。ＸＹ移動部として試料ステージ１１を基準面１０上で移動させるのは、基準面１０上に固定されたＸＹステージ機構１４である。ＸＹステージ機構１４はＸステージ機構１４ａとＹステージ機構１４ｂから成る。また、試料ステージ１１とＸＹステージ機構１４とは連結部１４ｃで連結されている。
【００１７】
上記の試料ステージ１１の上に試料１２が置かれている。試料ステージ１１は、直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸で成る３次元座標系１３で試料１２の位置を変えるための機構である。試料ステージ１１は、上記のごとくＸＹステージ機構１４とＺステージ１５を備え、さらに試料ホルダ１６を備える。試料ステージ１１は、通常、試料側で変位（位置変化）を生じさせる粗動機構部として構成される。試料ステージ１１の試料ホルダ１６の上面には、比較的大きな面積でかつ薄板形状の上記試料１２が置かれ、保持されている。試料１２は、例えば、表面上に半導体デバイスの集積回路パターンが製作された基板またはウェハである。試料１２は試料ホルダ１６上に固定されている。試料ホルダ１６は、その上面部分に試料固定用チャック機構を備えている。
【００１８】
図１において、試料１２の上方位置には、駆動機構１７を備えた光学顕微鏡１８が配置されている。光学顕微鏡１８は駆動機構１７によって支持されている。駆動機構１７は、光学顕微鏡１８を、Ｚ軸方向に動かすためのフォーカス用Ｚ方向移動機構部１７ａと、ＸＹの各軸方向に動かすためのＸＹ方向移動機構部１７ｂとから構成されている。取付け関係として、Ｚ方向移動機構部１７ａは光学顕微鏡１８をＺ軸方向に動かし、ＸＹ方向移動機構部１７ｂは光学顕微鏡１８とＺ方向移動機構部１７ａのユニットをＸＹの各軸方向に動かす。ＸＹ方向移動機構部１７ｂはフレーム部材に固定されるが、図１で当該フレーム部材の図示は省略されている。光学顕微鏡１８は、その対物レンズ１８ａを下方に向けて配置され、試料１２の表面を真上から臨む位置に配置されている。光学顕微鏡１８の上端部にはＴＶカメラ（撮像装置）１９が付設されている。ＴＶカメラ１９は、対物レンズ１８ａで取り込まれた試料表面の特定領域の像を撮像して取得し、これによって画像データを出力する。
【００１９】
試料１２の上側には、先端に探針２０を備えたカンチレバー２１が接近した状態で配置されている。カンチレバー２１は取付け部２２に固定されている。取付け部２２は、例えば、空気吸引部（図示せず）が設けられると共に、この空気吸引部は空気吸引装置（図示せず）に接続されている。カンチレバー２１は、その大きな面積を有する基部が取付け部２２の空気吸引部で吸着されることにより、固定され、装着される。
【００２０】
上記の取付け部２２は、Ｚ方向に微動動作を生じさせるＺ微動機構２３に取り付けられている。さらにＺ微動機構２３はカンチレバー変位検出部２４の下面に取り付けられている。
【００２１】
カンチレバー変位検出部２４は、支持フレーム２５にレーザ光源２６と光検出器２７が所定の配置関係で取り付けられた構成を有する。カンチレバー変位検出部２４とカンチレバー２１は一定の位置関係に保持され、レーザ光源２６から出射されたレーザ光２８はカンチレバー２１の背面で反射されて光検出器２７に入射されるようになっている。上記カンチレバー変位検出部は光てこ式光学検出装置を構成する。この光てこ式光学検出装置によって、カンチレバー２１で捩れや撓み等の変形が生じると、当該変形による変位を検出することができる。
【００２２】
カンチレバー変位検出部２４はＸＹ微動機構２９に取り付けられている。ＸＹ微動機構２９によってカンチレバー２１および探針２０等はＸＹの各軸方向に微小距離で移動される。このとき、カンチレバー変位検出部２４は同時に移動されることになり、カンチレバー２１とカンチレバー変位検出部２４の位置関係は不変である。Ｚ微動機構２３とＸＹ微動機構２９は、通常、圧電素子で構成されている。Ｚ微動機構２３とＸＹ微動機構２９によって、探針２０の移動について、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各々へ微小距離（例えば数〜１０μｍ、最大１００μｍ）の変位を生じさせる。なおＸＹ微動機構２９は、図示しない上記フレーム部材に固定されている。
【００２３】
上記の取付け関係において、光学顕微鏡１８による観察視野には、試料１２の適宜な領域の表面と、カンチレバー２１における探針２０を含む先端部（背面部）とが含まれることになる。
【００２４】
次に原子間力顕微鏡の制御系を説明する。制御系の構成としては、比較器３１、制御器３２、コントローラ（第１制御装置）３３、上位制御装置（第２制御装置）３４が設けられる。制御器３２は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による測定機構を原理的に実現するための制御器である。またコントローラ３３は複数の駆動機構等のそれぞれの駆動制御用の制御装置であり、上位制御装置３４はコントローラ３３に指令等を出しかつコントローラ３３からのデータを処理する制御装置である。
【００２５】
比較器３１は、光検出器２７から出力される電圧信号Ｖdと予め設定された基準電圧（Vref）とを比較し、その偏差信号ｓ１を出力する。制御器３２は、偏差信号ｓ１が０にな るように制御信号ｓ２を生成し、この制御信号ｓ２をＺ微動機構２３に与える。制御信号ｓ２を受けたＺ微動機構２３は、カンチレバー２１の高さ位置を調整し、探針２０と試料１２の表面との間の距離を一定の距離に保つ。上記の光検出器２７からＺ微動機構２３に到る制御ループは、探針２０で試料表面を走査するとき、光てこ式光学検出装置によってカンチレバー２１の変形状態を検出しながら、探針２０と試料１２との間の距離を上記の基準電圧（Vref）に基づいて決まる所定の一定距離に保持するためのフィードバックサーボ制御のループである。この制御ループによって探針２０は試料１２の表面から一定の距離に保たれ、この状態で試料１２の表面を走査すると、試料表面の凹凸形状を測定することができる。
【００２６】
次にコントローラ３３は、原子間力顕微鏡の各部を駆動させるための制御装置であり、次のような機能部を備えている。
【００２７】
光学顕微鏡１８は、フォーカス用Ｚ方向移動機構部１７ａとＸＹ方向移動機構部１７ｂとから成る駆動機構１７によって、その位置が変化させられる。コントローラ３３は、上記のＺ方向移動機構部１７ａとＸＹ方向移動機構部１７ｂのそれぞれの動作を制御するための第１駆動制御部４１と第２駆動制御部４２を備えている。
【００２８】
光学顕微鏡１８によって得られた試料表面やカンチレバー２１の像は、ＴＶカメラ１９によって撮像され、画像データとして取り出される。光学顕微鏡１８のＴＶカメラ１９で得られた画像データはコントローラ３３に入力され、内部の画像処理部４３で処理される。
【００２９】
制御器３２等を含む上記のフィードバックサーボ制御ループにおいて、制御器３２から出力される制御信号ｓ２は、原子間力顕微鏡における探針２０の高さ信号を意味するものである。探針２０の高さ信号すなわち制御信号ｓ２によって探針２０の高さ位置の変化に係る情報を得ることができる。探針２０の高さ位置情報を含む上記制御信号ｓ２は、前述のごとくＺ微動機構２３に対して駆動制御用に与えられると共に、コントローラ３３内のデータ処理部４４に取り込まれる。
【００３０】
試料１２の表面の測定領域について探針２０による試料表面の走査は、ＸＹ微動機構２９を駆動することにより行われる。ＸＹ微動機構２９の駆動制御は、ＸＹ微動機構２９に対してＸＹ走査信号ｓ３を提供するＸＹ走査制御部４５によって行われる。
【００３１】
また試料ステージ１１のＸＹステージ機構１４とＺステージ１５の駆動は、Ｘ方向駆動信号を出力するＸ駆動制御部４６とＹ方向駆動信号を出力するＹ駆動制御部４７とＺ方向駆動信号を出力するＺ駆動制御部４８とによって制御される。
【００３２】
なおコントローラ３３は、必要に応じて、設定された制御用データ、入力した光学顕微鏡画像データや探針の高さ位置に係るデータ等を記憶・保存する記憶部（図示せず）を備える。
【００３３】
上記コントローラ３３に対して上位制御装置３４が設けられている。上位制御装置３４は、通常の計測プログラムの記憶・実行および通常の計測条件の設定・記憶、自動計測プログラムの記憶・実行およびその計測条件の設定・記憶、計測データの保存、計測結果の画像処理および表示装置（モニタ）３５への表示等の処理を行う。特に本発明の場合には、自動計測における探針の長さの測定に係る制御が行われる。自動計測に係る条件は設定ファイルに記憶され、管理される。さらに、通信機能を有するように構成し、外部装置との間で通信を行える機能を持たせることもできる。
【００３４】
上位制御装置３４は、上記の機能を有することから、処理装置であるＣＰＵ５１と記憶部５２とから構成される。記憶部５２には上記のプログラムおよび条件データ等が記憶・保存されている。また上記制御装置３４は、画像表示制御部５３と通信部等を備える。加えて上位制御装置３４にはインタフェース５４を介して入力装置３６が接続されており、入力装置３６によって記憶部５２に記憶される測定プログラム、測定条件、データ等を設定・変更することができるようになっている。
【００３５】
上位制御装置３４のＣＰＵ５１は、バス５５を介して、コントローラ３３の各機能部に対して上位の制御指令等を提供し、また画像処理部４３やデータ処理部４４等から画像データや探針の高さ位置に係るデータを提供される。
【００３６】
次に上記の原子間力顕微鏡装置の基本動作を説明する。
【００３７】
試料ステージ１１上に置かれた半導体基板等の試料１２の表面の所定領域に対してカンチレバー２１の探針２０の先端を臨ませる。通常、探針接近用機構であるＺステージ１５によって探針２０を試料１２の表面に近づけ、原子間力を作用させてカンチレバー２１に撓み変形を生じさせる。カンチレバー２１の撓み変形による撓み量を、前述した光てこ式光学検出装置によって検出する。この状態において、試料表面に対して探針２０を移動させることにより試料表面の走査（ＸＹ走査）が行われる。探針２０による試料１２の表面のＸＹ走査は、探針２０の側をＸＹ微動機構２９で移動（微動）させることによって、または試料１２の側をＸＹステージ機構１４で移動（粗動）させることによって、試料１２と探針２０の間で相対的なＸＹ平面内での移動関係を作り出すことにより行われる。
【００３８】
探針２０側の移動は、カンチレバー２１を備えるＸＹ微動機構２９に対してＸＹ微動に係るＸＹ走査信号ｓ３を与えることによって行われる。ＸＹ微動に係る走査信号ｓ３はコントローラ３３内のＸＹ走査制御部４５から与えられる。他方、試料側の移動は、試料ステージ１１のＸＹステージ機構１４に対してＸ駆動制御部４６とＹ駆動制御部４７から駆動信号を与えることによって行われる。
【００３９】
上記のＸＹ微動機構２９は、圧電素子を利用して構成され、高精度および高分解能な走査移動を行うことができる。またＸＹ微動機構２９によるＸＹ走査で測定される測定範囲については、圧電素子のストロークによって制約されるので、最大でも約１０μｍ程度の距離で決まる範囲となる。ＸＹ微動機構２９によるＸＹ走査によれば、微小な狭域範囲の測定となる。他方、上記のＸＹステージ機構１４は、通常、駆動部として電磁気モータを利用して構成するので、そのストロークは数百ｍｍまで大きくすることができる。ＸＹステージ機構によるＸＹ走査によれば、広域範囲の測定を行うことができる。
【００４０】
上記のごとくして試料１２の表面上の所定の測定領域を探針２０で走査しながら、フィードバックサーボ制御ループに基づいてカンチレバー２１の撓み量（撓み等による変形量）が一定になるように制御を行う。カンチレバー２１の撓み量は、常に、基準となる目標撓み量（基準電圧Ｖrefで設定される）に一致するように制御される。その結果、探針２ ０と試料１２の表面との距離は一定の距離に保持される。従って探針２０は、例えば、試料１２の表面の微細凹凸形状（プロファイル）をなぞりながら移動（走査）することになり、探針の高さ信号を得ることによって試料１２の表面の微細凹凸形状を計測することができる。
【００４１】
上記構成を有する走査型プローブ顕微鏡において、さらに、試料ステージ１１の上に基準台６１が設けられる。この基準台６１は、好ましくは、その上面に、その「基準高さ」として高さ位置が既知に設定された高さ基準面が形成されている。なお基準台６１はその高さが既知である必要は必ずしもない。例えば第１の高さ位置と第２の高さ位置の差が計測できるものであれば任意のものを用いることができる。
【００４２】
さらに上位制御装置３４の記憶部５２には、探針２０の長さ（軸方向の長さ）を測定するプログラムと、探針２０の長さに係る測定データが記憶されている。探針２０の長さに係る測定データは記憶部５２の探針記録領域に記録される。
【００４３】
次に、図２と図３を参照して探針２０の長さを測定して管理する動作を説明する。図２は探針の長さを測定するプログラムのフローチャートであり、図３は探針２０と基準台６１との位置関係を示す図である。
【００４４】
最初のステップＳ１１では、走査型プローブ顕微鏡による測定開始前に、探針２０を取付け部２２に装着する。次に、Ｘステージ機構１４ａとＹステージ機構１４ｂによって試料ステージ１１を移動させ、探針２０を基準台６１の上方位置に位置させる（ステップＳ１２）。その後、探針２０を下降させ、探針２０の先端を基準台６１の高さ基準面に接触させる（ステップＳ１３）。図３の（Ａ）はこの状態を示している。その時の探針２０を下降させた移動量から探針２０のＺ方向高さ位置（Ｚ１）を測定する（ステップＳ１４）。測定されたＺ方向高さ位置（Ｚ１）に係るデータは記憶部５２の探針記録領域に記録される（ステップＳ１５）。
【００４５】
次に、探針２０を上昇させ（ステップＳ１６）、探針２０と基準台６１の位置関係を変更する（ステップＳ１７）。
【００４６】
再び、探針２０を下降させ、探針２０の基端の縁の部分（カンチレバー２１の付根部分）を基準台６１の高さ基準面に接触させる（ステップＳ１８）。図３の（Ｂ）はこの状態を示している。その時の探針２０を下降させた移動量から探針２０のＺ方向高さ位置（Ｚ２）を測定する（ステップＳ１９）。測定されたＺ方向高さ位置（Ｚ２）に係るデータは記憶部５２の探針記録領域に記録される（ステップＳ２０）。
【００４７】
次に記憶部５２の探針記録領域に記録された高さ位置データＺ１，Ｚ２に基づき探針２０の長さ（Ｌ１＝Ｚ１−Ｚ２）を算出する（ステップＳ２１）。算出された探針２０の長さデータは記憶部５２の探針記録領域に記録される。
【００４８】
なお図２のフローチャートでは、ステップＳ２２，Ｓ２３が存在するが、最初の探針長さの測定プロセスではこれらの処理は実行されない。
【００４９】
上記手順によって、探針２０の取付け部２２に装着し測定を開始する使用前の段階の探針２０の長さ（Ｌ１）が測定される。その後に走査型プローブ顕微鏡による測定が開始される。測定が開始された後、上記手順に基づく探針２０の長さの測定は、所要のタイミングにより定期的に繰り返し実行される。従って、新品の探針２０の長さを最初に測定・記録し、その後に定期的に探針の長さの測定を行って記録していく。その後に行われる探針２０の長さ測定のプロセスでは、探針２０の長さを測定するたびに、使用前の探針２０の長さと比較を行い（ステップＳ２２）、探針２０の状態を表示装置３５に表示する（ステップＳ２３）。この表示によって一定量の長さの差が生じた場合には、探針２０の先端の摩耗が大きくなったものとして交換等の警告情報をオペレータ等に知らせる。
【００５０】
なお図１に示した走査型プローブ顕微鏡が半導体製造プロセス中のインライン自動検査工程に配備されて使用される場合には、上記の警告情報はホストコンピュータに通知される。
【００５１】
上記の探針長さを測定するプログラムによって実現される探針長さ測定機構を図に示すと、図４のごとくなる。探針長さ測定機構７２は、基準高さ位置を有する上記基準台６１と、この基準台６１に探針２０の先端を位置させる時の第１の高さ位置（Ｚ１）と基準台６１に探針２０の基端を位置させる時の第２の高さ位置（Ｚ２）を測定する測定部６３と、第１の高さ位置（Ｚ１）と第２の高さ位置（Ｚ２）との差を探針２０の長さとして算出する長さ算出部６４とから構成されている。また長さ算出部６４で算出された探針の長さに係るデータは記録部６５に供給され、ここで記録される。
【００５２】
なお上記の実施形態による探針の長さの測定プロセスでは長さ測定を実行するたびに探針２０の長さを絶対値として正確に求めるようにしたが、上記ステップＳ１２〜Ｓ１５のみを定期的に実行することにより、図３の（Ａ）の測定状態に基づいて相対的に探針長さの変化を求める簡易型の測定プロセスを行うように構成することもできる。
【００５３】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００５４】
上記の実施形態の説明では基準台６１を用いた例を説明したが、基準台６１については特別のものを設ける必要はなく、例えば試料の一部や試料ホルダ１６等の特定の場所を用いることができるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、走査型プローブ顕微鏡において探針の長さを管理することにより探針先端の摩耗度を管理し、探針を有効利用し測定・検査精度を上げるのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の実施形態を示す構成図である。
【図２】本実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡で実施される探針長さ測定プロセスを示すフローチャートである。
【図３】探針長さの測定の際の探針と基準台との位置関係を示す図である。
【図４】本実施形態に係る探針長さ測定プロセスを実行する探針長さ測定機構の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 基準面
１１ 試料ステージ
１２ 試料
１４ ＸＹステージ機構
１５ Ｚステージ
１６ 試料ホルダ
２０ 探針
２１ カンチレバー
２３ Ｚ微動機構
２９ ＸＹ微動機構
６１ 基準台
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対向する探針を有する探針部と、前記探針を移動させる探針移動機構と、前記探針と前記試料の間で生じる物理量を測定する測定部と、前記試料が載置される試料ステージとを備え、前記探針で前記試料の表面を走査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、前記探針の軸方向の長さを測定する探針長さ測定機構を備えることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記探針長さ測定機構は、基準台と、この基準台に前記探針の先端を位置させる時の第１の位置と前記基準台に前記探針の基端を位置させる時の第２の位置を測定する測定手段と、前記第１の位置と前記第２の位置との差を前記探針の長さとして算出する長さ算出手段とを有する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】
前記探針部に前記探針を装着した後に、前記探針長さ測定機構によって使用前の前記探針の長さを測定す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】
前記探針長さ測定機構で測定された前記探針の長さを記録する記録手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項１】
試料に対向する探針を有する探針部と、前記探針を移動させる探針移動機構と、前記探針と前記試料の間で生じる物理量を測定する測定部と、前記試料が載置される試料ステージとを備え、前記探針で前記試料の表面を走査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、前記探針の軸方向の長さを測定する探針長さ測定機構を備えることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記探針長さ測定機構は、基準台と、この基準台に前記探針の先端を位置させる時の第１の位置と前記基準台に前記探針の基端を位置させる時の第２の位置を測定する測定手段と、前記第１の位置と前記第２の位置との差を前記探針の長さとして算出する長さ算出手段とを有する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】
前記探針部に前記探針を装着した後に、前記探針長さ測定機構によって使用前の前記探針の長さを測定す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】
前記探針長さ測定機構で測定された前記探針の長さを記録する記録手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２５０６３７（Ｐ２００６−２５０６３７Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６５９８２（Ｐ２００５−６５９８２）
【出願日】平成１７年３月９日（２００５．３．９）
【出願人】（３００００７２８０）日立建機ファインテック株式会社 (52)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月９日（２００５．３．９）
【出願人】（３００００７２８０）日立建機ファインテック株式会社 (52)
【Ｆターム（参考）】
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