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JP4130169B2 - Scanning probe microscope - Google Patents

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JP4130169B2 JP2003392289A JP2003392289A JP4130169B2 JP 4130169 B2 JP4130169 B2 JP 4130169B2 JP 2003392289 A JP2003392289 A JP 2003392289A JP 2003392289 A JP2003392289 A JP 2003392289A JP 4130169 B2 JP4130169 B2 JP 4130169B2
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榑沼  透
裕章 柳本
泰 美野本
茂 三輪
健 村山
行雄 見坊
裕一 國友
武則 広木
好幸 永野
高史 森本
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日立建機ファインテック株式会社
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Description

本発明は、走査型プローブ顕微鏡に関し、特に、探針を試料に対して接近退避させるステップイン方式(「ステップイン」は登録商標)の動作状態管理機能を有する走査型プローブ顕微鏡に関する。   The present invention relates to a scanning probe microscope, and more particularly to a scanning probe microscope having an operation state management function of a step-in method (“step-in” is a registered trademark) in which a probe approaches and retreats from a sample.

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、原子間力を利用する原子間力顕微鏡、磁気力を利用する磁気力顕微鏡等があり、それらの応用範囲も拡大しつつある。   A scanning probe microscope is conventionally known as a measurement apparatus having a measurement resolution capable of observing a fine object of atomic order or size. In recent years, scanning probe microscopes have been applied to various fields such as measurement of fine irregularities on the surface of a substrate or wafer on which a semiconductor device is made. There are various types of scanning probe microscopes depending on the detected physical quantity used for measurement. For example, there are a scanning tunnel microscope using a tunnel current, an atomic force microscope using an atomic force, a magnetic force microscope using a magnetic force, etc., and their application range is expanding.

上記のうち原子間力顕微鏡は、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。   Among these, the atomic force microscope is suitable for detecting fine irregularities on the surface of the sample with high resolution, and has a proven record in the fields of semiconductor substrates and disks. Recently, it has also been used for in-line automatic inspection processes.

原子間力顕微鏡は、基本的な構成として、原子間力顕微鏡の原理に基づく測定装置部分を備える。通常、圧電素子を利用して形成されたトライポッド型あるいはチューブ型のXYZ微動機構を備え、このXYZ微動機構の下端に、先端に探針が形成されたカンチレバーが取り付けられている。探針の先端は試料の表面に対向している。上記カンチレバーに対して例えば光てこ式光学検出装置が配備される。すなわち、カンチレバーの上方に配置されたレーザ光源(レーザ発振器)から出射されたレーザ光がカンチレバーの背面で反射され、光検出器より検出される。カンチレバーにおいて捩れや撓みが生じると、光検出器におけるレーザ光の入射位置が変化する。従って探針およびカンチレバーで変位が生じると、光検出器から出力される検出信号で当該変位の方向および量を検出できる。上記の原子間力顕微鏡の構成について、制御系として、通常、比較器、制御器が設けられる。比較器は、光検出器から出力される検出電圧信号と基準電圧とを比較し、その偏差信号を出力する。制御器は、当該偏差信号が0になるように制御信号を生成し、この制御信号をXYZ微動機構内のZ微動機構に与える。こうして、試料と探針の間の距離を一定に保持するフィードバックサーボ制御系が形成される。上記の構成によって探針を試料表面の微細凹凸に追従させながら走査し、その形状を測定することができる(例えば、特許文献1参照)。   The atomic force microscope includes a measuring device portion based on the principle of the atomic force microscope as a basic configuration. Usually, a tripod type or tube type XYZ fine movement mechanism formed using a piezoelectric element is provided, and a cantilever having a probe tip formed at the tip is attached to the lower end of the XYZ fine movement mechanism. The tip of the probe faces the surface of the sample. For example, an optical lever type optical detection device is provided for the cantilever. That is, laser light emitted from a laser light source (laser oscillator) disposed above the cantilever is reflected by the back surface of the cantilever and detected by the photodetector. When the cantilever is twisted or bent, the incident position of the laser beam in the photodetector changes. Therefore, when a displacement occurs between the probe and the cantilever, the direction and amount of the displacement can be detected by the detection signal output from the photodetector. As for the configuration of the above atomic force microscope, a comparator and a controller are usually provided as a control system. The comparator compares the detection voltage signal output from the photodetector with the reference voltage and outputs a deviation signal. The controller generates a control signal so that the deviation signal becomes zero, and gives this control signal to the Z fine movement mechanism in the XYZ fine movement mechanism. In this way, a feedback servo control system that maintains a constant distance between the sample and the probe is formed. With the above configuration, the probe can be scanned while following the fine irregularities on the sample surface, and the shape of the probe can be measured (see, for example, Patent Document 1).

原子間力顕微鏡が発明された当時は、その高分解能性を利用してnm(ナノメートル)以下のオーダの表面微細形状の測定が中心課題であった。しかしながら、現在では、走査型プローブ顕微鏡は半導体デバイスのインライン製作装置の途中の段階で検査を行うインライン自動検査までその使用範囲が拡大してきている。このような状況になると、実際の検査工程では、基板またはウェハの表面を所定の間隔毎に検査することが要求される。そのために、基板またはウェハの表面を迅速に検出する自動測定も求められつつある。   At the time when the atomic force microscope was invented, measurement of surface fine shapes on the order of nm (nanometer) or less was a central issue by utilizing its high resolution. However, at present, the scanning probe microscope has been expanded in its range of use to in-line automatic inspection in which inspection is performed at an intermediate stage of an in-line manufacturing apparatus for semiconductor devices. In such a situation, in the actual inspection process, it is required to inspect the surface of the substrate or wafer at predetermined intervals. For this reason, automatic measurement for rapidly detecting the surface of a substrate or wafer is also being demanded.

原子間力顕微鏡を用いて基板またはウェハの表面を迅速に検出する技術の一例としてステップイン方式を挙げることができる。ステップイン方式は、所定の間隔で設定された複数の測定点のそれぞれで探針を試料表面に接近させ、その接近させた表面の形状を測定し、その後、探針を退避させる。そして、所定間隔に対応する距離の分探針を移動させ、再び、表面に接近させ、その表面を測定し、退避させるという動作を繰り返す。   An example of a technique for quickly detecting the surface of a substrate or wafer using an atomic force microscope is a step-in method. In the step-in method, the probe is brought close to the sample surface at each of a plurality of measurement points set at predetermined intervals, the shape of the approached surface is measured, and then the probe is retracted. Then, the operation of moving the probe by a distance corresponding to the predetermined interval, approaching the surface again, measuring the surface, and retracting is repeated.

図7と図8を参照してステップイン方式の動作およびカンチレバーの状態を説明する。図7において、(a)は探針100が測定試料103の表面に接触している状態で、Z軸微動機構(図示せず)がカンチレバー基部102を試料側へ移動させることにより生じる。図7の(b)は正常な退避状態で、Z軸微動機構がカンチレバー基部102を試料103から遠ざけることにより生じる。図7の(c)は異常な退避状態を示している。図7の(c)では、カンチレバー基部102は通常の退避位置まで退避しているにも拘らず、探針100の方は試料表面103に吸着された状態にある。そのため、カンチレバー101が試料側に曲がる状態にある。図8は試料表面103に対する探針100のステップイン動作の一例を示し、矢印は探針の移動軌跡を示している。図8で(1)は接近動作であり、接近が完了すると図7の(a)の状態になる。図8の(2)は退避状態で、退避が正常に完了すると図7の(b)の状態になる。図8で(3)は、XY微動機構(図示せず)を使って次の測定点の位置へ移動している状態を示している。ステップイン動作では、一定間隔の測定点ごとで上記の(1)〜(3)の動作が繰り返される。   The operation of the step-in method and the state of the cantilever will be described with reference to FIGS. 7A, the probe 100 is in contact with the surface of the measurement sample 103 and a Z-axis fine movement mechanism (not shown) moves the cantilever base 102 to the sample side. FIG. 7B shows a normal retracted state, which is generated when the Z-axis fine movement mechanism moves the cantilever base 102 away from the sample 103. FIG. 7C shows an abnormal retreat state. In FIG. 7C, the probe 100 is adsorbed to the sample surface 103 even though the cantilever base 102 is retracted to the normal retracted position. Therefore, the cantilever 101 is in a state of bending toward the sample side. FIG. 8 shows an example of the step-in operation of the probe 100 with respect to the sample surface 103, and the arrows indicate the movement trajectory of the probe. In FIG. 8, (1) is an approach operation, and when the approach is completed, the state of FIG. (2) in FIG. 8 is the evacuation state, and when the evacuation is completed normally, the state shown in FIG. 7 (b) is obtained. In FIG. 8, (3) shows a state where the XY fine movement mechanism (not shown) is used to move to the position of the next measurement point. In the step-in operation, the above operations (1) to (3) are repeated for each measurement point at a constant interval.

従来の走査型原子間力顕微鏡において上記のようなステップイン方式で測定動作を行わせるとき、図8で示した(2)の退避が正常に行われない場合がある。例えば試料表面の探針吸着力が強い場合、カンチレバー基部102が試料表面から離れるように移動したとしても、柔らかいカンチレバー101の先端に設けられた探針100は試料表面に吸着されたままの場合がある。これらが、前述した図7の(c)の状態である。このような異常な退避動作が生じた状態で、図8の(3)の移動を行うと、画像の乱れが生じたり探針が破損したりする不具合が発生する。   When the conventional scanning atomic force microscope performs the measurement operation by the step-in method as described above, there is a case where the retreat of (2) shown in FIG. 8 is not normally performed. For example, in the case where the probe attracting force on the sample surface is strong, even if the cantilever base 102 moves away from the sample surface, the probe 100 provided at the tip of the soft cantilever 101 may remain adsorbed on the sample surface. is there. These are the states of FIG. 7C described above. If the movement of (3) in FIG. 8 is performed in a state where such an abnormal retreat operation has occurred, there is a problem that the image is disturbed or the probe is damaged.

上記のように、従来のステップイン方式の走査型プローブ顕微鏡では、探針退避時の針先状態管理がなされていないため、探針吸着による画像の乱れが発生した場合、実際のサンプルの形状なのか、吸着等による像の乱れなのか区別がつかないという問題があった。
特許第3364531号公報
As described above, the conventional step-in scanning probe microscope does not manage the state of the tip when the probe is retracted. There is a problem that it cannot be distinguished whether the image is disturbed due to adsorption or the like.
Japanese Patent No. 3364531

本発明の課題は、ステップイン方式の走査型プローブ顕微鏡において、探針吸着による画像の乱れが発生した場合、実際のサンプルの形状なのか、吸着等による像の乱れなのか区別がつかないという問題を解消することにある。   The problem of the present invention is that in a step-in scanning probe microscope, when image disturbance due to probe adsorption occurs, it is not possible to distinguish between the actual sample shape and the image disturbance due to adsorption or the like. Is to eliminate.

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、ステップイン方式で試料の測定を行う場合において、探針退避時の針先状態監視を実現することができ、画像の内容を正確に把握できるようにした走査型プローブ顕微鏡を提供することにある。   In view of the above-described problems, the object of the present invention is to realize the tip state monitoring when the probe is retracted when the sample is measured by the step-in method so that the content of the image can be accurately grasped. Another object of the present invention is to provide a scanning probe microscope.

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。   In order to achieve the above object, a scanning probe microscope according to the present invention is configured as follows.

第1の走査型プローブ顕微鏡(請求項1に対応)は、先端に探針を有するカンチレバーを備え、カンチレバーを移動させることにより探針を試料に対して接近または退避させ、試料の表面情報を得る走査型プローブ顕微鏡であり、カンチレバーの変位量を検出する変位検出装置と、探針の退避動作が完了後、変位検出装置から出力される検出信号をモニタするモニタ手段とこのモニタ手段でモニタした検出信号により探針の退避動作が正常であるかまたは異常であるかを判定する判定手段とから成る探針退避状態確認部を備えるように構成される。 The first scanning probe microscope (corresponding to claim 1) includes a cantilever having a probe at the tip, and moves the cantilever to move the probe closer to or away from the sample to obtain surface information of the sample. A scanning probe microscope, a displacement detection device for detecting the displacement amount of the cantilever, a monitor means for monitoring a detection signal output from the displacement detection device after the probe retracting operation is completed, and a detection monitored by the monitor means A probe retracting state confirmation unit is configured to include a determination unit that determines whether the probe retracting operation is normal or abnormal based on the signal .

の走査型プローブ顕微鏡(請求項に対応)は、上記の第の装置構成において、好ましくは、判定部によって探針の退避動作が異常であると判定されたときは警報を出して測定動作を停止する警報・停止部を備えたことで特徴づけられる。 In the second scanning probe microscope (corresponding to claim 2 ), in the first apparatus configuration described above, preferably, when the determination unit determines that the probe retracting operation is abnormal, an alarm is issued. It is characterized by having an alarm / stop unit to stop the measurement operation.

本発明に係る走査型プローブ顕微鏡では、探針の退避動作の正常または異常を確認する探針退避状態確認部を備えるため、ステップイン方式の走査型プローブ顕微鏡において、探針退避時の針先状態監視をすることが可能である。従来のステップイン方式走査型プローブ顕微鏡では、探針退避時の針先状態管理がなされていないため、探針吸着による画像の乱れが発生した場合、実際のサンプルの形状なのか、吸着等による像の乱れなのか区別がつかない。これに対して本発明による構成では、カンチレバーの変位量を検出する変位検出装置を備え、探針退避状態確認部は、探針の退避動作が完了後、変位検出装置から出力される検出信号をモニタするモニタ部と、このモニタ部でモニタした検出信号により探針の退避動作が正常であるかまたは異常であるかを判定する判定部を備えているため、探針吸着による画像の乱れを正確に検知することができる。特に、判定部によって探針の退避動作が異常であると判定されたときは警報を出して測定動作を停止する警報・停止部を備えたので探針吸着による画像の乱れを確実に検知し、また、探針吸着が起こったときには、測定者に警報で知らせると共に測定動作を停止し、探針の破損を避けることができる。   Since the scanning probe microscope according to the present invention includes a probe retraction state confirmation unit for confirming normality or abnormality of the probe retraction operation, in the step-in scanning probe microscope, the needle tip state when the probe is retreated It is possible to monitor. In conventional step-in scanning probe microscopes, the tip state management is not performed when the probe is retracted. I can't tell if it's a disturbance. On the other hand, the configuration according to the present invention includes a displacement detection device that detects the displacement amount of the cantilever, and the probe retraction state confirmation unit outputs a detection signal output from the displacement detection device after the probe retraction operation is completed. A monitor unit for monitoring and a determination unit for determining whether the retracting operation of the probe is normal or abnormal based on the detection signal monitored by the monitor unit, so that image disturbance due to probe adsorption is accurately detected Can be detected. In particular, when the determination unit determines that the probe retracting operation is abnormal, it has an alarm / stop unit that issues an alarm and stops the measurement operation, so it can reliably detect image disturbance due to probe adsorption, Further, when the probe sticking occurs, the measurer is notified by an alarm and the measuring operation is stopped to prevent the probe from being damaged.

本発明によれば、ステップイン方式走査型プローブ顕微鏡において、探針の退避状態を確認でき、探針の破損、測定データの乱れを防止できる。   According to the present invention, in the step-in type scanning probe microscope, the retracted state of the probe can be confirmed, and the breakage of the probe and the disturbance of the measurement data can be prevented.

以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1に従って本発明に係る走査型プローブ顕微鏡(SPM)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。   The configuration of a scanning probe microscope (SPM) according to the present invention will be described with reference to FIG. This scanning probe microscope assumes an atomic force microscope (AFM) as a typical example.

走査型プローブ顕微鏡の下側部分は試料ステージ11が設けられている。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XYステージ14とZステージ15と試料ホルダ16とから構成されている。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は試料固定用チャック機構を備えている。   A sample stage 11 is provided in the lower part of the scanning probe microscope. A sample 12 is placed on the sample stage 11. The sample stage 11 is a mechanism for changing the position of the sample 12 in a three-dimensional coordinate system 13 composed of orthogonal X, Y, and Z axes. The sample stage 11 includes an XY stage 14, a Z stage 15, and a sample holder 16. The sample stage 11 is normally configured as a coarse movement mechanism that causes displacement (position change) on the sample side. On the upper surface of the sample holder 16 of the sample stage 11, the sample 12 having a relatively large area and a thin plate shape is placed and held. The sample 12 is, for example, a substrate or a wafer on which a semiconductor device is manufactured on the surface. The sample 12 is fixed on the sample holder 16. The sample holder 16 includes a sample fixing chuck mechanism.

図2に従って試料ステージ11の具体的な構成例を説明する。図2で、14はXYステージであり、15はZステージである。XYステージ14は水平面(XY平面)上で試料を移動させる機構であり、Zステージ15は垂直方向に試料12を移動させる機構である。Zステージ15は、例えば、XYステージ14の上に搭載されて取り付けられている。   A specific configuration example of the sample stage 11 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, 14 is an XY stage, and 15 is a Z stage. The XY stage 14 is a mechanism for moving the sample on the horizontal plane (XY plane), and the Z stage 15 is a mechanism for moving the sample 12 in the vertical direction. The Z stage 15 is mounted and mounted on the XY stage 14, for example.

XYステージ14は、Y軸方向に向けて配置された平行な2本のY軸レール201とY軸モータ202とY軸駆動力伝達機構203から成るY軸機構部と、X軸方向に向けて配置された平行な2本のX軸レール204とX軸モータ205とX軸駆動力伝達機構206から成るX軸機構部とから構成されている。上記XYステージ14によって、Zステージ15はX軸方向またはY軸方向に任意に移動させられる。またZステージ15には、試料ホルダ16をZ軸方向に昇降させるための駆動機構が付設されている。図2では当該駆動機構は隠れており、図示されていない。試料ホルダ16の上には試料12を固定するためのチャック機構207が設けられる。チャック機構207には、通常、機械式、吸着や静電等の作用を利用した機構が利用される。   The XY stage 14 includes two Y-axis rails 201 arranged in parallel in the Y-axis direction, a Y-axis motor unit composed of a Y-axis motor 202 and a Y-axis driving force transmission mechanism 203, and an X-axis direction. The X-axis mechanism unit includes two parallel X-axis rails 204, an X-axis motor 205, and an X-axis driving force transmission mechanism 206. By the XY stage 14, the Z stage 15 is arbitrarily moved in the X-axis direction or the Y-axis direction. The Z stage 15 is provided with a drive mechanism for raising and lowering the sample holder 16 in the Z-axis direction. In FIG. 2, the drive mechanism is hidden and not shown. A chuck mechanism 207 for fixing the sample 12 is provided on the sample holder 16. As the chuck mechanism 207, a mechanical type or a mechanism using an action such as adsorption or electrostatic is usually used.

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の上端部にはカメラ19が付設されている。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、画像データを出力する。   In FIG. 1, an optical microscope 18 having a drive mechanism 17 is disposed above the sample 12. The optical microscope 18 is supported by a drive mechanism 17. The drive mechanism 17 includes a focus Z-direction moving mechanism 17a for moving the optical microscope 18 in the Z-axis direction and an XY-direction moving mechanism 17b for moving in the XY axial directions. As an attachment relationship, the Z-direction moving mechanism 17a moves the optical microscope 18 in the Z-axis direction, and the XY-direction moving mechanism 17b moves the units of the optical microscope 18 and the Z-direction moving mechanism 17a in the respective XY axes. Although the XY direction moving mechanism portion 17b is fixed to the frame member, the frame member is not shown in FIG. The optical microscope 18 is disposed with its objective lens 18a facing downward, and is disposed at a position facing the surface of the sample 12 from directly above. A camera 19 is attached to the upper end of the optical microscope 18. The camera 19 captures and acquires an image of a specific area of the sample surface captured by the objective lens 18a, and outputs image data.

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、その大きな面積の基部が取付け部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。   On the upper side of the sample 12, a cantilever 21 having a probe 20 at the tip is arranged in a close state. The cantilever 21 is fixed to the attachment portion 22. For example, the attachment portion 22 is provided with an air suction portion (not shown), and the air suction portion is connected to an air suction device (not shown). The cantilever 21 is fixed and mounted by adsorbing the base portion having a large area by the air suction portion of the mounting portion 22.

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。   The attachment portion 22 is attached to a Z fine movement mechanism 23 that causes a fine movement operation in the Z direction. Further, the Z fine movement mechanism 23 is attached to the lower surface of the cantilever displacement detection unit 24.

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、当該変形を検出することができる。   The cantilever displacement detector 24 has a configuration in which a laser light source 26 and a light detector 27 are attached to a support frame 25 in a predetermined arrangement relationship. The cantilever displacement detector 24 and the cantilever 21 are held in a certain positional relationship, and the laser light 28 emitted from the laser light source 26 is reflected by the back surface of the cantilever 21 and enters the photodetector 27. The cantilever displacement detector constitutes an optical lever type optical detector. When the cantilever 21 undergoes deformation such as twisting or bending by the optical lever type optical detection device, the deformation can be detected.

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。   The cantilever displacement detector 24 is attached to an XY fine movement mechanism 29. The XY fine movement mechanism 29 moves the cantilever 21, the probe 20 and the like at a minute distance in the XY axial directions. At this time, the cantilever displacement detector 24 is moved simultaneously, and the positional relationship between the cantilever 21 and the cantilever displacement detector 24 is unchanged.

上記において、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。   In the above description, the Z fine movement mechanism 23 and the XY fine movement mechanism 29 are usually composed of piezoelectric elements. The Z fine movement mechanism 23 and the XY fine movement mechanism 29 cause displacement of the probe 20 by a minute distance (for example, several to 10 μm, maximum 100 μm) in each of the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction.

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の特定領域の表面と、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。   In the above mounting relationship, the observation field of view by the optical microscope 18 includes the surface of a specific region of the sample 12 and the tip (back) of the cantilever 21 including the probe 20.

次に、走査型プローブ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、第1制御装置33、第2制御装置34が設けられる。制御器32は、例えば原子間力顕微鏡(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。また第1制御装置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、第2制御装置34は上位の制御装置である。   Next, a control system of the scanning probe microscope will be described. As a configuration of the control system, a comparator 31, a controller 32, a first control device 33, and a second control device 34 are provided. The controller 32 is a controller for realizing in principle a measurement mechanism using, for example, an atomic force microscope (AFM). The first control device 33 is a control device for driving control of each of a plurality of drive mechanisms, and the second control device 34 is a higher-level control device.

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(s1=Vref−Vd)。通常、探針に力が加わっていない状態では、Vdは0V近傍の電圧を示し、基準電圧(Vref)は通常測定状態ではプラス数Vに設定されている。探針に斥力が加わりカンチレバーが反試料側に変形すると、Vdはプラス側に変位し、探針に引力が加わりカンチレバーが試料側に変形すると、Vdはマイナス側に変形する。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。   The comparator 31 compares the voltage signal Vd output from the photodetector 27 with a preset reference voltage (Vref) and outputs a deviation signal s1 (s1 = Vref−Vd). Usually, when no force is applied to the probe, Vd indicates a voltage in the vicinity of 0 V, and the reference voltage (Vref) is set to a plus number V in the normal measurement state. When a repulsive force is applied to the probe and the cantilever is deformed to the anti-sample side, Vd is displaced to the plus side. When an attractive force is applied to the probe and the cantilever is deformed to the sample side, Vd is deformed to the minus side. The controller 32 generates a control signal s2 so that the deviation signal s1 becomes 0, and gives this control signal s2 to the Z fine movement mechanism 23. Upon receiving the control signal s2, the Z fine movement mechanism 23 adjusts the height position of the cantilever 21, and keeps the distance between the probe 20 and the surface of the sample 12 at a constant distance. The control loop from the photodetector 27 to the Z fine movement mechanism 23 detects the deformation state of the cantilever 21 with the optical lever type optical detection device while scanning the sample surface with the probe 20. This is a feedback servo control loop for maintaining the distance to the sample 12 at a predetermined constant distance determined based on the reference voltage (Vref). By this control loop, the probe 20 is kept at a constant distance from the surface of the sample 12, and when the surface of the sample 12 is scanned in this state, the uneven shape of the sample surface can be measured.

次に、第1制御装置33は次のような機能部を備えている。   Next, the 1st control apparatus 33 is provided with the following function parts.

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。第1制御装置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。   The position of the optical microscope 18 is changed by a driving mechanism 17 including a focusing Z-direction moving mechanism 17a and an XY-direction moving mechanism 17b. The first control device 33 includes a first drive control unit 41 and a second drive control unit 42 for controlling the operations of the Z direction moving mechanism unit 17a and the XY direction moving mechanism unit 17b.

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、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のカメラ19で得られた画像データは第1制御装置33に入力され、内部の画像処理部43で処理される。   The sample surface and the image of the cantilever 21 obtained by the optical microscope 18 are picked up by the camera 19 and taken out as image data. Image data obtained by the camera 19 of the optical microscope 18 is input to the first control device 33 and processed by the internal image processing unit 43.

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、走査型プローブ顕微鏡(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、制御装置33内のデータ処理部44に取り込まれる。   In the feedback servo control loop including the controller 32 and the like, the control signal s2 output from the controller 32 means a height signal of the probe 20 in the scanning probe microscope (atomic force microscope). . Information related to the change in the height position of the probe 20 can be obtained by the height signal of the probe 20, that is, the control signal s2. The control signal s2 including the height position information of the probe 20 is given to the Z fine movement mechanism 23 for driving control as described above, and is taken into the data processing unit 44 in the control device 33.

カンチレバー変位検出部(変位検出装置)24の光検出器27から出力される電圧信号Vdは、探針の退避動作が完了後、モニタ部49によってモニタされる。   The voltage signal Vd output from the photodetector 27 of the cantilever displacement detector (displacement detector) 24 is monitored by the monitor 49 after the probe retracting operation is completed.

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。   The scanning of the sample surface with the probe 20 in the measurement region on the surface of the sample 12 is performed by driving the XY fine movement mechanism 29. The drive control of the XY fine movement mechanism 29 is performed by an XY scanning control unit 45 that provides the XY fine movement mechanism 29 with an XY scanning signal s3.

また試料ステージ11のXYステージ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。   The XY stage 14 and the Z stage 15 of the sample stage 11 are driven by an X drive control unit 46 that outputs an X direction drive signal, a Y drive control unit 47 that outputs a Y direction drive signal, and a Z direction that outputs a Z direction drive signal. It is controlled by the drive control unit 48.

なお第1制御装置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・保存する記憶部を備える。   The first control device 33 includes a storage unit that stores and saves the set control data, the input optical microscope image data, the data related to the height position of the probe, and the like as necessary.

上記第1制御装置33に対して上位に位置する第2制御装置34が設けられている。第2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、ステップイン方式において、探針の退避動作の正常または異常を確認する探針退避状態を確認するプロセスを含んでおり、探針の退避動作が完了後、変位検出装置から出力される検出信号をモニタし、モニタした検出信号により探針の退避動作が正常であるかまたは異常であるかを判定するためのプログラムを備えている。また、探針の退避動作が異常であると判定されたときは警報を出して測定動作を停止する機能を有する。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。   A second control device 34 positioned above the first control device 33 is provided. The second control device 34 stores and executes a normal measurement program and sets and stores a normal measurement condition, stores and executes an automatic measurement program and sets and stores the measurement condition, stores measurement data, and displays an image of the measurement result. Processing such as processing and display on the display device (monitor) 35 is performed. In particular, in the case of the present invention, the step-in method includes a process of confirming the probe retracting state for confirming normality or abnormality of the probe retracting operation, and the displacement detection is performed after the probe retracting operation is completed. A detection signal output from the apparatus is monitored, and a program for determining whether the probe retracting operation is normal or abnormal based on the monitored detection signal is provided. Further, when it is determined that the probe retracting operation is abnormal, it has a function of issuing an alarm and stopping the measuring operation. Furthermore, it can be configured to have a communication function, and can have a function to communicate with an external device.

第2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・保存される。また、CPU51と記憶部52により後に述べる判定部の機能を実現する。さらに第2制御装置34は、画像表示制御部53と通信部等を備える。加えて第2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に記憶されるプログラム、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。また、第2制御装置34には、機能的に判定部と警報・停止部が実現され、かつインタフェース56を介してアラーム37および停止装置38が接続される。第2制御装置34の判定部はモニタ部49からのモニタ信号に基づいて探針20の退避状態が正常か異常かを判断する。判定部は、探針20の退避状態が異常であると判断したときには、後述の警報・停止部を介してアラーム37に警報をならさせ、かつ停止装置38によって測定動作を停止させる。   Since the second control device 34 has the above function, the second control device 34 includes a CPU 51 that is a processing device and a storage unit 52. The storage unit 52 stores and saves the above programs, condition data, and the like. Further, the CPU 51 and the storage unit 52 realize the function of the determination unit described later. Further, the second control device 34 includes an image display control unit 53 and a communication unit. In addition, an input device 36 is connected to the second control device 34 via an interface 54 so that programs, conditions, data, and the like stored in the storage unit 52 can be set and changed by the input device 36. It has become. Further, the second control device 34 is functionally realized with a determination unit and an alarm / stop unit, and an alarm 37 and a stop device 38 are connected via an interface 56. The determination unit of the second control device 34 determines whether the retracted state of the probe 20 is normal or abnormal based on the monitor signal from the monitor unit 49. When the determination unit determines that the retracted state of the probe 20 is abnormal, the determination unit causes the alarm 37 to be alerted via an alarm / stop unit, which will be described later, and the measurement operation is stopped by the stop device 38.

第2制御装置34のCPU51は、バス55を介して、第1制御装置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とデータ処理部44とモニタ部49等から画像データや探針の高さに係るデータ等を提供される。   The CPU 51 of the second control device 34 provides higher-level control commands and the like to each functional unit of the first control device 33 via the bus 55, and the image processing unit 43, the data processing unit 44, and the monitor unit 49. Image data, data related to the height of the probe, and the like.

モニタ部49でモニタした検出信号により探針の退避動作が正常であるかまたは異常であるかを判定する判定部、および警報・停止部は、上記のごとく第2制御装置34のCPU51で機能手段として構成される。図4に示すごとく、この第2制御装置34内の判定部61と第1制御装置内のモニタ部49とにより、探針退避状態確認装置60を構成している。   The determination unit for determining whether the probe retracting operation is normal or abnormal based on the detection signal monitored by the monitor unit 49, and the alarm / stop unit are functional means in the CPU 51 of the second control device 34 as described above. Configured as As shown in FIG. 4, the probe retracted state confirmation device 60 is configured by the determination unit 61 in the second control device 34 and the monitor unit 49 in the first control device.

また、図4に示した警報・停止部57は、判定部61によって探針の退避動作が異常であると判定されたときはインタフェース57を介して警報を出して測定動作を停止する装置である。   The alarm / stop unit 57 shown in FIG. 4 is a device that issues a warning via the interface 57 and stops the measurement operation when the determination unit 61 determines that the probe retracting operation is abnormal. .

次に上記走査型プローブ顕微鏡(原子間力顕微鏡)の基本動作を説明する。   Next, the basic operation of the scanning probe microscope (atomic force microscope) will be described.

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。   The tip of the probe 20 of the cantilever 21 is made to face a predetermined region on the surface of the sample 12 such as a semiconductor substrate placed on the sample stage 11. Normally, the probe 20 is brought close to the surface of the sample 12 by the Z stage 15 which is a probe approach mechanism, and an atomic force is applied to cause the cantilever 21 to bend and deform. The amount of bending due to the bending deformation of the cantilever 21 is detected by the optical lever type optical detection device described above. In this state, the sample surface is scanned (XY scan) by moving the probe 20 relative to the sample surface. The XY scanning of the surface of the sample 12 by the probe 20 is performed by moving (finely moving) the probe 20 side by the XY fine movement mechanism 29 or by moving (coarsely moving) the sample 12 side by the XY stage 14. This is done by creating a relative movement relationship in the XY plane between the sample 12 and the probe 20.

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は第1制御装置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。   The movement on the probe 20 side is performed by giving an XY scanning signal s3 related to XY fine movement to an XY fine movement mechanism 29 including a cantilever 21. The scanning signal s3 related to the XY fine movement is given from the XY scanning control unit 45 in the first control device 33. On the other hand, the movement on the sample side is performed by giving drive signals from the X drive control unit 46 and the Y drive control unit 47 to the XY stage 14 of the sample stage 11.

上記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100μm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、微小範囲の測定となる。他方、上記のXYステージ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ステージによるXY走査によれば、ワイド範囲の測定となる。   The XY fine movement mechanism 29 is configured using a piezoelectric element, and can perform scanning movement with high accuracy and high resolution. Further, the measurement range measured by the XY scanning by the XY fine movement mechanism 29 is limited by the stroke of the piezoelectric element, and therefore is a range determined by a distance of about 100 μm at the maximum. According to the XY scanning by the XY fine movement mechanism 29, a minute range is measured. On the other hand, since the XY stage 14 is usually configured using an electromagnetic motor as a drive unit, the stroke can be increased to several hundred mm. According to the XY scanning by the XY stage, a wide range is measured.

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20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。   As described above, while the predetermined measurement area on the surface of the sample 12 is scanned with the probe 20, the amount of bending of the cantilever 21 (the amount of deformation due to bending) is controlled based on the feedback servo control loop. I do. The amount of bending of the cantilever 21 is controlled so as to always coincide with the reference target amount of bending (set by the reference voltage Vref). As a result, the distance between the probe 20 and the surface of the sample 12 is maintained at a constant distance. Accordingly, the probe 20 moves while tracing the fine uneven shape (profile) on the surface of the sample 12, and the fine uneven shape on the surface of the sample 12 can be measured by obtaining the probe height signal.

上記のごとき走査型プローブ顕微鏡は、例えば、図3に示すごとく、半導体デバイス(LSI)のインライン製作装置の途中段階で基板(ウェハ)の検査を行う自動検査工程92として組み込まれる。図示しない基板搬送装置によって、前段の製作処理工程91から検査対象である基板(試料12)を搬出し、自動検査工程92の上記走査型プローブ顕微鏡(SPM)の基板ホルダ16上に置くと、走査型プローブ顕微鏡により基板表面の所定領域の微細凹凸形状が自動的に計測され、前段での基板製作の処理内容の合否が判定され、その後、再び基板搬送装置によって後段の製作処理工程93へ搬出される。   For example, as shown in FIG. 3, the scanning probe microscope as described above is incorporated as an automatic inspection process 92 for inspecting a substrate (wafer) at an intermediate stage of an in-line manufacturing apparatus of a semiconductor device (LSI). When a substrate (sample 12) to be inspected is unloaded from the production process step 91 in the previous stage by a substrate transfer device (not shown) and placed on the substrate holder 16 of the scanning probe microscope (SPM) in the automatic inspection step 92, scanning is performed. A microprotrusion shape of a predetermined area on the substrate surface is automatically measured by a scanning probe microscope, and the pass / fail of the processing of the substrate manufacturing in the previous stage is determined. Thereafter, the substrate is transported again to the subsequent manufacturing processing step 93 by the substrate transfer device. The

次に、図4〜図6を参照して、走査型プローブ顕微鏡の探針退避状態確認部を説明する。   Next, the probe retraction state confirmation unit of the scanning probe microscope will be described with reference to FIGS.

図4は、前述した探針退避状態確認部60のブロック構成図である。探針退避状態確認部60はモニタ部49と判定部61から構成される。モニタ部49は、第1制御装置33内に備えられ、探針20の退避動作が完了後、光検出器27から出力される検出信号をモニタし、その変位信号を判定部61に出力する。判定部61は、探針20が試料表面に吸着された状態にあると判断したときは吸着判定信号を警報・停止部57に出力する。   FIG. 4 is a block diagram of the probe retraction state confirmation unit 60 described above. The probe retraction state confirmation unit 60 includes a monitor unit 49 and a determination unit 61. The monitor unit 49 is provided in the first control device 33, monitors the detection signal output from the light detector 27 after the retracting operation of the probe 20 is completed, and outputs the displacement signal to the determination unit 61. The determination unit 61 outputs an adsorption determination signal to the alarm / stop unit 57 when determining that the probe 20 is in an adsorbed state on the sample surface.

図5は、判定部61と警報・停止部57の部分のみを前述の第2制御装置34のコンピュータ構成で示したものである。判定部61は、入力部62および出力部63と、前述のCPU51および記憶部52とを備えている。この判定部61では、記憶部52内の記憶領域64には探針が吸着状態かどうか判定するための所定値が記憶されている。また、記憶領域65には処理プログラム(判定プログラムと警報・停止プログラム)が記憶されている。判定部61は、予め正常な退避状態でのモニタ部49からの変位信号を、正常状態での光検出器の信号として記憶部52に記憶しておき、測定時には退避状態でモニタ部49からの変位信号と記憶部に記憶した正常状態での信号と差の絶対値を求め、その絶対値が所定値より小さければ、正常であることを判断し、正常値信号、例えばゼロを警報・停止部57に出力し、その絶対値が所定値より大きければ、探針吸着と判断し、異常信号、例えば1を警報・停止部57に出力する。なお、上記正常状態での光検出器の信号を記憶するのは、正常状態での信号を検出できるときならいつでもよいが、信号のドリフト等を考慮すると、測定する試料ごとに最初に探針を試料に接近させる直前に行うのが好ましい。   FIG. 5 shows only the determination unit 61 and the alarm / stop unit 57 in the computer configuration of the second control device 34 described above. The determination unit 61 includes an input unit 62 and an output unit 63, and the CPU 51 and the storage unit 52 described above. In the determination unit 61, a predetermined value for determining whether or not the probe is in the suction state is stored in the storage area 64 in the storage unit 52. The storage area 65 stores processing programs (determination program and alarm / stop program). The determination unit 61 stores in advance the displacement signal from the monitor unit 49 in the normal retracted state in the storage unit 52 as a signal of the photodetector in the normal state, and from the monitor unit 49 in the retracted state at the time of measurement. The absolute value of the difference signal and the signal in the normal state stored in the storage unit is obtained, and if the absolute value is smaller than the predetermined value, it is determined that it is normal, and a normal value signal, for example, zero is displayed as an alarm / stop unit. If the absolute value is larger than the predetermined value, it is determined that the probe is attracted, and an abnormal signal, for example, 1 is output to the alarm / stop unit 57. Note that the signal of the photodetector in the normal state may be stored whenever the signal in the normal state can be detected. It is preferably performed immediately before the sample is approached.

警報・停止部57は、判定部61によって探針20の退避動作が異常であると判定されたときは警報信号を出して測定動作を停止する機能部分である。この機能部分は、判定部61からの信号がゼロのときには、アラームオフ信号をインタフェース56を介してアラーム37に出し、測定動作継続信号を出し、測定動作継続状態を保つ。判定部61からの信号が1のとき、アラームオン信号をアラーム37に対して出力し、測定動作停止信号を停止装置38に対して出力する。それにより、アラームが鳴ったとき、探針吸着状態であると判断することができ、また、自動的に測定動作が停止し、探針の破損を避けることができる。   The alarm / stop unit 57 is a functional part that outputs a warning signal and stops the measurement operation when the determination unit 61 determines that the retracting operation of the probe 20 is abnormal. When the signal from the determination unit 61 is zero, this functional part issues an alarm-off signal to the alarm 37 via the interface 56, issues a measurement operation continuation signal, and maintains the measurement operation continuation state. When the signal from the determination unit 61 is 1, an alarm-on signal is output to the alarm 37 and a measurement operation stop signal is output to the stop device 38. As a result, when the alarm sounds, it can be determined that the probe is in the probe adsorption state, and the measurement operation is automatically stopped, so that the probe can be prevented from being damaged.

次に、本実施形態の作用について、判定部61および警報・停止部57に係る記憶領域65に記憶される処理プログラムに対応する図6のフローチャートを用いて説明する。処理プログラムは測定開始とともにスタートし、接近動作(ステップS10)、SPM測定(ステップS11)、退避動作(ステップS12)と順次行う。ステップS12の退避動作の実行後、モニタ部49により光検出器27の信号Vdをモニタする(ステップS13)。そのモニタした信号と記憶部に記憶された正常状態での光検出器27の信号Vd_usualとの差DS(DS=Vd−Vd_usual)を演算する(ステップS14)。その差DSと記憶部52の記憶領域64に記憶された所定値とをCPUによって比較する(ステップST15)。その結果、差DSの絶対値が所定値より小さいときは、次の測定点へ移動する(ステップST16)。その後、測定終了かどうか判断し(ステップS17)、測定が終了していなければ、再び、ステップS10に戻り、処理を行う。測定終了であれば、処理プログラムの実行を終了する。また、ステップS15において、差DSの絶対値が所定値以上のときは、1をアラーム37と停止装置38に出力する。信号が1であるとき、警報・停止部57が動作し、アラーム37にアラーム信号を出し、かつ停止装置38に測定動作停止信号を出力して測定動作を停止する(ステップS18)。   Next, the effect | action of this embodiment is demonstrated using the flowchart of FIG. 6 corresponding to the processing program memorize | stored in the memory | storage area | region 65 which concerns on the determination part 61 and the warning / stop part 57. FIG. The processing program starts with the start of measurement, and sequentially performs an approach operation (step S10), an SPM measurement (step S11), and a retreat operation (step S12). After executing the evacuation operation in step S12, the monitor unit 49 monitors the signal Vd of the photodetector 27 (step S13). A difference DS (DS = Vd−Vd_usual) between the monitored signal and the signal Vd_usual of the photodetector 27 in the normal state stored in the storage unit is calculated (step S14). The CPU compares the difference DS with a predetermined value stored in the storage area 64 of the storage unit 52 (step ST15). As a result, when the absolute value of the difference DS is smaller than the predetermined value, the movement to the next measurement point (step ST16). Thereafter, it is determined whether or not the measurement is finished (step S17). If the measurement is not finished, the process returns to step S10 again to perform the process. If the measurement is finished, the execution of the processing program is finished. If the absolute value of the difference DS is greater than or equal to a predetermined value in step S15, 1 is output to the alarm 37 and the stop device 38. When the signal is 1, the alarm / stop unit 57 operates, outputs an alarm signal to the alarm 37, and outputs a measurement operation stop signal to the stop device 38 to stop the measurement operation (step S18).

このように、判定部61によって探針の退避動作が異常であると判定されたときは警報を出して測定動作を停止させる警報・停止部57と、警報を出すアラーム37および停止装置38を備えたので、探針吸着による画像の乱れを確実に検知し、また、探針吸着が起こったときには、測定者に警報で知らせると共に測定動作を停止し、探針の破損を避けることができる。   As described above, when the determination unit 61 determines that the probe retracting operation is abnormal, the alarm / stop unit 57 that issues an alarm and stops the measurement operation, and the alarm 37 and the stop device 38 that output the alarm are provided. Therefore, it is possible to reliably detect the disturbance of the image due to the probe sticking, and when the probe sticking occurs, the measurement person is notified with an alarm and the measuring operation is stopped to prevent the probe from being damaged.

前述の実施形態の説明では、広域観察として光学顕微鏡を用いたが、その代わりに、走査型電子顕微鏡やレーザ顕微鏡などの各種のものを使用することができる。   In the description of the above-described embodiment, an optical microscope is used for wide-area observation. Instead, various types such as a scanning electron microscope and a laser microscope can be used.

上記の実施形態で説明され構成、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、上記に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。 Configurations described implementation form of the shape, for merely present invention is schematically illustrated enough to understand and implement for the size and positional relationships, also numerical values and compositions (materials) Is just an example. Therefore, the present invention is not limited to the embodiment described above, and can be modified in various forms without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.

本発明は、探針の退避状態を確認でき、探針の破損、測定データの乱れを防止できるステップイン方式走査型プローブ顕微鏡として利用される。   The present invention is used as a step-in scanning probe microscope capable of confirming the retracted state of the probe and preventing damage to the probe and disturbance of measurement data.

本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の全体的な構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the scanning probe microscope which concerns on this invention. 試料ステージの具体的な構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the specific structure of a sample stage. 本発明に係る走査型プローブ顕微鏡がインライン自動検査工程として用いられる構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure by which the scanning probe microscope which concerns on this invention is used as an in-line automatic test process. 探針退避状態確認部のブロック構成図である。It is a block block diagram of a probe evacuation state confirmation part. 判定部および警報・停止部を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows a determination part and a warning / stop part. 判定部および警報・停止部の処理プログラムに対応するフローチャートである。It is a flowchart corresponding to the processing program of a determination part and an alarm / stop part. ステップイン方式でのカンチレバーの状態を示す図であり、(a)接触状態、(b)正常な退避状態、(c)異常な退避状態を示す図である。It is a figure which shows the state of a cantilever in a step-in system, and is a figure which shows (a) contact state, (b) normal evacuation state, and (c) abnormal evacuation state. ステップイン方式のカンチレバーの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the step-in type cantilever.

符号の説明Explanation of symbols

11 試料ステージ
12 試料
16 試料ホルダ
17 駆動機構
18 光学顕微鏡
19 カメラ
20 探針
21 カンチレバー
22 取付け部
23 Z微動機構
29 XY微動機構
33 第1制御装置
34 第2制御装置
49 モニタ部
55 警報・停止装置
60 探針退避状態確認部
61 判定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Sample stage 12 Sample 16 Sample holder 17 Drive mechanism 18 Optical microscope 19 Camera 20 Probe 21 Cantilever 22 Mounting part 23 Z fine movement mechanism 29 XY fine movement mechanism 33 1st control apparatus 34 2nd control apparatus 34 Monitor part 55 Alarm / stop apparatus 60 Probe retraction state confirmation unit 61 Judgment unit

Claims (2)

先端に探針を有するカンチレバーを備え、前記カンチレバーを移動させることにより前記探針を試料に対して接近または退避させ、前記試料の表面情報を得る走査型プローブ顕微鏡において、
前記カンチレバーの変位量を検出する変位検出装置と、前記探針の退避動作が完了後、前記変位検出装置から出力される検出信号をモニタするモニタ手段と、このモニタ手段でモニタした前記検出信号により前記探針の退避動作が正常であるかまたは異常であるかを判定する判定手段とから成る探針退避状態確認手段を備える
ことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
In a scanning probe microscope comprising a cantilever having a probe at the tip, moving the cantilever to move the probe closer to or away from the sample, and obtaining surface information of the sample,
A displacement detection device that detects the displacement amount of the cantilever, a monitor unit that monitors a detection signal output from the displacement detection device after completion of the retracting operation of the probe, and a detection signal monitored by the monitor unit A probe retraction state confirmation unit comprising a determination unit that determines whether the probe retraction operation is normal or abnormal .
A scanning probe microscope characterized by the above.
前記判定手段によって前記探針の退避動作が異常であると判定されたときは警報を出して測定動作を停止する警報・停止手段を備えたことを特徴とする請求項記載の走査型プローブ顕微鏡。 The determination means by the scanning probe microscope according to claim 1, characterized by comprising an alarm and stop means for stopping the measurement operation by issuing an alarm when the retracting operation of the probe is determined to be abnormal .
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