JPH1031084A - 試料走査用の二重ステージ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】試料を走査するための二重ステージ装置および
試料のパラメータを検知する試料を検知するためにセン
サを用いる試料の検知方法を提供する。 【解決手段】 二重ステージ走査装置は試料のパラメー
タを検知するためのセンサ，前記センサと試料間に相対
運動を惹起する粗調整および微調整用ステージを含む。
前記粗調整用ステージはおよそ１マイクロメートルの分
解力をもち、前記微調整用ステージは１ナノメートルま
たはそれ以上の分解力をもっている。前記センサは、両
方のステージがセンサ組立および試料の間の相対運動を
惹起しているときに前記パラメータを検知するために使
われる。前記センサは試料表面の高さの変化や熱の変
動、静電気的、磁気的、光反射率、光透過のパラメータ
を高さの変動と同時に検知できる。粗い分解力の長い走
査を行い、高い分解力の短い走査を同一のプローブの先
端でまたは固定された一定の位置関係にある２つのプロ
ーブの先端でおこない、前記長短の走査により得られた
データは正確に相関が取られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

〔関連出願の相互参照〕本出願は、１９９６年２月９日
出願の米国出願第０８／５９８，８４８号の「試料走査
用の二重ステージ装置」の一部継続出願であり、前記出
願は、１９９４年１２月２２日出願の米国出願第０８／
３６２，８１８号であり、以後「親出願」として参照さ
れる「探針安定センサ装置を備える一定力プロフィロメ
ータ、双観光学系および温度ドリフト補正」の一部継続
出願である。本出願は「表面形状の位置決め用装置」と
題した出願と同日に出願され、以後それを「関連出願」
として参照する。

【０００２】〔発明の背景〕この発明は、一般的に、試
料や標本を走査するための器具に関し、特に、改良され
た特徴を有する、試料や標本を走査するための装置に関
する。

【０００３】

【従来の技術】ならい器具は、粗さ，波形，形態という
点で表面を特徴づける目的で元々開発された。最近、前
記ならい器具は、半導体装置の測定や生産管理において
正確な度量衡を得るために洗練されてきた。ならい器具
はまた、半導体産業以外でも使用され、例えば、光ディ
スク，フラットパネルディスプレイや他の装置を走査し
検知する目的でも使用される。

【０００４】前述の出願において使用される針のプロフ
ィロメータは、カリフォルニアのマウンテンビューにあ
るテンコールインスツルメンツや他の製造業者から入手
可能である。従来の針のプロフィロメータでは、試料は
Ｘ−Ｙ位置決めステージに置かれ、ここでは、測定もし
くは検知される試料の表面は、Ｘ−Ｙ平面に限定され
る。針のプロフィロメータは針の先端を含み、前記針の
先端は、試料に対して、針の先端と試料の表面間の相互
作用を検知するような位置に置かれている。針と針の先
端は、エレベータに取り付けられ、前記エレベータは、
Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ方向に移動する。センサはＸもし
くはＹ方向には移動しない。（例えば、試料の表面に平
行な面の方向等。）針の先端と試料との間の相互作用
は、センサによって測定される。連続してデータを取得
している際、Ｘ−Ｙステージは、ある制御された方法
で、針の先端の下で試料を動かし、一方で、センサが試
料の表面を走査するとき、センサは試料の表面を通っ
て、様々な試料と針の先端の相互作用を検知する。かく
して、センサを用いてデータを取得している間、Ｘ−Ｙ
ステージは、ある制御された方法で、試料を動かす。

【０００５】「アルファステップ（商品名）」は、針の
プロフィロメータの別のタイプのもので、カリフォルニ
アのマウンテンビューにあるテンコールインスツルメン
ツから入手できる。「アルファステップ」は、試料を横
切る針のアームを動かすことで、試料を走査する。

【０００６】かくして、針のプロフィロメータにより、
Ｘ−Ｙ平面において、数ミクロンから数百ｍｍまでの距
離の走査が可能となる。プロフィロメータ用に使用され
るセンサは、通常、同様に広い動作範囲を有する。例え
ば、試料の高さを測定するための針のプロフィロメータ
では、数オングストローム程の小ささから数百μｍ程の
大きさまで、Ｚ方向における垂直な変化が検出される。
重要なことであるが、高さ測定プロフィロメータは、直
接高さを測定する。

【０００７】半導体産業が、新製品が出るたびに、より
小さな寸法のものへと開発が進められるので、試料を非
常に細かく分析し、繰り返し走査できる走査装置への需
要が高まっている。針のプロフィロメータにおけるＸ−
Ｙステージの大きいサイズは、従来の針のプロフィロメ
ータの横方向の位置決め分解力に制限を与える。かくし
て、針のプロフィロメータによりＸ−Ｙ方向の再位置決
めを繰り返すことは、およそ１μｍに限られており、そ
のような装置では、繰り返し、１ｎｍもしくは１ｎｍよ
りも小さなＸ−Ｙ方向の位置決めができない。

【０００８】それ故に、従来の針のプロフィロメータよ
りも、より正確にＸ−Ｙ方向の繰り返し可能な位置決め
分解力を提供できる、改良された走査装置を提供し、ま
た、Ｚ方向に幅広い範囲や数百ｍｍまでの長さまで走査
可能であるといった多数のプロフィロメータの利点を維
持することが望ましい。

【０００９】半導体ウェーハ表面は平坦な平面であるこ
とが望ましい。そのような全体的な平面化を達成するた
めに、化学機械的研磨（ＣＭＰ）が用いられる。ＣＭＰ
処理は、タングステンプラグやブァイアホールが半導体
ウェーハの表面に製造された後、通常適用される。ＣＭ
Ｐ処理が適切に機能しなければ、タングステンプラグも
しくはブァイアホールにすきまを生じ、それ故に、タン
グステンプラグおよびブァイアホールの大きさと深さに
影響をもたらす。これは、半導体ウェーハの表面に種々
のキャパシタンスや電気抵抗を引き起こし、それは、逆
にウェーハ上に組立てられた電子回路の作動に影響を及
ぼす。この問題は、トランジスタや他の電子装置の大き
さは次第に小型化されてきている大規模集積回路におい
て特に深刻なものとなってきている。これはまた、レー
ザー加工されるハードディスクにも当てはまる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ＣＭＰ処理の機能を検
査するために、走査探針顕微鏡やプロフィロメータが使
用されている。プロフィロメータがウェーハの表面の全
体的な特徴を測定することが可能であるのに対し、従来
のプロフィロメータは、例えば、タングステンプラグも
しくはブァイアホールの形や深さを見つける分析ができ
ない。このように、プロフィロメータ走査がタングテン
プラグもしくはブァイアホールを通過しなければ、走査
からの情報はそのような情報を表示しない。従来のプロ
フィロメータは、位置および位置決め能力に問題があ
り、走査で１ミクロン以下の正確な位置合わせができな
い。このように、プロフィロメータがＣＭＰ処理を検査
するために使用されるならば、たとえ試料の全体的な平
面化やウェーハ上に一定間隔で引き離された点の相対的
な高さが検査されたとしても、表面の正確な局部形態は
測定できない。

【００１１】走査針顕微鏡（ＳＰＭｓ）は、走査通路で
正確な１ミクロンよりも小さな特徴を得ることが可能な
正確な位置決め能力を有するが、一方では、ＳＰＭ装置
は、正確な長さ範囲や繰り返し可能な動きをもたず、そ
の結果、ウェーハ表面上でかなり離れた２点の相対位
置、もしくは、ウェーハ上に一定間隔で離れている２つ
のタングテンプラグもしくは２つのブァイアホールとの
間の高さ関係を見つけるために、ＳＰＭ装置を使用する
ことは困難である。実際、多くのＳＰＭ装置では、前記
装置で通過したあらゆる振れは、背景とみなされて除か
れる。たとえＳＰＭにより取得された多数の局部像が得
られたとしても、表面の全体的な特徴がつかめず、そし
て、ＳＰＭ装置の範囲以上の距離に離れている２点間の
高さの差は正確には測定できない。さらに、ＳＰＭの多
数の局部像との間のデータ相関性は扱いにくく、時間が
かかるものであり、資源のかなりの重複による無駄が生
じる。それ故に、上述の欠点を解消する改良装置を提供
することが望ましい。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

〔発明の要約〕本発明は、針のプロフィロメータ用に使
用される従来のＸ−Ｙ位置決めステージよりもかなり精
密な分解力をもつ微調整用ステージを設けることで、従
来の針のプロフィロメータのもつ利点をそのまま全て生
かしながら、位置決め分析がかなり改良されるという結
果に基づいている。針のプロフィロメータで使用される
従来のＸ−Ｙ位置決めステージに類似した特徴をもつ位
置決めステージは、微調整用ステージに対して粗調整用
ステージとして以下参照される。微調整用ステージは、
粗調整用ステージよりもより高い分解力をもつ位置決め
ステージとして定義される。

【００１３】好適な実施例において、そして本出願時に
おいて、粗調整用ステージは、最も正確で約１００オン
グストロームにセンサを位置させることが可能なものを
意味し、微調整用ステージは、１００オングストローム
よりもさらに正確にセンサを位置させることが可能なも
のを意味する。当業者には既知であるが、技術が進歩す
るにつれ、粗調整用ステージと微調整用ステージとの境
界線、すなわち１００オングストロームは、次第に下げ
られるものである。ここに記述された方法を用いて改善
された分解力を有するそのような粗調整用ステージおよ
び微調整用ステージもまた、本発明の範囲に含まれる。

【００１４】本発明の第１の特徴は、試料のパラメータ
を検知するセンサ、センサおよび試料間に相対運動を惹
起させる粗調整用ステージ、センサと試料間に相対運動
を惹起させる微調整用ステージ、そしてセンサが試料の
パラメータを検知している際、前記２つのステージの一
方かもしくはその両方がセンサと試料間に相対運動を惹
起させるように、少なくとも２つのステージを制御する
制御装置を含む、試料を検知するための装置に関する。

【００１５】本発明の別の特徴は、粗調整用ステージに
よりセンサと試料間に相対運動を惹起させる手段、微調
整用ステージによりセンサと試料間に相対運動を惹起さ
せる手段、センサと試料間の相対運動が２つのステージ
のどちらかにより惹起させられる際、試料のパラメータ
を検知する手段を含む、試料を検知する方法に関する。

【００１６】しかし、本発明の別の特徴は、従来のプロ
フィロメータよりもより高い横方向の分解力をもつが、
同時に、垂直方向において従来のプロフィロメータの幅
広い範囲を維持する装置に関する。そのような装置は、
試料のパラメータを検知するためのセンサを含み、前記
センサは、試料の表面パラメータを検知するための針の
先端を有する針のアーム、針のアームが蝶番の回りを回
転できるように針を支持する蝶番、そして針のアームに
力を加える手段を含む。さらに、前記装置は、センサと
試料間に相対運動を惹起させる微調整用ステージを含
み、前記微調整用ステージは、１ｎｍよりも精密な分解
力を有する。

【００１７】さらに、本発明の別の特徴は、試料表面の
特徴を１つ以上測定する方法に関し、（ａ）表面上の第
１の走査通路に沿って、プロフィロメータもしくは走査
探針顕微鏡の第１のプローブの先端で走査し、第１の特
徴での第１データを供給するために、第１の特徴を検知
し、そして（ｂ）表面上の少なくとも第２の走査通路に
沿って、第２のプローブの先端のプロフィロメータもし
くは走査探針顕微鏡の第２のプローブの先端で走査し、
少なくとも第２の特徴での第２データを供給するため
に、少なくとも第２の特徴を検知し、前記第２の通路
は、前記第１の走査通路よりも短いものである。第２の
走査ステップ中の走査の分解力は、第１の走査ステップ
中よりも高いものである。

【００１８】本発明のもう一つの特徴は、試料を測定す
る装置に関し、２つのセンサを含み、１つはプロフィロ
メータの使用に適しているものであり、他方は走査探針
顕微鏡に適しているものである。つまり、２つのセンサ
と試料間に相対運動を惹起させる粗調整用ステージ用
と、２つのセンサと試料間に相対運動を惹起させる微調
整用ステージ用に適しているということである。

【００１９】

【発明の実施の形態】

〔好適な実施形態の詳細な説明〕図１は、本発明の好適
な実施例を説明するための二重ステージ走査装置１００
の略図である。センサ組立６０が試料もしくは標本９０
よりもかなり軽いものであることから、微調整用ステー
ジ７０によりセンサを支持し、標本もしく試料を支持す
るための粗調整用ステージ８０のＸＹ部分８０ｂを使用
することが望ましい。微調整用ステージは、粗調整用ス
テージのＺ部分８０ａに同様に接続され支持されてい
る。かくして、図１に示されているように、走査装置１
００は、微調整用ステージ７０に接続され支持されてい
るセンサ組立６０を含み、同様に、前記微調整用ステー
ジ７０は、粗調整用ステージ８０のＺ部分８０ａに接続
され支持されている。試料９０は、粗調整用ステージ８
０のＸＹ部分８０ｂにより支持されている。粗調整用ス
テージ８０のＺ部分８０ａとＸ−Ｙ部分８０ｂは、図１
に示されているように、台１０２に接続され支持されて
いる。

【００２０】微調整用ステージ７０は、約１から５０オ
ングストローム（０．１から５ｎｍ）の表面分解力をも
つが、１００もしくは１０００オングストローム（１０
もしくは１００ｎｍ）の表面分解力は、いくつかの応用
に適している。粗調整用ステージ８０の表面分解力は、
好ましくは約５０から１００オングストローム（５から
１０ｎｍ）であり、垂直分解力は、約１０から５０オン
グスローム（１から５ｎｍ）であるが、１μｍの表面お
よび垂直分解力はいくつかの応用に適している。

【００２１】粗調整用ステージは、約１μｍから数百ｍ
ｍ、例えば５００ｍｍまでの走査範囲をもつ。微調整用
ステージが約０．０１から５００μｍの走査範囲をもつ
一方で、前述した粗調整用ステージの走査範囲を加える
ことで、二重ステージ装置１００は、約０．０１μｍか
ら数百ｍｍ、例えば５００ｍｍの走査範囲をもつことに
なる。このことは以下でさらに詳細に説明される。セン
サ６０は、粗調整用ステージの垂直動作範囲を少なくと
も約５００μｍ調整することが可能である動作範囲をも
つタイプのものである。

【００２２】装置１００は、試料を検知するために多数
の方法で使用される。このように、装置１００は、従来
のプロフィロメータと同じ方法で使用される。微調整用
ステージ７０が動作しなくなることで、粗調整用ステー
ジ８０はセンサ組立６０により試料９０を走査するため
の従来のプロフィロメータと同じ方法で使用される。セ
ンサ組立６０が試料９０の表面の高さの大きな変化、数
百ｍｍ程の長さである長い走査を超えるような変化を収
容するのに十分な適切な動作範囲をもつので、これが可
能となる。

【００２３】別の可能な動作方法は、微調整用ステージ
が動作しない間、センサ組立６０を動かすのに粗調整用
ステージを使用することであり、一方で標本もしくは試
料９０の分解対象域を位置決めするための従来のプロフ
ィロメータと同じ方法で試料を検知する。そのような対
象域が位置決めされた後、粗調整用ステージは動作しな
くなり、微調整用ステージが動作し、高分解度で対象域
を走査するために使用される。言い換えれば、２つのス
テージは試料のパラメータが検知される間、センサを動
かすために連続して使用される。

【００２４】さらなる別の可能な動作方法は、微調整用
ステージ７０と粗調整用ステージ８０の両方をほとんど
同時に動作させることであり、両ステージがセンサ組立
と試料９０間をほとんど同時に相対的に動いている間、
センサ組立６０は試料９０のパラメータを検知するのに
使用される。このように、粗調整用ステージのＸ−Ｙ部
分８０ｂは、Ｘ軸に沿って試料を動かすために使用され
る一方で、微調整用ステージ７０は、Ｙ軸に沿ってセン
サ組立６０を動かすために使用される。両ステージがセ
ンサ組立と試料間を相対的に動いている間、センサ組立
６０は、１つ以上の試料のパラメータを検知するために
使用される。この方法で、粗調整用ステージ８０のＸ−
Ｙ部分がＹ方向に動かないことから、微調整用ステージ
７０の分解力は、センサ組立６０がＹ方向に沿って試料
のパラメータを検知するとき、制御されるのである。そ
れから、Ｘ方向に沿って同じ分解力を得るために、粗調
整用ステージのＸ−Ｙ部分８０ｂはＹ方向に沿って試料
を動かすために使用されるが、Ｘ方向には動かず、一方
で、微調整用ステージは、Ｘ方向に沿ってセンサ組立６
０を動かすために使用されるが、Ｙ方向には動かない。
この方法で、高い分解力がＸおよびＹの方向に沿って達
成されるのである。さらなる作動方法は、以下に詳細に
記述される。

【００２５】図２は、本発明を説明するための、二重ス
テージ走査装置とその制御およびディスプレイ装置のブ
ロック図である。図２は、図５に示されたもののよう
な、装置の実施例を制御するために、わずかながら修正
される必要がある。

【００２６】図２に示されるように、微調整用ステージ
７０は、微調整用ステージ制御装置１１０によって制御
されている。粗調整用ステージのＺ部分８０ａは、粗調
整Ｚ制御装置１１２により制御されており、そして粗調
整用ステージのＸ−Ｙ部分８０ｂは、粗調整Ｘ−Ｙ制御
装置１１４により制御されている。センサ組立６０と試
料９０は、センサおよび試料制御装置１１６により制御
される。このように、制御装置１１６は、制御された周
波数で試料に電圧を印加し、そして振幅または電気信号
が前記試料から検知される。記憶装置１１８は、センサ
組立６０からのデータを記憶するために使用される。記
憶装置１１８はまた、制御装置１１０，１１２，１１
４，１１６からＸＹＺ位置決め情報を受け、その結果、
検知された試料のパラメータはセンサ組立６０のＸＹＺ
位置に相関性をもつものであり、それ故に、試料９０の
位置と相互に関連する。システム制御装置１２０は、全
システムを制御し、ディスプレイ用のモニタ１２２へ情
報を供給するために使用される。このように、制御装置
１１０〜１１６からの位置決め情報とともに組立６０に
より送られたパラメータは、フライバイシステム制御装
置１２０で処理され表示されるか、もしくは、そのよう
なデータは、記憶装置１１８に記憶され、後で処理され
表示される。システム制御装置１２０および制御装置１
１０〜１１６は、これから記述されるように、組立６０
が種々の動作を実行することができるように使用され
る。ここに記述されている前記機能に基づいた制御装置
１１０〜１２０を実行することは、慣用されたものであ
り、当業者には既知のものである。

【００２７】図３Ａ、３Ｂ、４Ａ〜４Ｄおよび５は、微
調整用と粗調整用ステージおよびセンサ組立６０の異な
る実施例を示している。図３Ａは、微調整用ステージと
センサ組立の１つの実施例の斜視図である。図３Ａにお
いて、微調整用ステージ７０' は圧電管１３２を含む。
図３Ｂの実施例は、微調整用ステージ７０''が１つでは
なく、２つの圧電管１３２を含むという点で、図３Ａと
は異なる。センサ組立の同様な実施例６０' は、図３
Ａ，３Ｂ，４Ａ〜４Ｄおよび５に示されている。センサ
組立６０の１つの実施例６０' の構造と図４Ａ〜４Ｄを
参照して以下に記述される動作は、本質的には親出願か
らきたものである。

【００２８】図４Ａを参照すると、ダイヤモンドの針の
先端１１は、０．０１ｍｍかもしくはそれよりも小さい
半径であり、直角に曲げられた細いステンレス製の鉄線
１３の終端に付けられている。前記ワイヤの半径は、約
０．２５ｍｍである。ダイヤモンドの先端は、ワイヤ１
３の直角に折り曲げられた端部に接着して設けられ、一
方で、ワイヤ１３の他端は延長された空洞のアルミニウ
ム製アーム１５に挿入され、前記アームは、約２ｃｍの
長さであり、内壁の半径は約０．０１８ｃｍである。ア
ルミニウム製のアームは、実質的に堅くて曲がらないも
のであるので、高さを検知するステップで曲げられない
が、前記アームは実質的に低質量であるので、慣性モー
メントが低く保たれる。アーム，ワイヤおよびダイヤモ
ンドの先端の全質量は、およそ０．０５グラムを超えな
いことが望ましい。アーム１５は、支持ブロック１９に
はめ込まれ、そして支持ブロック１９にはめ込まれてい
るたわみピボット２１に操作可能に接続される。この方
法で、アルミニウム製のアーム１５は、たわみピボット
２１の回りに回転の中心がある。たわみピボット２１
は、標本もしくは試料１０のような測定される表面に向
かって、針の先端１１を下方向に軽く支持するのに十分
なねじれ力をもっている。ピボットの針側にある全質量
は、以下に記述されるレバー５９を含めて、０．５０ｇ
を超えないものが好ましい。

【００２９】電気ソレノイドコイル５１は、プラスチッ
ク製ボビン５０の回りにあるワイヤコイル５３を含む。
使用されるワイヤは、数千回巻くことができる細い銅線
が好ましい。コイル５１は、図４Ｂに示されているよう
に、ワイヤ５５により電流の印加により磁化される。磁
化されたコイル５１は、アルミニウム製レバー５９の強
磁性の先端を引きつける。レバー５９は、支持ブロック
１９にはり付けられた強磁性の先端とは反対の終端をも
つ。強磁性の先端は、好ましくは磁石であり、ネオジウ
ム鉄ホウ素磁石のような、非常に強い磁性をもち、その
大きさの割りには大変に強い磁界をもつ材料で作られ
る。磁石５７は、図４Ａ〜４Ｃにおいて示されているよ
うに、支持ブロック１９とは反対のレバー５９の終端に
付けられたホルダ５２に示されている。レバー５９は、
磁石５７がたわみピボット２１上に位置するように曲げ
られるのが好ましい。ワイヤ５５に電極を印加すると、
コイル５１が磁化されることで、磁力がレバー５９に作
用して、前記レバーに、コイル５１の中心の方へもしく
は中心から離れる方向の力バイアスがかけられる。レバ
ー５９は軽量であるが、硬いものなので、前記レバーは
磁気力を加えても曲げられない。磁石５７および磁気コ
イル５１は、本発明の針力バイアス手段の一部である。

【００３０】磁石５７が動くにつれ生じる種々の力は、
最小限度におさえられ、そして前記力の大きさは、頂点
の磁界勾配の近くに、例えば、コイル５１の軸上やコイ
ル巻の終端平面に近接した場所に、磁石５７を置くこと
で最大限にされる。本発明の好適な実施例において、磁
石５７はコイル巻５１から引き離されて置かれること
で、磁石がコイルの中心孔の中に進むのを阻止する。最
も近い位置では、磁石５７は、ほとんどコイル５１に接
触しそうな状態である。前記の磁石配置により、磁石の
位置が容易に調整できる。替わりに、磁石５７は、コイ
ル５１の中心孔に入るように置くこともできる。このこ
とにより、磁石の移動範囲が磁界勾配が最高の状態で中
心に配置されることになるが、コイル５１と磁石５７を
正確に一列にすることが必要となる。

【００３１】ネオジウム鉄ホウ素材料のような磁石５７
用に大変強力な材料を使用することで、前記磁石は大変
小さく軽量にすることが可能であるが、それでも十分な
力を発生することができる。好適な実施例において、磁
石は、直径３ｍｍで、厚さ１．５ｍｍである。ここでの
低電流は、コイルの電力損失を最小にし、生じる熱を最
小限にすることができる。これは、同様に、センサ組立
を含む部材の熱的に誘導された膨張および収縮を最小限
に抑える。これらの熱誘導されたサイズ変化は、試料も
しくは標本の測定されたプロファイルに望ましくないド
リフトを引き起こす。

【００３２】好適な実施例において、支持体７１の下側
に、１組の間隔を保って引き離された平行コンデンサ板
３５と３７の高さを調節する働きをする変換器支持体７
２が設けられている。前記板間の間隔は、板間のエアギ
ャップを含め、およそ０．７ｍｍである。表示されてい
ないが、小さなスペーサが板３５と板３７を引き離して
おり、２つの板を変換器支持体７２にしっかりとねじで
とめている。前記板の広がりは、外部空間から羽根４１
を遮蔽するのに十分な大きさであるため、前記羽根は空
気が近接に間隔を保った板間に瞬間的に閉じ込められ圧
縮されるために運動の制限を受けることになる。図４Ｂ
の一組の電線３９は平行板にそれぞれ接続されている。
平行板の間に、低質量の導電性の羽根４１が間隔を保っ
て保持されており、平行板３５と３７のそれぞれにコン
デンサを形成している。図４Ｂの矢印Ａにより示されて
いる羽根の動作範囲は、±０．１６ｍｍである。さら
に、羽根４１は、支持ブロック１９とたわみピボット２
１に接続されており、羽根による制動ピボット動作によ
り、平行板間の空気が圧縮される。この羽根の制動動作
により、アーム１５への振動や衝撃が減少される。羽根
４１は、支持ブロック１９の後方に伸びたものであり、
針のアーム１５の反対側であり、アームを平衡させるパ
ドル４３に接続されている。ピボットの羽根側にある羽
根、パドルそしてピボット部材の総質量が、約０．６ｇ
を超えることは好ましくない。板３５と３７間の羽根の
動きにより、探針チップの動きを指示する静電容量が変
化する。そのような動作変換器は、ウィーラーの米国特
許第５，３０９，７５５号に示されている。

【００３３】支持体７１，Ｌ形ブラケット７３，そして
変換器支持体７２の図示されている構造は、本発明のセ
ンサ針組立を支持するための構造の一例である。さら
に、針の変位測定手段もしくは針の先端に対して設置さ
れた上記の動作変換器は好ましいものであるが、針の先
端の動きを支持する同等な手段に代替可能である。作動
中、針の先端１１は、パターン化された半導体ウェーハ
のような測定対象の表面を走査する。走査は、固定され
たウェーハの位置に対して針のアームフレームを動かす
か、もしくは、かわりに固定された針の位置に対して微
調整用そしてまたは粗調整用ステージのようなＸ−Ｙ位
置決めウェーハステージ上のウェーハを動かすか、もし
くは前記２つの動作を合わせた形で実行される。最後の
例では、針のアームはＸ方向に直線に動かされている一
方で、ウェーハは、Ｘ方向に長く走査した後、Ｙ方向に
進む。針の先端１１は、コイル５１からレバー５９へ加
えられた適切なバイアスにより安定した力でウェーハの
表面に接触したまま維持される。前記バイアスは、接触
を維持できるほどの大きさであることが好ましいが、測
定表面に損害をあたえるほどの大きさであってはならな
い。チップ１１のゆがみは、測定表面の形態の相違によ
り生じ、これらは、たわみピボット２１から羽根４１へ
と後方に伝わる。羽根４１は、平行板３５と３７間の空
気変位による振動のため、望ましくない多大な動きに抵
抗する。しかしながら、空気が圧縮され移動させられる
ので、羽根４１は電線３９で信号を生じてかすかに動
き、これらの電線に接続された電気ブリッジ回路に変化
を及ぼす。走査の終了時には、先端１１は、ウェーハの
形態が変化する場合におこるダメージから保護するため
に上げられる。

【００３４】アーム１５，ワイヤ１３，そして先端１１
を組み立てる際に、慣性モーメントができるだけ小さく
維持されることが望ましい。質量と半径の二乗の積は、
約０．５ｇ−ｃｍ² を超えないことが好ましい。現在の
デザインは、質量と半径の二乗の積が０．４２ｇ−ｃｍ
² である。前記半径は、たわみピボット２１の中心に対
して、鉄線１３の最も離れている半径位置で測定され
る。同様な慣性モーメントが羽根４１およびレバー５９
に関して計算される。前記モーメントの合計は、針のア
ーム全体の慣性モーメントと言われる。低慣性モーメン
トを維持することによって、針のアームは振動に対する
感度がより低くなる。それ故に、薄いフィルムのような
もののプロファイルを測定する際の高い分解力は、この
好適な実施例により達成される。

【００３５】本発明は従来の技術を改善したものとい
え、その理由は、本発明によって、針が垂直方向に動く
につれて、駆動コイル電流の動作範囲の変動が可能とな
り、それにより従来の装置での針の力のばらつきが除去
されるからである。本発明の装置は、駆動電流を使用中
でない針を正規の離れた位置に移動させることにより位
置対駆動電流のセットの表を作ることにより較正され
る。そのテーブルは、データを多項式曲線合わせ近似値
に提供することができる。図４Ｄのデジタル信号処理装
置８４は、そこにある標本で位置測定が行われていると
きに、前記力のセッテイングをある範囲で変化させるた
めに、前記曲線合わせを用いる。正の一定の力が、一定
電流のずらしを合わせられた多項式に加えることで生
じ、その結果、直接の合わせが力をゼロにする。

【００３６】図４Ｄは、上記の針の力を調整する電子装
置のブロック図である。電気信号は、動作変換器８１に
より発生させられ、例えば、平行板３５と３７に接続さ
れている羽根４１が、針の先端１１が標本１０と連携し
ていない間、データ点を作る特別な垂直位置用に信号調
整回路８２内で選択され記憶される。針の先端１１がた
わみ、例えば、ねじればねにより支持されるので、デー
タ点は、ばねの法則Ｆ＝ｋｘにより、力にそのまま比例
する。それから、信号は変換器８３によりデジタルに変
換され、デジタル信号処理装置８４はデータ点の多項式
曲線を発生する。前記曲線は、プロファイルを測定して
いる間、針の先端１１上に望ましい力を表すために、処
理装置８４により調整される。調整曲線は変調支持を出
し、例えば、フィードバック信号であり、それは変換器
８５によりアナログに変換され、コイル５１を駆動する
回路８６からの信号を、一定の針の力を維持するため変
調電流８７を駆動コイル５１に伝える。

【００３７】上述したセンサ組立６０の１つの実施例６
０' は、親出願のものである。図１，３Ａ，３Ｂ，５に
関して、組立６０' が用いられる場合、微調整用ステー
ジ７０，７０' ，７０''と粗調整用ステージのＺ部分１
３４はセンサ組立６０' の支持体７１に接続されて設け
られている。本発明の別の特徴は、図４Ａ〜４Ｄの微調
整用位置決めステージとセンサ組立６０' を組み合わせ
ることである。そのような組合せは、１ｎｍかそれより
も高い、微調整用Ｘ−Ｙもしくは横方向の、分解力をも
つ利点があり、また従来のプロフィロメータの幅広いＺ
もしくは垂直動作範囲を維持する。

【００３８】図４Ａ〜４Ｄに示された磁力バイアス装置
のかわりに、２つの静電板９３を含む静電力バイアス装
置９１が使用される。図４Ｅに示されているように、ア
ーム１６２はコネクタ１６６ａを通して、支持部１５０
に支持されている２つの板９３の間に置かれた偏向板９
５に取り付けられる。電圧供給（図示せず）は、適切な
電圧を２つの板９３に印加するために使用され、針の先
端１６４が試料もしくは標本に望ましい変化をもつか、
あるいは一定の力を加えることが可能になる。望ましい
力は、図４Ｄに参照される磁力バイアス用の上述された
ものと同じ方法で制御される。

【００３９】図３Ａ，３Ｂに関して、圧電管１３２はそ
れぞれ軸１３２' をもつ。前記管の一端は、支持板１３
４に取り付けられている。適切な電圧がそれぞれの管１
３２に印加されると、管は基板１３４に対して軸１３
２' に平行な方向に曲げられるため、センサ組立６０が
Ｘ−Ｙ平面の方向に動くことになる。適切な電圧はま
た、管が軸１３２' に平行な方向に膨張するか収縮する
ように管１３２にそれぞれ印加される。この方法で、管
１３２の各々は、Ｚ軸に沿ってセンサ組立６０を動かす
ように制御される。この方法は、レビューサイエンスイ
ンスツルメンツ（Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．）
の５７（８）、１９８６年８月号の１６８８〜１６８９
ページのビニングとスミスによる「走査型トンネル顕微
鏡用の単一管三次元走査」において詳細に説明されてい
る。それ故に、どのように管１３２が三次元空間におい
て組立６０をあらゆる方向に動かすように制御されるの
かという詳細な説明は、ここでは省くことにする。

【００４０】管の弓形の動きは非直線的であり、Ｚ方向
にエラーを生じる。このことは、Ｚ方向においてセンサ
組立６０の位置を測定するための静電装置１３６を使用
することで、そしてあらゆるＺ方向の動きを微調整用ス
テージ制御装置１１０に帰還することで解消される。静
電装置１３６以外の装置はまた、当業者に既知のものと
して使用される。

【００４１】図１，３Ａ，および３Ｂに示されているよ
うに、微調整用ステージ７０，７０' ，７０''は基板１
３４に接続されており、前記基板は、図１に示されてい
る粗調整用ステージの８０ａのＺ方向に取り付けられて
いる。１つの特別な実施例において、管１３２の内面と
外面は四分円に分けられている。ビニングとスミスとは
異なり、前記四分円の外面にのみ圧力を印加せずに、四
分円の内面にも適切な電圧が印加される。これは、管の
動作範囲を２倍にする効果がある。かわりに、より短い
管が同じ動作範囲を得るために使用される。より短い管
はまた、センサ組立の機械的な共振周波数を増加させ、
それにより、微調整用ステージの動作がより速くなる。

【００４２】図３Ｂの実施例は、センサ組立６０が２つ
の管１３２に取り付けられ、標本もしくは試料の表面に
対してセンサ組立の位置の、より高速な走査およびより
効果的な制御が可能となるという点で図３Ａよりも利点
をもつ。図３Ｂの実施例において、センサ組立６０は、
ステンレス鋼羽根を含むたわみ蝶番１３８により２つの
管１３２に接続される。

【００４３】いくつかの応用において、試料もしくは標
本を動かす微調整用ステージを使用することは望まし
い。これは、図５に示されている。図５に示されている
ように、試料９０は、粗調整用ステージのＸ−Ｙ位置８
０ｂにより接続され支持されている３つの圧電管１３２
により支持されている。センサ組立６０は、基板１３４
に直接取り付けられており、前記基板１３４は、粗調整
用ステージのＺ部分８０ａに取り付けられている。粗調
整用ステージの両部分は、固定基準とされる台１０２に
取り付けられ、支持される。この実施例において、セン
サ組立は、粗調整用ステージのＺ方向にのみ動かされる
一方で、試料９０は微調整用ステージと粗調整用ステー
ジのＸ−Ｙ部分の両方により動かされる。

【００４４】図６は、図１，２，３Ａ，３Ｂおよび５の
センサ６０の別の実施例であるセンサ６０''の略図であ
る。センサ６０''は、試料の表面の高さを検知する先端
を含むだけでなく、熱変動，静電，磁気，光反射率，も
しくは試料か標本の光伝送パラメータ等の一つ以上の付
加的パラメータを検知する第２のセンサを含むという点
で、図３Ａおよび図３Ｂのセンサ６０' とは異なる。図
６に示されているように、センサ組立６０''は、高さセ
ンサ１６０や第２センサ１７０を支持する支持部１５０
を含む。高さセンサ１６０は、終端１６２ａ，１６２ｂ
をもつ針のアーム１６２を含み、針の先端１６４はアー
ムの終端１６２ａに接続されている。高さセンサ１６０
はまた、力制御装置１６６と試料表面の様々な高さによ
り生じる針のアームの偏向量を検知するための偏向セン
サ１６８を含む。偏向センサは、図４Ａ〜４Ｅにおいて
記述されているように、磁気的もしくは容量的である。
他の偏向センサ構成もまた使用され、本発明の範囲内で
ある。

【００４５】図６に関して、針のアーム１６２は、蝶番
１８２で支持部１５０により回転され支持されるため、
アームが回転すると、アームの終端１６２ａが少なくと
も約５００μｍの動作範囲をもつようになる。力制御装
置１６６は、上述したように、磁気もしくは容量バイア
ス装置１６６ｂおよび装置１６６ｂをアーム１６２に取
り付けるコネクタ１６６ａを含むことが好ましい。

【００４６】針の先端１６４と試料表面との間の相互作
用により、アーム１６２が蝶番１８２の回りを回転す
る。アーム１６２が回転することで、終端１６２ｂの背
面が偏向センサ１６８から離れたり近づいたりする。終
端１６２ｂのそのような動きは、試料表面の高さを直接
測定するために、上述したようにセンサ１６８により検
知される。

【００４７】センサ組立６０''の一つの特別な実施例と
して、容量センサとして偏向センサ１６８が図７Ａに示
されている。言い換えれば、容量センサ１６８ａは、実
質的には、上述された図４Ａ〜４Ｄのセンサ６０' と同
じ方法で機能する。アームの終端１６２ｂが静電板２０
２に近づき、静電板２０４から離れると、終端もしくは
羽根１６２ｂは板２０２と２０４間の静電容量を変化さ
せ、これは、先端１６４と相互に作用する試料の表面上
にあるくぼみを示すとき、検知される。それとは反対の
方向に終端１６２ｂが動くと、静電容量の変化が生じ、
チップ１６４と相互に作用する試料表面のもりあがりや
上向き斜面を示す。図４Ａ〜４Ｄ，１１に関して上述さ
れ、以下で説明されるように、力制御装置１７０は、針
の先端１６４と試料表面との間の力を制御するために使
用される。

【００４８】図７Ｂは、センサ６０''の別の実施例を示
しており、偏向センサは線形電圧差動トランス（ＬＶＤ
Ｔ）センサである。図７Ｂに示されているように、アー
ムの終端１６２ｂが動くとき、アームは蝶番１８２の回
りを回転し、アームの終端１６２ｂに取り付けられてい
るコア２１２は、ＬＶＤＴセンサのコイル２１４により
囲まれている空間に入るかもしくは出る動きをとる。こ
れにより、針の先端１６４と相互に作用する表面の高さ
の直接表示として、コイル２１４を流れる電流が変化す
る。

【００４９】図７Ｃはセンサ組立６０''の別の実施例で
あり、偏向センサ１６８ｃは光源２２２、そしてアーム
１６２の終端１６２ｂの上面にあるミラー２２６に光源
から光を照射するための入力光ファイバ２２４を含む。
そのような光は、検出光ファイバ２２８の方へミラーに
より反射され、前記光ファイバ２２８は、反射光を光検
出器２３０に照射する。終端１６２ｂが動くと、ミラー
２２６により反射され、検出ファイバ２２８および検出
器２３０により取られた光が変化し、それにより、再度
針１６４と相互に作用する表面の高さ変化を直接表示す
る。ファイバ２２４と２２８は、図７Ｄに示されている
ように、支持プローブ本体２２９で取扱いやすいよう
に、一緒に固められている。センサ１６８ｃ用に使用さ
れる適切な装置は、イスラエルのアシュケロンにあるフ
ォン・オール会社の光ファイバ近接センサ、メリーラン
ド州のアーノルドにあるフィレテック会社のシリーズ８
８光ファイバ変位センサを含む。

【００５０】図６に示されているように、一つ以上の第
２センサ１７０は、支持部１５０に取り付けられてお
り、第２センサは、試料の高さが針の先端１６４や偏向
センサ１６８により検知される位置で試料の高さ以外の
パラメータを検知するような位置に設置される。

【００５１】図８Ａは、センサ組立６０''の略図であ
り、第２センサは試料を横切り、熱変化を検知する。第
２センサは、針の先端１６４に埋め込まれている一組の
熱電対ワイヤ２５２，２５４を含む。一組のワイヤ２５
２，２５４は、熱電対センサ２５６に接続されている。
図８Ａにある第２センサの部分がより詳細に図９で説明
されている。

【００５２】図８Ｂは第２センサの特別な実施例である
センサ６０''の略図である。図８Ｂに示されているよう
に、第２センサは静電センサであって、伝導コア２６２
を含み、前記コアおよび前記遮蔽は絶縁層２６６（図示
せず）により分離され、前記コア，遮蔽および絶縁層は
全て、図１０に示されているように、針の先端１６４に
埋め込まれている。前記コアはワイヤ２７２を通して、
そして前記遮蔽はワイヤ２７４を通してセンサ２７６に
接続される。それ故に、針の先端１６４により検知され
た場所での試料の静電電荷変化はセンサ２７６により検
知される。図１０には、埋め込まれている伝導コア２６
２，導電遮蔽２６４および絶縁層２６６を含む針の先端
１６４の構造が詳細に説明されている。前記針の尖った
終端２６８は、絶縁層もしくは遮蔽２６４により形成さ
れる。

【００５３】図８Ｃは、センサ組立６０''の別の実施例
であり、第２センサは、光源３０２をもつ光強度反射セ
ンサを含み、前記光源は、銀ハーフミラー３０４を通し
て、針の先端１６４と相互に作用する位置の試料へと供
給する。そのような位置で試料により反射され拡散され
た光は、高さ変化が検出される場所で、試料の光反射率
もしくは拡散特性を検知するために、光検出器３０６に
より検出される。光検出器３０６が光源３０２に対して
試料の反対側に設置されるならば、図８Ｄのセンサ配置
が光伝導特性をかわりに検知するのに使用される。この
場合に使用される針の先端１６４は、透明なものが好ま
しい。

【００５４】図１１は、組立の好適な実施例を説明する
センサ組立４００の平面図である。全センサ組立は、シ
リコンもしくはシリコン酸化物の平板片で製造される。
半導体産業において使用される従来の技術により、シリ
コンもしくはシリコン酸化物の板は、より広い部分３６
２' とより狭い部分３６２''をもつアーム３６２を形成
するようにエッチングされる。前記のより細い部分３６
２''の終端には、好ましくはダイヤモンドで作られたチ
ップが取り付けられている。アーム３６２は、駆動コイ
ル３７２を支持するための支持部３７０からなる。アー
ム３６２と共に支持部３７０は、２つの蝶番３７４によ
り板の残りの部分に接続されている。駆動コイルは支持
部３７０の表面に設置され差し込まれている伝導部材の
層を含む。好ましくは、部材の層は螺旋の形をしてい
る。磁石３８２は、駆動コイルに近接して支持部３８４
に取付けられている。この方法で、電流が駆動コイルを
通過すると、駆動コイルと磁石の間の電磁相互作用によ
り力が支持部３７０に加えらえる。支持部３７０がアー
ム３６２と一体に設けられ、両方が蝶番を通して支持部
３８４に取り付けられるので、支持部３７０に加えられ
る力はまた、アームにも加えられる。すなわち、磁石お
よび駆動コイルは、米国特許第５，３０９，７５５号の
強磁性の先端５７やソレノイドコイル５１と同様な機能
をもつ。

【００５５】センサ４００は、蝶番を除いて、約０．１
〜０．２ｍｍの厚みをもつ。アーム３６２は、およそ１
５〜１６ｍｍの長さである。蝶番３７４はおよそ０．０
２ｍｍの厚みである。アーム支持蝶番組立は、約１〜５
０ｋＨｚの共振周波数をもつ。

【００５６】図１２は、圧電スタックを用いる微調整用
ステージの１つの実施例を示すためのものであり、微調
整用ステージ部分の平面図である。図１２に示されてい
るように、この微調整用ステージの実施例４００は、支
持フレーム４０２やセンサ組立６０に接続されるか取付
けられている移動フレーム４０４を含む。前記移動フレ
ーム４０４は、８つのたわみ蝶番４０８と同様に４つの
圧電スタック４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃ，４０６ｄ
により支持フレームに接続されている。圧電スタック４
０６ａ，４０６ｃは、支持フレームに対してＸ軸の正か
負の方向に沿って移動フレーム４０４を動かすために使
用され、そして圧電スタック４０６ｂ，４０６ｄは、支
持フレームに対してＹ軸の正か負の方向に沿って移動フ
レームを動かすために使用される。この構造において圧
電スタックを使用することは、圧電管を使用する上で利
点をもつ、なぜなら、圧電スタックにより、Ｚ方向に最
小の誤差でＸ−Ｙ平面において移動フレームと支持フレ
ームとの間に相対動作が惹起されるからである。このよ
うに、圧電スタックを使用することで、Ｘ−Ｙ平面から
の動きは５アークよりも小さい場合もある。容量センサ
（図示せず）はステージのあらゆるクロストークや非線
形を検知するために使用され、そして、クロストークや
非線形を修正するために、図２の微調整用ステージ制御
装置１１０にフィードバックされる。Ｚ方向での誤差を
減らすことで、Ｚ方向での動きのフィードバック制御装
置と同様にＺ方向での動きを検知するために分離したセ
ンサによって生じた複雑さが減少させられる。Ｘ−Ｙ位
置決め用の圧電スタックを使用する適切な装置は、ドイ
ツ連邦共和国のヴァルドブロンにある物理研究所（Ｐ
Ｉ）有限会社のＰ−７３０かＰ−７３１である。

【００５７】〔動作モード〕いくつかの動作モードはす
でに上述されている。このように、二重ステージ走査装
置は、微調整用ステージの効力を完全になくすことで、
従来の針のプロフィロメータのように使用される。替わ
りに、二重ステージ走査装置は、関心領域を見つける針
のプロフィロメータとして最初は使用される。そして、
粗調整用ステージと微調整用ステージの両方が、センサ
組立と試料間に相対運動を惹起させるように動作する。
上述したように、Ｘ−Ｙ位置決めの微調整用ステージで
高分解力を維持するために、粗調整用ステージの方向に
対して垂直な方向に、センサ組立と試料間に相対運動を
惹起させるように微調整用ステージを使用することが望
ましい。

【００５８】試料表面の高さプロファイルを得ることは
望ましく、微調整用ステージが粗調整用ステージの方向
に対して垂直な方向に相対運動を惹起する上述した方法
は、試料表面の対象部分をカバーするために制御され
る。これは図１３において図示されている。図１３に示
されているように、微調整用ステージは、Ｙ軸に沿って
センサ組立と試料間に相対運動を惹起するように制御さ
れており、粗調整用ステージはＸ軸に沿ってそのような
相対運動をしている。

【００５９】図２の制御装置１１０〜１２０がアナログ
回路で実行されているのに対して、好適な実施例におい
て、これらの制御装置はデジタル回路で実行されてい
る。そのような場合、モータもしくは位置決めアクチュ
エータは、別々の方法でセンサ組立と試料間に相対運動
を惹起させるように微調整用および粗調整用ステージに
おいて使用される。図１３に示されているように、微調
整用ステージの動作を達成するためのモータは、粗調整
用ステージの動作を制御するためのものと比較すると、
かなり高い頻度で制御されるため、試料に対してセンサ
組立の相対運動の結果は、図１３に示されているように
ジグザグの通路となる。また図１３に示されているよう
に、２つのステージはセンサ組立と試料間の相対運動が
ジグザク通路４５０になるように制御されており、前記
通路４５０は、実質的に一定の振幅でライン４５２を往
復するので、ジグザグ通路４５０は実質的に長方形部分
をカバーすることになる。替わりに、２つのステージ
は、ジグザグ通路が長方形でない部分をカバーするよう
に制御される。ジグザグ通路が他の形の部分をカバーす
るような２つのステージの制御方法は、当業者には既知
のものであり、ここでは詳細に説明しない。

【００６０】上述されたように、１つ以上の試料の特徴
は、相対運動が微調整用と粗調整用ステージの両方でセ
ンサと試料間で惹起されている間、検知される。センサ
は、２つのステージによるセンサ組立と試料間の相対運
動の速度とは独立した検知速度で動作する。さらに明確
に示すと、２つのステージは１つ以上の頻度で相対運動
を惹起させており、センサの検知速度はそのような頻度
とは独立しており、そのような頻度に対して非同期性で
ある。センサは、粗調整用ステージがある方向に相対運
動を惹起させ、微調整用ステージがその方向に相対運動
を惹起させないときに、１つ以上の特徴を検知するため
に使用される。替わりに、センサは、微調整用ステージ
が別の方向に相対運動を惹起させ、粗調整用ステージが
その方向に相対運動を惹起させないときに、１つ以上の
特徴を検知するために使用される。

【００６１】１つの特別な動作モードで、１つもしくは
２つのステージは、センサ組立が試料表面に対して予め
定められた位置にあり、最初の像位置を決定するまで、
センサ組立と試料間に相対運動を惹起させるように使用
される。そして、センサ組立と試料間の相対運動が惹起
すると、センサ組立は、走査する試料表面に平行な最初
の方向に移動する。接触モードにおいては、例えば、試
料表面の高さ変化を検知することが望ましい場合、試料
に対してセンサ組立の予め定められた位置は、センサ組
立の針の先端が測定されるか検知される試料表面に接触
している位置にある。非接触モードにおいては、例え
ば、高さ変化以外の試料の特徴を検知する場合、予め定
められた位置は、センサ組立が試料に接触していない状
態である。接触もしくは非接触モードのどちらかにおい
て、微調整用と粗調整用ステージの制御装置は一定力で
作動され、偏向センサ１６８の出力は図６の力制御装置
１６６にフィードバックされるため、一定力は針の先端
１６４および試料表面間に印加される。替わりに、接触
と非接触モードの両方において、前記フィードバックは
切られるか、一定の高さモードは大変少量にする。

【００６２】さらなる別の有用な動作モードにおいて、
微調整用および粗調整用ステージの一方か両方は、針の
先端１６４と試料表面がお互い近づくように、相対運動
を惹起させるように使用される。この動きは、針の先端
が表面のコンプライアンスを測定するために試料表面に
接触状態になった後、持続する。上述の図４Ａ〜４Ｄの
磁気バイアス構成を使用し、駆動コイルに印加される電
流を増加することで、針の先端は試料表面に偏向され
る。アームの偏向と力のプロットは、印加された力に対
して表面が反応する量を示す。表面がプラスチックで柔
らかければ、同一の力は硬い表面と比較してより大きな
偏向を引き起こし、そして逆もまた同様である。

【００６３】針の先端１６４と相互に作用する試料表面
の位置で、試料表面の高さ変化以外の１つ以上の特徴を
測定するために、第２センサを使用することにより、１
つ以上の表面位置での高さや、１つ以上の位置での試料
の別の特徴を実質的に同時に検知するために、この応用
の走査装置を使用することが可能となる。これは、微調
整用および粗調整用ステージの両方を使用するか、もし
くは両方を使用せずに行われる。言い換えれば、粗調整
用ステージのみか、もしくは微調整用ステージのみのい
ずれかを使用することが可能であるので、試料表面に対
して特別な位置にセンサ組立を設けることで、試料表面
のそのような位置で高さや一つ以上のパラメータを測定
できる。

【００６４】次の記述は、表面の特徴を探査する方法に
関してであり、関連出願からきているもので、そのよう
な記述は図１４〜２５を参照している。

【００６５】図１４は、関連出願の発明を説明するもの
で、試料表面の対象となる特徴を位置付け、測定するた
めの装置を記述している。図１４に示されているよう
に、装置１０２０はスキャナヘッド１０２２，センサ１
０２４，針の先端もしくはプローブの先端１０２６を含
んでおり、試料１０３４の表面１０３２上の関心の特徴
１０３０を検知するためのものである。プローブ１０２
６の位置合わせは、システム制御装置１０３８により制
御されている正確な制御ブロック１０３６により制御さ
れている。システム１０２０は、ウィーラーの米国特許
第５，３０９，７５５号に記述されているタイプのプロ
フィロメータである。そのような場合、プローブ１０２
６は表面１０３２に接触した状態を維持し、先端が表面
を横切るときに表面の形態が変化する際、前記プローブ
は上下に移動する。そして、センサ１０２４は、表面１
０３２の形態を測定するために、プローブ１０２６の先
端の位置変化を検知する。

【００６６】システム１０２０はまた、走査探針顕微鏡
でもあり、その場合、プローブ１０２６は表面１０３２
に接触状態か非接触状態である。むしろ、プローブ１０
２６は、フィードバック信号によりスキャナ，センサ，
プローブを上下に移動することで、表面１０３２から予
め定められた離れた位置か、前記表面に接触した状態の
位置に維持される。そして、前記フィードバック信号で
の変化は表面１０３２の形態を表示する。走査探針顕微
鏡の１つのタイプは、米国特許第４，７２４，３１８号
において説明されている。センサ１０２４はまた、静電
容量，磁力，ファンデルワールス，電気抵抗，もしくは
電流センサであり、表面の形態もしくは地形に加え、パ
ラメータを検知する。そのような方法において、関心の
特徴が光学的に検知されなくとも、特徴が磁力，電気容
量か電気抵抗，もしくはファンデルワールス力のような
他の検知可能な特性を示す限り、前記特徴はそれでもな
お、位置付けされ測定される。

【００６７】図１５は、関連出願の発明を説明するため
のものであり、関心の特徴１０３０をもつ表面の対象域
の断面図である。初めに、表面上の対象域１０４０が特
定される。位置付けされた特徴の寸法が明らかになる
と、実質的に平行である線に沿ってプローブ１０２６を
走査することが望ましく、近接した線の間の間隔ｄは、
図１５に図示されているように検知される特徴の予想寸
法よりも狭いものである。図１５に示されているよう
に、プローブ１０２６は７本の走査線にそって走査され
ており、近接した走査線、例えば１０４２と１０４４間
の間隔ｄは、特徴の予想寸法よりも狭いものである。図
１５において、間隔ｄは特徴の予想寸法の約７５％であ
る。前記間隔は情報量を最大限に引き出すが、走査が特
徴を失わないような間隔にされる。好ましくは、そのよ
うな間隔は、特徴の予想寸法の５０〜８５％の範囲であ
る。

【００６８】多くの関心の特徴に関して、前記特徴の位
置合わせをするだけでなく、前記特徴の中心も位置合わ
せすることが重要である。このように、タングステンプ
ラグ，導電性部材のブァイアかクラスタ，加工ハードデ
ィスクの表面上にある隆起かくぼみ，もしくは読み書き
ヘッドのプルチップ（ｐｕｌｌ ｔｉｐ）くぼみに関し
て、そのような特徴の中心を検知し、特徴の中心でプロ
ーブで測定を実施することは、有用でしばしば重要なも
のとなる。図１６は、特徴の中心を位置付ける探査方法
を図示したもので、試料上か試料中に特徴１０３０をも
つ表面のウィンドもしくは対象域１０４０の略図であ
る。図１６に示されているように、初めにプローブの先
端が走査線区分１０５２（１）に沿って走査され、走査
線区分１０５２（２）、走査線区分１０５２（３）、そ
して必要であれば、追加の走査線区分が続く。区分１０
５２（２），１０５２（３），そして追加の線区分は、
実質的に区分１０５２（１）に対して平行である。プロ
ーブがそのような線区分に沿って走査するとき、センサ
１０２４は特徴１０３０、形態的には、電気抵抗か静電
容量，磁力，ファンデルワールス力，もしくは検知可能
な特性を有する他の特徴を検知するために使用される。
このように、プローブ１０２６の先端が走査線区分１０
５２（３）に沿って走査されるとき、センサ１０２４は
特徴１０３０を検知する。センサ１０２４は、走査線区
分１０５２（３）に沿って、特徴１０３０の存在だけで
なく特徴１０３０の境界点Ａ，Ｂをも検知し、それを表
示するシステム制御装置１０３８に出力する。

【００６９】センサ１０２４が特徴１０３０の存在を検
知するとすぐに、範囲１０４０のいくつかの部分が検知
されないまま残っていたとしても、システム制御装置１
０３８は位置決め制御回路１０３６に走査線区分１０５
２（３）に沿った走査動作を終了するように指示を出
す。境界点Ａ，Ｂが明らかになると、点Ａ，Ｂ間の中点
Ｃが決定され、そして、システム制御装置１０３８と位
置決め制御装置１０３６により、スキャナ１０２２は走
査線区分１０５２（４）に沿って走査し、走査線区分１
０５２（４）は点Ｃを通過し、走査線区分１０５２
（１）〜１０５２（３）を横切る。センサ１０２４は、
走査線区分１０５２（４）に沿って特徴１０３０の境界
Ｄ，Ｅを検知する。そして、点Ｄ，Ｅ間の走査線区分１
０５２（４）の中点Ｏが、特徴１０３０の中心と決定さ
れ、特徴を測定するために特徴１０３０の中心Ｏを通っ
て、制御装置１０３６，１０３８により走査線区分１０
５２（５）に沿ってスキャナ１０２２がプローブを動か
す。システム制御装置１０３８はセンサ１０２４の出力
を記憶し、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｏの位置を決定す
る。境界点Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅは、表面にある特徴の変化を
検知することで見い出される。

【００７０】特徴の中心を決定してその中心で特徴を測
定することは重要なことではない場合、上記の探査過程
は、特徴１０３０が走査線区分１０５２（３）に沿って
検知される際に明らかになれば、終了する。特徴は、例
えば点Ｃ等で単純に測定される。

【００７１】上記の処理から、関連出願の発明の探査方
法は従来の探査技術よりも優れていることは明白であ
る。システム１０２０から分離され離されている光学シ
ステムが、特徴１０３０の適切な位置を決めるために全
く使用されていないので、関連出願の発明の探査方法
は、１つ以上のレンズを用いた光学システムの分解力や
収束力により制限されないものである。特徴を測定する
ための装置がまた、特徴を位置決めするためにも使用さ
れるので、関連出願の発明の方法は、特徴が位置決めさ
れた後に、特徴に対して測定プローブやセンサを設ける
必要がない。さらに、特徴の位置が正確に決定される前
に、全対象域１０４０のデータを取得する必要がない。
かわりに、特徴が見つけられれば、対象域を走査してい
ない残りの部分を走査する必要がなくなり、使用者は特
徴の測定を直ちに進めることが可能となる。これは情報
量の獲得を効果的にし、使用者の資源の無駄をなくす。

【００７２】関連出願の発明の利点は、具体的な例を参
照することでさらに明らかになる。関心の特徴は、１ミ
クロンの直径をもつ対象物である。±２ミクロンの正確
さで初めに特徴を確認することが可能であると仮定す
る。つまり、前記対象物は最善の状態で４ミクロン×４
ミクロンの対象域内に最初に位置が特定される。そして
ｘ方向に沿って４ミクロンの長さの走査線区分に沿って
対象域を検知し、毎回差し引き０．７５ミクロンまでｙ
方向にプローブ１０２６を動かし、走査線の１つが対象
物を横切るまで続ける。つまり、最大５本の走査線が図
１７の対象を横切るために必要とされる。走査線が関心
の対象を横切ると、図１６において上述されたような同
様な手段により、特徴の適切な中心が決定される。つま
り、最大６本の走査が終了した後、対象の中心が位置決
めされ、特徴の測定が始まる。４ミクロンの走査線区分
のそれぞれの走査時間が１秒かかろうとも、全部で６本
の走査線から必要とされる最大時間が１０秒である。反
対に、４ミクロン×４ミクロンの範囲を毎秒１ラインの
速さで２５６本の走査線のそれぞれにある２５６のデー
タ点を取得するためには、処理をするのに４分３０秒の
時間が必要となり、走査線２５６の１本以外の全ての走
査線にあるデータ点が無駄なものとなる。図１８は、関
連出願の発明を説明するものであり、表面の特徴の典型
的な断面図である。

【００７３】図１９Ａ〜１９Ｉは、関連出願の発明の実
施例を説明するためのもので、特徴や探査走査区分を含
む表面の対象域の略図である。上述したように、表面の
対象域１０４０' は、位置決めされ測定される対象１０
３０' の特徴を含むものとして定義される。２つの走査
方向は、第１の方向に沿った走査線区分１０６２と第２
方向に沿った走査線区分１０７２で定義される。第１お
よび第２の方向は互いに交差するものである。図１９Ａ
〜１９Ｉに示されているように、対象域１０４０' は平
面でない表面上にあり、走査線区分１０６２と１０７２
は、直線区分というよりも曲線区分である。それにもか
かわらず、同様な探査方法が、表面の特徴１０３０' を
位置決めするために用いられる。このように、図１９Ｄ
に示されているように、先端１０２６が走査線区分１０
６２ａに沿って走査されるときに、特徴１０３０' は見
い出される。再び、センサ１０２４により検知された境
界点Ａ' ，Ｂ' がシステム制御装置１０３８により記憶
され、区分１０６２ａに沿った点Ａ' ，Ｂ' 間の中点
Ｃ' 点が決定され、そしてプローブは第２の方向の走査
線区分１０７２ａに沿って走査される。そして、システ
ム制御装置１０３８は、センサ１０２４により検知され
た境界点Ｄ' ，Ｅ' を記憶し、区分１０７２ａに沿った
点Ｄ' ，Ｅ' 間の中点Ｏ' は特徴１０３０' の適切な中
心と決定される。そして、プローブは走査線区分１０６
２ｂに沿って走査され、特徴１０３２'はセンサ１０２
４により測定される。

【００７４】図１９Ｇは走査方法を図示しており、特徴
の中心を必ずしも見つけずに、特徴の位置決めができる
ものである。そのような場合、探査は特徴が見い出され
たあと終了する。そして、特徴は、表面をさらに走査せ
ずに探査を終了して測定される。替わりに、特徴は図１
９Ｇにある走査線区分１０７２ａに沿って測定される。
図１９Ｈに示されているように、特徴が対象的である場
合、特徴の中心はいくつかの応用においてさらに意味の
あるものとなり、そのような中心で特徴を測定すること
が重要となる。図１９Ｉは平らな表面の実質的に長方形
のウィンド用の探査方法を図示している。

【００７５】図２０Ａ〜２０Ｃは関心の特徴をもつ表面
の対象域と異なるモードで動作された走査通路の略図で
あり、非接触モード，断続的接触モード，そして接触モ
ードを含む、関連出願の発明を図示したものである。図
２０Ａは、断続的接触モードを図示した対象域と走査通
路の略図である。図２０Ａに示されているように、プロ
ーブ１０２６の先端は、走査線区分１１６２ａ，１１６
２ｂ，１１６２ｃ，および１１６２ｄに沿って走査さ
れ、これらの走査線区分は実質的には互いに平行なもの
である。図２０Ａに示されているように、断続的接触モ
ードでそれぞれの走査線区分に沿って、プローブ１０２
６の先端は表面１０４０' を横切っている。走査線区分
１１６２ａの場合、プローブは最初表面に接触せずに、
例えば区分１１６２ａの部分１１６２ａ' に沿って進
む。そして、先端は、部分１１６２ａ''に沿って表面に
接触するまで、表面１０４０' の方へ下がり、それから
先端は、部分１１６２ａ''' に沿って表面１０４０' に
実質的に持続して接触した状態のまま引っぱられる。そ
して先端は再度、部分１１６２ａ''''に沿って表面から
持ち上げられ、それから、先端が走査線区分１１６２ａ
を引き、表面１０４０'を横切りながら移動するとき、
上述したサイクルが繰り返される。他の３つの走査線区
分１１６２ｂ，１１６２ｃ，１１６２ｄは、同様な方法
で先端により検知される。上述された断続的接触走査の
利点は、いくつかの応用において、プローブの先端が表
面に持続的に接触する動作モードと比較すると、走査処
理の時間を短縮できるという点にある。この動作モード
はまた、プローブの先端と表面との間の摩擦力によるプ
ローブの先端か表面、もしくはその両方に起きるかもし
れないダメージを減らす。同じことが、断続的接触モー
ドもしくは接触モードと比較すると非接触モードにも当
てはまる。

【００７６】上述したように、プローブの先端が走査線
区分１１６２ｄに沿って検知され、境界点Ａ' ，Ｂ' が
検出され、点Ａ' ，Ｂ' 間の走査線区分の中点が検出さ
れ、そして、プローブの先端が、境界点Ｄ' ，Ｅ' を位
置決めし、上述したように特徴１０３０' の中心を位置
決めするために、他の走査線区分を横切る走査線区分も
しくは通路区分１１６２ｅに沿って検知されるとき、特
徴１０３０' は検知される。

【００７７】いくつかの応用において、特徴のおおよそ
の位置が明らかになった後に動作モードを変えることは
利点となる。このように、検知される特徴が、別々に検
知される２つの異なる特徴をもつ場合、第１の特徴は、
表面が、例えば走査通路１１６２ａ〜１１６２ｄの走査
中に、特徴のおおよその位置を発見するように検知され
るときに使用される。そして、特徴のおおよその位置が
位置決めされた後、使用者は、特徴の中心を検知するた
めに異なる動作モードに切り換えることができる。そし
て、特徴がもつ２つの特徴のうちの１つか、他の特徴の
どちらかにより、特徴が測定される。しかしながら、多
くの応用において、特徴の中心に加え、特徴のおおよそ
の位置を見つけるために同様な動作モードをとり、そし
て特徴が実際に測定されるとき、異なる動作モードを使
用することは適切である。これは、図２０Ｂと２０Ｃに
図示されている。図２０Ｂに示されているように、表面
１０４０' が走査線区分１１６２ａ，１１６２ｂ，１１
６２ｃ，および１１６２ｄに沿って，断続的接触モード
でプローブの先端を使用して検知されるとき、特徴１０
３０' のおおよその位置が検出される。境界点Ａ' ，
Ｂ' が検出され、そして表面が、境界点Ｄ' ，Ｅ' を検
出するために、走査線区分１１６２ｅに沿って走査さ
れ、そして中心Ｏ' が、図２０Ａを参照し上述された同
様な方法で検出される。しかしながら、中心Ｏ' が位置
決めされた後、システム１０２０は接触モードで動作
し、プローブの先端１０２６は、特徴を測定するために
中心Ｏ' を通過して走査線区分１１６２ｆ' に沿って走
査されるとき、表面１０４０' に接触する。

【００７８】図２０Ｃにおいて、境界点Ａ' ，Ｂ' ，
Ｄ' ，Ｅ' と特徴１０３０' の中心Ｏ' は、図２０Ｂを
参照し上述されたものと同じ方法で、走査線区分１１８
２ａ，１１８２ｂ，１１８２ｃ，１１８２ｄ，１１８２
ｅに沿って、プローブの先端１０２６により最初に位置
決めされるが、それは、プローブの先端が区分１１８２
ａ〜１１８２ｅに沿って走査されるときにプローブの先
端が表面１０４０’に接触していない状態のとき以外で
ある。特徴１０３０' の中心Ｏ' が位置決めされた後、
システム１０２０は、特徴を測定するために、走査線区
分１１８２ｆに沿って断続的接触モードで動作する。明
らかに、図２０Ｃに示されているように、走査線区分１
１８２ｆに沿って断続的接触モードで特徴を測定しない
で、そのような走査線区分に沿って非接触もしくは接触
動作モードを使用して、特徴を測定することも可能であ
る。同様に、図２０Ｂにおいて、断続的接触モードもし
くは非接触モードで特徴１０３０' を測定することも可
能である。そのような他の変化は、関連出願の発明の範
囲である。

【００７９】異なるモードは異なる測定に適切である。
例えば、磁気的もしくは電気的変化を見つけるために、
断続的もしくは非接触モードを使用することは適切であ
る。正確な幾何学的形状の測定を行うためには、接触も
しくは断続的接触モードがより望ましい。特徴は粗い表
面と同様に測定可能である磁気的特徴を有する。それ
は、非接触モードで位置決めされ、そして接触モードで
測定される。しかし、そのような特徴が大変粗いもので
あれば、断続的接触モードでそれを測定することが望ま
しく、それは継続的な接触技術がもつ本来の摩擦的な影
響を避けるためであり、先端もしくは表面にダメージを
及ぼすことを防ぐためである。

【００８０】断続的接触モード中の走査速度はまた、接
触モードよりも速いものである。そして、特徴が位置決
めされその中心が検知された後、その外形もしくは幾何
学的形状等の特徴が、望ましくもしくは必要とされた場
合、特徴と中心を位置決めするのに使用されたものとは
異なる動作モードで測定される。このように、特徴の幾
何学的形状もしくは外形の測定が望ましいとき、システ
ム１０２０は接触モードか断続的接触モードのどちから
で動作される。

【００８１】いくつかの応用において、より正確に特徴
の境界か中心またはその両方を位置決めすることが可能
であることは望ましいことである。そのような応用にお
いて、上述した探査過程を、より高い分解力で繰り返す
ことは望ましいことである。これは図２０Ｄに図示され
ている。図２０Ｄに示されているように、表面の対象域
４０は最初、走査線区分１１９２（１），１１９２
（２），および１１９２（３）に沿ってプローブの先端
により走査され、そこでは、特徴３０''の適切な位置決
めが、走査線区分１１９２（３）に沿った走査中、検出
される。そして、より小さな対象域１０４０''が特徴１
０３０''を囲むものと限定され、走査過程が走査線区分
１１９４（１），１１９４（２）．．．に沿って繰り返
され、そこでは、近接した走査線間の間隔は、走査線１
１９２（１），１１９２（２），および１１９２（３）
間よりも小さいものである。望ましくは、全対象域４
０''は、より正確に特徴の境界点を位置決めするように
走査される。Ａ''，Ｂ''，Ａ'''，Ｂ''' のような異な
る境界点が、Ａ''，Ｂ''のような２つの境界点のみに対
応する中点を決定するだけよりも、横切る走査１１９６
の位置を決定するものとして考慮されるならば、特徴１
０３０''の中心はより正確に位置決めされる。例えば、
より正確な位置決めは、境界点Ａ''，Ｂ''に対応する中
点とＡ''' ，Ｂ'''のような境界点に対応する中点との
間に平均的な位置決めをすることでなされる。

【００８２】表面の外形もしくは幾何学的形状を測定す
るために、図２１Ａに参照されるように、システム１０
２０は、表面から予め定められた距離ｈまでプローブの
先端を持ち上げており、先端が移動する横方向の距離δ
ｘを記録し、その後、表面に接触するように再度下げら
れ、プローブの先端が表面に再度接触する前の下げられ
た位置までの距離を記録する。好ましくは、先端は再度
距離ｈの位置まで前記接触点から持ち上げられ、横方向
に距離δｘ移動し、表面に接触するように再度下げら
れ、そして再度下げられた先端の距離が記録される。そ
して、この過程は対象域を横切る走査が終了するまで繰
り返される。前記のような距離δｘや、走査中に断続的
接触モードで表面に接触する前に、先端が繰り返し下げ
られる距離を記録することで、表面の幾何学的形状もし
くは外形の表示が可能となる。

【００８３】図２１Ａの実施例において、プローブの先
端は、表面１２００に沿ってプローブの先端を引きずら
ずに、表面に接触するように下げられた後持ち上げられ
る。言い換えれば、プローブの先端は、持ち上げられる
前に表面１２００に軽く接触し、そしてプローブの先端
は表面に接触している間、表面を横切る横方向には移動
しないのである。いくつかの応用において、図２１Ｂに
図示されている実施例において、プローブの先端が表面
に接触するように下げられた後、表面に沿ってプローブ
の先端を引くことは望ましいことである。プローブの先
端が予め定められた距離間を表面１２００に沿って引か
れた後、プローブの先端は予め定められた距離、例えば
ｈまで再度持ち上げられ、予め定められた距離まで横方
向に移動し、そして再度表面１２００に接触するように
下げられる。先端が表面に接触した後、先端は再度予め
定められた距離間を表面に沿って引かれ、上述された過
程が、全対象域を横切る走査が上述されたように終了す
るまで、繰り返される。量ｈ，δｘ，そして先端が走査
中断続的接触モードで表面に接触する前に、繰り返して
下げられる距離を記録する他に、図２１Ｂの動作モード
においては、システム１０２０は、先端が表面１２００
に沿って引かれるとき、プローブの先端の高さ変化も記
録する。ｈ，δｘ，そして先端が表面に接触するまで下
げられる距離と共にそのような情報により、システム１
０２０が図２１Ｂに図示されているモードで動作する
際、表面の幾何学的形状もしくは特徴が表示される。

【００８４】断続的接触モードでのシステム１０２０の
さらなる別の動作モードが図２１Ｃに図示されている。
そのようなモードは図２１Ａのものと同様なものであ
り、図２１Ａおよび図２１Ｃの両図の動作モードにおい
て、プローブの先端が表面に接触するように下げられた
後、表面を横切る際、先端を引きずるように横方向には
移動しないものであり、その後予め定められた高さｈま
で先端は上げられる。しかしながら、図２１Ａのように
プローブの先端を実質的に直線に沿って上下，横方向に
移動させるのとは異なり、図２１Ｃにある先端は、対象
域を横切り走査するまで、表面１２００上をおおよそ正
弦曲線の通路に沿って移動する。前記のようなそして他
の変化は、関連出願の発明の範囲内である。

【００８５】多数の異なるタイプの特徴は、上述の方法
で位置決めされ、測定される。半導体産業において、特
別な幾何学的，磁気的もしくは電気的パラメータを測定
するために、タングステンプラグ，金属クラスタ，もし
くは金属で満たされたブァイアホールの位置決めをする
ことは、しばしば望ましいことである。このように、タ
ングステンプラグ，金属クラスタか金属部材で満たされ
たブァイアホールは、その場所の静電容量，磁力，電気
抵抗もしくは幾何学的特性の変化を検知することで、位
置決めされる。このように、システム１０２０が非接触
動作モードで動作しているとき、先端は表面よりも少し
上の位置で保持され、探査パターンに沿って表面上を高
速度で走査するので、センサ１０２８は、表面の静電容
量，トンネル電流もしくは磁気的パラメータ（例えば、
プローブの先端とセンサ１０２４により検知される磁
力）にある変化を検知する。静電容量，トンネル電流も
しくは磁力においての変化により、タングステンプラ
グ，金属クラスタ，もしくは金属で満たされたブァイア
ホールの位置が明らかになる。この位置が決定される
と、針もしくはプローブは、その部分の電気的，磁気
的，もしくは幾何学的特性を測定するために、表面に接
触するか、近接する状態になる。替わりに、システム１
０２０は断続的接触モードで動作し、表面の抵抗，静電
容量，もしくは磁気的パラメータがセンサ１０２４によ
り走査された位置で検知される。抵抗，静電容量，もし
くは磁気的パラメータが変化すると、タングステンプラ
グか金属クラスタもしくはブァイアホールの位置が明ら
かになる。例えば、抵抗での変化は、針の先端と表面間
の電流の流れの量の変化により明らかになる。電流の流
れの量が増加するならば、それは、針がタングステンプ
ラグ，金属クラスタもしくはブァイアホールに接触する
か近接する状態を意味する。先端がプラグ，クラスタ，
もしくはブァイアホールに接触するか近接するとき、最
大電流が流れることになる。また、先端とプラグ，クラ
スタ，もしくは金属でみたされたブァイアホール間の間
隔が狭まると、プローブの先端と表面間の静電容量も減
少する、なぜなら、表面と先端間の間隔の絶縁効果がそ
の間隔で減少するからである。先端が、磁気部材で作ら
れたプラグかクラスタ，もしくはそのような部材で満た
されたブァイアホールなどの特徴の方へ移動するとき、
プローブの先端と特徴との間の磁力もまた、特徴と先端
が接触するときの最大量になるまで増加する。これによ
り、使用者はプラグ，クラスタ，もしくはブァイアホー
ルの位置合わせをすることが可能となる。プラグ，クラ
スタ，もしくはブァイアホールが位置決めされた後、特
徴の電気的，光学的，磁気的，もしくは幾何学的特性が
測定される。上述された効果は検出可能であり、そして
特徴は、接触，断続的接触，もしくは非接触モードで検
知される。

【００８６】上述の記載は、磁力のような磁気的パラメ
ータにより磁気的特徴を位置決めし測定する過程に適用
される。これは、センサ１０２４と磁区のような表面の
特徴との間に生じる磁力を測定する磁力顕微鏡により行
われる。そのような磁区は、磁気的読み書きヘッド上の
磁極端くぼみである。前記磁力顕微鏡は、既知の磁気的
顕微鏡の応用で記述されているように、交流か直流増幅
器において原子間引力顕微鏡もしくはプロフィロメータ
を用いる。磁力顕微鏡は、「走査型トンネル顕微鏡II」
と題して、「表面科学のスプリンガーシリーズ」の第２
８巻で、ピー．グルテール、エイチ．ジェイ．マミン、
そしてディ．ルガールにより記述され、イーディエス．
アール．ヴィゼンデンジェール、エイチ．ジェイ．ガン
テロード、スプリンガー出版ベルリン ハイデルブルク
１９９２年の１５２〜２０７ページに出版されている。

【００８７】特徴を位置付けるために使用されるパラメ
ータの別の特徴は、特徴とプローブの先端との間のトン
ネル電流である。例えば、半導体表面上の金属クラスタ
は、半導体表面よりもプローブに対して、完全に異なる
電流トンネル特性をもつ。

【００８８】さらに、関連出願の発明により位置決めさ
れ測定される他の可能性のある特徴は、満たされていな
いブァイアホールやレーザ加工を施されたハードディス
ク上の表面隆起もしくはくぼみである。これらの隆起や
くぼみの大きさが一定であることは、ハードディスクの
製造においての重要な要因である。ディスク上のこれら
の隆起には、異なる大きさや形の変化もまた存在する。
前記隆起は、ドーナツ形のものや、もしくはひとつ以上
の軸の回りに非対象的なものである。そのような加工さ
れたディスクのパターンは、一般的に知られており、そ
して使用者は通常、ディスクの回りにあるこれらいくつ
かの隆起の重要な特徴を測定することに関心がある。つ
まり、測定用のプローブの先端か針の下にある隆起もし
くはくぼみを正確に位置決めすることが望ましい。隆起
の大きさは、横方向の寸法で１から１０ミクロンで、高
さでは１００から１０００オングストロームの範囲のも
のである。そのような隆起やくぼみの適切な位置そして
そのような隆起やくぼみの中心が、上述された方法で位
置決めされ、特に、幾何学的特徴を位置合わせするため
に、断続的接触や接触モードの上述した方法が使用され
る。断続的接触モードが用いられた場合、図２１Ａ〜２
１Ｃで用いられている量δｘと高さｈは、プローブの先
端が隆起もしくはくぼみを「飛び越える」ことがないよ
うに選択される。ｈの適切な範囲は１０〜１０００オン
グストロームで、δｘの適切な距離は対象の特徴の予想
サイズの内の僅かである。このように、隆起はドーナツ
形の中心に隆起をもち、５ミクロンの直径をもつドーナ
ツ形のものである。隆起の中心の周りの表面において、
２つの直行する軸に沿った隆起の直径、隆起の縁（レー
ザ隆起の外周にある隆起）の高さ、および隆起に近接し
た非加工部分に対して隆起の中心に盛り上げられている
隆起の高さは、重要なものである。

【００８９】表面にある段の位置を確認することが望ま
しい場合、使用者は、断続的接触モードでプローブの先
端を移動させることで、前記段の適切な位置を見い出す
ことを望むかもしれない。前記段のおおよその位置が見
いだされた後、使用者は、接触モードで前記のおおよそ
の位置を再走査することを望むかもしれない。前記段の
位置が見いだされた後、使用者は、前記段を明確にし、
段の上を横方向に移動させ、前記段の頂点に接触するま
で表面を横切って先端を下げるまで、既知の距離に表面
からプローブの先端か針を離すかもしれない。先端が持
ち上げられる距離と先端が下げられる距離との間の違い
が、前記段の高さを表している。替わりに、段の位置が
見いだされた場合、横向きのセンサによりプローブの先
端が前記段をよじ登ったりはい上がったりしながら、プ
ローブの先端は接触モードで前記段の表面を横切って移
動する。段が検知されると、センサは、米国特許第５，
３４７，８５４号に記述されているような横方向の検知
技術により、前記段か溝、もしくはタングステンプラグ
かブァイアホールの横方向の形態を測定するために使用
される。

【００９０】関連出願の発明により位置決めされ測定さ
れる表面の別の特徴は、滑らかな表面上の粗い部分か粗
い表面上の滑らかな部分を含む。接触モードもしくは図
２１Ｂに示されているような断続的接触モードの作動シ
ステム１０２０は、プローブの先端か針と表面との間の
摩擦の変化を検知するための摩擦センサを用いて使用さ
れる。適切な摩擦センサは、エルセビエール科学出版の
「超顕微鏡」，４２〜４４（１９９２年），１４９８〜
１５０３ページに「独立形走査力と摩擦顕微鏡」と題し
て、エム．ヒップ、エイチ．ヴィエェフェルト、ジェ
イ．コルケロ、オー．マルチ、ジェイ．マリネックによ
り記述されている。

【００９１】上述されたように、プローブの先端は、互
いに実質的に平行な走査線区分に沿って走査される。し
かしながら、これは必要とされる要因ではなく、図２
２，２３，２４において図示されているように、他の走
査通路が可能である。

【００９２】実質的に平行な走査線に沿ってプローブの
先端で走査するかわりに、表面のウィンド１０４０' に
ある特徴１０３０' は、図２２に図示されているように
実質的にランダムな位置構成により位置合わせされる。
最初に、格子網１１９８がウィンド１０４０' 上に重ね
られる。編目の格子の大きさは、位置合わせされる関心
の特徴もしくは物体の予想サイズよりも小さいものとな
るように選択される。例えば、格子は関心の特徴もしく
は対象の予想サイズの５０％から８５％以内の寸法をも
つ。図２２に示されているように、実質的にランダムな
場所もしくは位置ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，．．．の連
続は、（下記に明らかな理由で、図２２にある位置ｆよ
り先は連続して示されていない）格子状の交差点１１９
９で表面のウィンド１０４０’で最初に生じており、そ
してシステム１０２０によりプローブの先端が、ａ，
ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，．．．と連続して特定される位置
のそれぞれに連続して位置合わせされる。図２２に図示
されているように、プローブの先端は、位置ｆに置かれ
るか位置合わせされるとき、特徴１０３０’の存在を初
めて検知する。この点での特徴の情報をさらに検知する
ためには、連続したランダムな点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，
ｆ，．．．ｆ以下も続く、を連続して続けるのではな
く、異なる位置合わせの構造で続けることがより効果的
である。そのかわり、連続して２つの交差方向に沿って
プローブの先端で走査することは、好ましいことであ
る。例えば、プローブの先端は、図２２において２つの
直行した方向Ｘ，Ｙに沿って走査し、図１９Ｄ〜１９Ｆ
に参照され上述された方法で、特徴の中心を位置合わせ
する。特徴の中心が位置合わせされると、プローブの先
端は、特徴を測定するためにそのような中心の上を走査
する。

【００９３】別の実施例において、特徴が、特徴につい
ての情報をさらに得るために、先端を連続したランダム
な位置に置くことで、位置ｆで検出された後、プローブ
の先端は、新しい軸に沿って特徴１０３０’の領域をみ
つけるために、種々の順序で＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙ軸
に沿って移動する。前記領域は、先端もしくはセンサに
より検出されるパラメータで変化や変動を検知すること
で、見い出される。

【００９４】このように、プローブの先端は、最初Ｙ軸
の正の方向に沿って、領域を位置合わせするために、位
置ｆから位置１にそして位置２に移動する。プローブの
先端が位置１から位置２に移動するときに、前記方向の
領域が検出された後、位置２が領域外であることが検出
される。そして、プローブは、位置１からＸ軸の正の方
向上にある位置３へと移動する。位置３が特徴内である
ことが検出され、そして先端が位置４，５と連続して移
動しながら、双方の点が特徴外であることが検出される
ことで、位置３が特徴の領域にあることが明確になる。
そして、先端は、位置３から特徴内にあることが検出さ
れる位置６の方へと−Ｙ軸方向に移動する。そして、プ
ローブの先端は、Ｘ方向に沿って、特徴内であることが
検出される位置７，８に移動し、Ｙ軸方向に沿って、特
徴外であることが検出される位置９へと移動する。そし
て、特徴内であることが検出される位置１０へと移動す
る。それ故に、特徴の領域の近似は、位置１，３，６，
７，８，１０を結んだ線を引くことで得られる。同様な
方法で、領域の残りの部分が検出され、その領域の近似
は、位置１０，１３，１６，１８，２０，２２，２４，
２７，２９，そして位置１に戻る点を通る線を引くこと
で、表示される。上述した過程において、システム１０
２０は、特徴の検知が実行されているとき、先端の位置
を記録し、そのような検知結果を記録する。

【００９５】表面の特徴１０３０’’を位置決めするた
めに使用できる他の手段は、図２３に示されている方法
のように、プローブの先端を螺旋通路に沿って走査させ
ることである。図２３に示されているように、プローブ
の先端の１０２６は矢印１２０２で示される１２００か
らの点から始まる通路に沿って走査させられる。プロー
ブの先端が初めの位置の１２００に戻るとそれは、通路
１２０４に沿って螺旋の走査を始める。前記螺旋の走査
は、走査の通路の隣接する部分が異なる曲線をもち、そ
のために異なる曲線の傾きをもつ、例えば、図２３に示
されているように１２０６の位置での曲線の通路は曲線
の傾きθをもっており、一方１２０８の部分はφの傾き
をもっており、ここにおいて、φはθよりも大きい。換
言すれば、曲線の傾きはプローブの先端が螺旋に沿って
移動するにしたがって増加し、その結果プローブの先端
は特徴の位置を出すためにどんどんと小さな対象域に近
づいていく。螺旋通路の隣接する部分（例えば１２０
６，１２０８の位置）の曲線の傾きの角度は前記特徴の
予想される大きさより余り離れていない。図２３に示さ
れているようにプローブの先端は特徴点の存在を１２０
８またはその近辺で検知する。そのような位置で、螺旋
通路の曲線の角度は増加し、前記螺旋通路がもし特徴の
位置がみつけられていないときよりはより小さい領域を
カバーする。これにより、特徴の境界の探査の過程が加
速される。特徴の境界が見いだされた場所（例えば特徴
の性質に変化が検出されたとき）の前記先端の位置は特
徴の位置をより正確に定義できるように記録される。

【００９６】このようして、概して、予め定められた走
査の通路は当初前記特徴のおおよその位置を見出す。そ
れがわかると、その通路に沿って走査するのを中止し
て、前記特徴についてより多くの情報が得られるように
前記先端を異なる通路で走査することが望ましい。上述
した予め定められた走査通路は、図１９Ｄから図１９Ｇ
に示されているように実質的に平行な走査線部分のセッ
ト、例えば１０６２ａとすることができる。または、そ
れは図２２における実質的にランダムな配置の一連のも
のとするか、または図２３の点１２００から１２０８の
螺旋通路とすることができる。前記特徴点が見出された
後で、前記特徴についてのより多くの情報を見出すため
に異なる走査通路に切り換えることが望ましい。かくし
て図１９Ｅ−１９Ｉ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，に示さ
れているように、前記先端は通路１０７２ａ，１１６２
ｅ，１１８２ｅに沿って走査させられ、そこでは先の走
査で得られている情報がそのような通路の決定に利用さ
れる。図２２においては、Ｘ，Ｙまたは位置１，２，
３，４・・・による規定される通路に沿って走査が行わ
れ、前記特徴点が検知されたという情報以外には先の走
査通路の情報は利用されない。図２３においては、先の
走査通路の曲線の角度についての情報（曲線の新しい角
度を決定するための）と前記特徴の検出された位置の情
報が同様に用いられ位置１２０８を越えて走査が行われ
る。

【００９７】図２３に示す螺旋の通路に沿って前記先端
を走査するかわりに、図２４に示すように螺旋の通路を
略線分的にすることもできる。図２４に示されているよ
うに、プローブの先端はより小さい領域を旋回するよう
に螺旋状に走査されるが、通路の隣接する部分が実施的
に相互に平行になるように走査される。このようなまた
はその他の螺旋通路の変形は本発明の範囲に含まれるも
のである。いつも同一の端から出発する平行の通路に沿
ってプローブの先端の走査のかわりに、図２５に示され
ているように葛折れの通路１２５０に沿って走査するこ
ともできる。葛折れの通路に沿って行われるプローブの
先端の走査は、前記特徴の位置を乱すためにプローブが
標的の領域の同一辺に戻らなければならない走査構造と
比較すると、表面の同じ位置を走査するのに必要な時間
を減少させることができる。

【００９８】本発明の関連出願は前述した好ましい実施
例に関連して説明された。様々な変化および変更はこの
関連出願の本発明の範囲からはずれることなく可能であ
る。このようにして、前記特徴は、熱の特性による手
段、例えば伝導性を測定する温度センサによって検出で
きる。本発明の関連出願は試料の表面の特徴を参照して
説明されたが、他の例、電気的，磁気的，光学的，熱
的，または他の手段によって、表面、機能の特性が検出
または検知される特徴にも同様に適用可能である。前述
の章は、前記関連する出願から採択されたものである。

【００９９】図２６は、本発明の説明に用いられる従来
の走査探針顕微鏡の略図である。図２６に示されている
ように、走査探針顕微鏡（ＳＰＭ）は粗調整用Ｘ−Ｙス
テージ１５０２ａと粗調整用のＺステージ１５０２ｂを
含んでいる。試料９０はステージ１５０２ａに載置され
る。前記ＳＰＭセンサ１５０４は微調整用のＸ−Ｙ−Ｚ
ステージ（これはブロック１３４に設けられている）１
５０６に設けられ、それはブロック１５０８によりステ
ージ１５０２ｂに結合されている。従来のＳＰＭ１５０
０は、図３０〜３４Ｅを参照して説明されるように、走
査の動作をすることができる。

【０１００】図２７は、ＳＰＭセンサ１５０４およびプ
ロフィロメータセンサ組立６０を含む走査装置の略図で
ある。両方のセンサまたはセンサ組立は微調整用のＸ−
Ｙステージに設けられており、そのステージは前述した
微調整用ステージ、例えば７０，７０',７０''および７
０''' のような任意のステージで良い。前述した二重ス
テージ走査装置の実施例中に示されているように、微調
整用ステージ７０−７０''' は、従来の針のプロフィロ
メータを用いたＸ−Ｙ位置決めステージよりはより細か
い分解力をもつものであるから従来の針のプロフィロメ
ータの利点を全部残して位置決め分解力が大幅に改良さ
れることになる。システム１５５０は、前記プロフィロ
メータの多くの利点、例えばＺ方向の広い動作範囲と数
百ｍｍ代の長い走査能力を保有している点で前記ＳＰＭ
より優れている。

【０１０１】装置１５５０は、図２に示した流れに沿っ
て制御されるものであり、そのような図面を参照して説
明したところと異ならない。前記ＳＰＭセンサ１５０４
または前記プロフィロメータセンサ６０のいずれかの使
用が可能であり、両者は微調整用Ｘ−Ｙステージ７０−
７０''' に載置されている。かくして、制御装置１１０
は図２７に示されている微調整用のステージに使用され
る。図２８は、ＳＰＭセンサとプロフィロメータセンサ
をもつ走査装置の略図であり、前記ＳＰＭセンサはＳＰ
Ｍ微調整用Ｘ−Ｙ−Ｚステージ（そのステージはブロッ
ク１３４に設けられている）に設けられているが、前記
プロフィロメータは本発明の他の実施例を説明するもの
ではない。システム１６００において、前記プロフィロ
メータは微調整用のステージに設けられていないから、
前記ＳＰＭセンサのみが１ｎｍか１ｎｍ以下の検知に用
いられる一方、前記プロフィロメータは以前として従来
の針プロフィロメータのように長い距離の外形走査に用
いられる。システム１５５０および１６００の両方は図
３０−３４Ｅを参照して説明した走査動作に利用される
であろう。制御装置１１０は図２８の前記微調整用ステ
ージ１５０６を制御するために用いられる。

【０１０２】図２９Ａは表面の形状、例えば半導体ウェ
ーハのそれを示す図である。図２９Ａに示されているよ
うに表面１６０２の表面は弓なりになっている。点Ａ
Ａ，ＢＢに穴がある。前述したように従来の針式のプロ
フィロメータでは表面の弓なりの形状を検知できても、
図２９Ｂ，２９Ｃに示されている穴ＡＡ，ＢＢの局所的
な特徴を検出することができない。一方、ＳＰＭは、ブ
ァイアホールＡＡ，ＢＢのような局所的な特徴を検知す
ることができるが、外形１６０２または２つのブァイア
ホールＡＡ，ＢＢの相対的な高さを検出することができ
ない。この出願に係る本発明は、前記表面１６０２の全
体的な特徴の検知、局地的な点ＡＡ，ＢＢの外形、さら
には２つのブァイアホールの相対的な高さを検出するこ
とができる。

【０１０３】表面の全体の形状を得るために、図３０に
示されているように第１の走査通路１６１２に沿って長
い走査が行われる。そして走査通路１６１４に沿って多
数の短い走査が、前記長い走査通路１６１２の位置また
はその近傍で行われるが、それは長い走査に用いられる
よりは高い分解力のものであり、図２９Ｂ，図２９Ｃに
示されているように１ｎｍか１ｎｍ以下の形状が得られ
る。もし前記プロフィロメータまたは走査探針顕微鏡で
同じプローブ先端が長い走査通路１６１２と短い走査通
路１６１４に用いられ、そして検知されたデータが前記
先端のＸ−Ｙ−Ｚの位置で相関をとることにより、相対
高さと局部的な形状、例えば図２９Ａに示されているよ
うにブァイアホールＡＡ，ＢＢの形状が決定できる。走
査通路１６１４に沿う短い走査通路に使用されるものと
は異なるプローブの先端で通路１６１２に沿った長い走
査が行われたとしても、前記２つのプローブ先端の相対
位置が知られている限り、相対的な高さと局所的な特
徴、例えばウェーハの表面で遠く離れて一定の距離を保
たれるブァイアホールを相関させることができる。図３
０で分かったように、短い走査は互いにまたは長い走査
通路１６１２に対して、平行でない方向に沿って行われ
る。長い走査通路１６１２は５００ｍｍまでの範囲にあ
る。プローブの先端が長い走査通路か短い走査通路のど
ちらかに沿って走査しているので、表面の内部のまたは
表面の頂上の特徴は前述したいずれかの方法で検知でき
る。そのような特徴は短い走査では０．１から５ｎｍの
分解力で、表面に平行な方向（つまりＸ−Ｙ平面）では
１から５ｎｍで、試料の表面に垂直な方向（すなわちＺ
方向）では５から１０ｎｍの分解力で検知される。

【０１０４】このようにして、図３０に関連して検知さ
れる特徴は外形または他の幾何学パラメータであるか、
電気的，磁気的，光学的，熱的，摩擦的またはファンデ
ルワールス力であろう。望まれたら、走査のシステムは
長い走査通路１６１２で検出されるよりは、前記短い走
査通路１６１２’での種々の走査パラメータの検出に利
用される。事実、異なったパラメータが異なる短い走査
１６１４で検知される。

【０１０５】図３０に示されている走査動作は、前述し
た任意の二重走査装置により実行されるであろう。粗調
整用Ｚステージ８０ａと前記粗調整用Ｘ−Ｙステージ８
０ｂは長い走査の通路１６１２に沿ってセンサの組立お
よびプローブの先端を動かすことのために使われ、微調
整用Ｘ−Ｙステージは前記センサ組立およびプローブの
先端を短い走査の方向に移動させるために用いられる。
システム１５００において、例えば、粗調整用ステージ
１５０２ａ、１５０２ｂ はセンサ１５０４および試料
９０間の長い走査通路１６１２に沿った相対運動を惹起
するために使われ、微調整用ステージ１５０６は短い走
査通路１６１４に沿った運動を惹起するために使用され
る。システム１５５０において、粗調整用ステージ８０
ａ，８０ｂは長い走査のために使われ、そして微調整用
ステージ７０−７０'''は短い走査に使用される。２個
のセンサ６０，１５０４のどちらかは、長い走査は短い
走査で使われ、種々のセンサが図３０に示されるの８通
りの走査に使用される。２個のセンサの相対的位置が既
知である限り、例えば相互に２つのセンサを固定してそ
れらが固定的な相対位置関係を保たせるなどし、図３０
に示されている全ての走査、長いものでも短いもので
も、からのデータは相関させることができる。長い走査
通路１６１２または短い走査通路１６１４に沿った走査
は、前述した接触、非接触または断続的接触の任意のモ
ードで行われる。短い走査通路は長さ１００ミクロンよ
り少なく、一方長い走査通路の１６１２は１００ミクロ
ンよりも長くすることができる。

【０１０６】図３０に示されているように、短い走査通
路１６１４ａは長い走査通路１６１２を横切らない。も
し、走査通路１６１４と走査通路１６１２間の距離で、
前記表面の等高線が激変しないものと仮定することがで
きると、走査通路１６１４ａで得られたデータは、通路
１６１４ａの近くの走査通路１６１２の部分に沿って得
られるものと相関性がある。短い走査通路と長い走査通
路が交差する場合、使用者はより一層正確なデータの相
関を得ることができるであろう。

【０１０７】それぞれの長い走査通路１６１２、さらに
短い走査通路の１６１４は、図３１に示されているよう
に１６２０のような多数の走査線区分から現実に構成さ
れる。ここにおいて走査通路区分１６２０はウェーハ表
面のほとんどの部分をカバーし、そのような走査通路は
使用者をして、ウェーハ表面のほとんどの部分の等高線
図の測定を可能にし、走査線区分１６２０は短く、その
ような区分から得られるデータは局所的な特徴例えば、
ブァイアホールが期待される等の等高線形状の観察を可
能にする。一実施例において前記区分１６２０は実質に
互いに平行である。図３２に示されているように、開始
点１６３０から終了点１６３２までの長い走査をし、そ
のその長い走査線に沿って点１６３０と１６３２を通る
短い走査が可能である。好ましくは、短い走査、点１６
３０を通る短い走査は前記長い走査に先立ち、点１６３
２を通る短い走査は長い走査の後で行われることが好ま
しい。

【０１０８】図３０において、長い走査が最初に行わ
れ、続いて短い走査が行われる。局所的な関心の特徴の
位置が既知であるときには、最初に対応する関心の特徴
に関連して、いくつかの短い走査を行うことが好まし
く、引き続き前記表面の関心の特徴点ではないある領域
の長い走査が行われるが、図３３に示されているよう
に、各々の関心の特徴点について短い走査で得られたデ
ータとの相関をとるために最適化された位置で行われ
る。このようにして、最初に短い走査は、点１６４０の
各々を通って実行される。その後、最適化された通路１
６４２は、点１６４０を通る短い走査の間に得られたデ
ータと最高の相関が得られるように選ばれる。好ましい
実施形態では、点１６４０の位置に基づいて最適化され
た通路１６４２を選ぶために、少なくとも最小自乗法の
計算がなされる。

【０１０９】走査の過程のいつでも、前記走査で得られ
るデータは実時間で分析され、使用者は前記表面の特定
の特徴を表面でまたは近傍で探したほうが良いか気づく
ことができるであろう。そのような場合に、前述した表
面の特徴の探査過程は、標的領域を決定することにより
利用され、前記標的領域内でプローブ先端手段により探
査がなされ、表面を検出することにより関心の特徴点を
提供する。そのような探査の動作の結果として、一つの
走査の通路は前記表示の関数として選ばれる。例えば、
もし前記探査の動作でくぼみが発見されると、そのよう
なくぼみを通過するであろう走査通路が選ばれる。前述
したように、前記探査の過程は、探査中の特徴の予想さ
れる大きさを越えないだけずらされた幅をもって、プロ
ーブの先端を実質的に平行な探査線区分に沿って走査す
る。前述したように、前記特徴の大まかな位置が見出さ
れた後、前記先端を、関心の特徴の中心を出すために先
の走査線区分を横切る他の探査区分に沿って走査するこ
とが好ましい。

【０１１０】走査通路、例えば１６１２，１６１４，１
６２０は、図２３と２５に示される螺旋区分とか葛折れ
走査線区分のように、お互いに平行な走査線区分を含
む。

【０１１１】図３４Ａから３４Ｅは、異なった走査から
得られたデータがどのようにして相関されるかが図示さ
れている。図の３４Ａは表面の３つの局所的な特徴Ｃ
Ｃ，ＤＤ，ＥＥの特徴を示す。前記３つの特徴は図３４
Ｂ−３４Ｄにそれぞれ示されている。図３４に示されて
いるように、前記表面はくぼみの両側に特徴ＣＣ，ＥＥ
をもち、そしてくぼみの底に特徴ＤＤをもつ大きな領域
のくぼみをもつ。上に記述された方法によって、くぼみ
の全体の特徴は、局所的な特徴ＣＣ，ＤＤ，ＥＥととも
に、高分解力で測定される。局所的な特徴ＣＣ，ＤＤ，
ＥＥの相関性が図３４Ｅに示されており、ブァイアホー
ルの深さと３つの相対高さが示されている。記載を簡潔
にするために、本出願の異なる図における同一の構成要
素は、同じ数字で表記されている。

【０１１２】本発明は様々な実施例を参照して説明され
たが、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形と変
更が可能であり、本発明の範囲は添付の請求の範囲とそ
の均等物によってのみ制限されるべきものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例を説明するための、二重
ステージ走査装置の略図である。

【図２】本発明の好適な実施例を説明するための、二重
ステージ走査装置とその制御およびディスプレイ装置の
ブロック図である。

【図３Ａ】微調整用ステージとセンサ組立の第１の実施
例を説明するためのものであり、二重ステージ走査装置
の微調整用ステージとして作用する圧電管に接続された
高さセンサの略図である。

【図３Ｂ】微調整用ステージとセンサ組立の第２の実施
例を説明するためのものであり、微調整用ステージとし
て作用する２つの圧電管と高さセンサの斜視図である。

【図４Ａ】本発明の好適な実施例を説明するものであ
り、針の先端が望ましい力を試料に加える磁気手段を用
いたセンサ組立の横斜視図である。

【図４Ｂ】図４Ａのセンサ組立の断面図である。

【図４Ｃ】図４Ａのセンサ組立の磁気針力バイアス手段
の詳細を示した端部の斜視図である。

【図４Ｄ】本発明による針に加える力を調整するための
電子装置のブロック図である。

【図４Ｅ】本発明の別の実施例を説明するもので、針の
先端が望ましい力を試料に加える容量手段を用いたセン
サ組立の断面図である。

【図５】本発明の別の実施例を説明するもので、試料が
微調整用ステージにより支持され、センサが粗調整用ス
テージのＺ部分により支持されている二重ステージ走査
装置の略図である。

【図６】センサの１つの実施例を説明する本出願の二重
ステージ走査装置で使用されるセンサの略図である。

【図７Ａ】偏向センサ部の異なる実施例を示すことによ
る、図６に示されているタイプのセンサの略図である。

【図７Ｂ】偏向センサ部の異なる実施例を示すことによ
る、図６に示されているタイプのセンサの略図である。

【図７Ｃ】偏向センサ部の異なる実施例を示すことによ
る、図６に示されているタイプのセンサの略図である。

【図７Ｄ】図７Ｃの近接センサの別の実施例を説明する
プローブ部分の略図である。

【図８Ａ】より詳細に第２センサの異なる実施例を示す
ことによる、図６に示したタイプのセンサの略図であ
る。

【図８Ｂ】より詳細に第２センサの異なる実施例を示す
ことによる、図６に示したタイプのセンサの略図であ
る。

【図８Ｃ】より詳細に第２センサの異なる実施例を示す
ことによる、図６に示したタイプのセンサの略図であ
る。

【図９】図８Ａのセンサを実行するのに使用される針の
先端の略図である。

【図１０】図８Ｂのセンサを実行するのに使用される針
の先端の断面図である。

【図１１】本発明の好適な実施例を説明するための、平
らな部材で作られた偏向センサの平面図である。

【図１２】本発明を説明するための、圧電スタックを用
いた微調整用ステージ部分の平面図である。

【図１３】本発明の好適な実施例を説明するための、二
重ステージ走査装置のセンサによる試料表面の走査通路
の略図である。

【図１４】関連出願の発明を説明するのに有用な表面測
定装置のブロック図である。

【図１５】関連出願の発明の特徴である位置合わせ方法
を説明するための、特徴と探査通路をもつ表面の対象域
の略図である。

【図１６】関連出願の発明を説明するための、図１５の
特徴の探査手段を説明する際の表面と探査通路の対象域
の略図である。

【図１７】関連出願の発明での方法を説明する、特徴お
よび探査通路を有する表面の対象域の略図である。

【図１８】関連出願の発明を説明するための、表面の特
徴を表した断面図である。

【図１９Ａ】関連出願の発明の好適な実施例として、特
徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通
路を有する表面の対象域の略図である。

【図１９Ｂ】関連出願の発明の好適な実施例として、特
徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通
路を有する表面の対象域の略図である。

【図１９Ｃ】関連出願の発明の好適な実施例として、特
徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通
路を有する表面の対象域の略図である。

【図１９Ｄ】関連出願の発明の好適な実施例として、特
徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通
路を有する表面の対象域の略図である。

【図１９Ｅ】関連出願の発明の好適な実施例として、特
徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通
路を有する表面の対象域の略図である。

【図１９Ｆ】関連出願の発明の好適な実施例として、特
徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通
路を有する表面の対象域の略図である。

【図１９Ｇ】関連出願の発明の好適な実施例として、特
徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通
路を有する表面の対象域の略図である。

【図１９Ｈ】関連出願の発明の好適な実施例として、特
徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通
路を有する表面の対象域の略図である。

【図１９Ｉ】関連出願の発明の好適な実施例として、特
徴を探査する方法を説明するために、特徴および探査通
路を有する表面の対象域の略図である。

【図２０Ａ】関連出願の発明の別の実施例を説明するた
めのもので、接触もしくは非接触モードとの組合せで断
続的に接触した方法を用いた探査方法を説明する、特徴
および探査通路を用いた表面の対象域の略図である。

【図２０Ｂ】関連出願の発明の別の実施例を説明するた
めのもので、接触もしくは非接触モードとの組合せで断
続的に接触した方法を用いた探査方法を説明する、特徴
および探査通路を用いた表面の対象域の略図である。

【図２０Ｃ】関連出願の発明の別の実施例を説明するた
めのもので、接触もしくは非接触モードとの組合せで断
続的に接触した方法を用いた探査方法を説明する、特徴
および探査通路を用いた表面の対象域の略図である。

【図２０Ｄ】関連出願のさらなる別の実施例の探査方法
を説明するためのもので、両方の対象域に特徴および探
査通路をもつ表面のより大きな対象域とより小さな対象
域の略図であり、前記方法は、接触モード，非接触モー
ド，もしくは断続的接触モードにて使用される。

【図２１Ａ】関連出願の発明の別の実施例を説明するた
めの、表面および断続的探査通路の断面図である。

【図２１Ｂ】関連出願の発明の別の実施例を説明するた
めの、表面および断続的探査通路の断面図である。

【図２１Ｃ】関連出願の発明の別の実施例を説明するた
めの、表面および断続的探査通路の断面図である。

【図２２】関連出願の発明のさらなる別の代替実施例を
説明するためのもので、特徴の適切な位置合わせを見つ
ける連続したランダムな位置決め方法や、適切な特徴の
位置が位置づけられた後の特徴の範囲を位置付けるため
の非ランダムなアルゴリズムを用いた、探査方法を説明
する際の表面や探査通路の対象域の略図である。

【図２３】関連出願の発明のさらなる別の代替実施例を
説明するためのもので、表面上か、表面にある特徴を探
査するための表面にある渦巻き状の探査通路の略図であ
る。

【図２４】関連出願の発明のさらなる代替実施例を説明
するためのもので、表面の特徴を位置合わせのための実
質的に折れ線の渦巻き状探査通路の略図である。

【図２５】関連出願の発明のさらなる代替実施例を説明
するためのもので、表面の特徴を位置付ける葛折れ状の
探査通路の略図である。

【図２６】本発明を説明するために有用な従来の走査探
針顕微鏡の略図である。

【図２７】本発明のさらなる別の実施例を説明するもの
で、プロフィロメータセンサと同様な走査探針顕微鏡セ
ンサを含む二重ステージ走査装置の略図であり、前記の
両センサは、同じ微調整用Ｘ−Ｙステージ上に装着され
ている。

【図２８】本発明のさらなる実施例を説明するもので、
図２７の２つのセンサを含む二重ステージ走査装置の略
図である、走査探針顕微鏡センサのみが微調整用ステー
ジに装着されているものである。

【図２９】本発明を説明するために、２点ＡＡとＢＢ上
を走査した表面の特徴の略図である。

【図３０】本発明を説明する走査作動の略図であり、多
数の短い走査と同様に長い走査が表面で行われ、いくつ
かの短い走査は、長い走査を横切り、そして少なくとも
１本の短い走査は、長い走査に近接しているが横切って
はいない。

【図３１】本発明を説明するために、長い走査もしくは
短い走査のどちらかで走査するパターンを説明したもの
であり、多数の実質的に平行な走査線部分を含む走査通
路の略図である。

【図３２】本発明の好適な実施例を説明するためのもの
であり、同様の走査装置が、始点と終点間の長い走査を
実行するのと同様に、始点と終点での短い局地走査を実
行するために使用される走査通路の略図である。

【図３３】本発明の別の実施例を説明するもので、表面
に多数の点が近接して示されており、そのような点に局
地走査も同様に示されている走査通路の略図である。

【図３４】本発明を説明するためのものであり、特徴お
よび３つの局地特徴、そしてそれらの相対的な高さを示
す略図である。

【符号の説明】

６０ センサ組立 ７０ 微調整用ステージ ８０ 粗調整用ステージ ８０ａ 粗調整用ステージのＺ部分 ８０ｂ 粗調整用ステージのＸＹ部分 ９０ 試料 １００ 二重ステージ走査装置 １０２ 台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム アール． ヒーラー アメリカ合衆国、95070、カリフォルニア 州、サラトガ、メリブロック ドライブ 19976 (72)発明者 スティーブン ジー． イートン アメリカ合衆国、94087、カリフォルニア 州、サニーヴェール、シラキュース ドラ イブ 1075 (72)発明者 ジアン−ピング ツァング アメリカ合衆国、95050、カリフォルニア 州、サンタ クララ ♯10、メイン スト リート 1565

Claims (49)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料を検知するための装置であって、 試料のパラメータを検知するセンサと、 前記センサおよび前記試料間の相対運動を惹起させる粗
   調整用ステージと、 前記センサおよび前記試料の間の相対運動を惹起させる
   微調整用ステージと、 前記センサが前記試料のパラメータを検出するとき、前
   記２つのステージの一方または両方が前記試料とセンサ
   間に相対運動を惹起させるように少なくとも前記２つの
   ステージを制御する制御装置とを含む試料を走査するた
   めの二重ステージ装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、前記微調
   整用ステージは、１ｎｍまたはそれ以上の分解力をもつ
   ものである試料を走査するための二重ステージ装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、前記粗調
   整用ステージの装置は１μｍまたはそれ以上の分解力を
   持つものである試料を走査するための二重ステージ装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の装置において、前記２つ
   のステージは、前記装置がすくなくとも一つの方向に５
   ００μｍの移動範囲をもつように構成したものである試
   料を走査するための二重ステージ装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の装置において、前記セン
   サは高さセンサであって、前記試料の表面の高さを直接
   測定するものである試料を走査するための二重ステージ
   装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の装置において前記センサ
   は、 先端をもつ針のアームと、 容量基準、直線的電圧差動トランス、または光強度近接
   センサをもつものである試料を走査するための二重ステ
   ージ装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の装置において、前記セン
   サは、前記試料の熱的な変化、静電的な変化、磁気的な
   変化、光反射または光透過、または試料表面の高さの変
   化を検知するものである試料を走査するための二重ステ
   ージ装置。
8. 【請求項８】 請求項１記載の装置において、前記セン
   サは、前記試料の表面のひとつ以上の位置の表面の高さ
   を実質的に同時に検知し、そして試料の前記ひとつ以上
   の位置の他のパラメータを測定するものである試料を走
   査するための二重ステージ装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載の装置において、前記セン
   サは前記試料の表面の１以上の位置における高さを検知
   する針の先端および前記針の中または針の先端の近傍に
   設けられ、前記の他の一つのパラメータを検知する要素
   を含む試料を走査するための二重ステージ装置。
10. 【請求項１０】 請求項１記載の装置において、前記２
    つのステージのおのおのは、前記センサと前記試料をＸ
    ＹＺの３次元空間での相対運動を惹起し、前記粗調整用
    ステージは前記センサと前記試料の間で前記試料の表面
    に実質的な平行方向である相対運動を惹起するためのＸ
    Ｙ部分と前記センサと前記試料の間で前記試料の表面に
    実質的な垂直方向である相対運動を惹起するためのＺ部
    分を含むものである試料を走査するための二重ステージ
    装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の装置において、前記
    センサは前記微調整用ステージに連結させられており、
    前記微調整用ステージは前記粗調整用ステージのＺ部分
    に連結させられおり、前記粗調整用ステージのＸＹ部分
    は前記試料を移動させるものである試料を走査するため
    の二重ステージ装置。
12. 【請求項１２】 請求項１０記載の装置において、前記
    微調整用ステージは圧電スタックから構成される試料を
    走査するための二重ステージ装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の装置において、前記
    微調整用ステージはさらに、支持フレームと、移動フレ
    ームと、および前記二つのフレームを係合するためのた
    わみ蝶番をもち、前記圧電スタックは前記ふたつのフレ
    ーム間の相対運動を惹起するものである試料を走査する
    ための二重ステージ装置。
14. 【請求項１４】 請求項１記載の装置において、前記セ
    ンサは、前記試料の表面のパラメータを検出するための
    先端をもつ針のアームと熱の変動を検出するために前記
    針の先端に埋め込まれた熱電対を含むものである試料を
    走査するための二重ステージ装置。
15. 【請求項１５】 請求項１記載の装置において、前記セ
    ンサは前記試料の表面のパラメータを検知するための針
    の先端をもつ針のアームを含むものである試料を走査す
    るための二重ステージ装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５記載の装置において、前記
    センサはさらに、 前記アームに接続されたたわみ蝶番と、駆動コイルと磁
    石に電流を通過させる手段を含み、前記駆動コイルまた
    は前記磁石は前記アームに接続されており、前記コイル
    中の電流と前記磁石との間の電磁相互作用により前記試
    料の方向または試料から離れる方向に前記アームを移動
    させるものである試料を走査するための二重ステージ装
    置。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載の装置において、前記
    装置はさらに前記たわみ蝶番を支持する第１の部材と、
    前記駆動コイルを支持するために前記アームに接続され
    る第２の部材を含むものであって、前記２つの部材、た
    わみ蝶番およびアームは、平坦な部材を形成するために
    一枚のシート材から形成されているものである試料を走
    査するための二重ステージ装置。
18. 【請求項１８】 請求項１６記載の装置において、前記
    装置はさらに、容量基準、アームの運動を測定するため
    の直線電圧差動トランスまたは光強度近接センサを含む
    試料を走査するための二重ステージ装置。
19. 【請求項１９】 請求項１記載の装置において、前記す
    くなくとも一方の制御装置は、前記センサが前記試料の
    パラメータの検知中に、前記ステージの両方を前記セン
    サと前記試料間に同時に相対運動を惹起させるように制
    御するものである試料を走査するための二重ステージ装
    置。
20. 【請求項２０】 請求項１記載の装置において前記セン
    サは、 前記試料の表面のパラメータを検知するための針の先端
    をもつ針のアームと、 前記針のアームが前記蝶番の回りを回転可能に前記針を
    支持する蝶番と、 前記針のアームに力を作用させる手段とを含む試料を走
    査するための二重ステージ装置。
21. 【請求項２１】 請求項２０記載の装置において、前記
    力付与手段は、 駆動コイルと、前記コイル電流を通過させる手段と、磁
    石とからなり、 前記駆動コイルまたは前記磁石は前記アームに接続され
    ている装置において、 前記コイル中の電流と前記磁石の電磁相互作用は前記針
    のアームを前記試料の方向または前記試料から離れる方
    向に前記蝶番の回りで回転させるものである試料を走査
    するための二重ステージ装置。
22. 【請求項２２】 試料を検知するためにセンサを用いる
    試料の検知方法において、 粗調整用ステージによってセンサおよび試料の間の相対
    運動を惹起し、 微調整用ステージによってセンサおよび試料の間の相対
    運動を惹起し、 前記それぞれのその２個のステージをセンサが移動させ
    られて試料のパラメータを検知する試料を検知するため
    にセンサを用いる試料の検知方法。
23. 【請求項２３】 請求項２２記載の方法において、前記
    ２個のステージは、センサと試料間の相対運動を一回ま
    たはそれ以上の頻度で惹起するものであり、前記検出の
    頻度は前記一回またはそれ以上の頻度とは独立している
    試料を検知するためにセンサを用いる試料の検知方法。
24. 【請求項２４】 請求項２２記載の方法において、前記
    ２個のステージは、前記センサおよび試料の間の相対運
    動を実質に同時に惹起するものである試料を検知するた
    めにセンサを用いる試料の検知方法。
25. 【請求項２５】 請求項２４記載の方法において、前記
    粗調整用ステージがセンサおよび試料の間の相対運動を
    １方向で惹起しているときに前記検知ステップは前記パ
    ラメータを検知し、前記微調整用ステージはセンサおよ
    び試料の間の相対運動を前記の方向では惹起させないも
    のである試料を検知するためにセンサを用いる試料の検
    知方法。
26. 【請求項２６】 請求項２４記載の方法において、前記
    検知ステップは、前記微調整用ステージが前記センサお
    よび試料の間である方向への相対運動を惹起していると
    きに、前記パラメータを検知し、そして前記粗調整用ス
    テージは前記の方向での前記センサおよび試料の間の相
    対運動を惹起させないものである試料を検知するために
    センサを用いる試料の検知方法。
27. 【請求項２７】 請求項２４記載の方法において、前記
    移動ステップは、２つの直交した方向での前記センサお
    よび試料の間の相対運動を異なる割合で惹起させるもの
    である試料を検知するためにセンサを用いる試料の検知
    方法。
28. 【請求項２８】 請求項２２記載の方法において、一方
    または両方の移動ステップは前記センサと前記試料間の
    相対運動を前記センサが前記試料の表面の予め定められ
    た位置に達するまで行われるものにおいて、前記予め定
    められた位置は当初の像の位置であり、それから前記移
    動ステップは前記センサと前記試料間に表面を走査され
    るべき前記試料の表面に実質的に平行な方向に相対運動
    を惹起させるものである試料を検知するためにセンサを
    用いる試料の検知方法。
29. 【請求項２９】 請求項２８記載の方法において、前記
    センサが前記試料の表面に接触するまで、一方または両
    方の移動ステップが前記センサと前記試料間の相対運動
    を惹起し、前記予め定められた位置は前記試料の表面に
    接触した一つのある位置である試料を検知するためにセ
    ンサを用いる試料の検知方法。
30. 【請求項３０】 請求項２８記載の方法において、一方
    または両方の移動ステップは、前記センサを当初の前記
    センサの像点を含み一定高さモードにおける前記試料の
    表面に実質的に平行な面内での移動を惹起するものであ
    る試料を検知するためにセンサを用いる試料の検知方
    法。
31. 【請求項３１】 請求項２８記載の方法において、 前記センサが前記試料の表面に接触する針の先端を含む
    ものであって、 前記検知ステップは出力信号を提供し、 前記方法はさらに前記出力信号にしたがって前記針に力
    を作用させ、前記表面が走査されるときに前記一定モー
    ドにおいて前記針の先端が前記試料の表面に一定の力を
    及ぼすようにした試料を検知するためにセンサを用いる
    試料の検知方法。
32. 【請求項３２】 請求項２８記載の方法において、前記
    センサは針の先端を含むものであり、一方または両方の
    移動ステップは、前記針の先端と前記試料を前記針の先
    端と前記試料が接触させられた後に相互に相手方向に動
    き、前記検知ステップの測定は、前記針の先端位置の変
    化を測定して前記表面のコンプライアンスを測定するも
    のである試料を検知するためにセンサを用いる試料の検
    知方法。
33. 【請求項３３】 試料を検知するための装置において、
    試料のパラメータを検知するセンサは、（ａ）試料の表
    面のパラメータを検知するための針の先端をもつ針のア
    ームと、（ｂ）蝶番の回りに前記針のアームが回転する
    ように前記針を支持する蝶番と、（ｃ）前記針のアーム
    に力を及ぼすための電磁的または容量的手段と、 微調整用ステージであり、前記センサと前記試料間に相
    対運動を惹起しその分解力は１ｎｍまたはそれ以上であ
    る微調整用のステージとを含む試料を検知するための装
    置。
34. 【請求項３４】 請求項３３記載の装置において、さら
    に、前記試料の前記パラメータを検知しているときに前
    記微調整用ステージが前記センサと前記試料間に相対運
    動を惹起させる前記微調整用ステージを含む試料を検知
    するための装置。
35. 【請求項３５】 請求項３３記載の装置において、前記
    力付与手段は、駆動コイルおよび前記コイルと磁石に電
    流を流す手段と、前記駆動コイルまたは磁石は前記アー
    ムに取り付けられている装置であって、 前記コイルに流れる電流と磁石の相互作用により、前記
    針のアームは前記蝶番の回りを前記試料に近接する方向
    または離れる方向に回転させるように作用するものであ
    る試料を検知するための装置。
36. 【請求項３６】 請求項３３記載の装置において前記セ
    ンサはさらに、 前記針の先端の位置を指示する位置の信号を提供する針
    変移計測手段と、 前記位置の信号に対応して、前記針の先端が前記試料に
    望まれる力を及ぼすように、前記電磁的または容量的力
    作用手段により適用される力を制御するための帰還手段
    とを含む試料を検知するための装置。
37. 【請求項３７】 表面のひとつまたはそれ以上の特徴を
    測定する方法において、（ａ）プロフィロメータの第１
    のプローブの先端または走査探針顕微鏡で前記表面を第
    １の走査経路に沿って走査し、第１の特徴に基づく第１
    のデータを提供する第１の特徴を検知する方法と、
    （ｂ）プロフィロメータの第２のプローブの先端または
    走査探針顕微鏡または第１のプローブの先端で前記表面
    の少なくとも第２の経路に沿って走査して、少なくとも
    第２の特徴についての第２のデータを提供する少なくと
    も第２の特徴を検知する方法において、 前記第２の走査ステップにおける検知の分解力は前記第
    １のステップにおけるものより高いものである特徴を測
    定する方法。
38. 【請求項３８】 請求項１記載の装置の方法においてさ
    らに、 第１と少なくとも第２の特徴を相関させるための第１お
    よび第２の相関を行うステップを含む試料を検知するた
    めにセンサを用いる試料の検知方法。
39. 【請求項３９】 請求項３８記載の方法において、前記
    第１および第２の経路は互いに一点で横切るかまたは近
    接しているものにおいて、 前記相関のステップは２つの経路の高さの相関をとるも
    のである試料を検知するためにセンサを用いる試料の検
    知方法。
40. 【請求項４０】 請求項３７記載の方法において、前記
    (a) および(b) のステップは、外形または他の幾何学的
    なパラメータ，または電気的、磁気的、光学的、熱的、
    摩擦的またはファンデルワールス力のパラメータを検知
    するものである試料を検知するためにセンサを用いる試
    料の検知方法。
41. 【請求項４１】 請求項３７記載の方法において、前記
    走査のステップは、接触、非接触、または断続接触モー
    ドである試料を検知するためにセンサを用いる試料の検
    知方法。
42. 【請求項４２】 請求項３７記載の方法において、前記
    ステップ(b) より先のステップとしてにさらに、（a1）
    標的領域中で前記プローブの先端により、標的領域を決
    定し、前記表面を探索し、そのように特徴を検出するこ
    とにより興味の特徴の指示を提供するステップと、（a
    2）前記の表示の一つの機能として前記２番目の走査経
    路を選択するステップと、を含む試料を検知するために
    センサを用いる試料の検知方法。
43. 【請求項４３】 請求項４２記載の方法において、前記
    探索ステップは、走査中に第１の探索線に沿ってプロー
    ブの先端で走査するステップと、(a3)のステップで、先
    立つ任意の走査で関心の特徴が見いだされなかったとき
    に、先行する直近の探索線から僅かにずらして前記第１
    の走査線に実質的に平行な走査線に沿ってプローブの先
    端で走査するステップとを含むものにおいて、前記(a3)
    のステップは関心の特徴が見い出されるまで繰替えされ
    るものである試料を検知するためにセンサを用いる試料
    の検知方法。
44. 【請求項４４】 請求項４３記載の方法において、さら
    に前記プローブの先端の手段により前記特徴が検出され
    た後に行われる、前記第１の探索線区分をよぎる第２の
    探索線区分に沿って前記先端の走査により前記関心の特
    徴の位置を決めるためのステップ(a4)を含む試料を検知
    するためにセンサを用いる試料の検知方法。
45. 【請求項４５】 請求項３７記載の方法において、前記
    の走査および検知ステップ(a) は、予め定められた第１
    の経路に沿って前記表面またはその上の第１の点から第
    ２の点まで走査し検知するものにおいて、前記(b) の走
    査および検知のステップは、前記第１および第２の点を
    とおる経路に沿って１まはたそれ以上の第２の特徴を走
    査し検知するものである試料を検知するためにセンサを
    用いる試料の検知方法。
46. 【請求項４６】 請求項４５記載の方法において、 前記走査および検知のステップ(b) は、前記ステップ
    (a) に先立って前記第１の点を通過する経路に沿って第
    ２の特徴を走査して検知するためになされ、前記ステッ
    プ(a) の後で前記第２の点をとおる経路に沿って第２の
    特徴を走査し検知するために行われるものである試料を
    検知するためにセンサを用いる試料の検知方法。
47. 【請求項４７】 試料を測定するための装置は、 一つはプロフィロメータに利用され、そして他方は走査
    探針顕微鏡に利用される２個のセンサと、 ２個のセンサおよび試料の間の相対運動を惹起するため
    の粗調整用ステージと、２個のセンサおよび試料の間の
    相対運動を惹起するための微調整用ステージとを含む試
    料を検知するためにセンサを用いる試料の検知装置。
48. 【請求項４８】 請求項４７記載の装置において、前記
    ２つの各々のステージは前記センサと試料間にＸＹＺ三
    次元の相対運動を惹起し、前記粗調整用ステージはＸＹ
    部分をもち、前記試料と前記センサ間に前記試料の表面
    に実質的に平行な相対運動を惹起するものであり、Ｚ部
    分は前記２つのセンサと前記試料間に前記試料の表面に
    実質的に垂直である相対運動を惹起するものである試料
    を検知するためにセンサを用いる試料の検知装置。
49. 【請求項４９】 請求項４８記載の装置において、前記
    センサは微調整用ステージに連結させられており前記微
    調整用ステージは粗調整用ステージのＺ部分に連結させ
    られたものにおいて、前記粗調整用シテージのＸＹ部分
    は前記試料を移動するのに適したものである試料を検知
    するためにセンサを用いる試料の検知装置。