特許7448168傾いたチップを利用して測定対象の表面の特性を得る方法、この方法が遂行されるための原子顕微鏡及びこの方法が遂行されるために格納媒体に格納されたコンピュータプログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-04
(45)【発行日】2024-03-12
(54)【発明の名称】傾いたチップを利用して測定対象の表面の特性を得る方法、この方法が遂行されるための原子顕微鏡及びこの方法が遂行されるために格納媒体に格納されたコンピュータプログラム
(51)【国際特許分類】
G01Q 10/06 20100101AFI20240305BHJP
G01Q 60/34 20100101ALI20240305BHJP
【ＦＩ】
G01Q10/06
G01Q60/34
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2022540640
(86)(22)【出願日】2020-12-18
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-10
(86)【国際出願番号】 KR2020018707
(87)【国際公開番号】W WO2021145578
(87)【国際公開日】2021-07-22
【審査請求日】2022-07-05
(31)【優先権主張番号】10-2020-0005054
(32)【優先日】2020-01-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2020-0017159
(32)【優先日】2020-02-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】515304628
【氏名又は名称】パーク システムズ コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ジョ、アージン
(72)【発明者】
【氏名】パク、サン－イル
(72)【発明者】
【氏名】アン、ビョウン－ウーン
(72)【発明者】
【氏名】バイク、セウン フン
【審査官】野口 聖彦
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－１７２５７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２８３５４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０２２０１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０６０５７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表平１０－５０７０００（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｑ １０／００－９０／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象の表面と相互作用するチップを含む測定装置を利用して前記測定対象の表面の特性を得る方法であって、第１制御方式を使用して、前記測定対象の表面に対して前記チップを第１方向に相対移動させながら前記測定対象の表面の特性を得る、正常測定ステップと、
前記正常測定ステップを遂行中に、前記チップにより得られる少なくとも一つの特性値が特定範囲を外れて異常状態と判定された場合、事前に定義された前記測定対象の表面の形状に基づいて設定された第２制御方式で前記チップが前記異常状態から外れるように制御される、脱出ステップと、
前記脱出ステップの後に、また前記正常測定ステップが遂行されるステップと、を含み、
前記第２制御方式は、
前記測定対象の表面に対して前記チップを前記第１方向とは反対方向に相対移動させる第１動作と、
前記測定対象の表面に対して前記チップを離隔させる第２動作と
の組み合わせによりなされ、
前記第２制御方式は、前記第１動作と前記第２動作が同時に、または順次に遂行されるように定義されている、
測定対象の表面の特性を得る方法。
【請求項2】
前記事前に定義された表面の形状は、前記第１方向に対して開放されたアンダーカット構造の形状である、請求項１に記載の測定対象の表面の特性を得る方法。
【請求項3】
前記測定装置は、原子顕微鏡であり、前記第１制御方式で、前記チップは、前記測定対象に対して非接触モードまたはタッピングモードで制御され、
前記第２制御方式で、前記チップは、特定周波数で振動するように制御され、
前記特性値は、振動する前記チップの振幅であり、
前記チップの振幅が前記特定範囲以下の閾値以下である場合、前記異常状態と判定される、請求項１または２に記載の測定対象の表面の特性を得る方法。
【請求項4】
前記チップは、カンチレバーから延びて尖部を有し、前記正常測定ステップの遂行時に、前記第１方向に対して前記尖部が前記カンチレバーより先行して、前記チップが前記測定対象の表面と傾いた状態で相互作用する、請求項３に記載の測定対象の表面の特性を得る方法。
【請求項5】
前記チップは、前記カンチレバーから前記尖部が実質的に直線をなすように延びるように形成され、前記測定装置は、前記チップの前記測定対象の表面に対するフィードバックのために第２方向に前記チップを移動させることができ、
前記第２方向は、前記第１方向と垂直をなすことなく傾いた方向である、請求項４に記載の測定対象の表面の特性を得る方法。
【請求項6】
前記チップは、前記カンチレバーから前記尖部が直線をなすことのないように傾いて形成され、前記測定装置は、前記チップの前記測定対象の表面に対するフィードバックのために第２方向に前記チップを移動させることができ、
前記第２方向は、前記第１方向と実質的に垂直をなす、請求項４または５に記載の測定対象の表面の特性を得る方法。
【請求項7】
前記チップは、前記カンチレバーから前記尖部が直線をなすことのないように傾いて形成され、前記測定装置は、前記チップの前記測定対象の表面に対するフィードバックのために第２方向に前記チップを移動させることができ、
前記第２方向は、前記第１方向と垂直をなすことなく傾いた方向である、請求項４から６のいずれか一項に記載の測定対象の表面の特性を得る方法。
【請求項8】
チップとカンチレバーを備える探針部により、測定対象の表面を測定するように構成された原子顕微鏡において、前記チップが前記測定対象の表面に対して第１方向に相対移動するように、前記測定対象を移動させるように構成されるＸＹスキャナと、
前記探針部が取り付けられ得るように構成され、前記カンチレバーの振動または反りを測定できる光学システム及び前記光学システムにより得られるデータに基づいて前記チップと前記測定対象の表面間の距離を制御するように前記探針部を少なくとも第２方向及びその反対方向に移動させるように構成されるＺスキャナを含むヘッドと、
前記ＸＹスキャナ及び前記ヘッドを制御するコントローラと、を含み、
前記コントローラは、
第１制御方式を使用して、前記測定対象の表面に対して前記チップを第１方向に相対移動させながら前記測定対象の表面の特性を得る、正常測定制御を遂行し、
前記正常測定制御を遂行中に、前記チップにより得られる少なくとも一つの特性値が特定範囲を外れて異常状態と判定された場合、事前に定義された前記測定対象の表面の形状に基づいて設定された第２制御方式で前記チップが前記異常状態から外れるように制御される、脱出制御を遂行し、
前記脱出制御の後に、また前記正常測定制御を遂行する
ように、前記ＸＹスキャナ及び前記ヘッドを制御し、
前記第２制御方式は、
前記測定対象の表面に対して前記チップを前記第１方向とは反対方向に相対移動させる第１動作と、
前記測定対象の表面に対して前記チップを離隔させる第２動作と
の組み合わせによりなされ、
前記第２制御方式は、前記第１動作と前記第２動作が同時に、または順次に遂行されるように定義されている、
原子顕微鏡。
【請求項9】
前記事前に定義された表面の形状は、前記第１方向に対して開放されたアンダーカット構造の形状である、請求項８に記載の原子顕微鏡。
【請求項10】
前記チップが前記測定対象の表面に対して傾くようにアプローチされ得るように、前記ヘッドが傾くことができる、請求項９に記載の原子顕微鏡。
【請求項11】
請求項１から７のいずれか一項に記載の測定対象の表面の特性を得る方法を遂行するために格納媒体に格納されたコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、傾いたチップを利用して測定対象の表面の特性を得る方法、この方法が遂行されるための原子顕微鏡及びこの方法が遂行されるために格納媒体に格納されたコンピュータプログラムに関し、より具体的には、アンダーカット（ｕｎｄｅｒｃｕｔ）構造の内部まで深くイメージを得ることができ、チップがアンダーカット構造の内部から容易に脱出できる、傾いたチップを利用して測定対象の表面の特性を得る方法、この方法が遂行されるための原子顕微鏡及びこの方法が遂行されるために格納媒体に格納されたコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
試料の表面を測定する多様な方式の顕微鏡が存在する。大きく分類すると、光学顕微鏡、電子顕微鏡及び走査探針顕微鏡に分けられる。このような顕微鏡は、測定方式の差によって互いに異なる長短所を有し、特定の試料の形状に対して測定方式の差を考慮して適した顕微鏡が採択されて使用されたりする。
【0003】
一方、最近は、半導体、ディスプレイ産業の発展を通して、微細化された構造を測定しなければならない必要が増加しており、特に大きな平面構造で上側に突出した突出部を有し、この突出部の側部が窪んだ、微細なアンダーカット（ｕｎｄｅｒｃｕｔ）構造の形状を正確に測定しなければならない必要が生じている。
【0004】
このようなアンダーカット構造を有する試料は、その構造的特性によって、上側ではアンダーカット構造が隠されているため、どのような顕微鏡でもアンダーカット構造の内部まで測定することは困難である。もちろん、アンダーカット構造の断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で測定することで形状を知ることはできるが、このような測定方式は、試料の破壊を伴わざるをえないので、試料に損傷を与えずにアンダーカット構造の形状を測定できる究極的なソリューションになることはできない。
【0005】
試料に損傷を与えずにアンダーカット構造を測定可能なソリューションとしては、走査探針顕微鏡が利用され得、特にチップ付きのカンチレバーを利用して試料を測定する原子顕微鏡が利用され得る。
【0006】
しかし、原子顕微鏡も試料に向かって垂直に伸びたチップを利用して試料の表面を測定することが一般的であるため、傾いた側壁の構造の測定のためには、チップを傾けるか、特殊なチップを使用する方式等の応用が行われなければならなかった。
【0007】
本特許の出願人は、原子顕微鏡を利用してチップを傾けて測定するオーバーハング表面構造を分析する技術を開発して「３ＤＭＴＭ」というモデル名で製品化に成功をしており、下記のような多数の特許を開示した。しかし、このようなチップを傾ける構造では、アンダーカット構造にチップが深く入ることができず、アンダーカット構造を十分に測定することは困難である短所がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】韓国登録特許第１０－０７６１０５９号（発明の名称：オーバーハングサンプル測定が可能な走査探針顕微鏡）
【文献】米国登録特許ＵＳ７，６４４，４４７Ｂ２（発明の名称：Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｐｒｏｂｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｃａｐａｂｌｅ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓａｍｐｌｅｓ ｈａｖｉｎｇ ｏｖｅｒｈａｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）
【文献】米国公開特許ＵＳ２００９／０２００４６２Ａ１（発明の名称：ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＰＲＯＢＥ ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ ＣＡＰＡＢＬＥ ＯＦ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＳＡＭＰＬＥＳ ＨＡＶＩＮＧ ＯＶＥＲＨＡＮＧ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ）
【文献】米国登録特許ＵＳ８，２０９，７６６Ｂ２（発明の名称：Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｐｒｏｂｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｃａｐａｂｌｅ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓａｍｐｌｅｓ ｈａｖｉｎｇ ｏｖｅｒｈａｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）
【文献】米国公開特許ＵＳ２０１０／０２１８２８５Ａ１（発明の名称：ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＰＲＯＢＥ ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ ＣＡＰＡＢＬＥ ＯＦ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＳＡＭＰＬＥＳ ＨＡＶＩＮＧ ＯＶＥＲＨＡＮＧ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたものであって、本発明において解決しようとする課題は、アンダーカット（ｕｎｄｅｒｃｕｔ）構造の内部まで深くイメージを得ることができ、チップがアンダーカット構造の内部から容易に脱出できる、傾いたチップを利用して測定対象の表面の特性を得る方法、この方法が遂行されるための原子顕微鏡及びこの方法が遂行されるために格納媒体に格納されたコンピュータプログラムを提供することにある。
【0010】
本発明の課題は、以上において言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は、下記の記載から当業者に明確に理解され得るだろう。
【課題を解決するための手段】
【0011】
前記課題を解決するための本発明の一実施例に係る方法は、測定対象の表面と相互作用するチップ（ｔｉｐ）を含む測定装置を利用して前記測定対象の表面の特性を得る方法である。この方法は、第１制御方式を使用して、前記測定対象の表面に対して前記チップを第１方向に相対移動させながら前記測定対象の表面の特性を得る、正常測定ステップ；前記正常測定ステップを遂行中に、前記チップにより得られる少なくとも一つの特性値が特定範囲を外れて異常状態と判定された場合、事前に定義された前記測定対象の表面の形状に基づいて設定された第２制御方式で前記チップが前記異常状態から外れるように制御される、脱出ステップ；及び、前記脱出ステップ以後に、また前記正常測定ステップが遂行されるステップ；を含む。
【0012】
本発明の他の特徴によれば、前記事前に定義された表面の形状は、前記第１方向に対して開放されたアンダーカット（ｕｎｄｅｒｃｕｔ）形状である。
【0013】
本発明のまた他の特徴によれば、前記測定装置は、原子顕微鏡であり、前記第１制御方式及び前記第２制御方式で、前記チップは、前記測定対象に対して非接触モード（ｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔ ｍｏｄｅ）またはタッピングモード（ｔａｐｐｉｎｇ ｍｏｄｅ）で作動し、前記異常状態を判定する前記特性値は、振動する前記チップの振幅であり、前記チップの振幅が前記特定範囲より小さくなった場合、前記異常状態と判定される。
【0014】
本発明のまた他の特徴によれば、前記チップは、カンチレバーから延びて尖部（ｄｉｓｔａｌ ｅｎｄ）を有し、前記正常測定ステップの遂行時に、前記第１方向に対して前記尖部が前記カンチレバーより先行するように、前記チップが前記測定対象の表面と傾いた状態で相互作用するように構成される。
【0015】
本発明のまた他の特徴によれば、前記チップは、前記カンチレバーから前記尖部が実質的に直線をなすように延びるように形成され、前記測定装置は、前記チップの前記測定対象の表面に対するフィードバックのために第２方向に前記チップを移動させることができるように構成され、前記第２方向は、前記第１方向と垂直をなすことなく傾いた方向である。
【0016】
本発明のまた他の特徴によれば、前記チップは、前記カンチレバーから前記尖部が直線をなすことのないように傾いて形成され、前記測定装置は、前記チップの前記測定対象の表面に対するフィードバックのために第２方向に前記チップを移動させることができるように構成され、前記第２方向は、前記第１方向と実質的に垂直をなす。
【0017】
本発明のまた他の特徴によれば、前記チップは、前記カンチレバーから前記尖部が直線をなすことのないように傾いて形成され、前記測定装置は、前記チップの前記測定対象の表面に対するフィードバックのために第２方向に前記チップを移動させることができるように構成され、前記第２方向は、前記第１方向と垂直をなすことなく傾いた方向である。
【0018】
本発明のまた他の特徴によれば、前記第２制御方式は、前記測定対象の表面に対して前記チップを前記第１方向とは反対方向に相対移動させる第１動作と、前記測定対象の表面に対して前記チップを離隔させる第２動作の組み合わせによりなされる。
【0019】
本発明のまた他の特徴によれば、前記第２制御方式は、前記第１動作と前記第２動作は同時に、または順次に遂行されるように定義される。
【0020】
前記課題を解決するための本発明の一実施例に係る原子顕微鏡は、チップとカンチレバーを備えた探針部により、測定対象の表面を測定するように構成された原子顕微鏡である。この原子顕微鏡は、前記チップが前記測定対象の表面に対して第１方向に相対移動するように、前記測定対象を移動させるように構成されるＸＹスキャナ；前記探針部が取り付けられ得るように構成され、前記カンチレバーの振動または反りを測定できる光学システム及び前記光学システムにより得られるデータに基づいて前記チップと測定対象の表面間の距離を制御するように前記探針部を少なくとも第２方向及びその反対方向に移動させるように構成されるＺスキャナを含むヘッド；及び、前記ＸＹスキャナ及び前記ヘッドを制御するコントローラ；を含む。前記コントローラは、第１制御方式を使用して、前記測定対象の表面に対して前記チップを第１方向に相対移動させながら前記測定対象の表面の特性を得る、正常測定制御と、前記正常測定制御を遂行中に、前記チップにより得られる少なくとも一つの特性値が特定範囲を外れて異常状態と判定された場合、事前に定義された前記測定対象の表面の形状に基づいて設定された第２制御方式で前記チップが前記異常状態から外れるように制御される、脱出制御と、前記脱出制御以後に、また前記正常測定制御を遂行するように、前記ＸＹスキャナ及び前記ヘッドを制御する。
【0021】
本発明の他の特徴によれば、前記事前に定義された表面の形状は、前記第１方向に対して開放されたアンダーカット（ｕｎｄｅｒｃｕｔ）形状である。
【0022】
本発明のまた他の特徴によれば、前記チップが前記測定対象の表面に対して傾くようにアプローチされ得るように、前記ヘッドが傾くことができるように構成される。
【0023】
本発明のまた他の特徴によれば、前記第２制御方式は、前記ＸＹスキャナにより前記測定対象の表面に対して前記チップを前記第１方向とは反対方向に相対移動させる第１動作と、前記Ｚスキャナにより前記測定対象の表面に対して前記チップを離隔させる第２動作の組み合わせによりなされる。
【0024】
前記課題を解決するための本発明の一実施例に係るコンピュータプログラムは、上述した方法を遂行するための格納媒体に格納される。
【発明の効果】
【0025】
本発明の方法によれば、アンダーカット構造の形状をさらに深くイメージングでき、アンダーカット構造の内部空間に進入したチップを自動で速くその内部空間から脱出させてイメージをまた測定することができ、作動が容易であって、スループットの向上を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】ＸＹスキャナとＺスキャナが分離された原子顕微鏡の概略的な斜視図である。
【図2】光学システムを利用して測定対象を測定する方式を説明した概念図である。
【図3】ヘッドを傾けることができるように構成された原子顕微鏡の概略的な斜視図である。
【図4】本発明の方法に利用可能な探針部の概略的な斜視図及び正面図である。
【図5】本発明の方法が適用されるアンダーカット構造の例示的な断面図である。
【図6】本発明の測定対象の表面の特性を得る方法のステップを示したフローチャートである。
【図10】本発明による方法を遂行するための制御に対するチップの振幅と速度間の関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0027】
本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述されている実施例を参照すると、明確になるだろう。しかし、本発明は、以下において開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態に具現され、単に、本実施例は、本発明の開示が完全なものとなるようにし、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇により定義されるだけである。
【0028】
第１、第２等が多様な構成要素を述べるために使用されるが、これらの構成要素は、これらの用語により制限されないことはもちろんである。これらの用語は、単に一つの構成要素を他の構成要素と区別するために使用するものである。従って、以下において言及される第１構成要素は、本発明の技術的思想内で第２構成要素であってもよいことはもちろんである。併せて、第１コーティング後、第２コーティングを行うと記載したとしても、その反対の順にコーティングを行うことも本発明の技術的思想内に含まれることはもちろんである。
【0029】
本明細書において図面符号を使用するにあたって、図面が異なる場合でも同じ構成を示している場合は、できるだけ同じ図面符号を使用する。
【0030】
図面で示された各構成の大きさ及び厚さは、説明の便宜のために示されたものであり、本発明は、示された構成の大きさ及び厚さに必ずしも限定されるものではない。
【0031】
［本発明を実行するための原子顕微鏡の構成］
まず、本発明の方法を遂行するための測定装置としての原子顕微鏡の構成について例示として説明する。本明細書においては、原子顕微鏡を例示として説明するだけであり、チップを使用する走査探針顕微鏡（ＳＰＭ）でも後述する方法が遂行され得ることはもちろんである。
まず、本発明の方法を遂行するための測定装置としての原子顕微鏡の構成について例示として説明する。本明細書においては、原子顕微鏡を例示として説明するだけであり、チップを使用する走査探針顕微鏡（ＳＰＭ）でも後述する方法が遂行され得ることはもちろんである。
【0032】
図１は、ＸＹスキャナとＺスキャナが分離された原子顕微鏡の概略的な斜視図であり、図２は、光学システムを利用して測定対象を測定する方式を説明した概念図であり、図３は、ヘッドを傾けることができるように構成された原子顕微鏡の概略的な斜視図であり、図４は、本発明の方法に利用可能な探針部の概略的な斜視図及び正面図である。
【0033】
図１を参照すると、原子顕微鏡１００は、探針部１１０と、ＸＹスキャナ１２０と、ヘッド１３０と、Ｚステージ１４０と、固定フレーム１５０と、コントローラ１６０を含んで構成される。
【0034】
探針部１１０は、チップとカンチレバーを備え、チップが測定対象１の表面に接触または非接触状態で沿うように構成される。探針部１１０は、以下の他の構成と別に提供され得、後述するヘッド１３０に固定して使用する。本発明に適した探針部１１０の構造は、図４を参照して後述する。
【0035】
ＸＹスキャナ１２０は、チップが測定対象１の表面に対して少なくとも第１方向に相対移動するように、測定対象１を移動させるように構成される。具体的に、ＸＹスキャナ１２０は、測定対象１をＸＹ平面でＸ方向及びＹ方向にスキャンするように機能する。
【0036】
ヘッド１３０は、探針部１１０が取り付けられ得るように構成され、カンチレバーの振動または反りを測定できる光学システム及びこの光学システムにより得られるデータに基づいてチップと測定対象の表面間の距離を制御するように探針部１１０を少なくとも第２方向及びその反対方向に移動させるように構成されるＺスキャナを含む。光学システムは、図２を参照して後述する。ここで、Ｚスキャナ１３１は、探針部１１０を比較的に小さな変位で移動させる。
【0037】
Ｚステージ１４０は、探針部１１０とヘッド１３０を相対的に大きな変位でＺ方向に移動させる。
【0038】
固定フレーム１５０は、ＸＹスキャナ１２０とＺステージ１４０を固定する。
【0039】
コントローラ１６０は、少なくともＸＹスキャナ１２０、ヘッド１３０及びＺステージ１４０を制御するように構成される。コントローラ１６０は、第１制御方式を使用して、測定対象１の表面に対してチップを第１方向に相対移動させながら測定対象１の表面の特性を得る、正常測定制御と、このような正常測定制御を遂行中に、チップにより得られる少なくとも一つの特性値が特定範囲を外れて異常状態と判定された場合、事前に定義された測定対象１の表面の形状に基づいて設定された第２制御方式でチップが異常状態から外れるように制御される、脱出制御と、このような脱出制御以後に、また正常測定制御を遂行するように、ＸＹスキャナ１２０及びヘッド１３０を制御する。具体的な制御方法は、図６から図１０を参照して後述する。
【0040】
一方、原子顕微鏡１0０は、大きな変位でＸＹスキャナ１２０をＸＹ平面上で移動させることができるように構成される図示しないＸＹステージをさらに含むことができる。この場合、ＸＹステージは、固定フレーム１５０に固定されるだろう。
【0041】
原子顕微鏡１００は、測定対象１の表面を探針部１１０でスキャンしてトポグラフィー（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）等のイメージを得る。測定対象１の表面と探針部１１０間の相対移動は、ＸＹスキャナ１２０により行われ得、測定対象１の表面に沿うように探針部１１０を上下に移動させることは、Ｚスキャナ１３１により行われ得る。一方、探針部１１０とＺスキャナ１３１は、プローブアーム（ｐｒｏｂｅ ａｒｍ）１３２により連結される。
【0042】
図２を参照すると、ＸＹスキャナ１２０は、測定対象１を支持し、測定対象１をＸＹ方向にスキャンする。ＸＹスキャナ１２０の駆動は、例えば、圧電アクチュエータ（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｃｔｕａｔｏｒ）により発生でき、本実施例のようにＺスキャナ１３１と分離された場合は、積層された圧電駆動機（ｓｔａｃｅｄ ｐｉｅｚｏ）を使用することもできる。ＸＹスキャナ１２０については、本出願人が登録権者である韓国登録特許第１０－０５２３０３１号（発明の名称：走査探針顕微鏡でのＸＹスキャナ及びその駆動方法）及び第１０－１４６８０６１号（発明の名称：スキャナの制御方法とそれを利用したスキャナ装置）を参照する。
【0043】
Ｚスキャナ１３１は、探針部１１０と連結され、探針部１１０の高さを調節できる。Ｚスキャナ１３１の駆動もＸＹスキャナ１２０のように圧電アクチュエータにより行われてもよい。Ｚスキャナ１３１については、本出願人が登録権者である韓国登録特許第１０－１４７６８０８号（発明の名称：スキャナ装置及びそれを含む原子顕微鏡）を参照する。Ｚスキャナ１３１が収縮すると、探針部１１０は、測定対象１の表面から遠くなり、Ｚスキャナ１３１が拡張されると、探針部１１０は、測定対象１の表面に近くなる。
【0044】
ＸＹスキャナ１２０とＺスキャナ１３１は、図１及び図２のように分離されて別個の部材で存在することもできるが、チューブ型圧電アクチュエータにより一つの部材に統合されて存在することもできる。このようなチューブ型圧電アクチュエータの場合、ＸＹ方向の移動とＺ方向の移動を共に行うことができるが、ＸＹ方向への挙動とＺ方向への挙動がカップリングされてイメージを歪める問題を有している。しかし、このような限界にもかかわらず、このような構造が本発明に活用され得ることはもちろんである。このようなＸＹＺ統合型スキャナは、米国特許公開第２０１２－００７９６３５Ａ１（発明の名称：Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ ｅｒｒｏｒｓ ｉｎ ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）等に開示されており、この他にも公知の原子顕微鏡の構造が使用され得る。
【0045】
ヘッド１３０は、探針部１１０のカンチレバーの振動または反りを測定できる光学システムを有し、この光学システムは、レーザ発生ユニット１３３とディテクタ（ｄｅｔｅｃｔｏｒ）１３４を含む。
【0046】
レーザ発生ユニット１３３では、レーザ光（点線で示す）を探針部１１０のカンチレバーの表面に照射し、カンチレバーの表面から反射したレーザ光は、ＰＳＰＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）のような２軸のディテクタ１３４に結像する。このようなディテクタ１３４で検出される信号は、制御のためにコントローラ１６０に送られる。
【0047】
コントローラ１６０は、ＸＹスキャナ１２０とＺスキャナ１３１と連結されて、ＸＹスキャナ１２０とＺスキャナ１３１の駆動を制御する。また、コントローラ１６０は、ディテクタ１３４から得られた信号をＡＤＣコンバータによりデジタル信号に変換し、これを活用して探針部１１０のカンチレバーの反り、ねじれ等の程度を判断できる。コントローラ１６０には、コンピュータが統合されていてもよく、別途のコンピュータとコントローラ１６０と連結されていてもよい。コントローラ１６０は、一つに統合されてラックに入れられてもよいが、２つ以上に分割されて存在してもよい。
【0048】
コントローラ１６０は、測定対象１をＸＹスキャナ１２０によりＸＹ方向にスキャンできるようにＸＹスキャナ１２０を駆動する信号を送る一方、探針部１１０が測定対象１の表面と一定の相互力を有するように（即ち、カンチレバーが一定の程度の反りを維持するように、またはカンチレバーが一定の振幅で振動するように）Ｚスキャナ１３１を制御する。即ち、コントローラ１６０は、ソフトウェア的なまたは電気回路的な閉ループフィードバックロジック（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｌｏｇｉｃ）を有する。また、コントローラ１６０は、Ｚスキャナ１３１の長さ（またはＺスキャナ１３１に使用されたアクチュエータの長さ）を測定するか、Ｚスキャナ１３１に使用されたアクチュエータに印加される電圧等を測定することで、測定対象１の表面の形状データ（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）を得る。
【0049】
ここで、探針部１１０のチップは、測定対象１の表面と接触した状態で測定対象１の表面と相対移動をすることもでき（これを「接触モード」という）、表面と接触していない状態で振動しながら測定対象１の表面と相対移動をすることもでき（これを「非接触モード」という）、また測定対象１の表面を叩く状態で振動しながら測定対象１の表面と相対移動をすることもできる（これを「タッピングモード」（ｔａｐｐｉｎｇ ｍｏｄｅ）という）。このような多様なモードは、既存に開発されたモードに該当するので、詳細な説明は省略する。
【0050】
一方、コントローラ１６０が得る測定対象１の表面に関するデータは、形状データ以外に多様であり得る。例えば、探針部１１０に磁力を帯びるようにするか、静電力等を加える特殊な処理をすることで、測定対象１の表面の磁力に関するデータ、静電気力に関するデータ等を得ることができる。このような原子顕微鏡のモードは、ＭＦＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）、ＥＦＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）等があり、これは公知の方法を使用して具現され得る。この他にも、測定対象１の表面に関するデータは、表面の電圧、表面の電流等であってもよい。
【0051】
一方、ヘッド１３０の構成は、説明の便宜上、必須な構成要素のみを記載しただけで、この他の光学システム等の具体的な構成は省略したことに留意すべきであり、例えば、ヘッド１３０には、韓国登録特許第１０－０６４６４４１号に開示された構成がさらに含まれ得る。
【0052】
図３を参照すると、ヘッド１３０を傾けることができる原子顕微鏡１００'の構成が示される。参考までに、図１及び図２においては、このような構成は省略しており、図３においても、説明の便宜のために、レーザ発生ユニット１３３、ディテクタ１３４及びプローブアーム１３２等は省略している。
【0053】
原子顕微鏡１００'は、探針部１１０のチップ（図３においては図面番号図示しない、詳細は後述する）を傾けるためにヘッド１３０を傾けることができるように構成される。ヘッド１３０は、延長ブロック１７１により案内部１７２と連結され、案内部１７２は、特定回転半径を有するように円弧の形状になされ得る。
【0054】
延長ブロック１７１は、案内部１７２に沿ってスライド移動可能に構成され、延長ブロック１７１の移動によって探針部１１０のチップが傾くことができる。特定回転半径は、延長ブロック１７１の移動によって探針部１１０のチップの尖部（ｄｉｓｔａｌ ｅｎｄ）が移動しないように設定されることが好ましいが、そうしなくてもチップを特定の角度で傾くようにすることができれば、どのように設定しても関係ない。
【0055】
一方、ヘッド１３０が測定対象１から垂直方向からθだけ傾く場合、Ｚスキャナ１３１もθだけ傾くため、Ｚスキャナ１３１により誘発される探針部１１０の動きもθだけ傾くようになる。
【0056】
このようにヘッド１３０を傾くようにすることができる構成は、本発明の出願人が登録権者である韓国登録特許第１０－０７６１０５９号等に開示されており、開示された構成は、参照として本発明に含まれる。
【0057】
図４の（ａ）及び（ｂ）を参照すると、探針部１１０、１１０ｔは、カンチレバー１１１とチップ１１２、１１２ｔで構成される。カンチレバー１１１は、反りが起こるか振動が起こる部分であり、上述したレーザ発生ユニット１３３で発生したレーザスポット（ｌａｓｅｒ ｓｐｏｔ）が結像することで、ディテクタ１３４により反りの程度及び振動が測定され得る。
【0058】
チップ１１２、１１２ｔは、カンチレバー１１１から延びて、図４の（ａ）のようにＸ方向に対称に形成されることが一般的である。もちろん、このような探針部１１０も、図３の原子顕微鏡１００'を利用してヘッド１３０を傾けることで、本発明の方法に利用され得る。しかし、図４の（ｂ）のようにＸ方向に傾いたチップ１１２ｔを有する探針部１１０ｔを利用すれば、アンダーカット構造の形状をよりよく測定できる。具体的に、チップの尖部１１３がチップの中心Ｃから外れて斜めに形成され得る。
【0059】
図４の（ｃ）を参照すると、Ｘ方向に対して多様な角度で傾いたチップが本発明に活用され得る。１２゜、２０゜、３０゜等とチップの尖部１１３が傾いた探針部１１０ｔ'、１１０ｔ''、１１０ｔ'''を本発明の方法に活用できる。もちろん、全く傾いていない探針部１１０も本発明の方法に活用され得る。
【0060】
後述する本発明の方法は、装置及び探針部の多様な組み合わせで遂行され得る。
【0061】
まず、チップ１１２がカンチレバー１１１から尖部１１３が実質的に直線をなすように延びるように形成された図４の（ａ）のような探針部１１０と、チップ１１２の測定対象１の表面に対するフィードバックのために第２方向にチップ１１２を移動させることができるように構成される原子顕微鏡１００'の組み合わせで本発明の方法が遂行され得る。ここで、第２方向は、Ｘスキャン方向（第１方向）と垂直をなすことなく傾いた方向であって、図３の原子顕微鏡１００'を利用してヘッド１３０を傾けることで得られる。即ち、まっすぐに伸びた探針部１１０と傾けたヘッド１３０によって本発明の方法が遂行され得る。ここで、「実質的に直線をなすこと」は、直線をなすことを目標として作製したが、設計誤差、公差、作製時の誤差等により発生した誤差によって正確に直線をなしてはいないことも含む。例えば、「実質的に直線をなすこと」は、チップ１１２の中心Ｃと尖部１１３間の誤差がチップ１１２の全長に対して５％以下をなすこと、さらに好ましくは、３％以下をなすことを意味し得る。
【0062】
次に、チップ１１２ｔがカンチレバー１１１から尖部１１３が実質的に直線をなすことのないように傾いて形成された図４の（ｂ）のような探針部１１０ｔと、チップ１１２ｔの測定対象１の表面に対するフィードバックのために第２方向にチップ１１２ｔを移動させることができるように構成される原子顕微鏡１００の組み合わせで本発明の方法が遂行され得る。ここで、第２方向は、Ｘスキャン方向（第１方向）と実質的に垂直をなす方向であって、図１の原子顕微鏡１００を利用してヘッド１３０を傾けなくても得られる。即ち、反った探針部１１０ｔと傾けていないヘッド１３０によって本発明の方法が遂行され得る。ここで、「実質的に垂直」とは、垂直をなすことを目標として作製したが、設計誤差、公差、組み立て時の誤差等により発生した誤差によって正確に９０゜をなしてはいないことも含む。例えば、「実質的に垂直」は、第１方向と第２方向が８９゜以上、９１゜以下をなすこと、さらに好ましくは、８９．５゜以上、９０．５゜以下をなすことを意味し得る。
【0063】
次に、チップ１１２ｔがカンチレバー１１１から尖部１１３が実質的に直線をなすことのないように傾いて形成された図４の（ｂ）のような探針部１１０ｔと、チップ１１２ｔの測定対象１の表面に対するフィードバックのために第２方向にチップ１１２ｔを移動させることができるように構成される原子顕微鏡１００'の組み合わせで本発明の方法が遂行され得る。ここで、第２方向は、Ｘスキャン方向（第１方向）と垂直をなすことなく傾いた方向であって、図３の原子顕微鏡１００'を利用してヘッド１３０を傾けることで得られる。即ち、反った探針部１１０と傾けたヘッド１３０によって本発明の方法が遂行され得る。この方法で最も傾いた尖部１１３と測定対象１の表面間のアプローチが起こり得るので、最も深くアンダーカット構造を測定できる長所を有する。以下において、本組み合わせによる装置を活用して、アンダーカット構造を測定する方法を説明する。
【0064】
［アンダーカット構造を有する測定対象の表面の特性を得る方法］
以下、添付の図面を参考にして本発明の測定対象の表面の特性を得る方法の実施例について説明する。
以下、添付の図面を参考にして本発明の測定対象の表面の特性を得る方法の実施例について説明する。
【0065】
図５は、本発明の方法が適用されるアンダーカット構造の例示的な断面図であり、図６は、本発明の測定対象の表面の特性を得る方法のステップを示したフローチャートであり、図７は、図６の第１制御方式によるチップの相対移動を順に示した側面図であり、図８は、図６の第２制御方式によるチップの相対移動を順に示した側面図であり、図９は、図６のステップを遂行する時のＸスキャン方向によるチップの非接触モード時の振幅を示したグラフであり、図１０は、本発明による方法を遂行するための制御に対するチップの振幅と速度間の関係を示したグラフである。
【0066】
図５を参照すると、アンダーカット構造の形状は、ＸＹ平面構造でＺ方向に突出した突出部Ｐを有し、この突出部Ｐの側部が窪んだ形状と定義し得る。測定のためにスキャン方向（本説明においては、－Ｘ方向、言い換えれば、チップの相対移動方向、「第１方向」と称する）に対して開放された凹んだ形状を含む構造と定義される。異に定義すると、Ｚ方向に上がるほどＸ方向に突出した部分Ｐ'が存在する形状をアンダーカット構造の形状と定義することもできる。
【0067】
上のような定義に照らすとき、図５の（ａ）のように内部空間Ｓを有し、Ｘ方向に突出した部分Ｐ'を有する形状をアンダーカット構造の形状といえる。また、図５の（ｂ）のように内部空間Ｓの内側の形状が屈曲してＸ方向に突出した部分Ｐ'を有する形状もアンダーカット構造の形状といえる。
【0068】
結局、言い換えれば、上側から測定対象の平面を眺めるとき、突出した部分Ｐ'のため下側に見えない内部空間Ｓを有する構造をアンダーカット構造といえる。このように定義は多様になされ得、このような多様な変形例示に対して本発明が適用され得る。
【0069】
以下の例示では、最も簡単なアンダーカット構造である図５の（ａ）を測定することを例示として、本発明の方法について説明する。
【0070】
図６を参照すると、まず、探針部を準備する（Ｓ１１０）。探針部１１０、１１０ｔ、１１０ｔ''、１１０ｔ'''は、図４のように傾いていないか、多様な角度をもって傾いたチップを有する探針部の中から選択され得る。アンダーカット構造の形状によってさらに深い部分まで測定が必要である場合、さらに傾いたチップを使用すればよい。このような探針部１１０、１１０ｔ、１１０ｔ''、１１０ｔ'''の選定は、アンダーカット構造の形状によって適宜決定され得る。
【0071】
このような探針部１１０、１１０ｔ、１１０ｔ''、１１０ｔ'''は、図１から図３のヘッド１３０、さらに具体的にはプローブアーム１３２に取り付けられ、図２のようにレーザ発生ユニット１３３からのレーザをカンチレバー１１１が反射してディテクタ１３４に結像するようにすることで、準備が終了する。
【0072】
以後、ヘッド１３０を傾けることで、チップ１１２、１１２ｔを傾ける（Ｓ１２０）。図３の原子顕微鏡１００'を利用すれば、ヘッド１３０が傾くことができ、傾ける角度は、測定しようとするアンダーカット構造の形状を考慮して適宜選定されればよい。もちろん、傾いていないヘッド１３０に傾いたチップ１１２ｔを含む探針部１１０ｔ'、１１０ｔ''、１１０ｔ'''を取り付けることで、本ステップは省略されてもよい。
【0073】
以後、チップ１１２、１１２ｔを測定対象１の表面にアプローチする（Ｓ１３０）。チップ１１２、１１２ｔは、傾いた状態で測定対象１の表面にアプローチされるが、非接触モードやタッピングモード状態でアプローチされ得る。非接触モードやタッピングモードの場合、チップ１１２、１１２ｔが特定周波数で振動するようになり、特定周波数の振幅が特定値に達するまでチップ１１２、１１２ｔを測定対象１の表面に接近させることでアプローチが完了する。このようなアプローチする方法は、既存の非接触モードやタッピングモードでのアプローチ方法に従い、本方法にもそのまま適用される。
【0074】
以後、第１制御方式を使用して、測定対象１の表面に対してチップ１１２、１１２ｔを第１方向に相対移動させながら測定対象１の表面の特性を得る（Ｓ１４０）。
【0075】
第１方向は、測定対象１に対するチップ１１２、１１２ｔの相対移動方向を意味し、図７及び図８を参照すると、本説明においては、－Ｘ方向を意味する。このようなチップ１１２、１１２ｔの相対移動は、測定対象１が固定され、チップ１１２、１１２ｔが移動されながら達成されてもよいが、図１から図３のように、ＸＹスキャナ１２０とＺスキャナ１３１が分離された原子顕微鏡１００、１００'構造によれば、Ｚスキャナ１３１が測定対象１の表面と一定距離維持のための移動だけを担当し、ＸＹスキャナ１２０のスキャンによって測定対象１が移動することで達成されてもよい。本説明においては、便宜上、チップ１１２、１１２ｔが移動するように説明するが、これは、相対移動を意味するだけであり、実際にチップ１１２、１１２ｔだけが移動するということを意味するものではない。
【0076】
第１制御方式は、非接触モードやタッピングモードでチップ１１２、１１２ｔが動作しながら測定対象１の表面と一定距離を維持するようにフィードバック制御をする制御方式を意味する。即ち、一般的な非接触モードやタッピングモードを利用した制御方式が第１制御方式であると理解してもよい。
【0077】
このように、本ステップ（Ｓ１４０）では、チップ１１２ｔが傾いたまま測定対象の表面と一定距離を維持しながら測定対象１の表面に追随しながら－Ｘ方向へのスキャンがなされる。図７の（ａ）のようにチップ１１２ｔは－Ｘ方向に相対移動して、図７の（ｂ）のように＋Ｚ方向に突出した部分に当たるとＺスキャナ１３１が収縮する方式で＋Ｚ方向にもチップ１１２ｔは測定対象１の表面に追随する。それで、図７の（ｃ）のように、チップ１１２ｔの尖部１１３でない側部が＋Ｘ方向に突出した部分Ｐ'と近接するようになってチップ１１２ｔの振動に影響を与えるようになる。
【0078】
このとき、図９を参照すると、振幅が特定範囲（約７．５～８．５ｎｍ）を維持しながら第１制御方式が遂行され（Ｓ１４０）、突出した部分Ｐ'がチップ１１２ｔの側部に影響を与えるようになる瞬間、非接触モードでのチップ１１２ｔの振幅が急に特定値（約２ｎｍ）以下に落ちるようになる（図９において、一点鎖線は振幅を意味し、実線はチップの高さ（即ち、Ｚスキャナ１３１の高さ）を意味する）。第１制御方式で８ｎｍの振幅を有するように制御されていたチップ１１２ｔの振幅は、約２ｎｍ以下に急激に落ちる。このような振幅の急激な低下は、チップ１１２ｔの尖部１１３でない「側部での非正常な接触」が起こったこと（以下、「異常状態」という）を意味する。このような非正常な接触であると判断できることは、事前に測定対象１の表面にアンダーカット構造が存在するという仮定に基づく。
【0079】
このように第１制御方式を通して測定対象１の表面を測定する途中で、異常状態が起こるかをリアルタイムでモニタリングし、異常状態が起こったら異常状態と判定する（Ｓ１５０）。
【0080】
異常状態が起こるかの判定は、チップ１１２ｔにより得られる少なくとも一つの特性値が特定範囲を外れる場合と定められ得る。このような特性値としては、チップ１１２ｔの尖部１１３でない側部での予期せぬ接触によって変動され得る全ての値ができる。本実施例においては、非接触モードやタッピングモードで振動するチップ１１２ｔの振幅をこのような特性値として活用することを例示する。
【0081】
図９をまた参照すると、チップ１１２ｔの尖部１１３でない部分の接触は、チップ１１２ｔの振幅を急減させる要因として作用し、これは第１制御方式がフィードバックできる制御の範囲を超えるようになる（Ａ地点）。このようにチップ１１２ｔの振幅が特定値以下に落ちる場合、異常状態と判定できる。ここで図９において、特定値は、５．０ｎｍに設定してもよく、４．０ｎｍあるいは３．０ｎｍに設定してもよい。また、特定値は、第１制御方式によってフィードバック制御されて維持される振幅（Ｓｅｔ Ｐｏｉｎｔともいう）の５０％の値、または４０％の値等のように設定されてもよい。
【0082】
一方、異常状態と判定された以後にも第１制御方式でチップ１１２ｔを制御すれば、振幅の急減は、チップ１１２ｔが測定対象１の表面に急激に非常に近くなったことを意味するため、図７の（ｄ）のように、Ｚスキャナ１３１がチップ１１２ｔを急激に持ち上げるようになる。Ｚスキャナ１３１は、チップ１１２ｔの測定対象１の表面に対するフィードバックのためにチップ１１２ｔの中心Ｃに沿ってチップ１１２ｔを移動させることができるように構成されるため、チップ１１２ｔを急激に持ち上げる場合、チップ１１２ｔは、アンダーカット形状のＸ方向に突出した部分Ｐ'に衝突して損傷されやすい。これによって、異常状態と判定された以後には、第１制御方式によってチップ１１２ｔの挙動とＸＹスキャナ１２０を制御してはならない。
【0083】
これによって、異常状態と判定された以後には、第１制御方式とは異なる第２制御方式でＸＹスキャナとＺスキャナを制御して異常状態を外れるための脱出ステップを遂行する（Ｓ１６０）。
【0084】
第２制御方式は、チップ１１２ｔの損傷を防ぐために異常状態の判定直後にＺスキャナ１３１の収縮（チップ１１２ｔの持ち上げ）をしないか、最小化させながら第１方向と反対のスキャン方向である＋Ｘ方向にチップ１１２ｔを相対移動することでなされる。
【0085】
言い換えれば、第２制御方式は、測定対象１の表面に対してチップ１１２ｔを第１方向（－Ｘ方向）とは反対方向（＋Ｘ方向）に相対移動させる第１動作と、測定対象１の表面に対してチップ１１２ｔを離隔させる第２動作の組み合わせによりなされる。このような第１動作と第２動作は同時に、または順次に遂行されるように定義される。即ち、第１動作と第２動作が区分されず合わせられた一つの動作に具現されてもよく、第１動作、第２動作が交互に順次に遂行されてもよい。
【0086】
図８を参照して第２制御方式について具体的に説明する。
【0087】
図８の（ａ）のような異常状態と判定されると、図８の（ｂ）のようにＸＹスキャナ１２０により測定対象１を－Ｘ方向に移動させる方式で、＋Ｘ方向にチップ１１２ｔを相対移動させながら、Ｚスキャナ１３１の収縮（チップの持ち上げ）をしないか最小とする。
【0088】
以後、図８の（ｃ）のようにＺスキャナ１３１を収縮してチップ１１２ｔを持ち上げる。Ｚスキャナ１３１は、チップ１１２ｔの中心Ｃに沿って（第２方向に沿って）チップ１１２ｔを移動させる。即ち、Ｚスキャナ１３１により、チップ１１２ｔの尖部１１３は、＋Ｘ方向及び＋Ｚ方向に相対移動される。チップ１１２ｔを持ち上げると、またチップ１１２ｔの側部が突出した部分Ｐ'に当たるようになる。
【0089】
またチップ１１２ｔの側部が突出した部分Ｐ'に接触したと判断されると、図８の（ｄ）のように、またチップ１１２ｔを＋Ｘ方向に相対移動させる。以後、図８の（ｅ）のようにＺスキャナ１３１を収縮してチップ１１２ｔをまた持ち上げる。このような動作を図８の（ｆ）、（ｇ）のようにさらに繰り返す。
【0090】
このような動作を繰り返して、図８の（ｇ）のようにチップ１１２ｔの側部ではなく尖部１１３が突出した部分Ｐ'と相互作用するようになれば、チップ１１２ｔの振幅が第１制御方式により制御され得る振幅の範囲内に入ってくるようになる。すると、第２制御方式を終了する。これによって、脱出ステップ（Ｓ１５０）が完了する。
【0091】
以後、図８の（ｈ）及び（ｉ）のように第１制御方式を使用して、測定対象１の表面をスキャンする。
【0092】
図１０を参照して、第１制御方式と第２制御方式をまた具体的に説明する。
【0093】
第１制御方式は、一般的な非接触モードまたはタッピングモードによってチップ１１２ｔが測定対象１の表面に沿って特定振幅（Ｓｅｔ Ｐｏｉｎｔ）を有するように制御される方式をいう。第１制御方式は、一般的な原子顕微鏡の制御方式によって、測定される振幅が特定振幅（Ｓｅｔ Ｐｏｉｎｔ）より大きい場合、チップ１１２ｔが測定対象１の表面と遠くなったと判断して、Ｚスキャナ１３１を拡張することで、チップ１１２ｔを測定対象１の表面に近くなるように制御する（Ｓｅｔ Ｐｏｉｎｔの右側の線に沿って制御）。また、第１制御方式は、一般的な原子顕微鏡の制御方式によって、測定される振幅が特定振幅（Ｓｅｔ Ｐｏｉｎｔ）より小さい場合、チップ１１２ｔが測定対象１の表面と近くなったと判断して、Ｚスキャナ１３１を収縮することで、チップ１１２ｔを測定対象１の表面から遠くなるように制御する（Ｓｅｔ Ｐｏｉｎｔの左側の線に沿って制御）。
【0094】
このとき、ＸＹスキャナ１２０は、一定の方向（Ｘ方向）に測定対象１を移動させるように制御される（実線で図示）。本実施例においては、Ｘ方向への移動は、一定の速度に制御されると例示したが、例示に過ぎず、スキャン方向さえ維持されればスキャン速度は変動可能である。
【0095】
このように、第１制御方式は、「第１制御方式区間」内において特定振幅（Ｓｅｔ Ｐｏｉｎｔ）でチップ１１２ｔが振動するようにＺスキャナ１３１を収縮または拡張することで、測定対象１の表面とチップ１１２ｔ間の距離を制御する。
【0096】
チップ１１２ｔの振幅が閾値より低くなると（即ち、異常状態と判定されると）、第２制御方式が適用される。第２制御方式は、図８を参照して先に説明したように、ＸＹスキャナ１２０によるＸ方向への移動及びＺスキャナ１３１による第２方向への移動の組み合わせによりアンダーカット構造の内部空間からチップ１１２ｔの尖部１１３を脱出させるための制御方式である。
【0097】
チップ１１２ｔの振幅が閾値より低くなり始めると、まずＸＹスキャナ１２０によるＸ方向への移動速度は低下し始める（実線参照）。これと併せて、Ｚスキャナ１３１の収縮速度が低下する（一点鎖線参照）。このような方式で突出した部分Ｐ'とチップ１１２ｔの側部間の衝突が防止される。
【0098】
チップ１１２ｔの振幅がさらに低くなると、ＸＹスキャナ１２０によるＸ方向への移動方向が反対に変わる。このような中でも、Ｚスキャナ１３１は収縮し続けて、チップ１１２ｔを持ち上げる。第１制御方式でのＸ方向へのスキャン方向と反対方向にＸ方向スキャンを遂行しながらＺスキャナ１３１を収縮させるので、チップ１１２ｔは、アンダーカット構造から外れることができる。
【0099】
ここで、Ｚスキャナ１３１による収縮速度は、下限を設定することが好ましい。Ｚスキャナ１３１は、第２制御方式で拡張されるように制御されることはないが、下限が設定された収縮は遂行し続ける。
【0100】
閾値は、第２制御方式の目標値、即ち、セットポイント（ｓｅｔ ｐｏｉｎｔ）として機能できる。なぜなら、第２制御方式は過渡期的なステップであって、脱出が目標であるからである。結局、第２制御方式により第１制御方式区間内にチップ１１２ｔの振幅値が進入でき、進入後には第１制御方式が遂行されて通常のイメージ獲得が可能となる。
【0101】
また図６を参照すると、第２制御方式でチップ１１２ｔを制御する途中でもチップ１１２ｔが異常状態にあるかを判定し続ける（Ｓ１７０）。このような判定により異常状態が続けられると、継続的に第２制御方式が遂行され、異常状態から外れたと判定（図９のＢのように振幅が第１制御方式で制御可能な範囲内に入ってきた場合）すると、第１制御方式に制御方式を変更する（Ｓ１４０）。即ち、第１制御方式が適用されるステップ（Ｓ１４０）及び第２制御方式が適用されるステップ（Ｓ１６０）の遂行時、異常状態の判定（Ｓ１５０、Ｓ１７０）が伴わなければならない。
【0102】
上述したような本発明の方法によれば、アンダーカット構造の形状をさらに深くイメージングでき、アンダーカット構造の内部空間に進入したチップを自動で速くその内部空間から脱出させてイメージをまた測定することができ、作動が容易であって、スループットの向上を期待することができる。
【0103】
以上、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者は、本発明のその技術的思想や必須な特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施され得るということが理解できるだろう。それゆえ、以上において記述した実施例は、全ての面で例示的なものであり、限定的ではないものと理解すべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4(a)】
【図4(b)】
【図4(c)】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】