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特表2023-549172走査プローブ顕微鏡検査システムにおけるカンチレバーの撓みを特定する装置および方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-11-22

(54)【発明の名称】走査プローブ顕微鏡検査システムにおけるカンチレバーの撓みを特定する装置および方法

(51)【国際特許分類】

G01Q 20/02 20100101AFI20231115BHJP

G01B 11/16 20060101ALI20231115BHJP

G01Q 60/24 20100101ALI20231115BHJP

【ＦＩ】

G01Q20/02

G01B11/16 Z

G01Q60/24

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023527978

(86)(22)【出願日】2021-11-03

(85)【翻訳文提出日】2023-06-27

(86)【国際出願番号】 NL2021050675

(87)【国際公開番号】W WO2022098234

(87)【国際公開日】2022-05-12

(31)【優先権主張番号】2026823

(32)【優先日】2020-11-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】NL

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523165385

【氏名又は名称】ニアフィールドインストルメンツベーフェー

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村満

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100148633

【弁理士】

【氏名又は名称】桜田圭

(74)【代理人】

【識別番号】100147924

【弁理士】

【氏名又は名称】美恵英樹

(72)【発明者】

【氏名】サデギアンマルナニ、ハメド

(72)【発明者】

【氏名】カリーニン、アーセニー

(72)【発明者】

【氏名】マクレス、ケフィンヘンリルイ

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA03

2F065AA19

2F065AA65

2F065BB01

2F065CC00

2F065FF23

2F065GG04

2F065HH04

2F065HH12

2F065JJ08

2F065JJ18

2F065JJ26

(57)【要約】

本発明は、走査プローブ顕微鏡検査システムにおけるカンチレバーの撓みを特定する装置に向けられている。システムは、プローブを支持する走査ヘッドを含み、プローブは、鏡面反射面を含むカンチレバーとプローブ先端とを含む。装置は、光ビームを提供する光源を含む。光ビームは鏡面反射面に当てられる。光センサは、センサ上に光点を形成する、鏡面反射面からの反射ビームを受ける。光センサは、センサ上の光点の位置情報が取得可能なセンサ信号を提供する。光センサは、フォトダイオード素子のアレイを含む。各フォトダイオード素子は、センサ信号に含まれるフォトダイオード信号を提供するように構成されており、ビームの方向に対して横断する面内に有効領域を有するフォト感応面を含み、有効領域は反射ビームの断面積より小さい。それにより、有効領域は光点のサイズより小さい。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

走査プローブ顕微鏡検査システムにおけるカンチレバーの撓みを特定する装置であって、
前記走査プローブ顕微鏡検査システムは、プローブを支持する走査ヘッドを含み、
前記プローブは、前記カンチレバーとプローブ先端とを含み、
前記カンチレバーまたは前記プローブ先端の、少なくとも１つの面は、鏡面反射面を含み、
前記装置は、光ビームを提供する光源を含み、
前記装置は、前記鏡面反射面から反射される反射ビームを生じるように、前記鏡面反射面に前記光ビームを当てるように構成されており、
前記装置は、光センサを含み、
前記装置は、前記光センサで前記反射ビームを受け、前記光センサ上で光点を形成するように構成されており、
前記光センサは、センサ信号を提供するように構成されており、前記センサ信号からは前記光センサ上の前記光点の位置の位置情報が取得可能であり、
前記光センサは、フォトダイオード素子のアレイを含み、
各フォトダイオード素子は、前記センサ信号に含まれるフォトダイオード信号を提供するように構成されており、
各フォトダイオード素子は、前記ビームの方向に対して横断する面内に有効領域を有するフォト感応面を含み、前記有効領域が前記光点のサイズより小さくなるように、前記有効領域は前記反射ビームの断面積より小さく、
フォトダイオードの前記アレイのうちの、隣接するフォトダイオードの第１のサブセットは、第１の波長範囲で感応するフォトダイオード素子を含み、
フォトダイオードの前記アレイのうちの、隣接するフォトダイオードの第２のサブセットは、第２の波長範囲で感応するフォトダイオード素子を含み、
前記第１のサブセットを形成する前記フォトダイオード素子は、前記第２のサブセットを形成する前記フォトダイオード素子とは異なる、
装置。

【請求項2】

フォトダイオード素子の前記アレイは、Ｎ＊Ｍのフォトダイオード素子の配列を含み、
前記フォトダイオード素子はＮ行Ｍ列に配置され、
少なくとも、Ｎが２より大きい又はＭが２より大きいうちの一方である、
請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記装置は、更に、コントローラを含む、あるいは、コントローラと協働するように構成されており、
前記コントローラは、前記フォトダイオード信号を含む前記センサ信号を受信するように構成されており、
前記コントローラは、前記光センサ上の前記光点の位置を特定するように、前記センサ信号を処理するように構成されており、
前記光センサ上の前記光点の前記位置を特定するのに、前記コントローラは、前記フォトダイオード信号に基づく重心計算を実行するように構成されている、
請求項１または２に記載の装置。

【請求項4】

前記コントローラは、Ｎ行の間の垂直方向での前記重心計算を実行するのに、アルゴリズムを適用するように構成されており、
前記アルゴリズムは、

【数1】

であり、ｉは第ｉ行が検討されていることを示す前記行のカウンターであり、
Ｐ_ＴＢは、垂直方向の点の位置座標であり、
Ｗ_{ＴＢ，ｓｅｇｍｅｎｔ}は、垂直方向の前記フォトダイオード素子のサイズを前記行の行ピッチ距離によって割ることで提供される、正規化セグメントサイズであり、
Ｐ_{ＴＢ，ｏｆｆｓｅｔ}は、０オフセット座標を前記垂直方向に設定することを可能にするオフセットであり、
Ｓ_ｉは、第ｉ行の前記フォトダイオード信号の信号値の合計を示す行合計値である、
請求項２かつ３に記載の装置。

【請求項5】

前記コントローラは、Ｍ行の間の水平方向での前記重心計算を実行するのに、アルゴリズムを適用するように構成されており、
前記アルゴリズムは、

【数2】

であり、ｊは第ｊ行が検討されていることを示す前記列のカウンターであり、
Ｐ_ＬＲは、水平方向の点の位置座標であり、
Ｗ_{ＬＲ，ｓｅｇｍｅｎｔ}は、水平方向の前記フォトダイオード素子のサイズを前記列の列ピッチ距離によって割ることで提供される、正規化セグメントサイズであり、
Ｐ_{ＬＲ，ｏｆｆｓｅｔ}は、０オフセット座標を前記水平方向に設定することを可能にするオフセットであり、
Ｓ_ｊは、第ｊ列のフォトダイオード信号の信号値の合計を示す列合計値である、
請求項２かつ３、または請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記コントローラは、前記フォトダイオード信号の時間依存的な分析を実行するように構成され、
少なくとも２つのフォトダイオード素子の前記フォトダイオード信号の時間依存は、前記光源の強度変化を確認するように比較される、
請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。

【請求項7】

前記装置は、更に、前記光点と少なくとも部分的に重なるフォトダイオードに関するフォトダイオード信号のみを含むように、前記フォトダイオード信号をフィルタリングするように構成されている請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。

【請求項8】

前記フィルタリングを実行するのに、前記コントローラは、前記フォトダイオード信号と閾値とを比較すること、または、前記閾値未満の信号値を有する各フォトダイオード信号を０に設定すること、または、閾値を超える信号値を有するフォトダイオード信号を選択すること、の少なくとも１つに適して構成されている、請求項７、かつ請求項３から６の少なくとも１項に記載の装置。

【請求項9】

前記光源は、第１の波長の第１の光ビームと、第２の波長の第２の光ビームを提供するように１以上の光源を含み、
前記装置は、第１の反射ビームと第２の反射ビームを生じるように、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームを前記鏡面反射面に当て、前記第１の反射ビームを、前記アレイの隣接するフォトダイオードの前記第１のサブセットに当て、前記第２の反射ビームを、前記アレイの隣接するフォトダイオードの前記第２のサブセットに当てるように構成されている、
請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。

【請求項10】

前記鏡面反射面は、前記カンチレバーと、前記プローブ先端との両方に位置し、
前記装置は、前記第１の反射ビームと前記第２の反射ビームを提供するのに、前記第１の光ビームを前記プローブ先端に当て、前記第２の光ビームを前記カンチレバーに当てるように構成されている、
請求項９に記載の装置。

【請求項11】

前記プローブは、プローブをつけるプローブチップによって支えられ、
前記鏡面反射面は前記プローブ先端に位置し、更なる鏡面反射面が前記プローブチップ上に位置し、
前記装置は、前記第１の反射ビームと前記第２の反射ビームを提供するのに、前記第１の光ビームを前記プローブ先端に当て、前記第２の光ビームを前記プローブチップに当てるように構成されている、
請求項９に記載の装置。

【請求項12】

前記装置は、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームを、前記プローブ先端または前記カンチレバーの前記鏡面反射面の同じ領域に当てるように構成され、
前記光センサは、隣接するフォトダイオードの前記第１または第２のサブセットのうちの少なくとも１つからの、望ましくは、一度にフォトダイオード素子の前記第１または第２のサブセットのうちの多くとも１つからの前記センサ信号を提供するように構成されている、
請求項９に記載の装置。

【請求項13】

前記装置は複数のプローブを含み、
各プローブが鏡面反射面を含むように、各プローブはカンチレバーとプローブ先端を含んで、カンチレバーとプローブ先端のうちの少なくとも１つが前記鏡面反射面を含み、
前記装置は、前記第１の反射ビームと第２の反射ビームを提供するのに、前記第１の光ビームを、前記複数のプローブのうちの第１のプローブの前記プローブ先端または前記カンチレバーに当て、前記第２の光ビームを、前記複数のプローブのうちの第２のプローブの前記プローブ先端または前記カンチレバーに当てるように構成されている、
請求項９に記載の装置。

【請求項14】

１以上のフォトダイオードにとって、前記ビームの方向に対して横断する平面内の前記フォト感応面の前記有効領域と、前記反射ビームの前記断面積との間の比率は、０．３と１．０の間、望ましくは０．４と０．７５の間で、より望ましくは０．４と０．６の間で、更により望ましくは０．４と０．４５の間である、請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置。

【請求項15】

走査プローブ顕微鏡検査システムであって、
少なくとも１つの走査ヘッドと、
サブストレートを支持するサブストレート・キャリヤーと、
を含み、
前記走査ヘッドは、前記サブストレートの測定実行用に、前記サブストレートの面を走査するのに、カンチレバーとプローブ先端とを含むプローブを含み、
前記走査ヘッドは、更に、前記カンチレバーのカンチレバー撓みを特定するのに、請求項１から１４のいずれか１項に記載の装置を含む、
走査プローブ顕微鏡検査システム。

【請求項16】

走査プローブ顕微鏡検査システムにおけるカンチレバーの撓みを特定する方法であって、
前記走査プローブ顕微鏡検査システムは、プローブを支持する走査ヘッドを含み、
前記プローブは、カンチレバーとプローブ先端とを含み、
前記カンチレバーまたは前記プローブ先端の、少なくとも１つの面は、鏡面反射面を含み、
前記方法は、
光源を使って光ビームを提供し、前記鏡面反射面から反射される反射ビームを生じるように、前記鏡面反射面に前記光ビームを当てることと、
光センサで前記反射ビームを受けることで前記光センサ上に光点を形成し、前記光センサ上の前記光点の位置の位置情報を取得可能なセンサ信号を提供することと、
を含み、
前記センサ信号は、フォトダイオード素子のアレイから、複数のフォトダイオード素子のフォトダイオード信号により提供され、
前記反射ビームのビーム方向に対して横断する面内の各フォトダイオードのフォト感応面の有効領域が前記光点のサイズより小さくなるように、前記反射ビームの断面は、前記有効領域より大きく、
前記センサ信号は、
第１の波長範囲で感応するフォトダイオード素子を含む、フォトダイオードの前記アレイのうちの隣接するフォトダイオードの第１のサブセットと、
第２の波長範囲で感応するフォトダイオード素子を含む、フォトダイオードの前記アレイのうちの隣接するフォトダイオードの第２のサブセットと、
のうちの少なくとも１つによって提供され、
前記第１のサブセットを形成する前記フォトダイオード素子は、前記第２のサブセットを形成する前記フォトダイオード素子とは異なる、
方法。

【請求項17】

フォトダイオード素子の前記アレイは、Ｎ＊Ｍフォトダイオード素子のアレイを含み、
前記フォトダイオード素子は、垂直に並べられたＮ行と水平に並べられたＭ列に配置され、
前記フォトダイオード信号を含む前記センサ信号は、前記光センサ上の前記光点の位置を特定するように、コントローラを使って処理される、
請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記光点の前記位置を特定するのに、重心計算が前記コントローラにより実行され、
前記コントローラの少なくとも１つは、Ｎ行の間の垂直方向での前記重心計算を実行するのに、アルゴリズムを適用し、
前記アルゴリズムは、

【数3】

であり、ｉは第ｉ行が検討されていることを示す行のカウンターであり、
Ｐ_ＴＢは、垂直方向の点の位置座標であり、
Ｗ_{ＴＢ，ｓｅｇｍｅｎｔ}は、垂直方向の前記フォトダイオード素子のサイズを前記行の行ピッチ距離によって割ることで提供される、正規化セグメントサイズであり、
Ｐ_{ＴＢ，ｏｆｆｓｅｔ}は、０オフセット座標を前記垂直方向に設定することを可能にするオフセットであり、
Ｓ_ｉは、第ｉ行の前記フォトダイオード信号の信号値の合計を示す行合計値であり、
前記コントローラは、Ｍ列の間の水平方向での前記重心計算を実行するのに、アルゴリズムを適用し、
前記アルゴリズムは、

【数4】

であり、ｊは第ｊ行が検討されていることを示す列のカウンターであり、
Ｐ_ＬＲは、水平方向の点の位置座標であり、
Ｗ_{ＬＲ，ｓｅｇｍｅｎｔ}は、水平方向の前記フォトダイオード素子のサイズを前記列の列ピッチ距離によって割ることで提供される、正規化セグメントサイズであり、
Ｐ_{ＬＲ，ｏｆｆｓｅｔ}は、０オフセット座標を前記水平方向に設定することを可能にするためのオフセットであり、
Ｓ_ｊは、第ｊ列の前記フォトダイオード信号の信号値の合計を示す列合計値である、
請求項１７記載の方法。

【請求項19】

更に、前記フォトダイオード信号の時間依存的分析を実行することを含み、
少なくとも２つのフォトダイオード素子の前記フォトダイオード信号の時間依存が、前記光源の強度変化を確認するために比較される、
請求項１６から１８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項20】

更に、前記光点と少なくとも部分的に重なるフォトダイオードに関するフォトダイオード信号のみを含むように、前記フォトダイオード信号をフィルタリングするステップを含む、請求項１６から１９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項21】

前記フィルタリングは、前記フォトダイオード信号と閾値とを比較すること、または、前記閾値未満の信号値を有する各フォトダイオード信号を０に設定すること、または、前記閾値を超える信号値を有するフォトダイオード信号を選択すること、のうちの少なくとも１つにより実行される、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

走査プローブ顕微鏡検査システムの分析システムのメモリにロードするのに適したコンピュータプログラム製品であって、
前記分析システムのコントローラが請求項１６から２１のいずれか１項に記載の方法を実行することを可能にする指示を含む、
コンピュータプログラム製品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、走査プローブ顕微鏡検査システムにおけるカンチレバーの撓みを特定するための装置に関し、走査プローブ顕微鏡検査システムは、プローブを支持する走査ヘッドを含み、プローブはカンチレバーとプローブ先端とを含み、カンチレバーまたはプローブ先端の、少なくとも１つの面は、鏡面反射面を含み、装置は、光ビームを提供する光源を含み、装置は、鏡面反射面から反射される反射ビームを生じるように、鏡面反射面に光ビームを当てるように構成されている。装置は、光センサを含み、装置は、光センサで反射ビームを受け、光センサ上で光点を形成するように構成されている。光センサは、センサ信号を提供するように構成されており、センサ信号からは光センサ上の光点の位置の位置情報が取得可能である。

【0002】

本発明は、更に、走査プローブ顕微鏡検査システムと、カンチレバーの撓みを特定する方法と、コンピュータプログラム製品に関する。

【背景技術】

【0003】

原子間力顕微鏡（ａｔｏｍｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ（ＡＦＭ））のような走査プローブ顕微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇｐｒｏｂｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＰＭ））システムは、通常、カンチレバーの撓みを特定するのに光ビームを適用する。方法は、大体、上述したものである。光ビーム検出（ｏｐｔｉｃａｌｂｅａｍｄｅｔｅｃｔｏｒ（ＯＢＤ））装置では、通常、レーザービームはプローブ先端またはカンチレバーの裏側の鏡面反射面により反射される。このことは、ビームがカンチレバーの鏡面反射面に向かって方向づけられるように、光源を適切に配置し方向づけることによって、または、目標物または鏡または光学ビームの方向を修正する光学素子のような光学系を含むことによって、達成されうる。反射されたビームは、光センサに当たり、センサの面上で反射ビームの衝突によって形成される光点の位置を正確に特定するのを可能にする。位置感応検出器（ｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｏｒ（ＰＳＤ））と呼ばれる光センサは、通常、クォードラント・セルによって形成される。クォードラント・セルは４つの隣接するセルを含み、それらの端は一緒に十字を形成する。各セルで一緒に捕えた光量が、光点の中心がどこに位置するかを正確に特定することを可能とするように、反射されたビームの光点が十字と重なるように、システムは調整される。セルは、受けた光量を示すセンサ信号を提供し、セルの信号間の比率により、光点（点の形が既知であると仮定する。例えば円形の点）の中心位置を特定することが可能となる。カンチレバーの非常に小さな撓みは、プローブ先端とクォードラント・セルの間の距離を超えるレバレッジゆえ、この方法では重要になる。

【0004】

正確に反射されたビームの光点がどこに作られるか、そして、このような「０地点」または測定の原点がセンサ上のどこに存在するかは、カンチレバーの湾曲次第である。この湾曲は個々のカンチレバーの間で少し変わる可能性がある。ＳＰＭシステムでは、走査中のプローブ先端と面との間の連続的または断続的な接触により、プローブ先端はすり減りやすい。したがって、カンチレバー上にプローブ先端が形成されているカンチレバーを含むプローブは、しばしば交換される必要がある。頻繁な交換と、個体差と、他の要因との結果として、クォードラント・セルのセルによって形成される十字と重なることを確実とするために、０地点は何度も何度も調整される必要がある。さらに、０地点が光センサの十字の中心に最適に重なった場合に、クォードラント・セル（または単に「クォード・セル」）の信号対雑音比（ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－ｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ（ＳＮＲ））は最大である。走査中の使用では、しかし、０地点の位置は、様々な理由で時間とともに移動する可能性がある。このことは、ＳＮＲが時間と共に悪くなることを防ぐために、プローブ交換の間にさえ、時々、クォードラント・セルの位置を調節する必要があるという結果になる。

【0005】

上記の理由でシステムを調整するために、クォード・セルの位置は、非常に正確に及び頻繁に調節される必要がある。上述したように、十分なＳＮＲを保証するために、ＰＳＤまたはクォード・セルの位置を機械的に調節するためのいくつかの解決方法が存在する。大抵のＳＰＭシステムでは、手動調節ネジが、通常横方向にクォード・セルを移動させるのを可能とする。光点がクォード・セルの十字の中心に当たることを確実とするために、それによって、これらのＳＰＭシステムのクォード・セルは、調整される。いくつかの高度なＳＰＭシステムでは、一体型の電気機械アクチュエータが、自動的にチューニングを実行することを可能にする。不利な点は明白である。手動調節は測定プロセスを遅くし、労働集約的で、それゆえ厄介である。これらの不利な点は、自動調節により、部分的に克服されているが、自動調節の不利な面は、自動調節がシステムの複雑さを増してシステムの製作をより高価にし、たとえ調節が手動の場合より速く実行されるとしても、自動調節はまだ全体的なプロセスを遅くする、ということである。この理由から、特に高収率を通常要求する産業アプリケーションには、より良い選択肢が必要である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、上記の不利な点を克服し、正確な測定を提供して、望ましくはカンチレバーの交換による影響を受けない、カンチレバーの撓みを特定する装置および方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この目的のために、先述した装置がここで提供され、光センサはフォトダイオード素子のアレイを含み、各フォトダイオード素子は、センサ信号に含まれるフォトダイオード信号を提供するように構成され、各フォトダイオード素子は、ビームの方向に対して横断する面内に有効領域を有するフォト感応面を含み、有効領域が光点のサイズより小さくなるように、有効領域は反射ビームの断面積より小さく、フォトダイオードのアレイのうちの、隣接するフォトダイオードの第１のサブセットは、第１の波長範囲で感応するフォトダイオード素子を含み、フォトダイオードのアレイのうちの、隣接するフォトダイオードの第２のサブセットは、第２の波長範囲で感応するフォトダイオード素子を含み、第１のサブセットを形成するフォトダイオード素子は、第２のサブセットを形成するフォトダイオード素子とは異なる。

【0008】

本発明に従う装置では、光点より小さいサイズのフォトダイオード素子のアレイは、どんな調整またはチューニングも必要とすることなく、光点の位置を直接とらえることができる。本発明の装置では、有効ビーム径より小さいフォトダイオード素子のサイズにより、光センサの面上のビームの光点は、１より多いフォトダイオード素子と常に重なる。したがって、再び既知のビーム断面形状であると仮定すると、光点の既知の形状ゆえに、光点の中心位置が、フォトダイオード信号から正確に特定されうる。たとえば、このことは、受けた光の量またはそれらの比率を比較することによって達成されても良い。

【0009】

特に、本発明は、様々な波長に感応する様々な領域を含むＯＢＤ装置に光センサを提供することを可能とする。このことは、ＯＢＤの光センサを再調整する必要なく、様々な波長の様々な光源を使うこと、または、光源の波長を変えることを可能とする。多くの場合では、使われる２つのビームの波長は、干渉を防ぐために、十分に異ならなければならない。このことは、少なくとも、１より多い光ビームが同時に適用される、これらのアプリケーションと実施例で重要である。

【0010】

本発明に従う装置では、例えば、カンチレバーの交換または移動のために、光センサ上の反射ビームの０地点の位置が変わった場合、光点は、常に少なくとも２つのフォトダイオードと重なる。したがって、フォトダイオード素子は、ビーム方向に対して横断する面内に、反射ビームの断面積より小さい（そして、それゆえ光点よりもまた小さい）有効領域を有するので、光点が常に１より多いフォトダイオードに当たることによって、光点の位置は常に正確に特定されうる。

【0011】

望ましくは、実施例に従って、フォトダイオード素子は、光センサのセンサ面を形成するように、並べて配置される。望ましい実施例では、フォトダイオード素子の光感応面は、光センサの面を形成するように、平面内に配置される。これらの実施例のフォトダイオード素子は、互いに隣接して、並べて配置される。

【0012】

最も望ましくは、この方法では、フォトダイオード素子のアレイは、フォトダイオード素子の少なくとも２つの平行な行または列を含み、各々の行または列は、望ましくは、少なくとも３つのフォトダイオード素子を含む。したがって、いくつかの実施例では、フォトダイオード素子のアレイは、フォトダイオード素子がＮ行Ｍ列に配置された、Ｎ＊Ｍのフォトダイオード素子の配列を含み、少なくとも、Ｎが２より大きい又はＭが２より大きい。より望ましくは、これらの実施例において、ＮまたはＭのうち少なくとも一方は最小でも２であり、ＮまたはＭのうち他方は最小でも３である。少なくとも一方向（列または行）に２より多いフォトダイオード素子を有し、これらのフォトダイオードが反射ビームの断面より小さな有効範囲を有することが、この方向への光点の移動を容易に速やかに検出することを可能とする。（少なくとも）一方向におけるフォトダイオード素子の追加により、これらの実施例における光点の移動は、光点がスケールから外れる要因とはならない。むしろ、光点が他のフォトダイオード素子と重なるような光点の移動は、光点の位置を検出可能であり続けさせる。フォトダイオードの数が十分多ければ、このように、どのような光点の移動も検出可能であり続け、結果として、光点の新しい位置が即座に知られる限りは、プローブは常に交換されうる。このことは、ＯＢＤ装置の頻繁な再チューニングを克服する。更に、フォトダイオード素子が、ＮとＭの両方が３より大きいＮ×Ｍ行列を形成するならば、カンチレバーの撓みの角度の差による光点の移動だけでなく、カンチレバーのねじれによる光点の移動も検出可能である。したがって、これはＯＢＤ装置に提供され、例えば、サブストレート面上の高アスペクト比特徴部を測るために、カンチレバーのねじれを適用するＳＰＭシステムにおいて、有利に適用されうる。高アスペクト比特徴部は、高い壁または深い溝を有する構造的特徴部であり、標準的なＳＰＭシステムを用いて容易に測定されマップされることができない。

【0013】

本装置では、光点の位置を特定するために、アナログまたはデジタルフォトダイオード信号のどちらでも使用されうる。例えば、各フォトダイオードのアナログ信号は、位置を特定する信号を得るために、アナログ電子機器を用いて前処理されても良い。そのようなアナログ電子機器は、例えば、後にアナログ標準化が続き、その後はデジタル領域での標準化が続く、可変ゲインアンプを含んでも良い。他の実施例では、フォトダイオード信号はデジタル化されても良く、デジタル信号は光源の位置を生成するために更に処理されうる。いくつかの実施例では、装置は、フォトダイオード素子の１以上のフォトダイオード信号をデジタル化するためのデジタイザを含む。例えば、各フォトダイオード信号は、個々にデジタル化されても良く、または、複数のフォトダイオード（例えば同じ列または行のすべてのフォトダイオード）の信号が一緒にデジタル化されても良い。

【0014】

いくつかの実施例では、装置は、更に、コントローラを含む、あるいは、コントローラと協働するように構成されており、コントローラは、フォトダイオード信号を含むセンサ信号を受信するように構成されており、コントローラは、光センサ上の光点の位置を特定するように、センサ信号を処理するように構成されている。このことは、さまざまな方法で達成されうる。粗い特定は、フォトダイオード信号の単なる比較によって、すでに得られていても良く、この比較に基づく位置評価が続く。しかし、他の又は更なる実施例では、光センサ上の光点の位置を特定するのに、コントローラは、フォトダイオード信号に基づく重心計算を実行するように構成される。重心計算は、当然、光点の中心位置の特定において、一層正確であり、入力としてのフォトダイオード信号を使用して、複数の方法で実行されうる。これらの実施例のいくつかでは、フォトダイオード素子のアレイは、Ｎ＊Ｍフォトダイオード素子アレイを含み、フォトダイオード素子は、垂直に並べられたＮ行と水平に並べられたＭ列に配置され、コントローラは、Ｎ行の間の垂直方向での重心計算を実行するのに、以下のアルゴリズムを適用するように構成されている。

【数1】

ここで、ｉは第ｉ行が検討されていることを示す行のカウンターであり（ここで、ｉは１からＮまでの範囲で、ｉ∈Ｎである）、Ｐ_ＴＢは、垂直方向の点の位置座標であり（ここで、下付きの「ＴＢ」は、上下（ｔｏｐ－ｂｏｔｔｏｍ）のことを言うという点に留意）、Ｗ_{ＴＢ，ｓｅｇｍｅｎｔ}は、垂直方向のフォトダイオード素子のサイズを行の行ピッチ距離によって割ることで提供される、正規化セグメントサイズであり、Ｐ_{ＴＢ，ｏｆｆｓｅｔ}は、０オフセット座標を垂直方向に設定することを可能にするオフセットであり、Ｓ_ｉは、列のｉ番目（すなわち第ｉ行内）のフォトダイオード素子の信号値であるか、または、第ｉ行のフォトダイオード信号の信号値の合計を示す行合計値である。

【0015】

上記アルゴリズムは、垂直方向（上下または列方向）の光点の重心を算出する。例えば、普通のカンチレバーの撓みのような、一方向のみの撓み（すなわち横曲げ、又は、ねじれを無視）が検討される場合、カンチレバーと揃った一方向のみの光点の移動を分析すれば十分であるかもしれない。上記アルゴリズムは、フォトダイオード信号の信号値に適用されても良く、フォトダイオード信号の信号値は、アルゴリズム内では、列内のｉ番目のフォトダイオードのフォトダイオード信号の信号値を示すＳ_ｉで表される（ｉは行カウンターであり、したがって、列のｉ番目のフォトダイオードは、各列内で第ｉ行内にみられるフォトダイオード素子であることに留意）。この信号値は、各フォトダイオード素子が受けた光量を示す。したがって、信号値Ｓ_ｉは、フォトダイオードのフォトダイオード信号の数値化であり、フォトダイオードのフォトダイオード信号は、例えば、電流信号であっても良いし、あるいは、例えば抵抗器で変換されるならば、フォトダイオード素子が受けた光量に応じた電圧信号であっても良い。通常、フォトダイオード素子から受けた電流は、受けた光量に線形従属しており、それゆえに、そのようなアナログ変換によって得られる電圧信号は、受けた光量に同様に線形従属する。このように得られた又は変換されたフォトダイオード信号は、上記アルゴリズムで使用される信号値Ｓ_ｉを得るために、どのような種類のアナログ－デジタル変換器（ａｎａｌｏｇｕｅ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＡＤＣ））（例えば、超高速オンチップＡＤＣ、フラッシュＡＤＣ、ハーフフラッシュＡＤＣ、逐次比較ＡＤＣ、シグマ－デルタＡＤＣなどのようなオンチップＡＤＣ）を用いてデジタル化されていても良い。列の第ｉ行のフォトダイオードの信号値Ｓ_ｉを使うことに代えて、垂直方向（すなわち列）では、第ｉ行のすべての信号値Ｓ_ｉｊ（ここで、ｊは１からＭまでの範囲で、ｊ∈Ｎである）の合計、または、それと同等のもの（例えば平均信号値または最大信号値）にアルゴリズムを適用することも可能である。

【0016】

２方向の撓み、例えば普通のカンチレバーの撓みに加えて、横への撓み、又は、ねじれも分析される必要があるならば、追加の方向は、類似したアルゴリズムを水平方向（すなわち左右または行方向）に適用することによって分析されても良い。これらの実施例では、フォトダイオード素子のアレイは、Ｎ＊Ｍフォトダイオード素子アレイを含んでも良く、フォトダイオード素子は、垂直に並べられたＭ行と水平に並べられたＭ列に配置され、コントローラは、Ｍ行の間の水平方向での重心計算を実行するのに、以下のアルゴリズムを適用するように構成されている。

【数2】

ここで、ｊは第ｊ行が検討されていることを示す列のカウンターであり（ここで、ｊは１からＭまでの範囲で、ｊ∈Ｎである）、Ｐ_ＬＲは、水平方向の点の位置座標であり（ここで、下付きの「ＬＲ」は、左右（ｌｅｆｔ－ｒｉｇｈｔ）のことを言う）、Ｗ_{ＬＲ，ｓｅｇｍｅｎｔ}は、水平方向のフォトダイオード素子のサイズを列の列ピッチ距離によって割ることで提供される、正規化セグメントサイズであり、Ｐ_{ＬＲ，ｏｆｆｓｅｔ}は、０オフセット座標を水平方向に設定することを可能にするオフセットであり、Ｓ_ｊは、行のｊ番目（すなわち第ｊ列内）のフォトダイオード素子の信号値であるか、または、第ｊ列のフォトダイオード信号の信号値の合計を示す列合計値である。

【0017】

上記アルゴリズムは、水平方向（上下または列方向）の光点の重心を算出する。上記アルゴリズムは、フォトダイオード信号の信号値に適用されても良く、フォトダイオード信号の信号値は、アルゴリズム内では、行内のｊ番目のフォトダイオードのフォトダイオード信号の信号値を示すＳ_ｊで表される（ｊは列カウンターであり、したがって、行のｊ番目のフォトダイオードは、各行内で第ｊ列内にみられるフォトダイオード素子であることに留意）。この信号値は、各フォトダイオード素子が受けた光量を示す。したがって、信号値Ｓ_ｊは、フォトダイオード素子のフォトダイオード信号の数値化であり、フォトダイオード素子のフォトダイオード信号は、例えば、電流信号であっても良いし、あるいは、例えば抵抗器で変換されるならば、フォトダイオード素子が受けた光量に応じた電圧信号であっても良い。通常、フォトダイオード素子から受ける電流は、受けた光量に線形従属しており、それゆえに、そのようなアナログ変換によって得られる電圧信号は、受けた光量に同様に線形従属する。このように得られた又は変換されたフォトダイオード信号は、上記アルゴリズムで使用される信号値Ｓ_ｊを得るために、どのような種類のアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）（例えば、超高速オンチップＡＤＣ、フラッシュＡＤＣ、ハーフフラッシュＡＤＣ、逐次比較ＡＤＣ、シグマ－デルタＡＤＣなどのようなオンチップＡＤＣ）を用いてデジタル化されていても良い。行の第ｊ列のフォトダイオードの信号値Ｓ_ｊを使うことに代えて、水平方向（すなわち行）では、第ｊ列のすべての信号値Ｓ_ｉｊ（ここで、上記したように、ｉは１からＮまでの範囲で、ｉ∈Ｎである）の合計、または、それと同等のもの（例えば平均信号値または最大信号値）にアルゴリズムを適用することも可能である。

【0018】

当業者は、フォトダイオード素子のアレイが、例えば、アレイのフォトダイオード素子の数に関して、どのような望ましいサイズであっても良いと理解するだろう。

【0019】

いくつかの実施例では、コントローラは、フォトダイオード信号の時間依存的な分析を実行するように構成され、少なくとも２つのフォトダイオード素子のフォトダイオード信号の時間依存は、光源の強度変化を確認するように比較される。例えば、複数または全てのフォトダイオード素子のフォトダイオード信号が、時間依存的に分析され、光源（例えばレーザー）の強度変化を確認するために、互いに比較される。

【0020】

いくつかの実施例では、装置は、更に、光点と少なくとも部分的に重なるフォトダイオードに関するフォトダイオード信号のみを含むように、フォトダイオード信号をフィルタリングするように構成される。あまりに弱い（例えば閾値未満の絶対値を有する）フォトダイオード信号を除くことによって、位置の特定の正確さが、反射ビームによって照らされないフォトダイオードからのノイズによって悪化することが防がれる。フィルタリングは、さまざまな方法で成し遂げられても良い。例えば、いくつかの実施例では、フィルタリングを実行するために、装置は、アナログまたはデジタル・マルチプレクサ、または、１以上のハイパスフィルタ、または、デジタルフィルタのうち少なくとも１つを含む。チャンネル（すなわち、ここでは、フォトダイオード信号の行の合計、または、フォトダイオード信号の列の合計、または、個々のフォトダイオード素子のフォトダイオード信号によって、チャンネルが形成される）のグループを分析するのに、マルチプレクサが用いられても良い。ハイパスフィルタまたはデジタルフィルタは、閾値を越える信号のみを通過させるように、例えば各フォトダイオード信号に適用されても良い。いくつかの実施例では、フィルタリングを実行するのに、コントローラは、フォトダイオード信号と閾値とを比較すること、または、閾値未満の信号値を有する各フォトダイオード信号を０に設定すること、または、閾値を超える信号値を有するフォトダイオード信号を選択すること、の少なくとも１つに適して構成される。フィルタリングは、コントローラにより、（例えば、弱い信号を例えば０に設定することによって）実行されても良い。

【0021】

本発明のいくつかの実施例では、光源は、第１の波長の第１の光ビームと、第２の波長の第２の光ビームを提供するように１以上の光源を含み、装置は、第１の反射ビームと第２の反射ビームを生じるように、第１の光ビームと第２の光ビームを鏡面反射面に当て、第１の反射ビームを、アレイの隣接するフォトダイオードの第１のサブセットに当て、第２の反射ビームを、アレイの隣接するフォトダイオードの第２のサブセットに当てるように構成されている。理解されるように、通常、第１と第２の光ビームは、異なる光源で作られ、多くの場合、単色（例えばレーザー）である。しかし、いくつかの実施例では、同一の多色の光源が、第１ならびに第２の光学ビームの両方を提供しても良い。例えば、広帯域光スペクトルを提供する同一の源から、スプリッタと、その後のフィルタが、別々のビームを提供しても良い。これが有利に適用される可能性がある複数のアプリケーションが存在する。

【0022】

例えば、いくつかの実施例では、鏡面反射面は、カンチレバーの付け根に近いカンチレバーの中間領域と、プローブ先端下部のカンチレバーの端領域との両方に位置し、装置は、第１の反射ビームと第２の反射ビームを提供するのに、第１の光ビームをカンチレバーの端領域に当て、第２の光ビームをカンチレバーの中間領域に当てるように構成されている。これらの実施例では、第１の光ビームは、プローブ先端の撓みを示すプローブ先端センサ信号を提供する。追加された第２の光ビームは、特定の調和モードに関する情報を得るために、カンチレバーの中間領域に当てられる。カンチレバー上の位置は、特定のモードに対し最も敏感であるように、選択され設定されても良い。例えば、基本モード（モード１）は、プローブ先端で最も強く感知される所で、第１の調和モード（モード２）、第２の調和モード（モード３）と第３の調和モード（モード４）は、カンチレバーの長さに沿った他の位置の中で最も強い。したがって、本発明のこの実施形態を用いて、走査中のプローブの複数の振動モードの非常に効果的な同時測定を実行することができる。これには、多くの適用がある。

【0023】

他の又は更なる実施例では、プローブは、プローブをつけるプローブチップによって支えられ、鏡面反射面がプローブ先端に位置し、更なる鏡面反射面はプローブチップ上に位置し、装置は、第１の反射ビームと第２の反射ビームを提供するのに、第１の光ビームをプローブ先端に当て、第２の光ビームをプローブチップに当てるように構成されている。これらの実施例は、チップ・ダイナミクスのモニターを可能とし、例えば、プローブ先端のダイナミクスから、これらをフィルタリングするのに用いられても良い。例えば、チップ・ダイナミクスは、装置におけるありとあらゆる邪魔なダイナミクス信号の原因となるために、プローブ先端のダイナミクスから引かれても良く、このように、感知の正確さを改善する。

【0024】

まだ更なる実施例では、装置は、第１の光ビームと第２の光ビームを、プローブ先端またはカンチレバーの鏡面反射面の同じ領域に当てるように構成され、光センサは、隣接するフォトダイオードの第１または第２のサブセットのうちの少なくとも１つからの、望ましくは、一度にフォトダイオード素子の第１または第２のサブセットのうちの多くとも１つからのセンサ信号を提供するように構成されている。これらの実施例は、全く異なる性質の長所を提供する。特に、これらの実施例では、一度に、様々な光ビームのうちの１つが適用されても良く、当該様々な光ビームのうちの１つは、プローブ上のコーティングが敏感な波長と同じ特定の波長の光エネルギから形成される。例えばプローブの機能要求に従い、異なるプローブは、異なるコーティングを備えているかもしれない。これらの実施例では、そのような異なるコーティングを有する異なるプローブが適用可能であり、同時に、プローブの交換の際に、光源を再調整する必要なく同じ装置を使用することが可能である。例えば、使用される様々なカンチレバーが、様々な反射係数の様々なコーティングを有する場合、カンチレバーのコーティングの各々の種類に対応するレーザーが、反射強度と、したがって、感度を最大にするのに用いられうる。異なる種類のカンチレバーのためにシステムを再調整する必要がないので、複数の予め位置合わせされたレーザーと、フォトダイオードの複数のサブセットを有するセンサにより、走査プローブ顕微鏡の操作は速くなる。

【0025】

まだ更なる実施例では、装置は複数のプローブを含み、各プローブが鏡面反射面を含むように、各プローブはカンチレバーとプローブ先端を含んで、カンチレバーとプローブ先端のうちの少なくとも１つが鏡面反射面を含む。これらの実施例の装置は、第１の反射ビームと第２の反射ビームを提供するのに、第１の光ビームを、複数のプローブのうちの第１のプローブのプローブ先端またはカンチレバーに当て、第２の光ビームを、複数のプローブのうちの第２のプローブのプローブ先端またはカンチレバーに当てるように構成されている。走査プローブ顕微鏡検査システムのプローブチップは、同一のチップに複数のカンチレバーを有していても良い。その場合、複数のレーザーが別々のカンチレバーに焦点を合わせられ、フォトダイオードの対応するサブセットに反射されうる。この感知方法により、如何なる種類の機械的再調整なく、様々な走査技術（すなわちＦＦＴＰモード、ＡＭモード）を実行することが可能になる。更に、カンチレバーが測定の間で相互配置を変えないので、それらの複数のカンチレバーの間のオフセットがわかっていることは重要であり、当該オフセットは、この場合簡単に調整されうる。

【0026】

上記説明したように、フォトダイオード素子は、ビーム方向に対して横断する面内に有効領域を有し、有効領域は反射ビームの断面積より小さい（したがって、有効領域は、光点よりも小さい）。いくつかの実施例では、１以上のフォトダイオードにとって、ビーム方向に対して横断する平面内のフォト感応面の有効領域と、反射ビームの断面積との間の比率は、０．３と１．０の間、望ましくは０．４と０．７５の間で、より望ましくは０．４と０．６の間で、更により望ましくは０．４と０．４５の間である。十分な分解能が得られるようなフォトダイオード素子の望ましいサイズでは、同時に、フォトダイオード素子が照らされた場合、十分に強い信号が得られる。フォトダイオード素子をあまりに小さくすると、フォトダイオード信号もあまりに小さくなる原因となり、それによってＳＮＲを悪化させる。フォトダイオード素子を大きくすると、強い信号を生じるが、位置の特定に関する分解能を低下させる。他方、複数の小さなフォトダイオード素子を使用すれば、反射ビームおよび形成された光点に関する更なる情報が提供される。例えば、小さなフォトダイオードは、ビームの形状または光点の形状の分析を可能にし、当該分析は、たとえば光学素子に起因する収差のような光学的歪みを修正するのに用いられても良い。

【0027】

第２の面に従って、本発明は、少なくとも1つの走査ヘッドと、サブストレートを支持するサブストレート・キャリヤーとを含み、走査ヘッドは、サブストレートの測定実行用に、サブストレートの面を走査するのに、カンチレバーとプローブ先端とを含むプローブを含み、走査ヘッドは、更に、カンチレバーのカンチレバー撓みを特定するのに、上述したような装置を含む、走査プローブ顕微鏡検査システムを提供する。

【0028】

第３の面に従って、本発明は、走査プローブ顕微鏡検査システムにおけるカンチレバーの撓みを特定する方法を提供し、走査プローブ顕微鏡検査システムはプローブを支持する走査ヘッドを含み、プローブはカンチレバーとプローブ先端とを含み、カンチレバーまたはプローブ先端の、少なくとも１つの面は、鏡面反射面を含み、方法は、光源を使って光ビームを提供し、鏡面反射面から反射される反射ビームを生じるように、鏡面反射面に光ビームを当てることと、光センサで前記反射ビームを受けることで前記光センサ上に光点を形成し、前記光センサ上の前記光点の位置の位置情報を取得可能なセンサ信号を提供することと、を含み、センサ信号は、フォトダイオード素子のアレイから、複数のフォトダイオード素子のフォトダイオード信号により提供され、反射ビームのビーム方向に対して横断する面内の各フォトダイオードのフォト感応面の有効領域が光点のサイズより小さくなるように、反射ビームの断面は、当該有効領域より大きく、センサ信号は、第１の波長範囲で感応するフォトダイオード素子を含む、フォトダイオードのアレイのうちの隣接するフォトダイオードの第１のサブセットと、第２の波長範囲で感応するフォトダイオード素子を含む、フォトダイオードのアレイのうちの隣接するフォトダイオードの第２のサブセットと、のうちの少なくとも１つによって提供され、第１のサブセットを形成するフォトダイオード素子は、第２のサブセットを形成するフォトダイオード素子とは異なる。

【0029】

ここで、いくつかの実施例では、フォトダイオード素子のアレイは、Ｎ＊Ｍフォトダイオード素子のアレイを含み、フォトダイオード素子は、垂直に並べられたＮ行と水平に並べられたＭ列に配置され、フォトダイオード信号を含むセンサ信号は、光センサ上の光点の位置を特定するように、コントローラを使って処理される。これらの実施例のうちのいくつかでは、光点の前記位置を特定するのに、重心計算がコントローラにより実行され、コントローラの少なくとも１つは、Ｎ行の間の垂直方向での重心計算を実行するのに、以下のアルゴリズムを適用し、

【数3】

ここで（上記と同様）、ｉは第ｉ行が検討されていることを示す行のカウンターであり、Ｐ_ＴＢは、垂直方向の点の位置座標であり、Ｗ_{ＴＢ，ｓｅｇｍｅｎｔ}は、垂直方向のフォトダイオード素子のサイズを行の行ピッチ距離によって割ることで提供される、正規化セグメントサイズであり、Ｐ_{ＴＢ，ｏｆｆｓｅｔ}は、０オフセット座標を垂直方向に設定することを可能にするオフセットであり、Ｓ_ｉは、列のｉ番目（すなわち第ｉ行内）のフォトダイオード素子の信号値であるか、または、第ｉ行のフォトダイオード信号の信号値の合計を示す行合計値である。代替的に又は付加的に、コントローラは、Ｍ列の間の水平方向での重心計算を実行するのに、以下のアルゴリズムを適用し、

【数4】

ここで（上記と同様）、ｊは第ｊ行が検討されていることを示す列のカウンターであり、Ｐ_ＬＲは、水平方向の点の位置座標であり、Ｗ_{ＬＲ，ｓｅｇｍｅｎｔ}は、水平方向のフォトダイオード素子のサイズを列の列ピッチ距離によって割ることで提供される、正規化セグメントサイズであり、Ｐ_{ＬＲ，ｏｆｆｓｅｔ}は、０オフセット座標を水平方向に設定することを可能にするためのオフセットであり、Ｓ_ｊは、行のｊ番目（すなわち第ｊ列内）のフォトダイオード素子の信号値であるか、または、第ｊ列のフォトダイオード信号の信号値の合計を示す列合計値である。

【0030】

いくつかの実施例では、方法は、更に、フォトダイオード信号の時間依存的分析を実行することを含んでも良く、少なくとも２つのフォトダイオード素子のフォトダイオード信号の時間依存が、光源の強度変化を確認するために比較される。いくつかの実施例では、方法は、更に、光点と少なくとも部分的に重なるフォトダイオードに関するフォトダイオード信号のみを含むように、フォトダイオード信号をフィルタリングすることを含んでも良い。いくつかの実施例では、そのようなフィルタリングは、フォトダイオード信号と閾値とを比較すること、または、閾値未満の信号値を有する各フォトダイオード信号を０に設定すること、または、閾値を超える信号値を有するフォトダイオード信号を選択すること、のうちの少なくとも１つにより実行されても良い。

【0031】

第４の面に従って、走査プローブ顕微鏡検査システムの分析システムのメモリにロードするのに適したコンピュータプログラム製品が提供され、当該コンピュータプログラム製品は、分析システムのコントローラが第３の面に従った上述した方法を実行することを可能にする指示を含む。

【図面の簡単な説明】

【0032】

本発明は、添付図面を参照しつつ、いくつかの特定の実施例の記述によって更に説明される。詳細な説明は、発明の可能性のある実施例を提供するが、範囲内の唯一の実施例を記述しているとみなされるべきではない。発明の範囲は請求項で定義されており、説明は発明の限定ではなく例であるとみなされるべきである。

【0033】

【図1】本発明の装置が適用される走査プローブ顕微鏡検査システムを模式的に示す。

【図2A】従来の位置感応検出器の正面図と側面図を模式的に提供する。

【図2B】従来の位置感応検出器の正面図と側面図を模式的に提供する。

【図3】本発明の実施例に従った装置を模式的に示す。

【図4】本発明に従った装置で使用される光センサを模式的に示す。

【図5】本発明に従った装置で使用される光センサを模式的に示す。

【図6A】本発明に従った装置で使用されるデジタル信号処理スキームを模式的に示す。

【図6B】図６Ａと連続する。本発明に従った装置で使用されるデジタル信号処理スキームを模式的に示す。

【図7】本発明の実施例に従った装置を模式的に示す。

【図8】図３で示された装置を使用して検出可能な、カンチレバーの様々な振動モードのグラフを示す。

【図9】本発明の実施例に従った装置を模式的に示す。

【図10】本発明の実施例に従った装置を模式的に示す。

【図11】本発明の実施例に従った装置を模式的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0034】

図１には、走査プローブ顕微鏡検査システム１の仕組みが模式的に示されている。走査プローブ顕微鏡検査システム１は、サブストレートサンプル４が置かれうるサンプルステージ３を含む。図１に示したように、第１のアクチュエータシステム６は、ＸおよびＹ方向にサンプルステージ３を正確に動かすことを可能にする。図示したように、ピエゾ式アクチュエータシステム８は、垂直方向Ｚにサンプルステージ３を正確に動かすことを可能にする。アクチュエータシステム６とピエゾ式アクチュエータ８は、コントローラ電子機器１０により制御される。

【0035】

使用において、カンチレバー１８とプローブ先端１９とを含むプローブ１７は、プローブ先端１９がサブストレート４の表面と連続的または断続的に接触されている間、サブストレート４の表面に対して走査されている。ＸおよびＹ方向の走査は、コントローラ１０およびアクチュエータシステム６を使ったＳＰＭシステムにより実行される。プローブ先端１９と表面との間の距離を減らすようにＺ方向にサブストレート４を動かすピエゾ式アクチュエータシステム８を操作することによって、プローブ先端１９がサンプル表面４と接触する。サブストレート４とプローブ先端１９がＸおよびＹ方向に互いに対して動かされる間、プローブ先端１９は、任意で、表面との前記断続的な接触を可能とするように振動されても良い。

【0036】

通常、プローブ先端１９がサブストレート４に触れる位置でのサブストレート表面の高さは、ＳＰＭシステム１によって非常に正確に測定される。プローブ先端１９がサブストレート４に触れる各位置で、そのような精度の高い高さ測定を実行することによって、地図上に表面構造が見えるサブストレート４の表面のトポグラフィーの地図が提供されうる。この正確な高さを特定するために、プローブ先端１９がサブストレート４の表面に触れた際の、プローブ先端１９の頂点のＺ位置の非常に精密で正確な特定を可能とするために、カンチレバー１８のカンチレバー撓みは、高精度に特定される必要がある。このカンチレバー撓みを測定するために、光ビーム撓み（ＯＢＤ）装置が適用される。このために、プローブ先端１９の裏側に、鏡面のような鏡面反射面２０が配置されても良い。この面２０は、光源２２からの光ビーム、通常レーザーで照らされ、光ビーム２５は鏡面反射面２０に当てられる。反射ビーム２７は、鏡面反射面２０から光センサ３０の方へ放射される。光センサ３０は、光センサ３０の面上に反射ビーム２７によって形成される光点２８の位置を正確に特定することが可能である。検出電子機器１５は、光センサ３０からのセンサ信号を受信し、光点２８の位置を特定する分析を実行する。

【0037】

図２Ａおよび２Ｂは、それぞれ、光センサ３０の正面図と、光センサ３０が適用された光ビーム撓み装置（ＯＢＤ装置）の側面図とを提供する。図２Ａでは、光センサ３０が４つの光セル３１、３２、３３、３４から成ることがわかる。光センサ３０の中央で十字３５を形成するように、光セル３１－３４は、それらの端が互いに隣接した状態で、互いに隣接して配置される。

【0038】

図２Ｂでは、入射ビーム２５は光センサ３０の方へ反射され、反射ビーム２７を提供することがわかる。入射ビーム２５と反射ビーム２７の発散は、この図では誇張されている。通常、光点２８を形成するにはレーザービーム２５が使用され、したがって、ビーム発散は、非常に限られるか無視さえできる。図１で分かるように、反射ビーム２７は、光検出器３０の面上に光点２８を形成する。図２Ｂの光点２８は、反射ビーム２７が光センサ３０の面に当たった場所に位置する。図２Ｂでは、光セル３３、３４は側面図で示されている。図２Ｂから更に、カンチレバー１８は撓み角度αでわずかに反り返っていることになる。このことは、プローブ先端１９がサブストレート４（図示せず）の表面に触れていることが原因かもしれない。しかし、各プローブがオフセット撓みの＋／―１．５度の僅かなずれを生じた場合、図２Ｂの角度αは、このオフセット撓みであった方がよいかもしれない。撓み角度αが原因で、反射ビーム２７は光センサ３０の中心に向けられないが、大部分はセル３４上に形成される。セル３３は、反射ビーム２７から光エネルギの小部分を受けるだけである。

【0039】

どのぐらい正確に光点２８が光セル３１、３２、３３、３４上で形成されるかに応じて、セル３１－３４の各々は、反射ビーム２７から来る量の光を受ける。セル３１－３４の各々からのセンサ信号の大きさを比較することによって、光点２８が、どの程度十字３５の中心に当たっているかを特定することができる。ここでは、光セル３３が光エネルギの小部分を受けるだけであるのに対して、光セル３４は多くの光エネルギを受ける。多くの従来のＳＰＭシステム１では、各プローブ交換の後、そして、時折走査操作の間、光センサ３０の位置が調節されて、光点２８が十字３５の中心に正確に形成されるようにシステムが調整される。その後、走査中にサブストレート4の局所的な高さを測定するために、正確に光センサ３０の十字３５の中心に光点２８を再び戻すように、ピエゾ型アクチュエータ８は、光点２８のずれをもたらす各撓みに対して制御される。このフィードバック方法を用いると、ピエゾ型アクチュエータ８を用いて適用されたＺ方向の修正を記録することによって、局所的な高さが測定されうる。光センサ３０の中心３５に光点２８の位置を戻すために、サンプルステージＺ位置がどの程度適合されたのかを記録することによって、この特定の位置でのサブストレート４の高さが正確に分かる。先述したように、この種類の光センサの不利な点は、カンチレバーの撓みは、このように正確に特定されうるが、測定を可能にするためには、光センサ３０が、しばしば調整されなければならないということである。

【0040】

図３は、本発明の実施例に従って、光ビーム撓み装置を模式的に示す。この装置は、図１のシステム１で、または、カンチレバー撓みを測定するためにＯＢＤを適用する他のＳＰＭデザインで、適用されても良い。図３には、カンチレバー１８とプローブ先端１９とを含むプローブ１７が示されている。鏡面反射面２０は、図１のＳＰＭ１と同様に、プローブ先端１９の裏側にある。入射ビーム２５は、プローブ先端１９の裏側に当てられて、折り畳み可能な鏡２６の方へ戻って反射ビーム２７として反射される。鏡２６は、光センサ３０の方へ反射ビーム２７´を向け直す。この追加の鏡２６は、示された実施例では、光センサ３０のどのような望ましいサイズも許容するように、光センサ３０の様々な配置を可能とするデザインで適用される。しかし、他の実施例では、鏡２６は無くても良く、光センサは従来の光センサ３０と同じ位置にはめ込まれるように上手く設計されていても良い。

【0041】

光センサ３０は、フォトダイオード素子４０のアレイ４１を含む。図４、５は、そのようなアレイ４１の様々な構成を模式的に示す。本発明に従って、フォトダイオード素子４０のサイズは、各フォトダイオード素子４０が、光点２８の断面直径より小さいようなサイズである。レーザービーム２５の反射ビーム２７によって形成される光点２８は、強度値が軸値の１／ｅ^２まで下がる半径、０．５－１．５ｍｍの半径を有していても良い。これは単なる典型的な範囲であり、発明を限定することを意図せず、様々な大きさの光点が適用されても良い。この点からみれば、したがって、フォトダイオード素子４０は比較的小さい。本発明の実施例では、フォトダイオード素子４０は、一緒になって、アレイ４１、例えば図４、５に示されたような列と行からなるアレイを形成する。フォトダイオード素子の数は望み通りに選択されても良いが、アレイ４１は、少なくとも、３以上のフォトダイオード素子４０を有する1つの列または１つの行を含む。特に、フォトダイオード素子アレイ４１は、Ｎ×Ｍフォトダイオード素子の配列からなっても良く、Ｎは行の数でＭは列の数であり、ＮまたはＭのうち少なくとも一方は、少なくとも３つのフォトダイオード素子４０からなるのに対して、ＮまたはＭのうち他方は、少なくとも２つのフォトダイオード素子４０からなっても良い。したがって、本発明の実施例に従うフォトダイオード素子４０の最も小さなアレイ４１は、２×３のフォトダイオード素子の配列からなる。しかし、任意に、アレイは、１０×１０のフォトダイオード素子または２０×１５のフォトダイオード素子４０または望まれる他のどのような構成の配列からなっても良い。非常に特定のアプリケーションでは、フォトダイオード素子の数が大変大きく、たとえば１００×５０のフォトダイオード素子からなってさえ良い。

【0042】

図４は、本発明に従った装置におけるフォトダイオードアレイ４１を模式的に示す。フォトダイオードアレイ４１は、水平方向に８つのフォトダイオード素子４０を含み、垂直方向に２つのフォトダイオード素子４０を含み、それによって、センサの方向に応じて、８つのフォトダイオード素子４０からなる２つの行、または２つのフォトダイオード素子４０からなる８つの列を形成する。光点２８は、複数のフォトダイオード素子４０に当たっていることが図示されている。光強度信号プロファイル４２－１、４２－２は、図の隣に示されている。カンチレバー１８とプローブ先端１９とを含むプローブ１７が、新しいプローブに交換されると、新しいプローブのカンチレバー１８の曲げ角度の違いが、矢印２９で示されているように、光点２８が新しい位置２８´へ移動する原因となる。図４から明確なように、光点２８の移動２９により、新しい光点２８´の位置がわからなくなるという結果にはならない。フォトダイオード素子４０が光点２８、２８´の直径より小さいサイズであるという事実により、光点２８、２８´は、常に複数のフォトダイオード素子４０にわたって広がり、そのことによって、光センサ３０上の光点２８、２８´の位置の正確な特定が可能になる。更に、図４の形式、そして、これが有利であろうそれらの実装例に従うと、光センサ３０のアレイ４１上に複数の点２８を形成し、同時にそれらの位置を特定することさえ可能である。

【0043】

図５は、フォトダイオード素子４０からなる代わりのフォトダイオードアレイ４１を模式的に示す。再び、光点２８は、複数のフォトダイオード素子４０に当たっていることが図示されている。軸４３－１、４３－２に沿った光強度信号グラフ４２－１、４２－２が、図の隣に示されている。光点２８のサイズに対するフォトダイオード素子４０のサイズは、図４のものより小さく、光点２８の半径のおよそ０．４倍である。あまりよく見えないが、光点２８は完全に丸形ではなくて、卵形である。フォトダイオード素子４０が光点２８のサイズと比べて比較的小さいという事実により、光点２８の形を正確に特定することができる。図５において、強度が等しい線４５は、アレイ４１の横に示されている。線４５から明らかに、光点２８の形は丸形ではなくて、わずかに卵形であるということになる。このことが位置特定で、ずれを引き起こすかもしれないので、光点の形が検出可能であるという事実によれば、このずれで修正して、光点の中心の正確な位置を特定することが可能である。等しい強度のフィールド線４５の隣に、ビームグラフが示されている。

【0044】

図６は、本発明の実施例に従ったＯＢＤ装置のための信号処理のデジタル実現を模式的に示す。図６において、デジタル信号処理装置４８は、フォトダイオード４０からなるフォトダイオードアレイ４１に接続されており、各行のフォトダイオード信号が加算器５０に送信される。デジタル実現ロジックの第１部分５１では、信号ｓ１からｓ８までの総合計を得るために、信号は加算器５２で更に加算される。この総合計が、除算器５５で分母として使用される。更に、加算器５０から得られる行合計の各々は、正規化セグメントサイズ×行番号に応じた因数によって乗算され、先に説明したようにオフセットを引かれる。このことは、各々の行に対して乗算器ユニット５３でなされる。その後、加算器５４は乗算された信号値の総合計を計算し、割り算の分子で使用するように、これを除算器５５に提供する。除算器５５の出力は、ミリメートル単位で絶対点位置５８を提供する。第１部分５１は、光点２８のサイズがフォトダイオード素子４０のサイズと比較して大きい場合に、たとえば図５で示される場合に使用されても良い。しかし、光点のサイズがフォトダイオード素子４０のサイズと比べて比較的小さい場合では、デジタル信号処理ロジックは、図６で示された部分６０に従って実行されても良い。部分６０において、マルチプレクサ６３は、行信号のｓ１からｓ８までのチャンネルのサブセットを使い、チャンネルのこれらのサブセットから、光点の位置を計算する。加算器６４において、サブセットの総合計は、除算器７５で使用するために計算される。更に、６８において、オフセットは、光点の位置が０あたりに集中することを確実とするために、システムで設定されうる。このオフセットは、正規化セグメントサイズ×行番号に応じた因数、を表す値６７から、減算器６９で引かれる。その後、結果は、行信号の各々により乗算器７０で乗算されて、７３で加算されて、除算器７５の分子を提供する。除算器７５は、光センサ３０の出力信号７７の一部として、光点の位置を提供する。

【0045】

図７は、本発明の更なる実施例に従った装置を模式的に示す。図７では、カンチレバー１８とプローブ先端７とを有するプローブを含むプローブチップ１７が、第１の光ビーム２５－１と第２の光ビーム２５－２を使って照らされている。第１の光ビーム２５－１は、第１の波長で光信号から形成される一方、第２の光ビーム２５－２は、第２の波長で光信号から成る。これらの波長は自由に選択されても良いが、干渉を妨げるために、十分に離れた波長を選択することが望ましい。図７の実施例では、第１の光ビーム２５－１は、プローブ先端１９の裏側へ向けられている。プローブ先端１９の裏側の鏡面反射面は、入射光ビーム２５－１を反射し、それによって反射ビーム２７－１を形成する。鏡２６－１（または別の指向光学素子）は、上で説明したような複数のフォトダイオード素子４０を含むフォトダイオードアレイ４１の方へ、反射光ビーム２７－１を向け直す。向け直されたビームは、参照番号２７´－１によって示される。アレイ４１上で、向け直された反射ビーム２７´―１は、アレイの第１エリアに、第１の光点２８－１を形成する。アレイ４１の第１エリアに形成された第１の光点２８－１は、プローブ先端１９の撓みを示すセンサ信号を得ることを可能にする。プローブ先端１９の動きと方向は、それにより測定されうる。

【0046】

第２の光ビーム２５－２は、カンチレバー１８の裏側に向けられる。カンチレバー１８の裏側も、したがって、鏡面反射部分を含む。この鏡面反射部分は、カンチレバー１８の裏側全体または一部に沿ってプローブ先端１９から伸びていても、あるいは、いくつかの鏡面反射領域が、プローブのこの側面に形成されて広がっていても良い。第２の光ビーム２５－２は、反射されて反射ビーム２７－２となり、反射ビーム２７－２は、鏡２６－２（または別の方向転換光学素子）を用いてアレイ４１へと向け直される。ここでは、向け直された反射ビーム２７´―２は、第２の光点２８－２を形成する。第２の光点２８－２が形成されたエリアのフォトダイオード素子４０から来る信号により、カンチレバー１８の動きをモニターすることができる。ここで、第２の光ビーム２５－２が当たる特定位置に応じて、プローブの１以上の調和モードが計測されうる。理解されうるように、図７で示されているものに代えて、２より多い光検知ビーム２５が、この手法で、プローブ先端１９とカンチレバー１８の様々な部分に当たるように向けられても良い。各位置は、様々なふるまいで１以上の調和モードに感応し、このように、いくつかの位置を検知することは、１以上のモードを、より正確に同時にモニターすることを可能にする。

【0047】

図８は、図７のプローブと類似のプローブの調和モードのシミュレーションを示す。プローブは、自由端を有し、プローブチップ１７に固定されることによって一端で制限されている、半制限の振動レバーである。振動において、自由端は自由に動くことが可能で、それによって、機械的に、第２の境界必要条件（第１のものは制限された第１の端である）を設定する。基本モードは、グラフの中で「モード１」と示されており、参照番号８０で示されている。基本モードは、定常波のおよそ４分の１で提供される。このことは上記境界必要条件によっており、プローブ先端１９が位置するカンチレバー１８の自由端が自由に動き、それによって局所的に最大振幅を提供する。第１の調和モードは、グラフの中で「モード２」であり、１つの腹と次の半波の４分の１、すなわち定常波全部の４分の３によって特徴づけられ、それによって、第１の腹を含む。更に、第２の調和モードは、グラフの中で「モード３」と示され、１つの定常波全部と次の定常波全部の４分の１、それゆえ、２つの腹と自由端を含む、定常波の１と１／４（１と４分の１）で提供される。そして、同様、第３の調和モードは、３つの腹と自由端から成り、それによって、定常波のおよそ１と３／４（１と４分の３)を含む。

【0048】

図８のグラフから、カンチレバー１８の長さに沿ったどの任意の位置でも、例示された第１の４つのモードの各々に関する位置感度の混合が様々であることが明白になる。プローブ先端１８により形成される自由端では、自由端の境界必要条件により、すべてのモードが最大限に寄与する。カンチレバー１８に沿った他のどの点でも、常にモードの１つが優位に存在する。特定のあらかじめ選択されたモードを調査するのに最適な位置は、例えば図８から得られる。このポイントでは、他のモードの寄与がどうであるかも特定される。このように、様々な光ビーム２５は、カンチレバー１９の様々な励起周波数（モード）をモニターするのに用いられうる。第２の光ビーム２５－２がカンチレバー１９に当たったポイントでのモードの振幅が大きいほど、スポット２８－２から得られるセンサ信号は、この特定のモードに対して、より感応する。位置に対応する数で２以上のビームで測定することによって、すべてのこれらのモードに関する情報の正確さと量は、改善され増加する。

【0049】

図９で示される実施例では、第２のビーム２５－２は、プローブチップ１７に当たる。プローブチップ１７上の鏡面反射部分はビーム２５－２を反射し、反射ビーム２７－２を提供する。この反射ビーム２７－２は、鏡２６－２（または別の方向転換光学素子）用いて、アレイ４１の方へ向け直される。向け直された反射ビーム２７´―２は、アレイの表面に点２８－２を形成し、それによってアレイのそのエリアのフォトダイオード素子４０を照らす。向け直された反射ビーム２７´―２によって照らされたセンサ４０は、プローブチップ１７の動的振る舞いをモニターすることを可能にするセンサ信号を提供する。理解されうるように、プローブチップ１７の動的振る舞いは、プローブ先端１９の動きに関して外乱を提供する。このように、プローブチップ１７の動的振る舞いを測定することは、プローブ先端１９の動きを示す信号から、それを取り除くことを可能とする。プローブ先端１９の動きを示す信号は第１のビーム２５－１によって形成された光点２８－１を使って得られる。たとえば、プローブチップ１７の動きは、プローブ先端の信号の正確さを改善するために、プローブ先端１９の信号から引かれても良い。

【0050】

図１０の実施例では、第１の光ビーム２５－１と第２の光ビーム２５－２の両方が、プローブ先端１９の裏側の同じ点に当たっている。これらの光ビーム２５－１と光ビーム２５－２は、共に反射されて、各々反射ビーム２７－１と反射ビーム２７－２を提供し、反射ビーム２７－１と反射ビーム２７－２は、向きをかえられて２７´―１と２７´―２となり、アレイ４１上の異なるエリアに２つの点２８－１、２８－２を形成する。ビーム２５－１とビーム２５－２の光信号の波長は異なり、特に、走査プローブ顕微鏡検査システムで使用されるプローブに関連して選択される。例えば、走査プローブ顕微鏡検査システム１は、後に、いくつかの種類の異なるプローブを使うように設計されても良く、プローブの各々の種類は異なる機能を有する。そのようなプローブは、材料が異なっていても良く、特定の波長に最も敏感で他の波長により敏感でない、表面１８上の特定のコーティングを含んでも良い。図１０で示される装置では、光ビーム２５－１、２５－２は、各々、異なる波長に敏感である。それぞれ、各プローブに対して、反射光ビーム２７－１と反射光ビーム２７－２のそれぞれで強い反射信号を提供するように、波長は選択される。このように、第１の光ビーム２５－１の波長は、第１の種類のプローブのプローブ先端１９により、よく反射される波長であるように選択される。第２の光ビーム２５－２の波長は、第２の種類のプローブのプローブ先端１９により、よく反射される波長であるように選択される。第１の種類のプローブが第２の種類のプローブと交換された場合、第２の光ビーム２５－２が十分によく反射される光信号を提供して、プローブ先端１９の動きの測定が可能となる。したがって、プローブの交換に際し、光源の交換または再調整をする必要がなく、交換のプロセスをより効率的にする。

【0051】

図１１で示された実施例では、プローブチップ１７は、同時測定の実行を可能にする複数のプローブを含む。示された例では、プローブチップは、カンチレバー１８－１、１８－２、１８－３、１８－４からなる４つのプローブを含む。カンチレバー１８－１～１８－４は、各々プローブ先端１９－１、１９－２、１９－３、１９－４を含む。示された実施例では、複数の光ビーム２５－１、２５－２、２５－３、２５－４は、プローブ先端１９－１～１９－４の裏側に当たる。このように、プローブ先端１９－１～１９－４の各々は、入射光ビーム２５－１～２５－４のうちの１つによって照らされる。ビーム２５－１～２５－４の波長を違ったものとすることは、これらのビームが、干渉することなく、互いに十分近くに位置することを可能にする。図１１の実施例に従う装置では、複数のレーザー２５－１～２５－４は、別々のプローブ先端１９－１～１９－４に集中することが可能で、反射ビーム２７－１～２７－４は、アレイ４１のフォトダイオード４０の対応するサブセットに向けられる。検知のこの方法は、どのような機械の再編成もなく、様々な走査技術（すなわちＦＦＴＰモード、ＡＭモード）を実行することを可能にする。更に、カンチレバーは測定の間に相互配置を変えないので、複数のカンチレバー１８－１～１８－４の間のオフセットがわかっていることが重要であり、当該オフセットは、この場合簡単に調整されうる。上記様々な走査技術は、例えば、フィードフォワード軌道プランナー（ｆｅｅｄ－ｆｏｒｗａｒｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｅｒ（ＦＦＴＰ））モードを含んでも良い。ＦＦＴＰは、例えば溝のスペースまたは穴の直径が２０～４０ｎｍ未満で、深さが約２００ｎｍの、高アスペクト比構造を測定する。このモードは、そのような範囲に対するプローブの動きを制御し、側壁との相互作用を最小化し、プローブがそのような複雑な構造の底に到達することを確実とする。得られる他の走査スキャン技術は、例えば、ＡＦＭモードのコレクションを参照する動的外力モードを含み、動的外力モードでは、カンチレバーは、高周波で又は共振近くで振動する。振幅変調モード（ａｍｐｌｉｔｕｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＡＭ－ＡＦＭ））と呼ばれる特定の種類の動的モードは、最も一般的なＡＦＭ撮像モードである。ＡＭ－ＡＦＭでは、振動の振幅がフィードバック・パラメータであり、他の動的モードでは、周波数（周波数変調）または位相（位相変調）のような、フィードバック・ループに対する様々なパラメータがある。振幅変調モードとタッピングモードと断続的接触モードと動的外力モードは、同義的に使われうる。

【0052】

本発明は、いくつかの特定の実施例に関して記述された。図示され、ここで記述された実施例は、目的を示すことだけを意図しており、どのような方法または手段によっても、発明を限定する意図はないことは理解されるだろう。ここで述べられる発明の文脈は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

【0053】

（付記）
（付記１）
走査プローブ顕微鏡検査システムにおけるカンチレバーの撓みを特定する装置であって、
前記走査プローブ顕微鏡検査システムは、プローブを支持する走査ヘッドを含み、
前記プローブは、前記カンチレバーとプローブ先端とを含み、
前記カンチレバーまたは前記プローブ先端の、少なくとも１つの面は、鏡面反射面を含み、
前記装置は、光ビームを提供する光源を含み、
前記装置は、前記鏡面反射面から反射される反射ビームを生じるように、前記鏡面反射面に前記光ビームを当てるように構成されており、
前記装置は、光センサを含み、
前記装置は、前記光センサで前記反射ビームを受け、前記光センサ上で光点を形成するように構成されており、
前記光センサは、センサ信号を提供するように構成されており、前記センサ信号からは前記光センサ上の前記光点の位置の位置情報が取得可能であり、
前記光センサは、フォトダイオード素子のアレイを含み、
各フォトダイオード素子は、前記センサ信号に含まれるフォトダイオード信号を提供するように構成されており、
各フォトダイオード素子は、前記ビームの方向に対して横断する面内に有効領域を有するフォト感応面を含み、前記有効領域が前記光点のサイズより小さくなるように、前記有効領域は前記反射ビームの断面積より小さく、
フォトダイオードの前記アレイのうちの、隣接するフォトダイオードの第１のサブセットは、第１の波長範囲で感応するフォトダイオード素子を含み、
フォトダイオードの前記アレイのうちの、隣接するフォトダイオードの第２のサブセットは、第２の波長範囲で感応するフォトダイオード素子を含み、
前記第１のサブセットを形成する前記フォトダイオード素子は、前記第２のサブセットを形成する前記フォトダイオード素子とは異なる、
装置。

【0054】

（付記２）
フォトダイオード素子の前記アレイは、Ｎ＊Ｍのフォトダイオード素子の配列を含み、
前記フォトダイオード素子はＮ行Ｍ列に配置され、
少なくとも、Ｎが２より大きい又はＭが２より大きいうちの一方である、
付記１に記載の装置。

【0055】

（付記３）
前記装置は、更に、コントローラを含む、あるいは、コントローラと協働するように構成されており、
前記コントローラは、前記フォトダイオード信号を含む前記センサ信号を受信するように構成されており、
前記コントローラは、前記光センサ上の前記光点の位置を特定するように、前記センサ信号を処理するように構成されており、
前記光センサ上の前記光点の前記位置を特定するのに、前記コントローラは、前記フォトダイオード信号に基づく重心計算を実行するように構成されている、
付記１または２に記載の装置。

【0056】

（付記４）
前記コントローラは、Ｎ行の間の垂直方向での前記重心計算を実行するのに、アルゴリズムを適用するように構成されており、
前記アルゴリズムは、

【数5】

【0057】

（付記５）
前記コントローラは、Ｍ行の間の水平方向での前記重心計算を実行するのに、アルゴリズムを適用するように構成されており、
前記アルゴリズムは、

【数6】

であり、ｊは第ｊ行が検討されていることを示す前記列のカウンターであり、
Ｐ_ＬＲは、水平方向の点の位置座標であり、
Ｗ_{ＬＲ，ｓｅｇｍｅｎｔ}は、水平方向の前記フォトダイオード素子のサイズを前記列の列ピッチ距離によって割ることで提供される、正規化セグメントサイズであり、
Ｐ_{ＬＲ，ｏｆｆｓｅｔ}は、０オフセット座標を前記水平方向に設定することを可能にするオフセットであり、
Ｓ_ｊは、第ｊ列のフォトダイオード信号の信号値の合計を示す列合計値である、
付記２かつ３、または付記４に記載の装置。

【0058】

（付記６）
前記コントローラは、前記フォトダイオード信号の時間依存的な分析を実行するように構成され、
少なくとも２つのフォトダイオード素子の前記フォトダイオード信号の時間依存は、前記光源の強度変化を確認するように比較される、
付記１から５のいずれか１項に記載の装置。

【0059】

（付記７）
前記装置は、更に、前記光点と少なくとも部分的に重なるフォトダイオードに関するフォトダイオード信号のみを含むように、前記フォトダイオード信号をフィルタリングするように構成されている付記１から６のいずれか１項に記載の装置。

【0060】

（付記８）
前記フィルタリングを実行するのに、前記コントローラは、前記フォトダイオード信号と閾値とを比較すること、または、前記閾値未満の信号値を有する各フォトダイオード信号を０に設定すること、または、閾値を超える信号値を有するフォトダイオード信号を選択すること、の少なくとも１つに適して構成されている、付記７、かつ付記３から６の少なくとも１項に記載の装置。

【0061】

（付記９）
前記光源は、第１の波長の第１の光ビームと、第２の波長の第２の光ビームを提供するように１以上の光源を含み、
前記装置は、第１の反射ビームと第２の反射ビームを生じるように、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームを前記鏡面反射面に当て、前記第１の反射ビームを、前記アレイの隣接するフォトダイオードの前記第１のサブセットに当て、前記第２の反射ビームを、前記アレイの隣接するフォトダイオードの前記第２のサブセットに当てるように構成されている、
付記１から８のいずれか１項に記載の装置。

【0062】

（付記１０）
前記鏡面反射面は、前記カンチレバーと、前記プローブ先端との両方に位置し、
前記装置は、前記第１の反射ビームと前記第２の反射ビームを提供するのに、前記第１の光ビームを前記プローブ先端に当て、前記第２の光ビームを前記カンチレバーに当てるように構成されている、
付記９に記載の装置。

【0063】

（付記１１）
前記プローブは、プローブをつけるプローブチップによって支えられ、
前記鏡面反射面は前記プローブ先端に位置し、更なる鏡面反射面が前記プローブチップ上に位置し、
前記装置は、前記第１の反射ビームと前記第２の反射ビームを提供するのに、前記第１の光ビームを前記プローブ先端に当て、前記第２の光ビームを前記プローブチップに当てるように構成されている、
付記９に記載の装置。

【0064】

（付記１２）
前記装置は、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームを、前記プローブ先端または前記カンチレバーの前記鏡面反射面の同じ領域に当てるように構成され、
前記光センサは、隣接するフォトダイオードの前記第１または第２のサブセットのうちの少なくとも１つからの、望ましくは、一度にフォトダイオード素子の前記第１または第２のサブセットのうちの多くとも１つからの前記センサ信号を提供するように構成されている、
付記９に記載の装置。

【0065】

（付記１３）
前記装置は複数のプローブを含み、
各プローブが鏡面反射面を含むように、各プローブはカンチレバーとプローブ先端を含んで、カンチレバーとプローブ先端のうちの少なくとも１つが前記鏡面反射面を含み、
前記装置は、前記第１の反射ビームと第２の反射ビームを提供するのに、前記第１の光ビームを、前記複数のプローブのうちの第１のプローブの前記プローブ先端または前記カンチレバーに当て、前記第２の光ビームを、前記複数のプローブのうちの第２のプローブの前記プローブ先端または前記カンチレバーに当てるように構成されている、
付記９に記載の装置。

【0066】

（付記１４）
１以上のフォトダイオードにとって、前記ビームの方向に対して横断する平面内の前記フォト感応面の前記有効領域と、前記反射ビームの前記断面積との間の比率は、０．３と１．０の間、望ましくは０．４と０．７５の間で、より望ましくは０．４と０．６の間で、更により望ましくは０．４と０．４５の間である、付記１から１３のいずれか１項に記載の装置。

【0067】

（付記１５）
走査プローブ顕微鏡検査システムであって、
少なくとも１つの走査ヘッドと、
サブストレートを支持するサブストレート・キャリヤーと、
を含み、
前記走査ヘッドは、前記サブストレートの測定実行用に、前記サブストレートの面を走査するのに、カンチレバーとプローブ先端とを含むプローブを含み、
前記走査ヘッドは、更に、前記カンチレバーのカンチレバー撓みを特定するのに、付記１から１４のいずれか１項に記載の装置を含む、
走査プローブ顕微鏡検査システム。

【0068】

（付記１６）
走査プローブ顕微鏡検査システムにおけるカンチレバーの撓みを特定する方法であって、
前記走査プローブ顕微鏡検査システムは、プローブを支持する走査ヘッドを含み、
前記プローブは、カンチレバーとプローブ先端とを含み、
前記カンチレバーまたは前記プローブ先端の、少なくとも１つの面は、鏡面反射面を含み、
前記方法は、
光源を使って光ビームを提供し、前記鏡面反射面から反射される反射ビームを生じるように、前記鏡面反射面に前記光ビームを当てることと、
光センサで前記反射ビームを受けることで前記光センサ上に光点を形成し、前記光センサ上の前記光点の位置の位置情報を取得可能なセンサ信号を提供することと、
を含み、
前記センサ信号は、フォトダイオード素子のアレイから、複数のフォトダイオード素子のフォトダイオード信号により提供され、
前記反射ビームのビーム方向に対して横断する面内の各フォトダイオードのフォト感応面の有効領域が前記光点のサイズより小さくなるように、前記反射ビームの断面は、前記有効領域より大きく、
前記センサ信号は、
第１の波長範囲で感応するフォトダイオード素子を含む、フォトダイオードの前記アレイのうちの隣接するフォトダイオードの第１のサブセットと、
第２の波長範囲で感応するフォトダイオード素子を含む、フォトダイオードの前記アレイのうちの隣接するフォトダイオードの第２のサブセットと、
のうちの少なくとも１つによって提供され、
前記第１のサブセットを形成する前記フォトダイオード素子は、前記第２のサブセットを形成する前記フォトダイオード素子とは異なる、
方法。

【0069】

（付記１７）
フォトダイオード素子の前記アレイは、Ｎ＊Ｍフォトダイオード素子のアレイを含み、
前記フォトダイオード素子は、垂直に並べられたＮ行と水平に並べられたＭ列に配置され、
前記フォトダイオード信号を含む前記センサ信号は、前記光センサ上の前記光点の位置を特定するように、コントローラを使って処理される、
付記１６に記載の方法。

【0070】

（付記１８）
前記光点の前記位置を特定するのに、重心計算が前記コントローラにより実行され、
前記コントローラの少なくとも１つは、Ｎ行の間の垂直方向での前記重心計算を実行するのに、アルゴリズムを適用し、
前記アルゴリズムは、

【数7】