自立膜測定装置及び測定方法、並びに走査型プローブ顕微鏡

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【発明の名称】	自立膜測定装置及び測定方法、並びに走査型プローブ顕微鏡
【発明者】	【氏名】杉崎克己
【要約】	【課題】このように、既存の検査方法では、空間分解能が十分ではなく、より分解能が高く、自立薄膜に適用するのに適した検査方法が望まれている。【解決手段】上述の課題を解決するために、本発明では、先端に鋭い探針（１ａ）を持つカンチレバー（１）と、カンチレバーの先端の変位を検出する変位検出手段（２，３）と、少なくとも一部が自立膜を有した試料（１１）と探針との相対的な関係を変化させる可変手段（６，７）と、被検査物及び探針間の相対関係の変化と共に変化する変位検出手段からの信号に基づき、試料の機械的特性を取得する検出部（８，９）とを備えた。

【特許請求の範囲】
【請求項１】先端に鋭い探針を持つカンチレバーと、前記カンチレバーの先端の変位を検出する変位検出手段と、少なくとも一部が自立膜を有した試料と前記探針との相対的な関係を変化させる可変手段と、前記被検査物及び前記探針間の相対関係の変化と共に変化する前記変位検出手段からの信号に基づき、前記試料の機械的特性を取得する検出部とを備えたことを特徴とする自立膜測定装置。
【請求項２】前記可変手段は、前記試料の表面に対して垂直な方向に、前記試料と前記探針とを相対的に移動させる第１の移動手段と、前記試料の表面に対して平行な方向に、前記試料と前記探針とを相対的に移動させる第２の移動手段と少なくとも備えたことを特徴とする自立膜測定装置。
【請求項３】前記カンチレバーのバネ定数が、前記試料の弾性率の百倍以下になるようにカンチレバーの硬さを選択したことを特徴とする請求項１又は２記載の自立膜測定装置。
【請求項４】前記検出部は、前記カンチレバーと前記被検査物との距離に対するカンチレバーの先端の変位変化を検出し、その検出された前記変位変化と前記距離との相関関係から、前記被検査物の弾性に関する機械的特性を検出することを特徴とする請求項１に記載の自立膜測定装置。
【請求項５】前記検出部は、更に、前記変位変化と前記距離の相関関係が、所望の相関関係と同じとなるか否かを検出することを特徴とする請求項４記載自立膜測定装置。
【請求項６】前記可変手段は、更に、振動周期を変化させながら、前記カンチレバーを励振する励振機構を備え、前記検出部は、前記被検査物に前記探針が近接された状態における前記カンチレバーの先端の変位変化の振幅を検出し、前記検出されたカンチレバーの先端における変位変化の振幅のうち最大の振幅が得られたときの振動周期を得るを特徴とする請求項２又は３に記載の自立膜測定装置。
【請求項７】先端に鋭い探針を持つカンチレバーと、前記カンチレバーの先端の変位変化を検出する変位検出手段と、試料と前記探針とを相対的に移動させる移動手段と、を備えた走査型プローブ顕微鏡において、前記カンチレバーのバネ定数が前記試料のバネ定数の１００倍以下であることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項８】先端に鋭い探針を持つカンチレバーと少なくとも一部が自立膜を有した試料との相対的な関係を変化させ、前記被検査物及び前記探針間の相対関係の変化と共に変化する前記カンチレバーの先端の変位に基づき、試料の機械的特性を取得することを特徴とする自立膜測定方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロマシン、Ｘ線透過窓などに利用される自立薄膜の機械的特性の測定を行う測定装置及び測定方法に関する。特に、走査型プローブ顕微鏡の基本構成を用いて、自立薄膜の機械的特性の測定を行う装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体の微細加工技術を応用した、非常に小さい機械、マイクロマシンが注目を集めている。このマイクロマシン技術により、シリコン（Ｓｉ）基板上に数１００μmオーダ以下の微細な３次元部品を製作することが可能になり、センサやアクチュエータのマイクロ化が実現されつつある。このマイクロマシンの技術では、薄膜を使って部品を構成し、非常に小さい機械が作られている。また、マイクロマシンを製作するにあたっては、薄膜は基板から分離された状態で使用されることが多く、薄膜の機械的な特性は、薄膜をマイクロマシンの構造材料として利用する上で重要な物性値となっている。
【０００３】そのため、自立薄膜の物性値をより微細に調べる必要性がある。そこで、自立薄膜の物性値を検出する方法としては、バルジ法、Ｘ線回折法、光弾性法、超音波顕微法、ラマン分光法などがある。バルジ法は、自立薄膜に気体などによって圧力をかけ、その膨らみ量から応力、ヤング率などの機械的性質を求める方法であり、比較的よく利用される。
【０００４】Ｘ線回折法は、Ｘ線の回折角から試料の格子定数を求めることにより、応力によるひずみを求めるものである。光弾性法は、等質等方体に荷重を加えたときに起こる複屈折現象を光で計測することにより、物体に生じる応力を求める。超音波顕微法は、残留応力を受けている材料では、音波の伝播速度や偏りに応力の影響がでることを利用したものである。
【０００５】ラマン分光法は、ラマンスペクトルのピーク波数シフト量から材料のひずみ、応力を求めるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この様に、マイクロマシンなどに使う自立膜の機械的性質を知ることは重要であり、幾つかの方法を用いて、この自立膜の機械的性質が調べられてきた。しかしながら、現在ある分析手法は、マイクロマシンに使用される自立薄膜の機械的な性質を調べるには十分ではない。
【０００７】例えば、バルジ法は容易に計測できる手段であるが、自立膜に対して適用する場合には、薄膜全体の平均的な機械的特性しか得ることはできない。また、Ｘ線回折法、光弾性法、超音波顕微法、ラマン分光法は、自立膜の機械的性質の２次元分布を得ることができるが、その空間分解能は数μm程度であり、ナノメータの精度が要求されるマイクロマシンの検査には不十分である。
【０００８】このように、既存の検査方法では、空間分解能が十分ではなく、より分解能が高く、自立薄膜に適用するのに適した検査方法が望まれている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するために、本発明では、先端に鋭い探針を持つカンチレバーと、カンチレバーの先端の変位を検出する変位検出手段と、少なくとも一部が自立膜を有した試料と探針との相対的な関係を変化させる可変手段と、被検査物及び探針間の相対関係の変化と共に変化する変位検出手段からの信号に基づき、試料の機械的特性を取得することとした。
【００１０】この様にカンチレバーに備えられた探針と被検査物との相対関係を可変手段で変化させながら、カンチレバーの先端の変位変化を検出することで、被検査物の機械的な特性を検出し、十分な分解能を備えることができる。ところで、本発明の好ましい第２の形態として、可変手段は、試料の表面に対して垂直な方向に、試料と探針とを相対的に移動させる第１の移動手段と、試料の表面に対して平行な方向に、試料と探針とを相対的に移動させる第２の移動手段と少なくとも備えることが好ましく、試料と探針との位置関係を可変することで試料と探針の相対関係を可変することでも構わない。
【００１１】また、本発明の第３の実施の形態において、カンチレバーのバネ定数が、被検査物の弾性率の百倍以下になるようにカンチレバーの硬さを選択することが好ましい。この様に、カンチレバーのバネ定数を被検査物の弾性率の百倍以下に設定することで、被検査物を破損することなく、被検査物の機械的特性を敏感に取得することができる。
【００１２】また、本発明の好ましい第４の形態として、被検査物の機械的特性を検出する場合において、カンチレバーと被検査物との距離に対するカンチレバーの先端の変位変化を検出し、その検出された変位変化と距離の相関関係から、被検査物の弾性に関する機械的特性を検出することが好ましい。この様にカンチレバーと被検査物の距離に対するカンチレバーの先端の変位変化を検出することで、後述するフォース・カーブを取得することができる。このフォース・カーブの所望の部分について解析することで、被検査物の各種の機械的特性を知り得ることができる。そこで、本発明の第４の形態では、自立膜の測定・評価にフォース・カーブを検出し、得られたフォースカーブから自立膜の弾性を検出している。この自立膜の弾性に関する情報により、自立膜の膜厚を知ることができる。
【００１３】また、本発明の第５の形態として、自立膜である被検査物の機械的特性を検出する場合において、更に、得られたカンチレバーの先端の変位変化と距離の相関関係が、所望の相関関係と同じとなるか否かを検出することとした。この様に、前記変位変化と前記距離の相関関係が、例えば、フックの法則に沿っているものかどうかを検出することで、自立膜である被検査物の内部応力の有無を検出することとした。この様に本発明の第５の形態では、内部応力を検出することもできる。
【００１４】また、本発明の第６の好ましい形態では、被検査物の機械的特性を検出する場合において、振動周期を変化させながら、カンチレバーを励振する励振機構を備え、被検査物に前記探針が近接された状態におけるカンチレバーの先端における変位振幅を検出し、検出されたカンチレバー先端における変位振幅のうち最大の変位振幅が得られたときの振動周期を得ることとした。この様に得られた振動周期が、被検査物である自立膜の共振周波数となる。この共振周波数は、膜厚や膜の形状によって異なる。したがって、要求されたとおりの理想的な自立膜である場合には、所定の共振周波数を持つことになるが、要求された自立膜とは異なる自立膜では、この共振周波数が異なる。したがって、被検査物を振動させたときのおける共振周波数を検出することで、自立膜の特性を得ることができる。
【００１５】また、第２の本発明としては、先端に鋭い探針を持つカンチレバーと、カンチレバーの先端の変位を検出する変位検出手段と、試料と探針とを相対的に移動させる移動手段とを備えた走査型プローブ顕微鏡において、カンチレバーのバネ定数が試料のバネ定数の１００倍以下であることとした。この様にカンチレバーのバネ定数を決めることで、試料にダメージを与えず、試料と探針の間の相互作用力を感度良く検出することができる。
【００１６】なお、次に本発明を、更に実施の形態を述べながら詳しく説明して行くこととする。
【００１７】
【発明の実施の形態】まず、最初に本発明を適用した自立薄膜の測定・評価装置を第１の実施の形態として説明する。なお、この測定・評価装置の構成を図１に示し、測定・評価装置の説明は図１を用いながら説明して行くものとする。
【００１８】本発明の第１の実施の形態である自立薄膜の測定・評価装置は、一端が支持体１０１に固定され、他端で試料１１側に探針１ａが備えられたカンチレバー１と、カンチレバー１の探針１ａが備えられた面とは反対側の面に光を照明する光源２と、カンチレバー１の反射光を受光し、カンチレバー１の先端の変位を検出するポジションセンシティブディテクター（ＰＳＤ）３と、探針１ａに対して自立薄膜１１ａを有した試料１１を相対的に移動させるＸ－Ｙ試料ステージ４と、Ｘ－Ｙ試料ステージ４の移動を制御するＸ－Ｙ試料ステージコントローラ５と、Ｘ－Ｙ試料ステージ４上に備えられ、Ｘ－Ｙ試料ステージ４の移動方向とは垂直な方向に被検査物１１を移動させるＺ軸アクチュエータ６と、Ｚ軸アクチュエータ６を制御するＺ軸コントローラ７と、Ｘ－Ｙ試料ステージコントローラ５とＺ軸コントローラ７とを統合制御し、ＰＳＤ３からの信号をＸ－Ｙ試料ステージコントローラ５とＺ軸コントローラ７との制御信号と対応づけさせながら出力する制御装置８と、制御装置８から出力される信号を処理するデータ処理装置９と、データ処理装置９で処理されたデータを表示する表示装置１０とで構成されている。
【００１９】この様な構成を有した本発明の第１の実施の形態では、探針１ａ先端を試料１１の自立薄膜１１ａに対して、数オングストロームから数百ナノメートル程度に近づけると、試料１１と探針１ａとの間隔に対して非常に敏感な原子間力(van der waals力) 等の相互作用力が働き、その相互作用力を解析する走査型力顕微鏡を利用して、自立薄膜１１ａの機械的性質を求めることにしている。
【００２０】ところで、走査型力顕微鏡における探針１ａ先端と試料１１との間に働く力の測定は、カンチレバーの撓みを検出することによって行われる。要するに、探針１ａと試料１１表面との間に働く力によって生じるカンチレバー１の先端の変位を検出し、このカンチレバー１の先端の変位から探針１ａ先端と試料１１との間に働く力を測定している。そして、更に試料１１表面と探針１ａとの間の相互作用力を調べる方法として、探針－試料間の距離と、探針１ａが受ける力との関係を示したフォース・カーブを取得するして、解析する方法がある。
【００２１】このフォース・カーブとは、試料１１に探針１ａを接近させたり、離したりしたときに得られる探針１ａが受ける力の変化を記録したものである。このフォース・カーブを解析すれば、試料１１表面と探針１ａとの間隔に対して、どの程度の相互作用力が作用しているかを調べることが出来る。図２に典型的なフォース・カーブを模式的に示す。図２の経路でＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順番は、探針１ａを試料１１に接近させたときに得られるフォース・カーブであり、経路Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの順番は、探針１ａを試料１１から遠ざけたときに得られるフォース・カーブである。
【００２２】そして、このフォースカーブは、次に事を示している。Ｃ－Ｄ間或いはＤ－Ｅ間の直線の傾きは、試料１１に探針１ａを押し込んだときの斥力を示しており、これは、試料１１の弾性を反映している。また、Ｅの位置は、表面の吸着力とカンチレバー１の撓んだことにより発生する力とが釣り合っているところであるので、Ｅ－Ｆ間の距離は、試料１１と探針１ａとの吸着力を示している。また、その他数々の相互作用力を検出することができる。
【００２３】なお、本発明の第１の実施の形態における測定・評価装置では、自立薄膜の弾性に関する機械的性質を取得するものとして、試料のバネ定数を取得する装置を例示することにする。なお、フォースカーブから試料１１のバネ定数を取得する方法は、次の通り行われる。図２のＤ－Ｅ間の傾きは試料１１の弾性を示しているが、このＤ－Ｅ間の傾きに対応する数値は、試料１１とカンチレバー１の合成バネ系のバネ定数Ｋになっている。この合成バネ定数Ｋは、カンチレバー１のバネ定数をｋ１、試料１１のバネ定数をｋ２、カンチレバー１が試料１１を押す力をＦとすると、式（１）の様な関係になる。
【００２４】
Ｆ＝Ｋ×Ｘ＝ｋ１×ｘ１＝ｋ２×ｘ２・・・・（１）
なお、この式（１）で、Ｘはカンチレバーの押し込む量、ｘ１はカンチレバーの撓み量、ｘ２は試料の変形量である。また、これらの関係から、カンチレバー１で計測される合成バネ定数Ｋは、式（２）の通りとなる。
【００２５】
Ｋ＝ｋ１×ｋ２／（ｋ１＋ｋ２）・・・・・（２）
式（２）の関係から、カンチレバー１のバネ定数が予めわかっていれば、フォースカーブから合成バネ定数Ｋを得ることができ、演算処理によって試料１１のバネ定数ｋ２を求めることができる。この様にして試料１１に有する自立薄膜１１ａの機械的特性を測定することができる。
【００２６】ところで、本測定・評価装置は、探針１ａに受ける力をカンチレバー１の撓みによって検出している。その詳細は次の通りである。レーザー光源２から発したレーザー光は、先端に鋭い探針１ａを持つカンチレバー１の背面に入射させ、カンチレバー１の背面から反射した光をＰＳＤ３で検出し、反射光の重心の移動を検出している。この反射光の重心の移動は、カンチレバー１の撓みの変化に応じて変化するので、反射光の重心の移動を検出することで、カンチレバー１の撓みを検出している。
【００２７】また、検査すべき自立薄膜１１ａを持つ被検査物１１については、Ｘ－Ｙ試料ステージ４及びＺ軸アクチュエータ６の上に載置される。そして、被検査物１１は、Ｘ－Ｙ試料ステージコントローラ５によってＸ－Ｙ試料ステージ４を制御しながら、被検査物１１をその表面と平行に走査させることができ、試料１１のあらゆる位置についてフォース・カーブを取得することを可能にする。
【００２８】また、被検査物１１は、Ｚ軸アクチュエータ６によって、試料１１の表面と垂直方向に移動させることができる。試料１１の各位置でフォース・カーブを取得する際には、このＺ軸アクチュエータ６を駆動させて、試料１１と探針１ａとを接近させたり、離したりする。なお、このＺ軸アクチュエータ６の制御はＺ軸コントローラ７で行われる。
【００２９】また、制御装置８は、Ｘ－Ｙ試料ステージコントローラ５及びＺ軸コントローラ７へ出力した制御信号をデータ処理装置９にも出力し、またＰＳＤ３から出力されたカンチレバー１の先端の変位に関する変位信号を取得し、カンチレバー１の変位信号は、各コントローラへの制御信号と共にデータ処理装置９に出力する。
【００３０】そして、データ処理装置９では、制御装置８からＸ－Ｙステージコントローラ５へ出力された制御信号を基に、探針１ａが存在する試料１１の位置情報を取得し、また、カンチレバー１の変位信号とＺ軸コントローラ７の制御信号とからフォース・カーブを計測して、試料１１の自立薄膜１１ａについてのバネ定数を取得する。
【００３１】そして、表示装置１０は、データ処理装置９で取得された探針１ａが存在する試料１１の位置情報と、各位置における自立薄膜１１ａのバネ定数とを対応づけて表示する。なお、制御装置８、データ処理装置９及び表示装置１０は、図３のようなフロー図に従って制御が行われる。
【００３２】まず最初に、試料１１表面の走査範囲をｎ×ｎ個の格子点に分割し、ｉ，ｊをカウンターとして、それぞれの格子点を（ｉ，ｊ）とし、更にｉ，ｊ共に0に初期化する（ステップＳ００１およびＳ００２）。次に、探針１ａがｉ，ｊで示される位置に来るように、制御装置８はＸ－Ｙ試料ステージコントローラ５に制御信号を出力する（ステップＳ００３）。試料１１の移動が完了したら、制御装置８は、Ｚ軸コントローラ７に制御信号を出力しながら、ＰＳＤ３で計測されたカンチレバー１の先端の変位に関する信号を取得する。そして、制御装置８からカウンター（ｉ，ｊ）をカンチレバー１の先端の変位に関する信号と共にデータ処理装置９に出力する。そして、データ処理装置９でフォース・カーブを取得する（ステップＳ００４）。このフォース・カーブのデータは、データ処理装置９により解析され、カンチレバー１と試料１１との合成バネ定数Ｋが求められる（ステップＳ００５）。さらに、データ処理装置９で、合成バネ定数Ｋから試料１１のバネ定数ｋ２が演算される（ステップＳ００６）。そして、データ処理装置９で得られたバネ定数ｋ２は配列ｋ２（ｉ，ｊ）に設定する（ステップＳ００７）。
【００３３】そして、処理装置８内のカウンターがｉ＝ｉ＋１の処理を行い（ステップＳ００８）、ｎ回繰り返されるまで、ステップＳ００３からステップＳ００８の処理を繰り返す。そして、ｎ回繰り返されたら（ステップＳ００９）、処理装置８内のカウンターがｊ＝ｊ＋１の処理を行い（ステップＳ０１０）、ｎ回繰り返されるまで、ステップＳ００３からステップＳ０１０の処理を繰り返す。
【００３４】そして、ｎ回繰り返されたら（ステップＳ０１１）、表示装置１０においてカウンタの数字である（ｉ，ｊ）と対応づけて、それぞれの位置における試料１１のバネ定数を表示する。この様にして、試料１１上の各位置において試料１１のバネ定数ｋ２が全て（ｎ×ｎ個）を行い、表示することで一連の測定、評価は終了する。
【００３５】以上の様に、本発明の第１の実施の形態である測定・評価装置では、試料１１のバネ定数ｋ２を求めるプロセスを、探針１ａが試料１１を走査されながらｎ×ｎ回行なわせることで、試料表面の弾性率の分布を得ることができる。なお、本発明の第１の実施の形態において、試料１１のバネ定数ｋ２を精度良く求めるためには、試料１１のバネ定数ｋ２に対する合成バネ定数Ｋの変化が大きいところを使えばよい。
【００３６】そこで、本発明の第１の実施の形態では、カンチレバー１のバネ定数に対して、試料１１のバネ定数が変化したとき、フォースカーブで計測される合成バネ定数Ｋの変化を調査した。その結果を図４に示す。この図４から明らかなように、試料１１のバネ定数ｋ２に応じて合成バネ定数ｋは変化するが、カンチレバー１のバネ定数ｋ１と試料のバネ定数ｋ２が近い値の部分では、試料のバネ定数ｋ２の変化に対する合成バネ定数ｋの変化が大きい。したがって、試料１１のバネ定数ｋ２の１／１００から１００倍の間にあることが。この範囲が先の説明からわかるように適当である。もし、この範囲から外れたバネ定数を持つカンチレバーを使用した場合、例えば、試料１１のバネ定数ｋ２の１００倍よりも大きいものを使用した場合、試料１１に形成された自立薄膜１１ａのもつ弾性の影響を受けずらくなり、カンチレバー１が撓まなくなってしまう。また、自立薄膜１１ａそのものを損傷してしまう可能性が高くなるという問題がある。また、試料１１のバネ定数ｋ２の１／１００倍よりも小さいものを使用した場合は、弾性による試料１１の形状変化を敏感に検知することが難しくなると言う欠点がある。この様なことから、少なくとも試料１１のバネ定数ｋ２の１００倍よりも小さいバネ定数を持ったカンチレバー１を使用することが好ましい。そして、良好な検出感度が必要な場合は、試料１１のバネ定数ｋ２の１／１００倍よりも大きいバネ定数を持ったカンチレバー１を使用することが好ましい。
【００３７】ところで、本発明の第１の実施の形態として、フォースカーブを取得して、試料１１のバネ定数を得る測定・評価装置について説明したが、本発明はこれに限られず、試料１１の機械的な共振周波数を得ることで試料１１の機械的特性を得る測定・評価装置や、フォースカーブを使って試料の弾性を求め、その弾性特性についてフックの法則からのずれを導き出し内部応力を計測することで、試料１１の機械的特性を得る測定・評価装置でも構わない。
【００３８】次に、機械的な共振周波数を得ることで、試料１１の機械的特性を検出する本発明の第２の実施の形態の測定・評価装置について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態である測定・評価装置を図示したものである。なお、図１と同一符号のものは、本発明の第１の実施の形態である測定・評価装置と同一な部材又は装置であるので、ここでの説明は省略するものとする。
【００３９】ところで、第２の実施の形態である測定・評価装置は、更に支持体１０１とカンチレバー１の支持側との間にピエゾ圧電素子からなる励振部材１２と、その励振部材１２を制御する励振部材制御装置１３とを備えている。なお、励振部材１２は、カンチレバー１を振動させるために設けられており、励振部材制御装置１３の制御により振動周期を変化させながら振動することができる。また、励振部材制御装置１３は、励振部材１２の振動周期に関する制御信号を制御装置８ａから受けて、励振部材１２の振動周期を制御する。
【００４０】この様な構成を有して、Ｚ軸アクチュエータ６で試料１１の自立薄膜１１ａと探針１ａとを接触するまで接近させ、励振部材１２を振動させ、そのときのカンチレバー１の振動の状態をＰＳＤ３で検知する。そして、励振部材１２の振動周期を逐次可変しながら、カンチレバー１の振幅が最大となる振動周期を制御装置８で検出する。そして、その振動周期に対する周波数を自立薄膜１１ａの共振周波数としてデータ処理装置９ａに出力する。この様に、自立薄膜１１ａの共振周波数を検出することで、自立薄膜１１ａ全体の機械的特性を検出することが出来る。
【００４１】また、フォース・カーブを使って試料の弾性を求め、その弾性特性についてフックの法則からのずれを導き出し、内部応力を計測することで、試料１１の自立薄膜１１ａにおける機械的特性を得ることができる。この様な測定・評価装置については、次の通りである。フォース・カーブを使って弾性係数を計測する場合、試料１１ａに内部応力が存在していると、カンチレバー１と試料１１との距離に対してカンチレバー１の先端の変位が比例関係にならなくなる。言い換えれば、試料１１の自立薄膜１１ａに内部応力が存在すると、その試料の弾性特性はフックの法則に従わなくなると言うことである。
【００４２】したがって、図１に示した装置構成で、データ処理装置９ａで得られたフォース・カーブのうち、探針１ａが試料１１の自立薄膜１１ａに接していて、押したり引いたりしている領域（つまり図２のＣ－Ｄ間やＤ－Ｅ間）がフックの法則による比例直線関係に対して、実際得られたフォース・カーブとのずれを計測することで、内部応力の存在の有無を検出することが可能となる。この様な処理をデータ処理装置９に加えることで、内部応力の有無を検出できる測定・評価装置を得ることが出来る。
【００４３】なお、ここで自立薄膜の内部応力は、カンチレバー１を使って自立薄膜１１ａに力を掛けなくとも、すでに内部である程度の力が発生している状態と考えられる。そのため、たとえカンチレバー１から試料１１に掛ける力が弱い場合でもフックの法則からずれている可能性もある。しかし、この場合でも、フックの法則からのずれは、掛ける力を大きくすればするほど大きくなるというある関数にあると考えられることから、掛ける力を大きくしていきながらフックの法則からのずれを検討すれば、試料１１の内部的に掛かる力（［つまりカンチレバー１によって掛かる力］＋［内部応力によって掛かる力］）が０になる位置を推定することができる。したがって、内部的に掛かる力が０になるときは、カンチレバーによって掛ける力と、内部応力によって掛かる力とが、釣り合っている状態と考えることができる。
【００４４】そのことから、このときのカンチレバーによって掛ける力のマイナス値が、試料の内部応力ということになり、試料の内部応力を求めることができる。以上の様に、非常に鋭利な先端を有した探針１ａを用い、探針１ａと自立薄膜を有した試料１１との相互関係を検出することで、微小な領域における機械的特性を検出することができる。また、探針１ａと自立薄膜を有した試料１１との相互関係をあらゆる試料１１上の各位置において、検出することで機械的特性の分布状態を検出することが出来、更に探針１ａ自体が非常に鋭利な先端を有しているため、非常に高い空間分解能で微細な機械的特性を知ることができる。この分布状態を検出できれば、自立膜において欠陥を有した部分を特定したり、自立膜に微細な構造物を作り込んだものであれば、その構造物が所望の形状になっているか否かを測定することができる。そして、空間分解能が非常に高いので、自立膜に存在する欠陥や構造物が非常に微細でも検出可能となる。
【００４５】また、Ｘ線投影露光装置に用いられるマスクなどは、自立薄膜の厚さや材質などを変化させることで投影するパターンを形成している。したがって、この様なマスクの検査に膜厚や材質等を検査する必要が出てくる。膜厚や材質等が変化する機械的性質も変化することが知られているので、このことを利用して、本発明の実施の形態である測定・評価装置を用い、検査することも可能となる。更に微細な領域毎に機械的特性の分布を知ることができるので、綿密な検査が可能となる。
【００４６】
【発明の効果】以上の通り、本発明による自立薄膜の測定装置並びに測定方法を用いれば、これまで困難であった、マイクロマシン、Ｘ線透過窓などに利用される自立薄膜の機械的な特性の測定が可能となり、自立薄膜の局所的な機械的特性を計測することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００４１１２【氏名又は名称】株式会社ニコン
【出願日】	平成１０年（１９９８）３月２５日
【代理人】
【公開番号】	特開平１１－２７１３４４
【公開日】	平成１１年（１９９９）１０月８日
【出願番号】	特願平１０－７８０８８