(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
探針に電圧を印加して試料表面に加工を施す微細加工装置の探針装置において、
基板上に２次元的に配置された複数個の加工用探針と、
該基板上の少なくとも３か所に該加工用探針とは別に設けられた試料面との距離制御用の探針と、
前記基板の他方の面上に、試料面との距離を調節すると共に基板の傾きを補正するための距離調節・傾き補正手段を具備したことを特徴とする微細加工装置の探針装置。
【請求項２】
前記加工用探針は、曲げ機構を備えたカンチレバー構造であることを特徴とする請求項１記載の微細加工装置の探針装置。
【請求項３】
前記距離調節・傾き補正手段は、複数個のピエゾスキャナであることを特徴とする請求項１または２に記載の微細加工装置の探針装置。
【請求項４】
前記複数個の加工用探針を任意に選択して所定の電圧を印加できるチップ選択手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の微細加工装置の探針装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は微細加工装置の探針装置に関し、特に、スループットを大幅に改善した微細加工装置の探針装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の微細加工装置の一つとして、例えば図６に示されているようなものがある。すなわち、探針５１を、図示されていない装置を用いて、試料台５２上に置かれた試料（被加工物）５３上の所定の距離まで近付ける距離制御を行い、探針５１に例えば正の電圧を印加し、一方前記試料（被加工物）５３をアース電位にして、図示されていないｘｙスキャン装置により走査する。このようにすると、試料５３上に、所望の形状の加工を施すことができる。例えば、試料がＳｉである場合に、その上にＳｉＯ２  等の絶縁膜の模様を作成したり、レジスト膜上を走査した後エッチング処理等をすることにより、数百オングストローム程度の細い導電線を作成したりすることができるようになる。
【０００３】
他の従来装置として、前記探針５１として、図７に示されているような、フイールドエミッションチップ５５を用いたものがある。このフイールドエミッションチップ５５は、チップ５５ａとその回りに設けられた電極５５ｂとの間に電位差を発生させ、チップから放出される電子を細く絞ると共にこれにエネルギを付与したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の加工装置は、１本の探針を用いていたため、スループットが小さいという問題があった。また、該探針が前記距離制御と加工の両方を兼ねていたため、探針の汚れ等により該距離制御の精度が短時間に悪くなるという問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、前記した従来技術の問題点を除去し、スループットを改善した微細加工装置の探針装置を提供することにある。また、他の目的は、距離制御の精度を長時間に渡って保持できる微細加工装置の探針装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するために、この発明は、探針に電圧を印加して試料表面に加工を施す微細加工装置の探針装置において、基板上に２次元的に配置された複数個の加工用探針と、該基板上の少なくとも３か所に設けられた試料面との距離制御用の探針とを具備した点に第１の特徴がある。また、前記基板の他方の面上に、試料面との距離を調節すると共に基板の傾きを補正するための手段を設けた点に第２の特徴がある。また、前記複数個の加工用探針を任意に選択して所定の電圧を印加できるチップ選択手段を具備した点に第３の特徴がある。
【０００７】
前記第１の特徴によれば、２次元的に配置された複数個の加工用探針を具備しているので、該加工用探針の中の任意の複数個を選択して同時に電圧を印加することにより、スループットを改善することができる。また、加工用探針と距離制御用の探針とが別個になっているので、距離制御用の探針が試料からの飛散物により汚染される割合が低減し、距離制御の精度を長時間に渡って保持できるようになる。また、前記第２の特徴によれば、基板と試料面との平行度を良好にすることができるので、前記複数個の加工用探針による加工のばらつきを低減することができる。さらに、前記第３の特徴によれば、試料表面に任意の形状の加工を短時間にできるようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態の微細加工装置の探針装置の平面図である。平板状の基板（例えば、Ｓｉ基板）１上に、複数のチップ２がマトリックス状に配置されている。該基板１の四隅には、カンチレバー３ａ〜３ｄが設けられている。前記複数のチップ２は加工用であり、カンチレバー３ａ〜３ｄはチップと試料表面との距離を制御する距離制御用である。該カンチレバー３ａ〜３ｄの周囲には、切欠き部４ａ〜４ｄが形成されている。該基板１の一辺にコネクタ部５が設けられ、前記複数のチップ２の各々から該コネクタ部５の各電極に、接続線が延びている。該コネクタ部５の電極を選択的に付勢することにより、所望のチップに電位を与えることができる。
【０００９】
図２（ａ）  （ｂ）  は、図１のＡ−Ａ´線断面図を示す。また、同図（ｃ）  は前記カンチレバー３ａの斜視図を示している。カンチレバー３ａ〜３ｄは同一の形状をしているので、代表として、カンチレバー３ａが図示されている。図２（ａ）  は第１のタイプのチップ２を用いた例であり、チップ２は基板１の絶縁層１ａ（例えば、ＳｉＯ２  ）上に設けられ、各チップからの接続線は基板ｂ（例えば、Ｓｉ）を貫通して、その裏面上をコネクタ部５まで延長されている。同図（ｂ）  は第２のタイプのチップ２を用いた例であり、図７で説明したフイールドエミッション形の探針から形成されている。該探針も絶縁層１ａ上に前記と同様に形成されている。
【００１０】
次に、前記基板１の反対の面には、図３に示されているように、複数個のピエゾ素子１０ａ〜１０ｄが固着されている。該ピエゾ素子１０ａ〜１０ｄの各々には、ｚサーボ機構とｘｙ走査機構とが設けられている。図では、ピエゾ素子１０ｂに対するｚサーボ機構とｘｙ走査機構が示されているが、他のピエゾ素子にも同様のｚサーボ機構とｘｙ走査機構が設けられている。
【００１１】
前記ｚサーボ機構は、カンチレバー３ｂのそり量を表す信号を増幅するｚ検出信号増幅器１１と、該増幅された検出信号とプロセッサ１５によって設定されたチップと試料面との距離の設定値との差信号を出力する差動増幅器１２と、該差信号を波形処理する比例・積分回路１３と、該比例・積分回路１３の出力からｚ制御電圧を発生するｚ制御電圧発生回路１４とから構成されている。一方、前記ｘｙ走査機構は、プロセッサ１５によって指示されたタイミングで、ｘ、ｙスキャン信号を生成するｘ、ｙスキャン信号発生回路１６から構成されている。Ａ／Ｄ変換回路１７は前記比例・積分回路１３の出力をディジタル信号に変換し、プロセッサ１５に送出する。プロセッサ１５はこのディジタル信号により、前記基板１の降下状況をモニタすることができる。
【００１２】
したがって、前記ピエゾ素子１０ａ〜１０ｄに対して同一の設定値を差動増幅器１２に与えることにより、前記基板１を試料面に平行に降下させることができる。また、前記設定値を選択することにより、基板１の傾きを補正することができる。２０は該ピエゾ素子１０ａ〜１０ｄの上端に固着されたｘｙ電動ステージであり、基板１を大きな尺度でｘおよびｙ方向に移動することができる。
【００１３】
次に、本発明の第２の実施形態を図４（ａ）  、（ｂ）  を参照して説明する。この実施形態は、同図（ａ）  に示されているように、基板１上に、カンチレバー６ａ，６ｂ，…に形成されたチップをマトリックス状に配置した点に特徴がある。７は切欠き部を示している。なお、他の符号は、図１と同一または同等物を示す。同図（ｂ）  は同図（ａ）  のＡ−Ａ´線断面図を示し、１ａは絶縁層（例えば、ＳｉＯ２  ）、１ｂは基板（Ｓｉ）、１ｃは該絶縁層上に形成されたカンチレバー６の接続線を示す。
【００１４】
この実施形態の探針装置を用いると、被加工試料面に凹凸があっても、該凹凸をカンチレバー６のばね性により吸収することができるというメリットがある。なお、個々のカンチレバー６ａ、６ｂ、…に、高さ調整用の曲げ機構を付け、カンチレバーの高さに不揃いがあった場合にこれを補正するようにしてもよい。
【００１５】
次に、本実施形態の探針装置を用いて行う加工動作を、図５を参照して説明する。前記第１および第２実施形態を用いた加工動作は同等であるので、これらの代表として、図１の探針装置を用いて説明することにする。
図５（ａ）  に示されているように、基板１上に配列されたマトリックス状のチップの間隔はＬであるとする。今、チップ選択手段４０から５個のチップ列４１を選択して所定の電圧を印加し、これをｘ方向に幅Ｌだけ走査すると、同図（ｂ）  に示されているような長さ５Ｌの１本の線を、加工線幅２０ｎｍ〜５０ｎｍで加工することができる。従来装置であれば、チップが１個であったので走査幅は５Ｌである。したがって、本発明によれば、１／５の加工時間に短縮することができる。次に、前記チップ列４１をｘｙ両方向に、幅Ｌだけ走査すると、同図（ｃ）  のような矩形の面積の加工をすることができる。この場合も、加工時間は従来の場合に比べて１／５になる。
【００１６】
次に、前記チップ選択手段４０によりマトリックス状のチップを全部選択して、ｘ方向に幅Ｌだけ走査すると、同図（ｄ）  に示されているように、長さ５Ｌの線を５本同時に加工することができる。これに要する時間は、従来のものに比べて１／２５以下にすることができる。さらに、前記チップ列４１をｘｙ両方向に、幅Ｌだけ走査すると、同図（ｅ）  のような正方形の面積を短時間に加工することができるようになる。
【００１７】
上記の説明は、５×５マトリックスのチップ配列を例にして説明したが本発明はこれに限定されるものではなく、一般にｍ×ｎマトリックス（ｍ、ｎは正の整数）のチップ配列であっても良いことは明らかである。ここに、ｍ＝ｎであってもよいし、ｍとｎが等しくなくてもよい。また、加工に寄与するチップは、チップ選択手段４０により、上記の例に限らず、任意に選択することができることは明らかである。
【００１８】
さらに、本発明の探針装置は、大気中、真空中、あるいは該真空中に所望の気体を導入した雰囲気で動作させることができる。例えば、前記所望の気体として、有機金属の気体を用いると、被加工表面に金属を堆積させる加工を行うことができる。
【００１９】
さらに、前記距離制御用のカンチレバー３ａ〜３ｄを基板１の４隅に置いたが、必ずしも４隅に置く必要はなく、３隅であってもよい。また、該４隅に加えて、基板１の辺部にも置き、合計で５個以上にしてもよい。また、基板１の形状は必ずしも矩形である必要はなく、他の形状であってもよい。
【００２０】
【発明の効果】
前記の説明から明らかなように、本発明によれば、加工用探針が２次元的に配置されているので、加工のスループットを大幅に改善することができる。また、加工用探針と距離制御用の探針とを分離しているので、距離制御用の探針が試料表面からの飛散物等によって汚染される可能性が低減し、従来装置に比べて長寿命の微細加工装置の探針装置を提供することができるようになる。
【００２１】
また、本発明によれば、前記加工用探針と距離制御用探針とが配置された基板の傾きを制御することができるので、複数の加工用探針による加工のばらつきを極力抑えることができる。また、２次元に配置された加工用探針のうちの任意の組み合わせを選択して加工をすることができるので、任意の形状の加工を簡単かつ短時間に行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の探針装置の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ´断面図と距離制御用探針の斜視図である。
【図３】基板のｚ軸粗動装置と傾き補正装置の説明図である。
【図４】本発明の他の実施形態の探針装置の平面図である。
【図５】本発明のによる加工動作の説明図である。
【図６】従来の微細加工装置の一例を示す該略図である。
【図７】従来のフイールドエミッションチップの説明図である。
【符号の説明】
１  基板
２  チップ
３ａ〜３ｄ  カンチレバー
４ａ〜４ｄ  切欠き部
５  コネクタ部
１０ａ〜１０ｄ  ピエゾ素子
４０  チップ選択手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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