(57)【要約】【課題】微小ピンセットに付着したパーティクルが試料に再付着するのを防止する。【解決手段】開閉自在な一対のアームを有するナノピンセット１を試料表面に近接させ、該試料表面に付着したパーティクルＰを把持し、パーティクルＰを把持したナノピンセット１を粘着部材３上まで移動し、パーティクルＰを粘着部材３に接触させ、その後、ナノピンセット１を開いた状態で粘着部材３から遠ざけることにより、パーティクル除去を確実に行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉自在な一対のアームを有する微小ピンセットを試料表面に近接させて、該試料表面に付着したパーティクルを前記アームの試料把持部で把持し、
前記パーティクルを把持した微小ピンセットを粘着部材上まで移動して、前記パーティクルを前記粘着部材に接触させ、
その後、前記微小ピンセットを開いて前記パーティクルを開放して前記粘着部材から遠ざけることを特徴とするパーティクル除去方法。
【請求項２】
請求項１に記載のパーティクル除去方法において、
前記微小ピンセットの試料把持部を前記試料表面から所定距離上方に位置決めして前記パーティクルを把持し、
前記パーティクルを前記粘着部材に接触させる際に、前記微小ピンセットの試料把持部で把持されたパーティクルの下部を前記粘着部材に押圧し、前記パーティクルのみを前記粘着部材に付着させることを特徴とするパーティクル除去方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のパーティクル除去方法において、
前記アームの先端で前記試料表面を走査して原子間力顕微鏡観察を行い、その画像情報より該試料表面に付着したパーティクルの試料表面上の位置と試料表面からの高さとを検出し、
前記検出された位置に前記微小ピンセットの位置合わせを行い、前記パーティクルの高さに応じて前記試料表面からの前記試料把持部の高さを制御して該パーティクルを把持することを特徴とするパーティクル除去方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のパーティクル除去方法において、
前記微小ピンセットで前記試料表面に付着したパーティクルを把持する前に、
前記微小ピンセットの試料把持部を前記粘着部材に押圧して、該試料把持部に付着した微細な塵を除去することを特徴とするパーティクル除去方法。
【請求項５】
開閉自在な一対のアームを有する微小ピンセットと、
前記一対のアームの少なくとも一方を駆動して前記微小ピンセットを開閉する開閉駆動部と、
パーティクルを付着して回収する粘着部材を載置する載置台と、
試料と前記載置台に載置された粘着部材との間で前記微小ピンセットを移動する移動機構とを備えたことを特徴とする微小ピンセット装置。
【請求項６】
請求項５に記載の微小ピンセット装置において、
前記粘着部材は、粘着層が形成された粘着シートであることを特徴とする微小ピンセット装置。
【請求項７】
請求項５，６に記載の微小ピンセット装置を備えたことを特徴とする原子間力顕微鏡。
【請求項８】
請求項５，６に記載の微小ピンセット装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パーティクル除去方法、微小ピンセット装置、原子間力顕微鏡および荷電粒子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程における微粒子（パーティクル）の付着は、半導体デバイスの歩留まりや品質に影響を与える。またフォトマスク上のパーティクルは、露光時後欠陥となる。そのようなパーティクルを除去する方法として、微小なピンセットでパーティクルをピックアップして除去する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−８４５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非常に微小なパーティクルは重量が非常に小さく、ピンセットを開いても静電気や粘着力などによってピンセットに付着しやすくなる。その結果、パーティクルが所定の場所で脱離しなくなり、付着したままのピンセットを再度使用すると、パーティクルを除去すべき対象に近づけた際に、付着したパーティクルが除去対象側に再付着してしまうという不都合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明によるパーティクル除去方法は、開閉自在な一対のアームを有する微小ピンセットを試料表面に近接させて、該試料表面に付着したパーティクルをアームの試料把持部で把持し、パーティクルを把持した微小ピンセットを粘着部材上まで移動して、パーティクルを粘着部材に接触させ、その後、微小ピンセットを開いてパーティクルを開放して粘着部材から遠ざけることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のパーティクル除去方法において、微小ピンセットの試料把持部を試料表面から所定距離上方に位置決めしてパーティクルを把持し、パーティクルを粘着部材に接触させる際に、微小ピンセットの試料把持部で把持されたパーティクルの下部を粘着部材に押圧し、パーティクルのみを粘着部材に付着させるようにしたものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のパーティクル除去方法において、アームの先端で試料表面を走査して原子間力顕微鏡観察を行い、その画像情報より該試料表面に付着したパーティクルの試料表面上の位置と試料表面からの高さとを検出し、検出された位置に微小ピンセットの位置合わせを行い、パーティクルの高さに応じて試料表面からの試料把持部の高さを制御して該パーティクルを把持するようにしたものである。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のパーティクル除去方法において、微小ピンセットで試料表面に付着したパーティクルを把持する前に、微小ピンセットの試料把持部を粘着部材に押圧して、該試料把持部に付着した微細な塵を除去するようにしたものである。
請求項５の発明による微小ピンセット装置は、開閉自在な一対のアームを有する微小ピンセットと、一対のアームの少なくとも一方を駆動して微小ピンセットを開閉する開閉駆動部と、パーティクルを付着して回収する粘着部材を載置する載置台と、試料と載置台に載置された粘着部材との間で微小ピンセットを移動する移動機構とを備えたことを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５に記載の微小ピンセット装置において、粘着部材を、粘着層が形成された粘着シートとしたものである。
請求項７の発明による原子間力顕微鏡は、請求項５，６に記載の微小ピンセット装置を備えたことを特徴とする。
請求項８の発明による荷電粒子ビーム装置は、請求項５，６に記載の微小ピンセット装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、除去したパーティクルを微小ピンセットから粘着部材へと確実に受け渡すことができ、微小ピンセットを介してパーティクルが試料に再付着するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図を参照して本発明の実施するための最良の形態について説明する。図１は本実施の形態におけるパーティクル除去方法の概念を説明する図である。本実施の形態では、マイクロメートルオーダーやナノメートルオーダーの微小な対象を把持することができる微小ピンセット（以下、ナノピンセットと称する）を用いて、試料表面に付着したパーティクルの除去を行う。なお、ナノピンセットを用いたパーティクル除去作業は、クリーンルーム内にて行われる。図１は、一例としてＣＣＤ基板２上のパーティクルＰの除去方法を示す。ＣＣＤ基板２には、各画素毎にオンチップマイクロレンズ２００が形成されている。従来は、洗浄液を用いてパーティクルＰの除去を行っているが、マイクロレンズ２００のように表面に凹凸があると、図１に示すように凹んだ部分にパーティクルＰが残りやすい。
【０００８】
まず、本実施の形態における、ナノピンセット１（詳細は後述する）を用いたパーティクルＰの除去動作についてその概略を説明する。ナノピンセット１をパーティクルＰの位置へ移動する。次いで、ナノピンセット１の高さ調整をした後に、ナノピンセット１を閉駆動してパーティクルＰを把持する。パーティクルＰを把持したナノピンセット１を、パーティクルＰの移送先である粘着部材３の位置へと空中移動する。そして、ナノピンセット１を粘着部材３へと接近させ、パーティクル１を粘着部材３に付着させる。その後、ナノピンセット１を開駆動した後に、粘着部材３から遠ざける。このような一連の動作により、パーティクルＰは、粘着力により粘着部材３に付着したまま取り残されることになる。
【０００９】
前述したように、ナノピンセット１を用いてパーティクルＰを把持する方法は従来から提示されているが、無機物や有機物から成るパーティクルＰをナノピンセット１で把持すると、その後ナノピンセット１を開いた場合に、静電力や粘着力などによってパーティクルＰがナノピンセット１に付着したままになりやすい。特に、パーティクルＰが有機物であった場合には、粘着性があるためにナノピンセット表面に付着しやすい。そのため、他のパーティクルＰを除去するために、パーティクルＰが付着した状態のナノピンセット１をマイクロレンズ２００に近づけると、ナノピンセット１に付着していたパーティクルＰが再びマイクロレンズ２００に再付着してしまうという不都合があった。
【００１０】
そこで、本実施の形態では、ナノピンセット１で把持したパーティクルＰを、別に用意した粘着部材に付着させることで、パーティクルＰのマイクロレンズ２００への再付着を防止するようにした。また、除去されたパーティクルＰは粘着部材３の粘着力によって粘着部材表面にしっかりと付着するので、パーティクルＰが粘着部材３から脱落して装置内に漂い、マイクロレンズ２００に再付着するというようなことを防止することができる。粘着部材３としては、例えば、粘着層が形成された粘着シートを基板に貼り付けたものが用いられる。粘着層としては剥離性に優れ、試料に粘着材が残りにくいポリウレタン樹脂やアクリル溶剤型粘着剤、もしくはシリコーン樹脂等が用いられる。
【００１１】
図２，３はパーティクル除去に用いられるナノピンセット１の一例を示す図であり、図２は平面図、図３はナノピンセット１の裏面側を示す斜視図である。ナノピンセット１は、支持体２５に一体に形成された固定アーム１０および可動アーム２０を有し、フォトリソグラフィー技術を利用してＳＯＩ基板を加工することにより形成される。このナノピンセット１は試料を把持するピンセットとして機能するだけでなく、固定アーム１０が試料をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）観察するためのカンチレバーとしても機能する。
【００１２】
固定アーム１０は、レバー１０Ａと、レバー１０Ａの先端に設けられた探針部１０Ｂとを有している。ナノピンセット１を用いてＡＦＭ観察を行う際には、この固定アーム１０を観察プローブとして使用する。可動アーム２０は、レバー２０Ａと、レバー２０Ａの先端に設けられた把持部２０Ｂとを有している。ほぼ平行に配置された探針部１０Ｂと把持部２０Ｂとは、所定間隔を隔てて設けられている。
【００１３】
可動アーム２０は、櫛歯型の静電アクチュエータ６により開閉駆動される。静電アクチュエータ６は、支持体２５上に固定された櫛歯形状の固定電極６０と、可動アーム２０に連結される櫛歯形状の可動電極６１とを有している。固定電極６０と可動電極６１との間には、駆動回路９により直流のアーム開閉電圧が印加される。
【００１４】
可動電極６１は、弾性支持部６２によって支持体２５上に支持されている。弾性支持部６２は、連結部材６３によって可動アーム２０に連結されている。そのため、アーム開閉電圧を制御して可動電極６１をｘ方向に駆動すると、可動アーム２０はナノピンセット１を閉じる方向に駆動される。その結果、探針部１０Ｂと把持部２０Ｂとの間に試料を把持することができる。探針部１０Ｂおよび把持部２０Ｂは、ｙ方向の長さ、ｘ方向の幅、ｚ方向の高さのすべてが等しく設定されており、それらの形状は、−ｚ方向に先細りとなったウェッジ型形状をしている。
【００１５】
探針部１０Ｂおよび把持部２０Ｂの断面形状は直角三角形になっており、裏面側が尖っている。探針部１０Ｂおよび把持部２０Ｂの互いに対向する把持面は垂直な平行面となっているので、試料を容易に把持することができる。また、探針部１０Ｂの先端が尖っているので、ＡＦＭ観察がし易い。
【００１６】
図４は、ナノピンセット１を用いてパーティクルの除去を行う場合の、装置の全体構成を示す図である。ＣＣＤ基板２および粘着部材３は３次元ステージ８上に載置され、ナノピンセット１に対してｘ、ｙおよびｚ方向に一体に駆動される。固定アーム１０の上面にはレーザ光源１２のレーザ光が照射され、その反射光がフォトダイオード１３によって検出される。
【００１７】
フォトダイオード１３には２分割または４分割フォトダイオードが用いられ、フォトダイオード１３からの検出信号は装置全体の制御を行う制御部４に入力される。レーザ光源１２およびフォトダイオード１３は固定アーム１０の撓みを検出する光テコ検出系を構成しており、例えば、固定アーム１０が基板等に接触してｚ方向に撓むと、その撓みがフォトダイオード１３からの検出信号に基づいて算出される。
【００１８】
なお、マイクロレンズ２００上のパーティクルＰの位置は予め計測され、その位置情報は記憶部５に入力される。制御部４は、記憶部５に記憶されたパーティクル位置情報に基づいて３次元ステージ８および駆動回路部９を制御し、ナノピンセット１によるパーティクル除去動作を行う。
【００１９】
図５は、パーティクル除去動作の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１００では、マイクロレンズ２００上のパーティクルＰの位置を周知の方法で計測する。例えば、ウェーハ表面のパーティクル計測として、レーザ光をウェーハ表面に斜入射で照射してパーティクルからの散乱光を検出する、レーザ散乱光検出法が知られている。ステップＳ１０２では、ステップＳ１００で取得された全てのパーティクル位置情報を記憶部５に記憶する。ステップＳ１０４では、制御部４は、計測されたパーティクル位置情報に基づいて、各パーティクルに対して搬送順番、および搬送の際のステージ８およびナノピンセット１の駆動手順をそれぞれ算出し、その結果を記憶する。
【００２０】
なお、レーザ光を用いたパーティクル位置計測に加えて、ＡＦＭによる画像取得により全パーティクルの位置および高さをより正確に求めるようにしても良いし、ＡＦＭのみにより全パーティクルの位置および高さを事前に計測するようにしても良い。いずれにしても、計測結果から全てのパーティクルに関する最適な駆動手順を予め算出しておき、パーティクル除去動作時にはその駆動手順に基づいて、算出により決められた順に各パーティクルを除去する。
【００２１】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４で算出された搬送手順に従ってステージ８を駆動し、ナノピンセット１をパーティクルの位置へ移動する。例えば、ステージ８をｘ、ｙ方向に駆動してナノピンセット１をパーティクルの真上に移動し、その後、ステージ８をｚ方向に駆動してナノピンセット１がマイクロレンズ２００の表面に接触するまで降下させる。なお、この際に、接触による固定アーム１０の撓みを上述した光テコ検出系で検出し、接触後、撓みがゼロとなる位置までナノピンセット１を上昇させる。
【００２２】
さらに、ステップＳ１０７において、試料面から所定距離だけナノピンセット１を引き上げる。所定距離としては、例えば、パーティクルの試料面からの高さの１／２以下に設定する。
【００２３】
その後、ステップＳ１０８において可動アーム２０を閉じ、ナノピンセット１によりパーティクルを把持する。ステップＳ１１０では、ステージ８を駆動して、パーティクルを把持したナノピンセット１を粘着部材３の所定搬送位置の真上に移動する。ここで、所定搬送位置とは、ステップＳ１０４で各パーティクルに対応して決められた搬送位置である。例えば、粘着部材３の粘着領域を格子状に分割して、各分割領域に１つのパーティクルを付着させるようにする。
【００２４】
ステップＳ１１２では、ナノピンセット１を粘着部材３方向へ降下させ、把持したパーティクルの下部を粘着部材３に付着させる。ここでは、パーティクルの粘着部材３への付着を確実なものとするために、パーティクル下部が粘着部材３の表面に接触して固定アーム１０の撓みが検出されるまで、すなわち押圧されるまでナノピンセット１を降下させる。その後、可動アーム２０を開駆動してナノピンセット１を開き、ナノピンセット１を粘着部材表面から上昇させる。その結果、粘着によりパーティクルだけが粘着部材３に取り残されることになる。この動作により、アーム先端の把持部が、粘着部材３に接触することは軽減され、粘着材のアーム先端把持部への付着が軽減される。
【００２５】
なお、ここでは、ナノピンセット１を閉じた状態で粘着部材方向に降下させたが、ナノピンセット１を開いてから降下させても良い。この場合、ナノピンセット１を開いた際にパーティクルが粘着部材３上に落下する場合もあるが、アーム部に付着したままとなっている場合もある。この場合、ナノピンセット１のアーム部先端を粘着部材３の表面に押圧挿入させることで、粘着力をさらに高めることでパーティクルを脱離させる。
【００２６】
または、粘着部材３の直上において、ナノピンセット１を圧電素子等を用いて上下方向に振動させて、レバー１０Ａおよび探針部１０Ｂが形成された固定アーム１０を振幅が100ｎｍ以上の大振幅で共振振動させたり、レバー２０Ａ、把持部２０Ｂが形成された可動アーム２０を静電アクチュエータ６により開閉したりして、アーム１０，２０に付着したパーティクルを粘着材３の上方で脱離させても良い。
【００２７】
ステップＳ１１４では、検出された全てのパーティクルについて粘着部材３への搬送が完了したか否かを判定する。ステップＳ１１４において完了していないと判定されると、ステップＳ１０６へ戻りナノピンセット１を次のパーティクル位置へと移動する。そして、ステップＳ１０６からＳ１１２までの処理を行い、２番目のパーティクルを２番目の搬送位置へと付着させる。ステップＳ１０６からステップＳ１１２までの処理を繰り返し行うことにより、検出された全てのパーティクルが粘着部材３へ移送されると、ステップＳ１１４において移送完了と判定され、搬送動作に関する一連の処理を終了する。
【００２８】
また、上記のパーティクル除去プロセスは、ナノピンセット装置を備えた走査電子顕微鏡や集束イオンビーム装置などの荷電粒子ビーム装置でも実施できる。
図８は、ナノピンセット装置を備えた集束イオンビーム装置である。真空チェンバー８６に接続された集束イオンビーム鏡筒８１から集束イオンビーム８２を、試料台８４上に載置された試料８３に走査照射する。それにより試料８３の表面で二次電子が発生する。発生した二次電子は二次電子検出器８５で検出される。検出された二次電子信号より試料８３表面の二次電子像を取得することができる。試料近傍でナノピンセット８７を操作する場合、その様子を二次電子像で観察することができ、より正確にナノピンセット８７を操作することができる。
【００２９】
［第２の実施形態］
上述した実施の形態では、基板上のパーティクルの位置を予め計測装置で計測し、その計測結果に基づいてナノピンセット１の移動を行うようにした。ところで、固定アーム１０の探針部１０Ｂと基板表面とを近接させると、探針部１０Ｂと基板表面との間に働く力により固定アーム１０が基板方向に撓む。図４に示す装置では、光テコ検出系により固定アーム１０の撓み変形を検出することができるので、検出されるこの撓みが一定となるようにＺサーボ系（図７参照）を動作させながら、探針部１０Ｂで基板表面をＸＹ走査することで、基板表面の凹凸形状を検出することができる。
【００３０】
なお、図７に示すＺサーボ系では、フォトダイオード１３の検出信号に基づくＺ軸制御信号（Ｖｃ）をコンパレータＣＯＭＰに入力して、既定のセットポイント値と比較する。その後、ＰＩＤ制御器および高圧電源を介して、ピエゾ素子によりナノピンセット１をｚ軸方向に駆動する。
【００３１】
そこで、第２の実施形態においては、固定アーム１０を探針プローブとして用いてパーティクルを検出する。例えば、計測装置の検出精度が粗くてパーティクルの大まかな位置しか分からない場合には、計測装置で検出された位置を含む所定領域を固定アーム１０の探針部１０Ｂで走査し、パーティクルの正確な位置を求めるようにしても良い。
【００３２】
図６はパーティクルＰの検出から把持での動作を示す図である。図６（ａ）では、固定アーム１０の探針部１０Ｂが基板２の表面に接触するまでナノピンセット１を降下させる。上述した実施の形態と同様に、固定アーム１０の撓みを光テコ検出系で検出することで接触を検出する
【００３３】
その後、図６（ｂ）に示すように、固定アーム１０の撓みが一定となるように探針部１０Ｂにより基板表面を走査する。走査の途中にパーティクルＰが存在すると、探針部１０Ｂの先端の軌跡は破線Ｌで示すような形状となる。この走査結果からパーティクルＰの位置を求め、図６（ｃ）に示すようにナノピンセット１を移動し、ナノピンセットの固定アーム１０Ｂの撓みが再び一定となるように接触させる。その後探針部１０Ｂが試料表面から所定距離（ｈ／２）となるようにナノピンセット１を上昇させ、Ｚサーボ系を固定し、パーティクルＰを把持する。
【００３４】
なお、ここでは光テコ検出系で固定アーム１０の撓みを検出したが、固定アーム１０に圧電素子を設けて、圧電素子に発生する電圧に基づいて撓みを検出するようにしても良い。また、上述した例ではコンタクトモードにより表面形状を計測したが、圧電素子で固定アーム１０を共振振動させて共振の振動状態（振幅、周波数、位相）の変化が一定になるように前記Ｚサーボ系を制御しながら試料表面をＸＹ走査し、表面形状を観察するダイナミックフォースモードにより形状計測を行っても良い。
【００３５】
上述した実施の形態によれば、把持したパーティクルを粘着部材３に付着させるようにしたので、ナノピンセット１にパーティクルが付着したままになるのを防止することができる。その結果、ナノピンセット１から基板２へのパーティクルの再付着を防止でき、基板２に付着したパーティクルの除去を効率良く、かつ、確実に行うことができる。
【００３６】
上述した実施の形態では、固定アーム１０の撓みを光テコ検出系等により検出することで、固定アーム１０が基板面や粘着部材表面に接触したことを検出して、ナノピンセット１のｚ方向の移動を制御した。このような制御方法とは別に、例えば、予め顕微鏡などで観察しながらｚ位置基準面に対するナノピンセット１のｚ位置を位置合わせしておき、ｚ位置基準面に対する相対位置に基づいてｚ方向の移動を制御するようにしても良い。なお、ナノピンセット１の一方のアーム２０を開閉駆動し、パーティクル検出に用いられるアーム１０を固定状態としたが、両方のアーム１０，２０を開閉駆動するようなナノピンセットにも本発明は適用することができる。
【００３７】
また、基板２および粘着部材３を３次元ステージ８上に載置し、それらをナノピンセット１に対してｘ、ｙ、ｚ方向に移動するようにしたが、ナノピンセット側をステージ８で移動するようにしても良い。しかしながら、パーティクルを把持したナノピンセット１を移動する構成の場合、ステージ８を加速または減速した際に把持しているパーティクルを落とすおそれがあるので、基板２および粘着部材３を３次元ステージ８で移動する方が好ましい。
【００３８】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、探針部１０Ｂおよび把持部２０Ｂは試料把持部を、静電アクチュエータ６は開閉駆動部を、３次元ステージ８は移動機構をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施の形態におけるパーティクル除去方法を説明する図である。
【図２】ナノピンセット１の一例を示す平面図である。
【図３】ナノピンセット１の裏面側を示す斜視図である。
【図４】パーティクルの除去を行う装置の概略構成を示す図である。
【図５】パーティクル除去動作の手順を示すフローチャートである。
【図６】パーティクルＰの検出から把持での動作を示す図であり、（ａ）は降下動作を、（ｂ）は走査動作を、（ｃ）は移動・把持動作をそれぞれ示す。
【図７】Ｚサーボ系の模式図である。
【図８】ナノピンセット装置を備えた集束イオンビーム装置を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：ナノピンセット、２：ＣＣＤ基板、３：粘着部材、４：制御部、５：記憶部、６：静電アクチュエータ、８：３次元ステージ、９：駆動回路、１０：固定アーム、１０Ｂ：探針部、１２：レーザ光源、１３：フォトダイオード、２０：稼働アーム、２００：オンチップマイクロレンズ、Ｐ：パーティクル
【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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【図８】
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