(57)【要約】【課題】  原子間力顕微鏡による機械的な除去加工で加工用の探針の寿命を延ばし、加工中の探針位置のドリフトの低減を実現する。【解決手段】  カンチレバー3を貫通している加工用の探針1の背面温度を背面1aに接着固定した微小な熱電対2でモニターし、所定温度を超えたときには加工を中断する。測定した探針1の温度から探針1の温度上昇によるカンチレバー3の熱膨張に起因する探針位置のドリフト量を予測し加工位置を補正する。また、探針1の背面に接着固定した微小な熱電対2でモニターしながら、背面1aのヒーター加熱や冷却により探針1の温度を一定の範囲内に収めて加工する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己検知式カンチレバーと、前記自己検知式カンチレバーの端部に設けられ背面が露出した探針と、前記自己検知式カンチレバーを固定し前記自己検知式カンチレバーを介して前記探針をＸＹＺ方向に移動させるＸＹＺスキャナーと、前記探針背面に固定され前記探針背面温度を検出する熱電対を有する原子間力顕微鏡を用いた加工装置。
【請求項２】
前記探針にて試料を加工している時に前記熱電対の出力をモニターし、前記探針背面温度が所定温度を超えた時、前記ＸＹＺスキャナーの駆動を取りやめて加工を中止し、前記所定温度以下になったら駆動を開始して加工を開始するＸＹＺスキャナー制御手段を有する請求項１記載の原子間力顕微鏡を用いた加工装置。
【請求項３】
前記探針温度と前記自己検知式カンチレバーのドリフト量との関係をあらかじめ測定しメモリーし、前記ＸＹＺスキャナー制御手段は、前記メモリーした前記探針背面温度と前記関係からドリフトを補正して前記ＸＹＺスキャナーを駆動する請求項１記載の原子間力顕微鏡を用いた加工装置。
【請求項４】
前記探針の背面に取り付けられた加熱手段をさらに有し、前記熱電対の出力をモニターし前記探針背面を前記加工前の探針温度をあらかじめ前記所定温度に近づけておく加熱制御手段を有する請求項２記載の原子間力顕微鏡を用いた加工装置。
【請求項５】
前記探針背面を冷却する冷却手段をさらに有し、前記熱電対の出力をモニターし前記探針温度を所定温度以下に保つ請求項１記載の原子間力顕微鏡を用いた加工装置。
【請求項６】
試料加工中に原子間力顕微鏡の探針の温度を測定し、該温度が所定温度を超えたときには加工を中断する原子間力顕微鏡を用いた加工方法。
【請求項７】
探針の温度と、前記探針をその端部に固定するカンチレバーのドリフト量との関係をあらかじめ取得しておき、該取得した前記関係から、加工中に測定される探針温度に基づき探針のドリフトを補正して加工する原子間力顕微鏡を用いた加工方法。
【請求項８】
原子間力顕微鏡の探針を加熱するとともにその温度をモニターして、加工前の探針温度をあらかじめ前記所定温度に近づけておく請求項６記載の原子間力顕微鏡を用いた加工方法。
【請求項９】
原子間力顕微鏡の探針の背面を冷却すると共にその温度をモニターして、探針の温度を所定の温度を超えない範囲にして加工する原子間力顕微鏡を用いた加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子間力顕微鏡技術を応用した微細領域の高精度加工と加工探針の高寿命化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機能の高度化・高集積化のためにナノメートルオーダーの微細加工技術が求められており、走査プローブ顕微鏡(SPM)を用いた局所陽極酸化や微細スクラッチ加工などの加工技術の研究開発が盛んに行われている。最近では微細な加工の可能性の追求だけでなく、実用的な加工機として精確な形状や高精度な加工も求められるようになりつつある。
【０００３】
近年、原子間力顕微鏡(AFM)をベースにした装置で実際に精確な形状や高精度な加工が求められている例として、フォトマスクのパターン余剰欠陥の修正がある(例えば非特許文献1参照)。原子間力顕微鏡によるフォトマスク余剰欠陥修正は、現在被加工材質(余剰欠陥の材質)よりも硬い原子間力顕微鏡探針を用いて観察時には通常の原子間力顕微鏡の低加重のコンタクトモードまたは間欠的な接触モードでイメージングを行って欠陥部分を認識し、加工時には高加重のコンタクトモードまたはフィードバックを切って硬い探針を下地ガラス面と同じ高さに固定してガラス面の上にある余剰欠陥部分を走査して物理的に除去加工することで行われている。
【０００４】
従来、マスクの微細な欠陥の修正装置として用いられてきた集束イオンビーム欠陥修正装置では、イオンビームの照射によるイオンのチャージアップのため、孤立欠陥の観察・加工は困難であった。原子間力顕微鏡を用いたフォトマスク欠陥修正装置は、このような孤立欠陥も修正できるため、最近マスク製造現場でも用いられるようになってきている。マスクはウェーハ転写の原版となるため、修正個所の加工精度が悪かったり、オーバーエッチや削り残しがあったりすると転写特性に悪影響を与え、転写したウェーハ全てにデバイス不良を生じさせてしまう。このため高精度な加工をするために原子間力顕微鏡を用いた加工装置を用いる意義は大きい。
【非特許文献１】Y. Morikawa, H. Kokubo, M. Nishiguchi, N. Hayashi, R. White, R. Bozak, and L. Terrill,Proc. of SPIE 5130 520-527(2003)
【非特許文献２】重川秀美、吉村雅満、坂田亮、河津璋  共編、走査プローブ顕微鏡と局所分光、344-351(2005)、裳華房
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記原子間力顕微鏡を用いた加工装置による機械加工では加工用の探針としてダイヤモンドが用いられている。ダイヤモンドは加工時に温度上昇すると酸化により磨耗することが知られている。除去加工中は探針と被加工材料の強い相互作用により熱が発生するので、原子間力顕微鏡による機械的な加工でも酸化により探針先端が磨耗して削れにくくなることが起こり得る。更に、加工中の探針の温度上昇は被加工材料の溶融をもたらし、被加工材料が金属系材料の場合には加工屑が探針に付着して削れなくなったりする。またダイヤモンド自体は放熱性に優れているが、カンチレバーはシリコンなどの別の材料でできていてダイヤモンド程放熱性がよくないため、加工時の探針の温度上昇により熱膨張し、刃先の位置制御性の低下から加工精度を低下させてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決し、原子間力顕微鏡を用いた加工装置による機械的な除去加工時の探針の温度の上昇に基づく、探針の酸化による磨耗や溶融した加工屑付着による、探針の短寿命化を低減させ、又加工中のカンチレバーの熱膨張による探針位置のドリフトの低減を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明による原子間力顕微鏡を用いた加工装置は、以下の特徴を有する。
【０００８】
第１に、自己検知式カンチレバーと、前記自己検知式カンチレバーの端部に設けられ背面が露出した探針と、前記自己検知式カンチレバーを固定し前記自己検知式カンチレバーを介して前記探針をＸＹＺ方向に移動させるＸＹＺスキャナーと、前記探針背面に固定され前記探針背面温度を検出する熱電対を有する。
【０００９】
第２に、第１の原子間力顕微鏡を用いた加工装置において、前記探針にて試料を加工している時に前記熱電対の出力をモニターし、前記探針背面温度が所定温度を超えた時、前記ＸＹＺスキャナーの駆動を取りやめて加工を中止し、前記所定温度以下になったら駆動を開始して加工を開始するＸＹＺスキャナー制御手段を有する。
【００１０】
第３に、第１の原子間力顕微鏡を用いた加工装置において、前記探針温度と前記自己検知式カンチレバーのドリフト量との関係をあらかじめ測定しメモリーし、前記ＸＹＺスキャナー制御手段は、前記メモリーした前記探針背面温度と前記関係からドリフトを補正して前記ＸＹＺスキャナーを駆動する。
【００１１】
第４に、上記第２の第１の原子間力顕微鏡を用いた加工装置において、  前記探針の背面に取り付けられた加熱手段をさらに有し、前記熱電対の出力をモニターし前記探針背面を前記加工前の探針温度をあらかじめ前記所定温度に近づけておく加熱制御手段を有する。
【００１２】
第５に、上記第１の原子間力顕微鏡を用いた加工装置において、  前記探針背面を冷却する冷却手段をさらに有し、前記熱電対の出力をモニターし前記探針温度を所定温度以下に保つようにする。
【００１３】
また、本発明による原子間力顕微鏡を用いた加工方法においては、以下の特徴を有する。
【００１４】
第１に、試料加工中に原子間力顕微鏡加工探針の温度を測定し、該温度が所定温度を超えたときには加工を中断するようにする。
【００１５】
第２に、探針の温度と、前記探針をその端部に固定するカンチレバーのドリフト量との関係をあらかじめ取得しておき、該取得した前記関係から、加工中に測定される探針温度に基づき探針のドリフトを補正して加工する。
【００１６】
第３に、上記第１の原子間力顕微鏡を用いた加工方法において、原子間力顕微鏡の探針を加熱するとともにその温度をモニターして、加工前の探針温度をあらかじめ前記所定温度に近づけておく。
【００１７】
第４に、原子間力顕微鏡加工探針の背面を冷却すると共に、その温度をモニターして所定の温度を超えない範囲にして加工する。
【発明の効果】
【００１８】
所定温度を超えたときに加工を中断することで、高熱での酸化による探針の磨耗を低減ことができる。温度上昇で溶融した加工屑の探針への付着を低減することができる。
【００１９】
カンチレバーの熱膨張に起因するドリフト量を予測し加工位置を補正することで、カンチレバーの熱膨張に起因するドリフトの影響を低減できるので高精度な加工を実現できる。
【００２０】
加工前の探針のヒーター加熱で加工中の探針の温度をある一定範囲に縮小することで、カンチレバーの熱膨張に起因するドリフトを抑えることができる。
【００２１】
加工中に探針を冷却することで、高熱での酸化による探針の磨耗を避けることができる。温度上昇で溶融した加工屑が探針に付着するのも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】
【００２２】
以下に本発明をフォトマスクの黒欠陥修正に適用した実施例について図面を用いて詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明における原子間力顕微鏡を用いた加工方法を示すあるいは加工方法にかかわる第1の実施例である。
【００２４】
図１に示すようなダイヤモンドでできた探針1が貫通した、自己検知方式のバネ定数の高いカンチレバー3を持つ原子間力顕微鏡を用いた加工装置を使用する。図１においては、探針1がカンチレバー3を貫通しているが、特に貫通していなくてもカンチレバー3に固定された探針の背面1aが露出していればよい。黒欠陥を有するフォトマスクを原子間力顕微鏡を用いた加工装置内に導入し、探針1を欠陥検査装置で見つかった黒欠陥位置に移動する。加工領域(黒欠陥)4含む領域を被加工材料(フォトマスクのパターン材料)よりも硬い加工用の探針1を用いて低加重のAFM動作もしくは間欠的接触モードでマスクへのダメージを極力抑えて原子間力顕微鏡像を取得し、欠陥のない正常なパターン5とパターンマッチング等で比較して黒欠陥領域を認識する。加工領域(黒欠陥)4のみ選択的に高荷重にするかもしくは高さ一定モードにして、高さを順に低くして走査して物理的な除去により加工を行う。
【００２５】
加工中にカンチレバー3を貫通している原子間力顕微鏡の探針1の背面1aの温度を、貫通した探針1の背面1aに接着固定した微小な熱電対2でモニターする。熱電対2は、例えば走査熱顕微鏡で使用されている微小な熱電対を用いる。熱電対2でモニターした温度は温度検知器13にて検知する。ダイヤモンドは熱伝導性がよいので、探針１の背面1aの温度を、探針1の尖端部の温度として検出できる。温度検知器13にて検知した温度は、ＸＹＺスキャナー制御手段11に出力される。ＸＹＺスキャナー制御手段11は、温度検知器13にて検知した温度が所定温度を超えたことを確認したときに、ＸＹＺスキャナー10を駆動するのを停止して、加工(欠陥修正)を中断し、探針1の温度が下がるまで待つ。ここでいう所定温度とは、高熱での酸化によるダイヤモンドの磨耗や、温度上昇で溶融した加工屑の探針への付着の程度が許容できる範囲の温度である。
【００２６】
上記において、自己検知式カンチレバーを用いたのは、原子間力を測定するのに、光てこ方式のように背面にレーザーを当てる必要のないことによる。
【００２７】
走査プローブ顕微鏡技術の進展により高分解能なイメージングや微細加工のみならず、探針や検出方法を工夫することで様々な局所的な物性を検出することができるようになってきている。微細な熱電対プローブをもつ走査熱顕微鏡により局所領域の温度差を測定できることが知られている(非特許文献2)。
【００２８】
図２は、本発明における原子間力顕微鏡を用いた加工装置を示すあるいは加工方法にかかわる他の実施例である。図1に示した実施例に比べて記憶手段12が付加されている。
【００２９】
加工時に発生する熱で探針1の温度が上昇し、それに伴ってカンチレバー3が膨張して探針１の位置がドリフトする。これが測定誤差を招く。これを防ぐために、あらかじめ探針1の温度と自己検知式カンチレバー3のドリフト量との関係をあらかじめ測定し記憶手段12にメモリーしておく。ＸＹＺスキャナー制御手段11は、加工中に測定される探針1の背面温度と、記憶手段12から前記測定した関係を入力し、ドリフト量分探針位置1を補正して前記ＸＹＺスキャナー10を駆動する。上記探針1の温度と自己検知式カンチレバー3のドリフト量との関係は、実際に測定しなくても、自己検知式カンチレバー3の形状及び熱膨張係数から温度膨張シミュレーションを行なって求めてもよい。このように、探針１の加工位置にオフセットをかけて補正してドリフトの影響を低減することで欠陥の加工精度を向上させることができる。
【００３０】
図３は本発明における原子間力顕微鏡を用いた加工装置を示すあるいは加工方法にかかわる他の実施例である。図３に示すように背面に例えば微小な通電加熱ヒーター7を取り付けて探針1を加熱する。探針1の温度はカンチレバー3を貫通した探針1の背面に接着固定した微小な熱電対2で温度をモニターする。モニターされた温度は、温度検知器13にて検知しＸＹＺスキャナー制御手段11に出力されると共に加熱制御手段14に出力される。加熱制御手段14は、ヒーター7の温度を制御して、加工前の探針１の温度を、第1の実施例における所定温度にはならない範囲内で上昇させる。
【００３１】
加工前の探針1の温度をヒーター加熱であらかじめ上昇させておくことで、加工中の探針の温度の上昇によるカンチレバー熱膨張に起因するドリフトを抑えることができる。一方第1の実施例における所定温度になった時は、第1の実施例と同様に、ＸＹＺスキャナー10の駆動を停止する。
【００３２】
図４は、本発明による原子間力顕微鏡を用いた加工装置を示すあるいは加工方法にかかわる他の実施例を示す概略断面図である。
【００３３】
図４に示すように探針1の温度を、貫通した探針1の背面に接着固定した微小な熱電対2で温度をモニターする。また、自己検知式のカンチレバー3を貫通しているダイヤモンドでできた加工用の探針1の背面に、冷却器9とつながっている熱伝導性の良い、例えば銀線のコールドフィンガー8を接着固定して探針1を冷却する。冷却器9は熱電対2に接続された温度検知器13からの信号を受けて探針1の温度を監視し、探針1の温度を、酸化による探針磨耗や溶融した加工屑付着の程度が許容できる範囲の温度以下に抑えるよう動作させる。また加工中に探針1を冷却することで、カンチレバー熱膨張に起因する探針１のドリフトも抑えることができる。
【００３４】
以上上記実施例のすべてにおいて、ダイヤモンドでできた探針を用いているが、ダイヤモンドでなくても、ダイヤモンドのように熱伝導性のいいものでできた探針を用いたのであれば本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による原子間力顕微鏡を用いた加工装置を示すあるいは加工方法にかかわる実施例を示す概略断面図である。
【図２】本発明による原子間力顕微鏡を用いた加工装置を示すあるいは加工方法にかかわる他の実施例を示す概略断面図である。
【図３】本発明による原子間力顕微鏡を用いた加工装置を示すあるいは加工方法にかかわる他の実施例を示す概略断面図である。
【図４】本発明による原子間力顕微鏡を用いた加工装置を示すあるいは加工方法にかかわる他の実施例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  探針
２  熱電対
３  カンチレバー
４  加工領域(黒欠陥)
５  正常なパターン
６  ガラス基板
７  ヒーター
８  コールドフィンガー
９  冷却器
１０  XYZスキャナー
１１  XYZスキャナー制御手段
１２  記憶手段
１３  温度検知器
１４  加熱制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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