(57)【要約】【課題】原子間力顕微鏡微細加工装置の加工の高精度化と加工探針による切削で発生した加工屑をインラインで除去可能にする。【解決手段】原子間力顕微鏡微細加工装置全体、もしくはカンチレバー２と加工領域を含む箇所を真空排気して真空雰囲気にすることで空気抵抗を減らして共振のＱ値を向上させ、今までイメージングするだけでダメージが発生するため使用できなかったねじれやたわみの少ないバネ定数の高いカンチレバー２を観察・加工に使えるようにして加工中の探針１の制御性を向上させて高精度化な加工を行う。また、装置排気系または局所真空排気系３Ａで加工探針１による切削で発生した加工屑を吸い込んで除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カンチレバーを試料に接触させることにより試料に対して微細加工を行う原子間力顕微鏡微細加工装置において、
少なくとも前記カンチレバーと前記試料の加工領域を囲むように隔壁を設けるとともに、
該隔壁に囲まれた内部空間を真空排気する真空排気系を設けたことを特徴とする原子間力顕微鏡微細加工装置。
【請求項２】
前記真空排気系の吸引開口部を、前記カンチレバーの先端近傍に配置したことを特徴とする請求項１に記載の原子間力顕微鏡微細加工装置。
【請求項３】
前記隔壁によって、前記カンチレバーと試料の加工領域を含んだ局所領域のみを囲むことを特徴とする請求項１または２に記載の原子間力顕微鏡微細加工装置。
【請求項４】
前記隔壁を内側から外側にかけて複数配置した多重構造とし、前記多重構造の隔壁に囲まれた個々の内部空間をそれぞれ個別に真空排気する多段の真空排気系を設けたことを特徴とする請求項３に記載の原子間力顕微鏡微細加工装置。
【請求項５】
バネ定数が５００Ｎ／ｍ以上のカンチレバーを試料に接触させることにより試料に対して微細加工を行う原子間力顕微鏡を用いた微細加工方法において、
少なくとも前記カンチレバーと前記試料の加工領域を囲むように隔壁を設け、
該隔壁に囲まれた内部空間を真空排気して真空雰囲気を形成し、
前記カンチレバーの共振のＱ値を高くして微細加工を行うことを特徴とする原子間力顕微鏡を用いた微細加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフォトマスクの欠陥修正などに使われる原子間力顕微鏡微細加工装置および原子間力顕微鏡を用いた微細加工方法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(非特許文献1)。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位置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。
原子間力顕微鏡によるフォトマスク余剰欠陥修正は、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チャージアップのため観察・加工しにくい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ので原子間力顕微鏡による機械的な除去加工で精確な形状や高精度な加工が必要とされる。
【０００４】
機械的な加工で高精度化を達成するためには、加工抵抗があっても狙った加工位置から刃先がずれないようにねじれやたわみの少ない構造にする必要がある。ねじれやたわみの少ないカンチレバーにすると、力検出の感度が低下してしまい、イメージングしただけで硬い探針でダメージを与えてしまうという問題があった。ダメージを低減するためにイメージングに間欠的な接触モード(ダイナミックモード)が使用されているが、加工性能と感度のトレードオフは依然存在し、イメージングでダメージを与えない範囲でカンチレバーの形状を最適化してもある程度のねじれやたわみが残り、高い加工精度が得られないという問題があった。
【０００５】
また機械的な加工では加工屑が発生し、フォトマスクの透過率を確保するためには加工屑除去が必要である。また加工屑は追加工するときに邪魔になったり、再現性の良い加工を行う上で妨げになるので除去する必要がある。従来加工屑除去はウェット洗浄やドライアイスクリーナー(非特許文献2)で行われてきたが、いずれもオフライン洗浄であり、加工と洗浄を繰り返すと工数も増えスループットを低下させていた。インラインで加工屑を洗浄できる方法が求められている。
【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】W. V. Brandt, Proc. of SPIE 4562 600-608(2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、バネ定数の高いカンチレバーを用いた場合に、共振のＱａ値を上げてダイナミックモードを高感度化することができ、もって、加工精度を向上させることである。
また、他の目的は、加工時に生じる加工屑をリアルタイムで除去することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
観察に用いられているバネ定数の低い探針の共振のＱ値は大気中に比べ真空中で空気抵抗が減るため桁違いに高くなることが知られている。本発明はこの知見を利用したものである。
すなわち、本発明の原子間力顕微鏡微細加工装置では、カンチレバーを試料に接触させることにより試料に対して微細加工を行う原子間力顕微鏡微細加工装置において、少なくとも前記カンチレバーと前記試料の加工領域を囲むように隔壁を設けるとともに、該隔壁に囲まれた内部空間を真空排気する真空排気系を設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の原子間力顕微鏡微細加工装置によれば、バネ定数の高いカンチレバー（ここでは、バネ定数５００Ｎ／ｍ〜３５００Ｎ／ｍの範囲にあるものをいう）及び前記試料の加工領域を囲むように隔壁を設け、隔壁に囲まれた内部空間を真空雰囲気とする。これにより、カンチレバーの振動のＱ値を高くすることができる。このため、ダイナミック(ノンコンタクトまたは間欠的接触)モードを高感度化することで、今までイメージングするだけでダメージが発生するため使用できなかったねじれやたわみの少ないバネ定数の高いカンチレバーを観察・加工に使えるようになり、この結果、加工の高精度化を図ることが可能となった。
【０００９】
本発明の原子間力顕微鏡微細加工装置では、前記真空排気系の吸引開口部を、前記カンチレバーの先端近傍に配置するのが好ましい。
これにより、この場合カンチレバーの加工探針による機械加工で加工屑が発生するが、発生した加工屑を真空排気系により吸い込んで除去することができる。装置内で加工屑が除去できれば、加工結果確認や追加工のためにフォトマスクを取り出して洗浄してまた装置に戻して位置出しする工程がなくなるので、スループットが向上できる。加工屑に邪魔されることがなくなるので、加工の再現性も向上する。
【００１０】
本発明の原子間力顕微鏡微細加工装置では、前記隔壁によって、前記カンチレバーと試料の加工領域を含んだ局所領域のみを囲むことが好ましい。
このように局所領域のみを真空排気することによって、装置全体を真空対象にして真空に引くのに較べて、排気に要する時間を短くすることができる。
【００１１】
本発明の原子間力顕微鏡微細加工装置では、前記隔壁を内側から外側にかけて複数配置した多重構造とし、前記多重構造の隔壁に囲まれた個々の内部空間をそれぞれ個別に真空排気する多段の真空排気系を設けることが好ましい。
このように、多重構造の隔壁に囲まれた個々の内部空間をそれぞれ個別に真空排気する多段の真空排気系を設けることにより、一番内側の内部空間つまりカンチレバーと前記試料の加工領域を囲む内部空間の空気リーク量を減らして、真空度を高めることができる。
【００１２】
また、本発明の原子間力顕微鏡を用いた微細加工方法は、バネ定数が５００Ｎ／ｍ以上のカンチレバーを試料に接触させることにより試料に対して微細加工を行う原子間力顕微鏡を用いた微細加工方法において、少なくとも前記カンチレバーと前記試料の加工領域を囲むように隔壁を設け、該隔壁に囲まれた内部空間を真空排気して真空雰囲気を形成し、前記カンチレバーの共振のＱ値を高くして微細加工を行うことを特徴とする。
本発明の本発明の原子間力顕微鏡を用いた微細加工方法によれば、上述した本発明の原子間力顕微鏡微細加工装置が奏する作用効果と同様な作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、共振のＱ値を上げて高感度化することで、ねじれやたわみの少ないバネ定数の高いカンチレバーを観察・加工に使用することができるので、今までよりも加工抵抗があっても刃先の制御性が良くなり、狙った位置で加工できるようになる。そのため加工探針による機械加工の加工精度を今までよりも向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る原子間力顕微鏡微細加工装置の要部を示す側面図であり、２段の局所真空排気系を用いた例である。１段の局所真空排気系でもよいが、２段の局所真空排気系を用いると真空度によりよく保ちやすい点で有利である。図において、符号１２はＸＹステージであり、その上面には、所定のパターンが形成されたガラス基板６が載置されている。ガラス基板６上には、正常パターン５の他に、黒欠陥４が形成される場合がある。９はＺステージで、このＺステージ９にはスキャナー８が設けられ、このスキャナー８には加工探針１を備えたカンチレバー２が取り付けられている。このカンチレバー２は、バネ定数が５００Ｎ／ｍ〜３５００Ｎ／ｍと通常のカンチレバーよりも高いバネ定数を有していて、ねじれやたわみの少ないものである。ちなみに、一般に用いられるカンチレバー２のバネ定数は、０.０２Ｎ／ｍ〜５０Ｎ／ｍ程度である。
【００１５】
前記カンチレバー２と試料の黒欠陥４を含む加工領域を囲むように第１の隔壁１７が設けられ、さらにこの第１の隔壁１７を囲むように、その外方に第２の隔壁１８が設けられている。つまり、この実施形態において、隔壁はカンチレバー２と試料の加工領域を基準として、内側から外側にかけて複数配置した多重構造とされている。そして、第１の隔壁１７に対応してその内部空間を真空排気する、真空ポンプ１０及びゲートバルブを備える第１の局所真空排気系３Ａが設けられている。また、第２の隔壁１８に対応して、第１の隔壁１７と第２の隔壁１８の間の空間を真空排気する、真空ポンプ１０及びゲートバルブを備える第２の局所真空排気系３Ｂが設けられている。
第１の真空排気系３Ａの吸引開口部３ＡＡは、前記カンチレバー２の先端の加工探針１の近傍に、加工探針１を指向するように配置されている。
【００１６】
また、原子間力顕微鏡微細加工装置には、カンチレバー２のたわみを検出する光テコ検出系が設けられている。光テコ検出系は、第１、第２の局所真空排気系３Ａ、３Ｂのガラスでできたビューポート１３を通してレーザー光源１４から出たレーザー光１５を第１の隔壁１７内の空間に入射させる。入射されたレーザー光１５はカンチレバー２の背面で反射され、この反射されたレーザー光１５はビューポート１３を通して位置敏感検出器１６に検出されるようになっている。
【００１７】
次に、上記構成の原子間力顕微鏡微細加工装置を用いた微細加工方法について説明する。まず、黒欠陥４を有するフォトマスクを局所真空排気系３Ａ、３Ｂを備えた原子間力顕微鏡微細加工装置に導入し、欠陥検査装置で見つかった黒欠陥４がある位置４に、カンチレバー２の加工探針１の先端近傍が位置するように、ＸＹステージ１２を移動調整する。
なお、真空排気は、この図示例では局所真空排気を採用しているが、これに限られることなく、装置全体に対して行ってもよい（装置全体に対して排気を行なう系を装置排気系と呼ぶ）。この場合、当該原子間力顕微鏡微細加工装置の主構成要素が収納される内部空間を区画する、床、壁部及び天井が隔壁を構成することとなる。装置排気系を採用する場合には、フォトマスク導入後真空引きを行い、真空度が所定値に至るまで待つ。図１に示すように、２段の局所真空排気系３Ａ、３Ｂの場合は、真空ポンプ１０で引かれた複数の差動排気をもち、一番内側の真空度が高くなるように容易に設定できるので、１段の局所真空排気系に比べて有利である。すなわち、真空度は真空ポンプの排気能力範囲内ではリーク量で決まるが、局所真空排気系を３Ａ、３Ｂの２段にした場合、大気やリーク源が局所真空排気系３Ｂの外側にあると局所排気系Ａの外側の局所排気系３Ｂで真空が引かれているため大気やリーク源から内側に流入してくるリーク量が減り、内側の局所排気系３Ａの真空度を高く保ちやすい。
なお、ピエゾ効果でカンチレバー２のたわみを抵抗値の変化として検出する自己検知型のカンチレバーを使用する場合には、局所真空排気系３Ａ、３Ｂにビューポート１３は不要である。
【００１８】
局所排気系の場合は、黒欠陥４の存在する位置で真空ポンプ１０のゲートバルブ１１を開いて加工領域(黒欠陥)近傍と原子間力顕微鏡の加工探針１やねじれやたわみの少ないカンチレバー２を含む領域を局所排気する。真空にすることで空気抵抗を減らして共振のＱ値を向上させ、カンチレバー２を高感度化する。真空排気後、加工探針1をフォトマスク表面近傍まで近づけ加工領域(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)よりも硬い加工探針(例えばダイヤモンド探針)１を用いてダイナミックモードでマスクへのダメージを極力抑えて１０μm程度の視野で原子間力顕微鏡像を取得して黒欠陥４を探す。黒欠陥４が見つかったら、黒欠陥４が真ん中にくるようにスキャナー８のオフセットをかけて２μm程度の視野で高解像イメージを再度取得する。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４の領域を認識する。参照点(ガラス基板６)高さ測定後、加工領域(黒欠陥)４のみ選択的に、フィードバックを切った高さ一定モードの高さを低くして走査し、物理的な除去により加工(黒欠陥修正)を行う。
【００１９】
このとき、図２に示すように加工探針１による機械加工で発生した加工屑７は、局所真空排気系３Ａもしくは装置排気系で吸い込んでインラインで除去する。加工屑７が残るときには、観察で使用しているダイナミックモードで探針１を走査させるか、またはフィードバックを切った高さ一定モードの下地のパターンを削らないような高さに探針１を設定して走査させるかして加工屑７を移動させて加工屑を細かくし、装置排気系もしくは局所真空排気系３Ａに吸い込まれやすくする。下地のパターンを削らないような高さとは下地パターンの高さもしくはそれより少し高い高さのことである。この高さで探針１を走査させれば、下地にダメージを与えずに上にのっている加工屑だけに力を加えて移動させることができる。下地がある程度硬くカンチレバーの感度が悪い場合、下地へのダメージの少ないダイナミックモードの観察を行うと軟らかい加工屑を突き刺したり掻き分けるなどして下地と相互作用し加工屑を移動できることがある。加工屑の高さがダイナミックモードの振幅よりも高い場合には加工屑に走査に伴う横方向の力が働き更に移動しやすくなる。
【００２０】
このように装置内で加工屑７が除去できるので、いままでのように修正の途中でフォトマスクを取り出してウェット洗浄やドライアイスクリーナーにかける必要がなく、そのまま加工結果確認や追加工を続けることができる。
【００２１】
局所真空排気系で修正すべき黒欠陥４が複数存在する場合は、一つの欠陥修正終了後、加工探針１をフォトマスク表面から遠ざけ、真空ポンプ１０のゲートバルブ１１を閉じて局所真空排気系３Ａ、３Ｂを大気に戻して次の欠陥位置にＸＹステージ１２を移動し、その位置で再び真空ポンプ１０のゲートバルブ１１を開いて局所真空排気を行い、上記と同様の方法で欠陥修正を行う。修正すべき黒欠陥がなくなるまでこの手順を繰り返す。装置全体を排気する場合は真空のまま全ての欠陥を修正してから大気にしてマスクを取り出す。
【００２２】
もちろん本発明で欠陥の加工屑のみならず、付着力の強い異物を加工探針１で除去する場合にも発生する削り滓を局所真空排気系３Ａによりインラインで除去でき、異物除去後のオフラインでの洗浄が不要になる。
なお、前記実施形態では、隔壁を二重構造とし、この二重構造の隔壁に囲まれた個々の内部空間をそれぞれ個別に真空排気する２段の局所真空排気系３Ａ、３Ｂを設けているが、これに限られることなく、隔壁を３以上の多重構造とし、それに対応して多重構造の隔壁に囲まれた個々の内部空間をそれぞれ個別に真空排気する局所真空排気系を３以上の多段備える構成にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の特徴を最も良く表す局所真空排気系を用いた例を示す概略断面図である。
【図２】局所真空排気系で加工屑を吸い込んで除去する例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  加工探針
２  カンチレバー
３Ａ、３Ｂ  局所真空排気系
４  黒欠陥
５  正常パターン
６  ガラス基板
７  加工屑
８  スキャナー
９  Ｚ軸ステージ
１０  真空ポンプ
１１  ゲートバルブ
１２  ＸＹステージ
１３  ビューポート
１４  レーザー光源
１５  レーザー光
１６  位置敏感検出器
１７  第１の隔壁
１８  第２の隔壁
【図１】
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【図２】
2008173728.tif 000004