(57)【要約】【課題】  観察用と修正用とでプローブを兼用でき、次世代の超微細構造のフォトマスクを対象としても欠陥部の位置と形状の情報を取得する過程において正常部分を損傷してしまうようなことがなく、また、加工時にもプローブを傷めることなく所望の加工ができる装置を提供する。【解決手段】  観察時には探針４に１ｋＨｚから１ＭＨzの振動を加えることにより探針４とマスクの接触力を0.1ｎＮに低減するようにした。本発明に使用するカンチレバー５は、長さが400〜500μｍ、厚みが30〜50μｍとしたシリコン素材で形成し、探針４が観察時には0.1ｎＮオの接触力でマスクと接し、加工時には１０ｎＮから１ｍＮまでの接触力でマスクと接して欠陥修正を実施できるようにした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
探針を試料表面に近接又は接触させて、試料表面の形状情報又は試料を加工する走査型プローブ加工方法であって、
先端に探針を有するカンチレバーを試料表面に対して垂直方向に振動させると共に、前記探針が前記試料表面に加える第一接触圧を保持しながら、該試料表面を走査して該試料の３次元形状情報を取得するステップと、
該３次元形状情報に基づいて前記カンチレバーを所定の位置に移動させ、カンチレバーを試料表面に対して垂直方向に第二の振動をさせると共に、前記探針が前記試料表面に加える第二接触圧を与えるステップと、
前記第二の振動と前期第二接触圧を維持しながら、前記３次元形状情報に基づいて前記探針で前記試料表面の所定の領域を走査することにより前記試料を所定の部分を除去することを特徴とする走査型プローブ加工方法
【請求項２】
探針を試料表面に近接又は接触させて、試料表面の形状情報又は試料を加工する走査型プローブ加工方法であって、
先端に探針を有するカンチレバーを試料表面に対して垂直方向に振動させると共に、前記探針が前記試料表面に加える第一接触圧を保持しながら、該試料表面を走査して該試料の３次元形状情報を取得するステップと、
該３次元形状情報に基づいて前記カンチレバーを所定の位置に移動させ、前記探針が前記試料表面に加える第二接触圧を与えるステップと、
カンチレバーを試料表面に対して非振動状態で、前期第二接触圧を維持しながら、前記３次元形状情報に基づいて前記探針で前記試料表面の所定の領域を走査することにより前記試料を所定の部分を除去することを特徴とする走査型プローブ加工方法
【請求項３】
前記前記試料を所定の部分を除去するステップの後に、
前記カンチレバーに周期的な振動を加えると共に、前記第一接触圧で試料面を走査し、前記前記試料を所定の部分の３次元位置情報を取得するステップを追加することを特徴とする請求項１または２記載の走査型プローブ加工方法。
【請求項４】
試料の３次元形状情報を取得するステップにおいて、前記カンチレバーを前記試料表面に対しての垂直方向の振動は、１ｋＨｚから１ＭＨｚであることを特徴とする請求項１または２記載の走査型プローブ加工方法。
【請求項５】
前記カンチレバーを前記試料表面に対しての垂直方向の第二の振動は、１００Ｈｚから１ｋＨｚであることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ加工方法。
【請求項６】
前記第一接触圧が0.1ｎＮであり、前記第二接触圧が１０ｎＮから１ｍＮであることを特徴とする請求項1または２記載の走査型プローブ加工方法。
【請求項７】
前記カンチレバーが、長さが100〜500μｍで厚みが30〜50μｍであり、シリコン素材で形成されていることを特徴とする請求項1または２記載の走査型プローブ加工方法。
【請求項８】
前記試料が、半導体用のフォトマスクであり、該フォトマスクの黒欠陥を修正することを特徴とする請求項1または２記載の走査型プローブ加工方法。
【請求項９】
探針を試料表面に近接又は接触させて、試料表面の形状情報又は試料を加工する走査型プローブ装置であって、
試料を設置する試料台と、該試料の上方に先端に探針を有するカンチレバーを備え、先端に前記カンチレバーを固定して、該カンチレバーを移動させる移動手段と、前記カンチレバーの変位を検出する変位検出手段とを備えた走査型プローブ装置において、
前記カンチレバーの長さが100〜500μｍで厚みが30〜50μｍであり、シリコン素材で形成されていることを特徴とする走査型プローブ装置。
【請求項１０】
前記変位検出方法が、レーザ光をカンチレバーに照射し、該カンチレバーでの反射光を光検出器で検出する光てこ方法であることを特徴とする請求項９記載の走査型プローブ装置。
【請求項１１】
前記変位検出方法が、カンチレバーに変位センサーを内蔵した自己検出型プローブを用いることを特徴とする請求項９記載の走査型プローブ装置。
【請求項１２】
前記カンチレバーを振動させる振動子を備えたことを特徴とする請求項９記載の走査型プローブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料表面の形状情報や試料表面を加工する走査型プローブ装置および走査型プローブ加工方法に関するものである。特に、半導体フォトマスクの黒欠陥等の余剰欠陥を除去修正するための走査型プローブ装置および走査型プローブ加工方法ものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造に用いられるフォトマスクの黒欠陥修正には集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いたスパッタエッチングやガスアシストエッチングの方法が採られてきた。
【０００３】
黒欠陥とは、図３に示すように、ガラス基板上にＣｒやＭｏＳｉなどの不透明な膜でパターンが形成されたフォトマスク１の正常パターン1aの境界部等の、フォトマスクの設計上で不透明膜がない部分に不透明な素材が付着して欠陥部1bとなっているものである。
【０００４】
ＦＩＢ加工は、修正するための加工領域がＦＩＢ照射スポットに限定されるため、微細な加工ができるという優れた加工法であるものの、イオンビームを照射することによってガリウム等のイオンがフォトマスクのガラス基板内に注入され、透明性を劣化させるなどのダメージを与えることが問題とされるようになってきた。
【０００５】
また、従来技術としてＦＩＢ修正法の他に、先鋭な針で欠陥部を擦って削り落とす手法が提示されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には位相シフト層を有するフォトマスクの突起状の欠陥部を簡単な方法で精度よく修正することができる方法を提供することを課題とし、位相シフト層又はガラス基板上の不透明突起状の欠陥部を先端が尖った微細プローブで引っ掻いて物理的に除去するという位相シフト層を有するフォトマスクの修正方法が開示されている。しかし、この方法を実施しようとすると、まず欠陥部の位置と形状の情報を特定するために走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）若しくはレーザ顕微鏡による測定が必要とされる。次いで、これらによって検出した欠陥位置情報に基づいて先端が尖った微細プローブを欠陥位置までもっていって欠陥領域を擦って削る動作となる。この一連の動作を行うことは容易ではなく、それを実現するための具体的技術開示がされていない。しかも、この方法では先端が尖った微細プローブとして触針式形状測定器のプローブを用いているので、黒欠陥に対してかなり大きな針先となり、欠陥部に特定して接触させることが難しい。又、正常なフォトマスクのガラス基板の透明部分と接触させた場合には、ガラス基板表面の正常な部分を損傷してしまい光透過率が低下してしまう要因となる。
【０００７】
また、特許文献２には、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）を欠陥修正手段として採用した技術が開示されている。この技術はレーザビーム照射やＦＩＢスパッタリングによる修正のようにフォトマスクに形成された残留欠陥修正後のガラス基板や欠陥以外の部分へのダメージが無く、又500ｎｍ以下の残留欠陥を精度良く除去することが可能で、さらに修正のエンドポイントも容易に検出できるフォトマスクの欠陥修正方法及びそれに用いるＳＰＭを提供することを目的としたものである。この技術を用いたフォトマスク欠陥修正方法を図４を用いて説明する。図４（ａ）に示すように、走査ブローブ顕微鏡にマスクをセットし、残留欠陥1bの直上にプローブの探針４がくるように探針４を移動手段６で移動させる。次に、図４（ｂ）に示すように探針４の先端を残留欠陥1bに接する位置まで接近させる。次に図４（ｃ）に示すように、残留欠陥1bの領域のみでプローブをＸ，Ｙ方向に走査させながら、探針４を押し下げて欠陥に荷重を加えスクラッチすることにより欠陥を削り取る。次に、図４（ｄ）に示すように探針４の先端がガラス基板1cに達したところで、探針４の押し込み及びＸ，Ｙ方向への走査を停止する。次に、図４（ｅ）に示すように探針４をマスクパターンから大きく距離を取り、最後に図４（ｆ）に示すようにクリーンエアーガンによって清浄エアーを吹き付け、削りカスを完全にマスクから除去することで、フォトマスクの欠陥修正方法を完了するものである。
【０００８】
この手法は、ＳＰＭのプローブを欠陥修正手段として採用しているため、欠陥部の位置と形状の情報はこのＳＰＭ自体で取得できそのプローブによって欠陥修正を実行することになるため、先の特許文献１のような欠陥位置とその領域の情報からプローブをそこに移動させることの困難性はないものである。
【０００９】
しかしながら、従来の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で使用されているＳＰＭの探針であるシリコン材料では、欠陥部分を削ることで探針の先端の磨耗が激しく、破損などの起こすことが問題であった。例えば、ＣＶＤによって形成したダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）でコートした探針でさえ摩耗したり欠けたりしてしまう。
【００１０】
探針の強度を高めるために、探針にダイヤモンドを用いて、フォトマスクの形状の情報を取得する場合は、フォトマスクのガラス基板などの正常部分を損傷してしまうという問題がある。
【００１１】
また、観察用にシリコン系の探針と修正用にダイヤモンドの探針を用いたカンチレバーを付け替え場合には、評者の探針の先端位置合わせなどに時間がかかるため、作業効率が著しく低下するという問題があった。
【特許文献１】特開平６−１４８８７０号公報
【特許文献２】特開２００３−４３６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記問題点を解決し、観察用と修正用の探針を兼用でき、フォトマスク表面の形状情報を取得する際において、フォトマスクの正常な部分を損傷することなく、欠陥領域を修正の際にも探針を破損することなく所望の修正ができるフォトマスクの黒欠陥修正方法および走査型プローブ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の走査型プローブ加工方法は、探針を試料表面に近接又は接触させて、試料表面の形状情報又は試料を加工する走査型プローブ加工方法であって、先端に探針を有するカンチレバーを試料表面に対して垂直方向に振動させると共に、前記探針が前記試料表面に加える第一接触圧を保持しながら、該試料表面を走査して該試料の３次元形状情報を取得するステップと、該３次元形状情報に基づいて前記カンチレバーを所定の位置に移動させ、カンチレバーを試料表面に対して垂直方向に第二の振動をさせると共に、前記探針が前記試料表面に加える第二接触圧を与えるステップと、前記第二の振動と前期第二接触圧を維持しながら、前記３次元形状情報に基づいて前記探針で前記試料表面の所定の領域を走査することにより前記試料を所定の部分を除去することを特徴とするものである。
【００１４】
または、探針を試料表面に近接又は接触させて、試料表面の形状情報又は試料を加工する走査型プローブ加工方法であって、
先端に探針を有するカンチレバーを試料表面に対して垂直方向に振動させると共に、前記探針が前記試料表面に加える第一接触圧を保持しながら、該試料表面を走査して該試料の３次元形状情報を取得するステップと、
該３次元形状情報に基づいて前記カンチレバーを所定の位置に移動させ、前記探針が前記試料表面に加える第二接触圧を与えるステップと、
カンチレバーを試料表面に対して非振動状態で、前期第二接触圧を維持しながら、前記３次元形状情報に基づいて前記探針で前記試料表面の所定の領域を走査することにより前記試料を所定の部分を除去することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の走査型プローブ装置は、探針を試料表面に近接又は接触させて、試料表面の形状情報又は試料を加工する走査型プローブ装置であって、
試料を設置する試料台と、該試料の上方に先端に探針を有するカンチレバーを備え、先端に前記カンチレバーを固定して、該カンチレバーを移動させる移動手段と、前記カンチレバーの変位を検出する変位検出手段とを備えた走査型プローブ装置において、
前記カンチレバーの長さが100〜500μｍで厚みが30〜50μｍであり、シリコン素材で形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る走査型プローブ装置および走査型プローブ加工方法によれば、観察時に探針がフォトマスクの正常部分に与えるダメージが低減され、修正時には欠陥部分に対して適度の加圧力で欠陥を除去でき、かつ探針の破損などを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に本発明に係る走査型プローブ装置の一例の構成を示す。
【００１８】
試料１は、ガラス基板１ｃ上に正常なパターン1aと隣接した黒欠陥1bであるフォトマスクを一例として説明する。
【００１９】
試料１を移動させるためのＸＹステージからなる試料台３上に、試料１が設置されている。
【００２０】
プローブとなる単結晶のダイヤモンドの探針４は、カンチレバー５を介して移動手段６に取り付けられ、該移動手段６は制御手段７により三次元的に駆動制御される。本実施形態では、移動手段６として圧電素子を用いた３次元アクチュエータを用いる。
【００２１】
また、探針４と試料１間の相互作用によるカンチレバー５の変位を検出する変位検出手段８を備えている。変位検出手段８としては、半導体レーザをカンチレバーに照射し、その反射光を光検出器で検出する光てこ方法を用い、探針の先端と試料表面間の相互作用によるカンチレバーの変位を検出する。ここでは、検出された信号は制御手段７へ送られ、カンチレバーの変位が一定になるように、移動手段６を試料表面に対して垂直方向に探針を移動させ、この移動手段６の垂直方向の移動情報が試料表面の形状情報となる。
【００２２】
本発明に係る走査型プローブ加工方法を以下に説明する。
【００２３】
まず、移動手段６により探針４を試料１の表面に対して垂直に１ｋＨｚから１ＭＨｚで振動させながら、さらに移動手段６で探針４を試料１に接近させ、探針４の先端が試料１表面に接近離間させる状態にし、探針４と試料１表面が接触するときの第一接触圧を0.1ｎＮとして、試料１表面を走査することにより試料表面の３次元形状情報を得るステップを行う。
【００２４】
尚、得られた３次元情報とフォトマスクの設計情報と比較して、欠陥領域を識別し記憶しても良い。
【００２５】
次に、欠陥箇所がある場合には、３次元形状情報から探針４を欠陥の位置に移動手段６により移動するステップを行う。本実施形態では、探針４は試料１から離れた状態で移動させたが、第一接触圧0.1ｎＮの状態で移動させても良い。
【００２６】
次に、第二の振動として移動手段６により探針４を試料１の表面に対して垂直に１００から１０００Ｈｚで振動させた状態で、試料１に第二接触圧を１０ｎＮから１ｍＮで接触させるステップを行う。
【００２７】
さらに、３次元形状情報から得られた試料1表面の欠陥領域を探針４で走査することにより、欠陥部分となる所定の領域の部材を除去するステップを行う。
【００２８】
尚、本実勢形態のおけるフォトマスクの黒欠陥修正方法に加えて、移動手段６により探針４を試料１の表面に対して垂直に振動させながら、さらに移動手段６で探針４を試料１に接近させ、探針４の先端が試料１表面に接近離間させる状態にし、探針４と試料１表面が接触するときの第一接触圧を0.1ｎＮとして、試料１表面を走査することにより欠陥領域を削除した試料表面の３次元形状情報を得るステップを行っても良い。
【００２９】
さらに、本実施形態では、探針を振動させるために移動手段を用いたが、移動手段と独立した圧電素子などの振動子で探針を振動させても良い。
【００３０】
また、本実施形態では、試料１に第二接触圧を１０ｎＮから１ｍＮで接触させるステップ際に探針４を振動させたが、非振動の状態にして、その状態で次のステップである欠陥部分となる所定の領域の部材を除去するステップを行っても良い。
【００３１】
尚、カンチレバー５の素材としてシリコンを用い、長さは100〜600μｍ、厚みが5〜50μmを用いることにより、接触圧0.1ｎＮを制御できる。
【００３２】
本実施形態で用いたカンチレバー部分を図２に示す。探針４には先端が鋭利な形状を有する単結晶のダイヤモンドであり、カンチレバー５はシリコンを素材とし、長さ（Ｌ）は600μｍ、幅（ｂ）は120μｍ、厚さ（ｔ）は30μｍを用いた。このカンチレバーの場合では、バネ定数はｋ＝626Ｎ／ｍとなる。
【００３３】
尚、このカンチレバー５の長さ、厚み、幅の寸法は上記寸法に限定されるものではなく、またその素材もシリコンに限定されず、たとえばＳＵＳおよびＳｉＮｘ、ＳＩＯ２などの材料でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るフォトマスクの黒欠陥修正用走査型プローブ装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係るカンチレバー部分の寸法を説明するための斜視図である。
【図３】フォトマスクの黒欠陥を説明するための平面図と断面図である。
【図４】従来のフォトマスクの黒欠陥修正方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  試料（フォトマスク）
1a  正常なパターン
1b  欠陥部
1c  ガラス基板
３  試料台                        
４  探針（プローブ）
５  カンチレバー                  
６  移動手段
７  制御手段                      
８  変位検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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