(57)【要約】【課題】カーボン製の探針を有する接触式カンチレバーにおいて、探針のすべりを防止する。【解決手段】カーボンナノチューブあるいは高密度カーボンにより構成された探針を有するカンチレバーの探針先端の試料と接触する部分に、タングステン、白金、金、アルミニウム、モリブデン等の金属被覆を施す。探針のすべりが抑制され、精度の高い画像データを取得できるようになる。探針をヘテロカーボンにより構成することで、探針の撓みを抑制でき、より精度の高い画像データが取得できるようになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
探針が試料表面に押し付けられ、かつ、探針と試料の少なくとも一方が移動するタイプの検査装置に使用される接触式カンチレバーにおいて、前記探針がカーボンナノチューブ又は高密度カーボンにより構成され、探針先端の試料に対する当たり面に金属被覆が施されていることを特徴とする接触式カンチレバー。
【請求項２】
請求項１において、前記探針がヘテロカーボンナノチューブにより構成されていることを特徴とする接触式カンチレバー。
【請求項３】
請求項１において、前記探針がボロン又は窒素を含有させたカーボンナノチューブにより構成されていることを特徴とする接触式カンチレバー。
【請求項４】
請求項１において、前記金属被覆がタングステン、白金、金、アルミニウム又はモリブデンから選ばれた１種よりなることを特徴とする接触式カンチレバー。
【請求項５】
請求項１において、前記金属被覆が探針の当たり面にのみ施され、それ以外の部分はカーボンナノチューブ又は高密度カーボンが表面に露出していることを特徴とする接触式カンチレバー。
【請求項６】
カンチレバーの探針を検査対象の試料表面に接触させて試料表面の画像情報を取得するカンチレバー使用の検査装置において、前記カンチレバーの探針がカーボンナノチューブ又は高密度カーボンにより構成され、探針先端の試料に対する当たり面に金属被覆が施されていることを特徴とするカンチレバー使用の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、探針が試料表面に押し付けられ、かつ、探針と試料の少なくとも一方が移動するタイプの検査装置に使用されるカンチレバー及びカンチレバーを使用した検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノチューブをカンチレバーの探針に用いて試料表面の構造を撮像する走査型顕微鏡プローブがあり、特許文献１及び特許文献２に記載されている。特許文献１には、ナノチューブにより構成された探針の表面全体を導電性コーティング膜で覆うことが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６２３３６号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開２０００−３２１２９２号公報（要約、図１０、図１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
カンチレバーの探針を試料表面に接触させて試料表面の構造を撮像する検査装置では、探針が試料表面に接触した後に、カンチレバーの梁（ビーム）が押し付け荷重に比例して曲がる条件で運転される。正確な画像データを取得するためには、カンチレバーの押し付け荷重が増加しても探針が撓まず、また、探針にすべりが生じないことが必要である。
【０００５】
しかし、カーボンナノチューブを探針に用いたカンチレバーでは、潤滑性のよいカーボンで探針が構成されていることから、試料に押し付けられたときに探針にすべりが生じ、精度の高い画像データを取得できないことがわかった。
【０００６】
本発明の目的は、探針のすべりを抑制できる接触式カンチレバーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、探針が試料表面に押し付けられ、かつ、探針と試料の少なくとも一方が移動するタイプの検査装置に使用される接触式カンチレバーにおいて、前記探針がカーボンナノチューブ又は高密度カーボンにより構成され、探針先端の試料に対する当たり面に金属被覆が施されていることを特徴とする接触式カンチレバーにある。
【０００８】
また、カンチレバーの探針を検査対象の試料表面に接触させて試料表面の画像情報を取得するカンチレバー使用の検査装置において、前記カンチレバーの探針がカーボンナノチューブ又は高密度カーボンにより構成され、探針先端の試料に対する当たり面に金属被覆が施されていることを特徴とするカンチレバー使用の検査装置にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のカンチレバーは、探針先端の試料に対する当たり面すなわち試料との接触面に金属被覆が施されているので、探針のすべりが抑制され、精度の高い画像データを取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
カーボン製の探針に金属被覆を施すことで、探針をすべりにくくすることができる。被覆する材料は、金属であれば全て使用可能であるが、カーボンに被覆しやすいことから、特にタングステン、白金、金、アルミニウム、モリブデンが好ましい。金属被覆は、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の試料室内に、被覆する金属のデポガスを導入するデポ銃を設置し、ガスを吹き付けた後に電子ビームを照射し、ガスを化学分解させて金属成分のみを電子ビーム照射部分にデポすることによって行うことができる。前記した金属のデポガスとしては、Ｗ（ＣＯ）６、ＷＦ６、Ｐｔ（Ｃ５Ｈ４Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）３、（ＣＨ３）２ＡｌＨ、Ｍｏ（ＣＯ）６、ジメチル−ゴールド−ヘキサ−フルオロ−アセチル−アセトンなどがある。
【００１１】
金属被覆を施す領域は、探針の当たり面すなわち検査対象である試料に接触する部分のみ又はその近傍とし、探針全体に金属被覆を施してはならない。カンチレバーの探針を試料表面に押し付けると、探針がきわめて剛性の高い材質で作られていない限り、探針に撓みが生ずる。この撓みは、探針を試料から離して非接触の状態にしたときに元に戻り、次の検査に使用可能な状態になるが、探針全体に金属被覆を施すと、撓んだままの状態で塑性変形してしまう。したがって、探針全体に金属被覆を施すのではなく、探針の当たり面又はその近傍にのみ金属被覆を施す必要がある。通常、カーボンナノチューブよりなる探針の直径は２０ｎｍ程度であり、その先端の１０ｎｍ程度の領域を金属被覆すれば十分である。
【００１２】
本発明は、カーボン製の探針を有する接触式カンチレバーにおける探針のすべりを、金属被覆を施すことで防止することにあり、この考えはカーボン製の探針を使用している全ての接触式カンチレバーに適用可能である。カーボン製の探針には、カーボンナノチューブのほかに、円錐状高密度カーボンがあり、本発明は円錐状高密度カーボンよりなる探針に対しても適用できる。
【００１３】
前にも述べたが、カンチレバーは梁（ビーム）が押し付け荷重に比例して曲がる条件で運転される。押し付け荷重によって探針が撓み、その撓みが大きくなるほど、画像データの精度が低下する。探針の撓みを抑制するために、ヘテロカーボンナノチューブにより探針を構成すること、特にボロン又は窒素を含有させたカーボンナノチューブによって探針を構成することが好ましい。
【００１４】
ヘテロカーボンナノチューブは、ヘテロ化されていないカーボンナノチューブに比べて硬さが大きい。このため、探針の剛性を高めて撓みを生じにくくできることがわかった。ヘテロカーボンナノチューブの硬さが大きいのは、カーボンナノチューブの炭素原子位置に置換する形で配置されたボロンあるいは窒素等の原子半径が、炭素の原子半径と異なり、カーボンナノチューブの側壁を構成している六員環及び五員環構造に歪みが導入されることによるためと推測される。ヘテロカーボンナノチューブにより探針を構成することにより、探針の撓みが抑制され、カンチレバーの変位が試料形状の変位に一致するようになり、探針先端の金属被覆との相乗効果によって精度の高い画像データが取得できるようになる。
【００１５】
窒素やボロンを含有させたカーボンナノチューブは、窒素あるいはボロンがカーボンナノチューブを構成する炭素と置換される形でドーピングされている。窒素を含有するカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブに気相蒸着（ＣＶＤ）法でＣ２Ｈ２とＮ２の混合ガスをフローさせることによって製造することができる。また、ボロンを含有させたカーボンナノチューブは、アーク放電によって製造することができる。窒素又はボロンの含有量は、５原子％以下、特に２〜５原子％の範囲が好ましい。この範囲内での含有であれば、カーボンナノチューブの性質を保持しつつ剛性を高めることができる。
【実施例１】
【００１６】
図１及び図２に、本発明によるカンチレバーの斜視図を示した。図１はカーボンナノチューブよりなる探針の先端部分に金属被覆を施したものであり、図２は高密度カーボンよりなる探針の先端部分に金属被覆を施したものである。図１及び図２において、カンチレバー１０は、ヘテロカーボンナノチューブよりなる探針１１と梁１４、及び探針１１を梁１４に固定する短針保持部とから構成されている。探針保持部はタングステンデポ層１２とピラミッド部１３から構成されている。
【００１７】
カンチレバー１０は、プローブ顕微鏡の試料台１５の面に対して探針１１がほぼ垂直に位置するように配置される。そして、プローブ顕微鏡の押し付け荷重で探針１１を試料台上の試料に接触させた後に、梁１４が押し付け荷重に比例して曲がる条件で運転され、その状態での画像データが取得される。
【００１８】
本実施例の一例として、シリコン製のピラミッド先端部からカーボンナノチューブが突き出ているカンチレバーを作製し、カーボンナノチューブよりなる探針の先端部分にタングステン被覆を施した。タングステンの被覆は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）中にてＷ（ＣＯ）６を導入させ、電子ビーム照射によってタングステンを実装させる方法で行った。具体的には、ＳＥＭの試料室にＷ（ＣＯ）６を導入した後、５×１０−６Ｐａより良好な真空雰囲気になるまで放置し、電子線を６ｎｍ以下のビーム径に絞って、カーボンナノチューブの先端部分に照射した。電子線照射により、Ｗ（ＣＯ）６がＷとＣＯに分解し、Ｗがカーボンナノチューブの先端部分に残留した。残留したＷの粒子径は約１０ｎｍであり、ビーム径の約１８０％の寸法であった。
【実施例２】
【００１９】
本発明のカンチレバーを使用する検査装置の一例として、ＬＳＩ検査装置の実施例について、図３を用いて説明する。本実施例のＬＳＩ検査装置は、ヘテロカーボンナノチューブよりなる探針１１とその探針を支える梁１４を有するカンチレバー１０、カンチレバー１０が試料台１５の上に設置されたＬＳＩ被検体に接触したことを検知する接触検知装置を有する。接触検知装置は検知レーザー光源５１、レーザー反射鏡５２、光検出器５３、光検出器５３で検出された光信号を増幅する増幅器５４により構成されている。また、増幅器５４からの信号をフィードバックするＺ軸サーボ回路５５、Ｚ軸サーボ回路からの信号で試料台１５の高さ方向を調節する圧電素子６１、二次元の面情報を取得するために必要なＸＹ走査回路５６、ＸＹ走査回路５６からの信号で試料台１５の横方向を調節する圧電素子６２、Ｚ軸サーボ回及びＸＹ走査回路の信号を取り入れるＣＰＵ７０、及び、ＣＰＵに取り込まれた信号を画像表示するディスプレイ８０を有する。
【００２０】
ＬＳＩ被検体４０を試料台１５上に設置し、Ｚ軸サーボ回路５５及びＸＹ走査回路５６によって、ＬＳＩ被検体４０を移動し探針１１の位置まで持っていく。ＬＳＩ被検体４０が探針１１に接触したことを検知するためには、探針を支えている梁１４が曲がる情報をＣＰＵ７０に伝えればよい。梁１４の曲がりは非常に微小であるため、一方の端にレーザー光源５１を設置し、そこから発振されるレーザー光６０を梁１４に当てて、反射したレーザー光をもう一方の端に設置した光検出器５３によって検出する。ＬＳＩ被検体４０が探針１１に接触した後の梁１４の曲がりを検出し、その曲がりを維持できる、できる限り低い押し圧でＬＳＩ被検体を検査することで、ＬＳＩ被検体の表面粗さの画像情報を高い精度で取得することができる。
【実施例３】
【００２１】
本発明のカンチレバーを使用する検査装置の他の例としてリソグラフ装置の実施例について、図４を用いて説明する。本実施例のリソグラフ装置は、カンチレバーの探針がヘテロカーボンナノチューブにより構成されていることと、カンチレバー１０と試料台１５とを電気的に接続するリソグラフ電源９０を備えていることを別にすれば、概ね図３に示すＬＳＩ検査装置と同じ構成である。ヘテロカンチレバーはその特質として、親水性を有している。この性質を利用して、リソグラフ装置の探針に用いることが可能である。カンチレバー１０の探針１１をリソグラフ被検体４５に接触させると、接触部が吸着水４９で覆われる。この吸着水４９に通電することにより、リソグラフ被検体４５が陽極酸化され、リソグラフが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例を示すカンチレバーの斜視図。
【図２】本発明の他の実施例を示すカンチレバーの斜視図。
【図３】本発明のカンチレバーを使用するＬＳＩ検査装置の概略構成図。
【図４】本発明のカンチレバーを使用するリソグラフ装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００２３】
１０…カンチレバー、１１…探針、１４…梁、１５…試料台、４０…ＬＳＩ被検体、４５…リソグラフ被検体、４９…吸着水、５１…レーザー光源、５３…光検出器、５５…Ｚ軸サーボ回路、５６…ＸＹ走査回路、６０…レーザー光、７０…ＣＰＵ、８０…ディスプレイ、９０…リソグラフ電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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