(57)【要約】【課題】  本発明は、電子ビームやイオンビーム等の照射機構や真空チャンバー等の大掛かりな設備を必要とせずに、原子間力顕微鏡を利用して、対象物の表面に存在する異物を、より確実により短い時間で除去することが可能な、異物除去方法および異物除去装置を提供することを目的とする。【解決手段】  原子間力顕微鏡を用いて対象物の表面に存在する異物を除去する方法であって、探針として、温度により粘着性が変化する粘着層を表面に形成した探針を用い、前記粘着層を形成した探針の温度を前記粘着層の粘着性が高まる温度にして、前記探針の表面に形成した前記粘着層に前記異物を接着させることにより、上記課題を解決する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カンチレバーの先端部に設けられた探針で対象物の表面を走査して前記対象物の表面の形状に関する情報を得る原子間力顕微鏡を用いて、前記対象物の表面に存在する異物を除去する方法であって、
前記探針として、温度により粘着性が変化する粘着層を表面に形成した探針を用い、
前記粘着層を形成した探針の温度を前記粘着層の粘着性が高まる温度にして、前記探針の表面に形成した前記粘着層に前記異物を接着させる異物接着工程を有することを特徴とする異物除去方法。
【請求項２】
前記異物接着工程の前に、
前記粘着層を形成した探針を用いて前記対象物の表面を走査して、前記対象物の表面に存在する前記異物を検出する異物検出工程を有することを特徴とする請求項１に記載の異物除去方法。
【請求項３】
前記異物検出工程において、
前記粘着層を形成した探針の温度を、前記粘着層の粘着性が低下する温度に維持して、前記対象物の表面を走査することを特徴とする請求項２に記載の異物除去方法。
【請求項４】
温度により粘着性が変化する粘着層を表面に形成した探針と、
前記探針を用いて対象物の表面を走査する機構と、
前記対象物の表面の形状に関する情報を取得する機構と、
前記探針を加熱する機構と、
を備えることを特徴とする異物除去装置。
【請求項５】
前記探針を冷却する機構を備えることを特徴とする請求項４に記載の異物除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子間力顕微鏡を用いて、対象物の表面に存在する微細な異物を除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な異物を除去する方法、特に半導体集積回路等の製造に用いるフォトマスクや半導体ウエハ上の異物を除去する方法として、走査プローブ顕微鏡の探針を、フォトマスク上の異物（パーティクル）に接触させた状態で、電子ビームまたはイオンビームのデポジション機能により異物を探針に接着させ、この状態で探針を移動させて異物を除去する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
上記の走査プローブ顕微鏡とは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）等のカンチレバーの先端部に設けられた探針（プローブ）を用いて対象物の表面を走査し、該表面の形状に関する情報を得るタイプの顕微鏡である。
【０００４】
ここで、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）は、探針と対象物との間に流れるトンネル電流を利用するため、通常、絶縁体の観察を行うことは出来ない。一方、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）は、探針と試料に作用する原子間力を利用するため、絶縁体の観察も可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−８４５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載の方法は、電子ビームまたはイオンビームのデポジション機能により、異物を探針に接着させるため、分子間力や静電気により異物が探針に付着している状態に比べて、異物が探針から離脱して再び対象物に付着してしまうおそれが低いと期待される。すなわち、より確実に異物を除去できることが期待される。
しかしながら、上記の方法では、電子ビームまたはイオンビームを照射するために、照射機構や真空チャンバーが必要となり、装置が大掛かりになってしまうという問題がある。また、真空チャンバーへの出し入れのために、スループットが低下するという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、電子ビームやイオンビーム等の照射機構や真空チャンバー等の大掛かりな設備を必要とせずに、原子間力顕微鏡を利用して、対象物の表面に存在する異物を、より確実により短い時間で除去することが可能な、異物除去方法および異物除去装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、カンチレバーの先端部に設けられた探針で対象物の表面を走査して前記対象物の表面の形状に関する情報を得る原子間力顕微鏡を用いて、前記対象物の表面に存在する異物を除去する方法であって、前記探針として、温度により粘着性が変化する粘着層を表面に形成した探針を用い、前記粘着層を形成した探針の温度を前記粘着層の粘着性が高まる温度にして、前記探針の表面に形成した前記粘着層に前記異物を接着させる異物接着工程を有することを特徴とする異物除去方法である。
【０００９】
また、本発明の請求項２に係る発明は、前記異物接着工程の前に、前記粘着層を形成した探針を用いて前記対象物の表面を走査して、前記対象物の表面に存在する前記異物を検出する異物検出工程を有することを特徴とする請求項１に記載の異物除去方法である。
【００１０】
また、本発明の請求項３に係る発明は、前記異物検出工程において、前記粘着層を形成した探針の温度を、前記粘着層の粘着性が低下する温度に維持して、前記対象物の表面を走査することを特徴とする請求項２に記載の異物除去方法である。
【００１１】
また、本発明の請求項４に係る発明は、温度により粘着性が変化する粘着層を表面に形成した探針と、前記探針を用いて対象物の表面を走査する機構と、前記対象物の表面の形状に関する情報を取得する機構と、前記探針を加熱する機構と、を備えることを特徴とする異物除去装置である。
【００１２】
また、本発明の請求項５に係る発明は、前記探針を冷却する機構を備えることを特徴とする請求項４に記載の異物除去装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電子ビームやイオンビーム等の照射機構や真空チャンバー等の大掛かりな設備を必要とせずに、原子間力顕微鏡を利用して、対象物の表面に存在する異物を、より確実により短い時間で除去することが可能な、異物除去方法および異物除去装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る異物除去方法の一例について示すフローチャート
【図２】表面に粘着層が形成された探針の一例を示す図
【図３】探針の表面に粘着層を形成する方法の一例を示す図
【図４】探針の表面に粘着層を形成する方法の他の例を示す図
【図５】探針が対象物の表面を走査する様子を示す図
【図６】異物を探針の表面に形成した粘着層に接触させる様子を示す図
【図７】異物を対象物の表面から除去する様子を示す図
【図８】探針の表面に形成した粘着層に接着した異物を取り除く様子を示す図
【図９】本発明に係る異物除去装置の構成例について示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜異物除去方法＞
まず、本発明に係る異物除去方法について説明する。
図１は、本発明に係る異物除去方法の一例について示すフローチャートである。
本発明に係る異物除去方法を用いて、対象物の表面に存在する異物を除去するには、例えば、図１に示すように、まず、温度により粘着性が変化する粘着層を表面に形成した探針を準備する（Ｓ１１）。
【００１６】
図２は、表面に粘着層が形成された探針の一例を示す図である。本発明においては、図２（ａ）に例示するように、粘着層２が探針１の表面の一部に形成されていてもよく、また、図２（ｂ）に例示するように、粘着層２が探針１の表面全体に形成されていてもよい。
【００１７】
本発明において、探針１については、原子間力顕微鏡の探針として使用することが可能なものであれば用いることができる。例えば、シリコン、窒化シリコン、カーボンナノチューブ、ダイヤモンド等の材料から構成される公知のものを使用することができる。
また、探針の表面にダイヤモンドやダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、金や白金のコートがされていてもよい。探針１の表面粗さは、粘着層２が均一に形成される範囲であれば、特に制限はされない。
【００１８】
対象物が、マスクパターンが形成されたフォトマスク等の場合、探針１の先端の曲率半径は、ターゲットとなるパターンの線幅や除去すべき異物のサイズによって決定される。目的の異物が原子間力顕微鏡の走査によって確認でき、かつ、探針１が接触できれば特に制限はされないが、例えば、探針１の先端の曲率半径は２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲であることが望ましい。
【００１９】
粘着層２を構成する粘着剤は、除去すべき異物を、少なくとも一時的に接着するための粘着性を有し、その粘着性が温度により変化するものであれば用いることができる。例えば、アクリル系粘着剤、ウレタン系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ゴム粘着剤等を挙げることができる。
なお、本明細書において、粘着剤とは、接着剤の一種であって、一時的な接着に用いられ、後で剥がすことができるものを言う。
【００２０】
探針１の表面に粘着層２を形成する方法としては、ディップコート、スプレーコート、スピンコート等の方法を用いることができる。また、粘着剤をシート状に塗工し、そこへ探針１を突き刺す方法でもよい。
【００２１】
例えば、図３に示すように、粘着剤を含む溶液１１に、カンチレバー３に設けられた探針１の先端をディップ（浸漬）し（図３（ａ））、その後、溶液１１から探針１を引き上げて、不要な溶剤成分を乾燥処理することで、探針１の先端部に粘着層２を形成することができる（図３（ｂ））。
【００２２】
また、図４に例示するように、粘着剤を含む溶液１１に、カンチレバー３の先端部ごと探針１全体をディップ（浸漬）し、その後、溶液１１からカンチレバー３の先端部を引き上げて、不要な溶剤成分を乾燥処理することで、探針１の表面全体に粘着層２を形成する方法を用いても良い。
【００２３】
粘着層２の膜厚については、特に制限はないが、対象物の表面に微細な凹凸パターンがあり、目的の異物が凹部内に存在しても、凸部等に衝突することなく、異物を接着できるものであれば良い。一例として、粘着層２の膜厚は１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度である。
例えば、図３に例示する方法を用いる場合、粘着剤を含む溶液１１の粘度の調整、及び、探針１の引き上げ速度の制御により、探針１の表面に形成される粘着層２の膜厚を所望の範囲にすることができる。
【００２４】
探針１には、必要であれば粘着剤コーティング前処理として、表面コンタミネーションの洗浄や、粘着層２を形成しやすくするための表面処理として、金属スパッタやＵＶオゾン処理、シランカップリング剤処理やコロナ処理、フッ素ガス処理などを実施してもよい。これらの前処理は、最終的に均一なコーティングが可能であるならば一種類に限らず、複数を組み合わせて実施してもよい。
【００２５】
図１に戻り、粘着層２を形成した探針１を有するカンチレバー３を原子間力顕微鏡に装着した後は、この探針１を用いて対象物の表面を走査して、対象物の表面に存在する異物を検出し、原子間力顕微鏡における異物の位置を特定する（Ｓ１２）。この様子が図５に示されている。これにより基板２０上のパターン２１と異物２２の顕微鏡像が得られる。
【００２６】
原子間力顕微鏡には種々の動作モードがあるが、それらはよく知られているので、ここでは簡単に説明しておく。コンタクトモードでは、探針と対象物との間に斥力が働くほどに探針を対象物に近づけ、ＸＹ二次元走査において、この斥力が一定値となるようにフィードバック回路を働かせる。
他方、タッピングモード（商標）（インターミッテントコンタクトモードまたはサイクリックコンタクトモード）をはじめとするノンコンタクトモードでは、カンチレバーを、そのホルダーに取付けた励振圧電素子を用いて共振周波数近傍で大振幅強制振動させながら対象物に近づけると、カンチレバーの振動振幅または振動数に変化が生じることを利用して、ＸＹ方向走査をしながらこれらの変化をほぼ零にするようにフィードバック系を通して、カンチレバーまたはＸＹ（Ｚ）ステージを上下動させる。
原子間力顕微鏡には、対象物およびカンチレバーを大気中に置くタイプと、真空中内に置くタイプとがあるが、本発明に用いる原子間力顕微鏡は、対象物およびカンチレバーを大気中に置くタイプである。
【００２７】
本発明において、上記の異物検出工程（図１のＳ１２）には、コンタクトモード、またはノンコンタクトモードのどちらでも用いることが可能である。この様子を図５に示す。図５は、図１に示す異物検出工程（Ｓ１２）において、探針１が対象物（パターン２１を有し、隣接するパターン２１間に異物２２が存在する基板２０）の表面を走査する様子を示す図である。図５に示す破線が探針１の先端の軌跡の概要を示している。これにより基板２０のパターン２１と異物２２の顕微鏡像が得られる。
【００２８】
ここで、この異物検出工程（図１のＳ１２）においては、粘着層２を形成した探針１の温度を、粘着層２の粘着性が低下する温度に維持して、対象物の表面を走査することが好ましい。粘着層２の粘着性が低い状態であれば、例え、探針１が対象物（異物２２以外の基板２０やパターン２１）と接触しても、粘着層２を構成する粘着剤により対象物を汚染してしまうという不具合を抑制することができるからである。
【００２９】
上記の温度は、後述する異物接着工程（図１のＳ１３）における温度よりも低い温度であって、露点よりも高い温度であることが好ましい。粘着層２の粘着性が低下する温度に維持しつつ、大気中の水分が探針１の表面で結露、あるいは凍結してしまうことを防止するためである。このような温度の範囲は、粘着層２を構成する粘着剤の種類や装置設置環境にもよるが、例えば、１０℃〜２８℃の範囲である。
【００３０】
探針１の温度を、上記の範囲の温度とするには、例えば、クリーンルーム等、室温が一定（通常２３℃）に維持された環境において、探針１を備える原子間力顕微鏡を用いることや、原子間力顕微鏡に加熱機構や冷却機構を備えて、カンチレバー３を介した伝熱により、探針１を温度制御する手法を挙げることができる。
【００３１】
なお、本発明においては、例えば、光学的な異物検出手段を備える異物検査装置等を用いて、予め対象物の表面に存在する異物の位置情報を取得しておき、その位置情報を利用して、探針１を備えた原子間力顕微鏡により、除去すべき異物を検出することが好ましい。原子間力顕微鏡により走査する領域を小さな範囲に限定でき、短時間で除去すべき異物を検出できるからである。
【００３２】
図１に戻り、除去すべき異物２２を検出し、その位置を特定した後は、探針１を特定した異物２２の位置に近づけて、探針１の表面に形成した粘着層２に異物２２を接触させる。この様子が図６に示されている。図６は、図１に示す異物接着工程（Ｓ１３）において、異物２２を探針１の表面に形成した粘着層２に接触させる様子を示す図である。先の異物検出工程（図１のＳ１２）において、異物２２の位置、形状、大きさ等の情報は取得済みであるため、ここでは、例えばフィードバック制御を伴わない（フィードバック制御をオフした）コンタクトモードで探針１を駆動させればよい。
【００３３】
ここで、本発明においては、異物２２との接触に際し、探針１の温度を粘着層２の粘着性が高まる温度にして、異物２２を探針１の表面に形成した粘着層２に接着させる（Ｓ１３）。それゆえ、異物２２は、この粘着層２との接着によって確実にとらえられ、探針１の移動（対象物表面からの離間）に伴って、異物２２は、対象物の表面から除去されることになる（Ｓ１４）。この様子が図７に示されている。図７は、図１に示す異物除去工程（Ｓ１４）において、異物２２を対象物の表面から除去する様子を示す図である。
【００３４】
上記の探針１の温度としては、先の異物検出工程（Ｓ１２）における温度よりも高い温度であって、粘着層２を構成する粘着剤の種類にもよるが、例えば、３０℃〜８０℃の範囲とすることができる。
【００３５】
探針１の温度を、上記の範囲の温度とするには、原子間力顕微鏡に加熱機構、さらには冷却機構を備えて、カンチレバー３を介した伝熱により、探針１を温度制御する手法を挙げることができる。
【００３６】
上記のようにして、異物２２を対象物の表面から除去した後の探針１については、例えば、探針１の粘着層２を形成した部分または探針１全体を、溶剤にディップ（浸漬）して、粘着層２とともに異物２２を探針１から除去することができる。そして、異物２２及び粘着層２が除去された探針１は、再度、粘着層２を表面に形成することで、本発明の異物除去方法に用いることができる。
【００３７】
また、図８に示すように、探針１の粘着層２に接着した異物２２を、粘着シート３０に接触させて、異物２２を粘着シート３０に移して探針１から除去してもよい。この際、探針１の温度は、上記の異物検出工程（図１のＳ１２）における温度と同様に、粘着層２の粘着性が低下する温度にしておくことが好ましい。
また、粘着層２に異物２２を接着させた探針１を、粘着シート３０に押付ける、若しくは粘着シート３０に突き刺すことにより、異物２２を粘着シート３０に移して探針１から除去してもよい。この場合も、探針１の温度は、粘着層２の粘着性が低下する温度にしておくことが好ましい。
異物２２が除去された探針１は、再び本発明の異物除去方法に使用することができる。
【００３８】
＜異物除去装置＞
次に、本発明に係る異物除去装置について説明する。
図９は、本発明に係る異物除去装置の構成例について示す図である。図９に示すように、異物除去装置５０は、温度により粘着性が変化する粘着層２を表面に形成した探針１と、探針１を用いて対象物の表面を走査する機構と、対象物の表面の形状に関する情報を取得する機構と、探針１を加熱する機構と、を備えるものである。
【００３９】
換言すれば、異物除去装置５０は、カンチレバー３の先端部に設けられた探針１で対象物の表面を走査して対象物の表面の形状に関する情報を得る原子間力顕微鏡から構成される異物除去装置であって、探針１の表面には、温度により粘着性が変化する粘着層２が形成されており、粘着層２の粘着性を変化させるための機構として、探針１を加熱する機構を備えるものである。
【００４０】
より詳しくは、図９に示すように、異物除去装置５０は、Ｘ、Ｙ方向に移動可能なＸＹステージ５１を備えており、対象物（例えば、パターン２１を有する基板２０）は、このＸＹステージ５１に搭載される。
先端部に探針１を有するカンチレバー３は、駆動部５２に連結する保持部（図示略）により保持され、駆動部５２により保持部とともに上下方向（Ｚ方向）に駆動される。駆動部５２は圧電素子を含む。
カンチレバー３の先端部の上下方向（Ｚ方向）の動き（振動）は検知部５３によって検知される。検知部５３は、例えば、カンチレバー３の表面に光を照射し、その反射光を受光することによりカンチレバー３の上下方向の位置を検出するものである。
検知部５３の検知信号は制御部５４に与えられ，これに基づいて制御部５４が駆動部５２による駆動（上下方向移動または振動）を制御する。
検知部５３、制御部５４、駆動部５２はフィードバック制御系を構成する。制御部５４は、ＸＹステージ５１によるＸ、Ｙ方向の移動も制御する。ＸＹステージ５１に上下方向（Ｚ方向）駆動機構を設け、検知部５３、制御部５４、駆動部５２、及びＸＹステージ５１（Ｚ方向駆動）との間にフィードバック制御系を設けてもよい。
制御部５４には記憶部５５が接続されており、この記憶部５５に、制御部５４による制御結果、すなわちＸ、Ｙ方向の位置とＺ方向の位置が記憶される。この記憶されたデータに基づいて、対象物表面の形状の像（顕微鏡像）が作成される。
【００４１】
ここで、探針１の表面には、温度により粘着性が変化する粘着層２が形成されており、粘着層２の粘着性を変化させるための機構として、異物除去装置５０は、探針１を加熱する機構を、例えば、カンチレバー３を保持する保持部（図示略）と連結する駆動部５２に含むものとする。この加熱機構も、制御部５４によって制御される。
【００４２】
このような構成を備えるため、異物除去装置５０を用いて、上記の本発明に係る異物除去方法を実施することができ、電子ビームやイオンビーム等の照射機構や真空チャンバー等の大掛かりな設備を必要とせずに、対象物の表面に存在する異物を、より確実に除去することができる。
また、異物除去装置５０は、対象物およびカンチレバーを大気中に置くタイプの原子間力顕微鏡であるため、真空チャンバーへの出し入れのために、スループットが低下するという問題も生じない。
【００４３】
また、異物除去装置５０は、探針１を冷却する機構も備えていることが、より好ましい。探針１を加熱する機構に加えて探針１を冷却する機構も備えていることで、探針１の温度を、より精度良く制御できるからである。
さらに、上記の異物検出工程（図１のＳ１２）において、粘着層２を形成した探針１の温度を、粘着層２の粘着性が低下する温度に維持することも容易になり、例え、探針１が対象物（異物２２以外の基板２０やパターン２１）と接触しても、粘着層２を構成する粘着剤により対象物を汚染してしまうという不具合を抑制することができるからである。
【００４４】
上記の探針１を加熱する機構としては、電熱ヒーターやペルチェ素子等を用いて、カンチレバー３を介した伝熱により、探針１を加熱する機構を挙げることができる。また、探針１を冷却する機構としては、冷媒蛇管やペルチェ素子等を用いて、カンチレバー３を介した伝熱により、探針１を冷却する機構を挙げることができる。
上記の加熱機構や冷却機構は、例えば、駆動部５２に含めることができ、駆動部５２に連結する保持部（図示略）、及び、保持部により保持されるカンチレバー３を介して、探針１を加熱または冷却することができる。
なお、上記の加熱機構や冷却機構は、カンチレバー３を介した伝熱により、探針１を加熱または冷却することができればよく、駆動部５２とは別に備えられていても良い。
【００４５】
以上説明したように、本発明においては、探針の表面には、温度により粘着性が変化する粘着層が形成されており、この探針については、原子間力顕微鏡が有する高精度な位置制御が可能であることから、対象物の表面に存在する異物が極めて微細なものであっても、対象物を損傷させることなく異物のみに接触させることが可能である。
そして、異物と接触の際には、探針の温度を粘着層の粘着性が高まる温度にすることで、接触した異物は、この粘着層によって確実に接着され、探針の移動（離間）とともに、対象物の表面から除去されることになる。
【００４６】
それゆえ、本発明によれば、電子ビームやイオンビーム等の照射機構や真空チャンバー等の大掛かりな設備を必要とせずに、原子間力顕微鏡を利用して、対象物の表面に存在する異物を、より確実に除去することが可能となる。
例えば、対象物が高精細化したパターンを有するフォトマスクや半導体基板等であっても、パターンや基板にダメージを与えることなく異物を除去することができる。
また、大気中で異物除去できるため、真空チャンバーへの出し入れのために、スループットが低下するという問題も生じない。すなわち、より短い時間で異物を除去することができる。
【００４７】
また、本発明においては、表面に粘着層が形成された探針を用いて、対象物の表面を走査して対象物の表面に存在する異物を検出し、原子間力顕微鏡における異物の位置を特定することができる。
それゆえ、異物検出（位置特定）と異物除去を、同じ探針を用いて、連続した工程とすることができ、異物検出（位置特定）と異物除去を、別の探針を用いて行う場合よりも、より精度良く、短い時間で除去することが可能となる。
【００４８】
また、本発明においては、粘着層を形成した探針の温度を、粘着層の粘着性が低下する温度に維持して、対象物の表面を走査することもできる。
それゆえ、例え、走査時において探針が対象物と接触しても、粘着層を構成する粘着剤により対象物を汚染してしまうという不具合を抑制することができ、上記の本発明の効果に加えて、より安全に対象物の表面を走査することもできる。
【００４９】
以上、本発明に係る異物除去方法および異物除去装置について、それぞれの実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５０】
１  探針
２  粘着層
３  カンチレバー
１１  溶液
２０  基板
２１  パターン
２２  異物
３０  粘着シート
５０  異物除去装置
５１  ＸＹステージ
５２  駆動部
５３  検知部
５４  制御部
５５  記憶部
【図１】
2016071092.tif 000003
【図２】
2016071092.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2016071092.tif 000008
【図７】
2016071092.tif 000009
【図８】
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【図９】
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