JP2009229161A - Method and device for evaluating adhesion of pattern - Google Patents

Method and device for evaluating adhesion of pattern Download PDF

Info

Publication number
JP2009229161A
JP2009229161A JP2008072904A JP2008072904A JP2009229161A JP 2009229161 A JP2009229161 A JP 2009229161A JP 2008072904 A JP2008072904 A JP 2008072904A JP 2008072904 A JP2008072904 A JP 2008072904A JP 2009229161 A JP2009229161 A JP 2009229161A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pattern
probe
shape
adhesion
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008072904A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Kurihara
栗原  正彰
Makoto Abe
真 阿部
Sho Hatakeyama
翔 畠山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dai Nippon Printing Co Ltd filed Critical Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority to JP2008072904A priority Critical patent/JP2009229161A/en
Publication of JP2009229161A publication Critical patent/JP2009229161A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and device for evaluating adhesion of a pattern for quantitatively measuring the adhesion without generating a shear in the fine pattern, in evaluating the adhesion between the fine pattern, such as a resist pattern and a light shielding film pattern of a photomask used for producing semiconductors, and a base substrate. <P>SOLUTION: In the method of evaluating adhesion of the pattern by measuring the adhesion of the pattern formed on the surface of a substrate by scanning while keeping a probe disposed on a cantilever of an atomic force microscope away from the surface of the substrate, the probe is configured with a base for installing the probe to the cantilever and a tip for contacting the pattern, and the base and the tip form a neck, wherein the base makes a continuous sloping face in the vertical direction from the cantilever toward the neck, and the tip has a shape in which the maximum width of the side contacting the side face of the pattern is the same width as the width of the neck or larger. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体やフォトマスクの製造に用いられる微細なレジストパターンやフォトマスクの遮光膜パターンなどの数10nm〜数100nm幅の微細なパターンと、それらのパターンを設けた基板との密着性を定量的に測定するパターンの密着性評価方法、およびパターンの密着性を測定する評価装置に関する。   The present invention provides adhesion between a fine pattern having a width of several tens of nanometers to several hundreds of nanometers such as a fine resist pattern used for manufacturing a semiconductor or a photomask and a light-shielding film pattern of the photomask, and a substrate provided with those patterns. The present invention relates to a method for quantitatively measuring pattern adhesion, and an evaluation apparatus for measuring pattern adhesion.

ハーフピッチ65nmから45nmへと進展する半導体素子の高集積化・超微細化を実現するために、フォトリソグラフィにおいては、露光装置での高解像技術として、投影レンズの開口数を高くした高NA化技術、投影レンズと露光対象の間に高屈折率媒体を介在させて露光を行なう液浸露光技術、変形照明搭載露光技術などの開発が急速に進められており、半導体やその製造に用いるフォトマスクにおいては、レジストや薄膜のますます微細なパターンが求められている。高品質の半導体やフォトマスクを得るために、これらの微細パターンは、そのパターンを形成する基板への密着性が重要となり、定量的で直接的な微細パターンの密着性の評価方法が必要とされている。   In order to realize high integration and ultraminiaturization of semiconductor elements that progress from a half pitch of 65 nm to 45 nm, in photolithography, as a high resolution technique in an exposure apparatus, a high NA with a high numerical aperture of a projection lens is used. The development of photolithographic technology, immersion exposure technology that exposes a medium with a high refractive index between the projection lens and the object to be exposed, exposure technology with modified illumination, etc. are rapidly progressing. For masks, increasingly fine patterns of resist and thin films are required. In order to obtain high-quality semiconductors and photomasks, the adhesion of these fine patterns to the substrate on which the pattern is formed is important, and a quantitative and direct method for evaluating the adhesion of fine patterns is required. ing.

従来、半導体基板やフォトマスク基板上に設けられたレジストパターンや薄膜パターンの基板への密着性評価方法としては、一般的には、クロスカット法やスクラッチ法が知られている。   Conventionally, as a method for evaluating the adhesion of a resist pattern or a thin film pattern provided on a semiconductor substrate or photomask substrate to a substrate, a cross-cut method or a scratch method is generally known.

クロスカット法は、日本工業規格のK5600−5−6に示されており、薄膜試料表面に碁盤目状に傷を付け、その上に粘着性テープを貼付し、次いで粘着性テープを剥離し、剥離した升目数や剥離残りの状態を数え、その数で評価する方法である。この方法は、簡便で容易であり、密着性を評価する手法の中でも代表的な一つである。しかし、クロスカット法は、定性的評価が出来るものの、定量的評価には不向きであり、またミクロンメータ以下の微細パターンの密着性を評価するには適していない。   The cross-cut method is shown in Japanese Industrial Standard K5600-5-6, scratching the surface of the thin film sample in a grid pattern, applying an adhesive tape thereon, then peeling the adhesive tape, This is a method of counting the number of peeled cells and the remaining state of peeling and evaluating the number. This method is simple and easy, and is a representative method for evaluating adhesion. However, although the cross-cut method can be qualitatively evaluated, it is not suitable for quantitative evaluation and is not suitable for evaluating the adhesion of a fine pattern of micrometer or less.

スクラッチ法は、絶縁膜など薄膜の密着性評価方法として古くから知られており、圧子を用いて薄膜表面を引っ掻き、剥離が発生した時点の圧子荷重をもって密着強度とするものである。薄膜試料の界面破壊または変形時の垂直方向の加重(臨界加重)と水平方向の力(水平荷重)を測定し、界面の密着性の強さを定量化するものである。   The scratch method has long been known as a method for evaluating the adhesion of a thin film such as an insulating film, and the surface of the thin film is scratched using an indenter, and the indentation load at the time when peeling occurs is used as the adhesion strength. It measures the vertical load (critical load) and horizontal force (horizontal load) at the time of interface fracture or deformation of a thin film sample, and quantifies the strength of adhesion at the interface.

近年では、より微細なパターンの測定を目的として、カンチレバーと称する片持ち梁の一端に探針を設けたプローブを有する原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope:以後、AFMと記す)を用い、プローブに一定の加重をかけて、試料表面を探針で走査するナノスクラッチ法と呼ばれる微細パターンの密着力測定方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。あるいは、AFMのプローブ探針を基板面から離して非接触で走査し、基板上のレジストのラインパターンの側面と探針とを接触させ、探針の水平方向の力(水平加重)でレジストを剥離し、密着性を調べるDPAT(Direct Peeling method with Atomic force microscope Tip)法と称される密着力測定方法が提案されている(非特許文献1参照)。図6は、非特許文献1に記載されている密着力測定に用いられている従来の探針61の側面模式図であり、円錐形の探針の先端の曲率半径は約8nmである。
特開2006−294904号公報 A.Kawai,et al.,Microelectronic Engineering,83(2006)659−662
In recent years, for the purpose of measuring a finer pattern, an atomic force microscope (hereinafter referred to as AFM) having a probe provided at one end of a cantilever called a cantilever is used as a probe. A fine pattern adhesion measuring method called a nano scratch method in which a certain weight is applied and a sample surface is scanned with a probe has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Alternatively, the AFM probe probe is moved away from the substrate surface and scanned in a non-contact manner, the side surface of the resist line pattern on the substrate is brought into contact with the probe, and the resist is applied by the horizontal force (horizontal load) of the probe. An adhesion force measurement method called DPAT (Direct Peeling Method with Atomic Force Microscope Tip) method for peeling and examining adhesion has been proposed (see Non-Patent Document 1). FIG. 6 is a schematic side view of a conventional probe 61 used for measuring the adhesion force described in Non-Patent Document 1, and the radius of curvature of the tip of the conical probe is about 8 nm.
JP 2006-294904 A A. Kawai, et al. , Microelectronic Engineering, 83 (2006) 659-662.

しかし、上記の特許文献1に記載されているようなナノスクラッチ法では、測定で得られた情報と薄膜の剥離に起因すると考えられる不良品情報との間に、しばしば、大きなズレがあることがあり、十分に満足できる測定情報が得られないことがあった。また、非特許文献1に記載されているDPAT法は、被測定対象である基板表面の微細なパターンの側面と探針が接触し、パターンに圧力がかかったときに、パターンが基板から剥離もしくは剥離して倒れる以前に、レジスト自体が探針によりせん断されてしまい、正確な密着性のデータが得られないという問題があった。   However, in the nano-scratch method as described in the above-mentioned Patent Document 1, there is often a large deviation between information obtained by measurement and defective product information that is considered to be caused by peeling of the thin film. In some cases, sufficiently satisfactory measurement information could not be obtained. In addition, the DPAT method described in Non-Patent Document 1 is such that when the side surface of the fine pattern on the surface of the substrate to be measured is in contact with the probe and pressure is applied to the pattern, the pattern is peeled off from the substrate. Before peeling and falling, the resist itself was sheared by the probe, and there was a problem that accurate adhesion data could not be obtained.

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、半導体製造に用いられるレジストパターンやフォトマスクの遮光膜パターンなどの微細パターンとパターンが形成された下地の基板との密着性の評価において、微細パターンにせん断などを生じさせずに定量的に密着性を測定するパターンの密着性評価方法、およびパターンの密着性を測定する評価装置を提供することである。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems. That is, the object of the present invention is to cause shearing or the like in the fine pattern in the evaluation of adhesion between a fine pattern such as a resist pattern used in semiconductor manufacturing and a light-shielding film pattern of a photomask and the underlying substrate on which the pattern is formed. It is providing the pattern adhesiveness evaluation method which measures adhesiveness quantitatively, and the evaluation apparatus which measures the adhesiveness of a pattern.

上記の課題を解決するために、請求項1の発明に係るパターンの密着性評価方法は、原子間力顕微鏡のカンチレバーに設けられた探針を基板表面から離して非接触で走査し、前記基板表面に形成されたパターンの側面と前記探針とを接触させ、前記探針の水平方向の力でパターンを基板から剥離して密着性を計測するパターンの密着性評価方法において、 前記探針が、前記探針を前記カンチレバーに取り付ける基部と前記パターンと接触する先端部とで構成され、前記基部と先端部とは頸部を形成し、前記基部は、前記カンチレバーから前記頸部に向かう垂直方向において連続した傾斜面をなし、前記先端部は、前記パターンの側面と接触する側の最大幅が前記頸部の幅と同じか又は大きい形状を有することを特徴とするものである。   In order to solve the above-described problem, a pattern adhesion evaluation method according to the invention of claim 1 is a method in which a probe provided on a cantilever of an atomic force microscope is moved away from the substrate surface and scanned in a non-contact manner. In the method for evaluating adhesion of a pattern, the side surface of the pattern formed on the surface is brought into contact with the probe, and the pattern is peeled from the substrate by the horizontal force of the probe to measure the adhesion. And a base part for attaching the probe to the cantilever and a tip part contacting the pattern, the base part and the tip part form a neck part, and the base part is perpendicular to the neck part from the cantilever The tip portion has a shape in which the maximum width on the side in contact with the side surface of the pattern is equal to or larger than the width of the neck portion.

請求項2の発明に係るパターンの密着性評価方法は、請求項1に記載のパターンの密着性評価方法において、前記探針の先端部の形状が、直方体形、立方体形、球形、円柱形、角柱形、および前記基板に面した側の底面が大きい円錐台形、多角錐台形、フレアー形のうちのいずれか1種の形状であることを特徴とするものである。   The pattern adhesion evaluation method according to the invention of claim 2 is the pattern adhesion evaluation method according to claim 1, wherein the tip of the probe has a rectangular parallelepiped shape, a cubic shape, a spherical shape, a cylindrical shape, It is characterized in that it is any one of a prismatic shape, a truncated cone shape having a large bottom surface facing the substrate, a polygonal truncated cone shape, and a flare shape.

請求項3の発明に係るパターンの密着性評価方法は、請求項1または請求項2に記載のパターンの密着性評価方法において、前記探針が、シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、ポリシリコン、カーボンナノチューブ、サファイアおよびダイヤモンドよりなる群から選ばれたうちのいずれか1種の材料からなることを特徴とするものである。   A pattern adhesion evaluation method according to a third aspect of the present invention is the pattern adhesion evaluation method according to the first or second aspect, wherein the probe is made of silicon, silicon nitride, silicon carbide, polysilicon or carbon. It is characterized by being made of any one material selected from the group consisting of nanotubes, sapphire and diamond.

請求項4の発明に係るパターンの密着性評価方法は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のパターンの密着性評価方法において、前記パターンがレジストのラインパターンあるいはドットパターンであることを特徴とするものである。   The pattern adhesion evaluation method according to the invention of claim 4 is the pattern adhesion evaluation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the pattern is a resist line pattern or a dot pattern. It is characterized by this.

請求項5の発明に係るパターンの密着性評価装置は、原子間力顕微鏡のカンチレバーに設けられた探針を基板表面から離して非接触で走査し、前記基板表面に形成されたパターンの側面と前記探針とを接触させ、前記探針の水平方向の力でパターンを基板から剥離して密着性を計測するパターンの密着性評価装置において、請求項1〜4のいずれか1項に記載のパターンの密着性評価方法に記載の探針を用いたことを特徴とするものである。   The apparatus for evaluating adhesion of a pattern according to the invention of claim 5 scans the probe provided on the cantilever of the atomic force microscope away from the substrate surface in a non-contact manner, and the side surface of the pattern formed on the substrate surface The pattern adhesiveness evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the probe is brought into contact with each other, and the pattern is peeled off from the substrate by a horizontal force of the probe to measure the adhesiveness. The probe described in the pattern adhesion evaluation method is used.

本発明は、プローブの探針の先端形状を広げ、計測すべきパターンとの接触面積を大きくすることにより、パターン側面に探針の圧力がかかったときに、パターン自体のダメージが低減されてせん断などを生じさせずに、パターンを基板から剥離もしくは剥離して倒壊させ、パターンの密着性を定量化して測定する評価方法である。本発明のパターンの密着性評価方法によれば、レジストパターンなどの基板への接着・剥離特性が定量的に計測できるようになり、パターン形成やパターン形成前の洗浄などのプロセス条件を改善して条件の最適化が容易になり、品質向上、良品率向上が可能となる。   The present invention expands the tip shape of the probe tip and increases the contact area with the pattern to be measured, so that when the probe pressure is applied to the side of the pattern, damage to the pattern itself is reduced and shearing is reduced. In this evaluation method, the pattern is peeled off or peeled off from the substrate without causing a collapse, and the adhesion of the pattern is quantified and measured. According to the pattern adhesion evaluation method of the present invention, it becomes possible to quantitatively measure the adhesion / peeling characteristics to a substrate such as a resist pattern, and improve process conditions such as pattern formation and cleaning before pattern formation. It becomes easy to optimize the conditions, and the quality can be improved and the yield rate can be improved.

また、本発明の微細パターンの密着性評価装置によれば、微細なパターンの密着性を容易に簡便な方法で測定することができる評価装置が得られる。   Moreover, according to the fine pattern adhesion evaluation apparatus of the present invention, an evaluation apparatus capable of easily measuring the fine pattern adhesion by a simple method is obtained.

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る微細なパターンの密着性評価方法および微細なパターンの密着性評価装置について説明する。   Hereinafter, a fine pattern adhesion evaluation method and a fine pattern adhesion evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明のパターンの密着性評価方法に用いる探針のパターンと接する側の側面模式図であり、6種類の探針11a、11b、11c、11d、11e、11fを例示している。探針の走査方向は紙面に垂直な方向である。図1の側面模式図において、各探針は基部12a、12b、12c、12d、12e、12fと被計測物である試料と接触する先端部13a、13b、13c、13d、13e、13fとで構成されている。基部と先端部とは頸部14a、14b、14c、14d、14e、14fを形成している。   FIG. 1 is a schematic side view of a side in contact with a probe pattern used in the pattern adhesion evaluation method of the present invention, and illustrates six types of probes 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, and 11f. . The scanning direction of the probe is a direction perpendicular to the paper surface. In the schematic side view of FIG. 1, each probe is composed of a base portion 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, and 12f and a tip portion 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, and 13f that comes into contact with a sample that is an object to be measured. Has been. The base and the tip form necks 14a, 14b, 14c, 14d, 14e and 14f.

図1に示す各探針の基部の幅広の上端側(紙面上側)がカンチレバーに取り付ける側である。本発明に用いる探針の基部は、カンチレバーから頸部に向かう垂直方向において連続した傾斜面をなしている。各探針の先端部13a、13b、13c、13d、13e、13fは計測するパターン(図示はしてない)との接触面積が大きくなるように広げられた形状を有しており、パターンの側面と接触する側の最大幅が頸部の幅と同じか又は大きい形状を有する。図1に示す例では、図1(d)、(e)の探針が、先端部の最大幅が頸部の幅と同じ場合を示し、図1(a)、(b)、(c)、(f)の探針が、先端部の最大幅が頸部の幅よりも大きい場合を示す。   The wide upper end side (upper side in the drawing) of the base of each probe shown in FIG. 1 is the side attached to the cantilever. The base of the probe used in the present invention forms an inclined surface that is continuous in the vertical direction from the cantilever to the neck. The tip portions 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, and 13f of each probe have a shape that is widened so that a contact area with a pattern to be measured (not shown) is increased, and the side surface of the pattern The maximum width of the side in contact with the neck is the same as or larger than the width of the neck. In the example shown in FIG. 1, the probe shown in FIGS. 1 (d) and (e) shows a case where the maximum width of the tip is the same as the width of the neck, and FIGS. 1 (a), 1 (b) and 1 (c). , (F) shows the case where the maximum width of the tip is larger than the width of the neck.

本発明に用いる探針の基部の形状は、頸部となる箇所までは従来のAFMの探針と同様の形状である円錐形、角錐形などの形状が用いられる。本発明においては、探針の基部と先端部との境界を頸部と称しており、頸部を境に探針の長手方向の形状が変わるものであり、探針の先端部は、パターンの側面と接触する側の最大幅が頸部の幅と同じか又は大きい形状を有するものである。   The shape of the base of the probe used in the present invention is a conical shape, a pyramid shape, or the like, which is the same shape as that of a conventional AFM probe, up to the neck portion. In the present invention, the boundary between the base portion and the tip portion of the probe is referred to as a neck portion, and the shape of the probe in the longitudinal direction changes with the neck portion as a boundary. The maximum width on the side in contact with the side surface is the same as or larger than the width of the neck.

図1に示すように、本発明に用いる探針の先端部の形状は、直方体形(13b)、立方体形、球形(13c)、円柱形(13d)、角柱形(13e)、および前記基板に面した側の底面が大きい円錐台形(13a)、多角錐台形、フレアー形(13f)のうちのいずれか1種の形状が用いられる。先端部の形状が、円錐台形、多角錐台形、フレアー形の場合には、図1(a)、図1(f)に示すように、基板に面した側の底面が大きい幅広の方が基板側面との接触面積を大きくし得る可能性が高まるのでより好ましい。また、球形の場合には、基部との接点となる頸部の断面が平面となった略球形の場合も本発明の球形の範囲に含まれるものである。上記のいずれの形状においても、探針の先端部とパターンとの接触面積を広くとるために、探針の先端部の大きさは、任意の大きさを選択することができる。   As shown in FIG. 1, the tip of the probe used in the present invention has a rectangular parallelepiped shape (13b), a cubic shape, a spherical shape (13c), a cylindrical shape (13d), a prismatic shape (13e), and the substrate. Any one of a truncated cone shape (13a), a polygonal truncated cone shape, and a flare shape (13f) having a large bottom surface on the facing side is used. When the shape of the tip is a truncated cone shape, a polygonal truncated cone shape, or a flare shape, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (f), a wider substrate having a larger bottom surface on the side facing the substrate is used. This is more preferable because it increases the possibility of increasing the contact area with the side surface. In the case of a sphere, the sphere of the present invention also includes a substantially spherical shape in which the cross section of the neck that serves as a contact point with the base is a flat surface. In any of the above shapes, in order to increase the contact area between the tip of the probe and the pattern, the size of the tip of the probe can be selected arbitrarily.

本発明に用いる探針は、探針の基部、先端部ともにシリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、ポリシリコン、カーボンナノチューブ、サファイアあるいはダイヤモンドなどを材料として作製される。探針の基部の長さは約3μm〜30μm程度が用いられ、探針の先端部の長さは10μm〜20μm程度で用いられる。探針の頸部は探針の基部と先端部との境界の呼称であるので、特に長さは必要としない。例えば、探針基部の形状が円錐形状の場合には、頸部の断面の半径は30nm〜500nm程度で用いられる。   The probe used in the present invention is made of silicon, silicon nitride, silicon carbide, polysilicon, carbon nanotubes, sapphire, diamond, or the like at the base and tip of the probe. The length of the probe base is about 3 μm to 30 μm, and the length of the tip of the probe is about 10 μm to 20 μm. Since the neck of the probe is the name of the boundary between the base and tip of the probe, no particular length is required. For example, when the shape of the probe base is conical, the radius of the cross section of the neck is about 30 nm to 500 nm.

本発明に用いる探針の基部と先端部は、各々を別々に加工して製作した後に、貼り合わせることにより頸部を介して一体化したり、あるいは一つの材料を加工して、基部、頸部、先端部を有する探針を得ることができる。   The base and tip of the probe used in the present invention are manufactured by processing each separately, and then integrated through the neck by bonding, or by processing one material, the base and neck A probe having a tip can be obtained.

図2に、本発明の微細パターンの密着性の評価方法に用いるAFM型の微細パターンの密着性評価装置の一例としての測定原理図(図2(a))と、測定用の探針周辺の模式図(図2(b))を示す。図2(a)に示すように、カンチレバー構造を有する微小な探針21を試料基板22に徐々に近づけていくと、ある距離で両者の間に引力あるいは斥力が働き、探針21を備えたカンチレバー23に歪みが生じる。歪みはカンチレバー23の背面に当てられたレーザ光24の反射角の変化により光センサー25で検出され、探針21を試料基板22表面で走査したときにカンチレバー23の歪み量が一定となるように、探針21と試料基板22間の距離が制御される。試料基板22表面の走査(X方向、Y方向)と、探針21と試料基板22間の距離の制御(Z方向)はピエゾスキャナー26により行われ、各スキャナーに印加された電圧を解析処理することで試料基板22表面の像が得られる。探針を測定すべきパターンの所定の位置に移動したら、密着性の測定を行う。   FIG. 2 shows a measurement principle diagram (FIG. 2 (a)) as an example of an AFM type fine pattern adhesion evaluation apparatus used in the fine pattern adhesion evaluation method of the present invention, and the vicinity of the measurement probe. A schematic diagram (FIG. 2B) is shown. As shown in FIG. 2A, when a small probe 21 having a cantilever structure is gradually brought closer to the sample substrate 22, an attractive force or a repulsive force acts between them at a certain distance, and the probe 21 is provided. The cantilever 23 is distorted. The distortion is detected by the optical sensor 25 due to the change in the reflection angle of the laser beam 24 applied to the back surface of the cantilever 23 so that the distortion amount of the cantilever 23 becomes constant when the probe 21 is scanned on the surface of the sample substrate 22. The distance between the probe 21 and the sample substrate 22 is controlled. The scanning of the surface of the sample substrate 22 (X direction, Y direction) and the control of the distance between the probe 21 and the sample substrate 22 (Z direction) are performed by the piezo scanner 26, and the voltage applied to each scanner is analyzed. Thus, an image of the surface of the sample substrate 22 is obtained. When the probe is moved to a predetermined position of the pattern to be measured, the adhesion is measured.

図3は、上記の微細パターンの密着性評価装置を用いてパターンの密着性を評価する方法を説明する模式図である。図3では、探針とパターンを設けた基板以外は省略してある。図3(a)に示すように、測定に用いる探針31は、図1(b)に示した探針と同じく、被計測試料である基板34に向かう垂直方向において基部は傾斜面をなすとともに、探針31の先端部33近くに頸部を有し、探針31の先端部33は直方体形状をしている。この直方体形状の先端部33の最大面積を有する一平面がパターン32の側面と平行になるように、探針31を配置する。次に、探針31を水平方向に動かし(図3(a)の矢印)、パターン32の側面に接触させて水平方向の力(水平荷重)を加える。このとき、探針31の先端部はパターン32が形成された基板34表面から離している。もしも探針31の先端部が基板34の表面と接触していると、水平方向の力に加えて垂直方向の力の影響も考慮しなければならず、密着性の計測データの解析がより複雑になるからである。   FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a method for evaluating the adhesion of a pattern using the above-described fine pattern adhesion evaluation apparatus. In FIG. 3, parts other than the probe and the substrate provided with the pattern are omitted. As shown in FIG. 3 (a), the probe 31 used for the measurement has a sloped surface in the vertical direction toward the substrate 34, which is the sample to be measured, in the same manner as the probe shown in FIG. 1 (b). The tip 31 of the probe 31 has a neck near the tip 33, and the tip 33 of the probe 31 has a rectangular parallelepiped shape. The probe 31 is arranged so that one plane having the maximum area of the rectangular parallelepiped tip portion 33 is parallel to the side surface of the pattern 32. Next, the probe 31 is moved in the horizontal direction (arrow in FIG. 3A) and brought into contact with the side surface of the pattern 32 to apply a horizontal force (horizontal load). At this time, the tip of the probe 31 is separated from the surface of the substrate 34 on which the pattern 32 is formed. If the tip of the probe 31 is in contact with the surface of the substrate 34, the influence of the force in the vertical direction in addition to the force in the horizontal direction must be taken into account, and the analysis of the adhesion measurement data is more complicated. Because it becomes.

パターン32に探針31から加えられた力が一定限度を越えると、パターン32は基板34から剥離したり、あるいは剥離して倒れることにより、パターン32の密着力が計測できる。本発明のパターンの密着性評価方法によれば、パターン32をせん断せずに基板から剥離し、信頼性の高い密着性データを得ることができる。
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
When the force applied to the pattern 32 from the probe 31 exceeds a certain limit, the pattern 32 peels off from the substrate 34 or peels and falls down, whereby the adhesion force of the pattern 32 can be measured. According to the pattern adhesion evaluation method of the present invention, the pattern 32 can be peeled off from the substrate without shearing, and highly reliable adhesion data can be obtained.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、この実施例に何ら限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

<測定サンプル>
石英基板上に酸化クロム/窒化クロムの2層スパッタ膜を成膜してクロムブランクスとし、その上にネガ型電子線レジストNEB−22(住友化学(株)製)を膜厚400nmで塗布した。このレジスト膜を設けたブランクスに電子線描画を行い、現像し、一辺が200nm〜500nmの多数の正方形ドット状のレジストパターンを形成した。
<Measurement sample>
A chromium oxide / chromium nitride two-layer sputtered film was formed on a quartz substrate to form a chromium blank, and a negative electron beam resist NEB-22 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was applied thereon with a film thickness of 400 nm. The blanks provided with this resist film were subjected to electron beam drawing and developed to form a large number of square dot resist patterns having sides of 200 nm to 500 nm.

<剥離特性の評価>
剥離特性を評価するAFMの装置として、L−trace(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製)を用いた。このAFM装置のカンチレバーに設ける探針としては、図1(d)および図1(f)に示す円柱状およびフレアー状の探針先端部形状を有する探針を用いた。円柱状探針は、基部の長さ20μm、頸部の半径200nm、円柱状先端部の半径200nm、長さ15μmである。フレアー状探針は、基部の長さ20μm、頸部の半径200nm、フレアー状先端部の最大幅300nmでオーバーハングが20nm、長さ15μmである。円柱状探針、フレアー状探針のいずれもシリコンを材料として一体化して作製したものである。
<Evaluation of peeling properties>
L-trace (manufactured by SII NanoTechnology Co., Ltd.) was used as an AFM apparatus for evaluating peeling properties. As the probe provided on the cantilever of this AFM apparatus, a probe having a cylindrical and flared probe tip shape shown in FIGS. 1 (d) and 1 (f) was used. The cylindrical probe has a base length of 20 μm, a neck radius of 200 nm, a cylindrical tip radius of 200 nm, and a length of 15 μm. The flared probe has a base length of 20 μm, a neck radius of 200 nm, a flared tip with a maximum width of 300 nm, an overhang of 20 nm, and a length of 15 μm. Both the cylindrical probe and the flare probe are manufactured by integrating silicon as a material.

また、比較のために、図6に示す従来の円錐形状の探針先端部形状を有する探針(商品名:SI−DF40P(セイコーインスツルメンツ製))を用いた。従来の探針は、長さ14μm、円錐の角度は約30°、先端の曲率半径8nmである。従来の円錐形状探針もシリコンを材料として作製したものである。   For comparison, a conventional probe having a conical probe tip shape (trade name: SI-DF40P (Seiko Instruments)) shown in FIG. 6 was used. The conventional probe has a length of 14 μm, a cone angle of about 30 °, and a tip curvature radius of 8 nm. A conventional conical probe is also made of silicon.

次に、上記の各々の探針を備えたカンチレバーを用いて、まず、AFMによりレジストパターンの拡大像を観察し、密着性評価を行うレジストパターンの形状像を取得した。   Next, using a cantilever equipped with each of the above-mentioned probes, first, an enlarged image of the resist pattern was observed by AFM, and a resist pattern shape image for adhesion evaluation was obtained.

続いて、上記レジストパターンのエッジから1μm離れた位置に探針先端部を移動し、下記条件により、探針を石英基板表面から離して非接触で走査し、石英基板表面に形成されたレジストパターンの側面と探針先端部とを接触させ、探針の水平方向の力でレジストパターンを剥離して倒壊させ、その際のフリクショナルカーブを測定し、パターンが倒壊したときの力を求め、この値を密着力とした。図1(f)に示したフレアー形探針を用いたときのレジストパターンの倒壊に要した力(密着力)は、100〜5000nNであった。
走査距離:2μm
走査速度:400nm/sec
走査角度(パターン側面に対し):90度
探針先端部と試料表面との距離:30nm
Subsequently, the tip of the probe is moved to a position 1 μm away from the edge of the resist pattern, and the probe is separated from the quartz substrate surface and scanned in a non-contact manner under the following conditions. The side of the probe is brought into contact with the tip of the probe, and the resist pattern is peeled and collapsed with the horizontal force of the probe, and the frictional curve at that time is measured to determine the force when the pattern collapses. The value was defined as adhesion. The force (adhesion force) required to collapse the resist pattern when using the flare probe shown in FIG. 1 (f) was 100 to 5000 nN.
Scanning distance: 2μm
Scanning speed: 400nm / sec
Scanning angle (with respect to the side of the pattern): 90 degrees Distance between the probe tip and the sample surface: 30 nm

次に、AFM観察を行い、レジストパターンの形状像を取得した。図4は、図1(f)に示したフレアー形の探針形状を有する本発明の密着性評価方法に用いる探針により、上記のAFM装置で撮影したクロムブランクス上のレジストパターンの平面拡大写真である。図4(a)は、紙面上方向に探針を走査する前のパターン(矢印で示す)の状態であり、図4(b)は、パターンを走査後で、倒壊したパターンは元の位置よりも少しずれている状態が観察される。   Next, AFM observation was performed to obtain a resist pattern shape image. FIG. 4 is an enlarged plan view of a resist pattern on a chrome blank photographed by the above AFM apparatus using the probe having the flare-shaped probe shape shown in FIG. It is. FIG. 4A shows a state of a pattern (indicated by an arrow) before the probe is scanned in the upward direction on the paper surface, and FIG. 4B shows a collapsed pattern from the original position after the pattern is scanned. A slight deviation is observed.

同様に、図1(d)に示す円柱状探針でもレジストパターンを倒壊させることができ、そのときのレジストパターンの倒壊に要した力(密着力)は、上記のフレアー状探針の場合とほぼ同様の、100〜5000nNであった。   Similarly, the resist pattern can be collapsed even with the cylindrical probe shown in FIG. 1D, and the force (adhesion force) required for collapsing the resist pattern at that time is the same as in the case of the flare probe described above. Almost the same, 100 to 5000 nN.

一方、図5に、尖鋭な先端形状を有する図6に示す従来の探針を用いた場合のレジストパターンの形状像を示す。図5(a)は、紙面上方向に探針を走査する前のパターン(矢印で示す)の状態であり、図4(b)は、パターンを走査後である。従来の探針を用いた場合には、図4(b)に示すように、探針の走査によりレジストパターンが切削されてしまい、レジストパターンを倒壊させることはできず、正確な密着性のデータを得ることができなかった。   On the other hand, FIG. 5 shows a shape image of a resist pattern when the conventional probe shown in FIG. 6 having a sharp tip shape is used. FIG. 5A shows a state of a pattern (indicated by an arrow) before the probe is scanned in the upward direction on the paper surface, and FIG. 4B shows a state after the pattern is scanned. When a conventional probe is used, as shown in FIG. 4B, the resist pattern is cut by scanning the probe, and the resist pattern cannot be collapsed. Could not get.

本発明のパターンの密着性評価方法に用いる探針の側面模式図である。It is a side surface schematic diagram of the probe used for the adhesiveness evaluation method of the pattern of this invention. 本発明のパターンの密着性評価方法に用いるAFM型のパターンの密着性評価装置の一例としての測定原理図と、測定用の探針周辺の模式図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a measurement principle as an example of an AFM type pattern adhesion evaluation apparatus used in the pattern adhesion evaluation method of the present invention, and a schematic view around a measurement probe. 本発明のパターンの密着性評価装置を用いてパターンの密着性を評価する方法を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the method of evaluating the adhesiveness of a pattern using the adhesiveness evaluation apparatus of the pattern of this invention. 図1(f)に示した本発明の密着性評価方法に用いる探針により、クロムブランクス上のレジストパターンを走査したときのAFMによる平面拡大写真である。It is the plane enlarged photograph by AFM when the resist pattern on a chrome blank is scanned with the probe used for the adhesiveness evaluation method of this invention shown in FIG.1 (f). 図6に示す従来の探針により、クロムブランクス上のレジストパターンを走査したときのAFMによる平面拡大写真である。It is the plane enlarged photograph by AFM when the resist pattern on chrome blanks is scanned with the conventional probe shown in FIG. 従来の密着力測定に用いられている探針の側面模式図である。It is a side surface schematic diagram of the probe used for the conventional adhesion force measurement.

符号の説明Explanation of symbols

11a、11b、11c、11d、11e、11f 探針
12a、12b、12c、12d、12e、12f 探針の基部
13a、13b、13c、13d、13e、13f 探針の先端部
14a、14b、14c、14d、14e、14f 探針の頸部
21 探針
22 試料基板(被計測物)
23 カンチレバー
24 レーザ光
25 光センサー
26 ピエゾスキャナー
27a X、Y軸走査システム
27b Z軸サーボシステム
28 コンピュータ
29 プリアンプ
30 モニター
31 探針
32 パターン(被計測物)
33 探針の先端部
34 基板
61 従来の探針
11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f Probes 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f Probe bases 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f Probe tips 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f Probe neck 21 Probe 22 Sample substrate (measurement object)
23 Cantilever 24 Laser beam 25 Optical sensor 26 Piezo scanner 27a X and Y axis scanning system 27b Z axis servo system 28 Computer 29 Preamplifier 30 Monitor 31 Probe 32 Pattern (object to be measured)
33 Probe tip 34 Substrate 61 Conventional probe

Claims (5)

原子間力顕微鏡のカンチレバーに設けられた探針を基板表面から離して非接触で走査し、前記基板表面に形成されたパターンの側面と前記探針とを接触させ、前記探針の水平方向の力でパターンを基板から剥離して密着性を計測するパターンの密着性評価方法において、
前記探針が、前記探針を前記カンチレバーに取り付ける基部と前記パターンと接触する先端部とで構成され、前記基部と先端部とは頸部を形成し、
前記基部は、前記カンチレバーから前記頸部に向かう垂直方向において連続した傾斜面をなし、
前記先端部は、前記パターンの側面と接触する側の最大幅が前記頸部の幅と同じか又は大きい形状を有することを特徴とするパターンの密着性評価方法。
The probe provided on the cantilever of the atomic force microscope is scanned away from the substrate surface in a non-contact manner, the side surface of the pattern formed on the substrate surface is brought into contact with the probe, and the horizontal direction of the probe is adjusted. In the pattern adhesion evaluation method of measuring adhesion by peeling the pattern from the substrate with force,
The probe is composed of a base for attaching the probe to the cantilever and a tip that contacts the pattern, and the base and the tip form a neck,
The base portion has a continuous inclined surface in a vertical direction from the cantilever toward the neck portion,
The tip end portion has a shape in which the maximum width on the side contacting the side surface of the pattern is the same as or larger than the width of the neck portion.
前記探針の先端部の形状が、直方体形、立方体形、球形、円柱形、角柱形、および前記基板に面した側の底面が大きい円錐台形、多角錐台形、フレアー形のうちのいずれか1種の形状であることを特徴とする請求項1に記載のパターンの密着性評価方法。   The shape of the tip of the probe is any one of a rectangular parallelepiped shape, a cubic shape, a spherical shape, a cylindrical shape, a prism shape, and a truncated cone shape, a polygonal truncated cone shape, and a flare shape having a large bottom surface on the side facing the substrate. The pattern adhesiveness evaluation method according to claim 1, wherein the pattern has a seed shape. 前記探針が、シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、ポリシリコン、カーボンナノチューブ、サファイアおよびダイヤモンドよりなる群から選ばれたうちのいずれか1種の材料からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のパターンの密着性評価方法。   2. The probe according to claim 1, wherein the probe is made of any one material selected from the group consisting of silicon, silicon nitride, silicon carbide, polysilicon, carbon nanotube, sapphire, and diamond. 2. The method for evaluating adhesiveness of the pattern according to 2. 前記パターンがレジストのラインパターンあるいはドットパターンであることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のパターンの密着性評価方法。   The pattern adhesiveness evaluation method according to claim 1, wherein the pattern is a resist line pattern or a dot pattern. 原子間力顕微鏡のカンチレバーに設けられた探針を基板表面から離して非接触で走査し、前記基板表面に形成されたパターンの側面と前記探針とを接触させ、前記探針の水平方向の力でパターンを基板から剥離して密着性を計測するパターンの密着性評価装置において、
請求項1〜4のいずれか1項に記載のパターンの密着性評価方法に記載の探針を用いたことを特徴とするパターンの密着性評価装置。
The probe provided on the cantilever of the atomic force microscope is scanned away from the substrate surface in a non-contact manner, the side surface of the pattern formed on the substrate surface is brought into contact with the probe, and the probe in the horizontal direction In a pattern adhesion evaluation device that measures the adhesion by peeling the pattern from the substrate with force,
A pattern adhesion evaluation apparatus using the probe according to the pattern adhesion evaluation method according to claim 1.
JP2008072904A 2008-03-21 2008-03-21 Method and device for evaluating adhesion of pattern Pending JP2009229161A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008072904A JP2009229161A (en) 2008-03-21 2008-03-21 Method and device for evaluating adhesion of pattern

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008072904A JP2009229161A (en) 2008-03-21 2008-03-21 Method and device for evaluating adhesion of pattern

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009229161A true JP2009229161A (en) 2009-10-08

Family

ID=41244743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008072904A Pending JP2009229161A (en) 2008-03-21 2008-03-21 Method and device for evaluating adhesion of pattern

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009229161A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010078388A (en) * 2008-09-25 2010-04-08 Dainippon Printing Co Ltd Method of evaluating adhesion of pattern
JP2014178147A (en) * 2013-03-13 2014-09-25 Seiko Instruments Inc Probe and probe microscope

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09152436A (en) * 1995-11-30 1997-06-10 Olympus Optical Co Ltd Probe for scanning probe microscope and making thereof
JPH09178763A (en) * 1995-12-25 1997-07-11 Olympus Optical Co Ltd Afm cantilever
JPH1090288A (en) * 1996-09-11 1998-04-10 Olympus Optical Co Ltd Afm cantilever and its manufacture
JPH10170530A (en) * 1996-12-12 1998-06-26 Olympus Optical Co Ltd Afm cantilever and its manufacture
JPH11274248A (en) * 1998-01-19 1999-10-08 Resuka:Kk Bonding strength testing device
JP2001004529A (en) * 1999-05-06 2001-01-12 Digi Precision Ind Ltd Tester
JP2001228621A (en) * 2000-02-15 2001-08-24 Tokyo Electron Ltd Pattern forming method and device for the same
JP2003156425A (en) * 2001-11-22 2003-05-30 Seiko Instruments Inc Scanning probe microscope
JP2007250699A (en) * 2006-03-15 2007-09-27 Consortium For Advanced Semiconductor Materials & Related Technologies Film adhesiveness measuring method, film adhesiveness measuring device and sample for measuring film adhesiveness

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09152436A (en) * 1995-11-30 1997-06-10 Olympus Optical Co Ltd Probe for scanning probe microscope and making thereof
JPH09178763A (en) * 1995-12-25 1997-07-11 Olympus Optical Co Ltd Afm cantilever
JPH1090288A (en) * 1996-09-11 1998-04-10 Olympus Optical Co Ltd Afm cantilever and its manufacture
JPH10170530A (en) * 1996-12-12 1998-06-26 Olympus Optical Co Ltd Afm cantilever and its manufacture
JPH11274248A (en) * 1998-01-19 1999-10-08 Resuka:Kk Bonding strength testing device
JP2001004529A (en) * 1999-05-06 2001-01-12 Digi Precision Ind Ltd Tester
JP2001228621A (en) * 2000-02-15 2001-08-24 Tokyo Electron Ltd Pattern forming method and device for the same
JP2003156425A (en) * 2001-11-22 2003-05-30 Seiko Instruments Inc Scanning probe microscope
JP2007250699A (en) * 2006-03-15 2007-09-27 Consortium For Advanced Semiconductor Materials & Related Technologies Film adhesiveness measuring method, film adhesiveness measuring device and sample for measuring film adhesiveness

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010078388A (en) * 2008-09-25 2010-04-08 Dainippon Printing Co Ltd Method of evaluating adhesion of pattern
JP2014178147A (en) * 2013-03-13 2014-09-25 Seiko Instruments Inc Probe and probe microscope

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20060254347A1 (en) Scanning probe device and processing method by scanning probe
TWI688821B (en) Method and apparatus for compensating defects of a mask blank
US7823216B2 (en) Probe device for a metrology instrument and method of fabricating the same
US20030182993A1 (en) Scanning probe system with spring probe
JPH07209307A (en) Fiber probe device having multiplex diameter
TW200843867A (en) Nanolithography with use of viewports
US7232995B2 (en) Method of removing particle of photomask using atomic force microscope
JP5212712B2 (en) Contact angle measurement method
US20070278177A1 (en) Processing method using atomic force microscope microfabrication device
JP2009229161A (en) Method and device for evaluating adhesion of pattern
Pellegrino et al. Pulse-atomic force lithography: a powerful nanofabrication technique to fabricate constant and varying-depth nanostructures
JP4803440B2 (en) Standard sample for probe shape evaluation
JP2010034129A (en) Method of correcting reflective mask
JP4588368B2 (en) Exposure measurement method and apparatus, and semiconductor device manufacturing method
US20090092905A1 (en) Photomask defect correction device and photomask defect correction method
JP4676237B2 (en) Photomask defect correcting apparatus and method using AFM
JP5176821B2 (en) Pattern adhesion evaluation method
JP2009198202A (en) Foreign matter removing device and foreign matter removing method
Bennewitz et al. Dynamic strain measurements in a sliding microstructured contact
JP4721393B2 (en) Near-field exposure method
JP2005201748A (en) Scanning type shape measuring instrument, atomic force microscope, and surface shape measuring method using the same
US20240133919A1 (en) Method of removing and collecting particles from photomask and device for removing and collecting particles therefrom
TWI407107B (en) Probe
JP2003121986A (en) Device and method for mask correction
KR102257552B1 (en) Manufacturing method of arrayed tip based pattern lithography device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110117

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120312

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120321

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120725