JP2002264099A - Fine machining device and fine machining method - Google Patents

Fine machining device and fine machining method

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JP2002264099A
JP2002264099A JP2001065431A JP2001065431A JP2002264099A JP 2002264099 A JP2002264099 A JP 2002264099A JP 2001065431 A JP2001065431 A JP 2001065431A JP 2001065431 A JP2001065431 A JP 2001065431A JP 2002264099 A JP2002264099 A JP 2002264099A
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JP
Japan
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processing
conductive
pattern
workpiece
processed
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JP2001065431A
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Japanese (ja)
Inventor
Shunichi Shito
俊一 紫藤
Takeaki Itsuji
健明 井辻
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fine machining device and a fine machining method allowing easy machining even to the interior of a closed region surrounded by a pattern of an insulator and free machining of a more complicated fine pattern in machining a machining pattern transformed into an insulator, on a conductive workpiece. SOLUTION: In this fine machining device or method, wherein voltage is applied between a conductive probe and the conductive workpiece to form the machining pattern transformed into the insulator, on the workpiece, has a machining condition computing means for computing a machining condition on the basis of data from a machining data input means and a machined data storage means, and the workpiece is machined on the basis of the machining condition computed by the machining condition computing means.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は微細加工装置および
微細加工方法に関し、探針で測定試料を相対走査して該
測定試料上の情報を取得するSPM(走査型プローブ顕
微鏡)、中でも非接触原子間力顕微鏡(NC−AFM)
の原理を用いて該試料を加工する微細加工装置および微
細加工方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fine processing apparatus and a fine processing method, and more particularly to an SPM (scanning probe microscope) for relatively scanning a measurement sample with a probe to obtain information on the measurement sample, and in particular, a non-contact atomic force microscope. Atomic force microscope (NC-AFM)
The present invention relates to a microfabrication apparatus and a microfabrication method for processing the sample using the principle described above.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、導体の電子構造を直接観察できる
走査型トンネル顕微鏡(以後、STMと略す)の開発
[G.Binning et al. Phys. R
ev.Lett,49,57(1982)]以来、AF
M(原子間力顕微鏡)、SCM(走査型容量顕微鏡)、
NSOM(近接場顕微鏡)といった、先端の尖ったプロ
ーブを走査することにより様々な情報とその分布を得る
顕微鏡装置が、次々と開発されてきた。現在、これらの
顕微鏡群は、走査型プローブ顕微鏡(SPM)と総称さ
れ、原子、分子レベルの解像度を持つ、微細構造の観察
手段として、広く用いられるようになっている。中で
も、走査型原子間力顕微鏡(AFM)は測定対象の電気
的特性に関係なく表面形状を計測することができるため
に着目されている。また、原子間力顕微鏡には接触(コ
ンタクト)モードと非接触(ノンコンタクト)モードと
いう2つの測定モードがあり、特に非接触モードのAF
Mはプローブやサンプルに劣化を与えにくいという理由
で有用である。
2. Description of the Related Art In recent years, a scanning tunneling microscope (hereinafter abbreviated as STM) capable of directly observing the electronic structure of a conductor has been developed [G. Binning et al. Phys. R
ev. Lett, 49, 57 (1982)]
M (atomic force microscope), SCM (scanning capacity microscope),
Microscope devices, such as NSOM (near field microscope), which obtain various information and its distribution by scanning a probe with a sharp tip, have been developed one after another. At present, these microscope groups are collectively referred to as scanning probe microscopes (SPM), and have been widely used as means for observing microstructures having resolution at the atomic and molecular levels. Above all, a scanning atomic force microscope (AFM) has attracted attention because it can measure the surface shape regardless of the electrical characteristics of the object to be measured. The atomic force microscope has two measurement modes, a contact (contact) mode and a non-contact (non-contact) mode.
M is useful because it hardly deteriorates the probe or the sample.

【0003】一方で、SPMの原理、装置構成を用い
て、ナノメートルオーダーの加工を行なう方法も提案さ
れ、実際に装置として報告されている。その最もわかり
やすい方法としては、特開平10−340700号公報
に記載されているように、弾性体に支持された探針を試
料表面に接触させた状態で探針と試料表面を相対的に移
動させることにより試料表面に加工を施す切削加工方法
が提案されている。この方法によれば導電性の薄膜に溝
を掘って電気的に絶縁層を形成することによって配線パ
ターンを作ったり、素子自体を作ったりすることができ
る。しかしながら実際には、摩擦による探針先端の変化
や切削くずの影響などにより、精度の良い加工をするた
めには条件の設定(探針や加工対象の材料・材質の選
定、探針先端の形状、対象材料への押しつけ条件など)
を検討することが必要になる。
[0005] On the other hand, a method of performing processing on the order of nanometers using the principle and apparatus configuration of SPM has also been proposed and actually reported as an apparatus. The most obvious method is to relatively move the probe and the sample surface while the probe supported by the elastic body is in contact with the sample surface, as described in JP-A-10-340700. Accordingly, a cutting method for processing a sample surface has been proposed. According to this method, a wiring pattern can be formed or an element itself can be formed by forming an electrically insulating layer by digging a groove in a conductive thin film. However, in practice, due to changes in the tip of the probe due to friction and the effects of cutting chips, it is necessary to set conditions (selecting the probe and the material to be processed, selecting the shape of the tip , Pressing conditions for the target material, etc.)
Need to be considered.

【0004】次に、比較的簡単で近年着目されている方
法としては、特開平9−172213号公報にあるよう
な、走査型トンネル顕微鏡を用いた導電性の加工対象へ
の局所的な変成効果である。実際に報告されている例と
しては、導電性の探針と加工対象である導電性の薄膜
(絶縁体基板上の半導体薄膜や金属薄膜など)との間に
電圧を印加し、それによって加工対象を局所的に酸化す
ることにより電気的に絶縁パターンを形成し、配線や素
子を作るというものである。たとえばJ.Appl.P
hys.86,1898−1903(1999)に示さ
れるような陽極酸化の場合では、非接触モードの走査型
原子間力顕微鏡(NC−AFM:ノンコンタクトAF
M)を用い、加工対象であるSi基板電極に規定バイア
スを印加して、絶縁パターンを加工している。また、こ
のような方法を用いて作製したナノメートルオーダーの
構造を用いたデバイスなども考案されるようにもなって
きている。
[0004] Next, a relatively simple method that has recently attracted attention is a local metamorphic effect on a conductive workpiece using a scanning tunneling microscope as disclosed in JP-A-9-172213. It is. As an example actually reported, a voltage is applied between a conductive probe and a conductive thin film to be processed (such as a semiconductor thin film or a metal thin film on an insulating substrate), and thereby the processing target is processed. Is locally oxidized to form an electrically insulating pattern, thereby making a wiring or an element. For example, Appl. P
hys. 86, 1898-1903 (1999), in a non-contact mode scanning atomic force microscope (NC-AFM: non-contact AF).
M), the insulating pattern is processed by applying a specified bias to the Si substrate electrode to be processed. Devices using a nanometer-order structure manufactured by using such a method are also being devised.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな走査型プローブ顕微鏡の技術を用いた加工方法の中
にプローブ(探針)とサンプル(加工対象)の間にある
適当なバイアスを印加することによって加工対象を変成
させ、電気的に絶縁する方法では、一般的にプローブと
サンプル両方の導電性が良好である必要がある。たとえ
ば、前述のJ.Appl.Phys.86,1898−
1903(1999)に示されるような陽極酸化の場合
では、加工対象としてSi基板電極、プローブとしては
Ti薄膜をスパッタによりコートしたシリコンカンチレ
バーを用い、プローブ・サンプル間に規定バイアスを印
加している。Si基板は電気的に電源と接続された状態
で使用されている。こうすることによりプローブとサン
プル間は電源で設定された電圧に制御される。ここでS
i基板はp−typeにドープされ、抵抗値は14Ω/
cmである。
By the way, an appropriate bias between a probe (probe) and a sample (object to be processed) is applied in the processing method using the technique of the scanning probe microscope as described above. In the method of transforming the object to be processed and electrically insulating the object, generally, it is necessary that both the probe and the sample have good conductivity. For example, in the aforementioned J.I. Appl. Phys. 86, 1898-
In the case of anodic oxidation as shown in 1903 (1999), an Si substrate electrode is used as a processing target, a silicon cantilever coated with a Ti thin film by sputtering as a probe, and a specified bias is applied between the probe and the sample. The Si substrate is used in a state where it is electrically connected to a power supply. By doing so, the voltage between the probe and the sample is controlled to the voltage set by the power supply. Where S
The i-substrate is doped with p-type and has a resistance of 14Ω /
cm.

【0006】しかしながら、この機構を実際のデバイス
加工に応用する場合、必ずしも加工ポイントの電位を導
電性のパスによって結線することが可能なわけではな
い。デバイスに於けるある一部分をプローブによって加
工する場合に上記のような方法をそのまま用いて加工す
ることは困難である。たとえば導電性薄膜を酸化するこ
とでパターニングする場合、図2に示すような状況に陥
ってしまう。すなわち、導電性領域が絶縁パターンに囲
まれてしまい、さらに内部にパターンを形成しようとし
ても電流パスが無いので形成できなくなるのである。こ
の状況下ではこれ以上加工不可能となってしまうという
問題点があった。
However, when this mechanism is applied to actual device processing, it is not always possible to connect the potential of the processing point by a conductive path. When a certain part of a device is processed by a probe, it is difficult to process the same using the above method as it is. For example, when patterning is performed by oxidizing a conductive thin film, the situation shown in FIG. 2 falls. That is, the conductive region is surrounded by the insulating pattern, and even if an attempt is made to form a pattern further inside, the pattern cannot be formed because there is no current path. In this situation, there is a problem that processing is no longer possible.

【0007】そこで、本発明は、上記課題を解決し、導
電性の被加工物に対し絶縁物に変成された加工パターン
を加工するに際して、絶縁物によるパターンで囲まれた
閉領域の内部に対しても容易に加工することが可能とな
り、より複雑で微細なパターンを自由に加工することが
できる微細加工装置および微細加工方法を提供すること
を目的とするものである。
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and when processing a conductive workpiece into a processing pattern transformed into an insulator, the inside of a closed region surrounded by the pattern of the insulator is processed. It is another object of the present invention to provide a fine processing apparatus and a fine processing method that can easily process even more complicated patterns finely.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、つぎの(1)〜(8)のように構成した
微細加工装置および微細加工方法を提供するものであ
る。 (1)導電性探針を備え、該導電性探針を導電性の被加
工物に対して相対走査し、該導電性探針と該導電性の被
加工物間に電圧を印加して、該被加工物に対し絶縁物に
変成された加工パターンを形成する微細加工装置におい
て、加工すべき加工パターンデータを入力する加工デー
タ入力手段と、加工済みパターンデータを記憶する加工
済みデータ記憶手段と、前記加工データ入力手段と前記
加工済みデータ記憶手段からのデータによって加工条件
を算出する加工条件算出手段と、を有し、前記加工条件
算出手段による加工条件に基づいて前記被加工物の加工
を行なうことを特徴とする微細加工装置。 (2)前記加工条件算出手段は、前記加工すべき加工パ
ターンを含む領域が前記絶縁物に変成された加工パター
ンによって囲まれた閉領域を探索する閉領域探索部を有
することを特徴とする上記(1)に記載の微細加工装
置。 (3)前記加工条件算出手段は、前記探索された閉領域
からその閉領域の面積を計算し、該面積より加工条件を
算出する構成を有することを特徴とする上記(2)に記
載の微細加工装置。 (4)前記加工条件が、前記導電性探針と前記導電性の
被加工物間に印加される加工電圧条件であることを特徴
とする上記(3)に記載の微細加工装置。 (5)導電性探針を導電性の被加工物に対して相対走査
し、該導電性探針と該導電性の被加工物間に電圧を印加
して、該被加工物に対し絶縁物に変成された加工パター
ンを形成する微細加工方法において、加工すべき加工パ
ターンデータを入力するステップと、加工済みパターン
データを記憶するステップと、前記各ステップにおける
各データから加工条件を算出するステップと、を含み、
前記加工条件を算出するステップで算出された加工条件
に基づいて前記被加工物を加工することを特徴とする微
細加工方法。 (6)前記加工条件を算出するステップは、前記加工す
べき加工パターンを含む領域が前記絶縁物に変成された
加工パターンによって囲まれた閉領域を探索する過程を
含むことを特徴とする上記(5)に記載の微細加工方
法。 (7)前記加工条件を算出するステップは、前記探索さ
れた閉領域からその閉領域の面積を計算し、該面積より
加工条件を算出する過程を含むことを特徴とする上記
(6)に記載の微細加工方法。 (8)前記加工条件が、前記導電性探針と前記導電性の
被加工物間に印加される加工電圧条件であることを特徴
とする上記(7)に記載の加工方法。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a fine processing apparatus and a fine processing method configured as described in the following (1) to (8) in order to solve the above-mentioned problems. (1) a conductive probe is provided, the conductive probe is relatively scanned with respect to a conductive workpiece, and a voltage is applied between the conductive probe and the conductive workpiece; In a micromachining device for forming a processed pattern transformed into an insulator on the workpiece, processed data input means for inputting processed pattern data to be processed, and processed data storage means for storing processed pattern data A processing condition calculating means for calculating a processing condition based on the data from the processed data input means and the processed data storage means, and processing the workpiece based on the processing condition by the processing condition calculating means. A fine processing apparatus characterized by performing. (2) The processing condition calculation means includes a closed region search unit that searches for a closed region in which a region including the processing pattern to be processed is surrounded by the processing pattern transformed into the insulator. The microfabrication device according to (1). (3) The fine processing method according to (2), wherein the processing condition calculation means has a configuration of calculating an area of the closed region from the searched closed region and calculating a processing condition from the area. Processing equipment. (4) The fine processing apparatus according to (3), wherein the processing condition is a processing voltage condition applied between the conductive probe and the conductive workpiece. (5) The conductive probe is relatively scanned with respect to the conductive workpiece, and a voltage is applied between the conductive probe and the conductive workpiece so that an insulator is applied to the workpiece. In the micromachining method for forming a modified machining pattern, a step of inputting machining pattern data to be machined, a step of storing machined pattern data, and a step of calculating machining conditions from each data in each of the steps , Including
A micromachining method, wherein the workpiece is machined based on the machining conditions calculated in the step of calculating the machining conditions. (6) The step of calculating the processing condition includes a step of searching for a closed area in which a region including the processing pattern to be processed is surrounded by the processing pattern transformed into the insulator. The fine processing method according to 5). (7) The step of calculating the processing condition includes a step of calculating an area of the closed region from the searched closed region and calculating a processing condition from the area. Fine processing method. (8) The processing method according to (7), wherein the processing condition is a processing voltage condition applied between the conductive probe and the conductive workpiece.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては、
上記構成を適用することにより、導電性の被加工物に対
し絶縁物に変成された加工パターンを加工するに際し
て、絶縁物によるパターンで囲まれた閉領域の内部に対
しても容易に加工することが可能となり、より複雑で微
細な微細なパターンを自由に加工することができる微細
加工装置および微細加工方法を実現することができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In an embodiment of the present invention,
By applying the above configuration, when processing a processing pattern transformed into an insulator on a conductive workpiece, it is also easy to process the inside of a closed region surrounded by the pattern of the insulator. It is possible to realize a fine processing apparatus and a fine processing method that can freely process a more complicated and fine pattern.

【0010】つぎに、図を用いて本発明の実施の形態に
ついて詳述する。図1は、本実施の形態における微細加
工装置の構成を示すブロック図である。中心となる構造
は非接触型AFMである。プローブ101は片持ち梁構
造であり、その形状等により固有の機械的共振点を有す
る。半導体レーザーユニット105からのレーザー光を
プローブの先端で反射し、反射光を4分割フォトダイオ
ード106により受けることによって、プローブの撓み
を検出することができる。いわゆる“光てこ”という方
式である。プローブの支持部には加振用アクチュエータ
104が取り付けられており、これによってプローブを
加振することができる。加振用の信号は4分割フォトダ
イオード106の出力を元に変位検出器107可変ゲイ
ンアンプ108位相シフタ109を通って生成される。
この系は一定の強度でプローブの共振点においてプロー
ブを加振するように作られており、共振点に変動があっ
た場合でもこの動作は保たれるように構成されている。
次に変位検出器107によって検出された変位はプロー
ブの共振周波数で振動する波形になっているが、この信
号からFM検波器110は周波数変動を拾い出し、検出
信号として後段へ送る(図中矢印)。後段は図示されて
いないが、ここにはモニタや解析装置などの一般的な信
号測定装置が接続されている。
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a microfabrication apparatus according to the present embodiment. The central structure is a non-contact type AFM. The probe 101 has a cantilever structure, and has a unique mechanical resonance point depending on its shape and the like. The laser beam from the semiconductor laser unit 105 is reflected at the tip of the probe, and the reflected light is received by the four-division photodiode 106, whereby the deflection of the probe can be detected. This is the so-called “light lever” method. A vibration actuator 104 is attached to the support portion of the probe, so that the probe can be vibrated. The excitation signal is generated through a displacement detector 107, a variable gain amplifier 108, and a phase shifter 109 based on the output of the four-division photodiode 106.
This system is designed to vibrate the probe at the resonance point of the probe with a constant intensity, and is configured to maintain this operation even when the resonance point fluctuates.
Next, the displacement detected by the displacement detector 107 has a waveform that oscillates at the resonance frequency of the probe. From this signal, the FM detector 110 picks up a frequency fluctuation and sends it to the subsequent stage as a detection signal (arrow in the figure). ). Although the latter stage is not shown, a general signal measuring device such as a monitor or an analyzer is connected here.

【0011】さて、共振点において共振しているプロー
ブ101の先端が加工対象基板102に接近し、2者の
間に原子間力が拘束力として働き始めるとプローブの共
振点が変動する。すなわち、プローブの先端と基板の距
離の変動が共振周波数の変動となって観測される。した
がってFM検波器の周波数変動、すなわち上述の検出信
号は基板表面の凹凸情報を成分として持っている。これ
はAFM信号である。検波器110で検出されたAFM
信号はまたZ方向フィードバックコントローラ111に
も送られる。コントローラ111は予め設定された設定
値と比較し、制御量を算出、それをもとに駆動信号を生
成して、ステージスキャナ103のZ駆動素子部へ印加
する。すなわちこれによってプローブ先端と基板間の距
離一定のフィードバック制御が可能となる。コントロー
ラ111はまた、算出した制御量を表面凹凸の信号とし
て後段(図中矢印)へ送る。この信号は実際のプローブ
・サンプル間の距離制御量である。
When the tip of the probe 101 resonating at the resonance point approaches the substrate 102 to be processed and the interatomic force starts to act as a restraining force between the two, the resonance point of the probe fluctuates. That is, a change in the distance between the tip of the probe and the substrate is observed as a change in the resonance frequency. Therefore, the frequency fluctuation of the FM detector, that is, the above-described detection signal has as its component the unevenness information of the substrate surface. This is the AFM signal. AFM detected by detector 110
The signal is also sent to the Z-direction feedback controller 111. The controller 111 calculates a control amount by comparing with a preset set value, generates a drive signal based on the control amount, and applies the drive signal to the Z drive element unit of the stage scanner 103. That is, this enables feedback control with a constant distance between the probe tip and the substrate. The controller 111 also sends the calculated control amount to a subsequent stage (arrow in the figure) as a signal of the surface unevenness. This signal is the actual distance control between the probe and the sample.

【0012】次に本実施の形態において特徴的な構成で
ある加工制御部分の詳細について説明する。加工データ
入力部115から入力された加工データは加工制御部1
14に送られ、後述する既定の手続きに基づいてデータ
処理される。その後加工制御部114は加工信号を加工
電圧印加部113に出力、加工電圧印加部113はステ
ージ状に設置された加工対象基板(試料)102に加工
信号に基づいた加工用の電圧を印加し、加工を実行す
る。
Next, details of a machining control portion which is a characteristic configuration of the present embodiment will be described. The processing data input from the processing data input unit 115 is transmitted to the processing control unit 1
14 and is subjected to data processing based on a predetermined procedure described later. Thereafter, the processing control unit 114 outputs a processing signal to the processing voltage application unit 113, and the processing voltage application unit 113 applies a processing voltage based on the processing signal to the processing target substrate (sample) 102 installed in a stage shape, Execute the processing.

【0013】加工制御部114の信号処理の一例を、図
5のブロック図に示す。データが入力されると加工済み
領域の閉領域探索部501において加工済みでかつ閉領
域の探索を行ない、入力データが加工済み閉領域の中か
どうかを判定する。もし、加工地点が加工済み閉領域の
中である場合には閉領域面積算出部503においてその
閉領域の面積を算出する。そして、次段の加工条件算出
部504においてその面積をもとに加工条件(加工電圧
条件)を算出して、入力データによって入力された加工
位置データなどと併せて走査信号と加工用信号をそれぞ
れ出力する。入力された新しい加工データは加工済み保
存領域502に保存される。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of the signal processing of the processing control unit 114. When the data is input, the processed area and the closed area search unit 501 searches for the processed and closed area to determine whether the input data is in the processed closed area. If the processing point is in the processed closed region, the closed region area calculation unit 503 calculates the area of the closed region. Then, a processing condition (processing voltage condition) is calculated based on the area in the processing condition calculation unit 504 of the next stage, and the scanning signal and the processing signal are respectively combined with the processing position data input by the input data. Output. The input new processing data is stored in the processed storage area 502.

【0014】加工条件算出部504の算出方法を説明す
る。一例として図2に示すように、基板はたとえばSO
Iの様に導電性基板上の薄い絶縁層の上に導電性の薄膜
が形成されているようなものを用い、図のようなプロー
ブの位置で加工を実行する場合を示す。この場合、導電
性探針201は非接触AFMシステムによって加工基板
(導電性領域202)表面から一定の距離に制御されて
いる。そして加工済みの絶縁パターン203によって囲
まれ、かつ絶縁層204により下の導電性基板205と
電気的に絶縁された領域である導電性領域202内に加
工ポイントがある。しかしながら加工する場合には導電
性領域202と導電性探針201との間に導電性領域2
02の面積に対応した所定の電圧を印加する必要がある
が、この場合の電気的な等価回路は図3の様になると考
えられ、基板と探針との間の電圧は図3のコンデンサC
tの両端にかかる電圧に相当する。ここでCtは導電性
探針201と導電性領域202の間の静電容量、Rtは
導電性探針201と導電性領域202の間の抵抗、Ci
は絶縁層204を挟む導電性領域202と導電性基板2
05の間の静電容量、Eは印加電圧である。すなわち、
導電性探針201と導電性領域202との間の電圧は印
加電圧Eの分圧により求めることができる。
The calculation method of the processing condition calculation unit 504 will be described. As an example, as shown in FIG.
A case is shown in which processing is performed at a probe position as shown in the figure, using a conductive thin film formed on a thin insulating layer on a conductive substrate like I. In this case, the conductive probe 201 is controlled at a fixed distance from the surface of the processed substrate (conductive region 202) by the non-contact AFM system. There is a processing point in the conductive region 202 which is a region surrounded by the processed insulating pattern 203 and electrically insulated from the conductive substrate 205 below by the insulating layer 204. However, in the case of processing, the conductive region 2 is located between the conductive region 202 and the conductive probe 201.
It is necessary to apply a predetermined voltage corresponding to the area No. 02, and in this case, it is considered that an electrical equivalent circuit is as shown in FIG. 3, and the voltage between the substrate and the probe is the capacitor C of FIG.
It corresponds to the voltage applied to both ends of t. Here, Ct is the capacitance between the conductive probe 201 and the conductive region 202, Rt is the resistance between the conductive probe 201 and the conductive region 202, Ci
Denotes a conductive region 202 sandwiching the insulating layer 204 and the conductive substrate 2
The capacitance between 05 and E is the applied voltage. That is,
The voltage between the conductive probe 201 and the conductive region 202 can be obtained by dividing the applied voltage E.

【0015】しかしながらここで、Ciは一定ではなく
導電性領域202の面積すなわちパターン形状により変
化する。したがって、上記した所定の電圧を導電性探針
201と導電性領域202の間に印加しようとした場合
には加工電源が印加しなければならない電圧Eは、コン
デンサCtとCiとの分圧を考慮して決定する必要があ
る。そのため、図5に示す加工条件算出部504は以下
に示すような関係を用いて処理を行ない、電圧を決定す
る。
Here, however, Ci is not constant but varies depending on the area of the conductive region 202, that is, the pattern shape. Therefore, when the above-mentioned predetermined voltage is applied between the conductive probe 201 and the conductive region 202, the voltage E which must be applied by the processing power source takes into account the partial voltage between the capacitors Ct and Ci. You need to decide. Therefore, the processing condition calculation unit 504 shown in FIG. 5 performs processing using the following relationship to determine the voltage.

【0016】Rtはトンネル抵抗や加工時のフィールド
エミッション電流等を合わせた値で非常に大きく、数1
00MΩから数10GΩの値と考えられる。Vthは加
工に必要な電圧である。前述の通り、Ctは導電性領域
の形状から求められる面積Sと絶縁層の厚さd(一定)
によって求められる。Ciは実効的な面積と距離によっ
て推定することができる。距離は数nm〜数10nmで
あり、実行面積は数100nm2程度である。
Rt is a very large value obtained by combining the tunnel resistance, the field emission current at the time of processing, and the like.
It is considered to be a value from 00 MΩ to several tens GΩ. Vth is a voltage required for processing. As described above, Ct is the area S obtained from the shape of the conductive region and the thickness d (constant) of the insulating layer.
Required by Ci can be estimated from the effective area and distance. The distance is several nm to several tens of nm, and the effective area is about several hundred nm 2 .

【0017】上述した静電容量Ciは面積と材質、絶縁
層の厚さにより計算で比較的厳密に求められる。しかし
ながら導電性探針201と導電性領域202の間の静電
容量、抵抗値等は探針や加工基板の材質や表面状態、雰
囲気の状態などにより計算などで見積られる値とはずれ
を生じるのが一般的である。従って実際の加工時には最
初の加工で加工可能な電圧Eを求め、それからCtの値
を決定することが必要である。
The above-described capacitance Ci is relatively strictly determined by calculation based on the area, material, and thickness of the insulating layer. However, the capacitance, resistance value, and the like between the conductive probe 201 and the conductive region 202 may deviate from values estimated by calculation depending on the material, surface state, atmosphere state, and the like of the probe and the processing substrate. General. Therefore, at the time of actual machining, it is necessary to determine the voltage E that can be machined in the first machining, and then determine the value of Ct.

【0018】また、図3のような電気回路においては定
常電流は流れないので、導電性領域に蓄積された電荷は
出ていかない。そのため実際には電圧は図6の様に印加
することが必要である。すなわち、ある電圧で加工をお
こなった後に反対極性の電圧を印加し、電荷を放電す
る。こうすることによって1周期ごとに系はリフレッシ
ュされ、安定に加工される。この際の周波数は上述のω
である。
Further, in the electric circuit as shown in FIG. 3, since a steady current does not flow, the electric charge accumulated in the conductive region does not come out. Therefore, it is actually necessary to apply the voltage as shown in FIG. That is, after processing is performed at a certain voltage, a voltage having an opposite polarity is applied to discharge electric charges. By doing so, the system is refreshed every cycle and processed stably. The frequency at this time is the above-mentioned ω
It is.

【0019】[0019]

【実施例】以下に、本発明の実施例につい説明する。本
実施例は上記の装置を用いて実際に加工した例である。
絶縁層厚300nm、n型にドープされた上部導電性膜
厚10nmのSOI基板を加工対象基板として図4に示
すような形状のパターンを加工した。プローブはAuを
蒸着した共振周波数355kHzのシリコンカンチレバ
ーを用いた。先端曲率半径は約100nmであった。フ
ィードバック時のリファレンス周波数、すなわちフィー
ドバックの中心位置を自由共振周波数より−100Hz
の位置に設定して制御を行なった。まず何も加工してい
ない基板上に面積が既知の閉曲線パターンを作り、その
内部で試験加工を行ないプローブ・加工基板間の実際の
静電容量、抵抗値および加工可能な電圧閾値を測定す
る。同一プローブ、同一加工基板、同一雰囲気において
加工を行なう限りこの測定値は大きくは変動しない。実
際には200nm×200nm(4×10-142)の大
きさの基礎パターン上で加工を行ない、良好に加工でき
るバイアスから分圧比を計算し、ZtおよびZiを求め
た。本実施例の場合には加工電圧閾値3.0Vに対して
印加電圧15.0Vとなり、分圧比は4:1となった。
SOIの埋め込みSiO2層は300nmであるため静
電容量はSiO2の比誘電率を3.9として算出する
と、基礎パターンでは4.60aFの静電容量となり、
印加周波数を3kHzとするとZiは7.27×1013
Ωとなる。従ってZtは1.82×1013Ωと推定され
る。
Embodiments of the present invention will be described below. This embodiment is an example of actual processing using the above apparatus.
Using an SOI substrate having an insulating layer thickness of 300 nm and an n-type doped upper conductive film thickness of 10 nm as a processing target substrate, a pattern having a shape as shown in FIG. 4 was processed. As the probe, a silicon cantilever having a resonance frequency of 355 kHz on which Au was deposited was used. The tip radius of curvature was about 100 nm. The reference frequency at the time of feedback, that is, the center position of the feedback is -100 Hz from the free resonance frequency.
The control was performed by setting the position. First, a closed curve pattern having a known area is formed on a substrate on which nothing has been processed, and a test process is performed inside the closed curve pattern to measure an actual capacitance between the probe and the processed substrate, a resistance value, and a workable voltage threshold. As long as processing is performed in the same probe, the same processing substrate, and the same atmosphere, this measured value does not greatly change. Actually, processing was performed on a basic pattern having a size of 200 nm × 200 nm (4 × 10 −14 m 2 ), and a partial pressure ratio was calculated from a bias capable of performing good processing to obtain Zt and Zi. In the case of this embodiment, the applied voltage was 15.0 V with respect to the processing voltage threshold value of 3.0 V, and the voltage division ratio was 4: 1.
Since the buried SiO 2 layer of the SOI is 300 nm, the capacitance is calculated assuming that the relative permittivity of SiO 2 is 3.9.
Assuming that the applied frequency is 3 kHz, Zi is 7.27 × 10 13
Ω. Therefore, Zt is estimated to be 1.82 × 10 13 Ω.

【0020】さて、実際に図4のパターンを加工した。
パターン(a)についてはAのデータを入力し加工、続
いてBのデータを入力して加工するという手順で行なっ
た。Aを入力した後、システムはその形状を記憶領域に
ストアするとともに、加工を行なった。次にBを入力す
ると、系はBの加工位置を含むような閉領域が加工済み
データの中にあるかどうかを探索する。Aの内部である
ということを発見するとAの面積を計算した。面積の計
算は画像処理により内部の最小単位数を数えることで行
なっている。最小単位数は1nm2の正方形を用いてお
り、それを内部に横に上から並べて行き、全部のブロッ
クが並び終わった後に幾つのブロックになるかをカウン
トする方法である。基本的にパターンは直線をもちい
た。この方法によってAの内部は2.80×10-13
2と計算され、これよりZiは1.04×1013Ωと
計算される。これより印加電圧Eは と決定された。加工機は印加波形として図6のVa=V
d=4.72Vとし、Ta=Td=0.5msとしてB
の加工を行なった。
The pattern shown in FIG. 4 was actually processed.
The pattern (a) was processed by inputting the data of A and then processing and inputting the data of B. After inputting A, the system stored the shape in the storage area and processed it. Next, when B is input, the system searches for a closed area including the processing position of B in the processed data. When we discovered that it was inside A, we calculated the area of A. The area is calculated by counting the minimum number of units inside by image processing. The minimum unit number is a square of 1 nm 2 , which is arranged side by side in the interior, and counts how many blocks are formed after all the blocks are arranged. Basically, the pattern used straight lines. According to this method, the inside of A is 2.80 × 10 −13.
m 2 , from which Zi is calculated to be 1.04 × 10 13 Ω. From this, the applied voltage E is It was decided. The processing machine calculates the applied waveform as Va = V in FIG.
d = 4.72V, Ta = Td = 0.5ms, B
Was processed.

【0021】なお、この加工時のプローブ掃引速度は1
00nm/secに設定した。結果、加工は良好に行な
われ、AFM観察によるとパターンAと高さや幅の同様
なパターンBが図4の点線で示す部分に形成されてい
た。次に図4(b)に示すパターンを本発明の加工機に
よって加工を行なった。まずCを加工の後、Dを加工、
そして最後に点線で示すEを加工した。いずれの加工線
もAFMの観察によって幅・高さ共に同様であり、良好
な加工が行なわれたことがわかった。なお、Eのパター
ンを形成する際には2つのエリア(Cの内側かつDの外
側の領域およびDの内側の領域)の面積(CからDの面
積を引いた面積とDの面積)を求めて、それぞれのエリ
アを通過中はそれぞれの面積に対応する電圧を印加する
ように構成されている。
The probe sweep speed during this processing is 1
It was set to 00 nm / sec. As a result, the processing was performed well, and according to the AFM observation, a pattern B having the same height and width as the pattern A was formed in the portion indicated by the dotted line in FIG. Next, the pattern shown in FIG. 4B was processed by the processing machine of the present invention. After processing C, first process D,
Finally, E indicated by a dotted line was processed. Observation of the AFM revealed that all the processing lines had the same width and height, indicating that good processing was performed. In forming the pattern E, the area of two areas (the area inside C and outside D and the area inside D) is obtained (the area obtained by subtracting the area of D from C and the area of D). Thus, a voltage corresponding to each area is applied while passing through each area.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、導電性の被加工物に対し絶縁物に変成された加工パ
ターンを加工するに際して、絶縁物によるパターンで囲
まれた閉領域の内部に対しても容易に加工することが可
能となり、より複雑で微細なパターンを自由に加工する
ことができる微細加工装置および微細加工方法を実現す
ることができる。
As described above, according to the present invention, when a processing pattern transformed into an insulator is formed on a conductive workpiece, a closed region surrounded by the pattern of the insulator is formed. The inside can be easily processed, and a fine processing apparatus and a fine processing method capable of freely processing a more complicated and fine pattern can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態における微細加工装置の構
成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a microfabrication device according to an embodiment of the present invention.

【図2】プローブと加工基板の関係を表わす模式図であ
る。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a relationship between a probe and a processing substrate.

【図3】本発明の実施の形態における電圧印加による動
作を説明するための等価回路である。
FIG. 3 is an equivalent circuit for explaining an operation by voltage application in the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例における加工パターン例を示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a processing pattern according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態におけるデータ処理部分を
説明するブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a data processing part according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態を説明するための加工電圧
波形の例である。
FIG. 6 is an example of a machining voltage waveform for describing an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101:プローブ 102:加工対象基板 103:ステージスキャナー 104:加振用アクチュエータ 105:半導体レーザー 106:4分割フォトダイオード 107:変位検出器 108:可変ゲインアンプ 109:位相シフタ 110:FM検波器 111:z方向フィードバックコントローラ 112:スキャナコントローラ 113:加工電圧印加部 114:加工制御部 115:加工データ入力部 201:導電性探針 202:導電性領域 203:絶縁パターン 204:絶縁層 205:導電性基板 101: Probe 102: Processing target substrate 103: Stage scanner 104: Vibration actuator 105: Semiconductor laser 106: Quadrant photodiode 107: Displacement detector 108: Variable gain amplifier 109: Phase shifter 110: FM detector 111: z Direction feedback controller 112: Scanner controller 113: Processing voltage application unit 114: Processing control unit 115: Processing data input unit 201: Conductive probe 202: Conductive area 203: Insulating pattern 204: Insulating layer 205: Conductive substrate

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】導電性探針を備え、該導電性探針を導電性
の被加工物に対して相対走査し、該導電性探針と該導電
性の被加工物間に電圧を印加して、該被加工物に対し絶
縁物に変成された加工パターンを形成する微細加工装置
において、 加工すべき加工パターンデータを入力する加工データ入
力手段と、 加工済みパターンデータを記憶する加工済みデータ記憶
手段と、 前記加工データ入力手段と前記加工済みデータ記憶手段
からのデータによって加工条件を算出する加工条件算出
手段と、 を有し、前記加工条件算出手段による加工条件に基づい
て前記被加工物の加工を行なうことを特徴とする微細加
工装置。
A conductive probe for scanning a conductive workpiece relative to the conductive workpiece; applying a voltage between the conductive probe and the conductive workpiece; A processing data input means for inputting processing pattern data to be processed, and a processed data storage for storing processed pattern data in a micro-processing apparatus for forming a processed pattern transformed into an insulator on the workpiece; Means, a processing condition calculating means for calculating a processing condition based on the data from the processed data input means and the processed data storage means, and a processing condition of the workpiece based on the processing condition by the processing condition calculating means. A micromachining device characterized by performing machining.
【請求項2】前記加工条件算出手段は、前記加工すべき
加工パターンを含む領域が前記絶縁物に変成された加工
パターンによって囲まれた閉領域を探索する閉領域探索
部を有することを特徴とする請求項1に記載の微細加工
装置。
2. A processing apparatus according to claim 1, wherein said processing condition calculating means includes a closed area search section for searching for a closed area in which an area including the processing pattern to be processed is surrounded by the processing pattern transformed into the insulator. The microfabrication device according to claim 1.
【請求項3】前記加工条件算出手段は、前記探索された
閉領域からその閉領域の面積を計算し、該面積より加工
条件を算出する構成を有することを特徴とする請求項2
に記載の微細加工装置。
3. The processing condition calculating means calculates an area of the closed region from the searched closed region, and calculates a processing condition from the area.
3. The microfabrication apparatus according to item 1.
【請求項4】前記加工条件が、前記導電性探針と前記導
電性の被加工物間に印加される加工電圧条件であること
を特徴とする請求項3に記載の微細加工装置。
4. The fine processing apparatus according to claim 3, wherein the processing condition is a processing voltage condition applied between the conductive probe and the conductive workpiece.
【請求項5】導電性探針を導電性の被加工物に対して相
対走査し、該導電性探針と該導電性の被加工物間に電圧
を印加して、該被加工物に対し絶縁物に変成された加工
パターンを形成する微細加工方法において、 加工すべき加工パターンデータを入力するステップと、 加工済みパターンデータを記憶するステップと、 前記各ステップにおける各データから加工条件を算出す
るステップと、 を含み、前記加工条件を算出するステップで算出された
加工条件に基づいて前記被加工物を加工することを特徴
とする微細加工方法。
5. A conductive probe is scanned relative to a conductive workpiece, a voltage is applied between the conductive probe and the conductive workpiece, and a voltage is applied to the workpiece. In a micromachining method for forming a machining pattern transformed into an insulator, a step of inputting machining pattern data to be machined, a step of storing machined pattern data, and calculating machining conditions from each data in each of the steps And a step of processing the workpiece based on the processing conditions calculated in the step of calculating the processing conditions.
【請求項6】前記加工条件を算出するステップは、前記
加工すべき加工パターンを含む領域が前記絶縁物に変成
された加工パターンによって囲まれた閉領域を探索する
過程を含むことを特徴とする請求項5に記載の微細加工
方法。
6. The step of calculating the processing condition includes a step of searching for a closed region in which a region including the processing pattern to be processed is surrounded by the processing pattern transformed into the insulator. The microfabrication method according to claim 5.
【請求項7】前記加工条件を算出するステップは、前記
探索された閉領域からその閉領域の面積を計算し、該面
積より加工条件を算出する過程を含むことを特徴とする
請求項6に記載の微細加工方法。
7. The method according to claim 6, wherein the step of calculating the processing condition includes a step of calculating an area of the closed region from the searched closed region and calculating a processing condition from the area. The microfabrication method described.
【請求項8】前記加工条件が、前記導電性探針と前記導
電性の被加工物間に印加される加工電圧条件であること
を特徴とする請求項7に記載の微細加工方法。
8. The fine processing method according to claim 7, wherein the processing condition is a processing voltage condition applied between the conductive probe and the conductive workpiece.
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