JP2005334986A - 走査プローブ顕微鏡の探針を用いた加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 走査プローブ顕微鏡を応用した加工機の高精度な加工を可能にする。
【解決手段】 微細なマーカを被加工物質よりも硬い探針4を押しこむことで作製し、加工の途中で形成した微細マーカ5を観察してその穴の重心の位置変化からドリフト量を求め、ドリフト分を補正した加工領域で加工を再開する。
【選択図】 図１

Description

本発明は走査プローブ顕微鏡の探針を用いた加工方法に関するものであり、特にその加工位置のドリフト補正方法に関するものである。
機能の高度化・高集積化のためにナノメートルオーダーの微細加工技術が求められており、走査プローブ顕微鏡(SPM)を用いた局所陽極酸化や微細スクラッチ加工などの加工技術の研究開発が盛んに行われている。微細な加工の可能性の追求だけでなく、高精度な加工も求められるようになりつつある。
微細加工の高精度化を実現するためには、微細加工能力や高精度位置決め技術だけでなく、SPMによる加工は加工に時間がかかるので加工中に不可避に発生する熱ドリフトなどのドリフトを低減または補正しなければならない。1nmレベルのドリフトを補正する方法として、レーザ干渉計を用いてリアルタイムで加工範囲を補正する方法が用いられている。レーザ干渉計を用いる方法はリアルタイム性はあるがステージに取り付けられているミラーの変位量を見ていて、加工する個所近傍を見ていないため実際に必要なドリフト補正量と異なる場合があるという問題がある。特に試料がフォトマスクやウェーハのような大きな試料の場合、ミラーと実際の加工個所の距離が大きくなるため、実際に必要なドリフト補正量と異なる傾向は大きくなる。試料とミラーの温度が違う場合も試料の熱ドリフトをレーザー干渉計は正しく測定できないので、試料とミラーが熱平衡に達するまで待ってから加工することが行われていた。
SPMを用いた加工では、ドリフト補正は上記のレーザー干渉計の計測値を用いてドリフト補正するか、加工の途中で加工個所を含む領域を観察モードで観察して再度加工領域を定義しなおしてから加工を再開することを繰り返してドリフトの影響を少なくしていた。観察モードで観察して再度加工領域を定義しなおしてから加工を再開する方法も加工領域が大きい場合、ドリフト補正に十分な細かさですると観察に時間がかかり加工のときに必要なドリフト補正量と異なってしまうことがある上、スループットも低下させていた。荒く観察すると時間はかからないが、ドリフト補正精度が悪くなるという問題があった。加工の途中で加工個所近傍の特徴的なパターンを観察してパターンマッチングでドリフト補正するということも考えられるが、いつも加工個所近傍にX方向、Y方向ともパターンマッチングをかけられるパターンが存在するとは限らないという問題があった。
集束イオンビームを用いたフォトマスクの欠陥修正や透過電子顕微鏡用試料作製のときには、加工個所近傍にドリフトマーカとして集束したイオンビームで小さな穴を開け、加工を途中で中断して定期的に開けた小さな穴を含む数μmの領域を選択走査し、小さな穴のい重心の変位からドリフト量を求めて加工範囲を補正して加工する手法がとられ(特許文献1)、20nm以下の高精度な加工が実現している。しかしSPMを用いた加工でこのような手法が用いられることはなかった。
表面の原子レベルの大きさの物質を原子レベルの精度で追跡する手法としてアトムトラッキング法が開発されている。アトムトラッキング法は走査トンネル顕微鏡(STM)で開発された手法で、探針を水平面内で原子の大きさ程度の半径で高速に旋回させ，トンネル電流の位置に依存する変動信号をロックインアンプで検出してXおよびY走査にフィードバックをかけて原子の大きさ程度の原子の表面拡散を追跡することができる手法で(例えば非特許文献2)、リアルタイムで1nmレベルのドリフトを補正するポテンシャルを持っている。しかし、上記ドリフト補正に用いられることはなかった。
特公平5-4660号公報（第２頁、第１１図） B. S. Swartzentruber, Phys. Rev. Lett. 76 459-462(1996)
本発明は走査プローブ顕微鏡を応用した加工機の高精度な加工を可能にしようとするものである。
走査プローブ顕微鏡の探針を用いる加工方法において、探針による加工領域近傍に被加工物質よりも硬い探針を押しこむことで微細マーカを作製し、探針による加工途中で微細マーカの位置を検出してそのドリフト量を算出してこのドリフト量分上記加工領域位置を補正して加工を再開する。微細マーカの位置検出はその重心位置あるいは最深部を検出するようにする。
微細マーカ検出、ドリフト量算出、ドリフト量を補正した領域での加工を繰り返して高精度な加工を行う。
像観察のたびに倍率や回転が異なっている場合には、加工領域を囲むように被加工物質よりも硬い探針を押しこむことで3点以上の微細マーカを作製し、この微細マーカと加工領域との位置関係を求めておく。そして、加工途中で前記各微細マーカに対する加工領域の位置をアフィン変換により求めて、加工領域のドリフト量を算出して、ドリフト分を補正した加工領域で加工を再開する。3点以上微細マーカ検出、ドリフト量算出、ドリフト量を補正した領域で加工を繰り返して高精度な加工を行う。アフィン変換自体は数学、画像処理の分野で一般的にもちいられている手法である。
原子の表面拡散を追跡するために開発されたアトムトラッキング法をドリフト補正用に作製されたマーカのドリフトによる位置変化の追跡に利用する。多探針SPM加工機においてそのうちの1つの探針でマーカをアトムトラッキング法を用いて追跡し、追跡結果をリアルタイムで加工用の別の探針の走査範囲(加工範囲)にフィードバックをかけてドリフトを補正しながら加工する。すなわち、試料と探針との間にトンネル電流を流しながら、探針を水平面内で原子の大きさ程度の半径で高速に旋回させ、トンネル電流の一番大きいところを求めることにより、微細マーカの最深部を探し、これをマーカ位置とする。これによりマーカ位置の最深部位置を正確に求めることができ、それによりより正確な加工が可能となる。
単純な押しこみだけでなく、探針を押し込んでX方向とY方向の変位がわかるパターンを作製し、あらかじめこのパターン位置とパターン形状をメモリしておき、加工の途中でこの作製したパターンを含む領域を観察して前記メモリしたパターンとのマッチングを行い、X、Y方向のドリフト量を算出し加工用の探針の走査範囲(加工範囲)にフィードバックをかけて加工する。
ダイヤモンドのような硬い材質の探針を用いれば、殆どの材質に探針の押し込みで微細マーカを形成することができる。先端の尖った探針を用いれば、微細なマーカを形成することができるので、高精度なドリフト補正を行うことができる。
像観察のたびに倍率や回転が異なっているときも、3点以上のマーカのアフィン変換による加工領域のドリフト推定により精確なドリフト補正を行うことができる。
加工個所近傍の導電性部分に設けた微細穴マーカにアトムトラッキング法を適用することで加工個所近傍のドリフトを高い精度で検出できるので、高精度なドリフト補正が可能である。またアトムトラッキング法の高速追従性のため、リアルタイムでの補正が可能である。
十字型やL字型のようなX方向とY方向の変位が分かるパターンを作製すればパターンマッチングで高精度にドリフト量を算出できるので精確なドリフト補正を行うことができる。
以下に本発明の実施例としてフォトマスクのパターン余剰欠陥の除去に用いた場合について説明する。
図1に示すように加工領域である黒欠陥3近傍に被加工物質よりも硬い探針4を押しこむことで微細マーカ5を作製し、加工途中で前記マーカ5の位置を検出してドリフト量を算出して加工領域にフィードバックをかけドリフト補正する。
像観察のたびに倍率や回転が異なっている場合には、図2に示すように加工領域近傍に被加工物質よりも硬い探針4を押しこむことで3点以上の微細マーカ5を作製し、あらかじめ微細マーカ5と加工領域との位置関係を求めておく。そして、加工途中で前記微細マーカの位置を検出してアフィン変換により前記位置関係にある加工領域位置を求める。このようにしてドリフトした加工領域の位置を補正して加工を行う。微細マーカは加工領域3が微細マーカを結ぶ枠に囲まれる位置にくるように設けると、より精度よくドリフト補正を行うことができる。
加工したい領域を含むイメージを原子間力顕微鏡などで取得し、そのイメージから加工領域を決定する。図3に示すようにアトムトラッキング法で追跡する数10nm程度のマーカ5を加工領域の近くの導電性物質に被加工物質よりも硬い探針4を押しこむことで作製する。多探針を有するSPM加工機においてそのうちの1つのSTM探針7でマーカ5の最深部をアトムトラッキング法を用いて追跡してその移動量からリアルタイムで加工用の探針の走査範囲(加工領域)にフィードバックをかけドリフトを補正して陽極酸化やスクラッチなどの高精度な加工を行う。
もちろん、単純な探針4の押し込みでできたマーカ5だけでなく、図4に示すように被加工物質よりも硬い探針4を押し込んだまま加工領域近傍にX方向とY方向に走査して微小な十字形またはL字型パターン8を作り込み、これをドリフトマーカとしてパターンマッチングを行ってX方向とY方向のドリフト補正を行うことでも高精度なドリフト補正が行えるので、高精度な加工を行うことができる。
本発明の特徴を最も良く表す概略断面図である。 3点以上のドリフトマーカでドリフト補正する場合を説明する平面図である。 多探針走査プローブ顕微鏡で1本の走査トンネル顕微鏡探針でアトムトラッキング法でリアルタイムでドリフト補正し、他の探針で加工する場合を説明する概略断面図である。 被加工物質よりも硬い探針を押し込んだまま探針を走査してドリフトマーカを作ってパターンマッチングでドリフト補正する場合を説明する平面図である。
符号の説明
１ ガラス基板
２ 遮光膜パターン
３ 黒欠陥
４ 加工探針
５ 加工探針を押し込んで作ったドリフトマーカ
６ ドリフトマーカスキャン範囲
７ 走査トンネル顕微鏡探針
８ 加工探針で作製したパターンマッチング用のドリフトマーカ

Claims (6)

  1. 走査プローブ顕微鏡の探針を用いた加工方法であって、前記探針による加工領域近傍に被加工物質よりも硬い前記探針を押しこむことで微細マーカを作製し、前記探針による加工途中で前記微細マーカの位置を検出してそのドリフト量を算出して前記ドリフト量分前記加工領域位置を補正することを特徴とする走査プローブ顕微鏡の探針を用いた加工方法。
  2. 前記微細マーカの検出はその微細マーカの重心の検出を行うことを特徴とする請求項１記載の走査プローブ顕微鏡の探針を用いた加工方法。
  3. 前記探針は走査トンネル顕微鏡の探針であって、前記微細マーカは加工領域近傍の導電性物質上に作製し、前記探針で微細マーカの最深部位置を、マーカと探針との間にトンネル電流を流しながら、アトムトラッキング法を用いて追跡してそのドリフト量を算出することを特徴とする請求項１記載の走査プローブ顕微鏡の探針を用いた加工方法。
  4. 請求項１記載の走査プローブ顕微鏡の探針を用いた加工方法において、前記微細マーカは微小な十字形またはL字型パターンであり、あらかじめこのパターン位置とパターン形状をメモリしておき、加工の途中でこの作製したパターンを含む領域を観察して前記メモリしたパターンとのマッチングを行い、X方向及びY方向のドリフト量を算出し前記ドリフト量分前記加工領域位置を補正することを特徴とする走査プローブ顕微鏡の探針を用いた加工方法。
  5. 走査プローブ顕微鏡の探針を用いた加工方法であって、前記探針による加工領域近傍に被加工物質よりも硬い前記探針を押しこむことで少なくとも３点の微細マーカを作製し、あらかじめ前記微細マーカの位置と前記加工領域との位置関係を求めておき、加工途中で前記マーカの位置を検出してアフィン変換により前記位置関係と同じ関係になるように前記加工領域位置を求めることにより加工領域位置のドリフトを補正することを特徴とする走査プローブ顕微鏡の探針を用いた加工方法。
  6. 前記少なくとも３点の微細マーカは、前記加工領域位置を囲むような位置に形成されることを特徴とする請求項５記載の走査プローブ顕微鏡の探針を用いた加工方法。
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