JP2006281437A - 走査型プローブによる加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工速度の向上、並びに、探針の長寿命化を図ることができる走査型プローブによる加工方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 カンチレバーにより支持された探針６ａを、所定の走査速度で試料２上を相対走査して試料２を加工する走査型プローブによる加工方法である。探針６ａを１００〜１０００Ｈｚの低周波数で試料の加工面に直交する方向、またはあるいは平行な方向に強制的に相対加振しながら、被加工物を加工するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、探針で測定試料を相対走査して測定試料の情報を取得する走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）を用いて試料を加工する、走査型プローブによる加工方法に関する。

周知のように、電子材料などの試料を微少領域において測定し、試料の表面形状の観察、物性情報などの計測を行う装置として、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）が用いられている。
走査型プローブ顕微鏡としては、種々のタイプが提供されているが、そのなかの一つに、コンタクトモードと呼ばれるカンチレバーの先端に設けた探針を試料表面に微小な力で接触させ、カンチレバーのたわみ量が一定になるよう探針と試料との間の距離を制御しながら操作することで、試料の表面形状を測定する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）がある。そして、この原子間力顕微鏡の特性、すなわち、試料表面に微小な力で接触し続けるという特性を利用して、試料表面に所望の微細加工を施すことが提案されている（例えば、特許文献１参考）。

また、カンチレバーの先端に設けた探針に鉛直方向あるいは水平方向の超音波振動を与えて、より効率的な微細加工を施すことも提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
特開平１０−３４０７００号公報 岩田太 佐々木彰、「超音波ＴＥＣＨＮＯ」日本工業出版 ２００２年５月、第１４巻、第３号 ｐ．２３−２７

しかしながら、前記した従来の走査型プローブによる加工方法には、以下の問題があった。すなわち、前者の加工方法にあっては、カンチレバーの先端に設けた探針を試料表面に微小な力で接触させながら加工する方法であるため、強い切削力を得ることができず、加工効率が低いことに起因して、加工速度が遅い、探針と加工面が連続的に接触することにより摩擦がおこり、探針寿命が短いといった問題があった。
また、後者の加工方法にあっては、試料表面の被削面と探針が相対的に高速移動するため、加工効率の向上、特に、試料がプラスチック等の粘弾性を有する場合の加工効率の向上が見られるのに伴い、加工速度の面から若干の改善が見られるものの、未だ、満足できる程度ではなく、さらなる改善が望まれていた。
また、ガラスの上のモリブデンシリコン（ＭｏＳｉ／Ｇｌａｓｓ）やガラスの上のクロム（Ｃｒ／Ｇｌａｓｓ）などの２層膜構造を有する光学マスクを加工する場合、上部のＭｏＳｉ膜やＣｒ膜が下地のガラスよりも硬いために、上部の膜が均一に加工できないと、上部膜が加工された部分から軟らかい下部のガラスが切削されることにより、表面の凹凸が増大してしまう問題があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、より一層の加工速度の向上や探針の長寿命化、並びに、２層膜構造を有する光学マスクなどの表面の平坦性や加工の再現性向上を図ることができる、走査型プローブによる加工方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために、以下の構成を採用した。すなわち、本発明にかかる走査型プローブによる加工方法は、カンチレバーにより支持された探針を、所定の走査速度で被加工物上を相対走査して該被加工物を加工する走査型プローブによる加工方法において、前記探針を１００〜１０００Ｈｚの低周波数で被加工物の加工面に直交する方向に強制的に加振しながら、被加工物を加工することを特徴とする。
さらに、前記探針を被加工物の基準面から所定の高さに固定した状態で、Ｘあるいは、Ｙ方向に探針を被加工物と平行に走査して加工することを特徴とする。

本発明にかかる走査型プローブによる加工方法は、１００〜１０００Ｈｚ程度の比較的低い周波数で加振しているので、探針がカンチレバー等の探針支持部と一体になった、ある大きな質量系の形で被加工物表面に衝突する。このように探針だけではなくカンチレバーを含め、ある程度の大きな質量を伴った形で被加工物表面に衝突するので、被加工物表面に大きな衝撃力を与えることができる。このため、探針が試料表面に接触する際の１回あたりの切削量が増大し、加工効率が向上するのに伴い、加工速度の向上する。また、探針先端と加工面との接触が間欠的であり、探針を常に接触させたまま加工を行うのに比べて、探針の長寿命化を図ることができる。

本発明にかかる走査型プローブによる加工方法は、カンチレバーにより支持された探針を、所定の走査速度で被加工物上を相対走査して該被加工物を加工する走査型プローブによる加工方法において、前記探針を１００〜１０００Ｈｚの低周波数で被加工物の加工面に平行な方向に強制的に加振しながら、被加工物を加工することを特徴とする。

本発明にかかる走査型プローブによる加工方法は、１００〜１０００Ｈｚ程度の比較的低い周波数で被加工物の加工面に平行な方向から加振しており、この場合にも、前記同様、被加工物表面に大きな衝撃力を与えることができ、加工効率が向上するのに伴い、加工速度の向上、並びに探針の長寿命化を図ることができる。

本発明にかかる走査型プローブによる加工方法は、被加工面の加工面に、直交する方向のみならず、平行な方向にも低周波数で強制的に加振しながら、被加工物を加工することが好ましい。
この発明によれば、被加工物に対し、その加工面に対して直交する方向と平行な方向との合成した方向から衝撃力を与えることができ、被加工物の形状等によって、直交する方向のみからの低周波数での強制的加振あるいは水平方向のみからの低周波数での強制的加振では良好な加工が得られない場合に、特に有効である。

本発明にかかる走査型プローブによる加工方法は、前記探針を強制的に加振する際の振幅を５〜２０００ｎｍに設定して、被加工物を加工することが好ましい。
この発明によれば、比較的大きな振幅で加振するから、より一層、加工効率が向上することとなり、さらなる加工速度の向上、並びに探針の長寿命化を図ることができる。

本発明にかかる走査型プローブによる加工方法は、前記探針を、低周波数で強制的に加振すると同時に、被加工物の加工面に直交する方向に、前記低周波数よりも高い高周波数で共振振動させながら、被加工物を加工することが好ましい。
この発明によれば、比較的低い周波数で探針を強制的に加振すると同時に、被加工物の加工面に直交する方向に高周波数で共振振動させながら被加工物を加工するので、被加工物の加工面と探針が相対的に高速移動することとなり、特に、被加工物がプラスチック等のように粘弾性を有する場合に加工効率の向上を図ることができる。

本発明にかかる走査型プローブによる加工方法は、前記探針を、低周波数で強制的に加振すると同時に、被加工物の加工面に直交する方向に、前記低周波数よりも高い高周波数で、被加工物の加工面に平行な方向に共振振動させながら、被加工物を加工することが好ましい。
この発明によれば、比較的低い周波数で探針を強制的に加振すると同時に、被加工物加工面に平行な方向に共振振動させながら、被加工物を加工するので、前記と同様に被加工物の加工面と探針が相対的に高速移動することとなり、特に、被加工物がプラスチック等のように粘弾性を有する場合に加工効率の向上を図ることができる。

この発明にかかる走査型プローブによる加工方法によれば、加振周波数を１００〜１０００Ｈｚ程度の比較的低い周波数で加振しているので、探針がカンチレバー等の探針支持部と一体になった、比較的大きな質量系の形で被加工物表面に衝突することとなり、このため、探針が試料表面に接触する際の１回あたりの切削量が増大し、加工効率が向上するのに伴い、加工速度の向上する。
また、並びに探針の長寿命化を図ることができる。
また、加工効率が向上するのに伴い、同じ加工量を確保するのに、少ない回数で加工することができ、その分、加工ムラが少なくなり、加工の平坦性確保が容易、かつ、加工の制御性が良好となる。
また、２層膜構造を有する光学マスクなどの加工においても、上部の硬い膜を加工しすぎることなく、表面を平坦に加工できるようになる。

以下、本発明にかかる走査型プローブによる加工方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明方法を説明する前に、本発明方法を好適に実施し得る走査型プローブ顕微鏡について説明する。

図中符号１はベースフレームであり、このベースフレーム１の下部所定個所には、被加工物である試料２を載せるための試料台３が、スキャナ４を介してＸＹ方向及びＺ方向に移動可能に設けられている。スキャナ４は、例えば試料台３をＺ方向（鉛直方向）へ移動させるＺスキャナ４Ａと、試料台３をＸＹ方向（水平方向）へ移動させるＸＹスキャナ４Ｂとからなっている。ベースフレーム１の上部所定個所には、試料２に対向するようにプローブ６が、ＸＹ共振用ピエゾ板７を介してＸ方向あるいはＹ方向に共振可能に、また、Ｚ共振用ピエゾ板８を介してＺ方向に共振可能に支持されている。
プローブ６は、カンチレバー９の先端に探針６ａが取り付けられてなるものであり、該プローブ６は、カンチレバー９の撓み変化を検知手段１５によって検知されるようになっている。

前記Ｚスキャナ４Ａは、Ｚスキャナ制御用電源１０によって電圧を印加され、探針６ａによる試料２への押し付け力が平均して一定になるように制御されるとともに、試料２に対し比較的低い周波数で探針６ａを、試料２の加工面に直交する方向へ強制的に加振させるようにも制御される。また、ＸＹスキャナ４Ｂは、ＸＹスキャナ制御用電源１１によって電圧を印加され、試料２に対し探針６ａが予め定められた走査が行われるように制御されるとともに、試料２に対し比較的低い周波数で探針６ａを、試料２の加工面に平行な方向（例えば、Ｘ方向あるいはＹ方向）へ強制的に加振させるようにも制御される。このときの、比較的低い周波数とは、Ｚスキャナ４Ａ及びＸＹスキャナ４Ｂとも、例えば１００〜１０００Ｈｚ程度である。また、このときの振幅は、Ｚスキャナ４Ａ及びＸＹスキャナ４Ｂとも、５〜２０００ｎｍ程度である。

前記ＸＹ共振用ピエゾ板７は、ＸＹ共振用ピエゾ板制御用電源１３によって駆動制御され、また、Ｚ共振用ピエゾ板８は、Ｚ共振用ピエゾ板制御用電源１４によって駆動制御される。なお、それらＸＹ共振用ピエゾ板制御用電源１３とＺ共振用ピエゾ板制御用電源１４によりＸＹ共振用ピエゾ板７とＺ共振用ピエゾ板８を介して共振される探針２ａの振動周波数は、前記Ｚスキャナ４ＡあるいはＸＹスキャナ４Ｂによって振動される周波数よりも高い周波数、例えば１００ｋＨｚ〜５ＭＫｚ程度に設定される。また、ＸＹ共振用ピエゾ板７とＺ共振用ピエゾ板８を介して共振される探針２ａの振動振幅は、前記Ｚスキャナ４ＡあるいはＸＹスキャナ４Ｂによる振動振幅よりも小さな値、例えば０．５〜５００ｎｍ程度に設定される。

前記検知手段１５は、カンチレバー９の裏面にレーザ光Ｌを照射するレーザ発生器１６と、カンチレバー９の裏面で反射したレーザ光Ｌを受光するカンチレバー変位検出器１７からなっている。カンチレバー変位検出器１７は、例えば、４分割された光検出電極から構成されていて、カンチレバー６のひずみ量が０のときにレーザ光Ｌのスポットが４分割電極の中央に来るように位置あわせされる。また、カンチレバー変位検出器１７は、変位増幅用プリアンプ１８に電気接続され、変位増幅プリアンプ１８は誤差検出器１９に電気的に接続されている。誤差検出器１９では、制御部本体２０で設定された設定値と変位増幅プリアンプ１８からの出力値とが比較され、その差が電気信号の形でＺサーボ系制御部２１に出力される。Ｚサーボ系制御部２１からはＺスキャナ制御用電源１０へ制御用信号が送られ、この制御用信号によってカンチレバー９の撓み量が一定になるように、探針６ａと試料２間の距離が制御される。

また、制御部本体２０から、Ｚスキャナ制御用電源１０、ＸＹスキャナ制御用電源１１、Ｚ共振用ピエゾ板制御用電源１４、ＸＹ共振用ピエゾ板制御用電源１３に制御用信号が送られ、これによって、探針６ａに対し、低い周波数でのＺ方向、Ｘ方向またはＹ方向の強制的加振、及び、高い周波数でのＺ方向、Ｘ方向またはＹ方向の共振加振が行えるようになっている。

次に、このように構成された走査型プローブ顕微鏡を用いて試料を切削加工する加工方法について説明する。図２は、本発明にかかる加工方法によって被加工物の試料２である光学マスクである試料２の欠陥３１を修正する場合の例を示している。
まず、図１に示す制御部本体２０に図示せぬ設定部を介して、探針６ａを試料２の加工面に対し直交する方向（図１ではＺ方向）へ強制的に相対振動させる際の低周波数と、加工したいエリア、並びに、試料台３をＸＹ方向へ走査させる走査速度をそれぞれ入力する。

そして、図示せぬスタートボタンと押圧すると、試料台３は、Ｚスキャナ４Ａによって、設定された所定の低周波数でＺ方向へ強制的に振動される。また、これと同時に、制御部本体２０から発せられる信号に基づき、Ｚスキャナ制御用電源１０を介してＺスキャナ４Ａが作動され、これによって試料台３はＺ方向へ移動されて、試料２表面を探針６ａに近づける。
そして、試料２が探針６ａに対して一定距離まで近づくと、その後は、検知手段１５がカンチレバー９の撓み量を検出し、その検出結果に基づき、該撓み量が一定になるよう探針・試料間の距離が制御される。

このときの探針６ａと試料である半導体マスク２との関係を表したものが図３及び図４である。Ｚ共振用ピエゾ板８の作用によって、探針６ａはＺ方向に正弦波を描きながら上下動する。探針６ａは、最初、試料２に接していないものの（図３（ａ））、試料台３が上昇するのに伴い半導体マスク２に接し、さらに試料台３が上昇するにつれてカンチレバー６が撓む（図３（ｂ））。その後、試料台３が下降するが、探針６ａは半導体マスク２に接したままであり、試料台３が正弦波の原点位置に至った後も、半導体マスク２の粘性によって探針６ａは該半導体マスク２に、接したまま保持される（図３（ｃ）（ｄ）。その後、さらに試料台３が下降すると、探針６ａは半導体マスク２から離れる。離れるときにカンチレバー６が撓んだ状態にあるため、離れた後は、カンチレバー６の先端及び探針６ａはＺ方向に振れ、その後減衰する。以下、図３（ａ）〜（ｄ）の挙動を繰り返しながら、探針６ａの先端で試料を切削加工する。図３の（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図４の（イ）〜（ニ）に対応する。

このとき、試料台３をスキャナー４Ａにて１００〜１０００Ｈｚ程度の比較的低い周波数で加振しているので、探針６ａがカンチレバー６等の探針支持部と一体になった、ある大きな質量系の形で半導体マスク２の表面に衝突する。このように探針６ａだけではなく、カンチレバー６を含め、ある程度の大きな質量を伴った形で半導体マスク２の表面に衝突するので、該半導体マスク２の表面に大きな衝撃力を与えることができる。このため、探針６ａが半導体表面に接触する際の１回あたりの加工量が増大し、加工効率が向上するのに伴い、加工速度の向上、並びに探針の長寿命化を図ることができる。

なお、試料台３の加振周波数を１００〜１０００Ｈｚ程度に設定しているが、１００Ｈｚ以下であると、時間あたりの試料である半導体マスク２と探針６ａとの衝突する回数が減ってしまうので、加工速度が遅くなってしまう。また、加振周波数を１０００Ｈｚ程度以上であると、振動周波数が高すぎ、カンチレバー６の中間部よりも基端側はほとんど上下動しなくなり、カンチレバー６の先端部のみが探針６ａとともに鉛直方向へ振動することとなる。このため、探針６ａが半導体マスク２に衝突するとき、大きな質量系で衝突することができなくなり、加工効率が低下するおそれが生じる。

また、試料台３をスキャナー４Ａにて５〜２０００ｎｍに設定している。振幅を５ｎｍより低く設定すると、半導体マスク２に深く切削することができなくなり、その分、加工効率が低下する。また、加振振幅を２０００ｎｍより大きく設定すると、振幅が単に大きくなるだけであって、加工効率が上限に達してしまい、それ以上の加工効率の向上は望めず、単に加振に要するエネルギーが無駄になるだけである。

本発明方法のように、探針を低周波数で強制的に加振して加工する場合と、従来の用に、探針に対して相対加振しないで加工する場合との比較を行った。具体的には、図５に示すように、光学マスクのテストマスク４０において一辺が１μｍの正方形部分４１を切削加工する場合について、本発明方法と従来方法との比較を行った。以下に、その結果を示す。
なお、１μｍの正方形部分４１を切削する際の、切削ラインは３２ラインとした。探針としてダイヤモンド針を用いた。

図６は、図５におけるＶＩ―ＶＩ線に沿う加工後の断面図である。この図から明らかなように、（ａ）で示す従来の加工方法であると、底面中央部４１ａが深く掘られて正方形部分４１の底面全体としては略すり鉢状に形成されているのに対し、（ｂ）で示す本発明の加工方法であると、正方形部分４１の底面が一様な平坦になるように加工されている。これは、本発明によれば、加工条件が一定であれば、より均一に切削加工することが可能であることを示す。

また、図示は省略するが、加工深さの比較を行った。従来の加工方法であると、深さ１．６ｎｍであったのに対し、本発明の加工方法であると、深さ２０ｎｍであった。なお、加工条件としては、探針荷重１７７μＮ、探針速度２０００ｎｍ／ｓｅｃ、スキャン回数２回、加工時間６４ｓｅｃを採用した。

また、図７は、本発明方法による場合と従来方法による場合との、スキャン回数と切削深さ相関関係を示したものである。（ａ）、（ｂ）においてそれぞれ、横軸はスキャン回数（回）、縦軸は削れた深さ（ｎｍ）を示す。この図から明らかなように、例えば、３０ｎｍの深さを切削するにあたり、従来方法であると、（ａ）に示すように、約２０回スキャンしなければならないが、本発明方法であると、（ｂ）に示すように４〜５回のスキャンで加工できることがわかる。これは、前記したように、一回の切削深さの違いからも当然に予想がつく結果である。また、図７（ａ）（ｂ）の比較から、従来方法では、深くなると加工速度は低下するものの、本発明方法では、深くなっても加工速度が低下せず、逆に増大することが分かる。
なお、このときの加工条件は、従来方法の場合カンチレバーの撓みが５０ｎｍであったのに対し、本発明では、２０ｎｍであり、このことから、本発明方法の方が、弱い力でも、より深く切削できることが分かる。

図８は、本発明方法により切削加工する場合において、低周波数で試料台３を加振の際の周波数と加工深さの関係を表したものである。この図から分かるように、振動周波数が３００Ｈｚから４００Ｈｚ、さらには５００Ｈｚと高くなるにつれて加工深さが増えていくが、５００Ｈｚを超えると、逆に、加工深さが浅くなることが分かる。つまり、周波数が５００Ｈｚ程度の加振がもっとも効率がよいことが分かる。

図９は、本発明により切削加工する場合において、低周波数で試料台３を加振する際の加振振幅と加工深さの関係を表したものである。この図からわかるように、加振振幅を０から徐々に上げるとそれにつれて加工深さも深くなり、加振振幅が１００ｎｍを超えるとより一層深くなる。ところが、２００ｎｍを超えると、加工深さは一定に止まり、それ以上増えることはない。このことから、加振振幅を上げても、ある値で加工深さが上限に達することがわかる。
なお、加工深さが上限に達する加振振幅は、加工条件で種々異なる。

以上説明した実施形態では、試料台３を低周波数で強制的に相対加振しているが、これに代わって、探針６ａ側を低周波数で加振してもよい。これにより、探針６ａが試料２に対して振動していることになる。

また、前記説明した実施形態は、試料２の加工面に直交する方向にのみ探針６ａを、低周波数で強制的に加振しているが、これに代えて、試料２の加工面に平行な方向、この場合、Ｘ方向とＹ方向の２つの方向があるが、それらのうちの一つの方向にのみ低周波数で強制的に加振してもよい。さらに、この場合、試料２の加工面に直交する方向と平行な方向の双方向に低周波数で加振してもよい。これらの場合にも、前記実施形態で説明した方法と同様の効果が得られることが確認できた。

さらに、それら一方向（Ｚ方向、Ｘ方向あるいはＹ方向）に低周波数で加振する場合、あるいは双方向（Ｚ方向とＸ方向、あるいはＺ方向とＹ方向）に低周波数で加振する場合、低周波数加振に加え、図１に示す、ＸＹ共振用ピエゾ板７によって探針６ａをＸ方向あるいはＹ方向に共振振動させながら、あるいはＺ共振用ピエゾ板８によって探針６ａをＺ方向に共振振動させながら、さらには、ＸＹ共振用ピエゾ板７によって探針６ａをＸ方向あるいはＹ方向に共振振動させると同時に、Ｚ共振用ピエゾ板８によって探針６ａをＺ方向に共振振動させながら、試料２表面を加工しても良い。

この場合の共振振動させるときの周波数は、前記Ｚスキャナあるいは前記ＸＹスキャナによって振動させるときの周波数よりもはるかに高い周波数、例えば、１００ＫＨｚ〜５ＭＨｚ程度であり、そのときの共振振幅は０．５〜５００ｎｍ程度である。

次に、第二実施形態として、このように構成された走査型プローブ顕微鏡を用いて試料を切削加工する加工方法について説明する。図２は、本発明にかかる加工方法によって被加工物の試料２である光学マスクの試料２の欠陥３１を修正する場合の例を示している。
次に、光学マスクなどのガラスの上のモリブデンシリコン（ＭｏＳｉ／Ｇｌａｓｓ）やガラスの上のクロム（Ｃｒ／Ｇｌａｓｓ）などの２層膜を加工する場合について述べる。本加工モードは、被加工物の所定の加工高さ（スライス高さ）に加工用探針配置し、加工中にＺサーボを固定しＺスキャナーの移動を阻止し、横方向に被加工物を押し切る加工モードであり、ここではスライスモードと呼ぶこととする。
この加工方法は、従来のコンタクトモード、つまりカンチレバー９の撓み量が一定になるように、探針６ａと試料２間の距離が制御されるモードと異なり、探針先端が所定の高さ以下に移動できず加工物は基準面から一定の高さ（深さ）で加工される。

以下に本モードにおける探針の動作の詳細を図１０から図１２に示す２層膜を有する光学マスクの切削加工を例に説明する。
図１０は、本実施形態で加工する２層膜の光学マスクの断面図であり、例としてガラス５１上に切削加工する被加工物であるクロム（Ｃｒ）５０のパターンがある。
図１１は、光学マスクを加工するためにカンチレバー走査するときのカンチレバーの探針の先端のＺ方向高さの軌跡を説明するための側面図である。
図１２は、カンチレバー９が走査され光学マスクを加工した際の検知手段１５が検出したカンチレバー９の撓み量の挙動を説明するための側面図である。
最初に、カンチレバーの先端に設けた探針をガラス５１の表面に対して垂直方向に加振しながら、カンチレバーの振幅減衰率または周波数のシフトが一定になるよう探針と試料との間の距離を制御しながら操作することで、加工領域を含む走査領域の表面形状の測定を行う。
次に、表面形状の測定したデータからガラス表面５２上の任意の場所３点以上を選択し、ガラス表面５２の傾きを求め、その傾き値が設定値以下の場合には、各測定値の平均値を求め、それを基準の高さとして基準点５４とする。
次に、図１０〜図１２に示す走査領域（Ａ１〜Ａ４）、および加工高さの設定（５５）と加工領域（ａ１〜ａ２）の設定を行う。加工高さ５５は、カンチレバーの先端に設けた探針と前記基準点との距離を設定する。
まず、加工領域以外のＸ軸のＡ１から基準点５４から十分離れた高さでカンチレバーの探針を走査始める。
次に、探針６ａは加工領域（Ｘ軸のＡ２）まで走査された時に、Ｚスキャナ４Ａで探針を加工高さ（スライス高さ）５５になるまで接近して固定される。
探針６ａの側面が被加工物であるクロム（Ｃｒ）５０の加工面が接触した際には探針が試料の加工面に与えるＸ方向の力ＦｔとＺ方向方向の力Ｆｚの合力を加工面に与え被加工物であるクロムを加工して行く。
ここでＦｚは、カンチレバーのＺ方向ばね定数Ｋｚにカンチレバー撓みがない状態５６に対しての被加工物によるカンチレバーの撓み量５７を掛けたものである。従ってカンチレバーの撓みがない状態５６では、あるいは加工面の高さが加工高さ（スライス高さ）５５以下ではＺ方向の力Ｆｚは加わらない。
カンチレバーのＺ方向の変位は、カンチレバーの撓み信号Ｂｓ＝Ｆｚ／Ｋｚとしてモニターすることが可能である。
また、加工面に対して水平方向のＸ方向の力Ｆｔは、カンチレバーの捩じれ方向のばね定数Ｋｔに探針の先端の捩じれ量をかけたものであり、これは走査速度すなわち切削速度に依存しない。
次に、探針６ａが加工領域（Ｘ軸のＡ３）まで走査された時に、探針は被加工物から開放され、このときに最大振幅で振動する。
そのときの振幅が加工高さ（スライス高さ）５５より大きいときには、探針がガラス表面５２に接触し疵をつける可能性がある。これを防ぐために被加工物であるクロム（Ｃｒ）５０を通過した時点で、探針６ａを被加工物であるクロム（Ｃｒ）５０の加工面から引き離して走査を行う。

以上のように加工後の疵の防止は、上記したように加工領域以外で探針を引き上げるようにする。
または、加工高さ（スライス高さ）５５が探針の開放による振幅（以下、開放振幅）より大きくなる条件で加工高さ５５を設定し、なるべく開放振幅を少ない値に押さえる。
ただし最終加工時には、加工高さ５５が０あるいは０未満に設定するため最終加工の走査では、開放振動が発生するが、その際の開放振幅は小さな値であるので疵をつける振動を小さくできる。
例えば、孤立欠陥（高さｈ＝７０ｎｍ）を連続加工する場合、加工高さすなわち底面からの高さを４６ｎｍ、３０ｎｍ、２０ｎｍ、１３．２ｎｍ、８．７ｎｍ・・・
（ Ｓ１＝２ｈ／３， Ｓｉ＋１＝２／３ｘＳｉ）となるように設定すれば、疵がつ きにくくなる。

カンチレバーの撓み信号は、加工中の高さ信号に変換してモニター可能である。
カンチレバーの撓み信号の高さ信号への校正の方法としては、平坦な試料をコンタクトモードでアプローチし、一定量押し込む。この押し込み量に比例したカンチレバーの撓み信号がでる。押し込み量を可変し撓み信号との校正直線を得る。

以上のように、探針が加工領域で走査される間は、Ｚスキャナ４Ａで探針を加工高さになるまで接近して固定される。そのために、設定された加工高さ以下では加工の力が働かないため、光学マスクなどのガラスの上のモリブデンシリコン（ＭｏＳｉ／Ｇｌａｓｓ）やガラスの上のクロム（Ｃｒ／Ｇｌａｓｓ）などの２層膜の界面が平坦に加工される。
図１１は、コンタクトモードの加工事例を示す測定画面であり、加工後平面図５８と加工箇所の平均断面図５９が示されている。一方、図１２は、スライスモードの加工事例を示す測定画面であり、加工後平面図６０と加工箇所の平均断面図６１が示されている。
加工した試料は、突起（欠陥）がラインアンドスペースにある２層膜の光学マスクである。
図１１と図１２に示すように、コンタクモードの加工後の段差が２０ｎｍに対して、スライスモードの加工後の段差は５ｎｍであり、スライスモードの方が２層膜の界面の加工平坦性が良い加工が得られる。

本実施形態のスライスモードでは、スキャナを用いて試料台側を用いて探針を低周波数で強制的に相対加振している。これに代わって、ピエゾ板用いて探針側を低周波数で加振してもよい。これにより、探針が試料に対して相対的に加振していることになる。
また、本実施形態では、試料の加工面に直交する方向にのみ探針を、低周波数で強制的に加振している。
これに代えて、試料２の加工面に平行な方向、この場合、Ｘ方向とＹ方向の２つの方向があるが、それらのうちの一つの方向にのみ低周波数で強制的に加振してもよい。さらに、この場合、試料２の加工面に直交する方向と平行な方向の双方向に低周波数で加振してもよい。これらの場合にも、前記実施形態で説明した方法と同様の効果が得られることが確認できた。
さらに、それら一方向（Ｚ方向、Ｘ方向あるいはＹ方向）に低周波数で加振する場合、あるいは双方向（Ｚ方向とＸ方向、あるいはＺ方向とＹ方向）に低周波数で加振する場合、低周波数加振に加え、図１に示す、ＸＹ共振用ピエゾ板７によって探針６ａをＸ方向あるいはＹ方向に共振振動させながら、あるいはＺ共振用ピエゾ板８によって探針６ａをＺ方向に共振振動させながら、さらには、ＸＹ共振用ピエゾ板７によって探針６ａをＸ方向あるいはＹ方向に共振振動させると同時に、Ｚ共振用ピエゾ板８によって探針６ａをＺ方向に共振振動させながら、試料２表面を加工しても良い。
この場合の共振振動させるときの周波数は、前記Ｚスキャナあるいは前記ＸＹスキャナによって振動させるときの周波数よりもはるかに高い周波数、例えば、１００ＫＨｚ〜５ＭＨｚ程度であり、そのときの共振振幅は０．５〜５００ｎｍ程度である。

さらに、クロムのような粘りのある金属膜を加工する場合、探針にＺ方向に高周波振動を印加すると、探針に付着した削り屑が剥離しやすく、加工の再現性の向上が確認された。

本発明方法を実施する際に用いる走査型プローブ顕微鏡を示すブロック図である。 本発明方法によって切削加工する場合の例を示すものであって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明方法によって切削加工する場合のプローブの挙動を説明する側面図である。 本発明方法によって切削加工する場合の試料台及び探針の挙動を説明する図である。 本発明方法によって切削加工する試料を説明する平面図である。 本発明方法によって切削加工したときと、従来方法によって切削加工したときの比較を表すものであり、（ａ）が従来方法によって切削加工した場合の断面図、（ｂ）が本発明方法によって切削加工した場合の断面図である。 本発明方法によって切削加工したときと、従来方法によって切削加工したときのスキャン回数と加工深さの関係を表すものであり、（ａ）が従来方法によって切削加工した場合の図、（ｂ）が本発明方法によって切削加工した場合の図である。 本発明方法によって切削加工したときと、振動周波数と加工深さの関係を表す図である。 本発明方法によって切削加工したときと、加振振幅と加工深さの関係を表す図である。 本発明方法の第二実施形態の切削加工する２層膜の光学マスクを説明する断面図 本発明方法の第二実施形態の切削加工する場合の探針の挙動を説明する側面図である。 本発明方法の第二実施形態の切削加工する場合のカンチレバーの撓み量の挙動を説明する側面図である。 コンタクトモードとの加工の事例を示す測定画面 スライスモードとの加工の事例を示す測定画面

符号の説明

１ 試料（被加工物）
４ スキャナ
４Ａ Ｚスキャナ
４Ｂ ＸＹスキャナ
６ プローブ
６ａ 探針
７ ＸＹ共振用ピエゾ板
８ Ｚ共振用ピエゾ板
９ カンチレバー
１０ Ｚスキャナ制御用電源
１１ ＸＹスキャナ制御用電源
１３ ＸＹピエゾ板制御用電源
１４ Ｚピエゾ板制御用電源
２０ 制御部本体

Claims (13)

1. カンチレバーの先端に支持された探針を、所定の走査速度で被加工物上を相対走査して該被加工物を加工する走査型プローブによる加工方法において、
   前記探針が１００〜１０００Ｈｚの低周波数で被加工物の加工面に対して直交する方向に強制的に相対加振しながら、被加工物を加工することを特徴とする走査型プローブによる加工方法。
2. カンチレバーの先端に支持された探針を、所定の走査速度で被加工物上を相対走査して該被加工物を加工する走査型プローブによる加工方法において、
   前記探針が１００〜１０００Ｈｚの低周波数で被加工物の加工面に対して平行な方向に強制的に相対加振しながら、被加工物を加工することを特徴とする走査型プローブによる加工方法。
3. 請求項１記載の走査型プローブによる加工方法において、
   前記探針が１００〜１０００Ｈｚの低周波数で被加工物の加工面に平行な方向に対して強制的に相対加振しながら、被加工物を加工することを特徴とする走査型プローブによる加工方法。
4. 請求項１または２に記載の走査型プローブによる加工方法において、
   前記探針が前記低周波数で強制的に相対加振する際の振幅を５〜２０００ｎｍの範囲に設定して、被加工物を加工することを特徴とする走査型プローブによる加工方法。
5. 請求項１または２に記載の走査型プローブの加工方法において、
   前記探針を前記低周波数で強制的に相対加振すると同時に、被加工物の加工面に直交する方向に、前記低周波数よりも高い周波数で相対的に共振振動させながら、被加工物を加工することを特徴とする走査型プローブによる加工方法。
6. 請求項１または２に記載の走査型プローブの加工方法において、
   前記探針を前記低周波数で強制的に相対加振すると同時に、被加工物の加工面に平行な方向に、前記低周波数よりも高い高周波数で相対的に共振振動させながら、被加工物を加工することを特徴とする走査型プローブによる加工方法。
7. カンチレバーにより支持された探針を、所定の走査速度で被加工物上を相対走査して該被加工物を加工する走査型プローブによる加工方法において、
   前記探針を被加工物の基準面から所定の加工高さに固定し、前記被加工物の加工面と平行にＸあるいは、Ｙ方向に前記探針を走査することにより被加工物を加工することを特徴とする走査型プローブによる加工方法。
8. 請求項７記載の走査型プローブによる加工方法において、
   前記探針が１００〜１０００Ｈｚの低周波数で前記被加工物の加工面に対して直交する方向に強制的に相対加振しながら、被加工物を加工することを特徴とする走査型プローブによる加工方法。
9. 請求項７記載の走査型プローブによる加工方法において、
   前記探針が１００〜１０００Ｈｚの低周波数で前記被加工物の加工面に対して平行な方向強制的に相対加振しながら、被加工物を加工することを特徴とする走査型プローブによる加工方法。
10. 請求項７記載の走査型プローブによる加工方法において、
    前記探針が１００〜１０００Ｈｚの低周波数で被加工物の加工面に対して直交及び平行な両方向とも強制的に相対加振しながら、被加工物を加工することを特徴とする走査型プローブによる加工方法。
11. 請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の走査型プローブによる加工方法において、
    前記探針を前記低周波数で強制的に相対加振する際の振幅を５〜２０００ｎｍの範囲に設定して、被加工物を加工することを特徴とする走査型プローブによる加工方法。
12. 請求項７〜１１のいずれか１項に記載の走査型プローブの加工方法において、
    前記探針を、前記低周波数で強制的に相対加振すると同時に、被加工物の加工面に直交する方向に、前記低周波数よりも高い高周波数で相対的に共振振動させながら、被加工物を加工することを特徴とする走査型プローブによる加工方法。
13. 請求項７〜１１のいずれか１項に記載の走査型プローブの加工方法において、
    前記探針を、前記低周波数で強制的に相対加振すると同時に、被加工物の加工面に平行な方向に、前記低周波数よりも高い周波数で相対的に共振振動させながら、被加工物を加工することを特徴とする走査型プローブによる加工方法。