JP2015227800A

JP2015227800A - 走査型プローブ顕微鏡を用いた異物除去方法および同方法で用いる微小異物除去用探針

Info

Publication number: JP2015227800A
Application number: JP2014113076A
Authority: JP
Inventors: 靖人安倍; Yasuto Abe
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-12-17

Abstract

【目的】カンチレバーの先端に設けられた探針を用いて対象物表面を走査して，該表面の形状に関する情報を得る走査型プローブ顕微鏡を用いて対象物表面に存在する微細な異物を，容易な操作で除去する方法を提供する。【構成】先端部に少なくとも２つの挟み片が形成された探針を走査型プローブ顕微鏡に取付け，対象物表面に存在する異物の上方に該探針を位置決めし，該探針を該異物に近づけて該異物を上記挟み片で挟み込んで捕獲する。【選択図】図６

Description

この発明は，走査型プローブ顕微鏡を用いて対象物表面に存在する微細な異物を除去する方法およびこの方法で用いる微小異物除去用探針に関する。

走査型プローブ顕微鏡とは，原子間力顕微鏡（ＡＦＭ），走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）等のカンチレバーの先端に設けられた探針（プローブ）を用いて対象物の表面を走査し，該表面の形状に関する情報を得るタイプの顕微鏡であり，探針を含むカンチレバーを交換することによりＡＦＭモード，ＳＴＭモード等として動作可能な多機能タイプの顕微鏡を含む。

微細な異物を除去する技術，とくに半導体集積回路等の製造工程におけるフォトマスクや半導体ウエハ上の異物を除去する方法の一つが特許文献１に記載されている。

特開２００７−５７８２１号公報

特許文献１に記載の光透過型フォトマスク上の異物を除去する方法は，ピエゾ素子により駆動されるマニピュレータ（２つのアーム）により異物を挟み，異物を光透過型フォトマスクの遮光部上に載置する，またはアームで異物を側方から押して近傍の遮光部まで移動させ，さらに異物を遮光部の側面に押し付けながらアームを上昇させて異物を遮光部上に押し上げて載せるものである。

これらの方法はいずれも，マニピュレータやアームをオペレータが操作しなければならず，かつ操作が複雑である。

この発明は簡単な方法で微小異物を除去できる走査型プローブ顕微鏡を用いた異物除去方法を提供するものである。

この発明はまた，上記の走査型プローブ顕微鏡を用いた異物除去方法で用いる微小異物除去用探針を提供するものである。

この発明は，カンチレバーの先端に設けられた探針を用いて対象物表面を走査して，該表面の形状に関する情報を得る走査型プローブ顕微鏡を用いて対象物表面に存在する異物を除去する方法であり，先端部に少なくとも２つの挟み片が形成された探針を走査型プローブ顕微鏡に取付け，対象物表面に存在する異物の上方に該探針を位置決めし，該探針を該異物に近づけて該異物を上記挟み片で挟み込んで捕獲するものである。

２つの挟み片をもつ探針を除去すべき異物の位置にもたらして，挟み片の間に異物を弾性的に挟み込んで捕捉するから，走査型プローブ顕微鏡の操作が容易である。

この発明による微小異物除去用探針は上記の異物除去方法に用いるものであり，先端部に少なくとも２つの挟み片が形成されていることを特徴とする。２つの挟み片は弾性を有し，これらの間に異物を挟んで捕獲することができる。探針は一般的にはカンチレバーと一体的に形成される。

原子間力顕微鏡の概略構成を示す。一実施例の微小異物除去用探針の正面図である。一実施例の微小異物除去用探針の斜視図である。他の実施例の微小異物除去用探針の正面図である。微小異物除去用探針により異物を捕捉する様子を示す。微小異物除去用探針により異物を捕捉した様子を示す。異物除去プロセスフローを示す。

図１は原子間力顕微鏡または原子間力顕微鏡モードをもつ走査プローブ顕微鏡の概略的構成を示すものである。対象物は一例として，基板（たとえば半導体基板）20であり，この半導体基板表面上にパターン（たとえばフォトレジストパターン，フォトマスクパターン）21が形成されている。

基板20はＸＹステージ17上に載置され，ＸＹステージ17によってＸ，Ｙ方向に移動（変位）（相対的にＸ，Ｙ方向に走査）される。先端部に探針12を有するカンチレバー11はその基部において駆動装置（アクチュエータ）15のホルダ（図示略）に固定され，上下方向（Ｚ方向）に駆動される。駆動装置15は支持部材18に固定されている。駆動装置15は圧電素子を含む。カンチレバー11の先端部の上下方向（Ｚ方向）の動き（振動）は光学検知装置16によって検知される。光学検知装置16はたとえば，カンチレバー11の表面に光を照射し，その反射光を受光することによりカンチレバー11の上下方向の位置を検出するものである。光学検知装置16の検知信号は制御装置13に与えられ，これに基づいて制御装置13が駆動装置15による駆動（上下方向移動または振動）を制御する。光学検知装置16，制御装置13，駆動装置15はフィードバック制御系を構成する。制御装置13はＸＹステージ17によるＸ，Ｙ方向の走査も制御する。ＸＹステージ17に上下方向（Ｚ方向）駆動装置を設け，光学検知装置16または駆動装置15と制御装置13とＸＹステージ17（Ｚ方向駆動）との間にフィードバック制御系を設けてもよい。制御装置13には記憶装置14が接続され，制御装置13による制御結果，すなわちＸ，Ｙ方向の位置とＺ方向の位置を記憶する。この記憶データに基づいて，基板20（対象物）表面の形状（凹凸を含む）の像（顕微鏡像）が作成される。

原子間力顕微鏡には種々の動作モードがあるが，それらはよく知られているので，簡単に説明しておく。コンタクトモードでは，探針と対象物との間に斥力が働くほどに探針を対象物に近づけ，ＸＹ二次元走査において，この斥力が一定値となるように上記フィードバック回路を働かせる。他方，タッピングモード（商標）（インターミッテントコンタクトモードまたはサイクリックコンタクトモード）をはじめとするノンコンタクトモードでは，カンチレバーを，そのホルダーに取付けた励振圧電素子を用いて共振周波数近傍で大振幅強制振動させながら対象物に近づけると，カンチレバーの振動振幅または振動数に変化が生じることを利用して，ＸＹ方向走査をしながらこれらの変化をほぼ零にするように上記フィードバック系を通して，カンチレバーまたはＸＹ（Ｚ）ステージ17を上下動させる。対象物およびカンチレバー11を大気中に置く原子間力顕微鏡と真空中内に置く原子間力顕微鏡とがあるが，どちらのタイプの顕微鏡の使用も可能である。

上記の原子間力顕微鏡を用いて対象物（基板）上に存在する異物を検出（確認）しかつ除去する方法について以下に詳述する。原子間力顕微鏡は高精度な位置決めが可能であり，高精細化した基板上のパターン（レジストパターンなど）においても，周囲のパターンや基板に損傷（ダメージ）を与えることなく，異物のみを除去することができる。

図２および図３は微小な異物の除去に用いる探針をカンチレバーの一部とともに示すものである。一般的には，探針とカンチレバーはシリコーン，窒化シリコーン，ダイアモンド，カーボンナノチューブ等により，半導体プロセス等により一体に形成される。

一例として探針12Ａは，全体的に四角錐状で，カンチレバー11の先端に固定されている。そして，探針12Ａの先端部は２つに分けられ，２つの挟み片12ａが形成されている。２つの挟み片12ａの間はＶ字状の溝（または凹部）12ｂとなっている。探針12Ａの（溝12ｂを除いた）全体的形状は角錐状のみならず，円錐状，角柱，円柱，その他の形状でもよい。２つの挟み片12ａの先端は尖っていた方がよい。

図４は微小異物除去用探針の他の例を示している。探針12Ｂが２つの挟み片12ａを持つのは図２，図３に示すものと同じであるが，２つの挟み片12ａを分ける溝12ＣがＶ字状ではなく，均一の幅を有し，かつ底部にやや幅（径）の大きい筒状の空間が形成されている。これにより，２つの挟み片12ａの先端部が弾性により広がりやすくなっている。

このような探針12Ａ，12Ｂはリソグラフィーや集束イオンビームにより加工して作製することができる。２つの挟み片12ａの先端間の間隔（ギャップ）は除去すべき異物の大きさに応じて決めることができるが，一般的には 50nm〜100nm程度である。挟み片は３つ以上設けてもよい。

先端が尖った通常の探針12または図２〜図４に示すような探針12Ａ，12Ｂをもつカンチレバーを原子間力顕微鏡にセットし，除去すべき異物が存在する対象物（基板）を走査し（たとえば，フィードバック制御下のノンコンタクトモード），除去すべき異物の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標）を特定する。次に，図２〜図４に示す形状をもつ探針12Ａ（または12Ｂ）を，図５に示すように，特定した異物23の真上の位置に近づけて（たとえば，フィードバック制御なしのコンタクトモード），探針12Ａ（または12Ｂ）を下降させると，異物23は探針12Ａの２つの弾性をもつ挟み片12ａによって，挟み込まれ，探針12Ａに弾性力により捕獲される。

この後，異物23を捕獲した探針12Ａをカンチレバーごと原子間力顕微鏡から取外し，探針12Ａに捕獲された異物23を気体の噴射，粘着剤または接着剤への接触等により除去すれば，探針12Ａを再使用することができる。異物23を捕獲した探針を破棄してもよい。

図７は上記の探針12Ｂまたは12Ｃを用いた異物除去のプロセスフローを示している。

レーザ光を用いた画像処理装置，その他の外観検査装置を用いて，パターンが形成された基板（対象物）上に，除去すべき異物があるかどうかを調べておく（Ｓ31）。そして，除去すべき異物が存在する基板のみを異物除去の対象とする。

通常の探針12，または挟み片12ａを有する探針12Ａ（または12Ｂ）が形成されたカンチレバー11を原子間力顕微鏡に取付け，対象基板をセットした上で，異物23の存在する基板20の表面を，たとえばフィードバック制御を伴うノンコンタクトモードで，二次元的に走査する（Ｓ32）。外観検査装置による事前の検査によって異物23の存在する基板20上の位置は分っているので，基板20の全面ではなく，異物23が存在する位置を中心とする近傍の範囲でだけの走査でもよい。これにより，異物23の存在する正確な位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標）を確認できる。

続いて，異物除去動作に移る。異物23の存在位置が分っているので，これはたとえば，フィードバック制御を伴わない（オフした）コンタクトモードで行なえばよい。挟み片12ａを有する探針12Ａ（または12Ｂ）を異物23に向って移動させ，その真上に位置決めして（図５），下降させる（図６）。異物23は探針12Ａの挟み片12ａ間に捕捉される（Ｓ33）。

最後に，必要であれば，異物が除去されたことを確認するために，通常の探針12または挟み片12ａを有する探針12Ａ（12Ｂ）を用いて（場合によっては，異物を捕捉した探針12Ａをそのまま用いてもよい）基板表面を走査し，その顕微鏡画像を作成し，先の画像（Ｓ32で得られた画像）と比較して異物が除去されたことを確認する（Ｓ34，Ｓ35）。先の画像と必ずしも比較しなくてもこの確認はできるし，異物が存在する位置を中心とした限られた範囲の画像を得るだけでもよい。異物が除去されていなければ，Ｓ33の異物除去動作に戻る。１つの基板20上に複数の異物がある場合には，Ｓ33，Ｓ34を探針を取り替えながら異物ごとに繰返してもよい。

10 原子間力顕微鏡
11 カンチレバー
12，12Ａ，12Ｂ探針
12ａ挟み片
12ｂ，12ｃ溝
13 制御装置
15 駆動装置
20 基板（対象物）
21 パターン
23 異物

Claims

カンチレバーの先端に設けられた探針を用いて対象物表面を走査して，該表面の形状に関する情報を得る走査型プローブ顕微鏡を用いて対象物表面に存在する異物を除去する方法であり，
先端部に少なくとも２つの挟み片が形成された探針を走査型プローブ顕微鏡に取付け，
対象物表面に存在する異物の上方に該探針を位置決めし，該探針を該異物に近づけて該異物を上記挟み片で挟み込んで捕獲する，
走査型プローブ顕微鏡を用いた異物除去方法。
先端部に少なくとも２つの挟み片が形成された微小異物除去用探針。