JP2016095228A - 走査型プローブ顕微鏡を用いた作業方法および走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【目的】作業と観察を別個のプローブで行うようにする。【構成】先端に探針12が設けられたカンチレバー11を含む観察用走査ヘッド10と，先端に探針が設けられたカンチレバー21を含む作業用走査ヘッド20とを，相互に独立に動作可能に，走査型プローブ顕微鏡に設け，作業（たとえば異物の除去）前に観察用走査ヘッド10で対象物50の作業箇所を観察し，作業用走査ヘッド20で対象物の作業箇所における所定の作業を行う。さらに，作業後に観察用走査ヘッド10で作業が完遂されたかどうかを確認する。【選択図】図１

Description

この発明は，走査型プローブ顕微鏡を用いた作業方法および走査型プローブ顕微鏡に関する。作業とは対象物の加工，修正，付着した異物の除去等を含む。対象物には，フォトマスク（ラージ・サイズのフォトマスクすなわちＬＳＰＭを含む），カラーフィルタ，半導体ウェアそれ自体等，またはこれらの上の微細パターン等が含まれる。

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。

特許文献１に，高い位置決め精度を有する走査型プローブ顕微鏡の探針を用いて，該探針とフォトマスク上の異物（パーティクル）との間に働く力学的，電磁気学的な相互作用または化学反応を利用して異物を移動させ除去する方法が記載されている。

特開２００５−８４５８２号公報

しかしながら，特許文献１に記載の異物除去方法では，パーティクルに探針を接触させているため，探針の劣化（先端が丸くなる），破損（欠け）等が生じやすい。また，除去すべき異物が探針に付着した場合に，異物が付着した探針をそのまま用いて，異物が無くなったことを確認するのは難しい。このような場合には，探針を交換しなければならず，スループットが低下する。

この発明は，探針による作業（たとえば異物の除去）と，探針による観察（たとえば異物除去前，後における異物の有無の確認）とを，探針を必ずしも交換しなくても可能とする作業方法を提供するものである。

この発明はまた，上記作業方法を実現することができる走査型プローブ顕微鏡を提供するものである。

この発明による走査型プローブ顕微鏡を用いた作業方法は，先端に探針が設けられたカンチレバーを含む観察用走査ヘッドと，先端に探針が設けられたカンチレバーを含む作業用走査ヘッドとを，相互に独立に動作可能に，走査型プローブ顕微鏡に設け，作業前または作業後に前記観察用走査ヘッドで対象物の作業箇所を観察し，前記作業用走査ヘッドで対象物の作業箇所における所定の作業を行うものである。この作業方法は，走査型プローブ顕微鏡の動作方法，動作制御方法と位置づけることもできる。

この発明によると，対象物の状態（表面状態）の観察を作業の前または後に観察用走査ヘッドで行い，作業はこれとは別の作業用走査ヘッドで行うことができる。そのため，探針を交換することなく，観察と作業を行うことが可能となる。仮に，異物が作業用走査ヘッドの探針に付着しても，またはこの探針が劣化もしくは破損しても，観察用走査ヘッドの探針を用いて観察に進むことができるので，作業効率が高まる。

一実施態様では，まず前記観察用走査ヘッドで対象物の作業箇所を観察して位置情報を得，得られた位置情報に基づいて前記作業用走査ヘッドで所定の作業を行う。

他の実施態様では，前記作業用走査ヘッドによる所定の作業の後に，前記観察用走査ヘッドによって作業結果を観察する。

一例として，前記作業用走査ヘッドによる所定の作業は異物の除去である。この場合，前記観察用走査ヘッドによる観察は，異物の有無の確認および異物有の場合の位置情報の取得，または異物の除去の確認である。

好ましい実施態様では，観察用走査ヘッドまたは作業用走査ヘッドの動作に先だって，光学認識装置により対象物の位置，姿勢についての情報を取得する。

他の好ましい実施態様では，作業箇所を示す位置情報が与えられており，前記観察用走査ヘッドによりさらに精密な（精緻な，精度の高い，細い）位置情報を得る。

さらに好ましい実施態様では，前記作業用走査ヘッドの探針に付着した異物を除去する工程を含む。

この発明による走査型プローブ顕微鏡は，先端に探針が設けられたカンチレバーを含む観察用走査ヘッドと，先端に探針が設けられたカンチレバーを含む作業用走査ヘッドと，が相互に独立に動作可能に設けられているものである。この走査型プローブ顕微鏡を用いて上記の作業方法を実施することができる。

走査型プローブ顕微鏡を含む全体の構成の平面図である。 走査型プローブ顕微鏡を含む全体の構成の側面図である。 観察用走査プローブが下降した状態を示す。 異物の除去動作の流れを示すフローチャートである。 異物の除去動作の流れを示すフローチャートである。

図１および図２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型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，フォトマスク50であり，これはガラス基板上に遮光材料によりマスクパターンが形成されているものである。

フォトマスク50はＸＹステージ41上に載置され，ＸＹステージ41によって，Ｘ，Ｙ方向（水平面上で直交する２方向）に移動（変位）（相対的にＸ，Ｙ方向に走査）される。ＸＹステージ41上には探針に付着した異物を取り除くための粘着シート55もまた配置されている。

この走査型プローブ顕微鏡には２つの走査ヘッド，すなわち観察用走査ヘッド10と作業用走査ヘッド20とが並んで設けられている。これらの２つの走査ヘッド10，20はこの実施例では基本的に同じ構成であり，相互に独立に動作可能である。一方の観察用走査ヘッド10を代表としてその構成を述べる。

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カンチレバー駆動装置（アクチュエータ）13のホルダ（図示略）に固定され，駆動装置13によって微小な範囲で上下方向（Ｚ方向）に移動駆動（上下動）されるとともに，上下方向に振動駆動される。駆動装置13は昇降体14に取付けられている。

支持体30は走査型プローブ顕微鏡のフレーム（図示略）に固定されており，昇降体14を上下動自在に支持する。昇降体14は支持体30に設けられた昇降装置（図示略）により，上下方向に移動駆動（上下動）される。

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15によって検知される。光学検知装置15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り，アームにより昇降体14に固定されている。光学検知装置15の検知信号は制御装置40に与えられ，これに基づいて制御装置40が駆動装置13による駆動（微小な上下方向（Ｚ方向）移動または振動）を制御する。光学検知装置15，制御装置40，駆動装置13はフィードバック制御系を構成する。制御装置40はＸＹステージ41によるＸ，Ｙ方向の走査も制御する。制御装置40はコンピュータ，メモリ，インターフェイス等を備えている。制御装置40による制御結果，すなわちＸ，Ｙ方向の位置とＺ方向の位置をメモリに記憶する。この記憶データに基づいて，フォトマスク50（対象物）表面の形状（凹凸を含む）の像（顕微鏡像）（異物の存在を含む）が作成される。

他方の作業用走査ヘッド20も同様の構成であり，図１に示されている範囲で記述すると，作業用走査ヘッド20は探針を含むカンチレバー21を保持し，カンチレバー21を上下動および振動させる駆動装置23，および駆動装置23を保持する昇降体24を備えている。昇降体24は支持体30に昇降自在に保持され，かつ支持体30に設けられた昇降装置（図示略）により昇降される。光学検知装置（図示略），制御装置40および駆動装置23はフィードバック制御系を構成する。作業用走査ヘッド20は，後述するように，主にフォトマスク50上の異物の除去や，必要に応じてフォトマスクの微細パターンの加工，修正等を行うためのものである。

ＸＹテーブル50の上方には光学認識装置33が配置，固定されている。この光学認識装置33はカメラを備え，フォトマスク50上のパターン等の像（後述する位置決めマーク51を含む）を撮像し，撮像画像の画像処理によりフォトマスク50の姿勢（Ｘ，Ｙ方向の傾き），パターンにおける欠陥，異物の存在の検出を行う。この検出結果は制御装置40に与えられる。制御装置40はＸＹテーブル41の制御，駆動装置13，23の制御，光学認識装置33の制御に加えて，支持体30に設けられた各昇降装置を制御して，観察用走査ヘッド10と作業用走査ヘッド20を別個独立に昇降させる。また，必要に応じて制御装置は搬送（搬出入）装置（図示略）を制御して，対象物であるフォトマスク50をＸＹテーブル41上に搬入したり，およびフォトマスク50をＸＹテーブル41から搬出したりする制御も行う。

図４および図５は主に制御装置40によるフォトマスク上からの異物の除去処理の流れを示している。

まず，搬送装置により対象物であるフォトマスク50をＸＹテーブル41上に搬入し，載置する（Ｓ11）。フォトマスクの搬入は人手により行ってもよい。

搬入されたフォトマスクについては事前に検査装置（図示略）による検査が終了しており，加工，修正の必要な箇所，異物（パーティクル）が存在する箇所についての情報（フォトマスク上の位置情報，範囲情報）が制御装置40に与えられている。制御装置40は光学認識装置33およびＸＹテーブル41を制御して，フォトマスク50に明示（記入，印刷等）されている位置決めマーク51（好ましくはフォトマスク50の四隅にある）を検出する。これにより，ＸＹテーブル41上におけるフォトマスク50の位置，姿勢（Ｘ，Ｙ方向の位置，傾き）等が分るので，先に与えられたフォトマスク上の位置情報等をＸＹテーブル41の原点を基準とした位置情報に修正（変換）する（Ｓ12）。

次に，観察用走査ヘッド10を支持体30上の昇降装置を駆動して，高い待機位置から観察可能な高さ位置に下降させる（Ｓ13）。観察用走査ヘッド10が下降した様子が図３に示されている。この後，観察用走査ヘッド10のカンチレバー11の探針12を，作業箇所（範囲），すなわちフォトマスクパターンの欠陥箇所，異物の存在する箇所に相対的に移動させる（ＸＹテーブル41を動かす）（Ｓ14）。これはフィードバック制御を伴うノンコンタクトモードで行うことが好ましい。そして，作業箇所の近傍を観察用走査ヘッド10のカンチレバー11でサーチ（走査）してその画像を得，欠陥，異物等がその観察範囲内に存在するかどうかを確認する（Ｓ15）。この確認は作業者が行ってもよい。検査装置から与えられた情報に基づいて，可能性のある箇所すべてについて観察用走査ヘッド10によるサーチを続行する（Ｓ16）。観察用走査ヘッド10によるサーチによって，異物が存在する位置についての正確な（高精度）の位置情報が得られる。これらの情報は制御装置40のメモリに記憶される。

異物除去を目的とする場合，異物が存在すること，およびその異物の正確な位置が分ると，観察用走査ヘッド10を元の高さの待機位置に上昇させる（Ｓ18）。そして，作業用（除去用）走査ヘッド20を待機位置から，作業が可能なフォトマスク50に近い高さ位置に下降させる（図３に観察用走査ヘッド10について示す位置）（Ｓ19）。

除去すべき異物の正確な位置は既に分っているので，作業用走査ヘッド20のカンチレバー21の探針が異物の位置に向うように作業用走査ヘッド20を相対的に移動させる（ＸＹテーブル41を移動させる）（Ｓ20），作業用走査ヘッド20のカンチレバー21の探針による異物除去動作を行う（Ｓ21）。これは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うことができる。異物の除去のやり方にはさまざまな方法がある。その一つは，探針により異物を保持して（探針が異物を挟持できるように２つの針状部分を有する，または探針にあらかじめ粘着剤をつけておき，異物を粘着するなど）除去する方法，探針により異物をマスクパターンの遮光部分上に押し上げる方法（異物が遮光部分にあれば支障はない）などがある。異物除去動作は必要に応じて作業者が操作する。

異物の除去が終了すると，作業用走査ヘッド20を上昇させる（Ｓ22）。もし，探針に異物が保持（把持）されている場合には，その探針（作業用走査ヘッド20）をＸＹテーブル上の粘着シート55の上方にもたらし（ＸＹテーブル41の移動），続いて下降させて探針を粘着シート55に突き刺す。探針に保持されている（付着している）異物は粘着シート55に付着するので，探針を引上げれば，探針から異物が取り除かれる（Ｓ23）。したがって，作業用プローブの探針が著しく劣化していなければ，この探針を作業用として再使用することができる。この後，作業用走査ヘッド20を待機位置に戻す。作業用走査ヘッド20の探針に異物が付着していない場合には，作業用走査ヘッド20を直接に待機位置に戻す。

この後，観察用走査ヘッド10を再び下降させ，異物を除去した筈の位置まで移動させ，確かに異物が除去されたかどうかを確認する（Ｓ24）。この確認も作業者が画像をみて行ってもよい。

作業用走査ヘッドの探針は，パターン修正や異物除去動作で劣化，損傷したり，異物が付着している場合があり，このような探針を用いて異物が除去されたことを確認する動作を行うと，解像度が著しく低下して確認動作が困難になる。また，場合によっては作業用走査プローブの探針を交換しなければならない。

この実施例では，作業用走査プローブ20に加えて観察用走査プローブ10が備えられているので，観察用走査プローブ10を用いて，作業用走査プローブ20により作業を行った箇所を再び観察し，状況を詳細に観察することができる。

フォトマスク50上にまだ除去すべき異物が残っていれば，作業用走査ヘッド20による異物の除去，観察用走査ヘッド10による除去確認を繰返す（Ｓ25）。

フォトマスク50の異物がなくなれば，フォトマスク50をＸＹテーブル41上から搬出する（Ｓ26）。

10 観察用走査プローブ
11，21 カンチレバー
12 探針
20 作業用走査プローブ
33 光学認識装置
40 制御装置
41 ＸＹテーブル
50 フォトマスク（対象物）

Claims (9)

1. 先端に探針が設けられたカンチレバーを含む観察用走査ヘッドと，先端に探針が設けられたカンチレバーを含む作業用走査ヘッドとを，相互に独立に動作可能に，走査型プローブ顕微鏡に設け，
   作業前または作業後に前記観察用走査ヘッドで対象物の作業箇所を観察し，
   前記作業用走査ヘッドで対象物の作業箇所における所定の作業を行う，
   走査型プローブ顕微鏡を用いた作業方法。
2. まず前記観察用走査ヘッドで対象物の作業箇所を観察して位置情報を得，
   得られた位置情報に基づいて前記作業用走査ヘッドで所定の作業を行う，
   請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡を用いた作業方法。
3. 前記作業用走査ヘッドによる所定の作業の後に，前記観察用走査ヘッドによって作業結果を観察する，
   請求項１または２に記載の走査型プローブ顕微鏡を用いた作業方法。
4. 前記作業用走査ヘッドによる所定の作業が異物の除去である，請求項１から３のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡を用いた作業方法。
5. 前記観察用走査ヘッドによる観察が，異物の有無の確認および異物有の場合の位置情報の取得，または異物の除去の確認である，請求項４に記載の走査型プローブ顕微鏡を用いた作業方法。
6. 観察用走査ヘッドまたは作業用走査ヘッドの動作に先だって，光学認識装置により対象物の位置，姿勢についての情報を取得する，請求項１から５のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡を用いた作業方法。
7. 作業箇所を示す位置情報が与えられており，前記観察用走査ヘッドによりさらに精密な位置情報を得る，請求項２に記載の走査型プローブ顕微鏡を用いた作業方法。
8. 前記作業用走査ヘッドの探針に付着した異物を除去する工程を含む，請求項４に記載の走査型プローブ顕微鏡を用いた作業方法。
9. 先端に探針が設けられたカンチレバーを含む観察用走査ヘッドと，
   先端に探針が設けられたカンチレバーを含む作業用走査ヘッドと，
   が相互に独立に動作可能に設けられている走査型プローブ顕微鏡。

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