JP4405607B2 - スキャニングプローブ、走査装置、露光装置、および近接場顕微鏡 - Google Patents
スキャニングプローブ、走査装置、露光装置、および近接場顕微鏡 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナノメートルオーダの微細パターン構造の露光あるいは観測に用いられるスキャニングプローブに関し、例えば分子原子オーダの分解能を持つ顕微鏡や、半導体素子製造用の露光装置に於いて、物体面上に形成されている微細な電子回路パターンを逐次作成する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、走査されるスキャニングプローブを用いた、ナノメートルオーダの分解能を持つ顕微鏡として、ＳＴＭ（走査型トンネリング顕微鏡）、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）や近接場光顕微鏡が注目を集めており、そのなかで、物質の物性を評価できる近接場光顕微鏡が中でも注目を集めている。
【０００３】
また、微細加工に於いては光ステッパや電子ビーム露光装置がある。光ステッパでは光の回折限界を少しでもカバーする為に補助パターンや、変形照明等を行なったり、露光波長の短波長化を行なってきた。波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザから波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザがその候補とされている。
【０００４】
また、電子ビーム露光装置ではスループットを向上させる為に電流密度を上げる為の装置改良がなされてきた。
【０００５】
さらに、このような微細パターンを作成するには高精度な位置決め（アライメント）が必要であり、従来より、高精度な位置検出装置においては、物体上にアライメント用のマークを設け、それの光学像をＴＶカメラで検出し、画像処理をほどこし、物体の位置を検出する方法が一般的である（特願平１−１９８２６１号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例の光ステッパでの光学的像のぼけを生じさせない微細パターンは、波長の半分程度が限界であり、ナノメートルオーダの微細パターンの露光は不可能であった。また、電子ビーム露光装置に於いてもクーロン効果によるぼけで、ナノメートルオーダの微細パターンの露光は困難であった。さらに、ナノメートルオーダの露光には、ナノメートル以下の精度にパターンを位置決めして露光することが必要であるが、従来のアライメント方式では精度が足りず、所望の微細パターンを所望の位置に形成することも困難であった。
【０００７】
また、上記近接場光顕微鏡や近接場露光装置等の近接場光システムに於いては、近接場光ビームの照射手段であるスキャニングプローブに、試料や雰囲気中の有機物が付着し、長時間使用すると性能が低下してしまう問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、ナノメートル以下の微細構造パターンの評価や形成が長期間良好に行えるスキャニングプローブ、該スキャニングプローブを用いた走査装置、露光装置、および近接場顕微鏡を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のスキャニングプローブは、試料の表面を走査するスキャニングプローブにおいて、スキャニングプローブの少なくとも先端部を被覆する光触媒の膜が形成されており、光触媒の膜は、紫外線と光触媒反応を起こす性質を有し、光触媒の膜の下に金属膜が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
上記の通り構成された本発明のスキャニングプローブは、スキャニングプローブの少なくとも先端部を被覆する光触媒の膜が形成されている。このため、光触媒として、清浄効果を有する紫外線等に反応するものを用いることで、紫外線清浄を行うことができる。
【００１１】
また、本発明のスキャニングプローブは、試料の表面を走査するスキャニングプローブにおいて、スキャニングプローブの少なくとも先端部を被覆する光触媒の膜が形成されており、光触媒の膜の下に金属膜が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
金属膜は、光ファイバの表面に形成され、該光ファイバの先端面から近接場光を滲み出させるものでもよいし、また、金属膜は、光ファイバの表面に形成され、光を試料に照射させることで生じた近接場光内に、光ファイバの先端部を挿入することで生じた散乱光を光ファイバへ導光させるものであってもよい。
【００１３】
本発明のスキャニングプローブは、光源から照射された光を試料に照射させることで生じた近接場光内において、微小粒子をトラップするための光を照射するトラップ用光源から照射されたトラップ光により、トラップされることで散乱光を発生させ、かつ、光触媒機能を有する微小粒子からなるものでもよい。
【００１４】
本発明の走査装置は、本発明のスキャニングプローブと、本発明のスキャニングプローブ及び試料の表面を相対的に走査させる走査手段とを有するものであり、スキャニングプローブに紫外線を照射する紫外線照射手段を有するものであってもよい。
【００１５】
本発明の露光装置は、位置決めのためのアライメントマークが設けられた被露光物のアライメントマークに光を照射する光照射手段と、被露光物を露光するための露光光を発生させる露光光発生手段と、光照射手段、露光光発生手段及び試料の表面を相対的に走査させる走査手段とを有する露光装置において、光照射手段は、本発明のスキャニングプローブを位置決め用プローブとして有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の露光装置は、位置決めのためのアライメントマークが設けられた被露光物のアライメントマークに光を照射する光照射手段と、被露光物を露光するための露光光を発生させる露光光発生手段と、光照射手段、露光光発生手段及び試料の表面を相対的に走査させる走査手段とを有する露光装置において、露光光発生手段は、本発明のスキャニングプローブを露光用プローブとして有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の近接場顕微鏡は、試料に光を照射させることで近接場光を生じさせる励起光照射手段と、試料の表面を観察するための観察手段と、観察手段と試料の表面とを相対的に走査させる走査手段とを有する近接場顕微鏡において、観察手段は、本発明のスキャニングプローブを有することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
近年、アライメント光の波長限界によって突き当たる、像のぼけによる精度限界を超える技術として、コンフォーカル系を用いたアライメント方法が提案されている。このコンフォーカル系とは、試料に対する照明領域を微小スポットとし、また、受光側にも微小開口を設けることで回折による広がりをカットして受光がなされるもので、試料をスキャンすることにより、２次元的な像を得るものである。
【００２４】
通常のコンフォーカル系は、伝播する光を用いているが、更に微細な構造を見たり、作成するには、近接場という物質近傍にまとわりつき、通常は伝播しないが、近傍に微小物体を挿入することにより生じる散乱光を検出する手法を用いる。
【００２５】
図１に、この近接場を利用した近接場光露光装置による、近接場光を用いた露光の原理図を示す。
【００２６】
この近接場光露光装置は、物質から波長オーダで広がる伝搬しない近接場光１０８を露光に利用するものである。
【００２７】
近接場光露光装置は、露光光を発生させる露光光源１５１と、ステージ駆動系１１３と、シアフォース制御用検出光源１１７と、圧電素子１１９と、ステージ駆動系１１３に駆動可能に設けられたステージ１１２と、圧電素子１１９に接続された露光用プローブ１５５とを有する。
【００２８】
上記の露光光源１５１と、ステージ駆動系１１３と、シアフォース制御用検出光源１１７と、圧電素子１１９とは、全体制御系１０７により制御される。
【００２９】
以上の構成により、露光光源１５１より出射された露光光は、ファイバ１５２を通り、ファイバ１５２の先端部である、エッチングの施された露光用プローブ１５５へと導かれ、露光用プローブ１５５の先端のナノメートルオーダの微小開口からしみ出した近接場光１０８をウエハ１０５上のレジスト１３３にナノメートルオーダで近づけることによりレジスト１３３を露光する。そして、露光用プローブ１５５とウエハ１０５を相対的に移動させながら、近接場光１０８の強度を制御することにより、ウエハ１０５上に所望のパターンを形成することができる。
【００３０】
露光の際のウエハ１０５面に対する露光用プローブ１５５の微小位置駆動は、露光用プローブ１５５の支持部に設けられた圧電素子１１９により行われる。なお、圧電素子１１９は、ウエハ１０５面のスキャンだけでなく、以下に説明するシアフォース検出に必要な露光用プローブ１５５の微小振動も兼ねて行うことができるものである。
【００３１】
露光用プローブ１５５とウエハ１０５間の距離制御には、シアフォース制御用検出光源１１７と位置検出器１１８とで構成されるシアフォース検出系により行う。
【００３２】
シアフォース検出とは、圧電素子１１９により微小振動がなされている露光用プローブ１５５がウエハ１０５に近づくと、露光用プローブ１５５とウエハ１０５との間の原子間力により露光用プローブ１５５の微小振動が抑制されることで生じる、共振周波数のずれ量を検出するものである。このずれ量の検出はシアフォース制御用検出光源１１７からの検出光１３５を露光用プローブ１５５に照射し、露光用プローブ１５５の両端を通過した光を位置検出器１１８で検出することにより行う。
【００３３】
以下に説明する本発明の実施形態は、この近接場技術を用いたものであり、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３４】
（第１の実施形態）
図２に本実施形態の近接場露光装置の主要構成図を示す。
【００３５】
本実施形態の近接場露光装置は、ステージ駆動系７３と、アライメント測定系１４０と、露光系１４１と、紫外線照射手段８６とを有し、これらは全体制御系６７ａにより制御される構成となっている。
【００３６】
ステージ駆動系７３は、全体制御系６７ａからの制御命令に応じてステージ７２を駆動する。ステージ７２上にはレジスト３３が塗布されたウエハ６５が載置されるとともに、アライメント用プローブ６２及び露光用プローブ９５に紫外線を照射する紫外線照射手段８６が設置されている。また、ウエハ６５にはアライメントマーク６１が形成されている。
【００３７】
アライメント測定系１４０は、圧電素子７９ａによりレジスト３３面のスキャンがなされるアライメント用プローブ６２と、ファイバ８７を導光してきた光を検出する検出器１３７と、シアフォース検出に用いられるシアフォース制御用検出光源７７ａ及び位置検出器７８ａと、ステージ７２上に載置されたウエハ６５上のアライメントマーク６１に対して光を照射する励起光照射手段７１とを有する。
【００３８】
アライメント用プローブ６２の先端形状は、図３に示すように端部が微小開口３０であるファイバ２７に、金２８及び光触媒２９とが被覆されたものである。
【００３９】
このアライメント用プローブ６２は、ファイバ２７の先端をエッチング処理により尖らせた後、その周囲を金２８で覆い、次いでその先端部を約１０ｎｍの領域のみ金２８を剥ぐことにより微小開口３０を設け、さらにその外部に光触媒２９であるＴｉＯ2で覆うことにより形成されたものである。
【００４０】
露光前のアライメント時には、物質に光が照射されたとき、物質表面近傍に波長オーダの範囲に広がる分極の場に、微小物体を近づけることにより、散乱光を生じさせ、物体の光学情報分布を得ることにより、分子オーダの分解能を持つ位置検出系を構成し、そのアライメント信号をもとに位置決めを行なう。
【００４１】
近接場光６８を利用したアライメント系の分解能はアライメント波長によらず、アライメント用プローブ６２の開口部の大きさで決まるため、波長よりはるかに小さいものまで分解できる光学系を構成することが可能である。このようなナノメートルオーダのファインアライメント系では、その計測レンジ内での操作を行う前におおまかな位置決めを行うためのプリアライメント系も搭載することにより、ナノメートル以下のアライメント精度を持つ実用的な露光装置が提供できる。
【００４２】
また、ウエハ６５を置くステージ７２上には紫外線照射手段８６が配置され、アライメント及び露光終了後、ステージ７２を移動させ、紫外線照射手段８６の真上にアライメント用プローブ６２がくるように構成されている。
【００４３】
図４（ａ）にアライメント時に用いるプリアライメント用マーク８１とアライメントマーク６１を、また図４（ｂ）にアライメントマーク６１の拡大図をそれぞれ示す。
【００４４】
図４（ａ）に示すように、幅２μｍの外周縁部からなる２０μｍ角の正方形領域内の、幅２μｍの十字マークがプリアライメント用マーク８１であり、その十字マークが交差する領域の中央部の、１００ｎｍのドットパターンが十字状に配列されたものがアライメントマーク６１である。
【００４５】
プリアライメント用マーク８１は、近接場光アライメントを行なう前の大まかな位置決めのために用いる。近接場光アライメントに於いては同一マークの中央のドットパターンを用いている。
【００４６】
ウエハ６５上には、アライメントマーク６１が複数形成されているが、プリアライメント用マーク８１が付いているアライメントマーク６１は２ヵ所のみで、その他は全て、ドットパターンからなるアライメントマーク６１である。
【００４７】
次に、アライメント測定系１４０によるアライメントに関して説明する。
【００４８】
光照射手段７１より照射された照射光７４はアライメントマーク６１によって回折、散乱、あるいは吸収され、一部は物質近傍にまとわりつく近接場光６８となる。この領域にアライメント用プローブ６２を挿入することによって、アライメント用プローブ６２と近接場光６８とが相互作用することで新しい場が形成され、その変化に伴い散乱されて生じた散乱光（不図示）はファイバ８７内へと導光される。そして、この散乱光はファイバ８７を介して検出器１３７まで導光され、検出器１３７により画像信号として全体制御系６７ａの画像処理系６７ｂへと出力され、ここで画像処理される。
【００４９】
なお、本実施形態では、励起光照射手段７１からの照射光７４の波長は１５５０ｎｍを用いた。これは、レジスト３３の厚さは約０．５μｍであり、レジスト３３の下のアライメントマーク６１からの近接場の領域がレジスト３３の表面上近傍まで広がるように、レジスト３３厚より長波長の照射光７４を用いたものである。シアフォース制御用検出光源７７ａからの検出光７５ａの波長は６３０ｎｍの半導体レーザ光を用いた。
【００５０】
また、近接場光検出では不図示の近接場光６８の波長のみ透過するフィルタを用いることにより近接場信号へのノイズ低減をはかっている。近接場光６８の画像としての分解能はアライメント用プローブ６２の微小開口３０の大きさにより決定される。本実施形態では、微小開口３０の開口径は約１０ｎｍであるが、これによって得られる位置精度は１ｎｍである。
【００５１】
このようにして所定のアライメントマーク６１を用い、アライメントが完了した後、近接場光露光を行なう。
【００５２】
露光系１４１は、図２に示すように、露光光を発生させる露光光源９１と、近接場光を発する露光用プローブ９５と、露光光源９１から露光用プローブ９５へと露光光を導くファイバ９２と、シアフォース検出用の圧電素子７９ｂと、シアフォース制御用検出光源７７ｂと、検出光７５ｂを検出する位置検出器７８ｂとで構成される。
【００５３】
露光光源９１としてはＫｒＦエキシマレーザを用い、露光光の波長は２４８ｎｍである。露光される最小線幅はおよそ開口の大きさであり、１０ｎｍである。露光光源９１より出射された露光光はファイバ９２を通り、露光用プローブ９５へと導かれ、露光用プローブ９５の先端の微小開口からしみ出した近接場光９８によりレジスト３３を露光する。露光用プローブ９５とウエハ６５を相対的に移動させながら、近接場光９８の強度を制御することにより、ウエハ６５上に所望のパターンを形成することができる。１回の露光領域は１０μｍ角である。その際の露光用プローブ９５とウエハ６５との相対高さの調整は、アライメント系と同様、すなわち、第１の実施形態と同様のシアフォース検出による。
【００５４】
露光が完了したら、ステージ７２をステージ駆動系７３により駆動し、次に露光すべき露光領域のアライメントマーク６１によりアライメントを行った後、露光する。
【００５５】
なお、露光系の露光用プローブ９５の構造はアライメント用プローブ６２と同様であり、シアフォース検出方法についてもアライメント測定系１４０と同様であるので説明は省略する。
【００５６】
このように、順次露光を繰り返しながら、ウエハ６５全体を露光する。露光領域８８とアライメントマーク６１の配置の概略は図５に示す。左端の四角形の中の大きな十字マークがプリアライメントと近接場光アライメントマークを兼ねたもので、マトリクス状の各四角形領域が１回の露光領域８８である。各露光領域８８の隅にはアライメントマーク６１が配置されている、アライメントマーク配置領域８９が形成されている。
【００５７】
以上のようにして、アライメント及び露光終了後、ステージ７２を駆動させることでアライメント用プローブ６２を紫外線照射手段８６の位置まで移動させ、紫外線を照射することによりアライメント用プローブ６２の清浄を行う。
【００５８】
アライメント用プローブ６２はアライメントが終了した後、紫外線を照射し、開口部を光触媒反応により清浄する。
【００５９】
所定のタイミングでこの紫外線をアライメント用プローブ６２に照射させることによって光触媒反応が促進させるようにしている。
【００６０】
露光用プローブ９５は露光時に紫外線が光触媒で構成されている開口に照射されるので紫外線照射を別途行なわなくてもよい。但し、しばらく露光を行なわない場合は、適宜光触媒反応が促進されるよう、アライメント用プローブ６２同様の操作で紫外線照射を行なってもよい。
【００６１】
以上により、アライメント用プローブ６２及び露光用プローブ９５は常に良好な状態となるため、本実施形態の近接場露光装置の性能も長期間にわたり維持されることとなる。
【００６２】
次に、本実施形態の露光シーケンスを図２及び図６に示すフローチャートを用いて説明する。
【００６３】
まず、ステージ７２上にウエハ６５を搭載する（ステップ３０１）。
【００６４】
次に、アライメント用プローブ６２を紫外線照射により、洗浄する必要があるかどうかを判断し（ステップ３０２）、もし必要があるなら、紫外線照射手段８６により紫外線を照射して洗浄を行う（ステップ３０３）。
【００６５】
また、露光用プローブ９５についても紫外線照射により、洗浄する必要があるかどうかを判断し（ステップ３０４）、もし、必要があるなら、紫外線照射手段８６により紫外線を照射して洗浄を行う（ステップ３０５）。
【００６６】
次に、励起光照射手段７１より照射された照射光７４を、図４及び図５に示したプリアライメント用マーク８１に照射することで生じた近接場光６８中にアライメント用プローブ６２を挿入する。これにより、アライメント用プローブ６２と近接場光６８とが相互作用することで新しい場が形成され、その変化に伴い散乱されて生じた散乱光（不図示）をファイバ８７内へと導光することでプリアライメントを行う（ステップ３０６）。
【００６７】
プリアライメント終了後、露光用プローブ９５が図５に示す露光領域８８に来るように、ステージ７２をステージ駆動系７３により移動させる（ステップ３０７）。
【００６８】
次に、アライメントマーク６１を用いて、アライメント用プローブ６２でアライメントを行う（ステップ３０８）。
【００６９】
アライメント終了後、露光用プローブ９５の先端の微小開口からしみ出した近接場光９８により、ウエハ６５の表面に塗布されたレジスト３３を露光する（ステップ３１０）。
【００７０】
以上のようにして、近接場光を用いた露光が行われる。
【００７１】
今回用いた露光用プローブ９５の開口は約１０ｎｍのものであり、最小線幅は１０ｎｍであったが、さらに開口を小さくすることにより１ｎｍオーダの最小線幅の露光も可能である。
【００７２】
なお、アライメント用プローブ６２の紫外線照射は、適宜シーケンスと並行して行なうことによりスループットの低下は避けることができる。
【００７３】
また、紫外線照射手段２６はステージ７２上に配置する必要はなく、別途プローブ近傍に配置してもよい。
【００７４】
（第２の実施形態）
図７に本実施形態の近接場光プローブ２を用いた近接場顕微鏡の主要構成図を示す。
【００７５】
本実施形態の近接場顕微鏡は、ステージ駆動系１３と、励起光照射手段１１と、シアフォース制御用検出光源１７と、圧電素子１９と、紫外線照射手段２６とを制御し、かつ、検出光３５を検出する位置検出器１８と、検出器５７とからの信号を処理する画像処理系７ｂを有する全体制御系７ａと、ステージ駆動系１３に駆動可能に設けられた、紫外線照射手段２６を有するステージ１２と、検出器５７に接続された近接場光プローブ２とを有する。
【００７６】
以上の構成により、ステージ１２上に載置された試料５上の試料評価領域１を、励起光照射手段１１と、近接場光プローブ２と、検出器５７とで構成される近接場光学系で近接場光学像を検出する。
【００７７】
上述の通り、本実施形態の近接場顕微鏡は、第１の実施形態のアライメント測定系１４０と基本的に同様の構成であり、観察する対象がウエハ６５上のアライメントマーク６１に対して、試料５上の試料評価領域１となった点のみ異なる。
【００７８】
よって、近接場光プローブ２の構造、試料評価領域１の観察方法、シアフォース検出及び紫外線照射による近接場光プローブ２の清浄に関する説明は省略する。
【００７９】
なお、本実施形態では、励起光照射手段１１からの照射光３４の波長は１５５０ｎｍで、シアフォース制御用検出光源１７からの検出光３５の波長は６３０ｎｍの半導体レーザ光を用いた。
【００８０】
また、近接場光８の画像としての分解能は近接場光プローブ２の微小開口３０の大きさにより決定される。本実施形態では、微小開口３０の開口径は約１０ｎｍであるが、これよりさらに小さくすることで数ｎｍの高分解能の像も得ることができる。
【００８１】
次に、本実施形態の近接場光顕微鏡の作動シーケンスを図７及び図８を用いて説明する。
【００８２】
まず、試料５をステージ１２上にセットする（ステップ３１１）。
【００８３】
次に近接場プローブ２が試料５の試料評価領域１に来るように、ステージ１２をステージ駆動系１３により移動させる（ステップ３１２）。
【００８４】
そして、励起光照射手段１１より照射された照射光３４を、試料評価領域１に照射することで生じた近接場光８中に近接場プローブ２を挿入する。これにより、近接場プローブ２と近接場光８とが相互作用することで新しい場が形成され、その変化に伴い散乱されて生じた散乱光（不図示）をファイバ２７内へと導光することで近接場画像計測を行う（ステップ３１３）。
【００８５】
近接場画像計測終了後、近接場プローブ２を紫外線照射により、洗浄する必要があるかどうかを判断し（ステップ３１４）、もし必要があるなら、紫外線照射手段２６により紫外線を照射して洗浄を行う（ステップ３１５）。
【００８６】
以上のようにして、近接場画像の計測が行われる。
【００８７】
本実施形態の近接場顕微鏡も、第１の実施形態と同様の方法、すなわち、近接場光プローブ２に付着した試料５や雰囲気中からの有機物を紫外線照射手段２６からの紫外線により清浄、除去するので近接場光プローブ２は常に良好な状態となるため、本実施形態の近接場顕微鏡の性能も長期間にわたり維持されることとなる。
【００８８】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態である、アライメント系に於ける近接場光を用いた位置検出装置に関して説明する。
【００８９】
図９はアライメント系に於ける、近接場光を用いた位置検出装置の原理図である。この位置検出装置は、画像データ処理系を有する全体制御手段２０７により制御される、ステージ２１２を駆動させるステージ駆動系２１３と、励起光照射手段２１１、近接場光学像を検出するための、プローブ２０２と、集光レンズ２０３と、検出器２０４とで構成される近接場光学系２１０とで構成される。アライメントマーク２０１の形成されたウエハ２０５はステージ２１２上に載置される。
【００９０】
近接場検出光学系２１０と通常の光学顕微鏡との違いは、アライメントマーク２０１の上に微小散乱体であるプローブ２０２が存在することである。従来の光学系と同様に、励起光照射手段２１１より照射された励起光２０６はアライメントマーク２０１によって回折、散乱、あるいは吸収される。プローブ２０２はこの回折場２０８と相互作用し、新しい場を形成する。このようにして、変化した場による散乱光２０９をレンズ２０３を通して検出器２０４で検出するものである。この為、レンズ２０３にはプローブ２０２から散乱される光を集めるだけで、結像機能の必要性はない。分解能は通常の光学系とは異なり、プローブ２０２の大きさや、そのアライメントマーク２０１からの距離等で決まり、レンズ２０３の像性能にはよらない。この近接場光学系２１０により得た画像データを全体制御装置２０７の画像処理系により解析し、アライメントマーク２０１の位置を求めることによりウエハ２０５の位置を検出するものである。
【００９１】
このようにして、近接場光ビームを用いた方法により位置決めされた後、近接場光ビームによりウエハ２０５を露光することにより、ナノメートルオーダの微細パターンがウエハ２０５上に形成される。
【００９２】
次に、図１０に本実施形態の近接場検出光学系４１０を示す。本実施形態は、第１の実施形態のアライメント測定系１４０に対応するものである。
【００９３】
本実施形態の近接場検出光学系４１０は、微粒子プローブ４０２の位置を制御する為の光トラップ光学系４３０と、検出器４０４と、照射光４０６を照射する励起光照射手段４１１とで構成され、光トラップ光学系４３０は、光トラップ光源制御手段４２３と、光トラップ光源４２２と、第２のレンズ４２１と、ハーフミラー４２０と、第１のレンズ４０３とで構成される。
【００９４】
本実施形態は微粒子をプローブとして用い、この微粒子プローブ４０２を第１の実施形態のアライメント用プローブ６２と同様にアライメントマーク６１からの近接場光４０８中に置くことにより、変化した場による散乱光４０９を第１のレンズ４０３を通して検出器４０４で検出する。
【００９５】
光トラップ光源４２２としてＮｄ：ＹＡＧレーザ（１．０６μｍ：１００ｍＷ）を用いた。光トラップ光源４２２から出射された光トラップビーム４２４は第２のレンズ４２４により集光され、ハーフミラー４２０で第１のレンズ４０３の方向に反射され、この第１のレンズ４０３を介し、微粒子プローブ４０２に照射される。微粒子プローブ４０２としては、酸化チタン２０ｎｍ径の球を用いた。
【００９６】
この酸化チタンは光触媒機能を持ち、表面に付着した有機物はアライメントをしていないときに適宜、紫外線照射手段４２６より紫外線を受け、分解される。
【００９７】
なお、光トラップされる微粒子は酸化チタンに限定されるものではなく、光触媒反応を示すものであればよい。また、表面が光触媒でコーティングされている微粒子でもよい。
【００９８】
図１１に光トラップ光束４２４と、微粒子プローブ４０２に働く力の方向Ａを示す。
【００９９】
集光された光トラップ光束４２４は微粒子プローブ４０２によって散乱され、微粒子プローブ４０２自身はビーム電場分布の中心であるビームフォーカス位置４３１に引き寄せられ、矢印Ａの方向に動き、粒子安定位置４０２ａで安定する（レーザ研究第２４巻第１１号１１３９頁〜１１４７頁１９９６年参照）。
【０１００】
ビームフォーカス位置４３１に一致する、ビームウエストの位置が微粒子プローブ４０２の中心よりやや下方にくるように不図示のフォーカス位置調整手段により調整すると、微粒子プローブ４０２はアライメントマーク４０１の表面上にわずかに押しつけられる。その結果、微粒子プローブ４０２とアライメントマーク４０１との表面間の距離をゼロに保つことができる。こうして位置制御された微粒子プローブ４０２を用い、フォーカス位置制御手段で画角１００ｎｍのスキャンを行なうことにより、ナノメートルオーダの精度でアライメントマーク４０１の画像を得ている。
【０１０１】
ウエハ４０５を大まかな所定の位置にセッティングする前は微粒子プローブ４０２は、フォーカス位置制御手段によりウエハ４０５がセットされる位置よりわずかに上方に待機するようにすることで、微粒子プローブ４０２とウエハ４０５との干渉を避ける装置構成となっている。
【０１０２】
なお、上述の第１ないし第３の実施形態は近接場プローブについて実施したものであるが、光触媒によるプローブの洗浄はこれに限定されるものではない。ＳＴＭ（走査型トンネリング顕微鏡）やＡＦＭ（原子間力顕微鏡）のプローブの先端部に光触媒を設け、このプローブにも別途設けた紫外線照射手段より、適宜紫外線を照射することにより、プローブを洗浄することができる。
【０１０３】
また、第２、第３の実施形態の近接場顕微鏡は、第１の実施形態で説明したアライメント測定系１４０と基本的構成は同様であるため、試料の観察のみに限定されるものではなく、位置決めを目的としたアライメントシステムとしての適用も可能である。
【０１０４】
次に上記説明した露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。図１２は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造フローを示す。ステップ５０１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計をおこなう。ステップ５０２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
【０１０５】
一方、ステップ５０３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ５０４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５０５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ５０４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。
【０１０６】
ステップ５０６（検査）ではステップ５０５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査をおこなう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これがステップ７（出荷）される。
【０１０７】
図１３は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ５１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ５１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。
【０１０８】
ステップ５１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ５１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ５１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ５１６（露光）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【０１０９】
ステップ５１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ５１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ５１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返しおこなうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０１１０】
本実施形態の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製造することができる。
【０１１１】
なお、第１の実施形態で示した露光装置は半導体デバイスの製造に限定されるものではなく、微細構造素子の製造にも適用可能である。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明によれば、スキャニングプローブの少なくとも先端部を被覆する光触媒の膜が形成されているため、光触媒として、清浄効果を有する紫外線等に反応するものを用いることで紫外線清浄を行うことができる。これにより、スキャニングプローブを常に良好な状態で維持できるため、近接場光による露光やアライメント用のプローブ、あるいは走査型トンネリング顕微鏡や原子間力顕微鏡のプローブとして用いることで、ナノメートル以下の微細構造パターンの評価や形成が長期間良好に行える。
【０１１３】
また、このようなナノメートルオーダの微細加工の量産が可能となりナノメートルの構造で機能を発揮する微細構造素子の作成が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の近接場光露光の原理を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の近接場露光装置の主要構成図である。
【図３】近接場プローブ先端部構成を説明する図である。
【図４】プリアライメント用マーク及びアライメントマークを示す図である。
【図５】露光領域とアライメントマーク配置領域を示す図である。
【図６】第１の実施形態の近接場露光装置による露光シーケンスを説明する図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の近接場顕微鏡の主要構成図である。
【図８】第２の実施形態の近接場顕微鏡の作動シーケンスを説明する図である。
【図９】本発明の、微小プローブを用いた位置検出の原理を説明する図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の近接場検出光学系の主要構成図である。
【図１１】微粒子プローブに働く力を説明する図である。
【図１２】デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図１３】図１１に示したウエハプロセスの詳細な工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 試料評価領域
２ 近接場プローブ
５ 試料
７ａ、６７ａ、１０７、２０７ 全体制御系
７ｂ、６７ｂ 画像処理系
８、６８、９８、１０８、４０８ 近接場光
１１、７１、１１７、２１１、４１１ 励起光照射手段
１２、７２、１１２、２１２ ステージ
１３、７３、１１３、２１３ ステージ駆動系
１７、７７ａ、７７ｂ、１１７ シアフォース制御用検出光源
１８、７８ａ、７８ｂ、１１８ 位置検出器
１９、７９ａ、７９ｂ、１１９ 圧電素子
２６、８６、４２６ 紫外線照射手段
２７、８７、９２、１５２ ファイバ
２８ 金
２９ 光触媒
３０ 微小開口
３３、１３３ レジスト
３４、７４、２０６、４０６ 照射光
３５、７５ａ、７５ｂ、１３５ 検出光
５７、１３７、２０４、４０４ 検出器
６１、２０１、４０１ アライメントマーク
６２ アライメント用プローブ
９５、１５５ 露光用プローブ
６５、１０５、２０５、４０５ ウエハ
８１ プリアライメント用マーク
８８ 露光領域
８９ アライメントマーク配置領域
９１、１５１ 露光光源
１４０ アライメント測定系
１４１ 露光系
２０２、４０２ 微粒子プローブ
２０３ レンズ
２０８ 回折場
２０９、４０９ 散乱光
２１０、４１０ 近接場検出光学系
４０２ａ 粒子安定位置
４０３ 第１のレンズ
４２０ ハーフミラー
４２１ 第２のレンズ
４２２ 光トラップ光源
４２３ 光トラップ光源制御手段
４２４ 光トラップ光束
４３０ 光トラップ光学系
４３１ ビームフォーカス位置
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナノメートルオーダの微細パターン構造の露光あるいは観測に用いられるスキャニングプローブに関し、例えば分子原子オーダの分解能を持つ顕微鏡や、半導体素子製造用の露光装置に於いて、物体面上に形成されている微細な電子回路パターンを逐次作成する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、走査されるスキャニングプローブを用いた、ナノメートルオーダの分解能を持つ顕微鏡として、ＳＴＭ（走査型トンネリング顕微鏡）、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）や近接場光顕微鏡が注目を集めており、そのなかで、物質の物性を評価できる近接場光顕微鏡が中でも注目を集めている。
【０００３】
また、微細加工に於いては光ステッパや電子ビーム露光装置がある。光ステッパでは光の回折限界を少しでもカバーする為に補助パターンや、変形照明等を行なったり、露光波長の短波長化を行なってきた。波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザから波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザがその候補とされている。
【０００４】
また、電子ビーム露光装置ではスループットを向上させる為に電流密度を上げる為の装置改良がなされてきた。
【０００５】
さらに、このような微細パターンを作成するには高精度な位置決め（アライメント）が必要であり、従来より、高精度な位置検出装置においては、物体上にアライメント用のマークを設け、それの光学像をＴＶカメラで検出し、画像処理をほどこし、物体の位置を検出する方法が一般的である（特願平１−１９８２６１号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例の光ステッパでの光学的像のぼけを生じさせない微細パターンは、波長の半分程度が限界であり、ナノメートルオーダの微細パターンの露光は不可能であった。また、電子ビーム露光装置に於いてもクーロン効果によるぼけで、ナノメートルオーダの微細パターンの露光は困難であった。さらに、ナノメートルオーダの露光には、ナノメートル以下の精度にパターンを位置決めして露光することが必要であるが、従来のアライメント方式では精度が足りず、所望の微細パターンを所望の位置に形成することも困難であった。
【０００７】
また、上記近接場光顕微鏡や近接場露光装置等の近接場光システムに於いては、近接場光ビームの照射手段であるスキャニングプローブに、試料や雰囲気中の有機物が付着し、長時間使用すると性能が低下してしまう問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、ナノメートル以下の微細構造パターンの評価や形成が長期間良好に行えるスキャニングプローブ、該スキャニングプローブを用いた走査装置、露光装置、および近接場顕微鏡を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のスキャニングプローブは、試料の表面を走査するスキャニングプローブにおいて、スキャニングプローブの少なくとも先端部を被覆する光触媒の膜が形成されており、光触媒の膜は、紫外線と光触媒反応を起こす性質を有し、光触媒の膜の下に金属膜が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
上記の通り構成された本発明のスキャニングプローブは、スキャニングプローブの少なくとも先端部を被覆する光触媒の膜が形成されている。このため、光触媒として、清浄効果を有する紫外線等に反応するものを用いることで、紫外線清浄を行うことができる。
【００１１】
また、本発明のスキャニングプローブは、試料の表面を走査するスキャニングプローブにおいて、スキャニングプローブの少なくとも先端部を被覆する光触媒の膜が形成されており、光触媒の膜の下に金属膜が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
金属膜は、光ファイバの表面に形成され、該光ファイバの先端面から近接場光を滲み出させるものでもよいし、また、金属膜は、光ファイバの表面に形成され、光を試料に照射させることで生じた近接場光内に、光ファイバの先端部を挿入することで生じた散乱光を光ファイバへ導光させるものであってもよい。
【００１３】
本発明のスキャニングプローブは、光源から照射された光を試料に照射させることで生じた近接場光内において、微小粒子をトラップするための光を照射するトラップ用光源から照射されたトラップ光により、トラップされることで散乱光を発生させ、かつ、光触媒機能を有する微小粒子からなるものでもよい。
【００１４】
本発明の走査装置は、本発明のスキャニングプローブと、本発明のスキャニングプローブ及び試料の表面を相対的に走査させる走査手段とを有するものであり、スキャニングプローブに紫外線を照射する紫外線照射手段を有するものであってもよい。
【００１５】
本発明の露光装置は、位置決めのためのアライメントマークが設けられた被露光物のアライメントマークに光を照射する光照射手段と、被露光物を露光するための露光光を発生させる露光光発生手段と、光照射手段、露光光発生手段及び試料の表面を相対的に走査させる走査手段とを有する露光装置において、光照射手段は、本発明のスキャニングプローブを位置決め用プローブとして有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の露光装置は、位置決めのためのアライメントマークが設けられた被露光物のアライメントマークに光を照射する光照射手段と、被露光物を露光するための露光光を発生させる露光光発生手段と、光照射手段、露光光発生手段及び試料の表面を相対的に走査させる走査手段とを有する露光装置において、露光光発生手段は、本発明のスキャニングプローブを露光用プローブとして有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の近接場顕微鏡は、試料に光を照射させることで近接場光を生じさせる励起光照射手段と、試料の表面を観察するための観察手段と、観察手段と試料の表面とを相対的に走査させる走査手段とを有する近接場顕微鏡において、観察手段は、本発明のスキャニングプローブを有することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
近年、アライメント光の波長限界によって突き当たる、像のぼけによる精度限界を超える技術として、コンフォーカル系を用いたアライメント方法が提案されている。このコンフォーカル系とは、試料に対する照明領域を微小スポットとし、また、受光側にも微小開口を設けることで回折による広がりをカットして受光がなされるもので、試料をスキャンすることにより、２次元的な像を得るものである。
【００２４】
通常のコンフォーカル系は、伝播する光を用いているが、更に微細な構造を見たり、作成するには、近接場という物質近傍にまとわりつき、通常は伝播しないが、近傍に微小物体を挿入することにより生じる散乱光を検出する手法を用いる。
【００２５】
図１に、この近接場を利用した近接場光露光装置による、近接場光を用いた露光の原理図を示す。
【００２６】
この近接場光露光装置は、物質から波長オーダで広がる伝搬しない近接場光１０８を露光に利用するものである。
【００２７】
近接場光露光装置は、露光光を発生させる露光光源１５１と、ステージ駆動系１１３と、シアフォース制御用検出光源１１７と、圧電素子１１９と、ステージ駆動系１１３に駆動可能に設けられたステージ１１２と、圧電素子１１９に接続された露光用プローブ１５５とを有する。
【００２８】
上記の露光光源１５１と、ステージ駆動系１１３と、シアフォース制御用検出光源１１７と、圧電素子１１９とは、全体制御系１０７により制御される。
【００２９】
以上の構成により、露光光源１５１より出射された露光光は、ファイバ１５２を通り、ファイバ１５２の先端部である、エッチングの施された露光用プローブ１５５へと導かれ、露光用プローブ１５５の先端のナノメートルオーダの微小開口からしみ出した近接場光１０８をウエハ１０５上のレジスト１３３にナノメートルオーダで近づけることによりレジスト１３３を露光する。そして、露光用プローブ１５５とウエハ１０５を相対的に移動させながら、近接場光１０８の強度を制御することにより、ウエハ１０５上に所望のパターンを形成することができる。
【００３０】
露光の際のウエハ１０５面に対する露光用プローブ１５５の微小位置駆動は、露光用プローブ１５５の支持部に設けられた圧電素子１１９により行われる。なお、圧電素子１１９は、ウエハ１０５面のスキャンだけでなく、以下に説明するシアフォース検出に必要な露光用プローブ１５５の微小振動も兼ねて行うことができるものである。
【００３１】
露光用プローブ１５５とウエハ１０５間の距離制御には、シアフォース制御用検出光源１１７と位置検出器１１８とで構成されるシアフォース検出系により行う。
【００３２】
シアフォース検出とは、圧電素子１１９により微小振動がなされている露光用プローブ１５５がウエハ１０５に近づくと、露光用プローブ１５５とウエハ１０５との間の原子間力により露光用プローブ１５５の微小振動が抑制されることで生じる、共振周波数のずれ量を検出するものである。このずれ量の検出はシアフォース制御用検出光源１１７からの検出光１３５を露光用プローブ１５５に照射し、露光用プローブ１５５の両端を通過した光を位置検出器１１８で検出することにより行う。
【００３３】
以下に説明する本発明の実施形態は、この近接場技術を用いたものであり、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３４】
（第１の実施形態）
図２に本実施形態の近接場露光装置の主要構成図を示す。
【００３５】
本実施形態の近接場露光装置は、ステージ駆動系７３と、アライメント測定系１４０と、露光系１４１と、紫外線照射手段８６とを有し、これらは全体制御系６７ａにより制御される構成となっている。
【００３６】
ステージ駆動系７３は、全体制御系６７ａからの制御命令に応じてステージ７２を駆動する。ステージ７２上にはレジスト３３が塗布されたウエハ６５が載置されるとともに、アライメント用プローブ６２及び露光用プローブ９５に紫外線を照射する紫外線照射手段８６が設置されている。また、ウエハ６５にはアライメントマーク６１が形成されている。
【００３７】
アライメント測定系１４０は、圧電素子７９ａによりレジスト３３面のスキャンがなされるアライメント用プローブ６２と、ファイバ８７を導光してきた光を検出する検出器１３７と、シアフォース検出に用いられるシアフォース制御用検出光源７７ａ及び位置検出器７８ａと、ステージ７２上に載置されたウエハ６５上のアライメントマーク６１に対して光を照射する励起光照射手段７１とを有する。
【００３８】
アライメント用プローブ６２の先端形状は、図３に示すように端部が微小開口３０であるファイバ２７に、金２８及び光触媒２９とが被覆されたものである。
【００３９】
このアライメント用プローブ６２は、ファイバ２７の先端をエッチング処理により尖らせた後、その周囲を金２８で覆い、次いでその先端部を約１０ｎｍの領域のみ金２８を剥ぐことにより微小開口３０を設け、さらにその外部に光触媒２９であるＴｉＯ2で覆うことにより形成されたものである。
【００４０】
露光前のアライメント時には、物質に光が照射されたとき、物質表面近傍に波長オーダの範囲に広がる分極の場に、微小物体を近づけることにより、散乱光を生じさせ、物体の光学情報分布を得ることにより、分子オーダの分解能を持つ位置検出系を構成し、そのアライメント信号をもとに位置決めを行なう。
【００４１】
近接場光６８を利用したアライメント系の分解能はアライメント波長によらず、アライメント用プローブ６２の開口部の大きさで決まるため、波長よりはるかに小さいものまで分解できる光学系を構成することが可能である。このようなナノメートルオーダのファインアライメント系では、その計測レンジ内での操作を行う前におおまかな位置決めを行うためのプリアライメント系も搭載することにより、ナノメートル以下のアライメント精度を持つ実用的な露光装置が提供できる。
【００４２】
また、ウエハ６５を置くステージ７２上には紫外線照射手段８６が配置され、アライメント及び露光終了後、ステージ７２を移動させ、紫外線照射手段８６の真上にアライメント用プローブ６２がくるように構成されている。
【００４３】
図４（ａ）にアライメント時に用いるプリアライメント用マーク８１とアライメントマーク６１を、また図４（ｂ）にアライメントマーク６１の拡大図をそれぞれ示す。
【００４４】
図４（ａ）に示すように、幅２μｍの外周縁部からなる２０μｍ角の正方形領域内の、幅２μｍの十字マークがプリアライメント用マーク８１であり、その十字マークが交差する領域の中央部の、１００ｎｍのドットパターンが十字状に配列されたものがアライメントマーク６１である。
【００４５】
プリアライメント用マーク８１は、近接場光アライメントを行なう前の大まかな位置決めのために用いる。近接場光アライメントに於いては同一マークの中央のドットパターンを用いている。
【００４６】
ウエハ６５上には、アライメントマーク６１が複数形成されているが、プリアライメント用マーク８１が付いているアライメントマーク６１は２ヵ所のみで、その他は全て、ドットパターンからなるアライメントマーク６１である。
【００４７】
次に、アライメント測定系１４０によるアライメントに関して説明する。
【００４８】
光照射手段７１より照射された照射光７４はアライメントマーク６１によって回折、散乱、あるいは吸収され、一部は物質近傍にまとわりつく近接場光６８となる。この領域にアライメント用プローブ６２を挿入することによって、アライメント用プローブ６２と近接場光６８とが相互作用することで新しい場が形成され、その変化に伴い散乱されて生じた散乱光（不図示）はファイバ８７内へと導光される。そして、この散乱光はファイバ８７を介して検出器１３７まで導光され、検出器１３７により画像信号として全体制御系６７ａの画像処理系６７ｂへと出力され、ここで画像処理される。
【００４９】
なお、本実施形態では、励起光照射手段７１からの照射光７４の波長は１５５０ｎｍを用いた。これは、レジスト３３の厚さは約０．５μｍであり、レジスト３３の下のアライメントマーク６１からの近接場の領域がレジスト３３の表面上近傍まで広がるように、レジスト３３厚より長波長の照射光７４を用いたものである。シアフォース制御用検出光源７７ａからの検出光７５ａの波長は６３０ｎｍの半導体レーザ光を用いた。
【００５０】
また、近接場光検出では不図示の近接場光６８の波長のみ透過するフィルタを用いることにより近接場信号へのノイズ低減をはかっている。近接場光６８の画像としての分解能はアライメント用プローブ６２の微小開口３０の大きさにより決定される。本実施形態では、微小開口３０の開口径は約１０ｎｍであるが、これによって得られる位置精度は１ｎｍである。
【００５１】
このようにして所定のアライメントマーク６１を用い、アライメントが完了した後、近接場光露光を行なう。
【００５２】
露光系１４１は、図２に示すように、露光光を発生させる露光光源９１と、近接場光を発する露光用プローブ９５と、露光光源９１から露光用プローブ９５へと露光光を導くファイバ９２と、シアフォース検出用の圧電素子７９ｂと、シアフォース制御用検出光源７７ｂと、検出光７５ｂを検出する位置検出器７８ｂとで構成される。
【００５３】
露光光源９１としてはＫｒＦエキシマレーザを用い、露光光の波長は２４８ｎｍである。露光される最小線幅はおよそ開口の大きさであり、１０ｎｍである。露光光源９１より出射された露光光はファイバ９２を通り、露光用プローブ９５へと導かれ、露光用プローブ９５の先端の微小開口からしみ出した近接場光９８によりレジスト３３を露光する。露光用プローブ９５とウエハ６５を相対的に移動させながら、近接場光９８の強度を制御することにより、ウエハ６５上に所望のパターンを形成することができる。１回の露光領域は１０μｍ角である。その際の露光用プローブ９５とウエハ６５との相対高さの調整は、アライメント系と同様、すなわち、第１の実施形態と同様のシアフォース検出による。
【００５４】
露光が完了したら、ステージ７２をステージ駆動系７３により駆動し、次に露光すべき露光領域のアライメントマーク６１によりアライメントを行った後、露光する。
【００５５】
なお、露光系の露光用プローブ９５の構造はアライメント用プローブ６２と同様であり、シアフォース検出方法についてもアライメント測定系１４０と同様であるので説明は省略する。
【００５６】
このように、順次露光を繰り返しながら、ウエハ６５全体を露光する。露光領域８８とアライメントマーク６１の配置の概略は図５に示す。左端の四角形の中の大きな十字マークがプリアライメントと近接場光アライメントマークを兼ねたもので、マトリクス状の各四角形領域が１回の露光領域８８である。各露光領域８８の隅にはアライメントマーク６１が配置されている、アライメントマーク配置領域８９が形成されている。
【００５７】
以上のようにして、アライメント及び露光終了後、ステージ７２を駆動させることでアライメント用プローブ６２を紫外線照射手段８６の位置まで移動させ、紫外線を照射することによりアライメント用プローブ６２の清浄を行う。
【００５８】
アライメント用プローブ６２はアライメントが終了した後、紫外線を照射し、開口部を光触媒反応により清浄する。
【００５９】
所定のタイミングでこの紫外線をアライメント用プローブ６２に照射させることによって光触媒反応が促進させるようにしている。
【００６０】
露光用プローブ９５は露光時に紫外線が光触媒で構成されている開口に照射されるので紫外線照射を別途行なわなくてもよい。但し、しばらく露光を行なわない場合は、適宜光触媒反応が促進されるよう、アライメント用プローブ６２同様の操作で紫外線照射を行なってもよい。
【００６１】
以上により、アライメント用プローブ６２及び露光用プローブ９５は常に良好な状態となるため、本実施形態の近接場露光装置の性能も長期間にわたり維持されることとなる。
【００６２】
次に、本実施形態の露光シーケンスを図２及び図６に示すフローチャートを用いて説明する。
【００６３】
まず、ステージ７２上にウエハ６５を搭載する（ステップ３０１）。
【００６４】
次に、アライメント用プローブ６２を紫外線照射により、洗浄する必要があるかどうかを判断し（ステップ３０２）、もし必要があるなら、紫外線照射手段８６により紫外線を照射して洗浄を行う（ステップ３０３）。
【００６５】
また、露光用プローブ９５についても紫外線照射により、洗浄する必要があるかどうかを判断し（ステップ３０４）、もし、必要があるなら、紫外線照射手段８６により紫外線を照射して洗浄を行う（ステップ３０５）。
【００６６】
次に、励起光照射手段７１より照射された照射光７４を、図４及び図５に示したプリアライメント用マーク８１に照射することで生じた近接場光６８中にアライメント用プローブ６２を挿入する。これにより、アライメント用プローブ６２と近接場光６８とが相互作用することで新しい場が形成され、その変化に伴い散乱されて生じた散乱光（不図示）をファイバ８７内へと導光することでプリアライメントを行う（ステップ３０６）。
【００６７】
プリアライメント終了後、露光用プローブ９５が図５に示す露光領域８８に来るように、ステージ７２をステージ駆動系７３により移動させる（ステップ３０７）。
【００６８】
次に、アライメントマーク６１を用いて、アライメント用プローブ６２でアライメントを行う（ステップ３０８）。
【００６９】
アライメント終了後、露光用プローブ９５の先端の微小開口からしみ出した近接場光９８により、ウエハ６５の表面に塗布されたレジスト３３を露光する（ステップ３１０）。
【００７０】
以上のようにして、近接場光を用いた露光が行われる。
【００７１】
今回用いた露光用プローブ９５の開口は約１０ｎｍのものであり、最小線幅は１０ｎｍであったが、さらに開口を小さくすることにより１ｎｍオーダの最小線幅の露光も可能である。
【００７２】
なお、アライメント用プローブ６２の紫外線照射は、適宜シーケンスと並行して行なうことによりスループットの低下は避けることができる。
【００７３】
また、紫外線照射手段２６はステージ７２上に配置する必要はなく、別途プローブ近傍に配置してもよい。
【００７４】
（第２の実施形態）
図７に本実施形態の近接場光プローブ２を用いた近接場顕微鏡の主要構成図を示す。
【００７５】
本実施形態の近接場顕微鏡は、ステージ駆動系１３と、励起光照射手段１１と、シアフォース制御用検出光源１７と、圧電素子１９と、紫外線照射手段２６とを制御し、かつ、検出光３５を検出する位置検出器１８と、検出器５７とからの信号を処理する画像処理系７ｂを有する全体制御系７ａと、ステージ駆動系１３に駆動可能に設けられた、紫外線照射手段２６を有するステージ１２と、検出器５７に接続された近接場光プローブ２とを有する。
【００７６】
以上の構成により、ステージ１２上に載置された試料５上の試料評価領域１を、励起光照射手段１１と、近接場光プローブ２と、検出器５７とで構成される近接場光学系で近接場光学像を検出する。
【００７７】
上述の通り、本実施形態の近接場顕微鏡は、第１の実施形態のアライメント測定系１４０と基本的に同様の構成であり、観察する対象がウエハ６５上のアライメントマーク６１に対して、試料５上の試料評価領域１となった点のみ異なる。
【００７８】
よって、近接場光プローブ２の構造、試料評価領域１の観察方法、シアフォース検出及び紫外線照射による近接場光プローブ２の清浄に関する説明は省略する。
【００７９】
なお、本実施形態では、励起光照射手段１１からの照射光３４の波長は１５５０ｎｍで、シアフォース制御用検出光源１７からの検出光３５の波長は６３０ｎｍの半導体レーザ光を用いた。
【００８０】
また、近接場光８の画像としての分解能は近接場光プローブ２の微小開口３０の大きさにより決定される。本実施形態では、微小開口３０の開口径は約１０ｎｍであるが、これよりさらに小さくすることで数ｎｍの高分解能の像も得ることができる。
【００８１】
次に、本実施形態の近接場光顕微鏡の作動シーケンスを図７及び図８を用いて説明する。
【００８２】
まず、試料５をステージ１２上にセットする（ステップ３１１）。
【００８３】
次に近接場プローブ２が試料５の試料評価領域１に来るように、ステージ１２をステージ駆動系１３により移動させる（ステップ３１２）。
【００８４】
そして、励起光照射手段１１より照射された照射光３４を、試料評価領域１に照射することで生じた近接場光８中に近接場プローブ２を挿入する。これにより、近接場プローブ２と近接場光８とが相互作用することで新しい場が形成され、その変化に伴い散乱されて生じた散乱光（不図示）をファイバ２７内へと導光することで近接場画像計測を行う（ステップ３１３）。
【００８５】
近接場画像計測終了後、近接場プローブ２を紫外線照射により、洗浄する必要があるかどうかを判断し（ステップ３１４）、もし必要があるなら、紫外線照射手段２６により紫外線を照射して洗浄を行う（ステップ３１５）。
【００８６】
以上のようにして、近接場画像の計測が行われる。
【００８７】
本実施形態の近接場顕微鏡も、第１の実施形態と同様の方法、すなわち、近接場光プローブ２に付着した試料５や雰囲気中からの有機物を紫外線照射手段２６からの紫外線により清浄、除去するので近接場光プローブ２は常に良好な状態となるため、本実施形態の近接場顕微鏡の性能も長期間にわたり維持されることとなる。
【００８８】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態である、アライメント系に於ける近接場光を用いた位置検出装置に関して説明する。
【００８９】
図９はアライメント系に於ける、近接場光を用いた位置検出装置の原理図である。この位置検出装置は、画像データ処理系を有する全体制御手段２０７により制御される、ステージ２１２を駆動させるステージ駆動系２１３と、励起光照射手段２１１、近接場光学像を検出するための、プローブ２０２と、集光レンズ２０３と、検出器２０４とで構成される近接場光学系２１０とで構成される。アライメントマーク２０１の形成されたウエハ２０５はステージ２１２上に載置される。
【００９０】
近接場検出光学系２１０と通常の光学顕微鏡との違いは、アライメントマーク２０１の上に微小散乱体であるプローブ２０２が存在することである。従来の光学系と同様に、励起光照射手段２１１より照射された励起光２０６はアライメントマーク２０１によって回折、散乱、あるいは吸収される。プローブ２０２はこの回折場２０８と相互作用し、新しい場を形成する。このようにして、変化した場による散乱光２０９をレンズ２０３を通して検出器２０４で検出するものである。この為、レンズ２０３にはプローブ２０２から散乱される光を集めるだけで、結像機能の必要性はない。分解能は通常の光学系とは異なり、プローブ２０２の大きさや、そのアライメントマーク２０１からの距離等で決まり、レンズ２０３の像性能にはよらない。この近接場光学系２１０により得た画像データを全体制御装置２０７の画像処理系により解析し、アライメントマーク２０１の位置を求めることによりウエハ２０５の位置を検出するものである。
【００９１】
このようにして、近接場光ビームを用いた方法により位置決めされた後、近接場光ビームによりウエハ２０５を露光することにより、ナノメートルオーダの微細パターンがウエハ２０５上に形成される。
【００９２】
次に、図１０に本実施形態の近接場検出光学系４１０を示す。本実施形態は、第１の実施形態のアライメント測定系１４０に対応するものである。
【００９３】
本実施形態の近接場検出光学系４１０は、微粒子プローブ４０２の位置を制御する為の光トラップ光学系４３０と、検出器４０４と、照射光４０６を照射する励起光照射手段４１１とで構成され、光トラップ光学系４３０は、光トラップ光源制御手段４２３と、光トラップ光源４２２と、第２のレンズ４２１と、ハーフミラー４２０と、第１のレンズ４０３とで構成される。
【００９４】
本実施形態は微粒子をプローブとして用い、この微粒子プローブ４０２を第１の実施形態のアライメント用プローブ６２と同様にアライメントマーク６１からの近接場光４０８中に置くことにより、変化した場による散乱光４０９を第１のレンズ４０３を通して検出器４０４で検出する。
【００９５】
光トラップ光源４２２としてＮｄ：ＹＡＧレーザ（１．０６μｍ：１００ｍＷ）を用いた。光トラップ光源４２２から出射された光トラップビーム４２４は第２のレンズ４２４により集光され、ハーフミラー４２０で第１のレンズ４０３の方向に反射され、この第１のレンズ４０３を介し、微粒子プローブ４０２に照射される。微粒子プローブ４０２としては、酸化チタン２０ｎｍ径の球を用いた。
【００９６】
この酸化チタンは光触媒機能を持ち、表面に付着した有機物はアライメントをしていないときに適宜、紫外線照射手段４２６より紫外線を受け、分解される。
【００９７】
なお、光トラップされる微粒子は酸化チタンに限定されるものではなく、光触媒反応を示すものであればよい。また、表面が光触媒でコーティングされている微粒子でもよい。
【００９８】
図１１に光トラップ光束４２４と、微粒子プローブ４０２に働く力の方向Ａを示す。
【００９９】
集光された光トラップ光束４２４は微粒子プローブ４０２によって散乱され、微粒子プローブ４０２自身はビーム電場分布の中心であるビームフォーカス位置４３１に引き寄せられ、矢印Ａの方向に動き、粒子安定位置４０２ａで安定する（レーザ研究第２４巻第１１号１１３９頁〜１１４７頁１９９６年参照）。
【０１００】
ビームフォーカス位置４３１に一致する、ビームウエストの位置が微粒子プローブ４０２の中心よりやや下方にくるように不図示のフォーカス位置調整手段により調整すると、微粒子プローブ４０２はアライメントマーク４０１の表面上にわずかに押しつけられる。その結果、微粒子プローブ４０２とアライメントマーク４０１との表面間の距離をゼロに保つことができる。こうして位置制御された微粒子プローブ４０２を用い、フォーカス位置制御手段で画角１００ｎｍのスキャンを行なうことにより、ナノメートルオーダの精度でアライメントマーク４０１の画像を得ている。
【０１０１】
ウエハ４０５を大まかな所定の位置にセッティングする前は微粒子プローブ４０２は、フォーカス位置制御手段によりウエハ４０５がセットされる位置よりわずかに上方に待機するようにすることで、微粒子プローブ４０２とウエハ４０５との干渉を避ける装置構成となっている。
【０１０２】
なお、上述の第１ないし第３の実施形態は近接場プローブについて実施したものであるが、光触媒によるプローブの洗浄はこれに限定されるものではない。ＳＴＭ（走査型トンネリング顕微鏡）やＡＦＭ（原子間力顕微鏡）のプローブの先端部に光触媒を設け、このプローブにも別途設けた紫外線照射手段より、適宜紫外線を照射することにより、プローブを洗浄することができる。
【０１０３】
また、第２、第３の実施形態の近接場顕微鏡は、第１の実施形態で説明したアライメント測定系１４０と基本的構成は同様であるため、試料の観察のみに限定されるものではなく、位置決めを目的としたアライメントシステムとしての適用も可能である。
【０１０４】
次に上記説明した露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。図１２は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造フローを示す。ステップ５０１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計をおこなう。ステップ５０２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
【０１０５】
一方、ステップ５０３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ５０４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５０５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ５０４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。
【０１０６】
ステップ５０６（検査）ではステップ５０５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査をおこなう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これがステップ７（出荷）される。
【０１０７】
図１３は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ５１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ５１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。
【０１０８】
ステップ５１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ５１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ５１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ５１６（露光）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【０１０９】
ステップ５１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ５１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ５１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返しおこなうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０１１０】
本実施形態の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製造することができる。
【０１１１】
なお、第１の実施形態で示した露光装置は半導体デバイスの製造に限定されるものではなく、微細構造素子の製造にも適用可能である。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明によれば、スキャニングプローブの少なくとも先端部を被覆する光触媒の膜が形成されているため、光触媒として、清浄効果を有する紫外線等に反応するものを用いることで紫外線清浄を行うことができる。これにより、スキャニングプローブを常に良好な状態で維持できるため、近接場光による露光やアライメント用のプローブ、あるいは走査型トンネリング顕微鏡や原子間力顕微鏡のプローブとして用いることで、ナノメートル以下の微細構造パターンの評価や形成が長期間良好に行える。
【０１１３】
また、このようなナノメートルオーダの微細加工の量産が可能となりナノメートルの構造で機能を発揮する微細構造素子の作成が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の近接場光露光の原理を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の近接場露光装置の主要構成図である。
【図３】近接場プローブ先端部構成を説明する図である。
【図４】プリアライメント用マーク及びアライメントマークを示す図である。
【図５】露光領域とアライメントマーク配置領域を示す図である。
【図６】第１の実施形態の近接場露光装置による露光シーケンスを説明する図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の近接場顕微鏡の主要構成図である。
【図８】第２の実施形態の近接場顕微鏡の作動シーケンスを説明する図である。
【図９】本発明の、微小プローブを用いた位置検出の原理を説明する図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の近接場検出光学系の主要構成図である。
【図１１】微粒子プローブに働く力を説明する図である。
【図１２】デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図１３】図１１に示したウエハプロセスの詳細な工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 試料評価領域
２ 近接場プローブ
５ 試料
７ａ、６７ａ、１０７、２０７ 全体制御系
７ｂ、６７ｂ 画像処理系
８、６８、９８、１０８、４０８ 近接場光
１１、７１、１１７、２１１、４１１ 励起光照射手段
１２、７２、１１２、２１２ ステージ
１３、７３、１１３、２１３ ステージ駆動系
１７、７７ａ、７７ｂ、１１７ シアフォース制御用検出光源
１８、７８ａ、７８ｂ、１１８ 位置検出器
１９、７９ａ、７９ｂ、１１９ 圧電素子
２６、８６、４２６ 紫外線照射手段
２７、８７、９２、１５２ ファイバ
２８ 金
２９ 光触媒
３０ 微小開口
３３、１３３ レジスト
３４、７４、２０６、４０６ 照射光
３５、７５ａ、７５ｂ、１３５ 検出光
５７、１３７、２０４、４０４ 検出器
６１、２０１、４０１ アライメントマーク
６２ アライメント用プローブ
９５、１５５ 露光用プローブ
６５、１０５、２０５、４０５ ウエハ
８１ プリアライメント用マーク
８８ 露光領域
８９ アライメントマーク配置領域
９１、１５１ 露光光源
１４０ アライメント測定系
１４１ 露光系
２０２、４０２ 微粒子プローブ
２０３ レンズ
２０８ 回折場
２０９、４０９ 散乱光
２１０、４１０ 近接場検出光学系
４０２ａ 粒子安定位置
４０３ 第１のレンズ
４２０ ハーフミラー
４２１ 第２のレンズ
４２２ 光トラップ光源
４２３ 光トラップ光源制御手段
４２４ 光トラップ光束
４３０ 光トラップ光学系
４３１ ビームフォーカス位置
Claims (9)
- 試料の表面を走査するスキャニングプローブにおいて、
前記スキャニングプローブの少なくとも先端部を被覆する光触媒の膜が形成されており、
前記光触媒の膜は、紫外線と光触媒反応を起こす性質を有し、
前記光触媒の膜の下に金属膜が形成されていることを特徴とするスキャニングプローブ。 - 試料の表面を走査するスキャニングプローブにおいて、
前記スキャニングプローブの少なくとも先端部を被覆する光触媒の膜が形成されており、
前記光触媒の膜の下に金属膜が形成されていることを特徴とするスキャニングプローブ。 - 前記金属膜は、光ファイバの表面に形成され、該光ファイバの先端面から近接場光を滲み出させる請求項２に記載のスキャニングプローブ。
- 前記金属膜は、光ファイバの表面に形成され、光を前記試料に照射させることで生じた近接場光内に、前記光ファイバの先端部を挿入することで生じた散乱光を前記光ファイバへ導光させる請求項２に記載のスキャニングプローブ。
- 光源から照射された光を試料に照射させることで生じた近接場光内において、微小粒子をトラップするための光を照射するトラップ用光源から照射されたトラップ光により、トラップされることで散乱光を発生させ、かつ、光触媒機能を有する前記微小粒子からなることを特徴とするスキャニングプローブ。
- 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のスキャニングプローブと、
前記スキャニングプローブ及び前記試料の表面を相対的に走査させる走査手段とを有することを特徴とする走査装置。 - 位置決めのためのアライメントマークが設けられた被露光物の前記アライメントマークに光を照射する光照射手段と、
前記被露光物を露光するための露光光を発生させる露光光発生手段と、
前記光照射手段、前記露光光発生手段及び試料の表面を相対的に走査させる走査手段とを有する露光装置において、
前記光照射手段は、請求項３に記載のスキャニングプローブを位置決め用プローブとして有することを特徴とする露光装置。 - 位置決めのためのアライメントマークが設けられた被露光物の前記アライメントマークに光を照射する光照射手段と、
前記被露光物を露光するための露光光を発生させる露光光発生手段と、
前記光照射手段、前記露光光発生手段及び試料の表面を相対的に走査させる走査手段とを有する露光装置において、
前記露光光発生手段は、請求項４に記載のスキャニングプローブを露光用プローブとして有することを特徴とする露光装置。 - 試料に光を照射させることで近接場光を生じさせる励起光照射手段と、
前記試料の表面を観察するための観察手段と、
前記観察手段と前記試料の表面とを相対的に走査させる走査手段とを有する近接場顕微鏡において、
前記観察手段は、請求項３または５に記載のスキャニングプローブを有することを特徴とする近接場顕微鏡。
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