JP5337974B2 - 微小構造を修正するためのスタイラス・システム - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィにおけるマスク欠陥の修復および半導体における欠陥の修復の分野に関する。

デバイス密度の高い半導体の製造には、半導体ウェハ上の密な間隔の微小フィーチャの高解像度リソグラフィが必要である。このようなフィーチャは、通常、最初にフォトリソグラフィ・プロセスによってフォトレジストの暫定層中に形成され、次に、このフォトレジスト・フィーチャを使用してウェハ上に永久構造が生成される。たとえば絶縁層中に孔が形成され、後にこの孔に導電材が充填され、それにより回路中の層と層の間の接続が生成される。また、同じく絶縁層中にトレンチが形成され、後にこのトレンチに導電材が充填され、それによりコンデンサが形成される。細長い導電線のグループが形成され、チップのある領域から他の領域へ信号を運ぶバスが形成される。この導体のグループは、個々の導体の幅およびピッチつまり導体と導体の間の距離によって特性化されている。

デバイスの密度が高くなればなるほど、リソグラフィック・プロセスのための欠陥のないフォトマスクの製造が困難になる。フォトマスク層の欠陥は、通常、全く異なる材料の微粒子、フォトレジスト中の気泡、あるいはパターン生成プロセスの間にもたらされるその他の傷によるものである。欠陥のあるマスクを交換することは、交換するマスクと同様、引き続いて現像されるマスクも欠陥を有している可能性が高いため、実際的ではない。したがって欠陥マスクを修復することがより望ましいが、そのためには欠陥を識別し、かつ、修復するべく、製造プロセスを絶えずモニタしなければならない。場合によっては、製造ラインを通過するすべてのウェハが、インライン度量衡学と呼ばれることもある方法で測定されている。

技術者は、暫定フォトレジスト層のフィーチャとウェハ上に形成される永久フィーチャの両方をモニタすることになる。これらのフィーチャは三次元構造であり、完全に特性化するためには、孔または導体の頂部の幅などの表面寸法だけではなく、フィーチャの完全な三次元プロファイルを記述しなければならない。たとえば、理想的なフィーチャは、通常、縦方向の側壁を有しているが、実際の側壁は極端に傾斜していることがあり、そのために頂部表面の下のフィーチャが狭くなり、あるいは広くなることがある。欠陥を修復するためには、プロセス技術者は、欠陥を正確に観察することができなければならない。

欠陥を観察する方法については当分野で知られており、たとえば走査プローブ顕微鏡法により、サブナノメートルの解像度で表面を三次元画像化することができる。走査プローブ顕微鏡法（ＳＰＭ）には、基板の表面全体を低速で走査する非常に小さいプローブ・チップが使用されている。いくつかのタイプの原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を始めとする多くのタイプのＳＰＭが存在している。ＳＰＭは、接触モードあるいは非接触モードの２つの異なるモードで動作させることができる。接触モードでは、プローブ・チップとサンプルの表面が物理的に接触し、非接触モードでは、プローブ・チップがサンプルの表面に実際に接触することはなく、その代わりにプローブ・チップがサンプルの表面に近接し、プローブ・チップと表面の間の相互作用力が測定される。

半導体処理に使用されるあるタイプのＡＦＭでは、圧電アクチュエータに取り付けられたカンチレバー（cantilever）にプローブ・チップが取り付けられている。レーザ・ビームをカンチレバーの背面でフォトダイオード・センサに向かって反射させることにより、カンチレバーによって駆動される近共振周波数の振動振幅がモニタされる。カンチレバーの振動の振幅が変化すると、同じ周波数で読み取られる光センサの信号が変化する。この振幅は、一般的にはチップとサンプルの間の距離が変化することによって生じるチップとサンプルの相互作用の変化に敏感である。アクチュエータは、チップとサンプルの相互作用のレベルを維持している。プローブ・チップは、サンプル表面の山と谷に応答して上下に移動する。接触部分もしくは近接触部分における垂直方向の位置が一覧表にされ、表面のプロファイルが提供される。

圧電スキャナ（著しく微細な移動が可能）は、通常、プローブ・チップをサンプル上に正確に配置するための位置決めステージとして使用されている。圧電スキャナは、プローブ・チップを第１の走査線の両端間を移動させ、次に元に復帰して直角の方向に第２の走査線へステップし、プローブ・チップを第２の走査線の両端間を移動させ、以下、同様にして第３の走査線以降の走査線が走査される。この経路は、データ線が交互に逆方向を辿らない点で従来のラスタ・パターンとは異なっている。ＡＦＭデータは、通常、スキャナのヒステリシスによる線間位置決め誤差を最小化するために一方向にのみ収集される。

圧電スキャナが走査線に沿ってプローブ・チップを移動させると、ＡＦＭは、サンプルの表面に関するデータを等間隔のインターバルで収集する。データ・ポイント間の間隔は、ステップ・サイズあるいはピクセル・サイズと呼ばれている。より小さいピクセル・サイズを使用することによって走査精度を高くすることができる（それにより、ピクセル密度とも呼ばれるデータ・ポイントの数が増加する）が、より高いピクセル密度を使用すればするほど、走査の完了に要する時間が長くなり、また、記憶し、かつ、処理するために必要な資源が多くなる。

カンチレバーをベースとしたＡＦＭ計器には、大量生産ＣＤ度量衡学アプリケーションのためのＡＦＭの有用性を制限する多くの欠点がある。接触モードのＡＦＭ、とりわけプローブ・チップがサンプル表面との接触を常に維持するタイプのＡＦＭは、チップが摩耗しやすく、また、サンプルからの汚染が徐々にプローブ・チップに蓄積される。非接触ＡＦＭにはチップが摩耗する問題はないが、それらは、局部的な負荷、湿度さらには微粒子汚染による誤差がはるかに生じやすい。チップとサンプルの表面が極めて接近した状態を維持しなければならないため、いずれのタイプのカンチレバーベースのＡＦＭにも、チップもしくはサンプルを損傷する可能性がある。さらに重要なことには、いずれのタイプのカンチレバーベースのＡＦＭも、スループットが小さい問題を抱えている。現行の臨界寸法を正確に測定するべく十分な解像度で動作させる場合、１つのフィーチャの両端間を測定するには数分の時間が必要であり、また、５０μｍ平方の面積を測定するためには数時間の時間が必要である。これらの理由により、従来技術によるＡＦＭが製造オペレーションにおいてプロファイルすることができるのは、半導体チップ上の限られた領域のみである。

広く使用されているタイプのスタイラス・デバイスの１つは、本出願の譲受人である、Ｏｒｅｇｏｎ州ＨｉｌｌｓｂｏｒｏにあるＦＥＩ社が市販しているＳｔｙｌｕｓ ＮａｎｏＰｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ（ＳＮＰ）である。典型的なＡＦＭに使用されているカンチレバーシステムとは対照的に、ＳＮＰには、Ｇｒｉｆｆｉｔｈらの「Ｆｏｒｃｅ−Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ，Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａ Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｒｏｃｋｉｎｇ Ｅｌｅｍｅｎｔ」に対する米国特許第５，３０７，６９３号、およびＢｒｙｓｏｎらの「Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｏｒ Ｃｈａｎｇｉｎｇ ａ Ｐｒｏｂｅ Ｂａｌａｎｃｅ Ｂｅａｍ ｉｎ ａ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ」に対する米国特許第５，７５６，８８７号に開示されているロッキング・バランス・ビームと同様のロッキング・バランス・ビームに取り付けられたプローブ・チップが利用されている。プローブで表面を走査している間に感知する他のデバイスと異なり、ＳＮＰは、異なるポイントで表面に降下し、かつ、表面に接触することによって表面のジオメトリ（geometry）を測定している。したがって、走査デバイスとは異なり、ＳＮＰは、表面に向かって下方に急速に移動して表面に接触し、次に新しい位置へ急速に移動するように設計されている。最近開発されたプローブ・チップは、寸法が０．２μｍ以下の円筒状もしくは概ね正方形の断面を有している。このような微小プローブ・チップは、一般的には比較的短く、１マイクロメートル程度であり、より重いチップ・サポートによって近位端上に支持されている。

図１は、典型的なプローブの概略を示す図である。プローブ２０は、ＳＮＰが動作している間、１本の線に沿って水平方向に断続的に走査される。プローブ２０のこの水平方向の走査は、一般的には周期的に間隔を隔てた複数の位置で停止し、基板の表面１２で停止するまでプローブが降下する。追って簡単に説明する回路によってプローブ・チップが停止した位置の高さが測定される。次に、あらゆる垂直フィーチャに触れずに通過するだけの十分な距離だけ表面１２からＳＮＰプローブ２０が後退し、予め設定された距離だけ水平方向に移動した後、再び表面１２に向かって垂直方向に移動する。フィーチャ、たとえばトレンチ１０のいずれかの側壁１４上およびトレンチ１０内のフィーチャの周りの針探によるこのような一連の測定により、サンプルのプロファイルあるいは形状が提供される。

図２は、ＳＮＰの概略側面図を示したものである。精査すべきサンプル３０は、傾斜ステージ３４、ｘ−スライド３６およびｙ−スライド３８上に連続して支持されたサポート表面３２に支持されている。これらはすべて対応する軸に沿って移動させることができ、それによりサンプル３０を水平方向に二次元制御することができ、また、その傾きを制御することができる。また、傾斜ステージは、１０ｍｍ以上の垂直Ｚ移動が可能である。これらの機械的なステージは、比較的広範囲の運動を提供しているが、それらの分解能は、針探に必要な分解能と比較すると比較的粗い。一番下のｙ−スライド３８は、重量のある、振動に対する安定性を提供している花崗岩スラブ４０に支えられている。ガントリ４２は、花崗岩スラブ４０に支持されている。プローブ・ヘッド４４は、ガントリ４２から中間圧電アクチュエータ４５を介して垂直ｚ方向に吊り下げられている。中間圧電アクチュエータ４５は、閉ループ内の線形化コンデンサによって制御される圧電駆動３軸たわみシステム４６によってｘおよびｙ方向に約３０μｍの運動を提供し、また、ｚ方向に約１５μｍの運動を提供している。プローブ・ヘッド４４は、プローブ・ヘッド４４から下に向かって突出した微小付属プローブ２０を備えており、それによりプローブ２０は、サンプル３０の頂部表面と選択的に係合し、サンプル３０の垂直方向および水平方向の寸法を決定することができる。

図３および４は、図２に示すプローブ・ヘッド４４の主要部品を側面図で示したものである。圧電アクチュエータ４５の底部に固定された誘電体サポート５０は、その頂面（図２の描写に対して）に磁石５２を備えている。分離された２枚のコンデンサ・プレート５４、５６および相互接続された２つの接触パッド５８が誘電体サポート５０の底部に蒸着されている。導電ビーム６０がその２つの側面の中央で２つの金属強磁性玉軸受６２、６４に固定され、それらに電気接続されている。玉軸受６２、６４は、接触パッド５８上に、概ねコンデンサ・プレート５４と５６の間に配置され、磁石５２によって正しい位置に保持されている。

ビーム６０は、誘電体サポート５０に対して概ね平行に保持されており、コンデンサ・プレート５４、５６とビーム６０の間は、約２５μｍの垂直方向の間隙６６で平衡している。それぞれのコンデンサ・パッド５４、５６と導電ビーム６０の間に２つのコンデンサが形成されている。コンデンサ・パッド５４、５６および接触パッド５８は、すべて導電ビーム６０に電気接続されているが、同じく、追って説明する外部の測定および制御回路の３つの端子に電気接続されている。ビーム６０は、その遠位端でガラス・タブ７０を保持している。ガラス・タブ７０には、針探するサンプル３０の頂部と選択的に係合するべく下に向かって突出したプローブ２０を有するスタイラス７２が固定されている。図には示されていないが、ダミーのスタイラスあるいは代用錘をビーム６０のもう一方の端部に取り付けることにより、ビームを中立位置で機械的に大まかに平衡させることも可能である。

典型的なＳＮＰは、力平衡システムを使用することによって動作しているため、外部から印加される力（たとえばプローブ・チップがフィーチャに遭遇する際に生成される力）がセンシング・デバイスに作用し、その出力によって、センサの出力をゼロに戻すための局部生成対抗力が生成される。コンデンサ・プレート５４、５６および２つの接触パッド５８は、図には示されていないが、３本の電線によって、外部の測定および制御回路の３つの端子に個別に接続されている。このサーボ・システムは、２つのキャパシタンスの両方を測定し、平衡位置を維持するための差動電圧を２枚のコンデンサ・プレート５４、５６に印加している。圧電アクチュエータ４５によってスタイラス７２が、プローブ２０が針探するフィーチャの表面に遭遇するポイントへ降下し、プローブ２０とサンプル３０が接触すると、ビーム６０が揺動する。プレート５４と５６の間のキャパシタンスの差が検出され、サーボ回路は、２つのコンデンサの両端間に異なる電圧を印加することによってビーム６０を平衡させるべく試行する。

したがって、ＳＮＰが動作している間、２つの異なる帰還ループが動作している。プローブ２０とサンプルの表面３０が接触するまでプローブ・ヘッド４４が降下すると、平衡ビーム６０は、通常、その平衡を若干失うことになる。二重帰還システムは、圧電アクチュエータ４５によってプローブ２０の垂直方向の位置を調整し、かつ、２つのコンデンサの両端間に異なる電圧を印加することによってビーム６０を再平衡させるべく動作している。プローブ２０に作用する力（ビームを平衡させるために印加される電圧によって測定される）が特定の力設定ポイント未満である場合は、圧電アクチュエータ４５によって必ずプローブ・ヘッドが降下する。プローブ２０に作用する力が力設定ポイントを超えている場合、圧電アクチュエータ４５によってプローブ・ヘッド４４が上昇する。２つの帰還ループが平衡に到達すると、プローブ２０に作用する力が力設定ポイントの力になり、ビーム６０は平衡状態に復帰する。ビーム６０が平衡状態に復帰すると、測定すべき特定のデータ・ポイントにおけるフィーチャの深さあるいは高さの表示として、圧電アクチュエータ４５の垂直方向の位置を使用することができる。

アプリケーションの中には、重要なフィーチャを約１ミクロン以内に位置付けるべく光学的パターン認識を使用しているＳＮＰもあるため、光学系とチップの間にオフセットを確立する必要がある。このオフセットの確立は、「チップファインダ」と呼ばれるパターンを、光学系を使用してチップファインダ上の基準ポイントを突き止めた後、走査することによって実施される。米国特許第６，１７８，６５３号にチップファインダが記載されている。パターン領域上では、走査線は、パターンのＸ、Ｙ座標に対して垂直方向にビット符号化され、それによりチップと光学系の相関関係を確立している。

また、集束イオン・ビーム・ミリングおよびレーザ・アブレーション（ablation、除去）を始めとする修復方法についても当分野では知られているが、これらの方法を使用した微小欠陥の修復は極めて困難である。別法としては、フィーチャを観察し、かつ、マスクもしくはウェハから過剰材料をこすり取り、また、材料が不足している部分に材料を蒸着させるべく、走査型トンネル顕微鏡プローブを使用して微小欠陥を修復することも可能である。米国特許第６，１９７，４５５号にこの方法が記載されているが、修復すべきフィーチャを観察するためには、この方法には、プローブと導電表面の間の相互作用が必要である。

走査型プローブ顕微鏡を使用した修復については、概ね、米国特許第６，３５３，２１９号の中で考察されており、表面に食い込むよう、カンチレバーが取付けられたプローブを表面に押し付け、かつ、表面全体を引きずる方法が提案されている。プローブ・チップの損傷を防止するためには、表面の上方を走査するように設計されているカンチレバーシステムを表面に徐々に近づけなければならず、そのために、較正構造と加工物の間でプローブを移動させなければならない場合、あるいは測定と処理を切り換える場合の処理を遅くしている。また、上記特許に記載されているシステムの場合、プローブが異なる形状を走査する際に、プローブによって表面に印加される力、より重要には圧力が変化することがある。摩耗は力に非直線的に関係しているため、摩耗は常に予測不可能である。
米国特許第５，３０７，６９３号 米国特許第５，７５６，８８７号 米国特許第６，１７８，６５３号 米国特許第６，１９７，４５５号 米国特許第６，３５３，２１９号

したがって、導電性の場合もあれば非導電性の場合もあるマスクあるいはウェハのフィーチャに存在する欠陥を修復する方法が必要である。また、このような方法を単一の計器を使用して実施される観察方法に結合することが必要である。さらに、複数の高速ストロークを画定可能なパターン内で既知の高印加圧力で使用して欠陥の修復を実行するための方法が必要である。

本発明によれば、ミクロン・スケールもしくはナノメートル・スケールの構造を含む微小構造を迅速かつ正確に修正するための、リソグラフィック・フォトマスクおよび半導体のナノスコピック・レベルの欠陥の修復に適した方法が提供される。本発明によれば、導電性の場合もあれば非導電性の場合もあるフィーチャの欠陥を修復するための方法が提供される。また、単一の計器を使用して、マスクあるいはウェハの表面を観察し、かつ、表面の導電性フィーチャおよび非導電性フィーチャの修復を実施することができる。

好ましい一実施形態では、本発明により、欠陥の修復を実行するための、高速横方向ストロークを画定可能なパターン内で既知の高印加圧力で実行する方法が提供される。本発明の一実施形態によれば、Ｓｔｙｌｕｓ−Ｎａｎｏ−Ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ（ＳＮＰ）を使用して、小さい力で欠陥が突き止められ、かつ、特性化される。研削領域が欠陥を含むように確立される。プローブは、研削領域上のポイント間を移動する。プローブが移動すると、プローブは、制御された力で連続的に表面と接触する。いくつかの実施形態では、プローブのチップに一定のパターンで急速ディザ（dither）が加えられる。

本発明の他の実施形態態様によれば、修復境界あるいは「マニフォルド（manifold）」が指定される。ＳＮＰプローブのチップは、マニフォルドの通過が妨げられている。マニフォルドに到達すると、プローブ・チップは位置帰還に委ねられ、事実上、研削が停止する。この方法によれば、修復のジオメトリは自己制限的であり、指定可能な許容誤差で修復が完了することが保証される。マニフォルドは、単純に、表面からの指定距離であっても良い。マニフォルドは、垂直構造上の欠陥を修復するための垂直方向の成分を表すことができる。本発明の他の態様によれば、不定期もしくは定期的なインターバルで基準ポイントもしくは基準構造を観察することができ、それにより、修復プロセスの間、プローブ・チップの適切な位置決めが保証され、かつ、チップの摩耗が評価される。本発明のさらに他の態様によれば、プローブ・チップは、力が集中し、かつ、破片を容易に除去することができるように形状化されている。

以上、本発明の特徴および技術的な利点について、本発明についての以下の詳細な説明をより深く理解するために、どちらかと言えば広義にそのあらましを記述した。以下、本発明のその他の特徴および利点について説明するが、当業者には、本発明の有用な多くの目的を達成するための改変もしくは他の構造を設計するための基礎として、本明細書において開示する概念および特定の実施形態を容易に利用することができることを理解されたい。また、当業者には、このような等価構造が特許請求の範囲に示す本発明の精神および範囲を逸脱しないことを認識されたい。

本発明および本発明の利点をより完全に理解するために、添付の図面とともに以下の説明を参照する。

本発明の好ましい一実施形態によれば、フォトマスクおよび半導体の欠陥を修復するための方法および装置が提供される。好ましい一実施形態では、観察領域に存在する欠陥が識別され、次に、その欠陥を修復するために、「マニフォルド」つまり材料を除去するべくプローブ・チップが移動する空間領域に対する境界制限が欠陥毎に画定される。修復のためのプローブが選択されるが、観察に使用したプローブと同じプローブであることが望ましい。欠陥の修復はアルゴリズムの制御の下で実施され、また、修復領域が任意選択で再精査され、修復プロセスが繰り返される。これらのステップは全自動化が可能であり、あるいは使用者が個々のステップの開始を逐次要求することも可能である。また、使用者は、個々のプログラム可能ステップ・シーケンスを選択することができる。

したがって、予備ステップで、修復すべきマスクもしくは半導体が本発明による計器に装荷される。Ｓｔｙｌｕｓ Ｎａｎｏ Ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ（スタイラス・ナノ−プロフィルメータ）のステージにマスク／半導体（以下「対象」と呼ぶ）が配置される。その際、ステージのｘ軸およびｙ軸が対象の正規直交軸に対して画定された関係になるように配置されるが、そのために、対象座標中の１つのポイントを決定するべく、対象上の既知の３つの基準ポイントの機能が定義されている。したがって、基準ポイントの各々にプローブがもたらされ、光学的パターン認識を使用してそのポイントの正確なｘ−ｙ座標が決定される。それにより基準ポイントのｘ−ｙ座標の形で任意のポイントの対象座標ｕ−ｖを表現することができ、そのポイントを観察するべく、ステージ上での線形もしくは回転動が行われる。

対象は、個別の検査機器を使用して予めその欠陥を検査することができ、あるいは修復に使用されるＳｔｙｌｕｓ Ｎａｎｏ Ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ（ＳＮＰ）を使用して検査することも可能であり、また、その両方も可能である。欠陥が識別されると、本明細書においては欠陥情報ファイルと称している既知のフォーマットのファイルが提供される。このファイルには、欠陥の位置および見出された欠陥のタイプに関する情報が含まれている。この欠陥情報ファイルは、修復に先立って読み出される。また、この欠陥情報ファイルには、欠陥のタイプを識別するコードおよび修復のためのパラメータが欠陥毎に含まれており、オペレータを介在させることなく欠陥を修復すべきかどうかを識別している。

情報欠陥ファイルは、修復すべき欠陥毎にプローブを総合修復領域に案内し、それによりプローブが欠陥の概ね２ミクロン以内にもたらされる。欠陥領域のイメージングが定義されており、欠陥の形状データを得るべく欠陥領域が画像化される。欠陥画像化領域は、使用者が指定することができ、あるいは、たとえば欠陥領域のピッチに等しい寸法の長方形にデフォルトすることができる。ＳＮＰを使用することにより、接触力（プローブによってサンプルに加えられる下向きの力）を指定することができ、また、実時間での力の帰還および制御が提供される。画像化は小さい力で実施されるが、この力は、約０．２マイクロニュートン未満にすることが可能であり、使用者が指定することができる。ＳＮＰは、１つのポイントでその高さを決定するべく表面に接触するまで降下し、再び上昇して次のポイントへ移動し、そのポイントを測定するべく再び降下することによって画像化している。この画像化は、同じく使用者が指定することができ、あるいは予めプログラムすることができる解像度（標本化密度）で実施される。選択される解像度は、マスクのタイプおよび所望する精度対速度によって決まる。２つのステップで画像化することができることに留意されたい。欠陥の大よその画像を得るべく低解像度で第１の画像化ステップを実施し、続いて、より精度の高い欠陥画像を得るべく高解像度で第２の画像化ステップを実施することが好ましい。たとえば、４×４ミクロン平方の領域に対して１００ナノメートル（ｎｍ）の低解像度画像化ステップを使用し、続いて１×１ミクロン平方の領域に対して１０ｎｍの高解像度画像化ステップを使用することができる。

欠陥領域が画像化されると、正確な欠陥が指定される。観察した構造と目標構造と呼ばれる所望の構造とを比較することによって欠陥が指定される。目標構造は、理想的には欠陥の存在しない構造である。欠陥の存在しない構造は、基準構造から決定することができる。たとえば、１本の線導体の場合、基準構造は、単純に、欠陥の近傍に存在し、かつ、欠陥が含まれていない、計器で観察された線導体のジオメトリであっても良い。図５はこれを示したもので、ｘおよびｙ方向のステップが同じステップの４×４ミクロン標本領域の一部が示されている。パターン認識アルゴリズムを使用して、欠陥（すなわち除去すべき材料）が含まれている目標領域５００を分離することができる。本明細書においてはマニフォルドと呼んでいる三次元修復境界を得るために、欠陥のない領域５１０についても同じく画像化されている。次に、マニフォルドと整合するまで欠陥がエッチングされる。したがって、画像化された欠陥の修復に先立って、欠陥から離れた、欠陥が含まれていない構造の直ぐ近くを観察することによって基準を提供することができ、その基準に対して欠陥が測定される。あるいは、所望もしくは期待ジオメトリから生成された画像ファイルとして基準構造を提供することも可能である。

たとえば、図６を参照すると、底部表面６６０を有する線トラフ６５０中およびその周囲に存在する欠陥６００の断面が示されている。欠陥の第１の部分は、対象の上部表面６７０の上方に位置している。欠陥の第２の部分は、表面６７０の下方で、かつ、トラフ６５０内の底部表面６６０の上方および底部表面上に位置している。欠陥および周辺領域の三次元画像は、欠陥画像化領域を複数のサンプルポイントで観察することによって得られる。

マニフォルドは、プローブ・チップが通過する領域、つまり処理されることになる領域を制限している。複雑な構造の欠陥を修復するために、マニフォルドは、欠陥のない基準領域と修復すべき領域の間のポイント間相関によって画定することができる。線のようにより単純な構造の場合、必要なことは、マニフォルドを画定するために、線のエッジに対する所望の座標を画定することだけである。線に隣接する余剰材料のような典型的な欠陥の場合、マニフォルドは、その線よりさらに上方の基準領域およびその線の方向のオフセットによって画定される。一動作モードによれば、欠陥が画像化されると、その欠陥の外周を取り囲むｘ−ｙ平面に長方形が描かれる。次に、ＳＮＰプローブをその長方形内の領域を横断させることによって、その長方形が外接する欠陥が除去される。除去された欠陥は、粉々の破片に研削され、一掃される。図６に示す実施例の場合、基準画像から決定される上部表面６７０と一致する平面によって、プローブ・チップの垂直方向の位置に対する下限を画定することができる。システムは、対象の上部表面６７０より上方の欠陥の研削除去を試行することになり、その目的を達成するために、ＳＮＰのプローブは、強い力（好ましくは基板材料の粉砕閾値より高く、かつ、プローブ・チップ材料の粉砕閾値より十分に小さい圧力に対応する力）で欠陥の表面と接触することになる。この力は、使用者による指定が可能である。プローブが表面と１つのポイントで接触し、次に、次のポイントへ移動するべく表面から持ち上げられる画像化とは異なり、プローブは、ラスタ・パターンのような画定可能な軌道を移動している間、所望の力あるいは指定された力で表面と接触した状態を維持する。この場合、所望の力でプローブを対象に強制し続けている間、プローブに任意選択でｘ−ｙ平面内のディザを加えることができる。ディザを加えることにより、ある軌道の軌道運動がオペレータによるサンダ移動の運動に付加される方法に似た方法で運動がラスタに付加される。ディザを加えることによって材料に微小な割れ目が生じ、それにより、一掃されることになるばらばらの破片に欠陥が解体されると考えられている。プローブは、ディザが加えられ、かつ、力が加えられ、さらにはマニフォルドで制限されている間、長方形の内部を移動する。この移動は、プローブ・チップが欠陥領域内のすべてのポイントでプローブの垂直方向の位置に対する下限を画定している平面に到達するまで継続される。次に、プローブは、欠陥修復プロセスを継続するべく表面から離れる方向に移動し、かつ、次の欠陥に向かって移動する。複数の欠陥の修復が終了すると、破片を除去するべく基板が洗浄され、修復の結果が適切であるかどうかを判定するべく測定される。修復の結果が適切でない場合、修復が継続される。ＳＮＰは、通常、約１０００Ｈｚの応答周波数を有しており、この高速応答時間により、より高速のディザを加えることができるため、より速い除去速度が得られる。

同様に、トラフ６５０内の欠陥材料を除去するべく、基準画像から決定される底部表面６６０と一致する平面によって、プローブ・チップの垂直方向の位置に対する下限を画定することも可能である。この場合、システムは、表面６６０より上方の欠陥の切断もしくは研削除去を試行することになり、プローブは、制御可能な強い力で欠陥と接触し、高速でディザが加えられ、それにより欠陥が解体し、一掃される。既に説明したように、ＳＮＰの力平衡システムは、平衡ビーム・センサによる連続的な力の測定および制御を可能にしており、それにより表面形状の変化あるいはチップの摩耗に無関係に所望の力が維持される。コンデンサを使用して力が測定され、また、平衡ビームは静電的に平衡状態にもたらされる。平衡ビームはサーボ化されており、研削オペレーションの間、平均して平衡位置に維持している。ＳＮＰは、４０マイクロニュートンという大きい力の適用を、約０．１ないし０．５マイクロニュートンの範囲内で正確に制御することができる。

アプリケーションの中には、欠陥をエッチ除去するだけでなく、若干の基板をエッチ除去することが望ましいアプリケーションもある。したがって、たとえばトレンチに切込みを施し、本質的にトレンチを広くするべく、本発明を使用してトレンチ壁をエッチ除去することができる。このような場合、欠陥のない基準領域の正確なコピーからマニフォルドに「バイアスをかける」ことができる。このバイアスは、任意の方向に指定することができる。欠陥除去プロセスによって正規の基板処理による特性とは異なる表面特性が残されることがあるため、アプリケーションの中にはこのバイアスが望ましい場合もある。たとえば、フォトマスクは、ジオメトリが正確に復元された場合であっても、粗さあるいは他の材料特性の相異のため、修復現場では異なる光学特性を有していることがある。バイアスをかけることによってこれらの影響が補償される。

第２の動作モードによれば、輪郭として欠陥領域の画像が提供される。ＳＮＰプローブ・チップは、欠陥を囲む長方形全体ではなく、輪郭内の欠陥をこすり取るべく導かれる。したがってこの動作モードでは、プローブ・チップが有効に欠陥に導かれる。プローブを対象に強制的に維持している間、輪郭内のｘ−ｙ平面のディザがプローブに加えられる。プローブは、ディザが加えられ、かつ、力が加えられ、さらにはマニフォルドで制限されている間、輪郭内の新しいラスタ・ポイントに対して走査される。この走査は、プローブ・チップが輪郭内のすべてのポイントでプローブの垂直方向の位置に対する下限を画定している平面に到達するまで継続される。次に、プローブは、欠陥修復プロセスを継続するべく表面から離れる方向に移動し、新しい欠陥に対して走査される。

ディザは、プローブ・チップがマニフォルドに到達するまで加えられる。ディザは、キロヘルツ程度の速い速度で直線的に印加され、あるいは円もしくは楕円などの定められた連続曲線で印加される。マニフォルドに到達すると、力（したがって圧力）が小さくなり、無視し得る速度に研削速度が遅くなる。プローブは、欠陥画像領域内の他のポイントに向かってラスタされ、あるいは新しい欠陥領域へ向かってラスタされる。位置の精度を保証し、かつ、チップの摩耗を評価するべく、予めプログラムされている周期で定期的に較正が実施され、あるいは使用者の選択によって較正が実施される。修復領域におけるポイント間の走査速度は、ヘルツ程度の速度であり、したがってシステムは、ディザ速度よりはるかに遅い速度で走査される。

粉砕速度は、ディザ速度に直接関係している。ディザを加えることにより、たとえば急峻なフィーチャとの衝突によるチップの不要な損傷を招くことなくプローブの速度をはるかに速くすることができる。ディザ周波数は、スキャナ／チップ・システムの応答に対して最適化されている。通常、周波数が高いほど材料除去速度が速くなるが、スキャナの機械的な応答がディザ周波数の上限を制限している。ディザ周波数は、３００Ｈｚより高いことが好ましく、５００Ｈｚより高いことがより好ましく、また、８００Ｈｚより高いことがさらに好ましく、約１，０００Ｈｚ以上であることが最も好ましい。実際のディザ振幅は、スキャナの応答のため、スキャナ変位の指定振幅より小さくすることができることに留意されたい。スキャナの実際の振幅応答を正確に測定するべく位置センサが使用されている。また、プローブのたわみによってプローブ・チップ運動の振幅が小さくなるため、ディザの振幅を指定する場合、プローブのたわみを考慮することができることに留意されたい。たとえば、プローブのたわみが５ナノメートル（ｎｍ）である場合、スキャナの真のディザ振幅より１０ｎｍだけチップの運動が小さくなる。ラスタ走査およびディザを加える目的は、表面全体にわたってチップを有効に移動させることであるため、プローブのたわみは、要求される運動より小さいものでなければならない。摩擦力はたわみの原因であり、垂直方向に印加される力の大よそ２５％である。たとえば、１５ｕＮの水平方向の力に対する２５０×２５０×８００ナノメートルのダイヤモンド・チップのたわみは９ｎｍである。また、プローブのたわみには、平衡ビーム・アセンブリとプローブ・チップの間の支持構造のたわみが含まれている。

既に指摘したように、ディザが加えられたパターンを指定することができる。このディザは、プローブ・チップを移動させる信号に付加される、ｘ成分、ｙ成分もしくはその両方を有する信号を印加することによって制御される。ディザが加えられたパターンの形状は、ｘ成分およびｙ成分の相対振幅とそれらの相対位相によって決まり、また、ディザの好ましい形状は、アプリケーションによって決まる。エッジの配置は、ディザの方向に対して明確ではないため、エッジの配置が重要ではない方向にディザを加えることがより良好である。たとえば、長いトレンチ内の欠陥バンプは、トレンチを横切る方向ではなく、主にトレンチの方向に沿ってディザを加えることによって最も良好に除去される。対象の平らな領域に分離したバンプは、円形、楕円形さらには無作為のパターンでディザを加えることによって除去することができる。

粉砕速度は、プローブ・チップと基板の間の圧力に直接関係している。本発明により、制御可能でかつ確定可能な圧力で表面に適用すべきプローブ・チップが提供される。圧力は、印加される力と接触表面積の比率である。印加される力は、上で説明したＳｔｙｌｕｓ Ｎａｎｏ Ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒの平衡ビーム力帰還システムによる制御が可能である。プローブの表面積は、キャラクタライザと呼ばれる専用基板の一連のプロファイルを実行することによって決定される。キャラクタライザ・プロファイルの各々は、プローブの形状に特定のセグメントを付与している。したがって、印加される力を制御し、かつ、プローブの形状を知ることによって実質的に一定の圧力を印加することができる。ＳＮＰは異なる位置へ容易に飛び越すことができるため、チップの摩耗に応じて頻繁にチップを特性化（チップの特性を決定）することができ、それにより正確な圧力情報が提供される。また、ＳＮＰは、プローブの形状を知ることにより、測定したデータを収集し、かつ、測定したデータからプローブの形状を数学的に控除することによって領域を画像化している。したがって、プローブの特性表示を使用して圧力が決定され、対象が画像化される。

図７に示すように、圧力を関数としたチップの摩耗速度は、一定の臨界圧力、典型的には圧縮強さの約１／３を超えると急激に速くなる。したがって、チップの摩耗が少ない高速エッチングを提供するためには、エッチングを施す材料の臨界圧力より高く、かつ、チップ材料の臨界圧力より低い圧力で動作させることが望ましく、したがって、チップを過度に摩耗させることなく基板材料を高速除去することができる許容圧力の狭い範囲が存在している。本発明によるＳＮＰは、指定された圧力を正確に印加することができるため、この目的に適している。ＳＮＰは、指定された力を正確に印加することができ、また、印加圧力を決定するべく、チップの形状を迅速に決定することができる。圧力を制御することができるため、チップ材料の臨界圧力より低い圧力での動作が保証される。たとえばダイヤモンドの圧縮強さは、５ないし１０ギガパスカル（ｇＰａ）である。また、水晶の圧縮強さは約１ｇＰａであり、クロムの圧縮強さは約２ｇＰａである。したがってダイヤモンド・プローブ・チップを使用して、水晶あるいはクロムなどの材料に切込みを入れ、印加される圧力が材料の圧縮強さ限界より高く、かつ、ダイヤモンドの臨界圧力より低い圧力になるよう保証することができる。たとえば、ダイヤモンドを使用して水晶をエッチングするための好ましい圧力は約１ｇＰａである。大量の材料を除去しなければならない場合が存在し、その場合、オペレータは、迅速な修復を達成するべく、より高い圧力（場合によっては６ｇＰａ程度の圧力）を選択し、チップの寿命を若干犠牲にすることも可能である。

本発明によれば、上で説明したようにディザを使用することによって欠陥がエッチ除去されるだけでなく、プローブのチップを強い力で欠陥に速やかに接触させることによって欠陥が粉砕される。これは、ジャックハンマ効果を生成するべく、ＳＮＰの平衡ビームの共振周波数で短く連続して繰返し実施される。このジャックハンマ手法によって硬い欠陥が粉砕され、後続するエッチングがより効果的に適用される。

より高い品質の修復を達成するために、本発明によれば、より高い精度を達成するべく修復プロセスの終了に向かって圧力が低減される。実際、力が所与のレベルに維持されているため、接触表面積が増加すると自然に圧力が低下する。たとえば、もう一度図６を参照すると、トラフ６５０内の欠陥が摩滅すると、トレンチが深くなる。チップと側壁の間の接触表面積は、側壁に沿って広くなり、その結果、圧力が低下し、延いては粉砕速度が低下する。この場合、印加される力を大きくすることにより、より高い圧力が回復される。ここでも、上で説明したキャラクタライザから決定されたプローブ形状を知ることによって圧力が計算される。

修復の精度には、明らかに、プローブを正確に配置し、かつ、プローブの形状を決定する能力が必要である。ナノメートルの位置決め精度を達成するためには、スキャナは、厳格な許容誤差で設計されていることが望ましい。本発明によれば、プローブの形状を決定するべく、プローブを走査することによって上で説明したキャラクタライザが断続的に参照される。この方法によれば、既知の数学計算を使用してチップの摩耗を少なくとも部分的に補償することができ、また、チップの接触表面積をモニタすることができるため、圧力を制御することができる。また、複数の既知の基準ポイントに対して断続的にプローブを走査することにより、システムは、ステージの変動を２ないし１０ナノメートル（ｎｍ）の範囲内で補償することができる。

たとえば、基準ポイントの周囲の局部的に平らな基板表面のｚ位置の周期的な測定値を使用してステージの変動を補償することができる。これは、２つのステップで実施される。第１のステップで、表面上を一定の高さ、たとえば約２０ないし２００ナノメートル（ｎｍ）の高さで、基準ポイントのｘ−ｙ座標に向かって１０ミリ秒（ｍｓ）未満でプローブが迅速に移動し、第２のステップでチップと表面が接触し、高さが測定される。この第２のステップも同じく１０ｍｓ未満で実施することができる。間隔を隔てた複数のポイントで得られるこのような測定値は、精度を向上させるべく平均化される。ＳＮＰの平衡ビーム機構は、低速で降下し、表面に沿って走査するのではなく、急速に降下して表面に接触することによって測定するように設計されているため、ＳＮＰは、間隔を隔てたポイントをカンチレバータイプの走査プローブ・デバイスよりはるかに迅速に測定することができる。そのため、システムの変動、たとえばステージの変動を補償するべく、より頻繁に再較正することができる。

もう１つの実施例として、真直ぐなトレンチのウォールの位置を追跡しているサンプルポイントの周期的な測定値を使用してステージの変動を補償することも可能である。側壁基準構造の場合、対角軌道でウォールに接近することによってウォールの位置をより良好に（１ないし５ｎｍの範囲内で）決定することができる。したがって本発明は、チップの摩耗をモニタし、かつ、ステージの変動を補償するべく、１つまたは複数の基準ポイントに対する迅速な断続走査すなわち周期走査を提供している。基準ポイントは、粉砕領域から数ミクロン離れている場合であっても、ＳＮＰを使用して走査し、かつ、２０ｍｓの短い時間で測定することができる。

実際、システムは、ハードウェアを何ら変更することなく走査と粉砕とを容易に切り換えることができる。制御された力でプローブを走査し、プローブにディザを加え、かつ、ジャックハンマでプローブに衝撃を与えることは、使用者による上記プロセスの操作および制御を可能にするユーザ・インタフェースを備えたソフトウェアの制御の下で実施される。したがって、より力の強い粉砕プロセスに小さい力もしくは強い力の走査あるいは他の測定を散在させることができる。ＳＮＰによって制御される力は、平衡ビームに印加される、電圧を変更することによって容易に変化させることができる静電力によって決定されるため、印加される力のソフトウェア制御を利用することができる。従来技術によるシステムの中には、力を変更するためにカンチレバーの位置を変化させる必要のあるシステムもある。

本明細書において説明した本発明によるプロセスを使用してばらばらにこすり取られた欠陥物質の除去を容易にするために、図８に示すような通路あるいは溝を有するプローブ・チップを使用することができる。図８では、プローブ・チップ８５００上の末端に位置するプローブ部分およびサンプルと接触する部分に通路８０００が提供されている。チップにディザが加えられると、欠陥物質および破片が通路８０００を通って突き進む。チップはダイヤモンド製であることが好ましく、また、溝は、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）を使用してチップの端部に切り込まれている。摩耗したチップは、所望の配向を有する研磨ダイヤモンド表面で研磨することによって整備することができる。上で説明したように、プローブは、較正のために基準構造に対して周期的に走査される。較正は、チップの欠陥を明らかにし、かつ、チップの欠陥をある程度修正することができる既知の基準構造を走査することによって実行される。異なるタイプの修復、さらには単一修復における異なる状況に対して異なる粉砕プローブを使用することができることに留意されたい。したがって個々のアプリケーション毎に最良のチップ形状を選択することができる。たとえば、「ピン・ドット」の場合、凹凸を速やかに除去するためには、幅の広い剛直なチップが望ましい。ＡＰＳＭブリッジの場合、フィーチャ・ウォールを特性化し、かつ、欠陥を隠すためには、高アスペクト・チップが望ましい。プローブ・チップは、プローブ・チップを集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）で粉砕することにより、事実上、所望する任意の有用な形状にすることができる。また、粉砕と画像化とで異なるプローブを使用することも可能である。ＳＮＰのプローブは、１ないし５分で交換することができる。

したがって本発明は、半導体およびマスクの欠陥を識別し、かつ、修復するための方法を提供している。上で説明した方法に従って欠陥が修正されると、プロセスによるエッチングでばらばらになった破片および欠陥物質が、当分野で知られている化学ポスト処理方法を使用して除去される。本発明による方法は、微細構造の欠陥修復に最も適しているが、もっと粗い構造あるいはもっと大きい構造の修復についても同じく意図されている。欠陥が大きい場合、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）を使用して欠陥のほとんどが粉砕され、次に、本発明を使用して微細欠陥が修復される。本発明は、本発明を使用することにより、不純物を注入することなく極めて微細な構造の欠陥を修復することができる利点を有している。本発明は、リソグラフィ・マスクの欠陥の修復に限定されることはなく、本発明を使用して、あらゆるナノ・スケール構造あるいはミクロン・スケール構造を修正することができる。

好ましい実施形態のＳＮＰには平衡ビームが使用されている。この構造により、未知の高さから表面に向けてプローブを一定の速い速度で降下させ、表面に接触して平衡ビームが平衡を失うと、プローブの降下を停止させることができる。また、表面に接触すると、後方へ傾斜し、壊れやすいチップに対する衝撃を和らげることができる。一方、ＡＦＭは、カンチレバーの振動周波数を変化させることによって微小範囲に存在する微細な力、たとえばファンデルワールス力のような力を検出するように設計されているため、表面に接近したことを検出してチップの損傷を回避するためには、はるかに低速で降下させなければならない。また、ＡＦＭは、表面の近傍を表面との係合を解除することなく一直線に走査し、かつ、連続的に読み取るように設計されているため、測定毎に上昇させ、かつ、降下させる必要はない。一方、ＳＮＰは、表面に接近し、かつ、接触して１つのポイントを測定し、次に、位置を変えるべく表面から上昇して別のポイントで再び表面に接近するように設計されている。測定に際しては、ＳＮＰは、測定ポイント間を「ホップ」する。つまり、測定ポイント間で上昇し、個々のポイントで接触する。また、材料を除去するための粉砕に際しては、ＳＮＰは表面との接触を維持し、典型的には静電的に制御され、かつ、測定される指定された力を印加する。

本発明による実施形態は、１分当たり約０．０８立方ミクロンを超え、かつ、１分当たり１立方ミクロンの約１／１０（０．１）以上のクロム除去速度を提供することができる。この除去速度は、集束イオン・ビーム修復の除去速度に匹敵している。４０マイクロニュートンより大きい力、５０マイクロニュートンより大きい力、７５マイクロニュートンより大きい力、あるいは約１００マイクロニュートンより大きい力を印加することができる。印加可能な最大印加力は、システムの物理的な限界、とりわけベース・プレート上のビームの横方向の安定性によって制限される。

近代のリソグラフィ・マスクの修復には、通常、マスク表面を変更する場合、約１０ｎｍの精度が必要である。ＳＮＰで利用することができる力帰還により、２〜１０ｎｍの精度でマスクから材料を除去することができる。ＳＮＰは、世界的な等級のＺ高さ精度を有している。仕様は、１ナノメートルの１／４、３シグマ、８ライン・アベレージである。原理的には、エッチングは、大よそこのレベルまで制御することができる。実際には、今日の許容精度１０ｎｍに対して１〜２ｎｍの実用精度を期待することができる。

本発明は、水晶バンプである欠陥が基板と同じ材料で構築されるため、集束イオン・ビーム・システムでは修復が困難であり、かつ、ビームを停止する時期を決定することが困難な移相マスクの修復に適している。本発明においては、非欠陥領域を参照することによってマニフォルドが画定され、修復領域と基準領域が整合するまで水晶欠陥が除去される。印加される力を制御し、かつ、チップをマニフォルドの内部に維持することにより、基板をほとんど損傷することなく、あるいは全く損傷することなく欠陥を除去することができる。

プロセスは自動化が可能であり、マスク検査システムから欠陥ファイルを提供することができる。マスクは、マスク上の基準ポイントを使用して自動的に整列させ、かつ、スケーリングすることができる。個々の欠陥の位置を自動的に突き止め、設計データもしくは対応する非欠陥領域との比較によって画定されるマニフォルドおよび修復を自動的に進行させることができる。

以上、本発明および本発明の利点について詳細に説明したが、特許請求の範囲で定義されている本発明の精神および範囲を逸脱することなく、本明細書において様々な変更、置換および改変を加えることができることを理解されたい。本発明は、様々な目的で様々なアプリケーションに使用することができるため、特許請求の範囲に示す各請求項の範囲に属するすべての実施形態が、すべての目的を達成することができるわけではない。また、本出願の範囲は、本明細書に記載されているプロセス、マシン、製造、物質の組成、手段、方法およびステップの特定の実施形態に何ら限定されない。当業者には本発明の開示から容易に理解されるように、既存の、あるいは追って開発される、本明細書において説明した対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、あるいは実質的に同じ結果が達成されるプロセス、マシン、製造、物質の組成、手段、方法あるいはステップを本発明に従って利用することができる。したがって特許請求の範囲には、このようなプロセス、マシン、製造、物質の組成、手段、方法あるいはステップがその範囲に包含されているものとする。

Ｓｔｙｌｕｓ ＮａｎｏＰｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ（ＳＮＰ）のプローブを示す図である。 ＳＮＰの側面図である。 ＳＮＰのプローブ・ヘッドの主要部品を示す図である。 ＳＮＰのプローブ・ヘッドの主要部品を示す図である。 欠陥を有する領域の画像を示す図である。 トレンチ内およびトレンチの周囲に存在する欠陥の断面図である。 圧力を関数とした摩耗速度を示すグラフである。 破片を除去するための通路を備えたプローブ・チップを示す図である。

符号の説明

１０ トレンチ
１２ 基板の表面
１４ 側壁
２０ プローブ
３０ サンプル（サンプルの表面）
３２ サポート表面
３４ 傾斜ステージ
３６ ｘ−スライド
３８ ｙ−スライド
４０ 花崗岩スラブ
４２ ガントリ
４４ プローブ・ヘッド
４５ 圧電アクチュエータ
４６ 圧電駆動３軸たわみシステム
５０ 誘電体サポート
５２ 磁石
５４、５６ コンデンサ・プレート（コンデンサ・パッド）
５８ 接触パッド
６０ 導電ビーム（平衡ビーム）
６２、６４ 金属強磁性玉軸受
６６ コンデンサ・プレートとビームの間の垂直方向の間隙
７０ ガラス・タブ
７２ スタイラス
５００ 目標領域
５１０ 欠陥のない領域
６００ 欠陥
６５０ トラフ
６６０ 底部表面
６７０ 対象の上部表面
８０００ 通路
８５００ プローブ・チップ

Claims (26)

1. サンプルの構造を修正するための方法であって、
   平衡ビーム上のプローブを備えたスタイラス・ナノ−プロフィルメータを提供するステップと、
   目標領域の形状データを獲得するステップと、
   観察した前記目標領域の構造と前記目標領域の所望の構造を比較するステップと、
   前記プローブを前記目標領域内の前記サンプルの表面に接触させるステップと、
   指定された、前記サンプルの表面から材料を除去するだけの十分な力が印加されるよう、前記プローブによって前記サンプルに印加される接触力を制御するステップと、
   観察した前記目標領域の構造と前記目標領域の所望の構造がより密に整合するよう、前記サンプルの表面から十分な材料を除去するべく、連続的に感知されかつ制御される指定された接触力で前記プローブを前記サンプルの表面全体にわたって画定可能軌道で移動させることによって前記サンプルを処理するステップとを含む方法。
2. 前記目標領域の形状データを獲得するステップが、前記プローブを使用して目標領域を画像化するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記目標領域の形状データを獲得するステップが、
   前記サンプルの表面から除去すべき目標材料を識別するステップと、
   前記目標材料の周囲に水平方向の修復境界を画定するステップと、
   前記プローブを使用して前記修復境界内の領域を画像化するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記プローブを使用して前記修復境界内の領域を画像化するステップが、
   前記修復境界内のより広い領域をより低い解像度で画像化するステップと、
   より狭い重要な領域をより高い解像度で画像化するステップとを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記修復境界内の個々のポイントを処理するための垂直方向の下部境界を画定するステ
   ップと、
   処理の間、プローブ・チップが通過する三次元マニフォルドを画定するべく、前記水平方向の修復境界と前記垂直方向の下部限界を結合するステップとをさらに含む、請求項３に記載の方法。
6. 観察した前記目標領域の構造と前記目標領域の所望の構造を比較する前記ステップに続いて、材料を除去するための垂直方向の下部限界を基準領域の上面と一致する平面として画定するために、サンプルの欠陥の無い基準領域を画像化するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
7. 前記サンプルの表面全体にわたって前記プローブを移動させるステップが、画定された前記垂直方向の下部限界に前記プローブ・チップが到達するまで、前記修復境界内の前記サンプルの表面に対して前記プローブを移動させるステップを含む、請求項５に記載の方法。
8. 前記接触力が、サンプル材料の破砕閾値より高く、かつ、プローブ材料の破砕閾値より低い圧力である、請求項１に記載の方法。
9. 前記接触力が、指定された力を前記サンプルの表面の形状の変化あるいは前記プローブの侵食に無関係に維持するべく、連続的に測定され、かつ、制御される、請求項１に記載の方法。
10. 前記プローブを前記サンプルの表面全体にわたって画定可能軌道で移動させるステップが、ｘ−ｙ平面内のディザを前記プローブに加えるステップを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記プローブを前記サンプルの表面全体にわたって画定可能軌道で移動させるステップが、前記プローブを前記サンプルの表面全体にわたって移動させる信号に付加される、ｘ成分、ｙ成分もしくはその両方を有する信号を印加するステップを含む、請求項９に記載の方法。
12. ｘ−ｙ平面内のディザを前記プローブに加えるステップが、前記プローブを第１の水平方向に直角をなす線に沿って同時に前後に移動させている間、前記プローブを前記サンプルの表面全体にわたって、前記第１の水平方向に平行な線に沿って移動させるステップを含む、請求項１０に記載の方法。
13. ｘ−ｙ平面内のディザを前記プローブに加えるステップが、前記プローブを前記サンプルの表面全体にわたって、円形、楕円形もしくは無作為のパターンで移動させるステップを含む、請求項１０に記載の方法。
14. 前記ディザの周波数が３００Ｈｚより高い、請求項１０に記載の方法。
15. 前記ディザの周波数が１０００Ｈｚより高い、請求項１０に記載の方法。
16. 前記第１の水平方向に平行の線に沿った前記プローブの移動速度が、前記第１の水平方向に直角をなす線に沿った前記プローブの前後移動速度より実質的に遅い、請求項１２に記載の方法。
17. 前記接触力を制御するステップが、
    前記プローブによって前記サンプルに印加される下向きの力と、前記プローブと前記サ
    ンプルの間の接触表面積との所望の比率を決定するステップと、
    前記スタイラス・ナノ−プロフィルメータの平衡ビームに印加される静電力を制御することによって印加される力を制御するステップと、
    前記プローブを使用して既知の基準構造を走査することによって前記プローブと前記サンプルの間の接触表面積を決定するステップと、
    印加される力と表面積の所望の比率が維持されるよう、印加される力を調整するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
18. 前記サンプルの表面全体にわたる前記プローブの移動を周期的に中断させ、その時点のプローブ形状を決定し、プローブの侵食もしくは損傷を考慮するべく、前記プローブを使用して前記既知の基準構造を走査するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記サンプルの表面から十分な材料が除去されると、破片を除去するべく前記サンプルの表面を洗浄するステップと、
    材料の除去が適切であるかどうかを決定するべく、観察した前記目標領域の構造と前記目標領域の所望の構造を再比較するステップとをさらに含み、
    材料の除去が適切でない場合、観察した前記目標領域の構造と前記目標領域の所望の構造がより密に整合するよう、前記サンプルの表面から十分な材料を除去するべく、指定された接触力で前記プローブを前記サンプルの表面全体にわたって画定可能軌道で移動させることによって材料を除去するステップが継続される、請求項１に記載の方法。
20. 前記サンプルの除去すべき部分の上方に位置するように前記プローブを移動させるステップと、
    強い接触力で前記サンプルに接触するまで前記プローブを急速に降下させるステップと、
    前記プローブを前記サンプルの上方へ再上昇させるステップと、
    ジャックハンマ効果を生成するべく、前記スタイラス・ナノ−プロフィルメータの前記平衡ビームの共振周波数で短く連続して前記プローブの上昇および降下を繰り返すステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
21. 半導体ウェハおよびマスクの欠陥を修復するための方法であって、
    平衡ビーム上のプローブを備えたスタイラス・ナノ−プロフィルメータを提供するステップと、
    サンプルの欠陥を識別するステップと、
    画像化された欠陥物質の修復境界を画定するステップと、
    前記プローブを使用して前記修復境界内の領域を画像化するステップと、
    観察した前記修復境界内の構造と所望の目標構造を比較するステップと、
    材料を除去するための垂直方向の下部限界を画定するステップと、
    前記プローブを前記修復境界内において制御された接触力で前記サンプルの表面に接触させるステップと、
    前記サンプルの表面から材料を除去するべく、連続的に感知されかつ制御される接触力を維持しつつ、目標領域内でｘ−ｙ平面内のディザを画定可能軌道で前記プローブに加えるステップと、
    前記修復境界内のすべての領域で前記垂直方向の下部限界に達したとき、前記サンプルの表面に対して前記プローブの動きにディザを加えることを停止するステップと、を含む方法。
22. サンプルの構造を修正するための方法であって、
    平衡ビーム上のプローブを備えたスタイラス・ナノ−プロフィルメータを提供するステップと、
    目標領域の形状データを獲得するステップと、
    観察した前記目標領域の構造と前記目標領域の所望の構造を比較するステップと、
    前記プローブを前記目標領域内の前記サンプルの表面に接触させるステップと、
    前記サンプル表面から材料を除去するのに十分な力が与えられるよう、前記サンプル上の前記プローブによって下向きの接触力を加えるステップと、
    観察した前記目標領域の構造と前記目標領域の所望の構造がより密に整合するよう、前記サンプルの表面から十分な材料を除去するべく、連続的に感知されかつ制御される下向きの接触力を維持しつつ、前記目標領域内でｘ−ｙ平面内のディザを画定可能軌道で前記プローブに加えるステップと、を含む方法。
23. ｘ−ｙ平面内のディザを画定可能軌道で前記プローブに加えるステップが、前記プローブを前記サンプルの表面全体にわたって移動させる信号に付加される、ｘ成分、ｙ成分もしくはその両方を有する信号を印加するステップを含む、請求項２２に記載の方法。
24. ｘ−ｙ平面内のディザを前記プローブに加えるステップが、前記プローブを第１の水平方向に直角をなす線に沿って同時に前後に移動させている間、前記プローブを前記サンプルの表面全体にわたって、前記第１の水平方向に平行な線に沿って移動させるステップを含む、請求項２２に記載の方法。
25. ｘ−ｙ平面内のディザを前記プローブに加えるステップが、前記プローブを前記サンプルの表面全体にわたって、円形、楕円形もしくは無作為のパターンで移動させるステップを含む、請求項２２に記載の方法。
26. 前記サンプルの除去すべき部分の上方に位置するように前記プローブを移動させるステップと、
    強い接触力で前記サンプルに接触するまで前記プローブを急速に降下させるステップと、
    前記プローブを前記サンプルの上方へ再上昇させるステップと、
    ジャックハンマ効果を生成するべく、短く連続して前記プローブの上昇および降下を繰り返すステップとをさらに含む、請求項２２に記載の方法。

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