JP2016080926A - 異物除去方法、異物除去装置、及び探針 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、別途洗浄等の工程を必要とせずに、精度良く対象物の表面に存在する異物を除去することが可能な、異物除去方法等を提供することを目的とする。
【解決手段】 原子間力顕微鏡を用いて対象物の表面に存在する異物を除去する方法であって、探針として、第１のカーボンナノチューブ１２と、第１のカーボンナノチューブ１２よりも短い第２のカーボンナノチューブ１３を有する探針１を用い、異物検出時は、第１のカーボンナノチューブ１２の先端を対象物の表面に向けた状態で走査し、異物除去時は、第１のカーボンナノチューブ１２を湾曲させて、第２のカーボンナノチューブ１３に異物を付着させることにより、上記課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原子間力顕微鏡を用いて、対象物の表面に存在する微細な異物を除去する方法に関する。

微細な異物を除去する方法、特に半導体集積回路等の製造に用い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として、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope、ＡＦＭ）に用いられる探針の先端にカーボンナノチューブを設け、この探針を使って、異物を除去する方法が提案されている（特許文献１、２）。
上記の特許文献１に記載の方法は、カーボンナノチューブを対象物の溝（凹部）内部でたわませて異物と接触させ、異物を移動させることで、異物を対象物から一時的に剥離させ、その後の洗浄工程で異物を洗い流すというものである。
また、上記の特許文献２に記載の方法は、先端部に中空構造の細管を有しているカンチレバーを用い、この細管で異物を吸引して対象物から除去するものである。細管としてカーボンナノチューブを挙げている。

特開２０１０−５４７７３号公報 特開２０１２−２０３１６３号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の方法では、洗浄工程は従来と変わらないことから、必ずしも処理後の洗浄工程で微細な異物を除去できるとは限らない。また、探針で異物を移動させる装置（原子間力顕微鏡）による工程と、洗浄装置による洗浄工程が必要であり、さらには、異物の除去確認も洗浄工程後に別途実施する必要があり、工程全体が長くなってスループットが低下するという問題もある。

また、上記の特許文献２に記載の方法では、吸引による振動の影響を受けるため、細管を微細な異物に精度良くアプローチすることは困難であり、フォトマスク等の対象物のパターンを損傷させてしまう問題がある。また、異物除去時の吸引によって細管途中に破片となった異物が混入し吸引力を低下させ、異物除去ができないというおそれもある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、別途洗浄等の工程を必要とせずに、精度良く対象物の表面に存在する異物を除去することが可能な、異物除去方法を提供することを主たる目的とする。

すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、原子間力顕微鏡を用いて、カンチレバーの先端部に設けられた探針で対象物の表面に存在する異物を除去する方法であって、前記探針として、第１のカーボンナノチューブと前記第１のカーボンナノチューブよりも短い第２のカーボンナノチューブを有する探針を用い、前記第１のカーボンナノチューブの先端を前記対象物の表面に向けた状態で前記対象物の表面を走査して、前記対象物の表面に存在する異物を検出する異物検出工程と、前記第１のカーボンナノチューブの先端を前記対象物の表面に押し付けて前記第１のカーボンナノチューブを湾曲させる湾曲工程と、前記第１のカーボンナノチューブを湾曲させて前記第１のカーボンナノチューブの側面を前記対象物の表面に押し付けた状態で、前記探針を移動させて前記第２のカーボンナノチューブを前記対象物の表面に存在する異物に接触させ、前記異物を前記第２のカーボンナノチューブに付着させる異物付着工程と、前記異物を前記第２のカーボンナノチューブに付着させた状態で、前記探針を前記対象物の表面から離間させる離間工程と、を備えることを特徴とする異物除去方法である。

また、本発明の請求項２に係る発明は、前記離間工程の後に、前記異物が前記第２のカーボンナノチューブに付着した状態の前記探針を用いて、前記第１のカーボンナノチューブの先端を前記対象物の表面に向けた状態で前記対象物の表面を走査して、前記対象物の表面から前記異物が除去されたことを確認する異物除去確認工程を、備えることを特徴とする請求項１に記載の異物除去方法である。

また、本発明の請求項３に係る発明は、カンチレバーの先端部に設けられ、第１のカーボンナノチューブと前記第１のカーボンナノチューブよりも短い第２のカーボンナノチューブを有する探針と、前記第１のカーボンナノチューブの先端を前記対象物の表面に向けた状態で前記対象物の表面を走査する機構と、前記カンチレバーの上下方向の位置を検知して前記対象物の表面の形状に関する情報を取得する機構と、前記第１のカーボンナノチューブの先端を前記対象物の表面に押し付けて前記第１のカーボンナノチューブを湾曲させる機構と、前記第１のカーボンナノチューブを湾曲させて前記第１のカーボンナノチューブの側面を前記対象物の表面に押し付けた状態で、前記探針を移動させて前記第２のカーボンナノチューブを前記対象物の表面に存在する異物に接触させる機構と、前記探針を前記対象物の表面から離間させる機構と、を備えることを特徴とする異物除去装置である。

また、本発明の請求項４に係る発明は、カンチレバーの先端部に設けられる探針であって、第１のカーボンナノチューブと前記第１のカーボンナノチューブよりも短い第２のカーボンナノチューブを有することを特徴とする探針である。

また、本発明の請求項５に係る発明は、前記第１のカーボンナノチューブの本数が１本であり、前記第２のカーボンナノチューブを複数本有することを特徴とする請求項４に記載の探針である。

また、本発明の請求項６に係る発明は、前記第１のカーボンナノチューブが前記探針の本体部の先端に設けられており、前記第２のカーボンナノチューブが前記探針の本体部の側面に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の探針である。

本発明によれば、別途洗浄を施すことを要せずに、精度良く対象物の表面に存在する異物を除去することが可能な、異物除去方法等を提供することができる。

本発明に係る異物除去方法の一例について示すフローチャート 本発明に係る異物除去方法に用いられる探針の一例を示す図 探針１が対象物の表面を走査する様子を示す図 第１のカーボンナノチューブ１２を湾曲させる様子を示す図 異物２２を第２のカーボンナノチューブ１３に付着させる様子を示す図 湾曲させた第１のカーボンナノチューブ１２と異物２２との関係を示す図 探針１を対象物の表面から離間させる様子を示す図 異物２２を付着した探針１を用いて対象物の表面を走査する様子を示す図 本発明に係る異物除去装置の構成例について示す図

＜異物除去方法＞
まず、本発明に係る異物除去方法について説明する。
図１は、本発明に係る異物除去方法の一例について示すフローチャートである。
本発明に係る異物除去方法を用いて、対象物の表面に存在する異物を除去するには、まず、所定のカーボンナノチューブを有する探針を準備する（Ｓ１１）。

（探針）
図２は、本発明に係る異物除去方法に用いられる探針の一例を示す図である。
図２に例示するように、探針１においては、探針本体部１１の先端に第１のカーボンナノチューブ１２を１本有しており、探針本体部１１の側面に第２のカーボンナノチューブ１３を複数本有している。そして、第１のカーボンナノチューブ１２は、第２のカーボンナノチューブ１３よりも長い形態を有している。

（探針本体部）
本発明において探針本体部１１については、カンチレバー（図示略）の先端部に設けられ、原子間力顕微鏡に使用することが可能なものであれば用いることができる。例えば、シリコン、窒化シリコン、ダイヤモンド等の材料から構成される公知の原子間力顕微鏡の探針を用いることができる。また、表面にダイヤモンドやダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、金や白金のコートがされていてもよい。

マスクパターンが形成されたフォトマスク等が対象物の場合、探針本体部１１の先端部の曲率半径は、ターゲットとなるパターンの線幅や除去すべき異物のサイズによって決定される。本発明においては、第１のカーボンナノチューブ１２の先端を対象物の表面に向けた状態で走査して、対象物の表面に存在する異物を検出することができ、かつ、第２のカーボンナノチューブ１３を異物に接触させることができれば特に制限はされないが、例えば、探針本体部１１の先端部の曲率半径は２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲であることが望ましい。

（第１のカーボンナノチューブ）
本発明において、第１のカーボンナノチューブ１２は、対象物の表面を走査して対象物の表面に存在する異物を検出する作用を奏するものであり、かつ、異物除去に際しては、第２のカーボンナノチューブ１３が異物と接触することを妨げないように、湾曲可能なものである。その材料としては、一般に知られているカーボンナノチューブ（carbon nanotube、ＣＮＴ）を用いることができる。

このカーボンナノチューブは、炭素原子から構成される円筒形状の物質であり、１．５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の直径に対し、その長さは、数ｎｍ〜数μｍの範囲とすることができる。その形態としては、円筒面が単層のシングルウォールタイプ（single wall carbon nanotube）や多層のマルチウォールタイプ（multiwall carbon nanotube）がある。
また、カーボンナノチューブは、柔軟性が高い性質を有する。それゆえ、湾曲させることも、元の伸びた状態に復元させることも自在にできる。

本発明において、第１のカーボンナノチューブ１２は、上記の異物検出ができ、かつ、湾曲可能なものであれば、単層（シングルウォールタイプ）、多層（マルチウォールタイプ）のいずれでも用いることができ、その直径の大きさも特に制限されないが、その長さは、第２のカーボンナノチューブ１３よりも長いものである。第１のカーボンナノチューブ１２の長さは、例えば、数百ｎｍ程度（１０１ｎｍ〜９９９ｎｍの範囲）である。

この第１のカーボンナノチューブ１２の長さが、第２のカーボンナノチューブ１３よりも長いものであるため、対象物の表面を走査する際には、この第１のカーボンナノチューブ１２の先端（探針本体部１１とは反対側の自由端）が、対象物の表面に最も接近することになり、高精度に表面観察することができる。

また高精度に表面観察するために、第１のカーボンナノチューブ１２の本数は１本であることが好ましく、探針本体部１１の先端に設けられていることが好ましい。
なお、本発明においては、第１のカーボンナノチューブ１２が厳密に探針本体部１１の先端に設けられていなくとも、対象物の表面を走査する際に、第１のカーボンナノチューブ１２の先端が、対象物の表面に最も接近する状態になってさえいれば、特に制限なく用いることができる。

１本の第１のカーボンナノチューブ１２を、探針本体部１１の先端に形成する方法としては、例えば特開２００５−３０８６７５号公報に記載のように、探針本体部１１の先端表面にカーボン化合物を形成し、探針本体部１１の先端に高エネルギービームを照射することにより、１本のカーボンナノチューブを成長形成させる方法を挙げることができる。
また、例えば特許第３４４１３９７号公報に記載のように、予め別の装置で形成したカーボンナノチューブを、マニピュレータを用いて探針本体部１１の先端、若しくはその近傍に接着する方法を用いても良い。

（第２のカーボンナノチューブ）
本発明において、第２のカーボンナノチューブ１３は、異物と接触した際にファンデルワールス力によって異物を付着する作用を奏するものであり、その材料としては、上記の第１のカーボンナノチューブ１２と同様に、一般に知られているカーボンナノチューブを用いることができる。

本発明において、第２のカーボンナノチューブ１３は、上記の異物付着が可能なものであれば、単層（シングルウォールタイプ）、多層（マルチウォールタイプ）のいずれでも用いることができ、その直径の大きさも特に制限されないが、その長さは、上記の第１のカーボンナノチューブ１２よりも短いものである。第２のカーボンナノチューブ１３の長さは、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の範囲である。

この第２のカーボンナノチューブ１３の長さが、第１のカーボンナノチューブ１２よりも短いものであるため、探針１を用いて対象物の表面を走査する際には、第１のカーボンナノチューブ１２の先端が、対象物の表面に最も接近することになる。それゆえ、探針１が第２のカーボンナノチューブ１３を有していても、この第２のカーボンナノチューブ１３の存在によって、第１のカーボンナノチューブ１２による高精度な表面観察が妨げられることは、通常生じない。

ここで、高精度な表面観察のために、第１のカーボンナノチューブ１２の本数は１本であることが好ましいが、この第２のカーボンナノチューブ１３の本数は１本である必要は無く、むしろ本数が多いほど異物と接触する表面積が大きくなり、ファンデルワールス力によって異物を付着する作用も増大することになる。

また、高精度な表面観察のために、第１のカーボンナノチューブ１２は探針本体部１１の先端に設けられていることが好ましいが、この第２のカーボンナノチューブ１３は、探針本体部１１の側面に設けられていることが好ましく、特に、探針本体部１１の先端近傍の側面に設けられていることが好ましい。
後述するように、対象物の表面に存在する異物を除去する際には、第１のカーボンナノチューブ１２を湾曲させてその側面を対象物の表面に押し付けた状態で、探針１を移動させて、探針１の先端近傍の側面（より詳しくは、探針１の先端近傍の側面に設けられた第２のカーボンナノチューブ１３）を前記異物に接触させるからである（図６）。

このように、第１のカーボンナノチューブ１２と第２のカーボンナノチューブ１３は、例え同一材料から構成されるものであっても、本発明において異なる作用を奏するものである。
カーボンナノチューブを有する探針を用いて、高精度な表面観察と異物除去の双方を叶えようとする場合、本発明のように、１本の長いカーボンナノチューブ（すなわち、第１のカーボンナノチューブ）と複数本の短いカーボンナノチューブ（すなわち、第２のカーボンナノチューブ）を有する探針とすることが、必要になる。

なお、図２に例示する探針１においては、複数本の第２のカーボンナノチューブ１３は、いずれも同程度の長さになっているが、本発明においては、このような形態に限定されず、第１のカーボンナノチューブ１２よりも短い長さであれば、それぞれ異なる長さであって良い。またその直径もそれぞれ異なる大きさであって良い。また、単層（シングルウォールタイプ）、多層（マルチウォールタイプ）の両タイプが混在していても良い。

また、図２に例示する探針１においては、複数本の第２のカーボンナノチューブ１３は、探針本体部１１の先端近傍の側面に均等に配設されているが、本発明においては、このような形態に限定されず、探針本体部１１の側面全域に配設されていても良く、また、異物付着が可能な限り不均等に配設されていても良い。

複数本の第２のカーボンナノチューブ１３を、探針本体部１１の側面に形成する方法としては、例えば、公知のＣＶＤ法を用いて一度に多数のカーボンナノチューブを形成する方法を挙げることができる。また、上記のように、高エネルギービームを照射する方法により、１本ずつカーボンナノチューブを成長形成させる方法を挙げることもできる。また、予め別の装置で形成したカーボンナノチューブを、マニピュレータを用いて探針本体部１１の側面に接着する方法を用いても良い。
本発明においては、先に第２のカーボンナノチューブ１３を形成し、その後、第１のカーボンナノチューブ１２を形成しても良く、逆に、第１のカーボンナノチューブ１２を先に形成し、その後第２のカーボンナノチューブ１３を形成しても良い。

（異物検出）
図１に戻り、第１のカーボンナノチューブ１２及び第２のカーボンナノチューブ１３を形成した探針１を有するカンチレバーを、原子間力顕微鏡に装着した後は、この探針１の第１のカーボンナノチューブ１２の先端を対象物の表面に向けた状態で対象物の表面を走査して、対象物の表面に存在する異物を検出し、原子間力顕微鏡における異物の位置を特定する（Ｓ１２）。この様子が図３に示されている。これにより基板２０上のパターン２１と異物２２の顕微鏡像が得られる。

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、ここでは簡単に説明しておく。コンタクトモードでは、探針の先端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）ステージを上下動させる。

本発明において、上記の異物検出工程（Ｓ１２）には、コンタクトモード、またはノンコンタクトモードのどちらでも用いることが可能である。図３は、図１に示す異物検出工程（Ｓ１２）において、探針１の第１のカーボンナノチューブ１２が対象物（パターン２１を有し、隣接するパターン２１間に異物２２が存在する基板２０）の表面を走査する様子を示す図である。図３に示す破線が第１のカーボンナノチューブ１２の先端の軌跡の概要を示している。これにより基板２０のパターン２１と異物２２の顕微鏡像が得られる。

ここで、第１のカーボンナノチューブ１２の先端部は、従来の原子間力顕微鏡に用いられてきた探針（例えばシリコン製の錐型探針）の先端部よりも通常小さいサイズであるため、従来の探針よりも高精度に表面観察することができる。
さらに、第１のカーボンナノチューブ１２は柔軟性が高いため、例え対象物に接触してしまう事態が生じても、柔軟に湾曲することで自身の破損を防ぎ、かつ、対象物に損傷を与えることも防止できる。

また、上述のように第１のカーボンナノチューブ１２の長さは第２のカーボンナノチューブ１３よりも長く、探針１を用いて対象物の表面を走査する際には、第１のカーボンナノチューブ１２の先端が、対象物の表面に最も接近することになる。
それゆえ、探針１が第２のカーボンナノチューブ１３を有していても、この第２のカーボンナノチューブ１３の存在によって、第１のカーボンナノチューブ１２による高精度な表面観察が妨げられることは、通常生じない。

なお、本発明においては、例えば、光学的な異物検出手段を備える異物検査装置等を用いて、予め対象物の表面に存在する異物の位置情報を取得しておき、その位置情報を利用して、探針１を備えた原子間力顕微鏡により、除去すべき異物を検出することが好ましい。原子間力顕微鏡により走査する領域を小さな範囲に限定でき、短時間で除去すべき異物を検出できるからである。

（第１のカーボンナノチューブ湾曲）
図１に戻り、除去すべき異物２２を検出し、その位置を特定した後は、第１のカーボンナノチューブ１２の先端を対象物の表面に押し付けて、第１のカーボンナノチューブ１２を湾曲させる（Ｓ１３）。この様子が図４に示されている。

図４に例示するように、第１のカーボンナノチューブ１２の先端を押し付ける場所は、異物２２が存在する、パターン２１に挟まれた基板２０の表面であって、異物２２からは離れた位置である。ここで、第１のカーボンナノチューブ１２が異物２２に接触しないようにするために、異物２２から、第１のカーボンナノチューブ１２の長さよりも離れた位置で、第１のカーボンナノチューブ１２の先端を、基板２０の表面に押し付けることが好ましい。
なお、先の異物検出工程（Ｓ１２）において、異物２２の位置、形状、大きさ等の情報は取得済みであるため、ここでは、例えばフィードバック制御を伴わない（フィードバック制御をオフした）コンタクトモードで探針１を駆動させればよい。

（異物付着）
図１に戻り、第１のカーボンナノチューブ１２の先端を対象物の表面に押し付けて第１のカーボンナノチューブ１２を湾曲させた後は、第１のカーボンナノチューブ１２の側面を対象物の表面に押し付けた状態で、探針１を移動させて第２のカーボンナノチューブ１３を対象物の表面に存在する異物２２に接触させ、第２のカーボンナノチューブ１３が有するファンデルワールス力によって、異物２２を第２のカーボンナノチューブ１３に付着させる（Ｓ１４）。この様子が図５に示されている。

ここで、第２のカーボンナノチューブ１３が探針本体部１１の表面に多数形成されていれば、異物２２と接触する表面積は、第２のカーボンナノチューブ１３が形成されていない探針本体部１１が接触する場合に比べて著しく大きくなる。それゆえ、本発明においては、ファンデルワールス力によって異物２２を付着する作用も、著しく増大することになる。

なお、先の異物検出工程（Ｓ１２）において、異物２２の位置、形状、大きさ等の情報は取得済みであるため、この異物付着工程（Ｓ１４）においても、例えばフィードバック制御を伴わない（フィードバック制御をオフした）コンタクトモードで探針１を駆動させればよい。

ここで、第１のカーボンナノチューブ１２を湾曲させる工程（Ｓ１３）から異物２２を第２のカーボンナノチューブ１３に付着させる工程（Ｓ１４）までの探針１の駆動は、異物２２から離れた位置の対象物の表面に、第１のカーボンナノチューブ１２の先端を接触させた後、第１のカーボンナノチューブ１２を対象物の表面に押し付けつつ、探針本体部１１の先端を異物２２に近づけるように移動させることが好ましい。
このような駆動により、異物２２とは反対の方向に第１のカーボンナノチューブ１２が伸びることになり、第１のカーボンナノチューブ１２に邪魔されることなく、第２のカーボンナノチューブ１３によって異物２２を除去することが、容易になるからである。
この様子が図６に示されている。ここで、図６は、湾曲させた第１のカーボンナノチューブ１２と異物２２との関係を示す概略平面図である。なお、煩雑となることを避けるため、図６においては、探針本体部１１は、その先端近傍の外縁のみを記載している。

図６に例示するように、パターン２１間に溝状に露出する基板２０の上に異物２２が存在する場合、まず異物２２から離れた位置（図中、破線円で示す位置）において、第１のカーボンナノチューブ１２の先端を基板２０の表面に接触させ、その後、第１のカーボンナノチューブ１２を基板２０の表面に押し付けつつ、探針１（図６においては探針本体部１１）を異物２２に近づけるように移動させると、第１のカーボンナノチューブ１２の先端から順々に、第１のカーボンナノチューブ１２の側面が対象物の表面に押し付けられた状態になって行き、異物２２とは反対の方向に第１のカーボンナノチューブ１２が伸びる形になる。
それゆえ、第２のカーボンナノチューブ１３が第１のカーボンナノチューブ１２より短くても、第１のカーボンナノチューブ１２に邪魔されることなく、第２のカーボンナノチューブ１３は異物２２と接触することができ、第２のカーボンナノチューブ１３によって異物２２を除去することが、容易になる。

（離間）
図１に戻り、異物２２を第２のカーボンナノチューブ１３に付着させた後は、図７に示すように異物２２を第２のカーボンナノチューブ１３に付着させた状態で探針１を対象物の表面から離間させ、対象物から異物を除去する（Ｓ１５）。この離間に伴い、湾曲していた第１のカーボンナノチューブ１２は、その柔軟性から元の伸びた状態になる。

このように、本発明においては、第１のカーボンナノチューブ１２と第２のカーボンナノチューブ１３を有する探針１を用いることで、原子間力顕微鏡を利用して、精度良く対象物の表面に存在する異物２２を除去することができる。特に、第１のカーボンナノチューブ１２の先端部は、従来の原子間力顕微鏡に用いられてきた探針（例えばシリコン製の錐型探針）の先端部よりも通常小さいサイズであるため、従来の探針よりも高精度に表面観察することができる。

そして、本発明に係る異物除去方法においては、上記の特許文献１に記載の方法のような別途洗浄等の工程を必要としないため、工程全体を短くすることが可能であり、スループットが向上するという効果を奏することもできる。
また、本発明においては、上記の特許文献２に記載の方法のような、吸引による振動の影響を受けないため、微細な異物に精度良くアプローチすることも容易である。例え、第１のカーボンナノチューブ１２が対象物に接触してしまう事態が生じても、第１のカーボンナノチューブ１２は柔軟性が高いため、柔軟に湾曲することで自身の破損を防ぎ、かつ、対象物に損傷を与えることも防止できる。

（異物除去確認）
本発明においては、上記の離間工程（Ｓ１５）までの工程を経ることにより、原則、異物２２は対象物から除去されることになるが、実際に異物２２が除去されたか否かの確認も、フォトマスク等の製造においては必要になる。
ここで従来は、例えば上記の特許文献１のように、異物が除去されたことの確認を、異物を除去する工程とは別に実施する必要があり、工程全体が長くなってスループットが低下するという問題があった。

一方、本発明においては、上記の離間工程（Ｓ１５）の後に、異物２２を第２のカーボンナノチューブ１３に付着させた状態の探針１を用いて、第１のカーボンナノチューブ１２の先端を対象物の表面に向けた状態で対象物の表面を走査して、対象物の表面から異物２２が除去されたことを確認することもできる（Ｓ１６）。
すなわち、本発明においては、異物２２が除去されたことの確認を、異物２２を除去する工程に続いて、同じ装置内で一連の工程として実施することができ、工程全体を短くすることが可能であり、よりスループットが向上するという効果を奏することもできる。
この様子が図８に示されている。

図８に例示するように、上記の離間工程（Ｓ１５）を経た後の第１のカーボンナノチューブ１２は元の伸びた状態になっている。そして、この伸びた状態の第１のカーボンナノチューブ１２により、上記の異物検出工程（Ｓ１２）と同様にして、対象物の表面を走査して、対象物の表面から異物２２が除去されたことを確認する。
ここで、第２のカーボンナノチューブ１３に付着させた異物２２は、第１のカーボンナノチューブ１２の先端及び対象物表面から離れた位置にある。それゆえ、この異物除去確認工程（Ｓ１６）においては、付着させた異物２２が第１のカーボンナノチューブ１２による走査に影響を及ぼすことを抑制して、高精度に、対象物の表面から異物２２が除去されたことを確認することができる。
そして、異物２２が除去されたこと、すなわち、対象物の表面から異物２２が消失していることが確認された場合は、図１に示す一連の工程が終了することになる。

一方、異物２２が残存している場合は、図１に示すように、上記の第１のカーボンナノチューブ湾曲工程（Ｓ１３）に戻り、再度、異物付着工程（Ｓ１４）、離間工程（Ｓ１５）、異物除去確認工程（Ｓ１６）を施し、異物２２が除去されたことが確認されるまで、この一連の工程（Ｓ１３〜Ｓ１７）を繰り返す。

なお、対象物の他の箇所にも別の異物が存在している場合は、上記の異物２２の除去後、その別の異物が存在している箇所で、上記の異物２２の除去と同様の工程を施して、その別の異物を除去することができる。

＜異物除去装置＞
次に、本発明に係る異物除去装置について説明する。
本発明に係る異物除去装置は、カンチレバーの先端部に上記の探針１を備えており、さらに、第１のカーボンナノチューブ１２の先端を対象物の表面に向けた状態で対象物の表面を走査する機構と、対象物の表面の形状に関する情報を取得する機構と、第１のカーボンナノチューブ１２の先端を対象物の表面に押し付けて第１のカーボンナノチューブ１２を湾曲させる機構と、第１のカーボンナノチューブ１２を湾曲させて第１のカーボンナノチューブ１２の側面を対象物の表面に押し付けた状態で、探針１を移動させて第２のカーボンナノチューブ１３を対象物の表面に存在する異物に接触させる機構と、探針１を対象物の表面から離間させる機構と、を備えるものである。

換言すれば、本発明に係る異物除去装置は、カンチレバーの先端部に設けられる探針として、上記の第１のカーボンナノチューブ１２と第２のカーボンナノチューブ１３を有する探針１が設けられている原子間力顕微鏡である。

図９は、本発明に係る異物除去装置の構成例について示す図である。
図９に示すように、異物除去装置５０は、Ｘ、Ｙ方向に移動可能なＸＹステージ５１を備えており、対象物（例えば、パターン２１を有する基板２０）は、このＸＹステージ５１に搭載される。

先端部に探針１を有するカンチレバー２は、駆動部５２に連結する保持部（図示略）により保持され、駆動部５２により保持部とともに上下方向（Ｚ方向）に駆動される。駆動部５２は圧電素子を含む。

カンチレバー２の先端部の上下方向（Ｚ方向）の動き（振動）は検知部５３によって検知される。検知部５３は、例えば、カンチレバー２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２の上下方向の位置を検知するものである。

検知部５３の検知信号は制御部５４に与えられ，これに基づいて制御部５４が駆動部５２による駆動（上下方向移動または振動）を制御する。

検知部５３、制御部５４、駆動部５２はフィードバック制御系を構成する。制御部５４は、ＸＹステージ５１によるＸ、Ｙ方向の移動も制御する。ＸＹステージ５１に上下方向（Ｚ方向）駆動機構を設け、検知部５３、制御部５４、駆動部５２、及びＸＹステージ５１（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。

制御部５４には記憶部５５が接続されており、この記憶部５５に、制御部５４による制御結果、すなわちＸ、Ｙ方向の位置とＺ方向の位置が記憶される。この記憶されたデータに基づいて、対象物表面の形状の像（顕微鏡像）が作成される。

このような機構を備えるため、この異物除去装置５０を用いることで、上記の本発明に係る異物除去方法を実施することができる。

以上説明したように、本発明においては、第１のカーボンナノチューブ１２と第２のカーボンナノチューブ１３を有する探針１を備えた原子間力顕微鏡を用いて、精度良く対象物の表面に存在する異物２２を除去することができる。特に、第１のカーボンナノチューブ１２の先端部は、従来の原子間力顕微鏡に用いられてきた探針（例えばシリコン製の錐型探針）の先端部よりも通常小さいサイズであるため、従来の探針よりも高精度に表面観察することができる。

そして、本発明に係る異物除去方法においては、上記の特許文献１に記載の方法のような別途洗浄等の工程を必要としないため、工程全体を短くすることが可能であり、スループットが向上するという効果を奏することもできる。
また、本発明においては、上記の特許文献２に記載の方法のような、吸引による振動の影響を受けないため、微細な異物に精度良くアプローチすることも容易である。例え、第１のカーボンナノチューブ１２が対象物に接触してしまう事態が生じても、第１のカーボンナノチューブ１２は柔軟性が高いため、柔軟に湾曲することで自身の破損を防ぎ、かつ、対象物に損傷を与えることも防止できる。

以上、本発明に係る異物除去方法、異物除去装置、及び探針について、それぞれの実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。

１ 探針
２ カンチレバー
１１ 探針本体部
１２ 第１のカーボンナノチューブ
１３ 第２のカーボンナノチューブ
２０ 基板
２１ パターン
２２ 異物
５０ 異物除去装置
５１ ＸＹステージ
５２ 駆動部
５３ 検知部
５４ 制御部
５５ 記憶部

Claims (6)

1. 原子間力顕微鏡を用いて、カンチレバーの先端部に設けられた探針で対象物の表面に存在する異物を除去する方法であって、
   前記探針として、第１のカーボンナノチューブと前記第１のカーボンナノチューブよりも短い第２のカーボンナノチューブを有する探針を用い、
   前記第１のカーボンナノチューブの先端を前記対象物の表面に向けた状態で前記対象物の表面を走査して、前記対象物の表面に存在する異物を検出する異物検出工程と、
   前記第１のカーボンナノチューブの先端を前記対象物の表面に押し付けて前記第１のカーボンナノチューブを湾曲させる湾曲工程と、
   前記第１のカーボンナノチューブを湾曲させて前記第１のカーボンナノチューブの側面を前記対象物の表面に押し付けた状態で、前記探針を移動させて前記第２のカーボンナノチューブを前記対象物の表面に存在する異物に接触させ、前記異物を前記第２のカーボンナノチューブに付着させる異物付着工程と、
   前記異物を前記第２のカーボンナノチューブに付着させた状態で、前記探針を前記対象物の表面から離間させる離間工程と、
   を備えることを特徴とする異物除去方法。
2. 前記離間工程の後に、
   前記異物が前記第２のカーボンナノチューブに付着した状態の前記探針を用いて、前記第１のカーボンナノチューブの先端を前記対象物の表面に向けた状態で前記対象物の表面を走査して、前記対象物の表面から前記異物が除去されたことを確認する異物除去確認工程を、
   備えることを特徴とする請求項１に記載の異物除去方法。
3. カンチレバーの先端部に設けられ、第１のカーボンナノチューブと前記第１のカーボンナノチューブよりも短い第２のカーボンナノチューブを有する探針と、
   前記第１のカーボンナノチューブの先端を対象物の表面に向けた状態で前記対象物の表面を走査する機構と、
   前記カンチレバーの上下方向の位置を検知して前記対象物の表面の形状に関する情報を取得する機構と、
   前記第１のカーボンナノチューブの先端を前記対象物の表面に押し付けて前記第１のカーボンナノチューブを湾曲させる機構と、
   前記第１のカーボンナノチューブを湾曲させて前記第１のカーボンナノチューブの側面を前記対象物の表面に押し付けた状態で、前記探針を移動させて前記第２のカーボンナノチューブを前記対象物の表面に存在する異物に接触させる機構と、
   前記探針を前記対象物の表面から離間させる機構と、
   を備えることを特徴とする異物除去装置。
4. カンチレバーの先端部に設けられる探針であって、第１のカーボンナノチューブと前記第１のカーボンナノチューブよりも短い第２のカーボンナノチューブを有することを特徴とする探針。
5. 前記第１のカーボンナノチューブの本数が１本であり、前記第２のカーボンナノチューブを複数本有することを特徴とする請求項４に記載の探針。
6. 前記第１のカーボンナノチューブが前記探針の本体部の先端に設けられており、前記第２のカーボンナノチューブが前記探針の本体部の側面に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の探針。

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