JPH0434824A - 微小部処理方法及びその装置並びに微小部分析方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、デバイス、材料の数１０ｎｍ以下の微小部、
配線・回路等のパターン、異物の検出・分析、加工・成
膜・アニールなどの各種プロセスを行なう微小部処理方
法及びその装置並びに微小部分析方法及びその装置に関
する。

〔従来の技術〕

半導体集積回路（以下、ＬＳＩと呼ぶ）などの配線・回
路パターンが０．３μｍから０．２μｍ。

０．１μｍと微細化・高集積化していくに伴い、そのマ
スクパターンの欠陥の検査や欠陥の修正。

又はＬＳＩの配線パターンの欠陥の検出や欠陥の修正に
ついては、より微細な検出分解能及び検出精度、修正寸
法及び修正精度が要求されるようになってきている０例
えば０．３μｍルールのＬＳＩでは、０．１〜０．０５
μｍが欠陥の最小寸法であり、従ってこの大きさの欠陥
検出分解能や。

欠陥修正精度が必要とされる。これが０．１μｍルール
となると、最小欠陥寸法としては、０．０３μｍであり
、修正精度、検出分解能も０．０３μｍ以下が要求され
ている。

また、このように微細なＬＳＩ配線に対してその製造プ
ロセスの各段階における微細な異物の検査が問題となる
。製造プロセスにおける異物の混入は、歩留りの低下の
大きい原因となる為、抜き取り検査により、ウェハ全面
について異物の検査を行うと共に、その異物の組成分析
を行ない、異物の混入の多いプロセスについては、製造
装置、材料・薬品その他を見直して歩留りを向上させて
いく必要がある。

この異物の最小寸法としても上記と同様０．３ｐｍルー
ルでは、０．１〜０．０８μｍ、０．１μｍルールでは
０．０３μｍが要求される。このような異物の検出に対
しては、ウェハパターン上の異物の検出のため、高い分
解能だけでなく、高いＳ／Ｎ比が要求される。

また異物の分析に対しては、上記したように製造プロセ
スのどの部分で、どのような原因（装置、材料、薬品、
人）により、発生・混入したものかを明らかにするため
に、異物の高感度高分解能の分析を行なうことは重要で
ある。特に異物が上記したように０．１μｍ以下と微細
である場合、これより大きい分析プローブによる平均的
な分析情報では、バックグラウンドの情報が混入してし
まい、異物のみの分析ができず、異物の組成分析や発生
原因を解明することは、非常に困難である。

従って分析プローブとしても０．３μｍルールＬＳＩで
は０．１〜０．０８ｐｍ、Ｏ，１μｍルールＬＳＩでは
０．０３μｍ以下の寸法のものが要求される。

以上はＬＳＩのみについて記したが、磁気ディスク、光
ディスク、光磁気ディスク、磁気バブルなどの情報ファ
イル分野やＴ　Ｐ　Ｔ　（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌ臘Ｔｒａｎ
ｓｉｓｔｅｒ　）や、撮像素子などの分野にあっても、
微細化、高集積化が著しく、これらのパターンや製造マ
スクの欠陥検査・修正や異物の検出・分析についても同
様の高い精度や分解能が要求されることはＬＳＩの場合
と同様である。

また上記においてＬＳＩのサイズとして０．１μｍルー
ルまでを記したが、この寸法乃至それ以下からは、いわ
ゆる量子効果が次第に顕在化してくるものであり、電子
の波としての性質が顕在化する。このため、更に集積度
が増し、０．１μｍルールよりも小さい配線幅の半導体
素子については、このような量子効果を打消すのでなく
、むしろ積極的に活用していくものとして量子効果デバ
イスあるいは電子波干渉デバイスが研究開発されている
０本件については、例えば、日本応用物理学会誌第１９
号第１２巻頁Ｌ７３５−Ｌ７３８“Ｊａｐａｎｅｓｅ　
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ　Ｖｏｌ、１９Ｎｏ、１２　ｐｐＬ７３５−Ｌ７３８
“Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　５ｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎａｎ
ｄ　Ｈｉｇｈ　Ｎｏｂｉｌｉｔｙ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ
　５ｉｚｅ−ＱｕａｎｔｉｚｅｄＥｌｅｃｔｒｏｎｓ　
ｉｎ　Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ　ＷｉｒｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ：　Ｈ，５ａｋａｋ
ｉ”に詳しい。

このような量子効果を用いたデバイスとして以下に量子
細線レーザ、電子波干渉デバイスの例をあげる。

以上二つの例をあげたが、この他にも多くの素子が開発
されている０重要なことは［これらの素子は電子の量子
効果を前提として動作する素子であり、これらが顕著に
あられれる寸法として配線等の主要部分のサイズは２０
ｎｍ〜数ｎｍである必要があること」である。

従って現在開発されているＬＳＩよりも一桁小さいサイ
ズの線幅となることが明らかであり、そのような配線を
安定に高精度に形成する技術が次世代のＬＳＩの必須の
課題となる。このような微細パターンを形成するための
技術として、電子線描画法、Ｘ線リソグラフィ法などが
あげられる。

このようなサイズの電子集積回路や光集積回路が形成さ
れたとしてそのパターンやマスクの欠陥の検出やその修
正あるいはプロセス中の異物の検出や分析などが必要と
なる。これらについては、たとえば２０ｎｍの配線（あ
るいは「素子構造」）については、欠陥寸法としては、
６ｎｍ、従って検出分解能、最小修正寸法、修正精度、
分析プローブ寸法として６ｎｍ以下が必要とされる。更
に５ｎｍの素子構造については、同じ値について２ｎｍ
乃至１．５ｎｍ以下が必要とされる。

以上、高集積化デバイスの製造に必要とされるパターン
検査、パターン修正、プロセス中の異物検査や分析につ
いてみてきた。

従来数μｍ乃至それ以下の局所的な検出・分析・修正技
術、レーザによる検出・修正・分析技術がある。

ここで、電子ビームを用いる方法では１０ｎｍ〜数Å以
下に絞ることは可能であるが、ＩＫＶ以上、特に細いプ
ローブを得るためには、５ＫＶ以上の加速電圧が必要で
あり、素子へのダメージ。

チャンバ内の雰囲気による異物・汚染物質の付着、電子
線は飛径が大きく試料内部でμｍオーダ広がり、水平方
向、垂直方向の空間分解能が悪くなることなどから問題
が多い。

次に極微細のＦ　Ｉ　Ｂ　（Ｆｏｃｕｓｅｄ　Ｉｏｎ　
Ｂｅａｍ）による検出・修正・分析については、特願昭
６２−２９４０６１号に挙げたようにガリウムなどの液
体金属イオン源からのイオンビームを静電レンズを２段
に組合わせた縮小光学系を用いて３０〜６０ｎｍφのス
ポットに収束することができる。

しかしながら、加速エネルギーとしてＩＫＶ以上ともに
２０〜５０ＫＶの加速電圧を必要としており、イオンを
試料に衝突させるためスパッタリング現象による加工に
は適するが、周辺へのダメージは避は難い。

またこれくらい位置検出の際に１表面を加工してしまう
などの問題も大きい。

これに関しては一回のＦＩＢの走査により得られる走査
イオン像を画像記憶装置にとり込むことにより、これを
観察する構成とすることによって試料へのダメージ加工
を最小にするという試みもなされているが、上記傾向を
軽減したものに過ぎない。

また液体金属イオン源のもつエネルギ幅による色収差の
大きさやイオン源実効径の大きさの為に、３０ｎｍ程度
が収束の限界と考えられ、これ以下の分解能を得ること
は困難である。

また素子のパターンや異物の検出には従来発展してきた
光（レーザも含む）を用いた検出技術が不可欠である。

これは、パターンや異物のもつ反射光強度やスペクトル
、吸収率や吸収スペクトルなどが重要な情報として検出
に役立つためである。

しかしながら、光は従来波長の数分の１に集束すること
が困難であり、上記に役立つ波長域（赤外１μｍ〜赤外
０．３μｍ程度）において０．１〜０．２μｍ位が空間
分解能の限界となるものであり、０．１μｍ以下の素子
の検出は困難である。

分析手段としても、光（レーザを含む）は、分子振動や
化学結合、官能基、分子内・原子内電子やフォノン・エ
キシドプラズモレなどの準粒子による吸収スペクトルな
どを測定することにより、組成分析を行う有力な手段で
あるが上記と同様、波長の数分の１の空間分解能しかも
たないため、０．１μｍ以下の異物の正確な分析は困難
である。

以上に対して現在までに知られている微小部の分析方法
としては、マイクロオージェ分析、ＳＩＭＳ　（走査イ
オンマイクロスペクトロスコピー）、ＥＤＸ　（エネル
ギ分散形Ｘ線スペクトロスコピー）、ＡＥＭ　（分析透
過電子顕微ＩＩｔ）などがある、マイクロオージェ分析
は、電子線を微細に収束して試料に照射するものである
が、分析時に低加速で、大きい電流を必要とするため、
０．０３μｍ以下の分析という現在の目的には不適当で
ある。

ＳＩＭＳでは、０．０５μｍ〜ｌ、ｃｃｍのプローブが
得られる。ここで０．５μｍ−０，０５μｍは、液体金
属イオン源などの高輝度イオン源を用いる場合である。

しかしＳＩＭＳは、試料に対しイオンによるスパッタリ
ング加工を行い、放出される２次イオンの質量分析によ
り試料の元素分析を行うものであり、破壊分析であるこ
と、元素分析のみで化合物状態の分析には適さないこと
、高性能の質量分析機能を持たせる必要があるため、装
置が大型で高価なものとなるなどの課題が多い。

ＥＤＸは、電子線の照射により試料から放出されるＸ線
のエネルギ分析により元素分析を行うものであるが、電
子が試料内で散乱して拡がるため、空間分解能は０．５
〜５μｍ程度である。従って本発明の目的には不充分で
ある。

またＡＥＭは透過形電子顕微鏡を用いて分析を行うもの
であり１分解能は数人に達する高いものであり、元素の
みならず、化学結合状態もある程度わかるというもので
あるが、試料を切り出して薄片とする必要があり、作業
が大変で時間がかがるという課題を有していた。またど
んなものでも薄片試料に作製できるわけではない。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、２０ｎｍ以下
の空間分解能にて素子または基板の表面または内部に存
在するパターンの欠陥の検出や欠陥修正、異物の検出や
分析等を行いことができるようにした微小部処理方法及
びその装置並びに微小部分析方法及びその装置を提供す
ることにある。

本発明の他の目的は、デバイス、材料の数１０ｎｍ以下
の微小部、配線・回路等のパターン、異物の検出・分析
、加工・成膜・アニールなどの各種プロセスを行なう微
小部処理方法及びその装置並びに微小部分析方法及びそ
の装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

以上述べてきたような従来技術に対し、本発明では素子
パターンや色の欠陥修正や、検出や分析手段として、近
接光走査顕微鏡を単独で、また走査トンネル顕微鏡を組
合わせて数１０ｎｍから原子単位の検出・修正・分析を
行うことを特徴とする。

近接光走査顕微鏡（Ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ　Ｏｐｔｉｃ
ａｌＳｃａｎｎｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、以下Ｎ
０８Ｍと略称する。）は、光の波長の数１０分の１から
数１００分の１の大きさのアパーチャを、物体から前記
アパーチャの大きさと同程度の距離に対抗させて設置し
、これにレーザ光などの強い光源を照射してアパーチャ
からしみ出すいわゆるｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ　ｗａｖｅ
　（消滅波）の領域（近接領域）においては、アパーチ
ャと同程度の範囲のみに光が局在するという原理にもと
すくものであり、ＬＩ　Ｄｕｒｉｇ　ｅｔ　ａｌ”Ｎｅ
ａｒｆｉｅｌｄ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”Ｊ、Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、Ｖｏ１５９．Ｎａ１Ｏ，Ｐ、３３１８〜３３
２７（１９８６）に記載されている。

この場合において、光はアパーチャ程度の部分に局在す
るため、アパーチャを小さくシ、がっ物体とアパーチャ
の距離を７バーチヤの大きさ程度に接近させれば、分解
能は向上するが、実際にはアパーチャ材料の内部への光
波の浸透深さ以上の分解能をもたせることは不可能であ
る。この浸透深さの小さいものとして通常アパーチャ材
料としては金属が用いられるが、この場合浸透深さ（い
わゆる５ｋｉｎ　ｄｅｐｔｈ）は１０ｎｍ程度である。

この方式により、レーザ光等を１０ｎｍ程度のスポット
に局在させて物体に照射し、物体からの反射光、透過光
、散乱光を除去することにより１０身ｍ程度の空間分解
能を得ることができる。

ここで走査型トンネル顕微鏡と同様のピエゾ・アクチュ
エータを用いて物体とアパーチャを相対的に移動させて
、物体のある領域を光が走査するようにし、且つこの走
査の間、アパーチャと物体の距離をほぼ一定に保つこと
により、物体上の広い領域をこの光プローブが走査する
ようにすることができる。従って走査の際、物体からの
反射光、透過光、散乱光などを検出して得られる信号を
走査と同期させてデイスプレィ上に表示することにより
、物体の像や信号像を得て物体の検出、観察などを行う
ことができる。

本発明では、上記Ｎ０８Ｍを用いて、素子のパターンの
検出、パターンの欠陥検出、素子上の異物の検出を行う
、また、レーザ光として赤外、可視、紫外のレーザを用
い、特に波長域の広い色素レーザ等を用い、その波長を
エタロン等を用いて可変とすることにより、素子の１０
ｎｍ程度の部分あるいは素子上の１０ｎｍ程度の異物の
吸収スペクトルや反射スペクトルを得てその組成分析を
行うことができる。

また本発明では、Ｎ０８Ｍに入力するレーザ光により素
子の１０ｎｍオーダの極めて狭い範囲を局所的に加熱し
、もってイオン打込み部の局所的なアニーリング、多結
晶質の局所的な再結晶化、局所的な突沸や蒸発による除
去加工などのプロセスを行わせることを特徴としている
。

更に本発明では、アパーチャと物体の周辺をガスや液体
で充たし、この中で物体にレーザを照射することにより
、ガスや液体を分解してその成分を局所的に物体上に析
出させて局所的に成膜を行うことを特徴としている。即
ちＮ０８Ｍにおいて試料と光導電体の開口部の付近にノ
ズルを設は光照射時にガスを吹き付けることができるよ
うにしたことを特徴とする。上記ガスはアルキル金属、
金属カルボニル、金属アルコキシドなどの有機金属化合
物、金属ハライド、等の金属のＣＶＤ用のガスである。

また上記ガスはテトラエトキシシラン、ジエチルシラン
等の二酸化シリコンのＣＶＤ用のガスまたはこれらと酸
素、過酸化水素等の酸化剤のガスの組合せである。

更に本発明では、Ｎ０８Ｍと走査トンネル顕微鏡（Ｓ　
Ｔ　Ｍ　：　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）とを組合せ、下記（１１１）〜
（１２２）のように用いることを特徴としている。即ち
、本発明は、近接光走査顕微鏡によって素子又は基板上
の微小部箇所を検出し、この検出された微小箇所につい
て走査トンネル顕微鏡によって加工、又は成膜、又はア
ニール等を行うことを特徴とする微小部処理方法及び装
置である。また本発明は、走査トンネル顕微鏡によって
素子又は基板上の微小部箇所を検出し、この検出された
微小箇所について近接光走査顕微鏡によって加工、又は
成膜、又はアニール等を行うことを特徴とする微小部処
理方法及び装置である。また１本発明は、近接光走査顕
微鏡によって素子又は基板上の微小部箇所を検出し、こ
の検出された微小箇所について集束イオンビーム照射装
置によってスパッタ加工、又はＣＶＤ成膜、又はイオン
ビーム打ち込み等を行うことを特徴とする微小部処理方
法及び装置である。また。

本発明は、近接光走査顕微鏡によって素子又は基板上の
微小部箇所を検出し、この検出された微小箇所について
走査トンネル顕微鏡又は走査トンネル分析装置によって
分析を行うことを特徴とする微小部分析方法及び装置で
ある。また、本発明は、走査トンネル顕微鏡によって素
子又は基板上の微小部箇所を検出し、この検出された微
小箇所について近接光走査顕微鏡によって分析を行うこ
とを特徴とする微小部分析方法及び装置である。

なお、ＳＴＭ、ＳＴＳについては、例えばＹ、Ｋｕｋ、
Ｐ、Ｊ、Ｓｉｌｖｅｒｍａｎ：”Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｔ
ｕｎｎｅｌｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ　ｉｎｓｔｒｕ
ｍｅｎｔａｔｉｏｎ”：ｒＲｅｖｉｅｗ　ｏｆＳｃｉｅ
ｎｔｉｆｉｃ　Ｉｎ５ｔｒｕ＋＋＋ｅｎｔｓＪＶｏ１．
６０．２．ｐ、１６５−ｐ、１８０（１９８９）　：あ
るいは梶村皓二他：　「走査型トンネル顕微鏡」　：固
体物理、　Ｖｏｌ、２２．３．ｐ、１７６〜ｐ、１８６
、１９８７に詳しく示されており、ＳＴＭを用いて素子
の一部を加工したり、成膜したりする手段については、
特願昭６３−３２３２７６号［微細加工成膜方法および
その装置」に記載されている。

１１１：Ｎ０３Ｍにて素子の位置検出を行い、その情報
に基きＳＴＭにて特定部分に加工、成膜、アニール等の
プロセスを行う。

１１２：Ｎ０８Ｍにて位置検出を行い、その情報に基い
てＳＴＭあるいはＳＴＳにて特定部分の分析を行う。

１２１：ＳＴＭにて素子の位置検出を行い、その情報に
基いてＮ０８Ｍにて特定部分に加工、成膜、アニールな
どのプロセスを行う。

１２２：ＳＴＭにて特定箇所、位置検出を行い、Ｎ０５
Ｍにてその部分の分析を行う。

〔作用〕

上記構成により、２０ｎｍ〜原子レベルの微小部分の検
出、加工、成膜、アニール、イオン打ち込み、原子また
は分子の除去または挿入、異物や欠陥の分析等を行うこ
とができる。

また、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を直接製作することができる。

また、メモリ素子に書き込み、消去を行うことができる
。また、ウェハまたは素子の表面または内部に存在する
２０ｎｍ以下の異物等を含む欠陥を検出または分析を行
うことができる。

【実施例〕

以下本発明を図に示す実施例に基いて詳細に説明する。

第１図に本発明に係るＮ０８ＭとＳＴＭの組合せによる
微細パターンの検出・修正・異物検査・分析を行う方式
の基本的構成を示す。

第１図において試料、例えばＬＳｌｌｏｌはその検出・
修正・分析されるべきパターン部分１０１ａを下方とし
て、試料台１０５の上に設置される。ＸＹスキャナ１０
２は、ピエゾ圧電効果あるいは電歪効果を用いた対電極
式あるいはパイエルグ式のアクチュエータであり、ラン
プジェネレータ１０６の電力に基いてｘＹコントローラ
１０３による電圧印加に従い、Ｘ方向、Ｘ方向にｎｍ以
下の精度で試料台１０５を移動する。ここでピエゾ素子
あるいは電歪素子のヒステリシスやグリープの影響を除
くため、Ｘ、Ｙポジションセンサ１０４により絶対位置
を測定してＸＹコントローラ１０３に負帰還をかけて正
しい位置に試料を移動させる。このＸ、Ｙポジションセ
ンサは、例えば装置本体に取付けられた発光ダイオード
などの光源、試料台１０５に取付けられたピンホールに
取付けられた四角鏡台の光検出の組合せから成るもので
あり、この場合、５ｎｍ以下の位置検出精度が可能であ
る。勿論、試料台１０５のレーザ干渉計やＳＴＭによる
位置測定やこれらを併用する方法を用いることも可能で
ある。

次にレーザなどの光源１０９の出力１１０は、中間光学
系コントローラ９６３に接続された中間光学系１１１を
通過し、レンズ１０８により集光せられてＮ０８Ｍチッ
プ１０７へ導びか九る。ここでＮ０８Ｍチップ１０７は
、第２図（ａ）およびその先端の拡大図第２図（ｂ）に
示すように先端を１０ｎｍ程度に鋭く研磨した石英ガラ
スのロンド２０１の上に導電性の高い金属薄膜２０２を
蒸着したものであり、これを平坦な面２０３に押し付け
ることにより、先端部の蒸着金属２０４が２０３の面に
平坦に圧し延ばされ、ガラスリード２０１の先端部２０
５においては、金属蒸着膜２０４がいわゆる５ｋｉｎ　
ｄｅｐｔｈよりも薄くなるが、なくなってガラスリード
が露呂するかにより、下方より光を照射すると光がチッ
プ先端の極めて狭い領域（開孔部）から透過することが
できるようになる。即ち先端の鋭いチップとその先端に
形成されたアパーチャと、それをとりまく不透明なコー
ティングから成るＮ０８Ｍチップが形成される。

ここでＮ０８Ｍチップ１０７は先端の１０ｎｍ程度の極
めて狭い領域のみからの光が透過してくるように形成さ
れたニードル状の先導伝体である。

このＮ０８Ｍチップ１０７の方式は、必ずしも第２図の
ようでなくてもよい、他の例としては第３図に示すよう
に、細い中空のガラス管を溶融させて引き延ばしてひき
ちぎったものがある。８１作には、ガラス細工の技術を
要するが、先端部が３０２のように細くなり、開孔部も
３０３のように１０ｎｍオーダの細いものを製作するこ
とが可能である、更にこの表面に金属薄膜を蒸着するこ
とにより、Ｎ０８Ｍチップ１０７を形成することができ
る。

このように形成されたＮ０８Ｍチップは先端が鋭く尖っ
ているため、第６図の如く試料１０１の凹凸の変動幅が
大きい場合にも、Ｎ０８Ｍチップを１０７．１０７のよ
うに上下させることにより、常に先端の開孔部３０３と
試料面との距離を開孔部３０３の径と同程度に保つこと
ができる。ここで第１図においてＮ０８Ｍチップ１０７
の先端と試料面との距離はＺ方向のピエゾ素子１１２及
びＺ方向の駆動モータ１１３により行われる。

光源からの光１１０はレンズ１０８により集光されてチ
ップ先端のアパーチャと試料１０１を透過して集光レン
ズ１１５で集光され、ディテクター１１６に入る。ここ
でパターンのないところで検出光の強度を測定すること
によりＮ０８Ｍチップ１０７の先端アパーチャと試料面
との距離を測定することができる。従ってこの強度に基
いてＣＰＵ９５２からコントローラ１１４に与えられる
指令により、Ｚ方向の駆動モータ１１３あるいはＺ方向
のピエゾ素子１１２を駆動して距離を一定に保つことが
できる。特に先端部の距離関係が重要であり、これをｎ
ｍ乃至それ以下の精度を保つべくトンネル電流を利用す
ることが可能である。

第２図（ｄ）に示すように圧し延したＮ０８Ｍチップ１
０７の先端の金属蒸着部に微小な突起を有するものを製
作する。これは第２図（Ｑ）に示したように平坦な対象
に針をおしつける際に、第２図（ｅ）の如く微小なくぼ
み２０８を有する平坦な型に押付けることにより形成し
うる。あるいは第２図（Ｃ）の如く平坦な部分が形成で
きた後に、例えば局所的にレーザ照射や通電などの方法
で加熱・金属膜を加熱しつつ高圧を印加することにより
、第２図（ｅ）に示すように微小突起２０６を形成する
ことが可能である。第３図（ａ）のピペット型のＮ０８
Ｍチップ１０７の場合においても第３図（ｂ）の如く先
端部に３０３のように微小突起を同様な方法にて形成す
ることができる。

このようにして形成された微小突起２０６．３０３は、
その先端の原子が試料の表面の原子と接近する場合、そ
れらの距離が２ｎｍ程度になると数Ｖの印加電圧により
トンネル電流が流れ始める。

そこで数Ｖの電圧をＮ０８Ｍチップ１０７の金属膜と試
料１０１のパターンとの間に印加しつつ、針を接近させ
、トンネル電流が検知されるところで接近をやめる。

仕事函数φの表面から２の距離にあるチップに表面との
間にＶの電位差があるとき流れるトンネル電流は、次の
（１）式のようになる。

（但しＡ、Ｂは定数） 従ってこの電流Ｉｔを一定に保つように極めて高い精度
で距離Ｚを制御できる。

第２図（ｆ）はＮ０８Ｍチップ１０７の先端中心部に上
記と同様にして微小突起部２０７を設けたものであり、
この場合先端部における試料との距離を直ちにｔｕｎｎ
ｅｌ電流により検出できるという利点がある。また後に
示すように、このトンネル電流によるプロセスと、Ｎ０
８Ｍによる光プロセスを同時に、あるいは同一箇所にて
行えるという利点もこれにより生じる。

第４図は第２図（ｅ）と同様にトンネル電流を流す微小
突起部４０３をＮ０８Ｍチップ１０７の先端中心と同じ
箇所に設けた別の例である。この場合、ガラス製のチッ
プ４０１の上に金属薄膜４０２をコーティングした後２
０３のような平坦な面に圧し付けて先端部を圧延する。

次にその上に透明導電膜、例えばＳ　ｎ　Ｏ２，Ｉ　ｎ
、０３などを蒸着し、これを２０８のようなくぼみを有
する平坦な面に圧し付けて圧延するなどの方法により、
ガラスチップ４０１の先端部と同一箇所に突起４０３を
設けるようにする。このようなチップ１０７では、透明
な導電膜を用いているため、この突起部において光の波
面の乱れを小さくすることができるという利点がある。

特に透明導電膜の屈折率をＮ０８Ｍチップ１０７と試料
１０１との間の雰囲気、例えば空気と同一にすれば、上
記波面の乱れを最小にすることができ、微小突起４０３
が光の挙動に及ぼす影響は殆どなくすことができる。

なお、４０４は開孔部を示す。

第５図は、同じ目的を達成するための別の実施例であり
、Ｎ０８Ｍチップ１０７とＳＴＭチップ５０２を２方向
のピエゾアクチュエータ１１２に取り付ける。これによ
り試料１０１との間の距離の測定と制御はＳＴＭチップ
５０２におけるトンネル電流を実測することにより行う
ことができる。

また後に示すようにＳＴＭによるプロセスをＮ０８Ｍに
よるプロセスと試料の同一箇所に対して行うためには、
試料台１０５とチップをＮ０８Ｍチップ１０７とＳＴＭ
チップ５０２の先端の間の距離だけ相対的に移動させて
行うことができる。

以上第１図を用いて、Ｎ０８Ｍ１０７の光を試料１０１
の片側に照射し、透過した光をレンズ１１５にてフォト
マル等の検出器１１６を用いて集光検出する方式につい
て示した。

ここで１１７はレコーダ（記録計）、１１８は画像メモ
リであり、検査された強度をランプジェネレータ１０６
の出力もしくはポジションセンサ１０４の出力に同期さ
せてレコーダ（記録計）１１７上、画像メモリ１１８の
デイスプレィ上に表示することができる。そしてこれら
の結果をＣＰＵ９５２等に出力させることができる。

上記の場合、透過光を検出するため、試料は、例えばフ
ォトマスクなどの光を透過するものである必要があるが
、ＬＳＩウェハなどの素子は不透明な試料であり、この
場合第８図に示すように反射からのＮ０８Ｍを用いる必
要がある。この場合においては、レーザなどの光源１０
９の出力は中間光学系１１１を通過した後ハーフミラ−
８０５により反射せられて集光レンズ１０８により集光
され、Ｎ０８Ｍチップ１０７先端の開孔８０７を通過し
、試料１０１ａの表面で反射される。この反射出力を開
孔８０７を通してレンズ１０８．ハーフミラ−８０５を
透過してフォトマルなどの検出器１１６により検出する
ことができる。

この場合は反射光の検出を行えるため、試料１０１ａは
不透明のものでもよい、また透明な試料であっても本方
式により反射光の検出を行うことができる。その他の点
は第１図に示した場合と全く同様である。

なお透過光の場合でも、Ｎ０８Ｍチップ１０７を試料１
０１に関し、光源１０９と反対の側に置く第７図のよう
な方式を用いることもできる。この場合レーザなどの光
源１０９から出た光は、中間光学系１１１を通過し、集
光レンズ１０８により試料１０１のＮ０８Ｍチップ側の
面上に微細なスポット７０８を結ぶように集光せられ、
透過光がＮ０５Ｍチップ１０７の先端の開孔部を通過し
、レンズ１１５により集光せられて検出器１１６により
検出される。

その他の点は第１図と同様に構成される。

第９図は本発明にかかる素子の検出、修正１分析システ
ムの一例を示す。装置は防振架台９０１の上に設置せら
れる。　Ｎ０８Ｍ　ａｎｄｌｏｒ　ＳＴＭの本体部分９
０２はターボ分子ポンプ９０２ｂ、イオンポンプ９０２
０などの排気系により高真空あるいは超高真空に形成さ
れる真空チャンバ９００内に設置され、積層防振ゴム９
０３あるいはバネなどにより防振対策を施されている。

積層ゴム等による防振板９０４上にＸＹステージが設置
され、駆動モータ９０６により駆動される。試料１０１
は、ローダ・チャンバ９０８内に設置されている。ロー
ディング機構上のホルダー９０９上に取付けられ、ロー
ダ・チャンバ９０８を排気ポンプで排気した後、ゲート
バルブ９１２を開いてＰの位置へ移動させておいたＸＹ
ステージ９１３へと上記ホルダ９０９は搬入される。そ
の後、ゲートバルブ９１２を閉じた後、ｘｙステージ９
１３をＱの位置へ移動させて検出、加工、分析などの操
作にうつる。この場合、粗排気のためのロータリポンプ
、ターボ分子ポンプ９０２ｃ、９０２ｂ。

９１１など振動を発するポンプは停止させる必要がある
。

ここで設計データ、フィールド検査データなどの予備情
報ファイル９５１に基づき、ＣＰＵ９５２はＸＹステー
ジ制御系９５３に対して指令を出し、試料１０１の検出
、修正、分析などが必要な領域がＮ０８Ｍチップａｎｄ
１０ｒ　Ｓ　Ｔ　Ｍチップ１０７のほぼ真下に来るよう
にＸＹステージ９１３を移動させる。この場合、レーザ
測長器９１７にて偏向プリズム９１８、真空チャンバの
窓９１９を通してＸＹステージ９１３上のミラー９２２
の距離を高精度に測長することもできる。この場合、そ
の近傍が視野に入るようにＳＥＭ９１５が設置されてお
り、これによりＳＥＭコントローラ９１５ａは、チップ
１０７と試料１０１をＳＥＭ像として観察し、それらの
位置をより正確に確認、調整することができる。そして
ＣＰＵ９５２は、ＳＥＭコントローラ９１５ａからのＳ
ＥＭ像のデータにより、試料１０１上のターゲットマー
クや、パターンや、異物や、汚れ、傷、欠陥などを目印
として位置合せを行うことができる。

図には詳細に記載されてないが、ＳＴＭチップ及び／又
はＮ０８Ｍチップ１０７のＺ方向の駆動機構９１６はス
トロークの長い粗動機構１１３と精度の高いピエゾ駆動
機構１１２の組合せから成るものとする。そしてＳＥＭ
９１５に接続されたＳＥＭコントローラ９１５により、
チップ１０７と試料１０１とをＳＥＭ像にて観察しつつ
、上記粗動機構１１３で試料１０１にチップ１０７を接
近（移動）させ、更にＺ方向のピエゾ駆動機構９１６で
微調整を行う。この場合、Ｎ０８Ｍチップおよび／又は
ＳＴＭチップ１０７を透過した試料１０１からの反射光
の検出や、トンネル電流の検出量が増幅／比較器９５６
により算出され、ＣＰＵ９５２は試料１０１との距離を
高精度に調整しうる。

ＳＴＭに関しては、バイアス電源９５７によりＮ０８Ｍ
チップＭチップ１０７にバイアス電圧を印加し、チップ
１０７と試料１０１との間に流れる電流を増１１／比較
＄９５６により増幅し、予め一定の電圧に設定された標
準電源９５９の出力と比較して、その差を増幅してＺ方
向ピエゾ素子の駆動コントローラ９５４に入れ、２方向
のピエゾ素子を駆動し、試料表面とチップとの距離を予
め定めた一定の値に精度よく保つことができる。ここで
ＸＹ力方向ピエゾ素子駆動電源９５５によりＸＹ方向ピ
エゾ素子９２０を駆動してＸＹスキャナ１０２によりｘ
ｙ力方向試料を走査し、対応するＺ方向の駆動電圧をデ
イスプレィに表示することにより、ナノメートルから原
子レベル以下の分解能をデイスプレィ／レコーダ９５８
に表示することができる。勿論Ｚ方向の高さを一定に保
ったままＸＹ力方向試料９０７ａを駆動し、得られるト
ンネル電流の変化をデイスプレィ９５８に表−示する方
法をとることも出来る。

次に、レーザ発振器用電源コントローラ９６０により駆
動されるレーザ発振器１０９の出力が中間光学系コント
ローラ９６３によりコントロールされる中間光学系１１
１を通過し、真空チャンバ９００の窓９６５を通過して
、ハーフミラ−８０５で反射し、対物レンズ１０８で集
光され、Ｎ。

８Ｍチップ１０７により試料表面の微細な領域に照射さ
れる。そしてこの場合、試料１０１からの反射光がＮ０
８Ｍチップ１０７を通過し、対物レンズ１０８、ハーフ
ミラ−８０５、真空チャンバ用の窓９６９を通過して検
出器１１６により検出せられ、増幅器９７１により増幅
せられる。試料１０１の反射率が至る所はぼ一定である
から、この反射光出力を増幅器／比較器９５６で増幅し
た後、予め設定された標準電源９５９の電圧と比較し、
その差をＺ方向ピエゾ素子駆動電源９５４へ入力するこ
とによりＺ方向の試料１０１とＮ０８Ｍチップ１０７と
の間の距離をほぼ一定に保つことができる。

以上ニヨリ、ＳＴＭ／Ｎ０８Ｍチップ１０７゜５０２に
より８７Ｍ像またはＮ０８Ｍ像を検出し、再び予備情報
ファイル９５１にファイルされたデータファイルや他の
ＳＥＭ像等のデータを参照して必要個所の高分解能像を
得て、ＳＴＭ、ＳＴＳ、Ｎ０８Ｍ等により所望の２０ｎ
ｍ〜原子レベルの微小部分の検出、加工、アニール、分
析などを行うことができる。

また、第９図に示す装置は、試料近傍へガスを導入する
機構を備えている。ガス材料としては。

（１）金属のＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏ
ｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）用のガスとして、 （ａ）アルキル金属：　Ｍ　（Ｃｕ　Ｈ２ｎ＋１）ｍｌ
例えばＡｌ（ＣＨ３）　３ｔ　　Ａｌ（ＣｚＨｓ）ａｔ
　Ａｌ（Ｃ４Ｈ，）３゜Ｃｄ（ＣＨｓ　）　ｚ　−Ｃｄ
（Ｃｚ　Ｈｓ　）　ｚなど、（ｂ）金属カルボニル：Ｍ
（Ｃｏ）ｎ、例えばＭｎ　（ＣＯ）Ｇ＝　Ｗ　（Ｇ　Ｏ
）ｓなど、（Ｃ）金属アルコキシド：　Ｍ　（ＯＣｎ　
Ｈ２ｎ＋１）＋、例えばＴ　ａ　（ＯＣｔ　Ｈｓ　）ｓ
など、（ｄ）金属ハライド：ＭＸ 例えばＷＦ、、　ＷＣＩ、など （２）酸化膜、窒化膜のＣＶＤ用のガスとして、Ｔ　Ｅ
　ＯＳ　（Ｔｅｔｒａ　Ｅｔｏｘｙ　５ｉｌａｎｅ）　
。

Ｄ　Ｅ　Ｓ　（Ｄｉｅｔｈｙｌ　５ｉｌａｎｅ）、及び
酸化剤ガス、窒化剤ガス、０２、Ｎ、　Ｏ，、Ｈ，Ｏ，
など（３）半導体材料およびその不純物材料のＣＶＤ用
ガスとして ＳｉＨ４，Ａ、Ｎ３．ＰＨ，、Ｇａ（ＣＨ３）。

Ｇａ（Ｃ２Ｈ，）３．Ｉｎ（ＣＨ３）、、Ｈ２Ｓｅ、Ｈ
２Ｓ。

Ｚｎ（ＣｚＨｓ）ｚなど （４）ドライエツチング用のアシストガスとして、Ｆ２
．Ｃ１２，ＸｅＦ、ＡｒＦなど がある。

これらのうち常温で気体のもの、例えばＦ、。

Ｃ１，などのようなガスはボンベ９８０から、バルブ９
８４を介して取りだされる。この場合別途ボンベ９８３
に入った希釈用ガスと共にガスミキサー９９０にて混合
することも可能である。また、常温で昇華性の固体のも
の、例えばＭｏ（Ｃｏ）、のようなものは、ボックス９
８７の中で昇華させて用いられる。この場合ボックス９
８９に取付けられたヒータ９８９を用いて加熱し、昇華
を促進することも可能である。この場合ボンベ９８１か
らのキャリアガスをバルブ９８４を介し、ボックス９８
７へ送り込み、固体からのガスを輸送する。

更に常温で液体のもの、例えばトリメチルアルミＡｌ（
ＣＨ，）、のようなものは、ボンベ９８２からバルブ９
８４を介してバブリング用の容器９８８の中に入れ、Ｎ
２のようなキャリアガスを送り込んで泡出させ（バブリ
ング）、液体材料の一部を蒸気の形でキャリアガスに溶
は込ませてキャリアガスと共に輸送する。

これらのガスは各々を独立に用いることもでき、またミ
キサ９９０により複数のガスを混合して用いることもで
きる。最終的には、これらのガスは流量調整用のバルブ
９９１を通してチャンバ９００へ導入され、ＳＥＭ９１
５の鏡筒に取付けられたガス案内ノズル９９２から試料
１０１の近傍へと照射される。

また第９図において中間光学系１１１は以下の様々の光
学系を必要に応じて含めることができる。

（１）光軸方向やビーム径を調整するためのレンズ・ミ
ラー類、 （２）偏向方向を一定にしたりその方向を変えたりする
ための偏向フィルタ、ポラライザーおよび強度を調整す
るためのＮ、Ｄ、フィルター （３）イオンレーザのような多波長レーザあるいは色素
レーザのような広い波長域のレーザから特定の波長を選
択する為の波長選択フィルタ、 （４）用いるレーザ発振器のコヒーレンス（可干渉性）
を低減させるための光学系。

（５）その他。

第１０図は第９図の装置に更に集束イオンビーム装ｆｉ
（ＦＩＢ装置）、試料ステージのチルト機構、Ｎ０８Ｍ
／ＳＴＭチップのチルト機構を加えた実施例を示す。

真空チャンバ９００には、第９図で示されたものの他に
、集束イオンビームコラム１０７９が設けられる。これ
は液体金属イオン源など高輝度のイオン源１０７４から
のイオンビームを静電レンズ１０７５．１０７７により
細く絞って試料１０１に照射するものであり、特に第１
の静電レンズ１０７５と第２の静電レンズ１０７７を組
合せることにより試料面においてイオンビームを６０ｎ
ｍ〜３０ｎｍの径のスポットに絞ることができるもので
ある。

また、１０７６はステイグメータとデフレクタをかねた
８重極電極であり、ビームの非点収差の補正及びビーム
偏向を行なう。１０７８はデフレクタ電極であり、８主
極電極１０７６とともにビームの偏向を司る。微細に集
束したイオンビームを極めて狭い領域に照射することに
より、これをスパッタ加工することができる。

また、照射された試料から発生する２次電子あるいは２
次イオンをチャネルプレートのような２次荷電粒子検出
器１０７９により検出することにより、ＳＥＭと同様な
試料の像（走査イオン像＝Ｓ　Ｉ　Ｍ　：　Ｓｃａｎｎ
ｉｎｇ　Ｉｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を得ることも
できる。

この場合、観察と同時に加工が進行するので一度の走査
で画像記憶装置１０８２に像を格納して観察の為の走査
回数を最小限にすることにより観察時の加工の画像を必
要最小限に抑えることができる。１０８０はイオン源コ
ントローラ、１０８１は電極コントローラでＣＰＵ９５
２に接続されている。また画像記憶装置１０８２もＣＰ
Ｕ９５２に接続されている。

一方試料ステージのチルト機構は、ユーセントリック・
チルト、即ちビームの照射されている位置が回転中心と
なっていて回転によるビームの位置ずれを小さくするよ
うにしたものである。これはｘｙステージ９１３上に支
持体１０７１ａ、１０７１ｂを用いてギヤー１０７３と
これを取り付けたステージ１０７１を設置するものであ
る。ギヤー１０７３は真空用モータによりコントローラ
ｌＱ３　（９５５）からの信号と電力により試料１０１
のビーム照射点Ａを中心に第１０図の紙面に垂直な軸の
回りに回転し、また任意の角度に静止することができる
。この為任意の傾きで像を観察したり、ビームを照射し
たりすることができる。

ｘｙステージ９１３はＮ０８Ｍ／ＳＴＭチップ及びＳＥ
′Ｍの位ＩＥＱに移動した場合にもこのチルト機構によ
り回転して任意の傾角でＳＥＭおよびＮ０８Ｍ／ＳＴＭ
チップに対向することができる。

また試料交換位置Ｐにおいて試料を交換する際には試料
台１０５が水平となるようにする必要がある。ここでＱ
、Ｐの位置にあるときのステージ、架台、−軸ステージ
、試料等は全て破線で示すべきであるが、分りやするた
め実線で表示しているので注意されたい。

試料台１０５が水平となるようにする必要がある。また
第１０図においては支持体１０７１ｄは、ギヤ１０７３
に固定された架台１０７１ｃ上を移動できる一軸ステー
ジであり、これにより試料１０１を移動できるが、これ
を移動させた場合でもイオンビームの照射位置における
高さは不変であって、それからギヤの回転軸内にある点
は同じであり、従ってステージ１０７１ｄの移動やギヤ
１０７３の回転によりビームの焦点を変更する必要がな
いという利点を有している。

次に第１０図のＮ０８Ｍ／、ＳＴＭチップにおいては、
チップ先端を中心に回転する機構を有することを特徴と
しており、以下にそれを詳述する。

即ち第１１図に示すように、防振板９０４上に設けられ
た基台１１１２上に、試料１０１の表面と同じ高さに回
転軸を有し、回転自在に支持された鏡筒１１００を設け
、該鏡筒１１００に側面にギヤ１１１３が取付られ、こ
のギヤ１１１３に噛み合うギヤ１１１４が駆動モータ１
１１５の出力軸に取付られている。そして上記鏡筒１１
００の先に、Ｎ０８Ｍ／ＳＴＭチップ１０７，５０２を
有するＮ０８Ｍ／ＳＴＭの本体部分９０２を取付でいる
。このＮ０８Ｍ／ＳＴＭの本体部分９０２には、ストロ
ークの長い粗動機構１１３と精度の高いピエゾ鄭動機構
１１２とを組合せたＺ方向の註動機構９１６（１１２，
１１３）を有している。

そして鏡筒１１００内には、ミラー１１１０、レンズ９
６７　（１０８）、２箇のミラー１１１１を有している
。鏡筒１１００の回転軸心には、ハーフミラ−８０５が
位置している。尚、図示していないが、鏡筒１１００を
回転させてＮ０５Ｍ／ＳＴＭチップ１０７，５０２を回
転制御した後、鏡筒１１００を基台１１１２、即ち防振
板９０４に固定させる固定手段を一有している。

次ぎに上記実施例を適用する技術について説明する。第
１２図及び第１３図はＳｉの（１１１）面の原子配列を
示すものであり、ＳＴＭによりはじめて正確な（７Ｘ７
）構造が知られるようになったものである。ここで第１
２図は表面から切られた図、第１３図は図中でＡＢ間の
断面を見た図を示す。ここで表面に近い、いわゆる再配
列層は、ダイマー（２量子体）、積層欠陥、吸着原子等
からなっている。ダイマー層の原子配列は、結晶の（１
コ１）格子面とほぼ同一であるが、二つの副単位胞の三
角形の辺に沿い、各々三つのダイマーが形成されている
。その角には、原子の空孔がある。ダイマーの間隔は、
通常の５ｉ−Ｓｉ結合距離よりも９％長い。積層欠陥層
のＳｉ原子は、左側の副単位胞でＣの位置を、右側では
Ｂの位置を占めている。

ここでたとえば吸着原子に着目すれば、一つの副単位胞
内に６個あり、その位置を確定している。

ＳＴＭによりこれを脱離させ、それをＳＴＭにより読み
取ることにより極めて高い密度のメモリ素子を構成する
ことができる。即ち第１２図（ｂ）に示すように一つの
菱形のセル（単位胞）は互いに６０°の角度をなす軸上
の一つの原点Ｏから幾つ目のセルにあるかという表示ｍ
、ｎを用いて座標（ｍ、ｎ）により表示できる。また一
つの単位胞内において、１２ケの吸着原子が存在するが
左下の副単位胞においては、左下の方からＰ軸方向に１
，２，３．Ｑ軸方向に１．２．３と座標を決めることに
より、右上の単位胞においてはＰ軸方向に１．２，３、
Ｑ軸方向に１．２．３と座標を決めることにより（ｉ、
ｊ）（ｆｉｌ≦３，１ｊ１≦３１１１＋ｊｌ≦４）です
べての吸着原子が指定できる。従って、完全な（１１１
）面の（７×７）構造のＳｉ表面のすべての吸着原子は
（ｍ。

ｎｙｌ＊Ｊ）（ただしｍ、ｎ、ｉ、ｊは０以外の整数で
ｌｉｔ≦３．Ｉｊｌ≦３．ｌｉ＋、）ｌ≦４）により指
定できる。

ここでＳＴＭの針先を第１３図に示すようにＳｉ表面に
接近させ、像を検出しつつ特定の座標（ｍａｐ　ｎｘｓ
　１１ｙ　ｊｌ）の位置の吸着原子Ｈ１に対してトンネ
ル電流の検知により一定の間隔δとし、これによりＺ方
向に一定量δ′だけ送り込む。

これにより塑性変形によってＨ１原子の部分に穴が形成
される。次ぎに針を上に引き上げ、次ぎの位置（ｍ　２
　ｔ　ｎ　ｚ　ｔ　ｌ　ｚ　ｗ　Ｊ　２　）へ移動し、
同様にトンネル電流を検知することによりＨ２原子との
距離を一定の間隔δとした後、２方向に一定量δ″だけ
針を送り込むことによってＨ２原子の部分に穴を形成す
る。これを繰り返すことによって特定の座標（ｍｋ、　
ｎｋ、　ｉｋ、　ｊｋ）の位置の吸着原子Ｈｋの場所に
穴をあけることができ、ＲＯＭ　（リードオンリーメモ
リ）とすることができる。

また、針と原子Ｈｋとを一定の距離に近付けて印加電圧
を大きくしてトンネル電流を大きくすることによりこの
吸着原子に大きいエネルギーを与えてＳｉ表面から吸着
原子を離脱させる方法をとることもできる。この場合、
塑性変形ではないため、逆にＳｉＨ４が分解してＳｉが
析出するなどの方法により吸着原子を離脱して穴にＳｉ
原子を付与することも可能である。

従って、この方法を用いれば、Ｓ　ｉ　（１１１）面に
、書込み、消去するためのＲＡＭ　（ランダムアクセス
メモリ）とすることができる。

上記の他、反応性ガス（Ｆ、、Ｃ１，など）の中でトン
ネル電流を流すことによりＳｉ［子を気孔性の物質に変
えて揮発させて除去することもできる。

以上によりＳｉ　（１１１）の（７Ｘ７）配列をメモリ
素子として用いる手法を示したが、特に５ｉ（１１１）
でなくても、Ｓｉ　（１１０）面など任意の結晶面でも
よく、又他の元素や分子配列などにも用いることも勿論
可能である。

第１４図は別のメモリ素子の実施例を示す。これは基板
、例えばガラス基板あるいはＳｉ基板上にＬＢ（ラング
ミュア、プロジェット）膜を形成したものであり、例え
ば第１５図の如＜（ＣＨ，）３ＳｉＯＨによりガラス基
板に疎水性の処理を施し。

これにカルボン酸あるいはカルボン酸アルカリのような
長鎖状の化合物によりＬＢ膜を形成する。

今、−層のＬＢ膜であれば、第１４図（ａ）に示すよう
に全面に（ＣＨ，）ｎＣＯＯＨが一様に一層だけ結合し
た形となる。今これは、各分子に１ｂｉｔづつを割当て
てすべて０”の状態とする。

ＳＴＭにより一つ一つの分子の検出を行ない、特定の箇
所の分子に８７Ｍ電流を大きく流して、基板との結合を
解離させ、これを除く。この状態を“１”の状態とする
。このようにして第１４図（ｂ）の如く、メモリの書込
みが行なわれる。この読取りは、ＳＴＭにより同様に行
なわれる。第１４図では断面を示しているが２次元平面
内にこれらの分子が拡がっていることに注意する必要が
ある。第１４図（ｃ）は同様に２層のＬＢ膜を形成した
場合を示す。この場合は（ＣＨ，）ｎｃＯＯＨとＨＯＯ
Ｃ（ＣＨ２）ｎとが親水基同志で水素結合をしたもので
ある。この場合、ＳＴＭの検出により特定の箇所のＨＯ
ＯＣ（ＣＨ，）ｎ分子に対して大きい電流を流すことに
より、この水素結合部を切離して第１４図（ｄ）のよう
に上層のＨＯＯＣ（ＣＨ，）ｎを除くことができる。第
１４図（ｅ）は多値メモリとして用いる場合の例である
。特定の箇所の（ＣＨ２）ｎｃＯＯＨ−ＨＯＯＣ（ＣＨ
２）ｎにＳＴＭのチップにより電流を流す場合印加電圧
の変化等により電流の大きさを変えるなどの方法により
上層の分子と下層の分子の間の結合を切り離すが、更に
下層分子と基板との結合を切離すかの選択を行なうこと
ができる。前者は１”、後者は２”の状態として各ｂｉ
ｔに“Ｏ”１”２”を割当てることにより３値メモリを
構成することができる。

第１６図は５分子（平面的には５　Ｘ　５　＝、−２５
分子）を１ｂｉｔとして、メモリ素子を構成する例を示
す。Ｎ０８Ｍにより特定のｂｉｔ単位の分子を光照射し
て溶融蒸発あるいは光化学的溶解によりこれらの分子を
除去し、第１６図（ａ）のように記録を行なう、第１６
図（ｂ）は上記多値メモリに用いる場合であり、５Ｘ５
＝２５分子を１ｂｉｔとして用いる点は同じであるが、
２層のＬＢ膜を用い、Ｎ０８Ｍによる光照射の際、光の
強度のコントロールにより上層の分子のみを溶融蒸発さ
せるか、あるいは更に下層の分子も溶融蒸発させるかの
選択を行なうことにより１”　　（Ｊ　２１１と書込む
こととする。勿論、何も除去しない箇所がｇｌｏ”を示
す点は同じである。このメモリ読み取りは、ＳＴＭによ
り高さ測定を行なったり、あるいはＮ０８Ｍにより透過
光や反射光の強度やスペクトルなどを検出することによ
り各ｂｉｔにおけるＯ”　　ａ　１　ｕ　　“２”の値
を読取ることができる。

上記した光の強度の変化による手法に代えて、光の波長
の変化により選択的に結合を切離すことができる。多波
長のアルゴンレーザの出力やスペクトル幅の広い色素レ
ーザの出力をファブリペロ−のエタロンによる波長選択
フィルタや吸収性の波長選択フィルタを用いることによ
り特定の波長の選択を行ない、２層の分子構造において
、上層の分子と下層の分子の間に結合を切り離すか、下
層分子と基板との間の結合を切り離すかの選択を行ない
、１′″　　′′２”の書込みを行なうことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、２０ｎｍ−原子
レベルの微小部分の検出、加工、成膜。

アニール、イオン打ち込み、原子または分子の除去また
は挿入、異物や欠陥の分析等を行うことができる効果を
奏する。

また、本発明によれば、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を直接製作す
ることもでき、更にメモリ素子に書き込み、消去を行う
こともできる効果を奏する。

また、本発明によれば、ウェハまたは素子の表面または
内部に存在する２０ｎｍ以下の異物等を含む欠陥を検出
または分析を行うことができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るＮ０８ＭとＳＴＭの組合せによる
微細パターンの検出・修正・異物検査・分析を行う方式
の基本的構成を示す図、第２図はＮ０８Ｍチップの作り
方の一実施例を示した図、第３図はＮ０８Ｍチップの作
り方の他の一実施例を示した図、第４図はＮ０８Ｍチッ
プの作り方の更に他の一実施例を示した図、第５図はＮ
０５ＭチップとＳＴＭチップとを別々にピエゾ素子に取
付けた実施例を示した図、第６図は試料表面の凹凸変動
に合わせてＮ０８Ｍチップを上下動させる実施例を示し
た図、第７図はＮ０８Ｍチップを検出側に設けた実施例
を示す図、第８図はＮ０８Ｍチップを用いて試料からの
反射光を検出する実施例を示した図、第９図は本発明の
微小部処理装置または微小部分析装置の一実施例を示し
た構成図、第１０図は第９図と異なる本発明の微小部処
理装置または微小部分析装置の一実施例を示した構成図
、第１１図はチップと光学系とを回動させるようにした
実施例を示した図、第１２図はＳｉの（１１１）面の原
子配列を表面から切った図、第１３図はＳｉの（１１１
）面の原子配列の断面とＳＴＭの針先とを示した図、第
１４図は本発明をメモリ素子に適用した実施例を説明す
るための図、第１５図は本発明を適用してＬＢ膜を形成
する実施例を説明するための図、第１６図は本発明を５
分子を１ｂｉｔとするメモリ素子への記録等を行う実施
例を示した図である。 １０１・ＬＳＩ（試料）、１０１ａ−ＬＳＩのパターン
部分、１０２・・・ＸＹスキャナ、１０４・・・ＸＹデ
ポジションンサ、１０５・・・試料台、１０７・・・Ｎ
０８Ｍ／ＳＴＭチップ、１０９・・・レーザなどの光源
、１１１・・・中間光学系、１１２・・・２方向ピエゾ
素子、１１３・・・Ｚ方向駆動モータ、１１４・・・コ
ントローラ、１１６・・・ディテクタ、１１７・・・デ
イスプレィ／レコーダ、１１８・・・画像メモリ、９０
０・・・真空チャンバ、９０２−Ｎ０８Ｍ　ａｎｄｌｏ
ｒ　ＳＴＭの本体部分、９０３・・・積層防振ゴムある
いはバネ、９０４・・・防振板、９０８・・・ローダ・
チャンバ、９１５−８ＥＭ、９１５ａ−８ＥＭコントロ
ーラ、９９１・・・ノズル、９５１・・・予備情報ファ
イル、９５２・・・ＣＰＵ、９５３・・・ステージ制御
系、９１６・・・ピエゾ駆動機構、９５６・・・増幅／
比較器（画像メモリ）、９５８９６０・・・レーザ発振
器用電源・コントローラ、９５８・・・デイスプレィ／
レコーダ、１０７９・・・ＦＩＢ 島　１　図 纂　２　図 ｔｏｅ−−レソス゛ ／ｌ乙−一一テンテクダー 纂 聞 （［ ３θ３ 集 ＋ 爾 稟 図 為 図 集 図 稟 図 纂 図 為 図 （ＯＬ） （ｂ） （ｉ、ｊ−） 集 ！３ 図 稟 Ｉ＋ 図 Ｃｄ’） ００１０００　／　ＩＩＩ　０００ （ｅ） ０１２０００１２０２００υ 纂 ／４ 図 （α） ｏｏｏｏ　ｏｏｏｏｏｏｏｏ。 （ｂ） ｏｏｏｔ　ｔ　ｏ　ｔｏｏ。 ｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏ。 稟 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、近接光走査顕微鏡によって素子又は基板上の微小部
   箇所を検出し、この検出された微小箇所について走査ト
   ンネル顕微鏡によって加工、又は成膜、又はアニール等
   を行うことを特徴とする微小部処理方法。 ２、走査電子顕微鏡により素子又は基板上について粗検
   出し、その後近接光走査顕微鏡によって素子又は基板上
   の微小部箇所を検出し、この検出された微小箇所につい
   て走査トンネル顕微鏡によって加工、又は成膜、又はア
   ニール等を行うことを特徴とする微小部処理方法。 ３、走査トンネル顕微鏡によって素子又は基板上の微小
   部箇所を検出し、この検出された微小箇所について近接
   光走査顕微鏡によって加工、又は成膜、又はアニール等
   を行うことを特徴とする微小部処理方法。 ４、走査電子顕微鏡により素子又は基板上について粗検
   出し、その後走査トンネル顕微鏡によって素子又は基板
   上の微小部箇所を検出し、この検出された微小箇所につ
   いて近接光走査顕微鏡によって加工、又は成膜、又はア
   ニール等を行うことを特徴とする微小部処理方法。 ５、近接光走査顕微鏡によって素子又は基板上の微小部
   箇所を検出し、この検出された微小箇所について集束イ
   オンビーム照射装置によってスパッタ加工、又はＣＶＤ
   成膜、又はイオンビーム打ち込み等を行うことを特徴と
   する微小部処理方法。 ６、走査電子顕微鏡により素子又は基板上について粗検
   出し、その後近接光走査顕微鏡によって素子又は基板上
   の微小部箇所を検出し、この検出された微小箇所につい
   て集束イオンビーム照射装置によってスパッタ加工、又
   はＣＶＤ成膜、又はイオンビーム打ち込み等を行うこと
   を特徴とする微小部処理方法。 ７、素子又は基板上の微小部箇所を検出する近接光走査
   顕微鏡と、該近接光走査顕微鏡によって検出された微小
   箇所の情報に基いて微小箇所に加工、又は成膜、又はア
   ニール等を行う走査トンネル顕微鏡とを備えたことを特
   徴とする微小部処理装置。 ８、素子又は基板上について粗検出する走査電子顕微鏡
   と、該走査電子顕微鏡により検出された粗情報に基いて
   素子又は基板上の微小部箇所を検出する近接光走査顕微
   鏡と、該近接光走査顕微鏡によって検出された微小箇所
   の情報に基いて微小箇所に加工、又は成膜、又はアニー
   ル等を行う走査トンネル顕微鏡とを備えたことを特徴と
   する微小部処理装置。 ９、素子又は基板上の微小部箇所を検出する走査トンネ
   ル顕微鏡と、該走査トンネル顕微鏡によって検出された
   微小箇所の情報に基いて微小箇所に加工、又は成膜、又
   はアニール等を行う近接光走査顕微鏡とを備えたことを
   特徴とする微小部処理装置。 １０、素子又は基板上について粗検出する走査電子顕微
   鏡と、該走査電子顕微鏡により検出された粗情報に基い
   て素子又は基板上の微小部箇所を検出する走査トンネル
   顕微鏡と、該走査トンネル顕微鏡によって検出された微
   小箇所の情報に基いて微小箇所に加工、又は成膜、又は
   アニール等を行う近接光走査顕微鏡とを備えたことを特
   徴とする微小部処理装置。 １１、素子又は基板上の微小部箇所を検出する近接光走
   査顕微鏡と、該近接光走査顕微鏡によって検出された微
   小箇所の情報に基いて微小箇所にスパッタ加工、又はＣ
   ＶＤ成膜、又はイオンビーム打ち込み等を行う集束イオ
   ンビーム照射装置とを備えたことを特徴とする微小部処
   理装置。 １２、素子又は基板上について粗検出する走査電子顕微
   鏡と、該走査電子顕微鏡により検出された粗情報に基い
   て素子又は基板上の微小部箇所を検出する近接光走査顕
   微鏡と、該近接光走査顕微鏡によって検出された微小箇
   所の情報に基いて微小箇所にスパッタ加工、又はＣＶＤ
   成膜、又はイオンビーム打ち込み等を行う集束イオンビ
   ーム照射装置とを備えたことを特徴とする微小部処理装
   置。 １３、近接光走査顕微鏡によって素子又は基板上の微小
   部箇所を検出し、この検出された微小箇所について走査
   トンネル顕微鏡又は走査トンネル分析装置によって分析
   を行うことを特徴とする微小部分析方法。 １４、走査電子顕微鏡により素子又は基板上について粗
   検出し、その後近接光走査顕微鏡によって素子又は基板
   上の微小部箇所を検出し、この検出された微小箇所につ
   いて走査トンネル顕微鏡又は走査トンネル分析装置によ
   って分析を行うことを特徴とする微小部分析方法。 １５、走査トンネル顕微鏡によって素子又は基板上の微
   小部箇所を検出し、この検出された微小箇所について近
   接光走査顕微鏡によって分析を行うことを特徴とする微
   小部分析方法。 １６、走査電子顕微鏡により素子又は基板上について粗
   検出し、その後走査トンネル顕微鏡によって素子又は基
   板上の微小部箇所を検出し、この検出された微小箇所に
   ついて近接光走査顕微鏡によって分析を行うことを特徴
   とする微小部分析方法。 １７、素子又は基板上の微小部箇所を検出する近接光走
   査顕微鏡と、該近接光走査顕微鏡よって検出された微小
   箇所の情報に基いて微小箇所に分析を行う走査トンネル
   顕微鏡又は走査トンネル分析装置とを備えたことを特徴
   とする微小部分析装置。 １８、素子又は基板上について粗検出する走査電子顕微
   鏡と、該走査電子顕微鏡により検出された粗情報に基い
   て素子又は基板上の微小部箇所を検出する近接光走査顕
   微鏡と、該近接光走査顕微鏡によって検出された微小箇
   所の情報に基いて微小箇所に分析を行う走査トンネル顕
   微鏡又は走査トンネル分析装置とを備えたことを特徴と
   する微小部分析装置。 １９、素子又は基板上の微小部箇所を検出する走査トン
   ネル顕微鏡と、該走査トンネル顕微鏡によって検出され
   た微小箇所の情報に基いて微小箇所に分析を行う近接光
   走査顕微鏡とを備えたことを特徴とする微小部分析装置
   。 ２０、上記近接光走査顕微鏡の光として波長帯域の広い
   レーザであることを特徴とする請求項１９記載の微小部
   分析装置。 ２１、上記近接光走査顕微鏡の光として色素レーザであ
   ることを特徴とする請求項１９記載の微小部分析装置。 ２２、素子又は基板上について粗検出する走査電子顕微
   鏡と、該走査電子顕微鏡により検出された粗情報に基い
   て素子又は基板上の微小部箇所を検出する走査トンネル
   顕微鏡と、該走査トンネル顕微鏡によって検出された微
   小箇所の情報に基いて微小箇所に分析を行う近接光走査
   顕微鏡とを備えたことを特徴とする微小部分析装置。