JP2003043669A - フォトマスクの欠陥修正方法及び走査プローブ顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】マスクに形成された残留欠陥修正後の石英基板
や欠陥以外の部分へのダメージが無く、５００ｎｍ以下
の残留欠陥を精度良く除去することが可能で、修正のエ
ンドポイントも容易に検出できるフォトマスクの欠陥修
正方法及びそれに用いる走査プローブ顕微鏡を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】透光性基板上に遮光膜パターンが形成され
たフォトマスク又は位相シフターパターンが形成された
位相シフトマスクに発生した残留欠陥を修正する方法で
あって、走査プローブ顕微鏡を用いて前記残留欠陥の三
次元イメージを取得した後、前記走査プローブ顕微鏡の
プローブの荷重値を三次元イメージ取得時よりも大きく
した後、前記残留欠陥上をプローブで走査することによ
り、残留欠陥を除去することを特徴とするフォトマスク
の欠陥修正方法及びそれに用いる走査プローブ顕微鏡を
提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造に使用
するフォトマスクの製造工程における、フォトマスクの
パターン膜の欠陥を修正する方法及びその装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造に使用するフォトマスクの製
造工程において、石英基板などの透光性基板上に形成さ
れる遮光膜パターンあるいは位相シフタパターンの作製
中に、形成されてはならない余分な遮光膜パターンある
いは位相シフタパターンが形成されることがあり、これ
を残留欠陥と呼んでいる。通常、この残留欠陥はレーザ
の集光照射により蒸発除去される。ところが、このレー
ザ照射の結果、加工エッジ部にめくれやラフネスを生
じ、加工後の形状が良くない場合がある。また、レーザ
の絞りには限界があり５００ｎｍ以下の微細加工は困難
であるなどの問題があった。

【０００３】一方、集束イオンビームスパッタリングに
よる残留欠陥の修正では、イオンビーム照射領域に、イ
オン源であるガリウムがマスク基板である石英に打ち込
まれ、ガリウムステインが生じることにより透過率低下
を引き起こすこと、修正された残留欠陥周辺部の石英基
板に対しても必要のないスパッタリングをしてしまい、
基板の透過率変動を引き起こすことが知られている。ま
た、集束イオンビームスパッタリングによる修正方法
は、真空雰囲気を準備する必要があり、そのための真空
チャンバー、真空ポンプ、真空計等の大掛かりな設備と
その設置場所を必要とする。

【０００４】ここで、従来の欠陥修正方法で修正した場
合の例を図を用いて説明する。修正加工を施す前の残留
欠陥のあるマスクパターンの平面図を図４（ａ）、同断
面図を図４（ｂ）に示す。この残留欠陥を従来の修正方
法であるレーザ集光照射あるいは集束イオンビームスパ
ッタリングにより、修正加工を施した後のマスクパター
ンの平面図を図５（ａ）、同断面図を図５（ｂ）に示
す。マスクは石英基板２上にパターン膜３が形成されて
おり、パターン間にはウェハ露光時に光を透過させパタ
ーニングさせるための、スペース部４が存在する。図４
に示すマスクには不必要なパターン膜３の残留欠陥１が
形成されているため、上記従来の修正方法の一つである
レーザ集光照射にて修正を行った場合、図５に示すとお
り、石英基板２の修正個所はレーザによる修正ダメージ
１０を受け改質してしまう。

【０００５】この上記従来方法にて修正加工を施したマ
スクパターンを、半導体ウェハ上で露光したときの図５
に示すＢ−Ｂ’線のウェハ面上での像強度プロファイル
を示す特性図を図６に示す。図６の縦軸は像強度（Ｉｎ
ｔｅｎｓｉｔｙ）、横軸はウェハ上の位置を表す。この
マスクを用いたステッパの露光条件は、波長２４８ｎ
ｍ、開口数０．６、コヒーレンスファクタ０．７５であ
る。図６の像強度プロファイルからは、修正部のスペー
ス部の像強度が、正常部のスペース部と比較して２０％
以上も低い値を示していることが分かる。その結果、ウ
ェハ上に修正痕が転写されてしまうのである。

【０００６】また、集束イオンビームによるエッチング
を行う場合、パターン膜が位相シフタ膜では、チャージ
アップし易く、コントラストの良いイメージが得られな
い、高精度のエッチングエンドポイント検出が行えない
などの問題もある。さらに、これら従来の修正方法では
残留欠陥の大きさが５００ｎｍ以下になってしまう修正
が困難であり、３００ｎｍ以下では不可能である。ま
た、以上のように従来の修正方法によって生じる、加工
エッジ部のめくれやラフネス、修正しきれない５００ｎ
ｍ以下の欠陥の存在、ガリウムステインによる石英基板
の透過率低下、欠陥周辺部基板の透過率変動等のダメー
ジは、ＤＵＶなどさらに短波長領域で露光するマスクで
は無視できないものとなっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情によりなされたものであり、マスクに形成された残
留欠陥修正後の石英基板や欠陥以外の部分への改質やオ
ーバーエッチング等のダメージが無く、５００ｎｍ以下
の残留欠陥を精度良く除去することが可能で、修正中に
修正個所の正確なイメージングができ、修正のエンドポ
イントも容易に検出できるフォトマスクの欠陥修正方法
及びそれに用いる走査プローブ顕微鏡を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の第１の発明は、透光性基板上に遮光膜パター
ンが形成されたフォトマスク又は位相シフターパターン
が形成された位相シフトマスクに発生した残留欠陥を修
正する方法であって、走査プローブ顕微鏡を用いて前記
残留欠陥の三次元イメージを取得した後、前記走査プロ
ーブ顕微鏡のプローブの荷重値を三次元イメージ取得時
よりも大きくした後、前記残留欠陥上をプローブで走査
することにより、残留欠陥を除去することを特徴とする
フォトマスクの欠陥修正方法である。

【０００９】また、本発明の第２の発明は、残留欠陥を
除去する時のプローブの荷重値が５０ｎＮ以上５００ｍ
Ｎ以下の範囲で実施することを特徴とする請求項１に記
載のフォトマスクの欠陥修正方法である。

【００１０】また、本発明の第３の発明は、請求項１ま
たは２のフォトマスクの欠陥修正方法に用いる走査プロ
ーブ顕微鏡において、プローブ先端の部材が、フォトマ
スクのパターン膜材料の硬度よりも硬い材料を用いるこ
とを特徴とする走査プローブ顕微鏡である。

【００１１】また、本発明の第４の発明は、前記走査プ
ローブ顕微鏡のプローブ先端が、ダイヤモンド、サファ
イア、シリコン、シリコンナイトライドから選ばれる一
つであることを特徴とする請求項３に記載の走査プロー
ブ顕微鏡である。

【００１２】また、本発明の第５の発明は、前記走査プ
ローブ顕微鏡のプローブ先端形状が錐体であり、該錐体
の先端は残留欠陥よりも小さな曲率半径であることを特
徴とする請求項３または４に記載の走査プローブ顕微鏡
である。

【００１３】本発明は、フォトマスク上に生じた余分な
マスクパターン膜の残留欠陥を修正する方法において、
まず先端がマスクパターン膜材料よりも高い硬度の部材
からなるプローブを取りつけた走査プローブ顕微鏡に
て、残留欠陥の存在する個所を走査して欠陥の三次元イ
メージを取得し、次により大きな荷重値をプローブに掛
けた後、そのプローブで欠陥個所のみを走査すること
で、残留欠陥のみを削り取ることを特徴としている。本
発明の修正方法では、通常の三次元イメージ取得のため
の走査と、残留欠陥のみを削り取るための走査を交互に
行うことで欠陥除去のエンドポイントを正確に検出でき
るので、石英基板を削ることも、残留欠陥を残すことも
なく、修正が可能である。

【００１４】また、プローブ荷重値を変更することで、
１回の走査で欠陥を削る深さはに１ｎｍ〜数十ｎｍに制
御可能であり、三次元イメージの分解能は通常の走査プ
ローブ顕微鏡であるので、Ｘ，Ｙ方向すなわち透光性基
板の平面方向に数ｎｍ、Ｚ方向すなわちパターン膜の厚
さ方向に１Åを有するため、数ｎｍレベルの加工精度の
修正が可能である。また、大気中での修正が可能である
ので大掛かりな真空装置を必要としない。また、本発明
のフォトマスクの修正方法は、遮光膜パターンあるいは
位相シフタパターンのいずれにも有効であり、フォトマ
スクおよび位相シフトマスクのいずれにも適用できる。

【００１５】また、本発明の走査プローブ顕微鏡は、プ
ローブ先端の部材をフォトマスクのパターン膜材料より
も硬いもの、特にダイヤモンド、サファイア、シリコ
ン、シリコンナイトライドから選ばれる一つを用いてい
るため、残留欠陥を効率良く取り去ることができる。ま
た、プローブ先端が錐体であり、錐体の先端の曲率半径
を残留欠陥より小さくとることで、いかなる形状の残留
欠陥でもプローブの走査のみで除去が可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明のフォトマスクの
欠陥修正方法を説明する工程図である。まず、図１
（ａ）に示すように、走査ブローブ顕微鏡にマスクをセ
ットし、残留欠陥１の直上にプローブがくるように顕微
鏡ステージを移動させる。次に、図１（ｂ）に示すよう
にプローブ５の先端を残留欠陥１に接する位置まで接近
させる。次に図１（ｃ）に示すように、残留欠陥１の領
域のみでプローブをＸ，Ｙ方向に走査させながら、プロ
ーブ５を押し下げて欠陥に荷重を加えスクラッチするこ
とにより欠陥を削り取る。この際、通常測定による三次
元イメージを最初に取得することで、エンドポイントを
検出することが可能である。また、１度のプローブの走
査でスクラッチできない場合は三次元イメージの取得
と、荷重を重くしたて欠陥除去のプローブ走査を行い、
これを欠陥が除去できるまで繰り返す。この時、プロー
ブの荷重値は５０ｎＮ以上５００ｍＮ以下の範囲で制御
することが好ましい。この荷重値はパターン膜の硬度に
合わせて、好適に選択するものであるが、５０ｎＮ以下
の場合はスクラッチの効果がなくなり、また、５００ｍ
Ｎ以上ではプローブが破損する恐れがあるため、不向き
である。

【００１７】次に、図１（ｄ）に示すようにプローブ５
の先端が石英基板２に達したところで、プローブ５の押
し込み及びＸ，Ｙ方向への走査を停止する。次に、図１
（ｅ）に示すようにプローブ５をマスクパターンから大
きく距離を取り、最後に図１（ｆ）に示すようにクリー
ンエアーガン６によって清浄エアーを吹き付け、削りカ
スを完全にマスクから除去することで、本発明のフォト
マスクの欠陥修正方法が完了する。

【００１８】続いて、本発明の走査プローブ顕微鏡につ
いて説明する。本発明の走査プローブ顕微鏡の基本構造
は、現在市販されてものとほぼ同じであるが、走査プロ
ーブにその特徴がある。フォトマスクのパターン膜材料
には、クロム、モリブデンシリサイド、ジルコニウムシ
リサイド及びそれらの化合物を主成分とする材料などが
使われているため、プローブ先端の部材にはフォトマス
クのパターン膜材料に比べて硬度が硬い材料で構成した
方が良い。好ましいプローブ先端の材料としては、ダイ
ヤモンド、サファイア、シリコン、シリコンナイトライ
ドなどが挙げられる。また、プローブ先端は錐体であり
錐体の形状は問わないが、錐体の先端の曲率半径は残留
欠陥より小さくとることが望ましく、曲率半径はおよそ
１０〜５０ｎｍである。

【００１９】＜実施例＞実施例を用いてさらに詳しく説
明する。図２はこの実施例で用いるマスクパターンであ
り、図２（ａ）はマスクパターンの平面図、図２（ｂ）
は図２（ａ）のＡ−Ａ‘線に沿った部分の断面図であ
る。また、各工程は図１を使用して説明する。

【００２０】図２に示すように、透光性の石英基板２に
はクロム遮光膜からなるパターン膜３が形成されてお
り、これらは４倍体マスクを構成している。（クロム遮
光膜は、実際はクロム膜とその上に形成された酸化クロ
ム膜からなる積層膜であるが、以下、これをクロム遮光
膜という。）マスクパターンはクロム遮光膜のライン部
と開口部のスペース部が交互に繰り返されたラインアン
ドスペースパターンと呼ばれるものである。本実施例で
は、クロム遮光膜の線幅は６００ｎｍ、スペース部の線
幅は８００ｎｍであり、クロムの残留欠陥はラインエッ
ジ部に接して位置していた。また、本実施例において、
プローブの先端にはダイヤモンドコートを施してあり、
バネ定数は５．５Ｎ／ｍのプローブを使用した。

【００２１】まず、図１（ａ）に示すように、走査ブロ
ーブ顕微鏡にマスクをセットし、欠陥個所の直上にプロ
ーブがくるように顕微鏡ステージを移動させた。次に、
図１（ｂ）に示すようにプローブ５の先端を残留欠陥１
に接する位置まで接近させ、図１（ｃ）に示すように、
残留欠陥１の部分のみでプローブをＸ，Ｙ方向に走査さ
せながら、プローブ５を押し下げて欠陥に荷重を加えス
クラッチすることにより欠陥を削り取った。この際、通
常測定による三次元イメージを最初に取得しておき、エ
ンドポイントを検出しておいた。

【００２２】次に、図１（ｄ）に示すようにプローブ先
端が石英基板２に達したところで、プローブの押し込み
及びＸ，Ｙ方向への走査を停止した。次に、図１（ｅ）
に示すようにプローブ５をマスクパターンから大きく距
離を取り、最後に図１（ｆ）に示すようにクリーンエア
ーガン６によって清浄エアーを吹き付け、削りカスを完
全にマスクから除去した。

【００２３】以上、欠陥を修正したフォトマスクについ
て、前記走査プローブ顕微鏡及び走査電子顕微鏡にて欠
陥修正部を観察したところ、クロムパターンのエッジラ
フネスやめくれもなく、また石英基板に対する余分なス
クラッチや欠陥の残りカスも存在しないことが分かっ
た。さらに、フォトマスクの欠陥検査装置にてパターン
比較検査を行ったが、修正個所が欠陥として検出される
ことはなかった。

【００２４】さらに、上記修正したマスクパターンをウ
ェハー上に露光したときの像強度プロファイルを示す特
性図を図３に示す。この時のステッパの露光条件は、波
長２４８ｎｍ、開口数０．６、コヒーレンスファクタ
０．７５とした。図３を見て分かるように、露光後の修
正部のスペース部の像強度は正常部のスペース部と比較
して差違は見られなかった。結果、ウェハ上に修正痕が
転写されてしまうこともなかった。

【００２５】

【発明の効果】本発明のマスク上に形成された余分なパ
ターン膜材料の残留欠陥を修正する方法において、パタ
ーンエッジに接する部分や石英基板に対するダメージは
ほとんどなく、従来の修正方法では修正不可能であった
５００ｎｍ以下数ｎｍまでの超微小欠陥を修正すること
が可能である。また、本発明の修正方法はパターン膜材
料をプローブでスクラッチする方法をとっているため、
フォトマスクおよび位相シフトマスクのいずれにも適応
可能である。そして、修正の結果、像強度の変動も起こ
らないので、十分なウェハプロセスマージンの確保が可
能になる。

【００２６】また、修正後のフォトマスクを走査電子顕
微鏡やレーザ顕微鏡に移し替える必要がなく、その場で
修正個所の三次元イメージを高分解能で取得できるた
め、時間的ロスが少なく、検査機へのマスク搬送時の落
下等の事故も起こり得ない。さらに、本発明における修
正装置は真空装置を必要としないために小型化が可能で
あり、工場や研究所等のクリーンルーム空間を有効に使
える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフォトマスクの欠陥修正方法を説明す
る工程図である。

【図２】本発明のフォトマスクの欠陥修正方法に用いる
残留欠陥を有するマスクの平面図（ａ）及び断面図
（ｂ）である。

【図３】図２（ａ）のＡ−Ａ'のウェハ面上での残像欠
陥除去後の像強度プロファイルを示す特性図である。

【図４】残留欠陥を有するフォトマスクの平面図（ａ）
及び断面図（ｂ）である。

【図５】従来のフォトマスクの欠陥修正方法によって修
正した後のフォトマスクの平面図（ａ）及び断面図
（ｂ）である。

【図６】図５（ａ）のＢ−Ｂ'のウェハ面上での像強度
プロファイルを示す特性図である。

【符号の説明】

１・・・残留欠陥 ２・・・石英基板 ３・・・パターン膜 ４・・・スペース部 ５・・・プローブ ６・・・クリーンエアーガン １０・・・修正ダメージ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性基板上に遮光膜パターンが形成され
   たフォトマスク又は位相シフターパターンが形成された
   位相シフトマスクに発生した残留欠陥を修正する方法で
   あって、走査プローブ顕微鏡を用いて前記残留欠陥の三
   次元イメージを取得した後、前記走査プローブ顕微鏡の
   プローブの荷重値を三次元イメージ取得時よりも大きく
   した後、前記残留欠陥上をプローブで走査することによ
   り、残留欠陥を除去することを特徴とするフォトマスク
   の欠陥修正方法。
2. 【請求項２】残留欠陥を除去する時のプローブの荷重値
   が５０ｎＮ以上５００ｍＮ以下の範囲で実施することを
   特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの欠陥修正方
   法。
3. 【請求項３】請求項１または２のフォトマスクの欠陥修
   正方法に用いる走査プローブ顕微鏡において、プローブ
   先端の部材が、フォトマスクのパターン膜材料の硬度よ
   りも硬い材料を用いることを特徴とする走査プローブ顕
   微鏡。
4. 【請求項４】前記走査プローブ顕微鏡のプローブ先端
   が、ダイヤモンド、サファイア、シリコン、シリコンナ
   イトライドから選ばれる一つであることを特徴とする請
   求項３に記載の走査プローブ顕微鏡。
5. 【請求項５】前記走査プローブ顕微鏡のプローブ先端形
   状が錐体であり、該錐体の先端は残留欠陥よりも小さな
   曲率半径であることを特徴とする請求項３または４に記
   載の走査プローブ顕微鏡。