JP2005260056A - Ｄｌｃメンブレンマスクの欠陥修正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 極薄膜DLCメンブレンマスクの歪や電子散乱能の変化を生じない高品位な黒欠陥修正を可能にする。
【解決手段】 DLC膜を導電性のAFM探針4で陽極酸化するとDLCが基板や針先に吸着した水分5と反応し、酸化されCO₂等の揮発性の成分7に変わり、局所的に除去されることを利用する。AFMの観察で黒欠陥領域3を認識し、加工途中で高さをモニターしながら選択的な走査で黒欠陥領域3のみ繰り返し陽極酸化を行って黒欠陥を除去する。またはオゾン雰囲気下での走査近接場光学顕微鏡探針からの局所VUV光照射でDLCが酸化され揮発性成分となって除去されることを利用し、陽極酸化と同様な方法で黒欠陥を除去する。
【選択図】 図１

Description

本発明は電子ビーム露光装置で使用するDLCメンブレンマスクの欠陥修正方法に関するものである。

半導体集積回路のデザインルールの微細化の進展に伴い、フォトマスクにも微細なパターンの転写能力が求められている。従来は露光装置の高NA化や波長の短波長化やマスクの解像力向上技術で対応してきたが、短波長化の技術的な難しさや装置コストの高騰やマスク価格の高騰のため、代替手段として電子ビームを用いた投影露光装置が提案され開発が進められている。

電子ビーム投影露光装置はマスクとして高精度を実現するために応力の制御された0.5um〜2umの厚みを持つステンシルマスクが用いられてきたが、ステンシル構造であるため1つのレイアウトに対して2枚の相補的なマスクが必要で、電子ビーム投影露光装置のスループットを低下させる原因となっていた。メンブレン構造のマスクを使用すると、相補的なマスクは必要ないが、強度や高精度を維持するためにメンブレンにはある程度の厚みが必要で、この厚みのために電子ビームが非弾性散乱され色収差が増大してしまい微細なパターンを露光できないという問題があった。最近、高強度のダイヤモンドライクカーボン(DLC)を用いた50nm以下の厚みの電子ビーム投影露光装置用メンブレンマスクが開発されている。このメンブレンマスクは色収差増大による解像の劣化がないことが実証され、電子ビーム投影露光装置のスループット向上の切り札として期待されている(非特許文献1)。

開発されたDLCメンブレンマスクはDLC膜の厚みの違いで電子ビームの透過と遮蔽をコントロールしている。従来のステンシルマスクは主にSiが用いられ、欠陥修正は集束イオンビームのエッチングまたはFIB-CVDを用いて行われてきた(非特許文献2)。集束イオンビームで50nm以下の極薄膜上の黒欠陥を除去する場合、物理スパッタ効果やH₂Oを用いたガスアシストエッチングで欠陥の除去は行えるが、イオン源として用いている原子半径の異なるGaの極薄膜への注入による歪やイオンビームのオーバーエッチにより極薄膜が更に薄くなると極薄膜の機械的な強度の低下で加工個所のまわりの応力のバランスが崩れて極薄膜部分に形状歪みが生じて高精度が求められるマスクパターンの寸法が変動してしまうという問題がある。またFIBでの修正でDLCメンブレンと同じ厚みにできたとしてもGaの注入により修正していないDLCメンブレン部に比べて電子の散乱能が変化するため、ウェーハ上での電子線の強度が修正していないDLCメンブレン部と異なり転写結果にも違いが出てしまうという問題がある。

電子ビームでもH₂Oをエッチングガスとして用いてDLC膜を除去することができるが、イオンビーム同様深さ制御が十分でなく、極薄膜DLCのオーバーエッチによる強度の低下で加工個所に歪みが生じて寸法が変動してしまう可能性がある。

最近ダイヤモンド製の硬い原子間力顕微鏡(AFM)探針を用いたスクラッチ加工でフォトマスクの欠陥除去が行われているが、DLC膜はスクラッチに使用するダイヤモンドと硬さが近いため削り難くく、探針が磨耗しやすくなるためフォトマスクの場合よりは困難である。またスクラッチ加工には加工領域周辺に削り滓が発生し、削り滓を除去する必要がある。削り滓の除去にドライアイスクリーナーによる物理的な除去が使用されているが、DLC極薄膜へのダメージを与えてしまうという問題があった(非特許文献3)。
I. Amemiya, H. Yamashita, S. Na katsuka, M. Tsukahara, and O. Nagarekawa, J. Vac. Sci. Technol. B21 3032-3036(2003) M. Okada, S. Shimizu, S. Kawata, and T. Kaito, J. Vac. Sci. Technol. B18 3254-3258(2000) Y. Morikawa, H. Kokubo, M. Nishiguchi, N. Hayashi, R. White, R. Bozak, and L. Terrill, Proc. of SPIE 5130 520-527(2003)

本発明は上記のような課題を持つ極薄膜DLCメンブレンマスクの高品位な黒欠陥修正を可能にしようとするものである。

DLC膜を導電性のAFM探針で陽極酸化するとDLCが基板と針先に吸着した水分と反応し、酸化されCO₂等の揮発性の成分に変わり、局所的に除去されることを利用する。
AFMの観察で黒欠陥領域を認識し、選択的な走査で黒欠陥領域のみ繰り返し陽極酸化を行って黒欠陥を除去する。オーバーエッチしないように加工途中で高さをモニターし、メンブレンと同じ高さのところで加工を終了させる。

あるいは陽極酸化の代わりにオゾン雰囲気下での走査近接場光学顕微鏡探針からの局所VUV（Vacuum Ultraviolet）光照射でDLCが酸化され揮発性成分となって除去されることを利用し、陽極酸化と同様な方法で黒欠陥を除去する。

陽極酸化のエッチングレートは走査速度、湿度、荷重を変化させることで制御可能で、加工中の3次元観察と組み合わせれば、イオンビーム加工や電子ビーム加工よりも深さを高精度に制御できる。イオンビームを用いないため、イオン注入による加工個所の歪も生じない。

また導電性探針で局所的に陽極酸化したものが揮発性の成分になるため、スクラッチ加工のような削り滓の除去の必要がない。

オゾン雰囲気下での走査近接場光学顕微鏡探針からの局所VUV光照射も加工中の3次元観察と組み合わせれば、イオンビーム加工や電子ビーム加工よりも深さを高精度に制御できる。イオンビームを用いないため、イオン注入による加工個所の歪も生じない。

オゾン雰囲気下での走査近接場光学顕微鏡探針からの局所VUV光照射でも酸化したDLC膜が揮発性の成分になるため、スクラッチ加工のような削り滓の除去の必要がない。

黒欠陥を有するDLCメンブレンマスクを導電性探針を有するAFMに導入し、欠陥検査装置で見つかった黒欠陥の位置にステージを移動する。AFMで電圧をかけずに欠陥含む領域を観察し、欠陥の3次元形状を認識する。黒欠陥の３次元形状を確認したら、黒欠陥上にAFM探針を移動させる。次に、図1に示すようにマスクを正極、導電性探針13を負極として、走査プローブ顕微鏡の導電性探針13にカンチレバー４を介してパルス電圧を印加する。すると探針13と黒欠陥3の間に吸着した水分5が探針先端に集中する高電界によって電気分解されてアニオン(水酸イオン)が生成し、この探針直下に生成されたアニオンが局所的に黒欠陥３のDLCを酸化する。局所的な陽極酸化を行いながら黒欠陥領域3のみ走査して欠陥を除去する。欠陥認識で得られた3次元情報にもとづいて加工の走査範囲を加工の進行とともに変えながら行う。DLCを陽極酸化すると揮発性の成分7（主にCO₂）として放出されるので削り滓の処理なしで黒欠陥領域3を除去することができる。

加工途中で加工個所へのダメージの少ない、間欠的な接触モードまたは非接触モードで高さをモニターし、メンブレン2と同じ高さに達すると加工を終了させる。欠陥が残っている場合には高さ分布から以降の加工を行う接触モードの走査範囲の微調整を行い、除去加工を再開し、観察と走査範囲の微調整を繰り返して高精度な加工を行う。

黒欠陥修正個所の高さ方向の制御性を高めるために、走査速度、湿度、荷重、印加電圧、パルス幅を制御してオーバーエッチしないように加工終点近傍では低いエッチレートで、スループットを向上させるために加工終点近傍以外では高いエッチレートで加工して高さ方向も高精度な修正を行う。

図３に単層または多層のカーボンナノチューブを用いた陽極酸化により黒欠陥修正を行う場合の概略断面図を示す。

導電性の単層のカーボンナノチューブを陽極酸化用の探針として用いて半値幅6nmの加工が実現されており(例えば、J. Vac. Sci. Technol. A18 1321-1325(2000))、DLCメンブレンマスクの黒欠陥の微細な加工が必要な場合には図3に示すように先端径の小さな導電性の単層または多層のカーボンナノチューブ12を用いて陽極酸化により黒欠陥修正を行う。

図２にオゾン雰囲気下での走査近接場光学顕微鏡探針からの局所紫外光照射でDLCメンブレンマスクの黒欠陥を除去する場合の概略断面図を示す。

陽極酸化の場合同様、黒欠陥を有するDLCメンブレンマスクの欠陥検査装置で見つかった黒欠陥位置にAFMまたは走査近接場光学顕微鏡のプローブが来るようにステージを移動する。AFMまたは走査近接場光学顕微鏡のシアフォースモードで欠陥3を含む領域を観察し、欠陥3の3次元形状を認識する。オゾン供給系9からオゾンを供給しながら、先端を尖らせ根元をAuやAlで金属コートしたファイバーでできた走査近接場光学顕微鏡探針8にレーザー光源10から波長173nmのXeエキシマレーザーのようなVUV光を入射し、探針先端に発生した近接場光11とオゾンによりDLCが局所的に酸化され揮発性成分7となって除去されることを利用し、陽極酸化と同様な方法で黒欠陥を除去する。

本発明を最も良く表す陽極酸化でDLCメンブレンマスクの黒欠陥を除去する場合の概略断面図である。 オゾン雰囲気下での走査近接場光学顕微鏡探針からの局所紫外光照射でDLCメンブレンマスクの黒欠陥を除去する場合の概略断面図である。 単層または多層のカーボンナノチューブを用いた陽極酸化により黒欠陥修正を行う場合の概略断面図である。

符号の説明

1 DLC膜(吸収体部分)
2 DLCメンブレン(透過部分)
3 黒欠陥部分
4 導電性探針
5 吸着した水分
6 パルス電源
7 酸化による揮発成分
8 走査近接場光学顕微鏡探針
9 オゾン供給系
10 VUV光源
11 近接場光
12 導電性の単層または多層のカーボンナノチューブ

Claims (6)

1. DLCメンブレンマスクの黒欠陥を走査プローブ顕微鏡の導電性探針を用いた陽極酸化で除去することを特徴とするDLCメンブレンマスクの欠陥修正方法。
2. 請求項1記載のDLCメンブレンマスクの欠陥修正方法において、加工途中でダメージの少ない間欠的な接触モードまたは非接触モードで高さをモニターし、以降の加工を行う接触モードの走査範囲の微調整を行うことを特徴とするDLCメンブレンマスクの欠陥修正方法。
3. 請求項1記載のDLCメンブレンマスクの欠陥修正方法において、走査速度、湿度、荷重、印加電圧、パルス幅を変化させて加工終点近傍では低いエッチレートで、加工終点近傍以外では高いエッチレートで加工することを特徴とするDLCメンブレンマスクの欠陥修正方法。
4. DLCメンブレンマスクの黒欠陥をオゾン雰囲気下での走査近接場光学顕微鏡探針からのVUV光局所照射で除去することを特徴とするDLCメンブレンマスクの欠陥修正方法。
5. 請求項1または4記載のDLCメンブレンマスクの欠陥修正方法において、あらかじめ欠陥の3次元形状を測定しておきその3次元情報にもとづいて加工の走査範囲を加工の進行とともに変えていくことを特徴とするDLCメンブレンマスクの欠陥修正方法。
6. 請求項1から3のいずれかに記載のDLCメンブレンマスクの欠陥修正方法において、陽極酸化に用いる導電性探針が単層もしくは多層の導電性のカーボンナノチューブであることを特徴とするDLCメンブレンマスクの欠陥修正方法。

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