JP2006293064A - Ａｆｍを用いたフォトマスク欠陥修正装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＡＦＭフォトマスク欠陥修正装置で終点検出によりオーバーエッチングの少ない黒欠陥除去を行う。
【解決手段】 黒欠陥と基板ガラスで材質が異なり、弾性値も異なるので、加工の途中で超音波力顕微鏡または粘弾性顕微鏡モードで低加重で加工途中の黒欠陥6を観察し、弾性値の変わったところを加工の終点と見なして、終点に達したところは探針1の加重を低くして削れない条件で走査し、黒欠陥6がまだ残っているところのみ探針1の加重を高くしてスクラッチ加工を行い残った黒欠陥を物理的に除去する。
【選択図】 図１

Description

本発明はＡＦＭを用いたフォトマスク欠陥修正装置及び欠陥修正方法に関するものである。

半導体集積回路の微細化要求に対してリソグラフィは縮小投影露光装置の光源の短波長化と高NA化で対応してきた。縮小投影露光装置の転写の原版で無欠陥であることが要求されるフォトマスクの欠陥修正は、従来レーザーや集束イオンビームを用いて行われてきた。しかし、レーザーでは分解能が不十分で最先端の微細なパターンの欠陥は修正できない。また集束イオンビームを用いた場合は、集束イオンビームが与えるダメージが、縮小投影露光装置の光源の短波長化に対して問題となる。すなわち、上記ダメージ部分に注入された、集束イオンビームのイオン源として用いられるガリウムは、短波長ほどよく吸収するので、短波長ほど透過率はより大きく低下する。そこで、微細なパターンの欠陥が修正できて、かつ、イメージングダメージ（透過率の低下）のない欠陥修正技術が求められている。

上記のような要望に応えて最近ではフォトマスクの黒欠陥に対して、低加重の接触モードや間欠的接触モードではイメージングダメージがなく、かつ、高分解能で高い位置制御性を持った原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、被加工材質(欠陥)よりも硬い探針で黒欠陥を物理的に除去するAFMスクラッチ加工が適用されるようになってきている(非特許文献1)。

走査プローブ顕微鏡は形状観察や加工以外にもさまざまな物性計測に用いられている。物性計測の一つの応用として超音波力顕微鏡(Ultrasonic Force Microscope)がある。これは、プローブの低加重走査時に超音波の振動をかけ同期して信号を検出することで、材料の弾性の違いがわかるので微細領域の弾性分布を測定するものである。（非特許文献2）。超音波でなくとも探針の共振周波数よりももっと低い周波数の一定振幅の振動を与えながら走査し、カンチレバー探針先端の振幅変化を検出することでも、材料の弾性の違いを示す二次元分布が得られることが知られている(粘弾性顕微鏡(Visco-elasticity AFM)：非特許文献3)。

Y. Morikawa, H. Kokubo, M. Nishiguchi, N. Hayashi, R. White, R. Bozak, and L. Terrill, Proc. of SPIE 5130 520-527(2003) K. Yamanaka, H. Ogiso, O. Kolosov, Appl. Phys. Lett. 64 178-180(1994) 日本表面科学会、ナノテクノロジーのための走査プローブ顕微鏡、丸善、242-244(2002)

ガラス基板や黒欠陥よりも硬い探針を用いた，従来のＡＦＭスクラッチ加工では黒欠陥の加工速度がガラス基板の加工速度と同程度もしくは低い場合があり、黒欠陥膜厚に比べ走査回数が多すぎる場合には下地の黒欠陥の下にあるガラス基板まで削ってしまうという問題があった。加工速度が加工探針の形状のばらつきや磨耗や温度や削り滓の影響などで変化するため、膜厚に対する走査回数は一定ではなく、しばしばアンダーエッチやオーバーエッチしてしまうことが起こっていた。また加工中に加工表面の粗さが増大し、修正個所に局所的なアンダーエッチやオーバーエッチが起こっていた。加工を途中で中断し、低加重で高さの規準となる位置も含めて走査して高さを比較すれば加工の終点検出を行うことができるが、傾き補正をしないと必要な高さ情報が得られないという問題と、加工個所の周辺に削り滓がたくさんできるため規準となる位置を遠くにとるか削り滓を除去しないと高さを比較できないという問題があった。
本発明は、上記問題点を解決し、ＡＦＭフォトマスク欠陥修正装置を用いた黒欠陥修正加工において、加工終点検出を行うことによりオーバーエッチングの少ない黒欠陥除去を行えることを目的とする。

従来のＡＦＭスクラッチ加工装置にカンチレバー加振ユニットを追加し、超音波、もしくはカンチレバーの共振周波数よりももっと低い周波数の一定振幅がかけられるようにする。カンチレバーを縦振動させたときの材質によるたわみ振幅の違いを検出する。従って、加工できる硬さを持ち、かつ、たわみも検出できるバネ定数のあまり高くないカンチレバーを用いる。

黒欠陥とガラスとでは材質が異なり、また弾性値も異なるので、超音波力顕微鏡または粘弾性顕微鏡モードで、低加重で加工途中の黒欠陥を観察し、弾性値の変わったところを加工の終点と見なして、終点に達したところは更に削れることのないように低加重で走査して黒欠陥が残っているところのみ高加重で走査して残った黒欠陥を物理的に除去する。

黒欠陥材料であるクロムとガラス基板に使われる石英の弾性値たとえばヤング率は3倍程度違うため弾性値をモニターすることで欠陥とガラス基板の判別が可能である。加工中の弾性値の変化点を検出するので傾き補正をする必要もなく、加工範囲内で終点検出が行えるので周辺の盛り上がった削り滓の影響も受けない。

スクラッチ加工を行うＡＦＭスキャンに縦振動または横振動を重畳することにより加工速度が増す（増速される）ことが知られており、加工速度を増しつつ、加重や振動振幅のパラメータ変更をするだけで加工終点検出を簡単に行うことが可能である。

以下に本発明の実施例について説明する。
従来のＡＦＭスクラッチ加工装置にカンチレバー加振ユニット2または15を追加し、数MHzの超音波もしくはカンチレバーの共振周波数よりももっと低い200Hz〜10kHzの周波数の一定振幅がかけられるようにした装置に黒欠陥を有するマスクを導入する。黒欠陥の位置はあらかじめ欠陥検査装置で取得しておく。黒欠陥が見つかった位置にXYステージ3を移動し、黒欠陥を含む領域を透過率が低下しない低加重条件で観察して黒欠陥領域6を認識する。

超音波を用いる場合、超音波力顕微鏡機能を備えたＡＦＭフォトマスク欠陥修正装置で黒欠陥の修正加工途中に加工領域の超音波力顕微鏡観察を行う。すなわち、探針に超音波振動をかけたときの探針直下の超音波に対する局所的な応答を検出して画像化することで、弾性率分布を見る。黒欠陥材料とガラスの弾性率差からガラスに到達したところを加工の終点として検出する。
図１に超音波力顕微鏡モードで終点検出する場合のＡＦＭスクラッチ加工装置の装置構成例を示す。まず、ＡＦＭの顕微鏡機能を用いて黒欠陥領域6を認識する。ＡＦＭで観察するときにはロックイン検出はせずに、レーザー光源7から出てカンチレバー上のミラーで反射され4分割光検出器8に入ってくる信号が一定になるようにＡＦＭコントローラ11とピエゾ素子ドライバ12でフィードバックをかけ、各走査点のZピエゾ素子13の電圧値を高さ情報として各走査点位置に対応させて制御画像表示コンピュータ14に表示する。ここでは、探針の変位検出手段として、レーザー光源７、ミラー、光検出器からなる、いわゆる光テコ方式を用いているが、カンチレバー17内部に変位検出が可能な歪ゲージを内蔵した自己検知型方式を用いてもよい。認識した黒欠陥を、この黒欠陥材料よりも硬いダイヤモンド探針1で加振なしの状態で高加重をかけＡＦＭスクラッチ加工を行い黒欠陥領域のみ除去を行う。黒欠陥除去は加振ユニット2で、探針１を走査する時に、数MHzの周波数を有する超音波の一定振幅の縦振動もしくは横振動を探針に加え、加工を増速させて行うこともできる。所定量除去を行った後、スクラッチ加工または加振増速加工による除去加工をいったん中断する。次に探針１の加重を小さくして低加重走査にし、加工のときよりも振幅の小さい超音波縦振動を探針１にかける。ロックインアンプ10で、超音波振動に同期してレーザー光源7から出てカンチレバー上のミラーで反射され４分割光検出器8で検出された信号の縦振動振幅成分を抽出する。この縦振動振幅成分が、黒欠陥6と下地のガラス基板5とで、その弾性の違いから異なることにより、加工の終点検出を行う。黒欠陥領域のうち終点に達したところは削れないように低加重で走査し、黒欠陥6が残っているところのみ高加重で走査して黒欠陥6の物理的な除去を再開する。

粘弾性顕微鏡機能を備えたAFMフォトマスク欠陥修正装置で加工途中に加工領域の粘弾性顕微鏡観察を行って終点検出することもできる。この場合、カンチレバーの共振周波数よりももっと低い200Hz〜10kHzの周波数をカンチレバーに加える。すなわち、探針に一定振幅をかけたときの探針直下の局所的な応答(振幅の変化)を検出して画像化することで粘弾性分布を見ることができる。黒欠陥材料とガラスの弾性率差からガラスに到達したところを加工の終点として検出する。
図２に粘弾性顕微鏡モードで終点検出する場合のAFMスクラッチ加工装置の装置構成例を示す。まず、ＡＦＭの顕微鏡機能を用いて黒欠陥領域6を認識する。ＡＦＭで観察するときには超音波のロックイン検出はせずに、レーザー光源7から出てカンチレバー17上のミラーで反射され4分割検出器8に入ってくる信号が一定になるようにＡＦＭコントローラ11とピエゾ素子ドライバ12でフィードバックをかけ、そのときのZピエゾ素子13の電圧値を高さ情報として制御画像表示コンピュータ14に表示する。認識した黒欠陥を、この黒欠陥材料よりも硬い探針1で加振なしの状態で高加重をかけＡＦＭスクラッチ加工を行い黒欠陥の所定量の除去を行う。あるいは黒欠陥除去は加振ユニット15で、探針１を走査する時に、カンチレバーの共振周波数よりももっと低い200Hz〜1000Hzの周波数の一定振幅の縦振動もしくは横振動を探針１に加えることで、加工速度を増大させて行うこともできる。200Hz〜1000Hzの周波数は、加工速度を増大するのにちょうど良い周波数である。スクラッチ加工または加振増速加工中にいったん除去加工を中断する。次に加振の周波数と振幅を粘弾性顕微鏡モードに切り替える。すなわち、ダイヤモンド探針1に200Hz〜10kHz周波数の一定振幅の微小縦振動をかけながら低加重で加工領域を走査する。この時、各走査点のカンチレバーの振動振幅を４分割光検出器8と縦振動振幅抽出手段16で抽出する。この、カンチレバーのたわみ量を示す振動振幅が、黒欠陥6と下地のガラス基板5とで、その弾性の違いから異なることにより、加工の終点検出を行う。黒欠陥領域のうち終点に達したところは削れないように低加重で走査し、黒欠陥6が残っているところのみ高加重で走査して黒欠陥6の物理的な除去を再開する。終点検出時にカンチレバーに200Hz〜10kHzという周波数をかけるのは、200Hz〜10kHzという周波数が、感度よく弾性検出するのにちょうど良い周波数であるからである。

加工の途中で超音波力顕微鏡または粘弾性顕微鏡モードによる加工の終点検出を随時行い、黒欠陥領域6が残っている部分のみ黒欠陥が無くなるまで高加重のスクラッチ加工または加振増速加工を繰り返してオーバーエッチの少ない黒欠陥修正を行う。終点検出で加工を止められるので、走査回数を多めに設定しておいても、黒欠陥をアンダーエッチしてしまうこともない。

本発明の特徴を最も良く表す超音波力顕微鏡モードで終点検出を行う場合のＡＦＭを用いたフォロマスク欠陥修正装置の概略図である。 粘弾性顕微鏡モードで終点検出を行う場合のＡＦＭを用いたフォトマスク欠陥修正装置の概略図である。

符号の説明

1 ダイヤモンド探針
2 超音波加振ユニット
3 XYステージ
4 遮光膜
5 ガラス基板
6 黒欠陥領域
7 レーザー光源
8 4分割光検出器
9 発振器
10 ロックインアンプ
11 ＡＦＭコントローラ
12 ピエゾ素子ドライバ
13 Zピエゾ素子
14 制御・画像表示コンピュータ
15 200Hz〜10kHzの加振ユニット
16 縦振動振幅抽出手段
17 カンチレバー

Claims (6)

1. 原子間力顕微鏡の探針を、試料上を加圧しながら走査することにより試料を加工するＡＦＭを用いたフォトマスク欠陥修正装置であって、端部に前記探針を有するカンチレバーと、前記探針の変位を検出する変位検出手段と、前記カンチレバーに一定振幅の周波数をかける加振ユニットとからなり、前記一定振幅の周波数をかけながら試料を加工した時の前記検出手段からの信号を受けて振幅が変化したと判断した時に加工を終了させることを特徴とするＡＦＭを用いたフォトマスク欠陥修正装置。
2. 前記振動の周波数が、超音波の周波数である請求項１に記載のＡＦＭを用いたフォトマスク欠陥修正装置。
3. 前記振動の周波数が、200Hz〜10KHzの周波数である請求項１に記載のＡＦＭを用いたフォトマスク欠陥修正装置。
4. フォトマスクの黒欠陥上を原子間力顕微鏡の探針を試料上を加圧しながら走査を行うことにより黒欠陥を所定量除去する工程と、前記所定量除去した領域に、前記加圧を低加重にし、かつ、探針に一定振幅の振動を加える工程と、前記一定振幅をかけた時のカンチレバーの振動振幅を検出する工程と、前記振動振幅が一定量以上変化しない時は前記黒欠陥を除去する工程に入り、一定量以上変化した時には当該領域の加工を終了させる工程とからなるＡＦＭを用いたフォトマスク欠陥修正方法。
5. 前記振動の周波数が、超音波の周波数である請求項４に記載のＡＦＭを用いたフォトマスク欠陥修正方法。
6. 前記振動の周波数が、200Hz〜10KHzの周波数である請求項４に記載のＡＦＭを用いたフォトマスク欠陥修正方法。

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