JP2007034219A - フォトマスク欠陥修正方法及びそれに用いる原子間力顕微鏡微細加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 原子間力顕微鏡技術を用いた機械的な微細加工装置でフォトマスクの欠陥修正に必要な刃先角度の制御を従来よりも簡便な方法で得られるようにする。
【解決手段】 探針1の圧痕を形成し、形成した圧痕を観察して現在の垂直面を求め、加工時に探針の回転機構2で探針の垂直面を必要とする向きに向けて加工を行う。垂直面を必要とする領域が曲線状の場合には探針の回転機構2で刃先の角度を曲線に合わせて変えていく。予め良く削れる組合せと削れにくい組合せを求めておき、観察のときには探針の回転機構2で削れにくい向きに向けて観察し、加工のときには探針の回転機構2で最も良く削れる向きに向けて加工し、認識や加工途中の観察に求められる非破壊性と加工に求められるスループットを両立させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は原子間力顕微鏡技術を応用したナノメータレベルの微細加工方法及び装置に関するものである。

機能の高度化・高集積化のためにナノメートルオーダーの微細加工技術が求められており、走査プローブ顕微鏡(SPM)を用いた局所陽極酸化や微細スクラッチ加工などの加工技術の研究開発が盛んに行われている。微細な加工の可能性の追求だけでなく、正確な形状や高精度な加工も求められるようになりつつある。

例えば最近原子間力顕微鏡(AFM)をベースにした装置で、被加工材質よりも硬い探針に高い押しつけ力をかけた走査による物理的な除去で加工する微細スクラッチ加工でフォトマスクのパターン余剰欠陥の修正も行われている(非特許文献1)。従来マスクの微細な欠陥の修正装置として用いられてきた集束イオンビーム欠陥修正装置ではチャージアップのため修正しにくい孤立欠陥も修正できるため、最近マスク製造現場でも用いられるようになってきている。フォトマスクの欠陥を修正するためには、微細な欠陥を高精度に修正するだけでなく、修正個所も正常なパターンと同じ光学特性を持つことも必要で、正常なパターンと同じように垂直な断面を持つことが求められている。

ステージを回転させて探針の垂直面または稜が垂直面を必要とする方向に持っていくこともできるが、ステージ回転させると位置ずれが生じてしまい、同じ場所を引き続き加工することが困難だった。ステージ回転させた状態でアライメントを取り直せば加工位置を探し出すことが容易になるが、操作が煩雑になりスループットも低下するという問題があった。

また角錐状の加工探針は角錐の形状と走査方向に依存して最も良く削れる組合せと最も削れにくい組合せが存在する。加工時にはスループットの点で最も良く削れる組合せが望ましく、逆に加工位置決め観察のときには正常パターンにダメージを与えないような最も削れにくい組合せが望ましい。従来はこれを実現するのにパターンの向きに応じてステージの回転または走査方向の回転で行っていたが、上記垂直断面の場合同様ステージの回転で対応する場合には回転に伴う大きな位置ずれの問題が生じていた。

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)またはマイクロマシン技術の進展により微小なモーターや歯車が形成できるようになってきている(例えば非特許文献2)。カンチレバーもMEMS技術で作られており、MEMS形成技術で探針の回転機構を伴ったカンチレバー作製も可能である。加工用の探針も集束イオンビームで作製・追加工でき、集束イオンビームで加工した探針をマニピュレータを用いたピックアップ法で所望の位置に集束イオンビームCVD法で固定することも可能になってきている。
Y. Morikawa, H. Kokubo, M. Nishiguchi, N. Hayashi, R. White, R. Bozak, and L. Terrill,Proc. of SPIE 5130 520-527(2003) 藤田博之著、マイクロ・ナノマシン技術入門、工業調査、2003年

本発明は原子間力顕微鏡技術を用いた機械的な微細加工装置でフォトマスクの欠陥修正に必要な刃先角度の制御を従来よりも簡便な方法で得ることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明における原子間力顕微鏡の探針を用いたフォトマスク欠陥修正方法においては、欠陥の形状に応じて、該欠陥に対して探針の刃先を回転させて所望の向きに向けて加工するようにした。

上記探針の刃先を欠陥部形状と走査方向に応じて最もよく削れる向きに回転させて加工するようにした。

また、上記加工の前に、前記探針の刃先を欠陥部の形状と走査方向に応じて最も削れにくい向きに回転させて観察するようにした。

また、欠陥修正後のパターン形状が曲線状の場合には場所に応じて刃先角度を変えてパターンが曲線状であっても垂直な断面加工を行うようにした。

また、加工時に小角度の往復回転運動をかけながら加工走査することで切削抵坑を減らすようにした。

また、原子間力顕微鏡微細加工装置を用いて、レベンソンマスクのようなフォトマスク欠陥修正方法において、オーバーハング形状の探針を用いて観察時にはレベンソンマスクのオーバーハングを持った遮光膜パターンと探針のオーバーハング形状が平行になるように走査し、ガラス基板高さのまま回転機構で探針を回転させて探針のオーバーハングした先端がレベンソンマスクの遮光膜のオーバーハングの下に入った状態で走査して、遮光膜のオーバーハングの下のパーティクルをオーバーハング形状の探針で移動または掃きだすことにより除去するようにした。

また、上記修正方法において、オーバーハング形状の探針を用いて観察時にはレベンソンマスクのオーバーハングを持った遮光膜パターンと探針のオーバーハング形状が平行になるように走査し、ガラス基板高さのまま回転機構で探針を回転させて探針のオーバーハングした先端がレベンソンマスクの遮光膜のオーバーハングの下に入った状態で走査して、遮光膜のオーバーハングの下の欠陥をオーバーハング形状の探針で削り取ることで修正する。

また、本願発明における原子間力顕微鏡微細加工装置は、カンチレバー端部に設けられ、試料表面に対し垂直な面または陵を有する探針と、前記探針の前記垂直な面または陵をそれらに平行な軸の回りに回転させ被加工部に所望の向きに位置させる回転機構を有する。

また、上記微細回転機構は、カンチレバーにMEMSまたはマイクロマシン技術を駆使して作製される。加工用の探針の刃先角度を制御して垂直な加工面を得るためには、垂直面または稜を持つ加工探針で圧痕を形成し、形成した圧痕形状を観察して現在の垂直面または稜を求め、加工時に探針の回転機構で探針の垂直面を必要とする向きに探針の垂直面または稜を向ける。垂直面を必要とする領域が曲線状の場合には刃先の角度を探針の回転機構で曲線に合わせて変えていく。

観察と加工のそれぞれで探針に求められる相反する要求を満たすために、予め良く削れる組合せと削れにくい組合せを求めておき、観察のときには探針の回転機構で削れにくい向きに向けて観察し、加工のときには探針の回転機構で最も良く削れる向きに向けて加工する。

ステージを回転する場合に比べ探針を回転する場合は、ずれは探針の回転軸のぶれだけなので回転による位置ずれを小さくでき、アライメントを取り直すなど追加的な作業を必要としない。刃先の角度を曲線に合わせて変えていくことで曲線状のパターンの欠陥に対しても垂直な加工断面を得ることができる。

観察と加工で刃先の角度と走査方向を最適化することで、非破壊であることを求められる観察とスループットが求められる加工といった相反する要求を両立することができる。

また探針の回転機構を応用して加工時に小角度の往復回転運動をかけながら走査することで加工時の切削抵坑を減らし、探針の刃先の長寿命化を図ることも可能である。

以下に本発明の実施例について説明する。

垂直面や垂直な稜を持ち先端が先鋭化された被加工材質(欠陥材質)よりも硬い例えばダイヤモンドでできた加工用のAFM探針1を圧痕測定用の試料に押し込んで圧痕を形成する。形成した圧痕形状に対して高忠実AFM観察を行い、垂直面または垂直な稜の方向を調べてその角度を記録しておく。また探針の回転機構2で刃先を回転したときの角度毎の位置ずれも調べておく。欠陥検査装置で余剰欠陥が見つかったフォトマスクをカンチレバーにMEMSまたはマイクロマシン技術を駆使して作製された探針の微細回転機構を備えた原子間力顕微鏡微細加工装置に導入し、余剰欠陥が見つかった位置にXYステージを移動する。

AFMのコンタクトモードまたは間欠的な接触モードで余剰欠陥6を含む領域のイメージングを行って正常なパターン5とパターンマッチング等で比較することで欠陥部分を抽出し認識する。認識した余剰欠陥から垂直面を必要とする領域を求める。図1に示すように探針の回転機構2で、記録した垂直面または垂直な稜の角度から垂直面を必要とする向きに加工探針1の垂直面または稜を向け、回転角に応じた位置補正を行った後、余剰欠陥6の材質よりも硬い例えば先鋭化されたダイヤモンド製の探針1に高い押しつけ力をかけた走査またはガラス面4と同じ高さに固定したモードの走査による物理的な除去で余剰欠陥6を修正する。垂直面または稜を刃先として削るので加工された面は垂直に近い断面が得られ、デフォーカス特性など欠陥修正個所に求められる光学特性を満たすことができる。ここにおいて、探針1は、回転機構2により、カンチレバーの、探針の取り付け面3aに垂直な軸の回りに回転するようになっている。

マスク上の余剰欠陥は図1に示すような1辺のみ垂直加工面を必要とするものばかりでなく、2辺以上の垂直加工面を必要とするものが存在する。本発明を用いて図2に示すようなブリッジ欠陥7を修正する場合には垂直加工面を必要とする辺が2つあるため、まず垂直面を必要とする1辺に探針1の垂直な面または稜をあてて加工後、探針回転機構2で刃先を180°回転させ、回転角に応じた位置補正を行った後探針1の垂直な面または稜をあててもう1辺を加工する。

本発明を用いて図3に示すようなコーナー余剰欠陥8を修正する場合には垂直加工面を必要とする辺が2つあるため、まず垂直面を必要とする1辺に探針1の垂直な面または稜をあてて加工後、探針回転機構2で刃先を90°回転させ、回転角に応じた位置補正を行った後探針1の垂直な面または稜をあててもう1辺を加工する。

また本発明を用いて図4に示すようなミッシング欠陥9を修正する場合には垂直加工面を必要とする辺が4つあるため、まず垂直面を必要とする1辺に探針1の垂直な面または稜をあてて加工後、探針回転機構2による刃先90°回転と回転角に応じた位置補正と探針1の垂直な面または稜をあてた1辺の加工を残りの3辺に対して順次行い、4辺全て垂直加工面を出して修正する。

曲線状のパターンに余剰欠陥6が存在する場合の欠陥修正のように、垂直面を必要とする領域が緩やかな曲線状の場合には図5に示すように余剰欠陥6の材質よりも硬い先鋭化されたダイヤモンド製の探針1の垂直面または稜を曲線に合わせて連続的に変えていくことで、パターンが曲線状であっても加工断面を常に垂直にすることができる。曲率が高いときには刃先回転により位置がずれるので、加工をいったん中断し、刃先回転後回転角に応じた位置補正を行ってから加工走査を再開する。

欠陥認識や加工途中の観察に求められる非破壊性と、加工に求められるスループットを同じ加工探針で両立させたいときには、加工探針10の刃先の稜の角度と走査方向により削れやすさが異なるので、予め良く削れる組合せと削れにくい組合せを求めておき、観察と加工で探針の回転機構2で刃先角度を変えて走査する。例えば探針を左から右へ走査するとき刃先の角の２等分線方向が欠陥6に対して0°方向にある時削れにくく、90°方向にある時よく削れる場合には、図6(a)に示すように観察のときには探針の回転機構2で上記2等分線方向を欠陥6に対して0°にして観察し、図6(b)に示すように加工のときには探針の回転機構2で上記２等分線方向を欠陥6に対して90°にし、0°で観察したイメージも90°イメージローテーションをかけて表示しそのイメージに対して加工領域を設定し刃先を上記90°欠陥に対向させて欠陥を加工除去する。もちろん加工時には刃先回転後の回転角に応じた位置補正を行ってから加工を再開する。

また図7に示すように探針の回転機構2を応用して、加工時に設定した刃先角度に小角度の往復回転運動を重畳しながら加工の走査をすれば加工時に刃先に生じる切削抵坑を減らし、探針10の刃先の長寿命化を図ることも可能である。

以下本発明を遮光膜のオーバーハングを持ったレベンソンマスクの遮光膜のオーバーハングの下のパーティクル除去に本発明を応用した例を図8に示す。オーバーハング形状の探針11を用いて、観察時にはレベンソンマスクのオーバーハングを持った遮光膜パターン12と探針11のオーバーハング形状（太線で示した刃先11aが、カンチレバー３の探針11の取り付け面３aに対し90°以上傾いた(b)の図のような形をオーバーハング形状という）の向きが平行になるようにして、すなわち、図８(a)でいうと、90°以上傾いた刃先11aが紙表を向いている向きにして、図の両矢印方向に探針を走査する。パーティクル14のある位置を特定する。次に探針先端をガラス基板13の凹部底面の高さに固定した状態で、回転機構2で探針11を回転させて探針11のオーバーハングした先端がレベンソンマスクの遮光膜12のオーバーハングの下に入った状態で探針11に低い押しつけ力をかけた走査もしくは探針１１の先端をガラス面13の凹部底面と同じ高さまたは少し高い高さに固定した走査で、遮光膜12のオーバーハングの下のパーティクル14をオーバーハング形状の探針11で移動または掃きだすことにより除去する。

もちろん同様な方法でレベンソンマスクの遮光膜12のオーバーハングの下のパーティクルだけでなく、図9に示すように加工探針11に高い押しつけ力をかけた走査もしくは探針１１の先端をガラス面13の凹部底面と同じ高さに固定した走査で削り取ることにより遮光膜12のオーバーハングの下の欠陥15の修正も可能である。

（ａ）、（ｂ）は、本発明の特徴を最も良く表すカンチレバーに設けられた回転機構で探針を所望の角度に回転させて加工する場合の概略平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、ブリッジ欠陥を修正する場合を説明する概略平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、コーナー余剰欠陥を修正する場合を説明する概略平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、ミッシング欠陥を修正する場合を説明する概略平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明で曲線状のパターンの欠陥を修正する場合を説明する概略平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、観察と加工でカンチレバーの回転機構で探針角度を変える場合を説明する概略平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、加工時に回転機構で小角度の往復回転運動をかけながら走査することで切削抵坑を減らす場合を説明する概略平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、レベンソンマスクの遮光膜のオーバーハングの下の異物を除去する場合を説明する概略断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、レベンソンマスクの遮光膜のオーバーハングの下の欠陥を修正する場合を説明する概略断面図である。

符号の説明

1 垂直面または稜を持つ加工用探針
2 探針回転機構
3 カンチレバー
4 ガラス基板
5 正常なパターン
6 余剰欠陥
7 ブリッジ欠陥
8 コーナー余剰欠陥
9 ミッシング欠陥
10 加工用探針
11 オーバーハング形状の探針
12 オーバーハングを持った遮光膜
13 掘り込みガラス基板
14 遮光膜のオーバーハングの下のパーティクル
15 遮光膜のオーバーハングの下の欠陥

Claims (9)

1. 欠陥の形状に応じて、該欠陥に対して探針の刃先を回転させて所望の向きに向けて加工する原子間力顕微鏡の探針を用いたフォトマスク欠陥修正方法。
2. 前記探針の刃先を欠陥部形状と走査方向に応じて最もよく削れる向きに回転させて加工する原子間力顕微鏡の探針を用いた請求項１記載のフォトマスク欠陥修正方法。
3. 前記加工の前に、前記探針の刃先を欠陥部の形状と走査方向に応じて最も削れにくい向きに回転させて観察する原子間力顕微鏡微細加工装置を用いた請求項２記載のフォトマスク欠陥修正方法。
4. 請求項1において欠陥修正後のパターン形状が曲線状の場合には場所に応じて刃先角度を変えてパターンが曲線状であっても垂直な断面加工を行う原子間力顕微鏡微細加工装置を用いたフォトマスク欠陥修正方法。
5. 加工時に小角度の往復回転運動をかけながら加工走査することで切削抵坑を減らすことを特徴とする原子間力顕微鏡微細加工装置を用いたフォトマスク欠陥修正方法。
6. オーバーハング形状の探針を用いて観察時にはレベンソンマスクのオーバーハングを持った遮光膜パターンと探針のオーバーハング形状が平行になるように走査し、ガラス基板高さのまま回転機構で探針を回転させて探針のオーバーハングした先端がレベンソンマスクの遮光膜のオーバーハングの下に入った状態で走査して、遮光膜のオーバーハングの下のパーティクルをオーバーハング形状の探針で移動または掃きだすことにより除去することを特徴とする探針回転機構を有する原子間力顕微鏡微細加工装置を用いたフォトマスク欠陥修正方法。
7. オーバーハング形状の探針を用いて観察時にはレベンソンマスクのオーバーハングを持った遮光膜パターンと探針のオーバーハング形状が平行になるように走査し、ガラス基板高さのまま回転機構で探針を回転させて探針のオーバーハングした先端がレベンソンマスクの遮光膜のオーバーハングの下に入った状態で走査して、遮光膜のオーバーハングの下の欠陥をオーバーハング形状の探針で削り取ることで修正することを特徴とする探針回転機構を有する原子間力顕微鏡微細加工装置を用いたフォトマスクの欠陥修正方法。
8. カンチレバー端部下部に設けられ、側面に刃先を有する探針を、前記カンチレバーの前記探針の取り付け面に垂直な軸の回りに回転させ、被加工部に対し所望の向きに位置させる回転機構を有する原子間力顕微鏡微細加工装置。
9. 前記探針がオーバーハング形状である請求項８記載の原子間力顕微鏡微細加工装置。

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