JP2007079551A - 原子間力顕微鏡加工装置を用いたフォトマスク欠陥修正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 原子間力顕微鏡(AFM)技術を用いた機械的な加工による欠陥修正に要する時間を短縮できるようにする。
【解決手段】 除去すべき欠陥をAFM加工装置で観察して加工形状を求める。求めた形状に対してCAMで用いられているようなカッターロケーションシミュレーションを行って加工時間が最も短くなる刃先経路を求める。AFM加工装置で求めた刃先経路どおりに走査して欠陥を除去する。カッターロケーションシミュレーションどおり加工したときの形状を切削シミュレーションで予測し、予測した加工後の形状に対して転写シミュレーションを行い加工個所の透過率が必要とされる値を満たすことを確認してからカッターロケーションシミュレーションどおりに加工して欠陥を除去する。
【選択図】 図１

Description

本発明は原子間力顕微鏡技術とカッターロケーションシミュレーションと転写シミュレーションを応用したフォトマスク欠陥修正方法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。最近では微細な加工の可能性の追求だけでなく、実用的な加工装置として精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。

近年原子間力顕微鏡(AFM)をベースにした装置で実際に精確な形状や高精度な加工が求められている例として、フォトマスクのパターン余剰欠陥の修正がある(非特許文献1)。AFMによるフォトマスク余剰欠陥修正は、現在被加工材質(余剰欠陥の材質)よりも硬いAFM探針を用いて観察時には通常のAFMのコンタクトモードまたは間欠的な接触モードでイメージングを行って欠陥部分を認識し、加工時には、観察時に探針と試料との距離が一定になるようにするためにかけていたフィードバックをかけないようにして、硬い探針を下地ガラス面と同じ高さに固定してガラス面の上にある余剰欠陥部分を走査して物理的に除去加工することで行われている。従来フォト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観察・加工しにくい孤立欠陥も修正できるため、最近フォトマスク製造現場でも用いられるようになってきている。フォトマスクはウェーハ転写の原版となるため、修正個所の加工精度の悪かったり、オーバーエッチや削り残しがあったりすると転写特性に悪影響を与え、転写したウェーハ全てにデバイス不良を生じさせてしまうのでAFM除去加工で精確な形状や高精度な加工が必要とされる。

現在のところAFM加工装置による加工と観察と転写シミュレーション顕微鏡による透過率評価を組み合わせてトライアンドエラーで欠陥修正が行われている。しかし、このAFM加工装置と転写シミュレーション顕微鏡を用いた加工方法は、加工そのものに時間がかかる上に加工途中の形状を観察するだけでも時間がかかる。又、透過率評価はAFM加工装置とは別の装置で評価を行うことになるため更に時間がかかる。すなわち、この加工方法は、集束イオンビーム欠陥修正装置が不得意なタイプの欠陥が確実に修正できるものの、たいへん時間がかかる作業になっている。そこで、精確な形状や高精度な加工を維持したままAFM加工装置による欠陥修正時間を短縮する方法が求められている。

また加工に要する時間は加工・観察の繰り返し回数に依存し、加工・観察回数は作業者で異なり、同じ作業者でも経験に追うところも多かった。通常加工領域設定は作業者が行うが、加工領域設定ミスは削り過ぎを生じ、装置の原理上削り過ぎを是正することは難しく修正失敗になっていた。それに加えて観察した加工後の形状と透過率の関係も加工後の形状から単純に推測することが難しく、適切な透過率を確保するためにはどうしても加工装置での追加工・観察と転写シミュレーション顕微鏡での観察の繰り返しが避けられなかった。そこで、作業者や作業者の経験に依存しない、削り過ぎによる修正の失敗の危険性のない、かつ加工前に透過率を確保できる形状に簡単に辿りつける方法が求められている。

上記の問題に対して最近AFM加工装置による加工・観察と加工後形状に対する転写シミュレーションソフトウェアによる透過率予測を組み合わせて時間を短縮する試みが報告されている(非特許文献2)。転写シミュレーションソフトウェアによる透過率予測は、マスク上の形状、露光波長、各材料(ガラス基板やクロムや位相シフト膜)の複素屈折率、ステッパの光学条件を与えてウェーハ上の光強度分布を計算から求めてやるもので(例えば非特許文献3)、転写シミュレーション顕微鏡による透過率評価の測定時間に比べると、時間を短縮でき、又転写シミュレーションソフトウェアによる透過率予測能力を応用すれば透過率を確保できる形状のガイドラインを与えることも可能である。しかし、加工時間そのものの短縮はできないことや、作業者や経験による違いや、又削り過ぎによる失敗の可能性の問題はそのまま残っている。

一方コンピュータ支援製造技術(CAM)の進展により、カッターロケーション(工具軌跡)シミュレーションで加工後の形状の予測や加工時間を最も短くする刃先経路決めができるようになってきている(例えば非特許文献4)。しかし、AFM加工装置を用いたナノオーダー、ミクロンオーダーレベルの微細な欠陥修正に上記最新のCAM技術を転用した例はない。
Y. Morikawa, H. Kokubo, M. Nishiguchi, N. Hayashi, R. White,R. Bozak, and L. Terrill, Proc. of SPIE Vol.5130 520-527(2003) P. Brooker, T. Robinson, J. Lewellen, B. Naber,R. Bozak, and D. A. Lee, Proc. of SPIE Vol.5853 1009-1020(2005) C. R. Musil, D. K. Stewart, and R. F. Clark, Proceedings of SPIE 4889 1048-1055(2002) 武藤一夫、はじめてのCAD/CAM、工業調査会、２０００年

本発明は、上記原子間力顕微鏡加工装置と転写シミュレーション顕微鏡を用いた加工方法が持つ、欠陥修正に多大な時間を要する、作業者や作業者の経験に依存する、透過率を確保できる形状を加工前に予測することができない、そして削り過ぎによる修正失敗があるという問題点を解決し、精確な形状や高精度な加工を維持したまま原子間力顕微鏡加工装置による欠陥修正時間を短縮することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明における原子間力顕微鏡加工装置を用いたフォトマスク欠陥修正方法においては、原子間力顕微鏡技術を応用した機械的な加工にCAMで用いられているカッターロケーションシミュレーション技術を取り入れて、加工前に前もって最適な加工手順を決めてから欠陥修正をすることを特徴とする。

また転写シミュレーション技術を、最新のカッターロケーションシミュレーション技術と組み合わせることで、加工前に前もって透過率を満たす形状を予測してその形状になるような最適な加工手順を決めてから修正を行い、原子間力顕微鏡加工装置による加工と観察と転写シミュレーション顕微鏡による評価を組み合わせてトライアンドエラーの作業を効率良く行う。すなわち、以下のようにする。

まず第1の解決手段は以下のようにした。

フォトマスクの欠陥を、原子間力顕微鏡加工装置で原子間力顕微鏡観察し、該観察した形状をCADデータに変換する。該変換された欠陥形状CADデータに対してCAMの機械加工で用いられているカッターロケーションシミュレーションを用いて加工時間が最も短くなる刃先経路を求める。該求めた刃先経路を原子間力顕微鏡加工装置の探針の走査手順に変換する。該変換した走査手順に従って原子間力顕微鏡加工装置の探針を移動してスクラッチ加工して欠陥を除去する。

また、第２の解決手段は以下のようにした。

上記のカッターロケーションシミュレーションどおりに刃先を動かして加工した時の形状を切削シミュレーションで予測する。予測した加工後の形状に対して転写シミュレーションを行い、加工個所の透過率が必要とされる値を満たすであろうことを確認してから実際に原子間力顕微鏡加工装置でカッターロケーションシミュレーションどおりに探針を動かして機械的な加工で欠陥を除去する。

さらに第３の解決手段は以下のようにした。

必要とされる加工精度・表面粗さとスループットを両立させるために、スループットを重視した粗加工工程用のカッターロケーションシミュレーションデータと、粗加工後の形状に対して精度や加工面の精細度を重視した仕上げ加工工程用のカッターロケーションシミュレーションデータを用意し、原子間力顕微鏡加工装置で、まず粗加工刃にて粗加工刃先経路で加工を行い、引き続き仕上げ加工刃にて仕上げ加工刃先経路で加工して欠陥を修正する。

カッターロケーションシミュレーションを行って刃先経路を最適化することで無駄な経路が省け加工に要する時間を短くすることができる。シミュレーションの精度が向上すれば加工中の形状を確認する観察回数を減らすことができ、欠陥修正に要するトータルの時間を短くすることができる。またカッターロケーションシミュレーションで加工手順を決めるので作業者や作業者の経験に依存しない修正を行うことができる。

カッターロケーションシミュレーション、切削シミュレーション、及び転写シミュレーションを組み合わせて、加工する前に加工後の転写性を予測・考慮することで、従来の欠陥修正で行っていたシミュレーション顕微鏡による透過率評価とAFM加工装置による追加工の繰り返しの回数を減らすことができる。また、カッターロケーションシミュレーション、切削シミュレーション及び転写シミュレーションを組み合わせて加工する前に加工後の転写性を予測・考慮することで、加工前に透過率を確保できる形状に簡単に辿りつけ、加工領域設定ミスによって生じる削り過ぎによる修正失敗も避けることができる。

透過率や修正精度に関与する加工部分だけ細かいピッチの仕上げ加工で行い、それ以外の部分は荒い高速な加工で行うことにより、欠陥部分を全て仕上げ加工で行う場合に比べてスループットを向上させることができる。

カッターロケーションシミュレーション、切削シミュレーション、及び転写シミュレーションを連動させることで従来試行錯誤で観察と加工で行っていた粗加工と仕上げ加工の組み合わせを加工前に予測して効率の良い欠陥修正を行うことができる。

以下に本発明の実施例について図面に基づいて説明する。

カッターロケーションシミュレーションを応用した欠陥修正のフローチャートを図1に示す。

欠陥検査装置で余剰欠陥が見つかったフォトマスクをAFM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欠陥を含む領域のイメージングを行って、得られた画像を正常なパターン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（Ｓ１）。

認識した欠陥形状をCADデータに変換する（Ｓ２）。このCADデータをカッターロケーションシミュレータの入っているコンピュータに送り、加工に使用する探針形状や予め求めておいた加工に関する物理的な諸条件を用い、CAD画面上で加工の始点・終点、探針の送り速度、振動や高さ一定モードといった加工方法等を指定してカッターロケーションシミュレーションで加工時間が最も短くなる刃先経路を求める（Ｓ３）。求めた刃先経路情報をAFM加工装置の探針の走査手順、例えば、加工探針の走査方向、探針のup/down(加工のON/OFF)、送りピッチに変換して送り（Ｓ４）、AFM加工装置でカッターロケーションシミュレーションの刃先経路どおりにスキャナーを動作させて被加工材料(この場合欠陥材料)よりも硬い例えばダイヤモンドでできた原子間力顕微鏡探針のスクラッチ加工で欠陥を物理的に除去する（Ｓ５）。

カッターロケーションシミュレーションに基づいた加工後に欠陥修正した個所を転写シミュレーション顕微鏡で透過率評価を行い、透過率が低い場合には透過率を満たすまでAFM欠陥修正装置で追加工を行う。

カッターロケーションシミュレーションと転写シミュレーションを組み合わせた欠陥修正のフローチャートを図２に示す。

カッターロケーションシミュレーションまでのステップ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）までは、図１において説明したのと同様である。

カッターロケーションシミュレーションで求めた刃先経路で加工したときの加工後の形状を切削シミュレーションで予測する。すなわち、加工に使用する刃の材質(ヤング率などの材料に依存する物性値)や形状や移動速度、被加工材質の材質や形状を入力して破断を含めた局所的な応力等の計算することにより(加工をシミュレートして)加工後の形状を予測する（Ｓ４）。

次に、加工すべき予測した加工形状に対して転写シミュレーションを行う。すなわち、まず計算する形状を入力し、露光波長、各材料の複素屈折率、分割数、境界条件を設定してマスク及びその近傍の電磁場（near field)の散乱を正確に計算し(光は電磁波なので与えられた条件でマクスウェル（Maxwell）の方程式を数値計算で解く)、計算された値をステッパの光学条件(NA、σ、照明形状)でfar fieldに接続して進行させることでウェーハ上の光強度を計算する。そして、光強度分布に対してレジスト感度に相当する閾値で切ってウェーハ上のできあがり形状(寸法)やウェーハ高さを変化させたときに光強度(デフォーカス特性)などの許容度を予測する（Ｓ５）。

加工個所の透過率が必要とされる値を満たすことを確認する（Ｓ６）。必要とされる透過率が得られない場合には刃先経路を見直し（Ｓ３）、再度加工後の形状予測（Ｓ４）、転写シミュレーション（Ｓ５）を必要とされる透過率が得られるまで行う。

必要とされる透過率が得られたときの刃先経路情報をAFM加工装置の走査手順に変換して送り（Ｓ７）、カッターロケーションシミュレーションの刃先経路どおりにＡＦＭ加工装置にて加工して欠陥を除去する（Ｓ８）。

この場合も欠陥修正した個所を転写シミュレーション顕微鏡で透過率の確認を行い、透過率が低い場合には透過率を満たすまでAFM加工装置で追加工を行う。

本発明を用いて粗加工・仕上げ加工を行う場合の手順を示したフローチャートを図３に示す。

欠陥形状をＣＡＤデータに変換するまで（Ｓ１，Ｓ２）は、図１と同様である。

スループットと、加工精度・透過率適正度が両立するために、スループットを重視した粗加工と、粗加工後の形状に対して精度や加工面の精細度を重視した仕上げ加工の2段階加工を行う。

粗加工カッターロケーションシミュレーション（Ｓ３）と切削シミュレーションで粗加工後の形状予測（Ｓ４）で得た粗加工工程用のカッターロケーションシミュレーションデータと、仕上げ加工カッターロケーションシミュレーション（Ｓ５）と切削シミュレーションで仕上げ加工後の形状予測（Ｓ６）で得た仕上げ加工工程用のカッターロケーションシミュレーションデータを用意し、必要とされる透過率が得られたときの刃先経路情報をAFM加工装置の走査手順に変換して（Ｓ９）、AFM加工装置でまず粗加工刃先経路で加工を行い（Ｓ１０）、引き続き仕上げ加工刃先経路で加工して欠陥を修正する（Ｓ１１）。

もちろん上記2段階加工において仕上げ加工後の予想される形状に対して転写シミュレーションを行い（Ｓ７）、加工個所の透過率が必要とされる値を満たすことを確認（Ｓ８）してからAFM加工装置で加工を行ってもよい。必要とされる透過率が得られない場合には仕上げ加工の刃先経路を見直し、再度加工後の形状予測、転写シミュレーションを必要とされる透過率が得られるまで行う。粗加工後必要とされる透過率が得られた仕上げ加工用カッターロケーションシミュレーションの刃先経路どおりに加工して欠陥を除去する。

カッターロケーションシミュレーションを応用したAFM欠陥修正を行う手順を示したフローチャートである。 カッターロケーションシミュレーションと転写シミュレーションを組み合わせたAFM欠陥修正を行う手順を示したフローチャートである。 本発明を用いて粗加工・仕上げ加工を行う場合の手順を示したフローチャートである。

Claims (3)

1. フォトマスクの欠陥を原子間力顕微鏡で観察し、該観察した形状をCADデータに変換する工程と、該変換された欠陥形状CADデータに対してCAMの機械加工で用いられているカッターロケーションシミュレーションを用いて加工時間が最も短くなる刃先経路を求める工程と、該求めた刃先経路をAFM加工装置の探針の走査手順に変換する工程と、該変換した走査手順に従ってAFM加工装置の探針を移動してスクラッチ加工して欠陥を除去する工程と、を含むことを特徴とする原子間力顕微鏡加工装置を用いたフォトマスク欠陥修正方法。
2. フォトマスクの欠陥を原子間力顕微鏡で観察し、該観察した形状をCADデータに変換する工程と、該変換された欠陥形状CADデータに対してCAMの機械加工で用いられているカッターロケーションシミュレーションを用いて刃先経路を求める工程と、該求めた刃先経路にて加工した場合の形状を切削シミュレーションで予測する工程と、該予測した加工形状で転写シミュレーションを行い加工個所の透過率を求める工程と、該求めた透過率が必要とされる値を満たすことを確認してから前記刃先経路にて原子間力顕微鏡加工装置の探針を移動して欠陥を除去する工程と、を含むことを特徴とする原子間力顕微鏡加工装置を用いたフォトマスク欠陥修正方法。
3. 前記刃先経路として、粗加工工程用の刃先の経路と、前記粗加工工程用の刃先に比べて微細な仕上げ加工工程用の刃先の経路を求め、まず粗加工工程用の刃先を用いて粗加工刃先経路で加工を行い、引き続き仕上げ加工刃先にて仕上げ加工刃先経路で加工して欠陥を修正することを特徴とする請求項１記載の原子間力顕微鏡加工装置を用いたフォトマスク欠陥修正方法。

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