JP2007320017A

JP2007320017A - 原子間力顕微鏡微細加工装置を用いた加工方法

Info

Publication number: JP2007320017A
Application number: JP2006155994A
Authority: JP
Inventors: Kazushige Kondo; 和茂近藤; Masatoshi Yasutake; 正敏安武; Takuya Nakagami; 卓哉中上; Osamu Takaoka; 修高岡; Atsushi Uemoto; 敦上本; Kazutoshi Watanabe; 和俊渡辺; Yoshiaki Shikakura; 良晃鹿倉
Original assignee: SII NanoTechnology Inc
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2007-12-13
Also published as: US20070278177A1

Abstract

【課題】原子間力顕微鏡技術を用いた微細加工装置のオーバーエッチや削り残しのない除去加工のスループットを向上させる。
【解決手段】被加工材質より硬い探針1を有する原子間力顕微鏡のカンチレバー2のZピエゾのフィードバック制御系9を切って高さを狙いとする高さに固定した状態で被加工領域3のみ選択的に繰り返し走査(たわみを検知する場合カンチレバー２と平行、ねじれを検知する場合カンチレバーと垂直)しながら機械的な加工を行っているときのカンチレバー2のたわみまたはねじれを4分割光検出器7でモニターし、たわみ量またはねじれ量、即ちカンチレバー2の弾性変形量が設定閾値以下になるまで加工を繰り返す。終点検出のための高さ情報を取得するための観察のスキャンを行う必要がないので、加工のスループットを向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は原子間力顕微鏡技術を応用した微細加工装置を用いた加工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、実用的な加工機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)。原子間力顕微鏡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)よりも硬い原子間力顕微鏡探針を用いて観察時には通常の原子間力顕微鏡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、加工時にはフィードバックを切って硬い探針を下地ガラス面と同じ高さ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。原子間力顕微鏡によるフォトマスク余剰欠陥修正は、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観察・加工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。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が悪かったり、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原子間力顕微鏡による機械的な除去加工で精確な形状や高精度な加工が必要とされる。

従来、上記原子間力顕微鏡をベースにしたフォトマスクのパターン余剰欠陥の修正装置では余剰欠陥を含む領域を観察して加工領域(余剰欠陥領域)決定後、削り過ぎない程度の除去加工と高さ情報取得のための観察を交互に行い、ガラス面に達した領域を除いて削り残した部分のみ次回の除去加工することを繰り返してオーバーエッチや削り残しができるだけ少なくなるような加工を行っていた。加工の時間よりも加工領域の高さ情報取得のための観察の方が、時間がかかる場合もあり、加工と観察を何度も繰り返すため修正に時間がかかり、スループットを低くしていた(例えば特許文献１)。
Y. Morikawa, H. Kokubo, M. Nishiguchi, N. Hayashi, R. White, R. Bozak, and L. Terrill,Proc. of SPIE 5130 520-527(2003) 特開２００５−２６６６５０号公報（第2頁の第2欄）

本発明は上記問題点を解決し、原子間力顕微鏡技術を用いた微細加工装置を用いた加工方法において、オーバーエッチや削り残しのない除去加工の高スループット化を目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明における原子間力顕微鏡微細加工装置を用いた加工方法においては、平面基板上に出っ張りとして存在する被加工領域を、被加工材質より硬い探針を有する原子間力顕微鏡微細加工装置を用いて除去する加工方法において、カンチレバーの基部の高さを狙いとする高さに固定した状態で、カンチレバーを平面方向に走査してカンチレバーの端部に設けられた探針を平面方向に走査することにより被加工領域を選択的に繰り返し除去加工し、該除去加工を行っているときのカンチレバーの弾性変形量をモニターし、該弾性変形量から加工の終点検出を行う。

上記狙いとする高さは、例えば、カンチレバーが弾性変形していない状態で探針が平面基板上に接する高さとする。このとき狙った高さに対して被加工材料が残っている場合にはカンチレバーを平面方向に走査中にカンチレバーの端部に設けられた探針先端は被加工材料と衝突するためカンチレバーは弾性変形し、この弾性変形量は増加する。狙った高さまで加工されている場合はカンチレバーを平面方向に走査中に探針先端は被加工材料と衝突しないため弾性変形量の増加は見られない。

ここにおいて、前記平面方向を、カンチレバーの長さ方向にしたり、カンチレバーの幅方向にしたりする。前記平面方向がカンチレバーの長さ方向である場合には、前記弾性変形量は、カンチレバーのたわみ量であり、前記平面方向がカンチレバーの幅方向である場合には、前記弾性変形量は、カンチレバーのねじれ量である。

また、加工時のカンチレバーの弾性変形量を平面方向の所定位置において求めることで二次元的にモニターし、弾性変形量が設定閾値以下になった領域は加工の終点とみなし、次回の加工では終点に達した領域を除いた加工領域で除去加工を継続する。削り残しが生じないように加工領域がすべて終点になるまで除去加工を繰り返す。

更に終点に達するまでの加工回数を減らしてトータルの加工時間を短縮するために、加工時に検出された弾性変形量の二次元分布を求め、弾性変形の大きさに応じて次回の設定加工高さを二次元的に制御して除去加工を行い、その後再度狙った高さに固定して加工を行って加工の終点を検出することを繰り返す。

加工時のカンチレバーの弾性変形量で加工の終点検出を行うため、高さ情報を取得するための観察のスキャンを行う必要がないので、トータルの加工時間を短縮することができる。
たわみまたはねじれの大きさに応じて次回の設定加工高さを二次元的に制御して除去加工を行うと、たわみまたはねじれの大きいところの加工量が大きく、たわみまたはねじれの少ないところはあまり削れないので狙った高さで加工を続けるよりも終点に達するまでの加工回数を減らすことができる。

以下に本発明の実施例としてフォトマスクの黒欠陥(余剰欠陥)修正を例にとって図面を用いて詳細に説明する。

欠陥検査装置の欠陥検査で余剰欠陥が見つかったフォトマスクを被加工材質より硬い探針（例えばダイヤモンドでできた探針）を有する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高精度XYステージを移動する。観察の時にはカンチレバーのたわみ量でZピエゾのフィードバックをかけた状態で、原子間力顕微鏡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を含む領域のイメージングを行う。得られたイメージに対して欠陥のない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加工の必要な欠陥部分を抽出し認識する。

図１は、加工時のカンチレバーのたわみ量で加工の終点検出を行う場合を説明する図である。そして、この実施例は、たわみ量の検出を光てこ方式の4分割光検出器で検出する場合を示している。

レーザー光源10から出射され、探針１が設けられた部分のカンチレバー2の背面で反射されたレーザー光6は、カンチレバー2にたわみのない場合は4分割光検出器7の中心に当たるように調整されている。カンチレバー2にたわみがある場合には4分割光検出器7の中心からずれた位置にレーザー光6が当るため、4分割検出器7の出力を調べることによりたわみ存否の検出が可能である。又、カンチレバー2の背面で反射されたレーザー光6の、4分割光検出器7の中心からずれ量からたわみの量も見積もることができる。

加工時には、カンチレバー２の基部をその下端に固定したＺピエゾ8のフィードバック制御系9を切る。Ｚピエゾ8の下端をＺ方向に所定量移動し、カンチレバー２の基部を狙いとする高さにする。カンチレバー２の基部の高さを固定した状態で、遮光膜４の余剰欠陥3を選択的に繰り返しカンチレバー2の長さ方向に走査して機械的な加工で欠陥を除去する。狙いとする高さは、バイナリマスクやハーフトーン型位相シフトマスクでは最終的には、探針１の先端がガラス面5に接する高さで、レベンソン型位相シフトマスクの場合は基準となるガラス面に接する高さである。いきなりガラス面の高さに加工の狙い高さを指定してオーバーエッチが生じてしまう場合には狙いとする高さを段階的にガラス面に達するまで徐々に下げて除去加工を行う。検出された加工時のカンチレバー2のたわみ量を走査に同期して平面方向において二次元的にモニターし、狙った高さに対して被加工材料(余剰欠陥3)が残っている場合には、カンチレバー2の長さ方向に走査中に探針1の先端は被加工材料(余剰欠陥3)と衝突するためカンチレバー2はたわみ、検出されるたわみ量は増加する(図1(a))。狙った高さまで加工されている場合は、カンチレバー2の長さ方向に走査中に探針1先端は被加工材料(余剰欠陥3)と衝突しないためたわみ量の増加は見られない(図1(b))。たわみ量が設定閾値以下になった領域は加工の終点とみなし、次回の加工では終点に達した領域を除いた加工領域で除去加工を継続する。削り残しが生じないように、認識した欠陥領域がすべて終点(最終的にはガラス面5または基準となるガラス面)になって欠陥が完全に除去できるまで除去加工を繰り返して修正を行う。

上記では加工時のカンチレバー2のたわみ量の検出を光てこ方式の4分割光検出器で検出する場合の説明を行ったが、もちろん自己検知方式のピエゾ抵抗変化、光干渉計方式の距離変化のいずれを用いたたわみ量検出でも終点検出を行うことができる。

上記の図１に示した実施例においては、加工時のカンチレバー２のたわみ量で加工の終点検出を行うため、加工の途中で、時間のかかる高さ情報を取得するための観察のスキャンを行う必要がない。そのため欠陥修正のスループットを向上することができる。

図２は、加工時のカンチレバー2のねじれ量で加工の終点検出を行う場合を説明する図であり、ねじれ量の検出を光てこ方式の4分割光検出器で検出する場合を示している。カンチレバー２にねじれがある場合においても、4分割光検出器7の中心からずれた位置にレーザー光6が当るため、4分割検出器7の出力を調べることによりねじれの存否とその量の検出が可能である。

この場合においては、探針１をカンチレバー2の幅方向に走査して機械的な加工で欠陥を除去する。幅方向に走査するので、カンチレバー２の端部にねじれが生じこのねじれ量を弾性変形量として検出する。すなわち、狙った高さに対して被加工材料(余剰欠陥3)が残っている場合にはカンチレバー2の幅方向に走査中に探針1先端は被加工材料(余剰欠陥3)と衝突するためカンチレバー2はねじれ、検出されるねじれ量は増加する(図2(a))。狙った高さまで加工されている場合は走査中に探針1先端は被加工材料(余剰欠陥3)と衝突しないためねじれ量の増加は見られないので(図2(b))設定閾値以下になった領域は加工の終点とみなし、次回の加工では終点に達した領域を除いた加工領域で除去加工を継続する。

上記加工においては、加工時のカンチレバー2のねじれ量で加工の終点検出を行うため、加工の途中で高さ情報を取得するための時間のかかる観察のスキャンを行う必要がない。そのため欠陥修正にかかる時間を短縮でき、スループットを向上することができる。

図１を参照して説明した上記のたわみ量を用いた終点検出で、終点に達するまでの加工回数を減らすために、図3に示すように欠陥加工時に検出されたカンチレバー2のたわみ量の二次元分布を求め、たわみの大きさに応じて次回の設定加工高さを二次元的に制御して(たわみ量の大きいところは設定加工高さを低くして)除去加工を行い、その後再度狙った高さで加工を行って加工の終点を検出することを繰り返せば、たわみの大きいところは狙いとする高さよりも加工高さを低くしているので加工量が大きく、たわみの少ないところは狙いの高さに近くあまり削らないので、狙いとする高さのまま加工を続けるよりも終点(最終的にはガラス面または基準となるガラス面)に達するまでの加工回数を減らすことができ、欠陥修正のトータル時間を短縮することができる。

図２を参照して説明した上記のねじれ量を検出する場合も同様に、図4に示すように加工時のカンチレバー2のねじれ量の二次元分布を求め、ねじれの大きさに応じて次回の設定加工高さを二次元的に制御して(ねじれ量の大きいところは設定加工高さを低くして)除去加工を行い、その後再度狙った高さでの加工を行って加工の終点を検出することを繰り返せば、ねじれの大きいところは狙いとする高さよりも加工高さを低くしているので加工量が大きく、ねじれの少ないところは狙いの高さに近くあまり削れないので、狙いとする高さのまま加工を続けるよりも終点最終的にはガラス面または基準となるガラス面)に達するまでの加工回数を減らすことができ、欠陥修正のトータル時間を短縮することができる。

以上フォトマスクの余剰欠陥除去を例にとって本発明を説明したが、フォトマスクの欠陥修正に限らず高さ方向の精度や加工底面の一様性の求められる加工に関しては同じ方法を適用することができる。

加工時のカンチレバーのたわみ量で加工の終点検出を行う場合を説明する図である。(a)は加工の終点に達していない場合、(b)は加工の終点に達している場合である。加工時のカンチレバーのねじれ量で加工の終点検出を行う場合を説明する図である。(a)は加工の終点に達していない場合、(b)は加工の終点に達している場合である。加工時のたわみ量から、たわみの大きさに応じて次回の設定加工高さを変える場合を説明する図である。加工時のねじれ量から、ねじれの大きさに応じて次回の設定加工高さを変える場合を説明する図である。

符号の説明

１探針
２カンチレバー
３余剰欠陥
４遮光膜
５ガラス面
６レーザー光
７ 4分割検出器
８ Zピエゾ
９フィードバック制御系
１０レーザー光源

Claims

平面基板上に出っ張りとして存在する被加工領域を、被加工材質より硬い探針を有する原子間力顕微鏡微細加工装置を用いて除去する加工方法において、
カンチレバーの基部の高さを狙いとする高さに固定した状態で、前記カンチレバーを平面方向に走査して前記カンチレバーの端部に設けられた探針を平面方向に走査することにより、被加工領域を選択的に繰り返し除去加工し、該除去加工を行っているときのカンチレバーの弾性変形量をモニターし、該弾性変形量から加工の終点検出を行う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加工方法。
前記狙いとする高さは、カンチレバーが弾性変形していない状態で探針が前記平面基板上に接した高さである請求項１記載の原子間力顕微鏡微細加工装置を用いた加工方法。
前記平面方向は、カンチレバーの長さ方向であり、前記弾性変形量は、カンチレバーのたわみ量である請求項１記載の原子間力顕微鏡微細加工装置を用いた加工方法。
前記平面方向は、カンチレバーの幅方向であり、前記弾性変形量は、カンチレバーのねじれ量である請求項１記載の原子間力顕微鏡微細加工装置を用いた加工方法。
前記除去加工時に検出された弾性変形量の平面方向における二次元的な分布に応じて、次回の設定加工高さ分布を調整して除去加工を行う工程と、再び狙いとする高さに固定した加工でカンチレバーの弾性変形量をモニターして終点検出を行う工程を繰り返すことを特徴とする請求項１記載の原子間力顕微鏡微細加工装置を用いた加工方法。
前記弾性変形量の検出を光てこ方式を用いて行うことを特徴とする請求項１記載の原子間力顕微鏡微細加工装置を用いた加工方法。
前記弾性変形量の検出を自己検知方式を用いて行うことを特徴とする請求項１記載の原子間力顕微鏡微細加工装置を用いた加工方法。
前記光てこ方式において、カンチレバーで反射され入力される光の4分割検出器における差分値を用いて行うことを特徴とする請求項６記載の原子間力顕微鏡微細加工装置を用いた加工方法。