JP2008158499A - フォトマスクの欠陥修正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子ビームまたはガスフィールドイオン源から発生するヘリウムイオンビームを用いた微細加工装置によるフォトマスク欠陥修正の問題点を解決する。
【解決手段】 独立に駆動できる複数の探針を有するAFMを付加した電子ビームまたはガスフィールドイオン源から発生するヘリウムイオンビーム微細加工装置で、導電性探針6を接触させることで欠陥を含む孤立したパターン9を接地して、電子ビーム1によるチャージアップを防止しながら黒欠陥8を修正する。観察範囲内に複数の孤立パターンがあり、欠陥を含む孤立パターンを設置してもチャージアップの影響が出る場合には、複数の導電性探針でそれぞれの孤立パターンを接地してチャージアップの影響を抑える。独立に駆動できる探針のうち1本の探針で、電子ビームまたはガスイオンビームエッチングで加工中の欠陥の高さを測定して終点検出を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は電子ビームまたはガスフィールドイオン源から発生するヘリウムイオンビームを用いた微細加工装置における電子ビームまたはガスフィールドイオン源から発生するヘリウムイオンビームを用いたフォト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波長の短波長化と高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が、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ず、縮小投影露光装置の光源の波長の短波長化により集束イオンビームではプライマリービームとして使用するガリウムの注入によるガラス部のイメージングダメージ(透過率の低下)が問題となってきており、微細なパターンの欠陥が修正できてイメージングダメージのない欠陥修正技術が求められている。

このような背景から最近では電子ビームによるガスアシストエッチングで黒欠陥を修正し、電子ビームCVDで遮光膜を堆積して白欠陥を修正する電子ビームフォトマスク欠陥修正装置が開発されている(非特許文献1)。また、電子ビームの他に、希ガスイオンビームを用いてもイメージングダメージを与えないことが知られている（非特許文献２）。電子ビームや希ガスイオンビームでイメージング及び加工を行うと、高分解能であり、かつガリウム注入による透過率の低下が起こらない。
K. Edinger, H. Becht, J. Bihr, V. Boegli, M. Budach, T. Hofmann, H. P. Coops, P. Kuschnerus, J. Oster, P. Spies, and B. Weyrauch, J. Vac. Sci. Technol. B22 2902-2906(2004) B.W.Ward, John A, Notte, and N.P.Economou,"Helium ion microscope: A new tool for nanoscale microscopy and metrology", J.Vac.Sci. Technol. B, Vol 24, No.6, Nov/Dec 2006 日本表面科学会編、ナノテクノロジーのための走査電子顕微鏡技術143-151(2004)、丸善 青野正和、中山知信、桑原裕司、赤井恵、応用物理 75 285-295(2006)

従来の電子ビームまたはガスフィールドイオン源から得られるヘリウムイオンビームを用いたフォトマスク欠陥修正方法においては、ビームを孤立パターン等の比較的小さな金属膜パターンに照射して欠陥を修正する時に、フォトマスクがガラス上に光を遮るための金属膜を堆積したものなので、電子ビームまたはガスフィールドイオン源から得られるヘリウムイオンビーム照射でチャージが蓄積されチャージアップが発生する。チャージアップにより二次電子像の像質の低下やドリフトが発生して加工精度を低下させてしまうという問題があった。

また電子ビームまたはガスフィールドイオン源から得られるヘリウムイオンビームイメージには高さ情報がないため、材質に依存した二次電子放出強度の差で終点検出を行っているが、チャージアップしやすい孤立欠陥や孤立パターンにある欠陥では終点検出に失敗することが多かった。またもともと二次電子放出強度の差の少ない材質の組み合わせやレベンソンマスクのガラスバンプのような同じ材質では材質に依存した二次電子放出強度の差では終点検出できないという問題があった。

最近微細領域の電気物性を明らかにするために走査型電子顕微鏡に独立に駆動できる多探針STM（走査型プローブ顕微鏡）機能を付加した装置で4端子測定が行われるようになってきている(例えば非特許文献３)。この装置は走査型電子顕微鏡の試料ステージ上に、コンパクトなSTM(独立駆動可能)の複数の探針を電子ビームが照射される位置に、それぞれの探針が近づける配置で4つ配置したもので、それぞれの探針を独立して所望の位置に制御できるので微細な領域の4端子測定を行うことができる。電子ビームによる各探針位置のモニタリング機能や、駆動部のコンパクト化や探針としてカーボンナノチューブを使うことにより20nm以下の間隔まで探針を近づけることが可能になってきている(非特許文献４)。コンパクト化可能な自己検知型のカンチレバーを用いることにより原子間力顕微鏡(AFM)でも同じ構成で多探針AFM（複数の独立に駆動可能な探針を有するAFM）を実現できる。

そこで、本発明は上記問題点を解決し、電子ビームまたはガスフィールドイオン源から得られるヘリウムイオンビーム微細加工装置に多探針AFMを組み合わせることで、ビームによるマスク欠陥修正時に、孤立パターンや孤立欠陥に電子がチャージすることが防止でき、従って、像質や加工精度の低下を防ぎ、更には正確に終点検出のできる電子ビームまたはヘリウムイオンビームを用いたフォトマスク欠陥修正方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の電子ビームまたはガスフィールドイオン源から得られるヘリウムイオンビームを用いたマスク欠陥修正方法においては、走査型電子顕微鏡に、独立駆動可能な、端部に探針を有する自己検知式のカンチレバーを複数有するAFMを複合化させる。具体的にはAFMの各探針を、電子ビームまたはヘリウムイオンビームを用いたマスク欠陥修正方法の問題点である孤立パターンのチャージアップ抑制、加工終点検出、異物除去、電子ビームで削れない材質の黒欠陥除去に応用する。

すなわち、電子ビームまたはガスフィールドイオン源から得られるヘリウムイオンビーム微細加工装置のビーム照射位置に、独立に駆動可能な探針を複数有するAFMの該探針のうちの導電性探針を、欠陥を含む孤立パターンに接触させることで
孤立パターンを接地してビームによるチャージアップを防止しながら欠陥を修正するようにした。

この時、観察範囲内に複数の孤立パターンがあり、欠陥を含む孤立パターンを設置してもチャージアップの影響が出る場合には、複数の導電性探針でそれぞれの孤立パターンを接地してチャージアップの影響を抑える。

又、該探針のうち上記導電性探針とは別の探針で、電子ビームまたはガスフィールドイオン源から得られるヘリウムイオンビームで加工中の欠陥の高さを測定しながら欠陥を修正する。

さらに前記導電性探針として導電性カーボンナノチューブあるいはカーボンナノチューブに導電性膜をコートしたものを使用する。これにより、探針の先端を小さくできるので、密集した孤立パターンもしくは小さな孤立パターンのチャージアップを抑制できる。

そして、上記欠陥の高さを測定する探針としてカーボンナノチューブまたは電子ビームデポまたはガスフィールドイオン源から得られるヘリウムイオンビームデポで作成したカーボン微細探針を使用する。これにより、測定すべき加工個所がアスペクト比の高い穴であっても、高さ測定が可能である。

また、上記欠陥の高さを測定する探針を有するカンチレバーとして、バイモルフ型のものを使用する。これにより、カンチレバーの伸張と湾曲により、加工位置への探針の接近と退避の時間を短縮できるので、加工の終点検出時間の短縮が可能となる。ここでバイモルフ型のカンチレバーは線膨張係数が異なる部材を貼り合せたもので、打ち込んだ拡散抵抗に通電するなどして加熱すると湾曲する。温度(通電加熱の場合は電流)を制御することにより湾曲量を制御することができるので、終点検出を必要としない時はカンチレバーを湾曲させて電子ビーム照射経路から退避させ、終点検出が必要な時は伸張させて近づけ、電子ビームまたはガスフィールドイオン源から得られるヘリウムイオンビームエッチングで加工中の欠陥の高さを測定して終点検出を行う。

導電性探針で孤立したパターンに導通をとることにより、電荷の過剰な蓄積によるチャージアップを防止することができる。チャージアップを抑えることで、チャージアップによるドリフトもなくなり像質も改善するので欠陥の誤認識もなくなり、精度の高い欠陥修正を行うことができる。接地位置調整に走査プローブ顕微鏡ユニットを使用するため、斜めから入れるマニピュレータのような位置調整の扱い難さがなく、単純なXYZ移動で位置の調整が行いやすい。

また、加工位置の高さ計測を行うことで、二次電子放出の材質依存性に基づいた加工の終点検出よりも高い信頼性で終点検出を行える。さらにレベンソンマスクのガラスバンプ修正のような、欠陥部が基板と同じ材質でできている場合においても、終点検出が可能である。

導電性探針としてカーボンナノチューブを用いることで、小さな孤立パターンも接地することができる。またアスペクト比の高い形状をしているので、孤立パターンが密集している場合も複数箇所の設置が可能である。電子ビームやヘリウムイオンビームは質量が小さいため、ガリウムイオンビームのように照射でカーボンナノチューブを壊してしまうこともない。

終点検出に、先端径が小さくアスペクト比が高い、カーボンナノチューブまたは電子ビームまたはヘリウムイオンビームデポで作成したカーボン微細探針を用いることで、測定すべき加工個所がアスペクト比の高い場合でも正確な高さを求めることができる。

終点検出にバイモルフ型カンチレバーに設けられた探針を用いることで、一度欠陥にアプローチする位置を求めておけば、次回からはステージ移動なしでバイモルフ型カンチレバーへの通電のON/OFFで高速で探針の逃げとアプローチを行えるので、XYステージの移動や接地取り直し時間を無くすことができ、終点検出の時間を短縮することができる。

以下に本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、孤立パターンの黒欠陥8を修正する場合を説明する概略断面図であり、図２は、孤立パターンの白欠陥14を修正する場合を説明する概略断面図である。

欠陥を有する、パターン10とガラス基板11とからなるフォトマスクを遮光膜原料ガス導入系13とガスアシストエッチング用のガス導入系7を有する電子ビーム微細加工装置に導入し、欠陥検査装置で見つかった欠陥位置にステージ移動する。黒欠陥8あるいは白欠陥14は、ガス導入系7あるいは13からのガスを黒欠陥8あるいは白欠陥14上に供給すると共に、電子源２から発生した電子ビームをコンデンサレンズ３にて整え、対物レンズ４で黒欠陥8あるいは白欠陥14上に絞ることにより、エッチングあるいはデポジションにより修正する。

この時、修正すべき黒欠陥8,あるいは白欠陥14が、孤立欠陥もしくは孤立パターン9に隣接していて、電子ビーム1による加工時に、電子ビーム1によるチャージアップにより像質が悪く、又電子ビーム1がドリフトして高精度な加工ができない場合には、電子ビーム微細加工装置に、独立に駆動可能な複数の探針を有するAFM機能を付加した装置で、該多探針のうちの導電性探針6を、黒欠陥8,あるいは白欠陥14を含む孤立したパターン9に接触させることで接地して、電子ビーム1によるチャージアップを防止しながら欠陥を修正する。

図1の黒欠陥の場合には、電子ビーム照射時に導電性探針6を孤立パターン9に接触させることで孤立パターン9を接地してチャージアップを抑えた状態で、イメージを取得し、黒欠陥領域8を認識する。次にガス導入系7からアシストエッチングガスを導入し、認識した黒欠陥領域のみ電子ビーム1を選択照射して黒欠陥8を除去する。

図2の白欠陥の場合には、黒欠陥の場合と同様に、導電性探針6により孤立パターン9を接地してチャージアップを抑えた状態で、イメージを取得し、白欠陥14を認識する。次にガス導入系13から遮光膜原料ガスを導入し、認識した白欠陥14のみ電子ビーム1を選択照射して遮光膜15を堆積し、白欠陥14を修正する。

欠陥観察範囲内に複数の孤立パターンがあり、欠陥を含む孤立パターンを接地してもチャージアップの影響が出る場合には、複数の導電性探針6でそれぞれの孤立パターンを接地してチャージアップの影響を抑える。孤立欠陥もしくは孤立パターン9が小さい、もしくは密集していて従来の導電性探針6では接地が難しい場合には、図4に示すように先端径が小さくアスペクト比の優れた導電性のカーボンナノチューブまたはカーボンナノチューブに導電性膜をコートした探針16を複数用いて複数の孤立パターンの接地を行う。

図３は、電子ビーム1による黒欠陥修正時に、高さ測定により終点検出を行う場合を説明する概略断面図である。

黒欠陥修正時に加工の終点検出が必要な場合には、電子ビーム1による加工を途中で中断し、図3に示すようにガラス基板11を載置したステージ（図示しない）を、電子ビーム照射位置とAFM探針のオフセット分移動させ、黒欠陥8をAFM探針位置下に移動した後、マスクに垂直に取り付けられたAFMの高さ測定用探針12で、電子ビームエッチングで加工中の黒欠陥8の高さを測定する。測定してまだ黒欠陥8が残っている場合には、ステージをオフセット分戻し、電子ビーム1により再度加工領域を確認してから、AFM測定により得られた黒欠陥8の高さから必要な電流照射量を計算し、再度アシストエッチングガス雰囲気化で電子ビーム1の選択照射により欠陥を修正する。加工が終点に達するまで高さ計測と再加工を繰り返す。高さを測定すべき個所がホールの底などの高アスペクト形状の場合には、図5に示すように、先端径が小さくアスペクト比が高いカーボンナノチューブまたは電子ビームデポで作成したカーボンからなる微細な高さ測定用高アスペクト探針17を用いて高さ測定を行う。

終点検出時間の短縮が必要な場合には、図６に示すように、高さ測定用探針のカンチレバーとして、高速で探針の退避と接近が行えるバイモルフ型のカンチレバー18を使用する。バイモルフとしては例えばNi基板とSi基板を貼り合わせたものを使用する。一度バイモルフ型のカンチレバー18を伸張させた状態にして、探針が欠陥にアプローチする位置を求めておき、図6(a)に示すように電子ビーム1で加工するときにはヒーターの役割を果たすカンチレバー表面に形成された拡散抵抗に通電して温度を上昇させ、NiとSiの線膨張係数の違いを利用して、カンチレバー18を湾曲させることで探針を電子ビーム照射経路から退避し、終点検出を行うときには図6(b)に示すようにカンチレバー18への通電を切って温度を下げてカンチレバー18を伸張させることで探針を黒欠陥8の位置上に配置させる。このようにすることで、AFMによる終点検出に伴うXYステージの移動や接地取り直し時間を無くすことができるので、終点検出時間を短縮することができる。

もちろんAFMの探針を使ってマスク上の柔らかい異物の除去、付着力の弱い異物の移動も可能である。バネ定数が高いカンチレバーと硬い探針を組み合わせることにより、マスク上の付着力の強い硬い異物も削り取ることが可能である。

更にバネ定数が高いカンチレバーと硬い探針を組み合わせれば、適当なアシストエッチングガスがなくて電子ビームエッチングで削れないような材質の黒欠陥除去にも適用することが可能である。

ここまで電子ビーム微細加工装置を用いたフォトマスク欠陥修正方法について説明したが、電子ビーム微細加工装置の代わりにガスフィールドイオン源を備えた微細加工装置を用いても目的を達成することができる。

ガスフィールドイオン源を備えた微細加工装置について説明する。ガスフィールドイオン源は、ソースサイズ１ｎｍ以下、イオンビームのエネルギー広がりも１ｅＶ以下にできるため、ビーム径を１ｎｍ以下に絞ることができる。このようにビーム径を小さくすることができるため、試料に対して微細な加工（エッチング、デポジション）を施すことが可能である。

ガスフィールドイオン源の動作原理は、液体窒素等の冷媒によって冷却され原子レベルで尖鋭化されたエミッタに、ガス供給源より微量のガス（例えばヘリウムガス）を供給する。エミッタと引出電極との間に電圧が印加すると、鋭く尖ったエミッタ先端には非常に大きな電界が形成され、エミッタに引き寄せられたヘリウム原子はイオン化され、イオンビームとして放出される。エミッタの先端は極めて尖鋭な形状であり、ヘリウムイオンはこの先端から飛び出すため、ガスフィールドイオン源から放出されるイオンビームのエネルギー分布幅は極めて狭く、従来のプラズマ型ガスイオン源や液体金属イオン源と比較して、ビーム径が小さくかつ高輝度のイオンビームを得ることができる。

電子ビーム微細加工装置の代わりに上述したガスフィールドイオン源を備えた微細加工装置を用いても、ヘリウムのガスイオンはスパッタリング効果がガリウムイオンに比べて小さいので、導電性探針6としてカーボンナノチューブを用いた場合でも、ビーム照射でカーボンナノチューブを壊してしまうこともないため、電子ビーム1の場合と同様にして多探針AFMと組み合わせてマスク欠陥を修正することができる。すなわち、図１から図６において、電子ビーム１の代わりにガスフィールドイオン源から発生するヘリウムイオンビームを用いても本願目的は達せられる。

本発明で孤立パターンの黒欠陥を修正する場合を説明する概略断面図である。 本発明で孤立パターンの白欠陥を修正する場合を説明する概略断面図である。 本発明で高さ測定により終点検出を行う場合を説明する概略断面図である。 導電性カーボンナノチューブまたはカーボンナノチューブに導電性膜をコートした探針で微細な孤立パターンのチャージアップを抑制する場合を説明する概略断面図である。 微細な径のアスペクトの高い探針で高アスペクトな形状の高さを測定する場合を説明する概略断面図である。 バイモルフ型のカンチレバーを用いて加工個所の高さを測定する場合を説明する概略断面図である。

符号の説明

１ 電子ビーム
２ 電子源
３ コンデンサレンズ
４ 対物レンズ
５ 偏向器
６ 導電性探針
７ アシストエッチングガス導入系
８ 黒欠陥
９ 孤立パターン
１０ パターン
１１ ガラス基板
１２ 高さ測定用探針
１３ 遮光膜原料ガス導入系
１４ 白欠陥
１５ 遮光膜
１６ 導電性カーボンナノチューブまたはカーボンナノチューブに導電性膜をコートした探針
１７ 高さ測定用高アスペクト探針
１８ バイモルフ型のカンチレバー

Claims (5)

1. 電子ビームまたはガスフィールドイオン源から発生するヘリウムイオンビームを用いた微細加工装置に、独立に駆動できる複数の探針を有するAFMを付加した装置で、電子ビームまたはガスフィールドイオン源から発生するヘリウムイオンビームによるフォトマスクの欠陥修正時に、前記複数の探針のうちの導電性探針を、欠陥を含む孤立パターンに接触させることで孤立パターンを接地して電子ビームまたはガスフィールドイオン源から発生するヘリウムイオンビームによるチャージアップを防止しながら欠陥を修正することを特徴とするフォトマスク欠陥修正方法。
2. 前記複数の探針のうちの前記導電性探針とは別の探針で、電子ビームまたはガスフィールドイオン源から発生するヘリウムイオンビームで加工中の欠陥の高さを測定しながら欠陥を修正することを特徴とする請求項１記載のフォトマスク欠陥修正方法。
3. 前記導電性探針が導電性カーボンナノチューブあるいはカーボンナノチューブに導電性膜をコートしたものであることを特徴とする請求項１または２記載のフォトマスク欠陥修正方法。
4. 前記欠陥の高さを測定する探針がカーボンナノチューブまたは電子ビームデポまたはガスフィールドイオン源から発生するヘリウムイオンビームデポで作成したカーボン微細探針であることを特徴とする請求項２記載のフォトマスク欠陥修正方法。
5. 前記欠陥の高さを測定する探針を有するカンチレバーがバイモルフ型であり、電子ビームまたはガスフィールドイオン源から発生するヘリウムイオンビームでの加工時は、カンチレバーを湾曲させて電子ビームまたはガスフィールドイオン源から発生するヘリウムイオンビーム照射経路から退避させることを特徴とする請求項２記載のフォトマスク欠陥修正方法。

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