JP2010002231A - 高さ制御性に優れた原子間力顕微鏡を用いた微細加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ドリフトがあっても高さ制御性の良い原子間力顕微鏡を用いた加工方法を提供する。
【解決手段】 時間が短く極端に大きくない範囲での熱ドリフト量は、線形で近似できる。そこで、主に熱ドリフトの寄与を補正する。時間差をおいた２回の高さ測定から高さ方向のドリフト速度を算出し、加工開始時にドリフトによる高さずれを予測したガラス基板の高さに設定して高さを固定したままＡＦＭ探針で機械的な加工で黒欠陥を除去する。もしくは時間差をおいて高さ測定を行って高さ方向のドリフト速度を算出し、ドリフト速度が５ｎｍ／ｍｉｎ以下に収束した後、ガラス基板の高さに設定・固定したままＡＦＭ探針で機械的な加工を行い黒欠陥を除去する。
【選択図】 図1

Description

本発明は原子間力顕微鏡を用いた微細領域の機械的な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(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に固定してガラス面の上にある余剰欠陥部分を走査によって物理的に除去加工することで行われている。更に、この場合は、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におけるチャージアップによる欠陥の観察・加工がし難いという問題をも克服し、孤立欠陥も適正に修正できることが判っている。そのため、最近では、マスク製造現場でもＡＦＭをベースとした装置による欠陥修正法が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低い場合や、オーバーエッチや削り残しがあ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問題があるため、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。

また、欠陥修正では、透過率や修正精度とともに、ウェーハ転写時のデフォーカスの際の正常部と欠陥修正部とのＣＤ値のずれが実使用上重要な要素となる。なぜならば、該ずれの大きさは、加工領域のガラス基板の削りこみ高さに依存するためであり、尤度を確保するためには高さ制御性が重要となる(非特許文献1)。

更に、高さ方向のドリフトがあると高さ基準を測定して実際に加工を開始するまでに時間がかかるため、狙った高さからずれが発生し、加工個所の高さ制御性を低下させていた。このような高さ方向のドリフトは、試料と装置内環境の温度差に起因する熱や粗動機構としてボールネジのステージを使っている場合などにはボールネジの摩擦による熱による膨張（以下、熱ドリフトという）等により発生する。上述したデフォーカスの際に尤度を確保するためには、極力ドリフトの影響を加味した高さ制御性に優れる加工が望まれている。
T. Amano, M. Nishiguchi, H. Hashimoto, Y. Morikawa, N. Hayashi, R. White, R. Bozak, and L. Terrill, Proc. of SPIE Vol.5256 538-545(2003)

本発明は、特に熱等による高さ方向のドリフトがあっても制御性の良い原子間力顕微鏡を用いた微細領域の機械的な加工方法の提供を目的とする。

特に、熱ドリフトは、時間が短く極端に大きくない限りそのドリフト量が線形で近似できることが判っている。その性質を利用し、高さ方向のドリフトのうち、主に熱ドリフトの寄与分を補正する。まず、同じ目標に対する任意の時間差をおいた２回の高さ測定の測定値の差から、高さ方向のドリフト速度を算出し、該算出したドリフト速度に応じて予測したドリフト量を高さ方向の補正値として加工時の目標の高さ位置を補正し、フィードバックを解除し補正後の高さに固定した被加工材質よりも硬い探針による機械的な加工で所定の被加工部の除去を行う。

あるいは熱ドリフトは、装置の稼働時間の経過により収束していく性質を利用し、前記したようにドリフト速度を算出する際、該ドリフト速度が５ｎｍ／ｍｉｎ以下になるのを待つ。次に、該速度に至ったら、フィードバックを解除して、目標の高さ位置に固定した被加工材質よりも硬い探針により機械的な加工を行うことで被加工部の除去を行う。なお、現在マスク修正に要求される品質として、１箇所の加工時間が１分以内である。従って、前記ドリフト速度が５ｎｍ／ｍｉｎ以下に収束した後に加工することによって、その品質を満たすことが可能となる。

あるいは、同一の位置に対して任意の回数の加工を行う際、加工回毎に加工開始時に前記したドリフト速度に応じて予測したドリフト量を高さ方向の補正値として目標高さの補正を行い、フィードバックを解除した後、該高さに設定・固定して被加工材質よりも硬い探針による機械的な加工を行うことで認識した被加工部を除去する。設定した回数の加工が終わるまで予測したドリフト量による固定高さ補正と加工を繰り返す。

また、加工領域の面積が大きい場合には、加工領域を適当な大きさのブロックに分割して、分割したブロックを一つずつ加工していく。この場合も、各ブロック毎に加工開始時に前記したドリフト速度に応じて予測したドリフト量を高さ方向の補正値として目標の高さ位置の補正を行い、該高さに設定した後フィードバックを解除し、高さを固定して被加工材質よりも硬い探針による機械的な加工で認識した被加工部の除去を行う。全てのブロックの加工が終了するまで予測したドリフト量による固定高さ補正と加工を繰り返す。

あるいは、加工領域の面積が大きい場合には、加工領域を適当な幅のラインに分割して、分割したラインを一つずつ加工していくこともできる。この場合も、各ライン毎に加工開始時に前記ドリフト速度に応じて予測したドリフト量を高さ方向の補正値として目標の高さ位置の補正を行い、該高さに設定した後フィードバックを解除し、高さを固定して被加工材質よりも硬い探針による機械的な加工で設定した被加工部の除去を行う。全てのラインの加工が終了するまで予測したドリフト量による固定高さ補正と加工を繰り返す。

高さ方向のドリフトについては、そのドリフト量を予測して高さ方向のずれを補正するために、極めて高さ制御性に優れた加工を行うことができる。

特に、高さ方向の熱ドリフトについては、その性質から、装置の稼動時間の経過によってドリフトが所定のドリフト速度以下に収束した後に加工を開始するため、極めて高さ制御性に優れた加工を行うことができる。

同一の位置に対して任意の回数の加工を行う場合であっても、高さ方向のドリフトにつては、そのドリフト量を予測して、加工回毎に加工開始時に高さ方向のずれを補正するために、極めて高さ制御性に優れた加工を行うことができる。

更に、加工領域の面積が大きい場合には、加工領域を適当な大きさのブロックに分割して、各ブロック毎に、加工開始時に、高さ方向のドリフト量を予測して高さ方向のずれを補正するため、全ブロックの加工に時間がかかる場合であっても、極めて高さ制御性に優れた加工を行うことができる。

あるいは、加工領域の面積が大きい場合には、加工領域を適当な幅のラインに分割して、各ライン毎に、加工開始時に、高さ方向のドリフト量を予測して高さ方向のずれを補正するため、全ラインの加工に時間がかかる場合であっても、極めて高さ制御性に優れた加工を行うことができる。

以下原子間力顕微鏡微細加工装置としてフォトマスク欠陥修正装置を例に取り説明する。

本実施形態のフォトマスク欠陥修正装置は原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)をベースにした装置で、機械的な加工で黒欠陥が削れるように被加工材料よりも硬い探針(例えばダイヤモンド)と加工時にカンチレバーの捩れで刃先の位置ずれを起こさないように高いバネ定数を持った厚いカンチレバーを備えている。被加工材料よりも硬い探針は高分解能なＡＦＭイメージが得られるように先端径５０ｎｍ以下に先鋭化されている。同時に欠陥検査装置からの座標情報を取り込む機能と、高精度異物位置出しのための高精度スキャナーと高精度ＸＹステージも備えている。加工部の欠陥の探知は、先鋭化された探針を有するカンチレバーを共振させて、その振幅減衰率が一定になるようにフィードバックをかけながら（以下、ダイナミックモードという）加工表面の走査を行い、該欠陥を領域として認識することで成す。このようにして認識した欠陥領域は、ガラス基板の表面位置またはガラス基板表面から僅かに掘り込んだ位置を目標の高さ位置として、その位置に探針を固定し走査を行うことにより、そこに存在する部分を黒欠陥として選択的に除去される。除去後に発生した加工屑は、ウェット洗浄やドライアイス洗浄などで除去すればよい。

欠陥検査装置で黒欠陥が見つかったフォトマスクをＡＦＭベースのフォトマスク欠陥修正装置に導入する。欠陥検査装置で黒欠陥が見つかった位置にＸＹステージを移動し、探針をフォトマスクに近づけて１０μｍ程度の広い視野をＡＦＭ観察して黒欠陥探知し、更に狭い１〜３μｍの視野でＡＦＭ観察して除去すべき黒欠陥領域を認識する。

ここで、熱ドリフトは、時間が短く極端に大きくない限りそのドリフト量が線形で近似できることが判っている。その性質を利用し、前述の認識した黒欠陥の除去加工における高さ方向のドリフトのうち、主に熱ドリフトの寄与分を補正する。図１は、本発明の微細加工方法のフローチャートを示す。まず始めに、任意の時間差をおいた２回のガラス基板またはパターンの同じ位置に対する高さ測定の測定値の差から、高さ方向のドリフト速度を算出する。該算出したドリフト速度に応じて予測したドリフト量を高さ方向の補正値として加工時の目標の高さ位置（ガラス基板２の表面位置またはガラス基板２より数ｎｍ掘り込んだ位置）を補正し、フィードバックを解除して補正後の高さに固定したＡＦＭ加工探針４を走査することにより認識した黒欠陥領域３のみを、被加工材質よりも硬い探針による機械的な加工として選択的に除去する。この場合の探針の動作を図２に示す。このように、本発明の微細加工方法は、主として熱ドリフトに起因する高さ方向のドリフトによるずれを補正することにより、極めて高さ制御性に優れた黒欠陥修正を可能とする。

あるいは、熱ドリフトが、装置の稼働時間の経過により収束していく性質を利用して、上記高さ方向のドリフトを補正することもできる。図３には、その際のフローチャートを示す。このように、前記したダイナミックモードでの測定にてＡＦＭ探針が繰り返し接触する際、ガラス基板またはパターン上の同一位置での高さの測定を行い、前後する測定した高さの差から、高さ方向のドリフト速度を算出し、該ドリフト速度が５ｎｍ／ｍｉｎ以下に収束するのを待つ。次に、該速度にまでドリフトが収束した後、フィードバックを解除して、所定の高さ位置（ガラス基板２の表面位置またはガラス基板２より数ｎｍ掘り込んだ位置）に固定したＡＦＭ加工探針４を走査することにより、認識した黒欠陥領域３のみを被加工材質よりも硬い探針による機械的な加工として選択的に除去する。このように、本発明の微細加工方法は、主として熱ドリフトに起因する高さ方向のドリフトによるずれの収束を確認しつつ、所定の収束状態となった後に加工することにより、極めて高さ制御性に優れた黒欠陥修正を可能とする。

同一の位置に対して任意の回数の加工を行うときは、図４のフローチャートに示すように、高さ方向のドリフト速度から毎回の加工開始時に、予め算出したドリフト速度に応じて予測したドリフト量を高さ方向の補正値として目標の高さ位置の補正を行い、フィードバックを解除した後該高さに設定・固定して被加工材質よりも硬い探針による機械的な加工を行うことで認識した被加工部を除去する。設定した回数の加工が終わるまで予測したドリフト量による高さ補正と加工を繰り返す。このように、本発明の微細加工方法は、同一の位置に複数回の加工を行う場合であっても、高さ方向のドリフトのずれを逐次補正することにより、極めて高さ制御性に優れた黒欠陥修正を可能とする。

また、加工領域の面積が大きい場合には、図５のフローチャートに示すように加工領域を適当な大きさのブロックに分割して、分割したブロックを一つずつ加工していく。この場合も、各ブロック毎に加工開始時に前記ドリフト速度に応じて予測したドリフト量を高さ方向の補正値として目標の高さ位置の補正を行い、フィードバックを解除した後、該高さに設定・固定して被加工材質よりも硬い探針による機械的な加工を行うことで認識した被加工部を除去する。全てのブロックの加工が終了するまで予測したドリフト量による高さ補正と加工を繰り返す。

あるいは、加工領域の面積が大きい場合には、図６のフローチャートに示すように加工領域を適当な大きさのラインに分割して、分割したラインを一つずつ加工していく。この場合も、各ライン毎に加工開始時に前記ドリフト速度に応じて予測したドリフト量を高さ方向の補正値として目標の高さ位置の補正を行い、フィードバックを解除した後、該高さに設定・固定して被加工材質よりも硬い探針による機械的な加工を行うことで認識した被加工部を除去する。全てのラインの加工が終了するまで予測したドリフト量による高さ補正と加工を繰り返す。

このように、加工面積が面積大きく、加工に時間がかかる場合であっても、分割した各ブロック毎あるいは各ライン毎に前記したドリフト速度に応じて予測したドリフト量を高さ方向の補正値として目標の高さ位置の補正を行うことによって、極めて高さ制御性に優れた加工を可能とする。

また、上記したドリフト量の予測による補正は、高さ方向だけではなく、適切なドリフトマーカ、あるいは、その代用となるものが存在れば、ＸＹ方向への適用も可能となることは勿論である。この場合は、高さ方向と当時にＸＹ方向についてもドリフト量の予測による補正を行うため、３次元の位置決め精度が向上することから、より高精度な黒欠陥修正を可能とする。更に、装置の稼働時間の経過によるドリフト収束後の加工も、高さ方向と当時にＸＹ方向のドリフトの収束後に行うことで、より高度な黒欠陥修正を可能とする。

高さ方向のドリフト量を予測して加工を行う場合の手順を示すフローチャートである。 高さ方向のドリフト量を予測して加工を行う場合を説明する概略断面図である。 高さ方向のドリフト量が収束するのを確認してから加工を行う場合の手順を示すフローチャートである。 複数回の加工をドリフト量を予測して行う場合の手順を示すフローチャートである。 面積が大きい場合のドリフト量を予測して行う場合の手順を示すフローチャートである。 面積が大きい場合のドリフト量を予測して行う場合の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ フォトマスク(遮光膜)
２ フォトマスク(ガラス)
３ 黒欠陥
４ ＡＦＭ加工探針

Claims (4)

1. 探針によって任意の基準となる位置における１回目の高さ測定を行う工程と、
   前記１回目の測定の後、任意の時間経過後に前記１回目と同じ位置における２回目の高さ測定を行う工程と、
   前記１回目及び２回目の測定した基準位置の高さの測定値の差と前記時間差とから高さ方向のドリフト速度を算出する工程と、
   加工時に前記ドリフト速度に応じて予測したドリフト量を高さ方向の補正値として目標高さ位置の補正を行う工程と、
   前記探針を前記補正後の高さに固定する工程と、
   を備えたこと、
   を特徴とする原子間力顕微鏡を用いた加工方法。
2. 請求項１記載の原子間力顕微鏡を用いた加工方法において、
   同一の位置に対して任意の回数の加工を行う際、加工回毎に加工開始時に前記ドリフト速度に応じて予測したドリフト量を高さ方向の補正値として目標高さ位置の補正を行うこと、
   を特徴とする原子間力顕微鏡を用いた加工方法。
3. 請求項１または２記載の原子間力顕微鏡を用いた加工方法において、
   加工領域の面積が大きい場合に、該加工領域を任意の数のブロックまたはラインに分けて、各ブロック毎または各ライン毎に加工開始時に前記ドリフト速度に応じて予測したドリフト量を高さ方向の補正値として目標の高さ位置の補正を行うこと、
   を特徴とする原子間力顕微鏡を用いた加工方法。
4. 請求項１または３記載の原子間力顕微鏡を用いた加工方法において、
   前記算出するドリフト速度が、５ｎｍ／ｍｉｎ以下となった後に加工を開始すること、
   を特徴とする原子間力顕微鏡を用いた加工方法。

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