JP4438618B2 - フォトマスクの黒欠陥修正方法 - Google Patents

Description

本発明は電子ビーム及び走査プローブ顕微鏡を用いたフォトマスクの黒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、かつ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。

上記のような要望に応えて最近では高分解能で短波長でもイメージングダメージのない電子ビームがフォトマスクの欠陥修正に用いられ始めている(例えば非特許文献1参照)。電子ビームの欠陥修正ではイメージングダメージがないものの、弗化キセノンなどのエッチングガスを用いた電子ビームエッチングでハーフトーン位相シフトマスクなどの黒欠陥を除去した部分のガラス基板の透過率が、欠陥を修正していない部分に比べ10%程度上昇してしまうことが明らかになってきた。透過率上昇は転写線幅を変化させてしまうため好ましくなく、電子ビームエッチングで黒欠陥を除去した部分も転写線幅が同じになるように適切な透過率に調整する必要がある。

透過率上昇部分に対して集束イオンビームのガリウムイオン注入や電子ビームによる薄い遮光膜を堆積させて透過率を調整することも考えられるが、集束イオンビームのガリウムイオン注入では透過率上昇部分以外のところも位置合わせ込み等のイメージングで欠陥修正していないガラスまたは石英基板の透過率を低下させてしまう恐れがあり、又電子ビームによる薄い膜の遮光膜堆積も微妙な透過率調整は難しく、透過率を微妙に制御性よく低下させることができ、イメージングダメージのない局所的な透過率調整方法が求められている。

フォトマスク上のパターン微細化にともない、最近では分解能が高い走査プローブ顕微鏡、特にフォトマスクが絶縁物であるため絶縁物の観察が可能な原子間力顕微鏡が形状評価や欠陥修正に使われ始めている。原子間力顕微鏡は低加重の走査ではイメージングダメージのない観察が可能で、被加工材質よりも硬く高いバネ定数を持った探針で高い荷重をかければ加工することも可能である。更に最近の原子間力顕微鏡では従来の一定加重をかけたまま走査する方法よりも更にダメージの少ない、探針を振動走査して微弱な原子間力も検出するタッピングモードやステップインモードと呼ばれる種々の間欠的接触モードが開発されフォトマスクの観察に適用されている(例えば非特許文献２または３参照)。
V. Boegli, H. W. P. Koops, M. Budach, K. Edinger, O. Hoinkis, B. Werrauch, R. Becker, R. Weyrauch, R. Becker, R. Schmidt, A. Kaya, A. Reinhardt, S. Brauer, H. Honold, J. Bihr, J. Greiser, and M. Eisenmann, Proceedings of SPIE 4889 283-292(2002) Y. Yoshida, S. Sasaki, T. Abe, H. Mohri, and N. Hayashi, Proceedings of SPIE 5446 759-769(2004) R. Lipari, R. Kneedler, and A. Berghaus, Microlithography World, August 2001, 28-40(2001)

本発明はフォトマスクの電子ビーム黒欠陥修正部の透過率上昇部分の透過率を調整することを目的とする。

電子ビームエッチングで黒欠陥修正して透過率が上昇したガラスまたは石英部分を2000N/m以上のバネ定数のカンチレバーに取り付けられたガラスまたは石英よりも硬い材質の探針を持つ走査プローブ顕微鏡の高振動振幅の間欠的接触モードで透過率上昇部分のみ選択走査して上昇した透過率を低下させる。透過率上昇部の位置決めなどのイメージングは低い押し込み量で低振幅の間欠的接触モードで観察個所の透過率を下げない条件で行う。

透過率の低下量は、透過率が上昇した部分の透過率が欠陥修正していないガラスまたは石英部分と同じになるように、走査プローブ顕微鏡の探針の振動振幅と押し込み量とフィードバックゲインと走査間隔で調整する。

ガラスまたは石英よりも硬い先鋭な走査プローブ顕微鏡探針を強い押し込み量に設定した状態で振動走査すると各走査点にガラスまたは表面に光の波長に比べて十分小さいインデンテーションが形成されるため表面が凹凸になり、反射率が増加し転写する光の透過率を下げることができる。

探針の振動振幅と押し込み量とフィードバックゲインで各走査点のインデンテーションの深さが調節でき、走査間隔で単位面積あたりのインデンテーションの数が調整でき、両者を組み合わせることで表面の凹凸を自由に制御できるので透過率上昇個所を所望の透過率に下げることができる。

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。
図２は、本願発明に基づく黒欠陥修正方法のフローチャートである。
まず黒欠陥のあるフォトマスクを電子ビーム欠陥修正装置に導入する。欠陥検査装置で見つかった黒欠陥位置にXYステージを移動し、1000V程度のチャージアップしにくい加速電圧の電子ビームのイメージングで欠陥を認識した後、弗化キセノンなどのエッチングガスを流しながら1000V程度のチャージアップしにくい加速電圧の電子ビームを黒欠陥部分のみ選択照射して電子ビームエッチングで黒欠陥を除去する。黒欠陥を除去したら電子ビーム欠陥修正装置からフォトマスクを取り出す。走査プローブ顕微鏡のイメージと重ね合わせて透過率上昇部分(選択走査領域)を決定しやすいように欠陥認識部分と位置合わせパターンを含むイメージを保存しておく。

電子ビーム欠陥修正装置で黒欠陥を修正したフォトマスクを転写シミュレーション顕微鏡で黒欠陥修正部分の透過率を測定し、透過率上昇量を調べる。また走査プローブ顕微鏡のイメージと重ね合わせて透過率上昇部分(選択走査領域)を決定しやすいように露光波長・露光に使用するNAでの透過率上昇部分と位置合わせパターンを含む転写シミュレーション顕微鏡イメージを保存しておく。ここで、位置合わせパターンとは、パターンマッチングを行うための、転写シミュレーション顕微鏡イメージ上の透過率上昇部分とAFMイメージの重ね合わせ精度を上げるためにXYの位置のわかる特徴的なパターンのことである。

次に黒欠陥を修正したフォトマスクを1000N/m〜6000N/mのバネ定数のカンチレバー6に取り付けられたガラスまたは石英よりも硬くて露光する波長より短い先端径を持つ探針(例えば10nm〜100nmの先端径を持つダイヤモンド探針)1を持つ走査プローブ顕微鏡に導入し、電子ビーム欠陥修正装置で修正した黒欠陥位置が視野中心にくるようにXYステージを移動する。バネ定数を1000N/m〜6000N/mとしたのは、この範囲より、バネ定数が低いと探針が試料に押しこまれず(凹凸をつけずに)逃げてしまい、また、高いと少し荷重をかけただけで深く押し込まれてしまい探針制御性(透過率制御性)が悪く、探針のアプローチ時にも正常なパターンに傷をつけてその部分の透過率を損なってしまうためである。探針の先端径が10nm〜100nmであると、180〜360nmのパターンで70nmくらいの厚みを持ったものの間にある50nm〜200nmの欠陥修正個所に対し、観察するのにも、透過率の調整にも都合がよい。
低い押し込み量で低振幅の間欠的接触モードで透過率を下げない条件で黒欠陥修正部を含む領域を観察し、電子ビーム欠陥修正装置の欠陥認識部分を含むイメージもしくは転写シミュレーション顕微鏡のイメージを重ね合わせて、透過率を低下させなければならない部分を抽出する。図1に示すようにガラスまたは石英よりも硬い探針1を持つ走査プローブ顕微鏡の高振幅の間欠的接触モードで高い押し込み量の設定で電子ビームで黒欠陥を除去した透過率上昇部分2のみ選択走査し、ガラスまたは石英よりも硬い探針のインデンテーションで各走査点にできる表面の凹凸により透過率上昇部分2の反射率を上昇させて上昇した透過率を下げる。

透過率の低下量は、インデンテーション（窪み）の深さと単位面積当たりのインデンテーションの数で調整する。インデンテーションの深さは、探針とマスクとの接触圧により決まる。探針とマスクとの接触圧は、カンチレバー基部と試料ステージとの距離及びブローブの振動振幅で決まる。探針がマスクに接触するように、カンチレバー基部と試料ステージとを所定の距離に近づけた状態で、探針を所定の振動振幅で振動させ、振動振幅が一定になるようにフィードバック制御する。ここにおいて、フィードバックゲイン(PID制御のIゲイン)を高くすると探針の動きが早くなり(運動量が増して)、鋭い探針が試料に刺さりやすくなる。単位面積当たりのインデンテーションの数は、プローブのマスクに対するXY方向の時間当たり走査量を調整することで調整できる。透過率上昇に分布がある場合には、転写シミュレーション顕微鏡で得られた透過率上昇分布に応じて、インデンテーションの深さと単位当たりのインデンテーションの数を場所により調整して黒欠陥修正部分全てが許容される透過率の範囲内になるようにする。このようにして、電子ビームの黒欠陥修正による透過率上昇分をキャンセルするように透過率を低下させ、黒欠陥修正部分の透過率を、欠陥修正していない部分の透過率に近づける。

図３は、転写シミュレーション顕微鏡で透過率を再度確認する場合の、黒欠陥フローチャートである。
走査プローブ顕微鏡で透過率調整後再び黒欠陥を修正したフォトマスクを転写シミュレーション顕微鏡で黒欠陥修正部分のガラス基板の透過率を測定し、黒欠陥修正部分の転写線幅が許容範囲になっていれば欠陥修正を終了する。もしまだ黒欠陥修正部分のガラス基板の透過率が許容値に入っていない場合には走査プローブ顕微鏡で透過率調整を行う。まだ透過率が高すぎる場合には走査プローブ顕微鏡探針によるインデンテーションを深くするか、単位面積当たりのインデンテーションの数を増やし、透過率が低すぎる場合には黒欠陥を有した遮光膜パターンを少し削り込んで透過率を上昇させるか、表面の凹凸部分をガラスまたは石英よりも硬い走査プローブ顕微鏡探針で全体的に削って平面にした後、再度ガラスまたは石英よりも硬い走査プローブ顕微鏡探針で振動走査を行い今回は透過率を下げすぎないように表面に凹凸をつけることで透過率を調整する。こうすることで、凹凸部分を一部削って透過率を上げる場合に比べて、全体的に透過率のムラのない透過率調整を可能となる。

走査プローブ顕微鏡の探針で凹凸をつける様子を示す図である。 本願発明による黒欠陥修正方法を示すフローチャートである。 他の実施例に基づく本願発明による黒欠陥修正方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ガラスまたは石英よりも硬い探針
２ 透過率上昇部分
３ ガラスまたは石英基板
４ 遮光膜パターン
５ 黒欠陥のあったところ
６ カンチレバー

Claims (7)

1. 電子ビームを用いてフォトマスクの黒欠陥を修正した後、該電子ビームを用いたエッチングで黒欠陥修正したことにより、ガラスまたは石英基板の透過率が上昇した部分に対して、走査プローブ顕微鏡のガラスまたは石英よりも硬い材質の探針の押し込みにより複数の凹部を設けることにより透過率を低下させ非欠陥部のガラスまたは石英の透過率に近づけるフォトマスクの黒欠陥修正方法。
2. 請求項１記載の黒欠陥修正方法において、前記探針は1000N/m〜6000N/mのバネ定数のカンチレバーに取り付けられており、走査プローブ顕微鏡の高振動振幅の間欠的接触モードで前記透過率上昇部分のみ選択走査して透過率を低下させることを特徴とするフォトマスクの黒欠陥修正方法。
3. 請求項1記載の黒欠陥修正方法において、走査プローブ顕微鏡の探針の押し込み量で透過率低下量を調整することを特徴とするフォトマスクの黒欠陥修正方法。
4. 請求項３記載の黒欠陥修正方法において、前記押し込み量は、前記探針の振動振幅を一定にするためのフィードバックのゲインを調整することにより調整することを特徴とするフォトマスクの黒欠陥修正方法。
5. 請求項１記載の黒欠陥修正方法において、単位面積あたりの凹部の数を調整することにより透過率の低下量を調整することを特徴とするフォトマスクの黒欠陥修正方法。
6. 請求項１または２記載のフォトマスクの黒欠陥修正方法において、探針が10nm〜100nmの先端径を持つダイヤモンドであることを特徴とするフォトマスクの黒欠陥修正方法。
7. 請求項1記載のフォトマスクの黒欠陥修正方法において、転写シミュレーション顕微鏡で得られた透過率上昇分布に応じて透過率低下量を場所により調整することで前記透過率が上昇した部分を一定の透過率に下げることを特徴とするフォトマスクの黒欠陥修正方法。

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