JP4652725B2 - フォトマスク欠陥修正方法 - Google Patents

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Description

本発明は集束電子ビーム装置と原子間力顕微鏡との複合装置を用いたフォトマスクの欠陥修正に関するものである。
パターンの微細化に伴って修正すべきウェーハへのパターン転写の原版であるフォトマスクの欠陥も小さくなり、かつ高精度の修正が求められるようになってきている。また光の近接効果を補正して解像力を高めるためにパターンよりも小さな光近接効果補正(OPC)パターンが導入され、このパターンよりも小さいOPCパターンの欠陥も修正しなければならなくなってきている。従来のレーザーや集束イオンビームを用いた欠陥修正装置に加えて、原子間力顕微鏡(AFM)の高い分解能や位置制御性を活かしたダイヤモンド探針による黒欠陥の物理的な除去であるスクラッチ加工が行われるようになってきている(非特許文献1)。
従来のAFMスクラッチ加工装置は低倍は光学顕微鏡で観察し、高倍はAFMで観察していた。マスクアライメントを行って欠陥検査装置と欠陥座標をリンケージしても10〜20μmくらいのずれがあり、光学顕微鏡では最高倍にしても欠陥が小さすぎるため欠陥位置や形状は分からなかった。そのため、イメージ取得に時間のかかるAFM像で行わなければならないが、AFM像でも40μｍの視野で欠陥を探すのは難しく、欠陥が存在しそうな位置で10〜20μmの視野でまず観察し見つからなければ場所を変えながら観察して欠陥を探し出してからスクラッチ加工を行っていた。加工よりも欠陥の位置だしに時間がかかっていた。
加工に使用するダイヤモンド探針は加工していくうちに針先が磨耗するため、探針を交換する必要があった。探針を交換したときには必ず光学顕微鏡の視野中心とAFMの視野中心を合わせるために専用のパターンを用いて行っていたが、これも時間のかかる作業であった。そのうえ上記のようにして視野中心を合わせても光学顕微鏡の倍率が低いためにその視野中心はAFMの視野中心に対して5μmくらいのずれがあり、上記視野中心を合わせても一度AFMで10μmの視野で観察して欠陥を中心に持って行ってから2μm程度の視野で再び観察し、その視野で荷重を増やしてスクラッチ加工を行っていた。
またAFMスクラッチ加工では、パターンに接した黒欠陥を除去するのに垂直な断面を持った特殊な形状の探針用いて除去した面が垂直になるように修正を行っている。そのため欠陥の方向によってはマスクを回転させなければならず、そのたびにマスクアライメントを行って欠陥検査装置と欠陥座標をリンケージし直してイメージ取得に時間のかかるAFM像で欠陥を探し出しなおすのでさらに時間がかかっていた。
フォトマスクにはパターン余剰である黒欠陥以外にも、パターン欠損である白欠陥もあり原理上AFMスクラッチ加工装置は白欠陥は修正できない。この場合、集束イオンビーム装置(FIB)や電子ビーム装置を用いたFIB-CVD膜や電子ビームCVD膜で修正されるが、0.1μm以下の小さな膜が付けられない、膜の形状にだれがありハロー成分で透過率が低下する、絶縁物であるフォトマスクを荷電粒子で修正するためチャージアップが生じて位置精度が低下するなど様々な問題を抱えており、白欠陥修正にもAFMスクラッチ加工機で修正できるレベルの小さい欠陥の高精度な修正が求められていた。
それに加えてAFMスクラッチ加工装置で修正時に黒欠陥を削り込みすぎた場合は除去加工しかできないAFMスクラッチ加工装置だけではどうすることもできなかった。この場合、FIBや電子ビーム装置の白欠陥修正機能で削りすぎた部分修正することになるが、AFMスクラッチ加工機で修正できるレベルの小さい欠陥の高精度な修正することはできなかった。また従来大気中で動作するAFMスクラッチ加工装置と、真空を必要とするFIBや電子ビーム装置は別置きの装置であった。このため、AFMスクラッチ加工装置と真空を必要とするFIBや電子ビーム装置の両方を使うときには、各々の装置間で試料を移し替えねばならない。試料を移し替えるたびにそれぞれの装置で欠陥位置だしが必要となる。AFMスクラッチ加工装置とFIBや電子ビーム装置を交互に複数回使用しなければならない場合には、時間のかかるAFMスクラッチ加工での欠陥位置だしの回数が増えることになり、多大な作業時間の増加となる。又、FIBや電子ビーム装置の使用時には、毎回真空引きや大気開放待ちの時間を必要とし、更にマスクを入れ替えるたびにマスクアライメントのやり直しも必要で、とても時間のかかる作業となっていた。
Y. Morikawa, H. Kokubo, M. Nishiguchi, N. Hayashi, R. White, R. Bozak, and L. Terrill, Proc. of SPIE 5130 520-527(2003)
本発明は、上記問題点を解決し、AFMスクラッチ加工のスループットを向上し、白欠陥修正においても小さな白欠陥を高精度に修正できるようにしようとするものである。またAFMスクラッチ加工で削りすぎた場合も短時間で修復を可能にしようとするものである。
上記課題を解決するために、分解能が高い、観察にかかる時間が短い、像観察時に試料に与える損傷が少ない、そして白欠陥修正能力があるといった長所を持つ電子ビーム装置と高精度に黒欠陥修正ができるという長所を持つAFMスクラッチ加工機を複合した装置を用いるようにした。そしてこの装置を用いて以下のような方法を行う。
AFM探針の交換後の位置合わせを、交換前のAFMの視野中心で加工探針を押しこんでできた探針の圧痕の一番深い位置を集束電子ビームで観察し、その位置と集束電子ビームの視野中心との距離を集束電子ビームと原子間力顕微鏡探針のオフセット量として探針取りつけの位置ずれを補正する。すなわち集束電子ビームの視野中心とAFMの視野中心と一致するようにAFMまたは集束電子ビームの走査範囲にオフセットを持たせる。
AFMスクラッチ加工機で欠陥の位置出しを高速化するために、集束電子ビームで欠陥を高分解能で観察して修正すべき欠陥の位置・形状を求め、その情報にもとづいてAFMスクラッチ加工機で欠陥の位置出しをして該欠陥をAFMにてスクラッチ加工する。
垂直断面が必要な場合には、加工探針を押しこんで集束電子ビームで観察しその形状から加工用探針の加工に使う面であって、かつ、試料ステージに対して垂直な面のXYステージのX軸あるいはY軸に対する角度を求めて、上記垂直な面がX,Yいずれかの軸に対し平行になるように探針の取りつけ角度誤差を補正する。
白欠陥修正に対しては、まず白欠陥に対して遮光膜原料ガスを供給しながら集束電子ビームを照射し正常パターンからはみ出すように白欠陥領域に遮光膜を堆積して、しかる後はみ出した部分を黒欠陥修正と同様にAFMスクラッチ加工で削り取るようにする。このようにすることで小さな白欠陥を高精度に修正することができる。
AFMスクラッチ加工で正常なパターン膜からはみ出た黒欠陥を修正する時に、パターン膜まで食い込む程に削りすぎたところに対しては遮光膜原料ガスを供給しながら集束電子ビームで上記削りすぎた部分を正常パターンをはみ出すようにして遮光膜を堆積して、はみ出した部分を黒欠陥修正と同様にAFMスクラッチ加工で高精度に削り取って修復する。
集束電子ビームで観察することで、探針の交換後の位置合わせで1回あたり5〜10分かかるAFMによる像観察回数を減らすことができるので、探針の交換とその後の探針の位置合わせの時間を短縮できる。電子ビームとAFMを真空内で複合した装置で行うため、真空排気時間と大気開放時間に10分程度かかるが、高倍の観察を時間のかかるAFM観察に頼る、従来のAFMと光学顕微鏡からなるシステムと比べてトータルの修正時間は短縮することができる。
欠陥の位置出し、垂直断面の必要な方向(ステージの回転方向)の判断を高倍率の二次電子像で行うことで、時間のかかるAFMのイメージングが省けるので、真空排気時間と大気開放時間はかかってもトータルの修正時間を短縮することができる。
加工探針の垂直面の取りつけ角度のずれ補正分算出も集束電子ビームの二次電子像で行うため、従来行っていた時間のかかるAFMのイメージングを省くことができるのでトータルの時間を短縮することができる。加工探針の垂直面の取りつけ角度ずれ分をステージの回転で補正し、なおかつXY位置ずれをXYステージを動かして補正した後の欠陥位置だしを集束電子ビームの二次電子像で行うため、従来行っていた時間のかかるAFMのイメージングを省くことができるのでトータルの時間を短縮することができる。
単体のAFMスクラッチ加工機とは違い、電子ビームCVDで遮光膜が付けられるので、白欠陥修正も可能になる。遮光膜を付けたのちにAFMスクラッチ加工で削るので、小さな欠陥も修正でき、AFMスクラッチ黒欠陥修正と同程度の高精度修正が行える。
集束電子ビームとAFMスクラッチを真空内に複合した装置なので従来の別装置であった場合と比べて同一装置なのでマスクの出し入れやマスクアライメントの時間が短縮でき、又AFMスクラッチ加工の黒欠陥で修正で削りすぎたところを短時間で修復することができる。
以下に、本発明の一実施例について説明する。
図1に、本発明に用いる集束電子ビームとＡＦＭの複合装置を示す。欠陥検査装置で欠陥が見つかったフォトマスク3を、電子光学系6と原子間力顕微鏡(AFM)ヘッド1を真空排気系12を有する容器内で複合した装置の予備室11に導入し、予備排気を行う。予備室の真空が引けたらフォトマスク3を作業室10に移し、集束電子ビーム7で高倍率でマスクのアライメントマークを観察し、マスクのアライメント(欠陥検査装置と座標原点合わせ)を行う。光学顕微鏡でアライメントした場合よりも高い精度でアライメントマーク合わせが行え、AFMでアライメントした場合よりも短時間で行える。マスクアライメント後欠陥がある位置にステージを移動する。
加工用の探針2の交換が必要な場合には、XYステージ5をAFMヘッド1のある位置に移動し、交換した探針を交換前のAFMの視野中心で探針を柔らかい試料に押しこむ。次にXYステージ5を集束電子ビーム7の視野中心に移動して高倍率の二次電子像を取り、図2に示すように探針の圧痕の位置から新しい探針2の位置を求めてAFMと集束電子ビームのオフセット量を修正して、探針の位置補正を行っておく。すなわち、探針の取り付け誤差により探針交換前と探針交換後のAFM視野中心がずれるが、探針交換前の視野中心で探針を押し込んで交換後の探針の位置がどれだけずれているかを分かるようにし、探針交換前と探針交換後のAFM視野中心が一致するように走査範囲にオフセットを持たせる。AFMでの観察工程がないため探針交換後の探針の位置補正を従来より短時間で行える。高倍率の二次電子像で位置を計測するため、光学顕微鏡と探針の位置合わせに比べて位置合わせ精度も向上している。またインデントの形状から垂直断面の取りつけ角度ずれ量も求めておく。
欠陥を高倍率の二次電子像で観察し、欠陥の形状を把握する。孤立黒欠陥の場合は対称形の加工用探針で加工する。パターンに隣接する黒欠陥の場合には、加工用探針2の試料に対して垂直な面と欠陥のパターン側面が平行になるように回転ステージ4を回転ステージ4の上面に垂直な軸の回りに回転し、回転角からXYステージ5のXY方向の補正量を算出して位置の補正を行い、集束電子ビーム7で欠陥を探し出してから垂直断面を持った加工用探針２のスクラッチ加工で除去する。
回転ステージに5〜20μm軸ぶれがあるため、回転角からXYステージ5の補正量を算出して位置の補正を行ってもその位置には欠陥が見つからない場合があり、従来のAFMスクラッチ加工機では時間のかかるAFMイメージでその近傍を探すか、回転した状態でもう一度マスクアライメントを取り直してから時間のかかるAFMイメージで欠陥を探し出してからスクラッチ加工を行っていた。しかし、本願においては、AFMよりも圧倒的にイメージングの時間の短い集束電子ビームのイメージでステージ回転補正後の欠陥探しを行うため、補正した位置に見つからなくてその近傍を探す場合にも、回転した状態でもう一度マスクアライメントを取り直す場合にも短時間で探し出すことができる。
欠陥が白欠陥の場合の修正方法について図３を用いて説明する。白欠陥１６が集束電子ビームの視野中心にくるように、XYステージ5を移動する。ガス供給系8から遮光膜原料ガスを流しながら集束電子ビーム7で白欠陥１６からはみ出すように遮光膜17をつける。次に遮光膜１７がAFMの視野中心にくるようにステージを移動し、AFMスクラッチ加工で遮光膜１７のうち余分な遮光膜やハロー成分18を除去する。AFMスクラッチ加工は高さ制御性に優れているので、下地にダメージの殆どない加工を行うことができる。
AFMスクラッチ加工による黒欠陥修正で削りすぎた場合においても、該削りすぎた部分に対して、段落［0022］で示したのと同様の方法で欠陥修正をする。AFMスクラッチ加工のイメージングも集束電子ビームのイメージングも透過率を低下させないので、繰り返し加工が可能である。
集束電子ビームイメージングの際に、真空内の残留ガスと反応してフォトマスク基板（ガラス基板）上にコンタミネーションが堆積する場合には、図4に示すようにガラス基板上のコンタミネーション20をコンタミネーションよりも硬い探針2によるAFMスクラッチ加工で削り取ることでコンタミネーション付着で低下した透過率を回復することができる。
本発明の特徴をもっとも良く表す概略断面図である。 探針交換後の探針位置合わせ方法の説明図である。 白欠陥を修正する場合やスクラッチ加工で削りすぎた部分を修復する場合の修正方法を説明する概略断面図である。 集束電子ビームのイメージングで付いたガラス部分のコンタミネーションをAFMスクラッチ加工で削りとる場合を説明すう概略断面図である。
符号の説明
１ AFMヘッド
２ 加工用探針
３ フォトマスク
４ 回転ステージ
５ X-Yステージ
６ 電子光学系
７ 集束電子ビーム
８ 遮光膜原料供給系
９ 二次電子検出器
１０ 作業室
１１ 予備室
１２ 真空排気系
１３ 加工探針を押し込んだところ
１４ 遮光膜パターン
１５ ガラス基板
１６ 白欠陥またはスクラッチ加工で削り過ぎた部分
１７ 遮光膜
１８ ハロー部分
１９ 遮光膜上のコンタミネーション
２０ ガラス上のコンタミネーション

Claims (3)

  1. 集束電子ビーム装置と原子間力顕微鏡との複合装置を用いたフォトマスクの欠陥修正方法であって、
    前記フォトマスクに原子間力顕微鏡の加工探針を押しこみ、圧痕を形成する工程と、
    集束電子ビームを前記圧痕に照射して観察像を得る工程と、
    前記観察像の前記圧痕の形状から前記加工探針の加工に用いる面と前記ステージのＸ軸あるいはＹ軸とを平行になるように前記フォトマスクを載置するステージを回転し、角度ずれを補正し、前記ステージのＸ軸あるいはＹ軸を移動し、ＸＹ位置ずれを補正する工程と、
    前記加工探針で前記フォトマスクの欠陥をスクラッチ加工する工程と、を有するフォトマスク欠陥修正方法。
  2. 前記観察像における前記圧痕と集束電子ビームの視野中心との位置ずれ量から前記集束電子ビームの観察像と前記原子間力顕微鏡の観察像とのオフセット量を求めて視野ずれを補正する請求項１に記載のフォトマスク欠陥修正方法。
  3. 集束電子ビームを用いたＣＶＤで白欠陥を修正するフォトマスクの欠陥修正方法であって、
    前記欠陥は、前記白欠陥に対して前記集束電子ビームを用いたＣＶＤで遮蔽膜を堆積し、前記遮蔽膜の正常パターンからはみ出した部分である請求項１または２に記載のフォトマスク欠陥修正方法。
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