JP4723945B2 - 原子間力顕微鏡微細加工装置を用いたマスク余剰欠陥除去方法 - Google Patents

Description

本発明は原子間力顕微鏡技術を応用したマスクの欠陥の平面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)。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の悪かったり、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。

原子間力顕微鏡によるフォトマスク余剰欠陥修正装置でマスク保持機構を工夫しても、通常マスクは原子間力顕微鏡のスキャン面に対して少し傾いており、広い領域を加工する場合には加工面は平らでなく傾いてしまい、修正個所のオーバーエッチや削り残しを生じてきた。オーバーエッチや削り残しは転写特性を低下させ、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いかねない。加工領域を細かく分割することでこの問題は緩和できるが、手順が複雑になる上に継ぎ目で段差が生じてしまうという問題があった。

また原子間力顕微鏡のスキャン面とマスク面が平行になるように傾きを補正して上記のような原子間力顕微鏡による機械的な加工を行っても、スキャン方向に依存して、加工した場所の底面に傾きが生じる場合があり、平らな加工面が得られないためにオーバーエッチや削り残しを生じてしまうという問題があった。
Y. Morikawa, H. Kokubo, M. Nishiguchi, N. Hayashi, R. White, R. Bozak, and L. Terrill,Proc. of SPIE 5130 520-527(2003) Proceedings of SPIE 5446 348-356(2004)

本発明は原子間力顕微鏡技術を用いたマスクの欠陥修正でオーバーエッチや削り残しのない加工を実現することを目的とする。

上記のスキャン面とマスクが平行にならないという課題を解決するために、通常のXYステージに2軸チルトの機能を付加した試料ステージまたは2軸チルトの機能を付加した原子間力顕微鏡スキャナーを用いる。非特許文献２に示されているように直交したチルト軸を２つもつことで、任意方向の傾斜が可能である。予めマスクの離れた3点以上でAFM探針のアプローチを行うか、高NA対物レンズをつけた光学顕微鏡でフォーカスの合う高さからマスクの傾きを求めておき、傾きを2軸チルト試料ステージで補正してスキャン面とマスク面が平行になる状態で加工を行う。もしくは原子間力顕微鏡のスキャン面とマスク面の傾きを試料ステージ側でなく、原子間力顕微鏡スキャナー側に設けた2軸チルト機構補正してスキャン面とマスク面が平行になる状態で加工を行う。

上記の原子間力顕微鏡のスキャン面とマスク面が平行になっていても加工後の底面が斜めになるという課題に対しては、加工後の底面の形状から傾きを求め傾きと反対方向に2軸チルト試料ステージで補正して加工形状が平らになるようにする。もしくは加工後の底面の傾きを原子間力顕微鏡スキャナー側に設けた2軸チルトステージで反対方向に補正することで加工後の底面形状が平らになるようにする。

2軸チルトステージで原子間力顕微鏡のスキャン面とマスク面が平行になる状態で加工するので、ガラス面に平行に加工でき、マスクの傾きのために生じていた加工個所のオーバーエッチや削り残しが生じない。もちろん、加工領域を細かく分割して行う、分割加工の必要がなくなるので分割加工のときのような継ぎ目で段差が生じてしまうという問題も起こらない。

加工後の底面の形状が傾く場合があっても傾き形状を2軸チルトステージで補正して加工すれば、加工後の底面が平坦になりオーバーエッチや削り残しを少なくすることができる。

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、2軸チルト試料ステージでマスクの傾きを補正して加工する場合の概略断面図である。
欠陥検査装置で余剰欠陥が見つかったフォトマスクを原子間力顕微鏡欠陥修正装置に導入し、余剰欠陥が見つかった位置にXYステージ3を移動する。次にZ軸移動機構5で探針を原子間力が検出できる近さまでマスクに近づけ、後はスキャナーのZ成分で高さが一定になるように制御する。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欠陥を含む領域のイメージングを行って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欠陥部分を抽出し認識する。

図1（ａ）において、予め位置合せ用のアライメントマークのようなマスク上の離れた3点以上で高NA対物レンズをつけた光学顕微鏡で各点のフォーカスの合う高さからマスク6の傾きを求めておき、図1（ｂ）に示すように傾きを2軸チルト試料ステージ4で補正する。傾き補正して原子間力顕微鏡のスキャン面とマスク面が平行になる状態で、認識した余剰欠陥部分を欠陥の材質よりも硬い例えば先鋭化されたダイヤモンド製の探針1を用いて加工時にはフィードバックを切って硬い加工探針1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欠陥の物理的な除去加工を行う。ガラス面に平行に加工できるので、マスク6の傾きに起因する加工個所のオーバーエッチや削り残しが生じない。もちろん分割加工は行わなくても広い面積を加工できるので、分割の継ぎ目で段差が生じてしまうという問題も起こらない。

あるいは、図1（ａ）において、高NA対物レンズをつけた光学顕微鏡観察の代わりに予め位置合せ用のアライメントマークのようなマスク6上の離れた3点以上でZ軸移動機構5を使って原子間力顕微鏡探針1のアプローチを行い、アプローチしたときの各点のZ軸移動機構5のZ座標からマスク6の傾きを求めておき、傾きを2軸チルト試料ステージ4で補正して上記と同様な方法で加工すれば、上記と同様マスク6の傾きに起因する加工個所のオーバーエッチや削り残しが生じない。上記同様分割の継ぎ目で段差が生じてしまうという問題も起こらない。

また上記方法で得られたマスク面の傾きを試料ステージ側の2軸チルトステージ4ではなく、図2(a)(b)に示すように原子間力顕微鏡スキャナー2側に設けた2軸チルト機構8で原子間力顕微鏡のスキャン面を傾けてマスク面と平行することでも同様な効果を得ることができる。ガラス面に平行に加工できるので、マスク6の傾きに起因する加工個所のオーバーエッチや削り残しが生じない。もちろん分割加工は行わなくても広い面積を加工できるので、分割の継ぎ目で段差が生じてしまうという問題も起こらない。

原子間力顕微鏡のスキャン面とマスク面を平行にして加工しても、加工した場所の底面が斜めになってしまう場合には、加工後の底面の形状から傾きを求め、すなわち底面のX方向とY方向の断面プロファイルから傾きを求め、図3(a)に示す状態から図3(b)に示す状態に、すなわち底面の傾き7がさらに増大する方向（傾きと同方向）に2軸チルト試料ステージ4で傾きを更に補正して加工した場所の底面が平らになるようにする。加工後の底面の形状が傾く場合であっても底面の傾き分を2軸チルトステージ4で補正して加工すれば、オーバーエッチや削り残しを少なくすることができる。

もちろん加工した場所の底面の傾きを試料ステージ側の2軸チルトステージ4ではなく、図4(a)に示す状態から図4(b)に示す状態に、すなわちカンチレバーから見て相対的に底面の傾き7がさらに増大する方向（傾きと反対方向）に、原子間力顕微鏡スキャナー2側に設けた2軸チルト機構8でカンチレバーを傾けることにより更に補正して加工しても同様な効果を得ることができる。加工後の底面の形状が傾く場合であっても底面の傾き分を原子間力顕微鏡スキャナー2側に設けた2軸チルト機構8で補正して加工すれば、オーバーエッチや削り残しを少なくすることができる。

原子間力顕微鏡スキャナー側と試料ステージ側の両方に2軸チルト機構を有する装置の場合には、原子間力顕微鏡側の2軸チルト機構8とマスク側の2軸チルトステージ4をそれぞれスキャン面とマスク面の平行性の確保か、平行性の確保をした後加工した加工面が斜めになる場合の補正に当てることで両方の補正ができる。図５（ａ）〜（ｃ）に、試料ステージ側でマスクの傾きを補正し、原子間力顕微鏡スキャナー側で加工面の傾きを補正する場合の概略断面図を示す。例えば図５（ａ）に示すように、マスクが、マスクの傾きと加工面の傾き両方を有する場合に対して、図５（ｂ）に示すように試料ステージ側の2軸チルトステージ4で原子間力顕微鏡のスキャン面とマスク面の平行性を確保し、図５（ｃ）に示すように原子間力顕微鏡スキャナー2側の2軸チルト機構8で加工した場所の、カンチレバーに対する相対的な底面の傾き7を補正して加工しても良い。（図6（ａ）〜（ｃ）に、逆に原子間力顕微鏡スキャナー側でマスクの傾きを補正し、試料ステージ側で加工面の傾きを補正する場合の概略断面図を示す。マスクの傾きと加工面の傾き両方を有する図６（ａ）に対して図６（ｂ）に示すように原子間力顕微鏡スキャナー2側の2軸チルト機構8で原子間力顕微鏡のスキャン面とマスク面の平行性を確保し、図６（ｃ）に示すように試料ステージの2軸チルトステージ4で加工した場所の底面の傾きを補正して加工しても良い。

（ａ）、（ｂ）は、本発明の特徴を最も良く表す2軸チルト試料ステージでマスクの傾きを補正して加工する場合の概略断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、原子間力顕微鏡スキャナー側の2軸チルト機構でマスクの傾きを補正して加工する場合の概略断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、2軸チルト試料ステージで加工面の傾きを補正して加工する場合の概略断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、原子間力顕微鏡スキャナー側の2軸チルト機構で加工面の傾きを補正して加工する場合の概略断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、原子間力顕微鏡スキャナー側でマスクの傾きを補正し、試料ステージ側で加工面の傾きを補正する場合の概略断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、試料ステージ側でマスクの傾きを補正し、原子間力顕微鏡のスキャナー側で加工面の傾きを補正する場合の概略断面図である。

符号の説明

１ 加工用探針
２ 原子間力顕微鏡のスキャナー
３ XYステージ
４ 2軸チルトステージ
５ Z軸移動機構
６ マスク
７ 傾いた加工面
８ 原子間力顕微鏡スキャナーの2軸チルト機構

Claims (7)

1. 予めマスクの離れた３点以上で高ＮＡ対物レンズをつけた光学顕微鏡のフォーカスの合う高さからマスクの傾きを求めておき、探針のスキャン面とマスク面が平行になるようにマスクの傾きを２軸チルト試料ステージで補正して加工し余剰欠陥を除去する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マスク余剰欠陥除去方法。
2. 予めマスクの離れた３点以上で原子間力顕微鏡探針のアプローチを行いそのときのＺ軸の高さ情報からマスクの傾きを求めておき、探針のスキャン面とマスク面が平行になるようにマスクの傾きを２軸チルト試料ステージで補正して加工し余剰欠陥を除去する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マスク余剰欠陥除去方法。
3. 予めマスクの離れた３点以上で高ＮＡ対物レンズをつけた光学顕微鏡のフォーカスの合う高さからマスクの傾きを求めておき、探針のスキャン面とマスク面が平行になるように原子間力顕微鏡のスキャナー側に設けた２軸チルト機構で探針を傾けて加工し余剰欠陥を除去する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マスク余剰欠陥除去方法。
4. 予めマスクの離れた３点以上で原子間力顕微鏡探針のアプローチを行いそのときのＺ軸の高さ情報からマスクの傾きを求めておき、探針のスキャン面とマスク面が平行になるように原子間力顕微鏡のスキャナー側に設けた２軸チルト機構で探針を傾けて加工し余剰欠陥を除去する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マスク余剰欠陥除去方法。
5. 加工面が斜めになる場合に、加工形状から前記加工面の傾きを求め、傾きと同方向に前記２軸チルト試料ステージで前記マスクを傾けて補正して余剰欠陥を除去することを特徴とする請求項１または２に記載の原子間力顕微鏡微細加工装置を用いたマスク余剰欠陥除去方法。
6. 加工面が斜めになる場合に、加工形状から前記加工面の傾きを求め、前記原子間力顕微鏡のスキャナー側に設けた２軸チルト機構で前記探針を前記加工面の傾きに対し、反対方向に傾けて補正して余剰欠陥を除去することを特徴とする請求項３または４に記載の原子間力顕微鏡微細加工装置を用いたマスク余剰欠陥除去方法。
7. 原子間力顕微鏡側とマスク側の両方に２軸チルトステージを有する装置で、原子間力顕微鏡のスキャン面とマスク面の平行性の確保を一方の２軸チルトステージで行って加工し、前記加工による加工面が斜めになる場合の補正を他方の２軸チルトステージで行って原子間力顕微鏡探針にて余剰欠陥を除去する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マスク余剰欠陥除去方法。

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