JP5009550B2 - 加工観察方法及び加工観察装置 - Google Patents

Description

本発明は原子間力顕微鏡技術を応用したフォトマスクの余剰欠陥修正の終点検出方法やドリフト補正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)で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低荷重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、加工時には高荷重のコンタクトモードまた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が悪かったり、オーバーエッチや削り残しがあったりす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。
Y. Morikawa, H. Kokubo, M. Nishiguchi, N. Hayashi, R. White, R. Bozak, and L. Terrill, Proc. of SPIE 5130 520-527(2003)

従来の原子間力顕微鏡微細加工装置を用いたフォトマスク余剰欠陥修正方法においては、余剰欠陥を含む領域を観察して加工領域(余剰欠陥領域)決定後、削り過ぎてガラスを削ることのないような除去加工と、高さ情報取得のための観察を別個に交互に行い、ガラス面に達した領域を加工終点とみなしこの領域を除いて削り残した部分のみ次回除去加工することを繰り返してオーバーエッチや削り残しができるだけ少なくなるような加工を行っていた。すなわち、従来の原子間力顕微鏡をベースにしたフォトマスクのパターン余剰欠陥の修正方法においては、通常は加工・観察とも別々のものとして別個に走査を行い、いずれの場合も図2(a)に示すようにイメージや加工位置がずれないように行きの走査だけを使用し、戻りは図2(b)に示すように探針をパターンに当らない高さまで引き上げて次の開始点の移動だけに使っていた。このため、加工と観察を何度も繰り返す余剰欠陥修正において、トータルの修正に時間がかかり、スループットを低下させていた。

また加工中にドリフトがあると、狙った位置から加工位置がずれるので、正常なパターンを削り込んでしまったり、ガラス基板をオーバーエッチしたりしてしまい、修正後の光学特性を低下させてしまうため、高精度加工を行うためにはドリフト低減は重要な技術となっているが、従来用いられているのは、加工の途中でドリフトマーカーの観察始点に探針を移動させて観察を行い、マーカーのXY情報を加工前の観察のマーカーのXY情報と比較してドリフト量を算出し、次回の加工領域にドリフト分のオフセットをのせて加工することでドリフトを補正していた。この場合において、加工後に加工領域のドリフトマーカーとなる部分に探針を移動させて観察していたため時間がかかっていた。

本発明は、上記問題点を解決し、原子間力顕微鏡技術を用いたマスクの欠陥修正において、オーバーエッチや削り残しのない加工や高精度な加工を、スループットを上げて実現することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明に係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においては、次の手段を採用した。

第１に、フォトマスクのパターン材質より硬い探針で、行きの所定荷重または所定高さ固定モードの走査で、前記フォトマスクの余剰欠陥を加工し、前記行きの走査で加工した部分を、戻りの前記所定荷重より低荷重のまたは間欠的な接触モードの走査で観察して、その高さ情報から加工領域の終点検出を行う。

第２に、前記加工領域に対し、前記戻りの低荷重または間欠的な接触モードの走査で取得したライン毎の情報をイメージに再構成し、前回の再構成イメージと今回の再構成イメージにおける、特徴的なパターンまたは欠陥形状の位置情報の比較から加工領域のドリフト量を算出し、ドリフトを補正した領域で次回の加工を行う。

第３に、前記行きの走査と戻りの走査で存在する探針位置のオフセット分を戻りの走査のXY情報に対して補正する。

第４に、前記オフセットは、加工痕の設定位置と該加工痕の観察位置のずれから求める。

すなわち、従来の走査で移動としてのみ使っていた戻りの走査を終点検出やドリフト情報を得るための観察に使用する。フォトマスクのパターン材質より硬い探針で行きの高荷重または高さ固定モードの走査で欠陥を加工し、戻りの低荷重または間欠的な接触モードの走査から1ライン毎の高さ情報を取得して、この高さ情報から加工領域の終点検出を行う。同じ場所の次回の加工では終点に達した部分は高荷重または高さ固定モードの走査を行わず、終点に達していないところだけ高荷重または高さ固定モードの走査で加工する。加工条件や観察条件によっては行きの走査と戻りの走査で走査方向によるオフセットが存在するため、このオフセット分を戻りの走査の高さ情報に対して補正してより正確な終点検出を行う。

また上記加工領域全てに対して、戻りの低荷重または間欠的な接触モードの走査で取得したライン毎の情報をイメージに再構成し、この再構成したイメージのXY方向の情報をドリフト補正に利用する。前回の再構成イメージと今回の再構成イメージにおける、ドリフトマーカーになるような特徴的なパターンまたは欠陥形状の位置情報の比較から加工領域のドリフト量を算出し、ドリフトを補正した領域で次回の加工を行う。加工条件や観察条件によっては行きの走査と戻りの走査で走査方向によるオフセットが存在するため、このオフセット分を戻りの走査のXY情報に対して補正してより正確なドリフト量の検出を行い適切な補正を行う。

本発明により、原子間力顕微鏡技術を用いたマスクの欠陥修正において、オーバーエッチや削り残しのない加工や高精度な加工を、スループットを上げて実現することができるようになった。

即ち、本発明は次のラインの開始点までの移動だけに使っていた戻りの走査を有効活用するため、加工と観察に要していたトータルの時間を短縮することができる。また、本発明は加工の戻り走査で取得したイメージの高さ情報で加工終点検出を行うので、加工走査毎に終点をモニターでき、オーバーエッチや削り残しの少ない加工が可能である。

更に、本発明は戻りの低荷重または間欠的な接触モードの走査で取得したイメージのXY情報と、前回のパターンまたは欠陥の位置情報の比較からドリフト量を求めて次の加工のドリフト補正を行うので、ドリフトによる加工精度の低下の防止による精度の高い加工を、短時間で行うことができる。

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。

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が視野中心に来るように高精度XYステージを移動する。本原子間力顕微鏡欠陥修正装置に余剰欠陥3の抽出は、従来の方法を使う。すなわち、図２において、行きの走査で観察（図2(a)）、戻りの走査で探針をパターンに当らない高さまで引き上げて次の開始点まで移動（図2(b)）する通常の走査方法(図2(c))で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余剰欠陥3を含む領域のイメージングを行って正常なパターン4とパターンマッチング等で比較することで余剰欠陥部分3を抽出し認識する。

図１は、本発明による、行きの走査で加工し、戻りの走査で観察して終点検出を行う場合を説明する図である。

前記従来の方法により余剰欠陥部分3を抽出し認識したら、図においてカンチレバー２の基部方向に向かう行きの走査においては、被加工材質であるフォトマスクのパターン材質より硬い例えばダイヤモンド製の探針1で余剰欠陥3を除去できる程度に高荷重のまたは高さ固定モードの走査(図1(a)）により、上記認識した余剰欠陥3を除去加工し、戻りの走査においては、行きの走査よりも低荷重のまたは間欠的な接触モードの走査（図1(b)）を行い欠陥部の観察を行う。このようにして、除去加工と観察を繰り返し（図1(c)）、観察における除去加工部分の高さ情報から加工領域(余剰欠陥)の終点検出を行う。行きの加工走査において、加工を必要としない領域を含んでいる場合には、その領域のみ低過重または設定高さをパターンに当たらない高さにして走査する。カンチレバー2は高い荷重をかける加工時にもねじれることなく、加工位置がずれないようなものを使用する。

次に1ライン目の観察終了後開始点に戻った探針をパターンに当らない高さまで引き上げて次のラインの開始点へ移動し、再び行きの高荷重または高さ固定モードの走査と戻りの低荷重または間欠的な接触モードの走査を行う。次のラインの開始点へ移動と、行きの加工走査と、そして戻りの観察走査を、加工領域全てを埋め尽くすまで、すなわち余剰欠陥領域全面にわたって加工走査と観察走査を繰り返す。同じ場所の次回の加工では終点に達した部分は高荷重または高さ固定モードの走査を行わず、終点(ガラス基板5)に達していないところだけ高荷重または高さ固定モードの走査で加工する。余剰欠陥全てが終点(ガラス基板5)に達して欠陥修正が終了するまで、加工領域全てにわたる、行きの高荷重または高さ固定モードの走査と、戻りの低荷重または間欠的な接触モードの走査を繰り返す。

上記の加工領域全ての戻りの低荷重または間欠的な接触モードの走査で取得した各ライン毎の情報をイメージに再構成し、前回の再構成イメージと今回の再構成イメージ間における、ドリフトマーカーになるような特徴的なパターンまたは欠陥形状の位置情報の比較から加工領域のドリフト量を算出し、図3に示すようにドリフトを補正した領域で次回の加工を行う。ドリフト補正も余剰欠陥全てが終点(ガラス基板5)に達して欠陥修正が終了するまで繰り返して行う。

図4(a)に示すように加工条件や観察条件によっては行きの加工用の高荷重または高さ固定モードの走査と、戻りの観察用の低荷重または間欠的な接触モードの走査で走査方向による一定のオフセットが存在する。このオフセットは、行きと戻りでの荷重の違いによるねじれの違いにもとづく。このような場合にも、図4(b)に示すようにこの一定のオフセット分行きの走査、戻りの走査とも探針をパターンに当らない高さまで引き上げて移動してから走査を始めることで、戻りの走査で得られた情報が行きの走査と対応するようにしてより正確な終点検出を行う。行きと戻りの走査の一定のオフセットはあらかじめ加工痕の設定位置と加工痕の観察位置のずれから求めておく。

図５に示すように、今回と次回との矩形の加工領域に対し、上記同様加工条件や観察条件によってはオフセットが存在するので、行きの加工用の高荷重または高さ固定モードの走査と、戻りの観察用の低荷重または間欠的な接触モードの走査の間の一定のオフセット分を、行きの走査、戻りの走査とも探針をパターンに当らない高さまで引き上げて移動して戻りの走査で得られた情報が行きの走査と対応するようにして、すなわち、観察で得られた位置情報が加工位置に正しくフィードバックされるようにオフセットのずれ分を考慮して、また、前回と今回における再構成イメージのうち、ドリフトマーカーになるような特徴的なパターンまたは欠陥形状の位置情報の比較から加工領域のドリフト量を算出し、より正確なドリフト補正を行う。

以上のようにすることで、次のラインの開始点までの移動だけに使っていた戻りの走査を有効活用するため、従来の方法で加工と、終点検出やドリフト補正のための観察に要していたトータルの欠陥修正時間を短縮することができる。加工の戻り走査で取得したイメージの高さ情報で加工終点検出を行うので、加工走査毎にモニターでき、オーバーエッチや削り残しの少ない加工が可能である。

又、加工の戻りの低荷重または間欠的な接触モードの走査で取得したイメージのXY情報と、前回求めたXY情報との、参照パターンまたは欠陥に対する位置の比較からドリフト量を求めて次の加工領域に対してドリフト補正を行うので、ドリフトによる加工精度の低下(正常パターンの削り込みや付け根の余剰欠陥削り残し)やガラス基板へのダメージを低減でき、透過率も高く精度の高い加工を行うことができる。

（ａ）〜（ｃ）は、本発明の特徴を最も良く表す行きの走査で加工し、戻りの走査で観察して終点検出を行う場合を説明する図である。 （ａ）〜（ｃ）は、従来の走査方法を説明する図である。 行きの走査で加工し、戻りの走査で観察してドリフト補正を行う場合を説明する図である。 （ａ）、（ｂ）は、行きの走査（加工）戻りの走査（観察）のオフセットを考慮して終点検出を行う場合を説明する図である。 行きの走査（加工）戻りの走査（観察）のオフセットを考慮してドリフト補正を行う場合を説明する図である。

符号の説明

１ 探針
２ カンチレバー
３ 余剰欠陥
４ 正常パターン
５ ガラス(石英)基板

Claims (4)

1. 探針を走査させ加工領域を加工及び観察する加工観察方法において、
   前記加工領域を加工するために前記探針に荷重をかけ、または前記探針の高さを固定し前記探針に行きの走査をさせる加工工程と、
   前記加工領域を観察するために前記行きと戻りの走査のオフセットを補正し、前記荷重より低い荷重を前記探針にかけるか、または、接触モードで前記探針に戻りの走査をさせる観察工程と、からなる加工観察方法。
2. 前記観察工程は、前記加工領域の高さ情報を取得し、加工終点を検出する請求項１に記載の加工観察方法。
3. 前記加工工程と前記観察工程を繰り返し実施する場合において、
   前回の観察工程で観察した観察像中の特徴的な形状の位置情報と今回の観察工程で観察した観察像中の前記特徴的な形状の位置情報とを比較し、前記加工領域のドリフト量を算出し、前記ドリフト量に基づき補正した領域を加工する請求項１または２に記載の加工観察方法。
4. 探針を走査させ加工領域を加工及び観察する加工観察装置において、
   前記加工領域の被加工材質よりも硬い材質の前記探針と、
   前記探針を走査させるカンチレバーと、を備え、
   前記カンチレバーは、前記加工領域を加工するために前記探針に荷重をかけ、または前記探針の高さを固定し前記探針に行きの走査をさせ、前記加工領域を観察するために前記行きと戻りの走査のオフセットを補正し、前記探針に前記荷重より低い荷重をかけるか、または、接触モードで前記探針に戻りの走査をさせる加工観察装置。

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