JP5708120B2

JP5708120B2 - フォトマスクの異物除去方法及び異物除去装置

Info

Publication number: JP5708120B2
Application number: JP2011067188A
Authority: JP
Inventors: 健五十川; 陽坂田
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: JP2012203163A

Description

本発明は、フォトマスクに付着している異物の除去、特に、微細な凹部に入り込んだ異物を除去するフォトマスクの異物除去方法及び異物除去装置に関するものである。

近年、半導体加工、特に、大規模集積回路の加工にあっては、高集積化に伴って回路パターンの微細化が進められている。その結果、フォトマスクの製造においても、上記微細化に伴い、より微細かつ高精度なマスクパターンを形成する技術が要求されている。また、マスクパターンを微細化すると、微小な異物であっても、ウェハ転写に影響を及ぼすようになる。

微細なマスクパターンの凹部（溝）に何らかの異物が入り込んで付着してしまい、その付着力が強い場合には、洗浄処理だけで異物を洗い流すことは難しく、異物をいったんマスクから剥離させた（付着力を弱めた）上で洗浄処理を行う必要がある。

この場合、プローブを用いて凹部に入り込んだ異物にある程度の力を加えることにより、異物を凹部から移動させる（密着状態を解く）必要があり、例えば、ＡＦＭ（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）技術を利用して、プローブで異物に荷重を加える方法が知られている。

プローブの先端材料としては、シリコンやダイヤモンドなどが一般的に用いられており、ハーフピッチ４５ｎｍ世代のパターンサイズまで対応可能である。しかし、パターンの微細化が進んでいる中、これらの先端材料からプローブを細くするのには限界がある。

そこで、特許文献１では、先端材料にカーボンナノチューブを用いて異物除去する方法が開示されている。カーボンナノチューブは、直径数ｎｍ〜１００ｎｍの構造を製造するうえで制御可能であることから、ハーフピッチ４５ｎｍ以細のパターンの凹部に入り込んだ異物に荷重を加えて移動させることが可能となる。

また、特許文献２には、圧縮空気を吹き付けて異物を吹き飛ばすブロー装置と、吹き飛ばした異物を排気口から外部へ排出する排気ファンと、を備えた異物除去装置が開示されている。

特開２０１０−０５４７７３号公報特開２００７−３１６５５１号公報

しかしながら、カーボンナノチューブを用いてパターンの凹部に入り込んだ異物に荷重を加えて移動させる技術は、異物を移動させるに過ぎず、凹部から異物を取り除くものではないうえ、異物を移動させたからといって洗浄処理で除去できるとは限らないという問題が生じていた。

同様に、圧縮空気を吹き付けた場合であっても、微細な凹部に入り込んだ異物を必ずしも吹き飛ばすとは限らないという問題が生じていた。

このように、近年のフォトマスクにおけるパターンの微細化や高精度化が進むにつれて、微小な異物であってもウェハ転写に影響を及ぼすようになることから、このような微小な異物が微細なパターンの凹部に入り込んでしまった場合であっても、精度よく除去することが望まれている。

前述の実情を鑑みて、本発明は、パターンの微細な凹部に入り込んだ異物を精度よく除去することができる異物除去方法及び異物除去装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、請求項１に係る発明は、フォトマスクに付着した異物を除去するフォトマスクの異物除去方法であって、前記フォトマスクの表面及び前記異物の三次元情報を取得し、前記三次元情報に基づいて前記異物の位置を特定する工程と、前記特定された異物の位置に基づいてプローブ先端を動かして前記異物を前記プローブ先端で吸引し、その後、前記プローブ先端を前記フォトマスクから離間させることにより前記異物を前記フォトマスクから除去する工程と、前記吸引を解除し、前記プローブ先端で吸引した前記異物を前記プローブ先端から除去する工程とを備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載のフォトマスクの異物除去方法において、前記プローブ先端は中空構造の細管で構成されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２記載のフォトマスクの異物除去方法において、前記細管の材料は、カーボンナノチューブであって、その直径は、数ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３にいずれか１項記載のフォトマスクの異物除去方法において、前記プローブ先端で吸引した前記異物を前記プローブ先端から除去する工程では、前記プローブ先端の異物に向けて気体をブローすることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項２または３記載のフォトマスクの異物除去方法において、前記プローブは、前記細管を支持する台座を有し、前記台座は、少なくとも直径又は長さの一方が異なる細管の交換が可能に構成されていることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５にいずれか１項記載のフォトマスクの異物除去方法において、前記プローブ先端の吸引作用は、真空ポンプによる吸引力であり、この吸引力はバルブ開閉によって制御されることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、フォトマスクに付着した異物を除去するフォトマスクの異物除去装置であって、前記フォトマスクの表面及び前記異物の三次元情報を取得し、前記三次元情報に基づいて前記異物の位置を特定する位置特定手段と、プローブ先端を前記特定された異物の位置に移動させるとともに、前記プローブ先端を前記フォトマスクから離間させる移動手段と、前記異物を前記プローブ先端で吸引及び吸引の解除を可能とした吸引手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、プローブ先端が、微細な細管なので、ハーフピッチ４５ｎｍ以細のパターンの凹部に入り込んだ異物でも対応可能である。異物を吸引除去の際、パターン面には接触しないので、パターン面の損傷を防止できる。また、異物を直接吸引するため、後の洗浄工程の省略が可能である。

吸引除去後は、プローブ先端をクリーニングすることにより、プローブ先端に付着した異物を除去することができる。そのため、パターン面に吸着した異物の再付着を防止できる。

プローブ自体が交換可能なため、異なる径の先端であれば、様々なパターンサイズに対応可能である。

本発明の一実施形態に係る異物除去装置の撮影時における全体の簡略図である。本発明の一実施形態に係る異物除去装置の異物吸引時における全体の簡略図である。本発明の一実施形態に係る異物除去装置の異物除去時における全体の簡略図である。本発明の一実施形態に係る異物除去方法のフローである。

本発明の一実施形態に係る異物除去方法及び異物除去装置について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態に係る異物除去方法では、異物除去装置としてＡＦＭ（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）装置を利用している。このＡＦＭ装置は、プローブ１１と試料（基板０１）との間に働く原子間力または分子間力によるカンチレバー１２の上下方向の変位を検出して、試料表面形状を画像化するものである。

具体的には、撮影時におけるＡＦＭ装置は、プローブヘッド１５と、ピエゾ素子を利用した３軸微動機構２１と、３軸微動機構２１を制御する制御装置２２と、カンチレバー１２の変位量を変位情報として取得するＺ変位量フィードバック機構２３と、カンチレバー１２の背面に向けてレーザー光を照射する半導体レーザー２４と、カンチレバー１２の背面で反射した反射光を検出する光検出器２５と、基板０１の表面に形成されたパターンを撮影する光学カメラ２６と、バルブ３１と、真空ポンプ３２と、ブロワー４１と、を備えている。また、基板０１は図示しないステージ上にセットされる。

カンチレバー１２は、プローブ１１が設けられた一端部とは反対側の他端部で片持ち支持され、その他端部に３軸微動機構２１が設けられている。３軸微動機構２１は制御装置２２によって制御され、この３軸微動機構２１により、カンチレバー１２及びこれに保持されたプローブ１１をＸＹＺの３方向に駆動させることができる。

カンチレバー１２の変位量は、光てこ測定系により検出される。本実施の形態においては、半導体レーザー２４からレーザー光をカンチレバー１２の背面に向けて照射し、そのカンチレバー１２の背面からの反射光の光路の変化を光検出器２５によって検出することで、カンチレバー１２の変位量を検出する。また、光検出器２５で検出されたカンチレバー１２の変位量は、変位情報としてＺ変位量フィードバック機構２３にフィードバックされる。

このような構成において、撮影時においては、図４に示すように、基板０１をステージ上にセットし（ＳＴ１）、光学カメラ２６を用いて基板０１の任意の位置をターゲットとして大まかな位置を確認（ＳＴ２）した後、カンチレバー１２の変位量が一定となるように３軸微動機構２１を制御しつつカンチレバー１２を上下に変位させ、基板０１の表面上をスキャンすることにより、基板０１の表面及び異物０２の三次元情報を取得する（ＳＴ３）。これらの情報を元に、異物０２の位置や形状並びにサイズ等を特定する。

次に、図２を参照して本発明の異物吸引時におけるＡＦＭ装置を説明する。プローブ１１及びカンチレバー１２は、中空な構造を有する。また、プローブ１１は、カンチレバー１２の先端に固定された台座１３と、この台座１３を貫通する細管１４とを備えている。この細管１４は、径が微細かつ中空な構造であり、その長さは基板０１の表面に形成された凹部の深さＡよりも十分に長い物であることが望ましい。また、細管１４の材料としてはカーボンナノチューブ等が考えられる。カーボンナノチューブは、シングルウォールタイプのものであれば直径が数ｎｍ〜１０ｎｍ、マルチウォールタイプのものであれば直径が１０ｎｍ〜１００ｎｍ、の範囲に属するものであれば製造工程で直径を制御することが可能である。そのため、マスクパターンの凹部の幅に応じて複数種類（直径）のものを予め準備しておき、凹部の幅や上述した撮影工程で特定した異物０２のサイズに合わせて適切な直径のものを採用すればよい。

したがって、本実施の形態に係るカンチレバー１２は、上述した複数種類の直径（及び長さ）の細管１４を適宜選択するために、例えば、磁力によってプローブ１１を他のプローブに交換することができる。なお、磁力による交換としたのは、バルブ３１を閉じて吸引を解除している状態であっても、プローブ１１がカンチレバー１２から外れないようにするためである。この際、プローブヘッド１５には電磁石を用い、電流のＯＮ／ＯＦＦで磁力の制御を行うのが好ましい。カンチレバー１２とプローブ１１とを電磁石によって接合するためには、カンチレバー１２とプローブ１１とが、共に磁性体材料であることが望ましい。また、安定した接合を実現するために、プローブ１１の細管１４の先端とは反対側の端部に台座１３を設けている。台座１３は錐体状で、中心を貫くように細管１４を通すことで、細管１４とカンチレバー１２とを連通させると共に、細管１４が傾くことなく鉛直方向に沿って延在した状態で保持することが可能である。この構造を採用することで、基板０１の凹部の側壁と異物０２の相対位置関係を正確に捉え易くすることができる。さらに、カンチレバー１２の先端の開口部Ｃは、位置ズレによる吸引不能を防止するために、台座１３の開口部Ｂよりも大きくすることが望ましい。

カンチレバー１２の内部の中空部分は、プローブヘッド１５を介して真空ポンプ３２に接続されており、バルブ３１の開閉により、細管１４による吸引を制御することができる。バルブ３１は、異物の吸引動作及び異物の保持動作以外は、閉の状態にしておく。

このような構成において、異物０２を吸引するにあたっては、図４に示すように、バルブ３１を開状態とした吸引開始において（ＳＴ４）、先に特定（ＳＴ１〜ＳＴ３）した基板０１の表面及び異物０２の三次元情報を元に、プローブ１１のアプローチ位置と深さ方向のアプローチ量とを決定したうえで、その決定値で異物０２にプローブ１１をアプローチする（ＳＴ５）。そして、プローブ１１（細管１４）が異物０２に接触した瞬間、異物０２は細管１４に吸着される。細管１４に異物０２が吸着されている状態で、プローブ１１をカンチレバー１２と一体に引き上げることにより、基板０１の凹部に入り込んだ異物０２を除去する。なお、細管１４の選定にあたっては、凹部の幅並びに異物０２の大きさを考慮し、その異物０２を吸引した際に細管１４の先端で留め置くことができるものを用いる。

さらに、細管１４で吸引して引き上げた異物０２は、図３に示すように、ブロークリーニングを用いて除去する。ブロワー４１の先端は中空となっており、図示しないブロワー送風機等に接続されている。

まず、引き上げられた細管１４を基板０１の範囲外へ移動させ（ＳＴ６）、ブロワー４１の先端を異物０２に接近させた状態で、バルブ３１を開の状態から、閉にすることにより、細管１４による吸引状態を解除する（ＳＴ７）。これにより、細管１４による異物０２の吸引が解除されると同時に、ブロワー４１からの送風により細管１４で吸引していた異物０２が細管１４から除去される（ＳＴ８）。なお、ブロワー４１からブローする気体としては、細管１４が変質しないように、窒素やヘリウム等不活性ガスを用いるのが望ましい。これにより、基板０１に対して異物０２の再付着を防止することができる。

本実施の形態では、プローブヘッド１５と、３軸微動機構２１と、制御装置２２と、Ｚ変位量フィードバック機構２３と、半導体レーザー２４と、光検出器２５と、光学カメラ２６が、フォトマスクの表面及び前記異物の三次元情報を取得し、前記三次元情報に基づいて前記異物の位置を特定する位置特定手段を構成している。
また、３軸微動機構２１と、制御装置２２が、プローブ先端を前記特定された異物の位置に移動させるとともに、前記プローブ先端を前記フォトマスクから離間させる移動手段を構成している。
また、制御装置２２と、バルブ３１と、真空ポンプ３２とが、前記異物を前記プローブ先端で吸引及び吸引の解除を可能とした吸引手段を構成している。

０１ … 基板
０２ … 異物
１１ … プローブ
１２ … カンチレバー
１３ … 台座
１４ … 細管
１５ … プローブヘッド
２１ … ３軸微動機構
２２ … 制御装置
２３ … Ｚ変位量フィードバック機構
２４ … 半導体レーザー
２５ … 光検出器
２６ … 光学カメラ（撮影手段）
３１ … バルブ
３２ … 真空ポンプ（吸引手段）
４１ … ブロワー（除去手段）
Ａ … 基板０１の表面深さ
Ｂ … 細管１４の直径
Ｃ … カンチレバー１２先端の開口部

Claims

フォトマスクに付着した異物を除去するフォトマスクの異物除去方法であって、
前記フォトマスクの表面及び前記異物の三次元情報を取得し、前記三次元情報に基づいて前記異物の位置を特定する工程と、
前記特定された異物の位置に基づいてプローブ先端を動かして前記異物を前記プローブ先端で吸引し、その後、前記プローブ先端を前記フォトマスクから離間させることにより前記異物を前記フォトマスクから除去する工程と、
前記吸引を解除し、前記プローブ先端で吸引した前記異物を前記プローブ先端から除去する工程と、
を備えたことを特徴とするフォトマスクの異物除去方法。
前記プローブ先端は中空構造の細管で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの異物除去方法。
前記細管の材料は、カーボンナノチューブであって、その直径は、数ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項２に記載のフォトマスクの異物除去方法。
前記プローブ先端で吸引した前記異物を前記プローブ先端から除去する工程では、前記プローブ先端の異物に向けて気体をブローすることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のフォトマスクの異物除去方法。
前記プローブは、前記細管を支持する台座を有し、
前記台座は、少なくとも直径又は長さの一方が異なる細管の交換が可能に構成されていることを特徴とする請求項２または３記載のフォトマスクの異物除去方法。
前記プローブ先端の吸引作用は、真空ポンプによる吸引力であり、この吸引力はバルブ開閉によって制御されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項にフォトマスクの異物除去方法。
フォトマスクに付着した異物を除去するフォトマスクの異物除去装置であって、
前記フォトマスクの表面及び前記異物の三次元情報を取得し、前記三次元情報に基づいて前記異物の位置を特定する位置特定手段と、
プローブ先端を前記特定された異物の位置に移動させるとともに、前記プローブ先端を前記フォトマスクから離間させる移動手段と、
前記異物を前記プローブ先端で吸引及び吸引の解除を可能とした吸引手段と、
を備えたことを特徴とするフォトマスクの異物除去装置。