(57)【要約】【課題】  本発明が解決しようとする問題点は、ＦＩＢ照射のダメージもなく、削り屑が出ることもない微細加工によって、半導体マスクの黒欠陥を精密に修正できる新たな方法を提示し、それを実行する装置を提供することにある。【解決手段】  走査型プローブ顕微鏡の探針２を熱して、マスクの被加工領域にエッチングガスを吹きつけながら試料表面に接近させた状態で走査させ、探針２からの輻射熱によりマスクの被加工領域（黒欠陥）とエッチングガスとで化学反応を起こさせ、揮発性物質を生成させ蒸発させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ顕微鏡の探針を加熱し、エッチングガスを噴射しながら被加工試料の表面近傍を走査させることにより、当該被加工試料表面を前記エッチングガスと反応蒸発させることを特徴とする微細加工方法。
【請求項２】
フォトマスク上の黒欠陥表面近傍を、加熱したプローブ顕微鏡の探針をエッチングガスを噴射しながら走査することにより、前記黒欠陥を前記エッチングガスと反応蒸発させることにより除去することを特徴とするフォトマスクの黒欠陥修正方法。
【請求項３】
前記黒欠陥は、クロム膜または酸化クロム膜であることを特徴とする請求項２記載のフォトマスクの黒欠陥修正方法。
【請求項４】
前記黒欠陥はＭｏＳｉＯＮ膜若しくはＴａＮ膜であることを特徴とする請求項２記載のフォトマスクの黒欠陥修正方法。
【請求項５】
前記エッチングガスはハロゲン系ガスであることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載のフォトマスク黒欠陥修正方法。
【請求項６】
プローブ顕微鏡の探針を加熱する手段と、エッチングガスを噴射するノズルとを備え、前記エッチングガスを被加工試料表面に吹き付けながら前記加熱した探針を当該被加工試料の表面近傍を走査させることにより、当該被加工試料表面を前記エッチングガスと反応蒸発させて微細加工する機能を備えたことを特徴とする微細加工装置。
【請求項７】
プローブ顕微鏡の探針を加熱する手段が、カンチレバーの試料対向面と反対側の面に配置した熱容量の大きなブロックと、該ブロックにレーザーを照射する手段とで構成される請求項６に記載の微細加工装置。
【請求項８】
集束イオンビームを用いるエッチングにより、被加工試料の粗加工を行うステップと、加熱したプローブ顕微鏡の探針を、エッチングガスを噴射しながら前記粗加工した被加工試料表面近傍を走査させ、当該被加工試料を前記エッチングガスと反応蒸発させて仕上げ加工するステップとからなる微細加工方法。
【請求項９】
集束イオンビームを用いるエッチングにより、フォトマスク上の黒欠陥の粗加工を行うステップと、加熱したプローブ顕微鏡の探針を、エッチングガスを噴射しながら前記残存する黒欠陥の表面近傍を走査させ、当該黒欠陥を前記エッチングガスと反応させ蒸発させて仕上げ加工を行うステップとからなるフォトマスクの黒欠陥修正方法。
【請求項１０】
前記黒欠陥がクロム膜または酸化クロム膜であることを特徴とする請求項９記載のフォトマスク黒欠陥修正方法。
【請求項１１】
前記黒欠陥がＭｏＳｉＯＮ膜若しくはＴａＮ膜であることを特徴とする請求項９記載のフォトマスクの黒欠陥修正方法。
【請求項１２】
走査型プローブ顕微鏡と集束イオンビーム鏡筒とを同一チャンバー内に設置して複合装置化することにより、被加工試料の粗加工を集束イオンビームにより、仕上げ加工を加熱した探針とガス噴射によって行う機能を備えた微細加工装置。
【請求項１３】
フォトマスクの黒欠陥をプローブ顕微鏡の探針を用いて掘削研磨し除去する黒欠陥修正方法において、前記掘削研磨し除去した後、前記掘削研磨で生じた削り屑を、前記探針を加熱してエッチングガスを噴射しながら当該削り屑付近を走査させ、当該削り屑を前記エッチングガスと反応蒸発させることにより除去することを特徴とするフォトマスクの黒欠陥修正方法。
【請求項１４】
フォトマスク黒欠陥の粗加工を走査型プローブ顕微鏡の探針の掘削研磨を行い、仕上げ加工を加熱した前記探針の走査と当該走査部分へのガス噴射によるエッチングで行う機能を備えたフォトマスクの黒欠陥修正装置。
【請求項１５】
プローブ顕微鏡の探針を加熱する加熱手段と、前記加熱した探針で試料表面上を走査するときに、該走査付近にエッチングガスを噴射するガス噴射ノズルとを設けたことを特徴とする微細加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は顕微鏡プローブを用いた微細構造物の加工方法、特に半導体マスクの黒欠陥修正に適した加工方法とそれを実行する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体マスクの欠陥修正手段として、従来から集束イオンビーム（ＦＩＢ）が用いられている。（例えば非特許文献１参照。）また、特許文献１にはイオンビーム加工の続行／終了の判定を走査イオン顕微鏡の画像に依存しない新規なフォトマスクの孤立した黒欠陥修正方法およびその装置を提供することを課題とし、一定強度のイオンビームの照射時間に対する黒欠陥領域が減縮後退する変位量の関係で表したエッチング速度特性をテストサンプルによって得たものを記憶しておき、該特性に応じた時間のイオンビームを加工領域に照射した後、イオンビームのスポットを１ドットとする二次元マトリックスを加工面上に設定して上下左右に１ドット分づつ中心に向け狭めた領域に対して前記特性に応じた時間だけ次の照射を実行するという作業を順次繰り返すことが提示されている。ところが、このようなＦＩＢを用いた欠陥修正方法は最近の半導体素子の集密化、すなわちパターンの微細化のニーズに応え露光波長の短波長化が進むにつれ、ＦＩＢのGaイオン照射によるマスクヘのダメージがマスクの透過率の低下を起こすという問題が懸念されるようになった。そこでGaをイオン源とするＦＩＢ以外のマスク欠陥修正手段として、マスクの黒欠陥修正にダイヤモンドのプローブ針を使った走査型プローブ顕微鏡による機械的な加工が提示されている。特許文献２にはイオンビームを用いた欠陥修正装置と原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)を組み合わせることで、実用的なスル−プットでリバーベッドも無い黒欠陥修正を可能にすることを課題とし、第一段階でイオンビームのテール成分や小角度散乱されたイオンビームが周辺のガラス部に当たらないように認識した欠陥領域の内側のみに照射し、欠陥の縁部を残すようなエッチングを行い、第二段階で残した欠陥の縁部のみをガラス面の高さに固定したＡＦＭの硬い探針で物理的に削るという二段階の修正手順を踏んで黒欠陥の修正を行う技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３０６５３９号公報「フォトマスクの孤立した黒欠陥修正方法およびその装置」  平成１２年１１月２日公開  要約書
【特許文献２】特開２００２−２１４７６０号公報「マスクの黒欠陥修正方法」平成１４年７月３１日公開  要約書
【非特許文献１】S.A.Ruatta, Eryn Smith, Anto Yasaka, “Advanced Photomask Reconstruction with the Seiko SIR 3000” Source Program Information Explorer  Vol.3236 PP372-381
【非特許文献２】P.ベティガー／G.ビニッヒ（ＩＢＭ）「ナノマシンで実現する超高密度メモリー」日経サイエンス  2003年4月号  ２２頁−３１頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、走査型プローブ顕微鏡による機械的な加工では、図４に示したように被加工エリアの周辺に削り屑が残ってしまう間題が指摘されている。削り屑が残っていると露光の際に影響を及ぼす可能性がある。そのため、加工後に削り屑を除去する工程が入り、修正プロセスも複雑になっていた。加工量が多いときには、加工中の削り屑の蓄積が欠陥修正の品質を低下させることもあった。加工量が多いときには、加工中の削り屑の蓄積が欠陥修正の品質を低下させることもあった。
【０００４】
本発明が解決しようとする問題点は、ＦＩＢ照射のダメージもなく、削り屑が出ることもない微細加工によって、半導体マスクの黒欠陥を精密に修正する新たな方法を提示し、それを実行する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の微細加工方法は、走査型プローブ顕微鏡の探針を熱して、マスクの被加工領域にエッチングガスを吹きつけながら試料表面に接近させた状態で走査させ、探針からの輻射熱により試料表面がエッチングガスと局所的に化学反応を起こし、揮発性物質を生成して蒸発させる。
【０００６】
本発明の微細加工する走査型プローブ顕微鏡は、プローブ顕微鏡の探針を加熱する手段と、エッチングガスを噴射するノズルとを備えたもので、そのプローブ顕微鏡の探針を加熱する手段は、探針部近傍に配置したヒーターと給電手段または熱容量の大きなブロックと該ブロックにレーザーを照射する手段とで構成される。
【０００７】
また、本発明の他の微細加工方法は、集束イオンビームを用いるエッチングまたはダイヤモンド等の探針を用いた機械的な加工により、試料の粗加工を行うステップと、加熱したプローブ顕微鏡の探針を、エッチングガスを噴射しながら残存する試料の表面近傍または機械的な加工で生じた削り屑近傍を走査させ、当該試料表面を反応蒸発させて仕上げ加工するステップとからなる。
【０００８】
他の微細加工方法を実行する本発明の装置は、集束イオンビーム鏡筒をチャンバー内に設置してＦＩＢ装置とＳＰＭ装置とを複合装置化、またはダイヤモンド等の探針と前記探針を加熱する機構とエッチングガスを供給する機構を備えたＳＰＭ装置を、駆動制御して微細加工機能を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の微細加工方法は、加熱したプローブ顕微鏡の探針部を、エッチングガスを噴射しながら試料の表面近傍を走査させ、当該試料を反応蒸発させるものであるから、ＦＩＢによるスパッタエッチングのように試料にダメージを与えたり、Gaイオンによって汚染させるようなことが無く、探針で機械的に削る加工のように削り屑が出るようなこともなく、探針先端領域に限定された微細な加工単位で綺麗に試料を加工することができる。
【００１０】
本発明の走査型プローブ顕微鏡は、プローブ顕微鏡の探針を加熱する手段と、エッチングガスを噴射するノズルとを備えたものであるから、試料の表面近傍を走査させることにより当該試料を反応蒸発させて微細加工する本発明の方法を容易に実現することができる。
【００１１】
また、プローブ顕微鏡の探針を加熱する手段が、カンチレバーに配置した熱容量の大きなブロックと、該ブロックにレーザーを照射する手段とで構成される本発明の走査型プローブ顕微鏡は、カンチレバー上に通電用のリード線加工を施す必要が無い上、断線等のトラブルもなく安定した動作が確保できる。
【００１２】
更に、集束イオンビーム鏡筒をチャンバー内に設置して複合装置化された本発明の走査型プローブ顕微鏡は、試料の粗加工を集束イオンビームにより素早く実行し、仕上げ加工を加熱したプローブとガス噴射によって行うことにより、試料にダメージを与えたり、Gaイオンによって汚染されたり、削り屑が出るようなこともなく、そして多くの加工時間を要することもなく綺麗に試料の微細加工を行うことができる。
【００１３】
また、プローブ顕微鏡装置にダイヤモンド等の探針と前記探針を加熱する機構とエッチングガスを供給する機構を備えた本発明の場合、ダイヤモンドの探針による機械的な加工を行い、スクラッチ加工中に生じた削り屑を加熱した探針とガス噴射によって行うことにより除去することで、試料にダメージを与えたり、Gaイオンによって汚染されたり、削り屑が出るようなこともなく、綺麗に試料の微細加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の加工方法は、走査型プローブ顕微鏡の探針近傍に加熱手段を配置して該探針を加熱して、マスク等試料の被加工領域にガスノズルを介してエッチングガスを吹きつけながら前記探針先端部を試料表面に接近させて走査させるものである。プローブからの輻射熱により試料がエッチングガスと化学反応を起こし、揮発性物質を生成し、走査領域の試料を蒸発させる。この反応により所望の加工領域で、削り屑の残らない加工が実現できるだけでなく、この微細加工方法は、ＦＩＢを照射しないものであるから、当然ながら、Gaによるダメージを受けることもない。この方法を実施する手段の例としては図１に示すような基本構成が必要である。先端に探針２と該探針２を加熱する加熱手段３を備えたプローブ顕微鏡のカンチレバー１、半導体フォトマスク等の試料面に対してハロゲン系ガスを吹き付けるガスノズル４、その他図１には図示されていないが探針２を二次元的に走査させる駆動機構や位置検知手段、試料を載置する試料ステージとその駆動機構などプローブ顕微鏡としての基本構成が備えられている。加熱手段は例えばＦＩＢを用いたＣＶＤ等によって、カンチレバーの試料に対向する面と反対側の面の探針と対向する位置にヒーターを配置すると共に該ヒーターへの通電用のリード配線をカンチレバー上に形成することができる。
【００１５】
このプローブ顕微鏡の探針を加熱して利用しようという技術が非特許文献２に提示されている。プローブ顕微鏡の探針を加熱して利用するという点で本発明と一部類似する点があるが、この技術は高密度記録に関し、小さな力ンチレバーを縦横に並べ、キツツキがくちばしで木をつつくようなやり方で、高分子材料でできた媒体にデータを書き込み、消去するものである。力ンチレバーの先端についた針が媒体に小さなくぼみを付けると「１」を記録。くぼみがない場合は「０」を表す。その記録の書き込み、消去、読み取り動作において探針への加熱並びにその探針の放熱状態等の検知などが行われるが、本発明のように揮発性ガスとの反応を用いるものではなく全く異なる技術的思想である。
【実施例１】
【００１６】
本発明の１実施例を図２を参照しながら説明する。この実施例は基本的にプローブ顕微鏡と共にＦＩＢ鏡筒を同一チャンバー内に併設した構成をとったものである。図中５がＦＩＢ鏡筒であって、これはイオン源，イオンレンズ系、偏向走査系を含む。また１は走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）のカンチレバーであり、その先端部に探針２と該探針２を加熱する加熱手段３を備えている。４は半導体フォトマスク等の試料面に対してガスを吹き付けるガスノズル、６は加工対象となる試料を載置する試料ステージである。また７はこのシステムのコントローラ機能とデータ処理機能を果たすコンピュータ、８はディスプレイである。試料ステージ６に載置された試料に対する加工、例えばフォトマスクの黒欠陥除去を行うにあたり、まず、ＦＩＢを走査させイオン顕微鏡機能によって試料面の画像を撮りディスプレイ上で加工すべき場所の確定を行う。その位置を機械上の位置情報として記憶してからその位置にＦＩＢを照射し、黒欠陥をスパッタエッチングする。黒欠陥の大きさによりＦＩＢ照射位置を走査させて加工を行う。これはＦＩＢを用いた加工であるから前述したように試料へのダメージとイオンの残留現象を伴うが、加工後に露出する試料面への影響がでない部分、すなわち黒欠陥の上層部分に対してだけ行う粗加工である。ただし、欠陥領域の周縁部については露出している試料面への影響がでるため、照射を控えることが好ましい。粗加工が進んだところで改めてイオン顕微鏡機構を用いて加工状態を観察し、予定の加工が進んだら粗加工を終了する。この粗加工はスパッタエッチングに限らず塩素ガス等をガスノズル４から噴射しつつＦＩＢを照射するガスアシストエッチングによって行うこともできる。
【００１７】
粗加工がなされたならば、その加工部分に対して仕上げ加工を施すことになるが、その際には機械上で認識された加工位置にプローブ顕微鏡の探針２を位置させると共に加熱手段３を稼動させ探針を加熱する。塩素等のハロゲン系エッチングガスをガスノズル４から噴射しつつ粗加工の後残存している黒欠陥部分を走査させ、例えばクロム若しくは酸化クロム膜からなる黒欠陥をエッチングガスと反応させ揮発させる。探針は必ずしも試料表面に直接接触させなくとも輻射熱で反応する。また、間歇接触によって揮発させることもできる。この際の反応式は、黒欠陥がクロム膜の場合、以下のように示される。
【００１８】
Ｃｒ＋２Ｏ＊＋Ｃｌ２  →  ＣｒＯ２Ｃｌ２
反応の最適温度は探針が１１７℃であるが、８０℃程度でもよい。この反応によって粗加工では残留していたクロムをきれいに除去することができる。また位相シフトマスクに用いるＭｏＳｉＯＮ膜や極端紫外光リソグラフィー用マスクの吸収層に用いられるＴａＮ膜も反応の最適温度は異なるがクロムや酸化クロムの加工と同様に加工することが可能である。粗加工によって受けたダメージとイオンが打ち込まれ汚染された領域は残留黒欠陥部分であり、それはこの仕上げ加工によって除去され、露出した試料表面にはダメージも汚染もないこととなる。例えばエッチングガスに塩素系ハロゲンガスを用いて、Gaをイオン源としたＦＩＢによる汚染された領域のGaは、ＧａＣｌ３など揮発性物質を反応形成し、汚染原因のGaを除去することができる。加工終了したかどうかはイオン顕微鏡若しくはＳＰＭを機能させてディスプレイ８上で観察することができる。この反応は加熱領域においてエッチングガスと反応してクロムが揮発ガスとなって除去されるものであるから、必ずしもプローブ顕微鏡の探針を要しなくても起こるのであるが、本発明において加熱したプローブ顕微鏡の探針を用いる技術的意義は反応領域を探針先端の微小領域に限定することができるためである。単にレーザービームを集束させて加工した場合、反応領域はレーザー光のビームスポット径に依存することとなり本発明におけるような微細加工は困難である。
【実施例２】
【００１９】
次に本発明のプローブ顕微鏡の探針を加熱する加熱手段３の変形例を示す。図３に示すように探針２が固定されているカンチレバー１の背面部に熱容量の大きな素材のブロック９を固定し、該ブロック９に熱を蓄積させる手段としてレーザー光源10を備える。レーザービームをブロック９に照射することにより加熱し、ブロック９に蓄積された熱が探針に伝達される。この実施例はブロック９をカンチレバー１に固定さえすれば加熱手段としての加工は足りるため、ヒーターとその配線をカンチレバー１に施す加工に比べ簡単ですむメリットがある。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
以上説明してきたように、本発明は半導体フォトマスクの黒欠陥修正加工に有効に用いることができるが、このフォトマスクの黒欠陥修正に限らず、ＦＩＢ照射によるGa浸透層の除去や極端紫外光リソグラフィー（ＥＵＶＬ）用マスクの吸収層の欠陥修正や半導体マスクの製造工程で付着し、洗浄を行っても取り除くことのできない不純物の除去にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の化学反応を利用した加工の原理を説明する図である。
【図２】本発明の加工方法を実行する装置の１実施例を示す図である。
【図３】本発明のプローブ顕微鏡の探針を加熱する手段の１実施例を示す図である。
【図４】従来のプローブ顕微鏡の探針を用いた機械的加工を説明する図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  カンチレバー                    ６  試料ステージ
２  探針                            ７  コンピュータ
３  加熱手段                        ８  ディスプレイ
４  ガスノズル                      ９  熱ブロック
５  ＦＩＢ鏡筒                      10  レーザー光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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