JP4361405B2 - Mask black defect correction by applying electrochemical method to AFM - Google Patents
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Description
本発明は、半導体の製造に用いられるフォトマスクの黒欠陥を修正する方法およびそれを実行する装置、また、その装置に用いられるAFMプローブおよびその作製方法に関する。 The present invention relates to a method for correcting a black defect of a photomask used for manufacturing a semiconductor, an apparatus for executing the method, an AFM probe used for the apparatus, and a manufacturing method thereof.
パソコンや携帯電話といった最近の電子機器の小型高性能化を可能にしたのはLSIの高密度化、システム化によるところが大きい。僅か数ミリ四方の半導体チップに数百万個以上の素子が詰め込まれる状況中で回路パターンを描く線幅もミクロンからナノのオーダーになってきており、それを実現するためのリソグラフィの技術開発が繰り広げられている。今までのリソグラフィの主流は光リソグラフィ技術であったが、パターンの微細化に対応して使用する光の波長も極力短いものとし、短波長のレーザを用いて行なうことになるが、その加工も光学系やレジストの問題があって、光露光装置による微細化への対応はそろそろ限界というところにきている。そこで、光に代わって将来性を有望視されているのが電子ビームや極短紫外線を線源とする技術であり、これらの技術動向に伴い用いられるフォトマスクもパターンの細密化が進んでいる。このフォトマスク上に欠陥が存在すると、欠陥がウェハに転写されて歩留まりを減少する原因となるので、ウェハにマスクパターンを転写する前に欠陥検査装置によりフォトマスクの欠陥の有無や存在場所が調べられ、欠陥が存在する場合にはウェハへ転写する前に欠陥修正装置により欠陥修正処理が行われている。このマスクの欠陥修正もパターンの細密化に伴い緻密な加工が必要とされてきている。 Recent electronic devices such as personal computers and mobile phones have become smaller and have higher performance due to higher LSI density and systematization. In a situation where more than several million elements are packed in a semiconductor chip of only a few millimeters, the line width for drawing a circuit pattern has been on the order of microns to nanometers, and lithography technology development to realize that It is unfolding. The mainstream of lithography so far has been optical lithography technology, but the wavelength of light used for pattern miniaturization should be as short as possible, and it will be performed using a short wavelength laser. Due to the problems of optical systems and resists, the response to miniaturization by the optical exposure apparatus is almost at the limit. Therefore, the technology that uses electron beams and ultra-short ultraviolet rays as the source of radiation is promising instead of light, and the photomasks used with these technological trends are also becoming increasingly finely patterned. . If defects exist on this photomask, the defects are transferred to the wafer and cause a reduction in yield. Therefore, before transferring the mask pattern to the wafer, the defect inspection device checks the presence and location of the photomask defects. If there is a defect, the defect correcting process is performed by the defect correcting device before transferring the defect onto the wafer. This mask defect correction also requires precise processing as the pattern becomes finer.
リソグラフィにおいて用いられる露光用マスクの欠陥修正は、レーザービームを用いた修正も行われてきたが、現在は加工精度や作業効率に優れた集束イオンビーム(Focused Ion Beam:FIB)装置のエッチング機能を利用した付着異物の除去(黒欠陥修正)とイオンビーム誘起デポジション機能を利用した欠落部付加加工(白欠陥修正)が主流となっている。従来用いられてきたフォトマスクは石英ガラス等のガラス上にクロムなどのバイナリマスク材料やMoSiONのようなハーフトーン型位相シフトマスク材料をスパッタにより堆積して遮光膜とし、マスクパターンを光の透過率の違いに変換したものであるが、最近では、より強い解像力向上と焦点深度改善効果をもつ、ガラスを逆位相になるまで掘り込んだレベンソン型の位相シフトマスクも実用に供され始めているところである。このような技術状況の中でイオンビームを照射して黒欠陥修正を行う際のリバーベッドの現象が一段と大きな問題となってきた。このリバーベッドとは欠陥の周縁部分にイオンビームを照射したとき欠陥部で反射されたイオンが散乱し、欠陥部周囲の基板をエッチングしてしまう現象である。また、イオンビームは光学系によって細く集束されているとはいえミクロ的には正規分布を持っておりこれも欠陥部周囲の基板をエッチングしてしまうリバーベッド現象の一因となっている。リバーベッドは高さの違いから透過光の位相を乱すため、転写結果に悪影響をもたらし、黒欠陥修正個所の加工品質を低下させる要因になっている。特に最近の縮小投影露光装置の光源の短波長化により、従来では問題にならない程度の深さのリバーベッドでも転写結果に影響するようになってきている。また、このFIBを用いたエッチングでは一旦スパッタ除去された素材がガラス基板に再付着してしまうという問題もあった。 Although the defect correction of the exposure mask used in lithography has also been corrected using a laser beam, now the etching function of a focused ion beam (FIB) apparatus with excellent processing accuracy and work efficiency is provided. Removal of attached foreign matter (black defect correction) and missing portion addition processing (white defect correction) using an ion beam induced deposition function have become mainstream. Conventionally used photomasks form a light-shielding film by sputtering a binary mask material such as chromium or a halftone phase shift mask material such as MoSiON on a glass such as quartz glass, and the mask pattern is used for light transmittance. Recently, Levenson-type phase shift masks that have been dug until glass is in anti-phase, with stronger resolution and depth of focus improvements, are beginning to be put into practical use. . In such a technical situation, the phenomenon of the river bed at the time of correcting the black defect by irradiating the ion beam has become a bigger problem. This river bed is a phenomenon in which, when an ion beam is irradiated to the peripheral portion of a defect, ions reflected by the defect portion are scattered and the substrate around the defect portion is etched. Although the ion beam is finely focused by the optical system, it has a microscopic normal distribution, which also contributes to the river bed phenomenon that etches the substrate around the defect. Since the river bed disturbs the phase of the transmitted light due to the difference in height, it has an adverse effect on the transfer result and is a factor that degrades the processing quality of the black defect correction location. In particular, due to the recent shortening of the wavelength of the light source of the reduction projection exposure apparatus, even a river bed having a depth that does not cause a problem in the past has been affected by the transfer result. In addition, the etching using the FIB has a problem that the material once sputtered and removed is reattached to the glass substrate.
このリバーベッド等FIB加工の問題点を踏まえ、本出願人は先に特許文献1「マスクの黒欠陥修正方法」を提示した。これは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もので、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ものである。
In light of this problem of FIB processing such as a river bed, the present applicant has previously proposed
しかし、この手法で欠陥修正を行うためには真空チャンバ内でFIB加工を行い、その後チャンバ外に出してAFMによる作業を行わなければならない。その作業は残された欠陥周縁部に探針位置を正確に位置決めし探針を走査駆動して機械的に削り取るという厄介な作業となってしまう問題があった。 However, in order to perform defect correction by this method, it is necessary to perform FIB processing in a vacuum chamber and then move out of the chamber and perform work by AFM. This operation has a problem that the probe position is accurately positioned on the remaining peripheral edge of the defect, and the probe is scanned and mechanically scraped off.
また、この手法で欠陥修正を行うためには残された欠陥周縁部に探針位置を正確に位置決めし機械的に削り取るという厄介な作業が必要となる。したがって、作業がかなり厄介となるという問題があった。また、欠陥部観察のためイオンビームを走査して二次荷電粒子象を得る際にマスク表面にダメージを与えてしまうという問題、イオンビーム照射によるチャージアップ現象のためFIBのドリフトが生じ位置決めが不正確になってしまうという問題もあった。 In addition, in order to perform defect correction by this method, a troublesome operation of accurately positioning the probe position on the remaining defect peripheral portion and mechanically scraping it is necessary. Therefore, there has been a problem that the work is considerably troublesome. In addition, there is a problem of damaging the mask surface when scanning the ion beam to obtain a defective charged particle image for observing a defect, and a FIB drift occurs due to a charge-up phenomenon caused by ion beam irradiation, resulting in poor positioning. There was also the problem of becoming accurate.
そこで、本出願人はマスク欠陥部の材質としてはクロムのような導電性の物質であることから、これを電気化学的手法で除去することに想到し開発を進めている。電気化学的手法で欠陥素材を電解溶液中に溶かしてしまう反応は周辺のガラス基板に損傷を与えることがなく、その反応速度も制御できることから、その点で求められる要件を満たすものであるが、問題は微細構造である欠陥部のみを除去する加工をこの手法で実現させることである。フォトマスクの現状から勘案すると十乃至数百ナノメートルの局部的な領域を特定して反応を起こさせなければならない。 Therefore, the applicant of the present invention is conducting the development with the idea of removing the mask defect portion by an electrochemical method because it is a conductive material such as chromium. The reaction that dissolves the defective material in the electrolytic solution by the electrochemical method does not damage the surrounding glass substrate, and the reaction rate can be controlled, so it satisfies the requirements required in that respect, The problem is that this method realizes processing that removes only the defective portion having a fine structure. Considering the current state of photomasks, a local region of 10 to several hundred nanometers must be identified and reacted.
さらに、この手法で欠陥修正を行うためには集束イオンビーム(FIB)装置とAFM双方の機能を必要とするため、装置が大型化するし被加工試料を両装置に受け渡して作業を行わなければならない。両機能を備えた複合装置でこれを行う場合にしても真空チャンバ内でFIB加工を行い、その後チャンバ外に出してAFMによる作業を行わなければならない。しかも、残された欠陥周縁部に探針位置を正確に位置決めし機械的に削り取るという厄介な作業となる。したがって、装置も作業も単純ではないという問題があった。また、欠陥部観察のためイオンビームを走査して二次荷電粒子象を得る際にマスク表面にダメージを与えてしまうという問題、イオンビーム照射によるチャージアップ現象のため位置決めが不正確になってしまうという問題もあった。 Furthermore, since the functions of both the focused ion beam (FIB) apparatus and the AFM are necessary to perform defect correction by this method, the apparatus becomes large and the work sample must be transferred to both apparatuses without performing work. Don't be. Even when this is performed by a composite apparatus having both functions, FIB processing must be performed in the vacuum chamber, and then the work must be taken out of the chamber and performed by AFM. In addition, it is a troublesome task of accurately positioning the probe position on the remaining defect peripheral edge and mechanically scraping it. Therefore, there is a problem that neither the apparatus nor the work is simple. In addition, the problem of damaging the mask surface when scanning the ion beam for observing the defect and obtaining the secondary charged particle image, and the positioning becomes inaccurate due to the charge-up phenomenon caused by the ion beam irradiation. There was also a problem.
そこで、本出願人は後述するようにマスク欠陥部の材質としてはクロムのような導電性の物質であることから、これを電気化学的手法で除去することに想到し開発を進めているところである。電気化学的手法で欠陥素材を電解溶液中に溶かしてしまう反応は周辺のガラス基板に損傷を与えることがないことから、その点で求められる要件を満たすものであるが、問題は微細構造である欠陥部のみを除去する加工をこの手法で実現させることである。フォトマスクの現状から勘案すると十乃至数百ナノメートルの局部的な領域を特定して反応を起こさせなければならない。また、この電気化学的反応による修正手法は、従来のFIB装置によるエッチング修正と比べ、加工時間が多く掛かってしまうという短所がある。 Therefore, as will be described later, since the material of the mask defect portion is a conductive substance such as chromium, the present applicant has been concentrating on removing it by an electrochemical method and is developing it. . The reaction that dissolves the defective material in the electrolytic solution by the electrochemical method does not damage the surrounding glass substrate, so it meets the requirements for that point, but the problem is the microstructure It is to realize processing for removing only the defective portion by this method. Considering the current state of photomasks, a local region of 10 to several hundred nanometers must be identified and reacted. In addition, the correction method based on the electrochemical reaction has a disadvantage that it takes a longer processing time than the etching correction by the conventional FIB apparatus.
ところで、電気化学的手法を用いて微細な加工を実行する例としては特許文献2の技術があるが、この技術は電気化学的手法によって半導体のマスクパターンそのものを形成することを意図したものである。すなわち、被加工試料との間に生じる原子間力を検知することができる導電性探針を有する導電性カンチレバーと、該探針と被加工試料との間に原子間力によって生じた変位を検出する検出手段と、被加工試料上を走査するに際して該原子間力を一定量に保持するために探針と被加工試料との距離を一定に保持する制御手段と、被加工試料と該探針との間に電位を印加する手段とを備えた、原子間力検出手段を備えた装置を用いた微細加工方法であって、該被加工試料と探針との間に、水を含有する非極性溶媒を存在させた上で、該探針に電圧をかけることによって被加工試料に微細な加工を施す微細加工方法である。この文献は主として表面層を電気化学的反応により除去する加工法を用いるものが提示されているが、マスク全体にわたりこの手法によって不要領域を除去加工することは容易ではない。
By the way, as an example of executing fine processing using an electrochemical technique, there is a technique disclosed in
本発明はこの電気化学的加工機能を備えた原子間力顕微鏡(以下これを電気化学AFMという。)を用いて微細なパターン構造をもつ次世代のマスク欠陥を精度よく修正する技術を提示するものであるが、そのためには十乃至数百ナノメートルの局部的な領域を特定して反応を起こさせなければならない。局部的な反応を実現させるためには欠陥部に対向する電極の細さと両者間の距離と電荷量が重要な条件となる。そこで、電極としてプローブ顕微鏡の探針を用いるに際し、先端径を数乃至数十ナノメートルに尖らせ導電性とした探針を電極として用い、この細い電極を1乃至百ナノメートルの至近距離に位置決めすることで所望の局所的反応を実現することができる。しかし、探針先端径を1ナノメートルのオーダーまで加工し、しかも先端部のみ導電性の電極構造に作製することは容易ではない。 The present invention presents a technology for accurately correcting next-generation mask defects having a fine pattern structure using an atomic force microscope (hereinafter referred to as electrochemical AFM) having the electrochemical processing function. However, in order to do so, a local region of 10 to several hundred nanometers must be specified to cause a reaction. In order to realize a local reaction, the fineness of the electrode facing the defect, the distance between the two, and the amount of charge are important conditions. Therefore, when using the probe of the probe microscope as an electrode, the tip diameter is set to be several to several tens of nanometers and the conductive probe is used as an electrode, and this thin electrode is positioned at a close distance of 1 to 100 nanometers. By doing so, a desired local reaction can be realized. However, it is not easy to process the tip diameter of the probe to the order of 1 nanometer and to make only the tip portion into a conductive electrode structure.
プローブ顕微鏡の一種である原子間力顕微鏡(AFM)を用いることで、欠陥位置を特定する観察画像も集束イオンビームを使用しないでも取得することができる。 By using an atomic force microscope (AFM) which is a kind of probe microscope, an observation image for specifying a defect position can also be obtained without using a focused ion beam.
本発明はこの電気化学AFMを用いて好適なプローブの作製方法及びそれによって作られたプローブを提供するものである。電気化学的手法で欠陥素材を電解溶液中に溶かしてしまう反応は周辺のガラス基板に損傷を与えることがなく、その反応速度も制御できる。その点で集束イオンビーム装置を用いたマスク修正の問題点を解決するものである。しかし、この手法を用いる場合において、微細構造である欠陥部のみを除去する加工を実現することが重要である。マスクにおける黒欠陥の素材はマスクパターンの素材でもあることから本来のマスクパターンがこの電気化学的手法で除去されてしまっては新たな白欠陥を作ることとなり、欠陥修正にはならない。
本発明が解決しようとする基本的課題は、マスクの黒欠陥修正においてリバーベッドができず、微細なパターンにおける黒欠陥でもきれいに修正が可能で、マスク表面にイオン照射によるダメージを与えることもなく、しかも用いる装置が比較的シンプルで大型化せず、作業も比較的単純に行うことができる黒欠陥修正手法を提示すると共に、そのような手法を実行できる装置を提供することにある。 The basic problem to be solved by the present invention is that the black bed correction of the mask can not be riverbed, black defects in a fine pattern can be corrected neatly, without damaging the mask surface by ion irradiation, Moreover, it is an object of the present invention to provide a black defect correction technique that can be used in a relatively simple and large-sized apparatus and that can perform operations relatively easily, and to provide an apparatus that can execute such a technique.
また、本発明が解決しようとする更なる課題は、チャージアップ現象による位置ヅレがなく局部的な微細な修正が可能で、しかも作業が比較的単純に実行できる黒欠陥修正手法を提供すること、マスクの黒欠陥修正において周囲のパターンに影響を与えず局部的な微細な修正が可能で、しかも作業が比較的単純に実行できる黒欠陥修正手法を提示すると共に、そのような手法を実行できる装置を提供することにある。 Furthermore, a further problem to be solved by the present invention is to provide a black defect correction method that is capable of performing a local fine correction without misalignment due to a charge-up phenomenon and that can be performed relatively simply. In addition, the present invention provides a black defect correction method capable of performing a local fine correction without affecting the surrounding pattern in the mask black defect correction and performing the operation relatively simply, and such a method can be executed. To provide an apparatus.
また、本発明が解決しようとする他の課題は、上記の手法を実現するため先端径がナノメートルオーダーの電気化学AFM用のプローブを提供することにある。 Another problem to be solved by the present invention is to provide a probe for electrochemical AFM having a tip diameter of nanometer order in order to realize the above-described method.
本発明のマスク黒欠陥修正方法は、原子間力顕微鏡によってマスクの黒欠陥部位置を把握するステップと、前記黒欠陥位置上方に前記原子間力顕微鏡の探針を移動させるステップと、前記探針と前記マスク黒欠陥部を両電極とし電解液を介在させた状態で電気化学的反応により前記黒欠陥を除去するステップと、前記原子間力顕微鏡によって前記黒欠陥の除去を確認するステップとからなる。 The mask black defect correcting method of the present invention includes a step of grasping a black defect portion position of a mask by an atomic force microscope, a step of moving the probe of the atomic force microscope above the black defect position, and the probe And a step of removing the black defect by an electrochemical reaction with the mask black defect portion as both electrodes and an electrolyte interposed, and a step of confirming the removal of the black defect by the atomic force microscope. .
また、本発明の他のマスク黒欠陥修正方法は、AFMの観察機能によってマスクの欠陥部位置を把握するステップと、マスク表面に絶縁性のレジスト膜を塗布するステップと、欠陥部分のレジスト膜をAFMの探針でスクラッチするステップと、欠陥位置上方に電気化学AFMの探針を移動させるステップと、前記探針とマスク黒欠陥部を両電極とし電解液を介在させた状態で電気化学的反応により前記黒欠陥を除去するステップと、マスク表面の絶縁膜を除去するステップとからなる。 Further, another mask black defect correcting method of the present invention includes a step of grasping a defect position of a mask by an AFM observation function, a step of applying an insulating resist film on the mask surface, and a resist film of the defective portion. A step of scratching with the AFM probe, a step of moving the electrochemical AFM probe above the defect position, and an electrochemical reaction with the probe and the mask black defect portion as both electrodes and an electrolyte interposed The step of removing the black defect and the step of removing the insulating film on the mask surface.
また、本発明の他のマスク黒欠陥修正方法は、走査型顕微鏡によってマスクの欠陥部位置を把握するステップと、前記マスク表面に絶縁性のレジスト膜を塗布するステップと、前記欠陥部分のレジスト膜を荷電粒子ビームを照射して除去するステップと、前記欠陥位置上方に電気化学AFMの探針を移動させるステップと、前記探針と前記マスク黒欠陥部を両電極とし電解液を介在させた状態で電気化学的反応により前記黒欠陥を除去するステップと、前記マスク表面の絶縁膜を除去するステップとからなる。 Further, another mask black defect correcting method of the present invention includes a step of grasping a defect portion position of a mask by a scanning microscope, a step of applying an insulating resist film to the mask surface, and a resist film of the defect portion. Irradiating with a charged particle beam, moving the electrochemical AFM probe above the defect position, and interposing an electrolyte with the probe and the mask black defect as both electrodes And removing the black defect by an electrochemical reaction and removing the insulating film on the mask surface.
本発明の他のマスク黒欠陥修正方法では、欠陥位置情報を得る走査型顕微鏡としてAFM、走査型イオン顕微鏡または走査型電子顕微鏡のいずれかを用いる。 In another mask black defect correcting method of the present invention, any one of an AFM, a scanning ion microscope, and a scanning electron microscope is used as a scanning microscope for obtaining defect position information.
また、本発明の他のマスク黒欠陥修正方法は、FIB装置の走査型顕微鏡機能によってマスクの欠陥部位置を把握するステップと、周縁部を除く欠陥領域中央部にFIBを照射してガラス基板近傍を残してエッチングするステップと、探針とマスク黒欠陥部を両電極とし電解液を介在させた状態で電気化学的反応により残っている黒欠陥を除去するステップと、原子間力顕微鏡によって欠陥部修正を確認するステップとからなる。 Further, another mask black defect correcting method according to the present invention includes a step of grasping the position of a defective portion of the mask by a scanning microscope function of the FIB apparatus, and irradiating the central portion of the defective area excluding the peripheral portion with FIB in the vicinity of the glass substrate. Etching, leaving the probe and the mask black defect part as both electrodes, removing the black defect remaining by the electrochemical reaction with the electrolytic solution interposed therebetween, and the atomic force microscope to detect the defective part. And confirming the correction.
また、本発明の他のマスク黒欠陥修正方法では、電気化学的反応の前に、前記探針と前記黒欠陥との間に流れるトンネル電流を測定して適正至近距離設定するステップを踏むことを採用した。 According to another mask black defect correction method of the present invention, the step of measuring a tunnel current flowing between the probe and the black defect and setting an appropriate close distance before the electrochemical reaction is performed. Adopted.
本発明の黒欠陥修正方式は、第一段階として原子間力顕微鏡像から欠陥修正位置を特定し、第二段階として導電性を備えた探針先端と導電性を持つマスク材料との間の距離をトンネル電流を利用して設定した後、黒欠陥部と探針間で電気化学的な反応を起こし、ガラス面が露出するまで加工する。第三段階として原子間力顕微鏡により修正が完了しているか確認するものである。 The black defect correction method of the present invention specifies the defect correction position from the atomic force microscope image as the first step, and the distance between the probe tip having conductivity and the conductive mask material as the second step. Is set using a tunnel current, and an electrochemical reaction occurs between the black defect portion and the probe, and processing is performed until the glass surface is exposed. As a third step, the atomic force microscope is used to confirm whether the correction has been completed.
本発明のマスク黒欠陥修正装置は、先端部を電極とした原子間力顕微鏡の探針と、電解液と試料としてのマスクを収納する加工セルと、前記探針先端部と前記マスク面との間に所定電流または所定電圧を印加する電源と、前記探針先端部の位置をX,Y,Z方向に移動させる機構とを備え、原子間力顕微鏡としての観察機能とマスク黒欠陥を電気化学的反応で除去する加工機能とを持つ。電気化学的反応を局所的に限定させるため、探針は導電材で形成すると共にその表面を絶縁材で被覆し先端部のみを露出した構造とした。 The mask black defect correcting device of the present invention comprises an atomic force microscope probe having a tip as an electrode, a processing cell for storing a mask as an electrolyte and a sample, the tip of the probe, and the mask surface. A power source for applying a predetermined current or voltage between them and a mechanism for moving the position of the tip of the probe in the X, Y and Z directions, and an observation function as an atomic force microscope and mask black defects are electrochemical It has a processing function that removes it by a mechanical reaction. In order to locally limit the electrochemical reaction, the probe was made of a conductive material and its surface was covered with an insulating material so that only the tip portion was exposed.
また、本発明の他のマスク黒欠陥修正装置は、先端部のみを電極としたAFMの探針と、電解液と試料としてのマスクを収納する加工セルと、前記探針先端部とマスク面との間に所定の電流または電圧を印加する電源と、前記探針先端部の位置をX,Y,Z方向に移動させる機構とを備えたものであって、探針の二次元走査によって試料表面の形状を観察する機能と、該観察により得た欠陥位置情報に基づいて前記探針を当該位置に移動し、欠陥表面のレジスト膜を機械的に除去する機能と、探針の先端電極を用いマスク黒欠陥を電気化学的反応で除去する加工機能とを持つ。 Further, another mask black defect correcting device according to the present invention includes an AFM probe using only the tip as an electrode, a processing cell that stores an electrolyte and a mask as a sample, the tip of the probe, and a mask surface. And a mechanism for moving the position of the tip of the probe in the X, Y, and Z directions, and the surface of the sample by two-dimensional scanning of the probe. A function of observing the shape of the probe, a function of moving the probe to the position based on the defect position information obtained by the observation, mechanically removing the resist film on the defect surface, and a tip electrode of the probe It has a processing function to remove mask black defects by electrochemical reaction.
また、本発明の他のマスク黒欠陥修正装置は、欠陥表面のレジスト膜を機械的に除去する機能は、観察機能により得た欠陥領域の位置情報を記憶し、該記憶情報に基づいてレジスト膜除去領域を割り出し、該除去領域を走査するように探針先端部の位置をX,Y,Z方向に移動させる機構に駆動信号を発するコンピュータを備えた。 Further, in another mask black defect correcting apparatus of the present invention, the function of mechanically removing the resist film on the defect surface stores the positional information of the defect region obtained by the observation function, and the resist film is based on the stored information. A computer that issues a drive signal to a mechanism that moves the position of the probe tip in the X, Y, and Z directions so as to scan the removal area and scan the removal area is provided.
また、本発明の他のマスク黒欠陥修正装置は、真空チャンバ内にFIB鏡筒と少なくとも三次元駆動機構を備えた試料ステージからなるFIB装置と、先端部のみを電極としたAFMの探針と、電解液と試料としてのマスクを収納する加工セルと、前記探針先端部とマスク面との間に所定の電流または電圧を印加する電源と、前記探針先端部の位置をX,Y,Z方向に移動させる機構とを備えたものであって、観察機能とマスク黒欠陥を電気化学的反応で除去する加工機能とを持つ。 In addition, another mask black defect correcting device of the present invention includes an FIB device comprising a sample stage having an FIB column and at least a three-dimensional drive mechanism in a vacuum chamber, an AFM probe having only the tip as an electrode, A processing cell for storing an electrolyte and a mask as a sample, a power source for applying a predetermined current or voltage between the probe tip and the mask surface, and the position of the probe tip at X, Y, A mechanism for moving in the Z direction, and has an observation function and a processing function for removing mask black defects by an electrochemical reaction.
また、本発明の他のマスク黒欠陥修正装置は、真空チャンバ内に電子ビーム鏡筒と少なくとも三次元駆動機構を備えた試料ステージからなる電子ビーム装置と、先端部を電極としたAFMの探針と、電解液と試料としてのマスクを収納する加工セルと、前記探針先端部とマスク面との間に所定の電流または電圧を印加する電源と、前記探針先端部の位置をX,Y,Z方向に移動させる機構とを備えたものであって、観察機能とマスク黒欠陥を電気化学的反応で除去する加工機能とを持つ。 In addition, another mask black defect correcting apparatus of the present invention includes an electron beam apparatus including a sample stage having an electron beam column and at least a three-dimensional drive mechanism in a vacuum chamber, and an AFM probe using a tip as an electrode. A processing cell that stores an electrolyte and a mask as a sample, a power source that applies a predetermined current or voltage between the probe tip and the mask surface, and the position of the probe tip X, Y , A mechanism for moving in the Z direction, and has an observation function and a processing function for removing mask black defects by an electrochemical reaction.
また、本発明の他のマスク黒欠陥修正装置は、欠陥位置を把握するSIM機能とビーム照射によるエッチング機能を備えたFIB装置と、先端部を電極とした原子間力顕微鏡の探針と、電解液と試料としてのマスクを収納する加工セルと、前記探針先端部とマスク面との間に所定電流または所定電圧を印加する電源と、前記探針先端部の位置をX,Y,Z方向に移動させる機構とを備え、前記FIB装置で得た欠陥位置情報に基づいてマスク黒欠陥を電気化学的反応で除去する加工機能を持つ電気化学AFM装置との組み合わせからなる。 Further, another mask black defect correcting apparatus of the present invention includes a FIB apparatus having a SIM function for grasping a defect position and an etching function by beam irradiation, an atomic force microscope probe having a tip as an electrode, electrolysis A processing cell that stores a liquid and a mask as a sample, a power source that applies a predetermined current or a predetermined voltage between the probe tip and the mask surface, and the position of the probe tip in the X, Y, and Z directions And an electrochemical AFM apparatus having a processing function of removing the mask black defect by an electrochemical reaction based on the defect position information obtained by the FIB apparatus.
更に、微小領域の精緻な修正をおこなうため、探針は先端部のみを先鋭な導電材で形成して電極とし、他の部分を絶縁体で構成したものを用い、あるいは探針先端部とマスク面との間に接続された電源はバイアス電圧及び所定電流又は所定電圧のパルスを供給できるものとし、STM機能により探針先端部とマスク黒欠陥との適正至近距離を設定できること等、マスク黒欠陥を電気化学的反応を局所的に行わせる構成を採用した。 Furthermore, in order to carry out fine correction of minute areas, the tip is made of a sharp conductive material only at the tip and used as an electrode, and the other part is made of an insulator, or the tip of the probe and a mask. The power supply connected to the surface can supply a bias voltage and a pulse of a predetermined current or a predetermined voltage, and an appropriate close distance between the tip of the probe and the mask black defect can be set by the STM function. A configuration was adopted in which an electrochemical reaction was performed locally.
また、本発明の他のマスク黒欠陥修正装置は、探針先端部とマスク面との間に接続された電源はバイアス電圧及び所定電流又は所定電圧のパルスを供給できるものであって、マスク黒欠陥を電気化学的反応で除去する加工機能に加え、探針とマスク黒欠陥との適正至近距離を測定して設定するSTM機能とを持つ。 According to another mask black defect correcting apparatus of the present invention, the power source connected between the probe tip and the mask surface can supply a bias voltage and a pulse of a predetermined current or a predetermined voltage. In addition to a processing function for removing defects by an electrochemical reaction, an STM function for measuring and setting an appropriate close distance between the probe and the mask black defect is provided.
本発明の電気化学AFM用のプローブ作製方法は、ドライエッチングによりSOIシリコンウエハから板状のカンチレバー部とその先端に突出する探針部とを粗加工する工程と、前記突出する探針部のシリコンを熱酸化により表面から酸化を進行させてその先端部を先鋭化させる工程と、前記探針とカンチレバーの表面に金属薄膜をコートする工程と、前記探針先端部とコンタクトホールを除き絶縁層で被覆する工程とからなる。 The method for producing a probe for electrochemical AFM according to the present invention comprises a step of roughing a plate-like cantilever part and a probe part protruding from the tip of an SOI silicon wafer by dry etching, and silicon of the protruding probe part A step of advancing oxidation from the surface by thermal oxidation to sharpen the tip, a step of coating a metal thin film on the surface of the probe and the cantilever, and an insulating layer except for the tip of the probe and the contact hole And a coating step.
本発明の他の電気化学AFM用のプローブ作製方法では、前記SOIシリコンウエハから板状のカンチレバー部とその先端に突出する探針部とを粗加工する工程として、マスクパターニングとリアクティブ・イオン・エッチングで行う手法を採用した。 In another method for producing a probe for electrochemical AFM according to the present invention, mask patterning and reactive ion bombardment are performed as a rough process of a plate-shaped cantilever part and a probe part protruding from the tip of the SOI silicon wafer. An etching method was adopted.
また、本発明の他の電気化学AFM用のプローブ作製方法では、前記探針先端部とコンタクトホールを除き絶縁層で被覆する工程として、全体を絶縁膜で被覆した後、探針先端部とコンタクトホールをプラズマエッチングの手法で除去する手法を採用した。 Further, in another method for producing a probe for electrochemical AFM according to the present invention, as a step of covering the tip with the insulating layer except for the tip of the probe and the contact hole, the entire tip is covered with an insulating film, and then the probe tip and the contact are made. A method of removing holes by plasma etching was adopted.
また、本発明の他の電気化学AFM用のプローブ作製方法では、前記探針先端部とコンタクトホールを除き絶縁層で被覆する工程として、全体を絶縁膜で被覆した後、探針先端部とコンタクトホールをFIBエッチングの手法で除去するようにした。 Further, in another method for producing a probe for electrochemical AFM according to the present invention, as a step of covering the tip with the insulating layer except for the tip of the probe and the contact hole, the entire tip is covered with an insulating film, and then the probe tip and the contact are made. The holes were removed by the FIB etching method.
また、本発明の他の電気化学AFM用のプローブ作製方法では、中空ガラスキャピラリーを加熱状態で引き先鋭化する行程と、該先鋭化した先端部を複数回加熱冷却して一方向に曲げる行程と、前記キャピラリー内に金属ワイヤーを挿入する行程と、前記キャピラリーの両端部を樹脂で封止する行程と、先端部を電解研磨して先鋭化する行程とからなる。さらにその行程を経たプローブを溶融したアピエゾンワックス中でディップコーティングする行程と、該プローブの背面部を研磨しミラー面を作る行程と、該ミラー面を中心に金属薄膜をスパッタコーティングする行程と、クロロホルム中に浸漬してアピエゾンワックスを溶解することによりミラー面以外の金属薄膜を除去する行程とからなるようにした。 Further, in another method for preparing a probe for electrochemical AFM of the present invention, a process of sharpening a hollow glass capillary in a heated state, and a process of bending the sharpened tip by heating and cooling a plurality of times in one direction. And a process of inserting a metal wire into the capillary, a process of sealing both ends of the capillary with resin, and a process of sharpening the tip by electrolytic polishing. Further, a process of dip-coating the probe that has undergone the process in molten Apiezon wax, a process of polishing the back surface of the probe to form a mirror surface, a process of sputter coating a metal thin film around the mirror surface, The process consisted of a process of removing the metal thin film other than the mirror surface by immersing in chloroform to dissolve the apizone wax.
本発明の電気化学AFM用の探針は、導電材で形成され、その表面が絶縁材で被覆されると共に先端部のみが露出されるようにした。 The probe for electrochemical AFM of the present invention is made of a conductive material, and its surface is covered with an insulating material and only the tip is exposed.
本発明の電気化学AFM用のプローブは、板状のカンチレバーとその先端に突出する探針の基本構造がシリコンで形成され、前記カンチレバーの前記探針が形成された側のと先端部が先鋭化された探針のシリコン表面には金属被膜が形成され、さらにその金属被膜の上層には先鋭化された探針先端部とコンタクトホール部分を除き絶縁層で被覆された構造とした。 In the probe for electrochemical AFM of the present invention, the basic structure of the plate-shaped cantilever and the probe protruding from the tip is formed of silicon, and the tip of the cantilever on the side where the probe is formed is sharpened. A metal film was formed on the silicon surface of the probe, and the upper layer of the metal film was covered with an insulating layer except for the sharpened probe tip and contact hole.
また本発明の他の電気化学AFM用の探針は、先端が先鋭化されて鈎形に曲げられたガラスキャピラリー内に金属ワイヤーが挿入され、先端部と後端部では該金属ワイヤーが露出されると共に樹脂で封止され、先端部に露出した金属ワイヤーは先端径が数百ナノメートル以下まで先鋭化されている。
また本発明の他の電気化学AFM用の探針は、上記構成に加え背面部に平坦な面が加工され、該面の表面には金属薄膜がコーティングされてミラー面となっている。
In another electrochemical AFM probe of the present invention, a metal wire is inserted into a glass capillary whose tip is sharpened and bent into a bowl shape, and the metal wire is exposed at the tip and rear ends. In addition, the metal wire sealed with resin and exposed at the tip is sharpened to a tip diameter of several hundred nanometers or less.
In addition to the above-described structure, another electrochemical AFM probe of the present invention has a flat surface on the back surface, and a metal thin film is coated on the surface to form a mirror surface.
本発明のマスク黒欠陥修正方法は、原子間力顕微鏡によってマスクの欠陥部位置を把握するステップと、欠陥位置上方に探針を移動させるステップと、探針とマスク黒欠陥部を両電極とし電解液を介在させた状態で電気化学的反応により前記黒欠陥を除去するステップと、原子間力顕微鏡によって欠陥部修正を確認するステップとからなるものであって、集束イオンビーム装置を用いた修正と異なりガラス基板のリバーベッド現象や透過率の低下、マスク面のチャージアップ現象などが生じることがないものであるから、パターンの細密化が進むマスクやレベンソン型のものに対しても黒欠陥のきれいな修正が行え、ナノメートルオーダーの修正部分の正確な位置決めが可能となる。 The mask black defect correcting method of the present invention comprises a step of grasping a defect position of a mask by an atomic force microscope, a step of moving a probe above the defect position, and an electrolysis using the probe and the mask black defect part as both electrodes. A step of removing the black defect by an electrochemical reaction in a state of interposing a liquid, and a step of confirming the correction of the defect by an atomic force microscope, the correction using a focused ion beam device; Unlike glass substrates, which do not cause the riverbed phenomenon, the decrease in transmittance, the charge-up phenomenon of the mask surface, etc., the black defects are clean even for masks and Levenson type masks whose patterns are becoming increasingly fine. Corrections can be made, and accurate positioning of the corrected part of the nanometer order becomes possible.
本発明のマスク黒欠陥修正方法は、AFMの観察機能によってマスクの欠陥部位置を把握するステップと、マスク表面に絶縁性のレジスト膜を塗布するステップと、欠陥部分のレジスト膜をAFMの探針でスクラッチするステップと、欠陥位置上方に電気化学AFMの探針を移動させるステップと、前記探針とマスク黒欠陥部を両電極とし電解液を介在させた状態で電気化学的反応により前記黒欠陥を除去するステップと、マスク表面の絶縁膜を除去するステップとからなるものであって、電気化学的反応によって黒欠陥を除去するものであるから、集束イオンビームを用いた加工のリバーベッド現象はなく、ガラス基板や正常なパターンに損傷を与えることがなく、しかもレジスト膜によって欠陥部以外の領域は被覆されているため、欠陥領域以外で電気化学的反応を起こすことはない。そして、欠陥部分が除去されたパターンエッジは急峻に立った形態で仕上がるため、パターン境界が明瞭なフォトマスクを提供することができる。 The mask black defect correcting method according to the present invention includes a step of grasping a position of a defective portion of a mask by an AFM observation function, a step of applying an insulating resist film on the mask surface, and a resist film of the defective portion by using an AFM probe. The step of moving the electrochemical AFM probe above the defect position, and the black defect by an electrochemical reaction with the probe and the mask black defect portion as both electrodes and an electrolytic solution interposed therebetween. And the step of removing the insulating film on the mask surface, which removes black defects by an electrochemical reaction. Therefore, the riverbed phenomenon of processing using a focused ion beam is The glass substrate and normal pattern are not damaged, and the resist film covers the area other than the defective part. Not to cause an electrochemical reaction in the non-pass. Since the pattern edge from which the defective portion has been removed is finished in a steep form, a photomask with a clear pattern boundary can be provided.
本発明のマスク黒欠陥修正方法は、走査型顕微鏡によってマスクの欠陥部位置を把握するステップと、マスク表面に絶縁性のレジスト膜を塗布するステップと、欠陥部分のレジスト膜を荷電粒子ビームを照射して除去するステップと、欠陥位置上方に電気化学AFMの探針を移動させるステップと、前記探針とマスク黒欠陥部を両電極とし電解液を介在させた状態で電気化学的反応により前記黒欠陥を除去するステップと、マスク表面の絶縁膜を除去するステップとからなるものであって、電気化学的反応によって黒欠陥を除去するものであるから、集束イオンビームを用いた加工のリバーベッド現象はなく、ガラス基板や正常なパターンに損傷を与えることがなく、しかもレジスト膜によって欠陥部以外の領域は被覆されているため、欠陥領域以外で電気化学的反応を起こすことはない。そして、欠陥部分が除去されたパターンエッジは急峻に立った形態で仕上がるため、パターン境界が明瞭なフォトマスクを提供することができる。 The mask black defect correcting method of the present invention includes a step of grasping a defect portion position of a mask by a scanning microscope, a step of applying an insulating resist film on the mask surface, and irradiating the resist film of the defective portion with a charged particle beam. A step of moving the electrochemical AFM probe above the defect position, and the black reaction by an electrochemical reaction in a state where the probe and the mask black defect portion are both electrodes and an electrolyte is interposed. Since it consists of a step of removing defects and a step of removing the insulating film on the mask surface, which removes black defects by an electrochemical reaction, the riverbed phenomenon of processing using a focused ion beam There is no damage to the glass substrate and normal pattern, and the resist film covers the area other than the defective part. Not to cause an electrochemical reaction in the non-pass. Since the pattern edge from which the defective portion has been removed is finished in a steep form, a photomask with a clear pattern boundary can be provided.
欠陥位置情報を得る走査型顕微鏡としてAFMを用いその観察機能で情報を得た場合には、荷電粒子ビームによる走査画像のようなマスク面にダメージを与える心配がないし、電荷チャージの問題も生じることはなく位置決め精度も高いものとなる。また、レジスト除去に集束イオンビームを用いるものでは必要に応じて走査型イオン顕微鏡像を得ることができるし、レジスト除去に電子ビームを用いるものでは走査型電子顕微鏡像を得ることができる。 When AFM is used as a scanning microscope to obtain defect position information and information is obtained by its observation function, there is no concern of damaging the mask surface, such as a scanned image by a charged particle beam, and there is a problem of charge charging. And positioning accuracy is high. In addition, a scanning ion microscope image can be obtained if necessary using a focused ion beam for resist removal, and a scanning electron microscope image can be obtained using an electron beam for resist removal.
本発明のマスク黒欠陥修正方法は、FIB装置の走査型顕微鏡機能によってマスクの欠陥部位置を把握するステップと、周縁部を除く欠陥領域中央部にFIBを照射してガラス基板近傍を残してエッチングするステップと、探針とマスク黒欠陥部を両電極とし電解液を介在させた状態で電気化学的反応により残っている黒欠陥を除去するステップと、原子間力顕微鏡によって欠陥部修正を確認するステップとからなるものである。すなわち、この修正加工においてFIBを使用するものの欠陥の中央領域に対してのみ照射することによりリバーベッドができず、ガラス基板面に接した部分の欠陥はすべて電気化学的反応で溶解させることによりきれいに修正除去することができる。マスク表面にイオン照射によるダメージを与えることもなく、FIB加工によって残された部分を除去する作業も特許文献1のような負担をオペレータにかけず電解加工で実行できる。更に、黒欠陥の大部分は第一段階としてFIB加工により除去されているので比較的短い修正時間で修正加工を実行することができる。
The mask black defect correcting method of the present invention includes a step of grasping a defect portion position of a mask by a scanning microscope function of the FIB apparatus, and etching while leaving the vicinity of the glass substrate by irradiating the FIB to the central portion of the defect region excluding the peripheral portion. The step of removing the black defects remaining by the electrochemical reaction with the probe and the mask black defect portion as both electrodes and interposing the electrolyte, and the defect correction is confirmed by an atomic force microscope It consists of steps. That is, in this correction processing, although FIB is used, a river bed cannot be formed by irradiating only the central area of the defect, and all defects in the portion in contact with the glass substrate surface are cleaned by an electrochemical reaction. Correction can be removed. The mask surface is not damaged by ion irradiation, and the operation of removing the remaining portion by FIB processing can be performed by electrolytic processing without placing a burden as in
また、本発明の電気化学AFMの探針の先端は電極とされていることにより、電気化学的反応の前にトンネル顕微鏡の機能で探針とマスク黒欠陥との適正至近距離を測定して設定することが可能である。 In addition, since the tip of the probe of the electrochemical AFM of the present invention is an electrode, an appropriate close distance between the probe and the mask black defect is measured and set by the function of the tunnel microscope before the electrochemical reaction. Is possible.
また、電気化学的反応の前にトンネル顕微鏡の機能で探針とマスク黒欠陥との適正至近距離を測定して設定するステップを踏む本発明のマスク黒欠陥修正方法は、電気化学的反応を局部的に限定させる上で重要な要件である探針先端部と黒欠陥表面間の適正な至近距離をトンネル電流によって正確に決めることができるため、微細な黒欠陥をきれいに修正加工することができる。 In addition, the mask black defect correction method of the present invention, which takes a step of measuring and setting an appropriate close distance between the probe and the mask black defect with the function of a tunnel microscope before the electrochemical reaction, Therefore, since the appropriate close distance between the tip of the probe and the black defect surface, which is an important requirement for the limitation, can be accurately determined by the tunnel current, fine black defects can be repaired cleanly.
本発明のマスク黒欠陥修正装置は、先端部を電極とした原子間力顕微鏡の探針と、電解液と試料としてのマスクを収納する加工セルと、前記探針先端部とマスク面との間に所定電流または所定電圧を印加する電源と、前記探針先端部の位置をX,Y,Z方向に移動させる機構とを備えたものであり、原子間力顕微鏡としての観察機能を用いるため、真空チャンバに試料をセットする必要もなく用いる装置が比較的シンプルで大型化せず、作業も比較的単純に行え、マスク黒欠陥を電気化学的反応で除去する加工機能を利用するので、マスクを傷つけることなく黒欠陥をきれいに修正加工する装置が提供できる。 The mask black defect correcting device of the present invention comprises an atomic force microscope probe having a tip as an electrode, a processing cell for storing an electrolyte and a mask as a sample, and between the tip of the probe and the mask surface. In order to use an observation function as an atomic force microscope, a power source that applies a predetermined current or a predetermined voltage to the power source and a mechanism that moves the position of the tip of the probe in the X, Y, and Z directions. The device to be used is relatively simple and does not increase in size without requiring the sample to be set in the vacuum chamber, and the operation can be performed relatively simply, and the mask function is used to remove the mask black defect by electrochemical reaction. It is possible to provide an apparatus that cleanly corrects black defects without damaging them.
本発明の黒欠陥修正装置は、先端部のみを電極としたAFMの探針と、電解液と試料としてのマスクを収納する加工セルと、前記探針先端部とマスク面との間に所定の電流または電圧を印加する電源と、前記探針先端部の位置をX,Y,Z方向に移動させる機構とを備えたものであって、基本的に電気化学AFM装置としての構成だけで探針の二次元走査による試料表面の形状を観察する機能と、該観察により得た欠陥位置情報に基づいて前記探針を当該位置に移動し、欠陥表面のレジスト膜を機械的に除去する機能と、探針の先端電極を用いマスク黒欠陥を電気化学的反応で除去する加工機能とを兼ね備え、上記の効果を有するマスク黒欠陥修正方法を実現することができるものである。 A black defect correcting device according to the present invention includes an AFM probe having only the tip as an electrode, a processing cell that stores an electrolyte and a mask as a sample, and a predetermined gap between the probe tip and the mask surface. A power supply for applying a current or voltage and a mechanism for moving the position of the tip of the probe in the X, Y, and Z directions are basically provided only as a structure of an electrochemical AFM apparatus. A function of observing the shape of the sample surface by two-dimensional scanning, a function of moving the probe to the position based on the defect position information obtained by the observation, and mechanically removing the resist film on the defect surface; A mask black defect correcting method having the above-described effect can be realized, which has a processing function of removing a mask black defect by an electrochemical reaction using the tip electrode of the probe.
また、観察機能により得た欠陥領域の位置情報を記憶し、該記憶情報に基づいてレジスト膜除去領域を割り出し、該除去領域を走査するように探針先端部の位置をX,Y,Z方向に移動させる機構に駆動信号を発するコンピュータを備えることにより、欠陥表面のレジスト膜を機械的に除去する機能を容易に発揮させることができる。 Further, the position information of the defect area obtained by the observation function is stored, the resist film removal area is determined based on the stored information, and the position of the probe tip is scanned in the X, Y and Z directions so as to scan the removal area By providing a computer that emits a drive signal in the mechanism for moving to the position, the function of mechanically removing the resist film on the defect surface can be easily exhibited.
絶縁性のレジスト膜で欠陥領域以外を被覆して電解液と接触させない手法に、真空チャンバ内にFIB鏡筒(又は電子ビーム鏡筒)と少なくとも三次元駆動機構を備えた試料ステージからなるFIB装置(又は電子ビーム装置)と、先端部のみを電極としたAFMの探針と、電解液と試料としてのマスクを収納する加工セルと、前記探針先端部とマスク面との間に所定の電流または電圧を印加する電源と、前記探針先端部の位置をX,Y,Z方向に移動させる機構とを備え、観察機能とマスク黒欠陥を電気化学的反応で除去する加工機能とを持つ本発明のマスク黒欠陥修正装置を使用した場合は、電気化学AFMの探針として先端部を尖細な電極とした原子間力顕微鏡の探針を用いていること、探針先端部電極とマスク面との間にパルス電流またはパルス電圧を印加する電源を備えたことが、絶縁性のレジスト膜で欠陥領域以外を被覆して電解液と接触させない手法と総合して、パターンエッジが急峻に立った形態で仕上がり、パターン境界が明瞭なフォトマスクに修正加工できるものである。 An FIB apparatus comprising an FIB column (or electron beam column) in a vacuum chamber and a sample stage having at least a three-dimensional drive mechanism in a method in which an insulating resist film is coated except for a defective region and is not brought into contact with the electrolyte. (Or an electron beam device), an AFM probe using only the tip as an electrode, a processing cell that stores a mask as an electrolyte and a sample, and a predetermined current between the probe tip and the mask surface Alternatively, a book having a power supply for applying voltage and a mechanism for moving the position of the tip of the probe in the X, Y, and Z directions, and an observation function and a processing function for removing mask black defects by an electrochemical reaction. When using the mask black defect correcting device of the invention, the tip of the atomic force microscope with the tip being a sharp electrode is used as the tip of the electrochemical AFM, the tip of the tip and the mask surface Pulse current between In addition to providing a power supply that applies a pulse voltage, the pattern edge is sharpened in combination with a technique that covers the area other than the defective area with an insulating resist film and prevents contact with the electrolyte. It can be modified into a photomask with a clear boundary.
本発明のマスク黒欠陥修正装置は、欠陥位置を把握するSIM機能とビーム照射によるエッチング機能を備えたFIB装置と、先端部を電極とした原子間力顕微鏡の探針と、電解液と試料としてのマスクを収納する加工セルと、前記探針先端部とマスク面との間に所定電流または所定電圧を印加する電源と、前記探針先端部の位置をX,Y,Z方向に移動させる機構とを備え、前記FIB装置で得た欠陥位置情報に基づいてマスク黒欠陥を電気化学的反応で除去する加工機能を持つ電気化学AFM装置との組み合わせからなるものであるから、本発明の黒欠陥修正方法をスムーズに実行することができる。 The mask black defect correcting apparatus of the present invention includes an FIB apparatus having a SIM function for grasping a defect position and an etching function by beam irradiation, an atomic force microscope probe having a tip as an electrode, an electrolyte and a sample. A processing cell for storing the mask, a power source for applying a predetermined current or voltage between the probe tip and the mask surface, and a mechanism for moving the position of the probe tip in the X, Y, and Z directions And a combination with an electrochemical AFM apparatus having a processing function of removing a mask black defect by an electrochemical reaction based on defect position information obtained by the FIB apparatus. The correction method can be executed smoothly.
また、探針の構成として先端部のみを先鋭な導電材で形成して電極とし、他の部分を絶縁体としたものを採用した本発明のマスク黒欠陥修正装置は、電気化学的反応領域を狭く限定させることに有効である。 In addition, the mask black defect correcting apparatus according to the present invention adopting a probe configuration in which only the tip portion is formed of a sharp conductive material as an electrode and the other portion is an insulator, the electrochemical reaction region is It is effective for narrowing down.
更に、探針先端部とマスク面との間に接続された電源はバイアス電圧及び所定電流又は所定電圧のパルスを供給できるものであって、マスク黒欠陥を電気化学的反応で除去する加工機能に加え、STM機能を兼ね備える本発明のマスク黒欠陥修正装置は、探針とマスク黒欠陥との適正至近距離を測定して設定することができることに加え、パルスによる電解加工を実行することにより、電気化学的反応領域を有効に狭く限定させることができ、精緻な修正加工が可能となる。 Furthermore, the power source connected between the probe tip and the mask surface can supply a bias voltage and a pulse of a predetermined current or a predetermined voltage, and has a processing function for removing mask black defects by an electrochemical reaction. In addition, the mask black defect correcting device of the present invention having the STM function can measure and set an appropriate close distance between the probe and the mask black defect, and can perform electric machining by performing electrolytic processing using pulses. The chemical reaction area can be effectively narrowed and limited, and precise correction processing is possible.
また、探針として導電材で形成すると共にその表面を絶縁材で被覆し先端部のみを露出した構造とすることで、本発明のマスク黒欠陥修正装置は、電気化学的反応を局部的に限定して起こすことができ微細構造のマスク黒欠陥をきれいに修正することができる。 In addition, the mask black defect correction device of the present invention locally limits the electrochemical reaction by forming the probe with a conductive material and covering the surface with an insulating material so that only the tip is exposed. The mask black defect of the fine structure can be neatly corrected.
さらに、探針先端部とマスク面との間に接続された電源はバイアス電圧及び定電圧のパルスを供給できるものであって、マスク黒欠陥を電気化学的反応で除去する加工機能に加え、探針とマスク黒欠陥との適正至近距離を測定して設定するSTM機能とを持つ本発明のマスク黒欠陥修正装置は、大きな構成上の変更を必要とせずAFMとSTMの機能を兼用させ、微細構造のマスク黒欠陥をきれいに修正加工することができる。 Furthermore, the power source connected between the probe tip and the mask surface can supply pulses of bias voltage and constant voltage. In addition to the processing function to remove mask black defects by electrochemical reaction, the probe is supplied. The mask black defect correcting device of the present invention having the STM function for measuring and setting the appropriate close distance between the needle and the mask black defect does not require a large structural change, and combines the functions of AFM and STM. The mask black defect of the structure can be repaired cleanly.
本発明の電気化学AFM用のプローブ作製方法は、ドライエッチングによりSOIシリコンウエハから板状のカンチレバー部とその先端に突出する探針部とを粗加工する工程と、前記突出する探針部のシリコンを熱酸化により表面から酸化を進行させてその先端部を先鋭化させる工程と、前記探針とカンチレバーの表面に金属薄膜をコートする工程と、前記探針先端部とコンタクトホールを除き絶縁層で被覆する工程とからなるものであるから、先端径がナノメートルオーダーの電気化学AFM用のプローブを提供でき、これによって電気化学的反応領域を局所的に限定させることができる。 The method for producing a probe for electrochemical AFM according to the present invention comprises a step of roughing a plate-shaped cantilever part and a probe part protruding from the tip of an SOI silicon wafer by dry etching, and silicon of the protruding probe part. A step of advancing oxidation from the surface by thermal oxidation to sharpen the tip thereof, a step of coating a metal thin film on the surface of the probe and the cantilever, and an insulating layer excluding the tip of the probe and the contact hole Therefore, it is possible to provide a probe for electrochemical AFM having a tip diameter of the order of nanometers, thereby locally limiting the electrochemical reaction region.
SOIシリコンウエハから板状のカンチレバー部とその先端に突出する探針部とを粗加工する工程は、マスクパターニングとリアクティブ・イオン・エッチングで行うことにより、探針構造として好ましい急峻な柱状体が形成できる。 The rough processing of the plate-shaped cantilever part and the probe part protruding from the tip of the SOI silicon wafer is performed by mask patterning and reactive ion etching, so that a steep columnar body preferable as a probe structure is obtained. Can be formed.
本発明の電気化学AFM用のプローブ作製方法は、中空ガラスキャピラリーを加熱状態で引き先鋭化する行程と、該先鋭化した先端部を複数回加熱冷却して一方向に曲げる行程と、前記キャピラリー内に金属ワイヤーを挿入する行程と、前記キャピラリーの両端部を樹脂で封止する行程と、先端部を電解研磨して先鋭化する行程とからなるものであるから、電気化学AFM用のプローブとして求められるナノメートルオーダーの先端径の試料面に対向する微細な電極を提供することができる。 The method for producing a probe for electrochemical AFM according to the present invention comprises a step of sharpening a hollow glass capillary in a heated state, a step of heating and cooling the sharpened tip portion a plurality of times, and bending in one direction. It is a probe for electrochemical AFM because it consists of a process of inserting a metal wire into the core, a process of sealing both ends of the capillary with resin, and a process of electrolytic polishing and sharpening the tip. It is possible to provide a fine electrode facing a sample surface having a tip diameter of nanometer order.
また、請求項19に記載の行程を経たプローブを溶融したアピエゾンワックス中でディップコーティングする行程と、該プローブの背面部を研磨しミラー面を作る行程と、該ミラー面を中心に金属薄膜をスパッタコーティングする行程と、クロロホルム中に浸漬してアピエゾンワックスを溶解することによりミラー面以外の金属薄膜を除去する行程とからなる本発明の電気化学AFM用のプローブ作製方法は、AFM用のプローブとして必要な変位検出機構のミラー面を特定した平坦面のみに反射面として形成することができ、構造的に単純でかつ誤作動を起こすことのないものとすることができる。 Further, a step of dip-coating the probe having undergone the step according to claim 19 in molten Apiezon wax, a step of polishing the back surface of the probe to form a mirror surface, and a metal thin film centered on the mirror surface The method for preparing a probe for an electrochemical AFM according to the present invention comprising a step of sputter coating and a step of removing metal thin film other than the mirror surface by immersing in chloroform to dissolve the apizone wax. As a reflection surface, the mirror surface of the required displacement detection mechanism can be formed only on the specified flat surface, which is structurally simple and does not cause malfunction.
本発明の電気化学AFM用のプローブは、板状のカンチレバーとその先端に突出する探針の基本構造はシリコンで形成され、カンチレバーの探針が形成された側と先端部が先鋭化された探針のシリコン表面には金属被膜が形成され、さらにその金属被膜の上層には先鋭化された探針先端部とコンタクトホール部分を除き絶縁層で被覆された構造とされたものであるから、これを電気化学AFMに取り付けてマスク黒欠陥修正を行えば、リバーベッドができず、微細なパターンにおける黒欠陥でもきれいに修正が可能で、マスク表面にイオン照射によるダメージを与えることもないマスクの黒欠陥修正を可能とする。また、本発明の電気化学AFM用のプローブは探針先端部が導電材で形成され、金属被膜のリード部コンタクトホールを介して外部端子と接続可能な構造であるのでトンネル顕微鏡のプローブとしても使用することができる。 The electrochemical AFM probe of the present invention is a probe having a plate-shaped cantilever and a probe protruding from the tip formed of silicon, and the tip and tip of the cantilever are sharpened. Since the metal film is formed on the silicon surface of the needle, and the upper layer of the metal film is covered with an insulating layer except for the sharpened probe tip and contact hole, If the mask is attached to the electrochemical AFM and the black defect of the mask is corrected, the river bed cannot be obtained, and even the black defect in a fine pattern can be corrected neatly, and the mask black defect that does not damage the mask surface due to ion irradiation Allows modification. In addition, the probe for electrochemical AFM of the present invention has a structure in which the tip of the probe is formed of a conductive material and can be connected to an external terminal through a contact hole in the metal coating, so it can be used as a probe for a tunnel microscope. can do.
また、本発明の電気化学AFMの探針の先端は電極とされていることにより、電気化学的反応の前にトンネル顕微鏡の機能で探針とマスク黒欠陥との適正至近距離を測定して設定することが可能である。 In addition, since the tip of the probe of the electrochemical AFM of the present invention is an electrode, an appropriate close distance between the probe and the mask black defect is measured and set by the function of the tunnel microscope before the electrochemical reaction. Is possible.
そして、本発明の電気化学AFM用のプローブは、先端が先鋭化されて鈎形に曲げられたガラスキャピラリー内に金属ワイヤーが挿入され、先端部と後端部では該金属ワイヤーが露出されると共に樹脂で封止され、先端部に露出した金属ワイヤーは先端径が数百ナノメートル以下まで先鋭化されているものであるから、これを電解加工の電極として使用した場合には、電気化学的反応を数十から数百ナノメートルといった極めて局所的領域の除去加工を実現することができる。しかも電気化学的反応を利用するものであるから、従来の集束イオンビーム装置を用いた欠陥修正のようにリバーベッドができず、微細なパターンにおける黒欠陥でもきれいに修正が可能で、マスク表面にイオン照射によるダメージを与えることもないマスクの黒欠陥修正を可能とする。 In the electrochemical AFM probe of the present invention, a metal wire is inserted into a glass capillary whose tip is sharpened and bent into a bowl shape, and the metal wire is exposed at the tip and rear ends. Since the metal wire sealed with resin and exposed at the tip is sharpened to a tip diameter of several hundred nanometers or less, when this is used as an electrode for electrolytic processing, the electrochemical reaction It is possible to realize removal processing of extremely local regions such as tens to hundreds of nanometers. In addition, since it uses an electrochemical reaction, it cannot be riverbed like the conventional defect correction using a focused ion beam device, and even a black defect in a fine pattern can be corrected neatly. This makes it possible to correct a black defect in a mask that does not cause damage due to irradiation.
本発明は、前述したようにフォトマスクの細密化や、リソグラフィーに用いられる光源の短波長傾向の中で、欠陥修正に用いるイオンビーム照射がもたらす種々の影響を除去することを念頭に出発した。そのためには基本的に集束イオンビームを用いない欠陥修正ができればよい。すなわち、集束イオンビームを用いた欠陥修正に代わる、微細な加工を正確かつ効率的に実行できる手法を提示しなければならない。すなわち、マスクの黒欠陥を周辺のガラス基板に損傷を与えることがなく比較的速くきれいに除去できる手法であることが求められる。そこで、欠陥部の材質としてはクロムのような導電性の物質を想定し、これを電気化学的手法で除去することに想到した。電気化学的手法で、欠陥素材を電解溶液中に溶かして除去する方法は周辺のガラス基板に損傷を与えることがなく、その反応速度も制御できることから、その点で求められる要件を満たすものである。しかし、この手法を用いる場合において、微細構造である欠陥部のみを除去する加工を実現することが重要である。マスクにおける黒欠陥の素材はマスクパターンの素材でもあることから、本来のマスクパターンがこの電気化学的手法で除去されては新たな白欠陥を作ることとなり、欠陥修正にはならない。フォトマスクの現状から勘案すると十から数百ナノメートルの局部的な領域を特定して反応を起こさせなければならない。局部的な反応を実現させるためには欠陥部に対向する電極の細さと距離と電荷量が重要な条件となる。そこで、本発明では電極としてプローブ顕微鏡の探針を用いることに想到した。先端部を数ナノから数十ナノメートルに尖らせ導電性とした探針を電極として用いようというものである。この細い電極を一から百ナノメートルの至近距離に位置決めすることで所望の局所的反応を実現することができる。 As described above, the present invention was started with the intention of eliminating various effects caused by irradiation of an ion beam used for defect correction, in the trend toward a shorter wavelength of a light source used for lithography and a light source used for lithography. For that purpose, it is only necessary to be able to correct defects basically without using a focused ion beam. That is, a method capable of accurately and efficiently executing fine processing instead of defect correction using a focused ion beam must be presented. That is, it is required to be a technique that can remove black defects of the mask relatively quickly and without damaging the surrounding glass substrate. Therefore, it was conceived that a conductive material such as chromium was assumed as the material of the defective portion, and this was removed by an electrochemical method. The method of removing the defective material by dissolving it in the electrolytic solution by an electrochemical method does not damage the surrounding glass substrate, and the reaction rate can be controlled, so that the requirement required in that respect is satisfied. . However, in the case of using this method, it is important to realize a process for removing only the defective portion having a fine structure. Since the material of the black defect in the mask is also the material of the mask pattern, if the original mask pattern is removed by this electrochemical method, a new white defect is created and the defect is not corrected. Considering the current state of photomasks, a local region of 10 to several hundred nanometers must be identified and reacted. In order to realize a local reaction, the fineness, distance, and charge amount of the electrode facing the defect are important conditions. Accordingly, the present invention has been conceived to use a probe of a probe microscope as an electrode. The tip is sharpened from several nanometers to several tens of nanometers, and a probe made conductive is used as an electrode. A desired local reaction can be realized by positioning the thin electrode at a close distance of 1 to 100 nanometers.
プローブ顕微鏡の探針を電極として用い、電気化学的手法に用いて微細な加工を実行する例としては特許文献3がある。この技術はこの手法によって半導体のマスクパターンそのものを形成することを意図したものである。すなわち、被加工試料との間に生じる原子間力を検知することができる導電性探針を有する導電性カンチレバーと、該探針と被加工試料との間に原子間力によって生じた変位を検出する検出手段と、被加工試料上を走査するに際して該原子間力を一定量に保持するために探針と被加工試料との距離を一定に保持する制御手段と、被加工試料と該探針との間に電位を印加する手段とを備えた装置を用いた微細加工方法であって、該被加工試料と探針との間に、水を含有する非極性溶媒を存在させた上で、該探針に電圧をかけることによって被加工試料に微細な加工を施す微細加工方法である。この文献は主として表面層を電気化学的反応により除去する加工方法を提示している。しかし、マスク全体にわたりこの手法によって不要領域を除去加工することは容易ではない。本発明はこの電気化学的手法をマスク上の黒欠陥修正に用いる。しかも極めて局所的な領域の精密加工にこの手法を適用すると共に、その際の実際的な手法を提示するものである。
図1を用いて本発明の基礎となるマイクロ電解加工について説明する。図において、1は加工用電極ともなるAFM探針、2はカンチレバー、3は該加工用電極を支持するホルダである。4は加工セルであり、この加工セル内に電解液が収納される。この電解液内に試料が載置され、ここで欠陥修正加工が行われる。5はAFMカンチレバーの変位量を検出する光学的変位検出器、7は加工用電極ホルダ3を三次元(X−Y−Z)方向に駆動するPZTスキャナー、6は該PZTスキャナー7を介して加工用電極ホルダ3のZ方向位置を粗調整するZ軸ステージ、8は加工セル4を載置する基台である。この加工装置は基本的に加工機能と共に観察機能を備え、それぞれコンピュータ10の下に作動する。前者の加工機能として電気化学的な作動をするため、試料側を一方の電極とし、カンチレバーの先端部の探針を他方の電極とし、前記加工セル4の電解液内には試料とは非接触状態にある参照電極9を配置し、探針電極からのリード線L1、試料側電極からのリード線L2、参照電極からのリード線L0 を引出して加工用ガルバノスタット11の端子部に接続する。この参照電極9はグランド電位を検出するためのものである。電気化学的反応は単に両電極間の相対電位差に依存するものではなく、それぞれの電極の絶対電位が影響する。この絶対電位を測定するため、参照電極9が設けられている。そしてガルバノスタット11は定電流で電気化学的反応を制御するものである。また、後者の観察機能としてPZTスキャナー7の駆動位置情報と光学的変位検出器5が検出するカンチレバー2の変位情報が入力されるAFMコントローラ12とが備えられ、AFMとしての作動を制御する。
With reference to FIG. 1, description will be given of microelectrolytic machining as the basis of the present invention. In the figure, 1 is an AFM probe that also serves as a machining electrode, 2 is a cantilever, and 3 is a holder that supports the machining electrode.
本発明は上記の装置を用いる。第一段階として、PZTスキャナー7の駆動位置情報と光学的変位検出器5が検出するカンチレバー2の変位情報とを得てAFMとしての観察機能を用いて、試料面上の黒欠陥位置を検出特定する。この観察結果から得られた欠陥位置情報はコンピュータ10に記憶され、第二段階の黒欠陥修正はこの記憶情報に基いて実行される。まず、探針1が黒欠陥部分に位置するように先の欠陥位置情報に基づいてPZTスキャナー7を駆動制御する。欠陥領域と探針1の先端が対峙させられた状態で加工用ガルバノスタット11が作動し、導電性を持つマスク材料と電解液を介して対峙する導電性を備えた探針先端との間に電圧を印加し、電気化学的な反応を起こさせ黒欠陥を電解液中に溶解させる。この電解液は特に種類を選ばないが酸やアルカリ等が強く試料と化学的反応を起こしてしまうものは避ける。電気化学的加工は対象がマスク上の微細な黒欠陥であることから加工電極となる探針1は微細な電極構造であり、対向電極となる黒欠陥との距離も適正至近距離であることが重要である。したがって、本発明では探針1は全体が導電性物質ではなく先端部のみを導電性物質で構成するようにしている。また、適正な至近距離に位置されるようにZ軸ステージ6を制御し、加工用電極ホルダ3のZ方向位置を調整する。本発明では探針先端部の微細な電極構造(先端径が数〜数十ナノメートル)と適正至近距離(一〜数百ナノメートル)により電気化学的反応がなされる領域を局所的(十〜数百ナノメートル)に限定させることができる。これにより、除去の必要な黒欠陥部分のみを加工対象とする精緻な加工が実現できる。この反応をガラス面が露出するまで継続するが、イオンビーム加工と異なりガラス面が露出してもその部分は反応することはないので、ガラス基板を傷つけることはない。最後の第三段階としてAFMの本来の観察機能により修正が完了しているかを確認する。これは基本的に第一段階の観察動作と同じであるが、当初発見された欠陥がこの観察で除去されているかを確認することになる。その際、マスク全面の画像を得ることは必ずしも必要ではなく、当初検出された欠陥領域近傍のみの局所的走査で確認してもよい。
The present invention uses the apparatus described above. As a first step, the drive position information of the
また、本発明は、前述したようにフォトマスクの細密化やリソグラフィーの光源の短波長傾向の中で、欠陥修正に用いるイオンビーム照射がもたらす種々の影響を除去することを念頭に出発した。そのためには基本的に集束イオンビームを用いない欠陥修正ができればよいのであるが、これに代わり微細な加工を正確かつ効率的に実行できる手法を提示しなければならない。すなわち、マスクの黒欠陥を周辺のガラス基板に損傷を与えることがなく比較的速くきれいに除去できる手法であることが求められる。 Further, the present invention was started with the intention of eliminating various effects caused by irradiation of an ion beam used for defect correction in the tendency of a finer photomask and a shorter wavelength of a lithography light source as described above. For that purpose, it is basically sufficient to correct a defect without using a focused ion beam, but instead, a method capable of accurately and efficiently executing fine processing must be presented. That is, it is required to be a technique that can remove black defects of the mask relatively quickly and without damaging the surrounding glass substrate.
このような状況の中で本出願人は電気化学的反応によって黒欠陥を除去する修正を行うことに想到し、微細な欠陥部分のみに電気化学的反応を起こさせるため、欠陥部と対向する電極に原子間力顕微鏡(AFM)の探針を用いることを研究してきた。その過程の中で更に微細な電極を形成させるため探針の基部は絶縁体で構成し、探針の先端部だけを導電材で構成し微細電極とするものとした。黒欠陥部を一方の電極とし電解液を介してこの探針先端部の微細電極を最適至近距離に対峙させ、所定の電流あるいは電圧を印加し、電気化学的反応によって黒欠陥を電解液中に溶解させるものである。本明細書ではこの探針を電気化学AFM用探針と呼ぶ。この一連の研究の中で本出願人は加工対象であるマスクの正常なパターンに影響を与えることなく、黒欠陥のみを電気化学的反応によって除去するには、マスク表面全体にレジスト(絶縁)膜を塗布し、しかる後欠陥部分のレジストを除いて表面を露出させ、電気化学AFM用の探針を該欠陥部位置に位置決めして電気化学的な反応によって該黒欠陥を除去する手法が効果的であるとの知見を得た。要するに正常なパターンやガラス基板の領域はレジスト膜で被覆状態におかれることにより保護され、表面が露出されている欠陥部分のみで電気化学的反応を起こさせるようにしたものである。 In this situation, the present applicant has conceived that the black defect is corrected by an electrochemical reaction, and the electrode facing the defect portion is caused to cause an electrochemical reaction only in a minute defect portion. Research has been conducted on the use of atomic force microscope (AFM) probes. In order to form a finer electrode in the process, the base of the probe is made of an insulator, and only the tip of the probe is made of a conductive material to form a fine electrode. Using the black defect part as one electrode, the fine electrode at the tip of the probe is opposed to the optimum close distance through the electrolyte, and a predetermined current or voltage is applied, and the black defect is brought into the electrolyte by an electrochemical reaction. It is to be dissolved. In this specification, this probe is referred to as an electrochemical AFM probe. In this series of studies, the present applicant has applied a resist (insulating) film over the entire mask surface to remove only black defects by an electrochemical reaction without affecting the normal pattern of the mask to be processed. After that, the method is effective in which the surface is exposed except for the resist of the defective portion, the probe for electrochemical AFM is positioned at the position of the defective portion, and the black defect is removed by an electrochemical reaction. The knowledge that it is. In short, a normal pattern or a region of a glass substrate is protected by being covered with a resist film, and an electrochemical reaction is caused only by a defective portion whose surface is exposed.
本発明の1実施例を示す。この実施例はAFM機能に走査型トンネル顕微鏡(STM)としての機能を備えるようにして、欠陥表面と探針先端部との適正至近距離を計測しその離間距離を設定し易くしたものである。本発明のプローブは電気化学的作用を持たせるため、探針1の先端部は電極となっており外部へのリード線L1 が接続されているので、そのままSTMとしての使用が可能であり、その構成を利用するようにした。以下に本実施例で黒欠陥修正を行う手法を図2のフローチャートに沿って時系列的に説明する。図3に示すものは修正する黒欠陥のモデルであり、上段は黒欠陥近傍平面図として示したもの、下段はその断面図である。この黒欠陥の位置はステップ1において二次元走査の通常のAFMの観察機能により検出する。ステップ2ではここで得られた欠陥位置情報を基にPZTスキャナー7を駆動し探針1を欠陥位置の上方に移動させる。ステップ3でAFMとして機能させていたプローブ顕微鏡をSTMとして機能させる。すなわち、図4に模式的に示すようにマスク黒欠陥部と探針先端の電極間に電源11'から低いバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧により両者間にトンネル電流が流れるが、このトンネル電流をSTM制御手段12'により測定しつつ両者間の離間距離を適正至近距離になるようにZ軸ステージを駆動させて探針1の位置決めをする。ステップ4では探針1を加工用電極として機能させる。そのため、探針1の先端電極部とマスク間に電源11'からパルス電流(またはパルス電圧)を印加する。この実施例では導電性の探針を形成してその表面に絶縁性の材料を被覆し先端のみが露出する構造としている。ここでは、ガルバノスタットを用いた定電流や定電圧印加ではなく、パルス電流(またはパルス電圧)を用いるようにしているが、その理由は定電流や定電圧を用いた場合電極と電解液間にできる電気的二重層が電極面全体にでき電気化学的反応領域が広くなってしまうのに対し、このパルス電流(またはパルス電圧)を用いると交流的要素が作用し電気的二重層が先端部分に集中し電気化学的反応領域が狭くなるためである。1回のパルス電圧の印加で流れる電荷は定量となり、ステップ5では探針先端部位置を中心に狭い領域のマスク材が所定量分、電気化学的反応によって電解液中に溶解される。因みにここで用いた電解液はNaClの水溶液であり、この電気化学的反応は次のとおりである。
1 shows an embodiment of the present invention. In this embodiment, the AFM function is provided with a function as a scanning tunneling microscope (STM), and an appropriate close distance between the defect surface and the tip of the probe is measured and the distance is easily set. Since the probe of the present invention has an electrochemical action, the tip of the
黒欠陥表面 Cr → Cr2 + +2e− → Cr3 + +3e−
探針側電極 2H+ +2e− → H2↑
このときの作動形態を図5に模式的に示した。すなわち、パルス電源11'からマスクと探針先端部の電極間にパルス状の電圧が印加され、欠陥部分に対し局部的な電気化学的反応が起こる。ステップ6では探針1を欠陥領域を二次元走査し、欠陥領域全般にわたりステップ4とステップ5の動作を繰り返し実行する。
Black defect surface Cr → Cr 2 + + 2e - →
Probe side electrode 2H + + 2e − → H 2 ↑
The operation form at this time is schematically shown in FIG. That is, a pulsed voltage is applied from the
すべての欠陥領域のポイントにおける1回の加工を終えた時、ステップ7で1回の加工で除去されたマスク材の厚さ相当分ΔZだけZステージ6を駆動して探針1を下方に変位させ、再度欠陥表面と探針先端位置を適正至近距離に設定する。このときの作動形態を図6に模式的に示す。制御手段(AFMコントローラ12)からの指令によりZ軸ステージがZ方向にΔZ分変位させられ、その変位量は変位検出器で検出され、制御手段にフィードバックされる。なお、この位置制御機構はPZTスキャナー7によるX,Y方向の位置決めにおいても同様である。ステップ8ではΔZ分の変位により探針先端部がガラス基板面に到達したか否かを判定し、未だその位置まで来ていないときはステップ4に戻り電気化学的加工を繰り返す。探針先端部がガラス基板に到達したときは黒欠陥はすでに除去されたことになるためここで加工を終了する。ステップ9ではAFM機能により、加工後の試料面を観察し、黒欠陥が修正加工され、除去されたことを確認する。以上のステップを踏んで本発明の手法による黒欠陥修正動作を終了する。
When the processing at one point in all the defect areas is completed, the
次に図7に示すフローチャートに従って、本発明の黒欠陥修正の手順を説明する。まず、ステップ1ではマスク面上の欠陥位置の把握を行う。AFMの観察機能によって顕微鏡画像を得、欠陥部分の位置情報を記憶しておく。欠陥は例えば図8上段平面図で模式的に示したような正常なパターンに隣接した黒欠陥である。ステップ2では図8上段側面図に示すようにマスク面全体にレジスト膜を塗布する。この際のレジスト材料は絶縁性のものであることが必要である。ステップ3では図8の中段に示すように欠陥位置にAFM探針を運び、欠陥領域に対応させて走査し、加工すべき欠陥領域のレジスト膜をスクラッチすなわち、機械的に引っ掻いて除去する。その結果の状態を図8の下段に示す。AFM探針を先の欠陥位置情報に基づいて試料ステージを駆動制御し、探針先端部の位置を欠陥部に位置合わせする。露出させる領域は図に模式的に示したように欠陥領域よりやや狭めにするのがよい。このレジスト膜を除去する手法としては集束イオンビームを用いたエッチングや電子ビームを用いた電子露光といったものもあるが、その場合には集束イオンビーム装置や電子ビーム装置を別途用意しなければならない。本発明は電子化学AFM装置だけですべての工程を処理することができる。
Next, the black defect correction procedure of the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, in
ステップ4では試料を電解液が入った加工セル内において電気化学AFM装置の電気化学的反応によって欠陥を修正加工する。まず、先の欠陥位置情報に基づいて電気化学AFM用の探針を欠陥位置の上方に駆動制御する。すると黒欠陥部分は前工程で表面が露出された状態となっているため、図9に示すように黒欠陥表面と探針先端部は電解液を介して至近距離に対峙することになる。電気化学的反応を局所的に集中させるためには対向電極(探針先端部の導電部材)の径と黒欠陥表面と探針先端部の離間距離そして電荷の与え方が重要な要素となる。本発明では電気化学AFM用の探針として基部が絶縁性部材で先端部分のみ導電性の構造を持ち先端を先鋭化加工したものを用いる。また、両電極間にバイアス電圧を印加した状態でのトンネル電流を検出して距離を測定し、Z方向制御を行うなどして前記離間距離を最適至近距離に設定する。
In
本発明はこの電気化学的反応を欠陥部分のみで起こさせるため、それ以外の領域をレジスト膜で被覆しておく点に特徴を有する。このレジスト膜は絶縁性であるから、その部分で電気化学的反応が起こることはなく、黒欠陥表面と探針先端電極間で局部的な反応が起こる。ステップ5では両者間の離間距離を適正至近距離に設定しパルス電流又はパルス電圧を印加する。ここで定電流や定電圧を用いずにパルスを用いる理由は探針先端電極表面に形成される電気的二重層が全体に広がらず先端部に集中することで反応領域を狭くさせるためである。ステップ6で黒欠陥部分が電解液中に電気化学的反応で溶解してゆくが、その際の形態は図10に示すように円錐形状で溶解が進んでゆく。その電気化学反応は前述したように、
黒欠陥表面 Cr → Cr2 + +2e− → Cr3 + +3e−
探針側電極 2H+ +2e− → H2↑
となるから、黒欠陥部分のクロムはイオン化して電解液中に溶け込み、探針側電極では水を分解して水素ガスが発生する。
The present invention is characterized in that this electrochemical reaction is caused only at the defective portion, and the other region is covered with a resist film. Since this resist film is insulative, an electrochemical reaction does not occur in that portion, and a local reaction occurs between the black defect surface and the probe tip electrode. In
Black defect surface Cr → Cr 2 + + 2e - →
Probe side electrode 2H + + 2e − → H 2 ↑
Therefore, the chromium in the black defect portion is ionized and dissolved in the electrolyte, and water is decomposed at the probe side electrode to generate hydrogen gas.
ステップ7では円錐形状の穴がガラス基板に達したか否かを確認し、達していない場合にはステップ8に進み1回のパルス処理で溶解した深さ分探針をZ方向に変位させ、ステップ5に戻り、ステップ6までの作業を繰り返す。この際の溶解形態は図10の右下円内部分図で示すように、欠陥部分が円錐形状で溶解してゆき何回かの繰り返し反応で円錐形状の先端がガラス基板面に到達する。すると、穴底のガラス面を押し開くように急激に溶解が進みパターンのエッジが急峻に仕上がる。この現象はレジスト被覆を施した本発明の手法において顕著な現象である。パターンのエッジ急峻に仕上がるということはフォトマスクとして境界を鮮明にするということを意味し、極めて好ましい現象である。因みにこの角度を測定したところ約85°であった。レジスト膜を施した場合何故エッジが立つのかの理由は、正常なパターン領域はレジストで被覆されていることにより、電解液と接することがなく電気化学的反応が完全に抑制されるためと解される。なお、欠陥部分への電位は正常パターンを介して供給されるため、欠陥部分の領域が広い大きな黒欠陥の場合には正常パターンに接していない外側部分から加工を始めるようにするのがよい。正常パターンから黒欠陥が分離され孤立形態となると電荷供給が厄介となるためである。
In
ガラス基板が露出した時点で修正加工を終了し、ステップ9でレジスト膜を除去し、マスク面を全面的に露出させる。この加工を終えたマスクを本来のAFM機能で凹凸形状を検出して画像化し黒欠陥が除去されたことを確認することができる。
When the glass substrate is exposed, the correction process is finished, and in
また、本発明は、前述したようにフォトマスクの細密化やリソグラフィーの光源の短波長傾向の中で、欠陥修正に用いるイオンビーム照射がもたらす種々の影響を除去することを課題として出発した。そのためには基本的に集束イオンビームを用いない欠陥修正ができればよいのであるが、これに代わり微細な加工を正確かつ効率的に実行できる手法を提示しなければならない。すなわち、マスクの黒欠陥を周辺のガラス基板に損傷を与えることがなく比較的速くきれいに除去できる手法であることが求められる。 In addition, the present invention started as an object to eliminate various effects caused by irradiation of an ion beam used for defect correction in the tendency of a finer photomask and a shorter wavelength of a lithography light source as described above. For that purpose, it is basically sufficient to correct a defect without using a focused ion beam, but instead, a method capable of accurately and efficiently executing fine processing must be presented. That is, it is required to be a technique that can remove black defects of the mask relatively quickly and without damaging the surrounding glass substrate.
このような状況の中で本出願人は電気化学的反応によって黒欠陥を除去する修正を行うことに想到し、微細な欠陥部分のみに電気化学的反応を起こさせるため、欠陥部と対向する電極に原子間力顕微鏡(AFM)の探針を用いることを研究してきた。その過程の中で更に微細な電極を形成させるため探針の基部は絶縁体で構成し、探針の先端部だけを導電材で構成し微細電極とするものとした。黒欠陥部を一方の電極とし電解液を介してこの探針先端部の微細電極を最適至近距離に対峙させ、所定の電流あるいは電圧を印加し電気化学的反応によって黒欠陥を電解液中に溶解させるものである。本明細書ではこの探針を電気化学AFM用探針と呼ぶ。この一連の研究の中で本出願人は加工対象であるマスクの正常なパターンに影響を与えることなく、黒欠陥のみを電気化学的反応によって除去するには、マスク表面全体にレジスト(絶縁)膜を塗布し、しかる後欠陥部分のレジストを除いて表面を露出させ、電気化学AFM用の探針を該欠陥部位置に位置決めして電気化学的な反応によって該黒欠陥を除去する手法が効果的であるとの知見を得た。要するに正常なパターンやガラス基板の領域はレジスト膜で被覆状態におかれることにより保護され、表面が露出されている欠陥部分のみで電気化学的反応を起こさせるようにしたものである。 In this situation, the present applicant has conceived that the black defect is corrected by an electrochemical reaction, and the electrode facing the defect portion is caused to cause an electrochemical reaction only in a minute defect portion. Research has been conducted on the use of atomic force microscope (AFM) probes. In order to form a finer electrode in the process, the base of the probe is made of an insulator, and only the tip of the probe is made of a conductive material to form a fine electrode. Using the black defect as one electrode, the fine electrode at the tip of the probe is opposed to the optimum close distance through the electrolyte, and a predetermined current or voltage is applied to dissolve the black defect in the electrolyte by an electrochemical reaction. It is something to be made. In this specification, this probe is referred to as an electrochemical AFM probe. In this series of studies, the present applicant has applied a resist (insulating) film over the entire mask surface to remove only black defects by an electrochemical reaction without affecting the normal pattern of the mask to be processed. After that, the method is effective in which the surface is exposed except for the resist of the defective portion, the probe for electrochemical AFM is positioned at the position of the defective portion, and the black defect is removed by an electrochemical reaction. The knowledge that it is. In short, a normal pattern or a region of a glass substrate is protected by being covered with a resist film, and an electrochemical reaction is caused only by a defective portion whose surface is exposed.
次に図11に示すフローチャートに従って、本発明の黒欠陥修正の変形手順を説明する。まず、ステップ1ではマスク面上の欠陥位置の把握を行う。走査型電子顕微鏡(SEM)、走査型イオン顕微鏡(SIM)あるいは走査型AFMの観察機能によって顕微鏡画像を得、欠陥部分の位置情報を記憶しておく。欠陥は例えば図12の上段平面図で模式的に示したような正常なパターンに隣接した黒欠陥である。ステップ2では図12の上段側断面図に示すようにマスク面全体にレジスト膜を塗布する。この際のレジスト材料は絶縁性のものであることが必要で電子線ビームを用いる場合には電子線レジストを用いる。ステップ3では図12の中段に示すように集束荷電粒子ビームを照射し、加工すべき欠陥領域のレジスト膜を図12の下段に示すように除去する。集束荷電粒子ビームには集束イオンビーム若しくは電子ビームを用いるものとし、そのいずれかの鏡筒に対し先の欠陥位置情報に基づいて試料ステージを駆動制御し、ビーム照射の位置を欠陥部に位置合わせする。ビーム照射によって欠陥部分のレジスト膜を除去するのであるが、集束イオンビームを用いる場合はスパッタエッチング又はガスアシストエッチングする方法と、電子ビームを用いた場合はレジストを電子線感光させて現像除去するかガスアシストエッチングするかの方法で黒欠陥の表面を露出させる。露出させる領域は図に模式的に示したように欠陥領域よりやや狭めにするのがよい。この際の作業は荷電粒子ビーム装置の真空チャンバ内の作業となる。
Next, according to the flowchart shown in FIG. 11, a deformation procedure for black defect correction according to the present invention will be described. First, in
ステップ4では試料を真空チャンバから電気化学AFM装置の加工セル内に移し欠陥修正加工を実行する。まず、先の欠陥位置情報に基づいて電気化学AFM用の探針を欠陥位置の上方に駆動制御する。すると黒欠陥部分は前工程で表面が露出された状態となっているため、図9に示すように黒欠陥表面と探針先端部は電解液を介して至近距離に対峙することになる。電気化学的反応を局所的に集中させるためには対向電極(探針先端部の導電部材)の径と黒欠陥表面と探針先端部の離間距離そして電荷の与え方が重要な要素となる。本発明では電気化学AFM用の探針として基部が絶縁性部材で先端部分のみ導電性の構造を持ち先端を先鋭化加工したものを用いる。また、両電極間にバイアス電圧を印加した状態でのトンネル電流を検出して距離を測定し、Z方向制御を行うなどして前記離間距離を最適至近距離に設定する。
In
本発明はこの電気化学的反応を欠陥部分のみで起こさせるため、それ以外の領域をレジスト膜で被覆しておく点に特徴を有する。このレジスト膜は絶縁性であるから、その部分で電気化学的反応が起こることはなく、黒欠陥表面と探針先端電極間で局部的な反応が起こる。ステップ5では両者間の離間距離を適正至近距離に設定しパルス電流又はパルス電圧を印加する。ここで定電流や定電圧を用いずにパルスを用いる理由は探針先端電極表面に形成される電気的二重層が全体に広がらず先端部に集中することで反応領域を狭くさせるためである。ステップ6で黒欠陥部分が電解液中に電気化学的反応で溶解してゆくが、その際の形態は図10に示すように円錐形状で溶解が進んでゆく。すなわち、黒欠陥部分のクロムはイオン化して電解液中に溶け込み、探針側電極では水を分解して水素ガスが発生する。
The present invention is characterized in that this electrochemical reaction is caused only by a defective portion, and therefore other regions are covered with a resist film. Since this resist film is insulative, no electrochemical reaction occurs at that portion, and a local reaction occurs between the black defect surface and the probe tip electrode. In
ステップ7では円錐形状の穴がガラス基板に達したか否かを確認し、達していない場合にはステップ8に進み1回のパルス処理で溶解した深さ分探針をZ方向に変位させ、ステップ5に戻り、ステップ6までの作業を繰り返す。この際の溶解形態は図10の右下円内部分図で示すように、欠陥部分が円錐形状で溶解してゆき何回かの繰り返し反応で円錐形状の先端がガラス基板面に到達する。すると、穴底のガラス面を押し開くように急激に溶解が進みパターンのエッジが急峻に仕上がる。この現象はレジスト被覆を施した本発明の手法において顕著な現象である。パターンのエッジ急峻に仕上がるということはフォトマスクとして境界を鮮明にするということを意味し、極めて好ましい現象である。因みにこの角度を測定したところ約85°であった。レジスト膜を施した場合何故エッジが立つのかの理由は、正常なパターン領域はレジストで被覆されていることにより、電解液と接することがなく電気化学的反応が完全に抑制されるためと解される。なお、欠陥部分への電位は正常パターンを介して供給されるため、欠陥部分の領域が広い大きな黒欠陥の場合には正常パターンに接していない外側部分から加工を始めるようにするのがよい。正常パターンから黒欠陥が分離され孤立形態となると電荷供給が厄介となるためである。
In
ガラス基板が露出した時点で修正加工を終了し、ステップ9でレジスト膜を除去し、マスク面を全面的に露出させる。この加工を終えたマスクを本来のAFM機能で凹凸形状を検出して画像化し黒欠陥が除去されたことを確認することができる。
When the glass substrate is exposed, the correction process is finished, and in
また、本発明は、前述したようにフォトマスクの細密化やリソグラフィーの光源の短波長傾向の中で、欠陥修正に用いるイオンビーム照射がもたらす種々の影響を除去することを1つの課題にして研究された。そのためには基本的に集束イオンビームを用いない欠陥修正ができればよいのであるが、これに代わり微細な加工を正確かつ効率的に実行できる手法を提示しなければならない。すなわち、マスクの黒欠陥を周辺のガラス基板に損傷を与えることがなく比較的速くきれいに除去できる手法であることが求められる。そこで、欠陥部の材質としてはクロムのような導電性の物質を想定し、これを電気化学的手法で除去することに想到した。電気化学的手法で欠陥素材を電解溶液中に溶かしてしまう反応は周辺のガラス基板に損傷を与えることがないことから、その点で求められる要件を満たすものであるが、問題は微細構造である欠陥部のみを除去する加工をこの手法で実現させることである。マスクにおける黒欠陥の素材はマスクパターンの素材でもあることから本来のマスクパターンがこの電気化学的手法で除去されては新たな白欠陥を作ることとなり、欠陥修正にはならない。フォトマスクの現状から勘案すると十乃至数百ナノメートルの局部的な領域を特定して反応を起こさせなければならない。局部的な反応を実現させるためには欠陥部に対向する電極の細さと距離といった構造上の条件と、両電極間に与える電荷量が重要な条件となる。そこで、本発明では電極としてプローブ顕微鏡の探針を用いることに想到した。先端部を数乃至数十ナノメートルに尖らせ導電性とした探針を電極として用いようというものである。この細い電極を1乃至百ナノメートルの至近距離に位置決めすることで所望の局所的反応を実現することができる。 In addition, as described above, the present invention researches to eliminate various effects caused by irradiation of an ion beam used for defect correction in the trend of shortening the wavelength of a photomask and the lithography light source as described above. It was. For that purpose, it is basically sufficient to correct a defect without using a focused ion beam, but instead, a method capable of accurately and efficiently executing fine processing must be presented. That is, it is required to be a technique that can remove black defects of the mask relatively quickly and without damaging the surrounding glass substrate. Therefore, it was conceived that a conductive material such as chromium was assumed as the material of the defective portion, and this was removed by an electrochemical method. The reaction that dissolves the defective material in the electrolytic solution by the electrochemical method does not damage the surrounding glass substrate, so it meets the requirements for that point, but the problem is the microstructure It is to realize processing for removing only the defective portion by this method. Since the material of the black defect in the mask is also the material of the mask pattern, if the original mask pattern is removed by this electrochemical method, a new white defect is created, and the defect is not corrected. Considering the current state of photomasks, a local region of 10 to several hundred nanometers must be identified and reacted. In order to realize a local reaction, structural conditions such as the fineness and distance of the electrode facing the defect and the amount of charge applied between the two electrodes are important conditions. Accordingly, the present invention has been conceived to use a probe of a probe microscope as an electrode. The tip is pointed to several to several tens of nanometers, and a conductive probe is used as an electrode. By positioning this thin electrode at a close distance of 1 to 100 nanometers, a desired local reaction can be realized.
この電気化学的反応を利用した黒欠陥修正加工は、リバーベッド現象を起こすこともなく、AFMの探針として上記のような構造を採用するなどすることで微細構造に対し精緻な加工を可能にするものであるが、修正加工に要する時間が従来のFIB装置を用いた手法に比べて多く掛かってしまうという欠点がある。そこで、本発明ではリバーベッド現象を起こすことがない領域の加工をFIBによるエッチングで行い、残された部分の加工だけをこの電気化学的反応で実行することに想到した。リバーベッド現象を起こすことがない領域の加工をFIBによるエッチングで行う点では、先の特許文献1と同じである。リバーベッド現象が欠陥部に照射されたイオンがはじかれた近傍のガラス基板面にあたること、或いはイオンビームが正規分布をなしその裾部分が近傍のガラス基板面にあたることに起因することに鑑み、欠陥領域の周縁部を除く中央部分のみを加工するようにすれば、リバーベッド現象の発生を避けることができる。この発想は先の文献1と同様であるが、本発明では加工する中央部分もガラス基板近傍は残すようにした。それはガラス基板の面までFIBでエッチングするとどうしてもガラス基板にもダメージを与えてしまうためである。この部分も含めFIB加工で残された欠陥を電気化学的反応で除去するようにした。黒欠陥の大部分はすでにFIB加工で除去されているのでこの加工に要する時間はさほど多くはないこととなる。
The black defect correction process using this electrochemical reaction does not cause a riverbed phenomenon, and enables the precise processing of fine structures by adopting the above structure as an AFM probe. However, there is a drawback that it takes a lot of time for correction processing as compared with the method using the conventional FIB apparatus. Therefore, in the present invention, it has been conceived that processing of the region where the river bed phenomenon does not occur is performed by FIB etching, and only processing of the remaining portion is performed by this electrochemical reaction. This is the same as the above-mentioned
次に示す本発明の修正加工方法は、まず、第一段階としてFIB装置を用い、マスクの顕微鏡画像を得て欠陥位置情報を取り込み記憶すると共に、このFIB装置によって欠陥領域の周縁部を除く中央部分の大部分をエッチング加工する。しかる後、第二段階として図1に示した装置を用い、残された黒欠陥を電気化学的に電解処理するものである。次に図13に示すフローチャートに従ってこの黒欠陥修正の手順を説明する。まず、ステップ1ではマスク面上の欠陥位置の把握を行う。走査型イオン顕微鏡(SIM)の観察機能によって顕微鏡画像を得、欠陥部分の位置情報を記憶しておく。欠陥は例えば図14の上段平面図と側断面図で模式的に示したような正常なパターンに隣接した黒欠陥である。ステップ2では図14の中段に示すように欠陥部領域に集束イオンビーム(FIB)を照射し黒欠陥をエッチング除去する。この際の照射領域は欠陥領域の周縁部を避けると共に照射を行う欠陥中央部領域についてもガラス基板近傍部分はエッチングしないように残すことが肝要である。周縁部にFIBを照射しない理由はリバーベッド現象を回避するためであり、ガラス基板近傍部分を残す理由はガラス基板にFIBによるダメージを与えないようにするためである。エッチングの手法としてはスパッタエッチング又はガスアシストエッチングを用いることができる。以上の作業がFIB装置によって行われる第一段階の工程である。
The following correction processing method of the present invention uses a FIB apparatus as a first step, obtains a microscope image of a mask, captures and stores defect position information, and removes the peripheral portion of the defect area by this FIB apparatus. Most of the part is etched. Thereafter, the remaining black defects are electrochemically subjected to electrolytic treatment using the apparatus shown in FIG. 1 as the second stage. Next, the black defect correction procedure will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, in
ステップ3で被加工試料であるマスクを電気化学的反応による加工を行う電解加工装置(以下これを電気化学AFM装置と呼ぶ。)に移してこれ以降の第二段階の加工を実行する。ステップ3では図14の下段に示すように先のステップ2でFIB照射を行わず残っている黒欠陥周縁部のXY二次元位置に電気化学AFMの探針の先を移動させる。この位置は正常なパターンから最も遠い位置に位置決めされる。それは加工によってこの部分が孤立領域になると電荷の供給が難しくなるからである。電解加工を行う際の黒欠陥と探針先端電極との離間距離は電気化学的反応を起こす領域に影響するため、適正な至近距離に設定することが肝要である。ステップ4で適正な至近距離に設定を行なうが、本発明では両者間にバイアス電圧を印加してトンネル電流を測定しながらZ方向位置を設定するのが適当である。ステップ5では位置が決められた両者間に所定電流若しくは所定電圧パルスを印加し、残された黒欠陥を電気化学的反応で電解液中に溶解させる。ここで定電流や定電圧を用いずにパルスを用いる理由は探針先端電極表面に形成される電気的二重層が全体に広がらず先端部に集中することで反応領域を狭くさせるためである。ステップ6で残された黒欠陥の電解加工が実行され、黒欠陥部分のクロムはイオン化して電解液中に溶け込み、探針側電極では水を分解して水素ガスが発生する。欠陥領域が広い場合はPZTスキャナー7を駆動させて探針1の位置を正常パターンに徐々に近くなる方向にXY方向にラスタ走査しながらこのステップ5と6を繰り返す。
In
ステップ7では黒欠陥が除去されガラス基板に達したか否かを確認し、達していない場合にはステップ8に進み1回のパルス処理で溶解した深さ分探針をZ方向に変位させ、ステップ5に戻り、ステップ6までの作業を繰り返す。この際の溶解形態は、欠陥領域周縁部分がV字形状で溶解してゆき何回かの繰り返し反応でV字形状の先端がガラス基板面に到達する。中央部穴底に残された黒欠陥は層が数nm程度に薄い場合はガラス面を押し開くように急激に溶解が進むが、ある程度の厚さが残っている場合は探針1をラスター状に走査する過程で溶解する。図15に黒欠陥がきれいに溶解し消失したところを模式的に示す。 ステップ9では第三段階としてAFMの観察機能を用い、マスク面を走査して表面形状画像を撮り黒欠陥が修正除去されたことを確認する。以上で本発明による一連の作業を終了する。
In
本発明の欠陥修正方法を実施する装置としては、まず、第一段階を行うFIB装置であるが、基本的に従来のマスクリペア用のFIB装置と大きく変わるところはない。ただ、この装置で把握した欠陥位置情報に基づき欠陥領域の周縁部を避けてFIBを照射すると共に照射を行う欠陥中央部領域についてもガラス基板近傍部分はエッチングしないように作動させることと、この位置情報を第二段階の作業を行う電気化学AFM装置に伝達する機能を備えていることが必要である。前者については割り出し演算とその結果に基づく駆動制御を実行させるソフトを準備することで対応でき、後者についてはFIB装置と電気化学AFM装置の制御部間のエクスポート,インポート機能を備えるようにするか制御部として両装置共通のパソコン形態とすることで対応することができる。 The apparatus for carrying out the defect correcting method of the present invention is an FIB apparatus that performs the first stage, but basically there is no significant difference from the conventional FIB apparatus for mask repair. However, based on the defect position information grasped by this apparatus, the peripheral area of the defect area is avoided and the FIB is irradiated, and the defect central part area to be irradiated is also operated so as not to etch the vicinity of the glass substrate. It is necessary to have a function of transmitting information to the electrochemical AFM apparatus that performs the second stage work. The former can be dealt with by preparing software for executing the calculation operation and the drive control based on the result, and the latter can be controlled by providing an export / import function between the control units of the FIB apparatus and the electrochemical AFM apparatus. This can be handled by adopting a personal computer form common to both devices as a unit.
第二段階の作業を行う電気化学AFM装置については、基本構成として先端部を電極としたAFMの探針と、電解液と試料としてのマスクを収納する加工セルと、前記探針先端部とマスク面との間に所定電流または所定電圧を印加する電源と、前記探針先端部の位置をX,Y,Z方向に移動させる機構とを備え、FIB装置で得た欠陥位置情報に基づいてマスク黒欠陥を電気化学的反応で除去する加工機能を持つことが必要である。そして、微細な電解加工を実現するためにAFM探針は先端部のみを先鋭な導電材で形成して電極とし、他の部分を絶縁体で構成したものを採用する。このような探針構造は探針を導電材で形成しその先端部以外を絶縁体で被覆するとか細い導電性のワイヤーを絶縁性のキャピラリー内に挿入し先端部を露出させて先鋭化するなどの手法で作製することができる。 Regarding the electrochemical AFM apparatus for performing the second stage operation, as a basic configuration, an AFM probe having a tip portion as an electrode, a processing cell for storing an electrolyte and a mask as a sample, the tip portion of the probe and the mask And a power source for applying a predetermined current or a predetermined voltage between the surface and a mechanism for moving the position of the tip of the probe in the X, Y, and Z directions, and a mask based on defect position information obtained by the FIB apparatus. It is necessary to have a processing function to remove black defects by electrochemical reaction. And in order to implement | achieve fine electrolytic processing, what employ | adopted the AFM probe which formed only the front-end | tip part with the sharp electrically conductive material as an electrode, and comprised the other part with the insulator. In such a probe structure, the probe is formed of a conductive material, and the tip other than its tip is covered with an insulator, or a thin conductive wire is inserted into an insulating capillary, and the tip is exposed to sharpen it. It can be produced by a technique.
また、探針先端部とマスク面との間に接続された電源はバイアス電圧及び定電流又は定電圧のパルスを供給できるものとし、バイアス電圧を供給することにより、探針とマスク黒欠陥との間に生じるトンネル電流を測定することで電気化学的反応を起こす際の適正至近距離を測定して設定することが可能となる。AFMとしての機能に加えてSTM機能を持たせることができる。また、所定電流又は所定電圧のパルスを供給する機能を備えることで、前述したように電気化学的反応領域を局所的に限定させることが可能となる。 The power source connected between the tip of the probe and the mask surface can supply a bias voltage and a constant current or constant voltage pulse. By supplying the bias voltage, the probe and the mask black defect By measuring the tunnel current generated between them, it is possible to measure and set an appropriate close distance when an electrochemical reaction occurs. In addition to the function as an AFM, an STM function can be provided. Further, by providing a function of supplying a pulse of a predetermined current or a predetermined voltage, it is possible to locally limit the electrochemical reaction region as described above.
さて、本出願人は、前述したようにフォトマスクの細密化やリソグラフィーの光源の短波長傾向の中で、欠陥修正に用いるイオンビーム照射がもたらす種々の影響を除去することを1つの課題として研究を進めてきた。欠陥部の材質としてはクロムのような導電性の物質を想定し、これを電気化学的手法で除去することに想到した。微細構造である欠陥部のみを除去する加工をこの手法で実現させることである。フォトマスクの現状から勘案すると十から数百ナノメートルの局部的な領域を特定して反応を起こさせなければならない。電気化学的反応を局所的に限定して起こさせるためには、欠陥部に対向する電極の細さと距離と電荷量が重要な条件である。正常なマスクパターンに影響を及ぼさない局部的な反応を実現させるためには、先鋭なプローブ顕微鏡の探針の最先端部分以外を絶縁被覆することが必要となった。すなわち、次に示す本発明はその対向電極となるプローブ先端の露出面積を小さくし、かつ先鋭化を如何にして実現するかという技術的思想である。 Now, as described above, the present applicant has studied to remove various effects caused by irradiation of ion beams used for defect correction in the trend of short-wavelengths of photomasks and lithography light sources as described above. Has advanced. As a material for the defect portion, a conductive substance such as chromium was assumed, and the inventors came up with the idea of removing this by an electrochemical method. It is to realize a process for removing only the defective portion having a fine structure by this method. Considering the current state of photomasks, a local region of 10 to several hundred nanometers must be identified and reacted. In order to cause the electrochemical reaction to be locally limited, the fineness, distance and charge amount of the electrode facing the defect are important conditions. In order to realize a local reaction that does not affect the normal mask pattern, it is necessary to insulate the part other than the most advanced part of the probe of the sharp probe microscope. That is, the present invention described below is a technical idea of how to reduce the exposed area of the probe tip serving as the counter electrode and realize sharpening.
この電解加工は上記の装置を用い、第一段階としてPZTスキャナー7の駆動位置情報と光学的変位検出器5が検出するカンチレバー2の変位情報とを得てAFMとしての観察機能で試料面上の黒欠陥位置を検出特定する。この観察結果から得られた欠陥位置情報は観察用コンピュータから加工用コンピュータに送られ、第二段階として黒欠陥修正を実行する。まず、探針1が黒欠陥部分に位置するように先の欠陥位置情報に基づいてPZTスキャナー7を駆動制御する。欠陥領域と探針1の先端が対峙させられた状態で加工用ガルバノスタット11が作動し、導電性を持つマスク材料と電解液を介して対峙する導電性を備えた探針先端との間に電圧を印加し、電気化学的な反応を起こさせ黒欠陥を電解液中に溶解させる。この電解液は特に種類を選ばないが酸やアルカリ等が強く試料と化学的反応を起こしてしまうものは避ける。電気化学的加工は対象がマスク上の微細な黒欠陥であることから加工電極となる探針1は微細な電極構造であり、対向電極となる黒欠陥との距離も適正至近距離であることが重要となる。適正な至近距離に位置されるようにZ軸ステージ6を制御し、加工用電極ホルダ3のZ方向位置を調整する。本発明では探針先端部の微細な電極構造(先端径が数〜数十ナノメートル)と適正至近距離(一〜数百ナノメートル)により電気化学的反応がなされる領域を局所的(十〜数百ナノメートル)に限定させることができる。これにより、除去の必要な黒欠陥部分のみを加工対象とする精緻な加工が実現できる。この反応をガラス面が露出するまで継続する。イオンビーム加工と異なりガラス面が露出してもその部分は反応することはないので、ガラス基板を傷つけることはない。最後の第三段階としてAFMの本来の観察機能により修正が完了しているかを確認する。これは基本的に第一段階の観察動作と同じである。当初発見された欠陥がこの観察で除去されているかを確認することになる。
This electrolytic processing uses the above-mentioned apparatus, and as a first step, obtains the driving position information of the
次に本発明の電気化学AFM用のプローブ作製方法を図16に示すフローチャートを参照しながらその手順に従って説明する。 Next, a method for producing a probe for electrochemical AFM according to the present invention will be described in accordance with the procedure with reference to the flowchart shown in FIG.
ステップ1:素材として絶縁層を中央に挟み上下にシリコン層がサンドイッチ状に重ねられたSOIウエハ基板を用い、その表面に図17のaに示すように二酸化珪素(SiO2)でマスクパターニングを施す。 Step 1: An SOI wafer substrate having an insulating layer sandwiched between the upper and lower layers as a material and a silicon layer sandwiched between the upper and lower sides is used, and the surface is mask-patterned with silicon dioxide (SiO2) as shown in FIG.
ステップ2:マスクパターニングが施されたシリコン基板に対してプラズマイオンを用いたリアクティブ・イオン・エッチング(RIE)の手法でマスクで覆われていない部分のシリコンをドライエッチングする。この加工はSF6ガスによるRIEであるためシリコン層の深さ方向に向けてエッチングが進むと同時に、マスク下部もアンダーエッチングされることになり、結果として図17のbに示すようにマスクで覆われた部分のシリコンは急峻な柱形状に残される。本発明ではこの部分を探針部とし、広く薄い層にエッチングされた部分をカンチレバーとする。このステップでその基本構造の粗加工がなされるのである。 Step 2: A portion of silicon not covered with a mask is dry-etched by a reactive ion etching (RIE) method using plasma ions on a silicon substrate subjected to mask patterning. Since this processing is RIE using SF6 gas, the etching progresses in the depth direction of the silicon layer, and at the same time, the lower part of the mask is under-etched. As a result, as shown in FIG. The remaining silicon is left in a steep columnar shape. In the present invention, this portion is used as a probe portion, and a portion etched into a wide and thin layer is used as a cantilever. In this step, the basic structure is roughly processed.
ステップ3:ドライエッチング加工が終了した段階で図17のcに示すようにSiO2マスクを除去する。これは通常の化学的処理で行われる。 Step 3: When the dry etching process is completed, the SiO 2 mask is removed as shown in FIG. This is done by conventional chemical processing.
ステップ4:次にこの粗加工されたシリコンに熱酸化処理を施す。図17のdに示されるように加熱される中でシリコンは表面から徐々にSiO2となる酸化が進行してゆくことになるが、柱形状に突出した探針部分では酸化されないシリコン領域がコア部分に細くなってゆき、その先端部分が先鋭化されて残る。この先鋭化加工が電気化学AFM用探針として要求されるナノメートルオーダーの先端径の探針形成を実現させるものであり、本発明の重要なポイントである。 Step 4: Next, this rough-processed silicon is subjected to a thermal oxidation treatment. Although silicon has gradually become SiO 2 oxide from the surface it is possible to repeatedly advanced in being heated as shown in d of FIG. 17, the silicon area which is not oxidized in the probe portion protruding columnar shape core It becomes thinner in the part, and the tip part remains sharpened. This sharpening process realizes the formation of a probe having a tip diameter of nanometer order required as a probe for electrochemical AFM, which is an important point of the present invention.
ステップ5:続いてこの酸化されたシリコン層を化学的処理で除去すると、図17のeに示すようにコアー部分に残されたシリコンが先鋭化された探針形状となって現れる。 Step 5: Subsequently, when the oxidized silicon layer is removed by chemical treatment, the silicon remaining in the core portion appears in a sharpened probe shape as shown in FIG.
ステップ6:以上の加工が施されるシリコンプローブはシリコンウエハ上にマトリックス配列で多数形成され、このステップで多数形成された個々のシリコンプローブを分離加工する。この加工はレジスト膜を被覆した上で露光して境界部分のシリコンをエッチング除去する慣用手段で、図17のfに示されるように絶縁層SiO2上で独立分離させる。以上の工程でプローブの基礎構造となるシリコンの加工を終了する。 Step 6: A large number of silicon probes subjected to the above processing are formed in a matrix arrangement on a silicon wafer, and the individual silicon probes formed in this step are separated and processed. The processing of the silicon at the boundary is exposed on coating the resist film by conventional means for etching away to independently separated on the insulating layer SiO 2 as shown in f in Figure 17. With the above process, the processing of the silicon serving as the basic structure of the probe is completed.
次に電気化学AFM用のプローブとして必要な探針先端部の電極構造と該電極への電荷供給のためのリード構造を形成する。 Next, an electrode structure at the tip of the probe necessary as a probe for electrochemical AFM and a lead structure for supplying charges to the electrode are formed.
ステップ7:まず、図17のgに示すように絶縁層SiO2が露出している独立分離された各シリコンプローブの境界部分にレジストを塗布する。 Step 7: First, as shown in FIG. 17g, a resist is applied to the boundary portion of each independently separated silicon probe where the insulating layer SiO 2 is exposed.
ステップ8:各プローブ周囲がレジストで囲まれた状態で探針部を含むシリコン面に金属コーティングを施す。金属材料として例えば白金Pt が用いられるが、シリコンとの親和性がよくないため、まず、S8A下地層としてチタンTi を薄膜コーティングし、その上にS8B電極材やリード部材として好適な白金Pt 薄膜をコーティングする。このときのプローブの状態は図17のhに断面図で示すように表面に露出しているシリコン面もレジスト面上にも金属がコートされている。 Step 8: A metal coating is applied to the silicon surface including the probe portion in a state in which each probe is surrounded by a resist. For example, platinum Pt is used as the metal material. However, since the affinity with silicon is not good, first, a titanium Ti thin film is coated as an S8A underlayer, and a platinum Pt thin film suitable as an S8B electrode material or a lead member is formed thereon. Coating. The state of the probe at this time is that the silicon surface exposed on the surface and the resist surface are coated with metal as shown in a cross-sectional view in FIG.
ステップ9:金属薄膜がコートされた段階で各プローブ周囲のレジスト材を除去すると図18のiに示されるように探針部を含むシリコンプローブの探針側の全面に金属薄膜がコートされた状態となっている。 Step 9: When the resist material around each probe is removed when the metal thin film is coated, the metal thin film is coated on the entire surface of the probe side of the silicon probe including the probe portion as shown in i of FIG. It has become.
ステップ10:この状態となったプローブの表面全体に対して化学蒸着法(CVD)の手法により絶縁膜としてのSiO2 薄膜を形成させる。このときの状態が図18のjに断面図で示される。 Step 10: A SiO 2 thin film as an insulating film is formed on the entire surface of the probe in this state by a chemical vapor deposition (CVD) technique. The state at this time is shown in a sectional view in FIG.
ステップ11:絶縁膜の形成に引き続き、その上層にレジスト膜を塗布し、カンチレバーとなる部分探針とは反対側の端部近傍にコンタクトホール形成のためパターニングを施す。このコンタクトホールは電気化学AFMの電極となる探針先端部への給電リード部と外部端子接続のための穴である。このときの状態が図18のkに示される。 Step 11: Following the formation of the insulating film, a resist film is applied to the upper layer, and patterning is performed to form a contact hole in the vicinity of the end opposite to the partial probe serving as a cantilever. This contact hole is a hole for connecting an electric power supply lead to the tip of the probe that becomes an electrode for electrochemical AFM and an external terminal. The state at this time is shown by k in FIG.
ステップ12:探針先端部の微小領域だけが金属電極として露出する構造を実現させるため、まずここで探針先端部を被覆しているレジスト膜を図18のlに示すようにO2プラズマを用いて除去する。 Step 12: In order to realize a structure in which only a minute region at the tip of the probe is exposed as a metal electrode, first, a resist film covering the tip of the probe is applied with O 2 plasma as shown in FIG. Use to remove.
ステップ13:探針先端部のレジスト膜除去に引き続き、フッ化炭素(CF4若しくはC2F6)プラズマにより探針先端部とコンタクトホールの領域の絶縁膜SiO2を除去する。このときの形態が図18のmに示される。 Step 13: Following the removal of the resist film at the tip of the probe, the insulating film SiO 2 in the region of the tip of the probe and the contact hole is removed by carbon fluoride (CF 4 or C 2 F 6 ) plasma. The configuration at this time is shown in FIG.
ステップ14:引き続き最上層となってプローブを被覆しているレジストを除去すると、図18のnに示されているようにプローブは全体的に絶縁層で覆われ、探針先端部とコンタクトホールの領域だけその絶縁層が取り去られ金属薄膜が露出した形態となる。以上が電気化学AFMのプローブとして探針先端部に微小電極を形成する工程である。 Step 14: When the resist that is the uppermost layer and covers the probe is removed, the probe is entirely covered with an insulating layer as shown in FIG. The insulating layer is removed only in the region, and the metal thin film is exposed. The above is the step of forming a microelectrode at the tip of the probe as an electrochemical AFM probe.
ステップ15:最後にプローブの裏面部を形成するため、裏面の不要部分のシリコン層と絶縁層とを除去する。そのためにまず、シリコンエッチングのために図18のOに示すようなマスクを形成させる。 Step 15: Finally, in order to form the back surface portion of the probe, the unnecessary silicon layer and insulating layer on the back surface are removed. For this purpose, first, a mask as shown in FIG. 18O is formed for silicon etching.
ステップ16:マスク形成に引き続き、裏面をアルカリエッチングにより不要部分のシリコンを除去する。マスクによりシリコンを残すのはプローブをAFMに取り付ける際の保持部となるカンチレバーの探針部とは反対側の裏面端部と分離独立した隣接プローブとの境界域である。このときの形態は図18のpに示されている。 Step 16: Subsequent to mask formation, unnecessary portions of silicon are removed from the back surface by alkali etching. The silicon is left by the mask in the boundary area between the back surface end portion on the opposite side to the probe portion of the cantilever which becomes a holding portion when the probe is attached to the AFM and the adjacent probe which is separated and independent. The form at this time is shown by p in FIG.
ステップ17:次に絶縁層SiO2を除去するためフッ酸を用いたエッチングを行う。この絶縁層SiO2は素材であるSOIウエハ基板の埋め込み酸化膜でありこの絶縁膜が除去されることで個々のプローブはバラバラに分離される。以上の工程で作製されたプローブが図18のqに示される。探針側の面では先鋭化された探針先端部とカンチレバーの元部に設けられたコンタクトホールの部分だけで導電材が露出し、他は絶縁材で被覆された状態、裏面はシリコン層が露出した状態となっている。 Step 17: Next etched using hydrofluoric acid to remove the insulating layer SiO 2. The insulating layer SiO 2 is individual probes by a buried oxide film of the SOI wafer substrate is a material the insulating film is removed is separated into pieces. The probe produced by the above steps is shown in q of FIG. On the probe-side surface, the conductive material is exposed only at the sharpened tip of the probe and the contact hole provided at the base of the cantilever, the other is covered with an insulating material, and the back is a silicon layer. It is in an exposed state.
AFMプローブは一般に変位を検出するためにカンチレバー裏面にミラーを形成する。このプローブも電気化学的反応に使用されるだけでなく通常のAFMとしての機能を備えるため、ミラーを形成するのが変位検出の点では好ましい。しかし、電気化学的反応領域を局所的に限定させるためには探針近傍に金属膜を配置することは好ましくない。そこで本発明の場合には探針部近傍のカンチレバー裏面部に金属鏡面を作ることなくシリコン面を鏡面として用いることとする。 The AFM probe generally forms a mirror on the back surface of the cantilever to detect displacement. Since this probe is not only used for an electrochemical reaction but also has a function as a normal AFM, it is preferable in terms of displacement detection to form a mirror. However, in order to locally limit the electrochemical reaction region, it is not preferable to dispose a metal film in the vicinity of the probe. Therefore, in the case of the present invention, a silicon surface is used as a mirror surface without forming a metal mirror surface on the back surface of the cantilever near the probe portion.
次に、本発明の電気化学AFM用のプローブの作製方法として上記の変形作製方法を図19に示す。ステップ1からマスクパターニングからステップ10の絶縁膜形成までは図16のフローチャートに示したものと同じである。ステップ11では、探針先端部とコンタクトホール領域の絶縁膜除去にプラズマエッチングを用いずに、集束イオンビーム(FIB)装置を用いたスパッタエッチング又はガスアシストエッチングによって除去を行う点で図16のフローチャートと相違する。すなわち、S11AFIBをコンタクトホールのパターン領域に走査しながら照射しその部分の絶縁層SiO2を除去する。その後引き続きS11B探針先端部にイオンビームを照射しその部分の絶縁層SiO2を除去する。そして図16におけるステップ15以下の作業をステップ12以下に実行して、本発明の電気化学AFM用のプローブの作製する。
Next, FIG. 19 shows the modified fabrication method described above as a fabrication method of the probe for electrochemical AFM of the present invention. The process from
このようにして作製された電気化学AFM用のプローブを用いた装置による黒欠陥修正加工について図20を参照しながら説明する。図20の上段に修正する黒欠陥のモデルを平面図、断面図で示す。ガラス基板上に正常なパターンに隣接してクロムのようなパターン材が付着している形態である。この黒欠陥の位置はステップ1において二次元走査の通常のAFMの観察機能により検出する。ステップ2ではここで得られた欠陥位置情報を基にPZTスキャナー7を駆動し探針1を欠陥位置の上方に移動させる。この状態を図20の中段に示す。ステップ3で探針1の先端部と試料面との離間距離を適正至近距離になるようにZ軸ステージを駆動させて探針1の位置決めをする。例えばAFMとして機能させていたプローブ顕微鏡をSTMとして機能させる。すなわち、探針1の先端部と試料面との間に流れるトンネル電流を測定しつつ両者間の離間距離を適正至近距離になるようにZ軸ステージを駆動させて探針1の位置決めをする。ステップ4では探針1を加工用電極として機能させる。そのため、探針1の先端電極部とマスク間に電源11'から所定の電流もしくは電圧を印加する。ステップ5では探針先端部位置を中心に狭い領域のマスク材が所定量分、電気化学的反応によって電解液中に溶解される。すなわち、電源11'からマスクと探針先端部の電極間に例えばパルス状の電流または電圧が印加され、欠陥部分に対し局部的な電気化学的反応が起こる。ステップ6では探針1を走査し、すべての欠陥領域の各ポイントにおいてステップ4とステップ5の動作を実行する。
The black defect correction processing by the apparatus using the electrochemical AFM probe thus manufactured will be described with reference to FIG. A black defect model to be corrected is shown in a plan view and a sectional view in the upper part of FIG. This is a form in which a pattern material such as chromium is attached to a glass substrate adjacent to a normal pattern. In
すべての欠陥領域のポイントにおける1回の加工を終えた時、ステップ7で1回の加工で除去されたマスク材の厚さ相当分ΔZだけZステージ6を駆動して探針1を下方に変位させ、再度欠陥表面と探針先端位置を適正至近距離に設定する。このときの作動形態すなわち、探針走査を図20の下段に模式的に示した。制御手段(AFMコントローラ12)からの指令によりZ軸ステージがZ方向にΔZ分変位させられ、その変位量は変位検出器で検出され、制御手段にフィードバックされる。なお、この位置制御機構はPZTスキャナー7によるX,Y方向の位置決めにおいても同様である。ステップ8ではΔZ分の変位により探針先端部がガラス基板面に到達したか否かを判定する。探針先端部が未だその位置まで来ていないときはステップ4に戻り電気化学的加工を繰り返す。探針先端部がガラス基板に到達したときは、黒欠陥はすでに除去されたことになるためここで加工を終了する。ステップ9ではAFM機能により、加工後の試料面を観察し、黒欠陥が修正加工され、除去されたことを確認する。以上のステップを踏んで本発明の手法による黒欠陥修正動作を終了する。
When the processing at one point in all the defect areas is completed, the
また、本出願人は、前述したようにフォトマスクの細密化やリソグラフィーの光源の短波長傾向の中で、欠陥修正に用いるイオンビーム照射がもたらす種々の影響を除去することを1つの課題として研究した。欠陥部の材質としては酸化クロムのような導電性の物質を想定し、これを電気化学的手法で除去することに想到した。微細構造である欠陥部のみを除去する加工をこの手法で実現させることである。フォトマスクの現状から勘案すると十乃至数百ナノメートルの局部的な領域を特定して反応を起こさせなければならない。電気化学的反応を局所的に限定して起こさせるためには、欠陥部に対向する電極の細さと距離と電荷量が重要な条件であり、正常なマスクパターンに影響を及ぼさない局部的な反応を実現させるためには、先鋭なプローブ顕微鏡の探針を更に先鋭化することが必要となった。すなわち、本発明はその対向電極となるプローブ先端の先鋭化を如何にして実現するかという技術的思想である。 In addition, as described above, the present applicant has studied to remove various effects caused by irradiation of ion beams used for defect correction in the trend of short-wavelength photomasks and lithography light sources as described above. did. As a material of the defect portion, a conductive substance such as chromium oxide was assumed, and the inventors have come up with the idea of removing this by an electrochemical method. It is to realize a process for removing only the defective portion having a fine structure by this method. Considering the current state of photomasks, a local region of 10 to several hundred nanometers must be identified and reacted. In order to cause the electrochemical reaction to be locally limited, the fineness, distance and charge amount of the electrode facing the defect are important conditions, and the local reaction that does not affect the normal mask pattern. In order to realize the above, it is necessary to further sharpen the probe of the sharp probe microscope. That is, the present invention is a technical idea of how to realize the sharpening of the probe tip serving as the counter electrode.
次に示す電解加工は上記の装置を用い、第一段階としてPZTスキャナー7の駆動位置情報と光学的変位検出器5が検出するカンチレバー2の変位情報とを得てAFMとしての観察機能で試料面上の黒欠陥位置を検出特定する。この観察結果から得られた欠陥位置情報はコンピュータ10内の記憶手段に蓄積され、第二段階の黒欠陥修正はこの蓄積情報に基いて実行される。まず、探針1が黒欠陥部分に位置するように先の欠陥位置情報に基づいてPZTスキャナー7を駆動制御する。欠陥領域と探針1の先端が対峙させられた状態で加工用ガルバノスタット11が作動し、導電性を持つマスク材料と電解液を介して対峙する導電性を備えた探針先端との間に電圧を印加し、電気化学的な反応を起こさせ黒欠陥を電解液中に溶解させる。この電解液は特に種類を選ばないが酸やアルカリ等が強く試料と化学的反応を起こしてしまうものは避ける。電気化学的加工は対象がマスク上の微細な黒欠陥であることから加工電極となる探針1は微細な電極構造であり、対向電極となる黒欠陥との距離も適正至近距離であることが重要となる。適正な至近距離に位置されるようにZ軸ステージ6を制御し、加工用電極ホルダ3のZ方向位置を調整する。本発明では探針先端部の微細な電極構造(先端径が数〜数十ナノメートル)と適正至近距離(1〜数百ナノメートル)により電気化学的反応がなされる領域を局所的(十〜数百ナノメートル)に限定させることができる。これにより、除去の必要な黒欠陥部分のみを加工対象とする精緻な加工が実現できる。この反応をガラス面が露出するまで継続するが、イオンビーム加工と異なりガラス面が露出してもその部分は反応することはないので、ガラス基板を傷つけることはない。最後の第三段階としてAFMの本来の観察機能により修正が完了しているかを確認する。これは基本的に第一段階の観察動作と同じであるが、当初発見された欠陥がこの観察で除去されているかを確認することになる。その際、マスク全面の画像を得ることは必ずしも必要ではなく、当初検出された欠陥領域近傍のみの局所的走査で確認してもよい。
The following electrolytic processing uses the above-described apparatus, and obtains the driving position information of the
次に上記と異なる本発明の電気化学AFM用のプローブ作製方法をその手順に従って説明する。 Next, a method for preparing a probe for electrochemical AFM according to the present invention, which is different from the above, will be described in accordance with the procedure.
工程1.φ50μmのタングステン:W、あるいは白金:Ptといった金属ワイヤーを電解研磨により細径化し約φ10μmに加工して準備しておく。
工程2.図21のaに示すような中空ガラスキャピラリー(φoutが120μm、φinが75μm)を、bに示すようにレーザを照射して加熱中に引っ張ることにより加熱部を先鋭化し、cに示すように先端が先鋭化された2本のガラスキャピラリーを得る。図中右側に顕微鏡画像をスケッチしたものを示す。オリジナルの顕微鏡写真は二値化画像とすると中間調がでないためスケッチとした。下段は先端部拡大図である。
工程3.このようにして得たガラスキャピラリーの先端部に図22のaに示すよう片側からレーザ光を照射して加熱と冷却を繰り返す。このことによりガラスキャピラリーの先端部は図のbに示されるように一方向に曲げられる。右側にその顕微鏡画像スケッチを示す。先鋭化された先端部が探針部、直管部分がカンチレバーとなってAFMのプローブを構成するものとなる。
工程4.工程1で作製し準備した金属ワイヤーを図23に示すように先鋭化された先端部が曲げられた形状となったガラスキャピラリーの中に通す。
工程5.ガラスキャピラリー内に金属ワイヤーが挿入された状態で、ガラスキャピラリーの先端部分と終端部分をエポキシ系樹脂で封止する。
工程6.封止工程を終えたプローブの先端を電解研磨し、露出している金属ワイヤーの端部を先鋭化する。その先端部の顕微鏡画像スケッチを図23の上段に示す。露出したこの金属の先端部が電気化学的反応の際の対向電極となるものである。
以上の工程が本発明に係る電気化学的加工機能を担うAFMの探針としての構成を作製するものであるが、続いてAFM本来の変位検出機能を備えるため、カンチレバー背面部にミラーを形成させる方法について手順を追って説明する。 The above process is to produce a configuration as an AFM probe responsible for the electrochemical processing function according to the present invention. Subsequently, since the AFM has the original displacement detection function, a mirror is formed on the back surface of the cantilever. The method will be explained step by step.
工程7.工程6までを終えたガラスプローブを溶融したアピエゾンワックス中に浸してディップコーティングを施す。
工程8.ディップコーティングが施こされたカンチレバーとなるプローブ背面の一部を機械的に研磨し、平坦なミラー面を形成する。この加工によりこの部分のみアピエゾンワックスのコーティングは除去されている。このときの様子を図24の左側に図示し、右側にミラー面が形成されたプローブ背面部の顕微鏡画像スケッチを示す。下段は部分拡大図である。
工程9.プローブ背面の平坦なミラー面を中心にチタンTi(t75nm)/金Au(t50nm)の薄膜をスパッタリングによって形成し、ミラー面をコートする。その際の顕微鏡画像スケッチを図25の右側上段に示す。
工程10.工程9を終えたプローブをクロロホルム液中に浸漬して、アピエゾンワックスを溶解する。この処理により、ミラー面以外にスパッタされた薄膜をアピエゾンワックスと共に除去することができる。これは平坦に形成されたミラー面以外の領域でレーザ光の反射がなされ、光学的変位検出においてノイズとなることを防止するためである。この処理が施されたプローブの顕微鏡画像スケッチを図25の右側下段に示す。
なお、以上の工程2,3と工程8,9に類似の加工法は特許文献2「走査型近視野原子間力顕微鏡、及びその顕微鏡に使用されるプローブ、及びそのプローブ製造方法」にも開示されているところであるが、これは基本的にAFMの機能と光学的な近視野顕微鏡の機能を兼ね備えるようにしたもので、プローブに用いられるガラス材は本発明のようなキャピラリーではなくコアとクラッドからなる光ファイバーであり、ロッド状ガラス素材を先鋭化し、先端部を曲げる細工法として類似する、また、AFMとしての機能としてカンチレバー背面部にミラー面を形成させるための工程が部分的に類似するだけのものである。
A processing method similar to the
以上の工程を経て図26に示すような本発明に係る電気化学AFM用のプローブが作製される。ガラスキャピラリーの先端部分が鈎形に曲げられて先鋭化されており、この部分がプローブ顕微鏡の探針部に、そしてガラスキャピラリーの直管部分がカンチレバー部となっている。このキャピラリー内に白金等の金属細線が貫通され、探針側で露出された金属細線の先端径がナノメートルオーダーに尖らされて探針の先端部を構成する。探針の基部は絶縁物であるガラスで構成され、露出されたこの金属細線の先端部分が探針の先端部となっていることから、極めて小さな電極が形成でき電気化学的反応を局所的に起こすことに効果的である。本発明に係る電気化学AFM用のプローブはAFMまたは走査型トンネル顕微鏡(STM)としての観察機能や距離検出機能に加え、電気化学的加工機能を備えたものとなる。すなわち、この先端部が試料面との間で作用する原子間力を受けることで、試料表面形状を検知することができ、試料表面と至近距離で対峙するこの先端部間にバイアス電圧を印加して流れるトンネル電流から両者間の距離を正確に検出することができ、また試料面とこの先端部間に電解液を介在させた状態で電圧を印加することで電解加工の電極として作用し、局所限定的に電気化学的反応を起こさせることができるものである。 Through the above steps, the electrochemical AFM probe according to the present invention as shown in FIG. 26 is produced. The tip portion of the glass capillary is bent and sharpened, and this portion is a probe portion of the probe microscope, and the straight tube portion of the glass capillary is a cantilever portion. A fine metal wire such as platinum is penetrated into the capillary, and the tip diameter of the fine metal wire exposed on the probe side is sharpened to the nanometer order to constitute the tip of the probe. The base of the probe is made of insulating glass, and the exposed tip of this fine metal wire is the tip of the probe. Therefore, an extremely small electrode can be formed, and the electrochemical reaction is locally performed. It is effective in waking up. The probe for electrochemical AFM according to the present invention has an electrochemical processing function in addition to an observation function and a distance detection function as an AFM or a scanning tunneling microscope (STM). That is, when the tip receives an atomic force acting between the sample surface and the sample surface, the shape of the sample surface can be detected, and a bias voltage is applied across the tip facing the sample surface at a close distance. The distance between the two can be accurately detected from the flowing tunnel current, and it acts as an electrode for electrolytic processing by applying a voltage with the electrolyte interposed between the sample surface and this tip. It is possible to cause an electrochemical reaction to a limited extent.
また、カンチレバーとなるガラスキャピラリー直管部の背面にはミラー面が形成され、AFMとしての変位検出機構の一部を構成している。 In addition, a mirror surface is formed on the back surface of the glass capillary straight tube portion serving as a cantilever, and constitutes a part of a displacement detection mechanism as an AFM.
このようにして作製された電気化学AFM用のプローブを用いた装置による黒欠陥修正加工について図27を参照しながら説明する。図27の上段に修正する黒欠陥のモデルを平面図、断面図で示す。ガラス基板上に正常なパターンに隣接してCrのようなパターン材が付着している形態である。この黒欠陥の位置はステップ1において二次元走査の通常のAFMの観察機能により検出する。ステップ2ではここで得られた欠陥位置情報を基にPZTスキャナー7を駆動し探針1を欠陥位置の上方に移動させる。この状態を図27の中段に示す。ステップ3で探針1の先端部と試料面との離間距離を適正至近距離になるようにZ軸ステージを駆動させて探針1の位置決めをする。例えばAFMとして機能させていたプローブ顕微鏡をSTMとして機能させ両者間に流れるトンネル電流を測定しつつ両者間の離間距離を適正至近距離になるようにZ軸ステージを駆動させて探針1の位置決めをする。ステップ4では探針1を加工用電極として機能させる。そのため、探針1の先端電極部とマスク間に電源11'から所定の電流もしくは電圧を印加する。ステップ5では探針先端部位置を中心に狭い領域のマスク材が所定量分、電気化学的反応によって電解液中に溶解される。すなわち、電源11'からマスクと探針先端部の電極間に例えばパルス状の電流または電圧が印加され、欠陥部分に対し局部的な電気化学的反応が起こる。ステップ6では探針1を走査し、すべての欠陥領域の各ポイントにおいてステップ4とステップ5の動作を実行する。
The black defect correction processing by the apparatus using the electrochemical AFM probe thus manufactured will be described with reference to FIG. A black defect model to be corrected is shown in a plan view and a sectional view in the upper part of FIG. This is a form in which a pattern material such as Cr is attached to a glass substrate adjacent to a normal pattern. In
すべての欠陥領域のポイントにおける1回の加工を終えた時、ステップ7で1回の加工で除去されたマスク材の厚さ相当分ΔZだけZステージ6を駆動して探針1を下方に変位させ、再度欠陥表面と探針先端位置を適正至近距離に設定する。このときの作動形態すなわち、探針走査を図27の下段に模式的に示した。制御手段(AFMコントローラ12)からの指令によりZ軸ステージがZ方向にΔZ分変位させられ、その変位量は変位検出器で検出され、制御手段にフィードバックされる。なお、この位置制御機構はPZTスキャナー7によるX,Y方向の位置決めにおいても同様である。ステップ8ではΔZ分の変位により探針先端部がガラス基板面に到達したか否かを判定し、未だその位置まで来ていないときはステップ4に戻り電気化学的加工を繰り返す。探針先端部がガラス基板に到達したときは黒欠陥はすでに除去されたことになるためここで加工を終了する。ステップ9ではAFM機能により、加工後の試料面を観察し、黒欠陥が修正加工され、除去されたことを確認する。以上のステップを踏んで本発明の手法による黒欠陥修正動作を終了する。
When the processing at one point in all the defect areas is completed, the
1 AFM探針 2 カンチレバー
3 加工用電極支持ホルダ 4 加工セル
5 光学的変位検出器 6 Z軸ステージ
7 PZTスキャナー 8 加工セル4を載置する基台
9 参照電極 10 コンピュータ
11 加工用 12 AFMコントローラ12
L1 探針電極からのリード線 L2 試料側電極からのリード線
L0 参照電極からのリード線
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L1 Lead wire from probe electrode L2 Lead wire from sample side electrode L0 Lead wire from reference electrode
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