JPH04289861A

JPH04289861A - マスクの修正方法

Info

Publication number: JPH04289861A
Application number: JP3054312A
Authority: JP
Inventors: Akira Shimase; 朗嶋瀬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-03-19
Filing date: 1991-03-19
Publication date: 1992-10-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造用の位相シフ
トマスクに係り、特に、マスク欠陥部の除去において、
下層基板へのダメージを低減するマスク修正方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図７に従来のフォトマスクの構造を示す
。図７（ｂ）の様にガラス基板１の上にクロム単体また
はクロムとクロム酸化物とを積層し、図７（ａ）の様な
パターン２を形成している。しかし、パターン２には本
来パターンの無い箇所にクロムが残った黒点欠陥２９と
呼ばれる欠陥や、逆にパターンが抜けた白点欠陥３０と
呼ばれる欠陥が発生する事がある。これらの欠陥が残っ
たマスクで半導体パターンを露光すると、欠陥が転射さ
れるため、全ての半導体に不良品となる。そこで、欠陥
を修正する必要がある。

【０００３】従来のフォトマスクの欠陥修正には特開昭
５５−１５０２５５号公報に記載の様に集束イオンビー
ムが使われている。これは液体金属イオン源等の輝度の
高いイオン源から引き出したイオンビーム７を静電レン
ズで０．１μｍφ程のスポットに集束し、イオンによる
スパッタ現象を利用して欠陥を除去するものである。図
８（ａ）にその模式図を示す。通常の欠陥はエッジの立
った正常パターンに近い縦構造をしているが、中には図
８（ｂ）に示す様ななだらかな斜面を持つ欠陥２９が生
じる事がある。これを集束イオンビームで加工した場合
、欠陥端部では早くガラス基板１が露出するため、図８
（ｃ）の様にガラス基板１にダメージ３１が生じる。しかし、本来のパターンの厚さが８０ｎｍ程度であり、
クロムとガラスとにスパッタ速度に差があるため、基板
１のダメージ３１は２０ｎｍ程度に抑制できる。また、
僅かに生じたダメージも欠陥修正後、軽くドライエッチ
ングすれば除去でき、実際の露光で問題は発生しない。また、白点欠陥３０には、ガラス基板１にイオンビーム
７で微細パターンを形成して光を吸収させたり、イオン
ビーム７でガスを分解して炭素を焼き付ける等の手法が
用いられ、既に工業的に利用が進められている。

【０００４】近年、パターンの微細化に伴い、より解像
度の高い露光が求められている。このため、露光光の波
長を１８０度反転させる位相反転層を持つ位相シフトマ
スクが主流となりつつある。このマスクの基本的な構造
は、図９に示す様に、ガラス基板１上にクロム等で形成
したパターン２があり、その上に位相シフトのための透
明な物質でできたシフタ３と呼ばれるパターン層を形成
した。このシフタ３の厚さｄは波長を１８０度反転させ
るため、ｄ＝λ／２（ｎ−１）で決められる。ここでλ
は露光波長で３６５ｎｍ、ｎはシフタ３の屈折率で、例
えば、酸化シリコンの場合には１．４４である。この時
、シフタ３の厚さｄは４１５ｎｍとなる。

【０００５】位相シフトマスクのシフタ３についてもク
ロム等で形成したパターン２と同様の欠陥が発生する。この場合も図１０（ａ）に示す様に集束イオンビーム７
でシフタ３が余分に形成された欠陥部１９をスパッタ加
工で除去可能である。ただし、シフタ３はパターン２を
形成しているクロム等のほぼ五倍の厚みがある。このた
め、スパッタ加工した後は図１０（ｂ）の様にガラス基
板１へのダメージ３１も深くなる。今、パターン解像度
を低下させない限界として、シフタ膜厚の変動±１０％
までが許容されている。しかし、実際の修正時には加工
のマージンを見込んで、±５％までに加工深さ精度を押
さえ込む必要がある。つまり、酸化シリコンのシフタの
場合では加工深さ精度は±２０ｎｍが要求される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】イオンビームによるス
パッタ加工で最大高さ４００ｎｍ程度の任意形状の加工
対象を加工した場合、その加工底面を平坦とし、その深
さ精度を±２０ｎｍ以下とする事は極めて困難である。しかし、任意形状の加工対象である位相シフトマスクの
シフタ欠陥の修正において、基板へのダメージを低減し
、修正部の位相シフトずれを許容範囲内に抑制する事が
、位相シフトマスクの欠陥修正の実用化には不可欠であ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】欠陥形状は多様である。従って、それらの欠陥に対応するには、自己整合的な欠
陥修正方法か、各々の欠陥に対応して加工の条件を設定
するか、どちらかの方法が選択される。ここでは後者の
方法を提供する。

【０００８】各々の欠陥に対応するために、本発明では
、欠陥形状を認識する手段と欠陥をデータに従って加工
する手段、および、それらの制御手段とを設ける。

【０００９】

【作用】欠陥形状を認識する手段には走査トンネル顕微
鏡（以後、ＳＴＭと呼ぶ。）、走査電子顕微鏡（以後、
ＳＥＭと呼ぶ）、干渉顕微鏡等がある。それらの手段に
より検出した欠陥の形状データは修正装置全体を制御し
ているコントローラ内のｃｐｕに転送される。ｃｐｕ内
では転送されてきたデータを加工用のデータに変換する
。この時、加工のツールが集束イオンビームであるか、
集束イオンビーム、または、電子ビームに反応性ガスを
作用させるものであるか、あるいは、ＳＴＭのトンネル
電流に反応性ガスを作用させるものであるかによって、
それぞれのアルゴリズムに従って加工データを生成する
。このデータに従って加工する事で基板へのダメージを
低減することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１１】ＳＴＭは現在最も精度良く試料表面の凹凸
を認識できるツールである。しかも、凹凸を、直接、計
測でき、ＳＥＭ等の様に形状認識アルゴリズムを必要と
しない。また、集束イオンビームは０．１μｍφ以下の
スポット径が得られ、微細な加工に最適であり、ガス等
に比べ、イオン照射量は制御が容易である。そこで本実
施例では、図１に示す様に、欠陥の形状認識にはＳＴＭ
５を用い、欠陥の加工には集束イオンビーム７を用いた
。なお、ＳＴＭ５はシフタ３の様な絶縁物には適用でき
ないため、今回は加工対象のマスクの上に１０ｎｍ以下
の薄い金薄膜を積層した。この金薄膜は集束イオンビー
ム７での加工時のチャージアップによる加工位置ずれを
回避するため、欠陥加工時まで残しておき、全ての工程
が終了した後にマスク全体をスパッタエッチングして除
去した。金はスパッタ率が高い上、極めて薄いため、位
相のずれ等の不具合を生じる事はなかった。

【００１２】マスク修正装置の基本構成を図２に示す。微細なパターンを加工対象とするため、エアサーボマウ
ント１７に乗せた定盤１６を用意し、その上に真空ポン
プ１５で排気された真空チャンバ１４を設置している。真空チャンバ１４内のマスク８をホールドするステージ
１２はレーザゲージ１３で位置検出している。ＳＴＭ５
とそのコントロールメカ部９も真空チャンバ１４に取付
け、ＳＴＭ５自身は真空内で駆動できる。また、イオン
部は液体金属イオン源１１から引き出したイオンビーム
７を静電光学系１０で集束する。さらに、それら全てを
コントローラ１８で制御している。これにはＳＴＭ５か
らのデータを加工データに変換するためのｃｐｕを装備
している。

【００１３】実際の加工では、ＳＴＭで検出した欠陥部
分を集束イオンビームで加工する時、欠陥位置を正確に
合致させる必要がある。シフタのパターンから位置を合
わせる事も可能だが、集束イオンビームを走査した部分
から発生する二次粒子を検出してマスク表面の凹凸像を
得る走査イオン顕微鏡（以後、ＳＩＭと呼ぶ。）では二
次粒子の収率が低いため、像のコントラストがつきにく
く、正確な位置合わせは困難である。さらに、パターン
によっては縦のラインしかない様な場合もあり、この場
合には縦方向の位置合わせは事実上不可能になる。そこ
で、今回は位置合わせ用のマークを、まず、集束イオン
ビームで形成しておき、それを基準にして、加工を行っ
た。

【００１４】位置合わせマークは図３（ａ）の様な縦パ
ターンにシフタ３のはみ出しが発生し、欠陥１９を除去
すべき時には、露光に関係しないクロム等のパターン２
上にシフタ３のある箇所を選択して、クロム等のパター
ン２には到達しない深さでシフタ３のみ加工する。その
時の加工形状はＳＴＭでもＳＩＭでも明瞭に認識できる
形状であればよいが、今回は最も簡単な二つのスポット
状のマーク２１ａ，２１ｂを集束イオンビーム加工で形
成した。マーク形成後、イオンビーム軸下からＳＴＭ軸
下へマスクを移動させ、欠陥１９を含む領域２０をＳＴ
Ｍで走査して形状を求める。図３（ｂ）は検出した形状
データである。集束イオンビームで形成したマーク２１
ａ，２１ｂの位置は深い凹部として認識できる。この二
点のマークを基準に欠陥１９の形状をｃｐｕ内に記憶す
る。次にマスクをイオンビーム軸下に送り、イオンビー
ムを走査して二次粒子を検出してＳＩＭ像を得る。イオ
ンビームはマスクに垂直に入射するため、ＳＩＭ像には
高さ情報は含まれていない。また、二次粒子の収量が少
ないため、エッジのなまった欠陥１９の端部の位置は明
確に判別できない。しかし、最初に形成したマーク２１
ａ，２１ｂは深い穴であるので図３（ｃ）の様にＳＩＭ
像で位置を確認できる。したがって、ＳＩＭ像で確実に
認識できるマーク２１ａ，２１ｂを基準にして加工箇所
２１を決定する。この時、図３（ｄ）の加工箇所２１の
左端は図３（ｂ）で示す様にＳＴＭでは認識可能なクロ
ム等のパターン２のエッジ２１ｃからマーク２１ａ，２
１ｂまでの距離で決定し、突出部のエッジはＳＴＭで求
めた図３（ｂ）のパターンに従って決定する。今、イオ
ンビームは０．１μｍφ以下まで集束しており、ＳＩＭ
像の分解能は０．１μｍ以下である。ＳＴＭの分解能は
さらに小さい。従って、この方法に従って欠陥１９の加
工箇所２１を決定した結果、その精度は±０．１μｍ以
下であった。

【００１５】欠陥の中には図３（ｂ）のように欠陥のエ
ッジがなだらかな状態のものも発生する。これを深さ精
度±２０ｎｍで加工する必要がある。このため、本実施
例では上記のＳＴＭで検出した形状データから加工デー
タを作成し、これに従って加工する事で深さ精度を確保
している。

【００１６】図４（ａ）において加工箇所２１をＳＴＭ
で走査した一つの走査線２２について述べる。走査線２
２からは図４（ｂ）の欠陥部の高さｈの情報が得られる
。この時、マスクに対して垂直な方向、つまり、集束イ
オンビームの入射方向と欠陥斜面とのなすビーム入射角
θが図４（ｃ）の様に各位置について求められる。一方
、イオンを物質に入射した時のスパッタ率の角度依存性
はイオン種とターゲット物質、および、イオンの入射エ
ネルギによって変化する。今回はイオン種はＧａ、ター
ゲットは酸化シリコン、イオンの入射エネルギは２５ｋ
ｅＶであり、図４（ｄ）に示す角度依存性を示す。加工
深さはイオンのドーズ量に比例するのでスパッタ率の低
い時にはドーズ量を増し、スパッタ率の高い時にはドー
ズ量を減らせば、一定の加工深さが得られる。イオンの
ドーズ量はイオンビームの走査速度を変化させても変え
られるが、本実施例ではイオンビームの走査線を走査点
の連続で構成し、各走査点における滞在時間であるドゥ
エルタイムを制御する事でイオンのドーズ量を変化させ
ている。ただし、図５の様にイオンビーム走査２３を行
う時、各ビームスポットはガウス型のビーム電流分布２
５を持っており、それが重なっていくため、単純な加工
よりも加工深さが深くなる。しかも、ドゥエルタイムが
違えば一つの走査点での加工深さも変化するため、その
時の入射角θでの加工深さδ（θ）も変化する。従って
、ある入射角θでのドゥエルタイムはビーム入射方向へ
の加工深さδ（θ）／ｃｏｓ（θ）を一定にする様に求
める。今、要求されている加工の深さ精度は±２０ｎｍ
である。そこで、加工する深さδ（θ）／ｃｏｓ（θ）
がその十分の一になる時のドゥエルタイムを各入射角θ
について求た。なお、別の組合せ、例えば、加工対象が
窒化シリコンであれば、その組合せにおけるデータを入
力しておけばよい。求めたドゥエルタイムは図４（ｆ）
の破線に示す様にスッパタ率の逆数に近い変化をする。これをデータベースとしてｃｐｕ内に格納しておく。こ
のデータと図４（ｃ）に示した各位置での入射角データ
とから図４（ｅ）に示す走査線２２上の各位置における
ドゥエルタイムが求められる。図４（ｄ）は図４（ａ）
に示したＳＴＭの走査線２２と同じ線上を集束イオンビ
ームが走査して加工している状態を示す。各黒点がイオ
ンビームの走査点２４を示しており、それぞれの走査点
２４におけるドゥエルタイムは図４（ｅ）に従って変化
させている。加工箇所２１上の全ての走査線について、
同様の操作を行う。また、加工箇所２１のエッジ部から
加工が基板に到達していくが、これは形状情報と加工デ
ータから予測できるため、それに従って加工領域を縮小
していく。この方法により深さ精度の良い加工が可能に
なった。また、数走査面ごとに集束イオンビーム軸から
ＳＴＭ軸にステージを移動させて、形状情報を更新して
いくと、さらに深さ精度を向上させられる。

【００１７】この方法では加工が基板に到達した事は形
状情報と加工データから予測していたが、これをさらに
確実にするために、図６に示す様にシフタ３の下に透明
で、かつ、シフタ３の材料、例えば、酸化シリコンに比
べて二次電子放出能の高い材料、例えば、金薄膜２６等
を挿入しておく。シフタ３の欠陥部を加工し、金薄膜２
６に到達すると、図６の二次電子信号画面２８の様に信
号強度が立ち上がる。この立上りを検出した走査点は次
走査からビーム照射を停止する。この方法で加工領域の
縮小が確実に行える。比較的高さの低い欠陥の場合には
本方式だけで、この形状情報から加工データを作成する
方法を取らなくても下地基板へのダメージのほとんど無
い加工が可能であった。なお、ここでは検出する対象を
二次電子としたが、これは二次イオン、または、イオン
衝撃励起光等のイオン照射によって発する光か、外部か
ら補助光としてレーザ等を加工部に照射しておきイオン
照射によって発する光をエンハンスした光を使用しても
良い。

【００１８】本実施例では図２に示す様に一つのチャン
バの中にＳＴＭと集束イオンビーム光学系とを収納した
が、マスク検査装置内に含めるか、または、別装置とし
てＳＴＭを用意しても、欠陥修正のスループットは低下
するが、同等の修正は加工できる。

【００１９】シフタについても上記の様な余分な部分に
シフタの材料が残った欠陥以外に、あるべき箇所のシフ
タが抜けた欠陥も発生する。この欠陥を修正するには別
の工程が必要になるが、その前に修正箇所を平坦化する
にも本方式は有効である。

【００２０】本発明は位相シフトマスクのシフタを対象
としているが、クロム等で形成されたパターンの欠陥に
対しても同等の効果がある。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、位相シフトマスクの欠
陥修正における加工深さ精度が向上し、欠陥部の下地へ
のダメージを低減できるため、欠陥修正の歩留まりが向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位相シフタの欠陥修正を示すマスクの
断面図。

【図２】本発明のマスク修正装置の系統図。

【図３】本発明の位相シフタの欠陥修正の位置合わせの
工程図。

【図４】本発明の位相シフタの欠陥修正の加工方法の説
明図。

【図５】集束イオンビーム加工における加工の進行を示
す加工部の断面図。

【図６】本発明の位相シフタの欠陥修正の加工終点検出
の説明図。

【図７】フォトマスクの欠陥を示すマスクの平面図（ａ
）と断面図（ｂ）（ｃ）。

【図８】フォトマスクの黒点欠陥の修正方法を示すマス
クの断面図。

【図９】位相シフトマスクの断面図。

【図１０】従来例の位相シフタの欠陥修正を示すマスク
の断面図。

【符号の説明】

５…ＳＴＭ７…集束イオンビーム８…マスク９…コントロールメカ部１０…イオン光学系１１…イオン源１２…ステージ１３…レーザゲージ１４…真空チャンバ１５…真空ポンプ１６…定盤１７…エアサーボマウント１８…コンローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】位相シフトマスクの欠陥部分を除去する過
程で、欠陥の三次元形状を認識する手段と、認識した形
状から修正用の加工データを作成するコントローラと、
修正のための加工手段とで構成するマスク欠陥修正シス
テムにより、前記位相シフトマスクの欠陥部分を除去す
ることを特徴とするマスクの修正方法。
【請求項２】請求項１において、前記欠陥の三次元形状
を認識する手段が走査トンネル顕微鏡であるマスクの修
正方法。
【請求項３】請求項１において、前記修正のための加工
手段が集束イオンビームであるマスクの修正方法。
【請求項４】請求項１において、前記位相シフトマスク
の欠陥部の周辺に前記集束イオンビームを用いて位置合
わせマークを加工するマスクの修正方法。
【請求項５】請求項１において、前記認識した形状から
前記欠陥の各点の傾斜を求め、各点に対応する前記集束
イオンビームの照射点のビーム照射時間をあらかじめ入
力した入射角と加工量のデータベースから作成した加工
制御データに従って変化させるマスクの修正方法。
【請求項６】請求項１において、前記欠陥の三次元形状
を認識する手段が走査電子顕微鏡であるマスクの修正方
法。
【請求項７】請求項１において、前記欠陥の三次元形状
を認識する手段が干渉顕微鏡であるマスクの修正方法。
【請求項８】請求項１において、前記修正のための加工
手段が電子ビームに反応性ガスを作用させるマスクの修
正方法。
【請求項９】請求項１において、前記修正のための加工
手段が走査トンネル顕微鏡のトンネル電子に反応性ガス
を作用させるマスクの修正方法。
【請求項１０】位相シフトマスクのシフタ下に、透明で
、前記シフタよりも上記修正のための加工手段を作用さ
せた時に発生する二次粒子数の異なる薄膜を挿入したこ
とを特徴とする位相シフトマスク。