JP2000347384A - 集束イオンビーム修正装置及び欠陥保証方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フォトマスクの欠損欠陥を集束イオンビーム照
射によって修正を行う集束イオンビーム修正装置におい
て、フォトマスク欠陥の修正部分の露光転写性を定量的
に評価し、かつ良否判定を正確に行うことのできる集束
イオンビーム修正装置および欠陥保証方法を提供する。 【解決手段】欠陥修正部分を含むパターン領域の画像デ
ータから該マスクパターンをウェハー上に露光転写した
際の光強度分布を求めるための光強度シミュレーション
手段を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造のリソグ
ラフィ工程に用いられるフォトマスクの欠陥修正工程に
おいて、欠陥修正を行う集束イオンビーム修正装置及び
フォトマスク欠陥保証方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ＬＳＩ回路等の微細回路パターン
の形成に用いられるフォトマスクの製造工程において発
生する欠陥は、残留欠陥及び欠損欠陥の２種類に大別さ
れる。図４はフォトマスク上に発生した欠陥を平面で表
した概念説明図である。前者の残留欠陥とは図４の欠陥
ａ及びｂに示すように、正常なパターン以外の部分に遮
光膜や異物・汚染物等が残っているような欠陥をいう。
また欠損欠陥は図４の欠陥ｃ及びｄに示すような、正常
なパターンの一部分が欠けたり、抜けたりしているよう
な欠陥をいう。透過光で観察すれば、残留欠陥は遮光さ
れて黒く見え、欠損欠陥は透過して見える。

【０００３】このようなフォトマスク上の欠陥が存在し
た場合には、その欠陥の大きさやパターンとの相対位置
にもよるが、一般には半導体回路において致命的な特性
不良となりうる。従ってそのようなフォトマスク上の欠
陥は可能な限り修正しなければならない。特に近年、フ
ォトマスクはレチクルと呼ばれる５倍または４倍の拡大
パターンであることが殆どであり、一枚のマスク基板上
に回路パターンが１チップ分またはせいぜい２チップ分
しか形成できないため、ただ一個の欠陥も許容できない
ことがある。すなわち完全に無欠陥のフォトマスクパタ
ーンを形成する必要がある。しかし、実際のフォトマス
ク製造プロセスにおいて最初から無欠陥のものを製造す
ることは極めて困難であり、それでは歩留まりが著しく
低下してしまうため、通常は欠陥修正を施すことが必要
になる。

【０００４】従来、フォトマスクの欠陥修正作業には専
用の修正装置を用いているが、前記残留欠陥と欠損欠陥
とでは修正方法が異なり、装置を使い分ける場合が多
い。例えば図４の欠陥ａ及びｂのような残留欠陥の修正
にはレーザー修正装置が使用され、レーザービームを照
射して欠陥を蒸発させることにより除去する。また、図
４の欠陥ｃ及びｄのような欠損欠陥の修正には集束イオ
ンビーム（＝ＦＩＢ）修正装置が用いられ、この装置は
カーボン（炭素）からなる遮光膜を集束イオンビームの
照射によるアシスト作用で選択的に堆積させることによ
り、欠損部分を修復するものである。

【０００５】図３は従来の集束イオンビームによる欠陥
修正装置（＝ＦＩＢ修正装置）の構成を説明するブロッ
ク図である。図において、真空チャンバー３１内にＦＩ
Ｂイオン源３２、イオン偏向系３３，２次イオン検出器
３６、及びマスク制御ステージ３４とフォトマスク３５
が設置されている。ＦＩＢイオン源３２から放出された
集束イオンビーム（以下ＦＩＢと略す）は、イオン偏向
系３３を通すことによりビーム走査して照射位置が制御
される。ここでビーム制御の指示は前記真空チャンバー
外に設置されたコントロールプロセッサ３８により出さ
れる。

【０００６】次にマスク制御ステージ３４の上に目的試
料であるフォトマスク３５を装着し、前記コントロール
プロセッサ３８の指示によりステージを制御してフォト
マスクを移動制御する。フォトマスク上の修正すべき欠
損欠陥は、事前に記録された欠陥位置情報を欠陥情報読
取手段４２によって読みとり、フォトマスク上の欠陥位
置がＦＩＢ照射可能な範囲内に来るようにマスクを移動
する。フォトマスクにＦＩＢを走査しながら照射すると
マスク面から２次イオンが放出され、これを２次イオン
検出器３６によって検出する。検出された２次イオン信
号を画像観察手段３７に入力して信号処理することによ
りマスク上のパターン画像が形成され、コントロールプ
ロセッサ３８を経由してモニター３９上にパターン画像
が映し出されることによってパターンを観察することが
できる。修正すべき欠損欠陥部分もパターン内に観察さ
れる。

【０００７】ここで、前記コントロールプロセッサ３８
への指示はキーボード等の入力手段４０により入力され
る。またこの際の観察画像や入力データ等はプリンタ等
の出力手段４１により出力できる。そしてモニター３９
の画面で前記欠陥部分がＦＩＢ照射範囲内に入ったこと
を確認し、チャンバー３１内にカーボン系のガスを放出
させた後、欠陥部分にＦＩＢを照射すると、ＦＩＢアシ
スト作用により照射部分にカーボン膜が堆積する。これ
により、欠損欠陥部分にカーボンの遮光膜が形成され、
欠陥を修正することができる。

【０００８】上記の工程において、修正前に欠陥検査機
を用いてフォトマスク上の欠陥箇所を特定し、その欠陥
位置情報を磁気カードやフロッピーディスク、光磁気デ
ィスク等の情報記録媒体に記録しておくことで、この情
報を修正装置の欠陥情報読取手段４２に入力して欠陥情
報を読みとることが可能である。また欠陥修正後の情報
も出力手段４１によって出力される。

【０００９】上記のようなＦＩＢ修正装置による欠陥修
正作業において、修正部分の形状精度はオペレータがモ
ニター画面から判定しなければならず、微小な修正位置
のずれがあった場合の良否判定が難しい場合があった。
修正が不充分な場合には、欠陥部分に再度ＦＩＢ修正を
施す必要があるが、この際にＦＩＢの照射量過多あるい
は照射位置ずれ等の何らかの不具合によりカーボン遮光
膜のはみ出しが起きた場合は修正が困難になり、実質的
な不良となってしまうことがあった。また、欠陥修正部
分の外周にＦＩＢによるガラス基板の照射損傷が発生す
ることがあり、ウェハ上に露光した場合に損傷部分が転
写されてしまい、半導体チップ上で全チップ共通の欠陥
が生じてしまう危険があった。

【００１０】またイオンビームの照射位置精度が不充分
であった場合、パターンエッジ部分にある欠陥を良好な
パターン形状になるように修正することは困難であるた
め、パターンエッジに多少の突起部または欠損部が発生
してしまうことがあった。この場合、突起や欠損の大き
さにより良否を判定することになるが、実際には欠陥形
状が多様なため、良否判定はオペレータの経験的な判断
に委ねることになっていた。また、モニター画面上での
判断によるために精度が良くなく、品質保証上の問題に
なっていた。そのため実際の欠陥修正工程においては、
欠陥検査後に修正作業を行い、さらにその後もう一度欠
陥検査を行って保証することが多かった。欠陥検査はフ
ォトマスク全面にわたって行う必要があるため、特に超
ＬＳＩのような膨大な図形数を持つパターンほど時間が
かかり、工程負荷が大きい。従ってこのような場合に２
度の欠陥検査を行うことは工程コスト及びスループット
において大きな問題であった。

【００１１】さらに、近年の半導体回路の微細化の著し
い進展に伴い、フォトマスク欠陥規格が非常に厳しいも
のになっており、欠陥検査機の検出限界に近い極めて微
細な欠陥を修正する必要が生じている。そのため欠陥修
正精度の要求も厳しくなり、上記のような問題点がさら
にクローズアップされてきている。

【００１２】上記のように、フォトマスク欠陥のＦＩＢ
修正精度が不充分であることに起因した不具合があった
場合、ウェハーへの露光転写の際にマスク修正不良部分
によるウェハーの欠陥が生じてしまう危険があることが
大きな問題であった。また、欠陥修正部分の良否判定は
オペレータの経験的判断によるため、常に正確な判断が
行える保証がなく、品質保証上の問題もあった。さら
に、修正部分の露光転写性について外観から判断するこ
とは非常に困難であり、実際には欠陥検査を２回以上行
う必要があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を鑑みてなされたもので、フォトマスク欠陥の修正部分
の露光転写性を定量的に評価し、かつ良否判定を正確に
行うことのできる集束イオンビーム修正装置および欠陥
保証方法を提供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が提供する手段とは、すなわち、請求項１にお
いて、フォトマスクの欠損欠陥を集束イオンビーム照射
によって修正を行う集束イオンビーム修正装置が、欠陥
修正部分を含むパターン領域の画像データから該マスク
パターンをウェハー上に露光転写した際の光強度分布を
求めるための光強度シミュレーション手段を設けたこと
を特徴とする。

【００１５】請求項２において、集束イオンビーム修正
装置が、フォトマスクパターンを画像観察してパターン
画像を得る画像観察手段と、前記画像観察手段によって
取り込まれた画像をコンピュータにより画像処理してマ
スクパターンデータに変換する画像データ変換手段と、
該マスクパターンデータ及び所定の露光条件を入力し
て、マスクパターンをウェハ上に露光した際の光強度分
布を求めるための光強度シミュレーション手段と、を設
けたことを特徴とする。

【００１６】前記請求項３において、欠陥保証方法が、
フォトマスク欠陥部分の修正前の画像データと、集束イ
オンビームによる欠陥修正後の画像データとを用いて光
強度シミュレーションを行い、前記２つの画像データか
ら得られた光強度分布を比較してパターンの露光転写性
を評価することにより、該欠陥修正部分を保証すること
を特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の内容を詳述する。図１は本発明の集束イオンビーム修
正装置の実施形態の例を示す構成図である。図におい
て、真空チャンバー１内にＦＩＢイオン源２、イオン偏
向系３、２次イオン検出器６，及びマスク制御ステージ
４が設置されており、マスクステージ４上に目的試料で
あるフォトマスク５を装着する。まずＦＩＢイオン源２
で発生したイオンビーム（ＦＩＢ）をイオン偏向系３を
通して走査制御し、前記マスク制御ステージ４上に取り
付けられたフォトマスク５のパターン面上に照射され
る。このとき、フォトマスク５は観察すべき欠陥部分が
ＦＩＢの照射可能範囲に入るようにステージ上を移動さ
せる。

【００１８】次に、前記ＦＩＢ照射によりフォトマスク
面から放出される２次イオンを２次イオン検出器６を用
いて検出し、検出された信号を画像観察手段７によって
画像としてとらえることにより、マスクパターン画像を
観察することができる。ここで、欠陥情報読取手段１３
によって欠陥検査機から出力された欠陥位置情報を読み
とり、コントロールプロセッサ１４を通じてステージを
制御して欠陥が観察できる位置にマスクを移動させる。
コントロールプロセッサ１４の指示操作はキーボード等
の入力手段１０を用いて与え、欠陥の画像はモニター９
の画面により確認する。そして前記フォトマスク５の欠
陥が観察視野内に入れば、ＦＩＢ照射位置の正確な位置
合わせを行った後炭化水素系ガスをチャンバー内へ導入
し、欠陥部分にＦＩＢを照射して遮光性を持つカーボン
膜を堆積させることにより、欠損欠陥を修正する。

【００１９】次に、前記画像観察手段７により観察され
るマスクパターン画像を画像データ変換手段８に入力
し、光強度シミュレーション用パターンデータに変換す
る。ここで光強度シミュレーション用パターンデータと
は、マスクパターンを含む画像データ全体を長方形領域
に整形した後、所定の大きさの格子に分割し、各格子に
おける画像データの濃淡の階調の値を所定の条件で透過
率値に変換したデータである。すなわち、マスクパター
ンを格子状に分割して、透過率の分布データとして表し
たものであり、形式的には数値をマトリックス配列にし
たデータとなる。

【００２０】透過率値は、マスクパターンの遮光部分を
０、透過部分を１としたときの値であって、通常のマス
クパターンであれば遮光部と透過部のみからなるため、
０か１の値のみとなる。しかし、例えば実際に観察した
マスクパターンに半透明な膜残りや汚れ等があった場
合、その中間の値をとることがある。また、前記画像デ
ータ取込手段で取り込む際の装置に起因するバックノイ
ズや反射光の処理によっても、中間階調をとってしまう
ことがある。このような場合には、２値化処理やエッジ
検出、平滑化処理等の公知の画像処理技術を利用して最
適なデータ変換処理がなされるように条件設定を行い、
光強度シミュレーション用データに変換すればよい。

【００２１】そして、前記画像データ変換手段８により
変換されて生成した光強度シミュレーション用データを
用いて、光強度シミュレーション手段１５においてシミ
ュレーション計算を行うことにより、光強度分布値が求
められる。画像データのシミュレーション処理を行う一
連の手順は、前記コントロールプロセッサ１４により制
御される。

【００２２】なお、光強度シミュレーションとは、フォ
トマスクを露光装置に装着してウェハー上に露光転写し
た際のウェハー上の露光分布、言い換えれば光強度分布
を光学系モデルを適用したシミュレーション計算により
求めるものである。光強度シミュレーションは露光装置
の光学系のパラメータで表した所定の露光条件と前記光
強度シミュレーション用パターンデータから計算され
る。なお、光強度シミュレーションの基礎となる理論
は、例えばＨ．Ｈｏｐｋｉｎｓらによる結像光学理論
（参考文献としてＢｏｒｎ，Ｗｏｌｆ著「光学の原理」
（１９７５）など）がある。

【００２３】さて、前記光強度シミュレーションを実行
する際に入力するデータは、目的の欠陥修正部分を含む
マスクパターンの画像であり、その光強度シミュレーシ
ョン結果はマスクパターンを露光転写した際の露光強度
分布に相当する。従って、このシミュレーション結果か
ら前記欠陥修正部分を含めたマスクパターンの露光転写
評価が可能になる。

【００２４】光強度シミュレーション結果は本来数値デ
ータであるが、光強度分布値としてこれを可視化処理
し、前記モニタ９の画面上に等高線図あるいは色分け図
を表示する。これにより欠陥修正が完全であった場合は
正常なパターン転写結果と同等の光強度分布となること
が確認でき、欠陥修正が不良であった場合は正常なパタ
ーン転写結果と異なる光強度分布になることがわかる。
また光強度分布値を数値分布として出力できるので、ど
の程度の差異があるかを数値的に把握することも可能で
ある。シミュレーション結果や計算に用いた画像デー
タ、光学条件等のデータはプリンター等の出力手段１１
を用いて必要に応じ出力される。またこれらの情報はハ
ードディスクや光磁気ディスク等の外部記憶装置を含む
情報記録手段１２を用いて記録保存できる。

【００２５】次に、図２は本発明の実施形態例の集束イ
オンビーム修正装置を用いたフォトマスク欠陥保証方法
の手順に関するフローを示す。図２では、まず最初にフ
ォトマスク作製２１において作製したフォトマスクを欠
陥検査２２で検査し、欠陥を検出する。欠陥が有る場合
は画像取込・データ変換２３を行う。欠陥が無ければフ
ォトマスクは良品として処理を終了する。

【００２６】次に前記で検出された欠陥部分を含むマス
クパターンの画像を、画像取込・データ変換２３におい
て取り込み、データ変換する。さらにこの画像データを
用いて、光強度シミュレーション２４を実行する。な
お、この処理は欠陥の露光転写性をシミュレーションに
より評価することに相当する。すなわち、このマスクを
用いてウェハー上に露光転写した場合、該欠陥部分がウ
ェハー上に転写されうるかどうかを評価する。

【００２７】シミュレーション結果は次の修正判定２５
において修正が必要かどうかを評価し、修正が必要であ
ればＦＩＢ修正２６を行う。修正が不要と判定した場合
は本手順を終了する。さらに、修正部分について画像取
込・データ変換２７を行い、再び光強度シミュレーショ
ン２８を行う。この処理は欠陥修正部分の露光転写性を
シミュレーションするものである。修正部分評価２９に
おいて良好と判定されれば、終了する。もし修正部分が
不良と判定されれば、前記集束イオンビーム修正２６へ
戻り、再度ＦＩＢ修正を行う。

【００２８】以上のように、欠損欠陥のＦＩＢ修正前後
の画像データによる光強度シミュレーション結果を比較
評価することにより、フォトマスク欠陥の露光転写性評
価が可能となった。前記方法によれば、従来のように欠
陥の有無及び欠陥修正部分の目視観察の判断のみによっ
て欠陥を保証するのではなく、欠陥の修正前後におい
て、画像データをもとにした光強度シミュレーションに
よる露光転写性の評価ができるので、欠陥修正部分のよ
り正確な、かつ信頼性の高い保証が可能となった。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明の集束イオンビー
ム修正装置及び欠陥保証方法によれば、欠陥部分及び欠
陥修正部分の画像を取り込んでデータ変換した後、光強
度シミュレーションを行うことにより露光転写性の評価
を可能としたので、従来の修正装置よりも露光転写性に
おいて信頼性の高い欠陥修正ができる。また欠陥保証方
法として、従来は欠陥修正部分の目視観察による経験的
な判断を行っていたところ、光強度シミュレーションを
行うことにより露光転写性を精度良く評価・判断できる
ようになった。

【００３０】また、従来の場合、欠陥修正部分の目視観
察で判断が困難であった場合は再度欠陥検査機による欠
陥検査を行っていたが、上記方法によれば露光転写性の
評価ができるため再検査が不要となった。これにより、
欠陥検査・修正工程にかかる作業負荷を減らし、コスト
及び納期の改善が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態による集束イオンビーム装置
の構成を説明するブロック図である。

【図２】本発明の実施形態による欠陥保証方法の手順を
説明するフローチャートである。

【図３】従来の集束イオンビーム修正装置の構成を説明
するブロック図である。

【図４】フォトマスク上に発生した欠陥を平面で表した
概念説明図である。

【符号の説明】

１・・・真空チャンバー ２・・・ＦＩＢイオ
ン源 ３・・・イオン偏向系 ４・・・マスク制御
ステージ ５・・・フォトマスク ６・・・２次イオン
検出器 ７・・・画像観察手段 ８・・・画像データ
変換手段 ９・・・モニター １０・・・入力手段 １１・・・出力手段 １２・・・情報記録
手段 １３・・・欠陥情報読取手段 １４・・・コントロ
ールプロセッサ １５・・・光強度シミュレーション手段 ２１・・・フォトマスク作製 ２２・・・欠陥検査 ２３、２７・・・画像取込・データ変換 ２４、２８・・・光強度シミュレーション ２５・・・欠陥修正判定 ２６・・・ＦＩＢ修
正 ２９・・・修正部分評価 ３１・・・真空チャンバー ３２・・・ＦＩＢイ
オン源 ３３・・・イオン偏向系 ３４・・・マスク制
御ステージ ３５・・・フォトマスク ３６・・・２次イオ
ン検出器 ３７・・・画像観察手段 ３８・・・コントロ
ールプロセッサ ３９・・・モニター ４０・・・入力手段 ４１・・・出力手段 ４２・・・欠陥情報
読取手段 ａ，ｂ・・・残留欠陥 ｃ，ｄ・・・欠損欠
陥

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フォトマスクの欠損欠陥を集束イオンビー
   ム照射によって修正を行う集束イオンビーム修正装置に
   おいて、欠陥修正部分を含むパターン領域の画像データ
   から該マスクパターンをウェハー上に露光転写した際の
   光強度分布を求めるための光強度シミュレーション手段
   を設けたことを特徴とする集束イオンビーム修正装置。
2. 【請求項２】前記請求項１の集束イオンビーム修正装置
   において、フォトマスクパターンを画像観察してパター
   ン画像を得る画像観察手段と、前記画像観察手段によっ
   て取り込まれた画像をコンピュータにより画像処理して
   マスクパターンデータに変換する画像データ変換手段
   と、該マスクパターンデータ及び所定の露光条件を入力
   して、マスクパターンをウェハ上に露光した際の光強度
   分布を求めるための光強度シミュレーション手段と、を
   設けたことを特徴とする集束イオンビーム修正装置。
3. 【請求項３】フォトマスク欠陥部分の修正前の画像デー
   タと、集束イオンビームによる欠陥修正後の画像データ
   とを用いて光強度シミュレーションを行い、前記２つの
   画像データから得られた光強度分布を比較してパターン
   の露光転写性を評価することにより、該欠陥修正部分を
   保証することを特徴とする欠陥保証方法。