JP2006040942A - 電子線投影露光用メンブレンマスクの欠陥修正方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高強度のダイヤモンドライクカーボン(ＤＬＣ)で膜厚５０ｎｍ以下の極薄メンブレンを用いた電子ビーム投影露光装置用メンブレンマスクの位置や寸法の変動のない欠陥修正を行う。
【解決手段】 Ｇａ液体金属イオン源を用いた集束イオンビームではなく、電子ビームでＤＬＣメンブレンマスクの欠陥修正を行う。白欠陥４にガス７を供給し、試料裏面から電子ビームを照射して試料を透過した電子ビームによって、白欠陥表面に吸着した原料ガス７を反応させ局所ＣＶＤを起こして加工する。この時ガス供給系と電子ビーム鏡筒の間にメンブレンマスク１を配置させることで、電子ビーム鏡筒への原料ガス７の流れ込みを抑えることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子線投影露光装置用メンブレンマスクのマスク欠陥修正方法に関する。

半導体集積回路のデザインルールの微細化の進展に伴い、フォトマスクにも微細なパターンの転写能力が求められている。従来は露光装置の高ＮＡ化や波長の探波長化で対応してきたが、短波長化の技術的な難しさや装置コストの高騰のため、代替手段として電子ビームを用いた投影露光装置が提案され開発が進められている。

電子ビーム投影露光装置はマスクとして高精度を実現するために応力の制御された０．５μｍ〜２μｍの厚みを持つステンシルマスクが用いられてきたが、ステンシル構造であるため１つのレイアウトに対して２枚の相補的なマスクが必要で、電子ビーム投影露光装のスループットを低下させる原因となっていた。メンブレン構造のマスクを使用すると、相補的なマスクは必要ないためスループットは向上するが、強度と高精度を維持するためにメンブレンにはある程度の厚みが必要で、この厚みのために電子ビームが非弾性散乱され色収差が増大してしまい微細なパターンを露光できないという問題があった。

最近、高強度のダイヤモンドライクカーボン(ＤＬＣ)で膜厚５０ｎｍ以下のメンブレンを用いた電子ビーム投影露光装置用メンブレンマスクが開発されている。電子ビームの透過と遮蔽をＤＬＣ膜の厚みの違いでコントロールしており、厚さ５０ｎｍ以下の極薄メンブレン１２は電子ビームを透過し、厚さ数百ｎｍの散乱体パターン１３は電子ビームを遮蔽する。このマスクは色収差増大による解像の劣化が少ないことが実証され、電子ビーム投影露光装置のスループット向上の切り札として期待されている。

電子線投影露光装置用マスクもフォトマスクと同様にマスク作製工程において欠陥が生じてしまい、欠陥修正は必要不可欠なプロセスである。従来のステンシルマスクは材料として主にＳｉが用いられ、欠陥修正は集束イオンビームのエッチングまたはＦＩＢ-ＣＶＤを用いて行われてきた。（例えば、非特許文献１図３，４参照）
特表２０００−５１２８０９号公報（図１，２） 「Ｓｔｅｎｃｉｌ ｒｅｔｉｃｌｅ Ｒｅｐａｉｒ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）Ｍａｓａｓｈｉ Ｏｋａｂｅ， Ｓｕｍｉｔｏ Ｓｈｉｍｉｚｕ， Ｓｈｉｎｔａｒｏ Ｋａｗａｔａ， ａｎｄ Ｔａｋａｓｈｉ Ｋａｉｔｏ， Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｂ１６， ３２５４（２０００）

ところが、集束イオンビームで５０ｎｍ以下の極薄膜上の黒欠陥を修正する場合、物理スパッタ効果やＨ₂Ｏを用いたガスアシストエッチングで黒欠陥の除去は行えるが、イオン源として用いているＧａイオンをＤＬＣメンブレンマスクの極薄膜に照射すると、打ちこまれたＧａとマスク材料のＤＬＣは原子半径が異なるために歪が生じることや、イオンビームのオーバーエッチによる強度の低下が起こることで加工個所に位置や寸法が変動する恐れがある。また、白欠陥修正もＦＩＢ―ＣＶＤ膜で欠陥修正を行えるが、膜成長開始時にイオン源として用いているＧａの極薄膜への注入による歪で位置や寸法が変動する恐れがある。

本発明は、上記問題点を解決し、ＤＬＣメンブレンマスクの位置や寸法の変動のない欠陥修正を提供することを課題とする。

本発明の欠陥修正方法は、Ｇａ液体金属イオン源を用いた集束イオンビームではなく、電子ビームでＤＬＣメンブレンマスクの欠陥修正を行う。ただし、白欠陥修正では従来電子ビームＣＶＤで行われるように試料表面（散乱体パターン側）に対してガスと電子ビームを供給するのではなく、試料表面にガスを供給し、一方電子ビームは試料裏面（メンブレン側）から照射して試料を透過した電子ビームによって、試料表面に吸着した原料ガスを反応させ局所ＣＶＤを起こして加工する。欠陥を修正した後に、修正された前記欠陥部分を含む範囲で電子ビームを走査照射し、当該メンブレンマスクを透過した電子を検出し、得られた透過電子像から修正が完成したかを確認し、修正が不十分であった場合、前記欠陥部分の修正を追加して行う。

本発明におけるＤＬＣメンブレンマスク欠陥修正装置は、散乱体パターン欠陥を有するＤＬＣメンブレンマスクを載置するための、中央に貫通穴を有する試料ステージと、載置されたＤＬＣメンブレンマスクの散乱体パターンが形成された側とは反対の側から電子ビームを走査照射しＤＬＣメンブレンマスクのメンブレンを透過させ前記欠陥部分に電子ビームを走査照射する電子ビーム鏡筒と、上記試料ステージに対し電子ビーム鏡筒とは反対側に設けられ、散乱体パターン欠陥部分に原料ガスを吹き付ける原料ガス供給ノズルと、電子ビームの照射により前記ＤＬＣメンブレンマスクを透過する電子ビームを検出する透過電子検出器とからなる。

更にガスの供給系と電子ビーム鏡筒とを別々の部屋になるように仕切った試料室の構造になっている。また、カップ状の原料ガス供給ノズルを使い欠陥部分を覆いながらガスを供給する。

本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。

Ｇａ液体金属イオン源を用いた集束イオンビームではなく、電子ビームでＤＬＣメンブレンマスクの欠陥修正を行うことにより、イオン注入による歪やイオンビームのオーバーエッチングによるマスク強度の低下がないため、加工個所の位置や寸法が変動することのない欠陥修正を行うことができる。

又、試料ステージに対して、原料ガス供給ノズルと電子ビーム鏡筒とが反対側に位置するため、試料ステージにメンブレンマスクを配置させることで電子ビーム鏡筒への原料ガスが流れ込みを抑えることができる。

更に、ガスの供給系と電子ビーム鏡筒を別々の部屋になるように仕切り壁を入れることで、電子ビーム鏡筒内への原料ガスの流入量をより抑えることができる。また、ガスノズル（透過した電子ビームが透過電子検出器に向かう電子ビームの経路をカップによって遮断しないようにカップには中心部に貫通穴が空いている）端部をカップ状にして、カップ部分で欠陥部分を覆いながらガスを供給することによって、試料室の真空度を保ちながら、欠陥部分に高い圧力のガスを供給することができ、加工を短時間に仕上げることができる。ガスノズル先端形状は、例えば原料ガスを試料に対して垂直方向から供給する倒立漏斗管が設けられた構造などが開示されている（例えば特許文献１参照）。しかし、試料表面に試料表面側から電子ビームを照射して、試料表面から発生した二次電子を試料表面側に設けられた二次電子検出器で検出する系においては、ノズル先端の倒立漏斗管が、検出する二次電子の試料表面から二次電子検出器への経路を干渉してしまうことが避けられないため、検出する信号の強度が減少してしまう。本発明では透過電子を検出しているため、メンブレンを透過した透過電子はガスカップの穴を通過して透過電子検出器に到達する。このとき透過電子の検出器までの経路を干渉するものはないため、加工中も検出する信号の強度は保たれる。

又、透過電子検出器を設けて、修正された欠陥部分を透過する電子を検出し、透過電子像で確認しながら修正を完成するようにしたので、精度よく修正できると同時に、修正・確認・追加工のプロセスを一つの装置で行うことができる。従来においては、フォトマスクでは修正後の確認は、修正装置と別の装置で例えばＡＩＭＳなどのシミュレーション光顕微鏡などが用いられることが多く、修正、確認、必要に応じて追加工のプロセスを別々の装置で行わなければならないため、搬送や位地合わせに時間がかかってしまっていた。

本発明によれば、修正、確認、追加工のプロセスを一つの装置で行うことができるため大幅なプロセス時間の短縮が可能である。

又、試料ステージに対し透過用の電子ビーム鏡筒とは反対側に、ＤＬＣメンブレンマスクの散乱体パターンに電子ビームを照射できる第２の電子ビーム鏡筒、エッチングガスを供給するエッチングガス供給ノズル、及び上記第２の電子ビーム鏡筒からの電子ビームの照射により発生する二次電子を検出する二次電子検出器とを設けたことで、黒欠陥修正することも可能とする。

Ｇａ液体金属イオン源を用いた集束イオンビームではなく、電子ビームでＤＬＣメンブレンマスクの欠陥修正を行うことにより、イオン注入による歪やイオンビームのオーバーエッチによる強度の低下のないため、加工個所の位置や寸法が変動することのない欠陥修正を行うことができる。
本発明の実施の形態について以下図面を参照して説明する。

図1は本発明によるＤＬＣメンブレンマスク欠陥修正を説明するための模式図である。

白欠陥４にガスノズル６からデポジション用の原料ガス７を吹き付け吸着させる。試料裏面（メンブレン２側）から、電子ビーム５を照射し試料を透過した電子ビーム５を、原料ガス７を吸着させた白欠陥４に走査照射する。これにより白欠陥部に吸着した原料ガスが反応し局所ＣＶＤを起こして白欠陥４が修正される。

図２は、本発明によるＤＬＣメンブレンマスク欠陥修正装置の構成図である。

メンブレンを透過できるくらい高い加速電圧（１００ｋＶ程度）の透過用電子ビーム鏡筒８と、これと試料ステージ１６を挟んで対向位置に透過電子検出器１３が設けられている。試料ステージ１６を挟んで透過用電子ビーム鏡筒８の反対側には、エッチング用電子ビーム鏡筒９と、電子ビーム鏡筒９からの電子ビーム１８が試料に照射されることにより発生する二次電子を検出する二次電子検出器１４とが設けられている。試料ステージ１６は、上記二つの鏡筒の各々に対してマスク面を垂直方向に移動できるチルト機能を有し、かつ、中央に透過用電子ビーム１７が通過できる貫通穴を有している。電子ビーム鏡筒８のある部屋１１と原料ガス供給ノズル２１のある部屋１２とは、仕切り壁１０により仕切られている。試料ステージ１６上に欠陥を有するマスク１９を載置し、欠陥検査装置で欠陥が見つかった場所が視野中心にくるように試料ステージ１６を移動する。欠陥を含む領域を散乱パターンがある側とは反対のマスク裏面から電子ビーム１７で走査し、透過電子検出器１３で透過電子を検出して透過電子像を取得し、欠陥領域を認識する。欠陥が白欠陥の場合には、フェナントレンなどの原料ガスをカップ状先端を有するガスノズル２１から供給しながら電子ビーム１７を欠陥領域のみ選択照射して電子ビームＣＶＤ膜を形成し白欠陥を修正する。仕切り壁１０があることで、白欠陥修正時における残留ガスの電子ビーム鏡筒８への影響をより低減させ、従って電子ビーム鏡筒８の電子ビーム軸をより安定に動作させることができる。修正が終了したら修正個所とリファレンスとなる正常な散乱パターンに走査照射し、その透過電子１７を透過電子検出器１３で強度を測定して比較を行い、電子ビームを遮蔽するのに十分な膜厚であることを確認し加工を終了させる。

欠陥が黒欠陥の場合には、試料ステージ１６を、エッチング用電子ビーム鏡筒９に対しマスクメンブレンマスク１９が垂直方向になるように傾け、エッチング用ガスノズル２１からＨ₂Ｏなどのエッチングガスを試料表面に供給しながら電子ビーム１８を欠陥領域のみに選択照射する。これにより、試料表面に吸着したエッチングガスと試料との間で化学反応が起こり、試料がエッチングされ黒欠陥が除去される。また、オーバーエッチングしないように加工の途中で定期的に試料ステージ１６を透過用電子ビーム鏡筒８と垂直になるように傾け、透過用電子ビーム１７を、修正個所とリファレンスとなる正常なメンブレンに走査照射し、その透過電子ビーム１７の強度を透過電子検出器１３で測定して比較を行い両者の強度が同じくらいになったところで加工を終了する。

ＤＬＣメンブレンマスク欠陥修正を説明するための模式図である。 ＤＬＣメンブレンマスク欠陥修正装置の構成図である。

符号の説明

１…ＤＬＣメンブレンマスク
２…メンブレン
３…散乱体パターン
４…白欠陥
５…透過電子ビーム
６…ガスノズル
７…原料ガス
８…透過用電子ビーム鏡筒
９…エッチング用電子ビーム鏡筒
１０…仕切り壁
１１…透過用電子ビーム鏡筒側の部屋
１２…ガスノズル側の部屋
１３…透過電子検出器
１４…二次電子検出器
１５…エッチング用ガスノズル
１６…試料ステージ
１７…透過用電子ビーム
１８…エッチング用電子ビーム
１９…欠陥のあるメンブレンマスク
２０…ガスカップの貫通穴
２１…カップ状先端を有するガスノズル

Claims (7)

1. ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を主材料とした極薄メンブレンと散乱体パターンから成る電子ビーム投影露光装置用メンブレンマスクの欠陥修正方法において、原料ガスまたはエッチングガスを欠陥部分に吸着させ、該欠陥部分に電子ビームを照射することによって局所的に成膜またはエッチングするメンブレンマスクの欠陥修正方法。
2. ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を主材料とした極薄メンブレンと散乱体パターンから成る電子ビーム投影露光装置用メンブレンマスクの白欠陥修正工程において、原料ガスを散乱体欠陥部分表面に吸着させ、前記極薄メンブレン側から電子ビームを前記欠陥部分に照射することによって、極薄メンブレンを透過した電子ビームで前記散乱体表面に吸着した原料ガスを反応させ、局所的に成膜することにより欠陥部分を修正するＤＬＣメンブレンマスクの欠陥修正方法。
3. ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を主材料とした極薄メンブレンと散乱体パターンから成る電子ビーム投影露光装置用メンブレンマスクの白欠陥修正工程において、
   白欠陥を修正する工程と、
   前記修正された白欠陥部分を含む範囲で電子ビームを走査照射し、前記修正された白欠陥部分を含む範囲を透過した電子を検出する工程と、
   前記検出した電子から得られた透過電子像から修正が完成したかを確認する工程と、
   前記確認により修正が不十分であった場合、前記欠陥部分の修正を追加して行う工程と、 からなるＤＬＣメンブレンマスクの欠陥修正方法。
4. 散乱体パターン欠陥を有するＤＬＣメンブレンマスクを載置するための、中央に貫通穴を有する試料ステージと、
   前記載置されたＤＬＣメンブレンマスクの散乱体パターンが形成された側とは反対の側から電子ビームを走査照射し前記ＤＬＣメンブレンマスクのメンブレンを透過させ前記欠陥部分に電子ビームを走査照射する電子ビーム鏡筒と、
   前記試料ステージに対し前記電子ビーム鏡筒とは反対側に設けられ、前記散乱体パターン欠陥部分の前記電子ビームの走査照射位置に原料ガスを吹き付ける原料ガス供給ノズルと、
   前記電子ビームの照射により前記ＤＬＣメンブレンマスクを透過する電子ビームを検出する透過電子検出器と、
   からなるＤＬＣメンブレンマスク欠陥修正装置。
5. 前記試料ステージを挟んで電子ビーム鏡筒側と透過電子検出器側とを２つの部屋に分離する仕切り壁があることを特徴とする請求項４記載のＤＬＣメンブレンマスクの欠陥修正装置。
6. ガス供給ノズルの先端形状が、被加工領域を覆うようなカップ状であり、かつカップ部分の中央部には前記透過電子ビームが通過できる貫通穴を有することを特徴とする請求項４記載のＤＬＣメンブレンマスクの欠陥修正装置。
7. 請求項４のＤＬＣメンブレンマスクの欠陥修正装置において、
   前記試料ステージに対し前記電子ビーム鏡筒とは反対側に設けられ、前記ＤＬＣメンブレンマスクの散乱体パターンに電子ビームを照射できる第２の電子ビーム鏡筒と、
   前記散乱体パターンにエッチングガスを供給するエッチングガス供給ノズルと、
   前記第２の電子ビーム鏡筒からの電子ビームの照射により発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、
   を備えたことを特徴とするＤＬＣメンブレンマスクの欠陥修正装置。

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