JP2012230148A - パターン欠陥修正方法及びパターン欠陥修正装置 - Google Patents

パターン欠陥修正方法及びパターン欠陥修正装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 パターン欠陥修正方法及びパターン欠陥修正装置に関し、炭素系汚染の洗浄プロセスにおける欠陥修正材料の消失を防止する。
【解決手段】 減圧雰囲気中で被修正マスクの修正部位に原料ガスを供給するとともにエネルギビームを照射してエネルギビーム誘起化学蒸着によりシリコンを含有する材料を堆積させる工程と、前記堆積した材料の少なくとも一部に対して酸化処理、窒化処理、或いは、酸窒化処理のいずれかを行う工程とを設ける。
【選択図】 図1

Description

本発明は、パターン欠陥修正方法及びパターン欠陥修正装置に関するものである。
半導体デバイスを始めとする電子デバイスの作製にはリソグラフィ技術が用いられる。現在、主流のフォトリソグラフィにおいては、石英基板などにクロムなどの吸収体で回路パターンなどを描いた透過型マスクが用いられる。
次世代のリソグラフィ技術としてEUV(Extreme UltraViolet;極端紫外光)リソグラフィが開発されている。このEUVリソグラフィにおいては、低膨張ガラス基板などの上に反射層としてモリブデンとシリコンなどの積層多層膜を成膜し、その上に窒化タンタルや酸化タンタルなどや窒化クロムなどの吸収体で回路パターンを描いた反射型マスクが用いられる。
フォトリソグラフィとEUVリソグラフィのいずれの場合にも、微細なマスクパターンは設計通りに作製されるとは限らず、種々の欠陥が生じる場合がある。設計以外の余剰欠陥を黒欠陥と呼ぶ。黒欠陥は何らかの方法で加工除去することにより修正する。逆に、設計の一部の欠損を白欠陥と呼ぶ。白欠陥は欠損部分を何らかの材料で埋めることにより修正する。
フォトリソグラフィ用マスクの白欠陥を埋める材料としては、現在は主に炭素系のものが用いられている(例えば、非特許文献1参照)。この場合、フェナントレン(C1410)等の炭化水素ガスを原料として修正部位に供給し、電子ビーム等を照射して所望の位置で局所的に化学反応を起こさせることにより炭素系材料を堆積させて修正する。なお、非特許文献1では電子ビームではなく収束イオンビームを用いた例が示されているが、収束イオンビームでは堆積した炭素系材料にガリウムイオンが含まれるなど多少の違いはあるものの、基本的な部分は同様である。
図6は従来の白欠陥修正装置の概念的構成図である。真空容器51の中にマスクステージ52およびマスクステージ移動機構53が設置され、被修正マスク54はマスクステージ52上に保持される。真空容器51は電子ビーム鏡筒56と原料ガス供給ノズル57を装備する。
電子ビーム鏡筒56から照射される電子ビーム58により被照射部で発生する二次電子60は二次電子検出器59で検出される。マスクステージ移動機構53により指定される座標と電子ビーム鏡筒56内のビーム走査機構に設定される座標とから二次電子60の発生位置を特定し、被修正マスク54のパターン55を画像化する。
画像より特定された欠陥61を含む領域には、原料ガス供給ノズル57よりフェナントレンガス62が供給され、電子ビーム58により電子ビーム誘起化学反応を起こして炭素系修正材料63を堆積させて欠陥61を修正する。
また、その他の修正材料を用いる方法としては、金属化合物ガスと炭素化合物ガスを供給してエネルギー線により炭化金属膜を形成する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。その例として、シランと炭酸ガスを供給してレーザービームにより炭化シリコンを形成、堆積する方法が挙げられている。
一方、EUVマスクにおいては、光学素子(例えば、非特許文献2参照)と同様にEUV光照射を重ねることによりマスクに炭素系汚染物質が堆積することが知られている。EUVマスク表面に炭素系汚染膜物質が数から十数nm程度の厚みで堆積すると、ウェーハ上の転写回路パターンの寸法変動や反射率低下によるスループットの悪化などが顕著となるため、現状では定期的な洗浄が必要である。
この洗浄法として現在のところ、酸素やオゾン等を用いた酸化系ドライ洗浄(例えば、非特許文献2参照)、ならびに水素ラジカルを用いた還元系ドライ洗浄が検討されている。いずれの方法でも洗浄速度は異なるものの炭素系汚染膜を除去できることが示されている。
特開昭62−083749号公報
syed Rizvi,"Handbookof Photomask ManufacturingTechnology", Taylor & Francis発行 (2005);ISBN,p.638,0−8247−5374−7 西山岩男,"極端紫外線リソグラフィ技術の概要", レーザー研究,第36巻,673ページ,2008 H.Nakazawa,H.Sugita,Y.Enta,M.suemitsu,K.Yasui,T.Itoh,T.Endoh,Y.Naritaand M.Mashita,"Atomic hydrogen etching of silicon−incorporated diamond−likecarbon films preparedby pulsed laser deposition",Diamond Relat.Mater.,18,831,2009
しかしながら、EUVリソグラフィで堆積する炭素系汚染膜と現在欠陥修正に用いられている炭素系材料はきわめて似通った物質であり、炭素系汚染膜の洗浄により欠陥修正材料も除去されてしまうという問題が発生する。
フォトリソグラフィにおいては炭素系汚染の堆積は発生しないものの、マスク製造工程で様々な洗浄が繰り返し行なわれ、その中にはオゾン等の酸化系洗浄も含まれる。この場合も、炭素系材料による修正部位は膜減りを起こす懸念がある。
例えば、シリコンを含んだ炭素系材料も例えば水素ラジカルによって容易にドライエッチングされるため(例えば、非特許文献3参照)、上記の特許文献1で例示されている炭化シリコンも同様の問題が発生し得る。
一方、以上の問題の他に、修正部位に原料ガスを供給しエネルギビームを照射してエネルギビーム誘起化学蒸着により修正材料を堆積させる欠陥修正法においてはハロ(halo;太陽や月の暈の意味)と呼ばれる余分な堆積が発生してしまう場合がある。このハロは、エネルギビームのボケ或いはエネルギビームが発生させる二次電子の影響等により発生するものであるので、この事情を図7及び図8を参照して説明する。
図7(a)に示す様に、マスクステージ52上に保持固定した被修正マスク54にフェナントレンガス62を供給すると被修正マスク54上に吸着分子層64が生じる。次に、図7(b)に示すように、電子ビーム58を照射すると、照射部分には電子ビーム誘起化学反応層65が形成される。
次いで、図7(c)に示すように、電子ビーム誘起化学反応層65の上にさらにフェナントレンガス62が吸着して吸着分子層64が重なり、これを繰り返して炭素系修正材料63が堆積していく。
しかし、図8(a)に示すように、被修正マスク54の上にはフェナントレンガス62が供給されているため、電子ビーム58の一部は真空中のフェナントレンガス分子66と衝突して散乱電子67となり本来の照射領域の周辺にも降り注ぐ。これがここで言うビームのボケである。この散乱電子67によっても電子ビーム誘起化学反応層65が生じる。
さらに、図8(b)に示すように、被修正マスク54に電子ビーム58が照射されると照射部分で二次電子60が発生し、周囲に放出される。この二次電子60によっても吸着分子層64は反応するため、電子ビーム58の照射領域の周囲にも電子ビーム誘起化学反応層が生成する。以上のような過程により、図8(c)に示すように、意図した修正部分の周辺にも薄っすらと炭素系修正材料68が堆積する。
図9は、フェナントレンと電子ビームにより炭素系修正材料のパッチを堆積させる場合に発生したハロの例である。図9に示すように、炭素系の修正材料のパッチ71であり、白点線はパッチ71が堆積されている領域72を示す。領域72の大きさは1μm×1μmである。パッチ71の周辺1μm以上の領域に渡ってハロ73が堆積しているのが分かる。
このようなハロ73は、マスクの正常部の透過率あるいは反射率を劣化させ、或いは、修正に続くマスク作製プロセスの障害となるため、最小限に抑制乃至は除去しなければならない。
したがって、本発明は、炭素系汚染の洗浄プロセスにおける欠陥修正材料の消失を防止することを目的とする
開示する一観点からは、減圧雰囲気中でリソグラフィ用マスクの修正部位に原料ガスを供給するとともにエネルギビームを照射してエネルギビーム誘起化学蒸着によりシリコンを含有する材料を堆積させる工程と、前記堆積した材料の少なくとも一部に対して酸化処理、窒化処理、或いは、酸窒化処理のいずれかを行う工程とを有するパターン欠陥修正方法が提供される。
また、開示する別の一観点からは、減圧雰囲気中でリソグラフィ用マスクの修正部位に原料ガスを供給する原料ガス供給機構と、前記修正部位にエネルギビームを照射するエネルギビーム照射機構と、前記修正部位の少なくとも一部を酸化、窒化或いは酸窒化して耐エッチング膜を形成する機構とを備えたことを特徴とするパターン欠陥修正装置が提供される。
開示の欠陥修正方法及びパターン欠陥修正装置によれば、炭素系汚染の洗浄プロセスにおける欠陥修正材料の消失を防止することが可能になる。
本発明の実施の形態のパターン欠陥修正方法に用いるパターン欠陥修正装置の概念的構成図である。 本発明の実施例1のパターン欠陥修正工程の説明図である。 本発明の実施例2に用いるパターン欠陥修正装置の概念的構成図である。 本発明の実施例2のパターン欠陥修正工程の説明図である。 水素ラジカルを用いてハロを除去した後の走査型電子顕微鏡写真である。 従来の白欠陥修正装置の概念的構成図である。 従来の白欠陥修正工程の説明図である。 ハロ発生現象の説明図である。 ハロの説明図である。
ここで、図1を参照して、本発明の実施の形態のパターン欠陥修正方法を説明する。図1は本発明の実施の形態のパターン欠陥修正方法に用いるパターン欠陥修正装置の概念的構成図であり、従来のパターン欠陥修正装置に耐エッチング膜形成ガス供給機構を組み込んだものである。
図1に示すように、処理容器11の中にマスクステージ12およびマスクステージ移動機構13が設置され、被修正マスク14はマスクステージ12上に保持される。処理容器11はエネルギビーム照射機構16と原料ガス供給機構17と耐エッチング膜形成ガス供給機構18とを少なくとも装備する。また、処理容器11内には、二次電子検出機構19を設け、必要に応じて、修正材料エッチングガス導入機構を設ける。
エネルギビーム照射機構16から照射されるエネルギビーム20により被照射部で発生する二次電子21は二次電子検出機構19で検出される。マスクステージ移動機構13により指定される座標とエネルギビーム照射機構16内のビーム走査機構に設定される座標とから二次電子21の発生位置を特定し、被修正マスク14のパターン15を画像化する。
画像より特定された欠陥22を含む領域には、原料ガス供給機構17よりシリコンと炭素を含む原料ガス23が供給され、エネルギビーム20により化学反応を起こしてシリコンを含有する炭素系の修正材料24を堆積させて欠陥22を修正する。
次いで、耐エッチング膜形成ガス供給機構18より、耐エッチング膜形成ガスを供給して、修正材料24の少なくとも表面を、酸化、窒化或いは酸窒化して耐エッチング膜を形成する。ここで所望の部位のみで反応を促進するため、耐エッチング膜形成ガスの供給と共にエネルギビーム20を照射しても良い。なお、ハロを除去する必要がある場合には、耐エッチング膜の形成前に水素ラジカルを用いて除去する。
原料ガス23におけるシリコン供給源としては、シラン或いはジシラン等の水素化シリコンまたはテトラメチルシラン、テトラエトキシシラン、或いは、ヘキサメチルジシラザン等の有機シリコン化合物をもちいる。なお、ハロの除去が問題になる場合には、原料ガス23として、酸素及び窒素を含まない分子を用いることが望ましい。
また、原料ガス23における炭素供給源としては、フェナントレンに限らず、メタクリル酸メチル等、エネルギビーム照射により炭素の堆積が生じる材料一般を用いることできる。
炭素供給源とシリコン供給源は、予め混合調製して原料ガス供給機構17より供給しても良いし、それぞれの原料を別個に用意し、それぞれのガスを原料ガス供給機構17に導く過程で混合してもかまわない。さらに、原料ガス供給機構17を2本設けてそれぞれのガスを修正部位に別個に供給してもかまわない。
また、耐エッチング膜形成ガスとしては、酸素ガス、オゾンガス、水蒸気、窒素ガス、アンモニアガス、ヘキサメチルジシラザンガス、二酸化窒素を用いる。また、エネルギビーム20としては、電子ビームが典型的であるが、ガリウム収束イオンビームや、マスクへのダメージが少ないヘリウムイオンやフラーレン分子イオンなどの収束イオンビームなどを用いても良い。
また、修正材料の堆積機構と耐エッチング膜形成機構は同一処理容器内に設置しているが、原理的には必ずしも同じ容器で処理する必要は無い。
また、水素ラジカルは、タングステンあるいはモリブデン等の熱フィラメント、電子衝撃等で白熱させたタングステン管、或いは電子サイクロトロン共鳴プラズマ若しくは誘導結合プラズマ等を用いて発生させる。
このように、本発明の実施の形態においては、欠陥をシリコンを含有する炭素系の修正材料で修正したのち、酸化、窒化或いは酸窒化して耐エッチング膜を形成している。酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンはEUVマスクの炭素系汚染洗浄プロセスの候補である水素ラジカルに対して耐性を持つので、炭素系汚染洗浄プロセスで欠陥修正部が消失することがない。
さらに、酸化等の処理を施す前のシリコンを含有する炭素系の修正材料は、水素ラジカルによって容易にエッチングされるため、修正過程においてハロが発生しても、真空を破らずにそのまま水素ラジカル処理を行えば、容易に除去することが可能である。
この際、修正部分も水素ラジカルにより膜減りを起こすことになるが、通常、ハロ部分の膜厚は修正部分の百分の一程度と堆積膜厚が大きく異なるため、修正の効果を保持したままハロ部分のみ除去することに問題は無い。また、もし必要があれば、予め修正部分には膜減り量だけ厚めに堆積させておいても良い。
なお、ハロ除去機構はエネルギビームによる修正材料の堆積機構および耐エッチング膜形成機構と同一の処理容器内に設置しているが、堆積に用いる真空容器からハロ除去に用いる真空容器まで堆積部分を大気に曝さずに搬送可能であれば、別の処理容器にてハロ除去処理を行う構成にしても良い。
次に、図2を参照して、本発明の実施例1のパターン欠陥修正方法を説明する。まず、図2(a)に示すように、画像より特定された欠陥22を含む領域には、原料ガス供給機構17よりフェナントレンとテトラエトキシシランの混合ガス31を供給し、電子ビーム鏡筒32より電子ビーム33を照射する。電子ビームの照射により電子誘起化学反応を起こしてシリコンを含有する炭素系の修正材料24を堆積させて欠陥22を修正する。なお、電子ビーム33の加速エネルギは2keV〜30keVとし、典型的は成膜レートの高い3keVの加速エネルギを用いる。
次いで、図2(b)に示すように、耐エッチング膜形成ガス供給機構18より、酸素ガス34を供給して、修正材料24の少なくとも表面を酸化して酸化膜35を形成する。ここでは、所望の部位のみで反応を促進するため、酸素ガス34の供給と共に電子ビーム33を照射することで、修正作業を完了する。なお、ここでは、電子ビーム33の加速エネルギは3keVとする。
このように、本発明の実施例1においては、シリコンを含有する材料を堆積後に表面にオゾンや水素ラジカルに耐性を持つ酸化膜を形成しているので、炭素系汚染膜の洗浄過程に対応した欠陥修正が実現される。
次に、図3乃至図5を参照して、本発明の実施例2のパターン欠陥修正方法を説明する。図3は、本発明の実施例2に用いるパターン欠陥修正装置の概念的構成図であり、上記の図1のパターン欠陥修正装置に水素ラジカル供給機構40を設けたものである。
次に、図4を参照して、本発明の実施例2のパターン欠陥修正工程を説明する。まず、図4(a)に示すように、上記の実施例1と同様に、画像より特定された欠陥22を含む領域には、原料ガス供給機構17よりフェナントレンとテトラエトキシシランの混合ガス31を供給し、電子ビーム鏡筒32より電子ビーム33を照射する。電子ビーム33の照射により電子誘起化学反応を起こしてシリコンを含有する炭素系の修正材料24を堆積させて欠陥22を修正する。この時、修正パターンの周囲にハロ41が堆積する。
次いで、図4(b)に示すように、水素ラジカル供給機構40より水素ラジカル42を供給してハロ41を除去する。水素ラジカル42は、水素ガスを1800℃に加熱した熱タングステンフィラメントで熱触媒分解して発生させた。なお、ハロ41の膜厚は修正部分の百分の一程度と堆積膜厚が大きく異なるため、修正の効果を保持したままハロ41のみ除去することができる。
図5は、水素ラジカルを用いてハロを除去した後の走査型電子顕微鏡写真である。図5に示すように、炭素系の修正材料のパッチ45であり、白点線はパッチ45が堆積されている領域46を示す。領域46の大きさは1μm×1μmであり、上記の図9と対比からハロが除去されているのが確認された。
次いで、図4(c)に示すように、耐エッチング膜形成ガス供給機構18より、酸素ガス34を供給して、修正材料24の少なくとも表面を酸化して酸化膜35を形成する。ここでは、所望の部位のみで反応を促進するため、酸素ガス34の供給と共に電子ビーム33を照射することで、修正作業を完了する。
このように、本発明の実施例2においては、シリコンを含有する材料を堆積し、ハロを除去した後に表面にオゾンや水素ラジカルに耐性を持つ酸化膜を形成している。したがって、マスクの正常部の透過率あるいは反射率を劣化させることなく、炭素系汚染膜の洗浄過程に対応した欠陥修正が実現される。
なお、電子ビームを照射の位置精度高めることによって、ハロの部分にまで耐エッチング膜が形成されないようにすることができる。この場合には、修正部位にシリコンを含有する炭素系材料を堆積させて欠陥を修正した後に、直ちに耐エッチング膜を形成し、その後にハロを除去するという工程順でもかまわない。
ここで、実施例1及び実施例2を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
(付記1)減圧雰囲気中で被修正マスクの修正部位に原料ガスを供給するとともにエネルギビームを照射してエネルギビーム誘起化学蒸着によりシリコンを含有する材料を堆積させる工程と、前記堆積した材料の少なくとも一部に対して酸化処理、窒化処理、或いは、酸窒化処理のいずれかを行う工程とを有するパターン欠陥修正方法。
(付記2)前記原料ガスとして、水素化シリコンまたは有機シリコン化合物を用いることを特徴とする付記1に記載のパターン欠陥修正方法。
(付記3)前記水素化シリコンまたは有機シリコン化合物が、シラン、ジシラン、テトラメチルシラン、テトラエトキシシラン、或いは、ヘキサメチルジシラザンのいずれかであることを特徴とする付記2に記載のパターン欠陥修正方法。
(付記4)前記原料ガスとして、酸素及び窒素を含まない分子を用いることを特徴とする付記2に記載のパターン欠陥修正方法。
(付記5)前記酸化処理、前記窒化処理或いは前記酸窒化処理のいずれかの工程において、酸素ガス、オゾンガス、水蒸気、アンモニア或いは酸化窒素の少なくとも1つを用いることを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか1に記載のパターン欠陥修正方法。
(付記6)前記酸化処理、前記窒化処理或いは前記酸窒化処理のいずれかの工程において、前記堆積した材料にエネルギビームを照射することを特徴とする付記5に記載のパターン欠陥修正方法。
(付記7)前記シリコンを含有する材料を堆積させる工程に付随して生じた余分な堆積物を、前記余分な堆積物が堆積したのち、大気に曝すことなく除去することを特徴とする付記1乃至付記6のいずれか1に記載のパターン欠陥修正方法。
(付記8)前記余分な堆積物の除去工程において、水素ラジカルを用いることを特徴とする付記7に記載のパターン欠陥修正方法。
(付記9)減圧雰囲気中で被修正マスクの修正部位に原料ガスを供給する原料ガス供給機構と、前記修正部位にエネルギビームを照射するエネルギビーム照射機構と、前記修正部位の少なくとも一部を酸化、窒化或いは酸窒化して耐エッチング膜を形成する機構とを備えたことを特徴とするパターン欠陥修正装置。
(付記10)前記エネルギビームの照射にともなって堆積する修正材料に付随して生じた余分な堆積物を除去するためのエッチング機構をさらに備えたことを特徴とする付記9に記載のパターン欠陥修正装置。
(付記11)前記エッチング機構が、水素ラジカル供給機構であることを特徴とする付記9または付記10に記載のパターン欠陥修正装置。
11 処理容器
12 マスクステージ
13 マスクステージ移動機構
14 被修正マスク
15 パターン
16 エネルギビーム照射機構
17 原料ガス供給機構
18 耐エッチング膜形成ガス供給機構
19 二次電子検出機構
20 エネルギビーム
21 二次電子
22 欠陥
23 原料ガス
24 修正材料
31 混合ガス
32 電子ビーム鏡筒
33 電子ビーム
34 酸素ガス
35 酸化膜
40 水素ラジカル供給機構
41 ハロ
42 水素ラジカル
45 パッチ
46 パッチが堆積されている領域
51 真空容器
52 マスクステージ
53 マスクステージ移動機構
54 被修正マスク
55 パターン
56 電子ビーム鏡筒
57 原料ガス供給ノズル
58 電子ビーム
59 二次電子検出器
60 二次電子
61 欠陥
62 フェナントレンガス
63 炭素系修正材料
64 吸着分子層
65 電子ビーム誘起化学反応層
66 フェナントレンガス分子
67 散乱電子
68 炭素系修正材料
71 パッチ
72 パッチが堆積されている領域
73 ハロ

Claims (5)

  1. 減圧雰囲気中でリソグラフィ用マスクの修正部位に原料ガスを供給するとともにエネルギビームを照射してエネルギビーム誘起化学蒸着によりシリコンを含有する材料を堆積させる工程と、
    前記堆積した材料の少なくとも一部に対して酸化処理、窒化処理、或いは、酸窒化処理のいずれかを行う工程とを
    有するパターン欠陥修正方法。
  2. 前記原料ガスとして、水素化シリコンまたは有機シリコン化合物を用いることを特徴とする請求項1に記載のパターン欠陥修正方法。
  3. 前記酸化処理、前記窒化処理或いは前記酸窒化処理のいずれかを行う工程において、前記堆積した材料にエネルギビームを照射することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のパターン欠陥修正方法。
  4. 前記シリコンを含有する材料を堆積させる工程に付随して生じた余分な堆積物を、前記余分な堆積物が堆積したのち、大気に曝すことなく除去することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のパターン欠陥修正方法。
  5. 減圧雰囲気中でリソグラフィ用マスクの修正部位に原料ガスを供給する原料ガス供給機構と、
    前記修正部位にエネルギビームを照射するエネルギビーム照射機構と、
    前記修正部位の少なくとも一部を酸化、窒化或いは酸窒化して耐エッチング膜を形成するとを
    備えたことを特徴とするパターン欠陥修正装置。
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