JP3739573B2 - フォトマスクの欠陥修正方法及びそれに用いる装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いて試料の観察像を得る際に、イオンビームの照射による試料面の損傷を防止する方法およびその装置に関し、特に半導体用フォトマスクの修正加工を行うのに好適な加工領域の観察方法と加工方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高倍率の顕微鏡として電子顕微鏡と共に走査イオン顕微鏡（ＳＩＭ）の存在は一般に広く知られているところである。原理的には走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）と類似であるが、ビームとして試料面に照射されるものが電子ではなくイオンであること、試料面から放出される二次荷電粒子が電子とは限らずイオンを含んでいる点で大きく違う。この放出される二次荷電粒子が異なることで、検出電荷に基づく走査画像（ＳＥＭ像とＳＩＭ像）は試料の材質によって解像感度が異なったものとなる。したがって、被検査試料の種類に対しＳＥＭ像よりもＳＩＭ像の方が鮮明である場合にはイオンビーム顕微鏡が選択されたり、双方の走査画像を比較検討することで更に詳細な観察が可能であるため、双方の顕微鏡画像を得ることが行われている。
【０００３】
集束イオンビーム装置が、半導体製造関連分野で使用されるようになったのは１０数年前のことでありその歴史は浅いが、イオン光学系の基本性能における最近の進歩はめざましく、観察用の顕微鏡としては高輝度、高分解能のものが、そして加工装置としては高精度のものが得られるようになった。まず、本発明の前提技術である走査イオン顕微鏡装置の概要を図４に基づいて説明をしておく。１はイオン源（例：Ｇa 液体金属）、２はイオンビーム、３はコンデンサレンズ31, ビームブランカ32, アライナ33, 可動絞り34, スティグメータ／アライナ35, 対物レンズ36, ディフレクタ37からなる静電光学系、５はガスインジェクター、６は二次荷電粒子検出器で、７が試料である。
【０００４】
集束イオンビーム装置を用いて高精度の加工をする際には、加工に先立ち加工場所を特定したり、或いは加工領域を正確に定めるためにＳＩＭ像を撮る必要がある。そのために、イオンビームを試料に照射しなければならず、そのイオンビームの照射が試料に不本意な損傷を与えてしまうという問題があった。従来、こうした損傷に対しては、極力イオンビームの照射量を押さえる努力がなされきただけで、本質的な問題解決のためには何等の対策もなされていないものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すでに述べたように、走査イオン顕微鏡の場合、顕微鏡像を得るために行うイオンビーム走査によって試料の表面が損傷を受けてしまうという問題をもっている。すなわち電子顕微鏡の場合の電子ビームと異なり、イオン顕微鏡の場合には試料面の照射されるイオンビームをつくる電荷粒子の質量が大きく、衝突時の運動量が電子の場合に比べ格段に大きくなる。そのため、スパッタリング現象で試料の表面が破損したり、イオンが試料内に注入されたりして試料の材質を変化させてしまう等の問題をもっている。本発明の課題はＳＩＭ像を得るに当たってのイオンビームの照射を行う際に、試料に損傷を与えないようにする方法およびその方法を実施する装置を提供することにある。
特に、半導体のフォトマスクにおける欠陥修正をイオンビームを用いて行う際に、加工に先立ってなされるＳＩＭ像を得るためのイオンビームの照射による下地基板やパターンへの損傷を与えない修正加工方法およびその装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
集束イオンビームを走査して試料表面より放出される２次荷電粒子を検出して試料面の観察像を得る際に、そのビーム照射による試料の損傷を防止するために、前記試料のまわりを水蒸気雰囲気とすることで当該試料表面の観察領域に水蒸気の吸着層を形成させて、イオンビームの走査を実行するものであり、特に、フォトマスクの欠陥をイオンビーム照射によって修正する際に、加工に先だってなされる試料観察像を得るためのイオンビーム走査によって下地基板やパターンへのの損傷を防止するため、加工部分周辺が水蒸気雰囲気になるようにしてイオンビームを照射してＳＩＭ像を得るものである。
【０００７】
【作用】
本発明はＳＩＭ像を得ようとする試料の周辺をイオンビームの走査時に水蒸気の雰囲気とすることにより、試料表面がイオンビームエッチングされないようにするものである。この現象は水蒸気雰囲気中にある試料の表面に水蒸気ガスの吸着層が形成され、これが保護層として作用することによって、イオンビームの照射による損傷を防止するものと解される。
また、この方法をフォトマスクの欠陥をイオンビーム照射によって修正する場合に適用すると、当初観察時のイオンビーム照射による試料表面の損傷が防止されるだけでなく、フォトマスクとしての光学的特性の変化も防止できるものである。これは、フォトマスクは一般にガラス基板上にクロムやモリブデンシリサイド等でパターンが形成されたものであり、ガラス基板にイオンビームが直接照射されると、イオンであるＧa が基板中に注入されガラスの透明度を落としてしまったり、パターンの反射率が上がったり、位相が変化するなどパターンの光学特性を損なってしまうという問題があったが、本発明の場合には試料表面に水蒸気の吸着層が形成されているため、その注入やエッチングが阻止され光学的特性への影響が生じないものと思われる。
【０００８】
【本発明の実施形態】
本発明の実施の態様を図１に示す。１はＧa 液体金属のイオン源、２はイオンビーム、３は静電イオン光学系、７は試料、９は試料が載置されるステージ、１０は試料室を真空に引く真空ポンプである。６はイオンビームの照射により試料面から放出された二次荷電粒子を検出する検出器で、１１はその検出信号をＡ／Ｄ変換する変換器、１２は検出した信号に基づく像を表示する表示装置である。この実施例は水蒸気源として含水塩を使用する場合の装置で、１３は含水塩が収納されたリザーバーで、１４は温度センサー１５により検知したリザーバー内温度に応じてヒーター１６を制御する温度コントローラーであり、１７は水蒸気供給路のバルブ、８は水蒸気を放出するガス放射口である。
【０００９】
走査イオン顕微鏡により観察像を得るために、まず、試料室を真空に引いて真空環境を整えると共に温度コントローラー１４を駆動させてリザーバー１３を加熱し、リザーバー内に収納された含水塩（例えば沃化鉄等）から水分を分離蒸発させる。開閉バルブ１７を開いてガス放射口８から試料面に向けて気化した水蒸気を吹きつける。この場合の吹き付けは加工時のアシストガスの吹き付けのように試料の局部にガスを吹き付けるものではなく、観察領域全体を水蒸気雰囲気で包むようにするものであるから、この放出口８はガスインジェクターである必要はなく、ただの開口でよい。試料面に水蒸気の吸着層が形成されたところでイオンビームを照射する。Ｇa イオンはイオン光学系３を経てイオンビーム２とされ、図１には示されていないデフレクタによって偏向駆動され、試料７の面をラスター状に走査する。その際のイオンビーム照射により試料表面から二次荷電粒子がはじき出され、その粒子は二次荷電粒子検出器６で捕獲され検出される。検出された二次荷電粒子の電荷信号はＡ／Ｄ変換器１１によってディジタル値に変換されＣＲＴ表示装置１２上にＳＩＭ像として表示される。
本発明によれば、この際のイオンビームは水蒸気の吸着層を介して試料面に照射されるため、吸着層が保護層として作用して試料表面に損傷を与えることは少ない。また、この吸着層のため、試料内へのイオン注入の現象も防止されるものであり、これを半導体のフォトマスクにおける欠陥修正をイオンビームを用いて行う場合には、加工に先立ってなされる観測ＳＩＭ像のイオンビームの走査によるＧa の注入やエッチングが防止され、下地基板であるガラスの透明度を損なったり、パターンの光学的特性を損なうことがないものである。
【００１０】
図２に水蒸気供給系部分の変形例を示す。先の実施例では含水塩を加熱して水蒸気を分離蒸発させて得る方法を示したが、これは水を蒸発させて水蒸気を得る方法である。基本的に蒸気釜と同様であるリザーバー１８の水蒸気は圧力コントローラー１９により制御されるコントロールバルブ２２を介してガス溜め２０に溜められ、開閉バルブ１７を経てガス放射口に送られる。ガス溜め２０の圧力を真空ゲージ２１でモニターし先の圧力コントローラー１９に送信する。試料室は真空に引かれた低圧であるのに対し、リザーバー１８内の圧力は高圧であるため直接その水蒸気を試料室内に放出することはできない。したがって、ガス溜め２０が適度の圧力となるように真空ゲージ２１によって圧力を検出し、圧力コントローラー１９においてコントロールバルブ２２の開度を制御する駆動信号を演算発信し、それに基づくコントロールバルブ２２の開度によってガス溜め２０への水蒸気供給量を制御するフィードバック制御系を構成している。
【００１１】
次にガス噴射口の代わりに加工時に使用するアシストガスを供給するためのガスインジェクターを兼用する実施例を図３を参照して説明する。５は試料の加工部に局部的にアシストガスを吹き付けるガスインジェクターで、このガスインジェクター５はバルブ17' を介して先の例に示したような水蒸気供給源40に接続されており、アシストガス源41もまたバルブ17" を介してこのガスインジェクター５に並列的に接続されている。当初観察時のイオンビーム照射に際しては、バルブ17' を開きガス放射口８から水蒸気を供給し、試料の周囲を水蒸気雰囲気にする点は先の例と同様である。加工に先立つＳＩＭ像のためのイオンビーム走査が終了したならば、バルブ17' を閉めてから今度はバルブ17" を開き、ガスインジェクター５にアシストガス源41からのアシストガスを供給して試料の加工を実施する。水蒸気の供給とアシストガスの供給を同じガスインジェクターを兼用して実行できるので、狭い試料室内をシンプルにし、見通しもよくすることができる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明は、走査イオン顕微鏡像を得るに際し、試料周辺を水蒸気雰囲気にして観察領域全面に水蒸気の吸着層を形成させてイオンビーム走査を実行するものであるため、水蒸気がエッチング作用をエンハンスしない材質（ガラス、クローム、モリブデンシリサイド等）に対して、水蒸気の吸着層が試料の保護層として作用し、試料表面の不本意なエッチングや、試料内へのイオン注入が防止され、試料の物理的・化学的変化を防止できるという画期的な作用効果を有するものである。 また、本発明をイオンビームを用いた半導体のフォトマスクにおける欠陥の修正に適用すると、ＳＩＭ像観察時のイオンビームによる試料の損傷例えばイオン注入によるガラス基板の透明度が低下したり、パターンの光学的特性が変化する等の不都合もほどんどみられないものである。 更に、ガスインジェクターを備えたイオンビーム加工装置においては、水蒸気源とアシストガス源をバルブを介して当該ガスインジェクターに並列接続することで、ガス放出口を別個に備えることなくシンプルに装置化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する装置の例を示す図。
【図２】本発明を実施する装置の変形例を示す図。
【図３】本発明を実施する装置の他の変形例を示す図。
【図４】集束イオンビーム装置を構成を示す図。
【符号の説明】
１ イオン源 １０ 真空ポンプ
２ イオンビーム １１ Ａ／Ｄ変換器
３ 静電光学系 １２ 表示装置
３１ コンデンサレンズ １３ リザーバー（含水塩用）
３２ ビームブランカ １４ 温度コントローラー
３３ アライナ １５ 温度センサ
３４ 可動絞り １６ ヒーター
３５ スティグメーター／アライナ １７ バルブ
３６ 対物レンズ １８ リザーバー（水用）
３７ デフレクタ １９ 圧力コントローラー
５ ガスインジェクター ２０ ガス溜め
６ 二次荷電粒子検出器 ２１ 真空ゲージ
７ 試料 ２２ コントロールバルブ
８ ガス放出口 ４０ 水蒸気源
９ ステージ ４１ アシストガス源
【発明の属する技術分野】
本発明は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いて試料の観察像を得る際に、イオンビームの照射による試料面の損傷を防止する方法およびその装置に関し、特に半導体用フォトマスクの修正加工を行うのに好適な加工領域の観察方法と加工方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高倍率の顕微鏡として電子顕微鏡と共に走査イオン顕微鏡（ＳＩＭ）の存在は一般に広く知られているところである。原理的には走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）と類似であるが、ビームとして試料面に照射されるものが電子ではなくイオンであること、試料面から放出される二次荷電粒子が電子とは限らずイオンを含んでいる点で大きく違う。この放出される二次荷電粒子が異なることで、検出電荷に基づく走査画像（ＳＥＭ像とＳＩＭ像）は試料の材質によって解像感度が異なったものとなる。したがって、被検査試料の種類に対しＳＥＭ像よりもＳＩＭ像の方が鮮明である場合にはイオンビーム顕微鏡が選択されたり、双方の走査画像を比較検討することで更に詳細な観察が可能であるため、双方の顕微鏡画像を得ることが行われている。
【０００３】
集束イオンビーム装置が、半導体製造関連分野で使用されるようになったのは１０数年前のことでありその歴史は浅いが、イオン光学系の基本性能における最近の進歩はめざましく、観察用の顕微鏡としては高輝度、高分解能のものが、そして加工装置としては高精度のものが得られるようになった。まず、本発明の前提技術である走査イオン顕微鏡装置の概要を図４に基づいて説明をしておく。１はイオン源（例：Ｇa 液体金属）、２はイオンビーム、３はコンデンサレンズ31, ビームブランカ32, アライナ33, 可動絞り34, スティグメータ／アライナ35, 対物レンズ36, ディフレクタ37からなる静電光学系、５はガスインジェクター、６は二次荷電粒子検出器で、７が試料である。
【０００４】
集束イオンビーム装置を用いて高精度の加工をする際には、加工に先立ち加工場所を特定したり、或いは加工領域を正確に定めるためにＳＩＭ像を撮る必要がある。そのために、イオンビームを試料に照射しなければならず、そのイオンビームの照射が試料に不本意な損傷を与えてしまうという問題があった。従来、こうした損傷に対しては、極力イオンビームの照射量を押さえる努力がなされきただけで、本質的な問題解決のためには何等の対策もなされていないものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すでに述べたように、走査イオン顕微鏡の場合、顕微鏡像を得るために行うイオンビーム走査によって試料の表面が損傷を受けてしまうという問題をもっている。すなわち電子顕微鏡の場合の電子ビームと異なり、イオン顕微鏡の場合には試料面の照射されるイオンビームをつくる電荷粒子の質量が大きく、衝突時の運動量が電子の場合に比べ格段に大きくなる。そのため、スパッタリング現象で試料の表面が破損したり、イオンが試料内に注入されたりして試料の材質を変化させてしまう等の問題をもっている。本発明の課題はＳＩＭ像を得るに当たってのイオンビームの照射を行う際に、試料に損傷を与えないようにする方法およびその方法を実施する装置を提供することにある。
特に、半導体のフォトマスクにおける欠陥修正をイオンビームを用いて行う際に、加工に先立ってなされるＳＩＭ像を得るためのイオンビームの照射による下地基板やパターンへの損傷を与えない修正加工方法およびその装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
集束イオンビームを走査して試料表面より放出される２次荷電粒子を検出して試料面の観察像を得る際に、そのビーム照射による試料の損傷を防止するために、前記試料のまわりを水蒸気雰囲気とすることで当該試料表面の観察領域に水蒸気の吸着層を形成させて、イオンビームの走査を実行するものであり、特に、フォトマスクの欠陥をイオンビーム照射によって修正する際に、加工に先だってなされる試料観察像を得るためのイオンビーム走査によって下地基板やパターンへのの損傷を防止するため、加工部分周辺が水蒸気雰囲気になるようにしてイオンビームを照射してＳＩＭ像を得るものである。
【０００７】
【作用】
本発明はＳＩＭ像を得ようとする試料の周辺をイオンビームの走査時に水蒸気の雰囲気とすることにより、試料表面がイオンビームエッチングされないようにするものである。この現象は水蒸気雰囲気中にある試料の表面に水蒸気ガスの吸着層が形成され、これが保護層として作用することによって、イオンビームの照射による損傷を防止するものと解される。
また、この方法をフォトマスクの欠陥をイオンビーム照射によって修正する場合に適用すると、当初観察時のイオンビーム照射による試料表面の損傷が防止されるだけでなく、フォトマスクとしての光学的特性の変化も防止できるものである。これは、フォトマスクは一般にガラス基板上にクロムやモリブデンシリサイド等でパターンが形成されたものであり、ガラス基板にイオンビームが直接照射されると、イオンであるＧa が基板中に注入されガラスの透明度を落としてしまったり、パターンの反射率が上がったり、位相が変化するなどパターンの光学特性を損なってしまうという問題があったが、本発明の場合には試料表面に水蒸気の吸着層が形成されているため、その注入やエッチングが阻止され光学的特性への影響が生じないものと思われる。
【０００８】
【本発明の実施形態】
本発明の実施の態様を図１に示す。１はＧa 液体金属のイオン源、２はイオンビーム、３は静電イオン光学系、７は試料、９は試料が載置されるステージ、１０は試料室を真空に引く真空ポンプである。６はイオンビームの照射により試料面から放出された二次荷電粒子を検出する検出器で、１１はその検出信号をＡ／Ｄ変換する変換器、１２は検出した信号に基づく像を表示する表示装置である。この実施例は水蒸気源として含水塩を使用する場合の装置で、１３は含水塩が収納されたリザーバーで、１４は温度センサー１５により検知したリザーバー内温度に応じてヒーター１６を制御する温度コントローラーであり、１７は水蒸気供給路のバルブ、８は水蒸気を放出するガス放射口である。
【０００９】
走査イオン顕微鏡により観察像を得るために、まず、試料室を真空に引いて真空環境を整えると共に温度コントローラー１４を駆動させてリザーバー１３を加熱し、リザーバー内に収納された含水塩（例えば沃化鉄等）から水分を分離蒸発させる。開閉バルブ１７を開いてガス放射口８から試料面に向けて気化した水蒸気を吹きつける。この場合の吹き付けは加工時のアシストガスの吹き付けのように試料の局部にガスを吹き付けるものではなく、観察領域全体を水蒸気雰囲気で包むようにするものであるから、この放出口８はガスインジェクターである必要はなく、ただの開口でよい。試料面に水蒸気の吸着層が形成されたところでイオンビームを照射する。Ｇa イオンはイオン光学系３を経てイオンビーム２とされ、図１には示されていないデフレクタによって偏向駆動され、試料７の面をラスター状に走査する。その際のイオンビーム照射により試料表面から二次荷電粒子がはじき出され、その粒子は二次荷電粒子検出器６で捕獲され検出される。検出された二次荷電粒子の電荷信号はＡ／Ｄ変換器１１によってディジタル値に変換されＣＲＴ表示装置１２上にＳＩＭ像として表示される。
本発明によれば、この際のイオンビームは水蒸気の吸着層を介して試料面に照射されるため、吸着層が保護層として作用して試料表面に損傷を与えることは少ない。また、この吸着層のため、試料内へのイオン注入の現象も防止されるものであり、これを半導体のフォトマスクにおける欠陥修正をイオンビームを用いて行う場合には、加工に先立ってなされる観測ＳＩＭ像のイオンビームの走査によるＧa の注入やエッチングが防止され、下地基板であるガラスの透明度を損なったり、パターンの光学的特性を損なうことがないものである。
【００１０】
図２に水蒸気供給系部分の変形例を示す。先の実施例では含水塩を加熱して水蒸気を分離蒸発させて得る方法を示したが、これは水を蒸発させて水蒸気を得る方法である。基本的に蒸気釜と同様であるリザーバー１８の水蒸気は圧力コントローラー１９により制御されるコントロールバルブ２２を介してガス溜め２０に溜められ、開閉バルブ１７を経てガス放射口に送られる。ガス溜め２０の圧力を真空ゲージ２１でモニターし先の圧力コントローラー１９に送信する。試料室は真空に引かれた低圧であるのに対し、リザーバー１８内の圧力は高圧であるため直接その水蒸気を試料室内に放出することはできない。したがって、ガス溜め２０が適度の圧力となるように真空ゲージ２１によって圧力を検出し、圧力コントローラー１９においてコントロールバルブ２２の開度を制御する駆動信号を演算発信し、それに基づくコントロールバルブ２２の開度によってガス溜め２０への水蒸気供給量を制御するフィードバック制御系を構成している。
【００１１】
次にガス噴射口の代わりに加工時に使用するアシストガスを供給するためのガスインジェクターを兼用する実施例を図３を参照して説明する。５は試料の加工部に局部的にアシストガスを吹き付けるガスインジェクターで、このガスインジェクター５はバルブ17' を介して先の例に示したような水蒸気供給源40に接続されており、アシストガス源41もまたバルブ17" を介してこのガスインジェクター５に並列的に接続されている。当初観察時のイオンビーム照射に際しては、バルブ17' を開きガス放射口８から水蒸気を供給し、試料の周囲を水蒸気雰囲気にする点は先の例と同様である。加工に先立つＳＩＭ像のためのイオンビーム走査が終了したならば、バルブ17' を閉めてから今度はバルブ17" を開き、ガスインジェクター５にアシストガス源41からのアシストガスを供給して試料の加工を実施する。水蒸気の供給とアシストガスの供給を同じガスインジェクターを兼用して実行できるので、狭い試料室内をシンプルにし、見通しもよくすることができる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明は、走査イオン顕微鏡像を得るに際し、試料周辺を水蒸気雰囲気にして観察領域全面に水蒸気の吸着層を形成させてイオンビーム走査を実行するものであるため、水蒸気がエッチング作用をエンハンスしない材質（ガラス、クローム、モリブデンシリサイド等）に対して、水蒸気の吸着層が試料の保護層として作用し、試料表面の不本意なエッチングや、試料内へのイオン注入が防止され、試料の物理的・化学的変化を防止できるという画期的な作用効果を有するものである。 また、本発明をイオンビームを用いた半導体のフォトマスクにおける欠陥の修正に適用すると、ＳＩＭ像観察時のイオンビームによる試料の損傷例えばイオン注入によるガラス基板の透明度が低下したり、パターンの光学的特性が変化する等の不都合もほどんどみられないものである。 更に、ガスインジェクターを備えたイオンビーム加工装置においては、水蒸気源とアシストガス源をバルブを介して当該ガスインジェクターに並列接続することで、ガス放出口を別個に備えることなくシンプルに装置化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する装置の例を示す図。
【図２】本発明を実施する装置の変形例を示す図。
【図３】本発明を実施する装置の他の変形例を示す図。
【図４】集束イオンビーム装置を構成を示す図。
【符号の説明】
１ イオン源 １０ 真空ポンプ
２ イオンビーム １１ Ａ／Ｄ変換器
３ 静電光学系 １２ 表示装置
３１ コンデンサレンズ １３ リザーバー（含水塩用）
３２ ビームブランカ １４ 温度コントローラー
３３ アライナ １５ 温度センサ
３４ 可動絞り １６ ヒーター
３５ スティグメーター／アライナ １７ バルブ
３６ 対物レンズ １８ リザーバー（水用）
３７ デフレクタ １９ 圧力コントローラー
５ ガスインジェクター ２０ ガス溜め
６ 二次荷電粒子検出器 ２１ 真空ゲージ
７ 試料 ２２ コントロールバルブ
８ ガス放出口 ４０ 水蒸気源
９ ステージ ４１ アシストガス源
Claims (1)
- ガラス、クローム、モリブデンシリサイド等の水蒸気がエッチング作用をエンハンスしない材質からなるフォトマスクを集束イオンビーム装置で試料面の観察像を取得して欠陥部分を定め、前記集束イオンビーム装置で前記欠陥部分を修正する欠陥修正方法において、集束イオンビームを走査して試料表面より放出される２次荷電粒子を検出して試料面の観察像を得る際に、前記試料面に向けてガス放射口から水蒸気を吹き付け前記試料を水蒸気雰囲気中に置き、集束イオンビームを試料面に走査し観察し、しかる後に前記フォトマスクの欠陥部分にアシストガスを吹き付けながら前記集束イオンビームを照射して修正を施すフォトマスクの欠陥修正方法。
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