JP4923723B2 - 集光されたイオンビームによる薄膜の加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、集光されたイオンビームによる薄膜の加工方法に係り、特に、半導体素子の製造において、光リソグラフィ工程で用いられるフォトマスクにおける遮光膜パターンの欠陥を、集光されたイオンビームの照射により修正する方法に関する。

ＬＳＩ，液晶等の製造には、多くの光リソグラフィ工程を伴うが、それに用いるフォトマスクは、一般に石英基板上に金属薄膜を蒸着した後、レジストを塗布し、電子ビーム等を用いてパターン露光し、金属薄膜を化学的にエッチングして遮光パターンを形成する工程を経て製造される。このようにして製造されたフォトマスクには、レジストやエッチングの不均一性のため、遮光パターンの出っ張りなどの黒欠陥や、パターンの欠落などの白欠陥が発生することがある。

これらの欠陥は、ＬＳＩ，液晶等に回路不良を発生させる原因になるので、修正する必要がある。このようなフォトマスクの欠陥を検査し、修正するために、集光されたイオンビーム（ＦＩＢ）を用いる方法が開発されている。

ＦＩＢは、０．１μｍ以下に細く絞ったイオンビームを用いる技術で、（１）高分解能での観察、（２）微小領域のエッチング、（３）微細パターンの皮膜形成の三つの機能を有していることから、観察と微細加工を同一装置内でできるという利点を有し、各種デバイスの欠陥検査及び欠陥修正に極めて有効性の高い技術である。

即ち、サブミクロンオーダーに絞られたＦＩＢで試料表面を走査し、このとき表面から放出される二次電子を検出してディスプレイ上に走査イオン像としてとらえることができる。また、ＦＩＢを試料表面に照射すると、試料表面上の原子や分子が真空中にはじき出され、このスパッタリング現象により、黒欠陥を除去することができる。更に、炭素系ガスの存在下でＦＩＢを照射することにより、白欠陥をカーボン膜で埋めることができる。

ＦＩＢを用いたフォトマスクの検査及び修正のプロセスを図８に示す。

図８において、欠陥を有するフォトマスクは、処理室内に配置された後、最初に、ラフスキャン工程に供される。ラフスキャン工程では、フォトマスク全体の表面にＦＩＢを短い照射時間で照射し、スキャンして、修正領域が仮指定される。

次に、このようにして修正領域が仮指定された後、詳細スキャン工程が行われる。詳細スキャンでは、ＦＩＢが照射され、スキャンされて、欠陥を含む領域全体の詳細な画像が得られ、修正領域が指定される。なお、この視野全体の詳細スキャンが実施されると、ＦＩＢが長時間試料に照射されるために、試料表層に打ち込まれる荷電粒子の量が増大し、試料特性の変質を招いてしまう。フォトマスクの場合、ガラス部の透過率の低下や遮光膜の反射率の上昇等が生じるという問題がある。

その後、処理室内に反応ガスが導入され、修正領域に対しＦＩＢを照射することにより、欠陥の修正を行う。しかし、詳細スキャン後に反応ガスが導入されると、処理室内の電場が変化し、修正前のスキャン時と、ガス導入後の修正開始時とでビーム照射位置が変動してしまうという問題がある。
特開平７−１９１４５０号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、被加工物がダメージを受けることなく、精度よく、微小サイズの加工を可能とする、集光されたイオンビームによる薄膜の加工方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、薄膜に集光されたイオンビームを照射し、薄膜全体にスキャンして、ラフに加工領域を認識し、指定する工程、前記薄膜が配置された処理室内に加工領域の加工のための反応ガスを導入する工程、前記反応ガスの導入工程の後、前記薄膜の指定された加工領域近傍に集光されたイオンビームを照射し、局所的にスキャンして、詳細に加工領域を認識し、指定する工程、前記薄膜の詳細に指定された加工領域に集光されたイオンビームを照射し、加工領域の加工を行う工程を具備することを特徴とする、集光されたイオンビームによる薄膜の加工方法を提供する。

以上のように構成される本発明の第１の態様に係る薄膜の加工方法において、前記薄膜はフォトマスクの遮光膜パターンであり、前記加工領域は、欠陥を含む領域であり、前記加工領域の加工は、欠陥の修正とすることができる。即ち、本発明をフォトマスクの欠陥の修正に適用することができる。

前記欠陥が黒欠陥の場合には、欠陥の修正は、エッチングにより行うことができる。また、前記欠陥が白欠陥の場合には、欠陥の修正は、成膜により行うことができる。

前記詳細に認識された加工領域の画像をピクセル単位で編集することにより、サイズの補正処理を行なうことができる。詳細に認識された加工領域の画像の一部が、前記補正処理によって消失する場合に、補完ピクセルを追加し、加工領域の画像を確保することができる。

本発明によると、反応ガスの導入後に、荷電粒子ビームの局所的な照射による詳細な加工領域の認識、指定を行っているため、反応ガスの導入による電場の変化によって、指定された加工領域への修正用荷電粒子ビームの照射位置が変動することがない。そのため、薄膜の加工位置精度を向上させることができ、薄膜の微細な加工を正確に行うことが可能である。

また、詳細な加工領域の指定のための荷電粒子ビームの長時間の照射を広範囲に行っていないため、荷電粒子ビームの長時間の照射による試料の変質を抑制することができる。

更に、加工可能な加工領域のサイズを縮小することができるため、微細な欠陥を有する微細パターンの修正等の薄膜の加工が可能である。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る荷電粒子ビームによる加工方法をフォトマスクの欠陥の修正に適用した例を示す工程図である。図１に示すように、このフォトマスク欠陥修正プロセスには、ラフスキャン、局所スキャン、及びＦＩＢ照射の３回の荷電粒子ビームの照射工程が行われるが、荷電粒子ビーム源としては、いずれもガリウム（Ｇａ）をイオン源とするＦＩＢであり、その加速電圧は３０ｋＶ、試料面での照射電流は３２〜３８ｐＡとした。

図１において、欠陥を有するフォトマスクは、処理室内に配置された後、最初に、ラフスキャン工程に供される。ラフスキャン工程では、フォトマスク表面の全体にＦＩＢを短い照射時間で照射し、スキャンして、図２（ａ）に示すようなラフ画像を得る。このラフ画像を観察することにより、修正領域が仮指定される。

なお、ラフスキャン工程におけるＦＩＢの１ピクセル当たりの照射時間は、１．０μ秒であり、エネルギー密度は、約０．３６ｐＣ／μｍ^２であった。また、ＦＩＢの照射によるガラス部の透過率の低下は、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）で約０．２５％／回と極めて少なかった。

このようにして修正領域が指定された後、処理室内に加工用ガスが導入された。加工用ガスとしては、白欠陥の場合にスチレンやピレン等の炭素系のガスが導入され、黒欠陥の場合にキセノンジフルオライド（ＸｅＦ_２）が導入された。このキセノンジフルオライド（ＸｅＦ_２）は、例えば、遮光膜を構成するＭｏＳｉを削るために使用される。

その後、局部スキャン工程が行われる。局部スキャン工程では、図２（ｂ）に示す指定された修正領域にＦＩＢを比較的長い照射時間で照射し、スキャンして、図２（ｃ）に示すような２値化画像を得た。この２値化画像において、ピクセル単位で修正領域が再指定される。

なお、局部スキャン工程におけるＦＩＢの１ピクセル当たりの照射時間は、３．９μ秒であり、エネルギー密度は、約１．４ｐＣ／μｍ^２であった。また、ＦＩＢの照射によるガラス部の透過率の低下は、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）で約１％／回であった。

次に、以上のようにして指定された修正領域のサイズについての補正を行う。即ち、実際の欠陥の修正プロセスにおいては、指定された修正領域の画像と、実際の修正領域との間にはサイズのズレが発生する。

このような場合、通常は、このズレを補正するために、領域全体の拡張・縮小、もしくは、あるエッジ部分のみを検出して拡張・縮小を実施している。即ち、図３に示すように、指定された修正領域（図３（ａ）に対し、サイズ補正を行わずに修正を実施すると、仕上がりサイズは、指定修正領域のサイズよりも大きく（小さく）なってしまう（図３（ｂ））。そのため、大きくなる分を計測して、逆補正をかけることにより（図３（ｃ））、サイズを合わせることができる（図３（ｄ））。

しかし、修正領域が小さい場合、縮小補正を実施すると、補正後の実サイズが消失してしまい、結果として修正が実施できないという問題が発生する。

本発明では、このように補正処理により指定された領域の画像が消失してしまう場合には、補完ピクセルを追加し、修正領域を確保している。即ち、図４に示すように、元々のエッジに合わせた画像（図４（ａ））に対して、サイズの補正により４ピクセルの削除で済む場合には、図４（ｂ）のように指定領域の画像が残るが、１５ピクセルの削除をしなければならない場合には、画像が消えてしまう（図４（ｃ））。そのため、エッジから反対側に補完画像を追加することにより、修正領域を確保している（図４（ｄ））。

次に、以上のように、サイズの補正がされた修正領域に対し、ＦＩＢを照射することにより、欠陥の修正を行う。白欠陥の場合、約０．２０〜０．４０ｎＣ／μｍ^２のエネルギー密度でＦＩＢを照射することにより、カーボン膜を積層して白欠陥を修正することができる。また、黒欠陥の場合、約０．１３〜０．２６ｎＣ／μｍ^２のエネルギー密度でＦＩＢを照射することにより、ＭｏＳｉ膜を除去して黒欠陥を修正することができる。

図５は、２６０ｎｍのサイズのパターンに存在する白欠陥を示し、図６は、これを上述した本発明の方法により修正したパターンを示す。また、図７は、図５に示す白欠陥を、ＦＩＢのラフスキャンと詳細スキャンを続けて行う従来の方法により修正したパターンを示す。図６から、本発明の方法によると、適正な修正が行われていることがわかる。これに対し、図７に示すように、従来の方法によると、白欠陥の修正は全くなされていない。これは、指定された修正領域が小さいために、修正領域のサイズの補正（縮小補正）が行われた結果、補正後の実サイズが消失してしまったためである。

本発明は、ＬＳＩ，液晶等の製造に用いられるフォトマスクの欠陥の修正、ＴＥＭ分析試料の作成、ＩＣ回路の修正等に広範に適用することができる。

本発明の一実施形態に係る荷電粒子ビームによる加工方法をフォトマスクの欠陥の修正に適用した例を示す工程図。 ラフスキャンにより得たラフ画像及び局部スキャンにより得た２値化画像を示す図。 指定された修正領域画像のサイズ補正を示す図。 修正領域が小さい場合の補完ピクセルを追加してサイズ補正を行う方法を示す図。 白欠陥像を示す写真。 本発明により修正されたパターン像を示す写真。 従来の方法により修正されたパターン像を示す写真。 ＦＩＢを用いたフォトマスクの検査及び修正のプロセスを示す工程図。

Claims (6)

1. 薄膜に集光されたイオンビームを照射し、薄膜全体にスキャンして、ラフに加工領域を認識し、指定する工程、
   前記薄膜が配置された処理室内に加工領域の加工のための反応ガスを導入する工程、
   前記反応ガスの導入工程の後、前記薄膜の指定された加工領域近傍に集光されたイオンビームを照射し、局所的にスキャンして、詳細に加工領域を認識し、指定する工程、
   前記薄膜の詳細に指定された加工領域に集光されたイオンビームを照射し、加工領域の加工を行う工程
   を具備することを特徴とする、集光されたイオンビームによる薄膜の加工方法。
2. 前記薄膜はフォトマスクの遮光膜パターンであり、前記加工領域は、欠陥を含む領域であり、前記加工領域の加工は、欠陥の修正であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の加工方法。
3. 前記欠陥は、黒欠陥であり、前記欠陥の修正は、エッチングにより行われることを特徴とする請求項２に記載の薄膜の加工方法。
4. 前記欠陥は、白欠陥であり、前記欠陥の修正は、成膜により行われることを特徴とする請求項２に記載の薄膜の加工方法。
5. 前記詳細に認識された加工領域の画像をピクセル単位で編集して、サイズの補正処理を行なうことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜の加工方法。
6. 前記詳細に認識された加工領域の画像の一部が、前記補正処理によって消失する場合に、補完ピクセルを追加し、加工領域の画像を確保することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の薄膜の加工方法。

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