(57)【要約】【課題】洗浄工程で耐薬品性をもち、膜剥れが起きず膜減りの少ない、実用に耐えられるフォトマスクの白欠陥を修正できる遮光膜を電子ビームＣＶＤによって形成する技術を提供する。【解決手段】本発明のフォトマスクの白欠陥修正方法は、原料ガス３としてフェナントレンを用いる電子ビームＣＶＤであって、電子ビーム１の加速電圧が１ｋＶの場合には、電子ビーム１が照射点に滞在する時間と電流密度の積が40〜10000(μsec・pＡ／μｍ２)の範囲になるように設定し、前記加速電圧が１ｋＶ以外の時は、該加速電圧における加速電圧１ｋＶの時に対する二次電子発生効率の比を求めその比の値分の１倍にして前記設定範囲の上下限値を変え、原料ガス３であるフェナントレンの供給はリザーバでの加熱温度を40℃以上にして行う。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスとしてフェナントレンを用いる電子ビームＣＶＤであって、前記電子ビームの加速電圧が１ｋＶの場合には、電子ビームが照射点に滞在する時間と電流密度の積が40〜10000(μsec・pＡ／μｍ２)の範囲になるように設定し、前記加速電圧が１ｋＶ以外の時は、該加速電圧における加速電圧１ｋＶの時に対する二次電子発生効率の比を求めその比の値分の１倍にして前記設定範囲の上下限値を変えることを特徴とするフォトマスクの白欠陥修正方法。
【請求項２】
原料ガスであるフェナントレンの供給はリザーバでの加熱温度を40℃以上にして行うことを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの白欠陥修正方法。
【請求項３】
原料ガスとしてナフタレンを用いる電子ビームＣＶＤであって、前記電子ビームの加速電圧が１ｋＶの場合には、電子ビームが照射点に滞在する時間と電流密度の積が20〜10000(μsec・pＡ／μｍ２)の範囲になるように設定し、前記加速電圧が１ｋＶ以外の時は、該加速電圧における加速電圧１ｋＶの時に対する二次電子発生効率の比を求めその比の値分の１倍にして前記設定範囲の上下限値を変えることを特徴とするフォトマスクの白欠陥修正方法。
【請求項４】
原料ガスであるナフタレンの供給はリザーバでの加熱温度を10℃以上にして行うことを特徴とする請求項３に記載のフォトマスクの白欠陥修正方法。
【請求項５】
電子ビームの径が照射ピクセルサイズより大きい場合、電子ビームの照射点にビームが滞在する時間と電流密度の積の値を隣接ピクセル照射時の影響を勘案して調整する請求項１から４のいずれかに記載のフォトマスクの白欠陥修正方法。
【請求項６】
原料ガスとしてフェナントレンを用いる電子ビームＣＶＤであって、前記電子ビームの加速電圧が１ｋＶの場合には、電子ビームが照射点に滞在する時間と電流密度の積が40〜10000(μsec・pＡ／μｍ２)の範囲になるように設定して行い、前記加速電圧が１ｋＶ以外の場合には、前記加速電圧が１ｋＶの時の二次電子発生効率よりも二次電子発生効率が大きい場合は、二次電子発生効率が大きい分だけ前記電子ビームが照射点に滞在する時間と電流密度の積の設定する範囲を値が小さくなる方向にシフトし、前記加速電圧が１ｋＶの時の二次電子発生効率よりも二次電子電子発生効率が小さい場合は、二次電子発生効率が小さい分だけ前記電子ビームが照射点に滞在する時間と電流密度の積の設定する範囲を値が大きくなる方向にシフトすることを特徴とするフォトマスクの白欠陥修正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体デバイスの製造に用いられるフォトマスクの白欠陥を修正する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトマスクは転写の原版となるものであり、マスクに欠陥が存在すると転写されるウェハの全てに欠陥が反映されてデバイスの性能を低下させてしまう。そのため、マスクには無欠陥性が強く求められ、マスクに欠陥がある場合にはその欠陥は修正されなければならない。従来からこの修正加工をマスクリペア技術と称して半導体製造分野では重要な位置を占めている。
【０００３】
最近のマスクリペアの技術では最先端フォトマスクの微細欠陥はＦＩＢ加工で修正されるようになってきている。すなわち、黒欠陥はＦＩＢのガスアシストエッチの手法を用いて除去され、白欠陥はカーボン系のＦＩＢ−ＣＶＤの手法で遮光膜を形成させることで修正されている。フォトマスクの欠陥修正は修正個所の光学特性や修正精度が重要であることは当然であるが、それだけではなくフォトマスク製造において異物やレジスト残りを除去するための洗浄工程は欠くことのできない工程であるので、洗浄してもマスク修正個所の光学特性が低下しないことが求められる。洗浄は酸やアルカリやオゾンを用いた化学的な洗浄や超音波などを用いた物理的な洗浄が行われている。一度修正したマスクは複数回の耐薬品性と耐摩耗性をもって洗浄プロセスに耐えなければならない。ＦＩＢ−ＣＶＤによる遮光膜も金属系の遮光膜では薄い膜厚で遮光できるが、洗浄によってＦＩＢ−ＣＶＤで付けた膜が剥れてしまう。そのため、膜厚が厚くなっても洗浄で膜剥れが起きず膜減りの少ないカーボン系のＦＩＢ−ＣＶＤ遮光膜として使用されているところである。
【０００４】
リソグラフィは設計ルールの微細化の進展に伴い、露光装置のレンズの高ＮＡ化と露光波長の短波長化で対応してきた。現在は波長248ｎｍのＫrＦエキシマレーザーを用いた露光装置がデバイス製造で使用され、研究開発レベルでは波長193ｎｍのＫrＦエキシマレーザーを用いた露光装置が使用されるようになってきている。更に波長の短い波長157ｎｍのＦ２エキシマレーザーを用いた露光装置の開発も進められている。露光波長が短波長化するにつれて、欠陥認識等のため走査型イオン顕微鏡（ＳＩＭ）で顕微鏡画像を取得する時や、ＦＩＢ欠陥修正時に照射されるプライマリービームのイオン源であるガリウムの注入による透過率の低下が問題となってきている。そのような中で、Ｆ２エキシマレーザーを用いた露光装置に対して、ＦＩＢ−ＣＶＤに換えて、透過率の低下が起こらない電子ビームを用いたＣＶＤによる欠陥修正方法も検討され始めている（特許文献１，特許文献２参照）。電子ビームはＦＩＢよりも小さなビーム径を実現できるので、Ｆ２エキシマレーザーを用いて露光するような世代の微細なパターンヘの適応能力も持ち合わせている。
【特許文献１】特開２００４−１２８０６号公報「レベンソン型位相シフトマスクの欠陥修正方法」  平成１６年１月１５日公開
【特許文献２】特開２００１−１８５４７９号公報「リソグラフィ用マスク基板およびその製造方法」  平成１３年７月６日公開
【非特許文献１】E.W.McDaniel, Collision phenomena in ionized gases, John Wiley & Sons Inc.,1964
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電子ビームによる白欠陥修正で形成された遮光膜についても後の洗浄工程で膜剥れが起きたり、膜減りの少ないＣＶＤ膜を形成する必要があるが、ＦＩＢ−ＣＶＤに比べ歴史の浅い電子ビームＣＶＤでは堅固なデポジションを形成させることが困難であるという問題点があった。
【０００６】
この発明は上記問題点を解決し、フォトマスクの白欠陥修正において、洗浄工程で耐薬品性をもち、膜剥れが起きず膜減りの少ない、実用に耐えられる遮光膜を電子ビームＣＶＤによって形成する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のフォトマスクの白欠陥修正方法は、原料ガスとしてフェナントレンを用いて、欠陥部分に照射する電子ビームの加速電圧を１ｋＶとしたとき、照射点にビームが滞在する時間と電流密度の積が、40〜10000(μsec・pＡ／μｍ２)の範囲となるように設定して電子ビームＣＶＤを行うようにし、前記加速電圧が１ｋＶ以外の時は該加速電圧における加速電圧１ｋＶの時に対する二次電子発生効率の比を求めその比の値分の１倍にして前記設定範囲の上下限値を変えて範囲を設定した。また、原料ガスであるフェナントレンの供給はリザーバでの加熱温度を40℃以上にして行うようにした。
【０００８】
本発明のフォトマスクの白欠陥修正方法は、原料ガスとしてナフタレンを用いて、欠陥部分に照射する電子ビームの加速電圧を１ｋＶとしたとき、照射点にビームが滞在する時間と電流密度の積が、20〜10000(μsec・pＡ／μｍ２)の範囲となるように設定して電子ビームＣＶＤを行うようにし、前記加速電圧が１ｋＶ以外の時は該加速電圧における加速電圧１ｋＶの時に対する二次電子発生効率の比を求めその比の値分の１倍にして前記設定範囲の上下限値を変えて範囲を設定した。また、原料ガスであるナフタレンの供給はリザーバでの加熱温度が10℃以上にして行うようにした。
【発明の効果】
【０００９】
原料ガスとしてフェナントレンを用いた本発明のフォトマスクの白欠陥修正方法は、欠陥部分に照射する加速電圧１ｋＶの電子ビームの照射点にビームが滞在する時間と該電子ビームの電流密度の積が、40〜10000(μsec・pＡ／μｍ２)で電子ビームＣＶＤを行うようにし、原料ガスであるフェナントレンの供給はリザーバでの加熱温度を40℃以上にして行うようにしたことにより、洗浄による膜減りや膜の剥れのない加工が実現できた。
【００１０】
原料ガスとしてナフタレンを用いて本発明のフォトマスクの白欠陥修正方法は、欠陥部分に照射する加速電圧１ｋＶの電子ビームの照射点にビームが滞在する時間と電流密度の積が、20〜100 00(μsec・pＡ／μｍ２)で電子ビームＣＶＤを行うようにし、原料ガスとしてナフタレンをリザーバでの加熱温度が10℃以上であるようにしたことにより、洗浄による膜減りや膜の剥れのない加工が実現できた。
【００１１】
また上記の方法において電子ビームの加速電圧を１ｋＶ以外の加速電圧に設定する場合、加速電圧に対する試料からの二次電子発生効率を１ｋＶの場合の二次電子発生効率と比較して、電子ビームの照射点にビームが滞在する時間と電流密度の積の範囲を調整することで洗浄による膜減りや膜の剥れのない加工が実現できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のフォトマスクの白欠陥修正方法は、図１に示すように透明なガラス基板4bに遮光性の材料でパターン4aが形成されたフォトマスクの白欠陥部分4cをガスノズル２から原料ガス３を噴射させながら電子ビーム１を加工部分に照射するＣＶＤによって修正加工を施すもので、その後の洗浄工程において剥離や膜減りの起こらない堅固な電子ビームＣＶＤを実現するための研究において生まれたものである。試行錯誤の中から欠陥部分４cに照射する電子ビーム１の加工条件において、電子ビーム１が照射点に滞在する時間(Ｄｗｅｌｌ  Ｔｉｍｅ)と、電子ビーム１のビーム電流密度の積がある閾値よりも大きな条件で成膜することで、洗浄の前後で膜厚が殆ど変化しないカーボン系のＦＩＢ−ＣＶＤ遮光膜と類似した遮光膜を形成することができるとの知見を得た。図２の(a)に従来のＦＩＢ−ＣＶＤで作製したカーボン膜と、(b)に電子ビームＣＶＤで作製したカーボン膜(本発明の条件を満たしていない成膜条件で作製した膜)と、(c)に電子ビームＣＶＤで作製したカーボン膜(本発明の条件で作製した膜)について、強度を縦軸にとったラマンシフト波数が600から2300ｃｍ−１の範囲のラマンスペクトルを示す。この(b)(c)における加工条件は下記の表１に示したとおりである。グラフで強度については数値表示していないがここで重要なことはラマンスペクトルの形であるので、任意の単位としている。
【００１３】
【表１】
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(a)のスペクトルに比べ、(b)のスペクトルにはバックグラウンドに高波数側に上昇するピークがあるのがわかる。これは膜中に水素が含まれている場合に見られるものであり、この条件で作製した膜は洗浄により大きく膜減りした。それに対して(c)のスペクトルは(b)に比べて、(a)に近い形状となっており、この条件の膜は洗浄してもほとんど膜減りは見られなかった。また、この電子ビームＣＶＤ遮光膜は波長193ｎｍや157ｎｍの電子ビームに対して遮光膜として十分な遮光率を持っている。また、電子ビームＣＶＤを用いれば、微細な遮光膜を所望の位置に形成できるので、微細な欠陥にも対応でき、高精度な白欠陥修正を行える。
【００１４】
原料ガスにフェナントレンのような芳香族炭化水素を用い、荷電粒子を照射して水素を昇華させ、炭素を試料表面に付着させるＣＶＤにおいて、堅固な膜を形成させるということは炭素原子が密に結合した膜を成長させることを意味する。水素の昇華が十分でなく残留すると、膜中に含まれる炭素原子の密度が小さくなり、脆い膜となる。電子ビームＣＶＤにおいて水素を完全に昇華させるためには十分な荷電粒子の照射が必要と解される。
【００１５】
これまでの実験結果から、洗浄耐性のある膜というのは「デポジション生成量が0.003(μｍ３/nＣ)以下という条件で生成された膜」であるということが分かった。ここでnＣはナノクーロンであり、ここでいうデポジション生成量とは照射した荷電量単位当たりに対して生成された生成物の体積を示している。この条件の意味するところは照射した荷電粒子（この場合電子）量に対するデポジション生成量が少ない方、すなわち炭素が密に結合した方がより洗浄に耐えるデポ膜になるということである。この膜を作る方法は、「試料表面に供給した原料ガスに対して、多量の電子ビームを照射し成膜する」ということになる。この方法で成膜する加工条件は、以下の通りである。
【００１６】
ドーズ量(μＣ/ｍ２)＝Dwell Time(μSec)×Current Density(pＡ/μｍ２)
が閾値以上の条件であることということになる。ただし、この閾値はガス供給条件によって変化する点に注意しなければならない。図３にドーズ量：Dwell Time×Current Density(μSec・pＡ/μｍ２)に対するデポジション生成量(Deposition Yield:μｍ３/nＣ)のデータをグラフに示す。ここでの原料ガスはフェナントレンを用いているが、ガスリザーバの温度を三段階に設定しガス濃度を変えている。図３のグラフ中太線で示した0.003μｍ３/nＣの値が実験的に得られた耐洗浄性の可否のデポジション生成量の閾値であるが、40℃でフェナントレンを噴射させた状態ではドーズ量が40μSec・pＡ/μｍ２以上で耐性有りのデポ膜が形成されることが示されている。また、60℃でフェナントレンを噴射させた状態ではドーズ量が80μSec・pＡ/μｍ２以上で、75℃でフェナントレンを噴射させた状態ではドーズ量が150μSec・pＡ/μｍ２以上で耐性有りのデポ膜が形成されることが見て取れる。すなわち、原料ガスが濃い状態で供給されているときはそのガスを完全に分解して水素を昇華させるためにはそれだけ多くの電子ビームを照射する必要があることを示している。
【００１７】
原料ガスはリザーバの温度によって噴射されるガス濃度が異なることを述べたが、温度と蒸気圧との関係を図４のグラフに示す。このグラフは原料ガスとしてフェナントレンとナフタレンを用いたデータである。フェナントレン、ナフタレンは、ガス種によって値は異なるが、温度を上げると蒸気圧が上がり蒸発し易くなるという傾向において一致している。すなわちリザーバの温度を上げるとガス供給量(供給速度)が増加することが分かる。実際の作業においてガス供給量はリザーバの設定温度で制御することになるため、このガス種に対応した温度−蒸気圧特性は準備情報として蓄積しておくことが必要である。
【００１８】
効果的に耐洗浄性の高いデポ膜を形成するためには単にデポジション生成量が小さければよいということにはならないので、その周辺問題について説明する。１つの問題としては供給ガス量が少なすぎる場合がある。
【００１９】
リフレッシュタイム(加工領域内をビーム走査している時に同一ビーム照射点にビームが戻ってくるまでの時間)が短すぎる場合、試料表面へのガス供給が不十分になり、原料ガスの無いところヘドーズを供給することになる。これは所謂空撃ちの状態であり、つまり、成膜に寄与しないドーズ供給となって、上記の加工条件では定義できなくなる。そこで、リフレッシュタイムの下限値を定義する必要がある。ただし、この下限値は、ガス種やガス導入系(ノズル径、ノズル先端と試料表面との距離)によって変化することに留意しなければならない。因みに、ノズル先端(先端径0.5ｍｍφ)と試料欠陥部分との距離が330μｍ、原料ガスがフェナントレンまたはナフタレンの場合、リフレッシュタイムは５ｍsec以上とする必要がある。ただし、試料表面へのガス供給量はガスノズルと試料欠陥部分との距離の３乗に比例して小さくなっていく。すなわち、距離が大きくなればその分リフレッシユタイムの下限値は大きくなっていく。
【００２０】
もう一つの問題として照射するドーズ量が供給されたガスの量に比べて多すぎる場合もある。この場合、先の問題同様に原料ガスの無いところヘドーズを供給する空撃ちになり、成膜に寄与しないドーズが生じる。やはり上記の加工条件では定義できなくなる。そこで、この観点からもドーズ量の上限値を定義する必要がある。ただし、この上限値は、ガス供給条件によって変化することに留意しなければならない。図５はフェナントレンリザーバ温度を75℃に設定し、Dwell timeを２μsecとした条件下でCurrent DensityとDeposition Yieldの関係をグラフで示したものである。Current Densityを大きくすると供給ガスに対して照射ドーズ量が多くなり、Deposition Yieldは小さくなる。そして、この傾向からあるCurrent Densityに達するとDeposition Yieldは飽和することが推定できる。この値よりもCurrent Densityを増加させることは、原料ガスのないところにドーズを供給することになって意味をなさない。すなわちこのときのドーズ量（図５では10000μSec・pＡ/μｍ２）が加工条件の上限値となる。
【００２１】
原料ガス供給条件によって上限値がこの値より大きくなることはあるが、現実的なスループットや電子照射によるチャージアップの問題を考えるとフェナントレン、ナフタレンの場合の上限値をこれまでの実験の結果から、本発明では10000μSec・pＡ/μｍ２とするものである。
【００２２】
上記の条件を抑えれば、フェナントレン、ナフタレンを使った白欠陥修正の実用的な条件をカバーできると考えられるが、「ビーム径」と照射ピクセルサイズとの関係で本発明の条件を形式的に満たすことが所期の目的を満たさない場合が生じるのでその点についてふれておく。照射する電子ビームの径がシステム上で設定するビーム照射ピクセルサイズよりも大きい場合、該当ピクセルへのビーム照射は隣にあるピクセルにも電子を照射することになるため、両側のピクセルの照射時にも電子照射を受け実効的なDwell timeは大きくなってしまう。このことを勘案し、適正なドーズ量を得るためには左右と上下の隣接ピクセル照射時の影響分を差し引いて実効的なDwell timeを決める方法、また、ビーム照射ピクセルを間引いて走査する間引き走査を行うことで、ビーム径がビーム照射ピクセルサイズよりも大きい場合でも実効的なDwell timeを制御することができる。
【００２３】
ところで、電子ビームＣＶＤによる薄膜形成プロセスでは、試料に入射する電子によって発生する二次電子が薄膜形成に影響を与えていることが一般に考えられている。（非特許文献１参照）試料で発生する二次電子の効率は、試料の材質や入射する加速電圧によって変化する。図６は非特許文献１にFIG.13-3-2として記載された「電子ビームを照射した時の入射電子加速電圧と二次電子イールドの関係」を示すグラフである。図６は照射電子ビームの加速電圧に対する二次電子発生効率である。加速電圧１ｋＶ以下にピークがあり、加速電圧を大きくしていくと二次電子イールドは小さくなる。図６中のδmax、Ｅｐ＋、Ｅｐ０、Ｅｐ−は電子ビームの被照射材料によってことなる。二次電子は膜形成プロセス、つまり原料ガスから水素を昇華させ、炭素原子の密な結合を形成することに寄与していることが考えられる。したがって、電子ビームの加速電圧を１ｋＶ以外で使用する場合、洗浄による膜減りや膜の剥れのない加工をするための加工条件は二次電子発生効率を考慮して電子ビームの照射点にビームが滞在する時間と電流密度の積の範囲をシフトさせる。たとえば、二次電子の発生効率が加速電圧１ｋＶの時にくらべて半分程度になる加速電圧２ｋＶで加工を行う場合、電子ビームの照射点にビームが滞在する時間と電流密度の積の範囲を８０〜２００００(μsec・pＡ／μｍ２)にシフトさせて加工を行う。
【実施例】
【００２４】
本実施例は原料ガスとして、フェナントレンをガスリザーバ中で40℃以上に加熱して、図１に示したようなフォトマスク白欠陥部分に供給しながら電子ビームを照射する加工条件において、電子ビームの加速電圧は１kＶ、電子ビームが照射点に滞在する時間（Dwell time）と、電子ビームのビーム電流密度の積が44μsec・pＡ/μｍ２以上、かつビームが加工エリア内で同一点に戻るまでの時間（Refresh time）が、36ｍsec以上に設定して欠陥部分に成膜を行った。このときの試料室真空度7.7×10−５Ｐa、ガスノズル先端と試料欠陥部分との距離は330μｍであった。この条件で作製した試料は、通常の洗浄化学プロセスで複数回洗浄を行ってもほとんど膜減りが起こらないことが確認できた。
【００２５】
電子ビームが照射点に滞在する時間（Dwell time）と電子ビームのビーム電流密度の積が40μsec・pＡ/μｍ２以上、かつ、原料ガスの供給量を制御するためにビームが加工エリア内で同一点に戻るまでの時間（Refresh time）を5ｍsec以上に設定すると、洗浄耐性の強い膜を得ることが出きる。
【００２６】
Dwell timeと電流密度の積、Refresh timeの閾値は、ガスリザーバの温度、ガス種、ガス流量、被加工物質の材料、表面状態に応じて調整する。
【００２７】
ナフタレンの場合は、ガスリザーバ温度10℃以上で、電子ビームの滞在時間と電流密度の積の閾値は20μsec・pＡ/μｍ２、かつRefresh timeの閾値は5ｍsecである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】電子ビームＣＶＤによってフォトマスク白欠陥の修正加工を施す本発明の形態を示す図である。
【図２】従来のＦＩＢ−ＣＶＤと、本発明の条件を満たした電子ビームＣＶＤと、条件を満たしていないＣＶＤによる膜強度を比較したラマンスペクトルである。
【図３】ドーズ量とデポジション生成量との関係を示すグラフである。
【図４】フェナントレンとナフタレンの温度と蒸気圧との関係を示すグラフである。
【図５】電流密度とデポジション生成量との関係を示す図である。
【図６】電子ビームを照射した時の入射電子加速電圧と二次電子イールドの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１  電子ビーム                    ２  ガスノズル
３  原料ガス                      ４  フォトマスク
4a  遮光パターン                  4b  透明領域
4c  白欠陥部
【図１】
2005292342.tif 000004
【図２】
2005292342.tif 000005
【図３】
2005292342.tif 000006
【図４】
2005292342.tif 000007
【図５】
2005292342.tif 000008
【図６】
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