(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光に対して透明な基板及び前記基板上に形成され、開口部イメージを転写するための所定大きさの光透過部を定義する物質膜パターンを備えるフォトマスクであって、前記光透過部内に前記物質膜よりなる不透明欠陥が発生したフォトマスクを提供する段階と、
前記欠陥を一部蝕刻して欠陥を薄くする事前蝕刻段階と、
前記光透過部内の前記事前蝕刻された欠陥が形成されている領域を除いた領域にのみ選択的に補正膜を形成する段階と、
前記光透過部領域にのみ蝕刻工程を実施して前記補正膜及び前記事前蝕刻された欠陥を同時に除去することによって前記補正膜と前記事前蝕刻された不透明欠陥とを完全に除去する最終蝕刻段階とを含むことを特徴とするフォトマスクの欠陥修理方法。
【請求項２】
前記事前蝕刻段階は光透過部の全面に亙って蝕刻工程を行って前記欠陥を一部除去する段階であることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの欠陥修理方法。
【請求項３】
前記事前蝕刻時に除去される不透明欠陥の厚さは本来の不透明欠陥厚さの１/５以下であることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの欠陥修理方法。
【請求項４】
前記補正膜は前記物質膜蝕刻率の１倍ないし１.５倍の蝕刻率を有する物質を使用して形成することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの欠陥修理方法。
【請求項５】
前記補正膜を構成する物質は炭素であることを特徴とする請求項４に記載のフォトマスクの欠陥修理方法。
【請求項６】
前記光透過部の平面は元々四角形であり、前記最終蝕刻段階は前記四角形に沿って進行することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの欠陥修理方法。
【請求項７】
前記最終蝕刻段階の後に前記基板の表面に残存する前記イオン染みを除去するための洗浄段階をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの欠陥修理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフォトマスクの欠陥修理方法に係り、特に開口部用フォトマスクの不透明欠陥を修理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の製造工程は一般に半導体基板の表面に回路素子を形成するために実施する多数の写真蝕刻工程を含む。特に、高集積回路を高信頼度の写真蝕刻工程で形成するためにはフォトマスクが微細パターンを定義でき、かつ欠陥のないように形成すべきである。フォトマスク内に発生する欠陥は、透明欠陥（clear defect）と不透明欠陥（opaque defect）とに大別される。透明欠陥とは、パターンの一部の領域が損失された場合を意味する。反面、不透明欠陥３０は図１に示されたように遮光物質パターンまたは位相反転物質パターン２０により定義され、開口部のイメージを転写するための光透過部２５に遮光物質膜または位相反転物質が残存することを意味する。
【０００３】
不透明欠陥を修理するために多用される方法の１つとしてFIB（Focused Ion Beam）を用いる方法がある。FIBを用いる方法は、図２に示されたように、不透明欠陥３０にのみFIB４０を照射し欠陥を蝕刻して除去する。
【０００４】
ところが、図３に示されたように、従来の方法によって不透明欠陥３０にのみFIBを照射して欠陥を除去する場合、不透明欠陥の縁部に沿って河床（River-bed）のような形状のリセスされた領域（R）が形成される。これは不透明欠陥３０を蝕刻する間、欠陥３０の縁部の基板１０も同時に蝕刻工程に露出されるために発生する現象である。このような現象は不透明欠陥３０の側壁プロファイルが、図２に示されたように、完全な垂直でなく傾斜面を有する場合にさらに激しくなる。また、不透明欠陥の蝕刻時に使用したイオンが光透過部２５の基板１０面に残って形成されたイオン染みを除去するために行う過度蝕刻によりリセスされた領域Rがさらに深くなって光透過部２５内の欠陥が存在した基板領域と正常の基板領域との間には大きな段差dが発生する。
【０００５】
したがって、従来の方法により修理されたフォトマスクを使用すればリセスされた領域Rから光の散乱が生じ、段差dによって位相差が発生し、光透過部２５を透過する光の透過率が低下される。このような現象は一定した光透過率を保たなければならなく、臨界寸法の余裕度（CD margin）の小さな開口部用フォトマスクにおいてさらに激しくなる。したがって、従来の方法によって修理された開口部用フォトマスクを写真蝕刻工程に適用できない場合が多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題は、光透過部内の欠陥が発生した基板領域と正常の基板領域との間の段差の発生を最小化し、河床現状の発生を防止しうるフォトマスクの欠陥修理方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を達成するための本発明の一実施例に係る修理方法により修理されるフォトマスクは、光に対して透明な基板及び前記基板上に形成され、開口部イメージを転写するための所定大きさの光透過部を定義する物質膜パターンを備えるフォトマスクであって、前記光透過部内に前記物質膜よりなる不透明欠陥が発生したフォトマスクである。
【０００８】
本発明に係る修理方法は、事前蝕刻段階、補正膜形成段階及び最終蝕刻段階で構成される。事前蝕刻段階では前記欠陥を一部蝕刻して欠陥を薄くする。補正膜形成段階では前記光透過部内の前記事前蝕刻された欠陥が形成されている領域を除いた領域にのみ選択的に補正膜を形成する。最終蝕刻段階では前記光透過部領域のみ蝕刻して前記補正膜及び前記事前蝕刻された欠陥を同時に除去することによって前記補正膜と前記事前蝕刻された不透明欠陥を完全に除去する。
【０００９】
望ましくは、事前蝕刻段階は光透過部の全面に亙って実施する。そして、前記光透過部の平面が元々四角形であり、前記最終蝕刻段階は前記四角形の形状に沿って進行することが望ましい。
【００１０】
本発明の修理方法によれば、欠陥を完全に除去すると共に光透過部内の欠陥が発生した基板領域と正常の基板領域との間の段差の発生を防止しうる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の望ましい実施の形態を詳しく説明する。しかし、本発明は後述する実施の形態に限定されるのではなく、相異なる多様な形態に変更できる。但し、本実施の形態は本発明の開示を完全にし、当業者に本発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。添付した図面において複数の膜と領域の厚さ及び光透過部の大きさは明瞭性のために強調された。そして、FIBはフォーカシング（focusing）電磁場またはコリメーティング（collimating）電磁場のような電磁場により集束された（shaped）イオンビームを意味する。図面において、同一な部材番号は同一な部材を示す。
【００１２】
図４は本発明の一実施の形態によって修理される不透明欠陥１３０が発生したフォトマスクの斜視図である。フォトマスク基板１１０上に開口部イメージを転写するための所定の大きさの光透過部１２５を定義する物質膜パターン１２０が形成されている。そして、光透過部１２５内に望ましくない不透明欠陥１３０も形成されている。
【００１３】
フォトマスク基板１１０は光に対して透明な物質、例えば、石英またはガラスよりなる。物質膜パターン１２０はフォトマスクが通常のフォトマスクである場合には遮光物質より、位相反転フォトマスクである場合には位相反転物質より形成される。遮光物質としては、光に対して透過率が５%以下の低透過率物質、例えば、クロム、モリブデン、またはアルミニウムなどが使われる。位相反転物質としては、CrO、CrON、CrOCN、MoSiO、MoSiONまたはWSixなどが使われる。
【００１４】
フォトマスクにおける欠陥の有無は製造されたフォトマスクとモデルフォトマスクとを比較して検出する。フォトマスクにおける欠陥の発生有無を検出する方式としては直接的な方式と間接的な方式とがある。
【００１５】
間接的な方式は、まず、製造されたフォトマスクを用いてウェハ上にフォトレジストパターンを形成する。このように形成されたフォトレジストパターンのイメージを走査電子顕微鏡のような装置でモデルフォトマスクを用いて形成したフォトレジストパターンのイメージと比較して欠陥の発生有無と発生位置を決定する。決定された欠陥の座標を記録した後、フォトマスクをフォトマスク修理装置内に位置させて欠陥を修理する。しかし、この方法はフォトレジストに転写可能な欠陥のみを検出できるという短所がある。
【００１６】
これと違って、直接的な方式はフォトマスク上で直接検出する方式である。この際、検出装置は修理装置と分離されていても、結合されていても良い。欠陥検出装置と欠陥修理装置とが結合されているFIB装置を例として説明すれば、金属イオンソース、例えばGaイオンソースから放出されるイオンビームを所定の光学装置を用いてフォトマスク上に照射する。フォトマスクから放出された２次帯電粒子（a secondary charged particles）（２次電子、２次イオン等）を検出器が捕らえてスキャニングされたイオンイメージを形成する。スキャニングされたイオンイメージをあらかじめ貯蔵されたモデルイメージと比較し、欠陥の発生有無及び欠陥の発生位置を決定する。検出された情報を用いて修理すべき欠陥が形成されている領域をイオンビームの照射部位に位置させる。
【００１７】
すなわち、FIB装置が不透明な欠陥の座標を確認すれば、まず図５Ａに示されているように不透明欠陥１３０が形成された領域をFIB照射部の下に位置させた後、FIB１４０を不透明欠陥１３０に照射する事前蝕刻（pre-etching）段階を実施する。図５Ａは図４のV-V'線に沿って見た断面図である。
【００１８】
事前蝕刻段階は不透明欠陥１３０の厚さを薄くするために実施する。もし、不透明欠陥１３０を薄くせずに直接補正膜を形成した後、FIBを使用して一回の蝕刻工程のみで不透明欠陥１３０を除去すれば不透明欠陥１３０の縁部に不透明欠陥が一部残留することになる。その理由は、FIB装置のイメージ解像度の限界と補正膜蒸着の正確度の限界によって補正膜が不透明欠陥１３０との隣接部でオーバーラップされて形成されるからである。したがって、事前蝕刻により不透明欠陥１３０を薄くすることが必須的に要求される。
【００１９】
事前蝕刻は不透明欠陥１３０を含む光透過部１２５の全面に亙って進行することが望ましい。不透明欠陥１３０部位にのみ限定して蝕刻を進行するより光透過部１２５の全面に亙って蝕刻することが蝕刻余裕度があるからである。不透明欠陥１３０部位にのみ限定して蝕刻する場合より光透過部１２５の全面に亙って蝕刻する場合に光透過部１２５内の不透明欠陥１３０が形成されていない基板１１０領域の表面に損傷が発生するが、これは最終蝕刻工程時に補償されうる。事前蝕刻を行った結果、厚さがTだけ薄くなった不透明欠陥１３０aを含むフォトマスクが図５Ｂに示されている。薄くなったTは後続補正膜(図６Ｂの１６０)蒸着工程の余裕度及び最終蝕刻工程の工程変数設定の容易性を考慮して設定する。望ましくは、事前蝕刻前の不透明欠陥１３０の厚さの１/５以下の範囲が望ましい。
【００２０】
事前蝕刻後、図６Ａに示されたように、光透過部１２５内の事前蝕刻された欠陥１３０aが残っている領域を除いた領域にのみ選択的に所定の物質１５０を蒸着して補正膜（図６Ｂの１６０）を形成する。補正膜１６０はFIB誘導蒸着法により形成することが望ましい。補正膜１６０を構成する物質の蝕刻率と厚さは事前蝕刻されて残留する不透明欠陥１３０aの厚さ及び不透明欠陥１３０aを構成する物質の蝕刻率を考慮して選択しなれればならない。適切な蝕刻率と厚さを設定してこそ事前蝕刻された不透明欠陥１３０aと補正膜１６０が後続の最終蝕刻工程により基板から同時に完全に除去され、光透過部１２５内の欠陥が発生した基板領域と正常の基板領域との間の段差発生を最小化しうる。望ましくは、補正膜１６０の蝕刻率は物質膜パターン１２０蝕刻率の１倍ないし１.５倍の蝕刻率を有する物質より形成する。物質膜パターン１２０がクロムよりなる場合には炭素１５０を使用することが望ましい。
【００２１】
次いで、図７Ａに示されたように光透過部１２５の全面に亙ってFIB１７０を照射し最終蝕刻工程を進行して事前蝕刻された不透明欠陥１３０a及び補正膜１６０を同時に除去する。前述したように、事前蝕刻された不透明欠陥１３０a及び補正膜は一定時間蝕刻工程を進行すれば、光透過部１２５の基板１１０の表面から同時に除去可能に厚さ及び蝕刻率が設定されている。したがって、既定の蝕刻時間の間、最終蝕刻工程を進行すれば図７Ｂに示されたように光透過部１２５内の補正膜１６０及び事前蝕刻された不透明欠陥１３０aが完全に除去されると共に基板面に段差が発生しなくなる。すなわち、従来の修理方法で発生した河床現象のような損傷が発生しない。
【００２２】
また、光透過部の平面は元々四角形に形成される。光透過部により定義される開口部が主にコンタクトホールまたはビアなどを形成するのに使われるものなので、接触面を最大にするために四角形に形成されるのである。したがって、最終蝕刻段階またFIBを使用して四角形の光透過部に沿ってスキャニングして進行することが望ましい。このように四角形に最終蝕刻工程を進行すれば、事前蝕刻時に基板表面に発生した損傷により光透過部１２５を通過する光透過率の減少を補償しうる。具体的に、実際に欠陥が発生していない正常なフォトマスクの開口部イメージを転写するための光透過部はフォトマスクを形成するのに使われるビーム状の限界により完全な四角形に形成されるのではなく四角のコーナー部が丸くなって形成される。したがって、丸くなった領域だけ光透過率が減少する。反面、本発明により欠陥が修理された光透過部は最終蝕刻段階でFIBを使用して四角形にスキャニングして欠陥を修理したものであるために、光透過部の平面が完全な四角形を示すことになる。したがって、正常なフォトマスクとは違って光が４つのコーナー部を透過することになる。したがって、事前蝕刻工程時、基板面に形成された損傷による透過率の減少を十分に補償しうる。したがって、本発明によって修理されたフォトマスクの光透過部を透過する光透過率は正常なフォトマスクの光透過率より大きいか同一である。
【００２３】
次いで、洗浄液（図示せず）を処理して基板１１０の表面に形成されたイオン染みを除去する。この段階で光透過部１２５の基板１１０面は若干過度蝕刻される。過度蝕刻されたとしても光透過率には変化がない。
【００２４】
本発明によってフォトマスクを修理すれば光透過部内の欠陥発生基板領域と欠陥のない基板領域との間の段差がほとんどない。また、事前蝕刻工程により発生した欠陥により光透過率の低下が発生しても、これを四角に蝕刻する最終蝕刻工程により補償可能なので全体的な光透過率の低下も発生しない。そして、事前蝕刻工程を実施した後に補正膜を形成するために修理された光透過部に欠陥が残留せず完全に除去される。
【００２５】
本発明は下記の実験例に基づきさらに詳しく説明されるが、この実験例によって本発明が限定されるものではない。
【００２６】
<実験例１>
１.０μm×１.０μmのコンタクトホールイメージを定義する複数個の光透過部を具備し、１つの光透過部内に７００Åの不透明欠陥が発生したフォトマスク３枚を準備した。
【００２７】
１枚は本発明の修理方法によってFIBを０.１nC/μm2のドーズで照射して光透過部の全面に亙って事前蝕刻を実施して不透明欠陥を約１００Å蝕刻した後、FIB装置を用いて欠陥が存在しない光透過部領域にのみ炭素膜を蒸着して補正膜を形成した。次いで、FIBを０.３５nC/μm2のドーズで照射しつつ補正膜と欠陥が形成されている光透過部の模様である四角形にスキャニングして光透過部基板上の欠陥及び補正膜を完全に蝕刻して欠陥を修理した。次いで、欠陥が修理されたフォトマスクのAFMイメージを測定した。その結果が図８に示されている。
【００２８】
他の１枚は比較例として従来の方法によって欠陥部位にのみFIBを０.５nC/μm2のドーズで照射して欠陥を修理した後、AFMイメージを測定した。その結果が図９に示されている。
【００２９】
さらに他の１枚は事前蝕刻工程の有無による効果を確認するための比較例であって、欠陥を事前蝕刻せずに、光透過部領域内の欠陥部位を除いた領域に補正膜の炭素膜を形成した後、欠陥及び補正膜が形成されている光透過部領域にFIBを０.３５nC/μm2のドーズで照射しつつスキャニングして欠陥を修理した後、AFMイメージを測定した。その結果が図１０に示されている。
【００３０】
図８のA領域のように本発明の方法でフォトマスクの不透明欠陥を修理する場合、光透過部の基板上に段差が発生せず、欠陥が完全に除去されることが分かる。
【００３１】
反面、従来の方法でフォトマスクを修理する場合には、図９に示されているB領域のように河床現象が発生することが分かる。
【００３２】
また、図１０の結果から事前蝕刻工程無しに補正膜のみを形成した後、蝕刻する場合にはC領域のように光透過部の基板上に欠陥が一部残留することが分かる。
【００３３】
これより本発明のように事前蝕刻、補正膜の形成及び最終蝕刻を順次に実施する場合にのみ欠陥が完全に除去でき、光透過部の基板内に段差が発生しないことが分かる。
【００３４】
<実験例２>
０.３６μm×０.３６μmのコンタクトホールワイパー上に定義する実際のマスク内の大きさが１.４４×１.４４μmである複数個の光透過部を備え、このうち３つの光透過部に欠陥が発生したフォトマスクを実験例１の本発明による修理方法で修理した。次いで、写真蝕刻工程を実施してフォトレジストパターンを形成した。写真蝕刻工程は次の通り実施した。まず、複数個のワイパー上に各々１μmのフォトレジスト膜を塗布した後、正常マスク１枚と本発明の修理方法で修理されたフォトマスクを使用し、露光源としてはi-ラインステッパー(開口数:０.６５、σ:０.５２)を使用し、露光源のフォーカスを０、±０.２μm、±０.４μmに変えてフォトレジストを露光現像してコンタクトホールを定義するフォトレジストパターンを形成した。このように形成されたフォトレジストパターンにより定義されるコンタクトホールの臨界寸法を測定した。測定された結果が図１１Ａに示されている。図１１Ａにおいて-◆-は正常マスクを、-■-、-▲-、-×-は各々本発明によって修理された第１、第２及び第３光透過部により定義されたコンタクトホールを示す。図１１Ａの結果から分かるように本発明によって修理されたフォトマスクの場合、正常なフォトマスクのようなフォーカス余裕度を有し、臨界寸法の偏差範囲も１０nm内に非常に良好であることが分かった。これより本発明によってフォトマスクの欠陥を修理する場合、コンタクトホールを定義する光透過部の基板表面に段差が発生しないことが分かり、最終蝕刻工程を四角形にスキャニングして実施するために光透過率の低下も防止しうることが分かる。
【００３５】
図１１Ｂないし図１２Ｄは一辺の大きさが各々０.３３μm、０.３及び０.２７μmであるコンタクトホールを定義する他のフォトマスクを使用した点を除いては０.３６μmのコンタクトホールを定義するコンタクトホールフォトマスクの修理方法と同一な方法でフォトマスクの欠陥を修理してフォトレジストパターンを形成した後、CDを測定した結果を示すグラフである。図１１Ｂないし図１２Ｄの結果から本発明による修理方法は小さなコンタクトホールを定義するフォトマスクに発生した欠陥も完全に除去でき、フォトマスクの光透過率を正常なフォトマスクとほぼ同一に保てることが分かる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、フォトマスクに発生した欠陥を事前蝕刻段階、補正膜形成段階及び最終蝕刻段階の３段階の工程で除去する。事前蝕刻段階を実施することによって欠陥が光透過部の基板領域上に残留することを防止でき、補正膜を形成した後、光透過部の全面に亙って蝕刻を実施して補正膜及び欠陥を同時に除去するために光透過部の基板に段差が発生しない。また、最終蝕刻工程を四角形に実施するために光透過率も正常なフォトマスクと同一に保てる。
【００３７】
したがって、本発明により修理されたフォトマスクを使用して写真蝕刻工程を実施すれば、所望の臨界寸法のプロファイルに優れたフォトレジストパターンを形成しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】不透明欠陥が発生した開口部用フォトマスクの斜視図である。
【図２】図１に示されたフォトマスクの不透明欠陥を修理する従来の方法を説明するための断面図であって、図１のII−II線に沿って見た断面図である。
【図３】図１に示されたフォトマスクの不透明欠陥を修理する従来の方法を説明するための断面図であって、図１のII−II線に沿って見た断面図である。
【図４】本発明の一実施例によって修理される不透明欠陥が形成されたフォトマスクの斜視図である。
【図５】本発明の一実施例によってフォトマスクの欠陥を修理する工程中間段階を示す図面であって、図５Ａ及び図５Ｂはフォトマスクの断面図及び斜視図である。
【図６】本発明の一実施例によってフォトマスクの欠陥を修理する工程中間段階を示す図面であって、図６Ａ及び図６Ｂはフォトマスクの断面図及び斜視図である。
【図７】本発明の一実施例によってフォトマスクの欠陥を修理する工程中間段階を示す図面であって、図７Ａ及び図７Ｂはフォトマスクの断面図及び斜視図である。
【図８】本発明の一実施例によって修理されたフォトマスクのAFM（Atomic Force Microscope）イメージを示す図面である。
【図９】従来の方法により修理されたフォトマスクのAFMイメージを示す図面である。
【図１０】事前蝕刻せずに補正膜のみを蒸着した後、蝕刻工程を実施して修理されたフォトマスクのAFMイメージを示す図面である。
【図１１】図１１Ａないし図１１Ｂは各々０.３６μm及び０.３３μmのコンタクトホールを定義するフォトマスクであって、本発明によって修理されたフォトマスクと正常のフォトマスクを使用して形成したコンタクトホールの臨界寸法を測定した結果を示すグラフである。
【図１２】図１２Ｃないし図１２Ｄは各々０.３０μm及び０.２７μmのコンタクトホールを定義するフォトマスクであって、本発明によって修理されたフォトマスクと正常のフォトマスクを使用して形成したコンタクトホールの臨界寸法を測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１２…光透過部
１１０…フォトマスク基板
１２０…物質膜パターン
１２５…光透過部
１３０…不透明欠陥
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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