KR20010071425A - 포토마스크의 흑 결함 수정방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공면 위에서 이온 빔의 스폿을 1 도트로 하는 도트 매트릭스를 당해 가공면 위에 설정하고, 가공영역의 각 도트마다 일정시간의 이온 빔 조사를 행하여 흑 결함(black defect)을 제거하는 데 있어서, 주목 도트와 그 주변의 도트를 포함한 복수 도트로부터 방출되는 흑 결함의 존재를 나타내는 2차 하전입자의 유무를 검지하고, 그들의 검지정보에 의거하여 그 존재에 대응하는 물리량을 산출하고, 그 값이 기준치 이하가 되었을 때 그 주목 도트 가공의 종료를 판정한다.

Description

포토마스크의 흑 결함 수정방법 및 그 장치{Black defect correction method and black defect correction device for photomask}

반도체용 포토마스크에 있어서 소망 패턴 이외의 차광막 재료의 잔류(흑 결함)를 제거하는 방법으로서 집속 이온 빔을 포토마스크의 소정 영역에 조사하고, 흑 결함부분을 스퍼터링 효과 또는 가스 지원 이온 빔 에칭으로 제거하는 것은 종래부터 행하여지고 있는 기술이다. 우선, 본 발명의 전제 기술인 집속 이온 빔 가공장치의 개요를 도 4에 의거하여 설명한다. 부호 1은 이온원, 2는 이온 빔, 3은 정전광학계, 4는 편향계, 5는 시료(10)를 적재하는 시료 스테이지이다. 6은 2차 하전(荷電)입자(11)를 수집하기 위한 2차 하전입자 인입 광학계이고, 7은 수집된 2차 하전입자(11)가 어떤 것인지를 그 양과 함께 검출하는 질량분석계 또는 2차 전자 검출기, 8은 신호 처리부이고, 9는 디스플레이이다. 본 발명의 경우에는 시료(10)가 포토마스크이고, 그 포토마스크 위에는 제작 시점에 있어서는 일반적으로 도 1에 도시한 바와 같이 크롬이나 크롬 산화물이라는 차광막 재료가 남아 있는 흑 결함(21, 22, 23)이 존재하고 있고, 본 발명은 당해 결함부에 대하여 이온 빔을 조사하여 제거가공을 시행하는 기술에 관한 것이다. 이 빔 조사가 흑 결함 영역에 대해서만 행하여지면 좋겠지만, 흑 결함부분 이외의 영역 예를 들면, 유리 등의 하지(下地)기판에 빔이 조사되면 그 부분이 손상되거나, 이온 빔의 주입에 의해 유리부분의 투과율이 저하된다는 문제가 있었다. 포토마스크는 그것을 이용하여 다량의 반도체를 제조하는 것이므로, 그 자체에 결함을 가지고 있으면 그것을 이용하여 제조되는 반도체가 모두 결함을 갖게 되기 때문에, 생산성의 관점에서 그 결함 수정은 매우 중요하다. 일본 특허공보 소62-60699호 공보에는 가공에 앞서 우선 가공면의 주사 화상을 얻고, 그것에 의거하여 주사영역을 특정하여 흑 결함 이외의 영역에 이온 빔이 주사되지 않도록 하고, 또한 이 흑 결함 영역은 가공과 함께 시시각각으로 변화되어 가기 때문에 여러단계로 나누어 화상 입력을 하여 흑 결함 영역을 확인하면서 가공을 시행하면 표면을 고운 가공으로 할 수 있는 것이 개시되어 있다. 그러나 그것이라도 여러 단계의 화상에 의거하는 주사영역 설정에서는 충분하다고는 할 수 없으며, 최근에는 더욱 표면이 곱게 일정시간 빔을 조사하여 가공을 행하는 과정에 있어서 가공 도트마다 피가공물의 존재를 나타내는 2차 하전입자를 모니터하여, 기준치 이상의 검출이 없는 경우에는 이미 흑 결함은 존재하지 않게 되었다고 판단하고, 다음 회의 가공을 하지 않도록 한다. 그런데 이 방법은 각각의 도트에 대한 검출 정보에만 의거한 판정이기 때문에, 그 판정은 랜덤 노이즈의 영향을 받기 쉽고 오버에칭이나 에칭 잔류 등 가공불량이 발생한다는 새로운 문제를 발생시켰다.

그래서 본 발명의 목적은, 이온 빔 조사부분에 있어서의 흑 결함 존재 유무의 판정을 2차 하전입자를 모니터함으로써 행하는 포토마스크의 흑 결함 수정방법에 있어서, 도트마다의 결이 고운 가공을 시행하는데 있어서, 노이즈의 영향을 받기 어려운 신뢰성이 높은 해당 도트의 종점 검출 정보를 얻음으로써 오버에칭이나 에칭 잔류 등 가공불량이 발생하지 않는 포토마스크의 흑 결함 수정방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 집속 이온 빔(Focusing Ion Beam)을 이용하여 반도체용 포토마스크의 흑 결함을 수정하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

도 1은 주사형 이온 현미경으로 본 포토마스크 상.

도 2는 포토마스크 위의 흑 결함에 대하여 설정된 도트 매트릭스.

도 3은 주목 도트에 대한 참조 주변 도트 설정의 개념도.

도 4는 본 발명에 사용하는 집속 이온 빔 가공장치의 예를 도시한 도면.

도 5는 비가공영역과 접한 주목 도트에 대한 참조 주변 도트 설정의 개념도.

(발명의 개시)

본 발명은 가공면 위에서의 이온 빔의 스폿을 1 도트로 하는 도트 매트릭스를 당해 가공면 위에 설정하고, 가공영역의 각 도트마다 일정시간의 이온 빔 조사를 행하여 흑 결함 영역을 제거하는데 있어서, 주목 도트와 그 주변의 도트를 포함한 복수 도트에 있어서의 피가공물의 존재를 나타내는 2차 하전입자의 유무를 검지하고, 그들의 검지정보에 의거하여 그 존재에 대응하는 물리량을 산출하고, 그 값이 기준치 이하가 되었을 때 주목 도트의 가공 종료를 판정하는 것이다.

또한 본 발명은 상기 복수 도트가 주목 도트를 중심으로 하는 매트릭스 위의 도트군으로 하고, 각 도트는 주목 도트로부터의 거리에 따라 달리 가중시킨 후 기준치와 비교 판정함으로써 더욱 신뢰성이 높은 종점판정을 행하는 것이다.

또한, 정상 패턴 영역 등의 비가공영역과 접촉하는 결함영역에서는, 당해 비가공영역은 피가공물의 존재를 나타내는 2차 하전입자의 유무를 검지하는 도트로부터 제외하고 주목 도트의 판정을 행함으로써 특수 영역에 있어서도 신뢰성이 높은 종점 판정을 행하는 것이다.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

가공에 앞서 도 1에 도시한 포토마스크면의 현미경 화상을 이온 빔 주사에 의해 입력하고, 디스플레이(9)에 표시하여 그 화상 정보에서 우선 흑 결함 영역(21, 22, 23)을 특정한다. 이 때 빔 주사는 가공을 목적으로 하는 것이 아니라, 화상 입력을 목적으로 하기 때문에 시료(10)에 대한 손상을 적게 하도록 빔 전류를 낮게 하여 실행한다. 특정된 영역에 대하여 대전류의 이온 빔(2)으로 주사하고, 스퍼터링 또는 가스 지원 이온 빔 에칭에 의해 흑 결함 영역을 제거하는 것이지만, 그 주사는 도 2에 도시한 바와 같이 이온 빔의 스폿을, 1도트로 하여 매트릭스에 영역을 분할하고, 빔이 닿은 부분을 일정시간 조사한 후 다음 도트로 이행하여 가는 주사를 행한다. 그 해당 도트의 조사시에 그 부분으로부터 방출되는 2차 하전입자(11)를 2차 하전입자 인입 광학계(6)에서 수집하고, 그것이 질량분석계(7)에 의해 예를 들면 크롬과 같은 차광막 재료의 잔류 존재를 나타낼 때에는 아직 흑 결함이 존재하고 있고, 존재를 나타내지 않게 되었을 때는 이미 결함이 제거되어 하지가 노출된 것으로 판단하여 그 부분에 관해서는 종점이라고 간주하고 다음 회 이후의 조사를 중지하는 것이다. 즉 제거가공에 따라 시시각각으로 변화하는 결함영역을, 가공에 따라 얻어지는 리얼 타임의 흑 결함의 유무정보에 의거하여 모니터하고, 다음 회의 이온 빔 주사의 속행／종료를 판정하여 수정을 진행시키는 것이다. 흑 결함 존재의 유무정보가 확실하다면 도트 레벨로 결이 고운 수정이 가능하지만, 흑 결함 존재의 유무를 검출하는 2차 하전입자(11)의 신호에는 랜덤 노이즈가 포함되어 있어 그 영향을 받기 쉽다. 그래서, 본 발명에서는 도 3에 도시한 판정 영역을 설정하고, 2차 하전입자(11)의 신호 강도를 해당 도트(i, j) 즉 ★표 뿐만이 아니라, 그 주변 도트의 신호 정보를 가미함으로써 랜덤 노이즈의 영향을 경감하고, 보다 신뢰성이 높은 정보를 얻도록 한다. 구체적으로 예시하면 해당하는 주목 도트를 중심으로하는 3 ×3의 도트 매트릭스군을 설정하고, 그 중 5 내지 6의 도트에서 존재가 확인되었을 때는 다음 회에도 조사를 행하는 것으로 판정하는 것이다. 이 판정에 의해 이미 흑 결함이 존재하지 않는다고 판정된 도트영역은, 이후의 주사에 있어서 가공영역으로부터 차례로 제외한다. 이러한 작업의 반복으로, 흑 결함 영역은 도트 단위로 결이 곱게 조사에 의한 제거가공이 시행되어, 제거를 종료한 도트에 대해서는 오버에칭이나 에칭 잔류가 발생되는 것이 회피된다.

그 가공영역이 포토마스크의 패턴(31, 32)과 접촉하지 않은 도 1에 도시한 부호 21과 같은 고립영역인 경우에는 주변의 도트를 포함하는 복수 도트에 있어서의 2차 하전입자의 신호 강도를 신호처리부(8)에서 종합 판단하여 주목 도트의 흑 결함 존재의 유무를 판정하고, 다음 조사의 속행·중지를 결정함과 동시에, 흑 결함이 없다고 하여 조사를 중지한 도트영역은 이후 흑 결함이 없는 가공 종료영역으로서 신호처리부(8) 내의 메모리에 기억된다. 이 알고리즘으로 작업이 진행되면, 일반적인 섬(island) 모양의 고립 결함은 주변영역으로부터 중심을 향하여 점차로 작아지고 약간 높은 영역이 최후에 남아 소멸한다. 또한 약간 높은 영역이 복수있는 결함에서는 주변영역으로부터 중심을 향하여 점차로 작아지는 과정에서 호수 모양의 구멍이 뚫려, 섬이 복수로 나누어져 각각 소멸된다는 경과로 진행한다. 어느 경우에도 주변의 도트 정보를 가미하여 주목 도트의 판정이 행하여지기 때문에, 랜덤 노이즈의 영향은 유효하게 제거할 수 있으며 판정의 신뢰성은 높아지고, 오버에칭이나 에칭 잔류 등의 가공 불량은 아주 적어진다.

흑 결함 영역이 정상적인 마스크 패턴과 접촉하여 존재하는 경우는, 상기한 고립영역의 경우도 약간 알고리즘이 변경된다. 정상적인 마스크 패턴 영역에는 이온 빔의 조사는 필요가 없을 뿐만 아니라 불필요한 손상을 주게 되기 때문에, 결함 인식시에 비가공영역으로서 기억 인식시켜 이온 빔 조사영역으로부터 제외한다. 정상 패턴과 직접 접촉하고 있는 이 흑 결함 영역은 정상적인 패턴 영역을 2차 하전입자의 검출 정보를 얻는 주변 도트로부터 제외되어 처리되기 때문에 존재의 유무를 판정하는 정보의 샘플 수가 적게 되어 그 만큼 노이즈 제거 효과가 낮아진다는 문제가 발생된다. 그래서 이들 영역에 대해서는 주목 도트(i, j) ★를 중심으로 한 3 ×3의 도트 매트릭스가 아니라, 보다 넓은 5 ×5 도트 매트릭스의 판정영역을 설정한다. 이 경우 물론 25도트의 샘플을 얻는 것이 아니라 정상적인 패턴 영역을 제외하기 때문에 그 만큼 샘플 수는 적어지는 것이다. 그러나 이 때에는, 주목 도트 ★에 대하여 2도트 정도 거리가 떨어진 영역의 검출 정보도 이용되기 때문에 정보 자체의 근사성은 낮아진다. 즉 노이즈가 아니라 신호 그 자체의 신뢰성이 낮아진다는 문제가 발생되게 된다. 그래서 본 발명은, 그 검출 정보에 주목 도트와의 거리에 따라, 주목 도트＞내측 도트＞외측 도트로 가중하여 밸런스를 맞추어 신뢰성이 높은 종합 판정을 얻도록 한다.

실시예 1

본 실시예에서는 도 3에 도시한 도트 매트릭스에 있어서, 주목 도트(i, j) ★를 중심으로 하는 3 ×3의 도트 매트릭스, 즉 (i-1, j-1)로부터 (i+1, j+1)까지의 9도트의 2차 하전입자 정보를 주목 도트에 흑 결함이 잔존하고 있는지 아닌지를판정하는 기초정보로 한다. 우선 제거작업에 앞서 전류를 낮게 억제한 이온 빔(2)을 주사하고, 도 1에 도시한 현미경 화상을 얻어, 흑 결함의 장소를 파악하고, 결함영역에 대응하는 가공영역을 특정한다. 이 특정은 이온 빔 스폿의 크기에 상당하는 도트를 단위로 하여 도 2와 같이 2차원 매트릭스로 영역을 분할하여 가공영역을 특정한다. 가공영역이라고 판정된 모든 도트에 대하여, 일정시간에 걸쳐 이온 빔(2)을 차례로 조사하면서 주사한다. 이 조사는 스퍼터링 또는 가스 지원 이온 빔 에칭에 의해 흑 결함을 제거하기 위한 것이므로, 화상 취득의 이온 빔에 비하여 큰 전류로 실행된다. 조사되고 있는 동안에 그 영역으로부터 방출되는 2차하전입자(10)를 2차 하전입자 인입 광학계(6)에서 수집하고, 질량분석계(7)에 있어서 흑 결함이 잔존하고 있는 것을 나타내는 하전입자를 검출한다. 신호처리부(8)에서는 그 검출량 예를 들면, 검출 크롬 이온량과 설정 임계치와의 비교를 행하여 그 유무 데이터를 2가화 하여 도트 위치 정보에 대응시켜 내부 메모리에 기억한다. 주사가 순회한 곳에서 2가화 데이터를 디스플레이 위에 표시시키면 주사 후의 흑 결함 화상이 디스플레이(9)에 표시된다. 이 화상 정보에 의거하여 다음의 작업영역을 특정하는 것이지만, 각 도트마다 도 3에 실선으로 도시한 주위의 8도트의 화상 정보를 함께 입력하고 있음을 나타내는 도트 수가 일반적으로는 다수 결정으로 5 내지 6을 초과한 경우에는 그 주목 도트(i, j)는 조사를 속행하는 것으로 신호처리부(8)에서 판정되어 가공영역으로 특정된다. 다음 회의 빔 주사에 있어서는 가공영역으로 특정된 도트 위치에 대해서만 스퍼터링가공 또는 가스 지원 이온 빔 에칭가공을 시행하도록 빔의 주사수단(편향계(4))을 제어한다. 여기서 5 내지 6으로 예시한 기준치이지만, 이것은 어떤 값이 적합한가를 일률적으로 결정할 수 없고, 포토마스크의 제작 조건에 의존한다는 지견으로, 실제로는 마스크의 종류마다 적절히 선정된다. 기준치 이하인 주목 도트는 흑 결함이 잔존하지 않는다고 판정되어, 가공 종료 영역으로서 메모리에 기억된다. 이 도트에 대해서는 이후 이온 빔이 조사되지 않는다. 이 가공영역의 특정과 이온 빔 조사의 주사는 반복되고, 마스크면상에서 흑 결함이 소실될 때까지 실행된다.

상기 실시예에서는 화상 입력을 스퍼터링가공 또는 가스 지원 이온 빔 에칭가공과 병행하여 실시했지만, 가공을 위한 주사가 순회할 때마다 화상 입력을 위한빔 주사를 별도 실행하도록 하여도 좋다. 이 경우의 이온 빔은 마스크의 손상을 억제하기 위해 빔 전류는 낮게 실행된다. 그리고 그 경우의 빔 주사영역은 전회 가공이 필요하게 된 영역보다 1도트 외측의 영역에 대해 실행한다. 이 경우 빔 전류가 낮게 되어 있으므로 1도트 외측으로 넓혔기 때문에 이온 빔에 노출되는 하지부분에 대한 손상의 염려는 거의 없다. 1도트 외측의 영역으로 넓혀 주사하는 것은 샘플 정보로서 확실한 것을 얻기 위해 이루어진 것이다.

실시예 2

이어서, 도 1의 흑 결함(22, 23)에 도시하는 포토마스크의 정상적인 패턴(31, 32)과 접촉한 상태의 흑 결함에 대하여 알맞은 실시예를 도시한다. 고립 결함영역과 다른 것은, 정상적인 패턴으로부터도 흑 결함 영역과 같은 종류의 이온이 검출되지만, 이 영역은 비가공영역이라는 점이다. 그리고 그 영역을 제외한 상태에서 노이즈의 영향을 제외하는 본 발명을 실시하고자 하면 패턴과 접촉한 영역에서는 필요한 주변정보를 얻을 수 없다는 문제에 부딪친다. 그래서, 신뢰성이 높은 정보를 얻기 위해 주변정보를 인접 도트뿐만 아니라, 다시 그 이웃 도트의 정보도 입력한 5 ×5 매트릭스를 설정한다는 것이다. 기지의 마스크 패턴과 접촉하고 있는 영역의 각 도트는 도 5의 A에 도시한 코너 도트인 a형태, 주변 도트인 b형태, 코너의 하나 안쪽의 도트인 c형태중 어느 하나에 해당하지만, 각각으로 예를 들면, B에 도시한 a형태에 있어서는 주목 도트 ★와 내측 인접도트 △의 비중을 0.8로 하고, 외측 도트 O 의 비중을 0.2로 하여 기준치를 2.1로 한다. b형태에 있어서는 주목 도트 ★와 내측 인접도트 △의 비중을 0.8로 하고, 외측도트 ○의 비중을 0.2로 하여 기준치를 3.3으로 한다. c형태에 있어서는 주목 도트 ★와 내측 인접도트 △의 비중을 O.8로 하고, 외측도트 ○의 비중을 0.2로 하여 기준치를 5.2로 하여 판정한다. 이 때, 하지의 유리가 노출되어 있는 도트와 접하고 있는 경계의 도트 판정에는 1도트 외측의 정보(파선영역)를 입력하여 산출하지만, 이것은 고립영역에 있어서의 주변 도트의 취급과 동일하다.

본 실시예에서는 다음 회의 빔 주사에 있어서 가공을 속행하는지 중지하는지의 판정의 기준을, 복수 종류(본 실시예에서는 4종류) 준비하고, 가공영역의 각 도트에 대하여 그것을 선택 적용하여 판정을 하는 것이다. 즉 판정기준이란 판정에 이용되는 정보를 입력하는 주변 도트의 특정과 그 검출 정보에 가해지는 비중 및 비교할 기준치를 의미한다. 마스크 패턴과 직접 접하지 않은 도트에 관해서는 고립영역 결함과 같은 3 ×3 매트릭스의 기준을 적용하고, 마스크 패턴과 직접 접하고 있는 도트에 대해서는 코너의 도트(a형태)와 그 안쪽의 도트(b형태) 그리고 그 보다 안쪽의 각 도트(c형태)의, 3종류로 나누어 기준을 선택 적용한다.

또한, 비가공 영역인 정상적인 마스크 패턴과 접촉한 결함영역의 실제의 형태는 포토마스크의 제조 조건에 따라 몇가지의 정해진 형태로 될 경향이 있어서, 그들에 대한 상기의 판정기준은 본 실시예의 설정이 항상 적합하다는 것이 아니라, 실시에 있어서는 본 판정기준이나 이온 빔의 조사방식에 대해 포토마스크의 종류에 따라 적절히 조정하여 알맞은 것을 얻게 된다. 그 때 경험적으로 얻어진 적절한 설정은 그 후도 동 종류의 포토마스크에 적용할 수 있기 때문에, 신호처리부(8) 내의메모리에 기억해 두면 좋다.

본 발명의 포토마스크의 결함 제거방법은, 가공면 위에 있어서의 이온 빔의 스폿을 1도트로 하는 도트 매트릭스를 당해 가공면 위에 설정하고, 각 도트마다의 흑 결함의 유무를 검출하여 도트마다 결이 고운 제거가공을 시행하는데 있어서, 주목 도트와 그 주변의 도트를 포함한 복수 도트에 있어서의 피가공물의 존재를 나타내는 2차 하전입자의 유무를 검지하고, 종합적으로 흑 결함의 유무를 판정하는 것이므로, 노이즈의 영향을 받지 않는 신뢰성이 높은 제거가공의 실시를 가능하게 하는 것이다. 그리고 일정시간의 조사를 가공영역의 도트마다 차례로 주사하는 과정에서 시시각각으로 변화되는 흑 결함의 유무에 대응한 화상을 취득하면서, 제거가공을 진행시킴으로써, 차광막 재료가 잔존하지 않는 도트에 대하여 오버에칭을 하거나 에칭 잔류가 발생되는 일은 없다.

또한, 주목 도트나 주변 도트의 검출 정보에는 거리에 따른 가중을 하는 것으로서 샘플 수를 증가시키거나, 정보의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 특수 영역에 있어서의 흑 결함 유무 판정의 신뢰성도 높일 수 있는 것이다.

Claims (5)

1. 가공면 위에서 이온 빔의 스폿을 1도트로 하는 도트 매트릭스를 당해 가공면 위에 설정하고, 가공영역의 각 도트마다 일정시간의 이온 빔 조사를 행하여 부착물을 제거함에 있어서, 주목 도트와 그 주변의 도트를 포함한 복수 도트로부터 방출되는 피가공물의 존재를 나타내는 2차 하전입자의 유무를 검지하고, 이들 검지정보에 의거하여 그 존재에 대응하는 물리량을 산출하고, 그 값이 기준치 이하가 되었을 때 그 주목 도트의 가공 종료를 판정하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 흑 결함 수정방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 복수 도트는 주목 도트를 중심으로 하는 매트릭스 위의 3 ×3이고, 그 중 피가공물의 존재를 검지한 도트 수가 기준치 이하로 되었을 때 주목 도트의 가공을 종료하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 흑 결함 수정방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 복수 도트는 주목 도트를 중심으로 하는 매트릭스 위의 5 ×5이고, 그 중 주목 도트와 내측 8도트와 외측 16도트에서는 피가공물의 존재를 검지하는 정보로, 주목 도트＞내측 8도트＞외측 16도트가 되는 다른 가중을 하여 기준치와 비교 판정하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 흑 결함 수정방법.
4. 제 1항에 있어서,

   마스크 패턴 등의 비가공 영역과 접촉하는 결함 영역에서는, 당해 비가공 영역은 피가공물의 존재를 나타내는 2차 하전입자의 유무를 검지하는 복수 도트로부터 제외하여 주목 도트의 가공의 속행／종료 판정을 행하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 흑 결함 수정방법.
5. 집속 이온 빔의 스폿을 1도트로 하는 도트 매트릭스 영역마다 이온 빔을 조사 주사하는 주사수단과, 2차 하전입자를 포착하여 특정 하전입자를 선택적으로 검출하는 수단과, 당해 특정 하전입자의 검출량을 2가화 하는 수단과, 해당 2가화 데이터를 이온 빔의 조사 도트 위치에 대응시켜 기억하는 수단과, 주목 도트와 그 주변의 도트에 대응하는 상기 2가화 데이터를 종합하여 기준치와 비교하여 주목 도트의 가공의 속행／종료를 판정하는 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 흑 결함 수정장치.