JP2003287868A

JP2003287868A - Ｏｐｃマスク並びにレーザリペア装置

Info

Publication number: JP2003287868A
Application number: JP2002088439A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kudokoro; 之夫久所
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-10
Also published as: US20030184722A1; US20080127030A1

Abstract

(57)【要約】【課題】光近接効果（ＯＰＣ）スリットを用いたレーザ
マスクリペア装置で、加工光学系の解像度以上の分解能
を有する修正加工を実現する。【解決手段】通常のマスクリペア装置で使用されている
可変ＸＹスリット機構に代わり、フォトマスクと同様の
ガラス基板上に付けられたＣｒ膜のパターンをマスクと
し、且つ、前記パターンにセリフなどのＯＰＣパターン
を形成したマスクを使用することによって、従来比約１
／２のＲを有する加工が可能となる。また、従来の可変
ＸＹスリット機構と、ＯＰＣマスクによるスリット機構
の両方を搭載し、これらを切り換えて使用することによ
り、いろいろなサイズや形状の欠陥に対応することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置ま
たは液晶製造装置等のパターン露光工程に使用するフォ
トマスクにおける欠陥修正のためのＯＰＣマスク並びに
レーザリペア装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザマスクリペア装置は、半導体製造
の要となるシリコンウェハ上に回路パターンを焼き付け
る際に使用するフォトマスクに発生した欠陥を、レーザ
光を使って修正する装置である。特願昭５５−０６７９
３０（出願日１９８０年５月２３日）によって最初の特
許出願がなされている。開示されたこの装置は、可変長
方形スリット機構で自在に決められた矩形形状を、結像
レンズでフォトマスク上に縮小結像させて、欠陥部を修
正する構成となっている。修正できる最小サイズ（解像
限界）Ｒは、レーザ光の波長λ、対物レンズの開口数を
ＮＡとした時、レイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）の式Ｒ＝ｋ₁ λ／ＮＡ（１）で表される。ここで、ｋ₁ は光学系で決まる係数で通常
０．５程度である。（１）式から、Ｒを小さくしようと
すると、波長λを小さくするか、または、ＮＡを大きく
するかのどちらか、あるいは両方を実現することにな
る。ここで、λはＮｄ：ＹＬＦレーザの第三高調波の波
長０．３５１μｍ、あるいは第四高調波の波長０．２６
３μｍのように、使用されるレーザによって選択が決ま
る値である。可能性としては、第五高調波の波長０．２
１１μｍまでは利用しうる可能性はあるが、実用的には
困難が伴う。この波長は真空紫外領域に近い波長域にあ
り、この領域で収差の小さい高性能な対物レンズを設計
し製作することが困難である。また、照明光として使用
できる紫外ランプとの波長の違いによる色収差を補正す
るため、対物レンズに対して更なる厳しい設計を強いる
ことになる。結果として無理に設計し製作しても、返っ
て第三、第四高調波で性能の高い対物レンズを使用した
方が分解能の高い光学系が得られるのが現状である。

【０００３】ＮＡに関しても、高いＮＡを有するレンズ
ほど設計は困難になってくる。また、波長が第三、第四
高調波のような紫外域の波長で設計すると、使用できる
レンズ材質に制限があることから、高性能のレンズを考
えると、ＮＡ＝０．８０〜０．８５程度が限界となる。
以上のように、（１）式において、波長λを小さくする
か、または、ＮＡを大きくするかの設計には制限があっ
て、現状ではλ＝０．３５１μｍで設計する場合、係数
ｋ₁ が０．５程度とれる光学系を実現するためには、Ｎ
Ａ＝０．８５の対物レンズが使用できるＮＡ値の限界に
近いところである。

【０００４】焦点深度（ＤＯＦ）やレンズのワークディ
スタンス（ＷＤ）を極端に小さく（短く）すればＮＡ＝
０．９０〜０．９５も可能になろうが、ＷＤが短いと、
作業中に高価なフォトマスクに接触してマスクに傷付け
る可能性も高くなる。さらに、ＤＯＦが非常に短くなる
と、対物レンズに設けるオートフォーカス（ＡＦ）の性
能が加工に直結するため、一般的に加工は不安定にあ
り、装置が大変使用しづらいものになってしまう。結果
として、波長０．３５１μｍを使用した場合の解像度と
しては、（１）式のＲ＝０．２５μｍとなり、実際のリ
ペア加工を実施してみても、コーナーに半径０．２５μ
ｍ程度の曲率が付いてしまうのが現状である。言い換え
れば、現在の最高解像度を有する対物レンズを用いて
も、スリット形状を０．５μｍ角に設定して加工する
と、図１６（ａ）に示すように、角が解像されずφ０．
５μｍの円としかならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した現状の解像度
の限界は、トレードオフとなっているレーザ波長の短波
長化と、対物レンズの高ＮＡ化の問題が解決しない限り
大きな改善を望むことは困難である。たとえば、紫外領
域において合成石英並の品質を有した、屈折率の大きな
画期的な光学材料がない限り大きな進展は望めそうにな
い。そこで、本発明では対物レンズはそのまま使用し、
さらなる解像度が改善された加工を実現させることを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
る発明記載のレーザリペア装置は、レーザと、前記レー
ザ出射光を照射し、２次元において任意のスリット幅に
可変できるスリット機構と、前記レーザ出射光を照射
し、前記スリット機構とは独立した光近接効果補正（Ｏ
ＰＣ）を考慮したパターンを少なくとも１つ以上有する
ガラスマスクと、前記スリット機構の透過像と、前記ガ
ラスマスクの透過像を同一平面上に縮小結像する結像光
学系、を備え、前記結像面に配設された加工対象物を前
記結像された光点によって加工することを特徴とする。
また、本発明の請求項２に係わる発明記載のレーザリペ
ア装置は、前記請求項１に係わる発明記載の前記レーザ
出射光を、前記スリット幅可変のスリット機構と前記ガ
ラスマスクのいずれかを選択して照射するための光路切
り換える機構を有することを特徴とする。また、本発明
の請求項３に係わる発明記載のレーザリペア装置は、前
記請求項１に係わる発明記載の前記ガラスマスクが、前
記レーザ光を照射するパターンを前記複数のＯＰＣパタ
ーンの中から選択できるように、光軸方向と垂直な方向
に移動させる機構を備えることを特徴とする。また、本
発明の請求項４に係わる発明記載のレーザリペア装置
は、前記請求項１に係わる発明記載の前記ＯＰＣガラス
マスクが、透光領域と遮光領域から成るバイナリーマス
クか、あるいは、位相シフトマスクで製作されているこ
とを特徴とする。また、本発明の請求項５に係わる発明
記載のレーザリペア装置は、前記請求項４に係わる発明
記載の前記位相シフトマスクが、ハーフトーン型、レベ
ンソン型、自己整合型のいずれかであることを特徴とす
る。また、本発明の請求項６に係わる発明記載のレーザ
リペア装置は、前記請求項１または２に係わる発明記載
の前記スリット機構と前記ガラスマスクを照射するレー
ザ光が、それぞれパルス特性の異なることを特徴とす
る。また、本発明の請求項７に係わる発明記載のレーザ
リペア装置は、前記請求項６に係わる発明記載の前記Ｏ
ＰＣマスクを照射するレーザ光が、パルス幅１００ｆｓ
〜３００ｐｓのパルス列であり、前記スリット機構を照
射するレーザ光が、パルス幅１０ｐｓ〜５００ｐｓのパ
ルス列であることを特徴とする。また、本発明の請求項
８に係わる発明記載のレーザリペア装置は、前記請求項
６または７に係わる発明記載の前記パルス特性の異なる
レーザ光は、異なる２台のレーザから出射するレーザ光
であることを特徴とする。また、本発明の請求項９に係
わる発明記載のレーザリペア装置は、前記請求項１乃至
８に係わる発明記載の前記ガラスマスクで使用されるＯ
ＰＣパターンは、セリフ型、またはハンマーヘッド型で
あることを特徴とする。また、本発明の請求項１０に係
わる発明記載のレーザリペア装置は、前記請求項４に係
わる発明記載の前記位相シフトマスクのシフター材料に
は、ＭｏＳｉ系、Ｓｉ系、ＺｒＳｉ系、Ｃｒ系、ＴｉＳ
ｉ系、あるいはこれらに準ずる材料のいずれかの材料を
使用することを特徴とする。また、本発明の請求項１１
に係わる発明記載のレーザリペア装置は、レーザと、前
記レーザ光を２分岐化し、第１の分岐光と第２の分岐光
を生成する光分岐手段と、前記第１の分岐光を照射し、
ＯＰＣパターンの正方形パターン部のみを有する第１の
ガラスマスクと、前記第２の分岐光を照射し、前記正方
形パターンの角に位置するＯＰＣパターンのセリフ部の
みを有する第２のガラスマスクと、前記２つのガラスマ
スクの透過像を合成する光合流手段と、前記合成された
透過像を同一平面上に縮小結像する結像光学系、を備
え、前記結像面に配設された加工対象物を前記合成して
ＯＰＣパターンに結像された光点によって加工すること
を特徴とする。また、本発明の請求項１２に係わる発明
記載のレーザリペア装置は、前記請求項１１に係わる発
明記載の前記第１及び第２のガラスマスクが、それぞれ
形状または大きさの異なる複数のパターンを有し、前記
レーザ光を照射するパターンを前記複数のパターンの中
から選択できることを特徴とする。また、本発明の請求
項１３に係わる発明記載のレーザリペア装置は、前記請
求項１１に係わる発明記載の前記第１のガラスマスクの
備える第１の正方形パターンの一辺の長さを１００とす
るとき、前記第２のガラスマスクの有する前記セリフ部
の第２の正方形の一辺は２０〜４０であり、前記第１の
正方形と前記第２の正方形の重なり部の長さは０〜２０
の比を有した前記ＯＰＣパターンに結像された光点によ
って、正方形の加工を行うことを特徴とする。また、本
発明の請求項１４に係わる発明記載のレーザリペア装置
は、前記請求項１に係わる発明記載の前記光路切り換え
る機構と前記スリット幅可変のスリット機構との間の光
路中、及び前記光路切り換える機構と前記ガラスマスク
との間の光路中に独立にビーム拡がり角を調整できるビ
ームエキスパンダーを備えることを特徴とする。また、
本発明の請求項１５に係わる発明記載のレーザリペア装
置は、前記請求項１４に係わる発明記載の前記独立した
ビームエキスパンダ−は、ＯＰＣマスクを使用したとき
の加工形状が最良となるように、可変ＸＹスリット機構
とは異なる拡大率を選択できることを特徴とする。ま
た、本発明の請求項１６に係わる発明記載のレーザリペ
ア装置は、前記請求項１乃至１４に係わる発明記載の前
記ガラスマスクは、前記縮小結像倍率を１／Ｍとしたと
き、光軸方向にＭ／１０ミクロン以下の分解能を有する
微調機構と、光軸と垂直な方向に１０Ｍナノメータ以下
の分解能を有する微動ステージ機構を備えることを特徴
とする。また、本発明の請求項１７に係わる発明記載の
レーザリペア装置は、前記請求項１６に係わる発明記載
の前記ガラスマスクを光軸方向と垂直な軸方向に移動す
ることにより、結像加工位置を微小量シフトできること
を特徴とする。また、本発明の請求項１８に係わる発明
記載のレーザリペア装置は、前記請求項１６に係わる発
明記載の前記レーザリペア装置が、さらに前記結像され
た光点を計測する手段を有し、前記微動ステージ機構
は、前記結像光点計測手段と帰還サーボ系を構成し、前
記サーボ系によって前記結像点の光軸方向の位置が自動
制御されることを特徴とする。また、本発明の請求項１
９に係わる発明記載のレーザリペア装置は、前記請求項
１６に係わる発明記載の前記可変ＸＹスリット機構で加
工する場合のフォーカス位置と、前記ＯＰＣガラスマス
クを使用して加工する場合のフォーカス位置とを一致さ
せることを特徴とする。また、本発明の請求項２０に係
わる発明記載のＯＰＣマスクは、方形パターンと前記方
形パターンの角部にセリフ部を有する光近接効果補正を
考慮したパターンを備えたＯＰＣマスクであって、前記
ＯＰＣパターンが２枚のマスクによって構成され、前記
２枚のマスクを主面に沿って互いに一軸方向にスライド
することによって前記方形のパターン幅を一軸方向に可
変することができることを特徴とする。また、本発明の
請求項２１に係わる発明記載のレーザリペア装置は、レ
ーザと、前記レーザ出射光を照射し、ＸＹ２軸のうちＸ
軸方向に前記方形のパターン幅を可変することができる
前記請求項２０に係わる発明記載の第１のＯＰＣマスク
と、前記レーザ出射光を照射し、Ｙ軸方向に前記方形の
パターン幅を可変することができる前記請求項２０に係
わる発明記載の第２のＯＰＣマスクと、前記第１のＯＰ
Ｃマスクの透過像と、前記第２のＯＰＣマスクの透過像
を同一平面上に縮小結像する結像光学系、を備え、前記
結像面に配設された加工対象物を前記結像された光点に
よって加工することを特徴とする。また、本発明の請求
項２２に係わる発明記載のレーザリペア装置は、前記請
求項２０に係わる発明記載の前記レーザ出射光を、前記
第１のＯＰＣマスクと前記第２のＯＰＣマスクのいずれ
かを選択して照射するための光路切り換える機構を有す
ることを特徴とする。また、本発明の請求項２３に係わ
る発明記載のレーザリペア装置は、レーザと、前記レー
ザ光を２分岐化し、第１の分岐光と第２の分岐光を生成
する光分岐手段と、前記第１の分岐光を照射し、ＸＹ２
軸のうちＸ軸方向に前記方形のパターン幅を可変するこ
とができる前記請求項２０記載の第１のＯＰＣマスク
と、前記第２の分岐光を照射し、Ｙ軸方向に前記方形の
パターン幅を可変することができる前記請求項２０記載
の第２のＯＰＣマスクと、前記２つのガラスマスクの透
過像を合成する光合流手段と、前記合成された透過像を
同一平面上に縮小結像する結像光学系、を備え、前記結
像面に配設された加工対象物を前記合成してＯＰＣパタ
ーンに結像された光点によって加工することを特徴とす
る。また、本発明の請求項２４に係わる発明記載のレー
ザリペア装置は、レーザと、前記レーザ出射光を照射
し、ＸＹ２軸のうちＸ軸方向に前記方形のパターン幅を
可変することができ、前記Ｙ軸方向に９０度回転する機
構を有する前記請求項２０に係わる発明記載の前記ＯＰ
Ｃマスクと、前記ＯＰＣマスクの透過像を縮小結像する
結像光学系、を備え、前記結像面に配設された加工対象
物を前記結像された光点によって加工することを特徴と
する。

【０００７】

【発明の実施の形態】対物レンズはそのまま使用し、さ
らなる解像度の改善がなされた加工を実現させる目的を
達成するために、本発明では、光近接効果補正（ＯＰ
Ｃ：ＯｐｔｉｃａｌＰｒｏｘｉｍｉｔｙＣｏｒｒｅ
ｃｔｉｏｎ）を利用して、解像限界を超えた加工を可能
にさせることを考える。光近接効果とは、たとえば波長
０．２４８μｍのＫｒＦエキシマレーザ露光装置で０．
２０μｍの露光波長以下の微細パターンを形成しようと
する場合、周囲のパターン間隔に粗密差があると、回折
や干渉の具合が僅かに変化することにより、形成される
パターンに寸法差が発生する現象である。より具体的に
説明すると、マスクパターンにおいて隣接パターンとの
離間間隔がある程度広い場合には、マスクパターンの設
定値通りの大きさに露光像を形成することができるが、
マスクパターンにおいて隣接パターンとの離間間隔があ
る間隔以上に狭くすると、露光パターンに寸法誤差が生
じてその大きさが大きくなる。このため、この現象に対
処するため、予めシミュレーションをかけて、露光した
後のパターンが変化しないように、パターンの元データ
に補正量を与えておく。これが光近接効果補正（ＯＰ
Ｃ）と言われているものである。Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒＦＰＤＷｏｒｌｄ２０００．７、ｐ２０９
にも示されているように、代表的なＯＰＣパターンであ
る、セリフ型とハンマーヘッド型と呼ばれる形状（図１
７（Ｂ））をマスクリペアのスリット形状に適用する
と、図１６（Ｂ）に示すように回折限界で丸くなった角
部の曲率半径を小さくすることができる。

【０００８】本発明に際し、予め図１８に示したレーザ
リペアの標準光学系の構成を使ってＯＰＣマスクを使用
したときの効果を確認する実験を行った。実験系は、可
変ＸＹスリット２０を照射光７によって照射し、スリッ
ト面１０の透過像をリレーレンズ２と２つの折り返しミ
ラー３と折り返しミラー４とによって対物レンズ５に導
き、結像面６にスリット透過像を縮小結像する構成であ
る。×１／２００の縮小結像光学系であって、１００μ
ｍ角のスリット形状を０．５μｍ角に結像する。対物レ
ンズ５のＮＡは０．８５で、使用したレーザ光は、波長
３５１ｎｍ、パルス幅は２５０ｐｓである。通常のスリ
ット機構を使用した場合のレーザ加工の結果と、ＯＰＣ
ガラスマスクを使用した場合の加工形状との比較を行
い、ＯＰＣガラスマスクを使用した場合の改善状態を調
べた。ＯＰＣマスクを使用した場合の評価にあたって
は、図１９のようなパラメータを規定した。図中のａは
固定で１００μｍとし、ｂを０、１０、２０、３０、４
０μｍ、ｃを０、１０、２０μｍと変化させたマスクパ
ターンを作りこれを用いて評価した。結果として、ｂ＝
３０〜４０μｍ、ｃ＝０μｍのときに顕著な改善効果が
得られた。ｃ値が大きくなるほど図１６（Ｂ）に示した
ような角の解像の効果が薄れる方向となり、ｂ−ｃ値が
３０μｍ程度無いとこの効果が顕著でなかった。更なる
知見として、レーザパルス幅を３０ｐｓにして評価する
と、パルス幅が約１０分の１になり、熱拡散長が小さく
なることから、ｂ−ｃ値が小さくてもＯＰＣの効果が見
られることが判明した。

【０００９】次に、本発明のレーザマスクリペア装置の
実施の形態について図面を参照して説明する。図１に本
発明の第一の実施形態として、図１７に示した一般的な
レーザリペア光学系における可変スリット機構部２０の
代わりに、ＯＰＣパターンを有するマスクを設置した結
像光学系の基本構成図を示す。構成は、ＯＰＣガラスマ
スク１をコリメートされた照射光７によって照射し、ス
リット面１０上のパターン透過像をリレーレンズ２と２
つの折り返しミラー３と折り返しミラー４とによって対
物レンズ５に導き、結像面６上にパターン透過像を縮小
結像する構成である。対物レンズ５は、オートフォーカ
ス機構（ＡＦ機構９）を備え、ＯＰＣガラスマスクは、
微動位置決め機構８に搭載されている。ここではＯＰＣ
パターンは、結像パターンが正方形となるようなパター
ンを用いている。従来のレーザマスクリペア装置に用い
られているスリットは固定形状を有するスリットでな
く、Ｘ、Ｙ軸それぞれがスリット幅を０〜１０μｍ程度
の幅で制御できる構成となっている。これに対し、図１
の本実施実施形態の構成では、ＯＰＣマスク１は通常の
フォトマスクのように、ガラス基板上にＣｒ薄膜のパタ
ーンを形成したものである。ＯＰＣマスク上のパターン
は１つの固定パターンのため、欠陥の大きさに合わせる
修正はできない。即ち、ＯＰＣパターンを有するマスク
の寸法を最小加工寸法にしておき、それより大きな欠陥
については、結像面６にある欠陥フォトマスクが搭載さ
れているＸＹステージあるいはＸＹステージに搭載され
ている微動ステージを移動させ、複数ショットで欠陥全
体に渡って修正加工する。

【００１０】ステージ移動が５０ｎｍ程度以下の極く僅
かな場合については、ＯＰＣマスク自身を微少量移動さ
せる方法もある。これは、先述したように、最新のレー
ザリペアの加工光学系は通常×１／１００〜×１／２０
０程度の縮小率を有している。このため、ＯＰＣマスク
を移動して結像位置をずらす場合は、欠陥マスク上で実
際に移動させたい距離の１００〜２００倍の量だけＯＰ
Ｃマスクを移動することになるので、マスク上で１０ｎ
ｍオーダの微調する場合には、制御が容易で精度確保上
有利となる。たとえば、１０ｎｍだけ正確に加工修正箇
所をシフトさせたい場合には、×１／２００の場合には
２μｍの移動になる。このようにミクロンオーダの移動
であれば、標準のリニアスケールを用いた位置決めシス
テムを使用しても、５０ｎｍ単位で位置決めできるの
で、制御分解上問題ないレベルとなる。

【００１１】上記の実施形態の説明では、ＯＰＣマスク
は、通常のフォトマスクと同様のＣｒ薄膜で形成したバ
イナリーマスクの場合を述べたが、高解像を目的に開発
されている各種の位相シフトマスクを用いることができ
る。例えば、レベンソン型位相シフトマスクやハーフト
ーン型位相シフトマスク等を用いることができる。

【００１２】図２に第二の実施形態の構成を示す。本実
施形態では、形状の異なるＯＰＣパターンを３つＯＰＣ
ガラスマスク１１に書き込んだ例である。ここで用いて
いる複数のパターンは、図３に示したように、第一の実
施形態で示したＯＰＣパターンと同じ大きさのセリフを
有し（ｂ₁=ｂ₂、ｃ₁=ｃ₂）、コーナー部の解像度を同じ
だけ上げているが、正方パターンの大きさ（ａ）のみ大
きさの異なる形状を有するパターンを配置させた例であ
る。修正する欠陥の大きさに合わせて３つのＯＰＣパタ
ーンを選択できるようになっている。また、各ＯＰＣパ
ターンの位置出しのためのインデックス機構と、第一の
実施形態で述べた微動位置決め機構を有している。図２
では、２つの機構を粗動／微動位置決め機構１２で代表
して表してある。

【００１３】図４に第三の実施形態の構成を示す。図４
では、図１のリレーレンズ２から２枚の折り返しミラ
ー、対物レンズ５、結像面６までの光路は図１と同一構
成であるので、これらを省略し、「結像レンズへ」の矢
印で代表してある。本実施形態では、従来より代表的な
レーザリペア（図１８）で使用されている可変ＸＹスリ
ット２０と、本発明の第二の実施形態（図２）のＯＰＣ
ガラスマスク１１（複数ＯＰＣパターンを有するタイ
プ）の両方を搭載し、修正する欠陥の形状や大きさによ
って、コリメート照射光の光路を切り換えて、照射する
対象をスリット２０またはＯＰＣガラスマスク１１を選
択する構造となっている。図４中の２枚の折り返しミラ
ー２２−１と折り返しミラー２２−２をお互い反対方向
に同時に出し入れすることによって光路切り換えを行っ
ている。

【００１４】図５に可変ＸＹスリット２０を選択した場
合、図６にＯＰＣガラスマスク１１を選択した場合の、
可動折り返しミラーの配置とそれによって設定される光
路を示す。ＯＰＣマスクを選択した場合には３種類のＯ
ＰＣパターンが選択できる例を示している。この機構は
第二の実施形態と同様の粗動／微動位置決め機構１２を
備えている。

【００１５】本実施形態においては、ビーム切り換えに
よって、光源から結像点までのトータルの光路長は異な
らないが、図４で示した模式図のように可変ＸＹスリッ
ト２０とＯＰＣガラスマスク１１とが真横に並んでいる
と、対物レンズまでの距離がスリットとＯＰＣマスクと
では異なる。この距離が変わると、結像位置が変わるの
で、どちらか一方のフォーカスがずれることになる。対
物レンズを調整してフォーカスを合わせられたとして
も、倍率が変わることになるので問題となる。即ち、本
実施例においては、光路切り換えによって、レンズまで
の距離が変わらないように配置することが肝要になる。
実際には、この調整は大変シビアな調整となる。たとえ
ば、ＮＡ＝０．８５の対物レンズを使用した結像加工光
学系では、ＡＦ（オートフォーカス）の精度は０．１ミ
クロン程度が要求される。×１／２００の結像加工光学
系を考えると、スリット（ＯＰＣマスク）の光軸方向の
位置合わせ精度は２０ミクロンとなる。この精度で、各
光路にあるスリット位置、ＯＰＣマスク位置を調整する
ことが要求される。このため、本実施例においては、Ｏ
ＰＣマスク側の機構部に光軸方向に微動位置決め機構２
３を設けてある。

【００１６】また、本実施形態においては、可変ＸＹス
リット２０に照射するレーザ光とＯＰＣガラスマスク１
１に照射するレーザ光は同一である場合を述べてきた
が、波高値やパルス幅やパルス波形の異なるレーザパル
スを別々に照射しても良い。例えば、ＯＰＣガラスマス
クには、レーザ光は１００ｆｓ〜３００ｐｓのパルス列
を照射し、可変ＸＹスリットには、１０ｐｓ〜５００ｐ
ｓのパルス列を照射して効果を上げることもできる。

【００１７】図７に第四の実施形態を示す。本実施形態
では、第三の実施形態で示したビームエキスパンダーが
スリットやマスクに対して共通であったのとは異なり、
可変ＸＹスリット２０とＯＰＣガラスマスク１１にそれ
ぞれ独立したビームエキスパンダー３１と３２が設けら
れている。ビームエキスパンダーを独立させることによ
り、どちらか一方のビームエキスパンダーのみの倍率を
変えたり、あるいは、倍率は変えなくてもコリメーショ
ンの具合を微調したりすることが可能になる。これによ
って、解像効果をより上げることが可能となる。

【００１８】図８に第五の実施形態を示す。本実施形態
は、ＯＰＣパターン付きガラスマスク４１とＯＰＣパタ
ーン付きガラスマスク４２の２枚のＯＰＣマスクを用い
て、一軸方向にのみスリット幅を可変できるＯＰＣマス
クを用いた一軸スリット幅可変機構４０を構成した例で
ある。図８は、２枚のＯＰＣパターンの位置関係を表す
ため２枚のガラスマスクを離して立体的に表した図８
（Ａ）と、パターンの中心を通る水平面での切断図の図
８（Ｂ）とからなる。構成は、断面図図８（Ｂ）に示し
たように、２枚のＯＰＣパターンが書き込まれたガラス
マスクを最小の間隙をおき、しかも、Ｃｒパターン面が
お互い内側になるように配置させる。先述したように、
加工点でのフォーカス許容を考えると、パターンの間隙
は２０ミクロン程度以下が要求される。実際には、５ミ
クロン程度のすべりの良い樹脂シートを挟んで間隔を保
つようにしている。一軸スリット幅可変機構４０を図１
のレーザリペア光学系のＯＰＣガラスマスク１と置き換
えることによって、各ガラスマスクを左右方向に微調整
できるようにしてあるので、一軸方向にのみであるが、
加工幅を自在に可変できるので修正時の対応がより拡が
る。

【００１９】図９に第六の実施形態を示す。図８に示し
た２枚のＯＰＣマスクを用いた一軸スリット幅可変機構
４０を２つ、一方をＸ方向に幅を可変するＯＰＣマスク
パターンを用いた一軸スリット幅可変機構４０−１と、
他方をＹ方向に幅を可変するＯＰＣマスクパターンを用
いた一軸スリット幅可変機構４０−２とし、折り返しミ
ラー２２−１と折り返しミラー２２−２の挿抜によって
光路を切り換えて照射して、結像レンズへ導く対象を、
ＸＹのＯＰＣマスクパターンを用いた一軸スリット幅可
変機構の透過像のどちらかを選択する構成となってい
る。本実施形態では、第五の実施形態（図８）で可変で
きなかったもう一方の軸（直交する軸）に対して、同様
のＯＰＣマスクを用いたスリット幅調整機構を設けた例
である。本実施形態では、移動可能な折り返しミラー２
２−１と２２−２によって、光路を切り換えでどちらか
一方向のスリット幅を調節して結像面に照射する構成と
したものである。修正する欠陥マスクの欠陥形状に合わ
せた選択ができる。

【００２０】図１０に第七の実施形態を示す。本実施形
態では、第六の実施形態（図９）で光路切り換え方式で
ＯＰＣマスク調整機構において直交する軸を得たのに対
して、ＯＰＣマスク調整機構は１軸のみであるが、回転
機構を有することにより、同じ効果を得ることができ
る。図１の光学系におけるＯＰＣガラスマスク１、また
は図２の光学系におけるＯＰＣガラスマスク１１の位置
に、それらに変えて配設する。

【００２１】図１１に第八の実施形態を示す。本実施形
態では、図９の第六の実施形態の光学系における移動可
能な折り返しミラー２２−１と２２−２を、固定のハー
フミラー５１に置き換えた構成を採っており、コリメー
ト光の光軸をハーフミラー５１−１にて二分割し、図８
の第五の実施形態で示したＯＰＣマスクパターンを用い
た一軸スリット幅可変機構を各軸直交するように配置
し、最後にハーフミラー５１−２（結合ミラー）で２つ
のビームを結合させて、この合成されたビームを結像レ
ンズで結像させる構成を有している。本実施例を用いれ
ば凸型、Ｌ型、十字型などの形状を作ることができるた
め、さらなる複雑な欠陥形状に対応することができる。

【００２２】図１２に第九の実施形態を示す。本実施形
態でも、コリメート光の光軸をハーフミラー５１−１に
て二分割し、ＯＰＣのない通常のスリット形状を持った
ガラスマスク６２と、ＯＰＣのためのセリフ部の形状を
独立させて有するガラスマスク６１とを透過させ、それ
らの透過像を再びハーフミラー５１−２にて結合させ
て、この合成されたビームを結像レンズで結像させる構
成を有している。ＯＰＣのない通常のスリット形状と、
セリフ形状は各々複数パターンを有し、これらを選択、
組み合わせを変えることが可能になる構成となってい
る。異なるセリフの大きさを組み合わせられることによ
り、ＯＰＣの効き具合の異なる状態を選択でき、前実施
形態と同様に、対応できる幅をより拡げることができ
る。

【００２３】図１３にレーザ加工光学系の第十の実施形
態を示す。本実施形態では、本特許の図１に示した第一
実施形態や図４に示した第三実施例形態のＯＰＣマスク
を利用したレーザリペア光学系において、ＯＰＣマスク
を選択したときに実際に加工される位置を正確に表示さ
せるための光学系の具体例を示したものである。構成
は、加工のためのレーザビームの光学系と、ＯＰＣパタ
ーン観察のための光学系と、加工点を観察する光学系と
からなっている。加工のためのレーザビームの光学系
は、レーザ光２５が入射される光路中に、レーザ光２５
を反射しＯＰＣパターン観察用の照明光７３を透過する
ダイクロイックミラー７１−２（２波長性ミラー）を置
き、レーザ光２５を反射させてＯＰＣガラスマスク１１
に入射させる。このＯＰＣガラスマスクのレーザ透過像
は、７１−２と同じ波長特性を有する別のダイクロイッ
クミラー７１−１を透過し、リレーレンズ２−２、折り
返しミラー２１−１、対物レンズ５を介して結像面６に
結像させる構成をとっている。ＯＰＣパターン観察のた
めの光学系は、レーザ光２５と直交する方向から照明光
７３をダイクロイックミラー７１−２に入射させ、ＯＰ
Ｃガラスマスク１１に入射させる。このＯＰＣガラスマ
スクの透過像を別のダイクロイックミラー７１−１を用
いて、照明光７３の波長の透過像だけを透過分離し、折
り返しミラー２１−２、リレーレンズ２−１、折り返し
ミラー２１−３を介してＣＣＤカメラ７２−１のＣＣＤ
素子上に結像させる構成をとっている。また、加工点を
観察する光学系は、結像面６上の加工点の像を対物レン
ズ５、折り返しミラー２１−１、リレーレンズ２−２、
ダイクロイックミラー７１−１を透過させ、折り返しミ
ラー２１−４を介してＣＣＤカメラ７２−２のＣＣＤ素
子上に結像させる構成をとっている。この構成により、
ＯＰＣパターンの形状が正確にモニターできるようにな
り、ＯＰＣマスク位置の確認、ＯＰＣマスク形状の確認
等に利用できる。本情報を画像処理装置を用いてデータ
化すれば、このデータを基に、ＯＰＣマスクにより結像
加工される輪郭を表示したり、この輪郭を加工点観察光
学系で得られた実際の加工形状や位置を示す画像情報に
一旦合わせれば、次回からは加工領域を示すためのパイ
ロットビームとして使用することができるので大変有用
である。

【００２４】図１４に、第十の実施形態の加工光学系を
用いて加工位置を表示するためのシステム構成図を示
す。図中で示したパーソナルコンピュータ（ＰＣ）が、
ＣＣＤカメラ７２−１によってＯＰＣパターンを直接モ
ニターして得た画像８４−１と、ＣＣＤカメラ７２−２
によって実際の加工結果を観察した画像８４−２をそれ
ぞれ画像処理装置８１−１と画像処理装置８１−２とで
解析し、このデータが一致するようにＯＰＣマスクのス
テージ８３−２が持つ微動位置決め機構をステージドラ
イバ８２−２を通じて調整（キャリブレーション）した
り、あるいは、加工対象である欠陥修正用のマスクが載
っているＸＹステージ８３−１をステージドライバ８２
−２を通じて制御させることにより、加工位置表示でき
るシステムを構築できる。

【００２５】図１５は、このときの加工位置処理の概略
フローを示したものである。

【００２６】

【発明の効果】本特許で示したＯＰＣマスクを用いれ
ば、レーザリペア装置において、使用した加工光学系が
有する解像限界力以上の解像力で加工できる特徴があ
る。等価的に、対物レンズの光学設計限界を超えること
ができるので、現在のリペアシステムを１世代先のルー
ルに対応できる利点がある。本方式は従来のスリット機
構部の改造にて対応することもできる。最小費用で、且
つ、最短時間で装置の大幅なレベルアップを図ることが
できるという観点からも大変有用な技術である。半導体
のロードマップに示された以上のスピードで進んでいる
配線ルールに対応しなければいけない現在、本特許によ
る対応は貴重である。

【００２７】本特許の第三実施例のように、従来の可変
スリット機構とＯＰＣマスクを併用した方式のレーザリ
ペアシステムを用いると、大きな欠陥は従来方式のスリ
ット機構を使い、最小スリット幅付近での欠陥はＯＰＣ
マスクによる修正法で実施することにすれば、現在のフ
ォトマスクで発生する種々の欠陥修正に一度に対応でき
るので便利である。

【００２８】最近のフォトマスク技術で最も注目されて
いるハーフトーン位相シフトマスク（ＨＴ−ＰＳＭ）の
修正においては、本特許の効果はさらに大きく現れる。
これは、ＭｏＳｉなどのＨＴマスクは通常のＣｒバイナ
リーマスクと比較して、レーザ光の吸収が比較的小さ
く、加工時の熱的影響が受けにくいことから、このＨＴ
マスクに対するＯＰＣマスクを用いた結像加工では、コ
ーナー部はＣｒマスクの場合の半分程度の曲率半径にな
ることが期待できる。ＭｏＳｉの加工時には、ＯＰＣマ
スクのセリフは小さいものを選択しないと、却ってコー
ナーが出っ張ることになるので、最適なＯＰＣ形状を選
ぶ必要がある。前述したように、本特許では異なるセリ
フ形状のＯＰＣを選択できるので、修正するマスクの材
質によってセリフ形状は適当な形状のものを選択すれば
よい。さらには、レーザリペア装置の使用している波長
によっては、ＯＰＣマスク自体をＨＴ−ＰＳＭで製作
し、結像点でさらなる解像力ＵＰを実現することも有効
である。

【００２９】また、第一の実施形態で説明したように、
ＯＰＣマスクを使用した加工の場合、修正のための移動
精度も数１０ｎｍが要求される。従来の装置では加工対
象の欠陥マスクを載せているＸＹステージをピエゾ素子
などで微小量移動させていたが、フィードバック制御が
できないため、制御性が悪く正確に動作させることがで
きなかった。ＯＰＣマスクの微動機構にリニアスケール
を付けて制御すれば、簡単に加工面で数１０ｎｍ精度の
動作を行わせることができる。この機構を利用すれば、
数１００ｎｍ角内の自動加工ができる。これまでは、手
動で実施していたため、一様でないピッチで加工してお
り、ガラス基板への彫れ深さも一様にならない場合が多
かったが、正確なピッチ送りによる自動加工により、加
工形状をフラットにすることが可能になる特徴がある。

【００３０】さらに、第七の実施形態で示した一軸のＯ
ＰＣマスクによるスリット幅可変機構を、直交する方向
に二軸分準備し、これを光路切り換えせずにハーフミラ
ーで同時二分割した後、これらのＯＰＣマスク機構をそ
れぞれ配置し、再びハーフミラーを用いて結合させた後
で結像させることにより、凸型、Ｌ型、十字型の形状が
作れる。これは、コンタクトホールの欠陥修正などで有
用な形状である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のＯＰＣパターンをス
リットに用いたレーザリペアの結像光学系の基本構成を
示す図である。

【図２】本発明の第２の実施形態の複数のＯＰＣパター
ンを用いたレーザリペアの結像光学系の構成を示す図で
ある。

【図３】図２の形状の異なるＯＰＣパターンの詳細を示
す図である。

【図４】本発明の第３の実施形態の可変ＸＹスリット幅
機構とＯＰＣマスクの切り換え部の構成を示す図であ
る。

【図５】本発明の第３の実施形態における可変ＸＹスリ
ット幅機構を選択したときの光路を示す図である。

【図６】本発明の第３の実施形態におけるＯＰＣマスク
を選択したときの光路を示す図である。

【図７】本発明の第４の実施形態の可変ＸＹスリット幅
機構とＯＰＣマスクに独立したビームエキスパンダーを
使用したときの構成を示す図である。

【図８】本発明の第５の実施形態のＯＰＣマスクを用い
た一軸スリット幅可変機構の構成を示す図である。

【図９】本発明の第６の実施形態のＯＰＣマスクを用い
た一軸スリット幅可変機構をＸ、Ｙ両方向に用いた構成
を示す図である。

【図１０】本発明の第７の実施形態のＯＰＣマスクを用
いた一軸スリット幅可変機構に回転機構を組み合わせた
構成を示す図である。

【図１１】本発明の第８の実施形態のＯＰＣマスクを用
いた一軸スリット幅可変機構をＸ、Ｙ両方向に用い、さ
らに、ハーフミラーと組み合わせた構成を示す図であ
る。

【図１２】本発明の第９の実施形態のＯＰＣマスクのセ
リフ部を独立なパターンとして選択し、合成してＯＰＣ
マスク効果を得る構成を示す図である。

【図１３】本発明の第９の実施形態のＯＰＣパターン観
察可能な光学系構成を示す図である。

【図１４】本発明の第１０の実施形態のリペア加工位置
表示処理のシステムの構成を示す図である。

【図１５】本発明の第１０の実施形態のリペア加工位置
表示処理のフローを示す図である。

【図１６】通常スリットとＯＰＣスリットで結像加工し
たときの加工形状の改善効果を示す図である。

【図１７】設計パターンとＯＰＣパターンの形状を示す
図である。

【図１８】従来の代表的なレーザリペアで使用される結
像加工光学系の構成を示す図である。

【図１９】ＯＰＣマスク評価のためのパラメータを示す
図である。

【符号の説明】

１ＯＰＣガラスマスク２リレーレンズ３折り返しミラー４折り返しミラー５対物レンズ６結像面７照射光８微動位置決め機構１０スリット面１１ＯＰＣガラスマスク１２粗動／微動位置決め機構２０可変ＸＹスリット２１折り返しミラー２２折り返しミラー２５レーザ光３１ビームエキスパンダー４０一軸スリット幅可変機構４１ガラスマスク４２ガラスマスク５１ハーフミラー６１ガラスマスク６２ガラスマスク７１ダイクロイックミラー７２ＣＣＤカメラ７３照明光８１画像処理装置８２ステージドライバ８３ステージ８４画像

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザと、前記レーザ出射光を照射し、
２次元において任意のスリット幅に可変できるスリット
機構と、前記レーザ出射光を照射し、前記スリット機構
とは独立した光近接効果補正（ＯＰＣ）を考慮したパタ
ーンを少なくとも１つ以上有するガラスマスクと、前記
スリット機構の透過像と、前記ガラスマスクの透過像を
同一平面上に縮小結像する結像光学系、を備え、前記結
像面に配設された加工対象物を前記結像された光点によ
って加工することを特徴とするレーザリペア装置。
【請求項２】前記レーザ出射光を、前記スリット幅可
変のスリット機構と前記ガラスマスクのいずれかを選択
して照射するための光路切り換える機構を有することを
特徴とする前記請求項１記載のレーザリペア装置。
【請求項３】前記ガラスマスクが、前記レーザ光を照
射するパターンを前記複数のＯＰＣパターンの中から選
択できるように、光軸方向と垂直な方向に移動させる機
構を備えることを特徴とする前記請求項１記載のレーザ
リペア装置。
【請求項４】前記ＯＰＣガラスマスクが、透光領域と
遮光領域から成るバイナリーマスクか、あるいは、位相
シフトマスクで製作されていることを特徴とする前記請
求項１記載のレーザリペア装置。
【請求項５】前記位相シフトマスクが、ハーフトーン
型、レベンソン型、自己整合型のいずれかであることを
特徴とする前記請求項４記載のレーザマスクリペア装
置。
【請求項６】前記スリット機構と前記ガラスマスクを
照射するレーザ光が、それぞれパルス特性の異なること
を特徴とする前記請求項１または２記載のレーザリペア
装置。
【請求項７】前記ＯＰＣマスクを照射するレーザ光
が、パルス幅１００ｆｓ〜３００ｐｓのパルス列であ
り、前記スリット機構を照射するレーザ光が、パルス幅
１０ｐｓ〜５００ｐｓのパルス列であることを特徴とす
る前記請求項６記載のレーザリペア装置。
【請求項８】前記パルス特性の異なるレーザ光は、異
なる２台のレーザから出射するレーザ光であることを特
徴とする前記請求項６または７記載のレーザリペア装
置。
【請求項９】前記ガラスマスクで使用されるＯＰＣパ
ターンは、セリフ型、またはハンマーヘッド型であるこ
とを特徴とする前記請求項１乃至７記載のレーザリペア
装置。
【請求項１０】前記位相シフトマスクのシフター材料
には、ＭｏＳｉ系、Ｓｉ系、ＺｒＳｉ系、Ｃｒ系、Ｔｉ
Ｓｉ系、あるいはこれらに準ずる材料のいずれかの材料
を使用することを特徴とする前記請求項４記載のレーザ
リペア装置。
【請求項１１】レーザと、前記レーザ光を２分岐化
し、第１の分岐光と第２の分岐光を生成する光分岐手段
と、前記第１の分岐光を照射し、ＯＰＣパターンの正方
形パターン部のみを有する第１のガラスマスクと、前記
第２の分岐光を照射し、前記正方形パターンの角に位置
するＯＰＣパターンのセリフ部のみを有する第２のガラ
スマスクと、前記２つのガラスマスクの透過像を合成す
る光合流手段と、前記合成された透過像を同一平面上に
縮小結像する結像光学系、を備え、前記結像面に配設さ
れた加工対象物を前記合成してＯＰＣパターンに結像さ
れた光点によって加工することを特徴とするレーザリペ
ア装置。
【請求項１２】前記第１及び第２のガラスマスクが、
それぞれ形状または大きさの異なる複数のパターンを有
し、前記レーザ光を照射するパターンを前記複数のパタ
ーンの中から選択できることを特徴とする前記請求項１
１記載のレーザリペア装置。
【請求項１３】前記第１のガラスマスクの備える第１
の正方形パターンの一辺の長さを１００とするとき、前
記第２のガラスマスクの有する前記セリフ部の第２の正
方形の一辺は２０〜４０であり、前記第１の正方形と前
記第２の正方形の重なり部の長さは０〜２０の比を有し
た前記ＯＰＣパターンに結像された光点によって、正方
形の加工を行うことを特徴とする前記請求項１１記載の
レーザリペア装置。
【請求項１４】前記光路切り換える機構と前記スリッ
ト幅可変のスリット機構との間の光路中、及び前記光路
切り換える機構と前記ガラスマスクとの間の光路中に独
立にビーム拡がり角を調整できるビームエキスパンダー
を備えることを特徴とする前記請求項１記載のレーザリ
ペア装置。
【請求項１５】前記独立したビームエキスパンダ−
は、ＯＰＣマスクを使用したときの加工形状が最良とな
るように、可変ＸＹスリット機構とは異なる拡大率を選
択できることを特徴とする前記請求項１４記載のレーザ
リペア装置。
【請求項１６】前記ガラスマスクは、前記縮小結像倍
率を１／Ｍとしたとき、光軸方向にＭ／１０ミクロン以
下の分解能を有する微調機構と、光軸と垂直な方向に１
０Ｍナノメータ以下の分解能を有する微動ステージ機構
を備えることを特徴とする前記請求項１乃至１４記載の
レーザリペア装置。
【請求項１７】前記ガラスマスクを光軸方向と垂直な
軸方向に移動することにより、結像加工位置を微小量シ
フトできることを特徴とする前記請求項１６記載のレー
ザリペア装置。
【請求項１８】前記レーザリペア装置が、さらに前記
結像された光点を計測する手段を有し、前記微動ステー
ジ機構は、前記結像光点計測手段と帰還サーボ系を構成
し、前記サーボ系によって前記結像点の光軸方向の位置
が自動制御されることを特徴とする前記請求項１６記載
のレーザリペア装置。
【請求項１９】前記可変ＸＹスリット機構で加工する
場合のフォーカス位置と、前記ＯＰＣガラスマスクを使
用して加工する場合のフォーカス位置を完全に一致させ
ることを特徴とする前記請求項１６記載のレーザリペア
装置。
【請求項２０】方形パターンと前記方形パターンの角
部にセリフ部を有する光近接効果補正を考慮したパター
ンを備えたＯＰＣマスクであって、前記ＯＰＣパターン
が２枚のマスクによって構成され、前記２枚のマスクを
主面に沿って互いに一軸方向にスライドすることによっ
て前記方形のパターン幅を一軸方向に可変することがで
きることを特徴とするＯＰＣマスク。
【請求項２１】レーザと、前記レーザ出射光を照射
し、ＸＹ２軸のうちＸ軸方向に前記方形のパターン幅を
可変することができる前記請求項２０記載の第１のＯＰ
Ｃマスクと、前記レーザ出射光を照射し、Ｙ軸方向に前
記方形のパターン幅を可変することができる前記請求項
２０記載の第２のＯＰＣマスクと、前記第１のＯＰＣマ
スクの透過像と、前記第２のＯＰＣマスクの透過像を同
一平面上に縮小結像する結像光学系、を備え、前記結像
面に配設された加工対象物を前記結像された光点によっ
て加工することを特徴とするレーザリペア装置。
【請求項２２】前記レーザ出射光を、前記第１のＯＰ
Ｃマスクと前記第２のＯＰＣマスクのいずれかを選択し
て照射するための光路切り換える機構を有することを特
徴とする前記請求項２１記載のレーザリペア装置。
【請求項２３】レーザと、前記レーザ光を２分岐化
し、第１の分岐光と第２の分岐光を生成する光分岐手段
と、前記第１の分岐光を照射し、ＸＹ２軸のうちＸ軸方
向に前記方形のパターン幅を可変することができる前記
請求項２０記載の第１のＯＰＣマスクと、前記第２の分
岐光を照射し、Ｙ軸方向に前記方形のパターン幅を可変
することができる前記請求項２０記載の第２のＯＰＣマ
スクと、前記２つのガラスマスクの透過像を合成する光
合流手段と、前記合成された透過像を同一平面上に縮小
結像する結像光学系、を備え、前記結像面に配設された
加工対象物を前記合成してＯＰＣパターンに結像された
光点によって加工することを特徴とするレーザリペア装
置。
【請求項２４】レーザと、前記レーザ出射光を照射
し、ＸＹ２軸のうちＸ軸方向に前記方形のパターン幅を
可変することができ、前記Ｙ軸方向に９０度回転する機
構を有する前記請求項２０記載のＯＰＣマスクと、前記
ＯＰＣマスクの透過像を縮小結像する結像光学系、を備
え、前記結像面に配設された加工対象物を前記結像され
た光点によって加工することを特徴とするレーザリペア
装置。