JP2004139126A - レーザリペア方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトマスクの残留欠陥を修正するレーザリペア方法では、レーザ蒸散時に発生するＣｒが微粒子となり基板上に再付着すること大きな問題となってい
る。
【解決手段】蒸散用ガスを基板面へ供給し、レーザ光を該基板面上の所定部に照射し、該基板上の欠陥を修正する場合、蒸散用ガスを専用のザップガス導入ノズルから基板面上の所定部の斜め上方から所定量以上供給し、微粒子が基板面に付着することを防止する。
【選択図】　　　図１

Description

　本発明は半導体装置やディスプレイ装置のマスク等のレーザリペアに関し、特にＣＶＤ加工方法、除去加工方法、およびその装置に関する。

　従来、半導体フォトマスク等の欠陥を修正するレーザリペア装置は、レーザ光源を備えるレーザユニット、レーザ光を基板上に導く光学系と観察装置を備えるレーザ照射観察ユニット、ＣＶＤガスやザップガスなどのガス供給排気ユニット、基板を保持するＸ−Ｙステージ、およびこれらを制御する制御ユニットを備える。さらに、ガスの供給、排気ノズルを備え、ガスを保持し、レーザ光を導入させるウィンドウポートが基板面上に近接して配置される。

　特に、ウィンドウポートの構造は、膜の形成、除去に大きく影響する基板上のガスの流れを左右するので、さまざまな構造が提案されている。例えば、ガス導入部（上記ウィンドウポートに相当）の原料ガス吹き出しノズルは、基板面に対して斜めに形成され、上記ガス導入部下面に吹き出し開口部を有する。さらに該ガス導入部は該ノズル先端近傍に形成され逆向きのガス吹き出しを行う逆方向ノズルを備えることにより、ガス導入部の周りからレーザ光照射部への空気の混入を抑制している。また窓汚れ防止用のパージガスがレーザ光照射窓に平行に左右対称にぶつかり合うように導入される。このためパージガスの流れの光軸に対する対称性が良いので、やはりガス導入部の周りからの空気の混入を抑制できる（特許文献１参照）。あるいは、薄い透明ガラスにノズル用の穴を形成し、これを基板上のレーザ光照射部へＣＶＤガスを供給するノズルとして、ＣＶＤガスを光軸に沿って照射点に吹き付ける構成を開示している（特許文献２参照）。

特開平１０−３２４９７３号公報（第３頁、図１） 特許第２７７６２１８号公報（第３頁、図１）

　半導体用フォトマスクのリペアでは、半導体回路の微細化に伴い、リペア品質の向上が強く望まれている。残留欠陥の除去プロセスでは、レーザ蒸散時に発生するＣｒが、微粒子となり基板上に再付着すること大きな問題となっている。従来は微粒子の直径が０．２μｍ程度であれば実用上問題とならなかったが、パターンルールの微細化により０．１μｍ径の微細なゴミでも、許容できなくなっている。

　本発明の目的は、大型の欠陥部の膜形成を安定して行うことができ、また残留欠陥の除去プロセスで蒸散する微粒子を基板に再付着させないようにするレーザリペア方法と装置を提供することを目的とする。

　本発明のレーザリペア方法は、蒸散用ガスを基板面へ供給し、レーザ光を該基板面上の所定部に照射し、該基板上の欠陥を修正するレーザリペア方法であって、蒸散用ガスは前記基板面上の所定部の斜め上方から導入する。蒸散用ガスは基板面上の所定部において流速が１５ｍ／ｓ以上であることが望ましい。

　本発明のレーザリペア装置は、レーザ光照射部と、ガス供給排気部と、基板設置用Ｘ−Ｙステージと、これらを制御する制御部と、レーザ光照射用窓とガス導入空間部とガス供給口および排気口を備え基板面に近接して設置されるポート部を備え、ポート部には互いに対向して配置される２つのパージガス導入口と、該パージガス導入口の下方に配置されるＣＶＤ原料ガス導入口と、蒸散用ガス導入口とを備え、該蒸散用ガス導入口は基板面上の所定部に対してその斜め上方から蒸散用ガスを供給する位置に形成される。ガス導入空間部はポート上面に向かって径が大きくなるテーパ状空間部とその下側の円筒状空間部を備えることができる。ＣＶＤ原料ガス導入口はガス導入空間部の円筒状空間部にＣＶＤ原料ガスを放出する位置に設置することができる。ポート部下面にはガス導入空間部開口の周囲にリング状のガス排気口が形成され得る。

　本発明のレーザリペア方法と装置は、残留欠陥の修正において、レーザ蒸散法で発生する微粒子が基板に再付着することを効果的に防止できる。このため、パターンの残留欠陥修正を高品質に行うことができる。

　図３は、本発明のレーザリペア装置の全体構成例を示す。欠陥のあるＣｒフォトマスクのような基板７を設置するＸ−Ｙステージ１４上に、該基板上とわずかな間隔をおいてウィンドウポート１が配置される。ウインドウポート１は、レーザＣＶＤ用ガス、窓汚れ防止用のパージガス、蒸散用ザップガスを基板上のレーザ照射部に供給する導入口を有し、かつウインドウポート１の外側にＣＶＤガスが漏れ出さないように周囲に均一な吸い込みを行う吸い込み口を備えている（詳細は図２、３参照）。ウィンドウポート１の直上にはレーザ照射観察ユニット１０が設置される。レーザ照射観察ユニット１０は、レーザ光の照射パワーを変えるアッテネータや照射するレーザ光の形状を変化させる可変アパーチ
ャ機構と、対物レンズを上下させて焦点位置を調整する機構と、レーザ光照射部のパターン形状を観察する顕微鏡機構を備える公知の構成（図示せず）を有する。レーザ蒸散用およびレーザＣＶＤ用のそれぞれのレーザ光源を備えるレーザユニット１２から送出されたレーザ光は、レーザ照射観察ユニット１０とウインドウポート１を介して基板７上の所定部分に照射される。

　レーザリペア装置には、この他に、ガス供給排気ユニット１１と制御ユニット８が含まれる。ガス供給排気ユニット１１は、ウインドウポート１に供給するＣＶＤ用ガス、パージガス、蒸散用ザップガスを必要なタイミングで供給し、かつウインドウポート１から吸引された排気ガスの無害化処理をする機構などを備える。制御ユニット８は、レーザ光の出射タイミングの制御、Ｘ−Ｙステージ１４の動作、ガス供給排気ユニット１１のガス開閉弁のタイミング制御、レーザ照射観察ユニット１０の照明、アパーチャ制御、アッテネータの減衰率制御などのレーザリペア装置内の各ユニットの動作を制御する。

　上述のレーザリペア装置では、光源にＮｄ：ＹＬＦレーザの第３高調波（波長３４９ｎｍ、パルス繰り返し４ｋＨｚ、パルス幅３０ｎｓ）を用い、原料ガスにＣｒ（ＣＯ）６を用いるレーザＣＶＤ法で、例えば半導体用フォトマスクのパターン欠損欠陥を修正する
ことができる。一方、余分なパターンが残っている残留欠陥は、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの第３高調波（波長３５１ｎｍ、繰り返し３０Ｈｚ、パルス幅２０ｐｓ）光を用いるレーザ蒸散法で除去してパターンの修正を行うことができる。

　図１、図２を用いて、上記ウインドウポート１の構成例について説明する。図１はウインドウポート１の断面図である。円盤状のウインドウポート１は、中央にガス導入空間部が形成されている。該空間部は、ウインドウポート１の下面から所定の高さまでは径が一定であるが、途中から上面部に向かってテーパ状に径が広がっている。ウインドウポート１の上面部には、レーザ光を導入する窓４がガス導入空間部上部開口を覆うように形成されている。

　ウインドウポート１の窓４のすぐ下方には、窓４の曇りを防止するパージガスをガス導入空間部へ導入する２つのパージガス導入口３を基板面に平行に互いに対向して設ける。パージガスは、窓４直下のガス導入空間部側面から吹き出し、窓４の直下で２つの流れ
がぶつかり、ガス導入空間部の下方に向かってほぼ基板７の面に垂直に下降する。一方ＣＶＤガス導入口２は、ガス導入空間部においてその径が一定となる領域に、基板７の面に対して水平にＣＶＤガスが導入されるように設けられている。ＣＶＤガスは、ノズル２から吹き出され、上記パージガスの流れに混じって、基板７上面へほぼ垂直に下降する流れとなり、ウインドウポート１と基板７との間のＣＶＤ空間に拡散する。ウインドウポート１の下面にはガスを吸い込む排気口６が形成される。

　ザップガス導入口５は、ガス導入空間部においてその径が一定となる領域であって基板７の面に対して所定の傾きをもって形成され、基板面の所定位置に斜め上方からザップガスを供給する。

　図２は、ウインドウポート１の下面の平面図である。中央にガス導入空間部が形成されており、該空間部の径が一定の部分にＣＶＤガス導入口２とザップガス導入口５が形成されている。ＣＶＤガス排気口６はガス導入空間部下端開口の周囲を取り巻くようにリング状に形成されている。このように構成するとガスの吸い込みが周囲へ均等に行われる。排気口６に吸い込まれたガスは４個の吸い込み吸引口１３からガス供給排気ユニット１１へ送られる。図３の中央の円状破線部はガス導入空間部上端開口を示している。

　上記ウインドウポート１では、各ノズルの径はおよそ０．３ｍｍ、ガス導入空間部の上端径は１０〜２０ｍｍ、下端径は約３ｍｍ、リング状ＣＶＤガス吸い込み口６の径は約１０ｍｍである。またウインドウポート１は基板７から約０．３ｍｍの間隔で配置される。

　次に、本発明のレーザリペア方法について説明する。まず欠損欠陥のリペアについて具体的に説明する。最初、基板７のセット前のスタンバイ状態では、Ａｒガスからなるパージガスを５００ｓｃｃｍの流量で流し、排気口６から２Ｌ／分の排気流量で排気を行う。次に、基板７をＸ−Ｙステージ１４上にセットした後、Ｃｒ（ＣＯ）６をＡｒガスで希釈した混合ガスをＣＶＤガスとして流量５０ｓｃｃｍ、１Ｔｏｒｒの圧力で、ＣＶＤガス導入口２からガス導入空間部へ導入する。ＣＶＤガス導入口２を基板面に水平とした場合、上記のガス流量条件で、基板７のレーザ照射部のガス濃度が、０．３Ｔｏｒｒ相当になり、良好なＣＶＤを行うための十分なガス濃度を供給できる。また基板７の面とウインドウポート１の下面の間隔が適切に調整されているため、ＣＶＤガスの流れが基板面の上をかすめるようにながれ、基板上のレーザ照射部のガス流速が低減される。

　次に、加工サイズ及び位置を欠損欠陥の位置に合わせて設定し、所定の加工パワーになるようアッテネータを設定し、基板７上の所定領域に３秒間レーザ光を照射してレーザＣＶＤを行う。この結果、ＣＶＤするパターンの大きさが２５μｍ□と大きい場合でも、成膜した領域内で膜の均一性が確保され、フォトマスクに必要な十分な遮光性のある膜を安定して形成することができる。

　一方、ＣＶＤガス導入口の向きを基板上のレーザ照射部に向ける構成では、パージガスの流れによってＣＶＤガスの流れが乱されて、レーザ光照射部に十分な濃度のＣＶＤガスを供給できない。また、この構成のＣＶＤガス導入口の場合、ＣＶＤガスの吹き出す方向（上流側）と吹き出しの逆方向（下流側）とを比べると、上流側の成膜が伸びにくく逆に下流側は成膜が伸びやすいため、成膜方向により膜の成長速度が大きく異なる現象が見られる。このために、比較的大きい１０μｍ□以上の成膜の場合、成膜を行う方向によって、膜の付き方が変化し、上流に向けて成膜下場合に遮光性が部分的に不良となる。

　次に残留欠陥の修正の手順を説明する。基板７上に空気からなるザップ用ガスをザップガス導入口５から供給する。この状態で、リペアする残留欠陥の位置およびサイズを、制御ユニット８を介してレーザ照射観察ユニット１０とＸ−Ｙステージ１４を操作して合わせる。次に、レーザ加工パワーを所定値となるようアッテネータを設定し、２秒間、６０ショットの条件でレーザパルスを照射して残留欠陥の除去を行う。

　加工サイズを５μｍ□とし、レーザパワーは蒸散加工時のエッジの垂直性が良い条件でガス流量を変化させて効果を比較すると次のようになる。

　（１）パージガスとザップ用ガスを流さない状態では、基板上の加工部周囲２０μｍ程度の円形範囲内に０．１μｍ程度の微細な微粒子が照射中心で密度が高くなるように堆積し、０．３μｍ程度の微粒子がレーザ照射部を中心とする半径１０μｍ程度のドーナッツ上の場所に集中して堆積する。

　（２）パージガスを５００ｓｃｃｍ、ザップ用ガスを５０ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍの範囲とすると、０．３μｍ程度の微粒子の堆積は見られないが、０．１μｍ程度の微粒子は、（１）と同様に堆積する。

　（３）ザップ用ガスの流量が２５０ｓｃｃｍ以上１５００ｓｃｃｍまで範囲では、観測可能な０．０５μｍ以上の微粒子は見られず実用上無視できるレベルに改善される。

　上記ノズルからの流量を基板上のレーザ照射部での流速に換算すると、ザップ用ガスの流量２５０ｓｃｃｍは１５ｍ／ｓに相当する。したがって、残留欠陥の除去時には、レーザ照射部でのザップ用ガスの流速を１５ｍ／ｓ以上とすれば、微粒子の降り積もりを除去できることがわかる。ザップ用ガスの種類は、空気の他、窒素ガス、アルゴンガスを使用しても流速が１５ｍ／ｓ以上であれば顕著な微粒子除去効果が観測される。

　なお、ポート部のガス導入空間は全体が円筒形の形状でもよい。またＣＶＤガス導入口は、２つ導入口を互いに対向する配置としてもよい。

ウィンドウポートの実施例の断面図。 ウィンドウポート実施例下面の平面図。 本発明のレーザリペア装置の構成例を示す図。

符号の説明

　１　ウィンドウポート
　２　ＣＶＤガス導入口
　３　パージガス導入口
　４　窓
　５　ザップガス導入口
　６　排気口
　７　基板
　１０　レーザ照射観察ユニット
　１４　Ｘ−Ｙステージ

Claims (6)

1. 蒸散用ガスを基板面へ供給し、レーザ光を該基板面上の所定部に照射し、該基板上の欠陥を修正するレーザリペア方法であって、蒸散用ガスは前記基板面上の所定部の斜め上方から導入することを特徴とするレーザリペア方法。
2. 前記蒸散用ガスは前記基板面上の所定部において流速が１５ｍ／ｓ以上である請求項１記載のレーザリペア方法。
3. レーザ光照射部と、ガス供給排気部と、基板設置用Ｘ−Ｙステージと、これらを制御する制御部と、レーザ光照射用窓とガス導入空間部とガス供給口および排気口を備え基板面に近接して設置されるポート部を備えるレーザリペア装置であって、前記ポート部には互いに対向して配置される２つのパージガス導入口と、該パージガス導入口の下方に配置されるＣＶＤ原料ガス導入口と、蒸散用ガス導入口とを備え、該蒸散用ガス導入口は基板面上の所定部に対してその斜め上方から蒸散用ガスを供給する位置に形成されることを特徴とするレーザリペア装置。
4. 前記ガス導入空間部はポート上面に向かって径が大きくなるテーパ状空間部とその下側の円筒状空間部を備える請求項３記載のレーザリペア装置。
5. 前記ＣＶＤ原料ガス導入口はガス導入空間部の円筒状空間部にＣＶＤ原料ガスを放出する位置に設置される請求項４記載のレーザリペア装置。
6. 前記ポート部下面にはガス導入空間部開口の周囲にリング状のガス排気口が形成される請求項３記載のレーザリペア装置。
   

Images