JP2012032649A - フォトマスク修正方法およびレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より低い透過率のフォトマスクのハーフトーンパターンの修正を可能にする。
【解決手段】Ｑスイッチ周波数が１Ｈｚから１ｋＨｚの範囲内に設定されたＣＶＤ加工用レーザ発振器１１から出射される、１パルス当りの照射エネルギ密度が４０ｍＪ／ｃｍ^２以上、もしくは、照射パワー密度が１ＭＷ／ｃｍ^２以上の紫外レーザ光、および、クロムカルボニルガスからなる原料ガスを用いてフォトマスク２のハーフトーンパターンの修正部分にＣＶＤ膜を成膜する。本発明は、例えば、フォトマスクの修正を行うレーザ加工装置に適用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォトマスク修正方法およびレーザ加工装置に関し、特に、フォトマスクのハーフトーンパターンの修正を行う場合に用いて好適なフォトマスク修正方法およびレーザ加工装置に関する。

従来、フォトマスクの欠陥部の修正方法の一つとして、レーザＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来、フォトマスクのハーフトーンパターンの欠陥部の修正時のＣＶＤ膜の成膜工程において、例えば、ＱスイッチＮｄ：ＹＬＦレーザまたはＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザの第四高調波（ＦＨＧ、波長２６３ｎｍまたは２６６ｎｍ）が用いられている。そして、レーザ光の強度を低くし（例えば、１パルス当たりの照射エネルギ密度が１０〜３０ｍJ／ｃｍ^２）、原料ガスであるクロムカルボニルガスの濃度を薄くすることにより、成膜速度を原料ガスの供給量でほぼ律速しながら、ＣＶＤ膜を堆積することが可能になる。こうすることで、ＣＶＤ膜の透過率分布がレーザ光の強度分布の影響を受けにくくなり、透過率がほぼ均一なＣＶＤ膜を成膜することができる。また、成膜速度が低い（例えば、０．５ｎｍ／ｓ前後）ため、透過率の微調整が容易になる。

なお、Ｑスイッチ周波数は、例えば、レーザ光の平均出力が最大となる２〜４ｋＨｚに設定される。

特開２００７−２３２９６４号公報

ところで、ＣＶＤ膜の透過率Ｔと膜厚ｄの関係は、ＣＶＤ膜の反射率Ｒ、吸収係数αを用いて、次式（１）により求められる（ただし、実際には、ＣＶＤ膜で生じる多重干渉の影響があるため、透過率αは、式（１）で求まる値から増減する）。

Ｔ＝（１−Ｒ）×ｅ^−αｄ ・・・（１）

式（１）から、透過率Ｔは、膜厚ｄが厚くなるほど小さくなり、吸収係数αが小さくなるほど大きくなることが分かる。

上述した従来の成膜方法により得られるＣＶＤ膜は、酸化クロムIII（Ｃｒ_２Ｏ_３）が主成分となる。酸化クロムIIIを主成分とするＣＶＤ膜は、ＦＰＤ（Flat Panel Display）用のフォトマスクの露光波長（水銀の輝線 ｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ））に対する吸収係数αが低い。そのため、目標とする透過率Ｔに対して必要な膜厚ｄが厚くなる。

例えば、酸化クロムIIIを主成分とするＣＶＤ膜のｉ線に対する吸収係数は、約９×１０^３ｃｍ^−１程度であり、ｉ線に対する透過率を４０％にするために必要な膜厚は約９０ｎｍ、１０％にするために必要な膜厚は約２５０ｎｍとなる。

一方、ＣＶＤ膜の膜厚が厚くなると、ハーフトーンパターンの修正時に成膜したＣＶＤ膜をＺＡＰ加工により整形するときにクラックが生じ、その後の洗浄などの工程でＣＶＤ膜が剥離してしまう恐れがある。そのため、上述した従来のＣＶＤ膜の成膜方法は、ｉ線に対する透過率が４０％以下のハーフトーンパターンの修正に適用することが困難であった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より低い透過率のフォトマスクのハーフトーンパターンの修正を可能にするためのものである。

本発明の一側面のフォトマスク修正方法は、フォトマスクの修正を行うフォトマスク修正方法であって、Ｑスイッチ周波数が１Ｈｚから１ｋＨｚの範囲内に設定されたレーザ発振器から出射される、１パルス当りの照射エネルギ密度が４０ｍＪ／ｃｍ^２以上、もしくは、照射パワー密度が１ＭＷ／ｃｍ^２以上の紫外レーザ光、および、クロムカルボニルガスからなる原料ガスを用いて前記フォトマスクのハーフトーンパターンの修正部分にＣＶＤ膜を成膜することを特徴とする。

本発明の一側面においては、フォトマスクのハーフトーンパターンの修正部分に、金属クロムの膜質のＣＶＤ膜が成膜される。

従って、より低い透過率のフォトマスクのハーフトーンパターンの修正が可能になる。

このレーザ発振器は、例えば、ＣＷ（Continuous Wave）励起のＱスイッチＮｄ：ＹＬＦレーザにより構成される。この紫外レーザ光は、例えば、ＱスイッチＮｄ：ＹＬＦレーザの第４高調波（ＦＨＧ、発振波長２６３ｎｍ）のレーザ光とされる。

このフォトマスク修正方法においては、パルス幅が４０ｎｓ以下、かつ、照射パワー密度が１ＭＷ／ｃｍ^２以上の紫外レーザ光、または、パルス幅が４０ｎｓを超え、かつ、１パルス当りの照射エネルギ密度が４０ｍＪ／ｃｍ^２を超える紫外レーザ光を用いるようにすることができる。

これにより、紫外レーザ光のパルス幅に限定されることなく、より低い透過率のフォトマスクのハーフトーンパターンの修正が可能になる。

本発明の一側面のレーザ加工装置は、フォトマスクの修正を行うレーザ加工装置であって、紫外レーザ光を発振するＱスイッチレーザ発振手段と、クロムカルボニルガスからなる原料ガスを前記フォトマスクのハーフトーンパターンの修正部分近傍に供給する原料ガス供給手段と、前記Ｑスイッチレーザ発振手段のＱスイッチ周波数、並びに、紫外レーザ光の１パルス当りの照射エネルギ密度および照射パワー密度を制御するレーザ制御手段とを備え、前記Ｑスイッチレーザ発振手段のＱスイッチ周波数を１Ｈｚから１ｋＨｚの範囲内に設定し、紫外レーザ光の１パルス当りの照射エネルギ密度を４０ｍＪ／ｃｍ^２以上、または、紫外レーザ光の照射パワー密度を１ＭＷ／ｃｍ^２以上に設定して、紫外レーザ光を前記修正部分に照射し、前記修正部分にＣＶＤ膜を生成することを特徴とする。

本発明の一側面においては、フォトマスクのハーフトーンパターンの修正部分に、金属クロムの膜質のＣＶＤ膜が成膜される。

従って、より低い透過率のフォトマスクのハーフトーンパターンの修正が可能になる。

このＱスイッチレーザ発振手段は、例えば、ＣＷ（Continuous Wave）励起のＱスイッチＮｄ：ＹＬＦレーザにより構成される。この紫外レーザ光は、例えば、ＱスイッチＮｄ：ＹＬＦレーザの第４高調波（ＦＨＧ、発振波長２６３ｎｍ）のレーザ光とされる。この原料ガス供給手段は、例えば、ガスユニットおよび原料ガス供給・排気ユニットにより構成される。このレーザ制御手段は、例えば、コンピュータ、または、各種のプロセッサにより構成される。

本発明の一側面によれば、フォトマスクのハーフトーンパターンを修正することができる。特に、本発明の一側面によれば、より低い透過率のフォトマスクのハーフトーンパターンの修正が可能になる。

本発明を適用したレーザ加工装置の一実施の形態を示すブロック図である。 ＣＶＤレーザ光の照射時間とＣＶＤ膜の平均透過率との関係を示すグラフである。 ＣＶＤ膜の平均透過率と透過率ムラとの関係を示すグラフである。 レーザ加工装置により実行されるフォトマスク修正処理を説明するためのフローチャートである。 ハーフトーンパターン修正前のフォトマスクの例を模式的に示す図である。 ハーフトーンパターン除去後のフォトマスクの例を模式的に示す図である。 修正部分にＣＶＤ膜を成膜した後のフォトマスクの例を模式的に示す図である。 成膜したＣＶＤ膜を整形した後のフォトマスクの例を模式的に示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態
２．変形例

＜１．実施の形態＞
［レーザ加工装置の構成例］
図１は、本発明を適用したレーザ加工装置１の一実施の形態を示すブロック図である。レーザ加工装置１は、ハーフトーンパターンを有するフォトマスク２の修正を行う装置である。レーザ加工装置１は、ＣＶＤ加工用レーザ発振器１１、レーザ照射強度均一化光学系１２、ＺＡＰ加工用レーザ発振器１３、レーザ照射強度均一化光学系１４、可変スリット１５、結像加工光学系１６、ガスユニット１７、原料ガス供給・排気ユニット１８、マスクホルダ１９、ＸＹステージ２０、透過照明２１、透過照明レンズ２２、観察光学系２３、プローブ光源２４、透過光強度測定器２５、および、制御部２６を含むように構成される。

ＣＶＤ加工用レーザ発振器１１は、例えば、ＣＷ（Continuous Wave）励起のＱスイッチＮｄ：ＹＬＦレーザにより構成され、第４高調波（ＦＨＧ、発振波長２６３ｎｍ）のレーザ光（以下、ＣＶＤレーザ光とも称する）を発振し、出射する。

レーザ照射強度均一化光学系１２は、可変スリット１５を通過するＣＶＤレーザ光の強度分布をほぼ均一にするための光学系である。例えば、レーザ照射強度均一化光学系１２は、ビームエキスパンダでＣＶＤレーザ光のビーム径を拡大し、強度差の小さいビーム中央部を可変スリット１５の開口に入射させることにより、可変スリット１５を通過するＣＶＤレーザ光の空間方向の強度分布を平均化する。また、レーザ照射強度均一化光学系１２は、ガルバノメータなどによりレーザビームを遥動させて、可変スリット１５を通過するＣＶＤレーザ光の時間方向の強度分布を平均化する。さらに、レーザ照度強度均一化光学系１２は、ＣＶＤレーザ光の照射パワー密度を調節するための光アッテネータを備える。

ＺＡＰ加工用レーザ発振器１３は、例えば、パルス励起のＱスイッチＮｄ：ＹＬＦレーザにより構成され、発振繰り返し周波数が５０Ｈｚ以下の第３高調波（ＴＨＧ、発振波長３５５ｎｍ）のレーザ光（以下、ＺＡＰレーザ光と称する）を発振し、出射する。この近紫外光のレーザ光をＺＡＰレーザ光として用いることにより、フォトマスク２のガラス基板にダメージを与えずに、微細な修正加工を実現することが可能になる。なお、この波長が３５５ｎｍ付近の近紫外光のレーザ光は、フォトマスクの修正を行うリペア装置において、ＺＡＰ加工用のレーザ光として従来から一般的に用いられている。

レーザ照射強度均一化光学系１４は、レーザ照射強度均一化光学系１２と同様の構成を有しており、可変スリット１５を通過するＺＡＰレーザ光の空間方向および時間方向の強度分布をほぼ均一にする。また、レーザ照射強度均一化光学系１４は、ＺＡＰレーザ光の照射パワー密度を調節するための光アッテネータを備える。

なお、以下、ＣＶＤレーザ光とＺＡＰレーザ光とを特に区別する必要がない場合、単にレーザ光と称する。

可変スリット１５は、２枚１組のナイフエッジが２組設けられており、各組のナイフエッジの間隔を調整することにより、矩形の開口の大きさを変えることができる。また、可変スリット１５は、光軸回りに全体を回転させる機構を有している。

結像加工光学系１６は、可変スリット３を通過したレーザ光をフォトマスク２の表面で結像させる光学系である。結像加工光学系１６は、例えば、対物レンズ１４ａ、結像レンズ（不図示）、ダイクロイックミラー（不図示）、レーザ光の光路を形成するミラー（不図示）、可変スリット１５通過後のレーザ光の出力を測定するレーザ出力測定器（不図示）などにより構成される。また、結像加工光学系１６は、レーザ光による可変スリット１５の開口の像である照射スポットを、フォトマスク２上で所定の速度でスキャンさせるために対物レンズ１６ａを微動させる微動ステージ１６ｂを備える。

ガスユニット１７は、原料ガスであるクロムカルボニルガスを搬送するためのキャリアガス、および、パージガスを原料ガス供給・排気ユニット１８に供給する。また、ガスユニット１７は、原料ガス供給・排気ユニット１８の吸引口から吸引されるガスに含まれる原料ガスを熱分解し、フィルタにより捕捉する。なお、フォトマスク２の加工部に供給する原料ガスの濃度は、制御部２６の制御の基に、原料ガスの容器の温度を調節して発生する原料ガスの濃度を調節したり、パージガスおよびキャリアガスの流量を調節することにより調節される。

原料ガス供給・排気ユニット１８は、キャリアガスおよびパージガスをフォトマスク２の加工部に供給する。原料ガスは、キャリアガスによりフォトマスク２の加工部に供給される。パージガスは、フォトマスク２の加工部から空気を除去する。また、原料ガス供給・排気ユニット１８は、原料ガスが外部に漏れないように吸引する吸引口を備え、吸引したガスをガスユニット１７に供給する。これにより、フォトマスク２の加工部近傍の空間が、原料ガス雰囲気に保たれる。そして、フォトマスク２の加工部近傍の空間が、原料ガス雰囲気に保たれた状態でＣＶＤレーザ光が加工部に照射されることにより、加工部にＣＶＤ膜が堆積する。

また、原料ガス供給・排気ユニット１８は、レーザ光、観察照明光およびプローブ光を透過する窓板を備える。パージガスは、その窓板がＣＶＤ加工されることを防止する役割も果たす。

マスクホルダ１９は、ＸＹステージ２０上に搭載され、フォトマスク２の位置を固定する。

ＸＹステージ２０は、制御部２６の制御の基に、マスクホルダ１９を水平方向に移動させ、マスクホルダ１９に保持されているフォトマスク２の加工位置の位置決めを行う。

透過照明２１は、フォトマスクの透過像を生成するための観察照明光を出射する。透過照明２１から出射された観察照明光は、透過照明レンズ２２によりフォトマスク２の表面において集光される。そして、フォトマスク２を透過した観察照明光は、結像加工光学系１６内のダイクロイックミラー（不図示）により観察光学系２３の方向に反射される。観察光学系２３は、観察照明光によるフォトマスク２の表面の像（以下、観察像と称する）を結像する。ユーザは、その観察像を接眼レンズ（不図示）等を介して観察することが可能である。また、観察光学系２３に撮像素子を設けて、観察像を撮影することにより得られる画像を表示することも可能である。

プローブ光源２４は、制御部２６の制御の基に、フォトマスク２の露光を行う露光機の光源波長、または、それに近い波長の光（プローブ光）を出射する。プローブ光源２４から出射されたプローブ光は、結像加工光学系１６、原料ガス供給・排気ユニット１８の窓板を通過して、フォトマスク２に照射される。フォトマスク２を透過したプローブ光は、透過照明レンズ２２により集光され、透過光強度測定器２５に入射する。

透過光強度測定器２５は、フォトマスク２を透過したプローブ光の強度を測定し、測定結果を示す信号を制御部２６に供給する。

なお、制御部２６の制御の基に、透過照明２１および透過光強度測定器２５を移動し、透過照明レンズ２２の光軸上に、透過照明２１および透過光強度測定器２５のうちのいずれかを選択して設置することが可能である。

制御部２６は、例えば、コンピュータまたは各種のプロセッサ等により構成され、レーザ加工装置１の各部の制御を行う。例えば、制御部２６は、ＣＶＤ加工用レーザ発振器１１のＱスイッチ周波数やＣＶＤレーザ光のパルス幅等を調節する。また、制御部２６は、レーザ照射強度均一化光学系１２の光アッテネータを制御して、ＣＶＤレーザ光の照射パワー密度を調節する。さらに、制御部２６は、ＺＡＰ加工用レーザ発振器１３のＱスイッチ周波数やＺＡＰレーザ光のパルス幅等を調節する。また、制御部２６は、レーザ照射強度均一化光学系１４の光アッテネータを制御して、ＺＡＰレーザ光の照射パワー密度を調節する。

さらに、制御部２６は、結像加工光学系１６の微動ステージ１６ｂを制御して、照射スポットのスキャン速度を調節する。また、制御部２６は、ガスユニット１７を制御して、原料ガスの濃度、並びに、パージガスおよびキャリアガスの流量を調節する。さらに、制御部２６は、ＸＹステージ２０を制御して、フォトマスク２の水平方向の位置を移動させる。また、制御部２６は、透過照明２１および透過光強度測定器２５の位置の設定を行う。さらに、制御部２６は、透過光強度測定器２５によるプローブ光の強度の測定結果に基づいて、フォトマスク２のハーフトーンパターン等の透過率を求める。

［ハーフトーンパターン修正時のＣＶＤ加工条件］
ここで、レーザ加工装置１において、フォトマスク２のハーフトーンパターンの欠陥部を修正するときのＣＶＤ加工条件について検討する。

ハーフトーンパターンの修正時に成膜したＣＶＤ膜をＺＡＰ加工により整形するときにクラックが発生するのを防止するためには、近紫外光であるＺＡＰレーザ光に対する吸収係数が大きく、かつ、膜厚が薄いＣＶＤ膜を成膜するようにすればよい。

近紫外光に対する吸収係数が大きく、膜厚が薄いＣＶＤ膜を得るには、従来のバイナリマスクの白欠陥の修正時と同様の条件でＣＶＤ加工を行うようにすればよい。すなわち、上述した従来のハーフトーンパターンの修正時よりも原料ガスの濃度を濃くし、ＣＶＤレーザ光の強度を強くして、金属クロムの性質がより強い膜質のＣＶＤ膜を成膜するようにすればよい。

例えば、Ｑスイッチ周波数を２ｋＨｚ（パルス幅（半値全幅）およそ４０ｎｓ）、ＣＶＤレーザ光の平均照射パワー密度を８０〜２００Ｗ／ｃｍ^２、１パルス当りの照射エネルギ密度を４０〜１００ｍＪ／ｃｍ^２、照射パワー密度（＝１パルス当りの照射エネルギ密度／レーザ光パルス幅（半値全幅））を１〜２．５ＭＷ／ｃｍ^２に設定し、原料ガスの濃度を適宜調節することにより、吸収係数が十分に大きい金属的な膜質のＣＶＤ膜を得ることができる。

実際、従来のバイナリマスクの白欠陥修正では、このＣＶＤ加工条件で、吸収係数が３×１０^５ｃｍ^−１前後（ＯＤ３前後（透過率０．１％前後）となる膜厚１５０ｎｍ前後）のＣＶＤ膜を堆積させている。

これにより、透過率が低くても、ＺＡＰ加工時および加工後にクラックが生じないＣＶＤ膜を成膜することが可能になる。例えば、ｉ線に対する吸収係数が約２．３×１０^５ｃｍ^−１以上、すなわちｉ線に対する透過率が４０％で、膜厚が４０ｎｍ以下のＣＶＤ膜を成膜することが容易になる。そして、透過率の低いハーフトーンパターンの欠陥部の修正が可能になる。

また、従来のＣＶＤ加工条件で成膜した酸化クロムIIIを主成分とするＣＶＤ膜は、上述したように、ＦＰＤ用のフォトマスクの露光波長（ｉ線、ｈ線、ｇ線）に対する吸収係数が低いため、露光波長により透過率が大きく変化する。これに対して、このＣＶＤ加工条件で成膜したＣＶＤ膜は、膜質が金属クロムに近くなるため、ｉ線、ｈ線、ｇ線に対する吸収係数がほぼ同じになり、露光波長の違いによる透過率の差を小さくすることができる。

しかしながら、このＣＶＤ加工条件では、ＣＶＤ膜の堆積速度が１００ｎｍ／ｓ前後と速くなり、膜厚の制御が困難になる。さらに、ＣＶＤ膜の吸収係数が、近紫外光であるＺＡＰレーザ光に対してだけでなく、ｉ線、ｈ線、ｇ線に対しても大きくなり、わずかな膜厚の違いで透過率が大きく変化する。そのため、ＣＶＤ膜の透過率を所望の値に設定するのが難しく、また、ＣＶＤ膜内の膜厚の不均一による透過率ムラが大きくなってしまう。

そこで、次に、透過率ムラを小さくする方法について検討する。

図２は、パルス幅（半値全幅）が約４０ｎｓ、１パルス当りの照射エネルギ密度が約４０ｍＪ／ｃｍ^２（照射パワー密度が約１ＭＷ／ｃｍ^２）のＣＶＤレーザ光による照射スポットを石英基板上でスキャンさせてＣＶＤ膜を堆積させる場合に、Ｑスイッチ周波数とスキャン速度を変化させたときの、ＣＶＤレーザ光の照射時間とＣＶＤ膜のｉ線に対する平均透過率の測定結果の例を示すグラフである。なお、ＣＶＤレーザ光の照射時間は、スキャン方向の照射スポットのサイズ÷スキャン速度により求められる。また、図２の横軸は照射時間（単位は秒）、縦軸は平均透過率（単位は％）を示している。

図３は、図２と同様の条件における、ｉ線に対する平均透過率とスキャン方向の透過率ムラの測定結果の例を示すグラフである。なお、透過率ムラは、スキャン方向の透過率の最大値と最小値の差により表される。また、図３の横軸は平均透過率（単位は％）を示し、縦軸は透過率ムラ（単位は％）を示している。

図２から、Ｑスイッチ周波数が低くなるほど、ＣＶＤ膜の平均透過率を低くするのに必要な照射時間が長くなることが分かる。すなわち、Ｑスイッチ周波数が低くなるほど、ＣＶＤ膜の堆積速度が遅くなる。例えば、Ｑスイッチ周波数が２ｋＨｚの場合と比較して、Ｑスイッチ周波数が１ｋＨｚの場合、ＣＶＤ膜の堆積速度は約１／２になり、Ｑスイッチ周波数が０．５ｋＨｚの場合、ＣＶＤ膜の堆積速度は約１／４になる。これにより、膜厚の制御が容易になり、所望の透過率により近いＣＶＤ膜を得ることができる。

また、図３から、Ｑスイッチ周波数が低くなるほど、スキャン方向の透過率ムラが減少し、スキャン方向の膜厚の均一性が向上することが分かる。上述したようにＱスイッチ周波数が低くなるほど、ＣＶＤ膜の堆積速度が遅くなり、所望の透過率のＣＶＤ膜を得るために必要なＣＶＤレーザ光の照射時間が長くなる。その結果、照射時間より短い時間内のＣＶＤレーザ光の振動、スキャン速度の変動、出力強度の変動が平均化され、ＣＶＤ膜内の膜厚が均一化されることにより透過率ムラが改善される。また、Ｑスイッチ周波数が低くなり、ＣＶＤレーザ光の照射を行う時間間隔（ＣＶＤレーザ光の休止期間）が長くなると、その間にＣＶＤ膜の先端部における原料ガス分子の表面吸着量が飽和するため、成長核の形成が安定して行われ、ＣＶＤ膜の堆積速度が安定することも、透過率ムラの改善の一つの要因である。

図３の測定結果より、透過率ムラが４％以下となる平均透過率の範囲は、Ｑスイッチ周波数が２．０ｋＨｚの場合に２０％以下となるのに対し、Ｑスイッチ周波数が１．０ｋＨｚ、０．５ｋＨｚの場合で、それぞれおよそ４０％以下、４９％以下となる。従って、透過率ムラの許容レベルを４％（±２％）とすると、Ｑスイッチ周波数を１．０ｋＨｚ以下に設定すれば、従来修正できなかった透過率４０％未満のハーフトーンパターンを修正するのに十分なＣＶＤ膜を堆積させることができる。

なお、このとき、いずれのＱスイッチ周波数においても、ｉ線に対する平均透過率が４０％となる膜厚は４０ｎｍ以下、ｉ線に対する平均透過率が１０％となる膜厚は１００ｎｍ以下であった。これは、ｉ線に対するＣＶＤ膜の吸収係数が、約２．３×１０^５ｃｍ^−１以上になることを示している。

また、Ｑスイッチ周波数を１ｋＨｚより高く設定しても、原料ガス濃度またはＣＶＤレーザ光の照射パワー密度を低減することにより、ＣＶＤ膜の堆積速度を低下させてＣＶＤレーザ光の照射時間を延ばすことは可能である。しかし、Ｑスイッチ周波数を高くすると、ＣＶＤ膜の先端部の成長核の形成が不安定になるため、透過率ムラは悪化してしまう。

なお、図２および図３の測定結果は、ＣＶＤレーザ光のパルス幅が約４０ｎｓのときのものであるが、さらに、４０ｎｓ以外の場合、例えば、パルス幅が数ｎｓから１００ｎｓ程度の範囲内で異なる場合について検討する。

以下、金属的な膜質のＣＶＤ膜を得るために必要な、ＣＶＤレーザ光１パルス当りの石英基板の表面温度の上昇幅をΔＴとする。また、以下、ＣＶＤ膜内の熱拡散長（κ_ＣＶＤ×τ）^１／２（κ_ＣＶＤはＣＶＤ膜の熱伝達係数、τはＣＶＤレーザ光のパルス幅）が膜厚よりも十分大きいので、ＣＶＤ膜が一様に温度変化するものとする。さらに、以下、石英基板への熱伝達を、Ｃ_ｇ×ρ_ｇ×（κ_ｇ×τ）^１／２×ΔＴ（Ｃ_ｇは石英基板の比熱、ρ_ｇは石英基板の密度、κ_ｇは石英基板の熱伝達係数）と近似する。そうすると、ΔＴは次式により表される。

ΔＴ＝Ｐ×τ／（Ｃ_ＣＶＤ×ρ_ＣＶＤ×ｄ＋Ｃ_ｇ×ρ_ｇ×（κ_ｇ×τ）^１／２） ・・・（２）
ただし、ＰはＣＶＤレーザ光の照射パワー密度、Ｃ_ＣＶＤはＣＶＤ膜の比熱、ρ_ＣＶＤはＣＶＤ膜の密度、ｄはＣＶＤ膜の膜厚を表す。

これにより、同じ表面温度の上昇幅ΔＴが得られる照射パワー密度Ｐ、照射エネルギ密度Ｐ×τは次式のようになる。

Ｐ＝ΔＴ×（Ｃ_ＣＶＤ×ρ_ＣＶＤ×ｄ／τ＋Ｃ_ｇ×ρ_ｇ×（κ_ｇ／τ）^１／２） ・・・（３）
Ｐ×τ＝ΔＴ×（Ｃ_ＣＶＤ×ρ_ＣＶＤ×ｄ＋Ｃ_ｇ×ρ_ｇ×（κ_ｇ×τ）^１／２） ・・・（４）

式（３）および式（４）により、パルス幅τに対して、照射パワー密度Ｐは単調に減少し、照射エネルギ密度Ｐ×τは単調に増加することが分かる。

実際に、パルス幅が４０ｎｓより短い、例えば、約７ｎｓのＣＶＤレーザ光を用いて実験したところ、１パルス当りの照射エネルギ密度を約２５mＪ／ｃｍ^２（照射パワー密度を約３．５ＭＷ／ｃｍ^２）に設定することにより、金属的な膜質のＣＶＤ膜を成膜することが可能であった。これを図２および図３の実験時と比較すると、照射パワー密度は、１ＭＷ／ｃｍ^２から３．５ＭＷ／ｃｍ^２に上昇し、照射エネルギ密度は、４０ｍＪ／ｃｍ^２から２５ｍＪ／ｃｍ^２に低下している。これは、上述した式（３）および式（４）により表されるパルス幅τと、照射パワー密度Ｐおよび照射エネルギ密度Ｐ×τとの関係を裏付けるものである。

従って、パルス幅が４０ｎｓ以下の場合、ＣＶＤレーザ光の照射パワー密度を１．０ＭＷ／ｃｍ^２以上（１パルス当りの照射エネルギ密度を４０ｍＪ／ｃｍ^２以下）に設定し、パルス幅が４０ｎｓを超える場合、ＣＶＤレーザ光の照射パワー密度を１．０ＭＷ／ｃｍ^２未満（１パルス当りの照射エネルギ密度を４０ｍＪ／ｃｍ^２超）に設定することにより、金属的な膜質のＣＶＤ膜を成膜することが可能であると言える。

なお、ＣＶＤレーザ光の照射エネルギ密度または照射パワー密度は、堆積させるＣＶＤ膜およびフォトマスクの遮光膜にダメージを与える値よりも低く設定する必要がある。

また、以上の値は、ＣＶＤ加工条件（例えば、ＣＶＤレーザ光の照射時間、原料ガスの濃度、照射スポットのサイズ、ＣＶＤ加工のサイズなど）、フォトマスクの基板の材質、遮光膜の構成（例えば、単層膜、２層膜、３層膜など）、材質および膜厚などにより異なり、さらにその成膜条件によっても異なる。

さらに、金属的な膜質のＣＶＤ膜を得られるように原料ガスの条件が適切に設定されていれば、Ｑスイッチ周波数に下限を設ける必要はない。ただし、Qスイッチ周波数を下げるほど、ハーフトーンパターンの修正品質（例えば、透過率ムラなど）の向上を期待できる一方、修正に要する時間が長くなる。従って、フォトマスク修正の経済性、例えば、修正時間と修正品質、フォトマスクの製品価格、納期等を考慮して、Ｑスイッチ周波数を適切な値に設定することが望ましい。

例えば、従来のハーフトーンパターンの修正方法では、３分程度の照射時間を必要としているが、これは、本実施の形態において、Ｑスイッチ周波数を約１Ｈｚに設定した場合の照射時間に相当する。従って、修正時間を従来と同レベル以上にすることを条件とすれば、Ｑスイッチ周波数の下限値は１Ｈｚとなる。

また、図３の測定結果から、より確実に透過率ムラを許容レベル以下にするためには、Ｑスイッチ周波数を０．５ｋＨｚ以下に設定することが望ましい。

［ハーフトーンパターン修正処理］
次に、図４のフローチャートを参照して、レーザ加工装置１により実行されるフォトマスク修正処理について説明する。なお、以下、図５のフォトマスク２上に形成されたハーフトーンパターンのハーフトーン膜５１ににより形成されるハーフトーンパターンに欠陥５２が生じており、そのハーフトーンパターンの修正を行う場合を例に挙げて説明する。

ステップＳ１において、レーザ加工装置１は、欠陥パターンを整形する。例えば、レーザ加工装置１は、ＺＡＰレーザ光をハーフトーン膜５１に照射し、ＺＡＰ加工によりハーフトーン膜５１を除去する。

なお、ステップＳ１の処理の後、ＺＡＰ加工の残滓や飛び散りなどに起因するＣＶＤ膜の均一不良を防ぐために、フォトマスク２の洗浄が行われる場合がある。

ステップＳ２において、レーザ加工装置１は、目標透過率の範囲を設定する。具体的には、レーザ加工装置１は、修正するハーフトーンパターンと同じ形状かつ透過率で、欠陥の生じていない、フォトマスク２上のハーフトーンパターンを参照パターンとし、プローブ光および透過光強度測定器２５を用いて、実際の露光波長における参照パターンの透過率を測定する。そして、制御部２６は、測定した参照パターンの透過率を中心とする所定の範囲を、目標透過率の範囲に設定する。

ステップＳ３において、レーザ加工装置１は、ＣＶＤ加工条件を設定する。具体的には、制御部２６は、レーザ加工装置１のＣＶＤ加工条件を、図２および図３を参照して上述したＣＶＤ加工条件に設定する。すなわち、制御部２６は、ＣＶＤ加工用レーザ発振器１１のＱスイッチ周波数を１Ｈｚから１．０ｋＨｚの範囲内、より望ましくは、１Ｈｚから０．５ｋＨｚの範囲内に設定する。また、制御部２６は、ガスユニット１７を制御して、原料ガスであるクロムカルボニルガスの濃度を所定の値に設定する。

さらに、制御部２６は、レーザ照射強度均一化光学系１２の光アッテネータを制御して、ＣＶＤレーザ光の平均照射パワー密度を所定の値に設定する。このとき、ＣＶＤレーザ光のパルス幅が４０ｎｍ以下の場合、ＣＶＤレーザ光の照射パワー密度が１．０ＭＷ／ｃｍ^２以上、１パルス当りの照射エネルギ密度が４０ｍＪ／ｃｍ^２以下になるように、平均照射パワー密度が設定され、パルス幅が４０ｎｍを超える場合、ＣＶＤレーザ光の照射パワー密度が１．０ＭＷ／ｃｍ^２未満、１パルス当りの照射エネルギ密度が４０ｍＪ／ｃｍ^２超になるように、平均照射パワー密度が設定される。

また、制御部２６は、予め準備されている目標透過率と、照射スポットのスキャン速度あるいはスキャン回数との対照テーブルに基づいて、スキャン速度あるいはスキャン回数を設定する。このとき、ＣＶＤ膜の透過率のばらつき範囲を考慮して、ＣＶＤ膜の露光波長における透過率が、目標透過率の範囲を下回らないように、スキャン速度あるいはスキャン回数が設定される。

ステップＳ４において、レーザ加工装置１は、ステップＳ３の処理で設定されたＣＶＤ加工条件の下で、ＣＶＤ加工を行う。これにより、例えば、図７に示されるように、ハーフトーン膜５１が除去された跡（すなわち、ハーフトーンパターンの修正部分）にＣＶＤ膜６１が成膜される。

なお、ＣＶＤ加工を行う前に、加工表面におけるＣＶＤ膜の核形成を容易にするために、加工時の照射パワー密度またはそれ以上のパワー密度でＣＶＤレーザ光をフォトマスク２の加工部に照射するようにしてもよい。

ステップＳ５において、レーザ加工装置１は、加工部の透過率を測定する。すなわち、ステップＳ２の処理と同様にして、新たに成膜したＣＶＤ膜６１の透過率が測定される。

ステップＳ６において、レーザ加工装置１は、透過率が目標透過率の範囲内であるか否かを判定する。すなわち、レーザ加工装置１は、ステップＳ５の処理で測定したＣＶＤ膜６１の透過率が、ステップＳ２の処理で設定した目標透過率の範囲内であるか否かを判定し、目標透過率の範囲外であると判定した場合、処理はステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、レーザ加工装置１は、透過率が目標透過率の範囲より高いか否かを判定する。すなわち、レーザ加工装置１は、ステップＳ５の処理で測定したＣＶＤ膜６１の透過率が、ステップＳ２の処理で設定した目標透過率の範囲より高いか否かを判定し、目標透過率の範囲より高いと判定した場合、処理はステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、レーザ加工装置１は、ＣＶＤ加工条件を調整する。具体的には、レーザ加工装置１は、Ｑスイッチ周波数、原料ガス濃度、平均照射パワー密度を予め定められた値に変更する。また、レーザ加工装置１は、予め準備されている、透過率の測定結果と目標透過率との差と、照射スポットのスキャン速度との対照テーブルを基づいて、スキャン速度を設定する。

なお、このとき、ＣＶＤ膜の露光波長における透過率の微調整を容易にするために、ＣＶＤ膜の成膜速度ができるだけ遅くなるように、Ｑスイッチ周波数、原料ガス濃度、平均照射パワー密度を設定するのが望ましい。ただし、従来のハーフトーンパターン修正時と同様のＣＶＤ加工条件に設定しても、この後のステップＳ９の処理で増加するＣＶＤ膜６１の膜厚は小さいため、ＺＡＰ加工によりＣＶＤ膜６１にクラックが発生する可能性は非常に低い。

ステップＳ９において、レーザ加工装置１は、透過率微調整のためのＣＶＤ加工を行う。すなわち、レーザ加工装置１は、ステップＳ７の処理で設定したＣＶＤ加工条件でＣＶＤ加工を行い、ＣＶＤ膜６１の膜厚を若干量厚くすることにより、ＣＶＤ膜６１の透過率を微調整する。

その後、処理はステップＳ５に戻り、ステップＳ６において、透過率が目標透過率の範囲内であると判定されるか、ステップＳ７において、透過率が目標透過率の範囲より低いと判定されるまで、ステップＳ５乃至Ｓ９の処理が繰り返し実行され、ＣＶＤ膜６１の透過率の微調整が行われる。

一方、ステップＳ７において、透過率が目標透過率の範囲より低いと判定された場合、すなわち、ＣＶＤ膜６１の膜厚を厚くしすぎた場合、処理はステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の処理が実行される。すなわち、新たに生成されたＣＶＤ膜６１がＺＡＰ加工により除去され、ＣＶＤ膜の成膜から再度やり直される。

一方、ステップＳ６において、透過率が目標透過率の範囲内であると判定された場合、処理はステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０において、レーザ加工装置１は、ＣＶＤ膜を整形する。例えば、レーザ加工装置１は、図８に示されるように、成膜したＣＶＤ膜６１のうち所定のパターンからはみ出ているＣＶＤ膜６１Ａ，６１ＢをＺＡＰ加工により除去し、ＣＶＤ膜６１Ｃのみを残す。なお、このとき、図２および図３を参照して上述したＣＶＤ加工条件でＣＶＤ膜６１が成膜されているので、ＣＶＤ膜６１に対してＺＡＰ加工を行ってもクラックは生じない。

その後、フォトマスク修正処理は終了する。

以上のようにして、ｉ線に対する透過率が４０％以下のハーフトーンパターンの修正が可能になる。また、修正したハーフトーンパターンの露光波長の違いによる透過率の差を小さくすることができる。

＜２．変形例＞
なお、以上の説明では、ハーフトーン膜５１を全て除去してから、ハーフトーンパターンを修正する例を示したが、欠陥５２の周辺のハーフトーン膜５１のみを除去してからハーフトーンパターンを修正するようにしてもよい。

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１ レーザ加工装置
２ フォトマスク
１１ ＣＶＤ加工用レーザ発振器
１２ レーザ照射強度均一化光学系
１３ ＺＡＰ加工用レーザ発振器
１４ レーザ照射強度均一化光学系
１５ 可変スリット
１６ 結像加工光学系
１６ａ 対物レンズ
１６ｂ 微動ステージ
１７ ガスユニット
１８ 原料ガス供給・排気ユニット
２４ プローブ光源
２５ 透過光強度測定器
２６ 制御部

Claims (3)

1. フォトマスクの修正を行うフォトマスク修正方法において、
   Ｑスイッチ周波数が１Ｈｚから１ｋＨｚの範囲内に設定されたレーザ発振器から出射される、１パルス当りの照射エネルギ密度が４０ｍＪ／ｃｍ^２以上、もしくは、照射パワー密度が１ＭＷ／ｃｍ^２以上の紫外レーザ光、および、クロムカルボニルガスからなる原料ガスを用いて前記フォトマスクのハーフトーンパターンの修正部分にＣＶＤ膜を成膜する
   ことを特徴とするフォトマスク修正方法。
2. パルス幅が４０ｎｓ以下、かつ、照射パワー密度が１ＭＷ／ｃｍ^２以上の紫外レーザ光、または、パルス幅が４０ｎｓを超え、かつ、１パルス当りの照射エネルギ密度が４０ｍＪ／ｃｍ^２を超える紫外レーザ光を用いる
   ことを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク修正方法。
3. フォトマスクの修正を行うレーザ加工装置において、
   紫外レーザ光を発振するＱスイッチレーザ発振手段と、
   クロムカルボニルガスからなる原料ガスを前記フォトマスクのハーフトーンパターンの修正部分近傍に供給する原料ガス供給手段と、
   前記Ｑスイッチレーザ発振手段のＱスイッチ周波数、並びに、紫外レーザ光の１パルス当りの照射エネルギ密度および照射パワー密度を制御するレーザ制御手段と
   を備え、
   前記Ｑスイッチレーザ発振手段のＱスイッチ周波数を１Ｈｚから１ｋＨｚの範囲内に設定し、紫外レーザ光の１パルス当りの照射エネルギ密度を４０ｍＪ／ｃｍ^２以上、または、紫外レーザ光の照射パワー密度を１ＭＷ／ｃｍ^２以上に設定して、紫外レーザ光を前記修正部分に照射し、前記修正部分にＣＶＤ膜を生成する
   ことを特徴とするレーザ加工装置。

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