JP2014064965A

JP2014064965A - 異物除去装置、異物除去方法

Info

Publication number: JP2014064965A
Application number: JP2012210310A
Authority: JP
Inventors: Hironori Matsui; 浩典松井
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-04-17

Abstract

【課題】フォトマスク等の対象物上の個々の異物を容易に除去できる異物除去装置等を提供する。
【解決手段】異物除去装置１は、レーザーアブレーションによりフォトマスク２０上の異物３０の除去を行う。異物除去装置１は、コントローラ１１、パルスレーザー１０を出射するレーザー照射部１３、パルスレーザー１０を集光し、フォトマスク２０上の異物３０に照射する光学系１５等を備える。コントローラ１１は、フォトマスク２０とパルスレーザー１０の焦点１０１とを離間させ、その離間距離を、フォトマスク２０上のレーザー強度分布２１の最大値が異物３０を除去できる強度２２以上フォトマスク２０に対する許容強度２３以下となり、かつ、フォトマスク２０上のレーザー強度分布２１において、異物３０を除去できる強度２２以上となる範囲が異物３０のサイズ以上となるように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー照射により異物除去を行う異物除去装置等に関する。

フォトマスクは、半導体集積回路やカラーフィルタ等の製造時に、露光によるパターンを形成するために用いられる。フォトマスクは、エッチングの手法を用いて基板上にクロム等からなる遮光膜のパターンを形成することで製造できる。

フォトマスクに異物が付着すると、半導体集積回路やカラーフィルタの製造時に不良品等が発生する原因になる。従って、フォトマスクの製造時には、工程中で適宜ウエット洗浄による全面洗浄が行われる。しかしながら、ウエット洗浄にて異物が除去できない場合もある。また、ウエット洗浄後に埃などが異物として付着することもある。

従って、フォトマスクの製造時には、最終的な検査工程にて異物が残っていないか検査し、異物が残っていた場合には再洗浄を行い、その後異物が残っていないか再検査して異物が残っていない場合に出荷するようにしている。

しかしながら、最終的な工程として上記のような再洗浄と再検査を行うと、フォトマスクの製造に要する時間が長くなるので、その工程短縮が望まれる。

上記の工程を短縮する方法の一つとしては、最終的な検査で発見された異物を、再洗浄時に個々に確実に除去し、再検査の工程を省略することが考えられる。異物を個々に除去する技術としては、例えばレーザー照射を利用するものがある。特許文献１には、レーザーを被処理基板上の異物に集中させて衝撃を与え吹き飛ばすものが記載されている。

特開２００７−１１１６８２号公報

特許文献１の方法では、所望の効果が得られるようにレーザーのエネルギーを調整するが、異物の除去にレーザー照射を用いる場合には、レーザーによりフォトマスクのパターンにダメージを与えてしまう恐れがあるので注意が必要である。特に近年、半導体集積回路などの高密度化によるフォトマスクのパターンの微細化に伴い、パターンのダメージケアと異物除去を両立させることは難しくなっている。

また、特許文献１の方法は、吹き飛ばした異物が再度被処理基板上に付着しないようにガスを供給して流れを形成する必要がある。またガスの組成、温度、圧力を一定に保つ必要もあり、必ずしも制御が容易ではない場合もある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、フォトマスク等の対象物上の個々の異物を容易に除去できる異物除去装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するための第１の発明は、レーザーアブレーションにより対象物上の異物の除去を行う異物除去装置であって、パルスレーザーを照射するレーザー照射部と、前記パルスレーザーを集光し、対象物上の異物に照射する光学系と、前記対象物と前記パルスレーザーの焦点とを離間させ、前記対象物と前記パルスレーザーの焦点との離間距離を、前記対象物上のパルスレーザーの強度分布の最大値が、前記異物を除去できる強度以上かつ前記対象物に対する許容強度以下となるように設定する制御部と、を備えることを特徴とする異物除去装置である。

本発明の異物除去装置では、レーザーアブレーションにより異物を除去する。レーザーアブレーションは、超短パルスレーザーを無機物、有機物等に照射し、そのエネルギーにより高速で昇華させるものである。これにより、レーザーによる熱の発生を低減してフォトマスク等の対象物に与えるダメージを抑えることができる。
特に本発明では、パルスレーザーの焦点を対象物上に合わせるのではなく、対象物から離間させデフォーカスすることにより、対象物上のレーザー強度分布を変化させ、対象物に限度を超えるダメージを与えることなく異物を除去するように設定できる。また、デフォーカスにより、レーザー強度分布において異物を除去できる強度以上となる範囲も可変となるので、異物のサイズに応じた設定も容易である。さらに前記したようなガス等の供給も特に必要でなく、制御も容易になる。

これにより、例えばフォトマスク等の製造時における最終的な検査工程で検出された数箇所の異物のそれぞれに対し、局所的なパルスレーザー照射を行い、異物を容易かつ確実に除去できる。従って前記のような再検査の必要が無く、フォトマスク等の製造に要する時間の短縮が図れる。

また、前記制御部は、前記対象物上のパルスレーザーの強度分布において、前記異物を除去できる強度以上となる範囲が前記異物の平面上のサイズ以上となるように、前記離間距離を設定することが望ましい。
これにより、異物が一度に除去できるようになる。

第２の発明は、レーザーアブレーションにより対象物上の異物の除去を行う異物除去方法であって、レーザー照射部から照射したパルスレーザーを、光学系により集光して対象物上の異物に照射する際、制御部により、前記対象物と前記パルスレーザーの焦点とを離間させ、前記対象物と前記パルスレーザーの焦点との離間距離を、前記対象物上のパルスレーザーの強度分布の最大値が、前記異物を除去できる強度以上かつ前記対象物に対する許容強度以下となるように設定することを特徴とする異物除去方法である。
また、前記制御部は、前記対象物上のパルスレーザーの強度分布において、前記異物を除去できる強度以上となる範囲が前記異物の平面上のサイズ以上となるように、前記離間距離を設定することが望ましい。

本発明によれば、フォトマスク等の対象物上の個々の異物を容易に除去できる異物除去装置等を提供することができる。

異物除去装置１を示す図異物除去装置１による異物除去の手順を示す図パルスレーザー１０を示す図フォトマスク２０上のレーザー強度分布２１を示す図

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（１．異物除去装置１の構成）
図１は、異物除去装置１の構成を示す図である。図に示すように、異物除去装置１は、コントローラ１１、レーザー照射部１３、光学系１５、ステージ１７を備える。

この異物除去装置１は、フォトマスク２０上の異物３０にパルスレーザー１０を照射してレーザーアブレーションにより除去するものである。前記した通り、レーザーアブレーションは、超短パルスレーザーを無機物、有機物等に照射し、そのエネルギーにより高速で昇華させるものであり、レーザーによる熱の発生を低減してフォトマスク２０のパターンに与えるダメージを抑えることができる。

ステージ１７には、異物３０の除去を行う対象物であるフォトマスク２０が載せられている。このフォトマスク２０は、透明の基板上にクロム等からなる遮光膜のパターンを形成したものである。ただし、異物を除去する対象物はこれに限らず、半導体集積回路や、カラーフィルタなどであってもよい。

また、異物３０は、フォトマスク２０の製造時にウエット洗浄による全面洗浄処理で除去できなかったものや、ウエット洗浄後に付着したものである。その例としては、レジストの残渣、鉄粉、繊維、タンパク質などがある。ただしパルスレーザー１０を吸収できるものであればこれらに限らない。なお、異物３０の平面上のサイズ（以下、単に「サイズ」という）は直径１．０μｍ程度以下の微小なものであり、ここでは、直径０．５μｍ程度であるものとする。

レーザー照射部１３は、コントローラ１１による制御に従ってパルスレーザー１０を出射する。このパルスレーザー１０は、パルス幅（レーザー照射時間）が１ピコ秒以下である超短パルスレーザーである。パルスレーザー１０としては、YAGレーザー等を使用することができる。

光学系１５では、レーザー照射部１３から出射されたパルスレーザー１０がミラー１５１で反射され、レンズ１５３に到達する。パルスレーザー１０は、レンズ１５３により集光され、フォトマスク２０上の異物３０へ照射される。

ステージ１７は、フォトマスク２０の詳細な位置決めを行うものである。ステージ１７は、コントローラ１１による制御に基づき、平面上で直交するｘ方向とｙ方向、およびこれと直交する高さ方向であるｚ方向を移動可能である。

コントローラ１１は、パラメータＤＢ１１１に登録した情報をもとに、レーザー照射部１３、ステージ１７の制御等を行う制御部である。

特に本実施形態では、コントローラ１１によりステージ１７のｚ方向の位置制御を行い、パルスレーザー１０の焦点をフォトマスク２０上から離間（デフォーカス）させる。その離間距離を、異物３０の材料特性やサイズ等の条件に合わせて設定することで、パルスレーザー１０がフォトマスク２０のパターンに限度を超えるダメージを与えずに異物３０を除去できるように、フォトマスク２０上に照射されるパルスレーザー１０の強度分布が設定できる。

パラメータＤＢ１１１には、レーザー照射部１３、ステージ１７の制御等に必要な情報が登録される。この情報は、例えば、
・異物３０での吸収効率が高くフォトマスク２０のパターンでの吸収効率が低い波長
・フォトマスク２０上のパルスレーザー１０の強度分布の最大値が、異物３０を除去できる強度以上、フォトマスク２０に対する許容強度以下となり、かつ、フォトマスク２０上のパルスレーザー１０の強度分布において、異物３０を除去できる強度以上となる範囲が異物３０のサイズ以上となる離間距離
・出射するパルスレーザー１０のエネルギーであるパルスエネルギー、パルス幅、パルス数
などであり、異物３０やフォトマスク２０のパターンの材料特性、異物３０のサイズ等に応じて定められている。なお、上記の離間距離は、これと対応する値であるスポット径として定められている。スポット径については後述する。

ここで、フォトマスク２０に対するパルスレーザー１０の許容強度とは、フォトマスク２０においてパルスレーザー１０によるダメージを許容できる強度、すなわち、パルスレーザー１０によりダメージが与えられた後でも、フォトマスク２０が所定の遮光性能を維持できるような強度をいう。例えば、パルスレーザー１０により遮光膜の一部が除去され薄くなった後でも、該遮光膜の遮光率が許容値以上となっているような場合である。上記の許容強度は、フォトマスク２０が最終的に満たすべき遮光性能（遮光膜の遮光率）を考慮して定めることができる。

なお、パルスレーザー１０の許容強度は、上記のフォトマスク２０の他、前述したカラーフィルタや半導体集積回路など、異物を除去する対象物によっても異なる。対象物に対する許容強度は、各対象物が最終的に満たすべき性能に応じて定めることができる。

（２．異物除去装置による異物除去）
次に、異物除去装置１による異物除去について説明する。図２は、異物除去装置１による異物除去の手順を示すフローチャートである。

本実施形態では、例えばフォトマスク製造時の最終的な検査工程により、フォトマスク２０上の異物３０が検出され、その位置やサイズが特定されているものとする。これら異物３０の位置やサイズは、異物除去装置１のコントローラ１１に入力される。また、異物３０やフォトマスク２０のパターンの材料特性は、予め選択、設定されコントローラ１１に入力されている。

コントローラ１１は、以上の情報に基づき、パラメータＤＢ１１１を参照し、レーザー照射条件の設定を行う（Ｓ１）。

すなわち、異物３０の位置にパルスレーザー１０のスポット（照射範囲）の位置を合わせるとともに、ステージ１７のｚ位置を制御して、パルスレーザー１０の焦点とフォトマスク２０との離間距離を、上記で入力された異物３０やフォトマスク２０のパターンの材料特性、異物３０のサイズに対応する、パラメータＤＢ１１１に予め登録された値に設定する。また、パルスレーザー１０の波長を、異物３０での吸収効率が高くパターンでの吸収効率が低い適切なものに定め、パルスエネルギー、パルス幅、パルス数の設定を行う。

その後、コントローラ１１は、レーザー照射部１３を制御してパルスレーザー１０を出射させる。このパルスレーザー１０は、光学系１５のミラー１５１で反射され、レンズ１５３で集光されてフォトマスク２０上の異物３０に照射される。異物３０は、このパルスレーザー１０によるレーザーアブレーションにより除去される（Ｓ２）。

（３．離間距離とレーザー強度分布）
次に、パルスレーザー１０の焦点の離間距離と、フォトマスク２０上に照射されるパルスレーザー１０の強度分布の関係について図３、４を参照して説明する。

図３（ａ）、（ｂ）は、フォトマスク２０に照射されるパルスレーザー１０について示す図である。本実施形態では、図３（ａ）に示すように、Ｓ１において、パルスレーザー１０の焦点１０１の位置をフォトマスク２０上から離間距離Ｄだけ離間させ、パルスレーザー１０をフォトマスク２０上に照射する。なお、図３（ｂ）はフォトマスク２０上にパルスレーザー１０の焦点１０１が合っている状態を示す図であり、比較のために図示している。

図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図３（ａ）、（ｂ）の状態におけるフォトマスク２０上のレーザー強度分布２１を示す図である。図において２２は、異物３０をレーザーアブレーションにより昇華させて除去できるパルスレーザー１０の強度、２３は、フォトマスク２０に対するパルスレーザー１０の許容強度であり、それぞれ異物３０やフォトマスク２０のパターンの材料特性等により定まる。また、２４はフォトマスク２０上のパルスレーザー１０のスポットである。

図に示すように、フォトマスク２０上のレーザー強度分布２１は、スポット中心部を最大強度として周囲で低下する。焦点１０１の位置をフォトマスク２０上に合わせた場合では、図４（ｂ）に示すように、パルスレーザー１０の最大強度は大きく、スポット径は小さい。また、パルスレーザー１０の強度は、スポット中心部から周囲にゆくに従って急に低下し、前記の強度２２以上となる範囲は小さい。

一方、焦点１０１をフォトマスク２０上から離間させた場合では、図４（ａ）に示すように、パルスレーザー１０の最大強度は小さく、スポット径は大きい。また、パルスレーザー１０の強度は、スポット中心部から周囲にゆくに従って緩やかに低下し、前記の強度２２以上となる範囲は大きくなる。

このように、焦点１０１をフォトマスク２０上から離間させた場合、離間距離Ｄが大きくなるに従って、パルスレーザー１０の最大強度はより小さく、スポット径はより大きくなる。また、離間距離Ｄがある値となるまでは、離間距離Ｄが大きくなるに従って強度２２を上回る部分の面積は大きくなる。

本実施形態では、前記したように、パラメータＤＢ１１１において、異物３０やフォトマスク２０のパターンの材料特性、異物３０のサイズ等に応じた適切な離間距離Ｄがスポット径として予め登録されている。そして、前記のＳ１では、コントローラ１１が、入力された異物３０のサイズ、異物３０やフォトマスク２０のパターンの材料特性などに応じて、パラメータＤＢ１１１から、スポット径として適切な離間距離Ｄを取得する。

これにより、図４（ａ）に示すように、離間距離Ｄを、フォトマスク２０上のレーザー強度分布２１の最大値が、異物３０を除去できる強度２２以上、フォトマスク２０に対する許容強度２３以下となり、かつ、レーザー強度分布２１において、異物３０を除去できる強度２２以上となる範囲が異物３０のサイズ以上となるように設定する。

具体的な例としては、例えば図４（ｂ）に示すように、スポット径が直径１．０μｍ程度のパルスレーザー１０を照射した際、許容強度２３がレーザー強度分布２１の最大強度の半分程度の値の場合、図４（ａ）に示すようにスポット径（離間距離Ｄ）をより大きい値に設定し、直径１．５μｍ程度とすることで、パルスレーザー１０の最大強度を約半分に減少させて異物３０を除去できる強度２２以上、許容強度２３以下とし、異物３０の周辺のパターンには限度を超えるダメージを与えることなくパルスレーザー１０を照射する。また、異物３０を除去できる強度２２以上の範囲は、異物３０のサイズ（直径０．５μｍ程度）より大きくなり、該範囲内に異物３０を収めて一度に除去できる。

以上説明したように、本実施形態の異物除去装置１では、レーザーアブレーションにより異物を除去する。特に本実施形態では、パルスレーザー１０の焦点をフォトマスク２０から離間させデフォーカスすることにより、フォトマスク２０上のレーザー強度分布２１を変化させ、フォトマスク２０に限度を超えるダメージを与えることなく異物除去できるように設定できる。また、デフォーカスにより、レーザー強度分布２１において異物３０を除去できる強度２２以上となる範囲も可変であるので、異物３０のサイズに応じた設定も容易である。さらに前記したようなガス等の供給も特に必要でなく、制御も容易になる。

これにより、フォトマスク２０の製造時における最終的な検査工程で検出された数箇所の異物３０のそれぞれに対し、局所的なパルスレーザー照射を行い、異物３０を容易かつ確実に除去できる。従って前記のような再検査の必要が無く、フォトマスク２０の製造に要する時間の短縮が図れる。

また、本実施形態では、コントローラ１１により、フォトマスク２０上のレーザー強度分布２１において、異物３０を除去できる強度２２以上となる範囲が異物３０のサイズ以上となるように、離間距離Ｄを設定するので、異物３０が一度に除去できるようになる。

ただし、本発明はこれに限ることはない。例えば異物３０のサイズが大きい場合などでは、離間距離Ｄの設定の際に、フォトマスク２０上のレーザー強度分布２１において、異物３０を除去できる強度２２以上となる範囲が異物３０のサイズより小さくなっていてもよい。ただし、この場合では複数回にわけてレーザー照射し異物３０を除去する必要がある。

また、本実施形態では、予め異物３０のサイズ、異物３０やフォトマスク２０のパターンの材料特性などに応じた離間距離ＤをパラメータＤＢ１１１に登録しておき、前記のＳ１において、コントローラ１１に入力されるこれらの情報に応じた適切な離間距離Ｄを取得するようにしているが、これに限ることはない。

例えば、Ｓ１では、コントローラ１１に入力される異物３０のサイズ、異物３０やフォトマスク２０のパターンの材料特性などに応じて、コントローラ１１が前記の図４（ａ）等で説明した条件を満たす離間距離Ｄを算出するようにしてもよい。この場合、処理時間は長くなるが、異物３０のサイズ等に合わせたより適切な離間距離Ｄを設定することも可能になる。さらに、コントローラ１１は、オペレータの指示操作に応じて図４（ａ）等で説明した条件を満たす適切な離間距離Ｄを設定するようにしてもよい。

その他、本実施形態ではステージ１７のz方向の位置制御を行いデフォーカスを行ったが、光学系１５の制御を行うことによりデフォーカスを行うことも可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１：異物除去装置
１０：パルスレーザー
１１：コントローラ
１３：レーザー照射部
１５：光学系
１７：ステージ
２０：フォトマスク
２１：レーザー強度分布
２２：強度
２３：許容強度
２４：スポット
３０：異物
１０１：焦点

Claims

レーザーアブレーションにより対象物上の異物の除去を行う異物除去装置であって、
パルスレーザーを照射するレーザー照射部と、
前記パルスレーザーを集光し、対象物上の異物に照射する光学系と、
前記対象物と前記パルスレーザーの焦点とを離間させ、前記対象物と前記パルスレーザーの焦点との離間距離を、前記対象物上のパルスレーザーの強度分布の最大値が、前記異物を除去できる強度以上かつ前記対象物に対する許容強度以下となるように設定する制御部と、
を備えることを特徴とする異物除去装置。
前記制御部は、前記対象物上のパルスレーザーの強度分布において、前記異物を除去できる強度以上となる範囲が前記異物の平面上のサイズ以上となるように、前記離間距離を設定することを特徴とする請求項１記載の異物除去装置。
レーザーアブレーションにより対象物上の異物の除去を行う異物除去方法であって、
レーザー照射部から照射したパルスレーザーを、光学系により集光して対象物上の異物に照射する際、
制御部により、前記対象物と前記パルスレーザーの焦点とを離間させ、前記対象物と前記パルスレーザーの焦点との離間距離を、前記対象物上のパルスレーザーの強度分布の最大値が、前記異物を除去できる強度以上かつ前記対象物に対する許容強度以下となるように設定することを特徴とする異物除去方法。
前記制御部は、前記対象物上のパルスレーザーの強度分布において、前記異物を除去できる強度以上となる範囲が前記異物の平面上のサイズ以上となるように、前記離間距離を設定することを特徴とする請求項３記載の異物除去方法。