JP2014065044A

JP2014065044A - 異物除去装置、異物除去方法

Info

Publication number: JP2014065044A
Application number: JP2012210319A
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、パルスレーザー１０を照射するレーザー照射部１３と、照射したパルスレーザー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と、異物３０がパルスレーザー１０の多光子吸収過程により除去できるようにレーザー照射条件を設定するコントローラ１１と、を備える。
【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、カンチレバー等マニピュレーションにて除去したり、レーザー照射を利用するものが知られている。例えば、特許文献１には、レーザー照射により、処理表面の分子結晶構造を変えることなく、基板表面から汚染物質を除去する例が記載されている。

特表平８−５０９６５２号公報

しかしながら、マニピュレーション処理は、異物の除去作業自体に時間がかかるのに加え、基板搬入出時に装置の真空引き等が必要となるので、処理時間が大きくなるという問題がある。

また、レーザー照射を用いる特許文献１の方法も、不活性ガスを層流にて供給する必要があるなど、制御が容易でないという問題がある。また、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。

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等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、前記異物が前記パルスレーザーの多光子吸収過程により除去できるようにレーザー照射条件を設定する制御部と、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、パルスレーザーの照射条件を設定することで、パルスレーザーの多光子吸収過程を発生させて瞬時に異物を除去し熱の発生をさらに抑えることができ、対象物へのダメージを確実に防ぐことができる。また前記したような真空機構や不活性ガス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、前記異物が多光子吸収過程にて前記パルスレーザーを吸収する波長を整数倍した波長のパルスレーザーを、前記レーザー照射部から照射させることが望ましい。
これにより、異物において、パルスレーザーの多光子吸収過程を好適に発生させることができる。

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、前記異物が前記パルスレーザーの多光子吸収過程により除去できるようにレーザー照射条件を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、前記異物が多光子吸収過程にて前記パルスレーザーを吸収する波長を整数倍した波長のパルスレーザーを、前記レーザー照射部から照射させることが望ましい。

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。特に本実施形態では、フォトマスク２０上のパルスレーザー１０の照射範囲（スポット）の中心部にて多光子吸収過程を発生させて瞬時に異物３０を昇華させ、レーザーによる熱の発生をさらに抑える。

多光子吸収過程とは、パルスレーザー１０を照射したときに、通常は光子が１個ずつ異物３０に吸収されるが、そのパルス幅（レーザー照射時間）や強度、波長などの所定の条件を満たせば、パルスレーザー１０の光子が複数個同時に異物３０に吸収されるものである。すなわち、パルス幅が短く、強度が大きいときに多光子吸収過程は発生する。なお、この際異物３０で吸収されるパルスレーザー１０の波長は、もとのパルスレーザー１０の波長を、異物３０に同時に吸収される光子の個数で割ったものになる。

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０．１μｍ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を照射する。このパルスレーザー１０は、パルス幅が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から照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方向を高精度に移動可能である。

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、パルスレーザー１０の照射条件を、異物３０やフォトマスク２０のパターンの材料特性、異物３０のサイズ等に合わせて設定し、フォトマスク２０上のパルスレーザー１０のスポット中心部にて多光子吸収過程を発生させて瞬時に異物３０を除去する。

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、
・多光子吸収時の異物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のスポット中心部が異物３０を多光子吸収過程により除去できる強度２２以上となり、またこの強度２２以上となる範囲が異物３０のサイズ程度となるスポット径とパルスエネルギー（パルスレーザー１０の単位面積あたりエネルギー）、および多光子吸収過程を発生させるためのパルス幅やパルス数
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。

（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、ステージ１７を高精度に移動させることで異物３０の位置にパルスレーザー１０のスポット中心部の位置を合わせるとともに、パルスレーザー１０のスポット径、パルスエネルギー、パルス幅、パルス数、波長を、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のサイズ等に対応する、パラメータＤＢ１１１に予め登録された値に設定する。

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を照射させる。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時の多光子吸収過程により除去される（Ｓ２）。

（３．多光子吸収過程を発生させるためのレーザー照射条件の設定）
次に、多光子吸収過程を発生させるための、Ｓ１におけるレーザー照射条件の設定について図３、４を参照して説明する。

図３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。１０１はパルスレーザー１０の焦点を示し、図３（ａ）はフォトマスク２０上に焦点１０１が合っている状態、図３（ｂ）はフォトマスク２０上から焦点１０１が離れている状態を示す。

また、図４は、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４において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。なお、図４（ｃ）の２２は、レーザーアブレーション時に多光子吸収過程を発生させて異物３０を除去できるパルスレーザー１０の強度を示し、異物３０の材料特性等により定まる。

図４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２４の中心を最大強度として周囲で低下する。ここで、前記のパルスエネルギーを大きくすると、図４（ａ）の矢印Aに示すように、レーザー強度分布２１の強度が全体的に大きくなる。

また、図３（ｂ）に示すようにフォトマスク２０から焦点１０１が離れるに従って、図４（ｂ）の矢印Ｂに示すようにスポット径は大きくなる。これとともに、パルスレーザー１０の最大強度は矢印Ｃに示すように小さくなり、パルスレーザー１０の強度分布は矢印Ｄに示すように緩やかになる。スポット径の設定は、ステージ１７のｚ位置を制御することによりフォトマスク２０と焦点１０１との離間距離を調整して行うことができる。

以上より、フォトマスク２０上のレーザー強度分布２１は、パルスエネルギーやスポット径により設定でき、図４（ｃ）に示すように、スポット中心部のパルスレーザー１０の強度を多光子吸収過程により異物３０を除去できる強度２２以上とすることができる。また、上記の強度２２以上となる範囲も設定できる。

さらに前記した通り、多光子吸収過程において異物３０で吸収されるパルスレーザー１０の波長は、もとのパルスレーザー１０の波長を、異物３０に同時に吸収される光子の個数で割ったものになる。

従って、パラメータＤＢ１１１に予め登録されている波長は、異物３０での吸収効率が高い波長を、多光子吸収過程の発生時に同時に吸収される光子の個数分、整数倍したものである。例えば多光子吸収過程にて２個の光子が異物３０に同時に吸収される場合、パルスレーザー１０の波長は、異物３０での吸収効率が高い波長の２倍程度とする。
なお、この波長は、同時にフォトマスク２０のパターンでの吸収効率が低い波長でもある。

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パルスエネルギーやスポット径、波長、および多光子吸収過程を発生させるためのパルス幅やパルス数が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、適切なパルスエネルギーやスポット径、波長、およびパルス幅やパルス数を取得し、これに基づいてレーザー照射部１３やステージ１７の制御を行う。

これにより、図４（ｃ）に示すように、フォトマスク２０上のパルスレーザー１０のスポット中心部が異物３０を多光子吸収過程により除去できる強度２２以上となり、またこの強度２２以上となる範囲が異物３０のサイズ程度となるように設定される。またパルス幅やパルス数、およびパルスレーザー１０の波長が、多光子吸収過程が発生する適切な値に設定される。

具体的な例としては、例えば多光子吸収過程において波長２５７ｎｍ程度のパルスレーザー１０を吸収し、サイズが直径０．１μｍ程度である有機物系の異物３０の場合、パルスレーザー１０の照射条件については、波長を５１５ｎｍ程度、パルス幅を０．７ｐｓｅｃとするとともに、スポット径を直径０．５μｍ、パルスエネルギーを０．２Ｊ／ｃｍ²とすることで、図４（ｃ）に示すように、前記の強度２２以上となる範囲をスポット中心部の直径０．１μｍのエリアとし、そのエリアに異物３０の位置を合わせてパルスレーザー１０を照射することにより、レーザーアブレーション時の多光子吸収過程にて異物３０が除去可能となる。

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の照射条件を設定することで、パルスレーザー１０の多光子吸収過程を発生させて瞬時に異物３０を除去し熱の発生をさらに抑えることができ、フォトマスク２０へのダメージを確実に防ぐことができる。パルスレーザー１０の照射条件としては、例えば、異物３０が多光子吸収過程にてパルスレーザー１０を吸収する波長を整数倍した波長のパルスレーザー１０をレーザー照射部１３から照射するようにしておく。

また、本実施形態では、大気環境下で異物３０の除去が可能であり、前述したような真空機構や不活性ガスの層流等の供給が特に必要でないので、処理時間が短くなるとともに制御も容易である。例えば、マニピュレーションを行う場合に比べると、１／１０程度と大幅に時間短縮が可能になる。

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。

ただし、本発明はこれに限ることはない。例えば本実施形態では、前記の強度２２以上となる範囲を異物３０のサイズ程度としているが、レーザー強度分布２１において強度２２以上となる部分が存在すれば、その範囲は異物３０のサイズより大きくても小さくても構わない。ただし、強度２２以上となる範囲が異物３０のサイズより大きければ、該範囲内の異物３０以外の部分でフォトマスク２０のパターンに加わるダメージに注意する必要がある。また、強度２２以上となる範囲が異物３０のサイズより小さければ、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、材料特性などに応じたパルスエネルギーやスポット径などをパラメータ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パルスエネルギーやスポット径を取得してフォトマスク２０上のレーザー強度分布２１を定めているが、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のサイズや材料特性などに応じて、コントローラ１１が前記の図４（ｃ）等で説明したレーザー強度分布２１の条件を満たすパルスエネルギーやスポット径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パルスエネルギーやスポット径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レーザー照射条件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スポット径の設定を行ったが、光学系１５の制御を行うことによりスポット径の設定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
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、
前記異物が前記パルスレーザーの多光子吸収過程により除去できるようにレーザー照射条件を設定する制御部と、
を備えることを特徴とする異物除去装置。
前記制御部は、前記異物が多光子吸収過程にて前記パルスレーザーを吸収する波長を整数倍した波長のパルスレーザーを、前記レーザー照射部から照射させ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、前記異物が前記パルスレーザーの多光子吸収過程により除去できるようにレーザー照射条件を設定することを特徴とする異物除去方法。
前記制御部は、前記異物が多光子吸収過程にて前記パルスレーザーを吸収する波長を整数倍した波長のパルスレーザーを、前記レーザー照射部から照射させることを特徴とする請求項３記載の異物除去方法。