JP4433823B2 - 光学部材の修正装置及びその修正方法及びそれを用いたペリクルの修正装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路等の製造工程で、回路パターンの転写に用いられるペリクル等の光透過性を有する光学部材付きフォトマスク又はレチクル等のマスクの光学部材の修正装置及びその修正方法に関する。

従来は、半導体素子や薄膜磁気ヘッドあるいは液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する場合に、フォトマスク又はレチクル等のマスク（以下フォトマスクと記す）に形成されたパターンの像を、表面にフォトレジスト等の感光剤を塗布された基板上に投影光学系を介して投影する露光方式が使用されている。近年、基板上のショット領域に投影されるパターン形状の微細化に伴い、使用される露光用照明光（以下、露光光と記す）は、短波長化される傾向にある。すなわち、これまで主流だった水銀ランプに代わって、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いた露光装置が実用化されている。

また、さらなるパターンの形状の微細化を目指してＦ２レーザ（主波長１５７ｎｍ）を用いた露光方法の開発も進められている。このような、真空紫外線領域の波長である約２００ｎｍ以下、特に、主波長１５７ｎｍ以下の真空紫外線を露光光として用いる場合、フォトマスク材料に真空紫外線の波長域の光に対し強い吸収特性を備える物質（以下、吸光物質と記す）が存在していると、エネルギー照射により変質することが知られている。

また、フォトマスクには、パターン面への塵埃等の異物付着を防止し、転写露光時のパターン欠陥を防ぐためにペリクルと呼ばれる露光光を透過する薄膜が取り付けられている。このペリクルの膜厚は１ミクロン程度であり、その膜厚変化により生じる波面の乱れや屈折率の不均一による光路長変化は露光光学系に光学的影響を与えない程度の薄膜であった。従って、フォトマスクの基板にペリクルを貼り付けた後にペリクルの薄膜の修正は不要であった。しかし、この従来のペリクルには有機物質膜が用いられていたため、波長１５７ｎｍでは結合が断裂され、変質する問題が指摘されている。この対策として、フォトマスクの基板と同一の石英をペリクル膜として用いたペリクルが提案されている（特許文献１参照）。

また、光学部材の材料内部にレーザ光を収束させて、その表面に損傷を与えること無く材料内部に屈折率変化、又は空孔を形成するという、光通信技術の導波路形成で用いられるレーザアブレーション技術が開示されている（特許文献２参照）。

以下に公知文献を記す。
特開２００１−８３６９０号公報 特許第３２０８７３０号公報

この石英製ペリクルでは自身の強度確保や露光機（ステッパー／スキャナー）のステージ移動により受ける加減速の慣性力に耐えうる強度確保のため、厚膜化する必要が生じた。例えば、その膜（板）厚に８００ミクロンが提案されており、この場合、板厚の面内不
均一や貼り付け時に生じた応力歪みによる屈折率不均一による光路長変化は、いわば光学収差に相当する変化を来たし、転写像に歪みを生ずる問題が発生した。この歪みを補正するために、応力補正膜を形成したペリクル膜や、あらかじめ自重たわみ分のみ反らせたペリクル膜や、たわみ量分非球面形状としたペリクル膜等々が提案されている。一方、貼り付け時にマスク基板側へのペリクルフレームに起因する応力影響を低減させるために、粘着材を工夫する提案もなされている。しかし、いずれも貼り付け過程や貼付け後に生じた、貼り付け以前には予測できない光学収差を解決することは不可能である。

本発明の課題は、ペリクル等の光学部材の膜厚の不均一やペリクル膜等の光学部材を貼り付け時に生じた応力歪みを、該ペリクル膜等の光学部材への修正装置及びその修正方法を提供することである。その修正方法により、屈折率不均一等や、光路長変化よる転写像に歪みを生ずる問題を防止することである。

本発明の一実施形態は、フォトマスクに光透過性を有する光学部材を備えた露光用原版を修正する光学部材の修正装置において、光学部材の光学的歪み量を測定する測定手段と、光学部材の屈折率を変化させるレーザ照射手段と、光学部材を備えた露光用原版を載置して、該露光用原版の面内及び光学部材の膜厚方向に対して任意の位置に移動可能とするステージ移動手段とからなり、前記光学部材は、ペリクルフレーム付きペリクル膜のペリクルであることを特徴とする光学部材の修正装置である。

本発明の一実施形態は、前記測定手段は、光学干渉計またはレーザ変位計の光学式非接触手段であることを特徴とする請求項１記載の光学部材の修正装置である。

本発明の一実施形態は、前記レーザ照射手段は、フェムト秒レーザ、又はアト秒レーザ、又はゼプト秒レーザ、又はヨクト秒レーザであることを特徴とする請求項１、又は２記載の光学部材の修正装置である。

本発明の一実施形態は、フォトマスクに光透過性を有する光学部材を備えた露光用原版を修正する光学部材の修正方法であって、光学部材を備えた露光用原版を載置して、該露光用原版の面内及び光学部材の膜厚方向に対して任意の位置へ移動し、該光学部材の光学的歪み量を測定し、該光学的歪み量に基づいて、レーザ照射により光学部材の屈折率を変化させ、前記光学部材が、ペリクルであることを特徴とする光学部材の修正方法である。

本発明の一実施形態は、請求項４記載の修正方法により修正された光学部材を備えたことを特徴とするフォトマスクである。

石英を素材とするペリクル等光学部材を貼りつけたフォトマスクにおいて、貼り付け後にペリクル等光学部材の膜の屈折率変化及び膜厚不均一に起因する波面乱れ等光学的歪み量を光学部材膜内部の屈折率を変化させ、等価光路長を形成とすることでペリクル膜の任意部分を修正することができる。その効果により、光路長変化よる転写像に歪みを生ずる問題を防止できる。

以下、本発明の修正方法の工程のフローは、図１の工程（ａ）〜（ｇ）までを実行する。各工程間の搬送は図中矢印で示す。図１に示す本発明の修正方法の工程（ａ）は、まず、ステージ上に透過性を有する光学部材を備えた露光用原板（以下露光用原板と記す）を光学部材側を下向きに載置する。なお、次工程のレーザ照射時、該レーザ集光点を光学部材の膜厚内部の所定の位置に移動させている。次に、ステージ移動工程では、露光用原板の１回目の計測点の位置に一時停止する。次測定工程では、露光用原板の１回目の計測点を計測部にて計測する（工程ｂ参照）。計測結果から得られたレーザ照射量を算出する（工程ｃ参照）。次に、レーザ照射工程では、指示されたレーザ照射量及び照射手順に従って、光学部材の層間の所定の深度にレーザ集光点を絞り、レーザ照射量までレーザ照射する（工程ｄ参照）。

前記工程（ｄ）のレーザ照射による修正結果の確認が必要となるため、工程（ｅ）に示す光学的歪み量を計測する（工程ｅ参照）。工程（ｆ）の良・不良、すなわち合格・不合格の判定後、修正が不良であれば、再び工程（ｃ）まで戻り、工程（ｄ）と工程（ｅ）及び工程（ｆ）を繰り返し、良の判定がでるまで工程を進める。計測の結果、合格であれば、次の工程（ｇ）を実行する。工程（ｇ）では、未測定の場所の有無を確認し、未測定の場所が有れば、再度工程（ａ）まで戻り、工程（ｂ）から工程（ｆ）まで繰り返し工程を実行する。最終では、すなわち、工程（ｇ）での露光用原板の計測点全て計測及び修正を完了した時点で、計測開始点までステージ移動して、終了する。

前記図１に示す工程（ｃ）では、図２に示す工程フローｃ１〜ｃ３までを実行する。計測結果から得られたレーザ照射量を算出する工程では、まず、歪み量の修正方法を選択する。例えば空孔形成による、又は部分的高密度化による修正方法を設定する（工程ｃ１参照）。次に、レーザ照射の照射量及び照射手順を設定する（工程ｃ２参照）。次に、次工程の工程（ｄ）へ、工程ｃ３のレーザ照射の照射量及び照射手順を指示する（工程ｃ３参照）。

図３は、光学的歪み量を説明する概念図である。図３では、図面上部に、入射波面（６０）と、図面下部に、出射波面（７０）を示す。該出射波面（７０）は、入射波面（６０）に対応して出力された露光光であり、該露光光はフォトマスク（１０）を透過後、光学部材（２）を透過して、出力されている。そして、露光用原板（１）の露光光の通過による光学的歪み量（７）は、出射波面（７０）の変化として現れている。また、図面左側には、上より、Ｃ０は、入射時であり、同時間の経過後の出射波面側のＣＬ及びＣＭ及びＣＨは出射波面の該時間の到達距離であり、出射波面の最も遅れているグループはＣＬ、出射波面の最も早いグループはＣＨであり、中間がＣＭである。出射波面の形状では、同位置に揃う直線状が好ましく、直線状の場合、光学的歪み量が無く良好とし、凸凹状の場合、光学的歪み不良とした。なお、前記光学部材では、従来のペリクルの持つ効果に光学的なレンズの持つ効果を付加した役割であり、図３では、主として、光学的のもの不具合を記述したものである。

図４（ａ）〜（ｂ）は、光学的歪み量を修正する方法を説明する概念図である。まず図４（ａ）は、出射波面を遅らせる修正方法である。レーザ照射部（５１０）より所定のレーザ光の集光点を光学部材（２）の層内部の指示深度に絞り、指示レーザ照射量及び照射手順により光学的性質の変化する程度で、且つ材質破壊の閾値以下の低いエネルギーを照射し、照射部近傍が発熱等により溶融し、再凝固を経て部分の密度が高い方向に変質する高密度化形成による屈折率を変更する修正方法である。なお、レーザ光は、例えば１０^-15秒オーダーパルス幅を有するフェムト秒レーザの光源を用いる。さらに短波長の１０^-18秒オーダーパルス幅を有するアト秒レーザの光源を、又は１０^-21秒オーダーパルス幅を有するゼプト秒レーザの光源、１０^-24秒オーダーパルス幅を有するヨクト秒レーザ等々の光源も使用することもある。

図４（ｂ）は、出射波面を早める修正方法である。レーザ照射部（５１０）より所定のレーザ光の焦点を光学部材（２）の層内部の指示深度に絞り、指示レーザ照射量及び照射手順により、光学的性質の変化する程度以上で、且つ材質破壊の閾値近傍の高いエネルギーを照射し、照射部近傍が微小な材料破壊等含む発熱により溶融し、再凝固を経て照射部分の層内に空孔層に変質する空孔形成による屈折率を変更する修正方法である。

図５は、本発明の光学部材の修正装置の一実施例を説明する装置概略図である。本装置４００は、ステージ部５３０と、該ステージ部に載置したフォトマスク５００と、レーザ照射部５１０と、計測部５２０及び判定部５４０で構成する。フォトマスク５００は、ステージ部５３０に露光機での設置姿勢と同じく、ペリクル２０を下方とした状態で設置する。レーザ照射部５１０はペリクル膜２０に集光点が合う位置にペリクル２０下方から照射する方向に設置する。計測部５２０は、ペリクル膜２０に測定点があう位置にペリクル２０下方に設置する。ステージ部５３０は、ペリクル膜２０の面内かつ膜厚方向に対して任意位置、すなわち、レーザ照射部５１０及び計測部５２０のレーザ集光点をペリクル膜２０の面内かつ膜厚方向に対して任意位置に合わせるためにフォトマスク１０を移動させるストロークを備える。

レーザ照射部５１０は、レーザアブレーションの技術がそのまま使え、フェムト秒レーザパルスを集光照射し、ペリクル膜２０の内部を部分的に改質し、屈折率を変化させることができる。本技術は、ペリクル膜表面を破壊することなく、ガラス内部のみ屈折率変化を生じさせるのでパーティクルの発生が無く、クリーンである。

図６は、本発明の光学部材の修正装置の一実施例を説明する装置概略図である。本装置は、前記修正装置４００を露光装置６００に搭載したものである。露光装置６００は、一例として、通常光源６１０と、集光光学系６２０と、マスク搭載部６３０と、マスクカセット６４０と、投影光学系６５０と、露光対象物６６０で構成されている。本形態は、本修正装置４００をマスク搭載部６３０に隣接させたものである。フォトマスク５００は、マスクカセット６４０に把持固定された後に露光光軸Ｃ上のマスク搭載部６３０に設置される。露光装置６００に搭載した状態のままで、光学的歪み量が測定されるため、マスクカセット６４０への把持影響を含めたペリクル膜の修正要否の判断と修正が可能となる。

以下図７〜図１０を用いて、修正方法の実施例を説明する。

本発明によるペリクル膜の屈折率変化及び膜厚不均一による波面乱れの修正方法を説明する。第１の説明として、図７（ａ）に基板１０に貼り付けられたペリクル膜（板）２０が欠陥や機械的な圧力により膜内部で組成の疎密、つまり屈折率分布が生じた場合の断面の一例を模式的に示す。本事例では膜（板）厚は不変を前提とする。屈折率が疎の部分３０と密の部分４０及び、疎密の中間領域５０が相対的にかならず隣接するはずである。この場合、入射波面６０の進行は疎部分３０では相対的に早く、密の部分４０では遅くなることから、出射波面は７０のように歪み（光学的歪み量）を生じる。この歪みの修正には、ペリクル膜２０の屈折率を均一にすれば良いので、疎３０と中間領域５０の部分を密の屈折率４０と同一にすれば良い。この方法として高屈折率変化による方法（高密度化による方法）を適用すれば良い。修正の結果、修正後波面８０は入射波面６０と同一になる。本説明では屈折率分布を３状態とするが、実際の変化は例えば、図７（ｂ）のように連続していると考えて良く、レーザのパルス幅を連続的及び／または段階的に変化させることにより、屈折率の変化領域、形状および屈折率変化量をパルス幅に応じて変化させることが可能である。さらに、レーザ集光点と修正対象物を相対移動移動させることにより連続的な屈折率変化領域を形成することが可能になる。

第２の説明として、図８を用いて説明する。第２の方法としては、図８（ａ）は、低屈折率３０部分に中間領域５０及び高屈折率４０をそれぞれ低屈折率３０と同一の屈折率とすれば良い。この場合はレーザ光照射による低屈折率化は不可能であるので、空孔形成による修正方法であり、中間領域５０はレーザ光照射による空孔９０の形成、同様に高屈折率４０は１００の形成により、相対的に高屈折率部分の板厚を減じて、低屈折率３０と等価の光路長となれば良い。実際の変化は例えば、図８（ｂ）のように連続していると考えて良く、レーザのパルス幅を連続的及び／または段階的に変化させることにより、屈折率の変化領域、形状および屈折率変化量をパルス幅に応じて変化させることが可能である。さらに、レーザ集光点と修正対象物を相対移動移動させることにより連続的な屈折率変化領域を形成することが可能になる。

第３の説明として、図９を用いて説明する。第３の方法としては、図９（ａ）は、低屈折率３０部分及び高屈折率４０をそれぞれ中間領域５０と同一の屈折率とすれば良い。修正は、高密度化による及び空孔形成による修正方法の併用であり、高屈折率４０部分は空孔１１０を形成、また、低屈折率３０部分は高密度化層１２０を形成し、それぞれ中間領域５０と等価の光路長となれば良い。実際の変化は例えば、図９（ｂ）のように連続していると考えて良く、レーザのパルス幅を連続的及び／または段階的に変化させることにより、屈折率の変化領域、形状および屈折率変化量をパルス幅に応じて変化させることが可能である。さらに、レーザ集光点と修正対象物を相対移動させることにより連続的な屈折率変化領域を形成することが可能になる。

第４の説明として、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は、基板１０に貼り付けられたペリクル膜（板）２０に膜厚分布が生じた場合の断面を模式的に示す。本事例では膜内部の密度は不変を前提とする。前記第１の事例同様、併用する修正方法であり、ペリクル膜（板）２０の薄い部分２００Ａ、２００Ｂをそれぞれ高屈折率化層２１０Ａ、２１０Ｂを形成、または、厚い部分に空孔形成によるペリクル膜（板）２０中の透過距離を減じれば良く（図示省略）、等価光路長がペリクル２０の全面内領域で同一となる状態となれば良い。図１０（ｂ）のように連続していると考えて良く、レーザのパルス幅を連続的及び／または段階的に変化させることにより、屈折率の変化領域、形状および屈折率変化量をパルス幅に応じて変化させることが可能である。さらに、レーザ集光点と修正対象物を相対移動させることにより連続的な屈折率変化領域を形成することが可能になる。

上述したように、ペリクルを装着したフォトマスクでは、該フォトマスクを用いた露光時、光学的歪み、例えば転写パターンの歪み等を修正する方法として活用できる。すなわち、本発明の修正方法によりペリクルを修正した後、再度露光し、正常な転写パターンを形成することができる。

本発明の修正方法の工程を示すフロー図である。 本発明の修正方法の工程を示すフロー図である。 本発明の修正方法を説明する側断面図である。 （ａ）〜（ｂ）は、本発明の修正方法を説明する側断面図である。 本発明の修正装置の一実施例を説明する装置概略図である。 本発明の修正装置の一実施例を説明する装置概略図である。 （ａ）〜（ｂ）は、本発明の修正方法の一実施例を説明する側断面図である。 （ａ）〜（ｂ）は、本発明の修正方法の一実施例を説明する側断面図である。 （ａ）〜（ｂ）は、本発明の修正方法の一実施例を説明する側断面図である。 （ａ）〜（ｂ）は、本発明の修正方法の一実施例を説明する側断面図である。

符号の説明

１…露光用原板
２…光学部材
７…光学的歪み量
９…空孔形成
１０…フォトマスク基板
１２…高密度化形成
２０…ペリクル膜（板）
３０…屈折率疎部分（低屈折率）
４０…屈折率密部分（高屈折率）
５０…屈折率中間領域
６０…入射波面
７０…出射波面
８０…修正後波面
９０…空孔
１００…空孔
１１０…空孔
１２０…高密度化層
２００Ａ，２００Ｂ…薄板部分
２１０Ａ，２１０Ｂ…高屈折率化層
４００…修正装置
５００…フォトマスク
５１０…レーザ照射部
５２０…計測部
５３０…ステージ部
５４０…判定部
６００…露光装置
６１０…光源
６２０…集光光学系
６３０…マスク搭載部
６４０…マスクカセット
６５０…投影光学系
６６０…露光対象物

Claims (5)

1. フォトマスクに光透過性を有する光学部材を備えた露光用原版を修正する光学部材の修正装置において、
   光学部材の光学的歪み量を測定する測定手段と、
   光学部材の屈折率を変化させるレーザ照射手段と、
   光学部材を備えた露光用原版を載置して、該露光用原版の面内及び光学部材の膜厚方向に対して任意の位置に移動可能とするステージ移動手段とからなり、
   前記光学部材は、ペリクルフレーム付きペリクル膜のペリクルであること
   を特徴とする光学部材の修正装置。
2. 前記測定手段は、光学干渉計またはレーザ変位計の光学式非接触手段であることを特徴とする請求項１記載の光学部材の修正装置。
3. 前記レーザ照射手段は、フェムト秒レーザ、又はアト秒レーザ、又はゼプト秒レーザ、又はヨクト秒レーザであることを特徴とする請求項１、又は２記載の光学部材の修正装置。
4. フォトマスクに光透過性を有する光学部材を備えた露光用原版を修正する光学部材の修正方法であって、
   光学部材を備えた露光用原版を載置して、該露光用原版の面内及び光学部材の膜厚方向に対して任意の位置へ移動し、該光学部材の光学的歪み量を測定し、該光学的歪み量に基づいて、レーザ照射により光学部材の屈折率を変化させ、
   前記光学部材が、ペリクルであること
   を特徴とする光学部材の修正方法。
5. 請求項４記載の修正方法により修正された光学部材を備えたことを特徴とするフォトマスク。
   

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