JPH0297945A - パターン修正方法およびそれに用いる修正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、パターン修ｉＥ方法およびそれに用いる修
１ｒＥＲ置に関し、特に、ＭＥ上に彼着されたパターン
の欠陥を転移拡散時間よりち穎いパルス幅のレーザビー
ムを用いて修正するパターン修正方法およびそれに用い
る修正装置に関する。

［従来の技術］ フォトマスクに発生ずる黒欠陥の修正方法については、
たとえば特公昭５２−９５０８号公報１こ示され−Ｃい
るが、これはレーザ光を！Ｉ：（１’１．Ｉ　してクロ
ムを焼き切る方法である。最近では、たとえば特開昭６
０−２　′３５４２２号公報にも、レーザ光を照射して
黒欠陥をきれいに除去する方法が示されている。第７図
は従来のパターン修正を？ｊなっている状態を示す模式
図である。黒欠陥修Ｗ用のレーデには一般的にＹＡＧレ
ーザが用いられている。

次に、第７図をり照して、ＹＡＧレーザを用いた場合の
修正について説明する。ＹＡＧレーザ発振器１から取出
したレーザビーム２はビームエキスパンダ３で拡大され
、反射用ミラー４で反射され、スリブ！・５を通った後
、集光レンズ６で集束され、マスク７の黒欠陥部に相当
する領域に照射される。

黒欠陥部の除去は大部分が熱的な加工で行なわれる。非
照射部への熱的な影ビはレーザビームのパルス幅とパタ
ーン材料の熱拡散率および照射部分の大きさ等に依存す
る。熱影響領域をできるだけ小さくするためにパターン
材料に要求される特性は熱拡散率の小さいことである。

スリットの大きさとパルス幅とを一定とした場合、パタ
ーン材料が異なればその熱拡散率も当然穴なるので、非
照ｑ、Ｊ部・＼の熱影響の広がりにばらつきを１３える
原因となる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のレーザ修正装置はレーザ発振のパルス幅がｌＩｔ
でなく、固定されているので、加工する（イ料および照
射領域ごとに最適なパルス幅の選択が困難であって熱拡
散率の小さな材料や、照射領域を微小にした場合に非照
射部への熱影響を大きなものにしていた。

それゆえに、この発明は上述のような問題点を解消する
ためになされたもので、非照射部の温度上昇を抑えて、
加工材料や照射領域が変化した場合に高精度の加工がで
きる最適なパルス幅でパターンの修正ができる方法およ
びその修正方法に用いる修正装置を得ることを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るパターン修正方法は、材料の持つ熱拡散
率と照射領域のサイズから定まる転移拡散時間よりも短
いパルス幅のレーザビームを用いて黒欠陥部を除去する
ものである。また、パターン修正装置はレーザビームを
照射する照射手段と、上記転移拡散時間よりも短いパル
ス幅のレーザビームを発生するように照射手段を制御す
る制御手段とを備える。

［作用］ この発明における転移拡散時間よりも短いパルス幅のレ
ーザ照射は、非照射部への熱拡散を抑制し、温度上昇を
抑える。

いで明の実施例］ 以下、このｆｅ明の一実施例を図について説明する。

まず、黒欠陥部の修正に対する熱の影響の数理解１７を
非定常−次元無限体について行ない、フラウンホーファ
回折による一次の０点の領域と温ｌ夏場の関係式を尋き
出す。実際の現象は非定常の三次元であるが、現濠の理
解を容易にするという意味で、数理解析を用いた説明は
第７図のモデルと同じで十分゛である。

まず、マスク上にスリットを通過して照射されたレーザ
ビームのパワー密度について求める。第１図は光学系モ
デルにおけるスリットから試料面までの簡略な模式図で
ある。スリットに入射するレーザビームの強度分布かガ
ウス型であると仮定すれば、パワー密度Ｆは次式で与え
られる。

Ｆ−Ｆｏｅｘｐ　ｌ−２（ｘ２＋ｙ２）／Ｒ（１２１Ｗ
／ｃｒｎ２　　　　　　　　　　　　　（１）レーザビ
ームのパワーＰｏ　　＜ワット）はパワー密度の面積積
分に等しいので、 ｆ”ｆ　Ｆ　ｄ　ｘ　ｄ　ｙ−Ｐｏ　　　　　　　　　
　　　（２）の関係か成立する。（２）式に（１）式を
代入して整理すると、ビーム中心のパワー密度Ｆ、はレ
ーザビームのパワーＰｏとビームのスポット径２Ｒ，と
以下のような関係が１１られる。

Ｆｏ　−２Ｐｏ　／　（πＲｏ　２）　　　　　　　（
３）スリットの大きさを［ａ、ｂ］とすれば、これを通
過するレーザビームのパワーＰ、はパワー密度の分布を
表わす（１）式を［−ａ／２≦Ｘ≦ａ／２．−ｂ／２≦
ｙ≦ｂ／２）の範囲で積分すればｊＬｔられる。すなわ
ち、 （１）式と（３）式を用いて（４）式を計算すると％Ｐ
Ｉは以下の誤差関数で与えられる。

Ｐ、　−ＰＧ　ｅ　ｒ　ｆ　（ａ／ｆ丁Ｒ６）　ｅ　ｒ
　（（ｂｉＪ丁Ｒ６）　　　　　　　　（５）ここで、 ｅ　ｒ　ｆ　ｘ　＝　（２／ｌ；ｉ）　、１’、”ｅ−
’ｄξである。

一方、スリットから出射されたレーザ光は回折により、
スリットのサイズよりも大きく広がる。

回折にはフラウンホーファ回折とフレネル回折がよく知
られている。フラウンホーファ回ＩＪｉの起こる条件は
、−数的に、 Ｚｇ　＞＞ａ’　／λｏ　　　　　　　　　　（６）が
満たされるときである。ここで、Ｚｏはスリットから集
光レンズまでの距離、ａはスリットの代表的な大きさ、
λ０はスリットに入射またはスリットから出射するレー
ザ光の波長である。フラウンホーファ回折を起こさせる
ためには、（６）式から明らかなように、相当に長いＺ
ｏを必要とする。ところが、スリットと試料との間に集
光レンズがあるために、：ｉ、粗面に集光された１象は
フラウンホーファ回折を受けていることになる。よって
、フラウンホーファ回折像の振幅ｕ　（ｘ、ｙ）は以ド
の公式で与えられる。

ｕ　（ｘ、ｙ）ｘ（、ｆｆＴ　（ｘ’、ｙ’）ｅｘｐこ
こで、 とする。

ここで、Ｃ３は定数、　Ｔ　（ｘ、　　ｙ）はスリブ］
・のＬ！ｉ過関数である。光の強度Ｑは振幅の二乗１ｕ
（ｘ、ｙ）１２　に比例するので、（７）式を１１１算
すると、 Ｑ　（ｘ、ｙ）　　　ｌｕ　　（ｘ、ｙ）１２Ｉ−Ｎ−
（Ｎ ｓ　　１ｎｃｘ＝ｓ　　ｉｎｘ／ｘ である。

回折光の強瓜とスリットから出！Ｊ、ｊ　したパワーＰ
が等しいとすれば、 ｆ”ｆ−Ｑ　（ｘ、　　’／）　ｄ　ｘ　ｄ　ｙ−Ｐ　
＋　　　　　　（Ｑ）ここで、 Ｊ：ｓ　ｉ　ｎ　ｃ２ｘｄｘ−ｆ、−（ｓ　ｉ　ｎｘ／
ｘ）２ｄｘ＝π／２ の公式を用いると、回折光中心のパワー密度Ｑ。

は ｅ　　ｒ　　ｆ　　（ｂ／ｓσＲｏ　　）　　　　　　
　　　　　　（１０）となる。拭ｒ［面上のパワーｉむ
度は（８）式の分市形かレンズによってそのまま縮小さ
れるものと仮定する。

今、Ｘ軸上のスリットの中火の強度分／＋ｉについてる
“える。これをグラフにすると、第２図となり、ｘ　＝
　０にえＩする回Ｕ？ｌ蒙の中心が最も強いことになり
、Ｘ＝πのところに光か全く来ない領域かある。

それから先は明るいＯ１！ｉ域と暗い領域か交！７．に
生じる。しかし、Ｘ−πの最明の暗点から外はグラフに
見るように光の強さは微々たるものであってほとんど問
題とならない。そこで、Ｘ−πまでの強い領域のみを考
えて、熱伝導の近似解析を行なう。

膜厚りの薄膜にレーザ光か入射したときに生じる単位堆
積あたりの発熱量は でＩＪえられる。ここで、１１は線吸収係数である。

同ＩＪｉ　像によるパワー密度分（ｉは（８）式で与え
られるか、＝１算を容易にする色味てＸ−πまての領域
で以下の近似式を用いる。

ｑ　（ｘ）＝ｑＯｃｔ　−（ｘ／ｘｏ　）Ｔ　］　２ｘ
ｏ＝ＭＺｇ　λｏ／ａ　　　　　　　　　　（１３）こ
こて、ｘｏはフラウンホーファ回折による第１次の０点
の位置、Ｍは集光レンズの倍率である。

この近似関数は第２図の点線で表わされているように厳
密解とよく一致している。

ｌ′ｉ１７膜の温度場を支配する熱伝う万代式と初期条
件および境界条件は、 ｅ）Ｔ／　９　ｔ−ｋ　ａ２Ｔ／　９ｘ’　＋ｑ　（Ｘ
）　／　／Ｊ　ｃここで、　−囚＜ｘ＜ω　とし、 ｔ　−０のとき、　Ｔ　（ｘ、　　０）　−０ｘ−ｌ”
ｌ　　のとき、Ｔ（＋”ｌ　　ｔ）−０となる。熱伝導
Ｊｊ程式に関する偏微分Ｊｊ程式の解法は常微分Ｊｊ程
式のように６１立されたものではないが、様々な試みが
なされている。ここでは、偏微分方程式を積分方ｆｉ式
に変換して、板定された温度分酊から未定係数を決定す
るプロフィール法で解く。

温度の／＋ｉの試行関数は定常解と二次ｈ″程式の線形
結合で与えられるとする。

−に／（ρＣ）の関係がある。δを決定するため、基本
方程式をＸに関してＯ〜δまで積分した値について評価
する。

左辺第１項にライプニッツの公式を用いると、ここて、
δは熱流のＬシ透ｌずさて１１冒１１１の関数である。

δの急味と４１度分布の２・１ｆ４．性を考慮すると、
境界条件は以下のようになる。

Ｘ−０のとき、９　’ｒ／θｘ＝ｌＬＩＸ＝δ　のとき
、１’＝Ｏ（１６） Ｘ＝６　のとき、ｃ１Ｔ／ａｘ＝０ よって、Ａ、ＢＣか決まり、温度の４１は以ドのように
なる。

＋上（ム）　’ｌ　ｘ２］　　　（１７）ＬＯδ ここで、Ｋは薄膜の熱伝導率、ｋは熱拡散率でｌ（とな
り、（１８）式の右辺第１項の積分を境界条件の下で行
ない整理すると、 が得られる。ここで、右辺の積分がＸ−δからＸ−Ｘ６
に変更していることに注意されたい。これは、発熱領域
の？１１位面積あたりの全エネルギを表わしている。（
２１）式に温度の／１ｉ（１７）式および発熱分／１ｉ
（１２）式を代入し整理すると、かｊすられる。を熱分
／１ｉか軸χ１称−Ｃあることを考慮すると、Ｘ＝０〜
ＸＱ　まで（Ｙ（＋’、するので、熱流か【−０の瞬間
には既にδ−ＸＱだけ浸透していると考えることができ
る。

よって、この切間条件を考慮すると浸透深さδは以下の
ようになる。

≦τ１の時間領域の温度の（ｉ　１１；はここで、ｆ　
（ｔ）は規格化された時間の関数である。ｆ　　（ｔ）
を求めるために、 この解ｔｌｉ結果により、【−０のときｘ−０の温度は たけ十シＩ“している。（＞Ｑで熱流は発熱の限界Ｘ”
ＸＱより拡散する。実際には１＝０のとき温度上昇は生
しない。したかって、熱流が拡散するための１１．１７
間遅れが存（１：、する。その時間遅れをτ１とすれば
、 ただし、　　ｔ〉τ７ となる。これはδ−ＸＱとおいた温度の分酊形を保Ｌ’
ｊＬながら温度か上昇することを意味する。ｔなる積分
を計Ｇ１１ｉする。

（２７）式に（２６）式を代入すると、（１７／１８０
）（ｄｆ／ｄｔ） −Ｑｋ／１０ｘｇ　２　　　　　　　　　　（２８）を
得る。ｔ−０のとき【−０とすれば、ｆ　（ｔ）＝　（
１６２／１７）ｋｔ／ｘ６２（２６）式でｘ−０の温度
が（２４）式と等しくなるためにはｆ　（ｔ）−１でな
けれζｆならな０゜ｆ　（ｔ）＝＝１となる加熱時間ｒ
”は（２９）式より、τ’＝Ｃｏ　　（Ｘｏ　２／ｌｃ
）　　　　　　　　（３０）ここで、 Ｃｏ　　−１７／１６２ となる。τ”は重要な意味を持っている。レーザ光のパ
ルス幅が？よりも短ければ熱流は発熱領域から拡散てき
す、局所的な温度上昇を示す。パルス幅かげよりも長け
れば熱流は発熱６ｎ域から拡散する。よって、ビを転移
拡散時間と呼ぶことにする。

以上の結果を整理するとバルスレーサによる加熱は次の
２つの過程に分けられる。

（］）　　０＜ｔ≦ｒ Ｔ−ｉＬ［亜Ｘｏ２−（且−１ｉ（’　）ｉ２Ｋ　＋４
０　　　　　１ＯＢ！ｌｉ　　Ｘ。

＋工（Ｌ）’　ｌ　　ｘ２］　　（（ｔ）　　　　（３
１）１０　Ｘ。

ｆ　　（ｔ）＝１６２１ｃｔ／　（１７ｘｏ２　）＜ｎ
＞　　　　ｔ　≧τ Ｔお上［互δ２−（旦−五（■が ＺＫ　　１４０　　　　　　２ｆｉ　　　３Ｓ　　　δ
十六（４→　３１ｘ２］　　　　　　　　　　（３３）
δ＝　’　　　１６２　ＩＣＸ　ｏ（ｃ−ビ）　／　１
７４−　ｘｏ３上記＝１算結果をもとにＣｒ材ｔ１の温
度上ｙｒのシミュレーションを行なう。下記表１にこの
シミュレーションにおけるパラメータを示す。

表２にＣｒ　＋Ａ　ｆｌと（虫の伺オーｌの−）〜拡散
率の１直を示す。

第３図はレーザパルス、イＣ振中におけるＣｒ材料の温
度上昇のう）ｔｌｌを示したグラフてあり、横軸に発φ
、へ領域の中心からの距離、縦軸に温１更上昇をとって
いる。この旧算による黒欠陥部のレー→ノ”照射は２０
倍の集光レンズを想定している。試ｔ、１面上の投影さ
れるスリットの大きさは回折を無硯すれば一辺か２５１
１　ｎｌの１に方形となるか、回（）ｉにより一、４１
．８７１ｍの大きさになる。このｋり（射１１ｒ１域に
おけるＣｒｒｌ−１の転移拡散時間τは（’３　Ｌ）　
）式よりとなる。第゛う図のシミュレーションにおいて
はパルス幅か１０μｓｅｃなのてｒよりも２　（：′ｚ
長いことになる。したがって、このパルス幅では発熱の
限界領域Ｘ”’ＸＱよりも、１．！１流が拡散すること
になる。

倍率の高いレンズで集光すると照射ｉ：Ｊ’ｌ　Ｉｊ＆
　ｘ　ｏはその二乗でτに比例するので、パルス幅か固
定されているとτ木の刀かパルス幅よりし履くなる危険
性がある。そのような状況における黒欠陥の修正は非１
７（１’ｌ・１部の熱影響を１１：、めることになる。

第４図は熱拡散の起こらないレーザ照ｆ１４８１’ｌ域
のサイズと転移拡散時間との関係を示す図である。

縦軸は＋Ａｔｌｌ熱拡散率と照射鎖酸のサイズで定まる
転移拡散１１！」間、１ｈ輔は照ｆ１．Ｉ　８／＋域の
サイズである。

第４図において、転移拡散時間はＨ月の腫類とＱ４（」
１・Ｉ６白域のサーｒズ１こよってまちまちである。特
（こ熱拡散率の人きｆｉＡＩＬの修正では熱拡散を非Ｈ
ＨＩ（ｒｌ、１部へ起こさないためには、Ｃｒ＋Ａ料の
場合に比へて１／４以ドのパルス幅を必すとする。また
、ＴｉＨ事）の修ＩＦではＣｒ４イｆ：ｌに比べて３（
ｒ〜ｒ′、ｊ庶民いパルス幅でも熱影響の小さな加工か
できる。このにうに、＋４１４と照射ＢｒＩ域のサイズ
から非照射部・＼の熱影響の小さいパルス幅の選択が可
能である。

第５図は転移拡散１１ニア間よりも短いパルス幅てＹＡ
Ｇレーサ光をＣｒ４４料に照射したときの発熱βｆｔ域
内の温ｒ−Ｌ分（（ｉを示している。１］１１軸はＹ　
−（１におけるＸ＋ｌｌｌ上の中心からの距離を軸対称
に表イ）シている。縦軸は温１市上Ｙ＋’を示している
。第５図は第３図の加圧条件においてレーザのパルス幅
を転移拡散時間よりし短くしたことにより、温度上昇が
発熱８／ｉ域のみで起こり非１ｋ（旧都・＼の熱拡散の
起こらないことを示している。

第６図はこの実施例のパターン修正方法に通用されたパ
ターン修正装置の基本的なブロック図である。第６図に
おいて、人力部１０に祠料の熱拡散率と試料面上のスリ
ットサイズから規定される転移拡散時間より短い時間を
設定する。設定された時間に対応した電気ｆλ号Ｒか人
力部１０から比較部２０に与えられる。−ｈ゛、パルス
発生部４０は制御部゛３０の制−１１により所定のパル
ス幅のレーザビームを出力する。こレーザビームは検出
部５（〕に人力され、そのパルス幅か検出される。検出
部５０はレーザビームのパルス幅に対応する電気信号Ｓ
を比較部２０に与える。比較部２０は電気信号ＲとＳと
の差Ｗを演算し、それを制御部３０に！ｊえる。制御部
３０はＷが最小となるようにパルス発生部４０に制御信
号を与える。これにより、パルス発生部４０からは転移
拡散時間よりも短いパルス幅のレーザビームが出力され
る。このレーザビームは第１図に示す光学系にＩ−’ｐ
えられる。

なお、上記実施例では第１図においてスリットと集光レ
ンズの間に（１１１らの光学装置や部品を設置していな
いが、収差等を補正するレンズ系を設置してもよい。こ
の場合には、高精度の加工修正に白゛利になる。上記実
施例には、ＹＡＧレーザを用いているか、特にこのレー
ザに限定する必要はない。また、上記実施例では、Ｃ「
マスクの黒欠陥修正の場合について説明したが、ウェハ
上または薄膜上のパターンであってもよく、上記実施例
と同）、１の効果を秦する。

［発明の効用］ 以上のように、この発明によれば、黒欠陥部の熱拡散率
、照射領域のす・イズ等から規定される転移拡散時間よ
りも短（したレーザビームのパルス幅は非照射部への熱
拡散を抑制するので、照射部周辺の温度上昇に伴う熱応
力を低減したパターン修正を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はパターン修正の数理解析を行なうためのモデル
を示す図である。第２図はスリットを透過して試［１面
上に形成されたフラウンホーファ　１ｉ！１伍によりレ
ーザ光の強度分（＋ｉを示す図である。第′う図はレー
ザの照射を受けたＣ「膜の温度分／１＋が定熱領域から
拡散していく様子を示すシミュレーション図である。第
４図は熱拡散の起こらないレー゛す゛照射り域のサイズ
と転移拡散１１．１１間との関係を示す図である。第５
図は転移拡散時間よりも短いパルス幅でＣｒ膜をレー′
す゛照射したときに照射領域から熱拡散の起こらない様
子を示すシミュレーション図である。第６図はこの発明
の一実施例のパターン−２正装置の基本的なブロック図
である。 第７図は従来のパターン修正を行なっている状態を示す
模式図である。 図において、１０は人力部、２０は比較部、３０は制御
部、４０はパルス発生部、５０は検出部を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板の黒欠陥部の除去方法において、除去すべき
   黒欠陥部にスリットおよび集光レンズを通してレーザビ
   ームを照射するときに、その照射領域の大きさｘ＿０と
   黒欠陥部の熱拡散率ｋで定まる転移拡散時間τ＾＊ τ＾＊＝ｃ＿０ｘ＿０＾２／ｋｃ＿０：係数より短いパ
   ルス幅でレーザビームを照射することにより、黒欠陥部
   を除去することを特徴とする、パターン修正方法。
2. （２）レーザビームを照射する照射手段と、基板上にお
   ける前記レーザビームの照射領域の大きさと基板上の黒
   欠陥部の熱拡散率によって異なる前記転移拡散時間に応
   じて、前記転移拡散時間よりも短いパルス幅のレーザビ
   ームを発振するように前記照射手段を制御する制御手段
   とを備えた、特許請求の範囲第１項記載のパターン修正
   方法に用いる、パターン修正装置。