JP4711251B2 - 欠陥フォトマスクを修理するための方法およびシステム - Google Patents
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Description
フォトリソグラフィでは、最初に半導体ウェーハ(通常はシリコンから作られる)がフォトレジスト(感光)層でコーティングされる。次に、コーティングされたウェーハは、溶融シリカ(石英)または二酸化ケイ素から作られたブランクである、レチクル(「マスク」と呼ばれることもある)に光(レーザまたは灯光)を通すことによって得られる所定パターンの光に露光され、その上にパターンが食刻される。最後に、照射されたウェーハは化学的現像が施され、正または負のフォトレジスト・タイプに応じてウェーハを洗い流して露光された(または未露光の)コーティングを除去し、ウェーハのコーティングされていない部分を通じてエッチングカットされる。
集積回路(IC)製造に使用されるフォトマスクは、一般に、フォトリソグラフィ・プロセス用にパターン化された石英または溶融シリカ上に堆積されたクロム層からなる。
フォトリソグラフィ・プロセスでは、紫外線(UV)がパターン化されたクロムを通過し、シリコン・ウェーハ上のフォトレジスト層内にイメージが形成される。
マスクのクロム層は、欠陥がなく、空隙(void)、ピンホール、またはスクラッチのないことが不可欠であるため、フォトリソグラフィ・プロセスでウェーハのフォトレジスト層上に寄生的な(parasitic)欠陥が印刷されることはなく、フォトマスクのクロム層にある欠陥は、生成されるICウェーハ内に必然的および最終的に欠陥を生じさせるものである。
クロム層には、時折、保護層、反射防止層などの追加の層が付随することがある。
IC製造ステップには、フロント・ラインまたはフロントエンドとバックエンドという、2つの異なる主な段階が含まれる。最初の段階にはシリコン・ウェーハへのすべての印刷ステップが含まれ、後の段階には、特に「フリップチップ」技術のためのチップ・パッケージへの最終組込みが含まれる。
フロントエンド・プロセスは、通常は1:4の光学縮小率でのサブミクロン解像度を必要とするものであり、バックエンド・マスクの解像能力は、導電性「バンプ」の印刷では光学拡大1:1の、通常10分の1未満(数ミクロン以上)である。
ICバックエンド・マスクと同様の追加の応用例は、LCD(液晶ディスプレイ)またはFPD(フラット・パネル・ディスプレイ)、およびパーソナル・コンピュータ用のディスク・ドライブで使用される薄膜磁気読取り/書込みヘッドのための、リソグラフィ・プロセスである。
透明石英マスク内部における正しい設計のピクセルの構造は、マスク接触ホールおよびスルーホールによって伝送されるUVエネルギーの量を最終的に必要なレベルにまで制御することができる。
フロントエンド・マスクに使用されるよく知られたマスク修理技術の1つが、イオン・ビーム蒸着法(ほとんどの場合、ガリウムまたは炭素イオン源を使用)である。
しかし、こうしたシステムは非常に複雑であり、設備費用が高く、ガリウム・イオンによる汚染および石英損傷の問題を避けることはできない。
したがって、バックエンド・マスクの修理には不向きであり、フロントエンド・マスク用では費用対性能で疑問である。
第2の修理方法は、1998年(R.ヘイト等によるSPIE 3546,477号(1998年))および1999年(ヘイト等による「MARS:製造業におけるフェムト秒レーザ・マスク高度修理システム」真空科学技術ジャーナルB、1999年11/12月、3137ページ)で初版された、直接クロム除去専用の除去モードで使用される、フェムト秒パルス化レーザ・システムを特色とするものであった。
こうしたシステムでは、クロム・コーティング側の上に向けてレーザ・ビームが当てられ、ガラス基板は処理されない。レーザ・ビームには走査は行われず、速度が制限されているため、位置決め用の3軸移動ステージのみで構成され、複雑な3Dパターンを生成することはできない。クロム除去処理のみが実行される。
フロントエンド・マスク修理の場合、時にはイオン・ビームが使用されるが、クロムの空隙、ピンホールなどを処理することのできる単純かつ低価格なシステムがない。
超短波パルス化レーザ・ビームを生成するためのパルス化レーザ源を提供すること、
当該パルス化レーザ・ビームを所望の目標位置で走査、方向指示、および焦点合わせするための光学素子を提供すること、
当該パルス化レーザ・ビームを基板に向け、欠陥に隣接する目標位置上に焦点合わせし、回折光学素子を書き込み、光散乱特性を変更すること、を有する。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、回折光学素子はシェーディング素子である。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、回折光学素子は位相シフト素子である。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、回折光学素子は基板内の微小クラックを有する。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、回折光学素子は目標位置で基板の屈折率を局所的に変更することによって生成される。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、パルス化レーザ源は超短波パルス化レーザ源である。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、超短波パルス化レーザ源はフェムト秒レーザ源である。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、回折光学素子はテーパ形で生成されるものであり、当該テーパ形は細い端の方がクロム層に近い。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、回折光学素子は円錐形である。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、回折光学素子はピラミッド形である。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、テーパ形の回析光学素子はピクセルの層で作られ、それぞれの層は所定のエネルギーおよび密度および幾何学的配置でパターン化されたピクセルの配列からなるものである。
超短波パルス化レーザ・ビームを生成するためのパルス化レーザ源と、
当該パルス化レーザ・ビームを基板内の所望の目標位置で走査、方向指示、および焦点合わせするための光学素子と、
当該目標位置を含む視野を閲覧するための現場(in−situ)マシン視覚システムと、
当該システムの動作を制御および監視するために提供された制御ユニットとを含むものであって、
当該システムは欠陥に隣接する基板内の目標位置に回折光学素子を書き込むことが可能であり、その結果当該目標位置で当該基板の光散乱特性を変更することが可能である。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、パルス化レーザ源は超短波パルス化レーザ源である。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、超短波パルス化レーザ源はフェムト秒レーザ源である。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、パルス化レーザ源は周波数が190から900nmの範囲内であるレーザ・ビームを提供する。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、現場マシン視覚システムは光学素子のいくつかを共用するものであり、したがって当該現場マシン視覚システムは書込みを直接閲覧する。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、システムは、パルス化レーザ・ビームの前のフォトマスクでの欠陥の位置特定および位置決め用の倍率の低い光学部品をさらに含む。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、システムには、高調波(harmonics)生成器と、パルス化レーザ・ビームの出力エネルギーを制御するための可変減衰器とが、さらに提供される。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、スキャナは、検流計スキャナ、圧電作動スキャナ、音響光学デフレクタを含むグループから選択される。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、パルス化レーザ・ビームの下でフォトマスクを動かすための移動ステージが提供される。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、移動ステージは3軸移動ステージである。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、フォトマスクを照らすための光源が提供される。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、さらに光源には光ガイドおよび可変開口絞り(aperture stop)が提供される。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、光学素子にはビーム・スプリッタ、対物レンズ、チューブ・レンズ、コンデンサ・レンズが含まれる。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、さらにシステムにはCCDカメラが提供され、当該CCDカメラによって記録されたイメージはフレーム・グラバによって取り込まれ、欠陥を分析するために制御ユニットによって処理される。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、欠陥の位置、向き、および寸法を決定するためのコンピュータ化プログラムが提供される。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、当該コンピュータ化プログラムは、欠陥をピクセル・マップに光学的に変換する。
さらに本発明の好ましい実施形態によれば、当該コンピュータ化プログラムは、欠陥の寸法および向き、フレネル回折、ならびにパルス化レーザ源によって書き込まれたパターン化ピクセルの散乱性を考慮に入れて、回折光学素子の形状、向き、および配置を決定する。
本発明をよりよく理解し、その実際の応用例を理解するために、以下の図を提供し参照する。これらの図は例としてのみ提供されており、本発明の範囲を決して限定するものでないことに留意されたい。同じ構成要素には同じ参照番号が示されている。
パルス化レーザ・ビームはフォトマスクの基板側上に(すなわち、クロム層を通さずに)照射され、基板内の欠陥に隣接した目標位置で焦点が合わせられる。
図面の参照は、本発明の好ましい実施形態および主な態様をよりよく理解するために行われるが、決して本発明の範囲を制限するものではない。
汎用レーザ・ステーション(図3を参照)には、屈折率をローカルに変更するか、またはマスク基板の散乱特性をローカルに変更するのに十分なエネルギーで、および/または、回折光学素子(DOE)および/またはシェーディング素子(SE)の適切な設計を可能にする、散乱および吸収のレベルが十分に高いダメージ・ゾーンの構成の、通常は約100フェムト秒(fs)であるが持続時間は10ピコ秒未満の、短波レーザ・パルスを送達することのできる高速フェムト秒レーザ1が備えられている。
DOEまたはSEの設計は、フォトリソグラフィ・プロセスでウェーハ上に欠陥が印刷されないようにするために必要な、効果的な光密度で決定される。
クロム層の至近距離に焦点が合わせられたフェムト秒レーザ・パルスは、DOE設計に影響を与える追加の要素である。
このパルスは、基板を通じてかつクロム層の前で焦点を合わせられることが好ましい。クロム上でのDOE/SE構造は、円錐形またはピラミッド形など(他のテーパ形も可能であるが)のテーパ形であり、細い端の方がクロム層に近いことが好ましい。これは、フェムトレーザ・パルスによってクロム層にダメージを与えないようにするため、およびマスクが使用される場合、マスクを介したUV光の正しい光線追跡を保証するためである。
図2を参照すると、レーザ・ピクセルによって定義されたDOE構造は、細い端の方がクロム層に近くなるようにテーパ形構造内で設計される。これは、必要なシェーディング・レベルまで光を散乱および吸収するために、いくつかの層にわたってそれぞれの層が下の層よりも多くのピクセルを有するようにピクセル層を追加することで構築され、その結果、UV光の伝送は、レジスト印刷閾値(フォトリソグラフィ・プロセスにおける照射によって影響を受けないレジスト層の閾値)より下のレベルまで、DOE/SEによって遮断または減衰される。
SE/DOE素子は、ピクセル層によって構築される。各層は既定のエネルギー密度および幾何学的配置でパターン化されたピクセルの配列である。この層は、徐々にサイズが大きくなるように構築されるため、3次元のテーパ形は円錐またはピラミッド(しかしそれらの形のみに限定されることはない)のように形作られる。SEの形は、空隙のサイズと空隙近くのフレネル回折パターンの両方によって予め決められる。
一般に、本発明に従ってフォトマスクを修理するためのシステムは、超短波パルス化フェムト秒レーザ源ならびにレーザ源によって生成されるビームの方向指示および焦点合わせのための光学部品と、レーザ・システムの光学部品のうちの少なくとも一部をオプションで共用し、その結果レーザ・システムによる書込みが現場マシン視覚システムによって直接閲覧および監視される、現場マシン視覚システムと、パルス化レーザ・ビームの前で処理済みフォトマスクの欠陥を位置特定および位置決めするための任意の低倍率光学部品と、システム全体の動作を監視および制御する制御ユニットとを有する。
図3を参照すると、システムは、中央コンピュータ化制御ユニット21がパルスのタイミングを制御する超短波パルス化フェムト秒レーザ1を有する。
レーザ・パルスの基本周波数は、高調波生成器2によって、より高い高調波に倍増される。さらに、出力エネルギーを制御する可変減衰器3につながっている。 減衰されたレーザ・ビームは、中央コンピュータ化制御ユニット21によって、レーザ・パルスのタイミングおよび3軸移動ステージ9と同期合わせされた、検流計スキャナまたは圧電作動タイプのスキャナ、あるいは音響光学偏光板5などに送られる。
その後、ビームは、主対物レンズ6によってフォトマスクのガラス基板側7に焦点があわせられる。
同じ対物レンズ6が、高倍率の顕微鏡として動作する現場マシン視覚システムに使用される。
マスクは、光ガイド10および可変開口絞り11を介して光源9によって照らされる。
絞りの形状および直径は、数値上の開口およびリソグラフィ・プロセスの照明モードに合致するように選択され、最終的には修理されたマスク・シェーディング素子を使用することになる。
光は、コンデンサ・レンズにより平行光となり、マスク8のパターン化されたクロム層上に注がれる。
イメージは、最終的に、対物レンズ6、ビーム・スプリッタ4、およびCCDカメラ19に向けて光を送るチューブ・レンズを介して形成される。
イメージは、連続画像取込装置20によって取り込まれ、中央コンピュータ化制御ユニット21で処理される。
高倍率用の反射光システム16は、焦点合わせのためのより良い照明を容易にし、修理される欠陥に関するより多くのイメージ情報を追加する。
各欠陥イメージは、レーザ・ビームを方向指示するものと同じである光学システムによって取り込まれる。
取り込まれた欠陥イメージは、マッピング・ソフトウェアに渡され、これが欠陥の位置、向き、および寸法を決定し、ピクセル・マップに変換してもよい。
現場マシン視覚システムは、ビーム・スプリッタ4で分けられたレーザ・ビームの同じ光軸を使用し、その結果、CCDカメラ19によってプロセス全体を通じて位置決めおよびシェーディング・レベルが監視および制御され、中央コンピュータ化制御ユニット21と(フレーム・グラバ20を介して)通信する。
好適には、現場マシン視覚システムが2つの光学倍率を含む。高倍率はビーム・スプリッタ4によってレーザ・トラックから分離され、イメージはチューブ・レンズを介してCCDカメラ19上に形成される。
リレー光学部品13、14を備えた低倍率イメージング15は、X.Y.Z3軸移動ステージ9上でのマスクの位置決めおよび位置合わせ用に、広い視野に設定される。
どちらの倍率も伝送モード照明システム9を装備する。
1KHzのレーザ・パルス反復率で、数千ピクルスを有する1つのシェーディング素子を生成するのには、1欠陥あたり数十秒かかる場合がある。
したがって、本発明のこの方法およびシステムにより、バックエンドおよびフロントエンドのフォトマスク上の欠陥修理プロセスを、高速かつ単純にすることができる。
SE構造は、フォトマスクのクロム層での空隙、ピンホール、スクラッチ、または任意の他の欠陥の上にシャドウを提供する。
DOEまたはシェーディング素子の設計は、IC製造プロセスにおいて照射される光をウェーハ上での印刷から効果的に遮断または減衰することによって、ウェーハ上に欠陥が印刷されないようにするために、必要とされる効果的な光密度によって決定される。
しかしながら、本発明の回折光学素子は、必ずしもシェーディング素子である必要はない。DOEは、たとえばクロムが足りないかまたはクロムが多すぎるなどの、わずかな欠陥を修正するための位相シフト素子とすることができる。位相シフト素子の書込み方法については、たとえばPCT/IL02/00407を参照されたい。オプションおよび代替として、目標位置での屈折率の変更、または基板内に微小クラックを生成するための目標位置での十分なレーザ・エネルギーの集中が、これを作業に合った回折光学素子にすることができる。
190〜900ナノメートルのレーザ波長が推奨されるが、本発明のシステムおよび方法はこの範囲に限定されるものではない。
(アメリカ合衆国、ミシガン州のクラーク−MXRからのCPA−2001などの)再生増幅器を備えた高エネルギーのフェムト秒レーザは775nmで照射するが、第2高調波発生器またはより高い調波がその後に続く場合、波長385nm、それ未満がそれぞれ達成される。
より短い波長は、より高い解像度用のより小さなピクセル・サイズを使用して、より低いしきい値のエネルギーの利点をプロセスに追加することができる。反復率1000Hzおよび高速検流計スキャナを使用する場合、約1秒で1000ミクロン長さのラインを描画するのが通常の慣行である。
好適には、レーザ・ビームは、少なくとも0.3の高NAの光学システムで焦点合わせされる。しかし、好ましくは0.5を超える、内部透明層をパターン化するのに十分な短い焦点深さでローカライズされた小さなピクセルを達成する。
高速動作および3次元パターン生成の場合、レーザ・ビーム操作は、高速に移動するX、Y、ステージおよびレーザ・パルス・タイミングと同期化された高速検流計スキャナによって実行される。
全プロセスは、レーザ・ビームの同じ光軸上で高倍率連続視覚システムによって制御される。
10から100ピコ秒範囲での持続時間ピコ秒のパルスは、横寸法がおよそ5から50ミクロンのダメージ・ゾーンを作成し、光は散乱して部分的に吸収される。
結果として、ほとんどのクロム欠陥を十分正確に修理することはできない。
数マイクロジュールおよびそれ以下のエネルギーを持つフェムト秒パルスは、0.5ミクロン未満のピクセル・サイズに達することができる。
1.0マイクロジュール未満のしきい値エネルギーで持続時間150フェムト秒のパルスを使用して、位相差顕微鏡で測定されたサブミクロン・ピクセル・サイズの鮮明なカット・イメージを達成した。
第3の現象である位相変調は、0.5マイクロジュール未満のエネルギーで、高N.A.光学部品を使用したフェムト秒パルスの結果であり、透明層の屈折率が変化する。
焦点で、レーザ・パルスは放射の非線形吸収によって局地的にプラズマを発生する。
その結果、透明媒体内部での密度および構造上の変化はSiO2屈折率の変化につながり、その結果、構造体を通る光の位相が変調される。
本明細書に記載された実施形態および添付の図面の記述は、本発明の範囲を制限することなく、よりよく理解させる働きをするだけのものであることは明らかである。
さらに、当業者であれば、本明細書を読んだ後に、添付の図面および上記の実施形態を調整または修正することが可能であり、それらは依然として本発明の範囲がカバーすることになることも明らかである。
Claims (9)
- 1つのフォトリソグラフィ・プロセスで使用するための1つのフォトマスクの光学特性を変更するための方法であって、前記フォトマスクは1つの基板層と前記基板層上の1つのコーティング層を有し、前記方法は、
1つの超短波パルス化レーザ・ビームを生成するための1つのパルス化レーザ源を提供するステップと、
前記パルス化レーザ・ビームを1つの所望の位置で走査、方向指示、および焦点合わせするための光学素子を提供するステップと、
前記パルス化レーザ・ビームを前記基板を通過するように方向付けし、前記コーティング層に隣接する前記基板内部に位置する1つの目標位置上に焦点合わせし、そして回折光学素子を書き込むステップと、を有し、
前記回折光学素子は前記フォトマスクを通過する紫外光を、前記1つの目標位置でレジストの印刷閾値以下に弱めるシェーディング素子を有する、
ことを特徴とする方法。 - 前記回折光学素子は基板内の微小クラックを有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記回折光学素子は前記目標位置で前記基板の前記屈折率をローカルに変更することによって生成されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記パルス化レーザ源は1つの超短波パルス化レーザ源からなることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記超短波パルス化レーザ源は1つのフェムト秒レーザ源からなることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- 前記回折光学素子は1つのテーパ形に生成され、前記テーパ形は細い端の方がコーティング層に近いことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記回折光学素子は円錐形であることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
- 前記回折光学素子はピラミッド形であることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
- 前記回折光学素子はピクセルの層を有し、それぞれの前記ピクセルの層は所定のエネルギー、密度および幾何学的配置でパターン化された1つのピクセルの配列を有することを特徴とする、請求項6に記載の方法。
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