JP5372966B2 - フォトマスクを作製する方法、およびその方法を実施するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、サブミクロンの寸法を有するマイクロ電子部品の製造において特に使用されるフォトマスクを製造する方法に関する。さらに、本発明は、この方法を実施するための装置に及ぶ。

現在、半導体基板、特にシリコンで作られた半導体基板は、マスクから基板上に転写されるパターンに基づくプラズマエッチング技術を使用して、微細加工される。フォトマスクは、写真のネガフィルムに相当する：フォトマスクは、媒体上にプリントされるべき情報を含む。フォトマスクは、一般に、半導体基板上の曝露およびプリントのための透過法として使用される。合焦波長を含む様々なパラメータが、基板上に直接プリントされる活性領域の深さを画定する。活性領域の外側は、細部はプリントされないが、フォトマスクの透過に影響を与える可能性がある。活性領域における汚染は、欠陥がプリントされるため、基板上にプリントされる像に直接影響を与える。しかし、この汚染がこの領域の外で発生する場合は、この汚染はこの像の上に、コントラストを低下させること、またはフォトマスクの透過を低減させることなど、間接的な影響を与えるに過ぎない。

さらに、半導体産業は、ますます小さく、集積化可能で、あまり高価でない電子部品を得るために、プリントされる像の寸法を低減する方法を研究している。フォトマスクの寸法は、より小さくなりつつあるが、一方で汚染に対する条件は、一層厳しくなりつつある。それゆえ、フォトマスクは、クリーンに、使用可能に保持されなければならない、主要な、高価で複雑な構成部品である。

フォトマスクの活性面は、特に焦点面において、いかなる粒子も存在してはならない。というのは、これらの汚染粒子は、半導体基板上にプリントされ、複写される欠陥を生成するからである。その製造工程の最後に、マスクの活性面を粒子から保護するためにマスクが洗浄され、次いでペリクルがフォトマスクに装着される。ペリクルの目的は、ユーザによるその使用寿命の間、フォトマスクを保護することである。ペリクルは、膜を通過する光線に対して、良好な透過性および低減された影響を有する、光学的膜堆積（平行多層面）から成る。このペリクルは、フォトマスクの活性面のそばに堆積され、活性面からある間隔だけ離れている。フォトマスクの活性面上に蓄積する可能性のある汚染物は、それにより、（物理的に活性面から離れている）焦点領域の外側で、ペリクルの上に蓄積することになる。このようにして、これらの汚染物が、リソグラフィ転写の間にプリントされることはなくなる：ペリクルは、直接的には微粒子汚染物から保護しないが、ペリクルは、像に対するそれらの影響を低減することを可能にする。

米国特許出願公開第２００１／００５９４４号明細書の文献は、フォトマスクとペリクルの間の空間に存在しうる、Ｏ_２、ＣＯ_２およびＨ_２Ｏなど、周囲の雰囲気から来たガス汚染物質を除去することに関する。これらの汚染物質は、通常使用される１５７ｎｍにおける放射の透過を阻害することにより、フォトリソグラフィ作業を適正に進めることを妨げるため、特に有害である。汚染除去は、封止されたチャンバ内で、真空中または光学的不活性ガスの中で、ＵＶ放射、プラズマ、オゾン、および／または熱への曝露によって行われる。この処置は、ガスの脱着を加速させる。

しかし、絶えずより小さくなるパターンを生成するために、曝露に必要なエネルギーが増加した結果、新たな問題がもたらされた。アンモニア、フッ素、および揮発性有機化合物など、ペリクルの下に見られるガスが、この高エネルギーに曝露されると結合し、時間をかけて成長する結晶を生成する。ペリクルの下、それゆえ焦点領域の中に現れる結晶は、基板上のプリントされる領域内に、欠陥を生み出す。これらの結晶は、重大な問題を意味する。というのは、これらの結晶は、基板上に多くの予測不可能な欠陥を発生させ最新鋭のフォトマスクの２０％超に影響を与える可能性がある。

発生する化学反応の１つが、下式に要約されうる：
Ｈ_２ＳＯ_４＋ＮＨ_３＋ｈν→（ＮＨ_４）_２ＳＯ_{４ ｓｏｌｉｄ}

アンモニア（ＮＨ_３）は、複数の源に由来するが、本質的に、フォトマスク製造領域における人の活動に、またこれらのフォトマスクの使用に由来する。結晶成長の現象を低減するという目標を掲げて、半導体およびフォトマスクの製造者は、クリーンルーム内に見られるアンモニアを制限するために大規模な投資を行い、フォトマスクがアンモニアと接触することを低減するために、保護された環境の中でフォトマスクを保管し、移送する戦略を立てた。

硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）が、製造工程のステップの間、特にエッチング作業および剥離作業の間に、フォトマスク製造者により一般的に使用される。最も一般的な場合、ペリクル設置ステップの前の洗浄工程の最終ステップが、硫酸塩を必要とし、硫酸塩残留物が生成される。その前に施された樹脂の除去から成り、洗浄の前に来る、剥離工程の最終ステップが、やはり硫酸塩残留物を生成する。ペリクルの下に閉じ込められたこの硫酸塩残留物は、それゆえ脱着され、そのことが、これらの結晶がシリコンチップ製造者の工場内に現れる主たる理由である。フォトマスク製造者は、方法の修正により、または硫酸塩残留物含有量を低減することを意図するステップの追加により、洗浄ステップの間に使用される硫酸塩の量を低減する努力を行う。しかし、実施されるこれらの新しい方法または軽減技術は、高価であってあまり効果的でなく、製造工程のステップの間の硫酸塩の使用を完全になくすことは不可能である。

ペリクルが、洗浄ステップが後に続く剥離ステップの後に設置される。最終の洗浄ステップが、クリーン領域の中で実施される。このペリクルは、クリーンルームの中または製造装置の中で生成される粒子が、フォトマスクの活性面上に蓄積させないようにすることを可能にする。

軽減のための解決法の１つは、フォトマスクの活性面を定期的に検査することから成る。最初の結晶が現れるとすぐ、そのフォトマスクは、その製造者に返却される。ペリクルが除去され、洗浄され、次いで新しいペリクルが、フォトマスクに装着される。この作業は、ユーザによるのではなくフォトマスク製造者により実施されなければならない。ユーザによる実施は、時間の浪費、およびフォトマスクの寿命短縮により、ストックを管理するための大きな追加コストを生じる。

米国特許出願公開第２００１／００５９４４号明細書

半導体部品製造者にとって、今日の最大の問題は、半導体生産用のこれらのフォトマスクの利用可能性と寿命である。これは、これらのフォトマスクがシリコンチップ製造の主要な一環を成すものであり、フォトマスクの増大する精緻さが、ますます高いコストにつながるからである。

それゆえ、本発明の目的は、洗浄作業の頻度を低減することで、フォトマスクにより長い寿命を与えることである。

本発明の他の目的は、ペリクルの下の容積における結晶の形成による汚染に関連して、フォトマスクが劣化するリスクを低減することである。

本発明の他の目的は、フォトマスクの製造に起因する、残留するアンモニアおよび硫酸塩の化合物の除去を可能にする方法を開示することである。

本発明の目的は、フォトマスクを洗浄する少なくとも１つのステップと、フォトマスク上に保護用ペリクルを設置する少なくとも１つのステップとを含む、フォトマスク製造方法にある。方法は、洗浄ステップとペリクル設置ステップの間に、アンモニアおよび硫酸塩の残留物を除去する少なくとも１つのステップをさらに含む。アンモニアおよび硫酸塩の残留物を除去するステップは下記を含む：
− 封止されたチャンバ内にフォトマスクを設置するステップ、
− チャンバが含むガスをポンピングすることにより、封止されたチャンバ内に低圧を生成するステップ、
− フォトマスクを赤外線放射に曝露するステップ、
− 赤外線放射を停止するステップ、
− フォトマスクの温度が５０℃を超えないことをチェックするステップ、
− チャンバ内を大気圧に戻すステップ、
− フォトマスクをチャンバから取り出すステップ。

好ましくは、ガスは、２０分から５時間の間のある時間にわたり、ポンピングされる。

赤外線放射（ＩＲ）は、対象とされる化学物質の選択的な脱着を加速し、それらの性能を改良する。チャンバ内に真空を生成するために、チャンバ内に含まれるガスをポンピングすることが赤外線放射と同時に実施されると、残留物の脱着が顕著に改良され、特に洗浄および剥離のステップに起因するアンモニアおよび硫酸塩の化合物の、ほぼすべてを脱着することが可能になる。アンモニアおよび硫酸塩の残留物を除去することが、保護用ペリクルを完全に清浄な基板の上に装着することを可能にする。

赤外線放射の波長は、脱着に影響を与える主たるパラメータであり、脱着の深さが選択された波長に応じて変化する。その波長が「短い」と言われる赤外線放射の波は、表面においてより効果的である「中間の」または「長い」波長より深く、材料に浸透する。

赤外線放射は、注意深く制御されなければならない。というのは、赤外線放射は、その温度が３００℃を超えてはならないフォトマスクを、加熱させるからである。３００℃を超えると、フォトマスクは、不可逆的に損傷される。温度は、５０℃と３００℃との間、好ましくは５０℃と１５０℃との間、一層好ましくは８０℃に近い温度であってよい。赤外線放射を加えた結果もたらされる温度の増大が、拡散脱着現象を加速することに寄与する。

有利には、チャンバ内の温度が５０℃以下であるときにチャンバ内に大気圧が戻され、そのことが、赤外線放射が止められた後の待機期間を必要とする。

特定の一変形において、ガスがチャンバの外にポンピングされているのと同時に、クリーンガスが、一定の流量で注入される。そのようなガスの存在が、ある種の他の有機化合物の脱着を加速する可能性がある。

チャンバ内の圧力は、空気あるいは窒素またはアルゴンのような中性のガスなど、クリーンな非反応性ガスを注入することにより、平常に戻されることが好ましい。

性能をさらに高めるために、アンモニアおよび硫酸塩の残留物除去方法は、最終洗浄ステップの後だけでなく、剥離ステップなど、硫酸塩残留物の使用を伴う洗浄の前の、他の製造ステップの後にも使用されうる。

本発明の他の目的は、上述の方法を実施するための装置であり、下記を備える：
− 少なくとも１つのフォトマスクを含む封止されたチャンバ、
− チャンバ内に真空を生成し、維持するためのポンピングユニット、
− 封止されたチャンバ内に設置された、少なくとも１つのフォトマスクを保持するシステム、
− 赤外放射手段、
− ガス注入システム。

保持システムは、有利には、複数のフォトマスクを同時に取り扱うことを可能にするように、設計されうる。

装置の一変形形態において、チャンバの内壁が、放出された波を反射する。

他の変形形態において、ガス注入システムが、１つまたは複数のシャワー式注入器を備える。

他の変形形態において、ガス注入システムが、１つまたは複数の粒子フィルタを備える。

装置は、チャンバ内の圧力をチェックするための圧力ゲージをさらに備えることができる。

装置はまた、フォトマスクの温度を測定するための温度プローブを備えることができる。

本発明の他の特徴および利点は、必然的に非限定的な例として与えられる、以下の実施形態の説明の中で、また添付の図面の中で明らかとなろう。

本発明の方法の一実施形態のステップを概略的に示す図である。 フォトマスクに対する赤外線放射手段を位置決めする方法の一例を概略的に示す図である。 アンモニアおよび硫酸塩の残留物除去ステップを実施するようになされた装置を示す図である。 アンモニアおよび硫酸塩の残留物除去ステップを実施するようになされた装置の変形を示す図である。 製造工程の最後におけるフォトマスク内の残留硫酸塩の割合を比較するグラフである。

本発明のフォトマスク製造方法の一実施形態が、図１に概略的に示される。フォトマスクの製造は通常、複数のステップを含む。例えば、クローム２で覆われた石英１で作られた基板が、樹脂層３で覆われ、樹脂層３の上で、エッチングされるべきパターンが、例えばレーザまたは電子ビームにより複写される（ステップＡ）。ステップＢは、パターンがクローム層２の中にエッチングされる間のエッチングステップである。ステップＣの間、一度エッチングされたフォトマスクが、樹脂３および化学反応の副産物を除去するために、水分で剥離される。その結果得られたフォトマスクが、次いで、洗浄ステップ（ステップＥ）、制御ステップ（ステップＤおよびステップＦ）ならびにステップＤからステップＧまでの間の潜在的な修復ステップ（ステップＧ）の、複数の連続するステップを経る。最後の洗浄は、ステップＨの間に実施される。共通して使用される洗浄条件は、硫酸塩の使用を伴い、その硫酸塩は、フォトマスクが保護ペリクル４で覆われるステップＩの前に除去されなければならない。これは、前述の理由によるためであり、ペリクル４の下のフォトマスクの活性領域５における硫酸塩の存在は、完全に回避されなければならない。

赤外線放射と真空ポンピングの組合せを実施する、アンモニアおよび硫酸塩の残留物を除去するステップＪが、フォトマスクから汚染物、特に硫酸塩汚染物を除去するように、洗浄ステップＨとペリクル設置ステップＩの間に挿入される。このステップＪは、３つの異なる段階を形成する複数の作業を含む。

チャンバ内にフォトマスクを有する第１の段階の間、チャンバ内に存在するガスがポンピングされる。この部分の間、制御パラメータは、ポンピング速度である。水を結晶化させないように、圧力降下の勾配が調節される。同時に、波長制御システムの前処理を可能にするために、赤外線放射手段が起動される。ポンピングが継続している間に、汚染物質のガス抜きの加速を可能にするために、フォトマスクが赤外線放射を受ける。

第２の段階は、一定の温度および圧力のもとで行われる。３つのパラメータ、温度、圧力およびＩＲ波長が、互いに依存する。線放射の波長が、アンモニアおよび硫酸塩の残留物の脱着を可能にするように調節される。圧力が、脱着閾値制御を可能にし、温度が、波長の調節を可能にするために制御される。

赤外線放射がオフの状態で、チャンバが約５０℃以下の温度に達した時点で、第３の段階が、チャンバ内圧力の増加から始まる。チャンバ内の低圧が、温度を低下させることに寄与する。この段階の制御パラメータは、温度である。チャンバ内の圧力制御はまた、冷却を制御するために使用されうる。圧力の増加は、クリーンな、非反応性ガスを使用して達成される。サイクルの最後において、フォトマスクの表面におけるクリーンガスの吸着を促進するように、印加されるクリーンガスの圧力は、短時間にわたって大気圧よりわずかに高く、そのことが、フォトマスクがチャンバから取り出された時点で、フォトマスクを外部の汚染から保護するのを助ける。温度が低下するときに発生する可能性のある、雰囲気中に見られるガスの再吸収を防ぐために、チャンバを周囲温度に近い温度にするように、フォトマスクが５０℃を超えない温度に冷却される。

他の実施形態において、アンモニアおよび硫酸塩の残留物を除去する、このステップＪはまた、特に硫酸塩の残存を伴う何らかのステップの後で、洗浄ステップＨの前に行われてよい。除去ステップＪ’が、例えば、剥離ステップＣと制御ステップＤの間に、さらに挿入されてよい。

図２は、放射手段２１で生成される赤外線放射２０が、フォトマスク２２および封止されたチャンバ２４の反射性の内壁２３の両方の上で反射する方法の一例を示す。加熱部品が、例えば、フォトマスクの上および／またはフォトマスクの下、あるいはフォトマスクの２つの層の間に設置されてよい。

取り除くべき化学物質に対する赤外線放射の選択特性、および真空中での赤外線放射の性能が高いという理由で、赤外線放射の使用が選択される。赤外線放射の波長など、赤外線放射２０の特性を賢明に選択することにより、脱着の深さが変化されうる。波長が「短い」と言われる赤外線放射の波は、表面においてより効果的である「中間の」または「長い」波長より深く、材料に浸透する。

３００℃未満の温度、例えば８０℃に近い温度が、フォトマスクを損傷することなく加えられうる。有利には、ハッシングベースの赤外線放射放出制御、すなわち、電圧Ｖおよびゼロ電圧を連続的に印加して、赤外線放射電力ピークを達成することを可能にする制御が、使用される。この制御は、赤外線放射の特性（波長）を失うことなく、フォトマスクの加熱を制御することを可能にする。この制御はまた、赤外線放射の波長を変化させることを可能にする。ハッシングベースの赤外線放射放出制御と、赤外線放射の波長を修正することを連携させることにより、材料の中の複数の深さにおいて、フォトマスクの脱着を発生させることができる。

赤外線エネルギーをフォトマスクに印加するための、他の方法は、赤外波を放射する金属棒と結合されたマイクロ波発振器を使用することである。

図３に示される本発明の実施形態において、（ペリクルを未だ有していない）フォトマスク３１が、ポンピングユニット３３で真空に保たれている封止されたチャンバ３２の中に設置される。圧力ゲージ３４が、チャンバ３２内の圧力をチェックすることを可能にする。フォトマスクは、積層ラック３５上に設置され、非金属のスペーサ３６で支持される。この状況において、フォトマスクは、チャンバ３２の壁の上に配置された、上述のマイクロ波装置などの装置３７により、赤外線放射を受ける。装置３７は、関連する温度プローブ３９で測定されるフォトマスク３１の温度に基づく放射制御ループ３８により動作させられる。放射部品３７の幾何学的形状および配置は、フォトマスク３１の全表面にわたって均一で最適な動作を達成するように選択される。

有利には、チャンバ３２の表面は、フォトマスク３１上への赤外線放射の反射を促進するために、機械的にまたは電解で研磨されてよい。チャンバ３２の形状はまた、赤外線放射を均一に分配することを可能にする。

装置に対して加えられる主要な制限の１つは、方法の実施が、粒子を生成してはならないことである。これが、ガス注入システム４０が、真空チャンバ３２の中への注入速度を低減することができる、少なくとも１つのシャワー式注入器４１を備える理由である。注入システム４０は、さらに、粒子フィルタ４２を装備される。有利には、注入システム４０は、チャンバ３２を大気圧に戻すときに、ガスの乱流を防止する、１つまたは複数のシャワー式ガス注入器４１を備える。チャンバを大気圧に戻すステップは、その形が：ｙ＝ａｘ^２＋ｂである数学的方程式に従って行われ、ここで、ｙは流量であり、ｘは圧力である。粒子汚染は、低い圧力においてより高いので、この手続きが、低い圧力における低い注入速度を可能にする。

アンモニアおよび硫酸塩の残留物除去ステップの間、下記のパラメータ：
− ガスの部分的圧力、
− ポンピングユニット３３の限界圧力、
− フォトマスク３１の重量、
− チャンバの壁３２で反射されるパワー、
のうちの少なくとも１つのパラメータを追跡することにより、作業が適正に進むことを確保するために、ガス抜き測定手段４３が使用される。

ポンピングユニット３３、注入システム４０およびガス抜き測定手段４３が、プログラマブル論理制御装置４４、すなわちＰＬＣに接続される。

次に、アンモニアおよび硫酸塩の残留物を除去するステップを実施するようになされた、装置３１の他の実施形態を示す図４が示され、そこにおいて、放射装置４７が真空チャンバ４８の外に設置される。チャンバ４８の壁の中に設置された、窓などのインターフェース４９が、フォトマスク３１の方向に波が通過することを可能にする。放射装置４７とフォトマスク３１の間のインターフェース４９を構成する材料の選択は、重要である。というのは、この材料は、波が伝送する放射を消散することによる問題を生じることなく、フォトマスク３１用に意図される波が通過することを可能にする必要があるからである。有利には、石英が選択される。

図５は、イオンクロマトグラフィー法を使用する測定などで、フォトマスクの中の残留硫酸塩の割合を測定した結果の比較を与える。硫酸塩５０ａ、５１ａ、５２ａの割合が、洗浄方法の３つの異なる変形Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩを使用する、フォトマスク洗浄作業の結果である。硫酸塩５０ｂ、５１ｂ、５２ｂの割合は、３つの変形のそれぞれに対する洗浄ステップに続く、本発明の一実施形態による除去ステップの完了時点に得られる。これらの結果の比較が、除去ステップの、フォトマスクの硫酸塩含有量に対する有効性を示す。１９３ｎｍテクノロジーに対するフォトマスク製造者の現在の目標は、彼らの顧客の間で結晶成長問題を出さないように、１ｐｐｂｖ（体積比１０億分の１）未満の硫酸塩の割合を達成することである。図５は、本発明を使用して達成された値５０ｂ、５１ｂ、５２ｂが、ほとんどこの目標より下にあることを示す。

Claims (8)

1. フォトマスクを洗浄する少なくとも１つのステップと、フォトマスク上に保護ペリクルを設置するステップとを含み、洗浄ステップとペリクル設置ステップの間に、アンモニアおよび硫酸塩の残留物を除去する少なくとも１つのステップをさらに含む、フォトマスクを製造する方法であって、
   フォトマスクを封止されたチャンバの中に設置するステップと、
   封止されたチャンバが含むガスをポンピングすることにより、封止されたチャンバ内に低圧を生成するステップと、
   ハッシングベースの赤外線放射放出制御を用いてフォトマスクを赤外線放射に曝露するステップであって、フォトマスクが５０℃から３００℃の間の温度に加熱される、ステップと、
   赤外線放射を停止するステップと、
   大気圧に戻す前にフォトマスクの温度が５０℃を超えていないことをチェックするステップと、
   チャンバ内を大気圧に戻すステップと、
   フォトマスクをチャンバから取り出すステップとを含む、方法。
2. ガスが、２０分から５時間の間のある時間にわたり、ポンピングされる、請求項１に記載の方法。
3. クリーンガスが、ポンピングと同時に一定流量で注入される、請求項１に記載の方法。
4. 大気圧が、クリーンな、非反応性ガスを注入することにより回復される、請求項１に記載の方法。
5. 他の製造ステップの後で、および前記洗浄ステップの前に、アンモニアおよび硫酸塩の残留物を除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 請求項１に記載の方法を実施するための装置であって、
   少なくとも１つのフォトマスクを備える封止されたチャンバと、
   チャンバ内に真空を生成し維持するためのポンピングユニットと、
   封止されたチャンバの中に設置される少なくとも１つのフォトマスクを保持するためのシステムと、
   ハッシングベースの赤外線放射放出制御手段を有する赤外線放射手段と、
   ガス注入システムとを含む、装置。
7. チャンバの内壁が、放出された波を反射する、請求項６に記載の装置。
8. ガス注入システムが、少なくとも１つのシャワー式注入器と少なくとも１つの粒子フィルタを備える、請求項６に記載の装置。

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