Procédé de fabrication de _photomasques Method of making photomasks
La présente invention se rapporte un procédé de fabrication des photomasques, notamment employés dans la tebrio Lion de Composants mi roélectmniques aux dimensions submieroniques. The present invention relates to a method of manufacturing photomasks, especially used in the tebrio Lion of mi roelectmnic components to submieronic dimensions.
L. micro-usinage des substrats sem -sortducteurs, remirent en silicium est actuellement réalisé par des techniques de gravure au ,v à partir d'un motif transféré sur le substrat à partir d'un masque. Un photomasque est équivalent un négatil en photographie : il contient une inforntatlon à imprimer sur un support. Il est utilisé en transmission pour des insolations et impressions sur des substrats in semiconduetetes. La longueur de focalisation définit la profondeur de la zone active qui est Imprimée directement sur le substrat. En dehors de cette zone, les détails ne sont pas imprimés mais peuvent avoir un inipact sur la transmission du phetomasque. Les pollutions dans la zone active ont un effet direct sur l'image imprimée sur le substrat avec l'impression d'un défaut. Mais ils n'ont qu'un effet indirect soir cette image s'ils 15 interviennent en dehors de cette zone,. comme par exemple la diminution dU contraste ou la réduction de la transmission du photomasque. Par ailleurs, l'industrie du sen-d-conducteur cher che à réduire la dira •• : sio{i de' [limage inscrite afin d'obtenir des composai-rts électror- liques toujours plus petits et moins coûteux. Les dimensions des phetornasques se réduisant, les exigences en matière de 2G pollution deviennent de plus en plus strictes. Le photomasque est donc un élément cief, cher et complexe que ilon cherche à conserver propre et opérationnel, La zone active des photomasques doit Impérativement être exempte de toute paticule, notamment dans le plan focal, car ces particules contaminantes créent un defatit qui s'imprime et se répète sur le substrat semi-conducteur. Afin de protéger sa 25 face active d'éventuelles particules, une pellicule est appliquée sur le photomasque, à la tin ee sa fabrication à la suite d'un dernier nettoyage. La pellicule a pour but de protéger le photomasque pendant sa vie chez l'utilisateur. Le pelliculage ecesiste en un depôt c' 'une membrane optique (surfaces multicouches parallèles) ayant une bonne transmission et un impact réduit sur les rayons optiqites qui la traversent. Cette pellicule : est déposée du coté de la face active du photomasque. et séparée de cette-el par un espace. Les polluants susceptibles de se déposer srir la face ettinre du photomasque vont ainsi se dépose sur s' pellicule en dehors de la zone de foeeiieation (éloignement physique de attitve) Ainsi ces polluants ne seront pas imprimés dans le transfert par litncigiaphie : la peliicule ne protège pas directement des polluants mais permet de réduire. leur impact sur l'intiege. Cependant l'augmentation de l'énergie nécessaire à l'insolation pour la création de il-efe de plus en plus petits a engendré un nouveau problème. Les gaz présents sous la pellicule se recombinent sous l'effet de cette forte énergie pour engendrer des cristaux qui vont croître avec ie temps. Ces cristaux qui apparaissent sous la pellicule, donc dans la zone focale, produisent des défauts dans la Daine imprimée sur le substrat. Ces cristaux représentent un problème majeur car ils engendrent des défauts non prévieibles et nombreux sur les substrats et peuvent affecter plus de 20 % des photomasques. La réaction chimique qui se produit est la suivante i HeSO.i -F. NF-13 + ha > (NH4)2SO4 ..,,,d L'ammoniac NH3 provient de multiples sources mais essentiellement de l'activité humaine dans les zones de fabrication. Dans le but de !imiter le phénomène de croissance cristalline, les fabricants de serniscondeeteurs ont investi massivement pour limiter l'ammoniaque présent dans la salle blanche et ont défini des stratégies d' stockage et de transport sous environnement protégé pour limiter l'ammoniac, Liecide sulfurique H2504 est largement utilisé par les fabricants de photomasques. La dernière étape de nettoyage, avant l'étape de pelliculage, nécessite des sulfates. La dernière étape de décapage, précédant le nettoyage, génère aussi des résidus de sulfate. Cet acide emprisonné sous la pellicule va donc désorber, ce qui est la raison principale de l'apparition de ces cristaux chez les fabricants de puces électroniques. Les fabricants de photamasques s'efforcent de réduire la quantité de 2s sulfates, utilisée dans les étapes de nettoyage. Toutefois ces nouveaux procédés sont plus coûteux et moins efficaces, et il n'est pas possible de supprimer totalement l'utilisation de sulfate. La pellicule est mis en place après une étape de dècepae suivie Curie étape de nettoyage. La dernière étape de nettoyage est effectuée dans une zone propre. Cette 30 pellicule va permettre de garantir que les particules générées dans la salie blanche ou dans les équipements de production ne vont pas se poser sur la face active du phobmasque. Micro-machining of semiconductor substrates, silicon remittance is currently performed by etching techniques, from a pattern transferred onto the substrate from a mask. A photomask is equivalent to a negatil in photography: it contains information to print on a medium. It is used in transmission for insolations and printing on substrates in semiconductors. The focus length defines the depth of the active area that is printed directly onto the substrate. Outside this area, the details are not printed but can have an inipact on the transmission of phetomasque. Pollution in the active zone has a direct effect on the image printed on the substrate with the impression of a defect. But they have only an indirect effect tonight image if they intervene outside this zone. such as decreasing the contrast or reducing the transmission of the photomask. In addition, the consumer electronics industry is seeking to reduce the demand for inscribed image in order to obtain ever smaller and less expensive electronic components. As the dimensions of phetornasks are reduced, the requirements for pollution 2G become more and more strict. The photomask is therefore an element cief, expensive and complex that it seeks to keep clean and operational, the active area of photomasks must Imperatively be free of any paticule, especially in the focal plane, because these contaminating particles create a defatit that prints and repeats on the semiconductor substrate. In order to protect its active face from any particles, a film is applied to the photomask at the end of its manufacture following a final cleaning. The film is intended to protect the photomask during its life at the user. Ecesist filming in a deposit is an optical membrane (parallel multilayer surfaces) having a good transmission and a reduced impact on the optical rays that pass through it. This film is deposited on the side of the active face of the photomask. and separated from this el by a space. The pollutants likely to be deposited srir the face étetinre of the photomask will thus be deposited on the film outside the zone of foeeiieation (physical distance of attitve) Thus these pollutants will not be printed in the transfer by litncigiaphie: the pélicule does not protect not directly pollutants but can reduce. their impact on the intiege. However the increase in energy needed for insolation for the creation of il-efe smaller and smaller has spawned a new problem. The gases present under the film recombine under the effect of this high energy to generate crystals that will grow with time. These crystals appearing under the film, so in the focal zone, produce defects in the Daine printed on the substrate. These crystals represent a major problem because they give rise to numerous, unpredictable defects on the substrates and can affect more than 20% of the photomasks. The chemical reaction that occurs is the following: HeSO.sub.i -F. NF-13 + ha> (NH4) 2SO4 .. ,,, d NH3 ammonia comes from multiple sources but essentially from human activity in manufacturing areas. In an attempt to mimic the phenomenon of crystalline growth, the manufacturers of microprocessors have invested heavily to limit the ammonia present in the clean room and have defined storage and transport strategies under protected environment to limit ammonia, Liecide Sulfuric H2504 is widely used by photomask manufacturers. The last cleaning step, prior to the filming step, requires sulfates. The last stripping step, prior to cleaning, also generates sulphate residues. This acid trapped under the film will therefore desorb, which is the main reason for the appearance of these crystals in manufacturers of electronic chips. Manufacturers of photomask strive to reduce the amount of sulphates used in the cleaning stages. However these new processes are more expensive and less effective, and it is not possible to completely eliminate the use of sulfate. The film is set up after a decepae stage followed by a cleaning stage. The last cleaning step is done in a clean area. This film will make it possible to guarantee that the particles generated in the white dirt or in the production equipment will not settle on the active face of the phobmasque.
La solution palliative actuellement en V peu- consiste à inspecter périodiquement le volume se trouvant sous la pellieu;e du photomasque. Dès l'apparition des premiers cristaux, le photomasque est renvoyé à son fabricant. La pellicule est enlevee, nettoyé puis le photomasque est re-peliculé. Cette opération doit être effectuée par les tebricants de photomasques et non par les utilisateurs, ce qui provcoue une perte de temps et des coûts supplémentaires importants de gestion des stocks iies e la durée d'utilisation raccourcie des phetomesques. Le problème les plus important aujourd'hui pour les fabricants de composants semi-conducteurs est donc la durée d'utilisation de ces photomesques. En effet ces IO photomasques sont un maillon majeur dans la fabrication des puces électroniques, et leur technicité accrue implique un coût de plus en plus important. La présente invention e donc pour but de permettre une durée dutilisetion plus longue des photomasques dlm!huant le risque de dégradation du photomasque lié à la pollution, notamment dans le volume placé sous la pellicule. 1 L'objet de le présente invention est un procédé de fabrication de photonasque comprenant au moins une étape de nettoyage du photomasque et au moins une étape de mise en place d'une pellicule de protection sur le photornasque, et comprenant en outre une étape de désorption sous vide entre l'étape de nettoyage et l'étape de mise en place d'une pellicule comprenant les opérations rivantes tir -on pompet tee gaz contenus doras une enceinte eta.inet).g.:eo tenant le photomasque, orr ehàüffe lé photomasque en poursuivant. le porepage,. The current solution in V can be to periodically inspect the volume under the film and the photomask. As soon as the first crystals appear, the photomask is sent back to its manufacturer. The film is removed, cleaned and the photomask is reelected. This operation must be performed by the photomaskers and not by the users, which results in a waste of time and significant additional costs of inventory management and the shortened duration of use of the phetomesques. The most important problem today for manufacturers of semiconductor components is therefore the duration of use of these photomesques. Indeed these IO photomasks are a major link in the manufacture of electronic chips, and their increased technicality implies a cost more and more important. The present invention therefore aims to allow a longer use of photomasks dlm! Huing the risk of degradation of the photomask related to pollution, especially in the volume placed under the film. The object of the present invention is a photonasque manufacturing process comprising at least one cleaning step of the photomask and at least one step of placing a protective film on the photomask, and further comprising a step of vacuum desorption between the cleaning step and the step of setting up a film comprising the riveting operations shot-pumping tee gas contained doras a pregnant eta.inet .: eo holding the photomask, orr ehàüffe the photomask while pursuing. porepage ,.
, on arrête.. le et 1eisee refroidir reneeînte sous vide contenant le photomesqUe, -'en rétablit ia pression atmosphérique dans l'enceinte. 25 L'étape de desorption sous vide sert à désorber la quasi--totalité des résidus notamment les sulfates stts des étapes de nettoyage et de gravure, et permet la pose de la pellicule de protecboe sur un substrat parfaitement propre. Pour augmenter encore la performance, on peut utiliser le procédé de désorption avant et après nettoyage. It is then stopped and cooled to cool under vacuum containing the photomes, and the atmospheric pressure is re-established in the chamber. The vacuum desorption step serves to desorb substantially all the residues, especially the sulphates from the cleaning and etching steps, and allows the protective film to be laid on a perfectly clean substrate. To further increase performance, the desorption process can be used before and after cleaning.
D"autres ceiereéilstiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la descriptice suivante de modes de réalisation, donnée bien entendu à titre illustratif et non limitatif, et dans le dessin annexé sur lequel - le figure 1 montre schématiquement les différentes étapes d'un mode de réalisation du 5 procédé selon l'invention, - la figure 2 représente une installation de fabrication de photomasques pour la mise en oeuvre du procédé selon Ilinvention, - la figure 3 représente une variante d'une installation de fabrication de phot masques, ia figure 4 est une comparaison du taux de sulfates résiduel dans les photomasque en Io fin de fabrication. Un mode de réalisation du procédé de fabrication des photomasques selon la présente invention est schématiquement représenté sur la figure 1. La fabrication de photomasques comprend habituellement une première .tape A qui est une étape de gravure durant laquelle le substrat semi-conducteur est par exemple soumis à une 15 succession alternée d'opérations d'attaque par plasma de gaz de gravure et d'opérations de passleet.on par plasma de gaz de passivation, Au cours d'une étape B, le photomasque _une fois gravé est décapé afin d'éliminer les sous-produits de la réaction d'attaque au moyen d'un plasma de gaz de décapage. Le photamasque obtenu est alors nettoyé au cours de Iletape C. Les conditions de pettoyege couramment utilisées 20 impliquent la mise en oeuvre de suif Utes dont est nécessaire de se débarrasser avant l'étape D de recouvremeel du photomasque par une pellicule protectrice. En effet pour les raisons évoquées précédemment, la présence de sulfates dans la zone active du photomasque sous la pell (iule doit absolument être évitée. Une étape E de deeorption sous vide est intercalée entre l'étape C de nettoyage 23 et l'étape D de pelliculage de manière à supprimer la contamination du photomasque, notamment par les sulfates. Le photomasque étant dans l'enceinte, cette étape E comporte une première opération durait leqeelle les gaz présents dons l'enceinte sont pompés. Le photomasque est chauffé pour permettre d'accélérer le dègaeage des contaminants. Une température de 1"ordre de 8eC peut être appliquée sans 30 endommager le photomasque. Le photomasque est ensuite refroidi de manière à ressortir de iieneeihte à la température ambiante, dans le but d'éviter l'adecirption des gaz présents dans l'atmosphère qui pourrait se produire le e de le e-d température, Denier un autre Ér ri de. réaiisation, cette étape de désorption peut aussi être platée .avant !a phase de nettoyage. Dans le mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure es photomasques 1 (ne portant pas encore de pellicule) sont placés dans une enceinte 2 étanche maintenue sous vide au moyen d'un groupe de pompage 3. Une jauge de pression 4 permet de contrôler ia pression à l'intérieur de l'enceinte , Les photomasqués sont pi aces sur dies étagères 5 superposées> et ils sont supportés par des entretoises 6 non métalliques. Les photomasques sont chauffés dans le cas présent au moyen d'un dispositif de chauffage 7 à infrarouge disposé sur la paroi de l'enceinte 2 Io mais on pour:ait aussi utiliser un dispositif de chauffage par micro-onde par exernpie. Le dispositif de chauffage 7 est piloté par une boucle de régulation 8 du chauffage en fonction de la température du photomasque mesurée par la sonde de température 9 associée. Une des contraintes iMportantes e iaquelle est soumise l'installation est que la 15 mise en oeuvre du prc"ede ne doit pas générer de particules. C'est pourquoi le eystème d'injection IO de gaz est en forme de douche Il permettant d'obtenir une vitesse d'injection plus faible dans l'enceinte sous vide. Le système d'injection IO est pourvu de filtres à particules 1 Lors de l'étape de désorption, des moyens de mesure du dégazage 1 3 20 permettent de s'assurer du bon déroulement des opérations. On considérera maintenant !a figure 3 qui illustre un autre mode de réalisation de, l'installation de fabrication des photomasques dans laquelle le dispositif de chauffage 30 est placé à l'extérieur de l'eaeeinte 31 sous vide. Une interface 32 un hublot par exemple, méhagée dans la parei de l'enceinte 31 laisse passer les ondes 25 chauffantes en direction du photomasque 1. Le choix du metériau constitutif de l'interface 32 entre le dispositif de chauffage 30 et les photomasques 1 est critique car ce matériau doit laisser passer les ondes destinées à chauffer le photomasque, sans poser de pebie:fie de dissipation de le chaleur qu'elles transportent La figure ii 4 présente dieS résultats comparés de la mesure do taux de' sulfates r é siidUel dans lesaiphoton lasiqUe, réaliséepat le pros d d chromatographie ionique. iLeisi taux de... sulfates n. 41e, .42a résultent de iiepérati en de nettoyage des photomasques per. 1roiSi voulantes' différentes I. Iii, Ill dupitiédé. de nettoyage, l.es taux: de sulfates â b. 2h soriti. obtenue désorption eoesitiode .. seiiioni uni mode de réalisation de Invention qui suit l'étape de nettoyage. La comparaison de ces résultats montre Ileti-icaclt ce l'étape de désorption sous v:de sur le teneur en sulfate des photomasques. L'objectif des fabricants de photomasques pour las technologie 193nm est d'être infeueu' à 1 ppbv, pour ne pas avoir de problème de croissance cristalline chez leurs chenfs. La finuru (1- montre que les valeurs atteintes 40b, 41b, 42b grâce à l'invention sont largement en dessous de cet objectif. Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following descriptice of embodiments, given of course by way of illustration and not limitation, and in the accompanying drawing in which - Figure 1 schematically shows the various steps of FIG. an embodiment of the method according to the invention, - Figure 2 shows a photomask manufacturing facility for carrying out the process according to the invention; - Figure 3 shows a variant of a photomask manufacturing facility, Fig. 4 is a comparison of the residual sulfates content in the photomask at the end of manufacture An embodiment of the photomask manufacturing method according to the present invention is schematically shown in Fig. 1. The manufacture of photomasks usually comprises a first Which step is an etching step during which the semiconductor substrate is, for example, In a step B, the etched photomask is etched in an alternating sequence of etching gas plasma etching and passivation gas plasma pass-through operations. removing the byproducts of the etching reaction by means of a stripping gas plasma. The resulting photamasque is then cleaned in step C. The commonly used pelleting conditions involve the use of tallow which is required to be removed prior to step D of photomask coating by a protective film. Indeed, for the reasons mentioned above, the presence of sulphates in the active zone of the photomask under the film must absolutely be avoided.A vacuum de-evaporation step E is inserted between cleaning step C and step D. The photomask being in the chamber, this step E comprises a first operation during which the gases present in the chamber are pumped .The photomask is heated to allow the photomask to be removed. To accelerate the release of contaminants, a temperature of the order of 8 ° C can be applied without damaging the photomask, the photomask is then cooled to stand out at room temperature, in order to avoid adecruption of the photomask. gas present in the atmosphere that could occur the e of the temperature ed, denier another er ri of. réaiisation, this step of desorption little t also be flattened before the cleaning phase. In the embodiment of the invention illustrated in FIG. 1 photomasks (not yet carrying film) are placed in a sealed chamber 2 held under vacuum by means of a pumping group 3. A pressure gauge 4 allows The photomasks are attached to the superimposed shelves 5 and are supported by non-metallic spacers 6. The photomasks are heated in this case by means of an infrared heating device 7 disposed on the wall of the enclosure 2 Io but it is also possible to use a microwave heating device for example. The heating device 7 is controlled by a control loop 8 of the heating as a function of the temperature of the photomask measured by the associated temperature sensor 9. One of the important constraints that the installation is subjected to is that the implementation of the method must not generate particles, which is why the gas injection system IO is in the form of a shower. to obtain a lower injection speed in the vacuum chamber The injection system IO is provided with particulate filters 1 During the desorption stage, means for measuring the degassing 1 3 20 make it possible to ensure Fig. 3 illustrates another embodiment of the photomask manufacturing apparatus in which the heater 30 is placed outside the vacuum chamber 31. An interface 32 for example a porthole, meandered in the vicinity of the chamber 31 passes the heating waves towards the photomask 1. The choice of the constituent material of the interface 32 between the heater 30 and the photomasks 1 e Critical because this material must pass through the waves intended to heat the photomask, without posing a pebie: fie dissipation of the heat they carry Figure 4 shows the results compared to the measurement of rate of sulphates residual in the LASAL ASIA, carried out the pros of ion chromatography. iLeisi rate of ... sulphates n. 41e, 42a result from the operation of cleaning photomasks per. If they want different Iii, Ill of the parent. the levels of sulphates at b. 2 hours soriti. obtained desorption eoesitiode .. seiiioni uni embodiment of invention that follows the cleaning step. The comparison of these results shows the effect of the desorption step on the sulfate content of the photomasks. The objective of the photomask manufacturers for 193nm technology is to be infueu 'at 1 ppbv, so as not to have crystal growth problem in their chenfs. The finuru (1- shows that the values reached 40b, 41b, 42b thanks to the invention are largely below this objective.