JP2002023347A

JP2002023347A - 露光用マスクの洗浄装置、これを用いた洗浄方法、及び洗浄した露光用マスクを用いてパターン転写した半導体装置

Info

Publication number: JP2002023347A
Application number: JP2000206037A
Authority: JP
Inventors: Mutsumi Tsuda; 睦津田; Kenji Shintani; 賢治新谷; Hiroki Odera; 廣樹大寺
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2002-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】微細パターン露光用マスクのパターン寸法変
化や膜応力歪みを生じさせない高性能なマスク洗浄が可
能となる洗浄装置あるいは洗浄方法を提供する。また、
高精度なパターン転写がなされた半導体装置を提供す
る。【解決手段】洗浄液２を循環させる薬液ポンプ３と洗
浄液２中に漂うパーティクル４をろ過する薬液フィルタ
５とが接続された洗浄槽１の中に、被洗浄物である露光
用マスク６を浸漬し、さらに参照電極７と対向電極８を
備え、露光用マスク６と対向電極８とを電源９を介して
接続する。参照電極７に対する露光用マスク６の電位を
露光用マスク表面に形成された吸収体が溶解しない電位
に制御して洗浄する。また、溶解する電位としない電位
に適宜変化させて、露光用マスク６を洗浄する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、微細パターンを
転写する露光用マスクの表面に付着しているパーティク
ルを除去し、マスク表面を清浄にする洗浄装置、洗浄方
法、及びこれらを使用して製造する半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの微細化および高
密度化が促進されており、半導体基板上に、より微細な
回路パターンを転写する技術が要求されている。このた
め、露光に用いられる光の短波長化が積極的に進められ
ており、極微細なパターンが転写できるＸ線や電子線を
用いた露光方法の開発が進められている。

【０００３】このような半導体基板上への回路パターン
の転写においては、露光用マスク上にパーティクルが付
着していると、それが半導体装置を製造する際に基板上
にも転写され、回路パターンに断線やショート等の欠陥
を引き起こす。このため、マスク表面へのパーティクル
の付着、汚染は極力避けなければならない。また、付着
したパーティクルは、露光処理を行う前に洗浄除去しな
ければならない。特に、等倍露光方式のＸ線マスクにお
いては、マスク上のパターン寸法が半導体基板上に転写
するパターン寸法と同一なため、縮小露光方式では問題
にならないような微細なパーティクルも回路欠陥を引き
起こしやすい。

【０００４】従来の等倍露光に用いるＸ線マスクの例に
ついて図を用いて説明する。図４は、代表的なＸ線マス
クの概略構成を示す断面図であり、例えば、Ｓｉ製のフ
レーム１１、Ｘ線を吸収する吸収体１４、下地膜１３、
マスクメンブレン１２から成る。例えば、マスクメンブ
レン１２にはＸ線を透過する炭化珪素（ＳｉＣ）やダイ
ヤモンド薄膜等が、Ｘ線吸収体１４には、タングステン
（Ｗ）やＷ化合物、あるいはタンタル（Ｔａ）やＴａ化
合物などの導電性を有する金属膜が一般的に使用され
る。また、下地膜１３としては、インジウムティンオキ
サイド（ＩＴＯ）やルテニウム（Ｒｕ）等が用いられ
る。また、この下地膜１３は必ずしも必要ではなく、マ
スクメンブレン１２上に直接、吸収体１４が形成される
場合もある。

【０００５】また上記透過型マスクの他に反射型マスク
があり、上記とほぼ同様の構成がとられ、マスクメンブ
レン１２として、例えばＭｏ／Ｓｉなどの金属と半導体
との多層構造がとられる。また吸収体１４として、Ｔａ
Ｓｉなどが用いられる。

【０００６】また、上記のような露光用マスクの洗浄を
行う洗浄装置としては、例えば図５に示す特開平７−３
２１０２０号公報に開示された洗浄装置が用いられてい
る。図５において、１は洗浄槽、２は洗浄液、３は薬液
ポンプ、４はパーティクル、５は薬液フィルタ、６は露
光用マスクである。この装置において、例えばＨａｎｄ
ｂｏｏｋｏｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＷａｆ
ｅｒＣｌｅａｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｅ
ｄ．Ｗ．Ｋｅｒｎ，（ＮｏｙｅｓＰｕｂｌｉｃａｔ
ｉｏｎｓ，ＰａｒｋＲｉｄｇｅ，１９９３），p.１１
１に開示されているアンモニア水と過酸化水素水と水と
の混合液（アンモニア過水）等が洗浄液２として使用さ
れ、被洗浄物である露光用マスク６を浸漬させ、電気的
には接続せず、いわゆるフローティング状態で設置し
て、マスク表面に付着しているパーティクルを洗浄除去
する。

【０００７】このように、従来の洗浄方法では、露光用
マスク表面のパーティクルを除去するのに、主にアンモ
ニア過水あるいは希釈アンモニア水等を使用している
が、これらのアルカリ性溶液中では、フローティング状
態で置かれた露光用マスク６と洗浄液中に漂うパーティ
クル４の表面電位が同符号となり、露光用マスク６の表
面とパーティクル４との間に電気的反発力が発生する。
この反発力により表面から脱離したパーティクルの再付
着が起こらず洗浄が可能となる。これに対し酸性溶液中
では、露光用マスクとパーティクルの表面電位が異符号
となるので、パーティクルが再度付着し、洗浄度が悪く
なる。このような理由で、パーティクルの除去を目的と
する表面洗浄では、通常アルカリ性溶液が使用されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のアルカリ性溶液を用いる洗浄方法では、例えばＸ線
マスク、電子線露光用のマスクにおいて吸収体あるいは
散乱体として用いる金属膜の溶解（エッチング）が起こ
る。このため、吸収体あるいは散乱体の寸法が変化した
り、膜応力による歪みが生じたりするといった問題があ
った。特に、ＷやＷ化合物を吸収体あるいは散乱体とし
て使用する場合には、アルカリ性の洗浄液のみならず純
水による洗浄においても膜表面のエッチングが起こり、
パターン寸法変化や応力歪みが生じるという問題があっ
た。

【０００９】本発明は上記のような問題を解消するため
になされたもので、微細パターン露光用マスクのパター
ン寸法変化や膜応力による歪みを生じさせないマスク洗
浄が可能となる洗浄装置あるいは洗浄方法を提供するこ
とを目的とする。また、上記マスクを用いて高精度なパ
ターン転写がなされた半導体装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

【００１１】この発明に係わる第１の構成の露光用マス
クの洗浄装置は、被洗浄物である露光用マスクの表面に
形成された導電性膜を第一の電極とし、前記第一の電極
に対向する第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の
電極との電位の基準を与える参照電極と、前記第一の電
極に電流を流す電源とを備えたものである。

【００１２】この発明に係わる第１の露光用マスクの洗
浄方法は、上記第１の発明の露光用マスクの洗浄装置に
おける参照電極に対する第一の電極の電位を、導電性膜
が溶解しない電位に保ち、洗浄するものである。

【００１３】この発明に係わる第２の露光用マスクの洗
浄方法は、上記第１の発明の露光用マスクの洗浄装置に
おける参照電極に対する第一の電極の電位を、導電性膜
が溶解する電位と溶解しない電位とに交互に繰り返し変
換させるものである。

【００１４】この発明に係わる第１の露光用マスクを用
いてパターン転写した半導体装置は、上記第１あるいは
第２の発明の露光用マスクの洗浄方法を用いて洗浄した
露光用マスクを用いてパターン転写したものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、この発明
の実施の形態１による露光用マスクの洗浄装置の概略構
成を示す図であり、図において、１は洗浄槽、２は洗浄
液、３は薬液ポンプ、４はパーティクル、５は薬液フィ
ルタ、６は露光用マスク、７は参照電極、８は対向電
極、９は電源、１０は制御回路、９１は露光用マスク６
と電源９と対向電極８を接続する配線、９２は露光用マ
スク６と制御回路１０と参照電極７とを接続する配線、
９３は制御回路１０と電源９とを結ぶ制御信号用の配線
である。また図２は、露光用マスク６の吸収体として使
用されるＷの水溶液中での状態を電位とｐＨの関係で示
す説明図である。本実施の形態では、洗浄液２として、
ｐＨ１１の希釈アンモニア水を室温で使用している。

【００１６】図１において、洗浄槽１には、洗浄液２で
ある希釈アンモニア水を循環させる薬液ポンプ３と希釈
アンモニア水の中に含まれるパーティクル４を濾過する
薬液フィルタ５とが接続されている。こうして、被洗浄
物である露光用マスク６の表面から脱離したパーティク
ル４は、フィルタ５により希釈アンモニア水中から除去
される。洗浄液２には、第１の電極となる導電性膜を有
する露光用マスク６、例えば白金からなる対向電極８、
および例えば銀／塩化銀からなる参照電極７が設置され
ており、露光用マスク６の導電性膜と対向電極８とが電
源９に接続されている。さらに、参照電極７に対する露
光用マスク６の電位を絶えず監視し、このマスク電位を
一定に保つための制御回路１０により、電源９の出力電
圧が調整される。ここで、露光用マスク６として図４に
示したＸ線マスクを用いた場合は、電源９と露光用マス
ク表面に形成されるＸ線の吸収体１４との電気的な接続
は、導電性の下地膜１３（例えば、ＩＴＯ膜）やマスク
メンブレン１２（例えば、ＳｉＣ）を介してなされてい
る。

【００１７】次に、本実施の形態の露光用マスクの洗浄
装置を用いた場合と図５に示す従来の露光用マスクの洗
浄装置を用いた場合の洗浄効果の比較を行った。まず図
５に示す露光用マスクの洗浄装置により、電気的にフロ
ーティングの状態で浸漬洗浄を行うと、ｐＨが約４以上
の水溶液中では、Ｗは可溶性の負イオンＷＯ₄ ^2-とな
り、マスク表面のＷがエッチングされる。例えば室温
で、ｐＨ１１の希釈アンモニア水により、１０分間洗浄
すると、Ｗ膜は約５ｎｍ程度エッチングされ、膜応力は
約１５ＭＰａ変化した。これに対し、本実施の形態の洗
浄装置では、希釈アンモニア水を用いた浸漬洗浄の間、
電源９及び制御回路１０により、露光用マスク６の電位
をＷが溶解しない電位に設定、維持したため、Ｗ表面で
可溶性のＷＯ ₄ ^2-イオンの発生が無くなり、エッチング
がほとんど起こらなかった。具体的には、ｐＨ１１の希
釈アンモニア水中での露光用マスクのフローティング電
位は約−０．６Ｖ（対銀／塩化銀電極）であったが、マ
スクの電位を上記フローティング電位から低下させるに
つれてＷ表面のエッチレート量は減少し、参照電極に対
し−１〜−２Ｖ程度にまで低下させると、ほぼゼロにな
ったことを予め確認したため、上記電位に制御して洗浄
を行った。さらに、Ｗ膜の洗浄前後の応力変化は測定限
界である１ＭＰａ以下となったことを確認した。

【００１８】さらに、露光用マスク表面のパーティクル
除去特性について評価した。まずＷ膜表面にポリスチレ
ンからなる標準粒子（粒径０．２μｍ）を一様に付着さ
せ、ｐＨ１１の希釈アンモニア水中で１０分間浸漬洗浄
を施した。露光用マスクを電気的にフローティングにす
る従来の方法と、マスクの電位を参照電極に対し約−２
Ｖに制御した本実施の形態とでは、マスク表面のパーテ
ィクル除去効果はほぼ同じで、除去率はともに９０％以
上であった。ここで、除去率（％）＝（洗浄前のパーテ
ィクル数−洗浄後のパーティクル数）／洗浄前のパーテ
ィクル数。したがって、本実施の形態の露光用マスクの
洗浄装置およびこの装置を用いた洗浄方法によれば、洗
浄効果を低下させずパーティクルの洗浄が可能で、露光
用マスクの吸収体のエッチングを効果的に抑えることが
でき、マスクのパターン寸法変化や膜応力による歪みを
抑制できる。

【００１９】なお、本実施の形態では、室温によりｐＨ
１１の希釈アンモニア水を用いて洗浄を行ったが、ｐＨ
が７以上のアルカリ性溶液であればよく、用いる洗浄
液、温度により、最適条件は若干異なるものの、高性能
な洗浄を行うためのコンセプトは同じであり、同様の効
果が得られる。

【００２０】また、マスク表面に形成されている吸収体
あるいは散乱体のエッチングを抑えるために設定する電
位の値は、吸収体あるいは散乱体の材質、洗浄液の種類
やｐＨ、用いる参照電極や対向電極に依存するので、マ
スクの電位を最適な値に設定することが好ましい。

【００２１】また、本実施の形態では、参照電極７に銀
／塩化銀電極、対向電極に白金を用いたが、その他の材
料からなる電極を用いてもよい。例えば、参照電極７と
しては、水素電極、カロメル電極、硫酸水銀電極等を用
いることができる。対向電極８としては、カーボンやＳ
ｉ等の導電性材料、あるいは半導電性材料をもちいても
よい。また、参照電極７を洗浄槽１と別の槽に設置し、
塩橋などを用いて洗浄槽１と接続してもよい。

【００２２】また、本実施の形態では、電源９と制御回
路１０とを別の構成としたが、これらが一体になったポ
テンショスタットを用いても良い。

【００２３】実施の形態２．上記実施の形態１では、露
光用マスク６の電位を吸収体がエッチングされない電位
の値に固定したが、さらに電位を次のように制御するこ
とにより他の効果を得ることができる。図３はこの発明
の実施の形態２によるマスク電位と時間の関係図であ
る。図３に示すように、制御回路１０の作用により、電
源９の出力電圧を時間的に変動させ、露光用マスクの電
位Ｖを、吸収体が溶解する電位Ｖａと溶解しない電位Ｖ
ｃとに、繰り返し変化させる。図３において、Ｖｓは吸
収体が溶解する閾値であり、マスクの電位がＶ＞Ｖｓと
なる場合に溶解が起こり、逆にＶ＜Ｖｓの場合には溶解
されない。

【００２４】例えば、Ｗを吸収体として用いたＸ線マス
クをｐＨ１１の希釈アンモニア水で洗浄を行なう場合に
は、Ｗがエッチングされる閾値は、Ｖｓ＝−０．７５〜
−１Ｖ程度である。ここで、電位の値は銀／塩化銀参照
電極に対する値である。よって上記ＶａおよびＶｃを、
例えばＶａ＝−０．７Ｖ、Ｖｃ＝−１．５Ｖに設定する
と、マスク電位がＶ＝Ｖａの時にはＷのエッチングが起
こり、Ｖ＝Ｖｃの時にはエッチングが起こらない。

【００２５】このように露光用マスクの電位を時間的に
変化させて洗浄すると、マスク電位ＶがＶａとなった時
のみ吸収体の表面がエッチングされ、マスク電位ＶがＶ
ｃの間にはエッチングされない。この電位の繰り返し周
期やデューティ比を適宜設定することにより、露光用マ
スクの洗浄時に吸収体がエッチングされる量を〜０．１
ｎｍオーダーで精密制御することができる。この繰り返
し周期は数秒〜数１０秒、デューティ比は数％〜数１０
％程度が好ましい。

【００２６】上記のように洗浄することにより、露光用
マスクの表面が極僅かエッチングされるため、表面に付
着しているパーティクルは、いわゆるリフトオフの効果
で一層除去されやすくなる。したがって、マスクのパタ
ーン寸法や膜応力の変化を抑制した状態で、パーティク
ルの洗浄能力をより高めることが可能となる。

【００２７】なお、本実施の形態では、マスクの電位を
矩形状に繰り返し変化させたが、正弦波状あるいは三角
波状等に変化させてもよい。

【００２８】また、上記実施の形態１および本実施の形
態では、特にＸ線マスク表面に吸収体を設けた例につい
て述べたが、散乱体であってもよい。また電子線や光露
光など他の露光用マスクにおいても、マスクに設けられ
た導電性膜を第１の電極として使用できるものであれば
同様の効果が得られる。

【００２９】また、マスクメンブレンに金属と半導体の
多層膜を用いた場合には、これを電極とすることがで
き、同様の効果が得られる。

【００３０】実施の形態３．上記実施の形態１および２
の洗浄方法を用いて洗浄した露光用マスク６を用いて、
半導体装置の微細回路パターンを転写した。また図５に
示す従来の方法で洗浄した場合との転写精度の比較を行
った。まず、設計寸法が１００ｎｍ幅の吸収体パターン
を形成したＸ線マスクを、従来の方法で洗浄した後、こ
のマスクを用いて半導体装置を製造するウエハ上にパタ
ーン転写して配線を形成した。同様にして、上記実施の
形態１の洗浄方法で洗浄したマスクを用いてウエハ上に
パターン転写して配線を形成した。これらの配線幅を測
定すると、従来の方法によるものは、９０ｎｍに、上記
実施の形態１によるものは、９８ｎｍ、上記実施の形態
２によるものは９７ｎｍであった。また、配線の位置精
度に関しては、従来方法では位置ずれ量が７０ｎｍとな
り、本発明の実施の形態１によるもの、実施の形態２に
よるものはともに２５ｎｍであった。したがって、本発
明の洗浄方法を用いることにより、露光用マスクの吸収
体のエッチングが防止され、膜応力歪みがなくなるの
で、半導体装置の配線パターン精度が著しく改善される
ことを確認した。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、被洗
浄物である露光用マスクの表面に形成された導電性膜を
第一の電極とし、前記第一の電極に対向する第二の電極
と、前記第一の電極と前記第二の電極との電位の基準を
与える参照電極と、前記第一の電極に電流を流す電源を
備えた露光用マスクの洗浄装置としたので、露光用マス
クの電位を制御できる効果がある。

【００３２】また、前記参照電極に対する前記第一の電
極の電位を、導電性膜が溶解しない電位に保ち、洗浄す
るので、マスク表面に形成された導電性膜がエッチング
されず、マスクのパターン寸法変化や膜応力歪みを生じ
させない効果がある。

【００３３】また、前記参照電極に対する第一の電極の
電位を、導電性膜が溶解する電位と溶解しない電位とに
交互に繰り返し変換させて洗浄するので、マスク表面に
形成された導電性膜を所望量だけエッチングさせて、洗
浄効果を高める効果がある。

【００３４】また、上記の洗浄方法を用いて洗浄した露
光用マスクを用いて半導体装置のパターン転写を行った
ので、配線の寸法精度や位置精度を向上させる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による露光用マスクの
洗浄装置の概略構成を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態１によるタングステン
（Ｗ）の水溶液中での状態を電位とｐＨの関係で示す説
明図である。

【図３】本発明の実施の形態２におけるマスク電位と
時間との関係を示す図である。

【図４】従来の等倍露光用Ｘ線マスクの概略構成を示
す断面図である。

【図５】従来の洗浄装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１洗浄槽、２洗浄液、３薬液ポンプ、４パーテ
ィクル、５薬液フィルタ、６露光用マスク、７参
照電極、８対向電極、９電源、１０制御回路、１
１フレーム、１２マスクメンブレン、１３下地
膜、１４吸収体、９１、９２、９３配線、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大寺廣樹東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 2H095 BB19 BB30 BB31 BB37 3B201 AA01 AA46 BB02 BB77 BB87 BB92 BC01 CB12 5F046 CB17 GD20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被洗浄物である露光用マスクの表面に形
成された導電性膜を第一の電極とし、前記第一の電極に
対向する第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電
極との電位の基準を与える参照電極と、前記第一の電極
に電流を流す電源とを備えたことを特徴とする露光用マ
スクの洗浄装置。
【請求項２】請求項１に記載の露光用マスクの洗浄装
置における参照電極に対する第一の電極の電位を、導電
性膜が溶解しない電位に保ち、洗浄することを特徴とす
る露光用マスクの洗浄方法。
【請求項３】請求項１に記載の露光用マスクの洗浄装
置における参照電極に対する第一の電極の電位を、導電
性膜が溶解する電位と溶解しない電位とに交互に繰り返
し変換させることを特徴とする露光用マスクの洗浄方
法。
【請求項４】請求項２あるいは請求項３に記載の露光
用マスクの洗浄方法を用いて洗浄した露光用マスクを用
いてパターン転写した半導体装置。