JP2009164464A - フォトマスクの異物除去方法及び異物除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトマスクを露光装置に装填する前のパージ作業時に、成長性の異物の発生を誘発することなくフォトマスク上の異物を除去する。
【解決手段】フォトマスク１に対して略水平方向から圧力が調整されたパージガス４を吹付けてフォトマスク１表面にパージガス４による層流を形成し（図１（Ａ））、パージガス４の吹付け方向またはパージノズル３のフォトマスク１表面からの高さを変化させてパージガス４をフォトマスク１表面に吹付ける（図１（Ｂ）、図１（Ｃ））。また、パージガス４の吹付け時には、パージガス４またはフォトマスク１表面を熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォトマスクの異物除去方法及び異物除去装置に関し、特に、窒素（Ｎ_２）ガスなどをフォトマスク上に吹付けることによって異物を除去するフォトマスクの異物除去方法及び異物除去装置に関する。

近年の半導体デバイスのフォトマスク（レチクルを含む）には、外部からフォトマスクのパターンに異物が付着することを防止するために、パターン面にペリクル膜と呼ばれる膜を貼ることが行われている。また、たとえば、フォトマスクを加熱してフォトマスクに付着したコンタミネーション源となる有機物を除去する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

ところで、ペリクル膜の表面やペリクル膜を貼らないフォトマスクの裏面（ガラス面）には、フォトリソグラフィの際に転写の恐れがある大きさの異物が付着することがある。このような場合、一般には、露光装置に装填する前に、純度の高いＮ_２や清浄な空気などのガスをブローすることで表面に付着した異物を吹き飛ばすこと（以下これをパージという）が行われている。

たとえば、Ｎ_２ガスの場合は一般に９９．９％以上の高純度のものが用いられ、さらに、ガス及び吹出し口周辺から逆に異物を吹付けたりしないよう、配管には異物除去用のフィルタを設けることが行われている。また、ペリクル膜に影響を与えるため、パージの圧力、ガスの温度を上げすぎないようにしている。

異物除去装置（パージ装置）としては、以下のようなものが知られている。
図４は、パージ装置の一例を示す図である。
ここでは、東京航空計器（株）製のフォトマスク移載装置（８６０１型）のパージ機構部分を示している。

フォトマスク５０は、移動ステージ５１上のフォトマスク保持機構５２に固定されている。フォトマスク保持機構５２は、図に対して垂直方向に挟み込むようにフォトマスク５０を固定する。移動ステージ５１は、台座５３に沿って左方向に移動できる。なお、移動ステージ５１の駆動機構については図示を省略している。

中央のパージノズル５４は、固定具５５を介して支持脚５６に固定されている。パージノズル５４には８ｍｍ間隔で２０本のノズルがあり、１５２ｍｍ□のフォトマスク全面より広い範囲に、パージガスがあたるようになっている。パージノズル５４は、水平に対して４５度の角度に固定されており、パージ中は固定具５５ごと、図の垂直方向に揺動できるようになっている。

パージノズル５４へは、配管５７を通してパージガスが供給される。配管５７はレギュレータ５８を介して図示しない工場のパージガス配管に接続されている。
このようなパージ装置を用いたパージ動作は、以下のようになる。

まず、フォトマスク５０をフォトマスク保持機構５２に固定させる。そして、レギュレータ５８で圧力を調整されたパージガスを、配管５７を通してパージノズル５４に供給し噴出させる。このときパージノズル５４を垂直方向に揺動させる。この状態で、移動ステージ５１を左方向に移動させ、フォトマスク５０を、パージノズル５４から噴出されるパージガスにあてることで異物を除去する。

図５は、パージノズルから噴出されたパージガスが異物を除去する様子を模式的に示した図である。
なお、ペリクル膜については図示を省略している。

図４で示した移動ステージ５１によって移動されたフォトマスク５０の表面に対して、上部から、パージノズル５４によって噴出されたパージガス６０が吹付けられ、異物６１を除去する。
特開２００５−２７４７７０号公報

しかしながら、近年、異物を除去する際にパージを用いる場合、パージ後にフォトマスク表面（ペリクル膜付の場合はペリクル膜表面）に、成長性の異物が増えるという現象が発生し、問題となっている。

上記の点を鑑みて、本発明者は、パージ作業時に成長性の異物の発生を誘発することなく、フォトマスク表面の異物を除去可能なフォトマスクの異物除去方法及び異物除去装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、以下のような工程を有するフォトマスクの異物除去方法が提供される。このフォトマスクの異物除去方法は、フォトマスクに対して略水平方向から圧力が調整されたガスを吹付けて前記フォトマスク表面に前記ガスによる層流を形成する工程と、前記ガスの吹付け方向またはガス吹出し部の前記フォトマスク表面からの高さを変化させて前記ガスを前記フォトマスク表面に吹付ける工程と、を有し、前記ガスの吹付け時に、前記ガスまたは前記フォトマスク表面を熱する。

また、上記目的を達成するために、以下のようなフォトマスクの異物除去装置が提供される。このフォトマスクの異物除去装置は、フォトマスクにガスを吹付けるガス吹出し部と、前記ガスの圧力を調整する圧力調整部と、前記フォトマスクの表面に対する前記ガス吹出し部の角度を調整する吹付け角調整部と、前記フォトマスクの表面に対する前記ガス吹出し部の高さを調整する吹付け高さ調整部と、前記ガスまたは前記フォトマスク表面を熱する加熱部と、を有し、前記ガスの吹付け開始時に、前記吹付け角調整部または前記吹付け高さ調整部は、前記フォトマスクに対し略水平方向に配置されるように前記ガス吹出し部を移動させ、前記圧力調整部は、前記圧力を前記フォトマスク表面に前記ガスによる層流を形成するように調整する。

パージ作業時に成長性の異物の発生を誘発することなく、フォトマスク表面の異物を除去することができる。

以下、本実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
成長性の異物は、工場にて使用または保管しているフォトマスク表面に発生する異物である。フォトマスク表面や、雰囲気中、部材からのアウトガスなどに含まれる有機物、酸、アルカリが、フォトリソグラフィの際の紫外線照射により反応を起こして結晶化し、フォトマスク表面に析出し欠陥となるものである。代表的な成長性の異物の主成分は硫酸アンモニウムであるが、異物の成長は、以下のようなメカニズムで進むと考えられている。

大気中に含まれる二酸化硫黄（ＳＯ_２）が、フォトリソグラフィ時の紫外線照射により、三酸化硫黄（ＳＯ_３）に変化する。このＳＯ_３と大気中の水分（Ｈ_２Ｏ）とが反応し、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）となる。さらに、大気中から供給されるアンモニアＮＨ_３とＨ_２ＳＯ_４とが反応し、最終的に硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）として析出すると考えられている。しかしながら、これまではパージによって成長性の異物が発生する原因は十分解明されていなかった。

本発明者は、パージ後に発生する成長性の異物の調査を進める中で、異物の発生状態とパージの際にパージガスがあたった部分との間に相関があることを確認した。さらに、パージ後のフォトマスク表面に水分と推測される１００ｎｍ以下程度の大きさの液状の異物が多数付着していることを確認した。この水分が露光装置でのフォトリソグラフィ時に反応を促進して、異物の結晶が生成される際の核となっていることが考えられる。

図４，図５で示したようなパージ方法及びパージ装置では、パージノズル５４から噴出されたパージガス６０が断熱的に膨張し、大気中の水蒸気分子と衝突し、水蒸気のエネルギーを奪うことで水蒸気の温度を下げ、フォトマスク５０の表面に水滴を析出すると考えられる。また、フォトマスク５０の表面もパージガス６０に触れることで温度が低下し、水蒸気が凝固しやすい状況にあると考えられる。パージガス６０は純度が高く水蒸気を含まないため、比較的長時間パージを行う場合、水蒸気との反応はパージ開始直後の段階か、パージ終了後の段階でフォトマスク５０の表面に発生していると考えられる。また、パージ中も、フォトマスク５０表面部分に乱流が発生し、周辺の大気を巻き込む状態の場合には水滴付着の懸念がある。

以上のことから、パージによる成長性の異物の発生を抑制するためには、フォトマスク表面への大気中の水蒸気分子の析出を防止すればよい。
図１は、本実施の形態のフォトマスクの異物除去方法を示す模式図である。

なお、図ではペリクル膜については図示を省略している。
図１（Ａ）のようにフォトマスク１の異物２を除去する際、本実施の形態の異物除去方法では、ガス吹出し部であるパージノズル３から、フォトマスク１に対して水平方向から圧力が調整された、たとえば、高純度のＮ_２であるパージガス４を吹付けてフォトマスク１の表面にパージガス４による層流を形成する。

パージガス４の圧力は、フォトマスク１のような平板上で層流を形成する条件で設定する。平板上では、レイノルズ数が３×１０^５程度以下とすることで層流が形成される。この条件を満たしつつ、圧力は高いほうが異物２を除去するには望ましいが、ペリクル膜面でパージを行う場合、ペリクル膜の耐圧（０．２ＭＰａ程度）を考慮すると、たとえば、圧力を０．２ＭＰａ（このとき流速は２０ｍ／ｓ）程度以下とすることが望ましい。

フォトマスク１の表面に層流を形成することで、大気中の水蒸気とフォトマスク１の表面とが層流によって分離される。
次に、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）のように、パージガス４の吹付け方向またはパージノズル３のフォトマスク１表面からの高さを変化させていき、パージガス４をフォトマスク１表面に吹付け、異物２を除去する。このときも層流は維持され、フォトマスク１への水滴の付着が抑制される。

また、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）の工程のパージガス４の吹付け時には、パージガス４または、フォトマスク１の表面を熱する。
パージガス４を熱する場合には、フォトマスク１の表面と、パージノズル３との間の大気中の水蒸気が飽和水蒸気圧にならない温度に加熱する。

たとえば、室温が２１℃、湿度を４５％とした場合について考えると、以下のようになる。室温２１℃のときの飽和水蒸気圧は、２．４６４３ｋＰａであり、湿度４５％のとき水蒸気分圧は、２．４６４３×０．４５＝１．１０８９ｋＰａである。この圧力が飽和水蒸気圧となる室温は、理科年表より約８℃であり、室温より１３℃低い。したがって、水蒸気分圧が飽和水蒸気圧とならず、水蒸気温度も室温と同程度になるようにするためには、パージガス４を１３℃加熱する必要がある。室温と湿度の変動を考慮して、たとえば、室温が２１℃±３℃、湿度が４５％±５％の場合、パージガス４の温度を室温から１４℃〜９℃の範囲で加熱するように、後述するガスヒータで調整する。

また、フォトマスク１表面を熱する場合には、大気中の水蒸気がフォトマスク１の表面に凝固しない程度の温度で加熱する。ペリクル膜の耐性や、露光装置に導入するためにフォトマスク１を冷ます手間などを考慮すると、室温に対して５℃程度高くなるように後述するヒータで加熱する。

なお、パージガス４の加熱とフォトマスク１表面の加熱は、併用してもよいしどちらか一方でもよい。
以上のように、本実施の形態のフォトマスクの異物除去方法によれば、フォトマスク１表面に層流を形成してから、吹付け方向やパージノズル３の高さを変えて異物２を除去するとともに、パージガス４またはフォトマスク１表面を熱するので、パージ開始から終了まで成長性異物の原因となるフォトマスク１表面への水分の付着を防止できる。

以下、上記のようなフォトマスクの異物除去方法を実現するためのパージ装置を説明する。
図２は、本実施の形態のフォトマスクのパージ装置の構成を示す図である。

パージ装置１０の台座１１には、移動ステージ１２が配置されており、移動ステージ１２上のフォトマスク保持機構１３にフォトマスク１が固定される。フォトマスク保持機構１３は、図に対して垂直方向に挟み込むようにフォトマスク１を固定する。移動ステージ１２は、台座１１に沿って左方向に移動できる。なお、移動ステージ１２の駆動機構については図示を省略している。

パージノズル３は、固定具１４を介して支持脚１５の一部に固定されている。また、支持脚１５の天井部と固定具１４間はエレベータ１６で接続されている。エレベータ１６は、固定具１４を介してパージノズル３の高さを調整する吹付け高さ調整部として機能する。なお、図では、固定具１４が接続された支持脚１５の一部は、エレベータ１６により調整された高さに上下可能となっている。固定具１４はパージノズル３の吹付け方向を可変する吹付け角調整部として機能している。固定具１４やエレベータ１６は、たとえば、コンピュータなどの図示しない制御機構によって制御されている。

図３は、パージノズル部分の模式図である。
図のようにパージノズル３は、一定間隔で複数設けられており、フォトマスク１の全面より広い範囲に、パージガスがあたるようになっている。そして、固定具１４やエレベータ１６によって、フォトマスク１に対して図１（Ａ）のように水平方向からパージガスを吹付けるように調整される。また、固定具１４は、図３の矢印方向に揺動するようにしてもよい。

図２に示すように、パージノズル３へは、配管１７を通してパージガスが供給される。配管１７はレギュレータ１８を介して図示しない工場のパージガス配管に接続されている。本実施の形態のパージ装置１０では、配管１７とレギュレータ１８との間にガスヒータ１９を有しており、パージガスを加熱できる。また、フォトマスク１の表面を加熱するためのヒータ２０が、支持脚２１を介して移動ステージ１２に接続されている。ヒータ２０は、フォトマスク１の表面を均一に加熱するために、たとえば、ハロゲンヒータが用いられる。ヒータ２０は、移動ステージ１２の移動の際に、支持脚１５やパージノズル３に接触しないように支持脚２１によって移動ステージ１２から離して配置されている。

以下、パージ装置１０の動作を説明する。
最初に、移動ステージ１２上のフォトマスク保持機構１３により、パージ対象のフォトマスク１を固定する。また、ガスヒータ１９によって、室温や湿度に応じて、フォトマスク１の表面と、パージノズル３との間の大気中の水蒸気が飽和水蒸気圧にならない温度にパージガスを加熱する。

続いて、フォトマスク１に対して水平方向からパージガスを吹付けできるように、固定具１４とエレベータ１６を調整して、パージノズル３を移動して、図１（Ａ）のようにパージノズル３を配置する。この状態で、レギュレータ１８によって圧力を前述のように層流ができるような条件で調整されたパージガスを、パージノズル３に供給する。

次に、移動ステージ１２を紙面の左方向に移動させてフォトマスク１をパージノズル３に接近させ、パージを開始する。このとき、パージノズル３は、垂直方向に揺動可能である。

パージ初期では、図１（Ａ）のように、フォトマスク１に対して水平方向からパージガスが吹付けられるので、フォトマスク１の表面に層流が形成され、大気中の水蒸気とフォトマスク１の表面とが分離される。

続いて、パージノズル３にフォトマスク１表面に存在する異物２が近づくと、固定具１４とエレベータ１６とを調整して、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）のように、角度をつけてパージガスを吹付け、異物２を除去する。この間も層流は維持されている。

なお、異物２を除去するのに適した角度や、高さは実験によって決定する。この際、ペリクル膜（図示せず）が貼られたフォトマスク１の面に対するパージの場合は、ペリクル膜面の耐圧が０．２ＭＰａ程度であるので、パージ圧力は一定のままである必要があるが、ガラス面の場合は圧力に制限がないため、異物を除去するために圧力を高めるようにしてもよい。但しその場合、レイノルズ数が３×１０^５を超えてパージガスの気流が乱流となり、フォトマスク１表面と水蒸気分子が接触する可能性があるが、前述したように、予めパージガスを加熱してパージしているので、水分が結露することはない。

異物２を除去し、移動ステージ１２がパージノズル３を通過したら、パージガスの供給を停止し、パージ作業を終了する。
以上の動作は、ガスヒータ１９により、パージガスを加熱した場合についてのものであったが、ヒータ２０によりフォトマスク１の表面を熱するようにしても同様の効果が得られる。

ヒータ２０を用いる場合には、パージガスの吹付け前に加熱を開始し、パージガスの供給停止後に加熱を終了する。ヒータ２０を用いる場合の加熱温度は、前述したように大気中の水蒸気がフォトマスク１の表面に凝固しない程度であればよい。通常フォトマスク１の表面温度は室温と同じであるので、たとえば、室温に対し５℃程度高くなるように設定する。

なお、ガスヒータ１９と、ヒータ２０とは併用してもしなくてもよい。併用する場合のガスヒータ１９と、ヒータ２０の加熱温度の最適条件は、実験によって決定する。
以上のように、本実施の形態のパージ装置１０によれば、フォトマスク１表面に層流を形成してから、吹付け方向やパージノズル３の高さを変えて異物２を除去するとともに、パージガス４またはフォトマスク１表面を熱するので、パージ開始から終了まで成長性異物の原因となるフォトマスク１表面への水分の付着を防止できる。

（付記１） フォトマスクに対して略水平方向から圧力が調整されたガスを吹付けて前記フォトマスク表面に前記ガスによる層流を形成する工程と、
前記ガスの吹付け方向またはガス吹出し部の前記フォトマスク表面からの高さを変化させて前記ガスを前記フォトマスク表面に吹付ける工程と、
を有し、
前記ガスの吹付け時に、前記ガスまたは前記フォトマスク表面を熱することを特徴とするフォトマスクの異物除去方法。

（付記２） 前記ガスを、前記フォトマスク表面と前記ガス吹出し部との間の大気中の水蒸気が飽和水蒸気圧にならない温度に加熱することを特徴とする付記１記載のフォトマスクの異物除去方法。

（付記３） 前記圧力は、前記フォトマスクに貼られたペリクル膜の耐圧より低い圧力に調整されていることを特徴とする付記１または２に記載のフォトマスクの異物除去方法。

（付記４） 前記層流の形成後に、前記圧力を層流形成時よりも強めて前記ガスを前記フォトマスク表面に吹付けることを特徴とする付記１または２に記載のフォトマスクの異物除去方法。

（付記５） 前記フォトマスク表面を、ハロゲンヒータを用いて熱することを特徴とする付記１乃至４の何れか一項に記載のフォトマスクの異物除去方法。
（付記６） フォトマスクにガスを吹付けるガス吹出し部と、
前記ガスの圧力を調整する圧力調整部と、
前記フォトマスクの表面に対する前記ガス吹出し部の角度を調整する吹付け角調整部と、
前記フォトマスクの表面に対する前記ガス吹出し部の高さを調整する吹付け高さ調整部と、
前記ガスまたは前記フォトマスク表面を熱する加熱部と、
を有し、
前記ガスの吹付け開始時に、前記吹付け角調整部または前記吹付け高さ調整部は、前記フォトマスクに対し略水平方向に配置されるように前記ガス吹出し部を移動させ、前記圧力調整部は、前記圧力を前記フォトマスク表面に前記ガスによる層流を形成するように調整することを特徴とするフォトマスクの異物除去装置。

（付記７） 前記層流の形成後に、前記吹付け角調整部または前記吹付け高さ調整部は、前記ガスの吹付け方向または前記ガス吹出し部の前記フォトマスク表面からの高さを変化させて前記ガスを前記フォトマスク表面に吹付けることを特徴とする付記６記載のフォトマスクの異物除去装置。

（付記８） 前記ガス吹出し部は、一定間隔で配置された複数の吹出し口を有することを特徴とする付記６または７に記載のフォトマスクの異物除去装置。
（付記９） 前記加熱部は、前記ガス吹出し部に供給する前記ガスを熱するガスヒータを有することを特徴とする付記６乃至８の何れか一項に記載のフォトマスクの異物除去装置。

（付記１０） 前記加熱部は、前記フォトマスク表面を熱するハロゲンヒータを有することを特徴とする付記６乃至９の何れか一項に記載のフォトマスクの異物除去装置。

本実施の形態のフォトマスクの異物除去方法を示す模式図である。 本実施の形態のフォトマスクのパージ装置の構成を示す図である。 パージノズル部分の模式図である。 パージ装置の一例を示す図である。 パージノズルから噴出されたパージガスが異物を除去する様子を模式的に示した図である。

符号の説明

１ フォトマスク
２ 異物
３ パージノズル
４ パージガス

Claims (6)

1. フォトマスクに対して略水平方向から圧力が調整されたガスを吹付けて前記フォトマスク表面に前記ガスによる層流を形成する工程と、
   前記ガスの吹付け方向またはガス吹出し部の前記フォトマスク表面からの高さを変化させて前記ガスを前記フォトマスク表面に吹付ける工程と、
   を有し、
   前記ガスの吹付け時に、前記ガスまたは前記フォトマスク表面を熱することを特徴とするフォトマスクの異物除去方法。
2. 前記ガスを、前記フォトマスク表面と前記ガス吹出し部との間の大気中の水蒸気が飽和水蒸気圧にならない温度に加熱することを特徴とする請求項１記載のフォトマスクの異物除去方法。
3. 前記圧力は、前記フォトマスクに貼られたペリクル膜の耐圧より低い圧力に調整されていることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスクの異物除去方法。
4. 前記フォトマスク表面を、ハロゲンヒータを用いて熱することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のフォトマスクの異物除去方法。
5. フォトマスクにガスを吹付けるガス吹出し部と、
   前記ガスの圧力を調整する圧力調整部と、
   前記フォトマスクの表面に対する前記ガス吹出し部の角度を調整する吹付け角調整部と、
   前記フォトマスクの表面に対する前記ガス吹出し部の高さを調整する吹付け高さ調整部と、
   前記ガスまたは前記フォトマスク表面を熱する加熱部と、
   を有し、
   前記ガスの吹付け開始時に、前記吹付け角調整部または前記吹付け高さ調整部は、前記フォトマスクに対し略水平方向に配置されるように前記ガス吹出し部を移動させ、前記圧力調整部は、前記圧力を前記フォトマスク表面に前記ガスによる層流を形成するように調整することを特徴とするフォトマスクの異物除去装置。
6. 前記層流の形成後に、前記吹付け角調整部または前記吹付け高さ調整部は、前記ガスの吹付け方向または前記ガス吹出し部の前記フォトマスク表面からの高さを変化させて前記ガスを前記フォトマスク表面に吹付けることを特徴とする請求項５記載のフォトマスクの異物除去装置。

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