JP5007568B2

JP5007568B2 - レチクル検査方法及びレチクルの管理方法

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Publication number: JP5007568B2
Application number: JP2007000067A
Authority: JP
Inventors: 一正土井
Original assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Current assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date: 2007-01-04
Filing date: 2007-01-04
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2027-01-04
Also published as: JP2008165104A

Description

本発明は、半導体デバイス製造工程の一工程であるフォトリソグラフィ工程で使用するレチクル検査方法及びこのレチクル検査方法によるレチクルの管理方法に関するものである。

近年、半導体素子の高集積化・大チップ化にともない、レチクルも微細で、かつ、高精度な加工を必要とするようになってきている。それに対応して、スキャナー・ステッパーの露光波長は短くなり、露光エネルギー量も増大している。したがって、レチクルへのスキャナー・ステッパー露光による紫外線暴露量も増大してきている。
従来は、スキャナー・ステッパー露光におけるレチクルへの紫外線暴露は、露光エネルギーがある程度小さく、また、露光波長も長い場合は問題なかった。しかし、最近は、スキャナー・ステッパーの露光波長は短くなり、現在、配線の幅が９０ｎｍとする半導体素子に対しては、露光光としては、ＡｒＦ光（１９３ｎｍ）が主流となっている。このために、エネルギーの大きいＡｒＦ光等の紫外線に暴露されることで、レチクルに成長性異物（一般に、ヘイズ又はくもりとも呼ばれる。）が発生してしまう。このヘイズによって、紫外線光を遮光されることでウェーハのパターンが影響を受けて、実際には用いることができず、破棄される不良品が生産されるために、生産性が低下するという問題がある。そこで、レチクルの検査方法、搬送方法等の信頼性を高める必要がある。さらに、レチクル上のヘイズの発生を防止する必要がある。

例えば、特許文献１では、上面が開口した箱状本体にマスクケース台を設け、ＸＹＺ軸方向の枢軸部で構成されたチルトアームを介して任意な姿勢に設定可能な検査ステージを該マスクケース台の近傍に設け、マスクケース台にセットされたマスクケースに対してマスクの取り出し及び収納を行うとともにマスクケース台と該検査ステージとの間におけるマスクの搬送を行う搬送アームを前記マスクケース台の近傍に設け、前記検査ステージ上に保持されたマスクの表裏を反転する反転アームを前記検査ステージの近傍に設けたマスク外観検査装置が開示されている。
また、特許文献２では、アルミニウム合金の表面を陽極酸化処理したものからなり、硫酸イオン、硝酸イオン、塩素イオン、及び有機酸（シュウ酸、蟻酸、及び酢酸の総量）のそれぞれの含有量が、前記フレームの表面積１００ｃｍ^２あたり２５℃の純水１００ｍｌ中への１６８時間浸漬後の溶出濃度で１．１ｐｐｍ以下であるペリクルフレームが開示されている。

特開平０８−１３７０９１号公報特開２００６−１８４８２２号公報

しかし、フォトリソグラフィ工程内において、実際には、レチクル上の成長性異物は、レチクル専用のパターン面検査装置を使用した検査、または、ウェーハへの転写によって形成された線幅等による間接的な検査で検出可能である。ところが、レチクル上の成長性異物が検出された場合、レチクルの使用を停止し、レチクルを洗浄することにより成長性異物を除去した後にレチクル使用を再開する。しかしながら、このような方法では、レチクルパターン面上に成長性異物が検出された場合、いつから成長性異物が発生していたかは判断できず、成長性異物のウェーハへの影響を調査するのに多くの労力を要していた。さらに、レチクル使用毎に、ウェーハ転写検査や、レチクルパターン面検査専用装置での検査を行なうこともできるが、使用毎に検査していたのでは、ウェーハの製造におけるスループット、コストの面で現実的ではない。

本発明では上記問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、レチクルにおける成長性異物の場所を特定して成長性異物を検査し、レチクルを管理するレチクルの管理方法を提供することである。
または、レチクルにおける成長性異物の発生を予見し、レチクルの使用を妨げず、フォトリソグラフィ工程内で効率よく用いるためにレチクルを管理するレチクルの管理方法を提供することである。

上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明のレチクルの管理方法は、透光性基板の表面に被転写体に転写するためのパターンを有するレチクルを管理するにあたり、成長性異物が発生する場所と、その成長度合い、転写によりウェーハに与える影響を考慮して透光性基板のパターンを有しない表面をレーザー散乱光検出型異物検査装置等安価で高スループットな検査装置（以後異物検査装置と呼ぶ）による検査をして、成長性異物レチクルの使用可否の判断をして、さらに、その判断がフォトリソグラフィ工程におけるスループットに与える影響を小さくして生産性を高めてレチクルを管理するものである。
また、本発明のレチクルの管理方法は、透光性基板の表面に被転写体に転写するためのパターンを有するレチクルの使用を管理するレチクルの管理方法にあたり、成長性異物の分析と成長していく過程を考慮して、レチクルの残留汚染物質とレチクル使用環境における環境物質を調べ、これらの物質が結晶化して成長していくためのエネルギーとしての露光光をモニタすることで、フォトリソグラフィ工程においてレチクルに成長性異物が発生する時期を予測するものである。とくに、露光光として、波長が短くてエネルギーの強い紫外線の積算紫外線暴露量と紫外線暴露密度とで管理するものである。

以上説明したとおり、本発明によると、レチクルパターンの検査を行なうことなく、透明性基板の一つの表面の検査のみで、効率的にレチクルの管理・運用を行なうことができ、さらに、これらの検査を定期的に行うことで、レチクルのフォトリソグラフィ工程における使用を保証することができる。
また、本発明によると、紫外線露光によるフォトリソグラフィ工程を行う際に、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスクの使用限界を簡易に評価することができ、特に、将来の微細加工の主流となる波長１９３ｎｍ以下の紫外線を用いるフォトリソグラフィ工程において顕著な効果を奏する。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のレチクルの管理方法に用いられるレチクルの構造を示す概略図である。
レチクル１０には、透光性基板１１の一つの面に半導体装置を製造するために、ウェーハに転写するパターン１４と、その上に形成されるペリクル膜１２と、このペリクル膜１２を固定して保護するペリクルフレーム１３とから構成されている。
透光性基板１１としては、ガラス基板が用いられている。
パターン１４としては、アルミニウム、クロム等の真空蒸着された金属膜が用いられている。
ペリクル膜１２は、ニトロセルロース等の有機薄膜が用いられ、ペリクルフレーム１３は、表面を陽極酸化処理したアルミニウム合金を用いている。さらに、ペリクル膜１２、ペリクルフレーム１３を透光性基板１１に固定するために、ポリブテン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂等からなる接着剤（図示しない）を用いて貼着している。
このレチクル１０をフォトリソグラフィ工程における露光により照射された紫外線２３は、パターン１４の形成されていないガラス面２２側から入射して、パターン１４が形成されているパターン面２１側へ入射し、パターン１４で一部は遮られ、その他は、透光性基板１０とペリクル膜１２との界面を通過して、ペリクル膜１２へ入り、外部へ抜ける。

図２は、本発明のレチクルに成長性異物が発生する状況を説明するための概略図である。
レチクル１０上の成長性異物２０１、２０２が形成される原因として、レチクル製造時のレチクル１０上に残留する汚染物質として、例えば、洗浄するための洗剤、または、透光性基板１１とペリクル膜１２、ペリクルフレーム１３を固定するための接着剤が汚染物質として挙げられ、具体的には洗剤の影響が大きく、ＳＯ_４イオン、ＮＨ_３イオン等が挙げられる。また、レチクル１０の使用環境における雰囲気内の汚染物質として、レチクルストッカー内、スキャナー・ステッパー内、クリーンルーム内、レチクル輸送ケース等にある、例えば、ＳＯ_４イオン、ＳＯ_Ｘ（ここで、Ｘは自然数とする）、ＮＯ_Ｘ（ここで、Ｘは自然数とする）、ＮＨ_３イオン等が挙げられる。
これらの物質が存在している場所に、スキャナー・ステッパーでの高エネルギーの紫外線２３に暴露されることで、そして、露光時に、環境中やペリクルの他の構成部材などからのＮＨ_３イオンやシアン化合物、その他炭化水素化合物などがペリクルと透光性基板との間に形成する閉空間内にガス状に発生し、光化学反応を引き起こし、硫酸アンモニウム等に代表される物質が生成し、いわゆる成長性異物２０１、２０２を発生させて、レチクル１０上へ析出する。また、レチクル１０上の成長性異物２０２は先ず、パターン１４のないガラス面２２に発生し始める。その後、紫外線暴露を続けると、ある程度ガラス面２２の異物が成長した後、成長性異物２０１は、レチクル１０のパターン１４が存在するパターン面２１に発生する。

ガラス面２２の成長性異物２０２は、スキャナー・ステッパーで露光する場合のフォーカス面ではないので、大きく成長しない限り、ウェーハへの歩留まりへの影響は小さい。また、パターン面２１の成長性異物２０１は、透光性基板１１とペリクル膜１２との間にあるために高さ方向には成長できないために、この間の空間を横方向に成長する。このために、パターン１４とパターン１４とをつなぐことがあり、これが、ウェーハに転写されると、回路、配線等が接続したパターン１４がウェーハに形成されることになる。したがって、本発明のレチクル１０の管理方法では、透光性基板１１のパターン１４を有しない表面を異物検査装置を用いる成長性異物２０２に対する検査で、レチクル１０の使用可否を管理する。これは、上記説明した通り、レチクル１０上の成長性異物２０２は先ずガラス面２２側から発生し始め、その後成長性異物２０１はパターン面２１へ発生することに着目し、レチクル１０のパターン面２１の保証手段として、ガラス面２２の成長性異物２０２のみを検査するものである。ガラス面２２に成長性異物２０２が検出された場合は、レチクル１０を洗浄する。このとき、パターン面２１に成長性異物２０１は発生していないか又はウェーハに悪影響がないほど小さいので、ウェーハ歩留まりに影響すること無く、効率的にレチクル１０を洗浄することができる。

また、本発明では、レチクル１０の残留汚染物質と、レチクル１０の使用環境における環境物質と、レチクル１０への積算紫外線暴露量と紫外線暴露密度とを検査して、レチクル１０の使用可否を管理する。本明細書において紫外線暴露密度とは、単位期間あたりにレチクルに照射された紫外線量をいい、後述の実施例では月間紫外線量を使用して説明する。上述したように、成長性異物２０１、２０２は、紫外線２３のエネルギーを駆動力として、析出・成長するものであって、エネルギー的にある閾値を越えることで析出し、成長する。そこで、最初に、レチクル出荷時の成長性異物発生要因となる残留汚染物質濃度と、レチクル使用環境の成長性異物発生要因物質濃度を予め調査する。さらに、実験により、レチクル１０の紫外線暴露密度及び、積算紫外線暴露量と、ガラス面２２への成長性異物２０２の発生の関係を調査する。そして、ベース管理環境内でのガラス面２２への成長性異物２０２の発生時期の予測値を出すことにより、レチクル１０の検査を行なうことなく成長性異物２０１の発生前にレチクル１０を洗浄に出すものである。
図３と図４とは、ある使用環境におけるレチクル作製時の残留ＳＯ_４イオン濃度の場合の月間暴露量、積算紫外線暴露量とガラス面２２にある成長性異物の発生の関係を示している。図３の使用環境における残留ＳＯ_４イオン濃度が、図４の使用環境における残留ＳＯ_４イオン濃度より高い。また、紫外線暴露密度は、月間暴露量で表している。また、使用環境の雰囲気内の汚染物質として、ＮＯ_ｘが存在している。

ここで、図３に示すように、レチクル１０の残留ＳＯ_４イオン濃度が高い場合は、月間暴露量がＢ以上、積算暴露量がＡ以上で成長性異物２０１の発生が確認されている。積算暴露量が、Ａ以上でも、月間暴露量がＢ以下なら成長性異物２０１は発生しないことが判る。
図４に示すように、レチクル１０の残留ＳＯ_４イオンが低い場合は、月間暴露量がＢ’以上、積算暴露量がＡ’以上で成長性異物の発生が確認されている。このとき、残留ＳＯ_４イオン濃度の高い低いに逆比例の関係が成立しており、Ａ＜Ａ’及びＢ＜Ｂ’の関係が成立している。また、これらガラス面２２に成長性異物２０２が発生したレチクル１０のパターン面２１をレチクル専用の検査装置で検査したところ成長性異物２０１の発生は無かった。しかし、ガラス面２２に成長性異物２０２が発生したことは、紫外線２３の積算暴露量、暴露密度によってパターン面２１にも成長性異物２０２が生ずるので、パターン面２１に生ずる前に又は転写するウェーハに悪影響を及ぼす前に、レチクル１０を洗浄する。これによって、予め成長性異物２０１の発生を予見することができ、転写したウェーハに不良品を出すことがなく、また、時間的に余裕を持ってレチクル１０を洗浄することができ、半導体装置のスループットを低下させることがない。

また、本発明では、レチクル１０への積算紫外線暴露量と紫外線暴露密度とが、両方とも予め定めた値以上になったときに、洗浄するのではなく、異物検査装置等で検査してレチクル１０の使用可否を管理する。成長性異物２０２は、フォトリソグラフィ工程で悪影響の少ないガラス面２２から先に発生する。したがって、この段階で、パターン面２１に成長性異物２０１が発生しているか、どのくらいの大きさに成長しているかを検査して、レチクル１０の使用可否を判断することもできる。これによって、時間的に余裕を持ってレチクル１０を洗浄することができ、半導体装置のスループットを低下させることがない。
また、異物検査装置で検査して使用可否を判断することで、レチクル１０への積算紫外線暴露量と紫外線暴露密度と予め定めた値が正当であるか確認することができる。予め定めた値に達したときに、異物検査装置で検査しても、成長性異物２０１が少ないか、実際には使用可能である場合は、予め定めた値をより大きな値に設定し直して、次回からの異物検査装置の検査を実施する。予め定めた値で異物検査装置で検査した時に、または、ウェーハの製造工程の中で実際に使用不能になっている場合は、予め定めた値をより小さい値に設定し直して、次回からの異物検査装置の検査を実施する。これによって、積算紫外線暴露量と紫外線暴露密度との予め定める値の精度を高めることができる。さらに、予め定める値を、ガラス面２２に成長性異物２０２が発生するときに設定するのではなく、パターン面２１に成長性異物２０１が発生し、転写ウェーハに悪影響を与えるときに設定することもでき、半導体装置のスループットを向上させることができる。

（比較例１）
図５は、従来のレチクルの管理方法を示すフローチャートである。
まず、初めに、ウェーハへパターンを転写するためにレチクルを、ステッパー・スキャナ等のフォトリソグラフィ工程用の露光装置に使用を開始するために搬送する（ステップＳ‘１）。露光装置で使用を開始して、つまり、レチクルに紫外線を照射して露光し、ウェーハにパターンを転写する（ステップＳ’２）。露光によりパターンを形成したウェーハの転写後のパターンを検査する（ステップＳ’３）。ウェーハに欠陥を検出しなかった場合は、そのまま次の露光工程に用いるために、露光装置に搬入し、ウェーハに欠陥を検出した場合は、レチクルの検査をする（ステップＳ‘４）。ウェーハそのものの欠陥か否かを検査し、ウェーハそのものの欠陥でないことを確認後レチクル検査を行う（ステップＳ’５）。レチクルの検査をし、レチクルそのものに欠陥がないことを検査する（ステップＳ’６）。その後、レチクルにおける成長性異物の検査を行うが、ここでは、ウェーハ上に欠陥が生じない場合でも定期的に検査する場合がある（ステップＳ’７）。レチクルのパターン面に成長性異物がない場合は、露光における失敗であり、レチクルをそのまま再度露光装置へ搬送し、成長性異物が発見された場合はレチクルを洗浄工程に移す（ステップＳ’８）。レチクルを分解して洗浄し、再度組み立てて、フォトリソグラフィ工程用の露光装置に搬送する（ステップＳ’９）。
したがって、レチクルは、ウェーハ上に欠陥が生ずるか、適当な時期が来たときに検査される。ウェーハ上に欠陥が生じた後では、欠陥が発見されたウェーハはもちろん、いつから欠陥が生じていたかはっきりさせなければならず、ウェーハの検査に多くの時間と労力が必要になり、さらに、レチクルの検査・洗浄をしなければならず、時間と労力が必要になる。また、適当な検査でも、レチクルに成長性異物がない場合は検査のための時間と労力が無駄になる。

（実施例１）
図６は、本発明のレチクルの管理方法を示すフローチャートである。
図６は、第１の実施例で、ガラス面の成長性異物の検査のみで、レチクルの成長性異物を管理・運用する方法を示している。
まず、初めに、ウェーハへパターンを転写するためにレチクルを、ステッパー・スキャナ等のフォトリソグラフィ工程用の露光装置に使用を開始するために搬送する（ステップＳ１）。露光装置で使用を開始して、つまり、レチクルに紫外線を照射して露光し、ウェーハにパターンを転写する（ステップＳ２）。使用しているレチクルに関して、定期的に検査するための時期を定めておき、その時期に達するまでは、レチクルはそのまま使用し続ける（ステップＳ３）。とくに、ここでは、パターンのある面ではなく、パターンのないガラス面を検査する時期を定めている。
ガラス面を定期的な検査時期に達したら、レチクルの成長性異物の有無を異物検査装置で検査する（ステップＳ４）。ガラス面に成長性異物が検出できない場合には、そのまま使用し続けるために、露光装置に搬送する。ガラス面に成長性異物が検出された場合には、パターン面に成長性異物が発生する時期も迫っていることを示しており、ウェーハのスループットを低下させず、生産性を確保するために、洗浄する。
次に、レチクルを分解して洗浄し、再度組み立てて、フォトリソグラフィ工程用の露光装置に搬送する（ステップＳ５）。
これによって、ウェーハの生産効率を低下させることなく、レチクルを管理することができる。
なお、後述する実施例２のベース管理２で定義したレチクル洗浄を行うべき積算紫外線照射量から、レチクルのガラス面検査の周期を定め、定期的にガラス面検査を行ない、成長性異物を検出したら、レチクルを洗浄に出す。このとき、積算紫外線暴露量をモニタしておけば、ベース管理２の取得データとして利用することも出来る。

（実施例２）
図７は、本発明のレチクルの管理方法を示すフローチャートである。
実施例２のレチクルの管理方法では、レチクルの運用とは別に、ベース管理1として、レチクル最終洗浄時の残留イオン濃度（ステップＳ２１）とレチクル使用環境の汚染濃度（ステップＳ２２）を把握管理する。さらに、ベース管理２として、ベース管理１環境下で、レチクルを実際に露光装置に搬入して使用する時期を管理する（ステップＳ２３）。さらに、暴露することでレチクルへの積算紫外線暴露量と紫外線暴露密度とを把握管理する（ステップＳ２４）。この場合、従来からの経験でレチクルの洗浄時期を定義することができる。一方、更に洗浄時期の精度を高めるには、ベース管理２では、実施例１と同様に、予め決めていた時期にレチクルの異物検査装置で、ガラス面を検査する（ステップＳ２６）。この検査で、ガラス面に成長性異物が検出できない場合には、次の検査の時期までそのまま使用し続けける。ガラス面に成長性異物が検出された場合には、パターン面に成長性異物が発生する時期も迫っていることを示しており、洗浄する時期を決定する（ステップＳ２５）。このデータを用いることで、洗浄時期の精度を高めることができる。

一方、レチクルの運用では、初めに、ウェーハへパターンを転写するために、レチクルをステッパー・スキャナ等のフォトリソグラフィ工程用の露光装置に搬送する（ステップＳ１１）。露光装置で使用を開始して、つまり、レチクルに紫外線を照射して露光し、ウェーハにパターンを転写する（ステップＳ１２）。露光装置で用いる露光光、特に、紫外線のレチクルへの暴露量をモニタする（ステップＳ１３）。定義されたレチクル洗浄時期に達するまでは、レチクル毎の紫外線暴露量をモニタしながら暴露を続けける。
次に、ベース管理１からのレチクル洗浄時の残留イオン濃度とレチクル使用環境の汚染濃度と、さらに、ベース管理２からの、洗浄のためのレチクルへの積算紫外線暴露量と紫外線暴露密度とを考慮して、レチクルの洗浄時期になったことを決定する（ステップＳ１４）。さらに、レチクルの洗浄を行う（ステップＳ１５）。次に、レチクル洗浄が完了したら、露光装置に搬入して使用を開始し、紫外線暴露量等の管理をあらたに始める。
これによって、ウェーハの生産効率を低下させることなく、レチクルを管理することができる。

本発明のレチクルの管理方法に用いられるレチクルの構造を示す概略図である。本発明のレチクルに成長性異物が発生する状況を説明するための概略図である。ある使用環境におけるレチクル作製時の残留ＳＯ_４イオン濃度の場合の月間暴露量、積算紫外線暴露量とガラス面成長性異物の発生の関係を示している。ある使用環境におけるレチクル作製時の残留ＳＯ_４イオン濃度の場合の月間暴露量、積算紫外線暴露量とガラス面成長性異物の発生の関係を示している。従来のレチクルの管理方法を示すフローチャートである。本発明のレチクルの管理方法を示すフローチャートである。本発明のレチクルの管理方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１０レチクル
１１透光性基板
１２ペリクル膜
１３ペリクルフレーム
１４パターン
２１パターン面
２２ガラス面
２３紫外線
２０１、２０２成長性異物

Claims

透光性基板の表面に被転写体に転写するためのパターンを有するレチクルを管理するレチクルの管理方法において、
前記レチクルの残留汚染物質と、
前記レチクルの使用環境における環境物質と、
前記レチクルへの積算紫外線暴露量と紫外線暴露密度とに基づいて、成長性異物の発生を予測するレチクルの管理方法であって、
前記レチクルへの積算紫外線暴露量と紫外線暴露密度とが、両方とも予め定めた値以上になったときに、前記レチクルを洗浄する
ことを特徴とするレチクルの管理方法。
請求項１に記載のレチクルの管理方法において、
前記レチクルの残留汚染物質が、ＳＯ _４イオンである
ことを特徴とするレチクルの管理方法。
請求項１又は２に記載のレチクルの管理方法において、
前記レチクル使用環境における環境物質が、ＳＯ _Ｘ（Ｘは自然数）、ＮＯ _Ｘ（Ｘは自然数）である
ことを特徴とするレチクルの管理方法。
請求項１ないし３のいずれかに記載のレチクルの管理方法において、
前記透光性基板の前記パターンを有しないもう一方の表面に発生する成長性異物を予測する
ことを特徴とするレチクル検査方法。
請求項１ないし４のいずれかに記載のレチクルの管理方法において、
前記予め定めた値は、
前記レチクルの残留汚染物質と、
前記レチクルの使用環境における環境物質と、
前記レチクルへの積算紫外線暴露量と紫外線暴露密度とに基づいて、成長性異物の発生を検査して定める
ことを特徴とするレチクルの管理方法。