JPH02269343A - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路装置の製造方法に関し、特に
露光工程において用いられるホトマスクの防鷹処理に適
用して有効な技術に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体集積回路装置は、シリコン単結晶などからなる半
導体基板にホウ素（Ｂ）やリン（Ｐ）などの不純物を導
入して種々の回路素子を構成する拡散層を形成した後、
これら拡散層間の電気的導通を行う配線層を形成するこ
とにより製造される。

上記拡散層や配線層を形成するには、いわゆるリングラ
フィ技術が適用される。すなわち、クロム（Ｃｒ）など
の遮光材料で所定のパターンを形成した石英ガラス製の
ホトマスクを紫外線などの短波長光源を備えた露光装置
に装着し、その遮光パターンの投影像を半導体ウェハ上
に被着したホトレジストに転写することにより、所望の
パターンの拡散層や配線層を形成する。その際、上記ホ
トマスクの光透過部分に異物が付着していると、本来の
遮光パターンとは異なるパターンが転写されてしまうた
め、配線の断線や配線間の短絡などの不良が生じ、半導
体集積回路装置の製造歩留りが低下してしまう。

その対策として、ホトマスクの遮光パターン形成面にＳ
ｉＯ□膜を被着し、この５ｉＣｈ膜の表面をシランなど
で表面処理してその表面自由エネルギーを低下させるこ
とにより、遮光パターン形成面への異物の付着を防止す
るとともに、−旦この面に付着した異物を容易に除去で
きるようにした技術が提案されている（特開昭６１−６
９０６７号）。

また、投影露光用ホトマスクや縮小投影露光用ホトマス
ク（レチクルともいう）においては、ペリクルと称され
るニトロセルロースの薄膜を貼着したペリクル枠をホト
マスクの両面に装着する技術が実用化されている（特開
昭５４−２２８７１６号など）。この場合、ペリクルに
付着した異物は、ある大きさ以下であればウェハ上に焦
点を結ばないので、欠陥とはならない。

ところが、ペリクルは容易に破損し易い薄膜であるため
、ペリクル枠を両面に装着したホトマスクは、その取り
扱いに細心の注意が必要となる。

そこで、ホトマスクの取り扱いを容易にするため、遮光
パターン形成面にのみペリクル枠を装着する、いわゆる
片面ペリクル方式が実用化されるようになった（特開昭
６０−１６５７２０号など）。この片面ペリクル方式に
おいては、ホトマスクの板厚を厚くすることによって、
遮光パターン形成面の裏面側に付着した異物がウェハ上
に焦点を結ばないようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記した片面ペリクル方式のホトマスク
においては、遮光パターン形成面の裏面側の防塵につい
ては配慮がなされていないため、転写不良の原因となる
大きさの異物も付着し易い。

そのため、ホトマスクを頻繁に洗浄しなければならず、
しかも、この異物を完全に除去するためには、長時間の
洗浄を行わなければならないという煩わしさがある。ま
た、異物検査に合格するためには、洗浄が完了してから
ペリクル枠を再装着するまでの間、ホトマスクの表面に
異物が付着しないよう、細心の注意を払わなければなら
ないという煩わしさもある。

このように、片面ペリクル方式のホトマスクにおいては
、ホトマスクの再生（洗浄、検査）に長時間を要するた
め、リソグラフィ工程の作業効率が低下するという問題
がある。

本発明は、上記した問題点に着目してなされたものであ
り、その目的は、片面ペリクル方式のホトマスクにおい
て、遮光パターン形成面の裏面側への異物の付着を有効
に防止するとともに、−旦この面に付着した異物を容易
に除去することのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、明
細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

すなわち、本発明は、遮光パターン形成面の裏面側をシ
ランカップリング剤で処理することによって、その表面
自由エネルギーを低下させた片面ペリクル方式のホトマ
スクを用いる半導体集積回路装置の製造方法である。

〔作用〕

ホトマスクの表面は、その表面自由エネルギーが大きい
ため、異物が付着し易く、しかも−旦付着した異物は除
去され難いという性質がある。すなわち、ホトマスクを
構成する石英ガラスは、その表面にシラノール基（Ｓｉ
ＯＨ基）が存在するため、このシラノール基と水素結合
を形成し易い、例えば水酸基（ＯＨ基）やカルボキシル
基（ＣＯＯＨ基）などの官能基を備えた分子が異物の表
面に配列していると、石英ガラスとこの異物とが直接、
または石英ガラスに吸着された水を介して水素結合を形
成するからである。

そこで、ホトマスクの表面をシランカップリング剤で処
理し、ホトマスク表面のシラノール基をシランカップリ
ング剤と化学結合させることにより、ホトマスクの表面
が疎水性で、かつ、表面自由エネルギーの小さい状態に
改質されるため、異物が付着し難くなり、また、−旦付
着した異物も容易に除去されるようになる。

本発明に適用されるシランカップリング剤として特に好
ましいのは、アルキルフルオロアルキルクロロシラン、
アルキルフルオロアルキルジシラザンまたはアルキルフ
ルオロアルコキシシランなどのように、分子中にアルキ
ルフルオロ基を有するシランを含んだカップリング剤で
ある。すなわち、これらのシランカフプリング剤は、い
ずれも分子中に表面自由エネルギーの極めて小さいフル
オロアルキル基を含有しているため、これらのシランカ
ップリング剤でホトマスクの表面を処理すると、このフ
ルオロアルキル基がホトマスクの表面に配列する結果、
ホトマスク表面の表面自由エネルギーが極めて小さくな
る。

〔実施例〕

第１図は、本実施例による半導体集積回路装置の製造方
法において用いる片面ペリクル方式のホトマスクの断面
図である。このホトマスクｌは、例えば縮小率が５＝１
の縮小投影露光用ホトマスク（レチクル）であり、−辺
５インチ程度の四角板状の石英ガラス２で構成されてい
る。

この石英ガラス２の一生面には、クロム（Ｃｒ）などの
遮光材料からなる所定の遮光パターン３が形成され、露
光時にふいては、この遮光パターン３を１１５に縮小し
た投影像が半導体ウェハ上に被着したホトレジストに転
写されるようになっている。

石英ガラス２の遮光パターン３形成面には、異物の付着
を防止するため、四角枠状のペリクル枠４が装着されて
いる。このペリクル枠４には、例えばニトロセルロース
からなる膜厚８６５μｍ程度のペリクル４ａが貼着され
ている。このペリクル４ａと遮光パターン３との距離は
、例えば巳３−であり、これにより、露光時においては
、ペリクル４ａの表面に付着した異物がウェハ上に焦点
を結ばないようになっている。

石英ガラス２の板厚は、例えば４．６ｕと通常の１：１
等倍投影Ｉｌｆ用ホトマスクの板厚（２，３ｍ１程度）
よりも厚く加工され、これにより、遮光パターン３形成
面の裏面側に付着した異物がウェハ上に焦点を結ばない
ようになっている。

遮光パターン３形成面の裏面側には、膜厚ｌＯ数人程度
の掻めて薄い防塵膜５が均一に被着されている。この防
塵膜５は、例えばアルキルフルオロアルキルクロロシラ
ン、アルキルフルオロアルキルジシラザンまたはアルキ
ルフルオロアルコキシシランなどのように、分子中にア
ルキルフルオロ基を有するシランを含んだカップリング
剤を用いて石英ガラス２を表面処理することにより形成
されたものである。

すなわち、この防塵膜５は、上記したシランの単分子層
で構成され、分子中のＳｉ原子と石英ガラス２０表面の
シラノール基とが共有結合を形成しているため、石英ガ
ラス２０表面を洗浄した場合でも剥離する虞れはない。

そして、この防塵膜５を被着したことにより、遮光パタ
ーン３形成面の裏面側は、疎水性で、かつ、表面自由エ
ネルギーの極めて小さい状態になっているため、異物が
付着し難く、また、−旦付着した異物は容易に除去する
ことができる。

防塵膜５を構成しているアルキルフルオロアルキルクロ
ロシランとは、例えば（Ｃ，Ｈ，、。＋）２ｓｌＣ１２
や（Ｃ，Ｈ，、。＋）ｓＳｊＣｊ！などのアルキルへロ
シランの少なくとも一つのアルキル基をフルオロアルキ
ル基（例えば、ＣＦ、−、ＣＦ、Ｈ−ＣＦＨ２、ＣＦｓ
ＣＦａ　　、ＣＦｉＣＨａ−などのアルキル基の一部ま
たは全部がフッ素で置換された官能基）で置換した化合
物である。また、アルキルフルオロアルキルジシラザン
とは、例えばヘキサアルキルジシラザン（（Ｃｎ　Ｈ２
Ｎ−１）３　Ｓ　Ｉ　　Ｎ　Ｈ−Ｓｉ　（Ｃ，Ｈ２Ｒ＋
１）３　）の少なくとも一つのアルキル基をフルオロア
ルキル基で置換した化合物である。同様に、アルキルフ
ルオロアルコキシシランとは、例えばアルキルアルコキ
シシラン（Ｃ，、Ｈ２ｆｉ−＋　Ｓ　１　（ＯＣｈ　Ｈ
２１１゜、）、）　　の少な（とも一つのアルキル基を
フルオロアルキル基で置換した化合物である。なお、本
実施例で用いるシランカップリング剤は、上記した化合
物に限定されるものではなく、例えば上記したシランを
主成分とし、これに合成上の不純物が含有された混合物
質であってもよい。また、分子中にアルキルフルオロ基
を有しなくとも、表面自由エネルギーの小さい他の官能
基を有するシランカップリング剤であれば、使用するこ
とができる。

次に、上記防塵膜５の形成方法の一例を第２図を用いて
説明する。

まず、石英ガラス２０片面にクロムなどの遮光材料を蒸
着したマスクブランクスを用意し、この遮光材料を電子
線描画法などによりエツチングして遮光パターン３を形
成する。続いて、石英ガラス２の両面を有機溶剤と水と
で充分洗浄して表面に付着した異物を除去した後、遮光
パターン３形成面にペリクル枠４を装着する。

次に、このホトマスク１を恒温槽６内のデシケータ７に
収容し、遮光パターン３形成面を下方に向けた状態で容
器８の上に載置する。この容器８は、ホトマスク１の遮
光パターン３形成面をデシケータ７内の雰囲気と隔離す
るためのものである。

デシケータ７の底部には、あらかじめ適量のシランカッ
プリング剤９　（例えば、信越化学工業■製、ｒＫＰ−
８０１Ｊ　）が充填しである。

この状態で恒温槽６内の温度を８０〜１００℃の範囲に
設定し、約１０分間、遮光パターン３形成面の裏面側を
シランカップリング剤９の蒸気に接触させ、容器８の外
部に露出した石英ガラス２０表面に防塵膜５を形成した
。その結果、この防１１！ｉｌ［５を形成する前には水
の接触角が約２５°の親水性表面であった石英ガラス２
の表面は、水の接触角が約１００°の疎水性表面に改質
された。

また、防塵膜５を形成する前は約４０ｍＪ／ｍ’であっ
た表面自由エネルギーが約２１　ｍ　Ｊ　／　ｍ’まで
低減した。

この防塵膜５は、共有結合によって石英ガラス２の表面
と強固に結合しているため、有機溶剤や酸などの薬品に
対して耐性があり、これらの薬品中に浸漬したり、これ
らの薬品中で超音波洗浄を行ったりした後も、水の接触
角の変化はほとんど観察されなかった。例えば、このホ
トマスクｌを沸騰水中に６０分間浸漬した場合でも、水
の接触角はほとんど変化しなかった。また、石英ガラス
２の表面を空気中で加熱した場合でも、水の接触角は４
００℃までは変化せず、５００℃になってはじめて急激
な低下が観察された。

次に、上記ホトマスク１を装着した縮小投影露光装置の
要部を第３図に示す。

この縮小投影露光袋！ｔ１０の光学系は、ウェハアライ
メント光学系Ａルチクルアライメント光学系Ｂ１ステッ
プモニタ光学系（ｌよび照明光学系りからなる。照明光
学系−Ｄは、波長４３６ｎｍのｇ線を放射する水銀（Ｈ
ｇ）ランプを内蔵している。照明光学系りの下方の光路
上には、本実施例のホトマスク１がその遮光パターン３
形成面を下方に向けた状態で位置決めされている。この
遮光パターン３形成面には、異物の付着を防止するため
のペリクル枠４（第３図では図示せず）が装着されてい
る。ホトマスク１の下方のＸＹステージ１１上には、ホ
トレジストを被着した半導体ウェハ１２が位置決めされ
ている。

露光時においては、照明光学系りから放射され、コンデ
ンサ・レンズ１３により平行光束となったｇ線がホトマ
スクｌを透過する。そして、ホトマスクｌに形成された
遮光パターン３０投影像が縮小投影レンズ１４により１
１５に縮小されて半導体ウェハ１２上に結像される。こ
のようにして、遮光パターン３の縮小投影像がステップ
・アンド・リピート方式で順次半導体ウェハ１２上の所
定領域に転写される。なお、図において、１５はＩＴＶ
カメラ、１６はＨｅ−Ｎｅ＋ｚ−ザ、１７はオートフォ
ーカス検出計、１８は基準マークである。

このようにして露光工程が完了した後、半導体ウェハ１
２の表面に被着されたホトレジストを現像することによ
り、遮光パターン３の縮小投影像に対応したレジストパ
ターンが得られる。そこで、このレジストパターンをマ
スクに用いて、例えば半導体ウェハ１２にホウ素（Ｂ）
やリン（Ｐ）などの不純物イオンを打ち込むことにより
、回路素子を構成する拡散層を形成することができる。

また、例えばこのレジストパターンの下層にあらかじめ
導電膜を被着しておき、上記レジストパターンをマスク
に用いてこの導電膜をエツチングすることにより、配線
層を形成することができる。

以上のようなリングラフィ工程に本実施例のホトマスク
１を適用することにより、その遮光パターン３形成面の
防塵膜５表面には、若干の異物が付着したが、この異物
は、圧力１．５　ｋｇ　／　ｃｄ程度の窒素ガスの吹き
つけにより全て離脱した。また、この防塵膜５は、３ケ
月以上に長期間にわたり、異物が付着し難く、また、−
旦付着した異物は用意に除去できることを確認した。

このように、遮光パターン形成面の裏面側をシランカッ
プリング剤で処理することによって、表面自由エネルギ
ーを低下させた本実施例のホトマスクをリングラフィ工
程に適用することにより、従来のように、ホトマスクの
再生に長時間を要しないため、リングラフィ工程の作業
効率が著しく向上した。また、ホトマスクに異物が付着
し難くなったため、異物の付着に起因する転写不良が低
減され、半導体集積回路装置の製造歩留りを向上させる
ことができた。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、′本発明は前記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。

前記実施例では、ホトマスクの遮光パターン形成面の裏
面側のみをシランカップリング剤で処理したが、ホトマ
スクの両面をシランカップリング剤で処理してもよい。

また、ホトマスクの表面をシランカップリング剤で処理
する手段に代え、例えばあらがしめ表面自由エネルギー
を低下させた透光性フィルムを遮光パターン形成面の裏
面側に貼着してもよく、この場合でも実施例と同様の効
果を得ることができる。表面自由エネルギーの低い透光
性フィルムを作成するには、例えばフルオロカーボン系
ガスを導入した高周波プラズマ中に薄いポリエチレンフ
ィルムを曝せばよい。このようにすると、ポリエチレン
フィルムの表面にフッ素が導入されるため、表面にフル
オロカーボンが配列した透光性フィルムを得ることがで
きる。

さらに本発明は、縮小投影露光用のホトマスク（レチク
ル）のみならず、遮光パターン形成面の裏面側にペリク
ル枠を装着して露光を行う１：１等倍投影露光用のホト
マスクにも適用することができる。

また、−面に遮光材料が被着されたマスクブランクスの
裏面側をシランカップリング剤で処理した後、あるいは
、この裏面側に表面自由エネルギーの低い透光性フィル
ムを貼着した後、上記遮光材料をエツチングして所定の
遮光パターンを形成することによっても、本発明のホト
マスクを製造することができる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。

すなわち、片面ペリクル方式のホトマスクを用いて露光
を行う際、上記ホトマスクにおける遮光パターン形成面
の裏面側をシランカップリング剤で処理し、その表面自
由エネルギーを低下させることにより、ホトマスクの表
面が疎水性で、かつ表面自由エネルギーの小さい状態に
改質されるので、ホトマスクに異物が付着し難くなり、
かつ、−旦ホトマスクに付着した異物も容易に除去する
ことができる。

また、上記した手段に代え、上記ホトマスクにおける遮
光パターン形成面の裏面側に表面自由エネルギーの低い
透光性フィルムを貼着することによっても、その表面を
疎水性で、かつ、表面自由エネルギーの小さい状態に改
質できるため、前記同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である半導体集積回路装置
の製造方法において用いるホトマスクの断面図、 第２図は、このホトマスクの製造装置を示す略断面図、 第３図は、このホトマスクを装着した縮小投影露光装置
の要部斜視図である。 １・・・ホトマスク、２・・・石英ガラス、３・・・遮
光パターン、４・・・ペリクル枠、４ａ・・・ペリクル
、５・・・防塵膜、６・・・恒温槽、７・・・デシケー
タ、８・・・容器、９・・・シランカップリング剤、１
０・・・縮小投影露光装置、１１・・・ＸＹステージ、
１２・・・半導体ウェハ、１３・・・コンデンサ・レン
ズ、１４・・・縮小投影レンズ、１５・・・ＩＴＹカメ
ラ、１６・・・Ｈｅ−Ｎｅレーザ、１７−−・、を−ト
フォーカス検出計、１８・・・基準マーク、Ａ・・・ウ
ェハアライメント光学系、Ｂ・・・レチクルアライメン
ト光学系、Ｃ・・・ステップモニタ光学系、Ｄ・・・照
明光学系。 代理人　弁理士　筒　井　大　和 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、遮光パターン形成面にペリクル枠を装着したホトマ
   スクを用いて露光を行う工程を含む半導体集積回路装置
   の製造方法であって、前記ホトマスクにおける遮光パタ
   ーン形成面の裏面側をシランカップリング剤で処理する
   ことによって、表面自由エネルギーを低下させることを
   特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 ２、前記ホトマスクにおける遮光パターン形成面の裏面
   側をシランカップリング剤の蒸気と接触させることを特
   徴とする請求項１記載の半導体集積回路装置の製造方法
   。 ３、前記ホトマスクの遮光パターン形成面にフルオロア
   ルキル基を配列させることを特徴とする請求項１記載の
   半導体集積回路装置の製造方法。 ４、前記シランカップリング剤は、アルキルフルオロア
   ルキルクロロシラン、アルキルフルオロアルキルジシラ
   ザンおよびアルキルフルオロアルコキシシランからなる
   群より選択されたシランを含有することを特徴とする請
   求項１記載の半導体集積回路装置の製造方法。 ５、遮光パターン形成面にペリクル枠を装着したホトマ
   スクを用いて露光を行う工程を含む半導体集積回路装置
   の製造方法であって、前記ホトマスクにおける遮光パタ
   ーン形成面の裏面側に表面自由エネルギーの低い透光性
   フィルムを貼着することを特徴とする半導体集積回路装
   置の製造方法。 ６、フルオロカーボン系ガスを導入した高周波プラズマ
   で処理した透光性フィルムを前記遮光パターン形成面の
   裏面側に貼着することを特徴とする請求項５記載の半導
   体集積回路装置の製造方法。 ７、遮光パターン形成面にペリクル枠を装着したホトマ
   スクを用いて露光を行う工程を含む半導体集積回路装置
   の製造方法であって、遮光材料が被着された面の裏面側
   をシランカップリング剤で処理することによって、その
   表面自由エネルギーを低下させたマスクブランクスを用
   いることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 ８、遮光パターン形成面にペリクル枠を装着したホトマ
   スクを用いて露光を行う工程を含む半導体集積回路装置
   の製造方法であって、遮光材料が被着された面の裏面側
   に表面自由エネルギーの低い透光性フィルムを貼着した
   マスクブランクスを用いることを特徴とする半導体集積
   回路装置の製造方法。