TWI435166B - 製造光罩之方法以及用於其實施之裝置 - Google Patents

Description

製造光罩之方法以及用於其實施之裝置

本發明根據2008年1月4日所申請法國專利申請案# 08 50 056及2008年3月5日所申請法國專利申請案# 08 51 427，在此併提其揭露內容全文俾供參考，並主張優先權。

本發明係有關製造光罩之方法，特別是用於製造具有次微米大小之微電子組件者。而且，其涵蓋用於實施該方法之裝置。

半導體基板，特別是由矽製成者目前使用電漿蝕刻技術，根據自掩膜轉印至基板之圖案微加工。光罩相當於照相負片：其含有待列印於一媒體之資訊。其一般用來作為曝光及列印於半導體基板之傳輸方法。包含聚焦波長之種種參數界定直接列印於基板之有效區之深度。有效區外面的細部雖不列印，卻對光罩的傳輸有影響。有效區中的污染對列印於基板之影像產生直接效應，此乃因為瑕疵會被印上。然而，若污染發生於該區域外，該污染即僅對此影像有間接效應，像是降低對比或減少光罩的傳輸。

而且，半導體產業研究如何減小列印影像的尺寸，以獲得越來越小及可整合卻較不昂貴之電子組件。光罩之尺寸變得越來越小，而污染規定則變得越來越嚴格。因此，光罩是應保持清潔及運作之主要、昂貴及複雜元件。

光罩之有效表面，特別是於焦面，必須無任何粒子，此乃因為此等污染粒子產生會被列印及複製於半導體基板上的瑕疵。於製程結束時，清潔掩模，並接著塗佈保護薄膜於光罩，保護其有效表面以免受任何粒子之害。保護薄膜的目的係在使用其之壽命期間，保護光罩。保護薄膜沉積於光罩之有效表面旁，並與其隔一間隙。保護薄膜包含光學膜沉積(平行多層表面)，其具有良好傳輸，且減少對通過之光學射束的影響。保護薄膜沉積於光罩之有效表面旁，並與其隔一間隙。可能累積於光罩之有效表面之污染物藉此累積於保護薄膜上，焦點區域外(在物理上與有效表面隔開)。以此方式，在微影轉印期間，此等污染物不會印上：保護薄膜不直接保護以免粒子污染，而可減少其對影像的影響。

文獻US-2001/005944係有關消除來自周圍大氣，可能出現在光罩與光罩保護薄膜間之間隙，諸如O₂ 、CO₂ 及H₂ O之氣體污染物。此等污染物特別有害，此乃因為它們在正常使用期間抑制157nm波長之輻射之傳輸而無法適當進行光微影操作。去污染透過暴露於UV輻射、電漿、臭氧及/或熱，於密封室，在真空或光學惰性氣體中發生。該處理造成氣體脫附以加速。

然而，為製造更小圖案而暴露所需能量的增加造成新的問題。在保護薄膜下方的氣體，像是氨、氟及揮發性有機化合物在暴露於高能下結合而產生歷經時間成長之晶體。出現在保護薄膜下方並因此在焦點區中的晶體於基板之列印區中造成瑕疵。此等晶體代表一更大問題，此乃因為它們在基板上造成多數無法預見的瑕疵，並可能影響目前最先進之光罩的20%以上。

所發生化學反應之一可藉以下化學式歸納：

H₂ SO₄ +NH₃ +hν→(NH₄ )₂ SO_4solid

氨(NH₃ )來自多重來源，但基本上來自人們於製造區的活動，及來自此等光罩之使用。以減少晶體成長之現象為目標，半導體及光罩製造廠業已進行大筆投資來限制潔淨室中的氨，並設下在保護環境中貯存及搬運光罩以減少其等與氨之接觸的策略。

光罩製造廠通常於製程諸步驟期間，特別是於蝕刻及剝離作業期間使用硫酸(H₂ SO₄ )。最平常的是保護薄膜放置步驟前之清潔程序的最後步驟需要硫酸鹽，且會產生硫酸鹽殘餘物。包含移除先前塗佈之樹脂並在清潔之前之剝離程序的最後步驟亦產生硫酸鹽殘餘物。因此，被陷捕於保護薄膜下方的該硫酸鹽殘餘物脫附，這是此等晶體出現於矽晶片製造商之工廠的主要原因。光罩製造商藉由修正方法或添加欲減少硫酸鹽殘餘物內容之步驟，努力減少清潔步驟期間所用硫酸鹽量。然而，所制定之此等新方法或減輕問題之技術較昂貴且較無效，且無法完全消除製程期間硫酸鹽的使用。

在緊接清潔步驟之剝離步驟之後，將保護薄膜放置定位。於潔淨室中進行最後潔淨步驟。此保護薄膜可使在潔淨室或製造設備中產生的粒子累積在光罩的有效表面上。

減輕問題的解決方案之一包含週期地檢驗光罩的有效表面。一出現第一晶體，即把光罩退回其製造廠。移除並清潔保護薄膜，接著，將新的保護薄膜應用於光罩。此作業必須由光罩製造廠而非使用者進行，後者會造成時間浪費及因光罩壽命縮短而發生之管理存貨的主要額外成本。

因此，目前半導體組件製造廠的最大問題在於用以製造半導體之此等光罩的取得及其壽命。這是因為此等光罩係矽晶片製造鏈中的主要環節，且其日益精巧導致更高成本。

因此，本發明之目的在於藉由減少清潔作業之頻率，容許光罩的壽命更長。

本發明之又一目的在於減少有關晶體形成於保護薄膜下方之空間內所造成污染下光罩劣化的危機。

本發明之又一目的在於揭示可移除製造光罩所產生之殘餘氨及硫化合物之方法。

本發明之目的在於提供一種製造光罩之方法，包括至少一清潔光罩之步驟及至少一放置保護薄膜於光罩上之步驟。本方法進一步包括至少一在清潔步驟與薄膜放置步驟之間移除氨及硫酸鹽殘餘物之步驟。該移除氨及硫酸鹽之步驟包括：

-將光罩放入密封室內；

-藉由泵出此密封室所含氣體，於其內產生低壓；

-將光罩暴露於紅外線輻射；

-停止紅外線輻射；

-檢查光罩之溫度不超過50℃；

-恢復室內之大氣壓力；以及

-自室移除光罩。

較佳地，歷時20分至5小時泵出氣體。

紅外線輻射(IR)加速目標化學品之選擇性脫附，並改進其等之性能。泵出室內所含氣體以在其內產生真空，這在紅外線輻射同時進行，可觀地改進殘餘物的脫附，且特別是可脫附清潔及剝離步驟所造成的幾乎所有氨及硫酸鹽化合物。移除氨及硫酸鹽使得保護薄膜可塗佈於完全清潔之基板上。

紅外線輻射之波長係影響脫附之主要參數，其深度因所選波長而異。所謂「短」波長之紅外線輻射波穿入材料較中等或長波長者更深，這在表面上更有效。

紅外線輻射必須謹慎控制，此乃因為它會造成溫度不得超過300℃之光罩昇溫。高於300℃，光罩即不可逆地受損。溫度可在50℃與300℃之間，較佳在50℃與150℃之間，尤佳者為接近80℃之溫度。施加紅外線輻射所造成溫度之增高有助於擴散脫附現象之加速。

有利的是，當室內溫度小於或等於50℃時，室內恢復大氣壓力，這在紅外線輻射停止後可能需要一段等待期間。

於一特定變化例中，在自室泵出空氣同時以恆定流速注入清潔氣體。有此氣體即可加速某些其他有機化合物之脫附。

室內壓力較佳地藉由注入諸如像是氮或氬之清潔、非反應性氣體，恢復正常。

為進一步增進性能，可不僅在最後清潔步驟之後，亦可在涉及使用硫酸鹽之清潔前的其他製造步驟，諸如剝離步驟之後，使用氨及硫酸鹽殘餘物之移除方法。

本發明之又一目的在於提供用於實施該發明方法之裝置，包括：

-一密封室，容納至少一個光罩；

-一泵單元，用以在密封室內產生並維持真空；

-一保持至少一個光罩之系統，放置於該密封室內；

-紅外線輻射機構；

-氣體注入系統。

保持系統可有利地設計成可同時處理多個光罩。

於本裝置之一變化實施例中，室之內壁反射射出之波。

於另一變化實施例中，氣體注入系統包括一個或更多個淋浴型注射器。

於另一變化實施例中，氣體注入系統包括一個或更多個粒子過濾器。

該裝置可進一步包括壓力計以檢查室內壓力。

該裝置亦可包括溫度探針以量測光罩之溫度。

由以下當然作為非限制性例子之實施例之說明及附圖，本發明之其他特徵及優點將瞭然。

本發明製造光罩之方法之一實施例示意顯示於第1圖中。光罩製造通常包括多數步驟。例如由覆蓋鉻2之石英1製成之基板覆蓋一層樹脂3，例如藉雷射或電子束(步驟A)複製待蝕刻之圖案於該樹脂3上。步驟B係一蝕刻步驟，於此期間圖案被蝕刻成鉻層2。於步驟C期間，光罩一旦蝕刻即濕剝離以移除樹脂3及化學反應之副產品。接著，所產生光罩進行多個連續清潔步驟(步驟E)、控制步驟(步驟D及F)及步驟D至G期間之多個可能修理步驟(步驟G)。在步驟H期間進行最後清潔。通常使用之清潔條件涉及硫酸鹽之使用，該硫酸鹽必須與步驟I前移除，於該步驟I中，以保護薄膜4覆蓋光罩。基於上述理由，必須完全避免硫酸鹽出現於保護薄膜4下方之光罩之有效區5中。

實施紅外線輻射及真空泵出之組合而移除氨及硫酸鹽殘物之步驟J介於清潔步驟H與保護薄膜放置步驟I之間，俾從光罩移除污染，特別是硫酸鹽污染。步驟J包括多操作，此等多操作形成三個不同階段。

在光罩位於室內的第一階段期間，泵出室內之氣體。於此期間，控制參數係泵出速度。調整壓降斜度以避免水結晶。同時，導通紅外線輻射機構，俾可預調波長控制系統。光罩接受紅外線輻射，俾可加速污染脫氣，同時連續脫氣。

第二階段發生於恆溫及恆壓下。三個參數-溫度壓力及IR波長相互獨立。調整紅外線輻射的波長，俾可進行氨及硫酸鹽殘餘物之脫附。壓力可用來控制脫附臨限值，並控制溫度，俾可調整波長。

切斷紅外線輻射，一旦室內達到小於或等於約50℃之溫度，第三階段即隨著室內壓力增高而開始。室內低壓有助於減低溫度。該階段之控制參數係溫度。亦可運用室內壓力之控制來控制冷卻。使用清潔、非反應氣體來達到增壓。於循環終點，經過短時間，所施清潔氣體之壓力略高於大氣壓力，以增進光罩表面上清潔氣體之吸收，這有助於保護其一旦自室移除，不受外面污染。在不大於50℃之溫度下冷卻光罩，使室達到接近周圍溫度之溫度，以防止大氣內氣體之再吸收，該現象在溫度減低時可能發生。

於另一實施例中，移除氨及硫酸鹽殘物之步驟J亦發生在清潔步驟H之前，特別是在牽涉到硫酸鹽殘餘物之持續存留的某些步驟之後。移除步驟J’可例如進一步插入剝離步驟C與控制步驟D之間。

第2圖顯示輻射機構21所產生紅外線輻射20反射至光罩22及密封室24之反射內壁23之方式之一例子。多數加熱元件可例如放置於光罩上方及/或光罩下方，或光罩之兩層之間。

使用紅外線輻射較佳，此乃因為其於待移除之化學品之選擇性，且其性能在真空中很高。藉由明智選擇紅外線輻射20的諸如其波長的特徵，脫附深度可變。所謂「短」波長之紅外線輻射波穿入材料較中等或長波長者更深，這在表面上更有效。

可應用低於300℃之溫度，例如接近80℃者而不損害光罩。有利的是使用散列紅外線輻射發射控制，即連續施加電壓V及零電壓者，這可達到紅外線輻射功率峰值。該控制可控制光罩之加熱而不喪失紅外線輻射之特徵(波長)。該控制亦可改變紅外線輻射之波長。藉由結合散列紅外線輻射發射控制並變更紅外線輻射之波長，可於材料內多重深度造成光罩之脫附。

為施加紅外線能量於光罩，另一方法係使用連結於金屬桿，輻射紅外波之微波產生器。

於第3圖所示本發明之實施例中，將光罩31(尚無保護薄膜)放入藉泵單元33保持真空之密封室32內。壓力計34可檢查室32內之壓力。將多個光罩放置在多個疊架35上，且其等藉非金屬隔件36支承。於此情況下，多個光罩藉配置於室32之壁上諸如上述微波裝置的裝置37，接受紅外線輻射。藉輻射控制迴路38，根據相關之溫度探針39所測得光罩31之溫度，操作該裝置37。選擇輻射元件37之幾何及配置以實現遍及光罩31之整個表面之均勻、最佳化動作。

有利的是，室32之表面可機械地或電解地拋光以增進紅外線輻射反射於光罩31。室32之形狀亦可均勻地散布紅外線輻射。

加在裝置上的主要限制之一係方法之實施不得產生粒子。這是氣體注入系統40包括至少一個可減低注入真空室32之速度之淋浴型注射器41的原因。注入系統40進一步設有粒子過濾器42。有利的是，注入系統40包括一個或更多個淋浴型注射器41，其在室32恢復大氣壓力時防止氣體擾流。室恢復大氣壓力之步驟根據形式為y=ax² +b之數學方程式發生，其中y為流速，x為壓力。該程序容許低壓下低注入速度，此乃因為於低壓下粒子污染較高。

於氨及硫酸鹽殘餘物移除步驟期間，使用脫氣測量機構43，藉由追蹤以下參數之至少一者，確保諸作業適當進行：

-氣體之局部壓力；

-泵單元33之極限壓力；

-光罩31之重量；

-室32之壁所反射之功率。

泵單元33、注入系統40及脫氣測量機構43連接於可程式邏輯控制器44或PLC。

現在參考第4圖，其顯示用來進行氨及硫酸鹽殘餘物移除步驟之元件31之另一實施例，其中輻射裝置47放在真空室48外。放入室48之壁內之諸如窗的介面49容許光波朝光罩31之方向通過。構成輻射裝置47與光罩31間之介面49之材料的選擇很關鍵，此乃因為該材料必須容許擬用於光罩31之光波通過，而不會因其所載輻射消耗而造成問題。選擇石英很有利。

第5圖提供如使用色譜方法測量，測量光罩中殘餘硫酸鹽之比率之比較結果。使用三個不同清潔方法變化例I、II、III，由光罩清潔作業獲得硫酸鹽50a、51a、52a之比率。根據本發明之實施例，在三個變化例之每一者之清潔步驟後，移除步驟完成時，獲得硫酸鹽50b、51b、52b之比率。比較此等結果顯示移除步驟對光罩之硫酸鹽含量的有效性。193nm光罩製造商之當前目標係達到小於1ppbv(每10億體積之部分)之硫酸鹽比率，俾在其客戶間無任何結晶成長問題。第5圖顯示使用本發明50b、51b、52b所得值大部分低於此目標值。

1．．．石英

2．．．鉻層

3．．．樹脂

4．．．薄膜

5．．．有效區

20．．．紅外線輻射

21．．．輻射機構

22．．．光罩

23．．．反射內壁

24．．．密封室

31．．．光罩

32．．．密封室

33．．．泵單元

34．．．壓力表

35．．．疊架

36．．．隔件

37．．．輻射元件

38．．．輻射控制迴路

39．．．溫度探針

40．．．氣體注入系統

41．．．氣體注射器

42．．．粒子過濾器

43．．．脫氣測量機構

44．．．可程式邏輯控制器

47．．．輻射裝置

48．．．真空室

49．．．介面

第1圖示意顯示本發明方法之一貫施例之步驟；

第2圖示意顯示相對於光罩定位紅外線輻射機構之例示方法；

第3圖顯示用來進行氨及硫酸鹽殘餘物移除步驟之裝置；

第4圖顯示用來進行氨及硫酸鹽殘餘物移除步驟之裝置變化；

第5圖係於製程結束時光罩中殘餘硫酸鹽之比率之比較。

1．．．石英

2．．．鉻層

3．．．樹脂層

4．．．薄膜

5．．．有效區

Claims (8)

1. 一種製造光罩之方法，包括至少一清潔光罩之步驟及至少一放置保護薄膜於該光罩上之步驟，並進一步包括至少一在清潔步驟與薄膜放置步驟之間移除氨及硫酸鹽殘餘物之步驟，包括：-將該光罩放入密封室內；-藉由泵出該密封室所含氣體，於該密封室內產生低壓；-將該光罩暴露於以散列紅外線輻射發射控制的紅外線輻射，且其中該光罩係在50℃與300℃間的溫度下被加熱；-停止該紅外線輻射；-在恢復該密封室內之大氣壓力之前，檢查該光罩之溫度不超過50℃；-恢復該密封室內之大氣壓力；以及-自該密封室移除光罩。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該氣體泵出期間在20分與5小時之間。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，在泵出同時，以恆定流量率注入清潔氣體。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，藉由注入清潔、非反應性氣體而恢復大氣壓力。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括在另一製造步驟之後及該清潔步驟之前移除氨及硫酸鹽殘餘物之 步驟。
6. 一種裝置，用於實施如申請專利範圍第1項之方法，該裝置包括：-一密封室，容納至少一個光罩；-一泵單元，用以在該密封室內產生並維持真空；-一保持至少一個光罩之系統，放置於該密封室內；-具有散列紅外線輻射發射控制機構的紅外線輻射機構，其係能在50℃與300℃間的溫度下加熱該光罩；-冷卻機構，在該紅外線輻射停止之後，且在恢復該密封室內之大氣壓力之前，在小於或等於50℃下冷卻該光罩；以及-氣體注入系統，包括至少一清潔、非反應氣體注射器，用於恢復該密封室內之大氣壓力。
7. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中，該密封室之內壁反射所射出之波。
8. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中，該氣體注入系統包括至少一個淋浴型注射器以及至少一個粒子過濾器。