Brevet FR2962198A1 — publié le 20120106

Dispositif de séchage d'un photomasque La présente invention se rapporte à un dispositif de séchage d'un photomasque, notamment employé dans la fabrication de composants microélectroniques aux dimensions submicroniques. Elle s'étend en outre au procédé de séchage du photomasque. Le micro-usinage des substrats semiconducteurs, notamment en silicium, est actuellement réalisé par des techniques de gravure au plasma d'un motif transféré sur le substrat à partir d'un photomasque par un procédé de lithographie. Un photomasque est équivalent à un négatif en photographie : il contient une information à imprimer sur un support. Les pollutions dans la zone active du photomasque ont un effet direct sur l'image imprimée sur le substrat avec l'impression d'un défaut. Par ailleurs, l'industrie du semi-conducteur cherche à réduire la dimension de l'image inscrite afin d'obtenir des composants électroniques toujours plus petits, intégrables et moins coûteux. Les dimensions d'un photomasque se réduisant, les exigences en matière de pollution deviennent de plus en plus strictes. Pour permettre la gravure de motifs de dimensions inférieures à 100nm, la longueur d'onde du laser de lithographie est passée de 193nm dans la technique classique à 13,5nm dans la technique plus récente dite technique EUV (pour Extrême Ultra-Violet). Le photomasque est donc un élément clef, cher et complexe que l'on cherche à conserver propre et opérationnel. A la fin de sa fabrication, le photomasque est nettoyé. Dans le cas d'un photomasque utilisé dans la technique classique, une pellicule est alors appliquée sur le photomasque afin de protéger sa face active d'éventuelles particules. La dernière étape de nettoyage est réalisée en milieu humide. Suite à l'étape de nettoyage, le photomasque doit être soigneusement séché afin d'éliminer tout résidu d'humidité adsorbée. Aujourd'hui, c'est en chauffant à très haute température (de l'ordre de 80-90°C) que l'humidité est habituellement éliminée. Il s'agit d'un mode de séchage agissant essentiellement en surface Un photomasque EUV, destiné à être utilisé dans la technique EUV, ne porte pas de pellicule. Il est formé d'un empilement de type « millefeuilles » composé de très fines couches de différents matériaux (MoSi, TaN...) déposées sur une base de quartz. II ne peut pas être exposé à une température supérieure à 60°C, car une température plus élevée conduirait à une dilation trop importante de certaines couches, et le photomasque EUV en serait détérioré. L'efficacité du séchage est généralement évaluée par la mesure de l'angle de contact 0 d'une goutte de liquide sur la surface du photomasque. Lorsqu'une goutte est déposée sur une surface solide, elle s'étale jusqu'à atteindre l'équilibre des forces entre les différentes phases en présence (solide, liquide et vapeur). La relation entre ces différentes forces et l'angle de contact est donnée par l'équation de Young : Ysv = YLV cos 0 + YsL dans laquelle : ysv est la tension interfaciale solide-vapeur, YLV est la tension interfaciale liquide-vapeur, ySL est la tension interfaciale solide-liquide, et 0 est la valeur de l'angle de contact entre une goutte de liquide et la surface du photomasque. Le caractère hydrophile ou hydrophobe de la surface d'un photomasque dépend du matériau qui la constitue, et il est mesuré par l'angle de contact O. Une fois bien sèche, la surface du photomasque est hydrophobe, la goutte s'étale peu et l'angle de contact est important. Pour que la surface d'un photomasque soit considérée comme étant suffisamment hydrophobe, l'angle de contact 0 doit être supérieur à 55° pour le chrome, 25° pour le quartz, 60° pour le ruthénium et 70° pour le nitrure de tantale. Or les méthodes par chauffage, telle qu'elles sont aujourd'hui utilisées, ne permettent pas d'atteindre cette efficacité en restant à des températures modérées. Le besoin se fait donc sentir d'un procédé de séchage qui respecte à la fois les contraintes liées au photomasque EUV lui-même, mais aussi les contraintes liées à l'équipement déjà existant et aux conditions de fabrication. Néanmoins le séchage obtenu par ce procédé doit être aussi efficace, voire plus efficace, que les procédés connus. L'étape de séchage doit permettre un séchage volumique et homogène du photomasque EUV sans entraîner sa dégradation, notamment à cause de la température, et sans perturber la fabrication. Ainsi il faut sécher le photomasque EUV dans un temps maximum de 20 minutes, ce qui correspond au temps disponible dans le flux de fabrication. A la fin de l'étape de séchage, le photomasque EUV doivent être à une température de l'ordre de 30°C à 35°C. La présente invention a aussi pour but de proposer un dispositif de séchage d'un photomasque EUV, destiné à être utilisé dans la technique EUV, exempt de pellicule, et pour lequel la température de séchage ne doit pas dépasser 60°C. L'invention a encore pour but de proposer un dispositif permettant s'assurer l'homogénéité de la température sur toute la surface du photomasque EUV. En effet la température doit être contrôlée avec une grande précision car la température à la surface du photomasque EUV doit être maintenue constante et uniforme avec une variation maximum de ±5°C pendant toute la durée de l'étape de séchage. L'objet de la présente invention est un dispositif de séchage d'un photomasque comprenant : - une enceinte étanche contenant au moins un photomasque, - un groupe de pompage pour installer et maintenir le vide à l'intérieur de ladite l'enceinte, - un support du photomasque, placé à l'intérieur de ladite enceinte, - des moyens de rayonnement infrarouge placés à l'intérieur de ladite enceinte, - un système d'injection de gaz dans ladite enceinte, Selon l'invention, les moyens de rayonnement infrarouge comprennent une pluralité de sources de rayonnement infrarouge réparties dans un plan parallèle au plan du photomasque de telle sorte que la distance du photomasque aux moyens de rayonnement IR soit donnée par la relation : D1,5xd dans laquelle D est la distance entre le plan contenant les sources de rayonnement infrarouge et le photomasque, et d est la distance entre deux sources de rayonnement infrarouge, et le système d'injection de gaz comprend une pluralité d'injecteurs de gaz réparties dans un plan parallèle au plan du photomasque de telle sorte que les injecteurs respectent une invariance par rotation de 90° autour du point central du photomasque. De préférence les sources de rayonnement infrarouge sont placées de manière à envoyer le rayonnement infrarouge perpendiculairement à la surface active du photomasque. Selon un premier mode de réalisation, le dispositif comprend au moins trois sources de rayonnement infrarouge alignées de manière à ce que deux sources de rayonnement IR soit placées respectivement de part et d'autre du photomasque et qu'une source de rayonnement infrarouge au moins soit placée au centre du photomasque. Selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif comprend des pyromètres disposés de manière à mesurer la température sur la tranche du photomasque. Selon un troisième mode de réalisation, le support du photomasque comporte des moyens de réception et de positionnement du photomasque comprenant un cadre percé suspendu à l'intérieur de l'enceinte étanche. Selon un quatrième mode de réalisation, le dispositif comprend des capteurs de distance à ultrasons. Selon un cinquième mode de réalisation, le dispositif comprend un dispositif de contrôle et de commande apte à recevoir des informations des moyens de mesure de la pression, de la température et de la distance et de piloter les moyens de rayonnement infrarouge et le système d'injection de gaz en fonction des informations reçues. L'invention a encore comme objet un procédé de séchage d'un photomasque au moyen du dispositif précédent, comprenant les opérations suivantes : - on positionne le photomasque dans une enceinte étanche à pression atmosphérique, - on chauffe le photomasque jusqu'à une température fixée au plus égale à 60°C, - on établit une basse pression dans l'enceinte étanche en pompant les gaz qu'elle contient, - on maintient l'enceinte à basse pression pendant une durée fixée, - on rétablit la pression atmosphérique dans l'enceinte par injection d'un gaz neutre, 25 - on vérifie que la température du photomasque est d'environ 30-35°C, et - on extrait le photomasque de l'enceinte. Selon une variante, on vérifie le positionnement du photomasque au moyen d'au moins trois capteurs de distance à ultrasons. Bien entendu le dispositif et le procédé de séchage selon l'invention peuvent 30 aussi être utilisés pour sécher, avant application de la pellicule, des photomasques utilisés dans les techniques classiques. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation, donné bien entendu à titre illustratif et non limitatif, et dans le dessin annexé sur lequel - la figure 1 montre schématiquement les différents moyens que comprend le 5 dispositif de séchage d'un photomasque EUV, - la figure 2 est une vue de dessous schématique montrant la position des sources de rayonnement infrarouge par rapport au photomasque EUV, - la figure 3 montre la position spatiale du rayonnement émis par les sources de rayonnement infrarouge et le rayonnement résultant reçu par le photomasque EUV, le 10 rayonnement R en WIm2 est donné en ordonnée et l'éloignement L en millimètres du centre du photomasque EUV est porté en abscisse, - la figure 4 est une vue de dessus schématique montrant la position des injecteurs de gaz par rapport au photomasque EUV, - la figure 5 représente un mode de réalisation d'un moyen de réception et de 15 positionnement du photomasque EUV, - la figure 6 montre l'évolution de la valeur de l'angle de contact d'une goutte de liquide sur la surface du photomasque EUV au fur et à mesure de l'avancement de son nettoyage, l'angle de contact 0 est donné en ordonnée et le déroulement des opérations de nettoyage est porté en abscisse. 20 Le dispositif 1 utilisé pour le séchage d'un photomasque EUV est représenté schématiquement sur la figure 1. Le dispositif 1 est destiné à être intégré dans un équipement de nettoyage de photomasques. Le dispositif 1 comprend une enceinte 2 étanche apte à recevoir un photomasque EUV, une unité de pompage 3 comprenant par exemple une pompe 25 primaire 4 et une pompe secondaire 5, des moyens de rayonnement infrarouge comprenant une pluralité de sources de rayonnement infrarouge 6 placées dans la partie inférieure de l'enceinte 2, des capteurs de pression 7, des capteurs de distance à ultrasons 8 placées dans la partie supérieure de l'enceinte 2, au moins un pyromètre 9, un système d'injection de gaz comprenant une lignes d'injection de gaz 10, une soupape 30 de surpression permettant d'éviter une montée en pression dans l'enceinte 2, et un support de photomasque 12. Le contrôle de la température du photomasque EUV au cours de l'étape de séchage est effectué au moyen d'au moins un pyromètre 9 visant la tranche du photomasque 13, de préférence au plus près du centre. Pour la mise au point du système de contrôle et pour la vérification périodique du pyromètre, une courbe de calibration est réalisée sur la gamme complète des températures. La température moyenne du photomasque EUV est calculée à partir des données fournies par une pluralité de capteurs de température, de préférence au moins neuf, mesurant la température en différents points de la surface du photomasque EUV. Des capteurs de distance à ultrasons 8, de préférence au nombre de trois, sont disposés dans la partie supérieure de l'enceinte. Les capteurs de distance à ultrasons 8 mesure la distance les séparant du photomasque 13 en plusieurs points de sa surface Les capteurs de distance à ultrasons 8 permettent de détecter si un photomasque EUV a été introduit dans l'enceinte 2, de déterminer sa taille et de valider son bon positionnement dans l'enceinte 2, notamment en ce qui concerne l'horizontalité, ou assiette, du photomasque EUV. Des sources de rayonnement infrarouge 6, comme des lampes à infrarouge, permettent le séchage des photomasques EUV. Leur nombre, leur écartement et leur distance au photomasque 13 a été choisi de telle sorte que le chauffage soit sensiblement uniforme sur la surface du photomasque 13 comme montré sur les figures 2 et 3. Les sources de rayonnement infrarouge 6 sont placées dans la partie inférieure de l'enceinte 2 du côté de la face active du photomasque EUV 13, dans un plan parallèle à la surface du photomasque EUV 13, de manière à envoyer le rayonnement infrarouge perpendiculairement directement sur la face active des photomasques EUV 13. Les sources de rayonnement infrarouge 6 sont au moins trois. Deux d'entre elles 6a sont positionnées vers les extrémités de l'enceinte, de manière à être placées de part et d'autre du photomasque 13. La ou les autres sources de rayonnement infrarouge 6b sont disposées au centre de l'enceinte, de manière à correspondre sensiblement au centre du photomasque 13. Dans cet exemple, les trois sources de rayonnement infrarouge 6 sont éloignées l'une de l'autre d'une distance d qui vaut 83 mm. Les sources de rayonnement 6a, 6b sont disposées dans un plan distant de la surface du photomasque 13 d'une distance D qui vaut ici : D 1,5 X d, soit 125 mm. Ce positionnement permet d'avoir un recoupement des spectres radiants de chaque lampe infrarouge 6 favorisant ainsi un chauffage uniforme sur toute la surface du photomasque 13. La figure 3 montre la valeur du rayonnement R en W/m2 en fonction de l'éloignement L en millimètres du centre du photomasque 13. Les sources de rayonnement infrarouge placées de part et d'autre du photomasque émettent un rayonnement 20 et 21 respectivement, et la source de rayonnement infrarouge disposée entre elles, au centre, émet un rayonnement 22. L'addition de ces rayonnements 20, 21 et 22 a pour résultante un rayonnement 23. On a représenté la position d'un photomasque 13 (en pointillé), dont le côté mesure 2L = 150mm, recevant le rayonnement résultant 23. Le centre du photomasque 13 se trouve au point L = 0 et le photomasque 13 occupe donc la position comprise entre L = -75 et L = +75. On constate que la surface du photomasque 13 reçoit ainsi un rayonnement 23 dont l'uniformité est sensiblement améliorée, par exemple par rapport au rayonnement reçu de la seule source 6 placée au centre. La figure 4 représente un mode de réalisation du système d'injection de gaz 10 comportant une pluralité d'injecteurs 30 de gaz, par exemple de l'azote ou de l'hélium, placés dans la partie supérieure de l'enceinte 2 de manière à envoyer un flux de gaz sur la face opposée à la face active du photomasque 13. Le système d'injection 10 de gaz comprend une pluralité d'injecteurs 30 de gaz réparties dans un plan parallèle au plan du photomasque 13 de telle sorte que les injecteurs 30 respectent une invariance par rotation de 900 autour d'un point coïncidant avec le centre du photomasque 13. Le photomasque 13 est un carré dont le côté mesure 2L = 150mm. Les injecteurs 30 sont placés à une distance d,, d2, et d3 respectivement des axes perpendiculaires X-X' et Y-Y', passant par le centre du photomasque 13 et le milieu de ses côtés et à une distance d4 sur ces axes X-X' et Y-Y'. Dans le cas présent ces distances valent par exemple : d, = 25 mm, d2 = 62,5 mm, d3 = 37,5 mm et d4 = 50 mm. La projection de ces distances d,, d2, d3 et d4 sur les axes X-X' et Y-Y' sont équidistantes. Un mode de réalisation du moyen permettant de recevoir et de positionner un photomasque 13 est représenté sur la figure 5. C'est un cadre 40 percé, de taille adaptée à la taille du photomasque 13 qu'il doit recevoir, suspendu à l'intérieur de l'enceinte 2 par quatre colonnes 41. Les colonnes 41 sont fixées d'une part à la partie supérieure de l'enceinte 2 et d'autre part aux quatre coins du cadre 40. Quatre plots 42 portés par le cadre 40 ont pour fonction de réceptionner et de positionner correctement le photomasque 13. Ces plots 42 sont constitués de deux parties : une première partie 42a, par exemple en acier inoxydable ou en céramique, permettant le raccordement au cadre 40 et une seconde partie 42b constituée de deux doigts de réception, par exemple en or, sur lequel va reposer le photomasque 13. Dans le cas où la partie 42a de raccordement est en céramique, les doigts 43 sont raccordés à la masse de l'enceinte 2 afin de permettre au photomasque 13 de décharger son électricité statique car au cours du séchage le photomasque 13 se charge électrostatiquement. Si nécessaire, le dispositif de séchage peut comporter plusieurs supports, chacun muni d'u cadre percé de taille différente, disposés de telle sorte que le support ayant le cadre de plus petite dimension soit placé au-dessus. En outre un dispositif de contrôle et commande reçoit des informations des moyens de mesure de la pression, de la température et de la distance, et en déduit des instructions pour piloter les moyens de rayonnement infrarouge et le système d'injection 10 de gaz en fonction des informations reçues. Le dispositif de contrôle et commande est aussi apte à communiquer avec l'équipement de nettoyage des photomasques et avec le robot de transfert entre l'équipement de nettoyage et le dispositif de séchage d'un photomasque. Le procédé de nettoyage comporte une étape de séchage comprenant les 15 opérations suivantes. Le photomasque 13 est transporté depuis l'équipement de nettoyage jusqu'à l'enceinte 2 du dispositif de séchage 1 par un robot qui vient déposer le photomasque 13 sur le cadre 40 percé. La vanne de transfert se referme. Une vérification du positionnement du photomasque 13 est réalisée à l'aide des capteurs de distance à ultrasons 8, ici trois capteurs par exemple. Si les mesures 20 données par les capteurs à ultrasons 8 sont identiques, le bon positionnement horizontal du photomasque est validé. La valeur mesurée est alors mémorisée dans le dispositif de contrôle commande. Le chauffage débute à pression atmosphérique. L'évolution de la température est mesurée en temps réel au moyen du pyromètre 9. L'uniformité du chauffage des 25 photomasques est assuré grâce à un chauffage intermittent qui alterne les période d'allumage des sources de rayonnement infrarouge 6, par exemple de 1s, et les périodes d'extinction, par exemple de 2s. Dès que le photomasque 13 atteint une température fixée, inférieure ou égale à 60°C, l'unité de pompage 3 est mise en route pour réaliser le pompage de l'enceinte 2. L'utilisation d'une pompe primaire 4 et d'une 30 pompe secondaire 5 montées en série permet de pousser le vide jusqu'à 10-5 mbar. Le vide secondaire ainsi atteint permet une désorption plus efficace du photomasque 13. Le photomasque 13 est maintenu à une température proche de 60°C pendant environ 10 minutes. La remontée en pression est ensuite réalisée par l'injection d'un flux de gaz neutre, comme par exemple de l'azote. Le système d'injection de gaz se présente de préférence sous la forme d'une pluralité d'injecteurs 30, disposés comme représenté sur la figure 4 ou bien sous forme de buses, de manière à éviter la génération de particules. Le système d'injection de gaz est disposé au-dessus du photomasque 13 et permet une injection en plusieurs points de manière à assurer une distribution homogène du flux gazeux à la surface du photomasque 13. Lorsque la pression atteint la pression atmosphérique, l'injection d'azote est remplacée par une injection d'hélium qui est plus efficace du point de vue du refroidissement. Lorsque la température du photomasque 13 atteint environ 30°C à 35°C, le refroidissement est stoppé et le photomasque 13 peut être retiré de l'enceinte 2. La figure 6 permet de se rendre compte de l'efficacité du séchage obtenu par le procédé selon l'invention. Les mesures d'angle de contact 0 ont été réalisés sur des surfaces constituées de chrome 60 (Cr), de quartz 61, de ruthénium 62 (Ru), et de nitrure de tantale 63 (TaN) ou de molybdène silicium 64 (MoSi). On constate que l'angle de contact 0 mesuré après l'étape de séchage 66 est du même ordre de grandeur, voire meilleur, que celui mesuré avant l'opération de nettoyage 65 sur tous les matériaux testés. L'angle de contact 0 mesuré après l'étape de séchage 66 doit être comparée à la valeur de l'angle de contact O mesuré avant l'étape de séchage 67. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS1. Dispositif de séchage d'un photomasque comprenant : - une enceinte (2) étanche contenant au moins un photomasque (13), - un groupe de pompage (3) pour installer et maintenir le vide à l'intérieur de ladite 5 l'enceinte (2), - un support (12) du photomasque (13), placé à l'intérieur de ladite enceinte (2), - des moyens de rayonnement infrarouge (6) placés à l'intérieur de ladite enceinte (2), - un système d'injection de gaz (10) dans ladite enceinte (2), 10 caractérisé en ce que les moyens de rayonnement infrarouge comprennent une pluralité de sources de rayonnement infrarouge (6) réparties dans un plan parallèle au plan du photomasque (13) de telle sorte que la distance du photomasque (13) aux moyens de rayonnement IR soit donnée par la relation : D 1,5 x d 15 dans laquelle D est la distance entre le plan contenant les sources de rayonnement infrarouge (6) et le photomasque (13), et d est la distance entre deux sources de rayonnement infrarouge (6), et en ce que le système d'injection de gaz (10) de gaz comprend une pluralité d'injecteurs de gaz (30) réparties dans un plan parallèle au plan du 20 photomasque (13) de telle sorte que les injecteurs (30) respectent une invariance par rotation de 90° autour du point central du photomasque (13). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les sources de rayonnement infrarouge (6) sont placées de manière à envoyer le rayonnement infrarouge perpendiculairement à la surface active du photomasque (13). 25 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant au moins trois sources de rayonnement infrarouge (6) alignées de manière à ce que deux sources de rayonnement IR (6) soit placées respectivement de part et d'autre du photomasque (13) et qu'une source de rayonnement infrarouge (6) au moins soit placée au centre du photomasque (13). 10 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant des pyromètres (9) disposés de manière à mesurer la température sur la tranche du photomasque (13). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le support (12) du photomasque (13) comporte des moyens de réception et de positionnement du photomasque comprenant un cadre (40) percé suspendu à l'intérieur de ladite enceinte (2). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant des capteurs de distance à ultrasons (8). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant un dispositif de contrôle et de commande apte à recevoir des informations des moyens de mesure de la pression (7), de la température (9) et de la distance (8) et de piloter les moyens de rayonnement infrarouge (6) et le système d'injection de gaz (10, 30) en fonction des informations reçues. 8. Procédé de séchage d'un photomasque au moyen du dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant : - on positionne le photomasque (13) dans une enceinte (2) étanche à pression atmosphérique, - on chauffe le photomasque (13) jusqu'à une température fixée au plus égale à 60°C, - on établit une basse pression dans l'enceinte (2) étanche en pompant les gaz qu'elle contient, - on maintient l'enceinte (2) à basse pression pendant une durée fixée, - on rétablit la pression atmosphérique dans l'enceinte (2) par injection d'un gaz neutre, - on vérifie que la température du photomasque (13) est d'environ 30-35°C, et - on extrait le photomasque (13) de l'enceinte (2). 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel on vérifie le positionnement du photomasque au moyen d'au moins trois capteurs de distance à ultrasons (8).