(57)【要約】【課題】レティクルが外部の影響を受けないように、集積回路パターンを有するレティクルが洗浄ガスを充満させた環境のもと、レティクルとペリクルとの貼り合せステップを行う半導体デバイス洗浄システムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の半導体デバイス洗浄システムは、洗浄ガス供給装置２０及び気密室３０を含み、洗浄ガス供給装置２０と気密室３０とはパイプで連結されている。気密室３０は制御エリア３１及び作業エリア３２を有し、制御エリア３１は制御バルブ３１１、ケミカルフィルタ３１２及びファンフィルタユニット３１３を含み、作業エリア３２は作業台５０のほかに除電器３２１、差圧計３２２、湿度計３２３、酸欠計３２４及びアラームディスプレイ３２５を更に含む。【選択図】図３
2007183535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイス洗浄システムであって、
連続して洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給装置と、
ペリクルラミネータを有する気密室と、
前記気密室の酸素濃度を検知する酸欠計とを含み、
前記気密室と前記洗浄ガス供給装置との間はパイプで連結されており、
前記気密室は、
前記洗浄ガスが前記気密室に注入される流量の調節に用いられる制御バルブと、
前記洗浄ガスを前記気密室内で流動するように導くファンフィルタユニットと、
前記気密室内の静電荷を除去するのに用いられる除電器と、
前記気密室の圧力を表示するのに用いられる差圧計と、
警告を発し前記気密室内の圧力を調節するのに用いられるアラームディスプレイと
前記気密室内の湿度を検知するのに用いられる湿度計と、
前記制御バルブと前記パイプで連結され、前記洗浄ガス内の不純物を濾過するのに用いられるケミカルフィルタと
を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記洗浄ガスは不活性ガスであることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス洗浄システム。
【請求項３】
前記洗浄ガスは窒素であることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス洗浄システム。
【請求項４】
前記洗浄ガスはヘリウムであることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス洗浄システム。
【請求項５】
前記洗浄ガスが前記気密室内で流動する方式は、循環流又は層状流を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス洗浄システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体デバイス洗浄システムに関するものであり、特にレティクルを洗浄ガスで充満させた気密室内に置き、ラミネータで接合し、周囲環境に浮遊する微粒子がレティクルに留まるのを防ぐか、又はヘイズ（haze）の発生を防ぐ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造プロセスで最も重要なステップは光リソグラフィである。半導体製造プロセス全体では、光リソグラフィは主に微小サイズの集積回路までを制御できる方法であることが知られている。各種の光リソグラフィ技術が新開発され、短波長光源を用いて露光が行われるようになった。これらの短波長光源は紫外光（Ultra violet）、遠紫外光（Deep Ultra violet）、極紫外光（extreme ultra violet）及びＸ線光源を含む。
【０００３】
一般の光リソグラフィ技術では、光源から出た光をレティクル（reticle）、即ちパターンマスク（patterned mask）に照射し、透過した光をレンズにより集光し半導体基材上へパターンを投影し、感光性フォトレジスト層を感光させる。半導体基材は、半導体ウエハ、又は集積回路又はマイクロ電子回路を有するその他の半導体基板であってもよい。
【０００４】
一般的なレティクルは、パターン化された不透明材料も含む。この不透明材料は透明基材の片側にある。この透明基材は石英を含み、光が通過できる素材である。一般的にパターン化された不透過材料はクロム（chrome）である。このほかレティクルにある必要なパターン（desired pattern）及び欠陥（defect）も同様に投影により半導体基材のフォトレジスト層（photo-resist layer）に照射される。例を挙げれば、フォトレジスト層が露光する過程で、もし微粒子がレティクルに残っていた場合は、半導体基材上のフォトレジストパターンに欠陥を生じさせ、半導体デバイス製造時に故障を発生させうる。
【０００５】
一般的に、ペリクル（pellicle）はレティクルを保護しレティクルの清潔度を保つためのものである。このペリクルは薄く、平たくそして透明な膜であり、通常は有機材料により構成されている。ペリクルはフレーム（frame）により支えられ、レティクルの上方に置かれる。このペリクルは微粒子がレティクル表面に落ちるのを防ぎ、また微粒子がペリクルに落ちても光リソグラフィーシステムの焦点面を避けることができる。そのため露光過程の際、微粒子のイメージは半導体ウエハに焦点が合うことはない。
【０００６】
しかし、先端的なレティクルプロセスでは、ペリクルラミネータエリア内の空気に対する品質要求は非常に厳格である。しかし現在の半導体製造プロセスでは、プロセス環境の化学分子含有量が高すぎる。そのためレティクルが露光機により長時間露光された後、周囲環境における化学分子の光化学反応によりいわゆるヘイズが発生することで、ウエハの良品率が低下してしまうのである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
周知の技術はペリクルを用い、微粒子がレティクルに落ちて露光過程で微粒子の模様がレティクルに投影され集積回路の欠陥になることを防止できるものである。しかしレティクルが外部の影響を受けないようにするため、本発明は半導体デバイス洗浄システムを提供し、集積回路パターンを有するレティクルが洗浄ガスを充満させた環境のもと、レティクルとペリクルとの貼り合せステップを行う。レティクルは貼り合せられた後、内部に清浄ガスが充満し、ヘイズの発生を防ぐのである。
【０００８】
本発明は半導体デバイス洗浄システムを提供し、気密室、ペリクルを有するペリクルラミネータ及び洗浄ガス供給装置を含む。そのうちペリクルを有するペリクルラミネータは気密室に位置し、洗浄ガス供給装置と気密室との間はパイプで連結されている。この半導体デバイス洗浄システムは洗浄ガス供給装置により洗浄ガスが連続して供給され、パイプを通って気密室内に注入されるものである。そして気密室内に洗浄ガスが充満すると、同時に気密室内に位置するペリクルラミネータを洗浄する。そのため気密室全体が洗浄ガスにより洗浄された後、一定の清潔度が保たれる。後続のプロセスでは、集積回路パターンを有するレティクルとペリクルラミネータとが洗浄ガスを充満させた環境条件のもとで、レティクルとペリクルとの貼り合せステップを行った後、集積回路パターンを有するレティクルにはいかなる微粒子もなく、またヘイズが発生することもなくなる。更に確認できるのは、後続の露光過程で露光光源が集積回路パターンを有するレティクルを照射し、ウエハ上にパターンを投影、マッピングしても欠陥が発生し得ないことである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のいくつかの実施例は以下に詳細に記述した。しかし詳細に記述されたもの以外に、本発明は広くその他の実施例でも行えるものである。また本発明の技術的範囲は実施例に限定されるものではなく、後述する特許請求の範囲を基準とする。
【００１０】
集積回路パターンを有するレティクルが外部環境による汚染を受けることがあるが、周知の技術ではこれをフォトマスクフィルム装置を用いることで防ぐことができる。しかし露光過程において、チップにある集積回路パターンに投影、マッピングする解析度及び信頼性に悪影響を与えるので、この部分が問題解決と改善とが必要な部分であることが知られている。本発明は半導体デバイス洗浄システムを提供するものであり、その目的は集積回路パターンを有するレティクルが露光過程で一定の清潔度を保ち、微粒子及びヘイズがウエハの集積回路パターンに投影するのを防ぐものである。
【００１１】
まず本発明が示す半導体デバイス洗浄システムの各装置について説明を行い、図により各装置間の接続関係を解説する。図１に示すのは、本発明による半導体デバイス洗浄システムであり、洗浄ガス供給装置２０及び気密室３０を含む。気密室３０内にはペリクルを有するペリクルラミネータ４０を更に含む。そのうち、洗浄ガス供給装置２０と気密室３０とはパイプで連結されている。
【００１２】
洗浄ガス供給装置２０は気密室に洗浄ガスを提供するものである。洗浄ガスは気密室３０内を循環流動し、気密室３０全体に洗浄ガスを充満させる。そして同時に気密室３０内の酸素含有量と微粒子の残留量とを減少させる。本発明で使用される洗浄ガスは、一般に高純度の窒素である。当然コストを考慮に入れない状況では、半導体製造プロセス全体の信頼性と一定の清潔度とを維持するため、例えばヘリウム（helium：Ｈｅ）やアルゴン（argon：Ａｒ）のような、いかなる不活性ガス（inert gas）を用いてもよい。
【００１３】
同様に図１では、気密室３０は制御エリア３１及び作業エリア３２を有する。制御エリア３１は制御バルブ（control valve）３１１、ケミカルフィルタ（chemical filter）３１２及びファンフィルタユニット（fan and filter unit：FFU）３１３を含む。そのうち制御バルブ３１１、ケミカルフィルタ３１２及びファンフィルタユニット３１３と洗浄ガス供給装置２０とはパイプ（図に記載なし）で連結されている。そのうち制御バルブ３１１は、洗浄ガスが気密室３０内に注入される流量を制御するものである。この制御バルブ３１１は手動制御であっても自動制御であってもよい。本発明の最も好適な実施例では、自動制御の方式を用い、制御バルブ３１１による洗浄ガスが気密室３０に注入される流量制御を調整しているものが図示されている。ケミカルフィルタ３１２は制御バルブ３１１から気密室３０に注入される洗浄ガスの濾過に用いられ、その目的は洗浄ガス内にあるその他不要な不純物、又は半導体デバイス製造プロセスに悪影響を及ぼすその他の微粒子を、化学濾過の方式で除去することである。これにより後続のステップでは、一定の清潔度がある洗浄ガスが、気密室３０の作業エリア３２内に注入できるようにするのである。
【００１４】
本発明による半導体デバイス洗浄システムの主要な特徴はファンフィルタユニット３１３にある。このファンフィルタユニット３１３は、気密室３０内の洗浄ガスが作業エリア３２に移送され、作業エリア３２内全体に層状流の方式で流動し、循環現象を生じ、作業エリア３２内の清潔度を最適の状態にするためのものである。
【００１５】
本発明における気密室３０の作業エリア３２はペリクル４０を有するペリクルラミネータ、及びレティクル（図に記載なし）を置きペリクル４０とレティクルとの貼り合せステップを行うのに用いる作業台５０を含む。ほかに作業エリア３２内には除電器（ionizer）３２１、差圧計３２２、湿度計３２３、酸欠計（oxygen detector）３２４及びアラームディスプレイ（alarm）３２５を更に含む。そのうち除電器３２１は、静電気放電を用いる方式で作業エリア３２内の静電気を除去し、同時に作業エリア３２内の静電気量を制御する。この装置の静電気放電の時間は０〜６０秒の間であり、＋−電圧変移は＋−２００Ｗである。差圧計３２２は気密室３０内の圧力を示すのに用い、一般には気密室３０内の圧力はクリーンルームの圧力よりも大きく、空気圧の約１〜２倍なければならない。もし気密室３０内で、作業エリア３２の圧力がこの圧力範囲より低い場合は、差圧計３３２と調節して気密室３０内に注入する洗浄ガス流量により気密室３０内部を制御し、又は作業エリア３２の圧力までも制御しなければならない。他には、湿度計３２３は作業エリア３２内の相対温度を表示する。酸欠計３２４は気密室３０にある作業エリア３２の酸素濃度を検知し、酸素含有量により作業エリア３２内の窒素含有量を推算する。アラームディスプレイ３２５は作業エリア３２内圧力が設定した最低圧力値より低くなった時に、警報を発する。制御バルブ３１１に対しては、手動方式で作業エリア３２内の圧力を調整するか、又は自動制御方式で、バルブの調節機能を起動することで、適量の洗浄ガスを注入し気密室３０又は作業エリア３２の圧力を調節する。または、作業エリア３２内の湿度が５−３０％という相対湿度を超過した場合は、作業エリア３２内の酸素含有量が増加したことが表示される。同様に、アラームディスプレイ３２５が警報を発し制御バルブ３１１に伝達する。そして制御バルブ３１１により適量の洗浄ガスが作業エリア３２内に注入され、酸素含有量を低下させるのである（即ち作業エリア３２内の相対湿度を低下させる）。
【００１６】
上記の半導体デバイス洗浄システムに基づき、本発明では半導体デバイスの洗浄方法を提供する。図２は本発明による半導体デバイスシステムの洗浄方法である。ステップ１１はペリクルラミネータを有する気密室が提供されていることを表す。ステップ１２は洗浄ガスが気密室に注入されるステップの他、更に以下のステップ１２２〜１２４を含む。ステップ１２２：制御バルブにより気密室内の洗浄ガス流量を制御する。ステップ１２３：注入する洗浄ガスをケミカルフィルタユニット（chemical filter unit）により濾過し、洗浄ガスが一定の純度に達するようにする。及びステップ１２４：ファンフィルタユニット（fan filter unit：FFU）により、洗浄ガスの流動方向を導き、作業エリア内の清潔度を保つ。ステップ１３：集積回路パターンを有するレティクルを気密室内に置き、ペリクルラミネータの作業台と向かい合うようにする。ステップ１４：気密室内の洗浄ガス流量を自動調整し、気密室内が一定の清潔度を保つようにする。及びステップ１５：集積回路パターンを有するレティクルとペリクルとを貼り合せる。
【００１７】
図２のフローチャートには、本発明による半導体デバイス洗浄システムの洗浄方法が記されている。図３に示すのは、ペリクルラミネータを有する気密室と洗浄ガス供給装置との連結を表したブロック図である。以下ではこの図３のブロック図に基づき、本発明による半導体デバイス洗浄方法のステップについて説明を行う。まず、洗浄ガス供給装置２０により洗浄ガスが供給される。この洗浄ガスは窒素（nitrogen：Ｎ２）、アルゴン（argon：Ａｒ）又はヘリウム（helium：Ｈｅ）であってもよい。洗浄ガスは洗浄ガス供給装置２０と気密室３０との間のパイプにより気密室３０内に注入され、洗浄ガスの流量は制御バルブ３１１により制御される。そして本発明ではケミカルフィルタユニット３１２により洗浄ガスに含まれる不純物を濾過し、純度が高い洗浄ガスにする。その後ファンフィルタユニット３１３により洗浄ガスの流動方向が導かれる。これにより洗浄ガスは作業エリア３０内を循環流動し、作業エリア３２内を一定の清潔度に保つことができるようになる。ここで、洗浄ガスは洗浄ガス供給装置２０により気密室３０内へ連続して途切れなく供給されるものであり、供給の目的はペリクル４０を有するラミネータの気密室３０内部を一定の清潔度に保つことである。
【００１８】
洗浄ガスが作業エリア３２に注入された後、洗浄ガスの流量を制御することで気密室３０の圧力が調整でき、これにより気密室３０全体の圧力が外部環境における圧力より大きくなる。一般には気密室３０内の圧力はクリーンルームの圧力よりも大きく、空気圧の約１〜２倍なければならない。作業エリア３２内の圧力が設定した最低圧力値より低くなった時は、作業エリア３２内の圧力はすでに最適な操作圧力の条件より低くなっていることを表している。この時アラームディスプレイ３２５は警報を制御バルブ３１１に伝達する。そして制御バルブ３１１は、気密室３０内に注入される洗浄ガスの流量が調節し、作業エリア３２内の圧力を空気圧の１〜２倍に維持する。
【００１９】
本発明では、湿度計３２３は、作業エリア３２（又は気密室３０）での相対湿度及び窒素含有量を検知し、酸欠計３２４により作業エリア３２内の酸素濃度を検知する。ここで解説しなければならないのは、酸欠計３２４は気密室３０を保護する以外にも、操作要員の安全確保のために設置したものでもあることである。気密室３０にある作業エリア３２内の相対湿度は５〜３０％の間に維持され、最適範囲は５〜２０％の間である。湿度計３２３で酸素含有量を検知し、これにより作業エリア３２内の窒素含有量を推算する。もし湿度計３２３が検知した相対湿度が、例えば３０％のような上限設定値より高い場合は、気密室３０にある作業エリア３２内の相対湿度（又は酸素含有量）が高いことを示している。このとき湿度計３２３はアラームディスプレイ３２５に警報を伝送し、この警報が更に制御バルブ３１１に伝送される。そして制御バルブ３１１により気密室３０内の洗浄ガス流量を調節する。注入する洗浄ガスの流量により作業エリア３２内の相対湿度が調整され酸素含有量は低下する。ここで解説しなければならないのは、本発明では、レティクルとペリクルラミネータ２０とが貼り合せを行う最適の操作条件は、相対湿度５〜２０％の状態で進められることである。
【００２０】
続いて、使用者は気密室３０内の酸欠計３２４及び湿度計３２３により、気密室３０内部が一定の清潔度を有していると判断した後、気密室３０の扉を開け、集積回路パターン６１を有するレティクル６０を作業エリア３２の作業台５０に、かつペリクル４０を有するペリクルラミネータと向かい合う位置に置く。続いて気密室３０の扉を閉める。気密室３０内の圧力が気密室３０の外部の圧力（即ち空気圧）より大きいため、気密室３０の扉が開かれたと同時に、気密室３０内の圧力は外部に排出される。この時制御バルブ３１１が洗浄ガスの流量を自動調節し、気密室３０内の圧力を保つのである。
【００２１】
また他方、集積回路パターン６１を有するレティクル６０が気密室３０内に置かれた時、気密室３０の相対温度及び酸素含有量は集積回路パターン６１を有するレティクル６０が入り込んだことにより相対的に増加する。これは集積回路パターン６１を有するレティクル６０が洗浄される前に、外部環境からの微粒子及び一定程度の湿度を残しているからである。同様に、作業エリア３２内が一定の清潔度を有し、いかなる微粒子をも集積回路パターンがあるレティクル６０に残留できないようにするため、制御バルブ３１１は気密室３０内の洗浄ガス流量を自動的に増加させ、ファンフィルタユニット３１３は洗浄ガスを作業エリア３２内で循環流動するように導く。制御バルブは集積回路パターン６１を有するレティクル６０を洗浄し、その一方で絶えず注入される洗浄ガスにより作業エリア３２内の相対湿度及び酸素含有量を調節をもするのである。そのため作業エリア３２内の湿度計３２３が、作業エリア３２内の相対湿度が適切になったか、又は５〜３０％にあることを検知した時、湿度計３２３は作業エリア３２内の環境条件がすでに最適の操作環境に達し、レティクルとペリクルとの貼り合せステップが行えることを示すのである。
【００２２】
作業エリア３２内の環境条件には、圧力（空気圧の１〜２倍）及び相対湿度（５〜３０％）等がある。これらの環境条件が最適な操作条件に達した時、集積回路パターン６１を有するレティクル６０とペリクル４０を有するペリクルラミネータとが貼り合うことができるようになり、ペリクル（図に記載なし）と集積回路パターン６１を有するレティクル６０とが完全に緊密に貼り合うのである。また、ペリクル４０と集積回路パターン６１を有するレティクル６０との表面の間にある微小な空間にも、洗浄ガスが充満される。そのため、フォトレジスト・アウトガス（photoresist outgas）が発生したとしても、この気体が集積回路パターン６１を有するレティクル６０とペリクル４０との空間内に入り込むことはなく、光化学反応も発生しないのである。
【００２３】
上記のものは本発明の比較的良好な実施例であるのみで、本発明の特許請求の範囲をこれに限定するものでない。本発明の主旨を逸脱しない状況でなされた同等の効果を有するその他の変更および修飾加工は全て、下記の特許請求の範囲に含まれなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による技術である、半導体デバイス洗浄システムのブロック図である。
【図２】本発明による技術である、半導体デバイスの洗浄方法を説明するフローチャートである。
【図３】本発明による技術である、集積回路パターンを有するレティクルが半導体デバイス洗浄システム内に位置することを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２５】
２０      洗浄ガス供給装置
３０      気密室
３１      制御エリア
３２      作業エリア
３１１      制御バルブ
３１２      ケミカルフィルタ
３１３      ファンフィルタユニット
３２１      除電器
３２２      差圧計
３２３      湿度計
３２４      酸欠計
３２５      アラームディスプレイ
４０      ペリクル（防塵保護膜）
５０      作業台
６０      レティクル
６１      集積回路パターン
【図１】
2007183535.tif 000003
【図２】
2007183535.tif 000004
【図３】
2007183535.tif 000005