JP3711063B2 - 防塵装置付きフォトマスク及びこれを用いた露光方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩ，超ＬＳＩ等の高密度集積回路の製造工程で使用されるフォトマスクに異物付着防止の目的で装着される防塵装置に関し、さらに詳しくは、短波長領域の紫外線透過性、耐光性にすぐれた防塵装置付きフォトマスク及びこれを用いた露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の高密度集積回路の製造工程で使用されるフォトマスクに塵埃等の異物付着防止の目的で装着される防塵装置としては、図３に示すように、ニトロセルロ−スやフッ素系樹脂等から形成された厚さ数μｍの有機薄膜を、金属製等のフレ−ムの片側に接着剤等で貼った構造を有するペリクルが一般的に使用されてきた。ペリクルはフレ−ムの他方に接着剤を塗布し、フォトマスクに接着し固定される。フレ−ムの高さは、通常３〜５ｍｍ程度であり、ペリクル膜面はフレ−ムの高さ分だけフォトマスクパタ−ン面から離れているので、微細な塵埃がペリクル膜面上に付着しても、露光時に塵埃の像はレジストを塗布した半導体用ウエ−ハ上には結像されず、転写されない。
【０００３】
しかしながら、近年超ＬＳＩの集積度向上のために、より微細な線幅で集積回路を形成するリソグラフィ技術が求められてきており、露光光源の短波長化が進められている。例えば、リソグラフィ用ステッパの光源は、従来のｇ線（436ｎｍ）、ｉ線（365ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレ−ザ（248ｎｍ）から進んで、ＡｒＦ（193ｎｍ）エキシマレ−ザ、Ｆ₂ レ−ザ（157ｎｍ）が用いられようとしている。
【０００４】
露光波長が短くなり、特に１８０ｎｍ以下の真空紫外領域になると、ニトロセルロ−ス等の有機物は光透過性が十分でなくなるという欠点があった。またＡｒＦエキシマレ−ザやＦ₂ レ−ザは高いエネルギ−を持つので、有機物から構成されたペリクルは膜の変質や損失が生じるなどの欠点があった。
【０００５】
短波長領域において、高い光透過性を得るために、特開２００１-８３６９０号公報に記載されているように、合成石英ガラスを厚さ１ｍｍ以下の薄膜としたガラス製ペリクルを使用する方法がある。しかしながら、フォトマスク上に設けた石英ガラス製ペリクルの内部には、酸素等を含む通常の大気が存在しており、短波長光源、特に１５７ｎｍのＦ₂ レ−ザでは酸素が光を吸収してしまうという問題があり、ペリクル内部を窒素等の光吸収性のない不活性ガスで置換するなどの工夫が必要とされていた。さらに、従来の方法では、フレ−ムとペリクルおよびフレ−ムとフォトマスクは接着剤で固定しなければならず、露光を繰り返すことにより接着剤からの脱ガスや接着剤の分解により、フォトマスクパタ−ン上に異物が付着して欠陥を生じてしまうなどの問題があった。接着剤が原因となる異物付着の問題は、露光波長が短くなるほどより顕著になっている。
【０００６】
ペリクルを用いない方法としては、特公昭61-54211号公報にフォトマスクの有効部のみに光硬化型接着剤により薄板ガラスを貼り合わせた構造のフォトマスクや、特開昭55-121443号公報にフォトマスクの全面もしくは一部に接着剤を塗布し、接着剤により透明基板を貼り合わせた構造が記載されている。しかしながら、フォトマスクの露光される領域に接着剤が存在すると、露光を繰り返すことにより接着剤からの脱ガスや接着剤の分解が生じ、異物付着によるフォトマスク欠陥の発生、および接着剤の変質による部分的着色や紫外線透過率の減少等の問題があった。接着剤が原因となるこれらの問題は、露光波長が短くなるほどより顕著になり、実用に供しにくいという欠点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明はこのような問題点を解消するためになされたものである。その目的は、高い紫外線透過性を有しかつ耐紫外線性に優れ、不活性ガス置換が不要な防塵装置付きフォトマスクおよびこのフォトマスクを用いた露光方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係わるは、フォトマスクの遮光膜パタ−ン面側に紫外線を透過する透明基板を重ね合わせ、フォトマスクの遮光膜と透明基板との間の空気を排気除去することにより、フォトマスクと透明基板とを密着して貼り合わせたことを特徴とする防塵装置付きフォトマスクである。
【０００９】
短波長紫外線を透過する透明基板としては、合成石英基板や単結晶ホワイトサファイア等が使用し得る。遮光膜としては、クロム、クロム酸化物、クロム酸窒化物等の通常のフォトマスク遮光材料が用いられる。フォトマスクの遮光膜パタ−ンと透明基板との間の空気の除去は、クリ−ンル−ム内において、１３３×１０^-3 Ｐａ（１×１０^-3 Ｔｏｒｒ）程度の真空度が確保し得る清浄な真空チャンバ−内に、密着させたフォトマスクと透明基板を静置し、室温で数分から数十分の真空排気をすることにより達成し得る。フォトマスクと透明基板の結合強度を増すために、必要に応じて、予め双方を真空引き等により脱ガスをしておくことも可能である。フオトマスクと薄い透明基板との貼り合わせ技術は特開平６‐２８２０６６号公報に例示されている。
【００１０】
透明基板は塵埃がフオトマスクパタ−ン上に直接付着するのを防ぐと共に、例え透明基板上に微小な塵埃が付着しても、透明基板の厚さのために、露光時に塵埃の像はレジストを塗布した半導体用ウエ−ハ上には結像されず、転写されない。したがって、透明基板は防塵装置として機能する。透明基板の厚さは、透明基板上の塵埃が露光時に転写されなければよいので、通常のペリクル用フレ−ムの高さに近い２ｍｍ以上の厚さがあれば十分である。透明基板の大きさは、フォトマスクのパタ−ン転写に影響する領域を覆っていれば十分であるが、操作性などの点からフォトマスクと同一サイズがより好ましい。
【００１１】
請求項２の発明に係わるは、フォトマスクの遮光膜パタ−ン面側の全面に紫外線を透過する透明膜を形成し、次に透明膜上に紫外線を透過する透明基板を重ね合わせ、フォトマスク上の透明膜と透明基板との間の空気を排気除去することにより、フォトマスクと透明基板とを密着して貼り合わせたことを特徴とする防塵装置付きフォトマスクである。
【００１２】
フォトマスクの遮光膜パタ−ンの形状、密度は様々であり、遮光膜パタ−ンの面積が小さいフォトマスクも存在する。本発明における透明膜は、遮光膜パタ−ンによる段差を緩和して透明基板との貼り合わせ時のパタ−ン依存性をなくし、透明基板との密着強度をより向上させるために設けられる。フォトマスク上に設ける透明膜としては、露光波長に対する紫外線透過性、および耐光性に優れた特性を有することが求められ、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム等が示される。例えば、フォトマスク基板に合成石英ガラス基板を用いた場合には、その組成に近いシリコン酸化物が透明膜としてより好ましい。シリコン酸化物はＳｉＯ₂タ−ゲットを用いたＡｒガスによるスパッタリング等の真空成膜法、または塗布ガラス（スピンオングラス；ＳＯＧ）法を用いることにより形成し得る。ＳＯＧは市販品として、例えば東京応化社製ＯＣＤ Ｔｙｐｅ‐２やアライドシグナル社製アキュグラス２１１Ｓ等が使用できる。
【００１３】
請求項３の発明に係わるは、フォトマスクの遮光膜パタ−ン面側の全面に紫外線を透過する透明膜を形成し、次に透明膜を平坦化した後に、透明膜上に紫外線を透過する透明基板を重ね合わせ、フォトマスク上の平坦化した透明膜と透明基板との間の空気を排気除去することにより、フォトマスクと透明基板とを密着して貼り合わせたことを特徴とする防塵装置付きフォトマスクである。
【００１４】
フォトマスク上に形成した透明膜は一定の平坦度を有しているが、微細な凹凸が存在することが多い。遮光膜パタ−ンの段差によって生じた透明膜の微細な凹凸を研磨除去することにより平坦化し、透明膜と透明基板との間の空気を排気除去すれば、透明膜と透明基板は全面において密着し貼り合わさる。透明膜の平坦化方法としては特開平７‐２６１３６９号公報に示される技術であり、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の研磨装置にて所定の条件で研磨を行い、平坦化する。
【００１５】
請求項４に係わるは、請求項１ないし３における防塵装置付きフォトマスクを用い、露光装置の中で透明基板のみを取り外して露光し、露光終了後に露光装置からフォトマスクを取り出す際に、再度透明基板を取りつけたことを特徴とする露光方法である。
【００１６】
本発明における防塵装置付きフォトマスクは、通常のペリクルと同じように防塵装置を付けたままで露光に使用し得るが、再度フォトマスクを真空下に置くことにより、簡単に防塵装置を剥離することが可能である。フォトマスク上に付着する塵埃の影響は、一般に大気中での取り扱い中に付着することが最も多い。真空紫外領域の露光では、フォトマスクにおける紫外線の透過率を少しでも向上させ、露光光の利用効率を上げることが求められている。本発明の露光方法の目的の一つは、Ｆ₂ レ−ザ等の真空紫外領域の露光時に、露光装置内で防塵装置付きフォトマスから透明基板を取り外して露光することにより、露光光の利用効率を上げることにある。露光終了後は、露光装置からフォトマスクを取り出す際に、再度透明基板を取り付け密着させてから大気に戻す。
【００１７】
本発明の露光方法の他の目的は、高価な透明基板を何度も再使用できるという点にある。短波長紫外線を透過する材料は限られており、透明基板は高価であるが、本発明では必要に応じて再研磨することを含めて透明基板が何度でも再利用できるので、経済的にも利点がある。
【００１８】
本発明の露光方法に用いる透明基板は露光時に取り外すため、必ずしも露光光に対して透明でなくとも良いが、フォトマスクと密着し貼り合わせた後に行われる検査光に対しては透明性が求められる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を以下の実施例にもとづき図面を参照して説明する。
【００２０】
【実施例１】
図１は本発明の防塵装置付きフォトマスクの一例を示す断面図である。図１において、光学研磨された６インチ角、厚さ０．２５インチの合成石英ガラス基板１上に、厚さ８０ｎｍのクロム薄膜と４０ｎｍの低反射クロム薄膜の２層構造で遮光膜パタ−ン２が設けられたフォトマスクを洗浄し、乾燥して表面を清浄にした後、フォトマスクと同一サイズの光学研磨し洗浄乾燥した平面度２μｍの合成石英ガラス基板３をフォトマスクの遮光膜パタ−ン面側に、位置合わせをし、接着剤等を用いることなく重ね合わせた。次に、重ねた状態で真空装置内に入れ、真空度１３３×１０^-3 Ｐａ（１×１０^-3 Ｔｏｒｒ）で10分間真空引きを行い、2枚の基板を強固に密着せしめた。本方法で貼り合わせた2枚の基板は十分に密着しており、防塵装置付きフォトマスクとしてＡｒＦエキシマレ−ザ露光に使用可能であった。
【００２１】
【実施例２】
図２に本発明の一例を示す。光学研磨された６インチ角、厚さ０．２５インチの合成石英ガラス基板４に、厚さ６０ｎｍのクロム薄膜を中心にして上下にそれぞれ４０ｎｍの低反射クロム薄膜が設けられた３層構造で遮光膜パタ−ン５が形成されたフォトマスクを洗浄し、その遮光膜パタ−ン面側の全面に市販の塗布ガラス（スピンオンガラス；ＳＯＧ）であるアライドシグナル社製アキュグラス２１１Ｓをスピンコ−ト法で塗布し、窒素雰囲気中３００度で１時間焼成し、焼成後の膜厚が約８００ｎｍのＳＯＧ膜を得た。次に岡本工作機械製作所製ＣＭＰ装置ＳＰＰ６００ＳによりＳＯＧを研磨し、厚さ約６００ｎｍの平坦なＳＯＧ膜６を形成した。研磨条件としては、研磨用スラリ−にロデ−ルニッタ社製ＩＬＤ１３００、研磨布は同ＩＣ１１００を使用し、負荷荷重は５０ｇ／ｃｍ² 、スピンドル速度３０ｒｐｍ、テ−ブル速度３０ｒｐｍであった。 次にフォトマスクの平坦化したＳＯＧ膜面側に、同一サイズの光学研磨された６インチ角の合成石英ガラス基板７を重ね合わせ、真空装置に入れて常温で２０分間真空引きし、強固に密着した防塵装置付きフォトマスクを得た。このフォトマスクはＫｒＦエキシマレ−ザ露光に使用可能であった。
【００２２】
【実施例３】
実施例１で作製した防塵装置付きフォトマスクをＦ₂ レ−ザ露光装置内に静置し、装置内を排気して真空にした後、露光装置内で防塵装置付きフォトマスクから透明基板を取り外し、次にＦ₂ レ−ザ露光して半導体用ウェ−ハ上のレジストにフォトマスクパタ−ンを転写した。露光終了後、露光装置からフォトマスクを取り出す際に、再度透明基板をフォトマスクに取り付け密着させてから大気圧に戻し、再び防塵装置付きフォトマスクとして露光装置から取り出した。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の防塵装置付きフォトマスクは、波長１５０〜２００ｎｍの短波長光源であるＡｒＦ（193ｎｍ）エキシマレ−ザ、Ｆ₂ レ−ザ（157ｎｍ）においても優れた光透過性を有し、かつ同波長域の紫外線に対しても耐久性が高く、さらに従来のペリクルのように、内部を窒素等の不活性ガスで置換するなどの工夫も不要となった。また、本発明に関わる防塵装置は、従来のペリクルのようにフレ−ムを接着剤でフォトマスク上に固定する構造と異なるので、防塵装置付きフォトマスクを再度真空下に置くことにより、簡単に剥離することが可能である。したがって、防塵装置を構成する透明基板が塵埃等で汚染した場合には、透明基板を交換したり、あるいはフォトマスクと透明基板の双方を洗浄して再使用することが容易に可能である。
【００２４】
また、本発明の露光方法は、露光光の利用効率を上げることにより露光時間を短縮して生産性を上げること、および高価な透明基板を何度も再使用できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の防塵装置付きフォトマスクの断面模式図である。
【図２】 実施例２の防塵装置付きフォトマスクの断面模式図である。
【図３】 従来のペリクル付きフォトマスクを示す模式図である。
【符号の説明】
１、４、８ 合成石英ガラス基板
２、５、９ 遮光膜パタ−ン
３、７透明基板
６ 平坦化透明膜
１０ ペリクル膜
１１ フレ−ム

Claims (4)

1. フォトマスクの遮光膜パタ−ン面側に紫外線を透過する透明基板を重ね合わせ、フォトマスクの遮光膜パタ−ンと透明基板との間の空気を排気除去することにより、フォトマスクと透明基板とを密着して貼り合わせたことを特徴とする防塵装置付きフォトマスク。
2. フォトマスクの遮光膜パタ−ン面側の全面に紫外線を透過する透明膜を形成し、次に透明膜上に紫外線を透過する透明基板を重ね合わせ、フォトマスク上の透明膜と透明基板との間の空気を排気除去することにより、フォトマスクと透明基板とを密着して貼り合わせたことを特徴とする防塵装置付きフォトマスク。
3. フォトマスクの遮光膜パタ−ン面側の全面に紫外線を透過する透明膜を形成し、次に透明膜を平坦化した後に、透明膜上に紫外線を透過する透明基板を重ね合わせ、フォトマスク上の平坦化した透明膜と透明基板との間の空気を排気除去することにより、フォトマスクと透明基板とを密着して貼り合わせたことを特徴とする防塵装置付きフォトマスク。
4. 請求項１ないし３における防塵装置付きフォトマスクを用い、露光装置の中で透明基板を取り外して露光し、露光終了後、再度透明基板を取り付け、露光装置から防塵装置付きフォトマスクを取り出すことを特徴とする露光方法。

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