JP4307968B2

JP4307968B2 - ペリクルの製造方法

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Publication number: JP4307968B2
Application number: JP2003406372A
Authority: JP
Inventors: 信行吉岡
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2003-12-04
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2023-12-04
Also published as: JP2005165141A

Description

本発明は、露光工程で使用されるペリクルの製造方法、特に、高集積回路の製造に対応する露光光を光源とした露光工程で使用されるペリクルの製造方法に関する。

ＬＳＩなどの半導体装置の製造工程において使用されるフォトリソグラフィ技術には、被加工基板表面にレジスト組成物を塗布してレジスト膜を形成する工程、露光によりレジストパターン潜像を形成する工程、必要に応じて加熱処理をする工程、次いでこれを現像して所望の微細パターンを形成する工程、および、この微細パターンをマスクとして被加工基板に対してエッチングなどの加工を行う工程が含まれる。

上記のレジストパターン潜像を形成する工程では、所定のレジストパターンが形成されたマスクを介してレジスト膜に露光光を照射する。この際、マスクの表面にゴミや傷があると、これらもレジスト膜に転写されてしまい、所望のレジストパターン潜像を形成することができなくなる。そこで、従来より、マスクにペリクルを装着することが行われている。ペリクルは、露光光に対して透過率の高い材料をペリクルフレームに接着した構造を有するものである。このようなペリクルを使用すると、ゴミはマスクではなくペリクルに付着するようになるので、ペリクルに付着したゴミをレジスト膜に転写することなしにレジストパターン潜像を形成することが可能となる。

ところで、近年、半導体装置の集積度の増加に伴い個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどのパターンの幅も微細化されている。これに伴い、パターンの微細化を図る手段の一つとして、上記のレジストパターン潜像を形成する際に使用される露光光の短波長化が進められている。

従来、パターン寸法が２５０ｎｍ〜１８０ｎｍの半導体装置の製造には、ＫｒＦ（フッ化クリプトン）エキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）を露光光源とする技術が用いられてきた。また、近年では、パターン寸法が１３０ｎｍ〜１００ｎｍの半導体装置の製造において、ＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）の実用化が検討されている。さらに、パターン寸法が７０ｎｍ〜５０ｎｍの半導体装置の製造には、より波長の短いＦ_２（フッ素）レーザ（波長：１５７ｎｍ）を露光光源として用いることも考えられている。

ところで、このような短波長の光を露光光源として使用する場合には、露光光に対する透過性や耐光性に優れたペリクルが必要となる。従来、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザに対しては、数μｍ程度の厚みを有するフッ素系有機ポリマー膜からなるペリクル膜をペリクルフレームに接着したものが使用されてきた。一方、Ｆ_２レーザに対しては、フッ素系有機ポリマーでは耐光性に劣るという問題があった。そこで、フッ素系有機ポリマー膜に代えて、ガラス基板からなるペリクル板の使用が検討されている。

ガラス基板を用いた無機ペリクルは、フッ素系有機ポリマー膜を用いた有機ペリクルに比較すると、露光光に対する透過性や耐光性に優れている。しかし、ガラス基板の厚みは通常数百μｍ程度あるので、自重によってガラス基板に撓みが生じ、所望のレジストパターン潜像を得ることができなくなるという問題があった。

そこで、ガラス基板をペリクルフレームに固定し、この状態でガラス基板に引張応力をかけることによって、ガラス基板の撓みを解消する方法が提案されている。具体的には、ガラス基板に対して熱膨張率の小さいペリクルフレームを用い、これにガラス基板を高温で接着した後、温度を常温まで下げることによってガラス基板に引張応力を与える方法がある（例えば、特許文献１参照。）。また、ガラス基板よりも熱膨張率の大きいペリクルフレームを用い、これにガラス基板を低温で接着した後、常温下におくことによってガラス基板に引張応力を与える方法もある（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００２−４０６２８号公報特開２００２−４０６２９号公報

しかしながら、上記の従来法によれば、ガラス基板に対して異なる熱膨張率を有する材料を用いてペリクルフレームを構成しなければならなかった。このため、ペルクルフレームの材料選択の自由度が小さくなるという問題があった。

また、ガラス基板をペリクルフレームに接着する作業は、異物の混入を防ぐためにクリーン度の高い環境下で行う必要があるが、上記従来法によれば、さらにこれを高温または低温の下で実現しなければならない。このため、製造設備が大掛かりなものとなって、コストアップに繋がるという問題もあった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、撓みのないペリクル板を有するペリクルの製造方法を提供することにある。

また、本発明の目的は、ペリクルフレームの材料選択の自由度を大きくすることのできるペリクルの製造方法を提供することにある。

さらに、本発明の目的は、大掛かりな製造設備を不要とし、コストダウンを図ることのできるペリクルの製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明のペリクルの製造方法は、ガラス基板からなるペリクル板の一方の面に熱吸収膜を形成した後、この熱吸収膜の側からペリクル板を加熱した状態でペリクル板の他方の面を常温に維持したペリクルフレームに接着層を介して接着し、この接着層が硬化してからペリクル板への加熱を止め、ペリクル板の温度が常温まで下がった後に熱吸収膜を除去することを特徴とするものである。

本発明において、ペリクル板を加熱する手段は赤外線ランプとすることができる。

また、本発明において、ペリクル板を加熱する手段は赤外線レーザとすることもできる。この場合、赤外線レーザのスキャンスピードを変えることによってペリクル板に所定の温度分布を作り出すことができる。

また、本発明において、熱吸収膜は金属膜とすることができる。この場合、熱吸収膜は、クロム膜、モリブデン膜およびタンタル膜よりなる群から選ばれるいずれか１の膜とすることができる。

この発明は以上説明したように、ガラス基板からなるペリクル板の一方の面に熱吸収膜を形成した後、この熱吸収膜の側からペリクル板を加熱した状態でペリクル板の他方の面を常温に維持したペリクルフレームに接着層を介して接着し、この接着層が硬化してからペリクル板への加熱を止め、ペリクル板の温度が常温に下がった後に熱吸収膜を除去するので、ペリクルフレームの熱膨張率の値にかかわらずペリクル板に引張応力を生じさせることができる。したがって、ペリクル板に撓みが発生しないようにすることができるとともに、ペリクルフレームの材料選択の自由度を大きくすることが可能である。

また、本発明によれば、ペリクル板のみを加熱すればよいので、クリーン度を保ったまま作業環境の全体を高温または低温にする必要がなくなる。したがって、恒温槽などの大掛かりな製造設備を不要とすることができ、コストダウンを図ることが可能となる。

図１は、本実施の形態において、マスクに接着されたペリクルの斜視図の一例である。図に示すように、本実施の形態におけるペリクル１は、ペリクル板２と、ペリクル板２を支持するペリクルフレーム３とを有する。ペリクルフレーム３の大きさは、例えば、外形１５０ｍｍ×１２０ｍｍで、高さ４ｍｍとすることができる。また、ペリクル板２は、ペリクルフレーム３と同じ外形寸法で、数百μｍ程度の厚みとすることができる。

ペリクル板２は、露光光、特に波長１５７ｎｍのＦ_２レーザ光に対して透過率の高い透明な材料からなる。例えば、フッ素をドープした石英ガラス基板などを用いることができる。ここで、石英ガラス基板の厚みは、例えば８００μｍ程度とすることができる。

一方、ペリクルフレーム３は、例えば、黒色アルマイト処理を施したアルミニウム合金、ステンレス、ポリエチレン、ポリカーボネートまたは石英ガラスなどを用いて形成することができる。本実施の形態においては、ペリクルフレーム３を構成する材料は、ペリクル板２を構成する材料に対して如何なる熱膨張率を有していてもよい。すなわち、ペリクルフレーム３は、ペリクル板２より大きい熱膨張率を有する材料からなっていてもよいし、小さい熱膨張率を有する材料からなっていてもよい。また、ペリクル板２と同程度の熱膨張率を有する材料からなっていてもよい。

図１に示すように、ペリクル１は、マスク４に接着層（図示せず）を介して貼り付けられる。この際、ペリクル１が接着される面はパターン５が形成されているマスク面に一致し、ペリクル１はパターン５を囲むようにして設置される。ここで、パターン５は、露光光が照射されることによってレジスト膜（図示せず）に転写される所定のパターンであり、例えば、膜厚１００ｎｍ〜１５０ｎｍ程度のクロム（Ｃｒ）膜などによって形成されている。また、接着層としては、例えば、シリコーン系接着剤、アクリル系接着剤またはエポキシ系接着剤などを用いることができる。

次に、図２（ａ）〜（ｃ）を用いて、本実施の形態にかかるペリクルの製造方法について説明する。尚、これらの図において、図１と同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。

本実施の形態においては、まず、ペリクル膜２の一方の面に、熱吸収膜としての金属膜６を形成する（図２（ａ））。金属膜６は、スパッタ法などによって形成することができる。本実施の形態においては、例えば、クロム（Ｃｒ）膜、モリブデン（Ｍｏ）膜またはタンタル（Ｔａ）膜などを金属膜６として用いることができる。また、金属膜６の膜厚は、例えば１０ｎｍ程度とすることができる。

本実施の形態においては、金属膜以外の無機膜や有機膜を熱吸収膜として用いることもできる。無機膜としては、例えば、窒化シリコン（Ｓｉ_ｘＮ_ｙ）膜などを挙げることができる。また、有機膜としては、例えば、炭素（Ｃ）膜および炭化シリコン（ＳｉＣ）膜などを挙げることができる。これらの膜は、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などによって成膜することができる。

次に、金属膜６の側からペリクル板２を加熱した状態で、ペリクル板２の金属膜６が形成されていない面に、常温（２５℃程度）に維持したペリクルフレーム３を接着する（図２（ｂ））。例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂などからなる接着層７を介して、ペリクル板２をペリクルフレーム３に貼ることができる。ペリクル板２の表面温度は、例えば２００℃程度になるようにすることができる。

ペリクル板２を加熱する手段としては、例えば赤外線ランプを用いることができる。本実施の形態においては、ペリクル板２に金属膜６を設けているので、金属膜６の側から赤外線ランプを照射すると金属膜６に熱が吸収される。これにより、ペリクル板２からペリクルフレーム３への熱の放射を抑制することができる。したがって、加熱により高温となったペリクル板２と、常温にあるペリクルフレーム３との間に温度差がある状態で、これらが互いに貼り合わされることになる。

また、本実施の形態においては、赤外線レーザを用いてペリクル板２の加熱を行ってもよい。赤外線レーザ光のスキャンスピードを制御することによって、ペリクル板２上の各点における照射時間を変えることができるので、ペリクル板２上に所望の温度分布を作り出すことが可能となる。

例えば、図２（ｂ）において、図の左端から右端へ向かって赤外線レーザ光をスキャンする。この際、スキャンスピードが遅くなるほど照射時間が長くなるので、対応するペリクル板２上での照射エネルギーが大きくなって、温度が上昇する。例えば、照射エネルギーが図３の点線で示す分布を有する場合、各点における温度分布は図の実線で示すようになる。尚、図３において、横軸はペリクル板上での座標ｘを、縦軸は強度分布Ｉ（ｘ）をそれぞれ表わしている。

ペリクル板上の各点における温度が変わると対応する点にかかる応力も変わるので、ペリクル板に所望の応力分布を作り出すことができる。したがって、例えば、ペリクル板が矩形状である場合には、応力の集中し易いコーナー部の応力が小さくなるようにすることによって、ペリクルの機械的強度の向上を図ることが可能となる。また、応力分布を制御することによって、ガラス基板に局所的な撓みが発生するのを防ぐこともできる。

尚、赤外線レーザ光のスキャンスピードを変える以外の方法によって、ペリクル板上に温度分布を作り出してもよい。例えば、ペリクル板の全面に赤外線レーザを照射して温度を全体的に上昇させた後、特に温度を高くしたい部分に局所的に赤外線レーザを照射する。この方法によっても、ペリクル板に温度分布を作り出すことができる。

ペリクル板２の加熱は、接着層７が硬化するまでは続ける。接着層７が硬化した後は、加熱するのを止めて、ペリクル板２の温度が常温に下がるまで放置する。この際、加熱により膨張していたペリクル板２は常温に戻る過程で収縮する。一方、ペリクルフレーム３は最初からほぼ常温のままであるので、ペリクル板２のように収縮することはない。したがって、ペリクル板２は、周囲をペリクルフレーム３によって引っ張られた状態で収縮して行くことになる。これにより、ペリクル板２には常に引張応力が働くようになるので、自重によってペリクル板２に撓みが生じるのを防ぐことができる。また、露光の際にペリクルに機械的振動が加わった場合であっても、ペリクルの変形を抑制することが可能となる。

ペリクル板２が常温に戻った後は、不要となった金属膜６を除去する。例えば、金属膜６に対してウェットエッチングまたはドライエッチングを行うことによって、金属膜６を除去することができる。

尚、熱吸収膜として有機膜を用いた場合には、例えば、酸素を用いたプラズマ処理によって有機膜を除去することができる。但し、熱吸収膜が如何なる材料からなる場合においても、露光工程で使用する波長域の光を透過する場合にはこれを除去する必要はない。

以上の工程によって、図２（ｃ）に示すペリクル１を製造することができる。尚、図２（ｃ）は、図１のペリクル１の断面図に対応している。但し、図１では、接着層７を省略してある。

本実施の形態によれば、高温のペリクル板と常温のペリクルフレームとを接着した後にペリクル板を常温に戻すので、ペリクルフレームの熱膨張率の値にかかわらずペリクル板に引張応力を生じさせることができる。したがって、ペリクルフレームの材料選択の自由度を大きくすることが可能である。

また、本実施の形態によれば、ペリクル板のみを加熱すればよいので、クリーン度を保ったまま作業環境の全体を高温または低温にする必要がなくなる。したがって、高温または低温の恒温槽などの大掛かりな製造設備を不要とすることができ、コストダウンを図ることが可能となる。

さらに、本実施の形態によれば、ペリクル板への加熱は、赤外線ランプなどによる非接触の加熱であるので、ペリクルへの異物の付着を抑制することができる。また、ペリクル板をペリクルフレームに接着した後に金属膜を除去するので、表面に異物が付着した場合であっても、金属膜と一緒に異物を除去することができる。したがって、異物の少ないペリクルを製造することができる。

本発明にかかるペリクルの斜視図の一例である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明にかかるペリクルの製造方法を示す断面図の一例である。本発明において、ペリクル板上での赤外線の照射エネルギー分布と温度分布との関係を示す図の一例である。

符号の説明

１ペリクル
２ペリクル板
３ペリクルフレーム
４マスク
５パターン
６金属膜
７接着層

Claims

ガラス基板からなるペリクル板の一方の面に熱吸収膜を形成した後、該熱吸収膜の側から前記ペリクル板を加熱した状態で前記ペリクル板の他方の面を常温に維持したペリクルフレームに接着層を介して接着し、該接着層が硬化してから前記ペリクル板への加熱を止め、前記ペリクル板の温度が常温まで下がった後に前記熱吸収膜を除去することを特徴とするペリクルの製造方法。
前記ペリクル板を加熱する手段は赤外線ランプである請求項１に記載のペリクルの製造方法。
前記ペリクル板を加熱する手段は赤外線レーザであり、該赤外線レーザのスキャンスピードを変えることによって前記ペリクル板に所定の温度分布を作り出す請求項１に記載のペリクルの製造方法。
前記熱吸収膜は金属膜である請求項１〜３のいずれか１に記載のペリクルの製造方法。
前記熱吸収膜は、クロム膜、モリブデン膜およびタンタル膜よりなる群から選ばれるいずれか１の膜である請求項４に記載のペリクルの製造方法。