CN107783368B - 薄膜组件框架和薄膜组件 - Google Patents

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Abstract

提供一种薄膜组件框架，其即使在光刻的曝光步骤中杂散光入射到薄膜组件框架的内侧面时也防止诸如炭黑颗粒或填料颗粒之类的颗粒污染光掩模。更具体地说，提供一种薄膜组件框架，包括：框架基座；和聚合物涂层，其涂覆所述框架基座的至少内周表面，所述聚合物涂层包括离所述框架基座最远一侧的最外聚合物层和所述框架基座与所述最外聚合物层之间的一个或多个内部聚合物层，其中所述一个或多个内部聚合物层中的至少一层包含颗粒，并且所述最外聚合物层不包含颗粒或者具有比所述一个或多个内部聚合物层中的最高颗粒浓度低的颗粒浓度。还提供一种包括所述薄膜组件框架的薄膜组件。

Description

薄膜组件框架和薄膜组件
技术领域
本发明涉及在诸如半导体器件和液晶显示器等器件的生产中用作光掩模的防尘罩的光刻用薄膜组件，以及该薄膜组件所包括的薄膜组件框架。
背景技术
在半导体器件如LSI和超LSI、液晶显示器或类似器件的生产中，使用光刻技术用光照射用于液晶的半导体晶片或有机板以形成图案。
在光刻步骤中，当灰尘粘附到光掩模(曝光原始板)时，灰尘吸收光或者使光弯曲，导致尺寸、质量或者外观出现的问题，如转印图案变形、边缘粗糙或者基座上的黑点。为了解决这些问题，典型地在洁净室中执行这种步骤，但是即使在洁净室中也仍然难以保持光掩模完全洁净。因此，为了防止灰尘粘附，典型地将充分透射曝光用的光的薄膜组件附着到光掩模的表面。结果，灰尘不会直接粘附到光掩模的表面上，而是粘附到薄膜组件膜上。当曝光期间焦点被设定在光掩模上的图案时，薄膜组件膜上的灰尘不干扰转印。
图2中示出典型薄膜组件的结构。充分透射曝光用的光的薄膜组件膜101通过粘合剂103设置在薄膜组件框架102的上端面上，并且用于将薄膜组件附着到光掩模105的粘合剂层104形成在薄膜组件框架102的下端面上。用于保护粘合剂层104的隔离件(未示出)可以可拆除地设置在粘合剂层104的下端面上。这种薄膜组件被放置为覆盖形成在光掩模表面的图案区106。这样，图案区通过该薄膜组件与外界隔离，并且防止灰尘粘附到光掩模上。
近年来，LSI的设计规则已经小型化到亚四分之一微米图案，使得要作为污染物被抑制的颗粒的尺寸进一步小型化。另外，由于曝光用的光具有更短的波长，所以曝光可能由于颗粒而变得模糊。因此，用耐蚀铝处理的(阳极氧化处理)传统薄膜组件框架已经由于硫酸盐离子的污染而被避免使用，并且开始使用具有用聚合物涂覆的并且洗脱硫酸盐离子的框架的薄膜组件(JP 2007-333910A)。使用用黑色染料着色的无光泽涂层材料制备的无光泽黑色电沉积涂膜被作为该聚合物涂层(JP 2007-333910A)。
发明内容
在光刻的曝光步骤中，曝光用的光通常被设定成不入射到薄膜组件框架。然而，例如被图案的边缘反射的光或部分衍射光(杂散光)可能入射到薄膜组件框架的内侧面。当这种杂散光入射到涂覆有聚合物的薄膜框架的内侧面时，聚合物涂层可能被蚀刻，并且分散在涂层中的颜料颗粒或其它颗粒可能脱落。
入射到薄膜框架的内侧面的杂散光被认为达到施加到光掩模图案区的ArF激光强度的大约1.5％。目前用于ArF的薄膜框架膜需要具有大约100,000J的耐光性，因此薄膜组件框架的内侧面相应地需要具有大约1,500J的耐光性。
因此，本发明的目的是提供一种薄膜组件框架，其即使在光刻的曝光步骤中杂散光入射到薄膜组件框架的内侧面时也防止诸如炭黑颗粒或填料颗粒之类的颗粒污染光掩模，并且还提供包括该薄膜组件框架的薄膜组件。
在本发明的一个方面，可以提供一种薄膜组件框架，包括：框架基座；和聚合物涂层，其涂覆所述框架基座的至少内周表面，所述聚合物涂层包括离所述框架基座最远一侧的最外聚合物层和所述框架基座与所述最外聚合物层之间的一个或多个内部聚合物层，其中所述一个或多个内部聚合物层中的至少一层包含颗粒，并且所述最外聚合物层基本上不包含颗粒或者具有比所述一个或多个内部聚合物层中的最高颗粒浓度低的颗粒浓度。
在本发明的另一方面，可以提供一种薄膜组件，包括：所述薄膜组件框架；薄膜组件膜，其设置在所述薄膜组件框架的上端面上；以及粘合剂，其施加在所述薄膜组件框架的下端面上。
在本发明的另一方面，可以提供一种用于生产薄膜组件框架的方法，包括以下步骤：用第一聚合物和第一颗粒的混合物对框架基座的至少内周表面进行第一电沉积涂覆，以形成具有浓度A的所述第一颗粒的内部聚合物层；以及用第二聚合物或者用第二聚合物与第二颗粒的混合物对所述内部聚合物层进行第二电沉积涂覆，以形成最外聚合物层，其中所述最外聚合物层基本上不含有所述第二颗粒，或者具有比所述颗粒浓度A低的所述第二颗粒的浓度。
在根据本发明的薄膜组件框架中，所述聚合物涂层包括形成在所述框架基座上的层叠的两个或更多个聚合物层，其中所述最外聚合物层不包含颗粒或者具有比所述一个或多个内部聚合物层中最高颗粒浓度低的颗粒浓度。这种结构即使当杂散光入射到薄膜组件框架的内侧面时也可以防止光掩模的污染。与用聚合物涂覆的传统薄膜组件框架相比，根据本发明的薄膜组件框架允许增加曝光用的光的照射量或能量。
附图说明
图1是根据本发明的薄膜组件的实施例的示意性截面图。
图2是示出传统薄膜组件的典型结构的示意性截面图。
具体实施方式
将详细描述本发明。不应该将本发明限制于实施例或由实施例限制。
薄膜组件框架与薄膜组件附着到的光掩模的形状相对应，并且通常具有四边形框架形状(矩形框架形状或方形框架形状)。
该薄膜组件框架可以具有压力调节孔。当被提供时，该压力调节孔消除了由薄膜组件和光掩模限定的封闭空间的内部和外部之间的大气压力的差异，并且可以防止薄膜组件膜膨胀或收缩。
优选地，将滤尘器附着到该压力调节孔。滤尘器可以防止异物通过该压力调节孔进入由薄膜组件和光掩模限定的封闭空间。
该滤尘器的材料的例子是树脂、金属和陶瓷。优选地还在该滤尘器的外侧设置化学过滤器，以吸附或分解环境中的化学物质。
该薄膜组件框架的内周表面或该压力调节孔的内壁表面可以涂覆有粘合剂以捕获由薄膜组件和光掩模限定的封闭空间中存在的异物。
该薄膜组件框架的框架基座不是特别限定的，并且可以将已知的材料用于该框架基座。该材料的例子包括铝、铝合金、铁、铁合金、陶瓷、陶瓷-金属复合材料、碳钢、工具钢、不锈钢和碳纤维复合材料。从强度、刚性、轻量、加工性、成本等观点出发，优选使用包括铝框架基座和铝合金框架基座的金属框架基座。
在涂覆聚合物涂层之前，优选地通过喷砂或化学抛光对该框架基座的表面进行粗糙化。传统上已知的方法可被用于该框架基座的表面粗糙化。例如，可以用不锈钢、金刚砂、玻璃珠等对铝合金框架基座的表面进行喷砂处理，或者用碱性溶液如氢氧化钠溶液对其进行化学抛光。
该框架基座涂覆有包括层叠的两层或更多层的聚合物涂层。在该聚合物涂层中，离框架基座最远一侧的最外聚合物层不含有颗粒或者具有比一个或多个内部聚合物层中的最高颗粒浓度低的颗粒浓度。
框架基座的整个表面不一定都涂覆有聚合物涂层。至少涂覆框架基座的内周表面就足够了。要被涂覆的内周表面优选为内周表面的整个表面，但也可以是例如杂散光可能入射到的并且因此需要加强的内周表面的一部分。该聚合物涂层可以是包括离框架基座最远一侧的最外聚合物层和靠近框架基座一侧的内部聚合物层的至少两层的叠层，其中内部聚合物层具有比最外聚合物的颗粒浓度高的颗粒浓度。例如，框架基座的整个表面可以都涂覆有包含颜料颗粒和/或填料颗粒的第一聚合物层，并且只有薄膜组件框架基座的内周表表面可以进一步涂覆有第二聚合物层。
在该聚合物涂层中使用的树脂的例子有多种，包括环氧树脂、丙烯酸树脂、氨基丙烯酸树脂和聚酯树脂。可以考虑到耐热性、耐光性、强度等特性，从已知的树脂中选择树脂。
对于该聚合物涂层所包含的至少两层的叠层，该聚合物涂层中的每层优选包含相同的聚合物。这种结构不可能引起诸如一个聚合物层与另一个聚合物层在它们的界面处分离的缺陷。
用于形成该聚合物涂层的每个聚合物层都可以可选地包含颗粒，但是使最外聚合物层中的颗粒浓度低于所述一个或多个内部聚合物层中的颗粒浓度的最大值。内部聚合物层中的至少一层可以包含颗粒。内部聚合物层的颗粒浓度中的最高颗粒浓度(即最大值)优选为5～20重量％。最外聚合物层优选具有0.5～5.0重量％的颗粒浓度，更优选为基本上不包含颗粒。所述颗粒优选为颜料颗粒和/或填料颗粒。
通过将颜料颗粒等添加到该聚合物涂层所包含的一个或多个内部聚合物层中，所述一个或多个聚合物层具有优选为50％以下，更优选为20％以下的可见光透射率。最外聚合物层具有优选为超过50％，更优选为80％以上的可见光透射率。可见光透射率可以通过使用市售的分光光度计来确定。
利用这样的结构，即使当该聚合物涂层使用的树脂是比较高地透射可见光的材料时，该聚合物涂层也可以具有黑色色调，并且最外聚合物层不包含诸如颜料粒子的颗粒并且是透明的。具有黑色色调的聚合物涂层有助于在异物检查中检测异物，从而能够生产有利的薄膜组件。
利用这样的结构，该薄膜组件框架的内周表面优选被选择为具有0.80～0.99的辐射率。“辐射率”被确定为P1/P的比率，其中P是基于黑体的总辐射能量，黑体是吸收入射到表面的所有波长而没有反射或透射的理想化物体，P1是由物体辐射的能量，可以通过使用由日本传感器(Japan Sensor)制造的辐射率计TSS-5X来确定。
颜料的例子是炭黑。填料的例子是高岭土、合成SiO2和环氧树脂。颜料和填料可根据需要适当选择。可以通过动态光散射或SEM观察来确定诸如颜料颗粒或填料颗粒等颗粒的平均粒径。炭黑优选具有40～100nm的粒径。填料优选具有1.0～3.0μm的粒径。
当该聚合物涂层包含最外聚合物层和内部聚合物层两层时，内部聚合物层优选具有0.5～5.0重量％的颜料颗粒浓度，并且内部聚合物层优选具有5～20重量％的填料颗粒浓度。
该聚合物涂层的厚度没有特别限制。考虑到通常用作曝光用的光的ArF激光的能量，当该聚合物涂层包括最外聚合物层和内部聚合物层两层时，最外聚合物层具有优选为2μm以上，更优选为2.0～10.0μm的厚度，并且内部聚合物层优选具有1.0～5.0μm的厚度。当该聚合物涂层包含三层以上时，最外聚合物层的厚度优选为2μm以上，更优选为2.0～10.0μm，并且内部聚合物层的厚度优选为1.0～5.0μm，从框架涂覆膜的外观的观点出发，该聚合物涂层的总厚度优选为5.0～15.0μm。
每个聚合物层可以通过各种方法来提供。常用方法的例子包括喷涂、静电涂覆和电沉积涂覆。从膜厚均匀性、膜平滑性或其他优点的观点出发，电沉积涂覆是优选的。
该薄膜组件框架优选通过包括以下步骤的方法来生产：用聚合物和颗粒的混合物对框架基座的至少内周表面进行电沉积涂覆，以形成内部聚合物层；以及用聚合物对内部聚合物层进行电沉积涂覆，以形成不含颗粒的最外聚合物层。
对于电沉积涂覆，可以使用任何热固性树脂和紫外线固化树脂。在每个步骤中，可以使用阴离子电沉积涂覆或阳离子电沉积涂覆。被涂覆材料作为正极的阴离子电沉积涂覆是优选的，因为产生气体的量少，因此在涂覆膜中导致针孔等缺陷的可能性降低。
用于电沉积涂覆的涂覆设备和涂料可从一些公司商购获得。例如，电沉积涂料Elecoat(商品名)可从Shimizu Co.,Ltd.商购。
薄膜组件包括薄膜组件框架、设置在薄膜组件框架的上端面上的薄膜组件膜和施加在薄膜组件框架的下端面上的粘合剂。
薄膜组件膜可以由任何材料制成，但是可以优选由在曝光用的光的波长具有高透射率并具有高耐光性的材料制成。例如，使用传统上用于准分子激光的无定形含氟聚合物。无定形含氟聚合物的例子包括Cytop(由Asahi Glass Co.,Ltd.制造的商品名)、Teflon(注册商标)和AF(DuPont制造的商品名)。在生产薄膜组件时，可以将这种聚合物任选地溶解在溶剂如含氟溶剂中。当EUV(极紫外)光被用作曝光用的光时，可以使用膜厚为1μm以下的极薄的硅膜或石墨烯膜。
在将薄膜组件膜粘接到薄膜组件框架的步骤中，对薄膜组件框架的表面施加薄膜组件膜的良溶剂并风干，然后将薄膜组件膜粘合到薄膜组件框架。或者，可以使用丙烯酸树脂粘合剂、环氧树脂粘合剂、硅氧烷粘合剂、含氟硅氧烷粘合剂或类似的粘合剂来将薄膜组件膜粘合到薄膜组件框架。
在薄膜组件框架的下端面上设置粘合剂层，用于将薄膜组件附着到光掩模。典型地，以与薄膜组件框架的宽度相同的宽度或更小的宽度将粘合剂设置在薄膜组件框架的下端面的整个周长上。粘合剂层的厚度优选为0.2～0.5mm。
该粘合剂层可以是已知粘合剂的层，如橡胶粘合剂、聚氨酯粘合剂、丙烯酸粘合剂、SEBS(苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯)粘合剂、SEPS(苯乙烯乙烯丙烯苯乙烯)粘合剂和硅氧烷粘合剂。当EUV光被用作曝光用的光时，优选使用具有优异的耐光性等的硅氧烷粘合剂。也优选使用不可能引起释气的粘合剂，释气可能引起模糊。
典型地设置在粘合剂层的下端面的隔离件可以例如通过改变薄膜组件储存容器而省略。当提供隔离件时，隔离件可以是例如由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、或聚丙烯(PP)制成的膜。可以任选地将脱模剂如硅氧烷脱模剂和氟脱模剂施加到隔离件的表面。
图1中示出根据本发明的薄膜组件的实施例的示意性截面图。薄膜组件框架2包括框架基座7和涂覆框架基座7的整个表面的聚合物涂层10。聚合物涂层10包括靠近框架基座7一侧的内部聚合物层8和离框架基座7最远一侧的最外聚合物层9，其中内部聚合物层8包含颗粒，最外聚合物层9不包含颗粒。充分透射曝光用的光的薄膜组件膜1通过粘合剂3设置在薄膜组件框架2的上端面。用于将薄膜组件附着到光掩模5的粘接层4形成在薄膜组件框架2的下端面上。用于保护粘合剂层的隔离件(未示出)可以可拆地设置在粘合剂层4的下端面上。这样的薄膜组件被放置成覆盖形成在光掩模表面中的图案区6。因此，图案区被薄膜组件与外部隔离，并且防止灰尘粘附到光掩模上。
实施例
接下来参照实施例和比较例描述本发明。不应当理解为本发明局限于实施例或受实施例限制。
<实施例1>
首先，提供框架外形尺寸为149mm×115mm×3.15mm，框架厚度为2mm的铝框架作为框架基座。接着，使用含有1.0重量％炭黑，6.0重量％(颗粒浓度)填料和由Shimizu Co.,Ltd.制造的Elecoat AM(商品名)的电沉积涂料，对框架基座进行阴离子电沉积涂覆。结果，在框架基座的整个表面上形成厚度约5.2μm的内部聚合物层。该内部聚合物层在可见光区具有1～10％的透射率。不含颜料粒子或填料粒子的Elecoat AM被进一步用于进行阴离子电沉积涂覆，以在内部聚合物层的整个表面上形成最外聚合物层(作为第二层)。该最外聚合物层的厚度约为6.0μm。该最外聚合物层在可见光区域的透射率为80～90％。将经过电沉积涂覆的框架基座在200℃加热60分钟，以固化最外聚合物层。以这种方式获得的薄膜组件框架的内周表面具有0.90至0.99的辐射率。将薄膜组件膜(由Asahi Glass Co.,Ltd.制造的Cytop Type S制备，膜厚为0.28μm)通过粘合剂(由Asahi Glass Co.,Ltd.制造的CytopType A)设置在由此获得的薄膜组件框架的上端面上。在下端面上形成硅氧烷粘合剂(由Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制造的X-40-3264)的粘合剂层。由此，形成薄膜组件。
用5mJ/cm2/脉冲和500Hz的ArF激光照射所形成的薄膜组件的框架的内侧面。用ArF激光照射30分钟后(累积能量：4500J)，将一片CELLOTAPETM附着到框架的内侧面，然后剥离。在显微镜下观察剥离的片。没有观察到炭黑或填料。
<实施例2>
除了最外聚合物层的厚度为约2.1μm以外，以与实施例1相同的方式形成薄膜组件。最外聚合物层在可见光区的透射率为80～90％，并且该薄膜组件框架的内周表面具有0.90～0.99的辐射率。
用5mJ/cm2/脉冲和500Hz的ArF激光照射所形成的薄膜组件的框架的内侧面。用ArF激光照射10分钟后(累积能量：1500J)，将CELLOTAPETM片附着到框架的内侧面，然后剥离。在显微镜下观察剥离的片。没有观察到炭黑或填料。
<实施例3>
除了最外聚合物层的厚度为约1.8μm以外，以与实施例1相同的方式形成薄膜组件。最外聚合物层在可见光区的透射率为80～90％，并且薄膜组件框架的内周表面具有0.90～0.99的辐射率。
用5mJ/cm2/脉冲和500Hz的ArF激光照射所形成的薄膜组件的框架的内侧面。用ArF激光照射5分钟后(累积能量：750J)，以及照射10分钟后(累积能量：1500J)，将CELLOTAPETM片附着到框架的内侧面，然后剥离。在显微镜下观察剥离的片。照射5分钟后，没有观察到炭黑或填料，但是在照射10分钟后，观察到炭黑和填料。从该结果可以看出，当使用ArF激光作为曝光用的光时，最外聚合物层优选具有2μm以上的厚度。
<比较例1>
首先，提供框架外形尺寸为149mm×115mm×3.15mm，框架厚度为2mm的铝框架作为框架基座。接着，使用含有0.5重量％炭黑，1.0重量％填料和由Shimizu Co.,Ltd.制造的Elecoat AM(商品名)的电沉积涂料，对框架基座进行阴离子电沉积涂覆。结果，在框架基座的整个表面上形成厚度约为6.5μm的聚合物层。将经过电沉积涂覆的框架基座在200℃加热60分钟，以固化该聚合物层。该聚合物层在可见光区的透射率为1～10％。由此获得的薄膜组件框架的内周表面具有0.90～0.99的辐射率。将薄膜组件膜通过粘合剂设置在由此获得的薄膜组件框架的上端面上。在该薄膜组件框架的下端面上形成粘合剂层。由此，形成薄膜组件。
用5mJ/cm2/脉冲和500Hz的ArF激光照射所形成的薄膜组件的框架的内侧面。用ArF激光照射5分钟后(累积能量：750J)，以及照射10分钟后(累积能量：1500J)，将CELLOTAPETM片附着到该框架的内侧面，然后剥离。在显微镜下观察剥离的片。照射5分钟后和10分钟后，都观察到炭黑和填料。

Claims (12)

1.一种薄膜组件框架，包括：
框架基座；和
聚合物涂层，其涂覆所述框架基座的至少内周表面，所述聚合物涂层包括离所述框架基座最远一侧的最外聚合物层和所述框架基座与所述最外聚合物层之间的一个或多个内部聚合物层，
其中所述一个或多个内部聚合物层中的至少一层包含颗粒，并且所述最外聚合物层不包含颗粒或者具有比所述一个或多个内部聚合物层中的最高颗粒浓度低的颗粒浓度。
2.根据权利要求1所述的薄膜组件框架，其中所述最外聚合物层不包含颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的薄膜组件框架，其中所述颗粒是颜料颗粒和/或填料颗粒。
4.根据权利要求1或2所述的薄膜组件框架，其中所述内部聚合物层中的至少一层具有50％以下的可见光透射率。
5.根据权利要求1或2所述的薄膜组件框架，其中所述最外聚合物层具有大于50％的可见光透射率。
6.根据权利要求1或2所述的薄膜组件框架，其中涂覆有所述聚合物涂层的所述框架基座的所述内周表面具有0.80～0.99的辐射率。
7.根据权利要求1或2所述的薄膜组件框架，其中所述聚合物涂层中的各层包含相同的聚合物。
8.根据权利要求1或2所述的薄膜组件框架，其中所述最外聚合物层具有2μm以上的厚度。
9.根据权利要求1或2所述的薄膜组件框架，其中所述聚合物涂层中的各层是通过电沉积涂覆形成的。
10.一种薄膜组件，包括：
根据权利要求1至9中任一项所述的薄膜组件框架；
薄膜组件膜，其设置在所述薄膜组件框架的上端面上；以及
粘合剂，其施加在所述薄膜组件框架的下端面上。
11.一种用于生产薄膜组件框架的方法，包括以下步骤：
用第一聚合物和第一颗粒的混合物对框架基座的至少内周表面进行第一电沉积涂覆，以形成具有浓度A的所述第一颗粒的内部聚合物层；以及
用第二聚合物或者用第二聚合物与第二颗粒的混合物对所述内部聚合物层进行第二电沉积涂覆，以形成最外聚合物层，其中所述最外聚合物层不含有所述第二颗粒，或者具有比颗粒浓度A低的所述第二颗粒的浓度。
12.根据权利要求11所述的用于生产薄膜组件框架的方法，其中所述第一电沉积涂覆和所述第二电沉积涂覆中的每一个都是阴离子电沉积涂覆。
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