CN1400627A - 薄膜 - Google Patents

Abstract

薄膜包括具有上端和下端开口部分的箱形薄膜框架，以及与薄膜相粘结的薄膜片，以覆盖薄膜框架的一个开口部分，其中，薄膜框架是采用石英玻璃制成的，所制成的多个通气孔分布在薄膜框架的相对侧壁上，并且通气孔在薄膜框架高度方向上的尺寸约为薄膜框架高度的3/5。

Description

薄膜

技术领域

本发明涉及薄膜。具体的说，本发明涉及用于诸如大规模集成电路(LSI)，超大规模集成电路等等半导体器件或液晶显示器件生产的薄膜，它特别适用于采用波长至多为220nm(尤其是波长至多为180nm)的光刻技术。

背景技术

近几年来，随着半导体器件的高度集成，人们也在一直努力减小用于生产过程中光刻技术的曝光的光波长。也就是说，为了能在晶片上画出集成电路的图案，所要求的技术就是要能用更细线宽绘制出精细电路图案的技术。为了能满足这种需要，现在已经采用了比g线(波长为436nm)或i线(波长为365nm)更短波长的光，例如，KrF，受激准分子激光器(波长为248nm)，ArF受激准分子激光器(波长为193nm)或F₂激光器(波长为157nm)，作为光刻技术的分档器曝光光源来使用。

在光刻过程中，常采用在光掩模的一侧或两侧上安置薄膜作为光掩模表面防尘的方法。如果在用于曝光的光掩模上出现划痕或杂质，这类划痕或杂质就会和图案一起印在晶片上，于是就会引起电路的短路或断路，等等。

这里，所述薄膜指的是通过将薄膜片粘合到薄膜框架以覆盖框架上部开口来制成容器形状的薄膜。该薄膜包括：扁平的薄膜片(在本说明书中，它可以包括由有机树脂制成的隔膜形状的薄膜和诸如合成石英玻璃制成的片状的薄膜)，以及具有预定厚度的薄膜框架，以便使得薄膜片离开光掩模一定距离，并且通过将薄膜片粘合在薄膜框架的上表面来制成容器形状的薄膜。对于薄膜框架来说，可以采用对表面施加具有耐热铝处理的铝。

此外，通常在薄膜框架中要形成通气孔，以便于在薄膜放置在光掩模上的情况下能确保空气的渗透性，从而使薄膜片随温度变化以及外部空气压力变化的影响最小化。

此外，对用于F₂激光器的薄膜来说，必须采用惰性气体来取代薄膜内部的空气。常规的光刻技术是在空气中进行。然而，在使用F₂激光器进行曝光的情况下，就必须在惰性气体的条件下来进行曝光，因为在157nm的曝光波长时，空气中的氧分子就会吸附。

JP-A-2001-133961披露了一种完全替换薄膜内部空气的方法。这里，通过将惰性气体的钢瓶与孔相连接使得惰性气体引入到薄膜的内部。

然而，对于仅仅通过将惰性气体送入来替换内部空气来说，常规的通气孔的尺寸不足够大。常规通气孔是用于调整压力，且与薄膜框架的高度相比，它的尺寸是很小的。例如，通气孔的尺寸约为0.5mm，而由铝制成的薄膜框架的高度约为5mm。

另一方面，当薄膜安置在光掩模上时，很重要的是整个薄膜框架的底面要紧密地粘结在光掩模上，要没有任何间隙以及进行密封，以便没有任何间隙能允许形成灰尘等。对这类密封而言，压敏性粘结剂可以涂覆在光掩模上的薄膜框架的端面上，或利用压敏性粘结带将薄膜框架安置在光掩模上。这时，依靠薄膜安装器，将至少30公斤的负荷压在薄膜的上部，以增加密封度。

通过本发明人的研究，可以发现：如果为了能完全替换薄膜的空气而加大通气孔，那么曝光图案就可能会变形。即，在将薄膜安置在光掩模上的时候，所加的负荷也会使框架变形。此外，在对薄膜框架钻孔以形成通气孔的时候，残留应力会留在薄膜框架中，使得薄膜框架的上下表面的平整度降低。如果在安置了薄膜之后由于这类原因而造成光掩模变形，则所曝光的图案会趋于两次曝光，或曝光的位置有可能偏移，于是就会引起失败。特别是，在光掩模上安置薄膜所需要的压力会随着光掩模的尺寸增大而增加，而这类变形所引起的失败几率也会上升。

发明内容

本发明的一个目的是通过简单送入惰性气体来促进薄膜中的空气替换，以及获得具有曝光图案没有变形的薄膜。即，本发明的一个目的是，通过优化上述讨论的通气孔的结构，来减少薄膜强度的下降并提供惰性气体替换速度提高的薄膜。

本发明已经解决了上述讨论的问题，并且提供了由箱形薄膜框架构成的薄膜，该框架具有上部和下部开口部分，并且薄膜片与薄膜框架粘结在一起，以覆盖薄膜框架的开口部分之一；其中，薄膜框架采用石英玻璃制成，在薄膜框架的相对侧壁上分布形成了多个通气孔，而通气孔在薄膜框架高度方向上的尺寸至多为薄膜框架高度的3/5。

根据本发明，薄膜框架可采用石英玻璃制成，多个通气孔分布在薄膜框架的相对侧壁上，以及通气孔在薄膜框架高度方向上的尺寸至多为薄膜框架高度的3/5，因此，就有可能减小由于安装时负荷所引起的薄膜变形和减小由于在形成通气孔过程中所产生的残留应力而引起的薄膜框架变形。此外，通过简单的惰性气体送入，能够方便地替换薄膜中的空气。

附图说明

在所附带附图中：

图1是显示本发明实施例的透视图。

图2是说明通气孔在薄膜框架高度方向上的尺寸定义的示意图。

图3是说明通气孔在薄膜框架高度方向上的尺寸定义的示意图。

图4是示出通气孔的尺寸和平整度之间关系的图表。

具体实施方式

图1是显示本发明的薄膜实施例的透视图。在薄膜框架3的上表面上粘结着采用扁平的透明石英玻璃制成的薄膜片4。薄膜框架3和薄膜片4一起构成了薄膜。如图1所示，薄膜可通过诸如粘合剂用于安置在光掩模5上。

在本发明中，石英玻璃用于作为薄膜框架的材料。这样，有可能减小由于形成通气孔的过程所引起的残余应力，从而，也有可能减小在薄膜安置在光掩模上之后的光掩模变形。此外，与常规的铝相比，石英玻璃可具有较高的刚性。这样，在薄膜框架侧壁上的通气孔的尺寸就能够做得大些，从而就能更有效地进行薄膜内部空气的替换。当使用F₂激光器时，薄膜片最好采用对真空紫外射线具有高耐久性的合成石英玻璃来制造。

在本发明中，制成了多个通气孔1，它们分布在薄膜框架3的相对侧壁上。对于在薄膜框架相对侧壁上形成的通气孔，在一个侧壁上所形成的这些孔能起到气体进入孔的作用，而在另一侧壁所形成的这些孔能起到气体输出孔的作用。在薄膜框架3的相对侧壁中的每个侧壁上提供了多个通气孔1，从而提高了替换的效率。通过这样一些孔，使惰性气体能引入到薄膜中，而薄膜的内部气体能排出，从而，使得由薄膜片4、薄膜框架3和光掩模5所定义的薄膜内部空间中的空气能够被惰性气体替换，并且可以降低氧分压。

通气孔的形状并没有特别的限制。然而，为了使气体压力损失最小，通气孔的形状最好是圆形的。如果形状是圆形的，那么能够提高惰性气体替换薄膜的内部空气的替换速率，从而，就有可能缩短惰性气体的替换时间以及减少使用惰性气体的用量。

如果通气孔的形状不是圆形的话，那么这类通气孔在本发明的薄膜框架高度方向上的尺寸可以定义为L1，如图2所示。此外，在薄膜框架高度方向上制成多个通气孔的情况下，本发明的通气孔在薄膜框架高度方向上的尺寸可以由高度方向上总的尺寸(L₂+L₃+L₄)来确定，如图3所示。

通气孔在薄膜框架高度方向上的尺寸至多为薄膜框架高度的3/5，最好至多为薄膜框架高度的1/2。

另一方面，通气孔在薄膜框架高度方向上的尺寸最好至少为薄膜框架高度的1/5。如果尺寸小于该尺寸的话，气体的替换就会花费太多的时间。

通气孔最好能制成在可在短时间内替换薄膜内部气体的位置上。即，要考虑在气体引入时薄膜内部气体的流动，这类通气孔最好能制成在可在短时间内替换薄膜内部气体且尽可能没有气体流动停滞的位置上。

特别推荐的是，通气孔能以侧壁侧向中心线对称分布。当在上述薄膜上所配置的多个通气孔以关于薄膜框架侧壁中任一侧壁的侧向中心线对称分布时，就能减小由处理所引起的残余应力，以及也能减小薄膜框架自身的变形。即，在将薄膜安置在光掩模上之后，光掩模的变形也会变小，从而，就有可能防止在曝光时出现例如图案变形的缺陷。此外，通过在薄膜框架侧壁上通气孔的对称配置，能够减小由于薄膜内部气体流动而引起在薄膜隔膜上的应力产生，这是值得推荐的。

此外，最好能提供防尘的过滤器来覆盖通气孔。特别是，在薄膜框架内部配置过滤器，从而，就有可能防止来自外部的灰尘等的进入，以及能消除飘浮在薄膜内部的灰尘等。

薄膜框架的厚度最好为1至3mm。如果薄于该范围，刚性就会变得不适用。如果厚于该范围，在惰性气体引入时，阻力就会变高。此外，引入的惰性气体流动趋于。湍流，从而，就会难以进行有效的替换。

本发明的薄膜适用于通过简单送入惰性气体的方法来替换内部空气。即，薄膜内部的空气替换可以通过从具有所形成通气孔的侧壁之一的外部送入惰性气体来进行简化。

可以采用N₂气体或诸如Ar或He的稀有气体作为惰性气体。特别是，从有效性和低成本的观点出发，最好采用N₂气体。

为了保证F₂激光器(波长为157nm)在薄膜内部的透射比，最好是将薄膜内部的O₂调整到至多为20ppm，从而使得薄膜内部的透射比能至少达到99.9％/cm。更多推荐的是，在薄膜内部的O₂浓度至多为10ppm。

在本发明薄膜中的薄膜框架可以采用以下的步骤来制成。例如，为了能确保在高度方向上的平行，合成石英玻璃制成的平板材料的上端面和下端面采用诸如金刚石、氧化铈、二氧化硅或氧化铝等制成的研磨剂进行镜面抛光，随后采用立铣刀将平板材料切割成预定薄膜框架厚度的矩形形状。外部的四周采用树脂/金刚石研磨(ground)。特别是当薄膜框架的侧壁采用氧化铈作镜面抛光时，就能减少灰尘形成的可能，这正是所要求的。最后，采用钻孔的方式来制成多个通气孔。此外，从消除薄膜框架的微裂的观点出发，最好能将薄膜框架浸入到蚀槽中，使得整个薄膜框架进行蚀刻。

现在，本发明将参照例子作更详细的讨论。然而，应该理解到，本发明并不局限于这些具体实例。

例子1至5

从石英玻璃制成的且具有4.2mm厚的镜面抛光的平板上，采用立铣刀切割下外尺寸为149m×122mm和内尺寸为145mm×118mm的矩形框架体。各个角的圆度半径为5mm，另外，采用金刚石研磨剂对侧壁进行抛光，以获得高度为4.0mm且整个表面经镜面抛光的薄膜框架。在薄膜框架的各侧壁上，按表1标注的孔尺寸制成四个通气孔，随后根据下文将要讨论的评估方法1采用三维测量仪器来测量与薄膜片相接触面的平整度。此外，采用氟类粘结剂，对由扁平形状的合成石英玻璃制成的且厚度为0.8mm，而尺寸对应于薄膜框架外尺寸的薄膜片进行安置并粘合。

例子6

从由铝制成的且具有4.2mm厚的平板上切割下外尺寸为149mm×122mm和内尺寸为145mm×118mm的矩形框架体，各个角的圆度半径为5mm，此外，它的上端面和下端面采用金刚石研磨剂抛光，以获得高度为4.0mm的薄膜框架。在薄膜框架的各侧壁上，制成孔尺寸为2.4mm的四个通气孔，随后根据下文将要讨论的评估方法1采用三维测量仪器来测量与薄膜片相接触面的平整度。另外，采用氟类粘结剂，对扁平形状的合成石英玻璃制成的且厚度为0.8mm，而尺寸对应于薄膜框架外尺寸的薄膜片进行安置并粘合。

依照例子1至6的方法制成的薄膜，采用氟化类粘结剂粘结在光掩模上，并且根据下文将要讨论的评估方法2进行薄膜安置的测量，以检查薄膜框架的微裂。表1显示了该结果。

                       表1

	在薄膜框架侧壁上孔的尺寸(mm)	表面平整度(μm)	在薄膜框架侧壁上微裂的数目
				例1	1.6	0.17	0
例2	2.4	0.33	0
				例3	3.0	1.55	4
例4	3.2	2.65	10
				例5	3.5	4.51	断裂
例6	2.4	7.51	0

评估方法1

利用三维测量仪器UAP-5(由Matsushita Electric Industrial Co.Ltd.制造)，在1.5mm×120mm的范围内测量薄膜框架端面的平整度。

评估方法2

利用薄膜安装器M515k(由Matsushita Seiki K.K.制造)，在30Kg(16197Pa)的负荷下，将薄膜粘结在薄膜框架上，于是，采用至少400,000lux的光源就能可视确认薄膜框架外部四周侧表面上的开裂。

图4显示了有关平整度的结果。在.横坐标的括号()中，显示了通气孔在薄膜框架高度方向上的尺寸与薄膜框架高度的比率。很明显，如果该比率超过3/5，则平整度就会迅速下降。

如以上所讨论的，根据本发明，有可能减小在安置时由于负荷引起的薄膜变形，以及使形成通气孔过程所引起残余应力所产生的薄膜框架的变形最小化。此外，通过简单送入惰性气体的方法来简化薄膜内的空气替换。

在本发明中，最值得推荐的是采用石英玻璃作为薄膜框架的材料。在合成石英玻璃作为薄膜片的情况下，就有可能采用诸如低膨胀性玻璃、陶瓷或结晶玻璃来替代石英玻璃，这些材料都具有基本与石英玻璃相等的热膨胀系数(明确地，从50到300℃的平均热膨胀系数为从1×10^-7到40×10^-7/℃，特别是线性热膨胀系数在石英玻璃的线性热膨胀系数的±50％以内)。

2001年7月30日公布的日本专利申请No.2001-229527，包括其说明书、权利要求，附图以及摘要的整个披露都引入作为本发明的参考。

Claims (9)

1.一种薄膜，包括具有上端和下端开口部分的箱形薄膜框架，以及与薄膜框架相粘结的薄膜片，以覆盖薄膜框架的所述开口部分之一，其特征在于：薄膜框架采用石英玻璃制成，在所述薄膜框架的相对侧壁上分布形成多个通气孔，所述通气孔在所述薄膜框架高度方向上的尺寸至多为薄膜框架高度的3/5。

2.如权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述通气孔在薄膜框架高度方向上的尺寸至少为所述薄膜框架高度的1/5。

3.如权利要求1或2所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜片是采用合成石英玻璃制成。

4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的薄膜，其特征在于，所述通气孔是圆形的。

5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的薄膜，其特征在于，所述通气孔以关于侧壁的侧向上的中心线对称分布。

6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜框架的高度为1至3mm。

7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的薄膜，其特征在于，用于曝光的光源波长至多为220nm。

8.如权利要求7所述的薄膜，其特征在于，由F₂激光器光束进行曝光。

9.如权利要求3至8中任一权利要求所述的薄膜，其特征在于，可采用其热膨胀系数基本相等于石英玻璃的材料来替代石英玻璃作为薄膜框架的材料。

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