JP2001255644A - リソグラフィ用ペリクル - Google Patents

リソグラフィ用ペリクル

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JP2001255644A
JP2001255644A JP2000066079A JP2000066079A JP2001255644A JP 2001255644 A JP2001255644 A JP 2001255644A JP 2000066079 A JP2000066079 A JP 2000066079A JP 2000066079 A JP2000066079 A JP 2000066079A JP 2001255644 A JP2001255644 A JP 2001255644A
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light
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Susumu Shirasaki
享 白崎
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/62Pellicles, e.g. pellicle assemblies, e.g. having membrane on support frame; Preparation thereof

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Coating Of Shaped Articles Made Of Macromolecular Substances (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ペリクルに真空紫外光を長時間照射しても、
光劣化したり分解することがなく長寿命で、かつ光透過
率が高く変化のない高性能なペリクル膜が張設されたリ
ソグラフィ用ペリクルを提供する。 【解決手段】 本発明のリソグラフィ用ペリクルは、半
導体リソグラフィに使用される、ペリクル膜の材質が透
明樹脂からなるペリクルにおいて、該ペリクル膜の両面
に無機物層を有することを特徴とし、この無機物層は、
フッ化カルシウムおよび/またはフッ化マグネシウムあ
るいはフッ素ドープ石英ガラスから選択して形成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リソグラフィ用ペ
リクル、特にはLSI、超LSIなどの半導体装置ある
いは液晶表示板を製造する際のゴミよけとして使用され
るリソグラフィ用ペリクル、特には、高感度を必要とす
る200nm以下の真空紫外光での露光の際に使用され
るリソグラフィ用ペリクルに関する。
【0002】
【従来の技術】LSI、超LSIなどの半導体装置ある
いは液晶表示板などの製造においては、半導体ウエハー
あるいは液晶用原版に光を照射してパターニングされる
が、このとき用いる露光原版にゴミ等の異物が付着して
いると、異物が光を吸収したり反射するため、転写した
パターンが変形したり、エッジががさついたものとなる
ほか、下地が黒く汚れたりして、寸法、品質、外観など
が損われ、半導体装置や液晶表示板などの性能や製造歩
留りの低下を来すという問題があった。
【0003】このため、これらの作業は通常クリーンル
ーム内で行われているが、クリーンルーム内でも露光原
版を常に清浄に保つことが難しいため、ゴミ等の異物よ
けとして露光原版の表面に、露光用の光をよく透過させ
るペリクルを装着する方法が採られている。この場合、
異物は露光原版の表面には直接付着せず、ペリクル膜に
付着するため、リソグラフィ時に焦点を露光原版のパタ
ーン上に合わせておけば、ペリクル膜面上の異物は転写
に無関係となる。
【0004】ペリクルフレーム(以下,単にフレームと
称する)に張設されるペリクル膜は、光をよく透過させ
るニトロセルロース、酢酸セルロース、もしくはフッ素
樹脂などからなっている。場合によっては、ペリクル膜
よりも屈折率の低い物質を膜上に付加し、反射防止膜付
きのペリクル膜が使用される(特許第2,951,337号公報
参照)。このペリクル膜を、アルミニウム、ステンレ
ス、ポリエチレンなどからなるフレームの上端面に、ペ
リクル膜の良溶媒を塗布して、風乾し接着することによ
り(特開昭58‐219023号公報参照)、あるいはペリクル
膜をアクリル樹脂やエポキシ樹脂などの接着剤で接着す
ることにより作製される(米国特許第4,861,402号明細
書、特公昭63‐27707号公報、特開平7‐168345号公報参
照)。また、フレームの下部には、ペリクルを露光原版
に装着するためにポリブテン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹
脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などからなる粘着層
が設けられ、さらにこの粘着層上にこれを保護する保護
シート(セパレータ)が貼付されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】近年、リソグラフィの
解像度は次第に高くなってきており、その解像度を実現
するために、さらに波長の短い光が光源として用いられ
るようになってきている。具体的には、g線(436n
m)やi線(365nm)の紫外光から、現在は、遠紫
外光のKrFエキシマレーザー(248nm)へと移行
している。近い将来には、真空紫外光のArFエキシマ
レーザー(193nm)、さらにはF2エキシマレーザ
ー(158nm)が使用されるであろう。このように波
長が短くなると光子エネルギーは大きくなり、リソグラ
フィに用いられる材料に、より大きな光劣化をもたら
す。特に、ペリクル膜は有機物からなるため、光源の短
波長化にともない、ペリクル膜が受ける影響は加速度的
に大きくなる。
【0006】KrFエキシマレーザーやArFエキシマ
レーザー用ペリクルの膜材料には、エーテル結合を含ま
ない直鎖タイプのパーフルオロ樹脂(特開昭60‐83032
号公報参照)や、環状エーテル結合を有する非晶質パー
フルオロ樹脂で、パーフルオロブテニルビニルエーテル
の重合体による非晶質フッ素樹脂、あるいは70モル%
以下のパーフルオロ−2,2−ジメチル−1,3−ジオ
キソールと30モル%以上のテトラフルオロエチレンの
共重合体による非晶質フッ素樹脂(特開平3‐67262号
公報、米国特許第4,754,009号明細書参照)が使用され
ている。
【0007】これらの非晶質フッ素樹脂は、193nm
以上の波長域において高い透過率を有し、これを用いた
ペリクル膜は、KrFエキシマレーザー光やArFエキ
シマレーザー光の照射に対して、実用に耐え得る耐光性
を有しているが、真空紫外光に対しては劣化が進み、十
分な耐光性を確保することは困難であった。
【0008】有機物からなるペリクル膜に、F2エキシ
マレーザー光を照射した後、このペリクル膜表面を観察
すると、照射された部分に凹部を生じ、膜厚が減少して
いた。膜厚の減少した凹部は膜強度が局部的に低下し、
膜厚の減少が進むと、最後には膜の破損にいたる。ま
た、膜が破れないにしても、膜厚が部分的に変化するこ
とによりペリクルの性能に大きな悪影響を及ぼす。例え
ば、ペリクル膜の厚さは非常に薄いため、リソグラフィ
の光源光に対して干渉を生じる。いずれにしろこのよう
な状態となっては、ペリクルとしての機能を発揮するこ
とができない。
【0009】従って、ペリクル膜の膜厚は、その製造時
に光の干渉を計算して、透過率が最大になるように調製
されている。ところが、光照射により膜厚が変化する
と、干渉条件が設定値からずれてしまい、透過率が低下
し、ウエハー上に照射ムラが発生するという問題があ
る。本発明は、このような問題点に鑑みなされたもの
で、ペリクルに真空紫外光を長時間照射しても、光劣化
したり分解することがなく長寿命で、かつ光透過率が高
く変化のない高性能なペリクル膜が張設されたリソグラ
フィ用ペリクルの提供を課題としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者は、ArFエキ
シマレーザー光あるいはF2エキシマレーザー等を光源
とする真空紫外光の照射によってペリクル膜に生じた凹
部の化学分析を行ったところ、被照射部は変質していな
かった。従って、ペリクル膜の光劣化は、透明樹脂が照
射光を吸収し発生するラジカルにより重合鎖が切断さ
れ、低分子量化した分子が蒸発し、膜厚が減少して凹部
を生じたものであり、この分子蒸発が、膜厚変化および
透過率変化の大きな原因になっていることを突き止め
た。
【0011】そこで、透明樹脂膜の表面に、真空紫外光
に対して透過率が高く光劣化が少ない無機物、特にはフ
ッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、あるいはフッ素
ドープ石英ガラスからなる層をペリクル膜の両面に設け
た。これによりArFエキシマレーザー光あるいはF2
エキシマレーザー光を長時間照射しても光劣化の少な
い、つまり、照射による膜厚変化及び透過率変化の少な
いペリクル膜を得ることができることを見出し、ペリク
ル膜の両面(特に照射側)に無機物層を設けることによ
って上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成
した。
【0012】すなわち、本発明のリソグラフィ用ペリク
ルは、半導体リソグラフィに使用される、ペリクル膜の
材質が透明樹脂からなるペリクルにおいて、該ペリクル
膜の両面に無機物層を有することを特徴としている。こ
の無機物層は、フッ化カルシウムおよび/またはフッ化
マグネシウムあるいはフッ素ドープ石英ガラスで形成す
るのが好ましい。また、ペリクル膜の透明樹脂には、透
明パーフルオロフッ素樹脂を用いるのが好ましい。この
ような構成からなる本発明のリソグラフィ用ペリクル
は、照射される露光用光源の波長が200nm以下であ
っても極めて高い透光性を有している。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施態様について
説明する。図1は、ペリクルの構造を示す拡大断面図で
あり、ペリクル膜1は膜接着層2を介してフレーム3の
上端面に張設され、フレーム3は基板粘着層4を介して
露光基板5に粘着されている。図2は、ペリクル膜1を
さらに拡大して示している。ペリクル膜1は、透明樹脂
膜1a、例えば、非晶質フッ素樹脂膜の両面に無機物層
1b,1cが設けられた構造となっている。
【0014】フレーム3は、特に制限されず、公知のア
ルミニウム、ステンレス、ポリアセタール、ポリカーボ
ネート、PMMA、アクリル樹脂等の樹脂、ガラス等を
用いることができる。また、膜接着層2には、ペリクル
膜1とフレーム3とを接着できる材料であればよく、例え
ば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂あるいはフッ素樹脂な
どの接着剤が用いられる。基板粘着層4には、ポリブテ
ン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、シリコー
ン樹脂等からなる粘着剤を用いることができる。露光基
板5は、レチクル、フォトマスク等、その名称に関係な
く、光を照射してリソグラフィに供されるものであれば
如何なるものであってもよい。
【0015】一般に樹脂の光劣化は、光の吸収によるラ
ジカル反応によって生じる。ラジカル反応によって発生
したラジカルは、分子内を伝播して重合鎖を切断し、化
学結合が開裂することになる。この重合鎖の切断の結
果、低分子量体が生成し、これが蒸発、飛散して膜厚の
減少を引き起こす。しかし、膜が光を吸収してラジカル
を発生し、劣化が進むような条件下でも、ペリクル膜の
表面に、生成した低分子量体の飛散を防止する無機物層
を設ければ、低分子量体の飛散がなく、つまり膜厚の減
少を抑えることができる。
【0016】また、ペリクル膜がフッ素樹脂の場合、そ
の主要構成原子であるフッ素原子が非常に大きい電気陰
性度を持っているため、ラジカル反応により重合鎖の化
学結合が開裂しても、フッ素原子の大きな電気陰性度に
よって再結合の割合が高くなり、重合体の低分子化は、
光吸収からの予測よりも非常に低く抑えられることにな
る。つまり、低分子量体の飛散を抑えれば、フッ素原子
による再結合が生じ、光劣化が抑制されることになる。
【0017】透明樹脂膜の両面に設けられる無機物層
は、フッ化カルシウムおよび/またはフッ化マグネシウ
ムあるいはフッ素ドープ石英ガラスで形成されるが、こ
の無機物層を透明樹脂膜の上面側と下面側とで、同一材
質の無機物あるいは異なる材質の無機物で形成してもよ
い。さらに、この無機物層をこれらの無機物を混合した
混合物層としてもよい。例えば、透明樹脂膜の上面には
フッ化カルシウムとフッ化マグネシウムを所望の比率で
混合した混合物層を、下面にはフッ化カルシウム層を形
成してもよい。この混合物層は、スパッタリング装置を
用いて混合物をターゲットとしてスパッタリングを行な
うことで容易に形成することができる。
【0018】透明樹脂膜の両面に無機物層を設けるに
は、先ず、平滑な基板上に透明樹脂膜を形成し、この透
明樹脂膜の上に無機物層を設ける。その後、基板から剥
離して裏返した後、もう一方の面に無機物層を形成すれ
ばよい。あるいは、平滑な基板上に透明樹脂膜を形成
し、基板から透明樹脂膜を剥離した後、この膜の両面に
無機物層を形成する。この無機物層を透明樹脂膜の片面
だけに形成した場合は、照明光を吸収し、重合鎖が切断
され低分子量化した分子について、無機物層を有する面
からの蒸発は抑えられるが、無機物層を有さない面から
は蒸発していくので、結果として膜厚の減少を抑えるこ
とはできない。よって、本発明においては透明樹脂膜の
両面に無機物層を付加することが重要になる。
【0019】なお、透明樹脂膜の厚さは、0.1μmよ
りも薄いと強度が不足し、他方、10μmよりも厚くな
ると光の透過率が低下する虞があるので、0.1μm〜
10μmの範囲にすることが望ましい。無機物層の厚さ
は、0.01μmよりも薄くし過ぎると欠陥が発生する
可能性が高くなり、また、10μmよりも厚くなると光
の透過率が低下する虞があるので、0.01〜10μm
の範囲にするのが望ましい。
【0020】透明樹脂層を形成する方法には、スピンコ
ータ法、ロールコータ法等が挙げられる。例えば、スピ
ンコータ法は、溶媒に溶解した透明樹脂の溶液を回転し
ている基板上に滴下し、基板面上に振り切る。その後、
基板を加熱して溶媒を蒸発させ、基板上に平滑な透明樹
脂膜を形成することができる。他方、無機物層を形成す
る方法には、スパッタリング法、電子ビーム法、CVD
法、ゾルゲル法等が挙げられる。例えば、スパッタリン
グ法は、堆積させる無機物をターゲットとして用い、ア
ルゴンガス中で透明樹脂を基板としてスパッタリングを
行うことにより、透明樹脂上に無機物層を堆積すること
ができる。
【0021】このような構成からなる本発明のリソグラ
フィ用ペリクルは、照射される露光用光源の波長が20
0nm以下であっても極めて高い透光性を有しているた
め、ArFエキシマレーザー(193nm)やF2エキ
シマレーザー(158nm)を光源とする場合に特に有
用である。
【0022】
【実施例】以下、実施例1〜3、比較例1,2にもとづ
きさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に
限定されるものではない。 (実施例1)85モル%のパーフルオロ−2,2−ジメ
チル−1,3−ジオキソールと15モル%のテトラフル
オロエチレンとの共重合体をフッ素系溶媒IL−263
(トクヤマ社製、商品名)に溶解し、2重量%の溶液と
した。次いで、この溶液を、表面研磨したシリコン基板
上に、スピンコーターを用いて基板を回転させつつ滴下
した。その後、基板を180℃で10分間加熱、乾燥
し、外径250mmφ、厚さ1μmの透明樹脂膜を得
た。
【0023】次に、この透明樹脂膜上にスパッタリング
装置を用いて、フッ化カルシウムをターゲットとしてス
パッタリングを行ない、無機物層を形成した。具体的に
は、装置の真空室内に、シリコン基板上に形成された外
径250mmφの透明樹脂膜と外径200mmφのフッ
化カルシウム(ターゲット)とを、これらの間隔が10
0mmとなるように装着した。真空室内を真空ポンプに
て1×10-6Torrに減圧した後、真空室内に、スパ
ッタガスとしてアルゴンガスを導入した後、アルゴンス
パッタにより透明樹脂膜上に0.3μm厚のフッ化カル
シウム層(無機物層)を形成した。その後、シリコン基
板から薄膜を剥離し、フッ化カルシウム層が形成されて
いない透明樹脂膜の他方の面に、上記と同様の方法で
0.3μm厚のフッ化カルシウム層を設け、ペリクル膜
の両面に無機物層を有するペリクルを作製した。
【0024】得られたペリクル膜は、波長158nmで
の透過率が80%であった。このペリクル膜に、フッ素
エキシマレーザー光を窒素雰囲気中でパルス強度0.1
mJ/cm2、周波数200Hzにて照射したところ、
ペリクル膜はレーザー光による損傷を受けておらず、累
積照射エネルギー量が5,000J/cm2に達した後も
変化せず、80%の透過率を示し、被照射部に凹部の発
生も認められなかった。なお、この照射試験の結果を、
以下の実施例2,3、比較例1の結果とともに表1にま
とめて示した。
【0025】
【表1】
【0026】(実施例2)85モル%のパーフルオロ−
2,2−ジメチル−1,3−ジオキソールと15モル%
のテトラフルオロエチレンとの共重合体を実施例1と同
様の方法でシリコン基板上に膜厚1μmの透明樹脂膜を
形成した。この透明樹脂膜上への無機物層の形成は、ス
パッタリング装置を用いて、フッ化マグネシウムをター
ゲットとした以外は、実施例1と同様の方法でスパッタ
リングを行ない、0.3μm厚のフッ化マグネシウム層
を形成した。その後、シリコン基板から薄膜を剥離し、
フッ化マグネシウム層が形成されていない透明樹脂膜の
他方の面に、同様の方法で0.3μm厚のフッ化カルシ
ウム層を設け、ペリクル膜の一方の面にフッ化マグネシ
ウム層を、他方の面にフッ化カルシウム層を有するペリ
クルを作製した。
【0027】得られたペリクル膜は、波長158nmで
の透過率が82%であった。このペリクル膜に、フッ素
エキシマレーザー光を窒素雰囲気中でパルス強度0.1
mJ/cm2、周波数200Hzにて照射したところ、
ペリクル膜はレーザー光による損傷を受けておらず、累
積照射エネルギー量が5,000J/cm2に達した後も
81.5%の高い透過率を保持し、被照射部に凹部の発
生も認められなかった。
【0028】(実施例3)85モル%のパーフルオロ−
2,2−ジメチル−1,3−ジオキソールと15モル%
のテトラフルオロエチレンとの共重合体を実施例1と同
様の方法でシリコン基板上に膜厚1μmの透明膜を形成
した。この透明膜を基板から剥離し、基板に支持されて
いない独立膜とした。次に、この独立膜に無機物層とし
てフッ素ド―プ石英ガラス層をCVD(化学蒸着法)装
置を用いて形成した。具体的には、先ず、真空室内に実
施例1で作製したペリクル膜(サイズ150mm×15
0mm)を設置した。真空室内を真空ポンプにて1×1
-6Torrに減圧した後、反応ガスとしてTEOS
(テトラエトキシシラン)100ml/min.、酸素
20ml/min.および四フッ化珪素100ml/m
in.を真空室内に導入した。その後、反応室内にプラ
ズマを発生させ、透明樹脂膜の両面に0.3μm厚のフ
ッ素ド―プ石英ガラス層を形成した。
【0029】得られたペリクル膜は、波長158nmで
の透過率が78%であった。このペリクル膜に、フッ素
エキシマレーザー光を窒素雰囲気中でパルス強度0.1
mJ/cm2、周波数200Hzにて照射したところ、
ペリクル膜は、目視観察ではレーザー光による損傷を受
けておらず、累積照射エネルギー量が5,000J/c
2に達した後も76%の高い透過率を保持し、被照射
部に凹部の発生も認められなかった。
【0030】(比較例1)85モル%のパーフルオロ−
2,2−ジメチル−1,3−ジオキソールと15モル%
のテトラフルオロエチレンとの共重合体を実施例1と同
様の方法でシリコン基板上に膜厚1μmの透明膜を形成
した。この透明膜を基板から剥離してペリクル膜とし
た。このペリクル膜の波長158nmでの透過率は80
%であった。このペリクル膜に、フッ素エキシマレーザ
ー光を窒素雰囲気中でパルス強度0.1mJ/cm 2
周波数200Hzにて照射したところ、累積照射エネル
ギー量が50J/cm2で、はやくもペリクル膜が破壊
してしまった。
【0031】(比較例2)85モル%のパーフルオロ−
2,2−ジメチル−1,3−ジオキソールと15モル%
のテトラフルオロエチレンとの共重合体を実施例1と同
様の方法でシリコン基板上に膜厚1μmの透明膜を形成
した。さらに、この透明膜上に実施例1と同様の方法で
0.3μm厚のフッ化カルシウム層を形成した。その
後、この透明膜を基板から剥離して、片面だけに無機物
層を有するペリクル膜を得た。このペリクル膜の波長1
58nmでの透過率は80%であった。このペリクル膜
に、フッ素エキシマレーザー光を窒素雰囲気中でパルス
強度0.1mJ/cm 2、周波数200Hzにて照射し
たところ、累積照射エネルギー量が75J/cm2で、
はやくもペリクル膜が破壊してしまった。
【0032】
【発明の効果】上述したように、本発明のリソグラフィ
用ペリクルは、透明樹脂膜の両面に無機物層を形成した
ことにより、リソグラフィ露光時の短波長光照射、特に
ArFエキシマレーザー光やF2エキシマレーザー光の
照射によるペリクル膜の光劣化が殆どないので、膜厚や
透過率の減少、亀裂の発生が殆ど起こらず、長寿命で長
期にわたって透過率が安定している、等の極めて優れた
特性を備えている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ペリクルの構造を示す概略拡大断面図であ
る。
【図2】 ペリクル膜の拡大断面図である。
【符号の説明】
1. ペリクル膜、 1a. 透明樹脂膜、 1b、1c.無機物層、 2. 膜接着層、 3. フレーム、 4. 基板粘着層、 5. 露光基板。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体リソグラフィに使用される、ペリ
    クル膜の材質が透明樹脂からなるペリクルにおいて、該
    ペリクル膜の両面に無機物層を有することを特徴とする
    リソグラフィ用ペリクル。
  2. 【請求項2】 前記無機物層が、フッ化カルシウムおよ
    び/またはフッ化マグネシウムあるいはフッ素ドープ石
    英ガラスで形成されている請求項1に記載のリソグラフ
    ィ用ペリクル。
  3. 【請求項3】 前記透明樹脂が、透明パーフルオロフッ
    素樹脂である請求項1に記載のリソグラフィ用ペリク
    ル。
  4. 【請求項4】 前記ペリクルに対して照射される露光用
    光源の波長が、200nm以下である請求項1ないし3
    のいずれかに記載のリソグラフィ用ペリクル。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009151335A (ja) * 2009-04-02 2009-07-09 Shin Etsu Chem Co Ltd リソグラフィ用ペリクル
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