JP2003186180A - ペリクルフレームの製造方法およびペリクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】石英ガラスを基材としたペリクルフレームの製
造方法において上下面の平坦度、平行度の高いものを効
率的に得る。 【解決手段】ペリクルフレーム外形の大きさ以上の外形
寸法と、ペリクルフレームの高さ以上の厚みとを有する
石英ガラス板を準備する準備工程と、石英ガラス板を両
面研磨する研磨工程と、研磨後の石英ガラス板から枠状
体を加工する枠体加工工程と、を含むことを特徴とす
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、ＬＳＩ、超ＬＳＩ
などの半導体素子または液晶表示装置などの製造に用い
られ、とりわけ波長２２０ｎｍ以下の光、特にＦ_２レー
ザ光（波長１５７．６ｎｍ）を用いる露光に好適なペリ
クルに関するものである。特に、上記ペリクルに用いる
ペリクルフレームの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩや超ＬＳＩなどの半導体素子また
は液晶表示装置の製造における露光工程では、マスクの
パターン形成面にゴミが付着するのを防止するために、
ペリクルをマスク上に載置して露光作業を行うのが一般
的である。

【０００３】ペリクルは、露光光を透過する材料からな
るペリクル膜を、表面をアルマイト処理したアルミ製ペ
リクルフレームに接着したものである。ペリクルフレー
ムは上面および底面を開口部とした箱状のものであり、
ペリクル膜はその一方の開口部に接着される。

【０００４】露光工程で用いられる露光光は、パターン
微細化の要求に応じてますます波長が短くなってきてお
り、今日ではＦ₂レーザなど波長２２０ｎｍ以下の光を
使用する技術が検討されている。

【０００５】従来、このペリクル膜として、厚さ１μｍ
以下の有機樹脂製の薄膜が使用されている。しかし、従
来のペリクル膜では、上記のような短波長の光が照射さ
れると有機樹脂が分解して実用に耐えないため、合成石
英ガラスを薄い平板に加工した板をペリクル膜の代わり
に使用することが検討されている（以下、この板を有機
樹脂製のペリクル膜と区別して、ペリクル板という）。
このような合成石英ガラスは、例えばケイ素源と酸素源
とを気相で反応させてスートと呼ばれる酸化ケイ素から
なる多孔質を成長させ、この多孔質を焼結して得られる
もので、成分は実質的に酸化ケイ素のみからなる。光透
過率を良くするためにペリクル板の表面に反射防止膜を
設けることが多い。

【０００６】合成石英ガラスをペリクル板として使用し
たペリクルを実際に露光工程で使用すると、合成石英ガ
ラス自体が光エネルギーを吸収し熱をもつことにより、
膨張する。また、フレーム自体も熱を帯びる。このと
き、ペリクルフレーム材料として従来から用いられてい
る金属、例えばアルミニウムやチタン等は、合成石英ガ
ラスと熱膨張係数が異なるので、ペリクル板に応力を与
え複屈折による光路の変動や機械的なたわみによる光路
の変動を生じさせるおそれがある。よって、ペリクルフ
レーム材料としては、ペリクル板と熱膨張係数が等しい
合成石英ガラス、もしくは溶融石英ガラス（以降、両者
を併せて石英ガラスと称する。）が適している。

【０００７】一方、合成石英ガラスをペリクル板として
使用する場合、ペリクル板の厚みは０．０１〜２．０ｍ
ｍであることが望ましいとされているが、このような厚
みを持つペリクル板には、従来の有機樹脂からなるペリ
クル膜と異なり、ペリクル板内部に複屈折が生じて露光
光の光路変動の要因になる場合がある。

【０００８】ペリクル板に生じる複屈折のひとつの要因
として、ペリクル板の厚みばらつきがある。例えば、ペ
リクル板内に厚みのばらつきがあると屈折光の光路が変
わるため転写パターンの位置がずれ良好なリソグラフが
行えない場合がある。この様子を図３に概念的に示し
た。ペリクル板３２の上面３２ａと下面３２ｂとが平行
でないと、露光光３４は界面で屈折し、光路にずれを生
じる。このために、ペリクル板に許容される上下面の平
行度は０．１μｍ／５０ｍｍ程度である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、厚みばらつき
が許容範囲内にあるペリクル板を使用した場合であって
も、転写パターンの位置ずれが生じる場合がある。ま
ず、ペリクル板とマスク面とが平行でない場合に、屈折
光の光路が変わるため転写パターンの位置がずれ良好な
リソグラフが行えない場合がある。この様子を図４に概
念的に示した。ペリクルフレーム４１の上下面の平行度
が悪く、マスク４５とペリクル板４２とが傾いている
と、露光光４４は斜入射界面で屈折し、光路にずれを生
じる。

【００１０】また、ペリクル板は、ペリクルフレームに
接着されるため、接着面の平坦度が悪いと、ペリクルフ
レームの接着面の形状に矯正されることによってペリク
ル板がたわんだり、あるいは、たわみに抗する矯正力に
よってペリクル板内の複屈折を大きくしたりするなどの
光学上の不具合を発生させるおそれがある。さらに、ペ
リクルフレームのマスクに装着される側の面について
も、平坦度が悪いとペリクルフレーム自体にたわみが生
じ、このたわみによって、ペリクル板のたわみや複屈折
を生じる可能性がある。

【００１１】このため、ペリクルフレームの上下面の平
坦度はそれぞれ上下面全域で１μｍ以下とされ、同時に
上下面の平行度は上下面全域で２μｍ以下とすることが
求められる。

【００１２】一般に、石英ガラスでフレームのような形
状のものを製造する場合、棒材を溶着、溶融加工し、枠
体を形成するか、あるいは、酸化珪素粉末を型に充填し
加熱することでガラス化して枠体を形成し、その後、上
下面を研磨するといった方法が考えられる。

【００１３】しかしながら、従来の研磨方法（片面研
磨）をペリクルフレームの製造方法に適用すると、各面
の平坦度を良好にすることはできても、所定の精度に加
工できているかどうかの評価に関しては、ペリクルフレ
ームの枠幅が１〜５ｍｍ程度であって狭いため、ニュー
トンリングのような光学的測定方法では形状の解析が行
えず、三次元測定器のような高価な装置を用いなければ
正確な測定を行うことができない。

【００１４】また、平行度を良好にするために、石英ガ
ラス製の枠体を両面研磨機で加工しようとすると、フレ
ーム形状は、外寸１２０×１２０ｍｍ以上、フレームの
枠幅が１〜５ｍｍで高さが３〜６ｍｍのものが一般的で
あり、総じて強度が足らず加工中に破損するか、それを
避けるため、軽荷重低回転数による軽微な研磨を長時間
行う必要があり、作業効率が著しく損なわれるといった
不都合があった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、フレーム
形状を形成した後、両面研磨加工しフレーム上下面の加
工を行うのではなく、板状の石英ガラスを両面研磨加工
した後、板状の素材からペリクルフレームを削りだせ
ば、目的とするペリクルフレームが効率よく、かつ安価
に得ることができることを見出した。

【００１６】すなわち、本発明は、ペリクルフレームの
製造方法であって、ペリクルフレーム外形の大きさ以上
の外形寸法と、ペリクルフレームの高さ以上の厚みとを
有する石英ガラス板を準備する準備工程と、石英ガラス
板を両面研磨する研磨工程と、研磨後の石英ガラス板か
ら枠状体を加工する枠体加工工程と、を含むことを特徴
とするペリクルフレームの製造方法である。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明では、ペリクルフレームの
材料として、ペリクル板とほぼ同じ熱膨張係数を有する
石英ガラスを用いる。ペリクルフレームの材料として用
いる石英ガラスとしては、合成石英ガラスでもよいし、
溶融石英ガラスでもよい。こうして、露光時のペリクル
温度変化によるペリクル板での複屈折の発生量を小さく
し、露光パターンの寸法精度に対する影響を少なくでき
る。また、露光時の温度変化ならびに搬送時の温度変化
によるペリクルフレームとペリクル板との熱膨張の違い
によるペリクルのゆがみがなくなる。特に、フレーム加
工中の熱ひずみが少ないので、加工後のフレーム平行度
がよい。

【００１８】合成石英ガラスは、成形されたブロックか
らスライスして容易に板状の素板を得ることができる。
また、溶融石英ガラスについても、ガラス素材を溶解し
ブロックからスライスする、あるいはシート状に成形す
ることで容易に板状の素板を得ることが可能である。板
状の素板は、最終的なペリクルフレーム外形の大きさ以
上の外形寸法を有すると共に、最終的なペリクルフレー
ムの高さ以上の厚みとを有するものとし、この後の研磨
工程、枠体加工工程などによって、最終的なペリクルフ
レーム形状を得る。

【００１９】この素板よりペリクルフレームとして所定
の平坦度、平行度をもった板材を得るために、両面研磨
を行う。両面研磨は、通常、粗削りであるラップ工程と
鏡面出しであるポリシング工程からなる。特に、板材の
平坦度のみを後述のレーザー干渉式測定器で測定するの
であれば、ラップ工程まで測定できるが、面間の平行度
を測定する場合は、両面が鏡面でなければ測定に必要な
干渉縞が得られないため、ポリシング工程は不可欠であ
る。ラップ工程、ポリシング工程とも、多段階加工を施
すのが効率的であるが、一方、両工程とも１段で加工す
るほうがコスト的には有利である。

【００２０】ラップ工程、ポリシング工程とも、両面研
磨装置が使用できる。両面研磨装置としては図１および
図２に示すような研磨装置が知られている。この研磨装
置は下定盤６と上定盤７からなりラップ工程では鋳鉄等
の表面自体で、ポリシング工程では研磨布が貼られ使用
される。

【００２１】また、ワークホルダーであるキャリア８は
外周部にギアが加工されており、装置本体にある太陽ギ
ア９とインターナルギア１０の間にキャリアをセットす
ることにより、キャリアが自転しながら上下定盤または
どちらか片側の定盤が回転し、ワークの両面が同時に研
磨できる。

【００２２】なお、図示はしていないが、上定盤側には
研磨剤の供給孔を有しており研磨中にワークに研磨剤が
供給できるようになっている。ラップの場合、研磨材は
ダイヤモンド、炭化珪素やアルミナが使用され、ポリシ
ングでは、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、コロイダ
ルシリカ等が用いられる。このような両面研磨装置を用
いることで上下面各々の平坦度、および上下面間の平行
度に優れた所定の厚みの板材を得ることができる。

【００２３】得られた板材は、ペリクルフレームとして
使用する範囲において、研磨後の石英ガラス板の少なく
とも１面が平坦度１μｍ以下であり、かつ両面の平行度
が２μｍ以下であることが好ましい。

【００２４】上記の加工によって得られた板材について
所定の平坦度が得られているかどうかを確認するために
は、市販のＨｅ−Ｎｅレーザーを用いたレーザー干渉式
測定器を使用すればよい。また、上下面の平行度につい
ては、上記レーザー干渉式測定器を使用し、同様の測定
方法でコヒーレント調整を行えば、２面間の干渉縞をえ
ることができ、この解析により定量化および形状の把握
が可能である。

【００２５】こうして得られた板材を枠体に加工してペ
リクルフレームとする。通常、エンドミル等を用いて枠
型に削りだすことができる。このとき、枠体上下面と側
面からなる陵に面取り加工することが望ましい。また、
エンドミルによる研削加工の代わりに、ウォータージェ
ットやレーザー切断機などによっても板材から枠体を加
工できる。最後に、必要に応じて、ペリクルフレーム側
面に、ドリルで通気用の孔をあけたり、あるいはエンド
ミルでチャック用のディンプルを形成するなどの加工を
施す。

【００２６】また、フレームの強度の向上や加工後の粗
面からの発塵防止手段として、フレームの内側面、外側
面をポリシング加工するか、あるいはフレーム全体をＨ
Ｆ等によりエッチングすることが望ましい。

【００２７】本発明で得られるペリクルフレームは、特
に、波長２２０ｎｍ以下の光、とりわけＦ_２レーザ光を
用いる露光に好適なペリクルに使用することができる。

【００２８】図５は本発明の実施形態であるペリクル５
１の平面図と側面図である。ペリクル５１は、露光光を
透過させるペリクル板５２を接着剤５６によりペリクル
フレーム５３に接着して構成されている。ペリクル５１
は、粘着剤によりマスクに固定されて使用される。

【００２９】本発明では、ペリクル板は、厚さ０．０１
〜２ｍｍ程度の石英ガラスからなる。特に波長２２０ｎ
ｍ以下の短波長の露光に用いる場合は、合成石英ガラス
とすることが好ましい。

【００３０】またペリクル板の厚さは２ｍｍ以下である
ことが好ましい。これにより、ペリクル板自身が持つ複
屈折を押さえることができるので好ましい。特に１ｍｍ
以下の場合は透過率が良く、ペリクル板における吸収が
ないために露光時にペリクル板の温度上昇を小さくでき
る。従って、ペリクルに熱的な応力が生じにくくなるの
で好ましい。なお、ペリクル板の厚さは、強度の点から
０．０１ｍｍ以上であることが好ましい。

【００３１】ペリクル板とペリクルフレームの接着に用
いる接着剤としては、例えばポリブテン樹脂、アクリル
樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン系接着剤、フッ素系接
着剤等を用いることができる。特に、フッ素系接着剤は
紫外光における耐性がよく、発塵しないという点で好ま
しい。

【００３２】また、接着部材の厚さは１μｍ以上とする
ことが好ましい。温度変化によるペリクルの変形を接着
部材によって緩和でき、良好な露光を行うことができる
ためである。また、ペリクル板をペリクルフレームに接
着する際において、接着部材の厚さが１μｍ以上である
とペリクルマウンタで均等に力を加えることができ、ペ
リクル板がフレームに対して水平な状態で固定できると
いう利点もある。

【００３３】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
するが、本発明は本実施例に限定されない。公知の方法
で製造された熱膨張係数６．０×１０^−７／℃以下の合
成石英ガラスのインゴットを内周刃スライサーで１５２
ｍｍ×１５２ｍｍ×５．２ｍｍ厚に切断し、１５枚の合
成石英ガラスの板材の試料を作成した。次いで、これら
を市販のＮＣ面取り機でＣ０．３〜０．７になるような
るよう面取り加工を実施した。次に、切断によるクラッ
クおよび面取りによるクラックの進行を止めるため、５
質量％ＨＦ溶液に浸漬した。

【００３４】ついで、この合成石英ガラスの板材を、ス
ピードファム製２０Ｂ両面ラップ機を使用し、研磨剤と
してＦＯ＃１２００（フジミコーポレーション製商品
名）を濾過水に１０〜１２質量％懸濁させたスラリーを
用いて、厚み５．０５ｍｍになるまでラップ加工を施し
た。

【００３５】更に、ラップ加工後の合成石英ガラスの板
材を５質量％ＨＦ溶液に浸漬し、エッチング処理を行っ
た。続いて、この合成石英ガラス板をスピードファム製
２０Ｂ両面ポリシング機を用いて酸化セリウムを主体と
したスラリーとポリウレタンパッドで研磨し、厚さ５．
００ｍｍのペリクルフレーム用板材１５枚を得た。

【００３６】この板材につき、トロペル社製レーザー干
渉式測定器、ＦＭ２００を用いて平坦度を測定したとこ
ろ、一方の面が０．５２〜０．７３μｍ、もう一方の面
が０．６８〜０．７５μｍであるとの結果を得た。更
に、これらの試料の平行度を計測したところいずれの板
材も、２．００μｍ以下であった。

【００３７】次いで、板材からエンドミルを用いて外寸
１４９ｍｍ×１２２ｍｍ、内寸１４５ｍｍ×１１８ｍｍ
の長方型の枠体で、各角部に半径５ｍｍの丸みをつけた
ペリクルフレームを作成した。

【００３８】次いで、ペリクルフレームの外周及び内周
をレジンダイヤにて研削した後、ドリルにてペリクルフ
レームに０．５ｍｍ径の換気孔を１箇所設けた。さら
に、ペリクルフレームを１０質量％のフッ酸エッチング
槽に、５分間超音波をかけながら浸して全体をエッチン
グした。

【００３９】その後で、上記のペリクルフレームの上面
に紫外線硬化型接着剤を塗布し、このペリクルフレーム
と厚さ０．８ｍｍペリクル板とを、温度２０℃の恒温槽
に入れて両者を接合したのち、紫外線を照射（３０００
Ｊ／ｃｍ²）して接着剤を硬化させてペリクルフレーム
とペリクル板とを接着した。

【００４０】ペリクルフレームの側面に設けられた換気
孔のペリクルフレーム内側にある出入口にＧＯＲＥＴＥ
Ｘ（W. L. Gore & Associates, Inc.社製商品名）から
なる防塵用フィルターを設けてペリクルを製作した。得
られたペリクルは、ペリクル板のたわみやひずみが非常
に小さく、充分に精度の良いフォトリソグラフィーに堪
えるものである。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、石英ガラスを基材とし
たペリクルフレームで上下面のそれぞれの平坦度が１μ
ｍ以下で、同時に上下面の平行度が２μｍ以下のものを
効率的に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】両面研磨装置の要部側面図

【図２】両面研磨装置の要部斜視図

【図３】ペリクル板の厚みばらつきによる露光光路のズ
レの概念図

【図４】ペリクル板とマスクの平行度による露光光路の
ズレの概念図

【図５】ペリクルを示す平面図と側面図

【符号の説明】

６：下定盤 ７：上定盤 ８：キャリア ９：太陽ギア １０：インターナルギア １１：ワーク ５１：ペリクル ５２：ペリクル板 ５３：ペリクルフレーム ５６：接着剤

フロントページの続き (72)発明者 寺門 盛夫 茨城県ひたちなか市田彦字寄井新田1010番 の１ 旭ファインマテリアルズ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H095 BA07 BC37

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ペリクルフレームの製造方法であって、 ペリクルフレーム外形の大きさ以上の外形寸法と、ペリ
   クルフレームの高さ以上の厚みとを有する石英ガラス板
   を準備する準備工程と、 石英ガラス板を両面研磨する研磨工程と、 研磨後の石英ガラス板から枠状体を加工する枠体加工工
   程と、を含むことを特徴とするペリクルフレームの製造
   方法。
2. 【請求項２】枠体加工工程の前に、石英ガラス板の平坦
   度および平行度を測定する測定工程を備える請求項１記
   載のペリクルフレームの製造方法。
3. 【請求項３】ペリクルフレームとして使用する範囲にお
   いて、研磨後の石英ガラス板の少なくとも１面が平坦度
   １μｍ以下であり、かつ両面の平行度が２μｍ以下であ
   ることを特徴とする請求項１または２記載のペリクルフ
   レームの製造方法。
4. 【請求項４】請求項１、２または３記載のペリクルフレ
   ームの製造方法により製造されたペリクルフレームの一
   方の開口部にペリクル板を装着してなるペリクル。