JP2005234112A

JP2005234112A - ホトマスクユニット及び循環システム

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Publication number: JP2005234112A
Application number: JP2004041525A
Authority: JP
Inventors: Hironao Sasaki; 宏尚佐々木
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】Ｆ２レーザーリソグラフィなど真空紫外線を用いたホトリソグラフィにおいて、ペリクル付ホトマスクのペリクルフレーム内部を酸素添加ガスにて置換する際、ペリクルフレーム内部の透過率劣化を極小となるホトマスクおよびペリクルを提供する。
【解決手段】マスク基板（Ａ）上にペリクルフレーム１（Ｂ）を、ペリクルフレーム１（Ｂ）上にペリクル１（Ｃ）を、ペリクル１（Ｃ）上にペリクルフレーム２（Ｄ）を、ペリクルフレーム２（Ｄ）上にペリクル２（Ｅ）を設け、通気口１（Ｆ）からヘリウムガスを供給し、通気口２（Ｇ）から酸素添加ヘリウムガスを供給する。
【選択図】図２

Description

本発明はホトリソグラフィに用いられるホトマスクと、その保護膜であるペリクルと、このペリクルを保持しホトマスクとの間を封じるフレームとを備えたホトマスクユニットに関するもので、ホトマスクとペリクルとフレームとによって形成される空間をガス置換する際、置換ガスの種類に関わらず該空間を露光光に対し透明度を極力落とさないで使用できるホトマスクユニットに関するものである。

ＬＳＩ、液晶パネルなどの製造において電気回路パタンを形成する場合、一般に加工パタンが形成されているホトマスクを用い、露光光によって被加工物上に投影して加工パタンを転写するホトリソグラフィが用いられる。

図９は、従来のホトマスクユニットを示す図である。このホトマスクは、図に示すように加工パタンが形成されたマスク基板１とペリクルフレーム２とペリクル３から構成されている。ペリクルフレーム２とペリクル３は、接合部４を介して固定され、マスク基板１とペリクルフレーム２は、接合部５を介して固定され、ホトマスクユニットを構成する。このペリクルおよびペリクルフレームは外部からの異物が、マスク基板上に形成された加工パタンに付着するのを防ぐために用いられている。

しかしながら近年露光光の短波長化が進み、特に次世代のＦ２レーザによる露光ではその波長が１５７．６ｎｍに達する。その為、Ｆ２レーザは大気中の酸素や水分によってほとんど吸収されてしまう。従って、Ｆ２レーザを露光光に用いる場合には、その光路は高純度の窒素や不活性ガスによるパージが必要となる。

一方、ペリクルについては一般に合成樹脂製の透明膜を用いているが、現在Ｆ２レーザー用として提案されている樹脂の透明膜では露光光により膜質劣化が発生し、ペリクル自身の透過率劣化が発生することが知られており、この透過率劣化の回避手段としてペリクルの周囲の雰囲気を酸素添加窒素などの酸素添加ガスにて置換する方法が提案されている。

このため、現状のホトマスクユニットによるホトリソグラフィにおいて、露光光にＦ２レーザーを用いる場合には、ペリクルフレーム内部を酸素添加ガスで置換する必要が発生するが、結果としてペリクルフレーム内部の酸素濃度が高くなり、露光光の透過率劣化や透過率分布が発生し、露光パタンの変形などの問題が生じる。

この課題を解決する手段としてペリクルの材質を合成樹脂から透明ガラスに変更した無機ペリクルフレームを用いる方法も提案されていて、これを用いるとペリクル周囲を酸素添加ガスで置換する必要がなくなるが、無機ペリクルは有機ペリクルと比較すると膜が１０倍程度厚いため露光時のペリクルのわずかな変形により露光パタンが変形するといった課題があり、現在も解決に至っていない。
特開平８−１１４９１１号公報

本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、ペリクル周囲を酸素添加ガスで置換してもペリクルフレーム内部の透過率劣化を少なくし、露光パタンの変形を抑制する手段を提供することである。

本発明に係るホトマスクユニットは、
以下の要素を有することを特徴とする
（１）マスク基板
（２）マスク基板と平行に設置されるマスク基板側の第一のペリクル
（３）マスク基板と第一のペリクルを密着させ、内部に第一の空間を形成させる第一のペリクルフレーム
（４）第一のペリクルと平行に設置される外側の第二のペリクル
（５）第一のペリクルと第二のペリクルを密着させ、内部に第二の空間を形成させる第二のペリクルフレーム。

第一のペリクルフレームは、第一の空間内につながる第一の通気口を有し、
第二のペリクルフレームは、第二の空間内につながる第二の通気口を有することを特徴とする。

第一及び第二のペリクルは、希ガスを透過することを特徴とする。

第一及び第二のペリクルは、希ガスとして、酸素を透過することを特徴とする。

本発明に係る循環システムは、
マスク基板側の第一の密閉空間と、外側の第二の密閉空間とを形成するホトマスクユニットにガスを循環させる循環システムであって、以下の要素を有することを特徴とする
（１）第一の密閉空間へ、窒素または不活性ガスを供給する第一の循環装置
（２）第二の密閉空間へ、酸素添加ガスを供給する第二の循環装置。

第一の循環装置は、不活性ガスとして、ヘリウムを供給し、
第二の循環装置は、酸素添加ガスとして、酸素添加ヘリウムを供給することを特徴とする。

第一の循環装置は、第二の密閉空間のガス圧よりも第一の密閉空間のガス圧を高く制御することを特徴とする。

第二の循環装置は、第一の密閉空間のガス圧よりも第二の密閉空間のガス圧を低く制御することを特徴とする。

更に、第一の密閉空間から排気される不活性ガス中の酸素を除去する精製装置を有することを特徴とする。

第一の循環装置は、前記精製装置を兼ねることを特徴とする。

循環システムは、ホトマスクユニットの周囲に不活性ガスを充填することを特徴とする。

ホトマスクユニットの周囲のガス圧を、第二の密閉空間のガス圧よりも高く制御することを特徴とする。

このように、本発明によるホトマスクユニットをＦ２レーザーによるホトリソグラフィに適用することにより、露光光の透過率を比較的高い状態に保ちながら同時に酸素添加ガスにより露光時のペリクルの透過率劣化を抑制することが可能となる。この効果によりＦ２レーザー用マスクにペリクルを用いることが可能となり、同時に透過率変動を抑制することで安定した露光パタンの形成が可能となる。

実施の形態１．
以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。実施例として、Ｆ２レーザー用のマスクユニットであり、フレーム内部を酸素添加ヘリウムと純ヘリウムで置換し、ペリクルフレームの周囲をヘリウムで置換するものを説明する。

図１は、本発明に係るホトマスクユニット分解図である。図２は、同側面図である。図３は、同斜視図である。このホトマスクユニットでは、マスク基板（Ａ）上にペリクルフレーム１（Ｂ）を接合し、その上にペリクル１（Ｃ）を接合し、その上にペリクルフレーム２（Ｄ）を接合し、その上にペリクル２（Ｅ）を接合し、ホトマスクユニットを構築する。ペリクル１（Ｃ）は、第一のペリクルの例であり、ペリクルフレーム１（Ｂ）、第一のペリクルフレームの例であり、ペリクル２（Ｅ）、第二のペリクルの例であり、ペリクルフレーム２（Ｄ）、第二のペリクルフレームの例である。

ここでペリクル１（Ｃ）は、ペリクルフレームを二つの空間に分離するために用いている。ペリクルフレーム２（Ｄ）は、酸素添加ガスで置換するため露光光の光軸方向の高さを極力小さくすることが望ましく、実施例では１ｍｍとした。尚、ペリクルフレームの全体の高さであるマスク基板（Ａ）とペリクルフレーム１（Ｂ）の接合部からペリクル２（Ｅ）までの高さは６．４ｍｍとしている。

ペリクルフレーム１（Ｂ）には、通気口１（Ｆ）（２個所）をペリクルフレーム１（Ｂ）の対向する側面に設け、片側からヘリウムをペリクルフレーム１（Ｂ）内に送り込み、もう一方から排出する。またペリクルフレーム２（Ｄ）にも、通気口２（Ｇ）（２個所）をペリクルフレーム２（Ｄ）の対向する側面に設け、片側から酸素添加ヘリウムをペリクルフレーム２（Ｄ）内に送り込み、もう一方の通気口から排出する。この例で置換ガスの酸素添加量は１０００ｐｐｍである。

置換方法として、前記の置換するガスは、通気口１（Ｆ）および通気口２（Ｇ）を通じて流通し続けるようにした。ちなみに通気口１（Ｆ）と通気口２（Ｇ）とホトマスク周囲は完全に分離されており、ペリクルフレームの外部では置換ガス同士が交じり合うことはない。また（Ａ）と（Ｂ）と（Ｃ）と（Ｄ）と（Ｅ）の接合は、機密性が保たれていて接合部から置換ガスの漏れ等発生しないように接合してある。

通気口は、ペリクルフレーム内部の置換ガスの円滑な循環の観点より、ペリクルフレームの対向する位置に設けることが望ましい。尚、置換の効率は、通気口の口径に依存する。

一方、ペリクル１（Ｃ）とペリクル２（Ｅ）は、同一の材質のペリクルであり、Ｆ２レーザーに対して透明で、ヘリウムと酸素に対してわずかに透過性を持っている材料を用いて形成されている。

但し、ペリクル１（Ｃ）とペリクル２（Ｅ）は、上述の特性を有していれば足りるものであり、この例によらず異なる材質を用いてもよい。

ホトマスクユニットの周囲は、ペリクルフレーム１（Ｂ）内を置換しているガスと同じくヘリウムを用いて置換を行い、ペリクルフレーム１（Ｂ）内の気圧とホトマスクユニット周囲の気圧（Ｐ_Ｂ）を同一にした。一方ペリクルフレーム２（Ｄ）を置換している酸素添加ヘリウムについてはその気圧（Ｐ_Ｄ）をホトマスクユニットの周囲（Ｐ_Ｂ）の気圧よりわずかに下げている。図４は、実施の形態１に係る気圧分布を示す図である。

このような構成にてこのホトマスクを使用すると、ペリクルフレーム２（Ｄ）内を置換している酸素添加ヘリウムが、ペリクル内部にまで酸素を拡散させ、露光時のペリクル１（Ｃ）とペリクル２（Ｅ）の透過率劣化を抑制する。一方、置換している空間は、前述のように高さが１ｍｍしかないためこの空間内での透過率劣化は１．５％程度にとどまる。

ここでペリクル内に拡散した酸素は、そのままではペリクルを通過してホトマスクユニットの外部およびペリクルフレーム１（Ｂ）が形成する空間に拡散していくが、ペリクルフレーム１（Ｂ）内を置換している置換ガス圧（Ｐ_Ｂ）及びホトマスクユニットの外部の気圧（Ｐ_Ｈ＝Ｐ_Ｂ）の方が、ペリクルフレーム２（Ｄ）を置換しているガス圧（Ｐ_Ｄ）より高いので、置換ガスの流れとしてはペリクルフレーム２（Ｄ）内にペリクルを通して流れ込むヘリウムガス流が発生し、ペリクルフレーム２（Ｄ）内の酸素はペリクルを通過してホトマスクユニット外やペリクルフレーム１（Ｂ）内に簡単には拡散することができない。また、一部ペリクルを通過して拡散した酸素は、流通するヘリウムガスによって速やかにペリクルフレーム１（Ｂ）外へ運ばれ、またはホトマスクユニットから離れていく。

このためペリクルフレーム２（Ｄ）内以外の空間は、ほとんど酸素の影響は見られず、ホトマスクユニット周囲およびペリクルフレーム１（Ｂ）内の透過率はほぼ１００％に保たれる。よってホトマスクユニット内でのガス置換している空間全体での透過率劣化は１．５％程度に保たれる。

上述のように、ペリクルとペリクルフレームとマスク基板からなるホトマスクユニットであって、ペリクルとペリクルフレームとマスク基板によって形成される空間が露光光の光軸方向に向かって少なくとも２つに分離された構造を有することを特徴とするホトマスクユニットについて説明した。このホトマスクユニットは、分離された空間各々を独立にガス置換する通気口を具備することと、酸素と窒素とヘリウムなどの希ガスを透過する特徴を有するペリクルを用いていることと、分離された空間を形成する構造に前記特徴を有するペリクルを用いていることなどの特徴を有する。

更に、分離されたペリクルフレーム内の空間のうち光軸方向に対向する面がペリクルとなっている空間を酸素添加ガスにより置換し、片側のみがペリクルとなっている空間と、ペリクルフレーム外部とを、窒素または不活性ガスで置換する。このとき酸素添加ガスで置換した空間と窒素または不活性ガスで置換した空間の差圧は、酸素添加ガスで置換した空間の方を低くする。これにより、酸素添加ガス中の酸素がペリクルを通して他の空間に漏洩するのを少なくすることができる。また、酸素添加空間の露光光軸方向の距離は小さければ小さいほどよく、この空間の透過率劣化が少なくなる。

このホトマスクユニットを用いることにより、ペリクルフレーム内の分離された各空間を適切にガス置換することにより、酸素添加ガスによる置換空間を必要最小限にとどめ、ホトマスクの透過率劣化を小さくすることが可能となる。また同時に、ペリクルの周囲を酸素添加ガスで置換しているのでペリクルの透過率劣化も抑制することができるようになる。

実施の形態２．
実施の形態１に示す条件でホトマスクユニットを使用するための循環システムについて説明する。図５は、循環システムの例（その１）を示す図である。

ホトマスクは、密閉器（Ｈ）内の密閉空間に設置されている。そして、ペリクルフレーム２（Ｄ）内へ、循環器（Ｉ）により所定ガス圧（Ｐ_Ｄ）の酸素添加ガスが循環するように制御される。また、ホトマスクユニット周囲およびペリクルフレーム１（Ｂ）内へ、精製装置付き循環器（Ｊ）により所定ガス圧（Ｐ_Ｂ）の不活性ガスが循環するように制御される。その為、出口側の通気口１（Ｆ）は、ペリクルの周囲に開放されている。
また、精製装置付き循環器（Ｊ）は、酸素等の不純物を除去する精製機能も有している。

循環器（Ｉ）は、第二の循環装置の例であり、精製装置付き循環器（Ｊ）は、第一の循環装置及び精製装置の例である。尚、精製装置を、循環器と別に設置してもよい。

実施の形態３．
前述の実施の形態１及び２では、ホトマスクユニットの外部の気圧（Ｐ_Ｈ＝Ｐ_Ｂ）を置換ガス圧（Ｐ_Ｂ）と等しくしたが、ペリクルフレーム２（Ｄ）を置換しているガス圧（Ｐ_Ｄ）より高ければ、置換ガス圧（Ｐ_Ｂ）より多少高く、あるいは多少低くてもよい。図６は、実施の形態３に係る気圧分布を示す図である。

実施の形態４．
実施の形態１に示す条件でホトマスクユニットを使用するための循環システムについて説明する。図７は、循環システムの例（その２）を示す図である。

出口側の通気口１（Ｆ）は、密閉された状態で、精製装置付き循環器（Ｊ）に直結している。密閉器（Ｈ）内のガス圧（Ｐ_Ｈ）は、ペリクルフレーム２（Ｄ）を置換しているガス圧（Ｐ_Ｄ）より高くなるように圧力制御装置などにより制御される。

実施の形態５．
２つのペリクルは、フレームの一部と一体に形成し、ペリクルフレームに接合するようにしてもよい。図８は、実施の形態５に係るホトマスクユニットの組立図である。密閉する２つの側板には、それぞれ通気口が設けられる。

本発明に係るホトマスクユニット分解図である。本発明に係るホトマスクユニット側面図である。本発明に係るホトマスクユニットの斜視図である。実施の形態１に係る気圧分布を示す図である。循環システムの例（その１）を示す図である。実施の形態３に係る気圧分布を示す図である。循環システムの例（その２）を示す図である。実施の形態５に係るホトマスクユニットの組立図である。従来のホトマスクユニットを示す図である。

符号の説明

１マスク基板、２ペリクルフレーム、３ペリクル、４ペリクルとペリクルフレームの接合部、５マスク基板とペリクルフレームの接合部、Ａマスク基板、Ｂペリクルフレーム１、Ｃペリクル１、Ｄペリクルフレーム２、Ｅペリクル２、Ｆ通気口１、Ｇ通気口２、Ｈ密閉器、Ｉ循環器、Ｊ精製装置付き循環器。

Claims

以下の要素を有することを特徴とするホトマスクユニット
（１）マスク基板
（２）マスク基板と平行に設置されるマスク基板側の第一のペリクル
（３）マスク基板と第一のペリクルを密着させ、内部に第一の空間を形成させる第一のペリクルフレーム
（４）第一のペリクルと平行に設置される外側の第二のペリクル
（５）第一のペリクルと第二のペリクルを密着させ、内部に第二の空間を形成させる第二のペリクルフレーム。
第一のペリクルフレームは、第一の空間内につながる第一の通気口を有し、
第二のペリクルフレームは、第二の空間内につながる第二の通気口を有することを特徴とする請求項１記載のホトマスクユニット。
第一及び第二のペリクルは、希ガスを透過することを特徴とする請求項１記載のホトマスクユニット。
第一及び第二のペリクルは、希ガスとして、酸素を透過することを特徴とする請求項３記載のホトマスクユニット。
。
マスク基板側の第一の密閉空間と、外側の第二の密閉空間とを形成するホトマスクユニットにガスを循環させる循環システムであって、以下の要素を有することを特徴とする循環システム
（１）第一の密閉空間へ、窒素または不活性ガスを供給する第一の循環装置
（２）第二の密閉空間へ、酸素添加ガスを供給する第二の循環装置。
第一の循環装置は、不活性ガスとして、ヘリウムを供給し、
第二の循環装置は、酸素添加ガスとして、酸素添加ヘリウムを供給することを特徴とする請求項５に記載の循環システム。
第一の循環装置は、第二の密閉空間のガス圧よりも第一の密閉空間のガス圧を高く制御することを特徴とする請求項５に記載の循環システム。
第二の循環装置は、第一の密閉空間のガス圧よりも第二の密閉空間のガス圧を低く制御することを特徴とする請求項５に記載の循環システム。
更に、第一の密閉空間から排気される不活性ガス中の酸素を除去する精製装置を有することを特徴とする請求項５に記載の循環システム。
第一の循環装置は、前記精製装置を兼ねることを特徴とする請求項９に記載の循環システム。
循環システムは、ホトマスクユニットの周囲に不活性ガスを充填することを特徴とする請求項５に記載の循環システム。
ホトマスクユニットの周囲のガス圧を、第二の密閉空間のガス圧よりも高く制御することを特徴とする請求項５に記載の循環システム。