JP2006039409A

JP2006039409A - ペリクルおよびペリクル板の形状補正方法

Info

Publication number: JP2006039409A
Application number: JP2004222178A
Authority: JP
Inventors: Kaname Okada; 要岡田; Kazue Ota; 和重太田; Shinya Kikukawa; 信也菊川; Hitoshi Mishiro; 均三代
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】Ｆ_２レーザ露光用マスクに好適なペリクルに用いられるペリクル板を提供する。
【解決手段】ペリクルフレームと、前記ペリクルフレームの一方の開口部に接着したペリクル板とを備えたペリクルであって、前記ペリクル板に外力を印加し、ペリクル板の形状を所望の形状に変形させる外力印加手段を前記ペリクル板に備えることを特徴とするペリクル、または、前記ペリクル板に備えられた外力印加手段により前記ペリクル板に外力を印加し、ペリクル板の形状を所望の形状に変形させることを特徴とするペリクル板の形状補正方法。
【選択図】図１

Description

本発明は集積回路の製造工程で使用されるＦ_２レーザ（波長１５７．６ｎｍ）光リソグラフィに好適なペリクルに関するものである。

集積回路の光リソグラフィ工程においては、フォトマスクを用いて、レジスト材を塗布した半導体ウェハを露光することによりパターン形成が行われる。この際、フォトマスクに傷・異物が存在していると、パターンとともに傷・異物がウェハ上に転写され、回路の短絡・断線等の原因となる。

このため、フォトマスクの片面または両面にペリクルを装着し、フォトマスクの表面に異物が付着するのを防止する方法が採用されている。

従来、ペリクルはアルミニウムなどからなるペリクルフレームに、ニトロセルロースまたはフッ素樹脂などの有機樹脂からなる数ｎｍ〜数μｍの厚みのペリクル膜を接着剤で貼り付けたものであった。

しかし、近年、パターンの微細化や高密度化に伴い、短波長の光を用いた露光が行われている。有機樹脂等のペリクル膜を使用したペリクルは、短波長の露光光に対する耐久性が不十分であるため、短波長の光を用いた露光では長時間使用することができない。そのため、近年、有機樹脂に代えて、合成石英ガラスをペリクル膜として使用することが検討されている。

ペリクル膜に合成石英ガラスを用いる場合、透過率と加工精度を両立させるため、合成石英ガラスの厚さは０．０１〜２．０ｍｍの範囲で決定される。このため、合成石英ガラスを用いたペリクル膜の厚さは従来用いられていた有機樹脂等からなるペリクル膜より厚い。両者を区別するため本明細書では以下、合成石英ガラスを用いたペリクル膜を「ペリクル板」と称する。

ペリクル板は、例えば、以下の方法で得ることができる。珪素原料と酸素原料とを気相で反応させスートと呼ばれる酸化珪素多孔質体に成長させる。この多孔質体を焼結して、実質的に酸化珪素のみからなる合成石英ガラス体を得る。得られた合成石英ガラス体を成形して合成石英ガラスのインゴットを得る。得られた合成石英ガラスのインゴットを所定の形状に加工し、ペリクル板を得る。

実際にステッパー内で使用する場合には、ペリクルをフォトマスクに粘着剤で固定して使用する。従来の有機樹脂からなるペリクル膜と異なり、厚みを有するペリクル板は、露光時にペリクル板の自重によりフォトマスクに対して反対側にたわむ。このため、ウェハ上に転写するパターンの露光位置が局所的にずれ、パターンに歪みが生じる。このようなペリクル板の自重によるたわみが原因の露光位置のずれ量は無視できないレベルに達している。

また、露光位置のずれの原因は、ペリクル板の自重による変形以外にも存在する。例えば、フォトマスクへペリクルを固定する際のペリクルの支持方法によってはペリクル板の歪みが発生する。この歪みによってペリクル板の形状が設計形状からずれ、ウェハ上での露光位置のずれが生じる場合がある。

本発明では、ウェハ上に転写するパターンの露光位置のずれ量を評価するための指標としてローカルチルトという物理量を用いる。ローカルチルトは、ペリクル板の実際の形状が設計形状からどれだけずれたかを示す指標である。具体的には、ペリクル板の設計面に対する実際のペリクル面の傾きをμｒａｄの単位で表す。

例えば、ウェハ上でのパターンの線幅が６５ｎｍの場合、ペリクル板の形状の設計形状からのズレを起因とする露光位置ずれが１ｎｍ以内である事が、半導体メーカーから要求されている。この要求をローカルチルトの値に換算するとローカルチルトが１２μｒａｄ以内、即ち、ペリクル板の設計値に対する実際のペリクル面のずれが０．１２μｍ／１０ｍｍ以内であることが必要となる。

したがって、ウェハ上でのパターンの線幅が６５ｎｍの場合、ペリクル板のローカルチルトは、１２μｒａｄ以内にする必要がある。同様に、ウェハ上でのパターンの線幅が４５ｎｍの場合、ペリクル板のローカルチルトを８μｒａｄ以内にする必要があり、線幅が３２ｎｍの場合、ペリクル板のローカルチルトを６μｒａｄ以内にする必要がある。

また、ペリクルの作成方法とローカルチルトの理論解の関係が解析されている（非特許文献１参照。）。それによるとペリクル板のサイズが７７．６×１１５．０ｍｍの場合、中央部でのローカルチルトを１４．６μｒａｄまで小さくすることが可能であることが示されているが、上記１２μｒａｄ以内にする方法は提示されていない。

クリス・バン・ペスキ（Chris Van Peski）、「マウンティング・オブ・ヒューズド・シリカ・ペリクル・フォー・１５７ｎｍ・リソグラフィ（Mounting of Fused Silica Pellicle for 157nm Lithography）」、フォース・インターナショナル・シンポジュウム・オン・１５７ｎｍ（4th International symposium on 157nm Lithography）、セリート・アンド・セマテック（Selete & SEMATECH）、２００４年８月２８日、ｐ．２１−２３

本発明では、ペリクル板に要求されている形状精度を得るために、ペリクル板の形状の変化を補正する機能を備えたペリクルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、態様１に係る発明では、ペリクルフレームと、前記ペリクルフレームの一方の開口部に接着したペリクル板とを備えたペリクルであって、前記ペリクル板に外力を印加し、ペリクル板の形状を所望の形状に変形させる外力印加手段を前記ペリクル板に備えることを特徴とするペリクルを提供する。

態様２に係る発明では、態様１のペリクルにおいて、ペリクル板のローカルチルトの値が１２μｒａｄ以下であるペリクルを提供する。

態様３では、ペリクルフレームと、前記ペリクルフレームの一方の開口部に接着したペリクル板とを備えたペリクルであって、前記ペリクルフレームまたは前記ペリクル板に備えられた外力印加手段により前記ペリクル板に外力を印加し、ペリクル板の形状を所望の形状に変形させることを特徴とするペリクル板の形状補正方法を提供する。

本発明によれば、ペリクル板を所望の形状に補正することが可能である。

以下、図面を用いて本発明の詳細を説明する。図１は本発明におけるペリクルの主要部の一例を示す断面図である。

ペリクルフレーム２の下面には、平面状の透明なペリクル板３が接着剤４を介して接着されている。ペリクルフレーム２は粘着剤５を介してフォトマスク１に固定されている。フォトマスク１はフォトマスクステージ７に吸着固定されている。フォトマスクを吸着固定しフォトマスクに変形させないために、フォトマスクステージ７のフォトマスクに接触する部分の平坦度は１μｍ以下であることが好ましい。

ペリクルフレーム２は、例えば、以下の方法により作成される。合成石英ガラスからなる板材をダイヤモンドや酸化セリウム、シリカ、アルミナ等の砥粒を用いて上下面を鏡面研磨加工し、高さ方向の所望の平行度を得る。次いで、エンドミルにて矩形枠体形状に切り取る。ペリクルフレーム２の外周はレジンダイヤモンド砥石にて研削する。特に酸化セリウムにてペリクルフレーム側面を鏡面加工すれば発塵の可能性が減り好ましい。

最後にペリクルフレーム２にドリルでペリクル内部空間１０にガスを導入するためのガス導入孔６およびペリクル内部空間１０からガスを排出するためのガス排出孔１１を複数個設ける。

ガス導入孔６から不活性ガスを導入すると共にガス排出孔１１からガスを排出し、ペリクル板３、ペリクルフレーム２およびフォトマスク１で囲まれた、ペリクル内部空間１０の雰囲気を不活性ガスで置換し、Ｆ_２レーザ透過率低下の原因である酸素分圧を低減する。不活性ガス導入時におけるペリクル内部のガスの流れを考慮し、短時間でペリクル内部を不活性ガスに置換するようにこれらの孔の位置に決定することが好ましい。

また、不活性ガスの導入量と排出量を調整し、ペリクル内部空間１０の圧力を制御することによって、ペリクル板３の形状を補正することも可能である。

この場合、ペリクル内部空間１０を不活性ガスで置換した後、ペリクル内部空間とペリクル外部の気圧差を所望の値に維持することでペリクル板３の形状を補正する。ペリクル内部空間とペリクル外部の差圧の変動によるペリクルの変形や振動を防ぐため、不活性ガス供給ラインや不活性ガス排出ラインにマスフローコントローラーを設置してガス導入孔６やガス排出孔１１を通るガス流量を一定に制御することが好ましい。ペリクル外部の気圧変動が大きく外乱になる場合は、差圧を微差圧計で測定しながらマスフローコントローラーでフィードバック制御を行うことが好ましい。

また、ペリクルフレーム２のマイクロクラックの進行を止めるため、ペリクルフレーム２をＨＦ溶液に浸漬してペリクルフレーム２全体をエッチングすることが好ましい。

ペリクル板３の材質は、Ｆ_２レーザ用としては紫外線耐久性の高い合成石英ガラスが好ましい。ペリクル板３の板厚は、０．０１〜２．０ｍｍであることが好ましく、０．３〜１．４ｍｍであることがより好ましい。

ペリクル板外周部またはペリクルフレーム外周部に外力印加手段８を設置する。外力印加手段８は、ペリクルフレーム２またはペリクル板３に外力を印加する。ペリクルフレーム２またはペリクル板３の外周部に外力を印加することで設計形状からずれたペリクル板３の形状を所望の形状に補正する。図１ではペリクル板３を挟んでフォトマスクと反対側に外力印加手段８を設置してペリクル板３に外力を印加し、ペリクル板３の形状を補正する一例を示している。

外力印加手段８は、図１に示した外力印加手段８の位置以外に設置することができる。例えば、図２に示すようにペリクル板３の外径をペリクルフレーム２の外径より大きくし、ペリクルフレーム外径からはみ出たペリクル板３の外周部分に外力印加手段８を設置して外力を印加し、ペリクル板３の形状を制御することも可能である。図２のように外力印加手段８をフォトマスク側に設置すると、ペリクル投影光学系からペリクルまでのスペースを確保できるという点で好ましい。また、外力印加手段８をペリクルフレーム側面に設置することもできる。

外力印加手段８を設置する個数は補正前後のローカルチルトの値、形状を補正するペリクル板のサイズ、板厚を考慮して決定すべきであり、各辺に対して必ずしも均等な位置に配置する必要はない。即ち、補正後のローカルチルトの目標値がきわめて小さく、所定の個数の外力印加手段８を用いて補正してもローカルチルト目標値を達成出来なかった場合は、外力印加手段８の個数を増やしたり、外力印可をかける位置を変更したりして、補正後のローカルチルト値を小さくする。

補正のために必要な外力は以下の方法で求めることができる。所定の外力を印加した場合のペリクル板の変形量を複数回測定し、外力と変形量の関係を近似する関数を求める。得られた関数の逆関数から、所望の形状を得るために必要な外力を求めることができ、ペリクル板の変形の補正量を適切に調整することができる。外力印加手段８としては、ピエゾ素子を使用することができる。

外力印加手段８によるペリクル板３の補正は、自動的に行うこともできる。例えば、第１から第ｎまでのｎ個の外力印加手段８がある場合、以下の方法によりペリクル板３の補正を自動的に行うことができる。

先ず、第１の外力印加手段８に印加する電圧を変化させ、第１の外力印加手段８から所定の距離の範囲内でのペリクル板３のローカルチルトの最大値が最小となる電圧を求める。求めた電圧を第１の外力印加手段８の印加電圧とする。

次に第２の外力印加手段８に印加する電圧を変化させ、第２の外力印加手段８から所定の距離の範囲内でのペリクル板３のローカルチルトの最大値が最小となる電圧を求める。求めた電圧を第２の外力印加手段８の印加電圧とする。以下、順次第ｎの第１の外力印加手段８まで同じ作業を繰り返す。

その他のペリクル板３の形状を測定する方法としては、ステッパー上でフォトマスク１にあらかじめマークを付しておき、そのマークの投影パターンの焦点位置やコントラストを基にペリクル板３の形状を測定する方法も可能である。その他、非接触変位計を用いてペリクル板３の形状を測定することも可能である。

ペリクル板は板厚が８００μｍと薄いため、通常の干渉計では裏面と表面からの反射が干渉し、表面のみの形状の計測が困難である。このため、ローカルチルトの測定には、裏面反射の影響を除去できるＧ１０２Ｓ（ＦＵＪＩＮＯＮ社製品名）、または半導体レーザを波長変更光源としフーリエ変換位相シフト法を用いるＶｅｒｉＦｉｒｅＭＳＴ（Ｚｙｇｏ社製品名）が用いられる。

これらの装置によりペリクル板の表面のみの形状を測定する。求めたペリクル板の表面の形状データから最小自乗法を用いて最適平面を求め、次いで、ペリクル板全体の傾き成分を除去する。ペリクル板全体の傾き成分を除去した後に残った残差成分についてペリクル表面上のφ２ｍｍの領域での傾きを最小自乗法にて求める。こうして求めた値をφ２ｍｍの領域の中心でのローカルチルトとする。

また、上記の外力印加手段によりペリクル板の形状を補正した後、ペリクル内部空間１０の圧力を制御することによって、ペリクル板の形状をさらに補正することも可能である。その後、さらに外力印加手段を用いてペリクル板の形状を補正することも可能である。

このように外力印加手段よるペリクル板の形状を補正と、ペリクル内部空間１０の圧力制御によるペリクル板の形状の補正を繰り返して、より精度の高い補正をすることも可能である。

公知の方法でサイズが１４９ｍｍ×１２２ｍｍ×０．８ｍｍ厚である合成石英ガラス製ペリクル板を得る。

さらに、公知の方法で得られた板厚４．２ｍｍの合成石英ガラス平板をエンドミルで外寸１４９ｍｍ×１２２ｍｍ、内寸１４５ｍｍ×１１８ｍｍの矩形枠体に切り出し、各端面部に半径５ｍｍのＲ形状をつけ、さらに側面に対してダイヤモンド砥粒を用いて研磨して、全面鏡面加工された高さ４．０ｍｍのペリクルフレームを作成する。

差圧測定器は、微差圧計マノスターゲージＷ０８１ＰＣＴ±５０ＤＶ（山本電機製作所製品名）を使用する。ペリクル内外の差圧モニター用として設置する。

作成した合成石英ガラス製ペリクルフレームの側面にガス排出孔およびガス導入孔としてφ１.５ｍｍの孔を１個ずつドリルで開ける。ペリクル板とペリクルフレームとをフッ素系の接着剤で接着する。ペリクルフレームのペリクル板接着面と反対面にフッ素系の粘着材を塗布し、ペリクルをフォトマスクにペリクルマウンターで固定する。

ペリクルを固定したフォトマスクをフォトマスクステージに載せ、真空吸着により固定する。この状態でペリクル板全面についてのローカルチルトをＦＵＪＩＮＯＮＧ１０２Ｓで測定する。その結果、ローカルチルトの最大値が２１．５μｒａｄとなる。このペリクル板の形状の補正方法を以下に記す。

＜例１＞
支持部材を用いてペリクル板の周辺部に１辺あたり７個それぞれ均等にピエゾ素子を装着する。それぞれのピエゾ素子には１から２４までの通し番号を付する。１番のピエゾ素子から順次、電圧を印加し、ペリクル板のローカルチルトが最小になるように電圧を調整してペリクル板の形状の補正を行う。この際、ペリクル板のローカルチルトは最大値で１０．７μｒａｄまで低減することができる。

＜例２＞
例１の補正をした後、ペリクル側面のガス導入孔から不活性ガスを導入し、ガス排出孔から不活性ガスを排出する。不活性ガスの流量を調整することによってペリクルの内部空間の圧力を調整する。ペリクル板のローカルチルトが最小となるように圧力に調整した結果、ペリクル板のローカルチルトの最大値は８．６μｒａｄまで低減する。

＜例３＞
例２の補正をした後、再度、ペリクル板のローカルチルトが小さくなるように順次、ピエゾ素子の電圧を変化させる。その結果、ローカルチルトの最大値で７．１μｒａｄまで低減する。

本実施例ではペリクル板形状の制御にペリクル板下部よりピエゾ素子を用いて調整したが、これらは記述の内容に限定されるものではなく。所定の目的を満たすものであれば方法は問わない。

本発明のペリクルは、集積回路の製造工程で使用されるＦ_２レーザ（波長１５７．６ｎｍ）光リソグラフィに使用することができる。

本発明におけるペリクルの一例の主要部を示す断面図本発明における外力印加手段の配置の一例を示す断面図

符号の説明

１．フォトマスク
２．ペリクルフレーム
３．ペリクル板
４．接着剤
５．粘着剤
６．ガス導入孔
７．フォトマスクステージ
８．外力印加手段
９．光学干渉計
１０．ペリクルの内部空間
１１．ガス排出孔

Claims

ペリクルフレームと、
前記ペリクルフレームの一方の開口部に接着したペリクル板とを備えたペリクルであって、前記ペリクル板に外力を印加し、ペリクル板の形状を所望の形状に変形させる外力印加手段を前記ペリクルフレームまたは前記ペリクル板に備えることを特徴とするペリクル。
ペリクル板のローカルチルトの値が１２μｒａｄ以下である請求項１記載のペリクル。
ペリクルフレームと、前記ペリクルフレームの一方の開口部に接着したペリクル板と、を備えたペリクルであって、
前記ペリクル板に備えられた外力印加手段により前記ペリクル板に外力を印加し、ペリクル板の形状を所望の形状に変形させることを特徴とするペリクル板の形状補正方法。