JP2008191656A - ペリクル、方法（ｎａが１より大きい液浸リソグラフィ・システム用に最適化されたペリクル被膜） - Google Patents

Abstract

【課題】半導体リソグラフィ中に粒子汚染からフォトマスクを保護するための、透過率および動作特徴が強化された光学ペリクルを提供すること。
【解決手段】このペリクルは、透明なポリマーと透明な無機層の交互層を使用して、高透過率特性および高強度のペリクルを形成する。好ましいペリクルでは、２つのポリマー層に挟まれた透明な無機層を有する３層ペリクルが提供される。外側の層および中央の層がポリマー層であり、内側の層が無機材料である５層ペリクルも提供される。好ましいポリマー層はＴｅｆｌｏｎ（Ｒ）などの全フッ素化ポリマーであり、好ましい無機材料は二酸化ケイ素である。本発明のペリクルにより、最大で逆正弦が０．４５までの入射光で、０．９９％よりも高い光透過率が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体リソグラフィの分野に関し、より詳細には、粒子による汚染からフォトマスクを保護するための光学ペリクルに関する。

半導体チップ産業では、フォトマスク（またはマスク）から基板へのパターン転写は、フォトマスクを光源に暴露することによって実施されることはよく知られている。フォトリソグラフィ工程とも呼ばれるこのパターン転写工程中に、フォトマスク上のパターンが、光感受性物質で処理された基板上に投影される。したがって、マスクのマスク開口が、基板上に複写されるパターンを形成する。しかしながら、マスク表面上に異物があると、それらも基板上に複写され、そのため、基板への正しいパターン転写を妨げられる。

マスク表面の汚染をなくすために、ペリクルとして知られる薄い膜を保持するフレームをマスク表面の上に装着する。そのため、ペリクル膜が、マスクから所定の間隔だけ離れたところでマスクに平行に延在する。普通ならマスク表面上に落ちることになる汚染物は、このペリクル膜上に載ることになる。

ペリクル膜上の汚染は基板に投影されないので、ペリクルにより上記の暴露による問題はほぼなくなる。ペリクルのフレームがマスク表面からある間隔だけ離れたところで膜を支えるので、ペリクル膜上のいかなる粒子または他の汚染物もパターン転写中に焦点はずれになる。

ペリクルは、典型的には、フレームの上で伸ばされた厚さ約１μｍのポリマー膜を含み、このフレームが「レチクル」とも呼ばれるマスクに固定される。ペリクルは光路中に置かれ、ペリクルが厚くなるとともに一般に像形成性能の劣化が大きくなるので、ポリマーの厚さは通常は薄くされる。

ペリクルは、レチクルのほこりよけの働きをし、ますます高価になるレチクルがリソグラフィ工程中に汚染されるのを防ぐ。ペリクルは、通常、薄いペリクル膜の層がペリクル装着フレームに取り付けられたアセンブリである。ペリクル層の厚さは、表面積が比較的大きいのに比べて薄いので、この層は通常、膜または被膜と呼ばれる。典型的には、ペリクル層は、アルミニウム製フレームの上で薄い（１μｍ）ポリマー層を伸ばすことによって作製されてきた。他のいくつかの懸念に加えて、このようなペリクルは、今までは使用されなかった１５７ｎｍおよびそれより短い波長の用途では使用できないように思われている。というのは、これらのポリマーは、上記の波長での露光により急激に劣化するからである。

ペリクル膜の多くは、ニトロセルロースまたは酢酸セルロースで製作されるが、深紫外用のペリクル膜は、一般に、旭硝子株式会社製のＣｙｔｏｐ（Ｒ）またはデュポン社製のＴｅｆｌｏｎ（Ｒ）ＡＦフルオロカーボン・アモルファス・ポリマーなどのフルオロポリマーで製作される。Ｃｙｔｏｐは、ポリ−パーフルオロシクロオキシ脂肪族ポリマーなどの、環状エーテル官能基を含むポリ−パーフルオロ・ポリマーである。典型的には、このポリマーの溶液、例えば８％溶液を用い、この溶液を基板上に回転により伸ばし、溶媒を焼成により除去し、剥離操作にて基板から膜を取り出す。

この膜は、デュポン社製のＴｅｆｌｏｎ ＡＦアモルファス・フルオロポリマーの配合物としてもよい。Ｔｅｆｌｏｎ ＡＦフルオロカーボンは、パーフルオロ（２，２−ジメチル−１，３ジオキソール）（ＰＤＤ）とテトラフルオロエチレンのアモルファス・コポリマーのファミリに属する。Ｔｅｆｌｏｎ ＡＦフルオロカーボンは、典型的には、フッ素含有モノマーを備えた２，２−ビストリフルオロメチル−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソールに基づくものである。Ｔｅｆｌｏｎ ＡＦアモルファス・フルオロポリマーの溶液は、３Ｍ製のＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔ ＦＣ−７５などの溶媒に溶け、これをスピンコートして膜を形成する。

ＳＥＭＡＴＥＣＨからは、シリカまたはドープしたシリカからなる硬質ペリクルを使用する代替品が提案されている。シリカはポリマー層よりも弾性率および密度が高いので、初期の取組みでは、たるみを防ぐために極めて厚い（３００〜８００μｍ）シリカ・プレートが注目されていたが、この場合、波面歪みが生じる。このような硬質ペリクルは光学的な厚さが大きいので、投影リソグラフィ・システムの性能に及ぼす影響を最小限に抑えるために、吸収、平坦性、そり、および波面歪みに関する仕様がＳＥＭＡＴＥＣＨによって極めて厳格に設定されていた。

しかし、現在のペリクルは大開口数（ＮＡ）では機能しない。入射角が小さいと、ペリクルは商業的な観点から許容範囲にあるが、角度が大きくなると、ペリクルは光をすべて透過させることができない。透過が不完全なために失われた光は反射され、望ましくないゴースト像になる。反射損失の量は、入射角および入射光の偏光に依存する。ＮＡが１よりも大きい最先端の液浸露光装置では特に、このような問題が生じる傾向があり、従来技術によるペリクル構造では、像の劣化が極めて大きくなる。本発明が扱う主な問題は、こうした角度依存性反射である。

従来技術のこうした問題および不十分な点を認識した上で、本発明の目的は、透過率および動作特性が強化された光学ペリクルを提供することである。

本発明の別の目的は、光学ペリクルを作製する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、本発明のペリクルを使用して半導体などの基板に像形成する方法を提供することである。

本発明の他の目的および利点は、部分的には明らかであり、部分的には本明細書から明らかになるであろう。

当業者には明らかな上記その他の目的および利点は、マスク用のペリクルを対象とする本発明で実現される。このペリクルは、透明ポリマー層と透明無機層の交互層を備え、このペリクルは少なくとも３つの層を有し、外側の層は透明ポリマー層であり、好ましくは、ポリマー層の屈折率は無機層の屈折率よりも小さい。

本発明の別の態様では、ペリクルは、２つのポリマー層に挟まれた透明無機層を備える。

本発明の別の態様では、ペリクルは、５つの交互層を備え、外側の層および中央の層がポリマー層であり、内側の層が無機材料である。

本発明の好ましい態様では、ポリマー層は全フッ素化ポリマーであり、無機層は二酸化ケイ素である。

新規と考えられる本発明の特徴および本発明特有の要素は、添付の特許請求の範囲に具体的に記載されている。図は、単に説明を行うためのものであり、原寸に比例していない。しかし、本発明自体は、その構成および動作方法に関して、以下の詳細な説明を添付の図面と併せ読めば最もよく理解されよう。

本発明の好ましい実施形態を説明するに際して、本明細書では図１〜図９を参照する。これらの図面では、同様の数字は本発明の同様の特徴を指す。本発明の特徴は、図面では必ずしも原寸に比例していない。

本発明のペリクルのポリマー層を形成するのに使用するポリマーは、好ましくは１９３ｍｍ以下の露光波長に対して透明な、フォトマスクの通常生産使用期間である最長２年間という長期にわたって露光波長で劣化しにくく、自立型被膜を形成するのに十分な強度の均質な薄膜を形成するのに十分な強度を有する任意の適切なポリマーとし得る。このポリマーは、好ましくは、全フッ素化ポリマーとする。好ましい実施形態では、このポリマーは、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、またはポリテトラフルオロエチレン コ−パーフルオロイソブチレン、あるいはこれらの組合せである。本明細書では、「全フッ素化ポリマー」は、ほぼ炭素およびフッ素からなる任意の化合物、ならびにほぼ炭素、フッ素、および酸素からなる任意の化合物を含む。全フッ素化ポリマーの例には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン−コ−ヘキサフルオロプロピレン（ＦＥＰ）、ポリテトラフルオロエチレン コ−パーフルオロイソブチレン、およびポリテトラフルオロエチレン コ−パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）が含まれる。全フッ素化ポリマーは、フッ素化ポリマーおよびフッ素化ポリマー性材料も含む。

全フッ素化ポリマーは、本質的に全フッ素化ポリマーの任意の組合せからなる組成物を含む。例えば、全フッ素化ポリマーは、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、およびＰＦＡの組合せを含む材料を含む。ここでの例では、この全フッ素化ポリマーは、分子結合によって結合したＰＴＦＥ、ＦＥＰ、およびＰＦＡの部分を含む単分子とし得る。あるいは、ここでの例では、全フッ素化ポリマーは、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、およびＰＦＡの混合物とし得る。

本発明のペリクルの他の１つまたは複数の挿入層には、ペリクル・シートの無機層として二酸化ケイ素が好ましく使用される。フッ化マグネシウムなどの他の透明な無機材料を使用してもよい。二酸化ケイ素は、その有効性が実証されていることから、また、ポリマー被膜上に二酸化ケイ素の薄膜を被着させる製造可能な方法が存在することから好ましいものである。

本発明の二酸化ケイ素シートは、直接法、スート法（ＶＡＤ法またはＯＶＤ法）、ゾルゲル法、またはプラズマ法など、任意の適切な方法によって生成し得る。プラズマ支援ＣＶＤなどの被覆工程が好ましく、ポリマー層から開始して、次いで、このポリマー層上に二酸化ケイ素被膜を被着させることが好ましい。こうした被着法はいずれも当技術分野で周知のものである。

ここで図を参照すると、図１に、本発明の３層ペリクルが数字１０で示されている。このペリクルは、ポリマー層１２ａと１２ｂに挟まれた二酸化ケイ素層１４を含む。

図２に、本発明の５層ペリクルを数字３０で示す。このペリクルは、順に、下部ポリマー層１２ｃ、二酸化ケイ素層１４ｂ、中央ポリマー層１２ｂ、二酸化ケイ素層１４ａ、および上部ポリマー層１２ａを含む。

大雑把に言えば、これらのポリマー層は、厚さが約２０〜９００ｎｍ、好ましくは２０〜１００ｎｍ、最も好ましくは２０〜５０ｎｍ、例えば３０ｎｍである。無機層は、厚さが約２０〜５００ｎｍ、好ましくは２０〜２１０ｎｍ、最も好ましくは２０〜４０ｎｍ、例えば３１ｎｍである。これらの厚さは、異なる用途では、所望の透過率および操作工程パラメータに応じて大きく変化し得る。光学性能を高めるためには各層の厚さがほぼ均一であることが極めて好ましい。

図３は、ペリクル５０を使用して、ほこりその他のごみからパターン化されたフォトマスク５３を保護する方法を示す概略図である。このペリクルは、ペリクル・フレーム５２に支持されたペリクル被膜５１を含む。

図４に、光５４が入射角θでペリクル被膜５１を透過する様子を示す。

図５に、ポリマー層を含む従来技術のペリクルを様々な入射光の角度で貫通する光の透過率を示す。図からわかるように、入射角θが大きくなると、透過率は急激に小さくなり、逆正弦が約０．２２の入射角では約０．９９未満に下がる。これは、ＮＡが０．８８の４倍光学系に相当し、ＮＡが０．８８よりも大きい場合には許容できないことを示す。このポリマーは、Ｔｅｆｌｏｎ（Ｒ）であり、屈折率が１．３７５、厚さが６３５ｎｍである。

図６で、このポリマー被膜の厚さを約７２ｎｍに薄くすると、すべての入射角について透過率が０．９９８６よりも大きくなる。しかし、このような薄膜の物理的な堅固さは疑わしく、商業的な観点からは有効ではないであろう。このポリマー被膜の厚さを図７に示すように約２１６ｎｍに厚くすると、すべての入射角について透過率は９９％よりも大きくなるが、このようなペリクルはやはり商業的な観点からは許容されないであろう。

図８に、本発明の３層ペリクルの光学特性を示す。このペリクルは、それぞれ厚さ３０ｎｍのＴｅｆｌｏｎ（Ｒ）からなる２つの外側ポリマー層と、これらに挟まれた２０５ｎｍの二酸化ケイ素層とを含む。図からわかるように、最大で逆正弦０．４５までのすべての入射角について、透過率は０．９９４よりも大きく、特にＮＡが１．８までの４倍光学系では商業的な観点から有効なペリクルである。

同様に、図９は、本発明のサンドイッチ型５層ペリクルの光学特性である。このペリクルは、それぞれ３５ｎｍの２つの外側Ｔｅｆｌｏｎ（Ｒ）層と、それぞれ３１ｎｍの２つの挟まれた二酸化ケイ素層と、５１９ｎｍの中央Ｔｅｆｌｏｎ（Ｒ）層とを含む。このペリクルは、最大で逆正弦０．４５までのすべての入射角について透過率が０．９９よりも大きく、商業的な使用に有効である。

図５〜図９には、透過率の計算値と入射角の関係を示す曲線が示されている。２つの曲線は、２つの直交する偏光状態を表している。これらすべてのグラフについて、Ｘ軸は、逆正弦（θ）の範囲が０〜０．４５である。業界標準の生産用像形成装置では４倍の縮小光学系が使用されており、そのため、ペリクルにおける（レチクル近傍での）最大入射角は、ウエハのところの像形成光学系のＮＡの１／４である。したがって、０〜０．４５の範囲全体にわたっていずれの偏光状態についても許容可能な透過率が得られる場合、このペリクルは、ＮＡが４×０．４５＝１．８よりも小さいあらゆる像形成光学系に対して完全に機能する。現在の最先端の液浸露光装置のＮＡは１．２であり、ペリクルでの逆正弦（θ）は０．３未満である。したがって、逆正弦（θ）が０〜０．４５の全範囲にわたってここで示した平坦な曲線は、現在の露光装置だけでなく、露光技術の予想限界を超えるより大きなＮＡを有する将来の装置にも適用可能な優れた光学性能を示している。

好ましくはないが、ある種のペリクルでは、外層を無機材料としてもよい。

本発明を好ましい具体的な実施形態とともに具体的に説明してきたが、上記説明に照らして、当業者には多くの代替形態、改変形態、および変形形態が明らかであることは明白である。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲および趣旨に含まれるこのような代替形態、改変形態、および変形形態をいずれも包含することが企図されている。

２つのポリマー層に挟まれた二酸化ケイ素層を含む本発明の３層ペリクルの断面図である。 最上層、最下層、および中央層を含む３つのポリマー層と、これらの間に挟まれた２つの二酸化ケイ素層とを含む本発明の５層ペリクルの断面図である。 ペリクルを使用してパターン化されたフォトマスクを保護する方法の概略図である。 光が入射角θでペリクル被膜表面に当たる様子を示す概略図である。 従来技術の標準Ｔｅｆｌｏｎ（Ｒ）ペリクルについて、様々な入射角でペリクルを貫通する光の透過率を示すグラフである。 厚さが７２ｎｍのポリマー層を含むペリクルを様々な入射角で貫通する光の透過率を示すグラフである。 厚さが２１６ｎｍのポリマー層を含むペリクルを様々な入射角で貫通する光の透過率を示すグラフである。 本発明の３層ペリクルを様々な入射角で貫通する光の透過率を示すグラフである。 本発明の５層ペリクルを様々な入射角で貫通する光の透過率を示すグラフである。

符号の説明

１２ａ ポリマー層
１２ｂ ポリマー層
１２ｃ ポリマー層
１４ 二酸化ケイ素層
１４ａ 二酸化ケイ素層
１４ｂ 二酸化ケイ素層
５０ ペリクル
５１ ペリクル被膜
５２ ペリクル・フレーム
５３ フォトマスク
５４ 光

Claims (10)

1. フォトマスク用のペリクルであって、
   透明ポリマー層と透明無機層の交互層を備え、
   前記ペリクルは少なくとも３つの層を有し、外側の層は前記透明ポリマー層であり、前記ポリマー層の屈折率は前記無機層の屈折率よりも小さい、ペリクル。
2. 透明無機層は２つのポリマー層に挟まれる、請求項１に記載のペリクル。
3. 前記ポリマー層は全フッ素化ポリマーであり、前記無機層は二酸化ケイ素である、請求項１に記載のペリクル。
4. 前記ポリマー層は全フッ素化ポリマーであり、前記無機層は二酸化ケイ素である、請求項２に記載のペリクル。
5. ５つの層を備え、外側の上層および下層が透明ポリマーであり、内側の層が無機材料であり、中央の層が透明ポリマーである、請求項１に記載のペリクル。
6. 前記ポリマー層は全フッ素化ポリマーであり、前記無機層は二酸化ケイ素である、請求項５に記載のペリクル。
7. フォトマスクを使用する方法であって、
   像形成システムにおいてフォトマスクを位置決めするステップと、
   前記フォトマスクの上にペリクルを位置決めするステップとを含み、
   前記ペリクルは、透明ポリマー層と透明無機層の交互層を含み、前記ペリクルは少なくとも３つの層を有し、外側の層は前記透明ポリマー層であり、前記ポリマー層の屈折率は前記無機層の屈折率よりも小さく、
   前記方法はさらに、前記フォトマスクの像形成を行うステップを含む、方法。
8. 前記ペリクルは３つの層を有する、請求項７に記載の方法。
9. 前記ポリマー層は全フッ素化ポリマーであり、前記無機層は二酸化ケイ素である、請求項８に記載の方法。
10. 前記ペリクルは５つの層を有する、請求項７に記載の方法。

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