JP2009271196A - 半導体リソグラフィー用ペリクルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、マスクに貼り付ける為の粘着剤の表面が平坦なペリクルを得ることを課題とする。
【解決手段】ペリクルフレームを保持せず、ペリクルフレームの自重で粘着剤を平坦に成型することにより、ペリクルフレームの歪みの影響が排除され、平坦な粘着剤層を成型することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、ＬＳＩ、超ＬＳＩなどの半導体装置を製造する際のゴミよけとして使用される半導体リソグラフィー用ペリクルの製造方法、及び、当該製造方法によって得られた半導体リソグラフィー用ペリクルに関する。本発明のペリクルは、２００ｎｍ以下の紫外光を使用して高解像度を得る場合であっても好適に使用できる。

従来、ＬＳＩ、超ＬＳＩなどの半導体デバイスの製造においては、半導体ウエハーに光を照射してパターニングをするわけであるが、この場合に用いるマスク（露光原版）にゴミが付着していると、このゴミが光を吸収したり、光を反射してしまうため、転写したパターンが変形したり、エッジががさついたりしてしまい、寸法、品質、外観などがそこなわれ、半導体装置の性能や製造歩留まりの低下を来すという問題があった。

このため、これらの作業は通常クリーンルームで行われるが、このクリーンルーム内でもマスクを常に正常に保つことが難しいので、マスクの表面にゴミよけの為の露光用の光を良く通過させるペリクルを貼着する方法が行われている。

この場合、ゴミはマスクの表面には直接付着せず、ペリクル膜上に付着するため、リソグラフィー時に焦点をマスクのパターン上に合わせておけば、ペリクル上のゴミは転写に無関係となる利点がある。

ペリクルは、ペリクルフレームと、ペリクルフレームの上部に貼り付けられたペリクル膜と、ペリクルフレームの下部に設けられた粘着層からなる。ペリクル膜は、光を良く通過させる透明なニトロセルロース、酢酸セルロースなどを素材とし、ペリクルフレームは、アルミニウム、ステンレス、ポリエチレンなどを素材としている。ペリクル膜をペリクルフレームに貼り付けるには、ペリクルフレームの上部にペリクル膜の良溶媒を塗布し、風乾して接着する方法（下記特許文献１参照）や、アクリル樹脂やエポキシ樹脂などの接着剤で接着する方法（下記特許文献２〜４参照）が採用されている。粘着層を構成する粘着剤としては、ポリブテン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等が使用されている。また、ペリクルの粘着層には、粘着層を保護するためにセパレータ（離型層）を貼付することが一般に行われている。
特開昭５８−２１９０２３号公報 米国特許第４８６１４０２号明細書 特公昭６３−２７７０７号公報 特開平７−１６８３４５号公報

近年、リソグラフィー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徐々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。具体的には紫外光（ｇ線（４３６ｎｍ）、Ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ））と移行しており、近年ではＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）が使用され始めた。

半導体用露光装置では、マスクに描かれたパターンを短波長の光によってシリコンウエハに焼き付けるわけであるが、マスクおよびシリコンウエハに凹凸があると露光時に焦点ズレが発生し、焼き付けられるパターンに問題が発生する。微細化が進むとマスク、およびシリコンウエハに要求される平坦性はますます厳しくなっている。その為マスクに要求される平坦性もパターン面で平坦度２μｍの要求から、徐々に厳しくなっており、６５ｎｍノード以降では０．５μｍ、０．２５μｍという要求が出て来ている。なお、平坦度とは、測定対象面を基に最小二乗法で定められる平面を仮想平面とし、この仮想平面を基準としてそれよりも上にある測定対象面の最も高い位置と、下にある測定対象面の最も低い位置との高低差の絶対値をいう。

一方、ペリクルはマスクが完成した後でパターンのゴミよけの為マスクに貼り付けられるが、マスクにペリクルを貼り付けると、マスクの平坦性が変化するという現象がある。これは一般的にペリクルフレームの凹凸がマスクの平坦性に影響を与えている、と考えられる。

またマスクの平坦性が変化した場合、マスク上に描かれたパターンが歪み、露光時にシリコンウエハ上に転写されるパターンも歪む、つまりはパターンの位置精度が悪化するという問題が発生する。一般に半導体の露光は何層も露光される為、もしパターンの位置精度が悪化するとレイヤーごとの位置合わせがずれるという問題が引き起こされる。また最近はより微細なパターンを露光するために、１つのパターンを２つのマスクに分けて２度露光する、といったダブルパターニングが検討されており、この場合はパターンが歪み、パターンの位置精度が悪化すると直接パターンの寸法に影響が出る。

ペリクルはペリクルフレームの片側にあるマスク粘着剤を介してマスクに貼り付けられるが、ペリクルをマスクに貼り付ける場合は、通常ペリクルを２０〜３０ｋｇ程度の力でマスクに圧着する。一般にマスクの平坦度は数μｍ以下、最先端のマスクでは１μｍ以下であるが、ペリクルフレームの平坦度は一般的に数十μｍ程度とマスクのそれと比較して大きい。その為、ペリクルがマスクに貼り付けられると、ペリクルフレームの凹凸でマスクの平坦度が変化することがある。ここでペリクルフレームの平坦度をマスクの平坦度並に高くすれば、マスクの平坦性変化を減少させることが可能になると考えられる。しかし超高平坦なペリクルフレームを作るのは容易ではない。

通常ペリクルフレームは片面に粘着剤が塗布されており、ペリクルフレームの粘着剤面をマスクに押し当てることでペリクルをマスクに装着する。最近はペリクルフレームの平坦度のみならず、粘着剤層表面の平坦度もマスクの平坦性変化に影響を与えることが分かってきた。粘着剤層表面に凹凸があると、ペリクルがマスクに貼り付けられた場合に応力が発生し、その応力によりマスクが変形する。粘着剤が十分に平坦な場合は、ペリクルをマスクに貼り付けても、粘着剤層の変形が少なく、その結果ペリクルがマスクに与える応力が小さくなり、その結果マスクの変形が小さくなる。

一般にマスク粘着剤は以下の手順でペリクルフレームに塗布される。液状もしくはペースト状の粘着剤をペリクルフレーム端面に塗布する。そのままでは、粘着剤断面は凸状で、また所々に凹凸が発生するので、流動性がある時に平坦な平面に押し当て平坦化加工を行う。平坦化処理した後で粘着剤を硬化させると、粘着剤は平坦な面を保持したまま、ゴム弾性が発現しマスク粘着剤層が完成する。

またペリクルはマスクのゴミよけとして使用される為、ペリクル自体にゴミがあると製品価値が無くなる。従ってペリクル製造工程ではペリクルフレームが汚染されないように、通常、図１に示すように、ペリクルフレーム１より一回り大きいフレームホルダー２が使用される。ペリクルフレーム１はフレームホルダー２から伸びたピン３にてフレームホルダー２に保持され、作業者はフレームホルダー２を持って作業を行う。これにより作業者がペリクルを直接触ることが無くなり、製造中にペリクルが汚染されることが無くなる。

上で述べた粘着剤層の形成プロセスにおいても、ペリクルフレームはフレームホルダーに取り付けられたまま作業が行われる。一般にフレームホルダーに取り付けられたペリクルフレームの端面に液状もしくはペースト状の粘着剤を塗布し、その後ペリクルフレームを平坦な平面に押し当て平坦化加工を行う。その後粘着剤を硬化させる。この一連の作業をペリクルフレームをフレームホルダーにとりつけた状態で行う。

しかしフレームホルダーに取り付けられたペリクルフレームは、フレームホルダーの取り付けピンによって内側に押され、それに伴いペリクルフレームが歪んでしまう。なお最終的にフレームホルダーから解放されるとペリクルフレームは元の形状に戻り、歪みは残らないが、フレームホルダーに取り付けてペリクルフレームが歪んだ状態で粘着剤の平坦化処理を行うと、フレームホルダーから解放された時に、平坦化された粘着剤層が逆に歪んでしまうという問題が発生する。

また粘着剤が付いたペリクルフレームを平坦な平面に押し当てる場合に、ペリクルフレームに力を加えると、ペリクルフレームが歪むという問題がある。この場合もペリクルフレームが歪んだ状態で平坦化されるが、その後ペリクルフレームの歪みが解放されると、逆に平坦化された粘着剤層が逆に歪んでしまうという問題が発生する。
本発明は、上記の問題を解決することを課題としている。

本発明者は上記の課題を解決するために、粘着剤の表面を平坦に成型処理する時に、ペリクルフレームをフレームホルダー等で保持せず、ペリクルフレームの自重で粘着剤をつぶし平坦に成型することで、平坦な粘着剤層を得ることができることを見出した。

上に述べたように、汚染を回避する為にペリクルフレームは通常フレームホルダーに保持され製造プロセスに流されるが、粘着剤層の平坦化処理時には、ペリクルフレームをフレームホルダーから外して平坦化処理することにより、ペリクルフレームが歪んでいない状態で粘着剤の平坦化処理が可能になる。また平坦化処理の時には、平坦な板に粘着剤が付いたペリクルフレームを押し付けるのではなく、平坦な板の上に粘着剤層を下にしてペリクルフレームを置き、ペリクルフレームの自重で粘着剤の平坦化を行うことにより、ペリクルフレームが歪まない状態で粘着剤の平坦化処理が可能になる。

本発明のペリクルの製造方法によれば、ペリクルフレームが歪まない状態で粘着剤の平坦化処理を行うことができるので、粘着剤層の平坦性を維持することができる。そのような製造方法で得られた本発明のペリクルは、平坦な粘着剤層を有するので、２００ｎｍ以下の紫外光を使用して高解像度を得る場合であっても好適に使用することができる。本発明の製造方法を採用することにより、マスクに貼り付けられた場合のマスクの平坦度の変化を０．１μｍ以下とすることもできる。

一般にマスク粘着剤は以下の手順でペリクルフレームに形成される。液状もしくはペースト状の粘着剤をペリクルフレーム端面に塗布する。ここで粘着剤を液状もしくはペースト状とするには、例えば、架橋前の粘着剤を溶媒で希釈する方法や、ホットメルトタイプの粘着剤を加熱する方法が採用できる。粘着剤をフレームに塗布しただけでは粘着剤層の断面は凸状で、また所々に凹凸が発生するので、流動性がある時に平坦な平面に押し当て、その状態で粘着剤を硬化させ平坦化処理を行う。粘着剤は平坦な面を保持したままゴム弾性が発現し、ペリクルをマスクに貼り付ける為のマスク粘着剤層が完成する。

この粘着剤層の平坦化処理時には、ペリクルフレームをフレームホルダーから外して平坦化処理することにより、ペリクルフレームが歪んでいない状態で粘着剤の平坦化処理が可能になる。また、平坦化処理の時には、平坦な板に粘着剤が付いたペリクルフレームを押し付けるのではなく、平坦な板の上に粘着剤層を下にしてペリクルフレームを置き、ペリクルフレームの自重で粘着剤の平坦化を行うことにより、ペリクルフレームが歪まない状態で粘着剤の平坦化処理が可能になる。

例えば溶剤希釈型の粘着剤の場合は、液状の粘着剤溶液をペリクルフレームに塗布し、一定時間経過後粘着剤層を下にして、平坦面上でペリクルフレームをフレームホルダーから外し、平坦面に粘着剤層を接触させる。その状態で放置することにより、粘着剤層が平坦面を持って硬化する。硬化後粘着剤を平坦面から剥がすことにより、平坦面を持った粘着剤層が完成する。なおこの硬化時には、粘着剤を加熱することも可能であり、その場合は硬化反応を速やかに行うことができる。

一般にホットメルトタイプの粘着剤の場合は、加熱してペースト状にした粘着剤をペリクルフレームに塗布する。そして、粘着剤層を下にして、加熱した平坦面上でペリクルフレームをフレームホルダーから外し、加熱した平坦面に粘着剤層を接触させる。その状態で一定時間放置することにより、粘着剤が平坦面を持つ。その後平坦面の温度を下げて粘着剤を硬化させ、その後平坦面から剥がすことにより、平坦面を持った粘着剤層が完成する。

以下本発明の実施例を示す。
なお、平坦度（測定対象面を基に最小二乗法で定められる平面を仮想平面とし、この仮想平面を基準としてそれよりも上にある測定対象面の最も高い位置と、下にある測定対象面の最も低い位置との高低差の絶対値）は、光学干渉計によって測定した。

［実施例１］
アルミ合金製のペリクルフレーム（外形サイズ１４９ｍｍ×１１５ｍｍ×４．５ｍｍ、肉厚２ｍｍ。粘着剤側の平坦度が３０μｍ）を純水で洗浄後、フレームホルダーに装着した。ペリクルフレームの片端面に信越化学株式会社製のシリコーン粘着剤（Ｘ−４０−３２６４、硬化後の弾性率が０．３Ｐａ）を塗布し、その後粘着剤層を下にして、石英基板上に置いた５０μｍ厚のＰＥＴ製セパレータの上でペリクルフレームをフレームホルダーから外し、当該セパレータに粘着剤層を接触させて粘着剤を成型した。３時間放置後、再度ペリクルフレームをフレームホルダーに装着し、粘着剤層からセパレータを剥離した。この時粘着剤層の厚みは０．４ｍｍであった。

ペリクルフレームの反対端面に旭硝子社製サイトップ接着剤（ＣＴＸ−Ａ）を塗布した。その後１３０℃でペリクルフレームの加熱を行い、粘着剤および接着剤を硬化させた。その後上記ペリクルフレームよりも大きなアルミ枠に取ったペリクル膜に上記ペリクルフレームの接着剤側を貼り付け、ペリクルフレームよりも外側の部分を除去しペリクルを完成させた。最後にペリクルフレームをフレームホルダーから外して、粘着剤層表面の平坦度を測定したところ１０μｍであった。

このペリクルを平坦度が０．１５μｍのマスクに貼り付けたところ、マスクの平坦度は０．１９μｍとなり、０.０４μｍの変化に留まり、良好な結果となった。なお、貼り付け後のマスクの平坦度の測定は、貼り付けられたペリクルの周辺部で行った。

［比較例１］
アルミ合金製のペリクルフレーム（外形サイズ１４９ｍｍ×１１５ｍｍ×４．５ｍｍ、肉厚２ｍｍ。粘着剤側の平坦度が３０μｍ）を純水で洗浄後、フレームホルダーに装着した。ペリクルフレームの片端面に信越化学株式会社製のシリコーン粘着剤（Ｘ−４０−３２６４、硬化後の弾性率が０．３Ｐａ）を塗布し、その後粘着剤層を下にして、ペリクルフレームをフレームホルダーに付けたまま、石英基板上に置いた５０μｍ厚のＰＥＴ製セパレータに粘着剤層を接触させて粘着剤を成型した。３時間放置後、粘着剤層からセパレータを剥離した。この時粘着剤層の厚みは０．４ｍｍであった。

ペリクルフレームの反対端面に旭硝子社製サイトップ接着剤（ＣＴＸ−Ａ）を塗布した。その後１３０℃でペリクルフレームの加熱を行い、粘着剤および接着剤を硬化させた。その後上記ペリクルフレームよりも大きなアルミ枠に取ったペリクル膜に上記ペリクルフレームの接着剤側を貼り付け、ペリクルフレームよりも外側の部分を除去しペリクルを完成させた。最後にペリクルフレームをフレームホルダーから外して、粘着剤層表面の平坦度を測定したところ４０μｍであった。

このペリクルを平坦度が０．１５μｍのマスクに貼り付けたところ、マスクの平坦度は０．４２μｍまで悪化してしまった。

ペリクルフレームをフレームホルダーに装着した状態を示す説明図

符号の説明

１ ペリクルフレーム
２ フレームホルダー
３ ピン

Claims (3)

1. 半導体リソグラフィーに使用されるペリクルの製造方法において、ペリクルをマスクに貼り付ける粘着剤の表面を平坦に成型処理する時に、ペリクルフレームを保持せず粘着剤をつぶし、平坦に成型することを特徴とするペリクルの製造方法。
2. 半導体リソグラフィーに使用されるペリクルの製造方法において、ペリクルをマスクに貼り付ける粘着剤の表面を平坦に成型処理する時に、ペリクルフレームの自重で粘着剤をつぶし、平坦に成型することを特徴とするペリクルの製造方法。
3. 半導体リソグラフィーに使用されるペリクルであって、ペリクルをマスクに貼り付ける粘着剤の表面をペリクルフレームを保持せず、ペリクルフレームの自重で平坦に成型した粘着剤を有することを特徴とするペリクル。

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