JP2011075662A - ペリクル、フォトマスク、および半導体デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】転写時における基板の自重たわみによる平坦度の悪化を緩和させ、転写時のマスク基板の平坦度を改善することができるペリクル及びペリクル貼付方法を提供することである。
【解決手段】本発明は、マスク基板に圧着して貼り付けるペリクルフレームと、前記ペリクルフレームに張られたペリクル膜と、を備え、前記ペリクルフレームは、前記マスク基板に貼り付けることで歪応力を発生し、前記歪応力は、前記マスク基板の自重たわみを相殺することを特徴とするペリクルであり、前記マスク基板の自重たわみを相殺することから、マスク基板の平坦度を改善することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、ペリクル、該ペリクルを用いたフォトマスク、該ペリクルを用いたフォトマスクで製造された半導体デバイスに関する。

従来、半導体集積回路の製造におけるリソグラフィ工程、特に投影露光工程では、石英ガラスの透明基板上に遮光性膜や半透過性膜などの薄膜からなるパターンを形成したフォトマスク（以下、単に「マスク」という）をウェハへのパターン転写用原版として用いている。この工程ではステッパと呼ばれる縮小投影露光装置を用いて、水平に設置されたマスクを介して光をウェハに照射し、ウェハ上の感光性樹脂層（フォトレジスト）に所定のパターンを露光転写する。

近年のリソグラフィ工程においては、マスクのパターン上に異物が付着するのを防ぐため、一般にペリクルと称する保護膜付き部材をマスク上に貼り付け、マスクパターンを異物付着から保護することが行われる。ここで、「ペリクル」とは、露光光を透過する高分子薄膜からなる透明なペリクル膜と、金属製または金属化合物製のペリクルフレーム（枠）とから構成されてなるものをいう。ペリクルフレームは、上面及び下面を開口部とした箱状の枠であり、ペリクル膜は、ペリクルフレーム上面の開口部に張り渡すように接着されている。

ペリクルをマスクに装着する作業の一例を説明する。近年、この作業は通称「ペリクルマウンタ」と呼ばれるペリクル貼付装置を用いて行われる。まず、予めフォトマスクをマウンタのステージ上に載置し、ペリクル貼付部で位置決めをする。その後、マスクをステージ上で固定し、ペリクルフレーム下面に接着層を形成してあるペリクルをマスク上の回路パターンを覆うように配置する。そしてペリクルに所定の押圧力を加えてマスクに圧着させ、所定時間その押圧力を維持して貼り付けることにより、ペリクルがマスクに強固に固定して装着される。

ペリクル付きマスクを用いて得られる具体的な効果としては、例えば半導体用ウェハへの投影露光を行う際にペリクル膜上に異物が付着したとしても、ペリクルフレームの高さは通常３ｍｍ〜９ｍｍ程度あり、マスク表面とペリクル膜表面とはこの高さ分の距離があるため、投影光学系の焦点はマスク表面のマスクパターンに合わせてあるので、ペリクル膜上の異物はウェハの被露光面に焦点が合わず、光学像としていわゆる「ぼけ」を生じる。

そのため、ペリクル膜上に付着した異物がある程度小さければ、ウェハ上で欠陥パターンとしては転写形成されない。もちろん充分に大きい異物であれば転写されるが、そのような大きい異物が露光工程でマスクに付着することは、少なくともマスク製造工場内及び半導体製造工場の通常のクリーンルーム内の作業環境であれば、殆ど問題にならない程度の発生率である。

従って、このようなペリクル付きマスクを用いることによって微小な異物による欠陥パターンの転写形成を防止することができ、これにより露光工程における製品の欠陥発生率は大きく低下し、歩留まりが向上する。

一方、マスク基板の平坦度は、ペリクルの歪みの影響を受けてマスク基板に歪みが生じるため、マスクをペリクルに貼ることにより、マスクの平坦度が変化し、位置精度に影響を与えることが一般的に知られている。そのため、近年はペリクル貼付後のマスクの平坦度を測定することの必要性が議論されている。

特許文献１には、平坦度の高いペリクルを使用することで、歪みの発生を抑えることができるとし、ペリクル貼り後の平坦度の変化を防ぐペリクルフレームについて開示されている（特許文献１参照）。

マスクは、露光転写時において完全に平坦であることが好ましいが、これまでマスクの平坦度は、基板材料である石英ガラスの平坦度を測定しており、マスク作製後のペリクルを貼った後の平坦度は、厳密な意味では保証されていなかった。これは、石英ガラスは非常に硬く強固な固体材料であるため、ペリクルを貼り付けた程度の歪み応力では、要求されるマスク平坦度に影響するほどではないとされていたことによる。また、実際には、転写時におけるマスクの自重によるたわみで、平坦度は変化するが、この影響は問題視されてこなかった。

このペリクルを貼付したマスクの平坦度を測定するために、平坦度測定機にかけて測定を行う。平坦度測定は、マスクの自重による歪みを最小限にするために、通常はマスクをほぼ垂直に立てた状態で測定される。

最近の研究では従来要求されたマスクの平坦度では問題が生じるおそれが出てきた。その問題とは、転写時においてマスクが歪んでいた場合、ウェハ製造工程の投影露光においてそのようなマスクを用いた際に、マスク歪み量に応じてマスクパターン面の焦点ずれが生じるため、ウェハ上の転写パターン特性において焦点深度特性が劣化したり、転写パターンの位置ずれや寸法ずれ、形状不良が生じたりするなどの不具合が起きるという問題である。

特に、マスク使用状態におけるマスク基板の自重たわみによる平坦度の変化が問題視されている。そのため、仮にペリクル貼付後のマスクの平坦度がゼロすなわちフラットであっても、露光装置にマスクが載置されて露光する際には、実際にはマスクの自重たわみにより平坦度が悪化していることが考えられる。

近年は、半導体回路の微細化が顕著に進展しており、ウェハパターンの欠陥やパターン寸法値の要求特性は非常に厳しくなっているので、マスクに対する要求特性も厳しく、防塵のためのペリクル装着は必須であると同時に、転写時におけるマスクの平坦度への影響が無視できなくなってきている。

石英ガラス基板の平坦度は、例えば基板の外形寸法が１５２ｍｍ角で板厚が６．４ｍｍの場合、通常は平坦度の規格が、０．５マイクロメートル（μｍ）以下の基板を用いている。前述のように近年は更に高い平坦度が要求されており、マスクとして、平坦度が０．３μｍ以下であることが必要となってきている。

また、特許文献１に開示されているように、フレームの平坦度を上げることで基板の平坦度に影響を与えないペリクルの研究が進められている。一般的には、ペリクルが基板を歪ませることは位置精度が変化するため、好ましくないと考えられている。しかし、基板に影響を与えないということは、ペリクルによる平坦度の変化がない代わりに、平坦度の規格を満たすために、事前に高い平坦度の基板を用いる必要があるという問題がある。

これらを踏まえ、特許文献２においては、ペリクル圧着時に部分的に異なる圧力をかけて、マスク基板を歪ませて、平坦度を制御するペリクルマウンタの構造が開示されている（特許文献２参照）。しかし、特許文献２の方法では圧力を除いたときに、基板の歪みが戻ることが予想される。また、基板の平坦度を改善することが目的であり、転写時に自重により基板がたわみ平坦度が変化することは考慮されていない。また、このような機構のペリクルマウンタを作製する必要があり、容易に実現することは困難である。

なお、マスク平坦度とは、マスク基板の外周領域（一般的には基板の四辺の端部から内側に５ｍｍまでの枠状の領域）を除いた内側の領域を測定範囲として、ペリクルエリア内の最小二乗平面からのずれの最大値と最小値の差（ＴＩＲ：Ｔｏｔａｌ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｒｅａｄｉｎｇ）の値を表す。実際には、平面に近い面でのごくわずかな曲面的歪みを測定することになるが、測定範囲内の測定位置をＸＹ軸座標で表し、測定した凹凸の値をＺ軸座標で表せば、測定値はＸＹ平面での２次元分布として表される。

特開２００９−２５５５９号公報 特開２００９−５８９５６号公報

本発明の目的は、転写時における基板の自重たわみによる平坦度の悪化を緩和させ、転写時のマスク基板の平坦度を改善することができるペリクル及びペリクル貼付方法を提供することである。

本発明の一実施形態は、マスク基板に圧着して貼り付けるペリクルフレームと、前記ペリクルフレームに張られたペリクル膜と、を備え、前記ペリクルフレームは、前記マスク基板に貼り付けることで歪応力を発生し、前記歪応力は、前記マスク基板の自重たわみを相殺し、前記ペリクルフレームは、前記マスク基板に貼り付ける側の該ペリクルフレームにより囲まれた面が曲面を成したペリクルフレームであり、前記歪応力は、前記ペリクルフレームにより囲まれた面が平面を成すように圧着することにより発生することを特徴とするペリクルである。

また、前記ペリクルフレームは、ペリクルフレーム側面の厚みが一様でないペリクルフレームであることを特徴とするペリクルである。

また、前記ペリクルフレームは、高さが中央部にいくにしたがって、高くなるような形状に形成された枠構造を有するペリクルフレームであることを特徴とするペリクルである。

また、前記ペリクルフレームは、高さが中央部にいくにしたがって、低くなるような形状に形成された枠構造を有するペリクルフレームであることを特徴とするペリクルである。

また、前記ペリクルフレームは、ペリクルフレーム側面の厚みが一様であることを特徴とするペリクルである。

また、前記マスク基板と前記ペリクルフレームの間に接着層と、を備え、前記接着層は、厚みが一様ではない接着層であり、前記歪応力は、厚みが一様ではない前記接着層により前記ペリクルフレームがマスク基板に圧着されることにより発生すること
を特徴とするペリクルである。

本発明の一実施形態は、上述のペリクルが貼り付けられたフォトマスクである。

本発明の一実施形態は、上述のフォトマスクを用いて製造された半導体デバイスである。

本発明によれば、転写時における基板の自重たわみによる平坦度の悪化を緩和させ、転写時のマスク基板の平坦度を改善することができるペリクルを提供することができる。

本発明の実施の形態に係るペリクルを示す側面図である。 本発明の実施の形態に係るペリクルマウンタの構造を示す概略図である。 本発明の実施の形態におけるペリクルを圧着した状態を示す図である。 本発明の実施の形態におけるペリクルの圧力を除いた状態を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態におけるペリクルを貼付したマスクを示す図である。 本発明の実施の形態に係るペリクルの貼付方法を示すフロー図である。 本発明の実施の形態に係るマスク基板の平坦度測定装置を示す図である。

以下、本発明の実施の形態におけるペリクル１０及びペリクル貼付方法を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るペリクルを示す側面図である。図１に示すように、本発明の形態に係るペリクル１０は、ペリクルフレーム１２、ペリクル膜１３、接着層１４を備える。図１に示した本発明の形態に係るペリクル１０は、ペリクルフレーム１２の高さが中央部にいくにしたがって、高くなるような歪みをもち、転写時の自重たわみを相殺し、高い平坦度が得られるような、マスク基板１５に歪応力を生じさせる。また、ペリクルフレーム１２は、予め場所により高さを変えて成形することで、転写時の自重たわみを相殺し、高い平坦度が得られるような、マスク基板１５に歪応力を生じさせる。また、ペリクルフレーム１２は、ペリクルフレーム全体が歪曲することにより、ペリクルフレーム側面の厚みが一様であっても、転写時の自重たわみを相殺し、高い平坦度が得られるような、マスク基板１５に歪応力を生じさせる。

どのような歪みをもつペリクル１０であれば所望する歪応力をマスク基板１５に発生させ、転写時の平坦度をフラットにできるかは、事前に転写時の自重たわみとペリクル１０の関係を評価しておき、所望の歪応力を生じさせると予め判明しているペリクル１０を選択する。

図２は、本発明の実施の形態に係るペリクルマウンタの構造を示す概略図である。図２に示した本発明の実施の形態に係るペリクルマウンタは、マスク基板保持部１６に予め平坦度が測定されたマスク基板１５が載置され保持されている。ペリクル１０は、ペリクル保持部１７に保持され、押し当てプレート１８で、マスク基板１５に圧着される。

また、図２に示したペリクル１０は、一方のペリクル膜１３を張り渡した面が押し当てプレート１８側に向いており、もう一方の面には所定の接着剤による接着層１４が設けてある。ただし、ペリクルフレーム１２はその内側が開いている枠構造であるため、ペリクル１０をマスク基板１５に押し当てる際には、押し当てプレート１８はペリクルフレーム１２のみを押すようになっている。

図３は、本発明の実施の形態におけるペリクル１０を圧着した状態を示す図である。図３では、ペリクル１０を押し当てプレート８で、マスク基板５に圧着した状態である。ペリクル１０は、押し当てプレート８を介して所定の圧力でマスク基板１５に押し当てられ、所定時間の圧着によってペリクル１０がマスク基板１５に強固に接着される。ペリクルフレーム１２よりマスク基板１５の剛性が高いため、ペリクルフレーム１２は、マスク基板１５の形状に沿って変形する。

また、押し当てプレート１８は、ペリクルフレーム１２の形状を変形させないよう、ペリクルフレーム１２に対して偏りなく圧力をかけ、圧力分布によりマスク基板１５が歪むのを防ぐことが望ましい。

図４は、本発明の実施の形態におけるペリクル１０の圧力を除いた状態を示す図である。図４では、押し当てプレート１８を下げ、圧力を除いた後、ペリクルフレーム１２がわずかに元に戻ろうとする力で、マスク基板１５に歪応力が生じる。

図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態におけるペリクル１０を貼付したマスク基板１５を示す図である。図５（ａ）では、所望の歪応力により平坦度が変化したマスク基板１５を得ることができる。所望の歪応力が生じたかどうかは、ペリクル貼付前後の平坦度の差を測定することで見積ることができる。

また、ペリクルフレームは、歪応力を発生することができる十分な剛性を持つ材料を用いて形成することが好ましい。

ペリクルフレーム１２より内側のマスク基板１５は、自重たわみにより平坦度が変化するが、予めそれを打ち消すような歪応力がマスク基板１５に生じているため、図５（ｂ）では、自重たわみと歪応力とが相殺され、自重による平坦度の変化を抑えることができる。

このような構成により、ペリクル貼付による歪応力で、転写時の自重たわみによる平坦度の変化を制御することができるので、平坦度の高いマスク基板１５で転写を行うことができる。

実際に、マスク基板１５は、合成石英ガラスを基板材料としているが、そのヤング率（弾性係数）は、一般に７×１０^１０Ｎ／ｍ^２程度であって、前述のようにペリクル貼付時においてもマスク基板１５はわずかに歪みを生じ、マスク基板１５に歪応力を発生させることができる。

また、ペリクルフレーム１２は厚さ数ｍｍ程度の金属枠であるため、マスク基板１５よりも歪みやすい。これらのことを考慮して、歪応力を大きくするためには、本発明の実施の形態に係るペリクルフレーム１２は、厚さ、高さなど従来品よりも大きくすることで剛性を高めるか、剛性の高い材質を用いることが望ましい。

次に、本発明の実施の形態に係るペリクルの貼付方法について図６に示すフロー図を参照して説明する。

まず、Ｓ１１１において、マスク基板１５の平坦度を測定して、ペリクルマウンタのマスク基板保持部１６に載置する。ここでは、マスク基板１５の平坦度を測定して、転写時の自重たわみによる平坦度変化を相殺することができるマスク基板１５の歪みを予め求める。この時に、マスク基板１５のもつ平坦度をフラットにすることができるような歪みを加えてもよい。どのようなペリクル１０であれば、平坦度変化を相殺し、転写時におけるマスク基板１５の平坦度をフラットにするような歪応力をマスク基板１５に発生させることができるかは、予め実験により求めておく。ただし、マスク基板１５のもつ平坦度をフラットにする場合、位置精度が変化するので、その分を補正して描画しておくことが望ましい。

次に、Ｓ１１２において、マスク基板１５の平坦度、ペリクル１０のサイズ、ペリクル１０の材質、ペリクルマウンタ、転写時の自重たわみの種類などから所望するマスク基板１５の平坦度を得ることができる歪みを持つペリクルフレーム１２を選択する。

次に、Ｓ１１３において、ペリクルマウンタのペリクル保持部１７に該当のペリクル１０を載置する。

次に、Ｓ１１４において、押し当てプレート１８で、圧力をかけ、ペリクル１０とマスク基板１５とを圧着させる。詳細には、押し当てプレート１８を動かし、マスクパターンに設けられたペリクル用位置合わせマーク（図示せず）を参照しながら、ペリクル１０をマスク基板１５の所定の位置に所定の圧力で所定の時間圧着する。

押し当てプレート１８を元にもどし、ペリクル１０を貼付したマスク基板１５を得る。

次に、Ｓ１１５において、ペリクル１０が貼付されたマスク基板１５の平坦度を測定し、所望の平坦度になっているかどうかで、転写時の自重たわみを相殺する歪応力が生じているかどうか確認する。この時、転写時のマスクチャッキング状態を再現した状態で、平坦度を測定すると、平坦度がフラットであるかどうかで確認することができるので望ましい。

以上の手順により、ペリクル１０により任意の歪応力をもったマスク基板１５を得ることができ、平坦度を任意に制御することができ、かつ、自重たわみによる平坦度の変動を相殺することができるマスク基板１５が得られる。

本発明の実施の形態においては、異物や塵埃等がマスク基板上に付着して異物混入となるような不具合を防ぐ目的、あるいはマスク基板の自重による歪みを防ぐ目的を考慮して、マスク基板の保持方向が垂直となる装置構成が望ましいが、本発明の実施の形態においてはこれに限定するものではなく、例えばマスク基板及びペリクルが水平の状態でペリクル貼付を行う構成でもよい。ただし、水平にする場合は、自重たわみが発生するので、マスクを垂直にする場合と水平にする場合で、それぞれ、所望する歪応力を発生させるペリクルフレームの形状を定めておく必要がある。

図７は、本発明の実施の形態に係るマスク基板の平坦度測定装置を示す図である。一般的に、マスクの平坦度は、マスク全面に斜めからレーザーを照射し、反射光の干渉による光強度分布（干渉縞）から平坦度を測定する、斜入射位相干渉法が一般的に用いられる。基板を動かし場所毎の光強度を測定し、測定した基板上の光強度分布から、平坦度を求めることができる。レーザー照射器２１、光強度計２２、ペリクル付きマスク基板２３、ステージ２４及び駆動部２５、変換装置２６、データ保持部２７を備える。レーザー照射器２１より照射されたレーザー光２８は、ペリクル付きマスク基板２３上で反射し、光強度計２２により、レーザーの光強度分布が測定される。光強度分布は、変換装置２６により、平坦度に変換され、データ保持部２７に記憶される。

本発明の実施の形態において、マスク基板に任意の歪みをもつペリクルを貼付することにより、マスク基板を任意に歪ませることができ、その歪応力により平坦度を制御することができ、転写時の自重たわみなどによるマスク基板の変形を相殺し、この影響を緩和することで、マスク基板の平坦度が高い状態で、転写を行うことができる。また、通常のペリクルマウンタを使用できるため、容易に実施ができる。

本発明の実施の形態におけるペリクルを貼付したフォトマスクを使用して半導体集積回路を製造することで、高い寸法精度、位置精度の半導体集積回路の製造ができる。

本発明は、転写時にペリクルを貼付した平坦度の高いマスクを得ることができ、半導体製造に好適に適用できる。

１０…ペリクル
１２…ペリクルフレーム
１３…ペリクル膜
１４…接着層
１５…マスク基板
１６…マスク基板保持部
１７…ペリクル基板保持部
１８…押し当てプレート
２１…レーザー照射器
２２…光強度計
２３…ペリクル付マスク基板
２４…ステージ
２５…駆動部
２６…変換装置
２７…データ保持部
２８…レーザー光

Claims (8)

1. マスク基板に圧着して貼り付けるペリクルフレームと、
   前記ペリクルフレームに張られたペリクル膜と、を備え、
   前記ペリクルフレームは、前記マスク基板に貼り付けることで歪応力を発生し、
   前記歪応力は、前記マスク基板の自重たわみを相殺し、
   前記ペリクルフレームは、前記マスク基板に貼り付ける側の該ペリクルフレームにより囲まれた面が曲面を成したペリクルフレームであり、
   前記歪応力は、前記ペリクルフレームにより囲まれた面が平面を成すように圧着することにより発生すること
   を特徴とするペリクル。
2. 前記ペリクルフレームは、ペリクルフレーム側面の厚みが一様でないペリクルフレームであること
   を特徴とする請求項１に記載のペリクル。
3. 前記ペリクルフレームは、高さが中央部にいくにしたがって、高くなるような形状に形成された枠構造を有するペリクルフレームであること
   を特徴とする請求項２に記載のペリクル。
4. 前記ペリクルフレームは、高さが中央部にいくにしたがって、低くなるような形状に形成された枠構造を有するペリクルフレームであること
   を特徴とする請求項２に記載のペリクル。
5. 前記ペリクルフレームは、ペリクルフレーム側面の厚みが一様であること
   を特徴とする請求項１に記載のペリクル。
6. 前記マスク基板と前記ペリクルフレームの間に接着層と、を備え、
   前記接着層は、厚みが一様ではない接着層であり、
   前記歪応力は、厚みが一様ではない前記接着層により前記ペリクルフレームがマスク基板に圧着されることにより発生すること
   を特徴とする請求項１に記載のペリクル。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のペリクルが貼り付けられたフォトマスク。
8. 請求項７に記載のフォトマスクを用いて製造された半導体デバイス。