JP2012230227A - リソグラフィ用ペリクル - Google Patents

Abstract

【課題】ペリクルを露光原版に貼り付けたときの露光原版の変形を低減することができる、リソグラフィ用ペリクルを提供する。
【解決手段】自重を含む０．００８〜５ｋｇｆの貼付荷重で露光原版に貼り付けたときに、エアパスが発生しない粘着層を持つことを特徴とする、リソグラフイ用ペリクル。前記粘着層は、ヤング率が０．０１〜０．１０ＭＰａ、引張接着強さが０．０２〜０．１０Ｎ／ｍｍ^２であり、表面の平坦度が０〜１５μｍである粘着層である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体装置又は液晶表示板を製造する際に、ゴミよけとしてリソグラフィ用マスクに使用されるリソグラフィ用ペリクルに関する。

ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体製造又は液晶表示板などの製造においては、半導体ウエハ又は液晶用原板に塗布した感光性樹脂に光を照射してパターンを作製する。このパターン作製工程で用いる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、光を曲げたりするために、転写されたパターンが変形したり、パターンのエッジががさついたものとなるほか、下地が黒く汚れたりして、寸法、品質、外観などが損なわれるという問題があった。なお、本発明において「露光原版」とは、リソグラフィ用マスク（単に「マスク」ともいう。）及びレチクルの総称である。以下、マスクを例にして説明する。

上記のリソグラフィ作業は通常クリーンルームで行われているが、このクリーンルーム内でも露光原版を常に清浄に保つことが難しいので、露光原版の表面に、露光用の光を良く通過する、ゴミよけのためのペリクルを貼り付ける方法が採られている。

上記ペリクルの基本的な構成は、ペリクルフレーム及びこれに張設したペリクル膜からなる。ペリクル膜は、露光に用いる光（ｇ線、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザー等）を良く透過させるニトロセルロース、酢酸セルロース、フッ素系ポリマーなどからなる。ペリクルフレームにペリクル膜を張設するには、ペリクルフレームの上辺部にペリクル膜の良溶媒を塗布し、その上に貼ったペリクル膜を風乾して接着するか、アクリル樹脂、エポキシ樹脂やフッ素樹脂などの接着剤を介して接着する。

更に、ペリクルフレームの下辺部には、露光原版に装着するために、ポリブテン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂及びシリコーン樹脂等からなる粘着層、及び該粘着層の保護を目的としたライナーを設ける。

ペリクルは、露光原版の表面に形成されたパターン領域を囲むように設置されるが、それは露光原版上にゴミが付着することを防止するために設けられるものであるから、このパターン領域とペリクル外部とは、ペリクル外部の塵埃がパターン面に付着しないように、ペリクルによって隔離されている。

近年、ＬＳＩのデザインルールはサブクオーターミクロンへと微細化が進んでおり、それに伴い、露光光源の短波長化が進んでいる、すなわち、これまで主流であった水銀ランプによるｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）から、ＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）などに、露光光源が移行しつつある。このようにパターンの微細化が進むにつれ、マスク及びシリコンウエハに要求される平坦性がますます厳しくなってきている。

ペリクルは、マスクが完成した後、マスクのパターンにゴミが付着するのを避けるために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とマスクの平坦度が変化することがある。マスクの平坦度が悪くなると、焦点ズレ等の問題が発生する可能性がある。また、完成したマスクの平坦度が変化すると、マスク上に描かれたパターンの形状が変化し、マスクの重ね合わせ精度に問題がでるという支障もきたす。

近年、マスクに要求される平坦性は、パターン面で平坦度が２μｍという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以下であることが好ましく、更に、０．２５μｍ以下であることが好ましいという要求が出てきている。

一般に、マスクと比較して平坦度が劣るペリクルフレームを用いたペリクルをマスクに貼り付けると、マスクの平坦性が変化するという現象がある。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、露光により転写されるパターンも歪むので、パターンの位置精度が悪化する。一般に、半導体の製造における露光は何層かに渡って露光されるため、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生じる。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いる。この場合には、パターンが歪んで位置精度が悪化すると、パターンの寸法に直接影響が出る。

ペリクルは、ペリクルフレームの片側に設けられた粘着層を介してマスクに貼り付けられるが、通常ペリクルをマスクに貼り付ける場合、ペリクルを２０〜４０ｋｇｆ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、最先端のリソグラフィに用いられるマスクでは１μｍ以下であるが、ペリクルフレームの平坦度は数十μｍ程度とマスクの平坦度と比較して大きい。このため、ペリクルがマスクに貼り付けられると、フレームの凹凸に基づいてマスクの平坦度が変化することがある。よって、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、マスクの平坦度の変化を低減することができると考えられる。

一方、ペリクルフレームは、一般的にアルミ合金で出来ている。半導体リソグラフィ用のペリクルフレームでは、幅が１５０ｍｍ程度、長さが１１０〜１３０ｍｍ程度であり、中央部が抜けた形状になっている。これらのフレームは、一般にはアルミ合金の板からペリクルフレーム形状に切り出したり、アルミ材を押し出し成型したりすることによって製作しているが、幅が２ｍｍ程度と細いため変形し易く、平坦なフレームを作ることは容易ではない。そのため、ペリクルフレームでマスク並みの平坦度を実現することは非常に困難である。

また、ペリクルをマスクに貼り付けるための粘着層に用いられる粘着剤のヤング率は通常１ＭＰａ程度であり、一般的にペリクルフレームに使用されるアルミ合金のヤング率が７２ＧＰａ程度であることと比べて非常に柔らかい。このため、粘着層がペリクルフレームの表面の凹凸を吸収し、マスクに与える凹凸の影響が緩和されると考えられる。従来の粘着剤のヤング率は１ＭＰａ程度であるが、それよりヤング率が小さい粘着剤、すなわち柔らかい粘着剤を用いると、効果的にペリクルフレームの凹凸を吸収することができる。

前記粘着層の柔軟性は、ペリクルフレームの凹凸の吸収だけでなく、貼り付けのためにペリクルにかけられる荷重にも影響する。ペリクルを使用する場合には、マスクと前記粘着層の間に局所的な隙間（エアパス）が発生するリスクや、マスクからペリクルが剥離するといった重大なリスクを回避することが不可欠である。このため、フレームと同様にマスクに比べて平坦性の劣る粘着層表面は、荷重をかけることによって平坦にされ隙間なくマスクと接着させられる。即ち、粘着剤が柔らかいほど小さな力でマスク表面と粘着層表面を密着させることができるので、柔らかな粘着剤を使用することによって、ペリクルフレームの変形を極力小さくしつつペリクルを貼り付けることができる。

したがって本発明の目的は、ペリクルを露光原版に貼り付けても、ペリクルフレームの変形に起因する露光原版の変形を極力低減することができる、リソグラフィ用ペリクルを提供することにある。

本発明の上記の目的は、自重を含む０．００８〜５ｋｇｆの貼付荷重で露光原版に貼り付けてもエアパスが発生しない粘着層を有することを特徴とするリソグラフィ用ペリクルによって達成された。
上記粘着層は、ヤング率が０．０１〜０．１０ＭＰａ、引張接着強さが０．０２〜０．１０Ｎ／ｍｍ^２であり、表面の平坦度が０〜１５μｍである粘着層であることが好ましい。

本発明によれば、ペリクルフレームの変形に起因する露光原版の変形を極力低減することのできる、リソグラフィ用ペリクルを提供することができる。

ペリクルの構成例を示す概念断面図の一例である。

以下本発明を、図を参照しながら説明する。
図１は、本発明のペリクルの構成例を示す、断面概念図である。図において、符号１はペリクル膜、２は接着層、３はペリクルフレームであり、接着層２を介してペリクル膜１がペリクルフレーム３に張設される。符号４はペリクルをマスク表面に貼着するための粘着層、５は露光原版（マスク又はレチクル）、６はペリクルである。通常、粘着層４の下端面には粘着層４を保護するためのライナー（図示せず）が剥離可能に貼着されており、使用に際して剥がされる。また本発明においては、ペリクルフレーム３に気圧調整用の穴（通気口）を設けても良く、更に、パターニングに悪影響を及ぼすパーティクルの侵入を防ぐ目的で、この通気口に除塵用フィルター（図示せず）を設けても良い。

本発明のペリクルに係る構成部材の大きさや材質は、通常のペリクル、例えば半導体リソグラフィ用ペリクル、大型液晶表示板製造リソグラフィ工程用ペリクル等と同様であり、公知のものの中から適宜選択して使用することができる。

本発明で使用するペリクル膜の種類については特に制限はなく、例えば、従来からエキシマレーザー用に使用されている、非晶質フッ素ポリマー等が用いられる。非晶質フッ素ポリマーの例としては、サイトップ（旭硝子（株）製の商品名）、テフロン（登録商標）、ＡＦ（デュポン社製の商品名）等が挙げられる。これらのポリマーは、例えばフッ素系溶媒などで適宜溶解することができるので、ペリクル膜作製時に、必要に応じて溶媒に溶解して使用しても良い。

ペリクルフレームを構成する材質としては、公知のアルミニウム合金材を使用することができる。アルミニウム合金材を使用する場合は、ペリクルフレームとしての強度が確保される限り特に制限されることはないが、特に、ＪＩＳ Ａ７０７５、ＪＩＳ Ａ６０６１、ＪＩＳ Ａ５０２５等の材料を使用することが好ましい。

本発明においては、ペリクルフレームに被膜を設ける前に、サンドブラストや化学研磨等の公知の方法によってペリクルフレーム表面を粗面化することが好ましい。このフレーム表面の粗化の方法は公知の方法の中から適宜選択することができるが、特にアルミニウム合金材に対しては、ステンレス粒、カーボランダム、ガラスビーズ等によって表面をブラスト処理し、更にＮａＯＨ等によって化学研磨を行い、表面を粗化する方法が好ましい。

本発明のペリクルにおける粘着層４を構成する粘着剤としては、ペリクルの露光原版に対する自重を含む貼付荷重が、０．００８〜５ｋｇｆとなる粘着層を使用する。５ｋｇｆを超える貼付荷重でペリクルを貼り付けた場合には、ペリクルフレームの変形が大きく、貼り付けたマスクの形状を歪ませる要因となるからである。粘着剤の種類は公知の粘着剤の中から適宜選択すれば良いが、本発明においては、アクリル樹脂又はシリコーン樹脂を使用することが好ましく、粘着剤としての機能が保てる限り、これらを単独で使用しても２種類以上を混合して用いても良い。

前記、ペリクルの露光原版に対する自重を含む貼付荷重が、０．００８〜５ｋｇｆとなる粘着層に用いられる粘着剤は、ヤング率が０．０１〜０．１０ＭＰａであることが好ましく、０．０２〜０．０８ＭＰａであることがより好ましい。ヤング率が０．０１ＭＰａ以下であると、粘着層の強度が不十分となるため、ペリクルの貼付位置がずれるという可能性がある。また、０．１０ＭＰａ以上であると、フレームの凹凸を吸収するために十分な柔軟性が得られない。

また、前記粘着層の引張接着強さは０．０２〜０．１０Ｎ／ｍｍ^２であることが好ましく、０．０４〜０．０８Ｎ／ｍｍ^２であることがより好ましい。引張接着強さが０．０２Ｎ／ｍｍ^２よりも小さいと、露光中や輸送中にペリクルにかかる加速度により、ペリクルが露光原版から剥離する恐れがある。また引張接着強さが０．１０Ｎ／ｍｍ^２よりも大きいと、フレームの凹凸に沿って強い接着力が働くので、局所的な応力によってマスクが歪められる原因となる。

なお、本発明における粘着層のヤング率及び引張接着強さは、ペリクルを貼り付けたマスクを固定し、ペリクルの一辺を、マスクに垂直な方向に０．１ｍｍ／ｓの速度で引き上げて行う引張試験によって得られる、粘着層の伸び（ひずみ）とその応力から求められる。

本発明のペリクルにおける前記粘着層の表面の平坦度は０〜１５μｍであることが好ましい。粘着層表面の平坦度が１５μｍを超えるような凹凸があると、ペリクルをマスクに貼り付けたときに局所的な応力が発生し、これによりマスクが変形する。尚、上記粘着層表面の「平坦度」は、粘着層を形成させたペリクルフレームの各コーナー４点と４辺の中央４点の計８点における粘着層の高さを測定し、仮想平面を算出して、その仮想平面からの各点の距離のうち、最大値から最小値を引いた差によって算出した値である。粘着層表面の平坦度は、「ＸＹ軸プログラムステージを有するレーザー変位計」により測定することができる。本発明においては、自製の変位計を使用した。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれによって制限されるものではない。なお、実施例及び比較例における「マスク」は「露光原版」の例として記載したものであり、レチクルに対しても同様に適用できることはいうまでもない。また本発明では、実施例、比較例ともに外寸が１４９ｍｍ×１２２ｍｍ×３．５ｍｍで肉厚が２ｍｍ、粘着層側の端面の平坦度が２０μｍのペリクルフレームを使用した。

ペリクルフレームを純水で洗浄した後、硬化剤を添加した綜研化学（株）製のアクリル粘着剤（商品名：ＳＫダイン１４９５）をシリンジに入れ、ディスペンサーを用いて、前記洗浄したペリクルフレームの端面に塗布した。次いで、硬化時間を３０分、硬化温度を１４０℃として、粘着層表面の平坦度が１０μｍになるように硬化させた。
更に、ペリクルフレームの粘着面とは反対側の面に、旭硝子（株）製のサイトップ接着剤（商品名：ＣＴＸ−Ａ）を塗布した後、１３０℃でペリクルフレームを加熱し、接着剤を硬化させた。
次に、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膜部分を除去してペリクルを完成させた。得られたペリクルを５ｋｇｆの貼付荷重でマスクに貼り付けた。

ペリクルフレームを純水で洗浄した後、綜研化学（株）製のアクリル粘着剤（商品名：ＳＫダイン１４２５）と同ＳＫダイン１４９５を１：１の割合で混合し、硬化剤を添加してシリンジに入れ、ディスペンサーを用いて、前記洗浄したペリクルフレームの端面に塗布した。次いで、硬化時間を３０分、硬化温度を１４０℃として、粘着層表面の平坦度が１５μｍになるように硬化させた。
その後、実施例１と同様にしてペリクルを完成させ、得られたペリクルを５ｋｇｆの貼付荷重でマスクに貼り付けた。

ペリクルフレームを純水で洗浄した後、実施例２で使用したＳＫダイン１４９５とＳＫダイン１４２５を１：３の割合で混合し、硬化剤を添加してシリンジに入れ、ディスペンサーを用いて、前記洗浄したペリクルフレームの端面に塗布した。次いで、硬化時間を３０分、硬化温度を１４０℃として、粘着層表面の平坦度が１５μｍになるように硬化させた。
その後、実施例１と同様にしてペリクルを完成させ、得られたペリクルを２ｋｇｆの貼付荷重でマスクに貼り付けた。

（比較例１）
実施例１と同様にして、粘着層表面の平坦度が２０μｍになるようにペリクルを作製し、得られたペリクルを２５ｋｇｆの貼付荷重でマスクに貼り付けた。

（比較例２）
ペリクルフレームを純水で洗浄した後、硬化剤を添加したＳＫダイン１４２５をシリンジに入れ、ディスペンサーを用いて、前記洗浄したペリクルフレームの端面に塗布した。次いで、硬化時間を３０分、硬化温度を１４０℃として、粘着層表面の平坦度が２０μｍになるように硬化させた。
その後、実施例１と同様にしてペリクルを完成させ、得られたペリクルを５ｋｇｆの貼付荷重でマスクに貼り付けた。

（比較例３）
ペリクルフレームを純水で洗浄した後、硬化剤を添加した綜研化学（株）製のアクリル粘着剤（商品名：ＳＫダイン１４９９）をシリンジに入れ、ディスペンサーを用いて、前記洗浄したペリクルフレームの端面に塗布した。次いで、硬化時間を３０分、硬化温度を１４０℃として、粘着層表面の平坦度が２０μｍになるように硬化させた。
その後、実施例１と同様にしてペリクルを完成させ、得られたペリクルを５ｋｇｆの貼付荷重でマスクに貼り付けた。

実施例１〜３及び比較例１〜３で作製したペリクルをマスクに貼り付ける前と、貼り付けた後のマスクの平坦度をＴｒｏｐｅｌ社のＦｌａｔＭａｓｔｅｒを使用して測定した。貼り付け前後におけるマスク各点の高さの差のうち、＋／−側それぞれにおける最大変化量の絶対値の和を、マスクの最大変形レンジとして算出した。なおペリクルの貼り付けによりマスクが変形した場合には、平坦度が変化していない場合でも最大変形レンジは大きな値となることがあるので、マスクの変形／歪みの指標として、最大変形レンジは平坦度よりも有効である。
その後、これらのマスクを、８０℃に保ったオーブン中で７２時間静置して貼り付け状態を観察し、エアパスとペリクル位置のズレの有無について調べた。
また、別途同条件で作製したペリクルをマスクから剥離したときにおける、粘着層の引張接着強さと伸びを測定し、これらの値からヤング率を求めた。得られた結果を表１に示した。

表１の結果から、本発明のペリクルがエアパス及び位置ズレの発生を防ぎつつ、マスクの変形を低減することができることが実証された。

本発明のペリクルは、ペリクルフレームの変形に起因する露光原版の変形を低減することができるので、産業上極めて有意義である。

１：ペリクル膜
２：接着層
３：ペリクルフレーム
４：粘着層
５：露光原版
６：ペリクル

Claims (3)

1. 自重を含む０．００８〜５ｋｇｆの貼付荷重で露光原版に貼り付けたときに、エアパスが発生しない粘着層を持つことを特徴とするリソグラフィ用ペリクル。
2. 前記粘着層が、ヤング率が０．０１〜０．１０ＭＰａ、引張接着強さが０．０２〜０．１０Ｎ／ｍｍ^２であり、表面の平坦度が０〜１５μｍである、請求項１に記載されたリソグラフィ用ペリクル。
3. 前記粘着層のヤング率が０．０２〜０．０８ＭＰａ、引張接着強さが０．０４〜０．０８Ｎ／ｍｍ^２である、請求項２に記載されたリソグラフィ用ペリクル。