JP2017116697A

JP2017116697A - Ｅｕｖ露光用ペリクル

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Publication number: JP2017116697A
Application number: JP2015251238A
Authority: JP
Inventors: 晃範西村; Akinori Nishimura; 享白崎; Susumu Shirasaki
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2035-12-24
Also published as: EP3185074B1; US20170184955A1; JP6478283B2; US10088745B2; TW201736944A; KR20170076577A; EP3185074A1; TWI707196B

Abstract

【課題】本発明の目的は、耐熱性が良好で通気スピード（減圧時間）や異物捕集効率に優れたEUV露光用ペリクルを提供することである。
【解決手段】本発明は、ペリクルフレーム３の上端面に膜厚が1μm以下の単結晶シリコン、多結晶シリコン又は非晶質シリコンから選択される極薄のペリクル膜１が張設され、ペリクルフレームに気圧調整用通気孔６が設けられるとともに、通気孔を覆ってパーティクル侵入防止用のフィルター７が設けられているEUV露光用ペリクル１０であって、フィルターは金属製又はセラミックス製であるとともに、ペリクルフレームと溶接によって連続的に一体化され、以下に示す濾過精度が0.1〜0.3μmであることを特徴とする。濾過精度とは、粒子径0.1〜0.3μmの粒子について、フィルターサイズがφ36mm、空気流速が2.95L/min./cm²のときに、初期除去効率が88%以上であることをいう。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＳＩ，超ＬＳＩなどの半導体装置、液晶表示板などを製造する際に用いるリソグラフィ用マスクのゴミ除けとして使用されるEUV露光用ペリクルに関する。

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、露光光源は、水銀ランプによるg線（436nm）、i線（365 nm）から、KrFエキシマレーザー（248 nm）、ArFエキシマレーザー（193 nm）などに移行しており、さらにはEUV（13.5nm）を用いるEUV露光が検討されている。

ＬＳＩ、超ＬＳＩなどの半導体製造又は液晶表示板の製造においては、半導体ウエハ又は液晶用原板に光を照射してパターンを作製するが、この場合に用いるリソグラフィ用マスク（単に「マスク」ともいう）およびレチクル（以下、総称して「露光原版」と記述する）にゴミが付着していると、このゴミが光を吸収したり、光を曲げてしまうために、転写したパターンが変形したり、エッジが粗雑なものとなる他、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。

このため、これらの作業は、通常クリーンルームで行われているが、それでも露光原版を常に清浄に保つことは難しいので、露光原版表面にゴミよけとしてペリクルを貼り付けた後に露光をする方法が一般に採用されている。この場合、異物は、露光原版の表面には直接付着せずにペリクル上に付着するため、リソグラフィ時に焦点を露光原版のパターン上に合わせておけば、ペリクル上の異物は転写に無関係となる。

このペリクルの基本的な構成は、ペリクルフレームの上端面に露光に使われる光に対し透過率が高いペリクル膜が張設されると共に、下端面に気密用ガスケットが形成されているものである。この気密用ガスケットとしては、一般的に粘着剤層が用いられる。また、ペリクル膜としては、露光に用いる光（水銀ランプによるg線（436 nm）、i線（365 nm）、KrFエキシマレーザー（248 nm）、ArFエキシマレーザー（193 nm）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構成されている。さらに、最近では、EUV露光用のペリクル膜として、EUV光に対する透過率の高さから、膜厚が1μm以下、特に20nm〜1μmの極薄の単結晶シリコン薄膜の使用が検討されている。

このペリクルは、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から、露光原版のパターン領域は、ペリクルの外部の塵埃がパターン面に付着しないようにペリクルの外部から隔離されている。そして、このペリクルを使用する際には、ペリクルの粘着剤層を露光原版に圧力をかけて押し当てることで貼り付けられ、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。

この際、ペリクル膜とペリクルフレームと露光原版とによってペリクル閉空間が形成されるが、このペリクル閉空間は密閉した空間であるため、外部の圧力が変化すると、ペリクル内外の圧力差によりペリクル膜に圧力が作用することになる。そして、ペリクル膜がフッ素ポリマー等の樹脂膜の場合は、ペリクル膜に膨らみや凹みが発生することになる。

ところで、従来のｉ線（３６５ｎｍ）やｇ線（４３６ｎｍ）、KrFエキシマレーザー（２４８ｎｍ）、ArFエキシマレーザー（１９３ｎｍ）を用いる場合、その露光は、クリーンルーム内の大気中で行われており、そのフィルターの材質としては、一般に、ＰＴＦＥなどの樹脂が用いられている。特許文献１には、気圧調整用通気口に設置する防塵用フィルターの材質として、ＰＴＦＥなどの樹脂の他にステンレススチールやセラミックなどが例示されているが、大気中で露光を行う場合、実際は、具体例に示すように、ＰＴＦＥなどの樹脂がそのコストや簡便性などの理由から多用され、ステンレススチールやセラミックは殆ど使用されていないのが実情である。

一方で、露光環境が真空又は減圧下であるEUV露光では、露光装置へのマスクの出入り時に真空引きが行われている。このEUV露光のペリクル膜にEUV光に対する透過性の高い膜厚が1μm 以下、特に20nm〜1μmの極薄のシリコン膜を用いると、少しの圧力差による応力によってシリコン膜が破壊する可能性が高まるために、このような密閉空間の内外の圧力差を緩和する手立てとして、ペリクルフレームに内外をつなぐ通気孔を設けて、空気を通わすことがなされている。また、この通気孔には異物がペリクル閉空間に入らないようにフィルターも設けられている。

特開２００７−３３３９１０

ところで、このようなEUV露光では、露光チャンバー内を真空又は減圧に保持する必要があるため、EUV露光中にペリクルフレームが高温になるという問題もある。すなわち、マスクパターンでEUV光が回折してこの回折光がペリクルフレームに当たると、真空中での放熱が悪いために、ペリクルフレームの温度が上昇することになる。このような状況下において、EUV露光用フィルターの材質として、従来のＰＴＦＥなどの樹脂を用いると、樹脂に耐熱性がないために、ペリクルフレームが高温になったときにフィルターが剥離するなどの事態が生じることになる。

また、高温に加熱されて多量のアウトガスを発生させる危険性もある。このアウトガスが発生すると、20nm〜1μmの極薄のシリコン製のペリクル膜やフォトマスクを汚染してしまうために、微細なパターンが形成できなくなる怖れがある。したがって、EUV露光では、従来のKrFやArFエキシマレーザーによる露光で使用される樹脂製のフィルターを用いることが難しいという問題がある。

そこで、本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、EUV光に対する透過性の高い膜厚が1μm以下の極薄のシリコン製のペリクル膜を使用して、真空又は減圧下でEUV露光を行う際に、好適でかつ耐熱性が良好なフィルターの剥離などがなく、通気スピード（減圧時間）や異物捕集効率に優れたEUV露光用ペリクルを提供することである。

本発明は、上記の目的を達成するために、ペリクルフレームの上端面に膜厚が1μm以下の単結晶シリコン、多結晶シリコン又は非晶質シリコンから選択されるペリクル膜が張設され、ペリクルフレームに気圧調整用通気孔が設けられているとともに、通気孔を覆ってパーティクル侵入防止用のフィルターが設けられているEUV露光用ペリクルであって、このフィルターは、金属製又はセラミックス製であるとともに、ペリクルフレームと溶接によって連続的に一体化されているか、又は融点の低いハンダによって接着されており、以下に示す濾過精度が0.1〜0.3μmであることを特徴とする。
ここで、濾過精度とは、粒子径0.1〜0.3μmの粒子について、フィルターサイズがφ36mm、空気流速が2.95L/min./cm²のときに、初期除去効率が88%以上であることをいう。

本発明によれば、ペリクル膜として膜厚が1μm以下の単結晶シリコン、多結晶シリコン又は非晶質シリコンから成るEUV光に対して透過性の高い材料を用いることができるので、真空又は減圧下において高精度で微細なパターンを形成することが可能となる。

また、濾過精度が0.1〜0.3μmの金属製フィルター又はセラミックス製フィルターを用いているため、耐熱性が良好で、通気スピード、異物捕集効率に優れているとともに、ペリクルフレームと溶接で連続的に一体化されているか、又はハンダで接着されているため、高温時でもフィルターの剥離などを回避することができる。

本発明のペリクルの一実施形態を示す縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。このペリクル１０では、フォトマスク５の形状に対応した枠状（通常、四角枠状）のペリクルフレーム３に、接着剤２を介して膜厚が1μm 以下、特に20nm〜1μmのシリコン製のペリクル膜１が張設されている。膜厚が1μmを超えた厚さであると、露光光の透過量が減少するために1μm以下の厚さが好ましいが、膜厚が薄すぎると製造や取扱いが困難となるために、20nm〜1μmの膜厚が好ましく、100 nm〜1μmがより好ましい。

ペリクルフレーム３の下端面には、ペリクル１０をフォトマスク５に装着するための粘着剤４が形成されている。さらに、粘着剤４の下端面には、粘着面を保護するためのライナー（図示せず）が剥離可能に設けられる。ペリクルフレーム３には、気圧調整用通気孔６が設けられ、この通気孔６にはパーティクル侵入防止用のフィルター７が設置される。

本発明のフィルター７は、耐熱性に優れた金属製又はセラミック製であり、その濾過精度は、0.1〜0.3μmである。ここで、本発明における「濾過精度」とは、粒子径0.1〜0.3μmの粒子について、フィルターサイズがφ36mm、空気流速が2.95L/min./cm²のときに、初期除去効率が88%以上であることをいう。
この濾過精度が0.1μmより小さい場合は、気圧調整能力が低くなる（気圧調整に時間がかかる）ため好ましくない。また、濾過精度が0.3μmを超えて大きい場合は、ゴミの侵入が懸念されるために好ましくない。本発明では、0.1〜0.3μmの濾過精度とすることにより、EUV露光中にペリクルフレームが高温になった場合でも、アウトガス発生等の問題を生じさせず、しかも、気圧調整を妨げることなく、パーティクルの侵入防止にも十分な効果を発揮させることができる。

フィルター７の材質としては、純金属であっても、合金であってもよく、少量であれば非金属が添加されていてもよい。具体的には、ステンレス、ハステロイ、モネル、インコネル、ニッケル等が挙げられるが、これらに限定されない。また、同様に耐熱性が高く、アウトガス発生等の問題を生じさせない材料として、セラミックス製のフィルターを用いることもできる。具体的には、チタニア、ジルコニア、フェライト、アルミナ、ジルコン、ムライト等のセラミックスが挙げられる。

本発明のフィルター７は、ペリクルフレーム３に設けられた気圧調整用通気孔６の一部を塞ぐように設置される。この際、フィルター７の設置方法としては、公知の有機系接着剤を介して設置することも考えられるが、露光によりペリクルフレーム３が高温になった場合には、剥がれやアウトガス発生等が懸念されるので、フィルター７は、溶接によってペリクルフレーム３と連続的に一体化させる。このようにすれば、接着剤を介さないため、剥がれやアウトガスの発生という事態を回避することができる。

また、フィルター７およびペリクルフレーム３に使用される材料よりも融点の低いハンダや鉛フリーハンダ等の材料を介してフィルター７を設置してもよい。このような材料を介してフィルター７とペリクルフレーム３を接着すれば、有機系接着剤を用いた場合のような剥がれやアウトガスの発生という懸念は殆どない。

EUV露光の場合のペリクル膜１の材料としては、膜厚が1μm 以下、特に20nm〜1μmの極薄の単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコンなど、EUV光に対する透過性の高い材料を用いることが好ましい。また、前記ペリクル膜１を保護する目的で、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯＮ、Ｙ_２Ｏ_３、ＹＮ、Ｍｏ、Ｒｕ及びＲｈなどの保護膜を備えてもよい。さらに、このペリクル膜１には、補強のための構造物が接合されていてもよく、例えば、Ｓｉからなるハニカム構造物がペリクル膜１に接合されていてもよい。

ペリクルフレーム３の形状については、特に制限はないが、一般的には四角形状である。また、ペリクルフレーム３の材質についても、特に制限はなく公知の材料を用いればよい。例えばアルミニウム、アルミニウム合金（ＪＩＳ５０００系，６０００系，７０００系等）、鉄、鉄系合金、セラミックス（ＳｉＣ，ＡｌＮ，Ａｌ_２Ｏ_３等）、セラミックス金属複合材料（Ａｌ−ＳｉＣ，Ａｌ−ＡｌＮ，Ａｌ−Ａｌ_２Ｏ_３等）、炭素鋼、工具鋼、ステンレス鋼、エンジニアリングプラスチック（ＰＥ，ＰＡ，ＰＥＥＫ等）、炭素繊維複合材料（ＧＦＲＰ，ＣＦＲＰ等）等が挙げられる。EUV用ペリクルの場合、ペリクルフレーム３の材質として、エキシマレーザー用ペリクルと同様の材料を使用することができるが、熱膨張による歪みを抑制する観点から、熱膨張率の小さなインバー、スーパーインバー等も適している。

ペリクルフレーム３の表面には、必要に応じて陽極酸化処理、メッキ処理、ポリマーコーティング、塗装等の処理が施されていてもよい。また、露光光の反射抑制や異物検査における視認性の向上の観点から、ペリクルフレーム３は黒色であることが好ましい。ペリクルフレーム３の母材としてアルミニウム合金を使用する場合は、表面をステンレスビーズ、ガラスビーズ、カーボランダム等を使用して粗化し、さらに黒色アルマイト処理を施すことが好ましい。

また、ペリクル膜１をペリクルフレーム３へ接着させるための接着剤２およびペリクルフレーム３をフォトマスク５へ装着させるためのマスク粘着剤４についても、特に制限はなく、公知のものを使用することができる。例えばペリクル膜１のペリクルフレーム３への接着には、ペリクル膜１の良溶媒を塗布した後、風乾して接着するか、アクリル樹脂やシリコーン樹脂、エポキシ樹脂などの接着剤で接着することが好ましく、EUV露光用の膜接着剤２には、低アウトガス性接着剤の使用が好ましい。

ペリクルフレーム３を基板へ装着させるためのマスク粘着剤４には、ポリブテン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ＳＥＢＳ（ポリ（スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン））樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等からなる粘着剤を使用することが好ましく、特にアクリル樹脂、シリコーン樹脂からなる粘着剤がより好ましい。

接着剤２および粘着剤４の塗布は、例えば、ディップ、スプレー、刷毛塗り、ディスペンサーによる塗布装置等にて行うことができるが、ディスペンサーによる塗布装置を使用した塗布が、安定性、作業性、歩留り等の点から好ましい。

また、接着剤２および粘着剤４の粘度が高くて塗布装置による塗布が困難な場合には、必要に応じて、トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤、ヘキサン、オクタン、イソオクタン、イソパラフィン等の脂肪族系溶剤、メチルエチルケトン、メチルイソブチルメトン等のケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤、ジイソプルピルエーテル、１，４−ジオキサン等のエーテル系溶剤またはこれらの混合溶剤を添加することが好ましい。

以下、本発明を実施例および比較例を示して具体的に説明する。なお、実施例および比較例における「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。

<実施例１>
実施例１は、濾過精度が0.3μmのSUSフィルターを用いた場合である。初めに、スーパーインバー製のペリクルフレーム３（外形サイズ１４９.４ｍｍ×１１６．６ｍｍ×１．７ｍｍ、肉厚２ｍｍであり、ペリクルフレーム３の短辺側中央部に直径φ１０ｍｍのフィルター穴を有する）を純水で洗浄した後に、ステンレススチール製のフィルター７でペリクルフレーム３の短辺側部中央部の直径φ１０ｍｍのフィルター穴をカバーするように、フィルター７とペリクルフレーム３とを溶接して連続的に一体化させた。

次に、ペリクルフレーム３の上および下端面に信越化学社製シリコーンポッティング剤（商品名：ＫＥ-101Ａ／Ｂ）を塗布し、多孔部により支持された膜厚が0.28μmの単結晶シリコン製のペリクル膜１を上端面に貼り付けるとともに、ペリクルフレーム３よりも外側の部分を除去してペリクル１０を完成させた。

そして、その後にこのペリクル１０を150mm角のマスク基板に固定し、次にこのマスク基板を減圧ボックスに入れて、徐々にペリクル膜１が破れないように減圧を行ったところ、1kPaに減圧するまでに15分間要した。また、このペリクル１０に200℃で1時間の加熱テストを行ったが、フィルター７に損傷は無かった。

<実施例２>
実施例２は、濾過精度が0.１μmのSUSフィルターを用いた場合である。この実施例２では、濾過精度0.1 μmのフィルターを使用した以外は実施例１と同様の方法でペリクル１０を作製し、実施例１と同様の真空引きを行ったところ、1kPaに減圧するまでに30分間要した。また、ペリクル１に200℃で1時間の加熱テストを行ったが、フィルター７に損傷は無かった。

<実施例３>
実施例３は、濾過精度が0.3μmのセラミックフィルターを用いた場合である。初めに、スーパーインバー製のペリクルフレーム３（外形サイズ１４９.４ｍｍ×１１６．６ｍｍ×１．７ｍｍ、肉厚２ｍｍであり、ペリクルフレーム３の短辺側中央部に直径φ１０ｍｍのフィルター穴を有する）を純水で洗浄した後に、外周部をメタライズしたセラミック製の濾過精度が0.3μmのフィルター７でペリクルフレーム３の短辺側部中央部の直径φ１０ｍｍのフィルター穴をカバーするように、フィルター７の外周部とペリクルフレーム３とをハンダにて接着した。

<実施例４>
実施例４は、膜厚が0.83μmの単結晶シリコン製のペリクル膜１を用いた場合である。この実施例４では、膜厚が0.83μmの単結晶シリコン製のペリクル膜１を使用した以外は実施例２と同様の方法でペリクル１０を作製し、実施例１と同様の真空引きを行ったところ、1kPaに減圧するまでに20分間要した。また、ペリクル１に200℃で1時間の加熱テストを行ったが、フィルター７に損傷は無かった。

<比較例１>
比較例１は、濾過精度が0.05μmのSUSフィルターを用いた場合である。この比較例１では、ステンレススチール製の濾過精度0.05μm のフィルターと、膜厚が0.83μm の単結晶シリコン製のペリクル膜１を使用したが、それ以外は実施例１と同様の方法でペリクル１０を作製し、実施例１と同様の真空引きを行ったところ、1kPaに減圧するまでに60分間要した。また、ペリクル１０に200℃で1時間の加熱テストを行ったが、フィルター７に損傷は無かった。

<比較例２>
比較例２は、濾過精度が0.5μmのSUSフィルターを用いた場合である。比較例２では、ステンレススチール製の濾過精度0.5μm のフィルターを使用したが、それ以外は実施例１と同様の方法でペリクル１０を作製し、実施例１と同様の真空引きを行ったところ、1kPaに減圧するまでに7分間要した。また、ペリクル１０に200℃で1時間の加熱テストを行ったが、フィルター７に損傷は無かった。

<比較例３>
比較例３は、濾過精度が0.3μmの有機物フィルターを用いた場合である。初めに、スーパーインバー製のペリクルフレーム３（外形サイズ１４９.４ｍｍ×１１６．６ｍｍ×１．７ｍｍ、肉厚２ｍｍであり、ペリクルフレーム３の短辺側中央部に直径φ１０ｍｍのフィルター穴を有する）を純水で洗浄した後に、PTFE製の濾過精度0.3μm のフィルターを接着剤を介して、ペリクルフレーム３の短辺側部中央部の直径φ１０ｍｍのフィルター穴をカバーするように貼り付けた。

そして、その後にこのペリクル１０を150mm角のマスク基板に固定し、次にこのマスク基板を減圧ボックスに入れて、徐々にペリクル膜１が破れないように減圧を行ったところ、1kPaに減圧するまでに15分間要した。また、ペリクル１０に200℃で1時間の加熱テストを行ったところ、フィルター７に剥がれが生じた。

<異物試験>
実施例１〜３と比較例１〜３のそれぞれのペリクル１０について、次の試験条件でフィルター７の異物捕集率を調査したところ、その結果は、表１のとおりであった。
<異物捕集率試験条件>
測定面積：9.6cm²
流量：2mL/min

上記表１の結果によれば、実施例１〜３のフィルターでは、それぞれ通気スピード（減圧時間）が３０分以下と速く、しかも、フィルター状態が良好で剥離なども見られなかったから、２００℃の高温における耐熱性に優れていると共に、異物捕集効率も99.9％と良好であることが確認された。

一方、比較例１のフィルターでは、異物捕集効率は99.9％と良好であったが、濾過精度が0.05μmであるため、通気スピードが遅く、減圧時間に６０分も要した。また、比較例２のフィルターでは、濾過精度が0.5μmであるため、通気スピードが速く、減圧時間が７分と短かったが、異物捕集効率が83.2％と低い結果であった。さらに、比較例３のフィルターでは、通気スピードが速く、異物捕集効率も99.9％と良好であったが、フィルターの材質がＰＴＦＥであるため、耐熱性が悪く、フィルター７に剥がれが見られた。

以上の結果から、その露光環境が真空又は減圧下であるEUV露光用に適したペリクルでは、そのフィルターが金属製又はセラミックス製であるとともに、その濾過精度が0.1〜0.3μmであるものが良く、また、フィルターは、ペリクルフレームと溶接で連続的に一体化されているか、又はハンダで接着されているものが良いことも確認された。

１ペリクル膜
２接着剤
３ペリクルフレーム
４粘着剤
５フォトマスク
６通気孔
７フィルター
１０ペリクル

Claims

ペリクルフレームの上端面に膜厚が1μm以下の単結晶シリコン、多結晶シリコン又は非晶質シリコンから選択される極薄のペリクル膜が張設され、該ペリクルフレームに気圧調整用通気孔が設けられているとともに、該通気孔を覆ってパーティクル侵入防止用のフィルターが設けられているEUV露光用ペリクルであって、前記フィルターは、金属製又はセラミックス製であるとともに、前記ペリクルフレームと溶接によって連続的に一体化されているか、又は融点の低いハンダによって接着されており、以下に示す濾過精度が0.1〜0.3μmであることを特徴とするEUV露光用ペリクル。
ここで、「濾過精度」とは、粒子径0.1〜0.3μmの粒子について、フィルターサイズがφ36mm、空気流速が2.95L/min./cm²のときに、初期除去効率が88%以上であることをいう。