JP4286194B2 - ペリクルフレーム、および該フレームを用いたフォトリソグラフィー用ペリクル - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイス、プリント基板あるいは液晶ディスプレイ等を製造する際のゴミよけとして使用される、フォトリソグラフィー用ペリクルに関する。

ＬＳＩなどの半導体デバイス或いは液晶ディスプレイなどの製造においては、半導体ウエハー或いは液晶用ガラス原板に光を照射してパターンを作製するが、この時に用いるフォトマスクあるいはレチクル（以下、単にフォトマスクと総称する）にゴミが付着していると、このゴミが光を遮ったり、曲げたりしてしまうために、転写したパターンが損なわれるという問題があった。

このため、これらのパターン作製作業は、通常クリーンルーム内で行われているが、それでもフォトマスクを常に清浄に保つことが難しい。そこで、フォトマスク表面にゴミよけとして、ペリクルを貼付する方法が採用されれている。
この場合、異物はフォトマスクの表面上には直接付着せず、ペリクル上に付着するため、リソグラフィー時に、照射光の焦点をフォトマスクのパターン上に合わせて行えば、ペリクル膜上の異物は転写に無関係となる。

ペリクルには、通常、光を良く透過させるニトロセルロース、酢酸セルロースあるいはフッ素系樹脂などからなる透明なペリクル膜をアルミニウム、ステンレス、ポリエチレンなどからなるペリクルフレーム（以下、単にフレームと称する）の上端面にペリクル膜の溶媒を塗布し、風乾して接着する（特許文献１参照）か、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等の接着剤で接着し（特許文献２、特許文献３参照）、さらに、フレームの下端面には、フォトマスクに装着するためのポリブデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂等からなる粘着層、及びこの粘着層の保護を目的とした離型層（セパレータ）が設けられる。

また、ペリクルをフォトマスクに貼り付けたときに、ペリクル膜で囲まれたペリクルの内部空間と外部との気圧差をなくすために、フレームの一部に気圧調整用の小孔を開け、この小孔を通じて移動する空気からの異物侵入を防ぐため、これにフィルターが設置されることもある（特許文献４参照）。

一般的に、ペリクル膜は、極めて薄い樹脂膜で形成されているため、これを弛み無くフレーム上に貼設するためには、あらゆる方向に適切な大きさの張力が均等に掛けられた状態で、フレームに接着されていなくてはならない。
従って、通常用いられている角型のペリクルでは、ペリクル膜を貼り付けた後のフレームに、膜の張力によりいくらか内側に向かって撓みが生じているのが認められる。この現象は、例えば、プリント基板や液晶ディスプレイ製造に用いられる大型のペリクルなど、フレームの辺長が大きいものでは、顕著に現れる。

一方、フォトマスクは、低コスト化のためにできるだけ大きな露光領域を確保したいという要求がある。このため、フレームの内側への撓みを出来るだけ小さくしないと、利用できる露光領域（面積）がそれだけ減少するという問題がある。もちろん、フレームの断面積を大きくする等の手段で、フレームの剛性を高める方法でも、この問題を解決することができるが、実際には、フレームの内側は上記の如く露光領域の問題があり、外側についてもフォトマスクの固定や搬送の際に必要となるハンドリング用のクリアランスを確保する必要がある。このため、フレームの断面積の大きさには制限がある。そのため、通常、フレームの各辺は、これらの制約から決定された直線形状で形成されている。

また、この問題に対して、例えば、予め外側に膨らませておいたフレームの長辺を膜の張力で撓ませて、略直線状の形状を得る方法が試みられている（特許文献５参照）。
この方法は、加工形状が比較的簡単なため製作がしやすいという利点があり、また、目的とする露光領域の確保も達成されるが、寸法精度の点で問題がある。例えば、図４（ａ）に示すように、フレームの長辺４１が外側に湾曲している場合、これにペリクル膜を貼付すると、図４（ｂ）のような形状になり、コーナーに近い部分４４に湾曲が残り、フレーム内の領域を全て露光領域として利用することはできない。すなわち、露光領域として利用できるのは、直線で囲まれた陰影部４３の領域である。

このようにフレームのコーナー部付近に湾曲部が残るのは、ペリクル膜の張力と膨らませたフレームの凸形状がうまくバランスしないためである。また、この方法には、フレームの外形歪みにより、ペリクルをフォトマスク上に貼り付ける際の位置決めが困難となり、フォトマスク上へのペリクル貼り付け位置の精度が低下するという問題がある。

また、フレームの外に膨らませた突出辺は、基準位置がうまくとれないことから、加工後の正確な寸法計測が困難である。そのため、フレーム製作時の精度管理が難しく、加工精度が低下しやすいという問題がある。
このようなフレームの撓み対策は、辺長が長くなれば短辺側でも必要になるが、この方法では、長辺側に加えて短辺側も突出形状にすると、寸法計測で基準となるべき部分が全く無くなり、加工後の正確な寸法計測が極めて困難になる。そのため、より一層寸法精度の低下を招く。

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 実公昭６３−３９７０３号公報 特開２００１−４２５０７号公報

本発明は、ペリクル膜の張力によるフレームの内側への撓みを防止して露光領域の減少を防止するとともに、寸法精度およびフォトマスク上への貼付位置精度に優れたペリクルを得ることができるフレーム、及び該フレームを用いたフォトリソグラフィー用ペリクルを提供することを目的としている。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明のフレームは、枠体の少なくとも一対の辺において、その中央部が外側凸の円弧形状部、その両側に外側凹の円弧形状部、さらにその外側に直線形状部を有することを特徴としている。なお、外側凹の円弧形状部の半径は、外側凸の円弧形状部の半径の１／３以上の大きさとするのが好ましい。
本発明のフレームは、ペリクル膜を接着してペリクルを構成する際に、接着したペリクル膜の張力によりペリクルフレームの各辺が直線状となるように、辺の円弧形状部及び直線形状部の大きさ、範囲が設定されている。
本発明は、フレームの少なくとも一対の辺長が４００ｍｍ以上のものに用いたときに、特に有効である。
上記構成からなるフレームにペリクル膜を接着することにより、寸法精度の高いフォトリソグラフィー用ペリクルが得られる。

本発明によれば、ペリクル膜の張力によるフレームの内側への撓みが防止され、露光領域の減少を防止することができるとともに、極めて寸法精度がよく、フォトマスク上への貼付位置精度に優れたペリクルを得ることができる。
さらに、辺のコーナー部付近に直線部があるため、位置規準を正確に取ることができ、精度よく寸法を計測することができるため、フレームの加工精度自体を向上することができる。その結果、ペリクルの寸法精度をさらに向上させることができる。

一般的に、ペリクル膜の成膜には、フレームよりも一回り大きな円形もしくは角形の平滑基板が用いられるが、特にフレームの撓みが問題となるような大型のペリクルを製作する場合には、基板加工コストの点などから、主として角形の成膜基板が用いられる。
角形の成膜基板を用いた場合、スピンコート法などにより基板上に成膜されたペリクル膜は、図５に示すような枠状の剥離治具５１により剥離され、貼設保持される。このとき、ペリクル膜５２をフレームに貼り付けた場合、フレームの各辺の中央部では、辺に直交する方向の張力５３による撓みが生じる。

しかし、コーナー対角方向の張力５４は、フレームをコーナー部から中心に向かって押す方向に作用するが、フレーム角部の剛性によりフレームを撓ませる方向の成分が小さくなり、かつそれぞれの方向の力が互いにバランスし合うため、コーナー部近傍ではフレームの撓み量は極めて少なくなる。
従って、形状精度のよいペリクルを得るには、これらの点を考慮してフレームの形状を決定する必要がある。本発明者は鋭意検討の結果、このような現象を見いだし、本発明を完成させたものである。

即ち、上記課題を解決した本発明のフレームは、枠体の少なくとも一対の辺において、その中央部が外側凸の円弧形状部、その両側に外側凹の円弧形状部、さらにその外側に直線形状部を有しており、これにより、ペリクル膜の張力によるフレームの内側への撓みを防止し、露光領域の減少を防止している。
なお、外側凹の円弧形状部の半径を外側凸の円弧形状部の半径の１／３以上の大きさであることで、外側凸と凹の形状部を連続的に滑らかなに接続することができる。また、このときの辺の円弧形状部及び直線形状部の大きさ、範囲を接着したペリクル膜の張力によりフレームの各辺が直線状となるように、予め設計しておくことが肝要である。

本発明のフレームは、上記構成としたことにより、フレームの中央部だけでなく、コーナー部付近においてもペリクル膜の張力とのバランスをうまく取ることができるため、辺の直線性に優れた極めて寸法精度の良いペリクルを得ることができる。さらに、コーナー部付近には直線部があるため、加工後の寸法計測時に位置規準を正確に取ることができ、フレームの加工精度を向上させることができる。その結果、フォトマスク上にペリクルを貼り付ける際にも位置ずれが生じず、ペリクルの貼付位置精度が向上する。
また、コーナー部付近は必ず直線状となるため、加工後の寸法計測時に正確な規準を取ることができて加工精度が向上する上、同じ理由から、長短辺両方にこの形状を設けることができる。
そして、このようなペリクルフレームを使用してペリクルを構成すれば（請求項４）、極めて寸法精度に優れたペリクルを得ることができる。
本発明のフレームの構成は、いかなる大きさのフレームに対しても有効であるが、少なくとも一対の辺長が４００ｍｍ以上であるような大型のペリクルフレームに対して適用すれば特に有効である。

以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１に本発明の一実施の形態を示す。これは長方形型のフレームに適用した例であり、長辺の中央部を中心線対称に外側凸の円弧形状部１１とし、その両側は外側凹（内側凸）の円弧形状部１２、１２、さらにこの外側からコーナー部までを直線形状部１３、１３としている。同様に、短辺側については、その中央部を中心線対称に外側凸の円弧形状部１４、その両側を外側凹の円弧形状部１５、１５とし、さらにこの外側からコーナー部までを直線形状部１６、１６としている。

このとき、フレームの外側凸の円弧形状部と外側凹の円弧形状部の円弧の大きさ、並びにこれら各円弧形状部と直線形状部の範囲の配分は、フレームにペリクル膜を接着および切断した際に、各辺が直線形状となるように、フレームの形状と使用する成膜基板（剥離治具）の組み合わせに応じて適宜設計する必要がある。
なお、外側凹の円弧形状部の大きさは、中央部の外側凸の円弧形状部の半径の１／３以上の大きさとするが、外側凸から外側凹への変曲点を平滑にすることができ、特に好適である。

このようにして設計・作製した長方形型ペリクルの一例を図２に示した。この形態例では、各辺のフレーム幅は全て同一とし、フレームの内側形状部は外側形状部に合わせて形成されているが、必ずしも全て同一幅でなくともよく、必要に応じて変化させてもよい。例えば、フレーム幅を微妙に変化させて剛性を調整し、さらに正確に膜張力とのバランスを取るようにしてもよい。

また、この実施の形態では、フレームの各辺を円弧と直線で形成しているが、もちろん、円弧形状部を複数の短直線形状部で形成し、辺が全体として外側凸形状部、外側凹形状部及び直線形状部からなるようにすることもでき、このような形態も本発明の範疇に入る。
このようにフレームの辺を円弧形状部と直線形状部で形成するのは、ペリクル膜の張力によるフレームの撓みが問題となる辺について行えばよい。すなわち、この実施形態のように、必ずしも長辺と短辺の両方でなく、長辺側にのみ、あるいは短辺側にのみ適用してもよい。

［実施例１］
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な態様が可能である。
図１に示すような形状のアルミニウム合金製フレーム１０を機械加工により製作した。このフレーム１０のサイズは、コーナー部間の外寸１１３６×７８３ｍｍ、同内寸１１１６×７６１ｍｍで、長方形をなしている。ここで、長辺は、外側凸で半径１００３５３ｍｍの円弧形状部１１、外側凹で半径５００００ｍｍの円弧形状部１２、１２、および外側凹の円弧形状部からコーナー部にかけては直線形状部１３、１３で連続的に形成した。なお、外側凸の円弧形状部１１の頂点位置（即ち中央部）は、コーナー部より外側へ１ｍｍ突出している。

フレーム１０の短辺側は、外側凸で半径６３２５３ｍｍの円弧形状部１４、外側凹で半径５００００ｍｍの円弧形状部１５、１５、および外側凹の円弧形状部からコーナー部にかけては直線形状部１６、１６で連続的に形成した。なお、外側凸の円弧形状部１４の頂点（中央部）は、コーナー部より外側へ０．５ｍｍ突出している。
フレームの幅は、長辺側１１ｍｍ、短辺側１０ｍｍであり、フレームの内側は、外側と同形状に形成した。フレームの高さは６ｍｍ、各コーナーの角部は、外側をＲ（半径）１１ｍｍ、内側のＲ（半径）２ｍｍで形成した。

得られたフレーム１０を洗浄、乾燥後、一方の端面にペリクル膜接着剤層２２として、他方の端面にマスク粘着剤層２３として、それぞれシリコーン粘着剤；ＫＲ１２０（商品名、信越化学工業（株）製）を塗布し、加熱によりキュアさせた。
さらに、外寸９００×１，２５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍの長方形石英基板上に、スピンコート法によりフッ素系ポリマー；サイトップ（商品名、旭硝子（株）製）を成膜し、これを基板外形と同形状の枠体に接着、剥離して、厚さ約４μｍのペリクル膜をフレームに貼付け、フレーム周囲の不要な膜をカッターで切断除去してペリクルとした。

この完成したペリクルの形状は、外側凸の円弧形状部及び外側凹の円弧形状部を有するフレーム１０の外側、内側形状が、図２に示すように、ペリクル膜２１の張力により外側凸および外側凹の円弧形状部が撓み、丁度、直線状となった。
このペリクルを鋳鉄製の定盤上に置き、ダイヤルゲージ（（株）ミツトヨ製）を取り付けたホルダを金属製（Ｓ４５Ｃ）のバーに沿わせて移動させ、５０ｍｍ間隔でフレーム形状の測定を行った。なお、このダイヤルゲージの規準となるバーの接触面は、平面度および真直度０．０３ｍｍ以下に研磨加工をされている。その結果、４辺の内側、外側全ての測定点において、コーナー部からの偏差が±０．０５ｍｍ以下であった。
また、凸円弧形状部、凹円弧形状部および直線形状部の接続部に不自然な変曲形状や刃物痕は全く見られず、外観上も良好であった。

［比較例１］
図３（ａ）に示すような、各辺が直線状で一般的な形状を有するアルミニウム合金製ペリクルフレーム３０を機械加工により製作した。このフレーム３０のサイズは、コーナー部間外寸１１３６×７８３ｍｍ、同内寸１１１６×７６１ｍｍで、長方形型であり、フレーム高さは６ｍｍである。各コーナー部は外側Ｒ１１ｍｍ、内側Ｒ２ｍｍで滑らかに形成した。このフレームに、実施例１と同一の工程にてペリクル膜３１を接着しペリクルを製作した。このペリクルの外観形状を図３（ｂ）に示した。
このペリクルは、長辺の中央部で約１ｍｍ、短辺の中央部では約０．５ｍｍの内側方向への顕著な撓みが生じていた。そのため、露光領域は、長辺方向で約１ｍｍ、短辺方向で約２ｍｍの減少となった。

図４（ａ）に示すような、長辺４１が外側に凸な湾曲形状、短辺４２が直線形状からなるペリクルフレームを機械加工にて製作した。サイズは、コーナー部間の外寸１１３６×７８３ｍｍ、内寸１１１６×７６１ｍｍで、比較例１と同じであるが、長辺は、コーナーの終端同士を半径２１５０８３ｍｍの外側凸の円弧で接続した形状とした。フレームの幅は、長辺側は１１ｍｍ、短辺側１０ｍｍであり、フレームの内側は、外側と同形状に形成した。フレームの高さは６ｍｍ、各コーナーの角部は外側がＲ１１ｍｍ、内側はＲ２ｍｍとした。このフレームに、実施例１および比較例１と同一の工程にてペリクル膜４３を接着し、ペリクルを製作した。

得られたペリクルの外観形状を図４（ｂ）に示した。このペリクルの長辺４１はほぼ直線状となるものの、コーナー部の近傍４４では長さおよそ１２０ｍｍにわたり、外側への凸形状が残っていた。また、短辺４２では中央部で約０．５ｍｍの内側への撓みが生じていた。そのため、露光領域としては、短辺方向では減少はないものの、長辺方向で約１ｍｍの減少となった。さらに、外形は、長辺側が凸形状、短辺側が凹形状となった。このような形状では基準位置が取れず、フォトマスク上へのペリクル貼付時の位置決めが極めて困難であった。

本発明のペリクルは、半導体デバイス、プリント基板あるいは液晶ディスプレイ等を製造する際のゴミよけとして好適に使用される。

本発明によるフレームの一実施例を示す概略図である。 本発明のフレームを用いて製作したペリクルの一実施例を示す概略図である。 （ａ）は、従来のフレームの形状を示し、（ｂ）は、これにペリクル膜を接着して得られた従来のペリクルを示す概略図である。 （ａ）は、長辺を外側に湾曲させたフレームであり、（ｂ）は、これにペリクル膜を接着して得られたペリクルを示す概略図である。 ペリクル膜を剥離治具にて張設保持したときの、張力の方向を示す図である。

符号の説明

１０：フレーム
１１：外側凸の円弧形状部（長辺側の範囲）
１２：外側凹の円弧形状部（長辺側の範囲）
１３：直線形状部（長辺側の範囲）
１４：外側凸の円弧形状部（短辺側の範囲）
１５：外側凹の円弧形状部（短辺側の範囲）
１６：直線形状部（短辺側の範囲）
２０：フレーム
２１：ペリクル膜
２２：ペリクル膜接着剤層
２３：マスク粘着剤層
３０：（従来の直線形状からなる）フレーム
３１：ペリクル膜
４１：長辺を湾曲突出させたフレームの長辺
４２：フレームの短辺
４３：ペリクル膜
４４：長辺のコーナー部近傍
５１：ペリクル膜剥離治具
５２：ペリクル膜
５３：張力を示す矢印（直交方向）
５４：張力を示す矢印（対角方向）
５５：ペリクル膜接着前のフレーム

Claims (5)

1. 枠体の少なくとも一対の辺において、中央部が外側凸の円弧形状部、その両側に外側凹の円弧形状部、さらにその外側に直線形状部を有することを特徴とするペリクルフレーム。
2. 外側凹の円弧形状部の半径が、外側凸の円弧形状部の半径の１／３以上の大きさである請求項１に記載のペリクルフレーム。
3. ペリクル膜を接着してペリクルを構成する際に、接着したペリクル膜の張力によりペリクルフレーム各辺が直線状となるように、辺の円弧形状部および直線形状部の大きさ、範囲が設計されている請求項１または請求項２に記載のペリクルフレーム。
4. 枠体の少なくとも一対の辺長が、４００ｍｍ以上である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のペリクルフレーム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のペリクルフレームを用いて、これにペリクル膜を接着してなることを特徴とするフォトリソグラフィー用ペリクル。

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