JP4403775B2 - ペリクルおよびフォトマスク - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体装置用の集積回路の回路パターンなどの製造工程において、回路パターンの転写に用いられるレチクルおよびフォトマスク（以下、これらを併せてマスクと呼ぶ。）に装着するペリクル（以下、ペリクル膜とペリクルフレームを併せてペリクルと呼ぶ。）の構造及びペリクル装着方法及びそのフォトマスクに関する。

半導体装置（ＬＳＩ）用のシリコンウェハ上に回路パターンを転写、又は描画するフォトリソグラフィ技術において、近年ＬＳＩの高集積化に伴い、より狭い線幅で微細な回路パターンを露光・形成するための技術が要求されている。これに対応するため露光光源の短波長化が進められている。例えば、露光光源は、従来のｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）からＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）へと移行されている。また、さらに短波長のＦ₂レーザー（波長１５７ｎｍ）を露光光源とする開発も行われている。

他方、回路パターンをマスクを用いて転写・形成するための技術が要求されている。これに対応するためマスクのパターンの線幅をより微細な回路パターン化が進められている。使用するマスクの表面には、付着する異物による歩留まり低下防止のため、透明な高分子製薄膜であるペリクル（以下、ソフトペリクルと呼ぶ。）が装着されている。しかし、ソフトペリクルは、Ｆ₂レーザーへの耐性が足りず劣化してしまうため、使用することが困難となっている。Ｆ₂レーザーに対応するペリクルとしては、波長１５７ｎｍにおいても高い透過率を維持できるように改良された合成石英ガラス製のペリクル（以下、ハードペリクルと呼ぶ。）が検討されている。

ソフトペリクルは異物などが付着し汚れた場合に剥離し、新品のソフトペリクルが装着される。その際、古いソフトペリクルは廃棄される。しかし、ハードペリクルの場合は高価であるため洗浄して再びマスクに装着する必要がある。通常、ペリクルは、ペリクルフレームの一方の片側には、ペリクル膜が接着剤を用いて固着され、他方の片側には、粘着剤を使用してマスクへ装着されるものである。ペリクルはペリクルフレームの他方の片側とマスクの間に粘着剤を使用してマスクへ装着されるため、ペリクルを除去する際にペリクル側にも歪みや傷が生じないように細心の注意を払う必要がある。また、粘着剤の一部がペリクルフレームの他方の片側やマスク表面に残ってしまうため、粘着剤は有機溶剤などを用いて除去しなければならない。

波長が１５７ｎｍのＦ₂レーザーでは、粒子状物質に加えてさらに微小な分子状物質である有機成分等も透過率を低下させ汚染対象となるため、有機溶剤を用いることは好ましくない。また、ペリクル膜とペリクルフレームの接続には接着剤を用いるが、この接着剤からのアウトガスも汚染対象となりうる。よって、粘着剤および接着剤を使用せずにマスクと装着できるペリクルの開発が求められている。

また、Ｆ₂レーザーは、Ｏ₂やＨ₂Ｏによる光の吸収があるため、ペリクルとマスクに挟まれた内部空間の雰囲気を制御しなければならない。現段階では、不活性で波長１５７ｎｍで光の吸収がないＮ₂ガスでその空間を充填するパージ処理という方法が検討されている。そのため、ペリクルをガスの置換が可能な構造にすることが必要である。

粘着剤や接着剤を用いずマスクへの取り付けが可能なペリクルとしては、特許文献１に真空吸着を利用した案が報告されている。真空吸着する手段は、ペリクルフレームに凹部
を形成し、その内部を真空排気兼リーク用のバルブを介して行うという方法とペリクルフレームに取り付けた吸盤により行うという方法である。しかし、この手段ではペリクルがマスクに装着されてしまうと外部からペリクルとマスクの空間をＮ₂ガスでパージ処理することはできない。

以下に公知文献を記す。
特開平５−１８８５８３号公報

そこで本発明の課題は、ペリクルとマスクで挟まれた内部空間の圧力を調整することにより粘着剤および粘着剤を用いずにマスクに装着することができ、同時に内部空間のパージ処理を行うことができるペリクル及びペリクル装着方法の提供する。

本発明の請求項１に係る発明は、フォトマスクを保護するために用いるペリクルにおいて、ペリクル膜と、前記ペリクル膜を支持するペリクルフレームと、前記ペリクル膜と前記ペリクルフレームとを接着する第１のシーリング材と、前記ペリクルフレームに設けられた通気穴と、保護対象の前記フォトマスクと前記ペリクルフレームとを接着する第２のシーリング材と、を備え、前記通気穴は複数設けられており、前記第１のシーリング材および前記第２のシーリング材は、フッ素樹脂を含み、前記ペリクル膜は、Ｆ _２ を添加したＳｉＯ _２ ガラスであることを特徴とするペリクルである。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のペリクルを取り付けたフォトマスクである。

本発明によれば、ペリクルとマスク２で挟まれた空間の圧力を調整することにより粘着
剤および接着剤を用いずにマスク２に装着することができる。この方法を用いれば、マスク２からのペリクル取り外しも圧力調整によって行えるため、マスクの再生作業が簡便になる。また、接着剤および粘着剤からのマスク２やペリクルへの汚染を防止することができる。

さらに空間の圧力の調整と同時に空間のパージ処理を行うことができるため、作業時間を短縮することができ、歩留まりの向上に繋がる。

以下、本発明のペリクルの具体的構成についてその一例を詳細に説明する。

図１は、本発明のペリクルの一例を示す概略構成図で側断面図あり、（ａ）は、ペリクル（ｂ）はマスク上に装着した状態である。図１（ａ）に示す本発明のペリクルは、ペリクル膜１とペリクルフレーム４から構成される。ペリクルフレーム４は、４方を側壁で囲まれた枠状のものであり、枠状のペリクルフレーム４の上面には透明で極薄膜のペリクル膜１をシーリング材３を介して固着されている。枠状のペリクルフレーム４の側壁の所定の位置には、ガス供給管５及びガス排出管６を備えている。該ガス供給管５及びガス排出管６は、補助設備である、ガス供給設備、又は排気設備の必要時連結され、その役割を行うものである。また、枠状のペリクルフレーム４の下面には、シーリング材３が付与され、該シーリング材３を介して、マスクとペリクルを密着し、装着する役割がある。

ペリクル膜１は、少なくともＦ₂レーザー光の透過率が９０％以上である材料から構成される。例としてはＦ₂を添加したＳｉＯ₂ガラスが挙げられる。表面に反射防止膜をコートしてあっても構わない。ペリクル膜１の大きさは、マスク２より小さく回路パターンを覆うことができるサイズであればよい。通常、縦を１３０〜１５０ｍｍ程度、横を１１０〜１４０ｍｍ程度とするが、特にこれに限定されるものではない。ペリクル膜１の厚さは、Ｆ₂レーザー光の透過率が９０％以上であればよいが通常０．０１〜５ｍｍ程度とする。

ペリクルフレーム４とペリクル膜１およびマスク２は、シーリング材３を介して装着される。接着剤および粘着剤を用いずに装着することでペリクル交換時におけるマスク２とペリクルの取り付け、取り外しが簡便になる。また、接着剤および粘着剤からのマスク２やペリクルへの汚染を防止することができる。シーリング材３は少なくともアウトガスの発生が少なく、またＦ₂レーザーの照射による劣化が小さく連続露光中にペリクルとマスク２の装着が十分に維持できる材料であればよい。例としてはパーフロロエストラマーなどのフッ素樹脂が挙げられる。

図１（ｂ）では、本発明のペリクル装着方法を説明する。マスク及びペリクルを洗浄後、マスクの表面所定の位置に、ペリクル膜１を上面にして重ね載置する。次にペリクルのフレームの枠部を外側から荷重をかけて圧着３０しながら、マスク面とペリクルとをシーリング材３を介して密着させ、内部空間２０の内圧を降下させペリクルをマスクに装着させる方法である。平行して、内部空間２０には、バルブ７を介してパージ処理４０を行い装着作業が終了する。

ペリクルフレーム４には少なくとも２つの穴を有し、ガス供給管５とガス排出管６が少なくとも１つ以上取り付けられている。ガス供給管５とガス供給管６を用いて、ペリクルとマスク２で挟まれた内部空間２０内にある雰囲気を排気及びガス充填する制御が可能となり、マスク２へのペリクルの装着とＮ₂ガスなどのパージ処理４０を同時に行うことができる。マスクへのペリクルの装着する作業中は、ペリクルとマスクを外側から荷重をかけて圧着３０した状態で行われる。作業後は、外側から圧着したためペリクルとマスク２
で挟まれた内部空間２０の圧力が外側の圧力よりも低くなるため、外部から圧着を取り除いた後、ペリクルとマスク２が装着された状態になる。すなわち、前記内部空間は、外部の大気より減圧となりペリクルとマスク２が密着した状態で装着される（図２（ｂ）参照）。

ペリクルとマスクで挟まれた内部空間の圧力は、少なくともペリクルを下に向けた状態においてもペリクルが外れず、マスク２の歪みが光学的に問題とならない程度であればよいが、通常、外部との圧力差を５０〜５００Ｐａ程度減圧とすればよい。

ペリクルフレーム４の側面の具備したガス供給管５とガス排出管６は、少なくともアウトガスが少ない材料から構成される。例としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、ステンレス等の金属、あるいはＡｌとＳｃ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｄ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｔ等の遷移元素との合金、あるいは合成石英ガラス、ソーダ石英ガラス、ホウケイ酸クラウンガラス、無アルカリガラス、アルミノ珪酸塩ガラス、ＴｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃などのセラミックスが挙げられる。Ｆ₂レーザーの照射により劣化が起きる材料の場合はＦ₂レーザー光に耐性のある材料を表面にコーティングすることが好ましい。

以下に本発明の具体的実施例について説明する

本発明のペリクルの実施例１を図２に、実施例２のペリクルを図３に示す。しかし、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。

まず、外寸１５２ｍｍ×１５２ｍｍ×６．３５ｍｍの合成石英を主成分とするマスク２と外寸１４４ｍｍ×１２４ｍｍ×０．８ｍｍのペリクル膜１を外寸１４４ｍｍ×１２４ｍｍ×３．５ｍｍのペリクルフレーム４を間に挟む形で圧着した。このとき、ペリクルフレーム４とペリクル膜１およびマスク２はそれぞれシーリング材３を介して接触している。シーリング材３としてはバイトン（商品名：デュポン（株）製）を使用した。

次にガス供給管５とガス排出管６を用いて不活性ガスであり、波長１５７ｎｍの光を吸収しないＮ₂ガスでペリクルとマスク２で挟まれた内部空間をパージ処理し、同時に圧力を外部より１００Ｐａ低く調整した。その後、圧着装置から取り外し、ペリクルをマスク２の下側に向けてもペリクルの装着が維持されることを確認した。

マスク２にペリクルが装着されている状態で２４時間放置した後、ペリクルとマスク２の空間の圧力を調節してペリクルを取り外した。マスク２をＲＣＡ洗浄した。（ＲＣＡ洗浄とは米ＲＣＡ社が開発した洗浄方法で、アンモニア／過酸化水素水や塩酸／過酸化水素水、フッ酸などの薬液でウェーハを洗浄する技術である。）その後、加熱脱離ガスクロマトグラフ質量分析装置でマスク２のペリクルと装着していた面に付着している成分を調べた。その結果、分子状汚染物質である揮発性有機化合物はほとんど検出されず、総揮発性有機物の付着量は０．３ｎｇ／ｃｍ²以下となった。

以下に本発明の比較例について説明する

実施例２は、比較例として実施した。実施例２は、実施例１よりペリクルフレーム４の上部と下部のシーリング材３のみを変更し、前記上部には接着剤８、前記下部には粘着剤９を用いて実施した。

合成石英を主成分とするペリクル膜１とペリクルフレーム４を接着剤８は、ＳＨＩＮ−ＥＴＳＵ ＳＩＦＥＬ（商品名：信越化学（株）製）を用いて貼り付けた。シリコーン系ポリマーを主成分とする粘着剤９によってペリクルフレーム４をマスク２に装着した。次にＮ₂でペリクルとマスク２の空間をパージ処理し、同時に圧力を外部より１００Ｐａ低く調整した。

マスク２にペリクルが貼り付けられている状態で２４時間放置した後、マスク２からペリクルを取り外し、エタノールで粘着剤の残留物を拭き取り除去した。マスク２をＲＣＡ洗浄後、加熱脱離ガスクロマトグラフ質量分析装置でマスク２のペリクルと装着していた面に付着している成分を調べた。その結果、スチレン、ジイソプロピルベンゼン、イソプロペニルクメン等の揮発性有機化合物が検出された。総揮発性有機化合物のマスク２への付着量は１４．６ｎｇ／ｃｍ²となった。

本発明のペリクル及びペリクル装着方法の一例を示す説明図で側断面図あり、（ａ）は、ペリクルであり、（ｂ）は、マスク上に装着した状態である。 本発明のペリクルの実施例１を説明する概略構成図の側断面図である。 本発明のペリクルの比較例である実施例２を説明する概略構成図の速断面である。

符号の説明

１…ペリクル膜
２…マスク
３…シーリング材
４…ペリクルフレーム
５…ガス供給管
６…ガス排出管
７…バルブ
８…接着剤
９…粘着剤
１０…ペリクル
２０…（ペリクルとマスクを装着時の）内部空間
３０…（ペリクルとマスクを装着するための外部からの）荷重
４０…（内部空間内を排気及び特定ガスを充填する）パージ処理

Claims (2)

1. フォトマスクを保護するために用いるペリクルにおいて、
   ペリクル膜と、
   前記ペリクル膜を支持するペリクルフレームと、
   前記ペリクル膜と前記ペリクルフレームとを接着する第１のシーリング材と、
   前記ペリクルフレームに設けられた通気穴と、
   保護対象の前記フォトマスクと前記ペリクルフレームとを接着する第２のシーリング材と、を備え、
   前記通気穴は複数設けられており、
   前記第１のシーリング材および前記第２のシーリング材は、フッ素樹脂を含み、
   前記ペリクル膜は、Ｆ _２ を添加したＳｉＯ _２ ガラスであること
   を特徴とするペリクル。
2. 請求項１に記載のペリクルを取り付けたフォトマスク。
   

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