JP7040427B2 - ペリクル、ペリクル付露光原版、露光方法及び半導体の製造方法 - Google Patents

ペリクル、ペリクル付露光原版、露光方法及び半導体の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、LSI、超LSIなどの半導体デバイス、プリント基板、液晶ディスプレイ等を製造する際のゴミ除けとして使用されるペリクルに関する。
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、それに伴って、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(365nm)から、KrFエキシマレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)などに移行しており、さらには主波長13.5nmのEUV(Extreme Ultra Violet)光を使用する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、半導体ウエハまた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)及びレチクル(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。
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。そこで、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、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ともに、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。気密用ガスケットは一般的に粘着剤層が用いられる。ペリクル膜は、露光に用いる光(水銀ランプによるg線(436nm)、i線(365nm)、KrFエキシマレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)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。近年は半導体デバイスの高集積化に向けて、EUVレーザー(13.5nm)を利用した露光技術が開発されている。
EUVリソグラフィにおいて、露光中に発生するアウトガス成分が露光装置内の反射ミラーやマスクの表面に吸着し、反射率を低下させることや、アウトガス成分が装置内壁面に吸着してしまう汚染が問題になっている。これまでに、マスク粘着剤に低アウトガス性のペリクル用接着剤を用いたペリクルが開発されている(特許文献1)。しかしながら、実際はペリクル全体からのアウトガスを低減させることが重要であり、このため、ペリクル用接着剤の開発だけではペリクル全体のアウトガス対策としては不十分であった。
特開2015-200868号公報
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、ペリクル全体から発生するアウトガスを可及的に低減することができ、該アウトガス成分が露光装置内の反射ミラーやマスクの表面に吸着し、反射率が低下することや、アウトガス成分が装置内壁面に吸着して汚染が生じることを防ぐことができるペリクルを提供することを目的とする。
本発明者は、ペリクル全体を、常温で1×10-3Pa以下の雰囲気下で10分放置後の真空時ガス放出量が、ペリクル1個あたり水系1×10-3Pa・L/s以下、測定質量数の範囲が45~100amuである炭化水素系1×10-5Pa・L/s以下、及び測定質量数の範囲が101~200amuである炭化水素系4×10-7Pa・L/s以下とすることにより、ペリクル全体から発生するアウトガス成分が露光装置内の反射ミラーやマスクの表面に吸着することで反射率が低下すること、及び、アウトガス成分が装置内壁面に吸着して汚染が生じることを防ぐことができることを見出し、本発明をなすに至ったものである。
従って、本発明は、下記のペリクルを提供する。
1.23℃で1×10-3Pa以下の雰囲気下で10分放置後の真空時ガス放出量が、ペリクル1個あたり水系1×10-3Pa・L/s以下、測定質量数の範囲が45~100amuである炭化水素系1×10-5Pa・L/s以下、及び測定質量数の範囲が101~200amuである炭化水素系4×10-7Pa・L/s以下であることを特徴とするペリクル。
2.上記ペリクルが、ペリクル膜とペリクルフレームとから構成され、該ペリクル膜が接着剤又は粘着剤を介して上記ペリクルフレームの上端面に設けられる上記1記載のペリクル。
3.上記ペリクル膜を上記ペリクルフレームの上端面に設けた後、ペリクル全体を加温減圧下に晒すようにした上記2記載のペリクル。
4.上記ペリクル膜を上記ペリクルフレームの上端面に設けた後、ペリクル全体をガス不透過膜でコーティングするようにした上記2又は3記載のペリクル。
本発明のペリクルによれば、ペリクル全体から発生するアウトガスを可及的に低減することができるものであり、該アウトガス成分が露光装置内の反射ミラーやマスクの表面に吸着し、反射率が低下することや、アウトガスが装置内壁面に吸着して汚染が生じることを防ぐことができる。
本発明のペリクルフレームの一実施形態を示す模式図(実施例)であり、(A)は下端面側から見た図であり、(B)は長辺外側面側から見た図であり、(C)は短辺外側面側から見た図である。 本発明のペリクルフレームの他の実施形態を示す模式図であり、(A)は下端面側から見た図であり、(B)は長辺外側面側から見た図であり、(C)は短辺外側面側から見た図である。
以下、本発明につき、更に詳しく説明する。
本発明のペリクルは、その構造上、特に制限はないが、通常は、ペリクル膜とペリクルフレームとから構成される。
上記ペリクルフレームは、上記ペリクルを貼付けるフォトマスクの形状に対応し、一般的には四角形枠状(長方形枠状又は正方形枠状)である。ペリクルフレームの材質については、特に制限はなく、公知のものを使用することができる。上記ペリクルフレームの材質としては、例えば、EUV露光によりペリクルが高温にさらされる可能性があるので、熱膨張の小さい材質が好ましく、具体的には、石英、インバー、チタン、セラミック等が挙げられる。
上記ペリクルフレームには、気圧調整部を設けてもよい。気圧調整部を設けることで、ペリクルとフォトマスクで形成された閉空間の内外の気圧差をなくし、ペリクル膜の膨らみや凹みを防止することができる。気圧調整部はペリクルフレームに貫通孔をあけることで作製してもよく、或いは、上記ペリクルフレームの端面に突起部と切欠部とを設けて、マスク・フレーム間もしくは膜・フレーム間に通気部を設けても良い。気圧調整部には、除塵用フィルターを取り付けても良い。
上記ペリクルフレームの下端面(マスク側)には粘着剤を塗布することができる。一般的に、この粘着剤は、ペリクルフレーム端面の周方向全周に亘って、ペリクルフレーム幅と同じ又はそれ以下の幅に形成される。ペリクルフレーム端面の切欠部により通気部を設ける場合は、突起部上のみに粘着剤を設けてもよい。この粘着剤としては、公知のものを使用することができ、例えば、アクリル系粘着剤やシリコーン系粘着剤が好適に使用できる。特には耐熱性の観点から、シリコーン粘着剤を用いることが好適である。これらに用いる粘着剤は、必要に応じて任意の形状に加工されてもよい。
一方、上記ペリクルフレームの上端面(膜側)にも接着剤又は粘着剤を塗布することができる。一般的に、この接着剤又は粘着剤は、ペリクルフレーム端面の周方向全周に亘って、ペリクルフレーム幅と同じ又はそれ以下の幅に形成される。ペリクルフレーム端面の切欠部により通気部を設ける場合は、突起部上のみに接着剤又は粘着剤を設けてもよい。
接着剤又は粘着剤としては、公知のものを使用することができ、例えば、シリコーン系接着剤やシリコーン系粘着剤、エポキシ系接着剤が好適に使用できる。特には耐熱性の観点から、シリコーン系接着剤やシリコーン系粘着剤が好適に使用できる。これらの用いる接着剤や粘着剤は、必要に応じて任意の形状に加工されてもよい。
上記ペリクルフレームのマスク側粘着剤の下端面には、粘着剤を保護するための離型層を貼り付けることができる。この離型層(セパレータ)の材質は、特に制限されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、ポリエチレン(PE)、ポリカーボネート(PC)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリプロピレン(PP)等を使用することができる。また、必要に応じて、シリコーン系離型剤やフッ素系離型剤等の離型剤を離型層(セパレータ)の表面に塗布してもよい。
ペリクル膜は、上記ペリクルフレームの上端側の接着剤又は粘着剤を介して装着される。このペリクル膜の材質としては、特に制限はないが、露光光源の波長における透過率が高く耐光性の高いものが好ましい。例えば、EUV露光に対しては極薄シリコン膜や炭素膜等が用いられる。
また、上記ペリクル膜を上記ペリクルフレームに張設する方法については、特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。
ここで、図1及び図2は、本発明のペリクル1の一例を示す。ペリクルフレーム2の上端面には接着剤5によりペリクル膜3が接着,張設されている。また、ペリクルフレーム2の下端面には、フォトマスク(特に図示せず)に装着するための粘着剤4が設けられている。また、図中、符号6は通気部(通気孔)であり、図2のペリクルフレームは、図1とは異なり通気部(通気孔)が下端面に凹部6ができるように形成されている。なお、符号7は、通常、治具を使ってフォトマスクからペリクルを剥離するために形成される治具穴を示す。
本発明のペリクルにおいては、常温(23℃)で1×10-3Pa以下の雰囲気下で10分放置後の真空時ガス放出量が、ペリクル1個あたり水系1×10-3Pa・L/s以下、測定質量数の範囲が45~100amuである炭化水素系1×10-5Pa・L/s以下、及び測定質量数の範囲が101~200amuである炭化水素系4×10-7Pa・L/s以下とするものである。
ここで、本発明では、完成したペリクルを常温で1×10-3Pa以下の雰囲気下で減圧させ、10分放置後のガス放出量(Pa/s)を測定するものである。上記の「常温」は23℃を意味する。また、上記の減圧(真空)装置としては、ロードロック式真空装置や、メインチャンバー1室からなる大気開放型の真空装置などが挙げられ、特に、ロードロック式真空装置を採用することが好適である。上記のガス放出量は、マスクにペリクルを貼り付け、このペリクル付きマスクのガス放出量を測定すると共に、マスク自体のガス放出量を測定することで、これらのガス放出量の差からペリクルのガス放出量を算出することができる。
また、上記のペリクル付きマスク又はマスク自体のガス放出量の測定については、減圧開始10分後に減圧(真空)装置のチャンバー内を完全に封じ切り、この封じ切り時の圧力の戻り速度を測定することにより、本発明でいう「10分放置後の真空時ガス放出量」として算出することができる。
また、本発明では、四重極型質量分析計を用いて、測定質量数の範囲ごとのイオン電流値から真空時ガス放出量の分圧を算出することができる。即ち、イオン電流値から水系(1,2,17,18amu)、炭化水素系(45~100amu)、炭化水素系(101~200amu)の割合を算出し、その割合と全体ガス放出量とを掛け合わせることで、各成分のガス放出量を算出することができる。
上記の四重極型質量分析計は、市販の四重極型質量分析計を用いることができ、例えば、製品名「M-201QA-TDM」(CANON ANELVA製)を使用することができる。
上記の四重極型質量分析計による真空時ガス放出成分の測定において、常温で1×10-3Pa以下の雰囲気下で10分放置後の真空時の測定条件については、2分間チャンバーを封じ切った後、チャンバーとポンプ間のラインを開き、圧力が安定した減圧開始13分後に質量数レンジ1~200amuのイオン電流を測定することができる。
本発明では、ペリクル1個あたり、測定質量数が1,2,17,18amuである水系のガス放出量が1×10-3Pa・L/s以下であり、好ましくは8.5×10-4Pa・L/s以下である。この範囲を上回ると、チャンバーに汚染が発生する。放出ガス量があまりにも大きいと、到達真空度が悪くなることもある。
本発明では、ペリクル1個あたり、測定質量数の範囲が45~100amuである炭化水素系1×10-5Pa・L/s以下、好ましくは8.9×10-6Pa・L/s以下である。この範囲を上回ると、チャンバーに汚染が発生する。放出ガス量があまりにも大きいと、到達真空度が悪くなることもある。
本発明では、ペリクル1個あたり、測定質量数の範囲が101~200amuである炭化水素系4×10-7Pa/s以下、好ましくは3.5×10-6Pa・L/s以下である。この範囲を上回ると、チャンバーに汚染が発生する。放出ガス量があまりにも大きいと、到達真空度が悪くなることもある。
本発明の目的であるアウトガス低減のために、上記のように所定条件下で水系・炭化水素系の各成分のガス放出量が上記範囲を満たす本発明のペリクルを得るためには、上述した構造を有するペリクルを完成した後、加熱減圧により脱ガス処理を実施することができ、あるいはペリクル全体をSiONや金属膜等のガス不透過膜によりコーティングしてもよい。なお、これらの脱ガス処理の実施やガス不透過膜を配設することは本発明のペリクルでは必須の構成要素ではない。
上記ペリクルに対して加熱減圧による脱ガス処理については、具体的には、90℃、5×10-2Pa以下の条件で、チャンバー内にヒーターを有する真空装置等を用いて、12時間加温減圧することができる。
上記ペリクルに上記ガス不透過膜をコーティングする場合には、例えば、SiONをペリクルフレームにコーティングする際、プラズマCVD装置を用いて、サンプル温度が高温にならないよう概ね50℃以下に制御しながら、ペリクル全体に100nm厚に堆積させることができる。
このようにして得られた本発明のペリクルは、ペリクル全体から発生するアウトガスを十分に低減し得るものであり、該アウトガス成分が露光装置内の反射ミラーやマスクの表面に吸着し、反射率が低下することや、アウトガスが装置内壁面に吸着して汚染が生じることを防ぐことができる、LSI、超LSI等の半導体デバイス、プリント基板、液晶ディスプレイ等を製造する際のゴミ除け部材として有用である。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
[実施例1]
インバー製のペリクルフレーム(外形サイズ150×118×1.5mm、フレーム幅4mm)を洗浄した。シリコーン粘着剤(信越化学工業(株)製X-40-3264)100質量部に対して、触媒(信越化学工業(株)製PL-56)を0.5質量部加え、調合した。上記ペリクルフレームの下端面に上記シリコーン粘着剤を塗布した。さらに、上記ペリクルフレームの上端面にも同様のシリコーン粘着剤を塗布した。その後、上記ペリクルフレームを90℃,12時間の条件で加熱し、粘着剤を硬化させた。続いて、ペリクル膜として極薄シリコン膜を上記ペリクルフレーム上端面の粘着剤に圧着させ、ペリクルを完成させた。完成したペリクルを6インチサイズのクロムマスク(以下、「Crマスク」という。)に貼り付けた。ペリクルからの真空時ガス放出量及びチャンバー汚染の有無を下記の方法に従って確認した。
〈真空時ガス放出量の測定方法〉
常温のロードロック式真空装置[ニュースバル(施設名)BL-10、兵庫県立大学]にCrマスクを入れ、減圧を開始する。本体チャンバーは予め真空度が1.0×10-3Pa以下で安定するように減圧しておき、減圧開始5分後にロードロックチャンバーから本体チャンバーに移す。減圧開始10分後にチャンバーを2分間完全に封じ切る。封じ切り時の圧力の戻り速度、即ち、ガス放出量(Pa・L/s)を算出する。減圧開始12分後にチャンバーとポンプのラインを開け、減圧開始13分後に四重極型質量分析計(「M-201QA-TDM」(CANON ANELVA製)により、質量数レンジ1~200amuのイオン電流を測定する。得られたイオン電流値から水系(1,2,17,18amu)、炭化水素系(45~100amu)、炭化水素系(101~200amu)の割合を算出し、その割合と全体ガス放出量をかけることで、各成分のガス放出量を算出した。
続いて、同じようにペリクル付きCrマスクの各成分のガス放出量を算出し、Crマスクのみの各成分のガス放出量を差し引くことで、ペリクルからのガス放出量を算出した。
<チャンバー汚染の確認>
ペリクル付マスクのガス放出量を算出した後、再度Crマスクのみのガス放出量を測定し、水系、炭化水素系(45~100amu)、炭化水素系(101~200amu)のガス放出量うち、1つでも15%以上の増加が確認された場合は、チャンバーが汚染されたと判断した。
[実施例2]
インバー製のペリクルフレーム(外形サイズ150×118×1.5mm、フレーム幅4mm)を洗浄した。アクリル粘着剤(綜研化学(株)製SK-1495)100質量部に対して、硬化剤(綜研化学(株)L-45)を0.1質量部加え、調合した。上記ペリクルフレームの下端面に上記アクリル粘着剤を塗布し、100℃16時間加熱し、粘着剤を硬化させた。続いて、シリコーン粘着剤(信越化学工業(株)製X-40-3264)100質量部に対して、触媒(信越化学工業(株)製PL-56)を0.5質量部加え、調合した。上記ペリクルフレームの上端面に上記シリコーン粘着剤を塗布し、該ペリクルフレームを90℃12時間加熱し、粘着剤を硬化させた。その後、上記ペリクルフレームを90℃、1.0×10-2Paの真空排気装置(メガトラスト製「Z106-VAC07」)に12時間放置し、脱ガス処理を実施した。上記ペリクルフレームを温度が室温に戻った後、ペリクル膜として極薄シリコン膜を、上記ペリクルフレームの上端面の粘着剤に圧着させ、ペリクルを完成させた。
完成したペリクルを6インチサイズのCrマスクに貼り付けた。ペリクルからの真空時ガス放出量およびチャンバー汚染の有無を確認した。
[実施例3]
インバー製のペリクルフレーム(外形サイズ150×118×1.5mm、フレーム幅4mm)を洗浄した。アクリル粘着剤(綜研化学(株)製SK-1495)100質量部に対して、硬化剤(綜研化学(株)L-45)を0.1質量部加え、調合した。上記ペリクルフレームの下端面に上記アクリル粘着剤を塗布し、粘着剤の平坦加工を行い、100℃12時間加熱して、粘着剤を硬化させた。続いて、シリコーン粘着剤(信越化学工業(株)製X-40-3264)100質量部に対して、触媒(信越化学工業(株)製PL-56)を0.5質量部加え、調合した。上記ペリクルフレーム上端面に上記シリコーン粘着剤を塗布し、粘着剤の平坦加工を行い、該ペリクルフレームを90℃12時間加熱し、粘着剤を硬化させた。その後、上記ペリクルフレームの両端面の粘着剤には離型剤付PETを貼り付けて接着面を保護した。その後、CVD装置を用いてペリクル全体をSiON層でコーティングした。次いで、膜粘着剤の接着面を保護していたPETを取り除いた後、ペリクル膜として極薄シリコン膜を、上記ペリクルフレーム上端面の粘着剤に圧着させ、ペリクルを完成させた。完成したペリクルを6インチサイズのCrマスクに貼り付けた。ペリクルからの真空時ガス放出量およびチャンバー汚染の有無を確認した。
[比較例1]
インバー製のペリクルフレーム(外形サイズ150×118×1.5mm、フレーム幅4mm)を洗浄し、上記ペリクルフレーム下端面にエポキシ粘着剤(3M(株)製DP-460EG)を塗布した。上記ペリクルフレーム上端面にペリクル膜として極薄シリコン膜を、下端面にCrマスクを貼り付け、150℃2.5時間加熱し、接着剤を硬化させた。ペリクルからの真空時ガス放出量およびチャンバー汚染の有無を確認した。
[比較例2]
加熱減圧による脱ガス処理を行っていないこと以外は、実施例2と同様である。
Figure 0007040427000001
上記表1より、実施例1~3では、ペリクル1個あたりの放出ガス量が、水系1×10-3Pa・L/s以下、炭化水素系(45~100amu)1×10-5Pa・L/s以下、及び炭化水素系(101~200amu)4×10-7Pa・L/s以下の範囲内に入っており、チャンバー汚染が生じないことが分かった。
これに対して、比較例1では、炭化水素系(45~100amu)の放出ガス量が1×10-5Pa・L/sを超え、炭化水素系(101~200amu)の放出ガス量が4×10-7Pa・L/sを超えており、チャンバーを汚染することが分かった。比較例2では、水系1×10-3Pa・L/sを超えており、チャンバーを汚染することが分かった。
1 ペリクル
2 ペリクルフレーム
3 ペリクル膜
4 フォトマスク粘着剤
5 ペリクル膜接着剤
6 通気部(通気孔)
7 冶具穴

Claims (16)

  1. 23℃で1×10-3Pa以下の雰囲気下で10分放置後の真空時ガス放出量が、ペリクル1個あたり水系1×10-3Pa・L/s以下、測定質量数の範囲が45~100amuである炭化水素系1×10-5Pa・L/s以下、及び測定質量数の範囲が101~200amuである炭化水素系4×10-7Pa・L/s以下であることを特徴とするペリクル。
  2. ペリクル1個あたり、水系のガス放出量が、8.5×10 -4 Pa・L/s以下である請求項1記載のペリクル。
  3. ペリクル1個あたり、測定質量数の範囲が45~100amuである炭化水素系のガス放出量が、8.9×10 -6 Pa・L/s以下である請求項1又は2記載のペリクル。
  4. 上記ペリクルが、ペリクル膜とペリクルフレームを有し、該ペリクル膜が接着剤又は粘着剤を介して上記ペリクルフレームの上端面に設けられる請求項1~3のいずれか1項記載のペリクル。
  5. 上記ペリクルフレームの上端面に設けられる接着剤又は粘着剤が、シリコーン系接着剤、シリコーン系粘着剤、又はエポキシ系接着剤である請求項4記載のペリクル。
  6. 上記ペリクルフレームの下端面に粘着剤が設けられ、該粘着剤が、アクリル系粘着剤又はシリコーン系粘着剤である請求項4又は5記載のペリクル。
  7. 上記ペリクルフレームの上端面に設けられる接着剤又は粘着剤が、シリコーン系接着剤又はシリコーン系粘着剤であり、上記ペリクルフレームの下端面に設けられる粘着剤が、シリコーン系粘着剤である請求項4記載のペリクル。
  8. 上記ペリクル膜が、シリコン膜又は炭素膜である請求項4~7のいずれか1項記載のペリクル。
  9. 上記ペリクルフレームの材質が、石英、インバー、チタン又はセラミックである請求項4~8のいずれか1項記載のペリクル。
  10. EUVリソグラフィ用である請求項1~9のいずれか1項記載のペリクル。
  11. 請求項1~10のいずれか1項記載のペリクルを露光原版に設けたことを特徴とするペリクル付露光原版。
  12. 露光原版が、EUVリソグラフィ用の露光原版である請求項11記載のペリクル付露光原版。
  13. 請求項11又は12記載のペリクル付露光原版を使用して露光することを特徴とする露光方法。
  14. 上記露光が、EUVレーザーによる露光である請求項13記載の露光方法。
  15. 請求項11又は12記載のペリクル付露光原版を使用して露光する工程を有する半導体の製造方法。
  16. 上記露光が、EUVレーザーによる露光である請求項15記載の半導体の製造方法。
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