TWI745990B - 防塵薄膜組件、附防塵薄膜組件的光阻、曝光方法、圖案的製造方法、半導體裝置的製造方法以及液晶面板的製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種防塵薄膜組件，其防塵薄膜組件框架由線膨脹係數為10×10-6 （1/K）以下的材料所製得，所述防塵薄膜組件適宜用於因溫度反復升降而使防塵薄膜組件框架的膨脹及收縮可能傷害防塵薄膜及影響防塵薄膜組件平坦度的極紫外光曝光技術。

Description

防塵薄膜組件、附防塵薄膜組件的光阻、曝光方法、圖案的製造方法、半導體裝置的製造方法以及液晶面板的製造方法
本發明涉及大型積體電路(Large Scale Integration，LSI)、超大型積體電路等的半導體裝置、印刷基板、液晶面板等的製造中作為防塵器使用的微影製程(lithography)用防塵薄膜組件，進一步詳細地說，涉及使用具有低線膨脹係數的防塵薄膜組件框架，而適宜於用極短波長的光進行微影製程，以形成高度細微的(微精準)電路圖案的防塵薄膜組件。 本非臨時申請案依照巴黎公約主張優先權，基於2015年4月7日申請之日本專利申請案JP 2015-78209，所述專利申請案之全部內容以引用的方式併入本文中。
在大型積體電路、超大型積體電路等的半導體裝置或者液晶顯示面板的製造中，要對半導體晶片或者液晶用原板進行光照射以製造圖案，此時如使用的光阻或者光柵（以下，將它們簡稱為「光阻」）上有灰塵附著，除圖案的尖端變得模糊之外，還會有基底髒汙等，使得到的產品的尺寸、品質、外觀等受損的問題。
由此，這樣的作業通常在無塵室內進行，但是即使如此，也難以使光阻經常保持清潔。因此，一般在光阻表面貼附作為防塵器的防塵薄膜組件後再進行曝光。如此，異物就不會在光阻的表面上直接附著，而是附著在防塵薄膜，這樣，在微影製程時只要將焦點對準光阻的圖案，防塵薄膜上的異物就不會影響轉印。
一般來說，防塵薄膜組件是透過在防塵薄膜組件框架的上端環型面上塗佈防塵薄膜的良溶劑後，將由透光良好的硝化纖維素、醋酸纖維素、氟系聚合物等製得的透明的防塵薄膜貼附在由鋁、不銹鋼、聚乙烯等製得的防塵薄膜組件框架的上端環型面之後風乾的方式製作(參照專利文獻1)，或者在防塵薄膜組件框架的上端環型面上塗佈例如丙烯酸樹脂以及酚醛樹脂等物質的接著劑(參照專利文獻2、3)。進一步，防塵薄膜組件框架的下端環型面，為了將防塵薄膜組件框架貼附至光阻，設置由聚丁烯樹脂、聚醋酸乙烯基樹脂、丙烯酸樹脂、矽酮樹脂等製得的黏著劑層，以及在黏著劑層上設置以保護黏著劑層為目的的離型層(分離片)。
上述的防塵薄膜組件被貼附在光阻的表面上，接著形成在半導體基板或者液晶用原版上的光阻膜以光穿透光阻的方式進行曝光；在這種情況下，如上所述，若有異物產生，該些異物不在光阻的表面上直接附著，而在防塵薄膜組件的表面附著，因此只要將微影製程用光源的焦點對準在光阻的圖案上，防塵薄膜上的異物就不會影響光阻所轉印的圖案。
近年來，半導體裝置以及液晶顯示面板，其電路圖案越來越高集成化、細微化。現在，將32 nm程度的細微圖案在光阻膜上形成的技術已經實用化。在32 nm程度的圖案的情形下，可依照需求使用常見的準分子雷射的改良技術，如二重曝光法、在半導體晶片或者液晶用原版和投影透鏡之間灌滿超純水等液體的液浸曝光法、以及使用ArF準分子雷射，來進行光阻膜的曝光。
但是，下一代的半導體裝置以及液晶顯示面板，要求形成進一步細微化，例如10 nm以下的圖案，如此，將不可能使用任何現有的使用準分子雷射的改良曝光技術來進行圖案的轉印。
現在，作為最有前途的形成10 nm以下的圖案的方法，使用以13.5 nm為主波長的極紫外光（Extreme Ultra Violet，EUV）進行曝光的極紫外光曝光技術受到關注。為了在光阻膜上形成10 nm以下的細微的圖案，必須解決在光源、光阻膜、防塵薄膜組件等的選擇上所遭遇的技術課題，在這些技術課題之中，光源和光阻膜方面已經有相當大的進展，且已經提出各種解決方案。
關於可以提供半導體裝置或者液晶面板的合格率的防塵薄膜組件，有例如，在專利文獻3中揭露一種透明且不產生光學的變形，厚度為0.1～2.0 μm的矽製薄膜作為極紫外光微影製程使用的防塵薄膜，但是仍有未解決的問題，而阻礙了極紫外光曝光技術的實用化。 [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開昭58-219023號公報 [專利文獻2]美國專利第4861402號明細書 [專利文獻3]日本特公昭63-27707號公報
[發明所要解決的課題] 關於構成防塵薄膜組件的防塵薄膜組件框架的材料，只考慮其剛性和加工性來進行選擇，而在常見的微影製程中，使用的曝光光源有i線（波長365 nm）、氟化氪（KrF）準分子雷射（波長248 nm）、以及氟化氬（ArF）準分子雷射（波長193 nm）；因此通常使用鋁、不銹鋼、聚乙烯等材料。
另一方面，關於光阻的材料，通常多使用石英玻璃；而作為防塵薄膜的透明材質，其選擇會依據光源而不同，例如：當使用i線、KrF準分子雷射、ArF準分子雷射時，使用硝化纖維素、醋酸纖維素或者含氟樹脂等，而當使用EUV時，則使用矽酮等。
但是，在使用極紫外光曝光技術時，如果在光阻膜上形成10 nm以下的細微的圖案，如使用以往的防塵薄膜組件，防塵薄膜上容易發生褶皺、或從防塵薄膜組件框架上剝離、破壞、破裂，另外還有光阻變形的可能性。
再者，當光阻變形時，光阻的平坦度差，曝光裝置內發生脫焦問題。另一方面，當光阻變形，光阻表面上形成的圖案也變形，其結果，發生曝光時晶片上轉印的圖案變形的問題。
對於這些問題，有使用於接著防塵薄膜的接著劑層具有伸縮性的方法。但是，就算當接著防塵薄膜和防塵薄膜組件框架的接著劑層以及接著光阻和防塵薄膜組件框架的接著劑層都具有伸縮性，仍然不足以預防防塵薄膜的褶皺、剝離、破壞、或破裂，也無法預防光阻上的圖案的變形。
鑒於上述情況，本發明提供一種在光阻膜上形成細微圖案時，特別是使用極紫外光曝光技術，而在光阻膜上形成10 nm以下的細微圖案時，可以預防防塵薄膜上發生褶皺、剝離、破壞、或破裂，也能預防光阻上的圖案的變形問題的防塵薄膜組件框架以及使用其的防塵薄膜組件。 [解決課題之手段]
本發明人用新作法來處理本課題，即其目的在於預防防塵薄膜上發生褶皺、或防塵薄膜從防塵薄膜組件框架上剝離、破壞或破裂，以及預防在進行極紫外光曝光操作，以在光阻膜上形成10 nm以下的細微圖案時，光阻上的圖案變形的問題，本發明人不使用上述的彈性接著劑，而是對防塵薄膜組件框架進行了研究，對這個新的解決方法進行了深入研究的結果，得知，在使用極紫外光曝光技術，以在光阻膜上形成10 nm以下的細微的圖案時，在曝光過程中會由於高光能量而使溫度上升，所以如同以往那樣僅考慮剛性和加工性，來對防塵薄膜組件框架的材料進行選擇是不合適的，再者進一步，著眼於物理性質之一的線膨脹係數，當發明人檢視了防塵薄膜組件框架的材料的線膨脹係數之後發現，如所述線膨脹係數在一特定的範圍內，就可以抑制因曝光過程中產生的光能量所引起的溫度上升造成的防塵薄膜組件框架的膨脹以及變形，其結果，解決了上述課題，完成了本發明。
即，本發明的EUV防塵薄膜組件框架的特徵在於是由線膨脹係數為10×10-6 （1/K）以下的材料所製得。
另外，本發明的EUV防塵薄膜組件框架的特徵在於是由線膨脹係數為10×10-6 （1/K）以下的金屬所製得。
另外，本發明的EUV防塵薄膜組件框架的特徵在於是由線膨脹係數為10×10-6 （1/K）以下的玻璃所製得。
另外，本發明的EUV防塵薄膜組件框架的特徵在於是由線膨脹係數為10×10-6 （1/K）以下的陶瓷所製得。
進一步，本發明提供一種防塵薄膜組件，其特徵在於，其防塵薄膜組件框架是由線膨脹係數為10×10-6 （1/K）以下的材料所製得。 [發明的效果]
根據本發明，由於EUV防塵薄膜組件框架是由線膨脹係數為10×10-6 （1/K）以下的材料所製得，因此在光阻膜上形成細微的圖案時，特別是使用極紫外光曝光技術，在光阻膜上形成10 nm以下的細微圖案時，可以抑制因曝光過程中產生的光能量所引起的溫度上升造成的防塵薄膜組件框架的膨脹以及變形，故能預防防塵薄膜發生褶皺、或防塵薄膜從防塵薄膜組件框架上剝離、破壞或破裂，以及預防光阻上的圖案變形。
以下，參照附圖對本發明進行進一步詳細說明，但是本發明附圖所示的方式。
圖1為，用由線膨脹係數為10×10-6 （1/K）以下的材料製得的防塵薄膜組件框架3構成的本發明的防塵薄膜組件10的一實施方式的剖面圖。在所述防塵薄膜組件10中，防塵薄膜1透過膜接著劑2繃緊設置在與所述防塵薄膜組件10所貼附的光阻5的形狀相對應的的防塵薄膜組件框架3的上端環型面上，防塵薄膜組件框架3的形狀通常為四角框狀（長方形框狀或者正方形框狀）。並且，為了將防塵薄膜組件10黏著在光阻5上，在防塵薄膜組件框架3的下端環型面上形成光阻黏著層4，所述光阻黏著層4的下端面上貼附的剝離層（未圖示）可剝離。另外，氣壓調整用孔（通氣口）6貫穿設置於防塵薄膜組件框架3上，以及預防粒子汙染，於氣壓調整用孔6上設置有防塵用過濾器7。
此處應注意的是，只要能達成本案的目的，防塵薄膜1的種類並沒有特別的限制，例如，可以使用以往使用準分子雷射時所使用的非晶質氟系聚合物等。作為非晶質氟系聚合物，可以例舉CYTOP（旭硝子股份有限公司製，商品名）、鐵氟龍（註冊商標）AF（杜邦股份有限公司製，商品名）等。這些聚合物在製成防塵薄膜之前，根據需要也可以溶於溶劑來使用，例如可以在氟系溶劑等中溶解而使用。
另一方面，在極紫外光曝光的情況，防塵薄膜1較佳為由對極紫外光的穿透性高的材料所製成，例如單晶矽、多晶矽、以及非晶矽。也可於防塵薄膜1上設置例如SiC、SiO2 、Si3 N4 、SiON、Y2 O3 、YN、Mo、Ru以及Rh等材質的保護膜。
本發明的防塵薄膜組件框架3的線膨脹係數為10×10-6 （1/K）以下（通常，在進行極紫外光曝光時，使用的溫度範圍為0℃至200℃），以便使因極紫外光曝光過程引起的溫度上升所造成的防塵薄膜組件框架3的膨脹以及變形最小化。
上述製造防塵薄膜組件框架3的材料，只要其線膨脹係數為10×10-6 （1/K）以下，就沒有特別限定；舉例來說，材料可以是金屬、玻璃或陶瓷等。具體來說，可以例舉Fe-Ni合金、Fe-Ni-Co合金、Fe-Ni-Co-Cr合金以及Fe-Co-Cr合金等的金屬；或者石英玻璃、硼矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃以及結晶化玻璃等的玻璃；或者碳化矽、氮化矽、氮化硼、氮化鋁以及氧化鋁等的陶瓷。製造防塵薄膜組件框架3的材料可單選用1種或者2種以上的組合。
在上述材料中，綜合考慮本申請發明的效果、剛性、加工性等因素，較佳為選用：恒範鋼(Invar，Fe-Ni36)、超恒範鋼(Super Invar，Fe-Ni32-Co5)、不銹鋼恒範鋼(Stainless Invar，Fe-Ni52-Co11 -Cr)以及科伐合金(Kovar，Fe-Ni29-Co17)等的金屬；石英玻璃(SiO2 )、硼矽酸鹽玻璃(Na2 O-B2 O3 -SiO2 )以及鈉鈣玻璃(Na2 O-CaO -SiO2 )等的玻璃；碳化矽(SiC)、氮化矽(Si3 N4 )、氮化硼(BN)、氮化鋁(AlN)以及氧化鋁(Al2 O3 )等的陶瓷；特別佳為恒範鋼、超恒範鋼、石英玻璃以及氧化鋁。
各種材料的線膨脹係數（1/K）的參考值如下述。 恒範鋼：1×10-6 超恒範鋼：0.1×10-6 不銹鋼恒範鋼：0.1×10-6 科伐合金：5×10-6 石英玻璃：0.5×10-6 硼矽酸鹽玻璃：5×10-6 鈉鈣玻璃：8×10-6 碳化矽：4×10-6 氮化矽：3×10-6 氮化硼：1×10-6 氮化鋁：5×10-6 氧化鋁：6×10-6 鋁：24×10-6 SUS304：17×10-6
參照圖1所示的防塵薄膜組件10，將防塵薄膜1接著於防塵薄膜組件框架3上的膜接著劑2、以及將防塵薄膜組件框架3接著於光阻5上的光阻黏著層4，可以使用任何公知的材質製成。例如，可以使用溶劑做為膜接著劑2將防塵薄膜1接著於防塵薄膜組件框架3上，即將防塵薄膜材料的良溶劑塗布於防塵薄膜組件框架3後，將防塵薄膜1接著於溶劑上之後風乾；或者也可以使用例如丙烯酸樹脂、矽酮樹脂或環氧樹脂等的接著劑作為膜接著劑2。但是，在極紫外光曝光過程的情形下，作為膜接著劑2的材質較佳為具有低排氣傾向的材質。
另外，作為將防塵薄膜組件框架3接著於光阻5上的光阻黏著層4，可以使用例如聚丁烯樹脂、聚醋酸乙烯酯、SEBS（聚（苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯））樹脂、丙烯酸樹脂或矽酮樹脂等材質；其中特別佳為丙烯酸樹脂以及矽酮樹脂。
上述膜接著劑2以及光阻黏著層4的塗布方法，可以利用例如浸漬法、噴塗法、刷毛塗布法或者透過配備有分配器的塗布裝置等方法；其中考量安定性、作業性、合格率等理由，較佳為用配備有分配器的塗布裝置進行的塗布。
當膜接著劑2以及光阻黏著層4的黏度太高，以至於用塗布裝置進行的塗布方法有困難時，根據需要，可以添加甲苯或二甲苯等的芳香族系溶劑；己烷、辛烷、異辛烷或異石蠟烴等的脂肪族系溶劑；甲基乙基酮或甲基異丁基酮等的酮系溶劑；醋酸乙酯或醋酸丁酯等的酯系溶劑；或者二異丙醚或1,4-二噁烷等的醚系溶劑，或者這些溶劑中的2種以上的混合物。 [實施例]
以下，例舉實施例對本發明進行更具體的說明，但是本發明並不限於這些實施例。
[實施例1] 首先，製作外尺寸為149 mm×122 mm×高度5.8 mm，厚2 mm，材料為鐵和鎳的合金的恒範鋼（Fe-Ni36，線膨脹係數：1×10-6 （1/K））的矩形防塵薄膜組件框架之後，搬入無塵室中，用中性清潔劑和純水充分洗淨並乾燥。 然後，在所述防塵薄膜組件框架的下端環型面上，塗布黏著劑X-40-3122（信越化學工業股份有限公司製，產品名）作為光阻黏著劑，將所述黏著劑風乾至不流動後，將所述防塵薄膜組件框架加熱至130℃，使所述黏著劑完全硬化。 另外，在所述防塵薄膜組件框架的上端環型面上，塗布具有低排氣傾向的矽酮系接著劑KE-101A/B（信越化學工業股份有限公司製，產品名），再者，將由單晶矽製得的防塵薄膜藉由上述接著劑貼附在防塵薄膜組件框架的上端環型面上。以切割器將防塵薄膜組件框架外側的單晶矽防塵薄膜切除後，即完成防塵薄膜組件的製作。
[實施例2] 除了使用鐵、鎳和鈷的合金的超恒範鋼（Fe-Ni32-Co5，線膨脹係數：0.1×10-6 （1/K））製的防塵薄膜組件框架取代上述恒範鋼製的防塵薄膜組件框架之外，以與實施例1同樣的方法製得防塵薄膜組件。
[實施例3] 除了使用石英玻璃（SiO2 ，線膨脹係數：0.5×10-6 （1/K））製的防塵薄膜組件框架取代上述恒範鋼製的防塵薄膜組件框架之外，以與實施例1同樣的方法製作防塵薄膜組件。
[實施例4] 除了使用氧化鋁（Al2 O3 ，線膨脹係數：6×10-6 （1/K））製的防塵薄膜組件框架取代上述恒範鋼製的防塵薄膜組件框架之外，以與實施例1同樣的方法製作防塵薄膜組件。
[比較例1] 除了使用Al-Zn-Mg-Cu系的鋁合金（JIS A7075，線膨脹係數：23.4×10-6 （1/K））製的防塵薄膜組件框架取代上述恒範鋼製的防塵薄膜組件框架之外，以與實施例1同樣的方法製作防塵薄膜組件。
[比較例2] 除了使用不鏽剛材（SUS304，線膨脹係數：17×10-6 （1/K））製的防塵薄膜組件框架取代上述恒範鋼製的防塵薄膜組件框架之外，以與實施例1同樣的方法製作防塵薄膜組件。
然後，對上述實施例1～4以及比較例1、2製作的防塵薄膜組件，進行下述的熱循環試驗，對防塵薄膜組件進行評價。 [熱循環試驗] 將上述實施例1～4以及比較例1、2中製作的防塵薄膜組件分別貼附在石英基板上之後，將石英基板於溫度為200℃的烘箱中靜置24小時後，靜置於室溫24小時，這樣的循環進行5回（熱循環試驗）；其後，目視確認上述防塵薄膜組件（尤其是防塵薄膜）的狀態。另外，也使用平坦度用平面儀(FLatMaster (SOL公司的產品))測定經上述熱循環試驗後，相對於上述石英基板的上述防塵薄膜組件的平坦度，以下述的評價基準進行評價。結果列於表1。 [評價基準] （熱循環試驗後的防塵薄膜組件的平坦度） ○：熱循環試驗後的防塵薄膜組件的平坦度為15 μm以下 ×：熱循環試驗後的防塵薄膜組件的平坦度為15 μm以上 （綜合評價） ○：熱循環試驗後的防塵薄膜組件的狀態為良好，防塵薄膜組件的平坦度為15 μm以下 ×：熱循環試驗後的防塵薄膜組件的狀態為不良，防塵薄膜組件的平坦度為15 μm以上
[表1]
  熱循環的試驗後的防塵薄膜組件的狀態 熱循環的試驗後的防塵薄膜組件的平坦度 綜合評價
實施例1 良好 3.4μm（○） ○
實施例2 良好 7.2μm（○） ○
實施例3 良好 5.5μm（○） ○
實施例4 良好 8.2μm（○） ○
比較例1 不良（防塵薄膜破裂） 30.1μm（×） ×
比較例2 不良（防塵薄膜破裂） 24.0μm（×） ×
從上述表1的結果來看，實施例1～4的防塵薄膜組件框架，熱循環試驗後的防塵薄膜組件的狀態以及防塵薄膜組件的平坦度兩者的評價皆為良好。 另一方面，比較例1、2的防塵薄膜組件框架，可觀察到熱循環試驗後的防塵薄膜上有破裂，另外，防塵薄膜組件的平坦度也低。可以確認比較例1、2的防塵薄膜組件框架，在熱循環試驗中歷經了顯著的膨脹以及收縮，對防塵薄膜的完整度以及防塵薄膜組件的平坦度有不好的影響。 由上述結果可知，實施例1～4的防塵薄膜組件框架，對熱循環的穩定性優異，因此不會對防塵薄膜造成不好的影響，且即使遭遇反復於高溫和低溫間的劇烈溫度變化，光阻基板仍能保持平坦，因此，可以確認的是，從整體觀點來看，本發明的防塵薄膜組件框架最適宜用於極紫外光曝光技術。
1:防塵薄膜 2:膜接著劑 3:防塵薄膜組件框架 4:光阻黏著層 5:光阻 6:氣壓調整用孔 7:防塵用過濾器 10:防塵薄膜組件
圖1是使用線膨脹係數為10×10-6 （1/K）以下的材料製得的防塵薄膜組件框架的本發明的一例的防塵薄膜組件的剖面圖。
1:防塵薄膜
2:膜接著劑
3:防塵薄膜組件框架
4:光阻黏著層
5:光阻
6:氣壓調整用孔
7:防塵用過濾器
10:防塵薄膜組件

Claims (11)

  1. 一種防塵薄膜組件，使用防塵薄膜組件框架，且用於極紫外光微影製程的曝光，其特徵在於：所述防塵薄膜組件框架由線膨脹係數為10×10-6(1/K)以下的材料所構成；所述防塵薄膜組件框架為四角框狀；且防塵薄膜設置在所述防塵薄膜組件框架的其中一個端面上。
  2. 一種防塵薄膜組件，使用防塵薄膜組件框架，且用於在光阻膜上形成10nm以下的圖案，其特徵在於：所述防塵薄膜組件框架由線膨脹係數為10×10-6(1/K)以下的材料所構成；所述防塵薄膜組件框架為四角框狀；且防塵薄膜設置在所述防塵薄膜組件框架的其中一個端面上。
  3. 如請求項1或2所述的防塵薄膜組件，其中所述防塵薄膜不與支撐網膜接合地設置。
  4. 如請求項1至3中任一項所述的防塵薄膜組件，其中所述線膨脹係數為10×10-6(1/K)以下的材料為玻璃或陶瓷。
  5. 一種附防塵薄膜組件的光阻，其在光阻上設置有如請求項1至4中任一項所述的防塵薄膜組件。
  6. 一種曝光方法，使用如請求項1至4中任一項所述的防塵薄膜組件進行極紫外光微影製程的曝光。
  7. 一種圖案的製造方法，使用如請求項1至4中任一項所述的防塵薄膜組件在光阻膜上形成10nm以下的圖案。
  8. 一種半導體裝置的製造方法，使用如請求項1至4中任一項所述的防塵薄膜組件進行極紫外光微影製程的曝光。
  9. 一種半導體裝置的製造方法，使用如請求項1至4中任一項所述的防塵薄膜組件在光阻膜上形成10nm以下的圖案。
  10. 一種液晶面板的製造方法，使用如請求項1至4中任一項所述的防塵薄膜組件進行極紫外光微影製程的曝光。
  11. 一種液晶面板的製造方法，使用如請求項1至4中任一項所述的防塵薄膜組件在光阻膜上形成10nm以下的圖案。
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