TWI845563B - 防塵薄膜組件、附設防塵薄膜組件之光罩、曝光方法、半導體元件及顯示器之製造方法 - Google Patents

防塵薄膜組件、附設防塵薄膜組件之光罩、曝光方法、半導體元件及顯示器之製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明之目的在於提供一種防塵薄膜組件，其可提升防塵薄膜的強度，紓緩曝光時之高速掃瞄運動所造成的防塵薄膜之振動，而抑制疊對惡化。
本發明為達到上述目的，提供一種防塵薄膜組件，係於防塵薄膜框架張設有防塵薄膜；上述防塵薄膜，係施行了退火處理的防塵薄膜。並且提供一種防塵薄膜組件之製造方法，係於防塵薄膜框架張設防塵薄膜而製造防塵薄膜組件的方法；上述方法包含以下步驟之一：在將上述防塵薄膜張設於防塵薄膜框架之前，對上述防塵薄膜單體進行退火處理的步驟；在上述防塵薄膜之張設後，對防塵薄膜組件進行退火處理的步驟；或在上述防塵薄膜之張設前及張設後的雙方，對防塵薄膜單體及防塵薄膜組件進行退火處理的步驟。

Description

防塵薄膜組件、附設防塵薄膜組件之光罩、曝光方法、半導體元件及顯示器之製造方法
本發明係有關於防塵薄膜框架、及使用該防塵薄膜框架而構成的光刻用防塵薄膜組件。
在製造半導體元件或液晶顯示器等之際的光刻步驟，會對塗覆了光刻膠的半導體晶圓或液晶用原板，照射光線以製成圖案；但若此時所使用的光罩或倍縮光罩(於下文中，單以光罩稱之)沾附異物，則由於此異物會吸收光線、或是導致光線折曲，因此使得所轉印的圖案變形、邊緣變得粗糙，甚至基底有黑色髒汙，而產生損及尺寸、品質、外觀等等的問題。
這些光刻步驟，通常會在無塵室進行，然而即使如此也難以使曝光原版常保潔淨，所以一般會採用一種方法，係在曝光原版設置一種稱為防塵薄膜組件的異物擋片，再進行曝光。
此種防塵薄膜組件，一般而言係由以下所構成：框狀的防塵薄膜框架、張設於防塵薄膜框架之上端面的防塵薄膜、以及形成於防塵薄膜框架之下端面的氣密用墊料等。其中的防塵薄膜，係以相對於曝光光線，呈現高度透射率的材料所構成；而作為氣密用墊料，則使用膠黏劑等。
若在光罩設置此種防塵薄膜組件，則異物不會直接附著於光罩，而是會附著於防塵薄膜組件上。然後，只要在光刻時將焦點對準在光罩的圖案上，防塵薄膜組件上的異物就不會對轉印造成影響，而可以抑制圖案變形等的問題。
在此種光刻技術，作為提高解析度的手法，係促進曝光光源之短波長化。直至現在，曝光光源係由水銀燈所產生的g線(436nm)、i線(365nm)，演進至氟化氪準分子雷射(248nm)；而近年，在需要微細加工之際，最常用的則是氟化氬準分子雷射(193nm)。
近年來，為了使用氟化氬準分子雷射以進行更加微細的加工，會使用液浸曝光裝置。藉由使得曝光裝置的物鏡與矽晶圓之間充滿液體，以實現更高的數值孔徑(NA；numerical aperture)，其結果，會得到更高的解析度。倘若像這樣地使曝光裝置高數值孔徑化，則在穿透防塵薄膜組件的光線中，周邊部的斜入射角度會變大。防塵薄膜組件的透射率，一般而言，會設定成能相對於垂直入射光而得到極大透射率；但觀察到有一現象，即隨著入射角變大，透射率會跟著降低。此透射率之減少程度，在膜厚較厚時更形顯著。因此，為了相對於斜入射光也能得到高度透射率，防塵薄膜一般而言會採取薄膜化。
然而，一旦防塵薄膜採取薄膜化，薄膜強度降低的問題就會隨之而來。在曝光時，由於在光罩基板上黏貼防塵薄膜組件而製成的光罩單元會進行高速掃瞄運動，因此在防塵薄膜的強度較小的情形之下，於高速掃瞄運動當中，薄膜容易振動。也就是說，已知由於薄膜振動，曝光光線在通過防塵薄膜之際容易散亂，而可能導致圖案從原本的目標位置偏移，圖案的位置精度(疊對)惡化。
又，作為有關於提升疊對之製程的習知技術，可列舉以下專利公報等。
[習知技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2018-508048號公報
[專利文獻2]日本專利第5821100號公報
有鑑於此，本發明係為了解決上述課題而研發，其目的在於提供一種防塵薄膜組件，其可提升防塵薄膜的強度，紓緩曝光時之高速掃瞄運動所造成的防塵薄膜之振動，而抑制疊對惡化。
本案發明人，針對上述課題精心鑽研，得知藉由對防塵薄膜進行加熱處理(退火處理)，則相較於不進行該處理的情形，防塵薄膜之強度有所提升。其結果，獲知即使在曝光時的高速掃瞄運動下，也能紓緩防塵薄膜之過度振動； 所以曝光光線通過防塵薄膜時不會散亂，能使圖案轉印至目標位置，可以抑制曝光後的疊對惡化，而達成本發明。
因此，本發明提供下述之防塵薄膜組件及其製造方法。
1.一種防塵薄膜組件，係於防塵薄膜框架張設有防塵薄膜；該防塵薄膜，係施行了退火處理的防塵薄膜。
2.如上述1之防塵薄膜組件，其中，張設於該防塵薄膜框架之該防塵薄膜的薄膜張力(薄膜振動頻率)，為30Hz以上。
3.一種防塵薄膜組件之製造方法，係於防塵薄膜框架張設防塵薄膜而製造防塵薄膜組件的方法；該方法包括以下步驟之一：在將該防塵薄膜張設於防塵薄膜框架之前，對該防塵薄膜單體進行退火處理的步驟；在該防塵薄膜之張設後，對防塵薄膜組件進行退火處理的步驟；或在該防塵薄膜之張設前及張設後的雙方，對防塵薄膜單體及防塵薄膜組件進行退火處理的步驟。
若藉由本發明的防塵薄膜組件，則相較於習知之防塵薄膜組件，會由於施行退火處理而提升防塵薄膜之強度，紓緩曝光時之高速掃瞄運動所造成的防塵薄膜之振動；所以曝光光線通過防塵薄膜時不會散亂，能使圖案轉印至目標位置，而可以抑制曝光後的疊對惡化，能有效地用於微細圖案之形成步驟。
以下將針對本發明之一種實施形態進行詳細說明，但本發明並不限定於此。
本發明之防塵薄膜組件，在套用於光罩的變形特別會成為問題的半導體之製造的用途之際，效果尤其大，但並不限定於該用途。例如，不僅能用於一邊為150mm前後的半導體之製造的用途，就連用於一邊200~300mm的印刷基板之製造的用途，及用於一邊為近乎500~2000mm的液晶、有機EL顯示器之製造的用途亦然，可套用於會因黏貼防塵薄膜組件造成之光罩變形而衍生問題的所有防塵薄膜組件。
本發明之防塵薄膜組件，雖未特別圖示，但其係包含框狀的防塵薄膜框架、以及張設於防塵薄膜框架之上端面的防塵薄膜而構成。作為防塵薄膜框架的材質，可使用鋁合金、鋼鐵、不鏽鋼、黃銅、因瓦合金、超因瓦合金等等的金屬或合金，PE(聚乙烯)、PA(聚醯胺)、PEEK(聚醚醚酮)等等的工程塑料，GFRP(玻璃纖維強化塑膠)、CFRP(碳纖維強化塑膠)等等的纖維複合材料等等公知之物。
再者，較佳係進行使表面變成黑色的處理，同時視需要而施行用以防止發塵的塗層等等的表面處理。例如，在使用了鋁合金的情形之下，較佳係施行陽極氧化鋁處理或化學轉化處理等等的表面處理；而在鋼鐵、不鏽鋼等等的情形之下，較佳係施行電鍍黑鉻等的表面處理。
於防塵薄膜框架的內表面，為了捕捉懸浮異物或固定，較佳係塗覆丙烯酸類膠黏劑、矽酮類膠黏劑等等的膠黏性物質。再者，就防止發塵之目的而言，較佳係僅在防塵薄膜框架的內表面、或是在其整面，形成丙烯酸類樹脂、氟素類樹脂等等的非膠黏性樹脂之覆膜。針對此類膠黏性樹脂、非膠黏性樹脂覆膜之形成，可以藉由噴霧、浸漬、粉體塗裝、電沉積塗膜等等公知的方法來施工。
再者，在防塵薄膜框架的外表面，亦可為了搬運等等的用途，而在複數部位設置複數個工模孔或凹槽等等；再者，較佳係以機械刻印或是雷射雕刻，進行型號、序號或條碼等等的標示。
更進一步地，本發明之防塵薄膜組件，亦可為了調整內部氣壓而設置通氣孔，並為了防止異物侵入其外側而安裝PTFE(聚四氟乙烯)等等的多孔質薄膜所構成的濾網。此時，濾網之安裝，亦可係設置適當材質之膠黏層等等，而直接黏貼至防塵薄膜框架的外表面。然後，關於這些通氣孔或濾網的配置位置或個數、其形狀，可以考量所需之通氣性或搬運的需求等等而適當決定。
本發明所使用之防塵薄膜，亦可因應所使用之曝光光源，而從纖維素類樹脂、氟素類樹脂等等材料，選擇最適合者；再基於透射率、機械強度等等觀點，從0.1~10μm左右的範圍選擇最適合的膜厚來製作；同時視需要，附加反射防止層。尤其在使用EUV光(極紫外光)以作為曝光光源的情形之下，可以使用膜厚為1μm以下之極薄的矽膜或石墨烯薄膜。然後，用以在防塵薄膜框架的上端面張設防塵薄膜的黏合劑，可以使用丙烯酸類黏合劑、氟素類黏合劑、矽酮類黏合劑等等公知的黏合劑。
用以將本發明之防塵薄膜組件安裝至光罩的膠黏劑層，係設在防塵薄膜框架的下端面。作為膠黏劑層的材質，可以使用橡膠類膠黏劑、氨基甲酸酯類膠黏劑、丙烯酸類膠黏劑、聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯(SEBS)膠黏劑、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯共聚物(SEPS)膠黏劑、矽酮膠黏劑等等公知之物。再者，較佳係較少發生釋氣者，釋氣係造成混濁之原因。
為了確保將上述防塵薄膜組件安裝至光罩後的穩定性、或是降低對光罩造成之影響，較佳係使膠黏劑層表面的平坦度為30μm以下。再者，剖面形狀或厚度，視需要選擇即可，例如，剖面形狀可以為半圓型的凸出形狀。
在膠黏劑層的表面，亦可設置隔離膜，其係厚度50~300μm左右、並在PET(聚對苯二甲酸乙二酯)製薄膜等的表面附帶剝離性。此係用以保護膠黏劑層之物，亦可透過在防塵薄膜組件之外盒、或防塵薄膜組件的支撐手法等的巧思而加以省略。
於本發明，藉由在防塵薄膜框架之張設前，對防塵薄膜單體進行退火處理，或是藉由在防塵薄膜之張設後，對張設了該防塵薄膜的防塵薄膜組件進行退火處理，或者藉由在防塵薄膜之張設前及張設後的雙方，對防塵薄膜單體及防塵薄膜組件進行退火處理，而相較於不進行該處理的情形，更能提升防塵薄膜的強度，而可以有效地抑制疊對惡化。
關於上述退火處理(加熱處理)的設定溫度，係取決於所使用之防塵薄膜(材料)的玻璃轉化溫度(Tg)。通常，絕大多數的防塵薄膜係非晶質，在玻璃轉化溫度(Tg)以上之溫度，會在薄膜產生皺紋、破損等等不利的作用，而料想會使張力降低。因此，退火處理的最佳溫度，係以所使用之防塵薄膜材料的Tg-5~-50℃為佳，更佳係-10~-30℃。但是，退火處理的溫度若不超過上述之Tg，料想不會使張力降低，所以料想即使比上述更為低溫，在品質上也不會有大問題。至於上述退火處理(加熱處理)的設定時間，較佳為1~48小時，更佳為1~24小時。若比上述設定時間更長，則薄膜張力幾乎不會變化，但作業效 率會有降低之虞。又，關於上述退火處理之裝置，可以使用市售品，例如，雅馬拓科學公司製的機器，產品名為「潔淨烘箱DE610U」等。
再者，於本發明，張設於上述防塵薄膜框架的上述防塵薄膜之薄膜張力(膜振動頻率)，較佳係30Hz以上。若上述防塵薄膜的薄膜張力小於30Hz，疊對會大於1nm，圖案位置精度會變差。此防塵薄膜的振動頻率之量測，例如能以小野測器測量技術有限公司製的「PERSONAL FFT ANALYZER：CF-4210Z」等等來量測。
於本發明，係將防塵薄膜組件黏貼於光罩基板而製成的光罩單元，在高速掃瞄運動的狀態下進行圖案化，而可基於從目標位置朝向X方向及Y方向的錯位來評估疊對精度，往兩個方向的錯位係越小越好。對於下一代半導體元件或液晶顯示器，要求極度微細化之圖案形成，而疊對之位置精度，較佳係在1nm以下。關於從圖案化之目標位置朝向X方向及Y方向的錯位之量測，例如可以使用艾司摩爾科技股份有限公司製的晶圓量測機「YIELDSTAR T-250D」等來量測。
[實施例]
下文將列示實施例及比較例以具體說明本發明，但本發明並不限定於下述實施例。
[實施例1]
於實施例1，首先，準備了鋁合金製的防塵薄膜框架(外尺寸149mm×115mm×3.15mm)。再者，在此防塵薄膜框架的短邊之中央部，還設有直徑10mm的濾網孔。
接著，以純水洗淨了所準備的防塵薄膜框架後，在防塵薄膜框架的上端面塗覆旭硝子股份有限公司製CYTOP黏合劑(商品名稱：CTX-A)，在下端面塗覆丙烯酸類膠黏劑(綜研化學有限公司製SK-Dyne 1495S)。之後，將防塵薄膜框架加熱至130℃，而使黏合劑、膠黏劑硬化。
接著，在黏貼於比起防塵薄膜框架更大之鋁框的旭硝子股份有限公司製CYTOP(商品名稱：CTX-S)所構成之厚度0.28μm的防塵薄膜上，黏貼防塵薄膜框架的黏合劑層側，再去除掉比起防塵薄膜框架更為外側之部分，防塵薄膜組件就完成了。又，旭硝子股份有限公司製CYTOP(商品名稱：CTX-S)的Tg為108℃。
對於所製成之防塵薄膜組件，進行退火處理以使防塵薄膜的振動頻率成為26Hz。具體而言，係以設定溫度為50℃、處理時間為1小時，而進行退火處理。
在此，防塵薄膜的振動頻率，係以小野測器測量技術有限公司製PERSONAL FFT ANALYZER：CF-4210Z來量測。作為量測方法，係對防塵薄膜組件施加固定的衝擊而使防塵薄膜振動，再以小野測器測量技術有限公司製普通噪音計來偵測振動頻率，並以顯示於PERSONAL FFT ANALYZER：CF-4210Z的數值作為薄膜的振動頻率。在量測了此防塵薄膜的薄膜振動頻率後，將防塵薄膜組件黏貼於150mm見方的光罩基板，再評估疊對精度之下，疊對係1.34nm。又，對光罩黏貼防塵薄膜組件的條件，設為荷重5kgf、荷重時間30秒。
[實施例2]
於實施例2，除了在設定溫度為70℃、處理時間為1小時的條件下進行退火處理以使防塵薄膜的薄膜振動頻率成為28Hz以外，皆與實施例1同樣地製成了防塵薄膜組件。此時，疊對係1.07nm。
[實施例3]
於實施例3，除了在設定溫度為90℃、處理時間為1小時的條件下進行退火處理以使防塵薄膜的薄膜振動頻率成為30Hz以外，皆與實施例1同樣地製成了防塵薄膜組件。此時，疊對係0.81nm。
[實施例4]
於實施例4，除了在設定溫度為90℃、處理時間為12小時的條件下進行退火處理以使防塵薄膜的薄膜振動頻率成為32Hz以外，皆與實施例1同樣地製成了防塵薄膜組件。此時，疊對係0.51nm。
[實施例5]
於實施例5，除了在設定溫度為90℃、處理時間為48小時的條件下進行退火處理以使防塵薄膜的薄膜振動頻率成為33Hz以外，皆與實施例1同樣地製成了防塵薄膜組件。此時，疊對係0.50nm。
[比較例1]
比較例1，係不進行退火處理的防塵薄膜組件的情形。除了不進行退火處理以外，皆與實施例1同樣地製成了防塵薄膜組件。此時，防塵薄膜的薄膜振動頻率係24Hz，疊對係1.54nm。
[比較例2]
比較例2，係退火處理的設定溫度為108℃的情形。除了在設定溫度為108℃、處理時間為1小時的條件下進行退火處理以外，皆與實施例1同樣地製成了防塵薄膜組件。此時，防塵薄膜的薄膜振動頻率係15Hz，疊對係2.83nm。
Figure 108143320-A0305-02-0013-2

Claims (13)

  1. 一種防塵薄膜組件，係於防塵薄膜框架張設有防塵薄膜，其特徵在於：該防塵薄膜，係施行了退火處理的防塵薄膜，且該防塵薄膜的薄膜張力(薄膜振動頻率)為32~33Hz。
  2. 如請求項1所述之防塵薄膜組件，其中，該防塵薄膜係非晶質。
  3. 如請求項1所述之防塵薄膜組件，其中，該防塵薄膜係纖維素類樹脂或氟素類樹脂。
  4. 如請求項1所述之防塵薄膜組件，其中，在使將防塵薄膜組件黏貼於光罩基板而製成的光罩單元高速掃瞄運動的狀態下，進行圖案化時，基於從目標位置朝向X方向及Y方向的錯位來評估疊對精度的時候，該疊對之位置精度在1nm以下。
  5. 如請求項1所述之防塵薄膜組件，其中，該退火處理的溫度，係該防塵薄膜的玻璃轉化溫度-30℃~-10℃的溫度。
  6. 如請求項1所述之防塵薄膜組件，其中，該防塵薄膜組件係使用於：以使用了氟化氬準分子雷射的液浸曝光裝置進行之曝光。
  7. 一種防塵薄膜組件，係於防塵薄膜框架張設有防塵薄膜，其特徵在於：該防塵薄膜的薄膜張力(薄膜振動頻率)為32Hz~33Hz。
  8. 一種附設防塵薄膜組件之光罩，其特徵在於：將如請求項1至7中任一項所述之防塵薄膜組件安裝於光罩。
  9. 一種曝光方法，其特徵在於：使用如請求項8所述之附設防塵薄膜組件之光罩進行曝光。
  10. 如請求項9所述之曝光方法，其中，該曝光，係藉由使用了氟化氬準分子雷射的液浸曝光裝置所進行之曝光。
  11. 一種半導體元件之製造方法，其特徵在於包含以下步驟：使用如請求項8所述之附設防塵薄膜組件之光罩進行曝光的步驟。
  12. 一種液晶顯示器之製造方法，其特徵在於包含以下步驟：使用如請求項8所述之附設防塵薄膜組件之光罩進行曝光的步驟。
  13. 一種有機EL顯示器之製造方法，其特徵在於包含以下步驟：使用如請求項8所述之附設防塵薄膜組件之光罩進行曝光的步驟。
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