JP2005202011A

JP2005202011A - ペリクル

Info

Publication number: JP2005202011A
Application number: JP2004006443A
Authority: JP
Inventors: Makoto Fujimoto; 誠藤本; Shigeto Shigematsu; 茂人重松
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 2004-01-14
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】従来より知られている長方形の枠であって、長辺と短辺とで同じ厚みの枠をそのまま利用するにもかかわらず、長方形を大型化しても前述してきた問題を有すること無く、枠の歪を最小とするような及びその製造方法を提供する。
【解決手段】枠にペリクル膜を張設する際に長辺方向にかける張力と短辺方向にかける張力とをそれぞれ個別に異方性をもたせるように制御することによって、ペリクル膜の張力による枠の内側への歪みを抑制する。また、ペリクル膜を張設する際に適した張力かどうかの判別方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子やLCD（液晶表示素子）等のパターニング用のフォトリソグラフィ工程における、フォトマスク防護用に使用するペリクルに関するものである。

フォトリソグラフィ工程では、ガラス板表面に回路パターンを形成したフォトマスクやレチクルを使用し、レジストを塗布した基板上にその回路パターンを露光することにより転写する作業が行われる。この工程では、フォトマスク上の回路パターンに塵埃等の異物が付着した状態で露光が行われると、基板上にも上記異物が転写されて不良製品の基板となってしまう。特に露光をステッパで行う場合には、基板上に成形される全てのデバイスが不良となる可能性が高くなり、フォトマスクの回路パターンへの異物の付着は大きな問題であった。

このような問題を解決するために、フォトマスク上にペリクルを装着して、ペリクルを通して露光が行われている。この方法を用いると、フォトマスクの回路パターン上に、異物の侵入を防ぐことができ、仮にペリクル膜上に異物が付着するようなことがあったとしても、基板上には転写されず、半導体素子等の製造時の歩留まりが向上する。

従来、半導体素子等の製造時に用いられるペリクルの大きさは、５インチあるいは６インチのサイズが主流であったが、近年では、液晶テレビあるいはPC用液晶モニター等の高性能化、大型化が進み、LCD（液晶表示素子）のフォトリソグラフィ工程で使用される大型のフォトマスクやレチクルに利用できる大型ペリクルが切望されている。

大型のフォトマスクやレチクルに装着される大型ペリクルの枠としては長辺と短辺を有する長方形状のものが一般的であるが、この枠にペリクル膜を張設すると、該ペリクル膜の張力により枠が内側に歪んでしまい、この歪みによってフォトマスクあるいはレチクルの有効露光面積が小さくなってしまうという問題が生じており、ペリクルのサイズが大きくなればなるほど各辺の長さも大きくなり歪みやすくなるため深刻となってきている。

この問題を解決するため、予めペリクル枠の長辺をペリクル膜の張力により枠が内側に歪む分、外側に突出しておく方法（特許文献１特開２００１−４２５０７）が提案されている。しかしながら、本方法は、予め張力を予測してペリクル枠の突出量を計算する必要があると思われるが、そのようなことに関する記載がない。仮に計算ができたとしても、その張力に基づいて精度良く加工する必要があり、ペリクル膜の張力と枠の弾性力を完全にバランスさせなければ、突出させた枠形状がそのまま保持されたり、逆に内側に突出してしまうことも考えられる。

有効露光面積との関係では、比較的歪み量の大きい長辺の枠幅を比較的歪み量の小さい短辺の枠幅より大きくする方法（特許文献２特開２００１―１０９１３５）等が提案されている。提案されている方法は、辺の長さが長いため強度が小さく比較的歪みを生じやすい長辺の枠幅を大きくすることにより膜張力による歪み量を抑制するというものである。

しかしながら、通常ペリクル枠の外側にはフォトマスクあるいはレチクルの位置決めをするためのアライメントマークが隣接しており、ペリクル枠がアライメントマークを隠してしまい位置決めができなくなるといったことが懸念されるため長辺枠幅を外側には大きくできない。

従って長辺枠幅は内側に大きくせざるを得ないことになるが、この場合、その分有効露光面積が小さくなってしまうといった問題を有する。
特開２００１−４２５０７特開２００１―１０９１３５

本発明の課題は、従来より知られている長方形の枠であって、長辺と短辺とで同じ厚みの枠をそのまま利用するにもかかわらず、長方形を大型化しても前述してきた問題を有すること無く、枠の歪を最小とするような及びその製造方法を提供することである。

そのためには、枠体の歪量を所望の値以下とするために各枠体の辺にかけるべき張力を予測することが必要となるが、そのような張力の判別方法についても提供するものである。

さらに、本発明は、枠の歪量を最小なものとして最大の有効露光面積を確保しようとするものである。

発明者らは、上記の問題点を解決するために、種々の検討を重ねた結果、枠にペリクル膜を張設する際に長辺方向にかける張力と短辺方向にかける張力とをそれぞれ個別に異方性をもたせるように制御することによって、ペリクル膜の張力による枠の内側への歪みが大きく抑制できることを見出し、本発明に至ったものである。

本発明のペリクルは、短辺方向の張力Ｔ_１と長辺方向の張力Ｔ_２が異なる大きさで張設されていることを特徴とするものである。

本発明のペリクル膜を張設する際に用いられる上記張力Ｔ_１による短辺上の任意の点Ｘ_１における短辺の垂直な方向への歪量Ｗ_１（Ｘ_１）のうちの最大値をＷ_１max、上記張力Ｔ_２による長辺上の任意の点Ｘ_２における長辺の垂直な方向への歪量Ｗ_２（Ｘ_２）のうちの最大値をＷ_２ｍａｘとしたとき、ペリクル枠の歪量Ｗ_０に対して、上記張力Ｔ_１，Ｔ_２が
Ｗ_０≧Ｗ_１ｍａｘおよびＷ_０≧Ｗ_２ｍａｘ
を満たす大きさで張設されていることを特徴とする請求項１記載のペリクル。
（ただし、Ｗ_１（Ｘ_１），Ｗ_２（Ｘ_２）は下記式（１）〜（３）を満たす。）

上式において、
W₀：ペリクル枠歪量(管理値)［ｍｍ］
ａ：ペリクル枠短辺の長さ［ｍｍ］
ｂ：ペリクル枠長辺の長さ［ｍｍ］
Ｉ₁：ペリクル枠短辺の断面二次モーメント［ｍｍ⁴］
Ｉ₂：ペリクル枠長辺の断面二次モーメント［ｍｍ⁴］
Ｅ：ペリクル枠材料の縦弾性係数［ｋｇ／ｍｍ²］

また、本発明は、短辺方向の張力Ｔ１および長辺方向の張力Ｔ２が妥当であるかどうかを判別する方法であって、当該方法は、Ｔ１，Ｔ２を入力するステップ（Ｓ１）、短辺の断面二次モーメントＩ１および長辺の断面二次モーメントＩ２を算出するステップ２（Ｓ２）、Ｍ０を算出するステップ３（Ｓ３）、短辺方向の歪量Ｗ１（Ｘ１）および長辺方向の歪量Ｗ２（Ｘ２）を算出するステップ４（Ｓ４）、それぞれの最大歪量W_1max、W_2maxを算出するステップ５（S５）、W_1maxとW_2maxの大きい方の値を最大歪量（計算値）として求めてW_maxとするステップ６（Ｓ６）、Ｗ_ｍａｘと歪量（管理値）Ｗ_０との比較をしてＷ_ｍａｘがＷ_０よりも小さいかどうか判断するステップ（Ｒ１）とからなり、歪量Ｗ_０≧Ｗ_ｍａｘであるときにＴ_１，Ｔ_２として妥当であるとする張力Ｔ_１，Ｔ_２の判別方法を提供する。

以上のように、本発明は、ペリクル膜を張設する際の膜張力に異方性をもたせることにより枠の内側への歪み量を軽減させることを特徴としているので、特別な形状をもつペリクル枠を準備する必要も無く、短辺の長さが４００ｍｍ以上の大型のペリクルであったとしても従来より用いられているペリクル枠のような長辺枠幅と短辺枠幅が同一の長方形枠であっても、問題無く利用可能となるのである。

[ペリクル]
本発明のペリクルとは、従来公知のペリクル、すなわち、ペリクル枠の一方の端部に接着剤を介してペリクル膜を張架し、他方の端部に粘着剤を塗布してフォトマスクに固定して使用するものである。ペリクル枠の内側には、公知の異物を固定化できる粘着剤が塗布されている場合がある。また、ペリクルを製造後、使用するまでの間において、粘着剤が塗布された面にライナーが付されている。ペリクルは、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子やLCD（液晶表示素子）等のパターニング用のフォトリソグラフィ工程において、フォトマスクを被覆して塵埃等からマスクを防護するように用いられる。

[ペリクル枠]
本発明においては、所望のペリクルと同一形状のペリクル枠を用いることができる。これは、従来公知のペリクル枠と同一の形状を用いれば良いことを意味する。すなわち、短辺の長さがａ、長辺の長さがｂである長方形形状のペリクルが所望の場合には、短辺の長さがａであり長辺の長さがｂである長方形形状のペリクル枠を使用すれば良い。ペリクル枠の厚さは、ペリクル枠が大きくなるにつれて厚くする必要があるが、４辺とも同じ厚さで用いることができる。

本発明においては、短辺の長さが４００ｍｍである長方形のものを大型のペリクル枠等と称する場合がある。大型のペリクル枠を用いる場合であっても、枠としては長方形状のものを用いれば良い。本発明の方法により製造されたペリクルは、短辺の長さが４００ｍｍ以上のものであっても、ペリクル膜を取り除去すれば長方形状の枠に戻すことができる。

また、ペリクル枠に用いられる材質としては、弾性体であれば用いることができる。特に、縦弾性率の大きい素材が好ましい。ペリクル枠体に用いられる材料として、アルミニウム合金、ステンレス、工具鋼、ポリエチレン、アルマイト処理した黒色アルミニウム等を用いることが最も好ましい。またこれらのペリクル枠の表面全体を非晶質系フッ素ポリマー等でコーティングしたものを用いても良い。

[ペリクル膜]
本発明において、ペリクル膜として用いられる薄膜は、ペリクル膜として通常用いられているもので良い。例えば、ペリクル膜として用いられる薄膜としては、ニトロセルロース、酢酸セルロース、セルロースアセテートプロピオネート等のセルロース誘導体あるいはこれらの混合物、非晶質フッ素系重合体等を挙げることができる。

〔歪量：Ｗ_ｍａｘ〕
歪量は、ペリクル枠にペリクル膜を張設した際に、ペリクル膜の張力によってペリクル枠に歪が生じ、その際、ペリクル膜張設前のペリクル枠からの変位量のことである。変位量は、各辺の場所において異なるが、本発明においては最大の変位量を、ペリクル枠の最大歪量Ｗ_ｍａｘ〔ｍｍ〕として代表値とする。一方、Ｗ_０は、ペリクルが使用されるフォトマスクに装着した場合の有効露光面積等の関係から選択される値であり、本願においては、管理値として認識されるものでもある。

ペリクル枠の最大歪量Ｗ_ｍａｘは、ペリクル膜張設前後におけるペリクル枠の変位量を各辺において測定し、その最大値を求めることで得られる。

〔縦弾性係数：Ｅ〕
本発明の計算に用いられる縦弾性係数は、ペリクル枠に使用される材料の縦弾性係数を用いることができる。縦弾性係数Ｅは、ＪＩＳＺ２２４１等で実際に測定され、あるいは「機械設計便覧」等の各種ハンドブックで容易に調べることができる。ちなみに、アルミニウム（圧延）では、７３×１０⁴ｋｇｆ／ｃｍ²程度である。

〔断面二次モーメント〕
ペリクル枠の各辺を弾性を持った棒状体と考え、ペリクル枠の各辺の両端部を支点と考えると、ペリクル膜が張設されることによって棒状体を変形させようとする張力が発生するが、このときにかかる力は、断面二次モーメントとして理解することができる。すなわち、弾性を持つ棒状体に曲げモーメントが働くとき、棒状体の内部で引張応力と圧縮応力が生じるが、応力が例となる面が存在し（中立面）、この面と横断面との交線（中立軸）に関する断面二次モーメントは、微小面積ｄＡに対し中立軸からの距離の２乗を掛け、断面積全体にわたって積分したものであり、

として求められる。仮に、断面の長方形が、幅ｂ、高さｈであるとすると、

として求められる。

[ペリクル膜の張設方法]
本発明は、枠にペリクル膜を張設する際に短辺方向にかける張力Ｔ_１と長辺方向にかける張力Ｔ_２とをそれぞれ個別に異方性をもたせるように制御することによって、ペリクル膜の張力による枠の内側への歪みを大きく抑制するというものである。以下に、張力を個別に異方性を持たせるように制御する方法について説明する。

図２は、ペリクルを製造する一例を示すものである。

まず、スピンコート法、溶液中に浸積させて引き上げる引き上げ法等によってガラス基板上等において製膜して有機薄膜３とし、ペリクル枠１よりサイズが大きな仮枠２に、仮に張設する。次に、ペリクル枠１の一方の側端面に接着剤を塗布し、有機薄膜３が仮に張設されている仮枠２を降下させることによって有機薄膜３を接着剤の塗布されたペリクル枠１に押し当ててペリクル枠に接着させたのち、ペリクル枠１のエッジより有機薄膜３がはみ出る部分を、針、パイプあるいはメス刃等の切断治具４で切断することによって所望のペリクルが得られる。

本発明における、ペリクル膜の長辺上において長辺と垂直な方向にかける張力Ｔ２の大きさと短辺上において短辺と垂直な方向にかける張力Ｔ１の大きさとをそれぞれ個別に大きさを制御する方法の一例を図３．に示す。

図３は、長辺がｌ_１、短辺がｍ_１の長方形のペリクル枠１の上に、有機薄膜３を仮に張設した四角形の仮枠を置いて、有機薄膜３をペリクル枠に接着した様子を上方から見たものである。このように、ペリクル枠１の外側と仮枠２の内側との間隔ｌ_２、ｍ_２が長辺方向と短辺方向とで異なるように、仮枠２のサイズを決めてやれば、張力Ｔ_１とＴ_２の大きさを個別に制御することができる。長辺方向と短辺方向でペリクル膜１の各辺にかかる張力が異なるので、ペリクル枠の歪量を最小にすることができる。

なお、ペリクル膜の張設されているペリクルにおいて、ペリクル膜を除去すると、長方形のペリクルとなることが特徴である。

〔張力の判別方法〕
本発明では、短辺方向の張力Ｔ_１と長辺方向の張力Ｔ_２とが、常に式（１）および（２）を満たしていることが必要である。以下に、張力Ｔ_１，Ｔ_２が妥当な張力であるかどうかを判別するための方法について記す。

本発明で用いられる判別方法は、妥当なものかを判別すべき短辺方向の張力Ｔ１および長辺方向の張力Ｔ２を入力するステップ（Ｓ１）、短辺の断面二次モーメントＩ１および長辺の断面二次モーメントＩ２を算出するステップ２（Ｓ２）、Ｍ０を算出するステップ３（Ｓ３）、短辺方向の歪量Ｗ１（Ｘ１）および長辺方向の歪量Ｗ２（Ｘ２）を算出するステップ４（Ｓ４）、それぞれの最大歪量W_1max、W_2maxを算出するステップ５（S５）、W_1maxとW_2maxの大きい方の値を最大歪量（計算値）として求めてW_maxとするステップ６（Ｓ６）、Ｗ_ｍａｘと歪量（管理値）Ｗ_０との比較をしてＷ_ｍａｘがＸ_０よりも小さいかどうか判断するステップ（Ｒ１）とからなる。

Ｓ１は、ペリクルの設計指標等から予測される張力Ｔ_１，Ｔ_２であって、本発明の効果が発現されるに当たって妥当な張力であるかどうかを判別するために入力するステップである。Ｓ２においては、上記Ｔ_１，Ｔ_２に加えて、ペリクル枠の仕様、すなわち、短辺の長さ、長辺の長さ、短辺の枠幅、長辺の枠幅、枠の高さ等の数値をもとに、短辺の断面二次モーメントＩ_１ならびに長辺の断面二次モーメントＩ_２を算出する工程であり、この計算には式（４）が用いられる。Ｓ３はＳ２で求められた断面二次モーメントをもとにＭ０を算出する工程である。Ｓ４は、ペリクル枠に用いる材料の縦弾性係数Ｅから、任意のＸ_１（０≦Ｘ_１≦ａ）について式（１）を用いてＸ_１における歪量Ｗ_１（Ｘ_１）および任意のＸ_２（０≦Ｘ_２≦ｂ）について式（２）を用いてＸ_２における歪量Ｗ_２（Ｘ_２）を計算する工程である。さらにＳ５は、Ｓ４で求めたＷ_１（Ｘ_１），Ｗ_２（Ｘ_２）の中で歪量の最大値Ｗ_１ｍａｘおよびＷ_２ｍａｘを特定する工程である。Ｓ６は、Ｓ５で求められた歪量の大きいほうを選び、ペリクル枠の最大歪量（計算値）Ｗ_ｍａｘを選択する工程である。そして、Ｒ１は、ペリクル枠の歪量（管理値）Ｗ_０とＷ_ｍａｘを比較して、Ｗ_maxがW₀以下であれば本発明の張力として適当であるとして判別され、W_maxがW₀よりも大きいのであれば本発明の張力としては適当でないとして、再び判別方法の最初のステップに戻るとするものである。

この方法で張力Ｔ_１，Ｔ_２を予め評価することによって、本発明のペリクルをより効率的に製造することが可能となる。

以下、本発明を実施例に基づき説明する。

［実施例１］
アルミ合金（Ａ５０５２系）からなるペリクル枠［寸法：短辺の長さ７９０ｍｍ、長辺の長さ１１２０ｍｍ、短辺の枠幅１０ｍｍ、長辺の枠幅１０ｍｍ、枠の高さ５．４ｍｍ］に、以下の膜張力Ｔ₁及びＴ₂（Ｔ₂＝Ｔ₁／２）にてペリクル膜を張設した際の、ペリクル枠の歪み量を式（１）及び（２）にて計算した結果を図４．に示す。
Ｔ₁＝3.2×10-3［ｋｇ／ｍｍ］
Ｔ₂＝1.6×10-3［ｋｇ／ｍｍ］
この場合のペリクル枠の歪み量は最大でも２ｍｍであった。
［実施例２］
膜の張力Ｔ₁及びＴ₂を、以下のようにＴ₂＝Ｔ₁／３としたこと以外は実施例１と全く同様にして、ペリクル枠の歪み量を計算した結果を図５．に示す。
Ｔ₁＝3.2×10-3［ｋｇ／ｍｍ］
Ｔ₂＝1.1×10-3［ｋｇ／ｍｍ］
この場合のペリクル枠の歪み量は最大でも１．８ｍｍであった。
［比較例１］
膜の張力Ｔ₁及びＴ₂を、以下のようにＴ₂＝Ｔ₁と等方的にしたこと以外は実施例１と全く同様にして、ペリクル枠の歪み量を計算した結果を図６．に示す。
Ｔ₁＝3.2×10-3［ｋｇ／ｍｍ］
Ｔ₂＝3.2×10-3［ｋｇ／ｍｍ］
この場合のペリクル枠の歪み量は最大６ｍｍもあった。

本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子やLCD（液晶表示素子）等のパターニング用のフォトリソグラフィ工程における、フォトマスク防護用に使用するペリクルとして、特に大型装置のマスク保護用に用いることができる。

図１はペリクル膜をペリクル枠に張設する際の、ペリクル膜とペリクル枠の関係を説明するための図である。図２はペリクル膜をペリクル枠に張設する際の、一般的な加工方法を説明するための図である。図３は本発明の一実施形態を説明するための概略図である。図４は長辺方向の膜の張力Ｔ₂を短辺方向の膜の張力Ｔ₁の半分にした際のペリクル枠の歪み量を計算した結果を示す図である。図５は長辺方向の膜の張力Ｔ₂を短辺方向の膜の張力Ｔ₁の１／３にした際のペリクル枠の歪み量を計算した結果を示す図である。図６は長辺方向の膜の張力Ｔ₂と短辺方向の膜の張力Ｔ₁とを同じにした際のペリクル枠の歪み量を計算した結果を示す図である。本発明における、枠の歪み量を求める計算方法を説明するための図である。本発明における、枠の最大歪み量W_maxを管理値W₀以下に抑制するように、膜の張力Ｔ₁、Ｔ₂を決める方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・ペリクル枠
２・・・仮枠
３・・・ペリクル膜
４・・・膜切断治具

Claims

短辺において短辺方向と垂直方向の張力Ｔ_１と長辺において長辺と垂直方向の張力Ｔ_２が異なる大きさで張設されていることを特徴とするペリクル。
上記張力Ｔ_１と上記張力Ｔ_２を異なる大きさで制御して、ペリクル膜をペリクル枠に張設することを特徴とするペリクルの製造方法。
上記張力Ｔ１による短辺上の任意の点Ｘ１における短辺の垂直な方向への歪量Ｗ_１（Ｘ_１）のうちの最大値をＷ_１max、上記張力Ｔ_２による長辺上の任意の点Ｘ_２における長辺の垂直な方向への歪量Ｗ_２（Ｘ_２）のうちの最大値をＷ_２ｍａｘとしたとき、ペリクル枠の歪量Ｗ_０に対して、上記張力Ｔ_１，Ｔ_２が
Ｗ_０≧Ｗ_１ｍａｘおよびＷ_０≧Ｗ_２ｍａｘ
を満たす大きさで張設されていることを特徴とする請求項１記載のペリクル。
（ただし、Ｗ_１（Ｘ_１），Ｗ_２（Ｘ_２）は下記式（１）〜（３）を満たす。）

上式において、
W₀：ペリクル枠歪量(管理値)［ｍｍ］
ａ：ペリクル枠短辺の長さ［ｍｍ］
ｂ：ペリクル枠長辺の長さ［ｍｍ］
Ｉ₁：ペリクル枠短辺の断面二次モーメント［ｍｍ⁴］
Ｉ₂：ペリクル枠長辺の断面二次モーメント［ｍｍ⁴］
Ｅ：ペリクル枠材料の縦弾性係数［ｋｇ／ｍｍ²］
短辺方向の張力Ｔ_１および長辺方向の張力Ｔ_２が妥当であるかどうかを判別する方法であって、当該方法は、Ｔ_１，Ｔ_２を入力するステップ（Ｓ１）、短辺の断面二次モーメントＩ_１および長辺の断面二次モーメントＩ_２を算出するステップ２（Ｓ２）、Ｍ_０を算出するステップ３（Ｓ３）、短辺方向の歪量Ｗ_１（Ｘ_１）および長辺方向の歪量Ｗ_２（Ｘ_２）を算出するステップ４（Ｓ４）、それぞれの最大歪量W_1max、W_2maxを算出するステップ５（S５）、W_1maxとW_2maxの大きい方の値を最大歪量（計算値）として求めてW_maxとするステップ６（Ｓ６）、Ｗ_ｍａｘと歪量（管理値）Ｗ_０との比較をしてＷ_ｍａｘがＷ_０よりも小さいかどうか判断するステップ（Ｒ１）とからなり、歪量Ｗ０≧Ｗ_ｍａｘであるときにＴ_１，Ｔ_２として妥当であるとする張力Ｔ_１，Ｔ_２の判別方法。