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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-27
(45)【発行日】2022-07-05
(54)【発明の名称】ペリクル枠の製造方法
(51)【国際特許分類】
   G03F 1/64 20120101AFI20220628BHJP
   B24B 41/06 20120101ALI20220628BHJP
   B24B 7/00 20060101ALI20220628BHJP
【FI】
G03F1/64
B24B41/06 L
B24B7/00 Z
【請求項の数】 15
(21)【出願番号】P 2018086876
(22)【出願日】2018-04-27
(65)【公開番号】P2019191488
(43)【公開日】2019-10-31
【審査請求日】2021-04-16
(73)【特許権者】
【識別番号】000004547
【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000578
【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】木村 幸広
【審査官】植木 隆和
(56)【参考文献】
【文献】特開平09-155730(JP,A)
【文献】特開2001-312047(JP,A)
【文献】特開2002-096264(JP,A)
【文献】特開2003-186180(JP,A)
【文献】特開2003-307832(JP,A)
【文献】特開2009-166161(JP,A)
【文献】特開2015-042427(JP,A)
【文献】特開2017-161749(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 21/027
G03F 1/62
G03F 1/64
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
厚み方向の両側に設けられた第1面及び第2面と、前記第1面及び前記第2面に連接された内周面及び外周面と、を有する枠形状のペリクル枠を、土台上に載置して、前記ペリクル枠の加工を行う、ペリクル枠の製造方法において、
前記ペリクル枠を、前記第1面を前記土台側にするとともに、前記ペリクル枠の形状を維持したままの状態で、前記土台に固定する固定工程と、
前記土台に固定した前記ペリクル枠の前記第2面に対して、平面加工を行う固定加工工程と、
を有するペリクル枠の製造方法。
【請求項2】
前記平面加工後に、前記土台から前記ペリクル枠を取り外す取外工程と、
前記取り外したペリクル枠を、前記第2面を前記土台側にして該土台上に載置した状態で、前記第1面に対して、平面加工を行う載置加工工程と、
を有する請求項1に記載のペリクル枠の製造方法。
【請求項3】
前記固定工程、前記固定加工工程、前記取外工程、前記載置加工工程を実施した後に、再度、前記固定工程、前記固定加工工程、前記取外工程、前記載置加工工程を実施する、
請求項2に記載のペリクル枠の製造方法。
【請求項4】
前記載置加工工程で用いる土台は、前記固定加工工程で用いる土台と同一の土台又は異なる土台である、
請求項2又は3に記載のペリクル枠の製造方法。
【請求項5】
前記土台として、単一の土台又は複数の土台を組み合わせたものを用いる、
請求項1~4のいずれか1項に記載のペリクル枠の製造方法。
【請求項6】
前記土台は、平面視で、前記ペリクル枠の外形寸法より大きな寸法を有する、
請求項1~5のいずれか1項に記載のペリクル枠の製造方法。
【請求項7】
前記土台は、前記平面加工の際に変形しない特性を有する、
請求項1~6のいずれか1項に記載のペリクル枠の製造方法。
【請求項8】
前記土台のヤング率は、200GPa以上である、
請求項1~7のいずれか1項に記載のペリクル枠の製造方法。
【請求項9】
前記固定工程では、前記土台と前記ペリクル枠との間に配置した固定材により、前記ペリクル枠の固定を行う、
請求項1~8のいずれか1項に記載のペリクル枠の製造方法。
【請求項10】
前記平面加工後に、前記土台から前記ペリクル枠を取り外す場合には、前記土台と前記ペリクル枠との間から前記固定材を除去して、前記ペリクル枠を取り外す、
請求項9に記載のペリクル枠の製造方法。
【請求項11】
前記固定工程では、前記土台と前記ペリクル枠との間に、固化していない状態の固定材を充填した後に、該固定材を固化させて、前記ペリクル枠の固定を行う、
請求項9又は10に記載のペリクル枠の製造方法。
【請求項12】
前記固定材は、液状接合材であり、該液状接合材を前記土台と前記ペリクル枠との間に充填し、その後固化させて、前記固定を行う、
請求項11に記載のペリクル枠の製造方法。
【請求項13】
前記固定材は、ワックスであり、固形状態の該ワックスを加温して液状化させて、前記土台と前記ペリクル枠との間に充填し、その後冷却して前記ワックスを固化させて、前記固定を行う、
請求項11に記載のペリクル枠の製造方法。
【請求項14】
前記土台における前記ペリクル枠が載置される表面の平面度は、3μm以下である、
請求項1~13のいずれか1項に記載のペリクル枠の製造方法。
【請求項15】
前記ペリクル枠は、セラミックを主成分とする、
請求項1~14のいずれか1項に記載のペリクル枠の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ペリクル枠及びペリクル枠の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体製造において、半導体ウェハに配線パターンを形成する露光工程ではフォトマスクが用いられるが、このフォトマスクに異物(パーティクル等)が付着すると配線パターンの欠陥が生じる。
【0003】
この対策として、即ち防塵のために、フォトマスクの表面(例えば表裏面)を覆うようにペリクルが配置されている。このペリクルとは、四角形の枠体であるペリクル枠に、その開口部を覆うように透明な薄い膜(ペリクル膜)が張設されたものである。
【0004】
このペリクル枠は、枠部分が細い線材からなり、開口部の開口面積が大きな部材であり、ペリクル膜をフォトマスクから所定距離離して配置するために用いられる。なお、ペリクル枠を構成する部材としては、例えば厚み3mm×幅2mmの角柱のような細径の例えばアルミ合金製の部材が用いられる。
【0005】
ところで、従来のアルミ合金製のペリクル枠(従ってペリクル)は、平面度が悪いので(例えば平面度が数十μm程度であるので)、ペリクルをフォトマスクに貼り付けた場合には、フォトマスクに反りや歪み等の変形が生じるという問題があった。
【0006】
この対策として、例えば特許文献1には、ペリクル枠の側壁に窪みを設けて、ペリクル枠の剛性を低下させて、フォトマスクの変形を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開2011-7933号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、上述した従来技術は、ペリクル枠の平面度自体を改善するものではないので、ペリクルをフォトマスクに貼り付けた場合には、フォトマスクの変形を十分に抑制できない恐れがあった。
【0009】
この対策として、例えば高精度平面加工機を用いて、ペリクル枠の平面度を1μm未満に加工することが考えられる。例えば、図9(a)に示すように、定盤(A1)上にペリクル枠(A2)を載置して、ペリクル枠の厚み方向の表面を加工すること(即ち平面加工を行うこと)が考えられる。
【0010】
ところが、開口面積が大きく、枠断面積の小さなペリクル枠は剛性が低く、平面加工中に弾性変形を起こし、定盤の形状に倣って変形してしまう。例えば、湾曲したペリクル枠は、図9(b)に示すように、平面加工の際に上方から砥石によって圧力が加わると、定盤の平坦な表面に倣って平坦となり、あたかも、平面度が改善したようなフラットな状態となる。そのため、この状態で平面加工を行っても、平面度は改善されない。その結果、図9(c)に示すように、平面加工後には自身の弾性によって元の形状に戻るため、平面度は改善されないままとなる。
【0011】
つまり、従来では、単に定盤上にペリクル枠を載置し、その上面(即ち露出面)に対して平面加工を行うので、ペリクル枠は定盤の表面に倣うように変形し、平面加工後に圧力が無くなると元の形状に戻ってしまうので、平面度が向上しないという問題があった。
【0012】
本開示は、前記課題を解決するためになされたものであり、平面度の高いペリクル枠及びそのペリクル枠を製造できるペリクル枠の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
(1)本開示の第1局面は、厚み方向の両側に設けられた第1面及び第2面と、第1面及び第2面に連接された内周面及び外周面と、を有する枠形状のペリクル枠を、土台上に載置して、ペリクル枠の加工を行う、ペリクル枠の製造方法に関するものである。
【0014】
このペリクル枠の製造方法では、固定工程にて、ペリクル枠を、第1面を土台側にするとともに、ペリクル枠の形状を維持したままの状態で、土台に固定し、固定加工工程にて、土台に固定したペリクル枠の第2面に対して、平面加工を行う。
【0015】
このように、本第1局面では、ペリクル枠を変形させない状態で土台に固定し、土台と反対側の表面である第2面(露出面)の平面加工を行うので、ペリクル枠の平面度を高めることができる。
【0016】
詳しくは、本第1局面では、ペリクル枠を変形させない状態で(即ち、平面度が悪い場合にはその悪い平面度を維持した状態で)、例えばワックス等で土台に固定する。そのため、ペリクル枠の平面度を改善するために、その露出面に対して平面加工を行う際に、ペリクル枠が砥石等によって露出面側から押圧されても、ペリクル枠には土台の表面に倣うような変形が生じにくい。例えば、ペリクル枠が湾曲していた場合でも、その湾曲の状態を保ったまま(即ち弾性変形しない状態のまま)、土台上に固定される。
【0017】
そのため、このペリクル枠が弾性変形しない状態で、平面度を改善するように露出面側の平面加工を行うことができるので、ペリクル枠を目的とする平面度となるように加工することができる。
【0018】
しかも、本第1局面では、ペリクル枠が弾性変形しない状態で、露出面側の平面加工を行うので、平面加工後には、平面加工中の弾性変形によって生じるペリクル枠の表裏面(即ち第1面及び第2面)の残留応力差を低減することができる。従って、平面加工後に、ペリクル枠が自身の弾性によって元に戻ることを抑制できる。よって、ペリクル枠は、平面加工によって得られた高い平面度を維持することができる。
【0019】
従って、本第1局面では、ペリクル枠について、平面度不良の発生率が下がり、歩留まりが向上する。また、平面度不良が発生した場合でも、容易に修正が可能である。更に、平面加工の工程を簡略化できるので、工数の大幅な低減が可能である。
【0020】
(2)本開示の第2局面では、平面加工後に、取外工程にて、土台からペリクル枠を取り外し、載置加工工程にて、取り外したペリクル枠を、第2面を土台側にして土台上に載置した状態で、第1面に対して、平面加工を行ってもよい。
【0021】
前記第1局面における平面加工により、ペリクル枠の第2面の平面度が小さくなっているので、ペリクル枠を第2面を土台側にして土台上に載置した場合には、ペリクル枠は殆ど変形しない。つまり、平面加工の際に用いられる土台は、通常はその表面は非常に平坦であるので(即ち平面度が小さいので)、平面加工された第2面を土台側にした場合には、ペリクル枠は殆ど変形しない。
【0022】
よって、殆ど変形していないペリクル枠の露出面である第1面に対して平面加工を行うことにより、第1面の平面度も小さくすることができる。
従って、本第2局面では、ペリクル枠の厚み方向の両面(即ち第1面及び第2面)の平面度を小さくすることができる。
【0023】
また、前記第1局面による平面加工により、ペリクル枠の第2面側と第1面側とに残留応力の差が発生していたとしても、本第2局面では、第2面を土台上に載置した状態(つまり、第1局面と異なり、ペリクル枠を土台に固定しない状態)で、第1面に対して平面加工を行う。従って、ペリクル枠の第1面に第2面と同等の残留応力を与えることができ、ペリクル枠の第1面及び第2面の平面度を小さくすることができる。
【0024】
(3)本開示の第3局面では、固定工程、固定加工工程、取外工程、載置加工工程を実施した後に、再度、固定工程、固定加工工程、取外工程、載置加工工程を実施してもよい。
本開示の第3局面では、固定工程、固定加工工程、取外工程、載置加工工程を2回実施するので、ペリクル枠の厚み方向の両面の平面度を一層小さくすることができる。
【0025】
(4)本開示の第4局面では、載置加工工程で用いる土台は、固定加工工程で用いる土台と同一の土台又は異なる土台であってもよい。
異なる工程で用いる土台を共通としても、別個の土台としてもよい。
【0026】
(5)本開示の第5局面では、土台として、単一の土台又は複数の土台を組み合わせたものを用いてもよい。
例えば単一の土台の上にペリクル枠を載置して平面加工を行ってもよい。また、ベースとなる土台(メイン土台)の上に補助的な土台(サブ土台)を設置し、そのサブ土台の上にペリクル枠を載置して平面加工を行ってもよい。
【0027】
(6)本開示の第6局面では、土台は、平面視で、ペリクル枠の外形寸法より大きな寸法を有していてもよい。
このように、土台がペリクル枠よりも大きな外形寸法である場合には、ペリクル枠の全体を土台上に配置できるので、ペリクル枠の固定や平面加工が容易であるという利点がある。
【0028】
(7)本開示の第7局面では、土台は、平面加工の際に変形しない特性を有していてもよい。
土台が、ペリクル枠の平面加工の際に変形しない特性を有している場合には、平面加工中にペリクル枠も変形しにくい。よって、ペリクル枠の平面度を改善する平面加工を好適に行うことができる。
【0029】
(8)本開示の第8局面では、土台のヤング率は、200GPa以上であってもよい。
土台のヤング率が200GPa以上である場合には、高い剛性を有しているので、ペリクル枠の平面加工の際に、土台が変形しにくい。よって、ペリクル枠の平面度を改善する平面加工を好適に行うことができる。
【0030】
(9)本開示の第9局面では、固定工程では、土台とペリクル枠との間に配置した固定材により、ペリクル枠の固定を行ってもよい。
このように、固定材を用いることにより、ペリクル枠を土台に固定することができる。
【0031】
(10)本開示の第10局面では、平面加工後に、土台からペリクル枠を取り外す場合には、土台とペリクル枠との間から固定材を除去して、ペリクル枠を取り外してもよい。
このように、固定加工工程の平面加工後に、固定材を除去することにより、土台からペリクル枠を取り外すことができる。
【0032】
(11)本開示の第11局面では、固定工程では、土台とペリクル枠との間に、固化していない状態の固定材を充填した後に、固定材を固化させて、ペリクル枠の固定を行ってもよい。
【0033】
このように、固化していない固定材を土台とペリクル枠との間に充填し、その後に、固定材を固化させることにより、ペリクル枠を土台に固定することができる。
(12)本開示の第12局面では、固定材は、液状接合材であり、液状接合材を土台とペリクル枠との間に充填し、その後固化させて、固定を行ってもよい。
【0034】
本第12局面は、固定材として液状接合材を用いる場合の方法を例示している。
(13)本開示の第13局面では、固定材は、ワックスであり、固形状態のワックスを加温して液状化させて、土台とペリクル枠との間に充填し、その後冷却してワックスを固化させて、固定を行ってもよい。
【0035】
本第13局面は、固定材としてワックスを用いる場合の方法を例示している。
(14)本開示の第14局面では、土台におけるペリクル枠が載置される表面(即ち載置面)の平面度は、3μm以下(好ましくは1μm以下)であってもよい。
【0036】
本第14局面では、土台の載置面の平面度が小さく平坦であるので、土台上にペリクル枠を載置した場合に、ペリクル枠の変形を抑制できる。
(15)本開示の第15局面では、ペリクル枠は、セラミックを主成分としてもよい。
【0037】
本第15局面は、ペリクル枠の好適な材料を例示したものである。なお、主成分とは、当該セラミック成分がペリクル枠を構成する材料の50体積%以上であることを示している。
【0038】
(16)本開示の第16局面は、厚み方向の両側に設けられた第1面及び第2面と、第1面及び第2面に連接された内周面及び外周面と、を有するペリクル枠に関するものであり、このペリクル枠の第1面と第2面との残留応力の差が、5MPa以下である。
【0039】
このように、ペリクル枠の第1面と第2面との残留応力の差が、5MPa以下である場合には、ペリクル枠自体が変形にくく、その平面度が小さい。よって、フォトマスクの表面にペリクルを貼り付けた場合に、フォトマスクが変形しにくいので、好適である。
【0040】
(17)本開示の第17局面は、厚み方向の両側に設けられた第1面及び第2面と、第1面及び第2面に連接された内周面及び外周面と、を有するペリクル枠に関するものであり、このペリクル枠の第1面及び第2面における平面度が、5μm以下であってもよい。
【0041】
このように、ペリクル枠の第1面及び第2面における平面度が、5μm以下である場合には、フォトマスクの表面にペリクルを貼り付けた場合に、フォトマスクが変形しにくいので、好適である。
【0042】
<以下、本開示の構成について説明する>
・平面加工とは、ワークの表面を平坦にする加工のことであり、ここでは、ペリクル枠の厚み方向の表面における平面度を改善するために、ペリクル枠の表面に対して研削や研
磨等の加工を行うことである。
【0043】
・平面度とは、「平面形体の幾何学的に正しい平面からの狂いの大きさ」であり、JIS 0621-1984で規定されるものである。
・土台の平面度は、平面加工前のペリクル枠(即ち焼結体)及び平面加工後のペリクル枠の平面度よりも小さい。また、土台の剛性はペリクル枠の剛性より高く、同じ力が加わった場合でも、土台はペリクル枠よりも変形しにくい。
【0044】
・ペリクル枠の枠体の材料としては、セラミックを主成分とする材料、超硬からなる材料、サーメットからなる材料、単体又は合金の金属からなる材料等を採用できる。
セラミックとしては、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等の非導電性のセラミックや、アルミナ・炭化チタン、アルミナ・炭化チタン・窒化チタン、ジルコニア・炭化チタン等の導電性のセラミックなどを採用できる。金属としては、アルミ合金等を採用できる。
【0045】
・ペリクル枠の寸法としては、枠部分の幅、厚さとも、例えば2.0mm~5.0mmの範囲を採用できる。開口部(即ち中央貫通孔)の寸法としては、例えば縦110mm~120mm、横140mm~145mmの範囲を採用できる。
【0046】
・土台の材料としては、アルミナ、窒化アルミ、炭化ケイ素等のセラミックを採用でき、その厚さとしては、例えば5mm以上を採用できる。
【図面の簡単な説明】
【0047】
図1】第1実施形態のペリクル枠を示す斜視図である。
図2】第1実施形態のペリクル枠をXY平面に沿って破断した断面を示す断面図である。
図3図1におけるA-A断面図である。
図4】第1実施形態のペリクル枠の製造方法を示す工程図である。
図5】第1実施形態のペリクル枠の製造方法のうち平面加工の一部を示す説明図である。
図6】第1実施形態のペリクル枠の製造方法のうち平面加工の他の一部を示す説明図である。
図7】第2実施形態のペリクル枠の製造方法のうち平面加工を示す説明図である。
図8】実験例2の説明図である。
図9】従来技術の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0048】
以下、本開示が適用されたペリクル枠及びその製造方法の実施形態について、図面を用いて説明する。
[1.第1実施形態]
[1-1.全体構成]
まず、第1実施形態のペリクル枠の全体構成について説明する。
【0049】
図1図3に示すように、ペリクル枠1は、自身の片面(図3の上方)にペリクル膜3(図3参照)が張設される部材である。このペリクル枠1は、セラミックを主成分とする材料(例えば、アルミナを主成分とし、炭化チタンを含有する導電性セラミックス)から構成されている。なお、図1及び図2では、ペリクル枠1自体を示し、図3では、ペリクル枠1の片面にペリクル膜3が張設されたペリクル5を示している。
【0050】
また、以下では、ペリクル枠1の全ての面のうち、ペリクル枠1自身で囲まれた内側の面を内周面7、内側と反対側の外側の面を外周面9とよぶ。また、内周面7と外周面9と
に連接された面のうち、ペリクル膜3が張設された側を上面11、反対の面を下面13とよぶ。なお、これらの面を区別する必要がない場合には、単に表面と呼ぶことがある。
【0051】
図1に示すように、直交するX軸、Y軸、Z軸の座標系において、ペリクル枠1は、Z方向から見た平面視で、長方形状の枠体(即ち環状の部材)であり、中央には平面視で長方形の中央貫通孔15を有している。
【0052】
つまり、ペリクル枠1は、同一平面上にて、平面視で、上下左右の四方に配置された長尺の枠部からなる。詳しくは、ペリクル枠1は、X軸に平行に配置された第1枠部1a及び第2枠部1bと、Y軸に平行に配置された第3枠部1c及び第4枠部1dとによって構成されている。
【0053】
なお、ペリクル枠1の外形の寸法は、例えば、縦(Y方向)約149mm×横(X方向
)約120mm×厚み(Z方向)約3mmである。また、ペリクル枠1の各枠部1a~1dは四角柱であり、その幅の寸法(Z方向から見た幅の寸法)は、同一(例えば約2mm)である。
【0054】
また、このペリクル枠1は、ヤング率が150GPa以上、且つ、ビッカース硬度が800Hv以上の特性を有している。なお、ペリクル枠1の平面度(詳しくは、上面11及び下面13の平面度)は、5μm以下である。また、ペリクル枠1の上面11と下面13との残留応力の差は、5MPa以下である。
【0055】
前記ペリクル枠1には、平面視で、図2に示すように、X方向における両枠部(即ち第3枠部1c、第4枠部1d)に、それぞれ2箇所(合計4個所)に、外周面9側に開口する窪みである有底孔17a、17b、17c、17d(17と総称する)が設けられている。
【0056】
この有底孔17は、図3に示すように、例えばφ1.5mm、深さ1.2mmの有底の丸穴であり、底部は円錐形状に整えられている。
有底孔17は、ペリクル5の製造およびその後のフォトマスク(図示せず)に取り付ける際の位置決め等に用いられる。
【0057】
なお、前記図1及び図2に示すように、ペリクル枠1の第3枠部1cには、例えばφ0.5mmの貫通孔である通気孔20が設けられている。この通気孔20は、フォトマスクにペリクル5が取り付けられた後、ペリクル5とフォトマスクに囲まれた空間と外部環境との気圧調整に用いられる。なお、外部環境から粉塵が侵入しないよう、通気孔20には、図示しないフィルタが設けられる。
【0058】
[1ー2.ペリクル枠の製造方法の概略]
次に、ペリクル枠1の製造方法の概略について説明する。
(第1工程P1)
図4に示すように、ペリクル枠1の原料である粉体(即ち素地粉末)を作製した。
【0059】
ここで粉体とは、ペリクル枠1を構成する焼結体の元になる物質であり、後述する様に、アルミナや導電性材料などの原料粉末に、焼結助剤などを適宜加え湿式混合した後、噴霧乾燥法によって50μm~100μmの顆粒に作製したものである。
【0060】
なお、原料粉末の粒径の測定は、レーザー回折・散乱法により行なったが、動的光散乱法や沈降法により行なってもよい。
(第2工程P2)
次に、この粉体を成形し、ペリクル枠1の原形を形成した。
【0061】
(第3工程P3)
次に、前記粉体の成形後、これを所定温度で焼成した。
この焼成温度は、粉体の組成によるが、一般に1500℃以上である。焼成することにより、高いヤング率と強度とを持つ焼結体(即ちペリクル枠1を構成する焼結体)が得られる。
【0062】
(第4工程P4)
次に、焼結体に対して、その厚さを調節する厚さ加工(具体的には研削加工)を行った。
なお、ここでは、後述する精密平面加工(第9工程P9)の研磨代(例えば0.05mm~0.10mm)を残して厚さを揃えた。
【0063】
(第5工程P5)
次に、厚さ加工後の焼結体に対して、内形・外形加工を行った。
詳しくは、保持治具(図示せず)で焼結体の外周面を把持し、焼結体の内周面と外周面とに対してワイヤー放電加工を行い、内形や外形を目的とする寸法に加工した。
【0064】
(第6工程P6)
次に、内形・外形加工後の焼結体に対して、放電加工面の表面処理を行った。
詳しくは、サンドブラスト処理により、放電加工によって生じた熱変質層を除去した。
【0065】
(第7工程P7)
次に、放電加工面の表面処理後の焼結体に対して、穴開け加工を行った。
具体的には、型彫り放電加工によって、焼結体の側面に有底孔17を形成した。また、細穴放電加工機(図示せず)によって、焼結体の側面に、気圧調整用の通気孔20を形成した。
【0066】
(第8工程P8)
次に、有底孔17及び通気孔20に対して、放電加工面の表面処理を行った。
詳しくは、サンドブラスト処理により、放電加工によって、有底孔17及び通気孔20の内周面に生じた熱変質層を除去した。
【0067】
(第9工程P9)
次に、有底孔17及び通気孔20のサンドブラスト処理後の焼結体に対して、後に詳述するように、ペリクル枠1の上面11及び下面13の平面度を向上させるために、精密平面加工を行った。
【0068】
(第10工程P10)
その後、ペリクル枠1に対して、面取り加工を行ってもよい。
[1ー3.実施例]
次に、ペリクル枠1の製造方法の具体的な実施例について、詳細に説明する。
【0069】
(第1工程P1)
この素地の作製工程では、平均粒径0.5μmのα-アルミナ粉末63体積%、平均粒径1.0μmの炭化チタン10体積%、平均粒径1.0μmの窒化チタン25体積%、残部をMgO:Y=1:1の焼結助剤からなる複合材料を調製した。
【0070】
そして、この複合材料を湿式混合し、成形用有機バインダを加えた後、通常の噴霧乾燥
法により、アルミナ・炭化チタン・窒化チタンの複合セラミックス素地粉末を作製した。
(第2工程P2)
この成形工程では、複合セラミックス素地粉末を、金型プレス法により、外形寸法を縦182mm×横147mm×厚さ6mm、枠幅5mm程度の枠形状に成形し、ペリクル枠1の原型(粉末成形体)を作製した。
【0071】
ここでは、後述する焼成工程により、ペリクル枠1の外形は、20~30%程度縮むため、予め、焼成後のペリクル枠1より大きく成形する。なお、ペリクル枠1は、半導体露光装置における露光用マスクの大きさに合わせて種々の大きさが可能である。
【0072】
(第3工程P3)
この焼成工程では、粉末成形体を脱バインダし、不活性ガス中にて1700℃で3時間保持して焼成し、導電性を有する緻密なセラミックス焼結体を得た。
【0073】
この焼結体の寸法は、縦151mm×横122mm×厚さ5mm、枠幅4mm程度であった。なお、0.3mm程度の歪みがあった。
(第4工程P4)
この厚さ加工工程では、焼結体の上下面(厚さ方向の両面)を、平面研削盤にてほぼ同量研削し、厚さ3.1mmに加工した。なお、焼結体の平面研削後の両面の平面度は、それぞれ、20μm~40μmであった。
【0074】
(第5工程P5)
この内形・外形加工工程では、ワイヤー放電加工により、焼結体の内形及び外形を、縦149mm×横120mm、枠幅2mmに加工した。なお、この際に、稜部(コーナー部)のR加工を行ってもよい。
【0075】
(第6工程P6)
この放電加工面の表面処理工程では、サンドブラスト処理によって、放電加工面の熱変質層を除去した。サンドブラスト処理では、粒度#600(平均粒径約30μm)の炭化ケイ素砥粒を使用した。除去した層の厚みは、5μm程度であった。
【0076】
(第7工程P7)
この穴開け加工処理では、型彫り放電加工によって、焼結体に対して、即ちペリクル枠1の第3枠部1c及び第4枠部1dに対して、φ1.5mm、深さ1.2mmの有底孔17を形成した。
【0077】
また、細穴放電加工によって、焼結体に対して、φ1mmの気圧調整用の通気孔20を形成した。
(第8工程P8)
この放電加工面の表面処理工程では、サンドブラスト処理により、放電加工された有底孔17及び通気孔20の内周面の熱変質層を除去した。
【0078】
サンドブラスト処理では、粒度#600(平均粒径約30μm)の炭化ケイ素砥粒を使用した。除去した層の厚みは、5μm程度であった。
(第9工程P9)
次に、平面加工機を用いて、サンドブラスト処理後の焼結体の片面ずつに対して、順次精密平面加工を行い、各片面をそれぞれ平面度を5μm以下に加工した。
【0079】
以下、この精密平面加工について、図5及び図6を用いて詳細に説明する。なお、図5及び図6では、焼結体35等の各部材の形状は特徴を強調して模式的に示してある。
まず、図5(a)に示すように、高い剛性を有する定盤(サブ定盤)31の表面(上面)33上に、前記第8工程P8による処理後の焼結体(即ちペリクル枠1を構成する焼結体)35を、厚み方向の一方の表面(第2面)37が上側となるように載置した。
【0080】
このサブ定盤31として、例えばアルミナ製で、厚さが5mm以上(例えば10mm)で、平面度が3μm以下(例えば0.8μm)の板材を用いた。なお、サブ定盤31は、平面視(厚み方向から見た場合)で、焼結体35の外形寸法より大きな寸法を有しており、その厚みは一定である。また、サブ定盤31は、平面加工の際に変形しないように、ヤング率が200GPa以上(例えば300GPa)の高い剛性を有している。
【0081】
次に、焼結体35を載置したサブ定盤31をホットプレート(図示せず)上に置き、焼結体35の周囲に固形のワックスW(詳しくは、日化精工株式会社製 スカイワックス)を配置した。
【0082】
そして、ホットプレートによって、ワックスWを加熱して溶融させた。溶融したワックスWは、図5(b)に示すように、焼結体35とサブ定盤31との例えば20μm~50μmの隙間39に、気泡なく浸透した。
【0083】
次に、ホットプレートの加熱を中止し、自然冷却によってワックスWを固化させた。これにより、ワックスWによって、焼結体35がサブ定盤31に固定された。なお、ワックスWを冷却して固化させる際のサブ定盤31の上面33と下面34との温度差は、例えば1℃以下である。冷却中に上面33と下面34との間の温度差が大きいと、サブ定盤31が反り変形を起こし、冷却後にサブ定盤31の反り変形が解消すると、焼結体35に逆方向の反りが残った状態となることがあるためである。
【0084】
なお、この、焼結体35をサブ定盤31にワックスWを用いて固定する工程は、固定工程の一例である。
次に、図5(c)に示すように、焼結体35が固定されたサブ定盤31を、平面加工機41に取り付けた。
【0085】
具体的には、平面加工機41の定盤(メイン定盤)43の表面(上面)45上に、焼結体35が固定されたサブ定盤31を配置した。詳しくは、メイン定盤43の表面45には、サブ定盤31の外形に一致する開口部40aを有するプラスチック製の枠体40が固定されており、その枠体40の開口部40aにサブ定盤31を嵌めることにより、サブ定盤31をメイン定盤43上に固定した。
【0086】
なお、メイン定盤43は水平定盤であり、その表面45は水平となっている。従って、サブ定盤31も水平定盤であり、その表面(上面)33も水平となっている。また、メイン定盤43及びサブ定盤31の各表面45、33の平面度は、3μm以下、好ましくは1μm以下である。
【0087】
この平面加工機41とは、例えばロータリー平面研削盤であり、表面45が水平の円盤形状のメイン定盤43と、メイン定盤43の上方にてメイン定盤43と平行に配置された円盤形状の砥石47とを備えている。なお、メイン定盤43と砥石47との回転軸は、垂直である。
【0088】
そして、メイン定盤43と砥石47とが、互いに反対方向に回転するとともに、砥石45が降下してワークである焼結体35の露出面を研削することにより、平面加工を行う。なお、砥石45は、降下する際に、水平方向(例えば図5(c)の左右方向)に数mm程度揺動して研削を行う。
【0089】
なお、平面加工機41として、平面超仕上盤を使用した。
ここでは、前記平面加工機41を用いて、図6(a)に示すように、砥石47によって焼結体35の第2面37を平坦にするように平面加工を行うことによって、第2面37の平面度を5μm以下に加工した。
【0090】
次に、図6(b)に示すように、第2面37の加工後の焼結体35を載置したサブ定盤31を、前記ホットプレートに載置し、上述したように再度加熱することにより、ワックスWを溶融させた。これにより、焼結体35とサブ定盤31とを分離することができた。なお、焼結体35やサブ定盤31に付着したワックスWは、洗浄等により除去した。
【0091】
次に、図6(c)に示すように、焼結体35の第2面37と第1面49とを裏返し(即ち第1面49を上側とし)、焼結体35の第2面37をメイン定盤43上に配置した。
なお、焼結体35は、後述する平面加工の際に動かないように、枠体50によって、メイン定盤43上に、位置ずれしないように配置した。詳しくは、メイン定盤43の表面45には、焼結体35の外形に一致する開口部50aを有するプラスチック製の枠体50が固定されており、その枠体50の開口部50aに焼結体35を嵌めることにより、焼結体35をメイン定盤43上に配置した。
【0092】
次に、図6(d)に示すように、上述した第2面37の平面加工と同様にして、焼結体35の第1面49の平面加工を行った。この平面加工により、第1面49の平面度を5μm以下に加工した。
【0093】
このようにして、焼結体35の両面(即ち第1面49及び第2面37)の平面加工を行うことにより、第1面49及び第2面37の平面度が5μm以下の高い平面度を有するペリクル枠1を得た。
【0094】
(第10工程P10)
その後、ペリクル枠1に対して、面取り加工を行ってもよい。例えば、ペリクル枠1の稜部をブラシ研磨加工によって、0.03mm~0.05mmのR半径となるように、R加工を行ってもよい。
【0095】
以上の処理により、アルミナを主成分とするペリクル枠1を得た。このペリクル枠1のヤング率と強度とを計測したところ、ヤング率420GPa、強度690MPaであった。
[1-4.効果]
(1)本第1実施形態のペリクル枠1の製造方法では、ペリクル枠1となる焼結体35を変形させない状態で、サブ定盤31に固定し、サブ定盤31と反対側の表面である第2面37の平面加工を行うので、焼結体35(従ってペリクル枠1)の平面度を高めることができる。
【0096】
詳しくは、焼結体35を変形させない状態で(即ち、平面度が悪い場合にはその悪い平面度を維持した状態で)、ワックスWでサブ定盤31に固定する。そのため、平面度を改善するために平面加工を行う際に、焼結体35が第2面37側から砥石47によって押圧されても、焼結体35にはサブ定盤31の表面33に倣うような変形が生じにくい。
【0097】
このように、焼結体35が弾性変形しない状態で、平面度を改善するように第2面37側の平面加工を行うことができるので、焼結体35(従ってペリクル枠1)を目的とする小さな平面度となるように加工することができる。
【0098】
しかも、本第1実施形態では、上述したように、焼結体35が弾性変形しない状態で、第2面37側の平面加工を行うので、平面加工後には、焼結体35の表裏面の残留応力差を低減することができる。従って、平面加工後に、焼結体35が自身の弾性によって元に戻ることを抑制できる。よって、焼結体35(従ってペリクル枠1)は、平面加工によって得られた小さな平面度を維持することができる。
【0099】
(2)また、本第1実施形態では、第2面37の平面加工を行った後に、サブ定盤31から焼結体35を取り外し、取り外した焼結体35を、第2面37をメイン定盤43に載置した状態で、第1面49に対して、平面加工を行う。
【0100】
つまり、上述した第2面37に対する平面加工により、焼結体35の第2面37の平面度が小さくなっているので、第2面37をメイン定盤43側にして、焼結体35を平面度が小さなメイン定盤43に載置した場合には、焼結体35は殆ど変形しない。よって、殆ど変形していない焼結体35の第1面49に対して平面加工を行うことにより、第1面49の平面度も小さくすることができる。
【0101】
また、焼結体35の第2面37に対するによる平面加工により、焼結体35の第2面37側と第1面49側とに残留応力の差が発生していたとしても、第2面37側をメイン定盤43側にして焼結体35をメイン定盤43に載置した状態(つまり、第2面37の平面加工とは異なり、焼結体35をメイン定盤43に固定しない状態)で、第1面49に対して平面加工を行う。従って、焼結体35の第1面49に第2面37と同等の残留応力を与えることができ、焼結体35の第1面49及び第2面37の平面度を小さくすることができる。
【0102】
このように、本第1実施形態では、焼結体35(従ってペリクル枠1)の厚み方向の両面の平面度を小さくすることができる。
(3)本第1実施形態では、サブ定盤31は、平面視で、焼結体35(従ってペリクル枠1)よりも大きな外形寸法である。従って、焼結体35の全体をサブ定盤31上に配置できるので、焼結体35の固定や平面加工が容易である。
【0103】
(4)本第1実施形態では、サブ定盤31のヤング率は200GPa以上で高い剛性を有しているので、サブ定盤31は、平面加工の際に変形しない。そのため、平面加工中に焼結体35が変形しにくいので、焼結体35の平面度を改善する平面加工を好適に行うことができる。
【0104】
(5)本第1実施形態では、メイン定盤43(及びサブ定盤31)の焼結体35が載置される表面45、33(即ち上面)の平面度は、3μm以下、好ましくは1μm以下である。よって、メイン定盤43(及びサブ定盤31)上に焼結体35を載置した場合に、焼結体35の変形を抑制できる。
【0105】
(6)本第1実施形態のペリクル枠1では、ペリクル枠1の上面11と下面13との残留応力の差が、5MPa以下であるので、ペリクル枠1自体が変形にくく、その平面度が小さい。よって、フォトマスクの表面にペリクル5を貼り付けた場合に、フォトマスクが変形しにくいので、好適である。
【0106】
(7)本第1実施形態では、ペリクル枠1の上面11と下面13とにおける平面度が、5μm以下であるので、フォトマスクの表面にペリクル5を貼り付けた場合に、フォトマスクが変形しにくいので、好適である。
【0107】
[1-5.文言の対応関係]
第1実施形態の、ペリクル枠1の焼結体35、第1面49、第2面37、サブ定盤31及びメイン定盤43、固定材Wは、それぞれ、本開示の、ペリクル枠、第1面、第2面、土台、固定材の一例に相当する。
【0108】
[2.第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容については、その説明は省略又は簡略化する。なお、第1実施形態と同様な構成には同じ番号を付す。
【0109】
本第2実施形態では、図7に示すように、平面加工機41の定盤43の上に、直接に焼結体35を配置し、ワックスWを用いて焼結体35を定盤43に固定し、焼結体35の第2面37の平面加工を行う。なお、図7では、焼結体35等の各部材の形状は特徴を強調して模式的に示してある。
【0110】
つまり、本第2実施形態では、第1実施形態のセラミック製のサブ定盤を用いることなく、焼結体35を直接に平面加工機41の定盤43に固定するものである。
なお、焼結体35を裏返して、その第1面49の平面加工を行う場合には、第1実施形態で用いたような枠体(図示せず)を用いて、焼結体35を定盤43に固定する。
【0111】
なお、焼結体35を直接に定盤43に固定するという内容以外は、基本的に第1実施形態と同様な製造工程を採用できる。なお、ワックスWは、例えば温風を加えること等によって、溶融して除去することができる。
【0112】
本第1実施形態は、第1実施形態と同様な効果を奏する。
[3.実験例]
次に、本開示の効果を確認するために行った実験例について説明する。
【0113】
<実験例1>
この実験例1では、前記第1実施形態と同様にして、本開示の範囲内の実施例のペリクル枠(従って焼結体)を製造する際に、後述のように、焼結体の第1面及び第2面の平面度を測定した。
【0114】
なお、平面加工機による平面加工の際の加工条件は、下記の通りである。
砥石の種類:ダイアモンド砥石 #1500
加工時間 :約3分
加工条件 :粗研削後に、仕上げ研削
粗研削(加工速度:0.4μm/sec)
仕上げ研削(加工速度:0.2μm/sec)
まず、前記第8工程後で平面加工前の焼結体に対して、その第1面及び第2面の平面度を測定した。
【0115】
次に、第2面の加工後に、焼結体を定盤(サブ定盤)から取り外し、その焼結体の第1面と第2面の平面度を測定した。
次に、焼結体を裏返し、その第1面を平面加工した後に、第1面と第2面の平面度を測定した。
【0116】
また、本開示の範囲外の比較例の焼結体を製造し、前記実施例と同様にして、第2面の平面加工前及び平面加工後と、第1面の平面加工後とにおいて、それぞれ、第1面と第2面の平面度を測定した。
【0117】
なお、この比較例では、上述の第9工程において、焼結体における第2面を平面加工す
る際に、第1面をサブ定盤に固定する固定工程を行わず、メイン定盤上に焼結体を単に配置して、平面加工を行う以外は、前記実施例と同様とした。
【0118】
それらの結果を、下記表1及び表2に記す。
【0119】
【表1】
【0120】
【表2】
表1に示すように、固定工程を行い、第2面に対して平面加工を行った実施例では、平面加工前の第2面の平面度が27.1μmであるのに対し、平面加工後では16.8μmとなった。一方、固定工程を行わずに平面加工を行った比較例では、平面加工前の第2面の平面度が27.9μmであるのに対し、平面加工後では21.4μmであった。
【0121】
これらの結果から、実施例のように、固定工程を実施して平面加工を行った場合には、平面度が向上することが分かる。
また、表2は、実施例及び比較例における焼結体の第1面に対し平面加工を行った結果を示している。
【0122】
この表2に示すように、第2面に対して平面加工を行った後の焼結体の第1面に対し、平面加工を行うと、実施例では、第1面の平面度が1.3μmであり、第2面の平面度が1.5μmであった。一方、比較例では、第1面の平面度が20.7μmであり、第2面の平面度が21.4μmであった。
【0123】
以上の結果から、固定工程を実施し焼結体の第2面に対して平面加工を行った後に、第
1面に対して平面加工を行った実施例は、単に第2面に対し平面加工を行った後に、第1面に対して平面加工を行った比較例に比べて、第1面及び第2面ともに、より一層平面度を向上させることができることが分かる。
【0124】
また、比較例において、第1面及び第2面に対し、更に平面加工を行い、平面加工を繰り返すことで平面度に与える影響を確認した結果を、下記表3に示す。
【0125】
【表3】
第2面に対し固定工程を実施せずに平面加工を行う比較例では、表3に示すように、平面加工を繰り返しても、平面度が大きく向上することはなく、平面度の向上は確認できなかった。
【0126】
上述した表1~表3から明らかなように、実施例においては、第2面の平面加工後では、第2面の平面度が比較例よりも大きく改善され好適であった。さらに、第2面と第1面との平面加工後では、第2面と第1面とも平面度が1.5μm以下と小さく、より一層好適であった。
【0127】
<実験例2>
この実験例2では、ペリクル枠が荷重を受けた際の撓みの状態を調べた。
図8に示すように、アルミナ製の定盤(51)の上に一対のセラミックブロック(53)を配置し、セラミックブロックの上に第1実施形態と同様なペリクル枠(55)を配置した。
【0128】
なお、ペリクル枠の寸法は、長辺149.0mm、短辺115mm、幅2.0mm、厚さ2.5mmである。
そして、ダイヤルゲージを用いて、セラミックブロックの上面から、ペリクル枠の上面の各位置(即ち、長辺の中央部、セラミックブロック上の端部)における高さを測定した。なお、ダイヤルゲージの触針荷重は180gwである。
【0129】
その結果、ペリクル枠の長辺の中央部の高さは2.430mm、端部の高さは2、499mmであり、ペリクル枠の長辺の中央部は端部から僅かに下方に撓んでいることが分かった。
【0130】
つまり、ダイヤルゲージの触針荷重(180gw)により、ペリクル枠の長辺の中央部が約70μm撓むことが確認された。
<実験例3>
この実験例3は、ペリクル枠の平面加工時の応力と変形(発生反り量)との関係を、計算によって調べたものである。
【0131】
前記実験例2によって、ダイヤルゲージの触針荷重(180gw)で、ペリクル枠の中央部が約70μm撓むことが確認された。
そこで、180gw(=1.76N)相当の3点曲げ引張り応力σを求めると、σ=64.7N/mm=64.7MPaである。
【0132】
なお、σ=3PL/2ab=(3*1.76*149)/(2*2*2.5*2.5)=31.5N/mm
(P:曲げ荷重、L:支点間距離、a:試験片幅、b:試験片高さ)
ここで、下面に31.5MPaの引張応力、上面に31.5MPaの圧縮応力が加わっている場合には、表裏面である下面と上面との応力差が63.0MPaで、70μmの変形(反り)が発生したことになる。
【0133】
ヤング率400GPaの材料の場合
10μmの反り発生の応力差=9.0MPa
5μmの反り発生の応力差=4.5MPa
従って、平面度5μm以下を実現するためには、加工中の弾性変形により表裏面の応力差は5MPa以下にすることが必要になると考えられる。
【0134】
[4.その他の実施形態]
尚、本開示は、前記実施形態等に何ら限定されるものではなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【0135】
(1)ペリクル枠の材料としては、セラミックからなる材料又はセラミックを主成分とする材料以外に、超硬、サーメット、単体又は合金の金属等を採用できる。
(2)固定材としては、ワックス以外に、液状の接合材(即ち接着剤)等を用いることができる。なお、固化した接着剤は、例えば接着剤を溶かすことができる溶剤等を用いて除去することができる。
【0136】
(3)固定材として、加熱によって溶融する材料(例えばワックス)を用いる場合に、例えばワックスを冷却して固化させる際の土台(例えばサブ定盤等の定盤)の上面と下面との温度差は、温度差による定盤の反りを抑制するためには、少ないこと(例えば1℃以下)が好ましい。
【0137】
また、温度差による定盤の反りを抑制するためには、徐冷することが考えられるが、高熱伝導性や低熱膨張材料を用いることが好ましい。例えば窒化アルミ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が好ましい。
【0138】
(4)平面度が悪い(例えば50μm以上)のペリクル枠に対しては、第1実施形態に示した、第1面及び第2面の平面加工を例えば2回以上繰り返すことにより、平面度を改善することができる。
【0139】
(5)定盤として、単一の定盤又は複数の定盤を組み合わせたものを用いてもよい。例えば、単一の定盤の上に焼結体を載置して平面加工を行ってもよい。また、ベースとなるメイン定盤の上に補助的なサブ定盤を設置し、そのサブ定盤の上に焼結体を載置して平面加工を行ってもよい。
【0140】
(6)第1面を加工する載置加工工程で用いる定盤は、第2面を加工する固定加工工程で用いる定盤と同一の定盤でも異なる定盤でもよい。
(7)また、ペリクル枠の枠体を形成するセラミックス材料としては、例えば特開2016-122091号公報に開示されているような、窒化ケイ素、ジルコニア、アルミナ
と炭化チタンの複合セラミックス等、各種の材料を採用できる。
【0141】
(8)なお、上記各実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【0142】
1…ペリクル枠
5…ペリクル
31、43…定盤
35…焼結体
37…第2面
41…平面加工機
49…第1面
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9