JPH07104594B2

JPH07104594B2 - 光リソグラフイ−用マスク及びその製造方法

Info

Publication number: JPH07104594B2
Application number: JP28313486A
Authority: JP
Inventors: 秀三服部
Original assignee: 新技術開発事業団
Priority date: 1986-11-29
Filing date: 1986-11-29
Publication date: 1995-11-13
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPS63137231A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、半導体微細加工プロセス中で、半加工基板上
に次加工工程のパターンを形成するための光リソグラフ
ィー用マスクの構造及びその製造方法に関する。

特に、露光光源にエキシマーレーザ光等の干渉性の光源
を用いる場合のマスクの構造及びその製造方法に関す
る。

（従来の技術）露光光源にエキシマーレーザ光を用いる場合、従来はマ
スク基板として249nmの光を透過する石英ガラスを用い
るほかは、通常の光リソグラフィー用マスクと同じ構造
のものが用いられていた。

しかしながら、エキシマーレーザ光のようなコヒーレン
スの高いレーザ光源を用いては、投影レンズの開口数NA
を十分に利用して、その理想結像の高い解像度を実現す
ることはできない。

そこで、投影レンズのNAは第６図の投影露光装置におい
て、NA＝sinθ_bと定義され、解像度Δは、Δ＝0.5（λ/
NA）と定義される。ここで、θ_bは投影レンズ40の像側
（ウエハ側）のひとみ角の半分（第６図参照）、λは使
用波長を表す。しかしながら、使用光源のコヒーレンス
が高い場合には、ウエハ50上にスペックルパターンが発
生すること並びに投影レンズ40の開口数を十分利用し得
ないため、上記理想結像の解像度を実現することはでき
ない。そのため、レーザ光を部分的拡散光源に変えるた
めの何らかの手段が露光装置中に用いられている。エキ
シマーレーザに於いては使用波長λに幅があるために、
スペックルパターンは消失するが、投影レンズ40の開口
数の全部を満たす方向の入射光を作る手段が必要となっ
てくる。

その第１のものは、集束レーザ光の結像点を投影レンズ
の入射ひとみ面上とし、この結像点をこのひとみ面内で
高速走査する方法である。なお、この種の技術として、
例えば、『エス・ピー・アイ・イー，第633巻、「光マ
イクロリソグラフィーＶ」（1986）第６〜16頁』（SPIE
Vol.633 Optical Microlithography V）が挙げられ
る。

第２のものは、光源とマスクの間に拡散板を挿入する方
法であり、この種の技術として、例えば、特開昭61−17
7422号が挙げられる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記第１のレーザ走査光源を用いる方法
の場合、瞬間時点においては、コヒーレンス光源特有の
回折成分が理想的なパターン像の透光部分に発生する。
そして、この回折成分は光源走査によって、そのパワー
成分が平均化されるものの、積算化されて大きなバック
グラウンド露光となってしまう。

また、上記第２の光源とマスクの間に拡散板を挿入する
方法においては、マスク面内の光束分布を一様にするこ
とと、投影レンズの物体側のひとみ角内の光束分布を一
様にすることを同時に実現するには工夫を要するなどの
問題点があった。

本発明は、これら従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、レーザ光を部分的拡散光源に変えるため
の手段を露光装置中に設けるのではなく、マスク自身の
中に組み込むことによって、この問題点を解決したもの
である。

従って、本発明の目的は、コヒーレンスの高いレーザ光
源を用いて、高い解像度を得ることができ、しかも投影
レンズの必要なひとみ角内に最も効率よくレーザ光源の
エネルギーを入射させることができる光リソグラフィー
用マスクとその製造方法を提供することである。

（問題点を解決するための手段）本発明の光リソグラフィー用マスクは、第１図におい
て、ガラス基板１上に形成された光吸収性膜３を有し、
この光吸収性膜３はマスクパターンに加工される。光吸
収性膜３の開口部3aには光拡散性膜２が設けられてい
る。このマスクを製造するには、第３図に示されるよう
に、ガラス基板１を蒸発源６をもつプラズマ重合装置４
内に装着して、ガラス基板１上にプラズマ重合によって
高分子膜を形成しながら、蒸発源６より微粒子の原材料
を蒸発させて、高分子膜中に微粒子を分散させた光拡散
性膜２を形成した後、光拡散性膜２上に光吸収性膜３を
形成して、次に光吸収性膜３をマスクパターンに加工す
る。

（作用）本発明によれば、上記のように構成されるので、第１図
に示されるマスクに入射するコヒーレンスの高いレーザ
光は、光拡散性膜２によって拡散されるので、光吸収性
膜３の開口部3aに２次光源が形成されたのと同じことに
なる。そのため、マスクの結像位置にはスペックルパタ
ーンが発生しない。そして、光拡散性膜２によって拡散
される光の主要部が投影レンズのひとみ角内に入るの
で、最大の効率で結像が行われる。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示す光リソグラフィー用
マスクの断面図、第２図は本発明の第２実施例を示す光
リソグラフィー用マスクの断面図である。

これらの図に示されるように、本発明の光リソグラフィ
ー用マスクは、ガラス基板１上に設けられた光透過部
（開口部）3aと、光吸収部3bとからなるマスクパターン
に加工された光吸収性膜３（多くはクローム膜）からな
る。

そして、マスクパターンの光透過部3aは光拡散性膜２で
埋められている。光透過部3aを光拡散性膜２で埋めるた
めの構造として、第１図に示すものはガラス基板１と光
吸収性膜３との間に、一様に光拡散性膜２を設けてあ
る。第２図に示すものは、光吸収性膜３の上に光拡散性
膜２を設けたものである。そして、これらの光拡散性膜
２は、例えば、高分子膜からなる光透過性誘電体マトリ
ックス内に、非反応性の金属又はマトリックスの屈折率
と異なる屈折率を有する誘電体の微粒子であって、レー
ザ光の波長λに比べて十分に小さい径を有する微粒子を
分散させたものである。

ところで、第６図において、投影レンズ40の物体側のひ
とみ角の半分をθ_a、像側のひとみ角の半分をθ_b、物体
距離をａ、像距離をｂ、結像倍率を1/Mとすると、 1/M＝b/a＝cotθ_b/cotθ_a ≒θ_a／θ_b となる。ところで、NA≒θ_bであることから、θ_a≒NA/M
である。そして、理想的結像の場合、マスク30から投影
レンズ40に入る光の入射角の範囲は、このひとみ角の半
分θ_a以上でなければならず、入射角の範囲が丁度θ_aに
等しい場合、光源の効率は最大となる。

光拡散性膜２内の微粒子間の平均距離をｄとした時、マ
スク30から拡散される光の主要部の拡散角は、第７図に
示すように、相互間の距離ｄの微粒子からの１次の回折
光の回折光角θと等しいと考えられる。第７図におい
て、光路差ｌはｌ＝d sinθ＝λであるから、主要部の
光の拡散角θはθ≒λ/dである。そして、上記したよう
に、θ＝θ_aの時、即ち、拡散光の主要な部分が投影レ
ンズ40のひとみ角内に丁度入る時、光源の効率は最大と
なるから、光透過性誘電体マトリックス内に分散した微
粒子間の平均距離ｄが、ｄ＝λ／θ_a＝λM/NAになるよ
うに、光拡散性膜２を製作することが必要である。

上記のように、光透過性誘電体マトリックス中に分散さ
れた微粒子の径が、レーザ光の波長に比べて十分に小さ
く、かつ、微粒子間の平均距離ｄが上記条件を満足する
ような光拡散性膜２を製造するには、ガラス基板１をプ
ラズマ重合反応槽中におき、この上にプラズマ重合膜を
堆積させると同時に、この反応槽中に非反応性の金属蒸
気又は非反応性の誘電体蒸気を発生させることによっ
て、非反応性の金属又は非反応性の誘電体がクラスター
微粒子として、上記プラズマ重合膜中に分散収蔵される
という方法が適している。

第３図にこの方法を実施するためのプラズマ重合反応槽
４の概略を示す。この反応槽４は排気系８によって高真
空にされている。高周波発生装置９に接続されたプラズ
マ発生部５には、バルブ14を経てキャリアガスのアルゴ
ン10が導入され、このプラズマ発生部５でプラズマ化さ
れたキャリアガスは下方へ流れる。この下流には、例え
ば、スチレンやメタクリル酸メチル等のモノマー12を導
入するノズル11が配置されているので、モノマー12を同
時に導入すると、プラズマ重合された、例えば、スチレ
ンやメタクリル酸メチル等の高分子膜が支持台７上に取
り付けられたガラス基板１の表面に堆積される。

この堆積の過程で、加熱電源15に接続された加熱炉６中
の非反応性の金属、例えば、Au又は誘電体、例えば、酸
化錫からなる物質13を加熱蒸発させると、堆積されるプ
ラズマ重合高分子膜中にこの物質13のクラスター微粒子
が分散する。微粒子間の平均距離ｄは、この蒸発速度を
調整することによって制御できる。

次に、本発明の光リソグラフィー用マスクの製造方法を
第４図及び第５図を用いて説明する。

第４図は第１図に示すタイプのマスクを製造する時の工
程を示す断面図である。

まず、第４図（ａ）に示すようなガラス基板１上に、第
３図において説明したプラズマ重合反応槽４を用いて、
第４図（ｂ）に示すように光拡散性膜２を所要の厚さ、
例えば、薄い場合、３〜４μｍ堆積させる。なお、この
光拡散性膜２の膜厚は金属の粒径が小さい場合は厚くす
る必要があり、逆に金属の粒径が大きい場合は薄くて済
むことになる。

因に、金属は容量％でモノマー中に、例えば、５〜50％
分散させる。

次いで、第４図（ｃ）に示すように、その上に、例え
ば、クローム膜からなる光吸収性膜３を堆積させる。

なお、第４図（ｂ）と（ｃ）の工程はプラズマ重合反応
槽４中で引き続いて行ってもよい。その場合、第４図
（ｃ）の工程においては、プラズマ発生部５の動作は中
止する。そして、光吸収性膜３の材料と光拡散性膜２の
微粒子の材料とは同じものであってもよく、また、微粒
子の材料として別の種類の金属又は誘電体を用いる場合
には、第３図のプラズマ重合反応槽４の中にもう１つ別
の加熱炉を設け、この中に微粒子の原材料を入れ、加熱
蒸発させればよい。

次に、第４図（ｄ）に示すように、常法に従ってレジス
ト膜20を塗布して、その上に通常の電子ビームパターン
創生器又は光パターン創生器を用いてマスクパターンを
焼き付ける。

次に、第４図（ｅ）に示すように、レジスト膜20を現像
して、残ったレジスト膜20をマスクとして光吸収性膜３
をエッチングする。

最後に、第４図（ｆ）に示すように、レジスト膜20を除
去することによって、第１図に示すタイプのマスクを得
ることができる。

次に、第５図は第２図に示すタイプのマスクを製造する
場合を示すもので、第５図（ａ）〜（ｅ）の工程はガラ
ス基板１上に光吸収性膜３からなるマスクパターンを設
ける通常のマスク製造工程の一例を示すもので、第４図
を参照すればその内容は明らかであるからその説明は省
略する。

このようにして、第５図（ａ）〜（ｅ）の工程によって
得られたマスクを、第３図に示したプラズマ重合反応槽
４の支持台に取り付けて、その上に前記と同様にして光
拡散性膜２を堆積させると、第５図（ｆ）に示されるよ
うに、第２図に示すタイプのマスクを得ることができ
る。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果）以上、詳細に説明したように、本発明によれば、透光性
基板とこの上に形成されたマスクパターンに加工された
光吸収性膜とからなる光リソグラフィー用マスクにおい
て、前記マスクパターンに加工された光吸収性膜の開口
部に高分子膜内に微粒子を分散してなる光拡散性膜を設
けるようにしたので、結像理論上、物体面の位置に理想
に近い２次光源が実現されることになり、最良の解像度
が得られる。本発明によって実現される光拡散性マスク
においては、各方向の散乱成分の作る像は振幅成分にお
いて平均化されるので、遮光部分でゼロに近い値をと
り、理想的回折光学の結像が実現される。

また、本発明で実現されるマスクを用いる時、マスク面
内の光束分布だけを一様にすることによって、投影レン
ズ固有の収差分布を別にして、マスク像面全体にわたっ
て一様な露光量で一様な解像性のパターン像を得ること
ができる。

更に、本発明によれば、従来の光リソグラフィーシステ
ムに比べて、その構成が極めて簡素化され、コンパクト
な光リソグラフィーシステムを構築することができる。

また、光リソグラフィー用マスクの製造方法として、（Ａ）透光性基板を蒸発源をもつプラズマ重合装置内に
装着して、前記透光性基板上にプラズマ重合によって高
分子膜を形成しながら、前記蒸発源より微粒子の原材料
を蒸発させて、前記高分子膜中に微粒子を分散させた光
拡散性膜を形成した後、前記光拡散性膜上に光吸収性膜
を形成し、次に前記光拡散性膜を残しこの光吸収性膜の
みをマスクパターンに加工する。

（Ｂ）透光性基板上に光吸収性膜を形成し、この光吸収
性膜をマスクパターンに加工した後、上記透光性基板を
蒸発源をもつプラズマ重合装置内に装着して、前記光吸
収性膜上にプラズマ重合によって高分子膜を形成しなが
ら、前記蒸発源より微粒子の原材料を蒸発させて、前記
高分子膜中に微粒子を分散させた高拡散性膜を形成す
る。

このように構成したので、簡単なプロセスでもって上記
マスクを製造することができる。また、その製造装置も
安価なもので済ませることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す光リソグラフィー用
マスクの断面図、第２図は本発明の第２実施例を示す光
リソグラフィー用マスクの断面図、第３図は本発明の光
リソグラフィー用マスクの製造に用いるプラズマ重合槽
の概略図、第４図は第１図に示すタイプのマスクの製造
工程断面図、第５図は第２図に示すタイプのマスクの製
造工程断面図、第６図は露光装置の結像原理の説明図、
第７図は微粒子による拡散角の説明図である。１…ガラス基板、２…光拡散性膜、３…光吸収性膜、3a
…光透過部、3b…光吸収部、４…プラズマ重合反応槽、
５…プラズマ発生部、６…加熱炉、７…支持台、８…排
気系、９…高周波発生装置、10…アルゴン、11…ノズ
ル、12…モノマー、13…物質、14…バルブ、15…加熱電
源、20…レジスト膜、30…マスク、40…投影レンズ、50
…ウエハ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性基板と該透光性基板の上方に形成さ
れマスクパターンに加工された光吸収性膜を有する光リ
ソグラフィー用マスクにおいて、前記マスクパターンに
加工された光吸収性膜の開口部に高分子膜内に微粒子を
分散してなる光拡散性膜を設けたことを特徴とする光リ
ソグラフィー用マスク。
【請求項２】微粒子間の平均距離をｄ、この光リソグラ
フィー用マスクの露光装置の使用波長をλ、この露光装
置の投影レンズの開口数をNA、結像倍率を1/Mとする
時、ｄ＝λM/NA を満足することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の光リソグラフィー用マスク。
【請求項３】前記微粒子が非反応性金属微粒子であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
光リソグラフィー用マスク。
【請求項４】前記微粒子が非反応性誘電体微粒子である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
の光リソグラフィー用マスク。
【請求項５】透光性基板を蒸発源をもつプラズマ重合装
置内に装着して、前記透光性基板上にプラズマ重合によ
って高分子膜を形成しながら、前記蒸発源より微粒子の
原材料を蒸発させて、前記高分子膜中に微粒子を分散さ
せた光拡散性膜を形成した後、前記光拡散性膜上に光吸
収性膜を形成し、次に前記光拡散性膜を残し前記光吸収
性膜のみをマスクパターンに加工することを特徴とする
光リソグラフィー用マスクの製造方法。
【請求項６】前記微粒子の原材料として非反応性金属を
用いることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の光
リソグラフィー用マスクの製造方法。
【請求項７】前記微粒子の原材料として非反応性誘電体
を用いることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
光リソグラフィー用マスクの製造方法。
【請求項８】前記光拡散性膜の形成に引き続いて、同じ
プラズマ重合装置内で光吸収性膜を形成することを特徴
とする特許請求の範囲第５項から第７項のいずれかに記
載の光リソグラフィー用マスクの製造方法。
【請求項９】透光性基板上に光吸収性膜を形成し、該光
吸収性膜をマスクパターンに加工した後、前記透光性基
板を蒸発源をもつプラズマ重合装置内に装着して、前記
光吸収性膜上にプラズマ重合によって高分子膜を形成し
ながら、前記蒸発源より微粒子の原材料を蒸発させて、
前記高分子膜中に微粒子を分散させた光拡散性膜を形成
することを特徴とする光リソグラフィー用マスクの製造
方法。
【請求項１０】前記微粒子の原材料として非反応性金属
を用いることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の
光リソグラフィー用マスクの製造方法。
【請求項１１】前記微粒子の原材料として非反応性誘電
体を用いることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載
の光リソグラフィー用マスクの製造方法。