(57)【要約】【課題】ＥＵＶ露光による転写解像性を向上させたＥＵＶ露光用マスク、ＥＵＶ露光用マスクブランク及び露光方法を提供すること。【解決手段】基板上に形成された多層膜からなる高反射部と、前記多層膜の一部の上に形成された単層膜からなる低反射部とを備える極端紫外線露光用マスクにおいて、前記低反射部からの反射光は、前記高反射部からの反射光に対して５〜１５％の反射率であり、前記高反射部からの反射光に対し、１７５〜１８５度の位相差を有し、前記低反射部を構成する単層膜の露光波長に対する屈折率（１−δ）および消衰係数βは、屈折率（１−δ）および消衰係数βを座標軸とする平面座標において、所定の点座標（１−δ，β）を結ぶ領域内にあることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された多層膜からなる高反射部と、前記多層膜の一部の上に形成された単層膜からなる低反射部とを備える極端紫外線露光用マスクにおいて、前記低反射部から  の反射光は、前記高反射部からの反射光に対して５〜１５％の反射率であり、前記高反射部からの反射光に対し、１７５〜１８５度の位相差を有し、前記低反射部を構成する単層膜の露光波長に対する屈折率（１−δ）および消衰係数βは、屈折率（１−δ）および消衰係数βを座標軸とする平面座標において、下記の点座標（１−δ，β）を結ぶ領域内にあることを特徴とする極端紫外線露光用マスク。
（０．９６，０．０１２）、（０．９４，０．０１８）、（０．９１，０．０２７）、（０．８８，０．０３０）、（０．８５，０．０３５）、（０．９６，０．０２０）、（０．９４，０．０３２）、（０．９１，０．０４７）、（０．８８，０．０５６）、（０．８５，０．０６５）
【請求項２】
前記高反射部を構成する多層膜は、Ｍｏ膜とＳｉ膜からなる二層膜の複数の積層体であることを特徴とする請求項１に記載の極端紫外線露光用マスク。
【請求項３】
基板上に形成された多層膜からなる高反射層と、前記多層膜上に形成された単層膜からなる低反射層とを備える極端紫外線露光用マスクブランクにおいて、前記低反射層に極端紫外線を照射した際の反射光は、前記高反射層からの反射光に対して５〜１５％の反射率であり、前記低反射層形成前の前記高反射層に極端紫外線を照射した際の反射光に対し、１７５〜１８５度の位相差を有し、前記低反射層を構成する単層膜の露光波長に対する屈折率（１−δ）および消衰係数βは、屈折率（１−δ）および消衰係数βを座標軸とする平面座標において、下記の点座標（１−δ，β）を結ぶ領域内にあることを特徴とする極端紫外線露光用マスクブランク。
（０．９６，０．０１２）、（０．９４，０．０１８）、（０．９１，０．０２７）、（０．８８，０．０３０）、（０．８５，０．０３５）、（０．９６，０．０２０）、（０．９４，０．０３２）、（０．９１，０．０４７）、（０．８８，０．０５６）、（０．８５，０．０６５）
【請求項４】
前記高反射層を構成する多層膜は、Ｍｏ膜とＳｉ膜からなる二層膜の複数の積層体であることを特徴とする請求項３に記載の極端紫外線露光用マスクブランク。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の極端紫外線露光用マスクに極端紫外線を照射し、その反射光を被露光体に照射することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極端紫外線露光用マスク、マスクブランク、及び露光方法に係り、特に、極端紫外線を露光光として用いてパターン露光を行うための反射型のフォトマスク、マスクブランク、及び露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化技術の進歩に伴い、微細化のためのフォトリソグラフィ技術に使用される光の波長は次第に短くなってきている。
【０００３】
一方、光の短波長化とは別に、位相シフトマスクを利用した解像度向上技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。位相シフトマスクは、マスクパターンの透過部を、隣接する透過部とは異なる物質若しくは形状とすることにより、それらを透過した光に１８０度の位相差を与えるものである。従って両透過部の間の領域では、１８０度位相の異なる透過回折光同士が打ち消し合い、光強度が極めて小さくなって、マスクコントラストが向上し、結果的に転写時の焦点深度が拡大するとともに転写精度が向上する。尚、位相差は原理上１８０度が最良であるが、実質的に１７５〜１８５度程度であれば、解像度向上効果は得られる。
【０００４】
位相シフトマスクの一種であるハーフトーン型は、マスクパターンを構成する材料として光吸収性の薄膜を用い、透過率を数％程度（通常は基板透過光に対して５〜１５％程度）まで減衰させつつ、通常の基板透過光と１８０度の位相差を与えることで、パターンエッジ部の解像度を向上させる位相シフトマスクである。光源としては、これまで使用されて来たＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）に切り替わりつつあり、更にはＦ２エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）の使用が提案され、開発されている。
【０００５】
しかし、Ｆ２エキシマレーザによっても、将来的な５０ｎｍ以下の線幅を有するデバイスを作製するためのリソグラフィ技術として用いるには、露光機やレジストの課題もあり、容易ではない。このため、エキシマレーザ光より波長が一桁以上短い（１０〜１５ｎｍ）極端紫外線（Extreme UV、以下ＥＵＶと略記)を用いた、ＥＵＶリソグラフィの研究開発が進められている。
【０００６】
ＥＵＶ露光では、上述のように波長が短いため、物質の屈折率が殆ど真空の値に近く、材料間の光吸収の差も小さい。このため、ＥＵＶ領域では、従来の透過型の屈折光学系を組むことが出来ず、反射光学系となり、従ってマスクも反射型マスクとなる。これまで開発されてきた一般的なＥＵＶマスクは、Ｓｉウェハーやガラス基板上に、例えばＭｏとＳｉからなる２層膜を４０対ほど積層した多層膜部分を高反射領域とし、その上に低反射領域（吸収領域）として金属膜のパターンを形成した構造を有する。
【０００７】
しかし、もともとＥＵＶ露光は、光学系のＮＡ（開口数）が小さいうえに、反射型マスク特有の課題として、表面凹凸の影響を受けやすいため、目標とする微細な線幅を解像することは容易ではなかった。
【特許文献１】特開昭５８−１７３７４４号公報
【特許文献２】特開２００２−１２２９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上の事情に鑑みてなされ、ＥＵＶ露光による転写解像性を向上するために、従来のエキシマレーザ露光等で用いられているハーフトーンマスクの原理を、反射光学系を用いたＥＵＶ露光においても適用可能とするＥＵＶ露光用マスク、それを作製するためのマスクブランク、及びそのマスクを用いた露光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】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するため、ＥＵＶ露光による転写解像性を向上するために従来のエキシマレーザー露光等で用いられているハーフトーンマスクの原理を、ＥＵＶ露光においても適用可能とする条件について、検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。
【００１０】
即ち、本発明の第１の態様は、基板上に形成された多層膜からなる高反射部と、前記多層膜の一部の上に形成された単層膜からなる低反射部とを備える極端紫外線露光用マスクにおいて、前記低反射部から  の反射光は、前記高反射部からの反射光に対して５〜１５％の反射率であり、前記高反射部からの反射光に対し、１７５〜１８５度の位相差を有し、前記低反射部を構成する単層膜の露光波長に対する屈折率（１−δ）および消衰係数βは、屈折率（１−δ）および消衰係数βを座標軸とする平面座標において、下記の点座標（１−δ，β）を結ぶ領域内にあることを特徴とする極端紫外線露光用マスクを提供する。
【００１１】
（０．９６，０．０１２）、（０．９４，０．０１８）、（０．９１，０．０２７）、（０．８８，０．０３０）、（０．８５，０．０３５）、（０．９６，０．０２０）、（０．９４，０．０３２）、（０．９１，０．０４７）、（０．８８，０．０５６）、（０．８５，０．０６５）
以上のように構成される本発明の一実施形態に係る極端紫外線露光用マスクにおいて、高反射部を構成する多層膜を、Ｍｏ膜とＳｉ膜からなる二層膜の複数の積層体とすることが出来る。
【００１２】
また、本発明の第２の態様は、基板上に形成された多層膜からなる高反射層と、前記多層膜上に形成された単層膜からなる低反射層とを備える極端紫外線露光用マスクブランクにおいて、前記低反射層に極端紫外線を照射した際の反射光は、前記高反射層からの反射光に対して５〜１５％の反射率であり、前記低反射層形成前の前記高反射層に極端紫外線を照射した際の反射光に対し、１７５〜１８５度の位相差を有し、前記低反射層を構成する単層膜の露光波長に対する屈折率（１−δ）および消衰係数βは、屈折率（１−δ）および消衰係数βを座標軸とする平面座標において、下記の点座標（１−δ，β）を結ぶ領域内にあることを特徴とする極端紫外線露光用マスクブランクを提供する。
【００１３】
（０．９６，０．０１２）、（０．９４，０．０１８）、（０．９１，０．０２７）、（０．８８，０．０３０）、（０．８５，０．０３５）、（０．９６，０．０２０）、（０．９４，０．０３２）、（０．９１，０．０４７）、（０．８８，０．０５６）、（０．８５，０．０６５）
以上のように構成される本発明の一実施形態に係る極端紫外線露光用マスクにおいて、高反射層を構成する多層膜を、Ｍｏ膜とＳｉ膜からなる二層膜の複数の積層体とすることが出来る。
【００１４】
更に、本発明の第３の態様は、上述した極端紫外線露光用マスクに極端紫外線を照射し、その反射光を被露光体に照射することを特徴とする露光方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、所定の屈折率（１−δ）と消衰係数βを有する材料の単層膜により低反射層を構成したことにより、ハーフトーンマスクの原理をＥＵＶ露光に適用することが可能となり、それによって、転写解像性の大幅な向上が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る極端紫外線露光用マスクを示す断面図である。図１に示すように、極端紫外線露光用マスク１は、低熱膨張ガラス基板２と、この低熱膨張ガラス基板２上に形成された高反射部３と、この高反射部３上に形成されたキャップ層４と、このキャップ層４の一部の上に形成された、例えばＴｉＮからなるハーフトーン膜５とを備える。
【００１８】
高反射部３としては、例えば、モリブデン層とシリコン層を交互に、例えば４０対成膜してなる積層体を用いることが出来る。この積層体の合計の厚さは、例えば２．５〜３．０μｍである。
【００１９】
キャップ層４としては、例えば厚さ１１ｎｍのシリコン膜を用いることが出来る。
【００２０】
ハーフトーン膜５は、入射光に対し、高反射部３の反射率Ｒ２に対して５〜１５％の反射率Ｒ１を有し、高反射部３からの反射光に対し、１７５〜１８５度の位相差を示すような材質から選択される。そのような材質は、ハーフトーン膜５の露光波長に対する屈折率（１−δ）および消衰係数δが、屈折率（１−δ）および消衰係数δを座標軸とする平面座標において、下記の点座標（１−δ，β）を結ぶ領域内にあるような材質から選択される。
【００２１】
（０．９６，０．０１２）、（０．９４，０．０１８）、（０．９１，０．０２７）、（０．８８，０．０３０）、（０．８５，０．０３５）、（０．９６，０．０２０）、（０．９４，０．０３２）、（０．９１，０．０４７）、（０．８８，０．０５６）、（０．８５，０．０６５）
図２は、屈折率（１−δ）および消衰係数δを座標軸とする平面座標を示し、そこには様々な材料が、対応する座標の位置にプロットされている。図２において、上記１０の点座標をプロットし、曲線及び直線でつなぐことにより形成された領域は、ハーフトーン膜５を構成することが出来る材料を規定する。
【００２２】
そのような材料の具体例として、図２に示すように、例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｒｈを挙げることが出来る。また、もともと前記領域内に無い材料であっても、前記領域外の上部にある材料と下部にある材料を２種類以上組み合わせて化合物若しくは混合物を生成することで、前記領域内に含まれる材料を作ることができる。ＴａＭｏ（組成比１：１）、ＣｒＭｏ（組成比１：１）はそのような材料の例である。
【００２３】
ハーフトーン膜５の膜厚は、２５０〜９００Ａであるのが好ましい。
【００２４】
なお、ハーフトーン膜５の上部に、検査波長での反射率低減のために、うすい透明性膜が設けてもよく、また、ハーフトーン膜５の下部に、ハーフトーン膜５のパターニングや欠陥修正などに利用される緩衝膜を設けてもよい。
【００２５】
以下、図２に示すハーフトーン膜５の材料の選定範囲を示す領域を求める手順について説明する。
【００２６】
図３は、屈折率（１−δ）および消衰係数δを座標軸とする平面座標を示し、そこには、ＥＵＶ露光において使用が有力視される波長１３．５ｎｍ付近の露光光における、各種材料の屈折率（１−δ）及び消衰係数（β）が、対応する座標の位置にプロットされている。
【００２７】
図３から分るように、ほとんどの材料は、０．８５＜１−δ＜１．０  および  ０．００１＜β＜０．０８の範囲に含まれている。
【００２８】
図４及び図５は、消衰係数（β）をそれぞれ０．００１（図４）及び０．０３（図５）としたときの、屈折率（１−δ）をパラメータとした、ハーフトーン膜５の膜厚（ｄＨＴ）と位相差の関係を示す。また、図６及び図７は、屈折率（１−δ）をそれぞれ０．８５（図６）及び０．９６（図７）としたときの、消衰係数（β）をパラメータとした、ハーフトーン膜５の膜厚（ｄＨＴ）と反射率（Ｒ１）の関係を示す。
【００２９】
図４及び図５に示すように、位相差は屈折率（１−δ）に依存し、図６及び図７に示すように、反射率は消衰係数（β）に依存することがわかる。位相差の消衰係数（β）への依存性及び反射率の屈折率（１−δ）への依存性は、膜厚に対する振動が変化するのみである。
【００３０】
膜厚９００（Ａ）以下でハーフトーン膜が得られるためには、少なくとも １−δ＜０．９６、β＞０．０１でなければならない。この条件では、下限、上限がなく、広すぎるので、より正確な条件について、以下に詳細に検討する。尚、ここで９００Ａという膜厚は、現在提案されている通常のＥＵＶマスクにおける吸収膜の膜厚であり、厚くなるほど射影効果が問題となり、線幅精度に影響を与え、実用的でなくなるので、９００Ａ以下とした。
【００３１】
以上のように、位相差は屈折率（１−δ）と膜厚に依存するが、消衰係数βが大きいほど膜厚に対する変動が大きくなる。そこで、β＝０．００１と消衰係数βが小さい場合において幾つかの屈折率（１−δ）について同様の計算を行った結果を図８に示す。
【００３２】
図４と図８に示す結果から、幾つかの屈折率（１−δ）について位相差が１８０°になるときの膜厚を求めると、下記表１のようになる。
【００３３】
表１
屈折率（１−δ）      ｄ（オングストローム）
０．９６                ９００
０．９４                ５５０
０．９１                ３５０
０．８８                ３００
０．８５                ２５０
なお、１−δ＝０．８５と０．８８の場合は、位相差＝１８０°＋３６０°＝５４０°の場合もハーフトーン条件を満たすが、位相差＝１８０°の場合よりも膜厚が厚く、実用的ではないので、ここでは無視する。
【００３４】
次に、屈折率（１−δ）と消衰係数βをパラメータとした、膜厚（ｄＨＴ）と反射率（Ｒ１）の関係を図９〜図１３に示す。即ち、図９〜図１３は、屈折率（１−δ）がそれぞれ０．９６、０．９４、０．９１、０．８８、及び０．８５であるときの、消衰係数βをパラメータとした、膜厚（ｄＨＴ）と反射率（Ｒ１）の関係を示す。
【００３５】
これは、上記表１で用いた膜厚と屈折率（１−δ）のときに反射率が５〜１５％となるように消衰係数βを変化させて計算を行ったときの最終結果を示したものである。
【００３６】
図９〜図１３の結果をまとめると、下記表２に示すようになる。
【００３７】
表２
屈折率（１−δ）      ｄ（オングストローム）  消衰係数β
０．９６                ９００              ０．０１２〜０．０２０
０．９４                ５５０              ０．０１８〜０．０３２
０．９１                ３５０              ０．０２７〜０．０４７
０．８８                ３００              ０．０３０〜０．０５６
０．８５                ２５０              ０．０３５〜０．０６５
上記表２は、膜厚９００オングストローム以下において、様々な屈折率（１−δ）における消衰係数βの上限と下限の変化を示すが、これらの屈折率（１−δ）と消衰係数βの上限及び下限の組合せは、（０．９６，０．０１２）、（０．９４，０．０１８）、（０．９１，０．０２７）、（０．８８，０．０３０）、（０．８５，０．０３５）、（０．９６，０．０２０）、（０．９４，０．０３２）、（０．９１，０．０４７）、（０．８８，０．０５６）、（０．８５，０．０６５）である。これらを屈折率（１−δ）および消衰係数δを座標軸とする平面座標にプロットし、それらを曲線及び直線でむすぶと、上述した図２に示す領域が得られる。
【００３８】
即ち、図２に示す領域は、膜厚９００オングストローム以下において、ハーフトーン膜（位相差１７５〜１８５度、反射率５〜１５％）を構成し得る材料の光学定数（屈折率、消衰係数）の領域を示す。
【００３９】
なお、光学定数とともに膜厚も順次変化していることに注意すべきである。
【００４０】
図２に示す領域内にあるＴｉ及びＷをハーフトーン膜５に適用した場合の位相差と反射率を計算により求めた結果を図１４及び図１５に示す。図１４及び図１５に示す結果から、Ｔｉは、膜厚６９０Ａ程度で位相差１８０°、約１０％の反射率を有し、Ｗは、膜厚４８０Ａ程度で約１１％の反射率を有しており、極端紫外線露光用マスクのハーフトーン膜として好適であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る極端紫外線露光用マスクは、半導体集積回路の製造のためのフォトリソグラフィ技術等に好適に使用することが可能であり、半導体の分野において非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る極端紫外線露光用マスクを示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る極端紫外線露光用マスクのハーフトーン膜を構成する材料を規定する光学定数の領域を示す図。
【図３】各種材料の屈折率（１−δ）及び消衰係数（β）を（１−δ）−（β）座標にプロットした図。
【図４】屈折率（１−δ）をパラメータとしたハーフトーン膜の膜厚（ｄＨＴ）と位相差の関係を示す特性図。
【図５】屈折率（１−δ）をパラメータとしたハーフトーン膜の膜厚（ｄＨＴ）と位相差の関係を示す特性図。
【図６】消衰係数（β）をパラメータとしたハーフトーン膜の膜厚（ｄＨＴ）と反射率（Ｒ１）の関係を示す特性図。
【図７】消衰係数（β）をパラメータとしたハーフトーン膜の膜厚（ｄＨＴ）と反射率（Ｒ１）の関係を示す特性図。
【図８】屈折率（１−δ）をパラメータとしたハーフトーン膜の膜厚（ｄＨＴ）と位相差の関係を示す特性図。
【図９】消衰係数βをパラメータとした膜厚（ｄＨＴ）と反射率（Ｒ１）の関係を示す特性図。
【図１０】消衰係数βをパラメータとした膜厚（ｄＨＴ）と反射率（Ｒ１）の関係を示す特性図。
【図１１】消衰係数βをパラメータとした膜厚（ｄＨＴ）と反射率（Ｒ１）の関係を示す特性図。
【図１２】消衰係数βをパラメータとした膜厚（ｄＨＴ）と反射率（Ｒ１）の関係を示す特性図。
【図１３】消衰係数βをパラメータとした膜厚（ｄＨＴ）と反射率（Ｒ１）の関係を示す特性図。
【図１４】Ｔｉ及びＷをハーフトーン膜に適用した場合の位相差と反射率を計算により求めた結果を示す特性図。
【図１５】Ｔｉ及びＷをハーフトーン膜に適用した場合の位相差と反射率を計算により求めた結果を示す特性図。
【符号の説明】
【００４３】
１…極端紫外線露光用マスク、２…低熱膨張ガラス基板、３…高反射部、４…キャップ層、５…ハーフトーン膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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