(57)【要約】【課題】露光光の反射率と反射光の位相差とが精度良く制御されたマスクエンハンサ構造を有するＥＵＶ用フォトマスクを用いて、微細な転写パターンの寸法精度を向上する。【解決手段】反射型フォトマスクは、位相シフト部９と、位相シフト部９の外側に位置する反射部１１と、位相シフト部９と反射部１１との間に位置する半吸光部１２とを備えている。半吸光部１２は、露光光を反射する第１の多層膜２と、第１の中間層３と、第２の多層膜４と、第２の中間層５と、第３の多層膜６とを含んでいる。位相シフト部９は、第３の多層膜６、第２の中間層５、第２の多層膜４及び第１の中間層３から露出する第１の多層膜２である。反射部１１は、第３の多層膜６及び第２の中間層５から露出する第２の多層膜４である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相シフト部と、
前記位相シフト部の外側に位置する反射部と、
前記位相シフト部と前記反射部との間に位置する半吸光部とを備え、
前記半吸光部は、露光光に対して反射性を有する第１の多層膜と、前記第１の多層膜上に形成された第１の中間層と、前記第１の中間層の上に形成された第２の多層膜と、前記第２の多層膜の上に形成された第２の中間層と、前記第２の中間層の上に形成された第３の多層膜とを含み、
前記位相シフト部は、前記第３の多層膜、前記第２の中間層、前記第２の多層膜及び前記第１の中間層から露出する第１の多層膜であり、
前記反射部は、前記第３の多層膜及び前記第２の中間層から露出する第２の多層膜であることを特徴とする反射型フォトマスク。
【請求項２】
前記位相シフト部と前記反射部とは反対位相で前記露光光を反射させる一方、前記半吸光部と前記反射部とは同位相で前記露光光を反射させることを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスク。
【請求項３】
前記反対位相は、位相差が（１７５°＋３６０°×ｎ）以上（１８５°＋３６０°×ｎ）以下の範囲（但し、ｎは整数）にあることであり、
前記同位相は、位相差が（−５°＋３６０°×ｎ）以上（５°＋３６０°×ｎ）以下の範囲（但し、ｎは整数）にあることであることを特徴とする請求項２に記載の反射型フォトマスク。
【請求項４】
前記第１の中間層の層厚をｍ１とし、前記第２の多層膜の膜厚をｄ１とし、前記第２の中間層の層厚をｍ２とし、前記第３の多層膜の膜厚をｄ２とし、露光光の入射角をφとし、露光光の波長をλとしたときに、
０．９５≦４(ｍ１＋ｄ１)cosφ／（２ｎ−１）λ≦１．０５  （但し、ｎは整数）
０．９５≦４(ｍ２＋ｄ２)cosφ／２ｎλ≦１．０５  （但し、ｎは整数）
を満たすことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の反射型フォトマスク。
【請求項５】
前記半吸光部における露光光の反射率は１５％以下であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の反射型フォトマスク。
【請求項６】
前記第１の中間層は、酸化シリコン、窒化シリコン、ルテニウム及びルテニウムを含む化合物の少なくとも１つを含んでおり、
前記第２の中間層は、タンタルを含む化合物を含んでいることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の反射型フォトマスク。
【請求項７】
前記ルテニウムを含む化合物は、ＲｕＢ、ＲｕＳｉ、ＲｕＮｂ、ＲｕＺｒ、ＲｕＭｏ、ＲｕＹ、ＲｕＴｉ及びＲｕＬａの少なくとも１つであることを特徴とする請求項６に記載の反射型フォトマスク。
【請求項８】
前記タンタルを含む化合物は、ＴａＢＮ、ＴａＢ、ＴａＢＳｉ、ＴａＢＳｉＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉ、ＴａＳｉＮ、ＴａＧｅ、ＴａＧｅＮ、ＴａＨｆ、ＴａＨｆＮ、ＴａＺｒ及びＴａＺｒＮの少なくとも１つであることを特徴とする請求項６に記載の反射型フォトマスク。
【請求項９】
前記位相シフト部は、前記半吸光部に囲まれており、
前記半吸光部は、前記反射部に囲まれていることを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスク。
【請求項１０】
前記位相シフト部及び前記反射部は、それぞれ、前記半吸光部に囲まれていることを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスク。
【請求項１１】
ガラス基板の上に、露光光に対して反射性を有する第１の多層膜と、第１の中間層と、第２の多層膜と、第２の中間層と、第３の多層膜とを順に形成する工程（ａ）と、
前記第３の多層膜、前記第２の中間層、前記第２の多層膜及び前記第１の中間層をエッチングして、位相シフト部を形成する工程（ｂ）と、
前記第３の多層膜及び前記第２の中間層のうち前記位相シフト部の外側に位置する部分をエッチングして、反射部を形成する工程（ｃ）と、
前記第３の多層膜、前記第２の中間層、前記第２の多層膜、前記第１の中間層及び前記第１の多層膜のうち前記位相シフト部と前記反射部との間に位置する部分をエッチングせずに、半吸光部を形成する工程（ｄ）と
を備えていることを特徴とする反射型フォトマスクの製造方法。
【請求項１２】
前記第１の中間層の層厚をｍ１とし、前記第２の多層膜の膜厚をｄ１とし、前記第２の中間層の層厚をｍ２とし、前記第３の多層膜の膜厚をｄ２とし、露光光の入射角をφとし、露光光の波長をλとしたときに、
０．９５≦４(ｍ１＋ｄ１)cosφ／（２ｎ−１）λ≦１．０５  （但し、ｎは整数）
０．９５≦４(ｍ２＋ｄ２)cosφ／２ｎλ≦１．０５  （但し、ｎは整数）
を満たすことを特徴とする請求項１１に記載の反射型フォトマスクの製造方法。
【請求項１３】
前記第１の中間層は、酸化シリコン、窒化シリコン、ルテニウム及びルテニウムを含む化合物の少なくとも１つを含んでおり、
前記第２の中間層は、タンタルを含む化合物を含んでいることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の反射型フォトマスクの製造方法。
【請求項１４】
前記ルテニウムを含む化合物は、ＲｕＢ、ＲｕＳｉ、ＲｕＮｂ、ＲｕＺｒ、ＲｕＭｏ、ＲｕＹ、ＲｕＴｉ及びＲｕＬａの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１３に記載の反射型フォトマスクの製造方法。
【請求項１５】
前記タンタルを含む化合物は、ＴａＢＮ、ＴａＢ、ＴａＢＳｉ、ＴａＢＳｉＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉ、ＴａＳｉＮ、ＴａＧｅ、ＴａＧｅＮ、ＴａＨｆ、ＴａＨｆＮ、ＴａＺｒ及びＴａＺｒＮの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１３に記載の反射型フォトマスクの製造方法。
【請求項１６】
前記工程（ｂ）は、
前記第３の多層膜、前記第２の中間層及び前記第２の多層膜をドライエッチングする工程と、
前記第１の中間層をウエットエッチングする工程とを含んでいることを特徴とする請求項１１に記載の反射型フォトマスクの製造方法。
【請求項１７】
前記工程（ｃ）は、
前記第３の多層膜をドライエッチングする工程と、
前記第２の中間層をウエットエッチングする工程とを含んでいることを特徴とする請求項１１に記載の反射型フォトマスクの製造方法。
【請求項１８】
基板上にパターンを形成するパターン形成方法であって、
前記基板上にレジスト膜を形成する工程と、
請求項１から１０の何れか１項に記載の前記反射型フォトマスクを反射した光を前記レジスト膜に照射する露光工程と、
前記露光工程の後に、前記レジスト膜を現像してパターンを形成する現像工程とを備えていることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１９】
前記レジスト膜を形成する工程の前に、前記基板上に下層有機膜を形成する工程を備えていることを特徴とする請求項１８に記載のパターン形成方法。
【請求項２０】
露光光の波長は１３．６ｎｍであることを特徴とする請求項１８又は１９に記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路装置等の製造工程におけるリソグラフィ技術に関し、特に、極端紫外光リソグラフィ（Extreme Ultraviolet Lithography）用反射型フォトマスク及びその製造方法並びにそのフォトマスクを用いたパターン形成方法に関する。なお、本明細書では、極端紫外光リソグラフィ用反射型フォトマスクを「ＥＵＶマスク」と記す場合があり、ＥＵＶはExtreme Ultraviolet（極端紫外）の略語である。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路を構成する半導体素子の微細化に伴って、配線のパターン寸法の微細化が求められている。微細なパターンを形成するためには、短波長な光を用いたリソグラフィ技術が不可欠である。特に、３２ｎｍ以下の配線幅を有するパターンの形成においては、波長が１３．６ｎｍである光（ＥＵＶ光）を用いたリソグラフ技術が非常に期待されている。
【０００３】
ところで、クリプトンフロライド（ＫｒＦ）エキシマレーザ（波長が２４８ｎｍ）又はアルゴンフロライド（ＡｒＦ）エキシマレーザ（波長が１９３ｎｍ）を用いたフォトリソグラフィでは、合成石英からなるレンズ（合成石英レンズ）を含む屈折光学系を使用している。しかし、ＥＵＶ光は、これらのエキシマレーザからの出力光よりも波長が短い。そのため、合成石英レンズでのＥＵＶ光の吸収が大きく、また、ＥＵＶ光の波長では合成石英レンズの屈折率が１に近くなる。よって、ＥＵＶリソグラフィでは、上記屈折光学系を使用することができず、反射光学系（反射型フォトマスクと反射型ミラーとにより構成される光学系）が用いられている。現在、主流となっている反射型フォトマスクでは、低熱膨張のガラス基板上に多層膜（ＥＵＶ光の高反射領域）が形成され、その多層膜上にＥＵＶ光吸収膜のパターン（ＥＵＶ光の低反射領域）が形成されている。多層膜は、光学定数（屈折率又は吸収率）の異なる２種類の薄膜が交互に積層されて構成されており、例えば、４０層対のＭｏ／Ｓｉ多層膜である。なお、ｎ層対のＭｏ／Ｓｉ多層膜とは、本明細書では、Ｍｏ膜とＳｉ膜とが交互にｎ回積層されて構成されたものを意味する。
【０００４】
一般的に、露光光の波長と解像度Ｒとの関係は、Ｒ＝ｋ１×（λ／ＮＡ）というレイリーの式で表されることが知られている。ここで、Ｒは解像される最小幅のパターンであり、ＮＡは投影光学系のレンズの開口数であり、λはＥＵＶ光の波長（露光光の波長）である。また、ｋ１は、主にレジストの性能、及び超解像技術の選択等により決定されるプロセス定数であって、最適なレジスト、及び超解像技術を用いれば、ｋ１を０．３５程度にまで小さくできることが知られている。例えば、現時点で最大のＮＡを有するＮＡ＝０．２５の露光装置において波長が１３．６ｎｍのＥＵＶ光を上述の反射型フォトマスクに照射する場合、ｋ１を０．５（ｋ１＝０．５は、超解像技術を用いない場合のｋ１の限界である）とすると、上述したレイリーの式から２７ｎｍの線幅のパターンを形成できる。すなわち、ＥＵＶ光とそのＥＵＶ光でのパターン転写を可能とする反射型フォトマスクとを用いれば、ＡｒＦエキシマレーザからの出力光、光透過型のマスク、及び上記屈折光学系を用いても達成できなかったパターン幅又はパターンピッチ等の微細化が実現可能である。
【０００５】
しかしながら、近年では、半導体素子の微細化に対する要望がさらに進んでおり、パターン幅又はパターンピッチ等のさらなる微細化が期待されている。例えば、ロジックパターンの１６ｎｍ世代においては、２２ｎｍ以下のレジスト線幅が要求されるようになってきており、すなわちｋ１＜０．５となる条件が要求されるようになってきている。２２ｎｍ以下のレジスト線幅を実現するためには、ＥＵＶ光の波長が１３．６ｎｍでありＮＡ＝０．２５の露光装置を用いた場合には、上述のレイリーの式からｋ１＝０．４となる。よって、このようなサイズの線幅を形成する場合には、１３．６ｎｍ の波長のＥＵＶ光とこのＥＵＶ光を反射する反射型フォトマスクとを用いるだけでは不十分であり、解像性能を高めることができる超解像技術を用いることが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2004−272211号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
代表的な超解像技術として、マスクパターンの±１次回折光を選択的に利用する変形照明光源（輪帯照明、４重極照明等）又は位相シフトマスク技術が知られている。位相シフトマスク技術は、光の位相差を利用したものであり、解像性能を向上させる上で、また、パターンコントラストを増大させる上で非常に有効である。位相シフトマスク技術としては、例えば、ハーフトーン型位相シフトマスク又はマスクエンハンサ等が知られている。マスクエンハンサ技術は、任意形状のパターンの形成において、光学コントラスト、及びＤＯＦ（被写界深度，Depth of field）を向上させることができるため、ハーフトーン型位相シフトマスクよりも優れた技術と考えられている。
【０００８】
しかし、透過型フォトマスクに位相シフト部を形成することは容易であるが、反射型フォトマスクに位相シフト部を形成することは非常に困難を伴う。
【０００９】
例えば、透過型フォトマスクでは、マスク基板を掘り込むことにより透過光の位相差が互いに１８０°異なる領域を形成できる。しかし、この技術を反射型フォトマスクに適用すると、反射光の位相だけでなく露光光の反射率も変化してしまう。そのため、この技術を用いて反射型フォトマスクに位相シフト部を形成することはできない。
【００１０】
また、透過型フォトマスクでは、材料の位相シフト効果を利用することにより透過光の位相差が互いに１８０ °異なる領域を形成することもできる。しかし、ＥＵＶ光を吸収し難い材料は存在しない。また、単一の材料を用いて露光光の所望の反射率と位相シフト効果とを得ることは難しい。そのため、この技術を用いても反射型フォトマスクに位相シフト部を形成することはできない。
【００１１】
以下では、マスクエンハンサ技術を反射型フォトマスクに適用した場合におけるマスクエンハンサの構造、コントラスト向上の原理、及びマスク作製時での課題について、図５を用いて説明する。図５（ａ）はマスクエンハンサ構造を有する従来の反射型フォトマスクの平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すVB−VB線における断面図である。ここでは、等間隔に配置されたゲートラインパターンの解像度を向上させるためのマスクエンハンサ構造について説明する。また、以下では、ポジ型レジストプロセスを用いる場合を例として説明する。そのため、ラインパターンは、レジスト膜においてＥＵＶ光によって感光されない部分、つまり、現像後に残存するレジスト部分（レジストパターン）である。また、スペースパターンは、レジスト膜においてＥＵＶ光によって感光される部分、つまり、現像によりレジストが除去されて形成される開口部分（レジスト除去パターン）である。なお、ポジ型レジストプロセスに代えてネガ型レジストプロセスを用いる場合には、前述のラインパターンの定義、及びスペースパターンの定義を入れ替えれば良い。
【００１２】
図５（ａ）、及び図５（ｂ）に示すように、フォトマスクは、ＥＵＶ光を反射する基板１０２上に形成されたマスクパターン１００と、基板１０２の上においてマスクパターン１００が形成されていない部分である反射部１０１とを有している。マスクパターン１００は、露光により転写されるゲートパターンであり、半吸光部１０３と位相シフター１０４とで構成されている。半吸光部１０３は、ＥＵＶ光を部分的に反射させる反射率を有している。半吸光部１０３での反射光は反射部１０１での反射光と同位相であるが、位相シフター１０４での反射光は反射部１０１での反射光とは反対位相である。このようにゲートパターンが半吸光部１０３と位相シフター１０４とで構成されているので、位相シフター１０４を反射した光が反射部１０１、及び半吸光部１０３での反射光のうちの一部分を打ち消す。このため、ゲートパターンに対応する光学像における光強度分布のコントラストを強調できる。
【００１３】
次に、マスクエンハンサ構造を有する反射型フォトマスク作製時における課題について説明する。
【００１４】
図５（ｂ）に示すように、基板１０２はドライエッチングにより掘り込まれており、掘り込まれた部分が位相シフター１０４である。これにより、ゲートパターン（マスクパターン１００）では、位相シフター１０４での反射光を反射部１０１での反射光に対して反対位相とできる。しかし、位相シフター１０４はドライエッチングにより形成されるため、位相シフター１０４には表面荒れが発生する。ここで、ＥＵＶ光による露光では、ＡｒＦエキシマレーザ光等による露光に比べて露光光の波長が１桁以上短いため、ＥＵＶマスクの表面凹凸（位相シフター１０４での表面荒れ）の影響をより強く受ける。そのため、位相シフター１０４では光の散乱が発生し、よって、位相シフター１０４での露光光の反射率の低下（１０％以上の低下）を引き起こす。
【００１５】
また、基板１０２における掘り込み量がばらつくと、位相シフター１０４での反射光の位相が大きくばらつく。そのため、位相シフター１０４での反射光の位相を反射部１０１での反射光の位相等に対して反転させることができない場合がある。
【００１６】
それだけでなく、マスクエンハンサ構造では、半吸光部１０３での反射光を反射部１０１での反射光と同位相とし、かつ、半吸光部１０３での露光光の反射率を１５％以下にすれば、ゲートパターンに対応する光学像における光強度分布のコントラストをさらに向上させることができる。しかし、図５（ａ）、及び図５（ｂ）に示す反射型フォトマスクでは、単一の材料を用いて露光光の所望の反射率と位相シフト効果とを得ることは難しい。露光光の所望の反射率と位相シフト効果との両方を得るためには、実現可能な手段を講じる必要がある。
【００１７】
以上の３つの課題により、従来の反射型フォトマスクでは、マスクエンハンサ構造における各領域（反射部、半吸光部、及び位相シフター）における露光光の反射率と各領域での反射光の位相差とを精度良く制御することが難しく、マスクパターン（例えばゲートパターン）に対応する光学像における光強度分布のコントラストの低下を引き起こし、その結果、ウエハ上の転写パターンの寸法精度が低くなるという問題が生じる。
【００１８】
前記に鑑み、本発明は、露光光の反射率と反射光の位相差とが精度良く制御されたマスクエンハンサ構造を有するＥＵＶマスク、及びそのＥＵＶマスクの製造方法を提供し、そのＥＵＶマスクを用いることにより微細かつ寸法精度が高い転写パターン形成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】
【００１９】
本発明に係る反射型フォトマスクの製造方法は、ガラス基板の上に、露光光に対して反射性を有する第１の多層膜と、第１の中間層と、第２の多層膜と、第２の中間層と、第３の多層膜とを順に形成する工程（ａ）と、第３の多層膜、第２の中間層、第２の多層膜及び第１の中間層をエッチングして、位相シフト部を形成する工程（ｂ）と、第３の多層膜及び第２の中間層のうち位相シフト部の外側をエッチングして、反射部を形成する工程（ｃ）と、第３の多層膜、第２の中間層、第２の多層膜、第１の中間層及び第１の多層膜のうち位相シフト部と反射部との間に位置する部分をエッチングせずに、半吸光部を形成する工程（ｄ）とを備えている。
【００２０】
このような反射型フォトマスクの製造方法では、第１の中間層、及び第２の中間層を形成するので、第１の多層膜、第２の多層膜、及び第３の多層膜における露光光の反射率が所望の値となり、また、第１の多層膜での反射光は第２の多層膜での反射光とは逆位相となる一方、第３の多層膜での反射光は第２の多層膜での反射光とは同位相となる。
【００２１】
本発明に係る反射型フォトマスクの製造方法では、第１の中間層の層厚をｍ１とし、第２の多層膜の膜厚をｄ１とし、第２の中間層の層厚をｍ２とし、第３の多層膜の膜厚をｄ２とし、露光光の入射角をφとし、露光光の波長をλとしたときに、
０．９５≦４(ｍ１＋ｄ１)cosφ／（２ｎ−１）λ≦１．０５  （但し、ｎは整数）
０．９５≦４(ｍ２＋ｄ２)cosφ／２ｎλ≦１．０５  （但し、ｎは整数）
を満たしていることが好ましい。これにより、マスクエンハンサ構造を実現できる。
【００２２】
本発明に係る反射型フォトマスクの製造方法では、第１の中間層は、酸化シリコン、窒化シリコン、ルテニウム及びルテニウムを含む化合物の少なくとも１つを含んでいることが好ましく、また、第２の中間層は、タンタルを含む化合物を含んでいることが好ましい。ルテニウムを含む化合物は、ＲｕＢ、ＲｕＳｉ、ＲｕＮｂ、ＲｕＺｒ、ＲｕＭｏ、ＲｕＹ、ＲｕＴｉ及びＲｕＬａの少なくとも１つであれば良く、タンタルを含む化合物は、ＴａＢＮ、ＴａＢ、ＴａＢＳｉ、ＴａＢＳｉＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉ、ＴａＳｉＮ、ＴａＧｅ、ＴａＧｅＮ、ＴａＨｆ、ＴａＨｆＮ、ＴａＺｒ及びＴａＺｒＮの少なくとも１つであれば良い。ルテニウムは露光光の吸収係数が小さいので、第１の中間層における露光光の吸収を抑制できる。一方、タンタルは露光光の吸収係数が大きいので、第２の中間層における露光光の吸収を図ることができる。
【００２３】
本発明に係る反射型フォトマスクの製造方法では、工程（ｂ）は、第３の多層膜、第２の中間層及び第２の多層膜をドライエッチングする工程と、第１の中間層をウエットエッチングする工程とを含んでいることが好ましい。このように第１の中間層はドライエッチングをストップさせるエッチングストップ層として機能する。また、第１の中間層はウエットエッチングにより除去されるため、ドライエッチングにより第１の多層膜の露出面が荒れることを防止できる。よって、第１の多層膜の露出面（位相シフト部）における露光光の反射率の低下を防止できる。
【００２４】
本発明に係る反射型フォトマスクの製造方法では、工程（ｃ）は、第３の多層膜をドライエッチングする工程と、第２の中間層をウエットエッチングする工程とを含んでいることが好ましい。これにより、第２の多層膜の露出面（反射部）における露光光の反射率の低下を防止できる。
【００２５】
本発明に係る反射型フォトマスクは、位相シフト部と、位相シフト部の外側に位置する反射部と、位相シフト部と反射部との間に位置する半吸光部とを備えている。半吸光部は、露光光に対して反射性を有する第１の多層膜と、第１の多層膜上に形成された第１の中間層と、第１の中間層の上に形成された第２の多層膜と、第２の多層膜の上に形成された第２の中間層と、第２の中間層の上に形成された第３の多層膜とを含んでいる。位相シフト部は、第１の中間層から露出する第１の多層膜である。反射部は、第２の中間層から露出する第２の多層膜である。
【００２６】
このように本発明に係る反射型フォトマスクは、第１の中間層、及び第２の中間層を備えているので、第１の多層膜、第２の多層膜、及び第３の多層膜における露光光の反射率が所望の値となり、また、第１の多層膜での反射光は第２の多層膜での反射光とは逆位相となる一方、第３の多層膜での反射光は第２の多層膜での反射光とは同位相となる。
【００２７】
本発明に係る反射型フォトマスクでは、位相シフト部と反射部とは反対位相で露光光を反射することが好ましく、半吸光部と反射部とは同位相で露光光を反射することが好ましい。ここで、反対位相とは、位相差が（１７５°＋３６０°×ｎ）以上（１８５°＋３６０°×ｎ）以下の範囲（但し、ｎは整数）にあることを意味する。また、同位相とは、位相差が（−５°＋３６０°×ｎ）以上（５°＋３６０°×ｎ）以下の範囲（但し、ｎは整数）にあることを意味する。これにより、マスクエンハンサ構造を実現できる。
【００２８】
本発明に係る反射型フォトマスクでは、第１の中間層の層厚をｍ１とし、第２の多層膜の膜厚をｄ１とし、第２の中間層の層厚をｍ２とし、第３の多層膜の膜厚をｄ２とし、露光光の入射角をφとし、露光光の波長をλとしたときに、
０．９５≦４(ｍ１＋ｄ１)cosφ／（２ｎ−１）λ≦１．０５  （但し、ｎは整数）
０．９５≦４(ｍ２＋ｄ２)cosφ／２ｎλ≦１．０５  （但し、ｎは整数）
を満たしていることが好ましい。これにより、マスクエンハンサ構造を実現できる。
【００２９】
本発明に係る反射型フォトマスクでは、半吸光部における露光光の反射率は１５％以下であることが好ましい。
【００３０】
本発明に係る反射型フォトマスクでは、第１の中間層は、酸化シリコン、窒化シリコン、ルテニウム及びルテニウムを含む化合物の少なくとも１つを含んでいることが好ましく、また、第２の中間層は、タンタルを含む化合物を含んでいることが好ましい。ルテニウムを含む化合物は、ＲｕＢ、ＲｕＳｉ、ＲｕＮｂ、ＲｕＺｒ、ＲｕＭｏ、ＲｕＹ、ＲｕＴｉ及びＲｕＬａの少なくとも１つであれば良く、タンタルを含む化合物は、ＴａＢＮ、ＴａＢ、ＴａＢＳｉ、ＴａＢＳｉＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉ、ＴａＳｉＮ、ＴａＧｅ、ＴａＧｅＮ、ＴａＨｆ、ＴａＨｆＮ、ＴａＺｒ及びＴａＺｒＮの少なくとも１つであれば良い。ルテニウムは露光光の吸収係数が小さいので、第１の中間層における露光光の吸収を抑制できる。一方、タンタルは露光光の吸収係数が大きいので、第２の中間層における露光光の吸収を図ることができる。
【００３１】
後述の好ましい実施形態では、位相シフト部は半吸光部に囲まれており、半吸光部は反射部に囲まれている。これにより、本発明に係る反射型フォトマスクを例えばゲートパターンとして利用可能である。
【００３２】
後述の別の好ましい実施形態では、位相シフト部及び反射部はそれぞれ半吸光部に囲まれている。これにより、本発明に係る反射型フォトマスクを例えばコンタクトホールパターンとして利用可能である。
【００３３】
本発明に係る反射型フォトマスクを用いた転写パターン形成方法は、基板上にレジスト膜を形成する工程と、本発明に係る反射型フォトマスクを反射した光をレジスト膜に照射する露光工程と、露光工程の後にレジスト膜を現像してパターンを形成する現像工程とを備えている。これにより、微細、かつ寸法精度が高いパターンを形成できる。
【００３４】
本発明に係るパターン形成方法では、レジスト膜を形成する工程の前に、基板上に下層有機膜を形成する工程を備えていることが好ましい。これにより、ＥＵＶ光が照射されたときに基板から発生する２次電子の影響を低減できる。
【００３５】
後述の好ましい実施形態では、露光光の波長は１３．６ｎｍである。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によると、露光光の反射率と反射光の位相差とが精度良く制御されたマスクエンハンサ構造を有するＥＵＶマスク、及びそのＥＵＶマスクの製造方法を提供し、そのＥＵＶマスクを用いることにより微細かつ寸法精度が高い転写パターン形成方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る反射型フォトマスクの製造方法を示す工程順に示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る反射型フォトマスクの製造方法を示す工程順に示す断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る反射型フォトマスクの平面図であり、（ｂ）は、図３（ａ）におけるIIIB−IIIB線における断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の別の実施形態に係る反射型フォトマスクの平面図であり、（ｂ）は、図４（ａ）におけるIVB−IVB線における断面図であり、（ｃ）は、本発明のまた別の実施形態に係る反射型フォトマスクの平面図であり、（ｄ）は、図４（ｃ）におけるIVD−IVD線における断面図である。
【図５】（ａ）は、従来の反射型フォトマスクの平面図であり、（ｂ）は、図５（ａ）におけるVB−VB線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（前提事項）
本発明の実施形態を説明するに当たっての前提事項について説明する。
【００３９】
通常、フォトマスクは縮小投影型の露光装置で使用されるため、マスク上のパターン寸法を議論する場合には露光装置の縮小倍率を考慮しなければならない。しかし、以下の実施形態を説明する際には、混乱を避けるため、形成しようとする所望のパターン（例えばレジストパターン）と対応させてマスク上のパターン寸法を説明する場合、特に断らない限り縮小倍率で該寸法を換算した値を用いている。具体的には、Ｍ分の１の縮小投影システムにおいて幅Ｍ×３２ｎｍのマスクパターンによって幅３２ｎｍのレジストパターンを形成した場合には、マスクパターン幅及びレジストパターン幅は共に３２ｎｍであるとする。
【００４０】
また、以下の実施形態においては、特に断らない限り、ＮＡは露光装置における縮小投影光学系のレンズの開口数を表し、λはＥＵＶ光の波長を表し、φはＥＵＶ光の斜入射角を表すものとする。
【００４１】
（実施形態）
図１（ａ）〜図２（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る反射型フォトマスクの製造方法を工程順に示す断面図である。図３（ａ）は、本発明の一実施形態に係る反射型フォトマスクの平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるIIIB−IIIB線における断面図である。以下では、まず、本実施形態に係る反射型フォトマスクの製造方法を説明する。
【００４２】
図１（ａ）に示すように、低熱膨張ガラス基板（ガラス基板）１上に、マグネトロンスパッタ法により、第１の多層膜２と第１の中間層３と第２の多層膜４と第２の中間層５と第３の多層膜６とを順に積層する（工程（ａ））。ここで、第１の多層膜２は例えば４０層対のＭｏ／Ｓｉ多層膜であり、Ｍｏ膜の膜厚は例えば２．８ｎｍであり、Ｓｉ膜の膜厚は例えば４．０ｎｍである。第１の中間層３は、例えば、厚さ３．４ｎｍのＳｉＯ２薄膜である。第２の多層膜４は、例えば、６層対のＭｏ／Ｓｉ多層膜である。第２の中間層５は、例えば、厚さ１３．６ｎｍのＴａＢＮ薄膜である。第３の多層膜６は、例えば、３層対のＭｏ／Ｓｉ多層膜である。
【００４３】
第１の中間層３の膜厚をｍ１とし、第２の多層膜４の膜厚をｄ１とし、第２の中間層５の膜厚をｍ２とし、第３の多層膜６の膜厚をｄ２としたとき、第１の中間層３、第２の多層膜４、第２の中間層５、及び第３の多層膜６の膜厚は以下の式を満たしていることが好ましい。但し、波長λは１３．６ｎｍであり、入射角φは６°である。
【００４４】
０．９５≦４(ｍ１＋ｄ１)cosφ／（２ｎ−１）λ≦１．０５  （但し、ｎは整数）
０．９５≦４(ｍ２＋ｄ２)cosφ／２ｎλ≦１．０５  （但し、ｎは整数）
このように第１の中間層３、第２の多層膜４、第２の中間層５、及び第３の多層膜６の膜厚が上記式を満たしているので、第１の多層膜２での反射光と第２の多層膜４での反射光とは反対位相となり、第２の多層膜４での反射光と第３の多層膜６での反射光とは同位相となる。よって、マスクエンハンサ構造を実現できる。ここで、同位相とは、位相差が（−５°＋３６０°×ｎ）以上（５°＋３６０°×ｎ）以下の範囲（但し、ｎは整数）にある場合を意味し、反対位相とは、位相差が（１７５°＋３６０°×ｎ）以上（１８５°＋３６０°×ｎ）以下の範囲（但し、ｎは整数）にある場合を意味する。
【００４５】
第１の多層膜２、第２の多層膜４、及び第３の多層膜６は、次に示す材料からなることが好ましい。第１の多層膜２、第２の多層膜４、及び第３の多層膜６のそれぞれは、上述のようにＭｏ膜などの高屈折率層とＳｉ膜などの低屈折率層とが交互に複数回積層された多層膜であることが望ましい。高屈折率層としては、Ｍｏ膜以外に、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｒｕ、又はＷなどの重元素からなる膜を用いることができる。また、低屈折率層としては、Ｓｉ膜以外に、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、又はＳｉなどの軽元素からなる膜を用いることができる。
【００４６】
第１の中間層３は次に示す材料からなることが好ましい。後述の図１（ｄ）に示す工程で説明するように、マスクエンハンサ構造の位相シフター９（位相シフト部，図２（ａ）参照）を形成するために、第２の多層膜４、及び第３の多層膜６を第１の多層膜２の表面近傍まで選択的にドライエッチングする。このドライエッチングにより第１の多層膜２の表面がダメージを受けることを防止するために、つまり、第１の多層膜２をドライエッチングから保護するために、第１の中間層３は設けられている。
【００４７】
但し、第１の中間層３は、第１の多層膜２と第２の多層膜４の間に形成されている。第２の多層膜４は、図３（ｂ）等に示すように露光光（ＥＵＶ光）に対して反射性を有する反射部１１となり、第２の多層膜４からの反射光の強度は、第１の多層膜２、第１の中間層３、及び第２の多層膜４全ての反射光の累積で決まる。このように、第２の多層膜４からの反射光の強度には、第１の中間層３からの反射光の強度も含まれる。そのため、第２の多層膜４での露光光の反射率を高くするためには、第１の中間層３での露光光の反射率を高くする方が好ましく、別の言い方をすると、第１の中間層３はＥＵＶ光の吸収強度が低い方が好ましい。よって、第１の中間層３の材料としては、できるだけ、ＥＵＶ光波長で透明な材料を選択することが好ましい。
【００４８】
以上のことから、第１の中間層３の材料としては、エッチングレートがＭｏ／Ｓｉ多層膜のエッチングレートに比べて遅い（例えば１／１０以下）材料であることが好ましく、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜のエッチングによるダメージを受けにくい材料であることが好ましく、さらに、露光光の反射率の低下をできる限り抑制可能な材料であることが好ましく、ＥＵＶ光の吸収係数ができるだけ低い材料であることが好ましい。ＥＵＶ光の吸収係数は、物質の分子構造ではなく、元素の種類で決まる。例えば、ＥＵＶ光の吸収係数の大小を不等式で示すと、Ｓｉ＜Ｈ＜Ｃ＜Ｎ＜Ｏ＜Ｆ＜Ａｌとなり、Ｓｉをより多く含む材料はＥＵＶ光の吸収係数が小さい。よって、第１の中間層３は、ＳｉＯ２からなることが好ましく、Ｓｉ３Ｎ４からなっても良い。また、ＲｕはＥＵＶ光の吸収係数が小さいので、第１の中間層３はＲｕ又はＲｕを含む化合物からなっても良い。また、第１の中間層３は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｒｕ、及びＲｕを含む化合物のうちの少なくとも１つを含んでいても良い。ここで、Ｒｕを含む化合物は、ＲｕＢ、ＲｕＳｉ、ＲｕＮｂ、ＲｕＺｒ、ＲｕＭｏ、ＲｕＹ、ＲｕＴｉ、及びＲｕＬａなどの少なくとも１つである。
【００４９】
第２の中間層５は次に示す材料からなることが好ましい。後述の図２（ｄ）に示す工程で説明するように、マスクエンハンサ構造の反射部１１（図３（ｂ）参照）を形成するため、第３の多層膜６を第２の多層膜４の表面近傍まで選択的にドライエッチングする。このドライエッチングにより第２の多層膜４の表面がダメージを受けることを防止するために、つまり、第２の多層膜４をドライエッチングから保護するために、第２の中間層５は設けられている。
【００５０】
また、第２の中間層５は、第３の多層膜６からの反射光の反射率と位相とを調整する目的としても設けられる。第３の多層膜６からの反射光の強度には、第２の中間層５からの反射光の強度も含まれる。そのため、第２の多層膜６での露光光の反射率を低くするためには、第２の中間層５での露光光の反射率を低くする方が好ましく、別の言い方をすると、第２の中間層５はＥＵＶ光の吸収強度が高い方が好ましい。よって、第２の中間層５の材料としては、できるだけ、ＥＵＶ光が吸収するような材料を選択することが好ましい。
【００５１】
以上のことから、第２の中間層５の構成材料としては、エッチングレートがＭｏ／Ｓｉ多層膜のエッチングレートに比べて遅い（例えば１／５以下）材料であることが好ましく、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜のエッチングによるダメージを受けにくい材料であることが好ましく、ＥＵＶ光の波長での吸収係数ができるだけ高い材料であることが好ましい。ＥＵＶ光の吸収係数は、物質の分子構造ではなく、元素の種類で決まる。ＴａはＥＵＶ光の吸収係数が高いため、Ｔａをより多く含む材料はＥＵＶ光の吸収係数が高くなる。また、ＴａＢＮなどのＴａを含む化合物は、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜よりもエッチングレートが遅いので、第２の中間層５の材料として好ましい。第２の中間層５は、ＴａＢＮ以外にＴａを含む化合物からなれば良い。Ｔａ化合物は、ＴａＢ、ＴａＢＳｉ、ＴａＢＳｉＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉ、ＴａＳｉＮ、ＴａＧｅ、ＴａＧｅＮ、ＴａＨｆ、ＴａＨｆＮ、ＴａＺｒ、及びＴａＺｒＮなどの少なくとも１つである。
【００５２】
次に、図１（ｂ）に示すように、第３の多層膜６上に電子線用レジスト７を形成する。その後、図１（ｃ）に示すように、電子線描画法により、第３の多層膜６上に第１のレジストパターン８を形成する。
【００５３】
次に、図１（ｄ）に示すように、第１のレジストパターン８をエッチングマスクとして、反応性イオンエッチングプロセスにより、フッ素系ガス（例えばＳＦ６ガス）で第３の多層膜６を選択的にエッチングし、塩素系ガス（例えばＣｌ２ガス）で第２の中間層５を選択的にエッチングし、再びフッ素系ガス（例えばＳＦ６ガス）で第２の多層膜４を選択的にエッチングして第１の中間層３のエッチング中にそのエッチングをストップさせる。
【００５４】
ここでは、より高精度にパターンを形成するためにＳＦ６ガス、Ｃｌ２ガス、及びＳＦ６ガスと３段階にガスを切り替えてドライエッチングを実施しているが、反応ガスを切り替えることなくＳＦ６ガスでドライエッチングすることも可能である。また、フッ素系ガスとしては、ＳＦ６ガス以外に、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、ＣＨＦ３、又はＣＨ２Ｆ２等を用いても良い。どのフッ素系ガスを用いた場合であっても、第３の多層膜６、第２の中間層５、及び第２の多層膜４の３層を一括してドライエッチングできる。また、塩素系ガスとしては、Ｃｌ２ガス以外に、ＢＣｌ３ガスを用いても良い。
【００５５】
次に、図２（ａ）に示すように、酸素プラズマアッシングにより、第１のレジストパターン８を除去する。その後、フッ酸を用いたウエットエッチング処理を行って、第３の多層膜６、第２の中間層５、及び第２の多層膜４から露出している第１の中間層３を完全に除去する。これにより、位相シフター９が形成される（工程（ｂ））。ここでは、ウエットエッチング溶液としては、フッ酸以外にも、フッ酸とフッ化アンモニウムとの混合溶液又はリン酸などを用いることができる。
【００５６】
次に、図２（ｂ）に示すように、第３の多層膜６上に、電子線用レジスト７を形成する。その後、図２（ｃ）に示すように、電子線描画法により、第３の多層膜６上に第２のレジストパターン１０を形成する。
【００５７】
次に、図２（ｄ）に示すように、第２のレジストパターン１０をエッチングマスクとして、反応性イオンエッチングプロセスにより、フッ素系ガス（例えばＳＦ６ガス）で第３の多層膜６を選択的にエッチングし、塩素系ガス（例えばＣｌ２ガス）で第２の中間層５を選択的にエッチング中にそのエッチングをストップさせる。
【００５８】
ここでも、より高精度にパターンを形成するためにＳＦ６ガス、及びＣｌ２ガスと２段階にガスを切り替えてドライエッチングを実施しているが、反応ガスを切り替えることなくＳＦ６ガスでドライエッチングすることも可能である。また、フッ素系ガスとしては、ＳＦ６ガス以外に、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、ＣＨＦ３、又はＣＨ２Ｆ２などのガスを用いても良い。どのフッ素系ガスを用いた場合であっても、第３の多層膜６、及び第２の中間層５の２層を一括してドライエッチングできる。塩素系ガスとしては、Ｃｌ２ガス以外に、ＢＣｌ３ガスを用いても良い。
【００５９】
その後、酸素プラズマアッシングにより、第２のレジストパターン１０を除去する。その後、フッ酸を用いたウエットエッチング処理を行って、第３の多層膜６から露出している第２の中間層５を完全に除去する。これにより、図３（ａ）、及び図３（ｂ）に示すように、反射部１１と半吸光部１２とが形成される（工程（ｃ），工程（ｄ））。ここでも、ウエットエッチング溶液としては、フッ酸以外にも、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合溶液又はリン酸などを用いることができる。
【００６０】
では、図３（ａ）、及び図３（ｂ）を参照しながら、上述した反射型フォトマスクの製造方法により得られたマスクエンハンサ構造を説明する。ここでは、等間隔に配置されたゲートラインパターンの解像度を向上させるためのマスクエンハンサ構造について説明する。また、以下では、ポジ型レジストプロセスを用いる場合を例として説明する。そのため、ラインパターンは、レジスト膜におけるＥＵＶ光によって感光されない部分、つまり、現像後に残存するレジスト部分（レジストパターン）である。また、スペースパターンは、レジスト膜においてＥＵＶ光によって感光される部分、つまり、現像によりレジストが除去されて形成される開口部分（レジスト除去パターン）である。なお、ポジ型レジストプロセスに代えてネガ型レジストプロセスを用いる場合、前述のラインパターン及びスペースパターンのそれぞれの定義を入れ替えれば良い。
【００６１】
図３（ａ）に示すように、本実施形態に係る反射型フォトマスクは、低熱膨張ガラス基板１上に形成されたマスクパターン１３と、マスクパターン１３が形成されていない反射部１１とを有する。マスクパターン１３は、反射部１１に囲まれており、露光により転写されるゲートパターンである。このようなマスクパターン１３は、半吸光部１２と、半吸光部１２に囲まれた位相シフター９とを有している。反射部１１は、露光光に対して反射性を有している一方、半吸光部１２は、ＥＵＶ光を部分的に反射させる第１の反射率（例えば１５％以下）を有している。
【００６２】
本実施形態に係る反射型フォトマスクでは、位相シフター９での反射光は反射部１１での反射光とは反対位相であるが、半吸光部１２での反射光は反射部１１での反射光と同位相である。これにより、位相シフター９を反射した光によって、反射部１１、及び半吸光部１２を反射した光の一部分を打ち消すことができる。よって、ゲートパターンに対応する光学像における光強度分布のコントラストを強調できる。
【００６３】
次に、本実施形態に係るフォトマスクの各構成について説明する。
【００６４】
図３（ｂ）に示すように、位相シフター９は、低熱膨張ガラス基板１上に形成された第１の多層膜２で構成されており、第３の多層膜６、第２の中間層５、第２の多層膜４、及び第１の中間層３から露出する第１の多層膜２である。半吸光部１２は、低熱膨張ガラス基板１上に形成された第１の多層膜２、第１の中間層３、第２の多層膜４、第２の中間層５、及び第３の多層膜６で構成されており、エッチングされずに残存した第３の多層膜６である。また、反射部１１は、低熱膨張ガラス基板１上に形成された第１の多層膜２、第１の中間層３、及び第２の多層膜４で構成されており、第３の多層膜６、及び第２の中間層５から露出する第２の多層膜４である。なお、第１の多層膜２、第１の中間層３、第２の多層膜４、第２の中間層５、及び第３の多層膜６の各構成は上述の通りである。
【００６５】
本実施形態に係る反射型フォトマスクに波長１３．６ｎｍのＥＵＶ光を入射角φ６°で照射すると、第１の多層膜２での反射光と第２の多層膜４での反射光とは１８０°±５°の反対位相となり、第２の多層膜４での反射光と第３の多層膜６での反射光とは０°±５°の同位相となった。これにより、本実施形態に係る反射型フォトマスクでは位相シフト部９、反射部１１、及び半吸光部１２での反射光の反射光の所望の位相差を高精度に実現できることが確認できた。なお、第１の中間層３の膜厚をｍ１とし、第２の多層膜４の膜厚をｄ１とし、第２の中間層５の膜厚をｍ２とし、第３の多層膜６の膜厚をｄ２としたとき、第１の中間層３、第２の多層膜４、第２の中間層５、及び第３の多層膜６の膜厚は以下の式を満たしていることが好ましい。但し、波長λは１３．６ｎｍであり、入射角φは６°である。
【００６６】
０．９５≦４(ｍ１＋ｄ１)cosφ／（２ｎ−１）λ≦１．０５  （但し、ｎは整数）
０．９５≦４(ｍ２＋ｄ２)cosφ／２ｎλ≦１．０５  （但し、ｎは整数）
また、第１の多層膜２、第２の多層膜４、及び第３の多層膜６における露光光の反射率は、各々、６５％、６５％、及び５％であった。このように、本実施形態に係るフォトマスクでは露光光の所望の反射率を高精度に実現できることが確認できた。なお、このように露光光の所望の反射率を高精度に実現できる理由としては、例えば、表面荒れの発生を伴うことなく位相シフター９、及び反射部１１が形成されたこと等が挙げられる。
【００６７】
次に、図３（ａ）、及び図３（ｂ）に示す反射型フォトマスクをＥＵＶ露光装置に装着してパターン転写を行った結果について説明する。反射型フォトマスクには、２２ｎｍ世代のシステムＬＳＩ（large scale integration）用の５６ｎｍピッチで２２ｎｍサイズのゲートパターンが形成されている。このゲートパターンは位相シフター９、及び半吸光部１２から構成されており、位相シフター９の幅は１２ｎｍである。半吸光部１２は位相シフター９を囲むように形成されており、その幅は５ｎｍである。また、このゲートパターンを囲むように反射部１１が形成されており、ゲートパターン間の反射部１１の幅は３４ｎｍである。なお、比較のために、ゲートパターンが形成された反射型フォトマスクにおいて第１の中間層３と第２の中間層５とが形成されていないフォトマスク（第１のリファレンスマスク）を用いてパターン転写を行った。では、パターン転写方法を以下に示す。
【００６８】
まず、基板（シリコンウエハ）上に２０ｎｍ膜厚の下層有機膜を形成して、２０５度、６０ｓｅｃでベークを行った。その後、下層有機膜の上に５０ｎｍ膜厚のＥＵＶ用ポジ型レジストを形成し、１１０度、６０ｓｅｃでプリベークを行った。基板には、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などの種々の被処理膜が形成されていても良い。この下層有機膜は、従来技術のＡｒＦリソグラフィの場合のように基板からの反射を防止するために設けるのではなく、ＥＵＶ光が照射された際に基板から発生する２次電子の影響を低減するために設けた。
【００６９】
次に、マスクエンハンサ構造を有する反射型フォトマスクをＥＵＶ露光装置に装着し、上述のウエハ基板にパターン転写を行った（露光工程）。ＥＵＶ露光装置のＮＡは０．２５であり、σは０．５であり、ＥＵＶ光の波長は１３．６ｎｍであった。露光後、すぐに、１１０度、６０ｓｅｃでＰＥＢ（Post Exposure Bake）し、２．３８％濃度のＴＭＡＨ（tetra methylammonium hydrooxide）溶液を用いて現像処理を行った（現像工程）。このようにして形成されたゲートパターンを電子顕微鏡で上面から観察し、そのゲートパターンの寸法を計測した。その結果、５６ｎｍピッチで２２ｎｍサイズのゲートパターンが形成されていることを確認した。また、第１のリファレンスマスクを用いた場合であっても、５６ｎｍピッチで２２ｎｍサイズのゲートパターンが形成されていることを確認した。しかし、レジストパターンの側壁のラインエッジラフネス（ＬＥＲ，line edge roughness）を計測したところ、第１のリファレンスマスクでは３．５ｎｍであったのに対し、本実施形態に係るフォトマスクでは２．７ｎｍと第１のリファレンスマスクに比べて２３％程度改善していた。その理由としては、第１の中間層３と第２の中間層５とを用いることによって第１の多層膜２、第２の多層膜４、及び第３の多層膜６における露光光の反射率が精度良く制御され、また、第１の多層膜２、第２の多層膜４、及び第３の多層膜６での反射光の位相差が精度良く制御されたため、ゲートパターンに対応する光学像における光強度分布のコントラストをより向上したためであると考えられる。
【００７０】
以上、ゲートパターンを形成するためマスクエンハンサ構造について説明したが、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示すような微細コンタクトホールパターンを形成するためのマスクエンハンサ構造でも同様の効果が得られる。図４（ａ）は、本実施形態における別の形態に係る反射型フォトマスクの平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるIVB−IVB線における断面図である。また、図４（ｃ）は、本実施形態におけるまた別の形態に係る反射型フォトマスクの平面図であり、図４（ｄ）は、図４（ｃ）におけるIVD−IVD線における断面図である。
【００７１】
図４（ａ）、及び図４（ｂ）に示す反射型フォトマスクには、２２ｎｍ世代のシステムＬＳＩ用の５６ｎｍピッチで２８ｎｍサイズのコンタクトホールパターンが形成されている。このホールパターンは位相シフター９のみで構成されており、平面視正方形の位相シフター９は半吸光部１２で囲まれている。位相シフター９の平面視中心よりも２８ｎｍ離れた場所には、半吸光部１２（幅が５ｎｍ）を挟んで、１８ｎｍ×２８ｎｍの大きさを有する反射部１１が形成されている。この平面視矩形の反射部１１は、位相シフター９を挟んで上下左右の対称な位置に形成されている。なお、図４（ａ）では、隣接する位相シフター９の間に１つの反射部１１が形成されているが、位相シフター９の間隔が十分広い場合（図４（ｃ）、及び図４（ｄ））には、各々の位相シフターが上下左右にそれぞれ４つの反射部１１を有していても良い。
【００７２】
このようなコンタクトホールパターンが形成された反射型フォトマスクをＥＵＶ露光装置に装着してパターン転写を行った。なお、比較のために、コンタクトホールパターンが形成された反射型フォトマスクにおいて第１の中間層３と第２の中間層５とが形成されていないフォトマスク（第２のリファレンスマスク）を用いてパターン転写を行った。では、パターン転写方法を以下に示す。
【００７３】
まず、基板（シリコンウエハ）上に２０ｎｍ膜厚の下層有機膜を形成して、２０５度、６０ｓｅｃでベークを行った。その後、下層有機膜の上に５０ｎｍ膜厚のＥＵＶ用ポジ型レジストを形成し、１１０度、６０ｓｅｃでプリベークを行った。基板には、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などの種々の被処理膜が形成されていても良い。この下層有機膜は、従来技術のＡｒＦリソグラフィの場合のように基板からの反射を防止するために設けるのではなく、ＥＵＶ光が照射された際に基板から発生する２次電子の影響を低減するために設けた。
【００７４】
次に、マスクエンハンサ構造を有する反射型フォトマスクをＥＵＶ露光装置に装着し、上述のウエハ基板にパターン転写を行った。ＥＵＶ露光装置のＮＡは０．２５であり、σは０．５であり、ＥＵＶ光の波長は１３．６ｎｍであった。露光後、すぐに、１１０度、６０ｓｅｃでＰＥＢし、２．３８％濃度のＴＭＡＨ溶液を用いて現像処理を行った。このようにして形成されたゲートパターンを電子顕微鏡で上面から観察し、そのゲートパターンの寸法を計測した。その結果、５６ｎｍピッチで２８ｎｍサイズのコンタクトホールパターンが形成されていることを確認した。また、第２のリファレンスマスクを用いた場合であっても、５６ｎｍピッチで２８ｎｍサイズのコンタクトホールパターンが形成されていることを確認した。しかし、レジストパターンの真円度（半径のバラツキ：３σ）を計測したところ、第２のリファレンスマスクでは３．８ｎｍであったのに対し、本実施形態に係るフォトマスクでは３．３ｎｍと第２のリファレンスマスクに比べて１５％程度改善していた。その理由としては、第１の中間層３と第２の中間層５とを用いることによって第１の多層膜２、第２の多層膜４、及び第３の多層膜６における露光光の反射率が精度良く制御され、また、第１の多層膜２、第２の多層膜４、及び第３の多層膜６での反射光の位相差が精度良く制御されたため、ゲートパターンに対応する光学像における光強度分布のコントラストをより向上したためであると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上説明したように、本発明は、半導体集積回路装置等の製造工程におけるリソグラフィ技術に係り、特にＥＵＶ光リソグラフィ用反射型フォトマスク、及びそれを用いたパターン形成方法に関し、微細パターン形成に適用する場合等に特に有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１        低熱膨張ガラス基板 
２        第１の多層膜 
３        第１の中間層 
４        第２の多層膜 
５        第２の中間層 
６        第３の多層膜 
７        電子線用レジスト 
８        第１のレジストパターン 
９        位相シフター （位相シフト部）
１０      第２のレジストパターン 
１１      反射部 
１２      半吸光部 
１３      マスクパターン 
１００    マスクパターン 
１０１    反射部 
１０２    基板 
１０３    半吸光部 
１０４    位相シフター
【図１】
2011249391.tif 000003
【図２】
2011249391.tif 000004
【図３】
2011249391.tif 000005
【図４】
2011249391.tif 000006
【図５】
2011249391.tif 000007