(57)【要約】【課題】極短紫外光を用いて露光を行う場合に、微細化の進展に十分に対応可能な解像性を得られるようにし、さらには線幅の相違やパターンの位置ずれ等といった不具合を招かないようにする。【解決手段】極短紫外光を用いて被露光体上に所望パターンを露光するための極短紫外光の露光用マスク１を、マスク表面に対して垂直方向から入射する極短紫外光を透過する開口領域１ａと、当該極短紫外光を遮蔽する遮光領域１ｂとを具備したステンシル構造によって構成する。【選択図】        図１
2004172339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極短紫外光を用いて被露光体上に所望パターンを露光するための極短紫外光の露光用マスクであって、
マスク表面に対して垂直方向から入射する極短紫外光を透過する開口領域と、当該極短紫外光を遮蔽する遮光領域とを具備したステンシル構造で構成されている
ことを特徴とする極短紫外光の露光用マスク。
【請求項２】
前記遮光領域が単一材料からなる単層構造である
ことを特徴とする請求項１に記載の極短紫外光の露光用マスク。
【請求項３】
前記遮光領域が複数の材料からなる積層構造である
ことを特徴とする請求項１に記載の極短紫外光の露光用マスク。
【請求項４】
前記遮光領域は、光学濃度が２以上となるように形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の極短紫外光の露光用マスク。
【請求項５】
極短紫外光を用いて被露光体上に所望パターンを露光するための極短紫外光の露光用マスクであって、
マスク表面に対して垂直方向から入射する極短紫外光を透過する透過領域と、当該極短紫外光を遮蔽する遮光領域とを具備したメンブレン構造で構成されている
ことを特徴とする極短紫外光の露光用マスク。
【請求項６】
前記遮光領域が単一材料からなる単層構造である
ことを特徴とする請求項５に記載の極短紫外光の露光用マスク。
【請求項７】
前記遮光領域は、光学濃度が２以上となるように形成されている
ことを特徴とする請求項５に記載の極短紫外光の露光用マスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の回路パターンを形成するためのリソグラフィ工程にて用いられるもので、いわゆる極短紫外光に対応した極短紫外光の露光用マスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の微細化に伴い、ウエハ基体上に塗布された光感光材料であるレジストを露光および現像して得られるレジストパターン、並びにそのレジストパターンをエッチングマスクとしてエッチング加工して得られる回路パターンの線幅は、益々縮小する傾向にある。また、パターン幅のみならず、パターン間ピッチ乃至メモリーセル間ピッチのさらなる縮小化も要求されている。
【０００３】
このような縮小化の要求については、レジストの露光に用いる光の波長をより短波長にすることで対応が可能となる。例えば、３５０ｎｍの設計ルールの半導体装置には３６５ｎｍの波長、２５０ｎｍおよび１８０ｎｍの設計ルールの半導体装置には２４８ｎｍの波長、１３０ｎｍおよび１００ｎｍの設計ルールの半導体装置には１９３ｎｍの波長といったように、半導体装置の微細化が進むほど、露光に用いる光の波長も短波長化され、さらには１５７ｎｍの波長の紫外光が用いられるようになってきている。
【０００４】
一般に、これらの波長による解像度は、ｗ＝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、ｗは解像される最小幅のパターン、ＮＡは投影光学系のレンズの開口数、λは露光光の波長である。また、ｋ１は、主にレジストの性能およ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、最適なレジストおよび超解像技術を用いればｋ１＝０．３５程度まで選択できることが知られている。なお、超解像技術とは、マスクを透過し、マスク上遮光パターンで回折された光の±１次回折光を選択的に用いることにより、波長よりも小さなパターンを得ようとするものである。
【０００５】
このレイリーの式によれば、例えば１５７ｎｍの波長を用いた場合に対応が可能な最小のパターン幅は、ＮＡ＝０．９のレンズを用いるとすれば、ｗ＝６１ｎｍとなることがわかる。すなわち、６１ｎｍよりも小さなパターン幅を得るためには、１５７ｎｍよりもさらに短波長の紫外光を用いる必要がある。
【０００６】
このことから、最近では、１５７ｎｍよりも短波長の紫外光として、１３．５ｎｍ中心の波長を用いる極短紫外（ＥＵＶ；Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）光を用いることも検討されている。ただし、極短紫外光は、あらゆる物質での吸収が大きく、また屈折率も１に近い。そのため、極短紫外光を用いる場合には、光透過型のマスクおよび光学系ではなく、光を反射する反射型マスクおよび反射型光学系が使用されている。さらに詳しくは、例えばＳｉ（ケイ素）層とＭｏ（モリブデン）層とを交互に積層した構造の反射多層膜基板（マスクブランクス）を基に、反射型マスクおよび反射型光学系におけるミラーが構成されている（例えば、特許文献１参照。）。なお、反射多層膜基板における積層構造は、その積層の繰り返し数が４０層であるものが一般的である。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２２２７６４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、反射型マスクを用いた場合には、マスク面で反射された光が、そのマスクに入射される光と相互に干渉することなく、投影光学系に導かれねばならない。そのため、マスクに入射される光は、必然的にマスク面の法線に対して角度φを持った斜め入射となる必要が生じる。この角度は、投影光学系のレンズの開口数ＮＡ、マスク倍率ｍ、照明光源の大きさσから決まる。具体的には、例えばウエハ上に５倍の縮小倍率を持つマスクを用いた場合、ＮＡ＝０．３、σ＝０．８の露光装置においては、光が３．４４±２．７５°の立体角を持ってマスク上に入射することになる。また、ウエハ上に４倍の縮小倍率を持つマスクを用いた場合、ＮＡ＝０．２５、σ＝０．７の露光装置においては、光が３．５８±２．５１°の立体角を持ってマスク上に入射することになる。これらの立体角を考慮して、マスクに入射する露光光の入射角度は、通常５°近傍になるように設定される。ここで、入射角度は、マスク表面に対する法線となす角度として定義される。
【０００９】
しかしながら、マスクへの入射光が斜め入射であると、その入射光のマスク面上における射影ベクトルの向きが、図２８に示すように、マスク上におけるパターン辺に対して水平であるか（図中（ａ）参照）、あるいは垂直であるかによって（図中（ｂ）参照）、ウエハ上で得られる転写像がそれぞれ異なってしまう。また、水平／垂直の場合だけではなく、射影ベクトルの向きがパターン辺に対して任意の角度を具備する場合にも、その角度によってはウエハ上での転写像が異なってしまう。つまり、射影ベクトルとパターン辺とのなす角度が異なると、いわゆる射影効果の作用によって、ウエハ上で得られる転写像も相違してしまうことになる。このようにして生じる転写像の相違は、各転写像のパターンコントラストに違いを生じせしめ、各転写像における線幅が異なるという不具合を招くおそれがある。さらには、転写像のパターン中心位置をシフトさせてしまい、結果としてパターン位置が所望の場所からずれるという不具合を招くおそれもある。
【００１０】
また、射影ベクトルとパターン辺とのなす角度が異なると、上述した不具合を招き得る他にも、斜め入射の入射角度を制限する必要が生じてしまう。これは、マスクパターンで生じる回折光の投影光学系の瞳面における重心位置のシフト量、いわゆるテレセン性を、所望の値内に維持するためである。したがって、斜め入射の場合には、その入射角度の制限に伴って、投影光学系のＮＡも、０．２５程度を上限として、これより小さな値のものを使用しなければならない。
【００１１】
ところが、ＮＡ＝０．２５としたときの解像限界は、超解像技術を用いない場合を想定してｋ１＝０．６０程度とすると、上述したレイリーの式から明らかなようにｗ＝３２．４ｎｍとなる。したがって、例えば線幅の微細化の急速な進展により、特に小さなサイズが必要となるゲート線幅において３２．４ｎｍよりも小さなサイズが要求されると、極短紫外光が短波長であっても、これに対応することが困難になってしまうことが考えられる。
【００１２】
そこで、本発明は、極短紫外光を用いて露光を行う場合において、上述した反射型マスクにおける欠点を解消して、線幅の相違やパターンの位置ずれ等といった不具合を招くことなく、また微細化の進展にも十分に対応可能な解像性を得ることのできる、極短紫外光の露光用マスクを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために案出された極短紫外光の露光用マスクである。すなわち、極短紫外光を用いて被露光体上に所望パターンを露光するための極短紫外光の露光用マスクであって、マスク表面に対して垂直方向から入射する極短紫外光を透過する開口領域と、当該極短紫外光を遮蔽する遮光領域とを具備したステンシル構造で構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明は、極短紫外光を用いて被露光体上に所望パターンを露光するための極短紫外光の露光用マスクであって、マスク表面に対して垂直方向から入射する極短紫外光を透過する透過領域と、当該極短紫外光を遮蔽する遮光領域とを具備したメンブレン構造で構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
上記構成の極短紫外光の露光用マスクによれば、遮光領域は極短紫外光を遮蔽するが、開口領域または透過領域では極短紫外光を透過する。したがって、マスク面に対して垂直に極短紫外光を入射しても、開口領域または透過領域の透過光と遮光領域によって遮蔽された部分とのコントラスト差によって、被露光体上への所望パターンのパターニングが行える。つまり、マスク面に対する垂直入射を行うことによって、被露光体上で得られる転写像がマスク上におけるパターン辺の角度の影響を受けてしまうのを回避し得るようになる。さらには、反射型マスクのように斜め入射を行う必要がなく、マスク面に対して垂直に極短紫外光を入射すればよいため、投影光学系レンズの開口数ＮＡが制約を受けることもなくなる。そのため、例えば開口数ＮＡを大きく設定することで、極短紫外光の波長が同じであっても、斜め入射を行う場合に比べて高解像度の転写像が得られるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明に係る極短紫外光の露光用マスクについて説明する。
【００１７】
〔第１の実施の形態〕
ここでは、本発明の第１の実施の形態として、請求項１および請求項２に記載の発明に係る極短紫外光の露光用マスクについて説明する。本実施形態で説明する露光用マスクは、半導体装置の製造方法における一工程であるリソグラフィ工程にて、極短紫外光を用いてウエハ等の被露光体上に所望パターン（例えば回路パターン）を露光するために用いられるものである。なお、ここでいう「極短紫外光」には、例えば波長が１３．５ｎｍのものに代表されるように、従前のリソグラフィ工程で用いられていた紫外光よりも短波長（例えば、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下）のものが該当する。
【００１８】
図１は、本発明に係る露光用マスクの第１の実施の形態における概略構成例を示す模式図である。図例のように、本実施形態で説明する露光用マスク１は、ステンシル構造で構成されたものである。ステンシル構造とは、光を透過する開口部分と、光を遮蔽する遮光部分とからなる構造をいう。つまり、露光用マスク１は、極短紫外光を透過する開口領域１ａと、極短紫外光を遮蔽する遮光領域１ｂとを具備したものである。
【００１９】
そして、遮光領域１ｂは、単一材料からなる単層構造を有している。具体的には、例えばＳｉＣ（炭化ケイ素）の単層構造によって、遮光領域１ｂが構成されている。
【００２０】
このように構成された露光用マスク１では、マスク面に対して垂直に極短紫外光を入射しても、開口領域１ａの透過光と遮光領域１ｂによって遮蔽された部分とのコントラスト差によって、ウエハ等の被露光体上への所望パターンのパターニングが行える。したがって、開口領域１ａは、露光用マスク１のマスク表面に対して垂直方向から入射する極短紫外光を透過させるものであるといえる。これと同様に、遮光領域１ｂは、マスク表面に対して垂直方向から入射する極短紫外光を遮蔽するものであるといえる。
【００２１】
ところで、一般に、ステンシル構造における光学濃度は、例えばＳＥＭＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）標準化規格においても、３程度が確保できればよいと考えられている。ここで、光学濃度（Ｏ．Ｄ；Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）とは、入射光量（Ｔｉ）に対する透過光量（Ｔｏ）の比を、１０を底とする対数で示したもの（Ｏ．Ｄ＝ｌｏｇ１０（Ｔｉ／Ｔｏ））をいう。
【００２２】
図２には、透過型マスクに使用する主たる材料に関する光学濃度と膜厚との関係をプロットしたものを示す。ここでは、主たる材料として、Ｓｉ、ＳｉＣ（炭化ケイ素）およびＴａＮ（タンタルナイトライド）を挙げている。なお、図例に示した光学濃度と膜厚との関係は、その材料別に一義的に定まるものである。
【００２３】
この図２に示した関係からも明らかなように、遮光領域１ｂがＳｉＣの単層構造からなる露光用マスク１において、光学濃度３を確保するためには、遮光領域１ｂの厚さを１５５０ｎｍ程度に設定すればよい。つまり、遮光領域１ｂの厚さは、その遮光領域１ｂを構成する材料の種類と、露光用マスク１における光学濃度の値とを基に特定される。
【００２４】
このような露光用マスク１は、以下に述べるような手順で製造することが考えられる。例えば、予め用意したＳｉ基体上に、常圧ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて、ＳｉＣ膜を１５５０ｎｍの厚さに形成する。その後、Ｓｉ基体をバックエッチングすることにより除去し、ＳｉＣ膜上にレジストを塗布する。そして、電子線等でレジストにパターンを形成した後にエッチングを行う。これにより、上述した構成の露光用マスク１を得ることができる。
【００２５】
次に、以上のような構成の露光用マスク１、すなわち遮光領域１ｂがＳｉＣの単層構造からなるステンシルマスク構造の露光用マスク１で得られる光強度分布について説明する。図３は４倍マスク上１２０ｎｍ（ウエハ上座標では３０ｎｍ）の密集パターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す説明図、図４は４倍マスク上１２０ｎｍ（ウエハ上座標では３０ｎｍ）の孤立スペースパターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す説明図、図５は４倍マスク上８０ｎｍ（ウエハ上座標では２０ｎｍ）の密集パターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す説明図、図６は４倍マスク上８０ｎｍ（ウエハ上座標では２０ｎｍ）の孤立スペースパターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す説明図である。
【００２６】
各図例では、ＮＡ＝０．２５、ＮＡ＝０．３０、ＮＡ＝０．４０、ＮＡ＝０．５０およびＮＡ＝０．６としたの場合の光強度分布をそれぞれ例示している。これら複数のＮＡについて例示しているのは、露光用マスク１では、マスク面に対して入射する極短紫外光の光軸方向が垂直でよいため、従来の斜め入射の場合とは異なり、ＮＡの制約がないからである。なお、ＮＡ＝０．２５は、従来の斜め入射の場合に使用されるＮＡと同一の値である。
【００２７】
これらの各図例によれば、いずれの場合にも、ＮＡの値が大きくなるのに従って、光強度分布における光強度のピーク知（最大値）が増大していることがわかる。つまり、ＮＡが大きくなれば、光強度の最大値も増大する。
【００２８】
続いて、以上のような光強度分布によって得られるウエハ上でのパターンコントラストについて説明する。図７は、図３〜６における各パターンをウエハ上に転写した場合のパターンコントラストの具体例を示す説明図である。図例において、パターンコントラストは、ＮＩＬＳ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｌｏｇ−Ｓｌｏｐｅ）を用いて表されている。ＮＩＬＳとは、ｗ×ｌｎ（Ｉ）／ｄｘで定義されるもので、ｗはパターン幅、Ｉは光強度、ｘはパターン座標である。なお、図中では、ＮＩＬＳは、ピボタルポイント（Ｐｉｖｏｔａｌ  Ｐｏｉｎｔ）で得られた値を示している。ピボタルポイントとは、デフォーカスしていっても線幅が変わらない光強度分布の点のことをいう。図６を例にとると、光強度０．２５がピボタルポイントに相当する。
【００２９】
この図７に示した例によれば、パターンコントラストも、ＮＡの値の増大に伴って著しく改善されていることがわかる。つまり、ＮＡが大きくなれば、パターンコントラストも良好になる。
【００３０】
以上のように、本実施形態で説明した露光用マスク１は、開口領域１ａと遮光領域１ｂとを具備したステンシル構造で構成されており、極短紫外光を用いる場合であってもマスク面に対する垂直入射によってウエハ上への所望パターンのパターニングが行えることから、従来の斜め入射の場合とは異なりＮＡの制約がなく、ＮＡの値が大きくなるのに従って光強度の最大値も増大し、従来の反射型マスクでは実現困難であったウエハ上２０ｎｍのパターンの解像を達成できる。さらには、これと併せてパターンコントラストも増大する。
【００３１】
具体的には、従来の反射型マスクでは、既に説明したように、超解像技術を用いない場合を想定してｋ１＝０．６０程度とすると、ＮＡ＝０．２５としたときの解像限界がｗ＝３２．４ｎｍとなる。ところが、本実施形態における露光用マスク１では、斜め入射の場合とは異なりＮＡの制約がないので、ＮＡを０．２５よりも大きく設定できる。すなわち、ステンシル構造であるが故に、ＮＡを大きく設定できるので、例えばレイリーの式において超解像技術を用いないｋ１＝０．６０の場合であっても、ＮＡを０．６０とすれば１３．５ｎｍの解像度を得ることができ、結果として反射型マスクの解像限界であるｗ＝３２．４ｎｍよりも小さなサイズを形成し得るようになる。
【００３２】
また、本実施形態で説明した露光用マスク１は、ステンシル構造であるが故に、微小粒子や汚れ等がマスク面に付着した場合であっても、その微小粒子や汚れ等が転写性能に悪影響を及ぼしてしまうのを回避できる。すなわち、微小粒子や汚れ等がマスク面に付着しても転写性能に何ら影響を与えることがない。
【００３３】
さらに、本実施形態で説明した露光用マスク１は、ステンシル構造で構成されているため、極短紫外光の光軸方向がマスク表面に対して垂直でよく、従来の反射型マスクにおける斜め入射の弊害を解消することができる。すなわち、反射型マスクの欠点であった、マスク上のパターン辺に対して入射光の射影ベクトルの向きが水平か、若しくは垂直か、または任意の角度を具備するか否か等によって、ウエハ上で得られる転写像も相違してしまうといった不具合を招いてしまうことはない。また、転写像のパターン中心位置のシフトによってパターン位置が所望の場所からずれるという不具合を招いてしまうこともない。
【００３４】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態として、請求項１および請求項３に記載の発明に係る極短紫外光の露光用マスクについて説明する。なお、ここでは、主に上述した第１の実施の形態との相違点を中心に説明するものとする。
【００３５】
図８は、本発明に係る露光用マスクの第２の実施の形態における概略構成例を示す模式図である。図例のように、本実施形態で説明する露光用マスク２は、上述した第１の実施の形態の場合と同様に、極短紫外光を透過する開口領域２ａと、極短紫外光を遮蔽する遮光領域２ｂとを具備したステンシル構造で構成されたものであるが、第１の実施の形態の場合とは異なり、遮光領域２ｂが複数の材料からなる積層構造を有している。具体的には、例えばＳｉ層２１とＴａＮ層２２とが積層された積層構造によって、遮光領域２ｂが構成されている。このうち、Ｓｉ層２１は、主にマスク構造を支えるための層として機能する。また、ＴａＮ層２２は、主に極短紫外光を遮蔽するための層として機能する。
【００３６】
このように構成された露光用マスク２においても、開口領域２ａおよび遮光領域２ｂは、極短紫外光のマスク面に対する垂直入射に対応し得るものとなる。すなわち、開口領域２ａは露光用マスク２のマスク表面に対して垂直方向から入射する極短紫外光を透過させるものであり、遮光領域２ｂはマスク表面に対して垂直方向から入射する極短紫外光を遮蔽するものであるといえる。
【００３７】
さらに、露光用マスク２においても、ステンシル構造における光学濃度として３程度が確保できれば良いことは、第１の実施の形態の場合と同様である。この露光用マスク１において、光学濃度３を確保するためには、第１の実施の形態で説明した図２の関係を基に、極短紫外光を遮蔽するＴａＮ層２２の厚さを２４０ｎｍ程度に設定すればよい。一方、マスク構造を支えるＳｉ層２１の厚さは、露光用マスク２における光学濃度の値に依存せずに任意で構わないが、マスク構造を維持するためには５００ｎｍ以上であることが望ましい。
【００３８】
このような露光用マスク２は、以下に述べるような手順で製造することが考えられる。例えば、予め用意したガラス基体上に、常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて、Ｓｉ層２１を５００ｎｍの厚さで形成し、さらにその上にＴａＮ層２２を２４０ｎｍの厚さで形成する。その後、ガラス基体をバックエッチングすることにより除去し、ＴａＮ層２２上にレジストを塗布する。そして、電子線等でレジストにパターンを形成した後にＳｉ層２１およびＴａＮ層２２に対するエッチングを行う。これにより、上述した構成の露光用マスク２を得ることができる。このとき、ＴａＮ層２２における内部応力制御は、そのＴａＮ層２２の成膜条件をコントロールすることによって行うことが考えられるが、その他にもアニーリング法やイオン照射法等を適宜組み合わせて行っても構わない。
【００３９】
次に、以上のような構成の露光用マスク２、すなわち遮光領域２ｂがＳｉ層２１とＴａＮ層２２との積層構造からなるステンシルマスク構造の露光用マスク２で得られる光強度分布について説明する。図９は４倍マスク上１２０ｎｍ（ウエハ上座標では３０ｎｍ）の密集パターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す説明図、図１０は４倍マスク上１２０ｎｍ（ウエハ上座標では３０ｎｍ）の孤立スペースパターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す説明図、図１１は４倍マスク上８０ｎｍ（ウエハ上座標では２０ｎｍ）の密集パターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す説明図、図１２は４倍マスク上８０ｎｍ（ウエハ上座標では２０ｎｍ）の孤立スペースパターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す説明図である。
【００４０】
これらの各図例によれば、いずれの場合にも、ＮＡの値が大きくなるのに従って、光強度分布における光強度のピーク知（最大値）が増大していることがわかる。つまり、ＮＡが大きくなれば、光強度の最大値も増大する。
【００４１】
続いて、以上のような光強度分布によって得られるウエハ上でのパターンコントラストについて説明する。図１３は、図９〜１２における各パターンをウエハ上に転写した場合のパターンコントラストの具体例を示す説明図である。図例においても、パターンコントラストはＮＩＬＳを用いて表され、またＮＩＬＳはピボタルポイントで得られた値を示している。
【００４２】
この図１３に示した例によれば、パターンコントラストも、ＮＡの値の増大に伴って著しく改善されていることがわかる。つまり、ＮＡが大きくなれば、パターンコントラストも良好になる。
【００４３】
以上のように、本実施形態で説明した露光用マスク２は、上述した第１の実施の形態の場合と同様に、極短紫外光を用いる場合であってもマスク面に対して垂直入射を行えるため、ＮＡの制約がなくなり、ウエハ上２０ｎｍのパターンの解像を達成でき、これと併せてパターンコントラストも増大する。さらには、微小粒子や汚れ等がマスク面に付着しても転写性能に悪影響が及ぶのを回避できるとともに、斜め入射の弊害（ウエハ上での転写像の位置ずれ等）をも解消できるようになる。
【００４４】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態として、請求項５および請求項６に記載の発明に係る極短紫外光の露光用マスクについて説明する。なお、ここでも、主に上述した第１または第２の実施の形態との相違点を中心に説明するものとする。
【００４５】
図１４は、本発明に係る露光用マスクの第３の実施の形態における概略構成例を示す模式図である。図例のように、本実施形態で説明する露光用マスク３は、メンブレン構造で構成されたものである。メンブレン構造とは、第１または第２の実施の形態で説明したステンシル構造と異なり、光を透過する部分が開口ではなく光透過膜からなる構造をいう。つまり、露光用マスク３は、極短紫外光を透過する透過領域３ａと、極短紫外光を遮蔽する遮光領域３ｂとを具備したものである。
【００４６】
このうち、透過領域３ａは、極短紫外光を透過させる必要がある。したがって、透過領域３ａを形成するメンブレン材料としては、例えば極短紫外光の透過率が大きなＳｉを用いることが考えられる。一方、遮光領域３ｂは、極短紫外光を遮蔽すればよいため、例えばＴａＮを用いて単一材料からなる単層構造により形成することが考えられる。ただし、遮光領域３ｂが単層構造であっても、露光用マスク３を構成している状態では、図例のように透過領域３ａを形成するＳｉに積層されているものとする。
【００４７】
このように構成された露光用マスク３においても、透過領域３ａおよび遮光領域３ｂは、極短紫外光のマスク面に対する垂直入射に対応し得るものとなる。すなわち、透過領域３ａは露光用マスク３のマスク表面に対して垂直方向から入射する極短紫外光を透過させるものであり、遮光領域３ｂはマスク表面に対して垂直方向から入射する極短紫外光を遮蔽するものであるといえる。
【００４８】
さらに、露光用マスク３においても、メンブレン構造における光学濃度として３程度が確保できれば良いことは、第１または第２の実施の形態の場合と同様である。この露光用マスク３において、光学濃度３を確保するためには、第１の実施の形態で説明した図２の関係を基に、遮光領域３ｂを形成するＴａＮ層の厚さを２４０ｎｍ程度に設定すればよい。一方、透過領域３ａを形成するＳｉ層の厚さは、極短紫外光を透過させ得る厚さとする必要があるが、マスク構造を支える層としての機能も兼ね備えるため、５００ｎｍ程度に設定することが考えられる。
【００４９】
このような露光用マスク３は、以下に述べるような手順で製造することが考えられる。例えば、予め用意したガラス基体上に、常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて、透過領域３ａを形成するメンブレン材料となるＳｉ層を５００ｎｍの厚さで形成し、さらにその上に遮光領域３ｂを形成するＴａＮ層を２４０ｎｍの厚さで形成する。その後、ガラス基体をバックエッチングすることにより除去し、ＴａＮ層上にレジストを塗布する。そして、電子線等でレジストにパターンを形成した後にＴａＮ層のみに対するエッチングを行う。これにより、上述した構成の露光用マスク３を得ることができる。このとき、ＴａＮ層における内部応力制御は、そのＴａＮ層の成膜条件をコントロールすることによって行うことが考えられるが、その他にもアニーリング法やイオン照射法等を適宜組み合わせて行っても構わない。
【００５０】
次に、以上のような構成の露光用マスク３、すなわち透過領域３ａと遮光領域３ｂとを具備したメンブレンマスク構造の露光用マスク３で得られる光強度分布について説明する。図１５は４倍マスク上１２０ｎｍ（ウエハ上座標では３０ｎｍ）の密集パターンをウエハ上に転写した光強度分布の具体例を示す説明図、図１６は４倍マスク上１２０ｎｍ（ウエハ上座標では３０ｎｍ）の孤立スペースパターンをウエハ上に転写した光強度分布の具体例を示す説明図、図１７は４倍マスク上１２０ｎｍ（ウエハ上座標では３０ｎｍ）の孤立ラインパターンをウエハ上に転写した光強度分布の具体例を示す説明図である。また、図１８は４倍マスク上８０ｎｍ（ウエハ上座標では２０ｎｍ）の密集パターンをウエハ上に転写した光強度分布の具体例を示す説明図、図１９は４倍マスク上８０ｎｍ（ウエハ上座標では２０ｎｍ）の孤立スペースパターンをウエハ上に転写した光強度分布の具体例を示す説明図、図２０は４倍マスク上８０ｎｍ（ウエハ上座標では２０ｎｍ）の孤立ラインパターンをウエハ上に転写した光強度分布の具体例を示す説明図である。
【００５１】
これらの各図例によれば、いずれの場合にも、ＮＡの値が大きくなるのに従って、光強度分布における光強度のピーク知（最大値）が増大していることがわかる。つまり、ＮＡが大きくなれば、光強度の最大値も増大する。
【００５２】
続いて、以上のような光強度分布によって得られるウエハ上でのパターンコントラストについて説明する。図２１は、図１５〜２０における各パターンをウエハ上に転写した場合のパターンコントラストの具体例を示す説明図である。図例においても、パターンコントラストはＮＩＬＳを用いて表され、またＮＩＬＳはピボタルポイントで得られた値を示している。
【００５３】
この図２１に示した例によれば、パターンコントラストも、ＮＡの値の増大に伴って著しく改善されていることがわかる。つまり、ＮＡが大きくなれば、パターンコントラストも良好になる。しかも、メンブレン構造の露光用マスク３であっても、パターンコントラストは、第１または第２の実施の形態におけるステンシル構造の場合と何ら変わりはない。すなわち、メンブレン構造の露光用マスク３では、極短紫外光が透過領域３ａを透過するため、その透過領域３ａでの極短紫外光の吸収が生じるが、露光時間が光強度の減少した分だけ増大するのみで、パターン転写性能に何ら影響を及ぼすことない。
【００５４】
このように、本実施形態で説明した露光用マスク３においても、上述した第１または第２の実施の形態の場合と同様に、極短紫外光を用いる場合であってもマスク面に対して垂直入射を行えるため、ＮＡの制約がなくなり、ウエハ上２０ｎｍのパターンの解像を達成でき、これと併せてパターンコントラストも増大する。さらには、微小粒子や汚れ等がマスク面に付着しても転写性能に悪影響が及ぶのを回避できるとともに、斜め入射の弊害（ウエハ上での転写像の位置ずれ等）をも解消できるようになる。
【００５５】
以上に説明したように、上述した第１〜第３の実施の形態の露光用マスク１，２，３は、ステンシル構造またはメンブレン構造で構成されているため、極短紫外光を用いる場合であってもマスク面に対して垂直入射を行える。すなわち、従来であれば極短紫外光を用いる場合にはその極短紫外光の特性から反射型マスクおよび反射型光学系を使用して斜め入射を行うという発想しか存在していなかったが、第１〜第３の実施の形態の露光用マスク１，２，３では、極短紫外光を用いる場合であってもステンシル構造またはメンブレン構造を適用するという新規な着想に基づいて構成されているため、極短紫外光をマスク面に対して垂直に入射することが可能である。したがって、斜め入射を行う場合に比べて、投影光学系のＮＡの値を大きくすることが可能となり、線幅の相違やパターンの位置ずれ等といった不具合を招くことなく、微細化の進展に十分に対応し得る解像性を得ることができるようになる。
【００５６】
ここで、解像性の向上について、具体例を挙げて説明する。図２２〜２４は、従来の反射型マスクを用いて、ＮＡ＝０．２５の条件で、４倍マスク上１２０ｎｍ、８０ｎｍ、４０ｎｍのパターン（ウエハ上座標ではそれぞれ３０ｎｍ、２０ｎｍ、１０ｎｍ）をウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す説明図である。これらの図例によれば、従来の反射型マスクでは、密集パターンおよび孤立スペースパターンに対しては、４倍マスク上で１２０ｎｍ（ウエハ上で３０ｎｍ）までしか解像しない。また、孤立ラインパターンに対しては、４倍マスク上で８０ｎｍ（ウエハ上で２０ｎｍ）までしか解像しない。さらに、斜め入射光による斜影効果によってパターンの位置ずれが見られる。
【００５７】
これに対して、第１〜第３の実施の形態の露光用マスク１，２，３では、次に述べるような解像性の向上が得られる。図２５〜２７は、は、第１〜第３の実施の形態の露光用マスク１，２，３を用いて、ＮＡ＝０．６の条件で、４倍マスク上４０ｎｍ（ウエハ上座標では１０ｎｍ）の密集パターン、孤立スペースパターン、孤立ラインパターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す説明図である。これらの図例からも明らかなように、ＮＡ＝０．６の場合には、密集パターン、孤立スペースパターンおよび孤立ラインパターンともに、超解像技術を使用することなく、４倍マスク上で４０ｎｍ（ウエハ上で１０ｎｍ）のパターンの解像を達成できる。つまり、第１〜第３の実施の形態の露光用マスク１，２，３を用いれば、密集パターン、孤立スペースパターンおよび孤立ラインパターンともに、超解像技術を使用することなく、良好に露光波長付近のパターン形成を行うことができる、という顕著な効果が得られるのである。
【００５８】
なお、第１〜第３の実施の形態では本発明をその好適な具体例により説明したが、本発明がこれらの実施の形態に限定されないことは勿論である。特に、第１〜第３の実施の形態で説明した材料や膜厚等は一具体例に過ぎない。
【００５９】
また、第１〜第３の実施の形態では、光学濃度３を確保すべく遮光領域１ｂ，２ｂ，３ｂの材料や膜厚等が設定された場合を例に挙げたが、近年では極短紫外光に対応する光学濃度として２以上が確保できればよいことが知られている（例えば、ペイヤング・ヤン（Ｐｅｉ−ｙａｎｇ  Ｙａｎ）外３名著、「ティーエーエヌ・イーユーブイエル・マスク・ファブリケーション・アンド・キャラクタリゼイション（ＴａＮ  ＥＵＶＬ  Ｍａｓｋ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ）」、（米国）、プロシーディングス・オブ・エスピーアイイー（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ）、Ｖｏｌ．４３４３、２００１年、ｐ．４０９−４１４参照）。したがって、遮光領域１ｂ，２ｂ，３ｂの材料や膜厚等は、光学濃度３を確保し得るものに限らずに、請求項４または請求項７に記載の発明のように、光学濃度が２以上となるように形成されていればよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る極短紫外光の露光用マスクは、ステンシル構造またはメンブレン構造で構成され、マスク面に対して垂直に極短紫外光を入射しても被露光体上へのパターニングを行えるため、投影光学系のＮＡの値を反射型マスクの場合よりも大きくすることができる。したがって、従来の反射型マスクでは得られなかった解像性を実現することが可能となる。しかも、垂直入射を行えるため、反射型マスクの欠点であるパターンの位置ずれが生じることもない。さらには、極短紫外光を透過させる構造であるため、マスク表面に微小粒子や汚れ等が付着しても転写性能に悪影響が及ぶことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る露光用マスクの第１の実施の形態における概略構成例を示す模式図である。
【図２】透過型マスクに使用する主たる材料に関する光学濃度と膜厚との関係を示す説明図である。
【図３】図１の露光用マスクによる光強度分布についての説明図であり、４倍マスク上１２０ｎｍ（ウエハ上座標では３０ｎｍ）の密集パターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す図である。
【図４】図１の露光用マスクによる光強度分布についての説明図であり、４倍マスク上１２０ｎｍ（ウエハ上座標では３０ｎｍ）の孤立スペースパターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す図である。
【図５】図１の露光用マスクによる光強度分布についての説明図であり、４倍マスク上８０ｎｍ（ウエハ上座標では２０ｎｍ）の密集パターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す図である。
【図６】図１の露光用マスクによる光強度分布についての説明図であり、４倍マスク上８０ｎｍ（ウエハ上座標では２０ｎｍ）の孤立スペースパターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す図である。
【図７】図３〜６における各パターンをウエハ上に転写した場合のパターンコントラストの具体例を示す説明図である。
【図８】本発明に係る露光用マスクの第２の実施の形態における概略構成例を示す模式図である。
【図９】図８の露光用マスクによる光強度分布についての説明図であり、４倍マスク上１２０ｎｍ（ウエハ上座標では３０ｎｍ）の密集パターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す図である。
【図１０】図８の露光用マスクによる光強度分布についての説明図であり、４倍マスク上１２０ｎｍ（ウエハ上座標では３０ｎｍ）の孤立スペースパターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す図である。
【図１１】図８の露光用マスクによる光強度分布についての説明図であり、４倍マスク上８０ｎｍ（ウエハ上座標では２０ｎｍ）の密集パターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す図である。
【図１２】図８の露光用マスクによる光強度分布についての説明図であり、４倍マスク上８０ｎｍ（ウエハ上座標では２０ｎｍ）の孤立スペースパターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す図である。
【図１３】図９〜１２における各パターンをウエハ上に転写した場合のパターンコントラストの具体例を示す説明図である。
【図１４】本発明に係る露光用マスクの第３の実施の形態における概略構成例を示す模式図である。
【図１５】図１４の露光用マスクによる光強度分布についての説明図であり、４倍マスク上１２０ｎｍ（ウエハ上座標では３０ｎｍ）の密集パターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す図である。
【図１６】図１４の露光用マスクによる光強度分布についての説明図であり、４倍マスク上１２０ｎｍ（ウエハ上座標では３０ｎｍ）の孤立スペースパターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す図である。
【図１７】図１４の露光用マスクによる光強度分布についての説明図であり、４倍マスク上１２０ｎｍ（ウエハ上座標では３０ｎｍ）の孤立ラインパターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す図である。
【図１８】図１４の露光用マスクによる光強度分布についての説明図であり、４倍マスク上８０ｎｍ（ウエハ上座標では２０ｎｍ）の密集パターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す図である。
【図１９】図１４の露光用マスクによる光強度分布についての説明図であり、４倍マスク上８０ｎｍ（ウエハ上座標では２０ｎｍ）の孤立スペースパターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す図である。
【図２０】図１４の露光用マスクによる光強度分布についての説明図であり、４倍マスク上８０ｎｍ（ウエハ上座標では２０ｎｍ）の孤立ラインパターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す図である。
【図２１】図１５〜２０における各パターンをウエハ上に転写した場合のパターンコントラストの具体例を示す説明図である。
【図２２】従来の反射型マスクを用いて、ＮＡ＝０．２５の条件で、４倍マスク上１２０ｎｍのパターン（ウエハ上座標では３０ｎｍ）をウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す説明図である。
【図２３】従来の反射型マスクを用いて、ＮＡ＝０．２５の条件で、４倍マスク上８０ｎｍのパターン（ウエハ上座標では２０ｎｍ）をウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す説明図である。
【図２４】従来の反射型マスクを用いて、ＮＡ＝０．２５の条件で、４倍マスク上４０ｎｍのパターン（ウエハ上座標では１０ｎｍ）をウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す説明図である。
【図２５】図１、図８、図１４の露光用マスクを用いて、ＮＡ＝０．６の条件で、４倍マスク上４０ｎｍ（ウエハ上座標では１０ｎｍ）の密集パターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す説明図である。
【図２６】図１、図８、図１４の露光用マスクを用いて、ＮＡ＝０．６の条件で、４倍マスク上４０ｎｍ（ウエハ上座標では１０ｎｍ）の孤立スペースパターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す説明図である。
【図２７】図１、図８、図１４の露光用マスクを用いて、ＮＡ＝０．６の条件で、４倍マスク上４０ｎｍ（ウエハ上座標では１０ｎｍ）の孤立ラインパターンをウエハ上に転写した場合の光強度分布の具体例を示す説明図である。
【図２８】射影ベクトルとマスクパターン辺との関係を一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１，２，３…露光用マスク、１ａ，２ａ…開口領域、１ｂ，２ｂ，３ｂ…遮光領域、３ａ…透過領域
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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