JP2004096063A - Phase shifting mask for extremely short ultraviolet light, its manufacturing method, and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Phase shifting mask for extremely short ultraviolet light, its manufacturing method, and method of manufacturing semiconductor device Download PDF

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    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/22Masks or mask blanks for imaging by radiation of 100nm or shorter wavelength, e.g. X-ray masks, extreme ultraviolet [EUV] masks; Preparation thereof
    • G03F1/24Reflection masks; Preparation thereof

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a phase shifting mask for extremely short ultraviolet light that can be constituted actually even when the mask reflects extremely short ultraviolet light by obtaining an appropriate combination of a refractive index and an absorption coefficient. <P>SOLUTION: This phase shifting mask 10 is provided with a multilayered reflecting film substrate 11 which reflects extremely short ultraviolet light and first and second regions 12a and 12b formed on the substrate 11. At the time of constituting the mask 10, the phase and reflectivity of the reflected light of the extremely short ultraviolet light obtained from an arbitrary complex index of refraction to the ultraviolet light and an arbitrary thickness of a film are specified with respect to the complex index of refraction and thickness. Then the thickness and complex index of refraction of each film formed in the first and second regions 12a and 12b are set based on the specified results, so that a prescribed phase difference may be produced between the reflected light of the ultraviolet light in the first region 12a and the reflected light of the ultraviolet light in the second region 12b. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【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位相シフトマスクおよびその製造方法、並びにそのリソグラフィ工程を含む半導体装置の製造方法に関し、特にいわゆる極短紫外光に対応した位相シフトマスクおよびその製造方法並びに半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置の微細化に伴い、ウエハ上に形成される回路パターンやその回路パターンを形成するためのレジストパターン等に対しては、パターン幅(線幅)やパターン間のピッチ等の極小化が要求されている。このような極小化の要求については、レジストの露光に用いる紫外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、露光に用いる紫外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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
このことから、最近では、157nmよりも短波長の紫外光として、極短紫外光(EUV;Extreme Ultra Violet)と呼ばれる13.5nmの波長のものを用いることも検討されている。ただし、157nmの波長の紫外光までは、例えばCaF(フッ化カルシウム)やSiO(二酸化ケイ素)といった光透過性のある材料が存在するため、当該紫外光を透過させる構成のマスクおよび光学系を作製することができる。ところが、13.5nmの波長の極短紫外光については、当該極短紫外光を所望の厚さでもって透過させる材料が存在していない。そのため、13.5nmの波長の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によって、マスクおよび光学系を構成する必要がある。
【0006】
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。
【0007】
このような反射型マスクにより13.5nmの波長の極短紫外光を反射する場合、例えばNA=0.25の露光装置においては、上述したレイリーの式からk1≧0.6の条件であれば、32.4nmの線幅を形成することができるようになる。すなわち、極短紫外光とその極短紫外光でのパターン転写を可能とする反射型マスクを用いることで、光透過型のマスクおよび光学系では達成できなかったパターン幅やパターンピッチ等の極小化にも対応可能となるのである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では、微細化に対する要望が急速に進んでおり、パターン幅やパターンピッチ等の更なる極小化への対応が望まれている。例えば、特に小さなサイズの要求されるゲート線幅においては、32.4nmよりも小さなサイズの線幅、すなわちk1<0.6となる条件も要求されるようになってきている。具体的には、加工後ゲート線幅が15nmで、レジスト上線幅においても25nm線幅が要求されるに至っている。この25nmのレジスト線幅については、波長13.5nmでNA=0.25の露光装置の場合に、レイリーの式からk1=0.46となる。このようなサイズの線幅を形成する場合には、単に13.5nmの波長の極短紫外光とこれを反射する反射型マスクとを用いるだけではなく、超解像技術を用いることが必要とされる。
【0009】
超解像技術としては、マスクパターンの±1次回折光を選択的に利用する▲1▼変形照明光源(輪帯照明や4つ穴照明等)や▲2▼瞳フィルター(輪帯フィルターや4つ穴フィルター等)の他に、▲3▼ハーフトーン型位相シフトマスク、▲4▼ハーフトーン型位相シフトマスクと変形照明光源の組み合わせ、または▲5▼レベンソン型位相シフトマスク(または「オルタネーティング位相シフトマスク」ともいう)を用いることが知られている。▲3▼、▲4▼および▲5▼(以下、ハーフトーン型位相シフトマスクおよびレベンソン型位相シフトマスクを「位相シフトマスク」と総称する)は、いずれも光の位相差を利用したものであり、解像性能を向上させ、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ことから、リソグラフィ工程では▲1▼または▲2▼に比べて多く用いられている。
【0010】
しかしながら、光を透過させる透過型マスクであれば、周知のように位相シフトマスクを構成することは容易であるが、極短紫外光に対応する反射型マスクの場合には、位相シフトマスクを構成することが非常に困難である。例えば、透過型マスクであればマスク基板を掘り込むことで光の位相差が互いに180°異なる領域を形成することができるが、これをそのまま反射型マスクに適用しても、マスク基板を掘り込むことで光の反射率も同時に変化してしまうため、位相シフトマスクを構成することはできない。また、透過型マスクであれば材料の位相シフト効果を利用することで光の位相差が互いに180°異なる領域を形成することができるが、これを反射型マスクに適用しても、極短紫外光の露光波長に対して吸収の無い材料は存在せず、単一材料では所望の反射率と位相シフト効果を奏する構成が得られないため、位相シフトマスクを構成することができない。さらには、極短紫外光の反射型マスクに用いられる反射多層膜基板はSi(ケイ素)層とMo(モリブデン)層を交互に積層した構造(例えば40層の繰り返し)のものが一般的であることから、その積層順序が相互に逆になっている領域を別々に形成することで位相差が180°で反射率が互いに等しい領域を構成することも提案されているが、そのような積層構造を作製することは甚だ困難であり未だそのような積層構造の位相シフトマスクは実用化されていない。これらのことから、極短紫外光に対応した反射型の位相シフトマスクについては、これを現実に構成することは不可能であると考えられてきた。
【0011】
そこで、本発明は、極短紫外光の波長に対してはマスク用材料として適している材料の屈折率が0.89から1.01の間に存在していることを鑑み、適切な屈折率と吸収係数の組み合わせを得ることで、現実に構成することのできる極短紫外光の位相シフトマスクおよびその製造方法並びに半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【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位相シフトマスクで、極短紫外光を反射して被露光体上に所望パターンを転写するために用いられる極短紫外光の位相シフトマスクであって、極短紫外光を反射する反射多層膜基板と、当該反射多層膜基板上に形成された第1領域および第2領域とを具備するとともに、前記第1領域の形成膜および前記第2領域の形成膜における各膜厚および各複素屈折率が、前記第1領域での極短紫外光の反射光と前記第2領域での極短紫外光の反射光とで所定の位相差が生じるように設定されていることを特徴とするものである。
【0013】
また、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位相シフトマスクの製造方法で、極短紫外光を反射する反射多層膜基板と、当該反射多層膜基板上に形成された第1領域および第2領域とを具備してなる極短紫外光の位相シフトマスクの製造方法であって、前記極短紫外光に対する任意の複素屈折率と、前記反射多層膜基板上に形成する膜の任意の膜厚とについて、当該複素屈折率および当該膜厚から得られる前記極短紫外光の反射光の位相および反射率を特定し、特定した位相および反射率に基づいて、前記第1領域での極短紫外光の反射光と前記第2領域での極短紫外光の反射光とで所定の位相差が生じるように、前記第1領域の形成膜および前記第2領域の形成膜における各膜厚および各複素屈折率を選定することを特徴とする。
【0014】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された半導体装置の製造方法で、極短紫外光の位相シフトマスクを用いて被露光体上に所望パターンを転写するリソグラフィ工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記極短紫外光に対する任意の複素屈折率と、前記反射多層膜基板上に形成する膜の任意の膜厚とについて、当該複素屈折率および当該膜厚から得られる前記極短紫外光の反射光の位相および反射率を特定し、特定した位相および反射率に基づいて、前記反射多層膜基板上の第1領域での極短紫外光の反射光と前記反射多層膜基板上の第2領域での極短紫外光の反射光とで所定の位相差が生じるように、前記第1領域の形成膜および前記第2領域の形成膜における各膜厚および各複素屈折率を選定し、選定した複素屈折率および膜厚にて前記第1領域の形成膜および前記第2領域の形成膜をそれぞれ前記反射多層膜基板上に形成して、前記反射多層膜基板上に前記第1領域および前記第2領域を具備してなる極短紫外光の位相シフトマスクを構成し、構成した極短紫外光の位相シフトマスクを用いて被露光体上に所望パターンを転写することを特徴とする。
【0015】
上記構成の極短紫外光の位相シフトマスク、上記手順の位相シフトマスクの製造方法、および上記手順の半導体装置の製造方法では、反射多層膜基板上に形成される第1領域および第2領域について、極短紫外光の反射光に所定の位相差が生じるように、それぞれの膜厚および複素屈折率が設定されている。すなわち、設定された膜厚となるように第1領域の形成膜および第2領域の形成膜が成膜され、設定された複素屈折率となるように第1領域の形成膜および第2領域の形成膜の形成材料が選択されている。設定された複素屈折率とするには、各形成膜を、複数の材料からなる積層構造とすることで達成できる。このように、第1領域の形成膜および第2領域の形成膜における各膜厚および各複素屈折率を設定値に合わせることで、第1領域と第2領域とで極短紫外光の反射光に所定(例えば180°)の位相差が生じる。
【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位相シフトマスクおよびその製造方法並びに半導体装置の製造方法置について説明する。なお、当然のことではあるが、本発明は、以下に述べる実施の形態に限定されるものではない。
【0017】
〔位相シフトマスクの概略構成の説明〕
先ず、本発明に係る極短紫外光の位相シフトマスクの概略構成について説明する。ここで説明する位相シフトマスクは、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、極短紫外光を反射し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)を転写するために用いられるものである。なお、ここで言う「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、本発明に係る位相シフトマスクの概略構成の一例を示す模式図である。図例のように、位相シフトマスク10,10′は、極短紫外光を反射する反射多層膜基板(マスクブランクス)11と、その反射多層膜基板11上に形成された第1領域12aおよび第2領域12bとを具備したものである。
【0019】
反射多層膜基板11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で構成されるが、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。また、Si層およびMo層の合計の厚さとMo層の厚さとの比Γは、Mo層厚/(Si層厚+Mo層厚)=0.4が適切であることが知られている。したがって、反射多層膜基板11では、露光に用いる極短紫外光の波長λを13.5nmとすると、Si層とMo層の合計の膜厚が(λ/2)/(0.9993×0.6+0.9211×0.4)=6.973nm、Si層の厚さが6.9730×0.6=4.184nm、Mo層の厚さが6.9730×0.4=2.789nmとなる。
【0020】
この反射多層膜基板11上には、バッファ膜13を介して吸収膜14が形成されている。バッファ膜13は、吸収膜を形成する際のエッチングストッパとして、あるいは吸収膜形成後の欠陥除去時のダメージ回避を目的として設けられているもので、例えばRu(ルテニウム)層やSiO(二酸化ケイ素)によって構成される。吸収膜14は、極短紫外光を吸収する材料からなるもので、例えばTaN(タンタルナイトライド)層によって構成される。ただし、吸収膜14は、極短紫外光のマスク用材料として用いることのできるものであれば、他の材料からなるものであってもよい。具体的には、TaN以外にTa(タンタル)またはTa化合物、Cr(クロム)またはCr化合物、W(タングステン)またはW化合物等が考えられる。
【0021】
ところで、反射多層膜基板11上には、第1領域12aおよび第2領域12bが形成されている。第1領域12aと第2領域12bとでは、それぞれでの極短紫外光の反射光に、所定(例えば180°)の位相差が生じるようになっている。そのために、第1領域12aと第2領域12bとでは、後述するように、それぞれにおける形成膜(バッファ膜13+吸収膜14)の構成材料またはその膜厚が異なる(図1(a)参照)。ただし、いずれか一方の領域のみにバッファ膜13および吸収膜14を形成することによって、各領域12a,12bに位相差が生じるようにしたものであってもよい(図1(b)参照)。
【0022】
第1領域12aと第2領域12bとの位相差ψは、第1領域12aにおける入射光と反射光の位相差をφ、第2領域12bにおける入射光と反射光の位相差をφ、第1領域12aと第2領域12bとの膜厚の差をhとすると、以下に示す(1)式によって特定することができる。
【0023】
【数1】

Figure 2004096063
【0024】
この(1)式において、θは、マスクに入射する光がマスク面上法線に対してなす角度である。λは露光中心波長である。φおよびφは、例えば”Yamamoto and T.Namioka” ”Layer−by−layer design method for soft−x−ray multilayers”,Applied Optics,Vol.31 pp1622−1630,(1992)で開示されている方法で求めればよい。
【0025】
また、(1)式を用いて位相差ψ(λ)を求めるためには、第1領域12aと第2領域12bの形成材料の複素屈折率が必要である。極短紫外光の露光中心波長が13.5nmである場合において、形成材料の複素屈折率は、例えばMo:0.92108−0.00643543i、Si:0.9993−0.00182645i、Ru:0.88749−0.0174721i、TaN:0.94136−0.0315738iとなる。形成材料が任意のm層の積層構造で構成されている場合には、以下に示す(2)式および(3)式によって得られる合成複素屈折率を用いればよい。
【0026】
【数2】
Figure 2004096063
【0027】
【数3】
Figure 2004096063
【0028】
このようにして特定される位相差ψが第1領域12aと第2領域12bとで所定値(例えば180°)となるように、位相シフトマスク10,10′では、第1領域12aおよび第2領域12bにおける形成膜(バッファ膜13+吸収膜14)の構成材料(特に複素屈折率)およびその膜厚が設定されているのである。つまり、本実施形態で説明する位相シフトマスク10,10′は、第1領域12aの形成膜および第2領域12bの形成膜における各膜厚および各複素屈折率が、第1領域12aでの極短紫外光の反射光と第2領域12bでの極短紫外光の反射光とで所定の位相差が生じるように設定されている点に、大きな特徴がある。
【0029】
〔位相シフトマスクの製造手順の説明〕
次に、以上のような特徴を持つ位相シフトマスク10,10′について、その製造手順を説明する。ただし、ここでは、その製造手順を第1の実施の形態と第2の実施の形態とに分けて説明する。
【0030】
〔第1の実施の形態〕
第1の実施の形態では、本発明を適用してハーフトーン型位相シフトマスクを構成する場合を例に挙げて説明する。図2は、第1の実施の形態における位相シフトマスクの製造手順を示すフローチャートである。
【0031】
ハーフトーン型位相シフトマスクの製造にあたっては、先ず、各複素屈折率に対する等位相線および等反射率線を求める(ステップ101、以下ステップを「S」と略す)。これら等位相線および等反射率線は、既存の材料に限定することなく、任意の複素屈折率に対して求めておく。つまり、極短紫外光に対する任意の複素屈折率について、その複素屈折率から得られる極短紫外光の反射光の位相および反射率を特定する。なお、複素屈折率に対する位相および反射率は、理論的に一意的に特定することができる。また、任意の複素屈折率には、反射多層膜基板11の複素屈折率も含むものとする。すなわち、等位相線および等反射率線は、反射多層膜基板11に対しても求めておく。
【0032】
図3は、等位相線の一具体例を示す説明図である。図例の等位相線は、複素屈折率の虚部(k)を0.0100iに固定して求めている。また、図4は、等反射率線の一具体例を示す説明図である。図例の等反射率線は、複素屈折率の実部(n)を0.9100に固定して求めている。なお、これらの等位相線および等反射率線において、(1)式のλで表される露光波長は13.5nmであり、θで表されるマスク上への斜め入射光の入射角度は4.84°である。
【0033】
反射率および位相は複素屈折率の実部および複素屈折率の虚部それぞれに依存するが、位相は主に複素屈折率の実部に依存し、反射率は主に複素屈折率の虚部に依存する。したがって、最終的に第1領域12aと第2領域12bとで180°の位相差および所望の反射率を得るためには、近似的にこれら図3の等位相線および図4の等反射率線を用いて、各領域12a,12bの構成材料の複素屈折率または膜厚を設定すればよい。あるいは、複素屈折率および膜厚の両方を設定するようにしてもよい。
【0034】
複素屈折率または膜厚の設定にあたっては、先ず、反射多層膜基板11上の第1領域12aおよび第2領域12bに加工可能な材料および膜構成を求める(S102)。そして、第1領域12aの材料構成における複素屈折率と、第2領域12bの材料構成における複素屈折率とを、それぞれ求める(S103,S104)。
【0035】
ここで、例えば図1(b)に示した構成のハーフトーン型位相シフトマスク10′、すなわち第2領域12bにのみバッファ膜13を介して吸収膜14が形成され、第1領域12aと第2領域12bとで180°の位相差が生じる位相シフトマスクを構成する場合を考える。このとき、第1領域12aと第2領域12bとでは、それぞれ所望の反射率(互いに異なる値)が得られるものとする。また、第2領域12bでは、バッファ膜13の構成材料としてRuを、吸収膜14の構成材料としてTaNを、それぞれ選択しているものとする。
【0036】
図5は、Ru膜厚とTaN膜厚に対する複素屈折率の実部の分布を示す説明図である。図例からは、Ru膜厚が1nmから20nmおよびTaN膜厚が1nmから50nmの間において、合成複素屈折率の実部が0.890から0.945の間の値を取り得ることがわかる。つまり、図5の内容から、第2領域12bの材料構成における複素屈折率がわかることになる。なお、第1領域12aについては、バッファ膜13および吸収膜14が形成されていないので、反射多層膜基板11の積層構造から複素屈折率を求めればよい。
【0037】
それぞれの複素屈折率を求めた後は、その第1領域12aにおける屈折率および第2領域12bにおける屈折率と、既に求めている等位相線とから、第1領域12aと第2領域12bとの形成膜の段差、すなわち第2領域12bの形成膜の膜厚を求める(S105)。具体的には、図5の複素屈折率分布および図3の等位相線図を基にすれば、反射多層膜基板11との位相差が180°となるための形成膜(バッファ膜13+吸収膜14)のトータル膜厚と合成複素屈折率の実部(n)との関係が、図6に示すように一意的に求まる。また、反射多層膜基板11との位相差が180°となるためのRu層(バッファ膜13)とTaN層(吸収膜14)のそれぞれの膜厚は、合成複素屈折率が位相差180°を与える条件から、図7に示すように一意的に求まる。これらのようにして、第2領域12bの形成膜の膜厚、すなわちRu層およびTaN層の膜厚を求めればよい。
【0038】
Ru層およびTaN層のそれぞれの膜厚が求まると、次いで、第1領域12aの形成膜と第2領域12bにおける極短紫外光の反射率を求める(S106)。反射率は、Ru層およびTaN層の各膜厚からトータル膜厚に対する合成複素屈折率の虚部(k)を求め、その合成複素屈折率の虚部から反射率を求めればよい。図8は、Ru層およびTaN層の各膜厚と、トータル膜厚に対する合成複素屈折率の虚部(k)との関係を示す説明図である。また、複素屈折率の虚部(k)がわかれば、反射率は、図4に示した等反射率線から一意的に求まる。図6には、合成複素屈折率虚部(k)および反射率とトータル膜厚との関係をも併せて示している。
【0039】
ここで、例えば、反射率を0.075に設定する場合は、図6の内容からトータル膜厚43nmであり、このとき図7の内容からRu層の膜厚14nmおよびTaN層の膜厚29nmが最も近い条件として得られる。この膜厚において、以下に述べるように、さらに合成複素屈折率の正確な値を用いて位相差および反射率を求めることで、位相差182.4°および反射率0.075のハーフトーン型位相シフトが得られるようになる。
【0040】
ただし、図6の内容によれば、反射率を0.075に設定する場合の膜厚条件は、トータル膜厚が46.3nmおよび48.3nm近傍にも存在していることがわかる。つまり、トータル膜厚は、複素屈折率から単一の条件として定まるものではないので、以下に述べる膜厚調整を含めて様々な条件を総合的に勘案してように定めるようにすればよい。このとき、マスク製造における膜厚ばらつきに対する複素屈折率に対するプロセス余裕度を大きく確保するためには、図中においてトータル膜厚の変化が平坦な部分(例えば50.5nm付近)に設定することが望ましい。このようにすれば、±1.5nm程度の範囲でトータル膜厚がばらついても、複素屈折率は変化しないので、位相差および反射率も変化しないからである。
【0041】
その後は、第1領域12aと第2領域12bとで180°の位相および所望の反射率が得られるように、さらに膜厚の調整を行う(S107,S108)。ここで膜厚の調整を行う更なる理由は、図6で考慮していない膜内多重干渉効果も含めて所望の位相および反射率を得るためである。具体的には、Ru層の膜厚とTaN層の膜厚をそれぞれ適宜変化させた場合の各位相差と各ハーフトーン反射率を、上述したような手順で求める。図9は、Ru層の膜厚とTaN層の膜厚に対する位相差およびハーフトーン反射率をマトリクス状に配した例を示す説明図である。ここで、ハーフトーン反射率とは、図1(b)の位相シフトマスク10′において、第1領域12aの反射率と第2領域12bの反射率との差である。そして、これらの結果から、所望の位相差とハーフトーン反射率を満たすウインドウ、すなわち調整後の膜厚の設定値を選択すればよい。なお、図例では、位相差180.0±6°およびハーフトーン反射率9.0±1%、および位相差180.0±6°およびハーフトーン反射率5.0±1%の場合を例示している(図中のシャドウ部参照)。これにより、例えば、Ru層の膜厚13nmおよびTaN層の膜厚30nmと設定すれば、位相差179.4°およびハーフトーン反射率9.5%のハーフトーン型位相シフトが得られるようになる。ここで、反射率は、0.070で図6で予測されたものと略一致する。図10および図11は、Ru層の膜厚とCr層の膜厚に対する位相差およびハーフトーン反射率をマトリクス状に配した別の例である。これにより、例えば、Ru層の膜厚9nmおよびCr層の膜厚を34nmと設定すれば、位相差179.2°およびハーフトーン反射率4.1%のハーフトーン型位相シフトマスクが得られるようになる。
【0042】
このようにして第2領域12bの形成膜の複素屈折率および膜厚を設定した後には、その設定に従いつつ反射多層膜基板11上に当該形成膜を成膜することで、ハーフトーン型位相シフトマスクを構成すればよい。なお、形成膜の成膜については、周知技術を用いて行えばよいため、ここではその説明を省略する。
【0043】
つまり、反射多層膜基板11上に形成する第2領域12bを構成する材料群の膜厚および複素屈折率の実部から当該第2領域12bにおける反射多層膜基板11との位相差を求め、また第2領域12bを構成する材料群の膜厚および複素屈折率の虚部から当該第2領域12bにおける反射率を求め、これらから第1領域12a(反射多層膜基板11)と第2領域12bにおける位相差が180°異なり、かつ、第2領域12bの反射率が所望の値である構成、すなわち上述した構成のハーフトーン型位相シフトマスクを得るのである。ただし、位相差と反射率は、どちらを先に求めるようにしても構わない。
【0044】
このような手順で得られるハーフトーン型位相シフトマスクを用いた場合の光強度分布について説明する。図12は、光学条件がNA=0.25、σ=0.70である場合に、マスク上30nm(ウエハ上座標で表示、4倍マスクでは120nm)の開口部を具備するホールパターンにおける光強度分布を示す説明図である。図例では、比較のため、従来のバイナリマスクに対する光強度分布も併せて示している。図例によれば、ハーフトーン型位相シフトマスクを用いた場合には、従来のバイナリマスクに比べてパターンエッジコントラストが向上する効果が得られることが明らかである。
【0045】
なお、ここでは、ハーフトーン型位相シフトマスクとして、図1(b)に示した構成の位相シフトマスク10′、すなわち第2領域12bにのみバッファ膜13および吸収膜14が形成されたものを例に挙げたが、例えば図1(a)に示すようなハーフトーン型位相シフトマスク10を構成することも可能である。ただし、その場合であっても、上述したように、第1領域12aと第2領域12bとでは、180°の位相差が生じるように、それぞれにおける形成膜の膜厚および複素屈折率が設定されているものとする。
【0046】
図13は、ハーフトーン型位相シフトマスクの構成例の断面構造を示す模式図である。図例のマスクでは、反射多層膜基板11上にて、第1領域12aにはRu10nm、Si47nmが順に積層され、第2領域12bにはRu5nm、TaN47nm、Ru5nmが順に積層されている。第1領域12aの形成膜の構成材料にSiを用いたのは、以下に述べる理由による。Siの複素屈折率は0.99932−0.00182645iであり、その実部は真空中の屈折率である1に極めて近く、またその虚部は他材料と比較して小さい。したがって、Si材料には、その膜内多重干渉効果を利用することにより、位相差および反射率比を調整する役割を担わせることができるからである。膜内多重干渉効果を利用することによって、第1領域12aと第2領域12bとで180°の位相差が生じ、しかもその上面が完全に平坦なフラット構造のハーフトーン型位相シフトマスクを構成することが可能となる。
【0047】
〔第2の実施の形態〕
次に、位相シフトマスクの製造手順の第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態では、本発明を適用してレベンソン型位相シフトマスクを構成する場合を例に挙げて説明する。図14は、第2の実施の形態における位相シフトマスクの製造手順を示すフローチャートである。
【0048】
図14に示すように、レベンソン型位相シフトマスクの製造も、上述した第1の実施の形態におけるハーフトーン型位相シフトマスクの場合(図2参照)と略同様にして行う(S201〜S208)。ただし、レベンソン型位相シフトマスクは、第1領域12aと第2領域12bにおける位相が180°異なるだけではなく、第1領域12aと第2領域12bにおける反射率が略等しい点で、ハーフトーン型位相シフトマスクとは異なる。つまり、レベンソン型位相シフトマスクを構成する場合には、▲1▼第1領域12aと第2領域12bとで反射率が略等しいこと、▲2▼第1領域12aと第2領域12bとの位相差が180ーであること、の2条件を満足しなければならない(S208)。
【0049】
これらの条件を満足するか否かの判定は、次のようにして行えばよい。先ず、第1領域12aの反射率をR、第2領域12bの反射率をRとした場合に、以下に示す(4)式によって得られる反射率比Pを特定する。
【0050】
【数4】
Figure 2004096063
【0051】
そして、特定した反射率比Pに対して、判定基準1:|P|≦3.0%を適用し、この判定基準1に合致していれば、上記▲1▼の条件を満足していると判定する。
【0052】
また、上記▲2▼の条件については、第1の実施の形態で説明した(1)式によって得られるψ(λ)に対して、判定基準2:|ψ(λ)|≦6°を適用する。そして、この判定基準2に合致していれば、上記▲2▼の条件を満足していると判定する。
【0053】
このようにして得られるレベンソン型位相シフトマスクとしては、図1(a)に示した構成のもの、すなわち第1領域12aおよび第2領域12bのいずれにもバッファ膜13および吸収膜14が形成された構成のものが考えられる。
【0054】
ここで、図1(a)に示す構成のレベンソン型位相シフトマスクの製造手順について、具体例を挙げてさらに詳しく説明する。レベンソン型位相シフトマスクを構成する場合にも、第1の実施の形態で説明したハーフトーン型位相シフトマスクの場合と同様に、先ず、任意の複素屈折率に対する等位相線および等反射率線を求める。図15は、等位相線の一具体例を示す説明図である。図例の等位相線は、複素屈折率の虚部(k)を0.0100iに固定して求めている。
【0055】
ところで、レベンソン型位相シフトマスクでは、第1領域12aの形成膜と反射多層膜基板11との位相差ψ(λ)が、以下に示す(5)式によって特定される。
【0056】
【数5】
Figure 2004096063
【0057】
また、第2領域12bの形成膜と反射多層膜基板11との位相差ψ(λ)が、以下に示す(6)式によって特定される。
【0058】
【数6】
Figure 2004096063
【0059】
したがって、第1領域12aと第2領域12bの位相差ψ(λ)は、以下に示す(7)式によって特定されることになる。
【0060】
【数7】
Figure 2004096063
【0061】
この(7)式によって特定される関係は、図15に示したように、等位相線の相対関係で表される。例えば、図中において、複素屈折率の実部が0.94であるような材料で、第1領域12aと第2領域12bの位相差が180ーであるためには、第1領域12aと第2領域12bの段差は56nmであれば良いことがわかる(図中[1]参照)。また、複素屈折率の実部が第1領域12aにおいて0.96、第2領域12bにおいて0.94であるような材料で、第1領域12aと第2領域12bの位相差が180ーであるためには、第1領域12aと第2領域12bの段差は42nmであれば良いことがわかる(図中[2]参照)。一方、反射率を求める場合は、相対値ではなくトータル膜厚に対する絶対値をそのまま用いる。
【0062】
レベンソン型位相シフトマスクを構成する場合にも、このような等位相線(図15参照)および等反射率線(図4参照)を基に、判定基準1および判定基準2を満たすような形成膜の膜厚および複素屈折率を設定すればよい。
【0063】
つまり、反射多層膜基板11上に形成する第1領域12aを構成する材料群の膜厚および複素屈折率の実部から第1領域12aにおける反射多層膜基板との位相差を求め、さらには反射多層膜基板11上に形成する第2領域12bを構成する材料群の膜厚および複素屈折率の実部から第2領域12bにおける反射多層膜基板との位相差を求める。また、反射多層膜基板11上に形成する第1領域12aを構成する材料群の膜厚および複素屈折率の虚部から第1領域12aにおける反射率を求め、さらには反射多層膜基板11上に形成する第2領域12bを構成する材料群の膜厚および複素屈折率の虚部から第2領域12bにおける反射率を求める。そして、これらの結果から、判定基準1および判定基準2を満たす構成、すなわち第1領域12aと第2領域12bにおける位相差が180°異なり、かつ、第1領域12aと第2領域12bの反射率が略等しい構成を、レベンソン型位相シフトマスクとして得るのである。なお、位相差と反射率は、どちらを先に求めるようにしても構わない。
【0064】
ところで、判定基準1および判定基準2を同時に満たすためには、異なった材料を適切に積層して第1領域12aおよび第2領域12bの形成膜を成膜する必要がある。これは、現実に存在する材料の複素屈折率の制約から、異なった材料を適切に積層しなければ、判定基準1および判定基準2を同時に満たすレベンソン型位相シフトマスクを現実に製造可能な構造として得ることができないからである。
【0065】
このことから、第1領域12aを構成する材料としては、例えばTaN、RuおよびSiを用いる。また、第2領域12bを構成する材料としては、例えばMoおよびRuを用いる。これらの材料を用いるのは、例えばJpn.J.Appl.Phys.Vol40(2001)pp6998−7001の”Approach to patterning of extreme ultraviolet lithography masks”で開示されているように、各材料のエッチング選択比を次に述べるように組み合わせにおいて非常に大きく取ることが公知だからである。すなわち、Si下地に対するRu層のエッチングをCl+Oガスによるドライエッチングで行う場合、Si下地はRuエッチングに対しエッチングストッパとして作用する。Ru下地に対するTaN層のエッチングをAr+Clガスによるドライエッチングで行う場合、Ru下地はTaN層エッチングに対しエッチングストッパとして作用する。また、Ru下地に対するMo層のエッチングおよびSi層のエッチングもAr+Clガスによるドライエッチングで行い選択比を大きく取る。なぜならば、Ruの塩化物RuClは比較的安定な物質であり600℃以上で分解する。一方、Siの塩化物SiClの沸点は57.6℃、Moの塩化物MoClの沸点は268℃、Taの塩化物TaClの沸点は242℃であり、Ruの塩化物に対して真空中でエッチング反応ガスとして除去され易いためである。
【0066】
図16は、レベンソン型位相シフトマスクの構成例の断面構造を示す模式図である。図例の構造(以下「構造1」という)は、図15の等位相線および図4の等反射率線を基に設定された、判定基準1および判定基準2を満たす構成である。第1領域12aでは、反射多層膜基板11上にRu2nm、TaN7nm、Ru4nmの順に積層されて形成膜を構成している。第1領域12aのトータル膜厚は13nm、合成複素屈折率の実部は0.9165であり、虚部は0.02507iである。また、第2領域12bでは、Ru4nm、Mo49nm、Ru2nmの順に積層されて形成膜を構成している。第2領域12bのトータル膜厚は55nm、合成複素屈折率の実部は0.9174であり、虚部は0.00764iである。なお、第1領域12aと第2領域12bとの境界部分には、膜厚120nmのTaN吸収層が40nm幅で形成されている。
【0067】
このような構造1において、図15の等位相線から第1領域12aと第2領域12bの段差を求めると、90°と270°の等位相線の関係から当該段差は43nmであり、同様に180°と0°の等位相線の関係から求めても43nmである。また、図4の等透過率線によれば、第1領域12aの反射率は0.39であり、第2領域12bの反射率は0.38であることがわかる。そして、構造1について、詳細に膜内多重干渉効果も含めて第2領域12bのMo膜厚を変化させて位相差と反射率比を求めると、例えば図17に示す結果が得られる。図例の結果から、図16に示した構造1は、各材料の膜厚調整範囲内において最適構成であることが確認できる。
【0068】
また、構造1において、反射率は、第1領域12aに対して0.388であり、第2領域12bに対して0.387であり、これらの間の反射率比は0.258%となる。また、第1領域12aと第2領域12bの位相差は、TE(transverse electric)波に対して178.8°、TM(transverse magnetic)波に対して178.7°となる。
【0069】
このような構造1のレベンソン型位相シフトマスクを用いた場合の光強度分布は、構造1の4倍マスク上に膜厚120nmのTaN吸収層を40nm幅(ウエハ上単位では10nm)で形成してウエハ上に露光した場合に、NA=0.25、σ=0.70という光学条件であると、例えば図18に示すような結果となる。
【0070】
また、第1領域12aと第2領域12bの位相差が180°であることは、40nm幅のTaN吸収層による320nmピッチ(ウエハ上単位では10nm幅で80nmピッチ)のパターンを用いて、以下に示す(8)式の位相差を求めることで確認できる。なお、(8)式では、ウエハ上における座標を用いている。x軸の単位はnmである。
【0071】
【数8】
Figure 2004096063
【0072】
この(8)式をTEy波、TMx波およびTMz波に対してマスク直上において求めた結果を図19に示す。図例によれば、TEy波およびTMx波ともに、180°の位相差を良好に保持している。一方、TMz波は、180°からのずれがより顕著ではあるが、転写に及ぼす寄与は0.45%程度であるため、ほとんど影響を与えない。
【0073】
これらのことから、構造1のレベンソン型位相シフトマスクは、判定基準1および判定基準2を同時に満たしており、第1領域12aと第2領域12bとで反射率が略等しく、その位相差が180°であると言える。
【0074】
次いで、このように複素屈折率および膜厚が設定された第1領域12aの形成膜および第2領域12bの形成膜を、反射多層膜基板11上に成膜する場合の手順について簡単に説明する。図20〜23は、構造1の成膜手順の一例を示す説明図である。構造1による形成膜を成膜する場合には、図20に示すように、先ず、反射多層膜基板11上にRu層をスパッタ法により成膜する(工程1)。Ru層は、通常、バイナリマスクでバッファ層として用いられる材料であるので、その通常の場合と同じ製造装置を用いることができる。そして、Ru層上に、TaN層をスパッタ法により成膜する(工程2)。TaN層は、バイナリマスクで吸収層として用いられる材料であるので、その通常の場合と同じ製造装置を用いることができる。
【0075】
その後は、TaN層上にレジストを塗布し(工程3)、描画およびレジスト現像工程を経て、第2領域12bの部分のレジストを除去する(工程4)。レジスト除去後は、第2領域12bの部分のTaN層をAr+Clガスによるドライエッチングによって除去する(工程5)。このTaN層の下のRu層はエッチングストッパ層として機能することになる。そして、レジストを剥離し(工程6)、再びRu層をスパッタ成膜した後に(工程7)、今度はMo層をスパッタ成膜する(工程8)。Mo層は、反射多層膜基板11の構成材料であるので、多層膜用製造装置を用いることができる。
【0076】
Mo層を成膜すると、続いて、図21に示すように、レジストを塗布した後に(工程9)、描画およびレジスト現像工程を経て、第1領域12aの部分のレジストを除去する(工程10)。そして、第1領域12aの部分のMo層をAr+Clガスによるドライエッチングにより除去する(工程11)。このMo層の下のRu層はエッチングストッパ層として機能することになる。その後は、レジストを剥離し(工程12)、再びRu層をスパッタ成膜する(工程13)。
【0077】
Ru層を成膜した後は、次いで、図22に示すように、TaN吸収層をスパッタ成膜し(工程14)、さらにレジストを塗布する(工程15)。そして、描画およびレジスト現像工程を経て、吸収層として残す部分以外のレジストを除去する(工程16)。
【0078】
その後、図23に示すように、TaN吸収層をAr+Clガスによるドライエッチングにより除去する(工程17)。このTaN吸収層の下のRu層はエッチングストッパ層として機能することになる。そして、レジストを剥離すれば(工程18)、Ru層をエッチングストッパ層として有効に用いつつ、構造1のレベンソン型位相シフトマスクを構成することができる。
【0079】
図24は、レベンソン型位相シフトマスクの他の構成例の断面構造を示す模式図である。図例の構造(以下「構造2」という)も、上述した構造1と同様に、図15の等位相線および図4の等反射率線を基に設定された、判定基準1および判定基準2を満たす構成である。第1領域12aでは、反射多層膜基板11上にRu3nm、TaN5nm、Ru7nmの順に積層されて形成膜を構成している。第1領域12aのトータル膜厚は15nm、合成複素屈折率の実部は0.9054であり、虚部は0.02217iである。また、第2領域12bでは、Ru3nm、Mo49nm、Ru4nmの順に積層されて形成膜を構成している。第2領域12bのトータル膜厚は56nm、合成複素屈折率の実部は0.9169であり、虚部は0.00782iである。
【0080】
このような構造2において、図15の等位相線から第1領域12aと第2領域12bの段差を求めると、90°と270°の等位相線の関係から当該段差は44nmであり、同様に180°と0°の等位相線の関係から求めても44nmである。また、図4の等透過率線によれば、第1領域12aの反射率は0.38であり、第2領域12bの反射率は0.36であることがわかる。そして、構造2について、詳細に膜内多重干渉効果も含めて第2領域12bのMo膜厚を変化させて位相差と反射率比を求めると、例えば図25に示す結果が得られる。図例の結果から、図24に示した構造2は、各材料の膜厚調整範囲内において最適構成であることが確認できる。
【0081】
また、構造2において、反射率は、第1領域12aに対して0.399であり、第2領域12bに対して0.396であり、これらの間の反射率比は0.710%となる。したがって、第1領域12aと第2領域12bの位相差は、TE波に対して178.2°、TM波に対して178.3°となる。
【0082】
このような構造2のレベンソン型位相シフトマスクを用いた場合の光強度分布は、構造2の4倍マスク上に膜厚120nmのTaN吸収層を40nm幅(ウエハ上単位では10nm)で形成してウエハ上に露光した場合に、NA=0.25、σ=0.70という光学条件であると、例えば図26に示すような結果となる。
【0083】
また、第1領域12aと第2領域12bの位相差が180°であることは、40nm幅のTaN吸収層による320nmピッチ(ウエハ上単位では10nm幅で80nmピッチ)のパターンを用いて、上述した(8)式の位相差を求めることで確認できる。この(8)式をTEy波、TMx波およびTMz波に対してマスク直上において求めた結果を図27に示す。図例によれば、TEy波およびTMx波ともに、180°の位相差を良好に保持している。一方、TMz波は、180°からのずれがより顕著ではあるが、転写に及ぼす寄与は0.45%程度であるため、ほとんど影響を与えない。
【0084】
このように複素屈折率および膜厚が設定された構造2の成膜手順については、上述した構造1の場合と略同様である。構造1の場合とは、工程5と工程6との間に、第2領域12bの部分のRu層をCl+Oガスによるドライエッチングにより除去する工程が追加される点で異なる。
【0085】
図28は、レベンソン型位相シフトマスクのさらに他の構成例の断面構造を示す模式図である。図例の構造(以下「構造3」という)も、上述した構造1および構造2と同様に、図13の等位相線および図4の等反射率線を基に設定された、判定基準1および判定基準2を満たす構成である。第1領域12aでは、反射多層膜基板11上にRu5nm、TaN20nm、Si8nm、Ru5nmの順に積層されて形成膜を構成している。また、第2領域12bでは、Ru5nm、Si8nm、Ru43.5nmの順に積層されて形成膜を構成している。
【0086】
この構造3では、構造1または構造2の場合とは異なり、第1領域12aおよび第2領域12bの形成膜の構成材料にSiを用いている。ここで、Siの複素屈折率は、0.99932−0.00182645iであり、複素屈折率の実部は真空中の屈折率である1に極めて近く、また複素屈折率の虚部は他材料と比較して小さい。そのため、Si材料は、膜内多重干渉効果の利用により、位相差および反射率比を調整する役割を担うことになる。
【0087】
したがって、図15の等位相線および図4の等反射率線から判定基準1および判定基準2を満たす構成を得る場合には、Si層を考慮せずに、位相差を重点的に合わせ込む条件を抽出し、その後にSi層の膜内多重干渉により反射率を合わせ込むとともに、位相差を180°近くに調整する手順を採る、といったことが可能となる。すなわち、判定基準1および判定基準2を満たす構成は、第1領域12aに対しては反射多層膜基板11上にRu5nm、TaN20nm、Ru5nmの順に積層したものと考え、第2領域12bに対してはRu5nm、Ru43.5nmの順に積層したものと考える。この場合の第1領域12aのトータル膜厚は30nm、合成複素屈折率の実部は0.9234であり、虚部は0.02687iである。第2領域12bのトータル膜厚は48.5nm、合成複素屈折率の実部は0.8875であり、虚部は0.01747iである。
【0088】
このような構造3において、図15の等位相線から第1領域12aと第2領域12bの段差を求めると、90°と270°の等位相線の関係から当該段差は22nmであり、同様に180°と0°の等位相線の関係から求めると16nmである。また、図4の等透過率線によれば、第1領域12aの反射率は0.14であり、第2領域12bの反射率は0.18であることがわかる。そして、構造3について、詳細に膜内多重干渉効果も含めて第2領域12bのMo膜厚を変化させて位相差と反射率比を求めると、例えば図29に示す結果が得られる。図例の結果から、図28に示した構造3は、各材料の膜厚調整範囲内において最適構成であることが確認できる。この構造3では、第1領域12aおよび第2領域12bの形成膜の構成材料にSiを用いており、そのSi層による膜内多重干渉を効果的に利用していることから、位相差と反射率比が基準値を満たすことになる条件を実現することができるのである。
【0089】
また、構造3において、反射率は、第1領域12aに対して0.195であり、第2領域12bに対して0.200であり、これらの間の反射率比は2.41%となる。したがって、第1領域12aと第2領域12bの位相差は、TE波に対して185.3°、TM波に対して185.1°となる。
【0090】
このような構造3のレベンソン型位相シフトマスクを用いた場合の光強度分布は、構造3の4倍マスク上に膜厚120nmのTaN吸収層を40nm幅(ウエハ上単位では10nm)で形成してウエハ上に露光した場合に、NA=0.25、σ=0.70という光学条件であると、例えば図30に示すような結果となる。
【0091】
また、第1領域12aと第2領域12bの位相差が180°であることは、40nm幅のTaN吸収層による320nmピッチ(ウエハ上単位では10nm幅で80nmピッチ)のパターンを用いて、上述した(8)式の位相差を求めることで確認できる。この(8)式をTEy波、TMx波およびTMz波に対してマスク直上において求めた結果を図31に示す。図例によれば、TEy波およびTMx波ともに、180°の位相差を良好に保持している。一方、TMz波は、180°からのずれがより顕著ではあるが、転写に及ぼす寄与は0.45%程度であるため、ほとんど影響を与えない。
【0092】
このように複素屈折率および膜厚が設定された構造3の成膜手順についても、上述した構造2の場合と略同様である。構造2の場合とは、工程8にて、Mo層に代わってSi層およびRu層をスパッタ成膜する点で異なる。
【0093】
ところで、構造1〜3では、いずれも、第1領域12aの形成膜と第2領域12bの形成膜とに膜厚差があり、それぞれの間に段差が生じている。このような構成であっても、上述したように位相シフトの効果を得ることが可能である。ただし、第1領域12aと第2領域12bとの境界部分にTaN吸収層を形成することを考慮すると、その加工の容易さの点で、第1領域12aと第2領域12bとの間に段差がなく、平坦に形成されているほうが望ましい。そこで、以下に、第1領域12aと第2領域12bとが平坦である構成の具体例について説明する。
【0094】
図32は、レベンソン型位相シフトマスクの平坦な構成例の断面構造を示す模式図である。図例の構造(以下「構造4」という)は、図15の等位相線および図4の等反射率線を基に設定された、判定基準1および判定基準2を満たす構成である。第1領域12aでは、反射多層膜基板11上にRu3nm、TaN7nm、Ru6nm、Si37nm、Ru5nmの順に積層されて形成膜を構成している。また、第2領域12bでは、Ru3nm、Mo47nm、Ru8nmの順に積層されて形成膜を構成している。
【0095】
この構造4において、第1領域12aの形成膜の構成材料にSiを用いているのは、構造3の場合と同様に、膜内多重干渉効果の利用により位相差および反射率比を調整する役割を担わせるためである。したがって、図15の等位相線および図4の等反射率線から判定基準1および判定基準2を満たす構成を得る場合には、Si層を考慮せずに、位相差を重点的に合わせ込む条件を抽出し、その後にSi層の膜内多重干渉により反射率を合わせ込むとともに、位相差を・・・・近くに調整する手順を採る、といったことが可能となる。すなわち、判定基準1および判定基準2を満たす構成は、第1領域12aに対しては反射多層膜基板11上にRu3nm、TaN7nm、Ru6nm、Ru5nmの順に積層したものと考え、第2領域12bに対してはRu3nm、Mo47nm、Ru8nmの順に積層したものと考える。この場合の第1領域12aのトータル膜厚は21nm、合成複素屈折率の実部は0.9054であり、虚部は0.03631iである。第2領域12bのトータル膜厚は58nm、合成複素屈折率の実部は0.9147であり、虚部は0.000904iである。
【0096】
このような構造4において、図15の等位相線から第1領域12aと第2領域12bの段差を求めると、90°と270°の等位相線の関係から当該段差は40nmであり、同様に180°と0°の等位相線の関係から求めると43nmである。また、図4の等透過率線によれば、第1領域12aの反射率は0.15であり、第2領域12bの反射率は0.30であることがわかる。
【0097】
このように、構造4では、Si層を考慮しないと、構造1および構造2に類似しているものの、第1領域12aと第2領域12bとで反射率が一致しない。これを解消するために、構造4では、Si層を挿入し、膜内多重干渉を効果的に利用することで、第1領域12aと第2領域12bにおける反射率を一致させているのである。
【0098】
そのために、構造4においては、第1領域12aのTaN層の膜厚、第2領域12bのMo層の膜厚、および第1領域12aのSi層の膜厚を適宜変化させ、判定基準1および判定基準2を満たす構成を求める。図33は、TaN層の膜厚およびSi層の膜厚を一定としMo層の膜厚をパラメータとして位相差および反射率比を求めた結果である。図例の結果から、図32に示した構造4は、第1領域12aと第2領域12bの膜厚差が0nmとなる条件で判定基準を満たす構成であることが確認できる。この構造4では、第1領域12aの形成膜の構成材料にSiを用いており、そのSi層による膜内多重干渉を効果的に利用していることから、位相差と反射率比が基準値を満たし、かつ、第1領域12aと第2領域12bとが平坦になる構成を実現することができるのである。
【0099】
また、構造4において、反射率は、第1領域12aに対して0.285であり、第2領域12bに対して0.287であり、これらの間の反射率比は0.65%となる。したがって、第1領域12aと第2領域12bの位相差は、TE波に対して180.8°、TM波に対して180.5°となる。
【0100】
このような構造4のレベンソン型位相シフトマスクを用いた場合の光強度分布は、構造4の4倍マスク上に膜厚120nmのTaN吸収層を40nm幅(ウエハ上単位では10nm)で形成してウエハ上に露光した場合に、NA=0.25、σ=0.70という光学条件であると、例えば図34に示すような結果となる。
【0101】
また、第1領域12aと第2領域12bの位相差が180°であることは、40nm幅のTaN吸収層による320nmピッチ(ウエハ上単位では10nm幅で80nmピッチ)のパターンを用いて、上述した(8)式の位相差を求めることで確認できる。この(8)式をTEy波、TMx波およびTMz波に対してマスク直上において求めた結果を図35に示す。図例によれば、TEy波およびTMx波ともに、180°の位相差を良好に保持している。一方、TMz波は、180°からのずれがより顕著ではあるが、転写に及ぼす寄与は0.45%程度であるため、ほとんど影響を与えない。
【0102】
このように複素屈折率および膜厚が設定された構造4の成膜手順については、上述した構造1の場合(図20〜23参照)に加えて、構造2の場合と同様に工程5と工程6との間にて第2領域12bの部分のRu層をCl+Oガスによるドライエッチングにより除去する工程を行うとともに、に工程13と工程14との間にて図36,37に示すような工程を行えばよい。
【0103】
すなわち、図36に示すように、工程13にてRu層を成膜した後は、次いで、Si層をスパッタ成膜し(工程13−1)、さらにレジストを塗布する(工程13−2)。そして、描画およびレジスト現像工程を経て、第2領域12bの部分のレジストを除去する(工程13−3)。
【0104】
その後、図37に示すように、第2領域12bの部分のSi膜をAr+Clガスによるドライエッチングにより除去する(工程13−4)。このSi層の下のRu層はエッチングストッパ層として機能することになる。そして、レジストを剥離して(工程13−5)、Ru層をスパッタ成膜した後は(工程13−6)、TaN吸収層をスパッタ成膜し(工程14)、それ以降、構造1の場合と同様の処理を行う。このような成膜手順によって、構造4のレベンソン型位相シフトマスクを構成することができる。
【0105】
以上のように、構造4については、第1領域12aのTaN層の膜厚、第2領域12bのMo層の膜厚、および第1領域12aのSi層の膜厚を適宜変化させ、判定基準1および判定基準2を満たし、かつ、第1領域12aと第2領域12bとが平坦である構成を特定している。ただし、このような構成は、以下に述べるような構造においても得ることができる。
【0106】
図38は、レベンソン型位相シフトマスクの他の平坦な構成例の断面構造を示す模式図である。図例の構造(以下「構造5」という)も、TaN層の膜厚およびSi層の膜厚を一定にしてMo層の膜厚をパラメータとして位相差および反射率比を求めた結果である。図39は、TaN層の膜厚およびSi層の膜厚を一定としMo層の膜厚をパラメータとして位相差および反射率比を求めた結果である。図例の結果から、構造5についても、第1領域12aと第2領域12bの膜厚差が0nmとなる条件で判定基準を満たす構成であることが確認できる。この構造5において、反射率は、第1領域12aに対して0.288であり、第2領域12bに対して0.287であり、これらの間の反射率比は0.36%である。また、第1領域12aと第2領域12bの位相差は、TE波に対して181.4°、TM波に対して181.1°である。
【0107】
このような構造5のレベンソン型位相シフトマスクを用いた場合の光強度分布は、構造5の4倍マスク上に膜厚120nmのTaN吸収層を40nm幅(ウエハ上単位では10nm)で形成してウエハ上に露光した場合に、NA=0.25、σ=0.70という光学条件であると、例えば図40に示すような結果となる。
【0108】
また、第1領域12aと第2領域12bの位相差が180°であることは、40nm幅のTaN吸収層による320nmピッチ(ウエハ上単位では10nm幅で80nmピッチ)のパターンを用いて、上述した(8)式の位相差を求めることで確認できる。この(8)式をTEy波、TMx波およびTMz波に対してマスク直上において求めた結果を図41に示す。図例によれば、TEy波およびTMx波ともに、180°の位相差を良好に保持している。一方、TMz波は、180°からのずれがより顕著ではあるが、転写に及ぼす寄与は0.45%程度であるため、ほとんど影響を与えない。
【0109】
このような構造5の成膜手順については、上述した構造4の場合と同様である。
【0110】
図42は、レベンソン型位相シフトマスクのさらに他の平坦な構成例の断面構造を示す模式図である。図例の構造(以下「構造6」という)も、TaN層の膜厚およびSi層の膜厚を一定にしてMo層の膜厚をパラメータとして位相差および反射率比を求めた結果である。図43は、TaN層の膜厚およびSi層の膜厚を一定としMo層の膜厚をパラメータとして位相差および反射率比を求めた結果である。図例の結果から、構造6についても、第1領域12aと第2領域12bの膜厚差が0nmとなる条件で判定基準を満たす構成であることが確認できる。この構造6において、反射率は、第1領域12aに対して0.300であり、第2領域12bに対して0.287であり、これらの間の反射率比は0.90%である。また、第1領域12aと第2領域12bの位相差は、TE波に対して180.6°、TM波に対して180.3°である。
【0111】
このような構造6のレベンソン型位相シフトマスクを用いた場合の光強度分布は、構造6の4倍マスク上に膜厚120nmのTaN吸収層を40nm幅(ウエハ上単位では10nm)で形成してウエハ上に露光した場合に、NA=0.25、σ=0.70という光学条件であると、例えば図44に示すような結果となる。
【0112】
また、第1領域12aと第2領域12bの位相差が180°であることは、40nm幅のTaN吸収層による320nmピッチ(ウエハ上単位では10nm幅で80nmピッチ)のパターンを用いて、上述した(8)式の位相差を求めることで確認できる。この(8)式をTEy波、TMx波およびTMz波に対してマスク直上において求めた結果を図45に示す。図例によれば、TEy波およびTMx波ともに、180°の位相差を良好に保持している。一方、TMz波は、180°からのずれがより顕著ではあるが、転写に及ぼす寄与は0.45%程度であるため、ほとんど影響を与えない。
【0113】
このような構造6の成膜手順についても、上述した構造4または構造5の場合と同様である。
【0114】
次に、以上のようなレベンソン型位相シフトマスクにおける効果を、従来の位相シフト効果を用いないバイナリマスクとの比較において説明する。図46は、上述した構造5のレベンソン型位相シフトマスクについて、構造5の4倍マスク上に膜厚120nmのTaN吸収層を40nm幅、30nm幅、20nm幅、10nm幅、0nm幅(ウエハ上単位では10nm、7.5nm、5nm、2.5nm、0nm)で形成してウエハ上に露光した場合に、NA=0.25、σ=0.70という光学条件で得られた光強度分布を示す説明図である。図例によれば、いずれのTaN吸収層幅においても、良好なパターンコントラストが得られることがわかる。
【0115】
これに対して、図47は、従来のバイナリマスクについて、そのマスク上に膜厚120nmのTaN吸収層を40nm幅、30nm幅、20nm幅、10nm幅(ウエハ上単位では10nm、7.5nm、5nm、2.5nm)で形成してウエハ上に露光した場合に、NA=0.25、σ=0.70という光学条件で得られた光強度分布を示す説明図である。図例によれば、TaN吸収層幅が小さくなるに伴って、パターンコントラストが著しく低下することがわかる。
【0116】
これらのことから、上述した構造のレベンソン型位相シフトマスクを用いた場合には、TaN吸収層10nm幅(ウエハ上単位では2.5nm)においてウエハ上で15nmまたはこれ以下のサイズの線幅の転写を行うことが可能となる、といった顕著な効果が得られると言える。さらには、例えば図48に示すように、NA=0.30の光学条件で露光すれば、TaN吸収層10nm幅(ウエハ上単位では2.5nm)においてウエハ上で10nmまたはこれ以下のサイズの線幅の転写を行うことが可能になる、といった顕著な効果も得られるようになる。
【0117】
以上のように、本実施形態(第1および第2の実施の形態)にて説明した位相シフトマスクでは、第1領域12aおよび第2領域12bの形成膜の膜厚および複素屈折率が、それぞれでの極短紫外光の反射光に所定の位相差が生じるように設定されている。さらに詳しくは、位相シフトマスクを構成するのにあたり、先ず、反射多層膜基板11上の形成膜(特に、その構成材料における複素屈折率)に依存することなく、任意の複素屈折率および膜厚について当該複素屈折率および当該膜厚から得られる反射光の位相および反射率を特定し、その特定した位相および反射率に基づいて、第1領域12aと第2領域12bで180°の位相差が生じるように、それぞれにおける形成膜の膜厚および複素屈折率が選定されている。
【0118】
したがって、本実施形態で説明した位相シフトマスクによれば、極短紫外光に対応する反射型マスクの場合であっても、超解像技術を用いるための位相シフトマスクを構成することが実現可能となる。すなわち、本実施形態で説明した位相シフトマスクの製造方法を用いれば、極短紫外光の位相シフトマスクを構成することができる。
【0119】
しかも、本実施形態で説明した位相シフトマスクでは、単に極短紫外光を用いるだけではなく、超解像技術をも利用することで、ウエハ上のパターンコントラストを著しく増大させ、従来のバイナリマスクでは得られなかった解像性を得ることができる。つまり、本実施形態の位相シフトマスクを用いて半導体装置を製造すれば、従来のバイナリマスクを用いた場合よりもより微細なホールパターン、スペースパターンおよびラインパターンを得ることができ、パターンの極小化への対応に非常に好適となる。
【0120】
また、本実施形態で説明した位相シフトマスクでは、膜内多重干渉を効果的に利用することで、第1領域12aと第2領域12bとで形成膜の膜厚を略等しくして、これら第1領域12aと第2領域12bとが平坦になる構成を実現している。したがって、例えばレベンソン型位相シフトマスクにおいて第1領域12aと第2領域12bとの境界部分にTaN吸収層を形成する場合であっても、平坦部分にその形成を行えばよいため、加工が非常に容易なものとなり、またその形成精度の確保も容易となる。
【0121】
また、本実施形態で説明した位相シフトマスクでは、第1領域12aの形成膜および第2領域12bの形成膜の両方またはいずれか一方が、複数の材料からなる積層構造を有している。したがって、任意の複素屈折率および膜厚について当該複素屈折率および当該膜厚から得られる反射光の位相および反射率を特定しても、その任意の複素屈折率および膜厚に対応する形成膜を得ることが可能となる。つまり、複数の材料からなる積層構造を用いることによって、所望する位相シフトマスクを構成することが可能となるのである。
【0122】
【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位相シフトマスクおよびその製造方法によれば、適切な屈折率と吸収係数の組み合わせを得ることで、極短紫外光に対応する反射型マスクの場合であっても、超解像技術を用いるための位相シフトマスクを構成することが実現可能となる。また、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、パターンの極小化への対応に非常に好適となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る位相シフトマスクの概略構成の一例を示す模式図である。
【図2】本発明の第1実施形態における位相シフトマスクの製造手順を示すフローチャートである。
【図3】等位相線の一具体例を示す説明図である。
【図4】等反射率線の一具体例を示す説明図である。
【図5】ハーフトーン型位相シフトマスクを得るためのRu膜厚およびTaN膜厚に対する合成複素屈折率の実部の分布を示す説明図である。
【図6】ハーフトーン型位相シフトマスクにおけるトータル膜厚と合成複素屈折率の実部(n)および反射率(k)の関係を示す説明図である。
【図7】ハーフトーン型位相シフトマスクにおけるトータル膜厚とRu膜厚およびTaN膜厚との関係を示す説明図である。
【図8】ハーフトーン型位相シフトマスクを得るためのRu膜厚およびTaN膜厚に対する合成複素屈折率の虚部の分布を示す説明図である。
【図9】Ru層の膜厚とTaN層の膜厚に対する位相差およびハーフトーン反射率をマトリクス状に配した例を示す説明図である。
【図10】Ru層の膜厚とCr層の膜厚に対する位相差をマトリクス状に配した例を示す説明図である。
【図11】Ru層の膜厚とCr層の膜厚に対するハーフトーン反射率をマトリクス状に配した例を示す説明図である。
【図12】ハーフトーン型位相シフトマスクのNA=0.25の場合におけるマスク上30nm(ウエハ上座標で表示)の開口部を具備するホールパターンの光強度分布を示す説明図である。
【図13】ハーフトーン型位相シフトマスクの構成例の断面構造を示す模式図である。
【図14】本発明の第2の実施の形態における位相シフトマスクの製造手順を示すフローチャートである。
【図15】等位相線の一具体例を示す説明図である。
【図16】レベンソン型位相シフトマスクの構成例(構造1)の断面構造を示す模式図である。
【図17】構造1のレベンソン型位相シフトマスクにおいて膜内多重干渉を考慮した位相と反射率の最適化(Mo膜厚をパラメータとしている)の例を示す説明図である。
【図18】構造1のレベンソン型位相シフトマスクにおける光強度分布を示す説明図である。
【図19】構造1のレベンソン型位相シフトマスクの位相差(ウエハ上で表示)を示す説明図である。
【図20】構造1のレベンソン型位相シフトマスクの成膜手順の一例を示す説明図(その1)である。
【図21】構造1のレベンソン型位相シフトマスクの成膜手順の一例を示す説明図(その2)である。
【図22】構造1のレベンソン型位相シフトマスクの成膜手順の一例を示す説明図(その3)である。
【図23】構造1のレベンソン型位相シフトマスクの成膜手順の一例を示す説明図(その4)である。
【図24】レベンソン型位相シフトマスクの他の構成例(構造2)の断面構造を示す模式図である。
【図25】構造2のレベンソン型位相シフトマスクにおいて膜内多重干渉を考慮した位相と反射率の最適化(Mo膜厚をパラメータとしている)の例を示す説明図である。
【図26】構造2のレベンソン型位相シフトマスクにおける光強度分布を示す説明図である。
【図27】構造2のレベンソン型位相シフトマスクの位相差(ウエハ上で表示)を示す説明図である。
【図28】レベンソン型位相シフトマスクのさらに他の構成例(構造3)の断面構造を示す模式図である。
【図29】構造3のレベンソン型位相シフトマスクにおいて膜内多重干渉を考慮した位相と反射率の最適化(Mo膜厚をパラメータとしている)の例を示す説明図である。
【図30】構造3のレベンソン型位相シフトマスクにおける光強度分布を示す説明図である。
【図31】構造3のレベンソン型位相シフトマスクの位相差(ウエハ上で表示)を示す説明図である。
【図32】レベンソン型位相シフトマスクの第1領域と第2領域とが平坦な構成例(構造4)の断面構造を示す模式図である。
【図33】構造4のレベンソン型位相シフトマスクにおいて膜内多重干渉を考慮した位相と反射率の最適化(Mo膜厚をパラメータとしている)の例を示す説明図である。
【図34】構造4のレベンソン型位相シフトマスクにおける光強度分布を示す説明図である。
【図35】構造4のレベンソン型位相シフトマスクの位相差(ウエハ上で表示)を示す説明図である。
【図36】構造4のレベンソン型位相シフトマスクの成膜手順の一例を示す説明図(その3)である。
【図37】構造4のレベンソン型位相シフトマスクの成膜手順の一例を示す説明図(その4)である。
【図38】レベンソン型位相シフトマスクの他の平坦な構成例(構造5)の断面構造を示す模式図である。
【図39】構造5のレベンソン型位相シフトマスクにおいて膜内多重干渉を考慮した位相と反射率の最適化(Mo膜厚をパラメータとしている)の例を示す説明図である。
【図40】構造5のレベンソン型位相シフトマスクにおける光強度分布を示す説明図である。
【図41】構造5のレベンソン型位相シフトマスクの位相差(ウエハ上で表示)を示す説明図である。
【図42】レベンソン型位相シフトマスクのさらに他の平坦な構成例(構造6)の断面構造を示す模式図である。
【図43】構造6のレベンソン型位相シフトマスクにおいて膜内多重干渉を考慮した位相と反射率の最適化(Mo膜厚をパラメータとしている)の例を示す説明図である。
【図44】構造6のレベンソン型位相シフトマスクにおける光強度分布を示す説明図である。
【図45】構造6のレベンソン型位相シフトマスクの位相差(ウエハ上で表示)を示す説明図である。
【図46】構造5のレベンソン型位相シフトマスクにおけるマスク上TaN幅(ウエハ上で表示)に対する光強度分布(NA=0.25)を示す説明図である。
【図47】従来のバイナリマスクにおけるマスク上TaN幅(ウエハ上で表示)に対する光強度分布(NA=0.25)を示す説明図である。
【図48】構造5のレベンソン型位相シフトマスクにおけるマスク上TaN幅(ウエハ上で表示)に対する光強度分布(NA=0.30)を示す説明図である。
【符号の説明】
10,10′…位相シフトマスク、11…反射多層膜基板、12a…第1領域、12b…第2領域、13…バッファ膜、14…吸収膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a phase shift mask used in a lithography process for forming a circuit pattern of a semiconductor device, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing a semiconductor device including the lithography process, and particularly to a so-called ultrashort ultraviolet light. The present invention relates to a phase shift mask, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, circuit patterns formed on wafers and resist patterns for forming the circuit patterns have been minimized in pattern width (line width), pitch between patterns, and the like. Is required. Such a requirement for minimization can be met by making the wavelength of ultraviolet light used for exposure of the resist shorter. For example, a semiconductor device having a design rule of 350 nm has a wavelength of 365 nm, a semiconductor device having a design rule of 250 nm and 180 nm has a wavelength of 248 nm, and a semiconductor device having a design rule of 130 nm and 100 nm has a wavelength of 193 nm. As the miniaturization of GaN has progressed, the wavelength of ultraviolet light used for exposure has been shortened, and further, ultraviolet light having a wavelength of 157 nm has been used.
[0003]
In general, it is known that the resolution based on these wavelengths is represented by a Rayleigh equation of w = k1 × (λ / NA). Here, w is the minimum width pattern to be resolved, NA is the numerical aperture of the lens of the projection optical system, and λ is the wavelength of the exposure light. Further, k1 is a process constant determined mainly by the selection of the performance of the resist and the super-resolution technique, and it is known that up to about k1 = 0.35 can be selected by using the optimum resist and the super-resolution technique. Have been. The super-resolution technique is to obtain a pattern smaller than a wavelength by selectively using ± 1st-order diffracted light of light transmitted through a mask and diffracted by a light-shielding pattern on the mask.
[0004]
According to the Rayleigh's formula, for example, the minimum pattern width that can be used when a wavelength of 157 nm is used is w = 61 nm if a lens with NA = 0.9 is used. That is, in order to obtain a pattern width smaller than 61 nm, it is necessary to use ultraviolet light having a wavelength shorter than 157 nm.
[0005]
For this reason, recently, the use of 13.5 nm wavelength light called EUV (Extreme Ultra Violet) as ultraviolet light having a wavelength shorter than 157 nm has been studied. However, up to an ultraviolet light having a wavelength of 157 nm, for example, CaF 2 (Calcium fluoride) or SiO 2 Since there is a light-transmitting material such as (silicon dioxide), a mask and an optical system configured to transmit the ultraviolet light can be manufactured. However, as for ultra-short ultraviolet light having a wavelength of 13.5 nm, there is no material that transmits the ultra-short ultraviolet light with a desired thickness. Therefore, when using ultra-short ultraviolet light having a wavelength of 13.5 nm, a mask and an optical system are configured by a reflective mask and a reflective optical system that reflect light instead of a light-transmitting mask and an optical system. There is a need.
[0006]
When a reflective mask is used, the light reflected on the mask surface must be guided to the projection optical system without interfering with the light incident on the mask. Therefore, the light incident on the mask must necessarily be obliquely incident at an angle φ with respect to the normal to the mask surface. This angle is determined by the numerical aperture NA of the lens of the projection optical system, the mask magnification m, and the size σ of the illumination light source. More specifically, for example, when a mask having a reduction magnification of 5 times is used on a wafer, in an exposure apparatus with NA = 0.3 and σ = 0.8, the light is 3.44 ± 2.75 °. It will be incident on the mask with a solid angle. When a mask having a reduction magnification of 4 times is used on a wafer, in an exposure apparatus with NA = 0.25 and σ = 0.7, light has a solid angle of 3.58 ± 2.51 °. Incident on the mask. In consideration of these solid angles, the incident angle of the exposure light incident on the mask is usually set to be around 5 °. Here, the incident angle is defined as an angle formed with a normal to the mask surface.
[0007]
When ultra-short ultraviolet light having a wavelength of 13.5 nm is reflected by such a reflective mask, for example, in an exposure apparatus with NA = 0.25, if k1 ≧ 0.6 from the above-mentioned Rayleigh equation, , 32.4 nm. In other words, by using ultra-short ultraviolet light and a reflective mask that enables pattern transfer with the ultra-short ultraviolet light, minimization of the pattern width and pattern pitch, etc., that could not be achieved with a light transmission type mask and an optical system. It is possible to correspond to.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, demands for miniaturization are rapidly increasing, and it is desired to cope with further minimization of a pattern width, a pattern pitch, and the like. For example, in a particularly small gate line width required, a line width smaller than 32.4 nm, that is, a condition of k1 <0.6 is also required. Specifically, the gate line width after processing is 15 nm, and the line width on the resist is required to be 25 nm. With respect to the resist line width of 25 nm, in the case of an exposure apparatus having a wavelength of 13.5 nm and NA = 0.25, k1 = 0.46 from the Rayleigh equation. In order to form a line width of such a size, it is necessary to use not only a very short ultraviolet light having a wavelength of 13.5 nm and a reflective mask for reflecting the ultraviolet light but also use a super-resolution technique. Is done.
[0009]
As the super-resolution technology, (1) a deformed illumination light source (annular illumination or four-hole illumination, etc.) and (2) a pupil filter (annular filter or four (3) Halftone phase shift mask, (4) Combination of halftone phase shift mask and modified illumination light source, or (5) Levenson type phase shift mask (or "Alternating phase") It is also known to use a “shift mask”. (3), (4) and (5) (the halftone type phase shift mask and the Levenson type phase shift mask are collectively referred to as “phase shift mask”) all use the phase difference of light. Since it is very effective in improving the resolution performance and increasing the pattern contrast, it is used more frequently in the lithography process than in (1) or (2).
[0010]
However, if it is a transmission mask that transmits light, it is easy to form a phase shift mask as is well known, but if it is a reflection mask corresponding to extremely short ultraviolet light, a phase shift mask is formed. It is very difficult to do. For example, in the case of a transmissive mask, a region where the phase difference of light is different from each other by 180 ° can be formed by dug a mask substrate. As a result, the light reflectance also changes at the same time, so that a phase shift mask cannot be configured. Further, in the case of a transmission mask, a region where the phase difference of light is different from each other by 180 ° can be formed by utilizing the phase shift effect of the material. There is no material that does not absorb the light at the exposure wavelength, and a single material cannot provide a configuration exhibiting the desired reflectance and phase shift effect, so that a phase shift mask cannot be configured. Further, a reflective multilayer substrate used for a reflection mask of ultrashort ultraviolet light generally has a structure in which Si (silicon) layers and Mo (molybdenum) layers are alternately laminated (for example, 40 layers are repeated). For this reason, it has been proposed to form regions having a phase difference of 180 ° and the same reflectance by separately forming regions in which the lamination order is opposite to each other. Is extremely difficult to fabricate, and such a phase shift mask having a laminated structure has not yet been put to practical use. From these facts, it has been considered that it is impossible to actually configure a reflection type phase shift mask corresponding to ultrashort ultraviolet light.
[0011]
In view of the above, the present invention considers that a material suitable as a mask material has a refractive index of 0.89 to 1.01 with respect to the wavelength of ultra-short ultraviolet light. It is an object of the present invention to provide a phase shift mask for extremely short ultraviolet light, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing a semiconductor device, which can be actually configured by obtaining a combination of the phase shift mask and the absorption coefficient.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is an ultra-short ultraviolet light phase shift mask devised to achieve the above object, and is used to transfer a desired pattern onto an object to be exposed by reflecting the ultra-short ultraviolet light. A phase shift mask for light, comprising: a reflective multilayer substrate that reflects ultra-short ultraviolet light; and a first region and a second region formed on the reflective multilayer substrate. Each thickness and each complex refractive index of the formed film and the formed film of the second region are determined by the reflected light of the ultra short ultraviolet light in the first region and the reflected light of the ultra short ultraviolet light in the second region. It is characterized in that it is set so as to generate a predetermined phase difference.
[0013]
Further, the present invention provides a method of manufacturing a phase shift mask for ultra-short ultraviolet light devised to achieve the above object, and a reflective multilayer film substrate that reflects ultra-short ultraviolet light, A method for manufacturing a phase shift mask for ultra-short ultraviolet light, comprising a first region and a second region formed, the method comprising: forming an arbitrary complex refractive index for the ultra-short ultraviolet light; For any film thickness of the film to be formed, specify the complex refractive index and the phase and reflectance of the reflected light of the ultra-short ultraviolet light obtained from the film thickness, based on the specified phase and reflectance, The formation film of the first region and the second region so that a predetermined phase difference occurs between the reflected light of the ultra short ultraviolet light in the first region and the reflected light of the ultra short ultraviolet light in the second region. Select each film thickness and each complex refractive index in the film formed of And it features.
[0014]
Further, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device devised to achieve the above object, wherein a semiconductor device includes a lithography step of transferring a desired pattern onto an object using a phase shift mask of ultra-short ultraviolet light. A method of manufacturing a device, wherein an arbitrary complex refractive index for the ultrashort ultraviolet light and an arbitrary film thickness of a film formed on the reflective multilayer substrate are obtained from the complex refractive index and the film thickness. Specifying the phase and reflectance of the reflected light of the ultra-short ultraviolet light, based on the specified phase and reflectance, the reflected light of the ultra-short ultraviolet light in the first region on the reflective multilayer substrate and the reflective multilayer Each film thickness and each complex refraction in the first region forming film and the second region forming film so that a predetermined phase difference occurs between the reflected light of the ultrashort ultraviolet light in the second region on the film substrate. Select the refractive index and the selected complex refractive index and Forming a film for forming the first region and a film for forming the second region on the reflective multilayer film substrate, respectively, and forming the first region and the second region on the reflective multilayer film substrate; An ultra-short ultraviolet light phase shift mask is provided, and a desired pattern is transferred onto an object using the ultra-short ultraviolet light phase shift mask.
[0015]
In the ultrashort ultraviolet light phase shift mask having the above-described configuration, the phase shift mask manufacturing method having the above-described procedure, and the semiconductor device manufacturing method having the above-described procedure, the first region and the second region formed on the reflective multilayer substrate are described. The thickness and the complex refractive index of each are set so that a predetermined phase difference is generated in the reflected ultra-short ultraviolet light. That is, the formation film of the first region and the formation film of the second region are formed to have the set film thickness, and the formation film of the first region and the second region are formed to have the set complex refractive index. The material for forming the film is selected. The set complex refractive index can be achieved by forming each formed film into a laminated structure made of a plurality of materials. As described above, by adjusting the respective film thicknesses and the respective complex refractive indices of the formation film of the first region and the formation film of the second region to the set values, the reflected light of the ultra-short ultraviolet light between the first region and the second region is obtained. A predetermined (for example, 180 °) phase difference occurs.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an ultrashort ultraviolet light phase shift mask, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, needless to say, the present invention is not limited to the embodiments described below.
[0017]
[Description of Schematic Configuration of Phase Shift Mask]
First, the schematic configuration of the ultrashort ultraviolet light phase shift mask according to the present invention will be described. The phase shift mask described here reflects a very short ultraviolet light and transfers a desired pattern (for example, a circuit pattern) onto an object to be exposed such as a wafer in a lithography step which is one step in a method of manufacturing a semiconductor device. It is used for. Note that the “extremely short ultraviolet light” referred to here has a shorter wavelength (for example, 1 nm to 100 nm) than the ultraviolet light used in the previous lithography process, as represented by, for example, a wavelength of 13.5 nm. The following are applicable.
[0018]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a schematic configuration of a phase shift mask according to the present invention. As shown in the figure, the phase shift masks 10 and 10 ′ include a reflective multilayer substrate (mask blanks) 11 that reflects ultra-short ultraviolet light, a first region 12 a formed on the reflective multilayer substrate 11, and a And two regions 12b.
[0019]
The reflective multilayer substrate 11 has a structure in which, for example, Si (silicon) layers and Mo (molybdenum) layers are alternately laminated, and the number of repetitions of the lamination is generally 40 layers. It is known that the ratio の between the total thickness of the Si layer and the Mo layer and the thickness of the Mo layer is appropriately Mo layer thickness / (Si layer thickness + Mo layer thickness) = 0.4. Therefore, in the reflective multilayer substrate 11, when the wavelength λ of the ultra-short ultraviolet light used for exposure is 13.5 nm, the total film thickness of the Si layer and the Mo layer is (λ / 2) / (0.9993 × 0. 6 + 0.9211 × 0.4) = 6.973 nm, the thickness of the Si layer is 6.9730 × 0.6 = 4.184 nm, and the thickness of the Mo layer is 6.9730 × 0.4 = 2.789 nm. .
[0020]
Absorbing film 14 is formed on reflective multilayer substrate 11 with buffer film 13 interposed therebetween. The buffer film 13 is provided as an etching stopper when forming the absorption film or for the purpose of avoiding damage when removing defects after the formation of the absorption film. For example, a Ru (ruthenium) layer or a SiO 2 (Silicon dioxide). The absorption film 14 is made of a material that absorbs ultra-short ultraviolet light, and is made of, for example, a TaN (tantalum nitride) layer. However, the absorbing film 14 may be made of another material as long as it can be used as a material for masking extremely short ultraviolet light. Specifically, other than TaN, Ta (tantalum) or a Ta compound, Cr (chromium) or a Cr compound, W (tungsten), a W compound, or the like can be considered.
[0021]
Incidentally, a first region 12a and a second region 12b are formed on the reflective multilayer substrate 11. In the first region 12a and the second region 12b, the reflected light of the ultrashort ultraviolet light has a predetermined (for example, 180 °) phase difference. Therefore, as described later, the constituent materials of the formed films (buffer film 13 + absorbing film 14) or the film thicknesses thereof are different between the first region 12a and the second region 12b (see FIG. 1A). However, the buffer film 13 and the absorbing film 14 may be formed only in one of the regions so that a phase difference occurs between the regions 12a and 12b (see FIG. 1B).
[0022]
The phase difference の between the first region 12a and the second region 12b is represented by φ which is the phase difference between incident light and reflected light in the first region 12a. 1 , The phase difference between the incident light and the reflected light in the second region 12b is φ 2 When the difference in film thickness between the first region 12a and the second region 12b is h, the difference can be specified by the following equation (1).
[0023]
(Equation 1)
Figure 2004096063
[0024]
In the equation (1), θ is an angle formed by light incident on the mask with respect to a normal on the mask surface. λ is the exposure center wavelength. φ 1 And φ 2 Are described in, for example, "Yamamoto and T. Namioka", "Layer-by-layer design method for soft-x-ray multilayers", Applied Optics, Vol. 31 pp1622-1630, (1992).
[0025]
Further, in order to obtain the phase difference ψ (λ) using the expression (1), the complex refractive index of the material forming the first region 12a and the second region 12b is required. When the exposure center wavelength of the ultra-short ultraviolet light is 13.5 nm, the complex refractive index of the forming material is, for example, Mo: 0.92108-0.006454343i, Si: 0.9993-0.00182645i, and Ru: 0. 88749-0.0174721i, TaN: 0.94136-0.0315838i. When the forming material has a laminated structure of arbitrary m layers, a composite complex refractive index obtained by the following equations (2) and (3) may be used.
[0026]
(Equation 2)
Figure 2004096063
[0027]
[Equation 3]
Figure 2004096063
[0028]
In the phase shift masks 10 and 10 ', the first region 12a and the second region 12a are arranged such that the phase difference 特定 specified in this manner becomes a predetermined value (for example, 180 °) between the first region 12a and the second region 12b. The constituent material (particularly the complex refractive index) of the formation film (buffer film 13 + absorption film 14) in the region 12b and the thickness thereof are set. That is, in the phase shift masks 10 and 10 ′ described in the present embodiment, the film thickness and the complex refractive index of the film forming the first region 12a and the film forming the second region 12b are extremely different from those of the first region 12a. A major feature is that a predetermined phase difference is generated between the reflected light of the short ultraviolet light and the reflected light of the extremely short ultraviolet light in the second region 12b.
[0029]
[Description of manufacturing procedure of phase shift mask]
Next, the manufacturing procedure of the phase shift masks 10 and 10 'having the above features will be described. However, here, the manufacturing procedure will be described separately for the first embodiment and the second embodiment.
[0030]
[First Embodiment]
In the first embodiment, a case where a halftone phase shift mask is configured by applying the present invention will be described as an example. FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure for manufacturing the phase shift mask according to the first embodiment.
[0031]
In manufacturing a halftone type phase shift mask, first, an equal phase line and an equal reflectance line for each complex refractive index are obtained (Step 101; hereinafter, the step is abbreviated as “S”). These equal phase lines and equal reflectance lines are determined for any complex refractive index without being limited to existing materials. That is, for an arbitrary complex refractive index with respect to the ultrashort ultraviolet light, the phase and the reflectance of the reflected light of the ultrashort ultraviolet light obtained from the complex refractive index are specified. Note that the phase and the reflectance with respect to the complex refractive index can be uniquely specified theoretically. Also, the arbitrary complex refractive index includes the complex refractive index of the reflective multilayer substrate 11. That is, the equal phase line and the equal reflectance line are also obtained for the reflective multilayer substrate 11.
[0032]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a specific example of the equal phase line. The equiphase lines in the example are obtained by fixing the imaginary part (k) of the complex refractive index to 0.0100i. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a specific example of an equal reflectance line. The isoreflectance line in the figure is obtained by fixing the real part (n) of the complex refractive index to 0.9100. In these equal phase lines and equal reflectance lines, the exposure wavelength represented by λ in Expression (1) is 13.5 nm, and the incident angle of obliquely incident light on the mask represented by θ is 4 nm. .84 °.
[0033]
The reflectivity and the phase depend on the real part of the complex refractive index and the imaginary part of the complex refractive index, respectively, but the phase mainly depends on the real part of the complex refractive index, and the reflectivity mainly depends on the imaginary part of the complex refractive index. Dependent. Therefore, in order to finally obtain a phase difference of 180 ° and a desired reflectance between the first region 12a and the second region 12b, approximately the equiphase lines of FIG. May be used to set the complex refractive index or the film thickness of the constituent material of each of the regions 12a and 12b. Alternatively, both the complex refractive index and the film thickness may be set.
[0034]
In setting the complex refractive index or the film thickness, first, a material and a film configuration that can be processed in the first region 12a and the second region 12b on the reflective multilayer substrate 11 are obtained (S102). Then, the complex refractive index in the material configuration of the first region 12a and the complex refractive index in the material configuration of the second region 12b are obtained (S103, S104).
[0035]
Here, for example, the absorption film 14 is formed only on the halftone type phase shift mask 10 'having the configuration shown in FIG. 1B, that is, the second region 12b via the buffer film 13, and the first region 12a and the second region A case where a phase shift mask in which a phase difference of 180 ° occurs with the region 12b is considered. At this time, it is assumed that desired reflectances (different values) are obtained in the first region 12a and the second region 12b. In the second region 12b, it is assumed that Ru is selected as a constituent material of the buffer film 13 and TaN is selected as a constituent material of the absorption film.
[0036]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the distribution of the real part of the complex refractive index with respect to the Ru film thickness and the TaN film thickness. From the example in the figure, it can be seen that when the Ru film thickness is 1 nm to 20 nm and the TaN film thickness is 1 nm to 50 nm, the real part of the composite complex refractive index can take a value between 0.890 and 0.945. That is, the complex refractive index in the material configuration of the second region 12b can be understood from the contents of FIG. Since the buffer film 13 and the absorption film 14 are not formed in the first region 12a, the complex refractive index may be obtained from the laminated structure of the reflective multilayer substrate 11.
[0037]
After obtaining the respective complex refractive indices, the first region 12a and the second region 12b are determined based on the refractive index in the first region 12a and the refractive index in the second region 12b and the already obtained isophase line. The step of the formed film, that is, the thickness of the formed film in the second region 12b is obtained (S105). Specifically, based on the complex refractive index distribution of FIG. 5 and the isophase diagram of FIG. 3, the formation film (buffer film 13 + absorption film) for making the phase difference with the reflective multilayer film substrate 11 180 ° The relationship between the total film thickness 14) and the real part (n) of the composite complex refractive index is uniquely determined as shown in FIG. The thickness of each of the Ru layer (buffer film 13) and the TaN layer (absorbing film 14) for achieving a phase difference of 180 ° with the reflective multilayer substrate 11 is such that the composite complex refractive index has a phase difference of 180 °. From the given conditions, it is uniquely determined as shown in FIG. Thus, the thickness of the film forming the second region 12b, that is, the thicknesses of the Ru layer and the TaN layer may be obtained.
[0038]
When the thickness of each of the Ru layer and the TaN layer is determined, the reflectance of the ultra-short ultraviolet light in the formed film of the first region 12a and the second region 12b is determined (S106). For the reflectance, the imaginary part (k) of the composite complex refractive index with respect to the total film thickness may be obtained from the thicknesses of the Ru layer and the TaN layer, and the reflectance may be obtained from the imaginary part of the composite complex refractive index. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the thicknesses of the Ru layer and the TaN layer and the imaginary part (k) of the composite complex refractive index with respect to the total thickness. In addition, if the imaginary part (k) of the complex refractive index is known, the reflectance is uniquely obtained from the equal reflectance line shown in FIG. FIG. 6 also shows the relationship between the imaginary part (k) of the composite complex refractive index, the reflectance, and the total film thickness.
[0039]
Here, for example, when the reflectance is set to 0.075, the total film thickness is 43 nm from the contents of FIG. 6, and at this time, the thickness of the Ru layer is 14 nm and the thickness of the TaN layer is 29 nm from the contents of FIG. Obtained as the closest condition. At this film thickness, as described below, the phase difference and the reflectivity are further obtained by using the accurate value of the composite complex refractive index to obtain a halftone type phase having a phase difference of 182.4 ° and a reflectivity of 0.075. A shift can be obtained.
[0040]
However, according to the contents of FIG. 6, it is understood that the film thickness conditions when the reflectance is set to 0.075 also exist near the total film thicknesses of 46.3 nm and 48.3 nm. That is, since the total film thickness is not determined as a single condition from the complex refractive index, the total film thickness may be determined by comprehensively considering various conditions including the film thickness adjustment described below. At this time, in order to secure a large process margin for the complex refractive index with respect to the film thickness variation in mask manufacturing, it is desirable to set the change in the total film thickness in the figure to a flat portion (for example, around 50.5 nm). . This is because even if the total film thickness varies in a range of about ± 1.5 nm, the complex refractive index does not change, so that the phase difference and the reflectance do not change.
[0041]
Thereafter, the film thickness is further adjusted so that a phase of 180 ° and a desired reflectance are obtained between the first region 12a and the second region 12b (S107, S108). Here, a further reason for adjusting the film thickness is to obtain a desired phase and reflectance including an intra-film multiple interference effect which is not considered in FIG. Specifically, when the thickness of the Ru layer and the thickness of the TaN layer are appropriately changed, the respective phase differences and the respective halftone reflectivities are obtained by the above-described procedure. FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example in which the phase difference and the halftone reflectance with respect to the thickness of the Ru layer and the thickness of the TaN layer are arranged in a matrix. Here, the halftone reflectance is a difference between the reflectance of the first region 12a and the reflectance of the second region 12b in the phase shift mask 10 'of FIG. From these results, a window that satisfies the desired phase difference and halftone reflectance, that is, a set value of the adjusted film thickness may be selected. In the example of the figure, the case where the phase difference is 180.0 ± 6 ° and the halftone reflectance is 9.0 ± 1%, and the case where the phase difference is 180.0 ± 6 ° and the halftone reflectance is 5.0 ± 1% are illustrated. (See the shadow part in the figure). Thus, for example, when the thickness of the Ru layer is set to 13 nm and the thickness of the TaN layer is set to 30 nm, a halftone phase shift with a phase difference of 179.4 ° and a halftone reflectance of 9.5% can be obtained. . Here, the reflectance is 0.070, which is substantially the same as that predicted in FIG. FIGS. 10 and 11 show another example in which the phase difference and the halftone reflectance with respect to the thickness of the Ru layer and the thickness of the Cr layer are arranged in a matrix. Thus, for example, if the thickness of the Ru layer is set to 9 nm and the thickness of the Cr layer is set to 34 nm, a halftone phase shift mask having a phase difference of 179.2 ° and a halftone reflectance of 4.1% can be obtained. become.
[0042]
After setting the complex refractive index and the film thickness of the formation film of the second region 12b in this way, by forming the formation film on the reflective multilayer film substrate 11 while following the settings, the halftone phase shift What is necessary is just to comprise a mask. Note that the formation of the formation film may be performed using a well-known technique, and a description thereof will not be repeated.
[0043]
That is, the phase difference between the second region 12b and the reflective multilayer substrate 11 in the second region 12b is obtained from the thickness of the material group constituting the second region 12b formed on the reflective multilayer substrate 11 and the real part of the complex refractive index. The reflectance of the second region 12b is determined from the imaginary part of the film thickness of the material group constituting the second region 12b and the complex refractive index, and the first region 12a (the reflective multilayer substrate 11) and the second region 12b are obtained therefrom. This is to obtain a configuration in which the phase difference is different by 180 ° and the reflectance of the second region 12b is a desired value, that is, a halftone phase shift mask having the above-described configuration. However, either of the phase difference and the reflectance may be obtained first.
[0044]
The light intensity distribution when using a halftone phase shift mask obtained by such a procedure will be described. FIG. 12 shows the light intensity in a hole pattern having an opening of 30 nm on a mask (indicated by coordinates on a wafer, 120 nm for a 4 × mask) when the optical conditions are NA = 0.25 and σ = 0.70. It is explanatory drawing which shows distribution. In the figure, the light intensity distribution for the conventional binary mask is also shown for comparison. According to the illustrated example, it is clear that the effect of improving the pattern edge contrast is obtained when the halftone phase shift mask is used, as compared with the conventional binary mask.
[0045]
Here, as the halftone type phase shift mask, a phase shift mask 10 'having the configuration shown in FIG. 1B, that is, a halftone type phase shift mask in which the buffer film 13 and the absorption film 14 are formed only in the second region 12b is taken as an example. However, for example, it is also possible to configure a halftone type phase shift mask 10 as shown in FIG. However, even in that case, as described above, the film thickness of the formed film and the complex refractive index in each of the first region 12a and the second region 12b are set so that a phase difference of 180 ° occurs. It is assumed that
[0046]
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a configuration example of a halftone phase shift mask. In the mask of the illustrated example, on the reflective multilayer substrate 11, Ru 10 nm and Si 47 nm are sequentially stacked in the first region 12a, and Ru 5 nm, TaN 47 nm, and Ru 5 nm are sequentially stacked in the second region 12b. The reason why Si is used as a constituent material of the formation film of the first region 12a is as follows. The complex refractive index of Si is 0.99932-0.00182645i, the real part of which is very close to 1, which is the refractive index in a vacuum, and the imaginary part thereof is smaller than other materials. Therefore, the Si material can play a role of adjusting the phase difference and the reflectance ratio by using the in-film multiple interference effect. By utilizing the multiple interference effect in the film, a phase difference of 180 ° is generated between the first region 12a and the second region 12b, and furthermore, a halftone type phase shift mask having a flat structure whose upper surface is completely flat is formed. It becomes possible.
[0047]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the manufacturing procedure of the phase shift mask will be described. In the second embodiment, a case where the present invention is applied to form a Levenson-type phase shift mask will be described as an example. FIG. 14 is a flowchart illustrating a procedure for manufacturing the phase shift mask according to the second embodiment.
[0048]
As shown in FIG. 14, the production of the Levenson-type phase shift mask is performed in substantially the same manner as in the case of the halftone phase shift mask in the first embodiment (see FIG. 2) (S201 to S208). However, the Levenson-type phase shift mask is different from the half-tone type phase shift mask in that not only the phase in the first region 12a and the phase in the second region 12b differ from each other by 180 °, but also the reflectance in the first region 12a and the reflectance in the second region 12b are substantially equal. Different from shift mask. That is, when the Levenson-type phase shift mask is formed, (1) the reflectance is substantially equal between the first region 12a and the second region 12b, and (2) the position between the first region 12a and the second region 12b. The two conditions that the phase difference is 180 ° must be satisfied (S208).
[0049]
The determination as to whether or not these conditions are satisfied may be made as follows. First, the reflectance of the first region 12a is represented by R 1 , The reflectance of the second region 12b is R 2 Then, the reflectance ratio P obtained by the following equation (4) is specified.
[0050]
(Equation 4)
Figure 2004096063
[0051]
Then, the criterion 1: | P | ≦ 3.0% is applied to the specified reflectance ratio P, and if the criterion 1 is met, the above condition (1) is satisfied. Is determined.
[0052]
As for the condition (2), the criterion 2: | ψ (λ) | ≦ 6 ° is applied to ψ (λ) obtained by the equation (1) described in the first embodiment. I do. Then, if this determination criterion 2 is met, it is determined that the above condition (2) is satisfied.
[0053]
As the Levenson-type phase shift mask obtained in this manner, the buffer film 13 and the absorption film 14 are formed in the configuration shown in FIG. 1A, that is, in both the first region 12a and the second region 12b. A configuration having a different configuration is conceivable.
[0054]
Here, the manufacturing procedure of the Levenson-type phase shift mask having the configuration shown in FIG. 1A will be described in more detail with reference to specific examples. Even when the Levenson type phase shift mask is formed, similarly to the case of the halftone type phase shift mask described in the first embodiment, first, the equal phase line and the equal reflectance line for an arbitrary complex refractive index are set. Ask. FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating a specific example of the equal phase line. The equiphase lines in the example are obtained by fixing the imaginary part (k) of the complex refractive index to 0.0100i.
[0055]
By the way, in the Levenson-type phase shift mask, the phase difference ψ between the film forming the first region 12 a and the reflective multilayer substrate 11. 1 (Λ) is specified by the following equation (5).
[0056]
(Equation 5)
Figure 2004096063
[0057]
In addition, the phase difference ψ between the film forming the second region 12 b and the reflective multilayer substrate 11. 2 (Λ) is specified by the following equation (6).
[0058]
(Equation 6)
Figure 2004096063
[0059]
Therefore, the phase difference ψ (λ) between the first region 12a and the second region 12b is specified by the following equation (7).
[0060]
(Equation 7)
Figure 2004096063
[0061]
The relationship specified by the equation (7) is represented by the relative relationship of the equiphase lines as shown in FIG. For example, in the figure, in a material in which the real part of the complex refractive index is 0.94 and the phase difference between the first region 12a and the second region 12b is 180 °, the first region 12a and the second region It can be seen that the step between the two regions 12b should be 56 nm (see [1] in the figure). Further, the material is such that the real part of the complex refractive index is 0.96 in the first region 12a and 0.94 in the second region 12b, and the phase difference between the first region 12a and the second region 12b is 180-. To this end, it can be seen that the step between the first region 12a and the second region 12b only needs to be 42 nm (see [2] in the figure). On the other hand, when calculating the reflectance, the absolute value for the total film thickness is used as it is, not the relative value.
[0062]
Even when a Levenson-type phase shift mask is formed, a formed film that satisfies the criterion 1 and the criterion 2 based on such an equal phase line (see FIG. 15) and an equal reflectance line (see FIG. 4). May be set as the film thickness and the complex refractive index.
[0063]
That is, the phase difference between the first region 12a and the reflective multilayer substrate in the first region 12a is determined from the film thickness of the material group constituting the first region 12a formed on the reflective multilayer substrate 11 and the real part of the complex refractive index. The phase difference between the second region 12b and the reflective multilayer substrate in the second region 12b is determined from the film thickness of the material group constituting the second region 12b formed on the multilayer substrate 11 and the real part of the complex refractive index. Further, the reflectance in the first region 12a is obtained from the film thickness of the material group constituting the first region 12a formed on the reflective multilayer substrate 11 and the imaginary part of the complex refractive index. The reflectance in the second region 12b is determined from the thickness of the material group constituting the second region 12b to be formed and the imaginary part of the complex refractive index. From these results, the configuration satisfying the criterion 1 and the criterion 2, that is, the phase difference between the first region 12a and the second region 12b is different by 180 °, and the reflectance of the first region 12a and the second region 12b is different. Are obtained as a Levenson-type phase shift mask. Either the phase difference or the reflectance may be determined first.
[0064]
By the way, in order to satisfy the criterion 1 and the criterion 2 at the same time, it is necessary to appropriately laminate different materials to form the first region 12a and the second region 12b. This is because the Levenson-type phase shift mask that satisfies the criterion 1 and the criterion 2 at the same time unless a different material is appropriately laminated due to the restriction of the complex refractive index of the material that actually exists is a structure that can be actually manufactured. Because you can't get it.
[0065]
For this reason, for example, TaN, Ru, and Si are used as the material forming the first region 12a. Further, as a material forming the second region 12b, for example, Mo and Ru are used. These materials are used, for example, in Jpn. J. Appl. Phys. As disclosed in Vol 40 (2001) pp 6998-7001, "Approach to patterning of extreme ultraviolet lithography masks", it is known that the etching selectivity of each material can be very large in combination as described below. . That is, the etching of the Ru layer with respect to the Si 2 + O 2 When dry etching is performed using a gas, the Si underlayer acts as an etching stopper for Ru etching. Ar + Cl is used for etching the TaN layer on the Ru underlayer. 2 When dry etching is performed using a gas, the Ru underlayer acts as an etching stopper for the TaN layer etching. Further, the etching of the Mo layer and the etching of the Si layer with respect to the Ru underlayer are also performed by Ar + Cl. 2 The selectivity is increased by performing dry etching with gas. Because Ru chloride, RuCl 3 Is a relatively stable substance and decomposes at 600 ° C. or higher. On the other hand, Si chloride SiCl 4 Is 57.6 ° C., Mo chloride MoCl 5 Is 268 ° C., and a chloride of TaCl 5 Has a boiling point of 242 ° C., and is easily removed as an etching reaction gas in a vacuum with respect to Ru chloride.
[0066]
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a configuration example of a Levenson-type phase shift mask. The structure in the figure (hereinafter referred to as “structure 1”) is a configuration that satisfies the criterion 1 and the criterion 2 set based on the isophase line in FIG. 15 and the isoreflectance line in FIG. In the first region 12a, a film is formed by stacking Ru2 nm, TaN7 nm, and Ru4 nm on the reflective multilayer substrate 11 in this order. The total thickness of the first region 12a is 13 nm, the real part of the composite complex refractive index is 0.9165, and the imaginary part is 0.02507i. Further, in the second region 12b, Ru4 nm, Mo49 nm, and Ru2 nm are laminated in this order to form a formed film. The total thickness of the second region 12b is 55 nm, the real part of the combined complex refractive index is 0.9174, and the imaginary part is 0.00764i. At the boundary between the first region 12a and the second region 12b, a TaN absorption layer having a thickness of 120 nm is formed with a width of 40 nm.
[0067]
In such a structure 1, when the step between the first region 12a and the second region 12b is obtained from the isophase line in FIG. 15, the step is 43 nm from the relationship between the 90 ° and 270 ° isophase lines. It is 43 nm even from the relationship between the 180 ° and 0 ° equiphase lines. Further, according to the iso-transmittance line in FIG. 4, it can be seen that the reflectance of the first region 12a is 0.39 and the reflectance of the second region 12b is 0.38. Then, when the phase difference and the reflectance ratio are obtained by changing the Mo film thickness of the second region 12b including the in-film multiple interference effect in detail for the structure 1, the result shown in FIG. 17, for example, is obtained. From the results of the examples, it can be confirmed that the structure 1 shown in FIG. 16 has an optimum configuration within the range of adjusting the thickness of each material.
[0068]
In the structure 1, the reflectance is 0.388 for the first region 12a and 0.387 for the second region 12b, and the reflectance ratio between them is 0.258%. . In addition, the phase difference between the first region 12a and the second region 12b is 178.8 ° with respect to a TE (transverse electric) wave and 178.7 ° with respect to a TM (transverse magnetic) wave.
[0069]
The light intensity distribution when the Levenson-type phase shift mask having such a structure 1 is used is obtained by forming a 120 nm thick TaN absorption layer with a 40 nm width (10 nm in units on a wafer) on a four-fold mask of the structure 1. In the case of exposure on a wafer, under the optical conditions of NA = 0.25 and σ = 0.70, a result as shown in FIG. 18 is obtained, for example.
[0070]
Further, the fact that the phase difference between the first region 12a and the second region 12b is 180 ° is determined by using a pattern of a 40 nm width TaN absorption layer having a pitch of 320 nm (80 nm pitch in a unit of 10 nm width on a wafer). It can be confirmed by calculating the phase difference of the following equation (8). In equation (8), coordinates on the wafer are used. The unit of the x-axis is nm.
[0071]
(Equation 8)
Figure 2004096063
[0072]
FIG. 19 shows a result obtained by calculating the equation (8) for the TEy wave, the TMx wave, and the TMz wave immediately above the mask. According to the illustrated example, both the TEy wave and the TMx wave favorably maintain a phase difference of 180 °. On the other hand, although the deviation from 180 ° is more remarkable in the TMz wave, the contribution to the transfer is about 0.45%, so that the TMz wave has almost no influence.
[0073]
From these facts, the Levenson-type phase shift mask of the structure 1 satisfies the criterion 1 and the criterion 2 at the same time, the reflectance is substantially equal between the first region 12a and the second region 12b, and the phase difference is 180. °.
[0074]
Next, a procedure for forming the first region 12a and the second region 12b with the complex refractive index and the thickness set as described above on the reflective multilayer substrate 11 will be briefly described. . 20 to 23 are explanatory diagrams illustrating an example of a film forming procedure for the structure 1. FIG. When forming a film having the structure 1, as shown in FIG. 20, first, a Ru layer is formed on the reflective multilayer substrate 11 by a sputtering method (step 1). Since the Ru layer is usually a material used as a buffer layer in a binary mask, the same manufacturing apparatus as in the normal case can be used. Then, a TaN layer is formed on the Ru layer by a sputtering method (Step 2). Since the TaN layer is a material used as an absorption layer in a binary mask, the same manufacturing apparatus as in the usual case can be used.
[0075]
Thereafter, a resist is applied on the TaN layer (Step 3), and the resist in the second region 12b is removed through a drawing and a resist developing step (Step 4). After removing the resist, the TaN layer in the second region 12b is replaced with Ar + Cl. 2 It is removed by dry etching with a gas (step 5). The Ru layer below this TaN layer functions as an etching stopper layer. Then, the resist is removed (Step 6), and a Ru layer is formed again by sputtering (Step 7), and then a Mo layer is formed by sputtering (Step 8). Since the Mo layer is a constituent material of the reflective multilayer substrate 11, a multilayer film manufacturing apparatus can be used.
[0076]
After forming the Mo layer, subsequently, as shown in FIG. 21, after applying a resist (Step 9), the resist in the first region 12a is removed through a drawing and a resist developing step (Step 10). . Then, the Mo layer in the first region 12a is changed to Ar + Cl. 2 It is removed by dry etching with a gas (step 11). The Ru layer below this Mo layer functions as an etching stopper layer. Thereafter, the resist is removed (step 12), and a Ru layer is formed again by sputtering (step 13).
[0077]
After the formation of the Ru layer, as shown in FIG. 22, a TaN absorption layer is formed by sputtering (step 14), and a resist is applied (step 15). Then, after the drawing and the resist developing steps, the resist other than the portion left as the absorbing layer is removed (step 16).
[0078]
After that, as shown in FIG. 2 It is removed by dry etching with a gas (step 17). The Ru layer below the TaN absorption layer functions as an etching stopper layer. Then, if the resist is stripped (Step 18), the Levenson-type phase shift mask of Structure 1 can be formed while effectively using the Ru layer as an etching stopper layer.
[0079]
FIG. 24 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of another configuration example of the Levenson-type phase shift mask. In the structure of the figure (hereinafter referred to as “structure 2”), the criterion 1 and the criterion 2 set based on the equal phase line of FIG. 15 and the equal reflectance line of FIG. It is the structure which satisfies. In the first region 12a, a formation film is formed by stacking Ru3 nm, TaN5 nm, and Ru7 nm on the reflective multilayer film substrate 11 in this order. The total thickness of the first region 12a is 15 nm, the real part of the composite complex refractive index is 0.9054, and the imaginary part is 0.02217i. In the second region 12b, a film is formed by stacking Ru3 nm, Mo49 nm, and Ru4 nm in this order. The total thickness of the second region 12b is 56 nm, the real part of the composite complex refractive index is 0.9169, and the imaginary part is 0.00782i.
[0080]
In such a structure 2, when the step between the first region 12a and the second region 12b is obtained from the isophase line in FIG. 15, the step is 44 nm from the relationship between the 90 ° and 270 ° isophase lines. It is 44 nm even from the relationship between the 180 ° and 0 ° equiphase lines. According to the iso-transmittance line in FIG. 4, the reflectance of the first region 12a is 0.38, and the reflectance of the second region 12b is 0.36. Then, when the phase difference and the reflectance ratio are obtained by changing the Mo film thickness of the second region 12b including the in-film multiple interference effect in detail for the structure 2, the result shown in FIG. 25 is obtained, for example. From the results shown in the figure, it can be confirmed that the structure 2 shown in FIG. 24 has the optimum configuration within the range of adjusting the film thickness of each material.
[0081]
In the structure 2, the reflectance is 0.399 for the first region 12a and 0.396 for the second region 12b, and the reflectance ratio between them is 0.710%. . Therefore, the phase difference between the first region 12a and the second region 12b is 178.2 ° for the TE wave and 178.3 ° for the TM wave.
[0082]
The light intensity distribution when the Levenson type phase shift mask having the structure 2 is used is such that a TaN absorption layer having a thickness of 120 nm is formed with a 40 nm width (10 nm in units on a wafer) on a four-fold mask of the structure 2. When exposure is performed on a wafer and the optical conditions are NA = 0.25 and σ = 0.70, a result as shown in FIG. 26 is obtained, for example.
[0083]
Further, the fact that the phase difference between the first region 12a and the second region 12b is 180 ° is described above by using a pattern of a 320 nm pitch (80 nm pitch in a unit of 10 nm on a wafer) with a 40 nm wide TaN absorption layer. This can be confirmed by calculating the phase difference in equation (8). FIG. 27 shows the result obtained by calculating the equation (8) for the TEy wave, the TMx wave, and the TMz wave immediately above the mask. According to the illustrated example, both the TEy wave and the TMx wave favorably maintain a phase difference of 180 °. On the other hand, although the deviation from 180 ° is more remarkable in the TMz wave, the contribution to the transfer is about 0.45%, so that the TMz wave has almost no influence.
[0084]
The film forming procedure of the structure 2 in which the complex refractive index and the film thickness are set as described above is substantially the same as that of the structure 1 described above. The structure 1 is different from the structure 1 in that the Ru layer in the second region 12b is 2 + O 2 The difference is that a step of removing by gas dry etching is added.
[0085]
FIG. 28 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of still another configuration example of the Levenson-type phase shift mask. Similarly to the structures 1 and 2 described above, the structure in the example of the drawing (hereinafter, referred to as “structure 3”) also includes the determination criterion 1 and the determination criterion 1 set based on the isophase line in FIG. 13 and the isoreflectance line in FIG. This is a configuration that satisfies the criterion 2. In the first region 12a, a film is formed on the reflective multilayer substrate 11 in the order of Ru5 nm, TaN20 nm, Si8 nm, and Ru5 nm. In the second region 12b, a formed film is formed by stacking Ru 5 nm, Si 8 nm, and Ru 43.5 nm in this order.
[0086]
In the structure 3, unlike the structure 1 or the structure 2, Si is used as a constituent material of a formation film of the first region 12a and the second region 12b. Here, the complex refractive index of Si is 0.99932-0.00182645i, the real part of the complex refractive index is very close to 1, which is the refractive index in vacuum, and the imaginary part of the complex refractive index is different from other materials. Small in comparison. Therefore, the Si material plays a role of adjusting the phase difference and the reflectance ratio by utilizing the multiple interference effect in the film.
[0087]
Therefore, when obtaining a configuration that satisfies the criterion 1 and the criterion 2 from the isophase line of FIG. 15 and the isoreflectance line of FIG. 4, the condition for emphasizing the phase difference without considering the Si layer. , And then adjust the reflectivity by multiple interference in the Si layer and adjust the phase difference to near 180 °. That is, the configuration satisfying the criterion 1 and the criterion 2 is considered that the first region 12a is laminated on the reflective multilayer substrate 11 in the order of Ru5 nm, TaN20nm, and Ru5nm, and the second region 12b is laminated. It is assumed that Ru5nm and Ru43.5nm are laminated in this order. In this case, the total film thickness of the first region 12a is 30 nm, the real part of the composite complex refractive index is 0.9234, and the imaginary part is 0.02687i. The total thickness of the second region 12b is 48.5 nm, the real part of the combined complex refractive index is 0.8875, and the imaginary part is 0.01747i.
[0088]
In such a structure 3, when the step between the first region 12a and the second region 12b is obtained from the isophase line in FIG. 15, the step is 22 nm from the relationship between the 90 ° and 270 ° isophase lines. It is 16 nm as determined from the relationship between the 180 ° and 0 ° equiphase lines. Further, according to the iso-transmittance line in FIG. 4, it is understood that the reflectance of the first region 12a is 0.14 and the reflectance of the second region 12b is 0.18. Then, for the structure 3, when the Mo film thickness of the second region 12b is changed including the in-film multiple interference effect in detail and the phase difference and the reflectance ratio are obtained, for example, the result shown in FIG. 29 is obtained. From the results of the examples, it can be confirmed that the structure 3 shown in FIG. 28 has an optimum configuration within the range of adjusting the film thickness of each material. In this structure 3, since Si is used as a constituent material of the film for forming the first region 12a and the second region 12b, and the multiple interference in the film by the Si layer is effectively used, the phase difference and the reflection The condition that the rate ratio satisfies the reference value can be realized.
[0089]
In the structure 3, the reflectance is 0.195 for the first region 12a and 0.200 for the second region 12b, and the reflectance ratio therebetween is 2.41%. . Therefore, the phase difference between the first region 12a and the second region 12b is 185.3 ° for the TE wave and 185.1 ° for the TM wave.
[0090]
The light intensity distribution in the case of using the Levenson-type phase shift mask having the structure 3 is such that a TaN absorption layer having a thickness of 120 nm is formed with a 40 nm width (10 nm in units on a wafer) on a four-fold mask of the structure 3. In the case of exposing on a wafer, under the optical conditions of NA = 0.25 and σ = 0.70, a result as shown in FIG. 30, for example, is obtained.
[0091]
Further, the fact that the phase difference between the first region 12a and the second region 12b is 180 ° is described above by using a pattern of a 320 nm pitch (80 nm pitch in a unit of 10 nm on a wafer) with a 40 nm wide TaN absorption layer. This can be confirmed by calculating the phase difference in equation (8). FIG. 31 shows a result obtained by calculating the equation (8) for the TEy wave, the TMx wave, and the TMz wave immediately above the mask. According to the illustrated example, both the TEy wave and the TMx wave favorably maintain a phase difference of 180 °. On the other hand, although the deviation from 180 ° is more remarkable in the TMz wave, the contribution to the transfer is about 0.45%, so that the TMz wave has almost no influence.
[0092]
The film forming procedure of the structure 3 in which the complex refractive index and the film thickness are set as described above is substantially the same as that of the structure 2 described above. The difference from the structure 2 is that in step 8, a Si layer and a Ru layer are formed by sputtering instead of the Mo layer.
[0093]
By the way, in each of the structures 1 to 3, there is a difference in film thickness between the formation film of the first region 12a and the formation film of the second region 12b, and there is a step between them. Even with such a configuration, it is possible to obtain the effect of the phase shift as described above. However, considering that the TaN absorption layer is formed at the boundary between the first region 12a and the second region 12b, a step is formed between the first region 12a and the second region 12b in view of the easiness of the processing. It is desirable that they are formed flat without any irregularities. Therefore, a specific example of a configuration in which the first region 12a and the second region 12b are flat will be described below.
[0094]
FIG. 32 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a flat configuration example of the Levenson-type phase shift mask. The structure in the figure (hereinafter referred to as “structure 4”) is a configuration that satisfies the criterion 1 and the criterion 2 set based on the isophase line in FIG. 15 and the isoreflectance line in FIG. In the first region 12a, a formed film is formed by stacking Ru3 nm, TaN7 nm, Ru6 nm, Si37 nm, and Ru5 nm on the reflective multilayer film substrate 11 in this order. In the second region 12b, a formation film is formed by stacking Ru3 nm, Mo47 nm, and Ru8 nm in this order.
[0095]
In the structure 4, the reason why Si is used as a constituent material of the film for forming the first region 12a is that the role of adjusting the phase difference and the reflectance ratio by utilizing the multiple interference effect in the film is the same as in the case of the structure 3. It is to carry. Therefore, when obtaining a configuration that satisfies the criterion 1 and the criterion 2 from the isophase line of FIG. 15 and the isoreflectance line of FIG. 4, the condition for emphasizing the phase difference without considering the Si layer. , And then adjust the reflectivity by multiple interference in the Si layer, and adjust the phase difference to near. That is, the configuration satisfying the criterion 1 and the criterion 2 is considered that the first region 12a is laminated on the reflective multilayer substrate 11 in the order of Ru3 nm, TaN7nm, Ru6nm, and Ru5nm. In this case, it is assumed that Ru is stacked in the order of 3 nm, 47 nm of Mo, and 8 nm of Ru. In this case, the total thickness of the first region 12a is 21 nm, the real part of the combined complex refractive index is 0.9054, and the imaginary part is 0.03631i. The total thickness of the second region 12b is 58 nm, the real part of the composite complex refractive index is 0.9147, and the imaginary part is 0.0009004i.
[0096]
In such a structure 4, when the step between the first region 12a and the second region 12b is obtained from the isophase line in FIG. 15, the step is 40 nm from the relationship between the 90 ° and 270 ° isophase lines. It is 43 nm when determined from the relationship between the 180 ° and 0 ° equiphase lines. According to the iso-transmittance line in FIG. 4, the reflectance of the first region 12a is 0.15, and the reflectance of the second region 12b is 0.30.
[0097]
As described above, the structure 4 is similar to the structure 1 and the structure 2 when the Si layer is not considered, but does not have the same reflectance in the first region 12a and the second region 12b. In order to solve this, in the structure 4, the reflectance in the first region 12a and the reflectance in the second region 12b are matched by inserting a Si layer and effectively using the multiple interference in the film.
[0098]
Therefore, in the structure 4, the thickness of the TaN layer in the first region 12a, the thickness of the Mo layer in the second region 12b, and the thickness of the Si layer in the first region 12a are appropriately changed, and the determination criteria 1 and A configuration satisfying the criterion 2 is determined. FIG. 33 shows the result of determining the phase difference and the reflectance ratio using the thickness of the Mo layer as a parameter while keeping the thickness of the TaN layer and the thickness of the Si layer constant. From the results in the example, it can be confirmed that the structure 4 shown in FIG. 32 satisfies the criterion under the condition that the thickness difference between the first region 12a and the second region 12b is 0 nm. In this structure 4, Si is used as a constituent material of the film for forming the first region 12a, and the multiple interference in the film by the Si layer is effectively used. Is satisfied, and a configuration in which the first region 12a and the second region 12b are flat can be realized.
[0099]
In the structure 4, the reflectance is 0.285 for the first region 12a and 0.287 for the second region 12b, and the reflectance ratio between them is 0.65%. . Therefore, the phase difference between the first region 12a and the second region 12b is 180.8 ° for the TE wave and 180.5 ° for the TM wave.
[0100]
The light intensity distribution when the Levenson-type phase shift mask having the structure 4 is used is obtained by forming a TaN absorption layer having a thickness of 120 nm with a width of 40 nm (10 nm in units on a wafer) on a four-time mask of the structure 4. When exposure is performed on a wafer and the optical conditions are NA = 0.25 and σ = 0.70, the result is as shown in FIG. 34, for example.
[0101]
Further, the fact that the phase difference between the first region 12a and the second region 12b is 180 ° is described above by using a pattern of a 320 nm pitch (80 nm pitch in a unit of 10 nm on a wafer) with a 40 nm wide TaN absorption layer. This can be confirmed by calculating the phase difference in equation (8). FIG. 35 shows a result obtained by calculating the equation (8) for the TEy wave, the TMx wave, and the TMz wave immediately above the mask. According to the illustrated example, both the TEy wave and the TMx wave favorably maintain a phase difference of 180 °. On the other hand, although the deviation from 180 ° is more remarkable in the TMz wave, the contribution to the transfer is about 0.45%, so that the TMz wave has almost no influence.
[0102]
As to the film forming procedure of the structure 4 in which the complex refractive index and the film thickness are set as described above, in addition to the case of the structure 1 described above (see FIGS. 6 between the Ru layer and the second region 12b. 2 + O 2 A step as shown in FIGS. 36 and 37 may be performed between the steps 13 and 14 while performing the step of removing by dry etching with a gas.
[0103]
That is, as shown in FIG. 36, after the Ru layer is formed in Step 13, a Si layer is formed by sputtering (Step 13-1), and a resist is applied (Step 13-2). Then, the resist in the portion of the second region 12b is removed through the drawing and the resist developing process (step 13-3).
[0104]
Thereafter, as shown in FIG. 37, the Si film in the second region 12b is changed to Ar + Cl. 2 It is removed by dry etching with a gas (step 13-4). The Ru layer below this Si layer functions as an etching stopper layer. Then, after removing the resist (Step 13-5) and forming a Ru layer by sputtering (Step 13-6), a TaN absorption layer is formed by sputtering (Step 14). The same processing is performed. By such a film forming procedure, the Levenson-type phase shift mask having the structure 4 can be formed.
[0105]
As described above, for the structure 4, the thickness of the TaN layer in the first region 12a, the thickness of the Mo layer in the second region 12b, and the thickness of the Si layer in the first region 12a are appropriately changed to determine the determination criteria. 1 and the criterion 2 are specified, and the first region 12a and the second region 12b are flat. However, such a configuration can also be obtained in a structure as described below.
[0106]
FIG. 38 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of another flat configuration example of the Levenson-type phase shift mask. The structure in the figure (hereinafter referred to as “structure 5”) is also a result of determining the phase difference and the reflectance ratio using the thickness of the Mo layer as a parameter while keeping the thickness of the TaN layer and the thickness of the Si layer constant. FIG. 39 shows the result of determining the phase difference and the reflectance ratio using the thickness of the Mo layer as a parameter while keeping the thickness of the TaN layer and the thickness of the Si layer constant. From the results shown in the example, it can be confirmed that the structure 5 satisfies the determination criterion under the condition that the film thickness difference between the first region 12a and the second region 12b is 0 nm. In this structure 5, the reflectance is 0.288 for the first region 12a and 0.287 for the second region 12b, and the reflectance ratio therebetween is 0.36%. The phase difference between the first region 12a and the second region 12b is 181.4 ° for the TE wave and 181.1 ° for the TM wave.
[0107]
The light intensity distribution when the Levenson-type phase shift mask having the structure 5 is used is such that a TaN absorption layer having a thickness of 120 nm is formed with a width of 40 nm (10 nm in units on a wafer) on a four-fold mask of the structure 5. In the case of exposure on a wafer, under the optical conditions of NA = 0.25 and σ = 0.70, a result as shown in FIG. 40 is obtained, for example.
[0108]
Further, the fact that the phase difference between the first region 12a and the second region 12b is 180 ° is described above by using a pattern of a 320 nm pitch (80 nm pitch in a unit of 10 nm on a wafer) with a 40 nm wide TaN absorption layer. This can be confirmed by calculating the phase difference in equation (8). FIG. 41 shows the result obtained by calculating the equation (8) for the TEy wave, TMx wave, and TMz wave immediately above the mask. According to the illustrated example, both the TEy wave and the TMx wave favorably maintain a phase difference of 180 °. On the other hand, although the deviation from 180 ° is more remarkable in the TMz wave, the contribution to the transfer is about 0.45%, so that the TMz wave has almost no influence.
[0109]
The film forming procedure of the structure 5 is the same as that of the structure 4 described above.
[0110]
FIG. 42 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of still another flat configuration example of the Levenson-type phase shift mask. The structure in the figure (hereinafter referred to as “structure 6”) is also a result of determining the phase difference and the reflectance ratio using the thickness of the Mo layer as a parameter while keeping the thickness of the TaN layer and the thickness of the Si layer constant. FIG. 43 shows the result of obtaining the phase difference and the reflectance ratio using the thickness of the Mo layer as a parameter while keeping the thickness of the TaN layer and the thickness of the Si layer constant. From the results shown in the example, it can be confirmed that the structure 6 also satisfies the criterion under the condition that the film thickness difference between the first region 12a and the second region 12b is 0 nm. In this structure 6, the reflectance is 0.300 for the first region 12a and 0.287 for the second region 12b, and the reflectance ratio between them is 0.90%. The phase difference between the first region 12a and the second region 12b is 180.6 ° for the TE wave and 180.3 ° for the TM wave.
[0111]
The light intensity distribution when the Levenson-type phase shift mask having the structure 6 is used is obtained by forming a TaN absorption layer having a thickness of 120 nm with a width of 40 nm (10 nm in units on a wafer) on a four-fold mask of the structure 6. When exposure is performed on a wafer and the optical conditions are NA = 0.25 and σ = 0.70, a result as shown in FIG. 44 is obtained, for example.
[0112]
Further, the fact that the phase difference between the first region 12a and the second region 12b is 180 ° is described above by using a pattern of a 320 nm pitch (80 nm pitch in a unit of 10 nm on a wafer) with a 40 nm wide TaN absorption layer. This can be confirmed by calculating the phase difference in equation (8). FIG. 45 shows a result obtained by calculating the equation (8) for the TEy wave, the TMx wave, and the TMz wave immediately above the mask. According to the illustrated example, both the TEy wave and the TMx wave favorably maintain a phase difference of 180 °. On the other hand, although the deviation from 180 ° is more remarkable in the TMz wave, the contribution to the transfer is about 0.45%, so that the TMz wave has almost no influence.
[0113]
The procedure for forming the film of the structure 6 is the same as that of the structure 4 or the structure 5 described above.
[0114]
Next, the effects of the above Levenson-type phase shift mask will be described in comparison with a conventional binary mask that does not use the phase shift effect. FIG. 46 shows the Levenson-type phase shift mask having the structure 5 described above, in which a TaN absorption layer having a thickness of 120 nm is 40 nm, 30 nm, 20 nm, 10 nm, and 0 nm wide on a four-fold mask of the structure 5 (unit on a wafer). Shows a light intensity distribution obtained under the optical conditions of NA = 0.25 and σ = 0.70 when formed and exposed on a wafer at 10 nm, 7.5 nm, 5 nm, 2.5 nm, and 0 nm. FIG. According to the example of the figure, it can be seen that good pattern contrast can be obtained at any TaN absorption layer width.
[0115]
On the other hand, FIG. 47 shows a conventional binary mask in which a TaN absorption layer having a thickness of 120 nm is provided on the mask with a width of 40 nm, 30 nm, 20 nm, and 10 nm (in units of 10 nm, 7.5 nm, and 5 nm on a wafer). , 2.5 nm) is an explanatory diagram showing a light intensity distribution obtained under optical conditions of NA = 0.25 and σ = 0.70 when exposed on a wafer. According to the example of the figure, it can be seen that the pattern contrast significantly decreases as the width of the TaN absorption layer decreases.
[0116]
From these facts, when the Levenson-type phase shift mask having the above-described structure is used, the transfer of a line width of 15 nm or less on the wafer in the TaN absorption layer 10 nm width (2.5 nm in units on the wafer). Can be achieved. Further, for example, as shown in FIG. 48, if exposure is performed under an optical condition of NA = 0.30, a line having a size of 10 nm or less on the wafer in a TaN absorption layer 10 nm width (2.5 nm in units on the wafer). A remarkable effect that the width can be transferred can be obtained.
[0117]
As described above, in the phase shift mask described in the present embodiment (first and second embodiments), the film thickness and the complex refractive index of the formation film of the first region 12a and the second region 12b are respectively Is set such that a predetermined phase difference is generated in the reflected light of the ultrashort ultraviolet light at the point (1). More specifically, in forming the phase shift mask, first, an arbitrary complex refractive index and an arbitrary film thickness can be obtained without depending on the film formed on the reflective multilayer substrate 11 (particularly, the complex refractive index of the constituent material). The phase and the reflectance of the reflected light obtained from the complex refractive index and the film thickness are specified, and a phase difference of 180 ° occurs between the first region 12a and the second region 12b based on the specified phase and the reflectance. As described above, the thickness of the formed film and the complex refractive index in each case are selected.
[0118]
Therefore, according to the phase shift mask described in the present embodiment, it is feasible to configure a phase shift mask for using the super-resolution technique even in the case of a reflective mask corresponding to ultrashort ultraviolet light. It becomes. That is, if the method for manufacturing a phase shift mask described in the present embodiment is used, a phase shift mask for extremely short ultraviolet light can be configured.
[0119]
Moreover, in the phase shift mask described in the present embodiment, the pattern contrast on the wafer is remarkably increased by using not only the ultra-short ultraviolet light but also the super-resolution technology. A resolution that could not be obtained can be obtained. In other words, when a semiconductor device is manufactured using the phase shift mask of the present embodiment, finer hole patterns, space patterns, and line patterns can be obtained than when a conventional binary mask is used, and the pattern can be minimized. It becomes very suitable for correspondence to.
[0120]
Further, in the phase shift mask described in the present embodiment, the film thickness of the formed film is made substantially equal between the first region 12a and the second region 12b by effectively utilizing the multiple interference in the film, and A configuration in which the first region 12a and the second region 12b are flat is realized. Therefore, for example, even when the TaN absorption layer is formed at the boundary between the first region 12a and the second region 12b in the Levenson-type phase shift mask, it is only necessary to form the TaN absorption layer on a flat portion. This facilitates the formation, and also facilitates the formation accuracy.
[0121]
Further, in the phase shift mask described in the present embodiment, both or one of the formation film of the first region 12a and the formation film of the second region 12b has a laminated structure made of a plurality of materials. Therefore, even if the phase and the reflectance of the reflected light obtained from the complex refractive index and the film thickness are specified for an arbitrary complex refractive index and the film thickness, the formation film corresponding to the arbitrary complex refractive index and the film thickness is determined. It is possible to obtain. That is, a desired phase shift mask can be formed by using a laminated structure including a plurality of materials.
[0122]
【The invention's effect】
As described above, according to the ultra-short ultraviolet light phase shift mask and the method of manufacturing the same according to the present invention, by obtaining an appropriate combination of the refractive index and the absorption coefficient, the reflection type corresponding to the ultra-short ultraviolet light is obtained. Even in the case of a mask, it becomes feasible to configure a phase shift mask for using the super-resolution technique. Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the method is very suitable for minimizing a pattern.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a schematic configuration of a phase shift mask according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for manufacturing a phase shift mask according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a specific example of an equal phase line.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a specific example of an equal reflectance line.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a distribution of a real part of a combined complex refractive index with respect to a Ru film thickness and a TaN film thickness for obtaining a halftone type phase shift mask.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the total film thickness and the real part (n) and the reflectance (k) of the composite complex refractive index in the halftone type phase shift mask.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a relationship between a total film thickness, a Ru film thickness, and a TaN film thickness in a halftone phase shift mask.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a distribution of an imaginary part of a composite complex refractive index with respect to a Ru film thickness and a TaN film thickness for obtaining a halftone type phase shift mask.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example in which a phase difference and a halftone reflectance with respect to the thickness of the Ru layer and the thickness of the TaN layer are arranged in a matrix.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example in which phase differences with respect to the thickness of a Ru layer and the thickness of a Cr layer are arranged in a matrix.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example in which halftone reflectances with respect to the thickness of a Ru layer and the thickness of a Cr layer are arranged in a matrix.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a light intensity distribution of a hole pattern having an opening of 30 nm above the mask (indicated by coordinates on a wafer) when the NA of the halftone phase shift mask is 0.25;
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a configuration example of a halftone phase shift mask.
FIG. 14 is a flowchart illustrating a procedure for manufacturing a phase shift mask according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a specific example of an equal phase line.
FIG. 16 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a configuration example (structure 1) of a Levenson-type phase shift mask.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of optimizing the phase and the reflectance (using the Mo film thickness as a parameter) in the Levenson-type phase shift mask having the structure 1 in consideration of the multiple interference in the film.
FIG. 18 is an explanatory diagram showing a light intensity distribution in a Levenson-type phase shift mask having a structure 1;
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a phase difference (displayed on a wafer) of a Levenson-type phase shift mask having a structure 1;
FIG. 20 is an explanatory diagram (part 1) illustrating an example of a film forming procedure of the Levenson-type phase shift mask having structure 1.
FIG. 21 is an explanatory diagram (part 2) illustrating an example of a film forming procedure of the Levenson-type phase shift mask having structure 1.
FIG. 22 is an explanatory view (part 3) illustrating an example of a film forming procedure of the Levenson-type phase shift mask having structure 1.
FIG. 23 is an explanatory view (part 4) illustrating an example of a film forming procedure of the Levenson-type phase shift mask having structure 1.
FIG. 24 is a schematic view showing a cross-sectional structure of another configuration example (structure 2) of the Levenson-type phase shift mask.
FIG. 25 is an explanatory diagram showing an example of optimizing the phase and the reflectance (using the Mo film thickness as a parameter) in the Levenson-type phase shift mask having the structure 2 in consideration of the intra-film multiple interference.
FIG. 26 is an explanatory diagram showing a light intensity distribution in a Levenson-type phase shift mask having a structure 2;
FIG. 27 is an explanatory diagram showing a phase difference (displayed on a wafer) of a Levenson-type phase shift mask having a structure 2;
FIG. 28 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of still another configuration example (structure 3) of the Levenson-type phase shift mask.
FIG. 29 is an explanatory diagram showing an example of optimization of the phase and the reflectance (using the Mo film thickness as a parameter) in the Levenson-type phase shift mask having the structure 3 in consideration of the multiple interference in the film.
FIG. 30 is an explanatory diagram showing a light intensity distribution in a Levenson-type phase shift mask having a structure 3;
FIG. 31 is an explanatory diagram showing a phase difference (displayed on a wafer) of a Levenson-type phase shift mask having a structure 3;
FIG. 32 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a configuration example (structure 4) in which a first region and a second region of a Levenson-type phase shift mask are flat.
FIG. 33 is an explanatory diagram showing an example of optimization of the phase and the reflectance (using the Mo film thickness as a parameter) in the Levenson-type phase shift mask having the structure 4 in consideration of the multiple interference in the film.
FIG. 34 is an explanatory diagram showing a light intensity distribution in a Levenson-type phase shift mask having a structure 4;
FIG. 35 is an explanatory diagram showing a phase difference (displayed on a wafer) of a Levenson-type phase shift mask having a structure 4;
FIG. 36 is an explanatory view (No. 3) illustrating an example of a film forming procedure of the Levenson-type phase shift mask having structure 4;
FIG. 37 is an explanatory view (No. 4) illustrating an example of a film forming procedure of the Levenson-type phase shift mask having the structure 4;
FIG. 38 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of another flat configuration example (structure 5) of the Levenson-type phase shift mask.
FIG. 39 is an explanatory diagram showing an example of optimization of the phase and the reflectance (using the Mo film thickness as a parameter) in the Levenson-type phase shift mask having the structure 5 in consideration of the multiple interference in the film.
FIG. 40 is an explanatory diagram showing a light intensity distribution in a Levenson-type phase shift mask having a structure 5;
FIG. 41 is an explanatory diagram showing a phase difference (displayed on a wafer) of a Levenson-type phase shift mask having a structure 5;
FIG. 42 is a schematic view showing a cross-sectional structure of still another flat configuration example (structure 6) of the Levenson-type phase shift mask.
FIG. 43 is an explanatory view showing an example of optimizing the phase and the reflectance (using the Mo film thickness as a parameter) in the Levenson-type phase shift mask having the structure 6 in consideration of the multiple interference in the film.
FIG. 44 is an explanatory diagram showing a light intensity distribution in a Levenson-type phase shift mask having a structure 6;
FIG. 45 is an explanatory diagram showing a phase difference (displayed on a wafer) of a Levenson-type phase shift mask having a structure 6;
FIG. 46 is an explanatory diagram showing a light intensity distribution (NA = 0.25) with respect to a TaN width on a mask (displayed on a wafer) in a Levenson-type phase shift mask having a structure 5;
FIG. 47 is an explanatory diagram showing a light intensity distribution (NA = 0.25) with respect to a TaN width on a mask (displayed on a wafer) in a conventional binary mask.
FIG. 48 is an explanatory diagram showing a light intensity distribution (NA = 0.30) with respect to a TaN width on a mask (displayed on a wafer) in a Levenson-type phase shift mask having a structure 5;
[Explanation of symbols]
10, 10 ': phase shift mask, 11: reflective multilayer substrate, 12a: first region, 12b: second region, 13: buffer film, 14: absorption film

Claims (8)

極短紫外光を反射して被露光体上に所望パターンを転写するために用いられる極短紫外光の位相シフトマスクであって、
極短紫外光を反射する反射多層膜基板と、当該反射多層膜基板上に形成された第1領域および第2領域とを具備するとともに、
前記第1領域の形成膜および前記第2領域の形成膜における各膜厚および各複素屈折率が、前記第1領域での極短紫外光の反射光と前記第2領域での極短紫外光の反射光とで所定の位相差が生じるように設定されている
ことを特徴とする極短紫外光の位相シフトマスク。
A phase shift mask of ultra-short ultraviolet light used to transfer a desired pattern on an object to be exposed by reflecting the ultra-short ultraviolet light,
A reflective multilayer substrate that reflects ultra-short ultraviolet light, and a first region and a second region formed on the reflective multilayer substrate;
The thickness and the complex refractive index of the film formed in the first region and the film formed in the second region are reflected light of ultra-short ultraviolet light in the first region and ultra-short ultraviolet light in the second region. A phase shift mask for ultra-short ultraviolet light, wherein the phase shift mask is set so as to generate a predetermined phase difference with the reflected light.
前記所定の位相差に加えて、前記第1領域での極短紫外光の反射率と前記第2領域での極短紫外光の反射率とが略等しくなるように、前記第1領域の形成膜および前記第2領域の形成膜における各膜厚および各複素屈折率が設定されている
ことを特徴とする請求項1記載の極短紫外光の位相シフトマスク。
In addition to the predetermined phase difference, the first region is formed such that the reflectance of the ultra-short ultraviolet light in the first region is substantially equal to the reflectance of the ultra-short ultraviolet light in the second region. 2. The phase shift mask for ultra-short ultraviolet light according to claim 1, wherein each film thickness and each complex refractive index of the film and the film forming the second region are set.
前記第1領域の形成膜および前記第2領域の形成膜の膜厚が互いに略等しくなるように構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の極短紫外光の位相シフトマスク。
2. The ultra-short ultraviolet light phase shift mask according to claim 1, wherein the first region and the second region are formed so that the film thickness of the second region is substantially equal to the film thickness of the second region.
前記第1領域の形成膜および前記第2領域の形成膜の両方またはいずれか一方は、複数の材料からなる積層構造を有している
ことを特徴とする請求項1記載の極短紫外光の位相シフトマスク。
2. The ultrashort ultraviolet light according to claim 1, wherein at least one of the formation film of the first region and the formation film of the second region has a stacked structure including a plurality of materials. 3. Phase shift mask.
極短紫外光を反射する反射多層膜基板と、当該反射多層膜基板上に形成された第1領域および第2領域とを具備してなる極短紫外光の位相シフトマスクの製造方法であって、
前記極短紫外光に対する任意の複素屈折率と、前記反射多層膜基板上に形成する膜の任意の膜厚とについて、当該複素屈折率および当該膜厚から得られる前記極短紫外光の反射光の位相および反射率を特定し、
特定した位相および反射率に基づいて、前記第1領域での極短紫外光の反射光と前記第2領域での極短紫外光の反射光とで所定の位相差が生じるように、前記第1領域の形成膜および前記第2領域の形成膜における各膜厚および各複素屈折率を選定する
ことを特徴とする極短紫外光の位相シフトマスクの製造方法。
A method for manufacturing a phase shift mask for ultra-short ultraviolet light, comprising: a reflective multilayer film substrate that reflects ultra-short ultraviolet light; and a first region and a second region formed on the reflective multilayer film substrate. ,
Any complex refractive index for the ultra-short ultraviolet light, and for any film thickness of the film formed on the reflective multilayer film substrate, the reflected light of the ultra-short ultraviolet light obtained from the complex refractive index and the film thickness Determine the phase and reflectivity of
On the basis of the specified phase and reflectance, the first and second ultra-short ultraviolet light reflected in the first region and the reflected light of ultra-short ultraviolet light in the second region, a predetermined phase difference is generated, the second A method of manufacturing a phase shift mask for ultra-short ultraviolet light, wherein each film thickness and each complex refractive index of a film formed in one region and a film formed in the second region are selected.
前記第1領域の形成膜および前記第2領域の形成膜の各膜厚の選定にあたり、膜内多重干渉に起因する位相差および反射率の膜厚に対する変動を考慮する
ことを特徴とする請求項5記載の極短紫外光の位相シフトマスクの製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the thicknesses of the film formed in the first region and the film formed in the second region are selected in consideration of variations in phase difference and reflectance caused by multiple interference in the film. 6. The method for manufacturing a phase shift mask for ultra-short ultraviolet light according to claim 5.
選定した複素屈折率および膜厚を、複数の材料からなる積層構造によって実現される合成複素屈折率および合計膜厚によって得る
ことを特徴とする請求項5記載の極短紫外光の位相シフトマスクの製造方法。
6. The phase shift mask for ultra-short ultraviolet light according to claim 5, wherein the selected complex refractive index and film thickness are obtained by a combined complex refractive index and total film thickness realized by a laminated structure composed of a plurality of materials. Production method.
極短紫外光の位相シフトマスクを用いて被露光体上に所望パターンを転写するリソグラフィ工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記極短紫外光に対する任意の複素屈折率と、前記反射多層膜基板上に形成する膜の任意の膜厚とについて、当該複素屈折率および当該膜厚から得られる前記極短紫外光の反射光の位相および反射率を特定し、
特定した位相および反射率に基づいて、前記反射多層膜基板上の第1領域での極短紫外光の反射光と前記反射多層膜基板上の第2領域での極短紫外光の反射光とで所定の位相差が生じるように、前記第1領域の形成膜および前記第2領域の形成膜における各膜厚および各複素屈折率を選定し、
選定した複素屈折率および膜厚にて前記第1領域の形成膜および前記第2領域の形成膜をそれぞれ前記反射多層膜基板上に形成して、前記反射多層膜基板上に前記第1領域および前記第2領域を具備してなる極短紫外光の位相シフトマスクを構成し、
構成した極短紫外光の位相シフトマスクを用いて被露光体上に所望パターンを転写する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device including a lithography step of transferring a desired pattern onto an object to be exposed using a phase shift mask of ultra-short ultraviolet light,
Any complex refractive index for the ultra-short ultraviolet light, and for any film thickness of the film formed on the reflective multilayer film substrate, the reflected light of the ultra-short ultraviolet light obtained from the complex refractive index and the film thickness Determine the phase and reflectivity of
Based on the specified phase and reflectance, reflected light of ultra-short ultraviolet light in the first region on the reflective multilayer substrate and reflected light of ultra-short ultraviolet light in the second region on the reflective multilayer substrate The thickness and the complex refractive index of each of the film formed in the first region and the film formed in the second region are selected so that a predetermined phase difference occurs in
The first region forming film and the second region forming film are formed on the reflective multilayer substrate at the selected complex refractive index and thickness, respectively, and the first region and the first region are formed on the reflective multilayer substrate. Forming a phase shift mask for ultra-short ultraviolet light comprising the second region,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising transferring a desired pattern onto an object to be exposed using the constituted ultrashort ultraviolet light phase shift mask.
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