JP5157016B2 - 共振する障壁層を伴う超紫外線フォトリソグラフィー - Google Patents

Description

本発明はフォトリソグラフィーに、そして特に非常に短い波長におけるフォトリソグラフィーに関する。本発明はより正確には反射における使用を対象とした、超紫外線リソグラフィー・マスクの構造に関する。

フォトリソグラフィーは電子的、光学的、又は機械的微細構造、あるいは電子的及び／又は光学的及び／又は機械的機能を組み合わせた微細構造を製造するために使用される。それは求められるパターンを画成するマスクを通じて、光子放射線を用いて平坦な基板（例えばシリコンウェーハ）上に堆積された感光性樹脂又はフォトレジストの層を照射することにある。照射後の化学的進行によりレジスト内で求められるパターンが現れる。このようにしてエッチングされたレジストのパターンは、幾つかの目的に役立つことができ、最も一般的なものは、下層にレジストのものと同一のパターンを画成するための、この下層（絶縁性又は導電性の、あるいは半導体のいずれであっても）のエッチングである。

極めて小さく正確なパターンを得ること、及びエッチングされたパターンを複数の重ねられた層内に、非常に正確に位置合わせすることが探求されている。典型的に、求められるパターンの限界寸法は最近では１μｍの数分の１、又は１／１０μｍ以下でさえある。フォトリソグラフィー作業において用いられる光の波長は解像度を制限する−波長が短い程パターンは細かくなり得る。紫外線フォトリソグラフィー（及び１９３ナノメートル（ｎｍ）迄の波長）は、可視光線によるよりも更に細かいパターンが作られることを可能にする。

現在、これらの波長をかなり下回り、１０〜１４ｎｍの間の波長の超紫外線（ＥＵＶ）で加工することが探求されている。その目的は、ＥＵＶに適用できるアパーチャが数の上で少ないという事実にもかかわらず、非常に高い解像度と、十分な焦点深度（数百ｎｍよりも大きい）とを得ることである。

しかしながら、これらの波長においてマスクの基板を形成する材料は透明でなく、そしてフォトリソグラフィー作業は、透過ではなく反射で作用するマスクを使用しなければならない：超紫外線は小さい入射角（約５〜６°）でマスク上へと投影される；マスクは吸収域と反射域とを含む；反射域において、マスクは露光されるレジスト上へ光を反射し、画像をその上に焼き付ける。マスクと露光されるレジストとの間の光路は、その形状がマスクの実物大の画像ではなく、縮小された画像を投影するように設計された他の反射体を経由して通る。画像の縮小はマスク上にエッチングされたものよりも小さいパターンを、露光されるレジスト上にエッチングすることを可能にする。

マスク自体は、その後にレジスト・マスク又は（例えばシリカ、窒化ケイ素、又はクロムで作られた）ハードマスクによるエッチングが続く、フォトリソグラフィー・プロセスを用いて作られ、この時はパターンがより大きいという事実により透過と長い波長とが可能とされる。あるいはマスクは電子ビーム・リソグラフィーにより製作され得る。

典型的には、バイナリマスク・タイプの反射マスクは連続的な反射構造、実際にはブラッグ・ミラーすなわち、異なる屈折率の複数の誘電体層から成る構造で覆われた平坦な基板から作られ、その厚さは様々な部分的に反射する界面が互いに一致して光波を反射するように、屈折率、波長、及び入射角に応じて計算される。このミラーは、マスクが反射域（吸収材で覆われていないミラー）及び吸収域（吸収材で覆われているミラー）を含むように、求められるマスキング・パターンでエッチングされた吸収層で覆われる。例を挙げると、１３．５ｎｍの波長と６°の入射角に対して、２８オングストローム（１オングストローム＝０．１ｎｍ）厚さの４０層のモリブデン層と交互になる、４１．５オングストローム厚さの４０層のシリコン層で、理論的には７４％の反射率が達成される。実験的には、理論的反射率と比較して５％〜１０％の差が観察される。吸収層は（数ある中でも）ミラー上に堆積されたクロムから成り得る。例えば、上記のミラー上に置かれた６００オングストロームのクロム層は、ここでは入射光のわずか１％しか反射しない。

実際、吸収層はミラー構造の上に重ねられた２つの層を使って作られ、第１の層は緩衝層、そして第２の層は実際の吸収層である。緩衝層は、第２の層のエッチングがミラーを損なうことなくこの緩衝層において停止するように、吸収層に対してエッチング選択度特性を有する。さらに、緩衝層は吸収層のエッチング後にミラー表面から除去され得るように、ミラー構造に対してエッチング選択度特性を有する。

ミラーの表面を局部的に掘って開口部を吸収層で埋めることにより、吸収域を作ることもまた提案されている。シェーディング効果は減少するが、そのプロセスは非常に複雑である。ＳＰＩＥの会報、第５０３７巻（２００３年）におけるサング・イン・ハン（Ｓａｎｇ−Ｉｎ Ｈａｎ）他による論文「ＥＵＶ多層ミラーへの部分的エッチングによる超紫外線リソグラフィー用の位相シフトマスクの設計及び製作方法（Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｍａｓｋｓ ｆｏｒ Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｂｙ Ｐａｒｔｉａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ＥＵＶ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ Ｍｉｒｒｏｒ）」は、そのような構造を説明している。

「ＥＵＶ−ＰＳＭマスク」（ＰＳＭは「位相シフトマスク」を表わしている）と呼ばれる構造もまた提案されている。厚みの減少した領域において反射される光が、厚みの減少していない領域において反射される光と反対の位相にあるように、ある値だけその厚さを局部的に減らすために開口が掘られている。これは境界部において吸収層と等価な破壊的干渉を作り出す。厚みの減少した領域における反射係数Ｒ２が、厚みの減少していない領域における反射係数Ｒ１に近いまま留まる場合（例えばＲ２はＲ１の８５％以上）、「Ｈ−ＰＳＭ」（ハード位相シフトマスク（Ｈａｒｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｍａｓｋ））の用語が用いられる。反射係数の一方がもう一方よりもかなり低い場合、「Ａ−ＰＳＭ」（減衰位相シフトマスク（Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｍａｓｋ））の用語が用いられる。

２つの近接した反射域が一つの吸収域により分離され、この２つの連続した反射域が反対の位相で反射を生み出し、それによって反射光の強さが吸収域において系統的にゼロを通過することを確実にする、「Ａｌｔ−ＰＳＭ」マスク又は交互位相シフトマスクと呼ばれるものもまた存在する。

同じようにバイナリ・マスクに関し、エッチングされるべき反射層に対してエッチング選択度特性を有する緩衝層を用いて、ＰＳＭマスクを作ることが可能である。

これら全ての先行実施形態において、緩衝層はマスクの反射域に残った場合に、それが反射率を減少させるだけであるため厄介であり得る。

本発明はエッチングを容易にする役割だけでなく、反射率の選択に関して、及びマスク領域同士間の１８０°の位相差の精度に関して共に、緩衝層に能動的な光学的役割を与えることにより、位相シフトマスクを製作することを提案する。

このため、本発明は領域間の１８０°の位相差と、領域間の求められる反射率の比とを確保する一方で、緩衝層が２つの多層反射構造の間に位置して、反射する共振空胴の特性をそれに与える厚さを有するように、この緩衝層の厚さを選定することを提案する。

本発明によれば、第１の反射域と第２の反射域から作られるエッチングされたパターンを含む、反射において作用し、そして減衰位相型の超紫外線フォトリソグラフィー・マスクが提供され、第１の領域は第２の領域により反射される光の位相と反対の位相を有する光を反射し、マスクは多層の下部反射構造で均一にコーティングされた基板と、第１の領域における下部反射構造の上端に、エッチング障壁層及び部分的に反射する上部の多層構造の積み重ねとを備え、エッチング障壁層は上部の反射構造の層に対してエッチング選択度特性を有し、第２の反射域が、エッチング障壁層だけでコーティングされた下部の多層構造を含み、そしてエッチング障壁層の厚さが、一方で下部の多層構造、エッチング障壁層、及び第１の領域において部分的に反射する上部構造の重なりが、波長に応じて変化する反射率及びマスクの使用波長における高い反射率を有するファブリ・ペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）の共振空胴を構成し、他方で第１と第２との反射域間の位相差が約１８０°であり、そして最後に第２の領域の反射係数が第１の領域よりも大幅に低いように選定されることを特徴とする。

「エッチング選択度特性」の表現は、ここで第一に、エッチング障壁層は部分的に反射する上部構造のエッチングを可能にするエッチング生成物により攻撃されず、又は殆ど攻撃されないという事実を意味すると理解される。事実、製作中に、反射する上部構造の一様な堆積の後、この上部構造はそこに存在すべきでない第２の領域からそれを取り除くために、局部的に攻撃されることが見られるであろう。

ファブリ・ペロー型の共振空胴は２つのミラーから成り、少なくとも１つは部分的に透明であり、それらは光の進行方向に一定の光学距離、及びミラー間の透明空間（すなわち、完全に透明な又は僅かに吸収性の空間）により分離されている。「光学距離」の用語はここで、それを通じて光が連続的に通過する、各々の光学媒体における様々な個々の光学距離の合計を意味するものと理解され、これら個々の光学距離はそれを通じて光が通過する媒体の屈折率により乗算される、光の進行方向の物理的距離である。空胴は、下部ミラーにおける反射を含め、空胴内で一往復した後に上部ミラーを出る光に対して、上部ミラーにおいて直接反射された光が１８０°の倍数だけ位相される場合に共振する。これが１８０°の奇数倍である場合、空胴は複数の反射が破壊的な干渉を生み出すという意味で吸収性であり、何故ならそれらは空胴内の往復後に、互いに１８０°の位相差にある光線を生み出すためである。これが偶数倍の場合、共振空胴は反射し、空胴における多重反射から生まれた光は、主要な反射と同調して光波を発生し、それゆえ建設的な干渉を生じる。この共振状態はミラー同士間の短い距離（およそ１３５オングストロームの波長に対して、およそ４０オングストローム）で獲得され得る。

以下に続く記述において、「空胴」の語句は「光」空胴の意味と解釈される。

空胴のミラーはブラッグ・ミラー型の多層構造であり得る。

従って、位相シフトマスクは反射する下部構造、エッチング障壁層、及び部分的に反射する上部構造の積み重ねにより反射している第１の領域を備え、これら２つの層に囲まれているエッチング障壁層の共振特性を伴い、そしてマスクは下部反射構造の存在によりまた反射しているが、第１の領域よりも少ない反射度である第２の領域を備える。マスクが確かに、全般的に達成されるべき目標である１８０°の位相シフトマスクであるように、第１の領域により反射された光線と第２の領域により反射された光線との間の光路における差が半波長の奇数倍に相当することが確保される。

各領域に対する使用波長で反射される光の量は、様々な層の厚さ、光の入射角θ、それを光が通過する材料の伝搬率（複素率ｎ、ｋ、ここでｎは屈折率、ｋは減衰係数である）、及び勿論空胴のミラーの反射係数ならびに透過係数に依存する。

緩衝層が十分厚い場合、反射係数における下記の差を調整する目的でそれが使用され得るため、本発明は隣接する領域との間の反射係数における差が大きい、減衰−ＰＳＭ型のマスクの製作にとりわけ適する。

エッチング障壁層の厚さは、位相差が確かに１８０°であるように、上部ミラーの層の数に応じて決定される。この決定は計算又は実験的計算図表により行なわれ得る：位相差は事実、上部ミラーの層数に依存する。上部ミラーの層数は９〜２０の間が望ましい。少なすぎると、それは１８０°の位相差が得られることを妨げる可能性がある。多すぎると、それは上部の層を、ファブリ・ペローの共振空胴の形成を可能にするほど十分に透明にせず、そして特にそれは隣接する領域間に大きすぎる物理的なステップの高さを導入し、望ましくないシェーディング効果を導くであろう。計算は明らかにまた屈折率及び使用されるＥＵＶ光の入射角θの余弦を考慮に入れる。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図を参照して与えられる以下の詳細説明を読むことにより明らかになるであろう。

図１は反射モードで動作するファブリ・ペローの共振空胴の原理を想起させるものであり、空胴から出て行く放射は、空胴の入って来る放射と同じ側にある。

この図はその上に、完全に反射していると想定される下部ミラー１２と、次に部分的に反射し部分的に透明の上部ミラー１４とが堆積されている基板１０を示し、第２ミラーは第１ミラーから距離ｄだけ隔てられ、２つのミラー間の空間１６は空か、又は透明あるいは屈折率ｎの少しだけ吸収する材料で満たされている。

入射光線は上部ミラー１４及び空胴を通過し、次に下部ミラー１２上での反射後に、空胴及びミラーを再度逆に通過する。光線が従う光路長は、そのとき距離ｄ、屈折率ｎ、及び入射角θの関数である。

全体の反射係数は各インターフェースにおける透過係数及び反射係数、すなわち上部ミラー１４と外部媒体との間のインターフェースにおけるｔ１、ｒ１、ミラー１４と空胴との間のインターフェースにおけるｔ’１、ｒ’１、及び空胴と下部ミラーとの間のインターフェースにおけるｔ２、ｒ２に依存する。

空胴は多重反射が破壊的な干渉を生じた場合、すなわち空胴内で一往復した後に反射された光線が、空胴を通過せずに直接反射された光線と１８０°（半波長の奇数倍）だけ位相ずれした場合に共振し、そして吸収性である。従って吸収における共振条件は空胴の厚さｄを設定し、これは次のようになる。
ｄ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎｃｏｓθ
ここで、ｍは整数、λは波長、そしてθは光の入射角である。

対照的に、空胴は多重反射が建設的な干渉を生じた場合、すなわち空胴内で一往復した後に反射された光線が、空胴を通過せずに直接反射された光線と３６０°（半波長の偶数倍）だけ位相ずれした場合に共振し、そして反射する。従って反射における共振条件は空胴の厚さｄを設定し、これは次のようになる。
ｄ＝２ｍλ／４ｎｃｏｓθ

与えられた波長における厚さの関数としての、又は与えられた厚さに対する動作波長の関数としての反射率曲線は、従ってそれぞれ反射における共振及び吸収における共振を表わす、交互に生じる反射率のピーク及び吸収のピークを有する。

これらの共振条件の値は理論値であり、実験値は特にミラーの構造に応じて、主要な変化なしに僅かに異なることがあり得る。とりわけ、ミラーはブラッグの多層構造により形成されることができ、多層ミラーにおける反射が厳密に上部層の表面において起きると考えることは困難であるため、共振を得るための条件はこの事実を考慮しなければならない。説明を簡単にするため、共振を得るためにミラー間の距離は上記の式により規定されることが、それでもなお想定されるであろう。

多層構造の反射率及び透明度は層の数に依存する。図２は層の対の数Ｎの関数としての、（本発明により望ましい）波長１３．５ｎｍ、及び入射角６°に対する、交互のシリコン層（４１．５オングストローム）とモリブデン層（２８オングストローム）とから成る構造の、反射率及び透明度の曲線の一例を示す。反射率Ｒ、透明度Ｔ、及び吸収Ａが描かれている。この図は反射率及び透明度がＮ＝１２対の層に対してほぼ同じであることを示す。上部ミラー１４はこれが５０％反射することが求められる場合、１２対の層で作られ得る。

以下においてこの数値データは波長に関しては１３．５ｎｍ、そして入射角に関しては６°の選定に基づくであろう。

図３は、空胴が１２対のＳｉ（４１．５オングストローム）／Ｍｏ（２８オングストローム）層から成る半透明の上部ミラー及び、３０対の（同じ厚さの）層から成る下部ミラーで作られるときの、距離ｄの関数としての全体的なファブリ・ペローの空胴の反射率Ｒを示す。これらのミラーはブラッグ・ミラーであり、４１．５及び２８オングストロームは、多層がミラーの出口において、全て同調して多重反射を確立する一つのミラーとして作用するように、２つの材料の異なる光学指数及び意図された入射角（６°）を考慮に入れた、半波長の倍数である光学的位相ずれに対応する厚さである。

図３は２つの曲線を示す。
−空の或いは空気で満たされた空胴（率１、減衰０）を伴う、実線で示される一つと、
−伝搬率ｎ＝０．８７６、ｋ＝０．０２５を有すると推定される、少しだけ吸収する材料で満たされていると見なされる空胴を伴う、点線で示されるもう一つである。

図１に示す構造は距離ｄの一定の値に対して吸収のピーク（非常に低い反射）を有し、それに反して、反射率はこれらのピーク同士間の間隔のほぼ中央で最大である。反射率のピークは、その曲線が与えられた厚さｄに対する波長の関数としてプロットされた場合には観察されるであろう。

最大反射率の点の位置は、ミラー同士の間に位置する透明材料の指数に依存する。

反射率のピークは比較的平坦であり、それは高い反射率を保持しながら空胴の厚さを非常に広範囲に変え得ることを示す。

これらの観察から出発して、ＥＵＶ反射の位相シフトマスク（ＰＳＭ）が構成され、その実施形態は図式的に図４に示される。

マスクは平坦な表面を有する基板２０の上に形成され、それは第１のタイプの領域Ｚ１及び第２のタイプの領域Ｚ２を備える。領域Ｚ１は反射係数Ｒ１を伴う入射紫外線を反射し、領域Ｚ２は反射係数Ｒ２と、領域Ｚ１により反射された光の位相に対して１８０°の奇数倍である位相差とを伴う光を反射する。

領域Ｚ１は反射する多層の下部構造２２、エッチング障壁層２３、及び部分的に反射する多層の上部構造２４の積み重ねにより形成される。領域Ｚ２は同じ反射する下部構造２２及び、同じエッチング障壁層２３の積み重ねにより形成されるが、それらは（場合によっては、領域Ｚ１及びＺ２の両方を覆うであろう１つ以上の保護層を除き）エッチング障壁層の上部に何らの上部構造２４も他の層も含まない。

多層の下部構造２２は、例えば少なくとも３０対の、交互になるシリコンの層（厚さ４１．５オングストローム）とモリブデンの層（厚さ２８オングストローム）から形成される。これらの数値はこの明細書において与えられている全ての例に適用される、好適な１３．５ｎｍの使用波長及び、好適なおよそ６°の使用される入射角の選定に結ばれている。他の波長及び他の入射角では、ブラッグの条件を満足し、反射するミラーを得るために他の値を選ぶことが必要であろう。

一般的に、同業者はブラッグの法則を用いて堆積の層の厚さを決定するであろう。

上部構造は例えば同一の層の対、Ｓｉ（４１．５オングストローム）／Ｍｏ（２８オングストローム）ではあるが、しかしより少ない数、例えば９〜１５対の間の層から形成され得る。このより少ない数は、斜めの入射による照射の存在において、大きすぎるシェーディング効果を作り出さないように、領域Ｚ１の上面と領域Ｚ２の上面との間の高さの差を制限することが求められる事実による。より少ない数の層は低い反射率を生じ、これは多層構造２４が部分的に反射すると形容される理由である。多層の上部構造は、必ずしも下部構造のものと同一の層から形成される必要はない。

エッチング障壁層２３の存在理由は製作プロセスのためである：多層の上部構造２４は下部構造の上部で、基板２０の全体にわたって均一に堆積され、領域Ｚ２は、領域Ｚ１にのみ残る上部構造２４のフォトリソグラフィー及び局部的な除去により画成される。領域Ｚ２において除去された層の数、又は層の対の数を正確に定義するため、及びこれらの領域において構造２２の上面を損なうことを避けるため、層２３が２つの構造２２と２４との間に置かれる。エッチング障壁層２３は多層構造２４のエッチング生成物により攻撃されない。従って領域Ｚ２において困難なく上部構造２４の全体の厚さを除去することが可能であり、そして下部構造はこのエッチング作業の間、完全に保護されたまま残る。

エッチング障壁層２３が存在しなかった場合、領域Ｚ１における反射係数は、その厚さがブラッグの共振条件を満たす、多数の対の数の層の重ね合わせからそれが生じるため、非常に高いであろうことが理解される。

しかしエッチング障壁層の存在はこの反射率を妨げ、さらにそれは領域同士の間に層の厚さに関して非線形に変化する位相のずれを導入する。

この障壁層を通る光線の往復が、およそ３６０°の倍数である位相のずれを確立するために、とりわけ、十分透明であるとして選ばれた障壁層２３が、また多かれ少なかれブラッグの条件を満足し、それを通過する光線に関しておよそ１８０°の倍数である光学的位相のずれを確立するように、それを配置することが可能である。部分的に反射するミラー（構造２４）と反射するミラー（構造２２）との間に置かれる、この透明な層は、次に使用波長において、及び選ばれた入射角に対して、最大の反射率又は少なくとも高い反射率を有する、反射するファブリ・ペローの共振空胴を形成する。本発明に従えばエッチング障壁層の厚さの選定に影響するその他の制約のため、厚さの（又は波長の）関数としての反射曲線のピークに、これが位置する必要は必ずしもないことが分かるであろう。

領域Ｚ２において、反射率はより低いか、あるいは減衰したＰＳＭマスクに対して更に大幅に低い。この層２３の厚さは領域Ｚ１におけるものと同じままである（又は上部ミラーのエッチングが非常に僅かにエッチング障壁層を攻撃し得るという事実を考慮する場合、殆ど同じである）。この厚さが保持される理由は次の通りである：工業的には、製作工程の数を最小化することが求められ、従って層を除去する工程あるいは層を追加する工程を導入しないことが望ましい。しかしこの厚さが、領域Ｚ１における高い反射率の条件にだけでなく、領域Ｚ１とＺ２との間の位相条件にも合致し、そして領域Ｚ１におけるよりも領域Ｚ２においてより大きい、必要とされる減衰条件にも合致することが求められるため、その場合には厚さの選定に影響する制約が増すことが理解される。

先行技術において提案されたものとは対照的に、本発明によれば、とりわけ領域Ｚ１におけるファブリ・ペローの空胴の高い反射率の条件が、エッチング障壁層の広範囲の厚さであっても満足され得るため、これらの複数の条件を満たすのが可能であったことが見出されている。

十分に大きいエッチング障壁層の厚さを選定することにより、領域Ｚ１におけるよりもかなり高い減衰を領域Ｚ２において得ることができる。しかしファブリ・ペローの条件は周期的であるため（図３参照）、それらを大きい厚さであっても得ることが可能である。

エッチング障壁層の厚さは、領域Ｚ１と領域Ｚ２との間で１８０°の位相差を得るために調整される。これは、領域Ｚ１とＺ２との全体構造を考慮に入れた計算図表により行なわれ得る。一方で領域Ｚ２における十分な吸収（しかし反射係数は正確である必要はない：それは例えば領域Ｚ１の反射係数の６〜１０％の間にある）に対応し、そして他方で、領域Ｚ１におけるファブリ・ペロー空胴の反射率のピークの（比較的平坦な）上方領域に留まりつつ、領域Ｚ１と領域Ｚ２との間の１８０°の位相差条件を満足する厚さを見出すことが、実際的にいつも可能であることが観察される。

先行技術においては、代わりに（ハード−ＰＳＭマスクを作るため）領域Ｚ１においてエッチング障壁層を除去するか、又は特に吸収層を加えることが必要と考えられたであろう。本発明によれば、反射率、位相ずれ、及び減衰の三重の制約にもかかわらずそれを除去するか又は他の層を加えることなく、エッチング障壁層をそのまま保持することにより、減衰したＰＳＭマスクの工業生産用のプロセスを大幅に簡素化することが可能であったことが見出されている。

エッチング障壁層２３は酸化ケイ素から作られ得る。酸化ケイ素に関してどのようにシリコン又はモリブデンを選択的にエッチングするかは知られている。クロムもまたその工業的使用がより良く制御されることから、一層適したものであり得る。他の材料は、とりわけ次のもの：Ｒｕ、ＺｒＯ_２、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｌ、ＨｆＯ_２、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、ＴａＮが可能である。これらの材料は（１３．５ｎｍの波長において）最小の吸収性から最大の吸収性への順序で引用されており、それらの減衰係数ｋはｋ＝０．０１〜０．０４５まで変化し得る。

領域Ｚ１とＺ２との間に導入される光学的位相ずれは、多層の上部構造２４の高さＤに、この構造の層の性質に、これらの層の数に、そして障壁層２３の高さｄ_Ａ及び指数ｎ_Ａに結ばれている。

領域Ｚ１とＺ２との間の位相ずれの計算は複雑な計算であり、一般にインターネット・サイトｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｓｒｆ．ｆｒ／ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ／ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ／ｘｏｐ／ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ．ｈｔｍｌ上で入手できるフリーＩＭＤソフトウェアのような、特定のコンピュータ・プログラムにより行なわれる。

計算のベースは次のように想起される：領域Ｚ１における共振空胴の存在は、領域Ｚ１とＺ２との間に位相変化を導入し、この変化は障壁層の高さＤ＋ｄ_ａに対して非線形である。領域Ｚ１における層の上部で反射される波の複素振幅ＡＲ_１は、
ＡＲ_１＝［Ｒ_１＋（Ｒ_１ ^２＋Ｔ_１）．Ｒ_２ｅｘｐ（ｊΦ）］／［１＋Ｒ_１Ｒ_２．ｅｘｐ（ｊΦ）］
ここで、Φ＝（２π／λ）２ｎ_Ａ．ｄ．ｃｏｓθである。

Ｒ_１は上部ミラー全体の反射係数、Ｒ_２は下部ミラー全体の反射係数、Ｔ_１は上部ミラーの透明度、ｎ_Ａは緩衝層の指数である。

ミラーの係数は既知のフレネルの法則に従って繰り返し計算される：典型的には、ｊ段の層の積み重ねの反射係数は層ｊと直下の層ｊ−１との間のインターフェースの理論的反射係数ｒ_{ｊ，ｊ−１}から、及び下にあるｊ−１段の層の積み重ね全体の反射係数ｒ_ｊ−１から計算される。それはｊ番目の層により導入される位相ずれ、すなわちΦ_ｊ＝（２πｄｎ_ｊｃｏｓθ）／λもまた含むことがあり、ここでｎ_ｊはｊ番目の層の指数である。
ｒ_ｊ＝［ｒ_{ｊ，ｊ−１}＋ｒ_ｊ−１ｅｘｐ２ｉΦ_ｉ］／［１＋ｒ_{ｊ，ｊ−１}ｒ_ｊ−１ｅｘｐ２ｉΦ_ｊ］

この計算はｊ段の層の積み重ねの透過係数ｔ_ｊと非常に類似しており、それはまた、層ｊと層ｊ−１との間のインターフェースの透過係数ｔ_{ｊ，ｊ−１}、及び下にあるｊ−１段の層の積み重ね全体の透過係数ｔ_ｊ−１の繰り返しにより行なわれる。
ｔ_ｊ＝［ｔ_{ｊ，ｊ−１}ｔ_ｊ−１ｅｘｐ２ｉΦ_ｉ］／［１＋ｒ_{ｊ，ｊ−１}ｒ_ｊ−１ｅｘｐ２ｉΦ_ｊ］

係数ｒ_{ｊ，ｊ−１}及びｔ_{ｊ，ｊ−１}は、異なる指数を有する２つの層の間の反射及び透過を定義するフレネルの式により計算される。

これらの様々なパラメータは、領域Ｚ１及びＺ２の各々における一定の反射係数と、これら２つの領域において反射される波の間の一定の位相ずれとをもたらす、層の厚さの選定に対する幾つかの自由度を定義することが理解される。

それらは、これらの選択を考慮する：
−下部ミラーの構成、層の対の数、対の厚さ、層及びそれらの厚さ比率の選定と、
−上部ミラーに対する同上の項目と、
−１８０°の位相差を得るためにエッチングされるべき層の対の数と、
−障壁層（特にその指数ｎ_Ａ）の材料と、
−この障壁層の厚さｄ_Ａとである。

上部ミラーの様々な層の対の数に対する障壁層の厚さの関数としての、位相ずれと反射率の曲線をどのように実験的にプロットするかは知られている。

エッチング障壁層としてのシリカ及び、前に定義された厚さを有するモリブデン／シリコン層の対を用いて行なわれた、そのような実験的測定の一例において、望ましくは１１〜１７対ではあるが、少なくとも９対のＭｏ／Ｓｉ層を有する条件において、１８０°の位相差を得るのが可能であったことが見出された。（それを超えると、上部ミラーの厚さは、この例において想定されている６°の入射角に対して有害なシェーディング効果を導いたであろう）。

典型的には、前に想定された数値を用いて、上部ミラーに対し９対の層を有するハード−ＰＳＭマスクと、エッチング障壁層としての３２オングストローム又は１００オングストロームのシリカ厚さとを生み出すことができる。位相差は１８０°であり、領域Ｚ２と領域Ｚ１との間の反射率の比に対してシリカ層が存続する。上部ミラーに対する層の対の数が１１であるとき、シリカの厚さは１８０°の位相差を得るために２０オングストロームである。反射率の比は９０％よりも大きい。

ここで、エッチング障壁層が領域Ｚ２において除去された場合、上部ミラーにおいて１１対の層を持つことができ、そして９０オングストロームの厚さを各シリカ障壁層に対して持つことができる。反射率の比は約１であり、およそ８５％に留まる。

領域Ｚ１とＺ２との間に１８０°の位相差を与える厚さ計算を依然として用い、領域Ｚ２における障壁層を保持しながら、それを吸収層として用いつつ、しかし、２つのミラーの間のシリカ層から形成されるファブリ・ペローの共振空胴の存在により、例えばおよそ１０％、又は６％の大幅に低い反射率の比を得ることもまた可能である。

一旦障壁層の材料が選定されると、領域Ｚ１において上部ミラー２４を形成するモリブデンとシリコンの層の対の数、及びエッチング障壁層の厚さが共に設定される。位相差は与えられた対の数に関するこの厚さに応じて変化する。この変化は鋸歯の形状を持ち、１８０°の位相差は所与の数の対に関して、個別的なシリーズの厚さのために獲得され得る。

領域Ｚ１と領域Ｚ２との間の反射率の比はまた、エッチング障壁層の厚さによって大幅に変化する。

障壁層の厚さの関数として、及びミラーの層の対の数に応じて、その都度、反射率の比及び位相ずれにおける変化の曲線を、シミュレーションによりプロットすることが可能である。そして、これから始まって、求められる結果、すなわち主として同時に１８０°の位相差、領域Ｚ２における良好な反射率、及び領域Ｚ２とＺ１との間の求められる反射率の比（典型的には６〜１０％）を与える、障壁層の厚さ／ミラーの対の数の組み合わせを見出すことが可能である。

領域Ｚ１の層の対の数に対して可能な幾つかの選択が存在するが、シェーディング効果を最小限にするために、最小の対の数が採られる。

図７において、求められる獲得条件をどのようにして選ぶことが可能かを理解させるために、シミュレーションによって得られた一組の曲線が例として与えられている。全ての曲線はエッチング障壁層の厚さの関数として、ナノメートル（ｎｍ）でプロットされている。層はクロムで作られている。

上部の曲線は反射率曲線である。単純な点線による曲線は領域Ｚ２の反射率に関する曲線であり、クロムの吸収係数のため全体的に減少している。実線による曲線は上部ミラーにおいてＮ＝２０対のモリブデンとシリコンの層がある時の、領域Ｚ１の反射率に関する曲線である。混合された線（一点鎖線）は上部ミラーにおいてＮ＝９対の層がある時の、領域Ｚ１の反射率に関する曲線である。

線図の十分な読み易さを保つため、領域Ｚ１の反射率を表わす曲線の間には、９〜２０対の間の層の数に関する曲線は表わされていない。しかしながら、上部ミラーにおいてＮ＝１７対の層に相当する曲線の小部分が近い間隔の点線として表わされている。

図７の中央部の曲線は上部の曲線から取られ、エッチング障壁層の厚さの関数として、及び上部ミラーの層の対の各数Ｎに対する、領域Ｚ１と領域Ｚ２との間の反射率の比を表わす。Ｎ＝９（混合された一点鎖線）及びＮ＝２０（実線）に対する曲線のみが表わされている。その他のＮの値に対する曲線は中間である。

図７の下部の曲線は領域Ｚ１と領域Ｚ２との間の位相差を表わす。位相差は３６０°を法として表わされ、従ってそれは鋸歯形状として変化し、層の対の数Ｎに依存する。曲線はＮ＝９（混合された線）に対して、及びＮ＝２０（実線）に対して表わされ、小部分はＮ＝１７に対して表わされている（点線）。

これらの層を観察することにより、１８０°の位相差、領域Ｚ２の（６０％よりも大きい）高い反射率、及び領域Ｚ１と領域Ｚ２との間の求められる反射率の比を供給する厚さ及び層の対の数の選択を見出すことが可能であると気付く。例として図７に表わされているのは、およそ６〜１０％の反射率の比に対して求められる動作点である。この点はＮ＝１７対の層に対して、及びおよそ４４ｎｍのクロム障壁層の厚さに対して見出される。

幾つかの点が可能だが、上部ミラーの層の対の数を最小にする点が選ばれるであろう。

本発明は減衰した位相シフトマスクの生産に特に有利である。

図６の場合のように、特定の相の調整層が利用された場合、工業生産はより容易である。図６の場合、最初に層２３が領域Ｚ２において図５のように除去され、次に透明な材料２５の追加的な層が領域Ｚ２上に堆積される。層２５は層２３と同一の材料（例えば酸化ケイ素）で作られ得るが、しかしそれは同じ厚さｄ_Ａを持たない。この層２５は、領域Ｚ１の上面と領域Ｚ２の上面との間の段差により導入される、１８０°の位相差を細かく調整するために用いられる制御された厚さｅを有する。図５と６の実施形態の間の中間であろう一実施形態において、障壁層２３の厚さの一部分のみを除去することにより、位相ずれを調整することが理論的に可能である。しかしながら、化学的攻撃により除去される厚さの制御は余り正確ではなく、堆積工程における厚さの制御は、材料の除去工程における厚さの制御より大幅に正確であるため、領域Ｚ２において障壁層２３の全体を除去し、制御された厚さの透明材料を再び堆積することが望ましい。

領域Ｚ１とＺ２との間の位相差が出来る限り１８０°（又は１８０°の奇数倍）に近いように加えられる厚さｅは、次のパラメータの関数として計算され得る：入射角θ、層２５の光学（紫外線）指数、除去される構造２２の高さＤ、及び除去される障壁層の高さｄ_Ａである。

追加される厚さの選定は、層２５の反射係数ｎ_Ｂに依存する。

従って、１８０°又は１８０°の奇数倍の位相差を生み出す厚さｅを細かく選ぶことが可能である。

（ハード−ＰＳＭマスクの場合）シリコンのような透明材料で作られた位相差調整層を想定することもまた可能であろう。

調整層２５を堆積するために、はく離プロセスとして知られる工程：レジストの堆積、領域Ｚ２においてそれを除去するためのフォトエッチング、調整層２５の堆積、及びそれを覆う層を伴うレジストの除去を用いることが可能であり、レジストのない領域のみが調整層を保持する。

エッチング障壁層を除去することなく、層の上に位相調整層を堆積することもまた可能であろう。

見られるように、この図６の解決策は、純粋に、そして単純にエッチング障壁層を保持することにある図４の解決策より、どんな場合でも複雑であり、領域Ｚ１の反射率、領域Ｚ１とＺ２との間の反射率の比、及び領域Ｚ１と領域Ｚ２との間の１８０°の位相差といった３つの制約を考慮に入れるために、障壁層の厚さは最初から選ばれているであろう。

本発明は減衰したＰＳＭマスク及び、交互ＰＳＭマスクに適用され得る。

反射モードで動作するファブリ・ペローの共振空胴の原理を図式的に示す。 多層ミラー構造に対する典型的な反射率、透明度、及び吸収の曲線を示す。 空胴の２つのミラーを隔てる距離ｄの関数としての、ファブリ・ペローの空胴に対する反射率曲線を示す。 本発明によるマスク構造を示す。 減衰しないマスク構造を示す。 位相調整層を有するマスク構造を示す。 上部ミラーの層の対の数を変えることによる、エッチング障壁層の厚さの関数としての反射率、反射率の比、及び位相ずれを与えるシミュレーションにより得られる一組の曲線を示す。

Claims (6)

1. 第１の反射域（Ｚ１）と第２の反射域（Ｚ２）から作られるエッチングされたパターンを含む、反射において作用し、そして減衰した位相型の超紫外線フォトリソグラフィー・マスクであって、前記第１の領域は前記第２の領域により反射される光の位相と反対の位相を有する光を反射し、前記マスクは多層の下部反射構造（２２）で均一にコーティングされた基板（２０）と、第１の領域における前記下部反射構造の上部に、エッチング障壁層（２３）及び部分的に反射する上部の多層構造（２４）の積み重ねとを備え、前記エッチング障壁層は前記上部の反射構造の層に対してエッチング選択度特性を有するマスクにおいて、
   前記第２の反射域が、前記エッチング障壁層だけでコーティングされた前記下部の多層構造を含むこと、そしてエッチング障壁層の厚さ（ｄ）が、前記第１の反射域と前記第２の反射域とで同じであり、かつ一方で前記下部の多層構造（２２）、前記エッチング障壁層（２３）、及び前記第１の領域（Ｚ１）において部分的に反射する前記上部構造（２４）の重なりが、波長に応じて変化する反射率及び前記マスクの使用波長における高い反射率を有するファブリ・ペローの共振空胴を構成し、他方で前記第１の反射域と第２の反射域との間の位相差が約１８０°であり、そして最後に前記第２の領域の反射係数が前記第１の領域よりも大幅に低いように選定されることを特徴とする、マスク。
2. 前記第１の領域の反射率が６０％よりも大きく、前記第２の領域と前記第１の領域との間の反射率の比がおよそ６〜１０％であることを特徴とする、請求項１に記載のマスク。
3. 前記エッチング障壁層がクロムで作られることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマスク。
4. 前記エッチング障壁層が酸化ケイ素で作られることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマスク。
5. 前記エッチング障壁層が次の材料：Ｒｕ、ＺｒＯ２、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｌ、ＨｆＯ２、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、ＴａＮから選択されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマスク。
6. その使用波長が１３．５ナノメートルであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のマスク。

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