JP7339845B2 - 反射型フォトマスク及び反射型フォトマスクブランク - Google Patents

Description

本発明は、反射型フォトマスク及び反射型フォトマスクブランクに関し、特には波長が１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶを光源に用いるＥＵＶリソグラフィ用い、多層膜部を掘り込んで低反射部とする反射型フォトマスク及び反射型フォトマスクブランクに関する。

近年、半導体デバイスの微細化に伴い、波長が１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶを光源に用いたＥＵＶリソグラフィが開発されている。ＥＵＶリソグラフィは光源波長が短く光吸収性が非常に高いため、真空中で行われる必要がある。また、ＥＵＶの波長領域においては、ほとんどの物質の屈折率は１よりもわずかに小さい値であるため、ＥＵＶリソグラフィにおいては、従来から用いられてきた透過型の屈折光学系を使用することができず、反射型の光学系を使用する必要がある。従って、ＥＵＶリソグラフィの原版となるフォトマスクも、従来の透過型のマスクは使用できないため、反射型のマスクとする必要がある。

このような反射型フォトマスク（以下ＥＵＶマスクと称する）の代表的な層構造は、低熱膨張基板（以下、適宜単に基板と呼ぶ）の上に、露光光源波長に対して高い反射率を示す多層膜と、多層膜の表面を保護するための保護膜（キャッピング膜とも呼ばれる）と、が形成され、さらにその上層に露光光源波長を吸収する吸収膜が形成されて構成され、吸収膜に回路パターンが形成される。

また、基板の裏面には、露光機内においてＥＵＶマスクを静電チャックするための、ＣｒＮなどからなる裏面導電膜が形成されている。また、保護膜と吸収膜の間に、吸収膜をエッチング加工する際の下地へのダメージを抑えるための緩衝膜（吸収膜をエッチング加工する際のエッチングストッパー膜）を有する構造を持つＥＵＶマスクもある。

上記のＥＵＶマスク構造の場合、吸収膜のパターニングには、電子線描画によりレジストパターニングを行った後、ドライエッチング技術により吸収膜を部分的に除去して、吸収膜によるＥＵＶ光の低反射部と、吸収膜を除去し保護膜と多層膜が露出した高反射部からなる回路パターンを形成する。尚、緩衝膜を有する構造の場合は緩衝膜も同様に除去する。このように作製されたＥＵＶマスクによって反射された光像が反射光学系を経て半導体基板上に転写される。

現在の標準的なＥＵＶマスクを作製するためのＥＵＶマスクブランクに用いられる多層膜は、Ｓｉ（シリコン）とＭｏ（モリブデン）を、それぞれ約４．２ｎｍの膜厚と約２．８ｎｍの膜厚で交互に成膜されて構成され、従来トータルで４０～５０ペア（＝８０層から１００層程度）から成る。また、通常、多層膜の最上膜は、Ｍｏと比較して化学的安定性の高いＳｉとなっている。

ＳｉやＭｏは、ＥＵＶ光に対する吸収（消衰係数）が小さく、且つＳｉとＭｏのＥＵＶ光における屈折率差が大きいので、ＳｉとＭｏの界面での反射率を高く出来ることから用いられている。このような多層膜では、最初の界面でＥＵＶ光の一部が反射されるが、残りの反射できずに透過したＥＵＶ光は次の界面、さらには次の界面で、というように４０回（４０ペアの場合）の反射するチャンスがある。それらの合算が多層膜からのＥＵＶ光の反射率となる。ブランクメーカ各社から販売されているＥＵＶマスクブランクのＥＵＶ反射率は、概ね６０～６５％程度である。

保護膜や緩衝膜は、マスクを作製する際のドライエッチング工程、マスクパターン修正
工程、マスク洗浄工程において、多層膜へのダメージを防止する膜としての役割を担っている。現在の標準的なＥＵＶマスクブランクの保護膜には、洗浄耐性・エッチング耐性が高いとされているルテニウム（Ｒｕ）が用いられ、また緩衝膜にはＣｒＮが用いられている（例えば、特許文献１）。

ＥＵＶマスクは、上述のように反射型マスクであるため、一般に、マスク表面へのＥＵＶ光の入射角度を６度程度とした斜め入射にする必要がある。その場合、ＥＵＶマスク上の回路パターンでＥＵＶ光が反射する際、反射光の方向によっては、吸収膜の高さが影となり、ウェハ上に照射されない現象（いわゆる射影効果）が生じ、転写コントラストが低下することが指摘されている。そこで射影効果を抑制するために、回路パターンが形成される吸収膜の厚みを薄くして、射影効果を低減する手法が検討されているが、射影効果を完全に排除することは出来ない。

射影効果に対する別の対策として、上記のＥＵＶマスクとは異なる構造のＥＵＶマスクも提案されている。これは、低熱膨張基板上の多層膜をエッチング加工して回路パターンを形成したもので、多層膜の部分がＥＵＶ光の高反射部となるのは同じだが、吸収膜を低反射部とするのではなく、多層膜を除去した部分をＥＵＶ光の低反射部とする（例えば、特許文献２、非特許文献１）。このタイプのＥＵＶマスク（以降、掘り込み型ＥＵＶマスクと呼ぶ）であれば、高反射部がパターンの上部となるので射影効果は発生せず、従来のＥＵＶマスクと比べ転写コントラストが高くなることが期待されている。

ところで、ＥＵＶリソグラフィ装置のＥＵＶ光源には、真空中に滴下した液体金属（通常は錫）に、ＣＯ_２パルスレーザーを照射することで発生するプラズマ光が用いられている。このプラズマ光には、ＥＵＶリソグラフィに必要なＥＵＶ光（通常、波長１３．５ｎｍ）だけでなく、真空紫外線（ＶＵＶ；約２００ｎｍ以下）、深紫外線（ＤＵＶ；約３００ｎｍ以下）、紫外線（ＵＶ；約４００ｎｍ以下）、近赤外線（約８００ｎｍ付近）、さらには赤外領域（１０００ｎｍ以上）に亘る波長帯の光も放射される場合が多い。これらの波長帯は、一般にアウトオブバンド（Ｏｕｔ ｏｆ Ｂａｎｄ）と呼ばれる。このように、ＥＵＶリソグラフィには、ＥＵＶ光に伴ってアウトオブバンドの波長を有する光（以下「ＯＯＢ光」という）もリソグラフィ装置のミラーを介して、ＥＵＶマスクに到達する。

掘り込み型ＥＵＶマスクの場合、ＥＵＶ光は多層膜を残した高反射部で反射し、多層膜を除去した低反射部では反射しない。一方、ＯＯＢ光は、多層膜を残した部分（通常、最表面は保護膜であるＲｕやＳｉ）で比較的高い反射光が発生するが、多層膜を除去した低熱膨張基板表面でも５～２０％程度の反射光が発生する。

図１０は、通常の掘り込み型ＥＵＶマスクの高反射部と低反射部の分光反射率を、波長１００～２００ｎｍの範囲で測定した結果を例示する特性図である。最表面にＲｕ保護膜を有するＳｉ／Ｍｏ４０ペアの多層膜からなる高反射部は波長１００ｎｍの光の反射率が１５％以上あり、波長が長くなるにつれて反射率は上昇している。他方、裏面に導電膜ＣｒＮ（ここでは２００ｎｍ厚）が付いた低熱膨張基板は、波長１２０ｎｍ近傍で１７％程度と特に反射率が高く波長２００ｎｍでも５％以上の反射率を維持している。

前記のように、ＯＯＢ光は低熱膨張基板表面でも５％以上の反射率を有するため、ＯＯＢ光によってウェハ上のＥＵＶレジストが感光し、チップ同士の境界領域で多重露光を生じ無視できない光量が積算され、ウェハ上の転写特性の劣化が引き起こされる。具体的には、ウェハ上のレジストパターンのＬＥＲ（ラインエッジラフネス）の増加や未解像が引き起こされる。

特にどの波長領域のＯＯＢ光が問題となるかについては、ＥＵＶリソグラフィ用のレジストは、本来、ＫｒＦ光（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦ光（波長１９３ｎｍ）のリソグラフィ用レジストをベースに開発されている。そのため、広めに見積れば１００～４００ｎｍ、より限定すれば１８０～２６０ｎｍの波長域のＯＯＢ光が問題となる。

上記のＯＯＢ光の問題を解決するための技術を見てみると、特許文献３にひとつの技術が開示されている。これは、低熱膨張基板の多層反射膜とは反対側となる裏面に、微細構造のパターンを形成し、これによって、低熱膨張基板に入射したＯＯＢ光がガラス基板の裏面に至った後、裏面導電膜で反射することを抑制するものである。

しかしながら、本願発明者らが特許文献３に記載の技術を検証するため、低反射部で反射してウェハに照射されるＯＯＢ光の成分を調べたところ、基板の表（オモテ）面で反射する光の方が、基板の裏面で反射する光よりも支配的であることが判明した。すなわち、遮光領域に入射したＯＯＢ光の反射率を低減するためには、基板の裏面で反射する反射光を抑制するだけでは十分でなく、基板の表（オモテ）面における反射光の影響を抑制する必要がある。

非特許文献２では、ＯＯＢ光を低減するために、反射リソグラフィシステムの光学系に装着されるミラーへコーティングする材料や、光源にＳＰＦ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｐｕｒｉｔｙ Ｆｉｌｔｅｒ）を付ける検討がなされているが、ＥＵＶ光の強度の低下が懸念されるとともに、システム上複雑になるという問題がある。

特開２００３－２４９４３４号公報 特開２００９－２１２２２０号公報 特開２０１３－０７４１９５号公報

Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．８８８０、８８８０２Ｍ－６、２０１３ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．７２７３、７２７３１Ｗ－１、２００９

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、反射型フォトマスクを用いるリソグラフィ、特にはＥＵＶリソグラフィにおける、ＯＯＢ光によるウェハ上の転写特性の劣化、具体的には、ウェハ上のレジストパターンのＬＥＲの増加や未解像を緩和する掘り込み型反射型フォトマスク、及びそれを作製するための反射型フォトマスクブランクを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の反射型フォトマスクは、露光光の高反射部と、低反射部と、からなる反射型フォトマスクであって、
前記高反射部は、基板上に形成された、保護膜を上層とする多層膜からなり、
前記低反射部は、前記保護膜と前記多層膜とが除去されてなり、
前記高反射部からの反射光と、前記低反射部からの反射光と、の波長１８０ｎｍ、２４０ｎｍ、３００ｎｍにおける位相差の平均値が１６０～２００度である、ことを特徴とする。

前記本発明の反射型フォトマスクは、前記高反射部からの反射光と、前記低反射部からの反射光と、の波長１２０ｎｍ、１８０ｎｍ、２４０ｎｍ、３００ｎｍ、３６０ｎｍにおける位相差の平均値が１６０～２００度である、ことが好ましい。

前記本発明の反射型フォトマスクでは、前記保護膜は、ドライエッチング用のハードマスク層を兼ねることができる。

前記本発明の反射型フォトマスクでは、低反射部は、前記保護膜と前記多層膜とが除去された部分に加え、前記基板が掘り込まれた部分からなっていてもよい。

前記本発明の反射型フォトマスクでは、前記多層膜はＳｉとＭｏをペアとして交互に積層された多層膜であり、積層数は３９ペア以下であってもよい。

本発明の反射型フォトマスクブランクは、本発明の反射型フォトマスクを作製するための反射型フォトマスクブランクであって、
前記位相差は、前記高反射部からの反射光と、前記低反射部を形成したと仮定した場合の前記低反射部からの反射光と、の位相差である、ことを特徴とする。

本発明によれば、反射型フォトマスクを用いるリソグラフィ、特にはＥＵＶリソグラフィにおける、ＯＯＢ光によるウェハ上の転写特性の劣化、具体的には、ウェハ上のレジストパターンのＬＥＲの増加や未解像を緩和する掘り込み型反射型フォトマスク、及びそれを作製するための反射型フォトマスクブランクを提供することができる。その結果として高品質の半導体デバイスを製造することが可能となる。

本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクの第１実施形態を示す模式断面図である。 本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクの第１実施形態の変形例を示す模式断面図である。 本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクの第２実施形態を示す模式断面図である。 本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクの第２実施形態の変形例を示す模式断面図である。 本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクブランクの第１実施形態を示す模式断面図である。 本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクブランクの第２実施形態を示す模式断面図である。 掘り込み型ＥＵＶマスクの第１実施形態に係る、各波長の光の高反射率部の反射率を計算した結果を、低反射率部の反射率と比較して示す特性図である。 掘り込み型ＥＵＶマスクの第１実施形態に係る、各波長の光の高反射率部と低反射率部の位相差を計算した結果を示す特性図である。 掘り込み型ＥＵＶマスクの第１実施形態に係る、複数の波長の光の高反射率部と低反射率部の位相差の平均値を計算した結果を示す特性図である。 通常の掘り込み型ＥＵＶマスクの高反射部と低反射部の分光反射率を測定した結果を例示する特性図である。

以下、本発明の実施形態に係る反射型フォトマスク及び反射型フォトマスクブランクについて図面を用いて説明する。同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付ける。各図面において、見易さのため構成要素の厚さや比率は誇張されていることがあり、構成要素の数も減らして図示していることがある。また、本発明は以下の実施形態そのままに限定されるものではなく、主旨を逸脱しない限りにおいて、適宜の組み合わせ、変形によって具体化できる。

本願では反射型フォトマスク及び反射型フォトマスクブランクとして、ＥＵＶマスク及びＥＵＶマスクブランクを例示して説明する。

図１は、本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクの第１実施形態１００を示す模式断面図である。第１実施形態１００は、露光光（不図示）の高反射部１０と、低反射部２０と、からなる反射型フォトマスクであって、高反射部１０は、基板１上に形成された、保護膜３を上層とする多層膜２からなり、低反射部２０では、保護膜３と多層膜２とが除去されている。且つ高反射部１０からの反射光（不図示）と、低反射部２０からの反射光（不図示）と、の波長１８０ｎｍ、２４０ｎｍ、３００ｎｍにおける位相差の平均値が１６０～２００度である、ことを特徴とする。

図２は、本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクの第１実施形態の変形例１００ａを示す模式断面図である。第１実施形態の変形例１００ａを、図１の第１実施形態１００と比較すると、低反射部２０ａが、保護膜３ａと多層膜２ａとが除去された部分だけではなく、基板１が掘り込まれた部分５も含む、ことのみが異なる。

図３は、本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクの第２実施形態２００を示す模式断面図である。第２実施形態２００を、図１の第１実施形態１００と比較すると、図１の第１実施形態１００における保護膜３が、保護膜と、多層膜１２をドライエッチングするためのハードマスク層と、を兼用する兼用膜７で代替されていることのみが異なる。

図４は、本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクの第２実施形態の変形例２００ａを示す模式断面図である。第２実施形態の変形例２００ａを、図３の第２実施形態２００と比較すると、低反射部４０ａが、兼用膜７ａと多層膜１２ａとが除去された部分だけではなく、基板１が掘り込まれた部分１５も含む、ことのみが異なる。

上記のように、本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクの実施形態では、いずれも、高反射部からの反射光と、低反射部からの反射光と、のＯＯＢ光の特定の波長範囲における複数の波長の光の位相差の平均値が１６０～２００度である、ことを特徴とする。

前記の、ＯＯＢ光の特定の波長範囲における複数の波長とは、１８０ｎｍ、２４０ｎｍ、３００ｎｍであり、さらに１２０ｎｍ、１８０ｎｍ、２４０ｎｍ、３００ｎｍ、３６０ｎｍであることが、ウェハ上で、より良好な転写特性を得るために好ましい。

上記の位相差の条件規定に至った過程を説明するために、まず、多層膜のペア数を変化させて、構造上は本発明の第１実施形態のＥＵＶマスクと同じ形態の掘り込み型ＥＵＶマスク（以下、略して単に第１実施形態のＥＵＶマスクと記す）を作製し、ＥＵＶ露光で転写を行い、ウェハ上の転写パターンのラインエッジラフネスと解像性を評価した実施例を述べる。

低熱膨張基板の表面に、Ｓｉ（膜厚４．２ｎｍ）とＭｏ（膜厚２．８ｎｍ）を１ペアとする周期膜厚７．０ｎｍの多層膜を、ペア数が９ペアから４０ペアまでの、３２種類作製した。それぞれのサンプルの多層膜上にＲｕからなる保護膜を２ｎｍ、さらにその上には多層膜をドライエッチングする際のハードマスクとしてＳｉＯ_２を１０ｎｍの膜厚で成膜した。基板の裏面にはＣｒＮからなる導電膜を１００ｎｍの膜厚で成膜し、３２種類のＥ
ＵＶマスクブランクを作製した。これらの材料の成膜はスパッタリング装置により、ＤＣスパッタリング法にて実施した。

次に、上記のように作製した多層膜のペア数が異なる３２種類のマスクブランクに対して、ポジ型電子線レジスト（ＳＥＢＰ９０１２：信越化学工業）を３５ｎｍの膜厚で塗布し、電子線描画機（ＪＢＸ３０３０：日本電子社製）によって、マスク上の寸法で６４ｎｍの１：１のライン＆スペースパターンを描画し、ＴＭＡＨ水溶液（濃度２．３８％）のアルカリ現像液により９０秒間のスプレー現像（ＳＦＧ３０００：シグマメルテック社製）を行い、レジストパターンを形成した。

次に、前記レジストパターンをエッチングマスクとして、ＳｉＯ_２ハードマスクを、フッ素系プラズマ（条件；ＣＦ_４流量４０ｓｃｃｍ、圧力５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰパワー２００Ｗ、ＲＩＥパワー５０Ｗ、１２０秒）によってドライエッチングした。次いで、酸素プラズマ（条件；Ｏ_２流量５０ｓｃｃｍ、圧力５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰパワー１００Ｗ、ＲＩＥパワー５０Ｗ、３０秒）によって、Ｒｕ保護膜をドライエッチングした。

次に、塩素系プラズマ（条件；Ｃｌ_２流量５０ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量２ｓｃｃｍ、Ｈｅ流量１００ｓｃｃｍ、圧力３ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰパワー２５０Ｗ、ＲＩＥパワー２０Ｗ）にて多層膜を、基板が露出するまでドライエッチングして除去した。このエッチング時間は多層膜のペア数が少ないほど短くした。次いで、フッ素系プラズマ（条件；ＣＦ_４流量４０ｓｃｃｍ、圧力５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰパワー２００Ｗ、ＲＩＥパワー５０Ｗ、３０秒）によって、不要になったＳｉＯ_２ハードマスクを除去した。最後にＳＰＭ（硫酸過酸化水素水）洗浄及びメガソニック洗浄を処理し、３２種類の掘り込み型のＥＵＶマスクを作製した。

次に、上記の手順で作製したマスクパターンの寸法を、２次電子走査顕微鏡（ＳＥＭ）型パターン寸法測定装置（ＬＷＭ９０４５：アドバンテスト社製）にて測定したところ、いずれのペア数のサンプルでも、パターンサイズ６４ｎｍの１：１のライン＆スペースパターンが形成されていることを確認した。

次に、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により、多層膜の成膜ペア数の異なる全３２サンプルについて、高反射部（多層膜有り部）と低反射部（多層膜除去部）の高低差を測定したところ、周期７ｎｍ×９ペア～周期７ｎｍ×４０ペアに、Ｒｕ保護膜の２ｎｍ分を加えた６５ｎｍ～２８２ｎｍであることを確認した。

次に、ＥＵＶ露光装置（ＮＸＥ３３００Ｂ：ＡＳＭＬ社製）を用いて、ＥＵＶ用ポジ型化学増幅レジストを塗布した半導体ウェハ上に、上記で作製した掘り込み型ＥＵＶマスクパターンを１／４倍に縮小転写した。このときの露光量は３０ｍＪ／ｃｍ^２とした。この際、多層膜のペア数が少ないマスクサンプルほど、ＥＵＶ光反射部の反射率が低いため、露光時間を長く調整することで、ウェハに到達する露光量が３０ｍＪ／ｃｍ^２となるようにした。その結果、どのサンプルについても転写パターンの平均線幅は６４ｎｍの１／４倍の１６ｎｍとなった。

［評価方法］
転写されたレジストパターンのラインエッジラフネス（ＬＥＲ）の測定、及び断線やブリッジの有無による解像性の評価は２次電子走査顕微鏡（ＳＥＭ）型パターン寸法測定装置（ＬＷＭ９０４５：アドバンテスト社製）により行った。

［評価結果］
前記の測定、及び評価を行った結果を表１に示す。尚、ＬＥＲの数値は３σの数値であ
る。

表１の結果から分かるように、多層膜のペア数が１２～１４ペア、１９～２２ペア、２９～３１ペアであるときに、ウェハパターンのＬＥＲが２．２ｎｍ以下となる良好な結果が、周期的に現れることが分かった。また、ＬＥＲが２．６ｎｍ以上になると、ウェハパターンの断線やブリッジが発生していることを確認した。

尚、ＬＥＲが２．２ｎｍ以下であれば、ロジック７ｎｍ世代の半導体デバイス上の電気特性を劣化させることはないが、２．２ｎｍよりも大きいと電気特性が劣化することが知られている。

［シミュレーションによる検証］
以下、シミュレーションによりＯＯＢ光の反射率と位相差を計算し、上記の実施例の結果と比較して、本発明の反射型フォトマスクが備える条件を検討した例を説明する。

一般に、薄膜の光学特性（透過率、反射率、位相差）は、基板と薄膜の光学定数（屈折率：ｎ、消衰係数：ｋ）、薄膜の膜厚、入射する光の波長とが決まれば、一意に定まり、光学理論により計算で求めることができる。多層膜についても同様である（詳細は、例えば、応用物理工学選書３、吉田貞史「薄膜」、株式会社培風館、１９９０年を参照）。

計算に用いた各材料の波長ごとの光学定数を表２に示す。低熱膨張基板については、成分が近い石英（ＳｉＯ_２）で代替している。表２の数値は、［非特許文献：Ｉ．Ｐ．Ｋａｍｉｎｏｗ，Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｎｓｔｅｎｔｓ ｏｆ Ｓｏｌｉｄｓ Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ］から採取した値である。尚、ＣｒＮの波長１２０ｎｍにおける光学定数は不明であり、表２中にも記載していない。これは、波長１２０ｎｍではＳｉＯ_２の消衰係数が大きく、厚い（通常６ｍｍ以上）基板で光は吸収されてしまい、裏面導電膜たるＣｒＮは反射光に影響しないためである。

図７は、掘り込み型ＥＵＶマスクの第１実施形態（図１）における、（ａ）波長１２０ｎｍ、（ｂ）波長２４０ｎｍ、（ｃ）波長３６０ｎｍの光の高反射率部の反射率を、多層膜のペア数（１～４０）を横軸として計算した結果を示す特性図である。比較のために低反射率部の反射率（多層膜がないので一定値となっている）を同時に図示している。

図７から分かるように、いずれの波長においても、ほぼ４ペア以上のペア数で高反射率部の反射率は飽和してしまい、ほぼ一定値となる。但し、特徴として、波長１２０ｎｍ（図７（ａ））では多層膜と保護膜からなる高反射部よりも、基板（ここではＳｉＯ_２）とＣｒＮ裏面導電膜のみである低反射部の方が反射率は高くなる。これは、上記のように、波長１２０ｎｍではＳｉＯ_２の消衰係数が大きく、金属的な光学特性になることによる。従って、１２０ｎｍ付近の波長の光は、より長い波長の光よりもウェハ上の転写パターンの解像性に与える影響が大きくなると推察される。しかしながら、表１の実験結果に見るような、ペア数に対する周期的な解像性の変化を反映してはいない。

図８は、掘り込み型ＥＵＶマスクの第１実施形態における、（ａ）波長１２０ｎｍ、（ｂ）波長２４０ｎｍ、（ｃ）波長３６０ｎｍの光の高反射率部と低反射率部の位相差を、多層膜のペア数（１～４０）を横軸として計算した結果を示す特性図である。尚、図では３６０（ｄｅｇ＝度）から０（ｄｅｇ）へ飛んでいるように見えるが、これは１ペア単位で計算した結果を実線でつないでいることと、位相は３６０（ｄｅｇ）＝０（ｄｅｇ）であることによるもので、実際は３６０（ｄｅｇ）から０（ｄｅｇ）へ連続している。

図８から分かるように、多層膜のペア数に応じて、位相差は０（ｄｅｇ）から３６０（ｄｅｇ）まで周期的に変化する。その周期は波長が長い光ほど長くなり、位相差が１８０度になるペア数は波長によりそれぞれ異なる。

仮に高反射率部と低反射率部の位相差が１８０（ｄｅｇ）であれば、ＥＵＶ波長においてハーフトーン効果を有するマスク（例えば、特開平７－１１４１７３）と同様に、ＯＯＢ光においても高反射率部と低反射率部との境界部の反射光が、反転した位相で重なり合って減衰し、ウェハ上の転写パターンのラインエッジラフネスと解像性が改善すると考えられるが、前記のように、位相差が１８０度になるペア数は波長により異なる。

そこで、実施例の結果を考慮すれば、ＥＵＶマスクの高反射率部と低反射率部との境界部でのＯＯＢ光におけるハーフトーン効果は複数の波長成分が合成されて発現すると考えられる。

図９は、掘り込み型ＥＵＶマスクの第１実施形態に係る、複数の波長の光の高反射率部と低反射率部の位相差の平均値を計算した結果を示す特性図である。図９（ａ）では１８０ｎｍ、２４０ｎｍ、３００ｎｍの、等間隔の３波長の光についての位相差を平均しており、図９（ｂ）では、さらに１２０ｎｍ、３６０ｎｍを加えた５波長の光についての位相差を平均した結果を示している。

図９（ａ）によれば、ペア数１３、２１、３０付近で位相差が１８０ｄｅｇに近くなり、実施例で評価結果（表１）が良好であったときのペア数とほぼ一致することが分かる。また、５波長を用いた図９（ｂ）によれば、図９（ａ）よりもさらにペア数１３、２１、３０付近で位相差が１８０ｄｅｇに近くなり、実施例で評価結果（表１）が良好であったときのペア数に近くなることが分かる。

図９（ｃ）は、比較のために、実施例や図９（ａ）、（ｂ）と異なり、ＣｒＮ裏面導電膜を２０ｎｍとして、図９（ｂ）と同様に５波長での位相差を平均した結果を示している。ここでも位相差はほぼ１６０～２００ｄｅｇの範囲内に収まり、ＣｒＮの膜厚を変えても、本発明で規定する条件を満たすＥＵＶマスクであれば、ＯＯＢ光によるウェハ上の転写特性の劣化は抑制され、ウェハ上のレジストパターンのＬＥＲの増加や未解像は緩和されると考えられる。

実施例の結果、及びシミュレーションから分かるように、本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクでは、従来４０～５０ペアであった多層膜の積層数を３９ペア以下とすることができる。すなわち、上記の例では、ペア数が１３、２１、３０程度であっても転写特性は良好な結果が得られる。多層膜の積層数を少なくできることは、ＥＵＶマスクブランク及びＥＵＶマスクの製造コストを低減できる効果が生まれる。

以上、掘り込み型ＥＵＶマスクの第１実施形態を例として説明したが、高反射部からの反射光と、低反射部からの反射光と、の規定する波長での位相差の平均値が１６０～２００度であればよい。すなわち、保護膜は保護膜とハードマスク層とを兼用する兼用膜である、第２実施形態の掘り込み型ＥＵＶマスクでもよく、低反射部は保護膜と多層膜とが除去された部分に加え基板が掘り込まれた部分を含む、第１実施形態、第２実施形態の変形例であってもよい。

多層膜の材料はＭｏとＳｉに限定されず、露光光に対して高反射を生み出すことに適した材料構成と周期膜厚であれば良い。高反射を得るためには、材料の屈折率差が大きい材
料の組み合わせが良く、ＥＵＶ露光の場合、例えば低屈折率材料としてはＲｕ、Ｍｏ、Ｒｈなどがあり、高屈折率材料としてはＳｉ、Ｂｅ、Ａｌなどがある。

保護膜についても、Ｒｕに限定するものではない。露光時の照射耐性があればよく、適宜選択することができるが、露光光に対して透過性が高い材料であることが望ましい。ＥＵＶ露光の場合、Ｒｕ以外ではＳｉ、Ｚｒ、Ｙ、Ｂｅ、Ｔｉなどが有効である。

ハードマスクについても、ＳｉＯ_２に限定するものではない。ハードマスクは、多層膜をエッチングする際のエッチングガスに十分に耐性があれば良く、使用するガスによって適宜選択すれば良い。例えば、ＴａＢＯ、ＴａＯ、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＣｒＮ、Ｒｕ、Ａｌ_２Ｏ_３なども有効である。

図５は、本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクブランクの第１実施形態１００ｂを示す模式断面図であり、図６は、本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクブランクの第２実施形態２００ｂを示す模式断面図である。第１実施形態１００ｂでは多層膜２ｂ上に保護膜６ｂが形成され、第２実施形態２００ｂでは保護膜６ｂの代わりに兼用膜７ｂが形成されている。

本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクブランクでは、多層膜を含む高反射部からの反射光と、多層膜を含む部分を除去して低反射部を形成したと仮定した場合の低反射部からの反射光と、の波長１８０ｎｍ、２４０ｎｍ、３００ｎｍ、または波長１２０ｎｍ、１８０ｎｍ、２４０ｎｍ、３００ｎｍ、３６０ｎｍにおける位相差の平均値が１６０～２００度である、
ことを特徴とする。

本発明はＥＵＶマスク及びＥＵＶマスクブランクに限定されず、ＯＯＢ光による転写特性の劣化が問題となる反射型フォトマスク及び反射型フォトマスクブランクに適用することができる。

１００・・・・本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクの第１実施形態
１００ａ・・・本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクの第１実施形態の変形例
１００ｂ・・・本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクブランクの第１実施形態
２００・・・・本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクの第２実施形態
２００ａ・・・本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクの第２実施形態の変形例
２００ｂ・・・本発明の掘り込み型ＥＵＶマスクブランクの第２実施形態
１０、１０ａ、３０、３０ａ・・・高反射部
２０、２０ａ、４０、４０ａ・・・低反射部
１・・・・・・低熱膨張基板
２、２ａ、１２、１２ａ・・・多層膜（マスク化後）
２ｂ、１２ｂ・・・・・・・・多層膜（ブランク時）
３、３ａ・・・・・・・・・・保護膜（マスク化後）
３ｂ・・・・・・・・・・・・保護膜（ブランク時）
４・・・・・・裏面導電膜
５、１５・・・低熱膨張基板の掘り込み部
６ｂ・・・・・ハードマスク層
７、７ａ・・・兼用膜（マスク化後）
７ｂ・・・・・兼用膜（ブランク時）

Claims (6)

1. 露光光に対して高い反射率を有する高反射部と、低い反射率を有する低反射部と、からなる反射型フォトマスクであって、
   前記高反射部は、基板上に形成された、保護膜を上層とする多層膜からなり、
   前記低反射部は、前記保護膜と前記多層膜とが除去されてなり、
   前記高反射部からの反射光と、前記低反射部からの反射光と、の波長１８０ｎｍ、２４０ｎｍ、３００ｎｍにおける位相差の平均値が１６０～２００度である、
   ことを特徴とする反射型フォトマスク。
2. 前記高反射部からの反射光と、前記低反射部からの反射光と、の波長１２０ｎｍ、１８０ｎｍ、２４０ｎｍ、３００ｎｍ、３６０ｎｍにおける位相差の平均値が１６０～２００度である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスク。
3. 前記保護膜は、ドライエッチング用のハードマスク層を兼ねる、
   ことを特徴とする請求項１、または２に記載の反射型フォトマスク。
4. 前記低反射部は、前記保護膜と前記多層膜とが除去された部分に加え、前記基板が掘り込まれた部分からなる、
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の反射型フォトマスク。
5. 前記多層膜はＳｉとＭｏをペアとして交互に積層された多層膜であり、積層数は３９ペア以下である、
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の反射型フォトマスク。
6. 請求項１～５いずれか一項に記載の反射型フォトマスクを作製するための反射型フォトマスクブランクであって、
   前記位相差は、前記高反射部からの反射光と、前記低反射部を形成したと仮定した場合の前記低反射部からの反射光と、の位相差である、
   ことを特徴とする反射型フォトマスクブランク。

Images