特許 6070085 反射型マスク及び反射型マスクの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6070085

(24)【登録日】2017年1月13日

(45)【発行日】2017年2月1日

(54)【発明の名称】反射型マスク及び反射型マスクの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 1/24 20120101AFI20170123BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20170123BHJP

【ＦＩ】

   G03F1/24

   G03F7/20 503

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-245267(P2012-245267)

(22)【出願日】2012年11月7日

(65)【公開番号】特開2014-96397(P2014-96397A)

(43)【公開日】2014年5月22日

【審査請求日】2015年7月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】308014341

【氏名又は名称】富士通セミコンダクター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(72)【発明者】

【氏名】香川 武史

【審査官】 新井 重雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２５８７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２９８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３０５４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１２２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２２４５２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００６４２９６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１５１３５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２２０８６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２４０３３４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｆ １／２４

Ｇ０３Ｆ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回路パターン領域と、前記回路パターン領域を囲うスクライブ領域と、前記スクライブ領域を囲う遮光領域とを含む基板と、
前記基板上に形成された多層反射膜と、
前記多層反射膜上に形成された第１の吸収パターンと、
前記第１の吸収パターンの周辺領域の多層反射膜に形成された凹部と、を有し、
前記第１の吸収パターン及び前記凹部は、前記回路パターン領域に形成されていることを特徴とする反射型マスク。

【請求項2】

前記凹部の平面形状は、前記第１の吸収パターンと同じ、もしくは前記第１の吸収パターンよりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の反射型マスク。

【請求項3】

前記凹部は、ＥＵＶ光に対する反射率が４０〜５０％となるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型マスク。

【請求項4】

前記第１の吸収パターンは、回路パターン同士のピッチが３５２ｎｍ以上であるパターン配置で形成された回路パターンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の反射型マスク。

【請求項5】

前記凹部は、前記第１の吸収パターンとの離間距離が７２〜１２８ｎｍとなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の反射型マスク。

【請求項6】

前記多層反射膜上に形成された第２の吸収パターンを有し、
前記第２の吸収パターン及び前記多層反射膜は、前記遮光領域に残されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の反射型マスク。

【請求項7】

前記多層反射膜上に形成された第３の吸収パターンを有し、
前記第３の吸収パターンは、前記スクライブ領域に形成されていることを特徴とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の反射型マスク。

【請求項8】

基板の回路パターン領域上と、前記回路パターン領域を囲うスクライブ領域上と、前記スクライブ領域を囲う遮光領域上とに多層反射膜を形成する工程と、
前記多層反射膜の上に吸収層を形成する工程と、
前記吸収層をパターニングして前記回路パターン領域に第１の吸収パターンを形成する工程と、
前記第１の吸収パターンの周辺領域の前記多層反射膜に凹部を形成する工程と、
を有することを特徴とする反射型マスクの製造方法。

【請求項9】

前記第１の吸収パターンを形成する工程では、前記遮光領域に前記吸収層を残して第２の吸収パターンを形成し、
前記凹部を形成する工程では、前記遮光領域に前記多層反射膜を残すことを特徴とする請求項８に記載の反射型マスクの製造方法。

【請求項10】

前記第１の吸収パターンを形成する工程では、前記吸収層をパターニングして前記スクライブ領域に第３の吸収パターンを形成することを特徴とする請求項８又は９に記載の反射型マスクの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、反射型マスク及び反射型マスクの製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の半導体装置の製造過程では、半導体ウエハの表面に微細な回路パターンを形成する方法として、回路パターンの原版であるフォトマスク（レチクルともいう）に露光光を照射し、縮小光学系を介して半導体ウエハの表面に回路パターンを転写するリソグラフィ技術が用いられている。

【0003】

近年、ＬＳＩの高集積化及び高速化に伴い、回路パターンの微細化が急速に進んでいる。このような回路パターンの微細化に伴い、解像度向上のために波長が３〜３０ｎｍ程度の極端紫外線（ＥＵＶ：Extreme Ultra Violet）を光源に用いたＥＵＶリソグラフィが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このＥＵＶリソグラフィでは、ガラスレチクルのような透過型のマスクでは吸収によるＥＵＶ光の強度低下が著しいことなどから、反射型のマスクが用いられる。

【0004】

このような反射型のマスクの元となるマスクブランクスは、石英ガラスや低熱膨張ガラス基板の上に、露光光源波長に対して高い反射率を有する多層反射膜と、露光光であるＥＵＶ光を吸収する吸収層とが順に積層された構造を有している。このマスクブランクスから反射型のマスクに加工する際には、電子線リソグラフィとエッチング技術により吸収層を部分的に除去し、吸収パターンと多層反射膜とからなる所望の回路パターンを形成する。ＥＵＶ光は、吸収パターンの部分では吸収され、吸収層が除去された部分では多層反射膜により反射される。このように反射型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ウエハ上に転写される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−２１２２２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、フォトリソグラフィにおいては、回路パターンが微細になるほど、必要とされる寸法均一性も小さくなる。この寸法均一性を悪化させる大きな原因の一つとして、露光装置のフォーカスエラー（フォーカス変動）が挙げられる。このようなフォーカス変動が発生すると、形成されるパターンに寸法変動が生じてしまう。とくに、焦点深度（ＤＯＦ：Depth Of Focus）が小さく、フォーカスマージンが狭い孤立パターン（疎パターン）などの場合には、フォーカス変動に伴う寸法変動が顕著となり、甚だしい幅寸法の縮小を招くという問題がある。さらに、ＥＵＶリソグラフィの場合には、孤立パターン自体の更なる微細化に伴って、上記問題がより顕著に現れる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一観点によれば、回路パターン領域と、前記回路パターン領域を囲うスクライブ領域と、前記スクライブ領域を囲う遮光領域とを含む基板と、前記基板上に形成された多層反射膜と、前記多層反射膜上に形成された第１の吸収パターンと、前記第１の吸収パターンの周辺領域の多層反射膜に形成された凹部と、を有し、前記第１の吸収パターン及び前記凹部は、前記回路パターン領域に形成されている。
本発明の一観点によれば、基板の回路パターン領域上と、前記回路パターン領域を囲うスクライブ領域上と、前記スクライブ領域を囲う遮光領域上とに多層反射膜を形成する工程と、前記多層反射膜の上に吸収層を形成する工程と、前記吸収層をパターニングして前記回路パターン領域に第１の吸収パターンを形成する工程と、前記第１の吸収パターンの周辺領域の前記多層反射膜に凹部を形成する工程と、を有する。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一観点によれば、フォーカス変動に伴う寸法変動を抑制することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態の反射型マスクを示す概略断面図。

【図2】一実施形態の反射型マスクを示す概略平面図。

【図3】一実施形態の反射型マスクの一部を拡大した拡大断面図。

【図4】一実施形態の反射型マスクの一部を拡大した拡大平面図。

【図5】多層反射膜の繰り返し数と反射率との関係を示すグラフ。

【図6】多層反射膜の繰り返し数と反射率との関係を示す説明図。

【図7】（ａ）〜（ｄ）は、一実施形態の反射型マスクの作用を示す説明図。

【図8】反射型マスクの半導体装置製造への適用例を示す説明図。

【図9】（ａ）〜（ｄ）は、反射型マスクの半導体装置製造への適用例を示す説明図。

【図10】（ａ）〜（ｄ）は、従来の反射型マスクに生じる問題点を示す説明図。

【図11】（ａ）〜（ｄ）は、従来の反射型マスクにＳＲＡＦ技術を適用した場合の作用を示す説明図。

【図12】（ａ）〜（ｅ）は、一実施形態の反射型マスクの製造方法を示す概略断面図。

【図13】（ａ）〜（ｅ）は、一実施形態の反射型マスクの製造方法を示す概略断面図。

【図14】（ａ）〜（ｃ）は、光強度のシミュレーション結果。

【図15】焦点深度を評価したシミュレーション結果。

【図16】焦点深度と凹部の反射率との関係を評価したシミュレーション結果。

【図17】変形例の反射型マスクを示す概略断面図。

【図18】変形例の反射型マスクを示す概略断面図。

【図19】変形例の反射型マスクを示す概略断面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、一実施形態を図１〜図１６に従って説明する。
図１に示すように、反射型マスク（マスク）１０は、基板１１の上面に、ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光の波長（例えば、１３〜１４ｎｍ）に対して高い反射率を有する多層反射膜１２と、多層反射膜１２上に形成され、ＥＵＶ光を吸収（遮光）する吸収パターン２１，２２，２３とを有している。基板１１の材料としては、低熱膨脹係数（例えば、０±１．０×１０^−７／℃程度の範囲）を有し、平滑性及び平坦性に優れた材料であることが好ましい。具体的には、基板１１の材料としては、例えば低熱膨脹ガラス（ＳｉＯ_２−ＴｉＯ_２系ガラスなど）や石英ガラスを用いることができる。

【0011】

多層反射膜１２は、例えば波長が１３〜１４ｎｍ程度のＥＵＶ光に対して反射率が６０〜７０％程度となるように形成されている。この多層反射膜１２としては、屈折率の異なる元素が周期的に積層された反射膜を用いることができる。例えば、多層反射膜１２としては、重元素又はその化合物の薄膜と、軽元素又はその化合物の薄膜とが交互に４０〜６０周期（ペア）程度積層された多層反射膜が用いられる。具体的には、多層反射膜１２としては、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）を交互に４０周期程度積層したＭｏ／Ｓｉ多層膜が好適に用いられる。すなわち、多層反射膜１２としては、ＭｏとＳｉを合計８０層程度積層したＭｏ／Ｓｉ多層膜が用いられる。ここで、１層のＭｏ膜の厚さは例えば２．９ｎｍ程度とすることができ、１層のＳｉ膜の厚さは例えば４．０ｎｍ程度とすることができる。なお、ＥＵＶ光の波長領域で使用される多層反射膜１２としては、例えばルテニウム（Ｒｕ）／Ｓｉ多層膜、Ｍｏ／ベリリウム（Ｂｅ）多層膜、Ｍｏ化合物／Ｓｉ化合物多層膜、Ｓｉ／ニオブ（Ｎｂ）多層膜、Ｓｉ／Ｍｏ／Ｒｕ多層膜、Ｓｉ／Ｍｏ／Ｒｕ／Ｍｏ多層膜、Ｓｉ／Ｒｕ／Ｍｏ／Ｒｕ多層膜などを用いることもできる。

【0012】

吸収パターン２１，２２，２３は、例えば波長が１３〜１４ｎｍ程度のＥＵＶ光に対して反射率が０〜２０％程度となるように形成されている。このような吸収パターン２１，２２，２３の材料としては、例えばタンタル（Ｔａ）、タンタルホウ素合金（ＴａＢ）、窒化タンタル（ＴａＮ）やクロム（Ｃｒ）を用いることができる。ここで、タンタルは、ＥＵＶ光の吸収係数が大きく、塩素で容易にドライエッチングが可能であるため、加工性に優れているという利点を有する。さらに、タンタルホウ素合金は、タンタルが有する利点に加えて、アモルファス化が容易であり、平滑性に優れた膜が得られるという利点を更に有する。また、タンタルホウ素合金は、膜応力の制御性にも優れているため、マスクパターンの寸法精度を高精度に形成できる材料である。なお、吸収パターン２１，２２，２３の厚さは、露光光であるＥＵＶ光を十分に吸収できる厚さであれば良く、例えば３０〜１００ｎｍ程度とすることができる。

【0013】

図２に示すように、反射型マスク１０（基板１１）は、平面視略中央部に形成された回路パターン領域３１と、その回路パターン領域３１を囲むように枠状に形成されたスクライブ領域３２と、そのスクライブ領域３２を囲むように枠状に形成された遮光領域３３とを有している。スクライブ領域３２は回路パターン領域３１よりも外側に形成され、遮光領域３３はスクライブ領域３２よりも外側に形成されている。なお、図１に示すように、回路パターン領域３１には上記吸収パターン２１が形成され、スクライブ領域３２には上記吸収パターン２２が形成され、遮光領域３３には吸収パターン２３が形成されている。

【0014】

スクライブ領域３２には、ロットを流すためのアライメントマークやプロセスモニタ等のパターンが形成される。遮光領域３３には、その遮光領域３３に形成された多層反射膜１２の上面１２Ａ全面を被覆する吸収パターン２３が形成されている。すなわち、遮光領域３３では、遮光膜として機能する吸収パターン２３がその遮光領域３３全面に形成されている。

【0015】

回路パターン領域３１には、所望の形状にパターニングして形成された吸収パターン２１と、その吸収パターン２１から露出された多層反射膜１２とによって所望の回路パターンが形成されている。具体的には、回路パターン領域３１では、吸収パターン２１が所望の回路パターンに対応する形状（平面形状）にパターニングされて形成されている。なお、図１では、回路パターン領域３１に多数形成された吸収パターン２１のうち特定の吸収パターン２１Ａが形成された部分のみを示している。この特定の吸収パターン２１Ａとは、回路パターン同士のピッチが大きい（例えば、ピッチが３５２ｎｍ以上（ウエハスケールでは８８ｎｍ以上）の）パターン配置で形成された回路パターンのことである。このようなピッチの大きいパターンを以下、疎パターンとも言う。

【0016】

次に、吸収パターン２１Ａ及びその周辺構造について説明する。ここでは、まず、従来の疎パターンにおける問題点等を説明する。但し、本発明は疎パターンのみに適用されることを意味するものではなく、パターン間隔（ピッチ）が上記数値以下の場合であっても、同様の課題が発生する場合には有効である。

【0017】

図１０（ａ）は、基板６１上に多層反射膜６２が積層され、その多層反射膜６２上に疎パターン６３が形成された従来の反射型マスク６０を示しており、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示したマスク６０を用いて露光するときの光強度分布を示している。この光強度分布では、疎パターン６３に対応する位置、つまり中央部に大きな下に凸のピークが１つ現れている。また、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）に示したマスク６０を用いて半導体ウエハ７０の上面に形成されたレジスト膜を露光・現像した後のレジストパターン７１を示している。ここでは、未露光部分をレジストパターン７１として残すポジ型のレジスト膜を使用している。このとき、図１０（ｂ）に示したしきい値（臨界値）ＴＨよりも低い強度の露光光で露光された部分は未露光部分となる。換言すると、図１０（ｂ）に示した光強度分布で露光されたレジストを現像した場合、しきい値ＴＨを超える強度の露光光で露光された部分が開口部となるレジストパターン７１が形成される。これにより、図１０（ｃ）に示すように、図１０（ａ）に示した疎パターン６３がレジストに転写され、疎パターン６３に対応する１つのレジストパターン７１が半導体ウエハ７０上に形成される。そして、図１０（ｄ）は、上記疎パターン６３におけるＣＤ−ＦＯＣＵＳ曲線（実線参照）と、密パターンにおけるＣＤ−ＦＯＣＵＳ曲線（一点鎖線参照）とを示している。ここで、密パターンとは、回路パターン同士のピッチが小さいパターン配置で形成された回路パターン（つまり、密集して形成された回路パターン）のことである。

【0018】

上記ＣＤ−ＦＯＣＵＳ曲線から、焦点深度（ＤＯＦ：Depth Of Focus）の変化が、半導体ウエハ７０上に形成されるパターンの寸法（ここでは、レジストパターン７１の寸法）に及ぼす影響を把握することができる。このＣＤ−ＦＯＣＵＳ曲線において、縦軸はレジストに転写されたパターンの出来上がり線幅（ＣＤ：Critical Dimension）を示し、横軸はパターンを露光する際におけるフォーカスのずれを示している。密パターンのように、上に凸の放物線の傾斜が比較的緩やかである場合には、焦点深度は比較的広く、フォーカスマージンが比較的大きいことを意味している。一方、疎パターンのように、上に凸の放物線の傾斜が比較的急峻である場合には、焦点深度が比較的狭く、フォーカスマージンが比較的狭いことを意味している。すなわち、疎パターンは、密パターンに比べて、焦点深度が狭く、フォーカスマージンが狭くなる。このため、疎パターンの場合には、フォーカス変動に伴うレジスト寸法の変動が大きくなるという問題がある。

【0019】

なお、上記放物線の頂点にあたるフォーカス値のことをベストフォーカスといい、一般には、ベストフォーカスの際のレジスト寸法が最も大きくなる。そして、焦点深度の深さを比較検討する際には、ベストフォーカスのときのレジスト寸法に対して９０％以上の寸法となるフォーカス範囲を実効的な焦点深度として比較検討に用いられる。

【0020】

ＥＵＶリソグラフィにおいて焦点深度及びフォーカスマージンを拡大する方法としては、従来のフォトリソグラフィで利用されている補助パターン（ＳＲＡＦ：Sub-resolution Assist Feature）技術をそのまま適用する方法が考えられる。

【0021】

図１１（ａ）に示すように、ＳＲＡＦ技術では、疎パターン６３（メインパターン）の周辺領域に、形成すべき所望の回路パターンにないパターンである補助パターン（ＳＲＡＦ）６４が形成される。このＳＲＡＦ技術では、補助パターン６４自体が解像しないことが必要であるため、その補助パターン６４は露光装置で解像されないサイズに形成される。詳述すると、補助パターン６４を設けたマスク６０Ａを用いて露光するときの光強度分布は、図１１（ｂ）に示すように、疎パターン６３に対応する位置（中央部）に大きな下に凸のピークが現れ、そのピークの両側に、比較的小さな下に凸のピークが補助パターン６４に対応して現れる。そして、補助パターン６４に対応するピーク値がしきい値ＴＨよりも低くならないように、補助パターン６４のサイズが疎パターン６３よりも小さく設定される。換言すると、補助パターン６４が疎パターン６３（メインパターン）に比べて小さく形成されるため、その補助パターン６４に対応して現れる光強度のピークは疎パターン６３に対応して現れる光強度のピークよりも小さくなる。このような光強度分布で露光されたレジストを現像した場合には、補助パターン６４がレジストに転写されず、疎パターン６３のみがレジストに転写される。このため、図１１（ｃ）に示すように、疎パターン６３に対する１つのレジストパターン７１のみが半導体ウエハ７０上に形成される。そして、図１１（ｄ）は、上記補助パターン６４を設けた場合の疎パターン６３におけるＣＤ−ＦＯＣＵＳ曲線（実線参照：ＳＲＡＦあり）を、図１０（ｄ）に示した疎パターンにおけるＣＤ−ＦＯＣＵＳ曲線（破線参照：ＳＲＡＦなし）に重ねて示している。この図１１（ｄ）から明らかなように、補助パターン６４を設けたことにより、上に凸の放物線の傾きが緩やかになり、焦点深度及びフォーカスマージンが拡大されることが分かる。

【0022】

このように、ＥＵＶリソグラフィにおいてもＳＲＡＦ技術を適用することにより、焦点深度及びフォーカスマージンを拡大することができる。しかし、実際のＥＵＶリソグラフィでは、従来のフォトリソグラフィに比べて、疎パターン６３（メインパターン）のサイズが大幅に小さくなる。このため、その疎パターン６３よりも小さく、且つ、解像しない補助パターン６４を作製するのは、マスク製造上極めて困難である。仮に、疎パターン６３よりも小さく、且つ、解像しない補助パターン６４を作製できたとしても、製造コストが大幅に増大するという問題が生じる。

【0023】

これに対し、図３に示すように、本実施形態のマスク１０では、吸収パターン２１Ａの周辺領域（近傍）に、上記補助パターン６４の代わりに、凹部１３が形成されている。この凹部１３の幅は、図１１に示した補助パターン６４に比べて大きくすることができ、例えば、吸収パターン２１Ａと同様のサイズとすることも可能である。具体的には、吸収パターン２１Ａの周辺領域において吸収パターン２１から露出された多層反射膜１２に凹部１３が形成されている。各凹部１３は、多層反射膜１２の上面１２Ａから該多層反射膜１２の厚さ方向の中途位置まで形成されている。すなわち、各凹部１３は、その底面１３Ａが多層反射膜１２の厚さ方向の中途に位置するように形成されている。これら凹部１３は、吸収パターン２１Ａにおける焦点深度及びフォーカスマージンを拡大するために設けられている。すなわち、凹部１３は、上述した補助パターン６４と同様の機能を有している。このように、吸収パターン２１Ａと同等のサイズを有する凹部１３に従来の補助パターン６４と同様の機能を持たせることができるため、吸収パターン２１Ａを加工する際と同等の加工精度でＳＲＡＦ技術を反射型マスク１０に適用することができる。

【0024】

次に、吸収パターン２１Ａ及び凹部１３の構造について詳述する。
図４に示すように、本例の吸収パターン２１Ａは、平面視略矩形状に形成されている。この吸収パターン２１Ａの幅Ｌ１（短手方向の長さ）は、例えば６５〜１２０ｎｍ程度（ウエハスケールでは１６〜３０ｎｍ程度）とすることができる。この吸収パターン２１Ａの両側には、平面視略矩形状の凹部１３が形成されている。これら凹部１３は、露光装置で解像されないように形成されている。具体的には、凹部１３は、露光装置で解像されないように、当該凹部１３の幅Ｌ２（短手方向の長さ）、形成位置及び深さが設定されている。

【0025】

例えば、凹部１３の幅Ｌ２は、吸収パターン２１Ａの幅Ｌ１と同等の長さに設定することができる。具体的には、凹部１３の幅Ｌ２は、吸収パターン２１Ａの幅Ｌ１の０．８〜１．５倍程度の長さに設定することができる。より具体的には、凹部１３の幅Ｌ２は、例えば７２〜１２８ｎｍ程度（ウエハスケールでは１８〜４２ｎｍ程度）とすることができる。

【0026】

また、凹部１３の形成位置、具体的には吸収パターン２１Ａ（メインパターン）との離間距離Ｌ３は、吸収パターン２１Ａの幅Ｌ１及び凹部１３の幅Ｌ２と同等の長さに設定することができる。具体的には、上記離間距離Ｌ３は、例えば７２〜１２８ｎｍ程度（ウエハスケールでは１８〜４２ｎｍ程度）とすることができる。

【0027】

図３に示した凹部１３は、その底面１３ＡにおけるＥＵＶ光に対する反射率が、多層反射膜１２の上面１２ＡにおけるＥＵＶ光に対する反射率（６０〜７０％程度）よりも小さく、且つ吸収パターン２１Ａの上面におけるＥＵＶ光に対する反射率（０〜２０％程度）よりも大きくなるように、上面１２Ａから底面１３Ａまでの深さが設定されている。例えば、凹部１３は、その底面１３ＡにおけるＥＵＶ光に対する反射率が４０〜５０％程度となるように深さが設定されている。

【0028】

ここで、図５に示すように、多層反射膜１２は、その層数、具体的にはＭｏ／Ｓｉの繰り返し数（周期数）が変化すると、ＥＵＶ光に対する反射率が変化する。具体的には、多層反射膜１２におけるＭｏ／Ｓｉの繰り返し数が少なくなるほど、ＥＵＶ光に対する多層反射膜１２の反射率が小さくなる。そこで、本実施形態のマスク１０では、図３に示すように、多層反射膜１２に凹部１３を形成してその多層反射膜１２におけるＭｏ／Ｓｉの繰り返し数を少なくすることで、凹部１３の底面１３Ａにおける反射率を多層反射膜１２の上面１２Ａにおける反射率よりも小さくしている。具体的には、凹部１３は、Ｍｏ／Ｓｉの繰り返し数が１０〜１５周期程度となるように、多層反射膜１２の上面１２Ａから２５〜３０周期程度のＭｏ／Ｓｉを除去（薄化）して形成されている。これにより、凹部１３の底面１３Ａでは、ＥＵＶ光に対して４０〜５０％程度の反射率を達成することができる（図５参照）。

【0029】

また、図６に示すように、多層反射膜１２の一部に凹部１３が形成されると、その凹部１３の底面１３Ａと多層反射膜１２の上面１２Ａとの間に段差が生じる。すると、底面１３Ａにおける光路長（実線参照）が上面１２Ａにおける光路長（一点鎖線参照）よりも長くなるため、多層反射膜１２の上面１２Ａからマスク１０の外部（図６の上側）に放射される光と、底面１３Ａからマスク１０の外部に放射される光の位相とに差が生じる（位相がシフトされる）。このため、多層反射膜１２に凹部１３を形成することによって、その凹部１３の底面１３ＡにおけるＥＵＶ光に対する反射率を小さくすることができる。

【0030】

なお、本例では、吸収パターン２１Ａの両側のみに凹部１３を形成するようにしたが、例えば吸収パターン２１Ａの四方を囲むように凹部１３を形成するようにしてもよい。
次に、図７を参照して、反射型マスク１０の作用を説明する。

【0031】

図７（ａ）は、図３に示したマスク１０を上下反転して示しており、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示したマスク１０を用いて露光するときの光強度分布を示している。また、図７（ｃ）は、図７（ａ）に示したマスク１０を用いて半導体ウエハ４０上に形成されたレジストを露光・現像した後のレジストパターン４１を示している。さらに、図７（ｄ）は、凹部１３を形成した場合の吸収パターン２１ＡにおけるＣＤ−ＦＯＣＵＳ曲線（実線参照）を、図１０（ｄ）に示した吸収パターン（つまり、ＳＲＡＦ６４及び凹部１３を形成していない場合の疎パターン６３）におけるＣＤ−ＦＯＣＵＳ曲線（破線参照）に重ねて示している。

【0032】

図７（ｂ）に示した光強度分布では、吸収パターン２１Ａに対応する位置、つまり中央部に大きな下に凸のピークが現れ、そのピークの両側に、比較的小さな下に凸のピークが凹部１３に対応して現れている。詳述すると、凹部１３の底面１３Ａにおける反射率が、多層反射膜１２の上面１２Ａにおける反射率よりも低く、吸収パターン２１Ａの上面における反射率よりも高く設定されているため、凹部１３に対応する下に凸のピークが吸収パターン２１Ａに対応する下に凸のピークよりも小さくなっている。そして、マスク１０では、上述したように凹部１３がレジストに転写されないように、つまり凹部１３に対応して現れる光強度のピークがしきい値ＴＨよりも低くならないように、凹部１３の幅、形成位置及び深さが設定されている。このような凹部１３を形成することにより、図７（ｂ）に示すように、補助パターン６４を設けた場合の光強度分布（図１１（ｂ）参照）と同様の光強度分布を得ることができる。この図７（ｂ）に示した光強度分布で露光されたレジストを現像した場合には、しきい値ＴＨを超える強度の露光光で露光された部分が開口部となるレジストパターンが形成される。このため、図７（ｃ）に示すように、凹部１３はレジストに転写されず、吸収パターン２１Ａのみがレジストに転写され、その吸収パターン２１Ａに対するレジストパターン４１が半導体ウエハ４０上に形成される。さらに、凹部１３を形成したことにより、補助パターン６４を設けた場合の光強度分布と同様の光強度分布を得ることができるため、図７（ｄ）に示すように、補助パターン６４又は凹部１３を形成しない場合（破線参照）に比べて、ＣＤ−ＦＯＣＵＳ曲線における上に凸の放物線の傾きが緩やかになる。すなわち、凹部１３を形成したことにより、対応する吸収パターン２１Ａにおける焦点深度及びフォーカスマージンを拡大することができる。換言すると、吸収パターン２１Ａの周辺領域に、ＥＵＶ光に対する反射率を低下させ、且つ解像させない凹部１３を形成することにより、その凹部１３を従来の補助パターン６４と同様に機能させることができる。

【0033】

次に、図８及び図９を参照して、上記マスク１０を半導体装置の製造に適用した場合の一例を説明する。ここでは、吸収パターン２１Ａにより転写されるパターンとしてゲートパターン５３を想定し、素子分離絶縁膜５１により画定された活性領域５０Ａを有するシリコン基板（半導体ウエハ）５０上にゲートパターン５３を形成する場合を例示している。

【0034】

図８に示すように、シリコン基板５０上には、ゲート絶縁膜５２Ａを介してゲート電極膜５３Ａが形成され、そのゲート電極膜５３Ａの上面全面を被覆するレジスト膜５４Ａが形成されている。このレジスト膜５４Ａを所望の形状にパターニングする際に、上記マスク１０が利用される。すなわち、マスク１０を用いてゲート電極膜５３Ａ上に形成されたレジスト膜５４Ａを露光する。具体的には、図８に示すように、マスク１０の照射面（多層反射膜１２の上面１２Ａや凹部１３の底面１３Ａ）に対して垂直方向から所定角度傾いた入射角（例えば、６°程度）で光源５６からＥＵＶ光をマスク１０に照射し、そのマスク１０で反射された反射光をレジスト膜５４Ａに露光する。ここで、上記レジスト膜５４Ａとしては、未露光部分をパターンとして残すポジ型のレジスト膜が使用されている。このため、マスク１０を用いてレジスト膜５４Ａを露光した後に現像すると、マスク１０の吸収パターン２１Ａがレジスト膜５４Ａに転写され、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、吸収パターン２１Ａに対応する形状（つまり、平面視略矩形状）のレジストパターン５４がゲート電極膜５３Ａ上に形成される。このとき、図８に示したマスク１０の凹部１３は、解像限界以下となるように形成されているため、レジスト膜５４Ａには転写されない。さらに、吸収パターン２１Ａに凹部１３を付加したことにより、吸収パターン２１Ａにおける焦点深度及びフォーカスマージンを拡大することができるため、その吸収パターン２１Ａに対応するレジストパターン５４のサイズ（線幅）のばらつきを抑制することができる。

【0035】

続いて、レジストパターン５４をエッチングマスクにして、ゲート電極膜５３Ａ及びゲート絶縁膜５２Ａを、素子分離絶縁膜５１及び活性領域５０Ａが露出するまでエッチングする。これにより、図９（ｃ）及び図９（ｄ）に示すように、吸収パターン２１Ａ（図３及び図４参照）に対応する形状（つまり、平面視略矩形状）のゲートパターン５３及びゲート絶縁膜５２がシリコン基板５０上に形成される。このときのゲートパターン５３のサイズは、縮小投影によりマスク１０の吸収パターン２１Ａのサイズの１／４程度になる。すなわち、吸収パターン２１Ａの幅Ｌ１（図３及び図４参照）が８８ｎｍである場合には、ゲートパターン５３の幅Ｌ４（図９（ｃ）参照）が２２ｎｍ程度となる。なお、ゲートパターン５３及びゲート絶縁膜５２を形成した後に、上記レジストパターン５４は除去される。

【0036】

次に、反射型マスク１０の製造方法について説明する。ここでは、吸収パターン２１Ａ及びその吸収パターン２１Ａの周辺構造（具体的には、凹部１３）を製造する方法について説明する。

【0037】

図１２（ａ）に示す工程では、まず、基板１１上に多層反射膜１２が積層された構造体を準備する。例えば、基板１１上に、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対して反射率が６０〜７０％程度となるように設計されたＭｏとＳｉの４０周期（４０ペア）の積層構造を持つ多層反射膜１２をスパッタリング装置により形成する。続いて、図１２（ｂ）に示す工程では、多層反射膜１２の上面１２Ａ全面を被覆するように吸収層２０を形成する。これにより、マスク１０を製造する際の元となるマスクブランクスが製造される。なお、吸収層２０は、例えばスパッタリング装置により形成することができる。

【0038】

次いで、図１２（ｃ）に示す工程では、吸収層２０の上面全面を被覆するように、化学増幅型レジストである電子線レジスト８０Ａを形成する。例えば、吸収層２０上に液状の電子線レジストを塗布し、所定の加熱処理を行うことにより電子線レジスト８０Ａを形成することができる。

【0039】

次に、電子線描画装置を用いて、電子線レジスト８０Ａに対して電子ビームで所望の回路パターンを描画する。続いて、ＰＥＢ（Post Exposure Bake）工程及び現像工程を行って、図１２（ｄ）に示すように、レジストパターン８０を形成する。すなわち、レジストパターン８０は、電子線リソグラフィによって形成される。

【0040】

次いで、レジストパターン８０をエッチングマスクとして、吸収層２０をエッチングする。具体的には、レジストパターン８０から露出している吸収層２０をエッチングし、その吸収層２０を所定形状にパターニングする。これにより、図１２（ｅ）に示すように、多層反射膜１２上に吸収パターン２１Ａ（回路パターン）が形成される。この吸収層２０のパターニングは、例えばフッ素系プラズマ又は塩素系プラズマ、もしくは必要な場合には上記両方のプラズマを用いたプラズマエッチングにより行うことができる。

【0041】

次に、図１３（ａ）に示す工程では、レジスト剥離洗浄により、図１２（ｅ）に示したレジストパターン８０を除去する。
続いて、図１３（ｂ）に示す工程では、図１２（ｃ）に示した工程と同様の製造工程により、多層反射膜１２の上面１２Ａに、その多層反射膜１２の上面１２Ａ全面及び上記吸収パターン２１Ａを被覆する電子線レジスト８１Ａを形成する。次いで、電子線リソグラフィによって電子線レジスト８１Ａをパターニングして、図１３（ｃ）に示すように、凹部１３となる部分の多層反射膜１２を露出させる開口部８１Ｘを有するレジストパターン８１を形成する。

【0042】

次に、図１３（ｄ）に示す工程では、レジストパターン８１をエッチングマスクとして、多層反射膜１２、つまりＭｏ／Ｓｉ多層膜をエッチングにより薄化し、多層反射膜１２の所要箇所（吸収パターン２１Ａの周辺領域）に凹部１３を形成する。このとき、例えば波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対して反射率が４０〜５０％程度となるように多層反射膜１２の薄化（凹部１３の形成）が行われる。なお、多層反射膜１２の薄化は、例えばフッ素系プラズマ又は塩素系プラズマ、もしくは必要な場合には上記両方のプラズマを用いたプラズマエッチングにより行うことができる。

【0043】

そして、図１３（ｅ）に示す工程では、レジスト剥離洗浄により、図１３（ｄ）に示したレジストパターン８１を除去する。
以上の製造工程により、図１等に示したマスク１０を製造することができる。

【0044】

次に、図１４及び図１５を参照して、上記反射型マスク１０の評価結果について説明する。
まず、評価用のサンプルを実施例１、比較例１及び比較例２の３種類作成した。具体的には、図１４（ａ）に示すように、実施例１のサンプルは、吸収パターン２１Ａに凹部１３を付加したマスク１０である。この実施例１のサンプルでは、吸収パターン２１Ａの幅を８８ｎｍ（ウエハスケールでは２２ｎｍ）、凹部１３の幅を８８ｎｍ（ウエハスケールでは２２ｎｍ）に設定し、ＥＵＶ光に対する反射率が５０％となるように凹部１３を形成した。また、図１４（ｂ）に示すように、比較例１のサンプルは、疎パターン６３に補助パターン６４を付加したマスク６０Ａである。この比較例１のサンプルでは、疎パターン６３の幅を８８ｎｍ（ウエハスケールでは２２ｎｍ）、補助パターン６４の幅を４０ｎｍ（ウエハスケールでは１０ｎｍ）に設定した。また、図１４（ｃ）に示すように、比較例２のサンプルは、補助パターン６４や凹部１３を形成せずに、疎パターン６３のみを形成したマスク６０である。この比較例２のサンプルでは、疎パターン６３の幅を８８ｎｍ（ウエハスケール２２ｎｍ）に設定した。

【0045】

そして、３種類のサンプル、つまりマスク１０，６０Ａ，６０の各々について同じ条件で光強度分布を計算した。そのシミュレーション結果を図１４（ａ）〜（ｃ）に示す。このシミュレーション結果において、横軸は位置を示しており、縦軸は光強度を示している。さらに、マスク１０，６０Ａ，６０の各々について、露光量及びフォーカスの値を変化させ、ベストフォーカスのときのレジスト寸法に対して９０％以上の寸法となるフォーカス範囲を調べ、各マスク１０，６０Ａ，６０における焦点深度を評価した。その評価結果を図１５に示す。なお、焦点深度の値が大きいほど、フォーカスマージンが大きいことを意味している。

【0046】

図１４（特に、図１４（ａ）、（ｂ））の結果から明らかなように、実施例１のサンプルは、吸収パターン２１Ａに凹部１３を付加したことにより、疎パターン６３に補助パターン６４を付加した比較例１のサンプルの光強度分布と同等の光強度分布を得ることができた。具体的には、実施例１のサンプルは、吸収パターン２１Ａに対応する光強度のピークと凹部１３に対応する光強度のピークとの位置関係が、疎パターン６３に対応する光強度のピークと補助パターン６４に対応する光強度のピークとの位置関係と略同じになる光強度分布を得ることができた。このため、図１５に示すように、実施例１のサンプルは、比較例１のサンプルにおける焦点深度と略同じ値の焦点深度を得ることができた。そして、実施例１及び比較例１と比較例２とを比較すると、凹部１３又は補助パターン６４を設けることにより（実施例１、比較例１）、それら凹部１３及び補助パターン６４を設けない場合（比較例２）に比べ、焦点深度を大幅に拡大（改善）できることが確認された。すなわち、凹部１３の形成によって、補助パターン６４を形成した場合と同等の焦点深度の改善効果を得られることが確認された。

【0047】

次に、図１６を参照して、凹部１３における反射率と焦点深度との関係を評価した結果について説明する。図１６は、凹部１３の深さを変化させて凹部１３におけるＥＵＶ光に対する反射率を変化させたときの焦点深度を測定した結果を示すグラフである。なお、測定した焦点深度は、上記実施例１のサンプルにおける吸収パターン２１Ａについて測定したものである。

【0048】

図１６の結果から明らかなように、吸収パターン２１Ａの周辺領域に凹部１３を形成することにより、焦点深度を増加させることができるのが確認された。さらに、凹部１３における反射率を小さくするほど（凹部１３を深く形成するほど）、焦点深度を増加させることができるのが確認された。例えば、凹部１３における反射率を４５％程度にした場合、凹部１３を形成しない場合（反射率が７０％）と比較して、焦点深度を１．４倍程度に改善することができる。

【0049】

但し、凹部１３の反射率が小さくなりすぎると、露光処理時の条件にもよるが、本来不要である凹部１３までもが解像されてしまう。図１６の測定例では、凹部１３の反射率が４０〜４３％よりも低くなると、凹部１３が解像された。この測定結果より、凹部１３の反射率は、４０％以上５０％以下であること好ましく、４５％以上５０％以下であることがより好ましい。なお、このような凹部１３の反射率は、実験及びシミュレーション等により、ある条件（露光条件やマスクの構造など）に対して凹部１３の解像限界となる反射率を求め、上記ある条件に対して最適な反射率が設定される。

【0050】

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）吸収パターン２１Ａの周辺領域において吸収パターン２１から露出された多層反射膜１２に凹部１３を形成するようにした。この凹部１３の形成、つまり多層反射膜１２の薄化により、凹部１３の底面１３Ａにおける（吸収パターン２１Ａ近傍における）ＥＵＶ光に対する反射率を小さくすることができる。これにより、吸収パターン２１Ａに対応する下に凸の光強度のピークの両側に、そのピークよりも小さいピークが現れる光強度分布、つまりＳＲＡＦ技術を適用した場合と同様の光強度分布を得ることができる。したがって、凹部１３又は補助パターン６４を形成しない場合に比べて、吸収パターン２１Ａにおける焦点深度及びフォーカスマージンを拡大することができる。この結果、フォーカス変動に伴うパターン（レジストパターン４１など）の寸法変動を抑制することができる。

【0051】

（２）凹部１３の平面形状（例えば、幅Ｌ２）を、吸収パターン２１Ａの平面形状（例えば、幅Ｌ１）と同程度のサイズになるように形成した。これにより、吸収パターン２１Ａを加工する際と同等の加工精度で凹部１３を形成することができる。さらに、このような加工精度で形成された凹部１３によって、吸収パターン２１Ａにおける焦点深度及びフォーカスマージンを拡大することができる。すなわち、吸収パターン２１Ａを加工する際と同等の加工精度によって、ＳＲＡＦ技術と同様の機能を果たす凹部１３を形成することができる。したがって、吸収パターン２１Ａのサイズが小さくなった場合であっても、凹部１３を好適に形成することができ、さらに凹部１３を形成することによる製造コストの増大を好適に抑制することができる。

【0052】

（他の実施形態）
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・図１７に示すように、基板１１の下面に導電膜１４を形成するようにしてもよい。この導電膜１４の材料としては、例えば窒化クロム（ＣｒＮ）を用いることができる。この導電膜１４の形成により、ＥＵＶ光の露光時に静電チャックを行うことができるようになる。

【0053】

・図１８に示すように、多層反射膜１２と吸収パターン２１，２２，２３との間に緩衝層１５を形成するようにしてもよい。すなわち、基板１１上に、多層反射膜１２、緩衝層１５、吸収パターン２１，２２，２３を順に積層するようにしてもよい。緩衝層１５の材料としては、例えばクロムを含む材料を用いることができる。クロムを含む材料としては、例えば窒化クロム、酸化クロム（ＣｒＯ）、炭化クロム（ＣｒＣ）、酸化窒化クロム（ＣｒＮＯ）を用いることができる。上記緩衝層１５の形成により、吸収層２０のエッチング時等に、緩衝層１５の直下に形成された多層反射膜１２を好適に保護することができる。

【0054】

・図１９に示すように、基板１１の下面に導電膜１４を形成し、多層反射膜１２と吸収パターン２１，２２，２３との間に緩衝層１５を形成するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0055】

１０ 反射型マスク
１１ 基板
１２ 多層反射膜
２０ 吸収層
２１，２２，２３ 吸収パターン
２１Ａ 吸収パターン
３１ 回路パターン領域
３２ スクライブ領域
３３ 遮光領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】