JP2004096063A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】極短紫外光を反射する場合であっても、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を提供する。
【解決手段】短紫外光を反射する反射多層膜基板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とを具備してなる位相シフトマスク１０を構成するのにあたって、先ず、極短紫外光に対する任意の複素屈折率と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極短紫外光の反射光の位相および反射率を特定する。そして、その特定結果を基にして、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、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を設定する。
【選択図】 図１
【解決手段】短紫外光を反射する反射多層膜基板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とを具備してなる位相シフトマスク１０を構成するのにあたって、先ず、極短紫外光に対する任意の複素屈折率と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極短紫外光の反射光の位相および反射率を特定する。そして、その特定結果を基にして、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、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を設定する。
【選択図】 図１
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ＣａＦ２（フッ化カルシウム）やＳｉＯ２（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ＳｉＯ２（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φ１、第２領域１２ｂにおける入射光と反射光の位相差をφ２、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】
【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。φ１およびφ２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】
【００２７】
【数３】
【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Ｒ１、第２領域１２ｂの反射率をＲ２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】
【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ψ１（λ）が、以下に示す（５）式によって特定される。
【００５６】
【数５】
【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ψ２（λ）が、以下に示す（６）式によって特定される。
【００５８】
【数６】
【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】
【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Ｃｌ２＋Ｏ２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＋Ｃｌ２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＋Ｃｌ２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ＲｕＣｌ３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ＳｉＣｌ４の沸点は５７．６℃、Ｍｏの塩化物ＭｏＣｌ５の沸点は２６８℃、Ｔａの塩化物ＴａＣｌ５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】
【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＋Ｃｌ２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＋Ｃｌ２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＋Ｃｌ２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Ｃｌ２＋Ｏ２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Ｃｌ２＋Ｏ２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＋Ｃｌ２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
【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ＣａＦ２（フッ化カルシウム）やＳｉＯ２（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ＳｉＯ２（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φ１、第２領域１２ｂにおける入射光と反射光の位相差をφ２、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】
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。φ１およびφ２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】
【数３】
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Ｒ１、第２領域１２ｂの反射率をＲ２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】
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ψ１（λ）が、以下に示す（５）式によって特定される。
【００５６】
【数５】
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ψ２（λ）が、以下に示す（６）式によって特定される。
【００５８】
【数６】
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】
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Ｃｌ２＋Ｏ２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＋Ｃｌ２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＋Ｃｌ２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ＲｕＣｌ３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ＳｉＣｌ４の沸点は５７．６℃、Ｍｏの塩化物ＭｏＣｌ５の沸点は２６８℃、Ｔａの塩化物ＴａＣｌ５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】
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＋Ｃｌ２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＋Ｃｌ２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＋Ｃｌ２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Ｃｌ２＋Ｏ２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Ｃｌ２＋Ｏ２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＋Ｃｌ２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
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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070626 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071023 |