(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に遮光層を形成する段階と、
前記遮光層上に第１感光膜を形成する段階と、
前記第１感光膜の所定領域に第１露光量で露光して複数個の第１露光領域を形成する段階と、
前記第１露光領域のうち一部にのみ第２露光量で選択的に追加露光して複数個の第２露光領域を形成する段階と、
前記第１及び第２露光領域を含む第１感光膜を現像して前記第１及び第２露光領域の下の遮光層を露出させる第１感光膜パターンを形成する段階と、
前記第１感光膜パターンを蝕刻マスクとして前記遮光層を異方性蝕刻して遮光層パターンを形成する段階と、
前記第１感光膜パターンを除去する段階と、
前記遮光層パターンが形成された結果物上に第２感光膜を形成する段階と、
前記第２感光膜をパタニングして前記第２露光領域の下部の透明基板を露出させる第２感光膜パターンを形成する段階と、
前記第２感光膜を蝕刻マスクとして前記露出された透明基板を異方性蝕刻し、位相シフタ領域を形成する段階とを含むことを特徴とする位相反転マスクの製造方法。
【請求項２】
前記第１感光膜は電子ビーム用レジスト膜であることを特徴とする請求項１に記載の位相反転マスクの製造方法。
【請求項３】
前記第１及び第２露光領域を形成する段階は、電子ビームを使用して行われることを特徴とする請求項１に記載の位相反転マスクの製造方法。
【請求項４】
前記第２露光量は前記第１露光量の３０〜３４％であることを特徴とする請求項１に記載の位相反転マスクの製造方法。
【請求項５】
前記第２感光膜はレーザー用レジスト膜であることを特徴とする請求項１に記載の位相反転マスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位相反転マスクの製造方法に係り、特に半導体装置の製造に使用されるレベンソン形（Ｌｅｖｅｎｓｏｎ  ｔｙｐｅ）位相反転マスク（Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｍａｓｋ）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置が高集積化されることにより一般の透過形フォトマスク（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｐｈｏｔｏｍａｓｋ）としては所定の限界値以下の線幅を有するパターンを具現しにくくなった。従って、パターンの解像度に優れ、かつ最小線幅をさらに低められるＰＳＭに対した研究が活発に進行されている。
ＰＳＭを利用してラインアンドスペース（ｌｉｎｅ  ａｎｄ  ｓｐａｃｅ）パターンのような反復パターンを形成する方法においては、半導体基板に転写されるラインパターンを限定する領域を透過する光の位相と各ラインパターンとの間のスペースに該当する他の領域を透過する光の位相が１８０゜の差を成す。従って、これらがラインパターンの縁部で相殺干渉を起こす。このように、ＰＳＭを利用する方法では光の干渉或いは部分干渉を利用して所望の大きさのパターンを露光することにより解像度や焦点深度を増加させうる。
【０００３】
一般に、ＰＳＭのうちラインアンドスペースの連続パターン及びコンタクトホールパターンに効率よく適用しうるマスクとして交番形ＰＳＭ（ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ  ｔｙｐｅ  ＰＳＭ）、即ちレベンソン形ＰＳＭが広く使われている。
レベンソン形ＰＳＭは多様な方法で製造されうる。その中、特に石英基板を蝕刻し、この部分を透過する光が蝕刻されない部分を透過する光と１８０゜の位相差を有させる基板蝕刻法はブランク（ｂｌａｎｋ）マスクによる製造方法により得られるので最近多用されている。
【０００４】
図１は基板蝕刻法により製造される従来のレベンソン形ＰＳＭの構造を示した断面図である。具体的に説明すれば、従来のレベンソン形ＰＳＭを製造するために、まず石英基板１１０上に遮光層として使用されるクロム膜を所定の厚さで形成した後、通常的な写真蝕刻工程により前記クロム膜をパタニングして遮光層パターン１２０を形成すると共に遮光層パターン１２０の間の光透過領域Ｂを限定する。
【０００５】
次いで、結果物の全面にフォトレジスト膜を塗布した後、通常的な写真蝕刻工程により前記フォトレジスト膜をパタニングして所望の光透過領域を露出させるフォトレジストパターン（図示せず）を形成する。次いで、前記フォトレジストパターンを蝕刻マスクとして使用して前記露出された光透過領域の石英基板１１０を乾式蝕刻することによりトレンチ領域Ａを形成する。引続き、前記フォトレジストパターンを除去することによりレベンソン形位相反転マスクを完成する。ここで、前記トレンチ領域Ａは、１８０゜位相シフタ（ｓｈｉｆｔｅｒ）領域として作用する。従って、前記トレンチ領域Ａ、即ち位相シフタ領域を透過する光の位相は光透過領域Ｂを透過する光に対して１８０゜の位相差を有する。
【０００６】
図２は図１に示したような従来のＰＳＭに光を照射した場合、ＰＳＭを透過する光度を示す架空イメージ（ａｅｒｉａｌ  ｉｍａｇｅ）である。
図２の結果は、ライン及びスペースの幅が各々０．２μｍの場合に石英基板を蝕刻して得たＰＳＭから得られたものである。この時の露光条件はＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）は０．５、コヒーレンス（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）は０．３であった。図２の結果から分かるように、位相シフタ領域を透過する光度と位相シフタ領域と隣接した光透過領域を透過する光度との間に差（ΔＩ）が生じる。これはトレンチ領域Ａの側壁から光の干渉が発生するからである。これにより、位相シフタ領域で臨界寸法（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）が減少して位相シフタ領域とノンシフタ領域との間に臨界線幅の差（ΔＣＤ）が発生される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は光度が低下されるシフタ領域でＣＤを微細な範囲まで自由に調節しうるＰＳＭの製造方法を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は、透明基板上に遮光層を形成する。前記遮光層上に第１感光膜を形成する。前記第１感光膜のうち一部領域を第１露光量で露光して第１露光領域を形成する。前記第１感光膜のうち他の一部領域を前記第１露光量より大きな第２露光量で露光して第２露光領域を形成する。前記第１及び第２露光領域を含む第１感光膜を現像して前記第１及び第２露光領域の下の遮光層を露出させる第１感光膜パターンを形成する。前記第１感光膜パターンを蝕刻マスクとして前記露出された遮光層を異方性蝕刻して遮光層パターンを形成する。前記第１感光膜パターンを除去する。前記遮光層パターンが形成された結果物上に第２感光膜を形成する。前記第２感光膜をパタニングして前記第２露光領域の下部の透明基板を露出させる第２感光膜パターンを形成する。前記第２感光膜パターンを蝕刻マスクとして露出された透明基板を異方性蝕刻し、シフタ領域を形成する。
【０００９】
前記第１感光膜は電子ビーム（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ）用レジスト（ｒｅｓｉｓｔ）膜であり、前記第１露光及び第２露光段階は電子ビームを使用する。
また、前記第２露光量は前記第１露光量の１３０〜１３４％である。
前記第２感光膜はレーザー用レジスト膜である。
【００１０】
また、本発明では第１感光膜を形成する。前記第１感光膜の所定領域に第１露光量で露光して複数個の第１露光領域を形成する。前記第１露光領域のうち一部にのみ第２露光量で選択的に追加露光して複数個の第２露光領域を形成する。前記第１及び第２露光領域を含む第１感光膜を現像して前記第１及び第２露光領域の下の遮光層を露出させる第１感光膜パターンを形成する。前記第１感光膜パターンを蝕刻マスクとして前記遮光層を異方性蝕刻して遮光層パターンを形成する。前記第１感光膜パターンを除去する。前記遮光層パターンが形成された結果物上に第２感光膜を形成する。前記第２感光膜をパタニングして前記第２露光領域の下部の透明基板を露出させる第２感光膜パターンを形成する。前記第２感光膜を蝕刻マスクとして前記露出された透明基板を異方性蝕刻し、位相シフタ領域を形成する。
【００１１】
前記第２露光量は前記第１露光量の３０〜３４％である。
本発明によれば、位相反転マスクの位相シフタ領域での露光量を微細な範囲まで調節する方法により位相シフタ領域における線幅を微細に調整する。よって、位相反転マスクを透過する光の臨界線幅の差を最小化しうる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の一実施の形態を詳しく説明すれば次の通りである。
図３乃至図９は本発明の望ましい第１実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
図３を参照すれば、透明な材質、例えば石英よりなる透明基板３１０上にクロム、酸化クロムまたはＭｏＳｉを所定の厚さで蒸着して遮光層３２０を形成する。前記蒸着方法としてはスパッタリング蒸着工程またはプラズマ蒸着工程等が使用されうる。その後、前記遮光層３２０上に電子ビーム用レジストをスピンコーティングにより所定の厚さで蒸着して第１感光膜３３０を形成する。
【００１３】
図４を参照すれば、前記第１感光膜３３０の所定の領域に第１露光量で電子ビームを露光させることにより第１露光領域３３２を形成する。前記第１露光領域３３２は電子ビームエネルギーを保った状態で位相反転マスクのノンシフタ領域を限定する。
図５を参照すれば、前記各第１露光領域３３２のうち所定の領域に第１露光量より高い第２露光量で電子ビームに再び露光させることにより、第２露光領域３３４を形成する。前記第２露光領域３３４は電子ビームエネルギーを保った状態で位相反転マスクの位相シフタ領域を限定する。この際、前記第２露光量は位相シフタ領域の望ましいＣＤ範囲により調整可能であり、ライン及びスペースの幅が各々０．２μｍの場合には第２露光量が前記第１露光量の約１３０〜１３４％になるように調整することが望ましい。前記第２露光量が第１露光量に比べて大きいため、前記第２露光領域３３４は前記第１露光領域３３２よりさらに広幅を有する領域にわたって電子ビームエネルギーを保つ。
【００１４】
図６を参照すれば、前記第１及び第２露光領域３３２、３３４が形成された結果物を所定の現像液で現像して前記第１露光領域３３２及び第２露光領域３３４を除去することにより、その下部の遮光層３２０を露出させる第１感光膜パターン３３０Ａを形成する。
図７を参照すれば、前記第１感光膜パターン３３０Ａを蝕刻マスクとして使用して前記露出された遮光層３２０を反応性イオン蝕刻（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）のように異方性食蝕特性が良好な乾式蝕刻工程で蝕刻する。その結果、ノンシフタ領域の幅Ｗ１より位相シフタ領域の幅Ｗ２がさらに大きくパタニングされた遮光層パターン３２０Ａが形成される。次いで、前記第１感光膜パターン３３０Ａを除去する。
【００１５】
図８を参照すれば、前記遮光層パターン３２０Ａが形成された結果物上にレーザー用レジストを所定の厚さで蒸着して第２感光膜を形成する。次いで、レーザーを光源として用いる露光装備を使用して前記位相シフタ領域上の第２感光膜を選択的に露光し、前記露光された第２感光膜を現像して位相シフタ領域の透明基板３１０を露出させる第２感光膜パターン３４０を形成する。この際、前記第２感光膜パターン３４０の間の幅Ｗ３は位相シフタ領域の幅Ｗ２と同一に形成しうるが、本実施の形態では後続の透明基板３１０の蝕刻工程時に確保すべきアラインメントマージン（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｍａｒｇｉｎ）を提供するため、前記第２感光膜パターン３４０の間の幅Ｗ３を前記位相シフタ領域の幅Ｗ２より大きく設定することが望ましい。
【００１６】
図９を参照すれば、前記第２感光膜パターン３４０及び前記遮光層パターン３２０Ａを蝕刻マスクとして前記透明基板３１０の露出部をＰＩＥ工程のような乾式蝕刻工程により蝕刻して前記透明基板３１０にトレンチ領域Ｓ１を形成する。前記トレンチ領域Ｓ１は位相反転マスクの位相シフタ領域を形成することになる。この際、前記トレンチ領域Ｓ１の深さはこの領域を透過する光とノンシフタ領域を透過する光とが相互１８０゜の位相差を示すように適切な深くで形成する。次いで、前記第２感光膜パターン３４０を除去して位相反転マスクを完成する。前記第１実施の形態においては位相反転マスクの位相シフタ領域を形成するための露光工程時に露光量を調節することにより、シフタ領域におけるＣＤを微細な範囲までに調節しうる。これにより、位相反転マスクにおけるΔＣＤを最小化しうる。
【００１７】
図１０乃至図１２は、本発明の望ましい第２の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
図１０を参照すれば、第１の実施の形態における図３の説明と同一な方法により透明基板４１０上に遮光層４２０を形成した後、前記遮光層４２０上に電子ビーム用レジストをスピンコーティングにより所定の厚さで蒸着して第１感光膜４３０を形成する。
【００１８】
図１１を参照すれば、前記第１感光膜４３０のうち位相反転マスクのノンシフタ領域及び位相シフタ領域に対応する部分に電子ビームを所定の第１露光量で露光させることにより第１露光領域４３２Ａ及び第２露光領域４３２Ｂを同時に形成する。この際、前記第１露光領域４３２Ａ及び第２露光領域４３２Ｂは各々相等しい幅にわたって電子ビームエネルギーを保った状態である。
【００１９】
図１２を参照すれば、前記第２露光領域４３２Ｂにのみ限定して第２露光量で電子ビームにさらに露光させることにより、前記第１露光領域４３２Ａよりさらに広い幅を有する変形された第２露光領域４３２Ｃを形成する。この際、前記第２露光量は位相シフタ領域の望ましいＣＤ範囲に応じて調整可能であり、ライン及びスペースの幅が各々０．２μｍの場合には前記第１露光量の約３０〜３４％になるように調整することが望ましい。結果的に、前記変形された第２露光領域４３２Ｃの幅Ｗ２は前記第１露光領域４３２Ａの幅Ｗ１より広く形成される。
【００２０】
その後、第１の実施の形態の図６乃至図９の説明と同一な方法により位相反転マスクを完成する。
前記第２の実施の形態では位相シフタ領域を形成するために電子ビームによる第１露光工程を経た後、さらに電子ビームによる第２露光工程のみを行なうと説明したが、本発明はこれに限定されなく必要により電子ビームによる追加露光工程を２回以上実施することもできる。
図１３乃至図１８は本発明の第２の実施の形態により製造された位相反転マスクの架空イメージ（ａｅｒｉａｌ  ｉｍａｇｅ）の測定結果を示したものである。
【００２１】
さらに具体的に、図１３乃至図１８はそれぞれの位相反転マスクに２４８ｎｍの波長を有する光を調査させた場合、ウェーハ表面に入射される光度（ｌｉｇｈｔ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を測定して示したグラフである。それぞれの位相反転マスクは第２露光量として第１露光量の１４％、１８％、２２％、２６％、３０％及び３４％を適用して形成したものである。ここで、それぞれの位相反転マスクに光を照射させるための露光条件は光学レンズの収差（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ：ＮＡ）が０．５、コヒーレンス（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ、σ）は０．３７５であった。
【００２２】
図１３乃至図１８の分析結果から、図１３乃至図１８の場合、即ち追加の第２露光量を１４％〜２６％に調節した場合には、ウェーハ上の各位置に応じる光度のプロファイルのうち隣接したピークが全体的に不均一な状態で分布されていることが分かる（各図面のうち円で示した部分参照）。つまり、前記図１３乃至図１８の第２露光量で追加露光する場合には、ΔＣＤの減少が充分でないことがわかる。反面、図１３及び図１８の場合、即ち追加の第２露光量を第１露光量の３０％及び３４％とした場合には、ウェーハ上の各位置に応じる光度のプロファイルのうち隣接したピークが全体的に均一な状態で分布されており、ΔＣＤが最小化されたことを確認しうる。
【００２３】
前記結果から、ライン及びスペースの幅が各々０．２μｍのパターンを具現する場合には、本発明の第２実施の形態による方法において追加の第２露光量を第１露光量の約３０〜３４％とする際望ましい結果が得られることが分かる。
同様に、本発明の第１の実施の形態により位相反転マスクを製造する場合には、位相シフタ領域の形成のための第２露光量としてノンシフタ領域の形成時の第１露光量の約１３０〜１３４％を設定することにより同一な効果が得られる。
【００２４】
【発明の効果】
前述したように、本発明の望ましい実施の形態によれば、位相反転マスクの位相シフタ領域における露光量を微細な範囲まで調節する方法により位相シフタ領域における線幅を微細に調整しうる。よって、位相反転マスクを透過する光の臨界線幅の差を最小化しうる。
以上、本発明を具体的な実施の形態に基づき詳しく説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されなく、本発明の技術的思想の範囲内で当分野で通商の知識を有する者により多様な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板蝕刻法により製造される従来のレベンソン形ＰＳＭの構造を示した断面図である。
【図２】図１に示したような従来のＰＳＭを透過した光度を示す架空イメージである。
【図３】本発明の望ましい第１の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図４】本発明の望ましい第１の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図５】本発明の望ましい第１の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図６】本発明の望ましい第１の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図７】本発明の望ましい第１の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図８】本発明の望ましい第１の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図９】本発明の望ましい第１の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図１０】本発明の望ましい第２の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図１１】本発明の望ましい第２の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図１２】本発明の望ましい第２の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態による方法により製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメージを測定したグラフである。
【図１４】本発明の第２の実施の形態による方法により製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメージを測定したグラフである。
【図１５】本発明の第２の実施の形態による方法により製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメージを測定したグラフである。
【図１６】本発明の第２の実施の形態による方法により製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメージを測定したグラフである。
【図１７】本発明の第２の実施の形態による方法により製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメージを測定したグラフである。
【図１８】本発明の第２の実施の形態による方法により製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメージを測定したグラフである。
【符号の説明】
３１０，４１０  透明基板
３２０，４２０  遮光層
３２０Ａ  遮光層パターン
３３０，４３０  第１感光膜
３３２，４３２Ａ  第１露光領域
３３４，４３２Ｂ  第２露光領域
３４０  第２感光膜パターン
【図１】
0003566042.tif 000002
【図２】
0003566042.tif 000003
【図３】
0003566042.tif 000004
【図４】
0003566042.tif 000005
【図５】
0003566042.tif 000006
【図６】
0003566042.tif 000007
【図７】
0003566042.tif 000008
【図８】
0003566042.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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