(57)【要約】リム位相シフトマスク（８４）を使用してレジスト膜（８８）をパターンニングすることによって形成される半導体デバイス。異なる位相シフト領域（２５，５０または２６）および不透明領域（６４）を形成する複層または単層のパターン化膜を使用して、リム位相シフトマスク（８４）を形成する。第一位相シフト領域は、複層または単層のパターン化膜内に開口部（１７）を、不透明膜（１４）および透明基板（１２）に貫通させて拡大することによって形成される。この複層または単層のパターン化膜の不透明膜の少なくとも一部を所定距離だけ陥没させて、リム（第二位相シフト領域）（２６）を形成する。第一位相シフト領域（２５または５０）は、該領域を通過する光の位相を、リム（２６）を通過する光の位相に関して１８０度シフトさせて、リム位相シフトマスクを通過する光のコントラストを増大させる。
2005534978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板を提供する工程と、
前記透明基板（１２，３２）上に載置された不透明膜（１４，３４）を形成する工程と、
前記不透明膜上に載置された第一マスキング膜（１６，３８）を形成する工程と、
前記第一マスキング膜（１７，４６）上に載置された第二マスキング膜（１８，４２）を形成する工程と、
前記第二マスキング膜をパターニングして、第一開口部を形成する工程と、
前記第一開口部（１７，２２，２４，４６，４８，５２）を、第二マスキング膜および不透明膜に貫通させて、かつ透明基板内に拡大して、透明基板の第一位相シフト領域（２５，５０）を露出する工程と、
前記第一マスキング膜（１６，３８）を陥没させて第二開口部（２４）を形成する工程と、前記第二開口部は、第一開口部の外側縁部を越えて延びていることと、
前記第二開口部内の透明基板上に載置された不透明膜の一部を除去して、透明基板のリム領域（２６）を露出する工程と、
前記第一マスキング膜および第二マスキング膜を除去して、リム位相シフトマスクを形成する工程とを含む、リム位相シフトマスクの形成方法。
【請求項２】
透明基板（１２，３２，６２）を提供する工程と、
前記透明基板上に載置された不透明膜（１４，３４，６４）を形成する工程と、
前記不透明膜上に載置されたレジスト膜（１６，３８，６６）を形成する工程と、
前記レジスト膜をパターニングして、第一開口部（２２，４８，６８）を形成する工程と、
前記第一開口部を、不透明膜に貫通させて、かつ透明基板内に拡大して、透明基板の第一位相シフト領域（２５，５０，７１）を露出する工程と、
前記透明基板上に載置され、かつレジスト膜の下部に存在する不透明膜（１４，３４，６４））の一部を陥没させる工程と、
前記不透明膜の一部を陥没させる間、レジスト膜（１６，３８，６６）の一部を陥没させる工程と、
前記不透明膜の一部を陥没させた後、レジスト膜（１６，３８，６６）を除去して、リム位相シフトマスクを形成する工程とを含むリム位相シフトマスクの形成方法。
【請求項３】
半導体基板（８９）を提供する工程と、
前記半導体基板（８９）上にレジスト膜（８８）を形成する工程と、
リム位相シフトマスク（８４）を提供する工程と、
前記リム位相シフトマスク（８４）を介して放射源（８１）を半導体基板（８９）に照射して、レジスト膜（８８）上の露光パターンを形成する工程と、を含む半導体デバイスの製造方法であって、前記リム位相シフトマスク（８４）は、
透明基板（１２，３２）を提供する工程と、
前記透明基板上に載置された不透明膜（１４，３４）を形成する工程と、
前記不透明膜上に載置された第一マスキング膜（１６，３８）を形成する工程と、
前記第一マスキング膜上に載置された第二マスキング膜（１８，４２）を形成する工程と、
前記第二マスキング膜をパターニングして、第一開口部（１７，４６）を形成する工程と、
前記第一開口部（１７，２２，２４，４６，４８，５２）を、第二マスキング膜および不透明膜に貫通させて、かつ透明基板内に拡大して、透明基板の第一位相シフト領域（２５，５０）を露出する工程と、
前記第一マスキング膜（図５の１６，３８）を陥没させて第二開口部を形成する工程
と、前記第二開口部（図５の２４）は、第一開口部の外側縁部を越えて延びていることと、
前記第二開口部内の透明基板上に載置された不透明膜の一部を除去して、透明基板のリム領域（２６）を露出する工程と、
前記第一マスキング膜および第二マスキング膜を除去して、リム位相シフトマスクを形成する工程とを含む工程により形成される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に半導体デバイスに関し、より詳細にはリソグラフィーに関する。
【背景技術】
【０００２】
より狭い領域内により多数のデバイスを機能的に装着して、集積回路の速度を上昇させる目的により、集積回路のフィーチャの寸法は益々小さいものとなっている。ここで克服すべき障害の一つは、手頃な価格にて、レチクルを通過する輝度を有する放射線（例、光）によりフォレジスト膜内に小さいフィーチャの所望パターンを形成すること、即ち、光リソグラフィーと称されるパターン形成を実行するにおける信頼性である。光リソグラフィーは回折限界を有するため、光がレチクル開口を通過する際の現象により、即ち光の拡散（回折）により、最小のフィーチャをフォトレジスト膜にプリントすることが制限される。回折された光が結像光学系に捕捉されない場合、パターン情報が損失されて、フォトレジスト・パターン中に小さいフィーチャを構成し得ない。結像光学系は本来欠陥を含むため、全てのパターン情報を捕捉することは不可能である。それ故、回折を最小限に抑えることが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この問題に対する取り組みの一つとしては、光学位相シフトリソグラフィーがある。この光学位相シフトリソグラフィーでは、パターン化された透明材料を備えたレチクルを使用する。透明材料は、該材料を透過した光の位相を、透明材料を有さない隣接する領域を透過した光の位相に関して１８０度シフトさせる所定の厚さを有する。その結果得られる緩衝効果により、パターンのコントラスト、解像度およびその他のプロセス・パラメータが向上する。
【０００４】
回折を減少させて小さいフィーチャをプリントするために、レチクルの所定部分における光の位相を、レチクルの他の部分に対してシフトさせる光学位相シフトリソグラフィーの多数の異なる取り組みが行われている。マスク型の一つは、渋谷−レベンソン型位相シフトマスク（ＡＰＳＭ）があり、このマスクは０〜１８０度の位相シフト領域のみを有する。ＡＰＳＭの主な不都合としては、０〜１８０度の位相シフト領域間の境界において、位相の衝突が発生し、例えば所望パターンの一部ではないライン等、望ましくないプリント・アーティファクト（artifact）が発生し得る。
【０００５】
別の光リソグラフィーの取り組みの一つにて、相補位相シフトマスク（ＣＰＳＭ）は、ＡＰＳＭにより発生する望ましくない位相衝突効果を、第一（位相シフト）マスクに対する相補的な第二（非位相シフト）マスクを追加することによって防止することを試みている。位相衝突の問題は解消されるが、ＣＰＳＭは、所望のパターンを形成する２個のマスクを使用するために、サイクル時間、費用および製造の複雑性が増大する。
【０００６】
ＡＰＳＭとＣＰＳＭの不都合を克服するために、リム位相シフトマスク（ＲＰＳＭ）が使用される。ＲＰＳＭは、通常クロムからなり、石英基板上に形成された不透明なパターン化領域の縁部に沿って配置されたリムを有する。リソグラフィー・プロセスにてＲＰＳＭを使用すると、不透明のパターン化領域が光を遮蔽するため、該領域の下部に存在する半導体上のフォトレジスト膜領域は現像されない。一般に、リムは、石英基板内のトレンチであり、光を石英基板に関して１８０度シフトさせて、不透明のパターン化領域のイメージコントラストを増大させ、半導体ウエハ上のフォトレジスト内の対応するフィーチャ
の解像度とプロセスマージンとを向上させる。
【０００７】
ＲＰＳＭを形成する方法の一つでは、平坦な石英基板上に堆積された未パターン化クロム層上に、フォトレジスト膜を被覆する。第一のフォトレジスト膜をパターン化してマスクとして使用し、まずクロムをエッチングして、その後、石英内をエッチングしてリムを形成する。リムは非常に小さいため（隣接するパターン化クロムのサイズの約１０〜２０％）、石英のエッチングを首尾よく制御することが重要である。リムを形成した後、第一フォトレジスト膜を除去して、クロム層上に第二のフォトレジスト膜を被覆してパターン化する。第二フォトレジスト・パターンをマスクとして使用して、クロム層をエッチングする。第二フォトレジスト膜を石英内のリムに対して整合することにより、石英のリムからクロムがエッチバックされた後に、クロム層の残留部分がリム間に配置される。この方法もまた、二つのリソグラフィー・プロセス（即ち、フォトレジスト・パターン化ステップ）を実行することによって、製造時間およびコストが上昇するため問題を有する。従って、リムをパターン化クロムに対して自己整合して、製造時間とコストとを最小限にする制御可能なＲＰＳＭ形成方法の必要性が存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明を実施例により説明するが、本発明は、同様の符号が同様の要素を示す添付の図面に限定されるものではない。
半導体デバイスを形成する際、レチクルを透過した光が半導体ウエハ上のレジスト（フォトレジスト）膜をパターン化する。レジスト膜上のパターンを向上させるために、リム位相シフトレチクル、即ちリム位相シフトマスク（ＲＰＳＭ）を使用して、レジスト上に照射される際の光のコントラストを増大させ得る。ＲＰＳＭは、多層膜または一層膜のマスクを用いて不透明膜および透明基板をパターン化して、第一位相シフト領域およびリムを形成することによって形成され得る。本発明の実施形態では、リムは光の位相をシフトさせず、かつ石英基板内にエッチングされない。その代わりに、第一位相シフト領域が、該領域を透過する光をリムに関して１８０度シフトさせ、かつ透明基板内にエッチングされた陥没部、即ちトレンチにより形成される。リムは、不透明膜を陥没させて形成される。第一位相シフト領域およびリムの双方が、多層膜または一層膜のマスク部分を使用して形成される。
【０００９】
本発明の第一実施形態は、二層膜マスクを使用して位相シフトマスクを形成する方法に関する。二層膜マスクの頂部膜が透明基板をパターン化し、底部膜を陥没させて（その下部に位置する）不透明膜をエッチングしてリムを形成する。第二実施形態では、三層膜マスクを使用してＲＰＳＭを形成する。マスクの頂部膜は、マスクの中間層をパターン化するために使用されて、該中間層は、次にマスクの底部膜と不透明膜とをパターン化するために使用される。底部膜は、透明基板をパターン化するためのマスクである。第三実施形態では、同一の一層膜のフォトレジストを使用して、透明基板と該透明基板上に載置された不透明膜とをエッチングする。各実施形態は、図面を参照にして、より深く理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１〜７に、第一実施形態によるＲＰＳＭの形成方法を示す。図１に、不透明膜１４（例、クロム）上に形成された二層膜マスク２０（例、フォトレジストの二層）と、透明基板１２（例、石英）とを備えた第一レチクル、即ちＲＰＳＭ１０の一部を示す。一実施形態にて、物理的気相成長法（ＰＶＤ）により形成された不透明膜１４は、（厚さ）約１００ナノメータのクロムからなる。二層膜マスク２０は、底部（下部またはパターン）層１６と、頂部（イメージ）層１８とを有する。一実施形態にて、底部膜１６と頂部膜１８とは、異なるレジスト膜からなる。以下より明らかとなり得るように、図１〜７に示す実施形態では、頂部膜１８をパターン化、即ちイメージ形成する際、底部膜１６はパターン化
されるべきではない。このことを実現する一方法として、パターン化のために二層膜マスク２０が光または電子源に露光される際の頂部膜１８の露光感応性を、底部膜１６の露光感応性よりも高くする。好ましい実施形態では、頂部膜がシランまたはシルセキオキサン（silsequioxane）等のシリコン含有レジスト膜で、底部膜１６がノボラックベースの材
料である場合に、このような状態が達成される。しかしながら、底部膜１６は、任意のポリマー材料（例、レジスト）、有機材料（例、ポリイミドまたはアモルファスカーボン）、または、任意のポリマー材料、有機材料等からなる頂部膜１８がパターン化される際にパターン化されない、任意の他の材料であり得る。
【００１１】
図２に示すように、頂部膜１８は公知のリソグラフィー・プロセス、例えば電子ビーム直接書き込み（direct-write）リソグラフィー（ＥＢＬ）、電子ビームプロジェクションリソグラフィー（ＥＰＬ）、または任意の他の光リソグラフィーパターン形成技術を用いてパターン化される。図面に示す実施形態の断面図において、第一開口部１７は２個の異なる開口部に見えるが、平面図の第一開口部１７は、頂部膜１８のパターン化部分１９の全側面を包囲する矩形をなし、従って１個の開口部であると想定される。しかしながら、第一開口部１７は平面図にて矩形をなす必要はなく、頂部膜１８をパターン化する任意の他の形状および構成を備え得ることを当業者は理解するであろう。以下に詳細に説明するように、頂部膜１８および第一開口部１７に用いられるパターンは、半導体デバイスの製造プロセスの一部としてその次にパターン化される、フォトレジスト膜の所望のパターンに依存する。
【００１２】
図３に示すように、第一開口部１７の形成後、底部膜１６および不透明膜１４をエッチングして、第一開口部１７の底部膜１６および不透明膜１４内の延長である第二開口部２２を形成する。換言すれば、頂部膜１８のパターンを、底部膜１６および不透明膜１４に拡大する。一実施形態にて、特に底部膜１６がレジスト等のポリマー材料からなる場合、酸素系の化学物質を用いて底部膜１６の一部を除去し、不透明膜が、クロム等のクロム含有材料からなる場合、不透明膜１４の一部は、塩素と酸素とを含有する化学物質を用いて除去される。底部膜１６と不透明膜１４とに対して異なる化学物質が使用されるため、最初に第一開口部１７は底部膜１６に対して拡大されて開口が形成され、次に不透明膜１４がエッチングされて、第二開口部２２が完成する。簡略化のため、図３に、エッチング後に得られる底部膜１６および不透明膜１４を示す。
【００１３】
第二開口部２２を頂部膜１８、底部膜１６および不透明膜１４内に形成した後、第二開口部２２によって露出された透明基板１２部分を除去して、第三開口部２４を形成する。一般に、頂部膜１８と透明基板１２の双方は同一の化学物質によりエッチング可能であるため、頂部膜１８の残留部分は、透明基板１２をエッチングする際に除去されるものと想定される。例えば、透明基板１２が石英で、頂部膜１８がシリコンナイトライドである場合、フッ素含有化学物質を使用して、透明基板１２のパターニングと頂部膜１８の除去とを実行し得る。従って、底部膜１６は透明基板１２のエッチングマスクとして使用される。底部膜１６は頂部膜１８によりパターン化されるため、プロセスのこの段階において、底部膜１６は、頂部膜１８が最初に露出されたときのパターンとほぼ同一のパターンを備えるであろう。（例えば、底部フォトレジスト膜１６のエッチング中に生じる、製造およびプロセスの変動により、パターンは僅かに異なり得る。）図４に示すように、第三開口部２４が形成される結果、第三開口部２４の下部に第一位相シフト領域２５が形成される。
【００１４】
第一位相シフト領域２５は、リソグラフィー・プロセス中、該領域を透過する放射（例、光）の位相をシフトさせる領域である。好ましい実施形態にて、第一位相シフト領域２５は透明基板１２の他の領域よりも薄いため、１８０度位相シフト領域である。第一位相シフト領域２５の厚さは、以下の方程式により決定される。
ｄ＝λ/[２（ｎ−１）]
式中、ｄは、第一移相シフト領域２５の厚さであり、λは、ＲＰＳＭ１０上に入射する放射の波長であり、ｎは、透明基板１２の屈折率である。第一位相シフト領域２５は、該領域を透過する放射の位相を、このプロセスの段階では未だに形成されていない、露出された未パターン化のＲＰＳＭ領域に関して１８０度シフトさせる。換言すれば、この段階ではリム（第二位相シフト領域）は全く形成されていない。
【００１５】
リムを形成するには、底部膜１６をリソグラフィー・プロセスにて光に露出するか、または底部膜１６を酸素化学物質で当方的にエッチングすることによって、底部膜１６を側方に陥没させて第三開口部２４の頂部部分を拡大し、第四開口部２７を形成する。（また、側方を陥没させるプロセス中、底部膜１６の厚さが底部膜１６の側方陥没部の量だけ減少し得る。従って、側方陥没部を形成する前の底部膜１６の厚さは、このパターン化プロセス中に全底部膜１６が除去されないように、側方陥没部の所望の量よりも厚いものである必要がある。）従って、第四開口部２７の境界（外側縁部）は、第三開口部２４の境界を越えて延びる。換言すれば、第四開口部２７の幅は、第三開口部２４の幅よりも大きい。さらに、第四開口部２７は第三開口部２４と同心である。底部膜１６を側方に陥没させると、不透明膜１４の一部が露出される。図５に示すように、底部膜１６を陥没させる前の底部膜１６の縁部と不透明膜１４との縁部とはほぼ同一平面上にあるため、底部膜１６の陥没量は、露出される不透明膜１４の量と等しい。
【００１６】
図６に示すように、第四開口部２７の形成後、不透明膜１４の露出部分を除去する（陥没させる）。不透明膜１４がクロム含有材料からなる場合、塩素および酸素を含む化学物質が使用され得る。不透明膜１４を陥没させた後、不透明膜１４の縁部と不透明膜１４の下部の底部膜１６の縁部とは、同様にほぼ同一平面上に存在する。不透明膜１４を陥没させた結果露出される透明基板１２部分が、リム２６（第二位相シフト領域、即ちメサ（段丘）領域）である。好ましい実施形態では、リム２６は、該リムを透過する光の位相を事実上シフトさせない。第二位相シフト領域２６の厚さが、屈折率で除算された光の波長のＫ倍（Ｋは整数）とほぼ等しいため、光の位相はシフトされない。第一位相シフト領域２５からの光と、リム２６からの光との位相差は１８０度である。それ故、代替的な実施形態では、リム２６は光を２７０度だけシフトさせる第二位相シフト領域であり、それに対して、第一位相シフト領域２５は光を９０度だけシフトさせる。図６に示すように、リム２６は、第一位相シフト領域２５に隣接して、該領域の両側に存在している。リム２６に隣接する不透明膜１４で覆われた領域は、フィールド領域２８である。
【００１７】
リム２６の形成後、一実施形態にて、酸素プラズマを用いたエッチング・プロセスであるアッシュプロセス（ash process）により底部膜１６を除去する。底部膜１６を除去し
た後、第一レチクル１０、即ち第一位相シフトマスクが完成する。図７に完成品を示す。以下に明らかになるように、フィールド領域２８上に形成された不透明膜は、第一レチクル１０上に入射する放射をほぼ遮蔽し、第一位相シフト領域２５は、光の位相をリム２６に関して１８０度だけシフトさせて、リム２６は透明基板１２を透過する放射を該放射の光の位相をシフトさせずに透過させて、半導体基板上に形成されたレジスト膜内に小さいフィーチャをパターン化する。
【００１８】
図８〜図１３に、本発明の第二実施形態による位相シフトマスクの形成方法を示す。第二レチクル３０は、第一レチクル１０の等価膜（例、透明基板１２と不透明膜１４）に類似する透明基板３２と不透明膜３４とを備えている。図８に示すように、底部（マスク）膜３８、中間（ハードマスク）膜４０および頂部（マスク）膜４２を有する三層膜スタック３６が、不透明膜３４上に形成されている。底部膜３８と頂部膜４２とは、例えばレジスト（例、ノボラック・ベース材料）等の同一の材料からなり得る。しかしながら、一実施形態にて、底部膜３８と頂部膜４２とは異なる材料からなっていていてもよい（例、底
部膜３８がノボラック・ベース材料からなり、頂部膜４２がシリコン含有レジスト膜からなる）。中間層４０は、例えばＨＳＱ（水素シルセキオサン）または酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等からなるレジスト膜、即ち酸化膜であり得る。中間層４０に選択される材料は、頂部膜４２と底部膜３８の双方に関する露出またはエッチングの選択性を有する必要がある。一実施形態にて、これら膜の厚さは、５０〜３００ナノメータの間にある。より詳細には、頂部膜４２の厚さは、約５０ナノメータ、底部膜３８の厚さは、約３００ナノメータ、中間層４０の厚さは、約５０〜３００ナノメータである。
【００１９】
図９に示すように、頂部膜４２をリソグラフィー・プロセスによりパターニングして第一開口部４４を形成する。第一開口部４４は、中間層４０の一部を露出する。第一開口部４４は、第一実施形態の第一開口部１７と同様、断面図では２個存在するように図示されているが、実際には１個である。
【００２０】
図１０に示すように、第一開口部４４の形成後、中間層４０をエッチングして、第一開口部４４の中間層４０内の延長である第二開口部４６を形成する。中間層４０が酸化ケイ素からなり、底部膜３８がレジストからなる実施形態では、フルオロカーボンを含有する化学物質を使用して底部膜３８に対して中間層４０を選択的にエッチングする。
【００２１】
第二開口部４６を形成した後、図１１に示すように、底部膜３８をエッチングして、第二開口部４６の底部膜３８内の延長である第三開口部４８を形成する。頂部膜４２が底部膜３８と同一材料からなる場合、頂部膜４２は、底部膜３８のパターニング中に頂部膜４２をエッチングする化学物質に露出されるため、底部膜３８がパターニング中に頂部膜４２の少なくとも一部が除去される。底部膜３８をパターニング中に、頂部膜４２を完全に除去するためには、頂部膜４２は、底部膜３８以下の厚さを有する必要がある。好ましい実施形態では、底部膜３８のパターニング中に頂部膜４２の全部が確実に除去されるために、頂部膜４２は底部膜３８よりもかなり薄くなっている。従って、頂部膜４２を除去するための付加的なプロセスが実行される必要がない。底部膜３８のパターニング中に頂部膜４２が除去される場合、中間層４０をマスクとして使用して底部膜３８がパターニングされるように、中間層４０は除去されるべきでない（即ち、エッチング化学物質は中間層４０に関して選択性を有する必要がある）。
【００２２】
別の一実施形態では、頂部膜４２と中間層４０とが共に全体として、底部膜３８をパターニングするためのマスクとして使用される。底部膜３８をパターニング中、頂部膜４２は除去されない。しかしながら、頂部膜４２が底部膜３８のパターニング・マスクとして働く場合、中間層４０は必要なく、（中間層４０の堆積等の）プロセスを最小限にするために、三層スタック３６の代わりに、第一実施形態の方法にて説明した二層スタックが使用されて、製造サイクル時間を低減するべきである。
【００２３】
図１２に示すように、底部膜３８をパターニングした後、不透明膜３４と透明基板３２とをエッチングして、元の開口部が不透明膜３４と透明基板３２との内部に延長された第四開口部５２を形成する。材料が同一であり得ることから、第一実施形態で不透明膜１４と透明基板１２とをエッチングするのに使用した化学物質を使用して透明基板３２と不透明膜３４とをエッチングし得る。透明基板３２のエッチング中に中間層４０が除去される。底部膜３８は、透明基板３２がエッチングされる際のマスクとして働くであろう。第一レチクル１０の第一位相シフト領域２５と類似する第一位相シフト領域５０が、第四開口部５２の下部にて形成される。
【００２４】
第ニレチクル３０の製造を完了させるプロセスは、図５〜図７の第一実施形態にて説明したプロセスと同一である。第一位相シフト領域５０の形成後、底部膜３８を陥没させて第四開口部の頂部を拡大すると、頂部部分（図示されない第五開口部）は、第四開口部と
、不透明膜３４の一部との境界を越えて延びる境界を有する。次に、図１３に示すように、不透明膜３４の露出部分が除去されてリム（第二位相シフト領域）５４が形成される。その後、一実施形態にて、アッシュプロセスによって底部膜３８を除去する。結果として得られた第二レチクル（第二位相シフトマスク）３０は、不透明膜３４の下部に位置するフィールド領域と、第一位相シフト領域５０と、リム５４とを有し、これらは第一レチクルの等価領域と類似し、かつ、以下にて詳細に説明するように、全体として半導体ウエハ上に存在する膜のパターンニングに使用される。
【００２５】
図１４〜１９に、本発明の第三実施形態による位相シフトマスクの形成方法を示す。図１４に示す第三レチクル６０は、透明基板６２上に形成された不透明膜６４上に載置されたレジスト膜６６を有する。一実施形態にて、不透明膜６４は、ＰＶＤによって形成された（厚さ）約１００ナノメータのクロムからなり、レジスト膜は、スピンコーティング法によって形成された少なくとも約５００ナノメータの、より詳細には約５００〜７００ナノメータのレジストからなる。透明基板６２と不透明膜６４は、前述の実施形態の等価膜と類似する。
【００２６】
図１５に示すように、レジスト膜６６をパターニングして、レジスト膜６６を貫通して延びて、不透明膜６４を露出する第一開口部６８を形成する。第一開口部６８を形成するには、従来の任意のリソグラフィー・プロセスが使用され得る。前述の実施形態の第一開口部と類似する第一開口部６８は、断面図では２個の開口部に見えるが、１個の開口部からなる。レジスト膜をパターニングして第一開口部６８を形成した後、透明基板６２上には次のパターニングのためのレジスト膜は形成されない。
【００２７】
第一開口部６８を形成した後、図１６に示すように、第一開口部６８内の不透明膜６４を除去して、レジスト膜６６と不透明膜６４とを貫通して延びる第ニ開口部７０を形成する。不透明膜６４がクロムからなる場合、塩素と酸素とを含有する化学物質を用いて不透明膜６４のエッチングを実行し得る。
【００２８】
図１７に示すように、一実施形態では、透明基板６２内に陥没部（トレンチ）を、フッ素を含有する化学物質を用いてエッチングすることにより形成して、第三開口部７２を形成する。透明基板６２の部分を薄化することにより、前述の実施形態で形成された第一位相シフト領域と類似する第一位相シフト領域７１を形成する。換言すれば、第一位相シフト領域７１は、１８０度位相シフト領域である。
【００２９】
第一位相シフト領域７１を形成した後、レジスト膜６６および不透明膜６４に対して同時に凹部を形成して、第四開口部７３を形成する。開口部７３は、第三開口部７２と同心であり、かつ開口部７２の境界を越えて延びる境界を有する。トレンチ内に存在しない透明基板７２の露出された部分は、リム７４であり、同リムは第三マスク６０内の位相をシフトさせない領域である。リム７４は、フィールド領域７６上に載置された不透明膜６４に隣接する。
【００３０】
第三実施形態では、第一位相シフト領域７１とリム７４とを形成するのに、一つの（即ち、多層スタックではない）レジスト膜６６を使用する。パターンニングプロセス全体においてレジスト膜の相当部分が残留することから、適切なレジスト膜が必要とされる。レジスト膜は約５００ナノメータよりも厚く、約５００〜７００ナノメータの範囲内にあることがより好ましい。従って、一実施形態では厚いレジスト膜が使用される。先行技術による方法では、小さいフィーチャを形成する調整可能なパターン化プロセスの限界を要因として、リム等の小さい寸法をパターンニングする際には、厚いレジスト膜は使用されなかった。しかしながら、本願出願人は、この問題点を、化学物質と、他のエッチングのパラメータとを決定することにより、調整可能に一つのレジスト膜からリムを形成すること
によって克服した。
【００３１】
一実施形態にて、不透明膜６４がクロムからなる場合、塩素と酸素の比が７：１〜１：１、特に約７：１または約５：１であるエッチングプロセスによって、クロムを陥没させ得る。この化学物質は、厚い一つのレジスト膜６６をも陥没させる。厚い一つのレジスト膜６６の陥没程度は、クロムを陥没させるために使用される化学物質の厚い一つのレジスト膜６６に対する選択性に依存する。好ましい実施形態では、クロムとレジストとの陥没量は、ほぼ等しい。この実施形態では、エッチング化学物質として、１〜２００ｓｃｃｍの塩素と１〜２００ｓｃｃｍの酸素とが使用される。アルゴン等の付加的な気体が、塩素および酸素に添加される。一実施形態にて、電源は、少なくとも約２００ワットであり、チャンバに付与されるＲＦ（無線周波）バイアスは、約３００ワット以下であり得る。一実施形態に使用される圧力は、約１〜３００ミリトル（ｍＴ）で、特に１〜１００ｍＴである。好ましい実施形態では、３５ｓｃｃｍ（標準平方ｃｍ）の塩素と、９ｓｃｃｍの酸素との流れがエッチング化学物質として使用されて、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）器具のパラメータとして、圧力１０ｍＴ、ＲＦ１５Ｗ、電源５００Ｗが使用される。当業者は、ここで使用される電源およびＲＦのパワーと圧力とは、異なる器具の間で変動し得ることを理解するであろう。リム７４を形成した後、厚い一つのレジスト膜６６を除去すると、第三レチクル（位相シフトマスク）６０が形成される。このマスクは、前述の実施形態により形成された位相シフトマスクと同等に働く。
【００３２】
第一レチクル１０、第二レチクル３０および第三レチクル６０を、半導体デバイス上の層（例、レジスト膜）のパターンニングに使用し得る。図２０に、第一レチクル１０、第二レチクル３０または第三レチクル６０であり得るマスク８４の露光に使用され得る装置８０を示す。装置８０は、光源８１、コンデンサ系８２、マスク８４、投影光学系８６、および上部にレジスト膜８８が載置されたウエハ８９を備える。コンデンサ系８２は、光源８１から発せられた光を受容して、同光を、ウエハ８９に付与するパターンを備えたマスク８４全体に照射する。マスク８４のフィールド領域は、コンデンサ系８２から受容した光を遮蔽するため、光は、第一位相シフト領域とリムと（即ち、第一位相シフト領域２５，５０，７１、各々レチクル１０，３０，５０に対応するリム２６，５４，７４）のみを透過する。第一位相シフト領域を透過する光の位相は、リムを透過する光の位相に関して１８０度シフトされるため、第一位相シフト領域からの光と、リムからの光とが互いに相殺するよう緩衝し得る。第一位相シフト領域からの光と、リムからの光との重複の全てが相殺されることによって、マスク８４を用いて露光されるウエハ８９上のレジスト８８領域間のコントラストが増大する。光がマスク８４の部分を透過し、かつマスク８４の他の部分により遮蔽された後、投影光学系８６が光を通過させレジスト８８上に集束させることによって、レジスト８８は、マスク８４上のパターンに従って選択的に露光される。
【００３３】
全実施形態において、第一位相シフト領域とリムとを形成するのに同一のレジスト膜（多層または単層）を使用する。同一のレジスト膜を使用することによって、多大な時間を消費する高価なリソグラフィー・プロセスが排除されて、サイクル時間と製造コストとが低減される。ここに説明した任意の実施形態の他の利点としては、自己整合プロセスによってリムを第一位相シフト領域およびフィールド領域に対して整合して、不整合の可能性を除去する。不整合の可能性を低減することによって、歩留まりを向上させ得る、より確実なプロセスが実現される。上述した実施形態では、作業を低減するために、同一のシステム内でエッチング工程の全てを実行することが可能であり、コストおよび欠陥品の発生が減少する。上述した方法のいくつかは、非常に均質で多様な寸法を備えたリムの製造をも可能にする。換言すれば、全てのリムが同一の寸法を有する必要はない。例えば、異なる寸法を備えたリムを形成するには、複層膜または単層膜のマスクは適切にパターニングされる必要があるであろう。換言すれば、複層膜または単層膜のマスク内のリムのパターンは、異なる寸法を有するであろう。
【００３４】
図示されないが、任意の露出膜（例、レジスト膜）の厚さは、その下部の膜がエッチングされる際に減少され得る。例えば、第三実施形態では、図１７において、レジスト膜６６の厚さは、透明基板６２をエッチングして第一位相シフト領域を形成する際に、元の厚さから約５〜１０％減少する。
【００３５】
上述したプロセスに対する付加的なプロセスも、実行され得る。例えば、上述した任意の開口部を任意のレジスト膜（複層または単層）内に形成した後、酸素プラズマによりＤｅｓｃｕｍプロセスを実行して開口部を研磨して、レジスト膜パターン化プロセスにより発生したレジスト残留物を除去し得る。
【００３６】
さらに、不透明膜は、リム形成のパターニングの際に損傷を受け得る。この損傷を防止するために、不透明層を陥没させてリムを形成する前に、背部露光によりレジスト膜（複層または単層）をパターニングしてもよい。この工程は、第三実施形態にて使用される可能性が最も多いであろう。
【００３７】
前述の説明にて、特定の実施形態を参照に本発明を説明してきた。しかしながら、当業者は、特許請求の範囲に定義された本発明の範囲から逸脱せずに、様々な変更および改良を為し得ることを理解するであろう。従って、明細書中の説明および図面は、例示を目的とするものであり、本発明を限定することを意図するものではない。このような全ての変更は、本発明の範囲内に包含されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第一実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図２】本発明の第一実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図３】本発明の第一実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図４】本発明の第一実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図５】本発明の第一実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図６】本発明の第一実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図７】本発明の第一実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図８】本発明の第ニ実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図９】本発明の第ニ実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図１０】本発明の第ニ実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図１１】本発明の第ニ実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図１２】本発明の第ニ実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図１３】本発明の第ニ実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図１４】本発明の別の実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図１５】本発明の別の実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図１６】本発明の別の実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図１７】本発明の別の実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図１８】本発明の別の実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図１９】本発明の別の実施形態により形成されたリム位相シフトマスクの断面図。
【図２０】図１〜１９に示した多様な実施形態により形成された任意のリム位相シフトマスクを用いて半導体ウエハ上に形成される、フォトレジスト膜のパターン化方法を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【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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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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