(57)【要約】【課題】他よりも大きなパターンの内側の光の透過率とのその他よりも大きなパターンの外側の光の透過率との差を小さくすることにより、透過率の差によって生じる収差に起因したパターンの転写誤差を小さくすることができる位相シフトマスクを提供する。【解決手段】大パターン１ａと小パターン１ｂとが形成された透明基板１の上には、遮光膜２ａが設けられている。小パターン１ｂの周囲には、遮光膜が設けられているが、大パターン１ａの周囲には遮光膜が設けられておらず、透明基板１が露出している。そのため、大パターン１ａの内側の光の透過率と大パターン１ａの周囲の光の透過率との差が小パターン１ｂの内側と小パターン１ｂの周囲との透過率の差よりも小さくなる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面と、該主表面から所定の深さにかけて形成され、所定の開口幅を有する第１パターンと、前記主表面から前記所定の深さと同じ深さにかけて形成され、前記所定の開口幅より大きな開口幅を有する第２パターンとが設けられた透明基板とを備え、
前記第１パターンを通過する光の振幅および前記第２パターンを通過する光の振幅と、前記第１パターンの周囲の前記主表面を通過する光および前記第２パターンの周囲の前記主表面を通過する光の振幅とは位相が反転しており、
前記第１パターンの光の透過率と前記第１パターンの周囲の光の透過率との差よりも前記第２パターンの光の透過率と前記第２パターンの周囲の光の透過率との差の方が小さくなるように構成された、位相シフトマスク。
【請求項２】
前記第２パターンの光の透過率と前記第２パターンの周囲の光の透過率との差はゼロである、請求項１に記載の位相シフトマスク。
【請求項３】
前記透明基板上に設けられ、該透明基板の主表面に対して垂直な方向から見たときに、前記第１パターンの周囲を囲う遮光膜をさらに備え、該遮光膜は、前記透明基板上の前記第２パターンの周囲の領域以外の領域に設けられた、請求項１に記載の位相シフトマスク。
【請求項４】
前記透明基板内の領域であって、該透明基板の主表面に対して垂直な方向から見たときに、前記第１パターンの周囲を囲う領域には、イオンが注入されており、
該イオンは、前記透明基板上の前記第２パターンの周囲の領域よりも前記透明基板上の前記第１パターンの周囲の領域に多く含まれている、請求項１に記載の位相シフトマスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造に用いる位相シフトマスクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、透明基板上に遮光膜が形成され、遮光膜が形成されていない領域のパターンに対応したパターンを半導体基板上のレジスト膜に転写するためのフォトマスクすなわち位相シフトマスクが用いられている。位相シフトマスクは、図１５に示すように、透明基板１上の遮光膜２ａが設けられていない部分であって、相対的に大きな開口幅の大パターン１ａと、相対的に小さな開口幅の小パターン１ｂとが設けられている。
【０００３】
上記図１５に示す位相シフトマスクの断面構成と光の振幅および光の強度との関係が図１６に示されている。大パターン１ａの内側の領域は光を透過し、大パターン１ａの外側の領域は遮光膜２ａにより遮光される。なお、遮光膜２ａはわずかながらの量（３％〜８％）の光を透過させるハーフトーン膜である。
【０００４】
したがって、光の振幅および光の強度は、図１６に示すように、大パターン１ａの内側の領域のみ大きくなり、大パターン１ａの外側の領域においては小さくなる。また、位相シフトマスクの大パターン１ａの透明基板１を透過する光のみであった場合の大パターン１ａの半導体基板への転写位置よりも外側の位置に光の強度の最低値ｋが現われる。
【０００５】
これは、遮光膜２ａを通過する光はわずかであるにも関わらず、大パターン１ａを通過する多量の光が回折するため、回折光と遮光膜２ａを通過した光とが干渉して、大パターン１ａよりも外側において光の強度がゼロに近くなっている部分が発生したためである。
【０００６】
上記図１６に示すような関係があるため、半導体基板上に転写されたパターンは、小パターン１ｂの周囲の領域ではディンプルが発生しないが、大パターン１ａの周囲の領域においてはディンプルが発生する。
【０００７】
前述のディンプルが発生するために、半導体基板のパターンの形状が劣化するという問題がある。そこで、図１７に示すように、大パターン１ａの外周近傍であって、大パターン１ａの外周を取囲むように、完全な遮光性（１００％に近い遮光性）を有するクロム膜７を形成する。これにより、遮光膜２ａがハーフトーンマスクであることによって生じる問題は解消される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記図１７に示すような位相シフトマスクは、完全遮光性のクロム膜７とハーフトーンマスクである遮光膜２ａとは光の透過率が異なる。したがって、露光装置を用いて位相シフトマスクに対して光を照射した場合に、大パターン１ａの内側の透明基板１を通過する光と、クロム膜７および透明基板１を通過する光との間で収差が生じる。この収差の影響により、位相シフトマスクに形成された大パターン１ａとその大パターン１ａが半導体基板上に転写されたパターンとの間の位置ずれ量と、位相シフトマスクに形成された小パターン１ｂとその小パターン１ｂが半導体基板上に転写されたパターンとの間の位置ずれ量とに差が生じる。すなわち、収差に起因して、大パターン１ａと小パターン１ｂとの間に相対的な転写誤差が生じる。
【０００９】
また、図１８に示すような位相シフトマスクが、特開平１０−３１３００号公報に開示されている。図１８に示すような位相シフトマスクにおいては、透明基板１の上に、複数の遮光膜２ａが形成されている。複数の遮光膜２ａのうち開口幅が小さな遮光膜２ａの外周が小パターン１ｂを形成している。また、遮光膜２ａであって小パターン１ｂよりも大きな開口幅を有する大パターン１ａの遮光膜２ａの上には、大パターン１ａを構成するための完全遮光膜１０が形成されている。
【００１０】
上記図１８に示す位相シフトマスクのＸＩＸ−ＸＩＸ線断面が図１９に示されている。図１８および図１９に示すような構造の位相シフトマスクにおいても、大パターン１ａの内側の領域と大パターン１ａの周囲の領域とで光の透過率が大きく相違する。その結果、収差に起因したパターンの相対的な転写誤差が生じる。
【００１１】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、収差に起因した半導体基板上に形成されるパターンの相対的な転写誤差を極力小さくすることができる位相シフトマスクを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の位相シフトマスクは、主表面と、主表面から所定の深さにかけて形成され、所定の開口幅を有する第１パターンと、主表面から前述の所定の深さと同じ深さにかけて形成され、前述の所定の開口幅より大きな開口幅を有する第２パターンとが設けられた透明基板とを備えている。また、第１パターンを通過する光の振幅および第２パターンを通過する光の振幅と、第１パターンの周囲の主表面を通過する光および第２パターンの周囲の主表面を通過する光の振幅とは位相が反転している。また、第１パターンの光の透過率と第１パターンの周囲の光の透過率との差よりも第２パターンの光の透過率と第２パターンの周囲の光の透過率との差の方が小さくなるように構成されている。
【００１３】
なお、第２パターンの光の透過率と第２パターンの周囲の光の透過率との差はゼロであってもよい。。
【００１４】
上記の構成によれば、第２パターンの内側の光の透過率と第２パターンの外側の光の透過率との差によって生じる収差に起因したパターンの転写誤差を小さくすることができる。
【００１５】
本発明の位相シフトマスクは、透明基板上に設けられ、透明基板の主表面に対して垂直な方向から見たときに、第１のパターンの周囲を囲う遮光膜をさらに備えていてもよい。また、遮光膜は、透明基板上の第２パターンの周囲の領域以外の領域に設けられていてもよい。
【００１６】
上記の構成によれば、遮光膜の有無により第２パターンの内側の光の透過率と第２パターンの外側との光の透過率との差をなくすことができる。
【００１７】
本発明の位相シフトマスクは、透明基板内の領域であって、透明基板の主表面に対して垂直な方向から見たときに、第１パターンの周囲を囲う領域には、イオンが注入されていてもよい。また、イオンは、透明基板上の第２パターンの周囲の領域よりも透明基板上の第１パターンの周囲の領域に多く含まれていてもよい。
【００１８】
上記の構成によれば、透明基板に含まれているイオン量を制御することにより、第２パターンの内側の光の透過率と第２パターンの外側との光の透過率の差を小さくすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態の位相シフトマスクおよびその製造方法を図面に基づいて説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１〜図５を用いて、本実施の形態の位相シフトマスクおよびその製造方法を説明する。
【００２１】
本実施の形態の位相シフトマスクは、図１および図２に示すように、主表面と、主表面から所定の深さにかけて形成され、所定の開口幅を有する小パターン１ｂと、主表面から前述の所定の深さと同じ深さにかけて形成され、前述の所定の開口幅より大きな開口幅を有する大パターン１ａとが設けられた透明基板１とを備えている。
【００２２】
また、小パターン１ｂを通過する光の振幅および大パターン１ａを通過する光の振幅と、小パターン１ｂの周囲の主表面を通過する光および大パターン１ａの周囲の主表面を通過する光の振幅とは位相が反転している。なお、本実施の形態の位相シフトマスクにおいては、位相が反転している場合には、１７５度〜１８５度の範囲で位相がずれている場合が含まれるものとする。
【００２３】
また、本実施の形態の位相シフトマスクは、次に記載するように、小パターン１ｂの光の透過率と小パターン１ｂの周囲の光の透過率との差よりも大パターン１ａの光の透過率と大パターン１ａの周囲の光の透過率との差の方が小さくなるように構成されている。
【００２４】
したがって、大パターン１ａの内側の光の透過率と大パターン１ａの外側の光の透過率との差によって生じる収差に起因した半導体基板上へのパターンの相対的な転写誤差を小さくすることができる。
【００２５】
前述の本実施の形態の位相シフトマスクは、具体的には、次のような構造である。図１に示すように、透明基板１上に設けられ、透明基板１の主表面に対して垂直な方向から見たときに、小パターン１ｂの周囲を囲う遮光膜２ａを備えている。また、遮光膜２ａは、透明基板上の大パターン１ａの周囲の領域以外の領域に設けられていている。
【００２６】
上記の構成によれば、遮光膜２ａの有無により大パターン１ａの内側の光の透過率と大パターン１ａの周囲の領域の光の透過率との差をなくすことができる。
【００２７】
また、前述の本実施の形態の位相シフトマスクの製造方法は、次のような工程で製造される。
【００２８】
まず、図３に示すように、透明基板１上に遮光膜２を形成する。次に、遮光膜２の上にレジスト膜３を形成する。その後、レジスト膜３に、第１開口および第１開口より開口幅が大きな第２開口を設けることにより、レジスト膜３ａを形成する。次に、第１開口および第２開口の底面に露出する遮光膜２を除去する。その後、図４に示すように、第１開口および第２開口の底面に露出する透明基板１をエッチングすることにより、小パターン１ｂおよび大パターン１ａを形成する。次に、レジスト膜３ａを除去する。その後、透明基板１の上方の領域であって、大パターン１ａの周囲の領域以外の領域の上方にレジスト膜４を形成する。その後、レジスト膜４をマスクとして遮光膜２ａを除去することにより、図５に示す構造を得る。最後に、レジスト膜４を除去して、図２に示す位相シフトマスクを完成させる。
【００２９】
（実施の形態２）
次に、図６〜図１０を用いて、実施の形態２の位相シフトマスクおよびその製造方法を説明する。
【００３０】
本実施の形態の位相シフトマスクは、図６および図７に示すように、実施の形態１の位相シフトマスクと同様に、主表面と、主表面から所定の深さにかけて形成され、所定の開口幅を有する小パターン１ｂと、主表面から前述の所定の深さと同じ深さにかけて形成され、前述の所定の開口幅より大きな開口幅を有する大パターン１ａとが設けられた透明基板１とを備えている。
【００３１】
また、小パターン１ｂを通過する光の振幅および大パターン１ａを通過する光の振幅と、小パターン１ｂの周囲の主表面を通過する光および大パターン１ａの周囲の主表面を通過する光の振幅とは位相が反転している。なお、本実施の形態の位相シフトマスクにおいては、位相が反転している場合には、１７５度〜１８５度の範囲で位相がずれている場合が含まれるものとする。
【００３２】
また、本実施の形態の位相シフトマスクは、次に記載するように、小パターン１ｂの光の透過率と小パターン１ｂの周囲の光の透過率との差よりも大パターン１ａの光の透過率と大パターン１ａの周囲の光の透過率との差の方が小さくなるように構成されている。
【００３３】
また、本実施の形態の位相シフトマスクは、透明基板１内の領域であって、図６に示すように、透明基板１の主表面に対して垂直な方向から見たときに、小パターン１ｂの周囲を囲う領域には、イオンが注入されている。また、図７に示すように、イオンは、透明基板１上の大パターン１ａの周囲の領域よりも透明基板１上の大パターン１ａの周囲の領域以外の領域、たとえば、小パターン１ｂの周囲の領域に多く含まれている。なお、本実施の形態の位相シフトマスクの場合、透明基板１上の大パターン１ａの周囲の領域に注入されるイオンの量はゼロである。
【００３４】
上記の構成によれば、透明基板１に含まれているイオンの量を制御することにより、大パターン１ａの内側を通過する光の透過率と大パターン１ａの外側を通過する光の透過率との差を、小パターン１ｂの内側を通過する光の透過率と小パターン１ｂの外側を通過する光の透過率との差より小さくすることができる。
【００３５】
前述の本実施の形態の位相シフトマスクの製造方法は、次のような工程で製造される。
【００３６】
まず、透明基板１の表面近傍にイオン注入することにより、イオン注入領域１ｉを形成する。次に、図８に示すように、イオン注入領域１ｉの上にレジスト膜３を形成する。レジスト膜３に、第１開口および第１開口より開口幅が大きな第２開口を設けることにより、レジスト膜３ａを形成する。次に、図９に示すように、第１開口および第２開口の底面に露出するイオン注入領域１ｉおよび透明基板１を除去することにより、透明基板１に小パターン１ｂおよびその小パターン１ｂよりも開口幅が大きな大パターン１ａを形成する。次に、レジスト膜３を除去する。その後、図１０の矢印で示す方向に、透明基板１の上部の領域であって、大パターン１ａの周囲の領域にレーザを照射することにより、図７に示すように、大パターン１ａの周囲の領域に注入されているイオンを除去する。
【００３７】
図１１には、図１に示す本実施の形態の位相シフトマスクが模式的に表わされている。また、図１２には、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面が示されている。図１１および図１２から分かるように、本実施の形態の位相シフトマスクにおいては、大パターン１ａから半導体基板に対して垂直に下した垂線上に光の強度の最下点ｋがある。
【００３８】
図１３には、従来技術の図１８および図１９を用いて示した先行技術文献である特開平１０−３１３００号公報に記載の位相シフトマスクに対応させて記載した、実施の形態の位相シフトマスクの変形例が示されている。図１４には、図１３に示す位相シフトマスクの断面と光の振幅および光の強度との関係が示されている。図１３および図１４に示す変形例の位相シフトマスクにおいては、透明基板１の上に遮光膜２ａが形成されている。遮光膜２ａの外周が小パターン１ｂを形成している。また、透明基板１の上には、透明基板突起部１ｘが設けられている。透明基板突起部１ｘの外周が大パターン１ａを形成している。
【００３９】
なお、表１には前述した図１５および図１６に示す従来技術、図１８および図１９に示す特開平１０−３１３００号公報に記載の技術、実施の形態１の位相シフトマスク、ならびに、実施の形態１の位相シフトマスクの変形例の位相シフトマスクそれぞれにおいて、小パターン１ｂの内側の領域、小パターン１ｂの外側の領域、大パターン１ａの周辺部の周辺の領域、および、大パターン１ａの内側の領域それぞれの光の透過率および位相角が示されている。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
この表１から分かるように、図１５および図１６に示す従来技術および図１８および図１９に示す特開平１０−３１３００号公報に記載の技術においては、大パターン１ａの周辺部の領域の光の透過率と大パターン１ａの内側の領域の光の透過率とに差がある。
【００４２】
一方、実施の形態１の位相シフトマスクおよび図１１および図１２に示す実施の形態１に記載の位相シフトマスクの変形例においては、大パターン１ａの周辺部の領域の光の透過率と大パターン１ａの内側の光の透過率とが同一である。すなわち、大パターン１ａの周辺部の領域の光の透過率と大パターン１ａの内側の領域の光の透過率との差は、小パターン１ｂの周辺部の領域の光の透過率と小パターン１ｂの内側の領域の光の透過率との差よりも小さくなっている。
【００４３】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の位相シフトマスクによれば、収差に起因した半導体基板上に形成されるパターンの相対的な転写誤差を極力小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の位相シフトマスクの上面図である。
【図２】実施の形態１の位相シフトマスクの断面図である。
【図３】実施の形態１の位相シフトマスクの製造方法を説明するための図である。
【図４】実施の形態１の位相シフトマスクの製造方法を説明するための図である。
【図５】実施の形態１の位相シフトマスクの製造方法を説明するための図である。
【図６】実施の形態２の位相シフトマスクの上面図である。
【図７】実施の形態２の位相シフトマスクの断面図である。
【図８】実施の形態２の位相シフトマスクの製造方法を説明するための図である。
【図９】実施の形態２の位相シフトマスクの製造方法を説明するための図である。
【図１０】実施の形態２の位相シフトマスクの製造方法を説明するための図である。
【図１１】実施の形態１の位相シフトマスクの他の例を説明するための図である。
【図１２】実施の形態１の位相シフトマスクの他の例において、図１１に示す構造のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面と光の振幅および光の強度との関係を示すための図である。
【図１３】実施の形態１の位相シフトマスクの変形例の上面図である。
【図１４】実施の形態１の位相シフトマスクの変形例において、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面と光の振幅および光の強度との関係を説明するための図である。
【図１５】従来の位相シフトマスクの上面図である。
【図１６】図１５に示す従来の位相シフトマスクのＸＶＩ−ＸＶＩ線断面と光の振幅および光の強度との関係を説明するための図である。
【図１７】従来の位相シフトマスクにおいて、クロム膜が、大パターンの周囲に形成された状態を説明するための図である。
【図１８】特開平１０−３１３００号公報に記載されている従来の位相シフトマスクの上面図である。
【図１９】図１８に示す従来の位相シフトマスクのＸＩＸ−ＸＩＸ線断面と光振幅および光の強度との関係を説明するための図である。
【符号の説明】
１　透明基板、１ａ　大パターン、１ｂ　小パターン、１ｃ　イオン、２ａ　遮光膜、３，３ａ　レジスト膜、４　レジスト膜、７，１０　完全遮光膜。
【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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