(57)【要約】【課題】  費用や工程数の増加を抑えつつ製造することが可能な位相シフトマスク、費用や工程数の増加を抑えることが可能な位相シフトマスクの製造方法及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  位相シフトマスク１０は、所定波長の光を透過するマスク基板１１と、マスク基板１１上の第１マスクパターン形成領域１ａに形成され、膜厚Ｔ１ａを有し、所定波長の光の一部を透過するマスクパターン１２ａと、マスク基板１１上の第２マスクパターン形成領域１ｂに形成され、膜厚Ｔ１ａと異なる膜厚Ｔ１ｂを有し、所定波長の光の一部を透過するマスクパターン１２ｂとを有する。【選択図】          図６
2007178807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長の光を透過する基板と、
前記基板上の第１領域に形成され、第１膜厚を有し、前記所定波長の光の一部を透過する第１マスクパターンと、
前記基板上の第２領域に形成され、前記第１膜厚と異なる第２膜厚を有し、前記所定波長の光の一部を透過する第２マスクパターンと
を有することを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項２】
前記基板上の第３領域に形成され、前記所定波長の光を遮光する遮光膜をさらに有することを特徴とする請求項１記載の位相シフトマスク。
【請求項３】
前記基板上の前記第３の領域に形成され、前記所定波長の光の一部を透過する第３半透過膜をさらに有し、
前記遮光膜は前記第３半透過膜上に形成されていることを特徴とする請求項２記載の位相シフトマスク。
【請求項４】
露光対象のウェハ表面に生じる高低差を特定する工程と、
前記高低差に基づいて前記ウェハ表面を複数の第１領域に区画する工程と、
前記複数の第１領域それぞれについて所定高さからの高低差の目安を特定する工程と、
所定のマスク基板を準備する工程と、
前記複数の第１領域の範囲形状に基づいて、前記マスク基板における所定面を前記複数の第１領域と１対１に対応する複数の第２領域に区画する工程と、
前記複数の第１領域それぞれについて特定した前記高低差の目安に基づいて、前記複数の第２領域それぞれに形成するマスクパターンの膜厚をそれぞれ算出する工程と、
算出した前記膜厚を有するマスクパターンを前記マスク基板における前記複数の第２領域それぞれに形成する工程と
を有することを特徴とする位相シフトマスクの形成方法。
【請求項５】
前記マスクパターンは、
前記複数の第２領域それぞれについて算出された前記膜厚のうち最も厚い膜厚以上の膜厚を有する半透過膜を前記マスク基板上に形成し、
前記半透過膜を前記複数の第２領域ごとに算出された前記膜厚に基づいて薄膜化する
ことで形成されることを特徴とする請求項４記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項６】
前記マスクパターンは、
前記複数の第２領域それぞれについて算出された前記膜厚のうち２番目に厚い膜厚以上の膜厚を有する半透過膜を前記マスク基板上に形成し、
前記半透過膜上に遮光膜を形成し、
前記複数の第２領域ごとにそれぞれ算出された前記膜厚のうち１番目に厚い膜厚に対応した第２領域上以外の前記遮光膜を除去し、
前記半透過膜における露出された領域を前記複数の第２領域ごとに算出された前記膜厚に基づいて薄膜化する
ことで形成されることを特徴とする請求項４記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項７】
前記ウェハ表面に生じる高低差は、当該ウェハに形成するパターンに基づいて算出されることを特徴とする請求項４から６の何れか１項に記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項８】
前記複数の領域は、予め設定された複数の高低差の範囲の何れに含まれる高さであるかに基づいて定義されることを特徴とする請求項４から７の何れか１項に記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項９】
前記高低差の目安は、高低差の範囲の中央値と前記所定の高さとの差分から特定されることを特徴とする請求項８記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項１０】
前記所定の高さは、前記複数の高低差の範囲のうち何れかの範囲の中央値であることを特徴とする請求項４から９の何れか１項に記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項１１】
前記半透過膜は、ケイ化モリブデン膜よりなることを特徴とする請求項５または６記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項１２】
前記遮光膜は、クロム膜、酸化クロム膜、またはクロム膜と酸化クロム膜との積層膜の何れかよりなることを特徴とする請求項６記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項１３】
ウェハに形成するパターンのデータを準備する工程と、
前記パターンのデータに基づいて前記ウェハ表面に生じる高低差を特定する工程と、
前記高低差に基づいて前記ウェハ表面を複数の第１領域に区画する工程と、
前記複数の第１領域それぞれについて所定高さからの高低差の目安を特定する工程と、
所定のマスク基板を準備し、前記複数の第１領域の範囲形状に基づいて、前記マスク基板における所定面を前記複数の第１領域と１対１に対応する複数の第２領域に区画し、前記複数の第１領域それぞれについて特定した前記高低差の目安に基づいて、前記複数の第２領域それぞれに形成するマスクパターンの膜厚をそれぞれ算出し、算出した前記膜厚を有するマスクパターンを前記マスク基板における前記複数の第２領域それぞれに形成することで形成された位相シフトマスクを準備する工程と、
前記ウェハを準備する工程と、
前記ウェハに前記パターンを形成する工程と、
前記パターンが形成された前記ウェハ表面に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜表面にレジスト膜を形成する工程と、
前記位相シフトマスクを用いて前記レジスト膜を露光する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相シフトマスク、位相シフトマスクの製造方法及び半導体装置の製造方法に関し、特にウェハ表面に生じる高低差によって、これの表面に形成されるレジストパターンの寸法ずれを解消することが可能な位相シフトマスク、及びその製造方法、並びにその位相シフトマスクを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の製造工程などにおいて用いられるレジストパターンは、一般的に、ウェハ表面にレジスト液をスピン塗布し、これを露光装置を用いて露光した後、現像して形成する。
【０００３】
この工程において、ウェハ表面のレジスト液を露光する際、望ましいレジストパターンを形成するためには、露光装置における投影レンズの焦点深度の範囲内にウェハ表面を位置させる必要がある。
【０００４】
しかしながら、従来の露光方法では、露光装置の精度やウェハ表面に生じた段差などに起因して、投影レンズからウェハ表面までの焦点距離に、位置に依存したばらつきが発生する可能性がある。例えば製造工程においてウェハ表面に堆積させた層間絶縁膜などをＣＭＰ（Chemical and Mechanical Polishing）法により平坦化する際、研磨パッドは圧力が等しくなるようにウェハ表面に当接されるが、半導体素子を構成するパターン（このパターンを他のパターンと区別するために、以降、素子パターンという）が密に形成された領域（これを密パターン領域という）上では圧力が分散してしまう。このため、密パターン領域上の研磨レートが、素子パターンが疎に形成された領域（これを疎パターン領域という）上の研磨レートよりも低下してしまう。この結果、疎パターン領域上の層間絶縁膜が密パターン領域上の層間絶縁膜よりも大きく削られてしまう。このように、従来技術による平坦化では、素子パターンの疎密度に依って研磨レートに差が生じ、これにより、平坦化後の層間絶縁膜表面に段差が生じてしまう。このように生じた段差は、ミクロ的に見た場合は略無視できるが、マクロ的に見た場合は無視することができない。以下では、このような段差をグローバル段差という。ウェハ表面に以上のようなグローバル段差が存在すると、ウェハ表面の位置に依存して焦点距離が変化してしまう。このため、ウェハ上に形成されるレジストパターンの寸法が位置に依存してばらついてしまうという問題を発生させる。すなわち、仮にウェハ上に形成したレジスト膜表面に露光機の焦点位置があり、且つ、密パターン領域上のレジスト膜表面に焦点を合わせて露光を行った場合、疎パターン領域上のレジスト膜に対する露光光の焦点がグローバル段差の分だけデフォーカスしてしまう。このようなデフォーカスは、ウェハ表面に結像されるマスクパターンの輪郭がぼやける原因となる。このため、焦点が合う領域と焦点の合わない領域とでウェハ上のレジスト膜に転写されるマスクパターンの寸法に差が生じてしまう。
【０００５】
このような問題に対処した従来技術としては、例えば以下に示す特許文献１に開示された技術が存在する。この従来技術では、遮光膜よりなる第１パターンと半透過膜よりなる第２パターンとを用い、第１パターンを透過する第１光と第２パターンを透過する第２光との位相差がウェハ表面の段差に略等しくなるように、ウェハ表面の段差及びこれに形成するレジストパターンの所望するサイズに基づいて最適な位相差及び最適なパターンサイズを算出する。
【特許文献１】特開平１０−２３２４８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した特許文献１による従来技術では、第１光と第２光との位相差の他に、フォトマスクに形成する第１及び第２パターンのサイズも変更する必要がある。このため、フォトマスクの設計段階からマスク形状を変更する必要があり、費用や工程数が大幅に増加してしまうという問題を発生させる。
【０００７】
さらに、上述した特許文献１では、ウェハ表面の段差及びこれに形成するレジストパターンの所望するサイズに基づき、如何にして最適な位相差及び最適なパターンサイズを有するフォトマスクを製造するかが開示されていないという問題も有する。
【０００８】
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、費用や工程数の増加を抑えつつ製造することが可能な位相シフトマスク、費用や工程数の増加を抑えることが可能な位相シフトマスクの製造方法及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するために、本発明による位相シフトマスクは、所定波長の光を透過する基板と、基板上の第１領域に形成され、第１膜厚を有し、所定波長の光の一部を透過する第１マスクパターンと、基板上の第２領域に形成され、第１膜厚と異なる第２膜厚を有し、所定波長の光の一部を透過する第２マスクパターンとを有して構成される。
【００１０】
露光対象のウェハ表面に形成されるレジストパターンの寸法は、位相シフトマスクのマスクパターンを形成する半透過膜を透過した光と、この半透過膜を通過しない光との位相差を制御することで調整することができる。また、この位相差は半透過膜の膜厚により制御することができる。したがって、本発明のように、異なる膜厚の半透過膜より形成された第１マスクパターンと第２マスクパターンとを単一の位相シフトマスクに形成することで、第１マスクパターンと第２マスクパターンとが露光対象のウェハ表面に転写するレジストパターンの寸法をそれぞれ独立して調整することが可能となる。また、第１マスクパターンと第２マスクパターンとは同一材料の半透過膜を使用することが可能であるため、例えば同一の半透過膜を加工することで第１マスクパターンと第２マスクパターンとを形成することが可能であるため、費用や工程数の増加を抑えつつ、本発明による位相シフトマスクを製造することが可能となる。なお、本発明では、第１マスクパターンと第２マスクパターンとの膜厚が異なる２種類のマスクパターンに限定されず、膜厚が異なる３種類以上のマスクパターンを用いても良い。
【００１１】
また、本発明による位相シフトマスクの製造方法は、露光対象のウェハ表面に生じる高低差を特定する工程と、高低差に基づいてウェハ表面を複数の第１領域に区画する工程と、複数の第１領域それぞれについて所定高さからの高低差の目安を特定する工程と、所定のマスク基板を準備する工程と、複数の第１領域の範囲形状に基づいて、マスク基板における所定面を複数の第１領域と１対１に対応する複数の第２領域に区画する工程と、複数の第１領域それぞれについて特定した高低差の目安に基づいて、複数の第２領域それぞれに形成するマスクパターンの膜厚をそれぞれ算出する工程と、算出した膜厚を有するマスクパターンをマスク基板における複数の第２領域それぞれに形成する工程とを有して構成される。
【００１２】
上述したように、露光対象のウェハ表面に形成されるレジストパターンの寸法は、位相シフトマスクのマスクパターンを形成する半透過膜を透過した光と、この半透過膜を通過しない光との位相差を制御することで調整することができる。また、この位相差は半透過膜の膜厚により制御することができる。したがって、本発明のように、ウェハ表面に生じる高低差（グローバル段差）に基づいてウェハ表面を複数の第１領域に区画し、この第１領域の範囲形状に基づいて位相シフトマスクにおける所定面（パターン形成面）を複数の第２領域に区画し、第２領域ごとに異なる膜厚の半透過膜よりなるマスクパターンを形成することで、複数の第２領域それぞれに形成されたマスクパターンが露光対象のウェハ表面に転写するレジストパターンの寸法をそれぞれ独立して調整することが可能となる。また、複数の第２領域におけるマスクパターンは同一材料の半透過膜を用いてそれぞれ形成することが可能であるため、例えば同一の半透過膜を加工することで各第２領域のマスクパターンを形成することが可能であるため、費用や工程数の増加を抑えつつ、本発明による位相シフトマスクを製造することが可能となる。
【００１３】
さらに、本発明による半導体装置の製造方法は、ウェハに形成するパターンのデータを準備する工程と、パターンのデータに基づいてウェハ表面に生じる高低差を特定する工程と、高低差に基づいてウェハ表面を複数の第１領域に区画する工程と、複数の第１領域それぞれについて所定高さからの高低差の目安を特定する工程と、所定のマスク基板を準備し、複数の第１領域の範囲形状に基づいて、マスク基板における所定面を複数の第１領域と１対１に対応する複数の第２領域に区画し、複数の第１領域それぞれについて特定した高低差の目安に基づいて、複数の第２領域それぞれに形成するマスクパターンの膜厚をそれぞれ算出し、算出した膜厚を有するマスクパターンをマスク基板における複数の第２領域それぞれに形成することで形成された位相シフトマスクを準備する工程と、ウェハを準備する工程と、ウェハにパターンを形成する工程と、パターンが形成されたウェハ表面に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜にレジスト膜を形成する工程と、位相シフトマスクを用いてレジスト膜を露光する工程とを有して構成される。
【００１４】
上述したように、露光対象のウェハ表面に形成されるレジストパターンの寸法は、位相シフトマスクのマスクパターンを形成する半透過膜を透過した光と、この半透過膜を通過しない光との位相差を制御することで調整することができる。また、この位相差は半透過膜の膜厚により制御することができる。したがって、本発明のように、ウェハ表面に生じる高低差（グローバル段差）に基づいてウェハ表面を複数の第１領域に区画し、この第１領域の範囲形状に基づいて位相シフトマスクにおける所定面（パターン形成面）を複数の第２領域に区画し、第２領域ごとに異なる膜厚の半透過膜よりなるマスクパターンを形成することで作成された位相シフトマスクを用いることで、複数の第２領域それぞれに形成されたマスクパターンが露光対象のウェハ表面に転写するレジストパターンの寸法をそれぞれ独立して調整することが可能となる。また、複数の第２領域におけるマスクパターンは同一材料の半透過膜を用いてそれぞれ形成することが可能であるため、例えば同一の半透過膜を加工することで各第２領域のマスクパターンを形成することが可能であるため、位相シフトマスクの製造における費用や工程数の増加を抑えることが可能となり、この結果、半導体装置の製造における費用や工程数の増加を抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、費用や工程数の増加を抑えつつ製造することが可能な位相シフトマスク、費用や工程数の増加を抑えることが可能な位相シフトマスクの製造方法及び半導体装置の製造方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
以下、本発明による実施例１について図面を用いて詳細に説明する。なお、各図は本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、及び位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものではない。また、各図では、構成の明瞭化のため、断面におけるハッチングの一部が省略されている。さらに、後述において例示する数値は、本発明の好適な例に過ぎず、従って、本発明は例示された数値に限定されるものではない。
【００１８】
まず、本実施例の概要について説明する。本実施例では、ウェハ表面における露光領域に存在するグローバル段差をシミュレーションにて算出し、この結果に基づいてフォトマスクである位相シフトマスクにおける使用領域を複数の領域に区画する。次に、区画された領域ごとに高低差に応じて生じるデフォーカス量（デフォーカス距離の長さ）を特定し、これに基づいて領域ごとに設定する位相差（半透過膜を通過しない光と半透過膜を通過した光との位相差。以下、単に位相差という）を算出する。次に、領域ごとの位相差を実現するための半透過膜の膜厚を算出し、この値に依存した膜厚のマスクパターンを有する位相シフトマスクを製造する。また、以上のように製造した位相シフトマスクを用いて半導体装置を製造する。なお、本実施例では、導電体膜や絶縁体膜やその他の膜など、所定の素子パターンが作り込まれた半導体基板をウェハとして適用するが、本発明はこれに限定されず、何も作り込まれていない状態の基板を用いても良い。また、ウェハ表面は、ＣＭＰ法などを用いて平坦化されているものとして説明するが、これに限定されず、他の方法を用いて平坦化されていても、平坦化されていなくとも良い。さらに、本実施例において、デフォーカス距離とは、ピントが丁度合う位置をフォーカス位置として、これから露光装置の光軸に沿って外れた距離をいう。
【００１９】
・位相シフトマスクの構成
次に、本実施例による位相シフトマスクの構成を説明するが、この説明に当たり、先に、ウェハの表面に形成されるグローバル段差のシミュレーション結果に基づいて位相シフトマスクのパターン形成面を複数の領域に区画する手順について説明する。なお、パターン形成面とは、露光装置における光軸に対して垂直となるように設置される面であり、ウェハへ投影するマスクパターンを有する面である。
【００２０】
・・ウェハ表面のグローバル段差
図１は、シミュレーションにより算出されたグローバル段差のレンジの一例を示すグラフである。なお、図１では、所定のパターンが形成されたウェハ表面に４層の層間絶縁膜（第１層間絶縁膜〜第４層間絶縁膜）を形成する場合を例に挙げ、それぞれの層間絶縁膜を形成する段階（これを第１から第４段階という）において推定されるグローバル段差のレンジを示す。また、図１におけるレンジとは、ウェハ表面における最も高い位置と最も低い位置との差である。
【００２１】
図１に示すように、ウェハ表面のグローバル段差は、一般的に、製造工程における第１段階（第１層間絶縁膜を形成する段階）ほど小さく、第２及び第３段階（第２及び第３層間絶縁膜を形成する段階）から第４段階（第４層間絶縁膜を形成する段階）になるに連れて大きくなる。このようなレンジを持つグローバル段差は、半導体装置としてウェハへ作り込む素子パターンのデータを用いたシミュレーションにより、事前に算出することができる。このシミュレーション方法については、従来一般的に用いられている方法を適用することが可能であるため、ここでは詳細な説明を省略する。また、ウェハ表面に生じるグローバル段差は、上述したシミュレーションによる算出方法の他に、半導体装置としてウェハへ作り込む素子パターンのデータから実験的又は経験的に推定して特定することも可能である。さらに、本発明において使用するグローバル段差には、シミュレーションなどを用いて事前に特定した値に限らず、実際に素子パターンを作り込んだウェハ表面を計測して求めた値を用いることもできる。
【００２２】
ここで、ウェハ表面に生じるグローバル段差の一例を図２及び図３に示す。図２は、ウェハ１に作り込む素子パターンのデータからシミュレーションにより算出したウェハ１表面の高さ分布（グローバル段差）を示す上視図である。また、図３は、図２におけるＡ−Ａ’断面図である。なお、図２及び図３では、説明の都合上、ウェハ１表面における一部の領域を抽出して示す。
【００２３】
図２及び図３を参照すると明らかなように、シミュレーションにより算出されたグローバル段差の例は、レンジの中心を基準とし、この基準からマイナス方向に０．３０μｍ（マイクロメートル）、プラス方向に０．３０μｍの広がりを持つ。すなわち、このグローバル段差の例は、０．６μｍのレンジを持つ。なお、マイナスとはレンジの中心より低いこと、すなわち露光装置における投影レンズから遠ざかる方向を示し、プラスとはウェハ１表面の平均の高さよりも高いこと、すなわち露光装置における投影レンズへ近づく方向を示す。
【００２４】
本実施例では、以上のようにグローバル段差が算出されたウェハ１表面の領域を、図２及び図３に示すように、高さの程度に基づいて３種類の領域に区画する。本実施例で例示する３種類の領域は、表面の高さが−０．３０μｍ以上−０．１０μｍ未満の範囲に属する領域（これを第１ウェハ表面領域１Ａという）と、表面の高さが−０．１０μｍ以上０．１０μｍ未満の範囲に属する領域（これを第２ウェハ表面領域１Ｂという）と、表面の高さが０．１０μm以上０．３０μm以下の範囲に属する領域（これを第３ウェハ表面領域１Ｃという）とである。なお、０μｍは基準とする高さ（所定高さ）である。また、本発明は、この例に限定されず、例えば図４に示すように、５種類の領域（第１から第５領域１Ａ’〜１Ｅ’）など、２種類以上の領域であれば何れでも良い。
【００２５】
・・位相シフトマスクの区画化
以上のように区画されたウェハ１表面の各領域（１Ａ〜１Ｃ）は、露光工程において、位相シフトマスクにおける所定の領域を透過した光により露光される。したがって、本実施例では、ウェハ１表面を区画する第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃ（第１領域）の範囲形状に従って、位相シフトマスクのパターン形成面を３つの領域に区画することができる。例えば１：１の等倍露光を行う場合、すなわち位相シフトマスクのマスクパターンをそのままウェハ１表面に投影する場合、位相シフトマスクのパターン形成面は、高さの程度に基づいて区画された第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃと同様の範囲形状を有する領域に区画することができる。また、縮小露光を行う場合又は拡大露光を行う場合、位相シフトマスクのパターン形成面は、上記の第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃと相似の関係にある範囲形状を有する領域に区画することができる。なお、相似関係における倍率は、縮小倍率又は拡大倍率に依存して変化する。以下の説明では、１：１の等倍露光を行う場合を例に挙げ、その際に位相シフトマスクのパターン形成面を区画した例を図５に示す。また、図５におけるａ−ａ’面で位相シフトマスク１０を切断した際の断面構造を図６に示す。さらに、本説明における高さの程度とは、上述したような範囲（例えば−０．３０μｍ以上−０．１０μｍ未満の範囲、−０．１０μｍ以上０．１０μｍ未満の範囲、及び０．１０μm以上０．３０μm以下の範囲など）のいずれに属するかを示す。以下、これを高さレベルという。
【００２６】
図５は、本実施例による位相シフトマスク１０の区画化されたパターン形成面を示す上視図である。また、図６は、上述したように、位相シフトマスク１０を図５におけるａ−ａ’面で切断した際の断面図である。なお、図５及び図６では、説明の都合上、位相シフトマスク１０のパターン形成面における一部の領域であって、図２及び図３に示すウェハ１表面の領域と対応する領域を抽出して示す。
【００２７】
図５及び図６に示すように、本実施例による位相シフトマスク１０のパターン形成面は、ウェハ１表面に定義した第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃそれぞれと同様の範囲形状を有する第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃ（第２領域）に区画される。
【００２８】
また、本実施例では、第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃに対し、それぞれの領域における高低差の目安となる値（以下、デフォーカス目安距離という）を設定する。これは、上述の高さレベルに基づいて設定される。例えば図５及び図６に示す例において、第１マスクパターン形成領域１ａはウェハ１表面における第１ウェハ表面領域１Ａ（図２及び図３参照）と対応するため、この第１マスクパターン形成領域１ａには例えば第１ウェハ表面領域１Ａのレンジの中央値である０．２μｍをデフォーカス目安距離ｄ１ａとして設定する。また、第２マスクパターン形成領域１ｂはウェハ１表面における第２ウェハ表面領域１Ｂ（図２及び図３参照）と対応するため、この第２マスクパターン形成領域１ｂには例えば第２ウェハ表面領域１Ｂのレンジの中央値である０μｍをデフォーカス目安距離ｄ１ｂとして設定する。さらに、第３マスクパターン形成領域１ｃはウェハ１表面における第３ウェハ表面領域１Ｃ（図２及び図３参照）と対応するため、この第３マスクパターン形成領域１ｃには例えば第３ウェハ表面領域１Ｃのレンジの中央値である−０．２μｍをデフォーカス目安距離ｄ１ｃとして設定する。このように設定したデフォーカス目安距離ｄ１ａ〜ｄ１ｃは、後述において各領域（１ａ〜１ｃ）に形成する半透過膜（後述のＭｏＳｉ膜に相当）の膜厚を特定する際に使用する。
【００２９】
・・半透過膜の膜厚
次に、以上のように区画化した第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃごとに形成する半透過膜の膜厚について、図面を用いて詳細に説明する。
【００３０】
ここで、フォトマスクとしてバイナリマスクを用いた場合の、露光時のデフォーカス距離とウェハ表面のレジスト膜に形成されるコンタクトの寸法との関係例を図７に示す。また、フォトマスクとしてハーフトーンマスク（以下、ＨＴマスクという）を用いた場合の、露光時のデフォーカス距離とウェハ表面のレジスト膜に形成されるコンタクトの寸法と位相差との関係例を図８から図１２に示す。なお、図７から図１２では、ポジ型のレジストを用い、これに開口径が０．３２μｍのホール状のコンタクトを形成する場合を例に挙げる。また、図８は、横軸をデフォーカス距離とし、縦軸を寸法とした場合のグラフであり、図９から図１２は、横軸を位相差とし、縦軸を寸法とした場合のグラフである。さらに、図１２は、図９から図１１に示すグラフにおける位相差が１７０°から１９０°までの領域を拡大した図である。さらにまた、本実施例において、バイナリマスクとは、クロムＣｒや酸化クロムＣｒＯやこれらの積層膜などのような遮光膜を用いて形成されたフォトマスクである。すなわち、光を通過するマスクパターンと通過しないマスクパターンを有するフォトマスクである。一方、ＨＴマスクとは、光の一部を通過する半透過膜を用いて形成されたフォトマスクである。すなわち、光の一部を通過するマスクパターンと略全部を通過するマスクパターンとを有するフォトマスクである。ただし、例えば石英基板とケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ）とクロム（Ｃｒ）との積層基板など、いわゆるトライトーンのブランクスを用いることで、一部に遮光膜よりなるマスクパターンが形成されたＨＴマスクを作成することもできる。なお、本説明におけるブランクスとは、マスクパターンを形成する前の平坦なパターン形成面を持つマスク基板を指す。
【００３１】
図７を参照すると明らかなように、バイナリマスクを用いた場合の露光時のデフォーカス距離とウェハ表面のレジスト膜に形成されるコンタクトの寸法との関係は、デフォーカス距離が０μｍの場合、すなわちピントが合っている場合、レジスト膜に形成されるコンタクトの開口径が最も大きく、デフォーカス距離の絶対値が大きくなるに連れて、すなわちピントが外れるに連れて開口径が小さくなる。例えば図７に示すように、デフォーカス距離が０．３μｍである場合、レジスト膜に形成されるコンタクトの開口径は３００ｎｍ（ナノメートル）となる。すなわち、所望する開口径である３２０ｎｍよりも２０ｎｍ小さい開口径のコンタクトがレジスト膜に形成される。
【００３２】
一方、図８を参照すると明らかなように、ＨＴマスクを用いた場合の露光時のデフォーカス距離とウェハ表面のレジスト膜に形成されるコンタクトの寸法と位相差との関係は、例えば位相差を１８０°とした場合、デフォーカス距離が０μｍのときにコンタクトの開口径が最も大きく、デフォーカス距離の絶対値が大きくなるに連れて開口径が小さくなる。
【００３３】
ここで、例えば位相差を１８０°よりも小さい１３５°とした場合、デフォーカス距離が約−０．４μｍのときにコンタクトの開口径が最も大きく、デフォーカス距離が約−０．４μｍから離れるに連れて開口径が小さくなる。また、例えば位相差を１３５°よりも小さい９０°とした場合、デフォーカス距離が約−０．５５μｍのときにコンタクトの開口径が最も大きく、デフォーカス距離が約−０．５５μｍから離れるに連れて開口径が小さくなる。
【００３４】
一方、例えば位相差を１８０°よりも大きい２２５°とした場合、デフォーカス距離が約０．４μｍの時にコンタクトの開口径が最も大きく、デフォーカス距離が約０．４μｍから離れるに連れて開口径が小さくなる。また、例えば位相差を２２５°よりも大きい２７０°とした場合、デフォーカス距離が約０．５５μｍのときにコンタクトの開口径が最も大きく、デフォーカス距離が約０．５５μｍから離れるに連れて開口径が小さくなる。
【００３５】
また、図９から図１２を参照すると明らかなように、ＨＴマスクを用いた場合の露光時のデフォーカス距離とウェハ表面のレジスト膜とに形成されるコンタクトと位相差との関係は、例えばデフォーカス距離を０μｍとした場合（図１０（ａ）参照）、位相差が１８０°のときにコンタクトの開口径が最も小さく、位相差が１８０°から外れるに連れて開口径が大きくなる。
【００３６】
ここで、デフォーカス距離を０μｍと異なる値とした場合、図９から図１１に示すように、デフォーカス距離が小さくなるに連れて各関係曲線における最小値（minimum peak）を示す際の位相差が大きくなり、デフォーカス距離が大きくなるに連れて各関係曲線における最小値を示す際の位相差が小さくなる。また、各関係曲線では、位相差がそれぞれの最小値を示す際の位相差から外れるに連れてコンタクトの開口径が大きくなる。
【００３７】
このように、ＨＴマスクを用いた場合、デフォーカス距離とコンタクトの寸法と位相差との関係は、位相差を開口径の最小値を示す際の位相差から外すに連れて開口径が大きくなるのに対し、デフォーカス距離を開口径の最大値を示す際のデフォーカス距離から外すに連れて小さくなるという特性を有する。すなわち、位相差の基準値（ここでは１８０°とする）からのずれに対するコンタクトの寸法の変化と、デフォーカス距離の基準値（ここでは０μｍとする）からのずれに対するコンタクトの寸法の変化とは、相反する特性を示す。また、各関係曲線におけるピークは、デフォーカス距離を０μｍから外すに連れて大きくなるのに対し、位相差を１８０°から外すに連れて小さくなるという特性を有する。
【００３８】
本実施例では、位相シフトマスク１０をＨＴマスクとし、これを以上のような特性に基づいて作成する。すなわち、第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃそれぞれに形成するマスクパターン１２ａ〜１２ｃ（図６参照）を半透過膜で形成し、これの膜厚を、以上のような特性に基づいて、デフォーカス距離に応じた位相差となるように設定する。この際の手順を以下に示す。なお、ウェハ表面に生じた高低差は、レンジの中央をフォーカス位置とした場合、そのままデフォーカス距離となる。
【００３９】
マスクパターン１２ａ〜１２ｃを構成する半透過膜の膜厚を設定する際、まず、上述したシミュレーションにより求めたグローバル段差（例えば図２及び図３参照）に基づいて各領域（１ａ〜１ｃ）に設定したデフォーカス目安距離ｄ１ａ〜ｄ１ｃと、ＨＴマスクを用いた場合のデフォーカス距離とコンタクトの寸法と位相差との関係（例えば図８から図１２参照）とから、それぞれの領域（１ａ〜１ｃ）に所望する寸法のレジストパターンを形成することが可能な位相差を、それぞれの領域ごとに特定する。なお、本説明では、第１マスクパターン形成領域１ａに設定する位相差をθ１ａとし、第２マスクパターン形成領域１ｂに設定する位相差をθ１ｂとし、第３マスクパターン形成領域１ｃに設定する位相差をθ１ｃとする。次に、特定した位相差θ１ａ〜θ１ｃを以下の式１に代入することで、各領域（１ａ〜１ｃ）に設定する半透過膜の膜厚Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃを算出する。なお、Ｔ１ａは第１マスクパターン形成領域１ａに設定する半透過膜の膜厚であり、Ｔ１ｂは第２マスクパターン形成領域１ｂに設定する半透過膜の膜厚であり、Ｔ１ｃは第３マスクパターン形成領域１ｃに設定する半透過膜の膜厚である。また、以下の式１において、λは露光時に使用する光の波長であり、ｎは半透過膜の屈折率である。
【００４０】
【数１】
2007178807.tif 000003
【００４１】
以上のようにして求めた膜厚Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃに基づいて、図６に示すように、本実施例による位相シフトマスク１０における各領域（１ａ〜１ｃ）に、半透過膜よりなる所定のマスクパターン１２ａ〜１２ｃを形成する。なお、このマスクパターン１２ａ〜１２ｃには、それぞれ必要に応じて、例えばホール状の開口部１３ａ〜１３ｃが形成されている。
【００４２】
・位相シフトマスクの製造方法
次に、本実施例による位相シフトマスク１０の製造方法を図面と共に詳細に説明する。図１３から図１５は、本実施例による位相シフトマスク１０の製造方法を示すプロセス図である。なお、以下では、図６と同じ切断面に基づいて工程を説明する。また、以下の説明では、位相シフトマスク１０を作成する際のブランクスの例として、石英基板とケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ）膜との積層基板を適用する。ただし、本発明はこれに限定されず、例えば石英基板とケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ）とクロム（Ｃｒ）との積層基板をブランクスとして適用することも可能である。これについては、実施例２において説明するため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４３】
本製造方法では、まず、例えば厚さ６．３５ｍｍのガラス（合成石英等）よりなるマスク基板１１を準備し、これに、図１３（ａ）に示すように、ケイ化モリブデンＭｏＳｉを堆積させることで、半透過膜であるケイ化モリブデン膜（以下、ＭｏＳｉ膜という）１２Ａを形成する。なお、マスク基板１１には、合成石英による基板に限らず、露光に使用する光を略透過することが可能な基板であればよい。また、ＭｏＳｉ膜１２Ａの形成には、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などを用いることができる。さらに、ＭｏＳｉ膜１２Ａの膜厚は、上述のように算出した半透過膜の膜厚Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃのうち、最も厚い膜厚（本例ではＴ１ｃとする）以上の厚い膜厚Ｔ（≧Ｔ１ｃ）とする。本説明では、膜厚Ｔ１ｃが最も厚いため、ＭｏＳｉ膜１２Ａの膜厚はＴ１ｃ以上とされる。
【００４４】
次に、図１３（ｂ）に示すように、以上のように形成したＭｏＳｉ膜１２Ａの膜厚がＴ１ｃとなるように、ＭｏＳｉ膜１２Ａ表面をエッチングする。これにより、マスク基板１１上には、第３マスクパターン形成領域１ｃに形成されるマスクパターン１２ｃと同じ膜厚Ｔ１ｃのＭｏＳｉ膜１２Ｂが形成される。この際のエッチングは、ＭｏＳｉ膜１２Ａ表面を平坦にエッチングすることができる方法であれば、ドライエッチングでもウェットエッチングでも、この他の方法であってもよい。
【００４５】
次に、図１３（ｃ）に示すように、ＭｏＳｉ膜１２Ｂ上にレジスト液をスピン塗布してレジスト膜Ｒ１を形成し、これを既存の技術にて露光及び現像することで、図１３（ｄ）に示すように、第２マスクパターン形成領域１ｂ上のレジスト膜Ｒ１に開口部Ａ１を形成する。これにより、開口部Ａ１下のＭｏＳｉ膜１２Ｂが露出される。
【００４６】
次に、開口部Ａ１により露出されたＭｏＳｉ膜１２Ｂ上部をエッチングすることで、図１４（ａ）に示すように、この部分のＭｏＳｉ膜１２Ｂを、第２マスクパターン形成領域１ｂの膜厚として設定したＴ１ｂまで薄膜化する。これにより、マスク基板１１上には、第２マスクパターン形成領域１ｂにおけるＭｏＳｉ膜の膜厚が、第２マスクパターン形成領域１ｂに形成されるマスクパターン１２ｂの膜厚と同じであるＭｏＳｉ膜１２Ｃが形成される。この際のエッチングには、例えばドライエッチングやウェットエッチングなどを適用することができる。
【００４７】
次に、ＭｏＳｉ膜１２Ｃ上のレジスト膜Ｒ１を除去した後、図１４（ｂ）に示すように、ＭｏＳｉ膜１２Ｃ上にレジスト液をスピン塗布してレジスト膜Ｒ２を形成し、これを既存の技術にて露光及び現像することで、図１４（ｃ）に示すように、第１マスクパターン形成領域１ａ上のレジスト膜Ｒ２に開口部Ａ２を形成する。これにより、開口部Ａ２下のＭｏＳｉ膜１２Ｃが露出される。
【００４８】
次に、開口部Ａ２により露出されたＭｏＳｉ膜１２Ｃ上部をエッチングすることで、図１４（ｄ）に示すように、この部分のＭｏＳｉ膜１２Ｃを、第１マスクパターン形成領域１ａの膜厚として設定したＴ１ａまで薄膜化する。これにより、マスク基板１１上には、第１マスクパターン形成領域１ａにおけるＭｏＳｉ膜の膜厚が、第１マスクパターン形成領域１ａに形成されるマスクパターン１２ａの膜厚と同じであるＭｏＳｉ膜１２Ｄが形成される。この際のエッチングには、例えばドライエッチングやウェットエッチングなどを適用することができる。
【００４９】
次に、ＭｏＳｉ膜１２Ｄ上のレジスト膜Ｒ２を除去した後、図１５（ａ）に示すように、ＭｏＳｉ膜１２Ｄ上にレジスト液をスピン塗布してレジスト膜Ｒ３を形成し、これを既存の技術にて露光及び現像することで、図１５（ｂ）に示すように、第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃそれぞれに形成するマスクパターンの開口部１３ａ〜１３ｃと同じ開口形状を有する開口部Ａ３を形成する。
【００５０】
次に、開口部Ａ３により露出されたＭｏＳｉ膜１２Ｄをエッチングすることで、図１５（ｃ）に示すように、第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃそれぞれに開口部１３ａ〜１３ｃを形成する。これにより、マスク基板１１上の第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃには、それぞれマスクパターン１２ａ〜１２ｃが形成される。この際のエッチングには、例えばドライエッチングやウェットエッチングなどを適用することができる。ただし、エッチング対象であるＭｏＳｉ膜１２Ｄの膜厚にばらつきがあるため、この際のエッチングには、マスク基板１１に対して十分な選択比がある、すなわちマスク基板１１を略エッチングすることなくＭｏＳｉ膜１２Ｄのみをエッチングすることが可能なエッチング条件を適用することが好ましい。
【００５１】
その後、マスクパターン１２ａ〜１２ｃ上のレジスト膜Ｒ３を除去することで、図５及び図６に示すような位相シフトマスク１０が得られる。
【００５２】
・位相シフトマスクを用いた半導体装置の製造方法
次に、以上のように形成した位相シフトマスク１０を用いた半導体装置の製造方法を図面と共に詳細に説明する。図１６から図１８は、本実施例による半導体装置１００の製造方法を示すプロセス図である。
【００５３】
本製造方法では、まず、図１６（ａ）に示すように、トランジスタやコンデンサなどの半導体素子が形成された半導体基板１０１を準備する。なお、本例では、シリコン基板などの半導体基板１０１にトランジスタ１１０ａ及び１１０ｂが形成された構造を例に挙げて説明する。ただし、半導体素子の例としては、トランジスタに限らず、コンデンサや他の素子であってもよい。また、トランジスタ１１０ａは、後工程において上層のメタル配線層１１７ｃ、１１７ｂとそれぞれ接続されるソース１１２ａ、ドレイン１１３ａ及びバックゲート１１４ａを有し、図１６（ａ）に示すように、例えば層間絶縁膜１０２により埋没されている。また、トランジスタ１１０ｂは、同じく後工程において上層のメタル配線層１１７ａ、１１７ｂとそれぞれ接続されるソース１１２ｂ、ドレイン１１３ｂ及びバックゲート１１４ｂを有し、図１６（ａ）に示すように、例えば層間絶縁膜１０２により埋没されている。この層間絶縁膜１０２には、例えば膜厚が５０００Å（オングストローム）程度のシリコン酸化膜など、絶縁膜を適用することができる。また、層間絶縁膜１０２の表面は、例えばＣＭＰ法などを用いて平坦化されているものとする。
【００５４】
以上のような半導体基板１０１を準備すると、次に、図１６（ｂ）に示すように、半導体基板１０１上の層間絶縁膜１０２上にレジスト液をスピン塗布してレジスト膜Ｒ４を形成する。
【００５５】
次に、図１７に示すように、所定の露光装置に、上述において作成した位相シフトマスク１０と半導体基板１０１とをセットし、露光装置における図示しない光源から位相シフトマスク１０へレーザ光を照射することで、位相シフトマスク１０に形成されたマスクパターンを、層間絶縁膜１０２上のレジスト膜Ｒ４に転写する。これにより、フォトレジスト１０の各領域（１ａ〜１ｃ）におけるマスクパターンの開口形状と同形状の開口形状を有する開口部Ａ４がレジスト膜Ｒ４に形成される。この際、本実施例による位相シフトマスク１０を用いることで、レジスト膜Ｒ４に形成されるコンタクト１１５Ａ〜１１５Ｃの寸法（開口径）は所望する大きさで略均一となる。
【００５６】
このようにレジスト膜Ｒ４に開口部Ａ４を形成すると、次に、図１８（ａ）に示すように、これら開口部Ａ４により露出された層間絶縁膜１０２をエッチングすることで、各トランジスタ１１０ａ及び１１０ｂにおけるソース１１２ａ及び１１２ｂとドレイン１１３ａ及び１１３ｂとバックゲート１１４ａ及び１１４ｂをそれぞれ露出するコンタクト１１５ａ〜１１５ｃを層間絶縁膜１０２に形成する。この際のエッチングには、既存の技術を適用することが可能であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００５７】
その後、層間絶縁膜１０２上のレジスト膜Ｒ４を除去した後、層間絶縁膜１０２に形成されたコンタクト１１５ａ〜１１５ｃにそれぞれタングステン（Ｗ）などの導電体を充填することで、コンタクト内配線１１６ａ〜１１６ｃを形成する。次に、層間絶縁膜１０２上にコンタクト内配線１１６ａ〜１１６ｃと位置合わせされたメタル配線層１１７ａ〜１１７ｃをパターニングする。これにより、図１８（ｂ）に示すような半導体装置１００を製造することができる。
【００５８】
・作用効果
このように、本実施例では、ウェハ表面に生じるグローバル段差の程度に応じてパターン形成面が複数の領域に区画されたＨＴマスクを使用し、この領域ごとに半透過膜の膜厚を調整して位相差を制御する。これにより、ウェハ表面のグローバル段差によるデフォーカス距離のばらつきに起因したレジストパターンの所望寸法からのずれ（以下、寸法差という）を、位相シフトマスクに形成する半透過膜の膜厚、すなわち位相差を用いて解消することが可能となる。この結果、寸法ばらつきの小さいレジストパターンを半導体基板上に形成することが可能となり、より細密な半導体装置を高い歩留りで製造することが可能となる。
【００５９】
例えば図７に示す特性を持つバイナリマスクを用いた例の説明において記述した２０ｎｍの寸法差は、ＨＴマスクである位相シフトマスク１０における半透過膜の膜厚を、位相差が１６８°となるように制御することで解消することができる。
【００６０】
なお、上記した実施例１では、位相シフトマスク１０に形成するマスクパターンをホールパターンとしたが、本発明はこれに限定されず、ラインパターンやスペースパターンやラインアンドスペースパターンなど、他のマスクパターンにも本発明による原理を適用できることはいうまでもない。
【実施例２】
【００６１】
次に、本発明の実施例２について図面を用いて詳細に説明する。尚、以下の説明において、実施例１と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、特記しない構成に関しては実施例１と同様である。
【００６２】
実施例１では、位相シフトマスク１０を作成する際に使用するブランクスに、石英基板とケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ）との積層基板を用いたが、上述したように、本発明はこれに限定されず、石英基板とケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ）との他に、クロム（Ｃｒ）や酸化クロム（ＣｒＯ）やこれらの積層膜などによる遮光膜が積層された基板をブランクスとして用いてもよい。本実施例では、石英基板とケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ）とクロム（Ｃｒ）とからなる、いわゆるトライトーンの積層基板をブランクスとして用いることで、一部に遮光膜よりなるマスクパターンが形成された位相シフトマスクを製造する。
【００６３】
図１９は、本実施例による位相シフトマスク２０の区画化されたパターン形成面を示す上視図である。図２０は、本実施例による位相シフトマスク２０を図１９におけるｂ−ｂ’面で切断した際の断面図である。なお、図１９及び図２０では、説明の都合上、実施例１における図５及び図６と同様に、位相シフトマスク２０のパターン形成面における一部の領域を抽出して示す。また、本実施例では、ウェハ１表面に生じるグローバル段差のシミュレーション結果に、実施例１において図２及び図３を用いて示した例を引用する。
【００６４】
図１９及び図２０に示すように、本実施例による位相シフトマスク２０のパターン形成面は、実施例１において図５及び図６を用いて説明した位相シフトマスク１０と同様に、ウェハ１表面のグローバル段差の程度に応じて第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃそれぞれと対応する第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃに区画されている。
【００６５】
本実施例における半導体装置の製造方法では、上記のように定義した第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃにおける何れかの領域にピントを合わせて露光するものとする。この際、好ましくは、各領域（１Ａ〜１Ｃ）のうち、レジストパターンの寸法補正のために最も厚い膜厚のマスクパターンを要求する領域を選択する。例えば、実施例１に示した例を引用すると、ウェハ１表面の第３ウェハ表面領域１Ｃを選択する。また、第３ウェハ表面領域１Ｃの露光には、位相差０°、デフォーカス距離０μｍが設定される。これにより、選択された領域（第３ウェハ表面領域１Ｃ）は、位相差の制御によってレジストパターンの寸法を補正する必要がない。そこで、本実施例では、この領域（第３ウェハ表面領域１Ｃ）に対応する領域（第３マスクパターン形成領域１ｃ）のマスクパターン２２ｃを、遮光膜２３を用いて形成する。なお、この遮光膜の下層には、半透過膜が存在していてもよい。
【００６６】
以上のように選択した領域（第３ウェハ表面領域１Ｃ）以外と対応する領域（本例では第１及び第２マスクパターン形成領域１ａ及び１ｂ）には、選択した領域（第３ウェハ表面領域１Ｃ）の高さレベルを基準として、これに対する高さレベルがデフォーカス目安距離として設定される。したがって、これらの領域（第１及び第２マスクパターン形成領域１ａ及び１ｂ）それぞれに形成するマスクパターン２２ａ及び２２ｂの膜厚は、選択した領域（第３ウェハ表面領域１Ｃ）の高さレベルを基準として求められたデフォーカス目安距離に基づいて、実施例１による方法を用いて算出される。
【００６７】
・位相シフトマスクの製造方法
次に、本実施例による位相シフトマスク２０の製造方法を図面と共に詳細に説明する。図２１から図２４は、本実施例による位相シフトマスク２０の製造方法を示すプロセス図である。なお、以下では、図２０と同じ切断面に基づいて工程を説明する。
【００６８】
本製造方法では、まず、例えば厚さ６．３５ｍｍのガラス（合成石英等）よりなるマスク基板１１を準備し、これに、図２１（ａ）に示すように、ＭｏＳｉ膜２２Ａを形成する。なお、ＭＯＳｉ膜２２Ａの形成には、例えばＣＶＤ法などを用いることができる。また、ＭｏＳｉ膜２２Ａの膜厚は、実施例１と同様の方法を用いて算出した半透過膜の膜厚Ｔ１ａ’〜Ｔ１ｃ’のうち、第３マスクパターン形成領域１ｃの膜厚Ｔ１ｃ’を除いて最も厚い膜厚（本例ではＴ１ｂ）とする。本例では、膜厚Ｔ１ｂ’がこれに該当するため、ＭｏＳｉ膜２２Ａの膜厚をＴ１ｂ’とする。ただし、これよりも厚い膜厚Ｔ’（≧Ｔ１ｂ’）とすることも可能である。
【００６９】
次に、図２１（ｂ）に示すように、ＭｏＳｉ膜２２Ａ上に、クロム（Ｃｒ）を堆積させることで、遮光膜であるクロム膜（以下、Ｃｒ膜という）２３Ａを形成する。なお、Ｃｒ膜２３Ａの形成には、例えばＣＶＤ法などを適用することができる。また、Ｃｒ膜２３Ａの膜厚は、露光に使用する光を略完全に遮光することが可能な程度以上の膜厚、例えば１０００Å程度とすることができる。
【００７０】
次に、図２１（ｃ）に示すように、Ｃｒ膜２３Ａ上にレジスト液をスピン塗布してレジスト膜Ｒ１１を形成し、これを既存の技術にて露光及び現像することで、図２１（ｄ）に示すように、第１及び第２マスクパターン形成領域１ａ及び１ｂ上のレジスト膜Ｒ１１に開口部Ａ１１を形成する。これにより、開口部Ａ１１下のＣｒ膜２３Ａが露出される。
【００７１】
次に、開口部Ａ１１により露出されたＣｒ膜２３Ａをエッチングすることで、図２２（ａ）に示すように、この部分のＭｏＳｉ膜２２Ａを露出させる。これにより、第１及び第２マスクパターン形成領域１ａ及び１ｂにおけるＭｏＳｉ膜２２Ａを露出する開口部Ａ２３を有するＣｒ膜２３Ｂが、ＭｏＳｉ膜２２Ａ上に形成される。この際、ＭｏＳｉ膜２２Ａに対して十分な選択比があるエッチング条件にてＣｒ膜２３Ａのみがエッチングされることが好ましい。このようなエッチングにはドライエッチングを適用することができる。ただし、これに限定されず、予めＭｏＳｉ２２Ａを厚めに形成しておき、Ｃｒ膜２３Ａをエッチングする際に、所望する膜厚（Ｔ１ｂ’）にＭｏＳｉ膜２２Ａがエッチングされるように構成しても良い。
【００７２】
次に、Ｃｒ膜２３Ａ上のレジスト膜Ｒ１１を除去した後、図２２（ｂ）に示すように、ＭｏＳｉ膜２２Ａ上にレジスト液をスピン塗布してレジスト膜Ｒ１２を形成し、これを既存の技術にて露光及び現像することで、図２２（ｃ）に示すように、第１マスクパターン形成領域１ａ上のレジスト膜Ｒ１２に開口部Ａ１２を形成する。これにより、開口部Ａ１２下のＭｏＳｉ膜２２Ａが露出される。
【００７３】
次に、開口部Ａ１２により露出されたＭｏＳｉ膜２２Ａ上部をエッチングすることで、図２２（ｄ）に示すように、この部分のＭｏＳｉ膜２２Ａを、第１マスクパターン形成領域１ａの膜厚として設定したＴ１ａ’まで薄膜化する。これにより、マスク基板１１上には、第１マスクパターン形成領域１ａにおけるＭｏＳｉ膜の膜厚が、第１マスクパターン形成領域１ａに形成されるマスクパターン２２ａの膜厚と同じであるＭｏＳｉ膜２２Ｂが形成される。この際のエッチングには、例えばドライエッチングやウェットエッチングなどを適用することができる。
【００７４】
次に、Ｃｒ膜２３Ｂ及びＭｏＳｉ膜２２Ｂ上のレジスト膜Ｒ１２を除去した後、図２３（ａ）に示すように、Ｃｒ膜２３Ｂ及びＭｏＳｉ膜２２Ｂ上にレジスト液をスピン塗布してレジスト膜Ｒ１３を形成し、これを既存の技術にて露光及び現像することで、図２３（ｂ）に示すように、第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃそれぞれに形成するマスクパターンの開口部２３ａ〜２３ｃと同じ開口形状を有する開口部Ａ１３を形成する。
【００７５】
次に、開口部Ａ１３により露出されたＣｒ膜２３Ｂ及びＭｏＳｉ膜２２Ｂをエッチングすることで、図２３（ｃ）に示すように、第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃそれぞれに開口部２３ａ〜２３ｃを形成する。これにより、マスク基板１１上の第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃには、それぞれマスクパターン２２ａ〜２２ｃが形成される。この際のエッチングには、例えばドライエッチングやウェットエッチングなどを適用することができる。ただし、エッチング対象であるＭｏＳｉ膜２２Ｂの膜厚にばらつきがあるため、この際のエッチングには、マスク基板１１に対して十分な選択比がある、すなわちマスク基板１１を略エッチングすることなくＭｏＳｉ膜２２Ｂのみをエッチングすることが可能なエッチング条件を適用することが好ましい。また、Ｃｒ膜２３ＢのエッチングとＭｏＳｉ膜２２Ｂのエッチングとは、別工程であっても良い。
【００７６】
その後、マスクパターン２２ａ〜２２ｃ上のレジスト膜Ｒ１３を除去することで、図１９及び図２０に示すような位相シフトマスク２０が得られる。
【００７７】
また、本実施例による位相シフトマスク２０を用いた半導体装置の製造方法は、実施例１による半導体装置の製造方法と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００７８】
・作用効果
このように、本発明は、半透過膜によるマスクパターンに加え、遮光膜を含むマスクパターンを同一の位相シフトマスク上に形成することが可能である。これにより、一部に遮光膜よりなるマスクパターンが形成された位相シフトマスクを実現することが可能となる。なお、他の効果は、実施例１と同様であるためここでは詳細な説明を省略する。
【００７９】
以上の各実施例で説明したように、位相シフトマスク１０／２０は、所定波長の光を透過するマスク基板１１と、マスク基板１１上の第１マスクパターン形成領域１ａに形成され、膜厚Ｔ１ａ／Ｔ１ａ’を有し、所定波長の光の一部を透過するマスクパターン１２ａ／２２ａと、マスク基板１１上の第２マスクパターン形成領域１ｂに形成され、膜厚Ｔ１ａ／Ｔ１ａ’と異なる膜厚Ｔ１ｂ／Ｔ１ｂ’を有し、所定波長の光の一部を透過するマスクパターン１２ｂ／２２ｂとを有して構成される。
【００８０】
上述したように、露光対象のウェハ１表面に形成されるレジストパターンの寸法は、位相シフトマスク１０／２０のマスクパターン１２ａ及び１２ｂ／２２ａ及び２２ｂを形成する半透過膜（ＭｏＳｉ膜）を透過した光と、この半透過膜を通過しない光との位相差を制御することで調整することができる。また、この位相差は半透過膜の膜厚により制御することができる。したがって、上述した実施例のように、異なる膜厚の半透過膜より形成されたマスクパターン１２ａ及び１２ｂ／２２ａ及び２２ｂを単一の位相シフトマスク１０／２０に形成することで、マスクパターン１２ａ及び１２ｂ／２２ａ及び２２ｂが露光対象のウェハ１表面に転写するレジストパターンの寸法をそれぞれ独立して調整することが可能となる。また、マスクパターン１２ａ及び１２ｂ／２２ａ及び２２ｂは同一材料の半透過膜を使用することが可能であるため、例えば同一の半透過膜を加工することでマスクパターン１２ａ及び１２ｂ／２２ａ及び２２ｂを形成することが可能であるため、費用や工程数の増加を抑えつつ製造することが可能である。なお、本発明では、マスクパターン１２ａ及び１２ｂ／２２ａ及び２２ｂとの膜厚が異なる２種類のマスクパターン１２ａ及び１２ｂに限定されず、膜厚が異なる３種類以上のマスクパターン１２ａ〜１２ｃ／２２ａ〜２２ｃを用いても良い。
【００８１】
また、上述した実施例による位相シフトマスク１０／２０の製造方法は、露光対象のウェハ１表面に生じる高低差（グローバル段差）を特定し、この高低差に基づいてウェハ１表面を第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃに区画し、第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃそれぞれについて所定高さからの高低差の目安を特定する。また、本製造方法では、所定のマスク基板を準備し、第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃの範囲形状に基づいて、マスク基板１１におけるパターン形成面を第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃと１対１に対応する第１マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃに区画する。さらに、本製造方法では、第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃそれぞれについて特定した高低差の目安（デフォーカス目安距離）に基づいて、第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃそれぞれに形成するマスクパターン１２ａ〜１２ｃ／２２ａ〜２２ｃの膜厚Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃ／Ｔ１ａ’〜Ｔ１ｃ’をそれぞれ算出し、算出した膜厚Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃ／Ｔ１ａ’〜Ｔ１ｃ’を有するマスクパターン１２ａ〜１２ｃ／２２ａ〜２２ｃをマスク基板１１における第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃそれぞれに形成する。
【００８２】
上述した実施例のように、ウェハ１表面に生じる高低差（グローバル段差）に基づいてウェハ１表面を複数の領域（第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃ）に区画し、この第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃの範囲形状に基づいて位相シフトマスク１０／２０における所定面（パターン形成面）を複数の領域（第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃ）に区画し、第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃごとに異なる膜厚Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃ／Ｔ１ａ’〜Ｔ１ｃ’の半透過膜（ＭｏＳｉ膜）よりなるマスクパターン１２ａ〜１２ｃ／２２ａ〜２２ｃを形成することで、第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃそれぞれに形成されたマスクパターン１２ａ〜１２ｃ／２２ａ〜２２ｃが露光対象のウェハ１表面に転写するレジストパターンの寸法をそれぞれ独立して調整することが可能となる。また、第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃにおけるマスクパターン１２ａ〜１２ｃ／２２ａ〜２２ｃは同一材料の半透過膜を用いてそれぞれ形成することが可能であるため、例えば同一の半透過膜を加工することで第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃのマスクパターン１２ａ〜１２ｃ／２２ａ〜２２ｃを形成することが可能であるため、費用や工程数の増加を抑えつつ、上述した実施例による位相シフトマスク１０／２０を製造することが可能となる。
【００８３】
さらに、上述した実施例による半導体装置１００の製造方法は、ウェハ１に形成するパターンのデータを準備し、パターンのデータに基づいてウェハ１表面に生じる高低差（グローバル段差）を特定し、この高低差に基づいてウェハ１表面を複数の領域（第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃ）に区画し、第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃそれぞれについて所定高さからの高低差の目安（デフォーカス目安距離）を特定する。また、本製造方法では、所定のマスク基板１１を準備し、第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃの範囲形状に基づいて、マスク基板１１におけるパターン形成面を複数の領域（第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃ）と１対１に対応する複数の領域（第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃ）に区画し、第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃそれぞれについて特定した高低差の目安に基づいて、第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃそれぞれに形成するマスクパターン１２ａ〜１２ｃ／２２ａ〜２２ｃの膜厚Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃ／Ｔ１ａ’〜Ｔ１ｃ’をそれぞれ算出し、算出した膜厚Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃ／Ｔ１ａ’〜Ｔ１ｃ’を有するマスクパターン１２ａ〜１２ｃ／２２ａ〜２２ｃをマスク基板１１における第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃそれぞれに形成することで形成された位相シフトマスク１０／２０を準備する。さらに、本製造方法では、ウェハ１を準備し、ウェハ１にパターンを形成し、ウェハ１表面にレジスト膜Ｒ４を形成し、位相シフトマスク１０／２０を用いてレジスト膜Ｒ４を露光する。
【００８４】
上述した実施例のように、ウェハ１表面に生じる高低差（グローバル段差）に基づいてウェハ１表面を複数の領域（第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃ）に区画し、この第１から第３ウェハ表面領域１Ａ〜１Ｃの範囲形状に基づいて位相シフトマスク１０／２０における所定面（パターン形成面）を複数の領域（第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃ）に区画し、第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃごとに異なる膜厚の半透過膜よりなるマスクパターン１２ａ〜１２ｃ／２２ａ〜２２ｃを形成することで作成された位相シフトマスク１０／２０を用いることで、第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃそれぞれに形成されたマスクパターン１２ａ〜１２ｃ／２２ａ〜２２ｃが露光対象のウェハ１表面に転写するレジストパターンの寸法をそれぞれ独立して調整することが可能となる。また、第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃにおけるマスクパターンは同一材料の半透過膜を用いてそれぞれ形成することが可能であるため、例えば同一の半透過膜を加工することで各第１から第３マスクパターン形成領域１ａ〜１ｃのマスクパターン１２ａ〜１２ｃ／２２ａ〜２２ｃを形成することが可能である。このため、位相シフトマスク１０／２０の製造における費用や工程数の増加を抑えることが可能となり、結果的に、半導体装置１０の製造における費用や工程数の増加を抑えることが可能となる。
【００８５】
なお、上記した実施例１及び実施例２は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】シミュレーションにより算出されたウェハ表面に生じるグローバル段差のレンジの一例を示すグラフである。
【図２】ウェハ１に作り込む素子パターンのデータからシミュレーションにより算出したウェハ１表面の高さ分布に基づいてウェハ１表面を区画した例を示す上視図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ’断面図である。
【図４】ウェハ１に作り込む素子パターンのデータからシミュレーションにより算出したウェハ１表面の高さ分布に基づいてウェハ１表面を５種類の領域に区画した例を示す上視図である。
【図５】本発明に基づいて位相シフトマスク１０のパターン形成面を区画した例を示す上視図である。
【図６】図５におけるａ−ａ’面で位相シフトマスク１０を切断した際の断面構造を示す図である。
【図７】フォトマスクとしてバイナリマスクを用いた場合の露光時のデフォーカス距離とウェハ表面のレジスト膜に形成されるコンタクトの寸法との関係例を示すグラフである。
【図８】フォトマスクとしてハーフトーンマスクを用いた場合の露光時のデフォーカス距離とウェハ表面のレジスト膜に形成されるコンタクトの寸法と位相差との関係例を示すグラフである（１）。
【図９】フォトマスクとしてハーフトーンマスクを用いた場合の露光時のデフォーカス距離とウェハ表面のレジスト膜に形成されるコンタクトの寸法と位相差との関係例を示すグラフである（２）。
【図１０】フォトマスクとしてハーフトーンマスクを用いた場合の露光時のデフォーカス距離とウェハ表面のレジスト膜に形成されるコンタクトの寸法と位相差との関係例を示すグラフである（３）。
【図１１】フォトマスクとしてハーフトーンマスクを用いた場合の露光時のデフォーカス距離とウェハ表面のレジスト膜に形成されるコンタクトの寸法と位相差との関係例を示すグラフである（４）。
【図１２】図９から図１１に示すグラフにおける位相差が１７０°から１９０°までの領域を拡大した図である。
【図１３】本発明の実施例１による位相シフトマスク１０の製造方法を示すプロセス図である（１）。
【図１４】本発明の実施例１による位相シフトマスク１０の製造方法を示すプロセス図である（２）。
【図１５】本発明の実施例１による位相シフトマスク１０の製造方法を示すプロセス図である（３）。
【図１６】本発明による半導体装置の製造方法を示すプロセス図である（１）。
【図１７】本発明による半導体装置の製造方法を示すプロセス図である（２）。
【図１８】本発明による半導体装置の製造方法を示すプロセス図である（２）。
【図１９】本発明に基づいて位相シフトマスク２０のパターン形成面を区画した例を示す上視図である。
【図２０】図１９におけるｂ−ｂ’面で位相シフトマスク２０を切断した際の断面構造を示す図である。
【図２１】本発明の実施例２による位相シフトマスク２０の製造方法を示すプロセス図である（１）。
【図２２】本発明の実施例２による位相シフトマスク２０の製造方法を示すプロセス図である（２）。
【図２３】本発明の実施例２による位相シフトマスク２０の製造方法を示すプロセス図である（３）。
【符号の説明】
【００８７】
１  ウェハ
１Ａ、１Ａ’  第１ウェハ表面領域
１Ｂ、１Ｂ’  第２ウェハ表面領域
１Ｃ、１Ｃ’  第３ウェハ表面領域
１Ｄ’  第４領域
１Ｅ’  第５領域
１ａ  第１マスクパターン形成領域
１ｂ  第２マスクパターン形成領域
１ｃ  第３マスクパターン形成領域
１０、２０  フォトマスク
１１  マスク基板
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、２２Ａ、２２Ｂ  ＭｏＳｉ膜
１２ａ〜１２ｃ、２２ａ〜２２ｃ  マスクパターン
１３ａ〜１３ｃ  開口部
２３  遮光膜
２３Ａ、２３Ｂ  Ｃｒ膜
１００  半導体装置
１０１  半導体基板
１０２  層間絶縁膜
１１０ａ、１１０ｂ  トランジスタ
１１２ａ、１１２ｂ  ソース
１１３ａ、１１３ｂ  ドレイン
１１４ａ、１１４ｂ  バックゲート
１１５ａ〜１１５ｃ  コンタクト
１１６ａ〜１１６ｃ  コンタクト内配線
１１７ａ〜１１７ｃ  メタル配線層
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ２３、２３ａ〜２３ｃ  開口部
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３  レジスト膜
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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