(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトマスク基板と、
前記フォトマスク基板の所定領域Ｃを露出させるように前記フォトマスク基板上に形成された第１遮光膜パターンと、
前記所定領域Ｃを挟む前記第１遮光膜パターンのうちの一方の第１遮光膜パターンの所定部を含みながら、前記所定領域Ｃのうち、前記一方の第１遮光膜パターンに隣接する所定領域Ｄ及びＥ上に亙って形成されたシフタ層パターンと、
前記第１遮光膜パターンと水平方向に所定間隔に離隔されるように前記所定領域Ｃの略中央部に位置する前記所定領域Ｅ上方の前記シフタ層パターン上に形成された第２遮光膜パターンとを具備し、
前記所定領域Ｃのうち、前記所定領域Ｃを挟む前記第１遮光膜パターンのうちの他方の第１遮光膜パターンと前記第２遮光膜パターンとの間に挟まれた所定領域Ｆの前記フォトマスク基板の上面が露出していることを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項２】
前記第１遮光膜パターンの厚さは４００乃至１０００Åほどであることを特徴とする請求項１に記載の位相シフトマスク。
【請求項３】
前記第１遮光膜パターンは２．０乃至３．５の光学密度を有する物質よりなることを特徴とする請求項１に記載の位相シフトマスク。
【請求項４】
前記シフタ層パターンは後続の露光工程時、入射される光の位相をシフトしうる物質よりなることを特徴とする請求項１に記載の位相シフトマスク。
【請求項５】
(1)透明な基板上に第１遮光膜を形成する段階と、
(2)前記第１遮光膜をパタニングして前記基板の所定領域Ｃを露出させる第１遮光膜パターンを形成する段階と、
(3)前記第１遮光膜パターンが形成された基板の全面にシフタ層及び第２遮光膜を順次に積層する段階と、
(4)前記第２遮光膜をパタニングして前記第１遮光膜パターンから水平方向に離隔されるように前記所定領域Ｃの略中央部に位置する所定領域Ｅ上方の前記シフタ層上に第２遮光膜パターンを形成する段階と、
(5)前記第２遮光膜パターンが形成された前記シフタ層上にレジストパターンを形成した後、前記レジストパターン及び前記第２遮光膜パターンをマスクとするエッチングにより前記シフタ層をパタニングして、前記所定領域Ｃのうち、前記第２遮光膜パターンの一端と隣接する前記第１遮光膜パターンの端部との間に挟まれた所定領域Ｄ上に前記シフタ層を残存させ、前記所定領域Ｃのうち、前記第２遮光膜パターンの他端と隣接する前記第１遮光膜パターンの端部との間に挟まれた所定領域Ｆを露出させるシフタ層パターンを形成する段階とを含むことを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
【請求項６】
前記第１遮光膜は４００乃至１０００Åの厚さで形成することを特徴とする請求項５に記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項７】
前記第(1)段階の前記第１遮光膜は２．０乃至３．５の光学密度を有する物質よりなることを特徴とする請求項５に記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項８】
前記シフタ層パターンは露光時１８０゜の位相差を有する物質よりなることを特徴とする請求項５に記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項９】
前記シフタ層パターンは自動調心方法を用いて形成することを特徴とする請求項５に記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項１０】
前記自動調心方法はアラインマークを形成して進行することを特徴とする請求項９に記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項１１】
前記第(5)段階において前記シフタ層のパタニング工程はアンダーカットを形成するように進行することを特徴とする請求項５に記載の位相シフトマスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に係り、特に位相シフトマスク及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体装置の製造工程は半導体基板上に所定のパターンを形成するパタニング工程が含まれる複数の工程で進行される。
このような半導体基板上にパターンを形成する方法について、下記の通り順次説明する。
【０００３】
半導体基板上にパターンを形成する方法は、半導体基板上にフォトレジストを塗布する第１工程、半導体基板と露光装置との間にフォトマスクを介して露光する第２工程（" フォトマスキング工程" と称する）、露光されたフォトレジストを現像してフォトレジストパターンを形成する第３工程及びフォトレジストパターンをマスクとして利用してその下層膜、例えば半導体基板または基板上に積層された物質層の露出部を除去して所望のパターンを形成する第４工程よりなる。
【０００４】
本発明は前記第２工程で用いられるフォトマスクに関したものである。このようなフォトマスクとして用いられる従来の代表的なフォトマスクは透過形フォトマスク（Transparent Photo Mask）である。
半導体装置を構成する各個別素子を同じ基板上に高密度で形成する、即ち半導体素子の高集積化傾向によりウェーハ上に形成される個別素子のパターンはさらに微細に形成する必要がある。ところが、従来の透過形フォトマスクは現在の半導体素子の高集積化に符合しうるほどの微細な線幅を具現するには多少限界がある。
【０００５】
従来の透過形フォトマスクが前述した限界を有する問題点を解決するために既知の一般的な光学的原理が利用されている。このような光学的原理は位相差の異なる光同士は相互干渉を起こすということである。もし、同一な光源から出発した、同一な位相を有する光が隣接したスリット（Slit）を透過すると相異なる位相差を有することになり、これにより相互干渉を起こすことになる。この際、位相差の値が一定した条件を満たすとこれら光相互間に消滅干渉が発生し、このような原理が半導体製造工程に利用されている。
【０００６】
このような光学的干渉原理を用いたフォトマスクを位相シフトマスク（Phase Shift Mask：以下、"PSM" と称する）とし、このような位相シフトマスクは現在の半導体素子を製造する工程に普遍的に利用されている。
一方、位相シフトマスクは従来の透過形フォトマスクより製造しにくい短所を有する。しかし、位相シフトマスクを用いて半導体素子のパターンを形成すると、そのパターンの解像度（Resolution）がさらに向上され、これらマスクを透過した光の焦点深度（Depth of Focus："DF"または"DOF" とも称する）が改善され、通常の透過形フォトマスクを用いてパターンを形成する場合に比べてさらに微細なパターンを形成しうる長所を有する。特に、ライン（Line）とスペース（Space ）とが反復されるパターンにおいて、隣接した開口部から照射される光の位相を所定角度、望ましくは180 ゜に近くシフトさせると両光はほぼ完全に消滅干渉されて遮光部分で光強度が零（zero）となる。これにより、相互隣接した開口部を的確に分離させて形成しうる。従って、PSM は現在フォトマスキング工程において最も多用されているフォトマスクである。一般に、位相シフトマスクはラインとスペースとが連続されるパターンを形成するにその効果がさらに優秀に発揮される。
【０００７】
現在用いられる代表的な位相シフトマスクはレベンソン形（Levenson type ）PSM が挙げられる。レベンソン形PSM は" 交番（Alternative ）形PSM"とも呼ばれている。これは位相シフト（Phase Shifter ）がフォトマスク基板上にそのパターンが交番しながら連続的に形成されていることを特徴化して名づけられたものである。
【０００８】
レベンソン形位相シフトマスクはその製造方法に応じて位相差を発生させる方法が異なる。レベンソン形PSM を製造する方法には基板を蝕刻する方法と基板上にシフタ層を形成する方法とに大別される。
前者の基板を蝕刻する方法はフォトマスク基板、例えば石英基板を蝕刻して蝕刻部位と蝕刻されない部位とを形成することである。この方法により形成されたフォトマスクを" 基板蝕刻形" 位相シフトマスクとも称する。基板蝕刻形位相シフトマスクは次のような原理で位相差を発生させる。即ち、フォト工程時同一な光源により入射された光がフォトマスク上のこれらの各部位を透過して半導体基板に直接または半導体基板上に形成された所定の物質層に達すると、相異なる経路差を有するため、２つの領域を透過した光は相異なる位相を有することになる。
【０００９】
一方、後者の方法はスピンオンガラス（Spin On Glass ：以下、"SOG" と称する）層をフォトマスク基板上に一定の厚さで塗布し、これをパタニングしてSOG の塗布されたフォトマスク基板部位とSOG パターンにより露出されたフォトマスク基板部位とを形成することであって、このようなフォトマスクを"SOG塗布形" 位相シフトマスクとも称する。このような位相シフトマスクも前者と同一な原理を用いて位相差を発生させる。即ち、フォト工程時、フォトマスク基板上に形成されたシフタ層、例えばSOG 層により塗布された基板部位と露出された基板部位とを各々透過した同一光源から入射された光が半導体基板上、またはその上面に形成された所定の物質層に至るまでの経路を別にするため位相差が発生される。
【００１０】
上記のように位相差を起こすフォトマスク上のパターンを" 位相シフト" と称し、現在までに開発された多様な位相シフトを有するフォトマスクを用いて従来の通常の透過形フォトマスクに形成されうるパターンよりもさらに改善された、即ち微細なパターンが形成できたが、現在急速に展開される半導体素子の高集積化には達し得なくなり新たな形の位相シフトを有するフォトマスクの開発が切実に要求されている。
【００１１】
以下、添付した図面に基づき従来のPSM を製造する多様な方法の中、最も代表的な"SOG塗布形"PSMの製造方法及びそれにより製造されたPSM に対して説明し、従来の技術の問題点に対して説明する。
図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）は従来の方法によるSOG 形PSM 製造方法を説明するため順次に示した基板断面図である。
【００１２】
図１（Ａ）はフォトマスク基板１０上の所定部を露出させる開口ｈを有するように遮光膜パターン１５を形成することを説明するための断面図である。具体的に、フォトマスク基板１０上の全面に遮光物質、例えばクロム（Cr）を塗布して遮光膜（図示せず）を形成する第１工程、前記遮光膜（図示せず）上にフォトレジスト（図示せず）を塗布した後、これをパタニングして前記遮光膜（図示せず）の所定部を露出させるフォトレジストパターン（図示せず）を形成する第２工程、前記フォトレジストパターン（図示せず）を蝕刻マスクとして利用して前記遮光膜（図示せず）の所定部を除去して前記基板１０の所定部２０を露出させる遮光膜パターン１５を形成する第３工程及び前記遮光膜パターン１５上に残っているフォトレジスト（図示せず）を除去する第４工程に進行する。
【００１３】
図１（Ｂ）は遮光膜パターン１５が形成された基板１０の全面にシフタ層２０を形成することを説明するための断面図である。この時、前記シフタ層２０は前記遮光膜パターン１５を含んで塗布される。
図１（Ｃ）は遮光膜パターン１５により露出された基板１０の上面をシフタ層の塗布されたシフト領域とシフタ層の塗布されない無シフト露出領域とに区分させるシフタ層パターン２０ａを形成することを説明するための断面図である。具体的に、シフタ層（図１（Ｂ）の２０）が形成された基板の全面にフォトレジスト（図示せず）を塗布する第１工程、前記フォトレジスト（図示せず）をパタニングして前記シフタ層（図１（Ｂ）の２０）の所定部を露出させるシフタ層パターン２０ａを形成する第２工程及び前記シフタ層パターン２０ａ上に残っているフォトレジスト（図示せず）を除去する第３工程に進行する。
【００１４】
半導体パターンの微細化はパタニング工程に用いられるフォトマスク上に所定の間隔を有するマスクパターンが形成できるかに左右される。前述した従来の方法により製造された位相シフトマスクは単一層マスクパターンが形成されるが、これは高集積化に伴う微細パターンが形成できない問題点がある。
このような問題を解決するためにフォトマスク上に従来の形とは異形を有するマスクパターンを形成し、現在の半導体素子の集積化趨勢及び将来のさらに進歩された半導体素子の集積化技術に適用できるフォトマスクを提供するための努力が多角的に進行されている。
【００１５】
【発明が解決しょうとする課題】
本発明は、前述した従来のPSM の問題点を解決するため案出されたものであって、半導体の高集積化に符合する微細線幅を具現しうる位相シフトマスクを提供することにその目的がある。
本発明の他の目的は、位相シフトマスクの製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するための位相シフトマスクは、フォトマスク基板、第１遮光膜パターン、シフタ層パターン及び第２遮光膜パターンを具備する。前記第１遮光膜パターンは前記フォトマスク基板の所定領域Ｃを露出させるように前記フォトマスク基板上に形成される。前記シフタ層パターンは前記所定領域Ｃを挟む前記第１遮光膜パターンのうちの一方の第１遮光膜パターンの所定部を含みながら、前記所定領域Ｃのうち、前記一方の第１遮光膜パターンに隣接する所定領域Ｄ及びＥ上に亙って形成される。前記第２遮光膜パターンは前記第１遮光膜パターンと水平方向に所定間隔に離隔されるように前記所定領域Ｃの略中央部に位置する前記所定領域Ｅ上方の前記シフタ層パターン上に形成される。そして、前記所定領域Ｃのうち、前記所定領域Ｃを挟む前記第１遮光膜パターンのうちの他方の第１遮光膜パターンと前記第２遮光膜パターンとの間に挟まれた所定領域Ｆの前記フォトマスク基板の上面が露出している。
【００１７】
本発明の他の目的を達成するための位相シフトマスクの製造方法によれば、透明な基板上に第１遮光膜を形成する。次いで、前記第１遮光膜をパタニングして前記基板の所定領域Ｃを露出させる第１遮光膜パターンを形成する。前記第１遮光膜パターンが形成された基板の全面にシフタ層及び第２遮光膜を順次に積層する。次いで、前記第２遮光膜をパタニングして前記第１遮光膜パターンから水平方向に離隔されるように前記所定領域Ｃの略中央部に位置する所定領域Ｅ上方の前記シフタ層上に第２遮光膜パターンを形成する。次いで、前記第２遮光膜パターンが形成された前記シフタ層上にレジストパターンを形成した後、前記レジストパターン及び前記第２遮光膜パターンをマスクとするエッチングにより前記シフタ層をパタニングして、前記所定領域Ｃのうち、前記第２遮光膜パターンの一端と隣接する前記第１遮光膜パターンの端部との間に挟まれた所定領域Ｄ上に前記シフタ層を残存させ、前記所定領域Ｃのうち、前記第２遮光膜パターンの他端と隣接する前記第１遮光膜パターンの端部との間に挟まれた所定領域Ｆを露出させるシフタ層パターンを形成する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図２乃至図８を参照して本発明による位相シフトマスク及びその製造方法を各実施例に基づき詳しく説明する。
（第１実施例）
本発明の目的を達成するための二重遮光膜を有する位相シフトマスクの第１実施例を図８に基づいて説明する。
【００１９】
位相シフトマスクは、フォトマスク基板１１０と、その上面の所定部を露出させるように形成された第１遮光膜パターン１１５ａと、前記第１遮光膜パターン１１５ａの所定部を含みながら、前記第１遮光膜パターン１１５ａにより露出された基板１１０領域Ｃ上の所定部Ｄ及びＥに亙って形成されたシフタ層パターン１２０ａと、前記第１遮光膜パターン１１５ａと水平方向に所定間隔Ｄ及びＦに離隔されるように前記シフタ層パターン１２０ａ上の一端に形成され、前記第１遮光膜パターン１１５ａにより露出された基板１１０の上面の所定部Ｆを露出させる第２遮光膜パターン１２５ａとで構成される。この際、前記第１遮光膜パターン１１５ａは４００乃至１０００Åほどの厚さで形成することが望ましく、これは２．０乃至３．５の光学密度を有する物質を以って形成することもできる。前記シフタ層パターン１２０ａは後続の露光工程時、入射される光の位相をシフトしうる物質で形成することが望ましい。
【００２０】
そこで、従来のPSM により形成しうるパターンの限界を超える、例えば２倍以上のパターン解像度を有する微細線幅を具現しうる二重遮光膜を具備した位相シフトマスクを提供しうる。
（第２実施例）
図２乃至図８は本発明の他の目的を達成しうる位相シフトマスクの製造方法の第２実施例を説明するため順次に示した基板の断面図である。
【００２１】
図２はフォトマスク基板１１０上に遮光物質を塗布して第１遮光膜１１５を形成することを説明するための断面図である。この際、前記遮光物質としてクロム（Cr）を利用できる。この際、前記第1 遮光膜は４００乃至１０００Åほどの厚さで形成することが望ましく、これは２．０乃至３．５の光学密度を有する物質を利用して形成することもできる。
【００２２】
図３はフォトマスク基板１１０の全面に塗布された第１遮光膜１１５をパタニングして第１遮光膜パターン１１５ａを形成することを説明するための断面図である。この際、前記第１遮光膜パターン１１５ａはフォトマスク基板１１０の上面の所定領域Ｃを露出させる。
図４はフォトマスク基板１１０上に形成された第１遮光膜パターン１１５ａを含んで前記フォトマスク基板１１０の全面にシフタ層１２０及び第２遮光膜１２５を順次に塗布し、これらの上面の所定部を露出させるフォトレジストパターン１３０を形成することを説明するための断面図である。具体的に、前記フォトマスク基板１１０の所定部を露出させる第1 遮光膜パターン１１５ａを含むように前記シフタ層１２０及び第２遮光膜１２５を塗布する第１工程、前記第２遮光膜１２５上にフォトレジスト（図示せず）を塗布する第２工程及び前記フォトレジスト（図示せず）をパタニングして第２遮光膜１２５の所定部を露出させるフォトレジストパターン１３０を形成する第３工程で進行する。一方、前記フォトレジストパターン１３０は前記第１遮光膜パターン１１５ａにより露出された基板領域C の最上部に塗布された第２遮光膜１２５上の所定部に形成される。この際、前記フォトレジストパターン１３０は前記第１遮光膜パターン１１５ａにより露出された基板１１０上面に積層されたシフタ層１２０及び第２遮光膜１２５上に前記第１遮光膜パターン１１５ａと水平に離隔されるように形成する。一方、前記シフタ層は露光時１８０゜の位相差を有する物質で形成することが望ましい。
【００２３】
図５はシフタ層１２０上に第２遮光膜パターン１２５ａを形成することを説明するための断面図である。具体的に、フォトレジストパターン（図４の１３０）により露出された第２遮光膜( 図４の１２５）を除去し、前記シフタ層１２０上に第２遮光膜パターン１２５ａを形成する第１工程及び前記第２遮光膜パターン１２５ａ上に残っているフォトレジストパターン( 図４の１３０）を除去する第２工程で進行する。これにより、前記第２遮光膜パターン１２５ａは前記第１遮光膜パターン１１５ａにより露出されたフォトマスク基板１１０上に形成されたシフタ層１２０の所定領域Ｅ上に前記第１遮光膜パターン１１５ａと水平方向に所定間隔Ｄ及びＦに離隔されるように形成される。従って、前記第１遮光膜パターン１１５ａにより限定されたフォトマスク基板領域Ｃは前記第２遮光膜パターン１２５ａにより３つの領域Ｄ、Ｅ、Ｆに区分される。
【００２４】
図６は第２遮光膜パターン１２５ａが形成されたシフタ層１２０の所定領域を露出させるフォトレジストパターン１３５を形成することを説明するために示した断面図である。具体的に、前記第２遮光膜パターン１２５ａを含むように前記シフタ層１２０上の全面にフォトレジスト( 図示せず）を塗布する第１工程及び前記フォトレジスト( 図示せず）をパタニングして前記シフタ層１２０の所定領域を露出させるフォトレジストパターン１３５を形成する第２工程で進行する。
【００２５】
図７はフォトレジストパターン( 図６の１３５）をマスクとして利用して露出されたシフタ層１２０の所定領域を除去して基板１１０の上面の所定領域Ｆを露出させるシフタ層パターン１２０ａを形成することを説明するための断面図である。前記シフタ層パターン１２０ａは自動調心(self align ）方法を用いて形成することが望ましく、前記自動調心方法はアラインマーク(align mark ）を形成して利用することもできる。前記第(7) 段階でシフタ層を蝕刻する際、アンダーカット(under cut）を形成することも望ましい。
【００２６】
図８はフォトマスク基板１１０の最上部に残っているフォトレジストパターン( 図７の１３５）を除去して完成された位相シフトマスクを説明するための断面図である。
これにより、従来のPSM により形成しうるパターンの限界を超える、例えば２倍以上のパターン解像度を有する微細線幅を具現しうる位相シフトマスクの製造方法を提供しうる。
【００２７】
前述した本発明によれば従来の位相シフトマスクにより半導体基板上に形成できるパターンよりも改善された解像度、例えば２倍以上の解像度を有する微細線幅が具現された半導体素子パターンを形成しうる。
これを具体的な資料、即ち図９に基づき説明する。図９は図８の位相シフトマスクに対して露光させた場合、入射された光の位相の変化を説明するためのグラフィックであって、縦軸はフォトマスクを透過した光が有する位相を横軸のフォトマスクパターンに応じて尺度を図示せずに示したものである。具体的に、前記位相シフトマスクに入射された入射光が遮光膜( 図８の１１５ａ及び１２５ａ）が形成された基板領域で遮光されることを示している。一方、前記位相シフトマスクの所定領域( 図８のＤ及びＦ）、即ち遮光膜パターンにより露出された基板領域のうち位相シフタ層が形成されている基板領域( 図８のＤ）と位相シフタ層が形成されなく露出された基板領域( 図８のＦ）を同時に透過した同一光源による入射光はその位相が相互反転されることを示している。
【００２８】
【発明の効果】
前述した本発明によれば、従来の位相シフトマスクにより半導体基板上に形成しうるパターンよりも改善された解像度、例えば２倍以上の解像度を有する微細線幅が具現された半導体素子パターンを形成しうる。
本発明は前記実施例に限定されなく、さらに多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野で通常の知識を有する者により可能なのは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の方法による位相シフトマスクを製造する方法を説明するための基板の断面図である。
【図２】本発明による位相シフトマスクを製造する方法を説明するための基板の断面図である。
【図３】本発明による位相シフトマスクを製造する方法を説明するための基板の断面図である。
【図４】本発明による位相シフトマスクを製造する方法を説明するための基板の断面図である。
【図５】本発明による位相シフトマスクを製造する方法を説明するための基板の断面図である。
【図６】本発明による位相シフトマスクを製造する方法を説明するための基板の断面図である。
【図７】本発明による位相シフトマスクを製造する方法を説明するための基板の断面図である。
【図８】本発明による位相シフトマスクを製造する方法を説明するための基板の断面図である。
【図９】図８の位相シフトマスクに対して露光時の位相変化を説明するため示した特性図である。
【符号の説明】
１１０    フォトマスク基板
１１５ａ  第１遮光膜パターン
１２０ａ  シフタ層パターン
１２５ａ  第２遮光膜パターン
【図１】
0004091150.tif 000002
【図２】
0004091150.tif 000003
【図３】
0004091150.tif 000004
【図４】
0004091150.tif 000005
【図５】
0004091150.tif 000006
【図６】
0004091150.tif 000007
【図７】
0004091150.tif 000008
【図８】
0004091150.tif 000009
【図９】
0004091150.tif 000010