(57)【要約】透明基板と、この透明基板上に形成された遮光膜とを具備し、前記遮光膜には、第１の開口部と第２の開口部とが交互に形成され、前記第２の開口部から前記透明基板が所定の深さに掘り込まれて凹部が形成されており、前記第１及び第２の開口部を通過する透過光の位相が交互に反転する位相シフトマスクであって、前記遮光膜の前記第１の開口部における開口端部と第２の開口部における開口端部との間のピッチに応じて、前記透過光の位相差が設定されていることを特徴とする位相シフトマスク。【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、この透明基板上に形成された遮光膜とを具備し、前記遮光膜には、第１の開口部と第２の開口部とが交互に形成され、前記第２の開口部から前記透明基板が所定の深さに掘り込まれて凹部が形成されており、前記第１及び第２の開口部を通過する透過光の位相が交互に反転する位相シフトマスクであって、
前記遮光膜の前記第１の開口部における開口端部と、前記第１の開口部に隣接する第２の開口部における開口端部との間のピッチに応じて、前記透過光の位相差が設定されていることを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項２】
前記位相差は、前記第２の開口部から前記透明基板を所定の深さに掘り込むためのドライエッチング条件を調整することにより設定されてい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】
前記凹部は、（ａ）光学条件、及び前記透明基板の凹部から前記遮光膜の下へのアンダーカット量及び／又は前記第２の開口部及び凹部の幅の設定値からのバイアス量に基づいて、各ピッチにおける最適位相差を求め、この値をエッチング深さに換算して最適エッチング深さを計算する工程、（ｂ）前記アンダーカットが形成される場合には、前記最適位相差を換算されたエッチング深さからアンダーカット量を差し引いた最適ドライエッチング深さを計算する工程、及び（ｃ）複数のドライエッチング条件により得られたエッチング深さデータと最適ドライエッチング深さを比較し、最も差の少ないドライエッチング条件を選定する工程を備える方法により設定されたドライエッチング条件により、前記第２の開口部から前記透明基板を掘り込むことにより形成された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】
前記凹部は、最適ドライエッチング深さと前記最も差の少ないエッチングデータの差が１ｎｍ以上の場合、最適ドライエッチング深さから差の半分の量だけ浅い深さに、前記第２の開口部から前記透明基板をドライエッチングすることにより形成されたことを特徴とする請求項３に記載の位相シフトマスク。
【請求項５】
前記位相差の調整は、ドライエッチング時間をピッチに応じ調整して位相差を補正することにより行われた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６】
前記凹部は、（ａ）光学条件、及び前記透明基板の凹部から前記遮光膜の下へのアンダーカット量及び／又は前記第２の開口部及び凹部の幅の設定値からのバイアス量に基づいて、各ピッチにおける最適位相差を求め、この値をエッチング深さに換算して最適エッチング深さを計算する工程、（ｂ）前記アンダーカットが形成される場合には、前記最適位相差を換算されたエッチング深さからアンダーカット量を差し引いた最適ドライエッチング深さを計算する工程、（ｃ）前記最適ドライエッチング深さに応じ、異なる大きさの複数のピッチ部に分ける工程、（ｄ）分けたピッチ部毎に、それぞれの第２の開口部から前記透明基板を、エッチング時間を変えて複数回エッチングを繰り返す工程を含む方法により形成されたことを特徴とする請求項５に記載の位相シフトマスク。
【請求項７】
分けたピッチ部毎にエッチング時間を変えて複数回エッチングを繰り返す工程は、前記遮光膜の第２の開口部に対応する開口を有するレジストをマスクとして、異なる最適ドライエッチング深さ毎に前記透明基板をエッチングすることを特徴とする請求項６に記載の位相シフトマスク。
【請求項８】
分けた異なる大きさの複数のピッチ部毎にエッチング時間を変えて複数回エッチングを繰り返す工程は、最適ドライエッチング深さの最小深さまで、全てのピッチ部の第２の開口部から前記透明基板をエッチングすること、及び最適ドライエッチング深さが最小深さであるピッチ部の開口を覆うレジストをマスクとして、前記最小深さより深い最適エッチング深さまで、レジストで覆われていない全てのピッチ部の第２の開口部から前記透明基板をエッチングすることを、一番深い最適エッチング深さになるまで１回以上行うことを含むことを特徴とする請求項６に記載の位相シフトマスク。
【請求項９】
透明基板上に遮光膜を形成する工程、及び
前記遮光膜に第１の開口部と第２の開口部を交互に形成するとともに、前記第２の開口部から前記透明基板を所定の深さに掘り込んで凹部を形成する工程
を具備し、前記第１及び第２の開口部を通過する透過光の位相が交互に反転する位相シフトマスクの製造方法であって、
前記遮光膜の前記第１の開口部における開口端部と第２の開口部における開口端部との間のピッチに応じて、前記透過光の位相差を設定することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
【請求項１０】
前記位相差を、前記第２の開口部から前記透明基板を所定の深さに掘り込むためのドライエッチング条件を調整することにより設定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】
前記凹部を形成する工程は、（ａ）光学条件、及び前記透明基板の凹部から前記遮光膜の下へのアンダーカット量及び／又は前記第２の開口部及び凹部の幅の設定値からのバイアス量に基づいて、各ピッチにおける最適位相差を求め、この値をエッチング深さに換算して最適エッチング深さを計算する工程、（ｂ）前記アンダーカットが形成される場合には、前記最適位相差を換算されたエッチング深さからアンダーカット量を差し引いた最適ドライエッチング深さを計算する工程、及び（ｃ）複数のドライエッチング条件により得られたエッチング深さデータと最適ドライエッチング深さを比較し、最も差の少ないドライエッチング条件を選定する工程を備える方法により設定されたドライエッチング条件により前記第２の開口部から前記透明基板を掘り込むことにより行われ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１２】
前記凹部を形成する工程は、最適ドライエッチング深さと前記最も差の少ないエッチングデータの差が１ｎｍ以上の場合、最適ドライエッチング深さから差の半分の量浅い深さに、前記第２の開口部から前記透明基板をドライエッチングすることにより行われ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１３】
前記位相差の調整は、ドライエッチング時間を前記ピッチに応じて調整して位相差を補正することにより行う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１４】
前記凹部を形成する工程は、（ａ）光学条件、及び前記透明基板の凹部から前記遮光膜の下へのアンダーカット量及び／又は前記第２の開口部及び凹部の幅の設定値からのバイアス量に基づいて、各ピッチにおける最適位相差を求め、この値をエッチング深さに換算して最適エッチング深さを計算する工程、（ｂ）前記アンダーカットが形成される場合には、前記最適位相差を換算されたエッチング深さからアンダーカット量を差し引いた最適ドライエッチング深さを計算する工程、（ｃ）前記最適ドライエッチング深さに応じ、異なる大きさの複数のピッチ部に分ける工程、（ｄ）分けたピッチ部毎に、それぞれの第２の開口部から前記透明基板を、エッチング時間を変えて複数回エッチングを繰り返す工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項１５】
分けたピッチ部毎にエッチング時間を変えて複数回エッチングを繰り返す工程は、前記遮光膜の第２の開口部に対応する開口を有するレジストをマスクとして、異なる最適ドライエッチング深さ毎に前記透明基板をエッチングすることを特徴とする請求項１４に記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項１６】
分けた異なる大きさの複数のピッチ部毎にエッチング時間を変えて複数回エッチングを繰り返す工程は、最適ドライエッチング深さの最小深さまで、全てのピッチ部の第２の開口部から前記透明基板をエッチングスルコト、及び最適ドライエッチング深さが最小深さであるピッチ部の開口を覆うレジストをマスクとして、前記最小深さより深い最適エッチング深さまで、レジストで覆われていない全てのピッチ部の第２の開口部から前記透明基板をエッチングすることを、一番深い最適エッチング深さになるまで１回以上行うことを含むことを特徴とする請求項１４に記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の位相シフトマスクを介してレジスト膜に紫外線を照射する工程、及び
前記紫外線を照射されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程
を具備することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ＬＳＩ製造に用いるレベンソン型位相シフトマスクに係り、特に、転写パターンの転写寸法差を少なくし、位置ずれを生ずることのないレベンソン型位相シフトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、半導体回路パターンの微細化により、その回路パターン形成に用いられるフォトマスクについても微細化の波が押し寄せており、解像力の向上が望まれている。このような状況において、フォトマスクの隣接する開口部を透過する投影光に、互いに１８０度の位相差をもたせることにより転写パターンの解像力を向上させる、所謂、位相シフト技術が、レベンソンらによって提唱された。【０００３】  この位相シフト技術は、隣接する開口部の一方に位相シフト部を設けることにより、位相シフト部を通過した透過光が他の透過光と逆位相（１８０度のずれ）となり、転写パターン境界部の光強度を弱め合い、隣接する転写パターンが分離され、解像度が向上するというものである。【０００４】  このような、隣接する開口部の一方に位相シフト部を設けて透過光を位相反転させるフォトマスクは、一般にレベンソン型位相シフトマスクと呼ばれる。【０００５】  開口部の一方に位相シフト部を設けたレベンソン型位相シフトマスクとしては、透明基板に、位相シフタととともに、それと等価な掘り込み部（凹部）を形成した掘り込み型位相シフトマスクが多く用いられる。【０００６】  図１は、掘り込み型のレベンソン型位相シフトマスクの構造を説明する断面図である。図１において、透明基板１の表面には、遮光膜２が設けられ、この遮光膜２には、位相差０度の開口部（０位相部）３及び位相差１８０度の開口部（π位相部）４が形成されている。開口部４における透明基板１は掘り込まれているとともに、遮光膜の庇の長さａのアンダーカット５が形成されている。図中、参照数字ｂは位相差、ｃはクロムＣＤ（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ、例えばラインパターンの孤立パターンの場合、ライン線幅を言う。）と呼ばれ、遮光膜にクロムを用いた時の寸法である。ピッチｐは、遮光パターンの開口端面から次の遮光パターンの開口端面までの距離である。【０００７】  図１に示すシングルトレンチ構造のレベンソン型位相シフトマスクでは、基板掘り込み部の側壁に入射する透過光により生ずる露光強度のアンバランスを防止するために、アンダーカット５が設けられている（例えば、特開平０８−１９４３０３号公報）が、同様の目的で、図２に示すように、本来の開口部の寸法にスペースバイアスｓを加える構造も知られている（例えば、特許第３１２７１４８号公報、特開２００３−２５５５１１号公報）。【０００８】  このような基板掘り込み型のレベンソン型位相シフトマスクには、以下のような問題点がある。【０００９】  レジスト膜厚の不均一やその下地の凹凸によって、露光時に焦点合わせずれ（以下、デフォーカスと称する）が生じ、このデフォーカスによる０位相部とπ位相部の透過光のコントラスト変動が互いに異なるため、位置による露光強度の変化を示す図４のグラフの点線１２で示すように、露光強度分布がアンバランス状態となる。即ち、パターン転写の位置ずれ１４やＣＤエラー１３が発生してしまうという問題がある。更に、このパターン転写の位置ずれは、ピッチによっても異なる。ここで、図４の実線１１は、バランス状態の良好な露光強度分布を示す。図４において、参照数字１５は０位相部の露光強度、１６はπ位相部の露光強度をそれぞれ示す。【００１０】  このパターン転写の位置ずれの発生防止を目的として、所定のマスクパターンデータに基づいて当初マスクパターンを作成し、次いで、分類したマスクパターンそれぞれの位置ずれ量を算出し、算出された位置ずれ量を是正するマスクパターン補正量を求め、このマスクパターン補正量によって当初マスクパターンを補正して、最終マスクパターンを求める技術が知られている（例えば、特開２００２−３５７８８９号公報）。【００１１】  しかし、この技術は、導波路効果に起因するレジストパターンの位置ずれに対して、パターンサイズを補正するという形で対処するものであり、これは、ベストフォーカスでの位置ずれがなくなるように補正するものであるため、デフォーカス位置での位置ずれはオフセットをかけることになる。即ち、所望のフォーカス幅における位置ずれの平均値は小さくなるが、レンジは変わらないため、位置ずれの補正は不十分であった。
【発明の開示】
【００１２】  本発明の目的は、様々なピッチにおいてデフォーカスを生じても、位置ずれを生ずることなく高精度のパターンを得ることを可能とする位相シフトマスクを提供することにある。
【００１３】  本発明の他の目的は、上記位相シフトマスクの製造方法を提供することにある。
【００１４】  本発明の更に他の目的は、上記位相シフトマスクを用いた半導体素子の製造方法を提供することにある。
【００１５】  本発明の第１の態様によると、透明基板と、この透明基板上に形成された遮光膜とを具備し、前記遮光膜には、第１の開口部と第２の開口部とが交互に形成され、前記第２の開口部から前記透明基板が所定の深さに掘り込まれて凹部が形成されており、前記第１及び第２の開口部を通過する透過光の位相が交互に反転する位相シフトマスクであって、前記遮光膜の前記第１の開口部における開口端部と第２の開口部における開口端部との間のピッチに応じて、前記透過光の位相差が設定されていることを特徴とする位相シフトマスクが提供される。
【００１６】  本発明の第２の態様によると、透明基板上に遮光膜を形成する工程、及び前記遮光膜に第１の開口部と第２の開口部を交互に形成するとともに、前記第２の開口部から前記透明基板を所定の深さに掘り込んで凹部を形成する工程を具備し、前記第１及び第２の開口部を通過する透過光の位相が交互に反転する位相シフトマスクの製造方法であって、前記遮光膜の前記第１の開口部における開口端部と第２の開口部における開口端部との間のピッチに応じて、前記透過光の位相差を設定することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法が提供される。
【００１７】  本発明の第３の態様によると、上述した位相シフトマスクを介してレジスト膜に紫外線を照射する工程、及び前記紫外線を照射されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程を具備することを特徴とする半導体素子の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、位相シフトマスクのモデルを説明する断面図である。
【図２】図２は、位相シフトマスクの他のモデルを説明する断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る位相シフトマスクの製造方法を説明するフローチャートである。
【図４】図４は、レベンソン型位相シフトマスクにおける問題点を説明する露光強度の特性図である。
【図５】図５は、フォーカス、位相差を変化させた場合のπ−０  ＣＤ差を示すグラフである。
【図６】図６は、ピッチを変化させた場合の最適位相差を示すグラフである。
【図７】図７は、ピッチを変化させた場合の最適位相差深さを示すグラフである。
【図８】図８は、ドライエッチング条件を変えたときの、ピッチを変化させた場合の規格化深さを示すグラフである。
【図９】図９は、ドライエッチング条件を変えたときの、ピッチを変化させた場合のエッチング深さを示すグラフである。
【図１０】図１０は、ピッチを変化させた場合の最適ドライエッチング深さを示すグラフである。
【図１１】図１１は、ドライエッチング条件を変えたときの、ピッチを変化させた場合のエッチング深さを示すグラフである。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の他の実施形態に係る位相シフトマスクの製造プロセスの一工程を示す断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本発明の他の実施形態に係る位相シフトマスクの製造プロセスの一工程を示す断面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、本発明の他の実施形態に係る位相シフトマスクの製造プロセスの一工程を示す断面図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、本発明の他の実施形態に係る位相シフトマスクの製造プロセスの一工程を示す断面図である。
【図１２Ｅ】図１２Ｅは、本発明の他の実施形態に係る位相シフトマスクの製造プロセスの一工程を示す断面図である。
【図１２Ｆ】図１２Ｆは、本発明の他の実施形態に係る位相シフトマスクの製造プロセスの一工程を示す断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の更に他の実施形態に係る位相シフトマスクの製造プロセスの一工程を示す断面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の更に他の実施形態に係る位相シフトマスクの製造プロセスの一工程を示す断面図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、本発明の更に他の実施形態に係る位相シフトマスクの製造プロセスの一工程を示す断面図である。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、本発明の更に他の実施形態に係る位相シフトマスクの製造プロセスの一工程を示す断面図である。
【図１３Ｅ】図１３Ｅは、本発明の更に他の実施形態に係る位相シフトマスクの製造プロセスの一工程を示す断面図である。
【図１３Ｆ】図１３Ｆは、本発明の更に他の実施形態に係る位相シフトマスクの製造プロセスの一工程を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】  以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。【００２０】  本発明の第１の態様に係る位相シフトマスクは、透明基板と、この透明基板上に形成された遮光膜とを具備し、遮光膜には、第１の開口部と第２の開口部とが交互に形成され、第２の開口部から透明基板が所定の深さに掘り込まれて凹部が形成されており、第１及び第２の開口部を通過する透過光の位相が交互に反転するものである。本発明の第１の態様に係る位相シフトマスクの特徴は、遮光膜の第１の開口部における開口端部と第２の開口部における開口端部との間のピッチに応じて、透過光の位相差が設定されていることにある。【００２１】  以上のように構成される本発明の第１の態様に係る位相シフトマスクによれば、透過光の位相差をピッチに応じて設定しているため、焦点ずれが生じても、十分な露光強度を保つことが出来、かつ均一なパターンを、位置ずれを生ずることなく、高精度に得ることが出来る。【００２２】  本発明の第２の態様に係る位相シフトマスクの製造方法は、透明基板上に遮光膜を形成する工程、及び前記遮光膜に第１の開口部と第２の開口部を交互に形成するとともに、前記第２の開口部から前記透明基板を所定の深さに掘り込んで凹部を形成する工程を具備する。第１及び第２の開口部を通過する透過光の位相は交互に反転し、遮光膜の前記第１の開口部における開口端部と第２の開口部における開口端部との間のピッチに応じて、透過光の位相差が設定される。【００２３】  以上のように構成される本発明の第２の態様に係る位相シフトマスクの製造方法によれば、透過光の位相差をピッチに応じて設定しているため、焦点ずれが生じても、十分な露光強度を保つことが出来、かつ均一なパターンを、位置ずれを生ずることなく、高精度に得ることを可能とする位相シフトマスクを得ることが出来る。【００２４】  本発明の第１及び第２の態様に係る位相シフトマスク及びその製造方法において、前記位相差を、前記第２の開口部から前記透明基板を所定の深さに掘り込むためのドライエッチング条件を調整することにより設定することが出来る。【００２５】  また、凹部を、（ａ）光学条件、及び前記透明基板の凹部から前記遮光膜の下へのアンダーカット量及び／又は前記第２の開口部及び凹部の幅の設定値からのバイアス量に基づいて、各ピッチにおける最適位相差を求め、この値をエッチング深さに換算して最適エッチング深さを計算する工程、（ｂ）前記アンダーカットが形成される場合には、前記最適位相差を換算されたエッチング深さからアンダーカット量を差し引いた最適ドライエッチング深さを計算する工程、及び（ｃ）複数のドライエッチング条件により得られたエッチング深さデータと最適ドライエッチング深さを比較し、最も差の少ないドライエッチング条件を選定する工程を備える方法により設定されたドライエッチング条件により前記第２の開口部から前記透明基板を掘り込むことにより形成することができる。【００２６】  この場合、凹部を、最適ドライエッチング深さと前記最も差の少ないエッチングデータの差が１ｎｍ以上の場合、最適ドライエッチング深さから差の半分の量浅い深さに、前記第２の開口部から前記透明基板をドライエッチングするこ��により形成することが出来る。【００２７】  また、位相差の調整は、ドライエッチング時間をピッチに応じ調整して位相差を補正することにより行うことができる。【００２８】  更に、凹部を、（ａ）光学条件、及び前記透明基板の凹部から前記遮光膜の下へのアンダーカット量及び／又は前記第２の開口部及び凹部の幅の設定値からのバイアス量に基づいて、各ピッチにおける最適位相差を求め、この値をエッチング深さに換算して最適エッチング深さを計算する工程、（ｂ）前記アンダーカットが形成される場合には、前記最適位相差を換算されたエッチング深さからアンダーカット量を差し引いた最適ドライエッチング深さを計算する工程、（ｃ）前記最適ドライエッチング深さに応じ、異なる大きさの複数のピッチ部に分ける工程、（ｄ）分けたピッチ部毎に、それぞれの第２の開口部から前記透明基板を、エッチング時間を変えて複数回エッチングを繰り返す工程を含む方法により形成することができる。【００２９】  異なる大きさに分けたピッチ部毎にエッチング時間を変えて複数回エッチングを繰り返す工程は、遮光膜の第２の開口部に対応する開口を有するレジストをマスクとして、異なる最適ドライエッチング深さ毎に透明基板をエッチングすることを含む。【００３０】  異なる大きさに分けた複数のピッチ部毎にエッチング時間を変えて複数回エッチングを繰り返す工程は、最適ドライエッチング深さの最小深さまで、全てのピッチ部の第２の開口部から前記透明基板をエッチングすること、及び最適ドライエッチング深さが最小深さであるピッチ部の開口を覆うレジストをマスクとして、前記最小深さより深い最適エッチング深さまで、レジストで覆われていない全てのピッチ部の第２の開口部から前記透明基板をエッチングすることを、一番深い最適エッチング深さになるまで１回以上行うことを含む。【００３１】  本発明の第３の態様に係る半導体素子の製造方法は、上述した位相シフトマスクを介してレジスト膜に紫外線を照射する工程、及び前記紫外線を照射されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程を具備することを特徴とする。【００３２】  以上のように構成される本発明の第３の態様に係る本発明の半導体素子の製造方法によれば、上述の位相シフトマスクを用いて露光を行うことで、精度よいパターン露光が可能となり、その結果、高い歩留まりで半導体素子を製造することができる。【００３３】  本発明の位相シフトマスクによれば、パターンデータと露光条件に基づいて、ピッチに応じてデフォーカスの影響を調整する位相差設定を行っているため、広範囲なピッチで焦点ずれが生じても、十分な露光強度を保つことが出来るとともに、均一なパターンを、位置ずれを生ずることなく、高精度に得ることが出来る。【００３４】  また、本発明の位相シフトマスクの製造方法によれば、十分な露光強度を保ち、かつ均一なパターンを、位置ずれを生ずることなく、高精度に、高精度に得ることが可能な位相シフトマスクを、精度良く得ることが出来る。【００３５】  更に、本発明の半導体素子の製造方法によれば、そのような位相シフトマスクを用いて露光を行うことで、位置ずれを生ずることのない、高精度のパターン露光が可能となり、その結果、高��歩留まりで半導体素子を製造することができる。【００３６】  以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。【００３７】  まず、本発明の一実施形態に係る位相シフトマスクの製造方法について、図３のフローチャートを参照して説明する。用いるレベンソン型位相シフトマスクのモデルは、図１（実施形態２）及び図２（実施形態１）に示したシングルトレンチ構造のものである。以下の実施形態１及び２における手順１）〜７）は、図３におけるＳ１〜Ｓ７の各工程にそれぞれ対応する。【００３８】  実施形態１
本実施形態では、図２に示すように、開口部にアンダーカットを形成せず、開口部にバイアスｓを設けることによりベストフォーカス時の（π−０）−ＣＤ差（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を最適化した構造（πスペースバイアス８０ｎｍ（レチクル上）、アンダーカットなし）の位相シフトマスクの製造工程について説明する。なお、（π−０）−ＣＤ差とは、基板をエッチングした位相差１８０度の開口部（π位相部）から得られるウェハ上のスペース寸法をπ―ＣＤと定義し、基板をエッチングしていない位相差０度の開口部（０位相部）から得られるウェハ上のスペース寸法を０−ＣＤと定義し、これらの２つのスペースの差を（π−０）−ＣＤ差と定義する。【００３９】  手順１）（Ｓ１）
光学条件（ＮＡ、σ）、構造（アンダーカット量、バイアス量）の設定（Ｓ１）
まず、光学条件（ＮＡ、σ）及び構造（アンダーカット量、バイアス量）を設定する。【００４０】  本実施形態の場合、以下のように設定する。【００４１】  レジストＣＤ：５０ｎｍ（ウェハ上）
露光波長  ：１９３ｎｍ
ＮＡ    ：０．７
σ      ：０．４
露光倍率  ：４ｘ
アンダーカット量：  ０ｎｍ
πスペースバイアス量：８０ｎｍ（レチクル上：両側）
なお、ピッチが狭くなると光近接効果により同じ露光量で同じレジスト寸法を得るのは難しいので、レチクル寸法には近接効果補正を施す。【００４２】  手順２）（Ｓ２）
各ピッチでの最適位相差計算および深さ換算
近接効果補正後のレチクル寸法は、ベストフォーカスとして、上記の方法で最適化してあるため、（π−０）−ＣＤ差は殆どなく、透過光の強度は一致している。しかし、焦点がずれた場合、すなわち、上述したデフォーカスが生ずると、露光強度のバランスが崩れ、（π−０）−ＣＤ差が許容範囲から外れてしまう。そこで、各ピッチにおけるデフォーカスによる（π−０）−ＣＤ差を求める。【００４３】  例えば、図２に示す構造（πスペースバイアス８０ｎｍ（レチクル上）、アンダーカットなし）において、ピッチ１８０ｎｍ（ウエハ上）で補正せずに位相差１８０度のままの場合は、デフォーカスに対する（π−０）−ＣＤ差を示す図５のグラフからわかるように、（π−０）−ＣＤ差は、その許容範囲を±５ｎｍとした時、デフォーカスが±１００ｎｍ近辺になると、許容範囲から外れてしまい、問題となることが明らかである。【００４４】  そこで、これに対しては、位相差を変化させて調整する必要がある。図５には位相差を変えたときの（π−０）−ＣＤ差も示してある。１８０度より小さい位相差にするため、π側の開口の深さを浅くする。図５では、１７４度と１７６度の中間の１７５度にすると、デフォーカスを生じても（π−０）−ＣＤ差は概ねゼロになることがわかる。つまり、１７５度が最適位相差となる。【００４５】  同様にして、各ピッチにおいて最適位相差を求めると、図６に示すように、広いピッチに比べ、狭いピッチでは最適位相差が小さくなる。また、広いピッチにおいても、最適位相差は１８０度より小さく、本実施形態では１７９度となる。【００４６】  更に、エッチングの掘り込み深さを考えるため、位相差を深さに換算する。本実施形態では、露光波長１９３ｎｍにおいて、位相差１度が０．９５３ｎｍとして換算すると、図７に示すように、最適位相差を深さに換算した最適位相差深さが得られる。【００４７】  手順３）（Ｓ３）
最適位相差深さからアンダーカット量を差し引いた最適ドライエッチング深さの計算
本実施形態の構造の場合、アンダーカットなしであるので、ウェットエッチングはおこなわないで、全てドライエッチングでおこなう。このため、最適ドライエッチング深さは最適位相差深さと一致する。【００４８】  手順４）（Ｓ４）
エッチング深さデータと比較し、差の少ない条件を選ぶ
図８は、ドライエッチング条件を変えたときの、各ピッチと規格化深さの関係を示す。規格化深さとは、最適ドライエッチング深さを広いピッチ（本実施形態では、１０００ｎｍピッチ：ウエハ上）における深さで割って規格化したものである。図８に示すように、ドライエッチング条件を変えることにより、ロジックゲートのような、ピッチが異なるパターンの場合でも、深さの調整は可能となる。【００４９】  そこで、各エッチング条件におけるエッチング深さデータと、最適ドライエッチング深さを比較するため、図８の規格化エッチング深さを広いピッチでの最適位相差に合うよう１７９倍すると、図９に示すように、最適エッチング深さと比較し易くなる。図９に示すように、エッチング深さデータの条件５が、最適ドライエッチング深さの結果と差が少ないため、この条件５を本実施形態ではエッチング条件として採用する。【００５０】  なお、エッチング条件としては、圧力、放電電力、バイアス電力、エッチングガスの種類、エッチングガスの流量等を挙げることが出来る。【００５１】  手順５）（Ｓ５）
最適ドライエッチング深さとエッチング深さデータとの差を計算
本実施形態の場合、図９から、条件５が、最適ドライエッチング深さとエッチング深さデータの差が殆どないことがわかる。（差は１ｎｍ未満：本実施形態では、この値を基準として設けたが、この値に限るものではない。デフォーカスでのπ―０差の規格に依る。）
手順６）（Ｓ６）
（広いピッチでの最適位相差深さ）−（アンダーカット量）−（最適ドライエッチング深さとエッチング深さデータとの差の最大値の半分の深さ）までドライエッチング
そこで、本実施形態の場合、アンダーカットはなく、また、最適ドライエッチング深さとエッチングデータとの差も１ｎｍ未満であるため、広いピッチでの最適位相差深さになるように、条件５でドライエッチングすることにより、各ピッチでの位相差は、最適位相差深さとなる。【００５２】  手順７）（Ｓ７）
アンダーカット量分だけウェットエッチングし、位相シフトマスクを完成
本例の場合、アンダーカットはないので、この手順は行う必要はない。【００５３】  別の構造（スペースバイアスなし、アンダーカット１００ｎｍ：レチクル上）を選択した場合においても、同様にして補正が可能である。【００５４】  以上の各工程を経て、位相シフトマスクが完成する（Ｓ８）。【００５５】  実施形態２
本実施形態では、図１に示すような、アンダーカットを設けることによりベストフォーカス時の（π−０）−ＣＤ差を最適化した構造（スペースバイアスなし、アンダーカット１００ｎｍ）の位相シフトマスクの製造工程について説明する。【００５６】  手順１）（Ｓ１）
光学条件（ＮＡ，σ）、構造（アンダーカット量、バイアス量）の設定
本実施形態の場合、以下のように設定する。【００５７】  レジストＣＤ：５０ｎｍ（ウェハ上）
露光波長    ：１９３ｎｍ
ＮＡ      ：０．７
σ        ：０．４
露光倍率    ：４ｘ
アンダーカット量：１００ｎｍ（レチクル上：片側）
バイアス量：  ０ｎｍ（レチクル上）
なお、ピッチが狭くなると光近接効果により同じ露光量で同じレジスト寸法を得るのは難しいので、レチクル寸法には近接効果補正を施す。【００５８】  手順２）（Ｓ２）
各ピッチでの最適位相差計算および深さ換算
各ピッチでの最適位相差をシミュレーションにより計算する。本実施形態では、計算結果が図６に示す結果と一致した。このようにして得た最適位相差を、実施形態１と同様にしてエッチング深さに換算し、図７に示すような最適位相差深さを得る。【００５９】  手順３）（Ｓ３）
最適位相差深さからアンダーカット量を差し引いた最適ドライエッチング深さの計算
ウェットエッチングは等方エッチングのため、深さ方向にも１００ｎｍ進行する。そこで、ドライエッチングで掘り込む深さは、ウェットエッチングでの進行する深さを差し引いた値となる。本実施形態の場合、最適位相差深さからウェットエッチング量１００ｎｍを差し引いた値が最適ドライエッチング深さとなる（図８）。【００６０】  手順４）（Ｓ４）
エッチング深さデータと比較し、差の少ないエッチング条件を選ぶ
実施形態１と同様に、図８に示す規格化したエッチング深さに、図１０に示す広いピッチにおける最適位相差に合うように所定の値を掛け合わせて、比較し易くしてから比較する（図１１）。本実施形態では、条件６が、ピッチ全体を通してエッチング深さデータと傾向が近いことがわかる。【００６１】  手順５）（Ｓ５）
エッチング深さデータとの差を計算
図１１において、条件６におけるエッチング深さと最適ドライエッチング深さの差を求める。本実施形態におけるマスク構造の場合、実施形態１に係るマスク構造と異なり、狭いピッチ側に、最大１ｎｍ以上の差が生じている。【００６２】  手順６）（Ｓ６）
（広いピッチでの最適位相差深さ）−（アンダーカット量）−（最適ドライエッチング深さとエッチング深さデータとの差の最大値の半分の深さ）までドライエッチング
最適ドライエッチング深さとエッチング深さデータとの差により、デフォーカスが生じた場合に（π―０）−ＣＤ差が生じるため、全体的に位相差を調整する必要がある。特に狭いピッチにおいてエッチング深さデータとの差が大きく、本実施形態では、図１１に示すように、狭いピッチ（ピッチ１８０ｎｍ：ウエハ上）で最適ドライエッチング深さとエッチング深さデータとの差が１．４ｎｍとなる。この差を調整しない場合、デフォーカスが生ずると、狭いピッチでの（π−０）−ＣＤ差が大きくなり、一方、狭いピッチでのエッチング深さを最適位相差深さになるように調整すると、広いピッチで（π−０）−ＣＤ差が大きくなる。そこで、狭いピッチと広いピッチで、（π−０）−ＣＤ差が小さくなるように調整することが望まれる。本実施形態の場合、最適ドライエッチング深さとエッチング深さデータとの差の最大値の半分の０．７ｎｍ分だけ浅くするように設定することにより、デフォーカスが生じた場合の（π−０）−ＣＤ差を小さくすることが出来る。【００６３】  なお、広いピッチでの（π−０）−ＣＤ差を犠牲にしても狭いピッチでの（π−０）−ＣＤ差を小さくすることを望む場合には、最適ドライエッチング深さとエッチング深さデータとの差の最大値に近い深さだけ大きく補正することが出来る。【００６４】  手順７）（Ｓ７）
アンダーカット量分だけ追加のウェットエッチングを行い、位相シフトマスク完成
本実施形態では、片側１００ｎｍのアンダーカットが必要なので、１００ｎｍ分ウェットエッチングを追加し、位相シフトマスクが完成する（Ｓ８）。【００６５】  次に、本発明の更に他の実施形態に係る位相シフトマスクの製造プロセスについて、図面を参照して説明する。【００６６】  実施形態３
まず、通常のバイナリマスク作製工程により、図１２Ａに示すように、透明基板２１上にクロムパターン２２を作製する。この時、位相差０度の開口部（０位相部）と位相差１８０度の開口部（π位相部）を分けて、π位相部のクロムと透明基板を一度でエッチングしない。これは、０位相部とπ位相部を分ける場合に重ね合わせが必要となるが、その精度が許容範囲を超えるためである。従って、まず始めに全体のクロムパターンを形成しておく。そうすることで、レジストパターンが多少ずれたとしてもクロムパターンが透明基板のエッチングマスクの役目を果たしてくれる。クロムパターン２２は、狭いピッチ部２３と広いピッチ部２４とを含み、狭いピッチ部２３には、位相差０度の開口部（０位相部）２５及び位相差１８０度の開口部（π位相部）２６が形成され、広いピッチ部２４には、位相差０度の開口部（０位相部）２７及び位相差１８０度の開口部（π位相部）２８が形成されている。ここでは、前述した方法で求めた最適ドライエッチング深さに応じ、ピッチ部を異なるピッチの２つのピッチ部に分けている。本例では、典型例として２つのピッチ部に分けたが、精度を上げるためには、３つ以上のピッチ部に分けたほうが良い。【００６７】  次に、透明基板２１の加工を行う。加工はどのピッチ部から初めても良いが、ここでは最適ドライエッチング深さの浅い、狭いピッチ部２３から加工する例で説明する。即ち、図１２Ｂに示すように、全面にレジスト２９を形成した後、狭いピッチ部２３のπ位相部２６に対応するレジストの部分に開口３０を開ける。【００６８】  次いで、図１２Ｃに示すように、開口３０から露出する透明基板２１を、狭いピッチでの最適位相差となる最適ドライエッチング深さまでドライエッチングにより加工し、開口３１を形成する。【００６９】  その後、レジスト２９を剥離した後、図１２Ｄに示すように、新たにレジスト３２を形成して開口３１をレジストで埋めた後、広いピッチ部２４のπ位相部２８のみレジスト３１に開口３３を形成する。【００７０】  そして、図１２Ｅに示すように、開口３３から露出する透明基板２１を、広いピッチでの最適位相差となる最適ドライエッチング深さまでドライエッチングにより加工し、開口３４を形成する。【００７１】  最後に、図１２Ｆに示すようにレジスト３２を剥離して、レベンソンマスクが完成する。【００７２】  なお、本実施形態では、ピッチ部を２つに分けたが、３つ以上に分けた場合には、同様の工程を繰り返せばよい。【００７３】  実施形態４
まず、通常のバイナリマスク作製工程により、図１３Ａに示すように、透明基板２１上にクロムパターン２２を作製する。クロムパターン２２は、狭いピッチ部２３と広いピッチ部２４とを含み、狭いピッチ部２３には、位相差０度の開口部（０位相部）２５及び位相差１８０度の開口部（π位相部）２６が形成され、広いピッチ部２４には、位相差０度の開口部（０位相部）２７及び位相差１８０度の開口部（π位相部）２８が形成されている。ここでは、前述した方法で求めた最適ドライエッチング深さに応じ、ピッチ部を分けている。本例では、典型例として２段階に分けたが、精度を上げるためには、多く分けたほうが良い。【００７４】  次に、図１３Ｂに示すように、全面にレジスト２９を形成した後、狭いピッチ部２３のπ位相部２６及び広いピッチ部２４のπ位相部２８に対応するレジスト２９の部分に開口４０，４１を開ける。【００７５】  次いで、図１３Ｃに示すように、開口４０，４１から露出する透明基板２１を、狭いピッチでの最適位相差となる最適ドライエッチング深さまでドライエッチングにより加工し、開口４２，４３を形成する。【００７６】  その後、レジスト２９を剥離した後、図１３Ｄに示すように、新たにレジスト３２を形成して開口４２，４３をレジストで埋めた後、広いピッチ部２４のπ位相部２８に対応する開口４３を再び開ける。【００７７】  そして、図１３Ｅに示すように、開口４３の底部を、広いピッチでの最適位相差となる最適ドライエッチング深さになるようにドライエッチングして、開口４４を形成する。【００７８】  最後に、図１３Ｆに示すようにレジスト３２を剥離して、レベンソンマスクが完成する。【００７９】  なお、本実施形態では、ピッチ部を２つに分けたが、３つ以上に分けた場合には、同様の工程を繰り返せばよい。【００８０】  実施例
以上説明した本発明の実施形態に係る位相シフトマスクを用いてロジックデバイスのゲート電極を形成した実施例について説明する。【００８１】  予め、素子分離領域が形成され、活性領域の表面にゲート酸化膜が形成されたシリコン基板上にゲート電極材料となる導電層を形成し、その上にレジストを塗布した。次に、ウェハ上の最小寸法条件をレジストＣＤ５０ｎｍ、ピッチ１８０ｎｍとしたパターンデータを元に、上述のようにして最適化された、実施形態１に係るレベンソン型位相シフトマスクを作製した。【００８２】  続いて、露光装置を用いてレジストの露光を行った。露光条件は以下の通りである。【００８３】  露光波長  ：１９３ｎｍ
ＮＡ    ：０．７
σ      ：０．４
露光倍率  ：４ｘ
その後、レジストの現像を行い、レジストパターンを形成した。【００８４】  次に、このレジストパターンをマスクとして用いて、導電層を反応性イオンエッチングによりエッチングし、ゲート電極を形成した。【００８５】  このようにして形成されたゲート電極は、位置ずれなどが無く、パターン精度の良好なものであった。【００８６】  次に、実施形態２に従ってレベンソン型位相シフトマスクを作製した。これを用いて露光し、現像し、レジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして用いて導電層を反応性イオンエッチングによりエッチングすることにより、位置ずれなどが無く、パターン精度の良好なゲート電極を得ることが出来た。
【産業上の利用可能性】
【００８７】  本発明は、ＬＳＩなどの半導体素子の製造に用いる露光マスクとして広範に適用することが出来る。
【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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
2006064679.tif 000014
【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
2006064679.tif 000016
【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１３Ａ】
2006064679.tif 000019
【図１３Ｂ】
2006064679.tif 000020
【図１３Ｃ】
2006064679.tif 000021
【図１３Ｄ】
2006064679.tif 000022
【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【国際調査報告】
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2006064679.tif 000026
2006064679.tif 000027
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