JP4254603B2 - レベンソン型位相シフトマスク及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＳＩ等の半導体素子の製造に用いられるレベンソン型位相シフトマスク及びその製造方法に関する。

近時、半導体素子の高密度微細化に伴い投影露光装置にも高い解像性が求められている。そこで、フォトマスクの分野においては、転写パターンの解像性を向上させる手法として、１９８２年にＩＢＭ社のLevensonらにより提案された位相シフト法がある。位相シフト法の原理は、隣接する開口部を通過した透過光の位相が反転するように開口部の一方に位相シフト部（シフター開口部）を設けることによって、透過光が干渉し合う際に境界部での光強度を弱め、その結果として転写パターンの解像性及び焦点深度を向上させるものである。このような位相シフト法を利用して解像性を向上させたフォトマスクは、一般にレベンソン型位相シフトマスクと呼ばれる。

開口部の一方に位相シフト部を設ける方法としては、現在、透明基板をエッチング等により掘り込んでシフター開口部を設ける掘り込み型が主流である。

図８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示す概略断面図である。図中にて符合１１は透明基板、１２は遮光膜、１３は非シフター開口部、１４はシフター開口部である。符合１５はシャロートレンチといい、非シフター開口部１３の基板掘り込み深さである。符合１６はアンダーカットといい、シフター開口部１４に設ける遮光部の庇の長さである。符合１７は非シフター開口部１３の透過光３ｂとシフター開口部１４の透過光３ａとの位相差が１８０°となるのに相当する掘り込み量の差である。符合１８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、ライン線幅のことを言う）といい、遮光膜１２にクロム（Ｃｒ）を用いた時の線幅寸法である。符合１９はピッチといい、遮光パターンの端面から次の遮光パターンの端面までの距離である。

図８に示すレベンソン型位相シフトマスクにおいて、シャロートレンチ１５が無い場合は所謂シングルトレンチ構造といい、シャロートレンチ１５が有る場合は所謂デュアルトレンチ構造という。いずれの構造においても、基板掘り込み部の側壁からの透過光による遮光強度のアンバランス防止のために、例えば特許文献１に記載されているようにアンダーカット１６を設けることが公知である。

上記の掘り込み型のレベンソン型位相シフトマスクは、シフター開口部と非シフター開口部とを交互に繰り返し配置する構造を基本とする。しかし、実際のデバイス回路の設計においては、シフター開口部と非シフター開口部とが交互に配置されるパターンばかりでなく、シフター開口部同士が隣接するパターン、あるいは非シフター開口部同士が隣接するパターンが生じる。例えば、図９に示すように、シフター開口部２１ａに他のシフター開口部２２ａが隣接するパターンが発生する場合がある。このように同種類の開口部が隣り合うパターンの発生は回路設計において避けられない場合が多く、次の２つの問題点がある。

その第１は、隣接する開口部２１ａ，２２ａの透過光３ａの位相が同じ（図９の場合はπ−π）であるため、これらが互いに強め合い（打ち消し合わない）、その結果、同種類の開口部で挟まれた部分２３ａの光強度が大きくなり、この挟まれた部分の解像性が悪くなるという問題である。図１０は、ポジ型レジストを使用して、図９の構造を持つマスクを半導体ウエハ上に転写した場合の相対的露光強度を示す特性線図である。同じスレッショルド（ＳＬ）では、シフター開口部と非シフター開口部で挟まれた部分のレジストＣＤ（レジストの転写寸法）２５ｂ，２６ｂに比べて、シフター開口部２１ａ，２２ａ同士で挟まれた部分のレジストＣＤ２３ｂは小さくなり、解像し難くなる。

第２は、同種類の開口部に挟まれた部分２３ａに存在する遮光膜１２ｂが剥がれやすくなるという問題である。非シフター開口部が隣接する場合は問題ないが、図９に示すパターンのように同種類のシフター開口部２１ａ，２２ａが隣接する場合は、２つのシフター開口部２１ａ，２２ａの間に挟まれた部分２３ａの透明基板１１に両側からアンダーカット１６が入るため、遮光膜１２ｂと透明基板１１との接触面積が減少する。このため、挟まれた部分２３ａの遮光膜１２ｂが透明基板１１から剥がれやすくなる。この遮光膜１２ｂの剥がれ対策のためにマスク設計が大きな制約を受け、アンダーカット量を適宜選択することができず、マスクのパフォーマンスが悪化することがある。
特開平１０−３３３３１６号公報

本発明は、上記課題を解決するために、同種類の開口部に挟まれた部分におけるパターン解像性を向上させることができ、かつ、同種類の開口部に挟まれた部分の遮光膜を剥がれ難くすることができるレベンソン型位相シフトマスク及びその製造方法を提供することを目的とする。

（１）本発明のレベンソン型位相シフトマスクは、透明基板上に形成された遮光部と開口部を有し、前記開口部の透明基板を部分的に掘り込むか又は前記開口部の透明基板上に透明膜を部分的に上置きして形成されたシフター開口部と非シフター開口部とが繰り返し存在し、前記シフター開口部により透過光の位相を反転させるレベンソン型位相シフトマスクにおいて、隣接する同種類の開口部に両側から挟まれた遮光部パターンを有し、マスクの設計デザインで定められた所定の設計線幅に対して前記遮光部パターンを所定量だけ両側へ広げるバイアス補正を施してなり、シフター開口部と非シフター開口部とに挟まれた遮光部パターンがシフター開口部側にアンダーカットを有し、かつ前記バイアス補正を施した遮光部パターンがアンダーカットを有さないことを特徴とする。

（２）透明基板上に形成された遮光部と開口部を有し、前記開口部の透明基板を部分的に掘り込むか又は前記開口部の透明基板上に透明膜を部分的に上置きして形成されたシフター開口部と非シフター開口部とが繰り返し存在し、前記シフター開口部により透過光の位相を反転させるレベンソン型位相シフトマスクにおいて、隣接する同種類の開口部に両側から挟まれた遮光部パターンを有し、マスクの設計デザインで定められた所定の設計線幅に対して前記遮光部パターンを所定量だけ両側へ広げるバイアス補正を施してなり、シフター開口部と非シフター開口部とに挟まれた遮光部パターンがシフター開口部側にアンダーカットを有し、かつ前記バイアス補正を施した遮光部パターンが遮光膜を有さないことを特徴とする位相シフトマスクである（図２参照）。このクロムレスタイプの位相シフトマスクは、シフター開口部からの透過光と挟まれた部分からの透過光とが打ち消し合って、挟まれた部分に遮光膜を有しないにも拘わらず、あたかも遮光膜が存在するかのように機能する。

（３）本発明のレベンソン型位相シフトマスクの製造方法は、透明基板上に形成された遮光部と開口部を有し、前記開口部の透明基板を部分的に掘り込むか又は前記開口部の透明基板上に透明膜を部分的に上置きして形成されたシフター開口部と非シフター開口部とが繰り返し存在し、前記シフター開口部により透過光の位相を反転させるレベンソン型位相シフトマスクの製造方法において、透明基板上に形成された遮光膜をパターンエッチングし、隣接する同種類の開口部に両側から挟まれる遮光部パターンが形成されるべき領域にバイアス補正を施した遮光膜パターンを形成し、前記遮光膜パターンの上に両側にアンダーカット量分だけ広げたレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクにしてエッチングにより前記透明基板を掘り込み、前記レジストパターンに対してアンダーカットを形成し、前記レジストパターンのレジストを除去することを特徴とするレベンソン型位相シフトマスクの製造方法である（図６参照）。

（４）前記レジストパターンのレジストを除去した後に、隣接する同種類の開口部に両側から挟まれる前記遮光部パターンを除いて前記遮光膜パターンを被覆するレジストパターンを形成し、前記遮光部パターンの遮光膜をエッチングにより除去し、前記レジストパターンのレジストを除去することを特徴とする（３）記載の方法である（図６参照）。

（５）遮光膜をパターン成膜して透明基板上に形成された遮光部と開口部を有し、前記開口部の透明基板を部分的に掘り込むか又は前記開口部の透明基板上に透明膜を部分的に上置きして形成されたシフター開口部と非シフター開口部とが繰り返し存在し、前記シフター開口部により透過光の位相を反転させるレベンソン型位相シフトマスクの製造方法において、透明基板上に形成された遮光膜をパターンエッチングし、隣接する同種類の開口部に両側から挟まれる遮光部パターンが形成されるべき領域から遮光膜を除去し、前記遮光膜除去領域の上にバイアス補正を施して両側にアンダーカット量分だけ広げたレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクにしてエッチングにより前記透明基板を掘り込み、前記レジストパターンに対してアンダーカットを形成し、前記レジストパターンのレジストを除去することを特徴とするレベンソン型位相シフトマスクの製造方法である（図７参照）。

（６）隣接するシフター開口部に両側から挟まれるか、または隣接する非シフター開口部に両側から挟まれる遮光部パターンの所定の露光条件での転写寸法をバイアス補正量の関数として表わし、前記遮光部パターンが所望の転写寸法で得られるようにバイアス補正量を決定することを特徴とする（３）乃至（５）のいずれかに記載の方法である。

（７）前記バイアス補正量を決定する処理は、半導体ウエハ上への転写シミュレーションによるものであることを特徴とする（６）記載の方法である。

本明細書中において「非シフター開口部」とは、光の位相を変えることなく光を透過させるパターン領域をいうものと定義する。また、本明細書中において「シフター開口部」とは、光の位相を変えて（位相変調させて）光を透過させるパターン領域をいうものと定義する。例えば掘り込み型のレベンソン型位相シフトマスクの場合は、遮光膜が存在しない領域であって、掘り込みがまったく無いか、または掘り込みがあったとしてもシャロートレンチのみが形成されたパターン部分が非シフター開口部に該当し、また、掘り込みが有るパターン部分がシフター開口部に該当する。

本明細書中において「ＮＡ」とは、光学機器において絞りの半径が入射光に対して張る角度θの正弦sinθとレンズと被処理基板の空間の屈折率ｎとの積（ｎ×sinθ）で与えられる開口数をいうものと定義する。

本明細書中において「σ」とは、照明光学系の開口数を投影光学系の開口数で除した値として与えられるコヒーレンスファクターのことをいうものと定義する。

本明細書中において「ジャストフォーカス」とは、パターンを形成しようとする被処理基板上に塗布されたレジストの表面に露光機光学系の焦点を一致させることをいうものと定義する。

本発明によれば、シフター開口部に両側から挟まれたパターン２３ａ，２３ｃ，２３ｄまたは非シフター開口部に両側から挟まれたパターン２３ｅを所定量だけ両側へ広げるバイアス補正α，β，γをそれぞれ施すことによって、図４に示すように挟まれた領域の相対的露光強度が特性線Ｂから特性線Ａのように改善され、両隣の開口部の位相差が反転していないため解像し難い挟まれ部分２３ｃ，２３ｄ，２３ｅのレジストＣＤ２３ｆの解像性を向上させることができる。

また、本発明によれば、シフター開口部２１ｃ，２２ｃに両側から挟まれた部分２３ｃのパターンがアンダーカットを有していないため、この部分の遮光膜５２ｂが剥がれることはない。すなわち、シフター開口部へのアンダーカット形成時、シフター開口部同士で挟まれた遮光膜剥がれ欠陥が低減できると共に、遮光膜剥がれに制約されることなくより自由にアンダーカット量を適宜選択できる。

さらに、本発明によれば、シフター開口部２１ｄ，２２ｄに両側から挟まれた部分のパターン２３ｄが遮光膜を有していないため、遮光膜剥がれ自体が起きない。すなわち、アンダーカット形成時の遮光膜剥がれ欠陥を低減できると共に、遮光膜剥がれに制約されることなくより自由にアンダーカット量を適宜選択できる。また、この部分２３ｄを通過する透過光の位相差は０°となり、両側の開口部２１ｄ，２２ｄを通過する透過光の位相差１８０°と位相が反転しているため、解像性の点で優れている。

以下、添付の図面を参照して本発明の種々の好ましい実施の形態について説明する。

（第１の実施形態；タイプ１）
図１に示したレベンソン型位相シフトマスク１は、隣接するシフター開口部２１ｃ，２２ｃに両側から挟まれた遮光部パターン２３ｃが遮光膜パターン５２ｂを備えており、この遮光膜パターン５２ｂがアンダーカットを有さないものであり、かつ、該遮光部パターン２３ｃにバイアス補正αを施したタイプである。以下、これをタイプ１と呼ぶ。

タイプ１のマスクでは、掘り込み部４４ｂの一方側にアンダーカット無しの遮光膜パターン５２ｂを設け、掘り込み部４４ｂの他方側にアンダーカット１６を有する遮光膜パターン５２ａ（遮光部パターン２５ｃ）を設け、これらによりシフター開口部２１ｃを形成している。同様に、遮光部パターン２３ｃを挟んで反対側に位置するシフター開口部２２ｃもアンダーカット無しの遮光膜パターン５２ｂとアンダーカット１６を有する遮光膜パターン５２ａ（遮光部パターン２６ｃ）とで形成されている。

タイプ１のマスクによれば、シフター開口部２１ｃ，２２ｃを透過した透過光３ａの強め合いがバイアス補正により抑えられるので、図４に示すように挟まれた領域の相対的露光強度が特性線Ｂから特性線Ａのように改善され、両隣の開口部の位相差が反転していないため解像し難い遮光部パターン２３ｃのレジストＣＤ２３ｆの解像性が大幅に向上する。また、タイプ１のマスクは、遮光部パターン２３ｃにおいて遮光膜５２ｂがアンダーカットを持たないので、透明基板４１から遮光膜５２ｂが剥がれ難くなる。

（第２の実施形態；タイプ２）
図２に示したレベンソン型位相シフトマスク１Ａは、隣接するシフター開口部２１ｄ，２２ｄに両側から挟まれた遮光部パターン２３ｄが遮光膜を有しないものであり、かつ、該遮光部パターン２３ｄにバイアス補正βを施したタイプである。以下、これをタイプ２と呼ぶ。

タイプ２のマスクでは、掘り込み部４５ｂの一方側に遮光膜無しの遮光部パターン２３ｄを設け、掘り込み部４５ｂの他方側にアンダーカット１６を有する遮光膜パターン５３ａ（遮光部パターン２５ｄ）を設け、これらによりシフター開口部２１ｄを形成している。同様に、遮光部パターン２３ｄを挟んで反対側に位置するシフター開口部２２ｄも遮光膜無しの遮光部パターン２３ｄとアンダーカット１６を有する遮光膜パターン５３ａ（遮光部パターン２６ｄ）とで形成されている。

タイプ２のマスク（クロムレスタイプ）は、挟まれ部分（遮光部パターン２３ｄ）の線幅が小さいときに有効であり、シフター開口部２１ｄ，２２ｄからの透過光３ａと非シフター開口部２３ｄからの透過光３ｂとが打ち消し合って、挟まれ部分に遮光膜を有しないにも拘わらず、あたかも遮光膜が存在するかのようにシャープな解像性が得られる。

（第３の実施形態；タイプ３）
図３に示したレベンソン型位相シフトマスク１Ｂは、隣接する非シフター開口部２５ｅ，２６ｅに両側から挟まれた遮光部パターン２３ｅにバイアス補正γを施したタイプである。以下、これをタイプ３と呼ぶ。

タイプ３のマスクにおいては、シフター開口部となる掘り込み部４６ｂではなく、非シフター開口部２１ｅ，２２ｅに両側を挟まれた基板４１の平坦領域に遮光膜パターン５１ｆを設け、これにより遮光部パターン２３ｅを形成している。このようなタイプ３のマスクによっても、上述したタイプ１と同様に解像性の向上および遮光膜の剥がれ防止の効果が得られる。

次に、最適なバイアス補正量（α，β，γ）を求める半導体ウエハ上への転写シミュレーションについて説明する。隣接するシフター開口部（または非シフター開口部）に挟まれたパターンの所定の露光条件での転写寸法をバイアス補正量の関数として表す方法で求める。まず、シフター開口部と非シフター開口部が繰り返し存在する通常のレベンソン型位相シフトマスクの構造において、フォトマスク上のクロムＣＤどおりにレジストＣＤが得られるようなスレッショルドを決める。上記の構造以外に特に解像させたいパターンがある場合は、そのパターンが所望のレジストＣＤで解像するようなスレッショルドを決める。

次に、図１及び図２（または図３）に示すような同位相の開口部が隣接する構造において、バイアス補正量を種々変化させたときの、同種類の開口部で両側から挟まれたパターンの上記のスレッショルドでのレジストＣＤ（レジストの転写寸法）を求める。このレジストＣＤが所望の値（例えば図５のスレッショルドレベル線３１）で得られるようにバイアス補正量（α，β，γ）をマスクタイプ毎に決定する。

図５は、横軸にバイアス補正量（ｎｍ）をとり、縦軸に同種類の開口部に両側から隣接されたパターンのレジストＣＤ（ｎｍ）をとって、バイアス補正量に対するレジストＣＤ（レジストの転写寸法）の変化についてシミュレーションを用いて調べた結果を示す特性線図である。図中の特性線Ｅはタイプ１の位相シフトマスクに、特性線Ｆはタイプ２の位相シフトマスクに、特性線Ｇはタイプ３の位相シフトマスクにそれぞれ対応している。これらの特性線Ｅ，Ｆ，Ｇとパターン最小線幅（６５ｎｍ）のスレッショルド線３１との交点から位相シフトマスクのタイプ毎にバイアス補正量α，β，γをそれぞれ求める。シミュレーションに用いたレベンソン型位相シフトマスクのモデルと露光条件を下記に示す。

クロムＣＤ：２６０ｎｍ（フォトマスク上）
ピッチ：７６０ｎｍ（フォトマスク上）
シャロートレンチ：０ｎｍ
アンダーカット：１００ｎｍ（フォトマスク上）
露光波長：１９３ｎｍ
ＮＡ：０．７８
σ：０．４
露光倍率：４倍
フォーカス：ジャストフォーカス
次に、図６の（ａ）〜（ｉ）を参照して、タイプ１及びタイプ２のレベンソン型位相シフトマスクを製造するための方法について説明する。レベンソン型位相シフトマスクの構造はシングルトレンチで示してある。

先ず、ブランクマスク１００を準備する（工程Ｓ１）。ブランクマスク１００は、図６（ａ）に示すように、合成石英からなる透明基板４１の上にクロム金属膜と酸化クロム膜の２層からなる遮光膜５１が被覆され、さらにその上にレジスト層６１が塗布されたものである。このレジスト層６１を電子ビームにてパターン露光し、現像等の一連のパターニング処理を行って、レジストパターン６１ａ，６１ｂを形成する。ここで、レジストパターン６１ｂには前述のウエハ上への転写シミュレーションより求めた量のバイアス補正がかかっている。次いで、レジストパターン６１ａ，６１ｂをマスクにして遮光膜５１をエッチングし、図６（ｂ）に示す所定のパターンを形成する（工程Ｓ２）。次いで、レジスト層６１を専用の剥離液で剥離し、図６（ｃ）に示す透明基板４１上に遮光膜パターン５１ａ，５１ｂが形成される（工程Ｓ３）。

次に、所定膜厚のレジスト層６２を被処理基板に塗布し、このレジスト層６２を電子ビームによってパターン露光し、現像等の一連のパターニング処理を行って、図６（ｄ）に示す所定のレジストパターン６２ａ，６２ｂを形成する（工程Ｓ４）。ここで、レジストパターン６２ｂは後にアンダーカット形成処理をすることを見越して、両側にアンダーカット量（ＵＣ）分だけ広げて形成する。

次に、レジストパターン６２ａ，６２ｂをマスクにして、透明基板４１をドライエッチングによってエッチングし、図６（ｅ）に示す掘り込み４２を形成する（工程Ｓ５）。ここで、掘り込み４２の深さをｄ、アンダーカット量をＵＣ、露光波長をλ、透明基板の屈折率をｎとするとき、下式（１）の関係を満たすようにエッチング処理を制御して掘り込み４２を形成する。

ｄ＝λ／２（ｎ−１）−ＵＣ …（１）
次に、レジストパターン６２ａ，６２ｂをマスクにして、透明基板４１をウェットエッチングにてエッチングし、図６（ｆ）に示すようにアンダーカットを有する掘り込み４３を形成する（工程Ｓ６）。

次に、レジスト層６２を専用の剥離液で剥離し、図６（ｇ）に示すように透明基板４１に遮光膜パターン５２ａ及び５２ｂ、非シフター開口部４４ａ及びシフター開口部４４ｂが形成されたレベンソン型位相シフトマスク３００を得る（工程Ｓ７）。このマスク３００が、上記第１の実施形態で示したシフター開口部に両側から挟まれたパターンがアンダーカットを有せず、かつ、同パターンにバイアス補正を施したタイプ１のレベンソン型位相シフトマスクである。

さらに、タイプ２のレベンソン型位相シフトマスクを得るには、次の処理を更に行う。まず、マスク３００上にレジスト層６３を塗布形成し、レジスト膚６３を電子ビームにてパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、レジストパターン６３ａを形成し、レジストパターン６３ａをマスクにして遮光膜５２ｂをエッチングによって除去する（工程Ｓ８）。次に、レジスト層６３を専用の剥離液で剥離し、図６（ｉ）に示すように、透明基板４１に遮光膜パターン５３ａ、非シフター開口部４５ａ及びシフター開口部４５ｂが形成されたレベンソン型位相シフトマスク４００を得る（工程Ｓ９）。このマスク４００がタイプ２のレベンソン型位相シフトマスクである。

次に、図７の（ａ）〜（ｇ）を参照して、図２に示すタイプ２のレベンソン型位相シフトマスクを製造するための他の方法について説明する。

上述したものと同じブランクマスク１００を準備する（工程Ｓ２１）。ブランクマスク１００上のレジスト層６１を電子ビームにてパターン露光し、現像等の一連のパターニング処理を行って、レジストパターン６１ａを形成する。次いで、レジストパターン６１ａをマスクにして遮光膜５１をエッチングし、図７（ｂ）に示す所定のパターンを形成する（工程Ｓ２２）。次いで、レジスト層６１を専用の剥離液で剥離し、図７（ｃ）に示す透明基板４１上に遮光膜パターン５１ａを作製する（工程Ｓ２３）。

次に、所定膜厚のレジスト層６２を被処理基板に塗布し、このレジスト層６２を電子ビームによってパターン露光し、現像等の一連のパターニング処理を行って、図７（ｄ）に示す所定のレジストパターン６２ａ，６２ｂを形成する（工程Ｓ２４）。ここで、レジストパターン６２ｂには半導体ウエハ上への転写シミュレーションより求めた量のバイアス補正がかかっている。また、レジストパターン６２ｂは後にアンダーカット形成処理をすることを見越して、両側にアンダーカット量（ＵＣ）分だけ広げて形成する。

次に、レジストパターン６２ａ，６２ｂをマスクにして、透明基板４１をドライエッチングによってエッチングし、図７（ｅ）に示す掘り込み４２を形成する（工程Ｓ２５）。掘り込み４２の深さｄは、上式（１）に従って制御される。

次に、レジストパターン６２ａ，６２ｂをマスクにして、透明基板４１をウェットエッチングにてエッチングし、図７（ｆ）に示すようにアンダーカットを有する掘り込み４３を形成する（工程Ｓ２６）。

最後に、レジスト層６２を専用の剥離液で剥離し、図７（ｇ）に示すように、透明基板４１に遮光膜パターン５２ａ、非シフター開口部４４ａ及びシフター開口部４４ｂが形成されたタイプ２のレベンソン型位相シフトマスク４００を得る（工程Ｓ２７）。

（実施例１）
本発明のレベンソン型位相シフトマスクを用いてウエハ上にレジストパターンを形成した実施例１について説明する。まず、タイプ１のレベンソン型位相シフトマスク１を上述の製造方法により作製した。このとき、作製したマスクの遮光膜パターンの剥がれによる欠陥は発生しなかった。

下記のサイズを有するタイプ１のレベンソン型位相シフトマスク１を得た。

透明基板の厚み： ６３５０μｍ
ピッチ： ７６０ｎｍ
掘り込み幅Ｌ１： ５３１ｎｍ
遮光部の幅Ｌ２： ３９８ｎｍ
アンダーカット長さＬ３： １００ｎｍ
掘り込み深さＬ４： １７２ｎｍ
続いて、シリコン基板上に、反射防止膜、レジストを塗布し、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とした。

露光波長：１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ）
ＮＡ：０．７８
σ：０．４
露光倍率：４倍
バイアス補正量α： ６９ｎｍ
この後、現像を行い、レジストパターンを形成した。

このレジストパターンは図４の特性線Ａに示すように、同種類の開口部に挟まれたパターンの解像性が向上し、精度も良好なものであった。

（実施例２）
本発明のレベンソン型位相シフトマスクを用いてウエハ上にレジストパターンを形成した例を示す。図２に示すレベンソン型位相シフトマスク１Ａを上述の製造方法により作製した。この時、作製したマスクの遮光膜パターンの剥がれによる欠陥は発生しなかった。

下記のサイズを有するタイプ２のレベンソン型位相シフトマスク１Ａを得た。

透明基板の厚み： ６３５０μｍ
ピッチ： ７６０ｎｍ
掘り込み幅Ｌ１： ５６９ｎｍ
遮光部の幅Ｌ２： ３２２ｎｍ
アンダーカット長さＬ３： １００ｎｍ
掘り込み深さＬ４： １７２ｎｍ
続いて、シリコン基板上に、反射防止膜、レジストを塗布し、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とした。

露光波長：１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ）
ＮＡ：０．７８
σ：０．４
露光倍率：４倍
バイアス補正量β：３１ｎｍ
この後、現像を行い、レジストパターンを形成した。

このレジストパターンは図４の特性線Ａに示すように、同種類の開口部に挟まれたパターンの解像性が向上し、精度も良好なものであった。

（実施例３）
本発明のレベンソン型位相シフトマスクを用いてウエハ上にレジストパターンを形成した例を示す。図３に示すレベンソン型位相シフトマスク１Ｂを常法のフォトリソグラフィプロセス（例えば特許文献１に記載された方法）を用いて作製した。この時、作製したマスクの遮光膜パターンの剥がれによる欠陥は発生しなかった。

下記のサイズを有するタイプ３のレベンソン型位相シフトマスク１Ｂを得た。

透明基板の厚み： ６３５０μｍ
ピッチ： ７６０ｎｍ
遮光部の幅Ｌ２： ２８６ｎｍ
アンダーカット長さＬ３： １００ｎｍ
掘り込み深さＬ４： １７２ｎｍ
続いて、シリコン基板上に、反射防止膜、レジストを塗布し、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とした。

露光波長：１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ）
ＮＡ：０．７８
σ：０．４
露光倍率：４倍
バイアス補正量γ：１３ｎｍ
この後、現像を行い、レジストパターンを形成した。

このレジストパターンは図４の特性線Ａに示すように、同種類の開口部に挟まれたパターンの解像性が向上し、精度も良好なものであった。

本発明は、ＬＳＩなどの半導体素子の製造に用いるレベンソン型位相シフトマスク及びその製造方法を提供することができる。図１〜図３に示すタイプはいずれも掘り込み型のレベンソン型位相シフトマスクに適用することができる。なお、図１と図２に示すタイプは上置き型のレベンソン型位相シフトマスクにも適用することが可能である。

本発明の第１実施形態のレベンソン型位相シフトマスクを示す断面図。 本発明の第２実施形態のレベンソン型位相シフトマスクを示す断面図。 本発明の第３実施形態のレベンソン型位相シフトマスクを示す断面図。 ポジ型レジストを使用して、本発明のレベンソン型位相シフトマスクを半導体ウエハ上に転写した場合の相対的露光強度を示す特性図。 バイアス補正量に対する同種類の開口部に両側から挟まれたパターンのレジストＣＤを示す特性図。 （ａ）〜（ｉ）は本発明のレベンソン型位相シフトマスクの製造方法を説明するために工程ごとに被処理基板の状態を示す断面図。 （ａ）〜（ｇ）は本発明の他のレベンソン型位相シフトマスクの製造方法を説明するために工程ごとに被処理基板の状態を示す断面図。 従来の掘り込み型のレベンソン型位相シフトマスクを示す概略断面図。 シフター開口部同士が隣り合うパターンを有する従来のレベンソン型位相シフトマスクを示す断面図。 ポジ型レジストを便用して、図９の構造を持つ従来のマスクを半導体ウエハ上に転写した場合の相対的露光強度を示す特性図。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，３００，４００…レベンソン型位相シフトマスク、
１１，４１…透明基板、
１２，５１…遮光膜（クロム膜）、
１２ａ，１２ｂ，５１ａ，５１ｂ，５１ｅ，５１ｆ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ…遮光膜パターン（遮光膜）、
１３，２１ｅ，２２ｅ，４４ａ…非シフター開口部、
１４，２１ａ，２２ａ，２１ｃ，２２ｃ，２１ｄ，２２ｄ，４４ｂ，４５ｂ，４６ｂ…シフター開口部、
１５…シャロートレンチ、
１６…アンダーカット、
１７…シフター開口部からの透過光と非シフター開口部からの透過光との位相差に相当する掘り込み量、
１８…クロムＣＤ、
１９…ピッチ、
２３ａ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ…遮光部パターン（同種類の開口部に挟まれた部分のパターン）、
２３ｂ，２５ｂ，２６ｂ，２３ｆ，２５ｆ，２６ｆ…レジストＣＤ、
α，β，γ…バイアス補正量、
３１…同種類の開口部が隣接するパターンの所望するレジストＣＤ値、
６１，６２，６３…レジスト層、
６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ…レジストパターン、
１００…ブランクマスク。

Claims (7)

1. 透明基板上に形成された遮光部と開口部を有し、前記開口部の透明基板を部分的に掘り込むか又は前記開口部の透明基板上に透明膜を部分的に上置きして形成されたシフター開口部と非シフター開口部とが繰り返し存在し、前記シフター開口部により透過光の位相を反転させるレベンソン型位相シフトマスクにおいて、
   隣接する同種類の開口部に両側から挟まれた遮光部パターンを有し、マスクの設計デザインで定められた所定の設計線幅に対して前記遮光部パターンを所定量だけ両側へ広げるバイアス補正を施してなり、シフター開口部と非シフター開口部とに挟まれた遮光部パターンがシフター開口部側にアンダーカットを有し、かつ前記バイアス補正を施した遮光部パターンがアンダーカットを有さないことを特徴とするレベンソン型位相シフトマスク。
2. 透明基板上に形成された遮光部と開口部を有し、前記開口部の透明基板を部分的に掘り込むか又は前記開口部の透明基板上に透明膜を部分的に上置きして形成されたシフター開口部と非シフター開口部とが繰り返し存在し、前記シフター開口部により透過光の位相を反転させるレベンソン型位相シフトマスクにおいて、
   隣接する同種類の開口部に両側から挟まれた遮光部パターンを有し、マスクの設計デザインで定められた所定の設計線幅に対して前記遮光部パターンを所定量だけ両側へ広げるバイアス補正を施してなり、シフター開口部と非シフター開口部とに挟まれた遮光部パターンがシフター開口部側にアンダーカットを有し、かつ前記バイアス補正を施した遮光部パターンが遮光膜を有さないことを特徴とする位相シフトマスク。
3. 透明基板上に形成された遮光部と開口部を有し、前記開口部の透明基板を部分的に掘り込むか又は前記開口部の透明基板上に透明膜を部分的に上置きして形成されたシフター開口部と非シフター開口部とが繰り返し存在し、前記シフター開口部により透過光の位相を反転させるレベンソン型位相シフトマスクの製造方法において、
   透明基板上に形成された遮光膜をパターンエッチングし、隣接する同種類の開口部に両側から挟まれる遮光部パターンが形成されるべき領域にバイアス補正を施した遮光膜パターンを形成し、
   前記遮光膜パターンの上に両側にアンダーカット量分だけ広げたレジストパターンを形成し、
   前記レジストパターンをマスクにしてエッチングにより前記透明基板を掘り込み、前記レジストパターンに対してアンダーカットを形成し、前記レジストパターンのレジストを除去することを特徴とするレベンソン型位相シフトマスクの製造方法。
4. 前記レジストパターンのレジストを除去した後に、隣接する同種類の開口部に両側から挟まれる前記遮光部パターンを除いて前記遮光膜パターンを被覆するレジストパターンを形成し、前記遮光部パターンの遮光膜をエッチングにより除去し、前記レジストパターンのレジストを除去することを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 遮光膜をパターン成膜して透明基板上に形成された遮光部と開口部を有し、前記開口部の透明基板を部分的に掘り込むか又は前記開口部の透明基板上に透明膜を部分的に上置きして形成されたシフター開口部と非シフター開口部とが繰り返し存在し、前記シフター開口部により透過光の位相を反転させるレベンソン型位相シフトマスクの製造方法において、
   透明基板上に形成された遮光膜をパターンエッチングし、隣接する同種類の開口部に両側から挟まれる遮光部パターンが形成されるべき領域から遮光膜を除去し、
   前記遮光膜除去領域の上にバイアス補正を施して両側にアンダーカット量分だけ広げたレジストパターンを形成し、
   前記レジストパターンをマスクにしてエッチングにより前記透明基板を掘り込み、前記レジストパターンに対してアンダーカットを形成し、前記レジストパターンのレジストを除去することを特徴とするレベンソン型位相シフトマスクの製造方法。
6. 隣接するシフター開口部に両側から挟まれるか、または隣接する非シフター開口部に両側から挟まれる遮光部パターンの所定の露光条件での転写寸法をバイアス補正量の関数として表わし、前記遮光部パターンが所望の転写寸法で得られるようにバイアス補正量を決定することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項記載の方法。
7. 前記バイアス補正量を決定する処理は、半導体ウエハ上への転写シミュレーションによるものであることを特徴とする請求項６記載の方法。

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