JP4579609B2 - マスクの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、マスク、マスクの製造方法、パターンの形成方法、及び電子デバイスの製造方法に関する。さらに具体的には、光リソグラフィ技術におけるパターンの転写において用いられる位相シフトマスク並びにその製造方法、及び、この位相シフトマスクを用いたパターンの形成方法並びにこれを用いた電子デバイスの製造方法として好適なものである。

近年、半導体装置、液晶表示装置、磁気ヘッド等の電子デバイスの高度集積化、微細化に伴い、光リソグラフィ技術における解像力の向上が要求されている。光リソグラフィにおいて、解像できる限界のパターン寸法である限界解像度Ｒは、Ｒ＝ｋ_１・λ／（ＮＡ）として表される。なお、ここで、ｋ_１は、結像条件と、レジスト条件とに依存する定数であり、λ（nm）は、露光光の波長、ＮＡは、投影レンズの開口数を表す。

従って、解像力を向上させるためには、露光光源の波長λを短くするか、あるいは、レンズの開口数を大きくすればよい。しかし、露光技術において要求されるパターンサイズは、縮小化が進み、更なる微細なパターン形成の要求に対しては、短波長化、高開口数化に加えて、いわゆる超解像と呼ばれる技術を併用することが考えられている。この超解像と呼ばれる技術には、照明に関するものと、マスクに関するものとがある。

マスクに関する超解像技術としては、位相シフトマスクを用いるものがある。従来のクロムマスクが、光の振幅のみを制御するものであるのに対して、位相シフトマスクは、隣り合った透過領域を透過した各露光光間に位相差を導入して、この光を干渉させることにより解像度を向上させるものである。このマスクは、たとえば、細長い、透過領域と不透明領域との繰り返しパターン（ライン・アンド・スペースパターン：以下、Ｌ/Ｓパターンと称する）の場合に、マスク上の互いに隣り合った透過領域を透過した各光の位相差が１８０度となるように、透過領域に１つおきに、位相シフタを設けるものである。

また、このように、位相シフタを設けたマスクとしては、マスク基板を掘り込んで、マスク基板側に位相シフタを設けたものと、マスク基板とは反対側の遮光膜上に位相シフタを設けたものがある。

マスク基板を掘り込んで、位相シフタを設けたものの場合、その掘り込み部のエッジ（即ち、マスク基板の掘り込み開口部のエッジ）と、遮光パターンのエッジ（即ち、遮光膜側面）の位置が重なった構造となることが考えられる。このようにして設けた位相シフタ部の凹凸に起因して、マスクパターンを転写する基板面上においては、このパターンを透過した光の強度分布が変化し、設計寸法通りにパターンが転写されない場合がある。したがって、マスクパターンに形成されたパターンの寸法が、位相シフタを設けた透過パターンと、位相シフタを設けていない透過パターンとで同一であっても、基板に転写される転写パターンの寸法が異なってしまうことが考えられる。

この対策として、掘り込み部のエッジと、遮光パターンのエッジとが重ならないように、位相シフタ部を大きく開口し、遮光膜をオーバーハング形状に形成することが考えられている。通常、このようなパターンは、ある程度の深さまで異方的にドライエッチング加工した後、位相シフタに必要な深さまで、等方的にウェットエッチング加工することにより形成される。このように加工することにより、等方性エッチング量に対応して、遮光膜に接する部分のマスク基板をもエッチングすることができ、この部分の遮光膜を庇状、即ち、オーバーハング状にすることができる。

位相シフタ部を、このような形状にすることにより、位相シフタを設けた透過パターンの凹凸に起因する光強度分布の変化を抑えることができる。しかし、上述のような、異方性、等方性エッチングを組み合わせたエッチングにより位相シフタを形成すると、位相シフタの角部は、丸みを帯びたラウンディング形状となる。そして、この影響により、光強度分布に変化が生じ、位相シフタを設けた透過パターンと、設けられていない透過パターンとに対応する各転写パターンの寸法差が生じてしまう。

したがって、位相シフタを設けていない透過パターンと、位相シフタを設けた透過パターンとに対する各転写パターンに生じる寸法差分の補正を、予め位相シフタを設けた透過パターンに与えるように補正する方法が考えられている。具体的に例えば、位相シフタを設けたパターンに対応した領域の透過露光光強度が弱くなっている場合、位相シフタを設けていない透過パターンよりも、位相シフタを設けた透過パターンにおける遮光膜による開口幅を拡大する方法が考えられる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−３３３３１６号公報

しかし、マスク寸法の変化量に対する基板上の転写パターンの寸法変化量（Mask Error Enhancement Factor; 以下、この明細書において、MEEFと称することする）は、基板に形成するパターンの設計寸法や、パターン転写におけるプロセス等によって、異なることが知られている。したがって、微細パターンを、より正確に形成するためには、これらの影響を考慮し、より適切なマスク寸法の補正を行うことが必要である。

したがって、この発明は、より正確な微細パターンの形成ができるよう改良したマスク及びその製造方法、更に、これを用いた微細パターンの形成方法を提供するものである。

この発明のマスクは、光を透過するマスク基板と前記マスク基板に設けた遮光膜とにより構成されるマスクパターンを備え、前記マスクパターンを被処理基板に転写する際に用いるマスクであって、周期的に繰り返して配置され、パターン転写用の露光光を透過する第１の透過パターンと、前記第１の透過パターンと交互に、周期的に繰り返して配置され、前記マスク基板に形成された凹部である位相シフタ部を含み、かつ、前記位相シフタ部により、前記第１の透過パターンを透過する露光光に対して位相差を導入して前記露光光を透過する第２の透過パターンと、前記第１の透過パターンと前記第２の透過パターンとの間に配置され、遮光膜からなる遮光パターンと、を備え、前記第１の透過パターンは、周期的な配置方向の寸法が、設計上の完成パターン寸法よりも、小さく補正されているものである。

また、この発明のマスクの製造方法は、マスクパターンが第１の透過パターンと、前記第１の透過パターンを透過する露光光に対して、位相差を導入して前記露光光を透過する第２の透過パターンとを含み、かつ、被処理基板に、前記マスクパターンを露光により転写する際に用いるマスクの製造方法である。そして、前記マスクの製造方法において、前記マスクパターンの設計上の完成パターン寸法からなる透過パターンの基本データを、所定の補正値で一律に縮小するようにバイアス補正した第１のデータを算出する第１のデータ算出工程と、前記基本データと前記第２の透過パターンのデータとを重ねた第２のデータと、前記第１のデータとから、前記第１の透過パターンを形成する部分の寸法を前記補正値で縮小補正した値とし、前記第２の透過パターンを形成する部分の寸法をレイアウト寸法とした、第３のデータを算出する第３のデータ算出工程と、を含むマスクパターン設計データ算出工程と、マスク基板に、遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、前記遮光膜に、前記第３のデータに基づき、前記遮光膜の所定の位置に複数の開口を形成する遮光膜エッチング形成工程と、前記複数の開口のうち、前記第２の透過パターンを形成する部分の開口に、位相差を導入する位相シフタを形成するため、前記マスク基板のエッチングを行うマスク基板エッチング工程と、を備えるものである。

また、この発明の微細パターンの形成方法は、被処理基板に、露光光に対して感光性を有する感光剤を塗布する感光剤塗布工程と、前記露光光を、マスクに照射して、前記マスクを透過した光を、前記被処理基板に照射し、前記感光剤を感光させる露光工程と、前記感光剤の現像を行う現像工程と、を備える。そして、前記マスクが、前記露光光を透過するマスク基板と前記マスク基板に設けた遮光膜とにより構成されるマスクパターンを備えたマスクであって、かつ、周期的に繰り返して配置され、前記露光光を透過する第１の透過パターンと、前記第１の透過パターンと交互に、周期的に繰り返して配置され、前記マスク基板に形成された凹部である位相シフタ部を含み、かつ、前記位相シフタ部により、前記第１の透過パターンを透過する露光光に対して位相差を導入して前記露光光を透過する第２の透過パターンと、前記第１の透過パターンと前記第２の透過パターンとの間に配置され、遮光膜からなる遮光パターンと、を備え、前記第１の透過パターンは、周期的な配置方向の寸法が、前記マスクパターンの設計上の完成パターン寸法よりも、小さく補正されているものである。

また、この発明の電子デバイスの製造方法は、被処理基板に、露光光に対して感光性を有する感光剤を塗布する感光剤塗布工程と、前記露光光を、マスクに照射して、前記マスクを透過した光を、前記被処理基板に照射し、前記感光剤を感光させる露光工程と、前記感光剤の現像を行う現像工程と、を備える。そして、前記電子デバイス製造方法において、前記マスクが、前記露光光を透過するマスク基板と前記マスク基板に設けた遮光膜とにより構成されるマスクパターンを備えたマスクであって、かつ、周期的に繰り返して配置され、前記露光光を透過する第１の透過パターンと、前記第１の透過パターンと交互に、周期的に繰り返して配置され、前記マスク基板に形成された凹部である位相シフタ部を含み、かつ、前記位相シフタ部により、前記第１の透過パターンを透過する露光光に対して位相差を導入して前記露光光を透過する第２の透過パターンと、前記第１の透過パターンと前記第２の透過パターンとの間に配置され、遮光膜からなる遮光パターンと、を備え、前記第１の透過パターンは、周期的な配置方向の寸法が、前記マスクパターンの設計上の完成パターン寸法よりも、小さく補正されているものである。

この発明においては、位相シフタを設けた透過パターンと、位相シフタを設けていない透過パターンとを有する位相シフトマスクにおいて、位相シフタを設けていない透過パターンを、レイアウト寸法よりも小さく補正することにより、マスク寸法の補正を行っている。これにより、位相シフトマスクの構造に起因した転写パターン寸法のばらつきを、より高精度に抑えることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。なお、以下の説明において適宜説明するが、全体として、この明細書において、「位相シフトパターン」とは、位相シフタを設けた部分の透過パターンを意味し、「位相ゼロ度パターン」とは、位相シフタを設けていない部分の透過パターンを意味し、また、「透過パターン」とは、位相シフトパターンと位相ゼロ度パターンとを合わせた総称を意味するものとする。また、「レイアウト寸法」とは、マスクの設計上の完成パターン寸法となる設計寸法を意味し、即ち、寸法補正前の、マスクパターンの設計データ上の寸法を意味する。また、「転写パターン」とは、マスクパターンを、レジスト、あるいは被処理対象膜に転写したパターンを意味するものとする。

実施の形態１．
図１及び図２は、この発明の実施の形態１における４：１ＫｒＦ縮小投影露光装置用位相シフトマスク１００を説明するための模式図であり、図１は、断面を表し、図２は、位相シフトマスク１００の遮光膜が設けられている側の面を表す。
図１及び図２に示すように、実施の形態１における位相シフトマスク１００は、両端部がコンタクトホールパターンと接続するためのＰＡＤ形状をなし、中間部が１：１Ｌ/Ｓパターン形成用のマスクである。位相シフトにおけるマスク基板２は、合成石英基板である。この基板は、露光光に対して、約９０%以上の透過率を有する。マスク基板２の大きさは、約６インチ角（約１５２．４mm）、厚さは、約０．２５インチ（約６３．５mm）である。

マスク基板２表面の所定の位置には、遮光膜４が形成されている。遮光膜４は、クロム膜であり、約１００nm程度の膜厚を有する。また、遮光膜４は、露光光の透過率が、約０．１%以下であり、露光光をほぼ遮光するものである。
即ち、位相シフトマスク１００においては、遮光膜４が形成され、これにより露光光が遮光される遮光パターンと、遮光膜４が設けられておらず、露光光を透過する透過パターンとにより、Ｌ/Ｓパターンが形成されている。

また、透過パターンは、位相ゼロ度パターン６と、位相シフトパターン８とが交互に配置されて形成されている。
位相ゼロ度パターン６は、単に、遮光膜４に開口を設けることにより、露光光が透過できるようにしたものである。
位相シフトパターン８は、基板を凹状に掘り込んだ位相シフタ１０と、遮光膜４の、位相シフタ１０のエッジ部より内側に突出した部分であるオーバーハング部１２とにより構成されている。

この位相シフトマスク１００を用いて転写された転写パターンの寸法は、最小パターン寸法が９０nm、最小ピッチは、１８０nmとなる。すなわち、投影露光装置の縮小率が、１／４であるとすると、この位相シフトマスクのＬ/Ｓパターンのマスク上のレイアウト寸法では、各透過パターン６、８及び遮光パターンの幅Ｗ_０が、３６０nmであり、最小ピッチＰは、Ｗ_０の２倍、約７２０nmである。

一方、実際の寸法においては、転写パターン上の寸法で、位相ゼロ度パターン６に対応する転写パターン寸法に換算すると、実際の転写パターン寸法より短く、約８８nmである。また、位相シフトパターン８の遮光膜４と遮光膜４との幅に対応する転写パターンの寸法に換算すると、約９０nmである。
すなわち、マスク上の寸法において、位相ゼロ度パターン６の幅Ｗ_６は、３５２nmである。また、位相シフトパターン８の、遮光膜４と遮光膜４との幅Ｗ_８、即ち、透過部分の幅Ｗ_８は、レイアウト寸法Ｗ_０と同じで、３６０nmである。また、位相シフトパターン８の位相シフタ１０は、幅Ｗ_１０が、約６８０nmであり、位相シフトパターン８が実際に光を透過する部分の幅Ｗ_８は、３６０nmであるから、オーバーハング部１２の幅Ｗ_１２は、マスク上寸法で、１６０nmである。また、最も深さの深い底部における深さＤ_１０が、約２４５nmである。

以上のような構造の位相シフトマスク１００について、更に具体的に、その構造等を説明する。
まず、位相シフタ１０の深さＤ_１０の値について説明する。
一般に、位相シフトマスクを用いる場合、その位相シフトマスクにおいて、位相ゼロ度パターンを透過する透過光に対して、位相シフトパターン８を透過する透過光の位相差が、正確に１８０度となる必要がある。これは、僅かなずれに対しても、それにより焦点がずれた位置においては、投影光学像の劣化が著しいためであり、例えば、位相差が、５度以上ずれた場合、十分な焦点深度をとれなくなってしまうものと考えられる。最適値である１８０度の位相差を正確に導入するための位相シフタの膜厚Ｄは、次式（１）にしたがって一次的に決定される。
Ｄ＝λ／２（ｎ_１−ｎ_０） ・・・・（１）
但し、ここで、Ｄは、位相シフタの膜厚、λは、露光光の波長を表す。また、ｎ_１は、露光波長λの位相シフタ膜の屈折率であり、ｎ_０は、露光波長λに対するマスク設置雰囲気期待の屈折率を示す。

具体的に、位相シフトマスク１００について算出する。この実施の形態１においては、露光波長λ=２４８nmを想定し、マスク基板２である合成石英基板の屈折率ｎ_１＝１．５１であることを想定する。また、マスク設置雰囲気が大気であることを想定し、ｎ_０＝１として取り扱っている。この場合、位相シフタの最適な厚さの計算値は、式（１）から、２４３nmとなる。

但し、マスク基板２をエッチングして、位相シフトパターンを形成するような構造の場合、マスク基板２のエッチングされた面の微細な凹凸形状に起因して、位相差が１８０度となる最適な深さＤの値が、式（１）とは、多少異なる値となる場合がある。したがって、最適エッチング深さＤの目標値を、予め、実験により求めておくことが好ましい。実施の形態１における位相シフトマスク１００についても、Ｄ_１０は、実験により、計算値２４３nmとは僅かに異なる、２４５nmと設定されている。

また、この実施の形態１においては、位相ゼロ度パターン６の幅Ｗ_６を、レイアウト寸法Ｗ_０よりも、約８nm小さくし、Ｗ_６＝３５２nmに設定している。これについて説明する。

基板上に、微細パターンを転写する場合、レイアウト寸法の変化に対して、レジストに転写された転写パターンの寸法は同じ比率では変化せずに、拡大（露光方式によっては縮小）して影響が現れる現象が発生する。この比率が、MEEF（Mask Error Enhancement Factor）と称される。MEEFは、次式（２）で算出される。
MEEF＝転写パターン寸法変化量／レイアウト寸法変化量 ・・・・（２）

図３は、マスクの透過パターンの寸法を変化させた場合の、位相シフトパターンに対する転写パターンの寸法から、位相ゼロ度パターンに対する転写パターンの寸法を引いた寸法（以下、「０−π転写パターン間寸法差」、と称する）の変化を説明するグラフであり、図３（ａ）は、位相シフトパターンの寸法のみを変化させた場合であり、図３（ｂ）は、位相ゼロ度パターンの寸法のみを変化させた場合を示す。また、図３（ａ）、図３（ｂ）において、それぞれ、横軸は、各透過パターンの寸法変化量（nm）、縦軸は、０−π転写パターン間寸法差（nm）を表す。

レイアウト寸法（マスクパターン寸法）を変化させることで、０−π転写パターン間寸法差が変化するが、この変化の傾きが、MEEFである。図３(ａ)に示すように、位相シフトパターン寸法を変化させた場合のMEEFは、約２．７であり、図３（ｂ）に示すように、位相ゼロ度パターン寸法を変化させた場合のMEEFは、約２．１である。即ち、位相ゼロ度パターンを変化させた場合のほうが、MEEFが小さいことがわかる。

ところで、マスクパターンのレイアウト寸法は、実際の半導体装置の製造においては、そのレイアウトや、マスク製作上の制限から、任意に値を変化させることが出来ない場合が多い。例えば、マスクパターンを、電子線直接描画装置を用いて描画する場合、マスクパターンの最小描画単位は、その用いる描画装置の最小描画グリッドサイズにより制限され、この単位でしか、描画データ、即ち、レイアウト寸法を変化させることができない。一例を挙げると、例えば、日立ハイテクノロジー社製ＨＬ―９５０では、最小描画単位である最小描画グリッドサイズは、２．５nmである。したがって、基板への転写パターンの寸法も、最小グリッドサイズ×MEEF値の単位でしか変化させることができないことになる。従って、基板への転写パターンを細かく制御しようとする場合、MEEFの値がより小さい方の寸法を変化させることが好ましい。

また、マスクの断面構造を考慮した場合、位相ゼロ度パターンの寸法を小さくなるように補正した方が、マスクパターン欠陥防止の点からも有利である。具体的には、位相シフトパターン８においては、オーバーハング部１２が形成されるが、オーバーハング部１２は、庇のように、位相シフタ１０上部の空間に突出した形状となっている。ここで、遮光膜４の幅Ｗ_４が狭くなるような補正、すなわち、位相シフトパターン８の幅Ｗ_８を大きくするような補正をする場合、マスク基板２に接する遮光膜４に対するオーバーハング部１２の幅Ｗ_１２の割合が大きくなり、遮光膜４のはがれ等の欠陥を生じやすくなる。

また、図４は、位相シフトマスクの透過パターンを補正した場合の、露光光の強度分布を説明するための図であり、図４（ｂ）は、位相シフトパターンの寸法を大きく補正した場合、また、図４（ｄ）は、位相ゼロ度パターンの寸法を小さく補正した場合を表す。また、図４（ｂ）、４（ｄ）において、それぞれ、横軸は、被処理基板上の位置を示し、また、縦軸は、光強度（任意単位）を表す。また、図４（ａ）、図４（ｃ）は、それぞれ、図４（ｂ）、図４（ｄ）に対応する場合の、位相シフトマスクの形状を表している。

図４（ａ）に示すような、位相シフトパターンの幅をレイアウト寸法Ｗ_ｐ０より拡大する補正をした場合、図４（ｂ）から、位相シフトパターンに対応する部分において、位相ゼロ度パターンよりも、光強度が小さくなっていることがわかる。これに対して、図４（ｃ）に示すような、位相ゼロ度パターンの幅をレイアウト寸法Ｗ_ｚ０より小さくする補正をした場合、図４（ｄ）から、位相シフトパターンと位相ゼロ度パターンとの間で、光強度が同じになることがわかる。

以上の点を考慮すると、より微細なパターンを正確に制御して、被処理基板上にパターンを転写するためには、位相ゼロ度パターンの寸法を変化させたほうが効果的であることがわかる。従って、実施の形態１における位相シフトマスク１００においても、この点を考慮して、位相ゼロ度パターン６の幅Ｗ_６を、レイアウト寸法Ｗ_０よりも８nm、即ち、ウェーハ上の寸法換算で、２nm小さく補正している。なお、補正を８nmとしたのは、マスクパターンの形成用の描画装置として、グリッドサイズが、ウェーハ上寸法換算で、１nmのものを用いたものであるため、このグリッド単位に乗るようにして、必要な補正を設定したためである。

次に、上述のような構造の位相シフトマスク１００を製造する場合について説明する。
図５は、この発明の実施の形態１における位相シフトマスク１００の製造方法を説明するためのフロー図である。また、図６〜図８は、位相シフトマスクの製造過程における状態を説明するための断面模式図である。

位相シフトマスクを製造する場合、まず、寸法補正を行った位相シフトマスクの製造用の設計データを準備する。ここでは、作成したデータを記録する記録部と、その記録部との間でデータの読み書きを行い、かつそのデータから必要なデータを算出する制御部とを有するワークステーション等のデータ作成手段を用いる。
このとき、位相ゼロ度パターン６をレイアウトする設計層と、位相シフトパターン８をレイアウトする設計層とを、異なる設計層としてレイアウトする。
そして、まず、各設計層において、必要な転写パターン及び、レジストの種類等を考慮し、所定のレイアウト寸法からなるマスクパターンを設定して、記録部に記録する。ここでのレイアウト寸法は寸法補正を行っていない状態のものであり、即ち、設計上の完成パターン寸法である。

次に、制御部は、このマスクパターンに、位相シフタ１０を配置するパターンが丁度重なるようにレイアウトし、前記記録部に記録されたマスクパターンの位相シフトパターン部分に重ねて、位相シフトパターンの設計層のデータＤ１を作成して、これを再び記録部に記録する（ステップＳ２）。但し、位相シフタを配置するパターンのレイアウトは、人手で行っても良い。

その後、制御部は、上述したように、位相ゼロ度パターンの設計層の寸法補正を行う。ここでは、位相ゼロ度パターン６設計層用に、マスクパターン全体を、所定の補正量でレッセン処理する。これにより、補正した位相ゼロ度パターンの設計層のデータＤ２を作成し、再び、これを記録部に記録する（ステップＳ４）。

その後、制御部は、位相シフトパターンの設計層のデータＤ１と、位相ゼロ度パターンの設計層のデータＤ２とを、読み出し、演算により合成処理し、いずれかのデータに含まれるパターンを、透過パターンとし、新たなマスクパターン設計データを作成し、記録する（ステップＳ６）。
その後、このマスクパターン設計データを、マスク製造装置用のデータＤ３に変換する（ステップＳ８）。

次に、まずマスク基板２上に遮光膜４を堆積する。ここで、遮光膜４としては、クロム膜の表面に酸化クロムを積層したものを用いる。酸化クロムは、露光装置内でのフレア防止のために反射防止膜として用いるものである。その後、遮光膜４上に更にレジスト２０を、膜厚０．３μmになるように塗布した後、温度１００度で、５分間の熱処理を加える。その後、加速電圧５０kVの電子線描画装置を用いて、データＤ３に基づき、レジスト２０に描画を行い、更に、現像、熱処理を行う（ステップＳ１０）。これにより、図６に示すように、遮光膜４上にレジストパターン２０が形成される。その後、レジストパターン２０をマスクとし、エッチングを行い、遮光膜４の、位相ゼロ度パターン６の位置と、位相シフトパターン８の位置に、それぞれ、幅Ｗ_６、Ｗ_８の開口を形成する（ステップＳ１２）。その後レジストを除去する。

次に、少なくとも、位相ゼロ度パターン６上を覆い、位相シフトパターン８のマスク基板２を露出するようにレジストマスク２２を形成する（ステップＳ１４）。ここでのレジストマスクの膜厚は、約０．３μmとする。その後、レジストマスク２２をマスクとして、まず、図７に示すように、異方性ドライエッチングを行う（ステップＳ１６）。異方性ドライエッチングは、最終的に形成する位相シフタ１０の深さＤ_１０よりも、遮光膜４のオーバーハング部１２の幅Ｗ_１２の分浅い深さに到達するまで行う。即ち、異方性ドライエッチングにより行うエッチングの深さは、Ｄ_１０−Ｗ_１２の値と一致する。ここでは、位相シフタの深さＤ_１０は、２４５nmであり、オーバーハング部１２の幅Ｗ_１２は、１６０nmであるから、ドライエッチングは、８５nm（２４５−１６０）の深さまで行う。その後、図８に示すように、等方性ウェットエッチングを行う（ステップＳ１８）。等方性ウェットエッチングは、フッ酸系のエッチング液を用いて、位相シフタ１０の深さ、２４５nmに到達するまで行う。その後、レジストマスク２２を除去する。これにより、位相シフトマスク１００が形成される。

以上説明したように、この実施の形態１においては、位相シフトマスク１００の、位相ゼロ度パターン側の寸法を小さくする補正をおこなう。これにより、位相シフタによるレジストへ照射される光強度分布の変化を制御し、位相シフトパターン８に対応する転写パターンと、位相ゼロ度パターン６に対応する転写パターンとの間の０−π転写パターン間寸法差を、より確実に小さくすることができる。実際に、この実施の形態１における位相シフトマスク１００の検査を行った結果、位相シフトマスク１００における位相差の１８０度からのずれは、±１．５度以内、かつ、０−π転写パターン間寸法差は、ベストフォーカス位置で、±２nm以内であることが確認された。

なお、実施の形態１においては、Ｌ／Ｓパターンを形成する場合のマスクレイアウトについて説明した。位相シフトマスクは、ある程度周期性のあるパターン形成用のマスクとして有効なものであるが、この発明において位相シフトマスクは、必ずしも、Ｌ／Ｓパターンに限るものではない。この発明を適用した位相シフトマスクの他の例としては、例えば、図９に示すようなレイアウトを有する位相シフトマスク２００が考えられる。

具体的なパターン寸法の一例を示す。位相シフトマスク２００は、パターンピッチが幅方向にＷ_ｐ＝３６０nm、高さ方向にＨ_ｐ＝２２０nmである。また、位相ゼロ度パターン６の寸法は、−２nmの補正を加え、幅Ｗ_６＝２７８nm、高さＨ_６＝１１８nmとしている。更に、位相シフトパターンの寸法は、レイアウト通りの寸法で、幅Ｗ_８＝２８０nm、高さＨ_８＝１２０nmである。

また、この実施の形態１においては、マスクパターンの設計データの作成において、それぞれ、位相ゼロ度パターンの設計層と、位相シフトパターンの設計層とに分けて、設計データＤ１、Ｄ２を算出した後、このデータからマスク製造装置用のデータＤ３を作成する場合について説明した。しかし、この発明において、マスク製造用のデータ作成方法は、これに限るものではなく、他の方法で作成してもよい。例えば、まず、マスクパターンのレイアウト寸法に従った設計データによるマスクパターンを作成する。その後、記録部に記録された位相シフトパターンの自動配置プログラムを用いて、演算処理により、位相シフトパターンを所定のマスクパターンの透過パターンと重なるように配置する。このとき、レイアウトしたマスクパターとは別の設計層として、位相シフトパターンのデータを記録する。次に、最初にレイアウトしたマスクパターンをレッセン処理して、位相ゼロ度パターンの幅に寸法の補正を行う。再び、別の設計層として記録していた位相シフトパターンのデータとのＯＲ合成（即ち、いずれかのパターンに含まれる部分を新たな透過パターンとする合成）を行い、更にこのデータを別の設計層として、記録する。これにより作成した透過パターンデータを用いて、遮光膜加工用マスクパターン描画データを作成する。このとき、位相シフタ加工用のデータとして、位相シフトパターンとして記録したデータを用いることができる。
なお、マスク製造時の透過パターンに対する位相シフトパターンの組み合わせずれを考慮し、位相シフトパターンデータから、描画用データを作成する際に、適宜マスクバイアス付加処理が行われる場合もある。

また、ここで、例えば、このようなマスクパターンの設計方法をシステム化して、このシステムにより算出することが考えられる。図１０は、このようなシステムを説明するためのフロー図である。
通常、マスクパターンの寸法補正値の最適値は、マスクパターンのレイアウト、設計ルール、プロセス等に応じて決定される。したがって、マスクパターンレイアウト、設計ルール、プロセス等の補正値に変動を与える各要因ごとに、マスクパターンの補正の最適値を予めテーブル化し（ステップＳ２０）、記録部に記録しておく。そして、設計パターンデータを入力すると（ステップＳ２２）、制御部は、この入力された設計データに応じて、マスクパターンのレイアウト、設計ルール、プロセス等に関する必要な情報を読み出し、これに基づいて、記録部に記録されたデータから、最適な補正量を選択する（ステップＳ２４）。その後、この補正値により、位相ゼロ度パターン６の幅の補正を行い、マスク製造のデータを算出する（ステップＳ２６）。このように、マスクパターンのデータ製造の過程をシステム化することにより、より正確にマスクパターンを形成することが可能である。また、マスク製造プロセス改善等に応じて、補正値が変更になった場合でも、補正値テーブルを更新することで、より最適なマスクを製造することができる。

なお、この発明において、位相シフトマスクにおける、各膜の膜厚、マスクパターンの寸法等は、実施の形態１の位相シフトマスクに限定するものではない。これらは、必要に応じて、上述したマスクパターンの設計方法を考慮して、適宜、適切な値に決定するものであれば良い。

実施の形態２．
実施の形態２においては、実施の形態１において説明した位相シフトマスク１００を用いて、微細パターンを形成する場合について説明する。
図１１は、この発明の実施の形態２における微細パターンの形成方法を説明するためのフロー図である。また、図１２は、位相シフトマスク１００を用いた露光において用いる露光装置を概念的に表す模式図である。また、図１３、図１４は、微細パターンの各形成工程における被処理基板の状態を説明するための図である。

まず、図１２に示すように、位相シフトマスク１００のマスクパターンを転写する被処理基板であるウェーハ３０にネガ型レジスト３２を塗布する（ステップＳ３２）。次に、図１２に示すように、位相シフトマスク１００を、マスクステージ３６上に載置し、ウェーハ３０を、ウェーハステージ３８上に載置する（ステップＳ３４）。ここで、マスクステージ３６とウェーハステージ３８とは、正確に位置合わせが行われる。この状態で、マスクステージ３６と、ウェーハステージ３８とを同期して連動させながら、露光を行う。ここでは、光源４０から、波長２４８nmの露光光を発振し、コンデンサレンズ４２で集光して位相シフトマスク１００に照射する。その後、位相シフトマスク１００を透過した透過光は、投影レンズ４４に入射し、ここで所定の倍率（ここでは、１/４）に縮小され、ウェーハ３０のレジスト３２上で結像する。なお、この露光装置の開口数ＮＡは、約０．８を想定している。

次に、レジストの現像を行い（ステップＳ３８）、熱処理を行う（ステップＳ４０）。これにより、図１３に示すように、レジスト３２に転写パターンが形成される。ここで転写されたパターンは、予め補正が行われているため、設計上の転写パターンのレイアウトに忠実なものとなっている

その後、図１４に示すように、被加工膜５０のエッチングを行い（ステップＳ４２）、エッチング後、レジスト３２を除去する（ステップＳ４４）。これにより、被加工膜５０に、所望のパターンを転写することができる。

以上説明したように、実施の形態１において説明したような寸法補正を行った位相シフトマスクを用いることにより、微細なパターンを、より正確に制御して転写することができる。

なお、実施の形態２においては、単に、被加工膜５０に、位相シフトマスク１００のパターンの転写を行い、これにより、微細パターンを形成する場合について説明した。しかし、この発明において、微細パターンの形成方法は、半導体装置の製造方法等のさまざまな場面に適用することができる。特に、この発明における位相シフトマスク１００を用いることにより、微細なパターンをより正確に制御して転写することができるため、微細パターンの形成が必要な場合には効果的である。この位相シフトマスク１００を用いた微細パターンの適用例としては、例えば、トランジスタのゲート電極のパターニング、コンタクトプラグ、ビアプラグ、あるいは配線形成のための溝パターンを形成するエッチングの際のマスク形成などが考えられる。

図１５は、実施の形態２における微細パターンの形成方法を用いて形成した半導体装置を説明するための断面模式図である。但し、図１５は、完成品としての半導体装置を示すものではなく、メモリセル部形成後の状態を表したものである。

図１５に示すように、半導体装置において、ｐ型Ｓｉ基板５２には、素子分離領域５４が形成されている。また、Ｓｉ基板５２上には、シリコン酸化膜５６、ポリシリコン膜５８を堆積してパターニングし、更に、シリコン酸化膜６０を積層した構造のワード線が形成されている。また、ワード線を埋め込んで、絶縁膜６２、６４、が積層され、更に、その上に、データ線６６が形成されている。また、データ線６６上には、絶縁膜６８、７０が積層されている。また、必要な個所に、コンタクトプラグ７２が形成されている。

絶縁膜７０上には、多結晶シリコンからなる蓄積電極７４が形成されている。蓄積電極７４には、キャパシタ用絶縁膜７６が形成されている。キャパシタ用絶縁膜７６は、五酸化タンタル、窒化シリコン、酸化シリコン、強誘電体、あるいはこれらの複合膜により構成される。また、キャパシタ用絶縁膜７６には、ブレード電極７８が形成されている。ブレード電極７８は、多結晶シリコン、高融点金属、高融点金属シリサイド、あるいは、Ａｌ、Ｃｕ等の低抵抗な導電体により構成されている。更に、ブレード電極７８上には、絶縁膜８０、８２が形成されている。

上述のような半導体装置の製造において、例えば、素子分離５４の形成、ワード線の形成、データ線６６の形成、コンタクトプラグ７２の形成、蓄積電極７４の形成におけるリソグラフィ工程において、位相シフトマスク１００を用いて、上述したようなパターンの形成方法を用いた。従って、より高い寸法精度で、これらのパターニングが行われているため、デバイス特性の良好な半導体装置が得られている。

また、実施の形態２において、露光装置の概略を説明した。但し、これは、露光装置の一般的なものの概略を表したものであり、この発明を拘束するものではない。また、ここでは、走査型露光装置について説明したが、これに限るものではなく、マスクに光を照射し、これを透過した光によりパターンを転写するような場合に、適用することができる。
その他は、実施の形態１と同様であるから説明を省略する。

なお、例えば、実施の形態１、２において、位相ゼロ度パターン６は、この発明の「第１の透過パターン」に該当し、位相シフトパターン８は、「第２の透過パターン」に該当する。また、この発明において「設計上の完成パターン寸法」とは、具体的には、寸法補正前の、マスクパターン設計上の寸法を意味し、例えば、この実施の形態１、２におけるレイアウト寸法がこれに該当する。

また、例えば、実施の形態１において、ステップＳ２、Ｓ４、Ｓ６を実行することにより、それぞれ、この発明における「第２のデータを算出する工程」、「第１のデータを算出する工程」、「第３のデータを算出する工程」が実行される。また、例えば、ステップＳ１２を実行することにより、「遮光膜エッチング工程」が実行され、ステップＳ１６及びＳ１８を実行することにより「マスク基板エッチング工程」が実行される。

また、例えば、実施の形態２において、ステップＳ３２、Ｓ３６、Ｓ３８を実行することにより、それぞれ、この発明の「感光剤塗布工程」、「露光工程」、「現像工程」が実行される。

この発明の実施の形態１における位相シフトマスクを説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態１における位相シフトマスクを説明するための上面模式図である。 位相シフトマスクの透過パターンの寸法を変化させた場合の、０−π転写パターン間寸法差の変化を説明するグラフである。 位相シフトマスクの透過パターンを補正した場合の、露光光の強度分布を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における位相シフトマスクの製造方法を説明するためのフロー図である。 この発明の実施の形態１における位相シフトマスクの製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１における位相シフトマスクの製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１における位相シフトマスクの製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１における位相シフトマスクの他の例を説明するための上面図である。 この発明の実施の形態１における位相シフトマスクのレイアウト設計の方法を説明するためのフロー図である。 この発明の実施の形態２における微細パターンの形成方法を説明するためのフロー図である。 この発明の実施の形態２における微細パターン形成における露光の状態を説明するための概略図である。 この発明の実施の形態２における微細パターン形成工程における状態を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態２における微細パターン形成工程における状態を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態２における半導体装置を説明するための断面模式図である。

符号の説明

１００ 位相シフトマスク
２ マスク基板
４ 遮光膜
６ 位相ゼロ度パターン
８ 位相シフトパターン
１０ 位相シフタ
１２ オーバーハング部
２０、２２ レジストマスク
３０ ウェーハ
３２ レジスト
３６ マスクステージ
３８ ウェーハステージ
４０ 光源
４２ コンデンサレンズ
４４ 投影レンズ
４８ 基板
５０ 被加工膜
５２ Ｓｉ基板
５４ 素子分離領域
５６ シリコン酸化膜
５８ ポリシリコン膜
６０ シリコン酸化膜
６２ 絶縁膜
６４ 絶縁膜
６６ データ線
６８ 絶縁膜
７０ 絶縁膜
７２ コンタクトプラグ
７４ 蓄積電極
７６ キャパシタ用絶縁膜
７８ ブレード電極
８０ 絶縁膜
８２ 絶縁膜

Claims (2)

1. マスクパターンが第１の透過パターンと、前記第１の透過パターンを透過する露光光に対して位相差を導入する第２の透過パターンとを含み、かつ、被処理基板に、前記マスクパターンを露光により転写する際に用いるマスクの製造方法であって、
   前記第１の透過パターンをレイアウトする第１の設計層と、前記第２の透過パターンをレイアウトする第２の設計層とを異なる設計層とし、第１の設計層に第1の透過パターンを設定する工程と、第２の設計層に第２の透過パターンを設定する工程と、
   前記第１の透過パターンを、所定の補正値で一律に縮小するようにバイアス補正して第１のデータを算出する工程と、
   前記第２の透過パターンの第２のデータと、前記第１のデータとを重ねて合成処理し、前記第1のデータ及び前記第２のデータのうち少なくとも一方のデータに含まれるパターンを透過パターンとする第３のデータを算出する工程と、
   を含むマスクパターン設計データ算出工程と、
   マスク基板に、遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、
   前記遮光膜に、前記第３のデータに基づき、前記遮光膜の所定の位置に複数の開口を形成する遮光膜エッチング工程と、
   前記マスク基板のエッチングにより、前記複数の開口のうち、前記第２の透過パターンを形成する部分の開口に、位相差を導入する位相シフタを形成するマスク基板エッチング工程と、
   を備えることを特徴とするマスクの製造方法。
2. 前記マスク基板エッチング工程は、
   前記マスク基板の所定の位置まで、前記マスク基板を異方的にエッチングする異方性エッチング工程と、
   前記異方性エッチング工程の後、前記位相シフタの深さに達するまで、前記マスク基板を等方的にエッチングする等方性エッチング工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のマスクの製造方法。

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