WO2006064679A1

WO2006064679A1 - 位相シフトマスク及び位相シフトマスクの製造方法並びに半導体素子の製造方法

Info

Publication number: WO2006064679A1
Application number: PCT/JP2005/022201
Authority: WO
Inventors: Toshio Konishi; Yosuke Kojima; Satoru Nemoto; Jun Sasaki; Keishi Tanaka
Original assignee: Toppan Printing Co., Ltd.
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2006-06-22
Also published as: US20070269726A1; JPWO2006064679A1; TWI452413B; KR100926389B1; US7754397B2; CN101080671B; CN101080671A; KR20070086140A; EP1840647A4; TW200628970A; EP1840647A1

Abstract

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。

Description

明細書

位相シフトマスク及び位相シフトマスクの製造方法並びに半導体素子の製造方法

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、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オ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、位相シフト技術力、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 (C D : 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ヽる（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力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の開口部力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バ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 -O CD差を示すグラフである圆 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。

圆 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ィ匕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。

圆 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ツ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ー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ー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ー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の開口部力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ヽることにある。

[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ぐ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 Z又は前記第 2の開口部及び凹部の幅の設定値力のバイァス量に基づいて、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 V、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ツ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、エッチングデータの差が lnm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、深さに、前記第 2の開口部力前記透明基板をドライエッチングすること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〖こ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 Z又は前記第 2の開口部及び凹部の幅の設定値力のバイァス量に基づいて、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の開口部力も前記透明基板を、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ツ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の開口部力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の開口部力も前記透明基板をエッチングすることを、一番深、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、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、均一なバターンを、位置ずれを生ずることなぐ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ぐ高精度に、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、高い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 D imension)を最適化した構造（ πスペースバイアス 80nm (レチクル上）、アンダーカツトなし)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）力も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ヽな、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 (ΝΑ、 σ )、構造 (アンダーカット量、バイアス量)の設定 (S 1) まず、光学条件 (ΝΑ、 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：4χ

アンダーカット量： Onm

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ヽので、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差は殆どなぐ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差が許容範囲力も外れてしまう。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 (ウェハ上）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のグラフからわ力るように、（π -0)—CD差は、その許容範囲を ± 5nmとした時、デフォーカスが ± lOOnm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度より小さぐ本実施形態では 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、ウエ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!/、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。規格ィ匕深さとは、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、 lOOOnm ピッチ：ウェハ上）における深さで割って規格ィ匕したものである。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の規格ィ匕エッチング深さを広、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、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 lnm未満:本実施形態では、この値を基準として設けた力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ぐまた、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 lnm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エットエッチングし、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 lOOnm: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 (スペースノィァスなし、アンダーカット 1 OOnm)の位相シフトマスクの製造工程につ!/、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：4χ

アンダーカット量： lOOnm (レチクル上：片側）

ノィァス量： Onm (レチクル上）

[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エットエッチングは等方エッチングのため、深さ方向にも lOOnm進行する。そこで、ドライエッチングで掘り込む深さは、ウエ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エットエッチング量 lOOnm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!/、エッチング条件を選ぶ

実施形態 1と同様に、図 8に示す規格ィ匕したエッチング深さに、図 10に示す広いピツ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、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、ピッチ側に、最大 lnm以上の差が生じて、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ぐ本実施形態では、図 11に示すように、狭、ピッチ（ピッチ 180nm:ウェハ上)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、デフォー力スが生ずると、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) -C D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ツ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)— C D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カ卩のウエットエッチングを行、、位相シフトマスク完成本実施形態では、片側 lOOnmのアンダーカットが必要なので、 lOOnm分ウエットエッチングを追カ卩し、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、通常のノ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 1 80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ツチングしない。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、広ヽピッチ部 2 4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力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力も初めても良いが、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 3 4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つに分けた力 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、通常のノ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が形成されてヽる。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 4 0, 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つに分けた力 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ヽ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：4χ 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、位置ずれなどが無ぐ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。

Claims

請求の範囲

[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ヽることを特徴とする位相シフトマスク。

[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。

[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ァンダーカット量及び Z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。

[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 lnm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、深さに、前記第 2の開口部力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。

[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。

[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ァンダーカット量及び Z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。

[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。

[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ツ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の開口部力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の開口部力も前記透明基板をエッチングすることを、一番深、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。

[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。

[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。

[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 Z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、この値をエツ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ツ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)複数のドライエツ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の開口部力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。

[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、エツチングデータの差が lnm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。

[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。

[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 Z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、この値をエツ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ツ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)前記最適ドライエツチング深さに応じ、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。

[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。

[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ツ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の開口部力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の開口部力も前記透明基板をエッチングすることを、一番深、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。

[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。