(57)【要約】【課題】段差を有する半導体ウェハに所望のレジストパターンを形成することができる半導体装置の製造方法および該製造方法で製造された半導体装置を提供すること。【解決手段】表面に高さが異なる第１および第２の段差面１ａ，１ｃと傾斜段差部１ｂとを有する半導体ウェハにレジストコーティングを施し、第１の段差面１ａまたは傾斜段差部１ｂに焦点を合わせた露光を、第１のマスク部が、第１の段差面１ａまたは傾斜段差部１ｂに形成されるべき所定幅のレジストパターンに対応して所定幅と同一幅とされると共に、第１のマスク部と連結された第２のマスク部が、所定幅より大きい幅とされたマスクパターン２ａを有するマスク２を介して行う。【選択図】図６
2006215330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に高さが異なる第１および第２の段差面と前記第１および第２の段差面を連結する傾斜段差部とを有する半導体ウェハに帯状のレジストパターンを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体ウェハにレジストコーティングを施し、
前記レジストコーティングが施された半導体ウェハに対して、前記第１の段差面または傾斜段差部に焦点を合わせた露光を、前記第１の段差面に焦点を合わせる場合は、前記第１の段差面の一部に対向する第１のマスク部と、前記第１のマスク部に連結され、前記第１の段差面の残部、前記傾斜段差部および前記第２の段差面に対向する第２のマスク部とからなるマスクパターンを有するマスクであって、前記第１のマスク部が、前記第１の段差面に形成されるべき所定幅のレジストパターンに対応して前記所定幅と同一幅とされると共に、前記第２のマスク部が、前記所定幅より大きい幅とされたマスク、または前記傾斜段差部に焦点を合わせる場合は、前記傾斜段差部の一部に対向する第１のマスク部と、前記第１のマスク部に連結され、前記傾斜段差部の残部、第１の段差面および前記第２の段差面に対向する第２のマスク部とからなるマスクパターンを有するマスクであって、前記第１のマスク部が、前記傾斜段差部に形成されるべき所定幅のレジストパターンに対応して前記所定幅と同一幅とされると共に、前記第２のマスク部が、前記所定幅より大きい幅とされたマスクを介して行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２のマスク部は、前記第１のマスク部との連結部分から角度を持ってテーパー状に幅広になっており、前記連結部分がＲ形状とされている
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
表面に高さが異なる第１および第２の段差面と前記第１および第２の段差面を連結する傾斜段差部とを有する半導体ウェハに帯状のレジストパターンを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体ウェハにレジストコーティングを施し、
前記レジストコーティングが施された半導体ウェハに対して、前記第１の段差面、傾斜段差部および前記第２の段差面のうちのいずれかに焦点を合わせた１回目の露光を、焦点を合わせる前記第１の段差面、前記傾斜段差部または前記第２の段差面に対応するマスクを介して行い、
次に、前記レジストコーティングが施された半導体ウェハに対して、前記１回目の露光で焦点を合わせていない第１の段差面、傾斜段差部および前記第２の段差面のうちのいずれかに焦点を合わせた２回目の露光を、焦点を合わせる前記第１の段差面、前記傾斜段差部または前記第２の段差面に対応するマスクを介して行い、
前記第１の段差面に対応するマスクは、前記第１の段差面の一部に対向する第１のマスク部と、前記第１のマスク部に連結され、前記第１の段差面の残部および前記傾斜段差部の一部に対向する第２のマスク部と、前記第２のマスク部に連結され、前記傾斜段差部の残部および前記第２の段差面に対向する第３のマスク部とからなるマスクパターンを有し、前記第１のマスク部が、前記第１の段差面に形成されるべき所定幅のレジストパターンに対応して前記所定幅と同一幅とされ、前記第２のマスク部が、前記所定幅より大きい幅とされ、前記第３のマスク部が前記傾斜段差部の残部および前記第２の段差面を全面的に遮光するように形成されており、
前記第２の段差面に対応するマスクは、前記第２の段差面の一部に対向する第４のマスク部と、前記第４のマスク部に連結され、前記第２の段差面の残部および前記傾斜段差部の一部に対向する第５のマスク部と、前記第５のマスク部に連結され、前記傾斜段差部の残部および前記第１の段差面に対向する第６のマスク部とからなるマスクパターンを有し、前記第４のマスク部が、前記第２の段差面に形成されるべき所定幅のレジストパターンに対応して前記所定幅と同一幅とされ、前記第５のマスク部が、前記所定幅より大きい幅とされ、前記第６のマスク部が前記傾斜段差部の残部および前記第１の段差面を全面的に遮光するように形成されており、
前記傾斜段差部に対応するマスクは、前記傾斜段差部の一部に対向する第７のマスク部と、前記第７のマスク部に連結され、前記傾斜段差部の残部に対向する第８のマスク部とからなるマスクパターンを有し、前記第７のマスク部が、前記傾斜段差部に形成されるべき所定幅のレジストパターンに対応して前記所定幅と同一幅とされると共に、前記第８のマスク部が、前記所定幅より大きい幅とされている
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の製造方法を用いて、半導体ウェハの表面と、前記半導体ウェハの凹部に形成されたダイヤフラムの間にまたがる帯状の複数のサーモパイルが形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に高さが異なる第１および第２の段差面からなる段差を有する半導体ウェハに対して、第１の段差面と第２の段差面を結ぶレジストパターンを形成する半導体装置の製造方法および該製造方法で製造された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半導体装置の製造方法として、特開２００３−１３３２２６号公報（特許文献１）に開示されているものがある。
【０００３】
この公報に開示されている半導体装置製造方法は、ウェハの段差が大きく、焦点深度が足りない場合に、焦点面の高さを変えて２回露光することでレジストパターンのパターニングを可能としている。それぞれの露光で段差が低い領域用と高い領域用の２つのフォトマスクを使い分け、位置合わせをすることで、段差の中間部で上下のパターン同士がつながるようにしている。
【特許文献１】特開２００３−１３３２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来例では、次のような問題点がある。
（１）マスクおよび露光が複数必要となる。
（２）１回のフォトリソグラフィ工程中に位置合わせが必要になる。（作業が増え、合わせズレの可能性がある。
（３）作成できるパターンの解像度は、段差の高さと、１回のフォトリソグラフィ工程で使用するマスク枚数との関係で決まる。（段差の上から下まで同じ線幅のパターンを引き回すという考え方の場合、パターンの解像度または段差の高さに妥協が必要となる場合もある。）
【０００５】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑み、段差を有する半導体ウェハに所望のレジストパターンを形成することができる半導体装置の製造方法および該製造方法で製造された半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、表面に高さが異なる第１および第２の段差面と前記第１および第２の段差面を連結する傾斜段差部とを有する半導体ウェハに帯状のレジストパターンを形成する半導体装置の製造方法であって、前記半導体ウェハにレジストコーティングを施し、前記レジストコーティングが施された半導体ウェハに対して、前記第１の段差面または傾斜段差部に焦点を合わせた露光を、前記第１の段差面に焦点を合わせる場合は、前記第１の段差面の一部に対向する第１のマスク部と、前記第１のマスク部に連結され、前記第１の段差面の残部、前記傾斜段差部および前記第２の段差面に対向する第２のマスク部とからなるマスクパターンを有するマスクであって、前記第１のマスク部が、前記第１の段差面に形成されるべき所定幅のレジストパターンに対応して前記所定幅と同一幅とされると共に、前記第２のマスク部が、前記所定幅より大きい幅とされたマスク、または前記傾斜段差部に焦点を合わせる場合は、前記傾斜段差部の一部に対向する第１のマスク部と、前記第１のマスク部に連結され、前記傾斜段差部の残部、第１の段差面および前記第２の段差面に対向する第２のマスク部とからなるマスクパターンを有するマスクであって、前記第１のマスク部が、前記傾斜段差部に形成されるべき所定幅のレジストパターンに対応して前記所定幅と同一幅とされると共に、前記第２のマスク部が、前記所定幅より大きい幅とされたマスクを介して行うことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記第２のマスク部は、前記第１のマスク部との連結部分から角度を持ってテーパー状に幅広になっており、前記連結部分がＲ形状とされていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、表面に高さが異なる第１および第２の段差面と前記第１および第２の段差面を連結する傾斜段差部とを有する半導体ウェハに帯状のレジストパターンを形成する半導体装置の製造方法であって、前記半導体ウェハにレジストコーティングを施し、前記レジストコーティングが施された半導体ウェハに対して、前記第１の段差面、傾斜段差部および前記第２の段差面のうちのいずれかに焦点を合わせた１回目の露光を、焦点を合わせる前記第１の段差面、前記傾斜段差部または前記第２の段差面に対応するマスクを介して行い、次に、前記レジストコーティングが施された半導体ウェハに対して、前記１回目の露光で焦点を合わせていない第１の段差面、傾斜段差部および前記第２の段差面のうちのいずれかに焦点を合わせた２回目の露光を、焦点を合わせる前記第１の段差面、前記傾斜段差部または前記第２の段差面に対応するマスクを介して行い、前記第１の段差面に対応するマスクは、前記第１の段差面の一部に対向する第１のマスク部と、前記第１のマスク部に連結され、前記第１の段差面の残部および前記傾斜段差部の一部に対向する第２のマスク部と、前記第２のマスク部に連結され、前記傾斜段差部の残部および前記第２の段差面に対向する第３のマスク部とからなるマスクパターンを有し、前記第１のマスク部が、前記第１の段差面に形成されるべき所定幅のレジストパターンに対応して前記所定幅と同一幅とされ、前記第２のマスク部が、前記所定幅より大きい幅とされ、前記第３のマスク部が前記傾斜段差部の残部および前記第２の段差面を全面的に遮光するように形成されており、前記第２の段差面に対応するマスクは、前記第２の段差面の一部に対向する第４のマスク部と、前記第４のマスク部に連結され、前記第２の段差面の残部および前記傾斜段差部の一部に対向する第５のマスク部と、前記第５のマスク部に連結され、前記傾斜段差部の残部および前記第１の段差面に対向する第６のマスク部とからなるマスクパターンを有し、前記第４のマスク部が、前記第２の段差面に形成されるべき所定幅のレジストパターンに対応して前記所定幅と同一幅とされ、前記第５のマスク部が、前記所定幅より大きい幅とされ、前記第６のマスク部が前記傾斜段差部の残部および前記第１の段差面を全面的に遮光するように形成されており、前記傾斜段差部に対応するマスクは、前記傾斜段差部の一部に対向する第７のマスク部と、前記第７のマスク部に連結され、前記傾斜段差部の残部に対向する第８のマスク部とからなるマスクパターンを有し、前記第７のマスク部が、前記傾斜段差部に形成されるべき所定幅のレジストパターンに対応して前記所定幅と同一幅とされると共に、前記第８のマスク部が、前記所定幅より大きい幅とされていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の製造方法を用いて、半導体ウェハの表面と、前記半導体ウェハの凹部に形成されたダイヤフラムの間にまたがる帯状の複数のサーモパイルが形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、表面に高さが異なる第１および第２の段差面と前記第１および第２の段差面を連結する傾斜段差部とを有する半導体ウェハに所望のレジストパターンを形成することができ、従来より簡単な工程で所望の半導体装置を製造することができる。また、半導体ウェハおよびマスクの製造バラツキや露光時のマスクの位置ズレ、段差加工時のバラツキによる傾斜段差部の位置ズレ等が発生しても、細幅の第１のマスク部が傾斜段差部上にくることがなくなり、第１の段差面から傾斜段差部を介して第２の段差面まで良好なレジストパターンを形成することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、第２のマスク部の第１のマスク部との連結部分においても幅が狭くならないように構成することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、表面に高さが異なる第１および第２の段差面と前記第１および第２の段差面を連結する傾斜段差部とを有する半導体ウェハに、少ない枚数のマスクを用いた少ない回数の露光によって、所望のレジストパターンを形成することができる。また、半導体ウェハおよびマスクの製造バラツキや露光時のマスクの位置ズレ、段差加工時のバラツキによる傾斜段差部の位置ズレ等が発生しても、細幅の第１のマスク部が傾斜段差部上にくることがなくなり、第１の段差面から傾斜段差部を介して第２の段差面まで所望のレジストパターンを形成することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、半導体ウェハの表面と、半導体ウェハの凹部に形成されたダイヤフラムの間にまたがって良好に形成された帯状の複数のサーモパイルを有する半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明の半導体装置の製造方法の原理を図１〜図５を参照しながら説明する。
【００１５】
数十〜数百μｍの大きな段差のある半導体ウェハに対して、所定幅（ｄ１）の帯状のレジストパターンを露光・現像処理にて形成するとき、使用する露光装置の光学系の焦点深度が∞であれば、図１に示すような理想的なパターニングが可能である。
【００１６】
すなわち、表面に高さが異なる段差面１ａおよび段差面１ｃと、段差面１ａと段差面１ｃをつなぐ傾斜段差部１ｂとで構成される段差を有し、レジストコーティング（図示しない）が施された半導体ウェハ１に対して、図２に示すように、所望のレジストパターンの所定幅（ｄ１）と同一幅を有するマスクパターン（斜線部分）２ａを持ったマスク２を用い、光学系の焦点深度が∞である露光装置（図示しない）で露光すると、半導体ウェハ１上にコーティングされているレジストにおいて、マスクパターン２ａにしたがう所定幅（ｄ１）の帯状部分が非露光部３としてパターニングされる。
【００１７】
しかしながら、実際には、焦点深度が∞の露光装置は存在しないため、得られるパターニング結果は、図３に示すようになる。なお、図３は、レジストはポジ型を使用し、露光装置（等倍投影露光装置）により、段差面１ａに焦点を合わせて露光した場合を示す。
【００１８】
図３から分かるように、非露光部３は、段差面１ａに対応する部分は所定幅（ｄ１）を有するが、斜面になっている傾斜段差部１ｂの上方に行くほど線幅が所定幅（ｄ１）より細くなり、段差面１ｃに対応する部分で最も細くなる。これは、ピントの合っている面から離れるほど、マスクの像がぼやけるため（光が拡散するため）である。したがって、形成しようとする帯状のレジストパターンの幅が細くなるほど、または段差が大きくなるほど、段差面１ａと段差面１ｃをまたがるレジストパターンを形成することが困難になる。
【００１９】
図４は、図３と同様であるが、図３の場合より細い所定幅（ｄ２）を有するレジストパターンを形成する場合を示す図である。図４において、図５に示すように、図１の場合より細い所定幅（ｄ２）を有するマスクパターン２ａを持ったマスク２を用い、露光装置で段差面１ａに焦点を合わせて露光すると、半導体ウェハ１上にコーティングされているレジストにおいてパターニングされる非露光部３は、所望の幅（ｄ２）が細くかつ段差が大きすぎると、傾斜段差部１ｂの途中で消滅し、段差面１ｃにたどり着かないことがある。
【００２０】
そこで、本発明では、表面に高さが異なる第１および第２の段差面と第１および第２の段差面を連結する傾斜段差部とを有する半導体ウェハにレジストコーティングを施し、レジストコーティングが施された半導体ウェハ１に対して、第１の段差面の一部に対向する第１のマスク部と、第１のマスク部に連結され、第１の段差面の残部、傾斜段差部および第２の段差面に対向する第２のマスク部とからなるマスクパターンを有するマスクであって、第１のマスク部が、第１の段差面１ａに形成されるべき所定幅のレジストパターンに対応して所定幅と同一幅とされると共に、第２のマスク部が、所定幅より大きい幅とされたマスク２を介して、第１の段差面１ａに焦点を合わせた露光を行うことにより、第１の段差面から傾斜段差部を介して第２の段差面までまたがるレジストパターンを形成可能とすることができる半導体装置の製造方法を提供する。
【００２１】
（第１の実施形態）図６は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。第１の実施形態では、たとえば、表面に高さが異なる、第１の段差面としての段差面１ａと第２の段差面としての段差面１ｃと、段差面１ａおよび１ｃを連結する傾斜段差部１ｂとを有する半導体ウェハ１に対して、段差面１ａ側に高い解像度のレジストパターンを形成することが必要な場合、等倍投影露光装置（図示しない）を用いて段差面１ａに焦点を合わせて１回の露光でパターニングする。このとき、段差面１ａに対応するマスク部分は、希望するレジストパターンを、必要な解像度が得られるパターン幅で設計し、段差面をまたぐ部分（傾斜段差部１ｂ）や段差面１ｃのパターン部分は、段差を越えられる程度に幅を太く設計したマスクを使用する（ポジレジストの場合）。
【００２２】
図６において、段差面１ａ、傾斜段差部１ｂおよび段差面１ｃで構成される数十〜数百μｍの大きな段差を有し、表面にレジストコーティング（図示しない）が施された半導体ウェハ１に対して、図７に示すマスク２を用い、段差面１ａに焦点を合わせた露光装置で露光し、非露光部３としてパターニングする。
【００２３】
マスク２は、図７に示すように、所望のレジストパターンの幅（ｄ３）と同一幅とされた帯状の第１のマスク部２ａ１と、第１のマスク部２ａ１に連結され、幅（ｄ３）より大きい幅（ｄ４）とされた帯状の第２のマスク部２ａ２とからなるマスクパターン２ａを有する。第１のマスク部２ａ１は、段差面１ａの一部に対向するマスク２の部分に形成され、第２のマスク部２ａ２は、第１のマスク部２ａ１が対向する一部を除く段差面１ａの残部、傾斜段差部１ｂおよび段差面１ｃに対向するマスク２の部分に形成される。
【００２４】
このようなマスク２を用い、露光装置で露光すると、非露光部３は、幅（ｄ４）の第２のマスク部２ａ２に対応する部分が斜面となっている傾斜段差部１ｂの上方に行くにつれて、線幅が細くなっていき、第２の段差面１ｃに対応する部分で最も細くなる。
【００２５】
図８は、上述のように露光処理された半導体装置にさらに現像処理を施して完成した半導体装置の斜視図を示す。図８に示すように、図６に示す非露光部３に対応する形状のレジストパターン４が形成されている。すなわち、レジストパターン４は、段差面１ａに対応するレジストパターン部分４ａと、傾斜段差部１ｂに対応するレジストパターン部分４ｂと、段差面１ｃに対応するレジストパターン部分４ｃとから構成される。
【００２６】
したがって、マスク２の設計時、段差面１ｃにおいて最も細くなったときの非露光部３の線幅が、所定幅（ｄ３）とほぼ一致するように、段差面の高低差に応じてマスク部２ａ２の幅（ｄ４）を予め太く設定することにより、露光処理後に行われる現像処理で形成される段差面１ｃのレジストパターン４ｃの幅は、段差面１ａのレジストパターン４ａの所定幅とほぼ一致することになる。よって、高い解像度のレジストパターンでも、段差面１ａから段差面１ｃに至る段差をまたがって、所望のパターン幅（ｄ３）を有するレジストパターン４を良好に形成することができる。
【００２７】
（第２の実施形態）次に、図９は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。図９では、段差にかかるレジストパターンが複数本（たとえば、２本）ある半導体装置を製造するために、図６と同様な半導体ウェハ１に対して、図１０に示すマスク２を用い、段差面１ａに焦点を合わせた露光装置で露光し、非露光部３としてパターニングする。
【００２８】
マスク２は、図１０に示すように、並べて配置された２個のマスクパターン２ａを有する。各マスクパターン２ａは、図７に示すものと同一形状を有する。各マスクパターン２ａは、マスク部２ａ１間が間隔（ｄ５）、マスク部２ａ２間が間隔（ｄ６）（＜ｄ５）となるように形成されている。マスク部２ａ２の幅（ｄ４）とマスク部２ａ２間の間隔（ｄ６）は、段差の大きさと光学系によって決まる解像度に依存して決定される。
【００２９】
このようなマスク２を用い、露光装置で露光すると、非露光部３は、幅（ｄ４）のマスク部に対応する部分が斜面となっている傾斜段差部１ｂの上方に行くにつれて、線幅が細くなっていき、第２の段差面１ｃに対応する部分で最も細くなる。
【００３０】
図１１は、上述のように露光処理された半導体装置にさらに現像処理を施して完成した半導体装置の斜視図を示す。図１１に示すように、図９に示す非露光部３に対応する形状の２個のレジストパターン４が形成されている。形成された２個のレジストパターン４は、段差面１ａに対応するレジストパターン部分４ａと段差面１ｃに対応するレジストパターン部分４ｃの線幅は、それぞれ、所望のパターン幅（ｄ３）となり、また、レジストパターン部分４ａ間のスペースおよび段差面１ｃに対応するレジストパターン部分４ｃ間のスペースは、それぞれ、間隔（ｄ５）となる。
【００３１】
なお、レジストパターンの線福とレジストパターン間のスペースは、必ずしも同じ寸法である必要はなく、複数本のレジストパターンがうまく形成できるような条件になっていれば良い。この条件は、使用するレジストや光学系、段差の大きさ等で変わる。
【００３２】
なお、上述の第１および第２の実施形態では、第２のマスク部２ａ２の幅（ｄ４）は一定幅となっているが、これに限らず、図１２の変形例に示すように、マスク部２ａ２が次第に幅が大きくなるテーパー状になっていても良い。ただし、集積度を上げるためには、ある限界の寸法（すなわち、これ以上細くするとパターニングできない寸法）の一定幅になる。
【００３３】
（第３の実施形態）次に、図１３は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。図１３では、段差にかかるレジストパターンが複数本（たとえば、３本）ある半導体装置を製造するために、図６と同様な半導体ウェハ１に対して、図１４に示すマスク２を用い、段差面１ａに焦点を合わせた露光装置で露光し、非露光部３としてパターニングする。
【００３４】
マスク２は、図１４に示すように、並べて配置された３個のマスクパターン２ａを有する。各マスクパターン２ａは、所望のレジストパターンの幅（ｄ３）と同一幅とされた帯状の第１のマスク部２ａ１と、第１のマスク部２ａ１に連結され、幅（ｄ３）からテーパー状に幅広になって途中から一定幅（ｄ４）とされた帯状の第２のマスク部２ａ２とからなるマスクパターン２ａを有する。第１のマスク部２ａ１は、段差面１ａの一部に対向するマスク２の部分に形成され、第２のマスク部２ａ２は、第１のマスク部２ａ１が対向する一部を除く段差面１ａの残部、傾斜段差部１ｂおよび段差面１ｃに対向するマスク２の部分に形成される。
【００３５】
このようなマスク２を用い、露光装置で露光すると、非露光部３は、幅（ｄ４）のマスク部に対応する部分が斜面となっている傾斜段差部１ｂの上方に行くにつれて、線幅が細くなっていき、第２の段差面１ｃに対応する部分で最も細くなる。
【００３６】
上述のように露光処理された半導体装置にさらに現像処理を施すことにより、図１３に示す非露光部３に対応する形状の３個のレジストパターンが形成された半導体装置（図示しない）が完成する。
【００３７】
なお、上述の第３の実施形態では、第２のマスク部２ａ２が第１のマスク部２ａ１との連結部分から角度を持ってテーパー状に幅広になっているため、複数のマスクパターン２ａのうち、その連結部分の幅が狭くなっているマスクパターン（たとえば、上下の２本のマスクパターン２ａ）があるが、このような場合には、図１５の変形例（一部拡大図を含む）に示すように、第１のマスク部２ａ１に連結される部分の形状をＲ形状とすることにより、連結部分においても幅が狭くならないように構成することができる。
【００３８】
このようにして、上述の第１〜第３の実施形態によれば、１枚のマスク２を用いて１回の露光を行うだけで、たとえば段差面１ａに１〜２μｍ程度の幅を有する帯状の微細なレジストパターンを作成し、傾斜段差部１ｂを介して２０〜３０μｍ程度のやや太い幅のパターンで段差面１ｃまでレジストパターンを引き出すことが可能である。
【００３９】
（第４の実施形態）次に、図１６〜図２０は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。第４の実施形態では、段差にかかるレジストパターンが複数本ある半導体装置を製造するために、図６と同様な半導体ウェハ１に対して、図１７および図１９に示す２枚の第１のマスク２Ａおよび第２のマスク２Ｂを用い、露光装置でそれぞれ段差面１ａおよび１ｃに焦点を合わせた２回の露光を行い、非露光部３としてパターニングする。
【００４０】
第１のマスク２Ａは、図１７に示すように、マスクパターン２ａが、所望のレジストパターンの幅（ｄ３）と同一幅とされた複数（この例では３本）の帯状の第１のマスク部２ａ１と、第１のマスク部２ａ１に連結され、幅（ｄ３）からテーパー状に幅広になって途中から一定幅（ｄ４）とされた帯状の第２のマスク部２ａ２と、第２のマスク部２ａ２に連結され、傾斜段差部１ｂの一部および段差面１ｃを全面的に遮光する第３のマスク部２ａ３とからなるマスクパターン２ａを有する。第１のマスク部２ａ１は、段差面１ａの一部に対向するマスク２Ａの部分に形成され、第２のマスク部２ａ２は、第１のマスク部２ａ１が対向する一部を除く段差面１ａの残部および傾斜段差部１ｂの一部に対向するマスク２Ａの部分に形成され、第３のマスク部２ａ３は、傾斜段差部１ｂの残部および段差面１ｃに対向するマスク２Ａの部分に形成される。
【００４１】
また、第２のマスク２Ｂは、図１９に示すように、マスクパターン２ｂが、所望のレジストパターンの幅（ｄ３）と同一幅とされた複数（この例では３本）の帯状の第４のマスク部２ｂ１と、第４のマスク部２ｂ１に連結され、幅（ｄ３）からテーパー状に幅広になって途中から一定幅（ｄ４）とされた帯状の第５のマスク部２ｂ２と、第５のマスク部２ｂ２に連結され、傾斜段差部１ｂの一部および段差面１ａを全面的に遮光する第６のマスク部２ｂ３とからなるマスクパターン２ｂを有する。第４のマスク部２ｂ１は、段差面１ｃの一部に対向するマスク２Ｂの部分に形成され、第５のマスク部２ｂ２は、第４のマスク部２ｂ１が対向する一部を除く段差面１ｃの残部および傾斜段差部１ｂの一部に対向するマスク２Ｂの部分に形成され、第６のマスク部２ｂ３は、傾斜段差部１ｂの残部および段差面１ａに対向するマスク２Ｂの部分に形成される。
【００４２】
そこで、図１６に示すように、マスク２Ａを用い、半導体ウェハ１の段差面１ａに焦点を合わせた露光装置で露光を行うと、非露光部３は、幅（ｄ４）のマスク部に対応する部分が斜面となっている傾斜段差部１ｂの上方に行くにつれて、線幅が細くなっていき、傾斜段差部１ｂの途中から段差面１ｃにかけて全面的に残る。
【００４３】
また図１８に示すように、マスク２Ｂを用い、半導体ウェハ１の段差面１ｃに焦点を合わせた露光装置で露光を行うと、非露光部３は、幅（ｄ４）のマスク部に対応する部分が斜面となっている傾斜段差部１ｂの下方に行くにつれて、線幅が細くなっていき、傾斜段差部１ｂの途中から段差面１ａにかけて全面的に残る。
【００４４】
そこで、半導体ウェハ１に対して、まずマスク２Ａを用いて段差面１ａに焦点を合わせて露光を行い、続いて、マスク２Ｂを用いて段差面１ｃに焦点を合わせて露光を行うことにより、図２０に示すように、段差面１ａから傾斜段差部１ｂを介して段差面１ｃにまたがる非露光部３が形成される。非露光部３は、段差面１ａおよび１ｃ上では、所望のレジストパターンの幅（ｄ３）と同一幅となり、傾斜段差部１ｂ上ではピントずれによっても幅（ｄ３）以下にならない幅となって形成される。なお、段差面１ａと段差面１ｃで、所望のレジストパターンの幅が異なるように形成しても良い。
【００４５】
上述のように露光処理された半導体装置にさらに現像処理を施すことにより、図２０に示す非露光部３に対応する形状のレジストパターンが形成された半導体装置（図示しない）が完成する。
【００４６】
このようにして、上述の第４の実施形態によれば、２枚のマスク２Ａおよび２Ｂを用いて２回の露光を行うだけで、たとえば段差面１ａに１〜２μｍ程度の幅を有する帯状の微細なレジストパターンを作成し、傾斜段差部１ｂを介して２０〜３０μｍ程度のやや太い幅のパターンで段差面１ｃまでレジストパターンを引き出すことが可能である。
【００４７】
また、上述の第１〜第４の実施形態において、第２のマスク部２ａ２は、第１のマスク部２ａ１が対向する一部を除く段差面１ａの残部（すなわち、傾斜段差部１ｂに近い段差面１ａの部分）で第１のマスク部２ａ１に連結されているので、半導体ウェハ１およびマスク２の製造バラツキや露光時のマスク２の位置ズレ等が発生しても、細幅の第１のマスク部２ａ１が傾斜段差部１ｂ上にくることがなくなり、段差面１ａから傾斜段差部１ｂを介して段差面１ｃまで良好なレジストパターンを形成することができる。もし、段差面１ａと傾斜段差部１ｂがちょうど連結する場所で、細幅の第１のマスク部２ａ１と幅広の第２のマスク部２ａ２が連結される構成としたならば、上述の製造バラツキや位置ズレ等が発生した時、細幅の第１のマスク部１ａの一部が傾斜段差部１ｂ上に位置してしまい、第１の段差面１ａに焦点を合わせた露光時に、ピントがずれてパターニングされる非露光部３が所定幅（ｄ３）より細くなり、最悪の場合は細くなりすぎて消滅してしまう虞があるが、本発明では、このような虞はなくなる。なお、第４の実施形態におけるマスク２Ｂの第４のマスク部２ｂ１と第２のマスク部２ｂ２の連結部分と半導体ウェハ１の位置関係においても、上述の利点と同様の利点が得られる。
【００４８】
次に、本発明の第４の実施形態の製造方法を利用して製造される半導体装置の具体例について説明する。図２１および図２２は、本発明の第４の実施形態の製造方法を用いて製造されるフローセンサを示す概略斜視図および部分拡大図である。
【００４９】
フローセンサ１０は、ガス等の流体の流速を検出するセンサであり、図２１に示すように、半導体ウェハとしてのシリコン（Ｓｉ）基板１１と、Ｓｉ基板１１の凹部１１ｂに形成されたダイアフラム１２と、ダイアフラム１２上に形成された白金などからなるマイクロヒータ１３と、マイクロヒータ１３に図示しない電源から駆動電流を供給する電源端子１４Ａおよび１４Ｂとを備えている。
【００５０】
また、フローセンサ１０は、マイクロヒータ１３に対して、流体の流れ方向（ＰからＱへの方向）の上流側に配置される帯状の複数の上流側サーモパイル１５と、下流側に配置される帯状の複数の下流側サーモパイル１６と、上流側サーモパイル１５に発生する起電力を出力する出力端子１７Ａおよび１７Ｂと、下流側サーモパイル１６に発生する起電力を出力する出力端子１８Ａおよび１８Ｂを備えている。
【００５１】
上流側サーモパイル１５および下流側サーモパイル１６は、各々、熱電対から構成されている。この熱電対は、たとえばＰｏｌｙ  ＳｉとＰｔの組み合わせにより構成され、冷接点と温接点とを有し、冷接点と温接点との温度差に応じた熱起電力が発生する。
【００５２】
上流側サーモパイル１５は、本発明の第４の実施形態の製造方法を用いて形成される。なお、下流側サーモパイル１６は、上流側サーモパイル１５と同様の方法で形成されかつ同様の構成を有するので説明を省略する。
【００５３】
図２２に示すように、上流側サーモパイル１５の冷接点１５Ａは、Ｓｉ基板１１のダイヤフラム１２を形成していない表面１１ａ部分に設けられ、温接点１５Ｂは、Ｓｉ基板１１の凹部１１ｂに形成されたダイヤフラム１２上に設けられる。なお、図２２は、本発明の説明に必要な部分のみを示しており、不要な部分は省略している。
【００５４】
凹部１１ｂは、表面１１ａとダイヤフラム１２の間で数百μｍの段差を持つように形成される。図２０の段差面１ｃに相当する表面１１と、段差面１ａに相当するダイヤフラム１２は、傾斜段差部１ｂに相当する傾斜段差部１１ｃで連結される。
【００５５】
上流側サーモパイル１５は、ダイヤフラム１２上に形成される温接点１５Ｂ側がダイヤフラム１２において占有可能なエリアに可能な限り狭い幅と間隔をもって形成されるが、冷接点１５Ａ側は、温接点１５Ｂと同様な幅および間隔としても良いし、表面１１ａ上において占有可能なエリアが広ければ、温接点１５Ｂ側より広い幅および間隔となるように形成することもできる。
【００５６】
上流側サーモパイル１５の温接点１５Ｂ側のレジストパターンは、対応するマスクパターンを有する第１のマスク（図示しない）を用いてダイヤフラム１２に焦点を合わせた露光を行うことによって形成され、また、上流側サーモパイル１５の冷接点１５Ａ側のレジストパターンは、対応するマスクパターンを有する第２のマスク（図示しない）を用いて表面１１ａに焦点を合わせた露光を行うことによって形成され、それにより、ダイヤフラム１２から傾斜段差部１１ｃを介して表面１１ａにまたがるレジストパターンが形成される。なお、必ずしも２枚のマスクのみによってパターニングする必要はなく、傾斜段差部１１ｃの少なくとも１箇所の中間位置において、対応するマスクパターンを有するマスクを追加して、その中間位置に焦点を合わせた露光を追加することで、傾斜段差部１１ｃの解像度を高くするようにしても良い。
【００５７】
なお、フローセンサ１０における上流側サーモパイル１５および下流側サーモパイル１６以外の部分の製造方法は、たとえば、本出願人が提案している特開２００１−４４５２２号公報に開示された方法を適用することができる。
【００５８】
このように製造されたフローセンサ１０によれば、マイクロヒータ１３が、外部からの駆動電流により加熱を開始すると、マイクロヒータ１３から発生した熱は、流体を媒体として、上流側サーモパイル１５および下流側サーモパイル１６のそれぞれの温接点に伝達される。それぞれのサーモパイルの冷接点は、Ｓｉ基板１１上にあるので、基板温度になっており、それぞれの温接点は、ダイアフラム１２上にあるので、伝達された熱により加熱され、Ｓｉ基板温度より温度が上昇する。そして、それぞれのサーモパイルは、温接点と冷接点との温度差より起電力を発生する。
【００５９】
流体を媒体として伝達される熱は、流体の熱拡散効果とＰからＱに向かって流れる流体の流速との相乗効果によって、それぞれのサーモパイルに伝達される。すなわち、流速がない場合には、熱拡散によって上流側サーモパイル１５と下流側サーモパイル１６に均等に伝達され、上流側サーモパイル１５から発生する熱起電力と下流側サーモパイル１６から発生する熱起電力との差はゼロとなる。
【００６０】
一方、流体に流速が発生すると、流速によって上流側サーモパイル１５の温接点に伝達される熱量が減少し、下流側サーモパイル１６の温接点に伝達される熱量が増加する。このため、上流側サーモパイル１５が発生する熱起電力と下流側サーモパイル１６が発生する熱起電力との差は、流体の流速に応じた値になる。
【００６１】
このように、本発明は、本来は平面であってほしいのに、パターンの微細化によって加工した膜の厚さが無視できなくなったことにより生じる程度の段差ではなく、むしろ段差を作ることを意図的に作成した段差であって、１回の露光では物理的にレジストが残らなくなる程度の段差（たとえば、数十〜数百μｍオーダーの高い段差）をまたぐ配線パターンを、可能な限り細い（たとえば、数μｍオーダーの）線で作成する際に非常に有効である。すなわち、高解像度で設計した焦点面の面内で解像度を落とし、低解像度のパターンで焦点深度を稼いで段差をまたぐことで、少ないマスク枚数で要求を満たすことができる。
【００６２】
以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００６３】
たとえば、上述の実施の形態では、段差面１ａを第１の段差面としかつ段差面１ｃを第２の段差面として説明したが、本発明は、段差面１ｃを第１の段差面としかつ段差面１ａを第２の段差面としても実施可能である。
【００６４】
また、上述の実施の形態では、第１の段差面に微細なレジストパターンを形成する場合について説明したが、これに限らない。たとえば、ポジレジストを使用し、段差の上部または中間部に微細なレジストパターンが必要な場合は、微細なパターンを作成したい領域の高さに焦点を合わせて露光する。この時使用するマスクは、微細パターンが必要な領域は、必要な解像度で設計し、段差をまたぐ部分や焦点面から離れた部分等、微細パターンが不要な領域のマスクパターンは、焦点深度と段差のバランスを合わせて幅を太くする。
【００６５】
高さ方向の位置が焦点面から離れるにつれて、光が拡散し広がるため、マスク上では遮光されるはずの領域のレジストまで感光されるようになっていく。したがって、ネガレジストを使用する場合は、不要な領域のマスクパターンとしてのスペースの部分の幅を、形成すべきレジストパターンの幅より細く設計したマスクを使用すれば良い。すなわち、ポジレジストおよびネガレジスト共に、遮光する部分の幅を太く設計したマスクを使用すれば良い。
【００６６】
また、段差が非常に大きい場合に傾斜段差部１ｂ，１１ｃの解像度を高くしたいときは、第４の実施形態において、必ずしも２枚のマスクのみによってパターニングする必要はなく、傾斜段差部１ｂ，１１ｃの少なくとも１箇所の中間位置において、対応するマスクパターンを有するマスク、たとえば、傾斜段差部１ｂ，１１ｃの一部に対向する第７のマスク部と、第７のマスク部に連結され、傾斜段差部１ｂ，１１ｃの残部に対向する第８のマスク部とからなるマスクパターンを有し、第７のマスク部が、傾斜段差部１ｂ，１１ｃに形成されるべき所定幅のレジストパターンに対応して前記所定幅と同一幅とされると共に、第８のマスク部が、所定幅より大きい幅とされているマスクを追加して、その中間位置に焦点を合わせた露光を追加することで、傾斜段差部１ｂ，１１ｃの解像度を高くするようにしても良い。このような方法によれば、段差の上下を同じ幅のパターンで引き回そうとする場合に比べ、可能な限り細い幅のパターンを、少ないマスク枚数で形成することができる。なお、第４の実施形態において、２回目以降の露光時に用いられるマスクは、所定幅と同一幅とされて幅の変わらないマスク部を有するマスクを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法の原理を説明する図である。
【図２】図１において使用されるマスクを示す図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法の原理を説明する図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法の原理を説明する図である。
【図５】図４において使用されるマスクを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。（第１の実施形態）
【図７】図６で使用されるマスクを示す図である。（第１の実施形態）
【図８】図６の製造方法で製造された半導体装置を示す斜視図である。（第１の実施形態）
【図９】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。（第２の実施形態）
【図１０】図９で使用されるマスクを示す図である。（第２の実施形態）
【図１１】図９の製造方法で製造された半導体装置を示す斜視図である。（第２の実施形態）
【図１２】第１および第２の実施形態において使用されるマスクの変形例を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。（第３の実施形態）
【図１４】図１３で使用されるマスクを示す図である。（第３の実施形態）
【図１５】第１４のマスクの変形例を示す図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。（第４の実施形態）
【図１７】図１６で使用されるマスクを示す図である。（第４の実施形態）
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。（第４の実施形態）
【図１９】図１８で使用されるマスクを示す図である。（第４の実施形態）
【図２０】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。（第４の実施形態）
【図２１】本発明の第４の実施形態の製造方法を用いて製造されるフローセンサを示す概略斜視図である。
【図２２】図２１の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  半導体ウェハ
１ａ  段差面（第１の段差面）
１ｂ  傾斜段差部
１ｃ  段差面（第２の段差面）
２  マスク
２Ａ  第１のマスク
２ａ  マスクパターン
２ａ１  第１のマスク部
２ａ２  第２のマスク部
２ａ３  第３のマスク部
２Ｂ  第２のマスク
２ｂ  マスクパターン
２ｂ１  第４のマスク部
２ｂ２  第５のマスク部
２ｂ３  第６のマスク部
３  非露光部
４  レジストパターン
１０  フローセンサ（半導体装置）
１１  Ｓｉ基板（半導体ウェハ）
１１ｂ  凹部
１１ｃ  傾斜段差部
１２  ダイヤフラム
１５，１６  サーモパイル
【図１】
2006215330.tif 000003
【図２】
2006215330.tif 000004
【図３】
2006215330.tif 000005
【図４】
2006215330.tif 000006
【図５】
2006215330.tif 000007
【図６】
2006215330.tif 000008
【図７】
2006215330.tif 000009
【図８】
2006215330.tif 000010
【図９】
2006215330.tif 000011
【図１０】
2006215330.tif 000012
【図１１】
2006215330.tif 000013
【図１２】
2006215330.tif 000014
【図１３】
2006215330.tif 000015
【図１４】
2006215330.tif 000016
【図１５】
2006215330.tif 000017
【図１６】
2006215330.tif 000018
【図１７】
2006215330.tif 000019
【図１８】
2006215330.tif 000020
【図１９】
2006215330.tif 000021
【図２０】
2006215330.tif 000022
【図２１】
2006215330.tif 000023
【図２２】
2006215330.tif 000024