(57)【要約】      （修正有）【課題】より微細なパターンを容易に形成することが可能なパターン形成方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板１０上に第１レジスト膜１２Ａと第２レジスト膜１２Ｂを形成し、第１パターン２１を有する第１ホトマスク２０を用いて第２レジスト膜１２Ｂを露光して、第１パターン２１を第２レジスト膜１２Ｂに転写し、パターン１２ａを形成する。次に第２パターン３１を有する第２ホトマスク３０を用い、第２パターン３１の一部が第２レジスト膜１２Ｂに転写されたパターン１２ａと重畳するように、第２パターン３１を第２レジスト膜１２Ｂと第１パターン２１により露出された第１レジスト膜１２Ａとに転写し、第１パターン２１と第２パターン３１とが重畳する領域４６に第１および第２レジスト膜１２Ｂ、１２Ａを貫通する開口パターン１１を形成する。【選択図】図７
2007048925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定基板を準備する工程と、
前記所定基板上に第１レジスト膜を形成する工程と、
前記第１レジスト膜上に第２レジスト膜を形成する工程と、
第１パターンを有する第１ホトマスクを用いて前記第２レジスト膜を露光することで、前記第１パターンを前記第２レジスト膜に転写する工程と、
第２パターンを有する第２ホトマスクを用い、当該第２パターンの一部が前記第２レジスト膜に転写された前記第１パターンと重畳するように、当該第２パターンを前記第２レジスト膜と前記第１パターンにより露出された前記第１レジスト膜とに転写することで、前記第１パターンと前記第２パターンとが重畳する領域に前記第１および第２レジスト膜を貫通する開口パターンを形成する工程と
を有することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記第１パターンは、前記第１レジスト膜を露出させる露光条件にて転写され、
前記第２パターンは、前記第１パターンと重畳する領域において露出された前記第１レジスト膜を完全に除去し且つ前記第１パターンが形成されていない領域において前記第１レジスト膜を完全には除去しない露光条件にて転写されることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記第２レジスト膜は、所定の露光条件に対する腐食の度合いが前記第１レジスト膜よりも高いことを特徴とする請求項１または２記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記第１レジスト膜は、化学増幅型ホトレジストであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記第２パターンは、前記第１および第２パターンを転写するための露光装置の解像限界よりも微細な幅の第３パターンを含み、
前記第２パターンは、前記第３パターンが前記第１パターンにより露出された前記第１レジスト膜に重畳するように転写されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記第１パターンは第１角部を有し、
前記第２パターンは第２角部を有し、
前記第２パターンは、前記第２角部が前記第２レジスト膜に転写された前記第１パターンの前記第１角部に重畳するように転写されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記第１および第２パターンは、前記第１および第２パターンを転写するための露光装置の解像限界よりも微細な短辺を有する長方形であり、
前記第２パターンは、当該第２パターンの長辺が前記第２レジスト膜に転写された前記第１パターンの長辺と交わるように転写されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記第１および第２パターンは、前記第１および第２パターンを転写するための露光装置の解像限界よりも微細な幅を持つラインよりなるラインアンドスペースパターンであり、
前記第２パターンは、前記第２レジスト膜に転写された前記第１パターンと交わるように転写されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
所定の半導体素子が形成された半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板上に第１レジスト膜を形成する工程と、
前記第１レジスト膜上に第２レジスト膜を形成する工程と、
第１パターンを有する第１ホトマスクを用いて前記第２レジスト膜を露光することで、前記第１パターンを前記第２レジスト膜に転写する工程と、
第２パターンを有する第２ホトマスクを用い、当該第２パターンの一部が前記第２レジスト膜に転写された前記第１パターンと重畳するように、当該第２パターンを前記第２レジスト膜と前記第１パターンにより露出された前記第１レジスト膜とに転写することで、前記第１パターンと前記第２パターンとが重畳する領域に前記第１および第２レジスト膜を貫通する開口パターンを形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１パターンは、前記第１レジスト膜を露出させる露光条件にて転写され、
前記第２パターンは、前記第１パターンと重畳する領域において露出された前記第１レジスト膜を完全に除去し且つ前記第１パターンが形成されていない領域において前記第１レジスト膜を完全には除去しない露光条件にて転写されることを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第２レジスト膜は、所定の露光条件に対する腐食の度合いが前記第１レジスト膜よりも高いことを特徴とする請求項９または１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１レジスト膜は、化学増幅型ホトレジストであることを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第２パターンは、前記第１および第２パターンを転写するための露光装置の解像限界よりも微細な幅の第３パターンを含み、
前記第２パターンは、前記第３パターンが前記第１パターンにより露出された前記第１レジスト膜に重畳するように転写されることを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１パターンは第１角部を有し、
前記第２パターンは第２角部を有し、
前記第２パターンは、前記第２角部が前記第２レジスト膜に転写された前記第１パターンの前記第１角部に重畳するように転写されることを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第１および第２パターンは、前記第１および第２パターンを転写するための露光装置の解像限界よりも微細な短辺を有する長方形であり、
前記第２パターンは、当該第２パターンの長辺が前記第２レジスト膜に転写された前記第１パターンの長辺と交わるように転写されることを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第１および第２パターンは、前記第１および第２パターンを転写するための露光装置の解像限界よりも微細な幅を持つラインよりなるラインアンドスペースパターンであり、
前記第２パターンは、前記第２レジスト膜に転写された前記第１パターンと交わるように転写されることを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン形成方法および半導体装置の製造方法に関し、特に微細化されたパターンを形成するためのパターン形成方法および、これを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化に伴い、これを製造する際の露光工程において使用するパターンの微細化が要求されてきている。このような微細なパターンを形成するための技術では、例えば酸発生剤と溶解抑止剤とを含む有機溶剤よりなる化学増幅型ホトレジストなどのような高解像度レジストが用いられていた。
【０００３】
しかしながら、従来のパターン形成方法では、上記のような高解像度レジストを通常のホトマスクを用いて１回露光することでパターンを形成していたため、露光装置や高解像度レジストの解像力に見合った寸法の開口しか形成することができなかった。
【０００４】
このような問題を解決する方法としては、例えば以下に示す特許文献１に開示された技術が存在する。この従来技術では、ホトマスクの位置をずらしつつレジストを二回露光し、その後、レジストをプラズマアッシングすることで、解像限界よりも微細な開口パターンを形成する。ただし、例えばポジ型のレジストを用いた場合、解像限界よりも微細な幅が二重露光されるようにホトマスクの位置がずらされ、また、例えばネガ型のレジストを用いた場合、解像限界よりも微細な幅が露光されないようにホトマスクの位置がずらされる。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１４７２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来技術では、二回目の露光において、一回目の露光で形成したパターンの側壁部まで露光されてしまう恐れがある。このため、二回目の露光により形成された開口パターンの幅が所望する幅よりも広くなってしまう場合がある。
【０００７】
また、上記した従来技術では、二度の露光の後にプラズマアッシングを行う必要があるため、プロセスが複雑化すると共に、半導体ウェハを露光装置からプラズマアッシング用のチャンバへ移動させることが必要であるため、手間を要するという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、より微細なパターンを容易に形成することが可能なパターン形成方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するために、本発明によるパターン形成方法は、所定基板を準備する工程と、所定基板上に第１レジスト膜を形成する工程と、第１レジスト膜上に第２レジスト膜を形成する工程と、第１パターンを有する第１ホトマスクを用いて第２レジスト膜を露光することで、第１パターンを第２レジスト膜に転写する工程と、第２パターンを有する第２ホトマスクを用い、第２パターンの一部が第２レジスト膜に転写された第１パターンと重畳するように、第２パターンを第２レジスト膜と第１パターンにより露出された第１レジスト膜とに転写することで、第１パターンと第２パターンとが重畳する領域に第１および第２レジスト膜を貫通する開口パターンを形成する工程とを有する。
【００１０】
一部が第２レジスト膜に転写された第１パターンと重畳し、この重畳部分が開口するように、第２パターンを転写することで、第１および第２マスクパターンの寸法に依存せずに、微細なパターンを所定基板上に形成することが可能となる。言い換えれば解像限界よりも微細なパターンを形成することが可能となる。また、本発明では、先に第１および第２レジスト膜を形成し、これを順次露光することで、パターンを形成するため、プラズマアッシングなどの工程や、所定基板を他のチャンバへ移行する手間などを削減できる。この結果、より微細なパターンを容易に形成することが可能となる。
【００１１】
また、本発明による半導体装置の製造方法は、所定の半導体素子が形成された半導体基板を準備する工程と、半導体基板上に第１レジスト膜を形成する工程と、第１レジスト膜上に第２レジスト膜を形成する工程と、第１パターンを有する第１ホトマスクを用いて第２レジスト膜を露光することで、第１パターンを第２レジスト膜に転写する工程と、第２パターンを有する第２ホトマスクを用い、第２パターンの一部が第２レジスト膜に転写された第１パターンと重畳するように、第２パターンを第２レジスト膜と第１パターンにより露出された第１レジスト膜とに転写することで、第１パターンと第２パターンとが重畳する領域に第１および第２レジスト膜を貫通する開口パターンを形成する工程とを有する。
【００１２】
一部が第２レジスト膜に転写された第１パターンと重畳し、この重畳部分が開口するように、第２パターンを転写することで、第１および第２マスクパターンの寸法に依存せずに、微細なパターンを所定基板上に形成することが可能となる。言い換えれば解像限界よりも微細なパターンを形成することが可能となる。これにより、より微細な半導体素子を形成することが可能となる。また、本発明では、先に第１および第２レジスト膜を形成し、これを順次露光することで、パターンを形成するため、プラズマアッシングなどの工程や、所定基板を他のチャンバへ移行する手間などを削減できる。この結果、より微細なパターンを容易に形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、より微細なパターンを容易に形成することが可能なパターン形成方法および半導体装置の製造方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
まず、本発明による実施例１について図面を用いて詳細に説明する。本実施例では、解像度の異なる二種類のレジストを用い、これらをパターン形状の異なる二種類のホトマスクを用いて２回露光することで、レジストの解像限界よりも微細なパターンを形成する。なお、本実施例では、ネガ型のレジストを用いた場合を例に挙げる。
【００１６】
・ホトマスク２０および３０の形状
図１に、本実施例において使用するホトマスク（第１ホトマスク）２０およびホトマスク（第２ホトマスク）３０にそれぞれ形成されたマスクパターン（第１マスクパターン）２１およびマスクパターン（第２マスクパターン）３１の構成を示す。なお、図１（ａ）はホトマスク２０に形成されたマスクパターン２１の上視図であり、図１（ｂ）はホトマスク３０に形成されたマスクパターン３１の上視図であり、図１（ｃ）は露光対象である半導体基板を重複露光するために使用される各マスクパターン（２１、３１）の領域（これを重複領域４１という）を示す図である。なお、本実施例では、ネガ型のレジストを用いる。このため、図１（ａ）および（ｂ）に示すマスクパターン２１および３１は共にレーザ光を透過させる領域である。また、各マスクパターン２１および３１における図１（ｃ）に示す重複領域４１をそれぞれ通過したレーザ光は、露光対象の半導体基板における同一の領域に照射される。
【００１７】
本実施例において、ホトマスク２０は例えば１度目の露光に使用される。このホトマスク２０は、例えば図１（ａ）に示すように、四角形を成す領域（以下、四角部２２という）のいずれかの辺に、この辺よりも短い幅を持つ矩形状の領域（以下、先端部２３という）が付加された凸形状のマスクパターン２１を有する。図１（ａ）では、説明の都合上、四角部２２における右側の辺に先端部２３が付加された例を示す。なお、四角部２２は、例えば長方形であっても正方形であっても、または他の形状（三角形やその他の多角形を含む）としても良い。また、四角部２２を例えば長方形とした場合、この四角部２２は、図１（ａ）中、縦方向に長く配置されても横方向に長く配置されても良い。すなわち、マスクパターン２１において、先端部２３は、四角部２２における長辺に付加されても短辺に付加されても良い。
【００１８】
四角部２２の寸法において、先端部２３が付加される辺の長さは、例えば従来一般的なマスクパターンとして用いられてきた寸法としても、これ以上またはこれ以下の寸法としてもよい。同様に、先端部２３が付加された辺以外の辺の長さは、例えば従来一般的なマスクパターンとして用いられてきた寸法としても、これ以上又はこれ以下の寸法としてもよい。本例では、先端部２３が付加された辺およびこれと対向する辺の長さを例えば０．２μｍ程度とし、これら以外の辺の長さを例えば０．１５μｍ程度とする。
【００１９】
また、先端部２３の幅は、一般的に使用されてきた寸法よりも低い寸法であり、半導体基板に所望する径の開口パターンを形成することが可能な寸法とする。また、先端部２３の長さは、半導体基板に所望する径の開口パターンを形成することが可能な寸法以上とすることが好ましい。例えば径が０．１μｍ程度の開口パターンを半導体基板におけるレジストに形成する場合、先端部２３の幅を０．１μｍ程度とし、先端部２３の長さを例えば０．１５μｍ（＞０．１μｍ）程度とする。
【００２０】
このようなマスクパターン２１は、所定の露光装置にホトマスク２０を設置した際、先端部２３が後述において同様に設置されるホトマスク３０の先端部３３（図１（ｂ）参照）と向き合い、且つ先端部２３を透過したレーザ光が半導体基板における所望する領域（重複露光領域４６（図４（ａ）参照）に照射されるように配置される。
【００２１】
また、ホトマスク３０は例えば二度目の露光に使用される。このホトマスク３０は、図１（ａ）に示すホトマスク２０と同様に、四角形を成す領域（以下、四角部３２という）のいずれかの辺に、この辺よりも短い幅を持つ矩形状の領域（以下、先端部３３という）が付加された凸形状のマスクパターン３１を有する（図１（ｂ）参照）。図１（ｂ）では、説明の都合上、四角部３２における左側の辺に先端部３３が付加された例を示す。また、四角部３２を長方形とした場合、この四角部３２は、四角部２２と同様に、図１（ｂ）中、縦方向に長く配置されても横方向に長く配置されても良い。すなわち、マスクパターン３１において、先端部３３は、四角部３２における長辺に付加されても短辺に付加されても良い。
【００２２】
四角部３２の寸法において、先端部３３が付加される辺の長さは、四角部２２と同様に、例えば従来一般的なマスクパターンとして用いられてきた寸法としても、これ以上またはこれ以下の寸法としてもよい。同様に、先端部が付加された辺以外の辺の長さは、例えば従来一般的なマスクパターンとして用いられてきた寸法としても、これ以上またはこれ以下としても良い。本例では、先端部３３が付加された辺およびこれと対向する辺の長さを、四角部２２と同様に、例えば０．２μｍ程度とし、これら以外の辺の長さを例えば０．１５μｍ程度とする。
【００２３】
また、先端部３３の幅も、先端部２３と同様に、一般的に使用されてきた寸法よりも低い寸法であり、半導体基板に所望する径の開口パターンを形成することが可能な寸法とする。また、先端部３３の長さも、先端部２３と同様に、半導体基板に所望する径の開口パターンを形成することが可能な寸法以上とすることが好ましい。例えば径が０．１μｍ程度の開口パターンを半導体基板におけるレジストに形成する場合、先端部３３の幅を例えば０．１μｍ程度とし、先端部３３の長さを例えば０．１５μｍ程度とする。
【００２４】
このようなマスクパターン３１は、上述したように、所定の露光装置にホトマスク３０を設置した際、先端部３３が上述において設置されたホトマスク２０の先端部２３（図１（ａ）参照）と向き合い、且つ先端部３３を透過したレーザ光が露光対象の半導体基板における所望する領域（重複露光領域４６（図７（ａ）参照）に重複して照射されるように配置される。
【００２５】
このように、マスクパターン２１とマスクパターン３１とでは、図１（ｃ）に示すように、それぞれのホトマスク（２０、３０）を所定の露光装置に設置した状態でレーザ光を照射した際に、互いに同じ領域（重複露光領域４６）を照射する領域（重複領域４１）を有する。この重複領域４１は、上述したように例えば径が０．１μｍ程度の開口パターンを形成する場合、図１（ｃ）に示すように、０．１μｍ程度の寸法とする。このように、重複領域４１の寸法を小することで、微細なパターンを形成することが可能となる。すなわち、先端部２３および３３の幅、若しくは少なくとも一方の先端部２３／３３の幅を、形成するパターンに要求する程度に微細な幅とすると共に、重複させる長さも、形成するパターンに要求する程度に微細な長さとすることで、所望する微細なパターンを形成することができる。なお、本実施例における微細とは、例えば通常のパターン形成における寸法よりも微細であって、例えば露光を行う露光装置の解像限界よりも微細であることを指す。
【００２６】
また、以上のようなホトマスク２０および３０は、例えば合成石英などのマスク基板上に、例えばクロム（Ｃｒ）膜などを用いた遮光膜を形成し、この遮光膜に上述したようにマスクパターン２１または３１を例えばエッチングにより開口することで製造することができる。ただし、これに限定されず、例えばクロム酸化膜（ＣｒＯx）、ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ）の酸化膜、またはクロム酸化膜及びケイ化モリブデンの酸化膜のうちいずれかを含む多層膜などを用いたハーフトーン膜と、例えばクロム（Ｃｒ）膜などを用いた遮光膜とを用いて、マスクパターン２１または３１と同等のマスクパターンを形成しても、またはマスクパターン２１または３１をこれと同等のレベンソン型マスクパターンとして形成しても良い。
【００２７】
また、例えばＫｒＦエキシマレーザリソグラフィやｉ線リソグラフィなどで一般的に用いられる６インチのレチクルを用いた場合、ホトマスク２０および３０のマスク基板厚は、例えば６．３５ｍｍ（ミリメートル）とすることができる。ただし、上記に限定されず、種々の材料および厚さからなる基板をマスク基板として使用することができる。
【００２８】
・ホトマスク２０および３０を用いて結像される光学像
次に、上記のようなホトマスク２０および３０を用いて所定の半導体基板上のレジストを露光した際にレジスト上に結像される光学像を図面と共に詳細に説明する。図２（ａ）は一回目の露光においてホトマスク２０により結像される光学像２５を示す図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す光学像２５の線Ｉ−Ｉ’に沿った相対光強度を示すグラフである。また、図３（ａ）は二回目の露光においてホトマスク３０により結像される光学像３５を示す図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す光学像３５の線ＩＩ−ＩＩ’に沿った相対光強度を示すグラフである。なお、本実施例において、相対光強度とは、ある領域に照射されるレーザ光の強度の相対的な積分値を指す。
【００２９】
本実施例では、一回目の露光における露光時間を、後述する通常レジスト膜（第２レジスト膜）１２Ｂを除去するのに必要な時間であって、通常レジスト膜１２Ｂの下層に配置された後述する高解像度レジスト膜（第１レジスト膜）１２Ａを完全には除去しない程度、好ましくは高解像度レジスト１２Ａの除去（浸食）を無視できる程度の時間とする。また、本実施例では、二回目の露光における露光時間を、マスクパターン２１の転写により露出された高解像度レジスト膜１２Ａを除去するのに必要な時間であって、通常レジスト膜１２Ｂと高解像度レジスト膜１２Ａとが積層された部分を完全に除去しない程度の時間とする。すなわち、転写されたマスクパターン２１に重畳してマスクパターン３１が転写された領域（重複露光領域４１）のみに、レジスト膜１２Ｂおよび高解像度レジスト膜１２Ａを貫通する、言い換えれば層間絶縁膜１１を露出させる開口パターン１１ａを形成する程度の時間とする。なお、本実施例において、高解像度レジストとは、一般的に使用される高解像度レジストの他、後述するレジスト膜１２Ｂよりも所定の露光条件に対する腐食の度合いが低い材料も適用することができる。
【００３０】
それぞれの露光において上記のような露光時間を設定することで、重複して露光される部分（後述する図４（ａ）の重複露光領域４６参照）のレジストのみを除去することが可能となる。すなわち、この重複露光領域４６のみのレジスト１２（図７（ａ）および（ｂ）参照）に開口パターン１２ｃを形成することで、この部分の半導体基板（具体的には後述する層間絶縁膜１１）のみを露出させることができる。
【００３１】
また、本実施例において、例えば後述する通常レジスト膜１２Ｂの膜厚と高解像度レジスト膜１２Ａの膜厚とを同じとすると共に、高解像度レジスト膜１２Ａを丁度除去するのに必要なレーザ光の光量が、通常レジスト膜１２Ｂを丁度除去するのに必要なレーザ光の光量の約２倍であるとすると、光学像３５の相対光強度は、図２（ｂ）と図３（ｂ）とを比較すると明らかなように、一回目の露光による光学像２５の相対光強度の約２倍となる。そこで、本実施例では、通常レジスト膜１２Ｂを除去する際の露光（一回目の露光に相当）を半露光といい、高解像度レジスト膜１２Ａを除去する際の露光（二回目の露光に相当）を全露光という。
【００３２】
さらに、図４（ａ）は一回目の露光と二回目の露光とにおいてホトマスク２０および３０により結像される光学像２５および３５の合成光学像４５を示す図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す合成光学像４５の線ＩＩＩ−ＩＩＩ’に沿った相対光強度を示すグラフである。
【００３３】
図２から図４に示すように、光学像２５と光学像３５とは、マスクパターン２１および３１の先端部２３および３３にそれぞれ対応する領域の一部が重畳する。したがって、図４（ａ）に示すように、これらを合成した合成光学像４５は、重複して露光される領域（重複露光領域４６）を有する。この重複露光領域４６は、図４（ｂ）に示すように、最も相対光強度が強い領域である。本実施例では、上述したように、重複露光領域４６に照射されるレーザ光の光量によって完全に除去される程度の膜厚を有するレジスト（後述における高解像度レジスト膜１２Ａおよび通常レジスト膜１２Ｂ）を、露光対象である半導体基板上に形成することで、この重複露光領域４６のみのレジストが完全に除去されるように構成する。
【００３４】
・半導体装置の製造方法
次に、本実施例によるパターン形成方法を含む半導体装置１の製造方法を図面と共に詳細に説明する。本製造方法では、まず、表面をアクティブ領域とフィールド領域とに定義するために形成された素子分離絶縁膜（フィールド絶縁膜）１３と、半導体基板（所定基板）１０のアクティブ領域表面に形成されたゲート絶縁膜１４と、ゲート絶縁膜１４上に形成されたゲート電極１５と、アクティブ領域においてゲート電極１５下を挟む領域にゲート電極１５下を挟み込むように形成された一対の拡散領域（ソース・ドレイン領域）１６とを有するトランジスタ１７が形成された半導体基板１０を準備する。なお、この半導体基板１０は、例えばｐ型のシリコン基板であっても、ｎ型のシリコン基板であっても、他の半導体基板であってもよい。また、トランジスタ１７はｐ型であってもｎ型であってもよい。
【００３５】
次に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いることで、半導体基板１０におけるトランジスタ１７が形成された面に、トランジスタ１０を埋没させる程度に例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）を堆積させることで、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜１１を形成する。次に、形成した層間絶縁膜１１の表面を例えばＣＭＰ（Chemical and Mechanical Polishing）法などを用いて平坦化する。なお、平坦化後の層間絶縁膜１１は、トランジスタ１７のゲート電極１５上面から例えば５０００Å（オングストローム）程度の膜厚となるように形成される。
【００３６】
その後、図５（ａ）に示すように、層間絶縁膜１１上に、上述したような高解像度レジストの溶液をスピン塗布することで、例えば２０００Å程度の高解像度レジスト膜１２Ａを形成する。なお、高解像度レジスト膜１２Ａの材料としては、例えば酸発生剤と溶解抑止剤とを含む有機溶剤よりなる化学増幅型ホトレジストなどを適用することができる。
【００３７】
次に、上記のように形成した高解像度レジスト膜１２Ａ上に、通常の解像度を有するレジスト液をスピン塗布することで、図５（ｂ）に示すように、例えば２０００Å程度の通常のレジスト膜（以下、これを通常レジスト膜１２Ｂという）を形成する。なお、レジスト膜１２Ｂの材料としては、ネガ型のホトレジストであれば、例えばビスアジド系化合物が添付された高分子材料など、通常の材料を適用することができる。ただし、これに限定されず、上述の高解像度レジスト膜１２Ａよりも所定の露光条件に対する腐食の度合いが高い材料であれば適用することが可能である。
【００３８】
以上のように、高解像度レジスト膜１２Ａおよび通常レジスト膜１２Ｂを順次積層することで、本実施例特有の、解像度の異なる二種類のレジストが積層された構造が実現される。なお、図５（ｂ）以降の図面および後述では、簡略化のため、素子分離絶縁膜１３とトランジスタ１７における拡散領域１６との構成を省略して説明する。
【００３９】
次に、図６（ａ）に示すように、レジスト１２が形成された面から所定距離上方に、図１（ａ）に示すホトマスク２０を配置する。次に、ホトマスク２０を介して半導体基板１０上の通常レジスト膜１２Ｂを露光することで、図２（ａ）に示すような光学像２５が結像された領域における通常レジスト膜１２Ｂを除去する。これにより、図６（ａ）および（ｂ）に示すように光学像２５に対応した領域の通常レジスト膜１２Ｂが除去されてレジストパターン１２ａが形成され、この領域において高解像度レジスト膜１２Ａが露出される。なお、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す工程により形成されたレジストパターン１２ａの構成を示す上視図である。
【００４０】
なお、図６（ａ）に示す露光工程では、例えば波長が２４８ｎｍ（ナノメートル）のレーザ光を用いることができる。このレーザ光の光源には、例えばエキシマレーザＫｒＦを用いることができる。また、露光条件における照射時間は、上述したように、通常レジスト膜１２Ｂを除去するのに必要な時間であって、通常レジスト膜１２Ｂの下層に配置された高解像度レジスト膜１２Ａの除去が無視できる程度の時間、例えば１４０ｍｓとする。さらに露光条件における焦点深度は、例えば１．０μｍ程度とすることができる。
【００４１】
次に、図７（ａ）に示すように、レジスト１２が形成された面から所定距離上方に、図１（ｂ）に示すホトマスク３０を配置する。次に、ホトマスク３０を介して通常レジスト膜１２Ｂと露出された高解像度レジスト膜１２Ａとを露光することで、図３（ａ）に示すような光学像３５が結像された領域における通常レジスト膜１２Ｂおよびこの領域において露出している高解像度レジスト膜１２Ａを除去する。これにより、図７（ａ）および（ｂ）に示すように通常レジスト膜１２Ｂおよび高解像度レジスト膜１２Ａが除去されてレジストパターン１２ｂが形成されると共に、重複露光領域４６に開口パターン１２ｃが形成される。この結果、重複露光領域４６において層間絶縁膜１１が露出される。なお、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す工程により形成されたレジストパターン１２ｄの構成を示す上視図である。
【００４２】
また、図７（ａ）に示す露光工程では、図６（ａ）に示す露光工程と同様に、例えば波長が２４８ｎｍのレーザ光を用いることができる。このレーザ光の光源には、例えばエキシマレーザＫｒＦを用いることができる。また、露光条件における露光時間は、上述したように、高解像度レジスト膜１２Ａを除去するのに必要な時間であって、通常レジスト膜１２Ｂと高解像度レジスト膜１２Ａとが積層された部分を完全に除去しない程度の時間、例えば３００ｍｓとする。さらに、露光条件における焦点深度は例えば１．０μｍ程度とすることができる。
【００４３】
このように、通常レジスト膜１２Ｂおよび高解像度レジスト膜１２Ａよりなるレジスト１２に微細な開口パターン１２ｃを設けると、次に図８（ａ）に示すように、このレジスト１２をマスクとして開口パターン１２ｃから層間絶縁膜１１をエッチングすることで、層間絶縁膜１１に開口パターン１１ａを形成する。これにより、トランジスタ１７のゲート電極１５上面が露出される。その後、図８（ｂ）および（ｃ）に示すように、層間絶縁膜１１上の通常レジスト膜１２Ｂおよび高解像度レジスト膜１２Ａを除去する。なお、図８（ｃ）は図８（ａ）および（ｂ）に示す工程により開口パターン１１ａが形成され且つ通常レジスト膜１２Ｂおよび高解像度レジスト膜１２Ａが除去された層間絶縁膜１１の構成を示す上視図である。
【００４４】
その後、開口パターン１１ａ内部に例えばタングステン（Ｗ）などの導電体を充填することでコンタクト内配線１８を形成し、次に層間絶縁膜１１およびコンタクト内配線１８上にメタル配線層１９を形成する。これにより、図９に示すような半導体装置１が形成される。
【００４５】
・作用効果
以上のように、本実施例では、所定基板（１１）を準備し、所定基板（１１）上に第１レジスト膜（１２Ａ）を形成し、第１レジスト膜（１２Ａ）上に第２レジスト膜（１２Ｂ）を形成し、第１パターン（２１）を有する第１ホトマスク（２０）を用いて第２レジスト膜（１２Ｂ）を露光することで、第１パターン（２１）を第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写し、第２パターン（３１）を有する第２ホトマスク（３０）を用い、第２パターン（３１）の一部が第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写された第１パターン（２１）と重畳するように、第２パターン（３１）を第２レジスト膜（１２Ｂ）と第１パターン（２１）により露出された第１レジスト膜（１２Ａ）とに転写することで、第１パターン（２１）と第２パターン（３１）とが重畳する領域（４６）に第１および第２レジスト膜（１２Ｂ、１２Ａ）を貫通する開口パターン（１１ａ）を形成する。
【００４６】
このように、一部が第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写された第１パターン（２１）と重畳し、この重畳部分（４６）が開口するように、第２パターン（３１）を転写することで、第１および第２パターン（２１、３１）の寸法に依存せずに、微細なパターンを所定基板上に形成することが可能となる。言い換えれば解像限界よりも微細なパターンを形成することが可能となる。また、本発明では、先に第１および第２レジスト膜（１２Ａ、１２Ｂ）を形成し、これを順次露光することで、パターンを形成するため、プラズマアッシングなどの工程や、所定基板を他のチャンバへ移行する手間などを削減できる。この結果、より微細なパターンを容易に形成することが可能となる。
【００４７】
さらに、本実施例では、第２パターン（３１）が、第１および第２パターン（２１、３１）を転写するための露光装置の解像限界よりも微細な幅の第３パターン（３３）を含み、第２パターン（３１）が、第３パターン（３３）が第１パターン（２１）により露出された第１レジスト膜（１２Ａ）に重畳するように転写される。
【００４８】
このため、露光装置の解像限界に依存せず、この解像限界よりも微細なパターンを形成することが可能となる。
【実施例２】
【００４９】
次に、本発明の実施例２について図面を用いて詳細に説明する。尚、以下の説明において、実施例１と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、特記しない構成に関しては実施例１と同様である。なお、本実施例では、ネガ型のレジストを用いた場合を例に挙げる。
【００５０】
・ホトマスク２０’および３０’の形状
図１０に、本実施例において使用するホトマスク２０’および３０’にそれぞれ形成されたマスクパターン２１’および３１’の構成を示す。なお、図１０（ａ）はホトマスク２０’に形成されたマスクパターン２１’の上視図であり、図１０（ｂ）はホトマスク３０’に形成されたマスクパターン３１’の上視図であり、図１０（ｃ）は露光対象である半導体基板を重複露光するために使用される各マスクパターン（２１’、３１’）の領域（これを重複領域４１’という）を示す図である。なお、本実施例では、ネガ型のレジストを用いる。このため、図１０（ａ）および（ｂ）に示すマスクパターン２１’および３１’は共にレーザ光を透過させる領域である。また、各マスクパターン２１’および３１’における図１０（ｃ）に示す重複領域４１’をそれぞれ通過したレーザ光は、露光対象の半導体基板における同一の領域に照射される。
【００５１】
図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施例によるマスクパターン２１’および３１’は、実施例１によるマスクパターン２１および３１における四角部２２および３２が、それぞれ円形状の領域（以下、円形部２２’および３２’という）に置き換えられると共に、同じく実施例１によるマスクパターン２１および３１における先端部２３および３３が、それぞれ先端が円弧状の領域（以下、先端部２３’および３３’）に置き換えられた構造を有する。なお、他の構成は、実施例１と同様である。また、本実施例では、円形部２２’および３２’を円形とするが、これに限らず、例えば楕円形など、種々の形状を適用することができる。
【００５２】
円形部２２’の径は、例えば従来一般的なマスクパターンとして用いられてきた寸法としても、これ以上またはこれ以下の寸法としてもよい。本例では、円形部２２’の径を例えば０．２μｍ程度とする。また、先端部２３’の寸法は、実施例１の先端部２３と同様に、例えば径が０．１μｍ程度の開口パターンを半導体基板におけるレジストに形成する場合、先端部２３’の幅を０．１μｍ程度とし、先端部２３’の長さを例えば０．１５μｍ（＞０．１μｍ）程度とする。
【００５３】
一方、円形部３２’の径も、例えば従来一般的なマスクパターンとして用いられてきた寸法としても、これ以上またはこれ以下の寸法としてもよい。本例では、円形部３２’の径を例えば０．２μｍ程度とする。また、先端部３３’の寸法も、先端部２３’と同様に、例えば径が０．１μｍ程度の開口パターンを半導体基板におけるレジストに形成する場合、先端部３３’の幅を０．１μｍ程度とし、先端部３３’の長さを例えば０．１５μｍ（＞０．１μｍ）程度とする。
【００５４】
以上のマスクパターン２１’とマスクパターン３１’とでは、図１０（ｃ）に示すように、それぞれのホトマスク（２０’、３０’）を所定の露光装置に設置した状態でレーザ光を照射した際に、互いに同じ領域（重複露光領域４６’）を照射する領域（重複領域４１’）を有する。この重複領域４１’は、上述したように例えば径が０．１μｍ程度の開口パターンを形成する場合、図１０（ｃ）に示すように、０．１μｍ程度の寸法とされるため、この部分の寸法を通常のパターン形成における寸法よりも微細としておくことで、微細なパターンを形成することが可能となる。すなわち、先端部２３’および３３’の幅、若しくは少なくとも一方の先端部２３’／３３’の幅を、形成するパターンに要求する程度に微細な幅とすると共に、重複させる長さも、形成するパターンに要求する程度に微細な長さとすることで、所望する微細なパターンを形成することができる。
【００５５】
・ホトマスク２０’および３０’を用いて結像される光学像
次に、上記のようなホトマスク２０’および３０’を用いて所定の半導体基板上のレジストを二回露光した際にレジスト上に結像される合成光学像を図面と共に詳細に説明する。図１１（ａ）は一回目の露光と二回目の露光とにおいてホトマスク２０’および３０’により結像される光学像２５’および３５’の合成光学像４５’を示す図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示す合成光学像４５’の線ＩＶ−ＩＶ’に沿った相対光強度を示すグラフである。
【００５６】
図１１（ａ）に示すように、光学像２５’と光学像３５’とは、マスクパターン２１’および３１’の先端部２３’および３３’にそれぞれ対応する領域の一部が重畳する。したがって、図１１（ａ）に示すように、これらを合成した合成光学像４５’は、重複して露光される領域（重複露光領域４６’）を有する。この重複露光領域４６’は、図１１（ｂ）に示すように、最も相対光強度が強い領域である。本実施例では、実施例１と同様に、重複露光領域４６’に照射されるレーザ光の光量によって完全に除去される程度の膜厚を有するレジスト（高解像度レジスト膜１２Ａおよび通常レジスト膜１２Ｂ）を、露光対象である半導体基板上に形成することで、この重複露光領域４６’のみのレジストが完全に除去されるように構成する。
【００５７】
・半導体装置の製造方法
また、本実施例による半導体装置の製造方法は、実施例１におけるホトマスク２０および３０を、本実施例によるホトマスク２１’および３０’に置き換えるのみであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００５８】
・作用効果
以上のように、本実施例では、所定基板（１１）を準備し、所定基板（１１）上に第１レジスト膜（１２Ａ）を形成し、第１レジスト膜（１２Ａ）上に第２レジスト膜（１２Ｂ）を形成し、第１パターン（２１’）を有する第１ホトマスク（２０’）を用いて第２レジスト膜（１２Ｂ）を露光することで、第１パターン（２１’）を第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写し、第２パターン（３１’）を有する第２ホトマスク（３０’）を用い、第２パターン（３１’）の一部が第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写された第１パターン（２１’）と重畳するように、第２パターン（３１’）を第２レジスト膜（１２Ｂ）と第１パターン（２１’）により露出された第１レジスト膜（１２Ａ）とに転写することで、第１パターン（２１’）と第２パターン（３１’）とが重畳する領域（４６’）に第１および第２レジスト膜（１２Ｂ、１２Ａ）を貫通する開口パターン（１１ａ）を形成する。
【００５９】
このように、一部が第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写された第１パターン（２１）と重畳し、この重畳部分（４６’）が開口するように、第２パターン（３１’）を転写することで、第１および第２パターン（２１’、３１’）の寸法に依存せずに、微細なパターンを所定基板上に形成することが可能となる。言い換えれば解像限界よりも微細なパターンを形成することが可能となる。また、本発明では、先に第１および第２レジスト膜（１２Ａ、１２Ｂ）を形成し、これを順次露光することで、パターンを形成するため、プラズマアッシングなどの工程や、所定基板を他のチャンバへ移行する手間などを削減できる。この結果、より微細なパターンを容易に形成することが可能となる。
【００６０】
さらに、本実施例では、第２パターン（３１’）が、第１および第２パターン（２１’、３１’）を転写するための露光装置の解像限界よりも微細な幅の第３パターン（３３’）を含み、第２パターン（３１’）が、第３パターン（３３’）が第１パターン（２１’）により露出された第１レジスト膜（１２Ａ）に重畳するように転写される。
【００６１】
このため、露光装置の解像限界に依存せず、この解像限界よりも微細なパターンを形成することが可能となる。
【実施例３】
【００６２】
次に、本発明の実施例３について図面を用いて詳細に説明する。尚、以下の説明において、実施例１または実施例２と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、特記しない構成に関しては実施例１または実施例２と同様である。なお、本実施例では、ネガ型のレジストを用いた場合を例に挙げる。
【００６３】
・ホトマスク２０”および３０”の形状
図１２に、本実施例において使用するホトマスク２０”および３０”にそれぞれ形成されたマスクパターン２１”および３１”の構成を示す。なお、図１２（ａ）はホトマスク２０”に形成されたマスクパターン２１”の上視図であり、図１２（ｂ）はホトマスク３０”に形成されたマスクパターン３１”の上視図であり、図１２（ｃ）は露光対象である半導体基板を重複露光するために使用される各マスクパターン（２１”、３１”）の領域（これを重複領域４１”という）を示す図である。なお、本実施例では、ネガ型のレジストを用いる。このため、図１２（ａ）および（ｂ）に示すマスクパターン２１”および３１”は共にレーザ光を透過させる領域である。また、各マスクパターン２１”および３１”における図１２（ｃ）に示す重複領域４１”をそれぞれ通過したレーザ光は、露光対象の半導体基板における同一の領域に照射される。
【００６４】
図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施例によるマスクパターン２１”および３１”は、四角形を成す領域のみで構成されている。なお、他の構成は、実施例１と同様である。
【００６５】
マスクパターン２１”および３１”は、所定の露光装置にホトマスク２０”および３１”をそれぞれ設置した際、互いに角部が向き合い、且つ角部を透過したレーザ光が半導体基板における所望する領域（重複露光領域４６”（図１３（ａ）参照）に照射されるように配置される。
【００６６】
また、マスクパターン２１”および３１”の各辺の寸法は、例えば従来一般的なマスクパターンとして用いられてきた寸法としても、これ以上またはこれ以下の寸法としてもよい。本例では、マスクパターン２１”および３１”をそれぞれ一辺が例えば０．２μｍ程度の正方形とする。
【００６７】
以上のマスクパターン２１”とマスクパターン３１”とでは、図１２（ｃ）に示すように、それぞれのホトマスク（２０”、３０”）を所定の露光装置に設置した状態でレーザ光を照射した際に、互いに同じ領域（重複露光領域４６”）を照射する領域（重複領域４１”）を有する。この重複領域４１”は、マスクパターン２１”および３１”それぞれにおける角部を重ねることで構成されている。すなわち、本実施例では、マスクパターン２１”による光学像２５”の角部とマスクパターン３１”による光学像３５”の角部とが所望する程度に重畳するように、マスクパターン２１”および３１”の位置を調整することで、所望する程度に微細な領域を二重露光する。
【００６８】
・ホトマスク２０”および３０”を用いて結像される光学像
次に、上記のようなホトマスク２０”および３０”を用いて所定の半導体基板上のレジストを二回露光した際にレジスト上に結像される合成光学像を図面と共に詳細に説明する。図１３（ａ）は一回目の露光と二回目の露光とにおいてホトマスク２０”および３０”により結像される光学像２５”および３５”の合成光学像４５”を示す図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）に示す合成光学像４５”の線Ｖ−Ｖ”に沿った相対光強度を示すグラフである。
【００６９】
図１３（ａ）に示すように、光学像２５”と光学像３５”とは、マスクパターン２１”および３１”の角部にそれぞれ対応する領域の一部が重畳する。したがって、図１３（ａ）に示すように、これらを合成した合成光学像４５”は、重複して露光される領域（重複露光領域４６”）を有する。この重複露光領域４６”は、図１３（ｂ）に示すように、最も相対光強度が強い領域である。本実施例では、実施例１と同様に、重複露光領域４６”に照射されるレーザ光の光量によって完全に除去される程度の膜厚を有するレジスト（高解像度レジスト膜１２Ａおよび通常レジスト膜１２Ｂ）を、露光対象である半導体基板上に形成することで、この重複露光領域４６”のみのレジストが完全に除去されるように構成する。
【００７０】
・半導体装置の製造方法
また、本実施例による半導体装置の製造方法は、実施例１におけるホトマスク２０および３０を、本実施例によるホトマスク２１”および３０”に置き換えるのみであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００７１】
・作用効果
以上のように、本実施例では、所定基板（１１）を準備し、所定基板（１１）上に第１レジスト膜（１２Ａ）を形成し、第１レジスト膜（１２Ａ）上に第２レジスト膜（１２Ｂ）を形成し、第１パターン（２１”）を有する第１ホトマスク（２０”）を用いて第２レジスト膜（１２Ｂ）を露光することで、第１パターン（２１”）を第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写し、第２パターン（３１”）を有する第２ホトマスク（３０”）を用い、第２パターン（３１”）の一部が第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写された第１パターン（２１”）と重畳するように、第２パターン（３１”）を第２レジスト膜（１２Ｂ）と第１パターン（２１”）により露出された第１レジスト膜（１２Ａ）とに転写することで、第１パターン（２１”）と第２パターン（３１”）とが重畳する領域（４６”）に第１および第２レジスト膜（１２Ｂ、１２Ａ）を貫通する開口パターン（１１ａ）を形成する。
【００７２】
このように、一部が第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写された第１パターン（２１）と重畳し、この重畳部分（４６”）が開口するように、第２パターン（３１”）を転写することで、第１および第２パターン（２１”、３１”）の寸法に依存せずに、微細なパターンを所定基板上に形成することが可能となる。言い換えれば解像限界よりも微細なパターンを形成することが可能となる。また、本発明では、先に第１および第２レジスト膜（１２Ａ、１２Ｂ）を形成し、これを順次露光することで、パターンを形成するため、プラズマアッシングなどの工程や、所定基板を他のチャンバへ移行する手間などを削減できる。この結果、より微細なパターンを容易に形成することが可能となる。
【００７３】
さらに、本実施例では、第１パターン（２１”）が第１角部を有し、第２パターン（３１”）が第２角部を有し、第２パターン（３１”）が、第２角部が第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写された第１パターン（２１”）の第１角部に重畳するように転写される。
【００７４】
このため、露光装置の解像限界に依存せず、この解像限界よりも微細なパターンを形成することが可能となる。
【実施例４】
【００７５】
次に、本発明の実施例４について図面を用いて詳細に説明する。尚、以下の説明において、実施例１から実施例３のいずれかと同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、特記しない構成に関しては実施例１から実施例３のいずれかと同様である。なお、本実施例では、ネガ型のレジストを用いた場合を例に挙げる。
【００７６】
・ホトマスク２０”’および３０”’の形状
図１４に、本実施例において使用するホトマスク２０”’および３０”’にそれぞれ形成されたマスクパターン２１”’および３１”’の構成を示す。なお、図１４（ａ）はホトマスク２０”’に形成されたマスクパターン２１”’の上視図であり、図１４（ｂ）はホトマスク３０”’に形成されたマスクパターン３１”’の上視図であり、図１４（ｃ）は露光対象である半導体基板を重複露光するために使用される各マスクパターン（２１”’、３１”’）の領域（これを重複領域４１”’という）を示す図である。なお、本実施例では、ネガ型のレジストを用いる。このため、図１４（ａ）および（ｂ）に示すマスクパターン２１”’および３１”’は共にレーザ光を透過させる領域である。また、各マスクパターン２１”’および３１”’における図１４（ｃ）に示す重複領域４１”’をそれぞれ通過したレーザ光は、露光対象の半導体基板における同一の領域に照射される。
【００７７】
図１４（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施例によるマスクパターン２１”’および３１”’は、長方形を成す領域のみで構成されている。ただし、マスクパターン２１”’とマスクパターン３１”’とでは、長方形の長辺の延在方向が異なる。例えば図１４（ａ）および（ｂ）に示す例では、マスクパターン２１”’の長辺の延在方向とマスクパターン３１”’の長辺の延在方向とが９０°に直交する。なお、他の構成は、実施例１と同様である。
【００７８】
マスクパターン２１”’および３１”’は、所定の露光装置にホトマスク２０”’および３１”’をそれぞれ設置した際、互いに中腹部で交わり、且つ交わる領域を透過したレーザ光が半導体基板における所望する領域（重複露光領域４６”’（図１５（ａ）参照）に照射されるように配置される。
【００７９】
また、マスクパターン２１”’および３１”’の長辺の寸法は、例えば従来一般的なマスクパターンとして用いられてきた寸法としても、これ以上またはこれ以下の寸法としてもよい。本例では、各長辺の長さを例えば０．３μｍ程度とする。また、マスクパターン２１”’および３１”’の短辺の寸法は、例えば径が０．１μｍ程度の開口パターンを半導体基板におけるレジストに形成する場合、例えば０．１μｍ程度とする。
【００８０】
以上のマスクパターン２１”’とマスクパターン３１”’とでは、図１４（ｃ）に示すように、それぞれのホトマスク（２０”’、３０”’）を所定の露光装置に設置した状態でレーザ光を照射した際に、互いに同じ領域（重複露光領域４６”’）を照射する領域（重複領域４１”’）を有する。この重複領域４１”’は、マスクパターン２１”’および３１”’を重ねることで構成されている。すなわち、本実施例では、マスクパターン２１”’による光学像２５”’とマスクパターン３１”’による光学像３５”’とを重畳させることで、マスクパターン２１”’および３１”’の幅に相当する程度に微細な領域を二重露光する。
【００８１】
・ホトマスク２０”’および３０”’を用いて結像される光学像
次に、上記のようなホトマスク２０”’および３０”’を用いて所定の半導体基板上のレジストを二回露光した際にレジスト上に結像される合成光学像を図面と共に詳細に説明する。図１５（ａ）は一回目の露光と二回目の露光とにおいてホトマスク２０”’および３０”’により結像される光学像２５”’および３５”’の合成光学像４５”’を示す図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）に示す合成光学像４５”’の線ＶＩ−ＶＩ”’に沿った相対光強度を示すグラフである。
【００８２】
図１５（ａ）に示すように、光学像２５”’と光学像３５”’とは、マスクパターン２１”’および３１”’の中腹部に対応する領域が重畳する。したがって、図１５（ａ）に示すように、これらを合成した合成光学像４５”’は、重複して露光される領域（重複露光領域４６”’）を有する。この重複露光領域４６”’は、図１５（ｂ）に示すように、最も相対光強度が強い領域である。本実施例では、実施例１と同様に、重複露光領域４６”’に照射されるレーザ光の光量によって完全に除去される程度の膜厚を有するレジスト（高解像度レジスト膜１２Ａおよび通常レジスト膜１２Ｂ）を、露光対象である半導体基板上に形成することで、この重複露光領域４６”’のみのレジストが完全に除去されるように構成する。
【００８３】
・半導体装置の製造方法
また、本実施例による半導体装置の製造方法は、実施例１におけるホトマスク２０および３０を、本実施例によるホトマスク２１”’および３０”’に置き換えるのみであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００８４】
・作用効果
以上のように、本実施例では、所定基板（１１）を準備し、所定基板（１１）上に第１レジスト膜（１２Ａ）を形成し、第１レジスト膜（１２Ａ）上に第２レジスト膜（１２Ｂ）を形成し、第１パターン（２１”’）を有する第１ホトマスク（２０”’）を用いて第２レジスト膜（１２Ｂ）を露光することで、第１パターン（２１”’）を第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写し、第２パターン（３１”’）を有する第２ホトマスク（３０”’）を用い、第２パターン（３１”’）の一部が第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写された第１パターン（２１”’）と重畳するように、第２パターン（３１”’）を第２レジスト膜（１２Ｂ）と第１パターン（２１”’）により露出された第１レジスト膜（１２Ａ）とに転写することで、第１パターン（２１”’）と第２パターン（３１”’）とが重畳する領域（４６”’）に第１および第２レジスト膜（１２Ｂ、１２Ａ）を貫通する開口パターン（１１ａ）を形成する。
【００８５】
このように、一部が第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写された第１パターン（２１）と重畳し、この重畳部分（４６”’）が開口するように、第２パターン（３１”’）を転写することで、第１および第２パターン（２１”’、３１”’）の寸法に依存せずに、微細なパターンを所定基板上に形成することが可能となる。言い換えれば解像限界よりも微細なパターンを形成することが可能となる。また、本発明では、先に第１および第２レジスト膜（１２Ａ、１２Ｂ）を形成し、これを順次露光することで、パターンを形成するため、プラズマアッシングなどの工程や、所定基板を他のチャンバへ移行する手間などを削減できる。この結果、より微細なパターンを容易に形成することが可能となる。
【００８６】
さらに、本実施例では、第１および第２パターン（２１”’、３１”’）が、第１および第２パターン（２１”’、３１”’）を転写するための露光装置の解像限界よりも微細な短辺を有する長方形であり、第２パターン（３１”’）が、第２パターン（３１”’）の長辺が第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写された第１パターン（２１”’）の長辺と交わるように転写される。
【００８７】
このため、露光装置の解像限界に依存せず、この解像限界よりも微細なパターンを形成することが可能となる。
【実施例５】
【００８８】
次に、本発明の実施例５について図面を用いて詳細に説明する。尚、以下の説明において、実施例１から実施例４のいずれかと同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、特記しない構成に関しては実施例１から実施例４のいずれかと同様である。なお、本実施例では、ネガ型のレジストを用いた場合を例に挙げる。
【００８９】
・ホトマスク２０””および３０””の形状
図１６に、本実施例において使用するホトマスク２０””および３０””にそれぞれ形成されたマスクパターン２１””および３１””の構成を示す。なお、図１６（ａ）はホトマスク２０””に形成されたマスクパターン２１””の上視図であり、図１６（ｂ）はホトマスク３０””に形成されたマスクパターン３１””の上視図であり、図１６（ｃ）は露光対象である半導体基板を重複露光するために使用される各マスクパターン（２１””、３１””）の領域（これを重複領域４１””という）を示す図である。なお、本実施例では、ネガ型のレジストを用いる。このため、図１６（ａ）および（ｂ）に示すマスクパターン２１””および３１””は共にレーザ光を透過させる領域である。また、各マスクパターン２１””および３１””における図１６（ｃ）に示す重複領域４１””をそれぞれ通過したレーザ光は、露光対象の半導体基板における同一の領域に照射される。
【００９０】
図１６（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施例によるマスクパターン２１””および３１””は、所定の間隔を隔ててライン状の開口部が配列された、いわゆるラインアンドスペースパターンで構成されている。ただし、マスクパターン２１””とマスクパターン３１””とでは、ライン状の開口部が延在する方向が異なる。例えば図１６（ａ）および（ｂ）に示す例では、マスクパターン２１””におけるライン状の開口部の延在方向とマスクパターン３１””におけるライン状の開口部の延在方向とが９０°に直交する。なお、他の構成は、実施例１と同様である。
【００９１】
マスクパターン２１””および３１””は、所定の露光装置にホトマスク２０””および３１””をそれぞれ設置した際、互いに交わり、且つ交わる領域を透過したレーザ光が半導体基板における所望する領域（重複露光領域４６””（図１７（ａ）参照）に照射されるように配置される。
【００９２】
また、マスクパターン２１””および３１””の幅は、例えば径が０．１μｍ程度の開口パターンを半導体基板におけるレジストに形成する場合、例えば０．１μｍ程度とする。
【００９３】
以上のマスクパターン２１””とマスクパターン３１””とでは、図１６（ｃ）に示すように、それぞれのホトマスク（２０””、３０””）を所定の露光装置に設置した状態でレーザ光を照射した際に、互いに同じ領域（重複露光領域４６””）を照射する領域（重複領域４１””）を有する。この重複領域４１””は、マスクパターン２１””および３１””を重ねることで構成されている。すなわち、本実施例では、マスクパターン２１””による光学像２５””とマスクパターン３１””による光学像３５””とを重畳させることで、マスクパターン２１””および３１””の幅に相当する程度に微細な領域を二重露光する。
【００９４】
・ホトマスク２０””および３０””を用いて結像される光学像
次に、上記のようなホトマスク２０””および３０””を用いて所定の半導体基板上のレジストを二回露光した際にレジスト上に結像される合成光学像を図面と共に詳細に説明する。図１７（ａ）は一回目の露光と二回目の露光とにおいてホトマスク２０””および３０””により結像される光学像２５””および３５””の合成光学像４５””を示す図であり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）に示す合成光学像４５””の線ＶＩＩ−ＶＩＩ””に沿った相対光強度を示すグラフである。
【００９５】
図１７（ａ）に示すように、光学像２５””と光学像３５””とは、マスクパターン２１””および３１””を構成するライン状の開口部の配列に応じて、所定の間隔で重畳する。したがって、図１７（ａ）に示すように、これらを合成した合成光学像４５””は、重複して露光される領域（重複露光領域４６””）を複数有する。この重複露光領域４６””は、図１７（ｂ）に示すように、最も相対光強度が強い領域である。本実施例では、実施例１と同様に、重複露光領域４６””に照射されるレーザ光の光量によって完全に除去される程度の膜厚を有するレジスト（高解像度レジスト膜１２Ａおよび通常レジスト膜１２Ｂ）を、露光対象である半導体基板上に形成することで、この重複露光領域４６””のみのレジストが完全に除去されるように構成する。
【００９６】
・半導体装置の製造方法
また、本実施例による半導体装置の製造方法は、実施例１におけるホトマスク２０および３０を、本実施例によるホトマスク２１””および３０””に置き換えるのみであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００９７】
・作用効果
以上のように、本実施例では、所定基板（１１）を準備し、所定基板（１１）上に第１レジスト膜（１２Ａ）を形成し、第１レジスト膜（１２Ａ）上に第２レジスト膜（１２Ｂ）を形成し、第１パターン（２１””）を有する第１ホトマスク（２０””）を用いて第２レジスト膜（１２Ｂ）を露光することで、第１パターン（２１””）を第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写し、第２パターン（３１””）を有する第２ホトマスク（３０””）を用い、第２パターン（３１””）の一部が第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写された第１パターン（２１””）と重畳するように、第２パターン（３１””）を第２レジスト膜（１２Ｂ）と第１パターン（２１””）により露出された第１レジスト膜（１２Ａ）とに転写することで、第１パターン（２１””）と第２パターン（３１””）とが重畳する領域（４６””）に第１および第２レジスト膜（１２Ｂ、１２Ａ）を貫通する開口パターン（１１ａ）を形成する。
【００９８】
このように、一部が第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写された第１パターン（２１）と重畳し、この重畳部分（４６””）が開口するように、第２パターン（３１””）を転写することで、第１および第２パターン（２１””、３１””）の寸法に依存せずに、微細なパターンを所定基板上に形成することが可能となる。言い換えれば解像限界よりも微細なパターンを形成することが可能となる。また、本発明では、先に第１および第２レジスト膜（１２Ａ、１２Ｂ）を形成し、これを順次露光することで、パターンを形成するため、プラズマアッシングなどの工程や、所定基板を他のチャンバへ移行する手間などを削減できる。この結果、より微細なパターンを容易に形成することが可能となる。
【００９９】
さらに、本実施例では、第１および第２パターン（２１””、３１””）が、第１および第２パターン（２１””、３１””）を転写するための露光装置の解像限界よりも微細な幅を持つラインよりなるラインアンドスペースパターンであり、第２パターン（３１””）が、第２レジスト膜（１２Ｂ）に転写された第１パターン（２１””）と交わるように転写される。
【０１００】
このため、露光装置の解像限界に依存せず、この解像限界よりも微細なパターンを形成することが可能となる。
【０１０１】
また、上記実施例１から実施例５は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【０１０２】
また、上記した各実施例では、高解像度レジスト膜１２Ａと通常レジスト膜１２Ｂとにネガ型のレジストを適用したが、本発明はこれに限定されず、例えばポジ型のレジストを用いることも可能である。ただし、この場合、上記した各実施例におけるマスクパターンが反転した形状となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】（ａ）は本発明の実施例１によるホトマスク２０に形成されたマスクパターン２１の上視図であり、（ｂ）は本発明の実施例１によるホトマスク３０に形成されたマスクパターン３１の上視図であり、（ｃ）は本発明の実施例１において露光対象である半導体基板を重複露光するために使用される各マスクパターン（２１、３１）の重複領域４１を示す図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施例１における一回目の露光においてホトマスク２０により結像される光学像２５を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す光学像２５の線Ｉ−Ｉ’に沿った相対光強度を示すグラフである。
【図３】（ａ）は本発明の実施例１における二回目の露光においてホトマスク３０により結像される光学像３５を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す光学像３５の線ＩＩ−ＩＩ’に沿った相対光強度を示すグラフである。
【図４】（ａ）は本発明の実施例１における一回目の露光と二回目の露光とにおいてホトマスク２０および３０により結像される光学像２５および３５の合成光学像４５を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す合成光学像４５の線ＩＩＩ−ＩＩＩ’に沿った相対光強度を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例１によるパターン形成方法を用いた半導体装置１の製造方法を示すプロセス図である（１）。
【図６】本発明の実施例１によるパターン形成方法を用いた半導体装置１の製造方法を示すプロセス図である（２）。
【図７】本発明の実施例１によるパターン形成方法を用いた半導体装置１の製造方法を示すプロセス図である（３）。
【図８】本発明の実施例１によるパターン形成方法を用いた半導体装置１の製造方法を示すプロセス図である（４）。
【図９】本発明の実施例１によるパターン形成方法を用いた半導体装置１の製造方法を示すプロセス図である（５）。
【図１０】（ａ）は本発明の実施例２によるホトマスク２０’に形成されたマスクパターン２１’の上視図であり、（ｂ）は本発明の実施例２によるホトマスク３０’に形成されたマスクパターン３１’の上視図であり、（ｃ）は本発明の実施例２において露光対象である半導体基板を重複露光するために使用される各マスクパターン（２１’、３１’）の重複領域４１’を示す図である。
【図１１】（ａ）本発明の実施例２における一回目の露光と二回目の露光とにおいてホトマスク２０’および３０’により結像される光学像２５’および３５’の合成光学像４５’を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す合成光学像４５’の線ＩＶ−ＩＶ’に沿った相対光強度を示すグラフである。
【図１２】（ａ）は本発明の実施例３によるホトマスク２０”に形成されたマスクパターン２１”の上視図であり、（ｂ）は本発明の実施例３によるホトマスク３０”に形成されたマスクパターン３１”の上視図であり、（ｃ）は本発明の実施例３において露光対象である半導体基板を重複露光するために使用される各マスクパターン（２１”、３１”）の重複領域４１”を示す図である。
【図１３】（ａ）本発明の実施例３における一回目の露光と二回目の露光とにおいてホトマスク２０”および３０”により結像される光学像２５”および３５”の合成光学像４５”を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す合成光学像４５”の線Ｖ−Ｖ’に沿った相対光強度を示すグラフである。
【図１４】（ａ）は本発明の実施例４によるホトマスク２０”’に形成されたマスクパターン２１”’の上視図であり、（ｂ）は本発明の実施例４によるホトマスク３０”’に形成されたマスクパターン３１”’の上視図であり、（ｃ）は本発明の実施例４において露光対象である半導体基板を重複露光するために使用される各マスクパターン（２１”’、３１”’）の重複領域４１”’を示す図である。
【図１５】（ａ）本発明の実施例４における一回目の露光と二回目の露光とにおいてホトマスク２０”’および３０”’により結像される光学像２５”’および３５”’の合成光学像４５”’を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す合成光学像４５”’の線ＶＩ−ＶＩ’に沿った相対光強度を示すグラフである。
【図１６】（ａ）は本発明の実施例５によるホトマスク２０””に形成されたマスクパターン２１””の上視図であり、（ｂ）は本発明の実施例５によるホトマスク３０””に形成されたマスクパターン３１””の上視図であり、（ｃ）は本発明の実施例５において露光対象である半導体基板を重複露光するために使用される各マスクパターン（２１””、３１””）の重複領域４１””を示す図である。
【図１７】（ａ）本発明の実施例５における一回目の露光と二回目の露光とにおいてホトマスク２０””および３０””により結像される光学像２５””および３５””の合成光学像４５””を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す合成光学像４５””の線ＶＩ−ＶＩ’に沿った相対光強度を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０４】
１  半導体装置
１０  半導体基板
１１  層間絶縁膜
１１ａ  開口パターン
１２  レジスト
１２Ａ  高解像度レジスト膜
１２Ｂ  通常レジスト膜
１２ａ、１２ｂ、１２ｄ  レジストパターン
１２ｃ  開口パターン
１３  素子分離絶縁膜
１４  ゲート絶縁膜
１５  ゲート電極
１６  拡散領域
１７  トランジスタ
１８  コンタクト内配線
１９  メタル配線層
２０、２０’、２０”、２０”’、２０””、３０、３０’、３０”、３０”’、３０””  ホトマスク
２１、２１’、２１”、２１”’、２１””、３１、３１’、３１”、３１”’、３１””  マスクパターン
２２、３２  四角部
２２’、３２’  円形部
２３、２３’、３３、３３’  先端部
２５、２５’、２５”、２５”’、２５””、３５、３５’、３５”、３５”’、３５””  光学像
４１、４１’、４１”、４１”’、４１””  重複領域
４５、４５’、４５”、４５”’、４５””  合成光学像
４６、４６’、４６”、４６”’、４６””  重複露光領域
【図１】
2007048925.tif 000003
【図２】
2007048925.tif 000004
【図３】
2007048925.tif 000005
【図４】
2007048925.tif 000006
【図５】
2007048925.tif 000007
【図６】
2007048925.tif 000008
【図７】
2007048925.tif 000009
【図８】
2007048925.tif 000010
【図９】
2007048925.tif 000011
【図１０】
2007048925.tif 000012
【図１１】
2007048925.tif 000013
【図１２】
2007048925.tif 000014
【図１３】
2007048925.tif 000015
【図１４】
2007048925.tif 000016
【図１５】
2007048925.tif 000017
【図１６】
2007048925.tif 000018
【図１７】
2007048925.tif 000019