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JP2001203139A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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Publication number
JP2001203139A
JP2001203139A JP2000010715A JP2000010715A JP2001203139A JP 2001203139 A JP2001203139 A JP 2001203139A JP 2000010715 A JP2000010715 A JP 2000010715A JP 2000010715 A JP2000010715 A JP 2000010715A JP 2001203139 A JP2001203139 A JP 2001203139A
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JP
Japan
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pattern
resist film
exposure
resist
photomask
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000010715A
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Japanese (ja)
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Inventor
Masahito Hiroshima
雅人 廣島
Kazuyuki Suko
一行 須向
Atsushi Nanjo
淳 南條
Norio Hasegawa
昇雄 長谷川
Hiroyuki Uchiyama
博之 内山
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Hitachi Ltd
Hitachi Solutions Technology Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi ULSI Systems Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi ULSI Systems Co Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JP2001203139A publication Critical patent/JP2001203139A/en
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the pattern accuracy transferred on a semiconductor wafer with a photomask. SOLUTION: ON a photomask, where plural line-like optical transmission patterns 3a are formed, exposure is conducted. A photomask, where plural line-like optical transmission patterns 3a which extend in a direction crossing the optical transmission patterns 3a and on which phase shifters 5 are arranged in one of adjacent patterns, is formed, and an exposure is conducted. Thus, the whole pattern is formed in a resist film on a shading area surrounded by both optical transmission patterns 3a and 3b.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
技術に関し、特に、半導体基板に所定のパターンを転写
する際の露光技術に適用して有効な技術に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to a technique effective when applied to an exposure technique for transferring a predetermined pattern onto a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置のパターンの微細化は、半導
体装置の製造工程におけるリソグラフィ工程で主として
用いられる縮小投影露光装置の高性能化によって達成さ
れてきた。しかし、さらに微細加工性を高めるために
は、縮小投影露光装置の開口数NAの大口径化、位相シ
フトマスク技術や変形照明(または斜入射照明)技術等
のような超解像技術の適用あるいはOPC(Optical Pr
oximity effect Correction)技術の適用が必要とな
る。特に、高密度に配置した微細ホールパターンにおい
て高解像性を得るには、露光光の短波長化と高NA投影
レンズを有する縮小投影露光装置とが必要になるが、こ
れには巨額の設備投資が必要となり、半導体装置の微細
加工レベルが年々加速化する中で、半導体製造装置の減
価償却を終わらせずに新規の設備投資を行うことは現実
的ではない。
2. Description of the Related Art The miniaturization of the pattern of a semiconductor device has been achieved by improving the performance of a reduction projection exposure apparatus mainly used in a lithography process in a semiconductor device manufacturing process. However, in order to further improve the fine workability, it is necessary to increase the numerical aperture NA of the reduction projection exposure apparatus, apply a super-resolution technique such as a phase shift mask technique, a modified illumination (or oblique incidence illumination) technique, or the like. OPC (Optical Pr
oximity effect correction) technology must be applied. In particular, in order to obtain high resolution in a fine hole pattern arranged at high density, it is necessary to shorten the wavelength of exposure light and to use a reduction projection exposure apparatus having a high NA projection lens. As investment is required and the level of fine processing of semiconductor devices is accelerating year by year, it is not realistic to make new capital investment without ending depreciation of semiconductor manufacturing devices.

【0003】そこで、既存の半導体製造装置により高解
像を得る手段として、上記超解像技術が挙げられる。超
解像技術の1つである位相シフトマスク技術は、フォト
マスク(レチクルを含む)を透過した光の位相を操作す
ることにより解像度および焦点深度を向上させる技術で
あり、例えば半透明膜を位相シフタとして用いる半透明
位相シフトマスク技術や互いに隣接する透過領域の一方
に位相シフタを配置し、双方の透過領域を透過した光の
位相を互いに反転させるレベンソン型位相シフトマスク
技術等がある。また、超解像技術の他の1つである変形
照明技術は、露光装置において、光学系の光軸上にない
絞りを入れ、フォトマスクに露光光束を斜め入射させ
て、フォトマスクにより回折した0次光と+1次あるい
は−1次光のみで露光することにより、解像度および焦
点深度を向上させる技術であり、例えば照明光源形状が
リング状の輪帯照明や光源が4箇所のみの四重極照明等
が代表的である。
Therefore, as a means for obtaining a high resolution by an existing semiconductor manufacturing apparatus, there is the above-mentioned super-resolution technique. Phase shift mask technology, which is one of the super-resolution technologies, is a technology for improving resolution and depth of focus by manipulating the phase of light transmitted through a photomask (including a reticle). There are a translucent phase shift mask technology used as a shifter, a Levenson type phase shift mask technology in which a phase shifter is arranged in one of transmission regions adjacent to each other, and the phases of light transmitted through both transmission regions are inverted with each other. In the modified illumination technique, which is one of the super-resolution techniques, in an exposure apparatus, a stop not provided on the optical axis of an optical system is inserted, an exposure light beam is obliquely incident on a photomask, and diffracted by the photomask. This is a technique for improving the resolution and the depth of focus by exposing only the 0th-order light and + 1st-order or -1st-order light. For example, a ring-shaped illumination light source having a ring shape or a quadrupole having only four light sources is provided. Illumination and the like are typical.

【0004】一方、フォトマスク上のパターン(以下、
マスクパターンともいう)の忠実解像性能を向上させる
ためにOPCを適用する手法がある。これは、マスクパ
ターンを半導体ウエハ上に転写し、その転写パターンの
不良個所を抽出し、マスクパターンの修正あるいはOP
Cパターンの人手配置という方法で、半導体ウエハ上に
所望のパターンが形成されるようにフォトマスクにフィ
ードバックをかける手法である。そして、この手法によ
りOPCの配置ルールを作成し、DA(DesignAutomati
on)上で自動修正する方法もある(ルールベースOP
C)。また、マスクパターンの光強度分布を詳細シミュ
レーションすることにより、直接DA上でOPCパター
ンの最適化を行う方法(シミュレーションベースOP
C)も提案されている。
On the other hand, a pattern on a photomask (hereinafter, referred to as a pattern)
There is a method of applying OPC to improve the fidelity resolution performance of a mask pattern. This involves transferring a mask pattern onto a semiconductor wafer, extracting defective portions of the transferred pattern, and correcting the mask pattern or OP.
This is a method of applying feedback to a photomask so that a desired pattern is formed on a semiconductor wafer by a method of manually arranging a C pattern. Then, OPC placement rules are created by this method, and DA (DesignAutomati
on) There is also a method to automatically correct on (rule-based OP
C). Further, a method of directly optimizing an OPC pattern on DA by performing a detailed simulation of the light intensity distribution of the mask pattern (simulation base OP)
C) has also been proposed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記超解像
技術やOPC技術においては、以下の課題があることを
本発明者は見出した。
However, the present inventor has found that there are the following problems in the super-resolution technology and the OPC technology.

【0006】すなわち、超解像技術では、現在の絶え間
ない微細化要求に対して、充分なプロセスマージンとマ
スクパターンの忠実解像性を確保することが困難となり
つつある。
That is, in the super-resolution technology, it is becoming difficult to secure a sufficient process margin and a faithful resolution of a mask pattern in response to the current demand for continuous miniaturization.

【0007】また、OPC技術では、OPCパターンの
配置によりマスクパターンの忠実解像性は向上するもの
の、OPC自動配置手法や検証ツールを軸とする設計環
境の完成をみるには、まだ時間を要する。このため、転
写レジストパターンの検証とDA検証とのトライアンド
エラーが必要であり、フォトマスクの最適化に時間と労
力とがかかり、製品の開発期間が長期化または変動する
課題がある。
In the OPC technology, although the fidelity resolution of a mask pattern is improved by arranging OPC patterns, it still takes time to see the completion of a design environment centered on an OPC automatic arranging method and a verification tool. . For this reason, it is necessary to perform a trial and error between the transfer resist pattern verification and the DA verification, it takes time and effort to optimize the photomask, and there is a problem that the product development period is lengthened or fluctuated.

【0008】また、本発明者は、本発明の結果に基づ
き、重ね合わせ露光技術の観点で公知例を調査した。そ
の結果、例えば特開平1−107527号公報(第1検
討技術)には、互いに交差するライン・アンド・スペー
スパターンを重ね合わせ露光し、その双方のパターンの
重なった部分(AND部)に矩形パターンを形成する技
術が開示されている。しかし、この技術においては、超
解像技術の併用に言及しておらず、ディープサブミクロ
ンレベルの微細加工には対応できない。また、特開平8
−51068号公報(第2検討技術)には、位相シフト
マスクと通常のフォトマスク(バイナリマスク)との2
枚のマスクを用いて櫛形の電極パターン等を転写する技
術が開示されている。しかし、この技術では、微細パタ
ーンとラフパターンとの2回露光により、両者のパター
ン(OR部)を形成する技術であり、2回露光による解
像性の向上が充分とは言えない。また、特開平9−32
1245号公報(第3検討技術)には、直線パターンと
ドックボーンパターンとの2枚のフォトマスクで露光を
行うことにより、双方のパターンのOR部にくびれのな
い配線パターンを形成する技術が開示されており、上記
第2検討技術と同じ技術思想である。また、特開平10
−12543号公報(第4検討技術)には、2枚の直線
格子位相シフトマスクを重ね合わせ露光し、その各々の
位相シフトマスクの交差部(AND部)に微細ホールパ
ターンを転写する技術が開示されている。この技術で
は、2枚のフォトマスクとも位相シフトマスクを用いる
ことが必須となる。さらに、特開平11−143085
号公報(第5検討技術)には、通常露光と2光束干渉露
光の重ね露光を行うことにより、被露光基板上に多値化
された強度分布を持たせ、2値の光強度を持つ領域を解
像させる技術が開示されている。多値的な露光量分布と
は、露光量ゼロの場合も含めて、1値、2値、3値…と
定義する。多値露光方式においては、0値(露光量ゼ
ロ)、1値(露光量1)に対し2値の露光量レベル以上
で光学的解像コントラストが得られるように露光量をコ
ントロールする必要があり、プロセスの複雑化とプロセ
スマージンの低下がある。
Further, based on the results of the present invention, the present inventors investigated known examples from the viewpoint of overlay exposure technology. As a result, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 1-107527 (first study technique) discloses that line and space patterns intersecting each other are overlapped and exposed, and a rectangular pattern is overlapped on both overlapping portions (AND portion). Are disclosed. However, this technique does not mention the use of the super-resolution technique, and cannot cope with fine processing at the deep submicron level. Also, Japanese Patent Application Laid-Open
Japanese Patent Application Laid-Open No. 51068 (second study technique) discloses that a phase shift mask and a normal photomask (binary mask) are used.
A technique of transferring a comb-shaped electrode pattern or the like using a single mask has been disclosed. However, in this technique, a pattern (OR portion) of a fine pattern and a rough pattern is formed by two exposures, and the resolution by the two exposures cannot be said to be sufficient. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-32
Japanese Patent Publication No. 1245 (Third Examination Technology) discloses a technique of forming a wiring pattern without constriction at an OR portion of both patterns by performing exposure with two photomasks of a linear pattern and a dockbone pattern. This is the same technical idea as the above second study technology. Also, Japanese Patent Application Laid-Open
Japanese Patent Application Laid-Open No. 12543 (4th study technique) discloses a technique in which two linear grating phase shift masks are overlapped and exposed, and a fine hole pattern is transferred to an intersection (AND portion) of each phase shift mask. Have been. In this technique, it is essential to use a phase shift mask for both photomasks. Further, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 11-143085
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H5 (5th study technique) discloses that a substrate having a multi-valued intensity distribution on a substrate to be exposed by performing superimposed exposure of normal exposure and two-beam interference exposure to provide a region having a binary light intensity. Is disclosed. The multi-level exposure amount distribution is defined as one-valued, two-valued, three-valued, including the case where the exposure amount is zero. In the multi-level exposure method, it is necessary to control the exposure so that an optical resolution contrast can be obtained at a binary exposure level or higher with respect to 0 value (zero exposure amount) and 1 value (exposure amount 1). In addition, there is a complicated process and a reduced process margin.

【0009】本発明の目的は、フォトマスクにより半導
体ウエハに転写されるパターンの忠実度を向上させるこ
とのできる技術を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the fidelity of a pattern transferred to a semiconductor wafer by a photomask.

【0010】また、本発明の他の目的は、フォトマスク
により半導体ウエハに転写されるパターンの解像性を向
上させることのできる技術を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a technique capable of improving the resolution of a pattern transferred to a semiconductor wafer by a photomask.

【0011】また、本発明の他の目的は、露光処理にお
けるプロセスマージンを向上させることのできる技術を
提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a technique capable of improving a process margin in exposure processing.

【0012】また、本発明の他の目的は、フォトマスク
の製造処理を容易にることのできる技術を提供すること
にある。
It is another object of the present invention to provide a technique capable of facilitating a photomask manufacturing process.

【0013】また、本発明の他の目的は、フォトマスク
の製造時間を短縮することのできる技術を提供すること
にある。
Another object of the present invention is to provide a technique capable of shortening the manufacturing time of a photomask.

【0014】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows.

【0016】すなわち、本発明は、第1方向に延びる第
1パターンを第1距離だけ隔てて複数配置した第1マス
クと、前記第1方向に対して交差する第2方向に延びる
第2パターンを前記第1距離よりも狭い第2距離だけ隔
てて複数配置し、かつ、互いに隣接する前記第2パター
ンの一方に位相シフタを設けた第2マスクと重ね合わせ
露光することにより、半導体ウエハ上に、前記第1パタ
ーンおよび第2パターンに対応するレジスト部が残さ
れ、かつ、前記第1パターンおよび第2パターンに囲ま
れた領域に対応するレジスト部が除去されてなるレジス
トパターンを形成する工程を有するものである。
That is, the present invention provides a first mask in which a plurality of first patterns extending in a first direction are arranged at a first distance and a second pattern extending in a second direction intersecting the first direction. A plurality of the second patterns are arranged at a second distance smaller than the first distance and are superposed and exposed on a second mask provided with a phase shifter on one of the second patterns adjacent to each other. Forming a resist pattern in which a resist portion corresponding to the first pattern and the second pattern is left and a resist portion corresponding to a region surrounded by the first pattern and the second pattern is removed; Things.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本願発明を詳細に説明する前に、
本願における用語の意味を説明すると次の通りである。 1.半導体ウエハ(半導体基板)とは、半導体装置の製
造に用いるシリコン単結晶基板(一般にほぼ平面円形
状)、サファイア基板、ガラス基板その他の絶縁、反絶
縁または半導体基板等並びにそれらの複合的基板を言
う。 2.「遮光領域」、「遮光膜」、「遮光パターン」と言
うときは、その領域に照射される露光光のうち、40%
未満を透過させる光学特性を有することを示す。一般に
数%から30%未満のものが使われる。一方、「透
明」、「透明膜」と言うときは、その領域に照射される
露光光のうち、60%以上を透過させる光学特性を有す
ることを示す。一般に90%以上のものが使用される。 3.半導体の分野では紫外線は以下のように分類する。
波長が400nm程度未満で、50nm程度以上を紫外
線、300nm以上を近紫外線、300nm未満、20
0nm以上を遠紫外線、200nm未満を真空紫外線。
また、100nm未満、50nm以上の紫外線の短波長
端領域でも本発明の原理を適用できることは同様に可能
である。 4.マスク遮光材料に関して「金属膜」と言うときは、
クロム、酸化クロム、その他の金属の同様な化合物を指
し、広くは金属元素を含む単体、化合物、複合体等で遮
光作用のあるものを含む。 5.フォトマスクまたはマスクは、マスク基板上にパタ
ーン像を形成したマスク構成体である。実際のパターン
の寸法の1〜10倍のパターンが形成され、ステッパま
たはフォトリピータによる投影露光に用いる「レチク
ル」もフォトマスクに含まれる。また、位相シフトマス
クも含む。 6.位相シフトマスク(または位相シフトレチクル)
は、パターンを形成した基板上で位相シフタを用いて選
択的に光の位相をシフトさせることによって、パターン
を転写する際のコントラストを改善したフォトマスク
(またはレチクル)をいう。レベンソン型、ハーフトー
ン型またはエッジ強調型がある。 7.位相シフタとは、位相シフトマスクにおいて、光の
波長を変調させて位相差を発生させる物質または手段を
いう。また、位相差とは、屈折率の異なる2つの物質を
光が通過するときの光の速度差によって生じる位相の差
をいう。透明膜を用いた位相シフトマスクの場合、空気
との位相差φは、φ=2π(n−1)d/λで表せる。
なお、λ:光の波長、n:位相シフタの屈折率、d:膜
厚である。 8.「ハーフトーン型位相シフトマスク」は、位相シフ
トマスクの一種であって、位相シフタと遮光膜とを兼用
するハーフトーン膜の透過率が1%以上、40%未満
で、それが無い部分と比較したときの位相シフト量が光
の位相を反転させるハーフトーンシフタを有するもので
ある。 9.「レベンソン型位相シフトマスク(レベンソンマス
クと略す)」は、遮光領域で隔てられた隣り合う開口の
位相を相互に反転させて、その干渉作用によって鮮明な
像を得ようとする位相シフトマスクの一種である。 10.通常照明とは、非変形照明のことで、光強度分布
が比較的均一な照明を言う。 11.変形照明とは、中央部の照度を下げた照明であっ
て、斜方照明、輪帯照明、4重極照明、5重極照明等の
多重極照明またはそれと等価な瞳フィルタによる超解像
技術を含む。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing the present invention in detail,
The meaning of the terms in the present application is as follows. 1. The semiconductor wafer (semiconductor substrate) refers to a silicon single crystal substrate (generally a substantially circular shape), a sapphire substrate, a glass substrate, other insulating, anti-insulating or semiconductor substrates, and a composite substrate thereof used for manufacturing a semiconductor device. . 2. When referring to the “light-shielding region”, “light-shielding film”, and “light-shielding pattern”, 40% of the exposure light applied to the region
It has an optical property of transmitting less than. Generally, those having a percentage of less than 30% are used. On the other hand, the terms “transparent” and “transparent film” indicate that the film has an optical property of transmitting 60% or more of the exposure light applied to the region. Generally, 90% or more is used. 3. In the field of semiconductors, ultraviolet light is classified as follows.
The wavelength is less than about 400 nm, about 50 nm or more ultraviolet rays, 300 nm or more near ultraviolet rays, less than 300 nm, 20
0 nm or more is far ultraviolet light, and less than 200 nm is vacuum ultraviolet light.
Further, it is similarly possible that the principle of the present invention can be applied to a short wavelength end region of ultraviolet light of less than 100 nm and 50 nm or more. 4. When referring to the "metal film" with respect to the mask light shielding material,
Refers to similar compounds of chromium, chromium oxide, and other metals, and broadly includes simple substances, compounds, composites, and the like containing a metal element that have a light-blocking effect. 5. A photomask or a mask is a mask structure in which a pattern image is formed on a mask substrate. A pattern that is 1 to 10 times the size of the actual pattern is formed, and a “reticle” used for projection exposure by a stepper or photo repeater is also included in the photomask. It also includes a phase shift mask. 6. Phase shift mask (or phase shift reticle)
Refers to a photomask (or reticle) in which contrast is improved when a pattern is transferred by selectively shifting the phase of light using a phase shifter on a substrate on which a pattern is formed. There are Levenson type, halftone type and edge enhancement type. 7. The phase shifter refers to a substance or means that generates a phase difference by modulating the wavelength of light in a phase shift mask. Further, the phase difference refers to a phase difference caused by a speed difference of light when the light passes through two substances having different refractive indexes. In the case of a phase shift mask using a transparent film, the phase difference φ from air can be expressed by φ = 2π (n−1) d / λ.
Here, λ is the wavelength of light, n is the refractive index of the phase shifter, and d is the film thickness. 8. The “halftone phase shift mask” is a type of phase shift mask, and the transmittance of a halftone film serving as a phase shifter and a light-shielding film is 1% or more and less than 40%, and is compared with a portion without the transmittance. In this case, the phase shift amount at this time has a halftone shifter that inverts the phase of light. 9. A “Levenson-type phase shift mask (abbreviated as Levenson mask)” is a type of phase shift mask that inverts the phases of adjacent openings separated by a light-shielding region to obtain a clear image by the interference. It is. 10. Normal illumination is non-deformed illumination, and refers to illumination having a relatively uniform light intensity distribution. 11. Deformation illumination is illumination in which the illuminance at the central part is lowered, and is a super-resolution technique using multipole illumination such as oblique illumination, annular illumination, quadrupole illumination, or quadrupole illumination, or a pupil filter equivalent thereto. including.

【0018】以下の実施の形態においては便宜上その必
要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に
分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それら
はお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部ま
たは全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
In the following embodiments, where necessary for the sake of convenience, the description will be made by dividing into a plurality of sections or embodiments, but unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. One has a relationship of some or all of the other modifications, details, supplementary explanations, and the like.

【0019】また、以下の実施の形態において、要素の
数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場
合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数
に限定される場合等を除き、その特定の数に限定される
ものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
In the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, amount, range, etc.), the number is particularly limited to a specific number and is clearly limited to a specific number in principle. Except in some cases, the number is not limited to the specific number, and may be more than or less than the specific number.

【0020】さらに、以下の実施の形態において、その
構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場
合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合
等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまで
もない。
Furthermore, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps, etc.) are not necessarily essential unless otherwise specified, and when it is deemed essential in principle. Needless to say, there is nothing.

【0021】同様に、以下の実施の形態において、構成
要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示
した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられ
る場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似
するもの等を含むものとする。このことは、上記数値お
よび範囲についても同様である。
Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, and the like of the components and the like, unless otherwise specified, and in principle, it is considered that it is clearly not the case, etc. And those similar or similar to the shape or the like. This is the same for the above numerical values and ranges.

【0022】また、本願において半導体装置というとき
は、シリコンウエハやサファイア基板等の半導体または
絶縁体基板上に作られるものだけでなく、特に、そうで
ない旨明示された場合を除き、TFT(Tin-Film-Trans
istor)およびSTN(Super-Twisted-Nematic)液晶等
のようなガラス等の他の絶縁基板上に作られるもの等も
含むものとする。
Further, in the present application, the term “semiconductor device” means not only a device formed on a semiconductor such as a silicon wafer or a sapphire substrate or an insulator substrate, but also a TFT (Tin-type) unless otherwise specified. Film-Trans
This includes those made on other insulating substrates such as glass such as istor) and STN (Super-Twisted-Nematic) liquid crystal.

【0023】以下、本発明の実施の形態を図面に基づい
て詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための
全図において同一機能を有するものは同一の符号を付
し、その繰り返しの説明は省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In all the drawings for describing the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.

【0024】(実施の形態1)まず、本発明の実施の形
態を説明する前に、本発明者が検討した技術およびその
課題について説明する。
(Embodiment 1) First, before describing an embodiment of the present invention, a technique studied by the inventor and a problem thereof will be described.

【0025】図1は、本発明者が検討したフォトマスク
を示している。図1(a)は、そのフォトマスクの要部
平面図、(b)は(a)のA−A線の断面図、(c)は
(a)のB−B線の断面図をそれぞれ示している。フォ
トマスクを構成する透明なマスク基板50の主面には、
光透過領域を形成する平面格子状の光透過パターン51
と、その格子状の光透過パターン51に囲まれ遮光領域
を形成する平面長方形状の複数の遮光パターン52とが
形成されている。光透過パターン51は、図1(a)の
縦方向に延びる複数の帯状のパターンと、これに対して
垂直な方向に延びる複数の帯状のパターンとが平面的に
重なり合って形成されており、マスク基板50の主面上
の遮光領域を形成する金属膜が除去されることで形成さ
れている。また、遮光パターン52は、例えば図1
(a)の横方向寸法の方が縦方向寸法よりも長くなるよ
うに形成されており、遮光領域を形成する金属膜が残さ
れることで形成されている。なお、図1(a)において
は図面を見易くするために遮光パターン52に網掛けの
ハッチングを付す。
FIG. 1 shows a photomask studied by the present inventors. 1A is a plan view of a main part of the photomask, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1A, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. ing. On the main surface of the transparent mask substrate 50 constituting the photomask,
Light transmission pattern 51 in the form of a plane lattice forming light transmission region
And a plurality of planar rectangular light-shielding patterns 52 that are surrounded by the lattice-shaped light-transmitting patterns 51 to form a light-shielding region. The light transmission pattern 51 is formed by overlapping a plurality of band-shaped patterns extending in the vertical direction in FIG. It is formed by removing the metal film forming the light-shielding region on the main surface of the substrate 50. The light-shielding pattern 52 is, for example, as shown in FIG.
(A) is formed so that the horizontal dimension is longer than the vertical dimension, and is formed by leaving the metal film forming the light-shielding region. In FIG. 1A, the shading pattern 52 is hatched to make the drawing easier to see.

【0026】図2(a)は、このようなフォトマスクの
パターンを縮小投影露光装置を用いてレジスト膜53に
転写した場合のレジスト膜53の露光領域53aを示し
ている。レジスト膜53には、例えばネガ型のレジスト
が使用されている。露光光が照射された露光領域53a
を白く示し、露光光が遮られ照射されなかった未露光領
域53bを網掛けのハッチングで示す。露光領域53a
は、フォトマスクの光透過パターン51を透過した光が
照射された領域であり、光透過パターン51と同様の平
面格子状に形成されている。未露光領域53bは、フォ
トマスクのパターン52によって光照射が遮られた領域
であり、遮光パターン52と同様に長方形状に形成され
ている。
FIG. 2A shows an exposure area 53a of the resist film 53 when such a photomask pattern is transferred to the resist film 53 by using a reduction projection exposure apparatus. For the resist film 53, for example, a negative resist is used. Exposure area 53a irradiated with exposure light
Are shown in white, and the unexposed area 53b which is not irradiated with the exposure light is shaded. Exposure area 53a
Is a region irradiated with light transmitted through the light transmission pattern 51 of the photomask, and is formed in the same planar lattice shape as the light transmission pattern 51. The unexposed region 53b is a region where light irradiation is blocked by the pattern 52 of the photomask, and is formed in a rectangular shape like the light blocking pattern 52.

【0027】図2(b)は、現像処理後のレジスト膜5
3の部分平面図を示している。また、図2(c)は
(b)のA−A線の断面図を示している。レジスト膜5
3の残された領域に網掛けのハッチングを示し、除去領
域を白く示す。レジスト膜53はネガ型なので、露光領
域53aのレジスト膜53は残され、未露光領域53b
のレジスト膜53は除去されている。この結果、レジス
ト膜53には、未露光領域53bに対応するように複数
の開口部54が規則的に所定の間隔毎に形成されてい
る。ただし、開口部54の平面形状は、未露光領域53
bの平面形状とは異なり、角の丸みが大きく、また、パ
ターン全体の縮み量も大きくなっている。この問題は、
露光装置のフォーカスがずれた場合に特に顕在化する。
なお、図2(b)の符号55は半導体基板を示し、符号
56は絶縁膜を示している。また、図2(c)は、残さ
れたレジスト膜53をエッチングマスクとして、絶縁膜
56に対してエッチング処理を施すことにより、絶縁膜
56にホールパターン57を形成した場合を示してい
る。絶縁膜56には、開口部54と同じ平面形状のホー
ルパターン57が形成されている。
FIG. 2B shows the resist film 5 after the development process.
3 shows a partial plan view. FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. Resist film 5
The hatched area 3 is indicated by hatching, and the removed area is indicated by white. Since the resist film 53 is a negative type, the resist film 53 in the exposed area 53a is left, and the unexposed area 53b is left.
Of the resist film 53 is removed. As a result, in the resist film 53, a plurality of openings 54 are regularly formed at predetermined intervals so as to correspond to the unexposed regions 53b. However, the planar shape of the opening 54 is the same as that of the unexposed area 53.
Unlike the planar shape of b, the corners are large and the amount of shrinkage of the entire pattern is large. This problem,
This is particularly apparent when the focus of the exposure apparatus shifts.
In FIG. 2B, reference numeral 55 indicates a semiconductor substrate, and reference numeral 56 indicates an insulating film. FIG. 2C shows a case where a hole pattern 57 is formed in the insulating film 56 by performing an etching process on the insulating film 56 using the remaining resist film 53 as an etching mask. A hole pattern 57 having the same planar shape as the opening 54 is formed in the insulating film 56.

【0028】そこで、本発明においては、単純なパター
ンが形成された2枚のフォトマスクを重ね合わせること
で1つのパターンをネガ型のレジスト膜に転写するよう
にした。
Therefore, in the present invention, one pattern is transferred to a negative resist film by overlapping two photomasks each having a simple pattern formed thereon.

【0029】まず、第1の具体例を図3および図4に示
す。図3および図4は、例えば縦横比が1:3以上の略
長方形状のパターンをネガ型レジスト膜に転写する場合
における2枚のフォトマスク1A、1Bの構造例を示し
ている。図3および図4の(a)はフォトマスク1A,
1Bの要部平面図を示し、図3および図4の(b)はそ
れぞれの図の(a)のA−A線の断面図を示している。
なお、図3および図4の(a)においては、図面を分か
り易くするために遮光領域および位相シフタに網掛けの
ハッチングを付す。
First, a first specific example is shown in FIGS. FIGS. 3 and 4 show examples of the structure of the two photomasks 1A and 1B when a substantially rectangular pattern having an aspect ratio of 1: 3 or more is transferred to a negative resist film. FIGS. 3A and 4A show the photomask 1A,
1B is a plan view of an essential part, and FIGS. 3 and 4B are cross-sectional views taken along line AA in FIG.
In FIGS. 3 and 4A, the light-shielding area and the phase shifter are hatched for easy understanding of the drawings.

【0030】図3に示すフォトマスク(第1マスク)1
Aは、例えばデューティ(Duty)比が1:3以上の
バイナリマスクである。フォトマスク1Aを構成するマ
スク基板2aは、例えば透明な合成石英からなり、その
主面上には、平面帯状の複数の光透過パターン3aが、
その隣接間に遮光パターン4aを挟むようにして配置さ
れている。光透過パターン3aは、マスク基板2aの主
面上の遮光パターン4aを形成する金属膜が除去される
ことで形成されたパターンであり、互いに隣接するもの
同士が平行になるように、図3(a)の縦方向に沿って
延在されて形成されている。
A photomask (first mask) 1 shown in FIG.
A is a binary mask having, for example, a duty ratio of 1: 3 or more. The mask substrate 2a constituting the photomask 1A is made of, for example, transparent synthetic quartz, and has a plurality of planar band-shaped light transmission patterns 3a on its main surface.
The light-shielding pattern 4a is interposed between the adjacent parts. The light transmission pattern 3a is a pattern formed by removing a metal film that forms the light-shielding pattern 4a on the main surface of the mask substrate 2a. FIG. 3 ( a) is formed to extend along the vertical direction.

【0031】一方、フォトマスク(第2マスク)1Bに
おいては、例えば1:1のライン・アンド・スペース
で、ライン寸法およびスペース寸法が共に半導体装置
(デバイス)の最小加工ピッチの1/2であり、高解像
性が必要であることからレベンソン型の位相シフトマス
ク法が適用されている。フォトマスク1Bを構成するマ
スク基板2bは、上記マスク基板2aと同じ材料からな
り、そのマスク基板2bの主面上には、図4に示すよう
に、平面帯状の複数の光透過パターン3b(上記ライン
に相当)が、その隣接間に遮光パターン4b(上記スペ
ースに相当)を挟むようにして配置されている。光透過
パターン3bは、マスク基板2bの主面上の遮光パター
ン4bの形成用の金属膜が除去されることで形成されて
おり、互いに隣接するもの同士が平行になるように、図
4(a)の横方向(光透過パターン3aの延在方向に直
交する方向)に沿って延在されて形成されている。ま
た、フォトマスク1Bにおいては、互いに隣接する光透
過パターン3bのいずれか一方に、位相シフタ5が配置
されている。この位相シフタ5は、フォトマスク1Bを
透過した光の位相を反転させる機能を有している。すな
わち、位相シフタ5が配置されたパターン3bを透過し
た光の位相は、位相シフタ5が配置されていないパター
ン3bを透過した光の位相に対して180度のずれ
(差)が生じる構造となっている。位相シフタ5は、例
えばマスク基板2bの厚さ方向に掘られた溝によって形
成されている。ただし、位相シフタ5は、これに限定さ
れるものではなく種々変更可能であり、例えば透明膜ま
たは半透明膜によって構成しても良い。
On the other hand, in the photomask (second mask) 1B, the line size and the space size are, for example, 1/2 of the minimum processing pitch of the semiconductor device (device) with a line and space of 1: 1. Since a high resolution is required, the Levenson type phase shift mask method is applied. The mask substrate 2b constituting the photomask 1B is made of the same material as that of the mask substrate 2a, and has a plurality of planar band-shaped light transmission patterns 3b (see FIG. 4) on the main surface of the mask substrate 2b as shown in FIG. Are arranged so as to sandwich the light-shielding pattern 4b (corresponding to the space) between adjacent lines. The light transmission pattern 3b is formed by removing the metal film for forming the light shielding pattern 4b on the main surface of the mask substrate 2b, and the light transmission pattern 3b is formed such that adjacent ones are parallel to each other as shown in FIG. ) In the horizontal direction (the direction orthogonal to the direction in which the light transmission pattern 3a extends). In the photomask 1B, the phase shifter 5 is arranged on one of the light transmission patterns 3b adjacent to each other. The phase shifter 5 has a function of inverting the phase of light transmitted through the photomask 1B. That is, the phase of the light transmitted through the pattern 3b on which the phase shifter 5 is disposed is shifted 180 degrees from the phase of the light transmitted through the pattern 3b on which the phase shifter 5 is not disposed. ing. The phase shifter 5 is formed, for example, by a groove dug in the thickness direction of the mask substrate 2b. However, the phase shifter 5 is not limited to this, and can be variously changed. For example, the phase shifter 5 may be formed of a transparent film or a translucent film.

【0032】フォトマスク1A、1Bの遮光パターン4
a、4bは、露光光を遮る遮光領域であり、その遮光領
域を形成するための金属膜が残されることで形成されて
いる。この遮光パターン4a,4bは、例えばクロムの
単体膜またはクロムと酸化クロムとの積層膜等のような
光の透過を遮る材料からなる。遮光パターン4aの幅
(図3(a)の横方向寸法)は、遮光パターン4bの幅
(図4(a)の縦方向寸法)よりも広く形成されてい
る。
Light-shielding pattern 4 of photomasks 1A and 1B
Reference numerals a and 4b denote light-shielding regions that block exposure light, and are formed by leaving a metal film for forming the light-shielding regions. The light-shielding patterns 4a and 4b are made of a material that blocks light transmission, such as a single film of chromium or a laminated film of chromium and chromium oxide. The width of the light-shielding pattern 4a (the horizontal dimension in FIG. 3A) is formed wider than the width of the light-shielding pattern 4b (the vertical dimension in FIG. 4A).

【0033】露光処理は、フォトマスク1Aを用いた露
光処理後、連続してフォトマスク1Bを用いた露光処理
を行う。例えばフォトマスク1Aのパターンをレジスト
膜に転写した後、フォトマスク1Aに代えてフォトマス
ク1Bを露光装置にセットしフォトマスク1Bのパター
ンを同じレジスト膜に転写する。図5は、2枚のフォト
マスク1A,1Bのパターンの重なり状態を模式的に示
している。フォトマスク1A,1Bのパターンは、上述
のようにそれぞれ毎に露光がされるが、ここでは双方の
フォトマスク1A,1Bの平面的な位置関係がどのよう
な状態になるかが分かるようにパターンを重ねて示して
いる。図5に示すように、露光に際して、双方のフォト
マスク1A,1Bは、その光透過パターン3a,3bが
互いに交差(直交)するように位置合わせされた状態で
配置される。
In the exposure process, after the exposure process using the photomask 1A, the exposure process using the photomask 1B is continuously performed. For example, after transferring the pattern of the photomask 1A to the resist film, the photomask 1B is set in the exposing device instead of the photomask 1A, and the pattern of the photomask 1B is transferred to the same resist film. FIG. 5 schematically shows an overlapping state of the patterns of the two photomasks 1A and 1B. The patterns of the photomasks 1A and 1B are exposed individually as described above. Here, the patterns are formed so that the two-dimensional positional relationship between the two photomasks 1A and 1B can be understood. Are superimposed. As shown in FIG. 5, at the time of exposure, both photomasks 1A and 1B are arranged in a state where their light transmission patterns 3a and 3b are aligned (intersecting) with each other.

【0034】図6(a)〜(c)は、図3〜図5のそれ
ぞれにおけるレジスト膜側での露光状態を多値的に表現
したものである。
FIGS. 6 (a) to 6 (c) express the exposure state on the resist film side in each of FIGS. 3 to 5 in a multi-valued manner.

【0035】図6(a)は、図3のフォトマスク1Aの
みを用いた場合における被露光面の露光量レベルを多値
的に表現している。領域P1(網掛けのハッチングを付
した図6(a)の縦方向に延びる帯状の領域)は、フォ
トマスク1Aの光透過パターン3aに対応する領域であ
り、“1”値の露光レベルが表示されている。また、領
域N1(領域P1に挟まれ図6(a)の縦方向に延びる
帯状の領域)は、フォトマスク1Aの遮光パターン4a
に対応する領域であり、未露光領域なので“0”値の露
光レベルが表示されている。
FIG. 6A shows the exposure level of the surface to be exposed in a multi-valued manner when only the photomask 1A shown in FIG. 3 is used. A region P1 (a band-like region extending in the vertical direction in FIG. 6A with hatching) is a region corresponding to the light transmission pattern 3a of the photomask 1A, and the exposure level of "1" is displayed. Have been. The region N1 (a band-shaped region sandwiched between the regions P1 and extending in the vertical direction in FIG. 6A) is a light-shielding pattern 4a of the photomask 1A.
And the exposure level of “0” value is displayed since it is an unexposed area.

【0036】図6(b)は、図4のフォトマスク1Bの
みを用いた場合における被露光面の露光量レベルを多値
的に表現している。領域P2(網掛けのハッチングを付
した図6(b)の横方向に延びる帯状の領域)は、フォ
トマスク1Bの光透過パターン3bに対応する領域であ
り、“1”値の露光レベルが表示されている。また、領
域N2(領域P2に挟まれ図6(b)の横方向に延びる
帯状の領域)は、フォトマスク1Bの遮光パターン4b
に対応する領域であり、未露光領域なので“0”値の露
光レベルが表示されている。
FIG. 6B expresses the exposure level of the surface to be exposed in a multi-valued manner when only the photomask 1B of FIG. 4 is used. A region P2 (a band-like region extending in the horizontal direction in FIG. 6B with hatching) is a region corresponding to the light transmission pattern 3b of the photomask 1B, and the exposure level of “1” is displayed. Have been. The region N2 (a band-like region sandwiched between the regions P2 and extending in the horizontal direction in FIG. 6B) is a light-shielding pattern 4b of the photomask 1B.
And the exposure level of “0” value is displayed since it is an unexposed area.

【0037】図6(c)は、2枚のフォトマスク1A,
1Bを重ね露光した図5の場合における被露光面の露光
量レベルを多値的に表現している。領域P1,P2の重
なり領域P3は、“1”値の露光を2度受けるので、実
効的な露光量レベルは“2”値となる。また、領域N
1,N2の重なり領域N3(AND領域、図6(c)の
横方向寸法の方が縦方向寸法よりも長い長方形状の領
域)は、フォトマスク1A,1Bのいずれを用いた場合
にも露光されないので、露光量レベルは、“0”値とな
る。したがって、ネガ型のレジスト膜を用いた場合に
は、“1”値の露光量レベル(ライン部)および“2”
値の露光量レベル(ライン重なり部)と、“0”値の露
光量レベル(未露光部)との間で光学的解像コントラス
トを得ることにより、ネガ型のレジスト膜における領域
N3に略長方形状のパターン(開口部)を形成すること
ができる。
FIG. 6C shows two photomasks 1A,
The exposure level of the surface to be exposed in the case of FIG. Since the overlapping area P3 of the areas P1 and P2 receives the exposure of the “1” value twice, the effective exposure level becomes the “2” value. In addition, the area N
The overlapping region N3 (AND region, rectangular region in which the horizontal dimension in FIG. 6C is longer than the vertical dimension in FIG. 6C) of 1 and N2 is exposed regardless of which of the photomasks 1A and 1B is used. Therefore, the exposure level becomes the “0” value. Therefore, when a negative resist film is used, the exposure level (line portion) of “1” value and “2”
Obtaining an optical resolution contrast between the exposure level of the value (line overlapping portion) and the exposure level of the “0” value (the unexposed portion) provides a substantially rectangular area N3 in the negative resist film. A pattern (opening) can be formed.

【0038】図7は、上記2枚のフォトマスク1A,1
Bを用いて、半導体ウエハ上に塗布されたレジスト膜6
の露光領域6Pと未露光領域6Nとを示している(図面
を見易くするため露光領域6Pに網掛けのハッチングを
付す)。レジスト膜6は、例えば化学増幅型のネガレジ
スト膜を用いている。露光領域6Pは、図7の縦方向に
帯状に延びる露光領域6P1(上記領域P1に対応)
と、図7の横方向に帯状に延びる露光領域6P2(上記
領域P2に対応)と、これら露光領域6P1,6P2の
重なった露光領域6P3(上記領域P3に対応)とを有
し、平面的に格子状になっている。未露光領域6Nは、
上記領域N3に対応する領域であり、図7の横方向寸法
の方が縦方向寸法よりも長い平面長方形状になってい
る。
FIG. 7 shows the two photomasks 1A and 1A.
B, a resist film 6 applied on a semiconductor wafer
(Exposed area 6P is hatched for easy viewing of the drawing). As the resist film 6, for example, a chemically amplified negative resist film is used. The exposure area 6P is an exposure area 6P1 extending in a strip shape in the vertical direction in FIG. 7 (corresponding to the above-described area P1).
7, an exposure region 6P2 (corresponding to the above-described region P2) extending in the lateral direction in a strip shape in FIG. It has a lattice shape. The unexposed area 6N
This is a region corresponding to the region N3, and has a planar rectangular shape whose horizontal dimension in FIG. 7 is longer than its vertical dimension.

【0039】このようなレジスト膜6に対して現像処理
を施した場合を図8(a)に示す。また、図8(a)の
A−A線の断面図を図8(b)に示す。レジスト膜6が
残された領域に網掛けのハッチングを示し、除去領域を
白く示す。ここでは、レジスト膜6がネガ型なので、上
記図7の露光領域6Pのレジスト膜6は残され、未露光
領域6Nのレジスト膜6は除去される。この結果、レジ
スト膜6には、未露光領域6Nに対応するように複数の
開口部7が規則的に所定の間隔毎に形成されている。こ
の場合も開口部7の平面形状は、未露光領域6Nの平面
形状とは異なり、角の丸みのある長方形状のパターンと
なっているが、図2(b)の場合よりもパターンの丸み
や縮み量が小さく、未露光領域6Nの平面形状、すなわ
ち、設計上の平面形状に近くすることができる。
FIG. 8A shows a case where such a resist film 6 has been subjected to a developing process. FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. Shaded hatching is shown in the region where the resist film 6 is left, and the removed region is shown in white. Here, since the resist film 6 is a negative type, the resist film 6 in the exposed region 6P in FIG. 7 is left, and the resist film 6 in the unexposed region 6N is removed. As a result, in the resist film 6, a plurality of openings 7 are regularly formed at predetermined intervals so as to correspond to the unexposed areas 6N. Also in this case, the planar shape of the opening 7 is different from the planar shape of the unexposed region 6N, and is a rectangular pattern with rounded corners. The amount of shrinkage is small, and can be close to the planar shape of the unexposed area 6N, that is, the designed planar shape.

【0040】なお、図8(b)の半導体基板8は、例え
ば単結晶シリコン等からなる平面略円形状の半導体ウエ
ハと称する半導体の薄板である。また、半導体基板8上
の絶縁膜9は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン
膜、SOG(Spin On Glass)膜、PSG(Phospho Sil
icate Glass)膜、BPSG(Boro Phospho SilicateGl
ass)膜のいずれかの単体膜またはこれらのうちの2以
上の膜を積み重ねた積層膜からなる。また、図8(c)
は、残されたレジスト膜6をエッチングマスクとして、
絶縁膜9に対してエッチング処理を施したことにより、
絶縁膜9にホールパターン10を形成した場合を示して
いる。絶縁膜9には、開口部7と同じ平面形状のホール
パターン10が形成されている。
The semiconductor substrate 8 shown in FIG. 8B is a semiconductor thin plate called a semiconductor wafer made of, for example, single crystal silicon and having a substantially circular shape in a plane. The insulating film 9 on the semiconductor substrate 8 is, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, an SOG (Spin On Glass) film, or a PSG (Phospho Silo).
icate Glass film, BPSG (Boro Phospho SilicateGl)
(ass) A single film of the film or a laminated film obtained by stacking two or more of these films. FIG. 8 (c)
Uses the remaining resist film 6 as an etching mask,
By performing the etching process on the insulating film 9,
A case where a hole pattern 10 is formed in the insulating film 9 is shown. A hole pattern 10 having the same planar shape as the opening 7 is formed in the insulating film 9.

【0041】図9は、開口部7の平面形状が完全な長方
形状にならずその角に丸みが生じる理由を模式的に説明
している。相対的に薄い網掛けのハッチングが付された
領域は本来遮光領域であるにもかかわらず酸拡散による
レジスト膜の架橋反応が進行してしまった領域、相対的
に濃い網掛けのハッチングが付された領域は架橋反応が
進行していない領域(未露光領域N)を示している。矢
印は架橋反応の進行方向を示している。
FIG. 9 schematically explains the reason why the planar shape of the opening 7 is not completely rectangular but rounded at its corners. Areas with relatively thin hatching are areas where the cross-linking reaction of the resist film due to acid diffusion has progressed despite being originally light-shielding areas, and areas with relatively dark hatching The shaded area indicates an area where the crosslinking reaction has not progressed (unexposed area N). Arrows indicate the direction of progress of the crosslinking reaction.

【0042】すなわち、光透過パターン3a,3bの重
なり領域では双方の透過光が重なり、実効的な露光量レ
ベルは“2”値となるため(図6(c)参照)、光透過
パターン3a,3bの重なり領域およびその近傍では、
図9中の円で示す領域において矢印で示す方向に酸拡散
によるレジスト膜の架橋反応が進行してしまい遮光領域
であるにもかかわらずレジスト膜が露光されたのと同等
の状態になってしまう。このため、現像後のレジスト膜
には、本来よりも小さく、しかも、角部が丸くなった開
口部7(図8参照)が形成されてしまう。本実施の形態
1の場合、その丸みが少なくて済むのは、光透過パター
ン3a,3bの露光を別々に行っているので、酸拡散に
よるレジスト膜の架橋反応の範囲を小さくできるからで
ある。
That is, in the overlapping area of the light transmitting patterns 3a and 3b, both transmitted lights overlap, and the effective exposure level is "2" (see FIG. 6C). 3b and in the vicinity thereof,
In the area shown by the circle in FIG. 9, the crosslinking reaction of the resist film due to the acid diffusion proceeds in the direction shown by the arrow, and the resist film is in the same state as when the resist film is exposed in spite of being a light shielding area. . Therefore, an opening 7 (see FIG. 8), which is smaller than the original and has rounded corners, is formed in the resist film after development. In the case of the first embodiment, the reason why the roundness is small is that the light transmissive patterns 3a and 3b are separately exposed, so that the range of the cross-linking reaction of the resist film due to acid diffusion can be reduced.

【0043】次に、本発明の技術思想の第2の具体例
(変形例)を説明する。図10および図11にその具体
例を示す。図10および図11の(a)はフォトマスク
1C,1Dの要部平面図を示し、図10および図11の
(b)はそれぞれの図の(a)のA−A線の断面図を示
している。また、図12に、その2枚のフォトマスク1
C,1Dのパターンの重なり状態を模式的に示す。な
お、図10および図11のフォトマスク1C,1Dもレ
ジスト膜に転写しようとしているパターンは図3および
図4で示したフォトマスクの場合と同じである。また、
図10(a)、図11(a)および図12においては、
図面を分かり易くするために遮光領域および位相シフタ
に網掛けのハッチングを付す。
Next, a second example (modification) of the technical concept of the present invention will be described. 10 and 11 show specific examples. FIGS. 10 and 11A are plan views of essential parts of the photomasks 1C and 1D, and FIGS. 10B and 11B are cross-sectional views taken along line AA of FIGS. ing. FIG. 12 shows the two photomasks 1.
The overlapping state of the C and 1D patterns is schematically shown. The patterns to be transferred to the resist film in the photomasks 1C and 1D of FIGS. 10 and 11 are the same as those of the photomasks shown in FIGS. Also,
In FIGS. 10 (a), 11 (a) and 12,
Shaded hatching is applied to the light-shielding region and the phase shifter for easy understanding of the drawing.

【0044】図10に示すフォトマスク1Cにおいて
は、例えば図10の横方向にデューティ(Duty)比
が1:3以上、図10の縦方向にデューティ(Dut
y)比が1:1となるように複数の光透過パターン3c
が規則的に並んで配置されている。光透過パターン3c
の平面形状は四角形状となっている。ここでは、図10
の縦方向の光学的解像コントラストを得るために、フォ
トマスク1Cにもレベンソン型の位相シフトマスク法を
適用した場合が例示されている。すなわち、互いに隣接
する光透過パターン3cのいずれか一方に位相シフタ5
が配置されている。したがって、位相シフタが配置され
ていない光透過パターン3cを透過した光の位相が0
(零)であるのに対し、位相シフタ5が配置された光透
過パターン3cを透過した光の位相は180°位相が反
転している。
In the photomask 1C shown in FIG. 10, for example, the duty ratio in the horizontal direction in FIG. 10 is 1: 3 or more, and the duty ratio in the vertical direction in FIG.
y) The plurality of light transmission patterns 3c so that the ratio becomes 1: 1.
Are arranged regularly. Light transmission pattern 3c
Has a square shape. Here, FIG.
In the illustrated example, the Levenson-type phase shift mask method is applied to the photomask 1C in order to obtain the vertical optical resolution contrast. That is, the phase shifter 5 is attached to one of the light transmission patterns 3c adjacent to each other.
Is arranged. Therefore, the phase of the light transmitted through the light transmission pattern 3c in which the phase shifter is not disposed is zero.
On the other hand, the phase of the light transmitted through the light transmission pattern 3c in which the phase shifter 5 is disposed is 180 degrees inverted.

【0045】一方、フォトマスク1Dは、上記フォトマ
スク1Bと同じものである。フォトマスク1Dの光透過
パターン3dおよび遮光パターン4dは、それぞれフォ
トマスク1Bの光透過パターン3bおよび遮光パターン
4bに対応している。ここでは、フォトマスク1C,1
Dを重ねた際に、図12に示すように、フォトマスク1
Cの光透過パターン3cにおける図12の縦方向の隣接
間に、フォトマスク1Dの光透過パターン3dが配置さ
れるようになっている。すなわち、フォトマスク1Cの
ドット配置の光透過パターン3cは、図12の横方向に
隣接する遮光パターン4dの分離を行うような配置とな
っている。この重ねた際に、フォトマスク1Cの光透過
パターン3cの一部(図12の縦方向一部)が、フォト
マスク1Dの光透過パターン3dの一部に重なるように
しても良い。このように設計することにより、フォトマ
スク1C,1Dの平面的な位置合わせを容易にすること
が可能となる。なお、フォトマスク1C,1Dのマスク
基板2c,2dは、上記フォトマスク1A,1Bのマス
ク基板2a,2bと同じ材料からなる。また、フォトマ
スク1C,1Dの遮光パターン4c、4dは、上記フォ
トマスク1A,1Bの遮光パターン4a,4bと同じ材
料からなる。フォトマスク1C,1Dの位相シフタ5も
フォトマスク1Bの位相シフタ5と同じである。また、
この場合の露光処理は、上記フォトマスク1A,1Bを
用いた場合と同じなので説明を省略する。
On the other hand, the photomask 1D is the same as the photomask 1B. The light transmission pattern 3d and the light shielding pattern 4d of the photomask 1D correspond to the light transmission pattern 3b and the light shielding pattern 4b of the photomask 1B, respectively. Here, the photomasks 1C, 1
When D is overlapped, as shown in FIG.
The light transmission pattern 3d of the photomask 1D is arranged between the light transmission patterns 3c of C in the vertical direction in FIG. That is, the light transmission patterns 3c in the dot arrangement of the photomask 1C are arranged so as to separate the horizontally adjacent light shielding patterns 4d in FIG. At the time of the overlapping, a part of the light transmission pattern 3c of the photomask 1C (a part in the vertical direction in FIG. 12) may overlap a part of the light transmission pattern 3d of the photomask 1D. By designing in this manner, it is possible to facilitate the planar alignment of the photomasks 1C and 1D. The mask substrates 2c and 2d of the photomasks 1C and 1D are made of the same material as the mask substrates 2a and 2b of the photomasks 1A and 1B. The light-shielding patterns 4c and 4d of the photomasks 1C and 1D are made of the same material as the light-shielding patterns 4a and 4b of the photomasks 1A and 1B. The phase shifters 5 of the photomasks 1C and 1D are the same as the phase shifters 5 of the photomask 1B. Also,
The exposure process in this case is the same as the case where the photomasks 1A and 1B are used, and thus the description is omitted.

【0046】図13(a)〜(c)は、図10〜図12
のそれぞれにおけるレジスト膜側での露光状態を多値的
に表現したものである。
FIGS. 13A to 13C correspond to FIGS.
Are multivalued representations of the exposure state on the resist film side in each of the above.

【0047】図13(a)は、図10のフォトマスク1
Cのみを用いた場合における被露光面の露光量レベルを
多値的に表現している。領域P4(網掛けのハッチング
を付した領域)は、フォトマスク1Cの光透過パターン
3cに対応する領域であり、“1”値の露光レベルが表
示されている。また、領域N4(領域P4以外の領域)
は、フォトマスク1Cの遮光パターン4cに対応する領
域であり、未露光領域なので“0”値の露光レベルが表
示されている。
FIG. 13A shows the photomask 1 of FIG.
The exposure level of the surface to be exposed when only C is used is expressed in a multi-valued manner. An area P4 (area shaded by hatching) is an area corresponding to the light transmission pattern 3c of the photomask 1C, and displays an exposure level of “1”. Area N4 (area other than area P4)
Is an area corresponding to the light-shielding pattern 4c of the photomask 1C, and since it is an unexposed area, an exposure level of “0” value is displayed.

【0048】図13(b)は、図11のフォトマスク1
Dのみを用いた場合における被露光面の露光量レベルを
多値的に表現している。領域P5(網掛けのハッチング
を付した領域)は、フォトマスク1Dの光透過パターン
3dに対応する領域であり、“1”値の露光レベルが表
示されている。また、領域N5(領域P5以外の領域)
は、フォトマスク1Dの遮光パターン4dに対応する領
域であり、未露光領域なので“0”値の露光レベルが表
示されている。
FIG. 13B shows the photomask 1 of FIG.
The exposure level of the surface to be exposed when only D is used is expressed in multiple values. An area P5 (area shaded with hatching) is an area corresponding to the light transmission pattern 3d of the photomask 1D, and displays an exposure level of "1". Area N5 (area other than area P5)
Is an area corresponding to the light-shielding pattern 4d of the photomask 1D, and is an unexposed area, so that an exposure level of "0" is displayed.

【0049】図13(c)は、2枚のフォトマスク1
C,1Dを重ね露光した図12の場合における被露光面
の露光量レベルを多値的に表現している。領域P6は、
上記領域P4,P5のいずれか一方で露光された領域で
あり、露光レベルは“1”値である。領域P7は、本来
は領域P5により露光されるので露光レベルは“1”値
になるはずであるが、領域P4からの回折光の漏れ光が
及ぶため、漏れ光による重ね露光を受ける。したがっ
て、領域P7の露光レベルは“1.5”となる。また、
領域N4,N5の重なり領域(AND領域)N6(図1
3(c)の横方向寸法の方が縦方向寸法よりも長い長方
形状の領域)は、フォトマスク1C,1Dのいずれを用
いた場合にも露光されないので、露光量レベルは、
“0”値となる。したがって、ネガ型のレジスト膜を用
いた場合には、“1”値の露光量レベル(ライン部およ
びドット部)および“1.5”値の露光量レベル(回折
光の漏れ光り重なり部)と、“0”値の露光量レベル
(未露光部)との間で光学的解像コントラストを得るこ
とにより、ネガ型のレジスト膜における領域N6に略長
方形状のパターン(開口部)を形成することができる。
FIG. 13C shows two photomasks 1.
The exposure level of the surface to be exposed in the case of FIG. The area P6 is
This is a region exposed in one of the regions P4 and P5, and the exposure level is “1”. Since the area P7 is originally exposed by the area P5, the exposure level should be "1". However, since the leaked light of the diffracted light from the area P4 reaches the area P7, the area P7 is subjected to the overlapping exposure by the leaked light. Therefore, the exposure level of the area P7 is “1.5”. Also,
An overlapping area (AND area) N6 of the areas N4 and N5 (FIG. 1)
The rectangular area 3c whose horizontal dimension is longer than the vertical dimension) is not exposed when any of the photomasks 1C and 1D is used.
The value is “0”. Therefore, when a negative resist film is used, the exposure level of “1” value (line portion and dot portion) and the exposure level of “1.5” value (leakage overlap portion of diffracted light) Forming a substantially rectangular pattern (opening) in the region N6 of the negative resist film by obtaining an optical resolution contrast between the exposure level (unexposed portion) and the "0" value. Can be.

【0050】このような図10および図11の2枚のフ
ォトマスク1C,1Dを用いた場合の露光領域と未露光
領域の分布は図7と同じである。また、そのレジスト膜
に対して現像処理を施した状態は図8(a),(b)と
同じである。ただし、フォトマスク1C,1Dを用いた
場合の方が、フォトマスク1A,1Bを用いた場合より
も開口部7の角の丸みをさらに小さくすることができ、
パターンの転写形状および精度を向上させることが可能
となる。また、転写しようとするパターンの形状制御を
容易にすることが可能となる。これは、フォトマスク1
C,1Dを用いた場合、図13(c)に示すように領域
P7の露光レベルを“1.5”値にでき、図6(c)の
領域P3の露光レベル“2”値に比べて低減できるた
め、転写しようとしているパターンの角部側に、酸拡散
によるレジスト膜の架橋反応が進行する範囲が小さくて
済むからである。なお、この場合も現像処理後に残され
たレジスト膜をエッチングマスクとして絶縁膜に形成さ
れたホールパターンの断面図は図8(c)と同じであ
る。
The distribution of exposed areas and unexposed areas when the two photomasks 1C and 1D of FIGS. 10 and 11 are used is the same as that of FIG. The state in which the resist film has been subjected to the development processing is the same as in FIGS. 8A and 8B. However, when the photomasks 1C and 1D are used, the roundness of the corners of the opening 7 can be further reduced than when the photomasks 1A and 1B are used.
The transfer shape and accuracy of the pattern can be improved. Further, it becomes possible to easily control the shape of the pattern to be transferred. This is Photomask 1
When C and 1D are used, as shown in FIG. 13C, the exposure level of the area P7 can be set to a value of "1.5", which is smaller than the exposure level of the area P3 of FIG. This is because, since the amount can be reduced, the range in which the cross-linking reaction of the resist film due to acid diffusion proceeds on the corner side of the pattern to be transferred can be small. Also in this case, the cross-sectional view of the hole pattern formed in the insulating film using the resist film left after the developing process as an etching mask is the same as FIG. 8C.

【0051】次に、各種の2対のフォトマスクについ
て、転写しようとしているパターン(上記開口部7)の
平面縦横比を種々変えた場合に、レジスト膜に形成され
るパターンおよび光強度分布の実験結果を説明する。
Next, with respect to various pairs of photomasks, when the plane aspect ratio of the pattern to be transferred (opening 7) was changed variously, an experiment of the pattern formed on the resist film and the light intensity distribution was carried out. The results will be described.

【0052】まず、実験結果を説明する前に、実験で用
いた2枚ともバイナリマスクの場合および2枚ともレベ
ンソンマスクの場合のフォトマスクの構造を説明する。
First, before describing the experimental results, the structure of the photomask in the case where the two masks used in the experiment are binary masks and in the case where the two masks are both Levenson masks will be described.

【0053】図14および図15は2枚ともバイナリマ
スクの場合を示している。図14および図15の(a)
はフォトマスク1E,1Fの要部平面図を示し、図14
および図15の(b)はそれぞれの図の(a)のA−A
線の断面図を示している。なお、図14および図15の
(a)においては、図面を分かり易くするために遮光領
域に網掛けのハッチングを付す。
FIG. 14 and FIG. 15 show the case where both of them are binary masks. (A) of FIG. 14 and FIG.
FIG. 14 is a plan view of a main part of the photomasks 1E and 1F, and FIG.
And (b) of FIG. 15 are AA of each figure (a).
FIG. 4 shows a sectional view of the line. In FIGS. 14 and 15A, the shaded area is hatched for easy understanding of the drawings.

【0054】図14に示すフォトマスク1Eは、フォト
マスク1Aと同じである。フォトマスク1Eの光透過パ
ターン3eおよび遮光パターン4eは、それぞれフォト
マスク1Aの光透過パターン3aおよび遮光パターン4
aに対応している。一方、図15に示すフォトマスク1
Fは、フォトマスク1Bとほぼ同じであるが、フォトマ
スク1Bの位相シフタ5(図3(b)参照)が形成され
ていない点が異なる。フォトマスク1Fの光透過パター
ン3fおよび遮光パターン4fは、それぞれフォトマス
ク1Bの光透過パターン3bおよび遮光パターン4bに
対応している。これらフォトマスク1E,1Fのパター
ンを重ねた図を図16に模式的に示す。
The photomask 1E shown in FIG. 14 is the same as the photomask 1A. The light transmitting pattern 3e and the light shielding pattern 4e of the photomask 1E are the light transmitting pattern 3a and the light shielding pattern 4 of the photomask 1A, respectively.
a. On the other hand, the photomask 1 shown in FIG.
F is almost the same as the photomask 1B, except that the phase shifter 5 (see FIG. 3B) of the photomask 1B is not formed. The light transmission pattern 3f and the light shielding pattern 4f of the photomask 1F correspond to the light transmission pattern 3b and the light shielding pattern 4b of the photomask 1B, respectively. FIG. 16 schematically shows a pattern in which the patterns of the photomasks 1E and 1F are overlapped.

【0055】図17および図18は2枚ともレベンソン
マスクの場合を示している。図17および図18の
(a)はフォトマスク1G,1Hの要部平面図を示し、
図17および図18の(b)はそれぞれの図の(a)の
A−A線の断面図を示している。なお、図17および図
18の(a)においては、図面を分かり易くするために
遮光領域および位相シフタに網掛けのハッチングを付
す。
FIGS. 17 and 18 show the case where both the Levenson masks are used. FIGS. 17A and 18A are plan views of main parts of the photomasks 1G and 1H.
(B) of FIG. 17 and FIG. 18 are cross-sectional views taken along line AA of (a) of each figure. In FIGS. 17 and 18A, the light-shielding region and the phase shifter are hatched for easy understanding of the drawings.

【0056】図17に示すフォトマスク1Gは、フォト
マスク1Aとほぼ同じであるが、互いに隣接する光透過
パターン3gのいずれか一方に位相シフタ5が配置され
ている点が異なる。フォトマスク1Gの光透過パターン
3gおよび遮光パターン4gは、それぞれフォトマスク
1Aの光透過パターン3aおよび遮光パターン4aに対
応している。位相シフタ5による透過光の作用はフォト
マスク1Bと同じなので説明を省略する。一方、図18
に示すフォトマスク1Hは、フォトマスク1Bと同じで
ある。フォトマスク1Hの光透過パターン3hおよび遮
光パターン4hは、それぞれフォトマスク1Bの光透過
パターン3bおよび遮光パターン4bに対応している。
これらフォトマスク1G,1Hのパターンを重ねた図を
図19に模式的に示す。
The photomask 1G shown in FIG. 17 is almost the same as the photomask 1A, except that the phase shifter 5 is arranged on one of the light transmission patterns 3g adjacent to each other. The light transmission pattern 3g and the light shielding pattern 4g of the photomask 1G correspond to the light transmission pattern 3a and the light shielding pattern 4a of the photomask 1A, respectively. The operation of the transmitted light by the phase shifter 5 is the same as that of the photomask 1B, and thus the description is omitted. On the other hand, FIG.
Is the same as the photomask 1B. The light transmission pattern 3h and the light shielding pattern 4h of the photomask 1H correspond to the light transmission pattern 3b and the light shielding pattern 4b of the photomask 1B, respectively.
FIG. 19 schematically shows a pattern in which the patterns of the photomasks 1G and 1H are overlapped.

【0057】次に、上記フォトマスク1A〜1Hを用い
た場合における上記実験結果を図20〜図51によって
説明する。ここでは、第1のフォトマスク1A,1C、
1E、1Gのパターンピッチを変えることで、転写しよ
うとしているパターンの縦横比を1:1〜1:4まで変
化させた。
Next, the experimental results when the photomasks 1A to 1H are used will be described with reference to FIGS. Here, the first photomasks 1A, 1C,
By changing the pattern pitch of 1E and 1G, the aspect ratio of the pattern to be transferred was changed from 1: 1 to 1: 4.

【0058】図20〜図23は、2枚ともバイナリマス
クを用いた場合を示しており、転写しようとしているパ
ターンの縦横比が1:1〜1:4のそれぞれに対応して
いる。図20〜図23において、(a)は第1のフォト
マスク1Eの要部平面図、(b)は第2のフォトマスク
1Fの要部平面図、(c)はフォトマスク1E,1Fを
重ねて露光した場合のレジスト膜の露光面をそれぞれ示
している。また、図24〜図27は、図20〜図23に
対応する光強度分布のシミュレーションを示しており、
各図において、(a)は2枚のフォトマスク1E,1F
を重ね露光して得られた平面的な光強度分布図、(b)
は(a)の横方向(X方向)の断面的な光強度分布図、
(c)は(a)の縦方向(Y方向)の断面的な光強度分
布図を示している。このような2枚のバイナリマスクの
重ね合わせ露光では、いずれの縦横比の場合において
も、上記X,Y方向の両方において充分な解像性能が得
られないことが分かる。
FIGS. 20 to 23 show the case where a binary mask is used for each of the two sheets, and the aspect ratio of the pattern to be transferred corresponds to 1: 1 to 1: 4. 20 to 23, (a) is a plan view of a main part of a first photomask 1E, (b) is a plan view of a main part of a second photomask 1F, and (c) is a stack of the photomasks 1E and 1F. The exposure surfaces of the resist film in the case where the resist film is exposed to light are shown. 24 to 27 show simulations of the light intensity distribution corresponding to FIGS. 20 to 23,
In each figure, (a) shows two photomasks 1E and 1F.
, A planar light intensity distribution diagram obtained by overlapping exposure, (b)
Is a cross-sectional light intensity distribution diagram in the lateral direction (X direction) of FIG.
(C) shows a sectional light intensity distribution diagram in the vertical direction (Y direction) of (a). It can be seen that in such a superposition exposure of two binary masks, sufficient resolution performance cannot be obtained in both the X and Y directions at any aspect ratio.

【0059】図28〜図31は、2枚ともレベンソンマ
スクを用いた場合を示しており転写しようとしているパ
ターンの縦横比が1:1〜1:4のそれぞれに対応して
いる。図28〜図31において、(a)は第1のフォト
マスク1Gの要部平面図、(b)は第2のフォトマスク
1Hの要部平面図、(c)はフォトマスク1G,1Hを
重ねて露光した場合のレジスト膜の露光面をそれぞれ示
している。また、図32〜図35は、図28〜図31に
対応する光強度分布のシミュレーションを示しており、
各図において、(a)は2枚のフォトマスク1G,1H
を重ね露光して得られた平面的な光強度分布図、(b)
は(a)の横方向(X方向)の断面的な光強度分布図、
(c)は(a)の縦方向(Y方向)の断面的な光強度分
布図を示している。このような2枚のバイナリマスクの
重ね合わせ露光では、転写しようとしているパターンの
縦横比が1:1の場合は、上記X,Y方向とも充分な光
コントラストが得られている。しかし、その縦横比が
1:3以上になると、X方向の光コントラストが低下
し、位相シフタによる分離解像性能が得られないことが
本発明者らの実験結果によって見出された。
FIGS. 28 to 31 show the case where the Levenson mask is used for both sheets, and the aspect ratio of the pattern to be transferred corresponds to 1: 1 to 1: 4. 28A to 31, (a) is a plan view of a main part of a first photomask 1G, (b) is a plan view of a main part of a second photomask 1H, and (c) is a stack of the photomasks 1G and 1H. The exposed surfaces of the resist film in the case of exposing the resist film are shown. FIGS. 32 to 35 show simulations of light intensity distributions corresponding to FIGS. 28 to 31,
In each figure, (a) shows two photomasks 1G and 1H.
, A planar light intensity distribution diagram obtained by overlapping exposure, (b)
Is a cross-sectional light intensity distribution diagram in the lateral direction (X direction) of FIG.
(C) shows a sectional light intensity distribution diagram in the vertical direction (Y direction) of (a). In such overlapping exposure of two binary masks, when the pattern to be transferred has an aspect ratio of 1: 1, a sufficient optical contrast is obtained in the X and Y directions. However, when the aspect ratio is 1: 3 or more, it has been found from the experimental results of the present inventors that the optical contrast in the X direction decreases and the separation and resolution performance by the phase shifter cannot be obtained.

【0060】図36〜図39は、上記本発明の技術思想
のフォトマスク1A,1Bを用いた場合を示しており、
転写しようとしているパターンの縦横比が1:1〜1:
4のそれぞれに対応している。図36〜図39におい
て、(a)は第1のフォトマスク1Aの要部平面図、
(b)は第2のフォトマスク1Bの要部平面図、(c)
はフォトマスク1A,1Bを重ねて露光した場合のレジ
スト膜の露光面をそれぞれ示している。また、図40〜
図43は、図36〜図39に対応する光強度分布のシミ
ュレーションを示しており、各図において、(a)は2
枚のフォトマスク1A,1Bを重ね露光して得られた平
面的な光強度分布図、(b)は(a)の横方向(X方
向)の断面的な光強度分布図、(c)は(a)の縦方向
(Y方向)の断面的な光強度分布図を示している。この
ような2枚のフォトマスクの重ね合わせ露光では、転写
しようとしているパターンの縦横比が1:3以上の場合
は、上記2枚のレベンソンマスクを用いた場合と同レベ
ルの光コントラストが得られている。したがって、その
パターンの縦横比が1:3以上の略長方形状の微細パタ
ーンを転写する場合には、必ずしも2枚のレベンソンマ
スクを用いる必要はなく、レベンソンマスクとバイナリ
マスクとの重ね合わせによる露光で充分な解像が可能で
あることが本発明者らの実験結果によって見出された。
この場合、透過光の位相について考慮する必要がない
し、位相シフタを形成する必要がないので、フォトマス
ク1Aの設計・製造が容易である。
FIGS. 36 to 39 show the case where the photomasks 1A and 1B of the technical idea of the present invention are used.
The aspect ratio of the pattern to be transferred is 1: 1 to 1:
4 respectively. 36A to 39, (a) is a plan view of a main part of the first photomask 1A,
(B) is a plan view of a main part of the second photomask 1B, (c).
Indicates the exposed surface of the resist film when the photomasks 1A and 1B are overlaid and exposed. Also, FIG.
FIG. 43 shows a simulation of the light intensity distribution corresponding to FIG. 36 to FIG.
A planar light intensity distribution diagram obtained by superposing and exposing the photomasks 1A and 1B, (b) is a cross-sectional light intensity distribution diagram in the lateral direction (X direction) of (a), and (c) is FIG. 3A shows a cross-sectional light intensity distribution diagram in the vertical direction (Y direction). In such overlapping exposure of two photomasks, when the aspect ratio of the pattern to be transferred is 1: 3 or more, the same level of optical contrast as in the case of using the two Levenson masks is obtained. ing. Therefore, when transferring an approximately rectangular fine pattern having an aspect ratio of 1: 3 or more, it is not always necessary to use two Levenson masks, and it is necessary to perform exposure by overlapping a Levenson mask and a binary mask. It has been found from the experimental results of the present inventors that sufficient resolution is possible.
In this case, there is no need to consider the phase of the transmitted light and it is not necessary to form a phase shifter, so that the design and manufacture of the photomask 1A are easy.

【0061】図44〜図47は、上記本発明の技術思想
のフォトマスク1C,1Dを用いた場合を示しており、
転写しようとしているパターンの縦横比が1:1〜1:
4のそれぞれに対応している。図44〜図47におい
て、(a)は第1のフォトマスク1Cの要部平面図、
(b)は第2のフォトマスク1Dの要部平面図、(c)
はフォトマスク1C,1Dを重ねて露光した場合のレジ
スト膜の露光面をそれぞれ示している。また、図48〜
図51は、図44〜図47に対応する光強度分布のシミ
ュレーションを示しており、各図において、(a)は2
枚のフォトマスク1C,1Dを重ね露光して得られた平
面的な光強度分布図、(b)は(a)の横方向(X方
向)の断面的な光強度分布図、(c)は(a)の縦方向
(Y方向)の断面的な光強度分布図を示している。この
ような2枚のフォトマスクの重ね合わせ露光では、転写
しようとしているパターンの縦横比の違いによらずX,
Y方向で高い光学的解像コントラストが得られている。
また、この場合は、上記のように、フォトマスク1A,
1Bを用いた場合よりも開口部7の角の丸みをさらに小
さくすることができ、パターンの転写形状および精度を
向上させることが可能となる。また、転写しようとする
パターンの形状制御を容易にすることが可能となる。
FIGS. 44 to 47 show the case where the photomasks 1C and 1D according to the technical idea of the present invention are used.
The aspect ratio of the pattern to be transferred is 1: 1 to 1:
4 respectively. 44A to 47B, (a) is a plan view of a main part of the first photomask 1C,
(B) is a plan view of a main part of the second photomask 1D, (c).
Indicates exposure surfaces of the resist film when the photomasks 1C and 1D are overlapped and exposed. In addition, FIG.
FIG. 51 shows a simulation of the light intensity distribution corresponding to FIG. 44 to FIG.
A planar light intensity distribution diagram obtained by superposing and exposing two photomasks 1C and 1D, (b) is a cross-sectional light intensity distribution diagram in the horizontal direction (X direction) of (a), and (c) is FIG. 3A shows a cross-sectional light intensity distribution diagram in the vertical direction (Y direction). In such a superposition exposure of two photomasks, X and X are independent of the difference in aspect ratio of the pattern to be transferred.
High optical resolution contrast is obtained in the Y direction.
In this case, as described above, the photomask 1A,
The roundness of the corner of the opening 7 can be further reduced as compared with the case where 1B is used, and the transfer shape and accuracy of the pattern can be improved. Further, it becomes possible to easily control the shape of the pattern to be transferred.

【0062】次に、本実施の形態1の露光プロセスを図
52によって説明する。図52はその露光プロセスのプ
ロセスフロー図である。
Next, the exposure process of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 52 is a process flow chart of the exposure process.

【0063】まず、2枚のフォトマスク1A,1B(ま
たは1C,1D)を縮小投影露光装置に装填する。ま
た、被露光基板として半導体ウエハを縮小投影露光装置
内にロードする。この半導体ウエハの主面上には上記レ
ジスト膜6(図8(b)参照)が既に塗布されている
(工程101)。続いて、縮小投影露光装置のマスクス
トッカから第1のフォトマスク1A(または1C)を、
縮小投影露光装置のマスクステージ上にロードする(工
程102)。その後、マスクステージ上において、第1
のフォトマスク1A(または1C)と、マスクステージ
との平面的な位置合わせを行い、第1のフォトマスク1
A(または1C)とマスクステージとの合わせ精度を向
上させる(工程103)。その後、半導体ウエハがウエ
ハステージ上にロードされると、フォトマスク1A(ま
たは1C)と、半導体ウエハとの間の平面的な位置合わ
せを行う。これにより、フォトマスク1A(または1
C)と半導体ウエハとの間の平面的な位置合わせ精度を
向上させる(工程104)。このような工程を経た後、
フォトマスク1A(または1C)を用いた露光処理を行
う(工程105)。
First, two photomasks 1A and 1B (or 1C and 1D) are loaded in a reduction projection exposure apparatus. Further, a semiconductor wafer as a substrate to be exposed is loaded into the reduction projection exposure apparatus. The resist film 6 (see FIG. 8B) is already applied on the main surface of the semiconductor wafer (Step 101). Subsequently, the first photomask 1A (or 1C) is removed from the mask stocker of the reduction projection exposure apparatus.
The wafer is loaded on the mask stage of the reduction projection exposure apparatus (Step 102). Then, on the mask stage, the first
The first photomask 1A (or 1C) and the mask stage are aligned in a planar manner.
The alignment accuracy between A (or 1C) and the mask stage is improved (step 103). Thereafter, when the semiconductor wafer is loaded on the wafer stage, planar alignment between the photomask 1A (or 1C) and the semiconductor wafer is performed. Thereby, the photomask 1A (or 1)
Improve the planar alignment accuracy between C) and the semiconductor wafer (step 104). After going through such a process,
An exposure process is performed using the photomask 1A (or 1C) (Step 105).

【0064】次いで、第1のフォトマスク1A(または
1C)に代えて、第2のフォトマスク1B(または1
D)を上記縮小投影露光装置のマスクステージ上にロー
ドする(工程106)。続いて、第2のフォトマスク1
B(または1D)に対しても、上記第1のフォトマスク
の平面的な位置合わせ工程103および半導体ウエハの
平面的な位置合わせ工程104と同様の工程107,1
08を行う。ただし、この段階(第1の露光処理工程1
05の後)において半導体ウエハはウエハステージから
着脱されないため、半導体ウエハの平面的な位置合わせ
工程108を省略することができる。すなわち、ここで
は工程104で得られた位置合わせ情報をそのまま用い
る。これにより、上記工程104での誤差に、工程10
8で再測定された新たな誤差を加えてしまうポテンシャ
ルを回避できる。このような工程を経た後、第1の露光
処理に続いて連続的にフォトマスク1B(または1D)
を用いた第2の露光処理を行う(工程109)。そし
て、このような工程101〜109を経た後、半導体ウ
エハを現像処理ユニットへ移動し(工程110)、現像
処理を行う。
Next, instead of the first photomask 1A (or 1C), a second photomask 1B (or 1C) is used.
D) is loaded on the mask stage of the reduction projection exposure apparatus (step 106). Subsequently, the second photomask 1
Also for B (or 1D), steps 107 and 1 similar to the first photomask planar alignment step 103 and the semiconductor wafer planar alignment step 104 are performed.
08. However, at this stage (first exposure processing step 1)
Since the semiconductor wafer is not attached to or detached from the wafer stage after (after step 05), the step 108 of aligning the semiconductor wafer in a planar manner can be omitted. That is, here, the positioning information obtained in step 104 is used as it is. As a result, the error in the above step 104 is added to the value in step 10
The potential of adding a new error re-measured at 8 can be avoided. After such a process, the photomask 1B (or 1D) is continuously formed following the first exposure process.
Is performed (step 109). Then, after passing through such steps 101 to 109, the semiconductor wafer is moved to the developing unit (step 110), and the developing processing is performed.

【0065】次に、本実施の形態1で用いる縮小投影露
光装置の一例を図53に示す。この縮小投影露光装置1
1は、例えば縮小率が1/4、露光光はKrFエキシマ
レーザ(波長λ=0.248μm)、コヒーレンシσが
0.3以下、好ましくは0.1以下、投影光学レンズの
開口特性NAが0.68の露光装置である。特に限定さ
れないが、縮小投影露光装置11には2枚以上の種類の
異なるフォトマスクを格納できるマスクストッカがあ
る。ただし、本発明は、上記条件の露光装置に限定され
るものではなく種々適用可能であり、例えばKrFエキ
シマステッパ(縮小率1/5)で、NA:0.6〜0.
68、σ:0.3〜0.8あるいは輪帯照明であっても
適用可能である。
Next, an example of a reduction projection exposure apparatus used in the first embodiment is shown in FIG. This reduction projection exposure apparatus 1
1 is, for example, a reduction ratio of 1/4, the exposure light is a KrF excimer laser (wavelength λ = 0.248 μm), the coherency σ is 0.3 or less, preferably 0.1 or less, and the aperture characteristic NA of the projection optical lens is 0. 68 is an exposure apparatus. Although not particularly limited, the reduction projection exposure apparatus 11 includes a mask stocker that can store two or more types of different photomasks. However, the present invention is not limited to the exposure apparatus under the above conditions, and can be variously applied. For example, a KrF excimer stepper (reduction ratio of 1/5), NA: 0.6 to 0.
68, σ: 0.3 to 0.8 or annular illumination is applicable.

【0066】縮小投影露光装置11の露光光源11aか
ら放射された露光光は、フライアイレンズ11b、コン
デンサレンズ11c,11dおよびミラー11eを介し
てフォトマスク1A(または1B、1C、1D)に照射
される。フォトマスク1A(または1B、1C、1D)
に描かれたパターンは、投影レンズ11fを介して試料
台11g上の半導体基板(半導体ウエハ)8の主面上に
塗布されたレジスト膜(上記化学増幅型のネガレジスト
膜)に転写される。フォトマスク1A(または1B、1
C、1D)は、その平面の中心と投影レンズ11fの光
軸との相対的な平面位置が正確に合わされた状態でマス
クステージ11h上に載置されている。マスクステージ
11hは、フォトマスク1A(または1B、1C、1
D)の主面に水平な方向および垂直な方向に移動可能な
状態で設置されている。このマスクステージ11hの移
動は、マスク位置制御手段11iによって制御されてい
る。試料台11gは、Zステージ11j上に載置されて
いる。Zステージ11jは、投影レンズ11fの光軸方
向(図53の縦方向)に移動可能な状態でXYステージ
11k上に設置されている。XYステージ11kは、半
導体基板8の主面に水平な方向であって互いに交差する
XおよびYの方向に移動可能な状態で設置されている。
このようなZステージ11jおよびXYステージ11k
は、主制御系11mからの制御命令に応じて、それぞれ
の駆動手段11p、11qによって駆動される。したが
って、半導体基板8を所望の露光位置に移動させること
が可能となっている。その平面位置は、Zステージ11
jに固定されたミラー11rの位置として、レーザ測長
器11sによって正確にモニタされている。
The exposure light emitted from the exposure light source 11a of the reduction projection exposure apparatus 11 is applied to the photomask 1A (or 1B, 1C, 1D) via the fly-eye lens 11b, the condenser lenses 11c, 11d, and the mirror 11e. You. Photomask 1A (or 1B, 1C, 1D)
Is transferred to a resist film (the above-described chemically amplified negative resist film) applied on the main surface of the semiconductor substrate (semiconductor wafer) 8 on the sample stage 11g via the projection lens 11f. Photomask 1A (or 1B, 1
C, 1D) are mounted on the mask stage 11h in a state where the relative plane position between the center of the plane and the optical axis of the projection lens 11f is accurately aligned. The mask stage 11h includes a photomask 1A (or 1B, 1C, 1P).
It is installed on the main surface of D) so as to be movable in the horizontal and vertical directions. The movement of the mask stage 11h is controlled by the mask position control means 11i. The sample stage 11g is mounted on a Z stage 11j. The Z stage 11j is mounted on the XY stage 11k so as to be movable in the optical axis direction of the projection lens 11f (vertical direction in FIG. 53). The XY stage 11k is installed so as to be movable in a direction horizontal to the main surface of the semiconductor substrate 8 and in X and Y directions crossing each other.
Such a Z stage 11j and an XY stage 11k
Are driven by respective driving units 11p and 11q in response to a control command from the main control system 11m. Therefore, it is possible to move the semiconductor substrate 8 to a desired exposure position. The plane position is the Z stage 11
The position of the mirror 11r fixed to j is accurately monitored by the laser length measuring device 11s.

【0067】次に、本発明の技術思想を、例えばDRA
Mに適用した場合について説明する。図54は、本実施
の形態のDRAMを形成した半導体チップ8Cの全体平
面図である。図示のように、例えば平面長方形状の半導
体チップ8Cの主面には、X方向(半導体チップ8Cの
長辺方向)およびY方向(半導体チップ8Cの短辺方
向)に沿って多数のメモリアレイMARYがマトリクス
状に配置されている。X方向に沿って互いに隣接するメ
モリアレイMARYの間にはセンスアンプSAが配置さ
れている。半導体チップ8Cの主面の中央部には、ワー
ドドライバWD、データ線選択回路などの制御回路や、
入出力回路、ボンディングパッドなどが配置されてい
る。
Next, the technical idea of the present invention is described, for example, by DRA.
A case where the invention is applied to M will be described. FIG. 54 is an overall plan view of a semiconductor chip 8C on which the DRAM of the present embodiment is formed. As shown in the figure, for example, a large number of memory arrays MARY are arranged along the X direction (long side direction of the semiconductor chip 8C) and the Y direction (long side direction of the semiconductor chip 8C) on the main surface of the planar rectangular semiconductor chip 8C. Are arranged in a matrix. A sense amplifier SA is arranged between memory arrays MARY adjacent to each other along the X direction. In the center of the main surface of the semiconductor chip 8C, control circuits such as a word driver WD and a data line selection circuit,
Input / output circuits, bonding pads, and the like are arranged.

【0068】図55および図56は、DRAMのメモリ
セルアレイMARYの要部拡大平面図、図57は図56
のA−A線の断面図である。なお、図55は、ビット線
とメモリセル選択用MISFETのソース・ドレイン用
の半導体領域とを電気的に接続するためのコンタクトホ
ールが形成された段階の平面図を示し、図56は、情報
蓄積用容量素子Cの下部電極が形成された段階の平面図
を示している。
FIGS. 55 and 56 are enlarged plan views of main parts of a memory cell array MARY of a DRAM, and FIGS.
FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 55 is a plan view showing a state where a contact hole for electrically connecting the bit line and the source / drain semiconductor region of the memory cell selection MISFET is formed. FIG. FIG. 3 shows a plan view of a stage where a lower electrode of a capacitive element for use C is formed.

【0069】DRAMのメモリセルは、p型の単結晶シ
リコンからなる半導体基板8の主面に形成されたp型ウ
エル12に形成されている。メモリセルが形成された領
域(メモリアレイ)のp型ウエル12は、半導体基板8
の他の領域に形成された入出力回路などからノイズが侵
入するのを防ぐために、その下部に形成されたn型半導
体領域13によって半導体基板8と電気的に分離されて
いる。
The memory cell of the DRAM is formed in a p-type well 12 formed on the main surface of a semiconductor substrate 8 made of p-type single crystal silicon. The p-type well 12 in the region (memory array) in which the memory cell is formed
In order to prevent noise from entering from an input / output circuit or the like formed in another region, the semiconductor substrate 8 is electrically separated by an n-type semiconductor region 13 formed thereunder.

【0070】メモリセルは、メモリセル選択用MISF
ETQsの上部に情報蓄積用容量素子Cを配置したスタ
ックド構造で構成されている。メモリセル選択用MIS
FETQsはnチャネル型MISFETで構成され、p
型ウエル12の活性領域Lに形成されている。活性領域
Lは、図55および図56のX方向に沿って真っ直ぐに
延在する細長い島状のパターンで構成されており、それ
ぞれの活性領域Lには、ソース、ドレインの一方(n型
半導体領域)を互いに共有するメモリセル選択用MIS
FETQsがX方向に隣接して2個形成されている。
The memory cell is a memory cell selecting MISF.
It has a stacked structure in which an information storage capacitor C is arranged above ETQs. MIS for memory cell selection
The FET Qs is composed of an n-channel type MISFET,
It is formed in the active region L of the mold well 12. The active region L is formed of an elongated island-shaped pattern extending straight along the X direction in FIGS. 55 and 56. Each active region L has one of a source and a drain (n-type semiconductor region). ) For memory cell selection sharing each other
Two FETs Qs are formed adjacent to each other in the X direction.

【0071】活性領域Lを囲む素子分離領域は、p型ウ
エル12に開孔した浅い溝に酸化シリコン膜等からなる
絶縁膜を埋め込んで形成した溝型の素子分離部(トレン
チアイソレーション)14によって構成されている。こ
の溝型の素子分離部14に埋め込まれた絶縁膜は、その
表面が活性領域Lの表面とほぼ同じ高さになるように平
坦化されている。このような溝型の素子分離部14によ
って構成された素子分離領域は、活性領域Lの端部にバ
ーズビーク(bird's beak)ができないので、LOCOS
(Local Oxidization of Silicon:選択酸化)法で形成
された同一寸法の素子分離領域(フィールド酸化膜)に
比べて活性領域Lの実効的な面積が大きくなる。また、
平坦性に優れている。
An element isolation region surrounding the active region L is formed by a trench-type element isolation portion (trench isolation) 14 formed by embedding an insulating film made of a silicon oxide film or the like in a shallow groove formed in a p-type well 12. It is configured. The insulating film buried in the groove-shaped element isolation portion 14 is flattened so that its surface is substantially the same height as the surface of the active region L. Since the element isolation region formed by such a groove-type element isolation portion 14 cannot have a bird's beak at the end of the active region L, the LOCOS
The effective area of the active region L is larger than that of an element isolation region (field oxide film) of the same size formed by the (Local Oxidization of Silicon: selective oxidation) method. Also,
Excellent flatness.

【0072】メモリセル選択用MISFETQsは、主
としてゲート絶縁膜15、ゲート電極16およびソー
ス、ドレインを構成する一対のn型半導体領域17、1
7によって構成されている。ゲート電極16はワード線
WLと一体に構成されており、同一の幅、同一のスペー
スでY方向に沿って直線的に延在している。ゲート電極
16(ワード線WL)は、例えばP(リン)などのn型
不純物がドープされた低抵抗多結晶シリコン膜と、その
上部に形成されたWN(タングステンナイトライド)膜
などからなるバリアメタル層と、その上部に形成された
W(タングステン)膜などの高融点金属膜とで構成され
たポリメタル構造を有している。ポリメタル構造のゲー
ト電極16(ワード線WL)は、多結晶シリコン膜やポ
リサイド膜で構成されたゲート電極に比べて電気抵抗が
低いので、ワード線WLの信号遅延を低減することがで
きる。ただし、ゲート電極16を、多結晶シリコン膜の
単体膜で構成しても良いし、多結晶シリコン膜上にタン
グステンシリサイド等のうようなシリサイド膜を積み重
ねてなる上記ポリサイド構造としても良い。
The memory cell selecting MISFET Qs mainly includes a gate insulating film 15, a gate electrode 16, and a pair of n-type semiconductor regions 17, 1 constituting a source and a drain.
7. The gate electrode 16 is formed integrally with the word line WL, and extends linearly in the Y direction with the same width and the same space. The gate electrode 16 (word line WL) is made of, for example, a low-resistance polycrystalline silicon film doped with an n-type impurity such as P (phosphorus), and a barrier metal such as a WN (tungsten nitride) film formed thereon. It has a polymetal structure composed of a layer and a refractory metal film such as a W (tungsten) film formed thereon. Since the gate electrode 16 (word line WL) having a polymetal structure has lower electric resistance than a gate electrode formed of a polycrystalline silicon film or a polycide film, the signal delay of the word line WL can be reduced. However, the gate electrode 16 may be composed of a single film of a polycrystalline silicon film, or may have the above-mentioned polycide structure in which a silicide film such as tungsten silicide is stacked on the polycrystalline silicon film.

【0073】メモリセル選択用MISFETQsのゲー
ト電極16(ワード線WL)の上部には窒化シリコン膜
等からなるキャップ絶縁膜18が形成されており、この
キャップ絶縁膜18の上部および側壁とゲート電極16
(ワード線WL)の側壁とには、例えば窒化シリコン膜
からなる絶縁膜19が形成されている。メモリアレイの
キャップ絶縁膜18と絶縁膜19は、後述するように、
メモリセル選択用MISFETQsのソース、ドレイン
(n型半導体領域17、17)の上部にセルフアライン
(自己整合)でコンタクトホールを形成する際のエッチ
ングストッパとして使用される。メモリセル選択用MI
SFETQs、nチャネル型MISFETQnおよびp
チャネル型MISFETQp上には、SOG(Spin On
Glass)膜20aが形成されている。また、SOG膜2
0aのさらに上には2層の酸化シリコン等からなる絶縁
膜20b、20cが形成されており、上層の絶縁膜20
cは、その表面が半導体基板8の全域でほぼ同じ高さに
なるように平坦化されている。
On the gate electrode 16 (word line WL) of the memory cell selecting MISFET Qs, a cap insulating film 18 made of a silicon nitride film or the like is formed.
On the side wall of (word line WL), an insulating film 19 made of, for example, a silicon nitride film is formed. As described later, the cap insulating film 18 and the insulating film 19 of the memory array
It is used as an etching stopper when a contact hole is formed in a self-aligned (self-aligned) manner above the source and drain (n-type semiconductor regions 17, 17) of the memory cell selection MISFET Qs. MI for memory cell selection
SFET Qs, n-channel MISFETs Qn and p
On the channel type MISFET Qp, SOG (Spin On
Glass) film 20a is formed. Also, the SOG film 2
0a, two insulating films 20b and 20c made of silicon oxide or the like are formed on the upper insulating film 20a.
c is flattened so that its surface is substantially the same height over the entire area of the semiconductor substrate 8.

【0074】メモリセル選択用MISFETQsのソー
ス、ドレインを構成する一対のn型半導体領域17、1
7の上部には、絶縁膜20b、20cおよびSOG膜2
0aを貫通するコンタクトホール21a、21bが形成
されている。これらのコンタクトホール21a、21b
の内部には、n型不純物(例えばP(リン))をドープ
した低抵抗の多結晶シリコン膜で構成されたプラグ22
が埋め込まれている。
A pair of n-type semiconductor regions 17, 1 constituting the source and drain of the memory cell selecting MISFET Qs
7, the insulating films 20b and 20c and the SOG film 2
Contact holes 21a and 21b penetrating through Oa are formed. These contact holes 21a, 21b
Inside the plug 22 formed of a low-resistance polycrystalline silicon film doped with an n-type impurity (for example, P (phosphorus)).
Is embedded.

【0075】コンタクトホール21a、21bの底部の
X方向の径は、対向する2本のゲート電極16(ワード
線WL)の一方の側壁の絶縁膜19と他方の側壁の絶縁
膜19とのスペースによって規定されている。すなわ
ち、コンタクトホール21a、21bは、ゲート電極1
6(ワード線WL)に対してセルフアラインで形成され
ている。
The diameter of the bottom of the contact holes 21a and 21b in the X direction depends on the space between the insulating film 19 on one side wall of the two opposing gate electrodes 16 (word lines WL) and the insulating film 19 on the other side wall. Stipulated. That is, the contact holes 21a and 21b are
6 (word line WL) in a self-aligned manner.

【0076】図56に示すように、一対のコンタクトホ
ール21a、21bのうち、一方のコンタクトホール2
1bのY方向の径は、活性領域LのY方向の寸法とほぼ
同じである。これに対して、もう一方のコンタクトホー
ル21a(2個のメモリセル選択用MISFETQsに
よって共有されたn型半導体領域17上のコンタクトホ
ール)のY方向の径は、活性領域LのY方向の寸法より
も大きい。すなわち、コンタクトホール21aは、Y方
向の径がX方向の径よりも大きい略長方形の平面パター
ンで構成されており、その一部は活性領域Lから外れて
溝型の素子分離部14上に延在している。コンタクトホ
ール21aをこのようなパターンで構成することによ
り、コンタクトホール21aを介してビット線BLとn
型半導体領域17とを電気的に接続する際に、ビット線
BLの幅を一部で太くして活性領域Lの上部まで延在し
たり、活性領域Lの一部をビット線BL方向に延在した
りしなくともよいので、メモリセルサイズを縮小するこ
とが可能となる。
As shown in FIG. 56, one of the pair of contact holes 21a and 21b has one contact hole 2a.
The diameter of 1b in the Y direction is substantially the same as the dimension of the active region L in the Y direction. On the other hand, the diameter in the Y direction of the other contact hole 21a (the contact hole on the n-type semiconductor region 17 shared by the two memory cell selecting MISFETs Qs) is larger than the dimension of the active region L in the Y direction. Is also big. That is, the contact hole 21a is formed of a substantially rectangular planar pattern whose diameter in the Y direction is larger than the diameter in the X direction, and a part of the contact hole 21a extends from the active region L onto the groove-shaped element isolation portion 14. Are there. By configuring the contact hole 21a with such a pattern, the bit lines BL and n can be connected via the contact hole 21a.
When electrically connecting the pattern semiconductor region 17, the width of the bit line BL is partially increased to extend over the active region L, or a portion of the active region L is extended in the bit line BL direction. Since they do not need to be present, the memory cell size can be reduced.

【0077】絶縁膜20c上には絶縁膜20dが形成さ
れている。コンタクトホール21a上の絶縁膜20dに
はスルーホール23aが形成されており、その内部には
下層から順にTi(チタン)膜、TiN(窒化チタン)
膜およびW膜を積層した導電膜からなるプラグが埋め込
まれている。スルーホール23aは、活性領域Lから外
れた溝型の素子分離部14の上方に配置されている。絶
縁膜21d上にはビット線BLが形成されている。ビッ
ト線BLは溝型の素子分離部13の上方に配置されてお
り、同一の幅、同一のスペースでX方向に沿って直線的
に延在している。ビット線BLは、例えばタングステン
膜で構成されており、絶縁膜20dに形成されたスルー
ホール23aおよびその下部の絶縁膜20b〜20d、
SOG膜20aおよびゲート絶縁膜15に形成されたコ
ンタクトホール21aを通じてメモリセル選択用MIS
FETQsのソース、ドレインの一方(2個のメモリセ
ル選択用MISFETQsによって共有されたn型半導
体領域17)と電気的に接続されている。ビット線BL
を金属(タングステン)で構成することにより、そのシ
ート抵抗を低減できるので、情報の読み出し、書き込み
を高速で行うことができる。また、ビット線BLと周辺
回路の配線とを同一の工程で同時に形成することができ
るので、DRAMの製造工程を簡略化することができ
る。また、ビット線BLを耐熱性およびエレクトロマイ
グレーション耐性の高い金属(タングステン)で構成す
ることにより、ビット線BLの幅を微細化した場合で
も、断線を確実に防止することができる。
The insulating film 20d is formed on the insulating film 20c. A through hole 23a is formed in the insulating film 20d on the contact hole 21a, and a Ti (titanium) film and a TiN (titanium nitride) are sequentially formed therein from the bottom.
A plug made of a conductive film in which a film and a W film are stacked is embedded. The through hole 23a is arranged above the groove-shaped element isolation portion 14 deviating from the active region L. The bit line BL is formed on the insulating film 21d. The bit line BL is arranged above the groove-shaped element isolation portion 13, and extends linearly in the X direction with the same width and the same space. The bit line BL is made of, for example, a tungsten film, and has a through hole 23a formed in the insulating film 20d and insulating films 20b to 20d thereunder.
MIS for memory cell selection through contact hole 21a formed in SOG film 20a and gate insulating film 15
It is electrically connected to one of the source and the drain of the FET Qs (the n-type semiconductor region 17 shared by the two memory cell selecting MISFETs Qs). Bit line BL
Is made of metal (tungsten), the sheet resistance can be reduced, so that information can be read and written at high speed. Further, since the bit line BL and the wiring of the peripheral circuit can be formed simultaneously in the same process, the manufacturing process of the DRAM can be simplified. Further, by configuring the bit line BL with a metal (tungsten) having high heat resistance and electromigration resistance, disconnection can be reliably prevented even when the width of the bit line BL is reduced.

【0078】ビット線BL上には、例えば酸化シリコン
からなる絶縁膜20e、20fが形成されている。上層
の絶縁膜20fは、その表面が半導体基板8の全域でほ
ぼ同じ高さになるように平坦化されている。メモリセル
アレイの絶縁膜20f上には窒化シリコン等からなる絶
縁膜20gが形成されており、この絶縁膜20gのさら
に上には情報蓄積用容量素子Cが形成されている。情報
蓄積用容量素子Cは、下部電極(蓄積電極)24aと上
部電極(プレート電極)24bとそれらの間に設けられ
たTa25(酸化タンタル)等からなる容量絶縁膜(誘
電体膜)24cとによって構成されている。下部電極2
4aは、例えばP(リン)がドープされた低抵抗多結晶
シリコン膜からなり、上部電極24bは、例えばTiN
膜からなる。
On the bit line BL, insulating films 20e and 20f made of, for example, silicon oxide are formed. The upper insulating film 20f is flattened so that the surface is substantially the same height over the entire area of the semiconductor substrate 8. An insulating film 20g made of silicon nitride or the like is formed on the insulating film 20f of the memory cell array, and an information storage capacitor C is formed on the insulating film 20g. The information storage capacitive element C is a capacitive insulating film (dielectric film) made of a lower electrode (storage electrode) 24a, an upper electrode (plate electrode) 24b, and Ta 2 O 5 (tantalum oxide) provided therebetween. 24c. Lower electrode 2
4a is made of, for example, a low-resistance polycrystalline silicon film doped with P (phosphorus).
Consists of a membrane.

【0079】情報蓄積用容量素子Cの下部電極24a
は、図56のX方向に沿って真っ直ぐに延在する細長い
略長方形状のパターンで構成されている。この下部電極
24aを形成するための後述のキャパシタ孔(開口部)
を形成する際に、上記本発明の技術思想を適用した。下
部電極24aは、絶縁膜21gおよびその下層の絶縁膜
20d〜20fを貫通するスルーホール23b内に埋め
込まれたプラグ25を通じてコンタクトホール21b内
のプラグ22と電気的に接続され、さらにこのプラグ2
2を介してメモリセル選択用MISFETQsのソー
ス、ドレインの他方(n型半導体領域17)と電気的に
接続されている。下部電極24aとコンタクトホール2
1bとの間に形成されたスルーホール23bの内部に
は、例えばP(リン)がドープされた低抵抗多結晶シリ
コン膜で構成されたプラグ25が埋め込まれている。
The lower electrode 24a of the information storage capacitor C
Are formed in an elongated, substantially rectangular pattern extending straight along the X direction in FIG. A capacitor hole (opening) described later for forming the lower electrode 24a
The above-mentioned technical idea of the present invention was applied when forming the. The lower electrode 24a is electrically connected to the plug 22 in the contact hole 21b through a plug 25 embedded in a through hole 23b penetrating the insulating film 21g and the insulating films 20d to 20f below the insulating film 21g.
2 and is electrically connected to the other of the source and the drain (the n-type semiconductor region 17) of the memory cell selection MISFET Qs. Lower electrode 24a and contact hole 2
A plug 25 made of, for example, a low-resistance polycrystalline silicon film doped with P (phosphorus) is buried in the through hole 23b formed between the plug 25 and the through hole 23b.

【0080】情報蓄積用容量素子Cの上部には2層の酸
化シリコン等からなる絶縁膜20hが形成され、さらに
その上部には第2層目の配線26aが形成されている。
第2層目の配線26aは、Al(アルミニウム)合金を
主体とする導電膜で構成されている。第2層目の配線2
6a上には2層の酸化シリコン等からなる絶縁膜20
i、20jが形成されている。このうち、下層の絶縁膜
20iは、配線26aのギャップフィル性に優れた高密
度プラズマ(High Density Plasma)CVD法によって形
成されている。また、この絶縁膜20i上の絶縁膜20
jは、その表面が半導体基板8の全域でほぼ同じ高さに
なるように平坦化されている。この絶縁膜20j上には
第3層目の配線26bが形成されている。第3層目の配
線26bは、第2層目の配線26aと同じく、Al合金
を主体とする導電膜で構成されている。
A two-layer insulating film 20h made of silicon oxide or the like is formed above the information storage capacitive element C, and a second-layer wiring 26a is formed thereon.
The second-layer wiring 26a is made of a conductive film mainly composed of an Al (aluminum) alloy. Second layer wiring 2
An insulating film 20 made of two layers of silicon oxide or the like is formed on 6a.
i, 20j are formed. Among them, the lower insulating film 20i is formed by a high density plasma (High Density Plasma) CVD method excellent in gap fill property of the wiring 26a. The insulating film 20 on this insulating film 20i
j is flattened so that its surface is substantially the same height over the entire area of the semiconductor substrate 8. A third-layer wiring 26b is formed on the insulating film 20j. The third-layer wiring 26b is made of a conductive film mainly composed of an Al alloy, like the second-layer wiring 26a.

【0081】次に、上記DRAMの製造方法において本
発明の技術思想を適用した例を図58〜図60によって
説明する。図58は、例えば窒化シリコン膜からなる絶
縁膜20gが堆積された工程までを示している。この段
階ではプラグ25の上面は絶縁膜20gによって覆われ
ている。続いて、図59に示すように、絶縁膜20g上
に、例えば酸化シリコン膜等からなる絶縁膜27を形成
した後、その絶縁膜27に情報蓄積用容量素子の下部電
極を形成するためのキャパシタ孔7a(上記開口部7に
相当)を上記フォトマスク1A,1B(または1C,1
D)を用いたフォトリソグラフィ技術およびドライエッ
チング技術によって形成する。このキャパシタ孔7aの
底面からはプラグ25の上面が露出されている。キャパ
シタ孔7aの平面形状は、図56の下部電極24aの平
面形状と等しい。本実施の形態1においては、本発明の
技術思想をDRAMのキャパシタ孔7aの形成方法に適
用したことにより、キャパシタ孔7aの平面形状を設計
上の平面形状に近づけることができる。すなわち、キャ
パシタ孔7aの平面形状における丸みを小さくできる。
このため、キャパシタ孔7aによって形成される下部電
極24aの表面積を増大させることができるので、情報
蓄積用容量素子Cの容量を増大させることが可能とな
る。したがって、DRAMの動作信頼性を向上させるこ
とができる。また、DRAMのリフレッシュ特性を向上
させることが可能となる。その後、図60に示すよう
に、キャパシタ孔7a内および絶縁膜27の上面に、下
部電極形成用の導体膜24をCVD法またはスパッタリ
ング法等により堆積した後、キャパシタ孔7a内および
周辺回路領域にレジスト膜28aを形成する。その後、
そのレジスト膜28aをマスクとして絶縁膜27上の導
体膜24をエッチング除去することにより、図57に示
した下部電極24aを形成する。その後、絶縁膜20g
をエッチングマスクとして、絶縁膜27を除去後、容量
絶縁膜24cおよび上部電極24bを形成する。これ以
降の工程は、DRAMの通常の製造方法を適用すれば良
いので説明を省略する。
Next, an example in which the technical idea of the present invention is applied to the above-described DRAM manufacturing method will be described with reference to FIGS. FIG. 58 shows the process up to the step of depositing the insulating film 20g made of, for example, a silicon nitride film. At this stage, the upper surface of the plug 25 is covered with the insulating film 20g. Subsequently, as shown in FIG. 59, after an insulating film 27 made of, for example, a silicon oxide film or the like is formed on the insulating film 20g, a capacitor for forming a lower electrode of the information storage capacitor is formed on the insulating film 27. The holes 7a (corresponding to the openings 7) are formed in the photomasks 1A, 1B (or 1C, 1C).
It is formed by a photolithography technique using D) and a dry etching technique. The upper surface of the plug 25 is exposed from the bottom surface of the capacitor hole 7a. The planar shape of capacitor hole 7a is equal to the planar shape of lower electrode 24a in FIG. In the first embodiment, by applying the technical concept of the present invention to the method of forming the capacitor hole 7a of the DRAM, the planar shape of the capacitor hole 7a can be made closer to the designed planar shape. That is, the roundness of the planar shape of the capacitor hole 7a can be reduced.
Therefore, the surface area of the lower electrode 24a formed by the capacitor hole 7a can be increased, so that the capacitance of the information storage capacitor C can be increased. Therefore, the operation reliability of the DRAM can be improved. Further, the refresh characteristics of the DRAM can be improved. Thereafter, as shown in FIG. 60, a conductor film 24 for forming a lower electrode is deposited in the capacitor hole 7a and on the upper surface of the insulating film 27 by a CVD method or a sputtering method, and then in the capacitor hole 7a and in the peripheral circuit region. A resist film 28a is formed. afterwards,
By using the resist film 28a as a mask to remove the conductive film 24 on the insulating film 27 by etching, the lower electrode 24a shown in FIG. 57 is formed. Then, the insulating film 20g
Is used as an etching mask, the insulating film 27 is removed, and then the capacitor insulating film 24c and the upper electrode 24b are formed. Subsequent steps may be performed by applying a normal DRAM manufacturing method, and a description thereof will be omitted.

【0082】このように本実施の形態1によれば、以下
の効果が得られる。 (1).単純なパターンが形成された2枚のフォトマスクを
重ね露光することにより、それぞれのパターンの解像を
容易にすることが可能となる。 (2).通常のフォトマスクと位相シフタを有するフォトマ
スクとの重ね合わせ露光により、高密度かつ微細な所望
のパターンの解像度を向上させることが可能となる。 (3).上記(1),(2)により、露光処理におけるパターンの
忠実度を向上させることが可能となる。 (4).上記(1),(2)により、露光処理におけるプロセスマ
ージンを向上させることが可能となる。 (5).上記(1),(2),(3),(4)により、露光装置を変える
ことなく、高密度かつ微細な所望のパターンの解像性、
忠実度およびプロセスマージンを向上させることができ
るので、高集積で高性能な半導体装置を低コストで提供
することが可能となる。
According to the first embodiment, the following effects can be obtained. (1) By superposing and exposing two photomasks each having a simple pattern formed thereon, it becomes possible to easily resolve each pattern. (2) By superposing and exposing a normal photomask and a photomask having a phase shifter, it is possible to improve the resolution of a high-density and fine desired pattern. (3). According to the above (1) and (2), the fidelity of the pattern in the exposure processing can be improved. (4) According to the above (1) and (2), the process margin in the exposure processing can be improved. (5) According to the above (1), (2), (3), and (4), the resolution of a high-density and minute desired pattern can be
Since the fidelity and the process margin can be improved, a highly integrated and high performance semiconductor device can be provided at low cost.

【0083】(実施の形態2)図61および図62の
(a)は本発明の他の実施の形態である半導体集積回路
装置の製造方法に用いるフォトマスク1I,1Jの要部
平面図を示し、図61および図62の(b),(c)は
それぞれの図の(a)のA−A線およびB−B線の断面
図を示している。また、図63に、その2枚のフォトマ
スク1I,1Jのパターンの重なり状態を模式的に示
す。なお、このフォトマスク1I,1Jもレジスト膜に
転写しようとしているパターンは前記実施の形態1で用
いた図3および図4で示したフォトマスクの場合と同じ
である。また、図61(a)、図62(a)および図6
3には、図面を分かり易くするために遮光領域に網掛け
のハッチングを付す。
(Embodiment 2) FIGS. 61 and 62A are plan views of main parts of photomasks 1I and 1J used in a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention. 61 and 62 (b) and (c) are cross-sectional views taken along line AA and line BB of FIG. FIG. 63 schematically shows an overlapping state of the patterns of the two photomasks 1I and 1J. The patterns to be transferred to the resist film in the photomasks 1I and 1J are the same as those in the photomask shown in FIGS. 3 and 4 used in the first embodiment. Also, FIGS. 61 (a), 62 (a) and 6
In FIG. 3, shaded hatching is applied to the light-shielding region for easy understanding of the drawing.

【0084】フォトマスク(第1マスク)1Iの光透過
パターン3iおよび遮光パターン4iの配置は、前記フ
ォトマスク1Aの光透過パターン3aおよび遮光パター
ン4aの配置と同じである。また、フォトマスク(第2
マスク)1Jの光透過パターン3jおよび遮光パターン
4jの配置は、前記フォトマスク1Bの光透過パターン
3bおよび遮光パターン4bの配置と同じである。異な
るのは、フォトマスク1I,1Jの光透過パターン3
i,3jの各々において、双方のフォトマスク1I,1
Jを重ねた場合に、双方の光透過パターン3i,3jが
交差する領域の幅が、交差しない領域の幅よりも細くな
っていることである。すなわち、その交差する領域にお
いては、遮光パターン4i、4jの一部が光透過パター
ン3i,3jの両長辺から中心に向かって凸状に突き出
している。このような、本実施の形態2においては、図
63に示すように、フォトマスク1I.1Jを重ねた際
に、光透過パターン3i、3jの交差領域内に遮光パタ
ーン4i,4jの一部である遮光パターン4i1,4j
1が配置されるようになる。この遮光パターン4i1,
4j1は、レジスト膜に転写しようとしているパターン
を形成するための遮光パターン4i,4jの四隅に配置
される。これにより、図64に示すように、光透過パタ
ーン3i,3jの交差領域から遮光領域への酸拡散によ
るレジスト膜の架橋反応の進行を抑え、その進行範囲を
小さくすることができる。その結果、現像後のレジスト
膜に形成された開口部7(図8参照)の角部の丸みをさ
らに小さくすることができる。したがって、前記実施の
形態1のフォトマスク1A,1Bを用いた場合(破線で
示す)よりも転写パターンの形状および寸法精度を向上
させることが可能となる。図64において、相対的に濃
い網掛けのハッチングが付された領域は架橋反応が進行
していない領域を示している。相対的に薄い網掛けのハ
ッチングは遮光パターンに対応し、白い領域は光透過パ
ターンに対応している。矢印は架橋反応の進行方向を示
している。なお、フォトマスク1I,1Jのマスク基板
2i,2jは、上記フォトマスク1A,1Bのマスク基
板2a,2bと同じ材料からなる。また、フォトマスク
1I,1Jの遮光パターン4i、4jは、上記フォトマ
スク1A,1Bの遮光パターン4a,4bと同じ材料か
らなる。また、この場合の露光処理は、前記実施の形態
1と同じなので説明を省略する。また、半導体ウエハ上
に転写されるパターン寸法がサブミクロンオーダーの場
合には、フォトマスク1Jの光透過パターン3jにも、
前記フォトマスク1Bと同様に、位相シフタを配置する
必要がある。しかし、半導体ウエハ上に転写されるパタ
ーン寸法が大きい場合には、上記位相シフタを配置しな
くてもよい。
The arrangement of the light transmitting pattern 3i and the light shielding pattern 4i of the photomask (first mask) 1I is the same as the arrangement of the light transmitting pattern 3a and the light shielding pattern 4a of the photomask 1A. In addition, a photomask (second
The arrangement of the light transmitting pattern 3j and the light shielding pattern 4j of the (mask) 1J is the same as the arrangement of the light transmitting pattern 3b and the light shielding pattern 4b of the photomask 1B. The difference is that the light transmission patterns 3 of the photomasks 1I and 1J are different.
i, 3j, both photomasks 1I, 1
When J is overlapped, the width of the region where both light transmission patterns 3i and 3j intersect is smaller than the width of the region where they do not intersect. That is, in the intersecting region, a part of the light shielding patterns 4i, 4j protrudes from both long sides of the light transmitting patterns 3i, 3j toward the center. In the second embodiment as described above, as shown in FIG. When 1J is superimposed, the light-shielding patterns 4i1 and 4j, which are part of the light-shielding patterns 4i and 4j, are located in the intersection area of the light-transmitting patterns 3i and 3j.
1 will be arranged. This light-shielding pattern 4i1,
4j1 are arranged at the four corners of the light shielding patterns 4i and 4j for forming the pattern to be transferred to the resist film. As a result, as shown in FIG. 64, the progress of the crosslinking reaction of the resist film due to the acid diffusion from the intersection region of the light transmission patterns 3i and 3j to the light-shielding region can be suppressed, and the progress range can be reduced. As a result, the roundness of the corners of the opening 7 (see FIG. 8) formed in the developed resist film can be further reduced. Therefore, it is possible to improve the shape and dimensional accuracy of the transfer pattern as compared with the case where the photomasks 1A and 1B of the first embodiment are used (shown by broken lines). In FIG. 64, a region with relatively dark hatching indicates a region where the crosslinking reaction has not progressed. The relatively thin hatched hatching corresponds to the light-shielding pattern, and the white area corresponds to the light-transmitting pattern. Arrows indicate the direction of progress of the crosslinking reaction. The mask substrates 2i and 2j of the photomasks 1I and 1J are made of the same material as the mask substrates 2a and 2b of the photomasks 1A and 1B. The light-shielding patterns 4i and 4j of the photomasks 1I and 1J are made of the same material as the light-shielding patterns 4a and 4b of the photomasks 1A and 1B. Further, the exposure processing in this case is the same as that in the first embodiment, and the description is omitted. When the pattern size transferred onto the semiconductor wafer is on the order of submicrons, the light transmission pattern 3j of the photomask 1J also has
As in the case of the photomask 1B, it is necessary to dispose a phase shifter. However, when the pattern size to be transferred onto the semiconductor wafer is large, the phase shifter need not be provided.

【0085】(実施の形態3)図65および図66は本
発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造
方法に用いるフォトマスク1K,1Mの要部平面図を示
し、図65および図66の(b)はそれぞれの図の
(a)のA−A線の断面図を示している。なお、図65
および図66の(a)においては、図面を分かり易くす
るために遮光領域に網掛けのハッチングを付す。
(Embodiment 3) FIGS. 65 and 66 are plan views of main parts of photomasks 1K and 1M used in a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention. (B) of FIG. 66 is a cross-sectional view taken along line AA of (a) of each drawing. FIG. 65
66A and FIG. 66A, shaded hatching is applied to the light-shielding region for easy understanding of the drawing.

【0086】図65に示すフォトマスク1Kは、フォト
マスク1Aとほぼ同じである。フォトマスク1Kの光透
過パターン3kおよび遮光パターン4kは、それぞれフ
ォトマスク1Aの光透過パターン3aおよび遮光パター
ン4aに対応している。異なるのは、光透過パターン3
kの隣接間隔がフォトマスク1Aの光透過パターン3a
の隣接間隔よりも狭く、光透過パターン3kと遮光パタ
ーン4kの幅寸法が1:1になっている。一方、図66
に示すフォトマスク1Mは、前記フォトマスク1Fとほ
ぼ同じである。この場合も光透過パターン3mと遮光パ
ターン4mの幅寸法が1:1になっている。フォトマス
ク1Mの光透過パターン3mおよび遮光パターン4m
は、それぞれフォトマスク1Fの光透過パターン3fお
よび遮光パターン4fに対応している。これらフォトマ
スク1K,1Mのパターンを重ねた図を図67に模式的
に示す。ここでは、光透過パターン3k,3mに囲まれ
る遮光パターン4k、4mの縦横比が1:1となってい
る。
The photomask 1K shown in FIG. 65 is almost the same as the photomask 1A. The light transmission pattern 3k and the light shielding pattern 4k of the photomask 1K correspond to the light transmission pattern 3a and the light shielding pattern 4a of the photomask 1A, respectively. What is different is the light transmission pattern 3
k is the light transmission pattern 3a of the photomask 1A.
The width of the light transmitting pattern 3k and the light shielding pattern 4k is 1: 1. On the other hand, FIG.
Is substantially the same as the photomask 1F. Also in this case, the width dimension of the light transmitting pattern 3m and the light shielding pattern 4m is 1: 1. Light transmitting pattern 3m and light shielding pattern 4m of photomask 1M
Respectively correspond to the light transmission pattern 3f and the light shielding pattern 4f of the photomask 1F. FIG. 67 schematically shows a pattern in which the patterns of the photomasks 1K and 1M are overlapped. Here, the aspect ratio of the light shielding patterns 4k, 4m surrounded by the light transmitting patterns 3k, 3m is 1: 1.

【0087】露光処理は、前記実施の形態1と同様に、
フォトマスク1Kを用いた露光処理後、フォトマスク1
Mを用いた露光処理を行う。ただし、本実施の形態3に
おいては、露光処理に際して、オーバードーズを行う。
図68は、その場合を模式的に示した図であり、前記実
施の形態1と同様に、光透過パターン3k、3mの交差
領域から遮光パターン4k,4m側に酸拡散によるレジ
スト膜の架橋反応が進行する結果、平面円形状の遮光領
域を形成することができる。したがって、レジスト膜と
してネガレジスト膜を用いることにより、図69
(a),(b)に示すように、レジスト膜6に平面円形
状の微細な開口部7を形成することができる。すなわ
ち、本実施の形態3においては、酸拡散によるレジスト
膜の架橋反応を積極的に利用することにより、フォトリ
ソグラフィ技術によるパターンの転写限界寸法よりも小
さな平面寸法の開口部7を形成することができる。な
お、図68において、相対的に濃い網掛けのハッチング
が付された領域は架橋反応が進行していない領域を示し
ている。相対的に薄い網掛けのハッチングは遮光パター
ンに対応し、白い領域は光透過パターンに対応してい
る。矢印は架橋反応の進行方向を示している。また、図
69(b)は、(a)のA−A線の断面図である。図6
9(c)は残されたレジスト膜6をエッチングマスクと
して絶縁膜9にホールパターン10を形成した場合を示
している。
The exposure processing is performed in the same manner as in the first embodiment.
After the exposure process using the photomask 1K, the photomask 1
An exposure process using M is performed. However, in the third embodiment, an overdose is performed during the exposure processing.
FIG. 68 is a diagram schematically showing such a case. As in the first embodiment, the cross-linking reaction of the resist film by the acid diffusion from the intersection area of the light transmission patterns 3k and 3m to the light shielding patterns 4k and 4m side. As a result, a flat circular light-shielding region can be formed. Therefore, by using a negative resist film as a resist film,
As shown in (a) and (b), fine openings 7 having a flat circular shape can be formed in the resist film 6. That is, in the third embodiment, the opening 7 having a plane dimension smaller than the transfer limit dimension of the pattern by the photolithography technique can be formed by actively utilizing the crosslinking reaction of the resist film due to the acid diffusion. it can. In FIG. 68, the regions with relatively dark hatching indicate regions where the crosslinking reaction has not progressed. The relatively thin hatched hatching corresponds to the light-shielding pattern, and the white area corresponds to the light-transmitting pattern. Arrows indicate the direction of progress of the crosslinking reaction. FIG. 69B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. FIG.
9 (c) shows a case where a hole pattern 10 is formed in the insulating film 9 using the remaining resist film 6 as an etching mask.

【0088】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment, the invention is not limited to the embodiment and can be variously modified without departing from the gist of the invention. Needless to say,

【0089】例えば前記実施の形態においては本発明を
DRAMの下部電極形成用のキャパシタ孔を転写する際
に適用した場合について説明したが、これに限定される
ものではなく種々変更可能である。
For example, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the transfer of the capacitor hole for forming the lower electrode of the DRAM has been described.

【0090】また、露光処理時の露光光源にKrFを用
いた場合について説明したが、これに限定されるもので
はなく種々変更可能であり、例えばArF(波長193
nm)を用いても良い。また、変形照明を用いても良
い。
The case where KrF is used as the exposure light source during the exposure processing has been described. However, the present invention is not limited to this.
nm) may be used. Further, modified illumination may be used.

【0091】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるDRA
Mに適用した場合について説明したが、それに限定され
るものではなく、例えばSRAM(Static Random Acce
ss Memory)またはフラッシュメモリ(EEPROM;E
lectric Erasable Programmable Read Only Memory)等
のようなメモリ回路を有する半導体装置、マイクロプロ
セッサ等のような論理回路を有する半導体装置あるいは
上記メモリ回路と論理回路とを同一半導体基板に設けて
いる混載型の半導体装置にも適用できる。
In the above description, the invention made mainly by the present inventor is described in the DRA which is the application field in which the invention is based.
M has been described, but the present invention is not limited to this. For example, SRAM (Static Random Acce
ss Memory) or flash memory (EEPROM; E)
Semiconductor device having a memory circuit such as an electric erasable programmable read only memory (RAM), a semiconductor device having a logic circuit such as a microprocessor, or a hybrid semiconductor device in which the memory circuit and the logic circuit are provided on the same semiconductor substrate. Applicable to devices.

【0092】[0092]

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。 (1).本発明によれば、所望のパターンを単純なパターン
に分離し、その各々の単純なパターンを露光により転写
することにより、それぞれのパターンの解像を容易にす
ることが可能となる。 (2).本発明によれば、通常の第1マスクと位相シフタを
有する第2マスクとの重ね合わせ露光により、高密度か
つ微細な所望のパターンの解像度を向上させることが可
能となる。 (3).上記(1),(2)により、露光処理におけるパターンの
忠実度を向上させることが可能となる。 (4).上記(1),(2)により、露光処理におけるプロセスマ
ージンを向上させることが可能となる。 (5).上記(1),(2),(3),(4)により、露光装置を変える
ことなく、高密度かつ微細な所望のパターンの解像性、
忠実度およびプロセスマージンを向上させることができ
るので、高集積で高性能な半導体装置を低コストで提供
することが可能となる。
Advantageous effects obtained by typical ones of the inventions disclosed by the present application will be briefly described as follows.
It is as follows. (1) According to the present invention, it is possible to separate a desired pattern into simple patterns and transfer each simple pattern by exposure, thereby facilitating the resolution of each pattern. . (2) According to the present invention, it is possible to improve the resolution of a desired high-density and fine pattern by superposing and exposing a normal first mask and a second mask having a phase shifter. (3). According to the above (1) and (2), the fidelity of the pattern in the exposure processing can be improved. (4) According to the above (1) and (2), the process margin in the exposure processing can be improved. (5) According to the above (1), (2), (3), and (4), the resolution of a high-density and minute desired pattern can be
Since the fidelity and the process margin can be improved, a highly integrated and high performance semiconductor device can be provided at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は本発明者が検討したフォトマスクの要
部平面図、(b)は(a)のA−A線の断面図、(c)
は(a)のB−B線の断面図である。
FIG. 1A is a plan view of a main part of a photomask studied by the present inventors, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of FIG.

【図2】(a)は図1のフォトマスクを用いて露光処理
を行った場合のレジスト膜の露光領域の説明図、(b)
は図1のフォトマスクを用いた露光処理によってレジス
ト膜に転写されたパターンの平面図、(c)は(b)の
A−A線の断面図、(d)は現像処理後に残されたレジ
スト膜をエッチングマスクとして用い、半導体基板に対
してエッチング処理を施すことにより形成されたパター
ンの断面図である。
FIG. 2A is an explanatory view of an exposure region of a resist film when an exposure process is performed using the photomask of FIG. 1;
1 is a plan view of a pattern transferred to a resist film by an exposure process using the photomask of FIG. 1, (c) is a cross-sectional view taken along the line AA of (b), and (d) is a resist remaining after the development process. FIG. 4 is a cross-sectional view of a pattern formed by performing an etching process on a semiconductor substrate using a film as an etching mask.

【図3】(a)は本発明の半導体装置の製造方法に用い
るフォトマスクの要部平面図、(b)は(a)のA−A
線の断面図である。
3A is a plan view of a main part of a photomask used in a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, and FIG.
It is sectional drawing of a line.

【図4】(a)は本発明の半導体装置の製造方法に用い
るフォトマスクの要部平面図、(b)は(a)のA−A
線の断面図である。
4A is a plan view of a main part of a photomask used in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, and FIG.
It is sectional drawing of a line.

【図5】図3および図4のフォトマスクを用いて重ね合
わせ露光をした場合の双方のフォトマスクにおける光透
過パターンの重なり状態を模式的に示した説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory view schematically showing an overlapping state of light transmission patterns in both photomasks when overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 3 and 4;

【図6】(a)〜(c)は、図3〜図5のそれぞれにお
けるレジスト膜側での露光状態を多値的に表現した説明
図である。
FIGS. 6A to 6C are explanatory diagrams in which the exposure state on the resist film side in each of FIGS.

【図7】図3および図4のフォトマスクを用いて露光処
理を行った場合のレジスト膜の露光領域の説明図であ
る。
FIG. 7 is an explanatory diagram of an exposure region of a resist film when an exposure process is performed using the photomasks of FIGS. 3 and 4;

【図8】(a)は図3および図4のフォトマスクを用い
た露光処理によってレジスト膜に転写されたパターンの
平面図、(b)は(a)のA−A線の断面図、(c)は
現像処理後に残されたレジスト膜をエッチングマスクと
して用い、半導体基板に対してエッチング処理を施すこ
とにより形成されたパターンの断面図である。
8A is a plan view of a pattern transferred to a resist film by an exposure process using the photomask of FIGS. 3 and 4, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3C is a cross-sectional view of a pattern formed by performing an etching process on the semiconductor substrate using the resist film left after the development process as an etching mask.

【図9】レジスト膜に形成された開口部の平面形状が完
全な長方形状にならずその角に丸みが生じる理由を模式
的に示した説明図である。
FIG. 9 is an explanatory view schematically showing the reason why the planar shape of the opening formed in the resist film is not completely rectangular but rounded at the corner.

【図10】(a)は本発明の半導体装置の製造方法に用
いる他のフォトマスクの要部平面図、(b)は(a)の
A−A線の断面図である。
10A is a plan view of a main part of another photomask used in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【図11】(a)は本発明の半導体装置の製造方法に用
いる他のフォトマスクの要部平面図、(b)は(a)の
A−A線の断面図である。
11A is a plan view of a main part of another photomask used in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【図12】図10および図11のフォトマスクを用いて
重ね合わせ露光をした場合の双方のフォトマスクにおけ
る光透過パターンの重なり状態を模式的に示した説明図
である。
FIG. 12 is an explanatory diagram schematically showing an overlapping state of light transmission patterns in both photomasks when overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 10 and 11;

【図13】(a)〜(c)は、図10〜図12のそれぞ
れにおけるレジスト膜側での露光状態を多値的に表現し
た説明図である。
FIGS. 13A to 13C are explanatory diagrams in which the exposure state on the resist film side in each of FIGS.

【図14】(a)は本発明者らが検討したフォトマスク
の要部平面図、(b)は(a)のA−A線の断面図であ
る。
14A is a plan view of a main part of a photomask studied by the present inventors, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【図15】(a)は本発明者らが検討したフォトマスク
の要部平面図、(b)は(a)のA−A線の断面図であ
る。
15A is a plan view of a main part of a photomask studied by the present inventors, and FIG. 15B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【図16】図14および図15のフォトマスクを用いて
重ね合わせ露光をした場合の双方のフォトマスクにおけ
る光透過パターンの重なり状態を模式的に示した説明図
である。
FIG. 16 is an explanatory diagram schematically showing an overlapping state of light transmission patterns in both photomasks when overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 14 and 15;

【図17】(a)は本発明者らが検討した他のフォトマ
スクの要部平面図、(b)は(a)のA−A線の断面図
である。
FIG. 17A is a plan view of a main part of another photomask studied by the present inventors, and FIG. 17B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【図18】(a)は本発明者らが検討した他のフォトマ
スクの要部平面図、(b)は(a)のA−A線の断面図
である。
18A is a plan view of a main part of another photomask studied by the present inventors, and FIG. 18B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【図19】図17および図18のフォトマスクを用いて
重ね合わせ露光をした場合の双方のフォトマスクにおけ
る光透過パターンの重なり状態を模式的に示した説明図
である。
FIG. 19 is an explanatory diagram schematically showing an overlapping state of light transmission patterns in both photomasks when overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 17 and 18.

【図20】(a)は重ね合わせ露光に用いる2枚のフォ
トマスクがバイナリマスクであって、これを用いて転写
しようとしているパターンの縦横比が1:1の場合にお
いて、その2枚のフォトマスクの一方の要部平面図、
(b)はその2枚のフォトマスクの他方の要部平面図、
(c)は(a)および(b)のフォトマスクを用いて露
光処理を行った場合のレジスト膜の露光領域の説明図で
ある。
FIG. 20 (a) shows a case where two photomasks used for overlay exposure are binary masks and the aspect ratio of a pattern to be transferred using the two masks is 1: 1; Plan view of one main part of the mask,
(B) is a plan view of the other main part of the two photomasks,
(C) is an explanatory view of an exposure region of a resist film when an exposure process is performed using the photomasks of (a) and (b).

【図21】(a)は重ね合わせ露光に用いる2枚のフォ
トマスクがバイナリマスクであって、これを用いて転写
しようとしているパターンの縦横比が1:2の場合にお
いて、その2枚のフォトマスクの一方の要部平面図、
(b)はその2枚のフォトマスクの他方の要部平面図、
(c)は(a)および(b)のフォトマスクを用いて露
光処理を行った場合のレジスト膜の露光領域の説明図で
ある。
FIG. 21A is a diagram illustrating two binary photomasks used for the overlay exposure, in which the pattern to be transferred using the binary photomask has an aspect ratio of 1: 2; Plan view of one main part of the mask,
(B) is a plan view of the other main part of the two photomasks,
(C) is an explanatory view of an exposure region of a resist film when an exposure process is performed using the photomasks of (a) and (b).

【図22】(a)は重ね合わせ露光に用いる2枚のフォ
トマスクがバイナリマスクであって、これを用いて転写
しようとしているパターンの縦横比が1:3の場合にお
いて、その2枚のフォトマスクの一方の要部平面図、
(b)はその2枚のフォトマスクの他方の要部平面図、
(c)は(a)および(b)のフォトマスクを用いて露
光処理を行った場合のレジスト膜の露光領域の説明図で
ある。
FIG. 22A is a diagram showing two binary photomasks used for the overlay exposure in which the pattern to be transferred using the binary photomask has an aspect ratio of 1: 3. Plan view of one main part of the mask,
(B) is a plan view of the other main part of the two photomasks,
(C) is an explanatory view of an exposure region of a resist film when an exposure process is performed using the photomasks of (a) and (b).

【図23】(a)は重ね合わせ露光に用いる2枚のフォ
トマスクがバイナリマスクであって、これを用いて転写
しようとしているパターンの縦横比が1:4の場合にお
いて、その2枚のフォトマスクの一方の要部平面図、
(b)はその2枚のフォトマスクの他方の要部平面図、
(c)は(a)および(b)のフォトマスクを用いて露
光処理を行った場合のレジスト膜の露光領域の説明図で
ある。
FIG. 23 (a) is a diagram illustrating two binary photomasks used for superposition exposure when the aspect ratio of the pattern to be transferred using the binary photomask is 1: 4; Plan view of one main part of the mask,
(B) is a plan view of the other main part of the two photomasks,
(C) is an explanatory view of an exposure region of a resist film when an exposure process is performed using the photomasks of (a) and (b).

【図24】(a)は図20の(a)、(b)のフォトマ
スクを用いて重ね合わせ露光した場合におけるレジスト
膜の露光面の平面的な光強度分布の説明図、(b)は
(a)の横方向断面の光強度分布の説明図、(c)は
(a)の縦方向断面の光強度分布の説明図である。
24A is an explanatory diagram of a planar light intensity distribution on an exposed surface of a resist film in a case where overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 20A and 20B; FIG. FIG. 7A is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a horizontal cross section, and FIG.

【図25】(a)は図21の(a)、(b)のフォトマ
スクを用いて重ね合わせ露光した場合におけるレジスト
膜の露光面の平面的な光強度分布の説明図、(b)は
(a)の横方向断面の光強度分布の説明図、(c)は
(a)の縦方向断面の光強度分布の説明図である。
25 (a) is an explanatory view of a planar light intensity distribution on an exposed surface of a resist film when superposed and exposed using the photomasks of FIGS. 21 (a) and 21 (b), and FIG. FIG. 7A is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a horizontal cross section, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a vertical cross section of FIG.

【図26】(a)は図22の(a)、(b)のフォトマ
スクを用いて重ね合わせ露光した場合におけるレジスト
膜の露光面の平面的な光強度分布の説明図、(b)は
(a)の横方向断面の光強度分布の説明図、(c)は
(a)の縦方向断面の光強度分布の説明図である。
26A is an explanatory diagram of a planar light intensity distribution on an exposed surface of a resist film in a case where overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 22A and 22B; FIG. FIG. 7A is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a horizontal cross section, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a vertical cross section of FIG.

【図27】(a)は図23の(a)、(b)のフォトマ
スクを用いて重ね合わせ露光した場合におけるレジスト
膜の露光面の平面的な光強度分布の説明図、(b)は
(a)の横方向断面の光強度分布の説明図、(c)は
(a)の縦方向断面の光強度分布の説明図である。
FIG. 27A is an explanatory view of a planar light intensity distribution on an exposed surface of a resist film when superposed exposure is performed using the photomasks of FIGS. 23A and 23B; FIG. 7A is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a horizontal cross section, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a vertical cross section of FIG.

【図28】(a)は重ね合わせ露光に用いる2枚のフォ
トマスクがレベンソン型位相シフトマスクであって、こ
れを用いて転写しようとしているパターンの縦横比が
1:1の場合において、その2枚のフォトマスクの一方
の要部平面図、(b)はその2枚のフォトマスクの他方
の要部平面図、(c)は(a)および(b)のフォトマ
スクを用いて露光処理を行った場合のレジスト膜の露光
領域の説明図である。
FIG. 28A shows a case where two photomasks used for overlay exposure are Levenson-type phase shift masks and the pattern to be transferred using the same has an aspect ratio of 1: 1. (B) is a plan view of the other main part of the two photomasks, and (c) is an exposure process using the photomasks (a) and (b). FIG. 4 is an explanatory diagram of an exposure region of a resist film when performing the operation.

【図29】(a)は重ね合わせ露光に用いる2枚のフォ
トマスクがレベンソン型位相シフトマスクであって、こ
れを用いて転写しようとしているパターンの縦横比が
1:2の場合において、その2枚のフォトマスクの一方
の要部平面図、(b)はその2枚のフォトマスクの他方
の要部平面図、(c)は(a)および(b)のフォトマ
スクを用いて露光処理を行った場合のレジスト膜の露光
領域の説明図である。
FIG. 29 (a) shows a case where two photomasks used for the overlay exposure are Levenson-type phase shift masks and the pattern to be transferred using the photomasks has an aspect ratio of 1: 2; (B) is a plan view of the other main part of the two photomasks, and (c) is an exposure process using the photomasks (a) and (b). FIG. 4 is an explanatory diagram of an exposure region of a resist film when the process is performed.

【図30】(a)は重ね合わせ露光に用いる2枚のフォ
トマスクがレベンソン型位相シフトマスクであって、こ
れを用いて転写しようとしているパターンの縦横比が
1:3の場合において、その2枚のフォトマスクの一方
の要部平面図、(b)はその2枚のフォトマスクの他方
の要部平面図、(c)は(a)および(b)のフォトマ
スクを用いて露光処理を行った場合のレジスト膜の露光
領域の説明図である。
FIG. 30A shows a case where two photomasks used for the overlay exposure are Levenson-type phase shift masks and the pattern to be transferred using the photomasks has an aspect ratio of 1: 3; (B) is a plan view of the other main part of the two photomasks, and (c) is an exposure process using the photomasks (a) and (b). FIG. 4 is an explanatory diagram of an exposure region of a resist film when the process is performed.

【図31】(a)は重ね合わせ露光に用いる2枚のフォ
トマスクがレベンソン型位相シフトマスクであって、こ
れを用いて転写しようとしているパターンの縦横比が
1:4の場合において、その2枚のフォトマスクの一方
の要部平面図、(b)はその2枚のフォトマスクの他方
の要部平面図、(c)は(a)および(b)のフォトマ
スクを用いて露光処理を行った場合のレジスト膜の露光
領域の説明図である。
FIG. 31A shows a case where two photomasks used for the overlay exposure are Levenson-type phase shift masks and the pattern to be transferred using the photomask has an aspect ratio of 1: 4; (B) is a plan view of the other main part of the two photomasks, and (c) is an exposure process using the photomasks (a) and (b). FIG. 4 is an explanatory diagram of an exposure region of a resist film when the process is performed.

【図32】(a)は図28の(a)、(b)のフォトマ
スクを用いて重ね合わせ露光した場合におけるレジスト
膜の露光面の平面的な光強度分布の説明図、(b)は
(a)の横方向断面の光強度分布の説明図、(c)は
(a)の縦方向断面の光強度分布の説明図である。
FIG. 32 (a) is an explanatory view of a planar light intensity distribution on an exposed surface of a resist film in a case where overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 28 (a) and 28 (b); FIG. 7A is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a horizontal cross section, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a vertical cross section of FIG.

【図33】(a)は図29の(a)、(b)のフォトマ
スクを用いて重ね合わせ露光した場合におけるレジスト
膜の露光面の平面的な光強度分布の説明図、(b)は
(a)の横方向断面の光強度分布の説明図、(c)は
(a)の縦方向断面の光強度分布の説明図である。
FIG. 33 (a) is an explanatory view of a planar light intensity distribution on an exposed surface of a resist film in a case where overlapping exposure is performed using the photomasks of FIGS. 29 (a) and 29 (b); FIG. 7A is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a horizontal cross section, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a vertical cross section of FIG.

【図34】(a)は図30の(a)、(b)のフォトマ
スクを用いて重ね合わせ露光した場合におけるレジスト
膜の露光面の平面的な光強度分布の説明図、(b)は
(a)の横方向断面の光強度分布の説明図、(c)は
(a)の縦方向断面の光強度分布の説明図である。
34 (a) is an explanatory view of a planar light intensity distribution on an exposed surface of a resist film when superposed and exposed using the photomasks of FIGS. 30 (a) and 30 (b), and FIG. FIG. 7A is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a horizontal cross section, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a vertical cross section of FIG.

【図35】(a)は図31の(a)、(b)のフォトマ
スクを用いて重ね合わせ露光した場合におけるレジスト
膜の露光面の平面的な光強度分布の説明図、(b)は
(a)の横方向断面の光強度分布の説明図、(c)は
(a)の縦方向断面の光強度分布の説明図である。
FIG. 35 (a) is an explanatory view of a planar light intensity distribution on an exposed surface of a resist film in a case where overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 31 (a) and 31 (b); FIG. 7A is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a horizontal cross section, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a vertical cross section of FIG.

【図36】(a)は重ね合わせ露光に用いる2枚のフォ
トマスクがバイナリマスクおよびレベンソン型位相シフ
トマスクであって、これを用いて転写しようとしている
パターンの縦横比が1:1の場合において、その2枚の
フォトマスクの一方の要部平面図、(b)はその2枚の
フォトマスクの位相シフタが配置された他方の要部平面
図、(c)は(a)および(b)のフォトマスクを用い
て露光処理を行った場合のレジスト膜の露光領域の説明
図である。
FIG. 36 (a) shows a case where two photomasks used for the overlay exposure are a binary mask and a Levenson-type phase shift mask, and the pattern to be transferred using the same has an aspect ratio of 1: 1. , A plan view of one main part of the two photomasks, (b) is a plan view of the other main part where the phase shifters of the two photomasks are arranged, and (c) is (a) and (b) FIG. 4 is an explanatory diagram of an exposure region of a resist film when an exposure process is performed using the photomask of FIG.

【図37】(a)は重ね合わせ露光に用いる2枚のフォ
トマスクがバイナリマスクおよびレベンソン型位相シフ
トマスクであって、これを用いて転写しようとしている
パターンの縦横比が1:2の場合において、その2枚の
フォトマスクの一方の要部平面図、(b)はその2枚の
フォトマスクの位相シフタが配置された他方の要部平面
図、(c)は(a)および(b)のフォトマスクを用い
て露光処理を行った場合のレジスト膜の露光領域の説明
図である。
FIG. 37 (a) shows a case where two photomasks used for overlay exposure are a binary mask and a Levenson-type phase shift mask, and the pattern to be transferred using the same has an aspect ratio of 1: 2. , A plan view of one main part of the two photomasks, (b) is a plan view of the other main part where the phase shifters of the two photomasks are arranged, and (c) is (a) and (b) FIG. 4 is an explanatory diagram of an exposure region of a resist film when an exposure process is performed using the photomask of FIG.

【図38】(a)は重ね合わせ露光に用いる2枚のフォ
トマスクがバイナリマスクおよびレベンソン型位相シフ
トマスクであって、これを用いて転写しようとしている
パターンの縦横比が1:3の場合において、その2枚の
フォトマスクの一方の要部平面図、(b)はその2枚の
フォトマスクの位相シフタが配置された他方の要部平面
図、(c)は(a)および(b)のフォトマスクを用い
て露光処理を行った場合のレジスト膜の露光領域の説明
図である。
FIG. 38 (a) shows a case where two photomasks used for superposition exposure are a binary mask and a Levenson type phase shift mask, and the pattern to be transferred using the photomask has an aspect ratio of 1: 3. , A plan view of one main part of the two photomasks, (b) is a plan view of the other main part where the phase shifters of the two photomasks are arranged, and (c) is (a) and (b) FIG. 4 is an explanatory diagram of an exposure region of a resist film when an exposure process is performed using the photomask of FIG.

【図39】(a)は重ね合わせ露光に用いる2枚のフォ
トマスクがバイナリマスクおよびレベンソン型位相シフ
トマスクであって、これを用いて転写しようとしている
パターンの縦横比が1:4の場合において、その2枚の
フォトマスクの一方の要部平面図、(b)はその2枚の
フォトマスクの位相シフタが配置された他方の要部平面
図、(c)は(a)および(b)のフォトマスクを用い
て露光処理を行った場合のレジスト膜の露光領域の説明
図である。
FIG. 39 (a) shows a case where the two photomasks used for the overlay exposure are a binary mask and a Levenson-type phase shift mask, and the pattern to be transferred using the same has an aspect ratio of 1: 4. , A plan view of one main part of the two photomasks, (b) is a plan view of the other main part where the phase shifters of the two photomasks are arranged, and (c) is (a) and (b) FIG. 4 is an explanatory diagram of an exposure region of a resist film when an exposure process is performed using the photomask of FIG.

【図40】(a)は図36の(a)、(b)のフォトマ
スクを用いて重ね合わせ露光した場合におけるレジスト
膜の露光面の平面的な光強度分布の説明図、(b)は
(a)の横方向断面の光強度分布の説明図、(c)は
(a)の縦方向断面の光強度分布の説明図である。
40 (a) is an explanatory view of a planar light intensity distribution on an exposed surface of a resist film in a case where overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 36 (a) and 36 (b), and FIG. FIG. 7A is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a horizontal cross section, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a vertical cross section of FIG.

【図41】(a)は図37の(a)、(b)のフォトマ
スクを用いて重ね合わせ露光した場合におけるレジスト
膜の露光面の平面的な光強度分布の説明図、(b)は
(a)の横方向断面の光強度分布の説明図、(c)は
(a)の縦方向断面の光強度分布の説明図である。
FIG. 41 (a) is an explanatory view of a planar light intensity distribution on an exposed surface of a resist film in a case where overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 37 (a) and 37 (b); FIG. 7A is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a horizontal cross section, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a vertical cross section of FIG.

【図42】(a)は図38の(a)、(b)のフォトマ
スクを用いて重ね合わせ露光した場合におけるレジスト
膜の露光面の平面的な光強度分布の説明図、(b)は
(a)の横方向断面の光強度分布の説明図、(c)は
(a)の縦方向断面の光強度分布の説明図である。
FIG. 42 (a) is an explanatory view of a planar light intensity distribution on an exposed surface of a resist film in a case where overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 38 (a) and 38 (b); FIG. 7A is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a horizontal cross section, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a vertical cross section of FIG.

【図43】(a)は図39の(a)、(b)のフォトマ
スクを用いて重ね合わせ露光した場合におけるレジスト
膜の露光面の平面的な光強度分布の説明図、(b)は
(a)の横方向断面の光強度分布の説明図、(c)は
(a)の縦方向断面の光強度分布の説明図である。
FIG. 43 (a) is an explanatory diagram of a planar light intensity distribution on an exposed surface of a resist film when superposed exposure is performed using the photomasks of FIGS. 39 (a) and 39 (b); FIG. 7A is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a horizontal cross section, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a vertical cross section of FIG.

【図44】(a)は重ね合わせ露光に用いる2枚のフォ
トマスクがレベンソン型位相シフトマスクであって、こ
れを用いて転写しようとしているパターンの縦横比が
1:1の場合において、その2枚のフォトマスクの一方
の要部平面図、(b)はその2枚のフォトマスクの位相
シフタが配置された他方の要部平面図、(c)は(a)
および(b)のフォトマスクを用いて露光処理を行った
場合のレジスト膜の露光領域の説明図である。
FIG. 44A shows a case where two photomasks used for overlay exposure are Levenson-type phase shift masks and the pattern to be transferred using the photomask has an aspect ratio of 1: 1; FIG. 2B is a plan view of one main part of one photomask, FIG. 2B is a plan view of the other main part where the phase shifters of the two photomasks are arranged, and FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an exposure region of a resist film when an exposure process is performed using the photomasks of FIGS.

【図45】(a)は重ね合わせ露光に用いる2枚のフォ
トマスクがレベンソン型位相シフトマスクであって、こ
れを用いて転写しようとしているパターンの縦横比が
1:2の場合において、その2枚のフォトマスクの一方
の要部平面図、(b)はその2枚のフォトマスクの位相
シフタが配置された他方の要部平面図、(c)は(a)
および(b)のフォトマスクを用いて露光処理を行った
場合のレジスト膜の露光領域の説明図である。
FIG. 45 (a) shows a case where two photomasks used for superposition exposure are Levenson-type phase shift masks and the pattern to be transferred using the photomasks has an aspect ratio of 1: 2; FIG. 2B is a plan view of one main part of one photomask, FIG. 2B is a plan view of the other main part where the phase shifters of the two photomasks are arranged, and FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an exposure region of a resist film when an exposure process is performed using the photomasks of FIGS.

【図46】(a)は重ね合わせ露光に用いる2枚のフォ
トマスクがレベンソン型位相シフトマスクであって、こ
れを用いて転写しようとしているパターンの縦横比が
1:3の場合において、その2枚のフォトマスクの一方
の要部平面図、(b)はその2枚のフォトマスクの位相
シフタが配置された他方の要部平面図、(c)は(a)
および(b)のフォトマスクを用いて露光処理を行った
場合のレジスト膜の露光領域の説明図である。
FIG. 46 (a) shows a case where two photomasks used for the overlay exposure are Levenson-type phase shift masks, and the pattern to be transferred using the photomasks has an aspect ratio of 1: 3; FIG. 2B is a plan view of one main part of one photomask, FIG. 2B is a plan view of the other main part where the phase shifters of the two photomasks are arranged, and FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an exposure region of a resist film when an exposure process is performed using the photomasks of FIGS.

【図47】(a)は重ね合わせ露光に用いる2枚のフォ
トマスクがレベンソン型位相シフトマスクであって、こ
れを用いて転写しようとしているパターンの縦横比が
1:4の場合において、その2枚のフォトマスクの一方
の要部平面図、(b)はその2枚のフォトマスクの位相
シフタが配置された他方の要部平面図、(c)は(a)
および(b)のフォトマスクを用いて露光処理を行った
場合のレジスト膜の露光領域の説明図である。
FIG. 47A shows a case where two photomasks used for the overlay exposure are Levenson-type phase shift masks and the pattern to be transferred using the photomask has an aspect ratio of 1: 4, and FIG. FIG. 2B is a plan view of one main part of one photomask, FIG. 2B is a plan view of the other main part where the phase shifters of the two photomasks are arranged, and FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an exposure region of a resist film when an exposure process is performed using the photomasks of FIGS.

【図48】(a)は図44の(a)、(b)のフォトマ
スクを用いて重ね合わせ露光した場合におけるレジスト
膜の露光面の平面的な光強度分布の説明図、(b)は
(a)の横方向断面の光強度分布の説明図、(c)は
(a)の縦方向断面の光強度分布の説明図である。
FIG. 48 (a) is an explanatory diagram of a planar light intensity distribution on an exposed surface of a resist film in the case where overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 44 (a) and 44 (b); FIG. 7A is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a horizontal cross section, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a vertical cross section of FIG.

【図49】(a)は図45の(a)、(b)のフォトマ
スクを用いて重ね合わせ露光した場合におけるレジスト
膜の露光面の平面的な光強度分布の説明図、(b)は
(a)の横方向断面の光強度分布の説明図、(c)は
(a)の縦方向断面の光強度分布の説明図である。
FIG. 49 (a) is an explanatory diagram of a planar light intensity distribution on an exposed surface of a resist film in a case where overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 45 (a) and 45 (b); FIG. 7A is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a horizontal cross section, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a vertical cross section of FIG.

【図50】(a)は図46の(a)、(b)のフォトマ
スクを用いて重ね合わせ露光した場合におけるレジスト
膜の露光面の平面的な光強度分布の説明図、(b)は
(a)の横方向断面の光強度分布の説明図、(c)は
(a)の縦方向断面の光強度分布の説明図である。
FIG. 50 (a) is an explanatory view of a planar light intensity distribution on an exposed surface of a resist film in a case where overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 46 (a) and 46 (b); FIG. 7A is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a horizontal cross section, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a vertical cross section of FIG.

【図51】(a)は図47の(a)、(b)のフォトマ
スクを用いて重ね合わせ露光した場合におけるレジスト
膜の露光面の平面的な光強度分布の説明図、(b)は
(a)の横方向断面の光強度分布の説明図、(c)は
(a)の縦方向断面の光強度分布の説明図である。
FIG. 51 (a) is an explanatory diagram of a planar light intensity distribution on an exposed surface of a resist film in a case where overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 47 (a) and 47 (b); FIG. 7A is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a horizontal cross section, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a light intensity distribution in a vertical cross section of FIG.

【図52】本発明の一実施の形態である半導体装置の製
造方法における重ね合わせ露光工程のフロー図である。
FIG. 52 is a flowchart of an overlay exposure step in the method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention;

【図53】本発明の一実施の形態である半導体装置の製
造方法に用いる縮小投影露光装置の説明図である。
FIG. 53 is an explanatory diagram of a reduction projection exposure apparatus used in the method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention;

【図54】本発明の一実施の形態である半導体装置の製
造方法によって製造された半導体装置を構成する半導体
チップの全体平面図である。
FIG. 54 is an overall plan view of a semiconductor chip included in a semiconductor device manufactured by a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present invention;

【図55】図54の半導体装置のメモリセルアレイの要
部拡大平面図である。
FIG. 55 is an enlarged plan view of a main part of a memory cell array of the semiconductor device of FIG. 54;

【図56】図54の半導体装置のメモリセルアレイの要
部拡大平面図である。
FIG. 56 is an enlarged plan view of a principal part of the memory cell array of the semiconductor device of FIG. 54;

【図57】図56のA−A線の断面図である。FIG. 57 is a sectional view taken along line AA of FIG. 56.

【図58】図54〜図56の半導体装置の製造工程中に
おける要部断面図である。
FIG. 58 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device of FIGS. 54-56 during a manufacturing step;

【図59】図58に続く半導体装置の製造工程中におけ
る要部断面図である。
59 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 58;

【図60】図59に続く半導体装置の製造工程中におけ
る要部断面図である。
60 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 59;

【図61】(a)は本発明の他の実施の形態である半導
体装置の製造方法に用いるフォトマスクの要部平面図、
(b)は(a)のA−A線の断面図、(c)は(a)の
B−B線の断面図である。
FIG. 61A is a plan view of a main part of a photomask used in a method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention;
(B) is a sectional view taken along the line AA in (a), and (c) is a sectional view taken along the line BB in (a).

【図62】(a)は本発明の他の実施の形態である半導
体装置の製造方法に用いるフォトマスクの要部平面図、
(b)は(a)のA−A線の断面図、(c)は(a)の
B−B線の断面図である。
FIG. 62A is a plan view of a main part of a photomask used in a method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention;
(B) is a sectional view taken along the line AA in (a), and (c) is a sectional view taken along the line BB in (a).

【図63】図61および図62のフォトマスクを用いて
重ね合わせ露光をした場合の双方のフォトマスクにおけ
る光透過パターンの重なり状態を模式的に示した説明図
である。
63 is an explanatory diagram schematically showing an overlapping state of light transmission patterns in both photomasks when overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 61 and 62. FIG.

【図64】レジスト膜に形成された開口部の平面形状の
丸みが小さくなる理由を模式的に示した説明図である。
FIG. 64 is an explanatory view schematically showing the reason why the roundness of the planar shape of the opening formed in the resist film is reduced.

【図65】(a)は本発明の他の実施の形態である半導
体装置の製造方法に用いるフォトマスクの要部平面図、
(b)は(a)のA−A線の断面図である。
FIG. 65A is a plan view of a main part of a photomask used in a method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention;
(B) is sectional drawing of the AA line of (a).

【図66】(a)は本発明の他の実施の形態である半導
体装置の製造方法に用いるフォトマスクの要部平面図、
(b)は(a)のA−A線の断面図である。
FIG. 66A is a plan view of a main part of a photomask used in a method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention;
(B) is sectional drawing of the AA line of (a).

【図67】図65および図66のフォトマスクを用いて
重ね合わせ露光をした場合の双方のフォトマスクにおけ
る光透過パターンの重なり状態を模式的に示した説明図
である。
FIG. 67 is an explanatory diagram schematically showing an overlapping state of light transmission patterns in both photomasks when overlay exposure is performed using the photomasks of FIGS. 65 and 66.

【図68】図66および図67を用いた露光処理によっ
てレジスト膜に形成される微細な開口部の平面形状を模
式的に示した説明図である。
FIG. 68 is an explanatory view schematically showing a planar shape of a fine opening formed in the resist film by the exposure processing shown in FIGS. 66 and 67;

【図69】(a)は図66および図67のフォトマスク
を用いた露光処理によってレジスト膜に転写されたパタ
ーンの平面図、(b)は(a)のA−A線の断面図、
(c)は現像処理後に残されたレジスト膜をエッチング
マスクとして用い、半導体基板に対してエッチング処理
を施すことにより形成されたパターンの断面図である。
69 (a) is a plan view of a pattern transferred to a resist film by an exposure process using the photomask of FIGS. 66 and 67, (b) is a cross-sectional view taken along line AA of (a),
(C) is a cross-sectional view of a pattern formed by performing an etching process on a semiconductor substrate using a resist film left after the development process as an etching mask.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A,1C,1I フォトマスク(第1マスク) 1B,1D,1J フォトマスク(第2マスク) 1E〜1H フォトマスク 1K フォトマスク 1M フォトマスク 2a〜2k,2m マスク基板 3a〜3k,3m 光透過パターン 4a〜4k,4m 遮光パターン 4i1,4j1 遮光パターン 5 位相シフタ 6 レジスト膜 6P 露光領域 6P1〜6P3 露光領域 6N 未露光領域 7 開口部 7a キャパシタ孔 8 半導体基板(半導体ウエハ) 8C 半導体チップ 9 絶縁膜 10 ホールパターン 11 縮小投影露光装置 11a 露光光源 11b フライアイレンズ 11c,11d コンデンサレンズ 11e ミラー 11f 投影レンズ 11g 試料台 11h マスクステージ 11i マスク位置制御手段 11j Zステージ 11k XYステージ 11m 主制御系 11p、11q 駆動手段 11r ミラー 11s レーザ測長器 12 p型ウエル 13 n型半導体領域 14 素子分離部 15 ゲート絶縁膜 16 ゲート電極 17 n型半導体領域 18 キャップ絶縁膜 19 絶縁膜 20a SOG膜 20b〜20j 絶縁膜 21a,21b コンタクトホール 22 プラグ 23a,23b スルーホール 24a 下部電極 24 導体膜 24b 上部電極 24c 容量絶縁膜 25 プラグ 26a 配線 26b 配線 27 絶縁膜 28a レジスト膜 P1,P2,P4,P5,P6,P7 領域 N1〜N6 領域 MARY メモリアレイ SA センスアンプ WD ワードドライバ C 情報蓄積用容量素子 Qs メモリセル選択用MISFET L 活性領域 WL ワード線 BL ビット線 50 マスク基板 51 光透過パターン 52 遮光パターン 53 レジスト膜 53a 露光領域 53b 未露光領域 54 開口部 55 半導体基板 56 絶縁膜 57 ホールパターン 1A, 1C, 1I Photomask (first mask) 1B, 1D, 1J Photomask (second mask) 1E-1H Photomask 1K Photomask 1M Photomask 2a-2k, 2m Mask substrate 3a-3k, 3m Light transmission pattern 4a-4k, 4m Light-shielding pattern 4i1, 4j1 Light-shielding pattern 5 Phase shifter 6 Resist film 6P Exposure area 6P1-6P3 Exposure area 6N Unexposed area 7 Opening 7a Capacitor hole 8 Semiconductor substrate (semiconductor wafer) 8C Semiconductor chip 9 Insulation film 10 Hole pattern 11 Reduction projection exposure apparatus 11a Exposure light source 11b Fly eye lens 11c, 11d Condenser lens 11e Mirror 11f Projection lens 11g Sample stage 11h Mask stage 11i Mask position control means 11j Z stage 11k XY stage 11m Control system 11p, 11q Driving means 11r Mirror 11s Laser length measuring device 12 p-type well 13 n-type semiconductor region 14 element isolation part 15 gate insulating film 16 gate electrode 17 n-type semiconductor region 18 cap insulating film 19 insulating film 20a SOG film 20b 20j Insulating film 21a, 21b Contact hole 22 Plug 23a, 23b Through hole 24a Lower electrode 24 Conductive film 24b Upper electrode 24c Capacitive insulating film 25 Plug 26a Wiring 26b Wiring 27 Insulating film 28a Resist film P1, P2, P4, P5, P6 , P7 area N1 to N6 area MARY memory array SA sense amplifier WD word driver C information storage capacitor element Qs memory cell selection MISFET L active area WL word line BL bit line 50 mask substrate 51 light transmission pattern 2 light shielding pattern 53 resist film 53a exposed region 53b unexposed region 54 opening 55 a semiconductor substrate 56 insulation films 57 hole pattern

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須向 一行 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 南條 淳 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 長谷川 昇雄 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 内山 博之 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 Fターム(参考) 5F046 AA13 AA20 AA25 BA04 BA08 5F083 AD24 AD48 AD49 BS00 ER22 JA06 JA36 JA39 JA40 JA53 KA20 LA29 MA03 MA06 MA17 MA20 PR01 PR23 PR29  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kazuyuki Sumukai 6-chome, Shinmachi, Ome-shi, Tokyo 3 Inside the Device Development Center, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Jun Nanjo 5-chome, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo 22-1, Hitachi Ltd. Hitachi Systems Ltd. Systems (72) Inventor Nobuo Hasegawa 6-16 Shinmachi, Ome-shi, Tokyo 3 Device Development Center, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Hiroyuki Uchiyama 5-2-1, Kamizuhoncho, Kodaira-shi, Tokyo F-term in Hitachi Semiconductor Group 5F046 AA13 AA20 AA25 BA04 BA08 5F083 AD24 AD48 AD49 BS00 ER22 JA06 JA36 JA39 JA40 JA53 KA20 LA29 MA03 MA06 MA17 MA20 PR01 PR23 PR29

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a)半導体ウエハ上にレジスト膜を堆
積する工程と、(b)前記レジスト膜に対して2枚のマ
スクを重ね合わせ露光する露光工程と、(c)前記露光
工程後、前記レジスト膜に現像処理を施すことにより、
前記レジスト膜に所望のレジストパターンを転写する現
像工程とを有し、前記露光工程は、(b1)前記レジスト
膜に対して、第1方向に延びる第1パターンを第1距離
だけ隔てて複数配置した第1マスクを用いて第1露光処
理を行う工程と、(b2)前記レジスト膜に対して、前記
第1方向に対して交差する第2方向に延びる第2パター
ンを前記第1距離よりも狭い第2距離だけ隔てて複数配
置し、かつ、互いに隣接する前記第2パターンの一方に
位相シフタを設けた第2マスクを用いて第2露光処理を
行う工程とを有し、前記所望のレジストパターンは、前
記レジスト膜おいて、前記第1パターンおよび第2パタ
ーンに対応する第1レジスト部が残され、かつ、前記第
1パターンおよび第2パターンに囲まれた領域に対応す
る第2レジスト部が除去されてなるパターンであること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
1. An exposure step of: (a) depositing a resist film on a semiconductor wafer; (b) an exposure step of superposing and exposing two masks on the resist film; and (c) after the exposure step, By performing development processing on the resist film,
A developing step of transferring a desired resist pattern to the resist film, wherein the exposing step comprises: (b1) disposing a plurality of first patterns extending in a first direction at a first distance from the resist film. Performing a first exposure process using the first mask thus formed; and (b2) forming a second pattern extending in a second direction intersecting the first direction on the resist film with a distance greater than the first distance. Performing a second exposure process using a second mask provided with a plurality of phase shifters on one of the second patterns adjacent to each other and spaced apart by a narrow second distance, and The pattern is a second resist portion corresponding to a region surrounded by the first pattern and the second pattern, wherein a first resist portion corresponding to the first pattern and the second pattern is left in the resist film. But A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the pattern is a pattern obtained by removing.
【請求項2】 (a)半導体ウエハ上にレジスト膜を堆
積する工程と、(b)前記レジスト膜に対して2枚のマ
スクを重ね合わせ露光する露光工程と、(c)前記露光
工程後、前記レジスト膜に現像処理を施すことにより、
前記レジスト膜に所望のレジストパターンを転写する現
像工程とを有し、前記露光工程は、(b1)前記レジスト
膜に対して、第1方向に延びる第1パターンを第1距離
だけ隔てて複数配置した第1マスクを用いて第1露光処
理を行う工程と、(b2)前記レジスト膜に対して、前記
第1方向に対して交差する第2方向に延びる第2パター
ンを前記第1距離よりも狭い第2距離だけ隔てて複数配
置し、かつ、互いに隣接する前記第2パターンの一方に
位相シフタを設けた第2マスクを用いて第2露光処理を
行う工程とを有し、前記所望のレジストパターンは、前
記レジスト膜おいて、前記第1パターンおよび第2パタ
ーンに対応する第1レジスト部が残され、かつ、前記第
1パターンおよび第2パターンに囲まれた領域に対応す
る第2レジスト部が除去されてなるパターンであり、 前記第1マスクの第1パターンおよび前記第2マスクの
第2パターンの各々において、互いの重なり領域の幅
を、重ならない領域よりも細くしたことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
2. A step of: (a) depositing a resist film on a semiconductor wafer; (b) an exposing step of superposing and exposing two masks on the resist film; and (c) after the exposing step, By performing development processing on the resist film,
A developing step of transferring a desired resist pattern to the resist film, wherein the exposing step comprises: (b1) disposing a plurality of first patterns extending in a first direction at a first distance from the resist film. Performing a first exposure process using the first mask thus formed; and (b2) forming a second pattern extending in a second direction intersecting the first direction on the resist film with a distance greater than the first distance. Performing a second exposure process using a second mask provided with a plurality of phase shifters on one of the second patterns adjacent to each other and spaced apart by a narrow second distance, and The pattern is a second resist portion corresponding to a region surrounded by the first pattern and the second pattern, wherein a first resist portion corresponding to the first pattern and the second pattern is left in the resist film. But A semiconductor which is a pattern obtained by removing, wherein in each of the first pattern of the first mask and the second pattern of the second mask, the width of an overlapping region is smaller than that of a non-overlapping region. Device manufacturing method.
【請求項3】 (a)半導体ウエハ上にレジスト膜を堆
積する工程と、(b)前記レジスト膜に対して2枚のマ
スクを重ね合わせ露光する露光工程と、(c)前記露光
工程後、前記レジスト膜に現像処理を施すことにより、
前記レジスト膜に所望のレジストパターンを転写する現
像工程とを有し、 前記露光工程は、(b1)前記レジスト膜に対して、第1
方向およびこれに交差する第2方向に沿って所定の距離
だけ隔てて複数配置された第3パターンを有し、かつ、
互いに隣接する前記第3パターンの一方に位相シフタを
設けた第1マスクを用いて第1露光処理を行う工程と、
(b2)前記レジスト膜に対して、前記第2方向に延びる
第2パターンを、前記第1方向に沿って隣接する第3パ
ターンの隣接間に配置されるように複数配置し、かつ、
互いに隣接する前記第2パターンの一方に位相シフタを
設けた第2マスクを用いて第2露光処理を行う工程とを
有し、 前記所望のレジストパターンは、前記レジスト膜おい
て、前記第2パターンおよび第3パターンに対応する第
1レジスト部が残され、かつ、前記第2パターンおよび
第3パターンに囲まれた領域に対応する第2レジスト部
が除去されてなるパターンであることを特徴とする半導
体装置の製造方法。
(A) depositing a resist film on a semiconductor wafer; (b) exposing two masks on the resist film; and (c) exposing the resist film after the exposing step. By performing development processing on the resist film,
A developing step of transferring a desired resist pattern to the resist film, wherein the exposing step comprises:
A plurality of third patterns arranged at predetermined intervals along a direction and a second direction intersecting the direction, and
Performing a first exposure process using a first mask provided with a phase shifter on one of the third patterns adjacent to each other;
(B2) a plurality of second patterns extending in the second direction are arranged on the resist film so as to be arranged between adjacent third patterns adjacent in the first direction; and
Performing a second exposure process using a second mask provided with a phase shifter on one of the second patterns adjacent to each other, wherein the desired resist pattern is the second pattern in the resist film. And a first resist portion corresponding to the third pattern is left, and a second resist portion corresponding to a region surrounded by the second pattern and the third pattern is removed. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項4】 (a)半導体ウエハ上にレジスト膜を堆
積する工程と、(b)前記レジスト膜に対して2枚のマ
スクを重ね合わせ露光する露光工程と、(c)前記露光
工程後、前記レジスト膜に現像処理を施すことにより、
前記レジスト膜に所望のレジストパターンを転写する現
像工程と、(d)前記所望のレジストパターンをエッチ
ングマスクとして、前記半導体ウエハに孔パターンを形
成する工程とを有し、 前記露光工程は、(b1)前記レジスト膜に対して、第1
方向に延びる第1パターンを第1距離だけ隔てて複数配
置した第1マスクを用いて第1露光処理を行う工程と、
(b2)前記レジスト膜に対して、前記第1方向に対して
交差する第2方向に延びる第2パターンを第2距離だけ
隔てて複数配置した第2マスクを用いて第2露光処理を
行う工程とを有し、 前記所望のレジストパターンは、前記レジスト膜おい
て、前記第1パターン、第2パターンに対応し、かつ、
前記第1パターンおよび第2パターンの交差部からの過
剰露光により露光されたレジスト部が残され、それ以外
の部分であって、前記第1パターンおよび第2パターン
に囲まれた領域に対応するレジスト部が除去されたパタ
ーンからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. An exposure step of: (a) depositing a resist film on a semiconductor wafer; (b) an exposure step of superposing and exposing two masks on the resist film; and (c) after the exposure step, By performing development processing on the resist film,
A developing step of transferring a desired resist pattern to the resist film; and (d) a step of forming a hole pattern in the semiconductor wafer using the desired resist pattern as an etching mask. ) The first resist film is
Performing a first exposure process using a first mask in which a plurality of first patterns extending in a direction are arranged at a first distance apart from each other;
(B2) performing a second exposure process on the resist film using a second mask in which a plurality of second patterns extending in a second direction intersecting the first direction are arranged at a second distance. And the desired resist pattern corresponds to the first pattern and the second pattern in the resist film, and
A resist portion exposed by the overexposure from the intersection of the first pattern and the second pattern is left, and a resist corresponding to a region other than the resist portion and surrounded by the first pattern and the second pattern is left. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a pattern having a portion removed.
【請求項5】 (a)半導体ウエハ上にレジスト膜を堆
積する工程と、(b)前記レジスト膜に対して2枚のマ
スクを重ね合わせ露光する露光工程と、(c)前記露光
工程後、前記レジスト膜に現像処理を施すことにより、
前記レジスト膜に所望のレジストパターンを転写する現
像工程とを有し、前記露光工程は、(b1)前記レジスト
膜に対して、第1方向に延びる第1パターンを第1距離
だけ隔てて複数配置した第1マスクを用いて第1露光処
理を行う工程と、(b2)前記レジスト膜に対して、前記
第1方向に対して交差する第2方向に延びる第2パター
ンを前記第1距離よりも狭い第2距離だけ隔てて複数配
置し、かつ、互いに隣接する前記第2パターンの一方に
位相シフタを設けた第2マスクを用いて第2露光処理を
行う工程とを有し、 前記所望のレジストパターンは、前記レジスト膜おい
て、前記第1パターンおよび第2パターンに対応する第
1レジスト部が残され、かつ、前記第1パターンおよび
第2パターンに囲まれた領域に対応する第2レジスト部
が除去されてなるパターンであり、前記レジストパター
ンをエッチングマスクとして、前記半導体ウエハに対し
てエッチング処理を施すことにより、前記半導体ウエハ
に孔パターンを形成する工程を有することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
5. An exposure step of: (a) depositing a resist film on a semiconductor wafer; (b) an exposure step of superposing and exposing two masks on the resist film; and (c) after the exposure step, By performing development processing on the resist film,
A developing step of transferring a desired resist pattern to the resist film, wherein the exposing step comprises: (b1) disposing a plurality of first patterns extending in a first direction at a first distance from the resist film. Performing a first exposure process using the first mask thus formed; and (b2) forming a second pattern extending in a second direction intersecting the first direction on the resist film with a distance greater than the first distance. Performing a second exposure process using a second mask provided with a plurality of phase shifters on one of the second patterns adjacent to each other, the plurality of being disposed at a narrow second distance, and The pattern is a second resist portion corresponding to a region surrounded by the first pattern and the second pattern, wherein a first resist portion corresponding to the first pattern and the second pattern is left in the resist film. A method of forming a hole pattern in the semiconductor wafer by performing an etching process on the semiconductor wafer using the resist pattern as an etching mask. Method.
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