JP5106747B2 - パターン形成方法、半導体装置の製造方法及び露光用マスクセット - Google Patents

Description

本発明はパターン形成方法に関し、特に、半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程において、微細パターンであるグレーティングパターンと任意の形状のパターンとが共存するレジストパターンの形成方法に関するものである。

近年、半導体回路パターンの微細化は、光リソグラフィ技術の進展によるところが大きく、それは主に露光光源の短波長化によりもたらされてきた。しかし、露光装置の価格の高騰及び短波長化以外の方法によるパターンの微細化の検討が多方面で進められている。例えば、スキャナ型露光技術によるレンズの大口径化、変形照明技術、超解像マスク技術等の進展により、現在は露光波長を維持したままで加工寸法を微細化する傾向にあり、０．１８μｍ（１８０ｎｍ）世代からは、加工寸法が露光波長（ＫｒＦエキシマレーザ：２４８ｎｍ）を下回るという逆転現象が出てきた。

露光の際に用いられる光の波長以下の微細パターンを形成するための技術として、ハーフトーン位相シフトマスク、位相シフトマスク、変形照明技術の利用が良く知られている。マスクを用いた技術とは、例えば、マスク上に露光波長の光の位相を反転させる部分を作り、光干渉効果で結像面での光学強度のコントラストを高める、特殊なマスクを用いる技術である。

また、変形照明技術ではマスク上にデザインされている複雑な回路パターンの寸法及び二次元形状に対し、全てのパターンが安定して形成できる照明形状に最適化し、マスク面を照明し、結像面で全てのパターンの光学強度コントラストを高める照明形状が用いられている。

例えば、微細なラインとスペースとが交互に繰り返した格子状のパターン（グレーティングパターン（繰り返しパターン））と、このグレーティングパターンと一部が連接して設けられ、上記グレーティングパターンよりパターンの加工寸法が大きいパターン（通常パターン）とを含む微細回路パターンが存在する場合、この微細回路パターンに対し良好な光学コントラストを得る照明形状が最適化されて来た。

典型的な例としては、照明光学系の中央を円形に遮光した輪帯照明があり、この輪帯照明では外側の外輪郭半径（外径R1）と内輪郭半径（内径R2）を最適化する等の手法がとられてきた。また、四眼照明も、４ケ所の開口部分の大きさを最適化することが成されてきた。

また、特許文献１に記載のように露光波長より細い配線部分のみを位相シフトマスクを用いて形成し、その他の部分は通常のマスクで形成する２回の露光による微細回路パターン形成も実用化されつつある。

また、２回露光等の複数回露光による微細回路パターンの形成を開示した文献として、特許文献２あるいは特許文献３が存在する。特許文献２には通常の縮小投影露光機と異なる装置を用いた２つのビームによる二光束干渉露光を行い微細パターンを加工している技術が、特許文献３には通常露光と周期パターン露光を現像工程を介さないで行い、その際、周期パターン露光を位相の反転した１００％透過部を交互に繰り返すレベンソン型位相シフトマスクを用いて行う方法が開示されている。また、特許文献４，特許文献５では、２眼照明を用いて周期パターンを形成し、通常パターンで周期パターン中の一部の配線以外を露光により消去し孤立パターンを形成する方法が開示されている。

米国特許第５８５８５８０号公報 米国特許第５４１５８３５号公報 特開２０００−３４９０１０号公報 国際公開第９９／６５０６６号パンフレット 特開２０００−２１７１８号公報

光学的解像力を表すレイリーの式を以下に式(1)として示す。

Ｒ＝ ｋ１・（λ／ＮＡ）…(1)
なお、上記式(1)において、Ｒはパターン解像度、λは露光波長、ＮＡはレンズ開口数で、ｋ１はプロセスファクターである。

ここで、プロセスファクターｋ１が「0.3」を下回るグレーティングパターンと、微細な孤立スペース等の任意のパターンを有し、プロセスファクターｋ１が「0.5」レベルの通常パターンとを含む微細回路パターン用のレジストパターンをパターニングすることを想定する。この微細回路パターン用のレジストパターンでは、グレーティングパターンと通常パターンが連続的に繋がったパターンとして要求される場合もある。

先に述べた従来技術では、照明形状を如何に最適化しても上記微細回路パターンを安定して解像することが難しい。例えば、ArF波長(193nm)でＮＡを「0.85」とした場合、グレーティングパターンが65nmL/Sの場合はプロセスファクターｋ１は「0.28」となる。この場合、プロセスファクターｋ１が「0.3」を下回る特性を有する位相シフトマスク技術を用いても、この微細なグレーティングパターンとプロセスファクターｋ１が「0.5」レベルの任意の回路パターンである通常パターンとからなる微細回路パターンを双方とも精度良く加工することは極めて困難であった。

なぜなら、グレーティングパターンに適した位相シフトマスクを用いた場合、パターンの任意性から必然的に生じる位相シフトマスクの原理に関わる位相不整合が発生するため、通常パターン側に意図しない不要パターンが残存してしまう不具合が発生するからである。これを回避するため、一般にネガ型レジストを使用するが、ＡｒＦ波長用で解像特性の良いレジスト材料が無いこと、存在しても回路の構成上必然的に発生する同位相間の解像力が不足するからである。

この発明ではプロセスファクターｋ１が「0.3」を下回るグレーティングパターンと、プロセスファクターｋ１が「0.5」レベルの通常パターンとを含む微細回路パターンを精度良く形成することできるパターン形成方法を提供することを目的とする。

この発明に係る請求項１記載のパターン形成方法は、所定の基板上に形成されたレジストに対するパターン形成方法であって、前記レジストは互いに隣接したパターニング対象の第１及び第２の領域を有し、(a) ２眼照明を用いて、ラインとスペースとが交互に繰り返したパターンである繰り返しパターンを有する第１の露光用マスクによる第１の露光処理を実質的に前記レジストの前記第１の領域に対して行うステップと、(b) 前記繰り返しパターンを除くパターンである通常パターンを有する第２の露光用マスクによる第２の露光処理を実質的に前記レジストの前記第２の領域に対して行うステップとを備え、前記通常パターンの少なくとも一部は前記繰り返しパターンと連接する接続用パターンを含み、(c) 前記ステップ(a) ，(b) 後のレジストに対し現像処理を行うステップをさらに備え、前記第１及び第２の露光用マスクは、それぞれ前記レジストの前記第１及び第２の領域に対応する第１及び第２のマスク部を有し、前記第１の露光用マスクにおいて、前記第１のマスク部は前記繰り返しパターン形成用のパターンが設けられ、前記第２のマスク部は全面に遮光領域が設けられ、前記第２の露光用マスクにおいて、前記第２のマスク部は前記通常パターン形成用のパターンが設けられ、前記第１のマスク部は一部を除いて遮光領域が設けられ、前記第１及び第２のマスク部間の境界線から前記第１のマスク部側の第１の所定量分の第１延長領域を備え、前記第１の露光用マスクの前記繰り返しパターン形成用のパターンの前記境界線と反対側における端部位置から前記境界線側の第２の所定量分の第２の延長領域を備え、前記第１の延長領域に前記通常パターンの前記接続用パターンの延長部分用のパターンが設けられ、前記第１及び第２の延長領域以外の領域全面に遮光領域が設けられ、前記第１及び第２の露光用マスクは、それぞれ透過部と、光を所定割合のみ透光させ且つ透過の際に位相が反転するハーフトーン位相シフトマスク部と、光を完全に遮光する完全遮光部とを有するマスクを含み、前記第１の露光用マスクの前記第２のマスク部において、前記第１及び第２のマスク部の境界近傍領域を除く領域は前記完全遮光部で形成され、前記第１の露光用マスクの前記第１及び第２のマスク部において、前記境界近傍領域は前記ハーフトーン位相シフトマスク部で形成され、前記第２の露光用マスクの前記第１のマスク部において、前記遮光領域のうち前記境界近傍領域を除く領域は前記完全遮光部で形成され、前記第２の露光用マスクの前記第１及び第２のマスク部において、前記境界近傍領域は前記ハーフトーン位相シフトマスク部で形成され、前記境界近傍領域は、前記第２の露光用マスクの前記第１のマスク部において、前記第１の延長領域及び前記第１の延長領域に隣接する前記遮光領域の一部領域を含んでいる。

この発明に係る請求項１記載のパターン形成方法は、繰り返しパターンが形成されるレジストの第１の領域に対して実質的に行う露光処理を２眼照明を用いた第１の露光処理で行い、通常パターンが形成される第２の領域に対して実質的に行う露光処理を第２の露光処理で行うことにより、繰り返しパターン及び通常パターン形成対象の第１及び第２の領域それぞれに適した露光処理が実行できるため、接続用パターンを介して互いに連接される繰り返しパターン及び通常パターンよりなるレジストパターンを精度良く得ることができる。

この発明に係る請求項８記載の半導体装置の製造方法は、請求項１〜請求項７記載のパターン形成方法のいずれかを用いてレジストをパターニングするため、パターニング対象物を精度良くパターニングすることができる。

この発明に係る請求項９記載の露光用マスクセットにおいて、第１の露光用マスクを用いた第１の露光処理の際、上記境界近傍領域を除く第２のマスク部は完全遮光され、第２の露光用マスクを用いた第２の露光処理の際、上記境界近傍領域を除く第１のマスク部は完全遮光される。

その結果、繰り返しパターンの大部分において上記第２の露光処理時に光透過が生じる領域は存在しなくなるため、繰り返しパターンを精度良く得ることができ、通常パターンの大部分において上記第１の露光処理時に光透過が生じる領域は存在しなくなるため、通常パターンを精度良く得ることができる。

＜実施の形態１＞
（全般工程）
図１はこの発明の実施の形態１であるパターン形成方法を示すフローチャートである。以下、同図を参照して実施の形態１のパターン形成方法の概要を説明する。

まず、ステップＳ１において、所定の基板上にレジストを塗布する。ここでいう所定の基板とは、シリコンウエハ上にポリシリコン、タングステン、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミニウム等の被パターン形成膜が形成された基板もしくは基板そのものを意味する。

また、レジストの塗布内容としては、例えば、上記所定の基板上に有機反射防止膜を膜厚78nm程度を成膜し、この有機反射防止膜上にメタアクリル系化学増幅ポジ型レジストを膜厚180nm程度塗布する等が考えられる。

図２は、最終加工目的するレジストパターン（所望パターン）の平面形状を示す説明図である。

同図に示すように、所望パターンは、グレーティングパターン１００が形成されるグレーティングパターン形成領域Ａ１（第１の領域）と通常パターン１０１が形成される通常パターン形成領域Ａ２（第２の領域）とを互いに隣接させながら分離形成し、かつ、両領域Ａ１，Ａ２の隣接領域である接続部領域Ａ３において、グレーティングパターン１００の一部と通常パターン１０１の一部とが繋ぎ合わされている平面形状を呈している。

図２において、グレーティングパターン１００として格子状に配列されるラインパターン１１〜１４が示され、通常パターン１０１として任意に配置されるパターン２１〜２４（２１：任意パターン、２２，２４ パッドパターン、２３：配線パターン）が示されており、ラインパターン１２と配線パターン２３とが繋がり、ラインパターン１４とパッドパターン２４とが繋がっている。なお、本明細書において、「通常パターン」はグレーティングパターン以外のパターンを意味する。

その後、ステップＳ２において、露光前の加熱処理（ソフトベーク）を行う。このソフトベークは、例えば、温度１１０℃程度で６０秒間程度行う。

次に、ステップＳ３において、グレーティングパターン形成領域のみを実質的な露光対象とする第１の露光処理を実行する。この第１の露光処理では、露光光源として、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を使用する。なお、第１の露光処理の詳細については後述する。

次に、ステップＳ４において、通常パターン形成領域のみを実質的な露光対象とする第２の露光処理を実行する。この第２の露光処理では、露光光源として、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を使用する。なお、第２の露光処理の詳細については後述する。

そして、ステップＳ５において、露光後の加熱処理（ＰＥＢ（Post Exposure Bake）又は露光後ベーク）を行う（ステップＳ５）。当該加熱処理は、例えば、温度１２５℃程度で６０秒間程度行う。

その後、ステップＳ６において、現像処理を行い、レジストをパターニングする。現像処理には、現像液として、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの２．３８ｗｔ％水溶液を使用することができる。その結果、上記所望のパターンにレジストがパターニングされる。なお、現像後、水分を乾燥させるために、１１５℃程度の温度下で、約６０秒間加熱処理を行う。

（第１の露光処理）
第１の露光処理において使用される放射線としては、例えば、ArFエキシマレーザー（波長193nm）がある。第１の露光処理の照明手段として２眼照明を用いる。

図３は第１の露光処理で用いる２眼照明用の照明系絞りの構造を示す説明図である。同図に示すように、照明系絞り３１には２つの開口部３２が設けられているため、照明系絞り３１を用いた２眼照明を使用することにより、０次回折光と１次回折光との２光束干渉露光が可能となる。なお、２つの開口部３２はグレーティングパターンのライン，スペースの繰り返し方向に沿って配置される。すなわち、図２のように、グレーティングパターン１００のライン，スペースの繰り返し方向が図中の縦方向（横縞模様）の場合、図３に示すように、開口部３２が上下に配置される。

図４は第１の露光処理における光学干渉条件説明用の説明図である。以下、図４を参照して、（λ／Ｐ）についての決定方法を説明する。図４では、グレーティングパターンを形成する遮光パターン３４がガラス基板３３上に形成されたＨＴ（ハーフトン位相シフト）マスク３５に露光光３６が入射し、回折している様子を示している。なお、図４では露光光３６の回折後の状態を露光光３７として示している。

このような状況において、露光光３６と露光光３７との光路差Δは次の式(2)により表される。

Δ＝ｄ１＋ｄ２＝Ｐ・（ｓｉｎθｉ＋ｓｉｎθd）＝λ…(2)
上記式(2)において、Ｐは、グレーティングパターンのピッチであり、θiは入射角、θdは回折角である。また、上述したように、λは、露光波長であり、この式(2)により、（λ／Ｐ）＝ｓｉｎθi＋ｓｉｎθdとなる場合が理想的な光学干渉条件となる。

ここで、λ＝193nm、ＮＡ＝0.85、Ｐ＝130nm（スペースとラインが６５ｎｍピッチで配列しているグレーティングパターン）、およびｉＮＡ＝0.81の条件の場合に、インナシグマσin及びアウタシグマσoutは、上記式(2)で得られた（λ／Ｐ）を用い、以下の式(3)，式(4)を適用することにより得ることができる。なお、ｉＮＡは、露光機の照明開口数であり、ＮＡは、投影レンズの開口数である。

σin＝｛（λ／Ｐ）−ＮＡ｝／ＮＡ…(3)
σout＝ｉＮＡ／ＮＡ…(4)
その結果、インナシグマσinは「0.75」、アウタシグマσoutは「0.95」として得ることができ、図３に示す開口部３２のインナシグマσin及びアウタシグマσoutが設定される。

また、図３に示す２眼照明用の照明系絞り３１の開口部３２の円弧の切り出し角度を大きくすると、コントラストが劣化するが、照度は向上する。したがって、当該切り出し角度は、両者のトレードオフの関係により、最適値が選択される。

また、図３で示した開口部３２の形状は一例であり、上記光学干渉条件を満たすのであれば、他の形状であっても良い。

図５は第１の露光処理において用いられるＨＴマスクの平面形状を示す説明図である。同図に示すように、第１の露光用マスクであるＨＴマスク１は、グレーティングパターン形成領域Ａ１に対応するグレーティングパターン用マスク部Ｍ１（第１のマスク部）において、遮光パターン４１，透過パターン４２が交互に形成され、通常パターン形成領域Ａ２に対応する通常パターン用マスク部Ｍ２（第２のマスク部）は全面が遮光パターン４３で形成される。上述した遮光パターン４１が図２のラインパターン１１〜１４の形成用に設けられたパターンである。なお、ＨＴマスク１における遮光パターン４１，４３の透過率は６％である。

以下、ＨＴ（ハーフトーン位相シフト）マスクついて説明する。ＨＴマスクは、露光に寄与する強度の光を透過させる透過部（透過パターン４２相当）と、６％程度の透過率を有するとともに透過する光の位相を反転させる遮光部（遮光パターン４１に相当）とで構成されるマスクである。このようなＨＴマスクを使用した露光技術を採用することにより、結像面でのコントラストを向上させることができる。

このように、上述した２眼照明でＨＴマスク１を用いた露光によって、グレーティングパターン形成領域Ａ１のみを実質的な露光対象として第１の露光処理が実行される。

（第２の露光処理）
図６は第２の露光処理で用いる２／３輪帯照明用の照明系絞りの構造を示す説明図である。同図に示すように、照明系絞り３８は輪帯状の開口部３９を有し、中心から開口部３９までの内径Ｒ１と、中心から開口部３９までの外径Ｒ２の比が２：３に設定されているため、この照明系絞り３８を用いることにより２／３輪帯照明が実現する。そして、開口数ＮＡは「0.85」に設定される。なお、第２の露光処理におけるの露光条件は光照射量、焦点位置等を各々に対して最適化される。

図７は第２の露光処理において用いられるＨＴマスクの平面形状を示す説明図である。同図に示すように、第２の露光用マスクであるＨＴマスク２は、グレーティングパターン用マスク部Ｍ１においてほぼ全面が遮光された遮光パターン５５が形成され、通常パターン用マスク部Ｍ２は遮光パターン５１〜５４が形成される。通常パターン用マスク部Ｍ２において遮光パターン５１〜５４が形成されていない領域が透過領域となる。なお、遮光パターン５１〜５４は図２で示した通常パターン１０１のパターン２１〜２４の形成用に設けられたパターンである。

このように、上述した２／３輪帯照明でＨＴマスク２を用いた露光によって、通常パターン形成領域Ａ２のみを実質的な露光対象として第２の露光処理が実行される。

したがって、実施の形態１では、第１の露光用マスクであるＨＴマスク１と第２の露光用マスクであるＨＴマスク２とにより構成される露光用マスクセットを用いて、グレイティングパターン１００及び通常パターン１０１からなるパターン形成をレジストに対して精度良く行うことができる。

（効果）
上述したように、実施の形態１のパターン形成方法により、図２示す所望パターンを得ることができる。実施の形態１のパターン形成方法により得られたレジストパターンを電子顕微鏡でパターン観察したところ、図２示した所望パターンと同様、65nmL/Sのグレーティングパターンと通常パターンである周辺回路パターンとが連続したパターンが解像していたことが確認された。

以上のように、実施の形態１によるパターン形成方法では、グレーティングパターン形成用の第１の露光処理は、グレーティングパターン形成領域Ａ１のみを実質的な露光対象として、微細な（例えば、プロセスファクタｋ１が０．３以下）パターンの露光に適している２眼照明を使用している。さらに、通常パターン形成用の第２の露光処理は、通常パターン形成領域Ａ２のみを実質的な露光対象として、通常パターン形成用に適した輪帯照明等の等方性照明を使用している。つまり、２回の露光処理により、図２に示す所望パターンを得るための最適な露光処理を行っている。

したがって、プロセスファクタｋ１の値が０．３以下レベルのグレーティングパターンと、プロセスファクタが例えば０．５レベルのパターンを含む通常パターンとが共存する回路パターン用のレジストパターンを精度良得ることができる。

よって、グレーティングパターンと通常パターンとが分離形成され、かつ連接する、回路パターンの精度の良い形成が可能となるため、様々なバリエーションのパターン形状を有する回路パターンを設計可能となる。

また、実施の形態１のパターン形成方法においては、第１の露光処理時に通常パターン用マスク部Ｍ２の全面に遮光パターン４３を設け、第２の露光処理時にグレーティングパターン用マスク部Ｍ１の全面に遮光パターン５５を設けることにより、第１の露光処理時にはグレーティングパターン形成領域Ａ１のみに対する露光が行え、第２の露光処理時には通常パターン形成領域Ａ２のみに対する露光が行えるため、グレーティングパターン形成領域Ａ１及び通常パターン形成領域Ａ２に形成されるグレーティングパターン１００及び通常パターン１０１それぞれに最も適した露光を行うことができる。

なお、実施の形態１に係るパターン形成方法は、既存の露光装置等を使用するため、例えば、第１及び第２の露光処理の実施に際し新たな露光装置等を別途導入する必要も無く、製造コストの増大を効果的に防止できる。

なお、第１の露光処理と第２の露光処理の順序は、上記と逆であっても良い。つまり、第２の露光処理の後に、第１の露光処理を行っても良い。

また、上記実施の形態１では、第２の露光処理は１回の露光工程により、通常パターンをレジストに露光する場合について言及した。しかし、２回以上の部分露光工程から成る第２の露光処理により、通常パターンをレジストに露光しても良い。当該部分露光工程の回数は、例えば通常パターンの形状により、任意に選択される。

また、第２の露光処理において、複数回の部分露光工程を施す場合には、各部分露光工程において、光照射量および露光焦点位置を最適化することができる、ことは言うまでない。なお、上述したように、第１の露光処理においても、光照射量および露光焦点位置を最適化することができる。

したがって、第２の露光処理が複数の部分露光工程で実現される場合においても、各部分露光工程において形成される各パターン毎に、適正な露光条件が設定できるので、図２で示したような所望パターンを得るために、パターン全体の解像度も向上させることができる。

（変形例）
なお、実施の形態１では、ライン，スペースの繰り返し方向が１方向のみのグレーティングパターンと通常パターンとを有するパターン形成方法について述べた。変形例として、グレーティングパターン（ライン，スペース）の繰り返し方向が２方向（互いに直交する第１及び第２の繰り返し方向）存在する場合、すなわち、グレーティングパターンとして、上記第１の繰り返し方向に沿ってライン，スペースが交互に繰り返される第１の部分グレーティングパターンと、上記第２の繰り返し方向に沿ってライン，スペースが交互に繰り返される第２の部分グレーティングパターンとが領域分離してそれぞれ存在する場合の露光を想定する。

この場合、図３で示した２眼照明の絞りを９０度回転させて行うことにより、上記第１及び第２の部分グレーティングパターン形成時の２眼照明の照明条件を変更する方法が有効である。すなわち、以下の工程によるレジストに対するパターン形成方法が考えられる。

まず、グレーティングパターン用の第１の露光処理の第１ステップとして、第１の部分グレーティングパターンを有する第１の部分グレーティングパターン用マスクを用いて、２つの開口部３２が上記第１の繰り返し方向に沿って配置される２眼照明の絞りによる第１の照明条件下で露光処理を実行する。

次に、グレーティングパターン用の第１の露光処理の第２ステップとして、第２の部分グレーティングパターンを有する第２の部分グレーティングパターン用マスクを用いて、２つの開口部３２が上記第２の繰り返し方向に沿って配置される２眼照明の絞りによる第２の照明条件下で露光処理を実行する。

そして、第２の露光処理のステップとして、グレーティングパターンとの接続部分を有する通常パターンを有する露光用マスクを用いて、輪帯照明等の等方性照明を使用した第３の照明条件下で露光処理を実行する。

最後に、上記第１の露光処理の第１及び第２ステップ並びに第２の露光処理のステップの後に、レジストを現像する。

このように、第１及び第２の部分グレーティングパターンに対して２眼照明の絞り内容を変えた異なる照明条件下で露光を行うことにより、第１及び第２の露光処理に最適な照明条件が設定できるため、縦横双方にプロセスファクターｋ１の値が０．３以下のグレーティングパターン（第１及び第２の部分グレーティングパターン）を含む微細パターンを精度良く形成することができる効果を奏する。

＜実施の形態２＞
（前提）
実施の形態１のパターン形成方法によって最終的に得られたグレーティングパターンは第１の露光処理直後のレジストパターンより細く仕上がっており、レジスト形状も垂直性の劣化がみられた。これは、第２の露光処理時におけるハーフトーン透過光（遮光パターン５５を透過する光）の被りの影響と考えられる。また、これに伴い第１の露光処理時のマスクと第２の露光処理時のマスクとの合成光学像のコントラストが劣化するため、ラインエッジラフネス（配線の直進性）の劣化も見られた。上記劣化の改善を図ったのが実施の形態２である。

（全般工程）
全般工程は、ステップＳ４の第２の露光処理内容を除き、図１で示した実施の形態１と同様に行われる。

（諸問題の検討）
図８は第１の露光処理が第２の露光処理に対して右斜め下にマスクの重ね合わせがずれた場合のレジストパターン形成状態を示す説明図である。同図に示すように、グレーティングパターン１００と通常パターン１０１との間に不要パターン１０が形成されてしまい、この不要パターン１０によって、ラインパターン１１〜１４と配線パターン２３，２４とが繋がってしまう。この際、ラインパターン１１とラインパターン１２（配線パターン２３）とが異電位に設定されていると異電位間で短絡されてしまう不具合が生じる。

図９は第１の露光処理が第２の露光処理に対して左斜め下にマスクの重ね合わせがずれた場合のレジストパターン形成状態を示す説明図である。同図に示すように、本来なら繋ぐ必要のないラインパターン１３とパッドパターン２４とが繋がってしまうという不具合が生じる。

図１０はグレーティングパターンのみを対象とした仮想レジストパターンの平面構造を示す説明図である。同図で示す仮想レジストパターン２５は、図５で示したＨＴマスク１を用いて第１の露光処理を行った後に現像処理を行って得たと仮定した場合のレジストパターンである。図５に示すように、パターン形状に起因する光学的原理により、仮想レジストパターン２５は、マスク寸法よりも図５の透過パターン４２に対応するグレーティングパターン先端部が後退し（先端部後退現象が生じ）、後退残存パターン２６が残ることになる。

図１１は図１０で示した先端部後退現象を考慮した場合に想定されるレジストパターンの平面構造を示す説明図である。同図に示すように、後退残存パターン２６により、ラインパターン１１，１２間、１２，１３間、１３，１４間が繋がり、ラインパターン１１〜１３の両端に不要電気的接続パターン２７，２７が余分に形成されてしまい、さらに、不要電気的接続パターン２７は配線パターン２３及びパッドパターン２４にも繋がってしまうという不具合が生じる。このように、図８及び図９で示したマスクの重ねあわせがずれなくとも、図１０で示した先端部後退現象が生じる場合も不具合が生じてしまう。

（第２の露光処理）
実施の形態２では、上述した諸問題を考慮して、第２の露光処理で用いるＨＴマスクの改善を図っている。

図１２は実施の形態２の第２の露光処理に用いられるＨＴマスクの平面構造を示す説明図である。

同図に示すように、第２の露光用マスクであるＨＴマスク４においては、グレーティングパターン用マスク部Ｍ１において、図７で示したＨＴマスク２の遮光パターン５５に比べ、両端から所定量Ｃ短くした縮小遮光パターン５６を形成している。すなわち、グレーティングパターン用マスク部Ｍ１，通常パターン用マスク部Ｍ２の境界線ＬＢ２からグレーティングパターン用マスク部Ｍ１側に所定量Ｃ（第１の所定量）延びて形成される延長領域Ｅ１（第１の延長領域）と、端部線ＬＢ５から内側所定量Ｃ（第２の所定量）に延びて形成される延長領域Ｅ２（第２の延長領域）とを除くグレーティングパターン用マスク部Ｍ１の領域に縮小遮光パターン５６が設けられる。

したがって、延長領域Ｅ２は透過領域となる。なお、縮小遮光パターン５６の大きさを明確にするため、仮想的なラインパターン１１ｖ〜１４ｖを点線で示している。端部線ＬＢ５は仮想ラインパターン１１ｖ〜１４ｖの端部位置に相当する。

一方、ＨＴマスク４の遮光パターン５３は、ＨＴマスク２の遮光パターン５３（図７参照）に比べ、延長領域Ｅ１においてグレーティングパターン用マスク部Ｍ１（の内側）方向に延びた遮光パターン延長部５３ｃが余分に形成され、遮光パターン５４も延長領域Ｅ１においてグレーティングパターン用マスク部Ｍ１方向に延びた遮光パターン延長部５４ｃが余分に形成される。すなわち、延長領域Ｅ１に通常パターン１０１の接続パターンとなる遮光パターン５３及び遮光パターン５４の延長部分用の遮光パターン５３ｃ，５４ｃが設けられる。

このように、実施の形態２において、第２の露光処理で用いるＨＴマスク４は、遮光パターン５３は、互いに連接して形成される遮光パターン主要部５３ｍ（ＨＴマスク２の遮光パターン５３に相当）及び遮光パターン延長部５３ｃからなり、遮光パターン５４は、互いに連接して形成される遮光パターン主要部５４ｍ（ＨＴマスク２の遮光パターン５４に相当）及び遮光パターン延長部５４ｃからなる。

なお、所定量Ｃは、上述した先端部後退現象による後退量と重ね合わせズレの余裕度分とに基づく量（例えば、上記後退量と重ね合わせズレの余裕度の単純和）に設定される。

一方、遮光パターン延長部５３ｃ及び５４ｃの配線幅ＬＷは以下のように決定される。例えば、グレーティングパターンのライン寸法６５nmとした場合、重ね合わせ余裕１５nm（図１２で示す平面構造の上下方向）と寸法精度余裕１０nm（仕上がり寸法ズレの余裕）を単純和で加えると、接続用パターンの延長部分である遮光パターン５３ｃ及び５４ｃの配線幅ＬＷは１１５nmとなる。余裕度は単純和で計算する場合もあれば、二乗和の平方根で求めることもある。ここで規定する余裕を持った太さの配線の寸法とは、マスクのデザイン寸法ではなく露光・現像後の結果得られるレジストパターン寸法と考えてもよい。

このように、実施の形態１のＨＴマスク２に置き換えて、ＨＴマスク４を用いて第２の露光処理を行ったのが実施の形態２によるパターン形成方法である。

（効果）
図１３は実施の形態２によるパターン形成方法により得られたレジストパターンを示す説明図である。図１３では、前述した先端部後退現象が後退量ｄｃ１（＜Ｃ）で生じた場合を示している。

前述したように、ＨＴマスク４は、境界線ＬＢ２からグレーティングパターン用マスク部Ｍ１側にかけて、所定量Ｃ縮小した縮小遮光パターン５６及び所定量Ｃ延長した遮光パターン延長部５３ｃ及び５４ｃが形成されているため、遮光パターン延長部５３ｃ及び５４ｃ下に位置しない不要電気的接続パターン２７（図１１参照）は全て第２の露光処理時の露光で消去されてしまう。

その結果、図１３に示すように、グレーティングパターン形成領域Ａ１と通常パターン形成領域Ａ２との境界である境界線ＬＢ１から後退量ｄｃ１だけグレーティングパターン形成領域Ａ１側に延びて配線パターン延長部２３ｃ及び２４ｃが形成されるため、配線パターン延長部２３ｃを介して配線パターン２３とラインパターン１２とが繋がり、配線パターン延長部２４ｃを介してパッドパターン２４とラインパターン１４とが繋がるため、上記先端部後退現象が生じた場合も、電気的接続関係において図２と等価なパターンを得ることができる。

図１４は実施の形態２によるパターン形成方法により得られたレジストパターンを示す説明図である。図１４では、前述した右斜め方向のマスク重ね合わせズレ現象が生じ、上記ズレ現象における右方向（ラインパターン１１の形成方向（第１の方向））のズレがズレ量ｄｃ２（＜Ｃ）で生じた場合を示している。

前述したように、ＨＴマスク４は縮小遮光パターン５６及び遮光パターン延長部５３ｃ及び５４ｃが形成されているため、遮光パターン延長部５３ｃ及び５４ｃ下に位置しない不要パターン１０（図８参照）は全て第２の露光処理時の露光で消去されてしまう。

その結果、図１４に示すように、境界線ＬＢ１からズレ量ｄｃ２だけグレーティングパターン形成領域Ａ１側に延びて配線パターン延長部２３ｃ及び２４ｃが形成されるため、配線パターン延長部２３ｃを介して配線パターン２３とラインパターン１２とが繋がり、配線パターン延長部２４ｃを介してパッドパターン２４とラインパターン１４とが繋がるため、右斜め方向のマスク重ね合わせズレ現象が生じても、電気的接続関係において図２と等価なパターンを得ることができる。

さらに、遮光パターン延長部５３ｃ及び５４ｃの配線幅ＬＷは重ね合わせ余裕及び寸法精度余裕を考慮して、ラインパターン１１〜１４の形成幅より厚く形成されているため、上下方向（第２の方向）の重ね合わせズレが生じても、ラインパターン１２と配線パターン延長部２３ｃと、ラインパターン１４と配線パターン延長部２４ｃとをそれぞれ確実に繋げることができる。

このように、実施の形態２のパターン形成方法は、図１２で示したＨＴマスク４を用いて第２の露光処理を行うことにより、先端部後退現象、マスク重ね合わせズレ等の影響が生じても、不具合の生じないレジストパターンを形成することができる。

図１５は実施の形態２のパターン形成方法によるレジストパターン形成例を示す説明図である。同図に示すように、所望のパターンとして、ラインパターン６１〜６９からなるグレーティングパターン１０２と、パターン７１〜７５からなる通常パターン１０３とを互いに隣接して形成し、配線パターン７１とラインパターン６３、配線パターン７３とラインパターン６６、配線パターン７５とラインパターン６８が連接されている。

図１６は図１５で示したレジストパターン６０を得るための第１の露光処理用のＨＴマスクを示す説明図である。同図に示すように、第１の露光用マスクであるＨＴマスク３は、グレーティングパターン用マスク部Ｍ１において、遮光パターン４４及び透過パターン４５が交互に形成され、通常パターン用マスク部Ｍ２において全面を遮光する遮光パターン４６が形成される。

図１７は図１５で示したレジストパターン６０を得るための第２の露光処理用のＨＴマスクを示す説明図である。同図に示すように、第２の露光用マスクであるＨＴマスク６は、グレーティングパターン用マスク部Ｍ１において、グレーティングパターン用マスク部Ｍ１の両端からそれぞれ所定量Ｃ分縮小した領域全面を遮光する縮小遮光パターン８６が形成され、通常パターン用マスク部Ｍ２において、遮光パターン８１〜８５が形成される。

遮光パターン８１，８３及び８５は、グレーティングパターン用マスク部Ｍ１と通常パターン用マスク部Ｍ２との境界線ＬＢ２から所定量Ｃ分、グレーティングパターン用マスク部Ｍ１方向に延びた遮光パターン延長部８１ｃ，８３ｃ及び８５ｃがそれぞれ余分に形成される。この際、遮光パターン延長部８１ｃ，８３ｃ及び８５ｃの配線幅ＬＷは前述したように重ね合わせ余裕と寸法精度余裕とを考慮した形成幅で形成される。

図１８は、図１５で示したレジストパターン６０を所望のパターンとして実施の形態２によるパターン形成方法により得られたレジストパターンを示す説明図である。図１８では、前述した先端部後退現象が後退量ｄｃ１（＜Ｃ）で生じた場合を示している。

前述したように、ＨＴマスク６は境界線ＬＢ２からグレーティングパターン用マスク部Ｍ１側にかけて、所定量Ｃ縮小した縮小遮光パターン８６及び所定量Ｃ延長した遮光パターン延長部８１ｃ、８３ｃ及び８５ｃが形成されているため、遮光パターン延長部８１ｃ、８３ｃ及び８５ｃ下に位置しない不要電気的接続パターン（図１１の不要電気的接続パターン２７のように先端部後退現象により生じるパターン）は全て第２の露光処理時の露光で消去されてしまう。

その結果、図１８に示すように、グレーティングパターン形成領域Ａ１と通常パターン形成領域Ａ２との境界である境界線ＬＢ１から後退量ｄｃ１だけグレーティングパターン形成領域Ａ１側に延びて配線パターン延長部７１ｃ、７３ｃ及び７５ｃが形成されるため、配線パターン延長部７１ｃを介して配線パターン７１とラインパターン６３とが繋がり、配線パターン延長部７３ｃを介して配線パターン７３とラインパターン６６とが繋がり、配線パターン延長部７５ｃを介して配線パターン７５とラインパターン６８とが繋がる。したがって、上記先端部後退現象が生じても、電気的接続関係において図１５のレジストパターン６０と等価なパターンを得ることができる。

図１９は実施の形態２によるパターン形成方法により得られたレジストパターンを示す説明図である。図１９では、右斜め方向のマスク重ね合わせズレ現象による右方向のズレがズレ量ｄｃ２（＜Ｃ）で生じた場合を示している。

前述したように、ＨＴマスク６は縮小遮光パターン８６及び遮光パターン延長部８１ｃ、８３ｃ及び８５ｃが形成されているため、遮光パターン延長部８１ｃ、８３ｃ及び８５ｃ下に位置しない不要パターン（図８の不要パターン１０に相当するパターン）は全て第２の露光処理時の露光で消去されてしまう。

その結果、図１９に示すように、境界線ＬＢ１からズレ量ｄｃ２だけグレーティングパターン形成領域Ａ１側に延びて配線パターン延長部７１ｃ、７３ｃ及び７５ｃが形成されるため、配線パターン延長部７１ｃを介して配線パターン７１とラインパターン６３とが繋がり、配線パターン延長部７３ｃを介して配線パターン７３とラインパターン６６とが繋がり、配線パターン延長部７５ｃを介して配線パターン７５とラインパターン６８とが繋がる。したがって、上記右斜め方向のマスク重ね合わせズレ現象が生じても、電気的接続関係において図１５で示したレジストパターン６０と等価なパターンを得ることができる。

さらに、遮光パターン延長部８１ｃ、８３ｃ及び８５ｃの配線幅ＬＷは重ね合わせ余裕及び寸法精度余裕を考慮して、ラインパターン６１〜６９の形成幅より厚く形成されているため、上下方向の重ね合わせズレが生じても、ラインパターン６３と配線パターン延長部７１ｃと、ラインパターン６６と配線パターン延長部７３ｃと、ラインパターン６８と配線パターン延長部７５ｃとをそれぞれ確実に繋げることができる。

図２０は実施の形態２によるパターン形成方法により得られたレジストパターンを示す説明図である。図２０では、左斜め方向のマスク重ね合わせズレ現象による左方向のズレがズレ量ｄｃ３（＜Ｃ）で生じた場合を示している。

前述したように、ＨＴマスク６は縮小遮光パターン８６及び遮光パターン延長部８１ｃ、８３ｃ及び８５ｃが形成されているため、遮光パターン延長部８１ｃ、８３ｃ及び８５ｃ下に位置しない不要パターン（ラインパターン６１，６２，６４，６５，６７，６９が境界線ＬＢ１に余分に延びて形成されるパターン）は全て第２の露光処理時の露光で消去されてしまう。

さらに、遮光パターン延長部８１ｃ、８３ｃ及び８５ｃの配線幅ＬＷは重ね合わせ余裕及び寸法精度余裕を考慮して、ラインパターン６１〜６９の形成幅より厚く形成されているため、上下方向の重ね合わせズレが生じても、ラインパターン６３と配線パターン７１と、ラインパターン６６と配線パターン７３と、ラインパターン６８と配線パターン７５とをそれぞれ確実に繋げることができる。

このように、実施の形態２では、第１の露光用マスクであるＨＴマスク１，３と第２の露光用マスクであるＨＴマスク４，６とにより構成される露光用マスクセットを用いて、グレイティングパターン及び通常パターンからなるパターン形成をレジストに対して精度良行うことができる。

＜実施の形態３＞
（前提）
実施の形態２によるパターン形成方法によって最終的に得られたグレーティングパターンは実施の形態１と同様に、第１の露光処理直後のレジストパターンより細く仕上がっており、レジスト形状も垂直性の劣化がみられた。これは、第２の露光処理で用いた２枚目のＨＴマスク６のハーフトーン透過光の被りの影響と考えられる。また、これに伴い、１枚目（第１の露光処理時）と２枚目（第２の露光処理時）のマスクの合成光学像のコントラストが劣化するため、ラインエッジラフネス（配線の直進性）の劣化も見られた。上記劣化の改善を図ったのが実施の形態３である。

（全般工程）
全般工程は、ステップＳ３の第１の露光処理の内容及びステップＳ４の第２の露光処理の内容を除き、図１で示した実施の形態１と同様に行われる。

（第１の露光処理）
図２１は実施の形態３の第１の露光処理で用いるトリトーンマスク１５の平面構造を示す説明図である。

同図に示すように、第１の露光用マスクであるトリトーンマスク１５のパターン形状自体は、図５で示した実施の形態１及び実施の形態２の第１の露光処理用のＨＴマスク１と同一である。すなわち、トリトーンマスク１５の遮光パターン４１、透過パターン４２及び遮光パターン４３は、ＨＴマスク１の遮光パターン４１、透過パターン４２及び遮光パターン４３と同一形状を呈する。

ただし、トリトーンマスク１５は非完全遮光部であるＨＴマスク部１５ａと完全遮光部１５ｂとの合成により形成されている点がＨＴマスク１と異なる。

ＨＴマスク部１５ａは、遮光パターン４１の全形成領域として形成されるとともに、さらに、遮光パターン４３と遮光パターン４１との境界線ＬＢ３からシフト量ΔＤ１分延びて、遮光パターン４３の一部としても形成される。

一方、完全遮光部１５ｂは、遮光パターン４３の全形成領域のうち、ＨＴマスク部１５ａの形成領域を除く領域として形成される。すなわち、完全遮光部１５ｂは、通常パターン用マスク部Ｍ２において、グレーティングパターン用マスク部Ｍ１，通常パターン用マスク部Ｍ２間の境界線ＬＢ２の近傍領域（境界近傍領域）を除く全領域に形成される。

ＨＴマスク部１５ａは、ＨＴマスク１と同様、露光に寄与する強度の光を透過させる透過部（透過パターン４２相当）と、６％程度の透過率を有する共に光の位相を反転させる遮光部（遮光パターン４１相当）とから構成されるマスク部分である。一方、完全遮光部１５ｂは、ＨＴマスク相当の遮光部上をさらにＣｒで覆う等により光を完全に遮光するマスク部分である。

（第２の露光処理）
図２２は実施の形態３の第２の露光処理で用いるトリトーンマスク１６の平面構造を示す説明図である。

同図に示すように、第２の露光用マスクであるトリトーンマスク１６のパターン形状自体は、図１２で示した実施の形態２の第２の露光処理用のＨＴマスク４と同一である。すなわち、トリトーンマスク１６の遮光パターン５１〜５４及び５６は、ＨＴマスク４の遮光パターン５１〜５４及び５６と同一形状を呈する。

ただし、トリトーンマスク１６は非完全遮光部であるＨＴマスク部１６ａと完全遮光部１６ｂとの合成により形成されている点がＨＴマスク４と異なる。

ＨＴマスク部１６ａは、遮光パターン５１〜５４の全形成領域として形成されるとともに、さらに、縮小遮光パターン５６と遮光パターン延長部５３，遮光パターン延長部５４ｃとの境界線ＬＢ４から、シフト量ΔＤ２分延びて、縮小遮光パターン５６の一部としても形成される。

一方、完全遮光部１６ｂは、縮小遮光パターン５６の全形成領域のうち、ＨＴマスク部１６ａの形成領域を除く領域として形成される。すなわち、完全遮光部１６ｂは、グレーティングパターン用マスク部Ｍ１において、境界線ＬＢ２の近傍領域を除く領域における遮光パターンとして形成される。

（効果）
図２３は実施の形態３によるパターン形成方法により得られたレジストパターンの平面構造を示す説明図である。この図２３は電子顕微鏡で観察した結果を模式的に示した図に相当する。

同図に示すように、65nmL／Sのグレーティングパターン１００及び通常パターン１０１が精度良くパターニングされるとともに、ラインパターン１２と配線パターン２３、ラインパターン１４とパッドパターン２４との接続が良好に行われていることがわかる。すなわち、実施の形態３のパターン形成方法によって得られたレジストパターンは実施の形態１及び実施の形態２の方法でえられたレジストパターンのように、寸法の細り、形状劣化、直進性劣化は見られず良好なパターン形状を示すことがわかった。

以下、図２３を参照して、実施の形態３の効果について説明する。図２３に示すように、ラインパターン１１〜１４の大部分の領域に相当する領域ＥＸ１（図２３において境界線ＬＢ４からシフト量ΔＤ２以上右に位置する領域）に対し、ＨＴマスク部１５ａを用いた第１の露光処理が行われ、完全遮光部１６ｂを用いた第２の露光処理が行われるため、領域ＥＸ１において第２の露光処理時に光透過が生じる領域は存在しなくなる。したがって、領域ＥＸ１におけるラインパターン１１〜１４をハーフトーン透過光の被りの影響を回避することにより、精度良く得ることができる。

一方、パターン２１〜２４の大部分の領域に相当する領域ＥＸ２（図２３において境界線ＬＢ３よりシフト量ΔＤ１以上左に位置する領域）に対し、完全遮光部１５ｂを用いた第１の露光処理が行われ、ＨＴマスク部１６ａを用いた第２の露光処理が行われるため、領域ＥＸ２において第１の露光処理時に光透過が生じる領域は存在しなくなる。したがって、領域ＥＸ２におけるパターン２１〜２４をハーフトーン透過光の被りの影響を回避することにより、精度良く得ることができる。

そして、領域ＥＸ１，ＥＸ２間のグレーティングパターン１００，通常パターン１０１間の接続部領域に相当する領域ＥＸ３に対し、ＨＴマスク部１５ａを用いた第１の露光処理が行われ、ＨＴマスク部１６ａを用いた第２の露光処理が行われるため、領域ＥＸ３においては遮光部においても２回の光透過が行われることになる。この領域ＥＸ３における効果については後述する。

（第１の態様）
第１の露光処理及び第２の露光処理の方法として他のバリエーションも考えられる。まず、図２１で示したトリトーンマスク１５を用いる第１の露光処理と、図２２で示したトリトーンマスク１６を用いる第２の露光処理とを用いた、上述した第１及び第２の露光処理を含むパターン形成方法を第１の態様とする。

（第２の態様）
第２の態様では第１の露光処理は、第１の態様と同様に図２１で示したトリトーンマスク１５を用いる。

図２４は実施の形態３の第２の態様における第２の露光処理で用いるトリトーンマスクを示す説明図である。同図に示すように、第２の露光用マスクであるトリトーンマスク１８のパターン形状自体は、第１の態様と同様、図１２で示した実施の形態２の第２の露光処理用のＨＴマスク４と同一である。

ただし、トリトーンマスク１８は非完全遮光部であるＨＴマスク部１８ａと完全遮光部１８ｂとの合成により形成されている点がＨＴマスク４と異なる。

完全遮光部１８ｂは、縮小遮光パターン５６の全形成領域として形成されるともに、さらに、縮小遮光パターン５６と遮光パターン５３，遮光パターン５４との境界線ＬＢ４から、シフト量ΔＤ４分の領域に延びて、遮光パターン５３，５４の一部としても形成される。すなわち、完全遮光部１８ｂは、グレーティングパターン用マスク部Ｍ１の全領域及び境界線ＬＢ２の近傍領域の遮光パターンとして形成される。

一方、ＨＴマスク部１８ａは、遮光パターン５１〜５４の全形成領域のうち、完全遮光部１８ｂを除く領域として形成される。

その結果、第２の態様によれば、図２３で示した領域ＥＸ３に対し、ＨＴマスク部１５ａを用いた第１の露光処理、及び完全遮光部１８ｂを用いた第２の露光処理が行われるため、領域ＥＸ３においても領域ＥＸ１と同様に第２の露光処理時に光透過が生じる領域は存在しないことになる。なお、領域ＥＸ３における２回透過を確実に回避すべく、シフト量ΔＤ４は（シフト量ΔＤ１＋所定量Ｃ）よりも少し長く設定する方が望ましい。

（第３の態様）
図２５は実施の形態３の第３の態様における第１の露光処理で用いるトリトーンマスクを示す説明図である。同図に示すように、第１の露光用マスクであるトリトーンマスク１７のパターン形状自体は、第１及び第２の態様と同様、図５で示した実施の形態１及び実施の形態２の第１の露光処理用のＨＴマスク１と同一である。

ただし、トリトーンマスク１７は非完全遮光部であるＨＴマスク部１７ａと完全遮光部１７ｂとの合成により形成されている点がＨＴマスク１と異なる。

完全遮光部１７ｂは、遮光パターン４３の全形成領域として形成されるともに、さらに、遮光パターン４１と遮光パターン４３との境界線ＬＢ３から、シフト量ΔＤ３分の領域に延びて、遮光パターン４１の一部としても形成される。すなわち、完全遮光部１７ｂは通常パターン用マスク部Ｍ２の全領域及び境界線ＬＢ２の近傍領域の遮光パターンとして形成される。

一方、ＨＴマスク部１７ａは、遮光パターン４１の全形成領域のうち、完全遮光部１７ｂを除く領域として形成される。

第３の態様では第２の露光処理は、第１の態様と同様に図２２で示したトリトーンマスク１６を用いる。

その結果、図２３で示した領域ＥＸ３に対し、完全遮光部１７ｂを用いた第１の露光処理、及び完全遮光部１６ｂを用いた第２の露光処理が行われるため、領域ＥＸ３においても領域ＥＸ２と同様に第１の露光処理時に光透過が生じる領域が存在しないことになる。なお、領域ＥＸ３における２回透過を確実に回避すべく、シフト量ΔＤ３は（シフト量ΔＤ２＋所定量Ｃ）よりも少し長く設定する方が望ましい。

（接続部領域の形成精度）
図２６〜図２８は実施の形態３の第１〜第３の態様によるパターン形成方法それぞれにより得られたレジストパターンの接続部領域（図２３の領域ＥＸ３相当）の光学シミュレーション結果を示す説明図である。

同図に示すように、図２６で示すシミュレーション結果（第１の態様）では、配線パターン延長部２３ｃ及び２４ｃに相当する接続箇所７６の配線幅が先細りすることなく、グレーティングパターン領域Ａ１１におけるラインパターンの形成幅と同程度の安定した形状が得られているのに対し、図２７及び図２８で示すシミュレーション結果（第２及び第３の態様）では、配線パターン延長部２３ｃ及び２４ｃに相当する接続箇所７７，７８の配線幅が先細りし不安定な形状となっている。

上記シミュレーション結果から、グレーティングパターン１００と通常パターン１０１との接続部領域（図２３の領域ＥＸ３相当領域）に関しては、第１の露光処理及び第２の露光処理共にＨＴマスク部を用いた、すなわち、第１及び第２の露光処理において境界線ＬＢ２の近傍領域は共にＨＴマスク部を第１の態様が最も適していることがわかる。このことは、接続部領域の微細パターンに対しては、第１及び第２の露光処理双方にＨＴマスクを用いる方が、より高い光学像コントラストが得られることに起因する。

なお、領域ＥＸ１及び領域ＥＸ２については実質的に第１〜第３の態様において同内容で第１及び第２の露光処理が行われているため、優劣は生じない。

（第４の態様）
図２９は実施の形態３の第４の態様における第１の露光処理で用いるトリトーンマスクを示す説明図である。同図に示すように、第１の露光用マスクであるトリトーンマスク１９における非完全遮光部であるＨＴマスク部１９ａと完全遮光部１９ｂの関係は、第１の態様で用いたトリトーンマスク１５のＨＴマスク部１５ａと完全遮光部１５ｂと同様である。

トリトーンマスク１９は、ＨＴマスク部１９ａの遮光パターン４１の形成幅を境界線ＬＢ３近傍領域において両側で総計６ｎｍ程度太く７１ｎｍ程度に形成している点でトリトーンマスク１５と異なる。すなわち、境界線ＬＢ２の近傍領域において、遮光パターン４１の一側面から３ｎｍ程度を透過パターン４２内に延びて形成される遮光パターン延長部４１ｄを余分に設けている点でトリトーンマスク１６と異なる。なお、他の構成はトリトーンマスク１５と同様であるため、説明を省略する。

第４の態様では第２の露光処理は、第１の態様と同様に図２２で示したトリトーンマスク１６を用いる。

このように、実施の形態３の第４の態様であるパターン形成方法によれば、第１及び第２の露光処理にトリトーンマスク１９及びトリトーンマスク１５を用いている。したがって、第１の態様と同様の効果が得られる。

さらに、第４の態様では、通常パターン１０１との接続部領域に近い遮光パターン４１の形成幅を部分的に太くすることにより、通常パターン１０１との接続を安定して行うことができる効果を奏する。

このように、実施の形態３では、第１の露光用マスクであるＨＴマスク１５，１７，１９と第２の露光用マスクであるＨＴマスク１６，１８とにより構成される露光用マスクセットを用いて、グレイティングパターン及び通常パターンからなるパターン形成をレジストに対して精度良く行うことができる。

（実施の形態１への適用）
上述した第１〜第４の態様を実施の形態１において適用することも考えられる。この場合、ラインパターン１１〜１４の大部分の領域に相当する領域ＥＸ１において第２の露光処理時に光透過が生じる領域は存在しなくなるため、領域ＥＸ１におけるラインパターン１１〜１４をハーフトーン透過光の被りの影響を回避することにより、精度良く得ることができる。

一方、パターン２１〜２４の大部分の領域に相当する領域ＥＸ２において第１の露光処理時に光透過が生じる領域は存在しなくなるため、領域ＥＸ２におけるパターン２１〜２４をハーフトーン透過光の被りの影響を回避することにより、精度の良く得ることができる。

また、実施の形態１においても、第１及び第２の露光処理において接続部領域（図２の接続部領域Ａ３に相当する領域）については、共にＨＴマスク部を第１の態様を用いた方が、実施の形態２と同様、より高い光学像コントラストが得られる可能性が高い。

＜実施の形態４＞
図３０は実施の形態４による複数枚のウェハに対して行う露光方法を示すフローチャートである。全般工程は図１で示した実施の形態１と同様に行われるが、複数枚のウェハ（各ウェハの所定の基板）に対して行い、ステップＳ３，Ｓ４の処理を図３０で示すフローで行う点が異なる。

なお、本実施の形態では、説明の都合上、ＨＴマスク１を用いた第１の露光処理及びＨＴマスク４を用いた第２の露光処理を例に挙げて説明する。

図３０を参照して、ステップＳ１１において、１枚目の露光対象ウェハ（の所定の基板）に対しＨＴマスク１を用いた第１の露光処理を実行し、ステップＳ１２において、ＨＴマスク１をＨＴマスク４に交換し、上記１枚目の露光対象のウェハに対しＨＴマスク４を用いた第２の露光処理を実行する。

そして、ステップＳ１３において、未露光のウェハの有無を確認し、存在すれば（YES）ステップＳ１４に移行し、存在しなければ（NO）露光処理を終了する。

ステップＳ１４において、新たな露光対象となるウェハの入れ替え処理を行う。すなわち、未露光のウェハのうちの一枚を２枚目の露光対象ウェハとして露光装置に装着する。

そして、ステップＳ１５において、ステップＳ１２で用いたＨＴマスク４をマスク交換することなく連続的に用いて、２枚目の露光対象のウェハ（の所定の基板）に対して第２の露光処理を実行する。その後、ステップＳ１６において、ＨＴマスク４をＨＴマスク１に交換し、上記２枚目の露光対象のウェハに対しＨＴマスク１を用いた第１の露光処理を実行する。

そして、ステップＳ１７において、未露光のウェハの有無を確認し、存在すれば（YES）ステップＳ１８に移行し、存在しなければ（NO）露光処理を終了する。

ステップＳ１８において、新たな露光対象となるウェハの入れ替え処理を行う。すなわち、未露光のウェハのうちの一枚を３枚目の露光対象ウェハとして露光装置に装着し、ステップＳ１１に戻る。

そして、ステップＳ１１に戻って、ステップＳ１６で用いたＨＴマスク１をマスク交換することなく連続的に用いて、３枚目の露光対象のウェハ（の所定の基板）に対して第１の露光処理を実行する。その後、ステップＳ１２において、ＨＴマスク１をＨＴマスク４に交換し、上記３枚目の露光対象のウェハに対しＨＴマスク４を用いた第２の露光処理を実行する。

以降、ステップＳ１３あるいはステップＳ１７で、未露光のウェハが無くなるのが確認されるまで、ステップＳ１１〜Ｓ１８を繰り返す。

このように、実施の形態４の露光方法では、連続して露光を行う２枚のウェハに対して第１の露光処理及び第２の露光処理のうち一方を連続して行うことにより、マスク交換を２回の露光処理（第１及び第２の露光処理）に対し１回の割合で済ますことができるため、マスク交換に要する処理時間を短縮できる効果を奏し、その結果、複数枚のウェハに対するパターン形成方法の総合処理時間の短縮を図ることができる。

なお、第１及び第２の露光処理が複数のマスクによる複数の露光工程で構成される場合も考えられる。例えば、第２の露光処理が第１〜第３の部分露光工程（順不同）で行われる場合においては、ステップＳ１２の実行時は第１〜第３の順で部分露光工程を実行し、ステップＳ１５の実行時は第３〜第１の順で部分露光工程を実行することにより、部分露光工程間のマスク交換に要する処理を第３の部分露光工程におけるマスク交換に要する時間分、短縮することができる。

＜半導体装置の製造方法の適用＞
また、実施の形態１〜実施の形態３で示したパターン形成方法（実施の形態４の露光方法を組み入れる場合を含む）を用いることにより、半導体装置の製造方法に適用することができる。

すなわち、半導体基板上あるいは半導体基板内に存在するパターニング対象物上にレジストを塗布する第１のステップ、上記レジストに対して実施の形態１〜実施の形態３のいずれかのパターン形成方法を用いて上記レジストをパターニングする第２のステップ、パターニングされた上記レジストをマスクとしてパターニング対象物をパターニングする第３のステップを含む全ての半導体装置の製造方法を、本願発明のパターン形成方法の応用技術として適用することができる。

その結果、接続用パターンを介して互いに連接されるグレーティングパターン及び通常パターンよりなるパターンを、パターニング対象物に対して精度良く形成することができる効果を奏する。

＜その他＞
上述した実施の形態１〜実施の形態３では、第１及び第２の露光処理対象となるレジストをポジ型のレジスト材料を用い、凸状のグレーティングパターン及び通常パターンを得ることができる例を示した。

ポジ型のレジストに替えて化学増幅ネガ型レジストを使用することにより、トレンチ型の配線パターンを形成することに関し実施の形態１〜実施の形態３と同様な効果を奏する。

図３１は第２の露光処理で用いる他の照明系絞りの構造を示す説明図である。同図に示すように、照明系絞り４８は４個の円形の開口部４９を有している。この照明系絞り４８を用いることにより４眼照明が実現する。

このように、実施の形態１〜実施の形態４で述べた第２の露光処理の照明として２／３輪帯照明（図６参照）の代わりに、４眼照明を用いても良い。

この発明の実施の形態１であるパターン形成方法を示すフローチャートである。 最終加工目的するレジストパターンの平面形状を示す説明図である。 第１の露光処理で用いる２眼照明用の照明系絞りの構造を示す説明図である。 第１の露光処理における光学干渉条件説明用の説明図である。 第１の露光処理において用いられるＨＴマスクの平面形状を示す説明図である。 第２の露光処理で用いる２／３輪帯照明用の照明系絞りの構造を示す説明図である。 第２の露光処理において用いられるＨＴマスクの平面形状を示す説明図である。 第１の露光処理が第２の露光処理に対して右斜め下にマスクの重ね合わせがずれた場合のレジストパターン形成状態を示す説明図である。 第１の露光処理が第２の露光処理に対して左斜め下にマスクの重ね合わせがずれた場合のレジストパターン形成状態を示す説明図である。 グレーティングパターンのみを対象とした仮想レジストパターンの平面構造を示す説明図である。 図１０で示した先端部後退現象を考慮した場合に想定されるレジストパターンの平面構造を示す説明図である。 実施の形態２の第２の露光処理に用いられるＨＴマスクの平面構造を示す説明図である。 実施の形態２によるパターン形成方法により得られたレジストパターンを示す説明図である。 実施の形態２によるパターン形成方法により得られたレジストパターンを示す説明図である。 実施の形態２のパターン形成方法によるレジストパターン形成例を示す説明図である。 図１５で示したレジストパターンを得るための第１の露光処理用のＨＴマスクを示す説明図である。 図１５で示したレジストパターンを得るための第２の露光処理用のＨＴマスクを示す説明図である。 図１５で示したレジストパターンを所望のパターンとして実施の形態２によるパターン形成方法により得られたレジストパターンを示す説明図である。 実施の形態２によるパターン形成方法により得られたレジストパターンを示す説明図である。 実施の形態２によるパターン形成方法により得られたレジストパターンを示す説明図である。 実施の形態３の第１の露光処理で用いるトリトーンマスクの平面構造を示す説明図である。 実施の形態３の第２の露光処理で用いるトリトーンマスクの平面構造を示す説明図である。 実施の形態３によるパターン形成方法により得られたレジストパターンの平面構造を示す説明図である。 実施の形態３の第２の態様における第２の露光処理で用いるトリトーンマスクを示す説明図である。 実施の形態３の第３の態様における第１の露光処理で用いるトリトーンマスクを示す説明図である。 実施の形態３の第１の態様によるパターン形成方法により得られたレジストパターンの接続部領域の光学シミュレーション結果を示す説明図である。 実施の形態３の第２の態様によるパターン形成方法により得られたレジストパターンの接続部領域の光学シミュレーション結果を示す説明図である。 実施の形態３の第３の態様によるパターン形成方法により得られたレジストパターンの接続部領域の光学シミュレーション結果を示す説明図である。 実施の形態３の第４の態様における第１の露光処理で用いるトリトーンマスクを示す説明図である。 実施の形態４による複数枚のウェハに対して行う露光方法を示すフローチャートである。 第２の露光処理で用いる他の照明系絞りの構造を示す説明図である。

符号の説明

１〜４，６ ＨＴマスク、１１〜１４ ラインパターン、１５〜１９ トリトーンマスク、１５ａ〜１９ａ ＨＴマスク部、１５ｂ〜１９ｂ 完全遮光部、２１ 任意パターン、２２，２４ パッドパターン、２３ 配線パターン、４１，４３，４４，４６，５１〜５５，８１〜８５ 遮光パターン、５６，８６ 縮小遮光パターン、４２，４５ 透過パターン、１００ グレーティングパターン、１０１ 通常パターン。

Claims (10)

1. 所定の基板上に形成されたレジストに対するパターン形成方法であって、前記レジストは互いに隣接したパターニング対象の第１及び第２の領域を有し、
   (a) ２眼照明を用いて、ラインとスペースとが交互に繰り返したパターンである繰り返しパターンを有する第１の露光用マスクによる第１の露光処理を実質的に前記レジストの前記第１の領域に対して行うステップと、
   (b) 前記繰り返しパターンを除くパターンである通常パターンを有する第２の露光用マスクによる第２の露光処理を実質的に前記レジストの前記第２の領域に対して行うステップとを備え、前記通常パターンの少なくとも一部は前記繰り返しパターンと連接する接続用パターンを含み、
   (c) 前記ステップ(a) ，(b) 後のレジストに対し現像処理を行うステップをさらに備え、
   前記第１及び第２の露光用マスクは、それぞれ前記レジストの前記第１及び第２の領域に対応する第１及び第２のマスク部を有し、
   前記第１の露光用マスクにおいて、前記第１のマスク部は前記繰り返しパターン形成用のパターンが設けられ、前記第２のマスク部は全面に遮光領域が設けられ、
   前記第２の露光用マスクにおいて、前記第２のマスク部は前記通常パターン形成用のパターンが設けられ、前記第１のマスク部は一部を除いて遮光領域が設けられ、前記第１及び第２のマスク部間の境界線から前記第１のマスク部側の第１の所定量分の第１延長領域を備え、前記第１の露光用マスクの前記繰り返しパターン形成用のパターンの前記境界線と反対側における端部位置から前記境界線側の第２の所定量分の第２の延長領域を備え、前記第１の延長領域に前記通常パターンの前記接続用パターンの延長部分用のパターンが設けられ、前記第１及び第２の延長領域以外の領域全面に遮光領域が設けられ、
   前記第１及び第２の露光用マスクは、それぞれ透過部と、光を所定割合のみ透光させ且つ透過の際に位相が反転するハーフトーン位相シフトマスク部と、光を完全に遮光する完全遮光部とを有するマスクを含み、
   前記第１の露光用マスクの前記第２のマスク部において、前記第１及び第２のマスク部の境界近傍領域を除く領域は前記完全遮光部で形成され、
   前記第１の露光用マスクの前記第１及び第２のマスク部において、前記境界近傍領域は前記ハーフトーン位相シフトマスク部で形成され、
   前記第２の露光用マスクの前記第１のマスク部において、前記遮光領域のうち前記境界近傍領域を除く領域は前記完全遮光部で形成され、
   前記第２の露光用マスクの前記第１及び第２のマスク部において、前記境界近傍領域は前記ハーフトーン位相シフトマスク部で形成され、
   前記境界近傍領域は、前記第２の露光用マスクの前記第１のマスク部において、前記第１の延長領域及び前記第１の延長領域に隣接する前記遮光領域の一部領域を含む、
   パターン形成方法。
2. 請求項１記載のパターン形成方法であって、
   前記繰り返しパターンの前記ライン形成方向が第１の方向、前記第１の方向と垂直な方向が第２の方向として規定され、
   前記第１及び第２所定量は、前記繰り返しパターンにおける前記スペース形成用のパターンの先端部後退量及び前記ステップ(a) ，(b) 間の前記第１及び第２の露光用マスクの前記第１の方向への重ね合わせズレ量を考慮した量を含む、
   パターン形成方法。
3. 請求項２記載のパターン形成方法であって、
   前記接続用パターンの延長部分用のパターンの形成幅は、前記繰り返しパターンの前記ライン形成用のパターンの形成幅に、前記ステップ(a) ，(b) 間の前記第１及び第２の露光用マスクの前記第２の方向への重ね合わせズレ量及び寸法精度余裕量を考慮した量を付加した形成幅に設定される、
   パターン形成方法。
4. 請求項３記載のパターン形成方法であって、
   前記第１の露光用マスクは、前記第１のマスク部の前記ラインに対応するパターンに関し、前記第２のマスク部に近い領域の形成幅を局所的に広く設定したことを特徴する、
   パターン形成方法。
5. 請求項１ないし請求項４のうち、いずれか１項に記載のパターン形成方法であって、
   前記所定の基板はウェハ単位に分類される複数の基板を含み、
   前記ステップ(a) ，(b) は、前記複数の基板に対し、実行順序を入れ替えて実行される、
   パターン形成方法。
6. 請求項１ないし請求項５のうち、いずれか１項に記載のパターン形成方法であって、
   前記レジストはポジ型レジストを含む、
   パターン形成方法。
7. 請求項１記載のパターン形成方法であって、
   前記繰り返しパターンは、ライン，スペースが第１の繰り返し方向に沿って繰り返される第１の部分繰り返しパターンと、ライン，スペースが前記第１の繰り返し方向と垂直な第２の繰り返し方向に沿って繰り返される第２の部分繰り返しパターンとを含み、
   前記第１の露光用マスクは、前記第１及び第２の部分繰り返しパターンを有する第１及び第２の部分繰り返しパターン用マスクを含み、
   前記ステップ(a) は、
   (a-1) 前記第１の繰り返し方向に沿って２眼が配置される２眼照明を用いた第１の照明条件下で、前記第１の部分繰り返しパターン用マスクによる露光処理を前記レジストに対して行うステップと、
   (a-2) 前記第２の繰り返し方向に沿って２眼が配置される２眼照明を用いた第２の照明条件下で、前記第２の部分繰り返しパターン用マスクによる露光処理を前記レジストに対して行うステップとを含む、
   パターン形成方法。
8. (a) 半導体基板上あるいは半導体基板内に存在するパターニング対象物上にレジストを形成するステップと、
   (b) 請求項１〜請求項７記載のパターン形成方法のうち、いずれか１項に記載のパターン形成方法を用いて、前記レジストをパターニングするステップと、
   (c) パターニングされた前記レジストをマスクとして前記パターニング対象物をパターニングするステップと、
   を備える半導体装置の製造方法。
9. 隣接して形成される第１及び第２のマスク部から構成され、ラインとスペースとが交互に繰り返したパターンである繰り返しパターンを前記第１のマスク部に有する第１の露光用マスクと、
   前記第１の露光用マスクの第１及び第２のマスク部と等価な第１及び第２のマスク部から構成され、前記繰り返しパターンを除くパターンである通常パターンを前記第２のマスク部に有する第２の露光用マスクとを備え、前記通常パターンの少なくとも一部と前記繰り返しパターンとを連接するための接続用パターンを前記第１のマスク部に備え、
   前記第１の露光用マスクにおいて、前記第２のマスク部は全面に遮光領域が設けられ、
   前記第２の露光用マスクにおいて、前記第１のマスク部の少なくとも一部に前記接続用パターンに連続して遮光領域が設けられ、
   前記第１及び第２の露光用マスクは、それぞれ透過部と、光を所定割合のみ透光させ且つ透過の際に位相が反転するハーフトーン位相シフトマスク部と、光を完全に遮光する完全遮光部とを有するマスクを含み、
   前記第１の露光用マスクの前記第２のマスク部において、前記第１及び前記第２のマスク部の境界近傍領域を除く領域は前記完全遮光部で形成され、
   前記第１の露光用マスクの前記第２のマスク部において、前記境界近傍領域は前記ハーフトーン位相シフトマスク部で形成され、
   前記第２の露光用マスクの前記第１のマスク部において、前記遮光領域のうち前記第１のマスク部の前記境界近傍領域を除く領域は前記完全遮光部で形成され、
   前記第２の露光用マスクの前記第１のマスク部において、遮光領域の内の前記境界近傍領域と、前記接続用パターンとは前記ハーフトーン位相シフトマスク部で形成される、
   露光用マスクセット。
10. 請求項９記載の露光用マスクセットであって、
    前記繰り返しパターンのライン形成方向が第１の方向、前記第１の方向と垂直な方向が第２の方向として規定され、
    前記第２の露光用マスクにおいて、前記第２のマスク部は前記通常パターン形成用のパターンが設けられ、前記第１のマスク部は、前記第１及び第２のマスク部間の境界線から前記第１のマスク部側の第１の所定量分の第１延長領域を備え、前記第１の露光用マスクの前記繰り返しパターン形成用のパターンの前記境界線と反対側における端部位置から前記境界線側の第２の所定量分の第２の延長領域を備え、前記第１の延長領域に前記通常パターンの前記接続用パターンの延長部分用のパターンが設けられ、前記第１及び第２の境界延長領域以外の領域全面に前記遮光領域が設けられ、
    前記第１及び第２所定量は、前記繰り返しパターンにおけるスペース形成用のパターンの先端部後退量及び前記第１及び第２の露光用マスクを用いた露光時の前記第１の方向への重ね合わせズレ量を考慮した量を含み、
    前記接続用パターンの延長部分用のパターンの形成幅は、前記繰り返しパターンのライン用パターンの形成幅に、前記前記第１及び第２の露光用マスクを用いた露光時の前記第２の方向への重ね合わせズレ量及び寸法精度余裕量を考慮した量を付加した形成幅に設定され、
    前記境界近傍領域は、前記第２の露光用マスクの前記第１のマスク部において、前記第１の延長領域及び前記第１の延長領域に隣接する前記遮光領域の一部領域を含む、
    露光用マスクセット。

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