JPH11214280A - パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２重露光法の問題を改善して、半導体基板上
に形成されるパターン寸法精度を向上させる。 【解決手段】 第１回目の露光処理の際に、エッチング
マスク層３に第１のマスク５のメインパターン５ｃとダ
ミーパターン５ｄとを精度よく転写し、第２回目の露光
処理の際に、エッチングマスク層３のダミーパターン５
ｄを隠してメインパターン５ｃのみを露出させ、露出し
たメインパターン５ｃを使って半導体基板１にパターン
形成を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

【０００２】本発明は、ライン・アンド・スペース・パ
ターン（ラインとスペースの一定ピッチの繰り返しパタ
ーン）を形成するパターン形成方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】現在、ライン・アンド・スペース・パタ
ーン（ラインとスペースの一定ピッチの繰り返しパター
ン）を形成するには、変形照明法の実用化により十分な
焦点深度が得られるようになっている。すなわち、ＤＲ
ＡＭのゲート，配線パターン等の周期性をもつパターン
は、かなり微細な寸法でも安定して形成することができ
る。

【０００４】上述した変形照明法とは、フライアイレン
ズで形成される有効光源の形を変え（たとえばリング
状）、マスクに入射する光をすべて斜めに変形して照射
する方法である。

【０００５】通常の結像状態は、マスクの０次回折光と
±１次回折光の３光束をレンズで集めている（３光束干
渉の結像）。これに対して変形照明法においては、マス
クに斜めに入射した光の±１次回折光の一方は投影レン
ズに入らず、０次光と±１次回折光の片方の２光線で像
を形成している（２光束干渉の結像）。

【０００６】ベストフォーカスで比較すると、±１次回
折光の一方を捨てている変形照明法の方がコントラスト
は低下している。しかし、半導体基板上での入射角度を
考えると、２光束干渉の結像は、通常の３光束干渉の１
／２になっている。したがって、変形照明法において
は、焦点をずらしたときの像のぼけが少なくなり、焦点
深度を拡大することができる。しかし、この手法は、明
確な回折光の生じない孤立パターンには効果がなく、孤
立パターンは、露光時の焦点位置がわずかに変化しただ
けで寸法が変化してしまう。

【０００７】そこで、孤立パターンの焦点深度を拡大す
るため、補助パターン法、ダミーパターン法、２重露光
法等の各種の方法が提案されている。

【０００８】補助パターン法とは、半導体基板上に転写
するパターン（以下、メインパターンという）の周辺に
露光装置の解像限界以下のパターンを配置してパターン
を形成する方法である。この補助パターン法により、完
全ではないが、パターンは周期性をもち、回折光が生じ
る。したがって、補助パターンマスクを変形照明条件下
で用いることにより、孤立パターンの焦点深度を拡大す
ることができる。

【０００９】この補助パターン法においては、補助パタ
ーンの配置位置および寸法がメインパターンの焦点深度
に影響する。補助パターンとメインパターンの間隔は、
メインパターン寸法と同程度、叉はそれより若干広い寸
法の場合に最適値となる。また、補助パターンの寸法
は、より大きいほどメインパターンの焦点深度を拡大す
ることとなる。

【００１０】しかし、補助パターンの寸法が大きすぎる
と、補助パターン自体が半導体基板上に転写されてしま
う。したがって、補助パターン転写の制限（レジスト膜
厚の変動および露光量・焦点位置の変動等でも、補助パ
ターンが転写されないことが必要）内で、最大の焦点深
度が得られるように補助パターン寸法を最適化する必要
がある。

【００１１】また、ダミーパターン法とは、補助パター
ンをメインパターンと同じ寸法に形成する方法、すなわ
ち、半導体素子の機能には関係のないパターンをメイン
パターン露光特性改善のために配置する方法である。メ
インパターンの焦点深度の向上だけを比べると、補助パ
ターンの転写という制限のないダミーパターン法の方が
効果は大きい。

【００１２】しかし、ダミーパターン法には、適用でき
る工程の制限があった。たとえば、コンタクトホール工
程では、メインパターン以外の部分にホールパターンを
形成すると、エッチング時に半導体基板にダメージが入
り、半導体基板の特性が劣化する、例えば、ダミーパタ
ーンがゲート電極上に位置すると、エッチングでゲート
電極の表面が荒れ、半導体素子の性能が低下するという
問題がある。

【００１３】また、ダミーパターンを用いるため、あら
かじめ半導体基板の下地工程の設計を変更し、ダミーパ
ターンが形成されても問題が生じないように処理する必
要がある。しかし、これは半導体素子全体の大きさ（チ
ップサイズ）を拡大させてしまうという問題がある。

【００１４】また、２重露光法とは、ダミーパターンが
設けられた第１のマスクを用いて、半導体基板上に塗布
されたレジスト膜に対して１回目の露光を行い、引き続
いてダミーパターンを消去する第２のマスクを用いて２
回目の露光を行う方法である。この２重露光法は、特開
平０５−０６２９７８号公報に開示されている。

【００１５】特開平０５−０６２９７８号公報に開示さ
れた２重露光法では、まず、半導体基板上にエッチング
マスク層を成膜する。そして、このエッチングマスク層
上にレジスト膜を塗布し、微細ホールパターンが周期的
に配置された第１のマスクを用いて、前記レジスト膜を
露光する。そして、前記露光したレジスト膜をマスクと
して、エッチングマスク層を加工する。

【００１６】その後、前記レジスト膜を剥離し、新たに
レジスト膜を塗布し、前記エッチングマスク層に形成さ
れたホールパターンのうち特定の部分を露出させる第２
のマスクを用いて露光する。この第２のマスクに形成し
たパターンの寸法は、前記マスクより大きくなってい
る。そして、レジスト膜およびエッチングマスク層をエ
ッチングマスクとして、半導体基板に微細コンタクトホ
ーを形成している。

【００１７】この２重露光法においては、メインパター
ン部は、２度露光されて補助パターン部との露光量差が
生じているため、現像によってメインパターン部もにを
形成することができる

【００１８】

【発明が解決しようする課題】しかしながら、特開平０
５−０６２９７８号公報に開示された２重露光法では、
２回目の露光のコントラストが悪いため、１回目と２回
目の露光の合成した像のコントラストは、１回の露光の
みの場合より低下する。したがって、結果として得られ
るメインパターンの焦点深度は、ダミーパターン法より
狭くなってしまうという問題がある。

【００１９】また、１回目と２回目の露光の位置ずれ等
のように２重露光を行う場合の特有の問題の影響によ
り、メインパターンの寸法変動が生じ、安定したパター
ンを形成することができないという問題がある。

【００２０】本発明の目的は、２重露光法の問題を改善
して、半導体基板上に形成されるパターン寸法精度を向
上させるパターン形成方法を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るパターン形成方法は、２重露光法を用
いてパターン形成を行うパターン形成方法であって、半
導体基板上にエッチングマスク層を形成し、メインパタ
ーン及びダミーパターンをもつ第１のマスクを用いて第
１回目の露光処理を行い、前記エッチングマスク層に前
記第１のマスクのメインパターン及びダミーパターンを
転写し、引き続いて、ダミーパターンを消去する第２の
マスクを用いて第２回目の露光処理を行い、前記エッチ
ングマスク層に転写した前記ダミーパターンを被覆して
前記メインパターンのみを露出させ、次に、前記エッチ
ングマスク層をエッチングマスクとして、露出したメイ
ンパターンに一致するコンタクトホールを前記半導体基
板上に形成するものである。

【００２２】また前記第２のマスクは、前記エッチング
マスク層に転写した前記メインパターンに対応させてダ
ミー消去パターンをもつものである。

【００２３】また前記第２のマスクのダミー消去パター
ンは、前記エッチングマスク層の前記メインパターンの
みを露出させる大きさをもつものである。

【００２４】また、本発明に係るパターン形成方法は、
２重露光法を用いてパターン形成を行うパターン形成方
法であって、半導体基板上にエッチングマスク層を形成
し、メインパターン及びダミーパターンをもつ第１のマ
スクを用いて第１回目の露光処理を行い、前記エッチン
グマスク層のうち、前記第１のマスクのメインパターン
及びダミーパターンに相当する部分のみを残存し、引き
続いて、ダミーパターンを消去する第２のマスクを用い
て第２回目の露光処理を行い、前記エッチングマスク層
のうち前記ダミーパターン形状の部分を露出させ、次
に、前記ダミーパターン形状のエッチングマスク層を除
去し、かつメインパターン形状のエッチングマスク層を
残留とし、該メインパターン形状のエッチングマスク層
を使ってエッチングを行うものである。

【００２５】

【発明の実施例】以下、本発明の実施の形態を図面によ
り説明する。

【００２６】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係るパターン形成方法を製造工程順に示す断面図で
ある。

【００２７】図において本発明に係るパターン形成方法
は基本的構成として、２重露光法を用いてパターン形成
を行うものであって、半導体基板１上にエッチングマス
ク層３を形成し、メインパターン５ｃ及びダミーパター
ン５ｄをもつ第１のマスク５を用いて第１回目の露光処
理を行い、エッチングマスク層３に第１のマスク５のメ
インパターン５ｃ及びダミーパターン５ｄを転写し、引
き続いて、ダミーパターン５ｄを消去する第２のマスク
６を用いて露光処理を行い、エッチングマスク層３に転
写したダミーパターン５ｄを被覆してメインパターン５
ｃのみを露出させ、該エッチングマスク層３をエッチン
グマスクとして、メインパターン５ｃに一致するホール
パターンＨ1を半導体基板１上に形成することを特徴と
するものである。

【００２８】次に、本発明の具体例を実施形態１として
図１に基づいて説明する。本発明の実施形態１は、パタ
ーン形成を行う半導体基板１の表面に厚さ１μｍの酸化
膜２が存在し、酸化膜２に０．２μｍのコンタクトホー
ルＨ1を開口する場合について説明する。また、本発明
の実施形態１では、露光装置として、ＮＡ＝０．５，σ
＝０．８，７０％輪帯照明（有効光源の中央７０％を遮
光）のＫｒＦエキシマレーザー露光装置を用いている。

【００２９】まず、図１（ａ）に示すように、半導体基
板１の表面に厚さ１μｍの酸化膜２を形成し、半導体基
板１の酸化膜２上にエッチングマスク層３を成膜する。
実施形態１では、厚さ５０ｎｍの酸化ルテニュウム（Ｒ
ｕＯ₂）をエッチングマスク層３として用いている。

【００３０】次に、図１（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、エッチングマスク層３上に０．７μｍ膜厚のレジス
ト膜４ａを塗布し、ダミーパターンをもつ第１のマスク
５を用いて、レジスト膜４ａに対して露光を行う。ここ
で、ダミーパターンをもつ第１のマスク５は図２
（ａ），（ｂ）に示すように、透明基板５ａの表面に遮
光膜５ｂを形成し、遮光膜５ｂの中央部にメインパター
ン５ｃを開口し、その周辺にダミーパターン５ｄを開口
した構造になっている。実施形態１では、メインパター
ン５ｃ及びダミーパターン５ｄは、０．２μｍのホール
パターン状に開口し、メインパターン５ｃを中心として
その周辺にダミーパターン５ｄを０．４μｍピッチで周
期パターンとして配置している。

【００３１】次に、図１（ｂ）に示すように、現像によ
り、レジスト膜４ａにメインパターン５ｃ及びダミーパ
ターン５ｄを形成し、その後、パターニングしたレジス
ト膜４ａをマスクとして、酸素を主成分とするガス（Ｏ
₂＋Ｃｌ₂）を用いてエッチングマスク層３を加工し、エ
ッチングマスク層３にマスク５のメインパターン５ｃ及
びダミーパターン５ｄを転写する。ここで、エッチング
マスク層３に酸化ルテニュウムを用いた場合、レジスト
膜４ａとのエッチング選択比は０．５と低いが、エッチ
ングマスク層３は５０ｎｍと十分薄いため、０．７μｍ
膜厚のレジスト膜４ａをマスクとしてエッチングするに
は、何の問題も生じない。

【００３２】次に、図１（ｃ）に示すように、レジスト
膜４ａを剥離した後、エッチングマスク層３上に新たな
レジスト膜４ｂを塗布する。レジスト膜４ａを剥離する
には、有機剥離（ケトン等の有機溶媒）あるいは酸剥離
（硝酸と過酸化水の混合液等）を用いる。

【００３３】次に、図１（ｃ）及び（ｄ）に示すよう
に、第２のマスク６を用いて２度目の露光を行い、かつ
現像を行ってレジスト膜４ｂにマスク６のダミー消去パ
ターン６ｃを形成し、エッチングマスク層３に転写した
メインパターン部５ｃのみをダミー消去パターン６ｃを
通して露出させる。ここで、第２のマスク６は図３
（ａ），（ｂ）に示すように、透明基板６ａの表面に遮
光膜６ｂを形成し、遮光膜６ｂの中央部にダミー消去パ
ターン６ｃを開口し、その周辺の透明基板６ａを遮光膜
６ｂで被覆遮光した構造になっている。実施形態１で
は、ダミー消去パターン６ｃは、エッチングマスク層３
に転写したメインパターン部５ｃより大きな寸法をもつ
０．３μｍのホールパターン状に開口してある。

【００３４】次に、図１（ｅ）に示すように、エッチン
グマスク層３をエッチングマスクとして、半導体基板１
の酸化膜２に０．２μｍの微細なコンタクトホールＨ1
を形成する。なお、コンタクトホールＨ1以外の部分
は、レジスト膜４ｂ及びエッチングマスク層３にて遮光
し、ダミーパターン５ｄが酸化膜２に転写されるのを回
避する。ここで、半導体基板１表面の酸化膜２のエッチ
ングには、フッ素を主成分とするエッチングガス（ＣＨ
Ｆ₃）が用いらるが、酸化ルテニュウムかならるエッチ
ングマスク層３は、前記エッチングガスによってエッチ
ングされず、５０ｎｍと薄くても十分な厚さである。

【００３５】最後に、図１（ｆ）に示すように、酸素プ
ラズマを用いてレジスト膜４ｂを剥離し、同時にエッチ
ングマスク層３も除去する。これにより、半導体基板１
の酸化膜２には、０．２μｍのコンタクトホールＨ1の
みが形成されることとなる。

【００３６】なお、実施形態１では、エッチングマスク
層３として酸化ルテニュウム（ＲｕＯ₂）を用いたが、
これに限定されるものではなく、半導体基板材料のエッ
チングマスクとなる材料であれば、いずれのものでもよ
く、例えばエッチングマスク層３として、窒化チタン
（ＴｉＮ）、酸化クロム（ＣｒＯ）を用いることもでき
る。ただし、これらの材料毎に、エッチングマスク層３
をエッチングするガス、エッチングマスク層３上のレジ
スト膜４ａ，４ｂを剥離する方法、及びエッチングマス
ク層３を剥離する方法を変更する必要がある。

【００３７】エッチングマスク層３として窒化チタンを
用いた場合には、エッチングマスク層３は、塩素系ガス
を用いてドライエッチングを行って加工する。この場
合、エッチングマスク層３上のレジスト膜４ａ，４ｂを
剥離するには、酸剥離を用いると、エッチングマスク層
３が溶けてしまうため、レジスト膜４ａ，４ｂの剥離に
は、酸素プラズマ剥離を用いる必要がある。そして、窒
化チタンからなるエッチングマスク層３を最終的に剥離
するには、酸剥離を用いる。

【００３８】エッチングマスク層３として酸化クロムを
用いる場合には、エッチングマスク層３のエッチングに
は、塩素系ガスを用いる。この場合、レジスト膜４ａ，
４ｂの剥離には、特に条件はなく、プラズマ剥離、酸剥
離のいずれを用いてもよい。また、酸化クロムからなる
エッチングマスク層３の剥離には、硝酸第２セリウムア
ンモニュウム水溶液を用いる。

【００３９】なお、図２に示すマスク５に代えて、図１
４或いは図１５に示すマスク５を用いてもよい。図１４
に示すマスク５は、メインパターン５ｃをダミパターン
５ｄより大きく形成したものであり、図１５に示すマス
ク５は、メインパターン５ｃとダミパターン５ｄとを同
じ大きさに形成したものである。

【００４０】次に、第１のマスク５と第２のマスク６に
よって得られる光強度分布を図４〜図７に示す。各図に
おいて、メインパターン５ｃ，６ｃのセンターが横軸
（位置）＝０ｎｍに位置しており、縦軸は相対光強度を
示している。相対光強度とは、パターンがない十分に広
い領域の光強度を１としたときの規格値である。

【００４１】図４は、０．２μｍのメインパターンを透
過した場合の光強度分布を示す図である。図５は、図１
５に示すようにメインパターン６ｃを中心として、０．
１５μｍのダミーパターン６ｄを０．４μｍピッチで縦
横方向に配置したマスクを透過した場合の光強度分布を
示す図である。

【００４２】図６は、２重露光法による光強度分布を示
す図である。図６は、図２に示す第１のマスク５と図３
に示す第２のマスク６との光強度分布を合成した結果を
示している。また、第１のマスク５と第２のマスク６と
の光強度を合成する際に、それぞれの重みずけの仕方
（実際の露光においては１回目の露光量と２回目の露光
量の比）により、合成で得られる光強度分布は変化す
る。第２のマスク６による露光は、ダミーパターン５ｄ
とメインパターン５ｃの露光量差をつけるための露光で
あり、第２のマスク６による露光の比が小さいと、ダミ
ーパター５ｄまで開口してしまう。反対に、第２のマス
ク６による露光の比が大きいと、メインパターン５ｃの
コントラストが低下して焦点深度が低下する。

【００４３】ここでは、第１のマスク５と第２のマスク
６との露光の比を３：１としている。実際の露光におい
て、トータルで１００ｍＪ／ｃｍ²の露光量とする場
合、第１のマスク５を用いて７５ｍＪ／ｃｍ²、第２の
マスク６で残りの２５ｍＪ／ｃｍ²を露光するようにし
ている。このとき、図６に示すように、メインパターン
５ｃと周辺のダミーパターン５ｄの光強度に適当な差が
つき、メインパターン５ｃのみを開口できるようにな
る。

【００４４】図７は、本発明の光強度分布を示す図であ
り、図７は、２重露光法の第１回目のマスク５による光
強度分布（ダミーパターンをもつマスク５の光強度分
布）を示す図である。

【００４５】次に、これらシミュレーション結果を用い
て、焦点深度の比較を行う。焦点深度を決めるパラメー
ターとして、以下の式にて定義されるコントラストを用
いている。 コントラスト＝Ｉmax／Ｉedge ここで、Ｉmaxとは各焦点位置でのメインパターン部の
最大光強度であり、またＩedgeとはベストフォーカスで
のパターンエッジ位置の光強度である。このＩedgeを用
いるのは、ベストフォーカスで感光樹脂のパターン寸法
を目標寸法になるように露光量を設定することに対応し
ている。

【００４６】図８に、本発明のマスクと通常のマスクに
おける、コントラストと焦点位置の関係を示す。ここで
定義したコントラストがいくら以上でパターンが形成で
きるかは，レジスト性能に依存している。通常は，パタ
ーンの解像限界のコントラストは、おおよそ１．６〜
１．３の範囲である。たとえば、コントラスト１．４以
上を焦点深度とすると、通常のマスクで±０．３０μｍ
の焦点深度が本発明のマスクにより±０．５５μｍに拡
大することが分かる。

【００４７】補助パターン法では、焦点深度は±０．４
２μｍまで拡大した。しかし、２重露光法においては、
焦点深度±０．１２μｍと反対に低下している。これ
は、第２のマスクによりコントラストが大幅に低下した
結果である。２重露光法の場合、焦点深度の変化による
コントラストの低下の仕方は緩やかになっており、ベス
トフォーカスにて高いコントラストの得られる比較的寸
法の大きいパターンに対して焦点深度拡大効果が期待で
きることが分かる。しかし、コントラストの低い微細パ
ターンにおいては、ダミーパターンを消す第２回目の露
光によるコントラスト低下が致命的となり、通常の露光
より焦点深度を低下させてしまう。

【００４８】以上の０．２μｍホールパターンの焦点深
度比較より、本発明のパターン形成方法は、最大の焦点
深度拡大効果を有していることが分かる。また、ダミー
パターン法と違い、ダミーパターンの転写は防止されて
いるため、半導体素子に不要なパターンを形成して素子
の機能を損なうこともなく、適用工程に制限を受けない
という利点がある。

【００４９】（実施形態２）図９は、本発明の実施形態
２を製造工程順に示す断面図である。本発明の実施形態
２は、３層レジストプロセスを用いる製造方法であり、
従来のミキシング防止層がエッチングマスク層を兼ねて
いる。

【００５０】まず、図９（ａ）に示すように、半導体基
板１の酸化膜２上に下層有機膜層７を塗布する。この露
光光を吸収する下層有機膜層７を塗布することにより、
通常のレジスト材料より透明性を低下させている。これ
は、半導体基板１からの反射を防止し、その上に形成す
るレジストパターンの寸法を安定させるためである。

【００５１】さらに、下層有機膜層７上に酸化膜１００
ｎｍをＣＶＤ法によりミキシング防止層８として成膜す
る。これは、下層有機膜層７と、その上に塗布するレジ
スト膜４ａとが混ざるのを防止するためである。

【００５２】そして、下層有機膜層７上に薄膜の第１の
レジスト膜４ａを塗布する。ここまでは、従来の３層レ
ジストプロセスと同じである。

【００５３】次に、図９（ａ），（ｂ）に示すように、
メインパターン及びダミーパターンを有する第１のマス
ク５（図２参照）を用いて露光を行い、かつ現像を行っ
て第１のレジスト膜４ａにメインパターン５ｃ及びダミ
ーパターン５ｄを形成し、このレジスト膜４ａをマスク
として、ミキシング防止層８をフッ素系ガスを用いたド
ライエッチングにより加工し、ミキシング防止層８にメ
インパターン５ｃ及びダミーパターン５ｄを転写する。

【００５４】次に、第１のレジスト膜４ａをハードベー
クした後、図９（ｃ）に示すように、第１のレジスト膜
４ａ上に厚膜の第２のレジスト膜４ｂを積層塗布する。

【００５５】次に、図９（ｃ），（ｄ）に示すように、
ダミー消去パターン６ｃをもつ第２のマスク６（図３参
照）を用いて露光を行い、かつ現像を行って第２のレジ
スト膜４ｂにダミー消去パターン６ｃを形成し、ミキシ
ング防止層８に転写したメインパターン部５ｃのみをダ
ミー消去パターン６ｃを通して露出させる。

【００５６】次に、図９（ｅ）に示すように、ミキシン
グ防止層８および第２のレジスト膜４ｂをエッチングマ
スクとして、下層有機膜７をエッチングし、下層有機膜
７にメインパターン５ｃを転写する。下層有機膜７のエ
ッチングには、酸素系ガスを用いたドライエッチングを
用い、第２のレジスト膜４ｂを下層有機膜７のエッチン
グレートの差がわずかなため、十分なオーバーエッチン
グをかけられるように第２のレジスト膜４ｂの膜厚は厚
く設定されている。

【００５７】最後に、図１（ｆ）に示すように、酸素プ
ラズマを用いてレジスト膜５を剥離し、同時にミキシン
グ防止層８も除去する。これにより、半導体基板１の酸
化膜２には、０．２μｍのコンタクトホールＨ1のみが
形成されることとなる。

【００５８】図９に示す本発明の実施形態２では、従来
の３層レジストプロセスを用いていおり、そのため下地
（半導体基板）の段差および反射の影響をなくし、パタ
ーン寸法をより安定させることができるという利点を有
している。

【００５９】（実施形態３）図１０は、本発明の実施形
態３を製造工程順に示す断面図である。本発明の実施形
態３においても、１回目および２回目の露光で用いる第
１のマスク５および第２のマスク６は、前記実施形態に
用いたものと同じようなものを用いている。

【００６０】まず、図１０（ａ）に示すように、半導体
基板１表面の酸化膜２上に第１のレジスト膜４ａを塗布
し、第１のマスク５を用いて露光を行う。

【００６１】次に、図１０（ｂ）に示すように、現像に
より第１のレジスト膜４ａにメインパターン５ｃ及びダ
ミーパターン５ｄを形成し、その後、フッ素プラズマで
第１のレジスト膜４ａの表面処理を行う。このときの条
件は、なるべく第１のレジスト膜４ａの寸法が変化しな
いように、低パワー、低バイアスの条件で行う。たとえ
ば、パワー２００Ｗ、バイアス５０Ｗ、ＣＦ₄流量５０
ｓｃｃｍでレジスト膜４ａの表面にフッ素を含有させる
ことができる。このレジスト膜４ａが後工程にて酸化膜
２をエッチング処理する際のエッチングマスク層として
機能する。

【００６２】次に、図１０（ｃ），（ｄ）に示すよう
に、第１のレジスト膜４ａ上に第２のレジスト膜４ｂを
塗布し、第２のマスク６を用いて露光を行う。ここで、
第１のレジスト膜４ａの表面は、上述したようにフッ素
処理がされているため、有機溶媒に溶けなくなってお
り、第１のレジスト膜４ａのパターンの変形は生じな
い。

【００６３】次に、図１０（ｄ）に示すように、第２の
レジスト膜４ｂを現像して第２のレジスト膜４ｂにダミ
ー消去パターン６ｃを形成し、第１のレジスト膜４ａの
メインパターン５ｃをダミー消去パターン６ｃを通して
露出する。

【００６４】最後に、図１０（ｅ）に示すように、第１
のレジスト膜４ａ及び第２のレジスト膜４ｂをエッチン
グマスクとして、半導体基板１表面の酸化膜２にコンタ
クトホールＨ1を形成する。

【００６５】図１０に示す本発明の実施形態３では、第
２回目の現像工程においても、フッ素プラズマで処理さ
れて第１のレジスト膜４ａは溶けることはなく、第１回
目の露光で形成したパターンを変形させることはない。

【００６６】（実施形態４）以上の実施形態では、特に
焦点深度の狭いホールパターンを用いて説明したが、ラ
インパターン等他のパターンを用いることができる。次
に、ラインパターンの場合について説明する。

【００６７】図１１は、本発明の実施形態において孤立
ラインのパターン形成方法を製造工程順に示す断面図で
ある。まず、図１１（ａ）に示すように、半導体基板１
の表層にはタングステンシリサイドの配線層９を形成し
ている。配線層９上にエッチングマスク層３として酸化
ルテニュウムを５０成膜ｎｍ形成する。

【００６８】さらに、エッチングマスク層３上にレジス
ト膜４ａを塗布し、メインパターン及びダミーパターン
をもつ第１のマスク５を用いて露光を行う。第１のマス
ク２は図１２に示すように、透明基板の表面に遮光膜を
形成し、遮光膜の中央部にメインパターン５ｃ、その周
辺にダミーパターン５ｄを配置した構造になっている。
この実施形態では、メインパターン５ｃ及びダミーパタ
ーン５ｄが遮光膜から形成され、メインパターン５ｃと
ダミーパターン５ｄの相互間が光透過性を備えている。
また、第１のマスク５では、０．１８μｍ幅のメインパ
ターン５ｃの周辺にメインパターン５ｃと同じ寸法のダ
ミーパターン５ｄを０．３６μｍピッチで配置した構造
になっている（寸法はいずれも半導体基板上での値）。

【００６９】次に、図１１（ｂ）に示すように、現像に
よりレジスト膜４ａにメインパターン５ｃとダミーパタ
ーン５ｄを形成し、その後、レジスト膜４ａをマスクと
して、酸素を主成分とするガス（塩素ガスを微量添加）
用いたドライエッチングにより、エッチングマスク層３
を加工し、エッチングマスク層３にメインパターン５ｃ
及びダミーパターン５ｄを転写する。

【００７０】次に、図１１（ｃ）に示すように、酸剥離
によりレジスト膜４ａを剥離した後、再びレジスト膜４
ｂを塗布し、ダミー消去パターン６ｃをもつ第２のマス
ク６を用いて露光を行う。第２のマスク６は図１３に示
すように、ダミーパターン６ｃのセンターに０．３６μ
ｍのスペースパターン６ｅを配置した構造になってお
り、図１２のパターンに対応するダミー消去パターン６
ｃは、２本分のダミーパターン５ｄを露出させる０．７
２μｍの幅を持っている。また、スペースパターン６ｅ
によってメインパターン５ｃが被覆されて残存するよう
になっている。

【００７１】次に、図１１（ｄ）に示すように、現像に
より、レジスト膜４ｂのうち、ダミーパターン５ｄに対
応する部分を除去し、メインパターン５ｃに対応する部
分を残留させ、エッチングマスク層３のうち、メインパ
ターン５ｃをレジスト４ｂで覆い、ダミーパターン５ｄ
を露出させる。

【００７２】そして、図１１（ｅ）に示すように、レジ
スト膜４ｂを剥離した後、エッチングマスク層３をマス
クとして、酸素ガスを主成分とするガスを用いたドライ
エッチングを行い、配線層としての半導体基板上のタン
グステンシリサイド層９をメインパターン５ｃに相当す
る形状に成形する。

【００７３】最後に、図１１（ｆ）に示すように、エッ
チングマスク層３は、酸素ガスを用いたドライエッチン
グにより除去する。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エ
ッチングマスク層に第１のマスクパターンを精度よく転
写し、２度目のダミー消去の露光ではエッチングマスク
層の特定部分を露出させるため、ダミー消去の２度目の
露光はメインパターン寸法に何ら影響を及ぼさず、半導
体基板上に形成されるパターン寸法精度を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るパターン形成方法を
工程順に示す断面図である。

【図２】（ａ）は、本発明の実施形態において、第１回
目の露光処理に用いるマスクを示す平面図、（ｂ）は、
（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】（ａ）は、本発明の実施形態において、第２回
目の露光処理に用いるマスクを示す平面図、（ｂ）は、
（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】０．２μｍのメインパターンを透過した場合の
光強度分布を示す図である。

【図５】メインパターンを中心として、０．１５μｍの
ダミーパターンを０．４μｍピッチで縦横方向に配置し
たマスクを透過した光強度分布を示す図である。

【図６】図２に示す第１のマスクと図３に示す第２のマ
スクとの光強度分布を合成した結果を示す図である。

【図７】本発明の実施形態に係る２重露光法の第１回目
のマスクによる光強度分布（ダミーパターンをもつマス
ク５の光強度分布）を示す図である。

【図８】本発明のマスクと通常のマスクにおける、コン
トラストと焦点位置の関係を示す図である。

【図９】本発明の実施形態２に係るパターン形成方法を
工程順に示す断面図である。

【図１０】本発明の実施形態３に係るパターン形成方法
を工程順に示す断面図である。

【図１１】本発明の実施形態４に係るパターン形成方法
を工程順に示す断面図である。

【図１２】本発明の実施形態４において、孤立ラインの
パターンを形成するためのマスクを示す平面図である。

【図１３】本発明の実施形態４において、孤立ラインの
パターンを形成するためのマスクを示す平面図である。

【図１４】（ａ）は、本発明の実施形態において、第１
回目の露光処理に用いるマスクを示す平面図、（ｂ）
は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図１５】（ａ）は、本発明の実施形態において、第１
回目の露光処理に用いるマスクを示す平面図、（ｂ）
は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 酸化膜 ３ エッチングマスク層 ４ａ，４ｂ レジスト膜 ５ 第１のマスク ５ｃ メインパターン ５ｄ ダミーパターン ６ 第２のマスク ６ｃ ダミー消去パターン Ｈ1 コンタクトホール

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２重露光法を用いてパターン形成を行う
   パターン形成方法であって、 半導体基板上にエッチングマスク層を形成し、メインパ
   ターン及びダミーパターンをもつ第１のマスクを用いて
   第１回目の露光処理を行い、前記エッチングマスク層に
   前記第１のマスクのメインパターン及びダミーパターン
   を転写し、 引き続いて、ダミーパターンを消去する第２のマスクを
   用いて第２回目の露光処理を行い、前記エッチングマス
   ク層に転写した前記ダミーパターンを被覆して前記メイ
   ンパターンのみを露出させ、 次に、前記エッチングマスク層をエッチングマスクとし
   て、露出したメインパターンに一致するコンタクトホー
   ルを前記半導体基板上に形成することを特徴とするパタ
   ーン形成方法。
2. 【請求項２】 前記第２のマスクは、前記エッチングマ
   スク層に転写した前記メインパターンに対応させてダミ
   ー消去パターンをもつものであることを特徴とする請求
   項１に記載のパターン形成方法。
3. 【請求項３】 前記第２のマスクのダミー消去パターン
   は、前記エッチングマスク層の前記メインパターンのみ
   を露出させる大きさをもつものであることを特徴とする
   請求項２に記載のパターン形成方法。
4. 【請求項４】 ２重露光法を用いてパターン形成を行う
   パターン形成方法であって、 半導体基板上にエッチングマスク層を形成し、メインパ
   ターン及びダミーパターンをもつ第１のマスクを用いて
   第１回目の露光処理を行い、前記エッチングマスク層の
   うち、前記第１のマスクのメインパターン及びダミーパ
   ターンに相当する部分のみを残存し、 引き続いて、ダミーパターンを消去する第２のマスクを
   用いて第２回目の露光処理を行い、前記エッチングマス
   ク層のうち前記ダミーパターン形状の部分を露出させ、 次に、前記ダミーパターン形状のエッチングマスク層を
   除去し、かつメインパターン形状のエッチングマスク層
   を残留とし、該メインパターン形状のエッチングマスク
   層を使ってエッチングを行うことを特徴とするパターン
   形成方法。