パターン形成方法及びデバイス製造方法
【課題】重ね合わせ露光を行うことなくリソグラフィ・プロセスを用いて、露光装置の解像限界を超えるような微細パターンを形成する。
【解決手段】パターン形成方法は、ウエハＷ上にネガレジスト３及びより高感度のポジレジスト４を塗布することと、ウエハＷのポジレジスト４及びネガレジスト３をライン・アンド・スペースパターンの像で露光することと、ポジレジスト４及びネガレジスト３をウエハＷの表面の法線に平行な方向に現像することとを有する。
【解決手段】パターン形成方法は、ウエハＷ上にネガレジスト３及びより高感度のポジレジスト４を塗布することと、ウエハＷのポジレジスト４及びネガレジスト３をライン・アンド・スペースパターンの像で露光することと、ポジレジスト４及びネガレジスト３をウエハＷの表面の法線に平行な方向に現像することとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体上にパターンを形成するパターン形成方法、及びデバイス製造方法に関し、例えば露光装置の解像限界よりも微細なパターンを形成する場合に適用可能なものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等のデバイス（電子デバイス、マイクロデバイス）を製造する際に、ウエハ又はガラス基板等の基板に対する薄膜形成プロセスと、基板又は薄膜上にレジストパターン（感光材料のパターン）を形成するリソグラフィ・プロセスと、そのレジストパターンをマスクとしてその基板又は薄膜を加工する加工プロセスとを繰り返すデバイス製造プロセスが用いられている。なお、本明細書では、リソグラフィ・プロセス（リソグラフィ工程）とは、基板に対してレジスト（フォトレジスト）を塗布する塗布工程、露光装置を用いてマスクパターンを介してレジストを露光する露光工程、及びその露光後のレジストを現像する現像工程を含むプロセスを意味している。
【０００３】
半導体素子等のパターンの微細化に対応して、そのリソグラフィ・プロセスで使用される露光装置では、解像力を高めるために露光波長の短波長化、投影光学系の開口数ＮＡの増大、いわゆる変形照明等の照明条件の最適化、及び位相シフトレチクル等のマスク技術の開発等が行われてきた。最近では、焦点深度を広く確保した上で、開口数ＮＡを実質的にさらに増大するために、液浸法を用いた露光装置も開発されている。最近では、２回のリソグラフィ・プロセスを繰り返すことによって露光装置の解像限界を超える微細な回路パターンを形成するいわゆるダブルプロセス方式も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１１５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のダブルプロセス方式のパターン形成方法においては、２回目のリソグラフィ・プロセスにおいて重ね合わせ露光を行う必要があるため、最終的に形成される微細パターンの形状精度が露光装置のアライメント精度にも依存するという問題があった。
本発明はこのような事情に鑑み、重ね合わせ露光を行うことなくリソグラフィ・プロセスを用いて、露光装置の解像限界を超えるような微細パターンを形成できるパターン形成技術及びデバイス製造技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に従えば、物体上にパターンを形成する方法であって、その物体上に感光特性の異なる第１及び第２の感光層を形成することと、パターンを介してその第１及び第２の感光層を露光することと、その第１及び第２の感光層を現像することとを含むパターン形成方法が提供される。
【０００７】
本発明の第２の態様に従えば、物体上にパターンを形成する方法において、その物体上に第１の感光層、中間層、及び第２の感光層を形成することと、パターンを介してその第１の感光層、その中間層、及びその第２の感光層を露光することと、その第１の感光層、その中間層、及びその第２の感光層を現像することとを含むパターン形成方法が提供される。
【０００８】
本発明の第３の態様に従えば、感光性の下層を基板上に形成することと；
感光性の上層を前記下層上に形成することと；前記下層上に形成した前記上層を、所定パターンで光照射して前記上層及び下層を同時に感光させることと；前記感光した上層を現像して前記所定パターンと対応する第１領域を上層に残留させることと；前記上層の第１領域をマスクとして前記感光した下層を現像することにより、前記所定パターンと対応する第２領域及び、前記上層の第１領域の下方に位置するマスクされた領域を下層に残留させることと；前記下層の第２領域及びマスクされた領域をマスクとして前記基板を現像することにより基板上に第２領域及びマスクされた領域に対応するパターンを形成することを含むパターン形成方法が提供される。
【０００９】
本発明の第４の態様に従えば、本発明のパターン形成方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のパターン形成方法によれば、現像後に、露光されたパターンよりも微細な感光層のパターンが得られる。従って、リソグラフィ・プロセスを用い、かつ重ね合わせ露光を行うことなく、露光装置の解像限界を超えるような微細パターンを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（Ａ）は本発明の実施形態で使用されるパターン形成システムの要部を示すブロック図、図１（Ｂ）はその実施形態で使用される露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１（Ｂ）のウエハステージＷＳＴを示す平面図である。
【図３】図１（Ｂ）の露光装置の制御系を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態において、ウエハ上に塗布される２層のレジストの状態の変化を示すウエハ表面の一部の拡大断面図である。
【図５】その第１の実施形態におけるウエハ上のパターンの変化を示す拡大断面図であり、図５（Ａ）は現像後にウエハ上に残されるレジストパターンを示す図、図５（Ｂ）はポジレジスト剥離後のレジストパターンを示す図、図５（Ｃ）はウエハ上に形成されるＬ＆Ｓパターンを示す図である。
【図６】その第１の実施形態のパターン形成プロセスを示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態において、ウエハ上に塗布される２層のレジスト及び減光層の状態の変化を示すウエハ表面の一部の拡大断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態において、ウエハ上に塗布される２層のレジスト及び減光層等の状態の変化を示すウエハ表面の一部の拡大断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態において、ウエハ上に塗布される２層のレジストの状態の変化を示すウエハ表面の一部の拡大断面図である。
【図１０】図９に示す状態に続いて、ウエハ上の２層のレジストの状態の変化を示す拡大断面図である。
【図１１】第４の実施形態におけるウエハ上のパターンの変化を示す拡大断面図であり、図１１（Ａ）はドライ現像中のレジストパターンを示す図、図１１（Ｂ）はドライ現像後のレジストパターンを示す図、図１１（Ｃ）はウエハ上に形成されるＬ＆Ｓパターンを示す図である。
【図１２】第４の実施形態のパターン形成プロセスを示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第５の実施形態において、ウエハ上に塗布される２層のレジスト及び減光層の状態の変化を示すウエハ表面の一部の拡大断面図である。
【図１４】電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
以下、本発明の好ましい第１の実施形態につき図１〜図６を参照して説明する。
【００１３】
図１（Ａ）は、本実施形態のパターン形成システムの要部を示すブロック図、図１（Ｂ）は、本実施形態のリソグラフィ・プロセスで使用されるいわゆるスキャニングステッパ（走査型の投影露光装置）型の露光装置１００の概略構成を示す。図１（Ａ）において、パターン形成システムは、露光装置１００、ウエハに対するレジスト（フォトレジスト）の塗布及び現像を行うコータ・デベロッパ２００、ウエハ上にパターンを形成するエッチング装置３００、薄膜形成装置（不図示）、及びこれらの装置間でウエハの搬送を行う搬送機構（不図示）等を含んでいる。
【００１４】
図１（Ｂ）において、露光装置１００は、照明系１０と、照明系１０からの露光用の照明光（露光光）ＩＬにより照明されるレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵと、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴを有するステージ装置５０とを備えている。露光装置１００は、装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる図３の主制御装置２０を含む制御系も備えている。以下、露光装置１００の投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向にＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向にＸ軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の周りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【００１５】
照明系１０は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書）などに開示されるように、光源と、照明光学系とを含み、照明光学系は、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）、回折光学素子など）等を含む照度均一化光学系、及びレチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する。照明系１０は、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。
【００１６】
照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。なお、照明光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＹＡＧレーザ若しくは固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波、又は水銀ランプの輝線（ｉ線等）なども使用できる。
【００１７】
照明系１０は、露光中にウエハＷに対する露光量を計測するために、照明光から分岐した光束の光量を計測するインテグレータセンサＩＳも備えている。このインテグレータセンサＩＳの計測値と、ウエハＷ上の照明光の照度（パルスエネルギー）との関係は予め計測され、図３の露光量制御系１３０内の記憶部に記憶されている。露光量制御系１３０は、露光中にウエハＷの各点に対する積算露光量が主制御装置２０から設定された露光量となるように、インテグレータセンサＩＳの計測値に基づいて照明光のパルスエネルギー等を制御する。
【００１８】
図１（Ｂ）のレチクルステージＲＳＴ上には、回路パターンなどがそのパターン面（下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により保持されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含む図３のレチクルステージ駆動系１１によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であると共に、走査方向（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００１９】
図１（Ｂ）のレチクルステージＲＳＴの位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計１１６によって、移動鏡１５（ステージ端面を鏡面加工した反射面でもよい）を介して、例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、図３の主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、その計測値に基づいてレチクルステージ駆動系１１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。
【００２０】
また、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、該鏡筒４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率β（例えば１／４倍、１／５倍などの縮小倍率）を有する。照明系１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域上の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲと共役な領域）に形成される。本例のウエハＷは、例えば直径が２００ｍｍから３００ｍｍ程度の円板状の半導体ウエハの表面にパターン形成用の薄膜（金属膜、ポリシリコン膜等）を形成したものである。さらに、露光対象のウエハＷの表面には、後述のように、感光層（感光材料）である複数種類のレジスト（フォトレジスト）がそれぞれ所定の厚さ（例えば４０ｎｍ〜２００ｎｍ程度）で塗布される。
【００２１】
また、露光装置１００では、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子である先端レンズ１９１を保持する鏡筒４０の下端部周囲を取り囲むように、局所液浸装置３０の一部を構成するノズルユニット３２が設けられている。
【００２２】
図１（Ｂ）において、ノズルユニット３２は、露光用の液体Ｌｑを供給可能な供給口と、液体Ｌｑを回収可能な多孔部材（メッシュ）が配置された回収口とを有する。ノズルユニット３２の供給口は、供給流路及び供給管３１Ａを介して、液体Ｌｑを送出可能な図３の液体供給装置１８６に接続されている。ノズルユニット３２の回収口は、回収流路及び回収管３１Ｂを介して図３の液体回収装置１８９に接続されている。
【００２３】
液浸法によるウエハＷの露光時に、液体供給装置１８６から送出された露光用の液体Ｌｑは、供給管３１Ａ、及びノズルユニット３２の供給流路を流れた後、その供給口より照明光ＩＬの光路空間を含むウエハＷ上の液浸領域に供給される。また、液浸領域からノズルユニット３２の回収口を介して回収された液体Ｌｑは、回収流路及び回収管３１Ｂを介して液体回収装置１８９に回収される。ウエハＷ上に形成される液浸領域は、ウエハＷ全体ではなく、ウエハＷの一部の領域のみに、すなわち局所的に形成される。この意味で、局所液浸露光装置または方法は、ウエハ全体が、容器やプール中に充填された液体に浸漬されているタイプの液浸露光装置または方法と区別される。
【００２４】
なお、ノズルユニット３２としては、例えば国際公開第２００５／１２２２１８号パンフレット（対応米国特許出願公開第２００７／０２９１２３９号）に開示されているように、中央の液体の供給及び回収を行う第１のノズル部材と、その外側の液体回収用の第２のノズル部材とを含むノズルユニット等を使用してもよい。
【００２５】
図１（Ｂ）において、ステージ装置５０のウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴは、それぞれ不図示の複数の例えば真空予圧型空気静圧軸受を介して、ベース盤１２のＸＹ平面に平行な上面１２ａ上に数μｍ程度のクリアランスを介して非接触で支持されている。さらに、ステージ装置５０は、ステージＷＳＴ，ＭＳＴの位置情報を計測するＹ軸干渉計１６，１８及びＸ軸干渉計（不図示）を含む干渉計システム１１８（図３参照）、露光の際などにウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するための後述するエンコーダシステム、及びステージＷＳＴ，ＭＳＴをＸ方向、Ｙ方向に独立して駆動する例えば複数組のリニアモータ（あるいは平面モータ）などを含むステージ駆動系１２４（図３参照）などを備えている。
【００２６】
ウエハステージＷＳＴは、ステージ本体９１と、ステージ本体９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体９１内に設けられて、ステージ本体９１に対するウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＺ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向のチルト角を相対的に微小駆動するＺ・レベリング機構とを備えている。また、照射系９０ａ及び受光系９０ｂから成る、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応する米国特許第５，４４８，３３２号明細書）等に開示されるものと同様の構成で、ウエハＷ上の複数点のＺ方向の位置を計測する斜入射方式のオートフォーカスセンサ（以下、ＡＦ系と呼ぶ。）９０（図３参照）が設けられている。主制御装置２０は、露光中にＡＦ系９０の計測値に基づいて、ウエハＷの表面が投影光学系ＰＬの像面に合焦されるように、そのＺ・レベリング機構を駆動する。
【００２７】
また、図２のウエハステージＷＳＴの平面図に示すように、ウエハテーブルＷＴＢのＹ方向及びＸ方向の端面には、それぞれ鏡面加工によって反射面１７ａ，１７ｂが形成されている。干渉計システム１１８のＹ軸干渉計１６及びＸ軸干渉計（不図示）は、これらの反射面１７ａ，１７ｂ（移動鏡でもよい）にそれぞれ干渉計ビームを投射して、各反射面の位置、ひいてはウエハステージＷＳＴの位置情報（例えば少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む）を例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で計測し、この計測値を主制御装置２０に供給する。
【００２８】
また、ウエハテーブルＷＴＢ上には、例えば真空吸着等によって、ほぼＸＹ平面に平行な吸着面上にウエハＷを保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。ウエハテーブルＷＴＢ上面のそのウエハホルダ（ウエハＷ）の周囲には、ウエハ表面とほぼ同一面となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面を有する平板状のプレート（撥液板）２８が設けられている。図２に示すように、プレート２８は、ウエハＷを囲む第１領域２８ａと、第１領域２８ａの周囲に配置される矩形枠状（環状）の第２領域２８ｂとを有する。
【００２９】
第２領域２８ｂのＸ方向の両側の領域には、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2が形成され、第２領域２８ｂのＹ方向の両側の領域には、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2が形成されている。Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2及びＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2は、それぞれＸ方向及びＹ方向を長手方向とする格子線３８及び３７を所定ピッチ（例えば１００ｎｍ〜４μｍ）でＹ方向及びＸ方向に沿って形成してなる、Ｙ方向及びＸ方向を周期方向とする反射型の格子（例えば位相型の回折格子）である。
【００３０】
本実施形態では、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の格子を例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で検出するＹ軸の複数のエンコーダよりなる図３のＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ、及びＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2の格子を検出する図３のＸリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄが設けられている。本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置情報は、主として、上述したＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ及びＸリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ（エンコーダシステム）によって計測する。そして、干渉計システム１１８の計測値は、そのエンコーダシステムの計測値の長期的変動（例えばスケールの経時的な変形などによる変動）を補正（校正）する場合などに補助的に用いられる。また、干渉計システム１１８の計測情報は、例えばウエハ交換のため、後述するアンローディング位置、及びローディング位置付近においてウエハテーブルＷＴＢのＹ方向の位置等を計測するのにも用いられる。
【００３１】
図１（Ｂ）において、計測ステージＭＳＴは、ステージ本体９２上に平板状の計測テーブルＭＴＢ等を搭載して構成されている。計測テーブルＭＴＢ及びステージ本体９２には、照射量モニタ、照度むらセンサ等の各種計測用部材（不図示）が設けられている。計測ステージＭＳＴの計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ方向及び−Ｘ方向の端面にも反射面が形成されている。干渉計システム１１８のＹ軸干渉計１８及びＸ軸干渉計（不図示）は、これらの反射面に干渉計ビーム（測長ビーム）を投射して、計測ステージＭＳＴの位置情報（例えば、少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置とθｚ方向の回転角とを含む）を計測する。
【００３２】
これらの計測値に基づいて主制御装置２０が、ステージ駆動系１２４を介してウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴの位置及び速度を制御する。
【００３３】
本実施形態の露光装置１００は、図１（Ｂ）では不図示であるが、ウエハＷ上の所定のアライメントマークの位置を計測するアライメント系ＡＬ（図３参照）、及びレチクルＲのアライメントマークの投影光学系ＰＬによる像の位置を計測するために、少なくとも一部がウエハステージＷＳＴに設けられる空間像計測系（不図示）を備えている。これらの空間像計測系及びアライメント系ＡＬを用いて、レチクルＲとウエハＷの各ショット領域とのアライメントが行われる。
【００３４】
ウエハＷの露光時には、局所液浸装置３０から投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に液体Ｌｑを供給し、レチクルＲのパターンの一部の像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の一つのショット領域に投影した状態で、レチクルステージＲＳＴを介してレチクルＲをＹ方向に移動するのに同期して、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷを対応する方向に移動することで、当該ショット領域にレチクルＲのパターンの像が走査露光される。その後、ウエハステージＷＳＴを介して、ウエハＷ上の次のショット領域が露光領域の手前に移動するようにウエハＷがＸ方向、Ｙ方向にステップ移動される。このステップ移動と、走査露光とを繰り返すことによって、ステップ・アンド・スキャン方式及び液浸方式で、ウエハＷ上の各ショット領域にそれぞれレチクルＲのパターンの像が露光される。
【００３５】
以下、本実施形態のパターン形成システムを用いるパターン形成プロセスの一例につき図６のフローチャートを参照して説明する。この場合、一例としてウエハＷ上には周期（ピッチ）Ｐのライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという）を形成するものとする。周期Ｐは、図１（Ｂ）の露光装置１００の解像限界を超える値、例えば解像限界のほぼ１／２の値である。露光装置１００の解像限界のＬ＆Ｓパターンの像の周期を例えば８０ｎｍとすると、ウエハＷ上に形成されるＬ＆Ｓパターンの周期は４０ｎｍである。
【００３６】
この場合、図１（Ｂ）のレチクルＲのパターン領域には、露光装置１００の投影光学系ＰＬによる像のＸ方向の周期が２ＰとなるＬ＆Ｓパターン（又は位相シフトパターン等でもよい）が形成されている。
【００３７】
また、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）及び図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、パターン形成の一連の工程中のウエハＷ表面の一部の拡大断面図である。なお、ウエハＷ上に形成されるＬ＆Ｓパターンの周期方向をＸ方向として、ウエハＷ表面の法線方向をＺ方向としている。
【００３８】
先ず、不図示の薄膜形成装置を用いて、半導体ウエハよりなるウエハＷの表面にパターン形成用の薄膜（不図示）を形成する。なお、本願に添付の図は、そのような薄膜が予め形成されたウエハをウエハＷとして表わす。次に、そのウエハＷを図１（Ａ）のコータ・デベロッパ２００に搬送して、図４（Ａ）に示すように、ウエハＷ表面に下層として低感度の（必要露光量が大きい）ネガレジスト３を厚さ４０〜２００ｎｍ程度に塗布する（図６のステップ１０１参照）。続いてステップ１０２において、ウエハＷのネガレジスト３上に、上層として、高感度の（必要露光量が少ない）ポジレジスト４を厚さ４０〜２００ｎｍ程度に塗布する。ネガレジスト３及びポジレジスト４の感度については後述する。レジストの感度情報は、主制御装置２０内の記憶装置に記憶されている。なお、ウエハＷ上にネガレジスト３を塗布した後、及び／又はさらにポジレジスト４を塗布した後で、必要に応じてウエハＷのプリベークを行うようにしてもよい。また、上述の薄膜形成装置をコータ・デベロッパ２００に設け、ここで薄膜を形成しても良い。
【００３９】
次のステップ１０３において、２層のレジストが塗布されたウエハＷを図１（Ｂ）の露光装置１００のウエハステージＷＳＴ上に搬送し、ウエハＷの各ショット領域にレチクルＲのＬ＆Ｓパターンの像を投影光学系ＰＬを介して露光する。この結果、図４（Ｂ）に示すように、ウエハＷ上の各ショット領域において、ネガレジスト３及びポジレジスト４は、例えば正弦波状の光量分布曲線５で表されるＸ方向に周期（ピッチ）２ＰのＬ＆Ｓパターンの像で露光される。
【００４０】
この場合、高感度のポジレジスト４の感光レベル（閾値）Ｔｈｐは、光量分布曲線５のうちで、最大光量となる位置を中心としてＸ方向の幅がほぼ３Ｐ／２となる領域６Ａがその感光レベルＴｈｐ以上となるように設定されている。従って、領域６ＡはＸ方向に２Ｐの周期で周期的に存在する。その領域６Ａが、ポジレジスト４の感光部（現像で除去される部分）に対応し、感光部と非感光部とのＸ方向の幅の比はほぼ３：１である。一方、低感度のネガレジスト３の感光レベル（閾値）Ｔｈｎは、光量分布曲線５のうちで、最大光量となる位置を中心としてＸ方向の幅がほぼＰ／２の領域７Ａがその感光レベルＴｈｎ以上となるように設定されている。従って、領域７ＡはＸ方向にＰ／２の周期で周期的に存在する。その領域７Ａが、図４（Ｃ）のネガレジスト３の感光部（現像で残される部分）３Ａに対応し、感光部と非感光部との幅の比はほぼ１：３である。また、領域７Ａはそれぞれ領域６Ａの中央に位置している。
【００４１】
この条件下では、ポジレジスト４の感度は、感光部と非感光部との幅の比が１：１になる場合よりも高く、ネガレジスト３の感度は、感光部と非感光部との幅の比が１：１になる場合よりも低くなっている。
【００４２】
この実施形態において、光量分布曲線５が位置Ｘに関して正弦波であると仮定して、光量分布曲線５の最小値を０、最大値（露光装置による設定露光量）をＥＰとすると、感光レベルＴｈｐ，Ｔｈｎはそれぞれほぼ以下のようになる。
【００４３】
Ｔｈｐ＝（２−２1/2）ＥＰ／４ …（１）
Ｔｈｎ＝（２＋２1/2）ＥＰ／４ …（２）
Ｔｈｎ／Ｔｈｐ＝（２＋２1/2）／（２−２1/2）≒５．８３ …（３）
従って、低感度のネガレジスト３の感光レベルＴｈｎは、高感度のポジレジスト４の感光レベルＴｈｐのほぼ６倍に設定すればよいことになる。このとき、実際の露光量ＥＰを、例えば感光される領域７Ａの幅がＰ／２になるように定めることによって、感光される領域６Ａの幅はほぼ３Ｐ／２となる。実際には、光量分布曲線５の形状及び現像特性等に応じて、感光レベルＴｈｎ，Ｔｈｐを定めることができる。
【００４４】
次のステップ１０４において、露光後のウエハＷを露光装置１００から図１（Ａ）のコータ・デベロッパ２００に搬送し、必要に応じて定在波効果軽減のために、ウエハＷに対して現像前ベークであるＰＥＢ（post-exposure bake）を行う。その後、ウエハＷ上のネガレジスト３及びポジレジスト４に対して、ウエハＷ表面の法線方向であるＺ方向に現像を行う。この現像は、異方性現像と呼ぶことができる。そのために、一例として図４（Ｃ）に示すように、ウエハＷの上方にあるノズル（不図示）から、ドライエッチングのように、プラズマ状の現像液ＤＬをウエハＷに対してＺ方向に所定時間噴き付ける。この現像は、異方性のドライ現像と言うこともできる。この現像の前半部では、ポジレジスト４のうちで図４（Ｂ）の感光される領域６Ａに対応する感光部が溶解されて脱落し、幅Ｐ／２の非感光部４Ａが周期２Ｐで残される。
【００４５】
なお、この段階までは、異方性のドライ現像に代えて、通常の方向性のない現像を行ってもよい。ただし、この後でも、通常の方向性のない現像を継続すると、ポジレジスト４の非感光部４Ａの底面側のネガレジスト３の領域（以下、非現像部という）３Ｂも現像されて、非感光部４Ａも脱落してしまう。それを避けるため、本実施形態では下層となるネガレジスト３の現像はＺ方向に行われる。従って、現像の後半部では、図５（Ａ）に示すように、ウエハＷ上のネガレジスト３のうちで、幅がほぼＰ／２の感光部３Ａと、ポジレジスト４の非感光部４Ａによって覆われる幅がほぼＰ／２の非現像部３Ｂとが残される。なお、ネガレジスト３の非現像部３Ｂは、ポジレジスト４の非感光部４Ａによりマスクされた領域といえる。また、感光部３Ａ及び非現像部３ＢのＸ方向の周期は２Ｐであり、非現像部３Ｂは感光部３Ａ間の中央に位置している。
【００４６】
次のステップ１０５において、ポジレジスト４の非感光部４Ａよりなるポジ型のレジストパターンのみを剥離する、例えば有機溶剤または高周波放電による酸素プラズマ中で灰化（ashing）することにより除去すると、ウエハＷ上には図５（Ｂ）に示すように、幅Ｐ／２の感光部３Ａ及び非現像部３Ｂを周期ＰでＸ方向に配置したネガ型のレジストパターンが残される。すなわち、ウエハＷ上に幅Ｐ／２の凸部が周期Ｐで繰り返されるパターンが形成される。それに続くステップ１０６において、ウエハＷ上でそのレジストパターンをマスク層としてパターン形成を行うために、ウエハＷを図１（Ａ）のエッチング装置３００に搬送し、ウエハＷの加熱（キュア）及びエッチング等を含む基板処理を行う。次のステップ１０７で、ウエハＷ上のネガ型のレジストパターンを剥離することによって、図５（Ｃ）に示すように、ウエハＷ表面の薄膜部には、幅がほぼＰ／２の凸のライン部３Ｃを周期ＰでＸ方向に配列したＬ＆ＳパターンＬＳＰが形成される。図４（Ｂ）の光量分布曲線５で表されるＬ＆Ｓパターンの像の周期２Ｐを例えば８０ｎｍとすると、図５（Ｃ）のＬ＆ＳパターンＬＳＰの周期Ｐは４０ｎｍである。
【００４７】
このように本実施形態によれば、ウエハＷ上に露光装置１００の解像限界（周期２Ｐ）の１／２の周期Ｐの微細なＬ＆ＳパターンＬＳＰを形成できる。
【００４８】
その後、ステップ１０８の次工程において、一例として、ウエハＷに対して、必要に応じてリソグラフィ・プロセスが繰り返される。
【００４９】
本実施形態の作用効果等は以下の通りである。
【００５０】
（１）本実施形態のパターン形成プロセスは、ウエハＷ上に感光特性の異なるネガレジスト３及びポジレジスト４を塗布するステップ１０１，１０２（塗布工程）と、露光装置１００によってレチクルＲのパターンの像でウエハＷ上のネガレジスト３及びポジレジスト４を同時に露光するステップ１０３（露光工程）と、ウエハＷ上のネガレジスト３及びポジレジスト４をＺ方向に現像するステップ１０４（現像工程）とを含む１回のリソグラフィ・プロセス（リソグラフィ工程）を実行することで、ウエハＷ上に露光装置１００の解像限界のほぼ１／２のレジストパターンを形成している。すなわち、一回だけの露光で解像限界のほぼ１／２のレジストパターンの形成を実現している。
【００５１】
従って、リソグラフィ・プロセスを用い、かつ重ね合わせ露光を行うことなく、露光装置の解像限界を超える微細パターンを形成できる。
【００５２】
（２）また、ステップ１０４では、ネガレジスト３及びポジレジスト４をウエハＷ表面に垂直なＺ方向に現像しているため、図５（Ａ）に示すように、断面形状の輪郭がウエハＷ表面に垂直な良好なレジストパターンを形成できる。
【００５３】
ただし、レジストパターンの断面の輪郭はウエハＷ表面にほぼ垂直であればよいため、現像の方向もほぼＺ方向に平行であればよい。特にネガレジスト３及びポジレジスト４の厚さが薄くなるほど、現像の方向のＺ方向からのずれの許容量は増加する。さらに、現像液ＤＬは、必ずしも全体として平行である必要はなく、その現像の方向のずれの許容量程度の範囲内で均一に分布していてもよい。
【００５４】
さらに、ステップ１０４の前半部で、ポジレジスト４の現像を行う段階では、ポジレジスト４のみに反応する通常の方向性の無い現像（ウェット現像等）を行ってもよい。この場合には、ポジレジスト４の現像と後のネガレジスト３の現像とで現像液の種類が異なってもよい。
【００５５】
（３）また、本実施形態では、ステップ１０４の現像として、プラズマ状の現像液を噴き付ける異方性のドライ現像を行っている。この場合には、現像液と物理的に衝突したレジスト（ネガレジスト３に関しては、非感光部４Ａの影に入る非現像部３Ｂ以外の部分）のうちで、現像液によって溶解・脱落する化学的成分を持つ部分（ネガレジスト３に関しては、感光部３Ａ以外の部分、即ち感光部３Ａと非現像部３Ｂとの間の部分）が脱落する。
【００５６】
なお、異方性の現像としては、その他に、現像液を高圧の蒸気状にして、ウエハの上方（Ｚ方向）から噴射してもよい。この場合には、化学反応と物理作用との相乗効果で所定の部分（ネガレジスト３に関しては、感光部３Ａと非現像部３Ｂとの間の部分）のみが脱落する。
【００５７】
また、ステップ１０４において、異方性の現像のみを行う場合にも、ポジレジスト４の現像時と、ネガレジスト３の現像時とで、現像液の種類を切り換えてもよい。
【００５８】
（４）また、図４（Ｃ）に示すように、ウエハＷ上の第１層はネガレジスト３で、第２層はネガレジスト３より高感度のポジレジスト４であるため、特にこの実施形態ではそれらの感光レベルＴｈｐ、Ｔｈｎを所定の関係に調整したので、異方性の現像後に、露光パターンの周期の１／２の周期のレジストパターンを形成できる。
【００５９】
なお、図４（Ｂ）では、ポジレジスト４における照明光（投影像）の光量（光量分布曲線５）の減少は無視しているが、実際にはポジレジスト４において投影像の光量が減少するため、ネガレジスト３の感度はもっと高く（感光レベルＴｈｎをもっと低く）設定できる場合がある。
【００６０】
（５）なお、ウエハＷ上の第１層としてポジレジスト４を塗布し、第２層としてネガレジスト３を塗布し、ポジレジスト４の感度をネガレジスト３より高く（感光レベルＴｈｐを感光レベルＴｈｎより低く）設定してもよい。この構成でも、Ｚ方向への現像を行うことによって、ウエハＷ上に周期Ｐのレジストパターンが形成できる。
【００６１】
（６）また、図４（Ｂ）の場合、ネガレジスト３の感度は、感光部３Ａと非感光部（溶解部）との幅の周期方向（Ｘ方向）の比がほぼ１：３となるように低く設定され、ポジレジスト４の感度は、感光部（溶解部）と非感光部４Ａとの幅のＸ方向の比がほぼ３：１になるように高く設定されている。これによって、現像後に、ウエハＷ上に周期が１／２で、凸部と凹部との幅の比がほぼ１：１の微細なレジストパターンを高精度に形成できる。
【００６２】
（７）なお、例えばネガレジスト３及びポジレジスト４を薄く塗布した場合には、図６のステップ１０５を省略して、図５（Ａ）に示すように、ポジレジスト４の非感光部４Ａが残存している状態でウエハＷのエッチングを行うことも可能である。
【００６３】
（８）本実施形態では、ウエハ上に１次元のＬ＆Ｓパターンの像を露光しているが、ウエハＷ上にＸ方向、Ｙ方向に周期性を持つ２次元のＬ＆Ｓパターン等の像を露光してもよい。この場合には、最終的にウエハ上に２次元の微細なパターンを形成できる。
【００６４】
（９）なお、ネガレジスト３及び／又はポジレジスト４は、それぞれ多層レジスト膜であってもよい。
【００６５】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態につき図７を参照して説明する。図７（Ａ）〜（Ｃ）において図４（Ａ）〜（Ｃ）及び図５（Ａ）〜（Ｃ）に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。本実施形態においても、図１（Ａ）のパターン形成システムを使用するが、以下で説明するように、ウエハＷ上にパターンを形成する方法の一部が図６とは異なっている。
【００６６】
即ち、本実施形態では、図６のステップ１０１とステップ１０２との間で、ネガレジスト３上に図１（Ｂ）の露光装置１００の照明光ＩＬに対して所定の透過率を持つ減光層（遮光層）８を形成する。この結果、ステップ１０２に対応する工程が終了すると、図７（Ａ）に示すように、ウエハＷ上にはネガレジスト３、減光層８、及びポジレジスト４が積層して形成される。減光層８は、ポジレジスト４又はネガレジスト３用の現像液によって除去（溶解）される材料から形成され、その厚さによって透過率を制御できる。この点で、減光層８はネガレジスト３の感光性調整層または露光量調整層と言える。減光層８の透過率は、一例としてポジレジスト４の感度とネガレジスト３の感度とが等しくなるように、例えば１／６（１７％）程度に設定される。従って、本実施形態では、ネガレジスト３及びポジレジスト４の感度（感光レベル）は等しい。
【００６７】
また、ステップ１０３に対応して、本実施形態でも、図７（Ｂ）に示すように、ウエハＷのポジレジスト４が、ほぼ正弦波状の光量分布曲線５Ｐで表されるＸ方向に周期２ＰのＬ＆Ｓパターンの像で露光される。これと同時に、減光層８の作用によって、ウエハＷのネガレジスト３が、光量分布曲線５Ｐのレベルを例えば１／６程度に圧縮した光量分布曲線５Ｎで表される周期２ＰのＬ＆Ｓパターンの像で露光される。
【００６８】
この場合、ポジレジスト４の感光レベルＴｈｐは、光量分布曲線５Ｐのうちで、Ｘ方向の幅が３Ｐ／２の周期的な領域６Ａ（感光部）がその感光レベルＴｈｐ以上となるように設定されている。また、ネガレジスト３の感光レベルＴｈｎは、感光レベルＴｈｐと同じであるが、光量分布曲線５Ｎのうちで、Ｘ方向の幅がＰ／２の周期的な領域７Ａ（感光部）がその感光レベルＴｈｎ以上となるように設定されている。従って、光量分布曲線５Ｐが位置Ｘに関して正弦波であると仮定して、光量分布曲線５Ｐの最小値を０、最大値をＥＰとすると、感光レベルＴｈｐ，Ｔｈｎはそれぞれ上記の式（１）で表される。
【００６９】
この後、図６のステップ１０４に対応するＺ方向への現像工程を実行することによって、図７（Ｃ）に示すように、ウエハＷ上では、ネガレジスト３のうちで幅Ｐ／２の感光部３Ａ及び非現像部３Ｂが周期２Ｐで残され、非現像部３Ｂ上に減光層８の境界部８Ａを介してポジレジスト４の非感光部４Ａが残される。即ち、ウエハＷ上に露光装置１００の解像限界のほぼ１／２の周期Ｐのレジストパターンが形成される。従って、この後は、図６のステップ１０５、１０６に対応する工程を実行することで、ウエハＷ上に周期ＰのＬ＆Ｓパターンを形成できる。
【００７０】
本実施形態によれば、第１の実施形態の作用効果に加えて以下の作用効果を有する。
【００７１】
（１）ウエハＷ上のネガレジスト３とポジレジスト４との間に、照明光（露光光）に対して所定の透過率を持つ減光層８（中間層）が形成される。従って、減光層８の透過率を制御することによって、例えばネガレジスト３及びポジレジスト４の感度（感光レベル）を等しく設定しても、ウエハ上に露光装置１００の解像限界を超える微細なパターンを形成できる。これによって、ネガレジスト３及びポジレジスト４の管理が容易になり、露光装置１００では露光量の制御を高精度に行うのみで、ウエハ上にＬ＆Ｓパターンを高精度に形成できる。
【００７２】
（２）また、減光層８のうちで、境界部８Ａ以外の部分はステップ１０４の現像時に除去されるため、減光層８は、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターンの形状には影響を与えない。
【００７３】
（３）また、図７（Ａ）では、減光層８の下層がネガレジスト３で、上層がポジレジスト４であるため、ネガレジスト３に対する露光量が減少する。従って、ネガレジスト３及びポジレジスト４の感度を容易に等しくできる。
【００７４】
（４）また、本実施形態のパターンを形成する方法は、ウエハＷ上にネガレジスト３、減光層８、及びポジレジスト４を形成するステップ（ステップ１０１、減光層８の塗布工程、及びステップ１０２）と、レチクルＲのパターンを介してウエハＷのネガレジスト３、減光層８、及びポジレジスト４を露光するステップ１０３と、ウエハＷ上のネガレジスト３、減光層８、及びポジレジスト４を現像するステップ１０４とを有するものでもある。
【００７５】
この実施形態によれば、例えばネガレジスト３及びポジレジスト４の感度を等しくした容易なリソグラフィ・プロセスを用い、かつ重ね合わせ露光を行うことなく、露光装置の解像限界を超えるような微細パターンを形成できる。
【００７６】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態につき図８を参照して説明する。図８（Ａ）〜（Ｄ）において図４（Ａ）〜（Ｃ）及び図５（Ａ）〜（Ｃ）に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。本実施形態においても、図１（Ａ）のパターン形成システムを使用するが、本実施形態では通常の現像を行うのみで、異方性の現像を行う必要がない点が異なっている。
【００７７】
即ち、本実施形態では、図８（Ａ）に示すように、ウエハＷ上に低感度のネガレジスト３及び高感度のポジレジスト４を塗布した後、光量分布曲線５で示す周期２ＰのＬ＆Ｓパターンの像を露光する。ネガレジスト３が感光される領域７Ａの幅はＰ／２で、ポジレジスト４が感光される領域６Ａの幅は３Ｐ／２である。ただし、レジスト３，４の厚さは、周期２Ｐに対して比較的薄く設定されている。
【００７８】
その後、ポジレジスト４のみを現像する現像液を用いて、ウエハＷ上のポジレジスト４のみに通常の現像（例えばウェット現像）を行うことで、図８（Ｂ）に示すように、幅Ｐ／２の非感光部４Ａが周期２Ｐで残される。その後、ネガレジスト３のみを現像する現像液を用いて、ウエハＷ上のネガレジスト３のみに通常の現像（例えばウェット現像）を行うことで、図８（Ｃ）に示すように、幅Ｐ／２の感光部３Ａ、及び非感光部４Ａに覆われて両端部が溶解された底面の幅がほぼＰ／２の非現像部３Ｂとが周期Ｐで残される。その後、図８（Ｃ）のレジストパターンをマスク層としてエッチング等を行うことで、図８（Ｄ）に示すように、ウエハＷ上に周期ＰのＬ＆ＳパターンＬＳＰが形成される。
【００７９】
このように本実施形態によれば、レジスト３，４を薄く形成することによって、通常の現像を行うのみで、ウエハＷ上にライン部とスペース部との幅がほぼ１：１で周期がほぼＰと見なされるレジストパターンを形成できる。従って、このレジストパターンを用いてウエハＷ上に露光装置の解像度を超えるパターンを形成できる。
【００８０】
［第４の実施形態］
本実施形態のパターン形成システムを用いるパターン形成プロセスの一例につき図１２のフローチャートを参照して説明する。この場合、前述の実施形態と同様にして、ウエハＷ上には周期（ピッチ）ＰのＬ＆Ｓパターンを形成するものとする。
【００８１】
図１（Ｂ）のレチクルＲのパターン領域には、露光装置１００の投影光学系ＰＬによる像のＸ方向の周期が２ＰとなるＬ＆Ｓパターン（又は位相シフトパターン等でもよい）が形成されている。
【００８２】
さらに、本実施形態では、図１（Ａ）のコータ・デベロッパ２００でウエハ上の複数層のレジストを現像する過程で、所定のレジストの感光部の表面近傍にケイ素（Ｓｉ）を付着させるシリル化(silylation)を行う。リソグラフィ工程におけるシリル化は、例えば特開２０００−１８２９２３号公報、特開２００１−１３５５６５号公報に開示されているように、従来は現像後のレジストのエッチング耐性を向上させるため、または露光後のレジストをＲＩＥなどでエッチングするときのレジストのＲＩＥに対する耐久性を向上するために用いられていた。本願では、後述のように、そのシリル化を所定のレジストの感光部の現像液に対する耐性を向上させるために用いる。
【００８３】
以下の説明で使用する図９（Ａ）〜図９（Ｃ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）、及び図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、パターン形成の一連の工程中のウエハＷ表面の一部の拡大断面図である。なお、ウエハＷ上に形成されるＬ＆Ｓパターンの周期方向をＸ方向として、ウエハＷ表面の法線方向をＺ方向としている。
【００８４】
先ず、不図示の薄膜形成装置を用いて、半導体ウエハよりなるウエハＷの表面にパターン形成用の薄膜（不図示）を形成する。次に、そのウエハＷを図１（Ａ）のコータ・デベロッパ２００に搬送して、図９（Ａ）に示すように、ウエハＷ表面に低感度で（必要露光量が大きい）且つシリル化する特性を有するネガレジスト（ネガ型シリル化レジスト）３を厚さ４０〜２００ｎｍ程度に塗布する（図１２のステップ２０１参照）。続いてステップ２０２において、ウエハＷのネガレジスト３上に、高感度で（必要露光量が少ない）且つシリル化しない通常のポジレジスト４を厚さ４０〜２００ｎｍ程度に塗布する。ネガレジスト３及びポジレジスト４の感度については後述する。レジストの感度情報は、主制御装置２０内の記憶装置に記憶されている。なお、ウエハＷ上にネガレジスト３を塗布した後、及び／又はさらにポジレジスト４を塗布した後で、必要に応じてウエハＷのプリベークを行うようにしてもよい。
【００８５】
次のステップ２０３において、２層のレジストが塗布されたウエハＷを図１（Ｂ）の露光装置１００のウエハステージＷＳＴ上に搬送し、ウエハＷの各ショット領域にレチクルＲのＬ＆Ｓパターンの像を投影光学系ＰＬを介して露光する。この結果、図９（Ｂ）に示すように、ウエハＷ上の各ショット領域において、ネガレジスト３及びポジレジスト４は、ほぼ正弦波状の光量分布曲線５で表されるＸ方向に周期（ピッチ）２ＰのＬ＆Ｓパターンの像で露光される。
【００８６】
この場合、高感度のポジレジスト４の感光レベル（閾値）Ｔｈｐは、光量分布曲線５のうちで、最大光量となる位置を中心としてＸ方向の幅がほぼ３Ｐ／２となる領域６Ａがその感光レベルＴｈｐ以上となるように設定されている。従って、領域６ＡはＸ方向に２Ｐの周期で周期的に存在する。その領域６Ａが、ポジレジスト４の感光部（現像で除去される部分）に対応し、感光部と非感光部とのＸ方向の幅の比はほぼ３：１である。一方、低感度のネガレジスト３の感光レベル（閾値）Ｔｈｎは、光量分布曲線５のうちで、最大光量となる位置を中心としてＸ方向の幅がほぼＰ／２の領域７Ａがその感光レベルＴｈｎ以上となるように設定されている。従って、領域７ＡはＸ方向に２／Ｐの周期で周期的に存在する。その領域７Ａが、図９（Ｃ）のネガレジスト３の感光部（現像で残される部分）３Ａに対応し、感光部と非感光部との幅の比はほぼ１：３である。ネガレジスト３の感光部３Ａは、シリル化反応部分でもある。また、領域７Ａはそれぞれ領域６Ａの中央に位置している。
【００８７】
なお、光量分布曲線５の像が露光されたときに、感光部と非感光部とのＸ方向の幅の比がほぼ１：１になるレジストの感度を基準としたときに、ネガレジスト３の感度は低感度であり、ポジレジスト４の感度は高感度であるということもできる。第１実施形態と同様に、光量分布曲線５が位置Ｘに関して正弦波であると仮定して、光量分布曲線５の最小値を０、最大値（露光装置による設定露光量）をＥＰとすると、感光レベルＴｈｐ，Ｔｈｎは前述の式（１）〜（３）で表わされる。
【００８８】
ゆえに、低感度のネガレジスト３の感光レベルＴｈｎは、高感度のポジレジスト４の感光レベルＴｈｐのほぼ６倍に設定すればよいことになる。このとき、実際の露光量ＥＰを、例えば感光される領域７Ａの幅がＰ／２になるように定めることによって、感光される領域６Ａの幅はほぼ３Ｐ／２となる。実際には、光量分布曲線５の形状及び現像特性等に応じて、感光レベルＴｈｎ，Ｔｈｐを定めることができる。
【００８９】
次のステップ２０４において、露光後のウエハＷを露光装置１００から図１（Ａ）のコータ・デベロッパ２００に搬送し、必要に応じて定在波効果軽減のために、ウエハＷに対して現像前ベークであるＰＥＢ（post-exposure bake）を行う。その後、ウエハＷ上のポジレジスト４に対して、通常の現像（例えばウェット現像）を行う。この現像によって、図９（Ｃ）に示すように、ポジレジスト４のうちの幅がほぼＰ／２で周期２Ｐの非感光部４Ａの間の感光部（図９（Ｂ）の領域６Ａに相当）が次第に溶解する。そして、図１０（Ａ）に示すように、ポジレジスト４の感光部が完全に溶解して脱落し、非感光部４Ａだけが残された時点で、ポジレジスト４の現像が停止される。
【００９０】
次のステップ２０５において、ウエハＷ上のネガレジスト３の感光部３Ａのシリル化を行うために、図１０（Ｂ）に示すように、ウエハＷのネガレジスト３及びポジレジスト４の表面に、ケイ素（Ｓｉ）を含む例えばＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラン：Haxamethyldisilazane）のようなシリル化ガスＳＧを約１５０°Ｃの温度で流し、ウエハＷを加熱する。この結果、図１０（Ｂ）に示すように、ネガレジスト３の感光部３Ａの表面だけに、高エッチング耐性のケイ素を含む材料が付着したシリル化部３Ｓが形成される。
【００９１】
なお、この後に通常の現像を行うと、ポジレジスト４の非感光部４Ａの底面側の図１０（Ｃ）に示すネガレジスト３の領域（以下、非現像部という）３Ｂも現像されて、感光部３Ａ以外の部分が全部脱落してしまう。それを避けるため、本実施形態では次のステップ２０６において、異方性を有する現像を行なう。ウエハＷ上のネガレジスト３及びポジレジスト４に対して、感光部３Ａ以外の部分を均一に次第に脱落させるための現像（エッチング）を行う。この工程はネガレジスト３（シリル化されていない部分）及びポジレジスト４を溶解する液体ＤＫを噴き付けることによって行われるため、ドライ現像又はレジストのエッチング（ネガレジストとポジレジストの両方を除去するエッチング）とも呼ぶことができる。
【００９２】
即ち、一例として図１０（Ｃ）に示すように、ウエハＷの上方にあるノズル（不図示）から、液体ＤＫをウエハＷに対してＺ方向に所定時間噴き付ける。この場合、ネガレジスト３の感光部３Ａの表面にはシリル化部３Ｓが形成されているため、感光部３Ａは確実に残される。そのドライ現像によって（液体ＤＫに対するネガレジスト３（シリル化されていない部分）及びポジレジスト４の溶解度は同一であるため）、図１０（Ｃ）及び図１１（Ａ）に示すように、ポジレジスト４の非感光部４Ａと、ネガレジスト３の感光部３Ａ及び非現像部３Ｂの間の部分とがほぼ同じ速度で脱落する。そして、図１１（Ｂ）に示すように、ネガレジスト３の感光部３Ａ及び非現像部３Ｂの間の部分が完全に脱落した時点でこのドライ現像を停止する。この時点では、ポジレジスト４の非感光部４Ａも殆ど全部が脱落しているため（本実施形態ではポジレジスト４とネガレジスト３の厚みをほぼ同一にしたので）、ウエハＷ上には、幅がほぼＰ／２の感光部３Ａと、ポジレジスト４の非感光部４Ａによって覆われていた幅がほぼＰ／２の非現像部３Ｂとが残される。また、非現像部３Ｂは感光部３Ａ間の中央に位置しているため、ウエハＷ上には、幅Ｐ／２の感光部３Ａ及び幅Ｐ／２の非現像部３Ｂを周期ＰでＸ方向に配置したネガ型のレジストパターンが残される。すなわち、ウエハＷ上にＸ方向に幅Ｐ／２の凸部が周期Ｐで存在するパターンが形成される。
【００９３】
それに続くステップ２０７において、ウエハＷ上でそのレジストパターンをマスク層としてパターン形成を行うために、ウエハＷを図１（Ａ）のエッチング装置３００に搬送し、ウエハＷの加熱（キュア）及びエッチング等を含む基板処理を行う。次のステップ２０８で、ウエハＷ上のネガ型のレジストパターンを剥離することによって、図１１（Ｃ）に示すように、ウエハＷ表面の薄膜部には、幅がほぼＰ／２の凸のライン部３Ｃを周期ＰでＸ方向に配列したＬ＆ＳパターンＬＳＰが形成される。図９（Ｂ）の光量分布曲線５で表されるＬ＆Ｓパターンの像の周期２Ｐを例えば８０ｎｍとすると、図１１（Ｃ）のＬ＆ＳパターンＬＳＰの周期Ｐは４０ｎｍである。
【００９４】
このように本実施形態によれば、ウエハＷ上に露光装置１００の解像限界（周期２Ｐ）の１／２の周期Ｐの微細なＬ＆ＳパターンＬＳＰを形成できる。
【００９５】
その後、ステップ２０９の次工程において、一例として、ウエハＷに対して、必要に応じてリソグラフィ・プロセスが繰り返される。
【００９６】
本実施形態の作用効果等は以下の通りである。
【００９７】
（１）本実施形態のパターン形成プロセスは、ウエハＷ上に感光特性の異なるネガレジスト３及びポジレジスト４を塗布するステップ２０１，２０２（塗布工程）と、露光装置１００によってレチクルＲのパターンの像でウエハＷ上のネガレジスト３及びポジレジスト４を同時に露光するステップ２０３（露光工程）と、ウエハＷ上のネガレジスト３及びポジレジスト４をネガレジスト３のシリル化プロセスを含んで現像するステップ２０４〜２０６（現像工程）とを含む１回のリソグラフィ・プロセス（リソグラフィ工程）を実行することで、ウエハＷ上に露光装置１００の解像限界のほぼ１／２のレジストパターンを形成している。露光回数に着目すれば、一回だけの露光を通じて解像限界のほぼ１／２のレジストパターンの形成が実現されている。
【００９８】
従って、リソグラフィ・プロセスを用い、かつ重ね合わせ露光を行うことなく、露光装置の解像限界を超える微細パターンを形成できる。
【００９９】
（２）また、その現像工程では、ポジレジスト４を現像するステップ２０４と、ネガレジスト３の感光部３Ａの表面をシリル化して現像液に対して難溶性にする（耐性を増す）ステップ２０５と、ネガレジスト３及びポジレジスト４をドライ現像（エッチング）するステップ２０６とを行っている。従って、ドライ現像によってネガレジスト３の感光部３Ａ、及びポジレジスト４の非感光部４Ａで覆われていた非現像部３Ｂのみが残されるため、ウエハＷ上に効率的に露光装置の解像限界の１／２の周期のレジストパターンを形成できる。
【０１００】
なお、ネガレジスト３の感光部３Ａの現像液に対する耐性を増すためには、シリル化以外のプロセスを用いてもよい。
【０１０１】
（３）また、ステップ２０６では、ネガレジスト３及びポジレジスト４をウエハＷ表面に垂直なＺ方向に現像（エッチング）しているため、図１１（Ｂ）に示すように、断面形状の輪郭がウエハＷ表面に垂直な良好なレジストパターンを形成できる。
【０１０２】
ただし、レジストパターンの断面の輪郭はウエハＷ表面にほぼ垂直であればよいため、現像の方向もほぼＺ方向に平行であればよい。特にネガレジスト３及びポジレジスト４の厚さが薄くなるほど、現像の方向のＺ方向からのずれの許容量は増加する。
【０１０３】
（４）また、本実施形態では、ステップ２０６の現像として、ポジレジストとネガレジストの両方に作用するエッチングであるドライ現像を行っている。その代わりに、ネガレジスト３だけに対して作用する現像（プラズマ状の現像液を噴き付ける異方性のドライ現像）を行ってもよい。この場合には、現像後に、ポジレジスト４の非感光部４Ａが残されるため、非感光部４Ａのみを剥離する工程を実行することが好ましい。
【０１０４】
また、異方性の現像としては、その他に、現像液を高圧の蒸気状にして、ウエハの上方(Ｚ方向)から噴射してもよい。この場合には、化学反応と物理作用との相乗効果で所定の部分（ネガレジスト３に関しては、感光部３Ａと非現像部３Ｂとの間の部分）のみが脱落する。
【０１０５】
（５）また、図９（Ｂ）に示すように、ウエハＷ上の第１層はネガレジスト３で、第２層はネガレジスト３より高感度のポジレジスト４であるため、ステップ２０６の後に、露光パターンの周期よりも小さい、この実施形態では露光パターンの周期、の１／２の周期のレジストパターンを形成できる。
【０１０６】
なお、図９（Ｂ）では、ポジレジスト４における光吸収などによる照明光（投影像）の光量（光量分布曲線５）の減少は無視しているが、実際にはポジレジスト４を通過する際投影像の光量が減少するため、ネガレジスト３の感度はもっと高く（感光レベルＴｈｎをもっと低く）設定できる場合がある。
【０１０７】
（６）なお、ウエハＷ上の第１層としてポジレジスト４を塗布し、第２層としてネガレジスト３を塗布し、ポジレジスト４の感度をネガレジスト３より高く（感光レベルＴｈｐを感光レベルＴｈｎより低く）設定してもよい。この構成でも、順序は異なるがステップ２０４〜２０６の各に従う処理を行うことによって、ウエハＷ上に周期Ｐのレジストパターンが形成できる。この場合には、ステップ２０５に対応する工程で、ポジレジスト４の非感光部４Ａに対してシリル化等のエッチング液に対する耐性向上処理が施される。
【０１０８】
（７）また、図９（Ｂ）の場合、ネガレジスト３の感度は、感光部３Ａと非感光部（溶解部）との幅の周期方向（Ｘ方向）の比がほぼ１：３となるように低く設定され、ポジレジスト４の感度は、感光部（溶解部）と非感光部４Ａとの幅のＸ方向の比がほぼ３：１になるように高く設定されている。これによって、ウエハＷ上に周期が１／２で、凸部と凹部との幅の比がほぼ１：１の微細なレジストパターンを高精度に形成できる。
【０１０９】
（８）本実施形態では、ウエハ上に１次元のＬ＆Ｓパターンの像を露光しているが、ウエハＷ上にＸ方向、Ｙ方向に周期性を持つ２次元のＬ＆Ｓパターン等の像を露光してもよい。この場合には、最終的にウエハ上に２次元の微細なパターンを形成できる。
【０１１０】
（９）なお、ネガレジスト３及び／又はポジレジスト４は、それぞれ多層レジスト膜であってもよい。
【０１１１】
［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態につき図１３を参照して説明する。図１３（Ａ）〜（Ｃ）において図９（Ａ）〜（Ｃ）及び図１０（Ａ）〜（Ｃ）に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。本実施形態においても、図１（Ａ）のパターン形成システムを使用するが、以下で説明するように、ウエハＷ上にパターンを形成する方法の一部が図１２とは異なっている。
【０１１２】
即ち、本実施形態では、図１２のステップ２０１とステップ２０２との間で、ネガレジスト３上に図１（Ｂ）の露光装置１００の照明光ＩＬに対して所定の透過率を持つ減光層８を形成する。この結果、ステップ２０２に対応する工程が終了すると、図１３（Ａ）に示すように、ウエハＷ上にはネガレジスト３、減光層８、及びポジレジスト４が積層して形成される。減光層８は、ポジレジスト４用の現像液によって除去（溶解）される材料から形成され、その厚さによって透過率を制御できる。この点で、減光層８は、ネガレジスト３の感度調整層または露光量調整層として機能する。減光層８の透過率は、一例としてポジレジスト４の感度とネガレジスト３の感度とが等しくなるように、例えば１／６（１７％）程度に設定される。従って、本実施形態では、ネガレジスト３及びポジレジスト４の感度（感光レベル）は等しい。
【０１１３】
また、ステップ２０３に対応して、本実施形態でも、図１３（Ｂ）に示すように、ウエハＷのポジレジスト４が、ほぼ正弦波状の光量分布曲線５Ｐで表されるＸ方向に周期２ＰのＬ＆Ｓパターンの像で露光される。これと同時に、減光層８の作用によって、ウエハＷのネガレジスト３が、光量分布曲線５Ｐのレベルを例えば１／６程度に圧縮した光量分布曲線５Ｎで表される周期２ＰのＬ＆Ｓパターンの像で露光される。
【０１１４】
この場合、ポジレジスト４の感光レベルＴｈｐは、光量分布曲線５Ｐのうちで、Ｘ方向の幅が３Ｐ／２の周期的な領域６Ａ（感光部）がその感光レベルＴｈｐ以上となるように設定されている。また、ネガレジスト３の感光レベルＴｈｎは、感光レベルＴｈｐと同じであるが、光量分布曲線５Ｎのうちで、Ｘ方向の幅がＰ／２の周期的な領域７Ａ（感光部）がその感光レベルＴｈｎ以上となるように設定されている。従って、光量分布曲線５Ｐが位置Ｘに関して正弦波であると仮定して、光量分布曲線５Ｐの最小値を０、最大値をＥＰとすると、感光レベルＴｈｐ，Ｔｈｎはそれぞれ上記の式（１）で表される。
【０１１５】
この後、図１２のステップ２０４に対応してポジレジスト４の現像を行った後、ステップ２０５に対応してシリル化ガスＳＧを用いてネガレジスト３のシリル化を行う。この結果、図１３（Ｃ）に示すように、ウエハＷ上では、ネガレジスト３の幅Ｐ／２の感光部３Ａ上にシリル化部３Ｓが形成され、ネガレジスト３上に幅Ｐ／２のポジレジスト４の非感光部４Ａが残される。なお、ネガレジスト３と非感光部４Ａとの間には減光層８の境界部８Ａが残される。この境界部８Ａはこのまま残されていてもよいが、ステップ２０６に対応する工程で除去してもよい。従って、この後は、図１２のステップ２０６から２０８の工程を実行することによって、ウエハＷ上に周期ＰのＬ＆Ｓパターンを形成できる。
【０１１６】
本実施形態によれば、第４の実施形態の作用効果に加えて以下の作用効果を有する。
【０１１７】
（１）ウエハＷ上のネガレジスト３とポジレジスト４との間に、照明光（露光光）に対して所定の透過率を持つ減光層８（中間層）が形成される。従って、減光層８の透過率を制御することによって、例えばネガレジスト３及びポジレジスト４の感度（感光レベル）を等しく設定しても、ウエハ上に露光装置１００の解像限界を超える微細なパターンを形成できる。これによって、ネガレジスト３及びポジレジスト４の管理が容易になり、露光装置１００では露光量の制御を高精度に行うのみで、ウエハ上にＬ＆Ｓパターンを高精度に形成できる。
【０１１８】
即ち、例えばネガレジスト３及びポジレジスト４の感度を等しくした容易なリソグラフィ・プロセスを用い、かつ重ね合わせ露光を行うことなく、露光装置の解像限界を超えるような微細パターンを形成できる。
【０１１９】
（２）また、減光層８のうちで、境界部８Ａ以外の部分はステップ２０４の現像時に除去されるため、減光層８は、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターンの形状には影響を与えない。
【０１２０】
（３）また、図１３（Ａ）では、減光層８の下層がネガレジスト３で、上層がポジレジスト４であるため、ネガレジスト３に対する露光量が減少する。従って、ネガレジスト３及びポジレジスト４の感度を容易に等しくできる。
【０１２１】
また、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図１４に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置（ＥＵＶ露光装置）または露光方法によりマスクのパターンを基板（感応基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。なお、上記の実施形態の図１１のステップ１０１〜１０７の工程または図１２のステップ２０１〜２０７の工程は、図１４のステップ２２３及び２２４中に含まれている。すなわち、本発明のパターン形成方法を用いて、この分野で行われている既知のプロセスを経て、種々のデバイスを製造することができる。
【０１２２】
この場合、露光装置の解像度を超える微細なパターンを有する電子デバイスを高精度に製造できる。
【０１２３】
上記のように第１〜第５実施形態によりパターン形成方法を具体的に説明してきたが、種々の改変や変更を加えることができる。例えば、上記各実施形態では、シリル化ガスＳＧとして、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラン）を用いたが、これに代えて、例えば、テトラメチルジシラザン（tetramethyldisilazane）、ジメチルシリルジメチルアミン（dimethylsilyldimethylamine）、ジメチルシリルジエチルアミン（dimethylsilyldiethylamine)、トリメチルシリルシ゛メチルアミン(trimethylsilyldimethylamine）、トリメチルシリルジエチルアミン（trimethylsilyldiethylamine）などを用い得る。
【０１２４】
上記各実施形態では、局所液浸型の露光装置を例に挙げて説明したが、ウエハ(基板)の全体を液体に浸漬するタイプの液浸露光装置にも適用することができる。また、上記実施形態では、投影光学系の先端の光学素子の像面側の光路空間（先端の光学素子と基板との間の空間）に液体を満たしていたが、例えば米国特許出願公開第２００５／０２４８８５６号などに開示されているように、先端の光学素子の物体面（入射面）側の光路空間も液体で満たす投影光学系を露光装置に採用することもできる。また、本発明は、投影光学系と基板との間の液浸領域をその周囲のエアーカーテンで保持する液浸型の露光装置にも適用することができる。
【０１２５】
本発明は、走査露光型の投影露光装置のみならず、ステップ・アンド・リピート型のような一括露光型（ステッパー型）の投影露光装置を用いて露光する場合にも適用することが可能である。また、本発明は、液浸型の露光装置で露光を行う場合の他に、ドライ型の露光装置で露光する場合にも適用できる。さらに、本発明は、波長数ｎｍ〜１００ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を露光ビームとして用いる投影露光装置で露光を行う場合にも適用できる。
【０１２６】
また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞をウエハ上に形成することによって、ウエハ上にライン・アンド・スペースパターンの像を投影する露光装置（リソグラフィシステム）を用いる場合にも本発明を適用することができる。
【０１２７】
また、本発明は、半導体デバイスの製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置の製造プロセスや、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスの製造プロセスにも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、製造工程にも適用することができる。すなわち、パターンが形成される物体は、ウエハに限られるものでなく、例えばガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなどでも良いし、その形状も円形に限らず矩形などでも良い。
【０１２８】
また、本発明のパターン形成方法は、例えば米国特許第６,５９０,６３４号明細書、米国特許第５,９６９,４４１号明細書、米国特許第６,２０８,４０７号明細書などに開示されるように、複数のステージを備えるマルチステージ型の露光装置、あるいは、例えば国際公開第１９９９／２３６９２号パンフレット、米国特許第６,８９７,９６３号明細書などに開示されるように、計測部材（基準マーク、センサなど）を有する計測ステージを備える露光装置を用いる場合にも適用することができる。
【０１２９】
また、照明光としてＡｒＦエキシマレーザ光などの紫外光だけでなく、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置、Ｘ線露光装置などを本発明のパターン形成方法に用いることができる。
【０１３０】
上記各実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターンを形成したレチクル（光透過型マスク）を用いたが、このような光透過性マスクに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク）を用いても良い。
【０１３１】
なお、本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記各公報、各国際公開パンフレット、米国特許及び米国特許出願公開明細書における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
【０１３２】
このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明のパターン形成方法は、重ね合わせ露光を行うことなく、露光装置の解像限界を超えるような微細パターンを形成できる。それゆえ、本発明は、微細パターンを形成する技術分野、例えば、半導体産業を含む精密機器産業の国際的な発展に著しく貢献することができる。
【符号の説明】
【０１３４】
Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＬＳＰ…ライン・アンド・スペースパターン（Ｌ＆Ｓパターン）、３…ネガレジスト、３Ａ…感光部、３Ｂ…非現像部、４…ポジレジスト、４Ａ…非感光部、５…光量分布曲線、８…減光層、１００…露光装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体上にパターンを形成するパターン形成方法、及びデバイス製造方法に関し、例えば露光装置の解像限界よりも微細なパターンを形成する場合に適用可能なものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等のデバイス（電子デバイス、マイクロデバイス）を製造する際に、ウエハ又はガラス基板等の基板に対する薄膜形成プロセスと、基板又は薄膜上にレジストパターン（感光材料のパターン）を形成するリソグラフィ・プロセスと、そのレジストパターンをマスクとしてその基板又は薄膜を加工する加工プロセスとを繰り返すデバイス製造プロセスが用いられている。なお、本明細書では、リソグラフィ・プロセス（リソグラフィ工程）とは、基板に対してレジスト（フォトレジスト）を塗布する塗布工程、露光装置を用いてマスクパターンを介してレジストを露光する露光工程、及びその露光後のレジストを現像する現像工程を含むプロセスを意味している。
【０００３】
半導体素子等のパターンの微細化に対応して、そのリソグラフィ・プロセスで使用される露光装置では、解像力を高めるために露光波長の短波長化、投影光学系の開口数ＮＡの増大、いわゆる変形照明等の照明条件の最適化、及び位相シフトレチクル等のマスク技術の開発等が行われてきた。最近では、焦点深度を広く確保した上で、開口数ＮＡを実質的にさらに増大するために、液浸法を用いた露光装置も開発されている。最近では、２回のリソグラフィ・プロセスを繰り返すことによって露光装置の解像限界を超える微細な回路パターンを形成するいわゆるダブルプロセス方式も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１１５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のダブルプロセス方式のパターン形成方法においては、２回目のリソグラフィ・プロセスにおいて重ね合わせ露光を行う必要があるため、最終的に形成される微細パターンの形状精度が露光装置のアライメント精度にも依存するという問題があった。
本発明はこのような事情に鑑み、重ね合わせ露光を行うことなくリソグラフィ・プロセスを用いて、露光装置の解像限界を超えるような微細パターンを形成できるパターン形成技術及びデバイス製造技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に従えば、物体上にパターンを形成する方法であって、その物体上に感光特性の異なる第１及び第２の感光層を形成することと、パターンを介してその第１及び第２の感光層を露光することと、その第１及び第２の感光層を現像することとを含むパターン形成方法が提供される。
【０００７】
本発明の第２の態様に従えば、物体上にパターンを形成する方法において、その物体上に第１の感光層、中間層、及び第２の感光層を形成することと、パターンを介してその第１の感光層、その中間層、及びその第２の感光層を露光することと、その第１の感光層、その中間層、及びその第２の感光層を現像することとを含むパターン形成方法が提供される。
【０００８】
本発明の第３の態様に従えば、感光性の下層を基板上に形成することと；
感光性の上層を前記下層上に形成することと；前記下層上に形成した前記上層を、所定パターンで光照射して前記上層及び下層を同時に感光させることと；前記感光した上層を現像して前記所定パターンと対応する第１領域を上層に残留させることと；前記上層の第１領域をマスクとして前記感光した下層を現像することにより、前記所定パターンと対応する第２領域及び、前記上層の第１領域の下方に位置するマスクされた領域を下層に残留させることと；前記下層の第２領域及びマスクされた領域をマスクとして前記基板を現像することにより基板上に第２領域及びマスクされた領域に対応するパターンを形成することを含むパターン形成方法が提供される。
【０００９】
本発明の第４の態様に従えば、本発明のパターン形成方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のパターン形成方法によれば、現像後に、露光されたパターンよりも微細な感光層のパターンが得られる。従って、リソグラフィ・プロセスを用い、かつ重ね合わせ露光を行うことなく、露光装置の解像限界を超えるような微細パターンを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（Ａ）は本発明の実施形態で使用されるパターン形成システムの要部を示すブロック図、図１（Ｂ）はその実施形態で使用される露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１（Ｂ）のウエハステージＷＳＴを示す平面図である。
【図３】図１（Ｂ）の露光装置の制御系を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態において、ウエハ上に塗布される２層のレジストの状態の変化を示すウエハ表面の一部の拡大断面図である。
【図５】その第１の実施形態におけるウエハ上のパターンの変化を示す拡大断面図であり、図５（Ａ）は現像後にウエハ上に残されるレジストパターンを示す図、図５（Ｂ）はポジレジスト剥離後のレジストパターンを示す図、図５（Ｃ）はウエハ上に形成されるＬ＆Ｓパターンを示す図である。
【図６】その第１の実施形態のパターン形成プロセスを示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態において、ウエハ上に塗布される２層のレジスト及び減光層の状態の変化を示すウエハ表面の一部の拡大断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態において、ウエハ上に塗布される２層のレジスト及び減光層等の状態の変化を示すウエハ表面の一部の拡大断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態において、ウエハ上に塗布される２層のレジストの状態の変化を示すウエハ表面の一部の拡大断面図である。
【図１０】図９に示す状態に続いて、ウエハ上の２層のレジストの状態の変化を示す拡大断面図である。
【図１１】第４の実施形態におけるウエハ上のパターンの変化を示す拡大断面図であり、図１１（Ａ）はドライ現像中のレジストパターンを示す図、図１１（Ｂ）はドライ現像後のレジストパターンを示す図、図１１（Ｃ）はウエハ上に形成されるＬ＆Ｓパターンを示す図である。
【図１２】第４の実施形態のパターン形成プロセスを示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第５の実施形態において、ウエハ上に塗布される２層のレジスト及び減光層の状態の変化を示すウエハ表面の一部の拡大断面図である。
【図１４】電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
以下、本発明の好ましい第１の実施形態につき図１〜図６を参照して説明する。
【００１３】
図１（Ａ）は、本実施形態のパターン形成システムの要部を示すブロック図、図１（Ｂ）は、本実施形態のリソグラフィ・プロセスで使用されるいわゆるスキャニングステッパ（走査型の投影露光装置）型の露光装置１００の概略構成を示す。図１（Ａ）において、パターン形成システムは、露光装置１００、ウエハに対するレジスト（フォトレジスト）の塗布及び現像を行うコータ・デベロッパ２００、ウエハ上にパターンを形成するエッチング装置３００、薄膜形成装置（不図示）、及びこれらの装置間でウエハの搬送を行う搬送機構（不図示）等を含んでいる。
【００１４】
図１（Ｂ）において、露光装置１００は、照明系１０と、照明系１０からの露光用の照明光（露光光）ＩＬにより照明されるレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵと、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴを有するステージ装置５０とを備えている。露光装置１００は、装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる図３の主制御装置２０を含む制御系も備えている。以下、露光装置１００の投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向にＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向にＸ軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の周りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【００１５】
照明系１０は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書）などに開示されるように、光源と、照明光学系とを含み、照明光学系は、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）、回折光学素子など）等を含む照度均一化光学系、及びレチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する。照明系１０は、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。
【００１６】
照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。なお、照明光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＹＡＧレーザ若しくは固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波、又は水銀ランプの輝線（ｉ線等）なども使用できる。
【００１７】
照明系１０は、露光中にウエハＷに対する露光量を計測するために、照明光から分岐した光束の光量を計測するインテグレータセンサＩＳも備えている。このインテグレータセンサＩＳの計測値と、ウエハＷ上の照明光の照度（パルスエネルギー）との関係は予め計測され、図３の露光量制御系１３０内の記憶部に記憶されている。露光量制御系１３０は、露光中にウエハＷの各点に対する積算露光量が主制御装置２０から設定された露光量となるように、インテグレータセンサＩＳの計測値に基づいて照明光のパルスエネルギー等を制御する。
【００１８】
図１（Ｂ）のレチクルステージＲＳＴ上には、回路パターンなどがそのパターン面（下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により保持されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含む図３のレチクルステージ駆動系１１によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であると共に、走査方向（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００１９】
図１（Ｂ）のレチクルステージＲＳＴの位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計１１６によって、移動鏡１５（ステージ端面を鏡面加工した反射面でもよい）を介して、例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、図３の主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、その計測値に基づいてレチクルステージ駆動系１１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。
【００２０】
また、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、該鏡筒４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率β（例えば１／４倍、１／５倍などの縮小倍率）を有する。照明系１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域上の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲと共役な領域）に形成される。本例のウエハＷは、例えば直径が２００ｍｍから３００ｍｍ程度の円板状の半導体ウエハの表面にパターン形成用の薄膜（金属膜、ポリシリコン膜等）を形成したものである。さらに、露光対象のウエハＷの表面には、後述のように、感光層（感光材料）である複数種類のレジスト（フォトレジスト）がそれぞれ所定の厚さ（例えば４０ｎｍ〜２００ｎｍ程度）で塗布される。
【００２１】
また、露光装置１００では、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子である先端レンズ１９１を保持する鏡筒４０の下端部周囲を取り囲むように、局所液浸装置３０の一部を構成するノズルユニット３２が設けられている。
【００２２】
図１（Ｂ）において、ノズルユニット３２は、露光用の液体Ｌｑを供給可能な供給口と、液体Ｌｑを回収可能な多孔部材（メッシュ）が配置された回収口とを有する。ノズルユニット３２の供給口は、供給流路及び供給管３１Ａを介して、液体Ｌｑを送出可能な図３の液体供給装置１８６に接続されている。ノズルユニット３２の回収口は、回収流路及び回収管３１Ｂを介して図３の液体回収装置１８９に接続されている。
【００２３】
液浸法によるウエハＷの露光時に、液体供給装置１８６から送出された露光用の液体Ｌｑは、供給管３１Ａ、及びノズルユニット３２の供給流路を流れた後、その供給口より照明光ＩＬの光路空間を含むウエハＷ上の液浸領域に供給される。また、液浸領域からノズルユニット３２の回収口を介して回収された液体Ｌｑは、回収流路及び回収管３１Ｂを介して液体回収装置１８９に回収される。ウエハＷ上に形成される液浸領域は、ウエハＷ全体ではなく、ウエハＷの一部の領域のみに、すなわち局所的に形成される。この意味で、局所液浸露光装置または方法は、ウエハ全体が、容器やプール中に充填された液体に浸漬されているタイプの液浸露光装置または方法と区別される。
【００２４】
なお、ノズルユニット３２としては、例えば国際公開第２００５／１２２２１８号パンフレット（対応米国特許出願公開第２００７／０２９１２３９号）に開示されているように、中央の液体の供給及び回収を行う第１のノズル部材と、その外側の液体回収用の第２のノズル部材とを含むノズルユニット等を使用してもよい。
【００２５】
図１（Ｂ）において、ステージ装置５０のウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴは、それぞれ不図示の複数の例えば真空予圧型空気静圧軸受を介して、ベース盤１２のＸＹ平面に平行な上面１２ａ上に数μｍ程度のクリアランスを介して非接触で支持されている。さらに、ステージ装置５０は、ステージＷＳＴ，ＭＳＴの位置情報を計測するＹ軸干渉計１６，１８及びＸ軸干渉計（不図示）を含む干渉計システム１１８（図３参照）、露光の際などにウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するための後述するエンコーダシステム、及びステージＷＳＴ，ＭＳＴをＸ方向、Ｙ方向に独立して駆動する例えば複数組のリニアモータ（あるいは平面モータ）などを含むステージ駆動系１２４（図３参照）などを備えている。
【００２６】
ウエハステージＷＳＴは、ステージ本体９１と、ステージ本体９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体９１内に設けられて、ステージ本体９１に対するウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＺ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向のチルト角を相対的に微小駆動するＺ・レベリング機構とを備えている。また、照射系９０ａ及び受光系９０ｂから成る、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応する米国特許第５，４４８，３３２号明細書）等に開示されるものと同様の構成で、ウエハＷ上の複数点のＺ方向の位置を計測する斜入射方式のオートフォーカスセンサ（以下、ＡＦ系と呼ぶ。）９０（図３参照）が設けられている。主制御装置２０は、露光中にＡＦ系９０の計測値に基づいて、ウエハＷの表面が投影光学系ＰＬの像面に合焦されるように、そのＺ・レベリング機構を駆動する。
【００２７】
また、図２のウエハステージＷＳＴの平面図に示すように、ウエハテーブルＷＴＢのＹ方向及びＸ方向の端面には、それぞれ鏡面加工によって反射面１７ａ，１７ｂが形成されている。干渉計システム１１８のＹ軸干渉計１６及びＸ軸干渉計（不図示）は、これらの反射面１７ａ，１７ｂ（移動鏡でもよい）にそれぞれ干渉計ビームを投射して、各反射面の位置、ひいてはウエハステージＷＳＴの位置情報（例えば少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む）を例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で計測し、この計測値を主制御装置２０に供給する。
【００２８】
また、ウエハテーブルＷＴＢ上には、例えば真空吸着等によって、ほぼＸＹ平面に平行な吸着面上にウエハＷを保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。ウエハテーブルＷＴＢ上面のそのウエハホルダ（ウエハＷ）の周囲には、ウエハ表面とほぼ同一面となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面を有する平板状のプレート（撥液板）２８が設けられている。図２に示すように、プレート２８は、ウエハＷを囲む第１領域２８ａと、第１領域２８ａの周囲に配置される矩形枠状（環状）の第２領域２８ｂとを有する。
【００２９】
第２領域２８ｂのＸ方向の両側の領域には、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2が形成され、第２領域２８ｂのＹ方向の両側の領域には、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2が形成されている。Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2及びＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2は、それぞれＸ方向及びＹ方向を長手方向とする格子線３８及び３７を所定ピッチ（例えば１００ｎｍ〜４μｍ）でＹ方向及びＸ方向に沿って形成してなる、Ｙ方向及びＸ方向を周期方向とする反射型の格子（例えば位相型の回折格子）である。
【００３０】
本実施形態では、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の格子を例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で検出するＹ軸の複数のエンコーダよりなる図３のＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ、及びＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2の格子を検出する図３のＸリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄが設けられている。本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置情報は、主として、上述したＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ及びＸリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ（エンコーダシステム）によって計測する。そして、干渉計システム１１８の計測値は、そのエンコーダシステムの計測値の長期的変動（例えばスケールの経時的な変形などによる変動）を補正（校正）する場合などに補助的に用いられる。また、干渉計システム１１８の計測情報は、例えばウエハ交換のため、後述するアンローディング位置、及びローディング位置付近においてウエハテーブルＷＴＢのＹ方向の位置等を計測するのにも用いられる。
【００３１】
図１（Ｂ）において、計測ステージＭＳＴは、ステージ本体９２上に平板状の計測テーブルＭＴＢ等を搭載して構成されている。計測テーブルＭＴＢ及びステージ本体９２には、照射量モニタ、照度むらセンサ等の各種計測用部材（不図示）が設けられている。計測ステージＭＳＴの計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ方向及び−Ｘ方向の端面にも反射面が形成されている。干渉計システム１１８のＹ軸干渉計１８及びＸ軸干渉計（不図示）は、これらの反射面に干渉計ビーム（測長ビーム）を投射して、計測ステージＭＳＴの位置情報（例えば、少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置とθｚ方向の回転角とを含む）を計測する。
【００３２】
これらの計測値に基づいて主制御装置２０が、ステージ駆動系１２４を介してウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴの位置及び速度を制御する。
【００３３】
本実施形態の露光装置１００は、図１（Ｂ）では不図示であるが、ウエハＷ上の所定のアライメントマークの位置を計測するアライメント系ＡＬ（図３参照）、及びレチクルＲのアライメントマークの投影光学系ＰＬによる像の位置を計測するために、少なくとも一部がウエハステージＷＳＴに設けられる空間像計測系（不図示）を備えている。これらの空間像計測系及びアライメント系ＡＬを用いて、レチクルＲとウエハＷの各ショット領域とのアライメントが行われる。
【００３４】
ウエハＷの露光時には、局所液浸装置３０から投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に液体Ｌｑを供給し、レチクルＲのパターンの一部の像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の一つのショット領域に投影した状態で、レチクルステージＲＳＴを介してレチクルＲをＹ方向に移動するのに同期して、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷを対応する方向に移動することで、当該ショット領域にレチクルＲのパターンの像が走査露光される。その後、ウエハステージＷＳＴを介して、ウエハＷ上の次のショット領域が露光領域の手前に移動するようにウエハＷがＸ方向、Ｙ方向にステップ移動される。このステップ移動と、走査露光とを繰り返すことによって、ステップ・アンド・スキャン方式及び液浸方式で、ウエハＷ上の各ショット領域にそれぞれレチクルＲのパターンの像が露光される。
【００３５】
以下、本実施形態のパターン形成システムを用いるパターン形成プロセスの一例につき図６のフローチャートを参照して説明する。この場合、一例としてウエハＷ上には周期（ピッチ）Ｐのライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという）を形成するものとする。周期Ｐは、図１（Ｂ）の露光装置１００の解像限界を超える値、例えば解像限界のほぼ１／２の値である。露光装置１００の解像限界のＬ＆Ｓパターンの像の周期を例えば８０ｎｍとすると、ウエハＷ上に形成されるＬ＆Ｓパターンの周期は４０ｎｍである。
【００３６】
この場合、図１（Ｂ）のレチクルＲのパターン領域には、露光装置１００の投影光学系ＰＬによる像のＸ方向の周期が２ＰとなるＬ＆Ｓパターン（又は位相シフトパターン等でもよい）が形成されている。
【００３７】
また、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）及び図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、パターン形成の一連の工程中のウエハＷ表面の一部の拡大断面図である。なお、ウエハＷ上に形成されるＬ＆Ｓパターンの周期方向をＸ方向として、ウエハＷ表面の法線方向をＺ方向としている。
【００３８】
先ず、不図示の薄膜形成装置を用いて、半導体ウエハよりなるウエハＷの表面にパターン形成用の薄膜（不図示）を形成する。なお、本願に添付の図は、そのような薄膜が予め形成されたウエハをウエハＷとして表わす。次に、そのウエハＷを図１（Ａ）のコータ・デベロッパ２００に搬送して、図４（Ａ）に示すように、ウエハＷ表面に下層として低感度の（必要露光量が大きい）ネガレジスト３を厚さ４０〜２００ｎｍ程度に塗布する（図６のステップ１０１参照）。続いてステップ１０２において、ウエハＷのネガレジスト３上に、上層として、高感度の（必要露光量が少ない）ポジレジスト４を厚さ４０〜２００ｎｍ程度に塗布する。ネガレジスト３及びポジレジスト４の感度については後述する。レジストの感度情報は、主制御装置２０内の記憶装置に記憶されている。なお、ウエハＷ上にネガレジスト３を塗布した後、及び／又はさらにポジレジスト４を塗布した後で、必要に応じてウエハＷのプリベークを行うようにしてもよい。また、上述の薄膜形成装置をコータ・デベロッパ２００に設け、ここで薄膜を形成しても良い。
【００３９】
次のステップ１０３において、２層のレジストが塗布されたウエハＷを図１（Ｂ）の露光装置１００のウエハステージＷＳＴ上に搬送し、ウエハＷの各ショット領域にレチクルＲのＬ＆Ｓパターンの像を投影光学系ＰＬを介して露光する。この結果、図４（Ｂ）に示すように、ウエハＷ上の各ショット領域において、ネガレジスト３及びポジレジスト４は、例えば正弦波状の光量分布曲線５で表されるＸ方向に周期（ピッチ）２ＰのＬ＆Ｓパターンの像で露光される。
【００４０】
この場合、高感度のポジレジスト４の感光レベル（閾値）Ｔｈｐは、光量分布曲線５のうちで、最大光量となる位置を中心としてＸ方向の幅がほぼ３Ｐ／２となる領域６Ａがその感光レベルＴｈｐ以上となるように設定されている。従って、領域６ＡはＸ方向に２Ｐの周期で周期的に存在する。その領域６Ａが、ポジレジスト４の感光部（現像で除去される部分）に対応し、感光部と非感光部とのＸ方向の幅の比はほぼ３：１である。一方、低感度のネガレジスト３の感光レベル（閾値）Ｔｈｎは、光量分布曲線５のうちで、最大光量となる位置を中心としてＸ方向の幅がほぼＰ／２の領域７Ａがその感光レベルＴｈｎ以上となるように設定されている。従って、領域７ＡはＸ方向にＰ／２の周期で周期的に存在する。その領域７Ａが、図４（Ｃ）のネガレジスト３の感光部（現像で残される部分）３Ａに対応し、感光部と非感光部との幅の比はほぼ１：３である。また、領域７Ａはそれぞれ領域６Ａの中央に位置している。
【００４１】
この条件下では、ポジレジスト４の感度は、感光部と非感光部との幅の比が１：１になる場合よりも高く、ネガレジスト３の感度は、感光部と非感光部との幅の比が１：１になる場合よりも低くなっている。
【００４２】
この実施形態において、光量分布曲線５が位置Ｘに関して正弦波であると仮定して、光量分布曲線５の最小値を０、最大値（露光装置による設定露光量）をＥＰとすると、感光レベルＴｈｐ，Ｔｈｎはそれぞれほぼ以下のようになる。
【００４３】
Ｔｈｐ＝（２−２1/2）ＥＰ／４ …（１）
Ｔｈｎ＝（２＋２1/2）ＥＰ／４ …（２）
Ｔｈｎ／Ｔｈｐ＝（２＋２1/2）／（２−２1/2）≒５．８３ …（３）
従って、低感度のネガレジスト３の感光レベルＴｈｎは、高感度のポジレジスト４の感光レベルＴｈｐのほぼ６倍に設定すればよいことになる。このとき、実際の露光量ＥＰを、例えば感光される領域７Ａの幅がＰ／２になるように定めることによって、感光される領域６Ａの幅はほぼ３Ｐ／２となる。実際には、光量分布曲線５の形状及び現像特性等に応じて、感光レベルＴｈｎ，Ｔｈｐを定めることができる。
【００４４】
次のステップ１０４において、露光後のウエハＷを露光装置１００から図１（Ａ）のコータ・デベロッパ２００に搬送し、必要に応じて定在波効果軽減のために、ウエハＷに対して現像前ベークであるＰＥＢ（post-exposure bake）を行う。その後、ウエハＷ上のネガレジスト３及びポジレジスト４に対して、ウエハＷ表面の法線方向であるＺ方向に現像を行う。この現像は、異方性現像と呼ぶことができる。そのために、一例として図４（Ｃ）に示すように、ウエハＷの上方にあるノズル（不図示）から、ドライエッチングのように、プラズマ状の現像液ＤＬをウエハＷに対してＺ方向に所定時間噴き付ける。この現像は、異方性のドライ現像と言うこともできる。この現像の前半部では、ポジレジスト４のうちで図４（Ｂ）の感光される領域６Ａに対応する感光部が溶解されて脱落し、幅Ｐ／２の非感光部４Ａが周期２Ｐで残される。
【００４５】
なお、この段階までは、異方性のドライ現像に代えて、通常の方向性のない現像を行ってもよい。ただし、この後でも、通常の方向性のない現像を継続すると、ポジレジスト４の非感光部４Ａの底面側のネガレジスト３の領域（以下、非現像部という）３Ｂも現像されて、非感光部４Ａも脱落してしまう。それを避けるため、本実施形態では下層となるネガレジスト３の現像はＺ方向に行われる。従って、現像の後半部では、図５（Ａ）に示すように、ウエハＷ上のネガレジスト３のうちで、幅がほぼＰ／２の感光部３Ａと、ポジレジスト４の非感光部４Ａによって覆われる幅がほぼＰ／２の非現像部３Ｂとが残される。なお、ネガレジスト３の非現像部３Ｂは、ポジレジスト４の非感光部４Ａによりマスクされた領域といえる。また、感光部３Ａ及び非現像部３ＢのＸ方向の周期は２Ｐであり、非現像部３Ｂは感光部３Ａ間の中央に位置している。
【００４６】
次のステップ１０５において、ポジレジスト４の非感光部４Ａよりなるポジ型のレジストパターンのみを剥離する、例えば有機溶剤または高周波放電による酸素プラズマ中で灰化（ashing）することにより除去すると、ウエハＷ上には図５（Ｂ）に示すように、幅Ｐ／２の感光部３Ａ及び非現像部３Ｂを周期ＰでＸ方向に配置したネガ型のレジストパターンが残される。すなわち、ウエハＷ上に幅Ｐ／２の凸部が周期Ｐで繰り返されるパターンが形成される。それに続くステップ１０６において、ウエハＷ上でそのレジストパターンをマスク層としてパターン形成を行うために、ウエハＷを図１（Ａ）のエッチング装置３００に搬送し、ウエハＷの加熱（キュア）及びエッチング等を含む基板処理を行う。次のステップ１０７で、ウエハＷ上のネガ型のレジストパターンを剥離することによって、図５（Ｃ）に示すように、ウエハＷ表面の薄膜部には、幅がほぼＰ／２の凸のライン部３Ｃを周期ＰでＸ方向に配列したＬ＆ＳパターンＬＳＰが形成される。図４（Ｂ）の光量分布曲線５で表されるＬ＆Ｓパターンの像の周期２Ｐを例えば８０ｎｍとすると、図５（Ｃ）のＬ＆ＳパターンＬＳＰの周期Ｐは４０ｎｍである。
【００４７】
このように本実施形態によれば、ウエハＷ上に露光装置１００の解像限界（周期２Ｐ）の１／２の周期Ｐの微細なＬ＆ＳパターンＬＳＰを形成できる。
【００４８】
その後、ステップ１０８の次工程において、一例として、ウエハＷに対して、必要に応じてリソグラフィ・プロセスが繰り返される。
【００４９】
本実施形態の作用効果等は以下の通りである。
【００５０】
（１）本実施形態のパターン形成プロセスは、ウエハＷ上に感光特性の異なるネガレジスト３及びポジレジスト４を塗布するステップ１０１，１０２（塗布工程）と、露光装置１００によってレチクルＲのパターンの像でウエハＷ上のネガレジスト３及びポジレジスト４を同時に露光するステップ１０３（露光工程）と、ウエハＷ上のネガレジスト３及びポジレジスト４をＺ方向に現像するステップ１０４（現像工程）とを含む１回のリソグラフィ・プロセス（リソグラフィ工程）を実行することで、ウエハＷ上に露光装置１００の解像限界のほぼ１／２のレジストパターンを形成している。すなわち、一回だけの露光で解像限界のほぼ１／２のレジストパターンの形成を実現している。
【００５１】
従って、リソグラフィ・プロセスを用い、かつ重ね合わせ露光を行うことなく、露光装置の解像限界を超える微細パターンを形成できる。
【００５２】
（２）また、ステップ１０４では、ネガレジスト３及びポジレジスト４をウエハＷ表面に垂直なＺ方向に現像しているため、図５（Ａ）に示すように、断面形状の輪郭がウエハＷ表面に垂直な良好なレジストパターンを形成できる。
【００５３】
ただし、レジストパターンの断面の輪郭はウエハＷ表面にほぼ垂直であればよいため、現像の方向もほぼＺ方向に平行であればよい。特にネガレジスト３及びポジレジスト４の厚さが薄くなるほど、現像の方向のＺ方向からのずれの許容量は増加する。さらに、現像液ＤＬは、必ずしも全体として平行である必要はなく、その現像の方向のずれの許容量程度の範囲内で均一に分布していてもよい。
【００５４】
さらに、ステップ１０４の前半部で、ポジレジスト４の現像を行う段階では、ポジレジスト４のみに反応する通常の方向性の無い現像（ウェット現像等）を行ってもよい。この場合には、ポジレジスト４の現像と後のネガレジスト３の現像とで現像液の種類が異なってもよい。
【００５５】
（３）また、本実施形態では、ステップ１０４の現像として、プラズマ状の現像液を噴き付ける異方性のドライ現像を行っている。この場合には、現像液と物理的に衝突したレジスト（ネガレジスト３に関しては、非感光部４Ａの影に入る非現像部３Ｂ以外の部分）のうちで、現像液によって溶解・脱落する化学的成分を持つ部分（ネガレジスト３に関しては、感光部３Ａ以外の部分、即ち感光部３Ａと非現像部３Ｂとの間の部分）が脱落する。
【００５６】
なお、異方性の現像としては、その他に、現像液を高圧の蒸気状にして、ウエハの上方（Ｚ方向）から噴射してもよい。この場合には、化学反応と物理作用との相乗効果で所定の部分（ネガレジスト３に関しては、感光部３Ａと非現像部３Ｂとの間の部分）のみが脱落する。
【００５７】
また、ステップ１０４において、異方性の現像のみを行う場合にも、ポジレジスト４の現像時と、ネガレジスト３の現像時とで、現像液の種類を切り換えてもよい。
【００５８】
（４）また、図４（Ｃ）に示すように、ウエハＷ上の第１層はネガレジスト３で、第２層はネガレジスト３より高感度のポジレジスト４であるため、特にこの実施形態ではそれらの感光レベルＴｈｐ、Ｔｈｎを所定の関係に調整したので、異方性の現像後に、露光パターンの周期の１／２の周期のレジストパターンを形成できる。
【００５９】
なお、図４（Ｂ）では、ポジレジスト４における照明光（投影像）の光量（光量分布曲線５）の減少は無視しているが、実際にはポジレジスト４において投影像の光量が減少するため、ネガレジスト３の感度はもっと高く（感光レベルＴｈｎをもっと低く）設定できる場合がある。
【００６０】
（５）なお、ウエハＷ上の第１層としてポジレジスト４を塗布し、第２層としてネガレジスト３を塗布し、ポジレジスト４の感度をネガレジスト３より高く（感光レベルＴｈｐを感光レベルＴｈｎより低く）設定してもよい。この構成でも、Ｚ方向への現像を行うことによって、ウエハＷ上に周期Ｐのレジストパターンが形成できる。
【００６１】
（６）また、図４（Ｂ）の場合、ネガレジスト３の感度は、感光部３Ａと非感光部（溶解部）との幅の周期方向（Ｘ方向）の比がほぼ１：３となるように低く設定され、ポジレジスト４の感度は、感光部（溶解部）と非感光部４Ａとの幅のＸ方向の比がほぼ３：１になるように高く設定されている。これによって、現像後に、ウエハＷ上に周期が１／２で、凸部と凹部との幅の比がほぼ１：１の微細なレジストパターンを高精度に形成できる。
【００６２】
（７）なお、例えばネガレジスト３及びポジレジスト４を薄く塗布した場合には、図６のステップ１０５を省略して、図５（Ａ）に示すように、ポジレジスト４の非感光部４Ａが残存している状態でウエハＷのエッチングを行うことも可能である。
【００６３】
（８）本実施形態では、ウエハ上に１次元のＬ＆Ｓパターンの像を露光しているが、ウエハＷ上にＸ方向、Ｙ方向に周期性を持つ２次元のＬ＆Ｓパターン等の像を露光してもよい。この場合には、最終的にウエハ上に２次元の微細なパターンを形成できる。
【００６４】
（９）なお、ネガレジスト３及び／又はポジレジスト４は、それぞれ多層レジスト膜であってもよい。
【００６５】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態につき図７を参照して説明する。図７（Ａ）〜（Ｃ）において図４（Ａ）〜（Ｃ）及び図５（Ａ）〜（Ｃ）に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。本実施形態においても、図１（Ａ）のパターン形成システムを使用するが、以下で説明するように、ウエハＷ上にパターンを形成する方法の一部が図６とは異なっている。
【００６６】
即ち、本実施形態では、図６のステップ１０１とステップ１０２との間で、ネガレジスト３上に図１（Ｂ）の露光装置１００の照明光ＩＬに対して所定の透過率を持つ減光層（遮光層）８を形成する。この結果、ステップ１０２に対応する工程が終了すると、図７（Ａ）に示すように、ウエハＷ上にはネガレジスト３、減光層８、及びポジレジスト４が積層して形成される。減光層８は、ポジレジスト４又はネガレジスト３用の現像液によって除去（溶解）される材料から形成され、その厚さによって透過率を制御できる。この点で、減光層８はネガレジスト３の感光性調整層または露光量調整層と言える。減光層８の透過率は、一例としてポジレジスト４の感度とネガレジスト３の感度とが等しくなるように、例えば１／６（１７％）程度に設定される。従って、本実施形態では、ネガレジスト３及びポジレジスト４の感度（感光レベル）は等しい。
【００６７】
また、ステップ１０３に対応して、本実施形態でも、図７（Ｂ）に示すように、ウエハＷのポジレジスト４が、ほぼ正弦波状の光量分布曲線５Ｐで表されるＸ方向に周期２ＰのＬ＆Ｓパターンの像で露光される。これと同時に、減光層８の作用によって、ウエハＷのネガレジスト３が、光量分布曲線５Ｐのレベルを例えば１／６程度に圧縮した光量分布曲線５Ｎで表される周期２ＰのＬ＆Ｓパターンの像で露光される。
【００６８】
この場合、ポジレジスト４の感光レベルＴｈｐは、光量分布曲線５Ｐのうちで、Ｘ方向の幅が３Ｐ／２の周期的な領域６Ａ（感光部）がその感光レベルＴｈｐ以上となるように設定されている。また、ネガレジスト３の感光レベルＴｈｎは、感光レベルＴｈｐと同じであるが、光量分布曲線５Ｎのうちで、Ｘ方向の幅がＰ／２の周期的な領域７Ａ（感光部）がその感光レベルＴｈｎ以上となるように設定されている。従って、光量分布曲線５Ｐが位置Ｘに関して正弦波であると仮定して、光量分布曲線５Ｐの最小値を０、最大値をＥＰとすると、感光レベルＴｈｐ，Ｔｈｎはそれぞれ上記の式（１）で表される。
【００６９】
この後、図６のステップ１０４に対応するＺ方向への現像工程を実行することによって、図７（Ｃ）に示すように、ウエハＷ上では、ネガレジスト３のうちで幅Ｐ／２の感光部３Ａ及び非現像部３Ｂが周期２Ｐで残され、非現像部３Ｂ上に減光層８の境界部８Ａを介してポジレジスト４の非感光部４Ａが残される。即ち、ウエハＷ上に露光装置１００の解像限界のほぼ１／２の周期Ｐのレジストパターンが形成される。従って、この後は、図６のステップ１０５、１０６に対応する工程を実行することで、ウエハＷ上に周期ＰのＬ＆Ｓパターンを形成できる。
【００７０】
本実施形態によれば、第１の実施形態の作用効果に加えて以下の作用効果を有する。
【００７１】
（１）ウエハＷ上のネガレジスト３とポジレジスト４との間に、照明光（露光光）に対して所定の透過率を持つ減光層８（中間層）が形成される。従って、減光層８の透過率を制御することによって、例えばネガレジスト３及びポジレジスト４の感度（感光レベル）を等しく設定しても、ウエハ上に露光装置１００の解像限界を超える微細なパターンを形成できる。これによって、ネガレジスト３及びポジレジスト４の管理が容易になり、露光装置１００では露光量の制御を高精度に行うのみで、ウエハ上にＬ＆Ｓパターンを高精度に形成できる。
【００７２】
（２）また、減光層８のうちで、境界部８Ａ以外の部分はステップ１０４の現像時に除去されるため、減光層８は、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターンの形状には影響を与えない。
【００７３】
（３）また、図７（Ａ）では、減光層８の下層がネガレジスト３で、上層がポジレジスト４であるため、ネガレジスト３に対する露光量が減少する。従って、ネガレジスト３及びポジレジスト４の感度を容易に等しくできる。
【００７４】
（４）また、本実施形態のパターンを形成する方法は、ウエハＷ上にネガレジスト３、減光層８、及びポジレジスト４を形成するステップ（ステップ１０１、減光層８の塗布工程、及びステップ１０２）と、レチクルＲのパターンを介してウエハＷのネガレジスト３、減光層８、及びポジレジスト４を露光するステップ１０３と、ウエハＷ上のネガレジスト３、減光層８、及びポジレジスト４を現像するステップ１０４とを有するものでもある。
【００７５】
この実施形態によれば、例えばネガレジスト３及びポジレジスト４の感度を等しくした容易なリソグラフィ・プロセスを用い、かつ重ね合わせ露光を行うことなく、露光装置の解像限界を超えるような微細パターンを形成できる。
【００７６】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態につき図８を参照して説明する。図８（Ａ）〜（Ｄ）において図４（Ａ）〜（Ｃ）及び図５（Ａ）〜（Ｃ）に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。本実施形態においても、図１（Ａ）のパターン形成システムを使用するが、本実施形態では通常の現像を行うのみで、異方性の現像を行う必要がない点が異なっている。
【００７７】
即ち、本実施形態では、図８（Ａ）に示すように、ウエハＷ上に低感度のネガレジスト３及び高感度のポジレジスト４を塗布した後、光量分布曲線５で示す周期２ＰのＬ＆Ｓパターンの像を露光する。ネガレジスト３が感光される領域７Ａの幅はＰ／２で、ポジレジスト４が感光される領域６Ａの幅は３Ｐ／２である。ただし、レジスト３，４の厚さは、周期２Ｐに対して比較的薄く設定されている。
【００７８】
その後、ポジレジスト４のみを現像する現像液を用いて、ウエハＷ上のポジレジスト４のみに通常の現像（例えばウェット現像）を行うことで、図８（Ｂ）に示すように、幅Ｐ／２の非感光部４Ａが周期２Ｐで残される。その後、ネガレジスト３のみを現像する現像液を用いて、ウエハＷ上のネガレジスト３のみに通常の現像（例えばウェット現像）を行うことで、図８（Ｃ）に示すように、幅Ｐ／２の感光部３Ａ、及び非感光部４Ａに覆われて両端部が溶解された底面の幅がほぼＰ／２の非現像部３Ｂとが周期Ｐで残される。その後、図８（Ｃ）のレジストパターンをマスク層としてエッチング等を行うことで、図８（Ｄ）に示すように、ウエハＷ上に周期ＰのＬ＆ＳパターンＬＳＰが形成される。
【００７９】
このように本実施形態によれば、レジスト３，４を薄く形成することによって、通常の現像を行うのみで、ウエハＷ上にライン部とスペース部との幅がほぼ１：１で周期がほぼＰと見なされるレジストパターンを形成できる。従って、このレジストパターンを用いてウエハＷ上に露光装置の解像度を超えるパターンを形成できる。
【００８０】
［第４の実施形態］
本実施形態のパターン形成システムを用いるパターン形成プロセスの一例につき図１２のフローチャートを参照して説明する。この場合、前述の実施形態と同様にして、ウエハＷ上には周期（ピッチ）ＰのＬ＆Ｓパターンを形成するものとする。
【００８１】
図１（Ｂ）のレチクルＲのパターン領域には、露光装置１００の投影光学系ＰＬによる像のＸ方向の周期が２ＰとなるＬ＆Ｓパターン（又は位相シフトパターン等でもよい）が形成されている。
【００８２】
さらに、本実施形態では、図１（Ａ）のコータ・デベロッパ２００でウエハ上の複数層のレジストを現像する過程で、所定のレジストの感光部の表面近傍にケイ素（Ｓｉ）を付着させるシリル化(silylation)を行う。リソグラフィ工程におけるシリル化は、例えば特開２０００−１８２９２３号公報、特開２００１−１３５５６５号公報に開示されているように、従来は現像後のレジストのエッチング耐性を向上させるため、または露光後のレジストをＲＩＥなどでエッチングするときのレジストのＲＩＥに対する耐久性を向上するために用いられていた。本願では、後述のように、そのシリル化を所定のレジストの感光部の現像液に対する耐性を向上させるために用いる。
【００８３】
以下の説明で使用する図９（Ａ）〜図９（Ｃ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）、及び図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、パターン形成の一連の工程中のウエハＷ表面の一部の拡大断面図である。なお、ウエハＷ上に形成されるＬ＆Ｓパターンの周期方向をＸ方向として、ウエハＷ表面の法線方向をＺ方向としている。
【００８４】
先ず、不図示の薄膜形成装置を用いて、半導体ウエハよりなるウエハＷの表面にパターン形成用の薄膜（不図示）を形成する。次に、そのウエハＷを図１（Ａ）のコータ・デベロッパ２００に搬送して、図９（Ａ）に示すように、ウエハＷ表面に低感度で（必要露光量が大きい）且つシリル化する特性を有するネガレジスト（ネガ型シリル化レジスト）３を厚さ４０〜２００ｎｍ程度に塗布する（図１２のステップ２０１参照）。続いてステップ２０２において、ウエハＷのネガレジスト３上に、高感度で（必要露光量が少ない）且つシリル化しない通常のポジレジスト４を厚さ４０〜２００ｎｍ程度に塗布する。ネガレジスト３及びポジレジスト４の感度については後述する。レジストの感度情報は、主制御装置２０内の記憶装置に記憶されている。なお、ウエハＷ上にネガレジスト３を塗布した後、及び／又はさらにポジレジスト４を塗布した後で、必要に応じてウエハＷのプリベークを行うようにしてもよい。
【００８５】
次のステップ２０３において、２層のレジストが塗布されたウエハＷを図１（Ｂ）の露光装置１００のウエハステージＷＳＴ上に搬送し、ウエハＷの各ショット領域にレチクルＲのＬ＆Ｓパターンの像を投影光学系ＰＬを介して露光する。この結果、図９（Ｂ）に示すように、ウエハＷ上の各ショット領域において、ネガレジスト３及びポジレジスト４は、ほぼ正弦波状の光量分布曲線５で表されるＸ方向に周期（ピッチ）２ＰのＬ＆Ｓパターンの像で露光される。
【００８６】
この場合、高感度のポジレジスト４の感光レベル（閾値）Ｔｈｐは、光量分布曲線５のうちで、最大光量となる位置を中心としてＸ方向の幅がほぼ３Ｐ／２となる領域６Ａがその感光レベルＴｈｐ以上となるように設定されている。従って、領域６ＡはＸ方向に２Ｐの周期で周期的に存在する。その領域６Ａが、ポジレジスト４の感光部（現像で除去される部分）に対応し、感光部と非感光部とのＸ方向の幅の比はほぼ３：１である。一方、低感度のネガレジスト３の感光レベル（閾値）Ｔｈｎは、光量分布曲線５のうちで、最大光量となる位置を中心としてＸ方向の幅がほぼＰ／２の領域７Ａがその感光レベルＴｈｎ以上となるように設定されている。従って、領域７ＡはＸ方向に２／Ｐの周期で周期的に存在する。その領域７Ａが、図９（Ｃ）のネガレジスト３の感光部（現像で残される部分）３Ａに対応し、感光部と非感光部との幅の比はほぼ１：３である。ネガレジスト３の感光部３Ａは、シリル化反応部分でもある。また、領域７Ａはそれぞれ領域６Ａの中央に位置している。
【００８７】
なお、光量分布曲線５の像が露光されたときに、感光部と非感光部とのＸ方向の幅の比がほぼ１：１になるレジストの感度を基準としたときに、ネガレジスト３の感度は低感度であり、ポジレジスト４の感度は高感度であるということもできる。第１実施形態と同様に、光量分布曲線５が位置Ｘに関して正弦波であると仮定して、光量分布曲線５の最小値を０、最大値（露光装置による設定露光量）をＥＰとすると、感光レベルＴｈｐ，Ｔｈｎは前述の式（１）〜（３）で表わされる。
【００８８】
ゆえに、低感度のネガレジスト３の感光レベルＴｈｎは、高感度のポジレジスト４の感光レベルＴｈｐのほぼ６倍に設定すればよいことになる。このとき、実際の露光量ＥＰを、例えば感光される領域７Ａの幅がＰ／２になるように定めることによって、感光される領域６Ａの幅はほぼ３Ｐ／２となる。実際には、光量分布曲線５の形状及び現像特性等に応じて、感光レベルＴｈｎ，Ｔｈｐを定めることができる。
【００８９】
次のステップ２０４において、露光後のウエハＷを露光装置１００から図１（Ａ）のコータ・デベロッパ２００に搬送し、必要に応じて定在波効果軽減のために、ウエハＷに対して現像前ベークであるＰＥＢ（post-exposure bake）を行う。その後、ウエハＷ上のポジレジスト４に対して、通常の現像（例えばウェット現像）を行う。この現像によって、図９（Ｃ）に示すように、ポジレジスト４のうちの幅がほぼＰ／２で周期２Ｐの非感光部４Ａの間の感光部（図９（Ｂ）の領域６Ａに相当）が次第に溶解する。そして、図１０（Ａ）に示すように、ポジレジスト４の感光部が完全に溶解して脱落し、非感光部４Ａだけが残された時点で、ポジレジスト４の現像が停止される。
【００９０】
次のステップ２０５において、ウエハＷ上のネガレジスト３の感光部３Ａのシリル化を行うために、図１０（Ｂ）に示すように、ウエハＷのネガレジスト３及びポジレジスト４の表面に、ケイ素（Ｓｉ）を含む例えばＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラン：Haxamethyldisilazane）のようなシリル化ガスＳＧを約１５０°Ｃの温度で流し、ウエハＷを加熱する。この結果、図１０（Ｂ）に示すように、ネガレジスト３の感光部３Ａの表面だけに、高エッチング耐性のケイ素を含む材料が付着したシリル化部３Ｓが形成される。
【００９１】
なお、この後に通常の現像を行うと、ポジレジスト４の非感光部４Ａの底面側の図１０（Ｃ）に示すネガレジスト３の領域（以下、非現像部という）３Ｂも現像されて、感光部３Ａ以外の部分が全部脱落してしまう。それを避けるため、本実施形態では次のステップ２０６において、異方性を有する現像を行なう。ウエハＷ上のネガレジスト３及びポジレジスト４に対して、感光部３Ａ以外の部分を均一に次第に脱落させるための現像（エッチング）を行う。この工程はネガレジスト３（シリル化されていない部分）及びポジレジスト４を溶解する液体ＤＫを噴き付けることによって行われるため、ドライ現像又はレジストのエッチング（ネガレジストとポジレジストの両方を除去するエッチング）とも呼ぶことができる。
【００９２】
即ち、一例として図１０（Ｃ）に示すように、ウエハＷの上方にあるノズル（不図示）から、液体ＤＫをウエハＷに対してＺ方向に所定時間噴き付ける。この場合、ネガレジスト３の感光部３Ａの表面にはシリル化部３Ｓが形成されているため、感光部３Ａは確実に残される。そのドライ現像によって（液体ＤＫに対するネガレジスト３（シリル化されていない部分）及びポジレジスト４の溶解度は同一であるため）、図１０（Ｃ）及び図１１（Ａ）に示すように、ポジレジスト４の非感光部４Ａと、ネガレジスト３の感光部３Ａ及び非現像部３Ｂの間の部分とがほぼ同じ速度で脱落する。そして、図１１（Ｂ）に示すように、ネガレジスト３の感光部３Ａ及び非現像部３Ｂの間の部分が完全に脱落した時点でこのドライ現像を停止する。この時点では、ポジレジスト４の非感光部４Ａも殆ど全部が脱落しているため（本実施形態ではポジレジスト４とネガレジスト３の厚みをほぼ同一にしたので）、ウエハＷ上には、幅がほぼＰ／２の感光部３Ａと、ポジレジスト４の非感光部４Ａによって覆われていた幅がほぼＰ／２の非現像部３Ｂとが残される。また、非現像部３Ｂは感光部３Ａ間の中央に位置しているため、ウエハＷ上には、幅Ｐ／２の感光部３Ａ及び幅Ｐ／２の非現像部３Ｂを周期ＰでＸ方向に配置したネガ型のレジストパターンが残される。すなわち、ウエハＷ上にＸ方向に幅Ｐ／２の凸部が周期Ｐで存在するパターンが形成される。
【００９３】
それに続くステップ２０７において、ウエハＷ上でそのレジストパターンをマスク層としてパターン形成を行うために、ウエハＷを図１（Ａ）のエッチング装置３００に搬送し、ウエハＷの加熱（キュア）及びエッチング等を含む基板処理を行う。次のステップ２０８で、ウエハＷ上のネガ型のレジストパターンを剥離することによって、図１１（Ｃ）に示すように、ウエハＷ表面の薄膜部には、幅がほぼＰ／２の凸のライン部３Ｃを周期ＰでＸ方向に配列したＬ＆ＳパターンＬＳＰが形成される。図９（Ｂ）の光量分布曲線５で表されるＬ＆Ｓパターンの像の周期２Ｐを例えば８０ｎｍとすると、図１１（Ｃ）のＬ＆ＳパターンＬＳＰの周期Ｐは４０ｎｍである。
【００９４】
このように本実施形態によれば、ウエハＷ上に露光装置１００の解像限界（周期２Ｐ）の１／２の周期Ｐの微細なＬ＆ＳパターンＬＳＰを形成できる。
【００９５】
その後、ステップ２０９の次工程において、一例として、ウエハＷに対して、必要に応じてリソグラフィ・プロセスが繰り返される。
【００９６】
本実施形態の作用効果等は以下の通りである。
【００９７】
（１）本実施形態のパターン形成プロセスは、ウエハＷ上に感光特性の異なるネガレジスト３及びポジレジスト４を塗布するステップ２０１，２０２（塗布工程）と、露光装置１００によってレチクルＲのパターンの像でウエハＷ上のネガレジスト３及びポジレジスト４を同時に露光するステップ２０３（露光工程）と、ウエハＷ上のネガレジスト３及びポジレジスト４をネガレジスト３のシリル化プロセスを含んで現像するステップ２０４〜２０６（現像工程）とを含む１回のリソグラフィ・プロセス（リソグラフィ工程）を実行することで、ウエハＷ上に露光装置１００の解像限界のほぼ１／２のレジストパターンを形成している。露光回数に着目すれば、一回だけの露光を通じて解像限界のほぼ１／２のレジストパターンの形成が実現されている。
【００９８】
従って、リソグラフィ・プロセスを用い、かつ重ね合わせ露光を行うことなく、露光装置の解像限界を超える微細パターンを形成できる。
【００９９】
（２）また、その現像工程では、ポジレジスト４を現像するステップ２０４と、ネガレジスト３の感光部３Ａの表面をシリル化して現像液に対して難溶性にする（耐性を増す）ステップ２０５と、ネガレジスト３及びポジレジスト４をドライ現像（エッチング）するステップ２０６とを行っている。従って、ドライ現像によってネガレジスト３の感光部３Ａ、及びポジレジスト４の非感光部４Ａで覆われていた非現像部３Ｂのみが残されるため、ウエハＷ上に効率的に露光装置の解像限界の１／２の周期のレジストパターンを形成できる。
【０１００】
なお、ネガレジスト３の感光部３Ａの現像液に対する耐性を増すためには、シリル化以外のプロセスを用いてもよい。
【０１０１】
（３）また、ステップ２０６では、ネガレジスト３及びポジレジスト４をウエハＷ表面に垂直なＺ方向に現像（エッチング）しているため、図１１（Ｂ）に示すように、断面形状の輪郭がウエハＷ表面に垂直な良好なレジストパターンを形成できる。
【０１０２】
ただし、レジストパターンの断面の輪郭はウエハＷ表面にほぼ垂直であればよいため、現像の方向もほぼＺ方向に平行であればよい。特にネガレジスト３及びポジレジスト４の厚さが薄くなるほど、現像の方向のＺ方向からのずれの許容量は増加する。
【０１０３】
（４）また、本実施形態では、ステップ２０６の現像として、ポジレジストとネガレジストの両方に作用するエッチングであるドライ現像を行っている。その代わりに、ネガレジスト３だけに対して作用する現像（プラズマ状の現像液を噴き付ける異方性のドライ現像）を行ってもよい。この場合には、現像後に、ポジレジスト４の非感光部４Ａが残されるため、非感光部４Ａのみを剥離する工程を実行することが好ましい。
【０１０４】
また、異方性の現像としては、その他に、現像液を高圧の蒸気状にして、ウエハの上方(Ｚ方向)から噴射してもよい。この場合には、化学反応と物理作用との相乗効果で所定の部分（ネガレジスト３に関しては、感光部３Ａと非現像部３Ｂとの間の部分）のみが脱落する。
【０１０５】
（５）また、図９（Ｂ）に示すように、ウエハＷ上の第１層はネガレジスト３で、第２層はネガレジスト３より高感度のポジレジスト４であるため、ステップ２０６の後に、露光パターンの周期よりも小さい、この実施形態では露光パターンの周期、の１／２の周期のレジストパターンを形成できる。
【０１０６】
なお、図９（Ｂ）では、ポジレジスト４における光吸収などによる照明光（投影像）の光量（光量分布曲線５）の減少は無視しているが、実際にはポジレジスト４を通過する際投影像の光量が減少するため、ネガレジスト３の感度はもっと高く（感光レベルＴｈｎをもっと低く）設定できる場合がある。
【０１０７】
（６）なお、ウエハＷ上の第１層としてポジレジスト４を塗布し、第２層としてネガレジスト３を塗布し、ポジレジスト４の感度をネガレジスト３より高く（感光レベルＴｈｐを感光レベルＴｈｎより低く）設定してもよい。この構成でも、順序は異なるがステップ２０４〜２０６の各に従う処理を行うことによって、ウエハＷ上に周期Ｐのレジストパターンが形成できる。この場合には、ステップ２０５に対応する工程で、ポジレジスト４の非感光部４Ａに対してシリル化等のエッチング液に対する耐性向上処理が施される。
【０１０８】
（７）また、図９（Ｂ）の場合、ネガレジスト３の感度は、感光部３Ａと非感光部（溶解部）との幅の周期方向（Ｘ方向）の比がほぼ１：３となるように低く設定され、ポジレジスト４の感度は、感光部（溶解部）と非感光部４Ａとの幅のＸ方向の比がほぼ３：１になるように高く設定されている。これによって、ウエハＷ上に周期が１／２で、凸部と凹部との幅の比がほぼ１：１の微細なレジストパターンを高精度に形成できる。
【０１０９】
（８）本実施形態では、ウエハ上に１次元のＬ＆Ｓパターンの像を露光しているが、ウエハＷ上にＸ方向、Ｙ方向に周期性を持つ２次元のＬ＆Ｓパターン等の像を露光してもよい。この場合には、最終的にウエハ上に２次元の微細なパターンを形成できる。
【０１１０】
（９）なお、ネガレジスト３及び／又はポジレジスト４は、それぞれ多層レジスト膜であってもよい。
【０１１１】
［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態につき図１３を参照して説明する。図１３（Ａ）〜（Ｃ）において図９（Ａ）〜（Ｃ）及び図１０（Ａ）〜（Ｃ）に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。本実施形態においても、図１（Ａ）のパターン形成システムを使用するが、以下で説明するように、ウエハＷ上にパターンを形成する方法の一部が図１２とは異なっている。
【０１１２】
即ち、本実施形態では、図１２のステップ２０１とステップ２０２との間で、ネガレジスト３上に図１（Ｂ）の露光装置１００の照明光ＩＬに対して所定の透過率を持つ減光層８を形成する。この結果、ステップ２０２に対応する工程が終了すると、図１３（Ａ）に示すように、ウエハＷ上にはネガレジスト３、減光層８、及びポジレジスト４が積層して形成される。減光層８は、ポジレジスト４用の現像液によって除去（溶解）される材料から形成され、その厚さによって透過率を制御できる。この点で、減光層８は、ネガレジスト３の感度調整層または露光量調整層として機能する。減光層８の透過率は、一例としてポジレジスト４の感度とネガレジスト３の感度とが等しくなるように、例えば１／６（１７％）程度に設定される。従って、本実施形態では、ネガレジスト３及びポジレジスト４の感度（感光レベル）は等しい。
【０１１３】
また、ステップ２０３に対応して、本実施形態でも、図１３（Ｂ）に示すように、ウエハＷのポジレジスト４が、ほぼ正弦波状の光量分布曲線５Ｐで表されるＸ方向に周期２ＰのＬ＆Ｓパターンの像で露光される。これと同時に、減光層８の作用によって、ウエハＷのネガレジスト３が、光量分布曲線５Ｐのレベルを例えば１／６程度に圧縮した光量分布曲線５Ｎで表される周期２ＰのＬ＆Ｓパターンの像で露光される。
【０１１４】
この場合、ポジレジスト４の感光レベルＴｈｐは、光量分布曲線５Ｐのうちで、Ｘ方向の幅が３Ｐ／２の周期的な領域６Ａ（感光部）がその感光レベルＴｈｐ以上となるように設定されている。また、ネガレジスト３の感光レベルＴｈｎは、感光レベルＴｈｐと同じであるが、光量分布曲線５Ｎのうちで、Ｘ方向の幅がＰ／２の周期的な領域７Ａ（感光部）がその感光レベルＴｈｎ以上となるように設定されている。従って、光量分布曲線５Ｐが位置Ｘに関して正弦波であると仮定して、光量分布曲線５Ｐの最小値を０、最大値をＥＰとすると、感光レベルＴｈｐ，Ｔｈｎはそれぞれ上記の式（１）で表される。
【０１１５】
この後、図１２のステップ２０４に対応してポジレジスト４の現像を行った後、ステップ２０５に対応してシリル化ガスＳＧを用いてネガレジスト３のシリル化を行う。この結果、図１３（Ｃ）に示すように、ウエハＷ上では、ネガレジスト３の幅Ｐ／２の感光部３Ａ上にシリル化部３Ｓが形成され、ネガレジスト３上に幅Ｐ／２のポジレジスト４の非感光部４Ａが残される。なお、ネガレジスト３と非感光部４Ａとの間には減光層８の境界部８Ａが残される。この境界部８Ａはこのまま残されていてもよいが、ステップ２０６に対応する工程で除去してもよい。従って、この後は、図１２のステップ２０６から２０８の工程を実行することによって、ウエハＷ上に周期ＰのＬ＆Ｓパターンを形成できる。
【０１１６】
本実施形態によれば、第４の実施形態の作用効果に加えて以下の作用効果を有する。
【０１１７】
（１）ウエハＷ上のネガレジスト３とポジレジスト４との間に、照明光（露光光）に対して所定の透過率を持つ減光層８（中間層）が形成される。従って、減光層８の透過率を制御することによって、例えばネガレジスト３及びポジレジスト４の感度（感光レベル）を等しく設定しても、ウエハ上に露光装置１００の解像限界を超える微細なパターンを形成できる。これによって、ネガレジスト３及びポジレジスト４の管理が容易になり、露光装置１００では露光量の制御を高精度に行うのみで、ウエハ上にＬ＆Ｓパターンを高精度に形成できる。
【０１１８】
即ち、例えばネガレジスト３及びポジレジスト４の感度を等しくした容易なリソグラフィ・プロセスを用い、かつ重ね合わせ露光を行うことなく、露光装置の解像限界を超えるような微細パターンを形成できる。
【０１１９】
（２）また、減光層８のうちで、境界部８Ａ以外の部分はステップ２０４の現像時に除去されるため、減光層８は、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターンの形状には影響を与えない。
【０１２０】
（３）また、図１３（Ａ）では、減光層８の下層がネガレジスト３で、上層がポジレジスト４であるため、ネガレジスト３に対する露光量が減少する。従って、ネガレジスト３及びポジレジスト４の感度を容易に等しくできる。
【０１２１】
また、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図１４に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置（ＥＵＶ露光装置）または露光方法によりマスクのパターンを基板（感応基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。なお、上記の実施形態の図１１のステップ１０１〜１０７の工程または図１２のステップ２０１〜２０７の工程は、図１４のステップ２２３及び２２４中に含まれている。すなわち、本発明のパターン形成方法を用いて、この分野で行われている既知のプロセスを経て、種々のデバイスを製造することができる。
【０１２２】
この場合、露光装置の解像度を超える微細なパターンを有する電子デバイスを高精度に製造できる。
【０１２３】
上記のように第１〜第５実施形態によりパターン形成方法を具体的に説明してきたが、種々の改変や変更を加えることができる。例えば、上記各実施形態では、シリル化ガスＳＧとして、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラン）を用いたが、これに代えて、例えば、テトラメチルジシラザン（tetramethyldisilazane）、ジメチルシリルジメチルアミン（dimethylsilyldimethylamine）、ジメチルシリルジエチルアミン（dimethylsilyldiethylamine)、トリメチルシリルシ゛メチルアミン(trimethylsilyldimethylamine）、トリメチルシリルジエチルアミン（trimethylsilyldiethylamine）などを用い得る。
【０１２４】
上記各実施形態では、局所液浸型の露光装置を例に挙げて説明したが、ウエハ(基板)の全体を液体に浸漬するタイプの液浸露光装置にも適用することができる。また、上記実施形態では、投影光学系の先端の光学素子の像面側の光路空間（先端の光学素子と基板との間の空間）に液体を満たしていたが、例えば米国特許出願公開第２００５／０２４８８５６号などに開示されているように、先端の光学素子の物体面（入射面）側の光路空間も液体で満たす投影光学系を露光装置に採用することもできる。また、本発明は、投影光学系と基板との間の液浸領域をその周囲のエアーカーテンで保持する液浸型の露光装置にも適用することができる。
【０１２５】
本発明は、走査露光型の投影露光装置のみならず、ステップ・アンド・リピート型のような一括露光型（ステッパー型）の投影露光装置を用いて露光する場合にも適用することが可能である。また、本発明は、液浸型の露光装置で露光を行う場合の他に、ドライ型の露光装置で露光する場合にも適用できる。さらに、本発明は、波長数ｎｍ〜１００ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を露光ビームとして用いる投影露光装置で露光を行う場合にも適用できる。
【０１２６】
また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞をウエハ上に形成することによって、ウエハ上にライン・アンド・スペースパターンの像を投影する露光装置（リソグラフィシステム）を用いる場合にも本発明を適用することができる。
【０１２７】
また、本発明は、半導体デバイスの製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置の製造プロセスや、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスの製造プロセスにも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、製造工程にも適用することができる。すなわち、パターンが形成される物体は、ウエハに限られるものでなく、例えばガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなどでも良いし、その形状も円形に限らず矩形などでも良い。
【０１２８】
また、本発明のパターン形成方法は、例えば米国特許第６,５９０,６３４号明細書、米国特許第５,９６９,４４１号明細書、米国特許第６,２０８,４０７号明細書などに開示されるように、複数のステージを備えるマルチステージ型の露光装置、あるいは、例えば国際公開第１９９９／２３６９２号パンフレット、米国特許第６,８９７,９６３号明細書などに開示されるように、計測部材（基準マーク、センサなど）を有する計測ステージを備える露光装置を用いる場合にも適用することができる。
【０１２９】
また、照明光としてＡｒＦエキシマレーザ光などの紫外光だけでなく、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置、Ｘ線露光装置などを本発明のパターン形成方法に用いることができる。
【０１３０】
上記各実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターンを形成したレチクル（光透過型マスク）を用いたが、このような光透過性マスクに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク）を用いても良い。
【０１３１】
なお、本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記各公報、各国際公開パンフレット、米国特許及び米国特許出願公開明細書における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
【０１３２】
このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明のパターン形成方法は、重ね合わせ露光を行うことなく、露光装置の解像限界を超えるような微細パターンを形成できる。それゆえ、本発明は、微細パターンを形成する技術分野、例えば、半導体産業を含む精密機器産業の国際的な発展に著しく貢献することができる。
【符号の説明】
【０１３４】
Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＬＳＰ…ライン・アンド・スペースパターン（Ｌ＆Ｓパターン）、３…ネガレジスト、３Ａ…感光部、３Ｂ…非現像部、４…ポジレジスト、４Ａ…非感光部、５…光量分布曲線、８…減光層、１００…露光装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体上にパターンを形成する方法であって、
前記物体上に感光特性の異なる第１及び第２の感光層を形成することと、
パターンを介して前記第１及び第２の感光層を露光することと、
前記第１及び第２の感光層を現像することと、
を有するパターン形成方法。
【請求項２】
前記現像は、前記第１及び第２の感光層を所定方向に現像することを含む請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記所定方向は、前記物体の表面に垂直な方向である請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記現像を、前記第１及び第２の感光層を可溶性を制御しながら行う請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記現像は、
前記第２の感光層を現像する第１の現像と、
前記第１の感光層の感光部又は非感光部の表面を難溶性にすることと、
前記第１及び第２の感光層を現像する第２の現像と、を含む請求項４に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記難溶性にすることは、前記第１の感光層の表面にシリコンを含む気体を導入し、前記物体を加熱することを含む請求項５に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記第２の現像は、前記第１及び第２の感光層を所定方向に除去することにより行う請求項５又は６に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記所定方向は、前記物体の表面に垂直な方向である請求項７に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
前記第１の感光層はネガ型で、前記第２の感光層はポジ型である請求項１〜８のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記第１の感光層は前記第２の感光層よりも低感度である請求項９に記載のパターン形成方法。
【請求項１１】
前記第１の感光層はポジ型で、前記第２の感光層はネガ型である請求項１〜１０のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項１２】
前記第１の感光層は前記第２の感光層よりも高感度である請求項１１に記載のパターン形成方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２の感光層は感度が異なる請求項１〜１２のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項１４】
前記第１及び第２の感光層の間に、露光光に対して所定の透過率を持つ中間層を形成する請求項１〜１３のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項１５】
前記中間層の一部を、前記現像で除去する請求項１４に記載のパターン形成方法。
【請求項１６】
前記第１の感光層はネガ型で、前記第２の感光層はポジ型である請求項１４又は１５に記載のパターン形成方法。
【請求項１７】
前記パターンを介した露光光の前記物体上での光強度分布の周期に対して、現像後の前記物体上の感光層の周期はほぼ１／２である請求項１〜１６のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項１８】
物体上にパターンを形成する方法であって、
前記物体上に第１の感光層、中間層、及び第２の感光層を形成することと、
パターンを介して前記第１の感光層、前記中間層、及び前記第２の感光層を露光することと、
前記第１の感光層、前記中間層、及び前記第２の感光層を現像することと、
を有するパターン形成方法。
【請求項１９】
前記現像は、前記第１及び第２の感光層を所定方向に現像することである請求項１８に記載のパターン形成方法。
【請求項２０】
前記所定方向は、前記物体の表面に垂直な方向である請求項１９に記載のパターン形成方法。
【請求項２１】
前記現像は、前記中間層を除去することを含む請求項１８〜２０のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項２２】
前記現像は、前記第１の感光層、前記中間層、及び前記第２の感光層を可溶性を制御しながら行う請求項１８に記載のパターン形成方法。
【請求項２３】
前記現像は、
前記第２の感光層を現像する第１の現像と、
前記第１の感光層の感光部又は非感光部の表面を難溶性にすることと、
前記第１及び第２の感光層を現像する第２の現像とを含む請求項２２に記載のパターン形成方法。
【請求項２４】
前記難溶性にすることは、前記第１の感光層の表面にシリコンを含む気体を導入し、前記物体を加熱する請求項２３に記載のパターン形成方法。
【請求項２５】
前記第２の現像は、前記第１及び第２の感光層を所定方向に除去することで行う請求項２３又は２４に記載のパターン形成方法。
【請求項２６】
前記所定方向は、前記物体の表面に垂直な方向である請求項２５に記載のパターン形成方法。
【請求項２７】
前記第１の現像は、前記中間層の少なくとも一部を除去するを含む請求項２３〜２６のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項２８】
前記中間層は、露光光に対して所定の透過率を有し、
前記第１の感光層はネガ型で、前記第２の感光層はポジ型である請求項１８〜２７のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項２９】
前記パターンを介した露光光の前記物体上での光強度分布の周期に対して、現像後の前記物体上の感光層の周期はほぼ１／２である請求項１８〜２８のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項３０】
感光性の下層を基板上に形成することと；
感光性の上層を前記下層上に形成することと；
前記下層上に形成した前記上層を、所定パターンで光照射して前記上層及び下層を同時に感光させることと；
前記感光した上層を現像して前記所定パターンと対応する第１領域を上層に残留させることと；
前記上層の第１領域をマスクとして前記感光した下層を現像することにより、前記所定パターンと対応する第２領域及び、前記上層の第１領域の下方に位置するマスクされた領域を下層に残留させることと；
前記下層の第２領域及びマスクされた領域をマスクとして前記基板を現像することにより基板上に第２領域及びマスクされた領域に対応するパターンを形成することを含むパターン形成方法。
【請求項３１】
前記下層がネガレジストであり、前記上層がポジレジストである請求項３０に記載のパターン形成方法。
【請求項３２】
異方性ドライエッチングにより前記上層の第１領域をマスクとして前記下層を現像する請求項３１に記載のパターン形成方法。
【請求項３３】
前記異方性ドライエッチングの後に、前記上層の第１領域を前記下層上から除去する請求項３２に記載のパターン形成方法。
【請求項３４】
前記異方性ドライエッチングの前に、第２領域をシリル化する請求項３２に記載のパターン形成方法。
【請求項３５】
前記異方性ドライエッチングにより下層のシリル化した領域およびマスク領域以外を除去する請求項３４に記載のパターン形成方法。
【請求項３６】
前記異方性ドライエッチングにより前記上層の第１領域を除去する請求項３５に記載のパターン形成方法。
【請求項３７】
さらに、前記下層と上層の間に遮光層を形成することを含む請求項３０〜３６のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項３８】
さらに、前記遮光層を、前記上層を現像する際に除去する請求項３７に記載のパターン形成方法。
【請求項３９】
前記所定パターンが周期２Ｐを有する繰り返しパターンを含み、第１領域と第２領域が異なる幅を有し、第１領域と第２領域の幅の和が２Ｐである請求項３０〜３８のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項４０】
前記所定パターンが、パターン化を実行する露光装置の解像限界の約１／２の周期を有するパターンである請求項３０〜３９のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項４１】
請求項１〜４０のいずれか一項に記載のパターン形成方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
【請求項１】
物体上にパターンを形成する方法であって、
前記物体上に感光特性の異なる第１及び第２の感光層を形成することと、
パターンを介して前記第１及び第２の感光層を露光することと、
前記第１及び第２の感光層を現像することと、
を有するパターン形成方法。
【請求項２】
前記現像は、前記第１及び第２の感光層を所定方向に現像することを含む請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記所定方向は、前記物体の表面に垂直な方向である請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記現像を、前記第１及び第２の感光層を可溶性を制御しながら行う請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記現像は、
前記第２の感光層を現像する第１の現像と、
前記第１の感光層の感光部又は非感光部の表面を難溶性にすることと、
前記第１及び第２の感光層を現像する第２の現像と、を含む請求項４に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記難溶性にすることは、前記第１の感光層の表面にシリコンを含む気体を導入し、前記物体を加熱することを含む請求項５に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記第２の現像は、前記第１及び第２の感光層を所定方向に除去することにより行う請求項５又は６に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記所定方向は、前記物体の表面に垂直な方向である請求項７に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
前記第１の感光層はネガ型で、前記第２の感光層はポジ型である請求項１〜８のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記第１の感光層は前記第２の感光層よりも低感度である請求項９に記載のパターン形成方法。
【請求項１１】
前記第１の感光層はポジ型で、前記第２の感光層はネガ型である請求項１〜１０のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項１２】
前記第１の感光層は前記第２の感光層よりも高感度である請求項１１に記載のパターン形成方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２の感光層は感度が異なる請求項１〜１２のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項１４】
前記第１及び第２の感光層の間に、露光光に対して所定の透過率を持つ中間層を形成する請求項１〜１３のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項１５】
前記中間層の一部を、前記現像で除去する請求項１４に記載のパターン形成方法。
【請求項１６】
前記第１の感光層はネガ型で、前記第２の感光層はポジ型である請求項１４又は１５に記載のパターン形成方法。
【請求項１７】
前記パターンを介した露光光の前記物体上での光強度分布の周期に対して、現像後の前記物体上の感光層の周期はほぼ１／２である請求項１〜１６のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項１８】
物体上にパターンを形成する方法であって、
前記物体上に第１の感光層、中間層、及び第２の感光層を形成することと、
パターンを介して前記第１の感光層、前記中間層、及び前記第２の感光層を露光することと、
前記第１の感光層、前記中間層、及び前記第２の感光層を現像することと、
を有するパターン形成方法。
【請求項１９】
前記現像は、前記第１及び第２の感光層を所定方向に現像することである請求項１８に記載のパターン形成方法。
【請求項２０】
前記所定方向は、前記物体の表面に垂直な方向である請求項１９に記載のパターン形成方法。
【請求項２１】
前記現像は、前記中間層を除去することを含む請求項１８〜２０のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項２２】
前記現像は、前記第１の感光層、前記中間層、及び前記第２の感光層を可溶性を制御しながら行う請求項１８に記載のパターン形成方法。
【請求項２３】
前記現像は、
前記第２の感光層を現像する第１の現像と、
前記第１の感光層の感光部又は非感光部の表面を難溶性にすることと、
前記第１及び第２の感光層を現像する第２の現像とを含む請求項２２に記載のパターン形成方法。
【請求項２４】
前記難溶性にすることは、前記第１の感光層の表面にシリコンを含む気体を導入し、前記物体を加熱する請求項２３に記載のパターン形成方法。
【請求項２５】
前記第２の現像は、前記第１及び第２の感光層を所定方向に除去することで行う請求項２３又は２４に記載のパターン形成方法。
【請求項２６】
前記所定方向は、前記物体の表面に垂直な方向である請求項２５に記載のパターン形成方法。
【請求項２７】
前記第１の現像は、前記中間層の少なくとも一部を除去するを含む請求項２３〜２６のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項２８】
前記中間層は、露光光に対して所定の透過率を有し、
前記第１の感光層はネガ型で、前記第２の感光層はポジ型である請求項１８〜２７のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項２９】
前記パターンを介した露光光の前記物体上での光強度分布の周期に対して、現像後の前記物体上の感光層の周期はほぼ１／２である請求項１８〜２８のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項３０】
感光性の下層を基板上に形成することと；
感光性の上層を前記下層上に形成することと；
前記下層上に形成した前記上層を、所定パターンで光照射して前記上層及び下層を同時に感光させることと；
前記感光した上層を現像して前記所定パターンと対応する第１領域を上層に残留させることと；
前記上層の第１領域をマスクとして前記感光した下層を現像することにより、前記所定パターンと対応する第２領域及び、前記上層の第１領域の下方に位置するマスクされた領域を下層に残留させることと；
前記下層の第２領域及びマスクされた領域をマスクとして前記基板を現像することにより基板上に第２領域及びマスクされた領域に対応するパターンを形成することを含むパターン形成方法。
【請求項３１】
前記下層がネガレジストであり、前記上層がポジレジストである請求項３０に記載のパターン形成方法。
【請求項３２】
異方性ドライエッチングにより前記上層の第１領域をマスクとして前記下層を現像する請求項３１に記載のパターン形成方法。
【請求項３３】
前記異方性ドライエッチングの後に、前記上層の第１領域を前記下層上から除去する請求項３２に記載のパターン形成方法。
【請求項３４】
前記異方性ドライエッチングの前に、第２領域をシリル化する請求項３２に記載のパターン形成方法。
【請求項３５】
前記異方性ドライエッチングにより下層のシリル化した領域およびマスク領域以外を除去する請求項３４に記載のパターン形成方法。
【請求項３６】
前記異方性ドライエッチングにより前記上層の第１領域を除去する請求項３５に記載のパターン形成方法。
【請求項３７】
さらに、前記下層と上層の間に遮光層を形成することを含む請求項３０〜３６のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項３８】
さらに、前記遮光層を、前記上層を現像する際に除去する請求項３７に記載のパターン形成方法。
【請求項３９】
前記所定パターンが周期２Ｐを有する繰り返しパターンを含み、第１領域と第２領域が異なる幅を有し、第１領域と第２領域の幅の和が２Ｐである請求項３０〜３８のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項４０】
前記所定パターンが、パターン化を実行する露光装置の解像限界の約１／２の周期を有するパターンである請求項３０〜３９のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項４１】
請求項１〜４０のいずれか一項に記載のパターン形成方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−６７９７９（Ｐ２０１０−６７９７９Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０８０１４（Ｐ２００９−２０８０１４）
【出願日】平成２１年９月９日（２００９．９．９）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月９日（２００９．９．９）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]