露光方法、パターン形成方法、及びデバイス製造方法
【課題】周期的パターンを露光又は形成する際にスペース部の幅の均一性を高める。
【解決手段】ウエハＷにパターンを形成するパターン形成方法において、ウエハＷの表面に複数のラインパターン４０Ａを含むＬ＆Ｓパターン５４Ａを形成することと、ウエハＷの表面の複数のラインパターン４０Ａの間に配置される複数のライン状のレジストパターン４２ＮＡを含むＬ＆Ｓパターン５６Ａを、ラインパターン４０Ａの線幅とレジストパターン４２ＮＡの線幅とが負の相関を持つように形成することと、を含む。
【解決手段】ウエハＷにパターンを形成するパターン形成方法において、ウエハＷの表面に複数のラインパターン４０Ａを含むＬ＆Ｓパターン５４Ａを形成することと、ウエハＷの表面の複数のラインパターン４０Ａの間に配置される複数のライン状のレジストパターン４２ＮＡを含むＬ＆Ｓパターン５６Ａを、ラインパターン４０Ａの線幅とレジストパターン４２ＮＡの線幅とが負の相関を持つように形成することと、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にパターンを露光する露光方法、基板にパターンを形成するパターン形成方法、並びにその露光方法又はパターン形成方法を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィー工程で使用される露光装置においては、解像度を高めるために、露光波長の短波長化、照明条件の最適化、及び投影光学系の開口数をさらに増大するための液浸法の適用等が行われてきた。最近では、露光装置の解像限界よりも微細なピッチの回路パターンを形成するためにダブルパターニング法が使用されている。
【０００３】
ダブルパターニング法としては、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。）の露光及び現像等によってウエハ等の基板の表面に、最終的に形成されるパターンのピッチに比べて線幅が１／２で、ピッチが例えば２倍の複数のラインパターンを形成する工程を、基板と露光されるパターンとの相対位置をその最終的に形成されるパターンのピッチ分だけずらして２回行うピッチ分割法(Pitch Splitting Method)が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Andrew J. Hazelton et al. "Double-patterning requirements for optical lithography and prospects for optical extension without double patterning", J. Micro/Nanolith. MEMS MOEMS, （米国）Vol.8(1), 011003, Jan-Mar (2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ピッチ分割法においては、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターンの複数のラインパターンの線幅の均一性を高めるとともに、複数のラインパターンの間のスペース部の幅の均一性を高めることも求められている。
本発明はこのような事情に鑑み、周期的パターンを露光又は形成する際にスペース部の幅の均一性を高め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の態様によれば、基板にパターンを露光する露光方法が提供される。この露光方法は、その基板の表面に複数の第１のラインパターンを含む第１の周期的パターンを露光することと、その基板の表面のその第１の周期的パターンの複数の第１のラインパターンの間に配置される複数の第２のラインパターンを含む第２の周期的パターンを、その第１のラインパターンの線幅とその第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように露光することと、を含むものである。
【０００７】
また、本発明の第２の態様によれば、本発明の露光方法を用いて、基板にデバイス用パターンを露光することと、そのデバイス用パターンが露光されたその基板をそのデバイス用パターンに基づいて加工することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
また、本発明の第３の態様によれば、基板にパターンを形成するパターン形成方法が提供される。このパターン形成方法は、その基板の表面に複数の第１のラインパターンを含む第１の周期的パターンを形成することと、その基板の表面のその第１の周期的パターンの複数の第１のラインパターンの間に配置される複数の第２のラインパターンを含む第２の周期的パターンを、その第１のラインパターンの線幅とその第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように形成することと、を含むものである。
【０００８】
また、本発明の第４の態様によれば、本発明のパターン形成方法を用いて、基板にデバイス用パターンを形成することを含むデバイス製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の第２のラインパターンを含む第２の周期的パターンが、複数の第１のラインパターンの線幅と複数の第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように露光又は形成される。従って、複数の第１のラインパターンの線幅と複数の第２のラインパターンの線幅との平均値が目標とする線幅に近づくため、複数の第１のラインパターンと複数の第２のラインパターンとの間のスペース部の幅も目標とする幅に近づいて、スペース部の幅の均一性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（Ａ）は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）は図１（Ａ）中の露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】Ｌ＆Ｓパターンの一部を示す拡大断面図である。
【図３】正の相関を持つ第１及び第２のラインパターンの線幅の分布の一例を示す図である。
【図４】図４（Ａ）、図４（Ｂ）、及び図４（Ｃ）はそれぞれ正の相関を持つ第１及び第２のラインパターンの線幅の変化の一例を示す図である。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）、及び図５（Ｃ）はそれぞれ第１の実施形態の負の相関を持つ第１及び第２のラインパターンの線幅の変化の一例を示す図である。
【図６】第１の実施形態のパターン形成方法を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態におけるウエハ表面のパターンの変化を示す拡大断面図であり、図７（Ａ）はポジレジストが塗布されたウエハを示す図、図７（Ｂ）は現像後に形成されるレジストパターンを示す図、図７（Ｃ）はエッチング後に形成されるパターンを示す図、図７（Ｄ）はネガレジストが塗布されたウエハを示す図である。
【図８】図７（Ｄ）に続くウエハの表面のパターンの変化を示す拡大平面図であり、図８（Ａ）はウエハに露光されるＬ＆Ｓパターンの像を示す図、図８（Ｂ）は現像後に形成されるレジストパターンを示す図、図８（Ｃ）はエッチング後に形成されるパターンを示す図、図８（Ｄ）はハードマスク及びレジストが剥離された後のＬ＆Ｓパターンを示す図である。
【図９】第２の実施形態のパターン形成方法を示すフローチャートである。
【図１０】図１０（Ａ）はウエハのショット領域単位のＬ＆Ｓパターンの線幅分布の一例を示す平面図、図１０（Ｂ）は一つのショット領域内のＬ＆Ｓパターンの線幅分布の一例を示す拡大図である。
【図１１】第２の実施形態におけるウエハ表面のパターンの変化を示す拡大平面図であり、図１１（Ａ）はポジレジストに露光されるＬ＆Ｓパターンの像を示す図、図１１（Ｂ）は現像後に形成されるレジストパターンを示す図、図１１（Ｃ）はエッチング後に形成されるパターンを示す図、図１１（Ｄ）はハードマスク及びレジストが剥離された後のＬ＆Ｓパターンを示す図である。
【図１２】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形態】
【００１１】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態につき図１〜図８を参照して説明する。
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、図１（Ａ）中のスキャニングステッパー（スキャナー）よりなる走査型の露光装置（投影露光装置）１００の概略構成を示す図である。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（基板）に対するフォトレジスト（感光材料）の塗布及び現像を行うコータ・デベロッパ２００、ウエハのエッチングを行うエッチング装置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。
【００１２】
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（マスク）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の表面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主制御装置（不図示）、及びウエハＷの表面に形成されるパターンのピッチ及び線幅等を計測する例えばスキャタロメトリ(Scatterometry) 方式の線幅計測装置２２等も備えている。以下、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軸の回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【００１３】
照明系１０は、例えば米国特許出願公開第２００３／０２５８９０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（可変視野絞り）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のパターン面（下面）のＸ方向に細長い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。
【００１４】
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。
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光電検出器よりな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ＩＬの照度（パルスエネルギー）との関係は予め計測して記憶されている。露光量制御系（不図示）は、露光中にウエハＷの各点に対する積算露光量が目標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ＩＬのパルスエネルギー等を制御する。
【００１５】
レチクルＲを真空吸着等により保持するレチクルステージＲＳＴは、レチクルベース（不図示）のＸＹ平面に平行な上面に、Ｙ方向に一定速度で移動可能に、かつＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角が調整可能に載置されている。レチクルステージＲＳＴの位置情報は、複数軸のレーザ干渉計を含むレチクル干渉計１８によって、移動鏡１５（又はステージの鏡面加工された側面）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１８の計測値に基づいてリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系（不図示）を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度が制御される。
【００１６】
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２４と、該鏡筒２４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。レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲの照明領域ＩＡＲ内の回路パターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域内の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲと共役な領域）に形成される。本実施形態のウエハＷ（基板）は、例えばシリコン又はＳＯＩ(silicon on insulator)等からなる直径が２００ｍｍ、３００ｍｍ、又は４５０ｍｍ程度の円板状の基材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）を形成したものを含む。さらに、露光対象のウエハＷの表面には、フォトレジスト（感光材料）が所定の厚さ（例えば４０ｎｍ〜２００ｎｍ程度）で塗布される。
【００１７】
また、露光装置１００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２６を保持する鏡筒２４の下端部周囲を取り囲むように、先端レンズ２６とウエハＷとの間に液体Ｌｑを供給するための局所液浸装置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。ノズルユニット３２の液体Ｌｑの供給口は、供給流路及び供給管３１Ａを介して液体供給装置（不図示）に接続されている。ノズルユニット３２の液体Ｌｑの回収口は、回収流路及び回収管３１Ｂを介して液体回収装置（不図示）に接続されている。局所液浸装置３０の詳細な構成は、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書等に開示されている。
【００１８】
また、ウエハステージＷＳＴは、ベース盤１２のＸＹ平面に平行な上面１２ａに、Ｘ方向、Ｙ方向に移動可能に載置されている。ウエハステージＷＳＴは、ステージ本体２０と、ステージ本体２０の上面に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体２０内に設けられて、ステージ本体２０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駆動するＺ・レベリング機構とを備えている。ウエハテーブルＷＴＢには、ウエハＷを真空吸着等によってほぼＸＹ平面に平行な吸着面上に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の上面のウエハホルダ（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。
【００１９】
また、例えば米国特許第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の表面の複数の計測点の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（不図示）が設けられている。露光中に、このオートフォーカスセンサ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、ウエハステージＷＳＴのＺ・レベリング機構が駆動される。
【００２０】
また、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が形成されている。ウエハ干渉計１６を構成する複数軸のレーザ干渉計からその反射面（移動鏡でもよい）にそれぞれ干渉計ビームを投射することで、ウエハステージＷＳＴの位置情報（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）が例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で計測されている。この計測値に基づいてリニアモータ等を含むウエハステージ駆動系（不図示）を制御することで、ウエハステージＷＳＴの位置及び速度が制御される。なお、ウエハステージＷＳＴの位置情報は、回折格子状のスケールと検出ヘッドとを有するエンコーダ方式の検出装置で計測してもよい。
【００２１】
また、露光装置１００は、ウエハＷ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、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、ウエハステージＷＳＴに内蔵された空間像計測系（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。
【００２２】
ウエハＷの露光時には、ウエハステージＷＳＴをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動することで、ウエハＷの露光対象のショット領域が露光領域ＩＡの手前に移動する。また、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が供給される。そして、レチクルＲのパターンの一部の投影光学系ＰＬによる像をウエハＷの一つのショット領域に投影しつつ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを介してレチクルＲ及びウエハＷをＹ方向に同期して移動することで、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。
【００２３】
次に、本実施形態においてダブルパターニング法の一つであるピッチ分割法(Pitch Splitting Method)を用いて形成するＬ＆Ｓパターン（ライン・アンド・スペースパターン）の構成例につき説明する。
図２は、本実施形態で形成するＬ＆Ｓパターン５２の一部を示す拡大断面図である。図２において、基材３６の表面のデバイス層に、図２の紙面に平行な周期方向（これをＸ方向とする）に交互に形成された、それぞれ図２の紙面に垂直な方向（Ｙ方向）に細長い複数の第１のラインパターン３８Ａ及び複数の第２のラインパターン３８ＢからＬ＆Ｓパターン５２が構成されている。一例として、ピッチ分割法の１回目のパターン形成工程で形成される複数のラインパターンをマスクとして複数の第１のラインパターン３８Ａが形成され、ピッチ分割法の２回目のパターン形成工程で形成される複数のラインパターンをマスクとして複数の第２のラインパターン３８Ｂが形成されるものとする。また、第１のラインパターン３８Ａ及び第２のラインパターン３８ＢのそれぞれのＸ方向の線幅をＬ１及びＬ２とする。
【００２４】
ラインパターン３８ＡのＸ方向のピッチ（周期）をＰとすると、ラインパターン３８ＢのＸ方向のピッチもＰに等しい。ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅Ｌ１，Ｌ２の目標値はそれぞれＰ／４である。この場合、Ｌ＆Ｓパターン５２にとっては、ラインパターン３８Ａ及び３８Ｂは互いに等価であり、Ｌ＆Ｓパターン５２のＸ方向のピッチはＰ／２である。なお、第１のラインパターン３８Ａを基準にすると、第２のラインパターン３８Ｂの−Ｘ方向のエッジは、目標とする位置ＰＢ（ラインパターン３８Ａの−Ｘ方向のエッジからＰ／２だけずれた位置）に対して重ね合わせ誤差に相当する位置オフセットＯＬだけＸ方向にずれている。
【００２５】
また、＋Ｘ方向に向かってラインパターン３８Ａとラインパターン３８Ｂとの間の空間を第１のスペース部５０Ａ、ラインパターン３８Ｂとラインパターン３８Ａとの間の空間を第２のスペース部５０Ｂと呼ぶ。そして、スペース部５０Ａ及び５０ＢのそれぞれのＸ方向の幅をＳ１及びＳ２とする。スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の目標値はそれぞれＰ／４である。一例として、第１のラインパターン３８ＡのピッチＰを１２８ｎｍとすると、Ｌ＆Ｓパターン５２のＸ方向のピッチは露光装置１００の解像限界をほぼ超える６４ｎｍであり、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅Ｌ１，Ｌ２の目標値は３２ｎｍ、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の目標値も３２ｎｍである。
【００２６】
また、従来のピッチ分割法では、１回目及び２回目のパターン形成工程で使用される露光装置１００の露光条件はほぼ同じであるため、Ｌ＆Ｓパターン５２中の第１のラインパターン３８Ａの線幅Ｌ１と第２のラインパターン３８Ｂの線幅Ｌ２との間には正の相関がある。実際に多数のＬ＆Ｓパターン５２について線幅Ｌ１及びＬ２を計測した結果、図３に示すように、線幅Ｌ１と線幅Ｌ２との間には相関係数Ｒがほぼ０．５０９（Ｒ2＝０．２５８９）の正の相関があった。なお、図３において、横軸ｘは線幅Ｌ２［ｎｍ］であり、縦軸ｙは線幅Ｌ１［ｎｍ］である。
【００２７】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅Ｌ１，Ｌ２間に正の相関があるときのスペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の変化の一例を示す。図４（Ａ）に示すように、線幅Ｌ１，Ｌ２が目標値Ｌ０（＝Ｐ／４）であり、幅Ｓ１，Ｓ２も目標値Ｓ０（＝Ｐ／４）である状態を基準とする。このとき、図４（Ｂ）に示すように、ラインパターン３８Ａの線幅Ｌ１が狭くなると、正の相関によって、ラインパターン３８Ｂの線幅Ｌ２も狭くなりやすい。従って、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２はともに目標値Ｓ０よりも広くなりやすい。一方、図４（Ｃ）に示すように、ラインパターン３８Ａの線幅Ｌ１が広くなると、正の相関によって、ラインパターン３８Ｂの線幅Ｌ２も広くなりやすい。従って、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２はともに目標値Ｓ０よりも狭くなりやすい。従って、線幅Ｌ１，Ｌ２間に正の相関があると、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の線幅のばらつきが大きくなり、幅Ｓ１，Ｓ２の均一性が低下する。
【００２８】
これに対して、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅Ｌ１，Ｌ２間に負の相関があるときのスペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の変化の一例を示す。図５（Ａ）に示すように、線幅Ｌ１，Ｌ２が目標値Ｌ０（＝Ｐ／４）であり、幅Ｓ１，Ｓ２も目標値Ｓ０（＝Ｐ／４）である状態を基準とする。このとき、図５（Ｂ）に示すように、ラインパターン３８Ａの線幅Ｌ１が狭くなると、負の相関によって、ラインパターン３８Ｂの線幅Ｌ２は広くなりやすい。従って、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２はともに目標値Ｓ０付近にある。一方、図５（Ｃ）に示すように、ラインパターン３８Ａの線幅Ｌ１が広くなると、負の相関によって、ラインパターン３８Ｂの線幅Ｌ２は狭くなりやすい。従って、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２はともに目標値Ｓ０付近にある。従って、線幅Ｌ１，Ｌ２間に負の相関があると、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の線幅のばらつきが小さくなり、幅Ｓ１，Ｓ２の均一性が向上する。さらに、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅Ｌ１，Ｌ２間に負の相関があっても、線幅Ｌ１，Ｌ２の均一性は変化しない。
【００２９】
ここで、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の均一性を線幅Ｌ１，Ｌ２間の相関係数ｃ（Ｌ１，Ｌ２）を用いて評価する。図２において、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２はそれぞれ次のように表される。
Ｓ１＝Ｐ／２−（Ｌ１＋Ｌ２）／２＋ＯＬ …（１）
Ｓ２＝Ｐ／２−（Ｌ１＋Ｌ２）／２−ＯＬ …（２）
また、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅Ｌ１，Ｌ２の標準偏差の３倍（３σ）をそれぞれΔＣＤ1，ΔＣＤ2として、位置オフセットＯＬの平均値を＜ｍOL＞、位置オフセットＯＬの標準偏差の３倍をΔＯＬとする。このとき、相関係数ｃ（Ｌ１，Ｌ２）を用いると、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の個々の標準偏差の３倍の合成値ΔＣＤspace は次のようになる。この合成値ΔＣＤspace は、幅Ｓ１，Ｓ２の均一性を定量的に表している。
【００３０】
式（３）より、相関係数ｃ（Ｌ１，Ｌ２）が正の場合には、線幅Ｌ１，Ｌ２の相関を考慮しない場合に比べて合成値ΔＣＤspace が大きくなり、幅Ｓ１，Ｓ２の均一性が低下することが分かる。一方、相関係数ｃ（Ｌ１，Ｌ２）が負の場合には、線幅Ｌ１，Ｌ２の相関を考慮しない場合に比べて合成値ΔＣＤspace が小さくなり、幅Ｓ１，Ｓ２の均一性が向上することが分かる。そこで、本実施形態では、ピッチ分割法を適用する際に、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅Ｌ１，Ｌ２が負の相関を持つようにする。図３の相関係数はほぼ０．５であるため、一例として相関係数ｃ（Ｌ１，Ｌ２）は次のように−０．５以下であることが好ましい。
【００３１】
−０．５≧ｃ（Ｌ１，Ｌ２）≧−１ …（４）
これによって、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の均一性を表す式（３）の合成値ΔＣＤspace の２乗は２（ΔＣＤ1／２）（ΔＣＤ2／２）以上低減（改善）される。線幅Ｌ１，Ｌ２の分布が図３の場合には、（ΔＣＤ1／２）及び（ΔＣＤ2／２）はほぼ０．９ｎｍであり、合成値ΔＣＤspace の改善量はほぼ０．２５ｎｍ以上である。
【００３２】
また、本実施形態では、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅Ｌ１，Ｌ２が負の相関を持つように、ラインパターン３８Ａを形成するためのマスクパターンを形成する際に使用するフォトレジストと、ラインパターン３８Ｂを形成するためのマスクパターンを形成する際に使用するフォトレジストとのポジ・ネガの特性を逆にする。
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方法の一例につき図６のフローチャートを参照して説明する。この場合、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターンの各ラインパターンの線幅をｄとして、ピッチ（図２のＰ／２に相当する）を２ｄとする。一例として、ピッチ２ｄは６４ｎｍ（線幅ｄは３２ｎｍ）である。
【００３３】
まず、図６のステップ１０２において、不図示の薄膜形成装置を用いて、図７（Ａ）に示すように、シリコン又はＳＯＩ等の基材３６の表面にデバイス層３８、ハードマスク層４０を形成してウエハＷを作製する。次のステップ１０４において、ウエハＷを図１（Ａ）のコータ・デベロッパ２００に搬送して、図７（Ａ）に示すように、ウエハＷのハードマスク層４０の表面にポジ型のフォトレジスト（ポジレジスト）４２Ｐを塗布する。
【００３４】
次のステップ１０６において、ポジレジスト４２Ｐ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にロードする。露光装置１００のレチクルステージＲＳＴにロードされたレチクルＲには、遮光膜よりなり線幅が２ｄ×（１／β）（βは投影倍率）の複数のラインパターンをピッチ４ｄ×（１／β）でＸ方向に配列してなるＬ＆Ｓパターンが形成されている。レチクルＲには複数のアライメントマーク（不図示）も形成されている。アライメントの後、露光装置１００を用いて、ウエハＷの各ショット領域のポジレジスト４２ＰにレチクルＲのＬ＆Ｓパターンの像を露光する。図７（Ａ）に示すように、ウエハＷのポジレジスト４２Ｐは、Ｘ方向にピッチ４ｄの正弦波状の実線の光量分布４４で表されるＬ＆Ｓパターンの像５４で露光される。像５４の露光量は、１ピッチ内で感光される部分（現像後に溶解する部分）４６の幅が３ｄで、感光されない部分（以下、ラインパターン部と呼ぶ）４６Ｌの幅がｄとなるように設定される。
【００３５】
次のステップ１０８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、ウエハＷのポジレジスト４２Ｐの現像を行う。ウエハＷにおいて、像５４の周期方向をＸ方向とする。これによって、図７（Ｂ）に示すように、ウエハＷのハードマスク層４０の表面に、幅ｄの多数のライン状のレジストパターン４２ＰＡをＸ方向にピッチ４ｄで配列したＬ＆Ｓパターンが形成される。
【００３６】
次のステップ１１０において、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のレジストパターン４２ＰＡをマスクとしてハードマスク層４０のエッチングを行う。これにより、図７（Ｃ）に示すように、ウエハＷのデバイス層３８の表面に、レジストパターン４２ＰＡと同じ位置に同じ線幅ｄで形成された多数のハードマスクのラインパターン４０ＡをＸ方向にピッチ４ｄで配列したＬ＆Ｓパターン５４Ａが形成される。次のステップ１１２において、ウエハＷのＬ＆Ｓパターン５４Ａの上部のレジストパターン４２ＰＡが剥離される。
【００３７】
次のステップ１１４において、コータ・デベロッパ２００において、ウエハＷのハードマスクの多数のラインパターン４０Ａを覆うように、ネガ型のフォトレジスト（ネガレジスト）４２Ｎを塗布する。次のステップ１１６において、ネガレジスト４２Ｎが塗布されたウエハＷを露光装置１００のウエハステージＷＳＴにロードして、レチクルＲとウエハＷとのアライメントを行う。そして、露光装置１００を用いて、ウエハＷの各ショット領域のネガレジスト４２ＮにレチクルＲのＬ＆Ｓパターンの像を露光する。図８（Ａ）に示すように、ウエハＷのネガレジスト４２Ｎは、図７（Ａ）の場合と同じ実線の光量分布４４で表されるＬ＆Ｓパターンの像５６で露光される。像５６の露光量は、１ピッチ内で感光される部分（以下、ラインパターン部と呼ぶ）４８Ｌの幅がｄで、感光されない部分（現像後に溶解される部分）の幅が３ｄとなるように設定される。さらに、各ラインパターン部４８Ｌがハードマスクの２つの隣接するラインパターン４０Ａの中央に位置するようにアライメントが行われている。
【００３８】
次のステップ１１８において、露光後のウエハＷを露光装置１００からコータ・デベロッパ２００に搬送し、ウエハＷのネガレジスト４２Ｎの現像を行う。これによって、図８（Ｂ）に示すように、ウエハＷのデバイス層３８の表面のＸ方向にピッチ４ｄで配列されたハードマスクの多数のラインパターン４０Ａの間にそれぞれ位置するように、幅ｄの多数のライン状のレジストパターン４２ＮＡをＸ方向にピッチ４ｄで配列したＬ＆Ｓパターン５６Ａが形成される。
【００３９】
次のステップ１２０において、ウエハＷをエッチング装置３００に搬送し、ウエハＷのハードマスクのラインパターン４０Ａ及びレジストパターン４２ＮＡ（レジストのラインパターン）をマスクとしてデバイス層３８のエッチングを行う。これにより、図８（Ｃ）に示すように、ラインパターン４０Ａ及びレジストパターン４２ＮＡと同じ位置に同じ線幅ｄで形成された多数のデバイス用の第１及び第２のラインパターン３８Ａ及び３８Ｂを、Ｘ方向に間隔ｄで配列したＬ＆Ｓパターン５２が形成される。次のステップ１２２において、ウエハＷのＬ＆Ｓパターン５２の上部のレジストパターン４２ＮＡ及びハードマスクのラインパターン４０Ａが剥離されて、Ｌ＆Ｓパターン５２が完成する。Ｌ＆Ｓパターン５２は、ピッチ２ｄ（図２のピッチＰ／２に相当する）のパターンであり、＋Ｘ方向に向かって第１のラインパターン３８Ａと第２のラインパターン３８Ｂとの間が幅ｄの第１のスペース部５０Ａ、第２のラインパターン３８Ｂと第１のラインパターン３８Ａとの間が幅ｄの第２のスペース部５０Ｂである。
【００４０】
Ｌ＆Ｓパターン５２のラインパターンの線幅に影響する要因の一つは露光装置１００における露光量むら（積算露光量の目標値に対する誤差の分布）であると考えられる。また、図６のパターン製造工程において、ステップ１０６及びステップ１１６では同じ露光装置１００において、互いに同じレチクルＲのパターンの像が互いに同じ露光条件でウエハＷの各ショット領域に露光される。従って、ステップ１０６における露光量むらとステップ１１６における露光量むらとはほぼ同じ傾向を持つと考えられる。
【００４１】
そこで、ステップ１０６において、ウエハＷの或るショット領域の或る部分を露光しているときに、図７（Ａ）の点線の光量分布４４Ｏで示すように露光量が増大する場合、図７（Ｂ）に示すように、現像後に形成されるポジ型のレジストパターン４２ＰＯの線幅は（ｄ−δ）に狭くなる。
この場合、ステップ１１６においても、ウエハＷの同じショット領域の同じ部分を露光しているときに、図８（Ａ）の点線の光量分布４４Ｏで示すように露光量は増大する傾向がある。ところが、露光対象がネガレジスト４２Ｎであるため、図８（Ｂ）に示すように現像後に形成される点線のレジストパターン４２ＮＯの線幅はほぼ（ｄ＋δ）に太くなる。また、図７（Ｂ）のレジストパターン４２ＰＡの線幅は、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターン５２の第１のラインパターン３８Ａの線幅とほぼ同じであり、図８（Ｂ）のレジストパターン４２ＮＡの線幅は、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターン５２の第２のラインパターン３８Ｂの線幅とほぼ同じである。従って、第１のラインパターン３８Ａの線幅と第２のラインパターン３８Ｂの線幅とは負の相関を持つようになるため、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を参照して説明したように、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂ間のスペース部５０Ａ，５０Ｂの幅の均一性が向上する。
【００４２】
本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態のパターン形成方法中で露光装置１００を用いる露光方法が使用されている。本実施形態の露光方法は、ウエハＷ（基板）に最終的にＬ＆Ｓパターン５２を形成するためのパターンを露光する露光方法である。この露光方法は、ウエハＷの表面に複数のラインパターン部４６Ｌ（第１のラインパターン）を含むＬ＆Ｓパターンの像５４（第１の周期的パターン）を露光するステップ１０４，１０６と、ウエハＷの表面の複数のラインパターン部４６Ｌ（ラインパターン４０Ａ）の間に配置される複数のラインパターン部４８Ｌ（第２のラインパターン）を含むＬ＆Ｓパターンの像５６（第２の周期的パターン）を、ラインパターン部４６Ｌの線幅とラインパターン部４８Ｌの線幅とが負の相関を持つように露光するステップ１１４，１１６とを含んでいる。
【００４３】
また、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方法は、ウエハＷ（基板）にＬ＆Ｓパターン５２を形成するためのパターンを形成するパターン形成方法である。このパターン形成方法は、ウエハＷの表面に複数のラインパターン４０Ａ（第１のラインパターン）を含むＬ＆Ｓパターン５４Ａ（第１の周期的パターン）を形成するステップ１０２〜１１２と、ウエハＷの表面の複数のラインパターン４０Ａの間に配置される複数のライン状のレジストパターン４２ＮＡ（第２のラインパターン）を含むＬ＆Ｓパターン５６Ａ（第２の周期的パターン）を、ラインパターン４０Ａの線幅とレジストパターン４２ＮＡの線幅とが負の相関を持つように形成するステップ１１４〜１１８とを含んでいる。
【００４４】
本実施形態の露光方法によれば、複数のラインパターン部４８Ｌを含むＬ＆Ｓパターンの像５６が、複数のラインパターン部４６Ｌの線幅と複数のラインパターン部４８Ｌの線幅とが負の相関を持つように露光される。そして、最終的にラインパターン部４６Ｌ及び４８Ｌに基づいてそれぞれＬ＆Ｓパターン５２のラインパターン３８Ａ及び３８Ｂが形成される。また、本実施形態のパターン形成方法によれば、複数のレジストパターン４２ＮＡを含むＬ＆Ｓパターン５６Ａが、複数のラインパターン４０Ａの線幅と複数のレジストパターン４２ＮＡの線幅とが負の相関を持つように形成される。そして、最終的にラインパターン４０Ａ及びレジストパターン４２ＮＡに基づいてそれぞれＬ＆Ｓパターン５２のラインパターン３８Ａ及び３８Ｂが形成される。
【００４５】
従って、最終的にウエハＷに形成されるＬ＆Ｓパターン５２の第１のラインパターン３８Ａの線幅と第２のラインパターン３８Ｂの線幅との平均値が目標値に近づくため、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの間のスペース部５０Ａ，５０Ｂの幅も目標値に近づいて、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅の均一性が向上する。
（２）また、ラインパターン部４６Ｌの線幅とラインパターン部４８Ｌの線幅とが負の相関を持つように、ひいてはラインパターン４０Ａの線幅とレジストパターン４２ＮＡの線幅とが負の相関を持つようにするために、ラインパターン部４６Ｌ（ラインパターン４０Ａ）を形成するときにポジレジスト４２Ｐを使用し、ラインパターン部４８Ｌ（ラインパターン４０ＮＡ）を形成するときにネガレジスト４２Ｎを使用している。従って、露光装置１００の露光条件を同一にしたままで、容易に２つのパターン部（パターン）の線幅の相関を逆にできる。
【００４６】
なお、ラインパターン部４６Ｌ（ラインパターン４０Ａ）を形成するときにネガレジストを使用し、ラインパターン部４８Ｌ（ラインパターン４０ＮＡ）を形成するときにポジレジストを使用しても、同様に２つのパターン部（パターン）の線幅の相関を逆にできる。
また、本実施形態において、ポジレジスト４２Ｐ及び／又はネガレジスト４２Ｎは、それぞれ多層レジスト膜であってもよい。
【００４７】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態につき図９〜図１１を参照して説明する。図９において図６に対応する工程には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。また、図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）において、図８（Ａ）〜図８（Ｄ）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及び図１（Ｂ）の露光装置１００を使用する。
【００４８】
以下、本実施形態のパターン形成方法の一例につき図９のフローチャートを参照して説明する。図９のステップ１０２〜１１２の動作は図６のステップ１０２〜１１２の動作と同じである。これによって、図１１（Ａ）に示すように、ウエハ（Ｗ１とする）の基材３６の上面のデバイス層３８の表面に、ハードマスクよりなる線幅ｄ（目標値）の多数のラインパターン４０Ａ（Ｌ＆Ｓパターン５４Ａ）がＸ方向にピッチ４ｄで形成される。
【００４９】
図９のステップ１１２に続くステップ１３０において、Ｌ＆Ｓパターン５４Ａが形成されたウエハＷ１（この段階ではフォトレジストは塗布されていない）を図１（Ｂ）の露光装置１００のウエハステージＷＳＴにロードし、線幅計測装置２２によってウエハＷ１のショット領域毎に所定位置にある複数のラインパターン４０Ａの線幅を計測し、その線幅の平均値ｄｍを求める。
【００５０】
図１０（Ａ）は、ウエハＷ１のショット領域ＳＡｉ（ｉ＝１〜Ｉ：Ｉは数１０のオーダの整数）毎の、複数のラインパターン４０Ａの線幅の計測値の平均値ｄｍの分布を示す。図１０（Ａ）において、ショット領域ＳＡｉに付された斜線又は濃度に対応する数値（ｄ０＋ｋ・δ１）（ｋ＝−３〜３）は、当該ショット領域ＳＡｉの線幅の平均値ｄｍを表している。より正確には、線幅の平均値ｄｍは以下の範囲にある。
【００５１】
ｄ０＋（ｋ−０．５）δ１≦ｄｍ＜ｄ０＋（ｋ＋０．５）δ１ …（５）
最終的にウエハＷ１に形成されるＬ＆Ｓパターンのピッチ（２ｄ）を６４ｎｍとした場合、一例として、式（５）中の線幅の中央値ｄ０は３２ｎｍ程度であり、線幅の変化量δ１は０．３ｎｍ程度である。
さらに、露光装置１００の主制御装置（不図示）は、計測された線幅の平均値ｄｍからウエハＷ１のショット領域ＳＡｉ毎の実際の露光量（露光量むら）を求める。本実施形態では、ラインパターン４０Ａを形成するためにステップ１０４でポジレジスト４２Ｐが使用されており、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照して説明したように、露光量が目標露光量よりも大きいと、ラインパターン４０Ａの線幅は狭くなり、露光量が目標露光量より小さいと、ラインパターン４０Ａの線幅は広くなる。また、簡単のために、或るショット領域ＳＡｉの線幅の平均値ｄｍがほぼ以下の値であるとする。なお、ｋ‘は例えば整数である。
【００５２】
ｄｍ＝ｄ０＋ｋ‘・δ１ …（６Ａ）
このとき、ステップ１０６におけるショット領域ＳＡｉの実際の露光量（平均積算露光量）Ｅｍは、ほぼ次の値であったと推定する。なお、Ｅ０は目標露光量、δＥ１は線幅がδ１だけ狭くなったときの露光量の増加分である。
Ｅｍ＝Ｅ０−ｋ‘・δＥ１ …（７Ａ）
次に、図９のステップ１３２において、露光装置１００の主制御装置（不図示）は、ウエハＷ１のショット領域ＳＡｉ毎の目標露光量の補正値を計算する。本実施形態においても、１回目の露光で形成されるラインパターンの線幅と２回目の露光で形成されるラインパターンの線幅との相関を負にするものとする。このためには、当該ショット領域ＳＡｉで２回目に形成されるラインパターンの線幅の平均値ｄｍ‘を次のように設定すればよい。
【００５３】
ｄｍ‘＝ｄ０−ｋ’・δ１ …（６Ｂ）
さらに、本実施形態では、後述のように２回目の露光時にもポジレジストを使用するため、ショット領域ＳＡｉに対する目標露光量Ｅｍ‘は、式（７Ａ）に対応して次のように設定すればよい。
Ｅｍ‘＝Ｅ０＋ｋ’・δＥ１ …（７Ｂ）
従って、ショット領域ＳＡｉにおける２回目の露光時の露光量の補正値はｋ‘・δＥ１となる。これは、１回目の露光時の露光量むらに対して、２回目の露光時の露光量むらを逆の分布に設定することを意味する。
【００５４】
次のステップ１３４において、コータ・デベロッパ２００において、ウエハＷ１のハードマスクの多数のラインパターン４０Ａを覆うように、ポジ型のフォトレジスト（ポジレジスト）４３Ｐを塗布する。次のステップ１３６において、ポジレジスト４３Ｐが塗布されたウエハＷ１を露光装置１００のウエハステージＷＳＴにロードして、レチクルＲとウエハＷ１とのアライメントを行う。そして、露光装置１００を用いて、ウエハＷ１の各ショット領域のポジレジスト４３ＰにレチクルＲのＬ＆Ｓパターンの像を露光する。図１１（Ａ）に示すように、ウエハＷ１のポジレジスト４３Ｐは、図７（Ａ）の場合と同じ光量分布で相対位置がずれた実線の光量分布４４Ｓで表されるＬ＆Ｓパターンの像５４Ｓで露光される。像５４Ｓの露光量は、１ピッチ内で感光される部分（現像後に溶解される部分）４６Ｓの幅が３ｄで、感光されない部分（以下、ラインパターン部と呼ぶ）４６ＳＬの幅がｄとなるように設定されている。より正確には、各ショット領域ＳＡｉの露光量の目標値は式（７Ｂ）に応じて補正されている。さらに、各ラインパターン部４６ＳＬがハードマスクの２つの隣接するラインパターン４０Ａの中央に位置するようにアライメントが行われている。
【００５５】
次のステップ１３８において、露光後のウエハＷ１を露光装置１００からコータ・デベロッパ２００に搬送し、ウエハＷ１のポジレジスト４３Ｐの現像を行う。これによって、図１１（Ｂ）に示すように、ウエハＷ１のデバイス層３８の表面のＸ方向にピッチ４ｄで配列された多数のラインパターン４０Ａ（ハードマスク）の間に位置するように、幅ｄの多数のライン状のレジストパターン４３ＰＡをＸ方向にピッチ４ｄで配列したＬ＆Ｓパターン５４ＳＡが形成される。
【００５６】
次のステップ１４０において、ウエハＷ１をエッチング装置３００に搬送し、ウエハＷ１のハードマスクのラインパターン４０Ａ及びレジストパターン４３ＰＡ（レジストのラインパターン）をマスクとしてデバイス層３８のエッチングを行う。これにより、図１１（Ｃ）に示すように、ラインパターン４０Ａ及びレジストパターン４３ＰＡと同じ位置に同じ線幅ｄで形成された多数のデバイス用の第１及び第２のラインパターン３８Ａ及び３８Ｂを、Ｘ方向に間隔ｄで配列したＬ＆Ｓパターン５２が形成される。次のステップ１４２において、ウエハＷのＬ＆Ｓパターン５２の上部のレジストパターン４３ＰＡ及びハードマスクのラインパターン４０Ａが剥離されて、図１１（Ｄ）のＬ＆Ｓパターン５２が完成する。
【００５７】
本実施形態のステップ１０６において、ウエハＷ１の或るショット領域を露光しているときに、図７（Ａ）の点線の光量分布４４Ｏで示すように露光量が増大する場合、図７（Ｂ）に示すように、現像後に形成されるポジ型のレジストパターン４２ＰＯの線幅は（ｄ−δ）まで狭くなる。
この場合、本実施形態では、ステップ１３４でウエハＷ１の同じショット領域を露光するときの露光量は、図１１（Ａ）の点線の光量分布４４ＳＵで示すように減少する。従って、図１１（Ｂ）に示すように現像後に形成されるレジストパターン４３ＰＵの線幅はほぼ（ｄ＋δ）まで太くなる。従って、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターン５２の第１のラインパターン３８Ａの線幅と第２のラインパターン３８Ｂの線幅とは負の相関を持つため、第１の実施形態と同様に、図１１（Ｄ）のラインパターン３８Ａ，３８Ｂ間のスペース部５０Ａ，５０Ｂの幅の均一性が向上する。
【００５８】
本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態の露光方法を含むパターン形成方法では、複数のラインパターン部４６Ｌの線幅と複数のラインパターン部４６ＳＬの線幅とに負の相関を持たせるために、さらに複数のラインパターン４０Ａの線幅と複数のラインパターン４３ＰＵの線幅とに負の相関を持たせるために、Ｌ＆Ｓパターンの像５４（第１の周期的パターン）を露光するステップ１０６と、Ｌ＆Ｓパターンの像５４Ｓ（第２の周期的パターン）を露光するときとで、ウエハＷ１の露光量むらの分布をほぼ逆にしている。
【００５９】
従って、２回の露光で同じ種類のフォトレジスト（ポジレジスト）を使用しても、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターン５２のラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅に負の相関を持たせることができ、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅の均一性を向上できる。
なお、１回目の露光と２回目の露光とで、ネガレジストを使用することも可能である。
（２）また、本実施形態では、１回目の露光後に、線幅計測装置２２を用いてウエハＷ１のショット領域ＳＡｉ毎の所定の複数のラインパターン４０Ａの線幅を計測し、この計測結果から露光量むらを求め（ステップ１３０）、その露光量むらに基づいて２回目の露光時のショット領域ＳＡｉ毎の露光量の補正量を求めている（ステップ１３２）。従って、ラインパターン４０Ａの線幅の計測値から正確に露光量むらを求めることができ、最終的に形成されるラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅に高精度に負の相関を持たせることができる。
【００６０】
なお、本実施形態では以下のような変形が可能である。本実施形態では、ウエハＷ１のショット領域ＳＡｉ毎に露光量むらを求めている。しかしながら、図９のステップ１３０に対応する工程において、図１０（Ｂ）に示すように、ウエハＷ１の所定のショット領域ＳＡｉ内の例えば１０行×１０列程度に設定された計測点付近で、それぞれ図１１（Ａ）の複数のラインパターン４０Ａの線幅を計測してもよい。図１０（Ｂ）には、各計測点付近で計測された線幅の平均値ｄｍの分布の一例が表示されている。この場合、ショット領域ＳＡｉ内の第１領域ＳＡｉ１、第２領域ＳＡｉ２、及び第３領域ＳＡｉ３の平均値ｄｍはそれぞれ近似的にｄ０＋ｊ・δ１＋δ２，ｄ０＋ｊ・δ１，ｄ０＋ｊ・δ１―δ２である。なお、ｊは所定の整数であり、ウエハＷ１に形成されるＬ＆Ｓパターン５２のピッチ（２ｄ）を６４ｎｍとした場合、一例として、線幅の中央値ｄ０は３２ｎｍ程度、線幅の変化量δ１は０．３ｎｍ程度、線幅の変化量δ２は０．１５ｎｍ程度である。さらに、その線幅に対応させて、領域ＳＡｉ１，ＳＡｉ２，ＳＡｉ３毎の平均的な露光量Ｅ０＋δＥ１１，Ｅ０＋δＥ１２，Ｅ０＋δＥ１２を求める。なお、Ｅ０は目標露光量である。
【００６１】
この場合には、図９のステップ１３２に対応する工程において、ショット領域ＳＡｉを露光する際に、領域ＳＡｉ１，ＳＡｉ２，ＳＡｉ３毎の露光量の補正値（Ｅ０に対する増減量）を−δＥ１１，−δＥ１２，−δＥ１２に設定する。なお、露光装置１００でショット領域ＳＡｉを露光する際に、ショット領域ＳＡｉ内で部分的に露光量を制御するためには、一例として照明系１０内のレチクルブラインドの走査方向の幅を部分的に制御して、ウエハの表面の露光領域ＩＡのＹ方向（走査方向）の幅を部分的に変化させればよい。これによって、ショット領域ＳＡｉ内で、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターン５２のラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅の負の相関性を高めることができ、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅の均一性が向上する。
【００６２】
また、上記の実施形態は、本発明をピッチ分割法を用いる場合に適用したものである。しかしながら、本発明は二重露光法を用いて露光装置１００の解像限界を超える微細なＬ＆Ｓパターンを形成する場合にも適用可能である。二重露光法に本発明を適用する場合には、１回目のＬ＆Ｓパターンの像の露光時に、例えば図１（Ｂ）の露光装置１００のインテグレータセンサＩＳを用いてショット領域毎の露光量の誤差（露光量むら）を計測し、２回目のＬ＆Ｓパターンの像の露光時に、露光量の補正値を、その露光量の誤差の符号を反転した値に設定すればよい。
【００６３】
また、上記の実施形態の露光方法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１２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、デバイスの基材に薄膜を形成して基板（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。
【００６４】
また、この製造工程中で、上記の実施形態のパターン形成方法も使用されている。この場合、上記の実施形態の露光方法又はパターン形成方法によれば、露光装置の解像限界を超える微細な周期的パターンのスペース部の幅の均一性を向上できるため、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。
なお、本発明は、走査露光型の投影露光装置のみならず、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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【符号の説明】
【００６７】
Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ（基板）、３６…基材、３８…デバイス層、３８Ａ…第１のラインパターン、３８Ｂ…第２のラインパターン、４０…ハードマスク層、４０Ａ…ラインパターン、４２Ｐ…ポジ型のフォトレジスト、４２Ｎ…ネガ型のフォトレジスト、４２ＮＡ…レジストパターン、５０Ａ…第１のスペース部、５０Ｂ…第２のスペース部、５２…Ｌ＆Ｓパターン、１００…露光装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にパターンを露光する露光方法、基板にパターンを形成するパターン形成方法、並びにその露光方法又はパターン形成方法を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィー工程で使用される露光装置においては、解像度を高めるために、露光波長の短波長化、照明条件の最適化、及び投影光学系の開口数をさらに増大するための液浸法の適用等が行われてきた。最近では、露光装置の解像限界よりも微細なピッチの回路パターンを形成するためにダブルパターニング法が使用されている。
【０００３】
ダブルパターニング法としては、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。）の露光及び現像等によってウエハ等の基板の表面に、最終的に形成されるパターンのピッチに比べて線幅が１／２で、ピッチが例えば２倍の複数のラインパターンを形成する工程を、基板と露光されるパターンとの相対位置をその最終的に形成されるパターンのピッチ分だけずらして２回行うピッチ分割法(Pitch Splitting Method)が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Andrew J. Hazelton et al. "Double-patterning requirements for optical lithography and prospects for optical extension without double patterning", J. Micro/Nanolith. MEMS MOEMS, （米国）Vol.8(1), 011003, Jan-Mar (2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ピッチ分割法においては、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターンの複数のラインパターンの線幅の均一性を高めるとともに、複数のラインパターンの間のスペース部の幅の均一性を高めることも求められている。
本発明はこのような事情に鑑み、周期的パターンを露光又は形成する際にスペース部の幅の均一性を高め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の態様によれば、基板にパターンを露光する露光方法が提供される。この露光方法は、その基板の表面に複数の第１のラインパターンを含む第１の周期的パターンを露光することと、その基板の表面のその第１の周期的パターンの複数の第１のラインパターンの間に配置される複数の第２のラインパターンを含む第２の周期的パターンを、その第１のラインパターンの線幅とその第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように露光することと、を含むものである。
【０００７】
また、本発明の第２の態様によれば、本発明の露光方法を用いて、基板にデバイス用パターンを露光することと、そのデバイス用パターンが露光されたその基板をそのデバイス用パターンに基づいて加工することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
また、本発明の第３の態様によれば、基板にパターンを形成するパターン形成方法が提供される。このパターン形成方法は、その基板の表面に複数の第１のラインパターンを含む第１の周期的パターンを形成することと、その基板の表面のその第１の周期的パターンの複数の第１のラインパターンの間に配置される複数の第２のラインパターンを含む第２の周期的パターンを、その第１のラインパターンの線幅とその第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように形成することと、を含むものである。
【０００８】
また、本発明の第４の態様によれば、本発明のパターン形成方法を用いて、基板にデバイス用パターンを形成することを含むデバイス製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の第２のラインパターンを含む第２の周期的パターンが、複数の第１のラインパターンの線幅と複数の第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように露光又は形成される。従って、複数の第１のラインパターンの線幅と複数の第２のラインパターンの線幅との平均値が目標とする線幅に近づくため、複数の第１のラインパターンと複数の第２のラインパターンとの間のスペース部の幅も目標とする幅に近づいて、スペース部の幅の均一性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（Ａ）は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）は図１（Ａ）中の露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】Ｌ＆Ｓパターンの一部を示す拡大断面図である。
【図３】正の相関を持つ第１及び第２のラインパターンの線幅の分布の一例を示す図である。
【図４】図４（Ａ）、図４（Ｂ）、及び図４（Ｃ）はそれぞれ正の相関を持つ第１及び第２のラインパターンの線幅の変化の一例を示す図である。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）、及び図５（Ｃ）はそれぞれ第１の実施形態の負の相関を持つ第１及び第２のラインパターンの線幅の変化の一例を示す図である。
【図６】第１の実施形態のパターン形成方法を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態におけるウエハ表面のパターンの変化を示す拡大断面図であり、図７（Ａ）はポジレジストが塗布されたウエハを示す図、図７（Ｂ）は現像後に形成されるレジストパターンを示す図、図７（Ｃ）はエッチング後に形成されるパターンを示す図、図７（Ｄ）はネガレジストが塗布されたウエハを示す図である。
【図８】図７（Ｄ）に続くウエハの表面のパターンの変化を示す拡大平面図であり、図８（Ａ）はウエハに露光されるＬ＆Ｓパターンの像を示す図、図８（Ｂ）は現像後に形成されるレジストパターンを示す図、図８（Ｃ）はエッチング後に形成されるパターンを示す図、図８（Ｄ）はハードマスク及びレジストが剥離された後のＬ＆Ｓパターンを示す図である。
【図９】第２の実施形態のパターン形成方法を示すフローチャートである。
【図１０】図１０（Ａ）はウエハのショット領域単位のＬ＆Ｓパターンの線幅分布の一例を示す平面図、図１０（Ｂ）は一つのショット領域内のＬ＆Ｓパターンの線幅分布の一例を示す拡大図である。
【図１１】第２の実施形態におけるウエハ表面のパターンの変化を示す拡大平面図であり、図１１（Ａ）はポジレジストに露光されるＬ＆Ｓパターンの像を示す図、図１１（Ｂ）は現像後に形成されるレジストパターンを示す図、図１１（Ｃ）はエッチング後に形成されるパターンを示す図、図１１（Ｄ）はハードマスク及びレジストが剥離された後のＬ＆Ｓパターンを示す図である。
【図１２】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形態】
【００１１】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態につき図１〜図８を参照して説明する。
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、図１（Ａ）中のスキャニングステッパー（スキャナー）よりなる走査型の露光装置（投影露光装置）１００の概略構成を示す図である。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（基板）に対するフォトレジスト（感光材料）の塗布及び現像を行うコータ・デベロッパ２００、ウエハのエッチングを行うエッチング装置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。
【００１２】
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（マスク）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の表面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主制御装置（不図示）、及びウエハＷの表面に形成されるパターンのピッチ及び線幅等を計測する例えばスキャタロメトリ(Scatterometry) 方式の線幅計測装置２２等も備えている。以下、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軸の回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【００１３】
照明系１０は、例えば米国特許出願公開第２００３／０２５８９０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（可変視野絞り）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のパターン面（下面）のＸ方向に細長い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。
【００１４】
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。
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光電検出器よりな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ＩＬの照度（パルスエネルギー）との関係は予め計測して記憶されている。露光量制御系（不図示）は、露光中にウエハＷの各点に対する積算露光量が目標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ＩＬのパルスエネルギー等を制御する。
【００１５】
レチクルＲを真空吸着等により保持するレチクルステージＲＳＴは、レチクルベース（不図示）のＸＹ平面に平行な上面に、Ｙ方向に一定速度で移動可能に、かつＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角が調整可能に載置されている。レチクルステージＲＳＴの位置情報は、複数軸のレーザ干渉計を含むレチクル干渉計１８によって、移動鏡１５（又はステージの鏡面加工された側面）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１８の計測値に基づいてリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系（不図示）を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度が制御される。
【００１６】
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２４と、該鏡筒２４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。レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲの照明領域ＩＡＲ内の回路パターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域内の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲと共役な領域）に形成される。本実施形態のウエハＷ（基板）は、例えばシリコン又はＳＯＩ(silicon on insulator)等からなる直径が２００ｍｍ、３００ｍｍ、又は４５０ｍｍ程度の円板状の基材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）を形成したものを含む。さらに、露光対象のウエハＷの表面には、フォトレジスト（感光材料）が所定の厚さ（例えば４０ｎｍ〜２００ｎｍ程度）で塗布される。
【００１７】
また、露光装置１００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２６を保持する鏡筒２４の下端部周囲を取り囲むように、先端レンズ２６とウエハＷとの間に液体Ｌｑを供給するための局所液浸装置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。ノズルユニット３２の液体Ｌｑの供給口は、供給流路及び供給管３１Ａを介して液体供給装置（不図示）に接続されている。ノズルユニット３２の液体Ｌｑの回収口は、回収流路及び回収管３１Ｂを介して液体回収装置（不図示）に接続されている。局所液浸装置３０の詳細な構成は、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書等に開示されている。
【００１８】
また、ウエハステージＷＳＴは、ベース盤１２のＸＹ平面に平行な上面１２ａに、Ｘ方向、Ｙ方向に移動可能に載置されている。ウエハステージＷＳＴは、ステージ本体２０と、ステージ本体２０の上面に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体２０内に設けられて、ステージ本体２０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駆動するＺ・レベリング機構とを備えている。ウエハテーブルＷＴＢには、ウエハＷを真空吸着等によってほぼＸＹ平面に平行な吸着面上に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の上面のウエハホルダ（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。
【００１９】
また、例えば米国特許第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の表面の複数の計測点の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（不図示）が設けられている。露光中に、このオートフォーカスセンサ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、ウエハステージＷＳＴのＺ・レベリング機構が駆動される。
【００２０】
また、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が形成されている。ウエハ干渉計１６を構成する複数軸のレーザ干渉計からその反射面（移動鏡でもよい）にそれぞれ干渉計ビームを投射することで、ウエハステージＷＳＴの位置情報（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）が例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で計測されている。この計測値に基づいてリニアモータ等を含むウエハステージ駆動系（不図示）を制御することで、ウエハステージＷＳＴの位置及び速度が制御される。なお、ウエハステージＷＳＴの位置情報は、回折格子状のスケールと検出ヘッドとを有するエンコーダ方式の検出装置で計測してもよい。
【００２１】
また、露光装置１００は、ウエハＷ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、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、ウエハステージＷＳＴに内蔵された空間像計測系（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。
【００２２】
ウエハＷの露光時には、ウエハステージＷＳＴをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動することで、ウエハＷの露光対象のショット領域が露光領域ＩＡの手前に移動する。また、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が供給される。そして、レチクルＲのパターンの一部の投影光学系ＰＬによる像をウエハＷの一つのショット領域に投影しつつ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを介してレチクルＲ及びウエハＷをＹ方向に同期して移動することで、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。
【００２３】
次に、本実施形態においてダブルパターニング法の一つであるピッチ分割法(Pitch Splitting Method)を用いて形成するＬ＆Ｓパターン（ライン・アンド・スペースパターン）の構成例につき説明する。
図２は、本実施形態で形成するＬ＆Ｓパターン５２の一部を示す拡大断面図である。図２において、基材３６の表面のデバイス層に、図２の紙面に平行な周期方向（これをＸ方向とする）に交互に形成された、それぞれ図２の紙面に垂直な方向（Ｙ方向）に細長い複数の第１のラインパターン３８Ａ及び複数の第２のラインパターン３８ＢからＬ＆Ｓパターン５２が構成されている。一例として、ピッチ分割法の１回目のパターン形成工程で形成される複数のラインパターンをマスクとして複数の第１のラインパターン３８Ａが形成され、ピッチ分割法の２回目のパターン形成工程で形成される複数のラインパターンをマスクとして複数の第２のラインパターン３８Ｂが形成されるものとする。また、第１のラインパターン３８Ａ及び第２のラインパターン３８ＢのそれぞれのＸ方向の線幅をＬ１及びＬ２とする。
【００２４】
ラインパターン３８ＡのＸ方向のピッチ（周期）をＰとすると、ラインパターン３８ＢのＸ方向のピッチもＰに等しい。ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅Ｌ１，Ｌ２の目標値はそれぞれＰ／４である。この場合、Ｌ＆Ｓパターン５２にとっては、ラインパターン３８Ａ及び３８Ｂは互いに等価であり、Ｌ＆Ｓパターン５２のＸ方向のピッチはＰ／２である。なお、第１のラインパターン３８Ａを基準にすると、第２のラインパターン３８Ｂの−Ｘ方向のエッジは、目標とする位置ＰＢ（ラインパターン３８Ａの−Ｘ方向のエッジからＰ／２だけずれた位置）に対して重ね合わせ誤差に相当する位置オフセットＯＬだけＸ方向にずれている。
【００２５】
また、＋Ｘ方向に向かってラインパターン３８Ａとラインパターン３８Ｂとの間の空間を第１のスペース部５０Ａ、ラインパターン３８Ｂとラインパターン３８Ａとの間の空間を第２のスペース部５０Ｂと呼ぶ。そして、スペース部５０Ａ及び５０ＢのそれぞれのＸ方向の幅をＳ１及びＳ２とする。スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の目標値はそれぞれＰ／４である。一例として、第１のラインパターン３８ＡのピッチＰを１２８ｎｍとすると、Ｌ＆Ｓパターン５２のＸ方向のピッチは露光装置１００の解像限界をほぼ超える６４ｎｍであり、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅Ｌ１，Ｌ２の目標値は３２ｎｍ、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の目標値も３２ｎｍである。
【００２６】
また、従来のピッチ分割法では、１回目及び２回目のパターン形成工程で使用される露光装置１００の露光条件はほぼ同じであるため、Ｌ＆Ｓパターン５２中の第１のラインパターン３８Ａの線幅Ｌ１と第２のラインパターン３８Ｂの線幅Ｌ２との間には正の相関がある。実際に多数のＬ＆Ｓパターン５２について線幅Ｌ１及びＬ２を計測した結果、図３に示すように、線幅Ｌ１と線幅Ｌ２との間には相関係数Ｒがほぼ０．５０９（Ｒ2＝０．２５８９）の正の相関があった。なお、図３において、横軸ｘは線幅Ｌ２［ｎｍ］であり、縦軸ｙは線幅Ｌ１［ｎｍ］である。
【００２７】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅Ｌ１，Ｌ２間に正の相関があるときのスペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の変化の一例を示す。図４（Ａ）に示すように、線幅Ｌ１，Ｌ２が目標値Ｌ０（＝Ｐ／４）であり、幅Ｓ１，Ｓ２も目標値Ｓ０（＝Ｐ／４）である状態を基準とする。このとき、図４（Ｂ）に示すように、ラインパターン３８Ａの線幅Ｌ１が狭くなると、正の相関によって、ラインパターン３８Ｂの線幅Ｌ２も狭くなりやすい。従って、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２はともに目標値Ｓ０よりも広くなりやすい。一方、図４（Ｃ）に示すように、ラインパターン３８Ａの線幅Ｌ１が広くなると、正の相関によって、ラインパターン３８Ｂの線幅Ｌ２も広くなりやすい。従って、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２はともに目標値Ｓ０よりも狭くなりやすい。従って、線幅Ｌ１，Ｌ２間に正の相関があると、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の線幅のばらつきが大きくなり、幅Ｓ１，Ｓ２の均一性が低下する。
【００２８】
これに対して、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅Ｌ１，Ｌ２間に負の相関があるときのスペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の変化の一例を示す。図５（Ａ）に示すように、線幅Ｌ１，Ｌ２が目標値Ｌ０（＝Ｐ／４）であり、幅Ｓ１，Ｓ２も目標値Ｓ０（＝Ｐ／４）である状態を基準とする。このとき、図５（Ｂ）に示すように、ラインパターン３８Ａの線幅Ｌ１が狭くなると、負の相関によって、ラインパターン３８Ｂの線幅Ｌ２は広くなりやすい。従って、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２はともに目標値Ｓ０付近にある。一方、図５（Ｃ）に示すように、ラインパターン３８Ａの線幅Ｌ１が広くなると、負の相関によって、ラインパターン３８Ｂの線幅Ｌ２は狭くなりやすい。従って、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２はともに目標値Ｓ０付近にある。従って、線幅Ｌ１，Ｌ２間に負の相関があると、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の線幅のばらつきが小さくなり、幅Ｓ１，Ｓ２の均一性が向上する。さらに、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅Ｌ１，Ｌ２間に負の相関があっても、線幅Ｌ１，Ｌ２の均一性は変化しない。
【００２９】
ここで、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の均一性を線幅Ｌ１，Ｌ２間の相関係数ｃ（Ｌ１，Ｌ２）を用いて評価する。図２において、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２はそれぞれ次のように表される。
Ｓ１＝Ｐ／２−（Ｌ１＋Ｌ２）／２＋ＯＬ …（１）
Ｓ２＝Ｐ／２−（Ｌ１＋Ｌ２）／２−ＯＬ …（２）
また、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅Ｌ１，Ｌ２の標準偏差の３倍（３σ）をそれぞれΔＣＤ1，ΔＣＤ2として、位置オフセットＯＬの平均値を＜ｍOL＞、位置オフセットＯＬの標準偏差の３倍をΔＯＬとする。このとき、相関係数ｃ（Ｌ１，Ｌ２）を用いると、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の個々の標準偏差の３倍の合成値ΔＣＤspace は次のようになる。この合成値ΔＣＤspace は、幅Ｓ１，Ｓ２の均一性を定量的に表している。
【００３０】
式（３）より、相関係数ｃ（Ｌ１，Ｌ２）が正の場合には、線幅Ｌ１，Ｌ２の相関を考慮しない場合に比べて合成値ΔＣＤspace が大きくなり、幅Ｓ１，Ｓ２の均一性が低下することが分かる。一方、相関係数ｃ（Ｌ１，Ｌ２）が負の場合には、線幅Ｌ１，Ｌ２の相関を考慮しない場合に比べて合成値ΔＣＤspace が小さくなり、幅Ｓ１，Ｓ２の均一性が向上することが分かる。そこで、本実施形態では、ピッチ分割法を適用する際に、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅Ｌ１，Ｌ２が負の相関を持つようにする。図３の相関係数はほぼ０．５であるため、一例として相関係数ｃ（Ｌ１，Ｌ２）は次のように−０．５以下であることが好ましい。
【００３１】
−０．５≧ｃ（Ｌ１，Ｌ２）≧−１ …（４）
これによって、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅Ｓ１，Ｓ２の均一性を表す式（３）の合成値ΔＣＤspace の２乗は２（ΔＣＤ1／２）（ΔＣＤ2／２）以上低減（改善）される。線幅Ｌ１，Ｌ２の分布が図３の場合には、（ΔＣＤ1／２）及び（ΔＣＤ2／２）はほぼ０．９ｎｍであり、合成値ΔＣＤspace の改善量はほぼ０．２５ｎｍ以上である。
【００３２】
また、本実施形態では、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅Ｌ１，Ｌ２が負の相関を持つように、ラインパターン３８Ａを形成するためのマスクパターンを形成する際に使用するフォトレジストと、ラインパターン３８Ｂを形成するためのマスクパターンを形成する際に使用するフォトレジストとのポジ・ネガの特性を逆にする。
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方法の一例につき図６のフローチャートを参照して説明する。この場合、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターンの各ラインパターンの線幅をｄとして、ピッチ（図２のＰ／２に相当する）を２ｄとする。一例として、ピッチ２ｄは６４ｎｍ（線幅ｄは３２ｎｍ）である。
【００３３】
まず、図６のステップ１０２において、不図示の薄膜形成装置を用いて、図７（Ａ）に示すように、シリコン又はＳＯＩ等の基材３６の表面にデバイス層３８、ハードマスク層４０を形成してウエハＷを作製する。次のステップ１０４において、ウエハＷを図１（Ａ）のコータ・デベロッパ２００に搬送して、図７（Ａ）に示すように、ウエハＷのハードマスク層４０の表面にポジ型のフォトレジスト（ポジレジスト）４２Ｐを塗布する。
【００３４】
次のステップ１０６において、ポジレジスト４２Ｐ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にロードする。露光装置１００のレチクルステージＲＳＴにロードされたレチクルＲには、遮光膜よりなり線幅が２ｄ×（１／β）（βは投影倍率）の複数のラインパターンをピッチ４ｄ×（１／β）でＸ方向に配列してなるＬ＆Ｓパターンが形成されている。レチクルＲには複数のアライメントマーク（不図示）も形成されている。アライメントの後、露光装置１００を用いて、ウエハＷの各ショット領域のポジレジスト４２ＰにレチクルＲのＬ＆Ｓパターンの像を露光する。図７（Ａ）に示すように、ウエハＷのポジレジスト４２Ｐは、Ｘ方向にピッチ４ｄの正弦波状の実線の光量分布４４で表されるＬ＆Ｓパターンの像５４で露光される。像５４の露光量は、１ピッチ内で感光される部分（現像後に溶解する部分）４６の幅が３ｄで、感光されない部分（以下、ラインパターン部と呼ぶ）４６Ｌの幅がｄとなるように設定される。
【００３５】
次のステップ１０８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、ウエハＷのポジレジスト４２Ｐの現像を行う。ウエハＷにおいて、像５４の周期方向をＸ方向とする。これによって、図７（Ｂ）に示すように、ウエハＷのハードマスク層４０の表面に、幅ｄの多数のライン状のレジストパターン４２ＰＡをＸ方向にピッチ４ｄで配列したＬ＆Ｓパターンが形成される。
【００３６】
次のステップ１１０において、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のレジストパターン４２ＰＡをマスクとしてハードマスク層４０のエッチングを行う。これにより、図７（Ｃ）に示すように、ウエハＷのデバイス層３８の表面に、レジストパターン４２ＰＡと同じ位置に同じ線幅ｄで形成された多数のハードマスクのラインパターン４０ＡをＸ方向にピッチ４ｄで配列したＬ＆Ｓパターン５４Ａが形成される。次のステップ１１２において、ウエハＷのＬ＆Ｓパターン５４Ａの上部のレジストパターン４２ＰＡが剥離される。
【００３７】
次のステップ１１４において、コータ・デベロッパ２００において、ウエハＷのハードマスクの多数のラインパターン４０Ａを覆うように、ネガ型のフォトレジスト（ネガレジスト）４２Ｎを塗布する。次のステップ１１６において、ネガレジスト４２Ｎが塗布されたウエハＷを露光装置１００のウエハステージＷＳＴにロードして、レチクルＲとウエハＷとのアライメントを行う。そして、露光装置１００を用いて、ウエハＷの各ショット領域のネガレジスト４２ＮにレチクルＲのＬ＆Ｓパターンの像を露光する。図８（Ａ）に示すように、ウエハＷのネガレジスト４２Ｎは、図７（Ａ）の場合と同じ実線の光量分布４４で表されるＬ＆Ｓパターンの像５６で露光される。像５６の露光量は、１ピッチ内で感光される部分（以下、ラインパターン部と呼ぶ）４８Ｌの幅がｄで、感光されない部分（現像後に溶解される部分）の幅が３ｄとなるように設定される。さらに、各ラインパターン部４８Ｌがハードマスクの２つの隣接するラインパターン４０Ａの中央に位置するようにアライメントが行われている。
【００３８】
次のステップ１１８において、露光後のウエハＷを露光装置１００からコータ・デベロッパ２００に搬送し、ウエハＷのネガレジスト４２Ｎの現像を行う。これによって、図８（Ｂ）に示すように、ウエハＷのデバイス層３８の表面のＸ方向にピッチ４ｄで配列されたハードマスクの多数のラインパターン４０Ａの間にそれぞれ位置するように、幅ｄの多数のライン状のレジストパターン４２ＮＡをＸ方向にピッチ４ｄで配列したＬ＆Ｓパターン５６Ａが形成される。
【００３９】
次のステップ１２０において、ウエハＷをエッチング装置３００に搬送し、ウエハＷのハードマスクのラインパターン４０Ａ及びレジストパターン４２ＮＡ（レジストのラインパターン）をマスクとしてデバイス層３８のエッチングを行う。これにより、図８（Ｃ）に示すように、ラインパターン４０Ａ及びレジストパターン４２ＮＡと同じ位置に同じ線幅ｄで形成された多数のデバイス用の第１及び第２のラインパターン３８Ａ及び３８Ｂを、Ｘ方向に間隔ｄで配列したＬ＆Ｓパターン５２が形成される。次のステップ１２２において、ウエハＷのＬ＆Ｓパターン５２の上部のレジストパターン４２ＮＡ及びハードマスクのラインパターン４０Ａが剥離されて、Ｌ＆Ｓパターン５２が完成する。Ｌ＆Ｓパターン５２は、ピッチ２ｄ（図２のピッチＰ／２に相当する）のパターンであり、＋Ｘ方向に向かって第１のラインパターン３８Ａと第２のラインパターン３８Ｂとの間が幅ｄの第１のスペース部５０Ａ、第２のラインパターン３８Ｂと第１のラインパターン３８Ａとの間が幅ｄの第２のスペース部５０Ｂである。
【００４０】
Ｌ＆Ｓパターン５２のラインパターンの線幅に影響する要因の一つは露光装置１００における露光量むら（積算露光量の目標値に対する誤差の分布）であると考えられる。また、図６のパターン製造工程において、ステップ１０６及びステップ１１６では同じ露光装置１００において、互いに同じレチクルＲのパターンの像が互いに同じ露光条件でウエハＷの各ショット領域に露光される。従って、ステップ１０６における露光量むらとステップ１１６における露光量むらとはほぼ同じ傾向を持つと考えられる。
【００４１】
そこで、ステップ１０６において、ウエハＷの或るショット領域の或る部分を露光しているときに、図７（Ａ）の点線の光量分布４４Ｏで示すように露光量が増大する場合、図７（Ｂ）に示すように、現像後に形成されるポジ型のレジストパターン４２ＰＯの線幅は（ｄ−δ）に狭くなる。
この場合、ステップ１１６においても、ウエハＷの同じショット領域の同じ部分を露光しているときに、図８（Ａ）の点線の光量分布４４Ｏで示すように露光量は増大する傾向がある。ところが、露光対象がネガレジスト４２Ｎであるため、図８（Ｂ）に示すように現像後に形成される点線のレジストパターン４２ＮＯの線幅はほぼ（ｄ＋δ）に太くなる。また、図７（Ｂ）のレジストパターン４２ＰＡの線幅は、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターン５２の第１のラインパターン３８Ａの線幅とほぼ同じであり、図８（Ｂ）のレジストパターン４２ＮＡの線幅は、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターン５２の第２のラインパターン３８Ｂの線幅とほぼ同じである。従って、第１のラインパターン３８Ａの線幅と第２のラインパターン３８Ｂの線幅とは負の相関を持つようになるため、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を参照して説明したように、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂ間のスペース部５０Ａ，５０Ｂの幅の均一性が向上する。
【００４２】
本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態のパターン形成方法中で露光装置１００を用いる露光方法が使用されている。本実施形態の露光方法は、ウエハＷ（基板）に最終的にＬ＆Ｓパターン５２を形成するためのパターンを露光する露光方法である。この露光方法は、ウエハＷの表面に複数のラインパターン部４６Ｌ（第１のラインパターン）を含むＬ＆Ｓパターンの像５４（第１の周期的パターン）を露光するステップ１０４，１０６と、ウエハＷの表面の複数のラインパターン部４６Ｌ（ラインパターン４０Ａ）の間に配置される複数のラインパターン部４８Ｌ（第２のラインパターン）を含むＬ＆Ｓパターンの像５６（第２の周期的パターン）を、ラインパターン部４６Ｌの線幅とラインパターン部４８Ｌの線幅とが負の相関を持つように露光するステップ１１４，１１６とを含んでいる。
【００４３】
また、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方法は、ウエハＷ（基板）にＬ＆Ｓパターン５２を形成するためのパターンを形成するパターン形成方法である。このパターン形成方法は、ウエハＷの表面に複数のラインパターン４０Ａ（第１のラインパターン）を含むＬ＆Ｓパターン５４Ａ（第１の周期的パターン）を形成するステップ１０２〜１１２と、ウエハＷの表面の複数のラインパターン４０Ａの間に配置される複数のライン状のレジストパターン４２ＮＡ（第２のラインパターン）を含むＬ＆Ｓパターン５６Ａ（第２の周期的パターン）を、ラインパターン４０Ａの線幅とレジストパターン４２ＮＡの線幅とが負の相関を持つように形成するステップ１１４〜１１８とを含んでいる。
【００４４】
本実施形態の露光方法によれば、複数のラインパターン部４８Ｌを含むＬ＆Ｓパターンの像５６が、複数のラインパターン部４６Ｌの線幅と複数のラインパターン部４８Ｌの線幅とが負の相関を持つように露光される。そして、最終的にラインパターン部４６Ｌ及び４８Ｌに基づいてそれぞれＬ＆Ｓパターン５２のラインパターン３８Ａ及び３８Ｂが形成される。また、本実施形態のパターン形成方法によれば、複数のレジストパターン４２ＮＡを含むＬ＆Ｓパターン５６Ａが、複数のラインパターン４０Ａの線幅と複数のレジストパターン４２ＮＡの線幅とが負の相関を持つように形成される。そして、最終的にラインパターン４０Ａ及びレジストパターン４２ＮＡに基づいてそれぞれＬ＆Ｓパターン５２のラインパターン３８Ａ及び３８Ｂが形成される。
【００４５】
従って、最終的にウエハＷに形成されるＬ＆Ｓパターン５２の第１のラインパターン３８Ａの線幅と第２のラインパターン３８Ｂの線幅との平均値が目標値に近づくため、ラインパターン３８Ａ，３８Ｂの間のスペース部５０Ａ，５０Ｂの幅も目標値に近づいて、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅の均一性が向上する。
（２）また、ラインパターン部４６Ｌの線幅とラインパターン部４８Ｌの線幅とが負の相関を持つように、ひいてはラインパターン４０Ａの線幅とレジストパターン４２ＮＡの線幅とが負の相関を持つようにするために、ラインパターン部４６Ｌ（ラインパターン４０Ａ）を形成するときにポジレジスト４２Ｐを使用し、ラインパターン部４８Ｌ（ラインパターン４０ＮＡ）を形成するときにネガレジスト４２Ｎを使用している。従って、露光装置１００の露光条件を同一にしたままで、容易に２つのパターン部（パターン）の線幅の相関を逆にできる。
【００４６】
なお、ラインパターン部４６Ｌ（ラインパターン４０Ａ）を形成するときにネガレジストを使用し、ラインパターン部４８Ｌ（ラインパターン４０ＮＡ）を形成するときにポジレジストを使用しても、同様に２つのパターン部（パターン）の線幅の相関を逆にできる。
また、本実施形態において、ポジレジスト４２Ｐ及び／又はネガレジスト４２Ｎは、それぞれ多層レジスト膜であってもよい。
【００４７】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態につき図９〜図１１を参照して説明する。図９において図６に対応する工程には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。また、図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）において、図８（Ａ）〜図８（Ｄ）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及び図１（Ｂ）の露光装置１００を使用する。
【００４８】
以下、本実施形態のパターン形成方法の一例につき図９のフローチャートを参照して説明する。図９のステップ１０２〜１１２の動作は図６のステップ１０２〜１１２の動作と同じである。これによって、図１１（Ａ）に示すように、ウエハ（Ｗ１とする）の基材３６の上面のデバイス層３８の表面に、ハードマスクよりなる線幅ｄ（目標値）の多数のラインパターン４０Ａ（Ｌ＆Ｓパターン５４Ａ）がＸ方向にピッチ４ｄで形成される。
【００４９】
図９のステップ１１２に続くステップ１３０において、Ｌ＆Ｓパターン５４Ａが形成されたウエハＷ１（この段階ではフォトレジストは塗布されていない）を図１（Ｂ）の露光装置１００のウエハステージＷＳＴにロードし、線幅計測装置２２によってウエハＷ１のショット領域毎に所定位置にある複数のラインパターン４０Ａの線幅を計測し、その線幅の平均値ｄｍを求める。
【００５０】
図１０（Ａ）は、ウエハＷ１のショット領域ＳＡｉ（ｉ＝１〜Ｉ：Ｉは数１０のオーダの整数）毎の、複数のラインパターン４０Ａの線幅の計測値の平均値ｄｍの分布を示す。図１０（Ａ）において、ショット領域ＳＡｉに付された斜線又は濃度に対応する数値（ｄ０＋ｋ・δ１）（ｋ＝−３〜３）は、当該ショット領域ＳＡｉの線幅の平均値ｄｍを表している。より正確には、線幅の平均値ｄｍは以下の範囲にある。
【００５１】
ｄ０＋（ｋ−０．５）δ１≦ｄｍ＜ｄ０＋（ｋ＋０．５）δ１ …（５）
最終的にウエハＷ１に形成されるＬ＆Ｓパターンのピッチ（２ｄ）を６４ｎｍとした場合、一例として、式（５）中の線幅の中央値ｄ０は３２ｎｍ程度であり、線幅の変化量δ１は０．３ｎｍ程度である。
さらに、露光装置１００の主制御装置（不図示）は、計測された線幅の平均値ｄｍからウエハＷ１のショット領域ＳＡｉ毎の実際の露光量（露光量むら）を求める。本実施形態では、ラインパターン４０Ａを形成するためにステップ１０４でポジレジスト４２Ｐが使用されており、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照して説明したように、露光量が目標露光量よりも大きいと、ラインパターン４０Ａの線幅は狭くなり、露光量が目標露光量より小さいと、ラインパターン４０Ａの線幅は広くなる。また、簡単のために、或るショット領域ＳＡｉの線幅の平均値ｄｍがほぼ以下の値であるとする。なお、ｋ‘は例えば整数である。
【００５２】
ｄｍ＝ｄ０＋ｋ‘・δ１ …（６Ａ）
このとき、ステップ１０６におけるショット領域ＳＡｉの実際の露光量（平均積算露光量）Ｅｍは、ほぼ次の値であったと推定する。なお、Ｅ０は目標露光量、δＥ１は線幅がδ１だけ狭くなったときの露光量の増加分である。
Ｅｍ＝Ｅ０−ｋ‘・δＥ１ …（７Ａ）
次に、図９のステップ１３２において、露光装置１００の主制御装置（不図示）は、ウエハＷ１のショット領域ＳＡｉ毎の目標露光量の補正値を計算する。本実施形態においても、１回目の露光で形成されるラインパターンの線幅と２回目の露光で形成されるラインパターンの線幅との相関を負にするものとする。このためには、当該ショット領域ＳＡｉで２回目に形成されるラインパターンの線幅の平均値ｄｍ‘を次のように設定すればよい。
【００５３】
ｄｍ‘＝ｄ０−ｋ’・δ１ …（６Ｂ）
さらに、本実施形態では、後述のように２回目の露光時にもポジレジストを使用するため、ショット領域ＳＡｉに対する目標露光量Ｅｍ‘は、式（７Ａ）に対応して次のように設定すればよい。
Ｅｍ‘＝Ｅ０＋ｋ’・δＥ１ …（７Ｂ）
従って、ショット領域ＳＡｉにおける２回目の露光時の露光量の補正値はｋ‘・δＥ１となる。これは、１回目の露光時の露光量むらに対して、２回目の露光時の露光量むらを逆の分布に設定することを意味する。
【００５４】
次のステップ１３４において、コータ・デベロッパ２００において、ウエハＷ１のハードマスクの多数のラインパターン４０Ａを覆うように、ポジ型のフォトレジスト（ポジレジスト）４３Ｐを塗布する。次のステップ１３６において、ポジレジスト４３Ｐが塗布されたウエハＷ１を露光装置１００のウエハステージＷＳＴにロードして、レチクルＲとウエハＷ１とのアライメントを行う。そして、露光装置１００を用いて、ウエハＷ１の各ショット領域のポジレジスト４３ＰにレチクルＲのＬ＆Ｓパターンの像を露光する。図１１（Ａ）に示すように、ウエハＷ１のポジレジスト４３Ｐは、図７（Ａ）の場合と同じ光量分布で相対位置がずれた実線の光量分布４４Ｓで表されるＬ＆Ｓパターンの像５４Ｓで露光される。像５４Ｓの露光量は、１ピッチ内で感光される部分（現像後に溶解される部分）４６Ｓの幅が３ｄで、感光されない部分（以下、ラインパターン部と呼ぶ）４６ＳＬの幅がｄとなるように設定されている。より正確には、各ショット領域ＳＡｉの露光量の目標値は式（７Ｂ）に応じて補正されている。さらに、各ラインパターン部４６ＳＬがハードマスクの２つの隣接するラインパターン４０Ａの中央に位置するようにアライメントが行われている。
【００５５】
次のステップ１３８において、露光後のウエハＷ１を露光装置１００からコータ・デベロッパ２００に搬送し、ウエハＷ１のポジレジスト４３Ｐの現像を行う。これによって、図１１（Ｂ）に示すように、ウエハＷ１のデバイス層３８の表面のＸ方向にピッチ４ｄで配列された多数のラインパターン４０Ａ（ハードマスク）の間に位置するように、幅ｄの多数のライン状のレジストパターン４３ＰＡをＸ方向にピッチ４ｄで配列したＬ＆Ｓパターン５４ＳＡが形成される。
【００５６】
次のステップ１４０において、ウエハＷ１をエッチング装置３００に搬送し、ウエハＷ１のハードマスクのラインパターン４０Ａ及びレジストパターン４３ＰＡ（レジストのラインパターン）をマスクとしてデバイス層３８のエッチングを行う。これにより、図１１（Ｃ）に示すように、ラインパターン４０Ａ及びレジストパターン４３ＰＡと同じ位置に同じ線幅ｄで形成された多数のデバイス用の第１及び第２のラインパターン３８Ａ及び３８Ｂを、Ｘ方向に間隔ｄで配列したＬ＆Ｓパターン５２が形成される。次のステップ１４２において、ウエハＷのＬ＆Ｓパターン５２の上部のレジストパターン４３ＰＡ及びハードマスクのラインパターン４０Ａが剥離されて、図１１（Ｄ）のＬ＆Ｓパターン５２が完成する。
【００５７】
本実施形態のステップ１０６において、ウエハＷ１の或るショット領域を露光しているときに、図７（Ａ）の点線の光量分布４４Ｏで示すように露光量が増大する場合、図７（Ｂ）に示すように、現像後に形成されるポジ型のレジストパターン４２ＰＯの線幅は（ｄ−δ）まで狭くなる。
この場合、本実施形態では、ステップ１３４でウエハＷ１の同じショット領域を露光するときの露光量は、図１１（Ａ）の点線の光量分布４４ＳＵで示すように減少する。従って、図１１（Ｂ）に示すように現像後に形成されるレジストパターン４３ＰＵの線幅はほぼ（ｄ＋δ）まで太くなる。従って、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターン５２の第１のラインパターン３８Ａの線幅と第２のラインパターン３８Ｂの線幅とは負の相関を持つため、第１の実施形態と同様に、図１１（Ｄ）のラインパターン３８Ａ，３８Ｂ間のスペース部５０Ａ，５０Ｂの幅の均一性が向上する。
【００５８】
本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態の露光方法を含むパターン形成方法では、複数のラインパターン部４６Ｌの線幅と複数のラインパターン部４６ＳＬの線幅とに負の相関を持たせるために、さらに複数のラインパターン４０Ａの線幅と複数のラインパターン４３ＰＵの線幅とに負の相関を持たせるために、Ｌ＆Ｓパターンの像５４（第１の周期的パターン）を露光するステップ１０６と、Ｌ＆Ｓパターンの像５４Ｓ（第２の周期的パターン）を露光するときとで、ウエハＷ１の露光量むらの分布をほぼ逆にしている。
【００５９】
従って、２回の露光で同じ種類のフォトレジスト（ポジレジスト）を使用しても、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターン５２のラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅に負の相関を持たせることができ、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅の均一性を向上できる。
なお、１回目の露光と２回目の露光とで、ネガレジストを使用することも可能である。
（２）また、本実施形態では、１回目の露光後に、線幅計測装置２２を用いてウエハＷ１のショット領域ＳＡｉ毎の所定の複数のラインパターン４０Ａの線幅を計測し、この計測結果から露光量むらを求め（ステップ１３０）、その露光量むらに基づいて２回目の露光時のショット領域ＳＡｉ毎の露光量の補正量を求めている（ステップ１３２）。従って、ラインパターン４０Ａの線幅の計測値から正確に露光量むらを求めることができ、最終的に形成されるラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅に高精度に負の相関を持たせることができる。
【００６０】
なお、本実施形態では以下のような変形が可能である。本実施形態では、ウエハＷ１のショット領域ＳＡｉ毎に露光量むらを求めている。しかしながら、図９のステップ１３０に対応する工程において、図１０（Ｂ）に示すように、ウエハＷ１の所定のショット領域ＳＡｉ内の例えば１０行×１０列程度に設定された計測点付近で、それぞれ図１１（Ａ）の複数のラインパターン４０Ａの線幅を計測してもよい。図１０（Ｂ）には、各計測点付近で計測された線幅の平均値ｄｍの分布の一例が表示されている。この場合、ショット領域ＳＡｉ内の第１領域ＳＡｉ１、第２領域ＳＡｉ２、及び第３領域ＳＡｉ３の平均値ｄｍはそれぞれ近似的にｄ０＋ｊ・δ１＋δ２，ｄ０＋ｊ・δ１，ｄ０＋ｊ・δ１―δ２である。なお、ｊは所定の整数であり、ウエハＷ１に形成されるＬ＆Ｓパターン５２のピッチ（２ｄ）を６４ｎｍとした場合、一例として、線幅の中央値ｄ０は３２ｎｍ程度、線幅の変化量δ１は０．３ｎｍ程度、線幅の変化量δ２は０．１５ｎｍ程度である。さらに、その線幅に対応させて、領域ＳＡｉ１，ＳＡｉ２，ＳＡｉ３毎の平均的な露光量Ｅ０＋δＥ１１，Ｅ０＋δＥ１２，Ｅ０＋δＥ１２を求める。なお、Ｅ０は目標露光量である。
【００６１】
この場合には、図９のステップ１３２に対応する工程において、ショット領域ＳＡｉを露光する際に、領域ＳＡｉ１，ＳＡｉ２，ＳＡｉ３毎の露光量の補正値（Ｅ０に対する増減量）を−δＥ１１，−δＥ１２，−δＥ１２に設定する。なお、露光装置１００でショット領域ＳＡｉを露光する際に、ショット領域ＳＡｉ内で部分的に露光量を制御するためには、一例として照明系１０内のレチクルブラインドの走査方向の幅を部分的に制御して、ウエハの表面の露光領域ＩＡのＹ方向（走査方向）の幅を部分的に変化させればよい。これによって、ショット領域ＳＡｉ内で、最終的に形成されるＬ＆Ｓパターン５２のラインパターン３８Ａ，３８Ｂの線幅の負の相関性を高めることができ、スペース部５０Ａ，５０Ｂの幅の均一性が向上する。
【００６２】
また、上記の実施形態は、本発明をピッチ分割法を用いる場合に適用したものである。しかしながら、本発明は二重露光法を用いて露光装置１００の解像限界を超える微細なＬ＆Ｓパターンを形成する場合にも適用可能である。二重露光法に本発明を適用する場合には、１回目のＬ＆Ｓパターンの像の露光時に、例えば図１（Ｂ）の露光装置１００のインテグレータセンサＩＳを用いてショット領域毎の露光量の誤差（露光量むら）を計測し、２回目のＬ＆Ｓパターンの像の露光時に、露光量の補正値を、その露光量の誤差の符号を反転した値に設定すればよい。
【００６３】
また、上記の実施形態の露光方法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１２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、デバイスの基材に薄膜を形成して基板（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。
【００６４】
また、この製造工程中で、上記の実施形態のパターン形成方法も使用されている。この場合、上記の実施形態の露光方法又はパターン形成方法によれば、露光装置の解像限界を超える微細な周期的パターンのスペース部の幅の均一性を向上できるため、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。
なお、本発明は、走査露光型の投影露光装置のみならず、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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【符号の説明】
【００６７】
Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ（基板）、３６…基材、３８…デバイス層、３８Ａ…第１のラインパターン、３８Ｂ…第２のラインパターン、４０…ハードマスク層、４０Ａ…ラインパターン、４２Ｐ…ポジ型のフォトレジスト、４２Ｎ…ネガ型のフォトレジスト、４２ＮＡ…レジストパターン、５０Ａ…第１のスペース部、５０Ｂ…第２のスペース部、５２…Ｌ＆Ｓパターン、１００…露光装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にパターンを露光する露光方法において、
前記基板の表面に複数の第１のラインパターンを含む第１の周期的パターンを露光することと、
前記基板の表面の前記第１の周期的パターンの前記複数の第１のラインパターンの間に配置される複数の第２のラインパターンを含む第２の周期的パターンを、前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように露光することと、
を含む露光方法。
【請求項２】
前記第２の周期的パターンを露光するときの前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅との相関が−０．５以下である請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記第２の周期的パターンを、前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように露光することは、
前記第１の周期的パターンを露光するときに対して、前記基板の感光材料のポジ・ネガの特性を逆にして前記第２の周期的パターンを露光することである請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記第２の周期的パターンを、前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように露光することは、
前記第１の周期的パターンを露光するときに対して、前記基板の露光量むらの分布をほぼ逆にして前記第２の周期的パターンを露光することである請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項５】
前記第１の周期的パターンを露光するときに対して、前記基板の露光量むらの分布をほぼ逆にして前記第２の周期的パターンを露光することは、
前記基板の表面の複数の区画領域に前記第１の周期的パターンを露光した後で、前記基板の少なくとも一つの前記区画領域内に形成された前記複数の第１のラインパターンの線幅の分布を計測して、前記区画領域内の露光量むらを求めることと、
前記区画領域内の前記第１の周期的パターンの露光量むらとほぼ逆の分布になるように、前記第２の周期的パターンを前記基板の前記複数の区画領域に露光するときの露光量分布を設定することと、
を含む請求項４に記載の露光方法。
【請求項６】
前記第１の周期的パターンを露光するときに対して、前記基板の露光量むらの分布をほぼ逆にして前記第２の周期的パターンを露光することは、
前記基板の表面の複数の区画領域に前記第１の周期的パターンを露光した後で、前記基板の表面の前記複数の第１のラインパターンの線幅の分布を計測して、前記基板の表面の露光量むらを求めることと、
前記基板の表面の前記第１の周期的パターンの露光量むらとほぼ逆の分布になるように、前記第２の周期的パターンを前記基板の前記複数の区画領域に露光するときの前記区画領域毎の露光量分布を設定することと、
を含む請求項４に記載の露光方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、基板にデバイス用パターンを露光することと、
前記デバイス用パターンが露光された前記基板を前記デバイス用パターンに基づいて加工することと、
を含むデバイス製造方法。
【請求項８】
基板にパターンを形成するパターン形成方法において、
前記基板の表面に複数の第１のラインパターンを含む第１の周期的パターンを形成することと、
前記基板の表面の前記第１の周期的パターンの前記複数の第１のラインパターンの間に配置される複数の第２のラインパターンを含む第２の周期的パターンを、前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように形成することと、
を含むパターン形成方法。
【請求項９】
前記第２の周期的パターンを形成するときの前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅との相関が−０．５以下である請求項８に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記第２の周期的パターンを、前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように形成することは、
前記第１の周期的パターンを形成するときに対してポジ・ネガの特性が逆の感光材料を前記基板に塗布することを含む請求項８又は９に記載のパターン形成方法。
【請求項１１】
前記第２の周期的パターンを、前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように形成することは、
前記第１の周期的パターンを形成するときに対して、前記基板の露光量むらの分布がほぼ逆になるように前記第２の周期的パターンに対応するパターンを前記基板に露光することを含む請求項８又は９に記載のパターン形成方法。
【請求項１２】
前記第２の周期的パターンを、前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように形成することは、
前記基板の表面の前記第１の周期的パターンの前記複数の第１のラインパターンの少なくとも一部の線幅を計測することと、
前記線幅の計測結果に基づいて、前記基板の表面に形成する前記第２の周期的パターンの前記複数の第２のラインパターンの線幅の目標値を設定することと、
を含む請求項８〜１１のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項１３】
請求項８〜１２のいずれか一項に記載のパターン形成方法を用いて、基板にデバイス用パターンを形成することを含むデバイス製造方法。
【請求項１】
基板にパターンを露光する露光方法において、
前記基板の表面に複数の第１のラインパターンを含む第１の周期的パターンを露光することと、
前記基板の表面の前記第１の周期的パターンの前記複数の第１のラインパターンの間に配置される複数の第２のラインパターンを含む第２の周期的パターンを、前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように露光することと、
を含む露光方法。
【請求項２】
前記第２の周期的パターンを露光するときの前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅との相関が−０．５以下である請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記第２の周期的パターンを、前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように露光することは、
前記第１の周期的パターンを露光するときに対して、前記基板の感光材料のポジ・ネガの特性を逆にして前記第２の周期的パターンを露光することである請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記第２の周期的パターンを、前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように露光することは、
前記第１の周期的パターンを露光するときに対して、前記基板の露光量むらの分布をほぼ逆にして前記第２の周期的パターンを露光することである請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項５】
前記第１の周期的パターンを露光するときに対して、前記基板の露光量むらの分布をほぼ逆にして前記第２の周期的パターンを露光することは、
前記基板の表面の複数の区画領域に前記第１の周期的パターンを露光した後で、前記基板の少なくとも一つの前記区画領域内に形成された前記複数の第１のラインパターンの線幅の分布を計測して、前記区画領域内の露光量むらを求めることと、
前記区画領域内の前記第１の周期的パターンの露光量むらとほぼ逆の分布になるように、前記第２の周期的パターンを前記基板の前記複数の区画領域に露光するときの露光量分布を設定することと、
を含む請求項４に記載の露光方法。
【請求項６】
前記第１の周期的パターンを露光するときに対して、前記基板の露光量むらの分布をほぼ逆にして前記第２の周期的パターンを露光することは、
前記基板の表面の複数の区画領域に前記第１の周期的パターンを露光した後で、前記基板の表面の前記複数の第１のラインパターンの線幅の分布を計測して、前記基板の表面の露光量むらを求めることと、
前記基板の表面の前記第１の周期的パターンの露光量むらとほぼ逆の分布になるように、前記第２の周期的パターンを前記基板の前記複数の区画領域に露光するときの前記区画領域毎の露光量分布を設定することと、
を含む請求項４に記載の露光方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、基板にデバイス用パターンを露光することと、
前記デバイス用パターンが露光された前記基板を前記デバイス用パターンに基づいて加工することと、
を含むデバイス製造方法。
【請求項８】
基板にパターンを形成するパターン形成方法において、
前記基板の表面に複数の第１のラインパターンを含む第１の周期的パターンを形成することと、
前記基板の表面の前記第１の周期的パターンの前記複数の第１のラインパターンの間に配置される複数の第２のラインパターンを含む第２の周期的パターンを、前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように形成することと、
を含むパターン形成方法。
【請求項９】
前記第２の周期的パターンを形成するときの前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅との相関が−０．５以下である請求項８に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記第２の周期的パターンを、前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように形成することは、
前記第１の周期的パターンを形成するときに対してポジ・ネガの特性が逆の感光材料を前記基板に塗布することを含む請求項８又は９に記載のパターン形成方法。
【請求項１１】
前記第２の周期的パターンを、前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように形成することは、
前記第１の周期的パターンを形成するときに対して、前記基板の露光量むらの分布がほぼ逆になるように前記第２の周期的パターンに対応するパターンを前記基板に露光することを含む請求項８又は９に記載のパターン形成方法。
【請求項１２】
前記第２の周期的パターンを、前記第１のラインパターンの線幅と前記第２のラインパターンの線幅とが負の相関を持つように形成することは、
前記基板の表面の前記第１の周期的パターンの前記複数の第１のラインパターンの少なくとも一部の線幅を計測することと、
前記線幅の計測結果に基づいて、前記基板の表面に形成する前記第２の周期的パターンの前記複数の第２のラインパターンの線幅の目標値を設定することと、
を含む請求項８〜１１のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項１３】
請求項８〜１２のいずれか一項に記載のパターン形成方法を用いて、基板にデバイス用パターンを形成するこ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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２４９６３１（Ｐ２０１１−２４９６３１Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２２３２１（Ｐ２０１０−１２２３２１）
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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