JP2011014835A - 半導体デバイスの製造方法，パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細加工において、製造効率を向上可能であって、コストダウンを実現する。
【解決手段】不溶化処理（Ｓ３１）の実施においては、レジストパターン形成工程（Ｓ１１）での露光処理において照射した露光光と同じ波長の光を、レジストパターンに照射する再露光処理を実施する。そして、その再露光処理が実施されたレジストパターンについて加熱する加熱処理を実施する。これにより、レジストパターンについて不溶化処理（Ｓ３１）を実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイスの製造方法，パターン形成方法に関する。特に、本発明は、ダブルパターニング法等を用いた半導体デバイスの製造方法，パターン形成方法に関する。

半導体デバイスを製造する際には、リソグラフィ技術を用いて、微細なパターンを形成する等の微細加工を実施する。

上記においては、まず、微細加工を施す部分の上面に、感光性材料からなるレジスト膜を形成する。そして、露光処理を実施することによって、そのレジスト膜にパターン像を転写する。その後、そのパターン像が転写されたレジスト膜について現像処理を実施して、レジスト膜からレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとして用いて、たとえば、エッチング処理を実施することによって、微細なパターン加工が実施される。

この他に、上記のレジストパターンをマスクとして用いて、半導体層に不純物をイオン注入する処理などが実施されている。

上記工程では、ネガ型やポジ型のレジスト材料を用いて、レジスト膜が形成される。ネガ型のレジスト材料は、レジスト膜においてパターン像が転写された部分が、現像液に不溶化される材料であり、ポジ型のレジスト材料は、レジスト膜においてパターン像が転写された部分が、現像液に可溶化される材料である。

半導体デバイスの更なる微細化に対応するために、ダブルパターニング法が提案されている（たとえば、非特許文献１，２，３参照）。

ダブルパターニング法では、レジストパターンを複数層に分けて形成し、その複数のレジストパターンを、エッチング処理などの処理の際のマスクとして用いる。

たとえば、ダブルパターニング法においては、１層目のレジストパターンを等間隔で形成後に、そのレジストパターンをマスクとして用いてエッチング処理を実施することで、被処理層をパターン加工する。つぎに、１層目のレジストパターンから半周期分シフトするように、２層目のレジストパターンを等間隔で形成する。そして、更に、そのレジストパターンをマスクとして用いてエッチング処理を実施する。これにより、１回のパターン加工処理の実施よりも、微細なパターンを好適に形成することができる。

この他に、複数のレジストパターンを積層して用いる方法についても、提案がされている。

しかし、この場合において、下層のレジストパターンに上層のレジストパターンを形成する際には、上層のレジスト材料に含まれる溶媒によって、下層のレジストパターンが溶解する場合がある。この他に、上層のレジストパターンへ現像処理する際に用いる現像液によって、下層のレジストパターンが溶解する場合がある。このため、パターン形成を高精度に実施することが困難な場合がある。

このような不具合を解消するために、上層のレジストパターンの形成前に、下層のレジストパターンについて不溶化処理を実施する方法が提案されている（たとえば、特許文献１，２，３，４参照）。

特開２００７−３１００８６号公報 特開２００８−２５７１７０号公報 特開２００９−０１５１９４号公報 特開２００８−２８１８２５号公報

Ｓｕｎｇｋｏｏ Ｌｅｅ ｅｔ ａｌ．，"Ｄｏｕｂｌｅ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｕｓｉｎｇ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ"，ＳＰＩＥ２００６ Ｖｏｌ．６１５３ ６１５３１Ｋ−７（２００６） Ｍｉｒｃｅａ Ｄｕｓａ ｅｔ ａｌ．，"Ｐｉｔｃｈ Ｄｏｕｂｌｉｎｇ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｄｕａｌ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｉｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｌｉｔｈｏ Ｂｕｄｇｅｔｓ"，ＳＰＩＥ２００７ Ｖｏｌ．６５２０ ６５２００Ｇ−２（２００７） Ｊｏ Ｆｉｎｄｅｒｓ ｅｔ ａｌ．，"Ｄｏｕｂｌｅ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ｆｏｒ ３２ｎｍ ａｎｄ ｂｅｌｏｗ： ａｎ ｕｐｄａｔｅ"，ＳＰＩＥ２００８ Ｖｏｌ．６９２４ ６９２４０８−１２（２００８）

しかしながら、上記の不溶化処理においては、専用の材料や設備等が必要になるために、コストが向上する等の不具合が生ずる場合がある。

また、レジストパターンを硬化させる方法として、ＵＶキュアやプラズマ暴露等の処理を実施することが知られている。しかし、これらの方法においては、レジストパターンの形状が、熱ダレによって変形する場合がある。また、ウェハ全面を一様な条件で処理できないことや、レジストパターンを複数積層させるために必要な不溶化特性が得られないこと等の不具合が生ずる場合がある。

具体的には、ＵＶキュアにおいては、Ｈｇランプ光源からブロードバンドな光を照射することで処理を実施するので、レジスト溶媒や現像液に対するレジストパターンの不溶化に関しては、十分な特性を得ることができない。また、ブロードバンドな光のために、光吸収によって膜温度が上昇してパターンの変形が生ずる場合がある。この他に、アウトガスの発生や、専用設備が必要になる不具合が生ずる。

このため、半導体デバイスの製造を高効率で実施することが困難な場合があり、コストダウンを実現することが容易でない場合がある。

したがって、本発明は、製造効率を向上可能であって、コストダウンを容易に実現可能な、半導体デバイスの製造方法、パターン形成方法を提供する。

本発明の「半導体デバイスの製造方法」は、ポジ型のフォトレジスト材料を用いて被処理面上に第１のレジスト膜を成膜する第１のレジスト膜成膜工程と、前記第１のレジスト膜に露光光を照射する露光処理を実施後に現像処理を実施することによって、第１のレジストパターンを形成する第１のレジストパターン形成工程と、前記第１のレジストパターンが形成された前記被処理面上に、フォトレジスト材料を用いて第２のレジスト膜を成膜する第２のレジスト膜成膜工程と、前記第２のレジスト膜に露光光を照射する露光処理を実施後に現像処理を実施することによって、第２のレジストパターンを形成する第２のレジストパターン形成工程とを具備し、前記第２のレジスト膜成膜工程の実施前に、前記第２のレジストパターン形成工程で用いるフォトレジスト材料の溶媒および前記第２のレジスト膜成膜工程での現像処理にて用いる現像液に対して、前記第１のレジストパターンを不溶化する不溶化処理工程を、さらに有し、当該不溶化処理工程では、前記第１のレジストパターン形成工程での露光処理において照射した露光光と同じ波長の光を、前記第１のレジストパターンに照射する再露光処理を実施する再露光処理ステップと、前記再露光処理が実施された第１のレジストパターンを加熱する加熱処理を実施する加熱処理ステップとを、順次、実施することによって、前記第１のレジストパターンの不溶化処理を実施する。

本発明の「半導体デバイスの製造方法」は、ポジ型のフォトレジスト材料を用いて被処理面上にレジスト膜を成膜するレジスト膜成膜工程と、前記レジスト膜に露光光を照射する露光処理を実施後に現像処理を実施することによって、レジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、前記レジストパターンの一部を不溶化する不溶化処理を実施する不溶化処理工程と、前記レジストパターンにおいて不溶化処理が実施された一部を残し、他の部分を除去するレジストパターン選択除去工程とを有し、前記不溶化処理工程では、前記レジストパターン形成工程での露光処理において照射した露光光と同じ波長の光を、前記レジストパターンの一部に照射する再露光処理を実施する再露光処理ステップと、前記再露光処理が実施されたレジストパターンについて加熱する加熱処理を実施する加熱処理ステップとを、順次、実施することによって、前記レジストパターン選択除去工程で用いる溶剤に対して前記レジストパターンの一部が不溶になるように、前記不溶化処理を実施し、前記レジストパターン選択除去工程においては、前記レジストパターンにて前記再露光処理がされた部分を残し、前記再露光処理がされなかった部分を除去する。

本発明の「パターン形成方法」は、ポジ型のフォトレジスト材料を用いて被処理面上に第１のレジスト膜を成膜する第１のレジスト膜成膜工程と、前記第１のレジスト膜に露光光を照射する露光処理を実施後に現像処理を実施することによって、第１のレジストパターンを形成する第１のレジストパターン形成工程と、前記第１のレジストパターンが形成された前記被処理面上に、フォトレジスト材料を用いて第２のレジスト膜を成膜する第２のレジスト膜成膜工程と、前記第２のレジスト膜に露光光を照射する露光処理を実施後に現像処理を実施することによって、第２のレジストパターンを形成する第２のレジストパターン形成工程とを具備し、前記第２のレジスト膜成膜工程の実施前に、前記第２のレジスト膜成膜工程で用いるフォトレジスト材料の溶媒、および、前記第２のレジストパターン形成工程の現像処理にて用いる現像液に対して、前記第１のレジストパターンを不溶化する不溶化処理工程を、さらに有し、当該不溶化処理工程では、前記第１のレジストパターン形成工程での露光処理において照射した露光光と同じ波長の光を、前記第１のレジストパターンに照射する再露光処理を実施する再露光処理ステップと、前記再露光処理が実施された第１のレジストパターンについて加熱する加熱処理を実施する加熱処理ステップとを、順次、実施することによって、前記第１のレジストパターンの不溶化処理を実施する。

本発明の「パターン形成方法」は、ポジ型のフォトレジスト材料を用いて被処理面上にレジスト膜を成膜するレジスト膜成膜工程と、前記レジスト膜に露光光を照射する露光処理を実施後に現像処理を実施することによって、レジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、前記レジストパターンの一部を不溶化する不溶化処理を実施する不溶化処理工程と、前記レジストパターンにおいて不溶化処理が実施された一部を残し、他の部分を除去するレジストパターン選択除去工程とを有し、前記不溶化処理工程では、前記レジストパターン形成工程での露光処理において照射した露光光と同じ波長の光を、前記レジストパターンの一部に照射する再露光処理を実施する再露光処理ステップと、前記再露光処理が実施されたレジストパターンについて加熱する加熱処理を実施する加熱処理ステップとを、順次、実施することによって、前記レジストパターン選択除去工程で用いる溶剤に対して前記レジストパターンが不溶になるように、前記不溶化処理を実施し、前記レジストパターン選択除去工程においては、前記レジストパターンにて前記再露光処理がされた部分を残し、前記再露光処理がされなかった部分を除去する。

本発明の不溶化処理においては、レジストパターン形成工程での露光処理において照射した露光光と同じ波長の光を、レジストパターンに照射する再露光処理を実施する。そして、その再露光処理が実施されたレジストパターンについて加熱する加熱処理を実施する。これにより、レジストパターンについて不溶化処理を実施する。

本発明によれば、製造効率を向上可能であって、コストダウンを容易に実現可能な、半導体デバイスの製造方法、パターン形成方法を提供することができる。

図１は、本発明にかかる実施形態１において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。 図２は、本発明にかかる実施形態１において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。 図３は、本発明にかかる実施形態１において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。 図４は、本発明にかかる実施形態１において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。 図５は、本発明にかかる実施形態１において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。 図６は、本発明にかかる実施形態１において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。 図７は、本発明にかかる実施形態１において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。 図８は、本発明にかかる実施形態１において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。 図９は、本発明にかかる実施形態１において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。 図１０は、本発明にかかる実施形態１において、不溶化処理が施された第１のレジストパターンＰＭ１について、フォトレジスト材料の溶媒、および、現像液に対する不溶化の度合いを示す電子顕微鏡写真である。 図１１は、フォトレジスト材料のベース樹脂の光吸収の一例を示す図である。 図１２は、本発明にかかる実施形態１の変形例を示す図である。 図１３は、本発明にかかる実施形態１の変形例を示す図である。 図１４は、本発明にかかる実施形態１の変形例を示す図である。 図１５は、本発明にかかる実施形態１の変形例を示す図である 図１６は、本発明にかかる実施形態２において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。 図１７は、本発明にかかる実施形態２において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。 図１８は、本発明にかかる実施形態２において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。 図１９は、本発明にかかる実施形態３において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。 図２０は、本発明にかかる実施形態３において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。 図２１は、本発明にかかる実施形態４において、半導体デバイスを製造する方法を示すフロー図である。 図２２は、本発明にかかる実施形態４において、不溶化処理条件設定工程（Ｓ１０）を示すフロー図である。 図２３は、本発明にかかる実施形態４において、パターン残存性を確認した結果を示す図である。 図２４は、本発明にかかる実施形態４において、パターン残存性を確認した結果を示す図である。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

なお、説明は、下記の順序で行う。
１．実施形態１
２．実施形態２（不溶化処理後にイオン注入等する場合）
３．実施形態３（パターンの一部を選択除去する場合）
４．実施形態４（不溶化処理の設定を事前にする場合）

＜１．実施形態１＞
（Ａ）製造方法
半導体デバイスを製造する製造方法の要部について説明する。

図１〜図９は、本発明にかかる実施形態１において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。

ここで、図１は、本実施形態において、半導体デバイスを製造する方法のフロー図である。

また、図２〜図９は、本実施形態において、半導体デバイスを製造する各工程を示す図である。図２〜図９においては、（Ａ）が、断面図であり、（Ｂ）が上面図である。（Ａ）は、（Ｂ）に示すＸＡ１−ＸＡ２部分の断面について示している。

（Ａ−１）第１のレジスト膜成膜工程（Ｓ１１）
まず、図１に示すように、第１のレジスト膜成膜工程を実施する（Ｓ１１）。

ここでは、図２に示すように、第１のレジスト膜ＰＲ１を成膜する。

具体的には、図２（Ａ）に示すように、基板１０１の表面上に、第１のレジスト膜ＰＲ１を成膜する。また、図２（Ｂ）に示すように、基板１０１の表面の全面を被覆するように、第１のレジスト膜ＰＲ１を成膜する。

この第１のレジスト膜ＰＲ１を成膜する工程の実施においては、「ポジ型」である化学増幅型レジスト材料を、フォトレジスト材料として用いる。そして、膜厚が、たとえば、５００ｎｍになるように、第１のレジスト膜ＰＲ１を成膜する。

たとえば、下記の組成からなる塗布液を、スピンコート法によって、基板１０１の表面に塗布する。

［塗布液の組成］
・フォトレジスト材料：ポリスチレンを骨格としたポリマーを含む２４８ｎｍ露光用ＫｒＦ化学増幅型ポジレジスト（商品名ＡＺ ＤＸ６２７０Ｐ（ＡＺエレクトロニックマテリアル社製））
・レジスト溶媒：３０ｗｔ％のプロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）と、７０ｗｔ％のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）との混合溶媒

そして、塗布後、たとえば、下記条件によって、加熱処理を実施して、上記のように、第１のレジスト膜ＰＲ１を成膜する。

［加熱処理条件］
・加熱温度：１２０℃
・加熱時間：９０秒

（Ａ−２）第１のレジストパターン形成工程（Ｓ２１）
つぎに、図１に示すように、第１のレジストパターン形成工程を実施する（Ｓ２１）。

ここでは、図３と図４とに示す各ステップを経て、第１のレジストパターンＰＭ１を形成する。

まず、図３に示すように、マスクパターンが形成されたフォトマスクＭ１を用いて、パターン像を第１のレジスト膜ＰＲ１へ転写する露光処理を実施する。

露光処理の実施においては、ＫｒＦエキシマレーザーから照射する波長が２４８ｎｍである光を、露光光として用いる。上述したように、第１のレジスト膜ＰＲ１については、未露光部分が現像処理によって残存する「ポジ型」のレジスト材料を用いて形成している。このため、この露光処理の実施では、第１のレジスト膜ＰＲ１において、第１のレジストパターンＰＭ１を形成する部分に露光光が照射されず、他の部分に露光光が照射されるように、パターンが形成されたフォトマスクＭ１を用いる。

この露光処理については、たとえば、下記条件にて実施する。

［露光処理条件］
・露光量：２８０Ｊ／ｍ^２

そして、第１のレジスト膜ＰＲ１について露光処理を実施した後には、その第１のレジスト膜ＰＲ１について、加熱処理および現像処理を実施する。これにより、図４に示すように、第１のレジストパターンＰＭ１が形成される。

具体的には、図４（Ａ）に示すように、基板１０１の表面上において、矩形断面のパターンが凸状に上方向ｚへ突出するように、第１のレジストパターンＰＭ１を形成する。また、図４（Ｂ）に示すように、縦方向ｙに延在する複数のパターンが、横方向ｘにおいて等間隔で並ぶように、第１のレジストパターンＰＭ１を形成する。

本工程での加熱処理は、いわゆるＰＥＢ（ＰｏｓｔＥｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）処理であり、たとえば、下記条件によって実施される。これにより、化学増幅レジストでの触媒反応による酸の発生を加速させることができる。

［加熱処理（ＰＥＢ処理）条件］
・加熱温度：１３０℃
・加熱時間：９０秒

また、本工程での現像処理については、たとえば、下記条件によって実施する。
［現像処理条件］
・アルカリ現像液：２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液
・現像処理時間：６０秒

（Ａ−３）不溶化処理工程（Ｓ３１）
つぎに、図１に示すように、不溶化処理工程を実施する（Ｓ３１）。

ここでは、図５と図６とに示す各ステップを経て、第１のレジストパターンＰＭ１について、不溶化処理工程を実施する。

この不溶化処理工程においては、後述する第２のレジスト膜成膜工程（Ｓ４１）で用いるフォトレジスト材料の溶媒に対して、第１のレジストパターンＰＭ１が不溶になるように、第１のレジストパターンＰＭ１を不溶化する。これと共に、後述する第２のレジストパターン形成工程（Ｓ５１）の現像処理にて用いる現像液に対して、第１のレジストパターンＰＭ１が不溶になるように、第１のレジストパターンＰＭ１を不溶化する。つまり、不溶化処理工程の実施前の状態よりも、第１のレジストパターンＰＭ１が、後工程にて用いる液体に対して不溶になるように、本工程を実施する。

本工程では、まず、図５に示すように、再露光処理ステップを実施する。

再露光処理ステップでは、図５に示すように、第１のレジストパターンＰＭ１が形成された基板１０１の表面の全面に、露光光を照射することで、再露光処理を実施する。

ここでは、上記の第１のレジストパターン形成工程（Ｓ２１）での露光処理において照射した露光光と同じ波長の光を、第１のレジストパターンＰＭ１に照射することで、再露光処理を実施する。これにより、第１のレジストパターン形成工程にて用いた設備と同一の設備を、この再露光処理ステップにて用いるので、専用設備が不要であり、好適である。

この再露光処理は、第１のレジストパターン形成工程（Ｓ２１）で実施する露光処理の露光量よりも大きな露光量で実施することが好適である。特に、第１のレジストパターン形成工程（Ｓ２１）で実施した露光処理の露光量に対して、２倍以上の露光量で、再露光処理を実施することが好適である。

このため、再露光処理については、たとえば、下記条件にて実施する。

［露光処理条件］
・露光量：６００Ｊ／ｍ^２

その後、図６に示すように、加熱処理ステップを実施する。

加熱処理ステップでは、再露光処理が実施された第１のレジストパターンＰＭ１について加熱する。

ここでは、図６に示すように、基板１０１の下面から加熱するように、この加熱処理を実施する。

この加熱処理は、第１のレジストパターン形成工程（Ｓ２１）で実施する加熱処理の加熱温度よりも高い加熱温度で実施することが好適である。

このため、加熱処理については、たとえば、下記条件によって実施する。

［加熱処理条件］
・加熱温度：１８０℃
・加熱時間：１２０秒

このようなステップの実施により、第１のレジストパターンＰＭ１について不溶化することができる。
具体的には、下記のようなメカニズムによって、第１のレジストパターンＰＭ１の不溶化が実現されると考えられる。
一般に、化学増幅型「ポジ型」レジスト材料においては、露光によって発生した酸が、ＰＥＢ時にポリマー保護基を脱離させることに作用し、保護基が脱離したポリマーが現像液に溶解することで、パターンが形成される。
このメカニズムの中で保護基を脱離させる以上の過剰な酸が発生すると、その発生した酸とＰＥＢ時の熱エネルギーによって、ポリマー分子間の架橋反応にも作用するために、現像液に対して不溶化すると考えられる。つまり、上記の不溶化処理の実施によって、「ポジレジストのネガ化」と呼ばれる現象を生じさせて、不溶化が実現できたと推定される。

（Ａ−４）第２のレジスト膜成膜工程（Ｓ４１）
つぎに、図１に示すように、第２のレジスト膜成膜工程を実施する（Ｓ４１）。

ここでは、図７に示すように、第２のレジスト膜ＰＲ２を成膜する。

具体的には、図７（Ａ）に示すように、基板１０１の表面上において、第１のレジストパターンＰＭ１の間を埋め込むように、第２のレジスト膜ＰＲ２を成膜する。つまり、図７（Ｂ）に示すように、縦方向ｙに延在する複数の第１のレジストパターンＰＭ１の間に、第２のレジスト膜ＰＲ２を成膜する。

この第２のレジスト膜ＰＲ２を成膜する工程の実施においては、第１のレジスト膜ＰＲ１と同様に、たとえば、「ポジ型」である化学増幅型レジスト材料を、フォトレジスト材料として用いる。この他に、「ネガ型」の化学増幅型レジスト材料など、種々のレジスト材料を任意に用いて、形成することができる。そして、第２のレジスト膜ＰＲ２の膜厚が、５００ｎｍ以上，５０００ｎｍ以下になるように、第２のレジスト膜ＰＲ２を成膜する。

このとき、第１のレジストパターンＰＭ１は、上記の不溶化処理工程（Ｓ３１）によって、本工程でのレジスト材料の溶媒に対して、不溶化になるように処理されているので、そのまま、パターン形状が保持される。

（Ａ−５）第２のレジストパターン形成工程（Ｓ５１）
つぎに、図１に示すように、第２のレジストパターン形成工程を実施する（Ｓ５１）。

ここでは、図８と図９とに示す各ステップを経て、第２のレジストパターンＰＭ２を形成する。

まず、図８に示すように、マスクパターンが形成されたフォトマスクＭ２を用いて、パターン像を第２のレジスト膜ＰＲ２へ転写する露光処理を実施する。

露光処理の実施においては、第１のレジストパターンＰＭ１を形成の場合と同様に、ＫｒＦエキシマレーザーから照射する波長が２４８ｎｍである光を、露光光として用いる。上述したように、第２のレジスト膜ＰＲ２については、「ポジ型」のレジスト材料を用いて形成している。このため、本露光処理の実施では、第２のレジスト膜ＰＲ２において、第２のレジストパターンＰＭ２を形成する部分に露光光が照射されず、他の部分に露光光が照射されるように形成されたフォトマスクＭ２を用いる。

この露光処理については、第１のレジストパターンＰＭ１の形成と同様に、たとえば、下記条件にて実施する。

［露光処理条件］
・露光量：２８０Ｊ／ｍ^２

そして、第２のレジスト膜ＰＲ２について露光処理を実施した後には、その第２のレジスト膜ＰＲ２について、加熱処理および現像処理を実施する。これにより、図９に示すように、第２のレジストパターンＰＭ２が形成される。

具体的には、図９（Ａ）に示すように、第１のレジストパターンＰＭ１と同様に、基板１０１の表面上において、矩形断面のパターンが凸状に上方向ｚへ突出するように、第２のレジストパターンＰＭ２が形成される。また、図９（Ｂ）に示すように、縦方向ｙに延在する複数のパターンが、横方向ｘにおいて等間隔で並ぶように、第２のレジストパターンＰＭ２が形成される。

本工程での加熱処理は、第１のレジストパターンＰＭ１の形成の場合と同様に、いわゆるＰＥＢ処理であり、たとえば、下記条件によって実施する。

［加熱処理（ＰＥＢ処理）条件］
・加熱温度：１３０℃
・加熱時間：９０秒

また、本工程での現像処理については、第１のレジストパターンＰＭ１の形成の場合と同様に、たとえば、下記条件によって実施する。
・アルカリ現像液：２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液
・現像処理時間：６０秒

このとき、第１のレジストパターンＰＭ１は、上記の不溶化処理工程（Ｓ３１）によって、本工程での現像液に対して、不溶化になるように処理されているので、そのまま、パターン形状が保持される。

このようにして、第１のレジストパターンＰＭ１と第２のレジストパターンＰＭ２とからなるライン・アンド・スペース・パターンが、形成される。

（Ｂ）まとめ
以上のように、本実施形態のダブルパターニング法においては、第１のレジストパターンＰＭ１と第２のレジストパターンＰＭ２とのそれぞれを、順次、形成する。ここでは、第１のレジストパターンＰＭ１へパターン加工する第１のレジスト膜ＰＲ１を、ポジ型のフォトレジスト材料を用いて基板１０１の表面上に成膜する。そして、第２のレジストパターンＰＭ２へパターン加工する第２のレジスト膜ＰＲ２の成膜工程の実施前に、第１のレジストパターンＰＭ１を不溶化する不溶化処理工程を実施する。この不溶化処理工程では、再露光処理ステップと加熱処理ステップとを実施する。この再露光処理ステップにおいては、第１のレジストパターン形成工程での露光処理において照射した露光光と同じ波長の光を、第１のレジストパターンＰＭ１に照射する再露光処理を実施する。そして、さらに、加熱処理ステップにおいては、その再露光処理が実施された第１のレジストパターンＰＭ１について加熱する加熱処理を実施する。

これにより、上記したように、第１のレジストパターンＰＭ１の不溶化を実現することができる。

図１０は、本発明にかかる実施形態１において、不溶化処理が施された第１のレジストパターンＰＭ１について、フォトレジスト材料の溶媒、および、現像液に対する不溶化の度合いを示す電子顕微鏡写真である。

図１０において、（Ａ）は、第１のレジストパターンＰＭ１を形成した後の状態を示している。（Ｂ）は、第１のレジストパターンＰＭ１について上記の不溶化処理を実施した後の状態を示している。（Ｃ）は、第１のレジストパターンＰＭ１について、フォトレジスト材料の溶媒を用いて処理した後の状態を示している。（Ｄ）は、第１のレジストパターンＰＭ１について、現像液を用いて処理した後の状態を示している。

図１０（Ｃ）に示すように、上記の不溶化処理が施された第１のレジストパターンＰＭ１について、フォトレジスト材料の溶媒に対する不溶化の度合いを観察したところ、図１０（Ａ），（Ｂ）の場合と同様な形状が、保持されることが確認された。（ここでは、ＰＧＭＥ：ＰＧＭＥＡ＝７０：３０の混合溶媒に対する不溶化の度合い）。

図１０（Ｄ）に示すように、上記の不溶化処理が施された第１のレジストパターンＰＭ１について、現像液に対する不溶化の度合いを観察したところ、図１０（Ａ），（Ｂ）の場合と同様な形状が、保持されることが確認された。

このため、本実施形態においては、専用材料および専用設備を用いること無く、不溶化を実現可能であるので、プロセスコストの増加を防止することができる。

また、ＵＶキュア等の処理と異なり、ブロードバンドな光を用いていないので、光吸収によって、膜温度が上昇してパターンの変形が生ずることを防止することができる。

図１１は、フォトレジスト材料のベース樹脂の光吸収の一例を示す図である。図１１においては、横軸が、光の波長λ（ｎｍ）であり、縦軸が、吸光度を示している。

図１１に示すように、ＫｒＦエキシマレーザーのような単一な露光波長の場合には、フォトレジスト材料においては、吸収度が比較的小さいので、膜温度の上昇が大きくならない。これに対して、ＵＶキュアにて用いるブロードバンドな光の場合には、吸収度が大きな波長域を有するので、膜温度の上昇が大きくなる場合がある。

よって、本実施形態では、光吸収により膜温度が上昇することを防止可能であるので、パターンの変形が生ずることを防止することができる。

したがって、本実施形態は、製造効率を向上可能であって、コストダウンを容易に実現することができる。

また、本実施形態においては、不溶化処理工程の再露光処理ステップにおいて、第１のレジストパターン形成工程で実施する露光処理の露光量よりも大きな露光量で、再露光処理を実施する。このため、第１のレジストパターンＰＭ１の不溶化を、より効果的に実現することができる。

また、本実施形態においては、不溶化処理工程の加熱処理ステップにおいて、第１のレジストパターン形成工程で実施する加熱処理の加熱温度よりも高い加熱温度で、第１のレジストパターンＰＭ１について加熱処理を実施する。このため、第１のレジストパターンＰＭ１の不溶化を、より効果的に実現することができる。

（Ｃ）変形例
上記の実施形態においては、２つのライン・アンド・スペース・パターンを、平行に並べて形成する場合について説明したが、これに限定されない。下記のような種々の変形例において、適用可能である。

（Ｃ−１）変形例１
図１２は、本発明にかかる実施形態１の変形例を示す図である。

図１２は、（Ａ）が、断面図であり、（Ｂ）が上面図である。（Ａ）は、（Ｂ）に示すＸＢ１−ＸＢ２部分の断面について示している。

図１２（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１のレジストパターンＰＭ１については、上記と同様に、形成する。そして、上記と同様に、第１のレジストパターンＰＭ１について、不溶化処理が実施される。

その後、図１２（Ａ），（Ｂ）に示すように、第２のレジストパターンＰＭ２ｂについては、上記と異なり、横方向ｘに延在する複数のパターンが、縦方向ｙにおいて等間隔で並ぶように形成される。ここでは、第２のレジストパターンＰＭ２ｂの少なくとも一部が、第１のレジストパターンＰＭ１に積層されるように、第２のレジストパターンＰＭ２が形成される。

このように、互いに直交する２層のライン・アンド・スペース・パターンを重ねて形成することで、ホールパターンを形成しても良い。これにより、１回でパターン形成をする場合よりも、微細なホールパターンを形成することができる。

（Ｃ−２）変形例２
図１３は、本発明にかかる実施形態１の変形例を示す図である。

図１３は、（Ａ）が、断面図であり、（Ｂ）が上面図である。（Ａ）は、（Ｂ）に示すＸＣ１−ＸＣ２部分の断面について示している。

図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１のレジストパターンＰＭ１については、上記と同様に、形成する。そして、上記と同様に、第１のレジストパターンＰＭ１について、不溶化処理が実施される。

その後、図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、第２のレジストパターンＰＭ２ｃについては、上記と異なり、平面が正方形状のパターンが、縦方向ｙと横方向ｘとのそれぞれにおいてマトリクス状に並ぶように形成される。

このように、１回のパターン形成では困難な複雑なパターンを、２回に分けて形成してもよい。つまり、密なピッチのパターンと、疎なピッチのパターンとが混在する場合において、プロセスマージンの確保が困難なときに、有効的である。また、パターンコーナーを忠実に形成することが困難な場合に有効的である。

この変形例では、２回に分割してパターン形成を実施する場合について説明したが、３回以上に分割して形成しても良い。なお、３回以上に分割する場合には、２回目以降のレジストパターンについても、不溶化処理を実施する。

（Ｃ−３）変形例３
図１４は、本発明にかかる実施形態１の変形例を示す図である。

図１４は、（Ａ）が、断面図であり、（Ｂ）が上面図である。（Ａ）は、（Ｂ）に示すＸＤ１−ＸＤ２部分の断面について示している。

図１４（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１のレジストパターンＰＭ１については、上記と同様に、形成する。そして、上記と同様に、第１のレジストパターンＰＭ１について、不溶化処理が実施される。

その後、図１４（Ａ），（Ｂ）に示すように、第２のレジストパターンＰＭ２ｄについては、上記と異なり、第１のレジストパターンＰＭ１の一部を被覆するように形成される。

このように、１層目のパターン形成時に補助的に形成したパターン部分をカバーするように、２層目のパターンを形成する場合に適用しても良い。この方法では、１層目のパターン形成時に補助パターンを配置しても、２層目のパターンを重ねて形成することによって、後工程（イオン注入など）に必要な主パターンのみを露出することができる。よって、解像度向上のための補助パターンや、線幅のバラツキ低減のための補助パターンを任意に配置し、必要に応じてカバーすることができるので、プロセスマージンが拡大する。

（Ｃ−４）変形例４
図１５は、本発明にかかる実施形態１の変形例を示す図である。

図１５は、（Ａ）が、断面図であり、（Ｂ）が上面図である。（Ａ）は、（Ｂ）に示すＸＥ１−ＸＥ２部分の断面について示している。

図１５（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１のレジストパターンＰＭ１については、上記と同様に、形成する。そして、上記と同様に、第１のレジストパターンＰＭ１について、不溶化処理が実施される。

その後、図１５（Ａ），（Ｂ）に示すように、第２のレジストパターンＰＭ２ｅについては、上記と異なり、第１のレジストパターンＰＭ１に一部が積層された状態で、縦方向ｙに延在する複数のパターンが、横方向ｘにおいて等間隔で並ぶように形成される。

このように、レジストパターンを、縦方向に積み重なったパターンで形成してもよい。この方法は、たとえば、デュアルダマシン構造を短工程数で形成する場合、三次元の不純物分布を短工程数で形成する場合にて有効的である。また、１層目のパターンによる後工程（イオン注入もしくはエッチング加工）の処理後に、１層目のパターンを残した状態で２層目のレジストパターンを形成する場合においても、有効な手段となる。

この変形例では、２回に分割してパターン形成を実施する場合について説明したが、３回以上に分割して形成しても良い。なお、３回以上に分割する場合には、２回目以降のレジストパターンについても、不溶化処理を実施する。また、２層目以降のレジストパターン形成に用いるレジストの膜厚は、先に形成したレジストパターン上に形成することを考慮して、適宜、膜厚の調整を行うことが好ましい。

（Ｃ−５）その他
上記の不溶化処理に対して、各種シュリンク技術（例えば、ケミカルシュリンク、サーマルフローシュリンク、イオンスリミング等）を組み合わせて実施しても良い。この場合には、レジストパターンの形成後、もしくは、不溶化処理後のいずれかの箇所で、適宜、各種シュリンク技術を、取り入れることができる。これによって、更に微細なパターンの形成が可能となる。

上記の他に、事前に、上記と同様な工程を実施して上記の不溶化処理の条件を設定後、その設定条件に基づいて、不溶化処理を実施しても良い。この例については、後述の実施形態４において、詳細に説明する。

＜２．実施形態２＞
（Ａ）製造方法など
図１６〜図１８は、本発明にかかる実施形態２において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。

ここで、図１６は、本実施形態において、半導体デバイスを製造する方法のフロー図である。

また、図１７〜図１８は、本実施形態において、半導体デバイスを製造する各工程を示す図である。図１７〜図１８においては、（Ａ）が、断面図であり、（Ｂ）が上面図である。（Ａ）は、（Ｂ）に示すＸＡ１−ＸＡ２部分またはＸＤ１−ＸＤ２部分の断面について示している。

図１６に示すように、本実施形態においては、イオン注入工程（Ｓ３２）と、エッチング処理工程（Ｓ５２）とを含む点が、実施形態１と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。

（Ａ−１）イオン注入工程（Ｓ３２）
本実施形態では、図１６に示すように、第１のレジスト膜成膜工程（Ｓ１１）と、第１のレジストパターン形成工程（Ｓ２１）と、不溶化処理工程（Ｓ３１）とを、実施形態１の場合と同様にして、順次、実施する。その後、図１６に示すように、第２のレジスト膜成膜工程（Ｓ４１）を実施する前に、イオン注入工程を実施する（Ｓ３２）。

第１のレジスト膜成膜工程（Ｓ１１）と第１のレジストパターン形成工程（Ｓ２１）とにおいては、図４に示したように、第１のレジストパターンＰＭ１を形成する。つまり、基板１０１の表面上において、縦方向ｙに延在する複数のパターンが、横方向ｘにおいて等間隔で並ぶように、第１のレジストパターンＰＭ１を形成する。そして、不溶化処理工程（Ｓ３１）においては、実施形態１と同様にして、その第１のレジストパターンＰＭ１について、不溶化処理を実施する。

この後、イオン注入工程（Ｓ３２）においては、図１７に示すように、第１のレジストパターンＰＭ１をマスクとして、半導体基板である基板１０１の表面から不純物をイオン注入する。

具体的には、基板１０１の表面において、第１のレジストパターンＰＭ１で被覆されておらず、露出している部分に、不純物をイオン注入する。

（Ａ−２）エッチング処理工程（Ｓ５２）
上記の工程の実施後には、図１６に示すように、第２のレジスト膜成膜工程（Ｓ４１）と、第２のレジストパターン形成工程（Ｓ５１）とを、順次、実施する。そして、図１６に示すように、第２のレジストパターン形成工程（Ｓ５１）の実施後に、エッチング処理工程を実施する（Ｓ５２）。

第２のレジスト膜成膜工程（Ｓ４１）と第２のレジストパターン形成工程（Ｓ５１）とにおいては、実施形態１の変形例３にて図１４で示したように、第２のレジストパターンＰＭ２ｄを形成する。つまり、第１のレジストパターンＰＭ１を構成している複数のラインパターンの一部を被覆するように、第２のレジストパターンＰＭ２ｄを形成する。

そして、図１８に示すように、エッチング処理工程（Ｓ５２）においては、第１のレジストパターンＰＭ１と第２のレジストパターンＰＭ２とをマスクとして、基板１０１の面についてエッチング処理を実施する。

具体的には、基板１０１の表面において、第１のレジストパターンＰＭ１および第２のレジストパターンＰＭ２で被覆されておらず、露出している部分をエッチングする。

（Ｂ）まとめ
以上のように、本実施形態のダブルパターニング法においては、実施形態１の場合と同様にして、第１のレジストパターンＰＭ１と第２のレジストパターンＰＭ２ｄとのそれぞれを、順次、形成する。つまり、第２のレジストパターンＰＭ２へパターン加工する第２のレジスト膜ＰＲ２ｄの成膜工程の実施前に、実施形態１の場合と同様にして、第１のレジストパターンＰＭ１を不溶化する不溶化処理工程を実施する。

したがって、本実施形態は、実施形態１の場合と同様に、製造効率を向上可能であって、コストダウンを容易に実現することができる。

この他に、本実施形態においては、イオン注入用とエッチング加工用とをレジストパターンが兼用するため、工程数の削減ができる。また、イオン注入工程の後工程用の露光アレイメントマークとしてレジストパターンを形成することで、重ね合わせ精度上およびプロセス制御性の向上を実現できる。

なお、上記においては、不溶化処理工程（Ｓ３１）の実施後に、イオン注入工程（Ｓ３２）を実施する場合について説明したが、これに限定されない。不溶化処理工程（Ｓ３１）の実施前に、イオン注入工程（Ｓ３２）を実施しても良い。

＜３．実施形態３＞
（Ａ）製造方法など
図１９と図２０は、本発明にかかる実施形態３において、半導体デバイスを製造する方法を示す図である。

ここで、図１９は、本実施形態において、半導体デバイスを製造する方法のフロー図である。また、図２０は、本実施形態において、半導体デバイスを製造する各工程を示す断面図である。

図１９に示すように、本実施形態においては、不溶化処理（Ｓ３１ｃ）が実施形態１と異なる。また、第２のレジスト膜成膜工程（Ｓ４１）と第２のレジストパターン形成工程（Ｓ５１）を実施せずに、レジストパターン選択除去工程（Ｓ６１）を実施する。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。

（Ａ−１）不溶化処理（Ｓ３１ｃ）
本実施形態では、図１９に示すように、レジスト膜成膜工程（Ｓ１１）と、レジストパターン形成工程（Ｓ２１）とを、順次、実施する。ここでは、実施形態１にて示した、第１のレジスト膜成膜工程（Ｓ１１）と、第１のレジストパターン形成工程（Ｓ２１）と同様にして、この各工程を実施する。つまり、図４に示したように、基板１０１の表面上において、縦方向ｙに延在する複数のパターンが、横方向ｘにおいて等間隔で並ぶように、第１のレジストパターンＰＭ１を形成する。

その後、図１９に示すように、不溶化処理工程を実施する（Ｓ３１ｃ）。

不溶化処理工程（Ｓ３１ｃ）では、後述するレジストパターン選択除去工程（Ｓ６１）で用いる溶剤に対して、レジストパターンＰＭ１の一部が不溶になるように、レジストパターンＰＭ１を不溶化する。

この不溶化処理工程（Ｓ３１ｃ）においては、図２０（Ａ），（Ｂ）に示す各ステップを経て、レジストパターンＰＭ１について不溶化処理を実施する。

まず、図２０（Ａ）に示すように、再露光処理ステップを実施する。

再露光処理ステップでは、図２０（Ａ）に示すように、レジストパターンＰＭ１が形成された基板１０１の表面の一部に、露光光を照射することで、再露光処理を実施する。

ここでは、図２０（Ａ）に示すように、レジストパターンＰＭにおいて再露光処理を実施する部分で露光光が通過し、その他の部分で露光光が遮光されるように、パターンが形成されたマスクＭ３を配置する。

そして、上記のレジストパターン形成工程（Ｓ２１）での露光処理においてパターン像の転写にて用いた露光光と同じ波長の光を、マスクＭ３を介在して、レジストパターンＰＭ１に照射することで、再露光処理を実施する。これにより、レジストパターン形成工程にて用いた設備と同一の設備を、この再露光処理ステップにて用いるので、専用設備が不要であり、好適である。

この再露光処理は、たとえば、実施形態１の場合と同様な条件で実施する。

この後、図２０（Ｂ）に示すように、加熱処理ステップを実施する。

加熱処理ステップでは、再露光処理が実施されたレジストパターンＰＭ１について加熱する。

ここでは、図２０（Ｂ）に示すように、基板１０１の下面から加熱するように、この加熱処理を実施する。たとえば、実施形態１の場合と同様な条件で、この加熱処理を実施する。

このようなステップの実施により、実施形態１の場合と同様に、レジストパターンＰＭ１において再露光処理が実施された部分について、不溶化することができる。

（Ａ−２）レジストパターン選択除去工程（Ｓ６１）
つぎに、図１９に示すように、レジストパターン選択除去工程を実施する（Ｓ６１）

レジストパターン選択除去工程（Ｓ６１）では、レジストパターンＰＭ１において不溶化処理が実施された一部を残し、他の部分を除去する。

本実施形態においては、図２０（Ｃ），（Ｄ）に示す各ステップを経て、レジストパターンＰＭ１の一部について選択的に除去する。この処理では、レジストパターンＰＭ１にて再露光処理がされた部分を残し、再露光処理がされなかった部分を除去する。

具体的には、図２０（Ｃ）に示すように、レジストパターンＰＭ１の全体に対して、溶剤を滴下する処理を実施する。

たとえば、上述したレジスト溶媒と同様に、下記の溶剤を用いて、本処理を実施する。なお、滴下する溶剤の種類には、特に制限はない。多数、提案されているレジスト溶媒の中から適宜選択して用いることができる。

・溶剤：７０ｗｔ％のプロピレングリコールモノメチルエーテルと、３０ｗｔ％のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートの混合溶媒

そして、その溶剤を、基板１０１の表面から除去する。

これにより、図２０（Ｄ）に示すように、レジストパターンＰＭ１において、レジストパターンＰＭ１にて再露光処理がされた部分が選択的に残される。

（Ｂ）まとめ
以上のように、本実施形態においては、レジストパターンＰＭ１の形成後に、そのレジストパターンＰＭ１の一部を不溶化する不溶化処理を実施する。この不溶化処理の実施では、実施形態１と同様に、レジストパターンの形成で実施した露光処理で用いた露光光と同じ波長の光を、レジストパターンの一部に照射する再露光処理を実施する。そして、この再露光処理が実施されたレジストパターンについて加熱する加熱処理を実施する。この後、そのレジストパターンＰＭ１において再露光処理が実施された一部を残し、他の部分を除去する。

このようにすることで、初めに形成したレジストパターンＰＭ１から選択的にパターンを除去して、所望の領域のみのパターンを残すことが可能になる。このため、解像性向上のための補助パターンや、線幅ばらつき低減のための補助パターン等のパターンを任意に配置して、必要に応じて除去することができる。よって、本実施形態では、プロセスマージンの拡大を実現することができる。

なお、本実施形態では、ライン・アンド・スペース・パターンであるレジストパターンＰＭ１の一部について、選択的に除去する場合について説明したが、これに限定されない。任意のパターンで形成されたものについて、適宜、適用可能である。

また、上記に対して、ダブルパターニング法を適用しても良い。つまり、上記のようにして、一部が選択的に除去されたレジストパターンＰＭ１を形成後、実施形態１と同様にして、別途、レジストパターン（実施形態１の「第２のレジストパターンＰＭ２」）を形成しても良い。この場合においても、不溶化処理が実施されているので、実施形態１と同様な効果を得ることができる。

＜４．実施形態４＞
（Ａ）製造方法など
図２１は、本発明にかかる実施形態４において、半導体デバイスを製造する方法を示すフロー図である。

図２１に示すように、本実施形態においては、不溶化処理条件設定工程（Ｓ１０）を更に有する。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。

不溶化処理条件設定工程（Ｓ１０）は、図２１に示すように、たとえば、第１のレジスト膜成膜工程（Ｓ１１）の前に実施する。

この不溶化処理条件設定工程（Ｓ１０）では、不溶化処理工程（Ｓ３１）にて再露光処理と加熱処理とを実施する際の不溶化処理条件を設定する。そして、不溶化処理工程（Ｓ３１）においては、この不溶化処理条件設定工程（Ｓ１０）にて設定した不溶化処理条件に基づいて、不溶化処理を実施する。

図２２は、本発明にかかる実施形態４において、不溶化処理条件設定工程（Ｓ１０）を示すフロー図である。

まず、図２２に示すように、第１のレジスト膜成膜ステップ（Ｓ１０１）と、第１のレジストパターン形成ステップ（Ｓ２０１）とを順次実施する。

ここでは、第１のレジストパターン形成工程（Ｓ１１）（図２１参照）にて形成する第１のレジストパターンＰＭ１を、基板１０１に設ける。

つまり、ＫｒＦ化学増幅型ポジレジスト（商品名ＡＺ ＤＸ６２７０Ｐ（ＡＺエレクトロニックマテリアル社製））を用いて、膜厚が５００ｎｍになるように、第１のレジストパターンＰＭ１を形成する。

具体的には、実施形態１にて図４で示したように、基板１０１の表面上において、縦方向ｙに延在する複数のパターンが、横方向ｘにおいて等間隔で並ぶように、第１のレジストパターンＰＭ１を形成する。

つぎに、図２２に示すように、再露光処理ステップを実施する（Ｓ３０１）。

ここでは、第１のレジストパターン形成ステップ（Ｓ２０１）における露光処理で用いた露光光と同じ波長の光を第１のレジストパターンＰＭ１に照射する再露光処理を、複数の露光量条件で複数回実施する。

具体的には、再露光処理ステップ（Ｓ３０１）の実施においては、ＫｒＦエキシマレーザーから照射する波長が２４８ｎｍである光を、露光光として用いる。たとえば、下記の条件によって、各再露光処理を実施する。

［再露光処理条件］
・露光量：２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００Ｊ／ｍ^２

つぎに、図２２に示すように、加熱処理ステップを実施する（Ｓ３０２）。

ここでは、上記の再露光処理が実施された第１のレジストパターンＰＭ１について加熱する加熱処理を、複数の加熱温度条件で、複数回、実施する。

具体的には、ホットプレートなどの熱源を用いて、基板１０１の下面から加熱するように、各加熱処理を実施する。たとえば、下記の条件によって、各加熱処理を実施する。

［加熱処理条件］
・加熱温度：１２０，１５０，１８０，２００℃
・加熱時間：１２０秒

つぎに、図２２に示すように、レジスト溶媒処理ステップ（Ｓ４０１）と現像液処理ステップ（Ｓ４０２）とを実施する。

レジスト溶媒処理ステップ（Ｓ４０１）では、複数の加熱温度条件で加熱処理が実施された複数の第１のレジストパターンＰＭ１のそれぞれについて、第２のレジスト膜成膜工程（Ｓ４１）（図２１参照）で用いるフォトレジスト材料に含まれる溶媒で処理する。

たとえば、スピンコート法によって、下記のレジスト溶媒を用いてレジスト溶媒処理を実施する（浸漬時間６０秒）。

・レジスト溶媒：７０ｗｔ％のプロピレングリコールモノメチルエーテルと、３０ｗｔ％のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートの混合溶媒

現像液処理ステップ（Ｓ４０２）では、複数の加熱温度条件で加熱処理が実施された複数の第１のレジストパターンＰＭ１のそれぞれについて、第２のレジストパターン形成工程（Ｓ５１）の現像処理にて用いる現像液で処理する。

たとえば、下記のアルカリ現像液を用いて、現像液処理を実施する。

・アルカリ現像液：２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液
・現像処理時間：６０秒

つぎに、図２２に示すように、パターン残存性確認ステップを実施する（Ｓ５０１）。

ここでは、レジスト溶媒処理ステップ（Ｓ４０１）と現像液処理ステップ（Ｓ４０２）とが実施された複数の第１のレジストパターンＰＭ１のそれぞれについて不溶化の度合いを観察し、当該観察結果に基づいて、不溶化処理条件を設定する。

たとえば、第１のレジストパターンＰＭ１のそれぞれについて電子顕微鏡で写真撮影を行い、その写真を観察することで、不溶化の度合いの結果を得る。

図２３と図２４は、本発明にかかる実施形態４において、パターン残存性を確認した結果を示す図である。

図２３は、加熱処理温度に対する不溶化度合いの観察結果を示している。図２３では、再露光処理の露光量が、７００Ｊ／ｍ^２の一定条件である場合について示している。また、再露光処理を実施しない場合の結果についても、併せて示している。

これに対して、図２４は、再露光処理時の露光量に対する不溶化度合いの観察結果を示している。図２４では、加熱処理温度が１８０℃であって、加熱処理時間が、１２０秒である一定条件の場合について示している。

図２３と図２４においては、下記の判断基準によって、不溶化の度合いを判定した。

○：レジスト溶媒処理と現像液処理ステップとの実施前後において、レジストパターンの形状の変化がない。
×：レジスト溶媒処理と現像液処理ステップとの実施前後において、レジストパターンの形状の変化がある。

図２３に示すように、再露光処理を実施せずに、加熱処理のみを実施した場合には、いずれの加熱温度条件においても、レジスト溶媒とアルカリ現像液との両者に対する不溶化を十分に実現することができない。これに対して、再露光処理の実施をすると共に、１８０℃以上の温度で加熱処理を実施した場合には、アルカリ現像液およびレジスト溶媒の両方に不溶化特性を付与することができる。

また、図２４に示すように、露光量を６００Ｊ／ｍ^２以上にすることによって、アルカリ現像液およびレジスト溶媒の両方に不溶化特性を付与することができる。

このため、図２３と図２４とに示す結果に基づいて、レジストパターンの形状の変化がなく、不溶化特性の付与が好適に可能な条件を、不溶化処理条件として設定する。

たとえば、再露光処理時の露光量が６００Ｊ／ｍ^２であって、加熱処理時の加熱温度が１８０℃である条件を、不溶化処理条件として設定する。

そして、図２１に示すように、不溶化処理条件設定工程（Ｓ１０）の後工程である不溶化処理工程では、この設定した不溶化条件に対応するように、不溶化処理を実施する。

なお、好適な不溶化条件については、ＫｒＦ用化学増幅型ポジレジストに関して、膜厚が１５００ｎｍの場合と５０００ｎｍの場合とにおいて、下記のように確認された。このため、本実施形態においては、膜厚が５００ｎｍ以上であって５０００ｎｍ以下程度の厚い第１のレジストパターンＰＭ１の場合においても、好適に上記の効果を得ることができる。

＜膜厚が１５００ｎｍの場合の不溶化条件＞
露光量：６００Ｊ／ｍ^２
加熱温度：１６０℃

＜膜厚が５０００ｎｍの場合の不溶化条件＞
露光量：７００Ｊ／ｍ^２
加熱温度：１８０℃

（Ｂ）まとめ
以上のように、本実施形態では、不溶化処理工程（Ｓ３１）にて再露光処理と加熱処理とを実施する際の不溶化処理条件を、不溶化処理条件設定工程（Ｓ１０）にて設定する。そして、その設定した不溶化処理条件に基づいて、不溶化処理工程（Ｓ３１）にて不溶化処理を実施する。

したがって、本実施形態では、不溶化処理を好適に実施可能であるので、実施形態１と同様に、製造効率を向上可能であって、コストダウンを容易に実現することができる。

また、本発明の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例を採用することができる。

なお、上記の実施形態において、第１のレジストパターンＰＭ１は、本発明の第１のレジストパターンに相当する。また、上記の実施形態において、第２のレジストパターンＰＭ２，ＰＭ２ｂ，ＰＭ２ｃ，ＰＭ２ｄ，ＰＭ２ｅは、本発明の第２のレジストパターンに相当する。また、上記の実施形態において、第１のレジスト膜ＰＲ１は、本発明の第１のレジスト膜に相当する。また、上記の実施形態において、第２のレジスト膜ＰＲ２，ＰＲ２ｄは、本発明の第２のレジスト膜に相当する。

１０１：基板、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３：フォトマスク、ＰＭ１：第１のレジストパターン，レジストパターン、ＰＭ２，ＰＭ２ｂ，ＰＭ２ｃ，ＰＭ２ｄ，ＰＭ２ｅ：第２のレジストパターン、ＰＲ１：第１のレジスト膜、ＰＲ２，ＰＲ２ｄ：第２のレジスト膜

Claims (16)

1. ポジ型のフォトレジスト材料を用いて被処理面上に第１のレジスト膜を成膜する第１のレジスト膜成膜工程と、
   前記第１のレジスト膜に露光光を照射する露光処理を実施後に現像処理を実施することによって、第１のレジストパターンを形成する第１のレジストパターン形成工程と、
   前記第１のレジストパターンが形成された前記被処理面上に、フォトレジスト材料を用いて第２のレジスト膜を成膜する第２のレジスト膜成膜工程と、
   前記第２のレジスト膜に露光光を照射する露光処理を実施後に現像処理を実施することによって、第２のレジストパターンを形成する第２のレジストパターン形成工程と
   を具備し、
   前記第２のレジスト膜成膜工程の実施前に、前記第２のレジストパターン形成工程で用いるフォトレジスト材料の溶媒および前記第２のレジスト膜成膜工程での現像処理にて用いる現像液に対して、前記第１のレジストパターンを不溶化する不溶化処理工程
   を、さらに有し、
   当該不溶化処理工程では、前記第１のレジストパターン形成工程での露光処理において照射した露光光と同じ波長の光を、前記第１のレジストパターンに照射する再露光処理を実施する再露光処理ステップと、前記再露光処理が実施された第１のレジストパターンを加熱する加熱処理を実施する加熱処理ステップとを、順次、実施することによって、前記第１のレジストパターンの不溶化処理を実施する、
   半導体デバイスの製造方法。
2. 前記第１および第２のレジストパターンをマスクとして被処理膜についてエッチングまたはイオン注入を実施する、
   請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
3. 前記第２のレジストパターン形成工程においては、前記第２のレジストパターンの少なくとも一部が、前記第１のレジストパターンに積層されるように、前記第２のレジストパターンを形成する、
   請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
4. 前記第２のレジスト膜成膜工程を実施する前に、前記第１のレジストパターンをマスクとして前記被処理面に不純物をイオン注入するイオン注入工程と、
   前記第２のレジストパターン形成工程の実施後に、前記第１のレジストパターンと前記第２のレジストパターンとをマスクとして前記被処理面についてエッチング処理を実施するエッチング処理工程と
   を、さらに有する、
   請求項３に記載の半導体デバイスの製造方法。
5. 前記イオン注入工程を、前記不溶化処理工程の実施前に実施する、
   請求項４に記載の半導体デバイスの製造方法。
6. 前記第１のレジストパターンにおいて前記不溶化処理が実施された一部を残し、他の部分を除去するレジストパターン選択除去工程
   をさらに有し、
   前記不溶化処理工程では、前記再露光処理ステップにおいて、前記第１のレジストパターンの一部について前記再露光処理を実施し、
   前記レジストパターン選択除去工程においては、前記レジストパターンにて前記再露光処理がされた部分を残し、前記再露光処理がされなかった部分を除去する、
   請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
7. 前記第１のレジスト膜成膜工程では、化学増幅型レジスト材料を、前記フォトレジスト材料として用いて前記第１のレジスト膜を成膜し、
   前記第２のレジスト膜成膜工程では、化学増幅型レジスト材料を、前記フォトレジスト材料として用いて前記第２のレジスト膜を成膜する、
   請求項１から６のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
8. 前記不溶化処理工程の前記再露光処理ステップでは、前記第１のレジストパターン形成工程で実施する露光処理の露光量よりも大きな露光量で、前記再露光処理を実施する、
   請求項１から６のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
9. 前記第１のレジストパターン形成工程では、前記第１のレジスト膜について露光処理を実施した後であって現像処理を実施する前に、前記第１のレジスト膜について加熱処理を実施し、
   前記不溶化処理工程の前記加熱処理ステップでは、前記第１のレジストパターン形成工程で実施する加熱処理の加熱温度よりも高い加熱温度で、前記第１のレジストパターンについて加熱処理を実施する、
   請求項１から６のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
10. 前記第１のレジストパターン形成工程と前記第２のレジストパターン形成工程とにおいては、ＫｒＦエキシマレーザーによって波長が２４８ｎｍである光を前記露光光として照射することによって、前記露光処理を実施する、
    請求項１から６のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
11. 前記第１のレジスト膜成膜工程と前記第２のレジスト膜成膜工程とにおいては、前記第１のレジスト膜と前記第２のレジスト膜との各膜厚が、５００ｎｍ以上，５０００ｎｍ以下になるように、前記第１のレジスト膜と前記第２のレジスト膜とのそれぞれを成膜する、
    請求項１から６のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
12. 前記不溶化処理工程にて前記再露光処理と前記加熱処理とを実施する際の不溶化処理条件を設定する不溶化処理条件設定工程
    を、さらに有し、
    前記不溶化処理工程においては、前記不溶化処理条件設定工程にて設定した不溶化処理条件に基づいて、前記不溶化処理を実施する、
    請求項１から６のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
13. 前記不溶化処理条件設定工程は、
    前記第１のレジストパターン形成工程にて形成する前記第１のレジストパターンを基板に形成する第１のレジストパターン形成ステップと、
    前記第１のレジストパターン形成ステップにおける露光処理で用いた露光光と同じ波長の光を、前記第１のレジストパターンに照射する再露光処理を、複数の露光量条件で複数回実施する再露光処理ステップと、
    前記再露光処理が実施された第１のレジストパターンについて加熱する加熱処理を、複数の加熱温度条件で複数回実施する加熱処理ステップと、
    前記複数の加熱温度条件によって加熱処理が実施された複数の第１のレジストパターンのそれぞれについて、前記第２のレジスト膜成膜工程にて用いるフォトレジスト材料に含まれる溶媒で処理するレジスト溶媒処理ステップと、
    前記複数の加熱温度条件によって加熱処理が実施された複数の第１のレジストパターンのそれぞれについて、前記第２のレジストパターン形成工程の現像処理にて用いる現像液で処理する現像液処理ステップと
    を有し、
    前記レジスト溶媒処理ステップと前記現像液処理ステップとが実施された複数の第１のレジストパターンのそれぞれについて不溶化の度合いを観察し、当該観察結果に基づいて、不溶化処理条件を設定する
    請求項１２に記載の半導体デバイスの製造方法。
14. ポジ型のフォトレジスト材料を用いて被処理面上にレジスト膜を成膜するレジスト膜成膜工程と、
    前記レジスト膜に露光光を照射する露光処理を実施後に現像処理を実施することによって、レジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
    前記レジストパターンの一部を不溶化する不溶化処理を実施する不溶化処理工程と、
    前記レジストパターンにおいて不溶化処理が実施された一部を残し、他の部分を除去するレジストパターン選択除去工程と
    を有し、
    前記不溶化処理工程では、
    前記レジストパターン形成工程での露光処理において照射した露光光と同じ波長の光を、前記レジストパターンの一部に照射する再露光処理を実施する再露光処理ステップと、
    前記再露光処理が実施されたレジストパターンについて加熱する加熱処理を実施する加熱処理ステップと
    を、順次、実施することによって、前記レジストパターン選択除去工程で用いる溶剤に対して前記レジストパターンの一部が不溶になるように、前記不溶化処理を実施し、
    前記レジストパターン選択除去工程においては、前記レジストパターンにて前記再露光処理がされた部分を残し、前記再露光処理がされなかった部分を除去する、
    半導体デバイスの製造方法。
15. ポジ型のフォトレジスト材料を用いて被処理面上に第１のレジスト膜を成膜する第１のレジスト膜成膜工程と、
    前記第１のレジスト膜に露光光を照射する露光処理を実施後に現像処理を実施することによって、第１のレジストパターンを形成する第１のレジストパターン形成工程と、
    前記第１のレジストパターンが形成された前記被処理面上に、フォトレジスト材料を用いて第２のレジスト膜を成膜する第２のレジスト膜成膜工程と、
    前記第２のレジスト膜に露光光を照射する露光処理を実施後に現像処理を実施することによって、第２のレジストパターンを形成する第２のレジストパターン形成工程と
    を具備し、
    前記第２のレジスト膜成膜工程の実施前に、前記第２のレジスト膜成膜工程で用いるフォトレジスト材料の溶媒、および、前記第２のレジストパターン形成工程の現像処理にて用いる現像液に対して、前記第１のレジストパターンを不溶化する不溶化処理工程
    を、さらに有し、
    当該不溶化処理工程では、前記第１のレジストパターン形成工程での露光処理において照射した露光光と同じ波長の光を、前記第１のレジストパターンに照射する再露光処理を実施する再露光処理ステップと、前記再露光処理が実施された第１のレジストパターンについて加熱する加熱処理を実施する加熱処理ステップとを、順次、実施することによって、前記第１のレジストパターンの不溶化処理を実施する、
    パターン形成方法。
16. ポジ型のフォトレジスト材料を用いて被処理面上にレジスト膜を成膜するレジスト膜成膜工程と、
    前記レジスト膜に露光光を照射する露光処理を実施後に現像処理を実施することによって、レジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
    前記レジストパターンの一部を不溶化する不溶化処理を実施する不溶化処理工程と、
    前記レジストパターンにおいて不溶化処理が実施された一部を残し、他の部分を除去するレジストパターン選択除去工程と
    を有し、
    前記不溶化処理工程では、
    前記レジストパターン形成工程での露光処理において照射した露光光と同じ波長の光を、前記レジストパターンの一部に照射する再露光処理を実施する再露光処理ステップと、
    前記再露光処理が実施されたレジストパターンについて加熱する加熱処理を実施する加熱処理ステップと
    を、順次、実施することによって、前記レジストパターン選択除去工程で用いる溶剤に対して前記レジストパターンが不溶になるように、前記不溶化処理を実施し、
    前記レジストパターン選択除去工程においては、前記レジストパターンにて前記再露光処理がされた部分を残し、前記再露光処理がされなかった部分を除去する、
    パターン形成方法。