JP4814976B2 - レジスト塗布処理方法及びレジストパターンの形成方法。 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板上にレジストを塗布するレジスト塗布処理方法及びそのレジスト塗布処理方法を含むレジストパターンの形成方法に関する。

半導体デバイスの製造においては、被処理基板である半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」という。）上に回路パターンを形成するためにフォトリソグラフィ技術が用いられている。フォトリソグラフィ技術を用いる回路パターンを形成するためには、ウェハ上にレジストを塗布してレジスト膜を形成し、このレジスト膜に光を照射して回路パターンに対応するようにレジスト膜を露光した後、これを現像処理するといった手順よりなるパターニング処理を行う。

半導体デバイスは近時、動作速度の向上等の観点から高集積化の傾向にあるため、フォトリソグラフィ技術においては、ウェハ上に形成される回路パターンの微細化が要求されている。そこで、４５ｎｍノードの高解像度を実現するフォトリソグラフィ技術として、ウェハと露光用の投影レンズの間に空気よりも高い屈折率を有する純水等の露光液を供給し、露光液の屈折率を利用して投影レンズからの投射光の波長を短くすることにより露光の線幅を細くする液浸露光が提案されている。しかし、液浸露光処理のみで４５ｎｍノードの高解像度を実現するには、解決すべき課題が多い。従って、４５ｎｍノードの高解像度を実現するためには、液浸露光の技術を、レジスト塗布、露光、現像よりなるパターニング処理を２回行って微細パターンを形成するダブルパターニングと称する技術と組合せて行うことが検討されている。

ダブルパターニングは、ウェハ上に形成された被エッチング層をエッチングするための微細なレジストパターンを形成するために用いられる。すなわち、被エッチング層をエッチング処理するエッチング工程を行う前に、レジスト塗布、露光、現像よりなるフォトリソグラフィ技術によるパターニングを２回行う。１回目のレジスト塗布、露光、現像よりなる１回目のパターニングを行って、所定のピッチで配列する第１のレジストパターンを形成し、その後、２回目のレジスト塗布、露光、現像よりなる２回目のパターニングを行って、第１のレジストパターンのそれぞれのスペースに追加レジストパターンを追加する。これにより、第１のレジストパターン及び追加レジストパターンよりなり、所定のピッチの略半分のピッチを有する第２のレジストパターンを形成することができる。このとき、２回目のパターニングを行うために、第１のレジストパターンが形成され、段差が生じているウェハ上に２回目のレジスト塗布を行う必要がある（例えば特許文献１参照）。

特開２００８−２８１８２５号公報

ところが、上記のレジスト塗布処理方法を用いて、１回目のパターニング処理が行われたウェハ上に２回目のレジスト塗布処理を行う場合、次のような問題があった。

１回目のパターニング処理が行われたウェハ上に２回目にレジストを塗布する場合、１回目のパターニング処理で形成された第１のレジストパターンの段差の形状により、２回目にレジストを塗布して形成するレジスト膜を平坦にすることができないという問題があった。レジスト膜を平坦にすることができなければ、露光の際に照射される光の光路の距離が第１のレジストパターンのそれぞれのスペースの中心側及び両端側で異なるため、２回目にパターニング処理されて形成されるパターンの線幅寸法が、設計通りの寸法にならなくなってしまう。

また、レジスト膜を平坦にすることができない結果として、２回目に塗布されたレジストの膜厚がウェハ面内で均一にならないという問題があった。レジストの膜厚がウェハ面内で均一にならない場合、２回目にパターニング処理されて形成されるパターンの線幅が面内で不均一になってしまう。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ダブルパターニングの２回目のパターニング処理でレジストを塗布して形成するレジスト膜の膜厚を基板面内で均一にすることができるレジスト塗布処理方法及びそのレジスト塗布処理方法を含むレジストパターンの形成方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。

第１の発明は、所定のピッチで配列した第１のレジストパターンのそれぞれのスペースに追加レジストパターンを追加することによって第２のレジストパターンを形成するために、前記第１のレジストパターンが形成された基板上に前記追加レジストパターンとなるレジストを塗布処理するレジスト塗布処理方法であって、前記基板上に、前記第１のレジストパターンの段差よりも小さい膜厚のレジストを塗布処理する塗布処理ステップと、塗布したレジストを熱処理する熱処理ステップとを含み、前記塗布処理ステップと前記熱処理ステップとを交互に複数回繰り返し、前記第１のレジストパターンの段差を前記レジストで埋めることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係るレジスト塗布処理方法において、２回目以降の前記塗布処理ステップにおいて、前記第１のレジストパターン上のレジストが溶解除去されることを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明に係るレジスト塗布処理方法において、前記塗布処理ステップと前記熱処理ステップとを交互に２回繰り返すことを特徴とする。

第４の発明は、第３の発明に係るレジスト塗布処理方法において、１回目の前記塗布処理ステップで塗布されるレジストの膜厚が、前記第１のレジストパターンの段差の半分未満であることを特徴とする。

第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明に係るレジスト塗布処理方法において、１回目の前記熱処理ステップにおける熱処理の温度が、２回目以降の前記熱処理ステップにおける熱処理の温度よりも低いことを特徴とする。

第６の発明は、所定のピッチで配列した第１のレジストパターンのそれぞれのスペースに追加レジストパターンを追加することによって第２のレジストパターンを形成するレジストパターンの形成方法であって、第１から第５のいずれかの発明に係るレジスト塗布処理方法を行って前記追加レジストパターンとなる追加レジスト膜を形成する追加レジスト膜形成ステップと、前記追加レジスト膜に露光、現像を行って前記追加レジストパターンを形成する追加レジストパターン形成ステップとを含むことを特徴とする。

第７の発明は、第６の発明に係るレジストパターンの形成方法において、基板上にレジストを塗布し、熱処理を行ってレジスト膜を形成するレジスト膜形成ステップと、前記レジスト膜に露光、現像を行って前記レジスト膜よりなるパターンを形成するパターン形成ステップと、前記レジスト膜よりなるパターン上に保護膜を形成することによって前記第１のレジストパターンを形成する保護膜形成ステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、ダブルパターニングの２回目のパターニング処理でレジストを塗布して形成するレジスト膜の膜厚の基板面内での不均一性を低減することができる。

本発明の実施の形態に係るパターン形成装置の概略平面図である。 本発明の実施の形態に係るパターン形成装置の概略斜視図である。 本発明の実施の形態に係るパターン形成装置の塗布現像装置における第３処理ユニット群Ｇ３、第４処理ユニット群Ｇ４、第５処理ユニット群Ｇ５の構成を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態に係るレジスト塗布処理方法を行うためのレジスト塗布装置ユニットＣＯＴを示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るレジスト塗布処理方法を行うためのレジスト塗布装置ユニットＣＯＴを示す平面図である。 本発明の実施の形態に係るレジスト塗布処理方法を行うためのレジスト塗布装置ユニットＣＯＴの制御系の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係るレジストパターンの形成方法及びレジスト塗布処理方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るレジストパターンの形成方法及びレジスト塗布処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図（その１）である。 本発明の実施の形態に係るレジストパターンの形成方法及びレジスト塗布処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図（その２）である。 本発明の実施の形態に係るレジスト塗布処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図である。 従来のレジスト塗布処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図である。 本発明の実施の形態の第１の変形例に係るレジスト塗布処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図である。 本発明の実施の形態の第２の変形例に係るレジスト塗布処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図である。 本発明の実施の形態の第３の変形例に係るレジストパターンの形成方法及びレジスト塗布処理方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態の第３の変形例に係るレジストパターンの形成方法及びレジスト塗布処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図（その１）である。 本発明の実施の形態の第３の変形例に係るレジストパターンの形成方法及びレジスト塗布処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図（その２）である。

次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（実施の形態）
最初に、図１から図１２を参照し、本発明の実施の形態に係るレジストパターンの形成方法及びレジスト塗布処理方法について説明する。

始めに、図１から図４を参照し、本発明の実施の形態に係るパターン形成方法を行うパターン形成装置について説明する。

図１は、本実施の形態に係るパターン形成装置の概略平面図であり、図２はその概略斜視図である。図３は、本実施の形態に係るパターン形成装置の塗布現像装置における第３処理ユニット群Ｇ３、第４処理ユニット群Ｇ４、第５処理ユニット群Ｇ５の構成を説明するための模式図である。

図１及び図２に示すように、パターン形成装置１は、半導体基板であるウェハＷに所定のレジストパターンを形成するためのものであり、ウェハＷにレジスト等を塗布し、かつ露光後の現像を行う塗布現像装置２と、ウェハＷに露光処理を施す液浸露光装置である露光装置３とを備えている。塗布現像装置２は、ウェハＷの搬送ステーションであるカセットステーション１１と、ウェハＷに所定の処理を施す複数の処理ユニットを有する処理ステーション１２と、処理ステーション１２及び露光装置３の間でウェハＷを受け渡すためのインターフェイスステーション１３とを備えている。カセットステーション１１、処理ステーション１２、インターフェイスステーション１３及び露光装置３は、この順にパターン形成装置１の長さ方向（Ｙ方向）に直列に配置されている。

カセットステーション１１は、複数枚、例えば１３枚のウェハＷが収容されたウェハカセットＣＲを載置するカセット載置台１１ａと、カセット載置台１１ａ上のウェハカセットＣＲと後述する処理ステーション１２の第３処理ユニット群Ｇ３に設けられた受け渡しユニットＴＲＳ１との間でウェハＷを搬送するためのウェハ搬送部１１ｃとを有している。カセット載置台１１ａ上には、ウェハカセットＣＲを位置決めするための位置決め部１１ｂが、パターン形成装置１の幅方向（Ｘ方向）に複数、例えば５個設けられており、ウェハカセットＣＲは、その間口がウェハ搬送部１１ｃの筐体の壁面に設けられた開閉部１１ｅと対向するように、位置決め部１１ｂの位置に載置される。ウェハ搬送部１１ｃは、その筐体内に配置された、ウェハＷを保持可能な搬送ピック１１ｄを有し、搬送ピック１１ｄによりカセット載置台１１ａ上の各ウェハカセットＣＲと受け渡しユニットＴＲＳ１との間でウェハＷを搬送するように構成されている。

処理ステーション１２は、筐体１５内に配置されており、前面側（図１下側）に、カセットステーション１１側からインターフェイスステーション１３側に向かって順に、第１処理ユニット群Ｇ１と第２処理ユニット群Ｇ２とを有し、背面側に（図１上側）に、カセットステーション１１側からインターフェイスステーション１３側に向かって順に、第３処理ユニット群Ｇ３、第４処理ユニット群Ｇ４及び第５処理ユニット群Ｇ５を有している。また、処理ステーション１２は、第３処理ユニット群Ｇ３と第４処理ユニット群Ｇ４との間に第１主搬送部Ａ１を有しており、第４処理ユニット群Ｇ４と第５処理ユニット群Ｇ５との間に第２主搬送部Ａ２を有している。また、第１主搬送部Ａ１の背面側には、第６処理ユニット群Ｇ６が設けられている。

図２に示すように、第１処理ユニット群Ｇ１は、ウェハＷに露光時の光の反射を防止する反射防止膜を形成する２つのボトムコーティングユニットＢＡＲＣと、ウェハＷにレジスト膜を形成する３つのレジスト塗布ユニットＣＯＴとが積み重ねられて構成されている。第２処理ユニット群Ｇ２は、ウェハＷに現像処理を施す例えば３つの現像ユニットＤＥＶと、ウェハＷに形成されたレジスト膜の表面に撥水性を有する保護膜（トップコート膜）を形成する例えば２つのトップコーティングユニットＩＴＣとが積み重ねられて構成されている。

図３に示すように、第３処理ユニット群Ｇ３、第４処理ユニット群Ｇ４、第５処理ユニット群Ｇ５は、例えば、レジスト塗布後のウェハＷに加熱処理を施すプリベークユニットＰＡＢ、現像処理後のウェハＷに加熱処理を施すポストベークユニットＰＯＳＴ、露光後現像前のウェハＷに加熱処理を施すポストエクスポージャーベークユニットＰＥＢ、疎水化処理またはプリベークされたウェハＷを所定温度に調整するための温調ユニットである冷却ユニットＣＰＬ１、露光後ベークユニットＰＥＢで加熱されたウェハＷを所定温度に調整する温調ユニットである冷却ユニットＣＰＬ３、ポストベークユニットＰＯＳＴで加熱されたウェハＷを冷却する冷却ユニットＣＰＬ４等を例えば１０段に積み重ねて構成されている。また、第６処理ユニット群Ｇ６は、ウェハＷに疎水化処理を施すアドヒージョンユニットＡＤＨを例えば２段積み重ねて構成されている。

図３に示すように、第３処理ユニット群Ｇ３は、カセットステーション１１と第１主搬送部Ａ１との間でのウェハＷの受け渡し部となる受け渡しユニットＴＲＳ１を有している。また、第５処理ユニット群Ｇ５は、第２主搬送部Ａ２とインターフェイスステーション１３の後述する第１ウェハ搬送機構２１との間でのウェハＷの受け渡し部となる受け渡しユニットＴＲＳ２を有している。

プリベークユニットＰＡＢおよびポストベークユニットＰＯＳＴはいずれも加熱プレートを備え、第１主搬送部Ａ１および第２主搬送部Ａ２の双方からアクセスすることができるように構成されている。一方、露光後ベークユニットＰＥＢは、ウェハＷを加熱する加熱プレートおよび加熱後のウェハを冷却する冷却プレートを備え、やはり第２主搬送部Ａ２および第１ウェハ搬送機構２１の双方からアクセスすることができるように構成されている。

第１主搬送部Ａ１は、ウェハＷを保持可能な第１主ウェハ搬送アーム１６を有している。第１主ウェハ搬送アーム１６は、第１処理ユニット群Ｇ１、第３処理ユニットＧ３、第４処理ユニット群Ｇ４及び第６処理ユニット群Ｇ６の各ユニットに選択的にアクセスできるようになっている。第２主搬送部Ａ２は、ウェハＷを保持可能な第２主ウェハ搬送アーム１７を有している。第２主ウェハ搬送アーム１７は、第２処理ユニット群Ｇ２、第４処理ユニット群Ｇ４及び第５処理ユニット群Ｇ５の各ユニットに選択的にアクセスできるようになっている。

図１に示すように、インターフェイスステーション１３は、筐体内に配置された、処理ステーション１２側の第１インターフェイスステーション１３ａと、露光装置３側の第２インターフェイスステーション１３ｂとを有している。第１インターフェイスステーション１３ａには、第５処理ユニット群Ｇ５の開口部と対面するように、ウェハＷを搬送するための第１ウェハ搬送機構２１が設けられており、第２インターフェイスステーション１３ｂには、ウェハＷを搬送するための第２ウェハ搬送機構２２が設けられている。

第１インターフェイスステーション１３ａの正面側には、周辺露光装置、イン用バッファカセット、アウト用バッファカセット、前洗浄ユニット、後洗浄ユニット等が積み重ねられて構成された第７処理ユニット群Ｇ７が配置されている。第１インターフェイスステーション１３ａの背面側には、高精度温調ユニットが２段に積み重ねられて構成された第８処理ユニット群Ｇ８が配置されている。第２インターフェイスステーション１３ｂの正面側には、検査ユニットとリジェクトウェハカセットが２段に積み重ねられて構成された第９処理ユニット群Ｇ９が配置されている。

図１に示すように、露光装置３は、インターフェイスステーション１３から搬送されたウェハＷを載置するインステージ３ａと、インターフェイスステーション１３に搬送されるウェハＷを載置するアウトステージ３ｂと、レジスト膜が形成されたウェハＷを所定の液体に浸漬させた状態でレジスト膜を露光する液浸露光部３０と、インステージ３ａ、液浸露光部３０およびアウトステージ３ｂの間でウェハＷを搬送するウェハ搬送機構２５とを有している。

次に、以上のように構成されたパターン形成装置１における処理動作について説明する。
まず、ウェハ搬送部１１ｃの搬送ピック１１ｄにより、ウェハカセットＣＲから１枚のウェハＷを取り出し、処理ステーション１２の第３処理ユニット群Ｇ３に設けられた受け渡しユニットＴＲＳ１に搬送する。次に、第１及び第２主搬送部Ａ１、Ａ２により、レシピの順序に従って、第１〜第６処理ユニット群Ｇ１〜Ｇ６の所定のユニットにウェハＷを順次搬送し、ウェハＷに一連の処理を施す。例えば、アドヒージョンユニットＡＤＨでのアドヒージョン処理、ボトムコーティングユニットＢＡＲＣでの反射防止膜の形成、レジスト塗布ユニットＣＯＴでのレジスト膜の形成、トップコーティングユニットＩＴＣでの保護膜の形成、プリベークユニットＰＡＢでのプリベーク処理を行う。その後、インターフェイスステーション１３にて、第１ウェハ搬送機構２１によりウェハＷを搬送して、図示しない周辺露光装置での周辺露光処理、図示しない前洗浄ユニットでの前洗浄処理、図示しない高精度温調ユニットでのウェハＷを高精度で所定の温度に温調した後、第２ウェハ搬送機構２２によってウェハＷを露光装置３のインステージ３ａに搬送する。その後、露光装置３のウェハ搬送機構２５によってウェハＷを液浸露光部３０に搬送してウェハＷに液浸露光処理を施す。

その後、ウェハ搬送機構２５によってウェハＷをアウトステージ３ｂに搬送し、次いで、インターフェイスステーション１３の第２ウェハ搬送機構２２によってウェハＷを搬送し、図示しない後洗浄ユニットでの後洗浄処理を行う。その後、第５処理ユニット群Ｇ５の受け渡しユニットＴＲＳ２を介して、第１及び第２主搬送部Ａ１、Ａ２により、レシピの順序に従って、第１〜５処理ユニット群Ｇ１〜Ｇ５の所定のユニットにウェハＷを順次搬送する。例えばポストエクスポージャーベークユニットＰＥＢでのポストエクスポージャーベーク処理、現像ユニットＤＥＶでの現像処理、ポストベークユニットＰＯＳＴでのポストベーク処理を順次行う。その後、ウェハＷを、第３処理ユニット群Ｇ３に設けられた受け渡しユニットＴＲＳ１を介してカセットステーション１１のウェハカセットＣＲへ搬送する。

次に、図４から図６を参照し、本実施の形態に係るレジスト塗布処理方法を行うためのレジスト塗布装置ユニットＣＯＴについて説明する。図４及び図５は、本実施の形態に係るレジスト塗布処理方法を行うためのレジスト塗布装置ユニットＣＯＴを示す断面図及び平面図である。図６はレジスト塗布装置ユニットＣＯＴの制御系の構成を示す図である。

図４及び図５に示すように、レジスト塗布装置ユニットＣＯＴの中央部には環状のカップＣＰが配置され、カップＣＰの内側にはスピンチャック５２が配置されている。スピンチャック５２は真空吸着によってウェハＷを固定保持した状態で駆動モータ５４によって回転駆動される。駆動モータ５４は、ユニット底板５０に設けられた開口５０ａに昇降移動可能に配置され、たとえばアルミニウムからなるキャップ状のフランジ部材５８を介してたとえばエアシリンダよりなる昇降駆動手段６０及び昇降ガイド手段６２と結合されている。駆動モータ５４の側面には例えばＳＵＳよりなる筒状の冷却ジャケット６４が取り付けられ、フランジ部材５８は、この冷却ジャケット６４の上半部を覆うように取り付けられている。

レジスト塗布時、フランジ部材５８の下端５８ａは、開口５０ａの外周付近でユニット底板５０に密着し、これによってユニット内部が密閉される。スピンチャック５２と第１主搬送部Ａ１の第１主ウェハ搬送アーム１６との間でウェハＷの受け渡しが行われる時は、昇降駆動手段６０が駆動モータ５４ないしスピンチャック５２を上方へ持ち上げることでフランジ部材５８の下端がユニット底板５０から浮くようになっている。

ウェハＷの表面にレジストを供給するためのレジストノズル６６は、レジスト供給管６８を介して図示しないレジスト供給部に接続されている。このレジストノズル６６はレジストノズルスキャンアーム７２の先端部にノズル保持体７０を介して着脱可能に取り付けられている。このレジストノズルスキャンアーム７２は、ユニット底板５０の上に一方向（Ｙ方向）に敷設されたガイドレール７４上で水平移動可能な垂直支持部材７６の上端部に取り付けられており、図示しないＹ方向駆動機構によって垂直支持部材７６と一体にＹ方向に移動するようになっている。

またレジストノズルスキャンアーム７２は、レジストノズル待機部８０でレジストノズル６６を選択的に取り付けるためにＹ方向と直角なＸ方向にも移動可能であり、図示しないＸ方向駆動機構によってＸ方向にも移動するようになっている。

さらに、レジストノズル待機部８０でレジストノズル６６の吐出口が溶媒雰囲気室の口８０ａに挿入され、中で溶媒の雰囲気に晒されることで、ノズル先端のレジストが固化または劣化しないようになっている。また、複数本のレジストノズル６６が設けられ、例えばレジストの種類に応じてそれらのノズルが使い分けられるようになっている。

また、レジストノズルスキャンアーム７２の先端部（ノズル保持体７０）には、ウェハ表面へのレジストの供給に先立ってウェハ表面にウェハ表面を濡らすための溶剤例えばシンナーを供給する溶剤ノズル７１が取り付けられている。この溶剤ノズル７１は図示しない溶剤供給管を介して後述する溶剤供給部に接続されている。溶剤ノズル７１とレジストノズル６６はレジストノズルスキャンアーム７２のＹ移動方向に沿う直線上に各々の吐出口が位置するように取り付けられている。

さらに、ガイドレール７４上には、レジストノズルスキャンアーム７２を支持する垂直支持部材７６だけでなく、リンスノズルスキャンアーム８１を支持しＹ方向に移動可能な垂直支持部材８２も設けられている。Ｙ方向駆動機構（図示せず）によってリンスノズルスキャンアーム８１及びリンスノズル８４はカップＣＰの側方に設定されたリンスノズル待機位置（実線の位置）とスピンチャック５２に設置されているウェハＷの周辺部の真上に設定されたリンス液吐出位置（点線の位置）との間で並進または直線運動するようになっている。

図６に示すように、制御部９０は、レジスト塗布装置ユニットＣＯＴ内の各部を制御するもので、例えば駆動モータ５４の駆動を制御する他、レジスト供給部９１や溶剤供給部（シンナ供給部）９２等を制御する。具体的には、制御部９０は、駆動モータ５４の回転速度を数段階、例えば後述するようにレジスト塗布時に４段階（溶剤供給も合わせると５段階）に制御する。また、制御部９０は、レジスト供給部９１からレジストノズル６６へのレジストの供給や、溶剤供給部９２から溶剤ノズル７１への溶剤、例えばシンナーの供給を制御している。

次に、本実施の形態に係るレジストパターンの形成方法及びレジスト塗布処理方法について説明する。

図７は、本実施の形態に係るレジストパターンの形成方法及びレジスト塗布処理方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。図８Ａ及び図８Ｂは、本実施の形態に係るレジストパターンの形成方法及びレジスト塗布処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図である。

なお、図８Ａ（ａ）から図８Ｂ（ｈ）のそれぞれは、ステップＳ１１からステップＳ１８が行われた後の基板表面の構造を示す。

本実施の形態に係るレジストパターンの形成方法は、図７に示すように、レジスト膜形成ステップ（ステップＳ１１）と、パターン形成ステップ（ステップＳ１２）と、保護膜形成ステップ（ステップＳ１３）と、追加レジスト膜形成ステップ（ステップＳ１４〜ステップＳ１７）と、追加レジストパターン形成ステップ（ステップＳ１８）とを含む。

また、本実施の形態に係るレジスト塗布処理方法である追加レジスト膜形成ステップ（ステップＳ１４〜ステップＳ１７）は、図７に示すように、塗布処理ステップ（ステップＳ１４、ステップＳ１６）と、熱処理ステップ（ステップＳ１５、ステップＳ１７）とを含む。すなわち、本実施の形態に係る追加レジスト膜形成ステップ（ステップＳ１４〜ステップＳ１７）は、塗布処理ステップと熱処理ステップとを交互に２回繰り返す。

始めに、ステップＳ１１のレジスト膜形成ステップを行う。レジスト膜形成ステップは、基板上にレジストを塗布し、熱処理を行ってレジスト膜を形成する工程である。図８Ａ（ａ）は、ステップＳ１１の工程が行われた後の基板表面の構造を示す。

ステップＳ１１では、図８Ａ（ａ）に示すように、予め半導体基板１０１上に、順次被エッチング層１０２、反射防止膜（ＢＡＲＣ：Bottom Anti-Reflecting Coating）１０３を形成しておき、被エッチング層１０２、反射防止膜１０３が形成された基板上にレジストを塗布し、熱処理を行ってレジスト膜１０４を形成する。

半導体基板１０１は、半導体、例えば、シリコン基板のみを示すものではなく、半導体基板内、又は半導体基板上に形成された半導体素子や集積回路パターンに対応した導電膜、これらを絶縁する層間絶縁膜が形成された構造体とを含む、と定義する。

被エッチング層１０２の材質は、特に限定されるものではなく、例えばＳｉＮ、ＳｉＯ_２などの絶縁膜、アモルファスシリコン、ポリシリコンのような導電膜を用いることができる。また、被エッチング層１０２の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば１００ｎｍとすることができる。

反射防止膜（ＢＡＲＣ）１０３の材質は、特に限定されるものではなく、例えば化学気相法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）により成膜されたアモルファスカーボン、スピンオンにより成膜されたポリフェノールやｉ線レジスト等のフォトレジストを含む広範な有機系の材料を用いることができる。また、反射防止膜（ＢＡＲＣ）１０３の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば３０ｎｍとすることができる。

レジスト膜１０４の材質は、特に限定されるものではなく、例えばＡｒＦレジストを用いることができる。また、レジスト膜１０４の厚さＨ１は、特に限定されるものではなく、例えば５０〜２００ｎｍとすることができる。レジストの塗布条件、熱処理条件は、後述する塗布処理ステップ（ステップＳ１４、ステップＳ１６）、熱処理ステップ（ステップＳ１５、ステップＳ１７）を行う際の条件と同様にして行うことができる。

ステップＳ１１におけるレジストの塗布条件としては、特に限定されるものではなく、例えば以下の表１

に示すような条件を用いて行うことができる。例えば、表１の番号４に示すステップで回転数を１０００ｒｐｍとすることにより、Ｈ１を１５０ｎｍとすることができ、表１の番号４に示すステップで回転数を２０００ｒｐｍとすることにより、Ｈ１を１２０ｎｍとすることができる。

また、ステップＳ１１におけるレジスト塗布後の熱処理条件は、特に限定されるものではなく、例えば１２０℃で９０秒間とすることができる。

次に、ステップＳ１２のパターン形成ステップを行う。パターン形成ステップは、レジスト膜１０４に露光、現像を行って、レジスト膜１０４よりなるパターン１０４ａを形成する工程である。図８Ａ（ｂ）は、ステップＳ１２の工程が行われた後の基板表面の構造を示す。

ステップＳ１２では、図８Ａ（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、レジスト膜１０４を、第１のピッチｐ１を有し、レジスト膜よりなるパターン１０４ａに加工する。従って、レジスト膜よりなるパターン１０４ａは、第１のピッチｐ１で配列する。例えば、第１のピッチｐ１を１８０ｎｍとすることができる。

次に、ステップＳ１３の保護膜形成ステップを行う。ステップＳ１３は、レジスト膜よりなるパターン１０４ａの表面を処理して保護膜１０５を形成することによって第１のレジストパターンを形成する工程である。また、図８Ａ（ｃ）は、ステップＳ１３の工程が行われた後の基板表面の構造を示す断面図である。

レジスト膜よりなるパターン１０４ａの表面を処理する方法としては、レジスト膜よりなるパターン１０４ａの表面が、その次のステップである追加レジスト膜形成ステップを行う間に、溶解、劣化等しないように処理できるのであれば、特に限定されるものではない。ここでは、一例として、アルカリ処理を行う。

アルカリ処理は、例えば、レジスト膜よりなるパターン１０４ａが形成された基板をアルカリ水溶液中に浸漬するか、又はアルカリ水溶液をスピンコート法等により基板上に塗布する方法等によって、行うことができる。アルカリ水溶液としては、特に限定されるものではなく、一般的に現像液として用いられている０．１〜１０質量％のＴＭＡＨ水溶液、又は水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液等を用いることができる。

その結果、図８Ａ（ｃ）に示すように、レジスト膜よりなるパターン１０４ａの表面が処理され、保護膜１０５が形成されることによって第１のレジストパターンが形成される。第１のレジストパターンは、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａである。また、保護膜１０５が形成された状態での段差をＨ１１とする。例えばＨ１を１２０ｎｍとし、保護膜１０５の厚さを５ｎｍとすると、Ｈ１１は１２５ｎｍである。

あるいは、アルカリ処理に代え、フルオロカーボンガス等のハロゲン含有ガス又は酸素ガス等を含むＡｒガス等の不活性ガスをプラズマ化したプラズマガスを導入した処理容器内でプラズマ処理を行ってもよい。この場合は、レジスト膜よりなるパターン１０４ａのスペースも含めて全面にわたり基板が保護膜で被覆されるため、段差Ｈ１１はレジスト膜よりなるパターン１０４ａの段差Ｈ１に略等しい。

あるいは、アルカリ処理に代え、図２を用いて説明したトップコーティングユニットＩＴＣにより、レジスト膜の表面に例えば撥水性を有する保護膜（トップコート膜）を形成してもよい。この場合も、レジスト膜よりなるパターン１０４ａのスペースも含めて全面にわたり基板が保護膜で被覆されるため、段差Ｈ１１はレジスト膜よりなるパターン１０４ａの段差Ｈ１に略等しい。

次に、ステップＳ１４の塗布処理ステップ（１回目）を行う。塗布処理ステップは、レジストパターンの段差よりも小さい膜厚のレジストを塗布する工程である。図８Ｂ（ｄ）は、塗布処理ステップが行われた後の基板表面の構造を示す断面図である。

ステップＳ１４では、図８Ｂ（ｄ）に示すように、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａである第１のレジストパターンの上にレジスト膜１０６を形成するためのレジストＰＲを塗布する。ただし、レジストＰＲの厚さ（レジスト膜１０６の厚さと同一と仮定する）Ｈ２は、保護膜１０５で被覆されたパターン１０４ａの段差Ｈ１１よりも小さい。また、塗布処理ステップと熱処理ステップを交互に複数回繰り返し、レジスト膜よりなるパターン１０４ａの段差を埋めるようにするため、１回の塗布処理ステップで塗布するレジストＰＲの塗布厚さは、レジスト膜よりなるパターン１０４ａのみの段差Ｈ１を繰り返し回数で割った値に略等しい。本実施の形態では、一例として繰り返し回数が２回の場合について説明しており、Ｈ２をＨ１１を２で割った値に略等しくなるようにすることができる。具体的には、Ｈ１１が１２５ｎｍであって、塗布処理ステップの繰り返し回数が２回である場合、Ｈ２を６３ｎｍ程度とすることができる。

なお、図８Ｂ（ｄ）に示すように、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのそれぞれのスペースに膜厚Ｈ２のレジストＰＲが塗布されるとともに、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのそれぞれのライン上にもレジストＰＲが塗布される。ただし、ライン上のレジストＰＲの塗布厚さＨ２１は、スペースでのレジストの塗布厚さＨ２よりも小さくなる。

レジスト膜１０４の材質は、特に限定されるものではなく、例えばＡｒＦレジストを用いることができる。また、レジストの塗布条件としては、特に限定されるものではなく、
例えば以下の表２

に示すような条件を用いて行うことができる。

ステップＳ１４における表２に示す回転数２０００ｒｐｍは、ステップＳ１１における表１に示す回転数１０００ｒｐｍの２倍である。ステップＳ１１とステップＳ１４と同一の粘度のレジストを用いる場合、回転数を制御することによって、ステップＳ１４におけるレジスト膜１０６の膜厚を制御することができる。例えば、表２の番号４に示すステップで回転数を２０００ｒｐｍとすることにより、Ｈ２を６３ｎｍとすることができる。

次に、ステップＳ１５の熱処理ステップ（１回目）を行う。熱処理ステップは、塗布したレジストを熱処理し、溶剤を蒸発させ、レジスト膜にする工程である。図８Ｂ（ｅ）は、熱処理ステップが行われた後の基板表面の構造を示す断面図である。

ステップＳ１５では、例えば前述したプリベークユニットＰＡＢ上に基板を載置し、図８Ｂ（ｅ）に示すように、基板下側から加熱することによって熱処理を行う。熱処理条件は、特に限定されるものではなく、例えば１２０℃で９０秒間とすることができる。図８Ｂ（ｅ）に示すように、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのそれぞれのスペースに、塗布されたレジストと略同一の膜厚を有するレジスト膜１０６が形成される。また、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａの上にも塗布されたレジストと略同一の形状を有するレジスト膜１０６ａが形成される。

次に、ステップＳ１６の塗布処理ステップ（２回目）を行う。ステップＳ１６は、１回目の塗布処理ステップであるステップＳ１４を繰り返して行う工程である。図８Ｂ（ｆ）は、塗布処理ステップが行われた後の基板表面の構造を示す断面図である。

ステップＳ１６では、図８Ｂ（ｆ）に示すように、レジスト膜１０６の上に、レジスト膜１０７を形成するためのレジストＰＲを塗布する。レジストの材質、レジストの塗布条件は、ステップＳ１４（１回目の塗布処理ステップ）と同様にして行うことができる。また、レジストＰＲの厚さ（レジスト膜１０７の厚さと同一と仮定する）Ｈ３は、ステップＳ１４と同様に、保護膜１０５で保護されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａの段差Ｈ１１よりも小さい。具体的には、例えばＨ３を６３ｎｍ程度とすることができる。

図８Ｂ（ｆ）に示すように、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのそれぞれのスペースに形成されたレジスト膜１０６の上に膜厚Ｈ３のレジストＰＲが塗布される。パターン１０４ａのそれぞれのスペースにおけるレジスト膜１０６、１０７の合計の膜厚Ｈ４は、１回目の塗布処理ステップのレジスト膜１０６の膜厚Ｈ２と、２回目の塗布処理ステップのレジストＰＲの塗布厚さＨ３との合計Ｈ２＋Ｈ３となり、パターン１０４ａのそれぞれのスペースは埋められる。

一方、図８Ｂ（ｆ）に示すように、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのそれぞれのライン上にもレジストＰＲが塗布される。ただし、２回目に塗布処理ステップで保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのライン上に塗布されたレジストの塗布厚さをＨ３１とすると、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのそれぞれのライン上におけるレジスト膜１０６ａ、１０７ａの合計の膜厚Ｈ４１は、１回目の塗布処理ステップのレジスト膜１０６ａの膜厚Ｈ２１と２回目の塗布処理ステップのレジストＰＲの塗布膜厚さＨ３１との合計Ｈ２１＋Ｈ３１よりも小さくなる。

次に、ステップＳ１７の熱処理ステップ（２回目）を行う。ステップＳ１７は、１回目の熱処理ステップであるステップＳ１５を繰り返して行う工程である。図８Ｂ（ｇ）は、塗布処理ステップが行われた後の基板表面の構造を示す断面図である。

ステップＳ１７でも、ステップＳ１５と同様に、図８Ｂ（ｇ）に示すように、基板下側から加熱することによって熱処理を行う。熱処理条件は、特に限定されるものではなく、例えば１２０℃で９０秒間とすることができる。図８Ｂ（ｇ）に示すように、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのそれぞれのスペースに、塗布されたレジストと略同一の膜厚を有するレジスト膜１０７が形成される。このとき、また、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのライン上にも塗布されたレジストと略同一の形状を有するレジスト膜１０７ａが形成される。ステップＳ１６と同様に、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのそれぞれのスペースにおいて、１回目の塗布処理ステップのレジスト膜１０６の膜厚Ｈ２と、２回目の塗布処理ステップのレジスト膜１０７の膜厚Ｈ３との合計であるＨ４は、Ｈ２＋Ｈ３となる。また、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのそれぞれのライン上におけるレジスト膜１０６ａ、１０７ａの合計の膜厚Ｈ４１は、１回目の塗布処理ステップのレジスト膜１０６ａの膜厚と２回目の塗布処理ステップのレジストＰＲの塗布膜厚さとの合計Ｈ２１＋Ｈ３１よりも小さい。

最後に、ステップＳ１８の追加レジストパターン形成ステップを行う。追加レジストパターン形成ステップは、レジスト膜１０６、１０７に露光、現像を行って、レジスト膜１０６、１０７よりなる追加レジストパターン１０７ｂを形成する工程である。図８Ｂ（ｈ）は、ステップＳ１８の工程が行われた後の基板表面の構造を示す。

ステップＳ１８では、図８Ｂ（ｈ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、レジスト膜１０６、１０７を、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのそれぞれのスペースに追加レジストパターン１０７ｂが追加されるように、加工する。保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａ及び追加レジストパターン１０７ｂよりなるパターンは本発明における第２のレジストパターンに相当し、第１のピッチｐ１の略半分の第２のピッチｐ２で配列する。

次に、図９及び図１０を参照し、本実施の形態に係るレジスト塗布処理方法により、ダブルパターニングの２回目のパターニング処理を行う際にレジスト膜の膜厚を基板面内で均一にすることができる作用効果について説明する。

図９は、本実施の形態に係るレジスト塗布処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図である。図１０は、従来のレジスト塗布処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図である。

なお、図９、図１０の各図においては、所定のピッチで配列し線幅の細い密なパターンを左方側に示し、線幅の太いか又は所定のピッチで配列しない疎なパターンを右方側に示している。以下、左方側の密なパターンの場合について作用効果を説明する。

図９（ａ）から図９（ｅ）のうち、図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｄ）、及び図９（ｅ）は、それぞれ図７に示すステップＳ１４、ステップＳ１５、ステップＳ１６、ステップＳ１７に相当する。すなわち、図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｄ）、及び図９（ｅ）は、それぞれ図８Ｂ（ｄ）、図８Ｂ（ｅ）、図８Ｂ（ｆ）、図８Ｂ（ｇ）に相当する。

本実施の形態に係るレジスト塗布処理方法において、図９（ａ）に示すステップＳ１４の塗布処理ステップ（１回目）、図９（ｂ）に示すステップＳ１５の熱処理ステップ（１回目）を行って、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのそれぞれのライン上に形成されるレジスト膜１０６ａの膜厚はＨ２１である。また、その次に、図９（ｄ）に示すステップＳ１６の塗布処理ステップ（２回目）、図９（ｅ）に示すステップＳ１７の熱処理ステップ（２回目）を行って、レジスト膜１０６ａの上に形成されるレジスト膜１０７ａの膜厚をＨ３１とする。また、レジスト膜１０６ａの膜厚Ｈ２１及びレジスト膜１０７ａの膜厚Ｈ３１の合計の膜厚をＨ４１とする。

このとき、Ｈ４１は、Ｈ２１＋Ｈ３１よりも小さくなる。これは、ステップＳ１６の塗布処理ステップ（２回目）において、レジスト膜１０６ａの全部又は一部が溶解したためである。

図９（ｃ）に示すように、レジストノズル６６からレジストＰＲが塗布されると、レジストに溶剤が含まれているため、レジスト膜１０６ａの全部又は一部がレジストＰＲ中に溶解する。その結果、レジストＰＲの塗布が終了した後は、図９（ｄ）に示すように、レジスト膜１０６ａが全部除去されるか、又は図示しないが、レジスト膜１０６ａの一部が除去される。

すなわち、本実施の形態に係るレジスト塗布処理方法は、２回目以降の塗布処理ステップにおいて、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａ（本発明における第１のレジストパターンに相当）のライン上のレジストが溶解除去されることを特徴とする。なお、上述したように、本発明においてレジストが溶解除去されるとは、レジストの全部が除去される場合のみならず、レジストの一部が除去される場合も含む。

なお、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのそれぞれのパターン間（ライン間）、すなわちそれぞれのスペースに塗布されているレジスト膜１０６は、パターン１０４ａのライン上にあるレジスト膜１０６ａに比べ露出が少ないため、２回目の塗布処理ステップにおいてあまり溶解しない。

従って、図９（ｄ）に示すステップＳ１６の塗布処理ステップ（２回目）が行われた後のレジスト膜１０６ａ及びレジスト膜１０７ａの膜厚の合計Ｈ４１は、Ｈ２１＋Ｈ３１よりも小さい。図９（ｄ）に示すように塗布処理ステップ（２回目）でレジスト膜１０６ａの全部が溶解除去される場合には、Ｈ４１はＨ３１に等しくなる。更に、ステップＳ１６の塗布処理ステップ（２回目）とステップＳ１４の塗布処理ステップ（１回目）とのレジストＰＲの塗布条件を同一にした場合、すなわちＨ３１をＨ２１と略等しくした場合、Ｈ４１≒Ｈ２１、すなわちＨ４１をＨ２１と略等しくすることができる。

一方、従来のレジスト塗布処理方法によれば、追加レジストパターンとなるレジストを塗布処理する場合、図１０（ａ）に示すように、１回の塗布処理ステップで保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａの段差Ｈ１１を埋めるように塗布処理条件を設定し、図１０（ｂ）に示すように、熱処理してレジスト膜１０８を形成する。すなわち、図７に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１４、ステップＳ１５を行った後、ステップＳ１６、ステップＳ１７を行わず、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１１とステップＳ１４と同一の粘度のレジストを用いる場合は、ステップＳ１４における回転数をステップＳ１１における表１に示す回転数１０００ｒｐｍと同じにすることによって、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのそれぞれのスペースに塗布されるレジスト膜１０８の膜厚Ｈ５を、膜厚Ｈ１１と略同じにすることができる。その結果、ステップＳ１４の１回の塗布処理ステップで、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａの段差を埋めることができる。

しかしながら、このとき、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのライン上に形成されるレジスト膜１０８ａの膜厚Ｈ５１は、図９（ｂ）に示すＨ２１よりも大きくなる。保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのラインのエッジ部分等の影響を無視すると、Ｈ５１はＨ２１の略２倍（Ｈ５１≒２×Ｈ２１）になる。２回目以降の塗布処理ステップにおいて保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのライン上のレジストが全部溶解除去されると仮定した場合、Ｈ４１＝Ｈ２１＋Ｈ３１≒Ｈ２１≒（１／２）×Ｈ５１となる。すなわち、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのライン上のレジスト膜厚に起因する膜厚の不均一を二分の一に減少させることができる。更に、Ｎ回の塗布処理ステップで保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａの段差を埋める場合には、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのライン上のレジスト膜厚に起因する膜厚の不均一を、従来の１回で段差を埋める場合に比べ、Ｎ分の一に減少させることができる。

このようにして、本実施の形態に係るレジスト塗布処理方法によれば、ダブルパターニングの２回目のパターニング処理でレジストを塗布して形成するレジスト膜の膜厚の基板面内での不均一性を低減することができる。

なお、図９の各図において左方側に示す密なパターンについて説明した作用効果は、右方側に示す疎なパターンについても同様である。そのため、本実施の形態に係るレジスト塗布処理方法は、ダブルパターニングを用いて疎密パターンが混在した各種のパターンを形成する場合にも、２回目のパターニング処理でレジストを塗布して形成するレジスト膜の膜厚の基板面内での不均一性を低減することができる。

また、本実施の形態によれば、ダブルパターニングの２回目のパターニング処理でレジストを塗布して形成するレジスト膜の膜厚の基板面内での不均一性を低減することができるため、ダブルパターニングの２回目のパターニング処理で形成される追加レジストパターンの線幅のばらつきをも低減することができる。

また、本実施の形態では、ステップＳ１２のパターン形成ステップを行って形成したレジスト膜よりなるパターン１０４ａ、ステップＳ１８の追加レジストパターン形成ステップを行って形成した追加レジストパターンについて、線幅の調整を行わない例を説明した。しかしながら、ステップＳ１２のパターン形成ステップ、ステップＳ１８の追加レジストパターン形成ステップを行った後、それぞれ形成したレジスト膜よりなるパターン１０４ａ、追加レジストパターン１０７ｂについて、トリミングステップ、スリミングステップ等の工程を追加し、線幅の調整を行ってもよい。
（実施の形態の第１の変形例）
次に、図１１を参照し、実施の形態の第１の変形例に係るレジスト塗布処理方法について説明する。

本変形例に係るレジスト塗布処理方法は、１回目の塗布処理ステップで塗布されるレジストの膜厚が、第１のレジストパターンの段差の半分未満である点で、実施の形態に係るレジスト塗布処理方法と相違する。

図１１は、本変形例に係るレジスト塗布処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図である。図１１（ａ）から図１１（ｅ）のそれぞれは、図７に示すステップＳ１４からステップＳ１８のそれぞれに相当する。すなわち、図１１（ａ）から図１１（ｅ）のそれぞれは、図８Ｂ（ｄ）から図８Ｂ（ｈ）のそれぞれに相当する。

本変形例では、図７に示すステップＳ１４における回転数を制御することによって、ステップＳ１４におけるレジスト膜１０６の膜厚Ｈ２を保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａの段差Ｈ１１の半分未満（Ｈ２＜（１／２）Ｈ１１）とする。

実施の形態で説明したように、２回目の塗布処理ステップであるステップＳ１４において、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのライン上のレジスト膜１０６ａの全部が溶解除去できない場合がある。一方、本変形例では、１回目の塗布処理ステップにおける保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのそれぞれのスペースにおけるレジスト膜の膜厚１０６を薄くする。これにより、２回目の塗布処理ステップであるステップＳ１６において、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのライン上のレジスト膜１０６ａを完全に除去しやすくすることができる。本変形例に係るレジスト塗布処理方法を行うことによって、レジスト膜の膜厚の基板面内での不均一性をより低減することができる。

なお、本変形例においては、塗布処理ステップと熱処理ステップを交互に繰り返す回数を２回としているが、塗布処理ステップと熱処理ステップを交互に繰り返す回数は、３回以上であってもよい。その場合、１回目の塗布処理ステップで塗布されるレジストの膜厚が２回目以降の塗布処理ステップで塗布されるレジストの膜厚より少なくなるようにしてもよい。あるいは、先の塗布処理ステップで塗布されるレジストの膜厚が、後の塗布処理ステップで塗布されるレジストの膜厚よりも少なくなるようにしてもよい。
（実施の形態の第２の変形例）
次に、図１２を参照し、実施の形態の第２の変形例に係るレジスト塗布処理方法について説明する。

本変形例に係るレジスト塗布処理方法は、１回目の熱処理ステップにおける熱処理の温度が、２回目以降の熱処理ステップにおける熱処理の温度よりも低い点で、実施の形態に係るレジスト塗布処理方法と相違する。

図１２は、本変形例に係るレジスト塗布処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図である。図１２（ａ）から図１２（ｅ）のそれぞれは、図７に示すステップＳ１４からステップＳ１８のそれぞれに相当する。すなわち、図１２（ａ）から図１２（ｅ）のそれぞれは、図８Ｂ（ｄ）から図８Ｂ（ｈ）のそれぞれに相当する。

本変形例では、図７に示すステップＳ１５における熱処理の温度を、ステップＳ１７における熱処理の温度よりも低くなるように設定する。

実施の形態で説明したように、２回目の塗布処理ステップであるステップＳ１６において、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのライン上のレジスト膜１０６ａの全部が溶解除去できない場合がある。このような場合において、１回目の熱処理ステップであるステップＳ１５における熱処理の温度を、２回目の熱処理ステップであるステップＳ１７における熱処理の温度よりも低くする。これにより、保護膜１０５が形成されたレジスト膜よりなるパターン１０４ａのライン上に１回目の塗布処理ステップで塗布されたレジスト膜１０６ａが、溶剤が完全に蒸発していないため、２回目の塗布処理ステップであるステップＳ１６において、完全に除去しやすくすることができる。本変形例に係るレジスト塗布処理方法を行うことによって、レジスト膜の膜厚の基板面内での不均一性をより低減することができる。

なお、本変形例においては、塗布処理ステップと熱処理ステップを交互に繰り返す回数を２回としているが、塗布処理ステップと熱処理ステップを交互に繰り返す回数は、３回以上であってもよい。その場合、２回目以降の熱処理ステップにおける熱処理の温度が、１回目の熱処理ステップにおける熱処理の温度よりも高くなるようにすることができる。
（実施の形態の第３の変形例）
次に、図１３及び図１４を参照し、実施の形態の第３の変形例に係るレジストパターンの形成方法及びレジスト塗布処理方法について説明する。

本変形例に係るレジストパターンの形成方法は、第１のレジストパターンの表面が保護膜で被覆されていない点で、実施の形態に係るレジスト塗布処理方法と相違する。

図１３は、本変形例に係るレジストパターンの形成方法及びレジスト塗布処理方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。図１４Ａ及び図１４Ｂは、本変形例に係るレジストパターンの形成方法及びレジスト塗布処理方法の各ステップにおける基板表面の構造を模式的に示す断面図である。

なお、図１４Ａ（ａ）から図１４Ｂ（ｇ）のそれぞれは、ステップＳ２１からステップＳ２７が行われた後の基板表面の構造を示す。

本変形例に係るレジストパターンの形成方法は、図１３に示すように、レジスト膜形成ステップ（ステップＳ２１）と、パターン形成ステップ（ステップＳ２２）と、追加レジスト膜形成ステップ（ステップＳ２３〜ステップＳ２６）と、追加レジストパターン形成ステップ（ステップＳ２７）とを含む。

また、本変形例に係るレジスト塗布処理方法である追加レジスト膜形成ステップ（ステップＳ２３〜ステップＳ２６）は、図１３に示すように、塗布処理ステップ（ステップＳ２３、ステップＳ２５）と、熱処理ステップ（ステップＳ２４、ステップＳ２６）とを含む。すなわち、本変形例に係る追加レジスト膜形成ステップ（ステップＳ２３〜ステップＳ２６）は、塗布処理ステップと熱処理ステップとを交互に２回繰り返す。

本変形例に係るレジストパターンの形成方法のレジスト膜形成ステップ（ステップＳ２１）と、パターン形成ステップ（ステップＳ２２）とは、実施の形態に係るレジストパターン形成方法の、レジスト膜形成ステップ（ステップＳ１１）と、パターン形成ステップ（ステップＳ１２）と同様である。

ただし、本変形例に係るレジストパターンの形成方法では、実施の形態に係るレジストパターンの形成方法において、図７のステップＳ１３に示す保護膜形成ステップを行わない。パターン形成ステップ（ステップＳ２２）が行われた後、追加レジスト膜形成ステップの塗布処理ステップ（１回目）であるステップＳ２３を行う。

また、追加レジスト膜形成ステップ（ステップＳ２３〜ステップＳ２６）及び追加レジストパターン形成ステップ（ステップＳ２７）のそれぞれは、実施の形態に係るレジストパターン形成方法の追加レジスト膜形成ステップ（ステップＳ１４〜ステップＳ１７）及び追加レジストパターン形成ステップ（ステップＳ１８）のそれぞれに相当する。

すなわち、図１４Ｂ（ｃ）から図１４Ｂ（ｇ）のそれぞれは、実施の形態においてレジスト膜１０４よりなるパターン１０４ａの上面及び側面が表面処理されてできる保護膜１０５がない点を除いては、図８Ｂ（ｄ）から図８Ｂ（ｈ）のそれぞれと同一であり、実施の形態に係るレジスト塗布処理方法を行うことができる。

本変形例においては、第１のレジストパターンを形成する際に、レジスト膜よりなるパターンの表面を処理しないため、パターンの表面は、レジスト膜が露出している。しかしながら、ステップＳ２１に示すレジスト膜形成ステップにおける塗布処理条件又は熱処理条件等、ステップＳ２２に示すパターン形成ステップにおける露光条件、現像条件等を制御することにより、第１のレジストパターンをその後に塗布されるレジストに含まれる溶剤に対して溶解しないようにすることが可能である。そのような場合には、ステップＳ２３、ステップＳ２５の塗布処理ステップを行っても第１のレジストパターンが溶解されることがないため、本変形例に係るレジスト塗布処理方法を行うことによって、ダブルパターニングの２回目のパターニング処理でレジストを塗布して形成するレジスト膜の膜厚の基板面内での不均一性をより低減することができる。

また、本変形例に係るレジスト塗布処理方法を行う工程を含むレジストパターンの形成方法を行うことにより、ダブルパターニングの２回目のパターニング処理で形成される第２レジストパターンのパターン寸法のばらつきをも低減することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上記した実施の形態では、レジストの塗布処理を例に採って説明したが、本発明は、レジスト以外の他の塗布液、例えば反射防止膜、ＳＯＧ（Spin On Glass）膜、ＳＯＤ（Spin on Dielectric）膜などを形成する塗布液の塗布処理も適用することができる。また、上記した実施の形態では、ウェハＷに塗布処理を行う例であったが、本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のレチクルなどの他の基板の塗布処理にも適用することができる。

１ パターン形成装置
１１ カセットステーション
１１ａ カセット載置台
１１ｂ 位置決め部
１１ｃ ウェハ搬送部
１１ｄ 搬送ピック
１２ 処理ステーション
１３ インターフェイスステーション
１５ 筐体
１６ 第１主ウェハ搬送アーム
１７ 第２主ウェハ搬送アーム
２ 塗布現像装置
２１ 第１ウェハ搬送機構
２２ 第２ウェハ搬送機構
２５ ウェハ搬送機構
３ 露光装置
３ａ インステージ
３ｂ アウトステージ
３０ 液浸露光部
５０ ユニット底板
５２ スピンチャック
５４ 駆動モータ
５８ フランジ部材
６０ 昇降駆動手段
６２ 昇降ガイド手段
６４ 冷却ジャケット
６６ レジストノズル
６８ レジスト供給管
７０ ノズル保持体
７１ 溶剤ノズル
７２ レジストノズルスキャンアーム
７４ ガイドレール
７６ 垂直支持部材
８０ レジストノズル待機部
８１ リンスノズルスキャンアーム
８２ 垂直支持部材
８４ リンスノズル
９０ 制御部
９１ レジスト供給部
９２ 溶剤供給部
１０１ 半導体基板
１０２ 被エッチング層
１０３ 反射防止膜（ＢＡＲＣ）
１０４、１０４ａ、１０６、１０６ａ、１０７、１０７ａ レジスト膜
１０５ 保護膜
１０７ｂ 追加レジストパターン
Ａ１ 第１主搬送部
Ａ２ 第２主搬送部
ＡＤＨ アドヒージョンユニット
ＢＡＲＣ ボトムコーティングユニット
ＣＯＴ レジスト塗布装置ユニット
ＣＰＬ１、ＣＰＬ３、ＣＰＬ４ 冷却ユニット
ＣＲ ウェハカセット
ＤＥＶ 現像ユニット
Ｇ１〜Ｇ６ 処理ユニット群
ＩＴＣ トップコーティングユニット
ＰＡＢ プリベークユニット
ＰＥＢ 露光後ベークユニット
ＰＯＳＴ ポストベークユニット
ＰＲ レジスト
Ｗ ウェハ（基板）

Claims (7)

1. 所定のピッチで配列した第１のレジストパターンのそれぞれのスペースに追加レジストパターンを追加することによって第２のレジストパターンを形成するために、前記第１のレジストパターンが形成された基板上に前記追加レジストパターンとなるレジストを塗布処理するレジスト塗布処理方法であって、
   前記基板上に、前記第１のレジストパターンの段差よりも小さい膜厚のレジストを塗布処理する塗布処理ステップと、
   塗布したレジストを熱処理する熱処理ステップと
   を含み、
   前記塗布処理ステップと前記熱処理ステップとを交互に複数回繰り返し、前記第１のレジストパターンの段差を前記レジストで埋めることを特徴とするレジスト塗布処理方法。
2. ２回目以降の前記塗布処理ステップにおいて、前記第１のレジストパターン上のレジストが溶解除去されることを特徴とする請求項１に記載のレジスト塗布処理方法。
3. 前記塗布処理ステップと前記熱処理ステップとを交互に２回繰り返すことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレジスト塗布処理方法。
4. １回目の前記塗布処理ステップで塗布されるレジストの膜厚が、前記第１のレジストパターンの段差の半分未満であることを特徴とする請求項３に記載のレジスト塗布処理方法。
5. １回目の前記熱処理ステップにおける熱処理の温度が、２回目以降の前記熱処理ステップにおける熱処理の温度よりも低いことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のレジスト塗布処理方法。
6. 所定のピッチで配列した第１のレジストパターンのそれぞれのスペースに追加レジストパターンを追加することによって第２のレジストパターンを形成するレジストパターンの形成方法であって、
   請求項１から請求項５のいずれかに記載のレジスト塗布処理方法を行って前記追加レジストパターンとなる追加レジスト膜を形成する追加レジスト膜形成ステップと、
   前記追加レジスト膜に露光、現像を行って前記追加レジストパターンを形成する追加レジストパターン形成ステップと
   を含むことを特徴とするレジストパターンの形成方法。
7. 基板上にレジストを塗布し、熱処理を行ってレジスト膜を形成するレジスト膜形成ステップと、
   前記レジスト膜に露光、現像を行って前記レジスト膜よりなるパターンを形成するパターン形成ステップと、
   前記レジスト膜よりなるパターン上に保護膜を形成することによって前記第１のレジストパターンを形成する保護膜形成ステップと
   を含むことを特徴とする請求項６に記載のレジストパターンの形成方法。

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