JP2021077843A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体パターンの形状異常を抑制する。【解決手段】基板処理装置が実現する基板処理方法は、工程ａ）と工程ｂ）とを含む。工程ａ）は、被処理体を部分的にエッチングし、凹部を形成する工程である。工程ｂ）は、凹部の側壁に、凹部の深さ方向に沿って厚さの異なる膜を形成する工程である。工程ｂ）は、工程ｂ−１）と工程ｂ−２）とを含む。工程ｂ−１）は、第１反応物を供給し、凹部の側壁に第１反応物を吸着させる工程である。工程ｂ−２）は、第２反応物を供給し、第１反応物と第２反応物とを反応させて膜を形成する工程である。【選択図】図１

Description

以下の開示は、基板処理方法および基板処理装置に関する。

半導体装置の集積が水平方向だけでなく垂直方向にも進むに伴い、半導体装置の製造過程において形成されるパターンのアスペクト比も大きくなっている。たとえば、３Ｄ ＮＡＮＤの製造では多数の金属配線層を貫通する方向にチャネルホールを形成する。６４層のメモリセルを形成する場合であれば、チャネルホールのアスペクト比は４５にもなる。

高アスペクト比のパターンを高精度に形成するため様々な手法が提案されている。たとえば、基板の誘電体材料に形成された開口にエッチングと成膜とを繰り返し実行することで、横方向へのエッチングを抑制する手法が提案されている（特許文献１）。また、エッチングと成膜とを組み合わせて、誘電体層の横方向へのエッチングを防止するための保護膜を形成する手法が提案されている（特許文献２）。

米国特許出願公開第２０１６／０３４３５８０号明細書 米国特許出願公開第２０１８／０１７４８５８号明細書

本開示は、半導体パターンの形状異常を抑制できる技術を提供する。

本開示の一態様による、基板処理装置が実現する基板処理方法は、工程ａ）と工程ｂ）とを含む。工程ａ）は、被処理体を部分的にエッチングし、凹部を形成する工程である。工程ｂ）は、凹部の側壁に、凹部の深さ方向に沿って厚さの異なる膜を形成する工程である。工程ｂ）は、工程ｂ−１）と工程ｂ−２）とを含む。工程ｂ−１）は、第１反応物を供給し、凹部の側壁に第１反応物を吸着させる工程である。工程ｂ−２）は、第２反応物を供給し、第１反応物と第２反応物とを反応させて膜を形成する工程である。

本開示によれば、半導体パターンの形状異常を抑制できる。

図１は、一実施形態に係る基板処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。 図２は、一実施形態に係る基板処理方法により形成されるパターンの一例について説明するための図である。 図３は、一実施形態に係る基板処理方法による半導体パターンの形状異常の抑制について説明するための図である。 図４は、一実施形態に係る基板処理方法の第１例について説明するための図である。 図５は、一実施形態に係る基板処理方法の第２例について説明するための図である。 図６は、一実施形態に係る基板処理方法により形成される保護膜の被覆率の制御について説明するための図である。 図７は、一実施形態に係る基板処理方法により形成される保護膜の膜厚について説明するための図である。 図８は、一実施形態に係る基板処理方法により形成される保護膜の膜厚と、処理チャンバ内の圧力との関係について説明するための図である。 図９は、一実施形態に係る基板処理方法を用いた場合のエッチングレートの改善について説明するための図である。 図１０は、第２の実施形態に係る基板処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。 図１１は、第２の実施形態に係る基板処理方法により形成されるパターンの一例を示す図である。 図１２は、第２の実施形態に係る基板処理方法による開口閉塞の抑止について説明するための第１図である。 図１３は、第２の実施形態に係る基板処理方法による開口閉塞の抑止について説明するための第２図である。 図１４は、第３の実施形態に係る基板処理方法について説明するための図である。 図１５は、第３の実施形態に係る基板処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。 図１６は、変形例１に係る基板処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。 図１７は、変形例１に係る基板処理方法により処理される被処理体の一例を説明するための図である。 図１８は、第４の実施形態に係る基板処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。 図１９は、第４の実施形態に係る基板処理方法により処理される被処理体の一例を示す図である。 図２０は、第４の実施形態に係る基板処理方法により処理される被処理体の他の例を示す図である。 図２１は、被処理体の温度と成膜量との関係について説明するための図である。 図２２は、変形例３に係る基板処理方法により処理される被処理体の一例を説明するための図である。 図２３は、一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す図である。

以下に、開示する実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態は限定的なものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を付する。

高アスペクト比のパターンをエッチングするときに形状異常が発生することが知られている。たとえば、縦方向に開口を形成する際に内周面が横方向に膨らむ形状異常が発生することがある。このような形状異常をボーイングと言う。形状異常の発生を抑制するため開口側壁に保護膜を形成する手法が提案されている。微細なパターン形成においてはさらに、保護膜による開口の閉塞や、開口底部への成膜によるエッチングレートの低下等を防止することが望ましい。

なお、以下の説明中、「パターン」とは基板上に形成された形状全般を指す。パターンはたとえば、ホール、トレンチ、ラインアンドスペース等、基板上に形成された複数の形状全体を指す。また、「凹部」とは基板上に形成されたパターンのうち、基板の厚み方向に窪んだ形状の部分を指す。また、凹部は、窪んだ形状の内周面である「側壁」、窪んだ形状の底部分である「底部」、および、側壁と連続する、側壁近傍の基板表面である「頂部」を有する。また、頂部に囲まれた空間を「開口」と呼ぶ。なお、「開口」という用語は、凹部の底部および側壁により囲まれる空間全体または空間の任意の位置を指すためにも使用する。

（一実施形態に係る基板処理方法の流れの一例）
図１は、一実施形態に係る基板処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。まず、被処理体を提供する（ステップＳ１００）。たとえば高アスペクト比のパターンが形成された基板を処理チャンバに配置する。またたとえば、パターンが形成されていない基板を処理チャンバに配置し、基板を部分的にエッチングしてパターンを形成する（工程（ａ））。次に、処理チャンバ内に第１ガス（以下、プリカーサまたは第１反応物とも呼ぶ）を導入する（ステップＳ１０１、第１工程または工程（ｂ−１））。次に、処理チャンバをパージして、被処理体の表面上に過剰に吸着した第１ガスの成分を排出する（ステップＳ１０２）。次に、処理チャンバ内に第２ガス（以下、反応ガスまたは第２反応物とも呼ぶ）を導入する（ステップＳ１０３、第２工程または工程（ｂ−２））。そして、処理チャンバをパージして過剰な第２ガスの成分を排出する（ステップＳ１０４）。なお、ステップＳ１００と、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４とは、同一の処理チャンバで行ってもよく（ｉｎ−ｓｉｔｕ）、異なる処理チャンバで行ってもよい（ｅｘ−ｓｉｔｕ）。次に、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４において被処理体上に形成された保護膜が所定の膜厚に達したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。保護膜が所定の膜厚に達したか否かの判定は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の実行回数に基づいて行ってもよい。また、保護膜の膜厚の測定値に基づいて行ってもよい。測定値には、膜厚の分布などの保護膜の状態を示すパラメータが含まれてもよい。保護膜の測定手法は特に限定されず、たとえば光学的手法で測定してもよい。膜厚の測定は、ｉｎ−ｓｉｔｕの場合、予め処理チャンバに設置した測定装置を用いて行う。一方、ｅｘ−ｓｉｔｕの場合、これらの処理チャンバ外に設置した測定装置を用いて行ってもよい。この結果、所定の膜厚に達していないと判定した場合（ステップＳ１０５、Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻ってステップＳ１０４までを繰り返す。この場合のステップＳ１０１〜Ｓ１０４では、前記測定値に基づいて処理条件を調整してもよい。他方、所定の膜厚に達していると判定した場合（ステップＳ１０５、Ｙｅｓ）、被処理体をエッチングする（ステップＳ１０６）。この際、ステップＳ１０５で測定した測定値に基づき、エッチング条件を調整してもよい。そして、エッチング後のパターンが所定の形状となったか否かを判定する（ステップＳ１０７）。エッチング後のパターンが所定の形状となったか否かの判定は、ステップＳ１０６の実行時間に基づいて行ってもよい。また、エッチングのパターン形状の測定値に基づいて行ってもよい。パターン形状の測定手法は特に限定されず、たとえば光学的手法で測定してもよい。パターン形状の測定は、ｉｎ−ｓｉｔｕの場合、予め処理チャンバ内に設置した測定装置を用いて行う。一方、ｅｘ−ｓｉｔｕの場合、これらの処理チャンバの外部に設置した測定装置を用いて行ってもよい。この結果、所定の形状になっていないと判定した場合（ステップＳ１０７、Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻って第１工程から処理を繰り返す。他方、所定の形状になったと判定した場合（ステップＳ１０７、Ｙｅｓ）、処理を終了する。これが実施形態に係る基板処理方法の処理の流れの一例である。

図１に示す処理中、第１工程および第２工程における処理条件は、第１ガスおよび第２ガスの少なくとも一方のパターンの深さ方向に沿った保護膜の被覆率が変化するように設定する。被覆率とは単位面積当たりに一定量の膜厚まで形成された保護膜の面積比率である。すなわち、第１工程および第２工程を通じて形成される保護膜の膜厚がパターンの深さ方向に変化するように設定する。なお、ステップＳ１０２，Ｓ１０４のパージは省略してもよい。

なお、ステップＳ１０５における判定は、たとえば、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４を所定回数実行したか否かに基づいて行う。また、ステップＳ１０７における判定は、たとえば、同一の被処理体に対してステップＳ１０６を所定回数実行した否かに基づいて行う。また、ステップＳ１０６で実行するエッチングの回数は複数回であってもよい。

また、ステップＳ１０１およびステップＳ１０３は、プラズマを用いて実行してもよく、プラズマを用いずに実行してもよい。また、各ステップは同一の処理チャンバ内で減圧雰囲気を維持して実行してもよく、異なる処理チャンバ内を移動して実行してもよい。また、異なる処理チャンバ内で実行する場合は減圧雰囲気を維持して実行してもよく、常圧雰囲気を経て実行してもよい。

図２は、一実施形態に係る基板処理方法により形成されるパターンの一例について説明するための図である。図２を参照して、一実施形態の基板処理方法についてさらに説明する。

図２に示す被処理体Ｓは、基板１０１上に積層されたエッチング対象膜１０２、マスク１２０を含む。まず、被処理体Ｓを処理チャンバ内に配置する。次に、ステップＳ１０１で第１ガスを処理チャンバに導入する。第１ガスは、被処理体Ｓの開口２００を囲む頂部２００Ｔ、側壁２００Ｓおよび底部２００Ｂに吸着し、図２の（Ａ）に示す層を形成する。処理チャンバのパージ後、ステップＳ１０３で第２ガスを処理チャンバに導入する（図２の（Ｂ））。ステップＳ１０１、１０３における処理条件は、第２ガスの成分と被処理体Ｓ上に吸着した第１ガスの成分との反応が被処理体の表層全体で完了しないように設定する。設定された処理条件に基づく処理時間経過後、処理チャンバをパージする。第２ガスは、頂部２００Ｔと側壁２００Ｓの上部において反応し、保護膜３００を形成する（図２の（Ｃ））。この後、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４を繰り返すことにより、所望の膜厚の保護膜３０１が形成される（図２の（Ｄ））。そして、ステップＳ１０６において、エッチング対象膜１０２をエッチングする。エッチングにより形状異常が発生する部分に保護膜３０１が予め形成されていることで、エッチング後の形状異常の発生が防止される。

（形状異常の抑制）
図３は、一実施形態に係る基板処理方法による半導体パターンの形状異常の抑制について説明するための図である。図３の（Ａ）に示す被処理体Ｓは、図２の（Ｄ）に示す被処理体Ｓと同様であり、頂部２００Ｔおよび側壁２００Ｓに保護膜３０１が形成されている。エッチングにおいてはマスクがエッチング対象膜に切り替わる位置においてボーイングが発生することが多い。たとえば、図３の（Ａ）においてＲ１で示す位置にボーイングが発生することが多い。しかし、図３の例では、Ｒ１の位置に保護膜３０１がパターンの深さ方向に薄くなるように形成されている。このため、エッチング後の被処理体Ｓは、（Ｂ）に示すように、保護膜３０１がＲ１において多く削れることで深さ方向に開口寸法が均一化される。エッチングを繰り返すことで保護膜３０１がさらに削れて（Ｃ）に示すように開口２００の上部から下部に向けて開口寸法が略均一化されていき、たとえば（Ｄ）に示す形状となる。エッチングによる保護膜３０１のボーイングが発生した場合（ステップＳ１０７でＮｏに相当）は、第１工程、第２工程を再度実行して保護膜３０１を再形成する。このように、一実施形態に係る基板処理方法によれば、半導体パターンの形状異常を抑制できる。

（パターンの深さ方向に膜厚を変えるためのＡＬＤ制御）
上記のように、実施形態に係る基板処理方法は、開口内周面に深さ方向に被覆率（膜厚）が減少する保護膜を形成する。保護膜を形成する手法としては、化学気相成長（Chemical Vapor Deposition）、原子層堆積（Atomic Layer Deposition：ALD）等がある。実施形態に係る基板処理方法は、ＡＬＤにより形成される膜の自己制御性を利用して開口の深さ方向に被覆率を変えつつ、開口の深さ方向に膜厚が異なる保護膜を形成する。

実施形態に係る基板処理方法について説明する前に、いわゆるＡＬＤについて説明する。ＡＬＤは通常、４つの処理工程を含む。まず、第１ガス（プリカーサとも呼ぶ）を被処理体たとえば基板が配置された処理チャンバに導入する。第１ガスに含まれる第１材料は、被処理体の表面に吸着する。表面が第１材料によって覆われた後、処理チャンバを排気する。次に、第１材料と反応する第２材料を含む第２ガス（反応ガスとも呼ぶ）を処理チャンバに導入する。第２材料は、被処理体上の第１材料と反応して膜を形成する。表面上の第１材料との反応が完了することで成膜が終了する。ＡＬＤは、所定の材料が被処理体表面に予め存在する物質に対して自己制御的に吸着、反応することで膜を形成する。このため、ＡＬＤは通常、十分な処理時間を設けることでコンフォーマルな成膜を実現する。

これに対して、本実施形態に係る基板処理方法は、被処理体の表面上での自己制御的な吸着または反応が完了しないように処理条件を設定する。処理態様としては、少なくとも以下の二通りの態様がある。
（１）プリカーサを被処理体の表面全体に吸着させる。その後導入する反応ガスが、被処理体の表面全体にいきわたらないように制御する。
（２）プリカーサを被処理体の表面の一部のみに吸着させる。その後導入する反応ガスは、プリカーサが吸着した表面部分のみで成膜する。
一実施形態に係る基板処理方法は、（１）または（２）の手法を用いることでたとえば、半導体パターンの開口側壁下部および底部への保護膜の形成を抑制する。

図４は、一実施形態に係る基板処理方法の第１例について説明するための図である。図４に示す被処理体は、基板（図示せず）上に形成されたエッチング対象膜ＥＬ１と、マスクＭＡと、を含む。エッチング対象膜ＥＬ１およびマスクＭＡの積層体には開口ＯＰを有する凹部が形成されている。

まず、被処理体が配置された処理チャンバ内にプリカーサＰを導入する（図４の（Ａ））。プリカーサＰの吸着のために十分な処理時間を設けることで、プリカーサＰは被処理体の表面全体に吸着する（図４の（Ｂ））。プリカーサＰの吸着が完了すると、処理チャンバをパージする。次に、反応ガスＲを処理チャンバ内に導入する（図４の（Ｃ））。導入された反応ガスＲは、被処理体上のプリカーサＰと反応してマスクＭＡの上方から徐々に保護膜ＰＦを形成する。ここで、保護膜ＰＦの形成がエッチング対象膜ＥＬ１下方に到達する前に、反応ガスＲをパージする。このように処理することで、ＡＬＤの手法を用いつつ、凹部の側壁全体に保護膜ＰＦを形成するのではなく、マスクＭＡとエッチング対象膜ＥＬ１の上部とのみに保護膜ＰＦを形成することができる（図４の（Ｄ））。図４の（Ｄ）では、保護膜ＰＦは凹部の側壁上方と頂部に形成され、側壁下方と底部には形成されていない。

図５は、一実施形態に係る基板処理方法の第２例について説明するための図である。図５に示す被処理体は図４の被処理体と同様の形状である。

図５の例では、プリカーサＰを被処理体の上部のみに吸着させる（図５の（Ａ））。プリカーサＰをパージした後、反応ガスＲを処理チャンバに導入する（図５の（Ｂ））。このとき、反応ガスＲは、プリカーサＰが吸着している位置でのみ反応して成膜するため、被処理体の上方のみに保護膜ＰＦが形成される（図５の（Ｃ））。

（選択的吸着および反応のための処理条件）
上記のように、一実施形態に係る基板処理方法では、第２例におけるプリカーサの吸着または第１例における反応ガスの反応をパターンの所定部分で生じさせる。たとえば、パターンの開口上部のみに保護膜を形成するため、プリカーサの吸着または反応ガスの反応がパターンの開口上部のみで生じるように処理条件を調整する。

上記基板処理方法を実現するために調整する処理パラメータはたとえば、被処理体を載置する載置台の温度、処理チャンバ内の圧力、導入するプリカーサの流量および導入時間、導入する反応ガスのガス流量および導入時間、処理時間等である。また、プラズマを使用する処理の場合は、プラズマ生成のために印加する高周波（ＲＦ）電力の値を調整することでも成膜位置を調整できる。

図６は、一実施形態に係る基板処理方法により形成される保護膜の被覆率の制御について説明するための図である。図６中、横軸は処理時間を示し、縦軸は被覆率を示す。また、実線はパターンの凹部頂部（ＴＯＰ）に、一点鎖線は凹部内の側壁中央部（ＭＩＤＤＬＥ）に、破線は凹部の底部（ＢＯＴＴＯＭ）における被覆率を示す。なお、図６は、おおよその傾向を示すものであって厳密な数値を示すものではない。

図６に示すように、パターンの凹部に成膜する場合、凹部の頂部、側壁中央部、底部のそれぞれにおいて成膜（吸着または反応）の速度が異なる。プリカーサまたは反応ガスが最初に入り込む頂部側から徐々に底部に向けて成膜が進む。まず、図６中実線で示すように、頂部において被覆率が徐々に増加し、各部のうち最初に成膜が完了する（タイミングＴ_１、被覆率１００％）。次に、一点鎖線で示すように頂部よりやや遅く側壁中央部での成膜が進み、頂部において成膜が完了したタイミングよりもやや遅い時点（Ｔ_２）で成膜が完了する。次に、破線で示すように底部での成膜が進み、各部のうち最も遅くタイミングＴ_３で成膜が完了する。

したがって、タイミングＴ_１より後であり、かつ、タイミングＴ_３よりも前のタイミングにおいてプリカーサの吸着または反応ガスの反応の処理を終了すると、凹部の頂部にはプリカーサが吸着するかまたは保護膜が形成されているが、側壁中央部や底部での吸着または保護膜の形成が完了していない状態で処理を終了することができる。

図６では処理パラメータとして処理時間を横軸にとって被覆率をプロットした。これに代えて処理時間は一定とし、載置台の温度、処理チャンバ内の圧力、プリカーサまたは反応ガスのガス流量（希釈度）、プラズマ生成のために印加する高周波（ＲＦ）電力の絶対値を変化させることでも被覆率を調整できる。たとえば、載置台の温度を低く設定することで、パターン下方への成膜を遅くすることができる。また、処理チャンバ内の圧力を低く設定することで、パターン下方への成膜を遅くすることができる。また、導入するガスに含まれるプリカーサの流量を低く設定することでも、パターン下方への吸着の進行を遅くすることができる。また、導入する反応ガスの流量を低く設定することでもパターン下方への成膜を遅くすることができる。また、プラズマを用いる場合は、プラズマ生成のために印加する高周波電力の絶対値を低く設定することでパターン下方への成膜を遅くすることができる。

たとえば、載置台の温度、処理チャンバ内の圧力、導入するガス（プリカーサ）の希釈度、高周波電力の絶対値の各々を、他の処理条件が同一の場合に、被処理体の表面全体へのプリカーサの吸着が完了する数値よりも低い数値に設定する。またたとえば、載置台の温度、処理チャンバ内の圧力、高周波電力の絶対値の各々を、他の処理条件が同一の場合に、被処理体の表面全体における反応ガスの反応が完了する数値よりも低い数値に設定する。またたとえば、導入するガス（反応ガス）の希釈度を、他の処理条件が同一の場合に、被処理体の表面全体における反応ガスの反応が完了する数値よりも高い数値に設定する。

一実施形態に係る基板処理方法では、このように処理条件を調整して、いわば第２例に示すようなプリカーサの吸着または第１例に示すような反応ガスの反応が不飽和な状態で処理を終了する。このため、一実施形態に係る基板処理方法によりパターンの上方のみに保護膜を形成できる。

（一実施形態に係る基板処理方法により形成される保護膜の膜厚）
図７は、一実施形態に係る基板処理方法により形成される保護膜の膜厚について説明するための図である。上記のように、一実施形態においては、保護膜がパターンの上方に形成されるよう処理条件を調整する。本発明者らは、一実施形態に係る基板処理方法で被処理体を処理し、形成される保護膜の膜厚を調べた。図７の（Ａ）は、実験に用いた被処理体の概略図である。被処理体は、エッチング対象膜ＥＬ１と、エッチング対象膜ＥＬ１上に形成されたマスクＭＡと、マスクＭＡ、エッチング対象膜ＥＬ１に形成された開口ＯＰを有する凹部と、を備える。図７の（Ａ）は、凹部の内面全体に保護膜ＰＦが形成された状態を示している。ＣＤは、凹部側壁が囲む空間の任意の位置における横方向寸法（以下、開口寸法とも呼ぶ）である。

図７の（Ｂ）は、被処理体の初期状態における開口寸法、実施例１による処理後の開口寸法、参考例１による処理後の開口寸法各々を、エッチング対象膜ＥＬ１内の深さと対応づけてプロットしたものである。初期状態は、保護膜ＰＦが形成される前の状態である。実施例１は、一実施形態に係る基板処理方法により被処理体に保護膜を形成した場合である。具体的には、反応ガスの反応における処理時間を短くしたものである（図６のタイミングＴ_２参照）。参考例１は、通常のＡＬＤにより被処理体に保護膜を形成した場合である。通常のＡＬＤとは、プリカーサ、反応ガス、それぞれが被処理体表面全体で吸着および反応を完了するまで十分な時間をとって実行しコンフォーマルな成膜を実現するＡＬＤを指す。

図７の（Ｂ）に示すように、まず初期状態では、開口寸法は深さ約０．０マイクロメートル（μｍ）の位置で約４０ナノメートル（ｎｍ）であり、深さ約１．４μｍの位置で約３０ｎｍと、深さが増加するに伴い開口寸法が減少している。これに対し、通常のＡＬＤを実行した後は、深さに関わらずほぼ一定の膜厚で保護膜が形成されている。深さ約０．０μｍの位置では、開口寸法は約２５ｎｍであり、深さ約１．４μｍの位置では開口寸法は約１８ｎｍである。深さにより若干の誤差はあるものの約１２〜１５ｎｍの保護膜が形成されている。これに対して、一実施形態に係る基板処理方法による処理後（実施例１）は、深さ約０．０μｍの位置では開口寸法は３０ｎｍだが、深さ約０．４μｍの位置で約３４ｎｍ、深さ約１．３μｍの位置で約３０ｎｍである。すなわち、凹部の頂部から底部に向けて、形成される保護膜の膜厚が概ね徐々に減少している。このように、一実施形態に係る基板処理方法により形成される保護膜は凹部の上部から下部に向けて徐々に膜厚が変化する。つまり、一実施形態に係る基板処理方法は、ＡＬＤの手法をもちいつつ、コンフォーマルではなくいわばサブコンフォーマルな保護膜を形成する。

図８は、一実施形態に係る基板処理方法により形成される保護膜の膜厚の深さ方向における分布と、処理チャンバ内の圧力との関係について説明するための図である。圧力以外の処理条件を一定にしたとき、圧力によって堆積膜の総堆積量が大きく異なるため、深さ１．５μｍまでの堆積膜の膜厚を積算して求めた総堆積量を「１」に正規化して、深さ０μｍから所定の深さまでの堆積量の割合をプロットし、条件間での差異を示している。図８の参考例１は、通常のＡＬＤにより被処理体に保護膜を形成した場合である。通常のＡＬＤではコンフォーマルな成膜を実現するため、深さ方向において膜厚は一定である。そのため、図８のグラフでは、一次曲線を描く。また、図７の（Ｂ）における実施例１の処理条件のうち、反応ガスの反応を行う際の処理チャンバ内の圧力を２００ミリトル（ｍＴ）、２０ｍＴ、１０ｍＴと変化させた場合の膜厚の分布を示す。図８に示すように、いずれの圧力値でも、参考例１に比べて深さが浅い位置での堆積膜の総堆積量が多いことが分かる。すなわち、サブコンフォーマルな保護膜を形成していることを示す。特に圧力が１０ｍＴの場合に深さが浅い位置での堆積膜の総堆積量が多いことがわかる。言い換えれば、深さに応じて保護厚の膜厚を変動させ、かつ、頂部付近ほど膜厚を大きくするためには、処理チャンバ内の圧力を低く設定することが有利である。

また、本発明者らは反応ガスを酸素ガス（Ｏ_２）、被処理体をアスペクト比１０程度のパターンを有する基板として、図７の（Ｂ）における実施例１の処理条件のうち、反応ガスの反応を行う際の酸素ガスの希釈度による保護膜の膜厚変化を調べた。酸素ガスの希釈度とは、酸素ガスと希釈ガスの総流量に対する希釈ガスの割合である。酸素ガスの希釈度を希釈ガスの分圧に置き換えて表記してもよい。なお、希釈ガスとは、反応に寄与しない、希ガスなどの非反応物からなるガスをいう。反応ガスとしてＯ_２、希釈ガスとしてアルゴンガスを用い、これらを所定の割合で混合して使用した。この結果、凹部の深さに応じて保護膜の膜厚が変動し、また、Ｏ_２の希釈度が高いほど膜厚変動が大きくなった。これは、凹部の底部においてＯラジカルが十分に行き渡りやすく、希釈度を上げることで底部に供給されるＯラジカルの量が抑制されるためと考えられる。

このように、一実施形態に係る基板処理方法は、ＡＬＤの手法をもちいつつ、処理条件を調整することによって、パターンの深さ方向に沿って異なる被覆率および膜厚を有する、自己制御性を有する膜を形成する。

（エッチングレートの改善）
図９は、一実施形態に係る基板処理方法によるエッチングレートの改善について説明するための図である。図９は、エッチング対象膜（ＥＬ１）であるアモルファスカーボン層の上にシリコン酸窒化膜のマスク（ＭＡ）を積層し、当該マスクに形成したパターンを用いてアモルファスカーボン層をエッチングした場合の実験結果を示している。

図９の一番左側（初期状態）は、処理開始時の被処理体の状態を示す。初期状態においては、エッチング対象膜ＥＬ１の頂部付近で開口寸法が若干大きくなり、深さ方向に向けて先細り形状になっている。

図９の左から二つ目の図（参考例１）は、初期状態の被処理体を直接エッチングした結果を示す。参考例１では、開口寸法はマスクの下で大きく広がりボーイングが発生している（図９中「Ａ１」で示す部分）。図９の右から二つ目の図（参考例２）は、通常のＡＬＤで保護膜を形成した後にエッチングした結果である。参考例１と比較するとマスクのすぐ下およびエッチング対象膜内におけるボーイングの発生は抑制されているものの（図９中「Ａ２」で示す部分）、エッチングにより形成される凹部の深さが大きく減少している。図９の一番右の図（実施例１）は、一実施形態に係る基板処理方法を用いて保護膜を形成した後にエッチングした結果である。参考例２と比較すると、ボーイングの発生の抑制程度はほぼ同様（図９中「Ａ３」で示す部分）だが、エッチングにより形成される凹部の深さが大きく増加している。

通常のＡＬＤにより保護膜を形成した場合、凹部側壁だけでなく凹部底部にも保護膜が形成される。このため、保護膜がエッチストップ層として働きエッチングレートが低下する。これに対して、実施形態に係る基板処理方法においては、凹部底部への成膜を抑制し凹部側壁に保護膜を形成する。このため、凹部底部に形成された保護膜がエッチストップ層とならず、エッチングレートの低下を抑制できる。

また、一実施形態に係る基板処理方法によれば、凹部底部付近の側壁への成膜が抑制されるため、凹部底部の寸法制御を実現できる。たとえば、頂部から底部にむけて径が小さくなる凹部が形成された場合に、保護膜により側壁の寸法変動を抑制しつつ底部の寸法を大きくする制御を実現できる。

また、一実施形態に係る基板処理方法は、ＡＬＤの手法を用いて成膜するため、膜厚の微細な制御が可能である。このため、凹部頂部における開口閉塞を防止できる。

（被処理体の膜種）
なお、実施形態におけるエッチング対象膜１０２の膜種は特に限定されない。エッチング対象膜１０２はたとえば、シリコン含有膜、炭素含有膜、有機膜、金属膜等であってよい。シリコン含有膜はシリコン誘電体膜であってよく、その例は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコンカーバイドなどを含む。

また、上記実施形態に係る基板処理方法により形成する保護膜３００，３０１の膜種は、エッチング対象膜１０２と同種としてもよい。たとえば保護膜３００，３０１は、シリコン含有膜、炭素含有膜、有機膜、金属膜等でよい。炭素含有膜はたとえば、アモルファスカーボン層（ＡＣＬ）、スピンオンカーボン（Spin-on-Carbon）膜である。また、シリコン含有誘電体膜はたとえば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）、またはこれらの組み合わせである。金属膜は、チタン（Ｔｉ）膜、タングステン（Ｗ）膜等である。このように、保護膜３００，３０１とエッチング対象膜１０２とを同種膜とすることで、その後の処理の制御が容易になる。たとえば、エッチングの際に保護膜３００，３０１およびエッチング対象膜１０２のエッチングレートをそろえることができる。このため、保護膜３００，３０１を形成した後のエッチングの際に底部２００Ｂの寸法を容易に制御できる。たとえば、保護膜３００，３０１をエッチング対象膜１０２に対して異種膜とした場合、後のエッチング工程で保護膜３００，３０１は除去されずに残り、エッチング対象膜１０２の底部２００Ｂが過剰に削れることも考えられる。これに対して保護膜３００，３０１とエッチング対象膜１０２を同種膜としておけば、エッチングにより除去される量の制御が容易である。また、後の処理において保護膜３００，３０１を除去する場合に、保護膜３００，３０１のための別個の除去工程を設けずにエッチング対象膜１０２と併せて除去できる。

なお、エッチング対象膜１０２は、複数の層が積層された積層膜であってもよい。たとえば、エッチング対象膜１０２は、ＯＮＯＮ（シリコン酸化膜／シリコン窒化膜）膜、ＯＰＯＰ（シリコン酸化膜／ポリシリコン）膜であってもよい。

また、保護膜３００，３０１としてシリコン酸化膜を形成する場合、プリカーサはアミノシラン系、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４等を使用でき、反応ガスはＯ_２などの酸素含有ガスを使用できる。また、保護膜３００，３０１としてシリコン窒化膜を形成する場合、プリカーサは、アミノシラン系、ＳｉＣｌ_４，ジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤＳ）等を使用でき、反応ガスはＮ_２やＮＨ_３などの窒素含有ガスを使用できる。また、保護膜３００，３０１として有機膜を形成する場合の手法としては、分子膜堆積（Molecular Layer Deposition：ＭＬＤ）を使用できる。また、保護膜３００，３０１としてチタン膜や酸化チタン膜を形成する場合は、プリカーサはＴＤＭＡＴ（tetrakis（dimethylamino）titanium）、４塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）を使用でき、反応ガスは還元系ガスもしくは酸化系ガスを使用できる。また、タングステン膜を形成する場合は、プリカーサはＷＦ_６を使用でき、反応ガスは還元系ガスを使用できる。

なお、形成される保護膜３００，３０１の深さを制御するために、プリカーサを選択することができる。たとえば、アミノシラン系ガスのうち、よりパターン上方のみに保護膜３００，３０１を形成するためのプリカーサの選択としては、１個のアミノ基を有するアミノシラン（１価アミノシラン）ガスよりも、２個または３個のアミノ基を有するアミノシラン（２価アミノシランまたは３価アミノシラン）ガスを用いることが望ましい。また、パターンの深い位置に保護膜３００，３０１を形成するためには１価アミノシランガスを用いることが望ましい。さらに、処理時間、載置台の温度、処理チャンバ内の圧力などの処理パラメータと組み合わせることにより、不飽和な状態の制御性を高めることができる。

また、プリカーサおよび反応ガスの供給において、プラズマを生成する場合がある。たとえば、プラズマによってプリカーサおよび反応ガスを解離させ、より吸着性の高いプリカーサのラジカルおよびより反応性の高い反応ガスのラジカルを生成し、プリカーサの吸着および反応ガスの反応を促進させることができる。なお、プリカーサおよび反応ガスのみで十分に自発的に反応するのであれば、必ずしもプラズマを生成する必要はない。

なお、上記実施形態に係る基板処理方法は、３Ｄ ＮＡＮＤ、ＤＲＡＭ等に限られず、高アスペクト比のパターンを有する半導体装置の製造に適用できる。たとえば、多層レジストマスク等に用いられる高アスペクト比の有機膜の加工等に適用できる。なおここで、高アスペクト比とは、凹部の幅に対する深さの比が少なくとも５、または１０以上であることを意味する。

（第２の実施形態−阻害因子を用いた制御）
図１０は、第２の実施形態に係る基板処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。図１１は、第２の実施形態に係る基板処理方法により形成されるパターンの一例を示す図である。なお、図１１の（Ａ）に示す被処理体は図２の（Ａ）に示す被処理体と同様である。上記第１の実施形態では、第１ガスおよび第２ガスの少なくとも一方について、吸着位置および反応位置を調整することで、サブコンフォーマルな成膜を実現した。第２の実施形態では、さらに、プリカーサの吸着を阻害する因子（以下、インヒビターとも呼ぶ。）を予め被処理体の表面の一部に形成することでプリカーサの吸着位置を制御する。たとえば、プリカーサの吸着を阻害する疎水基を形成する因子をＣＶＤにより被処理体の上部に形成する。

まず、被処理体を提供する（ステップＳ２００）。たとえば、第１の実施形態と同様に高アスペクト比のパターンが形成された基板を処理チャンバに配置する。またたとえば、パターンが形成されていない基板を処理チャンバに配置し、基板を部分的にエッチングしてパターンを形成する。次に、処理チャンバ内に第１ガスの吸着を阻害する阻害因子を含むガスを導入する（ステップＳ２０１）。阻害因子を含むガスはたとえば、カーボンを含むガスである。カーボンを含むガスはたとえば、フルオロカーボンガス、フルオロハイドロカーボンガス、ハイドロカーボンガスである。図１１の（Ａ）において、フルオロカーボンガスを用いてプラズマＣＶＤを実行すると、インヒビター層ＩＮとしてフルオロカーボン膜が形成される。また、図１１の（Ａ）において、フルオロハイドロカーボンガスを用いてプラズマＣＶＤを実行すると、インヒビター層ＩＮとしてフルオロハイドロカーボン膜が形成される。また、図１１の（Ａ）において、ハイドロカーボンガスを用いてプラズマＣＶＤを実行すると、インヒビター層ＩＮとしてハイドロカーボン膜が形成される。フルオロカーボン膜、フルオロハイドロカーボン膜およびハイドロカーボン膜は、疎水性の膜である。ここでは、プラズマＣＶＤの処理条件を調整して図１１の（Ｂ）に示すようにインヒビター層ＩＮを形成する。図１１の（Ｂ）の例では、インヒビター層ＩＮは、頂部２００Ｔおよび底部２００Ｂに形成されている。

次に、図１１の（Ｃ）に示すように第１ガス（プリカーサＰ、第１反応物）を処理チャンバに導入する（ステップＳ２０２、第１工程）。プリカーサＰはインヒビター層ＩＮが形成されている部分には吸着しない。このため、プリカーサＰは選択的に側壁２００Ｓに吸着する（図１１の（Ｄ）参照）。処理チャンバのパージ（ステップＳ２０３）の後、第２ガス（反応ガスＲ、第２反応物）を処理チャンバに導入する（ステップＳ２０４、第２工程、図１１の（Ｅ））。反応ガスＲは、プリカーサＰが吸着した位置においてのみプリカーサＰの原子と反応して保護膜３０２を形成する。このため、図１１の（Ｅ）に示すように、保護膜３０２は側壁２００Ｓのみに形成される。さらに処理チャンバをパージする（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０６〜Ｓ２０８は、図１のステップＳ１０５〜Ｓ１０７と同様である。

第２の実施形態では、たとえば、プリカーサＰとして、アミノシラン系ガス、シリコン含有ガス、チタン含有ガス、ハフニウム含有ガス、タンタル含有ガス、ジルコニウム含有ガス、有機物含有ガス等を使用できる。プリカーサＰは、インヒビター層ＩＮが形成されていない領域のみに吸着してプリカーサ層を形成する。なお、プリカーサＰを吸着させるときにはプラズマを生成してもしなくてもよい。

プリカーサＰの導入後、反応ガスＲ導入前のパージ工程は、アルゴンや窒素ガス等の不活性ガスを用いて実行し、処理チャンバ内に残留する主に気相中のプリカーサＰを減少または除去させる。また、パージ工程は、処理チャンバ内を真空引きすることによって実行してもよい。過剰に付着していたプリカーサＰがパージによって除去されてプリカーサ層がほぼ単分子層となる。

また、反応ガスＲは、酸素含有ガス、窒素含有ガス、水素含有ガス等である。反応ガスＲはたとえば、Ｏ_２ガス、ＣＯ_２ガス、ＮＯガス、ＳＯ_２ガス、Ｎ_２ガス、Ｈ_２ガス、ＮＨ_３ガスのいずれかを含んでよい。反応ガスＲによりプリカーサ層が改質されて保護膜３０２が形成されると同時に、インヒビター層ＩＮの表面が除去され、インヒビター層ＩＮの膜厚が減少または除去する。

保護膜３０２形成後のパージ工程は、アルゴンや窒素ガス等の不活性ガスを用いて実行し、処理チャンバ内に残留する反応ガスＲを減少または消滅させる。また、該パージ工程は、処理チャンバ内を真空引きすることによって実行してもよい。

このように、インヒビターを用いて保護膜３０２を形成する場合、保護膜３０２の形成位置や膜厚をさらに調整できる。また、保護膜３０２の形成位置は、第１の実施形態と同様に制御できる。このため、第２の実施形態によれば、保護膜３０２の頂部への形成をインヒビターにより防止するとともに、保護膜３０２の側壁下方への形成を処理条件の調整により防止できる。このため、第２の実施形態によれば、第１の実施形態から得られる効果に加えて、さらに効果的に保護膜形成時の開口閉塞を防止できる。

図１２および図１３は、第２の実施形態に係る基板処理方法による開口閉塞の抑止について説明するための図である。図１２の（Ａ）および（Ｂ）は、初期状態および成膜した後の被処理体におけるパターンのうち、マスクとエッチング対象膜との界面から深さ方向に対応付けしたＣＤサイズを示している。なお、初期状態でのＣＤサイズと成膜した後のＣＤサイズの差分を２で割ったものがパターンの側壁（片側）に対して成膜した成膜量を示すことになる。図１２の（Ａ）中、破線は被処理体の初期状態を示す。一点鎖線は、初期状態の被処理体に対して通常のＡＬＤで成膜した結果を示す（参考例１）。実線は、初期状態の被処理体に対してプラズマＣＶＤでインヒビター層を形成した後、通常のＡＬＤで成膜した結果を示す（参考例２）。また、図１２の（Ｂ）中、破線は被処理体の初期状態を示す。一点鎖線は、初期状態の被処理体に対して第１の実施形態に係る基板処理方法で成膜した結果を示す（実施例１）。実線は、初期状態の被処理体に対して第２の実施形態に係る基板処理方法で成膜した結果を示す（実施例２）。

図１２の（Ａ）に示すように、通常のＡＬＤで成膜した場合、インヒビター層を用いるとマスク下約０．６μｍの深さまで保護膜の形成が抑制されている。しかし、約０．６μｍより深い位置では、ほぼコンフォーマルに保護膜が形成されている。他方、図１２の（Ｂ）に示すように、第２の実施形態に係る基板処理方法で成膜した場合、インヒビター層を用いることで、マスク下約０．６μｍの深さまでの保護膜の厚みが約２分の１に抑えられるともに、約０．６μｍより深い位置では、インヒビター層を用いない場合と同様、保護膜の形成が抑制されている。このように、インヒビター層を用いることで、パターン上部の保護膜の膜厚をさらに微細に抑制できる。また、パターンの深さ方向における保護膜の膜厚差は維持できる。

さらに、図１３は、図１２の初期状態、参考例１、参考例２、実施例１、実施例２の各々のマスク頂部の開口の状態を概略的に示している。初期状態においてはマスク頂部付近の開口寸法は約４５ナノメートル（ｎｍ）である。これに対して、通常のＡＬＤで成膜（参考例１）すると開口寸法は約３０ｎｍまで減少する。他方、インヒビター層を形成した上で通常のＡＬＤで成膜（参考例２）した場合の開口寸法は約４２ｎｍに維持された。これに対して、第１の実施形態に係る基板処理方法で成膜した場合（実施例１）、開口寸法は約２１ｎｍとなった。他方、第２の実施形態に係る基板処理方法でインヒビター層を形成した上で成膜した場合（実施例２）、開口寸法は約４０ｎｍに維持された。このように、第２の実施形態のようにインヒビター層を用いてマスク頂部付近への成膜を抑制することで、開口閉塞を防止する効果が認められた。

さらに第２の実施形態では、インヒビター層の形成位置を調整することで、任意の位置に保護膜を形成できる。このため、ボーイングやネッキング等、発生が予想されるパターンの形状異常にあわせて保護膜の膜厚を調整しつつ所望の位置に保護膜を形成できる。また、インヒビター層の形成位置にアスペクト依存性をもたせることで、側壁上の成膜位置を調整することができる。また、インヒビター層の組成を変えることで、ＡＬＤのプリカーサの吸着および反応ガスの吸着のいずれかを阻害することもできる。たとえばカーボンを含むインヒビター層を形成すれば酸化を阻害でき、ＣＦを含むインヒビター層を形成すればプリカーサの吸着を阻害できる。

（第３の実施形態）
第１、第２の実施形態は、高アスペクト比のパターンの高さ方向に被覆率を変化させて成膜する。しかし、ここに開示する実施形態は、高アスペクト比のパターンだけでなく低アスペクト比、たとえばアスペクト比が５未満のパターンにも適用できる。そこで、第３の実施形態として、低アスペクト比のパターンに適用可能な実施形態を説明する。なお、以下の説明において、「低アスペクト比」とは、アスペクト比５未満を指す。

図１４は、第３の実施形態に係る基板処理方法について説明するための図である。図１４の被処理体は、図３に示す被処理体Ｓと同様、基板１０１上に積層されたエッチング対象膜１０２、マスク１２０を含む。

まず、エッチング対象膜１０２にアスペクト比が５未満のパターンが形成された被処理体を準備する（図１４の（Ａ））。このとき、マスク１２０の上表面から計算したアスペクト比が５未満、エッチング対象膜１０２の上表面から計算したアスペクト比が１〜２程度であってもよい。

次に、被処理体に形成されている開口２００の間口寸法、すなわち頂部２００Ｔの幅を狭くするための処理を実行する。たとえば、化学蒸着（ＣＶＤ）または物理蒸着（ＰＶＤ）により、側壁２００Ｓ上部に予備膜３０３を形成する。予備膜３０３は、主に側壁２００Ｓの上部に形成され、側壁２００Ｓ下部および底部２００Ｂには形成されない処理条件を用いて形成する（図１４の（Ｂ））。

次に、上記第１の実施形態と同様に、プリカーサの吸着または反応ガスの反応が不飽和な状態すなわち底面まで完成しない状態で処理が終了される条件を用いて、ＡＬＤにより保護膜３０４を形成する。このとき、保護膜３０４は側壁２００Ｓに形成され、底部２００Ｂには形成されない（図１４の（Ｃ））。

次に、エッチング対象膜１０２をエッチングする（図１４の（Ｄ））。凹部の深さ寸法があらかじめ設定された寸法に達したとき、またはエッチングの処理時間があらかじめ設定された処理時間に達したとき、エッチングを終了する。エッチングの終了タイミングは任意に設定できる。

次に、頂部２００Ｔおよび側壁２００Ｓの上部に残存している予備膜３０３および保護膜３０４を除去する（図１４の（Ｅ））。

このように、第３の実施形態に係る基板処理方法によれば、予めボーイング等の形状異常が発生する位置、すなわち、マスク１２０直下のエッチング対象膜１０２の部分までを保護膜３００で被覆した上でエッチングを実行するため、ボーイング等の形状異常を抑制できる。

また、第３の実施形態に係る基板処理方法によれば、アスペクト比が小さい、たとえば５未満のパターンに対して、サブコンフォーマルなＡＬＤ膜を形成できる。第１、第２の実施形態では高アスペクト比のパターンに対して保護膜を形成する際に、側壁上部から下部にかけて成膜量が徐々に減少するように制御した。しかし、被処理体上に形成されるパターンのアスペクト比が小さい場合、短時間でプリカーサおよび反応ガスが凹部底部に到達してしまう。このため、低アスペクト比のパターンに対してサブコンフォーマルなＡＬＤ膜を形成することは難しい。他方、低アスペクト比のパターンに対してＣＶＤやＰＶＤを用いた場合、膜厚の微細な制御は困難である。

そこで、第３の実施形態では、被処理体に形成されたパターンのアスペクト比が小さい場合、パターンの開口寸法を減少させる処理を予め実行する（図１４の（Ｂ））。かかる処理を行うことで、パターンのアスペクト比を高くし、開口内に進入するプリカーサおよび反応ガスの量を抑制する。このため、第３の実施形態によれば、低アスペクト比のパターンに対してもサブコンフォーマルなＡＬＤ膜を形成して微細な膜厚制御を達成できる。

図１５は、第３の実施形態に係る基板処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。まず、エッチング対象膜１０２上にマスク１２０が形成され、マスク１２０にエッチングのためのパターンが形成された被処理体を提供する（ステップＳ１５０１）。パターンが形成されていない状態の被処理体をチャンバに導入し部分的にエッチングを行ってマスクにパターンを形成してもよい。次に、エッチング対象膜１０２をエッチングする（ステップＳ１５０２）。エッチング後にエッチング対象膜１０２に形成された凹部の深さが所定値に達しているか判定する（ステップＳ１５０３）。所定値に達していないと判定した場合（ステップＳ１５０３、ＮＯ）、ステップＳ１５０２に戻りエッチングを繰り返す。他方、所定値に達していると判定した場合（ステップＳ１５０３、ＹＥＳ）、凹部のアスペクト比が所定値（たとえば１０）以上か否かを判定する（ステップＳ１５０４）。所定値未満と判定した場合（ステップＳ１５０４、ＮＯ）、予備膜３０３を形成して開口２００の幅を狭める（ステップＳ１５０５）。そして、ステップＳ１５０４に戻る。他方、アスペクト比が所定値以上と判定した場合（ステップＳ１５０４、ＹＥＳ）、保護膜３０４を形成する（ステップＳ１５０６）。保護膜３０４を形成するための処理は、第１の実施形態において保護膜を形成するための処理と同様である。たとえば、図１のステップＳ１０１〜ステップＳ１０５を実行することで保護膜３０４を形成することができる。保護膜３０４の形成後、さらにエッチングを実行する（ステップＳ１５０７）。そして、被処理体が所定の形状となったか否かを判定する（ステップＳ１５０８）。たとえば、エッチングによりエッチング対象膜１０２に形成された凹部の深さが予め定められた深さに到達したか否かを判定する。そして、所定の形状となっていないと判定した場合（ステップＳ１５０８、ＮＯ）、ステップＳ１５０４に戻って処理を繰り返す。他方、所定の形状となっていると判定した場合（ステップＳ１５０８、ＹＥＳ）、処理を終了する。これで第３の実施形態に係る基板処理方法は終了する。

このように、第３の実施形態においては、低アスペクト比のパターンについても、開口を狭くする処理を予め実行することでアスペクト比を高くしてサブコンフォーマルＡＬＤにより保護膜を形成することができる。

なお、上記第３の実施形態では、「低アスペクト比」をアスペクト比５未満と定義し、第３の実施形態に係る処理を低アスペクト比のパターンに適用するものとした。しかし、アスペクト比５以上のパターンであってもアスペクト比１０を下回るとサブコンフォーマルな成膜が実現しにくい場合がある。このため、第３の実施形態の手法は、アスペクト比が５〜１０のパターンについて適用してもよい。

なお、予備膜３０３は後続の処理において除去できる材料で形成することが好ましい。たとえば、予備膜３０３は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＣ等で形成する。ＳｉＯ_２の予備膜３０３を形成する場合、アミノシラン系のガス、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４等をプリカーサとして使用できる。また、ＳｉＮの予備膜３０３を形成する場合、アミノシラン系のガス、ＳｉＣｌ_４、ＤＣＳ、ＨＣＤＳ等をプリカーサとして使用できる。またたとえば、予備膜３０３は、カーボン含有膜等の有機膜、チタン（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）を含有する金属膜等であってもよい。

（変形例１−マスク厚に応じた処理条件の変更）
これまで第１〜第３の実施形態について説明した。各実施形態はさらに変形可能である。図１６は、変形例１に係る基板処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。図１７は、変形例１に係る基板処理方法により処理される被処理体の一例を説明するための図である。変形例１は、第１、第２の実施形態の手法に基づき被処理体を処理する過程でのマスクの膜厚減少に対処する。

図１７の（Ａ）に示す被処理体Ｓ１は、図２に示す被処理体Ｓと同様の形状である。変形例１に係る基板処理方法においては、被処理体Ｓ１の提供（ステップＳ１００）から、エッチング（ステップＳ１０６）までの処理は第１の実施形態と同様である。ステップＳ１００からステップＳ１０６までの処理により、たとえば、図１７の（Ｂ）に示す被処理体Ｓ１が形成される。被処理体Ｓ１は、基板１０１Ａの上にエッチング対象膜１０２Ａ、マスク１２０Ａが形成されている。そして、エッチング対象膜１０２Ａとマスク１２０Ａには開口２００Ａを有する凹部が形成されている。凹部の頂部と側壁の上方とには保護膜１３０Ａが形成されている。保護膜１３０Ａは、エッチングによる形状異常が発生しやすいマスク１２０Ａ直下まで形成されている。また、保護膜１３０Ａはエッチングにより内壁が削られている。図１７の（Ｂ）に示す状態からさらにステップＳ１０１〜Ｓ１０６を繰り返し実行すると、徐々にマスク１２０Ａの頂部が削られ、マスク１２０Ａの頂部からエッチング対象膜１０２Ａの上面までの距離が変化する（図１７の（Ｃ））。この場合、第１工程および第２工程の処理条件を変えずに保護膜１３０Ａを形成すると、保護膜１３０Ａが形成される位置が、形状異常が発生するマスク１２０Ａ直下よりも下になってしまう。

そこで、変形例１では、エッチング（ステップＳ１０６）およびステップＳ１０７の後に、マスク１２０Ａの膜厚が所定値であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。マスク１２０Ａの膜厚が所定値か否かの判定は、被処理体Ｓ１の処理前のマスク１２０Ａの膜厚と、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６の実行回数と、に基づいて行ってもよい。また、マスク１２０Ａの膜厚が所定値か否かの判定は、膜厚の測定値に基づいて行ってもよい。また、膜厚の測定手法は特に限定されず、たとえば光学的手法で膜厚を測定してもよい。そして、マスク１２０Ａの膜厚が所定値であると判定した場合（ステップＳ１０８、Ｙｅｓ）、第１工程または第２工程の処理条件を再設定する（ステップＳ１０９）。たとえば、第１工程での被覆率をパターンの深さ方向に沿って変化させるよう処理条件を設定している場合、よりパターン上方にのみ第１ガスが吸着するように処理条件を変更する。たとえば、直前の第１工程時の処理時間よりも次の第１工程の処理時間を短くする。またたとえば、第２工程での被覆率をパターンの深さ方向に沿って変化させるよう処理条件を設定している場合、よりパターンの上部にのみで第２ガスが反応するように処理条件を変更する。たとえば、処理チャンバの温度を低くする。他方、マスク１２０Ａの膜厚が所定値ではないと判定した場合（ステップＳ１０８、Ｎｏ）、処理条件を変更せずステップＳ１０１に戻る。

このように、マスク１２０Ａの膜厚に応じて処理条件を調整することにより、形状異常が発生しやすい箇所に選択的に保護膜１３０Ａを形成できる。たとえば、図１７の（Ｃ）の被処理体は、マスク１２０Ａの膜厚が処理開始時の半分程度になり、頂部からエッチング対象膜１０２Ａまでの距離が短くなっている。この場合、処理条件を変更して保護膜１３０Ａが形成される深さ方向の距離を短くする。すると、図１７の（Ｄ）のように、マスク１２０Ａ直下の形状異常が発生しやすい位置に継続的に保護膜１３０Ａを形成できる。

また、ボーイングがエッチング対象膜１０２Ａに発生した場合も、処理条件を更新してステップＳ１０１〜Ｓ１０４を実行することで、パターン形状を補正できる。

このように、第１工程および第２工程の実行後にエッチング（ステップＳ１０６）により開口２００Ａを有する凹部のアスペクト比が増加した場合、処理条件を変更してもよい。たとえば、アスペクト比の増加に応じて、第１工程（工程ｂ−１）および第２工程（工程ｂ−２）のうち少なくとも一方の処理条件を変更してもよい。たとえば、第２工程で生成するラジカルの輸送量を増加させてもよい。すなわち、エッチング（ステップＳ１０６）の回数が増えるにつれて、保護膜１３０Ａが形成される位置がエッチング対象膜１０２Ａの上方になるよう処理条件を変更してもよい。なお、処理条件は第１工程および第２工程を繰り返すときには、毎回異なる処理条件としてもよく、第１工程および第２工程を数回繰り返した後に異なる処理条件としてもよい。また、マスクの膜厚以外の要因に応じて、処理条件を適宜変更してもよい。

（第４の実施形態）
上記第１の実施形態において、頂部から底部に向けて径が小さくなる凹部が形成された場合に、保護膜により側壁の寸法変動を抑制しつつ底部の寸法を大きくする制御を実現できることを説明した（段落００４４参照）。第４の実施形態として、凹部の寸法制御についてさらに説明する。第４の実施形態に係る基板処理方法によれば、形成するパターンの形状制御の自由度を向上させることができる。

図１８は、第４の実施形態に係る基板処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。図１９、図２０は、第４の実施形態に係る基板処理方法により処理される被処理体の例を示す図である。

まず、被処理体Ｓ２（図１９（Ａ）参照）を提供する（ステップＳ１８００）。被処理体Ｓ２は、基板１０１Ｂと、基板１０１Ｂ上に形成されたエッチング対象膜１０２Ｂと、マスク１２０Ｂと、を備える（図１９（Ａ）参照）。マスク１２０Ｂは開口２００Ａ’を有する。開口２００Ａ’は底部２０１と側壁２０２とを有する。開口２００Ａ’の底部２０１はエッチング対象膜１０２Ｂに達している。ステップＳ１８００では、マスク１２０Ｂを介して、エッチング対象膜１０２Ｂを部分的にエッチングする。

次に、第１の実施形態と同様、第１工程（ステップＳ１８０１）、パージ（ステップＳ１８０２）、第２工程（ステップＳ１８０３）、パージ（ステップＳ１８０４）により保護膜１３０Ａ（図１７参照）を形成する。そして、保護膜１３０Ａが所定の膜厚となると（ステップＳ１８０５、Ｙｅｓ）、被処理体Ｓ２をエッチングする（ステップＳ１８０６）。他方、保護膜１３０Ａが所定の膜厚となっていないと判定した場合（ステップＳ１８０５、Ｎｏ）、ステップＳ１８０１に戻って処理を繰り返す。ステップＳ１８０１〜Ｓ１８０６の処理は、図１６のステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理と同様であり、ステップＳ１８０２，Ｓ１８０４のパージは省略してもよい。また、本実施形態では、ステップＳ１８０６において被処理体Ｓ２をエッチングする際に、第１の実施形態で説明したボーイングが発生しない場合またはボーイングによる影響が小さい場合には、ステップＳ１８０１〜Ｓ１８０４の処理を省略することも可能である。

次に、被処理体Ｓ２に形成された開口２００Ａ’の深さが所定値に達したかを判定する（ステップＳ１８０７）。たとえば、開口２００Ａ’の深さが基板１０１Ｂの上面位置に達したか否かを判定する。開口２００Ａ’の深さが基板１０１Ｂの上面位置に達していないと判定した場合（ステップＳ１８０７、Ｎｏ）、ステップＳ１８０５に戻って処理を繰り返す。他方、開口２００Ａ’の深さが基板１０１Ｂの上面位置に達したと判定した場合（ステップＳ１８０７、Ｙｅｓ）、底部２０１の開口寸法が所定値以上か否かを判定する（ステップＳ１８０８）。底部２０１の開口寸法とは、底部２０１の横方向寸法である。底部２０１の横方向寸法を以下、ボトムＣＤ（Critical Dimension）とも呼ぶ。ステップＳ１８０７およびステップＳ１８０８の「所定値」は予め装置設計等に基づき設定される。

ここでは、開口２００Ａ’は上部から底部２０１まで側壁２０２が垂直方向に延びている形状が理想形状であるとする。そして、ステップＳ１８０８の「所定値」が理想形状のボトムＣＤに設定されたとする。そして、図１９（Ｂ）に示すテーパ形状の開口２００Ａ’が形成されたとする。この場合、ステップＳ１８０８において、ボトムＣＤは所定値未満と判定される（ステップＳ１８０８、Ｎｏ）。ボトムＣＤが所定値未満と判定された場合、保護膜１３０Ｂを形成する（ステップＳ１８０９、図１９（Ｃ）参照）。保護膜１３０Ｂは、開口２００Ａ’の頂部２０３上および側壁２０２上に形成される。図１９（Ｃ）の例では、保護膜１３０Ｂは、側壁２０２の上部側から下部側に向けて徐々に膜厚が減少するように形成される。保護膜１３０Ｂを形成するための手法は、保護膜１３０Ａ（図１７参照）他と同様サブコンフォーマルＡＬＤを用いてもよく、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）を用いてもよい。ＰＥＣＶＤを用いる場合には、処理ガスとしては、たとえば、ＳｉＣｌ_４，Ｏ_２および希ガスを用いることができる。希ガスとしては、たとえば、Ａｒ，Ｈｅ，Ｋｒを用いることができる。また、チャンバ圧力は、１０ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒとし、高周波（ＲＦ）電力は５０Ｗ以上としてよい。

次に、保護膜１０３Ｂが形成された被処理体Ｓ２をエッチング（トリム）する（ステップＳ１８１０）。このとき、側壁２０２の保護膜１３０Ｂに覆われている部分はエッチングされず、覆われていない又は保護膜１３０Ｂが上部よりも薄い下方の部分は、エッチングにより幅が上方の部分よりも増加される（図１９（Ｄ）参照。）。ステップＳ１８０１０のエッチングの後、ステップＳ１８０８に戻る。

ステップＳ１８０８でボトムＣＤが所定値以上であると判定された場合（ステップＳ１８０８、Ｙｅｓ）、処理は終了する。たとえば、ステップＳ１８０８の所定値が開口頂部寸法と略同一に設定されている場合、処理終了時の被処理体Ｓ２の形状はたとえば図１９（Ｄ）に示す形状となる。

なお、ステップＳ１８０６のエッチングとステップＳ１８１０のエッチングは、それぞれ異なる処理条件で実行する。ステップＳ１８０６のエッチングは、開口２００Ａ’を主として深さ方向に掘り進めるように処理条件を設定する。他方、ステップＳ１８１０のエッチングは、開口２００Ａ’の底部２０１を横方向に寸法拡大するように処理条件を設定する。たとえば、ステップＳ１８０６の処理条件は異方性エッチング、ステップＳ１８１０の処理条件は等方性エッチングを実現するよう設定する。ステップＳ１８１０の処理は、エッチングに代えてたとえば後述する変形例３の手法、ＣＯＲ（Chemical Oxide Removal）を用いて実現してもよい。

たとえばエッチング対象膜１０２Ｂが酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）である場合、ステップＳ１８０６のエッチングにおいては、フルオロカーボン（ＣＦ）系のエッチングガスを用いる。たとえば、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８等を用いることができる。また、ＣＦ系ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスおよび酸素（Ｏ_２）ガスを混合して用いることができる。さらに、ＣＨ_３Ｆ，ＣＨ_２Ｆ_２，ＣＨＦ_３等のハイドロフルオロカーボン（ＣＨＦ）系のエッチングガスを添加してもよい。他方、ステップＳ１８１０のエッチングにおいては、フッ素含有ガスをエッチングガスとして用いることができる。たとえばＮＦ_３を用いることができる。

またたとえばエッチング対象膜１０２Ｂが有機膜である場合、ステップＳ１８０６のエッチングにおいては、酸素含有ガスを用いることができる。たとえば、Ｏ_２，ＣＯ、ＣＯ_２等をエッチングガスとして用いることができる。この場合、ステップＳ１８１０においても同様に酸素含有ガスをエッチングガスとして用いることができる。

なお、処理ガス以外の処理条件としては、ステップＳ１８０６の処理時のチャンバ圧力は１０〜３０ｍＴｏｒｒ程度、ステップＳ１８１０の処理時は１００ｍＴｏｒｒ以上が好ましい。また、プラズマ生成時に印加するバイアス生成用の高周波（ＲＦ）電圧は、ステップＳ１８０６の処理時の方がステップＳ１８１０の処理時よりも高くなるように設定する。

なお、ステップＳ１８１０において変形例３の手法を利用する場合、フッ素含有ガスとＮＨ_３の混合ガス、またはＮ_２とＨ_２の混合ガスを利用することができる。フッ素含有ガスとしては、ＮＦ_３、ＳＦ_６、ＣＦ系のガスを用いることができる。

このように、第４の実施形態に係る基板処理方法においては、所望の深さの開口を形成した後に、開口の深さ方向に沿って厚さの異なる膜を形成して被処理体をエッチングする。このため、膜に覆われていない開口下部の寸法を横方向に広げることができ、開口の寸法を調整することができる。このため、第４の実施形態によれば、さらに微細にエッチング対象膜中のパターンの形状の異常を抑制できる。

また、第４の実施形態に係る基板処理方法は、開口２００Ａ’の底部２０１が基板１０１Ｂの上面位置に達した後だけでなく、エッチング対象膜１０２Ｂのエッチング中に実行してもよい。図２０は、エッチング対象膜１０２Ｂのエッチング中に第４の実施形態に係る基板処理方法を適用した例を示している。

図２０の（Ａ）に示す被処理体Ｓ２は、図１９の（Ａ）に示す被処理体Ｓ２と同様である。図１９の（Ａ）の状態から（Ｂ）の状態になるまでに、開口２００Ａ’を掘り進める途中の段階で、図２０の（Ｂ）に示す形状が得られる。たとえば、図１８のステップＳ１８０７において「所定値」を基板１０１Ｂに達しない深さに設定する。そして、開口２００Ａ’の底部２０１がエッチング対象膜１０２Ｂ内に位置している段階で、ステップＳ１８０８を実行する。またたとえば、ステップＳ１８００およびＳ１８０６の実行時間に基づき、開口２００Ａ’の底部２０１がエッチング対象膜１０２Ｂ内に位置している段階で、ステップＳ１８０８を実行する。そして、図２０（Ｂ）に示す状態からステップＳ１８０９の保護膜形成（図２０（Ｃ）参照）とステップＳ１８１０のエッチング（図２０（Ｄ）参照）を実行する。このように判定処理を変更することで、図２０（Ｂ）の状態からボトムＣＤを拡大するための処理を開始することができる。このため、基板１０１Ｂに与えるダメージを抑制しつつ開口２００Ａ’の形状を調整することができる。

このように、第４の実施形態に係る基板処理方法においては、開口２００Ａ’の底部２０１がエッチング対象膜１０２Ｂ内に位置している時から保護膜１３０Ｂを形成してもよい。このため、第４の実施形態によれば、ボトムＣＤの減少を抑制するとともにボーイングの発生を抑制できる。

（ボトムＣＤの判定）
上記ステップＳ１８０８における判定の手法は限定されない。たとえば、被処理体Ｓ２の形状を光学的手段等により検査することでボトムＣＤを判定してもよい。また、ステップＳ１８０１〜Ｓ１８０４，ステップＳ１８０６の実行回数または実行時間に基づき、ボトムＣＤを判定してもよい。また、ステップＳ１８１０を実行した場合には、ステップＳ１８１０の実行時間に基づき、ボトムＣＤを判定してもよい。ステップＳ１８０８の「所定値」は、設計値に基づき予め設定される。

（保護膜形成要否の判定）
また、ステップＳ１８０９の前に保護膜形成（ステップＳ１８０９）要否を判定してもよい。判定の手法は特に限定されない。たとえば、側壁２０２上に残存する保護膜１３０Ｂの厚みおよび／または位置に応じて、保護膜１３０Ｂの形成要否を判定してもよい。またたとえば、ステップＳ１８０１〜Ｓ１８０４、ステップＳ１８０６の実行回数または実行時間に応じて、保護膜１３０Ｂの形成要否を判定してもよい。また、ステップＳ１８０１〜Ｓ１８０４で形成された保護膜（図１７、１３０Ａ）が残存している場合、当該保護膜の厚みおよび／または位置に応じて、ステップＳ１８０９の実行要否を判定してもよい。

なお、ステップＳ１８０８、保護膜形成要否の判定は、まとめて実行してもよい。たとえば、ステップＳ１８０１〜Ｓ１８０４、ステップＳ１８０６の実行回数が値Ｖ１に達した場合に処理を終了してもよい。また、ステップＳ１８０１〜Ｓ１８０４、ステップＳ１８０６の実行回数が値Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）に満たない場合に保護膜１３０Ｂを形成してもよい。また、ステップＳ１８０１〜Ｓ１８０４、ステップＳ１８０６の実行回数が値Ｖ３（Ｖ３＜Ｖ２）に満たない場合に保護膜１３０Ｂを形成せずにエッチング（Ｓ１８１０）を実行してもよい。

（膜種）
エッチング対象膜１０２Ｂ、マスク１２０Ｂおよび保護膜１３０Ｂ各々の膜種は特に限定されない。たとえば、基板１０１Ｂはシリコンウエハであってよい。エッチング対象膜１０２Ｂは、誘電体膜たとえばシリコン含有誘電体膜であってもよい。エッチング対象膜１０２Ｂは複数種類の膜を積層して形成されてもよい。たとえば、エッチング対象膜１０２Ｂは、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜が順次積層された層であってもよい。エッチング対象膜１０２Ｂは、シリコン酸化膜とポリシリコン膜が順次積層された層であってもよい。マスク１２０Ｂは、カーボン含有膜であってよい。カーボン含有膜はアモルファスカーボン層（ＡＣＬ）、スピンオンカーボン膜（ＳＯＣ）で形成されてもよい。またはマスク１２０Ｂは金属膜で形成されてもよい。また、図１９、図２０には図示しないが、マスク１２０Ｂの上にマスク１２０Ｂと同様の開口パターンが形成されたシリコン酸窒化膜（SiON）や裏面反射防止膜（BARC）が存在してもよい。保護膜１３０Ｂはシリコン含有膜であってよい。また、マスク１２０Ｂとエッチング対象膜１０２Ｂの膜種は同種であってもよい。

実施形態に係る基板処理方法において、エッチング対象膜１０２Ｂがシリコン含有誘電体膜である場合は、マスク１２０Ｂは、ＡＣＬ、ＳＯＣ等のカーボン含有膜であってよい。また、エッチング対象膜１０２Ｂがポリシリコン膜である場合は、マスク１２０ＢはＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いて形成したシリコン酸化膜等であってよい。

なお、第４の実施形態に係る基板処理方法は、ステップＳ１８０９の保護膜形成およびステップＳ１８１０のエッチングにおいてプラズマを用いても用いなくてもよい。

また、第４の実施形態に係る基板処理方法は、高アスペクト比のパターンだけでなく低アスペクト比を含む様々なアスペクト比のパターンに適用可能である。第４の実施形態に係る基板処理方法は、たとえばアスペクト１０〜２０のパターンに好適に適用できる。

（変形例２−ウエハ面内での膜厚調整）
第１の実施形態では、処理条件の調整により保護膜の被覆率と膜厚とを調整した。ところで、第１工程および第２工程における処理条件は以下の二つの観点で調整できる。
（１）プリカーサや反応ガスの導入量を制御することでパターンの深さ方向における成膜位置を制御する
（２）形成する保護膜の膜厚を制御する

第１、第２の実施形態では、主として（１）の観点で成膜位置を制御した。変形例２はさらに、（２）の観点で処理条件を調整する。図２１は、被処理体の温度と成膜量との関係について説明するための図である。基板処理装置において処理されるウエハはたとえば、直径約３００ｍｍの円盤形状である。ウエハに対して成膜処理を実行するときウエハの温度によって成膜量が変動することが知られている。図２１の（Ａ）は、ウエハの温度と成膜量との関係を示す。（Ａ）に示すように、ウエハ温度が高くなると成膜量は増加し、ウエハ温度が低くなると成膜量が減少する。

変形例２では、ウエハの載置台（静電チャック）を同心円状の複数ゾーンに分割し、各ゾーンの温度を独立して制御できるようにする。このため、任意の位置で形成される保護膜の膜厚を所望の厚さに制御することができる。たとえば、エッチング等の処理時にはウエハの中心部では形状異常（たとえばボーイング）が小さく、ウエハのエッジ部では形状異常が大きくなることが知られている。このような場合、形状異常が小さい傾向がある中心部の温度を、形状異常が大きい傾向があるエッジ部よりも低くなるよう制御する。このように制御すれば、形成される保護膜の膜厚をウエハの半径方向位置に応じて調整することができ、形成される開口寸法の面内均一性を向上できる。

また、膜厚制御のために図２１の（Ｂ）に示すように径方向および周方向に分割された複数のゾーンを設けて、各々独立に温度制御できるようにすることで、面内均一性の向上以外にも、温度制御を利用できる。たとえば、ウエハの位置ごとに形成する保護膜の厚みを変えて異なる形状の開口を形成する等の処理も実現できる。

（変形例３−酸化膜の除去）
半導体装置を製造する際、ウエハＷには、自然酸化膜が形成される場合がある。この自然酸化膜を除去する場合があり、周辺の他の膜が除去されたりダメージを受けたりする場合がある。このため、周辺の膜にダメージを与えずに自然酸化膜を除去することが好ましい。この実施形態に係る基板処理方法は、パターンの深さ方向に成膜量を変えることができる。このため、凹部底部に形成された酸化膜の上には保護膜を形成せずに、他の部分に保護膜を形成して自然酸化膜除去時のダメージを抑制することができる。

図２２は、変形例３に係る基板処理方法により処理される被処理体の一例を説明するための図である。図２２の（Ａ）は、酸化膜が形成された被処理体の一例を示す図である。被処理体（たとえば半導体ウエハＷ）は、下地となるシリコン（Ｓｉ）層１０１Ｃ上に、ＳｉＯ２膜１４０が設けられている。ＳｉＯ_２膜１４０には、パターンが形成されている。図２２では、パターンとして、Ｓｉ層１０１Ｃに到達する凹部がＳｉＯ_２膜１４０に形成されている。被処理体は、ＳｉＯ_２膜１４０の上面および凹部側壁がＳｉＮ膜１５０で覆われている。また、ウエハＷは、凹部底部のＳｉ層１０１Ｃに自然酸化膜１６０（ＳｉＯ２）が形成されている。Ｓｉ層１０１Ｃは、自然酸化膜１６０のうち凹部の底部となる部分がシリコンゲルマニウムなどに変化しているため、パターンを変えて示している。

変形例３に係る基板処理方法は、凹部側壁上に、第１の実施形態のステップＳ１０１〜ステップＳ１０４を用いて深さ方向に膜厚が薄くなる保護膜３００Ｃを形成する。第１の実施形態に係る基板処理方法は、凹部底部には成膜せず、側壁と頂部に成膜する。このため、図２２の（Ｂ）に示す保護膜３００Ｃを形成できる。そして、保護膜３００Ｃ形成後にエッチングする。側壁は保護膜３００Ｃに覆われているため、保護膜３００Ｃ下のＳｉＮ膜１５０へのダメージを抑制して、底部の自然酸化膜１６０と、側壁の保護膜３００Ｃとを除去できる。その結果、図２２の（Ｃ）に示す被処理体が得られる。

このように、サブコンフォーマルＡＬＤを用いて保護膜３００Ｃを形成すると、凹部底部には成膜せず、側壁と頂部に成膜できるため、底部のエッチングレートを下げることなく、自然酸化膜１６０を除去できる。また、凹部側壁に保護膜３００Ｃを形成することでＳｉＯ２膜１４０やＳｉＮ膜１５０へのダメージを抑制できる。

なお、上記実施形態の説明においては、半導体パターンの形状異常の発生を抑制するために保護膜を用いる例について説明した。これに限らず、パターン形成時にマスクに形状異常が発生した場合に、形状異常を補正するために実施形態に係る基板処理方法を用いることができる。

（チャンバ内のコンディショニング）
ところで、上記実施形態において、たとえば図１のステップＳ１０１〜Ｓ１０４による成膜と、ステップＳ１０６のエッチングとを一つのチャンバ内で実行してもよい。この場合、エッチングにより生成される副生成物がチャンバ内に付着し、成膜時の条件に影響することがありうる。これに対して、一つのチャンバで同じ膜の成膜処理のみを実行した場合、チャンバの内壁その他の部品表面には被処理体上に形成される膜と同種の膜が付随的に形成される。このため、一つのチャンバで成膜処理のみを実行する場合と、一つのチャンバで成膜もエッチングも実行する場合とでは、成膜によって形成される膜の状態が異なる可能性がある。

そこで、本実施形態のエッチング（たとえば図１のステップＳ１０６）を実行した後に、チャンバ内のプラズマ空間に露出する表面のコンディショニングを実行してもよい。コンディショニングとしては、（１）チャンバ内のクリーニング、（２）チャンバ内のコーティングを実行できる。

チャンバ内のクリーニングはたとえば、所定のクリーニングガスをチャンバ内でプラズマ化した後排出することで実行する。クリーニングガスとして、Ｏ_２やＣＯ_２等の酸素含有ガスやＨ_２やＮＨ_３などの水素含有ガス等を用いることができる。なお、クリーニングの手法は特に限定されない。チャンバ内のクリーニングは、たとえば最表面（チャンバ内面）上に付着したカーボンやフッ素を除去する条件で実行する。

また、チャンバ内のコーティングは、所定のコーティングガスをチャンバ内でプラズマ化した後排出することで実行する。コーティングガスとして、ＳｉＣｌ_４やアミノシラン系ガス等のシリコン含有ガスとＯ_２などの酸素含有ガス等を用いたＣＶＤやＡＬＤによりシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）等を成膜することができる。なお、コーティングの手法は特に限定されない。また、コーティングされる材料も特に限定されない。コーティングはたとえば、フッ素（ＣＦなど）を用いたプラズマ処理の後に実行する。コーティングにより、チャンバの最表面に露出した副生成物を覆ってプラズマ処理空間に露出しないようにする。

なお、コンディショニングのためのクリーニングおよびコーティングは、被処理体が載置される載置台周辺だけでなく、チャンバの内壁全体が処理対象となる条件で実行する。また、コンディショニングのためのクリーニングおよびコーティングは、１回のプラズマ処理ごとに実行してもよく、所定回数のプラズマ処理を実行するごとに実行してもよい。これによって、副生成物が付着した内表面のプラズマ処理空間への露出を防止できる。このため、処理ごとにチャンバ内の条件、状態が変動することを防止して、形成される膜の状態を安定させることができる。

（その他の変形例）
上記実施形態において、第１工程および第２工程を１サイクルとして任意の回数のサイクルを繰り返し実行してもよい。また、上記実施形態においては、自己制御性を有する膜の例としてＡＬＤにより形成される膜について説明した。これに限らず、たとえば自己組織化単分子膜（Self-Assembled Monolayer：ＳＡＭ）を保護膜として利用してもよい。

（一実施形態に係る基板処理装置の一例）
図２３は、実施形態に係る基板処理方法の実行に用いられる一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す図である。図２３には、実施形態に係る基板処理方法の種々の実施形態で利用可能な基板処理装置１０の断面構造が概略的に示されている。図２３に示すように、基板処理装置１０は、平行平板の電極を備えるプラズマエッチング装置であり、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、略円筒形状を有しており、処理空間Ｓｐを画定する。処理容器１２は、たとえば、アルミニウムから構成されており、その内壁面には陽極酸化処理が施されている。処理容器１２は保安接地されている。

処理容器１２の底部上には、略円筒状の支持部１４が設けられている。支持部１４は、たとえば、絶縁材料から構成されている。支持部１４を構成する絶縁材料は、石英のように酸素を含み得る。支持部１４は、処理容器１２内において、処理容器１２の底部から鉛直方向に延在している。処理容器１２内には、載置台ＰＤが設けられている。載置台ＰＤは、支持部１４によって支持されている。

載置台ＰＤは、載置台ＰＤの上面においてウエハＷを保持する。ウエハＷの主面ＦＷは、載置台ＰＤの上面に接触するウエハＷの裏面の反対側にあり、上部電極３０に向いている。載置台ＰＤは、下部電極ＬＥおよび静電チャックＥＳＣを有している。下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａおよび第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａおよび第２プレート１８ｂは、たとえば、アルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。

第２プレート１８ｂ上には、静電チャックＥＳＣが設けられている。静電チャックＥＳＣは、導電膜である電極を、一対の絶縁層の間または一対の絶縁シートの間に配置した構造を有している。静電チャックＥＳＣの電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。ウエハＷは、載置台ＰＤに載置されている場合に、静電チャックＥＳＣに接する。ウエハＷの裏面（主面ＦＷの反対側の面）は、静電チャックＥＳＣに接する。静電チャックＥＳＣは、直流電源２２からの直流電圧により生じるクーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着する。これにより、静電チャックＥＳＣは、ウエハＷを保持することができる。

第２プレート１８ｂの周縁部上には、ウエハＷのエッジおよび静電チャックＥＳＣを囲むようにエッジリングＥＲが配置されている。エッジリングＥＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。エッジリングＥＲは、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択される材料から構成されており、たとえば、シリコンや石英から構成され得る。

第２プレート１８ｂの内部には、冷媒流路２４が設けられている。冷媒流路２４は、温調機構を構成している。冷媒流路２４には、処理容器１２の外部に設けられたチラーユニット（図示略）から配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給される冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路２４には、冷媒が循環するように供給される。この冷媒の温度を制御することによって、静電チャックＥＳＣによって支持されたウエハＷの温度が制御され得る。

基板処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、たとえばＨｅガスを、静電チャックＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。

基板処理装置１０には、ウエハＷの温度を調節する温度調節部ＨＴが設けられている。温度調節部ＨＴは、静電チャックＥＳＣに内蔵されている。温度調節部ＨＴには、ヒータ電源ＨＰが接続されている。ヒータ電源ＨＰから温度調節部ＨＴに電力が供給されることにより、静電チャックＥＳＣの温度が調整され、静電チャックＥＳＣ上に載置されるウエハＷの温度が調整されるようになっている。なお、温度調節部ＨＴは、第２プレート１８ｂ内に埋め込まれていることもできる。

基板処理装置１０は、上部電極３０を備えている。上部電極３０は、載置台ＰＤの上方において、載置台ＰＤと対向配置されている。下部電極ＬＥと上部電極３０とは、互いに略平行に設けられており、平行平板電極を構成する。上部電極３０と下部電極ＬＥとの間には、ウエハＷに処理を行うための処理空間Ｓｐが提供されている。

上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。絶縁性遮蔽部材３２は、絶縁材料から構成されており、たとえば、石英のように酸素を含み得る。上部電極３０は、電極板３４および電極支持体３６を含み得る。電極板３４は処理空間Ｓｐに面しており、電極板３４には複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。電極板３４は、一実施形態では、シリコン（以下、ケイ素という場合がある）を含有する。別の実施形態では、電極板３４は、酸化シリコンを含有し得る。

電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、たとえばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。ガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。

基板処理装置１０は、第１の高周波電源６２および第２の高周波電源６４を備える。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波電力を発生する電源であり、２７〜１００［ＭＨｚ］の周波数、一例においては６０［ＭＨｚ］の高周波電力を発生する。また、第１の高周波電源６２は、パルス仕様を備えており、周波数０．１〜５０［ｋＨｚ］、Ｄｕｔｙ５〜１００％で制御可能である。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して上部電極３０に接続されていてもよい。

第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための第２の高周波電力、すなわち高周波バイアス電力を発生する電源であり、４００［ｋＨｚ］〜４０．６８［ＭＨｚ］の範囲内の周波数、一例においては１３．５６［ＭＨｚ］の周波数の高周波バイアス電力を発生する。また、第２の高周波電源６４は、パルス仕様を備えており、周波数０．１〜５０［ｋＨｚ］、Ｄｕｔｙ５〜１００％で制御可能である。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。

基板処理装置１０は、電源７０を更に備えている。電源７０は、上部電極３０に接続されている。電源７０は、処理空間Ｓｐ内に存在する正イオンを電極板３４に引き込むための電圧を、上部電極３０に印加する。一例においては、電源７０は、負の直流電圧を発生する直流電源である。このような電圧が電源７０から上部電極３０に印加されると、処理空間Ｓｐに存在する正イオンが、電極板３４に衝突する。これにより、電極板３４から二次電子および／またはシリコンが放出され得る。

処理容器１２の底部側、且つ、支持部１４と処理容器１２の側壁との間には排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、たとえば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。排気プレート４８の下方、且つ、処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内の空間を所望の真空度まで減圧することができる。処理容器１２の側壁にはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。

ガスソース群４０は、複数のガスソースを有している。複数のガスソースは、有機含有されたアミノシラン系ガスのソース、フルオロカーボン系ガス（ＣｘＦｙガス（ｘ、ｙは１〜１０の整数））のソース、酸素原子を有するガス（酸素ガス等）のソース、および、不活性ガスのソース等の各種のガスのソースを含み得る。不活性ガスとしては、窒素ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスといった任意のガスが用いられ得る。

バルブ群４２は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群４４はマスフローコントローラといった複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースのそれぞれは、バルブ群４２の対応のバルブおよび流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８およびガス供給管８２に接続されている。したがって、基板処理装置１０は、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択された一以上のガスソースからのガスを、個別に調整された流量で、処理容器１２内に供給することが可能である。

処理容器１２には、ガス導入口３６ｃが設けられている。ガス導入口３６ｃは、処理容器１２内において載置台ＰＤ上に配置されたウエハＷの上方に設けられる。ガス導入口３６ｃは、ガス供給管３８の一端に接続されている。ガス供給管３８の他端は、バルブ群４２に接続されている。ガス導入口３６ｃは、電極支持体３６に設けられている。ガス導入口３６ｃから、ガス拡散室３６ａを介して処理空間Ｓｐに供給されるガスは、ウエハＷ上であってウエハＷと上部電極３０との間の空間領域に供給される。

処理容器１２には、ガス導入口５２ａが設けられている。ガス導入口５２ａは、処理容器１２内において載置台ＰＤ上に配置されたウエハＷの側方に設けられる。ガス導入口５２ａは、ガス供給管８２の一端に接続されている。ガス供給管８２の他端は、バルブ群４２に接続されている。ガス導入口５２ａは、処理容器１２の側壁に設けられている。ガス導入口５２ａから処理空間Ｓｐに供給されるガスは、ウエハＷ上であってウエハＷと上部電極３０との間の空間領域に供給される。

基板処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。デポシールドは、Ｙ２Ｏ３の他に、たとえば、石英のように酸素を含む材料から構成され得る。

制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、図２３に示す基板処理装置１０の各部を制御する。

制御部Ｃｎｔは、一実施形態に係る基板処理方法の各工程において基板処理装置１０の各部を制御するためのコンピュータプログラム（入力されたレシピに基づくプログラム）に従って動作し、制御信号を送出する。基板処理装置１０の各部は、制御部Ｃｎｔからの制御信号によって制御される。制御部Ｃｎｔは、具体的には、図２３に示す基板処理装置１０において、制御信号を用いて、ガスソース群４０から供給されるガスの選択および流量、排気装置５０の排気、第１の高周波電源６２および第２の高周波電源６４からの電力供給、電源７０からの電圧印加、ヒータ電源ＨＰの電力供給、チラーユニットからの冷媒流量および冷媒温度、等を制御することが可能である。なお、本明細書において開示される基板処理方法の各工程は、制御部Ｃｎｔによる制御によって基板処理装置１０の各部を動作させることによって実行され得る。制御部Ｃｎｔの記憶部には、一実施形態に係る基板処理方法を実行するためのコンピュータプログラム、および、当該方法の実行に用いられる各種のデータが、読出し自在に格納されている。

（実施形態の効果）
上記実施形態に係る基板処理方法は工程ａ）と工程ｂ）とを含む。工程ａ）において、被処理体を部分的にエッチングし、凹部を形成する。工程ｂ）において、凹部の側壁に、凹部の深さ方向に沿って厚さの異なる膜を形成する。工程ｂ）は工程ｂ−１）と工程ｂ−２）とを含む。工程ｂ−１）は、第１反応物を供給し、凹部の側壁に第１反応物を吸着させる。工程ｂ−２）は、第２反応物を供給し、第１反応物と第２反応物とを反応させて膜を形成する。このため、実施形態によれば、高アスペクト比のパターンに対して形成する膜の膜厚を深さ方向に沿って変化させることができる。このため、実施形態によれば、形状異常が発生しやすいパターンの位置に予め深さ方向に膜厚を変化させて保護膜を形成できる。このため、実施形態によれば、半導体パターンの形状異常を抑制できる。また、実施形態によれば、自己制御性を有する膜、たとえばＡＬＤ膜を形成するため、形成する保護膜の膜厚を精密に制御できる。このため、実施形態によれば、パターンの開口閉塞を抑止できる。また、実施形態によれば、パターンの底部への保護膜形成を抑制することで、エッチストップを防止しエッチングレートを向上できる。また、実施形態によれば、工程ｂ−１）および工程ｂ−２）の処理条件の調整により、パターンの深さ方向に沿った保護膜の被覆率を大きく変化させることができる。

また、実施形態において、工程ｂ）において、ｂ−１）は、凹部の表面全体には第１反応物を吸着させない、および／または、ｂ−２）は、凹部の表面全体では第１反応物と第２反応物とを反応させない。すなわち、実施形態に係る基板処理方法は、第１反応物のパターンの深さ方向における表面全体への吸着が完了する前に終了してもよい。このため、工程ｂ−１）における処理条件を調整することで、保護膜を形成する位置を調整できる。また、実施形態において、工程ｂ−２）は、第２反応物のパターンの深さ方向における表面全体における反応が完了する前に終了してもよい。このため、工程ｂ−２）における処理条件を調整することで、保護層の形成位置を調整できる。たとえば、保護層を底部に形成しないことでエッチングレートの低下を抑制できる。

また、実施形態に係る基板処理方法は、工程ｂ）の後に、凹部の底部をエッチングし、高アスペクト比の凹部を形成する工程ｃ）をさらに含んでもよい。このため、実施形態によれば、保護層形成後のパターンをさらに加工して所望の形状を実現できる。

また、実施形態に係る基板処理方法において、工程ｃ）の後に工程ｂ）をさらに実行してもよい。このため、実施形態によれば、エッチングにより保護膜が消失した場合でも再度保護膜を形成して、所望のパターンを形成できる。

また、実施形態に係る基板処理方法において、被処理体は、基板と、前記基板上に形成されたエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に形成されたマスクと、を含んでもよい。そして、基板処理方法は、前記マスクの上部に予備膜を形成して、前記凹部の開口寸法を減少させる工程ｄ）をさらに含んでもよい。このため、実施形態に係る基板処理方法はたとえば、化学蒸着または物理蒸着により、被処理体に形成されたパターンの上部に予備膜を形成して、凹部頂部の開口寸法を減少させることができる。このため、実施形態に係る基板処理方法は、凹部のアスペクト比を増加させる。このため、実施形態によれば、アスペクト比が低い凹部についても、サブコンフォーマルＡＬＤを用いた成膜を実現できる。

また、実施形態に係る基板処理方法において、工程ｄ）は工程ｂ）の前に実行されてもよい。このため、実施形態によれば、凹部のアスペクト比を補正した上でサブコンフォーマルＡＬＤを実行できる。

また、実施形態に係る基板処理方法において、工程ｄ）は、凹部のアスペクト比が１０未満のときに実行されてもよい。また、実施形態に係る基板処理方法において、工程ｄ）は、凹部の頂部開口寸法に対するマスクの上表面から凹部の底部までの深さ寸法の比が１５未満のときに実行されてもよい。また、実施形態に係る基板処理方法において、工程ａ）および工程ｂ）は、凹部のアスペクト比が１０以上のとき、または、凹部の頂部開口寸法に対するマスクの上表面から凹部の底部までの深さ寸法の比が１５以上のときに繰り返し実行されてもよい。このため、実施形態によれば、凹部のアスペクト比が低くなった場合にはサブコンフォーマルＡＬＤを中断してアスペクト比を高くする処理を実行できる。また、凹部のアスペクト比が高い間は、サブコンフォーマルＡＬＤを有効に実行できる。このように、実施形態によれば、凹部のアスペクト比を調整して成膜制御に適した値とした上で、成膜を実行することができる。

また、実施形態に係る基板処理方法において、工程ａ）または工程ｃ）の後、凹部のアスペクト比に応じて、工程ｂ−１）および工程ｂ−２）のうち少なくとも一方の処理条件を変更してもよい。このため、実施形態によれば、エッチング後のパターンの状態に適した保護膜を形成してパターンの加工を続けることができる。

また、実施形態に係る基板処理方法において、ｎ回（ｎは２以上の自然数）以上繰り返し実行する工程ｂ）において、ｎ回目の処理と（ｎ−１）回目の処理とで処理条件を変更してもよい。それにより、繰り返し実行するｂ）において形成される膜の位置および／または厚みを変更してもよい。このため、実施形態によれば、形成する膜の形状および／または位置をさらに微細に調整できる。

また、実施形態に係る基板処理方法において、ｎ´回（ｎ´は２以上の自然数）以上繰り返し実行する工程ｂ）において、ｎ´回目の処理と（ｎ´−１）回目の処理とで用いる第１反応物および第２反応物を変更してもよい。それにより、繰り返し実行する工程ｂ）において形成される膜の位置および／または厚みを変更してもよい。このため、実施形態によれば、形成する膜の形状および／または位置をさらに微細に調整できる。

また、実施形態に係る基板処理方法は工程ａ）と工程ｂ）と工程ｅ）とを含んでもよい。工程ａ）において、処理チャンバ内の載置台上に載置された被処理体をエッチングし、凹部を形成する。工程ｂ）において、凹部の側壁に、凹部の深さ方向に沿って厚さの異なる膜を形成する。工程ｅ）において、凹部の上部の開口寸法の変動を工程ｂ）において形成した膜により抑制しつつ、被処理体をエッチングし、工程ｂ）において形成した膜により覆われていない凹部の下部の開口寸法を横方向に広げる。

また、実施形態に係る基板処理方法において、工程ｅ）は膜に覆われていない凹部の下部の開口寸法を横方向に加えて縦方向に広げてもよい。また、工程ｂ）の後に、凹部の底部をエッチングし、高アスペクト比の凹部を形成する工程を含む場合、工程ｃ）において異方性エッチングにより凹部の底部をエッチングし、工程ｅ）において等方性エッチングにより凹部の下部の開口寸法を横方向に広げてもよい。

また、実施形態に係る基板処理方法において、工程ｂ）において、被処理体が載置される載置台に設けられる独立して温度制御可能な複数のゾーン各々を、当該複数のゾーン各々の面内位置に応じて異なる温度に制御してもよい。それにより、形成する膜の厚みを複数のゾーンの温度に応じて変化させてもよい。このため、実施形態によれば、載置台の温度を制御することで、成膜の状態を調整できる。

また、実施形態に係る基板処理方法において、工程ａ）、工程ｂ）および工程ｃ）を少なくともｎ´´（ｎ´´は２以上の自然数）繰り返し実行してもよい。そして、（ｎ´´−１）回目の工程ｂ−２）において、被処理体が載置される載置台に設けられる独立して温度制御可能な複数のゾーン各々を第１の温度分布に制御してもよい。それにより、深さ方向に第１の膜厚分布を有する第１膜を形成してもよい。また、ｎ´´回目の工程ｂ−２）において、複数のゾーン各々を第２の温度分布に制御してもよい。それにより、深さ方向に第２の膜厚分布を有する第２膜を形成してもよい。このため、実施形態によれば、載置台の温度を制御することで、成膜の状態を調整できる。

また、実施形態に係る基板処理方法において、工程ｂ−１）における処理チャンバの圧力は、他の処理条件が同一の場合に、第１反応物の凹部の深さ方向における表面全体への吸着を完了させる圧力よりも低い値に設定されてもよい。また、工程ｂ−１）における処理時間は、他の処理条件が同一の場合に、第１反応物の凹部の深さ方向における表面全体への吸着を完了させる処理時間よりも短い時間に設定されてもよい。また、工程ｂ−１）における第１反応物の希釈度は、他の処理条件が同一の場合に、第１反応物の凹部の深さ方向における表面全体への吸着を完了させる希釈度よりも高い値に設定されてもよい。また、工程ｂ−１）において被処理体の載置台の温度は、他の処理条件が同一の場合に、第１反応物の凹部の深さ方向における表面全体への吸着を完了させる温度よりも低い温度に設定されてもよい。また、工程ｂ−１）においてプラズマの生成を行う場合、プラズマ生成のために印加する高周波（ＲＦ）電力の絶対値は、他の処理条件が同一の場合に、第２反応物の凹部の深さ方向における表面全体における反応を完了させる絶対値よりも小さい値に設定されてもよい。このように、工程ｂ−１）における処理条件を調整することで、凹部の深さ方向に沿った被覆率を変化させて第１反応物が含む成分の被処理体への吸着を実現できる。

また、実施形態に係る基板処理方法において、工程ｂ−２）における処理チャンバの圧力は、他の処理条件が同一の場合に、第２反応物の凹部の深さ方向における表面全体における反応を完了させる圧力よりも低い値に設定されてもよい。また、工程ｂ−２）における処理時間は、他の処理条件が同一の場合に、第２反応物の凹部の深さ方向における表面全体における反応を完了させる処理時間よりも短い時間に設定されてもよい。また、工程ｂ−２）における第２反応物の希釈度は、他の処理条件が同一の場合に、第２反応物の凹部の深さ方向における表面全体における反応を完了させる希釈度よりも高い値に設定されてもよい。また、工程ｂ−２）において被処理体の載置台の温度は、他の処理条件が同一の場合に、第２反応物の凹部の深さ方向における表面全体における反応を完了させる温度よりも低い温度に設定されてもよい。また、工程ｂ−２）において、プラズマの生成を行う場合、プラズマ生成のために印加する高周波（ＲＦ）電力の絶対値は、他の処理条件が同一の場合に、第２反応物の凹部の深さ方向における表面全体における反応を完了させる絶対値よりも小さい値に設定されてもよい。このように、工程ｂ−２）における処理条件を調整することで、凹部の深さ方向に沿った被覆率を変化させて第２反応物が含む成分の被処理体表面上での反応を実現できる。

また、上記実施形態に係る基板処理方法は、工程ｂ−１）の前に、第１反応物の吸着を阻害する阻害因子を凹部の側壁上に形成する工程ｆ）をさらに含んでもよい。このため、実施形態によれば、任意の位置に保護膜を形成できる。

また、上記実施形態に係る基板処理方法は、工程ａ）の後に、処理チャンバの内壁に付着した副生成物を覆うコーティングを施す工程ｇ）をさらに含んでもよい。このため、実施形態によれば、処理チャンバ内の条件、状態の変動を防止できる。このため、実施形態によれば、形成される膜の状態を安定させることができる。

また、上記実施形態に係る基板処理方法において、工程ｂ）は、工程ｂ−３）、ｂ−４）、ｂ−５）をさらに含んでもよい。工程ｂ−３）においては、形成した膜の状態を示すパラメータを測定する。工程ｂ−４）においては、測定値に基づき、膜が予め設定した状態となっているか否かを判定する。工程ｂ−５）においては、膜が予め設定した状態となっていない場合、測定値に基づき処理条件を調整した上で、工程ｂ−１）および工程ｂ−２）を繰り返す。

また、上記実施形態に係る基板処理装置は、少なくとも１つの処理チャンバがエッチングを実行するように構成されており、少なくとも１つの処理チャンバが膜を形成するように構成されている、１つまたは複数の処理チャンバと、制御部と、を備える。処理チャンバは、処理チャンバの内部に処理ガスを供給するガス供給部を備える。制御部は、基板処理方法を各部に実行させる。基板処理方法は、工程ａ）と工程ｂ）とを含む。工程ａ）は、被処理体を部分的にエッチングし、凹部を形成する。工程ｂ）は、凹部の側壁に、凹部の深さ方向に沿って厚さの異なる膜を形成する。工程ｂ）はまた、工程ｂ−１）と工程ｂ−２）とを含む。工程ｂ−１）は、膜を形成するように構成された処理チャンバ内に第１反応物を供給し、凹部の側壁に第１反応物を吸着させる。工程ｂ−２）は、膜を形成するように構成された処理チャンバ内に第２反応物を供給し、第１反応物と第２反応物とを反応させて膜を形成する。このため、実施形態によれば、高アスペクト比のパターンに対して形成する膜の膜厚を深さ方向に沿って変化させることができる。このため、実施形態によれば、形状異常が発生しやすいパターンの位置に予め深さ方向に膜厚を変化させて保護膜を形成できる。このため、実施形態によれば、半導体パターンの形状異常を抑制できる。また、実施形態によれば、自己制御性を有する膜、たとえばＡＬＤ膜を形成するため、形成する保護膜の膜厚を精密に制御できる。このため、実施形態によれば、パターンの開口閉塞を抑止できる。また、実施形態によれば、パターンの底部への保護膜形成を抑制することで、エッチストップを防止しエッチングレートを向上できる。また、実施形態によれば、工程ｂ−１）と工程ｂ−２）の処理条件の調整により、パターンの深さ方向に沿った保護膜の被覆率を大きく変化させることができる。

また、上記実施形態に係る基板処理装置において、エッチングするように構成された処理チャンバは、膜を形成するように構成された処理チャンバと同じ処理チャンバであってもよく、工程ａ）および工程ｂ）を同じ処理チャンバで行ってもよい。

また、上記実施形態に係る基板処理装置において、エッチングをするように構成された処理チャンバは、前記膜を形成するように構成された処理チャンバとは異なる処理チャンバであってもよい。そして、制御部は、ｈ）エッチングするように構成された処理チャンバと、膜を形成するように構成された処理チャンバとの間で基板を搬送する工程をさらに含む、基板処理方法を各部に実行させてもよい。

今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

１０ 基板処理装置
１２ 処理容器
１４ 支持部
２２ 直流電源
２４ 冷媒流路
２８ ガス供給ライン
３０ 上部電極
３２ 絶縁性遮蔽部材
１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ 基板
１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ エッチング対象膜
１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ マスク
１３０Ａ，１３０Ｂ 保護膜
１４０ ＳｉＯ_２膜
１５０ ＳｉＮ膜
１６０ 自然酸化膜
２００，２００Ａ，２００Ａ’ 開口
３００，３０１，３０２，３０４ 保護膜
３０３ 予備膜
ＥＳＣ 静電チャック
ＥＲ エッジリング
ＨＴ 温度調節部
ＨＰ ヒータ電源
ＬＥ 下部電極
ＰＤ 載置台
Ｓｐ 処理空間
Ｗ ウエハ

Claims (25)

1. ａ）被処理体を部分的にエッチングし、凹部を形成する工程と、
   ｂ）前記凹部の側壁に、前記凹部の深さ方向に沿って厚さの異なる膜を形成する工程と、
   を含み、
   前記ｂ）は、
   ｂ−１）第１反応物を供給し、前記凹部の側壁に前記第１反応物を吸着させる工程と、
   ｂ−２）第２反応物を供給し、前記第１反応物と前記第２反応物とを反応させて膜を形成する工程と、
   を含む、基板処理方法。
2. 前記ｂ）において、
   前記ｂ−１）は、前記凹部の表面全体には前記第１反応物を吸着させない、および／または、
   前記ｂ−２）は、前記凹部の表面全体では前記第１反応物と前記第２反応物とを反応させない、請求項１に記載の基板処理方法。
3. ｃ）前記ｂ）の後に、前記凹部の底部をエッチングし、高アスペクト比の凹部を形成する工程
   をさらに含む、請求項２に記載の基板処理方法。
4. 前記ｃ）の後に前記ｂ）をさらに実行する、請求項３に記載の基板処理方法。
5. 前記被処理体は、基板と、前記基板上に形成されたエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に形成されたマスクと、を含み、
   前記基板処理方法は、
   ｄ）前記マスクの上部に予備膜を形成して、前記凹部の開口寸法を減少させる工程
   をさらに含む、請求項４に記載の基板処理方法。
6. 前記ｄ）は前記ｂ）の前に実行される、請求項５に記載の基板処理方法。
7. 前記ｄ）は、前記凹部のアスペクト比が１０未満のときに実行される、請求項５または６に記載の基板処理方法。
8. 前記ｄ）は、前記凹部の頂部開口寸法に対する前記マスクの上表面から前記凹部の底部までの深さ寸法の比が１５未満のときに実行される、請求項５または６に記載の基板処理方法。
9. 前記ａ）および前記ｂ）は、前記凹部のアスペクト比が１０以上のとき、または、前記凹部の頂部開口寸法に対する前記マスクの上表面から前記凹部の底部までの深さ寸法の比が１５以上のときに繰り返し実行される、請求項５から８のいずれか１項に記載の基板処理方法。
10. 前記ａ）または前記ｃ）の後、前記凹部のアスペクト比に応じて、前記ｂ−１）および前記ｂ−２）のうち少なくとも一方の処理条件を変更する、請求項３から９のいずれか１項に記載の基板処理方法。
11. ｎ回（ｎは２以上の自然数）以上繰り返し実行する前記ｂ）において、ｎ回目の処理と（ｎ−１）回目の処理とで処理条件を変更することにより、繰り返し実行する前記ｂ）において形成される前記膜の位置および／または厚みを変更する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の基板処理方法。
12. ｎ´回（ｎ´は２以上の自然数）以上繰り返し実行する前記ｂ）において、ｎ´回目の処理と（ｎ´−１）回目の処理とで用いる前記第１反応物および前記第２反応物を変更することにより、繰り返し実行する前記ｂ）において形成される前記膜の位置および／または厚みを変更する、請求項１から１１のいずれか１項に記載の基板処理方法。
13. 前記ｂ）において、前記被処理体が載置される載置台に設けられる独立して温度制御可能な複数のゾーン各々を、当該複数のゾーン各々の面内位置に応じて異なる温度に制御して、形成する前記膜の厚みを前記複数のゾーンの温度に応じて変化させる、請求項１から１２のいずれか１項に記載の基板処理方法。
14. 前記ａ）および前記ｂ）を少なくともｎ´´（ｎ´´は２以上の自然数）繰り返し実行し、
    （ｎ´´−１）回目のｂ−２）工程において、前記被処理体が載置される載置台に設けられる独立して温度制御可能な複数のゾーン各々を第１の温度分布に制御して、深さ方向に第１の膜厚分布を有する第１膜を形成し、
    ｎ´´回目の前記ｂ−２）工程において、前記複数のゾーン各々を第２の温度分布に制御して、深さ方向に第２の膜厚分布を有する第２膜を形成する、請求項１から１３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
15. 前記ｂ−１）における処理条件は、条件（１）から（５）のうち少なくともいずれか１つを満足し、当該条件（１）から（５）はそれぞれ、
    （１）処理チャンバの圧力は、他の処理条件が同一の場合に、前記第１反応物の前記凹部の深さ方向における表面全体への吸着を完了させる圧力よりも低い値に設定されること、
    （２）処理時間は、他の処理条件が同一の場合に、前記第１反応物の前記凹部の深さ方向における表面全体への吸着を完了させる処理時間よりも短い時間に設定されること、
    （３）前記第１反応物の希釈度は、他の処理条件が同一の場合に、前記第１反応物の前記凹部の深さ方向における表面全体への吸着を完了させる希釈度よりも高い値に設定されること、
    （４）前記被処理体の載置台の温度は、他の処理条件が同一の場合に、前記第１反応物の前記凹部の深さ方向における表面全体への吸着を完了させる温度よりも低い温度に設定されること、
    （５）前記ｂ−１）においてプラズマの生成を行う場合、プラズマ生成のために印加する高周波電力（ＲＦ）電力の絶対値は、他の処理条件が同一の場合に、前記第１反応物の前記凹部の深さ方向における表面全体への吸着を完了させる絶対値よりも小さい値に設定されることである、請求項１から１４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
16. 前記ｂ−２）における処理条件は、条件（１）から（５）のうち少なくともいずれか１つを満足し、当該条件（１）から（５）はそれぞれ、
    （１）処理チャンバの圧力は、他の処理条件が同一の場合に、前記第２反応物の前記凹部の深さ方向における表面全体における反応を完了させる圧力よりも低い値に設定されること、
    （２）処理時間は、他の処理条件が同一の場合に、前記第２反応物の前記凹部の深さ方向における表面全体における反応を完了させる処理時間よりも短い時間に設定されること、
    （３）前記第２反応物の希釈度は、他の処理条件が同一の場合に、前記第２反応物の前記凹部の深さ方向における表面全体における反応を完了させる希釈度よりも高い値に設定されること、
    （４）前記被処理体の載置台の温度は、他の処理条件が同一の場合に、前記第２反応物の前記凹部の深さ方向における表面全体における反応を完了させる温度よりも低い温度に設定されること、
    （５）前記ｂ−２）においてプラズマの生成を行う場合、プラズマ生成のために印加する高周波（ＲＦ）電力の絶対値は、他の処理条件が同一の場合に、前記第２反応物の前記凹部の深さ方向における表面全体における反応を完了させる絶対値よりも小さい値に設定されることである、請求項１から１５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
17. ｆ）前記ｂ−１）の前に、前記第１反応物の吸着を阻害する阻害因子を前記凹部の側壁上に形成する工程をさらに含む、請求項１から１６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
18. ｇ）前記ａ）の後に、処理チャンバの内壁に付着した副生成物を覆うコーティングを施す工程を
    さらに含む、請求項１から１７のいずれか１項に記載の基板処理方法。
19. ａ）被処理体をエッチングし、凹部を形成する工程と、
    ｂ）前記凹部の側壁に、前記凹部の深さ方向に沿って厚さの異なる膜を形成する工程と、
    ｅ）前記凹部の上部の開口寸法の変動を前記ｂ）において形成した膜により抑制しつつ、前記被処理体をエッチングし、前記ｂ）において形成した膜により覆われていない前記凹部の下部の開口寸法を横方向に広げる工程と、
    を含む、基板処理方法。
20. 前記ｅ）は、前記膜に覆われていない前記凹部の下部の開口寸法を横方向に加えて縦方向に広げる、請求項１９に記載の基板処理方法。
21. ｃ）前記ｂ）の後に、前記凹部の底部をエッチングし、高アスペクト比の凹部を形成する工程
    をさらに含み、
    前記ｃ）において異方性エッチングにより前記凹部の底部をエッチングし、前記ｅ）において等方性エッチングにより前記凹部の下部の開口寸法を横方向に広げる、請求項１９または２０に記載の基板処理方法。
22. 前記ｂ）は、
    ｂ−３）前記形成した膜の状態を示すパラメータを測定する工程と、
    ｂ−４）測定値に基づき、前記膜が予め設定した状態となっているか否かを判定する工程と、
    ｂ−５）前記膜が予め設定した状態となっていない場合、前記測定値に基づき処理条件を調整した上で、前記ｂ−１）および前記ｂ−２）を繰り返す工程と、
    をさらに含む、請求項１から２１のいずれか１項に記載の基板処理方法。
23. 少なくとも１つの処理チャンバがエッチングをするように構成されており、少なくとも１つの処理チャンバが膜を形成するように構成されている、１つまたは複数の処理チャンバと、
    制御部と、
    を備え、
    前記処理チャンバは、内部に処理ガスを供給するためのガス供給部を有し、
    前記制御部は、
    ａ）前記エッチングをするように構成された処理チャンバ内の載置台上に載置された被処理体を部分的にエッチングし、凹部を形成する工程と、
    ｂ）前記凹部の側壁に、前記凹部の深さ方向に沿って厚さの異なる膜を形成する工程と、
    を含み、
    前記ｂ）は、
    ｂ−１）前記膜を形成するように構成された処理チャンバ内に第１反応物を供給し、前記凹部の側壁に前記第１反応物を吸着させる工程と、
    ｂ−２）前記膜を形成するように構成された処理チャンバ内に第２反応物を供給し、前記第１反応物と前記第２反応物とを反応させて膜を形成する工程と、
    を含む、基板処理方法を各部に実行させる、
    基板処理装置。
24. 前記エッチングするように構成された処理チャンバは、前記膜を形成するように構成された処理チャンバと同じ処理チャンバであり、
    前記ａ）および前記ｂ）を同じ処理チャンバで行う、
    請求項２３に記載の基板処理装置。
25. 前記エッチングをするように構成された処理チャンバは、前記膜を形成するように構成された処理チャンバとは異なる処理チャンバであり、
    前記制御部は、
    ｈ）前記エッチングするように構成された処理チャンバと、前記膜を形成するように構成された処理チャンバとの間で前記基板を搬送する工程
    をさらに含む、基板処理方法を各部に実行させる、請求項２３に記載の基板処理装置。

Images