JP6747846B2

JP6747846B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理システムおよびプログラム

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Publication number: JP6747846B2
Application number: JP2016068477A
Authority: JP
Inventors: 由上　二郎; 二郎由上; 島本　聡; 聡島本; 奈緒子角田
Original assignee: Kokusai Electric Corp
Current assignee: Kokusai Electric Corp
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: JP2017183509A

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理システムおよびプログラムに関する。

フラッシュメモリ、ＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等のメモリデバイスや、ロジックデバイス等の半導体デバイスは、近年、高集積化が求められているが、そのためにはパターンの微細化が必須である。狭い面積に多くのデバイスを集積させるためには、個別デバイスのサイズを小さく形成しなくてはならない。このためには、形成しようとするパターンの幅と間隔との和であるピッチを小さくしなければならない。近年、半導体装置の製造方法の一工程として、基板の上に微細なパターンを形成し、これをマスクとしてエッチングを行うことによって該パターンの下層を加工してリソグラフィ技術以上に精細なパターンを形成する技術（パターン形成技術）が注目されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−２７２５５８号公報

基板上に微細パターンを形成するには、基板上に膜を形成する成膜処理が行われることがある。しかし、下層の加工に必要なハードマスクが数種類必要となり、工程が複雑となる場合がある。また、マスクとして形成された膜の断面形状が矩形で無い場合があり、ハードマスクの加工形状が乱れて、パターン転写精度が低くなる場合がある。本発明の目的は、基板上に微細パターンを形成する際、工程数を少なくすることが可能となるとともに、マスクに用いる膜としてコンフォーマルな膜を形成することにより、加工膜上のマスクパターンを矩形とし、精細な微細パターンを形成することが可能な技術を提供することにある。

本発明の一態様によれば、
基板上に形成されたハードマスク上に、第１のエッチングレートを有する第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜を加工して形成された第１のパターンに対して、等方性プラズマを照射して前記第１のパターンを構成する第１の膜を、前記第１のエッチングレートより遅い第２のエッチングレートを有する第２の膜へ改質する工程と、
前記第２の膜および前記ハードマスク上に、前記第２のエッチングレートより速い第３のエッチングレートを有する第３の膜を形成する工程と、
前記第３の膜の上に、前記第１のエッチングレートおよび第３のエッチングレートより遅い第４のエッチングレートを有する第４の膜を形成する工程と、
前記基板の表面を平坦化する工程と、
前記平坦化した基板に対して異方性プラズマを照射して、前記第１の膜および前記第３の膜を除去して、前記第２の膜および前記第４の膜から構成され、前記第１のパターン小さいピッチを有する第２のパターンを形成する工程と、
前記第２のパターンをマスクとして、ハードマスクを加工する工程と、
を有する技術が提供される。

本発明によれば、基板上に微細パターンを形成する際、工程数を少なくすることが可能となるとともに、マスクに用いる膜としてコンフォーマルな膜を形成することにより、加工膜上のマスクパターンを矩形とし、精細な微細パターンを形成することが可能となる。

本発明の第１の実施形態で好適に用いられる膜形成装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。本発明の第１の実施形態で好適に用いられる膜形成装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を図１のＡ−Ａ線断面図で示す図である。本発明の第１の実施形態で好適に用いられるプラズマ処理装置の枚葉処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。図３の処理炉におけるプラズマ生成原理を説明する図である。本発明の第１の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。ＳＡＱＰ法によるパターン形成を説明するプロセス概念図である。本発明の第１の実施形態を説明するプロセス概念図である。（ａ）は本発明の第１の実施形態における膜密度とエッチングレートとの関係を示す図であり、（ｂ）は本発明の第１の実施形態における成膜温度と膜密度との関係と、比較例における成膜温度と膜密度との関係とを示す図である。本発明の第１の実施形態における膜の改質方法と、熱処理による膜の改質方法とにおける、それぞれの深さ別エッチングレートの関係を示す図である。本発明の第１の実施形態における変形例１を説明するプロセス概念図である。本発明の第１の実施形態における変形例２を説明するプロセス概念図である。本発明の第２の実施形態を説明するプロセス概念図である。本発明の他の実施形態で好適に用いられる膜形成装置の多枚葉処理炉の概略断面図である。

基板上に微細パターンを形成する手法として、例えば、図６に示すような自己整合クアドラプルパターニング（Ｓｅｌｆ−ＡｌｉｇｎｅｄＱｕａｄｒａｐｌｅＰａｔｔｅｒｎｉｎｇ、略称：ＳＡＱＰ）法がある。ＳＡＱＰ法では、（ａ）基板（Ｆｉｌｍ）上に形成された複数のハードマスク（図６ではハードマスク１〜３）および誘電体上にレジストで例えば１２０ｎｍのピッチ（パターン幅：４５ｎｍ、パターン間隔：７５ｎｍ）を有するパターンを形成し、（ｂ）パターンレジストをマスクとしてハードマスク１をエッチングし、パターン（ＨＭ１）を形成し、（ｃ）ＨＭ１上に膜（Ｓｐａｃｅｒ）を堆積して異方性エッチングを行うことで１５ｎｍの厚さを有するサイドウォールスペーサを形成し、（ｄ）ＨＭ１をエッチングにより除去し、（ｅ）サイドウォールスペーサをマスクとしてハードマスク２をエッチングしてパターン（ＨＭ２）を形成し、（ｆ）ＨＭ２上に膜（Ｓｐａｃｅｒ）を堆積して異方性エッチングを行うことで１５ｎｍの厚さを有するサイドウォールスペーサを形成し、（ｇ）ＨＭ２をエッチングにより除去し、（ｈ）サイドウォールスペーサをマスクとしてハードマスク３をエッチングして３０ｎｍのピッチ（パターン幅：１５ｎｍ、パターン間隔：１５ｎｍ）を有する微細パターンを形成する。ＳＡＤＰ法により、１２０ｎｍのピッチを有する（ａ）パターンレジストから、１／４の３０ｎｍのピッチを有する（ｈ）微細パターンを形成することが可能となる。

しかし、ＳＡＱＰ法にて微細パターンを形成する場合、サイドウォールスペーサを形成する工程を（ｃ）と（ｆ）のように、２回行う必要がある。また、下層の加工に必要なハードマスクの種類が少なくとも２種類は必要となる。さらに、サイドウォールスペーサは、一定の段差被覆性（ステップカバレッジ）を保ちつつパターンが形成された基板上に膜を形成した後、パターンの側壁にのみ膜が残るよう異方性エッチングを行うことにより形成される。したがって、形成されたサイドウォールスペーサの断面形状は矩形とはならず、例えば、（ｃ）に示されるように、上面が削れた形となる場合がある。このサイドウォールスペーサをマスクとしてハードマスクを加工すると、ハードマスクの加工形状が乱れ、結果としてパターン転写精度が低くなってしまう場合がある。

そこで、発明者らは鋭意研究を重ね、サイドウォールスペーサや複数のハードマスクを用いなくとも、エッチングレートの異なる複数のコンフォーマルな膜を積層して形成することにより、ＳＡＱＰ法と同様に、ピッチを１／４とする微細パターンを形成する方法を見出した。

具体的には、図７に示すように、（ａ）基板としてのウエハ２００上に形成されたハードマスク９０２上に、第１のエッチングレートを有する低密度の膜（例えば低密度シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜））で、１２０ｎｍのピッチ（パターン幅：４５ｎｍ、パターン間隔：７５ｎｍ）を有するパターンとして９０３を形成し、（ｂ）等方性プラズマとして（例えば等方性のＨ_２プラズマ）を用いて、低密度ＳｉＮ膜からなるパターン９０３に対して等方的にプラズマ処理を行うことにより、低密度ＳｉＮ膜を所定の膜厚だけ改質して、第２のエッチングレート（第１のエッチングレートより遅い）を有するＳｉＮ改質膜（層）９０４を厚さが１５ｎｍとなるよう形成し、（ｃ）ＳｉＮ改質膜９０４上およびハードマスク９０２上に、第３のエッチングレートを有する（第２のエッチングレートより速い）膜として、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）９０５を厚さが１５ｎｍとなるよう形成し、（ｄ）ＳｉＯ膜９０５上に、第４のエッチングレートを有する（第１のエッチングレート、第３のエッチングレートより遅い）膜として、例えば高密度ＳｉＮ膜９０６を形成し、（ｅ）例えばＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理により表面を平坦化し、（ｆ）低密度ＳｉＮ膜からなるパターン９０３およびＳｉＯ膜９０５が有するエッチングレートに合わせて異方性エッチングを行い、ＳｉＮ改質膜９０４および高密度ＳｉＮ膜９０６から構成されるパターンを形成する。このＳｉＮ改質膜９０４および高密度ＳｉＮ膜９０６からなるパターンをマスクとしてハードマスクに対して異方性エッチングを行うことにより、３０ｎｍのピッチ（パターン幅：１５ｎｍ、パターン間隔：１５ｎｍ）を有する微細パターンを形成することができる。

このように、エッチングレートの異なる複数の膜を積層して形成し、平坦化した後に、所望の膜を除去してマスクとしてのパターンを形成することにより、微細パターンを形成することができる。また、サイドウォールスペーサとしての膜を堆積と異方性エッチングにより形成する代わりに、パターン９０３を改質して膜を形成することにより、矩形の断面積を有するマスクを形成することが可能となる。パターン９０３の改質には、等方性プラズマを用いることによりコンフォーマルなプラズマ作用を得ることが可能となり、改質された膜もコンフォーマルな膜とすることが可能となる。以下、詳細を説明する。

＜本発明の第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態では、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程である基板処理工程を行うため、以下に示す一連の基板処理装置により構成される基板処理システムが提供される。すなわち、当該基板処理システムには、（ａ）基板としてのウエハ２００上に膜を形成するのに使用される膜形成装置（図１，２を参照）、（ｂ）ウエハ２００に対してプラズマ処理を行うために使用されるプラズマ処理装置６００（図３，４を参照）、（ｃ）ウエハ２００上に形成された膜の形状を加工するエッチング装置、（ｄ）膜が形成されたウエハ２００上にマスクを形成する一連の装置（レジスト塗布装置、ベーキング処理装置、露光装置、現像装置）、（ｅ）ウエハ２００の表面を平坦化する平坦化装置、（ｆ）ウエハ２００上のマスクを除去するアッシング装置、が含まれる。以下では、特に、膜形成装置とプラズマ処理装置について、詳細に説明する。

（１）膜形成装置の構成
図１に示すように、処理炉２０２は加熱機構（温度調整部）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、ガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。

ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ_２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の下方には、反応管２０３と同心円状に、マニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９の上端部は、反応管２０３の下端部に係合しており、反応管２０３を支持するように構成されている。マニホールド２０９と反応管２０３との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。反応管２０３はヒータ２０７と同様に垂直に据え付けられている。主に、反応管２０３とマニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成される。処理容器の筒中空部には処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、複数枚の基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。

処理室２０１内には、ノズル２４９ａ，２４９ｂが、マニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂには、ガス供給管（配管）２３２ａ，２３２ｂが、それぞれ接続されている。

ガス供給管２３２ａ，２３２ｂには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ，２４１ｂおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ，２４３ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂのバルブ２４３ａ，２４３ｂよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管（配管）２３２ｃ，２３２ｄがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄには、上流方向から順に、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄおよびバルブ２４３ｃ，２４７ｃ，２４３ｄ，２４７ｄがそれぞれ設けられている。

ノズル２４９ａ，２４９ｂは、図２に示すように、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ，２５０ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａは、反応管２０３の中心を向くように開口している。ガス供給孔２５０ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。ガス供給孔２５０ｂは、後述するバッファ室２３７の中心を向くように開口している。ガス供給孔２５０ｂは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。

ノズル２４９ｂは、ガス分散空間であるバッファ室２３７内に設けられている。バッファ室２３７は、反応管２０３の内壁と隔壁２３７ａとの間に形成されている。バッファ室２３７（隔壁２３７ａ）は、図２に示すように、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、また、反応管２０３の内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ２００の積載方向に沿って設けられている。隔壁２３７ａのウエハ２００と対向（隣接）する面の端部には、ガスを供給するガス供給孔２５０ｃが設けられている。ガス供給孔２５０ｃは、反応管２０３の中心を向くように開口している。ガス供給孔２５０ｃは、ガス供給孔２５０ａと同様に、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。

ガス供給管２３２ａからは、処理ガスとして原料ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。ガス供給管２３２ｂからは、処理ガスとして反応ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ供給される。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、不活性ガスとして、例えば、Ｎ_２ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４７ｃ，２４３ｄ，２４７ｄ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ノズル２４９ａ，２４９ｂ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ供給される。

主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、原料ガス供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、第１の反応ガス供給系（反応体供給系）が構成される。主に、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４７ｃ，２４３ｄ，２４７ｄにより、不活性ガス供給系が構成される。原料ガス供給系、第１の反応ガス供給系を合わせてガス供給系と称することもできる。不活性ガス供給系をガス供給系に含めて考えてもよい。

原料ガスとしては、後述する膜形成処理に応じて、適宜、必要な原料を用いることができる。例えば、原料ガスとして、シリコン（Ｓｉ）およびハロゲン元素を含むハロゲン系Ｓｉ原料ガスを用いることができる。ハロゲン系Ｓｉ原料とは、ハロゲン基を有するＳｉ含有原料のことである。ハロゲン系Ｓｉ原料ガスとしては、例えば、ＳｉおよびＣｌを含む原料ガス、すなわち、クロロシラン原料ガスを用いることができる。クロロシラン原料ガスとしては、例えば、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用いることができる。また、原料ガスとして、例えば、アミノシラン系原料ガスであるトリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_３Ｈ、略称：ＴＤＭＡＳ）を用いることもできる。

反応ガスとしては、後述する膜形成処理に応じて、適宜、必要な反応ガスを用いることができる。例えば、窒素（Ｎ）含有ガスとして、窒化水素ガスであって、例えば、アンモニア（ＮＨ_３）ガスを用いることができる。また、Ｎ含有ガスとして、窒素（Ｎ_２）ガスをプラズマ励起して用いることもできる。また、反応ガスとして、酸素（Ｏ）含有ガスとして、例えば、オゾン（Ｏ_３）ガスを用いることができる。

バッファ室２３７内には、図２に示すように、導電体からなり、細長い構造を有する２本の棒状電極２６９，２７０が、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の配列方向に沿って配設されている。棒状電極２６９，２７０のそれぞれは、ノズル２４９ｂと平行に設けられている。棒状電極２６９，２７０のそれぞれは、上部より下部にわたって電極保護管２７５により覆われることで保護されている。棒状電極２６９，２７０のいずれか一方は、整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は、基準電位であるアースに接続されている。高周波電源２７３から棒状電極２６９，２７０間に高周波（ＲＦ）電力を印加することで、棒状電極２６９，２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。主に、棒状電極２６９，２７０、電極保護管２７５によりプラズマ発生器（プラズマ発生部）としてのプラズマ源が構成される。整合器２７２、高周波電源２７３をプラズマ源に含めて考えてもよい。プラズマ源は、後述するように、ガスをプラズマ励起、すなわち、プラズマ状態に励起（活性化）させる第１のプラズマ励起部（第１の活性化機構）として機能する。電極保護管２７５は、棒状電極２６９，２７０のそれぞれをバッファ室２３７内の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７内へ挿入できる構造となっている。

反応管２０３には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気流路としての排気管２３１が設けられている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および排気バルブ（圧力調整部）としてのＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されている。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、第１の排気系が構成される。真空ポンプ２４６を第１の排気系に含めて考えてもよい。

マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、マニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、後述するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。ボートエレベータ１１５は、ボート２１７すなわちウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。また、マニホールド２０９の下方には、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を降下させている間、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシャッタ２１９ｓが設けられている。シャッタ２１９ｓの上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｃが設けられている。シャッタ２１９ｓの開閉動作（昇降動作や回動動作等）は、シャッタ開閉機構１１５ｓにより制御される。

基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５〜２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる断熱板２１８が多段に支持されている。

反応管２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となる。温度センサ２６３は、ノズル２４９ａ，２４９ｂと同様に反応管２０３の内壁に沿って設けられている。

（２）プラズマ処理装置の構成
次に、図１を参照して、上述のプラズマ処理装置６００について詳細に説明する。プラズマ処理装置６００は、ウエハ２００をプラズマ処理する処理炉６０２を備えている。そして、処理炉６０２は、少なくとも、処理室６０１を構成する処理容器６０３と、サセプタ６１７と、ゲートバルブ６４４と、シャワーヘッド６３６と、ガス排気口６３５と、共振コイル２１２と、を含む。

処理室６０１を構成する処理容器６０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器６１０と、第２の容器である碗型の下部容器６１１と、を備えている。そして、上側容器６１０が下側容器６１１の上に被せされることにより、処理室６０１が形成される。上側容器６１０は例えば酸化アルミニウム又は石英等の非金属材料で形成されており、下側容器６１１は例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。

処理室６０１内の底側中央には、ウエハ２００を支持するサセプタ６１７が配置されている。サセプタ６１７は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セラミックス、石英等の非金属材料で形成されている。サセプタ６１７の内部には、加熱機構としてのヒータ６１７ｂが一体的に埋め込まれており、ヒータ電源６７４からヒータ６１７ｂに電力が供給されることにより、ウエハ２００を加熱できるようになっている。主に、サセプタ６１７およびヒータ６１７ｂにより、基板支持部が構成されている。

サセプタ６１７には、サセプタ６１７を昇降させるサセプタ昇降機構６６８が設けられている。サセプタ６１７には、貫通孔６１７ａが設けられている。上述の下側容器６１１底面には、ウエハ２００を突き上げるウエハ突き上げピン６６６が、少なくとも３箇所設けられている。そして、貫通孔６１７ａおよびウエハ突き上げピン６６６は、サセプタ昇降機構６６８によりサセプタ６１７が下降させられた時にウエハ突き上げピン６６６がサセプタ６１７とは非接触な状態で貫通孔６１７ａを突き抜けるように、互いに配置されている。

下側容器６１１の側壁には、仕切弁としてのゲートバルブ６４４が設けられている。ゲートバルブ６４４が開いている時には、搬送室７００の搬送機構７０２を用いて処理室６０１内へウエハ２００を搬入し、または処理室６０１外へとウエハ２００を搬出することができる。ゲートバルブ６４４を閉めることにより、処理室６０１内を気密に閉塞することができる。

処理室６０１の上部には、処理室６０１内へガスを供給するシャワーヘッド６３６が設けられている。シャワーヘッド６３６は、キャップ上の蓋体６３３と、ガス導入口６３４と、バッファ室６３７と、開口６３８と、遮蔽プレート６４０と、ガス吹出口６３９と、を備えている。

ガス導入口６３４には、バッファ室６３７内へガスを供給するガス供給管６３２の下流端が接続されている。バッファ室６３７は、ガス導入口６３４より導入されるガスを分散する分散空間として機能する。ガス供給管６３２の上流側には、処理ガス（第２の反応ガス）として、例えば、水素（Ｈ）含有ガスとしてのＨ_２ガスを供給するガス供給管６３２ａの下流端と、処理ガス（第３の反応ガスとして、例えば、酸素（Ｏ）含有ガスとしてのＯ_２ガスを供給するガス供給管６３２ｂの下流端とが合流するように接続されている。なお、第２の反応ガスと第３の反応ガスとが混合した混合ガスを第４の反応ガスと称する場合がある。

ガス供給管６３２ａ，６３２ｂには、上流から順に、ＭＦＣ６５１ａ，６５１ｂ、バルブ６５２ａ，６５２ｂがそれぞれ接続されている。主に、ガス供給管６３２ａ、ＭＦＣ６５１ａ、バルブ６５２ａにより、第２の反応ガス供給系が構成される。主に、ガス供給管６３２ｂ、ＭＦＣ６５１ｂ、バルブ６５２ｂにより、第３の反応ガス供給系が構成される。

下側容器６１１の側壁下方には、処理室６０１内の雰囲気を排気する排気口６３５が設けられている。排気口６３５には、排気流路としての排気管６３１の上流端が接続されている。排気管６３１には、圧力センサ６４５、ＡＰＣバルブ６４３ｂ、真空ポンプ６４６が、上流から順に設けられている。圧力センサ６４２、ＡＰＣバルブ６４３ｂ、真空ポンプ６４６の動作については、上述の膜形成処理装置と同様である。主に、排気管６３１、圧力センサ６４２、ＡＰＣバルブ６４３ｂにより、第２の排気系が構成される。真空ポンプ６４６を第２の排気系に含めて考えてもよい。

処理室６０１の外周部、すなわち上側容器６１０の側壁の外側には、処理室６０１を囲うように、第１の電極としての、螺旋状の共振コイル２１２が設けられている。共振コイル２１２には、ＲＦセンサ６７２、高周波電源６７３と整合器６７５が接続される。共振コイル２１２は、処理室６０１内に供給されるガスを励起させてプラズマを発生させる第２のプラズマ励起部（第２の活性化機構）として機能する。

高周波電源６７３は、共振コイル２１２にＲＦ電力を供給するものである。ＲＦセンサ６７２は高周波電源６７３の出力側に設けられている。ＲＦセンサ６７２は、供給される高周波の進行波や反射波の情報をモニタするものである。整合器６７５は、ＲＦセンサ６７２でモニタされた反射波の情報に基づいて、反射波が最小となるよう、高周波電源６７３を制御するものである。

共振コイル２１２の両端は電気的に接地されるが、共振コイル２１２の少なくとも一端は、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に当該共振コイルの電気的長さを微調整するため、可動タップ２１３を介して接地される。図４中の符号２１４は他方の固定グランドを示す。さらに、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に共振コイル２１２のインピーダンスを微調整するため、共振コイル２１２の接地された両端の間には、可動タップ２１５によって給電部が構成される。遮蔽板６２３は、共振コイル２１２の外側への電磁波の漏れを遮蔽するとともに、共振回路を構成するのに必要な容量成分を共振コイル２１２との間に形成するために設けられる。

このように、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）を生成することが可能なプラズマ生成部が第２の励起部として構成される。ここで、本実施形態に係る装置のプラズマ生成原理および生成されるプラズマの性質について図４を用いて説明する。

共振コイル２１２は、所定の波長の定在波を形成するため、全波長モードで共振する様に巻径、巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、共振コイル２１２の電気的長さは、高周波電源６７３から与えられる電力の所定周波数における１波長の整数倍に設定される。具体的には、共振コイル２１２は、例えば、８００ｋＨｚから５０ＭＨｚ，０．５ＫＷから５ＫＷのＲＦ電力によって０．０１ガウスから１０ガウス程度の磁場を発生し得る様に、５０mm^２から３００mm^２の有効断面積であって且つ２００mmから５００mmのコイル直径とされ、プラズマ生成空間６０１ａを形成する部屋の外周側に２から６０回程度巻回される。共振コイル２１２の一端または両端には、位相および逆位相電流が共振コイル２１２の電気的中点に関して対称に流れる様に、コイルおよびシールドから成る波形調整回路が挿入される。

高周波電源６７３は、発振周波数および出力を規定するための高周波発振回路およびプリアンプを含む電源制御手段（コントロール回路）と、所定の出力に増幅するための増幅器（出力回路）とを備えている。

高周波電源６７３の波長と共振コイル２１２の電気的長さが同じ場合、共振コイル２１２の共振条件は、共振コイル２１２の容量成分や誘導成分によって作り出されるリアクタンス成分が相殺され、純抵抗になることである。しかし、上記プラズマ発生回路においては、プラズマを発生させた場合、共振コイル２１２の電圧部とプラズマとの間の容量結合、プラズマ生成空間６０１ａとプラズマの間の誘導結合の変動や、プラズマの励起状態により、実際の共振周波数が僅かながら変動する。そこで、本実施形態においては、プラズマ発生時の共振コイル２１２における共振のずれを電源側で補償するため、整合器６７５は、プラズマが発生した際の共振コイル２１２からの反射波電力を検出して出力を補完する機能を有する。この構成により、本発明の共振装置では、共振コイル２１２において一層正確に定在波を形成でき、容量結合の極めて少ないプラズマを発生させ得る。

（３）制御部の構成
図５に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。

記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する成膜処理やプラズマ処理における各手順をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、それらの組み合わせを含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ，６５１ａ，６５１ｂ、バルブ２４３ａ〜２４３ｄ，２４７ｃ，２４７ｄ，６５２ａ，６５２ｂ、圧力センサ２４５，６４２，ＡＰＣバルブ２４４，６４３ｂ、真空ポンプ２４６，６４６、温度センサ２６３、ヒータ２０７，６１７ｂ、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、シャッタ開閉機構１１５ｓ、整合器２７２，６７５、高周波電源２７３，６７３、サセプタ昇降機構６６８、ゲートバルブ６４４、ＲＦセンサ６７２、ヒータ電源６７４等に接続されている。

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ，６５１ａ，６５１ｂによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ〜２４３ｄ，２４７ｃ，２４７ｄ，６５２ａ，６５２ｂ、の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４，６４３ｂの開閉動作および圧力センサ２４５，６４２に基づくＡＰＣバルブ２４４，６４３ｂによる圧力調整動作、真空ポンプ２４６，６４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、ヒータ電源６７４によるヒータ６１７ｂの温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、シャッタ開閉機構１１５ｓによるシャッタ２１９ｓの開閉動作、整合器２７２によるインピーダンス調整動作、高周波電源２７３への電力供給、サセプタ昇降機構６６８によるサセプタ６１７の昇降動作、ゲートバルブ６４４の開閉動作、ＲＦセンサ６７２および周波数整合器６７５によるインピーダンスの整合動作、高周波電源６７３によって共振コイル２１２へ供給するＲＦ電力の供給量調整動作等を制御するように構成されている。

コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）１２３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

（４）基板処理
上述の基板処理システムを用いて、半導体装置の製造工程の一工程として、基板上に微細パターンを形成する例について、図７を用いて説明する。以下の説明において、基板処理システムを構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。

本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体（集合体）」を意味する場合、すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。

従って、本明細書において、例えば「ウエハ上に所定の層（または膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）上に所定の層（または膜）を直接形成する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハの最表面の上に所定の層（または膜）を形成する」ことを意味する場合がある。本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。

＜（ａ）低密度ＳｉＮ膜からなるパターン９０３の形成（成膜）＞
上述の膜形成処理装置を用いて、ウエハ２００上に形成されたハードマスク９０２上に、第１のエッチングレートを有する低密度の膜として、低密度ＳｉＮ膜を形成する例について説明する（図７（ａ））。後述するように、低温で成膜処理を行うことにより、低密度の膜を形成することができる。原料ガスと反応ガスを互いに混合しないよう交互に供給して膜を形成する際、反応ガスをプラズマ励起して用いることにより、低温でＳｉＮ膜を形成することが可能となる。

（ウエハ搬入ステップ）
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填されると、シャッタ開閉機構１１５ｓによりシャッタ２１９ｓが移動させられて、マニホールド２０９の下端開口が開放される。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７が、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内へ搬入される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。

（圧力・温度調整ステップ）
処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気（減圧排気）される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。真空ポンプ２４６は、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の温度となるように、ヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される。ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。また、回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転を開始する。回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転は、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。

（成膜ステップ）
その後、次の２つのステップ、すなわち、ステップ１，２を順次実施する。

［ステップ１］
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給して排気する。バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へＨＣＤＳガスを流す。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき同時にバルブ２４３ｃ，２４７ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内へＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、ＨＣＤＳガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。また、バッファ室２３７内へのＨＣＤＳガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｄ，２４７ｄを開き、ガス供給管２３２ｄ内へＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ガス供給管２３２ｂ、ノズル２４９ｂ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。

このとき、ＡＰＣバルブ２４４を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜２６６６Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ａで制御するＨＣＤＳガスの供給流量は、例えば１〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄで制御するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＨＣＤＳガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば１〜１２０秒の範囲内の時間とする。ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば３００〜５００℃、好ましくは３５０〜４５０℃、より好ましくは３５０〜４００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。

ウエハ２００の温度が３００℃未満となると、ウエハ２００上にＨＣＤＳが化学吸着しにくくなり、実用的な成膜速度が得られなくなることがある。ウエハ２００の温度を３００℃以上とすることで、これを解消することが可能となる。ウエハ２００の温度を３５０℃以上、さらには４００℃以上とすることで、ウエハ２００上にＨＣＤＳをより充分に吸着させることが可能となり、より充分な成膜速度が得られるようになる。

ウエハ２００の温度が５００℃を超えると、形成されるＳｉＮ膜の密度が高くなってしまい、エッチングレートが所望の値より高くなってしまう。ウエハ２００の温度を５００℃以下とすることで、適正な所望のエッチングレートを有する膜となるよう形成されるＳｉＮ膜の密度を制御することが可能となる。特にウエハ２００の温度を４５０℃以下、更には４００℃以下とすることで、よりエッチングレートが速い低密度の膜を形成することが可能となる。

上述の条件下でウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給することにより、ウエハ２００の最表面上に、ＳｉとＣｌを含むＳｉ含有層（第１のＳｉ含有層）が形成される。

Ｓｉ含有層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第１層の形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｃ，２４７ｃ，２４３ｄ，２４７ｄは開いたままとして、Ｎ_２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用する。

原料ガスとしては、ＨＣＤＳガスの他、例えば、モノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４、略称：ＳＴＣ）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ_３Ｃｌ_８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等のハロゲン系Ｓｉ原料ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、例えば、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いることができる。

［ステップ２］
ステップ１が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対し、プラズマ励起させたＮＨ_３ガスを供給し排気する。このステップでは、バルブ２４３ｂ，２４３ｃ，２４７ｃ，２４３ｄ，２４７ｄの開閉制御を、ステップ１におけるバルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４７ｃ，２４３ｄ，２４７ｄの開閉制御と同様の手順で行う。ＮＨ_３ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。

ＭＦＣ２４１ｂで制御するＮＨ_３ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。棒状電極２６９，２７０間に印加するＲＦ電力は、例えば５０〜１０００Ｗの範囲内の電力とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜１００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＮＨ_３ガスをプラズマ励起させることにより得られた活性種（ＮＨ_３ ^＊）をウエハ２００に対して供給する時間は、例えば１〜１２０秒の範囲内の時間とする。その他の処理条件は、上述のステップ１と同様な処理条件とする。

ウエハ２００に対して供給されたＮＨ_３ガスは、ステップ１でウエハ２００上に形成された第１のＳｉ含有層の少なくとも一部と反応する。これにより第１のＳｉ含有層はプラズマ励起させたＮＨ_３ガスにより窒化され、ＳｉおよびＮを含むシリコン窒化層（ＳｉＮ層）へと改質される。このとき、ＳｉＮ層には、第１のＳｉ含有層に含まれていたＣｌが残留している場合がある。

ＳｉＮ層が形成された後、バルブ２４３ｂを閉じ、ＮＨ_３ガスの供給を停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第２層の形成に寄与した後のＮＨ_３ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。

Ｎ含有ガスとしては、ＮＨ_３ガスの他、ジアゼン（Ｎ_２Ｈ_２）ガス、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）ガス、Ｎ_３Ｈ_８ガス等の窒化水素系ガスを用いることができる。また、Ｎ含有ガスとしては、これらの他、アミンを含むガス、すなわち、アミン系ガスを用いることができる。アミン系ガスとしては、モノメチルアミン（ＣＨ_３ＮＨ_２、略称：ＭＭＡ）ガス、ジメチルアミン（（ＣＨ_３）_２ＮＨ、略称：ＤＭＡ）ガス、トリメチルアミン（（ＣＨ_３）_３Ｎ、略称：ＴＭＡ）ガス、モノエチルアミン（Ｃ_２Ｈ_５ＮＨ_２、略称：ＭＥＡ）ガス、ジエチルアミン（（Ｃ_２Ｈ_５）_２ＮＨ、略称：ＤＥＡ）ガス、トリエチルアミン（（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｎ、略称：ＴＥＡ）ガス等を用いることができる。また、Ｎ含有ガスとしては、有機ヒドラジン化合物を含むガス、すなわち、有機ヒドラジン系ガスを用いることができる。有機ヒドラジン系ガスとしては、モノメチルヒドラジン（（ＣＨ_３）ＨＮ_２Ｈ_２、略称：ＭＭＨ）ガス、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ_３）_２Ｎ_２Ｈ_２、略称：ＤＭＨ）ガス、トリメチルヒドラジン（（ＣＨ_３）_２Ｎ_２（ＣＨ_３）Ｈ、略称：ＴＭＨ）ガス等を用いることができる。不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、例えば、上述の希ガスを用いることができる。

［所定回数実施］
上述したステップ１，２を非同時に、すなわち、同期させることなく、ＨＣＤＳガスとＮＨ_３ガスとが互いに混合しないよう交互に行うサイクルを所定回数（ｎ回）行うことにより、ハードマスク９０２が形成されたウエハ２００上に、低密度ＳｉＮ膜が形成される。このサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。

（アフターパージステップ・大気圧復帰ステップ）
成膜ステップが終了したら、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄのそれぞれからＮ_２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室２０１内がパージされ、処理室２０１内に残留するガスや反応副生成物が処理室２０１内から除去される。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され、処理室２０１内の圧力が大気圧（常圧）に復帰される。

（ウエハ搬出ステップ）
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降され、マニホールド２０９の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態でマニホールド２０９の下端から反応管２０３の外部に搬出される。ボートアンロードの後は、シャッタ２１９ｓが移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング２２０ｃを介してシャッタ２１９ｓによりシールされる。処理済のウエハ２００は、反応管２０３の外部に搬出された後、ボート２１７より取り出されることとなる。

上述のステップにより形成された低密度ＳｉＮ膜は、第１のエッチングレートを有する。

次に、低密度ＳｉＮ膜に対して、上述の基板処理システムに含まれる基板処理装置を用いて加工を行い、低密度ＳｉＮ膜からなるパターン９０３を形成する。パターン９０３は、例えば、１２０ｎｍのピッチ（パターン幅：４５ｎｍ、パターン間隔：７５ｎｍ）で形成する。ピッチの値は、必要とされる微細度およびリソグラフィ装置の性能によって選択される。

＜（ｂ）ＳｉＮ改質膜９０４の形成（等方性プラズマによる改質）＞
次に、上述のプラズマ処理装置を用いて、低密度ＳｉＮ膜からなるパターン９０３に対して等方的にプラズマ処理を行うことにより、低密度ＳｉＮ膜を所定の膜厚だけ改質して、第２のエッチングレート（第１のエッチングレートより遅い）を有するＳｉＮ改質膜（層）９０４を形成する例について説明する（図７（ｂ））。

（ウエハ搬入ステップ）
最初に、プラズマ処理装置６００の処理室６０１内に、ウエハ２００を搬入する。具体的には、ゲートバルブ６４４を開き、処理室６０１外に設けられた搬送機構を用いて、突き上げピン６６６上にウエハ２００を載置する。処理室６０１内にウエハ２００を搬入したら、ゲートバルブ６４４を閉じて処理室６０１内を密閉するとともに、サセプタ６１７を所定の位置まで上昇させて、ウエハ２００をサセプタ６１７の上面に配置する。

（圧力・温度調整およびＨ_２ガス供給ステップ）
続いて、ヒータ６１７ｂに電力を供給し、ウエハ２００を加熱する。ウエハ２００の温度は、室温〜７００℃の範囲の所定の温度とする。さらに、Ｈ_２ガスを処理室６０１内に導入する。このとき、Ｈ_２ガスの流量を所定の流量とするように、ＭＦＣ６５１ｂの開度を調整する。処理室６０１内へ供給するＨ_２ガスの流量は、０．０１〜１０ｓｌｍの範囲内の所定の流量とする。処理室６０１内の圧力は、１〜２６０Ｐａの範囲内の所定の圧力となるように調整する。圧力が２６０Ｐａより高いと、プラズマが放電しない可能性がある。また圧力が１Ｐａより少ないと、プラズマ化するための元素が少なくなり、かつ、ラジカルなものよりもイオン化したものが多くなり、プラズマダメージが高くなる可能性がある。

（Ｈ_２プラズマ処理）
処理室６０１内へＨ_２ガスを導入した後、共振コイル２１２に対して高周波電源６７３からＲＦ電力を印加することにより、プラズマ生成空間６０１ａ内に誘導磁界が形成され、かかる誘導磁界で、プラズマ生成空間の共振コイル２１２の電気的中点に相当する高さ位置にドーナツ状の誘導プラズマが励起される。プラズマ励起されたＨ_２ガスは解離し、水素活性種、水素イオン、等の反応種が生成される。ウエハ２００上で露出し、低密度ＳｉＮ膜からなるパターン９０３に対して、これらの活性化されたＨ_２ガスが供給されることにより、低密度ＳｉＮ膜が改質されて、第１のエッチングレートより遅い第２のエッチングレートを有するＳｉＮ改質膜（層）９０４が形成される。

共振コイル２１２に印加する電力（ＲＦパワー）は、例えば１０〜３０００Ｗの範囲内の所定の電力とする。プラズマダメージを低く抑えるため、電力は大きくとも３０００Ｗ以下であることが望ましい。電力が１０Ｗより低いとプラズマ処理の効果が得られない可能性がある。Ｈ_２プラズマ処理は、１〜１２０秒の範囲内の所定の時間で行う。必要とするＳｉＮ改質膜９０４の厚さに応じて、上述のプロセス条件を選択する。ここでは、ＳｉＮ改質膜９０４の厚さが１５ｎｍとなるようにする。Ｈ_２プラズマ処理が終了したら、共振コイル２１２への電力供給を停止する。

（残留ガス除去）
Ｈ２プラズマ処理の終了後、バルブ６５２ｂを閉めて処理室６０１内へのＨ_２ガスの供給を停止する。処理室２０１内の残留ガスは真空ポンプ６４６により排気される。

（加熱停止、パージおよび大気圧復帰）
その後、バルブ６５２ｃを開けることにより、バッファ室６３７を介して処理室６０１内にＮ_２ガスが供給され、排気管６３１から排気されることで、処理室６０１内がＮ_２ガスでパージされる。その後、処理室６０１内の雰囲気がＮ_２ガスに置換され、処理室６０１内の圧力が常圧に復帰される。

（ウエハ搬出）
その後、サセプタ６１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させ、サセプタ６１７の表面から突出させたウエハ突き上げピン６６６上に支持されたウエハ２００を、ゲートバルブ６４４を介して処理室６０１の外へ搬出する。

＜（ｃ）ＳｉＯ膜９０５の形成（成膜）＞
次に、上述の膜形成処理装置を用いて、ＳｉＮ改質膜９０４上およびハードマスク９０２上に、第３のエッチングレートを有する（第２のエッチングレートより速い）膜として、ＳｉＯ膜９０５を形成する例について説明する（図７（ｃ））。ここでは、主に、（ａ）低密度ＳｉＮ膜からなるパターン９０３の形成時と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳細を説明する。

ＳｉＯ膜９０５は、原料ガスとして、アミノシラン系原料ガスであるＴＤＭＡＳガスを用い、反応ガスとしてプラズマ励起しないオゾン（Ｏ_３）ガスを用いて、例えば、１５ｎｍの厚さとなるよう形成される。

ステップ１では、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜１３３０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ａで制御するＴＤＭＡＳガスの供給流量は、例えば２０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄで制御するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば２０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＴＤＭＡＳガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば５〜１２０秒の範囲内の時間とする。ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば３００〜５００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。上述の条件下でウエハ２００に対してＴＤＭＡＳガスを供給することにより、ウエハ２００の最表面上に、Ｓｉ，Ｎ，Ｃ，Ｈを含むＳｉ含有層（第２のＳｉ含有層）が形成される。

原料ガスとしては、ＴＤＭＡＳガスの他、例えば、テトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４、略称：４ＤＭＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_２Ｈ_２、略称：ＢＤＥＡＳ）ガス、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ_２［ＮＨ（Ｃ_４Ｈ_９）］_２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガス、ジイソプロピルアミノシラン（ＳｉＨ_３Ｎ［ＣＨ（ＣＨ_３）_２］_２、略称：ＤＩＰＡＳ）ガス等のアミノシラン原料ガスを用いることができる。

ステップ２では、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜１３３０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ｂで制御するＯ_３ガスの供給流量は、例えば２０〜３０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄで制御するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば２０〜５００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。Ｏ_３ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば５〜１２０秒の範囲内の時間とする。ウエハ２００に対して供給されたＯ_３ガスは、ステップ１でウエハ２００上に形成された第２のＳｉ含有層の少なくとも一部と反応する。これにより第２のＳｉ含有層はＯ_３ガスにより酸化され、ＳｉおよびＯを含むシリコン酸化層（ＳｉＯ層）へと改質される。このとき、ＳｉＯ層には、第２のＳｉ含有層に含まれていたＮ，Ｃ，Ｈ等が残留している場合がある。

Ｏ含有ガスとしては、Ｏ_３ガスの他、例えば、Ｈ_２Ｏガス、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）ガス、亜酸化窒素（ＮＯ）ガス、酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガス、プラズマ励起されたＯ_２ガス等を用いることができる。

＜（ｄ）高密度ＳｉＮ膜９０６の形成（成膜）＞
次に、上述の膜形成処理装置を用いて、ＳｉＯ膜９０５上に、第４のエッチングレートを有する（第１のエッチングレート、第３のエッチングレートより遅い）膜として、高密度ＳｉＮ膜９０６を形成する例について説明する。ここでは、主に、（ａ）低密度ＳｉＮ膜からなるパターン９０３の形成時、（ｃ）ＳｉＯ膜９０５の形成時と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳細を説明する。

高密度ＳｉＮ膜９０６は、原料ガスとして、アミノシラン系原料ガスであるＴＤＭＡＳガスを用い、反応ガスとしてプラズマ励起されたＮＨ_３ガスを用いて、例えば、１５ｎｍの厚さとなるよう形成される。

ステップ１では、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜１３３０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ａで制御するＴＤＭＡＳガスの供給流量は、例えば２０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄで制御するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば２０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＴＤＭＡＳガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば５〜１２０秒の範囲内の時間とする。ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば５００〜７５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。上述の条件下でウエハ２００に対してＴＤＭＡＳガスを供給することにより、ウエハ２００の最表面上に、Ｓｉ，Ｎ，Ｃ，Ｈを含むＳｉ含有層（第３のＳｉ含有層）が形成される。

ステップ２では、（ａ）低密度ＳｉＮ膜からなるパターン９０３の形成時と同様のプロセス条件にて、プラズマ励起されたＮＨ_３ガスをウエハ２００に対して供給する。ウエハ２００に対して供給されたＮＨ_３ガスは、ステップ１でウエハ２００上に形成された第３のＳｉ含有層の少なくとも一部と反応する。これにより第３のＳｉ含有層はＮＨ_３ガスにより酸化され、ＳｉおよびＮを含むＳｉＮ層へと改質される。このとき、ＳｉＮ層には、第３のＳｉ含有層に含まれていたＮ，Ｃ，Ｈ等が残留している場合がある。

＜（ｅ）平坦化＞
高密度ＳｉＮ膜９０６のパターン間に、ＳｉＯ膜９０５を形成し、その後、ＣＭＰ処理により表面を平坦化する（図７（ｅ））。

＜（ｆ）微細マスクの形成（異方性エッチング）＞
平坦化されたウエハ２００に対して、低密度ＳｉＮ膜からなるパターン９０３およびＳｉＯ膜９０５が有するエッチングレートに合わせて異方性エッチングを行い、ＳｉＮ改質膜９０４および高密度ＳｉＮ膜９０６から構成されるパターンを形成する（図７（ｆ））。これにより、３０ｎｍのピッチ（パターン幅：１５ｎｍ、パターン間隔：１５ｎｍ）を有するマスクとなるパターンが形成される。

ＳｉＮ改質膜９０４および高密度ＳｉＮ膜９０６から構成されるパターンをマスクとして、ハードマスク９０２に対して異方性エッチングを行うことにより、３０ｎｍのピッチ（パターン幅：１５ｎｍ、パターン間隔：１５ｎｍ）を有する微細パターンを形成することができる。

パターン９０３を形成する低密度ＳｉＮ膜の膜密度は、図８（ａ）に示すように、約３．３ｇ／ｃｍ^３以下が好ましい。約３．３ｇ／ｃｍ^３を境界として、エッチングレートの遷移が始まるからである。膜密度は、パターン９０３の形状が保てる程度であれば、低ければ低いほどよい。すなわち、低密度ＳｉＮ膜を加工してパターン９０３を形成する際に用いられるレジストを、アッシング装置でＨ_２プラズマ等を用いて除去する際、同時に除去されることなく、パターン９０３として残るために必要な膜密度があればよい。また、低密度ＳｉＮ膜の膜密度が低いため、プラズマにより１５ｎｍの深さまで改質することが可能となる。

図８（ｂ）に示すように、熱処理による成膜では、５００℃以下でのＳｉＮ膜の成膜が困難であるが、プラズマ処理による成膜では、３００℃以下の低温帯であっても成膜することが可能である。したがって、プラズマ処理による成膜の方が、熱処理による成膜よりも膜密度の制御可能範囲が広く、低密度ＳｉＮ膜を形成するために好ましい。

図９に、パターン９０３が形成されたウエハ２００に対して上述の方法を用いて低密度ＳｉＮ膜を改質する場合（本発明による実施例）と、熱窒化処理を用いて低密度ＳｉＮ膜を改質する場合（熱窒化処理による例）とにおいて、得られたＳｉＮ改質膜９０４と低密度ＳｉＮ膜９０３とのエッチングレートを比較した例を示す。熱窒化処理を用いて低密度ＳｉＮ膜を改質する場合、エッチングレートは、熱処理時間に応じて、パターン９０３の内側にいくにしたがって（パターン９０３の深さ方向へ）なだらかに値が遷移していき、一定時間が経過すると、パターン９０３全てが改質されてＳｉＮ改質膜９０４となる。一方、上述の方法を用いて低密度ＳｉＮ膜を改質する場合は、パターン９０３とＳｉＮ改質膜９０４との界面でエッチングレートが急峻に遷移する。その遷移領域は、パターン９０３の幅を１５ｎｍ、ＳｉＮ改質膜９０４の幅を１５ｎｍとするとき、１ｎｍ以下となる。すなわち、上述の方法を用いて低密度ＳｉＮ膜を改質することにより、熱処理による改質と比較して、よりコンフォーマルなＳｉＮ改質膜９０４を得ることができる。コンフォーマルなＳｉＮ改質膜９０４をマスクの一部として用いることにより、最終的にハードマスクを加工して得られる微細パターンを転写精度よく、形成することが可能となる。

上述の実施形態では、上述のプラズマ処理装置を用いてＳｉＮ改質膜９０４を形成したが、これに限らず、例えば、膜形成処理装置において低密度ＳｉＮ膜を形成する際に用いるＮＨ_３プラズマを用いてＳｉＮ改質膜９０４を形成してもよい。これにより、低密度ＳｉＮ膜を形成した後、インサイチュで続けてＳｉＮ改質膜９０４を形成することが可能となる。搬出に伴う自然酸化膜の形成を抑制して膜質を向上させたり、スループットを向上させたりすることが可能となる。

（５）本実施形態による効果
上述の実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。

（ａ）エッチングレートの異なる複数の膜を積層して形成し、平坦化した後に、所望の膜を除去してマスクとしてのパターンを形成することにより、コンフォーマルな微細パターンを形成することができる。

（ｂ）低密度膜を改質してマスクとしての膜を形成することにより、矩形の断面積を有するマスクを形成することが可能となる。これにより、パターン転写精度が良好な精細な微細パターンを形成することが可能となる。

（ｃ）低密度膜を改質する際、等方性プラズマを用いることにより、等方性のコンフォーマルな改質を行うことができ、コンフォーマルな膜を形成することが可能となる。

（ｄ）低密度膜の膜密度を約３．３ｇ／ｃｍ^３以下とすることにより、エッチングレートが遅い膜を形成することが可能となる。また、プラズマによる改質時に所望の深さまで改質することが可能となる。

（ｅ）プラズマを用いて低密度ＳｉＮ膜を形成することにより、３００℃以下の低温帯で成膜することが可能となり、膜密度の制御可能範囲を広くすることが可能となる。

（６）変形例
本実施形態における基板処理のシーケンスは、図７に示す態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。

（変形例１）
図１０に示すように、微細パターンを部分的に形成することもできる。すなわち、隣り合うパターン９０３の間の間隔を変えずに、パターン９０３の幅を微細化することにより、リソグラフィ技術では達成できない微細なピッチを含む微細パターンを形成することが可能となる。以下では、第１の実施形態と同様の点については説明を省略し、主に、異なる箇所について説明する。

（ａ）低密度ＳｉＮ膜からなるパターン９０３の形成（成膜）、（ｂ）ＳｉＮ改質膜９０４の形成（等方性プラズマによる改質）、（ｃ）ＳｉＯ膜９０５の形成（成膜）を順に行う点は、第１の実施形態と同様である。次に、ＳｉＯ膜９０５上にレジスト膜を形成し、ＣＭＰ処理により表面を平坦化し、レジスト膜を除去し、ＳｉＯ膜９０５に対して異方性エッチングを行う。これにより、隣り合うパターン９０３の間の間隔を変えずにパターン９０３の幅を１／３へ微細化することが可能となる（ｄ）。例えば、パターン９０３の幅が４５ｎｍ、隣り合うパターン９０３の間の間隔が７５ｎｍの場合、厚さ１５ｎｍのＳｉＮ改質膜９０４を形成することにより、４５ｎｍのパターン９０３を１５／１５ｎｍのライン＆スペース（Ｌ／Ｓ）へと加工することができる。この加工後のパターンをマスクとしてハードマスクを加工することにより、部分的に、リソグラフィ技術では達成できない微細なピッチを含む微細パターンを形成することが可能となる。

本変形例によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

（変形例２）
図１１に示すように、変形例２と同様のシーケンスにおいて、形成するエッチングレートの異なる膜の形成方法等を変えることにより、異なる幅を有するライン＆スペースを形成することができる。以下では、第１の実施形態および変形例１と同様の点については、詳細を省略し、主に、異なる箇所について説明する。

図１１（ａ）のように、第１の実施形態における（ｄ）高密度ＳｉＮ膜９０６の形成（成膜）と同様の手順で、ウエハ２００に形成されたハードマスク９０２上に、高密度ＳｉＮ膜９０６を形成し、上述の基板処理システムに含まれる基板処理装置を用いて加工を行い、高密度ＳｉＮ膜からなるパターン９０６’を形成する。パターン９０６’は、例えば、１２０ｎｍのピッチ（パターン幅：４５ｎｍ、パターン間隔：７５ｎｍ）で形成する。ピッチの値は、必要とされる微細度およびリソグラフィ装置の性能によって選択される。

＜（ｂ）ＳｉＯＮ膜９０７の形成（等方性プラズマによる改質）＞
次に、第１の実施形態における（ｂ）ＳｉＮ改質膜９０４の形成（等方性プラズマによる改質）と同様の手順で、Ｈ_２ガスの代わりにＯ_２ガスを用いて、Ｏ_２プラズマにより高密度ＳｉＮ膜を改質してＳｉＯＮ膜９０７を形成する。ＳｉＯＮ膜９０７は、Ｈ_２プラズマによる改質と同様の手順でＯ_２プラズマによる改質を行った場合、酸化による堆積膨張により、Ｈ_２プラズマを用いて得られたＳｉＮ改質膜９０４の厚さより、改質により得られたＳｉＯＮ膜９０７の厚さは厚くなる。例えば図１１（ｂ）のように、厚さ２０ｎｍのＳｉＯＮ膜９０７を形成した場合、隣り合うＳｉＯＮ膜９０７の間の間隔は膨張して６８ｎｍとなる。

ＳｉＯＮ膜９０７を形成する際は、ヒータ６１７ｂに電力を供給し、ウエハ２００を加熱する。ウエハ２００の温度は、室温〜７００℃の範囲の所定の温度とする。さらに、Ｏ_２ガスを処理室６０１内に導入する。このとき、Ｏ_２ガスの流量を所定の流量とするように、ＭＦＣ６５１ｂの開度を調整する。処理室６０１内へ供給するＯ_２ガスの流量は、０．０１〜１０ｓｌｍの範囲内の所定の流量とする。処理室６０１内の圧力は、１〜２６０Ｐａの範囲内の所定の圧力となるように調整する。圧力が２６０Ｐａより高いと、プラズマが放電しない可能性がある。また圧力が１Ｐａより少ないと、プラズマ化するための元素が少なくなり、かつ、ラジカルなものよりもイオン化したものが多くなり、プラズマダメージが高くなる可能性がある。

次に、ＳｉＯＮ膜９０７上にレジスト膜を形成し、ＣＭＰ処理により表面を平坦化し、レジスト膜を除去し、ＳｉＯＮ膜９０７に対して異方性エッチングを行う。これにより、パターン９０６’の幅が４５ｎｍ、隣り合うパターン９０３の間の間隔が７５ｎｍの場合、厚さ２０ｎｍのＳｉＯＮ膜９０７を形成することにより、２０／２０ｎｍのライン＆スペースへと加工することができる。この加工後のパターンをマスクとしてハードマスクを加工することにより、部分的に、リソグラフィ技術では達成できない微細なピッチを含む微細パターンを形成することが可能となる。このように、ハードマスク９０２の上に形成する膜の形成方法、膜種、プロセス条件や、形成した膜を加工したパターンを改質する際に使用するプラズマのガス種、プロセス条件等を変えることにより、ハードマスクを加工して得られるパターンの寸法を所望の値とすることが可能となる。

（変形例３）
第１の実施形態における（ａ）低密度ＳｉＮ膜からなるパターン９０３の形成（成膜）と（ｂ）ＳｉＮ改質膜９０４の形成（等方性プラズマによる改質）を複数回繰り返して、表面を平坦化し、異方性エッチングを行ってハードマスクを加工するためのマスクを形成してもよい。具体的には、ウエハ２００上に形成されたハードマスク上に、まず（ａ）第１のエッチングレートを有する低密度ＳｉＮ膜Ａからなるパターンを形成した後、（ｂ）等方性プラズマにより低密度ＳｉＮ膜を改質して第１のエッチングレートより遅い第２のエッチングレートを有するＳｉＮ改質膜Ｂを形成する。次に、低密度ＳｉＮ膜Ａの膜形成処理と同様の処理を行い、ＳｉＮ改質膜Ａの上およびハードマスク上に第１のエッチングレートを有する低密度ＳｉＮ膜Ａ’を形成する。さらに、ＳｉＮ改質膜Ｂの改質処理と同様の処理を行い、低密度ＳｉＮ膜Ａ’を改質して第２のエッチングレートを有するＳｉＮ改質膜Ｂ’を形成する。さらに、低密度ＳｉＮ膜Ａの膜形成処理と同様の処理を行い、ＳｉＮ改質膜Ｂ’のパターン間に第１のエッチングレートを有する低密度ＳｉＮ膜Ａ’’を形成する。各膜と膜との間が埋められるまでこの処理を繰り返し、その後、ＣＭＰ処理により表面を平坦化する。そして、平坦化されたウエハ２００に対して、異方性エッチングを行い、主にＳｉＮ改質膜Ｂ’で構成されるパターンを形成する。このパターンをマスクとしてハードマスクに対して異方性エッチングを行うことにより、ウエハ２００上に微細パターンを形成することができる。本変形例によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本変形例により、膜形成の全ての成膜工程を低温化することが可能となる。また、堆積する膜は１種であるため、例えばＨＣＤＳガスとＮＨ_３ガスの２種類の処理ガスの供給により膜形成処理を行うことができるため、装置構成およびレシピを簡略化することが可能となる。さらに、エッチングレートは低密度ＳｉＮ膜とＳｉＮ改質膜が有するエッチングレートの２種のみのため、マスクとしてのパターンを形成する際の異方性エッチングの工程数を減少させることが可能となる。

＜本発明の第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態で説明した基板処理システムを用いる。第１の実施形態と同様の点については詳細を省略し、主に、異なる箇所について説明する。

（１）基板処理
本実施形態では、図１２に示すように、（ａ）ウエハ２００上に形成されたハードマスク８０２上に、ゲルマニウム膜（Ｇｅ膜）にて、８０ｎｍのピッチのパターンとしてパターン８０３を形成し、（ｂ）等方性プラズマとして（例えば等方性のO_２プラズマ）を用いて、パターン８０３に対して等方的にプラズマ処理を行うことにより、Ｇｅ膜からなるパターン８０３を所定の膜厚だけ改質して、ゲルマニウム酸化膜（ＧｅＯ膜）８０４を形成し、（ｃ）ＧｅＯ膜８０４上にＧｅ膜８０３’を形成し、（ｄ）Ｇｅ膜８０３´に対して等方性プラズマとしてＯ_２プラズマを用いて、パターン８０３を所定の膜厚だけ改質して、ＧｅＯ膜８０４を形成し、（ｅ）例えばＣＭＰ処理により表面を平坦化し、（ｆ）Ｇｅ膜からなるパターン８０３、Ｇｅ膜８０３’、ＧｅＯ膜８０４が有する昇華耐性に応じて、異方性エッチングによりＧｅＯ膜を除去し、（ｇ）Ｇｅ膜からなるパターン８０３、Ｇｅ膜８０３’をマスクとしてハードマスクに対して異方性エッチングを行うことにより、微細パターンを形成することが可能となる。

本実施形態では、膜形成装置にて、ガス供給管２３２ａから供給する処理ガスとして、Ｇｅを含むハロゲン系原料ガスであるモノゲルマン（ＧｅＨ_４）ガスおよびジゲルマン（Ｇｅ_２Ｈ_６）ガスを用いる。図示しないＧｅＨ_４供給源およびＧｅ_２Ｈ_６供給源がそれぞれガス供給管２３２ａに接続され、ガス供給管２３２ａから、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介してＧｅＨ_４ガスおよびＧｅ_２Ｈ_６ガスが処理室２０１内へ供給される。

また、ガス供給管２３２ｂから供給する処理ガスとして、Ｇｅを含むアミノシラン系原料ガスであるトリジメチルアミノゲルマン（ＧｅＨ（ＮＭｅ_２）_３）ガスを用いる。ガス供給管２３２ｂから、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介してＧｅＨ（ＮＭｅ_２）_３ガスが処理室２０１内へ供給される。

＜（ａ）Ｇｅ膜からなるパターン８０３の形成（成膜）＞
第１の実施形態と同様に、ウエハ搬入ステップ、圧力・温度調整ステップを行う。

（Ｇｅシード層形成ステップ）
Ｇｅ膜は下地膜に対してインキュベーションタイム(堆積開始までの時間)を要するが、シード層を形成した後にＧｅ膜を形成することによって、インキュベーションタイムを短縮することができる。ここでは、ＧｅＨ（ＮＭｅ_２）_３ガスを用いてＧｅシード層を形成する。処理室２０１内へのＧｅＨ（ＮＭｅ_２）_３ガスの供給と除去を順に行うサイクルを所定回数（ｎ回、ｎ≧１）行うことにより、ウエハ２００上にＧｅシード層が形成される。Ｇｅシード層は、単原子層〜数原子層の薄い膜厚でよい。Ｇｅシード層は、次に成膜するＧｅ膜と同種のものであるため、半導体デバイスの特性上、懸念される構造が生じることを抑えることが可能となる。

（Ｇｅ膜形成ステップ）
Ｇｅシード層が形成された後、次のステップ３，４を順次実施する。

［ステップ３］
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対してＧｅＨ_４ガスを供給して排気する。ＧｅＨ_４ガスを処理室２０１内へ供給する手順は、第１の実施形態でＨＣＤＳガスを供給して排気するステップ１と同様である。ＧｅＨ_４ガスのプロセス条件は、例えば次の通りとする。処理室２０１内の圧力を、例えば１〜２６６０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ａで制御するＧｅＨ_４ガスの供給流量は、例えば２０〜１３３０ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄで制御するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば２０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＧｅＨ_４ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば５〜１２０秒の範囲内の時間とする。ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば３００〜５００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。これにより、ウエハ２００上（１サイクル目ではＧｅシード層上）に第１のＧｅ含有層が形成される。

第１のＧｅ含有層が形成された後、ＧｅＨ_４ガスの供給を停止し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第１のＧｅ含有層の形成に寄与した後のＧｅＨ_４ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。

［ステップ４］
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対してＧｅ_２Ｈ_６ガスを供給して排気する。Ｇｅ_２Ｈ_６ガスを処理室２０１内へ供給する手順は、第１の実施形態でＨＣＤＳガスを供給して排気するステップ１と同様である。Ｇｅ_２Ｈ_６ガスのプロセス条件は、例えば次の通りとする。処理室２０１内の圧力を、例えば１〜２６６０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ａで制御するＧｅ_２Ｈ_６ガスの供給流量は、例えば２０〜１３３０ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄで制御するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば２０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。Ｇｅ_２Ｈ_６ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば５〜１２０秒の範囲内の時間とする。その他の条件はステップ３と同様である。これにより、第１のＧｅ含有層上に第２のＧｅ含有層が形成される。

第２のＧｅ含有層が形成された後、Ｇｅ_２Ｈ_６ガスの供給を停止し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第２のＧｅ含有層の形成に寄与した後のＧｅ_２Ｈ_６ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。

上述したステップ３，４を非同時に、すなわち、同期させることなく、ＧｅＨ_４ガスとＧｅ_２Ｈ_６ガスとが互いに混合しないよう交互に行うサイクルを所定回数（ｎ回）行うことにより、ハードマスク９０２が形成されたウエハ２００上に、パターン８０３を形成するＧｅ膜が形成される。このサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。

Ｇｅ膜形成ステップが終了したら、アフターパージステップ・大気圧復帰ステップ、ウエハ搬出ステップを行う。

次に、Ｇｅ膜に対して、上述の基板処理システムに含まれる基板処理装置を用いて加工を行い、Ｇｅ膜からなるパターン８０３を形成する。パターン８０３は、例えば、８０ｎｍのピッチで形成する。ピッチの値は、必要とされる微細度およびリソグラフィ装置の性能によって選択される。

＜（ｂ）ＧｅＯ膜８０４の形成（等方性プラズマによる改質）＞
第１の実施形態の変形例２におけるＳｉＯＮ膜９０７形成時と同様に、Ｏ_２プラズマを用いてＧｅ膜を改質する（図１２（ｂ））。Ｈ_２プラズマを用いてＧｅ膜を改質すると安定したゲルマニウム酸化膜であるＧｅＯ_２が形成される。一方、Ｏ_２プラズマを用いた改質では不安定なＧｅＯが形成される。すなわち、組成によって昇華レートが異なる。本実施形態では、後述のように、ＧｅＯ膜８０４を昇華してパターンを形成するため、Ｏ_２プラズマを用いて昇華されやすい不安定なＧｅＯ膜を形成する。

Ｇｅ膜を改質する際は、ヒータ６１７ｂに電力を供給し、ウエハ２００を加熱する。ウエハ２００の温度は、室温〜７００℃の範囲の所定の温度とする。さらに、Ｏ_２ガスを処理室６０１内に導入する。このとき、Ｏ_２ガスの流量を所定の流量とするように、ＭＦＣ６５１ｂの開度を調整する。処理室６０１内へ供給するＯ_２ガスの流量は、０．０１〜１０ｓｌｍの範囲内の所定の流量とする。処理室６０１内の圧力は、１〜２６０Ｐａの範囲内の所定の圧力となるように調整する。圧力が２６０Ｐａより高いと、プラズマが放電しない可能性がある。また圧力が１Ｐａより少ないと、プラズマ化するための元素が少なくなり、かつ、ラジカルなものよりもイオン化したものが多くなり、プラズマダメージが高くなる可能性がある。このステップにより、コンフォーマルなＧｅＯ膜８０４が形成される。

＜（ｃ）Ｇｅ膜８０３’の形成（成膜）＞
上述の（ａ）Ｇｅ膜からなるパターン８０３の形成と同様の処理を行い、ＧｅＯ膜上にＧｅ膜８０３’を形成する（図１２（ｃ））。

＜（ｄ）ＧｅＯ膜８０４の形成（成膜）＞
上述のＧｅＯ膜８０４の形成と同様の処理を行い、Ｇｅ膜８０３’を改質してＧｅＯ膜８０４を形成する（図１２（ｄ））。

＜（ｅ）平坦化＞
ＣＭＰ処理によりウエハ２００の表面を平坦化する（図１２（ｅ））。

＜（ｆ）微細マスクの形成（ＧｅＯ膜８０４を昇華）＞
平坦化されたウエハ２００に対して、不活性ガス（例えば、Ｎ_２ガス）を用いて３００℃以上であって好ましくは４００℃以上の処理温度にて熱処理（Ｎ_２アニール）を行い、ＧｅＯ膜８０４を昇華して、Ｇｅ膜からなるパターン８０３およびＧｅ膜８０３’から構成されるパターンを形成する（図１２（ｆ））。

＜（ｇ）微細パターンの形成（ハードマスク８０２の加工）＞
Ｇｅ膜からなるパターン８０３およびＧｅ膜８０３’から構成されるパターンをマスクとして、ハードマスク８０２に対して異方性エッチングを行うことにより、液浸ＡｒＦ露光装置での解像限界を超えるライン＆スペースを形成することができる（図１２（ｇ））。

上述の実施形態では、Ｇｅ膜形成ステップにおいて、アミノシラン系原料ガスとしてＧｅＨ（ＮＭｅ_２）_３ガスを用いてＧｅシード層を形成する例について説明したが、これに限らず、例えば、ＧｅＨ_２（ＮＨＥｔ）_２等のアミノシラン系原料ガスを用いてもよい。

上述の実施形態では、Ｇｅ膜形成ステップにおいて、１本のガス供給管２３２ａからＧｅＨ_４ガス、Ｇｅ_２Ｈ_６ガスの２種を供給してＧｅ膜を形成する例について説明したが、これに限らず、例えば、処理室２０１内に、ガス供給管２３２ａやノズル２４９ａと同じ構成を有する異なるガス供給管やノズルを追加して設けてもよい。その場合、ＧｅＨ_４ガス、Ｇｅ_２Ｈ_６ガスを独立した異なるノズルから供給することが可能となる。

上述の実施形態では、Ｇｅ膜形成ステップにおいて、ハロゲン系原料ガスであるＧｅＨ_４ガス、Ｇｅ_２Ｈ_６ガスを用いてＧｅ膜を形成する例について説明したが、これに限らず、Ｇｅ含有ガスとして他のガスを組み合わせて用いてもよい。例えば、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ_４）を用いることも可能である。

上述の実施形態では、ＧｅＯ膜８０４を除去する際、Ｎ_２アニールにより昇華する例について説明したが、これに限らず、例えばＨ_２Ｏによる洗浄で除去してもよい。

（２）本実施形態による効果
第２の実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。

（ａ）昇華レートの異なる複数の膜を積層して形成し、平坦化した後に、所望の膜を除去してマスクとしてのパターンを形成することにより、コンフォーマルな微細パターンを形成することができる。

（ｂ）膜（例えばＧｅ膜）を改質することによりマスクとしての膜（例えばＧｅＯ膜）を形成することにより、矩形の断面積を有するマスクを形成することが可能となる。これにより、パターン転写精度が良好な精細な微細パターンを形成することが可能となる。

（ｃ）Ｇｅ膜を改質する際、等方性プラズマを用いることにより、等方性のコンフォーマルな改質を行うことができ、コンフォーマルな膜を形成することが可能となる。

（ｄ）Ｇｅ膜をプラズマ励起したＯ_２ガスで用いて改質することにより、昇華しやすい不安定なＧｅＯ膜を形成することが可能となる。

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、上述の実施形態では、マスクとして用いるパターンを構成する膜として、ウエハ上にＳｉＮ膜、ＳｉＯ膜、ＳｉＯＮ膜、Ｇｅ膜、ＧｅＯ膜を適宜組み合わせて形成する例について説明したが、これに限らず、例えば、シリコン膜（Ｓｉ膜）、シリコン炭化膜（ＳｉＣ膜）、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）、シリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）、シリコン硼窒化膜（ＳｉＢＮ膜）、シリコン硼炭窒化膜（ＳｉＢＣＮ膜）、硼窒化膜（ＢＮ膜）、硼炭窒化膜（ＢＣＮ膜）、シリコンゲルマニウム膜（ＳｉＧｅ膜）等の半金属元素を含む膜、すなわち、半金属系薄膜であっても適用可能である。処理手順、処理条件は、上述の実施形態や変形例の処理手順、処理条件と同様とすることができる。これらの場合においても、上述の実施形態や変形例と同様の効果が得られる。

基板処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、処理内容に応じて適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになり、それぞれの場合に適正な処理を行うことができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、処理を迅速に開始できるようになる。

上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。

上述の実施形態では、膜形成装置として、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。

また、例えば、膜形成装置として、複数の処理領域とパージ領域とが交互に配列されるように分割構造体によって分割された反応容器を有する多枚葉装置を用いてもよい。

多枚葉装置では、例えば、図１３に示すように、第１の処理領域７０１ａ、第１のパージ領域７０４ａ、第２の処理領域７０１ｂ、第２のパージ領域７０４ｂが交互に配列されるように分割構造体としての仕切板７０５によって分割された反応容器２０３内に、複数枚のウエハ２００を搬入し、反応容器内に設けられたサセプタ７１７に複数枚のウエハ２００を同一面上に並べて支持する。

そして、加熱部（図示せず）によりウエハ２００を加熱しつつ、第１の処理領域７０１ａ、第１のパージ領域７０４ａ、第２の処理領域７０１ｂ、第２のパージ領域７０４ｂを排気しつつ、処理ガス供給系７５０に設けられた第１の処理ガス供給系７５１の側壁に設けられた第１の処理ガス供給孔７５４から第１の処理ガスとして原料ガスを第１の処理領域７０１ａに供給し、処理ガス供給系７５０に設けられた不活性ガス供給系７５３の側壁に設けられた第１の不活性ガス供給孔７５７からパージガスとしての不活性ガスを第１のパージ領域７０４ａへ供給し、処理ガス供給系７５０に設けられた第２の処理ガス供給系７５２の側壁に設けられた第２の処理ガス供給孔７５５から第２の処理ガスとして反応ガスを第２の処理領域７０１ｂに供給し、不活性ガス供給系７５３の側壁に設けられた第２の不活性ガス供給孔７５６からパージガスとしての不活性ガスを第２のパージ領域７０４ｂへ供給する。

サセプタ７１７を回転させて、第１の処理領域７０１ａ、第１のパージ領域７０４ａ、第２の処理領域７０１ｂ、第２のパージ領域７０４ｂへウエハ２００を順に移動させることにより、ウエハ２００への原料ガス、不活性ガス、反応ガス、不活性ガスの供給を順に行って、ウエハ２００を処理することが可能である。この多枚葉装置では、活性化機構としてのプラズマ励起部７０６により、反応ガスをプラズマ励起して用いることも可能である。

また、上述の実施形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。これらの場合においても、処理手順、処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理手順、処理条件とすることができる。

２００ウエハ（基板）
２０１，６０１処理室

Claims

基板上に形成されたハードマスク上に、第１のエッチングレートを有する第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜を加工して形成された第１のパターンに対して、等方性プラズマを照射して前記第１のパターンを構成する第１の膜を、前記第１のエッチングレートより遅い第２のエッチングレートを有する第２の膜へ改質する工程と、
前記第２の膜および前記ハードマスク上に、前記第２のエッチングレートより速い第３のエッチングレートを有する第３の膜を形成する工程と、
前記第３の膜の上に、前記第１のエッチングレートおよび第３のエッチングレートより遅い第４のエッチングレートを有する第４の膜を形成する工程と、
前記基板の表面を平坦化する工程と、
前記平坦化した基板に対して異方性プラズマを照射して、前記第１の膜および前記第３の膜を除去して、前記第２の膜および前記第４の膜から構成され、前記第１のパターンより小さいピッチを有する第２のパターンを形成する工程と、
前記第２のパターンをマスクとして、ハードマスクを加工する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
前記第１の膜を形成する工程では、前記基板に対して、第１の元素を含むハロゲン系原料ガスと、第２の元素を含み、プラズマ励起された第１の反応ガスとを交互に複数回供給し排気して前記第１の膜を形成し、
前記第４の膜を形成する工程では、前記基板に対して、前記第１の元素を含むアミノシラン系原料ガスと、前記第２の元素を含み、プラズマ励起された第２の反応ガスとを交互に複数回供給し排気して前記第４の膜を形成し、
前記第１の膜と前記第４の膜とは、同じ元素組成を有し、前記第１の膜の膜密度は、前記第４の膜の膜密度より低い請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記等方性プラズマは、等方性を有するＨ２プラズマであり、前記第１の膜、前記第２の膜、前記第４の膜は、同じ元素組成を有する請求項１もしくは請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
基板上に形成されたハードマスク上に、第１の昇華レートを有する第１の元素を含む第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜を加工して形成された第１のパターンに対して、等方性を有するＯ２プラズマを照射して前記第１の膜を改質し、第１の昇華レートより速い第２の昇華レートを有し、前記第１の元素を含む酸化膜である第２の膜を形成する工程と、
前記第１の膜を形成する工程および前記第２の膜を形成する工程を、所定回数行う工程と、
前記基板の表面を平坦化する工程と、
前記平坦化した基板に対して熱処理を行い、前記第２の膜を昇華して、前記第１の膜から構成され、前記第１のパターンより小さいピッチを有する第２のパターンを形成する工程と、
前記第２のパターンをマスクとして、ハードマスクを加工する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
基板上に形成されたハードマスク上に、第１のエッチングレートを有する第１の膜を形成す基板処理装置と、
前記第１の膜を加工して形成された第１のパターンに対して、等方性プラズマを照射して前記第１のパターンを構成する第１の膜を、前記第１のエッチングレートより遅い第２のエッチングレートを有する第２の膜へ改質する基板処理装置と、
前記第２の膜および前記ハードマスク上に、前記第２のエッチングレートより速い第３のエッチングレートを有する第３の膜を形成する基板処理装置と、
前記第３の膜の上に、前記第１のエッチングレートおよび第３のエッチングレートより遅い第４のエッチングレートを有する第４の膜を形成する基板処理装置と、
前記基板の表面を平坦化する基板処理装置と、
前記平坦化した基板に対して異方性プラズマを照射して、前記第１の膜および前記第３の膜を除去して、前記第２の膜および前記第４の膜から構成され、前記第１のパターンより小さいピッチを有する第２のパターンを形成する基板処理装置と、
前記第２のパターンをマスクとして、ハードマスクを加工する基板処理装置と、
を有する基板処理システム。
基板上に形成されたハードマスク上に、第１のエッチングレートを有する第１の膜を形成する手順と、
前記第１の膜を加工して形成された第１のパターンに対して、等方性プラズマを照射して前記第１のパターンを構成する第１の膜を、前記第１のエッチングレートより遅い第２のエッチングレートを有する第２の膜へ改質する手順と、
前記第２の膜および前記ハードマスク上に、前記第２のエッチングレートより速い第３のエッチングレートを有する第３の膜を形成する手順と、
前記第３の膜の上に、前記第１のエッチングレートおよび第３のエッチングレートより遅い第４のエッチングレートを有する第４の膜を形成する手順と、
前記基板の表面を平坦化する手順と、
前記平坦化した基板に対して異方性プラズマを照射して、前記第１の膜および前記第３の膜を除去して、前記第２の膜および前記第４の膜から構成され、前記第１のパターンより小さいピッチを有する第２のパターンを形成する手順と、
前記第２のパターンをマスクとして、ハードマスクを加工する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。