WO2014010630A1 - パターン形成方法及び基板処理システム - Google Patents

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久保田　和宏
隆吉 清水
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    • H01J2237/3347—Problems associated with etching bottom of holes or trenches

Definitions

  • the present invention relates to a pattern forming method and a substrate processing system.
  • Patent Document 1 discloses that a device is formed by forming a dense dielectric layer on a device by atomic layer deposition ALD (Atomic Layer Deposition). Techniques for protection are disclosed.
  • ALD Atomic Layer Deposition
  • Patent Document 1 does not assume that a film forming process is performed for the purpose of repairing a pattern shape formed by etching. Therefore, in Patent Document 1, the effect of repairing the pattern shape formed by etching cannot be obtained.
  • an object is to provide a pattern forming method and a substrate processing system capable of forming a pattern having a good shape on a substrate.
  • a layer adsorbed on the surface of the predetermined pattern using a silicon compound gas is oxidized or nitrided by plasma generated from an oxidizing gas or a nitriding gas, and a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on the surface of the predetermined pattern.
  • a film forming process for forming a film; A pattern forming method is provided.
  • a pattern having a good shape can be formed on the substrate.
  • the figure for demonstrating the pattern formation method which concerns on 1st and 2nd embodiment. 5 is a flowchart showing pattern formation processing according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart showing pattern formation processing according to the second embodiment.
  • the block diagram of the substrate processing system which concerns on 1st and 2nd embodiment.
  • the block diagram of the etching apparatus which concerns on 1st and 2nd embodiment.
  • the block diagram of the film-forming apparatus which concerns on 1st and 2nd embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the depth of the etched contact hole and the etching rate.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the definition of the aspect ratio of the contact hole and the bowing shape.
  • the required aspect ratio of contact holes was about 50.
  • the aspect ratio AR is indicated by the hole depth h with respect to the diameter ⁇ (top CD) of the hole opening as shown in “a” of FIG.
  • the aspect ratio is 50.
  • FIG. 1A shows a cross-sectional shape of a hole corresponding to an etching time when a hole is formed in a silicon oxide film (SiO 2 ) by etching.
  • a parallel plate etching apparatus (see FIG. 10) using a lower two frequency application in parallel plate plasma is used.
  • the etching process conditions are as follows: the pressure is 2.66 Pa, the frequency of the high frequency power HF for plasma generation is 60 MHz, the power is 1200 W, the frequency of the high frequency power LF for ion attraction is 400 kHz, the power is 4500 W, and the gas type is C 4 F. 6 / C 4 F 8 / Ar / O 2 mixed gas. Under this condition, the silicon oxide film is etched using polysilicon as a mask.
  • FIG. 1A numerical values of the cross-sectional shape of the hole, the hole diameter ⁇ , and the aspect ratio AR when the etching times are 60 s, 180 s,... 600 s from the left are shown. According to the experimental results, as the hole depth h increases, the hole diameter ⁇ increases and the aspect ratio AR varies.
  • FIG. 1B shows the depth of the etched hole of the silicon oxide film (vertical axis) and the pattern in which the silicon oxide film is etched as the etching rate (vertical axis) with respect to the etching time ET (horizontal axis).
  • the etching time ET becomes longer, and the deeper the hole, the lower the etching rate of the silicon oxide film and the harder the hole is etched. Regardless of the etching time ET, the etching rate of the mask is substantially constant, and the amount of reduction of the polysilicon mask is almost constant.
  • the side wall of the hole is etched, and the CD of the hole spreads.
  • a desired aspect ratio cannot be formed, and desired semiconductor device characteristics cannot be obtained.
  • the top CD is ⁇ 25 nm and the hole depth is 2.5 ⁇ m
  • a resist mask may be used.
  • the present embodiment proposes a pattern forming method for performing a film forming process for the purpose of repairing an etching shape after the etching process.
  • the etching process is performed on the silicon oxide film 26 and the silicon nitride film 27 in “(a) initial state” shown in FIG.
  • the silicon oxide film 26 and the silicon nitride film 27 are etched, respectively, but the structure to be etched may be the structure of only the silicon oxide film 26 or the structure of only the silicon nitride film 27.
  • these are collectively referred to as a silicon-containing film 30.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the pattern forming process according to the first embodiment. Note that a hole pattern having a diameter ⁇ of 25 nm is formed in the polysilicon mask 28 using a photolithography technique.
  • step S10 an etching process is performed in step S10.
  • a parallel plate etching apparatus (see FIG. 10) of the lower two frequency application type is used in parallel plate plasma.
  • the etching process conditions are as follows: the pressure is 2.27 Pa, the frequency of the high frequency power HF for plasma generation is 60 MHz, the power is 1500 W, the frequency of the high frequency power LF for ion attraction is 400 kHz, the power is 7800 W, and the gas type is C 4 F. 6 / C 3 F 8 / Ar / O 2 mixed gas. Under this condition, the silicon-containing film 30 (silicon nitride film 27 and silicon oxide film 26) is etched through the polysilicon mask 28.
  • a mask removal process is executed in step S12. This mask removal process is executed when the mask of the etching process is a resist mask. In other words, this step can be omitted when the etching mask is not a resist mask.
  • a film forming process (ALD process) by ALD is executed in step S14.
  • a microwave plasma apparatus see FIG. 11
  • the film forming process (S14) is performed in the order of the gas adsorption process at step S20, the first exhaust process at step S22, the plasma process process at step S24, and the second exhaust process at step S26. Is done.
  • step S20 Gas adsorption process
  • BTBAS bis-tertiary-butyl-amino-silane
  • Ar argon gas
  • the pressure is controlled to 133 Pa
  • BTBAS is supplied at 30 sccm
  • argon gas (Ar) is supplied at 540 sccm.
  • step S22 In the first exhaust process, the excessively adsorbed film forming gas is removed. Specifically, in the first evacuation step, the processing chamber is evacuated using an evacuation device while supplying argon gas (Ar) as a purge gas. Thereby, silicon (Si) excessively chemically adsorbed on the surface of the hole can be purged (removed). Thereby, an atomic layer of silicon (Si) is formed on the surface of the hole.
  • the atomic layer here includes not only a layer of silicon (Si) atoms for one atom but also a layer for a plurality of atoms.
  • the pressure is controlled to 266 Pa or more and argon gas (Ar) is supplied at 540 sccm.
  • Plasma treatment process In the plasma processing step, plasma processing using microwaves is performed. Specifically, in the plasma processing step, oxygen gas (O 2 ) as a reactive gas is supplied into the processing container as a plasma processing gas together with argon gas (Ar). Further, microwaves are supplied into the processing container. The plasma process gas is ionized and dissociated by the electric field energy of the microwave, thereby generating a plasma. Oxygen radicals (O * ) in the generated plasma oxidize the atomic layer adsorbed on the surface of the hole. Thereby, a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed on the surface of the hole.
  • the pressure is controlled to 133 Pa, oxygen gas (O 2 ) is supplied at 60 sccm, and argon gas (Ar) is supplied at 540 sccm. At this time, for example, 3 kW of microwave power having a frequency of 2.45 GHz is supplied.
  • oxygen gas O 2
  • ozone O 3
  • dinitrogen monoxide N 2 O
  • nitrogen oxide N 3 O
  • carbon monoxide CO
  • carbon dioxide CO 2
  • the atomic layer adsorbed on the surface of the hole can be oxidized by oxygen radicals (O * ) in the plasma.
  • oxygen radicals O *
  • gases are examples of oxidizing gases.
  • it can replace with argon gas (Ar) and can also use another inert gas.
  • Second exhaust process In the second exhaust process, unreacted plasma processing gas is removed. Specifically, in the second exhaust process, as in the first exhaust process, the processing chamber is exhausted using an exhaust device while supplying argon gas (Ar) as a purge gas. Thereby, the unreacted plasma processing gas is exhausted.
  • Ar argon gas
  • the pressure is controlled to 266 Pa or more and argon gas (Ar) is supplied at 540 sccm as in the first exhaust process.
  • step S28 in FIG. 5 it is determined whether a cycle corresponding to a predetermined number of repetitions has been executed, assuming that each of steps 1 to 4 is executed once as one cycle.
  • a value obtained by dividing 5 nm by a film thickness that can be formed in one cycle is the number of repetitions.
  • atomic layers are stacked 30 to 40 times to form a silicon oxide film having a desired thickness.
  • FIG. 6 shows the experimental results of the pattern forming method.
  • the “etching process” shown on the left side of FIG. 6 uses the silicon-containing film 30 (the silicon oxide film 26 and the silicon nitride film 27) as a film to be etched, and the hole after performing the etching process (step S10) of FIG. FIG.
  • the mask may be removed by executing a mask removal process (step S12).
  • the “etching process + ALD process” shown on the right side of FIG. 6 uses the silicon-containing film 30 (silicon oxide film 26 and silicon nitride film 27) as a film to be etched through the polysilicon mask 28 (step S10). ) Is executed, and a vertical cross section of the hole in a state where the hole is repaired by the film forming process by ALD (step S14) is shown.
  • the “etching process + ALD process” each of the above-described items 1 to 4 is performed for the number of times targeted to form 5 nm (left side) and 10 nm (right side) silicon oxide films on the side wall on one side of the hole. The case where the process cycle is repeated is shown.
  • the depiction on the left shows an overall view of the hole formed in the film
  • the depiction on the right shows an enlarged top view of the hole.
  • FIG. 7 shows various numerical values representing the results of this experiment.
  • FIG. 7 shows the results of measuring the top CD, which is the diameter of the upper part of the hole, the bowing CD, which is the diameter of the middle part of the hole, the depth h, and the aspect ratio Ar (see “b” in FIG. 2).
  • the aspect ratio of the hole obtained by the “etching process + ALD process” was larger than the aspect ratio of the hole obtained by the “etching process”. This is because the hole is narrowed with respect to the depth h and the CD value is reduced by the ALD process.
  • the difference between the Boeing CD obtained by the “etching process + ALD process” and the top CD is smaller than the difference between the Boeing CD obtained by the “etching process” and the top CD. That is, not only the hole was narrowed by the ALD process, but also the bowing shape was improved, and the wall surface of the hole became more vertical.
  • the hole diameter and the hole shape can be repaired by depositing a dense conformal silicon oxide film on the surface of the hole.
  • the thickness of the silicon oxide film deposited in the hole can be adjusted.
  • a silicon nitride film may be formed instead of the silicon oxide film.
  • the relationship between the film to be etched and the film laminated by ALD is that when the film to be etched is a silicon oxide film, the film by ALD may be a silicon oxide film or a silicon nitride film. A silicon oxide film is preferable.
  • the ALD film may be a silicon oxide film or a silicon nitride film, but is preferably a silicon nitride film. That is, the film to be etched and the film laminated by ALD are preferably the same film.
  • a microwave plasma apparatus (see FIG. 11) is used as the film forming apparatus. Also in the case of forming a silicon nitride film, basically, the steps 1 to 4 in FIG. 5 (steps S20, S22, S24, and S26) are repeatedly executed for a predetermined number of cycles. .
  • the description will focus on process conditions for forming a silicon nitride film.
  • the pressure is controlled to 400 Pa
  • DCS is supplied at 280 sccm
  • argon gas (Ar) is supplied at 900 sccm
  • nitrogen gas (N 2 ) is supplied at 900 sccm.
  • the pressure is controlled to 266 Pa, nitrogen gas (N 2 ) is supplied at 900 sccm, ammonia gas (NH 3 ) is supplied at 400 sccm, and argon gas (Ar) is supplied at 900 sccm.
  • Plasma treatment process Next, in the plasma treatment process, nitrogen gas (N 2 ) and ammonia gas (NH 3 ) are supplied together with argon gas (Ar) as reactive gases on the surface of the hole, and microwaves are fed into the processing vessel. Supply. As a result, microwave plasma processing is performed, and a silicon nitride film (SiN) is formed on the surface of the hole.
  • the silicon nitride film (SiN) is an example of the repair film 29 for repairing the hole shape shown in “(c) After ALD” in FIG.
  • the pressure is controlled to 667 Pa
  • nitrogen gas (N 2 ) is supplied at 900 sccm
  • ammonia gas (NH 3) is supplied at 400 sccm
  • argon gas (Ar) is supplied at 900 sccm.
  • Nitrogen gas (N 2 ) and ammonia gas (NH 3 ) are examples of nitriding gases.
  • a microwave having a frequency of 2.45 GHz and a power of 4 kW is supplied.
  • Second exhaust process After the plasma treatment, unreacted plasma process gas is removed in the second exhaust process. Specifically, in the second exhaust process, as in the first exhaust process, the processing container is exhausted using an exhaust device while supplying argon gas (Ar). Thereby, the unreacted plasma processing gas is exhausted.
  • argon gas Ar
  • the pressure is controlled to 266 Pa as in the first evacuation step, and nitrogen gas (N 2 ), ammonia gas (NH 3), and argon gas (Ar) are supplied to the first evacuation step.
  • nitrogen gas (N 2 ), ammonia gas (NH 3), and argon gas (Ar) are supplied to the first evacuation step.
  • the same flow rate as in the exhaust process is supplied.
  • the film forming apparatus supplies plasma together with a reactive gas such as nitrogen gas (N 2 ) or ammonia gas (NH 3 ) to the surface of the hole to nitride the surface of the hole.
  • a reactive gas such as nitrogen gas (N 2 ) or ammonia gas (NH 3 ) to the surface of the hole to nitride the surface of the hole.
  • the hole diameter and the hole shape can be repaired by depositing a dense conformal silicon nitride film on the surface of the hole.
  • the thickness of the silicon nitride film deposited in the hole can be adjusted.
  • a silicon oxide film or a silicon nitride film can be deposited on the surface of the hole, and the hole diameter and the hole shape can be restored.
  • OMCTS octamethylcyclotetrasiloxane
  • a precursor gas such as 2
  • precursor gases that can be used include 1,3-dimethyldisiloxane (CH 3 —SiH 2 —O—SiH 2 —CH 3 ) having the structure (R x —Si—O—Si—R y ) z. ), 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane ((CH 3 ) 2 —SiH—O—SiH— (CH 3 ) 2 ), hexamethyldisiloxane ((CH 3 ) 3 —Si—O—Si) Organic disiloxanes such as-(CH 3 ) 3 ) are included.
  • cyclic organosiloxanes R x —Si—O y , where y is greater than 2, x is 1-2, and R x is CH 3 , CH 2 CH 3 or other alkyl groups).
  • Cyclic organosilicon compounds that can be used can include cyclic structures having three or more silicon atoms, and the cyclic structure can further include one or more oxygen atoms.
  • Commercially available cyclic organosilicon compounds contain a ring having alternating silicon and oxygen atoms with one or two alkyl groups bonded to the silicon atom.
  • the cyclic organosilicon compound can include one or more of the following compounds: Hexamethylcyclotrisiloxane (—Si (CH 3 ) 2 —O—) 3 -cyclic, 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS) (— SiH (CH 3 ) —O—) 4 -cyclic, Octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS) (— Si (CH 3 ) 2 —O—) 4 -cyclic and 1,3,5,7,9-pentamethylcyclopentasiloxane (—SiH (CH 3 ) —O— ) Five rings.
  • the above precursor gas is an example of a film forming gas containing a silicon compound.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a pattern forming process according to the second embodiment.
  • the pattern formation process according to the second embodiment in addition to the steps S10, S12, and S14 of the pattern formation process according to the first embodiment shown in FIG. 4, the calculation process of the number of repetitions of the ALD process in steps S30 and S32 is performed. Executed.
  • the shape of the etched hole is monitored in step S30 during or after the execution of the etching process in step S10.
  • the diameter of the etched hole is calculated based on the result of the monitor, the film thickness to be deposited on the surface of the hole is calculated according to the calculated hole diameter, and the ALD for the calculated film thickness is calculated.
  • the process repeat count n is calculated.
  • step S14 the cycle is repeated by the number of repetitions n calculated in step S32. That is, the number of steps S28 is determined based on the number of repetitions n.
  • the shape of the etched hole is monitored, and the number of repetitions of the film forming process by ALD is variably controlled according to the etching process status based on the monitoring result.
  • a film thickness can be adjusted according to the variation in the shape of the actual hole at the time of etching. That is, a silicon-containing layer having a film thickness corresponding to the actual shape of the hole can be deposited on the surface of the hole. Thereby, the hole diameter and the hole shape can be repaired with higher accuracy.
  • the pattern forming method according to the first and second embodiments has been described in detail above. According to the pattern forming method according to the first and second embodiments, the hole diameter and the hole shape can be repaired by a film forming process performed after etching.
  • the deep hole pattern including the repair film 29 formed in the first and second embodiments is a mold for forming electrodes and capacitance.
  • the repair film 29 is densely formed by the ALD method.
  • the oxide film 26 and the silicon nitride film 27) are not peeled off. Therefore, the repair film 29 can be quickly removed simultaneously with the silicon-containing film 30 (silicon oxide film 26 and silicon nitride film 27) after the electrodes and capacitance are formed.
  • FIG. 9 is a configuration example of the substrate processing system according to the first and second embodiments.
  • the substrate processing system 200 executes steps S10, S12, and S14 of FIGS. 4 and 8 on the substrate on which the laminated film shown in “the initial state of FIG. , S32 can be executed.
  • the substrate processing system 200 includes an etching apparatus 1 that performs an etching process (step S10) and a mask removing process (step S12), and a film forming apparatus 2 that performs a film forming process by ALD (step S14) after the mask removing process.
  • the processing apparatuses 3 and 4 may be apparatuses that perform an etching process and a film forming process.
  • Etching apparatus 1, film forming apparatus 2, and processing apparatuses 3 and 4 are provided corresponding to four sides of transfer chamber 5 having a hexagonal shape, respectively.
  • Load lock chambers 6 and 7 are provided on the other two sides of the transfer chamber 5, respectively.
  • a load / unload chamber 8 is provided on the opposite side of the load lock chambers 6 and 7 from the transfer chamber 5.
  • ports 9, 10, 11 for attaching three FOUPs F capable of accommodating the wafers W are provided.
  • the etching apparatus 1, the film forming apparatus 2, the processing apparatuses 3 and 4, and the load lock chambers 6 and 7 are connected to each hexagonal side of the transfer chamber 5 through a gate valve G.
  • Each chamber communicates with the transfer chamber 5 by opening each gate valve G, and is shut off from the transfer chamber 5 by closing each gate valve G.
  • a gate valve G is also provided at a portion of the load lock chambers 6 and 7 connected to the carry-in / out chamber 8.
  • the load lock chambers 6 and 7 are communicated with the loading / unloading chamber 8 by opening the gate valve G, and are blocked from the loading / unloading chamber 8 by closing.
  • a transfer device 12 that carries the wafer W in and out of the etching device 1, the film forming device 2, the processing devices 3 and 4, and the load lock chambers 6 and 7 is provided.
  • the transfer device 12 is disposed substantially at the center of the transfer chamber 5, and has two blades 14 a and 14 b that hold the wafer W at the tip of a rotatable / extensible / retractable portion 13 that can rotate and expand / contract.
  • the blades 14a and 14b are attached to the rotating / extending / contracting portion 13 so as to face opposite directions.
  • the inside of the transfer chamber 5 is maintained at a predetermined degree of vacuum.
  • a HEPA filter (not shown) is provided on the ceiling of the carry-in / out chamber 8. Clean air that has passed through the HEPA filter and from which organic substances, particles, and the like have been removed is supplied into the carry-in / out chamber 8 in a downflow state. For this reason, the wafer W is carried in and out in a clean air atmosphere at atmospheric pressure.
  • the three ports 9, 10, 11 for attaching the hoop F of the carry-in / out chamber 8 are each provided with a shutter (not shown). These ports 9, 10, 11 have wafers W accommodated or empty hoops directly attached, and when they are attached, the shutter is released to communicate with the loading / unloading chamber 8 while preventing the entry of outside air. .
  • An alignment chamber 15 is provided on the side surface of the loading / unloading chamber 8, and the wafer W is aligned.
  • a transfer device 16 for loading / unloading the wafer W into / from the FOUP F and loading / unloading the wafer W into / from the load lock chambers 6 and 7 is provided.
  • the transport device 16 has two articulated arms, and has a structure capable of traveling on the rail 18 along the direction in which the hoops F are arranged.
  • the transfer of the wafer W is performed by placing the wafer W on the hand 17 at the tip.
  • FIG. 9 shows a state where one hand 17 exists in the carry-in / out chamber 8 and the other hand is inserted into the FOUP F.
  • Components of the substrate processing system 200 are connected to and controlled by a control unit 20 including a computer.
  • the control unit 20 is connected to a user interface 21 including a keyboard for an operator to input commands for managing the system, a display for visualizing and displaying the operating status of the system, and the like.
  • the control unit 20 further includes a control program for realizing various processes shown in FIGS. 4, 5, and 8, which are executed in the system, under the control of the control unit 20, and various configurations according to processing conditions.
  • a storage unit 22 in which a program (that is, a processing recipe) for causing the unit to execute processing is stored is connected.
  • the processing recipe is stored in a storage medium in the storage unit 22.
  • the storage medium may be a hard disk or a portable medium such as a CDROM, DVD, or flash memory.
  • the structure which transmits a recipe suitably from another apparatus via a dedicated line, for example may be sufficient.
  • the processing in the substrate processing system 200 is performed, for example, by calling an arbitrary processing recipe from the storage unit 22 according to an instruction from the user interface 21 and causing the control unit 20 to execute the processing recipe.
  • the control unit 20 may directly control each component unit, or may provide an individual controller for each component unit and control it via them.
  • the FOUP F containing the preprocessed wafer W is loaded.
  • one wafer W is taken out from the FOUP F and carried into the alignment chamber 15 by the transfer device 16 in the carry-in / out chamber 8 held in a clean air atmosphere at atmospheric pressure, and the wafer W is aligned.
  • the wafer W is carried into one of the load lock chambers 6 and 7, and the inside of the load lock is evacuated.
  • the wafer W in the load lock is taken out by the transfer device 12 in the transfer chamber 5, and the wafer W is loaded into the etching device 1 to perform the etching process in step S10. Mask removal processing is performed.
  • the wafer W is taken out by the transfer device 12 and loaded into the film forming device 2, plasma processing is performed by the ALD method, and a repair film 29 is formed. Thereafter, the wafer W is taken out by the transfer device 12, and the wafer W is carried into one of the load lock chambers 6 and 7 by the transfer device 12, and the inside thereof is returned to atmospheric pressure. The wafer W in the load lock chamber is taken out by the transfer device 16 in the loading / unloading chamber 8 and stored in one of the FOUPs F. The above operation is performed on one lot of wafers W, and one set of processing is completed.
  • FIG. 10 is a configuration example of the etching apparatus 1 that performs the etching process in step S10 of FIGS. 4 and 8 in the first and second embodiments.
  • the etching apparatus 1 has a chamber C that is hermetically sealed and electrically grounded.
  • the etching apparatus 1 is connected to a gas supply source 120.
  • the gas supply source 120 supplies an etching gas containing a fluorocarbon (CF) -based gas as an etching gas.
  • the fluorocarbon-based gas may contain hexafluoro 1,3 butadiene C 4 F 6 gas.
  • the chamber C has a cylindrical shape, and is composed of, for example, aluminum whose surface is anodized, and a mounting table 102 that supports the wafer W is provided inside.
  • the mounting table 102 also functions as a lower electrode.
  • the mounting table 102 is supported by a conductive support table 104 and can be moved up and down by an elevating mechanism 107 via an insulating plate 103.
  • the elevating mechanism 107 is disposed in the chamber C and is covered with a bellows 108 made of stainless steel.
  • a bellows cover 109 is provided outside the bellows 108.
  • a focus ring 105 made of, for example, single crystal silicon is provided on the outer periphery above the mounting table 102.
  • a cylindrical inner wall member 103 a made of, for example, quartz is provided so as to surround the periphery of the mounting table 102 and the support table 104.
  • a first high frequency power source 110a is connected to the mounting table 102 via a first matching unit 111a so that high frequency power for plasma generation at a predetermined frequency (for example, 60 MHz) is supplied from the first high frequency power source 110a. It has become.
  • the mounting table 102 is connected to a second high-frequency power source 110b via a second matching unit 111b, and a high-frequency power for bias having a predetermined frequency (for example, 400 KHz) is supplied from the second high-frequency power source 110b. It is like that.
  • a shower head 116 that functions as an upper electrode is provided above the mounting table 102 so as to face the mounting table 102 in parallel.
  • the shower head 116 and the mounting table 102 function as a pair of electrodes. It has become.
  • An electrostatic chuck 106 for electrostatically attracting the wafer W is provided on the upper surface of the mounting table 102.
  • the electrostatic chuck 106 has an electrode 106a interposed between insulators 106b.
  • a DC voltage source 112 is connected to the electrode 106a, and when a DC voltage is applied from the DC voltage source 112 to the electrode 106a, the wafer W is attracted by Coulomb force.
  • a coolant channel 104 a is formed inside the support body 104.
  • a refrigerant inlet pipe 104b and a refrigerant outlet pipe 104c are connected to the refrigerant flow path 104a.
  • the wafer W is controlled to a predetermined temperature by circulating, for example, cooling water or the like as a coolant appropriately in the coolant channel 104a.
  • a pipe 130 for supplying cold transfer gas (backside gas) such as helium gas (He) is provided on the back side of the wafer W.
  • the shower head 116 is provided in the ceiling portion of the chamber C.
  • the shower head 116 has a main body 116a and an upper top plate 116b that forms an electrode plate.
  • the shower head 116 is supported on the upper part of the chamber C through an insulating member 145.
  • the main body 116a is made of a conductive material, for example, aluminum whose surface is anodized, and supports the upper top plate 116b in a detachable manner at the lower portion thereof.
  • a gas diffusion chamber 126a is provided inside the main body 116a, and a large number of gas flow holes 116d are formed at the bottom of the main body 116a so as to be positioned below the diffusion chamber 126a.
  • the upper top plate 116b is provided with a gas introduction hole 116e that communicates with the gas flow hole 116d so as to penetrate the upper top plate 116b in the thickness direction.
  • the gas supplied to the diffusion chamber 126a is introduced into the plasma processing space in the chamber C through the gas flow hole 116d and the gas introduction hole 116e in a shower shape.
  • the main body 116a and the like are provided with a pipe (not shown) for circulating the refrigerant, and the shower head 116 is cooled and adjusted to a desired temperature.
  • the main body 116a is formed with a gas inlet 116g for introducing gas into the diffusion chamber 126a.
  • a gas supply source 120 is connected to the gas inlet 116g.
  • a variable DC voltage source 152 is electrically connected to the shower head 116 via a low pass filter (LPF) 151.
  • the variable DC voltage source 152 can be turned on / off by an on / off switch 153.
  • the on / off switch 153 is controlled to be turned on as necessary. As a result, a predetermined DC voltage is applied to the shower head 116.
  • a cylindrical grounding conductor 101a is provided so as to extend upward from the side wall of the chamber C above the height position of the shower head 116.
  • the cylindrical ground conductor 101a has a top plate on the top thereof.
  • An exhaust port 171 is formed at the bottom of the chamber C.
  • An exhaust device 173 is connected to the exhaust port 171.
  • the exhaust device 173 includes a vacuum pump, and depressurizes the inside of the chamber C to a predetermined degree of vacuum by operating the vacuum pump.
  • a gate valve 175 for loading or unloading the wafer W from the loading / unloading port 174 is provided on the side wall of the chamber C by opening and closing.
  • a dipole ring magnet 124 extending annularly or concentrically is disposed around the chamber C corresponding to the vertical position at the time of processing of the mounting table 102.
  • a vertical RF field is formed by the first high-frequency power source 110a, and a horizontal magnetic field is formed by the dipole ring magnet 124.
  • a scatterometry 190 is provided as an example of a CD measuring instrument.
  • the scatterometry 190 measures the CD of the hole being etched by light wave scattering measurement.
  • ellipsometry or CD-SEM can be used.
  • the control unit 201 controls the entire etching apparatus 1 such as a gas flow rate in the gas supply source 120 and a pressure in the chamber C. Further, the control unit 201 inputs the CD value of the hole being etched measured by the scatterometry 190, and performs the film forming process (S20, S22, S24, S26 in FIG. 5) based on the input CD value. As one cycle, the number of repetitions or the repetition time is calculated. According to this, it is possible to variably control the number of repetitions or the repetition time of the cycle according to the measured CD value. That is, the shape of the actual hole being etched is monitored, and the number of repetitions of the film forming process is variably controlled based on the monitoring result. Thereby, a silicon-containing layer having a film thickness corresponding to the actual shape of the hole formed by etching can be deposited on the surface of the hole. Thereby, the hole diameter and the hole shape can be restored with higher accuracy.
  • FIG. 11 is a configuration example of a film forming apparatus 10A that performs film forming processing by ALD in step S14 of FIGS. 4 and 8 in the first and second embodiments. More specifically, the film forming apparatus executes each step of the flowchart of FIG.
  • a film forming apparatus 10A shown in FIG. 11 is a single-wafer type film forming apparatus, and has a processing head for supplying a precursor gas.
  • the film forming apparatus 10A includes a processing container 12A, a mounting table 14A that holds the wafer W in the processing container 12A, and a plasma generation unit 22A that generates reactive gas plasma in the processing container 12A.
  • the plasma generation unit 22A includes a microwave generator 202 that generates a microwave for plasma excitation, and a radial line slot antenna 204 for introducing the microwave into the processing vessel 12A.
  • the microwave generator 202 is connected via a waveguide 206 to a mode converter 208 that converts a microwave mode.
  • the mode converter 208 is connected to the radial line slot antenna 204 via a coaxial waveguide 210 having an inner waveguide 210a and an outer waveguide 210b.
  • the microwave generated by the microwave generator 202 is mode-converted by the mode converter 208 and reaches the radial line slot antenna 204.
  • the frequency of the microwave generated by the microwave generator 202 is, for example, 2.45 GHz.
  • the radial line slot antenna 204 includes a dielectric window 212 that closes the opening 120a formed in the processing container 12A, a slot plate 214 provided immediately above the dielectric window 212, a cooling jacket 216 provided above the slot plate 214, And a dielectric plate 218 disposed between the slot plate 214 and the cooling jacket 216.
  • the slot plate 214 has a substantially disc shape.
  • the slot plate 214 is provided with a plurality of slot pairs including two slot holes extending in a direction orthogonal to or intersecting with each other so as to be arranged in the radial direction and the circumferential direction of the slot plate 214.
  • the dielectric window 212 is provided so as to face the wafer W.
  • An inner waveguide 210 a is connected to the center of the slot plate 214, and an outer waveguide 210 b is connected to the cooling jacket 216.
  • the cooling jacket 216 also functions as a waveguide.
  • a reactive gas supply port 120b is formed on the side wall of the processing vessel 12A.
  • a reactive gas supply source 220 is connected to the supply port 120b.
  • an oxidizing gas for example, oxygen (O 2 ) gas is supplied together with argon (Ar) gas or the like.
  • a nitriding gas, nitrogen (N 2 ) gas or ammonia (NH 3 ) gas is supplied together with argon (Ar) gas or the like.
  • the reactive gas is ionized and dissociated by the electric field energy of the microwave propagating as a surface wave on the lower surface of the dielectric window 212, thereby generating a reactive gas plasma.
  • the exhaust port 120c for exhausting the gas in the processing container 12A is formed at the bottom of the processing container 12A.
  • a vacuum pump 224 is connected to the exhaust port 120 c via a pressure regulator 222.
  • the exhaust port 120c, the pressure regulator 222, and the vacuum pump 224 are provided as an exhaust device.
  • a temperature controller 226 for adjusting the temperature of the mounting table 14A is connected to the mounting table 14A.
  • the film forming apparatus 10A further includes a head part 240 in which an injection port 240a for injecting the first precursor gas, the second precursor gas, and the purge gas is formed.
  • the head part 240 is connected to the driving device 244 via the support part 242.
  • the driving device 244 is disposed outside the processing container 12A.
  • the drive unit 244 allows the head unit 240 to move between a position facing the mounting table 14A and a retreat space 120d defined in the processing container 12A. When the head unit 240 is located in the retreat space 120d, the shutter 247 moves to isolate the retreat space 120d.
  • the support part 242 defines a gas supply path for supplying gas to the injection port 240a.
  • the gas supply path of the support part 242 includes a first precursor gas supply source 246, a second A precursor gas supply source 248 and a purge gas supply source 250 are connected. These supply sources 246, 248, and 250 are all gas supply sources capable of controlling the flow rate. Therefore, the first precursor gas, the second precursor gas, and the purge gas can be selectively injected from the head portion 240 onto the wafer W.
  • the head portion 240 and the exhaust device described above perform the gas adsorption process using the precursor gas (step S20) and the first and second exhaust processes using the purge gas (step S22 and step S26) in FIG.
  • the film forming apparatus 10A includes a control unit 256.
  • the control unit 256 is connected to the microwave generator 202, the vacuum pump 224, the temperature controller 226, the driving device 244, and the gas supply sources 220, 246, 248, 250. Accordingly, the control unit 256 outputs the microwave output, the pressure in the processing container 12A, the temperature of the mounting table 14A, the movement of the head unit 240, and the reactive gas, the first precursor gas, and the second precursor gas.
  • the gas flow rate and supply timing of the purge gas can be controlled. For example, when performing a gas adsorption process (step S20) and a 1st exhaust process (step S22), the head part 240 is moved on the wafer W, and each process is performed.
  • step S24 the plasma processing step using the reactive gas described above
  • step S26 the head portion 240 is moved again onto the wafer W to execute the second evacuation step.
  • the ALD process is executed by executing these steps a predetermined number of times.
  • the head unit 240 of the film forming apparatus 10A can define a small space supplied with the first precursor gas, the second precursor gas, and the purge gas between the mounting table 14A.
  • reactive gas plasma can be always generated in the processing vessel 12A.
  • a space for supplying the precursor gas can be reduced, and plasma can be generated in the processing container 12A at all times, so that high throughput can be realized. Can do.
  • a precursor gas of BTBAS bis-tertiary-butyl-amino-silane
  • BTBAS bis-tertiary-butyl-amino-silane
  • DCS dichlorosilane
  • silane, disilane, methylsilane H4, or PH3 gas may be used.
  • purge gas argon (Ar) gas, nitrogen (N 2 ) gas or the like is used.
  • the film forming process used in the pattern forming method according to the present invention may be performed by plasma CVD in addition to the film forming process by the ALD method.
  • the etching process and the film forming process are separately performed by different processing apparatuses, but both the etching process and the film forming process are performed by one processing apparatus. May be.
  • the target to be processed by the substrate processing system according to the present invention is not limited to a wafer but may be a substrate having a predetermined size.

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Abstract

　フッ化炭素（ＣＦ）系ガスを含むエッチングガスから生成されたプラズマにより、マスクを介して基板上のシリコン含有膜をエッチングし、該シリコン含有膜に所定パターンを形成するエッチング工程と、シリコン化合物ガスを使用して前記所定パターンの表面に吸着された層を、酸化性ガス又は窒化性ガスから生成されたプラズマにより酸化又は窒化させ、前記所定パターンの表面にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を成膜する成膜工程と、を含むことを特徴とするパターン形成方法が提供される。

Description

パターン形成方法及び基板処理システム
　本発明は、パターン形成方法及び基板処理システムに関する。
　高いアスペクト比の深い穴（コンタクトホール）をプラズマエッチングにより形成する場合、穴の底部が深くなるに従いプラズマのラジカルが穴底に到達する量が減少し、エッチングレートが低下する。
　穴の底部が深くなるに従い深さ方向でエッチングレートが低下すると、穴の上部の直径より穴の下方の直径が大きくなるボーイング形状（図２の「ｂ」を参照）が発生する。また、エッチング中に穴の底部だけでなく穴の側壁がエッチングされて、穴の上部の直径であるＣＤ値（Ｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）が大きくなることによりアスペクト比が低下し、所望の半導体デバイス特性が得られなくなってしまう。
　ところで、膜の成膜には様々な方法があり、例えば特許文献１には、原子層堆積法ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により、デバイス上に緻密な誘電体層を成膜することにより、デバイスを保護する技術が開示されている。
特表２０１１－５２６０７８号公報
　しかしながら、特許文献１には、エッチングにより形成されたパターン形状を修復する目的で成膜処理を行うことは想定されていない。よって、特許文献１では、エッチングにより形成されたパターン形状を修復する効果は得られない。
　そこで、一側面によれば、基板上に良好な形状のパターンを形成することが可能なパターン形成方法及び基板処理システムを提供することを目的とする。
　一つの案では、
　フッ化炭素（ＣＦ）系ガスを含むエッチングガスから生成されたプラズマにより、マスクを介して基板上のシリコン含有膜をエッチングし、該シリコン含有膜に所定パターンを形成するエッチング工程と、
　シリコン化合物ガスを使用して前記所定パターンの表面に吸着された層を、酸化性ガス又は窒化性ガスから生成されたプラズマにより酸化又は窒化させ、前記所定パターンの表面にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を成膜する成膜工程と、
　を含むことを特徴とするパターン形成方法が提供される。
　一の態様によれば、基板上に良好な形状のパターンを形成することができる。
エッチングタイムに対する穴の断面形状を示した図。 エッチングタイムに対する穴の深さとマスクの残量とエッチングレートとを示した図。 穴のアスペクト比とボーイング形状を説明するための図。 第１及び第２実施形態に係るパターン形成方法を説明するための図。 第１実施形態に係るパターン形成処理を示したフローチャート。 第１実施形態に係るＡＬＤ処理を示したフローチャート。 第１実施形態に係るＡＬＤ処理の有無と穴形状を示した図。 第１実施形態に係るＡＬＤ処理の有無と穴形状を示す各種測定値を示した図。 第２実施形態に係るパターン形成処理を示したフローチャート。 第１及び第２実施形態に係る基板処理システムの構成図。 第１及び第２実施形態に係るエッチング装置の構成図。 第１及び第２実施形態に係る成膜装置の構成図。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　［はじめに］
　高いアスペクト比（Ａｓｐｅｃｔ　Ｒａｔｉｏ：ＡＲ）の深いコンタクトホール（穴）をプラズマエッチングにより形成する場合、ホールの底部が深くなるに従いプラズマのラジカルが穴底に到達する量が減少し、エッチングレートが低下する。この現象について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、エッチングされたコンタクトホールの深さとエッチングレートとの関係を示した図である。図２は、コンタクトホールのアスペクト比の定義と、ボーイング形状を説明するための図である。
　以前、求められるコンタクトホールのアスペクト比は５０程度であった。アスペクト比ＡＲは、図２の「ａ」に示したように、穴の開口部の直径φ（トップＣＤ）に対する穴の深さｈにて示される。例えば、穴の直径φが４０ｎｍ、穴の深さｈが２μｍのときアスペクト比は５０となる。
　近年、更なる微細加工に伴い、穴の直径φが２０ｎｍ程度の細い穴を形成することが要求されるようになっている。例えば、穴の直径φが２０ｎｍ、穴の深さｈが２μｍのときアスペクト比は１００となる。
　しかしながら、エッチングする穴が深くなるにつれ、エッチングレートが低下する。エッチングレートは、単位時間当たりに削ることができる量である。例えば、図１Ａには、エッチングによりシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）に穴を形成する際のエッチングタイムに応じた穴の断面形状が示されている。この実験では、平行平板プラズマにおいて下部２周波数印加の平行平板エッチング装置（図１０参照）が用いられる。エッチングのプロセス条件は、圧力が２．６６Ｐａ、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦの周波数が６０ＭＨｚ、パワーが１２００Ｗ、イオン引き込み用の高周波電力ＬＦの周波数が４００ｋＨｚ、パワーが４５００Ｗ、ガス種がＣ４Ｆ６／Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２の混合ガスである。この条件でポリシリコンをマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングする。図１Ａでは、左からエッチングタイム６０ｓ、１８０ｓ・・・６００ｓのときの穴の断面形状と、穴の直径φと、アスペクト比ＡＲの数値が示されている。実験結果によれば、ホールの深さｈが深くなるにしたがって、穴の直径φが大きくなり、アスペクト比ＡＲが変動している。
　図１Ｂの上図には、エッチングタイムＥＴ（横軸）に対して、シリコン酸化膜のエッチングされた穴の深さ（縦軸）と、シリコン酸化膜をエッチングする際のパターンが形成されたポリシリコンマスクの残量（縦軸）が示されている。図１Ｂの下図には、エッチングタイムＥＴ（横軸）に対するエッチングレート（縦軸）として、シリコン酸化膜のエッチングレートとマスクのエッチングレートが示されている。
　図１Ｂの上図及び下図によれば、エッチングタイムＥＴが長くなり、穴が深くなるほどシリコン酸化膜のエッチングレートが下がり、穴がエッチングされにくくなっていることが分かる。また、エッチングタイムＥＴによらず、マスクのエッチングレートは概ね一定で、ポリシリコンマスクの減り量はほとんど一定である。
　以上から、エッチングにより直径が小さくかつ深い穴を形成すると、深さ方向でエッチングレートが低下し、深さ方向に穴の中間部の直径（ボーイングＣＤ）が穴の上部の直径（トップＣＤ）より大きくなるボーイング形状（図２の「ｂ」参照）が発生する。
　また、エッチング中に穴の側壁がエッチングされ、穴のＣＤが広がる。これにより、所望のアスペクト比が形成できなくなり、所望の半導体デバイス特性が得られなくなってしまう。例えば、トップＣＤがφ２５ｎｍ、穴の深さが２．５μｍの場合、アスペクト比は、１００（＝２．５μｍ／φ２５ｎｍ）となる。しかし、エッチング中に穴の側壁がエッチングされ、トップＣＤがφ４０ｎｍに広がると、アスペクト比は６２．５（＝２．５μｍ／φ４０ｎｍ）と低下し、所望の半導体デバイス特性が得られなくなってしまう。エッチングマスクとしてポリシリコンマスクを用いた場合を説明したが、レジストマスクであってもよい。
　そこで、本実施形態に係るパターン形成方法では、エッチングにより形成された穴の表面にＡＬＤ法によりＳｉＯ２を堆積させる。これにより、穴の直径ＣＤの広がりや穴のボーイング形状を補修することができる。このように、本実施形態では、エッチング処理の後にエッチング形状の修復を目的とした成膜処理を行うパターン形成方法を提案する。
　本実施形態に係るパターン形成方法では、図３に示した「（ａ）初期状態」のシリコン酸化膜２６及びシリコン窒化膜２７に対するエッチング処理を実行する。ここでは、シリコン酸化膜２６とシリコン窒化膜２７をそれぞれエッチングしているが、エッチングする膜はシリコン酸化膜２６だけの構成でもよいし、シリコン窒化膜２７だけの構成でもよい。これらの総称として以降では、シリコン含有膜３０と称する。
　シリコン含有膜３０をエッチング処理した結果、図３の「（ｂ）エッチング後」に示したようにＣＤ（ホールの直径φ）が広がった穴形状が形成される。そこで、形成された穴の表面に、図３の「（ｃ）ＡＬＤ後」に示したように修復膜２９が成膜される。これにより、穴を補修し、穴のＣＤを再び細くさせ、これによりアスペクト比を改善する。また、穴の側壁の形状を垂直にする。図３では、一例として、穴の直径φの設計値２５ｎｍに対して（図３の「（ａ）初期状態」）、エッチング処理時に４０ｎｍに広がった後（図３の「（ｂ）エッチング後」）であっても、ＡＬＤによる成膜処理により再び２５ｎｍに補修された様子（図３の「（ｃ）ＡＬＤ後」）が示されている。以下、第１実施形態、第２実施形態の順に各実施形態に係るパターン形成方法について詳しく説明する。
　＜第１実施形態＞
　第１実施形態に係るパターン形成方法では、図３の「（ａ）初期状態」に示したように、シリコン基板（Ｓｉ）２５上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）２６、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）２７、ポリシリコンマスク２８が順に積層された初期状態において、図４に示したパターン形成処理を行う。図４は、第１実施形態に係るパターン形成処理を示したフローチャートである。なお、ポリシリコンマスク２８には、フォトリソグラフィー技術を用いて直径φが２５ｎｍのホールのパターンが形成されている。
　[パターン形成処理]
　（エッチング処理）
　図４に示したパターン形成処理が開始されると、ステップＳ１０にてエッチング処理が実行される。この実験では、平行平板プラズマにおいて下部２周波数印加型の平行平板エッチング装置（図１０参照）が用いられる。エッチングのプロセス条件は、圧力が２．２７Ｐａ、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦの周波数が６０ＭＨｚ、パワーが１５００Ｗ、イオン引き込み用の高周波電力ＬＦの周波数が４００ｋＨｚ、パワーが７８００Ｗ、ガス種がＣ４Ｆ６／Ｃ３Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２の混合ガスである。この条件でポリシリコンマスク２８を介してシリコン含有膜３０（シリコン窒化膜２７及びシリコン酸化膜２６）をエッチングする。
　（マスク除去処理）
　次に、ステップＳ１２にてマスク除去処理が実行される。このマスク除去処理は、エッチング処理のマスクがレジストマスクの場合、実行される。換言すれば、エッチング処理のマスクがレジストマスクでない場合、本ステップを省略することができる。
　（成膜処理）
　次に、ステップＳ１４にてＡＬＤによる成膜処理（ＡＬＤ処理）が実行される。ここでは、マイクロ波プラズマ装置（図１１参照）が成膜装置として使用される。成膜処理（Ｓ１４）は、図５に示したように、ステップＳ２０のガス吸着工程、ステップＳ２２の第１の排気工程、ステップＳ２４のプラズマ処理工程、ステップＳ２６の第２の排気工程の順に実行される。
　１．ガス吸着工程（ステップＳ２０）
　図５に示すように、ガス吸着工程では、成膜ガスとして、前駆体（プリカーサ）ガスとしてＢＴＢＡＳ（ｂｉｓ－ｔｅｒｔｉａｒｙｌ－ｂｕｔｈｙｌ－ａｍｉｎｏ－ｓｉｌａｎｅ）及びアルゴンガス（Ａｒ）が供給される。これにより、ＢＴＢＡＳに含まれるシリコン原子が穴の表面に化学的に吸着される。このガス吸着工程におけるプロセス条件の一例としては、圧力を１３３Ｐａに制御し、ＢＴＢＡＳを３０ｓｃｃｍ、アルゴンガス（Ａｒ）を５４０ｓｃｃｍを供給する。
　２．第１の排気工程（ステップＳ２２）
　第１の排気工程では、余剰に吸着した成膜ガスを除去する。具体的には、第１の排気工程では、パージガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を供給しながら排気装置を用いて処理容器内の排気が行われる。これにより、穴の表面に過剰に化学的に吸着したケイ素（Ｓｉ）をパージ（除去）することができる。これにより、穴の表面にはケイ素（Ｓｉ）の原子層が形成される。ここでいう原子層は、ケイ素（Ｓｉ）の原子が１原子分だけ層になったもののみならず、複数原子分の層も含む。
　この第１の排気工程におけるプロセス条件の一例としては、圧力を２６６Ｐａ以上に制御し、アルゴンガス（Ａｒ）を５４０ｓｃｃｍ供給する。
　３．プラズマ処理工程（ステップＳ２４）
　プラズマ処理工程では、マイクロ波によるプラズマ処理を行う。具体的には、プラズマ処理工程では、反応性ガスとして酸素ガス（Ｏ２）がアルゴンガス（Ａｒ）と共にプラズマ処理ガスとして処理容器内に供給される。また、マイクロ波が処理容器内に供給される。マイクロ波の電界エネルギーにより、プラズマ処理ガスは電離及び解離され、これによりプラズマが生成される。生成されたプラズマ中の酸素ラジカル（Ｏ＊）により、穴の表面に吸着した原子層が酸化される。これにより、穴の表面には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）が成膜される。
　このプラズマ処理工程におけるプロセス条件の一例としては、圧力を１３３Ｐａに制御し、酸素ガス（Ｏ２）を６０ｓｃｃｍ、アルゴンガス（Ａｒ）を５４０ｓｃｃｍ供給する。このとき、周波数が例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の電力を３ｋＷ供給する。
　なお、酸素ガス（Ｏ２）の替わりに、オゾン（Ｏ３）、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、酸化窒素（Ｎ３Ｏ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）またはそれらの組み合わせなどの化合物を含有するガスによっても、プラズマ中の酸素ラジカル（Ｏ＊）により、穴の表面に吸着した原子層を酸化することができる。これらのガスは、酸化性ガスの一例である。また、アルゴンガス（Ａｒ）に替えて他の不活性ガスを用いることもできる。
　４．第２の排気工程（ステップＳ２６）
　第２の排気工程では、未反応のプラズマ処理ガスを除去する。具体的には、第２の排気工程では、第１の排気工程と同様に、パージガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を供給しながら排気装置を用いて処理容器内の排気を行う。これにより、未反応のプラズマ処理ガスが排気される。
　この第２の排気工程におけるプロセス条件の一例としては、第１の排気工程と同様に圧力を２６６Ｐａ以上に制御し、アルゴンガス（Ａｒ）を５４０ｓｃｃｍ供給する。
　図５のステップＳ２８では、上記１～４の各工程を一回ずつ実行した場合を１サイクルとして、予め定められた繰り返し回数分のサイクルを実行したかを判定する。例えば、穴の側壁の片側に５ｎｍの膜厚のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を成膜したい場合、５ｎｍを１サイクルで形成可能な膜厚で割った値が繰り返し回数となる。例えば、原子層を３０回～４０回積層させて、所望の膜厚のシリコン酸化膜が形成される。
　[実験結果]
　図６に上記パターン形成方法による実験結果を示す。図６の左側に示した「エッチングプロセス」は、シリコン含有膜３０（シリコン酸化膜２６及びシリコン窒化膜２７）を被エッチング対象膜として、図４のエッチング処理（ステップＳ１０）を実行した後の穴の断面図を示す。このとき、ポリシリコンマスク２８に替えてレジストマスクが用いられる場合、マスク除去処理（ステップＳ１２）を実行してマスクを除去してもよい。
　図６の右側に示した「エッチングプロセス＋ＡＬＤプロセス」は、ポリシリコンマスク２８を介して、シリコン含有膜３０（シリコン酸化膜２６及びシリコン窒化膜２７）を被エッチング対象膜として、エッチング処理（ステップＳ１０）を実行した後、ＡＬＤによる成膜処理（ステップＳ１４）で穴の補修を行った状態の穴の縦断面を示す。「エッチングプロセス＋ＡＬＤプロセス」には、穴の片側の側壁に５ｎｍ（左側）及び１０ｎｍ（右側）の膜厚のシリコン酸化膜を成膜することを目標とした回数分だけ、それぞれ上記１～４の工程のサイクルを繰り返した場合を示す。
　「エッチングプロセス」及び「エッチングプロセス＋ＡＬＤプロセス」のそれぞれについて、左側の描写は膜に形成された穴の全体図を示し、右側の描写は穴の上部拡大図を示す。これによれば、ＡＬＤによる成膜処理を行った場合には、行わなかった場合より穴のボーイング形状が修復され、穴の側壁をより垂直に形成することができた。また、ＡＬＤによる成膜処理を行った場合には、行わなかった場合より穴のＣＤを細くすることができた。
　この実験結果を表す各種数値を図７に示す。図７は、穴の上部の径であるトップＣＤ，穴の中間部の径であるボーイングＣＤ、深さｈ、アスペクト比Ａｒ（図２の「ｂ」参照）を計測した結果を示している。これによれば、「エッチングプロセス＋ＡＬＤプロセス」で得られた穴のアスペクト比は、「エッチングプロセス」で得られた穴のアスペクト比より大きくなっていた。ＡＬＤ処理により、深さｈに対して穴が細くなりＣＤ値が小さくなったためである。
　また、「エッチングプロセス＋ＡＬＤプロセス」で得られたボーイングＣＤとトップＣＤとの差分は、「エッチングプロセス」で得られたボーイングＣＤとトップＣＤとの差分より小さくなった。つまり、ＡＬＤ処理により穴が細っただけでなく、ボーイング形状が改善され、穴の壁面がより垂直になった。
　以上に説明したように、本実施形態に係るパターン形成方法によれば、穴の表面に緻密な共形のシリコン酸化膜を堆積させることにより、穴の直径と穴の形状を修復できる。また、穴に堆積させるシリコン酸化膜の厚さを調整することができる。
　（成膜処理の変形例）
　ＡＬＤによる成膜処理（ステップＳ１４）の変形例としては、シリコン酸化膜に替えてシリコン窒化膜を成膜してもよい。被エッチング対象膜とＡＬＤにより積層される膜との関係は、被エッチング処理膜がシリコン酸化膜の場合、ＡＬＤによる膜はシリコン酸化膜であってもよいし、シリコン窒化膜であってもよいが、シリコン酸化膜であることが好ましい。また、被エッチング処理膜がシリコン窒化膜の場合、ＡＬＤによる膜はシリコン酸化膜であってもよいし、シリコン窒化膜であってもよいが、シリコン窒化膜であることが好ましい。つまり、被エッチング処理膜とＡＬＤにより積層される膜とは同じ膜であることが好ましい。
　シリコン窒化膜を成膜する場合にも、マイクロ波プラズマ装置（図１１参照）が成膜装置として使用される。シリコン窒化膜を成膜する場合も、基本的には、図５の１～４の工程（ステップＳ２０，Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２６）を１サイクルとして予め定められた繰り返す回数分のサイクルを繰り返し実行する。ここでは、シリコン窒化膜を成膜する際のプロセス条件を中心に説明する。
　１．ガス吸着工程
　シリコン窒化膜を成膜する場合、図５のステップＳ２０のガス吸着工程では、穴の表面に前駆体ガスであるＤＣＳ（Dichlorosilane、ジクロロシラン）が供給される。これにより、ＤＣＳに含まれるケイ素（Ｓｉ）が穴の表面に化学的に吸着される。
　このガス吸着工程におけるプロセス条件の一例としては、圧力を４００Ｐａに制御し、ＤＣＳを２８０ｓｃｃｍ、アルゴンガス（Ａｒ）を９００ｓｃｃｍ、窒素ガス（Ｎ２）を９００ｓｃｃｍ供給する。
　２．第１の排気工程
　次に、第１の排気工程では、穴の表面に窒素ガス（Ｎ２）、アンモニアガス（ＮＨ３）及びアルゴンガス（Ａｒ）を供給する。これにより、第１の排気工程では、穴の表面に過剰に化学的に吸着したケイ素（Ｓｉ）が除去され、ケイ素（Ｓｉ）の原子層が形成される。
　この第１の排気工程におけるプロセス条件の一例としては、圧力を２６６Ｐａに制御し、窒素ガス（Ｎ２）を９００ｓｃｃｍ、アンモニアガス（ＮＨ３）を４００ｓｃｃｍ、アルゴンガス（Ａｒ）を９００ｓｃｃｍ供給する。
　３．プラズマ処理工程
　次に、プラズマ処理工程では、穴の表面に反応性ガスとして、窒素ガス（Ｎ２）及びアンモニアガス（ＮＨ３）をアルゴンガス（Ａｒ）と共に供給し、マイクロ波を処理容器内に供給する。これにより、マイクロ波によるプラズマ処理が行われ、穴の表面には、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）が成膜される。シリコン窒化膜（ＳｉＮ）は、図３の「（ｃ）ＡＬＤ後」に示した、穴形状を修復するための修復膜２９の一例である。
　このプラズマ処理工程におけるプロセス条件の一例としては、圧力を６６７Ｐａに制御し、窒素ガス（Ｎ２）を９００ｓｃｃｍ、アンモニアガス（ＮＨ３）を４００ｓｃｃｍ、アルゴンガス（Ａｒ）を９００ｓｃｃｍ供給する。窒素ガス（Ｎ２）、アンモニアガス（ＮＨ３）は、窒化性ガスの一例である。このとき、例えば、周波数が２．４５ＧＨｚ、電力が４ｋＷのマイクロ波を供給する。
　４．第２の排気工程
　プラズマ処理後、第２の排気工程では、未反応のプラズマ処理ガスを除去する。具体的には、第２の排気工程では、第１の排気工程と同様に、アルゴンガス（Ａｒ）を供給しながら排気装置を用いて処理容器内の排気を行う。これにより、未反応のプラズマ処理ガスが排気される。
　この第２の排気工程におけるプロセス条件の一例としては、第１の排気工程と同様に圧力を２６６Ｐａに制御し、窒素ガス（Ｎ２）、アンモニアガス（ＮＨ３）及びアルゴンガス（Ａｒ）を第１の排気工程と同じ流量だけ供給する。
　以上に説明した変形例によれば、成膜装置は、穴の表面に窒素ガス（Ｎ２）又はアンモニアガス（ＮＨ３）等の反応性ガスとともにプラズマを供給し、穴の表面を窒化させる。これにより、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）が穴の壁面に成膜される。
　これによれば、穴の表面に緻密な共形のシリコン窒化膜を堆積させることにより、穴径と穴の形状を修復できる。また、穴に堆積させるシリコン窒化膜の厚さを調整することができる。
　なお、ＡＬＤ法を用いた成膜処理に替えて、ＭＬＤ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いた成膜処理を利用しても良い。これによっても、穴の表面にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を堆積させることができ、穴径と穴の形状を修復できる。
　前駆体ガスの他の例としては、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）が挙げられる。また、ＯＭＣＴＳに加えて、一般式Ｒｘ－Ｓｉ－（ＯＲ’）ｙ（式中、各ＲはＨ、ＣＨ３、ＣＨ２ＣＨ３または他のアルキル基であり、各Ｒ’はＣＨ３、ＣＨ２ＣＨ３または他のアルキル基であり、ｘは０～４であり、ｙは０～４であり、ｘ＋ｙ＝４である）を有する、ジメチルジメトキシシラン（ＣＨ３）２－Ｓｉ－（Ｏ－ＣＨ３）２などの前駆体ガスを用い、適切なプロセスウィンドウによって薄い共形層を堆積させることもできる。使用可能な他の前駆体ガスには、構造（Ｒｘ－Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ－Ｒｙ）ｚを有する、１，３－ジメチルジシロキサン（ＣＨ３－ＳｉＨ２－Ｏ－ＳｉＨ２－ＣＨ３）、１，１，３，３－テトラメチルジシロキサン（（ＣＨ３）２－ＳｉＨ－Ｏ－ＳｉＨ－（ＣＨ３）２）、ヘキサメチルジシロキサン（（ＣＨ３）３－Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ－（ＣＨ３）３）などの有機ジシロキサンが含まれる。使用可能な他の前駆体ガスには、環状有機シロキサン（Ｒｘ－Ｓｉ－Ｏ）ｙ（式中、ｙは２より大きく、ｘは１～２であり、ＲｘはＣＨ３、ＣＨ２ＣＨ３または他のアルキル基である）が含まれる。使用可能な環状有機シリコン化合物は、３つ以上のシリコン原子を有する環式構造を含むことができ、環式構造はさらに、１つまたは複数の酸素原子を含むことができる。市販の環状有機シリコン化合物は、交互のシリコン原子および酸素原子を有し、１つまたは２つのアルキル基がシリコン原子に結合した環を含む。
　例えば、環状有機シリコン化合物は、下記化合物の１つまたは複数を含むことができる：
ヘキサメチルシクロトリシロキサン（－Ｓｉ（ＣＨ３）２－Ｏ－）３－環状、
１，３，５，７－テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）（－ＳｉＨ（ＣＨ３）－Ｏ－）４－環状、
オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）（－Ｓｉ（ＣＨ３）２－Ｏ－）４－環状、および
１，３，５，７，９－ペンタメチルシクロペンタシロキサン（－ＳｉＨ（ＣＨ３）－Ｏ－）５環状。
　以上の前駆体ガスは、シリコン化合物を含む成膜ガスの一例である。
　＜第２実施形態＞
　次に、第２実施形態に係るパターン形成方法について、図８を参照しながら説明する。図８は、第２実施形態に係るパターン形成処理を示したフローチャートである。第２実施形態に係るパターン形成処理では、図４に示した第１実施形態に係るパターン形成処理のステップＳ１０、Ｓ１２、Ｓ１４に加えて、ステップＳ３０、Ｓ３２のＡＬＤ処理の繰り返し回数の算出処理が実行される。
　つまり、第２実施形態に係るパターン形成処理では、ステップＳ１０のエッチング処理実行中若しくは実行後に、ステップＳ３０にて、エッチングされた穴の形状をモニターする。ステップＳ３２では、モニターの結果に基づき、エッチングされた穴の直径を算出し、算出された穴の直径に応じて、穴の表面に堆積すべき膜厚を算出し、算出された膜厚に対するＡＬＤ処理の繰り返し回数ｎを算出する。
　そして、ステップＳ１４にて呼び出される図５のステップＳ２０，Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２６の１サイクルに対して、ステップＳ３２にて算出された繰り返し回数ｎだけサイクルを繰り返す。つまり、繰り返し回数ｎに基づき、ステップＳ２８の回数が決められることになる。
　本実施形態によれば、エッチングされた穴の形状をモニターし、モニターの結果に基づき、エッチング処理状況に応じてＡＬＤによる成膜処理の繰り返し回数を可変に制御する。これにより、エッチング時の実際の穴の形状のバラツキに応じて膜厚を調整することができる。つまり、穴の実際の形状に応じた膜厚のシリコン含有層を穴の表面に堆積させることができる。これにより、穴径と穴の形状を更に高い精度で修復することができる。
　以上、第１及び第２実施形態に係るパターン形成方法について詳細に説明した。第１及び第２実施形態に係るパターン形成方法によれば、エッチング後に実行される成膜処理によって、穴径と穴の形状を修復することができる。
　第１及び第２実施形態にて形成された修復膜２９を含む深穴のパターンは、電極やキャパシタンスを形成する際の型となる。第１及び第２実施形態に係るパターン形成方法によれば、電極やキャパシタンスを形成する際、修復膜２９は、ＡＬＤ法により緻密に形成されているため、被エッチング対象のシリコン含有膜３０（シリコン酸化膜２６やシリコン窒化膜２７）から剥がれない。よって、電極やキャパシタンスの形成後、修復膜２９をシリコン含有膜３０（シリコン酸化膜２６やシリコン窒化膜２７）と同時に迅速に除去することができる。
　［基板処理システム］
　次に、第１及び第２実施形態に係るパターン形成方法を実施するための基板処理システムの一例について、図９を参照しながら説明する。図９は、第１及び第２実施形態に係る基板処理システムの構成例である。基板処理システム２００は、図３の「（ａ）の初期状態」に示した積層膜が形成された基板に、図４及び図８のステップＳ１０、Ｓ１２、Ｓ１４を実行するとともに、図８のＳ３０、Ｓ３２の処理を実行可能である。
　基板処理システム２００は、エッチング処理（ステップＳ１０）及びマスク除去処理（ステップＳ１２）を行うエッチング装置１、マスク除去処理後のＡＬＤによる成膜処理（ステップＳ１４）を行う成膜装置２を有する。処理装置３，４も同様に、エッチング処理、成膜処理を行う装置としてもよい。
　エッチング装置１、成膜装置２、処理装置３，４は、六角形をなす搬送室５の４つの辺に、それぞれ対応して設けられている。また、搬送室５の他の２つの辺には、各々、ロードロック室６、７が設けられている。これらロードロック室６、７の搬送室５と反対側には、搬入出室８が設けられている。搬入出室８のロードロック室６、７と反対側には、ウエハＷを収容可能な３つのフープ（Ｆｏｕｐ）Ｆを取り付けるポート９、１０、１１が設けられている。
　エッチング装置１、成膜装置２、処理装置３，４及びロードロック室６、７は、搬送室５の六角形の各辺に、ゲートバルブＧを介して接続されている。各室は、各ゲートバルブＧを開放することにより、搬送室５と連通され、各ゲートバルブＧを閉じることにより、搬送室５から遮断される。また、ロードロック室６、７の搬入出室８に接続される部分にもゲートバルブＧが設けられている。ロードロック室６、７は、ゲートバルブＧを開放することにより搬入出室８に連通され、閉じることにより搬入出室８から遮断される。
　搬送室５内には、エッチング装置１、成膜装置２、処理装置３，４及びロードロック室６、７に対して、ウエハＷの搬入出を行う搬送装置１２が設けられている。搬送装置１２は、搬送室５の略中央に配設されており、回転及び伸縮可能な回転・伸縮部１３の先端にウエハＷを保持する２つのブレード１４ａ、１４ｂを有している。ブレード１４ａ、１４ｂは、互いに反対方向を向くように回転・伸縮部１３に取り付けられている。なお、この搬送室５内は所定の真空度に保持されるようになっている。
　なお、搬入出室８の天井部には、ＨＥＰＡフィルタ（不図示）が設けられている。ＨＥＰＡフィルタを通過して有機物やパーティクル等が除去された清浄な空気が、搬入出室８内にダウンフロー状態で供給される。そのため、大気圧の清浄空気雰囲気でウエハＷの搬入出が行われる。搬入出室８のフープＦ取り付け用の３つのポート９、１０、１１には、各々シャッター（不図示）が設けられている。これらポート９、１０、１１にウエハＷを収容した又は空のフープが直接取り付けられ、取り付けられた際にシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつ搬入出室８と連通する構成になっている。また、搬入出室８の側面には、アライメントチャンバー１５が設けられており、ウエハＷのアライメントが行われる。
　搬入出室８内には、フープＦへのウエハＷの搬入出及びロードロック室６、７へのウエハＷの搬入出を行う搬送装置１６が設けられている。搬送装置１６は、２つの多関節アームを有しており、フープＦの配列方向に沿ってレール１８上を走行可能な構造となっている。ウエハＷの搬送は、先端のハンド１７上にウエハＷを載せて実施される。なお、図９では、一方のハンド１７が搬入出室８に存在し、他方のハンドはフープＦ内に挿入されている状態を示している。
　基板処理システム２００の構成部（例えばエッチング装置１、成膜装置２、処理装置３，４、搬送装置１２、１６）は、コンピュータからなる制御部２０に接続され、制御される構成となっている。また、制御部２０には、オペレータがシステムを管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、システムの稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース２１が接続されている。
　制御部２０には、さらに、システムで実行される、図４、図５、図８に示した各種処理を制御部２０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて各構成部に処理を実行させるためのプログラム（即ち処理レシピ）が格納された記憶部２２が接続されている。処理レシピは記憶部２２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクであっても良く、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであっても良い。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させる構成であっても良い。
　基板処理システム２００での処理は、例えば、ユーザーインターフェース２１からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部２２から呼び出して制御部２０に実行させることで実施される。なお、制御部２０は、各構成部を直接制御するようにしても良いし、各構成部に個別のコントローラを設け、それらを介して制御するようにしても良い。
　本発明の実施の形態に係る基板処理システム２００においては、まず、前処理が行われたウエハＷを収容したフープＦがローディングされる。次いで、大気圧の清浄空気雰囲気に保持された搬入出室８内の搬送装置１６により、フープＦからウエハＷを一枚取り出してアライメントチャンバー１５に搬入し、ウエハＷの位置合わせを行う。引き続き、ウエハＷをロードロック室６、７のいずれかに搬入し、ロードロック内を真空引きする。搬送室５内の搬送装置１２により、ロードロック内のウエハＷを取り出し、ウエハＷをエッチング装置１に装入して、ステップＳ１０のエッチング処理を行い、その後、マスクがレジストの場合、ステップ１２のマスク除去処理を行う。その後、ウエハＷを搬送装置１２により取り出し、成膜装置２に搬入して、ＡＬＤ法によるプラズマ処理を行い、修復膜２９を成膜する。その後、搬送装置１２によりウエハＷを取り出し、ウエハＷを搬送装置１２によりロードロック室６、７のいずれかに搬入し、その中を大気圧に戻す。搬入出室８内の搬送装置１６によりロードロック室内のウエハＷを取り出し、フープＦのいずれかに収容される。以上のような動作を１ロットのウエハＷに対して行い、１セットの処理が終了する。
　［エッチング装置の構成例］
　次に、基板処理システム２００のエッチング装置１の内部構成の一例を、図１０に基づき説明する。図１０は、第１及び第２実施形態にて図４及び図８のステップＳ１０のエッチング処理を行うエッチング装置１の構成例である。
　エッチング装置１は、内部が気密に保持され、電気的に接地されたチャンバＣを有している。エッチング装置１は、ガス供給源１２０に接続されている。ガス供給源１２０はエッチングガスとして、フッ化炭素（ＣＦ）系ガスを含むエッチングガスを供給する。フッ化炭素系ガスは、ヘキサフルオロ１，３ブタジエンＣ４Ｆ６ガスを含有してもよい。
　チャンバＣは、円筒状であり、例えば表面を陽極酸化処理されたアルミニウム等から構成され、内部にはウエハＷを支持する載置台１０２が設けられている。載置台１０２は、下部電極としても機能する。載置台１０２は、導体の支持台１０４に支持されており、絶縁板１０３を介して昇降機構１０７により昇降可能となっている。昇降機構１０７は、チャンバＣに配設され、ステンレス鋼よりなるベローズ１０８により覆われている。ベローズ１０８の外側にはベローズカバー１０９が設けられている。載置台１０２の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング１０５が設けられている。更に、載置台１０２及び支持台１０４の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材１０３ａが設けられている。
　載置台１０２には、第１の整合器１１１ａを介して第１の高周波電源１１０ａが接続され、第１の高周波電源１１０ａから所定周波数（例えば６０ＭＨｚ）のプラズマ生成用の高周波電力が供給されるようになっている。また、載置台１０２には、第２の整合器１１１ｂを介して第２の高周波電源１１０ｂが接続され、第２の高周波電源１１０ｂから所定周波数（例えば４００ＫＨｚ）のバイアス用の高周波電力が供給されるようになっている。一方、載置台１０２の上方には、載置台１０２と平行に対向するように上部電極として機能するシャワーヘッド１１６が設けられており、シャワーヘッド１１６と載置台１０２とは一対の電極として機能するようになっている。
　載置台１０２の上面には、ウエハＷを静電吸着するための静電チャック１０６が設けられている。静電チャック１０６は、絶縁体１０６ｂの間に電極１０６ａを介在している。電極１０６ａには直流電圧源１１２が接続され、直流電圧源１１２から電極１０６ａに直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウエハＷが吸着される。
　支持体１０４の内部には、冷媒流路１０４ａが形成されている。冷媒流路１０４ａには、冷媒入口配管１０４ｂ、冷媒出口配管１０４ｃが接続されている。冷媒流路１０４ａ中に適宜冷媒として例えば冷却水等を循環させることにより、ウエハＷを所定の温度に制御する。ウエハＷの裏面側にヘリウムガス（Ｈｅ）等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するための配管１３０が設けられている。
　シャワーヘッド１１６は、チャンバＣの天井部分に設けられている。シャワーヘッド１１６は、本体部１１６ａと電極板をなす上部天板１１６ｂとを有している。シャワーヘッド１１６は、絶縁性部材１４５を介してチャンバＣの上部に支持されている。本体部１１６ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板１１６ｂを着脱可能に支持する。
　本体部１１６ａの内部には、ガスの拡散室１２６ａが設けられ、拡散室１２６ａの下部に位置するように、本体部１１６ａの底部には多数のガス通流孔１１６ｄが形成されている。上部天板１１６ｂには、上部天板１１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１１６ｅがガス通流孔１１６ｄと連通するように設けられている。このような構成により、拡散室１２６ａに供給されたガスは、ガス通流孔１１６ｄ及びガス導入孔１１６ｅを介してチャンバＣ内のプラズマ処理空間にシャワー状に導入される。なお、本体部１１６ａ等には、冷媒を循環させるための図示しない配管が設けられ、シャワーヘッド１１６を冷却して所望の温度に調整する。
　本体部１１６ａには、拡散室１２６ａへガスを導入するためのガス導入口１１６ｇが形成されている。ガス導入口１１６ｇには、ガス供給源１２０が接続されている。
　シャワーヘッド１１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５１を介して可変直流電圧源１５２が電気的に接続されている。可変直流電圧源１５２は、オン・オフスイッチ１５３により給電のオン・オフが可能となっている。第１の高周波電源１１０ａ及び第２の高周波電源１１０ｂから高周波が載置台１０２に印加され、プラズマ処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じてオン・オフスイッチ１５３をオンに制御する。これにより、シャワーヘッド１１６に所定の直流電圧が印加される。
　チャンバＣの側壁からシャワーヘッド１１６の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１０１ａが設けられている。この円筒状の接地導体１０１ａは、その上部に天板を有している。チャンバＣの底部には、排気口１７１が形成されている。排気口１７１には、排気装置１７３が接続されている。排気装置１７３は、真空ポンプを有し、真空ポンプを作動させることによりチャンバＣ内を所定の真空度まで減圧する。一方、チャンバＣの側壁には、開閉により搬入出口１７４からウエハＷを搬入又は搬出するためのゲートバルブ１７５が設けられている。
　載置台１０２の処理時における上下方向の位置に対応するチャンバＣの周囲には、環状又は同心状に延在するダイポールリング磁石１２４が配置されている。
　係る構成により、載置台１０２とシャワーヘッド１１６との間の空間には、第１の高周波電源１１０ａにより鉛直方向のＲＦ電界が形成されるとともに、ダイポールリング磁石１２４により水平磁界が形成される。これらの直交電磁界を用いるマグネトロン放電により、載置台１０２の表面近傍に高密度のプラズマを生成することができる。
　チャンバＣの内部には、ＣＤ計測器の一例としてスキャトロメトリー１９０が設けられている。スキャトロメトリー１９０は、光波散乱計測によりエッチング中の穴のＣＤを計測する。ＣＤ計測器の他の例としては、エリプソメトリーやＣＤ－ＳＥＭを使用することもできる。
　制御部２０１は、ガス供給源１２０におけるガス流量、チャンバＣ内の圧力等、エッチング装置１全体を制御する。また、制御部２０１は、スキャトロメトリー１９０により計測されたエッチング中の穴のＣＤ値を入力し、入力されたＣＤ値に基づき、成膜工程(図５のＳ２０，Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２６)を１サイクルとして、サイクルの繰り返し回数又は繰り返し時間を算出する。これによれば、計測されたＣＤ値に応じてサイクルの繰り返し回数又は繰り返し時間を可変に制御することができる。つまり、エッチング中の実際の穴の形状をモニターし、モニター結果に基づき上記成膜工程の繰り返し回数を可変に制御する。これにより、エッチングにより形成された穴の実際の形状に応じた膜厚のシリコン含有層を穴の表面に堆積させることができる。これにより、穴径と穴の形状をより精度良く修復することができる。
　［成膜装置］
　次に、基板処理システムに含まれる成膜装置１の一例について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、第１及び第２実施形態にて図４及び図８のステップＳ１４のＡＬＤによる成膜処理を行う成膜装置１０Ａの構成例である。より具体的には、図５のフローチャートの各工程を実行する成膜装置である。
　図１１に示す成膜装置１０Ａは、枚葉式の成膜装置であり、前駆体ガスを供給するための処理ヘッドを有するものである。具体的に、成膜装置１０Ａは、処理容器１２Ａ、処理容器１２Ａ内においてウエハＷを保持する載置台１４Ａ、及び、処理容器１２Ａ内に反応性ガスのプラズマを発生させるプラズマ生成部２２Ａを有する。
　プラズマ生成部２２Ａは、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器２０２、及び、マイクロ波を処理容器１２Ａ内に導入するためのラジアルラインスロットアンテナ２０４を有している。マイクロ波発生器２０２は、導波管２０６を介して、マイクロ波のモードを変換するモード変換器２０８に接続されている。モード変換器２０８は、内側導波管２１０ａ及び外側導波管２１０ｂを有する同軸導波管２１０を介してラジアルラインスロットアンテナ２０４に接続されている。マイクロ波発生器２０２によって発生したマイクロ波は、モード変換器２０８においてモード変換され、ラジアルラインスロットアンテナ２０４に到達する。マイクロ波発生器２０２が発生するマイクロ波の周波数は、例えば２．４５ＧＨｚである。
　ラジアルラインスロットアンテナ２０４は、処理容器１２Ａに形成された開口１２０ａを塞ぐ誘電体窓２１２、誘電体窓２１２の直上に設けられたスロット板２１４、スロット板２１４の上方に設けられた冷却ジャケット２１６、及び、スロット板２１４と冷却ジャケット２１６との間に配置された誘電体板２１８を含んでいる。スロット板２１４は、略円板形状を有している。スロット板２１４には、互いに直交又は交差する方向に延在する二つのスロット孔を含む複数のスロット対が、当該スロット板２１４の径方向及び周方向に配列するよう設けられている。
　誘電体窓２１２は、ウエハＷに対面するように設けられている。スロット板２１４の中央には、内側導波管２１０ａが接続されており、冷却ジャケット２１６には、外側導波管２１０ｂが接続されている。冷却ジャケット２１６は導波管としても機能する。これにより、内側導波管２１０ａと外側導波管２１０ｂとの間を伝播するマイクロ波は、誘電体板２１８を透過して、スロット板２１４のスロット孔を通って誘電体窓２１２に伝播し、誘電体窓２１２を透過して処理容器１２Ａ内に伝播する。
　処理容器１２Ａの側壁には、反応性ガスの供給口１２０ｂが形成されている。供給口１２０ｂには、反応性ガスの供給源２２０が接続されている。反応性ガスとしては、上述した図５のプラズマ処理工程において、シリコン酸化膜を成膜する場合には、酸化性のガス、例えば酸素（Ｏ２）ガスが、アルゴン（Ａｒ）ガス等と共に供給される。また、シリコン窒化膜を成膜する場合には、窒化性のガス、窒素（Ｎ２）ガスやアンモニア（ＮＨ３）ガスが、アルゴン（Ａｒ）ガス等と共に供給される。成膜装置１０Ａでは、この反応性ガスが、誘電体窓２１２の下面を表面波として伝播するマイクロ波の電界エネルギーにより電離及び解離することにより、反応性ガスのプラズマが生成される。これにより、図５におけるプラズマ処理工程（ステップＳ２４）がウエハＷに実行される。
　処理容器１２Ａの底部には、処理容器１２Ａ内のガスを排気するための排気口１２０ｃが形成されている。排気口１２０ｃには、圧力調整器２２２を介して真空ポンプ２２４が接続されている。これら排気口１２０ｃ、圧力調整器２２２及び真空ポンプ２２４が、排気装置として設けられている。載置台１４Ａには、当該載置台１４Ａの温度を調節するための温度調節器２２６が接続されている。
　成膜装置１０Ａは、第１の前駆体ガス、第２の前駆体ガス、及びパージガスを噴射するための噴射口２４０ａが形成されたヘッド部２４０を更に備えている。ヘッド部２４０は、支持部２４２を介して駆動装置２４４に接続されている。駆動装置２４４は、処理容器１２Ａの外側に配置されている。駆動装置２４４により、ヘッド部２４０は、載置台１４Ａに対面する位置と、処理容器１２Ａ内に画成された退避空間１２０ｄとの間で移動することができる。なお、ヘッド部２４０が、退避空間１２０ｄ内に位置するときには、シャッター２４７が移動して退避空間１２０ｄを隔離する。
　支持部２４２は、噴射口２４０ａにガスを供給するためのガス供給路を画成しており、当該支持部２４２のガス供給路には、第１の前駆体ガスの供給源２４６、第２の前駆体ガスの供給源２４８、及び、パージガスの供給源２５０が接続されている。これら供給源２４６、２４８、及び２５０は、何れも流量制御可能なガス供給源である。したがって、ヘッド部２４０からは、第１の前駆体ガス、第２の前駆体ガス、及び、パージガスを選択的に、ウエハＷに対して噴射可能である。このヘッド部２４０及び上述の排気装置により、図５における、前駆体ガスによるガス吸着工程（ステップＳ２０）、パージガスによる第１及び第２の排気工程（ステップＳ２２及びステップＳ２６）が実行される。
　また、成膜装置１０Ａは、制御部２５６を備える。制御部２５６は、マイクロ波発生器２０２、真空ポンプ２２４、温度調節器２２６、駆動装置２４４、及びガス供給源２２０，２４６，２４８，２５０に接続されている。これにより、制御部２５６は、マイクロ波出力、処理容器１２Ａ内の圧力、載置台１４Ａの温度、ヘッド部２４０の移動、並びに、反応性ガス、第１の前駆体ガス、第２の前駆体ガス、パージガスのガス流量及び供給タイミングをそれぞれ制御することができる。例えば、ガス吸着工程(ステップＳ２０)及び第１の排気工程（ステップＳ２２）を行う際は、ウエハＷ上にヘッド部２４０を移動させ、それぞれの工程を行う。その後、ヘッド部２４０を退避空間１２０ｄへ移動させる。次に、上述の反応性ガスによるプラズマ処理工程（ステップＳ２４）を行い、その後、再度ヘッド部２４０をウエハＷ上に移動させて第２の排気工程（ステップＳ２６）を実行する。これらの工程が予め定められた回数実行されることにより、ＡＬＤ処理が実行される。
　成膜装置１０Ａのヘッド部２４０は、第１の前駆体ガス、第２の前駆体ガス、及び、パージガスが供給される小空間を載置台１４Ａとの間に画成することができる。また、処理容器１２Ａ内には、常時、反応性ガスのプラズマを生成しておくことができる。このような成膜装置によれば、前駆体ガスを供給する空間を小さくすることができ、且つ、常時、処理容器１２Ａ内にプラズマを生成しておくことができるので、高いスループットを実現することができる。
　また、第１の前駆体ガスとしては、ＢＴＢＡＳ（ｂｉｓ－ｔｅｒｔｉａｒｙｌ－ｂｕｔｈｙｌ－ａｍｉｎｏ－ｓｉｌａｎｅ）の前駆体ガスが用いられてもよい。また、第２の前駆体ガスとしては、ジクロロシラン（ＤＣＳ：Ｄｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ）ＤＣＳが用いられてもよい。また、ジクロロシランに代えて、シラン、ジシラン、メチルシランＨ４、又はＰＨ３ガスが用いられてもよい。また、パージガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガスや窒素（Ｎ２）ガス等が使用される。
　以上、添付図面を参照しながらパターン形成方法及び基板処理システムの好適な実施形態について詳細に説明したが、パターン形成方法及び基板処理システムの技術的範囲はかかる例に限定されない。パターン形成方法及び基板処理システムの技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然にパターン形成方法及び基板処理システムの技術的範囲に属する。また、上記実施形態及び変形例が複数存在する場合、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
　本発明に係るパターン形成方法にて利用される成膜処理は、ＡＬＤ法による成膜処理の他に、プラズマＣＶＤにより実行されてもよい。
　また、本発明に係る基板処理システムでは、エッチング処理と成膜処理とは、別々の処理装置にて別々に実行されたが、一つの処理装置でエッチング処理と成膜処理の両方の処理を実行してもよい。
　また、本発明に係る基板処理システムで処理される対象は、ウエハに限らず、所定の大きさの基板であってもよい。
　本国際出願は、２０１２年７月１１日に出願された日本国特許出願２０１２－１５５３５９号に基づく優先権及び２０１２年７月１７日に出願された米国仮出願６１／６７２３９９号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を本国際出願に援用する。
　１：エッチング装置、２：成膜装置、３，４：処理装置、２５：基板、２６：シリコン酸化膜、２７：シリコン窒化膜、２８：ポリシリコンマスク、２９：修復膜、３０：シリコン含有膜、２００：基板処理システム

Claims (9)

  1. 　フッ化炭素（ＣＦ）系ガスを含むエッチングガスから生成されたプラズマにより、マスクを介して基板上のシリコン含有膜をエッチングし、該シリコン含有膜に所定パターンを形成するエッチング工程と、
    　シリコン化合物ガスを使用して前記所定パターンの表面に吸着された層を、酸化性ガス又は窒化性ガスから生成されたプラズマにより酸化又は窒化させ、前記所定パターンの表面にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を成膜する成膜工程と、
    　を含むことを特徴とするパターン形成方法。
  2. 　前記成膜工程は、
    　前記シリコン化合物ガスとしてシリコン含有の前駆体ガスを供給し、前記所定パターンの表面に該前駆体ガスに含まれるケイ素（Ｓｉ）を吸着させる吸着工程と、
    　前記反応性ガスを供給し、該反応性ガスから生成されたプラズマにより、前記所定パターンの表面に吸着された層を酸化又は窒化させ、前記シリコン酸化膜又は前記シリコン窒化膜を成膜するプラズマ処理工程と、
    　を含むことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
  3. 　前記成膜工程は、
    　前記吸着工程後であって前記プラズマ処理工程前にパージガスを供給し、前記所定パターンの表面をパージする第１の排気工程と、
    　前記プラズマ処理工程後にパージガスを供給し、前記所定パターンの表面をパージする第２の排気工程と、
    　を更に含むことを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
  4. 　前記成膜工程は、
    　該成膜工程に含まれる各工程を一回ずつ実行した場合を１サイクルとして、予め定められた繰り返し回数又は繰り返し時間、前記サイクルを繰り返し実行することを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
  5. 　前記エッチング工程中、前記所定パターンの形状を計測する計測工程と、
    　前記計測工程による計測結果に基づき前記繰り返し回数又は前記繰り返し時間を算出する制御工程と、を更に含み、
    　前記成膜工程は、
    　前記制御工程により算出された前記繰り返し回数又は前記繰り返し時間、前記サイクルを繰り返し実行することを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
  6. 　前記成膜工程は、
    　前記所定パターンが形成されるシリコン含有膜の種類に応じて、前記酸化性ガス又は前記窒化性ガスのいずれかから選択された反応性ガスを供給することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
  7. 　前記前駆体ガスは、ＢＴＢＡＳ（ｂｉｓ－ｔｅｒｔｉａｒｙｌ－ｂｕｔｈｙｌ－ａｍｉｎｏ－ｓｉｌａｎｅ）又はジクロロシラン（ＤＣＳ：Ｄｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ）であることを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
  8. 　前記エッチング工程は、
    　前記所定パターンを形成した後、前記マスクを除去する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
  9. 　フッ化炭素（ＣＦ）系ガスを含むエッチングガスから生成されたプラズマにより、マスクを介して基板上のシリコン含有膜をエッチングし、該シリコン含有膜に所定パターンを形成するエッチング装置と、
    　シリコン化合物ガスを使用して前記所定パターンの表面に吸着された層を、酸化性ガス又は窒化性ガスから生成されたプラズマにより酸化又は窒化させ、前記所定パターンの表面にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を成膜する成膜装置と、
    　を備える基板処理システム。
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