微細パターンの形成方法
【課題】側壁部の形成の基礎となるパターンをレジストにより形成する場合であっても、側壁部の傾きを抑制できる微細パターンの形成方法を提供する。
【解決手段】基板上に形成されたエッチング対象層の上に有機膜を形成する有機膜形成ステップと、有機膜上にレジスト膜を形成し、このレジスト膜をパターニングするパターニングステップと、パターニングされたレジスト膜から露出する有機膜と、パターニングされたレジスト膜とを覆うように酸化シリコン膜を常温にて堆積する堆積ステップと、基板を加熱して酸化シリコン膜に引っ張り応力を生じさせる加熱ステップと、処理ステップの後に、パターニングされたレジスト膜の側壁に酸化シリコン膜が残るように当該酸化シリコン膜をエッチングする第１のエッチングステップと、パターニングされたレジスト膜を除去する除去ステップとを含む、微細パターンの形成方法が開示される。
【解決手段】基板上に形成されたエッチング対象層の上に有機膜を形成する有機膜形成ステップと、有機膜上にレジスト膜を形成し、このレジスト膜をパターニングするパターニングステップと、パターニングされたレジスト膜から露出する有機膜と、パターニングされたレジスト膜とを覆うように酸化シリコン膜を常温にて堆積する堆積ステップと、基板を加熱して酸化シリコン膜に引っ張り応力を生じさせる加熱ステップと、処理ステップの後に、パターニングされたレジスト膜の側壁に酸化シリコン膜が残るように当該酸化シリコン膜をエッチングする第１のエッチングステップと、パターニングされたレジスト膜を除去する除去ステップとを含む、微細パターンの形成方法が開示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスに用いられる微細パターンの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化が更に進み、波長１９３ｎｍの露光光によって露光可能な寸法（限界寸法）よりも更に小さい寸法を実現する技術が実用化されている。その一つにいわゆる側壁部トランスファー（ＳＷＴ）技術がある。
【０００３】
ＳＷＴ技術においては、限界寸法相当の幅を有するラインかつ／又はスペースを含むレジストパターンが形成される。次に、このレジストパターンをトリミングすることにより、限界寸法よりも狭いラインかつ／又はスペースが形成される。次いで、トリミングされたレジストパターンを覆うように酸化シリコン膜が堆積される。この酸化シリコン膜がエッチバックされると、レジストパターンの側面にのみ酸化シリコン（側壁部）が残る。その後、レジストパターンを除去すると、側壁部のみが残ることとなる。側壁部の幅は酸化シリコン膜の厚さで決まるから、限界寸法よりも小さい幅とすることができ、側壁部の間隔はトリミングされたレジストパターンのライン幅で決まるから、限界寸法よりも小さい間隔とすることができる。
【０００４】
このようにＳＷＴ技術を用いることで、露光可能な限界寸法よりも小さい寸法を含むパターンを形成することができ、更には、このパターンをエッチングマスクパターンとして使用することにより、限界寸法よりも小さい寸法を有する半導体集積回路を実現することが可能となる。
【０００５】
また、レジストとは異なる材料で所定のパターン（ライン・スペース）を形成し、このパターンを限界寸法よりも小さい幅にトリミングし、トリミング後のパターン（ライン・スペース）を利用して側壁部を形成する場合もある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−８８０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＳＷＴは、露光限界寸法よりも小さい寸法を有する半導体集積回路を製造する上で欠くことができない技術となりつつあるが、寸法が更に小さくなるに従って、側壁部の形成の基礎となったレジストパターンを除去したときに、側壁部が傾いてしまい、所望のパターンを有するエッチングマスクとして使用できない場合がある。特に、側壁部のアスペクト比が所定の値を超えると、側壁部が倒れてしまうという事態にもなる。
【０００８】
これに対処するため、レジストパターンよりも物理的強度の高い膜材料でパターン（ライン・スペース）を作製して側壁部を形成する場合には、その膜材料による膜と、この膜をパターニングするためのレジスト膜とを積層する必要が生じるため、プロセスステップ数の増加に伴うスループットの低下、歩留まりの低下、製造コストの増加といった問題が生じてしまう。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑み、側壁部形成の基礎となるパターンをレジストにより形成する場合であっても、側壁部が傾くのを抑制できる微細パターンの形成方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、基板上に形成されたエッチング対象層の上に有機膜を形成する有機膜形成ステップと、前記有機膜上にレジスト膜を形成し、該レジスト膜をパターニングするパターニングステップと、前記パターニングされたレジスト膜から露出する前記有機膜と、前記パターニングされたレジスト膜とを覆うように酸化シリコン膜を常温にて堆積する第１の堆積ステップと、前記酸化シリコンが堆積された前記基板を加熱して前記酸化シリコン膜に引っ張り応力を生じさせる処理ステップと、前記パターニングされたレジスト膜の側壁に前記酸化シリコン膜が残るように当該酸化シリコン膜をエッチングする第１のエッチングステップと、前記パターニングされたレジスト膜を除去する除去ステップとを含む、微細パターンの形成方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、側壁部形成の基礎となるパターンをレジストにより形成する場合であっても、側壁部が傾くのを抑制できる微細パターンの形成方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態による微細パターン形成方法における各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明の第１の実施形態による微細パターン形成方法を説明する図である。
【図３】図１に引き続いて、本発明の第１の実施形態による微細パターン形成方法を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による微細パターン形成方法の加熱処理工程によりウエハが反る様子を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による微細パターン形成方法に好適な分子層堆積装置を模式的に示す断面図である。
【図６】図５の分子層堆積装置の他の断面図である。
【図７】図５および図６に示す分子層堆積装置を用いて行われる、本発明の第１の実施形態による微細パターン形成方法の工程を示すタイムチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態による微細パターン形成方法における各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態による微細パターン形成方法を説明する図である。
【図１０】図９に引き続いて、本発明の第２の実施形態による微細パターン形成方法を説明する図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態による微細パターン形成方法の加熱処理工程によって生じた引っ張り応力の加熱温度依存性を検討する際に用いた応力測定装置およびその測定原理を説明する説明図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態による微細パターン形成方法の加熱処理工程によって生じた引っ張り応力の加熱温度依存性を示すグラフである。
【図１３】第１の実施形態および第２の実施形態による微細パターン形成方法の効果を確認するために行った実験の結果を示す模式図である。
【図１４】窒化シリコン膜に生じる引っ張り応力の堆積温度依存性の一例を示すグラフである。
【図１５】第１の実施形態および第２の実施形態による微細パターン形成方法の効果を確認するために更に行った実験の結果を示すグラフである。
【図１６】第１の実施形態および第２の実施形態による微細パターン形成方法の効果を確認するために更に行った実験の結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。以下の説明において、同一または対応する部材（層、膜など）は同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
（第１の実施形態）
初めに、図１から図４を参照しつつ、本発明の第１の実施形態に係る微細パターンの形成方法を説明する。
本実施形態による微細パターン形成方法は、図１に示すように、ステップＳ１０１からＳ１１０までを含む。
【００１４】
図２（ａ）に示すように、まず、薄膜１０２がウエハＷ上に形成され（図１のＳ１０１）、薄膜１０２上に有機膜１０３が形成される（Ｓ１０２）。薄膜１０２は、例えばアモルファスシリコン、ポリシリコンなどにより形成され、本実施形態においては、後にパターン化されるパターン化対象膜である。また、他の実施形態では、薄膜１０２はパターン化された後に、ウエハＷをエッチングするマスクとして利用されてもよい。薄膜１０２の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば２０〜２００ｎｍとすることができる。
【００１５】
有機膜１０３は、後にパターン化され、薄膜１０２をパターン化するためのマスクとして利用される。有機膜１０３は、本実施形態においては、有機膜１０３の上に形成されるレジスト膜１０４を露光する際にレジスト膜１０４内で生じる露光光の多重反射を防止する反射防止膜（ＢＡＲＣ：Bottom Anti-Reflecting Coating）である。有機膜１０３の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば１５０〜３００ｎｍであってよい。
【００１６】
図２（ｂ）を参照すると、有機膜１０３の上にレジスト膜１０４が形成されている（ステップＳ１０３）。レジスト膜１０４は、本実施形態においてはＡｒＦレジストで形成されている。レジスト膜１０４の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば５０〜２００ｎｍであってよい。
【００１７】
次に、レジスト膜１０４は、所定のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィによりパターン化され、図２（ｃ）に示すように、レジストパターン１０４ａが形成される（ステップＳ１０４）。レジストパターン１０４ａのライン幅ＬＬ４及びスペース幅ＳＳ４は、本実施形態では、共に例えば６０ｎｍである。
【００１８】
次いで、図２（ｄ）に示すように、レジストパターン１０４ａがトリミング（またはスリミング）され、トリミングされたレジストパターン１０４ｂが得られる（ステップＳ１０５）。トリミングの結果、レジストパターン１０４ｂのライン幅ＬＬ１は、レジストパターン１０４ａのライン幅ＬＬ４（たとえば６０ｎｍ）より狭いたとえば３０ｎｍであり、レジストパターン１０４ｂのスペース幅ＳＳ１は、レジストパターン１０４ａのスペース幅ＳＳ４（たとえば６０ｎｍ）より広いたとえば９０ｎｍである。トリミングは、特に限定されるものではないが、レジストパターン１０４ａが形成されたウエハＷをオゾンガスに晒すか、酸素含有ガスを励起することにより得られる酸素ラジカルに晒すことにより行われる。このときのウエハＷの温度は室温〜１００℃であってよい。
【００１９】
図３（ｅ）を参照すると、レジストパターン１０４ｂのスペースに露出する有機膜１０３上に、レジストパターン１０４ｂを覆うように酸化シリコン膜１０５が堆積されている（ステップＳ１０６）。酸化シリコン膜１０５の堆積は、常温雰囲気下において、好ましくは分子層堆積（ＭＬＤ）法により行われる。ＭＬＤ法によれば、下地層の形状を反映した（コンフォーマルな）堆積が可能である。このため、レジストパターン１０４ｂの側面には、この側面とほぼ平行な堆積面を有する酸化シリコン膜１０５を堆積させることができ、また、有機膜１０３上における厚さをＤとすれば、レジストパターン１０４ｂの上面および側面における厚さもほぼＤとなる。ここで、厚さＤは、特に限定されるものではなく、例えば３０ｎｍとすることができる。なお、酸化シリコン膜１０５の堆積は、たとえば５℃から３５℃までの温度範囲の所定の温度でなく、５℃から１００℃程度までの温度範囲の所定の温度で行って良い。
【００２０】
次に、常温にて堆積された酸化シリコン膜１０５を含むウエハＷが（レジストパターン１０４ｂを残したまま）たとえば１５０℃から６３０℃までの範囲の所定の温度まで加熱される（ステップＳ１０７）。常温で堆積された酸化シリコン膜１０５は、水分や不純物等を含み、比較的低い密度を有しているが、加熱により水分や不純物等が放出されると、高密度化されて収縮する。そうすると、図３（ｆ）に示すように、酸化シリコン膜１０５が堆積されたウエハＷは、上向きに凹状に反ることとなる。
【００２１】
凹状に反った膜表面には、図４に矢印で示すように、引っ張り応力が生じている。図４は酸化膜シリコンを成膜し、引き続き加熱処理をした後の状態、すなわち、側壁部が形成される前の状態を模式的に示している。このように加熱処理後の膜に生じている引っ張り応力は、加熱の前後において、たとえばレーザー光を利用してウエハＷの反りを測定することにより求めることができる。この測定については、後に説明する。
なお、上述の温度範囲でウエハＷを加熱できる限り、この加熱に使用する加熱装置は限定されないが、好適な装置の一例（図５および図６）についても後述する。
【００２２】
続けて、図３（ｇ）に示すように、酸化シリコン膜１０５をエッチバックし、有機膜１０３およびレジストパターン１０４ｂの上面の酸化シリコン膜１０５を除去すると、レジストパターン１０４ｂの側面に酸化シリコンの側壁部１０５ａが残る（ステップＳ１０８）。このエッチバックにより、ウエハＷの表面を覆う酸化シリコン膜１０５が除去されるため、膜表面に加わる引っ張り応力が減少し、ウエハＷの反りが減少する。さらにレジストパターン１０４ｂの側面に残る酸化シリコンの側壁部１０５ａには、外側に開くような力が働く。
【００２３】
なお、このエッチバックは、特に限定されるものではなく、例えば、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２等のＣＦ系ガスと、Ａｒガス等の不活性ガスとの混合ガス、またはこの混合ガスに必要に応じて酸素を添加したガス等を用いて行うことができる。ここで、説明の便宜上、レジストパターン１０４ｂと側壁部１０５ａを含むパターンを第３のパターン１０６という。第３のパターン１０６のライン幅をＬＬ３とし、スペース幅をＳＳ３とすると、
・ＬＬ３＝ＬＬ１＋Ｄ×２
・ＳＳ３＝ＳＳ１−Ｄ×２
という関係が成り立つ。本実施形態においては、
・レジストパターン１０４ｂのライン幅ＬＬ１＝３０ｎｍ、
・レジストパターン１０４ｂのスペース幅ＳＳ１＝９０ｎｍ、
・側壁部１０５ａの厚さ（幅）Ｄ＝３０ｎｍ、
であるため、
・第３のパターン１０６のライン幅ＬＬ３＝９０ｎｍ、
・第３のパターン１０６のスペース幅ＳＳ３＝３０ｎｍ、
となる。
【００２４】
次に、酸素、窒素、水素、アンモニア等のプラズマを用いたエッチングを行って、側壁部１０５ａを残したまま、レジスト膜１０４から形成されたレジストパターン１０４ｂを除去する。
【００２５】
続けて、残った側壁部１０５ａをマスクとして有機膜１０３をエッチングすると、図３（ｈ）に示すように、側壁部１０５ａ及び有機膜１０３から構成されるエッチングマスク１０７が形成される（ステップＳ１０９）。エッチングマスク１０７においては、幅ＬＬ２を有するラインと、幅ＳＳ２を有するスペースとが交互に配置される。ここで、
・ライン幅ＬＬ２＝側壁部１０５ａの幅Ｄ（＝３０ｎｍ）、
・スペース幅ＳＳ２＝レジストパターン１０４ｂのライン幅ＬＬ１＝第３のパターン１０６のスペース幅ＳＳ３（＝３０ｎｍ）
という関係が成り立つ。すなわち、エッチングマスク１０７においては、３０ｎｍの幅ＬＬ２を有するラインと、３０ｎｍの幅ＳＳ２を有するスペースとが交互に配列されている。
【００２６】
このようなエッチングマスク１０７をマスクとして薄膜１０２をエッチングすると、所望のエッチングマスクが得られる（ステップＳ１１０）。例えばアモルファスシリコン又はポリシリコンよりなる薄膜１０２のエッチングは、Ｃｌ２、Ｃｌ２＋ＨＢｒ、Ｃｌ２＋Ｏ２、ＣＦ４＋Ｏ２、ＳＦ６、Ｃｌ２＋Ｎ２、Ｃｌ２＋ＨＣｌ、ＨＢｒ＋Ｃｌ２＋ＳＦ６等のガス等のプラズマを用いて行うことができる。
【００２７】
本実施形態による微細パターン形成方法においては、エッチングマスクとして使用される側壁部１０５ａを形成するために、レジストパターン１０４ｂを覆うように酸化シリコン膜１０５が常温で堆積される。酸化シリコン膜１０５の堆積後、酸化シリコン膜１０５が形成されたウエハＷが高温（約１５０℃から約６３０℃）に加熱されるため、酸化シリコン膜１０５には二次元的な引っ張り応力が加わることとなる。これにより、レジストパターン１０４ｂを除去した後であっても、側壁部１０５ａは傾かない。すなわち、側壁部１０５ａを形成するために堆積する酸化シリコン膜１０５の基礎（土台）としてレジストパターン１０４ｂを使用しても、側壁部１０５ａの傾くのを抑制することができる。
【００２８】
また、レジストパターン１０４ｂの側壁は、下地層である有機膜１０３の表面に対して、９０°以上の角度で傾く場合がある。換言すると、たとえば図２（ｄ）において、レジストパターン１０４ｂが台形形状となる場合がある。また、レジストパターン１０４ｂの側壁が有機膜１０３の表面近傍において傾く場合（裾をひいた形状となる場合）もある。これらの場合には、側壁部１０５ａがより傾き易くなると考えられるが、本実施形態による微細パターン形成方法によれば、この場合であっても傾きを抑制することが可能である。
【００２９】
なお、上述の酸化シリコン膜１０５の堆積を常温ＣＶＤ装置において行い、酸化シリコン膜１０５が堆積されたウエハＷの加熱をアニール炉において行い、酸化シリコン膜１０５のエッチングをエッチング装置において行ってもよい（すなわち、各々の工程を別個の装置にて行ってよい）が、酸化シリコン膜１０５の（常温での）堆積とその後の加熱とを同一のＣＶＤ装置において行い、エッチングをエッチング装置において行うこともできる。また、酸化シリコン膜１０５の堆積を常温ＣＶＤ装置において行った後、その後の加熱とエッチングとを同一のエッチング装置において行ってもよい。
【００３０】
さらに、レジストパターン１０４ａのトリミング（レジストパターン１０４ｂの形成）と、酸化シリコン膜１０５の堆積と、酸化シリコン膜１０５が堆積されたウエハＷの加熱とを同一のＭＬＤ装置において行ってもよい。以下、このような処理が可能なＭＬＤ装置について説明する。
【００３１】
図５は、本実施形態に係る微細パターンの形成方法に好適なＭＬＤ装置を模式的に示す縦断面図であり、図６は、図５のＭＬＤ装置の横断面図である。
【００３２】
図４に示すように、ＭＬＤ装置８０は、下端が開口された有天井の円筒体状を有する、たとえば石英により形成される処理容器１を有している。処理容器１内の上方には、天井に石英製の天井板２が設けられている。また、処理容器１の下端開口部には、例えばステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド３がＯリング等のシール部材４を介して連結されている。
【００３３】
マニホールド３は処理容器１の下端を支持する支持部材として働くとともに、側面に設けられた複数の貫通孔にそれぞれ接続される配管から所定のガスを処理容器１内へ供給する。マニホールド３の下部には、マニホールド３の下端開口部を開閉する例えばステンレススチール製の蓋部９が例えばＯリングよりなるシール部材１２を介して連結されている。蓋部９は中央に開口を有しており、この開口を回転シャフト１０が貫通している。回転シャフト１０の上端部にはテーブル８が取り付けられ、テーブル８の上には石英製の保温筒７を介してウエハボート５が設けられている。ウエハボート５は３本の支柱６を有し（図６参照）、支柱６に形成された溝により多数枚のウエハＷが支持される。回転シャフト１０が図示しない回転機構により中心軸の周りに回転することにより、ウエハボート５もまた回転することができる。
【００３４】
回転シャフト１０の下端部は、図示しない昇降機構により上下動可能に指示されるアーム１３に取り付けられている。アーム１３の上下動により、ウエハボート５が処理容器１内へ搬入され、搬出される。なお、回転シャフト１０と蓋部９の開口との間には磁性流体シール１１が設けられ、これにより処理容器１が密閉される。
【００３５】
また、ＭＬＤ装置８０は、処理容器１内へ酸素含有ガス、例えばＯ２ガスを供給する酸素含有ガス供給機構１４と、処理容器１内へＳｉソースガスを供給するＳｉソースガス供給機構１５と、処理容器１内へパージガスとして不活性ガス、例えばＮ２ガスを供給するパージガス供給機構１６とを有している。
【００３６】
酸素含有ガス供給機構１４は、酸素含有ガス供給源１７と、酸素含有ガス供給源１７から酸素含有ガスを導く酸素含有ガス配管１８と、酸素含有ガス配管１８に接続され、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる石英管よりなる酸素含有ガス分散ノズル１９とを有している。酸素含有ガス分散ノズル１９の垂直部分には、複数のガス吐出孔１９ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔１９ａから水平方向に処理容器１に向けてほぼ均一に酸素含有ガスを吐出することができる。
【００３７】
また、Ｓｉソースガス供給機構１５は、Ｓｉソースガス供給源２０と、Ｓｉソースガス供給源２０からＳｉソースガスを導くＳｉソースガス配管２１と、Ｓｉソースガス配管２１に接続され、マニホールド３の側壁を内側へと貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる石英管よりなるＳｉソースガス分散ノズル２２とを有している。図示の例では、２本のＳｉソースガス分散ノズル２２が設けられており（図６参照）、各Ｓｉソースガス分散ノズル２２には、その長さ方向に沿って複数のガス吐出孔２２ａが所定の間隔を隔てて形成されている。これにより、各ガス吐出孔２２ａから水平方向に処理容器１内にほぼ均一に有機シリコンを含むＳｉソースガスを吐出することができる。なお、Ｓｉソースガス分散ノズル２２は１本のみであってもよい。
【００３８】
さらに、パージガス供給機構１６は、パージガス供給源２３と、パージガス供給源２３からパージガスを導くパージガス配管２４と、パージガス配管２４に接続され、マニホールド３の側壁を貫通して設けられたパージガスノズル２５とを有している。パージガスとしては不活性ガスやＮ２ガスを好適に用いることができる。
【００３９】
酸素含有ガス配管１８、Ｓｉソースガス配管２１、パージガス配管２４には、それぞれ開閉弁１８ａ、２１ａ、２４ａおよびマスフローコントローラのような流量制御器１８ｂ、２１ｂ、２４ｂが設けられている。これらにより、酸素含有ガス、Ｓｉソースガスおよびパージガスをそれぞれ流量制御しつつ供給することができる。
【００４０】
処理容器１の側壁の一部には、酸素含有ガスのプラズマを形成するプラズマ生成機構３０が形成されている。このプラズマ生成機構３０は、処理容器１の側壁に上下に細長く形成された開口３１と、開口３１を外側から覆うように処理容器１の外壁に気密に溶接されたプラズマ区画壁３２とを有している。プラズマ区画壁３２は、断面凹部状をなし上下に細長く形成され、例えば石英で形成されている。また、プラズマ生成機構３０は、このプラズマ区画壁３２の両側壁の外面に上下方向に沿って互いに対向するようにして配置された細長い一対のプラズマ電極３３と、プラズマ電極３３に給電ライン３４を介して接続されプラズマ電極３３へ高周波電力を供給する高周波電源３５とを有している。そして、プラズマ電極３３に高周波電源３５からプラズマ電極３３へ例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加することにより酸素含有ガスのプラズマを発生させることができる。なお、この高周波電圧の周波数は、１３．５６ＭＨｚに限定されず、他の周波数、例えば４００ｋＨｚ等であってもよい。
【００４１】
上記のようなプラズマ区画壁３２を形成することにより、処理容器１の側壁の一部が凹部状に外側へ窪ませた状態となり、プラズマ区画壁３２の内部空間は処理容器１の内部空間に連通される。また、開口３１は、ウエハボート５に保持されている全てのウエハＷを高さ方向においてカバーできるように上下方向に十分に長く形成されている。
【００４２】
酸素含有ガス分散ノズル１９は、処理容器１内を上方向に延びる途中で処理容器１の半径方向外方へ屈曲されて、プラズマ区画壁３２の直立面に沿って上方に向けて伸びている。このため、高周波電源３５からプラズマ電極３３へ高周波電圧が印加され、両電極３３間に高周波電界が形成されると、酸素含有ガス分散ノズル１９のガス吐出孔１９ａから吐出された酸素ガスがプラズマ化されて処理容器１の中心に向かって流れる。
【００４３】
プラズマ区画壁３２の外側には、これを覆うようにして例えば石英よりなる絶縁保護カバー３６が取付けられている。また、この絶縁保護カバー３６の内側部分には、図示しない冷媒通路が設けられており、例えば冷却された窒素ガスを流すことによりプラズマ電極３３を冷却し得るようになっている。
【００４４】
２本のＳｉソースガス分散ノズル２２は、処理容器１の側壁の開口３１を挟む位置に起立して設けられており、Ｓｉソースガス分散ノズル２２に形成された複数のガス吐出孔２２ａから処理容器１の中心方向に向けてＳｉソースガスを吐出することができる。Ｓｉソースガスとしては、１分子内に１個または２個のアミノ基を有するアミノシランガスであってよい。
【００４５】
一方、処理容器１の開口３１に対向する部分には、処理容器１内を排気するための排気口３７が設けられている。この排気口３７は処理容器１の側壁を上下方向へ削り取ることによって細長く形成されている。処理容器１の外側には、排気口３７を覆うように断面凹部状に成形された排気口カバー部材３８が溶接により取り付けられている。排気口カバー部材３８は、処理容器１の側壁に沿って上方に延びており、処理容器１の上方にガス出口３９を画定している。そして、ガス出口３９を通して、図示しない真空ポンプ等を含む真空排気機構により処理容器１内が排気される。
【００４６】
また、処理容器１の外周を囲むように、処理容器１およびその内部のウエハＷを加熱する筐体状の加熱ユニット４０が設けられている。なお、図６においては、加熱ユニット４０を省略している。
【００４７】
ＭＬＤ装置８０の各構成部の制御、例えばバルブ１８ａ、２１ａ、２４ａの開閉による各ガスの供給・停止、マスフローコントローラ１８ｂ、２１ｂ、２４ｂによるガス流量の制御、および高周波電源３５のオン・オフ制御、加熱ユニット４０の制御等は例えばマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ５０により行われる。コントローラ５０には、工程管理者がＭＬＤ装置８０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、ＭＬＤ装置８０の稼働状況を表示するディスプレイ等からなるユーザインターフェース５１が接続されている。
【００４８】
また、コントローラ５０には、ＭＬＤ装置８０で実行される各種処理をコントローラ５０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ＭＬＤ装置８０の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部５２が接続されている。レシピは記憶部５２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。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ようにしてもよい。
【００４９】
そして、必要に応じて、ユーザインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してコントローラ５０に実行させることで、コントローラ５０の制御下で、ＭＬＤ装置８０での所望の処理が行われる。
【００５０】
次に、図５から図７を参照しながら、ＭＬＤ装置８０において、上述のレジストパターン１０４ａのトリミング、酸化シリコン膜１０５の堆積、およびウエハＷの加熱を行う手順について説明する。
（トリミング）
たとえば５０〜１００枚のウエハＷ（たとえば直径３００ｍｍを有するシリコンウエハ）が搭載されたウエハボート５を処理容器１内に下端開口部から搬入した後、この下端開口部を蓋部９で封じる。処理容器１内をＮ２ガスでパージした後、酸素含有ガス供給機構１４から酸素含有ガス分散ノズル１９を通して処理容器１内へたとえばＯ２ガスを供給するとともに、ガス出口３９を通して図示しない真空排気機構により処理容器１内を排気し、処理容器１内を所定のプロセス圧力に維持する（図７の時点Ｔ１）。また、必要に応じて、ウエハボート５を回転させる。
【００５１】
続いて、プラズマ生成機構３０の高周波電源３５からプラズマ電極３３へ高周波電力を供給し、ウエハＷ上に形成されるレジストパターン１０４ａのトリミングを開始する（図７の時点Ｔ２）。高周波電力の供給により、プラズマ区画壁３２内において酸素プラズマが着火する。酸素プラズマ中で励起される酸素ラジカル等はウエハボート５に向かって流れ、これにより、ウエハボート５に保持されるウエハＷが酸素ラジカルに晒される。そうすると、このときウエハＷの表面に露出しているレジストパターン１０４ａが酸素ラジカルにより灰化され、レジストパターン１０４ａがトリミングされて、レジストパターン１０４ｂが得られる。
【００５２】
このトリミングの条件を例示すると、酸素含有ガス（Ｏ２ガス）の流量は、ウエハボート５に搭載されるウエハＷの枚数によっても異なるが１００〜２００００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）であり、処理容器１内の圧力は１３．３〜６６５Ｐａであり、高周波電源３５の周波数は１３．５６ＭＨｚであり、高周波電力は５〜１０００Ｗであり、トリミング時間は１〜７２００秒である。また、酸素含有ガスとしては、Ｏ２ガスの他、ＮＯガス、Ｎ２Ｏガス、Ｈ２Ｏガス、Ｏ３ガスを使用してよい。なお、トリミング中のウエハＷの温度は、室温〜３００℃であってよいが、以下に説明するように、引き続いて行われる酸化シリコン膜１０５が常温で堆積されることから、常温であると好ましい。温度調整に要する時間を省くことができ、スループットを高くすることができるからである。
（酸化シリコン膜１０５の堆積）
次に、レジストパターン１０４ａのトリミングに引き続いてＭＬＤ装置８０において行われる酸化シリコン膜１０５の堆積について図５から図７までを参照しながら説明する。
まず、プラズマ電極３３（図５および図６）への高周波電力の供給を停止した後（時点Ｔ３）、パージガス供給機構１６のパージガス供給源２３からパージガス配管２４およびパージガスノズル２５を介してパージガス（Ｎ２ガス）を供給することにより、トリミングに利用したＯ２ガスを処理容器１からパージする。このときのパージガス流量はたとえば０．１〜１００００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）であってよく、パージ時間は１〜７２００秒であってよい。
【００５３】
引続き処理容器１内を所定のプロセス圧力に維持するとともに、ウエハＷの温度を常温に維持し、ウエハボート５を回転させ、成膜処理を開始する（時点Ｔ４）。
図７に示すように、本実施形態においては、有機シリコンを含むＳｉソースガスを処理容器１内に流してＳｉソースをウエハＷに吸着させる工程ＳＳｉと、処理容器１内のＳｉソースガスをＮ２ガスでパージする工程ＰＳｉと、酸素含有ガスを励起させることにより生成された酸素ラジカルにウエハＷを晒すことにより、ウエハＷに吸着したＳｉソースガスを酸化させる工程Ｓｏと、処理容器１内の酸素ラジカルや酸素ガスをＮ２ガスでパージする工程Ｐｏとを有するサイクルが繰り返される。これにより、Ｓｉソースガスと酸素ラジカルとが処理容器１内の気相中において反応することなく、ウエハＷ上に分子層レベルで吸着したＳｉソースガスが酸素ラジカルによって（ウエハ温度が常温であっても）酸化され、酸化シリコン膜１０５がウエハＷ上に形成される。しかも、１サイクルごとに一分子層（または数分子層）の酸化シリコン層が堆積され得るため、サイクル数によって酸化シリコン膜１０５の厚さＤを制御することができる。
【００５４】
本実施形態においては、具体的には、ＳｉソースガスはＢＴＢＡＳガスであり、その流量は１０〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、ＢＴＢＡＳを供給する工程ＳＳｉの所要時間は１〜６００秒であってよい。また、酸素ラジカルを生成するためのＯ２ガスの流量は１００〜２００００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、酸素ラジカルによりウエハＷに吸着するＢＴＢＡＳガスを酸化する工程Ｓｏの所要時間は１〜６００秒であってよい。また、工程Ｓｏにおいて、高周波電源３５からプラズマ電極３３へ供給される高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚ、電力は５〜１０００Ｗであってよい。さらに、工程ＳＳｉと工程Ｓｏにおける処理容器１内の圧力は１３．３〜６６５Ｐａであってよい。
【００５５】
また、パージの工程ＰＳｉおよびＰｏにおいては、パージガスとしてのＮ２ガスの流量は０．１〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、所要時間は１〜６０秒、処理容器１内の圧力は０．１３３〜６６５Ｐａであってよい。
【００５６】
酸化シリコン膜１０５の厚さＤを実現するサイクル数に達した時点で、酸化シリコン膜１０５の堆積を終了させる。
（酸化シリコン膜１０５の加熱）
次に、酸化シリコン膜１０５の堆積に引き続いてＭＬＤ装置８０において行われる酸化シリコン膜１０５の加熱について説明する。
酸化シリコン膜１０５の堆積の終了後、ウエハＷ（ウエハボート５）を処理装置１内に残したまま、パージガス供給機構からパージガスノズル２５を通してＮ２ガスを供給することにより、処理容器１内をパージするとともに、処理容器１内の圧力をたとえば１３．３〜１０．１×１０４Ｐａまでの圧力に維持する。次に、加熱ユニット４０への供給電力を開始し（時点Ｔ５）、ウエハ温度をたとえば１５０℃から６３０℃までの範囲の所定の温度に維持する。所定の温度に維持した後、たとえば１〜３６００秒までの範囲の所定の期間ウエハＷを加熱すると、ウエハＷ上の酸化シリコン膜１０５が高密度化される。
この後、加熱ユニット４０への電力供給を停止して酸化シリコン膜１０５の加熱を終了し（時点Ｔ６）、ウエハボート５を処理容器１から搬出することによりウエハＷを取り出す。
【００５７】
以上のように、ＭＬＤ装置８０によれば、レジストパターン１０４ａのトリミング（レジストパターン１０４ｂの形成）、酸化シリコン膜１０５の堆積、および酸化シリコン膜１０５の加熱を連続して行うことができるから、各処理装置間でのウエハＷの搬入出に伴うウエハの汚染の心配がない。また、ウエハＷの搬入出に要する時間を節約することができるため、スループットを高くすることができる。
（第２の実施形態）
次に、図８から図１０までを参照しながら、本発明の第２の実施形態による微細パターン形成方法について説明する。本実施形態による微細パターン形成方法は、図８に示すように、ステップＳ８０１からＳ８１０までを含む。
【００５８】
図９（ａ）に示すように、まず、薄膜１０２がウエハＷ上に形成され（図８のＳ８０１）、薄膜１０２上に有機膜１０３が形成される（Ｓ８０２）。薄膜１０２は、例えばアモルファスシリコン、ポリシリコンなどにより形成され、本実施形態においては、後にパターン化されるパターン化対象膜である。また、他の実施形態では、薄膜１０２はパターン化された後に、ウエハＷをエッチングするマスクとして利用されてもよい。薄膜１０２の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば２０〜２００ｎｍとすることができる。
【００５９】
有機膜１０３は、後にパターン化され、薄膜１０２をパターン化するためのマスクとして利用される。有機膜１０３は、本実施形態においては、有機膜１０３の上に形成されるレジスト膜１０４を露光する際にレジスト膜１０４内で生じる露光光の多重反射を防止する反射防止膜（ＢＡＲＣ：Bottom Anti-Reflecting Coating）である。有機膜１０３の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば１５０〜３００ｎｍであってよい。
【００６０】
図９（ｂ）を参照すると、有機膜１０３の上にレジスト膜１０４が形成されている（ステップＳ８０３）。レジスト膜１０４は、本実施形態においてはＡｒＦレジストで形成されている。レジスト膜１０４の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば５０〜２００ｎｍであってよい。
【００６１】
次に、レジスト膜１０４は、所定のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィによりパターン化され、図９（ｃ）に示すように、レジストパターン１０４ａが形成される（ステップＳ８０４）。レジストパターン１０４ａのライン幅ＬＬ４及びスペース幅ＳＳ４は、本実施形態では、共に例えば６０ｎｍである。
【００６２】
次いで、図９（ｄ）に示すように、レジストパターン１０４ａがトリミング（またはスリミング）され、トリミングされたレジストパターン１０４ｂが得られる（ステップＳ８０５）。トリミングの結果、レジストパターン１０４ｂのライン幅ＬＬ１は、レジストパターン１０４ａのライン幅ＬＬ４（たとえば６０ｎｍ）より狭いたとえば３０ｎｍであり、レジストパターン１０４ｂのスペース幅ＳＳ１は、レジストパターン１０４ａのスペース幅ＳＳ４（たとえば６０ｎｍ）より広いたとえば９０ｎｍである。トリミングは、特に限定されるものではないが、レジストパターン１０４ａが形成されたウエハＷをオゾンガスに晒すか、酸素含有ガスを励起することにより得られる酸素ラジカルに晒すことにより行われる。このときのウエハＷの温度は室温〜１００℃であってよい。
【００６３】
図１０（ｅ）を参照すると、レジストパターン１０４ｂのスペースに露出する有機膜１０３上に、レジストパターン１０４ｂを覆うように酸化シリコン膜１０５が堆積されている（ステップＳ８０６）。酸化シリコン膜１０５の堆積は、常温雰囲気下において、好ましくは分子層堆積（ＭＬＤ）法により行われる。ＭＬＤ法によれば、下地層の形状を反映した（コンフォーマルな）堆積が可能である。このため、レジストパターン１０４ｂの側面には、この側面とほぼ平行な堆積面を有する酸化シリコン膜１０５を堆積させることができ、また、有機膜１０３上における厚さをＤ１とすれば、レジストパターン１０４ｂの上面および側面における厚さもほぼＤ１となる。ここで、厚さＤ１は、特に限定されるものではなく、例えば１５ｎｍとすることができる。
【００６４】
次に、図１０（ｆ）に示すように、酸化シリコン膜１０５の上に窒化シリコン膜１１０が堆積される。このときのウエハＷの温度はたとえば３００〜６３０℃の範囲の温度でよく、好ましくは３００〜４００℃までの範囲の温度でよく、たとえば約３００℃であると更に好ましい。また、本実施形態では、窒化シリコン１１０の厚さは、下地層の酸化シリコン膜１０５の厚さＤ１との合計が厚さＤ（３０ｎｍ）となるように調整される。すなわち、本実施形態においては、酸化シリコン膜１０５の厚さと窒化シリコン膜１１０の厚さとの比は１：１である。
【００６５】
なお、窒化シリコン膜１１０の堆積にもＭＬＤ装置８０を利用することができる。これによれば、窒化シリコン膜１１０もまた分子層成長によってコンフォーマルな形状を有することができ、後のエッチバックにより形成される側壁部１０５ａの側面を有機膜１０３の上面に対して直立させることができる。また、常温での酸化シリコン膜１０５の堆積の後、ウエハＷ（ウエハボート５）を搬出することなく、ウエハＷの温度を調整し、続けて窒化シリコン膜１１０を堆積することができる。この場合、窒化シリコンの堆積のためのＳｉソースガスとして、酸化シリコン膜１０５の堆積に用いたＢＴＢＡＳガスを用いることができ、ウエハＷ上の酸化シリコン膜１０５に吸着したＢＴＢＡＳガスを窒化する窒化ガスとして、アンモニア（ＮＨ３）やヒドラジン（Ｎ２Ｈ２）などを用いることができる。また、図５および図６に示すＭＬＤ装置８０を用いる場合には、酸素含有ガス供給機構１４と同様の構成を有する窒化ガス供給機構を追加する必要があることは勿論である。
【００６６】
次に、図１０（ｇ）に示すように、酸化シリコン膜１０５と窒化シリコン膜１１０の２層膜をエッチバックし、レジストパターン１０４ｂおよび有機膜１０３の上の２層膜を除去すると、レジストパターン１０４ｂと、酸化シリコン膜１０５に由来する側壁部１０５ａと、および窒化シリコン膜１１０に由来する側壁部１１０ａとを含む第３のパターン１０６が得られる。上述のとおり、酸化シリコン膜１０５および窒化シリコン膜１１０の合計の厚さがＤであるため、第３のパターン１０６のライン幅ＬＬ３（またはスペース幅ＳＳ３）は、第１の実施形態における第３のパターン１０６のライン幅ＬＬ３（またはスペース幅ＳＳ３）と等しくなる。
【００６７】
続けて、第１の実施形態において説明した方法と同じ方法でレジストパターン１０４ｂを除去し、これにより有機膜１０３の上に残った側壁部１０５ａ、１１０ａにより有機膜１０３をエッチングすると、図１０（ｈ）に示すように、エッチングマスク１０７が得られる。なお、説明の便宜上、以下の説明においては、側壁部１０５ａ、１１０ａを区別することなく側壁部１１５と称す。
【００６８】
本実施形態による微細パターン形成方法においては、エッチングマスクとして利用される側壁部１１５が、レジストパターン１０４を覆うように堆積される酸化シリコン膜１０５と、この上に堆積される窒化シリコン膜１１０とから形成される。レジストパターン１０４上に常温で堆積される酸化シリコン膜１０５の上に、窒化シリコン膜１１０が堆積されるため、酸化シリコンと窒化シリコンとの熱膨張係数の相違により、酸化シリコン膜１０５には二次元的な引っ張り応力が加わることとなる。このため、側壁部１１５が傾くのを抑制することができる。すなわち、側壁部１１５の形成のための基礎（土台）としてレジストパターン１０５ａを使用することが可能となる。
【００６９】
また、常温で堆積された酸化シリコン膜１０５の上に高温で窒化シリコン膜１１０を堆積するため、酸化シリコン膜１０５に対して実質的に加熱処理が行われることとなる。このため、加熱処理による高密度化に伴う引っ張り応力に加えて、窒化シリコン膜１１０による引っ張り応力が酸化シリコン膜１０５に加わることとなる。したがって、エッチバックにより側壁部１１５を形成した後、レジストパターン１０４ｂを除去しても、側壁部１１５が傾くのをより確実に抑制することができる。
【００７０】
続いて、本発明の実施形態の効果を確認するために行った実験とその結果について説明する。この実験においては、汎用されている薄膜ストレス測定装置を用いて酸化シリコン膜に加わる引っ張り応力を測定した。始めに、この測定に使用した測定装置の概略および測定原理について説明する。
【００７１】
図１１は、応力の測定に使用した測定装置の概略図である。図示のとおり、測定装置７０は、ウエハＷが載置されるステージＳと、ステージＳ上に載置されるウエハＷにレーザー光Ｌを照射するレーザー素子ＬＤと、レーザー素子ＬＤからのレーザー光Ｌを反射してウエハＷの表面に照射するミラーＭと、ウエハＷの表面で反射したレーザー光Ｌを検出する検出器ＰＤとを含んでいる。また、測定装置７０には、レーザー素子ＬＤ、ミラーＭ、および検出器ＰＤ等を制御するとともに、ミラーＭおよび検出器ＰＤのウエハＷに対する位置から下記の反射角θを求める制御部（図示せず）が含まれる。ミラーＭは、制御部からの指示信号により、ウエハＷの表面のほぼ全面に対して垂直方向からレーザー光Ｌを照射できるように移動することができ、またウエハＷに対する角度が調整されるように構成されている。また、検出器ＰＤはミラーＭの移動に併せて移動することができ、これにより、ウエハＷからの反射レーザー光Ｌを検出することができる。
【００７２】
ミラーＭを移動しながらウエハＷからの反射レーザー光Ｌを検出器ＰＤにより検出すると、各測定点におけるレーザー光Ｌの反射角θを求めることができる。これにより、ウエハＷの平均曲率Ｒが求められる。このようにして、酸化シリコン膜１０５の堆積後のウエハＷの平均曲率Ｒｂと、酸化シリコン膜１０５の加熱後（または窒化シリコン膜１１０の堆積後）のウエハＷの平均曲率Ｒａとを求めると、以下の関係式（１）から酸化シリコン膜１０５に加わる応力σを計算することができる。
【００７３】
【数１】
ここで、
Ｅｗ：ウエハＷの弾性率
νｗ：ウエハＷのポアソン比
ｔｗ：ウエハＷの厚さ
ｔｆ：酸化シリコン膜１０５の厚さ
次に、図１２を参照しながら、加熱処理工程（図１のステップＳ１０７、図３（ｆ））によって、常温で堆積した酸化シリコン膜１０５に加わることとなった引っ張り応力の熱処理温度依存性について説明する。
【００７４】
まず、直径３００ｍｍを有するベアウエハを３枚用意し、これらの上に常温にて１７．５ｎｍの膜厚を有する酸化シリコン膜を堆積した。このとき、シリコン原料ガスの供給量等の堆積条件は３枚のウエハに対して同一とした。次に、これらの３枚のうちの一枚のウエハを約３００℃で加熱処理し、他の一枚のウエハを約４５０℃で加熱処理し、残りの一枚のウエハを約６３０℃で加熱処理した。また、加熱処理の前後で、上述のようにウエハの反りを測定し、上記の（１）式に基づいて、酸化シリコン膜に加わることとなった引っ張り応力を算出した。なお、酸化シリコン膜の常温での堆積の前後において、ウエハの反りを測定し、酸化シリコン膜の堆積によりウエハに生じた引っ張り応力を求めた。
【００７５】
図１２を参照すると、酸化シリコン膜の堆積後には引っ張り応力は殆ど加わっていないが（左端欄参照）、加熱処理後には比較的大きな引っ張り応力が加わることが分かる。しかも、加熱処理温度を約３００℃、約４５０℃、および約６３０℃へと高くするに従って、酸化シリコン膜に加わる引っ張り応力が大きくなることが分かる。これは、加熱処理の温度が高くなるとともに、常温で堆積した酸化シリコン膜中の水分や不純物等が放出され、より緻密化されるためと考えることができる。
【００７６】
次に、図１３を参照しながら、本発明の第１の実施形態および第２の実施形態の効果を確認するために行った実験の結果について説明する。図１３は、実験により得た試料を走査型顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した観察結果を模式的に示している。
【００７７】
図１３において、「加熱処理なし」で示される１番上の行は、左から、レジストパターン１０４ｂを覆うように常温で酸化シリコン膜１０５（厚さ１７.５ｎｍ）を堆積した後の断面、加熱処理を行わずに酸化シリコン膜１０５をエッチバックした後の断面、および、レジストパターン１０４ｂを除去した後の断面を模式的に示している。すなわち、図１におけるステップＳ１０６、Ｓ１０８、およびＳ１０９を順次行ったときの各ステップの後の断面を示しており、加熱処理（ステップＳ１０７）を行わない比較例に相当する。
【００７８】
「加熱処理あり」で示される中央の行は、左から、レジストパターン１０４ｂを覆うように常温で酸化シリコン膜１０５を堆積し、加熱処理を行った後の断面、加熱処理後に酸化シリコン膜１０５をエッチバックした後の断面、および、レジストパターン１０４ｂを除去した後の断面を模式的に示している。すなわち、図１におけるステップＳ１０６、Ｓ１０７、Ｓ１０８、およびＳ１０９を順次行ったときのステップＳ１０７、Ｓ１０８、およびＳ１０９の各ステップの後の断面を示しており、第１の実施形態に相当する。
【００７９】
「ＳｉＮ膜堆積」で示される１番下の行は、左から、レジストパターン１０４ｂを覆うように常温で酸化シリコン膜１０５を堆積し、この酸化シリコン膜１０５上に窒化シリコン膜１１０を堆積した後の断面、窒化シリコン膜１１０および酸化シリコン膜１０５をエッチバックした後の断面、および、レジストパターン１０４ｂを除去した後の断面を模式的に示している。すなわち、図８におけるステップＳ８０７、Ｓ８０８、およびＳ８０９を順次行ったときの各ステップの後の断面を示しており、第２の実施形態に相当する。
【００８０】
図１３を参照すると、加熱処理を行わない場合には、エッチバックの後に、一つのレジストパターン１０４ｂの両側の側壁部１０５ａが互いに傾き、レジストパターン１０４ｂと両側の側壁部１０５ａが全体として台形状の断面を有している。
【００８１】
一方、「加熱処理あり」の場合には、エッチバックの後において２つの側壁部１０５ａの傾きが抑制されており、そのため、これらの間のレジストパターン１０４ｂを除去した後において、側壁部１０５ａの先端部がやや内側に湾曲しているものの、２つの側壁部１０５ａの間隔は、「加熱処理なし」の場合における間隔に比べて広くなっている。すなわち、本発明の第１の実施形態によれば、レジストパターン１０４ｂを基礎（土台）として側壁部１０５ａを形成した場合であっても、側壁部１０５ａの傾きが抑制されることがわかる。したがって、均一なライン幅とスペース幅を有するパターンを形成することが可能となる。
【００８２】
さらに、「ＳｉＮ膜堆積」の場合には、２つの側壁部１０５ａはほぼ直立し、先端部における湾曲も見られない。このことから第２の実施形態の効果が理解される。
【００８３】
次に、本発明の実施形態の効果を更に確認するため更に行った実験の結果について説明する。
図１４は、窒化シリコン膜に加わる引っ張り応力の堆積温度依存性を示すグラフである。この実験では、上述の測定装置７０（図１１）を用いて、ベアウエハ上に窒化シリコン膜を堆積する前後においてウエハの反りを測定し、式（１）に基づいて、堆積した窒化シリコン膜中に働く引っ張り応力を求めた。なお、窒化シリコン膜の膜厚は約５ｎｍとした。
【００８４】
このグラフに示すように、約４５０℃から約５２０℃までの範囲の堆積温度で窒化シリコン膜を堆積した場合、その窒化シリコン膜には、約１．５ＧＰａといった比較的大きな引っ張り応力が働いていることが分かる。また、堆積温度が４００℃および５５０℃程度であっても約１．２ＧＰａという引っ張り応力が働いている。すなわち、このような温度範囲で窒化シリコン膜を堆積することによって、側壁部１１５の傾きがより抑制されることが期待される。
【００８５】
図１５は、レジストパターン１０４ｂ（図１０（ｇ））を除去した後の側壁部１１５の開口幅ＣＤの測定結果を示す。ここで、Top CDは、側壁部１１５の開口の上端における開口幅を示し、Bottom CDは、側壁部１１５の開口の下端における開口幅（下地層に沿った幅）を示している。また、図３（ｇ）におけるレジストパターン１０４ｂを除去した後の側壁部１０５ｂの開口幅も合わせて示した（図１５の「酸化シリコン膜＋加熱処理」を参照）。なお、常温にて堆積した酸化シリコン膜１０５（図１０（ｅ））の膜厚は約１０ｎｍであり、窒化シリコン膜１１０（図１０（ｆ））の膜厚は約５ｎｍである。
【００８６】
図１５を参照すると、常温にて堆積した酸化シリコン膜１０５の上に、堆積温度４００℃にて窒化シリコン膜１１０を堆積した場合には、側壁部１１５の開口は上端においても下端においても約２３ｎｍとほぼ等しい値となった。この結果は、側壁部１１５が傾くことなく略直立していることを示しているということができる。一方、堆積温度６３０℃にて窒化シリコン膜１１０を堆積した場合には、側壁部１１５の開口は上端において約２２ｎｍであり、下端において約１６ｎｍであった。堆積温度６３０℃の場合であっても、側壁部１１５の傾きは十分に低減されているが、堆積温度４００℃の場合の方がより好ましい結果となった。これは、図１４に示すように、堆積温度４００℃にて堆積した窒化シリコン膜に働く引っ張り応力が、堆積温度６３０℃にて堆積した窒化シリコン膜に働く引っ張り応力よりも大きいためと考えることができる。
【００８７】
なお、窒化シリコン膜１１０を堆積せずに、酸化シリコン膜１０５を常温にて堆積し、加熱処理のみを行った場合にも、側壁部１０５ａ（図３（ｈ））の傾きは十分に抑制されている。また、窒化シリコン膜１１０を堆積した際には、堆積温度まで昇温する間に、酸化シリコン膜１０５は実質的に加熱処理されている。
【００８８】
さらに、酸化シリコン膜１０５の膜厚と、窒化シリコン膜１１０の膜厚との比に関する検討を行ったので、その結果を図１６に示す。酸化シリコン膜１０５の常温堆積と加熱処理とを行った場合、酸化シリコン膜１０５の膜厚にかかわらず、側壁部１０５ａの開口幅は上端において狭いという結果になった。一方、窒化シリコン膜１１０を堆積した場合（堆積温度４００℃）には、側壁部１１５の開口幅は、窒化シリコン膜１１０の酸化シリコン膜１０５に対する相対膜厚に依存することが分かった。実験の結果では、窒化シリコン膜１１０の膜厚が５ｎｍの場合において、酸化シリコン膜１０５の膜厚が２０ｎｍのときは、側壁部１１５の開口幅は上端において狭くなっているが、窒化シリコン膜１１０の膜厚が５ｎｍのときは（窒化シリコン膜１１０が相対的に厚いときは）、上端においても下端においても略等しく、側壁部１１５が直立しているということができる。
【００８９】
以上、幾つかの実施形態および実験結果を参照しながら本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態等に限定されることなく、添付の特許請求の範囲の記載に照らし、種々に変形および変更が可能である。
【００９０】
たとえば、Ｓｉソースガスとしては、１分子内に２個のアミノ基を有するアミノシランガスを用いることができる。このようなアミノシランガスには、ＢＴＢＡＳガス、ビスジエチルアミノシラン（ＢＤＢＡＳ）、ビスジメチルアミノシラン（ＢＤＭＡＳ）ガスがある。また、Ｓｉソースガスとして、１分子内３個以上のアミノ基を有するアミノシランガス（たとえばトリスジメチルアミノシラン（３ＤＭＡＳ））や、１分子内に１個のアミノ基を有するアミノシランガスを用いることも可能である。
【００９１】
また、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜の分子層成膜のための原料ガスとして、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）などを利用してもよい。
【００９２】
なお、ウエハＷは、半導体のベアウエハのみを示すものではなく、半導体素子や集積回路パターンを製造する過程において、種々の導電パターンおよび絶縁層等が形成された半導体ウエハであってもよい。
【００９３】
また、上記のライン幅やスペース幅は一例に過ぎず、本発明の実施形態による微細パターン形成方法によってウエハＷ内または上に製造する半導体デバイスや集積回路に併せて適宜決定してよく、また、パターンも適宜決定してよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００９４】
Ｗ・・・ウエハ、１０２・・・薄膜、１０３・・・有機膜（反射防止膜）、１０４・・・レジスト膜、１０４ａ，１０４ｂ・・・レジストパターン、１０５・・・酸化シリコン膜、１０５ａ・・・側壁部、１０７・・・エッチングマスク、１１０・・・窒化シリコン膜、８０・・・ＭＬＤ装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスに用いられる微細パターンの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化が更に進み、波長１９３ｎｍの露光光によって露光可能な寸法（限界寸法）よりも更に小さい寸法を実現する技術が実用化されている。その一つにいわゆる側壁部トランスファー（ＳＷＴ）技術がある。
【０００３】
ＳＷＴ技術においては、限界寸法相当の幅を有するラインかつ／又はスペースを含むレジストパターンが形成される。次に、このレジストパターンをトリミングすることにより、限界寸法よりも狭いラインかつ／又はスペースが形成される。次いで、トリミングされたレジストパターンを覆うように酸化シリコン膜が堆積される。この酸化シリコン膜がエッチバックされると、レジストパターンの側面にのみ酸化シリコン（側壁部）が残る。その後、レジストパターンを除去すると、側壁部のみが残ることとなる。側壁部の幅は酸化シリコン膜の厚さで決まるから、限界寸法よりも小さい幅とすることができ、側壁部の間隔はトリミングされたレジストパターンのライン幅で決まるから、限界寸法よりも小さい間隔とすることができる。
【０００４】
このようにＳＷＴ技術を用いることで、露光可能な限界寸法よりも小さい寸法を含むパターンを形成することができ、更には、このパターンをエッチングマスクパターンとして使用することにより、限界寸法よりも小さい寸法を有する半導体集積回路を実現することが可能となる。
【０００５】
また、レジストとは異なる材料で所定のパターン（ライン・スペース）を形成し、このパターンを限界寸法よりも小さい幅にトリミングし、トリミング後のパターン（ライン・スペース）を利用して側壁部を形成する場合もある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−８８０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＳＷＴは、露光限界寸法よりも小さい寸法を有する半導体集積回路を製造する上で欠くことができない技術となりつつあるが、寸法が更に小さくなるに従って、側壁部の形成の基礎となったレジストパターンを除去したときに、側壁部が傾いてしまい、所望のパターンを有するエッチングマスクとして使用できない場合がある。特に、側壁部のアスペクト比が所定の値を超えると、側壁部が倒れてしまうという事態にもなる。
【０００８】
これに対処するため、レジストパターンよりも物理的強度の高い膜材料でパターン（ライン・スペース）を作製して側壁部を形成する場合には、その膜材料による膜と、この膜をパターニングするためのレジスト膜とを積層する必要が生じるため、プロセスステップ数の増加に伴うスループットの低下、歩留まりの低下、製造コストの増加といった問題が生じてしまう。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑み、側壁部形成の基礎となるパターンをレジストにより形成する場合であっても、側壁部が傾くのを抑制できる微細パターンの形成方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、基板上に形成されたエッチング対象層の上に有機膜を形成する有機膜形成ステップと、前記有機膜上にレジスト膜を形成し、該レジスト膜をパターニングするパターニングステップと、前記パターニングされたレジスト膜から露出する前記有機膜と、前記パターニングされたレジスト膜とを覆うように酸化シリコン膜を常温にて堆積する第１の堆積ステップと、前記酸化シリコンが堆積された前記基板を加熱して前記酸化シリコン膜に引っ張り応力を生じさせる処理ステップと、前記パターニングされたレジスト膜の側壁に前記酸化シリコン膜が残るように当該酸化シリコン膜をエッチングする第１のエッチングステップと、前記パターニングされたレジスト膜を除去する除去ステップとを含む、微細パターンの形成方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、側壁部形成の基礎となるパターンをレジストにより形成する場合であっても、側壁部が傾くのを抑制できる微細パターンの形成方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態による微細パターン形成方法における各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明の第１の実施形態による微細パターン形成方法を説明する図である。
【図３】図１に引き続いて、本発明の第１の実施形態による微細パターン形成方法を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による微細パターン形成方法の加熱処理工程によりウエハが反る様子を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による微細パターン形成方法に好適な分子層堆積装置を模式的に示す断面図である。
【図６】図５の分子層堆積装置の他の断面図である。
【図７】図５および図６に示す分子層堆積装置を用いて行われる、本発明の第１の実施形態による微細パターン形成方法の工程を示すタイムチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態による微細パターン形成方法における各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態による微細パターン形成方法を説明する図である。
【図１０】図９に引き続いて、本発明の第２の実施形態による微細パターン形成方法を説明する図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態による微細パターン形成方法の加熱処理工程によって生じた引っ張り応力の加熱温度依存性を検討する際に用いた応力測定装置およびその測定原理を説明する説明図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態による微細パターン形成方法の加熱処理工程によって生じた引っ張り応力の加熱温度依存性を示すグラフである。
【図１３】第１の実施形態および第２の実施形態による微細パターン形成方法の効果を確認するために行った実験の結果を示す模式図である。
【図１４】窒化シリコン膜に生じる引っ張り応力の堆積温度依存性の一例を示すグラフである。
【図１５】第１の実施形態および第２の実施形態による微細パターン形成方法の効果を確認するために更に行った実験の結果を示すグラフである。
【図１６】第１の実施形態および第２の実施形態による微細パターン形成方法の効果を確認するために更に行った実験の結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。以下の説明において、同一または対応する部材（層、膜など）は同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
（第１の実施形態）
初めに、図１から図４を参照しつつ、本発明の第１の実施形態に係る微細パターンの形成方法を説明する。
本実施形態による微細パターン形成方法は、図１に示すように、ステップＳ１０１からＳ１１０までを含む。
【００１４】
図２（ａ）に示すように、まず、薄膜１０２がウエハＷ上に形成され（図１のＳ１０１）、薄膜１０２上に有機膜１０３が形成される（Ｓ１０２）。薄膜１０２は、例えばアモルファスシリコン、ポリシリコンなどにより形成され、本実施形態においては、後にパターン化されるパターン化対象膜である。また、他の実施形態では、薄膜１０２はパターン化された後に、ウエハＷをエッチングするマスクとして利用されてもよい。薄膜１０２の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば２０〜２００ｎｍとすることができる。
【００１５】
有機膜１０３は、後にパターン化され、薄膜１０２をパターン化するためのマスクとして利用される。有機膜１０３は、本実施形態においては、有機膜１０３の上に形成されるレジスト膜１０４を露光する際にレジスト膜１０４内で生じる露光光の多重反射を防止する反射防止膜（ＢＡＲＣ：Bottom Anti-Reflecting Coating）である。有機膜１０３の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば１５０〜３００ｎｍであってよい。
【００１６】
図２（ｂ）を参照すると、有機膜１０３の上にレジスト膜１０４が形成されている（ステップＳ１０３）。レジスト膜１０４は、本実施形態においてはＡｒＦレジストで形成されている。レジスト膜１０４の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば５０〜２００ｎｍであってよい。
【００１７】
次に、レジスト膜１０４は、所定のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィによりパターン化され、図２（ｃ）に示すように、レジストパターン１０４ａが形成される（ステップＳ１０４）。レジストパターン１０４ａのライン幅ＬＬ４及びスペース幅ＳＳ４は、本実施形態では、共に例えば６０ｎｍである。
【００１８】
次いで、図２（ｄ）に示すように、レジストパターン１０４ａがトリミング（またはスリミング）され、トリミングされたレジストパターン１０４ｂが得られる（ステップＳ１０５）。トリミングの結果、レジストパターン１０４ｂのライン幅ＬＬ１は、レジストパターン１０４ａのライン幅ＬＬ４（たとえば６０ｎｍ）より狭いたとえば３０ｎｍであり、レジストパターン１０４ｂのスペース幅ＳＳ１は、レジストパターン１０４ａのスペース幅ＳＳ４（たとえば６０ｎｍ）より広いたとえば９０ｎｍである。トリミングは、特に限定されるものではないが、レジストパターン１０４ａが形成されたウエハＷをオゾンガスに晒すか、酸素含有ガスを励起することにより得られる酸素ラジカルに晒すことにより行われる。このときのウエハＷの温度は室温〜１００℃であってよい。
【００１９】
図３（ｅ）を参照すると、レジストパターン１０４ｂのスペースに露出する有機膜１０３上に、レジストパターン１０４ｂを覆うように酸化シリコン膜１０５が堆積されている（ステップＳ１０６）。酸化シリコン膜１０５の堆積は、常温雰囲気下において、好ましくは分子層堆積（ＭＬＤ）法により行われる。ＭＬＤ法によれば、下地層の形状を反映した（コンフォーマルな）堆積が可能である。このため、レジストパターン１０４ｂの側面には、この側面とほぼ平行な堆積面を有する酸化シリコン膜１０５を堆積させることができ、また、有機膜１０３上における厚さをＤとすれば、レジストパターン１０４ｂの上面および側面における厚さもほぼＤとなる。ここで、厚さＤは、特に限定されるものではなく、例えば３０ｎｍとすることができる。なお、酸化シリコン膜１０５の堆積は、たとえば５℃から３５℃までの温度範囲の所定の温度でなく、５℃から１００℃程度までの温度範囲の所定の温度で行って良い。
【００２０】
次に、常温にて堆積された酸化シリコン膜１０５を含むウエハＷが（レジストパターン１０４ｂを残したまま）たとえば１５０℃から６３０℃までの範囲の所定の温度まで加熱される（ステップＳ１０７）。常温で堆積された酸化シリコン膜１０５は、水分や不純物等を含み、比較的低い密度を有しているが、加熱により水分や不純物等が放出されると、高密度化されて収縮する。そうすると、図３（ｆ）に示すように、酸化シリコン膜１０５が堆積されたウエハＷは、上向きに凹状に反ることとなる。
【００２１】
凹状に反った膜表面には、図４に矢印で示すように、引っ張り応力が生じている。図４は酸化膜シリコンを成膜し、引き続き加熱処理をした後の状態、すなわち、側壁部が形成される前の状態を模式的に示している。このように加熱処理後の膜に生じている引っ張り応力は、加熱の前後において、たとえばレーザー光を利用してウエハＷの反りを測定することにより求めることができる。この測定については、後に説明する。
なお、上述の温度範囲でウエハＷを加熱できる限り、この加熱に使用する加熱装置は限定されないが、好適な装置の一例（図５および図６）についても後述する。
【００２２】
続けて、図３（ｇ）に示すように、酸化シリコン膜１０５をエッチバックし、有機膜１０３およびレジストパターン１０４ｂの上面の酸化シリコン膜１０５を除去すると、レジストパターン１０４ｂの側面に酸化シリコンの側壁部１０５ａが残る（ステップＳ１０８）。このエッチバックにより、ウエハＷの表面を覆う酸化シリコン膜１０５が除去されるため、膜表面に加わる引っ張り応力が減少し、ウエハＷの反りが減少する。さらにレジストパターン１０４ｂの側面に残る酸化シリコンの側壁部１０５ａには、外側に開くような力が働く。
【００２３】
なお、このエッチバックは、特に限定されるものではなく、例えば、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２等のＣＦ系ガスと、Ａｒガス等の不活性ガスとの混合ガス、またはこの混合ガスに必要に応じて酸素を添加したガス等を用いて行うことができる。ここで、説明の便宜上、レジストパターン１０４ｂと側壁部１０５ａを含むパターンを第３のパターン１０６という。第３のパターン１０６のライン幅をＬＬ３とし、スペース幅をＳＳ３とすると、
・ＬＬ３＝ＬＬ１＋Ｄ×２
・ＳＳ３＝ＳＳ１−Ｄ×２
という関係が成り立つ。本実施形態においては、
・レジストパターン１０４ｂのライン幅ＬＬ１＝３０ｎｍ、
・レジストパターン１０４ｂのスペース幅ＳＳ１＝９０ｎｍ、
・側壁部１０５ａの厚さ（幅）Ｄ＝３０ｎｍ、
であるため、
・第３のパターン１０６のライン幅ＬＬ３＝９０ｎｍ、
・第３のパターン１０６のスペース幅ＳＳ３＝３０ｎｍ、
となる。
【００２４】
次に、酸素、窒素、水素、アンモニア等のプラズマを用いたエッチングを行って、側壁部１０５ａを残したまま、レジスト膜１０４から形成されたレジストパターン１０４ｂを除去する。
【００２５】
続けて、残った側壁部１０５ａをマスクとして有機膜１０３をエッチングすると、図３（ｈ）に示すように、側壁部１０５ａ及び有機膜１０３から構成されるエッチングマスク１０７が形成される（ステップＳ１０９）。エッチングマスク１０７においては、幅ＬＬ２を有するラインと、幅ＳＳ２を有するスペースとが交互に配置される。ここで、
・ライン幅ＬＬ２＝側壁部１０５ａの幅Ｄ（＝３０ｎｍ）、
・スペース幅ＳＳ２＝レジストパターン１０４ｂのライン幅ＬＬ１＝第３のパターン１０６のスペース幅ＳＳ３（＝３０ｎｍ）
という関係が成り立つ。すなわち、エッチングマスク１０７においては、３０ｎｍの幅ＬＬ２を有するラインと、３０ｎｍの幅ＳＳ２を有するスペースとが交互に配列されている。
【００２６】
このようなエッチングマスク１０７をマスクとして薄膜１０２をエッチングすると、所望のエッチングマスクが得られる（ステップＳ１１０）。例えばアモルファスシリコン又はポリシリコンよりなる薄膜１０２のエッチングは、Ｃｌ２、Ｃｌ２＋ＨＢｒ、Ｃｌ２＋Ｏ２、ＣＦ４＋Ｏ２、ＳＦ６、Ｃｌ２＋Ｎ２、Ｃｌ２＋ＨＣｌ、ＨＢｒ＋Ｃｌ２＋ＳＦ６等のガス等のプラズマを用いて行うことができる。
【００２７】
本実施形態による微細パターン形成方法においては、エッチングマスクとして使用される側壁部１０５ａを形成するために、レジストパターン１０４ｂを覆うように酸化シリコン膜１０５が常温で堆積される。酸化シリコン膜１０５の堆積後、酸化シリコン膜１０５が形成されたウエハＷが高温（約１５０℃から約６３０℃）に加熱されるため、酸化シリコン膜１０５には二次元的な引っ張り応力が加わることとなる。これにより、レジストパターン１０４ｂを除去した後であっても、側壁部１０５ａは傾かない。すなわち、側壁部１０５ａを形成するために堆積する酸化シリコン膜１０５の基礎（土台）としてレジストパターン１０４ｂを使用しても、側壁部１０５ａの傾くのを抑制することができる。
【００２８】
また、レジストパターン１０４ｂの側壁は、下地層である有機膜１０３の表面に対して、９０°以上の角度で傾く場合がある。換言すると、たとえば図２（ｄ）において、レジストパターン１０４ｂが台形形状となる場合がある。また、レジストパターン１０４ｂの側壁が有機膜１０３の表面近傍において傾く場合（裾をひいた形状となる場合）もある。これらの場合には、側壁部１０５ａがより傾き易くなると考えられるが、本実施形態による微細パターン形成方法によれば、この場合であっても傾きを抑制することが可能である。
【００２９】
なお、上述の酸化シリコン膜１０５の堆積を常温ＣＶＤ装置において行い、酸化シリコン膜１０５が堆積されたウエハＷの加熱をアニール炉において行い、酸化シリコン膜１０５のエッチングをエッチング装置において行ってもよい（すなわち、各々の工程を別個の装置にて行ってよい）が、酸化シリコン膜１０５の（常温での）堆積とその後の加熱とを同一のＣＶＤ装置において行い、エッチングをエッチング装置において行うこともできる。また、酸化シリコン膜１０５の堆積を常温ＣＶＤ装置において行った後、その後の加熱とエッチングとを同一のエッチング装置において行ってもよい。
【００３０】
さらに、レジストパターン１０４ａのトリミング（レジストパターン１０４ｂの形成）と、酸化シリコン膜１０５の堆積と、酸化シリコン膜１０５が堆積されたウエハＷの加熱とを同一のＭＬＤ装置において行ってもよい。以下、このような処理が可能なＭＬＤ装置について説明する。
【００３１】
図５は、本実施形態に係る微細パターンの形成方法に好適なＭＬＤ装置を模式的に示す縦断面図であり、図６は、図５のＭＬＤ装置の横断面図である。
【００３２】
図４に示すように、ＭＬＤ装置８０は、下端が開口された有天井の円筒体状を有する、たとえば石英により形成される処理容器１を有している。処理容器１内の上方には、天井に石英製の天井板２が設けられている。また、処理容器１の下端開口部には、例えばステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド３がＯリング等のシール部材４を介して連結されている。
【００３３】
マニホールド３は処理容器１の下端を支持する支持部材として働くとともに、側面に設けられた複数の貫通孔にそれぞれ接続される配管から所定のガスを処理容器１内へ供給する。マニホールド３の下部には、マニホールド３の下端開口部を開閉する例えばステンレススチール製の蓋部９が例えばＯリングよりなるシール部材１２を介して連結されている。蓋部９は中央に開口を有しており、この開口を回転シャフト１０が貫通している。回転シャフト１０の上端部にはテーブル８が取り付けられ、テーブル８の上には石英製の保温筒７を介してウエハボート５が設けられている。ウエハボート５は３本の支柱６を有し（図６参照）、支柱６に形成された溝により多数枚のウエハＷが支持される。回転シャフト１０が図示しない回転機構により中心軸の周りに回転することにより、ウエハボート５もまた回転することができる。
【００３４】
回転シャフト１０の下端部は、図示しない昇降機構により上下動可能に指示されるアーム１３に取り付けられている。アーム１３の上下動により、ウエハボート５が処理容器１内へ搬入され、搬出される。なお、回転シャフト１０と蓋部９の開口との間には磁性流体シール１１が設けられ、これにより処理容器１が密閉される。
【００３５】
また、ＭＬＤ装置８０は、処理容器１内へ酸素含有ガス、例えばＯ２ガスを供給する酸素含有ガス供給機構１４と、処理容器１内へＳｉソースガスを供給するＳｉソースガス供給機構１５と、処理容器１内へパージガスとして不活性ガス、例えばＮ２ガスを供給するパージガス供給機構１６とを有している。
【００３６】
酸素含有ガス供給機構１４は、酸素含有ガス供給源１７と、酸素含有ガス供給源１７から酸素含有ガスを導く酸素含有ガス配管１８と、酸素含有ガス配管１８に接続され、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる石英管よりなる酸素含有ガス分散ノズル１９とを有している。酸素含有ガス分散ノズル１９の垂直部分には、複数のガス吐出孔１９ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔１９ａから水平方向に処理容器１に向けてほぼ均一に酸素含有ガスを吐出することができる。
【００３７】
また、Ｓｉソースガス供給機構１５は、Ｓｉソースガス供給源２０と、Ｓｉソースガス供給源２０からＳｉソースガスを導くＳｉソースガス配管２１と、Ｓｉソースガス配管２１に接続され、マニホールド３の側壁を内側へと貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる石英管よりなるＳｉソースガス分散ノズル２２とを有している。図示の例では、２本のＳｉソースガス分散ノズル２２が設けられており（図６参照）、各Ｓｉソースガス分散ノズル２２には、その長さ方向に沿って複数のガス吐出孔２２ａが所定の間隔を隔てて形成されている。これにより、各ガス吐出孔２２ａから水平方向に処理容器１内にほぼ均一に有機シリコンを含むＳｉソースガスを吐出することができる。なお、Ｓｉソースガス分散ノズル２２は１本のみであってもよい。
【００３８】
さらに、パージガス供給機構１６は、パージガス供給源２３と、パージガス供給源２３からパージガスを導くパージガス配管２４と、パージガス配管２４に接続され、マニホールド３の側壁を貫通して設けられたパージガスノズル２５とを有している。パージガスとしては不活性ガスやＮ２ガスを好適に用いることができる。
【００３９】
酸素含有ガス配管１８、Ｓｉソースガス配管２１、パージガス配管２４には、それぞれ開閉弁１８ａ、２１ａ、２４ａおよびマスフローコントローラのような流量制御器１８ｂ、２１ｂ、２４ｂが設けられている。これらにより、酸素含有ガス、Ｓｉソースガスおよびパージガスをそれぞれ流量制御しつつ供給することができる。
【００４０】
処理容器１の側壁の一部には、酸素含有ガスのプラズマを形成するプラズマ生成機構３０が形成されている。このプラズマ生成機構３０は、処理容器１の側壁に上下に細長く形成された開口３１と、開口３１を外側から覆うように処理容器１の外壁に気密に溶接されたプラズマ区画壁３２とを有している。プラズマ区画壁３２は、断面凹部状をなし上下に細長く形成され、例えば石英で形成されている。また、プラズマ生成機構３０は、このプラズマ区画壁３２の両側壁の外面に上下方向に沿って互いに対向するようにして配置された細長い一対のプラズマ電極３３と、プラズマ電極３３に給電ライン３４を介して接続されプラズマ電極３３へ高周波電力を供給する高周波電源３５とを有している。そして、プラズマ電極３３に高周波電源３５からプラズマ電極３３へ例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加することにより酸素含有ガスのプラズマを発生させることができる。なお、この高周波電圧の周波数は、１３．５６ＭＨｚに限定されず、他の周波数、例えば４００ｋＨｚ等であってもよい。
【００４１】
上記のようなプラズマ区画壁３２を形成することにより、処理容器１の側壁の一部が凹部状に外側へ窪ませた状態となり、プラズマ区画壁３２の内部空間は処理容器１の内部空間に連通される。また、開口３１は、ウエハボート５に保持されている全てのウエハＷを高さ方向においてカバーできるように上下方向に十分に長く形成されている。
【００４２】
酸素含有ガス分散ノズル１９は、処理容器１内を上方向に延びる途中で処理容器１の半径方向外方へ屈曲されて、プラズマ区画壁３２の直立面に沿って上方に向けて伸びている。このため、高周波電源３５からプラズマ電極３３へ高周波電圧が印加され、両電極３３間に高周波電界が形成されると、酸素含有ガス分散ノズル１９のガス吐出孔１９ａから吐出された酸素ガスがプラズマ化されて処理容器１の中心に向かって流れる。
【００４３】
プラズマ区画壁３２の外側には、これを覆うようにして例えば石英よりなる絶縁保護カバー３６が取付けられている。また、この絶縁保護カバー３６の内側部分には、図示しない冷媒通路が設けられており、例えば冷却された窒素ガスを流すことによりプラズマ電極３３を冷却し得るようになっている。
【００４４】
２本のＳｉソースガス分散ノズル２２は、処理容器１の側壁の開口３１を挟む位置に起立して設けられており、Ｓｉソースガス分散ノズル２２に形成された複数のガス吐出孔２２ａから処理容器１の中心方向に向けてＳｉソースガスを吐出することができる。Ｓｉソースガスとしては、１分子内に１個または２個のアミノ基を有するアミノシランガスであってよい。
【００４５】
一方、処理容器１の開口３１に対向する部分には、処理容器１内を排気するための排気口３７が設けられている。この排気口３７は処理容器１の側壁を上下方向へ削り取ることによって細長く形成されている。処理容器１の外側には、排気口３７を覆うように断面凹部状に成形された排気口カバー部材３８が溶接により取り付けられている。排気口カバー部材３８は、処理容器１の側壁に沿って上方に延びており、処理容器１の上方にガス出口３９を画定している。そして、ガス出口３９を通して、図示しない真空ポンプ等を含む真空排気機構により処理容器１内が排気される。
【００４６】
また、処理容器１の外周を囲むように、処理容器１およびその内部のウエハＷを加熱する筐体状の加熱ユニット４０が設けられている。なお、図６においては、加熱ユニット４０を省略している。
【００４７】
ＭＬＤ装置８０の各構成部の制御、例えばバルブ１８ａ、２１ａ、２４ａの開閉による各ガスの供給・停止、マスフローコントローラ１８ｂ、２１ｂ、２４ｂによるガス流量の制御、および高周波電源３５のオン・オフ制御、加熱ユニット４０の制御等は例えばマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ５０により行われる。コントローラ５０には、工程管理者がＭＬＤ装置８０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、ＭＬＤ装置８０の稼働状況を表示するディスプレイ等からなるユーザインターフェース５１が接続されている。
【００４８】
また、コントローラ５０には、ＭＬＤ装置８０で実行される各種処理をコントローラ５０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ＭＬＤ装置８０の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部５２が接続されている。レシピは記憶部５２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。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ようにしてもよい。
【００４９】
そして、必要に応じて、ユーザインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してコントローラ５０に実行させることで、コントローラ５０の制御下で、ＭＬＤ装置８０での所望の処理が行われる。
【００５０】
次に、図５から図７を参照しながら、ＭＬＤ装置８０において、上述のレジストパターン１０４ａのトリミング、酸化シリコン膜１０５の堆積、およびウエハＷの加熱を行う手順について説明する。
（トリミング）
たとえば５０〜１００枚のウエハＷ（たとえば直径３００ｍｍを有するシリコンウエハ）が搭載されたウエハボート５を処理容器１内に下端開口部から搬入した後、この下端開口部を蓋部９で封じる。処理容器１内をＮ２ガスでパージした後、酸素含有ガス供給機構１４から酸素含有ガス分散ノズル１９を通して処理容器１内へたとえばＯ２ガスを供給するとともに、ガス出口３９を通して図示しない真空排気機構により処理容器１内を排気し、処理容器１内を所定のプロセス圧力に維持する（図７の時点Ｔ１）。また、必要に応じて、ウエハボート５を回転させる。
【００５１】
続いて、プラズマ生成機構３０の高周波電源３５からプラズマ電極３３へ高周波電力を供給し、ウエハＷ上に形成されるレジストパターン１０４ａのトリミングを開始する（図７の時点Ｔ２）。高周波電力の供給により、プラズマ区画壁３２内において酸素プラズマが着火する。酸素プラズマ中で励起される酸素ラジカル等はウエハボート５に向かって流れ、これにより、ウエハボート５に保持されるウエハＷが酸素ラジカルに晒される。そうすると、このときウエハＷの表面に露出しているレジストパターン１０４ａが酸素ラジカルにより灰化され、レジストパターン１０４ａがトリミングされて、レジストパターン１０４ｂが得られる。
【００５２】
このトリミングの条件を例示すると、酸素含有ガス（Ｏ２ガス）の流量は、ウエハボート５に搭載されるウエハＷの枚数によっても異なるが１００〜２００００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）であり、処理容器１内の圧力は１３．３〜６６５Ｐａであり、高周波電源３５の周波数は１３．５６ＭＨｚであり、高周波電力は５〜１０００Ｗであり、トリミング時間は１〜７２００秒である。また、酸素含有ガスとしては、Ｏ２ガスの他、ＮＯガス、Ｎ２Ｏガス、Ｈ２Ｏガス、Ｏ３ガスを使用してよい。なお、トリミング中のウエハＷの温度は、室温〜３００℃であってよいが、以下に説明するように、引き続いて行われる酸化シリコン膜１０５が常温で堆積されることから、常温であると好ましい。温度調整に要する時間を省くことができ、スループットを高くすることができるからである。
（酸化シリコン膜１０５の堆積）
次に、レジストパターン１０４ａのトリミングに引き続いてＭＬＤ装置８０において行われる酸化シリコン膜１０５の堆積について図５から図７までを参照しながら説明する。
まず、プラズマ電極３３（図５および図６）への高周波電力の供給を停止した後（時点Ｔ３）、パージガス供給機構１６のパージガス供給源２３からパージガス配管２４およびパージガスノズル２５を介してパージガス（Ｎ２ガス）を供給することにより、トリミングに利用したＯ２ガスを処理容器１からパージする。このときのパージガス流量はたとえば０．１〜１００００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）であってよく、パージ時間は１〜７２００秒であってよい。
【００５３】
引続き処理容器１内を所定のプロセス圧力に維持するとともに、ウエハＷの温度を常温に維持し、ウエハボート５を回転させ、成膜処理を開始する（時点Ｔ４）。
図７に示すように、本実施形態においては、有機シリコンを含むＳｉソースガスを処理容器１内に流してＳｉソースをウエハＷに吸着させる工程ＳＳｉと、処理容器１内のＳｉソースガスをＮ２ガスでパージする工程ＰＳｉと、酸素含有ガスを励起させることにより生成された酸素ラジカルにウエハＷを晒すことにより、ウエハＷに吸着したＳｉソースガスを酸化させる工程Ｓｏと、処理容器１内の酸素ラジカルや酸素ガスをＮ２ガスでパージする工程Ｐｏとを有するサイクルが繰り返される。これにより、Ｓｉソースガスと酸素ラジカルとが処理容器１内の気相中において反応することなく、ウエハＷ上に分子層レベルで吸着したＳｉソースガスが酸素ラジカルによって（ウエハ温度が常温であっても）酸化され、酸化シリコン膜１０５がウエハＷ上に形成される。しかも、１サイクルごとに一分子層（または数分子層）の酸化シリコン層が堆積され得るため、サイクル数によって酸化シリコン膜１０５の厚さＤを制御することができる。
【００５４】
本実施形態においては、具体的には、ＳｉソースガスはＢＴＢＡＳガスであり、その流量は１０〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、ＢＴＢＡＳを供給する工程ＳＳｉの所要時間は１〜６００秒であってよい。また、酸素ラジカルを生成するためのＯ２ガスの流量は１００〜２００００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、酸素ラジカルによりウエハＷに吸着するＢＴＢＡＳガスを酸化する工程Ｓｏの所要時間は１〜６００秒であってよい。また、工程Ｓｏにおいて、高周波電源３５からプラズマ電極３３へ供給される高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚ、電力は５〜１０００Ｗであってよい。さらに、工程ＳＳｉと工程Ｓｏにおける処理容器１内の圧力は１３．３〜６６５Ｐａであってよい。
【００５５】
また、パージの工程ＰＳｉおよびＰｏにおいては、パージガスとしてのＮ２ガスの流量は０．１〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、所要時間は１〜６０秒、処理容器１内の圧力は０．１３３〜６６５Ｐａであってよい。
【００５６】
酸化シリコン膜１０５の厚さＤを実現するサイクル数に達した時点で、酸化シリコン膜１０５の堆積を終了させる。
（酸化シリコン膜１０５の加熱）
次に、酸化シリコン膜１０５の堆積に引き続いてＭＬＤ装置８０において行われる酸化シリコン膜１０５の加熱について説明する。
酸化シリコン膜１０５の堆積の終了後、ウエハＷ（ウエハボート５）を処理装置１内に残したまま、パージガス供給機構からパージガスノズル２５を通してＮ２ガスを供給することにより、処理容器１内をパージするとともに、処理容器１内の圧力をたとえば１３．３〜１０．１×１０４Ｐａまでの圧力に維持する。次に、加熱ユニット４０への供給電力を開始し（時点Ｔ５）、ウエハ温度をたとえば１５０℃から６３０℃までの範囲の所定の温度に維持する。所定の温度に維持した後、たとえば１〜３６００秒までの範囲の所定の期間ウエハＷを加熱すると、ウエハＷ上の酸化シリコン膜１０５が高密度化される。
この後、加熱ユニット４０への電力供給を停止して酸化シリコン膜１０５の加熱を終了し（時点Ｔ６）、ウエハボート５を処理容器１から搬出することによりウエハＷを取り出す。
【００５７】
以上のように、ＭＬＤ装置８０によれば、レジストパターン１０４ａのトリミング（レジストパターン１０４ｂの形成）、酸化シリコン膜１０５の堆積、および酸化シリコン膜１０５の加熱を連続して行うことができるから、各処理装置間でのウエハＷの搬入出に伴うウエハの汚染の心配がない。また、ウエハＷの搬入出に要する時間を節約することができるため、スループットを高くすることができる。
（第２の実施形態）
次に、図８から図１０までを参照しながら、本発明の第２の実施形態による微細パターン形成方法について説明する。本実施形態による微細パターン形成方法は、図８に示すように、ステップＳ８０１からＳ８１０までを含む。
【００５８】
図９（ａ）に示すように、まず、薄膜１０２がウエハＷ上に形成され（図８のＳ８０１）、薄膜１０２上に有機膜１０３が形成される（Ｓ８０２）。薄膜１０２は、例えばアモルファスシリコン、ポリシリコンなどにより形成され、本実施形態においては、後にパターン化されるパターン化対象膜である。また、他の実施形態では、薄膜１０２はパターン化された後に、ウエハＷをエッチングするマスクとして利用されてもよい。薄膜１０２の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば２０〜２００ｎｍとすることができる。
【００５９】
有機膜１０３は、後にパターン化され、薄膜１０２をパターン化するためのマスクとして利用される。有機膜１０３は、本実施形態においては、有機膜１０３の上に形成されるレジスト膜１０４を露光する際にレジスト膜１０４内で生じる露光光の多重反射を防止する反射防止膜（ＢＡＲＣ：Bottom Anti-Reflecting Coating）である。有機膜１０３の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば１５０〜３００ｎｍであってよい。
【００６０】
図９（ｂ）を参照すると、有機膜１０３の上にレジスト膜１０４が形成されている（ステップＳ８０３）。レジスト膜１０４は、本実施形態においてはＡｒＦレジストで形成されている。レジスト膜１０４の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば５０〜２００ｎｍであってよい。
【００６１】
次に、レジスト膜１０４は、所定のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィによりパターン化され、図９（ｃ）に示すように、レジストパターン１０４ａが形成される（ステップＳ８０４）。レジストパターン１０４ａのライン幅ＬＬ４及びスペース幅ＳＳ４は、本実施形態では、共に例えば６０ｎｍである。
【００６２】
次いで、図９（ｄ）に示すように、レジストパターン１０４ａがトリミング（またはスリミング）され、トリミングされたレジストパターン１０４ｂが得られる（ステップＳ８０５）。トリミングの結果、レジストパターン１０４ｂのライン幅ＬＬ１は、レジストパターン１０４ａのライン幅ＬＬ４（たとえば６０ｎｍ）より狭いたとえば３０ｎｍであり、レジストパターン１０４ｂのスペース幅ＳＳ１は、レジストパターン１０４ａのスペース幅ＳＳ４（たとえば６０ｎｍ）より広いたとえば９０ｎｍである。トリミングは、特に限定されるものではないが、レジストパターン１０４ａが形成されたウエハＷをオゾンガスに晒すか、酸素含有ガスを励起することにより得られる酸素ラジカルに晒すことにより行われる。このときのウエハＷの温度は室温〜１００℃であってよい。
【００６３】
図１０（ｅ）を参照すると、レジストパターン１０４ｂのスペースに露出する有機膜１０３上に、レジストパターン１０４ｂを覆うように酸化シリコン膜１０５が堆積されている（ステップＳ８０６）。酸化シリコン膜１０５の堆積は、常温雰囲気下において、好ましくは分子層堆積（ＭＬＤ）法により行われる。ＭＬＤ法によれば、下地層の形状を反映した（コンフォーマルな）堆積が可能である。このため、レジストパターン１０４ｂの側面には、この側面とほぼ平行な堆積面を有する酸化シリコン膜１０５を堆積させることができ、また、有機膜１０３上における厚さをＤ１とすれば、レジストパターン１０４ｂの上面および側面における厚さもほぼＤ１となる。ここで、厚さＤ１は、特に限定されるものではなく、例えば１５ｎｍとすることができる。
【００６４】
次に、図１０（ｆ）に示すように、酸化シリコン膜１０５の上に窒化シリコン膜１１０が堆積される。このときのウエハＷの温度はたとえば３００〜６３０℃の範囲の温度でよく、好ましくは３００〜４００℃までの範囲の温度でよく、たとえば約３００℃であると更に好ましい。また、本実施形態では、窒化シリコン１１０の厚さは、下地層の酸化シリコン膜１０５の厚さＤ１との合計が厚さＤ（３０ｎｍ）となるように調整される。すなわち、本実施形態においては、酸化シリコン膜１０５の厚さと窒化シリコン膜１１０の厚さとの比は１：１である。
【００６５】
なお、窒化シリコン膜１１０の堆積にもＭＬＤ装置８０を利用することができる。これによれば、窒化シリコン膜１１０もまた分子層成長によってコンフォーマルな形状を有することができ、後のエッチバックにより形成される側壁部１０５ａの側面を有機膜１０３の上面に対して直立させることができる。また、常温での酸化シリコン膜１０５の堆積の後、ウエハＷ（ウエハボート５）を搬出することなく、ウエハＷの温度を調整し、続けて窒化シリコン膜１１０を堆積することができる。この場合、窒化シリコンの堆積のためのＳｉソースガスとして、酸化シリコン膜１０５の堆積に用いたＢＴＢＡＳガスを用いることができ、ウエハＷ上の酸化シリコン膜１０５に吸着したＢＴＢＡＳガスを窒化する窒化ガスとして、アンモニア（ＮＨ３）やヒドラジン（Ｎ２Ｈ２）などを用いることができる。また、図５および図６に示すＭＬＤ装置８０を用いる場合には、酸素含有ガス供給機構１４と同様の構成を有する窒化ガス供給機構を追加する必要があることは勿論である。
【００６６】
次に、図１０（ｇ）に示すように、酸化シリコン膜１０５と窒化シリコン膜１１０の２層膜をエッチバックし、レジストパターン１０４ｂおよび有機膜１０３の上の２層膜を除去すると、レジストパターン１０４ｂと、酸化シリコン膜１０５に由来する側壁部１０５ａと、および窒化シリコン膜１１０に由来する側壁部１１０ａとを含む第３のパターン１０６が得られる。上述のとおり、酸化シリコン膜１０５および窒化シリコン膜１１０の合計の厚さがＤであるため、第３のパターン１０６のライン幅ＬＬ３（またはスペース幅ＳＳ３）は、第１の実施形態における第３のパターン１０６のライン幅ＬＬ３（またはスペース幅ＳＳ３）と等しくなる。
【００６７】
続けて、第１の実施形態において説明した方法と同じ方法でレジストパターン１０４ｂを除去し、これにより有機膜１０３の上に残った側壁部１０５ａ、１１０ａにより有機膜１０３をエッチングすると、図１０（ｈ）に示すように、エッチングマスク１０７が得られる。なお、説明の便宜上、以下の説明においては、側壁部１０５ａ、１１０ａを区別することなく側壁部１１５と称す。
【００６８】
本実施形態による微細パターン形成方法においては、エッチングマスクとして利用される側壁部１１５が、レジストパターン１０４を覆うように堆積される酸化シリコン膜１０５と、この上に堆積される窒化シリコン膜１１０とから形成される。レジストパターン１０４上に常温で堆積される酸化シリコン膜１０５の上に、窒化シリコン膜１１０が堆積されるため、酸化シリコンと窒化シリコンとの熱膨張係数の相違により、酸化シリコン膜１０５には二次元的な引っ張り応力が加わることとなる。このため、側壁部１１５が傾くのを抑制することができる。すなわち、側壁部１１５の形成のための基礎（土台）としてレジストパターン１０５ａを使用することが可能となる。
【００６９】
また、常温で堆積された酸化シリコン膜１０５の上に高温で窒化シリコン膜１１０を堆積するため、酸化シリコン膜１０５に対して実質的に加熱処理が行われることとなる。このため、加熱処理による高密度化に伴う引っ張り応力に加えて、窒化シリコン膜１１０による引っ張り応力が酸化シリコン膜１０５に加わることとなる。したがって、エッチバックにより側壁部１１５を形成した後、レジストパターン１０４ｂを除去しても、側壁部１１５が傾くのをより確実に抑制することができる。
【００７０】
続いて、本発明の実施形態の効果を確認するために行った実験とその結果について説明する。この実験においては、汎用されている薄膜ストレス測定装置を用いて酸化シリコン膜に加わる引っ張り応力を測定した。始めに、この測定に使用した測定装置の概略および測定原理について説明する。
【００７１】
図１１は、応力の測定に使用した測定装置の概略図である。図示のとおり、測定装置７０は、ウエハＷが載置されるステージＳと、ステージＳ上に載置されるウエハＷにレーザー光Ｌを照射するレーザー素子ＬＤと、レーザー素子ＬＤからのレーザー光Ｌを反射してウエハＷの表面に照射するミラーＭと、ウエハＷの表面で反射したレーザー光Ｌを検出する検出器ＰＤとを含んでいる。また、測定装置７０には、レーザー素子ＬＤ、ミラーＭ、および検出器ＰＤ等を制御するとともに、ミラーＭおよび検出器ＰＤのウエハＷに対する位置から下記の反射角θを求める制御部（図示せず）が含まれる。ミラーＭは、制御部からの指示信号により、ウエハＷの表面のほぼ全面に対して垂直方向からレーザー光Ｌを照射できるように移動することができ、またウエハＷに対する角度が調整されるように構成されている。また、検出器ＰＤはミラーＭの移動に併せて移動することができ、これにより、ウエハＷからの反射レーザー光Ｌを検出することができる。
【００７２】
ミラーＭを移動しながらウエハＷからの反射レーザー光Ｌを検出器ＰＤにより検出すると、各測定点におけるレーザー光Ｌの反射角θを求めることができる。これにより、ウエハＷの平均曲率Ｒが求められる。このようにして、酸化シリコン膜１０５の堆積後のウエハＷの平均曲率Ｒｂと、酸化シリコン膜１０５の加熱後（または窒化シリコン膜１１０の堆積後）のウエハＷの平均曲率Ｒａとを求めると、以下の関係式（１）から酸化シリコン膜１０５に加わる応力σを計算することができる。
【００７３】
【数１】
ここで、
Ｅｗ：ウエハＷの弾性率
νｗ：ウエハＷのポアソン比
ｔｗ：ウエハＷの厚さ
ｔｆ：酸化シリコン膜１０５の厚さ
次に、図１２を参照しながら、加熱処理工程（図１のステップＳ１０７、図３（ｆ））によって、常温で堆積した酸化シリコン膜１０５に加わることとなった引っ張り応力の熱処理温度依存性について説明する。
【００７４】
まず、直径３００ｍｍを有するベアウエハを３枚用意し、これらの上に常温にて１７．５ｎｍの膜厚を有する酸化シリコン膜を堆積した。このとき、シリコン原料ガスの供給量等の堆積条件は３枚のウエハに対して同一とした。次に、これらの３枚のうちの一枚のウエハを約３００℃で加熱処理し、他の一枚のウエハを約４５０℃で加熱処理し、残りの一枚のウエハを約６３０℃で加熱処理した。また、加熱処理の前後で、上述のようにウエハの反りを測定し、上記の（１）式に基づいて、酸化シリコン膜に加わることとなった引っ張り応力を算出した。なお、酸化シリコン膜の常温での堆積の前後において、ウエハの反りを測定し、酸化シリコン膜の堆積によりウエハに生じた引っ張り応力を求めた。
【００７５】
図１２を参照すると、酸化シリコン膜の堆積後には引っ張り応力は殆ど加わっていないが（左端欄参照）、加熱処理後には比較的大きな引っ張り応力が加わることが分かる。しかも、加熱処理温度を約３００℃、約４５０℃、および約６３０℃へと高くするに従って、酸化シリコン膜に加わる引っ張り応力が大きくなることが分かる。これは、加熱処理の温度が高くなるとともに、常温で堆積した酸化シリコン膜中の水分や不純物等が放出され、より緻密化されるためと考えることができる。
【００７６】
次に、図１３を参照しながら、本発明の第１の実施形態および第２の実施形態の効果を確認するために行った実験の結果について説明する。図１３は、実験により得た試料を走査型顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した観察結果を模式的に示している。
【００７７】
図１３において、「加熱処理なし」で示される１番上の行は、左から、レジストパターン１０４ｂを覆うように常温で酸化シリコン膜１０５（厚さ１７.５ｎｍ）を堆積した後の断面、加熱処理を行わずに酸化シリコン膜１０５をエッチバックした後の断面、および、レジストパターン１０４ｂを除去した後の断面を模式的に示している。すなわち、図１におけるステップＳ１０６、Ｓ１０８、およびＳ１０９を順次行ったときの各ステップの後の断面を示しており、加熱処理（ステップＳ１０７）を行わない比較例に相当する。
【００７８】
「加熱処理あり」で示される中央の行は、左から、レジストパターン１０４ｂを覆うように常温で酸化シリコン膜１０５を堆積し、加熱処理を行った後の断面、加熱処理後に酸化シリコン膜１０５をエッチバックした後の断面、および、レジストパターン１０４ｂを除去した後の断面を模式的に示している。すなわち、図１におけるステップＳ１０６、Ｓ１０７、Ｓ１０８、およびＳ１０９を順次行ったときのステップＳ１０７、Ｓ１０８、およびＳ１０９の各ステップの後の断面を示しており、第１の実施形態に相当する。
【００７９】
「ＳｉＮ膜堆積」で示される１番下の行は、左から、レジストパターン１０４ｂを覆うように常温で酸化シリコン膜１０５を堆積し、この酸化シリコン膜１０５上に窒化シリコン膜１１０を堆積した後の断面、窒化シリコン膜１１０および酸化シリコン膜１０５をエッチバックした後の断面、および、レジストパターン１０４ｂを除去した後の断面を模式的に示している。すなわち、図８におけるステップＳ８０７、Ｓ８０８、およびＳ８０９を順次行ったときの各ステップの後の断面を示しており、第２の実施形態に相当する。
【００８０】
図１３を参照すると、加熱処理を行わない場合には、エッチバックの後に、一つのレジストパターン１０４ｂの両側の側壁部１０５ａが互いに傾き、レジストパターン１０４ｂと両側の側壁部１０５ａが全体として台形状の断面を有している。
【００８１】
一方、「加熱処理あり」の場合には、エッチバックの後において２つの側壁部１０５ａの傾きが抑制されており、そのため、これらの間のレジストパターン１０４ｂを除去した後において、側壁部１０５ａの先端部がやや内側に湾曲しているものの、２つの側壁部１０５ａの間隔は、「加熱処理なし」の場合における間隔に比べて広くなっている。すなわち、本発明の第１の実施形態によれば、レジストパターン１０４ｂを基礎（土台）として側壁部１０５ａを形成した場合であっても、側壁部１０５ａの傾きが抑制されることがわかる。したがって、均一なライン幅とスペース幅を有するパターンを形成することが可能となる。
【００８２】
さらに、「ＳｉＮ膜堆積」の場合には、２つの側壁部１０５ａはほぼ直立し、先端部における湾曲も見られない。このことから第２の実施形態の効果が理解される。
【００８３】
次に、本発明の実施形態の効果を更に確認するため更に行った実験の結果について説明する。
図１４は、窒化シリコン膜に加わる引っ張り応力の堆積温度依存性を示すグラフである。この実験では、上述の測定装置７０（図１１）を用いて、ベアウエハ上に窒化シリコン膜を堆積する前後においてウエハの反りを測定し、式（１）に基づいて、堆積した窒化シリコン膜中に働く引っ張り応力を求めた。なお、窒化シリコン膜の膜厚は約５ｎｍとした。
【００８４】
このグラフに示すように、約４５０℃から約５２０℃までの範囲の堆積温度で窒化シリコン膜を堆積した場合、その窒化シリコン膜には、約１．５ＧＰａといった比較的大きな引っ張り応力が働いていることが分かる。また、堆積温度が４００℃および５５０℃程度であっても約１．２ＧＰａという引っ張り応力が働いている。すなわち、このような温度範囲で窒化シリコン膜を堆積することによって、側壁部１１５の傾きがより抑制されることが期待される。
【００８５】
図１５は、レジストパターン１０４ｂ（図１０（ｇ））を除去した後の側壁部１１５の開口幅ＣＤの測定結果を示す。ここで、Top CDは、側壁部１１５の開口の上端における開口幅を示し、Bottom CDは、側壁部１１５の開口の下端における開口幅（下地層に沿った幅）を示している。また、図３（ｇ）におけるレジストパターン１０４ｂを除去した後の側壁部１０５ｂの開口幅も合わせて示した（図１５の「酸化シリコン膜＋加熱処理」を参照）。なお、常温にて堆積した酸化シリコン膜１０５（図１０（ｅ））の膜厚は約１０ｎｍであり、窒化シリコン膜１１０（図１０（ｆ））の膜厚は約５ｎｍである。
【００８６】
図１５を参照すると、常温にて堆積した酸化シリコン膜１０５の上に、堆積温度４００℃にて窒化シリコン膜１１０を堆積した場合には、側壁部１１５の開口は上端においても下端においても約２３ｎｍとほぼ等しい値となった。この結果は、側壁部１１５が傾くことなく略直立していることを示しているということができる。一方、堆積温度６３０℃にて窒化シリコン膜１１０を堆積した場合には、側壁部１１５の開口は上端において約２２ｎｍであり、下端において約１６ｎｍであった。堆積温度６３０℃の場合であっても、側壁部１１５の傾きは十分に低減されているが、堆積温度４００℃の場合の方がより好ましい結果となった。これは、図１４に示すように、堆積温度４００℃にて堆積した窒化シリコン膜に働く引っ張り応力が、堆積温度６３０℃にて堆積した窒化シリコン膜に働く引っ張り応力よりも大きいためと考えることができる。
【００８７】
なお、窒化シリコン膜１１０を堆積せずに、酸化シリコン膜１０５を常温にて堆積し、加熱処理のみを行った場合にも、側壁部１０５ａ（図３（ｈ））の傾きは十分に抑制されている。また、窒化シリコン膜１１０を堆積した際には、堆積温度まで昇温する間に、酸化シリコン膜１０５は実質的に加熱処理されている。
【００８８】
さらに、酸化シリコン膜１０５の膜厚と、窒化シリコン膜１１０の膜厚との比に関する検討を行ったので、その結果を図１６に示す。酸化シリコン膜１０５の常温堆積と加熱処理とを行った場合、酸化シリコン膜１０５の膜厚にかかわらず、側壁部１０５ａの開口幅は上端において狭いという結果になった。一方、窒化シリコン膜１１０を堆積した場合（堆積温度４００℃）には、側壁部１１５の開口幅は、窒化シリコン膜１１０の酸化シリコン膜１０５に対する相対膜厚に依存することが分かった。実験の結果では、窒化シリコン膜１１０の膜厚が５ｎｍの場合において、酸化シリコン膜１０５の膜厚が２０ｎｍのときは、側壁部１１５の開口幅は上端において狭くなっているが、窒化シリコン膜１１０の膜厚が５ｎｍのときは（窒化シリコン膜１１０が相対的に厚いときは）、上端においても下端においても略等しく、側壁部１１５が直立しているということができる。
【００８９】
以上、幾つかの実施形態および実験結果を参照しながら本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態等に限定されることなく、添付の特許請求の範囲の記載に照らし、種々に変形および変更が可能である。
【００９０】
たとえば、Ｓｉソースガスとしては、１分子内に２個のアミノ基を有するアミノシランガスを用いることができる。このようなアミノシランガスには、ＢＴＢＡＳガス、ビスジエチルアミノシラン（ＢＤＢＡＳ）、ビスジメチルアミノシラン（ＢＤＭＡＳ）ガスがある。また、Ｓｉソースガスとして、１分子内３個以上のアミノ基を有するアミノシランガス（たとえばトリスジメチルアミノシラン（３ＤＭＡＳ））や、１分子内に１個のアミノ基を有するアミノシランガスを用いることも可能である。
【００９１】
また、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜の分子層成膜のための原料ガスとして、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）などを利用してもよい。
【００９２】
なお、ウエハＷは、半導体のベアウエハのみを示すものではなく、半導体素子や集積回路パターンを製造する過程において、種々の導電パターンおよび絶縁層等が形成された半導体ウエハであってもよい。
【００９３】
また、上記のライン幅やスペース幅は一例に過ぎず、本発明の実施形態による微細パターン形成方法によってウエハＷ内または上に製造する半導体デバイスや集積回路に併せて適宜決定してよく、また、パターンも適宜決定してよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００９４】
Ｗ・・・ウエハ、１０２・・・薄膜、１０３・・・有機膜（反射防止膜）、１０４・・・レジスト膜、１０４ａ，１０４ｂ・・・レジストパターン、１０５・・・酸化シリコン膜、１０５ａ・・・側壁部、１０７・・・エッチングマスク、１１０・・・窒化シリコン膜、８０・・・ＭＬＤ装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたエッチング対象層の上に有機膜を形成する有機膜形成ステップと、
前記有機膜上にレジスト膜を形成し、該レジスト膜をパターニングするパターニングステップと、
前記パターニングされたレジスト膜から露出する前記有機膜と、前記パターニングされたレジスト膜とを覆うように酸化シリコン膜を常温にて堆積する第１の堆積ステップと、
前記酸化シリコンが堆積された前記基板を加熱して前記酸化シリコン膜に引っ張り応力を生じさせる処理ステップと、
前記パターニングされたレジスト膜の側壁に前記酸化シリコン膜が残るように当該酸化シリコン膜をエッチングする第１のエッチングステップと、
前記パターニングされたレジスト膜を除去する除去ステップと
を含む、微細パターンの形成方法。
【請求項２】
前記処理ステップにおいて加熱された前記酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を堆積する第２の堆積ステップを更に含む、請求項１に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項３】
前記除去ステップの後に、前記有機膜上に残る前記酸化シリコン膜を用いて、前記エッチング対象層をエッチングする第２のエッチングステップを更に含む、請求項１に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項４】
前記第２のエッチングステップにおいてエッチングされた前記エッチング対象層をエッチングマスクとして前記基板をエッチングする第１の基板エッチングステップを更に含む、請求項３に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項５】
前記除去ステップの後に、前記有機膜上に残る前記酸化シリコン膜および前記窒化シリコン膜を用いて、前記エッチング対象層をエッチングする第３のエッチングステップを更に含む、請求項２に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項６】
前記第３のエッチングステップにおいてエッチングされた前記エッチング対象層をエッチングマスクとして前記基板をエッチングする第２の基板エッチングステップを更に含む、請求項５に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項１】
基板上に形成されたエッチング対象層の上に有機膜を形成する有機膜形成ステップと、
前記有機膜上にレジスト膜を形成し、該レジスト膜をパターニングするパターニングステップと、
前記パターニングされたレジスト膜から露出する前記有機膜と、前記パターニングされたレジスト膜とを覆うように酸化シリコン膜を常温にて堆積する第１の堆積ステップと、
前記酸化シリコンが堆積された前記基板を加熱して前記酸化シリコン膜に引っ張り応力を生じさせる処理ステップと、
前記パターニングされたレジスト膜の側壁に前記酸化シリコン膜が残るように当該酸化シリコン膜をエッチングする第１のエッチングステップと、
前記パターニングされたレジスト膜を除去する除去ステップと
を含む、微細パターンの形成方法。
【請求項２】
前記処理ステップにおいて加熱された前記酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を堆積する第２の堆積ステップを更に含む、請求項１に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項３】
前記除去ステップの後に、前記有機膜上に残る前記酸化シリコン膜を用いて、前記エッチング対象層をエッチングする第２のエッチングステップを更に含む、請求項１に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項４】
前記第２のエッチングステップにおいてエッチングされた前記エッチング対象層をエッチングマスクとして前記基板をエッチングする第１の基板エッチングステップを更に含む、請求項３に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項５】
前記除去ステップの後に、前記有機膜上に残る前記酸化シリコン膜および前記窒化シリコン膜を用いて、前記エッチング対象層をエッチングする第３のエッチングステップを更に含む、請求項２に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項６】
前記第３のエッチングステップにおいてエッチングされた前記エッチング対象層をエッチングマスクとして前記基板をエッチングする第２の基板エッチングステップを更に含む、請求項５に記載の微細パターンの形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−５４３４３（Ｐ２０１２−５４３４３Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９４６１８（Ｐ２０１０−１９４６１８）
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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