(57)【要約】【課題】デバイス特性の均一性を高める技術を提供する。【解決手段】パターニングされたハードマスクを有する基板を処理室に搬入し、前記処理室に金属含有ガスを供給して第１の圧力とし、前記浸透工程の後、前記処理室に不活性ガスを供給して前記第１の圧力よりも低い第２の圧力とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターニングされたハードマスクを有する基板を処理室に搬入する工程と、
前記処理室に金属含有ガスを供給して第１の圧力とする第１浸透工程と、
前記浸透工程の後、前記処理室に不活性ガスを供給して前記第１の圧力よりも低い第２の圧力とする濃度プロファイル調整工程と
を有する基板処理方法。
【請求項２】
前記処理室には、フラッシュタンクを有すると共に、前記金属含有原料を供給する第１ガス供給部と、前記不活性ガスを供給する第２ガス供給部とが接続され、前記第１浸透工程では前記第１ガス供給部から金属含有ガスを供給し、前記濃度プロファイル調整工程では前記不活性ガスを供給する請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記濃度プロファイル調整工程の後、更に第２浸透工程を行う請求項１または請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記第２浸透工程と前記濃度プロファイル調整工程とを組合せ、それを繰り返すよう処理する請求項３に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記濃度プロファイル調整工程の後、前記ハードマスクを改質する改質工程を行う請求項１から４のうち、いずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記基板表面は、前記金属含有ガスが再液化しない温度以上であり、且つ熱分解しない温度以下とする請求項１から５のうち、いずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項７】
更に、前記第２ガス供給部はフラッシュタンクを有し、前記濃度プロファイル調整工程では不活性ガスをフラッシュ供給する請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項８】
パターニングされたハードマスクを有する基板を処理室に搬入する手順と、
前記処理室に金属含有ガスを供給して第１の圧力とする手順と、
前記浸透工程の後、前記処理室に不活性ガスを供給して前記第１の圧力よりも低い第２の圧力とする手順と
を基板処理装置に実行させるプログラム。
【請求項９】
パターニングされたハードマスクを有する基板を載置する基板載置部を有する処理室と、
前記処理室に金属含有ガスを供給して前記処理室を第１の圧力とし、その後、前記処理室に不活性ガスを供給して、前記処理室を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力とするよう制御する制御部と
を有する基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板処理方法、基板処理装置、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
基板を処理する基板処理装置として、例えば処理室内で基板を処理する基板装置や、それを用いた基板処理方法がある。（例えば特許文献１）
【０００３】
また、基板処理装置では、多くの種類の基板が処理可能なよう構成されている。その内の１つとして、ナノインプリント用リソグラフィテンプレートとして用いられるガラス基板がある。このテンプレートを被転写基板上の樹脂に転写させ、パターンを形成する方法がある。（例えば特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−６３０３３号公報
【特許文献２】特開２０１３−２３５８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の半導体デバイスの高集積化に伴い、デバイスに形成されるパターンの微細化が要求されている。微細化にあたっては、デバイスとして形成されるピラーやそれらを形成する際に使用されるハードマスク等の構造を細くしたりするなどの工夫がなされる。微細パターンの形成過程では、エッチング処理等が行われるが、その過程でパターンが壊れないよう、パターンの耐久性向上も要求される。一部のパターンが壊れた場合、基板面内におけるデバイス特性の均一性を維持できないためである。
【０００６】
本開示の目的は、デバイス特性の均一性を高める技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１態様によれば、
パターニングされたハードマスクを有する基板を処理室に搬入する工程と、
前記処理室に金属含有原料を供給して第１の圧力とする浸透工程と、
前記浸透工程の後、前記処理室に不活性ガスを供給して前記第１の圧力よりも低い第２の圧力とする濃度プロファイル調整工程と
を有する技術が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に係る技術によれば、デバイス特性の均一性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は基板１００を上方から見た図である。（ｂ）は（ａ）のα−α’における断面図である。（ｃ）はパターン形成領域の一部を拡大したものである。
【図２】一実施形態に係るチャンバの縦断面の概略図である。
【図３】一実施形態に係るガス供給系を説明するための図である。
【図４】一実施形態に係る基板処理システムのコントローラの概略構成図である。
【図５】一実施形態に係る基板処理工程のフロー図である。
【図６】一実施形態に係る基板処理工程の濃度プロファイル調整工程のフロー図である。
【図７】一実施形態に係る基板処理工程の他のシーケンス図である。
【図８】一実施形態に係る基板処理工程の他のシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、本実施形態において処理する基板について、図１を用いて説明する。図１に記載の基板はナノインプリント処理で用いるリソグラフィ用テンプレート基板である。ここでは、リソグラフィ用テンプレート基板１００のパターン形成領域１０２をパターニングした状態を示しており、後述するように、説明の便宜上、ハードマスク膜１０７が残留した状態を示している。
【００１１】
図１のうち、（ａ）は基板１００を上方から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のα−α’における断面図である。基板１００はナノインプリント用リソグラフィテンプレート（以下Ｌテンプレート）として用いられる。（ｃ）はパターン形成領域１０２、ハードマスク膜１０７の一部を拡大したものである。
【００１２】
Ｌテンプレートを形成する際は、マスターテンプレートと呼ばれる予め形成された型を用いる。Ｌテンプレートは被転写基板に転写するための型として用いられるものである。被転写基板にＬテンプレートを押し付けることで、被転写プレートにパターンを形成する。
【００１３】
基板１００は、ベースとなるガラス基板１０１とその上部に形成されるパターン形成領域１０２を主に有する。被転写基板に接触させる際、被転写領域１０３以外の部分と接触しないよう、パターン形成領域１０２は凸状に構成されている。
【００１４】
１０８はハードマスク膜１０７をパターニングしたものであり、ハードマスクパターンと呼ぶ。１０６はパターニングされたハードマスク膜１０７を使用してパターン形成領域１０２をエッチングし、形成したピラーである。ピラー１０６は、例えばシリコン（Ｓｉ）等で構成される。
【００１５】
１０３はガラス基板１０１の上面のうち、パターン形成領域１０２が形成されていない面を示す。１０３は被転写基板に接触しない領域であるため、本実施形態においては非接触領域１０３と呼ぶ。１０４は基板裏面のうち、パターン形成領域１０２の裏面を指す。１０５は非接触領域１０３の裏面を指す。本実施形態においては、１０４を基板中央裏面と呼び、１０５を基板外周裏面と呼ぶ。
【００１６】
本実施形態においては、ハードマスクパターン１０８の処理方法について説明する。
【００１７】
（１）基板処理装置の構成
ここではテンプレート基板である基板１００を処理する基板処理装置の一例について説明する。
【００１８】
本実施形態に基板係る処理装置２００について説明する。基板処理装置２００は、枚葉式基板処理装置として構成されている。基板処理装置２００では、基板処理工程の一工程が行われる。
【００１９】
図２に示すとおり、基板処理装置２００は処理容器２０２を備えている。処理容器２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料または、石英により構成されている。処理容器２０２内には、基板としてのシリコン基板等の基板１００を処理する処理室２０１、移載室２０３が形成されている。処理容器２０２は、上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂで構成される。上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂの間には仕切部２０４が設けられる。上部処理容器２０２ａと仕切り部２０４によって構成される部屋を処理室２０１と呼び、その中の空間を処理空間と呼ぶ。また、仕切部２０４と下部容器２０２ｂで構成される部屋を移載室２０３と呼び、その中の空間を移載空間と呼ぶ。
【００２０】
下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ１４９０に隣接した基板搬入出口１４８０が設けられており、基板１００は基板搬入出口１４８０を介して図示しない外部搬送室との間を移動する。下部容器２０２ｂの底部には、リフトピン２０７が複数設けられている。
【００２１】
処理室２０１内には、基板１００を支持する基板支持部２１０が設けられている。基板支持部２１０は、基板１００を載置する載置面２１１と、載置面２１１を表面に持つ基板載置台２１２とを有する。好ましくは、加熱部としてのヒータ２１３を設ける。ヒータ２１３を設けることにより、基板を加熱させ、基板上に形成される膜の品質を向上させることができる。基板載置台２１２には、リフトピン２０７が貫通する貫通孔２１４が、リフトピン２０７と対応する位置にそれぞれ設けられていても良い。
【００２２】
ヒータ２１３には配線３０１を介してヒータ制御部３０３が接続される。
基板載置台２１２には、基板１００の温度を測定する温度測定器３００が内包される。
温度測定器３００は配線３０１を介して温度情報受信部３０２に接続される。温度測定器３００で測定した温度は、温度情報受信部３０２に送信される。温度情報受信部３０２は、受信した温度情報を後述するコントローラ２６０に送信する。例えば、コントローラ２６０は受信した温度情報や上位装置から受信する膜厚情報等に基づきヒータ温度制御部３０３に制御情報を送信し、ヒータ温度制御部３０３はヒータ２１３を制御する。なお、温度測定器３００、配線３０１、温度情報受信部３０２をまとめて温度検出部３０４とする。
【００２３】
基板載置台２１２はシャフト２１７によって支持される。シャフト２１７は、処理容器２０２の底部を貫通しており、更には処理容器２０２の外部で昇降機構２１８に接続されている。昇降機構２１８を作動させてシャフト２１７及び基板載置台２１２を昇降させることにより、基板載置面２１１上に載置される基板１００を昇降させることが可能に構成される。なお、シャフト２１７下端部の周囲はベローズ２１９により覆われており、処理室２０１内は気密に保持されている。
【００２４】
基板載置台２１２は、基板１００の搬送時には、基板載置面２１１が基板搬入出口１４８０の位置（基板搬送位置）となるように下降し、基板１００の処理時には図１で示されるように、基板１００が処理室２０１内の処理位置（基板処理位置）まで上昇する。
【００２５】
具体的には、基板載置台２１２を基板搬送位置まで下降させた時には、リフトピン２０７の上端部が基板載置面２１１の上面から突出して、リフトピン２０７が基板１００を下方から支持するようになっている。また、基板載置台２１２を基板処理位置まで上昇させたときには、リフトピン２０７は基板載置面２１１の上面から埋没して、基板載置面２１１が基板１００を下方から支持するようになっている。
【００２６】
（排気系） 
処理室２０１（上部容器２０２ａ）の内壁上面には、処理室２０１の雰囲気を排気する第１排気部としての排気口２２１が設けられている。排気口２２１には第1排気管としての排気管２２４が接続されており、排気管２２４には、処理室２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２２７、真空ポンプ２２３が順に直列に接続されている。主に、排気口２２１、排気管２２４、圧力調整器２２７により、第１の排気部（排気ライン）が構成される。なお、真空ポンプ２２３を第１の排気部に含めるように構成しても良い。
【００２７】
移載室２０３の側面下部には、移載室２０３の雰囲気を排気する第２排気部としての移載室排気口３０４が設けられている。移載室排気口３０４には、第２排気管としての排気管３０６が接続されており、排気管３０６には、バルブ３０８、移載室２０３内を所定の圧力に制御するＡＰＣ等の圧力調整器３１０、真空ポンプ３１２が順に直列に接続されている。主に、移載室排気口３０４、バルブ３０８、排気管３０６、圧力調整器３１０により、第２の排気部（排気ライン）が構成される。なお、真空ポンプ３１２を第２の排気部に含めるように構成しても良い。
【００２８】
（ガス導入口） 
処理室２０１の天井壁２３１には、処理室２０１内に各種ガスを供給するガス導入口２４１が設けられている。ガス供給部であるガス導入口２４１に接続される処理ガス供給部の構成については後述する。
【００２９】
（処理ガス供給部） 
ガス導入口２４１には、図３に記載のように、共通ガス供給管２４２を介してガス供給管１５０が接続されている。ガス導入口２４１を介して基板処理装置２００内にガスが供給されるようになっている。ガス供給管１５０からは、後述の第１ガス、第２ガス、不活性ガスが供給される。
【００３０】
図３に、第１ガス供給部、第２ガス供給部、不活性ガス供給部等のガス供給系の概略構成図を示す。
【００３１】
図３に示す様に、ガス供給管１５０には、第１ガス（金属含有ガス）供給管１１３ａ、不活性ガス供給管１３３ａ、第２ガス（酸素含有ガス）供給管１２３ａが接続される。
【００３２】
（第１ガス供給部）
第１ガス供給部は、第１ガス供給管１１３ａ、マスフロ―コントローラ（ＭＦＣ）１１５、バルブ１１６、気化器１８０、フラッシュタンク１１７、バルブ１１８を有する。更には、フラッシュタンク１１７には圧力センサ１１９が接続され、フラッシュタンク１１７内の圧力を監視している。なお、第１ガス供給管１１３ａの上流に接続される第１ガス供給源１１３を第１ガス供給部に含めて構成しても良い。また、圧力センサ１１９を第１ガス供給部に含めてもよい。
【００３３】
第１ガスは、原料ガス、すなわち、処理ガスの一つである。
ここで、第１ガスは、金属含有ガスであり、例えばアルミ含有ガスである。アルミ含有ガスとしては、例えばトリメチルアルミニウム（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ Ａｌｍｉｎｕｍ：ＴＭＡ）ガスやＴｉＣｌ４（四塩化チタン）を用いることができる。なお、第１ガスの原料は、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであっても良い。ここでは原料は気体として説明する。
【００３４】
（第２ガス供給部）
第２ガス供給部（酸素含有ガス供給部）には、第２ガス供給管１２３ａ、ＭＦＣ１２５、バルブ１２６が設けられている。なお、第２ガス供給管１２３ａに上流に接続される第２ガス供給源１２３を第２ガス供給部に含めて構成しても良い。
なお、リモートプラズマユニット（ＲＰＵ）を設けて、第２ガスを活性化させるように構成しても良い。
第２ガスは、改質ガス、すなわち、処理ガスの１つである。
ここで、第２ガスは、例えば酸素含有ガスである。酸素含有ガスとしては、例えば酸素（Ｏ２）ガスを用いることができる。
【００３５】
（不活性ガス供給部）
不活性ガス供給部（不活性ガス供給部）には、不活性ガス供給管１３３ａ、ＭＦＣ１３５、バルブ１３６が設けられている。なお、不活性ガス供給管１３３ａの上流に接続される不活性ガス供給源１３３を不活性ガス供給部に含めて構成しても良い。ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。
【００３６】
（制御部）
図２に示すように基板処理装置２００は、基板処理装置２００の各部の動作を制御するコントローラ２６０を有している。
【００３７】
コントローラ２６０の概略を図４に示す。制御部（制御手段）であるコントローラ２６０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２６０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）２６０ｂ、記憶装置２６０ｃ、Ｉ／Ｏポート２６０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２６０ｂ、記憶装置２６０ｃ、Ｉ／Ｏポート２６０ｄは、内部バス２６０ｅを介して、ＣＰＵ２６０ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ２６０には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置２６１や、外部記憶装置２６２が接続可能に構成されている。
【００３８】
記憶装置２６０ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２６０ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ、基板１００への処理に用いるプロセスレシピを設定するまでの過程で生じる演算データや処理データ等が読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２６０に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ２６０ｂは、ＣＰＵ２６０ａによって読み出されたプログラム、演算データ、処理データ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
【００３９】
Ｉ／Ｏポート２６０ｄは、気化器１８０、ゲートバルブ１４９０、昇降機構２１８、ヒータ２１３、圧力調整器２２７，３１０、真空ポンプ２２３，３１２、バルブ１１６，１２６，１３６，１４６，１５６，３０８、ＭＦＣ１１５，１２５，１３５等に接続されている。
【００４０】
演算部としてのＣＰＵ２６０ａは、記憶装置２６０ｃからの制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置２６０からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２６０ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。また、受信部２８５から入力された設定値と、記憶装置２６０ｃに記憶されたプロセスレシピや制御データとを比較・演算して、演算データを算出可能に構成されている。また、演算データから対応する処理データ（プロセスレシピ）の決定処理等を実行可能に構成されている。そして、ＣＰＵ２６０ａは、読み出されたプロセスレシピの内容に沿うように、ゲートバルブ１４９０の開閉動作、昇降機構２１８の昇降動作、ヒータ２１３への電力供給動作、圧力調整器２２７，３１０の圧力調整動作、真空ポンプ２２３，３１２のオンオフ制御、温度測定部３００の動作、バルブ１１６，１１８，１２６，１３６、３０８のガスのオンオフ制御、ＭＦＣ１１５，１２５，１３５の動作等を制御するように構成されている。
【００４１】
なお、コントローラ２６０は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていても良い。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯなどの光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）２６２を用意し、係る外部記憶装置２６２を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ２６０を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給する手段は、外部記憶装置２６２を介して供給する場合に限らない。例えば、ネットワーク２６３（インターネットや専用回線）等の通信手段を用い、外部記憶装置２６２を介さずにプログラムを供給するようにしても良い。なお、記憶装置２６０ｃや外部記憶装置２６２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において、記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２６０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２６２単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合が有る。
【００４２】
（２）基板処理工程 
次に、上述の基板処理装置を用いて基板処理装置の処理工程の一工程について説明する。ここでは、基板上のハードマスクパターン１０８を硬化させることで、耐久性の高いＬテンプレートを実現する。以下に図５を用いて詳細を説明する。なお、基板を半導体装置として用いる場合、本工程は半導体装置（半導体デバイス）の製造工程の一工程として置き換え可能である。
【００４３】
なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ２６０により制御される。
【００４４】
以下に、基板処理工程について説明する。
（基板搬入工程Ｓ２０２） 
基板処理工程に際しては、先ず、図１に示す様なハードマスクパターン１０８が表面に形成された基板１００を処理室２０１に搬入させる。具体的には、基板支持部２１０を昇降機構２１８によって下降させ、リフトピン２０７が貫通孔２１４から基板支持部２１０の上面側に突出させた状態にする。また、処理室２０１内を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ１４９０を開放し、ゲートバルブ１４９０の開口からリフトピン２０７上に基板１００を載置させる。基板１００をリフトピン２０７上に載置させた後、昇降２１８によって基板支持部２１０を所定の位置まで上昇させることによって、基板１００が、リフトピン２０７から基板支持部２１０へ載置されるようになる。
【００４５】
（減圧・昇温・第１ガス貯留工程Ｓ２０４） 
続いて、処理室２０１内が所定の圧力（真空度）となるように、処理室排気管２２４を介して処理室２０１内を排気するこの際、圧力センサが測定した圧力値に基づき、圧力調整器２２２としてのＡＰＣバルブの弁の開度をフィードバック制御する。また、温度センサ３００が検出した温度値に基づき、処理室２０１内の温度が所定の温度であって、移載室２０３の温度より高くなるように第１の加熱部としてのヒータ２１３への通電量をフィードバック制御する。具体的には、基板支持部２１０をヒータ２１３により予め加熱しておき、基板１００又は基板支持部２１０の温度変化が無くなってから一定時間維持させる。これで成膜プロセス前の準備が完了することになる。なお、処理室２０１内を所定の圧力に排気する際に、一度、到達可能な真空度まで真空排気しても良い。また、圧力を調整する際は、不活性ガス供給系から不活性ガスを供給してもよい。
【００４６】
このとき、ヒータ２１３の温度は、室温〜１５０℃、好ましくは室温〜９０℃、より好ましくは６０〜９０℃の範囲内の一定の温度となるように設定される。この温度は、基板１００上で第１ガスが吸着する温度に設定される。即ち、反応が生じる温度に設定される。また好ましくは、基板１００に形成された膜が劣化しない温度に設定される。例えば第１ガスが熱分解しない温度であって、再液化しない温度とする。熱分解や再液化しない温度とすることで、柱に金属成分を浸透可能とする。
【００４７】
上記処理と並行して、バルブ１１８を閉じた状態でバルブ１１６を開け、フラッシュタンク１１７に第１ガスを供給し、分圧が高い状態である第1の圧力でフラッシュタンク１１７内に第１ガスを貯留させる。圧力を高くすることで、バルブ１１８を開いたときに高圧の第１ガスを処理室２０１に供給可能とする。
【００４８】
なお、フラッシュタンク１１７内の圧力は、第１ガスが再液化しない程度の圧力とする。仮に再液化する圧力としてしまうと、第１ガスが金属状に凝固されるため、処理室２０１に供給することが困難となる。本実施形態のように再液化しない圧力とすることで、処理室２０１に気体状態の金属成分をスムーズに供給することができる。
【００４９】
（第１浸透工程Ｓ２０６） 
続いて、図７を用いてハードマスク膜１０７に金属成分を浸透させる第１浸透工程Ｓ２０６を説明する。図７は第１浸透工程Ｓ２０６におけるハードマスクパターン１０８の金属成分浸透状態を説明した図である。１０８ａはハードマスクパターン１０８の中心部であり、１０８ｃは外周部、中心部１０８ａと外周部１０８ｃとの間を中間部１０８ｂと呼ぶ。なお、色が濃いほど金属成分が浸透していることを示している。
【００５０】
また、ここでは説明の便宜上、隣り合うハードマスクパターン１０８のうち、右側をハードマスクパターン１０８（１）、中央をハードマスクパターン１０８（２）、左側をハードマスクパターン１０８（３）と呼ぶ。中心部１０８ａ、中間部１０８ｂ、外周部１０８ｃそれぞれにおいても、左側に（１）を付与し、中央には（２）を付与し、右側には（３）を付与している。
【００５１】
なお、中心部１０８ａ（１）から（３）、中間部１０８ｂ（１）から（３）、外周部１０８ｃ（１）から（３）のそれぞれは、ほぼ同じ濃度の金属成分を有するものとする。
【００５２】
第１浸透工程Ｓ２０６では、フラッシュタンク１１７から処理室２０１内に第１ガス（原料ガス）を供給する。この際、第１ガスの分圧が高い状態で、チャンバ１００内に供給する。このように分圧が高い状態でガスを供給することをフラッシュ供給と呼ぶ。供給された第１ガスの分圧が高いため、図７に記載のように、第１ガスの金属成分をハードマスク膜１０７の中心部１０７ａに浸透させることができる。
【００５３】
（濃度プロファイル調整工程Ｓ２０８）
続いて濃度プロファイル調整工程Ｓ２０８を説明する。
ところで、前述のようにフラッシュタンク１１７内では第１ガスが再液化しない程度の圧力に設定する必要があるので、第１浸透工程Ｓ２０６での第１ガス供給量に限りがある。従って、供給開始時は高い分圧を維持し、金属成分を中心部１０８ａに押し込むように供給することができる。従って、中心部の成分と供給された金属成分とが結合され、物理的耐性の高い膜を形成することができる。
【００５４】
所定時間経過し、分圧が低くなると、ハードマスク膜１０７の成分と金属成分とが結合するエネルギーを有しなくなる。従って、ハードマスクの中心部１０７ａでは高い結合度になるものの、ハードマスク膜１０７の外周に近づくほど結合度が低くなるという現象が起きる。
【００５５】
例えば図に記載の中心部１０７ａ、中間部１０８ｂ、外周部１０８ｃでは、中心部１０７ａが最も結合度が高く、外周部１０８ｃでは最も結合度が低い。一般的に知られているように、結合度に比例して膜が硬質化するため、中心部１０７ａ、中間部１０８ｂ、外周部１０８ｃはエッチング耐性が異なる。そのため、外周部１０８ｃは中心部１０７ａに比べてエッチングされやすい。
【００５６】
このような状態でピラー１０６を形成するエッチング処理を行った場合の問題について、図８を用いて説明する。一般的に知られているように、ハードマスクパターン１０８はパターン形成領域１０２に対してエッチングの選択性を有するが、パターン形成領域１０２ほどではないにせよ、エッチングガスによってエッチングされる。
【００５７】
そのため、ピラー１０６を形成する際にハードマスクパターン１０８の上方もエッチングされる。ハードマスクパターン１０８がエッチングされると、中間部１０８ｂが露出する。前述のように、中間部１０８ｂの金属成分の濃度は外周部１０８ｃよりも高いので、中間部１０８ｂは外周部１０８ｃよりもエッチングされにくい。このような状態でエッチング処理を継続した場合、外周部１０８ｃが先にエッチングされてしまい、その結果図８に記載のように、パターン１０８は上方が細く下方が太い錐状形態に変化する。
【００５８】
一方で、一般的に知られているように、基板処理装置２００のガス供給孔２４１、排気孔２２１、基板１００との相対的な位置関係、ヒータ２１３による加熱分布等の原因により、ガスによる基板処理を基板面内に均一にすることは困難である。即ち、外周部１０８ｃの金属成分の濃度を基板１００の面内で均一にすることは困難である。例えば図７に記載のように、隣接するハードマスクパターン１０８（１）、ハードマスクパターン１０８（２）は、ハードマスクパターン１０８（３）に比べて、金属成分の浸透が不十分な場合がある。即ち中間部１０８ｂ（３）と中間部１０８ｂ（２）とで高さが異なる場合がある。このような状態でエッチング処理を継続した場合、図８のようにハードマスクパターン１０８（１）、ハードマスクパターン１０８（２）、ハードマスクパターン１０８（３）の高さが異なったり、あるいはそれぞれの幅ｗ（１）、ｗ（２）、ｗ（３）が異なる。そのため、ピラー１０６（１）とピラー１０６（２）の間の幅ｗ（４）と、ピラー１０６（２）とピラー１０６（３）の間の幅ｗ（５）とが異なる。即ち、基板面内の処理を均一にすることができない。従って、基板面内において、半導体装置の特性を均一にすることが困難である。
【００５９】
このような問題に対応すべく、濃度プロファイル調整工程Ｓ２０８を実施し、中心部１０８ａ以外の部分についても、中心部と同様の金属濃度プロファイルとなるよう調整する。更には、基板面内におけるハードマスクパターン１０８の処理を均一にする。以下、図６（フローチャート２）を用いて詳細を説明する。
【００６０】
（不活性ガス供給／第１ガス貯留工程Ｓ３０２）
不活性ガス供給系から処理室２０１に不活性ガスを供給する。不活性ガスによって、外周部１０８ｃに付着した金属成分を除去する。除去することで、次の第２浸透工程Ｓ３０４における金属成分の浸透を容易にさせる。
上記処理と並行して、バルブ１１８を閉じた状態でフラッシュタンク１１７に第１ガスを供給し、分圧が高い状態でフラッシュタンク１１７内に第１ガスを貯留させる。圧力を高くすることで、バルブ１１８を開いたときに高圧の第１ガスを処理室２０１に供給可能とする。
【００６１】
なお、フラッシュタンク１１７内の圧力は、第１ガスが再液化しない程度の圧力であり、Ｓ２０４における第１の圧力より低い第２の圧力（全圧もしくは分圧）とする。仮に再液化する圧力としてしまうと、第１ガスが金属状に凝固されるため、処理室２０１に供給することが困難となる。本実施形態のように再液化しない圧力とすることで、処理室２０１にスムーズに金属成分を供給することができる。
【００６２】
（第２浸透工程Ｓ３０４） 
続いて、ハードマスク膜１０７に金属成分を浸透させる第２浸透工程Ｓ３０４を説明する。
第２浸透工程Ｓ３０４では、第１ガス供給部から処理室２０１内に第１ガス（原料ガス）としての金属含有ガスを供給する。金属含有ガスとしては、例えばＴＭＡガスやＴｉＣｌ４（四塩化チタン）である。具体的には、バルブ１１６を開き、金属含有ガスをガス源からフラッシュタンク１１７に供給する。このときバルブ１１８を閉じた状態とする。このようにすることで、高い圧力でフラッシュタンク１１７に第１ガスが貯留される。
【００６３】
フラッシュタンク１１７の圧力が、第１ガスが再液化される圧力に到達する前であり、第１圧力よりも低い第２の圧力で、バルブ１１８を開放し、第１ガスの分圧が高い状態で、チャンバ１００内にフラッシュ供給する。供給された第１ガスの分圧が高いため、第１ガスの金属成分が中間部１０８ｂに浸透される。
【００６４】
その後、Ｓ３０６に移行し、所定回数実施したか否かを確認する。所定回数実施し、即ち中央部１０８ａ、中間部１０８ｂ、外周部１０８ｃの金属濃度が均一になったら、濃度プロファイル調整工程Ｓ２０８を終了する。所定回数満たず、例えば外周部１０８ｃの金属濃度が中間部１０８ｂよりも薄い場合は、不活性ガス供給/第１ガス貯留工程Ｓ３０２に移行する。
【００６５】
（改質工程Ｓ２１０）
改質工程Ｓ２１０では、基板１００のハードマスク膜１０７に対して、酸素成分を供給し、表面を酸化するよう改質する。このようにすることで、外周部１０８ｃに浸透した金属成分が、ハードマスクパターン１０８から抜けることを防ぐ。なお、この改質工程はキャップ膜形成工程とも呼び、外周部１０８ｃ表面に形成される酸化膜をキャップ膜とも呼ぶ。
【００６６】
ここで、濃度プロファイル調整工程Ｓ２０８の後に改質工程Ｓ２１０を行う理由を説明する。改質工程である酸化処理を濃度プロファイル調整工程Ｓ２０８の前に行ってしまうと、形成された酸化膜がキャップとなってしまい、外周部１０８ｃに金属が注入されにくくなってしまう。そこで、濃度プロファイル調整工程Ｓ２０８にて金属膜を浸透させた後に改質工程Ｓ２１０を行う。
【００６７】
なお、濃度プロファイル調整工程Ｓ２０８と改質工程Ｓ１１０の間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給工程を追加しても良い。この場合、濃度プロファイル調整工程Ｓ２０８にて表面に付着した金属成分を不活性ガスによって除去することができるため、改質工程Ｓ２１０において改質材料（例えば、酸化物）を表面に結合させ易くなり、金属成分の抜けをより防ぐことができる。
【００６８】
また、図３の点線で記載のように、第２ガス供給部にフラッシュタンク１３７、バルブ１３８、圧力センサ１３９を設け、不活性ガス供給／第１ガス貯留工程Ｓ３０２では、不活性ガスをフラッシュ供給しても良い。このようにすることで、ハードマスクパターン１０８表面の金属成分をより確実に除去することができる。従って、次の第２浸透工程Ｓ３０４においてより確実に浸透させることができる。
【００６９】
また、上述では、１つの処理室で１枚の基板を処理する装置構成を示したが、これに限らず、複数枚の基板を水平方向又は垂直方向に並べた装置であっても良い。
【００７０】
また、上述では、リソグラフィ用テンプレートに用いたハードマスクを対象に説明したが、微細化加工をするものであればよく、半導体ウエハであってもよい。半導体ウエハの場合、半導体製造方法として、例えばダブルパターニング技術等の微細化技術に用いるハードマスクや、レジストへの処理に本技術を採用しても良い。
【符号の説明】
【００７１】
１００      基板
１１７      フラッシュタンク
２００      基板処理装置
２０１      処理室 （処理空間） 
２６０      制御部（コントローラ） 
【図１】
2018168431.tif 000003
【図２】
2018168431.tif 000004
【図３】
2018168431.tif 000005
【図４】
2018168431.tif 000006
【図５】
2018168431.tif 000007
【図６】
2018168431.tif 000008
【図７】
2018168431.tif 000009
【図８】
2018168431.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月22日(2018.3.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターニングされたハードマスクを有する基板を処理室に搬入する工程と、
前記処理室に金属含有ガスを供給して第１の圧力とする第１浸透工程と、
前記浸透工程の後、前記処理室に不活性ガスを供給して前記第１の圧力よりも低い第２の圧力とする濃度プロファイル調整工程と
を有する基板処理方法。
【請求項２】
前記処理室には、フラッシュタンクを有すると共に、前記金属含有原料を供給する第１ガス供給部と、前記不活性ガスを供給する第２ガス供給部とが接続され、前記第１浸透工程では前記第１ガス供給部から金属含有ガスを供給し、前記濃度プロファイル調整工程では前記不活性ガスを供給する請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記濃度プロファイル調整工程の後、更に第２浸透工程を行う請求項１または請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記第２浸透工程と前記濃度プロファイル調整工程とを組合せ、それを繰り返すよう処理する請求項３に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記濃度プロファイル調整工程の後、前記ハードマスクを改質する改質工程を行う請求項１から４のうち、いずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記基板表面は、前記金属含有ガスが再液化しない温度以上であり、且つ熱分解しない温度以下とする請求項１から５のうち、いずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項７】
更に、前記第２ガス供給部はフラッシュタンクを有し、前記濃度プロファイル調整工程では不活性ガスをフラッシュ供給する請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項８】
パターニングされたハードマスクを有する基板を処理室に搬入する手順と、
前記処理室に金属含有ガスを供給して第１の圧力とする手順と、
前記浸透工程の後、前記処理室に不活性ガスを供給して前記第１の圧力よりも低い第２の圧力とする手順と
を基板処理装置に実行させるプログラム。
【請求項９】
パターニングされたハードマスクを有する基板を載置する基板載置部を有する処理室と、
前記処理室に金属含有ガスを供給して前記処理室を第１の圧力とし、その後、前記処理室に不活性ガスを供給して、前記処理室を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力とするよう制御する制御部と
を有する基板処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
（第２浸透工程Ｓ３０４） 
続いて、ハードマスク膜１０７に金属成分を浸透させる第２浸透工程Ｓ３０４を説明する。
第２浸透工程Ｓ３０４では、第１ガス供給部から処理室２０１内に第１ガス（原料ガス）としての金属含有ガスを供給する。金属含有ガスとしては、例えばＴＭＡガスやＴｉＣｌ４（四塩化チタン）である。前述の不活性ガス供給／第１ガス貯留工程Ｓ３０２では、バルブ１１６を開き、金属含有ガスをガス源からフラッシュタンク１１７に供給する。このときバルブ１１８を閉じた状態とする。このようにすることで、高い圧力でフラッシュタンク１１７に第１ガスが貯留される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
本工程では、フラッシュタンク１１７の圧力が、第１ガスが再液化される圧力に到達する前であり、第１圧力よりも低い第２の圧力で、バルブ１１８を開放し、第１ガスの分圧が高い状態で、チャンバ１００内にフラッシュ供給する。供給された第１ガスの分圧が高いため、第１ガスの金属成分が中間部１０８ｂに浸透される。