(57)【要約】【課題】金属ガスの浸透を適切に促進することが可能な半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、半導体装置の製造方法は、基板上に第１膜を形成することを含む。前記方法はさらに、前記第１膜を有する前記基板をチャンバ内に収容し、前記チャンバ内に第１ガスを導入することを含む。前記方法はさらに、前記チャンバ内で前記第１ガスのプラズマ放電を発生させ、または、前記チャンバ内で前記第１ガスに放射線を照射することを含む。前記方法はさらに、前記プラズマ放電の発生開始後または前記放射線の照射開始後に、金属成分を含有する第２ガスを前記チャンバ内に導入して、前記金属成分を前記第１膜内に浸透させることを含む。【選択図】図１
2019054062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１膜を形成し、
前記第１膜を有する前記基板をチャンバ内に収容し、
前記チャンバ内に第１ガスを導入し、
前記チャンバ内で前記第１ガスのプラズマ放電を発生させ、または、前記チャンバ内で前記第１ガスに放射線を照射し、
前記プラズマ放電の発生開始後または前記放射線の照射開始後に、金属成分を含有する第２ガスを前記チャンバ内に導入して、前記金属成分を前記第１膜内に浸透させる、
ことを含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記基板は、前記第１膜に第１パターンが形成された後に前記チャンバ内に収容され、
前記金属成分は、前記第１パターン内に浸透する、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１ガスは、前記基板を支持するステージから第１距離に位置する第１ガス導入部から前記チャンバ内に導入され、
前記第２ガスは、前記ステージから前記第１距離よりも近い第２距離に位置する第２ガス導入部から前記チャンバ内に導入される、
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１距離は、前記第１ガスからの生成物が前記第１膜に到達する前に失活する距離である、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
第１膜を有する基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内に第１ガスを導入する第１ガス導入部と、
前記チャンバ内で前記第１ガスのプラズマ放電を発生させる、または、前記チャンバ内で前記第１ガスに放射線を照射するガス処理部と、
金属成分を含有する第２ガスを前記チャンバ内に導入して、前記金属成分を前記第１膜内に浸透させる第２ガス導入部と、
を備える半導体製造装置。
【請求項６】
前記第１ガス導入部は、前記基板を支持するステージから第１距離に位置し、
前記第２ガス導入部は、前記ステージから前記第１距離よりも近い第２距離に位置している、請求項５に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エッチングマスクとして有機膜を使用する場合に、有機膜内に金属ガスを浸透させることで、有機膜のエッチング耐性を上げることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８９８０４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属ガスの浸透を適切に促進することが可能な半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一の実施形態によれば、半導体装置の製造方法は、基板上に第１膜を形成することを含む。前記方法はさらに、前記第１膜を有する前記基板をチャンバ内に収容し、前記チャンバ内に第１ガスを導入することを含む。前記方法はさらに、前記チャンバ内で前記第１ガスのプラズマ放電を発生させ、または、前記チャンバ内で前記第１ガスに放射線を照射することを含む。前記方法はさらに、前記プラズマ放電の発生開始後または前記放射線の照射開始後に、金属成分を含有する第２ガスを前記チャンバ内に導入して、前記金属成分を前記第１膜内に浸透させることを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(1/2)である。
【図２】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(2/2)である。
【図３】第１実施形態の第１比較例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】第１実施形態の第２比較例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】第２実施形態の半導体製造装置の動作を示す断面図(1/3)である。
【図６】第２実施形態の半導体製造装置の動作を示す断面図(2/3)である。
【図７】第２実施形態の半導体製造装置の動作を示す断面図(3/3)である。
【図８】第３実施形態の半導体製造装置の動作を示す断面図(1/3)である。
【図９】第３実施形態の半導体製造装置の動作を示す断面図(2/3)である。
【図１０】第３実施形態の半導体製造装置の動作を示す断面図(3/3)である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１実施形態）
図１および図２は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【０００９】
まず、基板１上に層間絶縁膜２を形成する（図１(ａ)）。基板１の例は、シリコン（Ｓｉ）基板などの半導体基板である。層間絶縁膜２の例は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ）である。
【００１０】
図１(ａ)は、基板１の表面に平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、基板１の表面に垂直なＺ方向とを示している。本明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。−Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。
【００１１】
次に、層間絶縁膜２上に第１下地層３を形成する（図１(ａ)）。第１下地層３は例えば、３００ｎｍの膜厚を有するＳＯＣ（Spin on Carbon）膜であり、スピンコートにより形成される。第１下地層３は、基板１上に直接形成されてもよい。
【００１２】
次に、第１下地層３上に第２下地層４を形成する（図１(ａ)）。第２下地層４は例えば、４０ｎｍの膜厚を有するＳＯＧ（Spin on Glass）膜であり、スピンコートにより形成される。
【００１３】
次に、第２下地層４上に有機膜５を形成する（図１(ａ)）。有機膜５は、炭素を含有する膜であり、例えばポジ型のフォトレジスト膜である。本実施形態の有機膜５は、１００ｎｍの膜厚を有し、スピンコートにより形成される。有機膜５は、第１膜の一例である。
【００１４】
次に、有機膜５を有機膜パターン５ａに加工する（図１(ａ)）。有機膜５は例えば、ＡｒＦ液浸露光機を使用したフォトリソグラフィにより加工される。有機膜パターン５ａは、第１パターンの一例である。
【００１５】
図１(ａ)の工程では、有機膜５を複数の有機膜パターン５ａに加工しても１つの有機膜パターン５ａに加工してもよい。前者の例としては、有機膜パターン５ａが複数のラインパターンとなり、有機膜パターン５ａ間の開口部が複数のスペースパターンとなる場合が挙げられる。後者の例としては、有機膜パターン５ａ間の開口部が複数のホールパターンとなり、有機膜パターン５ａがこれらのホールパターンを包囲するパターンとなる場合が挙げられる。本実施形態の有機膜パターン５ａは、後者の例に相当し、ホールパターンとして複数のＣ／Ｈ（コンタクトホール）パターンが形成される。
【００１６】
次に、基板１を真空チャンバ（不図示）内に収容し、真空チャンバ内の圧力を１０Ｐａまで減圧し、基板１を５０℃に加熱する。この際、基板１の温度は、後述するプレカーサの種類や、有機膜パターン５ａ間の開口部の寸法や密度に応じて、０℃〜３００℃の間で変更することが望ましい。
【００１７】
次に、基板１の温度が安定した後、真空チャンバ内にＡｒ（アルゴン）ガスを導入し、真空チャンバ内でＡｒガスのプラズマ放電を発生させる。Ａｒガスは、第１ガスの一例である。
【００１８】
次に、Ａｒガスのプラズマ放電の発生開始後に、符号Ｋｍで示すように、真空チャンバ内に金属ガスを１００Ｐａで導入する（図１(ｂ)）。金属ガスは例えば、アルミニウムプレカーサとなるＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガスである。金属ガスは、金属成分を含有する第２ガスの一例である。この場合の金属成分は、ＴＭＡ分子である。
【００１９】
本実施形態の金属ガスは、Ａｒガスから生成された生成物（励起体）が真空チャンバ内に存在する状態で、真空チャンバ内に導入される。その結果、金属ガスが、Ａｒガスからの生成物により活性化され、有機膜パターン５ａ内に浸透しやすくなる。生成物の例は、Ａｒイオンや電子である。
【００２０】
このように、本実施形態では、金属ガスのプラズマ放電を発生させることで、金属ガスを直接的に活性化するのではなく、Ａｒガスのプラズマ放電を発生させることで、金属ガスを間接的に活性化する。具体的には、金属ガスが真空チャンバ内でＡｒガスからの生成物と混合されることで、生成物の持つエネルギーが金属ガスに移動し、金属ガスが活性化される。
【００２１】
本実施形態によれば、金属ガスではなくＡｒガスのプラズマ放電を発生させることで、金属ガスの分解を抑制することが可能となる。金属ガスが分解されると、金属ガスからの分解生成物が真空チャンバを汚染し、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Cheminal Vapor Deposition）やＰＥＡＬＤ（Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition）の妨げとなることが問題となる。本実施形態によれば、このような問題を抑制することが可能となる。
【００２２】
次に、金属ガスを有機膜５全体に浸透させるために、金属ガスの導入開始後に基板１を５分間静置する（図１(ｂ)）。この際、基板１を静置する時間は、プレカーサの種類や、有機膜パターン５ａ間の開口部の寸法や密度に応じて、１分〜１２０分の間で変更することが望ましい。
【００２３】
次に、真空チャンバ内の圧力を１０Ｐａまで減圧し、真空チャンバから余剰のＴＭＡガスを排気する（図１(ｃ)）。
【００２４】
次に、符号Ｋｓで示すように、真空チャンバ内に水蒸気を２５０Ｐａで導入する（図２(ａ)）。水蒸気は、有機膜５内の金属成分を酸化または還元するために導入され、本実施形態では、ＴＭＡを酸化するために導入される。水蒸気は、第３ガスの一例である。
【００２５】
次に、有機膜５内のＴＭＡを十分に酸化するために、水蒸気の導入開始後に基板１を３分間載置する（図２(ａ)）。
【００２６】
次に、真空チャンバ内の圧力を１０Ｐａまで減圧し、真空チャンバから余剰の水蒸気を排気し、基板１を冷却する（図２(ｂ)）。その結果、アルミニウムが導入された有機膜パターン５ａを有する基板１が得られる。すなわち、アルミニウムによりメタル化された有機膜パターン５ａを有する基板１が得られる。有機膜パターン５ａは、第２下地層４などをエッチングするためのマスクとして使用される。
【００２７】
図２(ｂ)の場合には、アルミニウムが有機膜パターン５ａ内が均一に分布することになる。一方、図２(ｃ)の場合には、アルミニウムが有機膜パターン５ａ内が不均一に分布することになる。図２(ｃ)は、ＴＭＡが浸透した領域Ｒ１と、ＴＭＡが浸透しなかった領域Ｒ２とを示している。本実施形態の浸透処理は、図２(ｂ)の有機膜パターン５ａが得られるように実施してもよいし、図２(ｃ)の有機膜パターン５ａが得られるように実施してもよい。図２(ｃ)の場合には、有機膜パターン５ａがマスクとして機能する程度にＴＭＡが浸透していればよい。
【００２８】
図３は、第１実施形態の第１比較例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００２９】
まず、図１(ａ)と同様に、第２下地層４上に有機膜５を形成する（図３(ａ)）。次に、基板１を真空チャンバ内に収容し、真空チャンバ内に金属ガスを導入する（図３(ｂ)）。その結果、金属ガスが有機膜５内に浸透する。金属ガスの例はＴＭＡガスである。次に、真空チャンバ内に水蒸気を導入する（図３(ｃ)）。その結果、有機膜５内のＴＭＡが酸化され、アルミニウムによりメタル化された有機膜パターン５ａを有する基板１が得られる。
【００３０】
有機膜パターン５ａは、第２下地層４などをエッチングするためのマスクとして使用される。しかしながら、本比較例では、有機膜５内に浸透したＴＭＡの量が少なく、有機膜５のエッチング耐性が低い。そのため、エッチングの際に有機膜パターン５ａが除去されてしまう（図３(ｄ)）。
【００３１】
一方、本実施形態では、金属ガスが間接的に活性化されることで、有機膜５内に多量のＴＭＡが浸透し、有機膜５のエッチング耐性が高くなる。よって、エッチングの際に有機膜パターン５ａが除去されることを抑制することができる。
【００３２】
図４は、第１実施形態の第２比較例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００３３】
まず、図１(ａ)と同様に第２下地膜４を形成した後、第２下地層４上に樹脂膜６を形成する（図４(ａ)）。樹脂膜６は例えば、１００ｎｍの膜厚を有する光硬化樹脂膜であり、スピンコートにより形成される。次に、石英モールドを使用したインプリントと、樹脂膜６への紫外線照射により、樹脂膜６を複数の樹脂膜パターン６ａに加工する（図４(ａ)）。これらの樹脂膜パターン６ａの例は、複数のピラーパターンである。石英モールドは、紫外線照射により樹脂膜６が硬化した後、樹脂膜６から離型される。
【００３４】
次に、樹脂膜６をガイドとして、第２下地膜４上にスピンコートにより中性化膜（不図示）を形成し、余剰の中性化膜をシクロヘキサンにより洗浄する。次に、樹脂膜６をガイドとして、第２下地膜４上に中性化膜を介して有機膜７を形成する（図４(ａ)）。有機膜７は例えば、ポリスチレン−ポリメチルメタクリレート共重合体膜であり、スピンコートにより形成される。次に、有機膜７を２３０℃でベークすることで、ポリスチレン−ポリメチルメタクリレート共重合体膜内で相分離が発生し、８０ｎｍの膜厚を有するＤＳＡ（自己組織化）膜が得られる。図４(ａ)に示すように、有機膜７からなる有機膜パターン７ａが樹脂膜パターン６ａ間に形成される。図４(ａ)では、複数の樹脂膜パターン６ａを１つの有機膜パターン７ａが包囲している。
【００３５】
次に、基板１を真空チャンバ内に収容し、真空チャンバ内に金属ガスを導入する（図４(ｂ)）。その結果、金属ガスが有機膜７内に浸透する。金属ガスの例はＴＭＡガスである。次に、真空チャンバ内に水蒸気を導入する（図４(ｃ)）。その結果、有機膜７内のＴＭＡが酸化され、アルミニウムによりメタル化された有機膜パターン７ａを有する基板１が得られる。
【００３６】
有機膜パターン７ａは、第２下地層４などをエッチングするためのマスクとして使用される。しかしながら、本比較例では、有機膜７内に浸透したＴＭＡの量が少なく、有機膜７のエッチング耐性が低い。そのため、エッチングの際に有機膜パターン７ａが除去されてしまう（図４(ｄ)）。
【００３７】
一方、本実施形態では、金属ガスが間接的に活性化されることで、有機膜５内に多量のＴＭＡが浸透し、有機膜５のエッチング耐性が高くなる。よって、エッチングの際に有機膜パターン５ａが除去されることを抑制することができる。なお、本実施形態の方法は、後述するように、第２比較例の有機膜７にも適用可能である。
【００３８】
（第１実施形態の変形例）
以上の説明では、有機膜５の例はフォトレジスト膜、金属ガスの例はＴＭＡガス、プラズマ放電条件の例は５０℃、５分間となっている。この場合、実験によれば、有機膜５の金属含有率は３２％となった。プラズマ放電条件を１００℃、５分間に変更したところ、有機膜５の金属含有率は３６％となった。また、プラズマ放電条件を５０℃、２分間に変更したところ、有機膜５の金属含有率は３０％となった。このように、本実施形態によれば、好適な金属含有率を有する有機膜５が得られることが判明した。
【００３９】
ただし、本実施形態の有機膜５、金属ガス、プラズマ放電条件は、これらの例に限定されるものではない。以下、本実施形態の種々の変形例を説明する。
【００４０】
第１変形例では、有機膜５を有機膜７に置き換えて、金属ガスをＴＭＡガスとし、プラズマ放電条件を５０℃、５分間とした。この場合、実験によれば、有機膜７の金属含有率は３４％となった。プラズマ放電条件を１２０℃、５分間に変更したところ、有機膜７の金属含有率は３８％となった。また、プラズマ放電条件を５０℃、２分間に変更したところ、有機膜７の金属含有率は２９％となった。
【００４１】
第２変形例では、有機膜５をＳＯＣ膜とし、金属ガスをＴＭＡガスとし、プラズマ放電条件を２００℃、１０分間とした。この場合、実験によれば、有機膜５の金属含有率は２２％となった。プラズマ放電条件を１５０℃、１０分間に変更したところ、有機膜５の金属含有率は１７％となった。また、プラズマ放電条件を１００℃、３０分間に変更したところ、有機膜５の金属含有率は１８％となった。
【００４２】
第３変形例では、有機膜５をアモルファスカーボン膜（ＡＰＦ）とし、金属ガスをＴＭＡガスとし、プラズマ放電条件を２００℃、３０分間とした。この場合、実験によれば、有機膜５の金属含有率は２４％となった。プラズマ放電条件を２００℃、１０分間に変更したところ、有機膜５の金属含有率は２０％となった。また、プラズマ放電条件を１５０℃、３０分間に変更したところ、有機膜５の金属含有率は２１％となった。
【００４３】
第４変形例では、有機膜５をフォトレジスト膜とし、金属ガスをＷＦ６（六フッ化タングステン）ガスとし、プラズマ放電条件を２５０℃、５分間とした。この場合、実験によれば、有機膜５の金属含有率は１８％となった。
【００４４】
第５変形例では、有機膜５をフォトレジスト膜とし、金属ガスをＴＤＭＡＴ（テトラキスジメチルアミノチタン）ガスとし、プラズマ放電条件を２５０℃、５分間とした。この場合、実験によれば、有機膜５の金属含有率は２３％となった。
【００４５】
第６変形例では、有機膜５をフォトレジスト膜とし、金属ガスをＰＤＭＡＴ（ペンタキスジメチルアミノタンタル）ガスとし、プラズマ放電条件を２００℃、５分間とした。この場合、実験によれば、有機膜５の金属含有率は２６％となった。
【００４６】
第７変形例では、有機膜５をフォトレジスト膜とし、金属ガスをＲＤＥ（(2,4-ジメチルペンタジエニル)(エチルペンタジエニル)ルテニウム）ガスとし、プラズマ放電条件を１５０℃、１０分間とした。この場合、実験によれば、有機膜５の金属含有率は２１％となった。
【００４７】
これらの変形例では、真空チャンバ内でＡｒガスのプラズマ放電を発生させることで、金属ガスを間接的に活性化する。一方、後述の第８および第９変形例では、真空チャンバ内でＡｒガスに放射線を照射することで、金属ガスを間接的に活性化する。このような放射線の例は、電子線などの粒子線や、光線や紫外線などの電磁波である。放射線照射時の温度設定の方法や、放射線照射の開始や終了のタイミングの設定方法は、プラズマ放電の場合と同様である。
【００４８】
第８変形例では、有機膜５をフォトレジスト膜とし、金属ガスをＴＭＡガスとし、電子線照射条件を５０℃、５分間とした。この場合、実験によれば、有機膜５の金属含有率は３１％となった。プラズマ放電条件を１００℃、１０分間に変更したところ、有機膜５の金属含有率は３２％となった。また、プラズマ放電条件を５０℃、２分間に変更したところ、有機膜５の金属含有率は２７％となった。
【００４９】
第９変形例では、有機膜５を有機膜７に置き換えて、金属ガスをＴＭＡガスとし、電子線照射条件を５０℃、５分間とした。この場合、実験によれば、有機膜７の金属含有率は３１％となった。電子線照射条件を１２０℃、５分間に変更したところ、有機膜７の金属含有率は３１％となった。また、電子線照射条件を５０℃、２分間に変更したところ、有機膜７の金属含有率は２７％となった。
【００５０】
これらの実験によれば、本実施形態やその変形例の方法を採用する場合、低温かつ短時間のプラズマ放電条件や放射線照射条件で、好適な金属含有率を有する有機膜５（または有機膜７）が得られることが判明した。
【００５１】
以上のように、本実施形態では、Ａｒガスをプラズマ放電または放射線照射により活性化し、このＡｒガスを用いて金属ガスを活性化する。よって、本実施形態によれば、有機膜５への金属ガスの浸透を適切に促進することが可能となる。例えば、金属ガスの分解を抑制しつつ、有機膜５への金属ガスの浸透を促進することが可能となる。その結果、エッチング耐性の高い有機膜５を低温かつ短時間の処理で形成することが可能となり、半導体装置の製造コストを低減することが可能となる。
【００５２】
なお、プラズマ放電の対象となるガスや、放射線照射の対象となるガスは、Ａｒガス以外のガスでもよい。このようなガスの例は、Ａｒガス以外の希ガスである。
【００５３】
（第２実施形態）
図５から図７は、第２実施形態の半導体製造装置の動作を示す断面図である。
【００５４】
本実施形態の半導体製造装置は、第１実施形態のプラズマ放電やメタル化を行うために使用される。図５(ａ)に示すように、この半導体製造装置は、チャンバ１１と、ステージ１２と、加熱部１３と、プラズマ源１４と、第１ガス導入部１５と、第２ガス導入部１６と、水蒸気導入部１７と、排気部１８と、制御部１９とを備えている。
【００５５】
チャンバ１１は、有機膜パターン５ａを有する基板１を収容する第１部分１１ａと、第１部分１１ａから突出した第２部分１１ｂとを備えている。図５(ａ)は、基板１、層間絶縁膜２、有機膜パターン５ａ等からなるウェハＷが、第１部分１１ａに収容されている様子を示している。チャンバ１１は、第１実施形態で説明した真空チャンバとして使用される。Ａｒガス、金属ガス、および水蒸気は、第２部分１１ｂに導入され、第２部分１１ｂから第１部分１１ａに流入する。
【００５６】
ステージ１２は、チャンバ１１内の基板１を支持する。ステージ１２は、基板１を上下方向に移動させることも可能である。これにより、半導体製造装置への基板１の搬入や、半導体製造装置からの基板１の搬出を容易に行うことが可能となる。
【００５７】
加熱部１３は、ステージ１２の一部を構成しており、ステージ１２上の基板１を加熱することができる。
【００５８】
プラズマ源１４は、第２部分１１ｂ内でＡｒガスのプラズマ放電を発生させる機構である。第２部分１１ｂ内でＡｒガスから生成された生成物（励起体）は、第２部分１１ｂから第１部分１１ａに侵入する。ただし、本実施形態の第２部分１１ｂはステージ１２から十分離れているため、励起体は基板１に到達する前に失活する。プラズマ源１４は、ガス処理部の一例である。
【００５９】
第１ガス導入部１５は、第２部分１１ｂに設けられており、第２部分１１ｂにＡｒガスを導入する。第２ガス導入部１６は、第２部分１１ｂに設けられており、第２部分１１ｂに金属ガスを導入する。水蒸気導入部１７は、第２部分１１ｂに設けられており、第２部分１１ｂに水蒸気を導入する。排気部１８は、第１部分１１ａに設けられており、チャンバ１１から外部にガスを排気する。排気部１８には、チャンバ１１からガスを吸気するための吸気機構（不図示）が接続されている。
【００６０】
第１ガス導入部１５は、ステージ１２から第１距離に位置し、第２ガス導入部１６は、ステージ１２から第１距離よりも近い第２距離に位置している。すなわち、第２ガス導入部１６とステージ１２との第２距離は、第１ガス導入部１５とステージ１２との第１距離よりも近くなっている。
【００６１】
よって、第１ガス導入部１５から第２部分１１ｂに導入されたＡｒガスは、励起体に変化した後、金属ガスが高濃度に存在する領域を通過して、第１部分１１ａに侵入することになる。これにより、励起体のエネルギーを効率的に金属ガスに移動させることが可能となる。
【００６２】
第１ガス導入部１５とステージ１２との第１距離は、励起体が有機膜パターン５ａに到達する前に失活する距離に設定されている。これにより、励起体が有機膜パターン５ａに悪影響を与えることを抑制することが可能となる。
【００６３】
制御部１９は、半導体製造装置の種々の動作を制御する。例えば、制御部１９は、ステージ１２の上下移動、加熱部１３の温度、プラズマ源１４の動作、第１ガス導入部１５、第２ガス導入部１６、および水蒸気導入部１７からのガス導入、排気部１８からのガス排気などを制御する。本実施形態の制御部１９は、基板１の温度が０℃〜３００℃の間で変更されるように、加熱部１３の動作を制御する。制御部１９の例は、プロセッサ、電気回路、コンピュータ等である。
【００６４】
以下、本実施形態の半導体製造装置の動作を説明する。
【００６５】
まず、基板１（ウェハＷ）を第１部分１１ａ内に収容した後、Ａｒガスを第１ガス導入部１５から第２部分１１ｂ内に導入し、プラズマ源１４によりＡｒガスのプラズマ放電を発生させる（図５(ａ)）。図５(ａ)に示す白三角は、Ａｒ原子や、Ａｒ原子から生成されたＡｒプラズマを示している。また、符号Ｐは、プラズマ放電が発生する領域を模式的に示している。
【００６６】
次に、プラズマ放電の発生を確認した後、金属ガスを第２ガス導入部１６から第２部分１１ｂ内に導入する（図５(ｂ)）。図５(ｂ)に示す黒三角は、金属ガス中のＴＭＡ分子を示している。ＴＭＡ分子は、上流側から流れてくるＡｒプラズマのイオン種と衝突することで、エネルギー的に活性化される（図５(ｃ)）。
【００６７】
活性化されたＴＭＡ分子は、基板１付近に到着する（図６(ａ)、図６(ｂ)）。一方、Ａｒプラズマは、ＴＭＡ分子との衝突や、第１ガス導入部１５とステージ１２との距離に起因して、基板１付近に到達する前に失活し、通常のＡｒ原子に戻る。これにより、Ａｒプラズマが有機膜パターン５ａに衝突することを抑制できる。図６(ａ)と図６(ｂ)に示す点線の三角は、Ａｒプラズマが失活したＡｒ原子を示している。本実施形態では、Ａｒプラズマの失活を促進するため、プラズマ源１４と基板１との距離が遠くなっており、具体的には３０ｃｍに設定されている。
【００６８】
次に、有機膜パターン５ａに到着した金属ガスを有機膜パターン５ａ内に浸透させるために、この状態を５分間維持する（図６(ｃ)）。次に、有機膜パターン５ａ内のＴＭＡを酸化するために、水蒸気を水蒸気導入部１７から第２部分１１ｂ内に導入し、この状態を３分間維持する（図７(ａ)）。
【００６９】
次に、チャンバ１１内の圧力を１０Ｐａまで減圧して、余剰の水蒸気を排気部１８から排気し、さらには基板１を冷却する（図７(ｂ)）。本実施形態では、加熱部１３を停止させるか、加熱部１３の温度を低下させることで、基板１を冷却する。こうして、アルミニウムが導入された有機膜パターン５ａを有する基板１が得られる。
【００７０】
本実施形態の半導体製造装置によれば、第１実施形態の方法を実施する際に、有機膜５への金属ガスの浸透を適切に促進することが可能となる。
【００７１】
（第３実施形態）
図８から図１０は、第３実施形態の半導体製造装置の動作を示す断面図である。
【００７２】
本実施形態の半導体製造装置は、第１実施形態の変形例の放射線照射やメタル化を行うために使用される。図８(ａ)に示すように、この半導体製造装置は、チャンバ２１と、ステージ２２と、加熱部２３と、放射線源２４と、第１ガス導入部２５と、第２ガス導入部２６と、水蒸気導入部２７と、排気部２８と、制御部２９とを備えている。チャンバ２１は、第１部分２１ａと第２部分２１ｂとを備えている。これらのブロックの機能は、放射線源２４以外、第２実施形態の半導体製造装置の対応するブロックと同様である。
【００７３】
放射線源２４は、第２部分２１ｂ内でＡｒガスに放射線（ここでは電子線）を照射する機構である。第２部分２１ｂ内でＡｒガスから生成された生成物（励起体）は、第２部分２１ｂから第１部分２１ａに侵入する。ただし、第２実施形態と同様、本実施形態の第２部分２１ｂはステージ２２から十分離れているため、励起体は基板１に到達する前に失活する。放射線源２４は、ガス処理部の一例である。
【００７４】
以下、本実施形態の半導体製造装置の動作を説明する。
【００７５】
まず、基板１（ウェハＷ）を第１部分２１ａ内に収容した後、Ａｒガスを第１ガス導入部２５から第２部分２１ｂ内に導入し（図８(ａ)）、放射線源２４によりＡｒガスに電子線を照射する（図８(ｂ)）。図８(ａ)と図８(ｂ)に示す白三角は、Ａｒ原子や、Ａｒ原子から生成されたＡｒイオン種を示している。Ａｒ原子は、電子線照射によりイオン化され、高活性の状態になる。
【００７６】
次に、金属ガスを第２ガス導入部２６から第２部分２１ｂ内に導入する（図８(ｃ)）。図８(ｂ)に示す黒三角は、金属ガス中のＴＭＡ分子を示している。ＴＭＡ分子は、上流側から流れてくるＡｒイオンと衝突することで、エネルギー的に活性化される（図８(ｃ)）。
【００７７】
活性化されたＴＭＡ分子は、基板１付近に到着する（図９(ａ)）。一方、Ａｒイオンは、ＴＭＡ分子との衝突や、第１ガス導入部２５とステージ２２との距離に起因して、基板１付近に到達する前に失活し、通常のＡｒ原子に戻る。これにより、Ａｒイオンが有機膜パターン５ａに衝突することを抑制できる。図９(ａ)に示す点線の三角は、Ａｒイオンが失活したＡｒ原子を示している。本実施形態では、Ａｒイオンの失活を促進するため、放射線源２４と基板１との距離が遠くなっており、具体的には３０ｃｍに設定されている。
【００７８】
次に、有機膜パターン５ａに到着した金属ガスを有機膜パターン５ａ内に浸透させるために、この状態を５分間維持する（図９(ｂ)）。次に、有機膜パターン５ａ内のＴＭＡを酸化するために、水蒸気を水蒸気導入部２７から第２部分２１ｂ内に導入し、この状態を３分間維持する（図９(ｃ)）。
【００７９】
次に、チャンバ２１内の圧力を１０Ｐａまで減圧して、余剰の水蒸気を排気部２８から排気し、さらには基板１を冷却する（図１０）。本実施形態では、加熱部２３を停止させるか、加熱部２３の温度を低下させることで、基板１を冷却する。こうして、アルミニウムが導入された有機膜パターン５ａを有する基板１が得られる。
【００８０】
本実施形態の半導体製造装置によれば、第１実施形態の変形例の方法を実施する際に、有機膜５への金属ガスの浸透を適切に促進することが可能となる。
【００８１】
（付記）
本実施形態による半導体装置の製造方法は、基板上に第１膜を形成し、第１膜を有する基板をチャンバ内に収容し、チャンバ内に第１ガスを導入し、チャンバ内で第１ガスのプラズマ放電を発生させ、または、チャンバ内で第１ガスに放射線を照射し、プラズマ放電の発生開始後または放射線の照射開始後に、金属成分を含有する第２ガスをチャンバ内に導入して、金属成分を第１膜内に浸透させることを含む。
【００８２】
基板は、第１膜に第１パターンが形成された後にチャンバ内に収容され、金属成分は、第１パターン内に浸透してもよい。
【００８３】
第２ガスは、第１ガスからの生成物を含むチャンバ内に導入されてもよい。
【００８４】
第１膜内に浸透した金属成分を酸化または還元する第３ガスをチャンバ内に導入する、ことをさらに含んでもよい。
【００８５】
第１膜は、炭素を含有する膜でもよい。
【００８６】
第１膜は、フォトレジスト膜、自己組織化膜、スピンオンカーボン膜、およびアモルファスカーボン膜の少なくともいずれかを含んでもよい。
【００８７】
第１ガスは、基板を支持するステージから第１距離に位置する第１ガス導入部からチャンバ内に導入され、第２ガスは、ステージから第１距離よりも近い第２距離に位置する第２ガス導入部からチャンバ内に導入されてもよい。
【００８８】
第１距離は、第１ガスからの生成物が第１膜に到達する前に失活する距離でもよい。
【００８９】
チャンバは、基板を収容する第１部分と、第１部分から突出しており、第１および第２ガスが導入される第２部分とを備えてもよい。
【００９０】
本実施形態による半導体製造装置は、第１膜を有する基板を収容するチャンバと、チャンバ内に第１ガスを導入する第１ガス導入部と、チャンバ内で第１ガスのプラズマ放電を発生させる、または、チャンバ内で第１ガスに放射線を照射するガス処理部と、金属成分を含有する第２ガスをチャンバ内に導入して、金属成分を第１膜内に浸透させる第２ガス導入部とを備える。
【００９１】
第１ガス導入部は、基板を支持するステージから第１距離に位置し、第２ガス導入部は、ステージから第１距離よりも近い第２距離に位置していてもよい。
【００９２】
第１距離は、第１ガスからの生成物が第１膜に到達する前に失活する距離でもよい。
【００９３】
チャンバは、基板を収容する第１部分と、第１部分から突出しており、第１および第２ガスが導入される第２部分とを備えてもよい。
【００９４】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【００９５】
１：基板、２：層間絶縁膜、
３：第１下地層、４：第２下地層、５：有機膜、５ａ：有機膜パターン、
６：樹脂膜、６ａ：樹脂膜パターン、７：有機膜、７ａ：有機膜パターン、
１１：チャンバ、１１ａ：第１部分、１１ｂ：第２部分、１２：ステージ、
１３：加熱部、１４：プラズマ源、１５：第１ガス導入部、１６：第２ガス導入部、
１７：水蒸気導入部、１８：排気部、１９：制御部、
２１：チャンバ、２１ａ：第１部分、２１ｂ：第２部分、２２：ステージ、
２３：加熱部、２４：放射線源、２５：第１ガス導入部、２６：第２ガス導入部、
２７：水蒸気導入部、２８：排気部、２９：制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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