(57)【要約】【課題】基板に形成される膜の応力を制御する基板処理方法及び基板処理装置を提供する。【解決手段】基板の第２面に、第２の向きの応力を有するダミー膜を成膜する工程と、前記ダミー膜が成膜された後、前記第２面の反対面である前記基板の第１面に、前記第２の向きとは逆向きである第１の向きの応力を有する所望膜を成膜する工程と、前記ダミー膜を除去する工程と、を有する、基板処理方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の第２面に、第２の向きの応力を有するダミー膜を成膜する工程と、
前記ダミー膜が成膜された後、前記第２面の反対面である前記基板の第１面に、前記第２の向きとは逆向きである第１の向きの応力を有する所望膜を成膜する工程と、
前記ダミー膜を除去する工程と、を有する、基板処理方法。
【請求項２】
前記所望膜は、引張応力を有する膜であり、
前記ダミー膜は、圧縮応力を有する膜である、
請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記所望膜と前記ダミー膜は、材料が異なる、
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】
前記所望膜は、窒化膜であり、
前記ダミー膜は、酸化膜である、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記ダミー膜によって、前記ダミー膜を除去した後の前記所望膜の応力を調整する、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記所望膜を成膜する工程は、膜密度に基づいて、前記所望膜を成膜する、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記所望膜を成膜する工程は、ステップカバレッジに基づいて、前記所望膜を成膜する、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項８】
基板の第２面に、第２の向きの応力を有するダミー膜を成膜するダミー膜成膜装置と、
前記ダミー膜が成膜された前記基板の前記第２面の反対面である前記基板の第１面に、前記第２の向きとは逆向きである第１の向きの応力を有する所望膜を成膜する所望膜成膜装置と、
前記ダミー膜を除去するダミー膜除去装置と、を備える、
基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体基板表面に引張応力のない金属薄膜を形成する半導体装置の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１８２９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一の側面では、本開示は、基板に形成される膜の応力を制御する基板処理方法及び基板処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板の第２面に、第２の向きの応力を有するダミー膜を成膜する工程と、前記ダミー膜が成膜された後、前記第２面の反対面である前記基板の第１面に、前記第２の向きとは逆向きである第１の向きの応力を有する所望膜を成膜する工程と、前記ダミー膜を除去する工程と、を有する、基板処理方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
一の側面によれば、基板に形成される膜の応力を制御する基板処理方法及び基板処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す平面図。
【図２】搬送装置の一例を示す部分拡大図。
【図３】一実施形態に係る基板処理装置の動作を示すフローチャート。
【図４】各工程における基板の断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【０００９】
＜基板処理装置１００＞
一実施形態に係る基板処理装置１００の一例について、図１を用いて説明する。図１は、一実施形態に係る基板処理装置１００の一例を示す平面図である。
【００１０】
図１に示す基板処理装置１００は、クラスタ構造（マルチチャンバタイプ）のシステムである。基板処理装置１００は、基板Ｗの表面に所望の膜（図４で後述する所望膜１１）を成膜する装置である。所望膜１１は、第１の向きの応力を有する。なお、以下の説明において、基板Ｗの向きにかかわらず、所望膜１１が成膜される面を基板Ｗの表面（第１面）と称し、所望膜１１が成膜される面とは反対側の面を基板Ｗの裏面（第２面）と称するものとする。また、第１の向きの応力は、引張応力（tensile stress）として説明する。
【００１１】
基板処理装置１００は、裏面成膜装置１０１と、表面成膜装置１０２と、裏面エッチング装置１０３と、搬送室１０４と、搬送装置１０５と、ロードロック・ロードポート１０６と、制御装置１０７と、を備えている。
【００１２】
裏面成膜装置１０１は、所定の真空雰囲気に減圧され、その内部にて基板Ｗの裏面にダミー膜１２（後述する図４参照）を成膜する装置である。裏面成膜装置１０１は、搬送室１０４に隣接して配置され、搬送口にはゲートバルブ（不図示）が設けられる。裏面成膜装置１０１は、例えば、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置により実現される。
【００１３】
表面成膜装置１０２は、所定の真空雰囲気に減圧され、その内部にて基板Ｗの表面に所望膜１１（後述する図４参照）を成膜する装置である。表面成膜装置１０２は、搬送室１０４に隣接して配置され、搬送口にはゲートバルブ（不図示）が設けられる。表面成膜装置１０２は、例えば、ＡＬＤ装置、ＣＶＤ装置により実現される。
【００１４】
裏面エッチング装置１０３は、所定の真空雰囲気に減圧され、その内部にて基板Ｗの裏面に成膜されたダミー膜１２（後述する図４参照）を除去する装置である。裏面エッチング装置１０３は、搬送室１０４に隣接して配置され、搬送口にはゲートバルブ（不図示）が設けられる。裏面エッチング装置１０３は、ドライエッチングを行うエッチング装置により実現される。
【００１５】
搬送室１０４は、所定の真空雰囲気に減圧されている。また、搬送室１０４の内部には、基板Ｗを搬送する搬送装置１０５が設けられている。
【００１６】
搬送装置１０５は、裏面成膜装置１０１と搬送室１０４の間、表面成膜装置１０２と搬送室１０４の間、裏面エッチング装置１０３と搬送室１０４の間、ロードロック・ロードポート１０６と搬送室１０４の間で基板Ｗの搬入及び搬出を行う。図２は、搬送装置１０５の一例を示す部分拡大図であり、（ａ）は基板Ｗの表面方向から見た図であり、（ｂ）は基板Ｗの側面方向から見た図である。搬送装置１０５は、基板Ｗを保持するピック１０５ａと、アーム１０５ｂと、を有している。ピック１０５ａは、基板Ｗの外周部において、基板Ｗの厚さ方向に挟み込むようにして基板Ｗを保持する。また、ピック１０５ａは、アーム１０５ｂに対してロール回転可能に構成されている。これにより、アーム１０５ｂに対して、ピック１０５ａが１８０°回転することにより、基板Ｗを反転させることができる。
【００１７】
ロードロック・ロードポート１０６は、ロードロック室、ローダーモジュール、ロードポートを有する。ロードロック室は、搬送室１０４に隣接して配置され、搬送口にはゲートバルブ（不図示）が設けられる。ロードロック室は、大気雰囲気と真空雰囲気とを切り替えることができるようになっている。ローダーモジュールは、ロードロック室に隣接して配置され、搬送口にはゲートバルブ（不図示）が設けられる。ローダーモジュールは、大気雰囲気となっており、搬送装置が設けられている。ローダーモジュールの壁面にはロードポートが設けられている。ロードポートは、基板Ｗを収容したキャリア、空のキャリアが取り付けられる。キャリアとしては、例えば、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）等を用いることができる。ローダーモジュールの搬送装置は、ロードロック室とロードポートに取り付けられたキャリアの間で基板Ｗの搬入及び搬出を行う。
【００１８】
制御装置１０７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）を有する。制御装置１０７は、ＨＤＤに限らずＳＳＤ（Solid State Drive）等の他の記憶領域を有してもよい。ＨＤＤ、ＲＡＭ等の記憶領域には、プロセスの手順、プロセスの条件、搬送条件が設定されたレシピが格納されている。
【００１９】
ＣＰＵは、レシピに従って装置１０１〜１０３における基板Ｗの処理を制御する。また、ＣＰＵは、レシピに従って装置１０１〜１０３、搬送室１０４、ロードロック・ロードポート１０６における基板Ｗの搬送を制御する。ＨＤＤやＲＡＭには、基板Ｗの処理や基板Ｗの搬送を実行するためのプログラムが記憶されてもよい。プログラムは、記憶媒体に格納して提供されてもよいし、ネットワークを通じて外部装置から提供されてもよい。
【００２０】
＜基板処理装置１００の動作＞
次に、基板処理装置１００の動作の一例について説明する。図３は、一実施形態に係る基板処理装置１００の動作を示すフローチャートである。図４は、各工程における基板Ｗの断面模式図である。なお、図４においては、各工程中の基板Ｗの向きにかかわらず、基板Ｗの表面が常に上となるように図示している。
【００２１】
まず、基板Ｗを準備する。例えば、基板Ｗを収容したキャリアをロードロック・ロードポート１０６のロードポートに取り付ける。制御装置１０７は、ローダーモジュールの搬送装置を制御して基板Ｗをキャリアからロードロック室に搬送し、ロードロック室の排気装置を制御してロードロック室内を大気雰囲気から真空雰囲気へと切り替える。制御装置１０７は、搬送室１０４の搬送装置１０５を制御して、基板Ｗをロードロック室から裏面成膜装置１０１に搬送する。この際、搬送装置１０５は、基板Ｗの裏面が上となるようにして、裏面成膜装置１０１に搬送する。
【００２２】
ステップＳ１において、制御装置１０７は、ダミー膜成膜工程を実行する。ここでは、制御装置１０７は、裏面成膜装置１０１を制御して、図４（ａ）に示すように基板Ｗ（基体１０）の裏面にダミー膜１２を成膜する。ここで、成膜されるダミー膜１２は、第１の向きの応力とは逆向きの第２の向きの応力を有する。なお、以下の説明において、第２の向きの応力は、圧縮応力（compressive stress）として説明する。なお、ダミー膜１２の応力の向きを白抜き矢印で示す。基板Ｗ（基体１０）の裏面に圧縮応力を有するダミー膜１２が成膜されることにより、図４（ａ）に示すように、基板Ｗ（基体１０）は、下に凸となるように歪んだ状態となる。
【００２３】
また、ダミー膜１２として、例えば、ＳｉＯ２膜（酸化膜）を成膜する。この場合、裏面成膜装置１０１は、Ｓｉ含有ガス及びＯ含有ガスを成膜ガスとしてチャンパ内に供給し、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ２膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置を用いることができる。
【００２４】
ここで、基板Ｗに成膜された膜における応力の向きは、成膜条件を調整することにより制御することができる。例えば、プラズマＣＶＤ装置では、誘導電界形成用のＲＦ（Radio Frequency）電力が供給され、このＲＦ電力によりチャンバ内に供給された処理ガスがプラズマ化される。ＳｉＮ膜またはＳｉＯ２膜を成膜する際、ＲＦ電力の周波数を高周波（例えば、３０ＭＨｚ〜３０００ＭＨｚ）とすると、引張応力を有する膜を成膜できる。一方、ＲＦ電力の周波数を低周波（例えば、０．３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）とすると、圧縮応力を有する膜を成膜できる。なお、応力の向きを制御するための成膜条件の調整は、これに限られるものではない。例えば、成膜する膜の材料によって応力の向きを調整してもよい。
【００２５】
裏面成膜装置１０１におけるダミー膜１２の成膜が完了すると、制御装置１０７は、搬送室１０４の搬送装置１０５を制御して、基板Ｗを裏面成膜装置１０１から表面成膜装置１０２に搬送する。この際、搬送装置１０５は、基板Ｗの表面が上となるようにして、表面成膜装置１０２に搬送する。
【００２６】
ステップＳ２において、制御装置１０７は、所望膜成膜工程を実行する。ここでは、制御装置１０７は、表面成膜装置１０２を制御して、図４（ｂ）に示すように基板Ｗ（基体１０）の表面に所望膜１１を成膜する。ここで、成膜される所望膜１１は、第１の向きの応力を有する。なお、第１の向きの応力は、引張応力（tensile stress）として説明する。なお、所望膜１１の応力の向きを黒塗り矢印で示す。また、所望膜１１は、ダミー膜１２によって基板Ｗが歪んだ状態のまま成膜される。
【００２７】
また、所望膜１１として、例えば、ＳｉＮ膜（窒化膜）を成膜する。この場合、表面成膜装置１０２は、Ｓｉ含有ガス及びＮ含有ガスを成膜ガスとしてチャンパ内に供給し、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜を成膜する低温プラズマＣＶＤ装置（マイクロ波プラズマＣＶＤ装置）を用いることができる。
【００２８】
ここで、表面成膜装置１０２における成膜条件は、所望膜１１において所望の膜密度が得られるように成膜条件を調整する。
【００２９】
表面成膜装置１０２における所望膜１１の成膜が完了すると、制御装置１０７は、搬送室１０４の搬送装置１０５を制御して、基板Ｗを表面成膜装置１０２から裏面エッチング装置１０３に搬送する。この際、搬送装置１０５は、基板Ｗの裏面が上となるようにして、裏面エッチング装置１０３に搬送する。
【００３０】
ステップＳ３において、制御装置１０７は、ダミー膜除去工程を実行する。ここでは、制御装置１０７は、裏面エッチング装置１０３を制御して、図４（ｃ）に示すように基板Ｗ（基体１０）の裏面に成膜されたダミー膜１２を除去する。ここで、圧縮応力を有するダミー膜１２が除去されることにより、基板Ｗ（基体１０）の歪みが復元する。このため、所望膜１１には白抜き矢印で示すように引張応力が加わる。よって、所望膜１１の引張応力は、黒塗り矢印で示す応力と白抜き矢印で示す応力との和（図４（ｃ）では破線の囲みで示す。）となり、図４（ｂ）の状態よりも増加する。なお、所望膜１１の膜密度は、ダミー膜１２の除去前（図４（ｂ）参照）とダミー膜１２の除去後（図４（ｃ）参照）ではほとんど変化しない。これにより、所望膜１１は、所望の膜密度を有しつつ、大きな引張応力を有する膜とすることができる。
【００３１】
また、ダミー膜１２として、例えば、ＳｉＯ２膜（酸化膜）を成膜する。この場合、裏面エッチング装置１０３は、Ｆ系ガスＣＦ系ガスなどのハロゲン含有ガスを処理ガスとしてチャンバ内に供給し、ドライエッチングによりＳｉＯ２膜を除去するプラズマエッチング装置を用いることができる。
【００３２】
裏面エッチング装置１０３におけるダミー膜１２の除去が完了すると、制御装置１０７は、搬送室１０４の搬送装置１０５を制御して、基板Ｗを裏面エッチング装置１０３からロードロック室に搬送する。この際、搬送装置１０５は、基板Ｗの表面が上となるようにして、ロードロック室に搬送する。制御装置１０７は、ロードロック室内を真空雰囲気から大気雰囲気へと切り替える。制御装置１０７は、ローダーモジュールの搬送装置を制御して基板Ｗをロードロック室からキャリアに収容する。
【００３３】
以上、一実施形態に係る基板処理装置１００の基板処理方法によれば、基板Ｗの表面に成膜される所望膜１１の膜密度を所望の膜密度としつつ、所望膜１１の引張応力を強めることができる。
【００３４】
従来、基板Ｗの表面側にＳｉＮ膜を成膜する際、成膜条件を調整することにより、膜の応力を調整することができる。しかしながら、膜密度と応力の間にはトレードオフの関係が発生し、所望の膜密度を維持したまま応力を増加させることは困難であった。
【００３５】
これに対し、一実施形態に係る基板処理装置１００の基板処理方法では、所望膜１１を成膜する前に、基板Ｗの裏面に逆向きの応力を有するダミー膜１２を先行成膜する。そして、所望膜１１を成膜した後に、ダミー膜１２は除去される。これにより、ダミー膜１２によって基体１０に与えられていた応力がダミー膜１２の除去と同時に解放され、基体１０が所望膜１１における引張応力を強める。このように、所望膜１１の応力をダミー膜１２で制御することができる。これにより、所望膜１１の膜密度と膜応力を両立させることができる。
【００３６】
このような膜密度と膜応力を両立する所望膜１１は、例えば、ドライエッチングのハードマスクとして用いることができる。前述のように、所望膜１１はハードマスクに要求される膜密度を確保することができる。また、ハードマスクの引張応力を強めることにより、ドライエッチング時のWigglingの発生を抑制することができる。
【００３７】
また、段差部分に所望膜１１を成膜する構成において、ステップカバレッジと応力の間にもトレードオフの関係が発生する。これに対し、一実施形態に係る基板処理装置１００の基板処理方法では、所望膜１１の応力をダミー膜１２で制御することができるので、所望膜１１のステップカバレッジと膜応力を両立させることができる。
【００３８】
このようなステップカバレッジと膜応力を両立する所望膜１１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴのＣＥＳＬ（Contact Etch Stop Layer）として用いることができる。ＣＥＳＬは、トランジスタのチャネル部に応力を加えてチャネル部の結晶に歪みを与えることで、キャリアのチャネル移動度を向上させる。
【００３９】
なお、所望膜１１は、引張応力を有する膜である場合を例に説明したが、これに限られるものではなく、圧縮応力を有する膜の場合も適用することができる。即ち、第１の向きの応力を圧縮応力とし、第２の向きの応力を引張応力としてもよい。これにより、基板Ｗの表面に成膜される所望膜１１の膜密度を所望の膜密度としつつ、所望膜１１の圧縮応力を強めることができる。
【００４０】
所望膜１１はＳｉＮ膜であり、ダミー膜１２はＳｉＯ２膜である場合を例に説明したが、これに限られるものではなく、所望膜１１をＳｉＯ２膜とし、ダミー膜１２をＳｉＮ膜としてもよい。また、材料はこれらに限定するものではない。また、所望膜１１とダミー膜１２は、異なる材料であってもよく、同じ材料であってもよい。なお、同じ材料である場合でも、成膜条件を調整することにより、応力の向きを調整することができる。
【００４１】
また、所望膜１１とダミー膜１２は、異なる材料であることが好ましい。所望膜１１とダミー膜１２の材料が異なることにより、裏面エッチング装置１０３でダミー膜１２を除去する際、ダミー膜１２を選択的にエッチングことができる。
【００４２】
以上、基板処理装置１００の実施形態等について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
【００４３】
また、基板処理装置１００は、真空雰囲気の搬送室１０４を介して基板Ｗを搬送するInsituシステムである場合を例に説明したが。これに限られるものではない。大気搬送室を介して基板Ｗを搬送するExsituシステムとしてもよい。また、裏面エッチング装置１０３は、ドライエッチングに限られるものではなく、ウェットエッチングであってもよい。
【００４４】
また、裏面成膜装置１０１、表面成膜装置１０２、裏面エッチング装置１０３は、独立したチャンバを有する構成として説明したが、これに限られるものではない。ダミー膜成膜工程、所望膜成膜工程、ダミー除去工程のうち、２つ以上を１つのチャンバ内で処理する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
Ｗ          基板
１０        基体
１１        所望膜
１２        ダミー膜
１００      基板処理装置
１０１      裏面成膜装置（ダミー膜成膜装置）
１０２      表面成膜装置（所望膜成膜装置）
１０３      裏面エッチング装置（ダミー膜除去装置）
１０４      搬送室
１０５      搬送装置
１０５ａ    ピック
１０５ｂ    アーム
１０６      ロードロック・ロードポート
１０７      制御装置
【図１】
2020150133.tif 000003
【図２】
2020150133.tif 000004
【図３】
2020150133.tif 000005
【図４】
2020150133.tif 000006