JP2020191427A - ハードマスク、基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

ハードマスク、基板処理方法及び基板処理装置 Download PDF

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Takeshi Moriya
剛 守屋
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Tadahiro Ishizaka
忠大 石坂
佳紀 森貞
Yoshinori Morisada
佳紀 森貞
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Abstract

【課題】応力調整されたハードマスク、基板処理方法及び基板処理装置を提供する。【解決手段】基板に形成された対象膜の上に形成されるハードマスクであって、第１の向きの応力を有する第１膜と、前記第１の向きとは逆向きである第２の向きの応力を有する第２膜と、が１以上交互に積層された、ハードマスク。【選択図】図６

Description

本開示は、ハードマスク、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
例えば、エッチングマスクとしてカーボンを含むハードマスクを用いることが知られている。
特許文献１には、基板の処理面上にデバイス層を堆積させることと、デバイス層上にナノ結晶ダイヤモンド層を堆積させることと、ナノ結晶ダイヤモンド層をパターニングしエッチングすることと、デバイス層をエッチングしてチャネルを形成することと、ナノ結晶ダイヤモンド層をアッシングすることと、を含む、基板処理方法が開示されている。
特開２０１７−２２４８２３号公報
一の側面では、本開示は、応力調整されたハードマスク、基板処理方法及び基板処理装置を提供する。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板に形成された対象膜の上に形成されるハードマスクであって、第１の向きの応力を有する第１膜と、前記第１の向きとは逆向きである第２の向きの応力を有する第２膜と、が１以上交互に積層された、ハードマスクが提供される。
一の側面によれば、応力調整されたハードマスク、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。
本実施形態に係る基板処理システムの一例を示す構成模式図。 本実施形態に係るハードマスク形成装置の一例を示す概略断面図。 本実施形態に係る前駆体蒸発装置の一例を示す概略断面図。 本実施形態に係る基板処理システムの動作の一例を示すフローチャート。 各工程における基板の断面模式図。 一実施形態に係るハードマスク形成装置の動作を示すフローチャート ハードマスク形成時の各工程における基板の断面模式図。 参考例に係るハードマスクを形成した基板の断面模式図。
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。
＜基板処理システム＞
本実施形態に係る基板処理システム１００について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理システム１００の一例を示す構成模式図である。
基板処理システム１００は、ハードマスク形成装置１０１と、パターン形成装置１０２と、エッチング装置１０３と、アッシング装置１０４と、搬送装置１０５〜１０７と、制御装置１０８と、を備えている。
ハードマスク形成装置１０１は、基板Ｗの処理面に形成された対象膜２１０（後述する図５（ａ）参照）の上にハードマスク２２０（後述する図５（ｂ）参照）を形成する装置である。なお、ハードマスク形成装置１０１の詳細は後述する。
パターン形成装置１０２は、ハードマスク２２０にパターン２３０（後述する図５（ｃ）参照）を形成する装置である。なお、パターン形成装置１０２は、例えば、ハードマスク２２０の上にフォトレジスト層（図示せず）を成膜する工程、フォトレジスト層にパターンを現像するリソグラフィ工程、パターンが形成されたフォトレジスト層を介してハードマスク２２０をエッチングしてハードマスク２２０にパターン２３０を形成する工程、を実行可能に構成されている。なお、これらの工程を実行する装置は、公知の装置を用いることができ、詳細な説明は省略する。
エッチング装置１０３は、パターン２３０が形成されたハードマスク２２０を介して、対象膜２１０をエッチングして、対象膜２１０にトレンチ、チャネル、ホール等の特徴構造２４０を形成する装置である。なお、エッチング装置１０３は、公知の装置を用いることができるので、詳細な説明は省略する。また、エッチングは、ウェットプロセスで行われてもよく、ドライプロセスで行われてもよく、限定されるものではない。
アッシング装置１０４は、基板Ｗからハードマスク２２０をアッシングにより除去する装置である。なお、アッシング装置１０４は、例えば、酸素プラズマによりハードマスク２２０をアッシングする装置を用いることができる。なお、アッシング装置１０４は、公知の装置を用いることができるので、詳細な説明は省略する。
搬送装置１０５は、ハードマスク形成装置１０１とパターン形成装置１０２との間で基板Ｗまたは基板Ｗを収容したキャリアを搬送する。搬送装置１０６は、パターン形成装置１０２とエッチング装置１０３との間で基板Ｗまたは基板Ｗを収容したキャリアを搬送する。搬送装置１０７は、エッチング装置１０３とアッシング装置１０４との間で基板Ｗまたは基板Ｗを収容したキャリアを搬送する。
制御装置１０８は、これら各構成装置を制御することにより、基板処理システム１００による処理全体を制御する。制御装置１０８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有している。ＣＰＵは、ＲＡＭ等の記憶領域に格納されたレシピに従って、所望の処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、各種ガス流量、圧力（ガスの排気）などが設定されている。
＜ハードマスク形成装置＞
次に、ハードマスク形成装置１０１について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、本実施形態に係るハードマスク形成装置１０１の一例を示す概略断面図である。
ここで、本実施形態に係るハードマスク形成装置１０１によって形成されるハードマスク２２０（後述する図５（ｂ）参照）は、第１膜２２１と第２膜２２２とが１以上交互に積層された積層膜として構成されている。ハードマスク形成装置１０１は、第１膜２２１の原料ガスを供給する第１ガス供給系１１と、第２膜２２２の原料ガスを供給する第２ガス供給系１２と、を有している。ハードマスク形成装置１０１は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置であって、原料ガスを切り替えながら成膜することにより、第１膜２２１と第２膜２２２とが１以上交互に積層されたハードマスク２２０を形成する。第１ガス供給系１１は、原料ガス供給源１１Ｓと、バルブ１１Ｖと、を有している。第２ガス供給系１２は、原料ガス供給源（前駆体蒸発装置）１２Ｓと、バルブ１２Ｖと、を有している。バルブ１１Ｖ，１２Ｖの開閉を制御することにより、処理空間２６に供給される原料ガスを切り替えることができる。
ハードマスク形成装置１０１は、筒体状の処理容器２０を有している。処理容器２０は、内径が大きくなされた上部室と、それよりも内径が小さくなされた下部室と、を有し、この下部室内が排気空間２１として形成されている。排気空間２１を区画する下部側壁には、排気口２２が形成されている。排気口２２には、処理容器２０内の雰囲気を排気するための排気系１５が接続されている。排気系１５は、真空ポンプ等を有し、処理容器２０内の圧力を所定の圧力に制御することができる。
処理容器２０の側壁には、基板Ｗを搬出入する開口２３が形成されている。また、開口２３には、これを気密に開閉するためのゲートバルブ２４が設けられている。
処理容器２０の側壁や天井部には、それぞれヒータ２５Ａ、２５Ｂが設けられている。ヒータ２５Ａ、２５Ｂは、処理容器２０の側壁や天井部を加熱して所定の温度に維持することにより、原料ガスが固化や液化することを防止する。
また、処理容器２０の上部室内には、被処理体である基板Ｗを載置して保持する載置台３０が設けられている。基板Ｗは、載置台３０の上面に載置される。載置台３０の下面は、支柱３１の上端部と固定されている。支柱３１は、排気空間２１を区画する底部を貫通して上下方向に延びている。支柱３１は、図示しないアクチュエータによって昇降する。これにより、載置台３０を昇降可能として、載置台３０を上下方向の任意の位置に停止させることができる。また、支柱３１が処理容器２０を貫通する貫通部には、伸縮可能になされた金属製のベローズ３２が設けられており、処理容器２０内の気密性を維持しつつ載置台３０の昇降を許容する。
載置台３０の上部側には、加熱ヒータ３３が設けられている。加熱ヒータ３３は、載置台３０を加熱することにより、載置台３０に載置された基板Ｗを加熱する。また、載置台３０の下部側には、載置台３０の下部や側部を冷却して温度調整する冷却水等の冷媒を流すための冷媒通路３４が設けられている。
また、載置台３０の周辺部には、複数（図２では２つのみ示す。）のピン挿通孔３５が設けられている。ピン挿通孔３５には、リフタピン３６が挿通される。リフタピン３６の下端部は、昇降アーム３７に支持される。昇降アーム３７は、昇降ロッド３８と固定されている。昇降ロッド３８は、処理容器２０の底部を貫通して上下方向に延びている。昇降ロッド３８は、図示しないアクチュエータによって昇降する。これにより、リフタピン３６を昇降可能とする。例えば、載置台３０を下方へ降下させた状態で、リフタピン３６を載置台３０から突出させることにより、リフタピン３６が基板Ｗを支持して、載置台３０の上面から基板Ｗを持ち上げることができる。また、リフタピン３６が基板Ｗを支持した状態で、リフタピン３６を下降させることにより、基板Ｗを載置台３０の上面に載置することができる。また、昇降ロッド３８が処理容器２０を貫通する貫通部には、伸縮可能になされた金属製のベローズ３９が設けられており、処理容器２０内の気密性を維持しつつリフタピン３６の昇降を許容する。
載置台３０の上面外周部には、基板Ｗのべベル部に膜が付着することを防止するために、カバーリング４０が設けられてる。
また、処理容器２０の天井部には、載置台３０に対向させて必要なガスを導入するためのガス導入部５０が設けられる。具体的には、ガス導入部５０は、シャワーヘッド５１により構成されている。シャワーヘッド５１の下面には、載置台３０上の基板Ｗに対向させて、複数のガス導入口５２Ａが形成されている。また、ガス導入口５２Ａが形成された領域を囲むようにしてガス導入口５２Ｂが形成されている。シャワーヘッド５１内は、２つの空間に仕切るように区切られており、拡散室５３Ａ、５３Ｂが区画形成されている。拡散室５３Ａは、ガス導入口５２Ａと連通する。拡散室５３Ｂは、ガス導入口５２Ｂと連通する。処理容器２０の天井部には、拡散室５３Ａと連通するガス導入口５４Ａと、拡散室５３Ｂと連通するガス導入口５４Ｂと、が形成されている。ガス導入口５４Ａは、第１ガス供給系１１と接続される。ガス導入口５４Ｂは、第２ガス供給系１２と接続される。
シャワーヘッド５１の側壁部分を下方向へ更に延在させるようにしてリング状に形成された内部区画壁５５が設けられている。内部区画壁５５は、載置台３０の上方の処理空間２６の周囲を囲むようにして設けられており、その下端部を載置台３０に接近させている。そして、内部区画壁５５の下端部と載置台３０の周縁部との間で排気用のガス出口２７を形成している。ガス出口２７は、載置台３０の周方向に沿って環状に形成されることになり、このガス出口２７より処理空間２６の雰囲気が基板Ｗの外周側から均等に排気されるようになっている。
バルブ１１Ｖを開弁することにより、原料ガス供給源１１Ｓの原料ガスが、ガス導入口５４Ａ、拡散室５３Ａを介して、ガス導入口５２Ａから処理空間２６に導入される。同様に、バルブ１２Ｖを開弁することにより、原料ガス供給源１２Ｓの原料ガスが、ガス導入口５４Ｂ、拡散室５３Ｂを介して、ガス導入口５２Ｂから処理空間２６に導入される。その後、処理空間２６の雰囲気は、ガス出口２７、排気空間２１、排気口２２を介して、排気系１５へと排気される。
載置台３０は下部電極プレート４１を有し、載置台３０は、基板Ｗの下部に設けられる下部電極となる。また、シャワーヘッド５１は、基板Ｗの上部に設けられる上部電極となる。
基板処理システム１００は、第１の高周波電源６１及び第２の高周波電源６２を備えている。第１の高周波電源６１は、第１の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。第１の高周波電力の周波数は、例えば１２．８８ＭＨｚ〜２２０ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源６１は、整合器６３を介して下部電極に接続されている。整合器６３は、第１の高周波電源６１の出力インピーダンスと負荷側（下部電極側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。なお、第１の高周波電源６１は、整合器６３を介して、上部電極に接続されていてもよい。第１の高周波電源６１は、一例のプラズマ生成部を構成している。
第２の高周波電源６２は、第２の高周波電力を発生する電源である。第２の高周波電力は、第１の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第１の高周波電力と共に第２の高周波電力が用いられる場合には、第２の高周波電力は基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス用の高周波電力として用いられる。第２の高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。第２の高周波電源６２は、整合器６４を介して下部電極に接続されている。整合器６４は、第２の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。第２の高周波電源６２は一例のプラズマ生成部を構成している。
ガスが、ガス導入部５０から処理空間２６に導入されて、プラズマを生成する。また、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力が供給されることにより、上部電極と下部電極との間で高周波電界が生成される。生成された高周波電界がプラズマを生成する。
装置制御部９０は、バルブ１１Ｖ，１２Ｖ、排気系１５の真空ポンプ、ゲートバルブ２４、ヒータ２５Ａ、２５Ｂ、加熱ヒータ３３、支柱３１のアクチュエータ、昇降ロッド３８のアクチュエータ等を制御することにより、ハードマスク形成装置１０１による処理全体を制御する。装置制御部９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有している。装置制御部９０は、制御装置１０８の指令に基づいて、所望の処理を実行する。
ここで、第１膜２２１は、例えば、カーボン膜であって、第１ガス供給系１１が供給する原料ガスとして、炭素含有ガス（例えば、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ６等）を用いることができる。また、第２膜２２２は、例えば、Ｒｕ膜であって、第２ガス供給系１２が供給する原料ガスとして、Ｒｕ含有ガス（例えば、Ｒｕ３（ＣＯ）１２等）を用いることができる。ここで、第２膜２２２の前駆体であるＲｕ３（ＣＯ）１２は常温で固体の物質であり、原料ガス供給源１２Ｓは、Ｒｕ３（ＣＯ）１２をガス化してガス導入口５４Ｂに供給する。
図３は、原料ガス供給源（前駆体蒸発装置）１２Ｓの一例を示す概略断面図である。
前駆体蒸発装置１２Ｓは、外壁７１ａと底部７１ｂとを有する容器７１を有する。また、前駆体蒸発装置１２Ｓは、容器７１に密閉接合されるように構成された蓋７２を有する。蓋７２は、出口７２ａを有する。出口７２ａは、ガス導入口５４Ｂ（図２参照）と接続される。
容器７１の内部には、ベーストレー７３及び上部トレー７４を有する。ベーストレー７３は、円板状の底板７３ａと、底板７３ａの外周に沿って形成された外壁７３ｂと、を有し、外壁７３ｂの内側で固体の前駆体８０を保持する。上部トレー７４は、穴あき円板状の底板７４ａと、底板７４ａの外周に沿って形成された外壁７４ｂと、底板７４ａの内周に沿って形成された内壁７４ｃを有し、外壁７４ｂと内壁７４ｃの間で固体の前駆体８０を保持する。内壁７４ｃの高さは、外壁７４ｂの高さよりも低くなっている。ベーストレー７３は、容器７１の底部７１ｂ上に設けられる。ベーストレー７３の外壁７３ｂが上部トレー７４の底板７３ａと当接して、スタックできるようになっている。また、上部トレー７４の外壁７４ｂが他の上部トレー７４の底板７３ａと当接して、スタックできるようになっている。これにより、容器７１の外壁７１ａと、スタックされたベーストレー７３及び上部トレー７４の外壁７３ｂ，７４ｂとの間に、環状空間７５が形成される。また、スタックされた上部トレー７４の内壁７４ｃによって柱状空間７６が形成される。
ベーストレー７３の外壁７３ｂには、開口７３ｄが設けられている。また、上部トレー７４の外壁７４ｂには、開口７４ｄが設けられている。蓋７２には、環状空間７５にキャリアガスを供給するための開口７２ｂが設けられている。
前駆体蒸発装置１２Ｓは、図示しないヒータを備えており、ベーストレー７３及び上部トレー７４に保持された固体の前駆体８０を所定の温度に加熱する。これにより、前駆体８０の気相が形成される。
開口７２ｂから供給されたキャリアガスは、環状空間７５に流入し、外壁７３ｂ，７４ｂの開口７３ｄ，７４ｄへと流入する。前駆体８０の気相は、開口７３ｄ，７４ｄから柱状空間７６へと流れるキャリアガスによって搬送され、蓋７２の出口７２ａから排気され、ガス導入口５４Ｂ（図２参照）へと供給される。なお、前駆体８０は、例えば、Ｒｕ３（ＣＯ）１２である。キャリアガスは、例えば、不活性ガスであるＡｒ及びＲｕ３（ＣＯ）１２の成膜反応を抑制するガスであるＣＯガスの混合ガスである。このように、前駆体蒸発装置１２Ｓは、Ｒｕ３（ＣＯ）１２をガス化してガス導入口５４Ｂに供給する。
＜基板処理システム１００の動作＞
次に、本実施形態に係る基板処理システム１００の動作の一例について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る基板処理システム１００の動作の一例を示すフローチャートである。図５は、各工程における基板Ｗの断面模式図である。
まず、ステップＳ１において、制御装置１０８は、基板Ｗを提供する。制御装置１０８は、図示しない搬送装置を制御して、ハードマスク形成装置１０１の載置台３０に基板Ｗを載置する。搬送装置が開口２３から退避すると、制御装置１０８は、ゲートバルブ２４を閉じる。
ここで、載置台３０に載置される基板Ｗの断面模式図を図５（ａ）に示す。図５（ａ）に示すように、基板Ｗは、Ｓｉ基板２００の上に対象膜２１０が形成されている。対象膜２１０は、例えば、窒化シリコン膜２１１と酸化シリコン膜２１２とが交互に積層された積層膜から構成されている。なお、図５（ａ）においては、最下層の膜が窒化シリコン膜２１１として図示しているが、これに限られるものではなく、酸化シリコン膜２１２であってもよい。また、最上層の膜が窒化シリコン膜２１１として図示しているが、これに限られるものではなく、酸化シリコン膜２１２であってもよい。また、対象膜２１０は、これに限られるものではなく、例えば、アモルファスシリコン膜、タングステン膜、窒化チタン膜であってもよく、これらに限定されるものではない。
ステップＳ２において、制御装置１０８は、ハードマスク形成装置１０１を制御して、基板Ｗの対象膜２１０の上にハードマスク２２０を形成する。
ここで、ハードマスク２２０が形成された基板Ｗの断面模式図を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示すように、ハードマスク２２０は、第１の向きの応力を有する第１膜２２１と、第１の向きとは逆向きである第２の向きの応力を有する第２膜２２２と、が１以上交互に積層された積層膜から構成されている。また、第１膜２２１及び第２膜２２２は、対象膜２１０に対して相対的に、エッチングの選択性が良好な材料が用いられる。即ち、第１膜２２１及び第２膜２２２は、対象膜２１０に対する選択比が１よりも大きい。これにより、後述するエッチング（ステップＳ４参照）において、アスペクト比の高い特徴構造２４０を形成することができる。
以下の説明において、第１膜２２１は、カーボン膜であるものとして説明する。なお、カーボン膜は、例えば、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜を用いることができる。ＤＬＣ膜は、圧縮応力（compressive stress）を有している。また、第２膜２２２は、Ｒｕ膜であるものとして説明する。Ｒｕ膜は、引張応力（tensile stress）を有している。
ここで、図６及び図７を用いて、ステップＳ２におけるハードマスク形成装置１０１の動作について更に説明する。図６は、一実施形態に係るハードマスク形成装置１０１の動作を示すフローチャートである。図７は、ハードマスク形成時の各工程における基板Ｗの断面模式図である。
ステップＳ２１において、制御装置１０８は、ハードマスク形成装置１０１を制御して、プラズマＣＶＤプロセスにより基板Ｗの対象膜２１０の上に第１膜２２１を成膜する。
制御装置１０８の指令に沿って動作する装置制御部９０は、加熱ヒータ３３を制御して、基板Ｗの温度を所定の温度とする。また、装置制御部９０は、排気系１５を制御して、処理空間２６を所定の圧力とする。また、装置制御部９０は、バルブ１１Ｖを開き、処理空間２６に原料ガスを供給する。また、装置制御部９０は、プラズマ生成用の第１の高周波電源６１及びバイアス用の第２の高周波電源６２を動作させ、プラズマを生成する。
なお、レシピの一例を示す。
供給ガス：ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｈ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｏ２
キャリアガス：Ｈ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｏ２
ガス流量：２０００ｓｃｃｍ
載置台温度：１００℃〜５５０℃（基板Ｗ：〜３７０℃）
処理容器内圧力：２〜５００Ｐａ
第１の高周波電力：１００ＭＨｚ
第２の高周波電力：１３．５６ＭＨｚ
これにより、基板Ｗには、プラズマＣＶＤプロセスによりＤＬＣ膜（第１膜２２１）が成膜される。ここで、図７（ａ）に示すように、ＤＬＣ膜（第１膜２２１）は、圧縮応力（図において黒塗り矢印で示す）を有している。
ステップＳ２２において、制御装置１０８は、ハードマスク形成装置１０１を制御して、熱ＣＶＤプロセスにより基板Ｗの第１膜２２１の上に第２膜２２２を成膜する。
制御装置１０８の指令に沿って動作する装置制御部９０は、加熱ヒータ３３を制御して、基板Ｗの温度を所定の温度とする。また、装置制御部９０は、排気系１５を制御して、処理空間２６を所定の圧力とする。また、装置制御部９０は、バルブ１２Ｖを開き、処理空間２６に原料ガスを供給する。
なお、レシピの一例を示す。
供給ガス：Ｒｕ３（ＣＯ）１２
キャリアガス：Ａｒ＋ＣＯ
ガス流量：ＣＯ １００ｓｃｃｍ
載置台温度：１５０℃
処理容器内圧力：０．０１Ｔｏｒｒ
これにより、Ｒｕ３（ＣＯ）１２が基板Ｗの表面で熱分解されることにより、基板ＷにはＲｕ膜（第２膜２２２）が成膜される。ここで、図７（ｂ）に示すように、Ｒｕ膜（第２膜２２２）は、引張応力（図において白抜き矢印で示す）を有している。
ステップＳ２３において、制御装置１０８は、ハードマスク形成装置１０１を制御して、基板Ｗに第１膜２２１と第２膜２２２の成膜を繰り返す。所定に積層が完了すると、図６に示す処理を終了する。
このように、応力が逆向きの第１膜２２１と第２膜２２２を積層してハードマスク２２０を形成することにより、ハードマスク２２０の応力を調整することができる。例えば、ハードマスク２２０の応力による基板Ｗの反りが小さくなるように、ハードマスク２２０の応力を調整することができる。
ハードマスク形成装置１０１におけるハードマスク２２０の形成が完了すると、制御装置１０８は、搬送装置１０５を制御して、基板Ｗをハードマスク形成装置１０１からパターン形成装置１０２に搬送する。
図４及び図５に戻り、ステップＳ３において、制御装置１０８は、パターン形成装置１０２を制御して、基板Ｗのハードマスク２２０にパターン２３０を形成する。まず、ハードマスク２２０の上に、フォトレジスト層（図示せず）を成膜する。なお、ハードマスク２２０とフォトレジスト層の間に反射防止層（図示せず）を設けてもよい。次に、フォトレジスト層を所望に応じてパターニングする。フォトレジストを現像した後、パターンの下方に露出しているハードマスク２２０を除去する。これにより、図５（ｃ）に示すように、ハードマスク２２０に開口のパターン２３０が形成される。
パターン形成装置１０２におけるパターン２３０の形成が完了すると、制御装置１０８は、搬送装置１０６を制御して、基板Ｗをパターン形成装置１０２からエッチング装置１０３に搬送する。
ステップＳ４において、制御装置１０８は、エッチング装置１０３を制御して、基板Ｗのハードマスク２２０の開口のパターン２３０を介して、対象膜２１０をエッチングする。これにより、図５（ｄ）に示すように、対象膜２１０にトレンチ、チャネル、ホール等の特徴構造２４０が形成される。ここで、ハードマスク２２０（第１膜２２１、第２膜２２２）は、対象膜２１０に対して相対的に、エッチングの高選択性を有している。即ち、ハードマスク２２０は、対象膜２１０に対する選択比が１よりも大きい。これにより、対象膜２１０にアスペクト比の高い特徴構造２４０を形成することができる。
エッチング装置１０３におけるエッチング処理が完了すると、制御装置１０８は、搬送装置１０７を制御して、基板Ｗをエッチング装置１０３からアッシング装置１０４に搬送する。
ステップＳ５において、制御装置１０８は、アッシング装置１０４を制御して、基板Ｗのハードマスク２２０をアッシングする。
ここで、アッシング装置１０４は、処理空間内に載置された基板Ｗを加熱するヒータを備える。ヒータは、基板Ｗを所定温度（例えば、Ｒｕ３（ＣＯ）１２の昇華温度以上、Ｒｕ３（ＣＯ）１２の熱分解温度以下）に加熱する。また、アッシング装置１０４は、酸素プラズマを発生させるプラズマ発生装置を備える。プラズマ発生装置は、基板Ｗが載置される処理空間内に酸素プラズマを発生させる。これにより、第１膜２２１であるＤＬＣ膜は、以下の化学式に示すように、酸素プラズマによりアッシングされる。なお、以下の化学式において、「↑」は気体であることを示す。
Ｃ＋Ｏ＊→ＣＯ↑
また、第２膜２２２であるＲｕ膜は、ＤＬＣ膜をアッシングした際に生成されるＣＯにより、以下の化学式に示すようにアッシングされる。なお、Ｒｕ膜のアッシングを促進するために、アッシング装置１０４の処理空間にＣＯガスを供給してもよい。
３Ｒｕ＋１２ＣＯ→Ｒｕ３（ＣＯ）１２↑
このように、アッシング装置１０４は、酸素プラズマによるアッシングによって、積層された第１膜２２１及び第２膜２２２の両方を除去することができる。
アッシング装置１０４におけるハードマスク２２０の除去が完了すると、制御装置１０８は、搬送装置１０７を制御して、基板Ｗを排出する。
以上、本実施形態に係る基板処理システム１００によれば、圧縮応力のＤＬＣ膜（第１膜２２１）と引張応力のＲｕ膜（第２膜２２２）を積層してハードマスク２２０を形成することにより、ハードマスク２２０の応力を制御することができる。例えば、ＤＬＣ膜のみでハードマスクを形成した場合と比較して、ハードマスク２２０の応力を低減することができる。
図８は、参考例に係るハードマスクを形成した基板Ｗの断面模式図である。参考例に係るハードマスクは、ＤＬＣ膜２５０のみで形成されている。図８に示すように、ＤＬＣ膜２５０の圧縮応力により、基板Ｗに反りが生じる。この基板Ｗの反りにより、例えばステップＳ３内のリソグラフィ工程において、フォーカスが合わなくなるおそれがある。このため、所望のパターンが得られないおそれがある。これに対し、本実施形態に係るハードマスク形成装置１０１によれば、例えば、応力の小さいハードマスク２２０を形成することができる。これにより、基板Ｗの反りを抑制して、リソグラフィ工程において好適にフォーカスを合せることができる。即ち、ハードマスク２２０に微細なパターン２３０を形成することができる。
また、ステップＳ２１〜Ｓ２３に示す第１膜２２１と第２膜２２２の成膜において、基板Ｗの温度は同じ温度で成膜できることが好ましい。これにより、基板Ｗの昇温・降温時間をなくすことができるので、ハードマスク２２０の生産性を向上することができる。
またステップＳ２１における第１膜２２１の成膜時における基板Ｗの温度と、ステップＳ２２における第２膜２２２の成膜時における基板Ｗの温度は、同じ温度であることが好ましい。基板Ｗの温度制御の応答性は、他の応答性（例えば、処理空間２６内の圧力制御の応答性、ガス切り換えの応答性）よりも遅いため、ステップＳ２１とステップＳ２２で基板Ｗの温度が異なると、ハードマスク２２０を積層する際の所要時間が増加する。これに対し、本実施形態では、カーボン膜（第１膜２２１）の成膜にＣＨ４／Ｈ２、Ｒｕ膜（第２膜２２２）の成膜にＲｕ３（ＣＯ）１２を用いることにより、基板Ｗの温度を２００℃で一定としたまま第１膜２２１及び第２膜２２２を成膜することができる。これにより、ハードマスク２２０の生産性を向上させることができる。
また、ハードマスク２２０をアッシングする際、第１膜２２１と第２膜２２２の両方を酸素プラズマでアッシングすることができる。第２膜２２２の金属成分（Ｒｕ）もアッシングすることができるので、基板Ｗから金属成分（Ｒｕ）を好適に除去することができる。
なお、ハードマスク２２０の最上層の膜は、カーボン膜（第１膜２２１）とすることが好ましい。これにより、例えば、搬送装置１０５〜１０７による基板Ｗの搬送が大気雰囲気での搬送である場合でも、金属膜であるＲｕ膜（第２膜２２２）の自然酸化を防止することができる。
なお、ハードマスク２２０の最下層の膜は、圧縮応力を有する第１膜２２１（カーボン膜）とすることが好ましい。対象膜２１０と直接接触する第１膜２２１が圧縮応力を有することにより、対象膜２１０と第１膜２２１との密着性を高めることができる。これにより、ハードマスク２２０の膜剥がれを防止することができる。
なお、ハードマスク２２０の最下層の膜は、カーボン膜（第１膜２２１）とすることが好ましい。これにより、金属膜であるＲｕ膜（第２膜２２２）が対象膜２１０に直接成膜されずに、アッシング（ステップＳ５）の際、対象膜２１０上の不純物の残りを低減することができる。
なお、カーボン膜（第１膜２２１）は、プラズマＣＶＤプロセスにより成膜するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、熱ＣＶＤプロセスやＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）プロセスにより成膜してもよい。また、Ｒｕ膜（第２膜２２２）は熱ＣＶＤプロセスにより成膜するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、プラズマＣＶＤプロセスやＰＶＤプロセスにより成膜してもよい。
第１膜２２１のガスは、炭素含有ガス（例えば、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ６等）を例に説明したが、これに限られるものではない。例えば、Ｃ７Ｈ８等の芳香族炭化水素やＣｘＨｙ（ｘ＝１以上１０以下、ｙ＝２以上）を用いてもよい。
第２膜２２２の前駆体は、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を例に説明したが、これに限られるものではない。Ｒｕ含有ガスは、例えば、
(2,4 dimethylpentadienyl)(ethylcyclopentadienyl)ruthenium：（Ru(DMPD)(EtCp)）、
bis(2,4-dimethylpentadienyl)ruthenium：（Ru(DMPD)2）、
(4-dimethylpentadienyl)(methylcyclopentadienyl)ruthenium：（Ru(DMPD)(MeCp)）、
bis(cyclopentadienyl)ruthenium：（Ru(C5H5)2）、
cis-dicarbonyl bis(5-methylhexane-2,4-dionate) ruthenium(II)：Ru（DMBD）(CO)3
を用いてもよい。また、Ｒｕ含有ガスは、不純物（例えば、Ｐ）を含んでいてもよい。アッシング（ステップＳ５）の際、Ｒｕ含有ガスに含まれる不純物（例えば、Ｐ）により残渣が残る場合、Ｏ２によるアッシングに加えて、クリーニング処理を追加してもよい。クリーニング処理は、例えば、ガスとして、ＣｌＦ３、Ｏ３を供給し、Ｏ２プラズマにより残渣を除去する。また、Ｈプラズマによる処理を行ってもよい。
以上、基板処理システム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。
基板処理システム１００は、真空雰囲気で基板Ｗを搬送するInsituシステムであってもよく、大気雰囲気で基板Ｗを搬送するExsituシステムであってもよく、限定されるものではない。
ハードマスク形成装置１０１は、１つの処理容器２０で第１膜２２１と第２膜２２２を成膜するものとして説明したが、これに限られるものではなく、第１膜２２１を成膜する処理容器と第２膜２２２を成膜する処理容器とが個別に設けられていてもよい。
また、ハードマスク２２０は、圧縮応力を有するカーボン膜（第１膜２２１）と引張応力を有するＲｕ膜（第２膜２２２）とが交互に積層されるものとして説明したが、これに限られるものではない。ハードマスクに圧縮応力を与える第１の原料ガス（炭素含有ガス）と、ハードマスクに引張応力を与える第２の原料ガス（Ｒｕ含有ガス）と、を所定の比率で混合し、混合された原料ガスを用いてハードマスクを成膜してもよい。また、第１の原料ガスと第２の原料ガスの混合ガスにおける第１の原料ガスの濃度比は、０．１％から１００％としてもよい。なお、材料コストを考慮すると、Ｒｕ含有ガスは炭素含有ガスよりも高価であるため、混合ガスにおける第１の原料ガスの濃度比は、低い方が好ましい。
１１ 第１ガス供給系
１２ 第２ガス供給系
１５ 排気系
２０ 処理容器
２６ 処理空間
３０ 載置台
３３ 加熱ヒータ
９０ 装置制御部（制御装置）
１００ 基板処理システム
１０１ ハードマスク形成装置
１０８ 制御装置
２００ Ｓｉ基板
２１０ 対象膜
２１１ 窒化シリコン膜
２１２ 酸化シリコン膜
２２０ ハードマスク
２２１ 第１膜
２２２ 第２膜
２３０ パターン
２４０ 特徴構造
Ｗ 基板

Claims (23)

  1. 基板に形成された対象膜の上に形成されるハードマスクであって、
    第１の向きの応力を有する第１膜と、
    前記第１の向きとは逆向きである第２の向きの応力を有する第２膜と、が１以上交互に積層された、ハードマスク。
  2. 前記対象膜に対する選択比が１よりも大きい、
    請求項１に記載のハードマスク。
  3. 前記第１膜は、圧縮応力を有し、
    前記第２膜は、引張応力を有する、
    請求項１または請求項２に記載のハードマスク。
  4. 前記第１膜は、カーボン膜であり、
    前記第２膜は、Ｒｕ膜である、
    請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のハードマスク。
  5. 交互に積層された前記第１膜と前記第２膜のうち、最上層の膜は前記第１膜である、
    請求項４に記載のハードマスク。
  6. 交互に積層された前記第１膜と前記第２膜のうち、最下層の膜は前記第１膜である、
    請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載のハードマスク。
  7. 前記第１膜及び前記第２膜は、酸素プラズマによるアッシングによって、前記基板から除去可能に構成される、
    請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のハードマスク。
  8. 対象膜が形成された基板を準備する工程と、
    前記基板に第１の向きの応力を有する第１膜を成膜する工程と、
    前記基板に前記第１の向きとは逆向きである第２の向きの応力を有する第２膜を成膜する工程と、
    前記第１膜を成膜する工程と前記第２膜を成膜する工程とを繰り返し、ハードマスクを形成する工程と、を有する、基板処理方法。
  9. 前記対象膜に対する前記ハードマスクの選択比は１よりも大きい、
    請求項８に記載の基板処理方法。
  10. 前記第１膜は、圧縮応力を有し、
    前記第２膜は、引張応力を有する、
    請求項８または請求項９に記載の基板処理方法。
  11. 前記第１膜は、カーボン膜であり、
    前記第２膜は、Ｒｕ膜である、
    請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  12. 交互に積層された前記第１膜と前記第２膜のうち、最上層の膜は前記第１膜である、
    請求項１１に記載の基板処理方法。
  13. 交互に積層された前記第１膜と前記第２膜のうち、最下層の膜は前記第１膜である、
    請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  14. 前記第１膜を成膜する工程における前記基板の温度と、前記第２膜を成膜する工程における前記基板の温度とは、同じ温度である、
    請求項８乃至請求項１３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  15. 前記第１膜及び前記第２膜を、酸素プラズマによるアッシングによって、前記基板から除去する工程を更に備える、
    請求項８乃至請求項１４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  16. 基板を載置する載置台と、
    前記載置台を収容する処理容器と、
    前記処理容器に第１ガスを供給する第１ガス供給系と、
    前記処理容器に第２ガスを供給する第２ガス供給系と、
    制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、
    対象膜が形成された前記基板を準備する工程と、
    前記基板に第１の向きの応力を有する第１膜を成膜する工程と、
    前記基板に前記第１の向きとは逆向きである第２の向きの応力を有する第２膜を成膜する工程と、
    前記第１膜を成膜する工程と前記第２膜を成膜する工程とを繰り返し、ハードマスクを形成する工程と、を実行する、基板処理装置。
  17. 前記対象膜に対する前記ハードマスクの選択比は１よりも大きい、
    請求項１６に記載の基板処理装置。
  18. 前記第１膜を成膜する工程と前記第２膜を成膜する工程は、１つの前記処理容器で処理される、
    請求項１６または請求項１７に記載の基板処理装置。
  19. 前記第１膜は、圧縮応力を有し、
    前記第２膜は、引張応力を有する、
    請求項１６乃至請求項１８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  20. 前記第１膜は、カーボン膜であり、
    前記第２膜は、Ｒｕ膜である、
    請求項１６乃至請求項１９のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  21. 基板に形成された対象膜の上に形成されるハードマスクであって、
    前記ハードマスクに第１の向きの応力を与える第１の原料ガスと、
    前記ハードマスクに前記第１の向きとは逆向きである第２の向きの応力を与える第２の原料ガスと、を所定の比率で混合し、
    混合された原料ガスを用いて成膜されたハードマスク。
  22. 前記対象膜に対する選択比が１よりも大きい、
    請求項２１に記載のハードマスク。
  23. 前記第１の原料ガスは、カーボンを含有し、
    前記第２の原料ガスは、Ｒｕを含有する、
    請求項２１または請求項２２に記載のハードマスク。
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