JP7390165B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents
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- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
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Description
図1は、第1の実施形態に係る基板処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。まず、高アスペクト比の開口を有するマスクを備える基板を提供する(ステップS110、以下、工程aとも呼ぶ)。なお、本実施形態において「高アスペクト比の開口」とは、開口の幅に対する深さの比が少なくとも5以上の開口を指す。次に、開口の内周面に膜を形成する(ステップS120、第1工程、以下、工程bとも呼ぶ)。次に、膜をトリムする(ステップS130、第2工程、以下、工程cとも呼ぶ)。そして、トリム後の開口寸法(たとえばクリティカル・ディメンション:CD)が所定値となっているか判定する(ステップS140)。所定値と判定した場合(ステップS140、Yes)、処理を終了する。他方、所定値ではないと判定した場合(ステップS140、No)、ステップS120に戻りステップS120~S140の処理を繰り返す。
次に、膜を形成するための処理について説明する。図4は、実施形態に係る膜を形成するための処理例1について説明するための図である。また、図5は、実施形態に係る膜を形成するための処理例2について説明するための図である。なお、図4および図5に示す処理は、ALDと同様の手法を用いつつ膜厚が不均一な膜を形成する。このため、図4および図5に示す手法を以下、サブコンフォーマルALDとも呼ぶ。
(1)プリカーサを被処理体の表面全体に吸着させる。その後導入する反応ガスを、被処理体に吸着したプリカーサの表面全体にいきわたらないように制御する。
(2)プリカーサを被処理体の表面の一部のみに吸着させる。その後導入する反応ガスを、被処理体の表面に吸着したプリカーサのみと反応させる。
一実施形態に係る基板処理方法は、(1)または(2)の手法を用いて、マスクが有する開口の内周面上に積層方向に沿って膜厚が減少する膜を形成する。
上記のように、サブコンフォーマルALDでは、処理例2におけるプリカーサの吸着または処理例1における反応ガスの反応を被処理体の所定部分に限定して生じさせる。たとえば、開口側壁の上部のみに膜を形成する。位置選択的な成膜のために調整する処理パラメータはたとえば、被処理体を載置する載置台の温度、チャンバ内の圧力、導入する反応ガスのガス流量、圧力、処理時間等である。また、プラズマを使用する処理の場合は、プラズマ生成のために印加する高周波(RF)電力の値を調整することでも成膜位置を調整できる。
図7は、サブコンフォーマルALDにより形成される膜の膜厚について説明するための図である。本発明者らは、サブコンフォーマルALDにより形成される膜の膜厚を実験により調べた。図7の(A)は、実験に用いた被処理体の概略図である。被処理体は、基板上に形成されたエッチング対象膜ELとマスクMAとを有する。マスクMAは開口OPを有する。図7の(A)は、開口OPの内面全体に膜Fが形成された状態を示している。CDは、開口OPの開口寸法である。
別の実施形態では、プラズマを用いないCVD、ALDにより膜を形成してもよい。また、プラズマを用いずに有機化合物の重合により膜を形成してもよい。次に、プラズマを用いず、2種類の処理ガスの反応により成膜する例について説明する。
上記のように、第1の実施形態に係る基板処理方法は、工程aと工程bとを含む。工程aは、基板と、基板上に形成されたエッチング対象膜と、エッチング対象膜上に形成された開口を有するマスクとを備える被処理体をチャンバ内の載置台上に提供する工程である。工程bは、マスクの膜厚方向に沿って、開口の側壁に異なる厚さを有する膜を形成する工程である。このため、第1の実施形態によれば、ボーイングのような形状異常を有する高アスペクト比のマスクの形状を補正できる。
図9は、第2の実施形態に係る基板処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。まず、マスクを備える基板を提供する(ステップS410(工程a))。次に、マスクが有する開口の内周面上に下地膜を形成する(ステップS420(工程e))。第1の実施形態における膜とは異なり、下地膜は開口全体に形成する。たとえば、下地膜はコンフォーマルな膜とする。次に、下地膜の上から開口の内周面上に膜を形成する(ステップS430、第1工程(工程b))。第2の実施形態の膜は、第1の実施形態の膜と同様、マスクの積層方向に沿って異なる膜厚を有する。次に、膜をトリミングする(ステップS440、第2工程(工程c))。そして、トリミング後の開口の開口寸法(CD)が所定値となっているか判定する(ステップS450)。所定値と判定した場合(ステップS450、Yes)、処理を終了する。所定値ではないと判定した場合(ステップS450、No)、ステップS420に戻り処理を繰り返す。
上記のように、第2の実施形態に係る基板処理方法は、工程cの前に、開口の側壁に下地膜を形成する工程eをさらに含む。このため、第2の実施形態によれば、マスクの開口寸法を調整しつつ形状を補正できる。
上記第2の実施形態では、下地膜をマスクと同一材料でコンフォーマルに形成した。これに限らず、マスクの形状に応じてサブコンフォーマルな下地膜を形成してもよい。第3の実施形態では、サブコンフォーマルな下地膜の形成について説明する。
上記のように、第3の実施形態に係る基板処理方法は、開口の側壁上方に下地膜を形成して、開口の側壁上方の開口寸法を減少させる工程dをさらに備える。また、工程dは、開口のアスペクト比を増加させる。このため、第3の実施形態によれば、アスペクト比が低い開口についても、サブコンフォーマルALDを用いた成膜を実現できる。
図14は、第4の実施形態に係る基板処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。まず、マスクを備える基板を提供する(ステップS710、工程a)。次に、阻害因子をマスクが有する開口の所定位置に形成する(ステップS720、工程f)。たとえば阻害因子(以下、インヒビターとも呼ぶ)を含むガスを用いたCVDにより、マスク上にインヒビター層を形成する。次に、開口に膜を形成する(ステップS730、工程b)。そして、膜をトリミングする(ステップS740、工程c)。トリミング後の開口の開口寸法(CD)が所定値となっているか判定する(ステップS750)。所定値と判定した場合(ステップS750、Yes)、処理を終了する。他方、所定値ではないと判定した場合(ステップS750、No)、ステップS720に戻り処理を繰り返す。
上記のように、第4の実施形態に係る基板処理方法は、工程bの前に、膜の形成を阻害する阻害因子を形成する工程(工程f)をさらに含む。このため、膜が形成される位置をさらに精密に制御できる。また、膜の形成を阻害するインヒビター層を開口上部に形成することで、膜による開口閉塞を防止できる。
上記実施形態に係る基板処理方法により、マスクの開口寸法が頂部、側壁、底部において略同一になるよう形状を補正できる。マスクの形状を補正した後、さらに、開口寸法を調整するための処理を実行してもよい。または、マスクの形状補正と同時に、開口寸法を調整するための処理を実行してもよい。
なお、上記第1乃至第4の実施形態に係る基板処理方法は、マスクが形成された直後(すなわちエッチング対象膜のエッチング前)に実行してもよい。また、エッチング対象膜のエッチングを開始した後にマスクの形状異常が生じた場合に実行してもよい。何れの場合も、補正対象となる形状異常の位置や形状に応じて、第1乃至第4の実施形態を選択または組み合わせることで、エッチング対象膜の性質への影響を抑制しつつマスクの形状を補正できる。
実施形態に係る基板処理方法によりマスクの形状を補正した後、エッチング対象膜をエッチングする。エッチングにより、エッチング対象膜だけでなくマスクが削られる。このため、第1工程で形成される膜の位置がマスクの深さ方向において相対的に変化する。そこで、マスクの膜厚の変化に応じて、第1工程の処理条件を調整してもよい。
上記実施形態では、第1工程で形成される膜の位置および膜厚を処理条件によって調整した。膜の膜厚はさらに、被処理体の温度制御により被処理体の面内で異なるように調整してもよい。
ところで、上記実施形態において、たとえば図1の第1工程(ステップS120、工程b)と第2工程(ステップS130、工程c)とを一つのチャンバ内で実行してもよい。また、第2工程の後に第1工程を繰り返し実行してもよい。この場合、第2工程により生成される副生成物がチャンバ内に付着し、第1工程の処理結果(膜の性能)に影響することがありうる。これに対して、第1工程と第2工程を別のチャンバで実行した場合、第1工程が実行されるチャンバの内壁その他の部品表面には膜と同種の膜が付随的に形成される。また、第2工程が実行されるチャンバの内壁その他の部品表面にはトリミングで生じた副生成物のみが付着する。このため、一つのチャンバで第1工程、第2工程のいずれか一方のみを実行する場合と、一つのチャンバで第1工程も第2工程も実行する場合とでは、形成される膜の状態が異なる可能性がある。
次に、上記実施形態に係る基板処理方法を実施する基板処理装置の例について説明する。図20A、図20B、図20Cおよび図20Dは各々、実施形態に係る基板処理装置の例1~4を示す図である。
120,121,122 マスク
130,130b,131,131b,132a,132b 膜
130a,131a 下地膜
140,141 インヒビター層
200,201,202 開口
200B,201B 底部
200S,201S 側壁
200T,201T 頂部
200X,201X,202X 凹部
EL エッチング対象膜
MA マスク
OP 開口
P プリカーサ
R 反応ガス
S~S7 被処理体
Claims (26)
- a)基板と、前記基板上に形成されたエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に形成された開口を有するマスクとを備える被処理体をチャンバ内の載置台上に提供する工程と、
b)前記マスクの膜厚方向に沿って、前記開口の側壁に異なる厚さを有する膜を形成する工程と、
を含み、
前記b)は、
b1)前記チャンバ内にプリカーサを供給し、前記マスクの表面に前記プリカーサを吸着させる工程と、
b2)前記チャンバ内に反応ガスを供給し、前記吸着したプリカーサと前記反応ガスとを反応させる工程と、
を含む基板処理方法。 - 前記b)において、前記プリカーサを前記マスクの表面全体に吸着させた後、前記反応ガスを前記吸着したプリカーサの表面全体にいきわたらないように制御する第1の制御と、前記プリカーサを前記マスクの表面の一部に吸着させ、前記反応ガスを前記吸着したプリカーサと反応させるように制御する第2の制御との少なくともいずれかを実行する、請求項1に記載の基板処理方法。
- c)前記膜をトリミングする工程をさらに含み、
前記c)の後の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきは、前記c)の前の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきより小さい、請求項1または2に記載の基板処理方法。 - a)基板と、前記基板上に形成されたエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に形成された開口を有するマスクとを備える被処理体をチャンバ内の載置台上に提供する工程と、
b)前記マスクの膜厚方向に沿って、前記開口の側壁に異なる厚さを有する膜を形成する工程と、
c)前記膜をトリミングする工程と、
を含み、
前記c)の後の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきは、前記c)の前の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきより小さく、
前記b)および前記c)は、前記開口の開口寸法のばらつきが予め定めた基準値以下になるまで繰り返す、基板処理方法。 - a)基板と、前記基板上に形成されたエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に形成された開口を有するマスクとを備える被処理体をチャンバ内の載置台上に提供する工程と、
b)前記マスクの膜厚方向に沿って、前記開口の側壁に異なる厚さを有する膜を形成する工程と、
c)前記膜をトリミングする工程と、
を含み、
前記c)の後の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきは、前記c)の前の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきより小さく、
n回(nは2以上の自然数)以上繰り返し実行する前記b)において、n回目の処理と(n-1)回目の処理とで処理条件を変更することにより、繰り返し実行する前記b)において形成される前記膜の位置および/または厚みを変更する、基板処理方法。 - a)基板と、前記基板上に形成されたエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に形成された開口を有するマスクとを備える被処理体をチャンバ内の載置台上に提供する工程と、
b)前記マスクの膜厚方向に沿って、前記開口の側壁に異なる厚さを有する膜を形成する工程と、
c)前記膜をトリミングする工程と、
を含み、
前記c)の後の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきは、前記c)の前の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきより小さく、
前記b)は、前記チャンバ内に第1反応物と第2反応物を供給し、前記第1反応物と前記第2反応物とを反応させることで膜を形成し、
n´回(n´は2以上の自然数)以上繰り返し実行する前記b)においてn´回目の処理と(n´-1)回目の処理で用いる前記第1反応物および/または前記第2反応物を変更することにより、前記b)で形成する前記膜の位置および/または厚みを変更する、基板処理方法。 - a)基板と、前記基板上に形成されたエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に形成された開口を有するマスクとを備える被処理体をチャンバ内の載置台上に提供する工程と、
b)前記マスクの膜厚方向に沿って、前記開口の側壁に異なる厚さを有する膜を形成する工程と、
c)前記膜をトリミングする工程と、
d)前記開口の側壁上方に下地膜を形成して、前記開口の側壁上方の開口寸法を減少させる工程と、
を含み、
前記c)の後の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきは、前記c)の前の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきより小さい、基板処理方法。 - 前記d)は、前記b)の前に実行される、請求項7に記載の基板処理方法。
- 前記d)は、前記開口のアスペクト比が10未満のときに実行される、請求項7または8に記載の基板処理方法。
- a)基板と、前記基板上に形成されたエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に形成された開口を有するマスクとを備える被処理体をチャンバ内の載置台上に提供する工程と、
b)前記マスクの膜厚方向に沿って、前記開口の側壁に異なる厚さを有する膜を形成する工程と、
c)前記膜をトリミングする工程と、
を含み、
前記c)の後の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきは、前記c)の前の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきより小さく、
前記b)において、被処理体が載置される載置台に設けられる独立して温度制御可能な複数のゾーン各々を、当該複数のゾーン各々の面内位置に応じて異なる温度に制御して、前記膜の厚みを前記複数のゾーンの温度に応じて変化させる、基板処理方法。 - a)基板と、前記基板上に形成されたエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に形成された開口を有するマスクとを備える被処理体をチャンバ内の載置台上に提供する工程と、
b)前記マスクの膜厚方向に沿って、前記開口の側壁に異なる厚さを有する膜を形成する工程と、
c)前記膜をトリミングする工程と、
を含み、
前記c)の後の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきは、前記c)の前の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきより小さく、
前記b)を少なくともn´´(n´´は2以上の自然数)回繰り返し実行し、
(n´´-1)回目の前記b)において、被処理体が載置される載置台に設けられる独立して温度制御可能な複数のゾーン各々を第1の温度分布に制御して、深さ方向に第1の膜厚分布を有する前記膜を形成し、
n´´回目の前記b)において、前記複数のゾーン各々を第2の温度分布に制御して、深さ方向に第2の膜厚分布を有する前記膜を形成する、基板処理方法。 - a)基板と、前記基板上に形成されたエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に形成された開口を有するマスクとを備える被処理体をチャンバ内の載置台上に提供する工程と、
b)前記マスクの膜厚方向に沿って、前記開口の側壁に異なる厚さを有する膜を形成する工程と、
c)前記膜をトリミングする工程と、
を含み、
前記c)の後の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきは、前記c)の前の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきより小さく、
前記b)は、プリカーサの吸着若しくは反応ガスの反応を前記開口の側壁上で選択的に生じさせる原子層堆積により実行する、基板処理方法。 - a)基板と、前記基板上に形成されたエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に形成された開口を有するマスクとを備える被処理体をチャンバ内の載置台上に提供する工程と、
b)前記マスクの膜厚方向に沿って、前記開口の側壁に異なる厚さを有する膜を形成する工程と、
c)前記膜をトリミングする工程と、
を含み、
前記c)の後の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきは、前記c)の前の前記マスクの膜厚方向における前記開口の開口寸法のばらつきより小さく、
e)前記c)の前に、前記開口の側壁に下地膜を形成する工程をさらに含む、基板処理方法。 - 前記膜と前記下地膜とはそれぞれ、異なるエッチング選択比を有する材料で形成される、請求項13に記載の基板処理方法。
- 前記下地膜は前記マスクと同一材料であり、
前記膜は前記マスク下のエッチング対象膜と同一材料である、
請求項13または14に記載の基板処理方法。 - 前記b)および前記c)を繰り返す、請求項3から15のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記b)において、前記開口の側壁に、前記マスクの開口側から前記基板側に向けて膜厚が減少する前記膜が形成される、請求項3から16のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記b)において、前記膜が前記開口の側壁上方のみに形成される、請求項3から17のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記b)において、前記開口の側壁の上部に、当該開口の開口寸法の約10%~約40%の膜厚となる前記膜が形成される、請求項3から18のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記b)は、前記開口のアスペクト比が10以上のときに実行する、請求項3から19のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記開口はボーまたはテーパを含む、請求項3から20のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記b)および前記c)を減圧雰囲気を維持して同一チャンバ内(in-situ)または同一システム内(in-system)で実行する、請求項3から21のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記b)は、化学気相成長により実行する、請求項3から22のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- f)前記b)の前に、前記膜の形成を阻害する阻害因子を形成する工程をさらに含む、請求項3から23のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- g)前記c)の後に前記チャンバの内壁に付着した副生成物を覆うコーティングを施す工程をさらに含む、請求項3から24のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 処理空間を提供するチャンバと、
前記チャンバの内部に設けられ、被処理体が載置される載置台と、
前記チャンバの内部に処理ガスを供給するためのガス供給部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
a)基板と、前記基板上に形成されたエッチング対象膜と、前記エッチング対象膜上に形成された開口を有するマスクと、を備える被処理体をチャンバ内の載置台上に提供する工程と、
b)前記マスクの膜厚方向に沿って、前記開口の側壁に異なる厚さを有する膜を形成する工程と、
を含み、
前記b)は、
b1)前記チャンバ内にプリカーサを供給し、前記マスクの表面に前記プリカーサを吸着させる工程と、
b2)前記チャンバ内に反応ガスを供給し、前記吸着したプリカーサと前記反応ガスとを反応させる工程と、
を含む基板処理方法を実行させる
基板処理装置。
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