WO2020184337A1 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

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WO2020184337A1
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substrate
stress
dummy
substrate processing
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佳幸 近藤
秀樹 湯浅
藤野　豊
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東京エレクトロン株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/01—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes on temporary substrates, e.g. substrates subsequently removed by etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • 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

Definitions

  • This disclosure relates to a substrate processing method and a substrate processing apparatus.
  • Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a semiconductor device that forms a metal thin film having no tensile stress on the surface of a semiconductor substrate.
  • the present disclosure provides a substrate processing method and a substrate processing apparatus for controlling the stress of a film formed on a substrate.
  • a step of forming a dummy film having a stress in the second direction on the second surface of the substrate, and after the dummy film is formed, the above-mentioned A step of forming a desired film having a stress in the first direction opposite to the second direction on the first surface of the substrate, which is the opposite surface of the second surface, and removing the dummy film.
  • a substrate processing method comprising a process is provided.
  • the plan view which shows an example of the substrate processing apparatus which concerns on one Embodiment.
  • the flowchart which shows the operation of the substrate processing apparatus which concerns on one Embodiment. Schematic diagram of the cross section of the substrate in each process. Schematic diagram of the cross section of the substrate in each process. Schematic diagram of the cross section of the substrate in each process.
  • FIG. 1 is a plan view showing an example of the substrate processing apparatus 100 according to the embodiment.
  • the substrate processing device 100 shown in FIG. 1 is a cluster structure (multi-chamber type) system.
  • the substrate processing apparatus 100 is an apparatus for forming a desired film (desired film 11 described later in FIG. 4C) on the surface of the substrate W.
  • the desired film 11 has a stress in the first orientation.
  • the surface on which the desired film 11 is formed is referred to as the surface (first surface) of the substrate W regardless of the orientation of the substrate W, and is opposite to the surface on which the desired film 11 is formed.
  • the back surface (second surface) of the substrate W Is referred to as the back surface (second surface) of the substrate W.
  • the stress in the first direction is described as a tensile stress.
  • the substrate processing device 100 includes a back surface film forming apparatus 101, a front surface film forming apparatus 102, a back surface etching apparatus 103, a transport chamber 104, a transport device 105, a load lock / load port 106, and a control device 107. I have.
  • the back surface film forming apparatus 101 is an apparatus in which the pressure is reduced to a predetermined vacuum atmosphere and a dummy film 12 (see FIG. 4A described later) is formed on the back surface of the substrate W inside.
  • the back surface film forming apparatus 101 is arranged adjacent to the transport chamber 104, and a gate valve (not shown) is provided at the transport port.
  • the back surface film forming apparatus 101 is realized by, for example, an ALD (Atomic Layer Deposition) apparatus and a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus.
  • the surface film forming apparatus 102 is an apparatus in which the pressure is reduced to a predetermined vacuum atmosphere and a desired film 11 (see FIG. 4B described later) is formed on the surface of the substrate W inside the pressure.
  • the surface film forming apparatus 102 is arranged adjacent to the transport chamber 104, and a gate valve (not shown) is provided at the transport port.
  • the surface film forming apparatus 102 is realized by, for example, an ALD apparatus and a CVD apparatus.
  • the back surface etching apparatus 103 is an apparatus in which the pressure is reduced to a predetermined vacuum atmosphere and the dummy film 12 (see FIGS. 4B and 4C described later) formed on the back surface of the substrate W is removed from the inside thereof.
  • the back surface etching apparatus 103 is arranged adjacent to the transport chamber 104, and a gate valve (not shown) is provided at the transport port.
  • the back surface etching apparatus 103 is realized by an etching apparatus that performs dry etching.
  • the transport chamber 104 is decompressed to a predetermined vacuum atmosphere. Further, a transport device 105 for transporting the substrate W is provided inside the transport chamber 104.
  • the transfer device 105 is between the back surface film forming apparatus 101 and the transfer chamber 104, between the front surface film forming apparatus 102 and the transfer chamber 104, between the back surface etching device 103 and the transfer chamber 104, and between the load lock load port 106 and the transfer chamber 104.
  • the substrate W is carried in and out between the two.
  • 2A and 2B are partially enlarged views showing an example of the transport device 105, FIG. 2A is a view seen from the surface direction of the substrate W, and FIG. 2B is a view seen from the side surface direction of the substrate W.
  • the transport device 105 has a pick 105a for holding the substrate W and an arm 105b.
  • the pick 105a holds the substrate W so as to be sandwiched in the thickness direction of the substrate W at the outer peripheral portion of the substrate W. Further, the pick 105a is configured to be roll-rotatable with respect to the arm 105b. As a result, the substrate W can be inverted by rotating the pick 105a by 180 ° with respect to the arm 105b.
  • the load lock / load port 106 has a load lock chamber, a loader module, and a load port.
  • the load lock chamber is arranged adjacent to the transport chamber 104, and a gate valve (not shown) is provided at the transport port.
  • the load lock room can switch between an air atmosphere and a vacuum atmosphere.
  • the loader module is arranged adjacent to the load lock chamber, and a gate valve (not shown) is provided at the transport port.
  • the loader module has an atmospheric atmosphere and is provided with a transport device.
  • a load port is provided on the wall surface of the loader module.
  • a carrier accommodating the substrate W and an empty carrier are attached to the load port.
  • As the carrier for example, FOUP (Front Opening Unified Pod) or the like can be used.
  • the transport device of the loader module carries in and out the substrate W between the load lock chamber and the carrier attached to the load port.
  • the control device 107 has a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an HDD (Hard Disk Drive).
  • the control device 107 is not limited to the HDD, and may have another storage area such as an SSD (Solid State Drive).
  • a recipe in which process procedures, process conditions, and transfer conditions are set is stored in a storage area such as an HDD or RAM.
  • the CPU controls the processing of the substrate W in the devices 101 to 103 according to the recipe. Further, the CPU controls the transfer of the substrate W in the devices 101 to 103, the transfer chamber 104, and the load lock / load port 106 according to the recipe.
  • a program for executing processing of the substrate W or transfer of the substrate W may be stored in the HDD or RAM. The program may be stored in a storage medium and provided, or may be provided from an external device via a network.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the substrate processing apparatus 100 according to the embodiment.
  • 4A to 4C are schematic cross-sectional views of the substrate W in each step.
  • the surface of the substrate W is always facing up regardless of the orientation of the substrate W in each process.
  • the carrier accommodating the substrate W is attached to the load port of the load lock load port 106.
  • the control device 107 controls the transfer device of the loader module to transfer the substrate W from the carrier to the load lock chamber, and controls the exhaust device of the load lock chamber to switch the load lock chamber from an air atmosphere to a vacuum atmosphere.
  • the control device 107 controls the transport device 105 in the transport chamber 104 to transport the substrate W from the load lock chamber to the back surface film forming apparatus 101. At this time, the transport device 105 transports the substrate W to the back surface film forming apparatus 101 with the back surface facing up.
  • step S1 the control device 107 executes the dummy film forming step.
  • the control device 107 controls the back surface film forming apparatus 101 to form a dummy film 12 on the back surface of the substrate W (base 10) as shown in FIG. 4A.
  • the dummy film 12 to be formed has a stress in the second direction opposite to the stress in the first direction.
  • the stress in the second direction will be described as a compressive stress.
  • the direction of stress of the dummy film 12 is indicated by a white arrow.
  • the substrate W (base 10) is distorted so as to be convex downward due to the formation of the dummy film 12 having compressive stress on the back surface of the substrate W (base 10). Become.
  • the back surface film forming apparatus 101 can use a plasma CVD apparatus that supplies Si-containing gas and O-containing gas as film forming gas into the champer and forms a SiO 2 film by the plasma CVD method.
  • the direction of stress in the film formed on the substrate W can be controlled by adjusting the film forming conditions.
  • RF Radio Frequency
  • the processing gas supplied into the chamber is converted into plasma by this RF electric power.
  • a high frequency for example, 30 MHz to 3000 MHz
  • a film having tensile stress can be formed.
  • the frequency of RF power is set to a low frequency (for example, 0.3 MHz to 30 MHz)
  • a film having compressive stress can be formed.
  • the adjustment of the film forming conditions for controlling the direction of stress is not limited to this.
  • the direction of stress may be adjusted depending on the material of the film to be formed.
  • the control device 107 controls the conveying device 105 in the conveying chamber 104 to convey the substrate W from the back surface forming apparatus 101 to the front surface forming apparatus 102. .. At this time, the transport device 105 transports the substrate W to the surface film forming apparatus 102 so that the surface of the substrate W faces up.
  • step S2 the control device 107 executes the desired film forming step.
  • the control device 107 controls the surface film forming apparatus 102 to form the desired film 11 on the surface of the substrate W (base 10) as shown in FIG. 4B.
  • the desired film 11 to be formed has a stress in the first direction.
  • the stress in the first direction will be described as a tensile stress.
  • the direction of stress of the desired film 11 is indicated by a black arrow.
  • the desired film 11 is formed with the substrate W distorted by the dummy film 12.
  • the surface film forming apparatus 102 supplies a Si-containing gas and an N-containing gas as film forming gas into the champer, and provides a low-temperature plasma CVD apparatus (microwave plasma CVD apparatus) for forming a SiN film by a plasma CVD method. Can be used.
  • the film forming conditions in the surface film forming apparatus 102 are adjusted so that a desired film density can be obtained in the desired film 11.
  • the control device 107 controls the conveying device 105 in the conveying chamber 104 to convey the substrate W from the front surface forming apparatus 102 to the back surface etching apparatus 103. At this time, the transport device 105 transports the substrate W to the back surface etching device 103 with the back surface facing up.
  • step S3 the control device 107 executes the dummy film removing step.
  • the control device 107 controls the back surface etching device 103 to remove the dummy film 12 formed on the back surface of the substrate W (base 10) as shown in FIG. 4C.
  • the strain of the substrate W (base 10) is restored by removing the dummy film 12 having compressive stress. Therefore, tensile stress is applied to the desired film 11 as shown by the white arrows. Therefore, the tensile stress of the desired film 11 is the sum of the stress indicated by the black arrow and the stress indicated by the white arrow (indicated by the broken line in FIG. 4C), and is increased from the state of FIG. 4B.
  • the film density of the desired film 11 hardly changes before the removal of the dummy film 12 (see FIG. 4B) and after the removal of the dummy film 12 (see FIG. 4C).
  • the desired film 11 can be a film having a large tensile stress while having a desired film density.
  • the back surface etching apparatus 103 can use a plasma etching apparatus that supplies a halogen-containing gas such as an F-based gas or CF-based gas into the chamber as a processing gas and removes the SiO 2 film by dry etching.
  • a halogen-containing gas such as an F-based gas or CF-based gas
  • the control device 107 controls the transfer device 105 in the transfer chamber 104 to transfer the substrate W from the back surface etching device 103 to the load lock chamber.
  • the transport device 105 transports the substrate W to the load lock chamber so that the surface of the substrate W faces up.
  • the control device 107 switches the load lock chamber from a vacuum atmosphere to an atmospheric atmosphere.
  • the control device 107 controls the transfer device of the loader module to accommodate the substrate W from the load lock chamber into the carrier.
  • the tensile stress of the desired film 11 is strengthened while the film density of the desired film 11 formed on the surface of the substrate W is set to the desired film density. be able to.
  • the stress of the film can be adjusted by adjusting the film forming conditions.
  • the film density and the stress there is a trade-off relationship between the film density and the stress, and it is difficult to increase the stress while maintaining the desired film density.
  • a dummy film 12 having a stress in the opposite direction is formed in advance on the back surface of the substrate W before the desired film 11 is formed. Then, after the desired film 11 is formed, the dummy film 12 is removed. As a result, the stress applied to the substrate 10 by the dummy film 12 is released at the same time as the removal of the dummy film 12, and the substrate 10 enhances the tensile stress in the desired film 11. In this way, the stress of the desired film 11 can be controlled by the dummy film 12. This makes it possible to achieve both the film density of the desired film 11 and the film stress.
  • the desired film 11 having both such film density and film stress can be used as a hard mask for dry etching, for example. As described above, the desired film 11 can secure the film density required for the hard mask. Further, by increasing the tensile stress of the hard mask, it is possible to suppress the occurrence of Wiggling during dry etching.
  • the stress of the desired film 11 can be controlled by the dummy film 12, so that both the step coverage of the desired film 11 and the film stress can be achieved at the same time. it can.
  • the desired film 11 having both such step coverage and film stress can be used as, for example, a MOSFET CESL (Contact Etch Stop Layer).
  • CESL improves the channel mobility of carriers by applying stress to the channel portion of the transistor to distort the crystals in the channel portion.
  • the desired film 11 is a film having a tensile stress
  • the desired film 11 is not limited to this, and a film having a compressive stress can also be applied. That is, the stress in the first direction may be a compressive stress, and the stress in the second direction may be a tensile stress. As a result, the compressive stress of the desired film 11 can be increased while setting the film density of the desired film 11 formed on the surface of the substrate W to the desired film density.
  • the desired film 11 is a SiN film and the dummy film 12 is a SiO 2 film has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the desired film 11 is a SiO 2 film and the dummy film 12 is a SiN film. May be good. Moreover, the material is not limited to these. Further, the desired film 11 and the dummy film 12 may be made of different materials or may be made of the same material. Even if the materials are the same, the direction of stress can be adjusted by adjusting the film forming conditions.
  • the desired film 11 and the dummy film 12 are made of different materials. Since the materials of the desired film 11 and the dummy film 12 are different, the dummy film 12 can be selectively etched when the dummy film 12 is removed by the back surface etching apparatus 103.
  • the substrate processing apparatus 100 is an in situ system in which the substrate W is conveyed through the transfer chamber 104 in a vacuum atmosphere has been described as an example. It is not limited to this. It may be an Exsitu system in which the substrate W is transported via the air transport chamber. Further, the back surface etching apparatus 103 is not limited to dry etching, and may be wet etching.
  • the back surface film forming apparatus 101, the front surface forming apparatus 102, and the back surface etching apparatus 103 have been described as having an independent chamber, but the present invention is not limited thereto. Two or more of the dummy film forming step, the desired film forming step, and the dummy removing step may be processed in one chamber.
  • Substrate 10 Substrate 11 Desired film 12 Dummy film 100 Substrate processing device 101 Back surface film forming device (dummy film forming device) 102 Surface film forming apparatus (desired film forming apparatus) 103 Backside etching device (dummy film removal device) 104 Transport chamber 105 Transport device 105a Pick 105b Arm 106 Load lock / load port 107 Control device

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Abstract

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。　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。

Description

基板処理方法及び基板処理装置
　本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
　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。
特開平５－１８２９７０号公報
　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。
　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。
　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。
一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す平面図。 搬送装置の一例を示す部分拡大図。 搬送装置の一例を示す部分拡大図。 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。 各工程における基板の断面模式図。 各工程における基板の断面模式図。 各工程における基板の断面模式図。
　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。
　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４Ｃ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。
　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。
　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４Ａ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。
　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４Ｂ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。
　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４Ｂ及び図４Ｃ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。
　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。
　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２Ａ及び図２Ｂは、搬送装置１０５の一例を示す部分拡大図であり、図２Ａは基板Ｗの表面方向から見た図であり、図２Ｂ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。
　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。
　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。
　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。
＜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４Ａから図４Ｃは、各工程における基板Ｗの断面模式図である。なお、図４Ａから図４Ｃ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。
　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。
　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４Ａ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４Ａ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。
　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。
　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。
　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。
　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４Ｂ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。
　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。
　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。
　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。
　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４Ｃ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４Ｃでは破線の囲みで示す。）となり、図４Ｂ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４Ｂ参照）とダミー膜１２の除去後（図４Ｃ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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　尚、本願は、２０１９年３月１３日に出願した日本国特許出願２０１９－０４６３４７号に基づく優先権を主張するものであり、これらの日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。
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

Claims (8)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
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