WO2023127483A1 - 基板処理方法および基板処理システム - Google Patents

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WO2023127483A1
WO2023127483A1 PCT/JP2022/045823 JP2022045823W WO2023127483A1 WO 2023127483 A1 WO2023127483 A1 WO 2023127483A1 JP 2022045823 W JP2022045823 W JP 2022045823W WO 2023127483 A1 WO2023127483 A1 WO 2023127483A1
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substrate
plasma
stress
microwave
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PCT/JP2022/045823
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好太 梅澤
亮 清水
宗仁 加賀谷
博紀 村上
悠介 鈴木
友志 大槻
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東京エレクトロン株式会社
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    • 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
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    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
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    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
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    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Definitions

  • the present disclosure relates to a substrate processing method and a substrate processing system.
  • the present disclosure provides a technique that can reduce warping of a substrate due to stress when elements are formed on the surface of the substrate without interfering with the subsequent photolithography process.
  • a substrate processing method includes preparing a substrate having a front surface and a back surface and having an element formed on the front surface, forming a film on the entire surface of the back surface of the substrate, and locally plasma-treating a portion of the film formed on the back surface of the.
  • a technique capable of reducing warpage of a substrate due to stress when elements are formed on the surface of the substrate without interfering with the subsequent photolithography process is provided.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining relative movement between a microwave radiation mechanism and a substrate in the plasma processing apparatus of FIG. 6;
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of formation of a modified portion by plasma processing by rotating a substrate after positioning a microwave radiation mechanism by a moving mechanism in the plasma processing apparatus of FIG. 6;
  • FIG. 7 is a diagram showing an example in which a modified portion is formed at a predetermined position and in a predetermined shape on the XY coordinates by combining the movement of the microwave radiation mechanism by the movement mechanism and the rotation of the substrate in the plasma processing apparatus of FIG. 6.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining relative movement between a microwave radiation mechanism and a substrate in the plasma processing apparatus of FIG. 6;
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of formation of a modified portion by plasma processing by rotating a substrate after positioning a microwave radiation mechanism by a moving mechanism in the plasma processing apparatus of FIG. 6;
  • FIG. 7 is a diagram showing an example in which a modified portion is formed at a
  • FIG. 1 is a flow chart showing a substrate processing method according to one embodiment.
  • a substrate having a front surface and a back surface and having elements formed on the front surface is prepared (step ST1).
  • a film is formed on the entire back surface of the substrate (step ST2).
  • a portion of the film formed on the back surface of the substrate is locally plasma-treated (step ST3).
  • the substrate is not particularly limited, but a typical example is a semiconductor substrate (wafer), in which case the element formed is a semiconductor element (semiconductor device).
  • the element formed on the surface of the substrate is formed by laminating a plurality of films by repeating the film formation process and the etching process. Since the element formed in this way has a complicated structure, the stress of the film is applied to the substrate, and the substrate may warp due to heat treatment in a post-process. In particular, when an element such as 3D NAND is formed by laminating 100 or more layers of films on a substrate, the stress is large and complicated, and the warp of the substrate is also large and complicated.
  • step ST2 the stress is adjusted by forming a film on the entire back surface of the substrate.
  • the entire back surface does not have to be the entire surface.
  • the film stress may be tensile stress.
  • the film formed on the back surface of the substrate is not particularly limited, but a silicon nitride (SiN) film can be mentioned, for example.
  • the method of forming the film is also not particularly limited, but plasma CVD, particularly microwave plasma CVD, can be preferably used.
  • plasma CVD particularly microwave plasma CVD
  • the film stress in the as-depo state is Tensile.
  • a SiO film and a Si film can also be used as the film formed on the back surface.
  • plasma CVD can be suitably used when the film formed on the back surface of the substrate is a SiN film.
  • a Si-containing gas and a nitrogen-containing gas can be used, and a microwave plasma source, for example, can be used as the plasma source.
  • the film thickness of the film formed on the back surface of the substrate can be, for example, in the range of 10 to 500 nm.
  • the local plasma treatment in step ST3 has the function of modifying the film formed on the back surface of the substrate and adjusting the film stress. For example, if the film stress is in the tensile direction when a film is formed on the entire back surface, plasma processing can change the film stress to the compressive side.
  • the amount of change in film stress due to plasma processing at this time can be adjusted by the type of processing gas used for plasma processing and/or the power supplied for plasma generation. In addition, the change amount of the film stress can be adjusted by the gas flow rate or the like.
  • a gas capable of modifying the film formed on the back surface of the substrate to adjust the stress such as H 2 , Ar, NH 3 , N 2 , O 2 , NO, N 2 O. can be used. These may be used alone or in combination.
  • the film stress as a whole is tencile.
  • the stress on the back side of the board is adjusted by making the stress on the part compressive.
  • the stress of the modified portion is made more tencile, and the stress on the back side of the substrate is adjusted.
  • the back surface of the substrate is modified by plasma of H 2 , Ar, O 2 , NO, N 2 O, or plasma of a combination thereof. Adjust stress.
  • the film formed on the back surface of the substrate is a Si film
  • a film is formed on the entire back surface of the substrate, and plasma processing is locally performed on a part of the film formed on the back surface.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of a substrate processing system for carrying out the substrate processing method of one embodiment.
  • the processing system 100 includes a film forming apparatus 200 that forms a film on the entire back surface of the substrate, a plasma processing apparatus 300 that locally performs plasma processing on a part of the film formed on the back surface of the substrate, and a control unit 400 .
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the film forming apparatus 200
  • FIG. 4 is a plan view schematically showing a microwave supply unit in the plasma source of the film forming apparatus 200 of FIG. 3
  • FIG. 5 is the film forming apparatus 200 of FIG. is a cross-sectional view showing the microwave radiation mechanism of.
  • the film forming apparatus 200 is configured as a plasma CVD apparatus that forms a film using microwave plasma, and a SiN film, for example, is formed as the film.
  • the film forming apparatus 200 includes a substantially cylindrical grounded chamber 1 made of a metal material such as aluminum or stainless steel, which is airtightly configured, and a chamber 1 for radiating microwaves into the chamber 1 to form microwave plasma. and a plasma source 2 .
  • An opening 1a is formed in the upper portion of the chamber 1, and the plasma source 2 is provided so as to face the interior of the chamber 1 through the opening 1a.
  • a mounting table 11 which is a support member for horizontally supporting the substrate W, is provided in a state supported by a cylindrical support member 12 erected at the center of the bottom of the chamber 1 via an insulating member 12a. It is The mounting table 11 supports the substrate W with its back surface facing upward. Examples of the material forming the mounting table 11 and the support member 12 include aluminum whose surface is anodized.
  • the mounting table 11 includes a heater for heating the substrate W, a gas flow path for supplying a heat transfer gas to the rear surface of the substrate W, and a lifting/lowering device for transporting the substrate W.
  • a lifting pin or the like is provided for this purpose.
  • An electrostatic chuck for electrostatically attracting the substrate W may be provided on the mounting table 11 .
  • a high-frequency bias power source 14 is electrically connected to the mounting table 11 via a matching device 13 . Ions in the plasma are drawn toward the wafer W by supplying high-frequency power from the high-frequency bias power supply 14 to the mounting table 11 . Note that the high-frequency bias power supply 14 is not essential.
  • An exhaust pipe 15 is connected to the bottom of the chamber 1, and an exhaust device 16 including a vacuum pump is connected to the exhaust pipe 15.
  • the exhaust device 16 By operating the exhaust device 16, the gas in the chamber 1 is exhausted, and the pressure in the chamber 1 can be quickly reduced to a predetermined degree of vacuum.
  • the exhaust device 16 also has a pressure control valve (not shown) to control the pressure inside the chamber 1 to a predetermined pressure.
  • a side wall of the chamber 1 is provided with a loading/unloading port 17 for loading/unloading the substrate W and a gate valve 18 for opening/closing the loading/unloading port 17 .
  • a ring-shaped gas introduction member 26 is provided along the chamber wall in the upper part of the chamber 1, and a large number of gas discharge holes are provided in the inner circumference of the gas introduction member 26.
  • a gas supply source 27 for supplying a processing gas is connected to the gas introduction member 26 via a pipe 28 .
  • a Si-containing gas and a nitrogen-containing gas can be used as the processing gas.
  • a rare gas such as Ar gas may be supplied.
  • the Si-containing gas include silane-based compound gases such as monosilane (SiH 4 ) gas, disilane (Si 2 H 6 ) gas, and trimethylsilane (SiH(CH 3 ) 3 ) gas.
  • the nitrogen-containing gas for example, ammonia (NH 3 ) gas, nitrogen (N 2 ) gas, or the like can be used.
  • the processing gas may be introduced from another location such as the ceiling wall of the chamber 1 .
  • the gas introduced into the chamber 1 from the gas introduction member 26 is excited into plasma by microwaves introduced into the chamber 1 from the plasma source 2, and a film is formed on the entire back surface of the substrate W by plasma CVD.
  • the plasma source 2 is for generating microwaves and radiating the generated microwaves into the chamber 1 to generate plasma, and has a microwave output section 30 and a microwave supply section 40 .
  • the microwave output unit 30 has a microwave power supply, a microwave oscillator that oscillates microwaves, an amplifier that amplifies the oscillated microwaves, and a distributor that distributes the amplified microwaves to a plurality of devices. Then, the microwaves are distributed and output.
  • the microwave supply unit 40 includes a plurality of amplifier units 42 that mainly amplify the microwaves distributed by the distributor of the microwave output unit 30, and a microwave radiation mechanism 41 connected to each of the plurality of amplifier units 42. and
  • the microwave radiation mechanisms 41 are arranged on the plate-like member 110, 6 circumferentially and 1 in the center, for a total of 7 units. Note that the number of microwave radiation mechanisms 41 is not limited to seven.
  • the plate-shaped member 110 functions as a vacuum seal and a microwave transmission plate, and has a metal frame 110a and a microwave transmission window 110b made of a dielectric material such as quartz fitted in the frame 110a.
  • the microwave transmission window 110b is provided so as to correspond to the portion where the microwave radiation mechanism 41 is arranged.
  • the microwave radiation mechanism 41 has a coaxial waveguide 44 for transmitting microwaves, and an antenna section 43 for radiating the microwaves transmitted through the waveguide 44 into the chamber 1. ing.
  • the microwaves radiated into the chamber 1 from the microwave radiation mechanism 41 are synthesized in the space within the chamber 1 to form microwave plasma within the chamber 1 .
  • the waveguide 44 is configured by coaxially arranging a cylindrical outer conductor 52 and a rod-shaped inner conductor 53 provided at the center thereof, and an antenna section 43 is provided at the tip of the waveguide 44 .
  • the inner conductor 53 is on the feeding side and the outer conductor 52 is on the ground side.
  • Reflecting plates 58 are provided at the upper ends of the outer conductor 52 and the inner conductor 53 .
  • a feeding mechanism 54 for feeding microwaves is provided on the base end side of the waveguide 44 .
  • the feeding mechanism 54 has a microwave power introduction port 55 for introducing microwave power provided on the side surface of the waveguide 44 (outer conductor 52).
  • a coaxial line 56 composed of an inner conductor 56 a and an outer conductor 56 b is connected to the microwave power introduction port 55 as a feeder line for supplying microwaves amplified from the amplifier section 42 .
  • a feeding antenna 90 extending horizontally toward the inside of the outer conductor 52 is connected to the tip of the inner conductor 56 a of the coaxial line 56 .
  • Microwave power is fed to the space between the outer conductor 52 and the inner conductor 53 by the power feeding antenna 90 radiating microwaves. Then, the microwave power supplied to the feeding mechanism 54 propagates toward the antenna section 43 .
  • a tuner 60 is provided in the waveguide 44 .
  • the tuner 60 has two slugs 61a and 61b provided between the outer conductor 52 and the inner conductor 53, and an actuator 70 for driving the slug provided outside (upper side) of the reflector 58. ing.
  • the impedance of the load (plasma) in the chamber 1 is matched with the characteristic impedance of the microwave power source in the microwave output section 30 .
  • the positions of the slugs 61a and 61b are controlled by a slug controller 71.
  • the slug controller 71 controls the motor constituting the actuator 70 based on the impedance value of the input terminal detected by an impedance detector (not shown) and the position information of the slugs 61a and 61b detected by an encoder or the like. send a signal. This controls the positions of the slugs 61a and 61b to adjust the impedance.
  • the slug controller 71 causes impedance matching to be performed such that the termination is, for example, 50 ⁇ .
  • the antenna section 43 has a flat planar slot antenna 81 and a slow wave member 82 provided on the rear surface (upper surface) of the planar slot antenna 81 .
  • the slow wave material 82 and the planar slot antenna 81 are disk-shaped with a diameter larger than that of the outer conductor 52 .
  • the lower end of the outer conductor 52 extends to the planar slot antenna 81 , and the slow wave material 82 is covered with the outer conductor 52 .
  • the planar slot antenna 81 has a slot 81a that radiates microwaves.
  • the number, arrangement, and shape of the slots 81a are appropriately set so that microwaves are efficiently radiated.
  • a dielectric may be inserted into the slot 81a.
  • the slow-wave material 82 has a dielectric constant greater than that of a vacuum, and is made of, for example, quartz, ceramics, fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene, or polyimide-based resin.
  • the wave slowing material 82 has a function of making the wavelength of the microwave shorter than in a vacuum and making the antenna smaller.
  • the slow-wave material 82 can adjust the phase of the microwave by its thickness, and the thickness is adjusted so that the planar slot antenna 81 becomes a "hollow" of the standing wave. This allows the radiant energy of the planar slot antenna 81 to be maximized with minimal reflection.
  • the microwave transmission window 110b is arranged. Then, the microwave amplified by the amplifier section 42 passes between the peripheral walls of the inner conductor 53 and the outer conductor 52, passes through the microwave transmission window 110b from the planar slot antenna 81, and is radiated into the space within the chamber 1. .
  • the microwave transmission window 110b can be made of a dielectric similar to the slow wave material 82. As shown in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the plasma processing apparatus 300. As shown in FIG.
  • the plasma processing apparatus 300 includes a substantially cylindrical grounded chamber 201 made of a metal material such as aluminum or stainless steel, which is airtight, a plasma source 202 provided above the chamber 201, a plasma source 202 and a substrate. and a relative movement mechanism 204 that causes relative movement with W.
  • a support ring 229 is provided in the upper part of the chamber 201.
  • the support ring 229 is provided with an opening 201a. It is An airtight seal is provided between the support ring 229 and the top plate 203 .
  • a mounting table 211 as a support member for horizontally supporting the substrate W is provided in the chamber 201 while being supported by a cylindrical support member 212 erected at the center of the bottom of the chamber 201 .
  • the mounting table 211 supports the substrate W with its back surface facing up.
  • Examples of the material forming the mounting table 211 and the support member 212 include aluminum whose surface is anodized.
  • the support member 212 extends downward through the chamber 201 through a through hole formed in the bottom wall of the chamber 201 , and its lower end is connected to the rotating mechanism 213 .
  • the rotating mechanism 213 rotates the mounting table 211 via the support member 212 , and the substrate W on the mounting table 211 is configured to rotate together with the mounting table 211 .
  • the mounting table 211 can be raised and lowered by a lifting mechanism.
  • the mounting table 211 includes a temperature control mechanism for controlling the temperature of the substrate W, a gas flow path for supplying a heat transfer gas to the rear surface of the substrate W, and a A lifting pin or the like that moves up and down is provided.
  • An electrostatic chuck for electrostatically attracting the substrate W may be provided on the mounting table 211 .
  • a seal mechanism 214 such as a fluid seal is provided between the support member 212 and the bottom wall of the chamber 201 .
  • An exhaust pipe 215 is connected to the bottom of the chamber 201, and an exhaust device 216 including a vacuum pump is connected to the exhaust pipe 215.
  • the exhaust device 216 By operating the exhaust device 216, the gas in the chamber 201 is exhausted, and the pressure in the chamber 201 can be quickly reduced to a predetermined degree of vacuum.
  • the exhaust device 26 also has a pressure control valve (not shown) to control the pressure in the chamber 1 to a predetermined pressure.
  • a side wall of the chamber 201 is provided with a loading/unloading port for loading/unloading the substrate W and a gate valve for opening/closing the loading/unloading port (neither is shown).
  • a ring-shaped gas introduction member 226 is provided along the chamber wall in the upper part of the chamber 201, and the gas introduction member 226 is provided with a large number of gas discharge holes on its inner periphery.
  • a gas supply source 227 that supplies a processing gas for plasma processing is connected to the gas introduction member 226 via a pipe 228 .
  • gases capable of modifying the film formed on the back surface of the substrate W to adjust the stress such as H 2 , Ar, NH 3 , N 2 and O 2 as described above. , NO, N 2 O can be used. These may be used alone or in combination.
  • modification can be performed by H 2 /Ar plasma or Ar plasma as described above. However, it is not limited to these.
  • the plasma source 202 is for radiating microwaves into the chamber 201 to form local plasma.
  • the plasma source 202 has a microwave output section 230 , a microwave radiation mechanism 241 and an amplifier section 242 .
  • the microwave output unit 230 has a microwave power supply, a microwave oscillator that oscillates microwaves, and an amplifier that amplifies the oscillated microwaves.
  • the amplifier section 242 has a function of mainly amplifying the microwaves from the microwave output section 230 .
  • the microwave radiation mechanism 241 is provided movably on the dielectric top plate 203, and is configured in the same manner as the microwave radiation mechanism 41 of the film deposition apparatus 200 shown in FIG. That is, it has a transmission line connected to the amplifier section 242 to transmit microwaves from the amplifier section 242, a tuner for impedance matching, and an antenna section for radiating microwaves. Microwaves radiated from the microwave radiation mechanism 241 pass through the top plate 203 and are supplied to the chamber 201 .
  • the relative movement mechanism 204 is composed of a movement mechanism 250 that moves the microwave radiation mechanism 241 and a rotation mechanism 213 that rotates the substrate W via the mounting table 211. These move the film on the substrate W to a position where plasma processing is performed. to adjust.
  • the moving mechanism 250 rotates the microwave radiation mechanism 241 on the top plate 203 and has a holding member 251 that holds the microwave radiation mechanism 241 and a rotation mechanism 252 that rotates the holding member 251 .
  • the holding member 251 has a vertical portion 251a extending vertically downward from the upper position of the top plate 203 and a horizontal portion 251b extending horizontally from the lower end of the vertical portion 251a, and has an L-shaped cross section.
  • a microwave radiation mechanism 241 is held at the end of the horizontal portion 251b.
  • the rotation mechanism 252 is positioned above the vertical portion 251a, and its rotation axis is at the center of the vertical portion 251a.
  • the microwave radiation mechanism 241 held on the horizontal portion 251 b rotates on the top plate 203 .
  • the microwave radiation mechanism 241 can be configured to slide on the top plate 203 when moved by the moving mechanism 250 .
  • the relative movement mechanism 204 combines the rotation of the microwave radiation mechanism 241 on the substrate W and the rotation of the substrate W by the rotation mechanism 213 to apply microwaves to an arbitrary position of the film formed on the back surface of the substrate W.
  • a radiation mechanism 241 can be positioned.
  • the control unit 400 controls the operation and processing of each component of the film forming apparatus 200 and the plasma processing apparatus 300 that constitute the substrate processing system 100 .
  • the control section 400 is typically a computer, and includes a main control section, an input device, an output device, a display device, and a storage device.
  • the main control unit has a CPU (Central Processing Unit), RAM and ROM.
  • the storage device has a computer-readable storage medium such as a hard disk, and is adapted to record and read information necessary for control.
  • the CPU controls the substrate processing system 100 by executing programs such as processing recipes stored in the ROM or the storage medium of the storage device, using the RAM as a work area.
  • the control unit 400 also has a function of determining the position where the film formed on the back surface of the substrate W is plasma-processed according to the film stress on the front surface side of the substrate W.
  • the transfer device for transferring the substrate W from the film forming apparatus 200 to the plasma processing apparatus 300 may be one that transfers the substrate W in-situ using a vacuum transfer chamber, or one that transfers the substrate W in an atmospheric atmosphere. good.
  • the substrate W is carried into the chamber 1 of the film forming apparatus 200, placed on the mounting table 11, and the gate valve 18 is closed. At this time, the mounting table 11 is heated by a heater (not shown) to control the temperature of the substrate W on the mounting table 11 .
  • the temperature of the substrate W is set to 500 to 650° C., for example.
  • a processing gas is introduced into the chamber 1 from the gas supply source 27 through the pipe 28 and the gas introduction member 26, and the chamber 1 is The internal pressure is controlled, and film formation is performed by plasma CVD.
  • the pressure in the chamber 1 can be set to 266 Pa or less, for example.
  • a processing gas is introduced into the chamber 1 and microwaves are output from the microwave output section 30 of the plasma source 2 .
  • the microwave distributed and output from the microwave output unit 30 is amplified by the amplifier unit 42 of the microwave supply unit 40, and then fed to the waveguide 44 of the microwave radiation mechanism 41, whereupon the antenna unit 43 , the slot 81a of the planar slot antenna 81 and the microwave transmission window 110b into the chamber 1.
  • FIG. At this time, by moving the slugs 61a and 61b of the tuner 60, the impedance is automatically matched, and the microwave is supplied with substantially no power reflection. The radiated microwave propagates on the surface of the microwave transmission window 110b.
  • the gas introduced into the chamber 1 is excited by the electric field of this microwave, plasma is formed in the plasma generation space in the chamber 1, and a SiN film, for example, is formed on the entire back surface of the substrate W by plasma CVD.
  • Process adjustment parameters for film formation include gas flow rate, gas flow rate ratio, pressure, and microwave output emitted from each microwave emission mechanism 41 .
  • Process adjustment parameters for film formation include gas flow rate, gas flow rate ratio, pressure, and microwave output emitted from each microwave emission mechanism 41 .
  • the electron temperature of the microwave plasma is controlled to be low, film formation can be performed without damaging the formed film or the elements of the substrate W. Further, since the microwave plasma is a high-density plasma, the density of the obtained film can be increased, making it suitable as a film for stress adjustment.
  • the substrate W with the film formed on the entire back surface as described above is carried into the chamber 201 of the plasma processing apparatus 300 and placed on the mounting table 211 .
  • the processing gas is introduced into the chamber 201 from the gas supply source 227 through the pipe 228 and the gas introduction member 226, and the chamber 201 is The internal pressure is controlled, and the back surface of the substrate W is subjected to local plasma processing.
  • a processing gas is introduced into the chamber 201, the substrate W is rotated by the rotation mechanism 213, and the microwave radiation mechanism 241 is rotated by the movement mechanism 250 to move the substrate W to a desired position.
  • the microwave radiation mechanism 241 which is a part of the plasma source 202, and the substrate W are relatively moved, and the microwave output from the microwave output unit 230 is emitted from the microwave radiation mechanism 241 to a desired position on the substrate W. and generate plasma.
  • any position of the film formed on the back surface of the substrate W can be modified by plasma processing, and the stress of the modified portion can be adjusted.
  • the degree of modification by the plasma treatment can be adjusted by the gas species, flow rate, plasma power, etc. of the plasma generating gas.
  • the position where the back surface of the substrate W is locally subjected to plasma processing is determined according to the stress on the front surface side of the substrate W.
  • the vertical portion 251a is rotated by the rotation mechanism 252 of the moving mechanism 250, and the microwave radiation mechanism 241 is rotated to determine the position of the microwave radiation mechanism 241. Further, the substrate W is rotated by the rotation mechanism 213 . Thereby, any position on the substrate W can be subjected to plasma processing.
  • the microwave radiation mechanism 241 is set at a position corresponding to the outermost periphery of the substrate W, and then the substrate W is rotated so that the outermost peripheral portion of the film on the back surface of the substrate is ring-shaped. plasma treatment to form the reforming section 260 .
  • the microwave radiation mechanism 241 is set at a position corresponding to the middle of the substrate W, and then the substrate W is rotated so that the middle portion of the film on the back surface of the substrate is plasma-shaped in a ring shape. It is processed and used as the reforming section 260 .
  • the microwave radiation mechanism 241 is positioned corresponding to the central portion of the substrate W, and then the substrate is rotated so that the central portion of the film on the back surface of the substrate becomes the modified portion 260. .
  • the reformed portion 260 can be formed in an arbitrary shape at an arbitrary position on the XY coordinates.
  • a linear modified portion 260 can be formed as shown in FIG. 9A, or a spot-shaped modified portion 260 can be formed as shown in FIG. 9B.
  • the microwave supplied from the microwave radiation mechanism 241 into the chamber 201 spreads somewhat laterally, but the electric field intensity of the microwave is highest at the center of the microwave radiation mechanism 241 and outside the microwave radiation mechanism 241. becomes lower. Therefore, the area of the substrate W to be modified by the plasma can be substantially the microwave irradiation area.
  • the electron temperature of the microwave plasma is controlled to be low, plasma processing can be performed without damaging the elements on the substrate W. Further, since the microwave plasma is a high-density plasma, the modification effect of the plasma is high.
  • the film stress after plasma treatment was 522 MPa under condition 1 and 244 MPa under condition 2, both of which changed the film stress to the compressive side. Specifically, the amount of change to the compressive side was 45 MPa under condition 1 and 323 MPa under condition 2. From the above results, it was confirmed that the stress of the film on the back surface of the substrate can be adjusted by plasma treatment.
  • microwave plasma CVD to form a film on the entire back surface of the substrate
  • the present invention is not limited to this, and any film formation method capable of adjusting the stress of the elements on the front surface side of the substrate may be used.
  • other plasma CVD, thermal CVD, ALD, PVD, etc. can be used.
  • the SiN film is used as the film formed on the entire back surface of the substrate, but any film that can adjust the stress of the elements on the front surface side of the substrate may be used.
  • Membranes can also be used.
  • microwave plasma for plasma processing of the film on the back surface of the substrate
  • any plasma processing that can adjust the stress of the film on the back surface of the substrate may be used, such as capacitive coupling plasma or inductive coupling.
  • Other plasmas such as plasma, can also be used.
  • local plasma is formed using a microwave radiation mechanism. You may make it emit gas.
  • the microwave radiation mechanism that constitutes the plasma source is rotated, and the substrate is rotated to cause relative movement between the plasma source and the substrate.
  • An example of adjusting the position for plasma processing has been shown.
  • the present invention is not limited to this, for example, a position where local plasma processing is performed on the substrate using an XY table that can arbitrarily move the substrate on the XY coordinates with respect to the plasma source that is fixedly provided. may be adjusted.
  • Substrate processing system, 200 Film forming apparatus, 201; Chamber, 202; Plasma source, 211; ; reforming section, 300; plasma processing apparatus, 400; control section, W; substrate

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Abstract

基板処理方法は、表面と裏面を有し、表面に素子が形成された基板を準備することと、基板の裏面の全面に膜を形成することと、基板の裏面に形成された膜の一部に対して局所的にプラズマ処理することで膜のストレスを調整することとを有する。

Description

基板処理方法および基板処理システム
　本開示は、基板処理方法および基板処理システムに関する。
　例えば、３ＤＮＡＮＤのような多数の層を積層してなる素子を基板の表面に形成する場合、膜ストレスにより基板に大きく複雑なストレスがかかり、後工程での熱処理後の基板に反りが発生することがある。このような不都合を解消できる技術として、特許文献１には、基板の表面状態の測定結果に応じたマスクを準備し、このマスクを用いて基板の裏面の所望の位置に膜を形成し、ウエハの局所的な反りを補償する技術が記載されている。さらに、特許文献２には、基板の反り等を低減するために、基板裏面の所望の位置に膜を成膜できる成膜装置が記載されている。
特開２０２０－７７７５１号公報 特開２０２０－１５８８５６号公報
　本開示は、基板の表面に素子が形成された際のストレスによる基板の反りを、その後のフォトリソグラフィ工程に支障を及ぼすことなく低減できる技術を提供する。
　本開示の一態様に係る基板処理方法は、表面と裏面を有し、表面に素子が形成された基板を準備することと、前記基板の前記裏面の全面に膜を形成することと、前記基板の前記裏面に形成された前記膜の一部に対して局所的にプラズマ処理することと、を有する。
　本開示によれば、基板の表面に素子が形成された際のストレスによる基板の反りを、その後のフォトリソグラフィ工程に支障を及ぼすことなく低減できる技術が提供される。
一実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャートである。 一実施形態の基板処理方法を実施するための基板処理システムの一例を示す概略構成図である。 基板処理システムにおける成膜装置の一例を示す断面図である。 図３の成膜装置のプラズマ源におけるマイクロ波供給部を模式的に示す平面図である。 図３の成膜装置のマイクロ波放射機構の一例を示す断面図である。 基板処理システムにおけるプラズマ処理装置の一例を示す断面図である。 図６のプラズマ処理装置におけるマイクロ波放射機構と基板との間の相対移動を説明するための図である。 図６のプラズマ処理装置において移動機構によりマイクロ波放射機構を位置決めした後、基板を回転させてプラズマ処理による改質部の形成例を示す図である。 図６のプラズマ処理装置において移動機構によるマイクロ波放射機構の移動と、基板の回転を組み合わせて、ＸＹ座標における所定の位置および所定の形状で改質部を形成した例を示す図である。
　以下、添付図面を参照して実施の形態について具体的に説明する。
　図１は、一実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャートである。
　本実施形態では、最初に、表面と裏面を有し、表面に素子が形成された基板を準備する（ステップＳＴ１）。次に、基板の裏面全面に膜を形成する（ステップＳＴ２）。次に、基板裏面に形成された膜の一部に対して局所的にプラズマ処理する（ステップＳＴ３）。
　ステップＳＴ１において、基板は特に限定されないが、典型例としては半導体基板（ウエハ）を挙げることができ、その場合には、形成される素子は半導体素子（半導体デバイス）である。基板の表面に形成される素子は、成膜プロセスとエッチングプロセスとを繰り返し、複数の膜が積層されてなる。このように形成された素子は、複雑な構造となるため、膜のストレス（応力）が基板に及ぼされ、後工程の熱処理により基板に反りが発生することがある。特に、３ＤＮＡＮＤのような例えば１００層以上の膜を積層してなる素子を基板に形成する場合には、ストレスが大きくかつ複雑となり、基板の反りも大きくかつ複雑になる。
　ステップＳＴ２においては、基板の裏面全面へ膜を形成することにより、ストレスを調整する。この場合、「裏面全面」とは、完全に全面でなくてもよく、例えば基板の端部の極狭い領域に膜が形成されない場合は許容される。基板の裏面全面に膜を形成したａｓ　ｄｅｐｏ状態では、膜ストレスはテンサイル（引張応力）であってよい。
　基板の裏面に形成する膜は特に限定されないが、例えば窒化珪素（ＳｉＮ）膜を挙げることができる。膜の形成手法も特に限定されないが、プラズマＣＶＤ、特に、マイクロ波プラズマＣＶＤを好適に用いることができる。裏面の膜としてＳｉＮ膜を形成する場合は、ａｓ　ｄｅｐｏ状態の膜ストレスはテンサイルである。裏面に形成する膜としては、ＳｉＮ膜の他、ＳｉＯ膜、Ｓｉ膜を用いることもできる。
　例えば、基板の裏面に形成する膜がＳｉＮ膜の場合、プラズマＣＶＤを好適に用いることができる。プラズマＣＶＤによりＳｉＮ膜を形成する場合は、Ｓｉ含有ガスと窒素含有ガスを用い、プラズマ源として例えばマイクロ波プラズマ源を用いることができる。基板の裏面に形成する膜の膜厚は、例えば、１０～５００ｎｍの範囲とすることができる。
　ステップＳＴ３の局所的なプラズマ処理は、基板裏面に形成された膜を改質し、膜のストレスを調整する機能を有する。例えば、裏面全面に膜を形成した際の膜ストレスがテンサイル方向（引張方向）の場合、プラズマ処理により膜ストレスをコンプレッシブ（圧縮）側に変化させることができる。このときのプラズマ処理による膜ストレスの変化量は、プラズマ処理に用いる処理ガスのガス種、および／または、プラズマ生成のための供給電力によって調整することができる。また、その他、ガス流量等によっても膜ストレスの変化量を調整することができる。
　ステップＳＴ３において、基板裏面の局所的なプラズマ処理を行う位置は、基板の表面側の膜ストレスに応じて決定する。基板の表面には成膜プロセスとエッチングプロセスとを繰り返すことにより複雑な構造の素子が形成されており、基板の表面側には複雑なストレス分布が存在している。このため、基板の表面側のストレス（ストレス分布）を予め測定しておき、基板の裏面側の膜ストレス分布が表面側のストレス分布を補償するように、局所的なプラズマ処理を行う位置を決定する。プラズマ処理を行うための処理ガスとしては、基板の裏面に形成された膜を改質してストレスを調整できるガス、例えばＨ２、Ａｒ、ＮＨ３、Ｎ２、Ｏ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏを用いることができる。これらは単独であっても組み合わせてもよい。
　例えば、基板の裏面に形成される膜がＳｉＮ膜のとき、膜ストレスが全体としてテンサイルであるのに対し、ＳｉＮ膜に例えばＨ２／ＡｒプラズマまたはＡｒプラズマによる改質を行うことにより、改質部分のストレスをコンプレッシブにして基板の裏面側のストレスを調整する。また、ＮＨ３／Ａｒプラズマによる改質を行うことにより、改質部分のストレスをよりテンサイルにして基板の裏面側のストレスを調整する。基板の裏面に形成される膜がＳｉＯ膜のとき、Ｈ２、Ａｒ、Ｏ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏのプラズマ、または、これらの組み合わせのプラズマによる改質を行うことにより、基板の裏面側のストレスを調整する。基板の裏面に形成される膜がＳｉ膜のとき、Ｈ２、Ａｒ、ＮＨ３、Ｎ２、Ｏ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏのプラズマ、または、これらの組み合わせのプラズマによる改質を行うことにより、基板の裏面側のストレスを調整する。
　このような局所的なプラズマ処理は、局所的なプラズマ生成が可能なプラズマ源と、基板とプラズマ源との間に相対的な移動を生じさせる移動機構とを有する装置を用いて行うことができる。移動機構により基板とプラズマ源との間に相対的な移動を生じさせることにより、基板裏面の膜のプラズマ処理を行う位置を調整することができる。プラズマ源としては、例えば、局所的にマイクロ波を照射してマイクロ波プラズマを生成するものを用いることができる。移動機構としては、例えば、プラズマ源を基板に平行な面の面内で回動させ、かつ基板を回転させて相対移動を生じさせる機構を挙げることができる。
　上述したように、従来は、基板表面に形成される素子の高積層化にともなう膜ストレスの増加による基板の反りに対応する技術として、基板表面のストレスに応じて、基板の裏面の所望の位置に局所的に膜を形成し、基板の局所的な反りを補償する技術が用いられていた（上記特許文献１、２参照）。
　しかし、裏面に局所的に膜を形成した基板は、その後に行われるフォトリソグラフィ工程で、精度の関係等から嫌悪される可能性が高い。
　そこで、本実施形態では、基板の裏面全面に膜を形成し、裏面に形成された膜の一部に対して局所的にプラズマ処理する。これにより、基板裏面には全面に膜が形成されているため、その後のフォトリソグラフィ工程に支障を及ぼすことなく、膜ストレスによる基板の反りを低減することができる。
　＜基板処理システム＞
　次に、一実施形態の基板処理方法を実施するための基板処理システムについて説明する。図２は、一実施形態の基板処理方法を実施するための基板処理システムの一例を示す概略構成図である。
　処理システム１００は、基板裏面の全面に膜を形成する成膜装置２００と、基板裏面に形成された膜の一部に対して局所的にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置３００と、制御部４００とを有する。
　まず、成膜装置２００について説明する。図３は成膜装置２００の一例を示す断面図、図４は図３の成膜装置２００のプラズマ源におけるマイクロ波供給部を模式的に示す平面図、図５は図３の成膜装置２００のマイクロ波放射機構を示す断面図である。
　成膜装置２００は、マイクロ波プラズマにより膜を形成するプラズマＣＶＤ装置として構成され、膜として例えばＳｉＮ膜が形成される。
　成膜装置２００は、気密に構成されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなる略円筒状の接地されたチャンバ１と、チャンバ１内にマイクロ波を放射してマイクロ波プラズマを形成するためのプラズマ源２とを有している。チャンバ１の上部には開口部１ａが形成されており、プラズマ源２はこの開口部１ａからチャンバ１の内部に臨むように設けられている。
　チャンバ１内には基板Ｗを水平に支持する支持部材である載置台１１が、チャンバ１の底部中央に絶縁部材１２ａを介して立設された筒状の支持部材１２により支持された状態で設けられている。載置台１１には、基板Ｗが裏面を上にした状態で支持される。載置台１１および支持部材１２を構成する材料としては、表面を陽極酸化処理したアルミニウム等が例示される。
　また、図示はしていないが、載置台１１には、基板Ｗを加熱するためのヒータ、基板Ｗの裏面に熱伝達用のガスを供給するガス流路、および基板Ｗを搬送するために昇降する昇降ピン等が設けられている。載置台１１には基板Ｗを静電吸着するための静電チャックが設けられていてもよい。また、載置台１１には、整合器１３を介して高周波バイアス電源１４が電気的に接続されている。この高周波バイアス電源１４から載置台１１に高周波電力が供給されることにより、ウエハＷ側にプラズマ中のイオンが引き込まれる。なお、高周波バイアス電源１４は必須ではない。
　チャンバ１の底部には排気管１５が接続されており、この排気管１５には真空ポンプを含む排気装置１６が接続されている。そしてこの排気装置１６を作動させることによりチャンバ１内のガスが排出され、チャンバ１内が所定の真空度まで高速に減圧することが可能となっている。また、排気装置１６は圧力制御バルブ（図示せず）を有し、チャンバ１内の圧力を所定の圧力に制御する。チャンバ１の側壁には、基板Ｗの搬入出を行うための搬入出口１７と、この搬入出口１７を開閉するゲートバルブ１８とが設けられている。
　チャンバ１の上部には、リング状のガス導入部材２６がチャンバ壁に沿って設けられており、このガス導入部材２６には内周に多数のガス吐出孔が設けられている。このガス導入部材２６には、処理ガスを供給するガス供給源２７が配管２８を介して接続されている。膜としてＳｉＮ膜を形成する場合は、処理ガスとして、Ｓｉ含有ガス、および窒素含有ガスを用いることができる。これら以外にＡｒガス等の希ガスを供給してもよい。Ｓｉ含有ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス、トリメチルシラン（ＳｉＨ（ＣＨ３）３）ガスのようなシラン系化合物ガスを用いることができる。また窒素含有ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガス、窒素（Ｎ２）ガス等を用いることができる。なお、処理ガスは、チャンバ１の天壁等、他の場所から導入してもよい。
　ガス導入部材２６からチャンバ１内に導入されたガスは、プラズマ源２からチャンバ１内に導入されたマイクロ波によりプラズマに励起され、プラズマＣＶＤにより基板Ｗの裏面全面に膜が形成される。
　プラズマ源２は、チャンバ１内にマイクロ波を放射してプラズマを形成するためのものであり、チャンバ１の上部に設けられた支持リング２９により支持された円形をなす板状部材１１０を有しており、支持リング２９と板状部材１１０との間は気密にシールされている。板状部材１１０は、チャンバ１の天壁としても機能する。
　プラズマ源２は、マイクロ波を生成し、生成したマイクロ波をチャンバ１内に放射してプラズマを生成するためのものであり、マイクロ波出力部３０と、マイクロ波供給部４０とを有する。
　マイクロ波出力部３０は、マイクロ波電源と、マイクロ波を発振させるマイクロ波発振器と、発振されたマイクロ波を増幅するアンプと、増幅されたマイクロ波を複数に分配する分配器とを有する。そして、マイクロ波を複数に分配して出力する。
　マイクロ波供給部４０は、マイクロ波出力部３０の分配器にて分配されたマイクロ波を主に増幅する複数のアンプ部４２と、複数のアンプ部４２のそれぞれに接続されたマイクロ波放射機構４１とを有している。
　マイクロ波放射機構４１は、例えば図４に示すように、板状部材１１０上に、円周状に６本およびその中心に１本、合計７本配置されている。なお、マイクロ波放射機構４１の数は７本に限らない。
　板状部材１１０は、真空シールおよびマイクロ波透過板として機能し、金属製のフレーム１１０ａと、そのフレーム１１０ａに嵌め込まれた石英等の誘電体からなるマイクロ波透過窓１１０ｂとを有している。マイクロ波透過窓１１０ｂは、マイクロ波放射機構４１が配置されている部分に対応するように設けられている。
　マイクロ波放射機構４１は、図５に示すように、マイクロ波を伝送する同軸構造の導波路４４と、導波路４４を伝送されたマイクロ波をチャンバ１内に放射するアンテナ部４３とを有している。そして、マイクロ波放射機構４１からチャンバ１内に放射されたマイクロ波がチャンバ１内の空間で合成され、チャンバ１内でマイクロ波プラズマが形成されるようになっている。
　導波路４４は、筒状の外側導体５２およびその中心に設けられた棒状の内側導体５３が同軸状に配置されて構成されており、導波路４４の先端にアンテナ部４３が設けられている。導波路４４は、内側導体５３が給電側、外側導体５２が接地側となっている。外側導体５２および内側導体５３の上端は反射板５８となっている。
　導波路４４の基端側にはマイクロ波（電磁波）を給電する給電機構５４が設けられている。給電機構５４は、導波路４４（外側導体５２）の側面に設けられたマイクロ波電力を導入するためのマイクロ波電力導入ポート５５を有している。マイクロ波電力導入ポート５５には、アンプ部４２から増幅されたマイクロ波を供給するための給電線として、内側導体５６ａおよび外側導体５６ｂからなる同軸線路５６が接続されている。そして、同軸線路５６の内側導体５６ａの先端には、外側導体５２の内部に向けて水平に伸びる給電アンテナ９０が接続されている。
　給電アンテナ９０がマイクロ波を放射することにより、外側導体５２と内側導体５３との間の空間にマイクロ波電力が給電される。そして、給電機構５４に供給されたマイクロ波電力がアンテナ部４３に向かって伝播する。
　導波路４４にはチューナ６０が設けられている。チューナ６０は、外側導体５２と内側導体５３との間に設けられた２つのスラグ６１ａ，６１ｂと、反射板５８の外側（上側）に設けられたスラグを駆動するためのアクチュエータ７０とを有している。アクチュエータ７０により２つのスラグ６１ａ，６１ｂを独立して上下に駆動することにより、チャンバ１内の負荷（プラズマ）のインピーダンスをマイクロ波出力部３０におけるマイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させる。
　スラグ６１ａおよび６１ｂの位置は、スラグコントローラ７１により制御される。例えば、インピーダンス検出器（図示せず）により検出された入力端のインピーダンス値と、エンコーダ等により検出されるスラグ６１ａおよび６１ｂの位置情報に基づいて、スラグコントローラ７１がアクチュエータ７０を構成するモータに制御信号を送る。これにより、スラグ６１ａおよび６１ｂの位置が制御され、インピーダンスが調整される。スラグコントローラ７１は、終端が例えば５０Ωになるようにインピーダンス整合を実行させる。
　アンテナ部４３は、平面状をなす平面スロットアンテナ８１と、平面スロットアンテナ８１の裏面（上面）に設けられた遅波材８２とを有している。遅波材８２の中心には内側導体５３に接続された導体からなる円柱部材８２ａが貫通し、円柱部材８２ａは平面スロットアンテナ８１に接続されている。遅波材８２および平面スロットアンテナ８１は、外側導体５２よりも大径の円板状をなしている。外側導体５２の下端は平面スロットアンテナ８１まで延びており、遅波材８２の周囲は外側導体５２で覆われている。
　平面スロットアンテナ８１は、マイクロ波を放射するスロット８１ａを有している。スロット８１ａの個数、配置、形状は、マイクロ波が効率良く放射されるように適宜設定される。スロット８１ａには誘電体が挿入されていてもよい。
　遅波材８２は、真空よりも大きい誘電率を有しており、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により構成されている。遅波材８２は、マイクロ波の波長を真空中よりも短くしてアンテナを小さくする機能を有している。遅波材８２は、その厚さによりマイクロ波の位相を調整することができ、平面スロットアンテナ８１が定在波の「はら」になるようにその厚さを調整する。これにより、反射が最小で、平面スロットアンテナ８１の放射エネルギーが最大となるようにすることができる。
　平面スロットアンテナ８１のさらに先端側には、上述したマイクロ波透過窓１１０ｂが配置されている。そして、アンプ部４２で増幅されたマイクロ波が、内側導体５３と外側導体５２の周壁の間を通って平面スロットアンテナ８１からマイクロ波透過窓１１０ｂを透過してチャンバ１内の空間に放射される。なお、マイクロ波透過窓１１０ｂは、遅波材８２と同様の誘電体で構成することができる。
　次に、プラズマ処理装置３００について説明する。図６はプラズマ処理装置３００の一例を示す断面図である。
　プラズマ処理装置３００は、気密に構成されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなる略円筒状の接地されたチャンバ２０１と、チャンバ２０１の上方に設けられたプラズマ源２０２と、プラズマ源２０２と基板Ｗとの間に相対移動を生じさせる相対移動機構２０４とを有している。
　チャンバ２０１の上部には支持リング２２９が設けられ、支持リング２２９には開口部２０１ａが形成されており、支持リング２２９の上には開口部２０１ａを塞ぐように誘電体からなる天板２０３が設けられている。支持リング２２９と天板２０３との間は気密にシールされている。
　チャンバ２０１内には基板Ｗを水平に支持する支持部材である載置台２１１が、チャンバ２０１の底部中央に立設された筒状の支持部材２１２により支持された状態で設けられている。載置台２１１には、基板Ｗが裏面を上にした状態で支持される。載置台２１１および支持部材２１２を構成する材料としては、表面を陽極酸化処理したアルミニウム等が例示される。支持部材２１２は、チャンバ２０１の底壁に形成された貫通孔を通ってチャンバ２０１の下方に延びており、その下端は回転機構２１３に接続されている。回転機構２１３は、支持部材２１２を介して載置台２１１を回転させるようになっており、載置台２１１上の基板Ｗは載置台２１１とともに回転されるように構成されている。図示はしていないが、載置台２１１は昇降機構により昇降可能となっている。また、図示はしていないが、載置台２１１には、基板Ｗを温調する温調機構、基板Ｗの裏面に熱伝達用のガスを供給するガス流路、および基板Ｗを搬送するために昇降する昇降ピン等が設けられている。載置台２１１には基板Ｗを静電吸着するための静電チャックが設けられていてもよい。支持部材２１２とチャンバ２０１の底壁との間には、流体シール等のシール機構２１４が設けられている。
　チャンバ２０１の底部には排気管２１５が接続されており、この排気管２１５には真空ポンプを含む排気装置２１６が接続されている。そしてこの排気装置２１６を作動させることによりチャンバ２０１内のガスが排出され、チャンバ２０１内が所定の真空度まで高速に減圧することが可能となっている。また、排気装置２６は圧力制御バルブ（図示せず）を有し、チャンバ１内の圧力を所定の圧力に制御する。チャンバ２０１の側壁には、基板Ｗの搬入出を行うための搬入出口と、搬入出口を開閉するゲートバルブとが設けられている（いずれも図示せず）。
　チャンバ２０１の上部には、リング状のガス導入部材２２６がチャンバ壁に沿って設けられており、このガス導入部材２２６には内周に多数のガス吐出孔が設けられている。このガス導入部材２２６には、プラズマ処理のための処理ガスを供給するガス供給源２２７が配管２２８を介して接続されている。プラズマ処理のための処理ガスとしては、基板Ｗの裏面に形成された膜を改質してストレスを調整できるガス、例えば、上述したように、Ｈ２、Ａｒ、ＮＨ３、Ｎ２、Ｏ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏを用いることができる。これらは単独であっても組み合わせてもよい。例えば、基板Ｗに形成する膜がＳｉＮ膜の場合には、上述したようにＨ２／ＡｒプラズマまたはＡｒプラズマにより改質を行うことができる。ただし、これらに限られない。
　プラズマ源２０２は、チャンバ２０１内にマイクロ波を放射して局所的なプラズマを形成するためのものである。プラズマ源２０２は、マイクロ波出力部２３０と、マイクロ波放射機構２４１と、アンプ部２４２とを有する。
　マイクロ波出力部２３０は、マイクロ波電源と、マイクロ波を発振させるマイクロ波発振器と、発振されたマイクロ波を増幅するアンプとを有する。アンプ部２４２は、マイクロ波出力部２３０からのマイクロ波を主に増幅する機能を有する。マイクロ波放射機構２４１は、誘電体からなる天板２０３上を移動可能に設けられており、前述した図５に示す、成膜装置２００のマイクロ波放射機構４１と同様に構成されている。すなわち、アンプ部２４２に接続され、アンプ部２４２からのマイクロ波を伝送する伝送路と、インピーダンス整合するためのチューナと、マイクロ波を放射するアンテナ部とを有する。マイクロ波放射機構２４１から放射されたマイクロ波は天板２０３を透過してチャンバ２０１に供給される。
　相対移動機構２０４は、マイクロ波放射機構２４１を移動させる移動機構２５０と、載置台２１１を介して基板Ｗを回転させる回転機構２１３により構成され、これらにより基板Ｗ上の膜のプラズマ処理を行う位置を調整する。
　移動機構２５０は、マイクロ波放射機構２４１を天板２０３上で回動させるものであり、マイクロ波放射機構２４１を保持する保持部材２５１と、保持部材２５１を回転させる回転機構２５２とを有する。保持部材２５１は、天板２０３の上方位置から下方に垂直に延びる垂直部２５１ａと、垂直部２５１ａの下端部から水平に延びる水平部２５１ｂとを有し、断面形状がＬ字状を有する。そして、水平部２５１ｂの端部にマイクロ波放射機構２４１が保持されている。回転機構２５２は垂直部２５１ａの上部に位置し、その回転軸が垂直部２５１ａの中心に存在し、回転機構２５２により垂直部２５１ａが回転され、その回転にともなって、水平部２５１ｂを介して、水平部２５１ｂに保持されたマイクロ波放射機構２４１が天板２０３上を回動する。マイクロ波放射機構２４１は、移動機構２５０によって移動される際に、天板２０３上をスライドするように構成することができる。
　相対移動機構２０４は、基板Ｗ上でのマイクロ波放射機構２４１の回動と、回転機構２１３による基板Ｗの回転とを組み合わせて、基板Ｗの裏面に形成された膜の任意の位置にマイクロ波放射機構２４１を位置させることができる。
　次に、制御部４００について説明する。
　制御部４００は、基板処理システム１００を構成する成膜装置２００およびプラズマ処理装置３００の各構成部の動作や処理の制御を行う。制御部４００は、典型的にはコンピュータであり、主制御部と、入力装置と、出力装置と、表示装置と、記憶装置とを備えている。主制御部は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭおよびＲＯＭを有している。記憶装置は、ハードディスク等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を有しており、制御に必要な情報の記録および読み取りを行うようになっている。制御部４００では、ＣＰＵが、ＲＡＭを作業領域として用いて、ＲＯＭまたは記憶装置の記憶媒体に格納された処理レシピ等のプログラムを実行することにより、基板処理システム１００を制御する。また、制御部４００は、基板Ｗの表面側の膜ストレスに応じて、基板裏面に形成された膜のプラズマ処理を行う位置を決定する機能も有している。
　なお、成膜装置２００からプラズマ処理装置３００へ基板Ｗを搬送する搬送装置は、真空搬送室を用いてｉｎ－ｓｉｔｕで搬送するものであっても、大気雰囲気中で搬送するものであってもよい。
　次に、このように構成される基板処理システム１００の処理動作について説明する。以下の処理動作は制御部４００の制御の下で行われる。
　最初に、成膜装置２００のチャンバ１内に基板Ｗを搬入し、載置台１１上に載置し、ゲートバルブ１８を閉じる。このとき、載置台１１はヒータ（図示せず）により加熱され、載置台１１上の基板Ｗの温度が制御される。膜としてＳｉＮ膜を形成する場合には、基板Ｗの温度を例えば５００～６５０℃とする。そして、排気装置１６により排気してチャンバ１内を所望の真空状態とした後、ガス供給源２７から、配管２８およびガス導入部材２６を介して処理ガスをチャンバ１内に導入するとともに、チャンバ１内の圧力を制御し、プラズマＣＶＤにより成膜処理を行う。膜としてＳｉＮ膜を形成する場合には、処理ガスとしてＳｉ含有ガスとＮ含有ガスとを用い、さらに必要に応じてＡｒガス等の希ガスを用いる。また、チャンバ１内の圧力は、例えば２６６Ｐａ以下とすることができる。
　プラズマの生成にあたっては、チャンバ１内に処理ガスを導入しつつプラズマ源２のマイクロ波出力部３０からマイクロ波を出力する。このとき、マイクロ波出力部３０から分配されて出力されたマイクロ波は、マイクロ波供給部４０のアンプ部４２で増幅された後、マイクロ波放射機構４１の導波路４４に給電され、アンテナ部４３の遅波材８２、平面スロットアンテナ８１のスロット８１ａおよびマイクロ波透過窓１１０ｂを介してチャンバ１内に放射される。この際に、チューナ６０のスラグ６１ａ，６１ｂを移動させることによりインピーダンスが自動整合され、電力反射が実質的にない状態で、マイクロ波が供給される。放射されたマイクロ波はマイクロ波透過窓１１０ｂの表面を伝播する。このマイクロ波の電界によりチャンバ１内に導入されたガスが励起されて、チャンバ１内のプラズマ生成空間にプラズマが形成され、プラズマＣＶＤにより基板Ｗの裏面の全面に例えばＳｉＮ膜が形成される。
　成膜の際のプロセス調整パラメータとしては、ガス流量、ガス流量比、圧力の他、各マイクロ波放射機構４１から放射されるマイクロ波出力を挙げることができる。各マイクロ波放射機構４１のマイクロ波出力を個別に調整することにより、成膜分布の制御を行うことができる。
　マイクロ波プラズマは、電子温度が低くコントロールされるため、形成される膜や基板Ｗの素子に対してダメージを与えることなく成膜を行うことができる。また、マイクロ波プラズマは高密度のプラズマであるため、得られる膜の密度を高くすることができ、ストレス調整用の膜として適したものとなる。
　以上のように裏面の全面に膜が形成された基板Ｗを、プラズマ処理装置３００のチャンバ２０１内に搬入し、載置台２１１上に載置する。そして、排気装置２１６により排気してチャンバ２０１内を所望の真空状態とした後、ガス供給源２２７から、配管２２８およびガス導入部材２２６を介して処理ガスをチャンバ２０１内に導入するとともに、チャンバ２０１内の圧力を制御し、基板Ｗの裏面に対して局所的なプラズマ処理を行う。
　局所的なプラズマ処理は、チャンバ２０１内に処理ガスを導入しつつ、回転機構２１３により基板Ｗを回転させ、移動機構２５０によりマイクロ波放射機構２４１を回動させて、基板Ｗ上の所望の位置にマイクロ波を放射することにより行われる。すなわち、プラズマ源２０２の一部であるマイクロ波放射機構２４１と基板Ｗとを相対移動させて、マイクロ波出力部２３０から出力されたマイクロ波をマイクロ波放射機構２４１から基板Ｗ上の所望の位置に放射し、プラズマを生成する。
　このように、基板Ｗの裏面に形成された膜の任意の位置をプラズマ処理して改質し、改質部分のストレスを調整することができる。このとき、プラズマ処理による改質の程度は、プラズマ生成ガスのガス種、流量、プラズマパワー等によって調整することができる。また、基板Ｗの裏面の局所的なプラズマ処理を行う位置は、基板Ｗの表面側の応力に応じて決定される。
　具体的には、図７に示すように、移動機構２５０の回転機構２５２により垂直部２５１ａを回転させ、マイクロ波放射機構２４１を回動させることにより、マイクロ波放射機構２４１の位置を決定し、さらに回転機構２１３により基板Ｗを回転させる。これにより、基板Ｗ上の任意の位置にプラズマ処理を施すことができる。
　例えば、図８（ａ）の例では、マイクロ波放射機構２４１を基板Ｗの最外周に対応する位置とし、次いで、基板Ｗを回転させることにより、基板裏面上の膜の最外周部分をリング状にプラズマ処理して改質部２６０とする。また、図８（ｂ）の例では、マイクロ波放射機構２４１を基板Ｗの中間に対応する位置とし、次いで、基板Ｗを回転させることにより、基板裏面上の膜の中間部分をリング状にプラズマ処理して改質部２６０とする。図８（ｃ）の例では、マイクロ波放射機構２４１を基板Ｗの中心部に対応する位置とし、次いで、基板を回転させることにより、基板裏面上の膜の中心部を改質部２６０とする。
　また、移動機構２５０によるマイクロ波放射機構２４１の移動と、基板Ｗの回転を組み合わせることにより、ＸＹ座標の任意の位置に任意の形状で改質部２６０を形成することができる。例えば図９（ａ）のように線状の改質部２６０を形成することも、図９（ｂ）のようにスポット状の改質部２６０を形成することもできる。
　なお、マイクロ波放射機構２４１からチャンバ２０１内に供給されたマイクロ波は、多少横方向に広がるが、マイクロ波の電界強度はマイクロ波放射機構２４１の中心が最も高く、マイクロ波放射機構２４１の外側は低くなる。このため、プラズマによる改質の範囲を実質的に基板Ｗのマイクロ波照射領域とすることができる。
　マイクロ波プラズマは、電子温度が低くコントロールされるため、基板Ｗの素子に対してダメージを与えることなくプラズマ処理を行うことができる。また、マイクロ波プラズマは高密度のプラズマであるため、プラズマによる改質効果が高い。
　＜実験例＞
　次に、実験例について説明する。
　ここでは、まず、上述した図３に示す成膜装置を用いてマイクロ波プラズマＣＶＤにより基板裏面に膜厚２５ｎｍのＳｉＮ膜を形成した。ａｓ　ｄｅｐｏ状態での膜のストレスは５６７ＭＰａのテンサイルであった。
　このＳｉＮ膜に対し、以下の条件１および条件２のマイクロ波プラズマによりプラズマ処理を行った。
　・条件１
　　処理ガス：Ｈ２ガス／Ａｒガス
　　マイクロ波出力：５０Ｗ
　　時間：６０ｓｅｃ
　・条件２
　　処理ガス：Ａｒガス
　　マイクロ波出力：５００Ｗ
　　時間：６０ｓｅｃ
　プラズマ処理後の膜のストレスは、条件１では５２２ＭＰａ、条件２では２４４ＭＰａとなり、いずれも膜のストレスがコンプレッシブ側へ変化した。具体的には、コンプレッシブ側への変化量が条件１では４５ＭＰａ、条件２では３２３ＭＰａとなった。以上の結果から、基板裏面の膜のストレスをプラズマ処理により調整できることが確認された。
　＜他の適用＞
　以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　例えば、上記実施形態では、基板の裏面全面への膜形成にマイクロ波プラズマＣＶＤを用いた例を示したが、これに限らず、基板表面側の素子のストレスを調整可能な成膜手法であればよく、例えば、他のプラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＶＤ等を用いることができる。また、上記実施形態では基板裏面の全面に形成する膜としてＳｉＮ膜を用いたが、基板表面側の素子のストレスを調整可能な膜であればよく、ＳｉＮ膜の他、例えば、ＳｉＯ膜、Ｓｉ膜を用いることもできる。
　また、上記実施形態では、基板裏面の膜のプラズマ処理にマイクロ波プラズマを用いた例を示したが、基板裏面の膜のストレスを調整可能なプラズマ処理であればよく、容量結合プラズマや誘導結合プラズマ等の他のプラズマを用いることもできる。さらに上記実施形態ではマイクロ波放射機構を用いて局所的なプラズマを形成した例を示したが、これに限らず、チャンバ以外の場所でプラズマを生成するリモートプラズマを用い、リモートプラズマによりプラズマ化したガスを放射するようにしてもよい。さらにまた、上記実施形態では、移動機構として、プラズマ源を構成するマイクロ波放射機構を回動させるとともに、基板を回転させて、プラズマ源と基板との間の相対移動を生じさせ、局所的なプラズマ処理を行う位置を調整する例を示した。しかし、これに限らず、例えば、固定的に設けられたプラズマ源に対し、基板をＸＹ座標上で任意に移動させることが可能なＸＹテーブルを用いて基板上の局所的なプラズマ処理を行う位置を調整してもよい。
　１００；基板処理システム、２００；成膜装置、２０１；チャンバ、２０２；プラズマ源、２１１；載置台、２１３；回転機構、２２７；ガス供給源、２４１；マイクロ波放射機構、２５０；移動機構、２６０；改質部、３００；プラズマ処理装置、４００；制御部、Ｗ；基板

Claims (20)

  1. 　表面と裏面を有し、表面に素子が形成された基板を準備することと、
    　前記基板の前記裏面の全面に膜を形成することと、
    　前記基板の前記裏面に形成された前記膜の一部に対して局所的にプラズマ処理することで前記膜のストレスを調整することと、
    を有する、基板処理方法。
  2. 　前記素子は複数の膜が積層されてなる、請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 　前記膜の前記プラズマ処理を行う位置は、前記基板の表面側の膜ストレスに応じて決定する、請求項１に記載の基板処理方法。
  4. 　前記プラズマ処理は、局所的なプラズマ生成が可能なプラズマ源と、前記基板と前記プラズマ源との間に相対的な移動を生じさせる相対移動機構とを有する装置を用いて行い、前記相対移動機構により、前記基板上の前記膜の前記プラズマ処理を行う位置を調整する、請求項１に記載の基板処理方法。
  5. 　前記膜は引張方向のストレスを有する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  6. 　前記膜はＳｉＮ膜である、請求項５に記載の基板処理方法。
  7. 　前記膜はＳｉＯ膜である、請求項５に記載の基板処理方法。
  8. 　前記膜を形成することは、マイクロ波プラズマＣＶＤにより行われる、請求項５に記載の基板処理方法。
  9. 　前記プラズマ処理により、前記膜のストレスを圧縮側に変化させる、請求項５に記載の基板処理方法。
  10. 　前記プラズマ処理によるストレスの変化量は、前記プラズマ処理に用いる処理ガスのガス種、および／または、プラズマ生成のための供給電力によって調整する、請求項９に記載の基板処理方法。
  11. 　表面と裏面を有し、表面に素子が形成された基板に対し、前記裏面の全面に膜を形成する成膜装置と、
    　前記基板の前記裏面に形成された前記膜の一部に対して局所的にプラズマ処理を行い前記膜のストレスを調整するプラズマ処理装置と、
    を有する、基板処理システム。
  12. 　前記成膜装置および前記プラズマ処理装置を制御する制御部をさらに有し、前記制御部は、前記基板の表面側の膜ストレスに応じて前記膜の前記プラズマ処理を行う位置を決定する、請求項１１に記載の基板処理システム。
  13. 　前記プラズマ処理装置は、前記基板にプラズマ処理を行うチャンバと、局所的なプラズマ生成が可能なプラズマ源と、前記基板と前記プラズマ源との間に相対的な移動を生じさせる相対移動機構とを有し、
    　前記相対移動機構により、前記膜の前記プラズマ処理を行う位置を調整する、請求項１１に記載の基板処理システム。
  14. 　前記プラズマ源は、マイクロ波出力部と、誘電体からなる前記チャンバの天板上を移動可能に設けられ、前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を前記天板を介して前記チャンバに放射するマイクロ波放射機構とを有し、前記チャンバ内にマイクロ波プラズマを生成するように構成され、
    　前記相対移動機構は、前記マイクロ波放射機構を前記天板に沿って回動させる移動機構と、前記基板を回転させる回転機構とを有する、請求項１３に記載の基板処理システム。
  15. 　前記成膜装置は、前記膜として引張方向のストレスを有する膜を形成する、請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載の基板処理システム。
  16. 　前記成膜装置は、前記膜としてＳｉＮ膜を成膜する、請求項１５に記載の基板処理システム。
  17. 　前記成膜装置は、前記膜としてＳｉＯ膜を成膜する、請求項１５に記載の基板処理システム。
  18. 　前記成膜装置は、マイクロ波プラズマＣＶＤにより前記膜を成膜する、請求項１５に記載の基板処理システム。
  19. 　前記プラズマ処理装置は、前記成膜装置により形成された膜のストレスを圧縮側に変化させる、請求項１５に記載の基板処理システム。
  20. 　前記プラズマ処理装置は、前記プラズマ処理によるストレスの変化量を、前記プラズマ処理に用いる処理ガスのガス種、および／または、プラズマ生成のための供給電力によって調整する、請求項１９に記載の基板処理システム。
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