特許 5842750 成膜方法、成膜装置及び記憶媒体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5842750

(24)【登録日】2015年11月27日

(45)【発行日】2016年1月13日

(54)【発明の名称】成膜方法、成膜装置及び記憶媒体

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20151217BHJP

   C23C 16/34 20060101ALI20151217BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20151217BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20151217BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20151217BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20151217BHJP

   H01L 23/532 20060101ALI20151217BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 B

   C23C16/34

   C23C16/455

   H01L29/78 301N

   H01L21/90 K

【請求項の数】7

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2012-147711(P2012-147711)

(22)【出願日】2012年6月29日

(65)【公開番号】特開2014-11357(P2014-11357A)

(43)【公開日】2014年1月20日

【審査請求日】2014年10月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091513

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 俊夫

(72)【発明者】

【氏名】井下田 真信

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 潤

(72)【発明者】

【氏名】矢部 和雄

(72)【発明者】

【氏名】加藤 寿

(72)【発明者】

【氏名】井澤 友策

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０９６９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１４１８５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２１７９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４１２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０５４３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１４６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３９１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０２６３１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５、２１／３０２、２１／３０６５−２１／３３６、

２１／３６５、２１／４６１、２１／４６９−２１／４７５、

２１／７６８、２１／８６、２３／５２−２３／５２２、

２９／７６、２９／７７２−２９／７８、

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空容器内にて回転テーブルに載置された基板を公転させながら互いに異なる処理ガスを順番に供給するサイクルを複数回繰り返して窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素からなる反応生成物の分子層を積層して薄膜を得る成膜方法であって、
前記回転テーブルを回転させて基板を公転させながら、前記反応生成物を得るための原料ガスである第１の処理ガスを前記基板に対して供給する工程と、
前記第１の処理ガスが基板に供給された位置に対して前記回転テーブルの周方向に離間して設けられた位置にて、前記基板に吸着した第１の処理ガスを窒化するためのガスである第２の処理ガスを基板に供給する工程と、
前記回転テーブルの周方向において前記第１の処理ガスが供給される位置と第２の処理ガスが供給される位置との間にて第１の処理ガスと第２の処理ガスとを分離する工程と、
前記薄膜に生じる応力を調節するために、前記回転テーブル上の基板に形成された前記反応生成物の分子層に対して紫外線を照射する工程と、を含み、
前記第１の処理ガスを基板に供給する工程と、前記第２の処理ガスを基板に供給する工程と、前記紫外線を照射する工程と、からなるサイクルが回転テーブルの１回転の間に行われることと、
前記紫外線を照射する工程にて、前記サイクルに対応した回転テーブルの１回転の間隔に合わせて、紫外線の照射量の調節、または紫外線の照射／非照射の切り替えの少なくとも一方を実行することと、を特徴とする成膜方法。

【請求項2】

前記薄膜は、前記基板に対して応力を加えるためのストレスライナー膜であることを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。

【請求項3】

前記基板には凸部が形成されており、前記薄膜は、凸部の壁面に沿って形成されることを特徴とする請求項２に記載の成膜方法。

【請求項4】

前記基板には、パターンが形成される被処理膜と、ライン状のマスクパターンとが下方側からこの順に積層され、前記薄膜は、前記マスクパターンのマスク部分の両側壁に接する堆積部分を得るために形成され、この堆積部分は、前記マスク部分を除去した後に当該堆積部分を次のマスク部分として前記被処理膜をパターニングするためのものであり、
前記紫外線照射部は、前記堆積部分の倒壊を抑えるために、前記反応生成物の分子層に照射される紫外線の量が、下層側よりも上層側の方が大きくなるように前記回転テーブルの１回転の間隔に合わせて、紫外線の照射量を調節する工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の成膜方法。

【請求項5】

基板に積層される反応生成物の分子層のうち、ｍ層中、ｎ層（但し、ｍ、ｎはｍ＞ｎの関係にある自然数）に対しては紫外線が照射されないように、前記回転テーブルの１回転の間隔に合わせて、紫外線の照射／非照射の切り替えを行うことにより、前記紫外線を照射する工程を間欠的に実行することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の成膜方法。

【請求項6】

真空容器内にて回転テーブルに載置された基板を公転させながら互いに異なる処理ガスを順番に供給するサイクルを複数回繰り返して窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素からなる反応生成物の分子層を積層して薄膜を得る成膜装置であって、
前記反応生成物を得るための原料ガスである第１の処理ガスを前記基板に対して供給する第１の処理ガス供給部と、
前記第１の処理ガス供給部に対して前記回転テーブルの周方向に離間して設けられ、前記基板に吸着した第１の処理ガスを窒化するためのガスである第２の処理ガスを基板に供給する第２の処理ガス供給部と、
前記回転テーブルの周方向において前記第１の処理ガス供給部と第２の処理ガス供給部との間に設けられ、第１の処理ガスと第２の処理ガスとの混合を避けるための分離領域と、
前記薄膜に生じる応力を調節するために、前記回転テーブル上の基板に形成された前記反応生成物の分子層に対して紫外線を照射する紫外線照射部と、
前記基板に第１の処理ガスが吸着されるステップと、吸着されたガスが第２の処理ガスにより窒化されて反応生成物の分子層が形成されるステップと、前記分子層に対して紫外線を照射するステップと、からなるサイクルを複数回繰り返すように制御信号を出力する制御部とを備え、
前記制御部は、前記サイクルに対応した回転テーブルの１回転の間隔に合わせて、前記紫外線の照射量の調節、または紫外線の照射／非照射の切り替えの少なくとも一方が行われるように、前記紫外線照射部に対して制御信号を出力することを特徴とする成膜装置。

【請求項7】

真空容器内にて回転テーブルに載置された基板を公転させながら互いに異なる処理ガスを順番に供給するサイクルを複数回繰り返して薄膜を得る成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記プログラムは請求項１ないし５のいずれか一つに記載された成膜方法を実行するためにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板上に窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素の薄膜を成膜する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

ロジック回路に用いられるＦＥＴ（Field effect transistor）の上面に、引張応力や圧縮応力を持つストレスライナー膜を成膜し、ＦＥＴに歪みを与えてキャリアの移動度を向上させ、演算速度を高速化させる技術が知られている。ストレスライナー膜の成膜にはプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などが利用され、膜種としては窒化ケイ素などが用いられる。プラズマＣＶＤは、プラズマ条件を変更することにより応力の働く方向（引張方向、圧縮方向）や大きさを制御できるという利点がある。

【0003】

一方で近年、集積度のさらなる向上や消費電力の低減などが可能な３次元構造のトランジスタの開発が進められている。この種のデバイスは、段差の高い凸部を持っているため、段差被覆性能が低いＣＶＤ法を用いてストレスライナー膜を成膜することが困難である。

【0004】

ＣＶＤ法に比べて段差被覆性能の高い成膜法として、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法やＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）法がある（以下、これらをまとめてＡＬＤ法と呼ぶ）。ＡＬＤ法は、原料を含む複数種類の処理ガスを反応容器内に順番に供給する工程を繰り返し、基板の表面に原料を吸着させながらこれらの処理ガスを反応させて原子や分子の層を積層させる成膜方法である。このＡＬＤ法を適用してストレスライナー膜を成膜可能な膜種としても、上述の窒化ケイ素が同じく挙げられるが、ＡＬＤ法では十分に大きな応力を持たせることが困難であることを把握している。

【0005】

また、配線パターンを微細化するダブルパターニング技術の一種として、ライン状のマスクパターンの両側壁にサイドウォールと呼ばれる堆積部分を形成した後、マスクパターンを除去し、残ったサイドウォールを新たなマスクとして下層側の膜をパターニングする手法がある。サイドウォールの形成に際してもＣＶＤ法やＡＬＤ法などの成膜プロセスが用いられ、その内部には成膜時に発生する応力が残存している。このため、配線パターンの微細化に伴い、サイドウォールが高アスペクト比になると、サイドウォール自身に働く応力の影響が大きくなってパターン倒れが引き起こされるという問題も生じている。

【0006】

ここで特許文献１には、ＡＬＤ法により金属酸化物や金属酸窒化物の堆積層を形成する際に、前駆体ガスが供給された後の基板に紫外線を照射することにより、基板表面に形成された分子層中の不純物を解離させ、当該分子層の表面を反応活性の高いＯＨ基で終端させる技術が記載されている。しかしながら特許文献１には、堆積層に発生する応力を調節する手法やその手法を適用可能な膜種に関する記載はない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００７−２７７２３号公報：請求項１、段落００４０〜００４５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素の層の薄膜に発生する応力を調節することが可能な成膜方法、成膜装置及び前記方法を記憶した記憶媒体を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る成膜方法は、真空容器内にて回転テーブルに載置された基板を公転させながら互いに異なる処理ガスを順番に供給するサイクルを複数回繰り返して窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素からなる反応生成物の分子層を積層して薄膜を得る成膜方法であって、
前記回転テーブルを回転させて基板を公転させながら、前記反応生成物を得るための原料ガスである第１の処理ガスを前記基板に対して供給する工程と、
前記第１の処理ガスが基板に供給された位置に対して前記回転テーブルの周方向に離間して設けられた位置にて、前記基板に吸着した第１の処理ガスを窒化するためのガスである第２の処理ガスを基板に供給する工程と、
前記回転テーブルの周方向において前記第１の処理ガスが供給される位置と第２の処理ガスが供給される位置との間にて第１の処理ガスと第２の処理ガスとを分離する工程と、
前記薄膜に生じる応力を調節するために、前記回転テーブル上の基板に形成された前記反応生成物の分子層に対して紫外線を照射する工程と、を含み、
前記第１の処理ガスを基板に供給する工程と、前記第２の処理ガスを基板に供給する工程と、前記紫外線を照射する工程と、からなるサイクルが回転テーブルの１回転の間に行われることと、
前記紫外線を照射する工程にて、前記サイクルに対応した回転テーブルの１回転の間隔に合わせて、紫外線の照射量の調節、または紫外線の照射／非照射の切り替えの少なくとも一方を実行することと、を特徴とする。

【0010】

上述の成膜方法は以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記薄膜は、前記基板に対して応力を加えるためのストレスライナー膜であること。ここで前記基板には凸部が形成されており、前記薄膜は、凸部の壁面に沿って形成されること。
（ｂ）前記基板には、パターンが形成される被処理膜と、ライン状のマスクパターンとが下方側からこの順に積層され、前記薄膜は、前記マスクパターンのマスク部分の両側壁に接する堆積部分を得るために形成され、この堆積部分は、前記マスク部分を除去した後に当該堆積部分を次のマスク部分として前記被処理膜をパターニングするためのものであり、前記紫外線照射部は、前記堆積部分の倒壊を抑えるために、前記反応生成物の分子層に照射される紫外線の量が、下層側よりも上層側の方が大きくなるように前記回転テーブルの１回転の間隔に合わせて、紫外線の照射量を調節する工程を含むこと。
（ｃ）基板に積層される反応生成物の分子層のうち、ｍ層中、ｎ層（但し、ｍ、ｎはｍ＞ｎの関係にある自然数）に対しては紫外線が照射されないように、前記回転テーブルの１回転の間隔に合わせて、紫外線の照射／非照射の切り替えを行うことにより、前記紫外線を照射する工程を間欠的に実行すること。

【発明の効果】

【0011】

本発明は、回転テーブルに載置された基板に対して、ＡＬＤ法により窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素の分子層を積層して薄膜を得る際に、これらの分子層に対して紫外線を照射することにより、薄膜に発生する応力を調節することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の成膜装置の一例を示す縦断側面図である。

【図2】前記成膜装置の横断平面図である。

【図3】ストレスライナー膜が成膜されるＰ型ＦＥＴの説明図である。

【図4】ストレスライナー膜が成膜されるＮ型ＦＥＴの説明図である

【図5】ストレスライナー膜がウエハに加える応力の方向を示す説明図である。

【図6】３次元ＦＥＴの凸部にストレスライナー膜を成膜した状態を示す説明図である。

【図7】ウエハ上に分子層が積層される状態を示した説明図である。

【図8】前記成膜装置の作用説明図である。

【図9】紫外線照射を行わないサイクルを含む成膜法のタイムチャートである。

【図10】前記タイムチャートに示す手法により成膜されたストレスライナー膜の模式図である。

【図11】ダブルパターニングに関する第１の説明図である。

【図12】ダブルパターニングに関する第２の説明図である。

【図13】ダブルパターニングに関する第３の説明図である。

【図14】ダブルパターニングに関する第４の説明図である。

【図15】ダブルパターニングに関する第５の説明図である。

【図16】ダブルパターニングの際にマスク部の表面に成膜されたＡｌＮ膜の模式図である。

【図17】前記ＡｌＮ膜から形成されたサイドウォールの模式図である。

【図18】バブル型のＵＶランプを備えた成膜装置の分解斜視図である。

【図19】バブル型のＵＶランプを備えた成膜装置の一部拡大縦断側面図である。

【図20】プラズマ発生部を備えた成膜装置の横断平面図である。

【図21】プラズマ発生部を備えた成膜装置の分解斜視図である。

【図22】実施例に用いた応力測定器の原理の説明図である。

【図23】実施例の結果を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の成膜装置の一例として、基板であるウエハＷの表面に、窒化アルミニウムの薄膜（以下、ＡｌＮ膜と記す）をＡＬＤ法により成膜する際に、この薄膜に発生する応力を調節する機能を備えた成膜装置の構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１、図２に示すように、成膜装置は、平面形状が概ね円形である真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、当該真空容器１の中心に回転中心を有する載置台である回転テーブル２と、を備えている。

【0014】

真空容器１は、天板１１及び容器本体１２を備えており、天板１１が容器本体１２から着脱できるように構成されている。天板１１の上面側における中央部には、真空容器１内の中心部領域Ｃにおいて互いに異なる処理ガス同士が混ざり合うことを抑制するための分離ガスとしてＮ_２（窒素）ガスを供給する分離ガス供給管１５１が接続されている。図１中１３は、容器本体１２の上面の周縁部にリング状に設けられたシール部材例えばＯリングである。

【0015】

回転テーブル２は、中心部にて概略円筒形状のコア部２１に固定されており、このコア部２１の下面に接続されると共に鉛直方向に伸びる回転軸２２によって、鉛直軸周り（この例では時計周り）に回転自在に構成されている。図１中２３は回転軸２２を鉛直軸周りに回転させる駆動部であり、２０は回転軸２２及び駆動部２３を収納するケース体である。このケース体２０は、上面側のフランジ部分が真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられている。また、このケース体２０には、回転テーブル２の下方領域にＮ_２ガスをパージガスとして供給するためのパージガス供給管７２が接続されている。真空容器１の底面部１４におけるコア部２１の外周側は、回転テーブル２に下方側から近接するようにリング状に形成されて突出部１２ａをなしている。

【0016】

図２に示すように、回転テーブル２の表面部には、回転方向（周方向）に沿って例えば直径寸法が３００ｍｍのウエハＷを複数枚、例えば５枚、載置するための円形状の凹部２４が設けられている。凹部２４は、ウエハＷを当該凹部２４に落とし込む（収納する）と、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが揃うように、直径寸法及び深さ寸法が設定されている。凹部２４は、本例の基板載置領域に相当する。

【0017】

図２に示すように、回転テーブル２における凹部２４の通過領域と各々対向する位置には、各々例えば石英からなる４本のノズル３１、３２、４１、４２が真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向）に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。これら各ノズル３１、３２、４１、４２は、例えば真空容器１の外周壁から中心部領域Ｃに向かってウエハＷに対向して水平に伸びるように各々取り付けられている。この例では、後述の搬送口１５から見て時計周り（回転テーブル２の回転方向）に分離ガスノズル４１、第１の処理ガスノズル３１、分離ガスノズル４２及び第２の処理ガスノズル３２がこの順番で配列されている。

【0018】

各ノズル３１、３２、４１、４２は、流量調整バルブを介して各々以下の各ガス供給源（図示せず）に接続されている。即ち、第１の処理ガスノズル３１は、Ａｌ（アルミニウム）を含む原料ガスである第１の処理ガス、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）などのガスの供給源に接続されている。第２の処理ガスノズル３２は、前記第１の処理ガスを窒化するためのガスである例えばＮＨ_３（アンモニア）ガスの供給源に接続されている。処理ガスノズル３１、３２は、各々第１の処理ガス供給部、第２の処理ガス供給部に相当する。
また、分離ガスノズル４１、４２は、分離ガスであるＮ_２（窒素）ガスのガス供給源に各々接続されている。

【0019】

ガスノズル３１、３２、４１、４２の下面側には、回転テーブル２の半径方向に沿って複数箇所にガス吐出孔が例えば等間隔に形成されている。これら各ノズル３１、３２、４１、４２は、当該ノズル３１、３２、４１、４２の下端縁と回転テーブル２の上面との離間距離が例えば１〜５ｍｍ程度となるように配置されている。

【0020】

処理ガスノズル３１、３２の下方領域は、各々ウエハＷに原料ガスを吸着させるための第１の処理領域Ｐ１及びウエハＷに吸着した原料ガスを窒化して窒化アルミニウムからなる反応生成物の分子層を形成するための第２の処理領域Ｐ２となる。分離ガスノズル４１、４２は、各々第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離する分離領域Ｄを形成するためのものである。この分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には、図２に示すように、概略扇形の凸状部４が設けられており、分離ガスノズル４１、４２は、この凸状部４に形成された溝部内に収められている。

【0021】

従って、分離ガスノズル４１、４２における回転テーブル２の周方向両側には、各処理ガス同士の混合を阻止するために、前記凸状部４の下面である低い天井面（第１の天井面）が配置され、この天井面の前記周方向両側には、当該天井面よりも高い天井面（第２の天井面）が配置されている。凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は、各処理ガス同士の混合を阻止するために、回転テーブル２の外端面に対向すると共に容器本体１２に対して僅かに離間するように、Ｌ字型に屈曲している。

【0022】

また、図１、図２に示すように、回転テーブル２の外周側において当該回転テーブル２よりも僅かに下方側の位置には、カバー体であるサイドリング１００が配置されている。このサイドリング１００は、例えば装置のクリーニング時において、各処理ガスに代えてフッ素系のクリーニングガスを通流させた時に、当該クリーニングガスから真空容器１の内壁を保護するためのものである。そこで、サイドリング１００は、フッ素系ガスに対する耐腐食性を持たせるために、表面が例えばアルミナなどによりコーティングされているか、あるいは石英カバーなどにより覆われている。

【0023】

サイドリング１００の上面には、互いに周方向に離間するように２箇所に排気口１６１、１６２が形成されている。これら２つの排気口１６１、１６２のうち一方及び他方を各々第１の排気口１６１及び第２の排気口１６２と呼ぶと、第１の排気口１６１は、第１の処理ガスノズル３１と、当該第１の処理ガスノズル３１よりも回転テーブル２の回転方向下流側における分離領域Ｄとの間において、当該分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。また第２の排気口１６２は、第２の処理ガスノズル３２と、この第２の処理ガスノズル３２よりも回転テーブル２の回転方向下流側における分離領域Ｄとの間において、分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。

【0024】

第１の排気口１６１は、第１の処理ガス及び分離ガスを排気するためのものであり、第２の排気口１６２は、第２の処理ガス及び分離ガスを排気するためのものである。図１に示すように、これら第１の排気口１６１及び第２の排気口１６２は、各々バタフライバルブなどの圧力調整部１６５が介設された排気管１６３により、真空排気機構である例えば真空ポンプ１６４に接続されている。

【0025】

また、第２の処理ガスノズル３２から供給された第２の処理ガスが回転テーブル２から流れ出る位置には、既述のサイドリング１００の上面に、第２の処理ガス及び分離ガスを通流させるための溝状のガス流路１０１が形成されている。

【0026】

図１、図２に示すように、天板１１の下面における中央部には、凸状部４における中心部領域Ｃ側の部位と連続して周方向に亘って概略リング状に形成されると共に、その下面が凸状部４の下面（第１の天井面）と同じ高さに形成された突出部１５０が設けられている。この突出部１５０よりも回転テーブル２の回転中心側に位置するコア部２１の上方側には、中心部領域Ｃにおいて第１の処理ガスと第２の処理ガスとが互いに混ざり合うことを抑制するためのラビリンス構造部１１０が配置されている。

【0027】

図１に示すように、ラビリンス構造部１１０は、回転テーブル２側から天板１１側に向かって垂直上方に伸びる、円筒状の第１の壁部１１１と、天板１１側から回転テーブル２に向かって垂直下方に伸びる二重円筒状の第２の壁部１１２と、を備えている。そして、第２の壁部１１２の二重円筒の間に形成される溝内に第１の壁部１１１を挿入することによりラビリンス構造部１１０が形成される。このとき、各壁部１１１、１１２の壁面間や第１の壁部１１１の上端と天板１１の下面との間、第２の壁部１１２の下端と回転テーブル２の上面との間に、各々１ｍｍ程度の隙間が形成されるように、各壁部１１１、１１２を配置することにより、回転テーブル２の回転動作との干渉を避けつつ、処理領域Ｐ１、Ｐ２からの処理ガスの進入を防ぐことができる。

【0028】

一方、既述の分離ガス供給管１５１からＮ_２ガス（分離ガス）が供給される中心部領域Ｃ内の圧力は、処理領域Ｐ１、Ｐ２の圧力よりも高くなっており、中心領域Ｃに供給されたＮ_２ガスはラビリンス構造部１１０の壁部１１１、１１２の隙間を通って処理領域Ｐ１、Ｐ２へと流入する。この分離ガスの流れを形成することによっても一方側の処理領域Ｐ１、Ｐ２から他方側の処理領域Ｐ２、Ｐ１への処理ガスの侵入を抑制できる。

【0029】

回転テーブル２と真空容器１の底面部１４との間の空間には、図１に示すように、加熱機構であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷを例えば３００℃に加熱するようになっている。図１中７１ａはヒータユニット７の側方側に設けられたカバー部材、７ａはこのヒータユニット７の上方側を覆う覆い部材である。また、真空容器１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側において、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が周方向に亘って複数箇所に設けられている。

【0030】

図２に示すように、真空容器１の側壁には、図示しない外部の搬送アームと回転テーブル２との間においてウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されており、この搬送口１５はゲートバルブＧにより気密、且つ開閉自在に構成されている。また、回転テーブル２の凹部２４は、この搬送口１５に臨む位置にて搬送アームとの間でウエハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において当該受け渡し位置に対応する部位には、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の３本の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。

【0031】

さらに本例の成膜装置は、ウエハＷに形成されるＡｌＮ膜に発生する応力を調節するために、第１、第２の処理ガスの反応生成物である窒化アルミニウムの分子層に紫外線を照射する紫外線照射部６を備えている。

【0032】

図１、図２に示すように、紫外線照射部６は、ＵＶランプ６１と、このＵＶランプ６１を収容するランプボックス６２とを備えている。ＵＶランプ６１は、例えば直管型の発光管によって構成され、給電部６３から供給される電力により、１２６〜４０５ｎｍの範囲内の例えば２５４ｎｍの紫外線を発光する。ランプボックス６２は、その底面に紫外線を透過可能な、例えば石英ガラス製の底板６２１を備え、ＵＶランプ６１から放出された紫外線を、その底面側へ向けて照射することができる。

【0033】

ランプボックス６２は、天板１１に形成された開口部に嵌合して成膜装置に装着され、図２に示すように、第２の処理ガスノズル３２よりも回転テーブル２の回転方向下流側における分離領域Ｄとの間において、分離領域Ｄ側に寄った位置に配置されている。回転テーブル２上のウエハＷと、ＵＶランプ６１との距離は、ウエハＷに成膜されるＡｌＮ膜に所望の大きさや方向の応力を発生させることが可能な距離に設定される。この距離は、ＵＶランプ６１から単位時間当たりに照射される紫外線のエネルギー量、ＵＶランプ６１の下方をウエハＷが通過する速度や底板６２１における紫外線の透過率などを考慮して決定される。

【0034】

さらに本例の成膜装置は、図１に示すように制御部１２０と接続されている。制御部１２０は例えばＣＰＵと記憶部１２１とを備えたコンピュータからなり、記憶部１２１には成膜装置の作用、即ち、成膜装置にウエハＷを搬入してから各処理ガス、分離ガスの供給を開始し、回転テーブル２を回転させてウエハＷにＡｌＮ膜を成膜する動作に係わる制御についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプテイカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンビュータにインストールされる。

【0035】

以上に説明した構成を備えた本成膜装置にて成膜されるＡｌＮ膜の適用例について説明する。紫外線照射部６を利用してＡｌＮ膜に発生する応力を調節することが可能な本例の成膜装置によれば、基板に形成されたＦＥＴの表面にストレスライナー膜９０を形成することができる。

【0036】

図３、図４に示すように、ロジック回路に用いられるＰ型ＦＥＴ９ａ、Ｎ型ＦＥＴ９ｂにストレスライナー膜９０を形成する場合には、＜１１０＞方向をｘ軸としたとき、Ｐ型ＦＥＴ９ａに対してはｘ軸方向、及びｙ軸方向に引張応力、ｚ軸方向に圧縮応力を加えるストレスライナー膜９０ａが好ましい。またＮ型ＦＥＴ９ｂに対しては、ｘ軸方向に圧縮応力、ｙ軸方向、ｚ軸方向に圧縮応力を加えるストレスライナー膜９０ｂが好適である。各図中、９１は基板、９２はソース領域、９３はドレイン領域、９４はゲート電極、９５は絶縁膜、９６は分離領域を表す。

【0037】

ここで図５（ａ）に示すように圧縮応力型のストレスライナー膜９０は、自身には引張方向の応力が発生し、これによりウエハＷ（基板９１）に対して圧縮応力を加える。一方、図５（ｂ）に示すように、引張応力型のストレスライナー膜９０は、自身には圧縮方向の応力が発生し、これによりウエハＷ（基板９１）に対して引張応力を加える。

【0038】

また背景技術にて説明したように、図３、図４に示した平坦な形状（プレーナ型）の従来のＦＥＴ９に対しては、プラズマＣＶＤを利用してストレスライナー膜９０の成膜が行われてきた。しかしながら、図６に示すＦｉｎ−ＦＥＴ９ｃなどのように、基板９１（Ｓｉ基板）の表面に形成された段差の大きなフィン９７（凸部）の表面に沿って設けられたゲート電極９５ａを覆うようにしてストレスライナー膜９０を形成する場合には、従来のプラズマＣＶＤは段差被覆性能が十分でなかった。

【0039】

本実施の形態の成膜装置は、ＡＬＤ法によりＡｌＮ膜を成膜することにより、高い段差被覆性能を実現しつつ、後述の実施例に示すようにストレスライナー膜９０として利用可能な程度まで、ＡｌＮ膜に発生する引張応力を調節することができる。
以下、当該成膜装置の作用について説明する。

【0040】

図１、図２において、先ず、ゲートバルブＧを開放して、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、搬送口１５を介して図示しない搬送アームにより回転テーブル２上に例えば５枚のウエハＷを載置する。このウエハＷの表面には、ドライエッチング処理やＣＶＤ法などを用いてＦＥＴ９が形成されている。次いで、ゲートバルブＧを閉じ、真空ポンプ６４により真空容器１内を引き切りの状態にすると共に、回転テーブル２を時計周りに回転させながらヒータユニット７によりウエハＷを１００〜４００℃程度に加熱する。

【0041】

続いて、処理ガスノズル３１、３２から各々Ａｌを含む原料ガス（第１の処理ガス）及びＮＨ_３ガス（第２の処理ガス）を吐出する。また、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを所定の流量で吐出し、分離ガス供給管１５１及びパージガス供給管７２、７３からもＮ_２ガスを所定の流量で吐出すると共に、ＵＶランプ６１への給電を開始して紫外線を発光させる。そして、圧力調整部１６５により真空容器１内を予め設定した処理圧力に調整する。

【0042】

そして図８に示すように、回転テーブル２を所定の回転速度で回転させると、回転テーブル２上のウエハＷが回転軸２２の周りを公転し、第１の処理領域Ｐ１では第１の処理ガスノズル３１から供給された原料ガスが、回転テーブル２の回転動作に伴って、その回転方向の下流側へ向けて流れ、やがて排気口１６１へ向けて排出される。一方、第２の処理領域Ｐ２では第２の処理ガスノズル３２から供給されたＮＨ_３ガスが、回転テーブル２の回転動作に伴って、その回転方向の下流側へ向けて流れた後、ガス流路１０１に流れ込み、やがて排気口１６２へ排出される。

【0043】

一方、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とは、分離領域Ｄや中心領域Ｃ、及びこれらの領域に供給されるＮ_２ガス（分離ガス）によって分離されている。このため、各処理領域Ｐ１、Ｐ２における処理ガス同士の混合が抑えられ、成膜対象であるウエハＷの表面以外の領域での反応生成物の堆積が抑えられる。

【0044】

この回転テーブル２上のウエハＷを見ると、第１の処理領域Ｐ１では、Ａｌを含む原料ガスがウエハＷの表面に吸着し、第２の処理領域Ｐ２にてウエハＷの表面に吸着した原料ガスとＮＨ_３ガスとが反応して反応生成物であるＡｌＮの分子層が、１層あるいは複数層形成される。しかる後、分子層が形成されたウエハＷがＵＶランプ６１の下方を通過すると、この分子層に紫外線が照射される。

【0045】

分子層に紫外線が照射されると、紫外線の持つエネルギーを分子層が吸収し、分子層中に取り込まれた未反応ガス（例えばＴＭＡやＮＨ_３）、中間ガス（ＣＨ_３-ＮＨ_２）の化学結合を脱離させたり、膜中の炭素原子や水素原子を脱離させたりして、分子層の密度を上昇させる。そして、これらの物質が分子層から脱離することにより、分子層が収縮する方向の応力が発生し、このような応力を持つ分子層が積層されると、図５（ｂ）に示すようにウエハＷに対して引張応力を加えるストレスライナー膜９０を成膜することができると考えられる。もちろん、ストレスライナー膜９０は、図５（ａ）に示すように、圧縮応力を加えるものが必要な場合もあり得る。この場合には例えば、後述のプラズマ発生部８を用いた成膜法などを採用する手法などが考えられるが、その詳細については後述する。

【0046】

このように、ウエハＷに対しては、回転テーブル２が１回転する間に、原料ガスが供給されるステップと、ＮＨ_３ガスが供給されるステップと、紫外線が照射されるステップと、がこの順番で実行されることになる。この結果、図７に模式的に示すように、ウエハＷ表面に紫外線処理がされていない未処理分子層９０１が形成された後（図７（ａ））、この未処理分子層９０１に紫外線が照射されて紫外線処理分子層９０２となる（図７（ｂ））。

【0047】

こうして、未処理分子層９０１の形成と、紫外線照射とを繰り返して紫外線処理分子層９０２を積層していくことにより（図７（ｃ）、（ｄ））、内部まで紫外線処理が行われたストレスライナー膜９０を形成することができる。
一方、例えばＣＶＤ法やＡＬＤ法によりＡｌＮ膜の成膜を行った後に、紫外線を照射してこのＡｌＮ膜に発生する応力を調節する場合には、紫外線照射の効果がＡｌＮ膜の表面近傍にしか及ばないので、応力を調節可能な範囲が狭くなってしまう。

【0048】

また、ウエハＷの表面に吸着した原料ガスから生成した反応生成物を堆積させてＡｌＮ膜を成膜することにより、図６に示すように、段差の大きな凸部（フィン９７）を持つ３次元構造のＦＥＴ９（９ｃ）などに対しても、当該凸部の壁面に沿って、段差被覆性の高いストレスライナー膜９０を成膜することができる。但し、本成膜装置を利用してストレスライナー膜９０を形成することが可能なウエハＷは、三次元構造のトランジスタが形成されたものに限定されず、従来のプレーナ型のＦＥＴ９（９ａ、９ｂ）が形成されたウエハＷであってもよいことは勿論である。

【0049】

こうして、所定時間だけＡｌＮ膜の成膜を行ったら、処理ガスノズル３１、３２からの原料ガス及びＮＨ_３ガスの吐出、分離ガスノズル４１、４２からの分離ガスの吐出を停止し、回転テーブル２の回転を止める。そして、ヒータユニット７によるウエハＷの加熱を終えると共に、ウエハＷを搬出可能な圧力に真空容器１内を調節し、ゲートバルブＧを開いて搬送口１５からウエハＷを取り出し、成膜処理を終える。

【0050】

実施の形態に関わる成膜装置によれば以下の効果がある。回転テーブル２に載置されたウエハＷに対して、ＡＬＤ法によりＡｌＮの分子層を積層してＡｌＮ膜を得る際に、これらの分子層に対して紫外線を照射することにより、ＡｌＮ膜に発生する応力を調節することができる。

【0051】

ここで、上述の成膜装置を利用して成膜されるＡｌＮ膜は、すべての分子層に対して紫外線の照射を行うことが必須の要件ではない。一部の分子層に対しては、紫外線照射を行わないことにより、ＡｌＮ膜に発生する応力を調節してもよい。

【0052】

図９は、回転テーブル２上のあるウエハＷに着目して、当該ウエハＷに対し実施される処理の内容を経時的に示したタイムチャートである。紫外線照射を行う通常サイクルにおいては、ウエハＷに対して原料ガス供給（図９（ａ））→Ｎ_２ガス（分離ガス）供給（図９（ｃ））→ＮＨ_３ガス供給（図９（ｂ））→紫外線照射（図９（ｄ））→Ｎ_２ガス（分離ガス）供給（図９（ｃ））の処理が順番に実行される。この結果、図１０に示すように、ウエハＷの表面に紫外線処理分子層９０２が形成される。

【0053】

一方、紫外線照射なしサイクルでは、図９（ｄ）のタイミングにおいて、ウエハＷに形成された未処理分子層９０１に対する紫外線照射を行わないことにより、そのままの状態で次の分子層の積層を開始する。こうしてｍ層中、ｎ層（但し、ｍ、ｎはｍ＞ｎの関係にある自然数）だけ分子層に対する紫外線の照射を行わないことにより、図１０に示すように未処理分子層９０１と紫外線処理分子層９０２とを所望の順序で積層することができる。図１０に示したストレスライナー膜９０ｃでは２層の分子層中、１層に対して紫外線照射が行われていない。

【0054】

回転テーブル２に載置された状態で回転するウエハＷに対し、所定の間隔で紫外線照射が行われないようにする手法としては、ウエハＷがＵＶランプ６１の下方を通過する際に、予め設定された順番のサイクルにおいてはＵＶランプ６１を消灯する場合などが考えられる。また、ＵＶランプ６１の下方に開閉シャッターを設け、この開閉シャッターの開閉動作により紫外線の照射／非照射を制御してもよい。

【0055】

また、紫外線の照射／非照射のタイミングを調節することに代えてＵＶランプ６１の照射強度を増減させることにより、照射される紫外線の量を分子層ごとに変化させてストレスライナー膜に発生する応力を制御してもよい。例えば、分子層の積層方向に向けて、下層側から上層側へとＵＶランプ６１の照射強度を強くしてもよいし、反対に下層側から上層側へと弱くしてもよく、予め設計した計画に基づいて、各分子層に照射される紫外線の量を適宜、増減することもできる。

【0056】

さらにまた、上述の実施の形態にて説明した成膜装置に設けられた紫外線照射部６を利用して薄膜に発生する応力を調節することが可能な膜の種類は、ＡｌＮ膜に限られるものではない。例えば、ＳｉＮ膜においてもＡｌＮ膜と同様の効果が得られる。ＳｉＮ膜の成膜に際しては、第１の処理ガスとして、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）など、ケイ素（Ｓｉ）を含む原料ガスが用いられ、第１の処理ガスを窒化するガスとしてはＮＨ_３ガスなどが用いられる。

【0057】

次に、本成膜装置を利用して成膜される第２の適用例について説明する。ここでは、既述のＡｌＮ膜に替えて、ＳｉＮ膜を成膜する場合について説明するが、処理ガスやエッチングガス等が異なる他はＡｌＮ膜の場合でも実施される処理の内容は同様である。
第２の適用例は、背景技術にて説明したダブルパターニングに利用するＳｉＮ膜を成膜する際に、本例の成膜装置を利用してＳｉＮ膜に発生する応力を調節する。

【0058】

初めに、サイドウォールを利用したダブルパターニングについて、図１１〜図１５を参照しながら簡単に説明しておく。
図１１に示すように、例えば表面にＳｉＯ_２膜からなる被処理膜９０４が成膜され、その上面に、アモルファスシリコンのマスク部分９０３を有するライン状のマスクパターンが形成された状態のウエハＷに対して、被処理膜９０４のダブルパターニングを行う場合について説明する。

【0059】

上記のウエハＷを本例の成膜装置に搬入して、その表面にＳｉＮ膜９０ｄを成膜した後（図１２）、例えばＣＦ₄ガス、ＣＨＦ₃ガス、Ａｒガス、Ｏ₂ガス、ＣＨ₂Ｆ₂ガス及びＦ₂ガスの混合ガスをプラズマ化して異方性エッチングを行い、下方側へ向けてＳｉＮ膜９０ｄをエッチングする。この結果、マスク部分９０３の上端が露出すると共に、隣り合うマスク部分９０３の間からは被処理膜９０４の上面が露出する。また、マスク部分９０３の両側壁に接する堆積部分はサイドウォール９０ｅとして残る（図１３）。

【0060】

しかる後、例えばＯ_２ガスとＨＢｒガスとをプラズマ化してアモルファスシリコンのマスク部分９０３を除去した後（図１４）、ウエハＷ上に残るサイドウォール９０ｅを新たなマスク部分とし、ＡｒガスとＣ₄Ｆ_８ガスとをプラズマ化して被処理膜９０４のエッチングを行う。そして、ＣＦ₄ガス、ＣＨＦ₃ガス、Ａｒガス、Ｏ₂ガス、ＣＨ₂Ｆ₂ガス及びＦ₂ガスの混合ガスをプラズマ化してサイドウォール９０ｅを除去することにより、マスク部分９０３よりも狭い間隔でパターニングされた被処理膜９０４が得られる（図１５）。

【0061】

上述のダブルパターニングのプロセスにおいて、マスク部分９０３にＳｉＮを堆積させてサイドウォール９０ｅを形成すると、図１４に示すように、サイドウォール９０ｅは上部側が先細りの肩落ち形状となる。一方、ＡＬＤ法により成膜されたＳｉＮ膜９０ｄは、図１６に模式的に示すようにＳｉＮの分子層９００が堆積して形成されている。

【0062】

このとき、紫外線照射部６を利用した応力の調節を行うことで、単位面積当たりの応力が均等な分子層９００が積層されることになる。この状態でＳｉＮ膜９０ｄのエッチング、マスク部分９０３の除去を行い、肩落ち形状のサイドウォール９０ｅが形成されると、マスク部分９０３との界面付近にある初期の段階で形成された分子層９００と、外側の分子層９００との応力値の大きさとその差、また前記肩落ち形状に起因して、図１７に併記したグラフ中に破線で示す応力分布が形成される。

【0063】

上述の破線で示した応力分布のように、サイドウォール９０ｅに働く応力がその外側で小さく、マスク部９０３と接触していた内側で大きくなると、サイドウォール９０ｅに働く応力のバランスが崩れてしまう。この結果、図１７中に一点鎖線で示すように、内側へ向けてサイドウォール９０ｅが倒れてしまうおそれがある。

【0064】

そこで例えば、図１、図２に示したＵＶランプ６１に、給電部６３からの給電量の増減などにより、紫外線の発光量を増減させる調光機能を設け、分子層９００に照射する紫外線量が、図１６に示すＳｉＮ膜９０ｄの外側（積層される順番で見ると上層側）で大きく、内側（積層される順番で見ると下層側）で小さくなるように照射量の調節を行う。その結果、図１７に示すサイドウォール９０ｅでは内側の分子層９００に働く応力に揃うように、外側の分子層９００に働く応力が大きくなり、ストレスライナー膜９０に働く応力の分布がストレスライナー膜９０の幅方向に均一化される（図１７に併記したグラフ中に実線で示す）。この結果、応力のバランスが保たれて、サイドウォール９０ｅの倒壊を抑制することができる。

【0065】

以上、紫外線照射部６が設けられた成膜装置を利用して、ＡｌＮ膜やＳｉＮ膜により、ＦＥＴの演算速度を高速化するためのストレスライナー膜９０や、ダブルパターニングの際にマスクとして利用されるサイドウォール９０ｅを形成する適用例について説明した。
ここで、紫外線照射部６に設けられる発光管は、直管型のものに限定されるものではなく、バルブ型のものを用いてもよい。図１８、図１９には、バルブ型のランプバルブ６１１を備えたＵＶランプ６１ａを多数、配置した紫外線照射部６ａの例を示している。

【0066】

ＵＶランプ６１ａは、ランプバルブ６１１とランプシェード６１２とを備え、図８の平面図に示した紫外線照射部６とその下流側の分離領域４との間の領域に、多数のＵＶランプ６１ａが扇形に配置されている。本例の紫外線照射部６ａも、紫外線を透過する底板６２１を備えたランプボックス６２を天板１１に設けられたランプボックス６２に嵌合させ、このランプボックス６２内にＵＶランプ６１ａが配置されている。多数のＵＶランプ６１ａを設け、その点灯領域（例えばＵＶランプ６１ａを点灯する扇形の領域の幅）や点灯数（点灯しているＵＶランプ６１ａと消灯しているＵＶランプ６１ａの割合）や１つのＵＶランプ６１ａあたりの発光強度などを調節することにより、分子層に照射されるエネルギー量やエネルギー密度などを増減し、ＡｌＮ膜やＳｉＮ膜に発生する応力の調節をより柔軟に行うことができる。

【0067】

次に、真空容器１内で回転テーブル２を回転させてウエハＷに対してＡｌＮ膜やＳｉＮ膜の成膜を行う成膜装置において、既述の紫外線照射部６に替えて、プラズマ発生部８を利用してこれらの膜に発生する応力を調節する手法について図２０、図２１を参照しながら説明する。
図２１の分解斜視図に示すように、プラズマ発生部８は、電極８２に接続されると共に、コイル状に巻回されたアンテナ８と、このアンテナ８により発生する電界及び磁界のうち、電界を選択的に減衰させるために設けられたファラデーシールド８４と、アンテナ８とファラデーシールド８４とを互いに絶縁するために、これらの機器８１、８４の間に設けられた例えば石英板からなる絶縁板８３と、を備えたＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）プラズマ発生器として構成されている。

【0068】

このプラズマ発生部８は、扇形状のボックス６２ａ内に収容され、図２０に示すように第２の処理ガスノズル３２の下流側の分離領域Ｄの手前に配置されている。また、回転テーブル２の回転方向からみて上流側の位置におけるボックス６２ａの側縁部下方側には、当該側縁部に沿って回転テーブル２の直径方向に延びだすようにプラズマ発生用ガスノズル３４が設けられている。そして、このプラズマ発生用ガスノズル３４からＡｒガスとＮＨ_３ガスと水素との混合ガス、またはＡｒガスとＮ_２ガスとの混合ガスを供給し、高周波電源８６からファラデーシールド８４に、整合器８５を介して、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加すると、プラズマ発生部８から供給された変動磁場により発生した渦電流の影響により混合ガスがプラズマ化する。

【0069】

こうしてプラズマ化したガスをＡｌＮやＳｉＮの分子層に接触させると、活性化したＮ原子やＨ原子が当該分子膜に取り込まれ、分子層が膨張する方向の応力を発生させることができる。このような応力を持つ分子層が積層されると、図５（ａ）に示すようにウエハＷに対して圧縮応力を加える薄膜を成膜することができる。

【0070】

一方、既述のようにＡｌＮやＳｉＮの分子層に紫外線が照射されると、分子層中に取り込まれた未反応ガス（例えばＴＭＡやＮＨ_３）、中間ガス（ＣＨ_３-ＮＨ_２）の化学結合を脱離させたり、膜中の炭素原子や水素原子を脱離させたりして、分子層の密度を上昇させる。そして、これらの物質が分子層から脱離することにより、分子層が収縮する方向の応力が発生し、このような応力を持つ分子層が積層されると、図５（ｂ）に示すようにウエハＷに対して引張応力を加える薄膜を成膜することができる

【0071】

上述のように、成膜装置に紫外線照射部６を設けることにより、ＡｌＮ膜やＳｉＮ膜が引張応力を持つように薄膜に発生する応力を調節し、またプラズマ発生部８を設けることにより圧縮応力を持つ薄膜に調節することができる。従って、共通の成膜装置内に、これら紫外線照射部６とプラズマ発生部８との双方を設けることにより、ＡｌＮ膜やＳｉＮ膜に発生する応力の働く方向や応力の大きさを調節することが可能な成膜装置を構成することが可能となる。

【実施例】

【0072】

ウエハＷ上に成膜されたＡｌＮ膜に対して、紫外線照射などの処理を行い、ＡｌＮ膜に発生する応力を測定した。
Ａ．実験条件
ＡＬＤ法により成膜した厚さ５０ｎｍのＡｌＮ膜（原料ガス；ＴＭＡ、窒化ガス；ＮＨ_３）に対し、（１）紫外線照射、（２）プラズマ処理、（３）加熱処理の各処理を行い、ＡｌＮ膜に発生する応力を測定した。

【0073】

応力の測定は、図２２に示すように、レーザー光源Ｍ１から出力されたレーザー光を反射鏡Ｍ２で反射させ、レンズＭ３を介してウエハＷに照射し、ウエハＷからの反射光の位置センサーＭ４への入射位置を検出する。反射鏡Ｍ２は、回転軸周りに回転自在に構成されており、図２２中にｗで示した走査範囲でレーザー光の照射位置を走査できる。レンズＭ３と位置センサーＭ４との位置関係は、平坦なウエハＷから反射された光がレンズＭ３の焦点位置にて一点に集中して位置センサーＭ４へと入射するように調節されている。

【0074】

一方、ウエハＷのレーザー光が照射される面の表側に、ウエハＷに圧縮応力を加えるＡｌＮ膜を成膜すると、図２２中に一点鎖線で示すようにウエハＷに反りが発生する。この結果、ウエハＷにて反射されたレーザー光が位置センサーＭ４に入射する位置がずれ、前記走査範囲の一端側で反射されたレーザー光の入射位置と、前記範囲の他端側で反射されたレーザー光の入射位置との距離がＤに広がる。逆にウエハＷの表側に、ウエハＷに引張応力を加えるＡｌＮ膜を成膜すると、図２２に示した一点鎖線とは反対の方向に反りが発生する。この結果、前記一端側、他端側で反射されたレーザー光の入射位置が図２２に示す例とは反対の方向にずれて、これらの入射位置の距離がＤとなる。

【0075】

位置センサーＭ４にて距離Ｄを検出した結果に基づいて、下記（１）式によりウエハＷの曲率半径Ｒを求める。また、センサーＭ４に入射するレーザー光のずれ方向からウエハＷの反りの方向を把握する。
Ｒ＝２Ｌｗ／Ｄ …（１）
但し、Ｒ；反ったウエハＷの曲率半径、Ｌ；レンズＭ３の焦点距離、Ｄ；位置センサーＭ４で検出されたレーザー光の入射位置の距離、ｗ；レーザー光の走査距離である。
そして、下記（２）式（Ｓｔｏｎｅｙの式）により、ＡｌＮ膜の応力σを求める。
σ＝（Ｅ_Ｓｔ_Ｓ^２）／{６（１−ν_Ｓ）Ｒｔ_Ｆ} …（２）
但し、Ｅ_Ｓ；ウエハＷのヤング率、ν_Ｓ；ウエハＷのポアソン比、ｔ_Ｓ；ウエハＷの厚さ、ｔ_Ｆ；ＡｌＮ膜の膜厚である。

【0076】

（実施例１−１）３９９Ｐａの真空雰囲気下において、ウエハＷを４００℃に加熱し、このウエハＷの表面から４０〜１００ｍｍ離れた高さ位置より波長２５４ｎｍ、０．３Ｗの紫外線をＡｌＮ膜に６００秒間照射した。その後、ＡｌＮ膜の応力を計測した。
（実施例１−２）実施例１−１に対して、ウエハの加熱温度を３５０℃、ＡｌＮ膜に照射する紫外線を波長４０５ｎｍ、０．７Ｗに変更した。
（実施例２−１）真空容器内配置した平行平板からなる上部電極と下部電極とを備えた容量結合プラズマ装置の下部電極上にウエハＷを載置し、真空容器内を６６６．７Ｐａの圧力に調節しつつ、Ａｒガスを１．６ｓｌｍ（標準リットル（０℃、１気圧）／分を意味する。以下、同じ）、水素ガスを２．０ｓｌｍ、ＮＨ_３ガスを１．５ｓｌｍの流量で供給し、上部下部電極に４５０ｋＨｚ、８００Ｗの電力を印加してプラズマを発生させ、ウエハＷに対するプラズマ処理を６０秒行った。その後、ＡｌＮ膜の応力を計測した。
（実施例２−２）実施例２−１に対して、供給するガスをＡｒガス１．６ｓｌｎ、Ｎ_２ガス１．６ｓｌｎに変更した。
（参考例）１３３Ｐａの真空雰囲気下においてウエハＷを５００℃で、２時間加熱処理した。その後、ＡｌＮ膜の応力を計測した。
（参照例）ＡｌＮの成膜後、処理を行わずにＡｌＮ膜の応力を計測した。

【0077】

Ｂ．実験結果
上述の各実施例、参照例、参考例の結果を図２３に示す。図中、縦軸は、ＡｌＮ膜に生じた応力の大きさを示し、この値が正の値である場合、当該ＡｌＮ膜が引張応力膜であることを意味している。図２３を見ると、各実施例、参照例、参考例のすべてのＡｌＮ膜は引張応力膜であることが確認できる。

【0078】

また、紫外線照射を行った実施例１−１、１−２の結果を見ると、成膜後に比べて引張応力が２００ＭＰａ程度増加している。これは、参考例における引張強度の増加量にほぼ匹敵しており、ウエハＷの加熱温度を４００℃以下の低温に維持しながら行った６００秒間の紫外線照射は、５００℃、２時間の加熱処理にとほぼ同等の引張応力増大効果が得られることがわかる。既述のように、本実験は予め成膜されたＡｌＮ膜に対して紫外線照射を行っているので、紫外線照射の影響は、ＡｌＮ膜の表層側にしか作用していない可能性が高い。そこで、既述の成膜装置に紫外線照射部６を設け、積層される各分子層に紫外線照射を行うことにより、ＡｌＮ膜に発生する引張応力をさらに増大させることが可能となる。

【0079】

一方、容量結合プラズマによる処理を行った実施例２−１、２−２においては、成膜後の状態（参照例）に比べて引張応力が３００〜９００ＭＰａ程度減少している。これにより、Ａｒガス、水素ガス及びＮＨ_３ガスの混合ガス、またはＡｒガス、Ｎ_２ガスの混合ガスのプラズマを用いたＡｌＮ膜に対するプラズマ処理は、成膜後のＡｌＮ膜に発生する引張応力を減少させる方向に作用することが確認できた。そして、この実施例２−１、２−２においてもプラズマ処理の効果は、ＡｌＮ膜の表層側にしか作用していない可能性が高いので、既述の成膜装置にプラズマ発生部８を設け、積層される各分子層にプラズマ処理を行うことにより、圧縮応力膜タイプのＡｌＮ膜を成膜できる。

【符号の説明】

【0080】

Ｗ ウエハ
１ 真空容器
２ 回転テーブル
３１ 第１の処理ガスノズル
３２ 第２の処理ガスノズル
４１、４２
分離ガスノズル
６、６ａ 紫外線照射部
６１、６１ａ
ＵＶランプ
８ プラズマ発生部
９０、９０ａ、９０ｂ、９０ｃ
ストレスライナー膜
９０ｄ ＳｉＮ膜
９０ｅ サイドウォール
９００ 分子層
９０３ マスク部分
９１ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】