JP2014183184A - コバルト及びパラジウムを含む膜をエッチングする方法 - Google Patents

コバルト及びパラジウムを含む膜をエッチングする方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電子デバイスの製造において、コバルト及びパラジウムを含む膜をエッチングする方法が提供される。
【解決手段】被処理体のコバルト及びパラジウムを含む膜をイオンスパッタエッチングによりエッチングする工程ａと、ハロゲン元素を含む第１のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程ｂと、炭素を含む第２のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程ｃと、希ガスを含む第３のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程ｄと、を含む。工程ａ、工程ｂ、及び、工程ｃにおいて、前記被処理体を載置する載置台の温度が１０℃以下の第１の温度に設定される。また、工程ｄにおいて、前記被処理体を載置する載置台の温度が、前記第１の温度よりも高い第２の温度に設定される。
【選択図】図２

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、コバルト及びパラジウムを含む膜をエッチングする方法に関するものである。
電子デバイスの製造においては、半導体材料から構成された膜のエッチングのために、プラズマエッチングが従来から用いられている。プラズマエッチングでは、処理ガスのプラズマに被処理体を晒すことにより、エッチング対象の膜を化学的に又は物理的にエッチングすることができる。
また、電子デバイスは、難エッチング材からなる膜を有することがあり、難エッチング材料をプラズマエッチングによってパターニングすることも必要となっている。例えば、特許文献１には、難エッチング材料の一種として、コバルト（Ｃｏ）及びパラジウム（Ｐｄ）を含む膜（「ＣｏＰｄ膜」という）を有するＭＲＡＭ素子が記載されている。また、同文献には、炭化水素ガス及び不活性ガスを含む混合ガスのプラズマを発生させ、ＣｏＰｄ膜の温度を２５０℃以下に設定し、バイアス電力によってイオンをＣｏＰｄ膜に引き込むことにより、ＣｏＰｄ膜をエッチングすることが記載されている。
特開２０１１−１４８８１号公報
特許文献１に記載されているように、ＣｏＰｄ膜は、所謂イオンスパッタエッチングによってパターニングされる。しかしながら、ＣｏＰｄ膜のエッチングに用いられるハードマスクは、ＣｏＰｄ膜のイオンスパッタエッチングに対する選択性が低い。したがって、特許文献１に記載されたエッチング方法では、ＣｏＰｄ膜のエッチング完了までの間に、ハードマスクの側面の垂直性が顕著に低下する。また、イオンスパッタエッチングによって削られた膜の構成材料は、ハードマスク及びエッチングによって形成された膜の側面に再付着する。
したがって、本技術分野においては、コバルト及びパラジウムを含む膜を、ハードマスクの側面の垂直性の劣化を抑制しつつエッチングすることができ、且つ、被処理体に再付着する堆積物を除去することが必要とされている。
一側面においては、被処理体のコバルト及びパラジウムを含む膜をエッチングする方法が提供される。当該膜上には、ハードマスクが設けられている。この方法は、（ａ）イオンスパッタエッチングにより前記膜をエッチングする工程（以下、「工程ａ」という）と、（ｂ）前記膜をエッチングする工程の後、ハロゲン元素を含む第１のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程（以下、「工程ｂ」という）と、（ｃ）前記第１のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程の後、炭素を含む第２のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程（以下、「工程ｃ」という）と、（ｄ）前記第２のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程の後、希ガスを含む第３のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程（以下、「工程ｄ」という）と、を含む。この方法では、工程ａ、工程ｂ、及び、工程ｃにおいて、前記被処理体を載置する載置台の温度が１０℃以下の第１の温度に設定される。また、工程ｄにおいて、前記被処理体を載置する載置台の温度が、前記第１の温度よりも高い第２の温度に設定される。一形態においては、工程ａ〜ｃが順に繰り返され、その後、被処理体を大気に晒すことなく、工程ｄが実施されてもよい。なお、コバルト及びパラジウムを含む膜は、コバルト層及びパラジウム層が交互に設けられた多層膜であってもよく、コバルト及びパラジウムが合金化することによって構成された膜であってもよい。以下、コバルト及びパラジウムを含む膜を、「ＣｏＰｄ膜」と称する。
上記一側面に係る方法では、工程ａにおいて、１０℃以下の低温に設定された載置台上でイオンスパッタエッチングによりＣｏＰｄ膜が削られる。かかる温度の下でのイオンスパッタエッチングによれば、ハードマスクの側面の垂直性の劣化を抑制することができる。また、この方法では、ハードマスク及びエッチングによって形成された膜の側面に付着する堆積物が工程ｂにおいてハロゲン化され、工程ｃにおいて被処理体が炭素を含むガスのプラズマに晒される。これにより、載置台の温度を１０℃以下の温度に設定しても、堆積物が部分的に除去され得る。なお、堆積物が部分的に除去され得る理由は、工程ａ及びｂにおいて載置台の温度を１０℃以下に設定しているので、堆積物の結晶性が低くなるからであるものと推測される。さらに、この方法では、比較的高温の第２の温度に設定された載置台上で被処理体が第３のガスのプラズマに晒される。これにより、部分的に残された堆積物を除去することも可能となる。
一形態においては、第１の温度は−１０℃以下である。かかる温度に設定された載置台上に被処理体を載置して工程ａ〜ｃを実施することで、ハードマスクの側面の垂直性の劣化を更に抑制することが可能となる。
一形態においては、第３のガスは、水素ガスを更に含んでいてもよい。工程ｃでは炭素を含むガスのプラズマに被処理体が晒されるので、被処理体上には炭素を含有する膜が形成され得る。第３のガスに水素を含めることにより、被処理体上に形成された炭素を含有する膜も除去することが可能となる。
以上説明したように、コバルト及びパラジウムを含む膜を、ハードマスクの側面の垂直性の劣化を抑制しつつエッチングすることができ、且つ、被処理体に再付着する堆積物を除去することが可能となる。
コバルト及びパラジウムを含む膜を有する被処理体の一例を示す図である。 一実施形態に係るコバルト及びパラジウムを含む膜をエッチングする方法を示す流れ図である。 図２に示す方法の各工程を説明するための図である。 図２に示す方法の各工程を説明するための図である。 図２に示す方法の各工程を説明するための図である。 図２に示す方法の各工程を説明するための図である。 図２に示す方法の各工程を説明するための図である。 一実施形態に係る処理システムを概略的に示す図である。 一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 一実施形態に係る別のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 図１０に示すプラズマ処理装置の高周波アンテナの平面図である。 実験例１、実験例２、及び比較実験例１の結果を示す図である。 実験例３、比較実験例２及び３の結果を示す図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
まず、一実施形態のコバルト及びパラジウムを含む膜（以下、「ＣｏＰｄ膜」という）をエッチングする方法を適用し得る被処理体について説明する。図１は、ＣｏＰｄ膜を有する被処理体の一例を示す図である。図１には、ＭＲＡＭ素子の製造に用いられる被処理体Ｗの断面が示されている。この被処理体（以下、「ウエハ」という）Ｗは、基板ＳＢ、下部電極層ＬＥ、ピン止め層ＰＬ、第１磁性層ＭＧ１、絶縁層ＩＬ、第２磁性層ＭＧ２、ＣｏＰｄ膜ＣＰ、上部電極層ＵＥ、及びハードマスクＨＭを有している。
下部電極層ＬＥは、基板ＳＢ上に設けられており、例えば、Ｔｉ（チタン）から構成され得る。下部電極層ＬＥ上には、ピン止め層ＰＬが設けられている。ピン止め層ＰＬは、反強磁性体材料から構成され、例えば、ＩｒＭｎ、又はＰｔＭｎから構成され得る。このピン止め層ＰＬ上には、ＭＴＪ（磁気トンネル接合）を構成する第１磁性層ＭＧ１、絶縁層ＩＬ、第２磁性層ＭＧ２が順に積層されている。第１磁性層ＭＧ１及び第２磁性層ＭＧ２は、例えば、ＣｏＦｅＢから構成され得る。また、絶縁層ＩＬは、ＭｇＯ又はＡｌ２Ｏ３から構成され得る。
第２磁性層ＭＧ２上には、ＣｏＰｄ膜ＣＰが設けられている。図１に示すウエハＷのＣｏＰｄ膜ＣＰは、Ｃｏ層及びＰｄ層が交互に積層されることによって構成される多層膜である。このＣｏＰｄ膜ＣＰ上には、上部電極層ＵＥが設けられている。上部電極層ＵＥは、例えば、Ｒｕから構成され得る。また、上部電極層ＵＥ上には、ハードマスクＨＭが設けられている。ハードマスクＨＭは、上部電極層ＵＥ及びＣｏＰｄ膜ＣＰのエッチング用のマスクであり、例えば、Ｗ（タングステン）から構成され得る。なお、ハードマスクＨＭは、Ｔａ、ＴｉＮ等から構成されていてもよい。
以下、一実施形態のＣｏＰｄ膜をエッチングする方法を、図１に示すウエハＷをその適用対象として例にとり、説明する。図２は、一実施形態に係るコバルト及びパラジウムを含む膜をエッチングする方法を示す流れ図である。以下、図２に示す方法ＭＴ１を、図２と共に図３〜図７を参照しつつ説明する。図３〜図７は、図２に示す方法の各工程を説明するための図である。
方法ＭＴ１では、まず、工程ＳＴ１が実施される。工程ＳＴ１では、プラズマ処理装置の処理容器内において、イオンスパッタエッチングによってＣｏＰｄ膜ＣＰがエッチングされる。工程ＳＴ１においては、希ガス、例えばＡｒガスのプラズマが生成され、図３に示すように、プラズマ中のイオンがバイアス電力によってウエハＷに引き込まれる。図３においては、矢印の基端に描かれた円がイオンを示している。このように、工程ＳＴ１では、イオンがウエハＷに引き込まれることによって、ＣｏＰｄ膜ＣＰが物理的にエッチングされる。この工程ＳＴ１は、ウエハＷを載置する載置台の温度が１０℃以下の第１の温度に設定された状態で実施される。一実施形態においては、工程ＳＴ１の載置台の温度は、−１０℃以下であってもよい。
なお、上部電極層ＵＥのエッチングもＣｏＰｄ膜ＣＰのエッチングと同様に実行することができ、したがって、初回に実施される工程ＳＴ１は、上部電極層ＵＥのエッチングを兼ねていてもよい。
工程ＳＴ１によってＣｏＰｄ膜ＣＰがエッチングされると、図４に示すように、当該膜ＣＰから削られた物質は堆積物ＤＦとなって、ハードマスクＨＭの表面、上部電極層ＵＥの側面、及び、エッチングによって形成されたＣｏＰｄ膜ＣＰの側面に付着する。方法ＭＴ１では、工程ＳＴ１において形成された堆積物ＤＦを部分的に除去するために、図２に示すように、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３が実施される。
工程ＳＴ２では、プラズマ処理装置の処理容器内において第１のガスのプラズマにウエハＷが晒される。この第１のガスは、ハロゲン元素を含み得る。例えば、第１のガスは、ＮＦ３ガスを含み得る。この工程ＳＴ２も、ウエハＷを載置する載置台の温度が１０℃以下の第１の温度に設定された状態で実施される。一実施形態においては、工程ＳＴ２の載置台の温度は、−１０℃以下であってもよい。
加えて、第１のガスは、ハードマスクＨＭのエッチングを抑制するために、炭素を含んでいてもよい。例えば、第１のガスは、メタンガスを含み得る。これにより、炭素に基づく保護膜がハードマスクＨＭの表面に形成され、ハードマスクＨＭのエッチングが抑制され得る。
工程ＳＴ２が実施されると、図５に示すように、ハロゲン元素、又はハロゲン元素を含む分子の活性種が生成され、当該活性種に堆積物ＤＦが晒される。図５においては、矢印の基端に描かれた円が、活性種を表わしている。この工程ＳＴ２の結果、堆積物ＤＦがハロゲン化され、図６に示すように、堆積物ＤＦが、ハロゲン化された堆積物ＤＦＸに変化する。
図２に示すように、方法ＭＴ１では、次いで、工程ＳＴ３が実施される。工程ＳＴ３では、プラズマ処理装置の処理容器内において第２のガスのプラズマにウエハＷが晒される。この第２のガスは、炭素を含み得る。例えば、第２のガスは、メタンガスを含み得る。なお、第２のガスは、メタンガスに代えて、或いはこれに加えて、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃ４Ｆ６といったＣｘＦＹ、ＣＯ、又はＣＯ２といった他のガスを含んでいてもよい。この工程ＳＴ３も、ウエハＷを載置する載置台の温度が１０℃以下の第１の温度に設定された状態で実施される。一実施形態においては、工程ＳＴ３の載置台の温度は、−１０℃以下であってもよい。
一実施形態においては、また、第２のガスは、水素ガスを含んでいてもよい。上述したように、第２のガスは炭素を含んでいるので、ウエハＷの表面に炭素に基づく膜が形成され得る。しかし、炭素の量が過剰となると、膜が過剰に形成されることになる。第２のガスに水素ガスを添加することによって第２のガス中の炭素が希釈されるので、過剰な膜の形成が抑制される。
工程ＳＴ３が実施されると、図６に示すように、炭素、又は炭素を含む分子の活性種が生成され、当該活性種に堆積物ＤＦＸが晒される。図６においては、矢印の基端に描かれた円が、活性種を表わしている。この工程ＳＴ３の結果、堆積物ＤＦＸが部分的に除去される。
図１に戻り、一実施形態の方法ＭＴ１では、工程ＳＴ４において、終了条件が満たされるか否かが判定される。終了条件は、例えば、工程ＳＴ１〜ＳＴ３のサイクルが繰り返される上限回数である。この終了条件が満たされない場合には、再び工程ＳＴ１からの処理が行われる。一方、終了条件が満たされる場合には、方法ＭＴ１は、部分的に残された堆積物を除去するための処理に移行する。
一実施形態においては、工程ＳＴ１〜ＳＴ３のサイクルの繰り返しの後、別のプラズマ処理装置の処理容器内においてウエハＷを更に処理するために、ウエハＷは真空搬送系を介して当該別のプラズマ処理装置に搬送される（工程ＳＴ５）。工程ＳＴ１〜工程ＳＴ３は１０℃以下の低温で実施されているため、ウエハＷが大気中で搬送されると、ウエハＷは結露し得る。一方、真空搬送系を介してウエハＷを搬送することによって、ウエハＷの結露を防止することができる。
次いで、方法ＭＴ１では、工程ＳＴ６が実施される。工程ＳＴ６では、上述した別のプラズマ処理装置の処理容器内において、ウエハＷが第３のガスのプラズマに晒される。この第３のガスは、Ａｒガスといった希ガスを含み得る。この工程ＳＴ６では、ウエハＷを載置する載置台の温度が、第１の温度よりも高い第２の温度に設定される。第２の温度は、１００℃以上であることが好ましく、２００℃であってもよい。
一実施形態においては、第３のガスは、水素ガスを含んでいてもよい。上述したように、ウエハＷの表面には、先の工程において使用された炭素に基づく膜が残存し得る。第３のガスに水素ガスを添加することにより、炭素に基づく膜を除去することが可能である。
また、一実施形態においては、工程ＳＴ６は、ウエハＷにイオンを引き込むためのバイアス電力を使用しない。即ち、工程ＳＴ６は、無バイアス状態で実施されてもよい。工程ＳＴ６は比較的高温化で実施されるので、無バイアス状態で工程ＳＴ６を実施することにより、ウエハＷの表面やハードマスクＨＭに対するダメージを抑制することが可能となる。
この工程ＳＴ６が実施されると、ウエハＷの表面は、希ガス原子の活性種、或いは、これに加えて水素の活性種に晒される。これにより、ウエハＷの表面に付着していた堆積物ＤＦＸが除去される。その結果、図７に示すように、エッチングされたＣｏＰｄ膜ＣＰが得られる。
上述したように、方法ＭＴ１の工程ＳＴ１では、載置台の温度が１０℃以下の第１の温度に設定される。かかる第１の温度の下でのイオンスパッタエッチングによれば、ハードマスクＨＭのエッチングが抑制されるので、ハードマスクＨＭの側面の垂直性の劣化を抑制することができる。また、第１の温度が−１０℃以下であれば、ハードマスクＨＭの側面の垂直性の劣化が、更に抑制される。
また、方法ＭＴ１では、堆積物ＤＦが工程ＳＴ２においてハロゲン化され、工程ＳＴ３においてウエハＷが炭素を含む第２のガスのプラズマに晒される。これにより、載置台の温度を１０℃以下の温度に設定しても、堆積物ＤＦが部分的に除去され得る。堆積物ＤＦが部分的に除去され得る理由は、工程ＳＴ１及びＳＴ２において載置台の温度を１０℃以下に設定しているので、堆積物ＤＦ（又はＤＦＸ）の結晶性が低くなるからであるものと推測される。また、堆積物ＤＦは、ハロゲン化されることにより、炭素を含む分子と錯体を形成し易い状態になるものと推測される。これにより、第１の温度に載置台の温度が設定されていても、堆積物ＤＦを除去することが可能になるものと推測される。
また、方法ＭＴ１の工程ＳＴ６では、部分的に残された堆積物を除去するために、比較的高温の第２の温度に設定された載置台上にウエハＷが載置されて、処理される。これにより、低温下の工程ＳＴ１〜ＳＴ３の処理において部分的に残された堆積物を除去することが可能となる。
以下、方法ＭＴ１の実施に用いることが可能な処理システムについて説明する。図８は、一実施形態に係る処理システムを概略的に示す図である。図８に示す処理システム３００は、載置台３２２ａ〜３２２ｄ、収容容器３２４ａ〜３２４ｄ、ローダモジュールＬＭ、ロードロックチャンバＬＬ１、ＬＬ２、プロセスモジュールＰＭ１、ＰＭ２、ＰＭ３、及び、トランスファーチャンバ３２１を備えている。
載置台３２２ａ〜３２２ｄは、ローダモジュールＬＭの一縁に沿って配列されている。これら載置台３２２ａ〜３２２ｄの上には、収容容器３２４ａ〜３２４ｄがそれぞれ載置されている。収容容器３２４ａ〜３２４ｄ内には、ウエハＷが収容されている。
ローダモジュールＬＭ内には、搬送ロボットＲｂ１が設けられている。搬送ロボットＲｂ１は、収容容器３２４ａ〜３２４ｄの何れかに収容されているウエハＷを取り出して、当該ウエハＷを、ロードロックチャンバＬＬ１又はＬＬ２に搬送する。
ロードロックチャンバＬＬ１及びＬＬ２は、ローダモジュールＬＭの別の一縁に沿って設けられており、予備減圧室を構成している。ロードロックチャンバＬＬ１及びＬＬ２は、トランスファーチャンバ３２１にゲートバルブを介してそれぞれ接続されている。
トランスファーチャンバ３２１は、減圧可能なチャンバであり、当該チャンバ内には別の搬送ロボットＲｂ２が設けられている。このトランスファーチャンバ３２１内の搬送ロボットＲｂ２を用いることにより、方法ＭＴ１の工程ＳＴ５、即ち、真空環境下でのウエハＷの搬送が可能となる。
トランスファーチャンバ３２１には、プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ２が対応のゲートバルブを介してそれぞれ接続されている。搬送ロボットＲｂ２は、ロードロックチャンバＬＬ１又はＬＬ２からウエハＷを取り出して、プロセスモジュールＰＭ１、及びＰＭ２に順に搬送する。処理システム３００のプロセスモジュールＰＭ１は、プラズマ処理装置であり、工程ＳＴ１〜ＳＴ３を実施し得る装置である。また、処理システム３００のプロセスモジュールＰＭ２は、プラズマ処理装置であり、工程ＳＴ６を実施し得る装置である。
図９は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図９には、プラズマ処理装置１０の断面構造が概略的に示されている。図９に示すプラズマ処理装置１０は、処理システム３００のプロセスモジュールＰＭ１として用いられ得る。
プラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、略円筒形状を有しており、その内部空間として処理空間Ｓを画成している。プラズマ処理装置１０は、処理容器１２内に、載置台ＳＧを備えている。載置台ＳＧは、略円板形状のベース１４及び静電チャック５０を含んでいる。ベース１４は、処理空間Ｓの下方に設けられている。ベース１４は、例えばアルミニウム製であり、下部電極を構成している。ベース１４は、後述する静電チャック５０の熱を吸熱して、静電チャック５０を冷却する機能を有する。
ベース１４の内部には、冷媒流路１５が形成されており、冷媒流路１５には、冷媒入口配管、冷媒出口配管が接続される。そして、冷媒流路１５の中に適宜の冷媒、例えば冷却水等をチラーユニットを用いて循環させることによって、ベース１４及び静電チャック５０を所定の温度に制御可能な構成とされている。
また、プラズマ処理装置１０は、筒状保持部１６及び筒状支持部１７を更に備えている。筒状保持部１６は、ベース１４の側面及び底面の縁部に接して、ベース１４を保持している。筒状支持部１７は、処理容器１２の底部から垂直方向に延在し、筒状保持部１６を介してベース１４を支持している。プラズマ処理装置１０は、この筒状保持部１６の上面に載置されるフォーカスリング１８を更に備えている。フォーカスリング１８は、例えば、シリコン又は石英から構成され得る。
処理容器１２の側壁と筒状支持部１７との間には、排気路２０が形成されている。排気路２０の入口又はその途中には、バッフル板２２が取り付けられている。また、排気路２０の底部には、排気口２４が設けられている。排気口２４は、処理容器１２の底部に嵌め込まれた排気管２８によって画成されている。この排気管２８には、排気装置２６が接続されている。排気装置２６は、真空ポンプを有しており、処理容器１２内の処理空間Ｓを所定の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１２の側壁には、ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。
ベース１４には、イオン引き込み用の高周波バイアス電源を発生する高周波電源３２が整合器３４を介して電気的に接続されている。高周波電源３２は、例えば、４００ＫＨｚの高周波バイアス電力を下部電極、即ち、ベース１４に印加する。
プラズマ処理装置１０は、更に、内にシャワーヘッド３８を備えている。シャワーヘッド３８は、処理空間Ｓの上方に設けられている。シャワーヘッド３８は、電極板４０及び電極支持体４２を含んでいる。
電極板４０は、略円板形状を有する導電性の板であり、上部電極を構成している。電極板４０には、プラズマ生成用の高周波電源３５が整合器３６を介して電気的に接続されている。第１高周波電源３５は、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を電極板４０に印加する。高周波電源３２及び高周波電源３５によってベース１４及び電極板４０に高周波電力がそれぞれ与えられると、ベース１４と電極板４０との間の空間、即ち、処理空間Ｓには高周波電界が形成される。
電極板４０には、複数のガス通気孔４０ｈが形成されている。電極板４０は、電極支持体４２によって着脱可能に支持されている。電極支持体４２の内部には、バッファ室４２ａが設けられている。プラズマ処理装置１０は、ガス供給部４４を更に備えており、バッファ室４２ａのガス導入口２５にはガス供給導管４６を介してガス供給部４４が接続されている。ガス供給部４４は、処理空間Ｓに処理ガスを供給する。ガス供給部４４は、複数種のガスを供給し得る。一実施形態においては、ガス供給部４４は、Ａｒガス、水素（Ｈ２）ガス、メタンガス、及び、ＮＦ３ガスを選択的にガス供給導管４６を介してシャワーヘッド３８に供給し得る。
電極支持体４２には、複数のガス通気孔４０ｈにそれぞれ連続する複数の孔が形成されており、当該複数の孔はバッファ室４２ａに連通している。したがって、ガス供給部４４から供給されるガスは、バッファ室４２ａ、ガス通気孔４０ｈを経由して、処理空間Ｓに供給される。
一実施形態においては、処理容器１２の天井部に、環状又は同心状に延在する磁場形成機構４８が設けられている。この磁場形成機構４８は、処理空間Ｓにおける高周波放電の開始（プラズマ着火）を容易にして放電を安定に維持するよう機能する。
一実施形態においては、ベース１４の上面に静電チャック５０が設けられている。この静電チャック５０は、電極５２、並びに、一対の絶縁膜５４ａ及び５４ｂを含んでいる。絶縁膜５４ａ及び５４ｂは、セラミック等の絶縁体により形成される膜である。電極５２は、導電膜であり、絶縁膜５４ａと絶縁膜５４ｂの間に設けられている。この電極５２には、スイッチＳＷを介して直流電源５６が接続されている。直流電源５６から電極５２に直流電圧が与えられると、クーロン力が発生し、当該クーロン力によってウエハＷが静電チャック５０上に吸着保持される。静電チャック５０の内部には、加熱素子であるヒータ５３が埋め込まれ、ウエハＷを所定温度に加熱できるようになっている。ヒータ５３は、配線を介してヒータ電源に接続される。
プラズマ処理装置１０は、ガス供給ライン５８及び６０、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４を更に備えている。伝熱ガス供給部６２は、ガス供給ライン５８に接続されている。このガス供給ライン５８は、静電チャック５０の上面まで延びて、当該上面の中央部分において環状に延在している。伝熱ガス供給部６２は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック５０の上面とウエハＷとの間に供給する。また、伝熱ガス供給部６４はガス供給ライン６０に接続されている。ガス供給ライン６０は、静電チャック５０の上面まで延びて、当該上面においてガス供給ライン５８を囲むように環状に延在している。伝熱ガス供給部６４は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック５０の上面とウエハＷとの間に供給する。
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部６６を更に備えている。この制御部６６は、排気装置２６、スイッチＳＷ、高周波電源３２、整合器３４、高周波電源３５、整合器３６、ガス供給部４４、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４に接続されている。制御部６６は、排気装置２６、スイッチＳＷ、高周波電源３２、整合器３４、高周波電源３５、整合器３６、ガス供給部４４、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４のそれぞれに制御信号を送出する。制御部６６からの制御信号により、排気装置２６による排気、スイッチＳＷの開閉、高周波電源３２からの高周波バイアス電力の供給、整合器３４のインピーダンス調整、高周波電源３５からの高周波電力の供給、整合器３６のインピーダンス調整、ガス供給部４４による処理ガスの供給、伝熱ガス供給部６２及び６４それぞれによる伝熱ガスの供給が、制御される。
このプラズマ処理装置１０では、ガス供給部４４からＡｒガスを処理空間Ｓに供給して当該ガスを励起させることによって、工程ＳＴ１を実施することが可能である。なお、工程ＳＴ１において用いられるガスは、Ａｒガス以外の他の希ガスであってもよく、希ガス以外のガスであってもよい。また、ガス供給部４４からＮＦ３ガスを処理空間Ｓに供給して、当該ガスを励起させることによって、工程ＳＴ２を実施することが可能である。なお、工程ＳＴ２においては、ＮＦ３に代る他のハロゲン含有ガスが用いられてもよい。また、工程ＳＴ２においては、メタンガスといった炭素を含むガス、及び／又はＡｒガスといった希ガスが、処理空間Ｓに供給されてもよい。また、プラズマ処理装置１０では、ガス供給部４４からメタンガスを処理空間Ｓに供給して当該ガスを励起させることによって、工程ＳＴ３を実施することが可能である。なお、工程ＳＴ３では、炭素を含む他のガスが用いられてもよく、また、処理空間Ｓに供給されるガスに水素ガスが含まれていてもよい。
次いで、図１０及び図１１を参照する。図１０は、一実施形態に係る別のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図１１は、図１０に示すプラズマ処理装置の高周波アンテナの平面図である。図１０に示すプラズマ処理装置１００は、処理システム３００のプロセスモジュールＰＭ２として用いることが可能である。
プラズマ処理装置１００は、金属製（例えばアルミニウム製）の筒状（例えば円筒状）に形成された処理容器１９２を備える。処理容器１９２は、その内部に空間Ｓ１００を画成している。
処理容器１９２の底部には、ウエハＷを載置するための載置台１１０が設けられている。載置台１１０は、アルミニウム等から構成されており、略柱状（例えば円柱状）に成形されている。なお、載置台１１０には、ウエハＷをクーロン力により吸着保持する静電チャック、ヒータや冷媒流路などの温度調整機構等、必要に応じて様々な機能が設けられている。
処理容器１９２の天井部には、例えば石英ガラスやセラミック等で構成された板状誘電体１９４が載置台１１０に対向するように設けられている。例えば、板状誘電体１９４は、円板状に形成されており、処理容器１９２の天井部に形成された開口を塞ぐように気密に取り付けられている。
処理容器１９２には、ガス供給部１２０が接続されている。ガス供給部１２０は、空間Ｓ１００にガスを供給する。具体的に、ガス供給部１２０は、Ａｒガスを供給する。なお、ガス供給部１２０は、Ａｒガスに代えて他の希ガスを供給してもよい。また、ガス供給部１２０は、一実施形態においては、希ガスに加えて水素（Ｈ２）ガスを、空間Ｓ１００に供給してもよい。
処理容器１９２の底部には、処理容器１９２内の雰囲気を排出する排気部１３０が排気管１３２を介して接続されている。排気部１３０は、例えば真空ポンプにより構成され、処理容器１９２内を所定の圧力まで減圧し得るようになっている。
処理容器１９２の側壁部にはウエハ搬出入口１３４が形成され、ウエハ搬出入口１３４にはゲートバルブ１３６が設けられている。例えばウエハＷの搬入の際には、ゲートバルブ１３６が開かれ、ウエハＷが処理容器１９２内の載置台１１０上に載置され、ゲートバルブ１３６が閉じられ、ウエハＷの処理が行われる。
処理容器１９２の天井部には、板状誘電体１９４の上側面（外側面）に平面状の高周波アンテナ１４０と、高周波アンテナ１４０を覆うシールド部材１６０が配設されている。高周波アンテナ１４０は、大別すると板状誘電体１９４の中央部に配置された内側アンテナ素子１４２Ａと、その外周を囲むように配置された外側アンテナ素子１４２Ｂとで構成されている。アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂはそれぞれ、例えば銅、アルミニウム、ステンレスなどの導体で構成された渦巻きコイル状に形成され得る。
アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂは共に、複数の挟持体１４４に挟持されて一体となっている。各挟持体１４４は、例えば、図１１に示すように棒状に形成されており、これらの挟持体１４４は、内側アンテナ素子１４２Ａの中央付近から外側アンテナ素子１４２Ｂの外側に張り出すように放射状に配置されている。図１１は、各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂを３つの挟持体１４４で挟持した場合の具体例である。
シールド部材１６０は、内側アンテナ素子１４２Ａを囲むように各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂの間に設けられた筒状の内側シールド壁１６２Ａと、外側アンテナ素子１４２Ｂを囲むように設けられた筒状の外側シールド壁１６２Ｂとを備えている。これにより、板状誘電体１９４の上側面は、内側シールド壁１６２Ａの内側の中央部（中央ゾーン）と、各シールド壁１６２Ａ、１６２Ｂの間の周縁部（周縁ゾーン）に分けられる。
内側アンテナ素子１４２Ａ上には、内側シールド壁１６２Ａの開口を塞ぐように円板状の内側シールド板１６４Ａが設けられている。外側アンテナ素子１４２Ｂ上には、各シールド壁１６２Ａ、１６２Ｂの間の開口を塞ぐようにドーナツ板状の外側シールド板１６４Ｂが設けられている。また、内側シールド板１６４Ａ、外側シールド板１６４Ｂはそれぞれ、アクチュエータ１６８Ａ、１６８Ｂによって別々に高さが調整できるようになっている。
アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂにはそれぞれ、高周波電源１５０Ａ、１５０Ｂがそれぞれ接続されている。これにより、アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂには同じ周波数又は異なる周波数の高周波を印加できる。内側アンテナ素子１４２Ａに高周波電源１５０Ａから所定の周波数（例えば４０ＭＨｚ）の高周波を所定のパワーで供給すると、処理容器１９２内に形成された誘導磁界によって、処理容器１９２内に導入されたガスが励起され、ウエハＷ上の中央部にドーナツ型のプラズマが生成される。
また、外側アンテナ素子１４２Ｂに高周波電源１５０Ｂから所定の周波数（例えば６０ＭＨｚ）の高周波を所定のパワーで供給すると、処理容器１９２内に形成された誘導磁界によって、処理容器１９２内に導入されたガスが励起され、ウエハＷ上の周縁部に別のドーナツ型のプラズマが生成される。
プラズマ処理装置１００は、制御部２００を更に備えている。この制御部２００によってプラズマ処理装置１００の各部が制御されるようになっている。制御部２００は、プラズマ処理装置１００で所望の処理が実行されるよう、所望のプロセス処理レシピに従ってプラズマ処理装置１００の各部を制御することができる。
このプラズマ処理装置１００で工程Ｓ６を実施する場合には、ガス供給部１２０から希ガスを含む第３のガスが空間Ｓ１００に供給され、アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂに電力が供給されて、空間Ｓ１００内に誘導磁界が形成される。これにより、空間Ｓ１００内において第３のガスが励起され、プラズマが生成される。このプラズマ中の活性種にウエハＷが晒されることによって、ウエハＷに付着している堆積物が除去される。
以下、方法ＭＴ１の評価のために行った実験例について説明する。以下に説明する実験例は、処理システム３００を用いて行ったものである。
（実験例１、実験例２、及び比較実験例１）
実験例１及び２では、処理システム３００を用いて方法ＭＴ１の工程ＳＴ１〜ＳＴ３のサイクルを実施した。実験例１及び２で用いたウエハＷは、図１に示した構造を有するものであり、２０ｎｍ厚のＣｏＰｄ膜ＣＰ、５ｎｍ厚のＲｕから構成された上部電極層ＵＥ、１００ｎｍ厚のＷ（タングステン）から構成されたハードマスクＨＭを有するものであった。実験例１では、載置台の温度を１０℃に設定し、以下に示す条件の工程ＳＴ１〜ＳＴ３を含むサイクルを８回繰り返した。
（実験例１の工程ＳＴ１の条件）
処理容器内圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
高周波電源３５の高周波電力：６０ＭＨｚ、３００Ｗ
高周波電源３２の高周波バイアス電力：４００ｋＨｚ、３００Ｗ
Ｈ２ガス：４１０ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガス：３０ｓｃｃｍ
ＳｉＦ４ガス：１０ｓｃｃｍ
処理時間：３０秒
（実験例１の工程ＳＴ２の条件）
処理容器内圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
高周波電源３５の高周波電力：６０ＭＨｚ、３００Ｗ
高周波電源３２の高周波バイアス電力：４００ｋＨｚ、０Ｗ
ＣＨ４ガス：５０ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガス：５０ｓｃｃｍ
ＳＦ６ガス：３５０ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
（実験例１の工程ＳＴ３の条件）
処理容器内圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
高周波電源３５の高周波電力：６０ＭＨｚ、３００Ｗ
高周波電源３２の高周波バイアス電力：４００ｋＨｚ、３００Ｗ
Ａｒガス：１００ｓｃｃｍ
Ｈ２ガス：３２０ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガス：３０ｓｃｃｍ
処理時間：３０秒
実験例２では、載置台の温度を−１０℃に設定し、以下に示す条件の工程ＳＴ１〜ＳＴ３を含むサイクルを１０回繰り返した。
（実験例２の工程ＳＴ１の条件）
処理容器内圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
高周波電源３５の高周波電力：６０ＭＨｚ、３００Ｗ
高周波電源３２の高周波バイアス電力：４００ｋＨｚ、５００Ｗ
Ｈ２ガス：４１０ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガス：３０ｓｃｃｍ
ＳｉＦ４ガス：１０ｓｃｃｍ
処理時間：３０秒
（実験例２の工程ＳＴ２の条件）
処理容器内圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
高周波電源３５の高周波電力：６０ＭＨｚ、３００Ｗ
高周波電源３２の高周波バイアス電力：４００ｋＨｚ、０Ｗ
Ａｒガス：３５０ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガス：５０ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガス：５０ｓｃｃｍ
処理時間：２０秒
（実験例２の工程ＳＴ３の条件）
処理容器内圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
高周波電源３５の高周波電力：６０ＭＨｚ、３００Ｗ
高周波電源３２の高周波バイアス電力：４００ｋＨｚ、５００Ｗ
Ａｒガス：１００ｓｃｃｍ
Ｈ２ガス：３２０ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガス：３０ｓｃｃｍ
処理時間：２０秒
また、比較実験例１として、載置台の温度を６０℃に設定して、実験例１及び２と同様のウエハＷに対して、以下に示す条件のプラズマ処理を行った。
（比較実験例１のプラズマ処理条件）
処理容器内圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４Ｐａ）
高周波電源３５の高周波電力：６０ＭＨｚ、８００Ｗ
高周波電源３２の高周波バイアス電力：４００ｋＨｚ、１０００Ｗ
ＣＯ２ガス：８０ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガス：７０ｓｃｃｍ
処理時間：１５０秒
実験例１、実験例２、及び比較実験例１の上述した処理条件によりＣｏＰｄ膜をエッチングした後、ウエハＷのＳＥＭ写真を取得した。図１２に、ＳＥＭ写真に現れていた輪郭を描いた線図を示す。図１２の（ａ）には比較実験例１のウエハの線図、図１２の（ｂ）には実験例１のウエハの線図、図１２の（ｃ）には、実験例２のウエハの線図が示されている。図１２の（ａ）に示すように、比較実験例１の結果、６０℃の処理ではハードマスクＨＭの側面の垂直性が維持されず、ハードマスクＨＭの肩部が完全に損失していることが確認された。一方、図１２の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、実験例１及び２の結果、ハードマスクＨＭの肩部が維持されていることが確認された。また、−１０℃で処理を行った実験例２では、ハードマスクＨＭの側面の垂直性がより効果的に維持されることが確認された。
（実験例３、比較実験例２及び３）
実験例３では、実験例１と同様のウエハＷに対して、以下に示す条件で方法ＭＴ１を実施した。なお、工程ＳＴ１〜ＳＴ３では載置台の温度を−１０℃に設定し、工程ＳＴ６では、載置台の温度を２００℃に設定した。また、工程ＳＴ１〜ＳＴ３のサイクルを３回繰り返した。
（実験例３の工程ＳＴ１の条件）
処理容器内圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４Ｐａ）
高周波電源３５の高周波電力：６０ＭＨｚ、１００Ｗ
高周波電源３２の高周波バイアス電力：４００ｋＨｚ、３００Ｗ
Ａｒガス：４５０ｓｃｃｍ
処理時間：２０秒
（実験例３の工程ＳＴ２の条件）
処理容器内圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４Ｐａ）
高周波電源３５の高周波電力：６０ＭＨｚ、１００Ｗ
高周波電源３２の高周波バイアス電力：４００ｋＨｚ、０Ｗ
Ａｒガス：３００ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガス：１００ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガス：５０ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
（実験例３の工程ＳＴ３の条件）
処理容器内圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４Ｐａ）
高周波電源３５の高周波電力：６０ＭＨｚ、１００Ｗ
高周波電源３２の高周波バイアス電力：４００ｋＨｚ、２００Ｗ
Ｈ２ガス：４３０ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガス：２０ｓｃｃｍ
処理時間：２０秒
（実験例３の工程ＳＴ６の条件）
処理容器内圧力：１０００ｍＴｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）
高周波電源１５０Ａ，１５０Ｂの高周波電力：４０ＭＨｚ、２０００Ｗ
イオン引き込み用のバイアス電力：０Ｗ
Ａｒガス：１１００ｓｃｃｍ
Ｈ２ガス：１３５ｓｃｃｍ
処理時間：１８０秒
また、比較実験例２では、実験例３と同様のウエハＷを用い同様の処理条件を用いたが、最終サイクルの工程ＳＴ３前に処理を終了させた。また、比較実験例３では、実験例３と同様のウエハＷを用い同様の処理条件を用いたが、工程Ｓ６を実施しなかった。
そして、実験例３、比較実験例２及び３それぞれの処理後のウエハＷのＳＥＭ写真を取得した。図１３に、ＳＥＭ写真に現れていた輪郭を描いた線図を示す。図１３の（ａ）には比較実験例２のウエハの線図、図１３の（ｂ）には比較実験例３のウエハの線図、図１３の（ｃ）には、実験例３のウエハの線図が示されている。図１３の（ａ）に示すように、比較実験例２の結果、最終サイクルの工程ＳＴ３前に処理を終了させると、ハードマスクＨＭの周囲に堆積物Ｄが残存していることが確認された。なお、図１３に示す堆積物Ｄは、ハロゲン化された堆積物ＤＦＸが、ＳＥＭ写真の取得時に水分を吸着して形成されたものである。また、比較実験例３の結果、図１３の（ｂ）に示すように、工程Ｓ６を行わなかった場合には、工程ＳＴ１〜工程ＳＴ１の処理により堆積物Ｄは部分的に除去されて、当該堆積物Ｄの量は減少しているものの、依然として残されていることが確認された。一方、実験例３の結果、図１３の（ｃ）に示すように、ハードマスクＨＭの周囲から堆積物が略完全に除去されることが確認された。
以上の実験例３、比較実験例２及び３の結果から、方法ＭＴ１では、工程ＳＴ１〜ＳＴ３を含むサイクルにより、低温でも部分的に堆積物を除去することが可能であり、当該サイクルの後に工程ＳＴ６において、比較的高温の環境下でウエハＷを処理することで、堆積物を略完全に除去可能であることが確認された。また、実験例３では、工程ＳＴ６における処理容器内の圧力は、工程ＳＴ１〜ＳＴ３の処理容器内の圧力よりも高く設定されていた。このことから、堆積物の除去には、工程ＳＴ６において比較的高圧の条件を用いることが有効であることも確認された。
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、ＳＧ…載置台、１４…ベース、５０…静電チャック、２６…排気装置、３２…高周波電源（バイアス電力）、３５…高周波電源（プラズマ生成用高周波電力）、３８…シャワーヘッド、４４…ガス供給部、６６…制御部、１００…プラズマ処理装置、１１０…載置台、１２０…ガス供給部、１３０…排気部、１４０…高周波アンテナ、１５０Ａ，１５０Ｂ…高周波電源、１９２…処理容器、２００…制御部、３００…処理システム、３２１…トランスファーチャンバ、ＰＭ１…プロセスモジュール（プラズマ処理装置１０）、ＰＭ２…プロセスモジュール（プラズマ処理装置１００）、Ｗ…被処理体（ウエハ）、ＣＰ…ＣｏＰｄ膜。

Claims (4)

  1. 被処理体のコバルト及びパラジウムを含む膜をエッチングする方法であって、該膜上にはハードマスクが設けられており、
    イオンスパッタエッチングにより前記膜をエッチングする工程と、
    前記膜をエッチングする工程の後、ハロゲン元素を含む第１のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程と、
    前記第１のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程の後、炭素を含む第２のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程と、
    前記第２のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程の後、希ガスを含む第３のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程と、
    を含み、
    前記膜をエッチングする工程、前記第１のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程、及び、前記第２のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程において、前記被処理体を載置する載置台の温度が１０℃以下の第１の温度に設定され、
    前記第３のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程において、前記被処理体を載置する載置台の温度が、前記第１の温度よりも高い第２の温度に設定される、
    方法。
  2. 前記第１の温度が、−１０℃以下である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第３のガスは、水素ガスを更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記膜をエッチングする工程、前記第１のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程、及び、前記第２のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程が順に繰り返され、次いで、前記第３のガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程が行われる、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
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