JP2021050365A - エッチング方法、及びエッチング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】金属膜をエッチングするにあたって、処理時間を短縮し、かつ処理に要するガスの量を低減する。【解決手段】金属膜が形成された基板を処理容器内に格納する工程と、続いて、前記処理容器内を２．４０×１０４Ｐａより高い圧力にすると共に、前記処理容器内に前記金属膜を酸化する酸化ガスと、β−ジケトンからなるエッチングガスとを供給して、酸化された前記金属膜をエッチングするエッチング工程と、を含む。【選択図】図３

Description

本開示は、エッチング方法、及びエッチング装置に関する。
半導体デバイスの配線として微細な配線を形成することが求められており、この配線を構成する金属として、例えばＣｏを用いることが検討されている。特許文献１〜３には、半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）などの基板の表面における金属をドライエッチングする技術について記載されている。
例えば特許文献１には、基板の表面のＣｏ膜を、基板を２００℃〜４００℃に加熱した状態で、酸素ガスとβ−ジケトンであるヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｈｆａｃ）ガスとを、Ｈｆａｃガスに対する酸素（Ｏ２）ガスの流量比が１％以下となるように同時に供給することでエッチングすることが記載されている。特許文献２には、Ｈｆａｃガスを用いて基板の表面のＣｏ膜をエッチングすること及びその際にはＨｆａｃガスに酸素ガスを添加してもよいことが記載されている。また、特許文献３には基板の表面の銅などの金属汚染物を、酸化雰囲気中のβ−ジケトンと反応させることで除去することが記載されている。また特許文献４には処理容器内に処理ガスを供給するときに、排気管にバラストガスを導入して処理ガスの排気管への流入を抑制し、処理容器内の処理ガスの分圧を迅速に高くする技術が記載されている。
特開２０１５−１２２４３号（段落００３０〜段落００３５） 特開２０１５−１９０６５号（段落００３７、００４２） 特許第２５１９６２５号（段落００３５、００３６） 特開２０１８−１５０６１２号（段落００４７）
本開示は、このような事情の下になされたものであり、金属膜をエッチングするにあたって、処理時間を短縮し、かつ処理に要するガスの量を低減する技術を提供することにある。
本開示のエッチング方法は、金属膜が形成された基板を処理容器内に格納する工程と、
続いて、前記処理容器内を２．４０×１０４Ｐａより高い圧力にすると共に、前記処理容器内に前記金属膜を酸化する酸化ガスと、β−ジケトンからなるエッチングガスとを供給して、酸化された前記金属膜をエッチングするエッチング工程と、
を含む。
本開示によれば、金属膜をエッチングするにあたって、処理時間を短縮し、かつ処理に要するガスの量を低減することができる。
本開示の一実施形態におけるエッチング装置を示す縦断側面図である。 前記エッチング装置により処理されるウエハの縦断側面図である。 エッチング装置を構成する処理容器内の圧力の推移を示すグラフ図である。 ウエハの縦断側面図である。 ウエハの縦断側面図である。 前記処理容器内の圧力の推移について、他の例を示すグラフ図である。
基板であるウエハＷの表面に形成されたＣｏ膜をエッチングするためのエッチング装置１について、図１の縦断側面図を参照しながら説明する。エッチング装置１は、内部に真空雰囲気が形成され、ウエハＷが格納される処理容器１１を備えており、当該処理容器１１の内部にはウエハＷの載置部であるステージ１２が設けられている。ステージ１２に載置されるウエハＷは、当該ステージ１２に埋設されるヒーター１３により、設定温度になるように加熱される。
図１中１４は処理容器１１の底部に開口する排気口であり、当該排気口１４には排気管１５の一端が接続されている。排気管１５の他端は、真空排気機構である真空ポンプ１７に接続されている。そして排気管１５には、バルブ１６が介設されている。バルブ１６の開度を変更することで排気管１５内の排気路における排気流量が変更され、処理容器１１内の圧力を調整することができる。また処理容器１１には、処理容器１１内の圧力を測定するための圧力測定部１８が設けられており、後述の制御部１０に、測定された圧力に対応する信号（測定信号）を送信する。
処理容器１１の天井部には、配管２１の下流端と、配管２２の下流端とが開口している。配管２１の上流端は、バルブＶ１、流量調整部２３をこの順に介して、還元ガスである水素（Ｈ２）ガスの供給源２４に接続されている。配管２２の上流側は分岐して、分岐管３１及び分岐管３２を形成する。分岐管３１は、バルブＶ２、流量調整部２５をこの順に介して、β−ジケトンであるヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｈｆａｃ、１，１，１，５，５，５−ヘキサフルオロ−２，４−ペンタンジオンとも呼ばれる）ガスの供給源２６に接続されている。分岐管３２の上流端は、バルブＶ３、流量調整部２７をこの順に介して、酸化ガスである一酸化窒素（ＮＯ）ガスの供給源２８に接続されている。供給源２４、２６、２８は、夫々還元ガス供給部、エッチングガス供給部、酸化ガス供給部をなす。なお、この図１に示す例のように配管から処理容器１１内の処理空間にガスを供給することには限られず、例えばシャワーヘッドを用いて処理空間にシャワー状にガスを供給してもよい。
バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３の開閉により、Ｈ２ガス、Ｈｆａｃガス、ＮＯガスの処理容器１１内への給断が夫々切り替えられる。また、流量調整部２３、２５、２７により、Ｈ２ガス、Ｈｆａｃガス、ＮＯガスの処理容器１１内へ供給される流量が夫々調整される。また、ＮＯガス及びＨｆａｃガスについては、これらのガスに共通の配管２２に供給されるため、互いに混合された状態で処理容器１１内に供給することができる。
さらにエッチング装置１は、制御部１０を備えている。この制御部１０は例えばコンピュータからなり、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。プログラムについては、後述の作用説明における一連の動作が実施されるようにステップ群が組み込まれており、当該プログラムによって制御部１０からエッチング装置１の各部に制御信号が出力されて、当該各部の動作が制御される。また制御部１０には、後述の処理レシピの設定圧力Ｐ１、Ｐ２（Ｐ１＜Ｐ２）が記憶されている。そして、圧力測定部１８から出力される測定信号に基づいて、処理容器１１内の圧力が当該設定圧力Ｐ１、Ｐ２となるように、上記の制御信号によってバルブ１６の開度が調整される。バルブ１６及び制御部１０は、排気流量変更部に相当する。上記のプログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、メモリーカード、ＤＶＤ等に収納されて、制御部１０にインストールされる。
上記のエッチング装置１で還元ガスであるＨ２ガスを用いる理由を、以下に説明する。図２は、エッチング装置１に搬送されるウエハＷの縦断側面図である。基板であるウエハＷの表面には既述のように、半導体装置の配線をなす金属膜であるＣｏ膜４１が形成されている。このＣｏ膜４１の表面は自然酸化されることで、Ｃｏと、Ｃｏの酸化物であるＣｏＯ及びＣｏ（ＯＨ）２と、を比較的多く含んでおり、このＣｏ膜４１の表面について自然酸化膜４２として示している。Ｃｏ膜４１の形成から時間が経過するに従って、自然酸化膜４２におけるＣｏに対するＣｏＯ及びＣｏ（ＯＨ）２の比率が増える。
一方、このエッチング装置１においては、Ｈｆａｃガス及びＮＯガスをＣｏ膜４１に供給することで、当該Ｃｏ膜４１をエッチングするが、Ｃｏのエッチングは、下記の３つの段階を経て進行すると考えられる。先ず第１段階として、ＮＯがＣｏの最外殻電子と反応し、Ｃｏの酸化が起きる。具体的に、下記の式１の反応が進行して、ＣｏＯが生成する。そして第２段階として、ＣｏＯへのＮＯの吸着と、この吸着に続くＣｏへのＨｆａｃの配位による錯体（Ｃｏ（ｈｆａｃ）２）の形成とが起こる。続いて第３段階として、比較的高い蒸気圧を有する上記のＣｏ（ｈｆａｃ）２が昇華し、Ｃｏがエッチングされる。下記の式２は、上記の第２段階及び第３段階の反応を示したものである。なお、式２中のＣｏＯ-ＮＯはＣｏＯに吸着されたＮＯを表している。このように３つの段階を経るが、Ｃｏのエッチング速度は、第１段階のＣｏＯの形成及び第２段階の錯体の形成のバランスによって決まるとされている。
Ｃｏ＋２ＮＯ→ＣｏＯ＋Ｎ２Ｏ・・・式１
ＣｏＯ＋ＮＯ→ＣｏＯ-ＮＯ＋２Ｈ（ｈｆａｃ）→Ｃｏ（ｈｆａｃ）２＋Ｈ２Ｏ＋ＮＯ・・・式２
本出願人により、上記の自然酸化膜４２に対して還元（改質）処理を行った後に、上記のＨｆａｃガス及びＮＯガスの供給によるＣｏ膜４１のエッチングを行うことで、Ｃｏ膜４１についての単位時間あたりのエッチング量（エッチングレート）を、大きくできることが確認されている。これはＣｏＯ、Ｃｏ（ＯＨ）２が還元処理によりＣｏになり、その後、ＮＯの酸化作用により、式１で説明したようにＣｏＯが改めて生成され、既述した反応が起きることによる。さらに考察すると、Ｃｏ膜を形成した後に酸化処理を行うにあたり、酸化時間が比較的短い場合には、Ｃｏ３Ｏ４（より詳しくはＣｏＯとＣ２Ｏ３との混合物である）に比べてＣｏＯの方が多く存在するが、逆に酸化時間が比較的長い場合には、ＣｏＯに比べてＣｏ３Ｏ４の方が多く存在するという報告が有る。そして、詳しくは後述するようにＮＯは、Ｃｏ３Ｏ４よりもＣｏＯに吸着しやすいと考えられる。つまり、還元処理後にＮＯによる酸化処理が行われることでＣｏ３Ｏ４に変化していない、いわば新鮮なＣｏＯが多く生成され、そのＣｏＯに対して上記のＮＯが吸着することで、Ｃｏのエッチング速度に影響を与える上記の式２の反応が進行しやすくなる。その結果として、エッチングレートが大きくなることが考えられる。
（第１の処理）
続いてエッチング装置１を用いて行う第１の処理について、処理容器１１内における状態を示す図３を参照しながら説明する。図３のグラフの横軸は、エッチング装置１において処理を開始してからの経過時間を示し、縦軸は処理容器１１内の圧力を示している。そして圧力の推移を示すグラフの線とグラフの横軸との間の領域において、Ｈ２ガスが供給される時間帯にはハッチングを、ＮＯガス及びＨｆａｃガスが供給される時間帯にはドットを、夫々付して示している。
先ず、図２で説明したウエハＷが処理容器１１内に搬入されてステージ１２に載置され、ヒーター１３により加熱されて昇温する。その一方でバルブ１６が第１の開度となった状態で、処理容器１１内が排気されて、当該処理容器１１内に予め設定された圧力の真空雰囲気が形成される。そして、バルブＶ１が開かれてＨ２ガスが例えば２００〜３００ｓｃｃｍで処理容器１１内に供給され（グラフ中、時刻ｔ１）、処理容器１１内の圧力が上昇する。
ウエハＷの温度が例えば２００〜２５０℃である設定温度に達すると、このウエハＷの温度はその設定温度に保たれる。その一方で、処理容器１１内の圧力が、１．３３×１０３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）〜１．３３×１０４Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）の設定圧力Ｐ１、例えば０．６６×１０４Ｐａ〜１．２０×１０４Ｐａ（５０〜９０Ｔｏｒｒ）に達すると（時刻ｔ２）、当該設定圧力Ｐ１に保たれる。そのような環境下でウエハＷはＨ２ガスに暴露され、自然酸化膜４２中のＣｏＯ及びＣｏ（ＯＨ）２が還元されてＣｏとなる。従って、図２に示した自然酸化膜４２は、図４に示すようにＣｏ膜４１に変化する。
時刻ｔ２から予め設定された時間が経過すると、バルブＶ１が閉じられると共にバルブＶ２、Ｖ３が開かれ、処理容器１１内にＨｆａｃガス及びＮＯガスがウエハＷに供給される（時刻ｔ３）。この時刻ｔ３以降において、例えばウエハＷの温度は引き続き２２０℃に保たれる。また、処理容器１１内に各々供給されるＮＯガスの流量、Ｈｆａｃの流量については、例えばＮＯガスの流量／Ｈｆａｃガスの流量＝０．００１〜０．７なるように制御される。ＮＯガスの流量は、０．５〜３５ｓｃｃｍであり、Ｈｆａｃガスの流量は、５０〜５００ｓｃｃｍである。このようにＮＯガス及びＨｆａｃガスが供給される一方で設定圧力Ｐ２となるように、バルブ１６の開度が第１の開度よりも小さい第２の開度となる。それにより、処理容器１１内の圧力は、０．６６×１０４Ｐａ〜１．２０×１０４Ｐａ（５０〜９０Ｔｏｒｒ）から上昇し、当該設定圧力Ｐ２である例えば１．３３×１０４Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）〜９．３×１０４Ｐａ（７００Ｔｏｒｒ）、より具体的には例えば４．０×１０４Ｐａ〜４．６６×１０４Ｐａ（３００〜４００Ｔｏｒｒ）に達すると（時刻ｔ４）、当該設定圧力Ｐ２に保たれる。
このように処理容器１１内に供給されたＮＯガス及びＨｆａｃガスにＣｏ膜４１が暴露されることで、上記の式１、２で説明した反応が進行し、Ｃｏ膜４１の表面がエッチングされる（図５）。そして、Ｃｏ膜４１の表面が所望の量だけエッチングされると、バルブＶ２、Ｖ３が閉じられて、処理容器１１内へのＨｆａｃガス及びＮＯガスの供給が停止し、エッチング装置１による処理が終了する（時刻ｔ５）。
既述のように比較的高い圧力雰囲気でエッチング処理を行う理由について、以下に説明する。Ｈｆａｃガスを用いたエッチング処理は、処理時間が長く、処理に要するガスの量が多くなる傾向にあり、スループットの低下や装置の運用コストの増加が問題となっている。そこで本実施の形態では、Ｈｆａｃガス及びＮＯガスを供給する時刻ｔ３以降の処理容器１１内の圧力を従来の例、例えば特開２０１５−１２２４３における処理容器１１内の設定圧力２．４０×１０４Ｐａ（１８０Ｔｏｒｒ）よりも高い圧力に設定している。
そのように処理容器１１内の圧力を比較的高い値とすることで、処理容器１１内のエッチング反応因子であるＨｆａｃ及びＮＯの密度を高めるようにしている。従って、比較的低い圧力、例えばＨ２ガスの供給時と同じ圧力でＨｆａｃガス及びＮＯガスを供給する場合に比べて、エッチングレートを向上させることができ、短時間で所望のエッチング量を確保することができる。つまり、ガスの供給時間を短くして処理時間を短縮すると共にウエハＷの処理に要するＨｆａｃガス及びＮＯガスの量を抑制することができる。なお、このように処理容器１１の圧力を高くすることで、使用するガスの量の抑制効果が得られることは、後の評価試験と参考試験との比較より明らかである。
ところで本実施の形態では、上記のように処理容器１１内の圧力を高くするにあたり、排気管１５のバルブ１６の開度を小さくし、排気流量を少なくして圧力を高めている。
排気流量が多い場合には、処理容器１１内に供給されたガスが処理容器１１内に滞留している時間が短くなる。そのため処理容器１１に供給したガスがウエハＷに接触する機会が少なくなり、ウエハに接触することなく排気されてしまうガスが多くなる。これに対して排気流量が少なくなることで、ガスが処理容器１１内に滞留する時間が長くなり、処理容器１１に供給したガスがウエハＷに接触しやすくなる。このようにガスがウエハＷに接触しやすくなることで、供給したガスを効率よく利用することができる。従ってＨｆａｃガス及びＮＯガスの供給量を少なくしながら所望のエッチング量を確保することができる。なお、後述の評価試験に示すように、このようにガスの供給量を少なくした場合にもエッチング後の表面のラフネスの悪化が見られていないことを確認できている。
以上に述べたように、エッチング装置１による処理によれば、ＮＯガス及びＨｆａｃガスを用いてＣｏ膜４１のエッチングを行うにあたって処理容器１１内の圧力を従来の圧力２．４０×１０４Ｐａ（１８０ｔｏｒｒ）よりも高い圧力としている。従ってエッチングの処理時間を短くすることができるため、エッチングに要するＨｆａｃガス及びＮＯガスの量を少なくすることができる。さらにこのエッチングを行う際の処理容器１１内の圧力を説明すると、当該圧力としては、２．６６×１０４Ｐａ（２００ｔｏｒｒ）以上であることがより好ましい。
またＨｆａｃガス及びＮＯガスを供給するときに処理容器１１内の圧力を上昇させるにあたって、排気管１５のバルブ１６の開度を小さくして、処理容器１１内からの排気速度を低減している。そのため、当該処理容器１１内におけるＨｆａｃガス及びＮＯガスの滞留時間を長くすることができ、ガスを効率よくウエハＷに供給することができる。これによりＮＯガス及びＨｆａｃガスの消費量を更に低減させることができる。例えば上記のようにＨｆａｃガスの流量は５００ｓｃｃｍ以下とすることができる。従って、装置の運用コストの低下を図ることができる。
ところで処理容器１１内の圧力が設定圧力Ｐ２に達した後（時刻ｔ４）、Ｈｆａｃ及びＮＯガスの供給を停止するようにしてもよい。その場合、処理容器１１内の圧力を設定圧力Ｐ２に維持するために、例えばバルブ１６について全閉、即ち開度がゼロとなるように制御され、処理容器１１内の排気が停止される。それにより、処理容器１１内にＮＯガス及びＨｆａｃガスを封入した状態になり、ウエハＷのエッチングを進行させることができる。従って、エッチング時におけるバルブ１６の第２の開度としてはゼロである場合と、ゼロではない場合とが含まれる。また、時刻ｔ４以降にＨｆａｃ及びＮＯガスの供給を停止せずにＨｆａｃ及びＮＯガスの少量供給する構成でも良い。
このように、例えばエッチングを行う期間のうちの先の期間である時刻ｔ３〜ｔ４においては、Ｈｆａｃ及びＮＯガスを各々第１の流量で処理容器１１内に供給する。そして、エッチングを行う期間のうちの後の期間である時刻ｔ４以降においては、Ｈｆａｃ及びＮＯガスを各々、第１の流量より低い第２の流量で処理容器１１内に供給して処理を行うことができる。上記したように各ガスを処理空間１１に封入して処理を行うこともできるため、第２の流量としてはゼロであってもよい。そのようにＨｆａｃ及びＮＯガスの流量を制御することで、より確実にこれらのＨｆａｃ及びＮＯガスの使用量を抑えることができる。
ところで排気管１５にガス供給源から不活性ガスが供給される供給管が接続された構成とし、当該供給管に介設されたマスフローコントローラーを介して当該ガス供給源から排気管１５に不活性ガスが供給される構成としてもよい。そのような構成とした場合、例えば時刻ｔ１〜ｔ５でバルブ１６の開度を一定とする。時刻ｔ１〜ｔ３の還元処理時においては第１の流量で排気管１５に不活性ガスが供給される状態とし、時刻ｔ３〜ｔ５のエッチング処理時においては第１の流量より大きい第２の流量で排気管１５に不活性ガスが供給される状態とする。不活性ガスを排気管１５に第１の流量で供給している状態が第１の状態に相当し、第２の流量で供給している状態が第２の状態に相当する。そのような不活性ガスの供給により、バルブ１６の代わりに排気管１５の排気流量を調整し、処理容器１１内の圧力を制御してもよい。つまり、還元処理時とエッチング処理時との間における処理容器１１内の圧力調整は、バルブ１６の開閉によって行うことには限られない。
また、上記したように本実施形態ではＨ２ガスによる還元処理を行うことで、エッチング時のエッチングレートを高くしている。エッチングレートが高くなることで、ＮＯガス及びＨｆａｃガスの消費量を更に低減させることができるので、より確実に装置の運用コストの低下を図ることができるため好ましいが、当該還元処理を行わずにエッチングを行ってもよい。
ところで、還元処理時においてもエッチング処理時と同様に１８０Ｔｏｒｒより大きい、比較的高い圧力としてもよい。ただし、そのように高圧のＨ２ガスで処理を行うにあたって、例えば安全性を確保する目的から装置構成が複雑化することを防ぐために、既述の例のように、還元処理はエッチング処理時における圧力よりも低い圧力で行うことが好ましい。
上記の処理の時刻ｔ２〜ｔ５において、ウエハＷの温度は２００〜２５０℃で一定であるものとしたが、そのようにウエハＷの温度を制御することには限られない。時刻ｔ２〜ｔ３においてはＨ２ガスによる還元作用が十分に得られる温度であればよく、時刻ｔ３〜ｔ５においてはＨｆａｃガスの分解が抑制され、エッチングが可能となる温度であればよい。その観点から時刻ｔ２〜ｔ５において、ウエハＷは例えば２００℃〜２５０℃に加熱されることが好ましい。さらに、時刻ｔ１〜時刻ｔ３における処理容器１１内へのＨ２ガスの供給流量については、上記の還元処理を行うことができればよいため、具体的には例えば５０ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍに設定することができる。
また還元処理されたＣｏ膜４１については、例えば大気に曝されて再度自然酸化膜４２が形成されることなくエッチングされればよい。従って、一の処理容器１１において上記のＨ２ガスによる還元処理を行った後、真空雰囲気が形成された搬送路を介してウエハＷを他の処理容器１１に搬送し、Ｈｆａｃガス及びＮＯガスによるエッチング処理を行ってもよい。ただし、その処理容器１１間の搬送に要する時間や、他の処理容器１１への搬送後のウエハＷの温度調整に要する時間によってスループットが低下することを防ぐために、上記のエッチング装置１における処理のように、還元処理及びエッチング処理を同じ処理容器１１内で行うことが好ましい。
ところで、上記のようにエッチング装置１による処理が行われるにあたり、Ｈ２ガスによる還元後のＣｏ膜４１の表面とＮＯガスとの反応について詳しく説明する。式１で説明したように、還元されたＣｏ膜４１の表面は、供給されたＮＯの酸化作用によってＣｏＯとなる。このＣｏＯを形成する、酸化数が２価のＣｏ原子の内殻軌道である３ｄ軌道には不対電子が存在している。また、ＮＯも不対電子を有していることにより、これらＣｏＯとＮＯとの反応性は比較的高い。そして、これらＣｏＯとＮＯとが反応することでＣｏの電子は混成軌道を形成し、Ｃｏ（ｈｆａｃ）２を形成しやすい状態となる。なお、上記したようにＣｏ膜４１が酸化雰囲気に長く曝されることにより比較的多く生成することになるＣｏ３Ｏ４については上記の不対電子を持たないため、ＮＯとの反応性が低いと考えられる。
従って、Ｈ２ガスによる還元後にウエハＷに供給する酸化ガスとしてはＮＯガスには限られないが、生成したＣｏＯとの反応性を高くするために上記の不対電子を持つものを好ましく用いることができる。具体的には、例えばＣＯ（一酸化炭素）を用いることが好ましい。ただし、不対電子を持たないＯ２（酸素）ガス、Ｏ３（オゾン）ガス、Ｎ２Ｏ（亜酸化窒素）ガスなどを酸化ガスとして用いてもよい。
また、上記のエッチング装置１においてはＨｆａｃガス及びＮＯガスが互いに混合された状態で処理容器１１内に供給されるが、そのように混合された状態で供給されることに限られない。つまり、Ｈｆａｃガス及びＮＯガスについて、各々個別に形成された流路を流通して、処理容器１１内に形成される処理空間に供給され、当該処理空間で互いに混合されてウエハＷに供給される構成であってもよい。また、上記のエッチング装置１では、Ｈ２ガスと、混合ガス（Ｈｆａｃガス及びＮＯガス）とが互いに異なる流路を介して処理容器１１内に供給されるが、そのように異なる流路を介して供給されることにも限られない。つまり、混合ガスとＨ２ガスとがこれらのガスに共通の流路に供給され、この共通の流路からウエハＷの表面に供給される構成であってもよい。
（第２の処理）
続いて、エッチング装置１を用いた第２の処理について、図６のグラフを参照して、図３のグラフで説明した第１の処理との差異点を中心に説明する。図６のグラフについては図３のグラフと同様に、横軸に時間、縦軸に処理容器１１内の圧力を夫々設定しており、グラフ中に付したハッチング、ドットにより、Ｈ２ガスが供給される期間、Ｈｆａｃガス及びＮＯガスが供給される期間を夫々示している。
先ず、時刻ｓ１でＨ２ガスの供給が開始される。その一方でウエハＷの加熱が行われて、当該ウエハＷの温度が設定温度に達すると、当該設定温度に維持される。そして時刻ｓ２で処理容器１１内が設定圧力Ｐ１に達し、その後は当該設定圧力Ｐ１に維持されて、還元処理が行われる。この第２の処理におけるウエハＷの設定温度は、例えば第１の処理におけるウエハＷの設定温度と同じ２００〜２５０℃である。また、この第２の処理におけるＨ２ガスの供給時の処理容器１１内の設定圧力についても、例えば第１の処理における処理容器１１内の設定圧力と同じである。即ち０．６６×１０４Ｐａ〜１．２０×１０４Ｐａである。
続いて、Ｈ２ガスの処理容器１１内への供給が停止すると共にＨｆａｃガス及びＮＯガスが処理容器１１内に供給されて、エッチング処理が開始される。そのエッチング開始と共に、処理容器１１内の圧力は、０．６６×１０４Ｐａ〜１．２０×１０４Ｐａから上昇し、設定圧力Ｐ２である例えば４．０×１０４Ｐａ〜４．６６×１０４Ｐａ（３００〜４００Ｔｏｒｒ）に到達（時刻ｓ４）した後、時刻ｓ５でＨｆａｃガス及びＮＯガスの処理容器１１内への供給が停止する。
然る後、時刻ｓ６でＨｆａｃガス及びＮＯガスの処理容器１１内への供給が再開される。続いて、時刻ｓ７でＨｆａｃガス及びＮＯガスの処理容器１１内への供給が停止する。その後、時刻ｓ８でＨｆａｃガス及びＮＯガスの処理容器１１内への供給が再開される。そして、時刻ｓ９で処理容器１１内へのＨｆａｃガス及びＮＯガスの供給が停止し、エッチング処理が終了する。例えば時刻ｓ４〜ｓ９で、処理容器１１内の圧力は、設定圧力Ｐ２に維持される。
上記のようにエッチング処理時はバルブ１６の開度が小さく、処理容器１１内からのＨｆａｃガス及びＮＯガスの排出は抑制される。従って、ＮＯガス及びＨｆａｃガスの供給を停止している期間（時刻ｓ５〜ｓ６、ｓ７〜ｓ８）において、Ｈｆａｃガス及びＮＯガスを処理容器１１内に滞留させることができる。従って、当該期間においてもエッチングを進行させることができる。
そして、このように間欠的にガスを供給することで、使用するＮＯガス及びＨｆａｃガスの量を、より確実に低減させることができる。なお、この第２の処理において実施するサイクルの数は３回であることには限られず、２回であってもよいし、４回以上であってもよい。
ところで、上記の第１の処理及び第２の処理において、自然酸化膜４２の還元処理を行うための還元ガスとしては、Ｈ２ガスには限られず、例えばＮＨ３（アンモニア）ガスやＨ２Ｓ（硫化水素）ガスであってもよい。これらＨ２、ＮＨ３、Ｈ２ＳはＣｏをエッチングせずに還元する非エッチング性の還元ガスであり、水素原子を含む。また、エッチングガスとして用いるβ-ジケトンとしては、ＣｏＯよりも蒸気圧が低い錯体を形成できるものであればよく、例えばトリフルオロアセチルアセトン（１，１，１−トリフルオロ−２，４−ペンタンジオンとも呼ばれる）、アセチルアセトンなどのガスを、Ｈｆａｃガスの代わりに用いることができる。
また、ウエハＷの表面に設けられると共に、還元ガスの供給による還元処理後にβ-ジケトンガス及び酸化ガスを供給することでエッチング処理される金属膜としては、Ｃｏにより構成されることには限られない。具体的には、例えばＮｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｍｎ（マンガン）、Ｚｒ（ジルコニウム）またはＨｆ（ハフニウム）によって構成される膜であってもよい。なお、ここで言う金属膜を構成する金属とは、添加物や不純物として金属膜に含まれる意味では無く、主成分として金属膜に含まれることを意味する。
なお、今回開示された実施形態は、全ての点で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、添付の請求の範囲及びその趣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。
（評価試験）
評価試験１
評価試験１として図３で説明した第１の処理において、Ｈｆａｃガス及びＮＯガス供給時の圧力をＨ２ガス供給時の圧力と同じ圧力でエッチング処理を行い、処理後のＣｏ膜４１のエッチング量を測定した。なお処理容器１１内の圧力を５０〜９０Ｔｏｒｒ、Ｈｆａｃガスの供給流量を２００〜３００ｓｃｃｍ、及び時刻ｔ３〜ｔ５間の供給時間を６０分に設定した。
またＨｆａｃガスの供給流量及び時刻ｔ３〜ｔ５間の供給時間を（供給流量、供給時間）（８０〜１３０ｓｃｃｍ、６０分）、（４０〜７０ｓｃｃｍ、７２分）及び（１０〜３０ｓｃｃｍ、１２０分）とした試験を夫々評価試験１−２、１−３及び１−４とした。さらに評価試験１−１〜１−４について処理後の表面部の断面の画像を電子顕微鏡（ＳＥＭ）により取得した。
評価試験１−１〜１−４におけるエッチング量は夫々１９．０ｎｍ、２０．０ｎｍ、１７．２ｎｍ、及び２３．５ｎｍであり、各評価試験１−１〜１−４において十分なエッチング量が確保されていた。各評価試験１−１〜１−４にて処理容器１１に供給したＨｆａｃガスの総量（Ｈｆａｃガスの供給流量×供給時間）は、夫々１２〜１８Ｌ、４．８〜７．２Ｌ、２．８８〜５．０４Ｌ、及び１．２〜３．６ＬであることからＨｆａｃガスの供給流量を少なくすることでウエハＷの処理に要するＨｆａｃガスの量を減らすことができると言える。これは、詳細な説明にて述べたように処理容器１１内の圧力を維持したままＨｆａｃガスの供給量を少なくすることで排気流量が少なくなり、処理容器１１内のガスの滞留時間が長くなるためガスを効率よく利用できることに基づくと推測される。
またこれら評価試験１−１〜１−４において表面のラフネスの比較をした所、いずれの評価試験においても大きな劣化は確認されなかった。従って、この評価試験１の結果から、本開示の処理についての効果が確認された。
評価試験２
評価試験２−１として図３で説明した第１の処理を行い、ウエハＷ一枚の処理に要するＨｆａｃガスの供給量（Ｌ／ウエハ１枚当たり）を算出した。時刻ｔ２〜ｔ３間の還元処理が行われる時間は３００秒、時刻ｔ３〜ｔ５間のＨｆａｃガスの供給流量を８０〜１３０ｓｃｃｍ、エッチング時間（時刻ｔ４〜ｔ５の時間）は１１００秒、Ｈｆａｃガス及びＮＯガス供給時の圧力を３．９９×１０４〜５．３３×１０４Ｐａ（３００〜４００ｔｏｒｒ）とした。
また時刻ｔ３〜ｔ５間のＨｆａｃガスの供給流量を４０〜７０ｓｃｃｍ、エッチング時間を１３００秒としたことを除いて評価試験２−１と同様に処理した例を評価試験２−２とした。
さらに時刻ｔ３〜ｔ５間の処理容器１１内の圧力を０．６６×１０４Ｐａ〜１．２×１０４Ｐａ（５０〜９０ｔｏｒｒ）エッチング時間（時刻ｔ３〜ｔ５の時間）は３６００秒としたことを除いて評価試験２−１と同様に処理した例を参考試験とした。なお
これら評価試験２−１、２−２及び参考試験においてエッチング量を比較したところほぼ同一であった。また評価試験２−１、２−２及び参考試験におけるウエハＷ一枚の処理に要するＨｆａｃガスの供給量（Ｌ／ウエハ）は、夫々１．８３Ｌ／ウエハ、１．０８Ｌ／ウエハ及び６Ｌ／ウエハであった。
さらに評価試験２−１、２−２及び参考試験において、１枚当たりのウエハＷの処理にかかる時間に基づいて、１時間当たりのウエハＷの処理枚数を算出したところ、評価試験２−１、２−２及び参考試験は、夫々３．６２枚／時、３．２８枚／時、及び１．７１枚／時であった。
評価試験２−１、２−２とも参考試験と比較してウエハＷ一枚の処理に要するＨｆａｃガスの供給量が少なくなっており、１時間当たりのウエハＷの処理枚数が多くなっていることが分かる。従ってＨｆａｃガス及びＮＯガス供給時の圧力を高めることで処理時間を短くすることができ、ウエハＷの処理に要するＨｆａｃガスの量を抑えることができると言える。
また評価試験２−２は、２−１よりもウエハＷ一枚の処理に要するＨｆａｃガスの供給量が少なくなっている。従って処理容器１１内に供給するＨｆａｃガスの流量を少なくすることで、ウエハＷの処理に要するＨｆａｃガスの量をさらに抑えることができると言える。
１ エッチング装置
１１ 処理容器
１２ ステージ
２６ Ｈｆａｃガス供給源
２８ ＮＯガス供給源
Ｗ ウエハ

Claims (14)

  1. 金属膜が形成された基板を処理容器内に格納する工程と、
    続いて、前記処理容器内を２．４０×１０４Ｐａより高い圧力にすると共に、前記処理容器内に前記金属膜を酸化する酸化ガスと、β−ジケトンからなるエッチングガスとを供給して、酸化された前記金属膜をエッチングするエッチング工程と、
    を含むエッチング方法。
  2. 前記基板を処理容器内に格納した後、前記エッチング工程の前に行われる、前記処理容器内に前記金属膜の表面を還元するための還元ガスを供給する還元ガス供給工程を含む請求項１記載のエッチング方法。
  3. 前記エッチング工程の処理容器内の圧力は、前記還元ガス供給工程における処理容器内の圧力よりも高い請求項２に記載のエッチング方法。
  4. 前記処理容器に接続される排気路の流量を変更する排気流量変更部について、前記還元ガス供給工程では第１の状態、前記エッチング工程では第２の状態とする工程を含む請求項３記載のエッチング方法。
  5. 前記排気流量変更部は前記排気路に設けられるバルブであり、
    前記第１の状態は、前記バルブが第１の開度となった状態であり、
    前記第２の状態は、前記バルブが前記第１の開度より小さい第２の開度になった状態である請求項４に記載のエッチング方法。
  6. 前記エッチング工程における前記エッチングガスの供給流量は、５００ｓｃｃｍ以下である請求項１ないし５のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  7. 前記金属膜は、コバルト、ニッケル、銅、マンガンのうちのいずれかにより構成される請求項１ないし６のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  8. 前記金属膜は、コバルトにより構成される請求項７記載のエッチング方法。
  9. 前記還元ガスは、前記金属膜に対して非エッチング性であり、水素原子を含むガスである請求項１ないし８のいずれか一つに記載のエッチング方法。
  10. 前記還元ガスは、Ｈ２ガス、ＮＨ３ガス及びＨ２Ｓガスのうちのいずれかを含む請求項９記載のエッチング方法。
  11. 前記エッチング工程は、前記処理容器内にエッチングガスを間欠的に供給する工程を含む請求項１ないし１０のいずれか一つに記載のエッチング方法。
  12. 前記エッチング工程が行われる期間のうち先の期間を第１の期間、後の期間を第２の期間とすると、前記第２の期間における前記酸化ガスの流量、前記エッチングガスの流量は、前記第１の期間における前記酸化ガスの流量、前記エッチングガスの流量に比べて夫々小さい請求項１ないし１１のいずれか一つに記載のエッチング方法。
  13. 前記酸化ガスは、一酸化窒素ガスまたは一酸化炭素ガスを含む請求項１ないし１２のいずれか一つに記載のエッチング方法。
  14. 金属膜が形成された基板を格納する処理容器と、
    前記金属膜を酸化する酸化ガス、前記酸化ガスにより酸化された前記金属膜をエッチングするためのβ−ジケトンからなるエッチングガスを、各々圧力が２．４０×１０４Ｐａより高い前記処理容器内に供給するガス供給部と、
    を含むエッチング装置。
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