JP2022164060A - エッチング方法及び処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマを用いずに微量な金属をエッチングする。【解決手段】基板上の金属をエッチングする方法であって、（ａ）ハロゲン含有ガスを前記金属に暴露し、前記金属の表面層をハロゲン化物含有表面層に改質する工程と、（ｂ）Ｃ（炭素）とＯ（酸素）を含有するガスを改質された前記ハロゲン化物含有表面層に暴露し、前記ハロゲン化物含有表面層を除去する工程と、（ｃ）前記（ａ）の工程と前記（ｂ）の工程とをこの順で繰り返す工程と、を含むエッチング方法が提供される。【選択図】図１
Description
本開示は、エッチング方法及び処理装置に関する。
例えば、特許文献１は、ＲｕＯ２膜を塩素と酸素の混合ガスのプラズマにより所望のパターンにエッチングすることを提案する。
また、特許文献２は、タングステン及びコバルトなどの金属の原子層エッチングの方法を提案する。この方法では、（ａ）改質されたハロゲン化物含有表面層を形成するために、ハロゲン化物化学物質に金属の表面を暴露する。次に、（ｂ）改質されたハロゲン化物含有表面層をプラズマに暴露しつつ、当該ハロゲン化物含有表面層を除去するために、基板にバイアス電圧を印加する。
本開示は、プラズマを用いずに微量な金属をエッチングする技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、基板上の金属をエッチングする方法であって、（ａ）ハロゲン含有ガスを前記金属に暴露し、前記金属の表面層をハロゲン化物含有表面層に改質する工程と、（ｂ）Ｃ（炭素）とＯ（酸素）を含有するガスを改質された前記ハロゲン化物含有表面層に暴露し、前記ハロゲン化物含有表面層を除去する工程と、（ｃ）前記（ａ）の工程と前記（ｂ）の工程とをこの順で繰り返す工程と、を含むエッチング方法が提供される。
一の側面によれば、プラズマを用いずに微量な金属をエッチングできる。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
［基板処理方法］
銅（Ｃｕ）に替わる低抵抗金属配線としてルテニウム（Ｒｕ）が注目されている。例えば、ロジックのバックエンドの配線層に銅に替えてルテニウム膜を使用する。所望の領域にルテニウム膜を形成するとき、成膜したくない領域にも微量のルテニウムが付着することがある。
銅（Ｃｕ）に替わる低抵抗金属配線としてルテニウム（Ｒｕ）が注目されている。例えば、ロジックのバックエンドの配線層に銅に替えてルテニウム膜を使用する。所望の領域にルテニウム膜を形成するとき、成膜したくない領域にも微量のルテニウムが付着することがある。
ルテニウムの選択成膜法において、成膜したくない領域にルテニウムが成膜された場合、成膜したくない領域に成膜された微量なルテニウムを除去しつつ、所望の領域に成膜されたルテニウム膜へは低ダメージな基板処理方法が求められる。
そこで、本開示の基板処理方法では、金属の原子層エッチング（ＡＬＥ：Atomic Layer Deposition）方法を用いて所望しない領域に成膜された微量なルテニウムを、プラズマを用いずにエッチングする方法を提案する。本開示のＡＬＥ方法では、いくつかの実施形態において、１サイクルあたり１Å～１０Åほどの微細なエッチングによって、原子レベルまでの微細な精度のエッチングが行える。ＡＬＥは、逐次自己制御反応を用いて所望しない領域のルテニウムを除去する手法である。なお、本開示では、所望しない領域に成膜されたルテニウムをエッチングする。しかしながら、除去対象の金属はルテニウムに限らない。本開示の基板処理方法では、ＡＬＥによりプラズマを用いずに微量な金属をエッチングできる。
一例として、ＡＬＥは、（１）ハロゲン含有ガスの供給、（２）処理容器からのハロゲン含有ガスのパージ、（３）ＣとＯを含有するガスの供給、（４）処理容器からのＣとＯを含有するガスのパージの各工程を含み得る。
以下では、上記ＡＬＥのエッチング方法を含む基板処理方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る基板処理方法の一例を示すフローチャートである。図２は、図１の基板処理方法を説明するための図である。
図１の処理が開始されると、処理容器内に基板Ｗを搬入し、基板Ｗを載置台に載置して準備する（ステップＳ１）。例えば、準備された基板Ｗ上には、図２（ａ）に示す膜が形成されている。図２（ａ）の基板Ｗの例では、シリコン基板１５の上に金属層１０が形成された第１領域と誘電体膜１１が形成された第２領域とを有する。
次に、誘電体膜１１上に阻害剤として自己組織化単分子膜（Self-Assembled Monolayer、以下「ＳＡＭ１２」という。）を形成する（ステップＳ２）。ＳＡＭ１２の原料の一例としては、シラン系化合物（シランカップリング剤）等が使用される。ただし、誘電体膜１１上に阻害剤として機能する原料であればこれに限らない。これにより、図２（ｂ）に示すように、第２領域の誘電体膜１１上に選択的にＳＡＭ１２が形成され、第１領域の金属１０上にはＳＡＭ１２は形成されていない。
この状態で、次に、ルテニウム膜を成膜する（ステップＳ３）。ＳＡＭ１２は金属層の形成を阻害する。このため、ルテニウム膜１３は、第２領域にはほぼ成膜されず、第１領域の金属膜１０上に選択的に成膜される。例えば、ルテニウム膜は、ルテニウムカルボニル（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）を原料として用い、これをウェハ上で熱分解する熱ＣＶＤにより成膜する。ただし、ルテニウム膜を成膜可能な原料であればこれに限らない。これにより、図２（ｃ）に示すように、第１領域の金属膜１０上に選択的にルテニウム膜１３が形成され、第２領域の誘電体膜１１上へのルテニウム膜の成膜はＳＡＭ１２により阻害される。
しかし、ルテニウム膜１３の成膜時に第２領域にも微量ではあるがルテニウム１３ａが成膜（付着）される。図２（ｃ）では、第２領域に微量のルテニウム１３ａが成膜されている。
次に、ＡＬＥによりルテニウムをエッチングする（ステップＳ４）。ステップＳ４では、ＡＬＥを用いて第２領域の微量のルテニウム１３ａをエッチングし、除去する。これにより、図２（ｄ）に示すように、第２領域のルテニウム１３ａが除去される。なお、ステップＳ４では、金属膜１０上のルテニウム膜１３の表面も多少エッチングされるが、原子層レベルのエッチングのため、成膜したい第１領域のルテニウム膜１３は表面のみ限定的にエッチングされ、ルテニウム膜１３へのダメージは低い。
次に、Ｏ２ガス及びＨ２ガスを供給してプラズマ化し、酸素プラズマ及び水素プラズマによりＳＡＭ１２をアッシングする（ステップＳ５）。これにより、図２（ｅ）に示すように、第２領域のＳＡＭ１２が除去される。
次に、Ｈ２ガスを供給してプラズマ化し、水素プラズマにより第１領域のルテニウム膜１３及び第２領域の誘電体膜１１の表面をプリクリーニングする（ステップＳ６）。ステップＳ５では、酸素プラズマによりルテニウム膜１３及び誘電体膜１１の表面が酸化されている。よって、図２（ｆ）に示すように水素プラズマで還元し、ルテニウム膜１３の表面の酸化層を除去する。また、ルテニウム膜１３及び誘電体膜１１の表面の吸着ハロゲンの除去等、表面の清浄化を行う。なお、プリクリーニングは、ステップＳ１の後に実行してもよい。
次に、所定回数実行したかを判定する（ステップＳ７）。所定回数は、１回以上の回数が予め定められている。所定回数は、ルテニウム膜１３の厚さに応じて定まり、形成するルテニウム膜１３の厚さが厚いほど所定回数は大きい値に設定される。
ステップＳ７において所定回数実行していないと判定した場合、ステップＳ２に戻り、Ｓ２～Ｓ７の処理を繰り返す。ステップＳ７において所定回数実行したと判定した場合、本処理を終了する。これにより、誘電体層１１上へのルテニウムの成膜を阻害しつつ、金属膜１０上に選択的に所定の厚さのルテニウム膜１３を形成することができる。
［ＡＬＥ］
次に、ステップＳ４にて実行するＡＬＥによるルテニウムのエッチングについて、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、実施形態に係るＡＬＥ方法の一例を示すフローチャートである。図４は、図３のＡＬＥ方法を説明するための図である。
次に、ステップＳ４にて実行するＡＬＥによるルテニウムのエッチングについて、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、実施形態に係るＡＬＥ方法の一例を示すフローチャートである。図４は、図３のＡＬＥ方法を説明するための図である。
図３の処理は、図１のステップＳ４から呼び出されることにより開始される。本処理では、最初にハロゲン含有ガスを供給し、ハロゲン含有ガスをルテニウム（ルテニウム１３ａ及びルテニウム膜１３）に暴露し、ルテニウムの表面層をハロゲン化物含有表面層に改質する（ステップＳ１０）。
ハロゲン含有ガスは、Ｃｌ（塩素）、Ｆ（フッ素）、臭素（Ｂｒ）又はヨウ素（Ｉ）の少なくともいずれかを含む。例えば、ハロゲン含有ガスは、Ｃｌ２、ＳＯＣｌ、Ｆ２、ＨＦ、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、Ｂｒ２、ＨＢｒ、Ｉ２、ＨＩ、（ＣＯＣｌ）２、又は（ＣＯＢｒ）２の少なくともいずれかを含んでもよい。
図４（ａ）に示すように、第１領域にルテニウム膜１３を形成したときに第２領域にルテニウム１３ａが成膜される。ステップＳ１０において、ハロゲン含有ガスの一例として反応ガスのＣｌ２ガスを基板Ｗに供給する。図４（ｂ）は、一例として、いくらかの塩素がルテニウム１３ａの表面に吸着することを示している。これによりルテニウム１３ａの表面が改質される。第１領域のルテニウム膜１３の表面にもいくらかの塩素が吸着するが図４では省略している。
図４（ｂ）は、ルテニウム１３ａの表面層にＣｌ２が付着して塩化し、ルテニウム１３ａがハロゲン化物（塩化物）含有表面層に改質した一例を示している。ハロゲン含有ガスとしてＣｌ２ガスを供給した場合の反応式１は以下である。
Ｒｕ＋Ｃｌ２→ＲｕＣｌｘ（ｓ）
この場合、改質されたルテニウム１３ａの表面層、つまりハロゲン化物含有表面層は、塩化されたルテニウム（ＲｕＣｌｘ）である。他の例として、ステップＳ１０において、ハロゲン含有ガスの一例として反応ガスのＦ２ガスを基板Ｗに供給し、これによりルテニウム１３ａの表面を改質した場合、いくらかのフッ素がルテニウム１３ａの表面に吸着する。これにより、ルテニウム１３ａの表面層をフッ化し、改質する。このように、ステップＳ１０において供給するハロゲン含有ガスの種類によって異なるハロゲン化物含有表面層に改質される。すなわち、ステップＳ１０において供給するハロゲン含有ガスの１種類又はそれらの組み合わせによって、ハロゲン化物含有表面層の改質（塩化、フッ化、臭化等）の状態が異なる。
Ｒｕ＋Ｃｌ２→ＲｕＣｌｘ（ｓ）
この場合、改質されたルテニウム１３ａの表面層、つまりハロゲン化物含有表面層は、塩化されたルテニウム（ＲｕＣｌｘ）である。他の例として、ステップＳ１０において、ハロゲン含有ガスの一例として反応ガスのＦ２ガスを基板Ｗに供給し、これによりルテニウム１３ａの表面を改質した場合、いくらかのフッ素がルテニウム１３ａの表面に吸着する。これにより、ルテニウム１３ａの表面層をフッ化し、改質する。このように、ステップＳ１０において供給するハロゲン含有ガスの種類によって異なるハロゲン化物含有表面層に改質される。すなわち、ステップＳ１０において供給するハロゲン含有ガスの１種類又はそれらの組み合わせによって、ハロゲン化物含有表面層の改質（塩化、フッ化、臭化等）の状態が異なる。
次に、Ｎ２ガスを供給し、ハロゲン含有ガスを処理容器からパージする（ステップＳ１１）。ただし、パージガスは、Ｎ２ガスに限らず、Ａｒガス等の不活性ガスでもよい。
次に、ＣとＯを含有するガスを供給し、改質されたハロゲン化物含有表面層（ルテニウムの表面層）に暴露し、ルテニウムの表面層を除去する（ステップＳ１２）。
ＣとＯを含有するガスは、ＣＯ、ＣＨ２Ｏ、ＣＣｌ２Ｏ、ＣＢｒ２Ｏ、ＣＩ２Ｏ、ＣＯＣｌ）２、又は（ＣＯＢｒ）２の少なくともいずれかを含む。ステップＳ１２では、ＣとＯを含有するガスにより、改質されたハロゲン化物含有表面層をカルボニル化させて除去する。
図４（ｃ）は、改質されたハロゲン化物含有表面層をカルボニル化させて除去する一例を示している。ＣとＯを含有するガスの一例としてＣＯガスを供給した場合の反応式２は以下である。
ＲｕＣｌｘ（ｓ）＋ＣＯ→Ｒｕ３（ＣＯ）１２（ｇ）＋Ｃｌ２（ｇ）／Ｒｕ（ＣＯ）Ｃｌ（ｇ）
なお、Ｃｌ２（ｇ）／Ｒｕ（ＣＯ）Ｃｌ（ｇ）は、Ｃｌ２（ｇ）及び／又はＲｕ（ＣＯ）Ｃｌ（ｇ）を意味する。
ＲｕＣｌｘ（ｓ）＋ＣＯ→Ｒｕ３（ＣＯ）１２（ｇ）＋Ｃｌ２（ｇ）／Ｒｕ（ＣＯ）Ｃｌ（ｇ）
なお、Ｃｌ２（ｇ）／Ｒｕ（ＣＯ）Ｃｌ（ｇ）は、Ｃｌ２（ｇ）及び／又はＲｕ（ＣＯ）Ｃｌ（ｇ）を意味する。
このとき、ハロゲン化物含有表面層は、塩化等した状態であり、カルボニル化し易い状態になっている。そこで、反応式２に示すように、ハロゲン化物含有表面層をカルボニル化させて蒸気圧の高いルテニウムカルボニルＲｕ３（ＣＯ）１２（ｇ）にすることで容易に揮発させることができる。
次に、Ｎ２ガスを供給し、ＣとＯを含有するガスを処理容器からパージする（ステップＳ１３）。ただし、パージガスは、Ｎ２ガスに限らず、Ａｒガス等の不活性ガスでもよい。
次に、所定回数実行したかを判定する（ステップＳ１４）。所定回数は、原子層エッチングの繰り返し回数であり、１回以上の回数が予め定められている。ステップＳ１４において所定回数実行していないと判定した場合、ステップＳ１０に戻り、ステップＳ１０～Ｓ１４の処理を繰り返す。ステップＳ１４において所定回数実行したと判定した場合、本処理を終了する。これにより、第２領域に成膜されたルテニウム１３ａを除去できる。
ＡＬＥ方法は、原子層レベルのエッチングであり、表面反応の自己制御性によってルテニウムを均一にエッチングする。従って、図３のＡＬＥプロセスでは、そのエッチング工程に対する制御性が高く、ステップＳ１０～Ｓ１３の一サイクルで除去されるルテニウムの量は制限されて、エッチングが速く進みすぎることなく、微量のルテニウムのエッチングを可能とする。これにより、成膜したくない第２領域のルテニウム１３ａを除去し、成膜したい第１領域のルテニウム膜１３に対しては表面のみの限定的なエッチングが行われ、ルテニウム膜１３に対して低ダメージのプロセスを実現できる。
[ＳＡＭを形成しない場合の基板処理方法]
次に、ＳＡＭ１２を形成しない場合の基板処理方法について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、実施形態に係る基板処理方法の他の例を示すフローチャートである。図６は、図５のＡＬＥ方法を説明するための図である。なお、図５のステップ番号が、図１のステップ番号と同じ番号の場合、同一の処理を示す。
次に、ＳＡＭ１２を形成しない場合の基板処理方法について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、実施形態に係る基板処理方法の他の例を示すフローチャートである。図６は、図５のＡＬＥ方法を説明するための図である。なお、図５のステップ番号が、図１のステップ番号と同じ番号の場合、同一の処理を示す。
例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりカルボニル化されたルテニウムの原料を用いて成膜するプロセス等、金属膜上だけに選択成膜が可能なプロセスを使用する場合、図５に示すＳＡＭ１２を使用しない基板処理方法が実行可能である。
しかし、この場合においても誘電体層１１上に微量のルテニウムが成膜されてしまうことがある。よって、この場合にも同様に図３のＡＬＥ方法を用いて誘電体層１１に成膜されたルテニウムを除去する。以下、ＳＡＭ１２を形成しない場合の基板処理方法について説明する。
図５の処理が開始されると、処理容器内に基板Ｗを搬入し、基板Ｗを載置台に載置して準備する（ステップＳ１）。例えば、準備された基板Ｗ上には、図６（ａ）に示す膜が形成されている。図６（ａ）の例では、図２（ａ）の例と同様に、シリコン基板１５の上に金属層１０が形成された第１領域と誘電体膜１１が形成された第２領域とを有する。
この状態で、次に、金属膜１０上だけに選択成膜が可能なプロセスによって、金属膜１０上にルテニウム膜１３を成膜する（ステップＳ３）。これにより、図６（ｂ）に示すように、第１領域の金属膜１０上に選択的にルテニウム膜１３が形成される。このとき、第２領域の誘電体膜１１上にも微量のルテニウム１３ａが成膜される。
次に、ＡＬＥによりルテニウムをエッチングする（ステップＳ４）。ステップＳ４では、すでに説明した図３のＡＬＥ方法を用いて第２領域のルテニウム１３ａをエッチングし、除去する。これにより、図６（ｃ）に示すように、第２領域のルテニウム１３ａが除去される。なお、ステップＳ４では、金属膜１０上のルテニウム膜１３の表面も多少エッチングされるが、原子層レベルのエッチングのため、成膜したい第１領域のルテニウム膜１３は表面のみ限定的にエッチングされ、ルテニウム膜１３へのダメージは低い。
次に、Ｈ２ガスを供給してプラズマ化し、水素プラズマにより第１領域のルテニウム膜１３及び第２領域の誘電体膜１１をプリクリーニングする（ステップＳ６）。これにより、図６（ｄ）に示すように、水素プラズマにより第１領域のルテニウム膜１３及び第２領域の誘電体膜１１の表面の吸着ハロゲンの除去等、表面の清浄化を行う。なお、プリクリーニングは、ステップＳ１の処理後に実行してもよい。
次に、所定回数実行したかを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７において所定回数実行していないと判定した場合、ステップＳ３に戻り、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ７の処理を繰り返す。ステップＳ７において所定回数実行したと判定した場合、本処理を終了する。これにより、誘電体層１１上へのルテニウムの成膜を阻害しつつ、金属膜１０上に選択的にルテニウム膜１３を形成することができる。
図６に示す基板処理方法では、ＳＡＭ１２を形成しないため、図１に示す基板処理方法と比較して、図１のステップＳ２（ＳＡＭ１２の形成）及びステップＳ５（ＳＡＭ１２のアッシング）を行わない。これにより、処理の効率化を図ることができる。
以上に説明したように、図１及び図５に示す本開示の基板処理方法のＡＬＥによるエッチング処理（ステップＳ４）では、ハロゲン含有ガスを供給し、ルテニウムの表面層をフッ化、塩化等させる。これにより、次に供給するＣとＯを含有するガスと反応し易い、つまり、カルボニル化し易いハロゲン化物含有表面層の状態に改質する。
次に、ＣとＯを含有するガスを供給し、ＣとＯを含有するガスによりハロゲン化物含有表面層をカルボニル化させる。つまり、ＣとＯを含有するガスによりハロゲン化物含有表面層の塩化、フッ化部分をＣＯで置換することでハロゲン化物含有表面層をカルボニル化させる。カルボニル化したハロゲン化物含有表面層の蒸気圧は高く、容易に揮発させることができる。本開示の基板処理はプラズマを用いずに行うことができる。
［エッチング対象膜］
本開示の基板処理方法においてエッチングの対象となる膜は、ルテニウム膜に限らない。エッチング対象膜は、周期表における４族～１０族に属する金属元素から選択される金属であってよい。例えば、エッチング対象膜は、Ｒｕ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｏｓ、Ｔｉ又はＲｅのいずれかの金属材料であってよい。
本開示の基板処理方法においてエッチングの対象となる膜は、ルテニウム膜に限らない。エッチング対象膜は、周期表における４族～１０族に属する金属元素から選択される金属であってよい。例えば、エッチング対象膜は、Ｒｕ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｏｓ、Ｔｉ又はＲｅのいずれかの金属材料であってよい。
カルボニル化する金属材料（カルボニル基を有する材料）に本開示の基板処理方法を使用できる。例えば、前記金属は、Ｒｕ－ＣＯに限らず、Ｗ－ＣＯ、Ｍｎ－ＣＯ、Ｆｅ－ＣＯ、Ｃｏ－ＣＯ、Ｎｉ－ＣＯ、Ｒｈ－ＣＯ、Ｍｏ－ＣＯ、Ｖ－ＣＯ、Ｃｒ－ＣＯ、Ｏｓ－ＣＯ、Ｔｉ－ＣＯ、Ｒｅ－ＣＯになることができる。このため、これらの金属材料に本開示の基板処理方法を使用できる。
[エッチング温度]
ＡＬＥ方法を実行する間、基板Ｗの温度が５０℃～５００℃になるように基板Ｗが載置される載置台の温度を制御してもよい。ＡＬＥ方法を実行する間、基板Ｗの温度が１５０℃～３５０℃になるように載置台の温度を制御することがより好ましい。
ＡＬＥ方法を実行する間、基板Ｗの温度が５０℃～５００℃になるように基板Ｗが載置される載置台の温度を制御してもよい。ＡＬＥ方法を実行する間、基板Ｗの温度が１５０℃～３５０℃になるように載置台の温度を制御することがより好ましい。
[処理システム]
図７を参照して、いくつかの実施形態に係る基板処理方法を実施する処理システム１００の構成例について説明する。処理システム１００は、ＳＡＭ１２を形成する処理装置２００、ルテニウムを成膜する処理装置３００、ＡＬＥエッチングを行う処理装置４００、及びＳＡＭ１２のアッシング及びプリクリーニングを行う処理装置５００を有する。これらの処理装置２００～５００は、真空搬送室１０１にそれぞれゲートバルブＧを介して接続されている。真空搬送室１０１内は、真空ポンプにより排気されて所定の真空度に保持される。
図７を参照して、いくつかの実施形態に係る基板処理方法を実施する処理システム１００の構成例について説明する。処理システム１００は、ＳＡＭ１２を形成する処理装置２００、ルテニウムを成膜する処理装置３００、ＡＬＥエッチングを行う処理装置４００、及びＳＡＭ１２のアッシング及びプリクリーニングを行う処理装置５００を有する。これらの処理装置２００～５００は、真空搬送室１０１にそれぞれゲートバルブＧを介して接続されている。真空搬送室１０１内は、真空ポンプにより排気されて所定の真空度に保持される。
真空搬送室１０１には３つのロードロック室１０２のそれぞれがゲートバルブＧ１を介して接続されている。ロードロック室１０２を挟んで真空搬送室１０１の反対側にはゲートバルブＧ２をそれぞれ介して大気搬送室１０３が接続されている。ロードロック室１０２は、大気搬送室１０３と真空搬送室１０１との間で基板Ｗを搬送する際に大気と真空との間の圧力制御を行う。
大気搬送室１０３のロードロック室１０２の取り付け壁部とは反対側の壁部には基板Ｗを収容するキャリア（ＦＯＵＰ等）Ｃを取り付ける３つのポート１０５が設けられている。また、大気搬送室１０３の側壁には、シリコン基板Ｗのアライメントを行うアライメント容器１０４が設けられている。大気搬送室１０３内には清浄空気のダウンフローが形成される。
真空搬送室１０１内には、搬送機構１０６が設けられている。搬送機構１０６は、処理装置２００～５００、ロードロック室１０２に対して基板Ｗを搬送する。搬送機構１０６は、独立に移動可能な２つの搬送アーム１０７ａ、１０７ｂを有している。
大気搬送室１０３内には、搬送機構１０８が設けられている。搬送機構１０８は、キャリアＣ、ロードロック室１０２、アライメント容器１０４に対して基板Ｗを搬送する。搬送機構１０８は、搬送アームを有している。
処理システム１００は制御部１１０を有している。制御部１１０は、処理装置２００～５００の各構成部、真空搬送室１０１の排気機構や搬送機構１０６、ロードロック室１０２の排気機構やガス供給機構、大気搬送室１０３の搬送機構１０８、ゲートバルブＧ、Ｇ１，Ｇ２等の駆動系等を制御する。制御部１１０は、ＣＰＵ（コンピュータ）、メモリ等を有する。ＣＰＵは、メモリに記憶されたレシピに基づいて処理システム１００に所定の動作を実行させる。
基板は、搬送機構１０８の搬送アームにより大気搬送室１０３に接続されたキャリアＣから取り出され、いずれかのロードロック室１０２内に搬入され、ロードロック室１０２内が真空排気される。次に、搬送機構１０６の搬送アームによりロードロック室１０２から基板Ｗが取り出され、処理装置２００に搬入され、基板Ｗ上にＳＡＭ１２の形成を行う。ＳＡＭ１２を形成しない基板処理方法の場合、処理装置２００によるＳＡＭ１２の形成はスキップされる。
その後、搬送機構１０６の搬送アームにより基板Ｗが搬出され、処理装置３００に搬入され、ルテニウム膜１３の成膜が行われる。その後、搬送機構１０６の搬送アームにより基板Ｗが搬出され、処理装置４００に基板Ｗが搬入され、ＡＬＥによりルテニウムがエッチングされる。
その後、搬送機構１０６の搬送アームにより基板Ｗが搬出され、処理装置５００に基板Ｗが搬入され、ＳＡＭ１２のアッシング及びプリクリーニングが行われる。ＳＡＭ１２を形成しない基板処理方法の場合、処理装置５００ではプリクリーニングが行われる。
処理装置２００～５００における各処理が所定回数実行されると、搬送機構１０６の搬送アームにより、基板Ｗを搬出し、いずれかのロードロック室１０２に搬入し、ロードロック室１０２内を大気に戻し、ロードロック室１０２内の基板ＷをキャリアＣに戻す。
以上のような処理を、複数の基板Ｗについて同時並行的に行って、所定枚数の基板Ｗのルテニウム配線が完了する。
［処理装置］
図８を参照して、いくつかの実施形態に係るＡＬＥを行う処理装置４００の構成例について説明する。処理装置４００は、真空処理容器（以下、「処理容器６０１」という。）を有する。処理容器６０１内には基板Ｗを載置する載置台６０２が配置されている。載置台６０２は、支持部材６０３により支持され、内部にヒーター６０５が埋め込まれている。ヒーター電源６０６からの給電によりヒーター６０５を制御し、基板Ｗを所定の温度に加熱する。
図８を参照して、いくつかの実施形態に係るＡＬＥを行う処理装置４００の構成例について説明する。処理装置４００は、真空処理容器（以下、「処理容器６０１」という。）を有する。処理容器６０１内には基板Ｗを載置する載置台６０２が配置されている。載置台６０２は、支持部材６０３により支持され、内部にヒーター６０５が埋め込まれている。ヒーター電源６０６からの給電によりヒーター６０５を制御し、基板Ｗを所定の温度に加熱する。
処理容器６０１の天壁には、ハロゲン含有ガス、ＣとＯを含有するガス等のガスをガス供給部６３０から処理容器６０１内に供給するシャワーヘッド６１０が設けられている。シャワーヘッド６１０の内部にはガス拡散空間６１２が形成されており、シャワーヘッド６１０の底面にはガス拡散空間６１２に連通した多数のガス吐出孔６１３が形成されている。
処理容器６０１の底壁には排気室６２１が設けられている。排気室６２１の側面には排気配管６２２が接続されており、排気配管６２２には真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気装置６２３が接続されている。排気装置６２３を作動させることにより処理容器６０１内を所定の減圧（真空）状態にする。
処理容器６０１の側壁には、真空搬送室１０１との間で基板Ｗを搬入出するための搬入出口６２７が設けられており、搬入出口６２７はゲートバルブＧにより開閉される。
処理装置４００は、その各構成部、例えば、ヒーター電源６０６、排気装置６２３、ガス供給部６３０のバルブ、マスフローコントローラ等の各構成部を制御する制御部６５０を有する。制御部６５０は制御部１１０の指令に従い各構成部を制御する。
係る構成により処理装置４００においては、ゲートバルブＧを開にして搬入出口６２７から基板Ｗを処理容器６０１内に搬入し、載置台６０２上に載置する。載置台６０２の温度は基板の温度が５０℃～５００℃、より好ましくは１５０℃～３５０℃になるように制御される。また、排気装置６２３により処理容器６０１内を排気して、処理容器６０１内の圧力が真空状態に調整される。
次いで、ガス供給部６３０から、（１）ハロゲン含有ガスの供給、（２）Ｎ２ガスの供給（処理容器６０１からのハロゲン含有ガスのパージ）、（３）ＣとＯを含有するガスの供給、（４）Ｎ２ガスの供給（処理容器６０１からのＣとＯを含有するガスのパージ）の各工程をこの順で実行し、（１）～（４）のＡＬＥサイクルを所定回数行う。
処理システム１００によれば、処理装置２００～５００において連続して基板処理を実行し、ルテニウム膜１３の成膜を完成する。これにより、生産性を向上させることができる。
以上に説明したように、本実施形態のエッチング方法によれば、ＡＬＥにより第１領域に成膜されたルテニウム膜１３へのダメージを抑えつつ、所望しない第２領域に成膜された微量なルテニウムをエッチングし、除去することができる。
今回開示された実施形態に係るエッチング方法及び処理装置は、すべ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。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
１０ 金属膜
１１ 誘電体膜
１２ ＳＡＭ
１３ ルテニウム膜
１３ａ ルテニウム
１００ 処理システム
２００～４００ 処理装置
１１ 誘電体膜
１２ ＳＡＭ
１３ ルテニウム膜
１３ａ ルテニウム
１００ 処理システム
２００～４００ 処理装置
Claims (10)
- 基板上の金属をエッチングする方法であって、
（ａ）ハロゲン含有ガスを前記金属に暴露し、前記金属の表面層をハロゲン化物含有表面層に改質する工程と、
（ｂ）Ｃ（炭素）とＯ（酸素）を含有するガスを改質された前記ハロゲン化物含有表面層に暴露し、前記ハロゲン化物含有表面層を除去する工程と、
（ｃ）前記（ａ）の工程と前記（ｂ）の工程とをこの順で繰り返す工程と、
を含むエッチング方法。 - 前記金属は、周期表における４族～１０族に属する金属元素のいずれかである、
請求項１に記載のエッチング方法。 - 前記金属は、Ｒｕ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｏｓ、Ｔｉ又はＲｅのいずれかである、
請求項２に記載のエッチング方法。 - 前記ハロゲン含有ガスは、Ｃｌ（塩素）、Ｆ（フッ素）、臭素（Ｂｒ）又はヨウ素（Ｉ）の少なくともいずれかを含む、
請求項１～３のいずれか一項に記載のエッチング方法。 - 前記ハロゲン含有ガスは、Ｃｌ２、ＳＯＣｌ、Ｆ２、ＨＦ、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、Ｂｒ２、ＨＢｒ、Ｉ２、ＨＩ、（ＣＯＣｌ）２、又は（ＣＯＢｒ）２の少なくともいずれかを含む、
請求項４に記載のエッチング方法。 - 前記ＣとＯを含有するガスは、ＣＯ、ＣＨ２Ｏ、ＣＣｌ２Ｏ、ＣＢｒ２Ｏ、ＣＩ２Ｏ、ＣＯＣｌ）２、又は（ＣＯＢｒ）２の少なくともいずれかを含む、
請求項１～５のいずれか一項に記載のエッチング方法。 - 前記（ｂ）の工程は、前記ＣとＯを含有するガスにより、改質された前記ハロゲン化物含有表面層をカルボニル化させて除去する、
請求項１～６のいずれか一項に記載のエッチング方法。 - 前記（ａ）の工程及び前記（ｂ）の工程は、前記基板の温度が５０℃～５００℃になるように前記基板が載置される載置台の温度を制御する、
請求項１～７のいずれか一項に記載のエッチング方法。 - 前記（ａ）の工程及び前記（ｂ）の工程は、前記基板の温度が１５０℃～３５０℃になるように前記載置台の温度を制御する、
請求項８に記載のエッチング方法。 - 処理容器と、基板上の金属をエッチングする方法を制御する制御部と、を有する処理装置であって、
前記制御部は、
（ａ）ハロゲン含有ガスを前記金属に暴露し、前記金属の表面層をハロゲン化物含有表面層に改質する工程と、
（ｂ）Ｃ（炭素）とＯ（酸素）を含有するガスを改質された前記ハロゲン化物含有表面層に暴露し、前記ハロゲン化物含有表面層を除去する工程と、
（ｃ）前記（ａ）の工程と前記（ｂ）の工程とをこの順で繰り返す工程と、
を含む工程を制御する、処理装置。
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