JP7232135B2 - Dry etching method and device manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ雰囲気中にてRu膜をドライエッチングするドライエッチング方法及びデバイスの製造方法に関し、より詳しくは、常時、所定のエッチングレートでRu膜をドライエッチングすることができるものに関する。 The present invention relates to a dry etching method for dry-etching a Ru film in a plasma atmosphere and a device manufacturing method, and more particularly to a method capable of always dry-etching a Ru film at a predetermined etching rate.
例えば通信デバイス等の電子部品の製造工程において、シリコンウエハなどの基板表面に成膜したRu膜をドライエッチングして所望の電極パターンを形成する工程があり、この工程を実施するドライエッチング方法は例えば特許文献1で知られている。このものでは、真空チャンバ内のステージ(基板電極)上に、基板を設置し、真空雰囲気の真空チャンバ内に酸素ガスとハロゲン含有ガスとを含むエッチングガスを導入する。そして、真空チャンバの上壁に設けた誘電体窓(誘電板)の上方に配置されるアンテナコイルに高周波電力を投入する。すると、誘電体窓を介して真空チャンバ内に高周波電力が導入され、真空チャンバ内にプラズマ雰囲気が生成され、Ru膜がドライエッチングされる(エッチング工程)。Ru膜のドライエッチング時、誘電体窓といった真空チャンバ内に存する部品には、反応生成物が付着する。このため、定期的に、真空チャンバ内にアンモニアガスや他のハロゲン含有ガス等のクリーニングガスを導入してプラズマ雰囲気を生成し、真空チャンバ内の部品をクリーニングしている(クリーニング工程)。
For example, in the manufacturing process of electronic components such as communication devices, there is a step of dry etching a Ru film formed on the surface of a substrate such as a silicon wafer to form a desired electrode pattern. It is known from
ここで、例えば基板の大面積化に伴ってドライエッチングすべきRu膜の面積が増加するのに従い、クリーニング工程を定期的に実施しても、エッチングレートが次第に低下していくことが判明した。そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ね、次のことを知見するのに至った。即ち、上記のようにしてRu膜をドライエッチングした場合、通常は、反応生成物としてRuO4が主に生成され、RuO4は蒸気圧の高いものである。このため、真空チャンバ内の部品に付着しても、揮発して真空排気される。一方で、ドライエッチングすべきRu膜の面積が増加すると、反応生成物としてRuO4だけでなく、何らかの理由でRuO2も生成され、これが真空チャンバ内に付着することを知見するのに至った。 Here, it has been found that, for example, as the area of the Ru film to be dry-etched increases as the area of the substrate increases, the etching rate gradually decreases even if the cleaning process is periodically performed. Therefore, the present inventors have made intensive studies and have come to the following findings. That is, when the Ru film is dry-etched as described above, RuO 4 is usually produced mainly as a reaction product, and RuO 4 has a high vapor pressure. Therefore, even if it adheres to parts in the vacuum chamber, it volatilizes and is evacuated. On the other hand, when the area of the Ru film to be dry-etched increases, not only RuO 4 but also RuO 2 is generated as a reaction product for some reason, and it has been found that this adheres to the inside of the vacuum chamber.
RuO2は、蒸気圧の低いものであり、しかも、導電性を有するものである。このため、真空チャンバ内の部品に付着したRuO2は、RuO4のように揮発して真空排気されない。そして、このような導電性を有するRuO2が誘電体窓に付着すると、真空チャンバ内への所定の高周波電力の導入が妨げられ、これに起因して、プラズマ密度が次第に低下してエッチングレートが低下していくと考えられる。 RuO 2 has a low vapor pressure and is electrically conductive. For this reason, RuO 2 adhering to parts in the vacuum chamber volatilizes and is not evacuated unlike RuO 4 . When RuO 2 having such conductivity adheres to the dielectric window, the introduction of a predetermined high-frequency power into the vacuum chamber is hindered, resulting in a gradual decrease in plasma density and an etching rate. It is thought that it will decline.
本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、反応生成物として生成され、真空チャンバ内に存する部品に付着したRuO2を効率よく除去して、常時、同等の雰囲気でRu膜をドライエッチングできるドライエッチング方法及びデバイスの製造方法を提供することをその課題とするものである。 The present invention has been made based on the above findings, and efficiently removes RuO 2 that is generated as a reaction product and adheres to parts existing in a vacuum chamber, and always dry-etches the Ru film in the same atmosphere. It is an object of the present invention to provide a dry etching method and a device manufacturing method that can be used.
上記課題を解決するために、本発明のドライエッチング方法は、真空チャンバ内にRu膜を備える基板を設置し、真空雰囲気の真空チャンバ内に酸素ガスとハロゲン含有ガスとを含むエッチングガスを導入し、プラズマ雰囲気中にてRu膜をドライエッチングするエッチング工程と、真空チャンバ内にクリーニングガスを導入し、プラズマ雰囲気中にて真空チャンバ内に存する部品をクリーニングするクリーニング工程とを含み、クリーニングガスが、エッチングガスに含まれるハロゲン含有ガスと希ガスとを含み、プラズマ雰囲気中で電離した少なくとも希ガスのイオンが真空チャンバ内に存する部品に引き込まれるようにしたことを特徴とする。このとき、前記部品が真空チャンバ壁に設けた誘電体窓である場合には、前記クリーニング工程にて、誘電体窓に近接配置した電極に高周波電圧を印加すればよい。 In order to solve the above problems, the dry etching method of the present invention includes placing a substrate having a Ru film in a vacuum chamber, and introducing an etching gas containing oxygen gas and halogen-containing gas into the vacuum chamber having a vacuum atmosphere. , an etching step of dry-etching the Ru film in a plasma atmosphere, and a cleaning step of introducing a cleaning gas into the vacuum chamber and cleaning the parts existing in the vacuum chamber in the plasma atmosphere, wherein the cleaning gas is The etching gas includes a halogen-containing gas and a rare gas, and is characterized in that at least ions of the rare gas ionized in the plasma atmosphere are drawn into the parts existing in the vacuum chamber. At this time, if the component is a dielectric window provided on the wall of the vacuum chamber, a high-frequency voltage may be applied to an electrode placed close to the dielectric window in the cleaning step.
本発明によれば、エッチング工程を実施すると、ドライエッチングすべきRu膜の面積によっては、真空チャンバ内に存する部品にRuO4の他、RuO2といった反応生成物が付着する。このような反応生成物を除去するために、複数枚の基板のRu膜をドライエッチングしていく間で定期的にクリーニング工程を実施する。このとき、ハロゲン含有ガスと希ガスとを含むクリーニングガスを用い、プラズマ雰囲気中で電離した少なくとも希ガスのイオンが真空チャンバ内に存する部品に引き込まれるようにすることで、真空チャンバ内の部品に付着した、本来揮発させて真空排気し難いRuO2を効率良く除去することができる。 According to the present invention, when the etching process is performed, depending on the area of the Ru film to be dry-etched, reaction products such as RuO 4 and RuO 2 adhere to parts existing in the vacuum chamber. In order to remove such reaction products, a cleaning process is periodically performed while dry etching the Ru films on a plurality of substrates. At this time, a cleaning gas containing a halogen-containing gas and a rare gas is used so that at least the ions of the rare gas ionized in the plasma atmosphere are drawn into the parts existing in the vacuum chamber, thereby cleaning the parts in the vacuum chamber. Adhered RuO 2 , which is originally volatilized and difficult to evacuate, can be efficiently removed.
真空チャンバ内に存する部品が真空チャンバ壁に設けた誘電体窓である場合を例に具体的に説明すると、プラズマ雰囲気中で電離したハロゲンイオンにより、誘電体窓に付着したRuO2が還元されてRuとなる。このとき、電極に高周波電圧を印加することで、プラズマ雰囲気中で電離した希ガスのイオンが、誘電体窓に向かって引き込まれ、この希ガスのイオンの上記還元されたRuへの衝撃によりRuが真空チャンバ内に放出されて真空排気される。尚、希ガスからなる(ハロゲン含有ガスを含まない)クリーニングガスや、ハロゲン含有ガスからなる(希ガスを含まない)クリーニングガスを用いた場合、RuO2を効果的に除去できず、エッチング工程の実施に伴う、エッチングレートの低下を抑制できないことが確認された。 Taking as an example a case where the component in the vacuum chamber is a dielectric window provided on the wall of the vacuum chamber, halogen ions ionized in the plasma atmosphere reduce RuO 2 adhering to the dielectric window. Ru. At this time, by applying a high-frequency voltage to the electrode, ions of the rare gas ionized in the plasma atmosphere are drawn toward the dielectric window, and the impact of the ions of the rare gas on the reduced Ru causes Ru is discharged into the vacuum chamber and evacuated. Incidentally, when a cleaning gas containing a rare gas (not including a halogen-containing gas) or a cleaning gas containing a halogen-containing gas (not including a rare gas) is used, RuO 2 cannot be effectively removed, and the etching process cannot be performed. It was confirmed that it was not possible to suppress the decrease in the etching rate that accompanies the implementation.
このように本発明では、反応生成物として生成され、真空チャンバ内に存する部品に付着したRuO2をも効率よく除去される。そして、誘電体窓を介して真空チャンバ内に高周波電力を導入して真空チャンバ内にプラズマ雰囲気を生成するような場合には、定期的に実施されるクリーニング工程にて、誘電体窓に付着したRuO2が除去されることで、高周波電力の導入が妨げられることが防止されて、常時、同等の雰囲気(例えば、所定のエッチングレートを維持した状態)でRu膜をドライエッチングできる。 As described above, in the present invention, RuO 2 that is produced as a reaction product and that adheres to the parts existing in the vacuum chamber is also efficiently removed. Then, in the case of introducing high-frequency power into the vacuum chamber through the dielectric window to generate a plasma atmosphere in the vacuum chamber, the cleaning process that is periodically carried out removes particles adhering to the dielectric window. By removing RuO 2 , the introduction of high-frequency power is prevented from being hindered, and the Ru film can always be dry-etched in the same atmosphere (for example, with a predetermined etching rate maintained).
本発明においては、前記クリーニングガスが、酸素ガスを更に含み、ハロゲン含有ガスと酸素ガスとの流量比が10:0.1~1:1の範囲に設定されることが好ましい。この流量比の範囲で酸素ガスを更に含むことで、プラズマ雰囲気中で電離した酸素イオンにより、上記ハロゲンイオンにより還元されたRuが酸化され、RuO4として揮発するため、より一層効率良くRuO2を除去することができる。尚、ハロゲン含有ガスと酸素ガスとの流量比が1:1より大きいと、酸素イオンが多くなり過ぎて、ハロゲンイオンによる還元が効率良く起こらず、結果として、効率良くRuO2を除去することができなくなる場合がある。 In the present invention, it is preferable that the cleaning gas further contains oxygen gas, and the flow rate ratio between the halogen-containing gas and the oxygen gas is set in the range of 10:0.1 to 1:1. By further containing oxygen gas within this flow ratio range, the oxygen ions ionized in the plasma atmosphere oxidize the Ru reduced by the halogen ions, volatilizing as RuO 4 , so that RuO 2 is more efficiently produced. can be removed. If the flow rate ratio of the halogen-containing gas and the oxygen gas is greater than 1:1, the oxygen ions become too large, and reduction by the halogen ions does not occur efficiently. As a result, RuO 2 cannot be efficiently removed. may not be possible.
本発明においては、前記クリーニングガスの総流量に対する希ガスの割合が2~20%に設定されることが好ましい。希ガスの割合が2%未満では、ハロゲン含有ガスが効率良く電離(解離)せず、ハロゲンイオンによる還元が効率良く起こらないため、また、希ガスのイオンが少なく、希ガスのイオンの衝撃によるRuの放出も効率良く起こらないため、効率良くRuO2を除去できない場合がある。一方で、希ガスの割合が20%よりも大きいと、希ガスのイオンが多くなり過ぎて、ハロゲンイオンによる還元が効率良く起こらないため、効率良くRuO2を除去できない場合がある。 In the present invention, it is preferable that the ratio of the rare gas to the total flow rate of the cleaning gas is set to 2 to 20%. If the proportion of the rare gas is less than 2%, the halogen-containing gas will not be efficiently ionized (dissociated), and reduction by halogen ions will not occur efficiently. RuO 2 may not be removed efficiently because Ru is not released efficiently either. On the other hand, if the proportion of the rare gas is more than 20%, the number of rare gas ions is too large, and reduction by halogen ions does not occur efficiently, so RuO 2 may not be removed efficiently.
本発明においては、前記ハロゲン含有ガスは、Cl2、BCl3、HCl、HBr、HI及びSiCl4から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。 In the present invention, the halogen-containing gas preferably contains at least one selected from Cl2 , BCl3 , HCl, HBr, HI and SiCl4 .
本発明においては、前記ハロゲン含有ガスは、ホウ素原子または水素原子を含むことが好ましい。これによれば、クリーニング時にプラズマ雰囲気中で電離したホウ素イオンまたは水素イオンにより、部品に付着したRuO2を効率良く還元してRuとすることができ、上述の如くRuO4として揮発させて真空排気することができるため、より一層効率良くRuO2を除去することができ、有利である。 In the present invention, the halogen-containing gas preferably contains boron atoms or hydrogen atoms. According to this, the boron ions or hydrogen ions ionized in the plasma atmosphere during cleaning can efficiently reduce the RuO 2 adhering to the parts to Ru, volatilize as RuO 4 as described above, and evacuate. Therefore, RuO 2 can be removed more efficiently, which is advantageous.
また、上記課題を解決するために、本発明のデバイスの製造方法は、真空チャンバ内にRu膜を備える基板を設置し、真空雰囲気の真空チャンバ内に酸素ガスとハロゲン含有ガスとを含むエッチングガスを導入し、プラズマ雰囲気中にてRu膜をドライエッチングするエッチング工程と、真空チャンバ内にクリーニングガスを導入し、プラズマ雰囲気中にて真空チャンバ内に存する部品をクリーニングするクリーニング工程とを含み、クリーニングガスが、エッチングガスに含まれるハロゲン含有ガスと同一のものと希ガスとを含み、プラズマ雰囲気中で電離した少なくとも希ガスのイオンが真空チャンバ内に存する部品に引き込まれるようにし、所定のタイミングで前記クリーニング工程を実施することを特徴とする。本発明において、所定のタイミングとは、エッチング工程とクリーニング工程とを交互に実施する場合だけでなく、複数回エッチング工程を実施する毎にエッチング工程を実施する場合を含むものとする。 Further, in order to solve the above-described problems, the device manufacturing method of the present invention includes placing a substrate having a Ru film in a vacuum chamber, and placing an etching gas containing an oxygen gas and a halogen-containing gas in the vacuum chamber having a vacuum atmosphere. and an etching step of dry etching the Ru film in a plasma atmosphere, and a cleaning step of introducing a cleaning gas into the vacuum chamber and cleaning the parts existing in the vacuum chamber in the plasma atmosphere. The gas contains the same halogen-containing gas contained in the etching gas and a rare gas, and at least the ions of the rare gas ionized in the plasma atmosphere are attracted to the parts existing in the vacuum chamber, and at a predetermined timing. The cleaning step is performed. In the present invention, the predetermined timing includes not only the case where the etching process and the cleaning process are alternately performed, but also the case where the etching process is performed every time the etching process is performed a plurality of times.
以下、図面を参照して、Ru膜を備えるシリコンウエハ等のシリコン基板(以下「基板Sw」という)のRu膜をドライエッチングする場合を例に、本発明の実施形態のドライエッチング方法及びデバイスの製造方法について説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings, dry etching of a Ru film of a silicon substrate such as a silicon wafer (hereinafter referred to as "substrate Sw") provided with a Ru film will be taken as an example, and the dry etching method and device according to the embodiment of the present invention will be described. A manufacturing method will be described.
図1を参照して、EMは、本実施形態のデバイスの製造方法及びドライエッチング方法に含まれるエッチング工程及びクリーニング工程を実施するICP(誘導結合プラズマ)型のドライエッチング装置であり、ドライエッチング装置EMは、上部開口1aを有する円筒状の真空チャンバ1を備える。以下においては、「上」「下」といった方向を示す用語は、図1のエッチング装置EMの姿勢を基準として説明する。
Referring to FIG. 1, EM is an ICP (inductively coupled plasma) type dry etching apparatus that performs an etching process and a cleaning process included in the device manufacturing method and dry etching method of the present embodiment. The EM comprises a
真空チャンバ1の上部開口1aは石英板で構成される誘電体窓11で塞がれており、この誘電体窓11が真空チャンバ1の上壁を構成する。真空チャンバ1の側壁上部には径方向外方に張り出すフランジ1bが設けられ、フランジ1bの上面に形成された凹溝に嵌め込まれたOリング12によりフランジ1bと誘電体窓11との間がシールされている。真空チャンバ1内の底部には、絶縁体13を介してステージ2が設けられている。ステージ2は、図示省略するが、金属製の基台と、基台上に設けられるチャックプレートとで構成され、基板SwをRu膜を上方に向けた姿勢で位置決めされた状態で静電吸着できるようになっている。ステージ2には、高周波電源E1からの出力が接続されており、ステージ2に高周波電力を投入することで、基板Swにバイアス電位を印加できるようになっている。図示省略するが、ステージ2の基台にはヒータや冷媒を循環させる冷媒流路が設けられ、基板Swを所定温度に制御できるようになっている。
An
真空チャンバ1の底部には、図示省略の真空ポンプに通じる排気管3が接続され、真空チャンバ1内を真空排気できるようになっている。真空チャンバ1の側壁には、図示省略の流量制御弁(例えばマスフローコントローラ)を介して各ガス源に通じるガス導入管4が接続され、真空チャンバ1内に後述するエッチングガスやクリーニングガスを所定流量で導入できるようになっている。
An
誘電体窓11の上方には、複数段(本実施形態では2段)のループ状のアンテナコイル5が設けられている。アンテナコイル5には、高周波電源E2からの出力が接続され、プラズマ雰囲気形成用の高周波電力を投入でき、これにより誘電体窓11を介して真空チャンバ1内に高周波電力を導入できるようになっている。
A plurality of stages (two stages in this embodiment) of loop-shaped antenna coils 5 are provided above the
誘電体窓11とアンテナコイル5との間には、誘電体窓11に近接させて電極6が配置されている。図2も参照して、電極6としては、例えば、基部61と、この基部61を起点に点対称となるように基部61から径方向にのびる複数本(本実施形態では6本)の主枝部62と、互いに隣接する主枝部62で区画される空間を複数に分割する、主枝部62に突設された従枝部63とで構成されるものを用いることができる。
An
電極6には、高周波電源E2からの出力が可変容量コンデンサ7を介して接続されており、真空チャンバ1内にプラズマ雰囲気を形成した状態で、電極6に高周波電圧を印加すると、プラズマ雰囲気で電離したイオンが誘電体窓11に向かって引き込まれるようになっている。可変容量コンデンサ7としては、例えば、10pF~500pFの範囲で容量が可変なものを用いることができる。尚、可変容量コンデンサ7の代わりに、容量が固定されたコンデンサを用いることができる。
An output from a high frequency power supply E2 is connected to the
上記ドライエッチング装置EMは、図示省略する公知のマイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた制御手段を備え、制御手段により、高周波電源E1,E2の稼働、マスフローコントローラの稼働や真空ポンプの稼働等を統括管理するようになっている。以下、上記ドライエッチング装置EMを用いて、基板Swに形成されたRu膜をエッチングする本実施形態のドライエッチング方法について説明する。 The dry etching apparatus EM is equipped with a control means having a well-known microcomputer, sequencer, etc. (not shown). It is designed to The dry etching method of this embodiment for etching the Ru film formed on the substrate Sw using the dry etching apparatus EM will be described below.
先ず、真空ポンプを作動させて真空チャンバ1内を真空排気した状態で、図外の搬送ロボットを用いて基板Swをステージ2上に設置し、Ru膜側を上方に向けた姿勢で基板Swが静電吸着される。ガス導入管4から真空チャンバ1内に、ハロゲン含有ガスと酸素ガスとを含むエッチングガスを導入する。ハロゲン含有ガスとしては、Cl2、BCl3、HCl、HBr、HI及びSiCl4から選択される少なくとも1種を用いることができ、ハロゲン含有ガスの流量は50~200sccm、酸素ガスの流量は200~600sccmに夫々設定される(このときの真空チャンバ1内の圧力は、1~20Pa)。次いで、高周波電源E2からアンテナコイル5に例えば13.56MHzの高周波電力を500W~2000W投入することで、真空チャンバ1内にプラズマ雰囲気が形成される。これと併せて、ステージ2に例えば12.56MHzの高周波電力を30W~300W投入し、基板Swにバイアス電位を印加することで、プラズマ雰囲気で電離したイオンが基板Swに引き込まれてRu膜がドライエッチングされる(エッチング工程)。エッチング工程の終点は、例えばエンドポイント等の公知の方法により検知することができる。エッチング工程の終点が検知されると、エッチングガスの導入と電力投入を停止してエッチングを終了し、処理済みの基板Swを真空チャンバ1から搬出する。その後、上記と同様の方法で、次の基板Swをステージ2上に設置して、Ru膜のドライエッチングが実施される。
First, the vacuum pump is operated to evacuate the inside of the
このようなエッチング工程を実施すると、ドライエッチングすべきRu膜の面積によっては、真空チャンバ1内に存する誘電体窓11といった部品にRuO4の他、RuO2といった反応生成物が付着する。誘電体窓11に付着した反応生成物を除去するために、複数枚の基板SwのRu膜をドライエッチングしていく間で所定のタイミングで定期的にクリーニング工程を実施する。ここで、クリーニングを実施するタイミングは、エッチング条件等に応じて適宜設定することができ、エッチング工程とクリーニング工程とを交互に実施してもよいし、複数回エッチング工程を実施する毎にクリーニング工程を実施してもよい。
When such an etching process is carried out, depending on the area of the Ru film to be dry etched, reaction products such as RuO 4 and RuO 2 adhere to parts such as the
クリーニング工程では、ハロゲン含有ガスと希ガスとを含むクリーニングガスを真空チャンバ1内に導入し、高周波電源E2からアンテナコイル5に例えば13.56MHzの高周波電力を300W~3000W投入し、高周波電源E1からステージ2に例えば12.56MHzの高周波電力を5W~100W投入することにより、真空チャンバ1内にプラズマ雰囲気が形成される。ハロゲン含有ガスとして、エッチングガスに含まれるものと同一のものを用いることで、エッチング工程とクリーニング工程との間での雰囲気の変化(これがデバイスの歩留まり低下を招く場合がある)を抑制できる。尚、クリーニング工程中、ステージ2にはダミー基板を設置することができる。ハロゲン含有ガスの流量は10~200sccm、希ガスの流量は2~40sccmの範囲に設定される(このときの真空チャンバ1内の圧力は、1~20Pa)。
In the cleaning process, a cleaning gas containing a halogen-containing gas and a rare gas is introduced into the
このようにプラズマ雰囲気が形成されると、プラズマ雰囲気中で電離した希ガスのイオンにより、誘電体窓11に付着したRuO2が還元されてRuとなる。このとき、誘電体窓11に近接配置した電極6に高周波電圧(例えば、100~5000V)を印加することで、プラズマ雰囲気中で電離した希ガスのイオンが、誘電体窓11に向かって引き込まれ、この希ガスのイオンの上記ハロゲンイオンにより還元されたRuへの衝撃(スパッタ)により、Ruが真空チャンバ1内に放出されて排気される。
When the plasma atmosphere is formed in this way, the RuO 2 adhering to the
ここで、クリーニングガスの総流量に対する希ガスの割合を2~20%に設定することが好ましい。希ガスの割合が2%未満では、ハロゲン含有ガスが効率良く電離(解離)せず、ハロゲンイオンによるRuO2の還元が効率良く起こらないため、また、希ガスのイオンが少なく、希ガスのイオンの衝撃によるRuの放出も効率良く起こらないため、効率良くRuO2を除去できない場合がある。一方で、希ガスの割合が20%よりも大きいと、希ガスのイオンが多くなり過ぎて、ハロゲンイオンによるの還元が効率良く起こらないため、効率良くRuO2を除去できない場合がある。 Here, it is preferable to set the ratio of the rare gas to the total flow rate of the cleaning gas to 2 to 20%. If the proportion of the rare gas is less than 2%, the halogen-containing gas is not efficiently ionized (dissociated), and the reduction of RuO 2 by halogen ions does not occur efficiently. RuO 2 may not be efficiently removed because Ru is not released efficiently due to the impact of . On the other hand, if the ratio of the rare gas is more than 20%, the number of rare gas ions is too large, and reduction by halogen ions does not occur efficiently, so RuO 2 may not be removed efficiently.
ここで、希ガスからなる(ハロゲン含有ガスを含まない)クリーニングガスや、ハロゲン含有ガスからなる(希ガスを含まない)クリーニングガスを用いた場合、RuO2を効果的に除去できず、エッチング工程の実施に伴う、エッチングレートの低下を抑制できないことが後述の実験により確認された。それに対して、本実施形態では、クリーニングガスにハロゲン含有ガスをも含むことで、プラズマ雰囲気中の希ガスの電離が促進され、RuO2を効果的に除去できるものと推測される。 Here, when a cleaning gas made of a rare gas (not including a halogen-containing gas) or a cleaning gas made of a halogen-containing gas (not including a rare gas) is used, RuO 2 cannot be effectively removed, and the etching step It was confirmed by an experiment described later that the decrease in the etching rate due to the implementation of the above cannot be suppressed. On the other hand, in the present embodiment, it is presumed that the cleaning gas also contains a halogen-containing gas, thereby promoting the ionization of the noble gas in the plasma atmosphere and effectively removing RuO 2 .
このように本実施形態では、ドライエッチングの反応生成物として生成され、誘電体窓11に付着したRuO2をも効率良く除去される。そして、誘電体窓11を介して真空チャンバ1内に高周波電力を導入して真空チャンバ1内にプラズマ雰囲気を生成するような場合には、定期的に実施されるクリーニング工程にて誘電体窓11に付着したRuO2が除去されることで、真空チャンバ1内への高周波電力の導入が妨げられることが防止されて、常時、同等の雰囲気(例えば、所定のエッチングレートを維持した状態)でRu膜をドライエッチングできる。
As described above, in this embodiment, RuO 2 which is produced as a reaction product of dry etching and attached to the
また、クリーニングガスが酸素ガスを更に含み、ハロゲン含有ガスと酸素ガスとの流量比が10:0.1~1:1の範囲に設定されることが好ましい。この流量比の範囲で酸素ガスを更に含むことで、プラズマ雰囲気中で電離した酸素イオンにより、上記ハロゲンイオンにより還元されたRuが酸化され、RuO4として揮発するため、より一層効率良くRuO2を除去することができる。尚、ハロゲン含有ガスと酸素ガスとの流量比が1:1より大きいと、酸素イオンが多くなり過ぎて、ハロゲンイオンによる還元が効率良く起こらず、結果として、効率良くRuO2を除去することができなくなる場合がある。 Moreover, it is preferable that the cleaning gas further contains oxygen gas, and the flow rate ratio of the halogen-containing gas and the oxygen gas is set in the range of 10:0.1 to 1:1. By further containing oxygen gas within this flow ratio range, the oxygen ions ionized in the plasma atmosphere oxidize the Ru reduced by the halogen ions, volatilizing as RuO 4 , so that RuO 2 is more efficiently produced. can be removed. If the flow rate ratio of the halogen-containing gas and the oxygen gas is greater than 1:1, the oxygen ions become too large, and reduction by the halogen ions does not occur efficiently. As a result, RuO 2 cannot be efficiently removed. may not be possible.
また、ハロゲン含有ガスとしてホウ素原子または水素原子を含むものを用いることが好ましい。これによれば、クリーニング時にプラズマ雰囲気中で電離したホウ素イオンまたは水素イオンにより、誘電体窓11に付着したRuO2を効率良く還元してRuとすることができ、上述の如くRuO4として揮発させて真空排気することができるため、より一層効率良くRuO2を除去するとができ、有利である。
Further, it is preferable to use a halogen-containing gas containing a boron atom or a hydrogen atom. According to this, the boron ions or hydrogen ions ionized in the plasma atmosphere during cleaning can efficiently reduce the RuO 2 adhering to the
また、ハロゲン含有ガスとして、還元性の高い第1のハロゲン含有ガス(例えばCl2等のようなホウ素原子を含まないもの)とホウ素原子を含む第2のハロゲン含有ガス(例えばBCl3等)とを含むことが好ましい。これによれば、クリーニング時にホウ素原子が誘電体窓11に付着することを防止でき、誘電体窓11に付着したRuO2を還元してRuとする効果を高めることができる。この場合、第1のハロゲン含有ガスの流量を第2のハロゲン含有ガスの流量よりも大きくすることが好ましい。
Further, as the halogen-containing gas, a highly reducing first halogen-containing gas (for example, one containing no boron atoms such as Cl2 ) and a second halogen-containing gas containing boron atoms (for example, BCl3 ) are used. is preferably included. According to this, it is possible to prevent boron atoms from adhering to the
上記実施形態の効果を確認するために、上記ドライエッチング装置EMを用いて以下の実験を行った。発明実験1では、厚さ130nmのRu膜が形成されたΦ8インチの基板Sw(Ru膜上にレジストパターンを形成し、基板Sw表面の面積に対するレジスト開口部から露出するRu膜の面積の比率(開口率)を90%に設定した)をステージ2上に設置し、真空排気した後、以下のエッチング条件でRu膜のドライエッチングを実施した(エッチング工程)。即ち、エッチングガスとして酸素ガスとCl2ガスとを含有するものを用い、酸素ガス流量を320sccm、Cl2ガス流量を60sccm、圧力を1Pa、アンテナコイル5への投入電力を13.56MHz,800W、ステージ2への投入電力を12.5MHz,60Wに夫々設定した。上記ドライエッチング装置EMに設けられた図示省略する公知の終点検出装置(EPD)を用いてエッチング工程の終点を検知すると、エッチングガス導入及び電力投入を中止してドライエッチングを終了した。本発明実験1では、25枚(1ロット)の基板Swに対するエッチング工程が終了する毎に、以下のクリーニング条件でクリーニング工程を実施した。即ち、クリーニングガスとして酸素ガスとCl2ガスとArガスとを含有するものを用い、酸素ガス流量を10sccm、Cl2ガス流量を50sccm、Arガス流量を20sccm、圧力を10Pa、アンテナコイル5への投入電力を13.56MHz,950W、ステージへ2の投入電力を12.5MHz,20W、クリーニング時間を900secに夫々設定した。各基板Swのエッチング開始から終点検知までの時間からエッチングレートを夫々求め、基板Swの処理枚数とエッチングレートとの関係を求めた結果を図3に示す。これによれば、処理枚数が175枚に達してもエッチングレートは低下せず、一定のエッチングレート(50nm/min前後)を実現できることが確認された。これより、誘電体窓11に付着したRuO2が除去されることで、常時、同等の雰囲気でRu膜をドライエッチングできることが判った。
In order to confirm the effect of the above embodiment, the following experiment was conducted using the above dry etching apparatus EM. In
発明実験2では、厚さ130nmのRu膜が形成されたΦ8インチの基板Sw(Ru膜上にレジストパターンを形成せず、基板Sw表面の面積に対する露出するRu膜の面積の比率(開口率)を100%に設定した)をステージ2上に設置し、真空排気した後、以下のエッチング条件でRu膜のドライエッチングを実施した(エッチング工程)。即ち、エッチングガスとして酸素ガスとCl2ガスとを含有するものを用い、酸素ガス流量を400sccm、Cl2ガス流量を80sccm、圧力を1Pa、アンテナコイル5への投入電力を13.56MHz,800W、ステージ2への投入電力を12.5MHz,150Wに夫々設定した。本発明実験2では、1枚の基板Swに対するエッチング工程が終了する毎に、クリーニング工程を実施した(つまり、エッチング工程とクリーニング工程とを交互に実施した)。クリーニング条件は、クリーニングガスとしてCl2ガスとBCl3ガスとArガスとを含有するものを用い、Cl2ガス流量を60sccm、BCl3ガス流量を40sccm、Arガス流量を10sccm、圧力を5Pa、アンテナコイル3への投入電力を13.56MHz,950W、ステージ2への投入電力を12.5MHz,20W、クリーニング時間を30secに夫々設定した。上記発明実験1と同様に、基板Swの処理枚数とエッチングレートとの関係を求めた結果を図4に示す。これによれば、10枚の基板Swに対してエッチングを実施する間、一定のエッチングレート(47nm/min前後)を実現できることが確認された。これより、上記発明実験1よりもドライエッチングすべきRu膜の面積が増加したにも拘わらず、誘電体窓11に付着したRuO2が除去されることで、常時、同等の雰囲気でRu膜をドライエッチングできることが判った。
In
比較実験1では、クリーニングガスにArガスを添加しない点を除き、上記発明実験1と同様に、エッチング工程とクリーニング工程を実施した。上記発明実験1と同様に、基板Swの処理枚数とエッチングレートとの関係を求めた結果を図5に示す。これによれば、処理枚数が30枚に達すると、エッチングレートが急激に低下することが確認された。また、比較実験2では、クリーニングガスにArガスを添加しない点を除き、上記発明実験2と同様に、エッチング工程とクリーニング工程を交互に実施した。上記発明実験2と同様に、基板Swの処理枚数とエッチングレートとの関係を求めた結果を図6に示す。これによれば、処理枚数が2枚目~7枚目は一定のエッチングレートが実現できるものの、処理枚数が10枚に達すると、エッチングレートが急激に低下することが確認された。更に、図示しないが、比較実験3では、希ガスのみからなるクリーニングガス(酸素ガスとCl2ガスを含まない)を用いる点を除き、上記発明実験1と同様に、エッチング工程とクリーニング工程を実施した。この場合も、上記比較実験1と同様に、処理枚数が30枚に達すると、エッチングレートが急激に低下することが確認された。これらの比較実験1~3では、誘電体窓11に付着したRuO2を除去できないため、RuO2の付着量が増加するのに従い、真空チャンバ1内への高周波電力の導入を妨げられ、これに起因して、プラズマ密度が次第に低下し、エッチングレートが低下したと考えられる。比較実験1~3の終了後、誘電体窓11を夫々確認したところ、特に中央部にRuO2が厚く付着していることが確認された。
In
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変形することができる。例えば、上記実施形態では、誘電体窓11に付着したRuO2を除去する場合を例に説明したが、真空チャンバ1内に存する部品は誘電体窓11に限定されず、RuO2が付着することで同等の雰囲気を阻害するような真空チャンバ1内の部品があれば、当該部品に公知の高周波電源から高周波電圧を印加し、プラズマ雰囲気中で電離した希ガスのイオンを引き込むように構成すればよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above, and can be modified as appropriate without departing from the scope of the technical idea of the present invention. For example, in the above embodiment, the case of removing RuO 2 adhering to the
上記実施形態では、誘電体窓11に希ガスのイオンを引き込むために、電極6に高周波電圧を印加しているが、電極6に公知の直流電源の出力を接続し、電極6に負の電圧を印加するように構成してもよい。
In the above embodiment, a high-frequency voltage is applied to the
Sw…Ru膜を備える基板、1…真空チャンバ、11…誘電体窓(真空チャンバ内に存する部品)。 Sw... Substrate with Ru film, 1... Vacuum chamber, 11... Dielectric window (parts present in the vacuum chamber).
Claims (7)
真空チャンバ内にクリーニングガスを導入し、プラズマ雰囲気中にて真空チャンバ内に存する部品をクリーニングするクリーニング工程とを含むドライエッチング方法において、
クリーニングガスが、エッチングガスに含まれるハロゲン含有ガスと同一のものと希ガスとを含み、プラズマ雰囲気中で電離した少なくとも希ガスのイオンが真空チャンバ内に存する部品に引き込まれるようにしたことを特徴とするドライエッチング方法。 an etching step of placing a substrate having a Ru film in a vacuum chamber, introducing an etching gas containing an oxygen gas and a halogen-containing gas into the vacuum chamber having a vacuum atmosphere, and dry etching the Ru film in a plasma atmosphere;
A dry etching method comprising a cleaning step of introducing a cleaning gas into the vacuum chamber and cleaning parts existing in the vacuum chamber in a plasma atmosphere,
The cleaning gas contains the same halogen-containing gas contained in the etching gas and a rare gas, and at least ions of the rare gas ionized in the plasma atmosphere are drawn into the parts existing in the vacuum chamber. and a dry etching method.
前記クリーニング工程にて、誘電体窓に近接配置した電極に高周波電圧を印加することを特徴とするドライエッチング方法。 2. The dry etching method according to claim 1, wherein said component is a dielectric window provided in the vacuum chamber wall,
A dry etching method, wherein, in the cleaning step, a high-frequency voltage is applied to an electrode arranged close to a dielectric window.
真空チャンバ内にクリーニングガスを導入し、プラズマ雰囲気中にて真空チャンバ内に存する部品をクリーニングするクリーニング工程とを含むデバイスの製造方法において、
クリーニングガスが、エッチングガスに含まれるハロゲン含有ガスと同一のものと希ガスとを含み、プラズマ雰囲気中で電離した少なくとも希ガスのイオンが真空チャンバ内に存する部品に引き込まれるようにし、
所定のタイミングで前記クリーニング工程を実施することを特徴とするデバイスの製造方法。 an etching step of placing a substrate having a Ru film in a vacuum chamber, introducing an etching gas containing an oxygen gas and a halogen-containing gas into the vacuum chamber having a vacuum atmosphere, and dry etching the Ru film in a plasma atmosphere;
and a cleaning step of introducing a cleaning gas into the vacuum chamber and cleaning components existing in the vacuum chamber in a plasma atmosphere.
wherein the cleaning gas contains the same halogen-containing gas contained in the etching gas and a rare gas such that at least the ions of the rare gas ionized in the plasma atmosphere are attracted to the components present in the vacuum chamber;
A method of manufacturing a device, wherein the cleaning step is performed at a predetermined timing.
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