KR102565058B1 - 에칭 방법 - Google Patents

에칭 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102565058B1
KR102565058B1 KR1020190032242A KR20190032242A KR102565058B1 KR 102565058 B1 KR102565058 B1 KR 102565058B1 KR 1020190032242 A KR1020190032242 A KR 1020190032242A KR 20190032242 A KR20190032242 A KR 20190032242A KR 102565058 B1 KR102565058 B1 KR 102565058B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
etching
ruthenium film
target
ruthenium
processing time
Prior art date
Application number
KR1020190032242A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190111807A (ko
Inventor
시게루 다하라
노부아키 세키
다카히코 가토
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 filed Critical 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Publication of KR20190111807A publication Critical patent/KR20190111807A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102565058B1 publication Critical patent/KR102565058B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32477—Vessel characterised by the means for protecting vessels or internal parts, e.g. coatings
    • H01J37/32495—Means for protecting the vessel against plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H01J37/32642—Focus rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H01J37/32724—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H01L21/32138—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only pre- or post-treatments, e.g. anti-corrosion processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01044—Ruthenium [Ru]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Abstract

루테늄막의 에칭 레이트의 격차를 억제할 수 있는 에칭 방법을 제공한다. 루테늄막의 에칭 방법은, 산소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 루테늄막을 에칭하는 제 1 공정과, 염소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 루테늄막을 에칭하는 제 2 공정을 포함하며, 제 1 공정과 제 2 공정은 교대로 실행되고, 제 1 공정 및 제 2 공정에 있어서는, 제 1 공정과 제 2 공정을 세트로 한 1 사이클당의 에칭량과, 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간과의 미리 취득된 관계에 근거해서 결정된 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간에서, 루테늄막을 에칭한다.

Description

에칭 방법{ETCHING METHOD}
본 개시는 에칭 방법에 관한 것이다.
전자 디바이스의 제조에 있어서는, 루테늄(Ru)으로 형성된 루테늄막을 에칭하는 처리를 하는 경우가 있다. 특허문헌 1은, 산소(O2)와 염소(Cl2)를 포함한 혼합 가스의 플라즈마를 이용해서 루테늄막을 에칭하는 방법을 개시한다.
특허문헌 1: 일본 특개 제 평8-78396 호 공보
특허문헌 1에 기재된 방법에 있어서는, 혼합 가스의 플라즈마를 이용해서 루테늄막을 에칭하기 때문에, 루테늄막의 에칭 레이트는, 반응종 및 이온의 플럭스 또는 에너지에 의존해서 증감하는 경우가 있다. 따라서, 루테늄막의 에칭 방법에는, 에칭 레이트의 격차를 억제하는 것이 필요하다.
일 측면에 있어서는 루테늄막의 에칭 방법이 제공된다. 이 에칭 방법은 제 1 공정 및 제 2 공정을 포함한다. 제 1 공정에 있어서는, 산소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 루테늄막을 에칭한다. 제 2 공정에 있어서는, 염소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 루테늄막을 에칭한다. 제 1 공정과 제 2 공정은 교대로 실행된다. 제 1 공정 및 제 2 공정에 있어서는, 제 1 공정과 제 2 공정을 세트로 한 1 사이클당의 에칭량과, 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간과의 미리 취득된 관계에 근거해서 결정된 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간에서, 루테늄막을 에칭한다.
이 에칭 방법에 의하면, 산소 함유 가스와 염소 함유 가스를 교대로 구분하여 사용해서 에칭하기 때문에, 에칭 레이트가 혼합 가스의 플라즈마의 분포에 의존하는 것을 회피할 수 있다. 이 때문에, 에칭 레이트의 격차를 억제할 수 있다. 또한, 이 에칭 방법 따르면, 신규의 지견에 근거해서 루테늄막의 에칭 레이트를 정밀도 좋게 제어할 수 있다. 신규의 지견이란, 산소 함유 가스와 염소 함유 가스를 이용해서 루테늄막을 플라즈마 에칭하는 경우에 있어서, 제 1 공정과 제 2 공정을 세트로 한 1 사이클당의 에칭량은, 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간을 이용해 정밀도 좋게 제어할 수 있다고 하는 것이다. 즉, 1 사이클당의 에칭량과, 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간과의 미리 취득된 관계를 이용하는 것에 의해서, 목표 에칭량을 달성하는 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간을 결정할 수 있다. 이 때문에, 이 에칭 방법에 의하면, 신규의 지견에 근거해서 결정된 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간에 루테늄막을 에칭하는 것에 의해, 에칭 레이트의 격차를 한층 억제할 수 있다.
일 실시형태에 있어서는, 제 1 공정의 목표 처리 시간은 루테늄과 산소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이상이며, 제 2 공정의 목표 처리 시간은 루테늄과 염소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이상이어도 좋다.
제 1 공정과 제 2 공정을 세트로 한 1 사이클당의 에칭량과, 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간과의 미리 취득된 관계에 의하면, 루테늄과 산소와의 반응, 및 루테늄과 염소와의 반응은, 제어 온도에 따라서 상이한 것의 소정의 처리 시간 이상에서 포화한다. 이 때문에, 어느 목표 제어 온도에 있어서 상술한 목표 처리 시간 이상의 에칭을 실시하는 것에 의해, 제 1 공정 및 제 2 공정에 있어서 에칭 스톱을 발생시킬 수 있다. 이것에 의해, 이 에칭 방법에 의하면, 1 사이클당의 에칭량을 일정하게 제어할 수 있다.
일 실시형태에 있어서는, 에칭 방법은, 루테늄막의 두께의 면내 분포 데이터를 취득하는 공정을 추가로 포함해도 좋다. 이 경우, 제 1 공정 및 제 2 공정에 있어서는, 두께의 면내 분포 데이터에 근거해서 루테늄막의 면내 온도 분포를 제어해도 좋다. 제 1 공정의 목표 처리 시간은 루테늄과 산소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이하이며, 및/또는 제 2 공정의 목표 처리 시간은 루테늄과 염소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이하여도 좋다.
제 1 공정과 제 2 공정을 세트로 한 1 사이클당의 에칭량과, 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간과의 미리 취득된 관계에 의하면, 제 1 공정의 목표 처리 시간을 루테늄과 산소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이하로 하고, 및/또는 제 2 공정의 목표 처리 시간을 루테늄과 염소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이하로 했을 경우, 1 사이클당의 에칭량은, 루테늄막의 제어 온도 및 각 공정의 처리 시간의 증감에 수반해 변화한다. 이 때문에, 루테늄막의 제어 온도를 루테늄막의 두께의 면내 분포 데이터에 근거해서 제어하는 것에 의해, 루테늄막의 면내 위치마다 에칭 레이트를 변경할 수 있다. 이 때문에, 이 에칭 방법에 의하면, 에칭 레이트의 면내 균일성을 양호하게 유지할 뿐만 아니라, 루테늄막의 초기 막두께의 불균일에 기인하는 에칭 후의 잔막 두께의 면내 균일성의 저하를 억제할 수 있다.
일 실시형태에서는, 제 1 공정 및 제 2 공정에 있어서는, 목표 제어 온도는 100℃ 이하여도 좋다. 일 실시형태에서는, 제 1 공정 및 제 2 공정에 있어서는, 이온을 끌어들이기 위한 고주파 바이어스를 인가해도 좋다.
일 실시형태에서는, 제 1 공정과 제 2 공정과의 사이에 가스를 배기하는 공정을 추가로 포함해도 좋다. 이 에칭 방법에 의하면, 전 공정의 가스가 잔류하는 것을 회피할 수 있다.
다른 측면에 있어서는 루테늄막의 에칭 방법이 제공된다. 이 에칭 방법은 제 1 공정 및 제 2 공정을 포함한다. 제 1 공정에 있어서는, 산소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 루테늄막을 에칭한다. 제 2 공정에 있어서는, 염소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 루테늄막을 에칭한다. 제 1 공정과 제 2 공정은 교대로 실행된다. 제 1 공정에 있어서는, 루테늄막의 표면은 루테늄의 휘발성 산화물이 생성되는 것에 의해서 에칭되는 것과 동시에 루테늄막의 표면에 루테늄의 불휘발성 산화물이 생성된다. 제 2 공정에 있어서는, 루테늄막의 표면은 불휘발성 산화물이 제거되는 것에 의해서 에칭되는 것과 동시에 루테늄막의 표면에 루테늄의 불휘발성 염화물이 생성된다. 제 2 공정 후의 제 1 공정에 있어서는, 루테늄막의 표면은 불휘발성 염화물이 제거되는 것 및 휘발성 산화물이 생성되는 것에 의해 에칭되는 것과 동시에 불휘발성 산화물이 생성된다.
이 에칭 방법에 의하면, 산소 함유 가스와 염소 함유 가스를 교대로 구분하여 사용해서 에칭하기 때문에, 에칭 레이트가 혼합 가스의 플라즈마의 분포에 의존하는 것을 회피할 수 있다. 이 때문에, 에칭 레이트의 격차를 억제할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 루테늄막의 에칭 레이트의 격차를 억제할 수 있는 에칭 방법이 제공된다.
도 1은 일 실시형태에 관한 에칭 방법을 나타내는 플로우챠트이다.
도 2는 도 1에 도시하는 에칭 방법이 적용될 수 있는 일 예의 피가공물의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시하는 에칭 방법의 실행에 이용하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 예시하는 도면이다.
도 4는 산소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에 있어서의 처리 시간과 Ru 에칭량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5의 (a)는 산소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에 있어서의 처리 시간과 불휘발성 산화물의 표면 피복율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5의 (b)는 산소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에 있어서의 처리 시간과 휘발성 산화물의 생성량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5의 (c)는 산소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에 있어서의 처리 시간과 Ru 에칭량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 염소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에 있어서의 처리 시간과 Ru 에칭량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7의 (a)는 염소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에 있어서의 처리 시간와과 불휘발성 염화물의 표면 피복율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7의 (b)는 염소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에 있어서의 처리 시간과 휘발성 염화물의 생성량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7의 (c)는 염소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에 있어서의 처리 시간과 Ru 에칭량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 에칭 방법의 원리를 설명하는 개념도이다.
도 9는 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간을 결정하는 방법의 일 예를 도시하는 플로우챠트이다.
도 10은 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간을 결정하는 방법의 다른 예를 도시하는 플로우챠트이다.
도 11의 (A)는 루테늄막의 면내 분포 데이터를 설명하는 도면이다. 도 11의 (B)는 루테늄막의 위치마다의 목표 에칭 레이트를 설명하는 도면이다. 도 11의 (C)는 면내 분포 데이터에 근거해서 에칭된 루테늄막이다.
도 12는 일 실시형태의 변형예에 관한 에칭 방법을 나타내는 플로우챠트이다.
도 13은 염소 및 산소의 비율과 에칭 레이트와의 관계를 나타내는 실험 결과이다.
도 14는 각 공정의 처리 시간과 1 사이클당의 에칭량과의 관계를 나타내는 실험 결과이다.
도 15는 면내 위치와 1 사이클당의 에칭량과의 관계를 나타내는 실험 결과이다.
도 16은 사이클 회수와 Ru 에칭량과의 관계를 나타내는 실험 결과이다.
이하, 도면을 참조해 여러 가지의 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 각 도면에 있어 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여한다.
(에칭 방법의 개요)
도 1은 일 실시형태에 관한 에칭 방법을 나타내는 플로우챠트이다. 도 1에 도시하는 에칭 방법(이하, 「방법(MT)」이라고 한다)은 루테늄막을 에칭하기 위해서 실행된다. 루테늄막이란 루테늄으로 형성된 막이다. 도 2는 방법(MT)이 적용될 수 있는 일 예의 피가공물의 단면도이다. 도 2에 도시하는 피가공물(이하, 「웨이퍼(W)」라고 한다)은 루테늄막(L2)을 구비한다. 루테늄막(L2)은 에칭 대상의 막이다. 루테늄막(L2)은 일 예로서 기판(L1) 상에 형성된다.
방법(MT)의 실행에는, 플라즈마 처리 장치가 이용된다. 도 3은 방법(MT)의 실행에 이용하는 것이 가능한 일 예의 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(10)는 평행 평판의 전극을 구비하는 플라즈마 에칭 장치이며, 처리 용기(12)를 구비한다. 처리 용기(12)는 대략 원통형상을 갖고 있고, 처리 공간(Sp)을 획정한다. 처리 용기(12)는, 예를 들면, 알루미늄으로 구성되어 있고, 그 내벽면에는 양극 산화 처리가 실시된다. 처리 용기(12)는 보안 접지된다.
처리 용기(12)의 바닥부상에는, 대략 원통형의 지지부(14)가 설치된다. 지지부(14)는, 예를 들면, 절연 재료로 구성된다. 지지부(14)를 구성하는 절연 재료는 석영과 같이 산소를 포함할 수 있다. 지지부(14)는, 처리 용기(12)내에 있어서, 처리 용기(12)의 바닥부로부터 연직 방향으로 연재한다. 처리 용기(12) 내에는, 탑재대(PD)가 설치된다. 탑재대(PD)는 지지부(14)에 의해서 지지된다.
탑재대(PD)는 탑재대(PD)의 상면에 있어서 웨이퍼(W)를 보지한다. 웨이퍼(W)의 주면(主面)(FW)은 탑재대(PD)의 상면에 접촉하는 웨이퍼(W)의 이면의 반대 측에 있다. 웨이퍼(W)의 주면(FW)은 상부 전극(30)에 향하고 있다. 탑재대(PD)는 하부 전극(LE) 및 정전 척(ESC)을 구비한다. 하부 전극(LE)은 제 1 플레이트(18a) 및 제 2 플레이트(18b)를 포함한다. 제 1 플레이트(18a) 및 제 2 플레이트(18b)는, 예를 들면 알루미늄으로 이뤄진 금속으로 구성되어 있고, 대략 원반 형상을 이루고 있다. 제 2 플레이트(18b)는 제 1 플레이트(18a)상에 설치되어 있고, 제 1 플레이트(18a)에 전기적으로 접속된다.
제 2 플레이트(18b)상에는, 정전 척(ESC)이 설치된다. 정전 척(ESC)은, 도전막인 전극을, 한쌍의 절연층의 사이, 또는 한쌍의 절연 시트의 사이에 배치한 구조를 구비한다. 정전 척(ESC)의 전극에는, 직류 전원(22)이 스위치(23)를 거쳐서 전기적으로 접속된다. 웨이퍼(W)는 탑재대(PD)에 탑재되어 있는 경우에, 정전 척(ESC)에 접한다. 웨이퍼(W)의 이면(주면(FW)의 반대측의 면)은 정전 척(ESC)에 접한다. 정전 척(ESC)은 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해 생기는 쿨롱력 등의 정전력에 의해 웨이퍼(W)를 흡착한다. 이것에 의해, 정전 척(ESC)은 웨이퍼(W)를 보지할 수 있다.
제 2 플레이트(18b)의 주연부상에는, 웨이퍼(W)의 에지 및 정전 척(ESC)을 둘러싸도록 포커스 링(FR)이 배치된다. 포커스 링(FR)은 에칭의 균일성을 향상시키기 위해서 설치된다. 포커스 링(FR)은 에칭 대상의 막의 재료에 의해서 적당 선택되는 재료로 구성되어 있고, 예를 들면, 석영으로 구성될 수 있다.
제 2 플레이트(18b)의 내부에는, 냉매 유로(24)가 설치된다. 냉매 유로(24)는 온도조절 기구를 구성하고 있다. 냉매 유로(24)에는, 처리 용기(12)의 외부에 마련된 칠러 유닛(도시 생략)으로부터 배관(26a)을 거쳐서 냉매가 공급된다. 냉매 유로(24)에 공급되는 냉매는 배관(26b)을 거쳐서 칠러 유닛에 복귀된다. 이와 같이, 냉매 유로(24)에는, 냉매가 순환하도록 공급된다. 이 냉매의 온도를 제어하는 것에 의해서, 정전 척(ESC)에 의해서 지지된 웨이퍼(W)의 온도가 제어될 수 있다.
플라즈마 처리 장치(10)에는, 가스 공급 라인(28)이 설치된다. 가스 공급 라인(28)은, 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예를 들면 He 가스를, 정전 척(ESC)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면과의 사이에 공급한다.
플라즈마 처리 장치(10)에는, 웨이퍼(W)의 온도를 조절하는 온도 조절부(HT)가 설치된다. 온도 조절부(HT)는 정전 척(ESC)에 내장된다. 온도 조절부(HT)에는 히터 전원(HP)이 접속된다. 히터 전원(HP)으로부터 온도 조절부(HT)에 전력이 공급되는 것에 의해, 정전 척(ESC)의 온도가 조정되고, 정전 척(ESC)상에 탑재되는 웨이퍼(W)의 온도가 조정된다. 온도 조절부(HT)는 제 2 플레이트(18b)내에 매립되어도 좋다.
온도 조절부(HT)는, 열을 발하는 복수의 가열 소자와, 상기 복수의 가열 소자의 각각의 주위의 온도를 각각 검출하는 복수의 온도 센서를 구비한다. 복수의 가열 소자의 각각은, 웨이퍼(W)가 정전 척(ESC)상에 위치 맞춤되어 탑재되어 있는 경우에, 웨이퍼(W)의 주면(FW)의 복수의 영역에 대응하는 위치마다 설치된다. 제어부(Cnt)는, 웨이퍼(W)가 정전 척(ESC)상에 위치 맞춤되어 탑재되는 경우에, 웨이퍼(W)의 주면(FW)의 복수의 영역의 각각 대응하는 가열 소자 및 온도 센서를 영역과 관련지어 인식한다. 제어부(Cnt)는, 영역과, 이 영역에 대응하는 가열 소자 및 온도 센서를, 복수의 영역마다, 예를 들면 숫자나 문자 등의 번호 등에 의해서, 식별할 수 있다. 제어부(Cnt)는, 하나의 영역의 온도를, 상기 하나의 영역에 대응하는 개소에 마련된 온도 센서에 의해서 검출하고, 상기 하나의 영역에 대한 온도 조절을, 상기 하나의 영역에 대응하는 개소에 마련된 가열 소자에 의해서 실시한다. 또한, 웨이퍼(W)가 정전 척(ESC)상에 탑재되어 경우에 하나의 온도 센서에 의해서 검출되는 온도는, 웨이퍼(W) 중 상기 온도 센서상의 영역의 온도와 동일하다.
플라즈마 처리 장치(10)는 상부 전극(30)을 구비한다. 상부 전극(30)은 탑재대(PD)의 상방에 있어서, 탑재대(PD)와 대향 배치된다. 하부 전극(LE)과 상부 전극(30)은 서로 대략 평행으로 설치되어 있고, 평행 평판 전극을 구성한다. 상부 전극(30)과 하부 전극(LE)과의 사이에는, 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리를 행하기 위한 처리 공간(Sp)이 제공된다.
상부 전극(30)은, 절연성 차폐 부재(32)를 거쳐서, 처리 용기(12)의 상부에 지지된다. 절연성 차폐 부재(32)는 절연 재료로 구성되어 있고, 예를 들면, 석영과 같이 산소를 포함할 수 있다. 상부 전극(30)은 전극판(34) 및 전극 지지체(36)를 포함할 수 있다. 전극판(34)은 처리 공간(Sp)에 면하고 있고, 전극판(34)에는 복수의 가스 토출 구멍(34a)이 설치된다. 전극판(34)은 일 실시형태에서는, 실리콘을 함유한다. 다른 실시형태에서는, 전극판(34)은 산화 실리콘을 함유할 수 있다.
전극 지지체(36)는 전극판(34)을 착탈 가능하게 지지하는 것이며, 예를 들면 알루미늄으로 이뤄진 도전성 재료로 구성될 수 있다. 전극 지지체(36)는 수냉 구조를 가질 수 있다. 전극 지지체(36)의 내부에는, 가스 확산실(36a)이 설치된다. 가스 확산실(36a)로부터는, 가스 토출 구멍(34a)에 연통하는 복수의 가스 통류 구멍(36b)이 하방으로 연장된다. 전극 지지체(36)에는, 가스 확산실(36a)에 처리 가스를 유도하는 가스 도입구(36c)가 형성되어 있고, 가스 도입구(36c)에는, 가스 공급관(38)이 접속된다.
가스 공급관(38)에는, 밸브 그룹(42) 및 유량 제어기 그룹(44)을 거쳐서, 가스 소스 그룹(40)이 접속된다. 가스 소스 그룹(40)은 복수의 가스 소스를 구비한다. 복수의 가스 소스는 산소 함유 가스의 소스 및 염소 함유 가스의 소스를 포함할 수 있다. 산소 함유 가스란 산소 원자를 포함한 가스이다. 산소 함유 가스의 일 예는 산소 가스이다. 염소 함유 가스란 염소 원자를 포함한 가스이다. 염소 함유 가스의 일 예는 염소 가스이다. 복수의 가스 소스는 희 가스의 소스를 포함해도 좋다. 희 가스로서는, 아르곤 가스, 헬륨 가스라고 하는 임의의 희 가스가 이용될 수 있다.
밸브 그룹(42)은 복수의 밸브를 포함한다. 유량 제어기 그룹(44)은 매스 플 로우 컨트롤러라고 하는 복수의 유량 제어기를 포함한다. 가스 소스 그룹(40)의 복수의 가스 소스 각각은 밸브 그룹(42)의 대응의 밸브 및 유량 제어기 그룹(44)의 대응의 유량 제어기를 거쳐서, 가스 공급관(38)에 접속된다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(10)는, 가스 소스 그룹(40)의 복수의 가스 소스 중 선택된 1개 이상의 가스 소스로부터의 가스를, 개별적으로 조정된 유량으로, 처리 용기(12)내에 공급하는 것이 가능하다.
플라즈마 처리 장치(10)에서는, 처리 용기(12)의 내벽을 따라서 데포 실드(46)가 착탈 가능하게 설치된다. 데포 실드(46)는 지지부(14)의 외주에도 설치된다. 데포 실드(46)는 처리 용기(12)에 에칭 부생물(데포)이 부착하는 것을 방지한다. 데포 실드(46)는, 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복하는 것에 의해 구성될 수 있다. 데포 실드는, Y2O3 외에, 예를 들면, 석영과 같이 산소를 포함한 재료로 구성될 수 있다.
처리 용기(12)의 바닥부측, 또한 지지부(14)와 처리 용기(12)의 측벽과의 사이에는 배기 플레이트(48)가 설치된다. 배기 플레이트(48)는, 예를 들면, 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복하는 것에 의해 구성될 수 있다. 배기 플레이트(48)의 하방, 또한 처리 용기(12)에는, 배기구(12e)가 설치된다. 배기구(12e)에는, 배기관(52)을 거쳐서 배기 장치(50)가 접속된다. 배기 장치(50)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 구비한다. 배기 장치(50)는 처리 용기(12)내의 공간을 소망의 진공도까지 감압할 수 있다. 처리 용기(12)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입반출구(12g)가 설치된다. 반입반출구(12g)는 게이트 밸브(54)에 의해 개폐 가능하게 구성된다.
플라즈마 처리 장치(10)는 제 1 고주파 전원(62) 및 제 2 고주파 전원(64)을 추가로 구비한다. 제 1 고주파 전원(62)은 플라즈마 생성용의 제 1 고주파 전력을 발생하는 전원이며, 27~100[㎒]의 주파수, 일 예에 있어서는 60[㎒]의 고주파 전력을 발생한다. 또한, 제 1 고주파 전원(62)은 펄스 사양을 구비하고 있고, 주파수 5~10[㎑], Duty 50~100%로 제어 가능하다. 제 1 고주파 전원(62)은 정합기(66)를 거쳐서 상부 전극(30)에 접속된다. 정합기(66)는 제 1 고주파 전원(62)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(LE)측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로이다. 제 1 고주파 전원(62)은 정합기(66)를 거쳐서 하부 전극(LE)에 접속되어도 좋다.
제 2 고주파 전원(64)은 웨이퍼(W)에 이온을 끌어들이기 위한 제 2 고주파 전력, 즉 고주파 바이어스 전력을 발생하는 전원이며, 400[㎑]~40.68[㎒]의 범위내의 주파수, 일 예에 있어서는 13.56[㎒]의 주파수의 고주파 바이어스 전력을 발생한다. 또한, 제 2 고주파 전원(64)은 펄스 사양을 구비하고 있고, 주파수 5~40[㎑], Duty 20~100%로 제어 가능하다. 제 2 고주파 전원(64)은 정합기(68)를 거쳐서 하부 전극(LE)에 접속된다. 정합기(68)는 제 2 고주파 전원(64)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(LE)측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로이다.
플라즈마 처리 장치(10)는 전원(70)을 추가로 구비한다. 전원(70)은 상부 전극(30)에 접속된다. 전원(70)은, 처리 공간(Sp)내에 존재하는 정이온을 전극판(34)으로 끌어들이기 위한 전압을, 상부 전극(30)에 인가한다. 일 예에 있어서는, 전원(70)은 부의 직류 전압을 발생하는 직류 전원이다. 이러한 전압이 전원(70)으로부터 상부 전극(30)에 인가되면, 처리 공간(Sp)에 존재하는 정이온이 전극판(34)에 충돌한다. 이것에 의해, 전극판(34)으로부터 2차 전자 및/또는 실리콘이 방출된다.
플라즈마 처리 장치(10)는 제어부(Cnt)를 추가로 구비할 수 있다. 제어부(Cnt)는 프로그램 가능한 컴퓨터 장치라고 하는 제어기일 수 있다. 제어부(Cnt)는 레시피에 근거하는 프로그램에 따라서 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부(部)를 제어 할 수 있다. 예를 들면, 제어부(Cnt)는, 제어 신호에 의해, 가스 소스 그룹(40)으로부터 공급되는 가스의 선택 및 유량을 제어한다. 제어부(Cnt)는 제어 신호에 의해, 배기 장치(50)의 배기를 제어한다. 제어부(Cnt)는, 제어 신호에 의해, 제 1 고주파 전원(62) 및 제 2 고주파 전원(64)으로부터의 전력 공급을 제어한다. 제어부(Cnt)는, 제어 신호에 의해, 전원(70)으로부터의 전압 인가를 제어한다. 제어부(Cnt)는, 제어 신호에 의해, 히터 전원(HP)의 전력 공급을 제어한다. 제어부(Cnt)는, 제어 신호에 의해, 칠러 유닛으로부터의 냉매 유량 및 냉매 온도를 제어한다. 방법(MT)의 각 공정은, 제어부(Cnt)에 의한 제어에 의해서 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 동작시키는 것에 의해서 실행될 수 있다. 제어부(Cnt)의 기억부에는, 방법(MT)을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램, 및 방법(MT)의 실행에 이용되는 각종의 데이터(DT)가 판독 가능하게 저장되어 있다.
(에칭 방법의 상세)
방법(MT)의 자세한 것은, 방법(MT)이 플라즈마 처리 장치(10)를 이용해서 도 2에 도시하는 웨이퍼(W)에 적용되는 경우를 예로서 설명된다. 방법(MT)은, 플라즈마 처리 장치(10)의 처리 용기(12)내, 즉, 처리 공간(Sp)내에 웨이퍼(W)가 배치된 상태로 실행된다. 처리 공간(Sp)의 안에서는, 웨이퍼(W)는, 정전 척(ESC)상에 탑재되고, 정전 척(ESC)에 의해서 보지된다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 방법(MT)은, 공정 S10(제 1 공정의 일 예) 및 공정 S14(제 2 공정의 일 예)를 포함한다.
공정 S10에 있어서, 제어부(Cnt)는 산소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 루테늄막(L2)을 에칭한다. 산소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리란, 산소 함유 가스에 의해서 생성된 플라즈마를 이용해 웨이퍼(W)를 처리하는 것이다. 제어부(Cnt)는 소정의 에칭 조건으로 플라즈마 처리를 실행한다. 에칭 조건은 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간을 포함한다. 목표 제어 온도는 웨이퍼(W)의 목표가 되는 미리 설정된 온도이다. 목표 처리 시간은 플라즈마 처리의 목표가 되는 미리 설정된 시간이다. 목표 제어 온도는 100℃ 이하여도 좋다. 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간의 결정 방법에 대해서는 후술한다. 공정 S10에 있어서는, 제어부(Cnt)는, 웨이퍼(W)의 온도가 목표 제어 온도가 되도록, 히터 전원(HP) 및 온도 조절부(HT)를 제어한다. 공정 S10에 있어서는, 제어부(Cnt)는, 처리 용기(12)내, 즉 처리 공간(Sp)의 안에서, 산소 가스의 플라즈마를 생성한다. 제어부(Cnt)는 이온을 끌어들이기 위한 고주파 바이어스를 인가해도 좋다. 제어부(Cnt)는 목표 처리 시간의 사이, 웨이퍼(W)를 플라즈마 에칭한다.
공정 S14에 있어서, 제어부(Cnt)는 염소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 루테늄막(L2)을 에칭한다. 염소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리란, 염소 함유 가스에 의해서 생성된 플라즈마를 이용해 웨이퍼(W)를 처리하는 것이다. 제어부(Cnt)는 소정의 에칭 조건으로 플라즈마 처리를 실행한다. 에칭 조건은 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간을 포함한다. 목표 제어 온도는 100℃ 이하여도 좋다. 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간의 결정 방법에 대해서는 후술한다. 공정 S14에 있어서는, 제어부(Cnt)는, 웨이퍼(W)의 온도가 목표 제어 온도가 되도록, 히터 전원(HP) 및 온도 조절부(HT)를 제어한다. 공정 S14에 있어서는, 제어부(Cnt)는, 처리 용기(12)내, 즉 처리 공간(Sp)의 안에서, 염소 가스의 플라즈마를 생성한다. 제어부(Cnt)는 이온을 끌어들이기 위한 고주파 바이어스를 인가해도 좋다. 제어부(Cnt)는, 목표 처리 시간의 사이, 웨이퍼(W)를 플라즈마 에칭한다.
계속해서, 공정 S16에 있어서, 제어부(Cnt)는 실행 사이클 수가 미리 설정된 목표 사이클 수와 동일한가 아닌가를 판정한다. 사이클 수는 공정 S10과 공정 S14를 1 세트로 해서 카운트될 수 있다. 일 예로서 공정 S10과 공정 S14를 교대로 1회 실행했을 경우, 사이클 수는 「1」이 된다. 일 예로서 공정 S10과 공정 S14를 교대로 2회 실행했을 경우, 사이클 수는 「2」가 된다.
제어부(Cnt)는, 실행 사이클 수가 미리 설정된 목표 사이클 수와 동일하지 않다고 판정되었을 경우, 공정 S10으로부터 처리를 재차 실행한다. 제어부(Cnt)는, 실행 사이클 수가 미리 설정된 목표 사이클 수와 동일한 경우, 도 1에 도시하는 플로우챠트를 종료한다. 이와 같이, 방법(MT)에 의하면, 목표 사이클 수가 될 때까지, 공정 S10 및 공정 S14는 교대로 실행된다.
(에칭 원리)
최초에, 공정 S10의 에칭 원리가 설명된다. 도 4는 산소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에 있어서의 처리 시간과 Ru 에칭량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4에 도시하는 그래프의 횡축은 처리 시간, 종축은 Ru 에칭량이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 루테늄막의 표면에는, 산소 함유 가스의 플라즈마에 의한 화학 반응에 의해서, 휘발성의 루테늄 산화물이 생성된다. 휘발성 산화물의 일 예는, RuO3(g)나 RuO4(g)이다. 휘발성 산화물이 생성되는 것에 의해, 루테늄막의 표면은 에칭된다.
또한, 루테늄막의 표면에는, 산소 함유 가스의 플라즈마에 의한 화학 반응에 의해서, 불휘발성의 루테늄 산화물이 생성된다. 휘발성 산화물의 일 예는 RuO2(s)이다. RuO2(s) 등의 불휘발성 산화물은 처리 시간의 경과와 함께 루테늄막의 표면을 덮는다. 루테늄막의 표면에 불휘발성 산화물이 생성되었을 경우, 루테늄막의 표면 중 휘발성 산화물이 형성되는 영역(반응 사이트)이 감소한다. 반응 사이트의 감소에 수반해서, 불휘발성 산화물의 생성량은 감소한다. 예를 들면, 휘발성 산화물의 표면 피복율이 70%가 되는 처리 시간을 넘은 처리 시간에 있어서는, Ru 에칭량은 크게 증가하지 않게 된다. 표면 피복율이란, 점유되어 있는 반응 사이트의 비율이다. 표면 피복율이 100%가 되는 처리 시간에서는 플라즈마에 의한 화학 반응이 현저하게 진행되지 않게 된다. 플라즈마에 의한 화학 반응이 포화한 상태가 되었을 경우, 에칭 스톱이 일어나, 처리 시간을 길게 해도 Ru 에칭량은 대략 일정값으로 된다. 이하에서는, 표면의 반응 사이트가 0%에 가까워져, 반응이 진행되지 않는 현상을 자기 제한(Self-limiting)이라고 한다. 자기 제한이 확인되는 처리 시간대를 자기 제한 영역이라고 한다. 완전한 자기 제한이 되기 전에 반응의 진행 속도가 저하하는 현상을 준자기 제한(Sub Self-limiting)이라고 한다. 준자기 제한이 확인되는 처리 시간대를 준자기 제한 영역이라고 한다. 일 예로서 준자기 제한 영역은 표면 피복율이 70%~100%가 되는 처리 시간이다.
도 5의 (a) 내지 도 5의 (c)는 불휘발성 산화물의 표면 피복율과 휘발성 산화물의 생성량과 Ru 에칭량을 대비시킨 그래프이다. 도 5의 (a)는 산소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에 있어서의 처리 시간과 불휘발성 산화물의 표면 피복율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5의 (b)는 산소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에 있어서의 처리 시간과 휘발성 산화물의 생성량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5의 (c)는 산소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에 있어서의 처리 시간과 Ru 에칭량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5의 (a) 내지 도 5의 (c)에 있어서, 횡축은 처리 시간이다.
산소 함유 가스에 의한 플라즈마에 의해서, Ru＋2O*→RuO2(s)라고 하는 화학 반응에 의해, 루테늄막의 표면에 불휘발성 산화물이 생성된다. 그것과 동시에, Ru+4O*→RuO4(g)라고 하는 화학 반응에 의해, 루테늄막의 표면에서 휘발성 산화물이 생성된다. 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 처리 시간이 경과하는 것에 따라 RuO2(s)의 표면 피복율이 증가한다. 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, RuO2(s)의 표면 피복율의 증가에 따라 RuO4(g)의 생성량이 감소한다. 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이, RuO4(g)의 생성량의 감소에 따라 Ru 에칭량의 증가량이 작아진다. 이와 같이, 산소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에서는, 1회의 공정으로 에칭할 수 있는 양이 한정된다.
계속해서, 공정 S14의 에칭 원리가 설명된다. 도 6은 염소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에 있어서의 처리 시간과 Ru 에칭량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6에 도시하는 그래프의 횡축은 처리 시간, 종축은 Ru 에칭량이다. 이하의 설명에서는, 공정 S14의 전에 공정 S10이 실행되는 경우가 예시된다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 루테늄막의 표면에는, 염소 함유 가스의 플라즈마에 의한 화학 반응에 의해서, 불휘발성 산화물로부터 휘발성의 루테늄 염화물이 생성된다. 휘발성 염화물의 일 예는, RuOxCly(g)이다. RuOxCly(g) 등의 휘발성 염화물이 생성되는 것에 의해, 루테늄막의 표면은 에칭된다.
불휘발성 산화물은 휘발성 염화물로 변화해서 증발하기 때문에, 처리 시간의 경과에 수반해 감소한다. 이 때문에, 시간 경과와 함께 Ru 에칭량은 감소한다. 또한, 루테늄막의 표면에는, 염소 함유 가스의 플라즈마에 의한 화학 반응에 의해서, 불휘발성의 루테늄 염화물이 생성된다. 불휘발성 염화물의 일 예는, RuCl3(s)이다. RuCl3(s) 등의 불휘발성 염화물은 처리 시간의 경과와 함께 루테늄막의 표면을 덮는다. 예를 들면, 휘발성 염화물의 표면 피복율이 70%가 되는 처리 시간을 넘은 처리 시간에 있어서는, Ru 에칭량은 크게 증가하지 않게 된다. 표면 피복율이 100%가 되는 처리 시간에서는 플라즈마에 의한 화학 반응이 현저하게 진행되지 않게 된다. 플라즈마에 의한 화학 반응이 포화한 상태가 되었을 경우, 에칭 스톱이 일어나, 처리 시간을 길게 해도 Ru 에칭량은 대략 일정값으로 된다. 이와 같이, 염소 함유 가스의 플라즈마 에칭에 있어서도, 자기 제한과 준자기 제한이 존재한다.
도 7의 (a) 내지 도 7의 (c)는 불휘발성 염화물의 표면 피복율과 휘발성 염화물의 생성량과 Ru 에칭량을 대비시킨 그래프이다. 도 7의 (a)는 염소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에 있어서의 처리 시간과 불휘발성 염화물의 표면 피복율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7의 (b)는 염소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에 있어서의 처리 시간과 휘발성 염화물의 생성량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7의 (c)는 염소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에 있어서의 처리 시간과 Ru 에칭량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7의 (a) 내지 도 7의 (c)에 있어서, 횡축은 처리 시간이다.
염소 함유 가스에 의한 플라즈마의 화학 반응에 의해, 루테늄막의 표면에 존재한 불휘발성 산화물은 휘발성 염화물로 변화한다. 그것과 동시에, 염소 함유 가스에 의한 플라즈마의 화학 반응에 의해, 루테늄막의 표면에서 불휘발성 염화물이 생성된다. 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 처리 시간이 경과하는 것에 따라 RuCl3(s)의 표면 피복율이 증가한다. 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, RuCl3(s)의 표면 피복율이 증가(RuO2(s)의 표면 피복율의 감소)에 따라 RuOxCly(g)의 생성량이 감소한다. 도 7의 (c)에 도시하는 바와 같이, RuOxCly(g)의 생성량의 감소에 따라 Ru 에칭량의 증가량이 작아진다. 이와 같이, 염소 함유 가스에 의한 플라즈마 에칭에서는, 1회의 공정으로 에칭할 수 있는 양이 한정된다.
(교호 실시에 의한 표면 갱신)
방법(MT)에 있어서는, 공정 S10 및 공정 S14는 교대로 실행된다. 공정 S10 및 공정 S14가 교대로 실행되는 것에 의해, 공정 S10에서 발생한 에칭 저해 요인은 다음의 공정 S14에서 제거된다. 마찬가지로, 공정 S14에서 발생한 에칭 저해 요인은 다음의 공정 S10에서 제거된다.
도 8은 에칭 방법의 원리를 설명하는 개념도이다. 도 8의 상태(A)에 도시하는 바와 같이, 공정 S10을 행했을 경우, 산소 라디칼에 의해 불휘발성 산화물(예를 들면 RuO2)과 휘발성 산화물(예를 들면 RuO4)이 생성된다. 휘발성 산화물이 생성되는 것에 의해, 루테늄막은 에칭된다. 계속해서, 도 8의 상태(B)에 도시하는 바와 같이, 불휘발성 산화물이 루테늄막의 표면을 덮고, 휘발성 산화물의 생성량이 저하한다. 휘발성 산화물의 생성량이 저하하는 것에 의해, Ru 에칭량이 감소한다(자기 제한). 계속해서, 공정 S14를 행했을 경우, 도 8의 상태(C)에 도시하는 바와 같이, 염소 라디칼에 의해 불휘발성 산화물로부터 휘발성 염화물(예를 들면 RuOxCly)이 생성된다. 휘발성 염화물이 생성되는 것에 의해, 루테늄막은 에칭된다. 계속해서, 도 8의 상태(D)에 도시하는 바와 같이, 불휘발성 산화물이 제거되고, 대신에 불휘발성 염화물(예를 들면 RuCl3)이 루테늄막의 표면을 덮고, 휘발성 염화물의 생성량이 저하한다. 휘발성 염화물의 생성량이 저하하는 것에 의해, Ru 에칭량이 감소한다(자기 제한). 다시 공정 S10을 행했을 경우, 산소 라디칼에 의해 불휘발성 염화물이 제거되고 상태(A)로 복귀된다. 이와 같이, 공정 S10 및 공정 S14가 교대로 실행되는 것에 의해, 루테늄막의 표면은 갱신된다.
(목표 제어 온도 및 목표 처리 시간의 결정)
공정 S10 및 공정 S14는, 각각 자기 제한이 존재하기 때문에, 공정 S10과 공정 S14를 세트로 한 1 사이클당의 Ru 에칭량은 어느 처리 시간 이상에 있어서는 일정값으로 된다. 그리고, 1 사이클당의 Ru 에칭량이 포화할 때까지의 처리 시간은 루테늄막의 제어 온도에 의존한다. 1 사이클당의 에칭량과, 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간과의 관계를 미리 취득해 두는 것에 의해, 제어부(Cnt)는, 목표가 되는 1 사이클당의 Ru 에칭량을 달성하는 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간을 결정할 수 있다. 이하, 1 사이클당의 에칭량을 EPC(Etch per cycle)라고도 한다.
도 9는 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간을 결정하는 방법의 일 예를 도시하는 플로우챠트이다. 도 9에 도시하는 플로우챠트는, 예를 들면 제어부(Cnt)에 의해 실행된다.
공정 S30에 있어서, 제어부(Cnt)는 EPC와 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간과의 관계를 취득한다. 제어부(Cnt)는, 예를 들면, 후술하는 도 14에 도시하는 바와 같이, 각 공정의 처리 시간과 EPC와의 관계를 제어 온도마다 취득한다. 이 관계는, 예를 들면 플라즈마 처리 장치(10)에 의해 미리 취득되고, 제어부(Cnt)의 기억부에 기억되어 있어도 좋다. 이 관계는, 예를 들면 다른 플라즈마 처리 장치에 의해 미리 취득되고, 제어부(Cnt)의 기억부에 기억되어 있어도 좋다. 제어부(Cnt)는, 기억부를 참조하는 것에 의해, EPC와 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간과의 관계를 취득한다. 제어부(Cnt)는, 통신을 거쳐서 EPC와 루테늄막의 제어 온도와, 각 공정의 처리 시간과의 관계를 취득해도 좋다.
공정 S32에 있어서, 제어부(Cnt)는, 취득된 관계에 근거해서 공정 S10 및 공정 S14의 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간을 결정한다. 제어부(Cnt)는, 공정 S10 및 공정 S14의 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간으로서, 공통의 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간을 결정한다. 제어부(Cnt)는, 예를 들면 목표 제어 온도를, 미리 취득된 관계에 대응하는 온도 범위로 설정한다. 제어부(Cnt)는, 일 예로서 목표 제어 온도를 100℃ 이하로 설정한다. 제어부(Cnt)는, 일 예로서 목표 제어 온도를 25℃~80℃의 범위에서 설정해도 좋다. 제어부(Cnt)는, 설정된 목표 제어 온도와 상술한 관계에 근거하여, EPC가 포화할 때까지의 처리 시간을 결정한다. 그리고, 제어부(Cnt)는, 목표 처리 시간을, EPC가 포화할 때까지의 처리 시간 이상으로 설정한다. 즉, 제어부(Cnt)는, 목표 처리 시간을, 루테늄과 산소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이상이며, 또한 루테늄과 염소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이상으로 설정한다. 제어부(Cnt)는, 공정 S10 및 공정 S14의 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간을 각각 독립으로 결정해도 좋다. 이 경우, 제어부(Cnt)는, 공정 S10의 목표 처리 시간을, 루테늄과 산소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이상으로 설정하고, 공정 S14의 목표 처리 시간을 루테늄과 염소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이상으로 설정한다. 공정 S32가 종료했을 경우, 도 9에 도시하는 플로우챠트가 종료한다.
도 9에 도시하는 플로우챠트가 실행되는 것에 의해, 도 1에 도시하는 방법(MT)에 있어서, EPC가 포화하는 처리 시간에 에칭된다(자기 제한 영역에서의 에칭). 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간의 결정은 상술한 수법으로 한정되지 않는다. 예를 들면, EPC가 온도에 의존하는 처리 시간대(준자기 제한 영역)에 근거해서 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간이 결정되어도 좋다.
도 10은 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간을 결정하는 방법의 다른 예를 도시하는 플로우챠트이다. 도 10에 도시하는 플로우챠트는, 예를 들면 제어부(Cnt)에 의해 실행된다.
공정 S40에 있어서, 제어부(Cnt)는, EPC와 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간과의 관계를 취득한다. 공정 S40은 도 9의 공정 S30과 동일하다.
공정 S42에 있어서, 제어부(Cnt)는 루테늄막의 두께의 면내 분포 데이터를 취득한다. 면내 분포 데이터란, 루테늄막의 위치마다의 두께의 분포를 나타내는 데이터이다. 도 11의 (A)는 루테늄막의 면내 분포 데이터를 설명하는 도면이다. 도 11의 (A)에 도시하는 바와 같이, 루테늄막의 위치(PO)마다 두께(DE)가 상이한 경우가 있다. 제어부(Cnt)는, 면내 분포 데이터로서, 위치(PO)와 두께(DE)를 관련지은 데이터를 취득한다. 면내 분포 데이터는, 미리 취득되어, 제어부(Cnt)의 기억부에 기억되어 있어도 좋다. 이 경우, 제어부(Cnt)는 기억부를 참조하는 것에 의해, 면내 분포 데이터를 취득한다. 제어부(Cnt)는 통신을 거쳐서 면내 분포 데이터를 취득해도 좋다.
공정 S44에 있어서, 제어부(Cnt)는, 두께의 면내 분포 데이터와 공정 S40에서 취득된 관계에 근거하여, 공정 S10 및 공정 S14의 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간을 결정한다. 구체적인 일 예로서 제어부(Cnt)는, 두께의 면내 분포 데이터에 근거하여, 루테늄막이 균일한 두께가 되도록 루테늄막의 위치마다 목표 에칭 레이트를 결정한다. 도 11의 (B)는 루테늄막의 위치마다의 목표 에칭 레이트를 설명하는 도면이다. 도 11의 (B)에 있어서, 목표 에칭 레이트의 크기가 화살표의 길이로 표현되고 있다. 도 11의 (B)에 도시하는 바와 같이, 예를 들면 에지 부근이 중앙에 비해 두꺼운 경우에는, 에지 부근의 에칭 레이트는 중앙의 에칭 레이트와 비교해서 크게 결정된다. 이것에 의해, 루테늄막은 균일한 두께로 할 수 있다. 다음에, 제어부(Cnt)는 목표 처리 시간을 결정한다. 제어부(Cnt)는, 목표 처리 시간으로서, 루테늄과 산소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이하이며, 또한 루테늄과 염소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이하로 결정한다. 이 경우, 준자기 제한 영역에서 에칭량이 제어된다. 다음에, 제어부(Cnt)는, 목표 처리 시간과 공정 S40에서 취득된 관계에 근거하여, 위치마다의 목표 에칭 레이트를 달성하기 위한, 위치마다의 목표 제어 온도를 결정한다. 제어부(Cnt)는 공정 S10 및 공정 S14의 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간을 각각 독립으로 결정해도 좋다. 이 경우, 제어부(Cnt)는, 공정 S10의 목표 처리 시간을, 루테늄과 산소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이하로 설정하고, 및/또는 공정 S14의 목표 처리 시간을 루테늄과 염소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이하로 설정한다. 이것에 의해, 공정 S10 및 공정 S14의 적어도 한쪽에 있어서, 준자기 제한 영역에서 에칭량이 제어된다. 공정 S44가 종료했을 경우, 도 10에 도시하는 플로우챠트가 종료한다.
도 10에 도시하는 플로우챠트가 실행되는 것에 의해, 도 1에 도시하는 방법(MT)에 있어서, EPC가 포화하는 처리 시간 이하에서, 또한, 루테늄막의 면내 온도 분포가 제어된 상태에서, 에칭된다(준자기 제한 영역에서의 에칭). 이것에 의해, 도 11의 (C)에 도시하는 바와 같이, 면내 균일성이 뛰어난 에칭을 실시할 수 있다.
(에칭 방법의 다른 예)
방법(MT)은 여러 가지의 변형이 가능하다. 도 12는 일 실시형태에 관한 에칭 방법을 나타내는 플로우챠트이다. 도 12에 도시하는 에칭 방법(이하, 「방법(MT1)」이라고 한다)은 루테늄막을 에칭하기 위해서 실행된다. 방법(MT)과 방법(MT1)은, 배기 처리를 포함한 점이 상이하고, 그 외는 동일하다.
방법(MT1)은, 플라즈마 처리 장치(10)의 처리 용기(12)내, 즉, 처리 공간(Sp)의 안에 웨이퍼(W)가 배치된 상태로 실행된다. 처리 공간(Sp)의 안에서는, 웨이퍼(W)는, 정전 척(ESC)상에 탑재되어, 정전 척(ESC)에 의해서 보지된다. 도 12에 도시하는 바와 같이, 방법(MT1)은 공정 S100(제 1 공정의 일 예) 및 공정 S140(제 2 공정의 일 예)을 포함한다.
공정 S100에 있어서, 제어부(Cnt)는, 산소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 루테늄막(L2)을 에칭한다. 공정 S100은 도 1의 공정 S10과 동일하다.
공정 S120에 있어서, 제어부(Cnt)는, 배기 처리로서 산소 함유 가스가 처리 공간(Sp)으로부터 배기될 때까지 대기한다.
다음에, 공정 S140에 있어서, 제어부(Cnt)는 염소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 루테늄막(L2)을 에칭한다. 공정 S140은 도 1의 공정 S14와 동일하다.
계속해서, 공정 S160에 있어서, 제어부(Cnt)는 실행 사이클 수가 미리 설정된 목표 사이클 수와 동일한가 아닌가를 판정한다. 공정 S160은 도 1의 공정 S16과 동일하다. 제어부(Cnt)는, 실행 사이클 수가 미리 설정된 목표 사이클 수와 동일하지 않다고 판정되었을 경우, 공정 S180에 있어서, 제어부(Cnt)는, 배기 처리로서, 염소 함유 가스가 처리 공간(Sp)으로부터 배기될 때까지 대기한다. 그리고, 제어부(Cnt)는 공정 S100으로부터 처리를 재차 실행한다. 제어부(Cnt)는, 실행 사이클 수가 미리 설정된 목표 사이클 수와 동일한 경우, 도 12에 나타난 플로우챠트를 종료한다. 이와 같이, 방법(MT1)에 의하면, 목표 사이클 수가 될 때까지, 공정 S10 및 공정 S14는 교대로 실행되는 것과 동시에, 공정 S10과 공정 S14와의 사이에 가스를 배기하는 공정을 행한다.
(실시형태의 정리)
방법(MT)에 의하면, 산소 함유 가스와 염소 함유 가스를 교대로 구분하여 사용해서 에칭하기 때문에, 에칭 레이트가 혼합 가스의 플라즈마의 분포에 의존하는 것을 회피할 수 있다. 이 때문에, 에칭 레이트의 격차를 억제할 수 있다. 또한, 방법(MT)에 의하면, 신규의 지견에 근거해서 루테늄막의 에칭 레이트를 정밀도 좋게 제어할 수 있다. 신규의 지견이란, 산소 함유 가스와 염소 함유 가스를 이용해서 루테늄막을 플라즈마 에칭하는 경우에 있어서, 공정 S10과 공정 S14를 세트로 한 1 사이클당의 에칭량은, 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간을 이용해서 정밀도 좋게 제어할 수 있다고 하는 것이다. 즉, 1 사이클당의 에칭량과, 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간과의 미리 취득된 관계를 이용하는 것에 의해서, 목표 에칭량을 달성하는 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간을 결정할 수 있다. 이 때문에, 방법(MT)에 의하면, 신규의 지견에 근거해서 결정된 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간에 루테늄막을 에칭하는 것에 의해, 에칭 레이트의 격차를 더욱 억제할 수 있다. 또한, 각 공정의 처리 시간과 1 사이클당의 에칭량과의 관계를 이용해서, 에칭의 초기 단계는 EPC를 크게 하고, 에칭의 최종 단계에 있어서 EPC를 작게 하는 것에 의해 에칭 정밀도를 향상시킬 수도 있다. 이와 같이, 처리 시간과 제어 온도를 에칭량의 제어의 파라미터로서 이용할 수 있을 수 있다.
방법(MT)에 의하면, 어느 목표 제어 온도에 있어서 목표 제어 시간을 자기 제한 영역에서의 처리 시간으로 하는 것에 의해, 공정 S10 및 공정 S14에 있어서 에칭 스톱을 발생시킬 수 있다. 이것에 의해, 방법(MT)에 의하면, 1 사이클당의 에칭량을 일정하게 제어할 수 있다.
방법(MT)에 의하면, 두께의 면내 분포 데이터에 근거해서 루테늄막의 면내 온도 분포를 제어하는 것에 의해, 루테늄막의 면내 위치마다 에칭 레이트를 변경할 수 있다. 이 때문에, 이 에칭 방법에 의하면, 에칭 레이트의 면내 균일성을 양호하게 유지할 뿐만 아니라, 루테늄막의 초기 막두께의 불균일에 기인하는 에칭 후의 잔막 두께의 면내 균일성의 저하를 억제할 수 있다.
방법(MT1)에 의하면, 전 공정의 가스가 잔류하는 것을 회피할 수 있다.
이상, 여러 가지의 실시형태에 대해 설명했지만, 상술한 실시형태로 한정되는 일 없이 여러 가지의 변형 태양을 구성 가능하다. 예를 들면, 방법(MT)은 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치 마이크로파라고 하는 표면파를 이용해서 가스를 여기시키는 플라즈마 처리 장치라고 하는 임의의 타입의 플라즈마 처리 장치를 이용해서 실행되어도 좋다. 또한, 방법(MT)에 있어서, 공정 S10과 공정 S14 중 어느 하나가 먼저 실행되어도 좋다.
이하, 방법(MT)의 평가를 위해서 실시한 여러 가지의 실험에 대해 설명한다. 또한, 본 개시는 이하의 실험으로 한정되는 것은 아니다.
(에칭 스톱의 확인)
산소 가스 및 염소 가스의 비율을 변경한 처리 가스를 이용하고, 루테늄막을 에칭했다. 플라즈마 처리의 조건을 이하에 나타낸다.
제 1 고주파: 100㎒, 50W
처리 공간(Sp)의 압력: 1.33Pa(10mTorr)
처리 가스 중의 각 가스의 유량 비율
Cl2/O2비율: 0%~100%
웨이퍼(W)의 제어 온도: 25℃
처리 가스 중의 산소 가스와 염소 가스와의 비마다 루테늄막의 에칭 레이트를 측정했다. 결과를 도 13에 나타낸다. 도 13은 염소 및 산소의 비율과 에칭 레이트와의 관계를 나타내는 실험 결과이다. 횡축은 Cl2/O2비율[%]이며, 종축이 에칭 레이트[㎚/min]이다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 혼합비 10%~20%일 때에 에칭 레이트가 가장 커졌다. 혼합비 0%(즉, O2 가스 단체)의 경우, 및 혼합비 100%(즉, Cl2 가스 단체)의 경우, 루테늄막의 에칭 레이트가 0[㎚/min]이 되는 것이 확인되었다. 이 때문에, 방법(MT)에 있어서의 공정 S10(산소 함유 가스에 의한 에칭) 및 공정 S14(염소 함유 가스에 의한 에칭)에 있어서, 에칭 스톱이 발생하는 것이 확인되었다.
(자기 제한의 확인)
방법(MT)에 있어서의 공정 S10 및 공정 S14의 처리 시간을 변경해서 루테늄막을 에칭했다. 플라즈마 처리의 조건을 이하에 나타낸다.
<공정 S10>
제 1 고주파: 100㎒, 50W
처리 공간(Sp)의 압력: 1.33Pa(10mTorr)
처리 가스: O2
처리 가스의 유량: 200sccm
웨이퍼(W)의 제어 온도: 25℃, 80℃
처리 시간: 15sec~180sec
<공정 S14>
제 1 고주파: 100㎒, 50W
처리 공간(Sp)의 압력: 1.33Pa(10mTorr)
처리 가스: Cl2
처리 가스의 유량: 200sccm
웨이퍼(W)의 제어 온도: 25℃, 80℃
처리 시간: 15sec~180sec
<사이클 수>
5회
공정 S10 및 공정 S14의 처리 시간마다에, 1 사이클당의 에칭량을 측정했다. 공정 S10과 공정 S14와의 처리 시간 및 제어 온도는 동일하게 했다. 결과를 도 14에 나타낸다. 도 14는 각 공정의 처리 시간과 1 사이클당의 에칭량과의 관계를 나타내는 실험 결과이다. 횡축은 각 공정의 처리 시간[sec], 종축은 EPC[㎚/cycle]이다. 도 14에 도시하는 바와 같이, 제어 온도 25℃에 있어서는, 처리 시간이 120sec 이상이 되었을 때에, 1 사이클당의 에칭량은 대략 일정하게 되고, 자기 제한이 확인되었다. 제어 온도 80℃에 있어서는, 처리 시간이 30sec 이상이 되었을 때에, 1 사이클당의 에칭량은 대략 일정하게 되고, 자기 제한이 확인되었다. 이와 같이, 제어 온도 25℃, 80℃에 있어서, 루테늄막의 에칭량이 일정하게 되는 자기 제한이 존재하는 것이 확인되었다. 또한, 자기 제한이 될 때까지의 처리 시간, 즉 준자기 제한 영역에 있어서는, 루테늄막의 에칭량은 온도에 의존하는 것이 확인되었다. 이와 같이, 준자기 제한 영역에 있어서 처리 시간과 제어 온도를 변경하는 것에 의해, 에칭량을 자기 제한 이하의 범위에서 변경할 수 있는 것이 확인되었다.
(면내 균일성의 확인)
방법(MT)에 의해 루테늄막을 에칭했다. 플라즈마 처리의 조건을 이하에 나타낸다.
<공정 S10>
제 1 고주파: 100㎒, 50W
처리 공간(Sp)의 압력: 1.33Pa(10mTorr)
처리 가스: O2
처리 가스의 유량: 200sccm
웨이퍼(W)의 제어 온도: 25℃
처리 시간: 120sec
<공정 S14>
제 1 고주파: 100㎒, 50W
처리 공간(Sp)의 압력: 1.33Pa(10mTorr)
처리 가스: Cl2
처리 가스의 유량: 200sccm
웨이퍼(W)의 제어 온도: 25℃
처리 시간: 120sec
<사이클 수>
15회
웨이퍼(W)의 면내 위치마다의 1 사이클당의 에칭량을 확인했다. 결과를 도 15에 나타낸다. 도 15는 면내 위치와 1 사이클당의 에칭량과의 관계를 나타내는 실험 결과이다. 횡축은 면내 위치[㎜], 종축은 EPC[㎚/cycle]이다. 면내 위치는 웨이퍼(W)의 중심을 원점 위치로 하고 있다. 도 15에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중심(0㎜), 중간(67.5㎜), 에지(135㎜)에 있어서의 에칭량은 대략 동일한 정도인 것이 확인되었다. 즉, 공정 S10과 공정 S14를 교대로 실행하는 것에 의해, 면내의 에칭 레이트의 격차가 억제되는 것이 확인되었다.
(사이클마다의 처리 균일성의 확인)
방법(MT)에 있어서의 공정 S10 및 공정 S14의 사이클 수를 변경해서 루테늄막을 에칭했다. 플라즈마 처리의 조건을 이하에 나타낸다.
<공정 S10>
제 1 고주파: 100㎒, 50W
처리 공간(Sp)의 압력: 1.33Pa(10mTorr)
처리 가스: O2
처리 가스의 유량: 200sccm
웨이퍼(W)의 제어 온도: 25℃
처리 시간: 120sec
<공정 S14>
제 1 고주파: 100㎒, 50W
처리 공간(Sp)의 압력: 1.33Pa(10mTorr)
처리 가스: Cl2
처리 가스의 유량: 200sccm
웨이퍼(W)의 제어 온도: 25℃
처리 시간: 120sec
<사이클 수>
1회~5회
사이클 수마다, 1 사이클당의 에칭량을 측정했다. 결과를 도 16에 나타낸다. 도 16은 사이클 수와 Ru 에칭량과의 관계를 나타내는 실험 결과이다. 횡축은 사이클 수, 종축은 에칭량[㎚]이다. 도 16에 도시하는 바와 같이, 사이클 수에 따라 직선적으로 에칭량이 비례하는 것이 확인되었다. 즉, 각 사이클에 있어서의 에칭량이 일정한 것(각 사이클의 EPC는 일정한 것)이 확인되었다.
10: 플라즈마 처리 장치 12: 처리 용기
12e: 배기구 12g: 반입반출구
14: 지지부 18a: 제 1 플레이트
18b: 제 2 플레이트 22: 직류 전원
23: 스위치 24: 냉매 유로
26a: 배관 26b: 배관
28: 가스 공급 라인 30: 상부 전극
32: 절연성 차폐 부재 34: 전극판
34a: 가스 토출 구멍 36: 전극 지지체
36a: 가스 확산실 36b: 가스 통류 구멍
36c: 가스 도입구 38: 가스 공급관
40: 가스 소스 그룹 42: 밸브 그룹
44: 유량 제어기 그룹 46: 데포 실드
48: 배기 플레이트 50: 배기 장치
52: 배기관 54: 게이트 밸브
62: 제 1 고주파 전원 64: 제 2 고주파 전원
66: 정합기 68: 정합기
70: 전원 Cnt: 제어부
DT: 데이터 ESC: 정전 척
FR: 포커스 링 FW: 주면
HP: 히터 전원 HT: 온도 조절부
PD: 탑재대 Sp: 처리 공간
W: 웨이퍼

Claims (7)

  1. 루테늄막의 에칭 방법에 있어서,
    산소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 상기 루테늄막을 에칭하는 제 1 공정과,
    염소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 상기 루테늄막을 에칭하는 제 2 공정을 포함하며,
    상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정은 교대로 실행되고,
    상기 제 1 공정 및 상기 제 2 공정에 있어서는, 상기 제 1 공정과 상기 제 1 공정에 후속하는 상기 제 2 공정을 세트로 한 1 사이클당의 에칭량과 상기 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간과의 미리 취득된 관계에 근거해서 결정된 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간에서, 상기 루테늄막을 에칭하는
    에칭 방법.
  2. 루테늄막의 에칭 방법에 있어서,
    산소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 상기 루테늄막을 에칭하는 제 1 공정과,
    염소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 상기 루테늄막을 에칭하는 제 2 공정을 포함하며,
    상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정은 교대로 실행되고,
    상기 제 1 공정 및 상기 제 2 공정에 있어서는, 상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정을 세트로 한 1 사이클당의 에칭량과 상기 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간과의 미리 취득된 관계에 근거해서 결정된 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간에서, 상기 루테늄막을 에칭하며,
    상기 제 1 공정의 목표 처리 시간은 루테늄과 산소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이상이며, 상기 제 2 공정의 목표 처리 시간은 루테늄과 염소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이상인
    에칭 방법.
  3. 루테늄막의 에칭 방법에 있어서,
    산소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 상기 루테늄막을 에칭하는 제 1 공정과,
    염소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 상기 루테늄막을 에칭하는 제 2 공정을 포함하며,
    상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정은 교대로 실행되고,
    상기 제 1 공정 및 상기 제 2 공정에 있어서는, 상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정을 세트로 한 1 사이클당의 에칭량과 상기 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간과의 미리 취득된 관계에 근거해서 결정된 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간에서, 상기 루테늄막을 에칭하며,
    상기 루테늄막의 두께의 면내 분포 데이터를 취득하는 공정을 추가로 포함하며,
    상기 제 1 공정 및 상기 제 2 공정에 있어서는, 상기 두께의 상기 면내 분포 데이터에 근거해서 상기 루테늄막의 면내 온도 분포를 제어하며,
    상기 제 1 공정의 목표 처리 시간은 루테늄과 산소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이하이거나, 또는 상기 제 2 공정의 목표 처리 시간은 루테늄과 염소와의 반응이 포화하는 처리 시간 이하인
    에칭 방법.
  4. 루테늄막의 에칭 방법에 있어서,
    산소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 상기 루테늄막을 에칭하는 제 1 공정과,
    염소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 상기 루테늄막을 에칭하는 제 2 공정을 포함하며,
    상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정은 교대로 실행되고,
    상기 제 1 공정 및 상기 제 2 공정에 있어서는, 상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정을 세트로 한 1 사이클당의 에칭량과 상기 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간과의 미리 취득된 관계에 근거해서 결정된 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간에서, 상기 루테늄막을 에칭하며,
    상기 제 1 공정 및 상기 제 2 공정에 있어서는, 상기 목표 제어 온도는 100℃ 이하인
    에칭 방법.
  5. 루테늄막의 에칭 방법에 있어서,
    산소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 상기 루테늄막을 에칭하는 제 1 공정과,
    염소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 상기 루테늄막을 에칭하는 제 2 공정을 포함하며,
    상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정은 교대로 실행되고,
    상기 제 1 공정 및 상기 제 2 공정에 있어서는, 상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정을 세트로 한 1 사이클당의 에칭량과 상기 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간과의 미리 취득된 관계에 근거해서 결정된 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간에서, 상기 루테늄막을 에칭하며,
    상기 제 1 공정 및 상기 제 2 공정에 있어서는, 이온을 끌어들이기 위한 고주파 바이어스를 인가하는
    에칭 방법.
  6. 루테늄막의 에칭 방법에 있어서,
    산소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 상기 루테늄막을 에칭하는 제 1 공정과,
    염소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 상기 루테늄막을 에칭하는 제 2 공정을 포함하며,
    상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정은 교대로 실행되고,
    상기 제 1 공정 및 상기 제 2 공정에 있어서는, 상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정을 세트로 한 1 사이클당의 에칭량과 상기 루테늄막의 제어 온도와 각 공정의 처리 시간과의 미리 취득된 관계에 근거해서 결정된 목표 제어 온도 및 목표 처리 시간에서, 상기 루테늄막을 에칭하며,
    상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정과의 사이에 가스를 배기하는 공정을 추가로 포함하는
    에칭 방법.
  7. 루테늄막의 에칭 방법에 있어서,
    산소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 상기 루테늄막을 에칭하는 제 1 공정과,
    염소 함유 가스를 이용한 플라즈마 처리에 의해 상기 루테늄막을 에칭하는 제 2 공정을 포함하며,
    상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정은 교대로 실행되고,
    상기 제 1 공정에 있어서는,
    상기 루테늄막의 표면은 루테늄의 휘발성 산화물이 생성되는 것에 의해서 에칭되는 것과 동시에 상기 루테늄막의 표면에 루테늄의 불휘발성 산화물이 생성되고,
    상기 제 2 공정에 있어서는,
    상기 루테늄막의 표면은 상기 불휘발성 산화물이 제거되는 것에 의해서 에칭되는 것과 동시에 상기 루테늄막의 표면에 루테늄의 불휘발성 염화물이 생성되고,
    상기 제 2 공정 후의 상기 제 1 공정에 있어서는, 상기 루테늄막의 표면은 상기 불휘발성 염화물이 제거되는 것 및 상기 휘발성 산화물이 생성되는 것에 의해 에칭되는 것과 동시에 상기 불휘발성 산화물이 생성되는
    에칭 방법.
KR1020190032242A 2018-03-23 2019-03-21 에칭 방법 KR102565058B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018056706A JP2019169627A (ja) 2018-03-23 2018-03-23 エッチング方法
JPJP-P-2018-056706 2018-03-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190111807A KR20190111807A (ko) 2019-10-02
KR102565058B1 true KR102565058B1 (ko) 2023-08-08

Family

ID=67984318

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190032242A KR102565058B1 (ko) 2018-03-23 2019-03-21 에칭 방법

Country Status (4)

Country Link
US (2) US10770308B2 (ko)
JP (1) JP2019169627A (ko)
KR (1) KR102565058B1 (ko)
TW (1) TWI800625B (ko)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019169627A (ja) * 2018-03-23 2019-10-03 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
US11094626B2 (en) * 2018-09-24 2021-08-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Methods of forming interconnect structures in semiconductor fabrication
US11508617B2 (en) * 2019-10-24 2022-11-22 Applied Materials, Inc. Method of forming interconnect for semiconductor device
US20210195726A1 (en) * 2019-12-12 2021-06-24 James Andrew Leskosek Linear accelerator using a stacked array of cyclotrons
US11257677B2 (en) 2020-01-24 2022-02-22 Applied Materials, Inc. Methods and devices for subtractive self-alignment
US20220301887A1 (en) * 2021-03-16 2022-09-22 Applied Materials, Inc. Ruthenium etching process
US11798813B2 (en) * 2021-04-26 2023-10-24 Applied Materials, Inc. Selective removal of ruthenium-containing materials
CN117529798A (zh) * 2021-06-03 2024-02-06 应用材料公司 金属特征的原子层蚀刻
US11802342B2 (en) * 2021-10-19 2023-10-31 Tokyo Electron Limited Methods for wet atomic layer etching of ruthenium
US20230420267A1 (en) * 2022-05-27 2023-12-28 Tokyo Electron Limited Oxygen-free etching of non-volatile metals
WO2023242977A1 (ja) * 2022-06-15 2023-12-21 株式会社日立ハイテク プラズマ処理方法
WO2024102274A1 (en) * 2022-11-08 2024-05-16 Tokyo Electron Limited Thermal etching of ruthenium
WO2024107260A1 (en) * 2022-11-14 2024-05-23 Tokyo Electron Limited Methods for wet etching of noble metals

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5496437A (en) * 1993-06-10 1996-03-05 Ceram Incorporated Reactive ion etching of lead zirconate titanate and ruthenium oxide thin films
JP2956485B2 (ja) 1994-09-07 1999-10-04 日本電気株式会社 半導体装置の製造方法
JP2000114245A (ja) * 1998-10-05 2000-04-21 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置およびその製造方法
JP3676958B2 (ja) * 1999-12-28 2005-07-27 株式会社日立製作所 半導体集積回路装置の製造方法
US9293319B2 (en) * 2011-03-09 2016-03-22 Micron Technology, Inc. Removal of metal
JP2014049466A (ja) * 2012-08-29 2014-03-17 Tokyo Electron Ltd エッチング処理方法及び基板処理装置
US9576811B2 (en) * 2015-01-12 2017-02-21 Lam Research Corporation Integrating atomic scale processes: ALD (atomic layer deposition) and ALE (atomic layer etch)
WO2019070545A1 (en) * 2017-10-04 2019-04-11 Tokyo Electron Limited METAL RUTHENIUM FILLING OF ELEMENTS FOR INTERCONNECTIONS
US10515849B2 (en) * 2017-11-30 2019-12-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor device, interconnection structure and method for forming the same
US20190259650A1 (en) * 2018-02-20 2019-08-22 Tokyo Electron Limited Method for protecting cobalt plugs
JP2019169627A (ja) * 2018-03-23 2019-10-03 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
JP7077108B2 (ja) * 2018-04-05 2022-05-30 東京エレクトロン株式会社 被加工物の処理方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20190295856A1 (en) 2019-09-26
JP2019169627A (ja) 2019-10-03
US10770308B2 (en) 2020-09-08
TW201940741A (zh) 2019-10-16
KR20190111807A (ko) 2019-10-02
US20200402814A1 (en) 2020-12-24
TWI800625B (zh) 2023-05-01
US11404283B2 (en) 2022-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102565058B1 (ko) 에칭 방법
KR102481741B1 (ko) 피가공물의 처리 방법
TWI664676B (zh) Etching method
KR102356211B1 (ko) 에칭 방법
KR102364322B1 (ko) 에칭 방법
KR102311575B1 (ko) 피처리체를 처리하는 방법
KR102309936B1 (ko) 피처리체를 처리하는 방법
KR102482619B1 (ko) 에칭 방법
TWI632606B (zh) Method of etching an insulating film
KR20160119709A (ko) 에칭 방법
KR102496968B1 (ko) 에칭 방법
KR20230129345A (ko) 플라즈마 처리 장치 및 에칭 방법
KR102571380B1 (ko) 피처리체를 처리하는 방법
TW201743662A (zh) 基板處理方法
KR20200052226A (ko) 피처리체의 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant