KR20140016884A - Method for treating metal film and treatment device - Google Patents

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이사오 군지
히데노리 미요시
겐이치 하라
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

피처리체(W)의 표면에 형성된 금속막(72)을 가스 클러스터 빔에 의해 가공하는 금속막의 가공 방법에 있어서, 금속막의 원소를 산화시켜 산화물을 형성하는 산화 가스와, 산화물과 반응하여 유기 금속 착체를 형성하는 착화 가스와, 희가스의 혼합 가스를 단열 팽창시켜 가스 클러스터 빔을 형성하고, 가스 클러스터 빔을 피처리체의 금속막에 충돌시킴으로써 금속막을 에칭 가공한다.In the metal film processing method of processing the metal film 72 formed on the surface of the to-be-processed object W by a gas cluster beam, the organic metal complex reacts with the oxidizing gas which oxidizes the element of a metal film, and forms an oxide, and an oxide. The gas film is etched by adiabatic expansion of the ignition gas and the rare gas mixed gas to form a gas cluster beam, and the gas cluster beam collides with the metal film of the workpiece.

Figure P1020137019681
Figure P1020137019681

Description

금속막의 가공 방법 및 가공 장치 {METHOD FOR TREATING METAL FILM AND TREATMENT DEVICE}METHOD FOR TREATING METAL FILM AND TREATMENT DEVICE}

본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체의 표면에 형성되어 있는 금속막을 가스 클러스터 빔에 의해 가공하는 금속막의 가공 방법 및 가공 장치에 관한 것이다.This invention relates to the processing method and processing apparatus of a metal film which processes the metal film formed in the surface of to-be-processed object, such as a semiconductor wafer, by a gas cluster beam.

초LSI의 배선은, 현재는 구리 다마신(damascene)법에 의해 형성되고 있다. 구리 다마신법이라 함은, 포토리소그래피 기술과 드라이 에칭 기술을 사용하여 절연막에 패턴화된 홈을 형성하고, 그 표면을 구리 배리어막에 의해 피복하고 나서 구리 도금을 홈에 매립하여, 불필요한 상층부를 CMP(Chemical Mechanical Polishing)에 의해 연마하여 제거하여 금속 패턴을 형성하는 방법이다(비특허문헌 1 참조).Ultra-LSI wiring is currently formed by the copper damascene method. The copper damascene method is formed by forming a patterned groove in an insulating film using a photolithography technique and a dry etching technique, covering the surface with a copper barrier film, and then embedding copper plating in the groove, thereby unnecessary CMP. It is a method of grinding | polishing and removing by (Chemical Mechanical Polishing) and forming a metal pattern (refer nonpatent literature 1).

구리 다마신법은, 미세한 홈에 양호하게 구리 배리어막을 피복하는 프로세스, 구리 배리어막 상에 양호하게 구리 도금 시드막을 피복하는 프로세스, 구리 도금을 미세 구조에 양호하게 매립하는 프로세스를 필요로 하여, 보다 미세한 패턴에의 적용이 어려웠다. 또한, 패턴 형성에 CMP 프로세스가 필수로 되므로, TSV(Through Silicon Via)에 접속시키는 범프와 같은, 큰 패턴 형성 프로세스에는 비용이 상승해 버린다.The copper damascene method requires a process of coating a copper barrier film satisfactorily in a fine groove, a process of coating a copper plating seed film satisfactorily on a copper barrier film, and a process of embedding copper plating well in a fine structure, and is finer. Application to the pattern was difficult. In addition, since the CMP process is essential for pattern formation, the cost increases for a large pattern formation process such as a bump connected to TSV (Through Silicon Via).

다마신법 이외의 금속막 패턴 형성 프로세스 중 하나로, 웨트 에칭법이 있다. 이것은 금속막 상에 마스크를 패터닝하여, 마스크가 없는 금속막 부분을 희염산 등으로 웨트 에칭 제거하는 방법이다. 그러나, 이 방법은 금속을 등방적으로 에칭하므로, 미세한 구조이면 사이드 에칭량을 제어할 수 없어 양호한 패턴 형성을 유지하는 것이 어렵다.One of the metal film pattern formation processes other than the damascene method is a wet etching method. This is a method of patterning a mask on a metal film, and wet etching removal of the metal film part without a mask with dilute hydrochloric acid. However, since this method isotropically etches the metal, it is difficult to control the amount of side etching with a fine structure and it is difficult to maintain good pattern formation.

또 하나의 방법으로서, RIE(Reactive Ion Etching)법이 있다. 이 방법은, 반응성 플라즈마에 의해 마스크되어 있지 않은 금속부를 에칭하는 방법으로, 할로겐화물의 증기압이 높은 금속 원소인 Al, Ti, Ta, W 등을 RIE법으로 에칭한 경우에는, 양호한 패턴 형성이 얻어지는 것이 확인되어 있다(비특허문헌 2 참조).As another method, there is a reactive ion etching (RIE) method. This method is a method of etching a metal part which is not masked by a reactive plasma. When etching Al, Ti, Ta, W, or the like, which is a metal element having a high vapor pressure of a halide, by etching the RIE method, good pattern formation is obtained. It is confirmed (refer nonpatent literature 2).

그러나, 할로겐화물의 증기압이 낮은 금속인 Co, Ni, Cu, Pt, Ru 등을 RIE법으로 에칭함으로써 패턴 형성하는 경우, 할로겐화 금속을 가스화하여 제거하여, 반응 용기의 벽에의 재부착을 방지하기 위해 기판과 반응 용기의 벽의 온도를 고온으로 유지할 필요가 있다.However, in the case of pattern formation by etching Co, Ni, Cu, Pt, Ru, or the like, which are metals with low vapor pressure of halides, the metal halide is removed by gasification to prevent reattachment to the walls of the reaction vessel. It is necessary to maintain the temperature of the substrate and the wall of the reaction vessel at a high temperature.

또한, 이러한 고온 RIE 프로세스에서는, 플라즈마의 활성종인 할로겐 이온과 라디칼이 에칭에 의해 형성된 개구(홈이나 홀)의 측벽을 부식시켜, 양호한 패턴 형상을 유지하는 것이 어렵다(비특허문헌 3). 나아가서는, 이들 RIE법에서는, 플라즈마에 의해 분해된 에천트가 폴리머나 화합물의 형태로 잔사로서 남아, 에칭 후의 웨트 클리닝에서도 완전히 제거되지 않는 문제가 빈발한다.Moreover, in such a high temperature RIE process, it is difficult for halogen ions and radicals, which are active species of plasma, to corrode sidewalls of openings (grooves and holes) formed by etching to maintain a good pattern shape (Non-Patent Document 3). Furthermore, in these RIE methods, the problem that the etchant decomposed by the plasma remains as a residue in the form of a polymer or a compound and is not completely removed even by wet cleaning after etching.

한편, 클리닝이나 에칭 가스를 단열 팽창시킴으로써 발생하는 가스 클러스터 빔을 사용한 클리닝 처리나 가공 처리가 제안되어 있다(특허문헌 1, 2). 이 경우, 상기 가스 클러스터 빔을 이온화하여 가속시키는 것도 행해지고 있다. 그리고, 상기 가스 클러스터 빔이 재료의 표면에 충돌하면, 그때에 발생하는 열이나 화학 반응에 의해 표면을 청정화하거나, 혹은 재료를 에칭하도록 되어 있다.On the other hand, the cleaning process and the process process using the gas cluster beam which generate | occur | produces by adiabatic expansion of cleaning and an etching gas are proposed (patent document 1, 2). In this case, the gas cluster beam is ionized and accelerated. When the gas cluster beam collides with the surface of the material, the surface is cleaned or the material is etched by the heat or chemical reaction generated at that time.

일본 특허 출원 공개 제2009-043975호 공보Japanese Patent Application Publication No. 2009-043975 국제 공개 제2010/021265International Publication No. 2010/021265

D. Edelstein et al, IEDM Technical Digest, IEEE(1997).D. Edelstein et al, IEDM Technical Digest, IEEE (1997). Y. Yasuda, Thin Solid Films, Volume 90, Issue 3, 23 April 1982, Pages 259-270.Y. Yasuda, Thin Solid Films, Volume 90, Issue 3, 23 April 1982, Pages 259-270. B.J. Howard and C. Steinbruchel, Applied Physics Letters, 59(8), 19p914, (1991).B.J. Howard and C. Steinbruchel, Applied Physics Letters, 59 (8), 19p914, (1991).

상술한 바와 같이 가스 클러스터 빔을 사용한 경우에 있어서는, 실리콘막에 대해 에칭 가공을 충분히 행할 수 있는 것이 알려져 있다. 그러나, 전술한 바와 같은 Cu, Co, Pt, Ru 등의 금속에 의해 형성되는 금속 할로겐화물의 증기압은 상당히 낮다. 이로 인해, Cu, Co, Pt, Ru 등의 금속에 의해 형성되는 금속 할로겐화물에 상술한 바와 같은 가스 클러스터 빔을 충돌시킨 경우, 여전히 양호한 패턴 형성을 유지하는 것이 어려운 것과 같은 문제가 있었다.In the case where the gas cluster beam is used as described above, it is known that the etching process can be sufficiently performed on the silicon film. However, the vapor pressure of metal halides formed by metals such as Cu, Co, Pt, Ru, etc. as described above is considerably low. For this reason, when a gas cluster beam as described above is collided with a metal halide formed by metals such as Cu, Co, Pt, and Ru, there is a problem that it is still difficult to maintain good pattern formation.

이상과 같은 문제점에 착안하여, 본 발명의 목적으로 하는 것은, 이것을 유효하게 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명은, 종래의 클러스터 빔법으로는 에칭할 수 없었던 금속막을 산화 가스와 착화 가스와 희가스를 사용한 클러스터 빔에 의해 에칭하는 것이 가능한 금속막의 가공 방법 및 가공 장치이다.In view of the above problems, the object of the present invention was devised to effectively solve this problem. The present invention is a metal film processing method and processing apparatus capable of etching a metal film that could not be etched by the conventional cluster beam method by a cluster beam using an oxidizing gas, a complex gas, and a rare gas.

본 발명의 일 형태에 따르면, 상기 금속막의 원소를 산화시켜 산화물을 형성하는 산화 가스와, 상기 산화물과 반응하여 유기 금속 착체를 형성하는 착화 가스와, 희가스의 혼합 가스를 진공 배기가 가능한 처리 용기 내에서 단열 팽창시켜 가스 클러스터 빔을 형성하는 형성 스텝과, 상기 가스 클러스터 빔을 상기 피처리체의 표면에 형성된 금속막에 충돌시킴으로써 상기 금속막을 에칭하는 가공 스텝을 포함하는 금속막의 가공 방법이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a processing vessel capable of vacuum evacuating a mixed gas of an oxidizing gas that oxidizes an element of the metal film to form an oxide, a complexing gas that reacts with the oxide to form an organic metal complex, and a rare gas There is provided a processing method of a metal film comprising a forming step of adiabatic expansion to form a gas cluster beam, and a processing step of etching the metal film by colliding the gas cluster beam with a metal film formed on the surface of the workpiece.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 피처리체의 표면에 형성된 금속막을 가스 클러스터 빔에 의해 가공하는 금속막의 가공 장치에 있어서, 진공 배기가 가능하게 이루어진 처리 용기와, 상기 피처리체를 보유 지지하는 보유 지지 수단과, 상기 보유 지지 수단에 대향시켜 설치되는 동시에, 상기 금속막의 원소를 산화시켜 산화물을 형성하는 산화 가스와 상기 산화물과 반응하여 유기 금속 착체를 형성하는 착화 가스와 희가스의 혼합 가스를 상기 처리 용기 내에서 단열 팽창시켜 가스 클러스터 빔을 형성하는 가스 클러스터 빔 형성 수단을 구비하고, 상기 가스 클러스터 빔을 상기 피처리체의 표면에 형성된 금속막에 충돌시킴으로써 상기 금속막을 에칭하는 가공 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, in a metal film processing apparatus for processing a metal film formed on a surface of a target object by a gas cluster beam, a processing container configured to allow vacuum evacuation, and holding means for holding the target object And a mixed gas of an oxidizing gas which is provided to face the holding means and oxidizes an element of the metal film to form an oxide, and a complex gas and a rare gas which react with the oxide to form an organic metal complex. And a gas cluster beam forming means for adiabatic expansion in order to form a gas cluster beam, and a processing apparatus for etching the metal film by colliding the gas cluster beam with a metal film formed on the surface of the workpiece.

본 발명에 따르면, 금속막을 산화 가스와 착화 가스와 희가스를 사용한 클러스터 빔에 의해 에칭 가공할 수 있다.According to the present invention, the metal film can be etched by the cluster beam using the oxidizing gas, the complexing gas, and the rare gas.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 금속막의 가공 장치의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 금속막의 가공 방법의 일례를 나타내는 공정도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 금속막의 가공 방법의 일례를 나타내는 공정도이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 금속막의 가공 방법의 일례를 나타내는 공정도이다.
도 3은 구리를 에칭할 때에 발생하는 반응 부생성물인 Cu(hfac)2의 증기압 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 가공 장치의 변형예를 도시하는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram which shows an example of the processing apparatus of the metal film which concerns on one Embodiment of this invention.
2A is a flowchart showing an example of a processing method of a metal film according to one embodiment of the present invention.
2B is a flowchart showing an example of a processing method of a metal film according to one embodiment of the present invention.
2C is a process chart showing an example of a processing method of a metal film according to one embodiment of the present invention.
3 is a graph showing a vapor pressure curve of Cu (hfac) 2 , which is a reaction byproduct generated when etching copper.
It is a figure which shows the modified example of the processing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention.

이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 금속막의 가공 방법 및 가공 장치의 일례를 첨부 도면에 기초하여 상세하게 서술한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 금속막의 가공 장치의 일례를 나타내는 구성도이다. 본 실시 형태에서는 금속막으로서 구리의 박막에 대해 패터닝 에칭 가공을 실시하는 경우를 예로 들어 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, an example of the processing method of a metal film which concerns on one Embodiment of this invention, and a processing apparatus is described in detail based on an accompanying drawing. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram which shows an example of the processing apparatus of the metal film which concerns on one Embodiment of this invention. In this embodiment, the case where patterning etching process is performed with respect to the thin film of copper as a metal film is demonstrated as an example.

도 1에 도시하는 바와 같이, 이 가공 장치(2)는, 소정의 길이의 상자 형상으로 이루어진 처리 용기(4)를 갖고 있다. 이 처리 용기(4)는, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 스테인리스 스틸 등의 내압성이 우수한 재료에 의해 형성되어 있다. 이 처리 용기(2) 내는, 피처리체인 예를 들어 반도체 웨이퍼(W)가 설치되는 처리 공간(6)과, 가공을 위한 후술하는 가스 클러스터 빔을 발생시키는 빔 형성 공간(8)으로, 용기 내의 중앙에 설치한 스킴판(10)에 의해 좌우로 2개로 구분되어 있다. 이 스킴판(10)의 중앙부에는, 직진성이 높은 가스 클러스터 빔만을 통과시키는 가스 스킴 구멍(12)이 형성되어 있다.As shown in FIG. 1, this processing apparatus 2 has the processing container 4 which consists of box shape of predetermined length. This processing container 4 is formed of the material excellent in pressure resistance, such as aluminum, an aluminum alloy, or stainless steel. The processing container 2 is a processing space 6 in which a semiconductor wafer W is installed, for example, a processing target object, and a beam forming space 8 for generating a gas cluster beam, which will be described later, for processing. It is divided into two at right and left by the scheme board 10 installed in the center. In the center portion of the scheme plate 10, a gas scheme hole 12 is formed through which only a straight gas cluster beam passes.

이 가스 스킴 구멍(12)의 개구 면적은 매우 작지만, 이 가스 스킴 구멍(12)을 통해 상기 처리 공간(6)과 빔 형성 공간(8)은 연통 상태로 이루어져 있다. 그리고, 상기 처리 공간(6) 내에는, 상기 반도체 웨이퍼(W)를 보유 지지하는 보유 지지 수단(14)이 설치되어 있다. 구체적으로는, 이 보유 지지 수단(14)은, 웨이퍼(W)를 보유 지지하기 위해 예를 들어 원판 형상으로 이루어진 보유 지지대(16)를 갖고 있다. 이 보유 지지대(16)를 상하 방향으로 기립시켜 설치하고, 이 일측면에 웨이퍼(W)의 이면을 접촉시켜, 웨이퍼(W)의 주변부를 클램퍼(18)에 의해 고정하도록 되어 있다. 이 보유 지지대(16)는, 처리 용기(4)의 천장부에 설치한 주사(走査) 액추에이터(20)에 의해 지지되어 있다.Although the opening area of the gas scheme hole 12 is very small, the processing space 6 and the beam forming space 8 are in communication with each other through the gas scheme hole 12. In the processing space 6, holding means 14 for holding the semiconductor wafer W is provided. Specifically, this holding | maintenance means 14 has the holding stand 16 which consists of disk shape, for example in order to hold | maintain the wafer W. As shown in FIG. The holding stand 16 is erected in the up and down direction, the back side of the wafer W is brought into contact with one side thereof, and the peripheral portion of the wafer W is fixed by the clamper 18. This holding stand 16 is supported by the scanning actuator 20 provided in the ceiling part of the processing container 4.

구체적으로는, 이 주사 액추에이터(20)는, 하방으로 연장되는 아암(22)을 갖고 있고, 이 아암(22)에 상기 보유 지지대(16)를 장착하여 고정하고 있다. 이 아암(22)은, 도면 중에 있어서 상하 방향[Y방향], 좌우 방향[Z방향] 및 지면(紙面)의 수직 방향[X방향](도시하지 않음)으로 각각 이동 가능하게 이루어져 있다. X방향 및 Y방향으로는, 웨이퍼(W)의 적어도 반경의 길이만큼 주사 이동할 수 있도록 되어 있고, 이 주사 이동에 의해 도면 중 좌측으로부터 직진해 오게 되는 가스 클러스터 빔을 웨이퍼(W)의 전체면에 조사할 수 있도록 되어 있다.Specifically, this injection actuator 20 has an arm 22 extending downward, and the holding support 16 is attached to and fixed to the arm 22. In the figure, this arm 22 is made to be movable in the up-down direction [Y direction], the left-right direction [Z direction], and the vertical direction [X direction] (not shown) of the paper surface, respectively. In the X direction and the Y direction, scan movement can be performed by the length of at least the radius of the wafer W, and the gas cluster beam, which goes straight from the left side in the drawing by this scanning movement, is formed on the entire surface of the wafer W. FIG. Investigate.

또한, 상기 처리 공간(6) 및 빔 형성 공간(8)을 구획하는 처리 용기(4)의 각 저부에는, 각각 배기구(24, 26)가 설치되어 있고, 각 배기구(24, 26)에는, 진공화를 행하는 배기계(28)가 접속되어 있다. 구체적으로는, 이 배기계(28)는, 상기 2개의 배기구(24, 26)에 공통적으로 접속된 배기 통로(30)를 갖고 있다. 그리고, 이 배기 통로(30)에 그 상류측으로부터 하류측을 향해 압력 조정을 행하기 위한 압력 조정 밸브(32)와 제1 진공 펌프(34)와 제2 진공 펌프(36)가 순차 개재 설치되어 있고, 상기 처리 용기(4) 내의 전체를 압력 조정하여 고진공 상태로 유지할 수 있도록 되어 있다. 상기 제1 진공 펌프(34)로서 예를 들어 터보 분자 펌프가 사용되고, 상기 제2 진공 펌프(36)로서는 예를 들어 드라이 펌프가 사용된다.In addition, exhaust ports 24 and 26 are respectively provided at the bottoms of the processing container 4 that divide the processing space 6 and the beam forming space 8, and vacuum is provided in each of the exhaust ports 24 and 26. An exhaust system 28 for conducting fire is connected. Specifically, this exhaust system 28 has an exhaust passage 30 commonly connected to the two exhaust ports 24 and 26. Then, a pressure regulating valve 32, a first vacuum pump 34, and a second vacuum pump 36 for adjusting pressure from the upstream side to the downstream side thereof are sequentially provided in the exhaust passage 30. In addition, the whole inside of the said processing container 4 is pressure-adjusted, and it can maintain in a high vacuum state. As the first vacuum pump 34, for example, a turbo molecular pump is used, and as the second vacuum pump 36, a dry pump is used, for example.

그리고, 이 처리 용기(4) 내에는, 상기 보유 지지대(16)에 대향시키도록 하여 가스 클러스터 빔 형성 수단(38)이 설치되어 있다. 구체적으로는, 이 가스 클러스터 빔 형성 수단(38)은, 가스 클러스터를 고속으로 분사하는 분사 기구(40)를 갖고 있다. 이 분사 기구(40)는, 어느 정도의 크기의 용량으로 이루어진 가로로 긴 체류 챔버(42)와, 이 가로로 긴 체류 챔버(42)의 선단측에 설치되어 분사 방향을 향해 점차 직경 확장된 나팔 형상의 노즐부(44)로 이루어져, 전체적으로 예를 들어 라발 노즐(laval nozzle) 을 구성하고 있다.In the processing container 4, the gas cluster beam forming means 38 is provided so as to face the holding table 16. Specifically, this gas cluster beam forming means 38 has an injection mechanism 40 for injecting the gas cluster at high speed. This injection mechanism 40 is provided with the horizontally long retention chamber 42 which has the capacity | capacitance of a certain magnitude | size, and the trumpet which is provided in the front end side of this horizontally long retention chamber 42, and gradually expanded in diameter toward the injection direction. It consists of the nozzle part 44 of a shape, and comprises the laval nozzle as a whole, for example.

그리고, 이 체류 챔버(42)에는, 가스 클러스터 빔의 형성에 필요한 각종 가스를 도입하기 위한 가스 도입 통로(46)가 접속되어 있다. 이 가스 도입 통로(46)에는, 산화 가스를 흘리는 산화 가스 통로(48)와 착화 가스를 흘리는 착화 가스 통로(50)가 공통적으로 접속된다. 그리고, 상기 산화 가스 통로(48)에는, 그 상류측으로부터 하류측을 향해 매스 플로우 컨트롤러와 같은 기체용 유량 제어기(52) 및 개폐 밸브(54)가 순차 개재 설치되어 있어, 높은 압력의 산화 가스를 유량 제어하면서 공급할 수 있도록 되어 있다. 여기서 산화 가스로서 예를 들어 O2(산소)가 사용된다.A gas introduction passage 46 for introducing various gases required for the formation of the gas cluster beam is connected to the staying chamber 42. The gas introduction passage 46 is commonly connected to the oxidizing gas passage 48 through which the oxidizing gas flows and the ignition gas passage 50 through which the ignition gas flows. In addition, the oxidizing gas passage 48 is provided with a gas flow controller 52 such as a mass flow controller and an opening / closing valve 54 in order from the upstream side to the downstream side, so that the high pressure oxidizing gas is supplied. It is possible to supply while controlling the flow rate. As the oxidizing gas, for example, O 2 (oxygen) is used.

본 실시 형태에서는, 실온에서 액체의 착화제가 사용된다. 이로 인해, 상기 착화 가스 통로(50)에는, 그 상류측으로부터 하류측을 향해 액체용 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(56), 개폐 밸브(58) 및 기화기(60)가 순차 개재 설치되어 있다. 그리고, 상기 기화기(60)에는, 캐리어 가스로서 기능하는 희가스를 흘리기 위한 희가스 통로(62)가 접속된다. 그리고, 이 희가스 통로(62)는, 그 상류측으로부터 하류측을 향해 매스 플로우 컨트롤러와 같은 기체용 유량 제어기(64) 및 개폐 밸브(66)가 순차 개재 설치되어 있어, 높은 압력의 희가스를 캐리어 가스로서 유량 제어하면서 공급할 수 있도록 되어 있다.In this embodiment, a liquid complexing agent is used at room temperature. For this reason, the ignition gas passage 50 is provided with the flow rate controller 56 like the liquid mass flow controller, the opening-closing valve 58, and the vaporizer 60 sequentially from the upstream side to the downstream side. The vaporizer 60 is connected to a rare gas passage 62 for flowing a rare gas functioning as a carrier gas. The rare gas passage 62 is provided with a gas flow controller 64 such as a mass flow controller and an opening / closing valve 66 sequentially from the upstream side to the downstream side. It is possible to supply while controlling the flow rate.

여기서는 상기 착화제로서 실온에서 액체인 헥사플루오로아세틸아세톤(1,1,1,5,5,5-Hexafluoro-2,4-pentanedione:H(hfac))이 사용되고, 또한 캐리어 가스로 되는 희가스로서는 Ar이 사용된다. 상기 액체의 착화제는 높은 압력으로 압송되어 흘려져, 기화기(60)에서 기화되어 착화 가스로 되고, 높은 압력의 캐리어 가스(Ar)와의 혼합 상태로 되어 하류를 향해 흐르도록 되어 있다.Here, hexafluoroacetylacetone (1,1,1,5,5,5-Hexafluoro-2,4-pentanedione: H (hfac)), which is a liquid at room temperature, is used as the complexing agent. Ar is used. The liquid complexing agent is pressurized and flowed at a high pressure, vaporized in the vaporizer 60 to become an ignition gas, and mixed with the high pressure carrier gas Ar to flow downstream.

그리고, 산화 가스, 착화 가스 및 희가스(캐리어 가스)는 혼합 상태로 되어 가스 도입 통로(46)로부터 고압 상태 그대로 체류 챔버(42)로 도입되고, 이 선단의 노즐부(44)로부터 진공 상태의 빔 형성 공간(8)을 향해 단열 팽창시킴으로써, 가스 클러스터 빔(70)을 형성할 수 있도록 되어 있다. 이 경우, 상기 분사 기구(40)는, 노즐부(44)와 가스 스킴 구멍(12)의 개구부의 중앙이 동일한 높이에 위치하고, 분사되는 가스 클러스터 빔(70)의 중심이 가스 스킴 구멍(12)을 통과하도록 설치된다. 여기서 상기 산화 가스는 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 형성되어 있는 금속막의 원소를 산화시켜 산화물을 형성하는 작용을 갖는다. 또한, 상기 착화 가스는 상기 산화물과 반응하여 유기 금속 착체를 형성하는 작용을 갖는다. 또한, 상기 희가스는 가스 클러스터를 형성할 때의 핵으로 되는 작용을 갖고 있다.The oxidizing gas, the ignition gas, and the rare gas (carrier gas) are mixed and introduced from the gas introduction passage 46 into the retention chamber 42 as they are at a high pressure. The beam in the vacuum state from the nozzle portion 44 at the tip end thereof. By adiabatic expansion toward the formation space 8, the gas cluster beam 70 can be formed. In this case, the injection mechanism 40 has the center of the nozzle part 44 and the opening of the gas scheme hole 12 at the same height, and the center of the gas cluster beam 70 to be injected is the gas scheme hole 12. It is installed to pass through. Here, the oxidizing gas has a function of oxidizing an element of a metal film formed on the surface of the semiconductor wafer W to form an oxide. Further, the complexing gas has a function of reacting with the oxide to form an organometallic complex. In addition, the rare gas has a function of forming a nucleus when forming a gas cluster.

또한, 여기서는 산화 가스와 착화 가스(캐리어 가스를 포함함)를 통로의 도중에서 혼합시켰지만, 이것에 한정되지 않고, 이들 양 가스를 따로따로 체류 챔버(42)에 도입하여 체류 챔버(42) 내에서 혼합 가스를 형성하도록 해도 된다. 또한, 착화 가스에 대해 희가스의 캐리어 가스가 불필요한 경우에는, 희가스를 통로 도중에서 산화 가스나 착화 가스와 혼합시켜 혼합 가스를 형성하거나, 혹은 희가스를 직접적으로 체류 챔버(42) 내에 도입하여 혼합 가스를 형성하도록 해도 된다.In this case, the oxidizing gas and the ignition gas (including the carrier gas) were mixed in the middle of the passage, but the present invention is not limited thereto, and both of these gases are separately introduced into the holding chamber 42 to allow for the inside of the holding chamber 42. You may form a mixed gas. When the carrier gas of the rare gas is unnecessary for the ignition gas, the rare gas is mixed with the oxidizing gas or the ignition gas in the middle of the passage to form a mixed gas, or the rare gas is directly introduced into the retention chamber 42 to introduce the mixed gas. It may be formed.

이상과 같이 구성된 가공 장치(2)의 전체의 동작은, 예를 들어 컴퓨터 등으로 이루어지는 장치 제어부(72)에 의해 제어되도록 되어 있고, 이 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은 기억 매체(74)에 기억되어 있다. 이 기억 매체(74)는, 예를 들어 플렉시블 디스크, CD(CompactDisc), 하드 디스크, 플래시 메모리 혹은 DVD 등으로 이루어진다. 구체적으로는, 이 장치 제어부(72)로부터의 지령에 의해, 각종 가스의 공급의 개시, 정지나 유량 제어, 프로세스 압력의 제어 등이 행해진다.The entire operation of the processing apparatus 2 configured as described above is controlled by, for example, a device control unit 72 made of a computer or the like, and the program of the computer that performs this operation is stored in the storage medium 74. have. This storage medium 74 is composed of, for example, a flexible disk, a CD (CompactDisc), a hard disk, a flash memory or a DVD. Specifically, the instruction from the apparatus control unit 72 starts, stops, controls the flow rate, controls the process pressure, and the like for supplying various gases.

또한, 상기 장치 제어부(72)는, 장치 제어부(72)와 오퍼레이터에 의해 조작되는 장치를 접속하는 유저 인터페이스(도시하지 않음)를 갖고 있고, 유저 인터페이스는 오퍼레이터가 장치를 관리하기 위해 커맨드의 입출력 조작 등을 행하는 키보드나, 장치의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등이어도 된다. 또한, 장치 제어부(72)는 통신 회선(도시하지 않음)에 접속되고, 통신 회선을 통해 상기 각 제어를 위한 정보의 통신을 상기 장치 제어부(72)에 대해 행하도록 해도 된다.In addition, the device control unit 72 has a user interface (not shown) for connecting the device control unit 72 and the device operated by the operator, and the user interface has an input / output operation of a command for the operator to manage the device. Or a display for visualizing and displaying the operation status of the apparatus. In addition, the device control unit 72 may be connected to a communication line (not shown), and the device control unit 72 may perform communication of the information for each control through a communication line.

<가공 방법><Processing method>

다음에, 이상과 같이 구성된 가공 장치(2)를 사용하여 행해지는 본 실시 형태의 금속막의 가공 방법에 대해, 도 1∼도 3을 참조하여 설명한다. 도 2a∼도 2c는 본 실시 형태의 금속막의 가공 방법의 일례를 나타내는 공정도, 도 3은 구리를 에칭할 때에 발생하는 반응 부생성물인 Cu(hfac)2의 증기압 곡선을 나타내는 그래프이다.Next, the processing method of the metal film of this embodiment performed using the processing apparatus 2 comprised as mentioned above is demonstrated with reference to FIGS. 2A to 2C are process charts showing an example of the metal film processing method of the present embodiment, and FIG. 3 is a graph showing a vapor pressure curve of Cu (hfac) 2 , which is a reaction by-product generated when etching copper.

우선, 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 클램퍼(18)에 의해 고정함으로써, 반도체 웨이퍼(W)를 처리 용기(4) 내에 설치한 보유 지지 수단(14)의 보유 지지대(16) 상에 보유 지지한다. 이때, 웨이퍼(W)는 피가공면이 도면 중 좌측을 향하고 있고, 가스 클러스터 빔 형성 수단(38)을 향해 대향하는 상태로 배치한다. 웨이퍼(W)의 표면을 확대하여 도시한 도 2a∼도 2c를 참조하면, 우선, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 이 웨이퍼(W)의 표면인 피가공면에는 에칭의 가공 대상으로 되는 금속막(72)이 미리 형성되어 있고, 이 금속막(72)의 표면에 패턴화된 마스크(74)가 형성되어 있다. 여기서는 전술한 바와 같이, 상기 금속막으로서 구리(Cu)가 사용되고, 또한 상기 마스크(74)로서는 가스 클러스터 빔에 대해 내성이 있는 재료, 예를 들어 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의한 실리콘 산화막(SiO2)이나 실리콘 질화막(Si3N4)이 사용된다.First, by holding the semiconductor wafer W, which is the object to be processed, by the clamper 18, the semiconductor wafer W is held on the holding table 16 of the holding means 14 provided in the processing container 4. do. At this time, the wafer W is disposed in a state in which the workpiece surface faces to the left in the figure and faces toward the gas cluster beam forming means 38. Referring to Figs. 2A to 2C showing an enlarged surface of the wafer W, first, as shown in Fig. 2A, a metal film to be subjected to etching is processed on the surface to be processed, which is the surface of the wafer W; 72 is formed in advance, and a patterned mask 74 is formed on the surface of this metal film 72. As described above, copper (Cu) is used as the metal film, and as the mask 74, a silicon oxide film (SiO) made of a material resistant to a gas cluster beam, for example, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) 2 ) or a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is used.

상술한 바와 같이 웨이퍼(W)를 보유 지지대(16)에 보유 지지시키면, 이 처리 용기(4) 내를 밀폐하는 동시에, 배기계(28)를 구동하여 처리 용기(4) 내를 진공화하여, 처리 공간(6) 내 및 빔 형성 공간(8) 내를 고진공 상태로 한다.As described above, when the wafer W is held on the holding table 16, the processing container 4 is sealed, the exhaust system 28 is driven to vacuum the inside of the processing container 4, and the processing is performed. The space 6 and the beam forming space 8 are in a high vacuum state.

그리고, 가스 클러스터 빔 형성 수단(38)을 구동시켜 가스 클러스터 빔(70)을 발생시킨다. 즉, 산화 가스와 착화 가스와 희가스가 각각 높은 압력으로 흘러 와, 각각 유량 제어되면서 공급된다. 착화 가스의 원료인 착화제, 즉, H(hfac)는 실온에서 액체이므로, 높은 압력으로 유량 제어되면서 압송되고, 기화기(60)에서 기화되어 착화 가스로 된다. 이 착화 가스는 기화기(60)에 공급되는 캐리어 가스로서의 Ar 가스(희가스)와 혼합되어 흘려진다. 그리고, 상기 산화 가스와 착화 가스와 희가스는 혼합 가스로 되어 가스 도입 통로(46)를 통과하여, 분사 기구(40)의 체류 챔버(42) 내에 공급된다. 이 혼합 가스는 고압 상태로 되어 있고, 이 혼합 가스는 노즐부(44)로부터 고진공 상태로 되어 있는 빔 형성 공간(8) 내를 향해 단열 팽창에 의해 방사 내지 분사된다. 이때, 처리 용기(4) 내는 고진공 상태로 되어 있으므로, 혼합 가스는 단열 팽창되어 방사되고, 가스 클러스터 빔(70)이 형성되어 웨이퍼(W)를 향해 조사되게 된다.Then, the gas cluster beam forming means 38 is driven to generate the gas cluster beam 70. That is, the oxidizing gas, the ignition gas, and the rare gas flow at high pressures, respectively, and are supplied while being controlled for flow rate. Since the complexing agent which is a raw material of the complexing gas, that is, H (hfac) is a liquid at room temperature, it is pressurized while controlling the flow rate at a high pressure, and vaporized in the vaporizer 60 to become the complexing gas. This ignition gas flows mixed with Ar gas (rare gas) as a carrier gas supplied to the vaporizer | carburetor 60. As shown in FIG. The oxidizing gas, the ignition gas, and the rare gas become mixed gas, pass through the gas introduction passage 46, and are supplied into the retention chamber 42 of the injection mechanism 40. This mixed gas is in a high pressure state, and the mixed gas is radiated or injected by the adiabatic expansion from the nozzle portion 44 into the beam forming space 8 which is in a high vacuum state. At this time, since the inside of the processing container 4 is in a high vacuum state, the mixed gas is adiabaticly expanded and radiated, and the gas cluster beam 70 is formed to be irradiated toward the wafer W.

이 가스 클러스터 빔(70)은, 확산된 가스 클러스터는 도중에 스킴판(10)에 의해 차단되고, 스킴판(10)에 형성한 가스 스킴 구멍(12)을 직진성이 높은 가스 클러스터 빔(70)만이 통과하여, 도 2b에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)에 조사된다. 상기 체류 챔버(42) 내의 압력은, 예를 들어 20기압 정도이며, 빔 형성 공간(8) 내 및 처리 공간(6) 내의 압력은 10-3Pa 이상이고 105Pa 이하의 압력이다.In the gas cluster beam 70, the diffused gas cluster is interrupted by the skim plate 10 on the way, and only the gas cluster beam 70 having high straightness passes through the gas scheme hole 12 formed in the skim plate 10. Through it, it irradiates to the wafer W as shown in FIG. 2B. The pressure in the retention chamber 42 is, for example, about 20 atmospheres, and the pressure in the beam forming space 8 and the processing space 6 is 10 −3 Pa or more and 10 5 Pa or less.

상기 가스 클러스터 빔(70)을 구성하는 가스 클러스터(70A)는, 상술한 노즐부(44)에 있어서의 혼합 가스의 단열 팽창에 의한 냉각에 의해, 희가스인 Ar을 핵으로 하여 산화 가스의 원자 혹은 분자와 착화 가스의 원자 혹은 분자에 의해 느슨하게 속박된 상태로 되어 있다. 즉, 1개의 가스 클러스터(70A)는, 예를 들어 수 개∼수천 개의 원자, 또는 분자로 이루어지고, 산화 가스와 착화 가스와 희가스가 원자 레벨 혹은 분자 레벨로 혼재한 상태로 되어 있다.The gas cluster 70A constituting the gas cluster beam 70 is an atom of an oxidizing gas using Ar as a rare gas as a core by cooling by adiabatic expansion of the mixed gas in the nozzle unit 44 described above. The molecule is loosely bound by the atoms or molecules of the complexing gas. That is, one gas cluster 70A is composed of, for example, several thousand to thousands of atoms or molecules, and is in a state where oxidizing gas, complexing gas, and rare gas are mixed at the atomic level or molecular level.

상기 가스 클러스터 빔(70)이 도 2b에 도시하는 바와 같이 Cu로 이루어지는 금속막(72)에 조사되면, 이때의 충돌 에너지에 의해 부분적으로 열이 발생한다. 이때, 우선 구리와 산화 가스가 반응하여 산화물이 형성되고, 이 산화물과 착화 가스가 반응하여 비교적 증기압이 높은 유기 금속 착체가 형성된다. 이 유기 금속 착체가 가스화되어 배기되어 감으로써, Cu로 이루어지는 금속막(72)이 도 2b 및 도 2c에 도시하는 바와 같이 에칭되게 된다. 이와 같이 하여 패턴화된 마스크(74)의 패턴 홈(74) 내에 노출되어 있는 금속막(72)을 가스 클러스터 빔에 의한 에칭에 의해 제거할 수 있다.When the gas cluster beam 70 is irradiated to the metal film 72 made of Cu as shown in Fig. 2B, heat is partially generated by the collision energy at this time. At this time, copper and an oxidizing gas react first to form an oxide, and the oxide and the complexing gas react to form an organometallic complex having a relatively high vapor pressure. As the organometallic complex is gasified and exhausted, the metal film 72 made of Cu is etched as shown in Figs. 2B and 2C. In this manner, the metal film 72 exposed in the pattern groove 74 of the patterned mask 74 can be removed by etching with a gas cluster beam.

또한, 주사 액추에이터(20)에 의해 보유 지지대(16)를 X방향 및 Y방향으로 주사함으로써, 가스 클러스터 빔(70)을 웨이퍼(W)의 전체면에 조사시켜 에칭할 수 있다. 또한, Z방향으로 보유 지지대(16)를 이동시킴으로써 웨이퍼(W)를 분사 기구(40)에 대해 접근, 혹은 이격시켜 에칭할 수 있다. 이 에칭시의 구리와 산화 가스인 O2와 착화 가스인 H(hfac)의 반응은 다음과 같이 나타내어진다.In addition, by scanning the holding base 16 in the X direction and the Y direction by the scanning actuator 20, the gas cluster beam 70 can be irradiated and etched on the entire surface of the wafer W. In addition, the wafer W can be etched by approaching or spaced apart from the injection mechanism 40 by moving the holding table 16 in the Z direction. The reaction of copper at the time of etching with O 2 , which is an oxidizing gas, and H (hfac), which is a complexing gas, is expressed as follows.

4Cu＋O2→2Cu2O(Cu:1가)4Cu + O 2 → 2Cu 2 O (Cu: 1valent)

2Cu＋O2→2CuO(Cu:2가)2Cu + O 2 → 2CuO (Cu: 2valent)

Cu2O＋2H(hfac)→Cu＋Cu(hfac)2↑＋H2O↑Cu 2 O + 2H (hfac) → Cu + Cu (hfac) 2 ↑ + H 2 O ↑

CuO＋2H(hfac)→Cu(hfac)2↑＋H2O↑CuO + 2H (hfac) → Cu (hfac) 2 ↑ + H2O ↑

여기서 화살표 ↑는 가스로 되어 비산되어 가는 것을 나타낸다. 반응 부생성물로서 형성되는 유기 금속 착체인 착체 Cu(hfac)2는 비교적 증기압이 높으므로 용이하게 승화시켜 제거할 수 있다. 여기서 산화되어 있지 않은 구리는, 적어도 265℃ 이상이 아니면 H(hfac)와 반응하지 않지만, 상술한 바와 같이 1가 또는 2가로 산화되어 있는 구리는 150℃ 정도에서 용이하게 H(hfac)와 반응하므로, 가스 클러스터 빔(70)의 충돌 에너지에 의해 국소적으로 용이하게 150℃ 이상으로 되고, 이것으로부터 증기압이 비교적 높은, 즉, 승화되기 쉬운 Cu(hfac)2인 착체(유기 금속 착체)를 형성할 수 있다.The arrow ↑ indicates that the gas is scattered. The complex Cu (hfac) 2 , which is an organometallic complex formed as a reaction by-product, has a relatively high vapor pressure and can be easily sublimed and removed. Copper not oxidized here does not react with H (hfac) unless it is at least 265 ° C or higher, but as described above, copper oxidized monovalent or divalent is easily reacted with H (hfac) at about 150 ° C. By the collision energy of the gas cluster beam 70, it becomes easily 150 degreeC or more locally, and from this, the Cu (hfac) 2 phosphorus complex (organic metal complex) which has a comparatively high vapor pressure, ie, is easy to sublimate, can be formed. Can be.

이 착체는, 상술한 바와 같이 증기압이 비교적 높으므로, 웨이퍼(W) 자체를 고온으로 가열하지 않아도 용이하게 승화되어 제거되게 된다. 도 3은 착체 Cu(hfac)2의 증기압 곡선을 나타내고 있고, 예를 들어 온도 150℃ 정도에서 증기압은 100Torr 정도이다. 따라서, 가스 클러스터 빔(70)의 충돌 에너지는 열에너지로 변환되어 미시적으로 용이하게 150℃ 정도의 온도로 되고, 또한 처리 공간(6) 내의 프로세스 압력은, 예를 들어 100Torr보다도 낮으므로, Cu(hfac)2를 용이하게 승화시켜 제거할 수 있는 것을 알 수 있다.Since the complex has a relatively high vapor pressure as described above, the complex is easily sublimed and removed without heating the wafer W itself to a high temperature. 3 shows the vapor pressure curve of the complex Cu (hfac) 2, and the vapor pressure is about 100 Torr at a temperature of about 150 ° C., for example. Therefore, the collision energy of the gas cluster beam 70 is converted into thermal energy and becomes microscopically easily at a temperature of about 150 ° C, and the process pressure in the processing space 6 is lower than, for example, 100 Torr, so Cu (hfac It can be seen that 2 can be easily removed by sublimation.

또한, 상술한 바와 같이 가스 클러스터 빔(70)이 Cu의 금속막(72)에 최초로 충돌하였을 때에 그 충돌면에서 Cu와의 산화 반응에 의해 산화 가스인 O2가 거의 소비되어 버리므로, 충돌면으로부터 주위로 산란된 분자 중에는 거의 산소가 포함되어 있지 않다. 가령 미반응 O2가 존재해도 2차적인 산란에 의해 운동 에너지가 상실되어 있으므로, 측벽에 충돌해도 산화 반응을 일으키기 어렵다. 이로 인해, 산란된 분자에 의해 2차적인 에칭이 행해지는 확립이 매우 작아져 사이드 에칭이 억제되어, 결과적으로 금속 에칭 홈의 측벽의 형상을 평활하게 유지할 수 있다.As described above, when the gas cluster beam 70 collides with the metal film 72 of Cu for the first time, O 2 , which is an oxidizing gas, is almost consumed by the oxidation reaction with Cu in the collision surface. Molecules scattered around contain little oxygen. For example, even if unreacted O 2 is present, since kinetic energy is lost by secondary scattering, it is difficult to cause an oxidation reaction even when it collides with the side wall. For this reason, the establishment which secondary etching is performed by the scattered molecule | numerator is very small, and side etching is suppressed and as a result, the shape of the sidewall of a metal etching groove can be kept smooth.

이 경우, 특히, 구리의 산화에 기여하는 산화 가스의 양을 착화 가스의 양보다도 적게 설정해 둠으로써 과잉의 산화 가스가 없어져, 상술한 바와 같은 사이드 에칭이 발생하는 것을 한층 억제할 수 있다. 이 사이드 에칭의 억제 효과를 충분히 발휘시키기 위해서는, 착화 가스의 양을 산화 가스의 양의 5배 이상의 크기로 설정해 두는 것이 바람직하다. 특히, 상기 산화 가스의 양과 착화 가스의 양의 비를 적절하게 컨트롤함으로써, 상기한 사이드 에칭의 발생량도 조정하고, 또한 억제할 수 있다. 또한 희가스의 양은 비교적 적어도 되며, 예를 들어 산화 가스의 1/10 정도의 양이면 충분하지만, 이 유량은 특별히 한정되는 것은 아니다.In this case, in particular, by setting the amount of the oxidizing gas that contributes to the oxidation of copper to be smaller than the amount of the ignition gas, the excess oxidizing gas is eliminated, and the occurrence of side etching as described above can be further suppressed. In order to fully exhibit this suppression effect of side etching, it is preferable to set the amount of ignition gas to the magnitude | size more than 5 times of the amount of oxidizing gas. In particular, by appropriately controlling the ratio between the amount of the oxidizing gas and the amount of the complexing gas, the amount of the side etching generated can be adjusted and further suppressed. In addition, the amount of the rare gas is relatively at least. For example, an amount of about 1/10 of the oxidizing gas is sufficient, but the flow rate is not particularly limited.

이와 같이, 본 실시 형태에서는 예를 들어 구리로 이루어지는 금속막(72)의 원소를 산화시켜 산화물을 형성하는 산화 가스, 예를 들어 O2와 상기 산화물을 착화하여 유기 금속 착체를 형성하는 착화 가스, 예를 들어 H(hfac)와 희가스의 혼합 가스를 단열 팽창시켜 가스 클러스터 빔(70)을 형성하고, 상기 가스 클러스터 빔을 상기 피처리체, 예를 들어 반도체 웨이퍼(W)의 금속막에 충돌시킴으로써 상기 금속막을 에칭하도록 하였으므로, 종래의 클러스터 빔법으로는 에칭할 수 없었던 금속막을 산화 가스와 착화 가스와 희가스를 사용한 클러스터 빔에 의해 에칭 가공할 수 있다.As described above, in the present embodiment, for example, an oxidizing gas that oxidizes an element of the metal film 72 made of copper to form an oxide, for example, a complexing gas which complexes O 2 with the oxide to form an organic metal complex, For example, a gas cluster beam 70 is formed by adiabatic expansion of a mixed gas of H (hfac) and a rare gas, and the gas cluster beam collides with the metal film of the target object, for example, the semiconductor wafer (W). Since the metal film was etched, the metal film that could not be etched by the conventional cluster beam method can be etched by the cluster beam using the oxidizing gas, the complexing gas, and the rare gas.

<변형예><Modifications>

다음에 본 발명의 변형예에 관한 가공 장치에 대해 설명한다. 상술한 실시 형태에서는 가스 클러스터 빔 형성 수단(38)에 의해 형성한 가스 클러스터 빔(70)을 직접적으로 반도체 웨이퍼(W)에 충돌시켰지만, 이것에 한정되지 않고, 이 가스 클러스터 빔(70)을 도중에 이온화시키는 동시에 속도를 더욱 가속하여 웨이퍼에 충돌시키도록 해도 된다. 이러한 가공 장치의 변형예는 도 4에 도시된다.Next, the processing apparatus which concerns on the modification of this invention is demonstrated. In the above-described embodiment, the gas cluster beam 70 formed by the gas cluster beam forming means 38 is directly collided with the semiconductor wafer W. However, the gas cluster beam 70 is not limited thereto. At the same time as ionization, the speed may be further accelerated to impinge on the wafer. A variant of this processing apparatus is shown in FIG. 4.

도 4는 본 발명의 변형예에 관한 가공 장치의 일례를 도시하는 도면이다. 또한, 도 4 중에 있어서, 도 1 중에 도시하는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 번호를 부여하여 그 설명을 생략한다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 이 가속 장치에서는, 처리 용기(4)의 처리 공간(6)측에, 스킴판(10)과 평행하게 구획벽(80)을 설치하여, 이 구획벽(80)과 상기 스킴판(10) 사이에 이온화 공간(82)을 형성하고 있다.It is a figure which shows an example of the processing apparatus which concerns on the modification of this invention. In addition, in FIG. 4, the same code | symbol is attached | subjected about the component same as the component shown in FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted. As shown in FIG. 4, in this accelerator, the partition wall 80 is provided on the processing space 6 side of the processing container 4 in parallel with the scheme plate 10, and this partition wall 80 is provided. And an ionization space 82 is formed between the scheme plate 10.

그리고, 이 구획벽(80)의 중앙부에는, 상기 스킴판(10)의 가스 스킴 구멍(12) 및 분사 기구(40)의 노즐부(44)와 직선 상에 위치하도록 작은 구멍 직경의 조사 구멍(84)이 형성되어 있고, 여기에 가스 클러스터 빔(70)을 통과시키도록 되어 있다. 그리고, 이 이온화 공간(82)을 구획하는 처리 용기(4)의 저부에도 배기구(86)가 형성되어 있고, 이 배기구(86)는 배기계(28)의 배기 통로(30)에 접속되어, 이온화 공간(82) 내를 진공화할 수 있도록 되어 있다.In the center portion of the partition wall 80, an irradiation hole having a small hole diameter is positioned so as to be in a straight line with the gas scheme hole 12 of the scheme plate 10 and the nozzle portion 44 of the injection mechanism 40. 84 is formed, and the gas cluster beam 70 passes therethrough. An exhaust port 86 is also formed at the bottom of the processing container 4 that partitions the ionization space 82, and the exhaust port 86 is connected to the exhaust passage 30 of the exhaust system 28 to form an ionization space. (82) The inside can be evacuated.

그리고, 이온화 공간(82) 내에는, 가스 클러스터 빔(70)이 통과하는 경로에 대응시켜 이오나이저(88)가 설치되어 있어, 이 이오나이저(88) 내를 통과하는 가스 클러스터 빔(70)을 이온화하도록 되어 있다. 이 이오나이저(88)로서는, 예를 들어 이온화를 위한 열전자를 방출하는 백열 필라멘트(도시하지 않음)를 갖는 전자 충돌 이오나이저를 사용할 수 있다.In the ionization space 82, an ionizer 88 is provided to correspond to a path through which the gas cluster beam 70 passes, and the gas cluster beam 70 passing through the ionizer 88 passes through. It is intended to be ionized. As the ionizer 88, for example, an electron collision ionizer having an incandescent filament (not shown) that emits hot electrons for ionization can be used.

이 이오나이저(88)의 하류측의 경로에는, 상기 이온화된 가스 클러스터 빔(70)을 가속시키는 가속 전극부(90)가 설치되어 있다. 이 가속 전극부(90)는, 가스 클러스터 빔(70)의 진행 방향을 따라 병렬시켜 설치한 복수 세트의 링 형상의 전극(92)을 갖고 있다. 그리고, 이 복수 세트의 전극(92) 사이에 가속 전원(도시하지 않음)을 접속하여 빔 가속용의 고전압을 인가하도록 되어 있다.An acceleration electrode portion 90 for accelerating the ionized gas cluster beam 70 is provided in a path downstream of the ionizer 88. The acceleration electrode section 90 has a plurality of sets of ring-shaped electrodes 92 provided in parallel along the advancing direction of the gas cluster beam 70. An acceleration power supply (not shown) is connected between the plurality of sets of electrodes 92 to apply a high voltage for beam acceleration.

이 변형에 따르면, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있을뿐만 아니라, 이오나이저(88)에 의해 이온화된 가스 클러스터 빔(70)을 가속 전극부(90)에서 가속하여 웨이퍼(W)에 충돌시킬 수 있으므로, 그만큼, 효율적으로 금속막의 에칭 가공을 행할 수 있다.According to this modification, not only the same effects as those of the above-described embodiment can be exhibited, but also the gas cluster beam 70 ionized by the ionizer 88 is accelerated in the acceleration electrode portion 90 so that the wafer W The metal film can be etched, so that the metal film can be etched efficiently.

이상, 상기 실시 형태 및 변형예에 관한 금속막의 가공 방법 및 가공 장치에 따르면, 다음과 같이 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.As mentioned above, according to the processing method and the processing apparatus of the metal film which concern on the said embodiment and a modification, it can exhibit the outstanding effect as follows.

비플라즈마 프로세스이므로, 할로겐 라디칼이나 이온에 의한 측벽 표면의 부식이 없다. 따라서, RIE법과 비교하여 양호한 에칭 형상을 얻을 수 있다. 마찬가지로, 플라즈마에 의해 활성화된 에칭 가스가 폴리머화되어 마스크 표면이나 에칭 측벽에 퇴적하는 일이 없다. 이로 인해, 에칭 후의 가공 기판의 세정 공정이 대폭 간이화된다.Since it is a non-plasma process, there is no corrosion of the sidewall surface by halogen radicals or ions. Therefore, a favorable etching shape can be obtained compared with the RIE method. Similarly, the etching gas activated by the plasma is not polymerized and deposited on the mask surface or the etching sidewalls. For this reason, the washing | cleaning process of the processed board | substrate after etching is greatly simplified.

도입된 가스로부터 증기압이 높은 유기 금속 착체가 형성되고, 배기되므로, 처리 용기 측벽에의 부생성물 부착량을 극적으로 저감할 수 있다. 그로 인해, 장치 처리 용기의 내벽 클리닝 횟수를 저감할 수 있어, 장치의 사용 효율을 높게 유지할 수 있다.Since the organometallic complex having a high vapor pressure is formed and exhausted from the introduced gas, the amount of by-products adhered to the processing container sidewall can be dramatically reduced. Therefore, the frequency | count of cleaning of the inner wall of an apparatus processing container can be reduced, and the use efficiency of an apparatus can be maintained high.

피처리체의 표면에 형성된 금속막을 가공할 때, 금속막의 원소를 산화시켜 산화물을 형성하는 산화 가스와 상기 산화물과 반응하여 유기 금속 착체를 형성하는 착화 가스와 희가스의 혼합 가스를 단열 팽창시켜 가스 클러스터 빔을 형성하고, 상기 가스 클러스터 빔을 상기 피처리체의 금속막에 충돌시킴으로써 상기 금속막을 에칭할 수 있도록 하였으므로, 종래의 클러스터 빔법으로는 에칭할 수 없었던 금속막을 산화 가스와 착화 가스와 희가스를 사용한 클러스터 빔에 의해 에칭 가공할 수 있다.When processing the metal film formed on the surface of the workpiece, a gas cluster beam is formed by adiabatic expansion of a mixed gas of an oxidizing gas which oxidizes an element of the metal film to form an oxide and a complex gas and a rare gas which react with the oxide to form an organic metal complex. And the metal cluster can be etched by colliding the gas cluster beam with the metal film of the object to be processed. Therefore, a cluster beam using an oxidizing gas, a complexing gas, and a rare gas is used to etch the metal film that cannot be etched by the conventional cluster beam method. It can be etched by.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자이면, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.While the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to these examples. As long as the person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs, it is obvious that various modifications or modifications can be conceived in the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that it belongs to the technical scope of the invention.

예를 들어 이상의 실시 형태에서는, 산화 가스로서 O2 가스를 사용한 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 산화 가스로서는, O2와 H2O와 H2O2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 재료를 사용할 수 있다.For example, in the above embodiment, the case where O 2 gas is used as the oxidizing gas has been described as an example, but the present invention is not limited thereto, and the oxidizing gas is composed of O 2 , H 2 O and H 2 O 2 . One or more materials selected from can be used.

또한, 이상의 실시 형태에서는, 착화 가스(착화제)로서 유기산 중 하나인 H(hfac)를 사용한 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 착화 가스로서는, 아세틸아세톤, 헥사플루오로아세틸아세톤(1,1,1,5,5,5-Hexafluoro-2,4-pentanedione:H(hfac)), 트리플루오로아세트산(trifluoroaceticacid:TFA), 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산 및 길초산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 재료를 사용할 수 있다.In the above embodiment, the case where H (hfac), which is one of organic acids, is used as the complexing gas (complexing agent) has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and examples of the complexing gas include acetylacetone and hexafluoro. With acetylacetone (1,1,1,5,5,5-Hexafluoro-2,4-pentanedione: H (hfac)), trifluoroacetic acid (TFA), formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid and gilacetic acid One or more materials selected from the group consisting of can be used.

또한 이상의 실시 형태에서는, 희가스로서 Ar을 사용한 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, He, Ne, Kr, Xe 등의 다른 희가스를 사용해도 된다. 또한 이상의 실시 형태에서는, 에칭되는 금속막(72)의 재료로서 구리를 에칭하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 금속막(72)으로서 Cu와 Co와 Ni와 Pt와 Ru로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나의 재료를 에칭하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.In addition, although the case where Ar was used as a rare gas was demonstrated in the above embodiment as an example, this invention is not limited to this, You may use other rare gases, such as He, Ne, Kr, and Xe. In the above embodiment, the case of etching copper as a material of the metal film 72 to be etched has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the metal film 72 is formed of Cu, Co, Ni, Pt, and the like. The present invention can also be applied to etching one material selected from the group consisting of Ru.

또한, 상기 실시 형태에서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명의 반도체 웨이퍼에는 실리콘 기판이나 GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함되고, 또한, 본 발명은 이들 기판에 한정되지 않고, 액정 표시 장치에 사용하는 글래스 기판이나 세라믹 기판 등에도 적용할 수 있다.In the above embodiment, a semiconductor wafer is described as an object to be processed as an example, but the semiconductor wafer of the present invention also includes a silicon substrate, a compound semiconductor substrate such as GaAs, SiC, GaN, and the like, and the present invention is not limited to these substrates. The present invention can also be applied to a glass substrate, a ceramic substrate, or the like used in a liquid crystal display device.

본 국제 출원은, 2011년 1월 25일에 출원된 일본 특허 출원 제2011-013313호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체 내용을 본 국제 출원에 원용한다.This international application claims the priority based on Japanese Patent Application No. 2011-013313 for which it applied on January 25, 2011, and uses the whole content for this international application.

2 : 가공 장치
4 : 처리 용기
14 : 보유 지지 수단
16 : 보유 지지대
28 : 배기계
38 : 가스 클러스터 빔 형성 수단
40 : 분사 기구
42 : 저류 챔버
44 : 노즐부
48 : 산화 가스 통로
50 : 착화 가스 통로
60 : 기화기
62 : 희가스 통로
70 : 가스 클러스터 빔
70A : 가스 클러스터
72 : 금속막
74 : 마스크
W : 반도체 웨이퍼(피처리체)2: processing equipment
4: Processing vessel
14: holding means
16: holding support
28: exhaust system
38: gas cluster beam forming means
40: injection mechanism
42: storage chamber
44: nozzle unit
48: oxidizing gas passage
50: ignition gas passage
60: vaporizer
62: rare gas passage
70: gas cluster beam
70A: Gas Cluster
72: metal film
74: mask
W: semiconductor wafer (object to be processed)

Claims (16)

상기 금속막의 원소를 산화시켜 산화물을 형성하는 산화 가스와, 상기 산화물과 반응하여 유기 금속 착체를 형성하는 착화 가스와, 희가스의 혼합 가스를 진공 배기가 가능한 처리 용기 내에서 단열 팽창시켜 가스 클러스터 빔을 형성하는 형성 스텝과,
상기 가스 클러스터 빔을 상기 피처리체의 표면에 형성된 금속막에 충돌시킴으로써 상기 금속막을 에칭하는 가공 스텝을 포함하는, 금속막의 가공 방법.The gas cluster beam is thermally expanded by oxidizing an oxidizing gas that oxidizes an element of the metal film to form an oxide, a ignition gas that reacts with the oxide to form an organic metal complex, and a mixed gas of a rare gas in a processing vessel capable of vacuum evacuation. Forming step to form,
And a processing step of etching the metal film by colliding the gas cluster beam with a metal film formed on the surface of the workpiece. 제1항에 있어서, 상기 산화 가스는, O2와 H2O와 H2O2의 군으로부터 선택되는 1 이상의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 금속막의 가공 방법.The processing method of a metal film according to claim 1, wherein the oxidizing gas is made of at least one material selected from the group of O 2 , H 2 O, and H 2 O 2 . 제1항에 있어서, 상기 착화 가스는, 아세틸아세톤, 헥사플루오로아세틸아세톤(1,1,1,5,5,5-Hexafluoro-2,4-pentanedione:H(hfac)), 트리플루오로아세트산(trifluoroaceticacid:TFA), 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산 및 길초산의 군으로부터 선택되는 1 이상의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 금속막의 가공 방법.The complexing gas of claim 1, wherein the complexing gas is acetylacetone, hexafluoroacetylacetone (1,1,1,5,5,5-Hexafluoro-2,4-pentanedione: H (hfac)), trifluoroacetic acid. (trifluoroacetic acid: TFA), a formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, and at least one material selected from the group of acetic acid, the metal film processing method. 제1항에 있어서, 상기 가공 스텝은, 가스 클러스터 빔을 이온화하고, 가속하여 금속막에 충돌시키는, 금속막의 가공 방법.The processing method of a metal film according to claim 1, wherein the processing step causes the gas cluster beam to be ionized and accelerated to collide with the metal film. 제1항에 있어서, 상기 형성 스텝은, 상기 산화 가스의 양을 상기 착화 가스의 양보다도 적게 설정한 혼합 가스로부터 가스 클러스터 빔을 형성하는, 금속막의 가공 방법.The metal film processing method according to claim 1, wherein the forming step forms a gas cluster beam from a mixed gas in which the amount of the oxidizing gas is set smaller than the amount of the ignition gas. 제1항에 있어서, 상기 가공 스텝은, 상기 금속막의 표면에 형성된, 패턴화된 마스크를 사용하여 상기 금속막을 가공하는, 금속막의 가공 방법.The processing method of a metal film according to claim 1, wherein the processing step uses the patterned mask formed on the surface of the metal film to process the metal film. 제1항에 있어서, 상기 금속막은, Cu와 Co와 Ni와 Pt와 Ru의 군으로부터 선택되는 하나의 재료로 이루어지는, 금속막의 가공 방법.The metal film processing method according to claim 1, wherein the metal film is made of one material selected from the group of Cu, Co, Ni, Pt, and Ru. 진공 배기가 가능한 처리 용기와,
상기 피처리체를 보유 지지하는 보유 지지 수단과,
상기 보유 지지 수단에 대향시켜 설치되는 동시에, 상기 금속막의 원소를 산화시켜 산화물을 형성하는 산화 가스와, 상기 산화물과 반응하여 유기 금속 착체를 형성하는 착화 가스와, 희가스의 혼합 가스를 상기 처리 용기 내에서 단열 팽창시켜 가스 클러스터 빔을 형성하는 가스 클러스터 빔 형성 수단을 구비하고,
상기 가스 클러스터 빔을 상기 피처리체의 표면에 형성된 금속막에 충돌시킴으로써 상기 금속막을 에칭하는, 가공 장치.A processing container capable of vacuum evacuation,
Holding means for holding the object to be processed;
A mixed gas of an oxidizing gas which is provided to face the holding means and oxidizes an element of the metal film to form an oxide, a complexing gas that reacts with the oxide to form an organometallic complex, and a rare gas is contained in the processing container. Gas cluster beam forming means for adiabatic expansion to form a gas cluster beam,
The processing apparatus which etches the said metal film by making the gas cluster beam collide with the metal film formed in the surface of the to-be-processed object. 제8항에 있어서, 상기 가스 클러스터 빔 형성 수단으로부터 상기 가스 클러스터 빔을 방사하는 노즐부와, 상기 노즐부에 대향 배치되고, 상기 보유 지지 수단에 의해 보유 지지된 피처리체와의 사이에, 상기 가스 클러스터 빔으로부터 원하는 방향을 향하는 빔만을 선택하여 통과시키는 가스 스킴 구멍을 갖는 스킴판을 더 구비한, 가공 장치.The gas according to claim 8, wherein the gas is disposed between the nozzle portion that radiates the gas cluster beam from the gas cluster beam forming means, and the workpiece to be disposed opposite to the nozzle portion and held by the holding means. And a scheme plate having a gas scheme hole for selecting and passing only the beams facing the desired direction from the cluster beams. 제8항에 있어서, 상기 가스 클러스터 빔을 이온화하는 이오나이저와,
이온화된 상기 가스 클러스터 빔을 가속시키는 가속 전극부를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 가공 장치.The ionizer of claim 8, further comprising: an ionizer for ionizing the gas cluster beam;
And an accelerating electrode portion for accelerating the ionized gas cluster beam. 제10항에 있어서, 상기 스킴판과 피처리체 사이에 상기 스킴판에 평행하게 설치된 구획벽을 더 구비하고,
상기 이오나이저와 상기 가속 전극부는, 상기 구획벽과 상기 스킴판에 의해 구획된 이온화 공간에 배치되고, 상기 이온화 공간에서 이온화되고, 가속된 상기 가스 클러스터 빔을 상기 구획벽에 설치된 조사 구멍으로부터 피처리체에 조사시키는, 가공 장치.11. The method according to claim 10, further comprising a partition wall provided in parallel between the scheme plate and the workpiece to be parallel to the scheme plate,
The ionizer and the acceleration electrode portion are disposed in an ionization space partitioned by the partition wall and the scheme plate, ionized in the ionization space, and accelerated the gas cluster beam from the irradiation hole provided in the partition wall to be processed. Irradiated to, processing device. 제8항에 있어서, 상기 산화 가스는, O2와 H2O와 H2O2의 군으로부터 선택되는 1 이상의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 가공 장치.The processing apparatus according to claim 8, wherein the oxidizing gas is made of at least one material selected from the group of O 2 , H 2 O, and H 2 O 2 . 제8항에 있어서, 상기 착화 가스는, 아세틸아세톤, 헥사플루오로아세틸아세톤(1,1,1,5,5,5-Hexafluoro-2,4-pentanedione:H(hfac)), 트리플루오로아세트산(trifluoroaceticacid:TFA), 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산 및 길초산의 군으로부터 선택되는 1 이상의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 가공 장치.The complexing gas of claim 8, wherein the complexing gas is acetylacetone, hexafluoroacetylacetone (1,1,1,5,5,5-Hexafluoro-2,4-pentanedione: H (hfac)), trifluoroacetic acid (trifluoroacetic acid: TFA), formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, and at least one material selected from the group of acetic acid, the processing apparatus characterized by the above-mentioned. 제8항에 있어서, 상기 가스 클러스터 빔 형성 수단은, 상기 산화 가스의 양을 상기 착화 가스의 양보다도 적게 설정한 혼합 가스로부터 가스 클러스터 빔을 형성하는, 가공 장치.The processing apparatus according to claim 8, wherein the gas cluster beam forming means forms a gas cluster beam from a mixed gas in which the amount of the oxidizing gas is set smaller than the amount of the ignition gas. 제8항에 있어서, 상기 가공 장치는, 상기 금속막의 표면에 형성된, 패턴화된 마스크를 사용하여 상기 금속막을 가공하는, 가공 장치.The said processing apparatus is a processing apparatus of Claim 8 which processes the said metal film using the patterned mask formed in the surface of the said metal film. 제8항에 있어서, 상기 금속막은, Cu와 Co와 Ni와 Pt와 Ru의 군으로부터 선택되는 하나의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 가공 장치.The processing apparatus according to claim 8, wherein the metal film is made of one material selected from the group of Cu, Co, Ni, Pt, and Ru.
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