JP5694022B2

JP5694022B2 - 基板処理方法及び記憶媒体

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Publication number: JP5694022B2
Application number: JP2011062301A
Authority: JP
Inventors: 隆曽根; 栄一西村
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2015-04-01
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Also published as: CN102691065B; US8715520B2; KR20120107883A; TWI528450B; JP2012199377A; US20120244716A1; CN102691065A; KR101924796B1; TW201301385A

Description

本発明は、少なくとも白金を含む層をエッチングする基板処理方法及び記憶媒体に関する。

電流磁界による磁化反転を利用して情報を記憶する磁気記憶装置は、各種層が積層され且つ各種層が所望の形状にエッチングされた半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）から製造される。このような磁気記憶装置を構成する各種層の１つに磁性材料である白金（Ｐｔ）を含む白金マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）層があるが、白金は難エッチング材の１つとして知られている。

白金マンガン層のエッチング方法として、イオンミリングにより、例えば、高エネルギーのアルゴン（Ａｒ）の陽イオンによるスパッタリングを用いて白金マンガン層を物理的にエッチングする方法が知られているが、イオンミリングを用いた場合、陽イオンが高エネルギーでマスク膜と白金マンガン層とに入射されるため、マスク膜と白金マンガン層との選択比を確保しにくく、また、マスク膜のパターン形状が早期に崩れるためエッチングによって得られるホールやトレンチの形状はテーパ形状となる（例えば、非特許文献１参照。）。

そこで、還元力の大きいハロゲンガスを含むエッチングガスを用いて白金マンガン層を化学的にエッチングする方法も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

斧高一、高橋和生、江利口浩二，「高誘電率 (High-k) 材料のドライエッチング」，プラズマ・核融合学会誌，Vol. 85, No. 4 (2009) ，pp. 185-192，２００９年１月発行

特開２００６−６０１７２号公報

しかしながら、ハロゲンガスは強酸を発生させるため、基板処理装置の構成部品の腐食が促進されるという問題がある。

本発明の目的は、ハロゲンガスを用いずに少なくとも白金を含む層をエッチングすることができる基板処理方法及び記憶媒体を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理方法は、基板に形成された少なくとも白金を含む層にマスク膜を用いてプラズマエッチング処理を施す基板処理方法であって、少なくとも一酸化炭素ガス、水素ガス及び希ガスを含む処理ガスを用いて前記少なくとも白金を含む層にプラズマエッチング処理を施し、前記一酸化炭素ガス及び前記水素ガスの流量合計に対する前記水素ガスの流量比が５０％乃至７５％であることを特徴とする。

請求項２記載の基板処理方法は、請求項１記載の基板処理方法において、前記一酸化炭素ガス及び前記水素ガスの流量合計に対する前記水素ガスの流量比が５０％乃至６０％であることを特徴とする。

請求項３記載の基板処理方法は、請求項１又は２記載の基板処理方法において、前記希ガス及び前記一酸化炭素ガスの流量合計に対する前記希ガスの流量比が４０％乃至５０％であることを特徴とする。

請求項４記載の基板処理方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記希ガスはアルゴンガスであることを特徴とする。

請求項５記載の基板処理方法は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記白金を含む層へ施されるプラズマエッチング処理は圧力が１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）乃至１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の下で行われることを特徴とする。

請求項６記載の基板処理方法は、請求項５記載の基板処理方法において、前記白金を含む層へ施されるプラズマエッチング処理は圧力が４０．０Ｐａ（３００ｍＴｏｒｒ）乃至１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の下で行われることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項７記載の記憶媒体は、基板に形成された少なくとも白金を含む層にマスク膜を用いてプラズマエッチング処理を施す基板処理方法をコンピュータに実行させるプログラムを格納するコンピュータで読み取り可能な記憶媒体であって、前記基板処理方法は、少なくとも一酸化炭素ガス、水素ガス及び希ガスを含む処理ガスを用いて前記少なくとも白金を含む層にプラズマエッチング処理を施し、前記一酸化炭素ガス及び前記水素ガスの流量合計に対する前記水素ガスの流量比が５０％乃至７５％であることを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも一酸化炭素ガス、水素ガス及び希ガスを含む処理ガスを用いて少なくとも白金を含む層にプラズマエッチング処理が施され、一酸化炭素ガス及び水素ガスの流量合計に対する水素ガスの流量比が５０％乃至７５％である。一酸化炭素ガスを用いてプラズマエッチング処理を施す場合、暴露されている各種層の表面に炭素層が堆積するが、水素ガスから生じた水素プラズマは該炭素層をアッシングする。このとき、希ガスから生じた陽イオンが炭素層に入射し、該炭素層へエネルギーを付与する。また、一酸化炭素ガス及び水素ガスの流量合計に対する水素ガスの流量比が５０％乃至７５％であり、水素が多量に存在するため、炭素層がアッシングされている際に余剰の水素が存在する。エネルギーを付与された炭素層は一酸化炭素から生じた酸素と結合してカルボニル基を発生させ、さらに、炭素層へ付与されたエネルギーによって余剰の水素がカルボニル基と結合してカルボキシル基を発生させ、該カルボキシル基が配位子として白金と配位結合して有機錯体を生じさせる。有機錯体は容易に気化するので、結果として少なくとも白金を含む層から白金を除去することができ、これにより、ハロゲンガスを用いずに少なくとも白金を含む層をエッチングすることができる。

本発明の実施の形態に係る基板処理方法が実行される基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。図１の基板処理装置によってプラズマエッチング処理が施されるウエハの構成を概略的に示す部分断面図である。本実施の形態に係る基板処理方法としてのエッチング方法を示す工程図である。図１の基板処理装置の変形例の構成を概略的に示す断面図であり、図４（Ａ）は第１の変形例であり、図４（Ｂ）は第２の変形例である。図３のエッチング方法が適用されるウエハの変形例の構成を概略的に示す部分断面図であり、図５（Ａ）は第１の変形例であり、図５（Ｂ）は第２の変形例であり、図５（Ｃ）は第３の変形例であり、図５（Ｄ）は第４の変形例である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態に係る基板処理方法が実行される基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。本基板処理装置は、磁気記憶装置が製造される半導体デバイス用のウエハ（基板）にプラズマエッチング処理を施す。

図１において、基板処理装置１０は、例えば、直径が３００ｍｍのウエハＷを収容するチャンバ１１を有し、該チャンバ１１内にはウエハＷを上面に載置する円柱状のサセプタ１２が配置されている。基板処理装置１０では、チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって側方排気路１３が形成される。この側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置される。

排気プレート１４は多数の貫通孔を有する板状部材であり、チャンバ１１内部を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１内部の上部（以下、「処理室」という。）１５の内部空間には後述するようにプラズマが発生する。また、チャンバ１１内部の下部（以下、「排気室（マニホールド）」という。）１６にはチャンバ１１内のガスを排出する排気管１７が接続される。排気プレート１４は処理室１５に発生するプラズマを捕捉又は反射してマニホールド１６への漏洩を防止する。

排気管１７にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（ともに図示しない）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして減圧する。具体的には、ＤＰはチャンバ１１内を大気圧から中真空状態まで減圧し、ＴＭＰはＤＰと協働してチャンバ１１内を中真空状態より低い圧力である高真空状態まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示しない）によって制御される。

チャンバ１１内のサセプタ１２には第１の高周波電源１８が第１の整合器１９を介して接続され、且つ第２の高周波電源２０が第２の整合器２１を介して接続されており、第１の高周波電源１８は比較的低い周波数、例えば、１３ＭＨｚのイオン引き込み用の高周波電力をサセプタ１２に印加し、第２の高周波電源２０は比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力をサセプタ１２に印加する。これにより、サセプタ１２は電極として機能する。また、第１の整合器１９及び第２の整合器２１は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への印加効率を最大にする。

サセプタ１２の上部周縁部には、該サセプタ１２の中央部分が図中上方へ向けて突出するように段差が形成される。該サセプタ１２の中央部分の先端には静電電極板２２を内部に有するセラミックスからなる静電チャック２３が配置されている。静電電極板２２には直流電源２４が接続されており、静電電極板２２に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２３側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２２及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力によってウエハＷは静電チャック２３に吸着保持される。

また、サセプタ１２は内部に冷媒流路からなる冷却機構（図示しない）を有し、該冷却機構はプラズマと接触して温度が上昇するウエハＷの熱をサセプタ１２を介して吸収することによってウエハＷの温度が所望の温度以上になるのを防止する。

サセプタ１２は伝熱効率や電極機能を考慮して導電体、例えば、アルミニウムから構成されるが、導電体をプラズマが発生する処理室１５へ晒すのを防止するために、該サセプタ１２は側面を誘電体、例えば、石英（ＳｉＯ_２）からなる側面保護部材２５によって覆われる。

さらに、サセプタ１２の上部には、静電チャック２３に吸着保持されたウエハＷを囲むようにフォーカスリング２６がサセプタ１２の段差や側面保護部材２５へ載置され、さらに、フォーカスリング２６を囲むようにシールドリング２７が側面保護部材２５へ載置されている。フォーカスリング２６は珪素（Ｓｉ）又は炭化珪素（ＳｉＣ）からなり、プラズマの分布域をウエハＷ上だけでなく該フォーカスリング２６上まで拡大する。

チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド２８が配置される。シャワーヘッド２８は、上部電極板２９と、該上部電極板２９を着脱可能に釣支するクーリングプレート３０と、該クーリングプレート３０を覆う蓋体３１とを有する。上部電極板２９は厚み方向に貫通する多数のガス孔３２を有する円板状部材からなる。クーリングプレート３０の内部にはバッファ室３３が設けられ、このバッファ室３３には処理ガス導入管３４が接続されている。基板処理装置１０では、上部電極板２９とサセプタ１２の上面とが平行となるようにシャワーヘッド２８及びサセプタ１２が配置される。

基板処理装置１０はさらに制御部３５を備え、該制御部３５は内蔵するメモリ等に記憶されたプログラムに従って各構成要素の動作を制御し、プラズマエッチング処理を実行する。具体的に、制御部３５は、各構成要素の動作を制御して処理ガス導入管３４からバッファ室３３へ供給された処理ガスを処理室１５の内部空間へ導入し、該導入した処理ガスを、第２の高周波電源２０からサセプタ１２を介して処理室１５の内部空間へ印加されたプラズマ生成用の高周波電力によって励起してプラズマを生成し、プラズマ中の陽イオンを第１の高周波電源１８がサセプタ１２に印加するイオン引き込み用の高周波電力によってウエハＷに向けて引き込み、該ウエハＷにプラズマエッチング処理を施す。

図２は、図１の基板処理装置によってプラズマエッチング処理が施されるウエハの構成を概略的に示す部分断面図である。

図２において、ウエハＷは、シリコンからなる基部３６の上に積層された白金マンガン層３７と、該白金マンガン層３７の上に形成された所定の開口パターンを有するマスク膜としてのタンタル（Ｔａ）層３８とを有する。

本発明者は、難エッチング材である白金を含む白金マンガン層３７をイオンミリングやハロゲンガスを用いたエッチング以外の方法でエッチングすべく、基板処理装置１０において処理ガスとして一酸化炭素（ＣＯ）ガスを用い、一酸化炭素の強い還元力によって白金マンガン層３７から白金を還元して除去し、若しくは一酸化炭素を配位子として白金と配位結合させて金属カルボニルを発生させることによって白金を除去することを考え、一酸化炭素ガスを用いて白金マンガン層３７をエッチングしたところ、白金マンガン層３７やタンタル層３８の上に一酸化炭素から生じた炭素が炭素デポ層を形成し、エッチングを停止させることを確認した。

そこで、本発明者は、鋭意研究を行い、炭素デポ層をアッシングするために処理ガスへ多量の水素（Ｈ）ガスを加え、さらに、処理室１５の内部空間においてプラズマ状態を維持するために処理ガスへ乖離しやすい希ガス、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスを加え、当該処理ガスを用いて基板処理装置１０においてウエハＷへプラズマエッチング処理を施したところ、白金マンガン層３７やタンタル層３８の上に炭素デポ層が形成されるのを防止できるだけでなく、白金マンガン層３７をエッチングすることができることを見出した。具体的には、一酸化炭素ガス、水素ガス及びアルゴンガスを含む処理ガスを用いて白金マンガン層３７をエッチングする際、一酸化炭素ガス及び水素ガスの流量合計に対する水素ガスの流量比が５０％乃至７５％であれば、白金マンガン層３７の上に炭素デポ層を形成することなく、白金マンガン層３７をエッチングすることができることを見出した。本発明は本知見に基づくものである。

白金マンガン層３７のエッチングのメカニズムについては、明瞭に説明するのが困難であるが、一酸化炭素ガス、水素ガス及びアルゴンガスを含む処理ガスの乖離度を高めてプラズマを多量に生成して陽イオンを多量に発生させても、白金マンガン層３７のエッチングレートがさほど上昇しなかったこと、並びに、白金マンガン層３７のエッチングによって該白金マンガン層３７に形成されるホールやトレンチの形状がテーパ形状とならず、異方性エッチングではなく等方性エッチングが主として行われていたと考えられることから、白金マンガン層３７のエッチングは主として化学的反応によるものと推定し、本発明者は、以下に説明する、本実施の形態に係る基板処理方法としてのエッチング方法を類推するに至った。

図３は、本実施の形態に係る基板処理方法としてのエッチング方法を示す工程図である。

まず、基板処理装置１０のサセプタ１２にウエハＷを吸着保持させ、その後、処理室１５の内部空間を減圧し、該内部空間へ一酸化炭素ガス、水素ガス及びアルゴンガスを含む処理ガスを導入する。該処理ガスでは、一酸化炭素ガス及び水素ガスの流量合計に対する水素ガスの流量比が５０％乃至７５％に設定される。

次いで、処理室１５の内部空間へプラズマ生成用の高周波電力を印加し、且つサセプタ１２へイオン引き込み用の高周波電力を印加する。このとき、白金マンガン層３７の表面には一酸化炭素から生じた炭素デポ層３９（炭素層）が堆積し、また、タンタル層３８の表面にも同様に一酸化炭素から生じた炭素デポ層（図示しない）が堆積するが（図３（Ａ））、プラズマ生成用の高周波電力によって処理ガスにおけるアルゴンガスが励起してアルゴンプラズマを発生し、該アルゴンプラズマは水素ガス中の水素分子と衝突して水素ガスを励起させ、水素プラズマを発生させる。発生した水素プラズマの陽イオンやラジカルは炭素デポ層３９と接触して該炭素デポ層３９をアッシングする。

さらに、アルゴンプラズマの陽イオンがイオン引き込み用の高周波電力によって炭素デポ層３９へ入射して該炭素デポ層３９へエネルギーを付与し、該エネルギーを付与された炭素デポ層３９は一酸化炭素から生じた酸素と結合してカルボニル基を発生させる。また、処理ガスでは、一酸化炭素ガス及び水素ガスの流量合計に対する水素ガスの流量比が５０％乃至７５％に設定されて水素が多量に存在するため、炭素デポ層３９が水素プラズマの陽イオンやラジカルによってアッシングされている際に余剰の水素が存在し、該余剰の水素が炭素デポ層３９に付与されたエネルギーによってカルボニル基と結合してカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）が発生する。該カルボキシル基は配位子として白金マンガン層３７中の白金と配位結合して有機錯体４０、例えば、Ｐｔ（ＣＯＯＨ）_ｎを生じさせる。上述したように、有機錯体４０の生成には白金マンガン層３７中の白金が用いられるため、白金マンガン層３７の一部も有機錯体４０へ変質する（図３（Ｂ））。

一般に金属の有機錯体の飽和蒸気圧は低いため、有機錯体４０も容易に気化し、その結果、白金マンガン層３７の一部がエッチングされる（図３（Ｃ））。

その後、一酸化炭素ガス、水素ガス及びアルゴンガスを含む処理ガスの導入、プラズマ生成用の高周波電力の印加、及びイオン引き込み用の高周波電力の印加を継続すれば、図３（Ａ）乃至図３（Ｃ）の工程が繰り返されることになるので、結果として白金マンガン層３７を除去することができる（図３（Ｄ））。

図３のエッチング方法によれば、一酸化炭素ガス、水素ガス及びアルゴンガスを含む処理ガスを用いて白金マンガン層３７をエッチングし、一酸化炭素ガス及び水素ガスの流量合計に対する水素ガスの流量比が５０％乃至７５％に設定されるので、炭素デポ層３９がアッシングされている際にカルボニル基を発生させ、さらに、該カルボニル基を余剰の水素と結合させてカルボキシル基を発生させ、該カルボキシル基を白金マンガン層３７中の白金と配位結合させて有機錯体４０を生じさせ、該有機錯体４０を蒸発させることができる。その結果、ハロゲンガスを用いずに白金マンガン層３７をエッチングすることができる。

図３のエッチング方法では、処理ガスにおいて、一酸化炭素ガス及び水素ガスの流量合計に対する水素ガスの流量比が５０％乃至７５％に設定されたが、ホールやトレンチにおけるテーパ形状の発生防止の観点からは、水素ガスの流量比が小さい方が好ましく、一酸化炭素ガス及び水素ガスの流量合計に対する水素ガスの流量比が５０％乃至６０％であるのが好ましい。この場合、一酸化炭素ガスの流量に対する水素ガスの流量の比率が減少し、水素プラズマによるタンタル層３８のエッチングよりも一酸化炭素に起因する炭素デポ層のタンタル層３８への堆積が多少優位となる。その結果、エッチングによるタンタル層３８のパターン形状の崩れが抑制されて白金マンガン層３７に形成されるホールやトレンチの形状がテーパ形状となるのを防止することができる。

また、図３のエッチング方法では、カルボニル基やカルボキシル基の発生を促進する観点からは、エネルギーを付与するアルゴンプラズマを所定量以上確保するのが好ましく、処理ガスにおいて、アルゴンガス及び一酸化炭素ガスの流量合計に対するアルゴンガスの流量比が４０％乃至５０％であるのが好ましい。この場合、所定量以上確保されたアルゴンプラズマの陽イオンによって炭素デポ層３９へエネルギーを十分に付与することができる。その結果、カルボニル基の発生が促進され、ひいては白金を含む有機錯体の生成を促進することができる。

さらに、図３のエッチング方法では、カルボニル基の発生、カルボキシル基の発生及び有機錯体の発生を優先させる観点からは、処理室１５の内部空間の圧力を１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）以上に設定して白金マンガン層３７のエッチングを行うのが好ましい。通常、処理室内の圧力が或る程度高くなると陽イオンによるスパッタリングが抑制されるので、処理室１５の内部空間の圧力を１３．３Ｐａ以上に設定すると、水素ガスやアルゴンガスから生じるプラズマの陽イオンによるスパッタリングを抑制することができ、もって、化学反応、具体的には、カルボニル基の発生、カルボキシル基の発生及び有機錯体の発生を優先させることができる。また、タンタル層３８のパターン形状の崩れの抑制の観点からは、処理室１５の内部空間の圧力を４０．０Ｐａ（３００ｍＴｏｒｒ）以上に設定して陽イオンによるスパッタリングをさらに抑制し、これにより、タンタル層３８のエッチングをより抑制するのが好ましい。一方、有機錯体４０の気化を促進する観点からは処理室１５の内部空間の圧力を或る程度低くするのが好ましく、具体的には、処理室１５の内部空間の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下に設定するのが好ましい。

以上、本発明について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。

上述した図３のエッチング方法は基板処理装置１０で実行されるが、図３のエッチング方法は、アルゴンガスから発生したアルゴンプラズマの陽イオンが炭素デポ層３９へエネルギーを与え、且つ当該アルゴンプラズマが水素ガス中の水素分子と衝突して水素ガスを励起させて水素プラズマを発生させれば、実行することができる。すなわち、一酸化炭素ガス、水素ガス及びアルゴンガスのうち、アルゴンガスのみが基板処理装置１０によって励起されてプラズマとなればよい。したがって、図３のエッチング方法は、基板処理装置１０のような容量結合型のプラズマ処理装置だけでなく、ウエハＷの表面へ一酸化炭素ガス及び水素ガスを供給可能であり、且つウエハＷの表面へアルゴンガスから生じたプラズマの陽イオンを入射させることができるプラズマ処理装置で実行することができる。

例えば、図４（Ａ）に示すような、処理室４１と、該処理室４１の内部空間に配置された載置台４２と、該載置台４２と対向するように配置され且つ該処理室４１の内部空間へガスを導入するシャワーヘッド４３と、該シャワーヘッド４３へプラズマ生成用の高周波電力を印加する高周波電源４３ａと、載置台４２の側方で開口する２つのガス導入管４４ａ，４４ｂと、載置台４２へイオン引き込み用の高周波電力を印加する高周波電源（図示しない）とを備える基板処理装置４５や、図４（Ｂ）に示すような、処理室４６と、該処理室４６の内部空間に配置された載置台４７と、該載置台４７と対向するように配置され且つ該処理室４６の内部空間へプラズマを導入するプラズマ導入管４８と、載置台４７の側方で開口する２つのガス導入管４９ａ，４９ｂと、載置台４７へイオン引き込み用の高周波電力を印加する高周波電源（図示しない）とを備える基板処理装置５０においても、図３のエッチング方法を実行することができる。

基板処理装置４５では、ウエハＷが載置台４２に載置された後、処理室４１の内部空間が減圧され、シャワーヘッド４３からアルゴンガスが処理室４１の内部空間へ導入され、さらに、導入されたアルゴンガスはシャワーヘッド４３を介して処理室４１の内部空間へ印加されたプラズマ生成用の高周波電力によって励起されてアルゴンプラズマを発生し、該アルゴンプラズマの陽イオンはイオン引き込み用の高周波電力によって載置台４２に載置されたウエハＷへ入射する。一方、ウエハＷの表面近傍には２つのガス導入管４４ａ，４４ｂからそれぞれ一酸化炭素ガス及び水素ガスが供給されている。

また、基板処理装置５０では、ウエハＷが載置台４７に載置された後、処理室４６の内部空間が減圧され、プラズマ導入管４８からアルゴンガスのプラズマが処理室４６の内部空間へ導入され、該導入されたアルゴンプラズマの陽イオンはイオン引き込み用の高周波電力によって載置台４７に載置されたウエハＷへ入射する。一方、ウエハＷの表面近傍には２つのガス導入管４９ａ，４９ｂからそれぞれ一酸化炭素ガス及び水素ガスが供給されている。

基板処理装置４５及び基板処理装置５０のいずれにおいても、ウエハＷの表面へ到達したアルゴンプラズマの陽イオンは、一酸化炭素ガスに起因してウエハＷの白金マンガン層３７の表面に生じた炭素デポ層３９へエネルギーを付与し、且つ水素ガス中の水素分子と衝突して水素ガスを励起させ、水素プラズマを発生させる。その結果、カルボニル基の発生、カルボキシル基の発生及び有機錯体４０の発生を通じて白金マンガン層３７をエッチングすることができる。なお、基板処理装置４５及び基板処理装置５０のいずれにおいても、供給される一酸化炭素ガス及び水素ガスの流量合計に対する水素ガスの流量比が５０％乃至７５％に設定されることは言うまでもない。

また、図３のエッチング方法が適用されるウエハＷの積層構造も図２に示す構造に限られず、例えば、シリコンからなる基部５１ａ上へ下方から順番に、タンタル層５１ｂ、白金マンガン層５１ｃ、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）層５１ｄ、ルテニウム（Ｒｕ）層５１ｅ、コバルト鉄層５１ｆ、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等からなる絶縁層５１ｇ、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）層５１ｈ、ルテニウム層５１ｉ、ニッケル鉄層５１ｊ、ルテニウム層５１ｋ、タンタル層５１ｌ、反射防止層（ＢＡＲＣ層）５１ｍ、及び所定のパターン形状を有するフォトレジスト層５１ｎが形成される積層構造（図５（Ａ））、銅からなる下地配線５２ａ上へ下方から順番に、ニッケル鉄層５２ｂ、白金マンガン層５２ｃ、コバルト鉄層５２ｄ、ルテニウム層５２ｅ、コバルト鉄層５２ｆ、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる障壁層５２ｇ、ニッケル鉄層５２ｈ、タンタル層５２ｉ、及び所定のパターン形状を有するフォトレジスト層５２ｊが形成される積層構造（図５（Ｂ））、絶縁膜５３ａ上へ下方から順番に、タンタル膜５３ｂ、白金マンガン層５３ｃ、コバルト鉄層５３ｄ、アルミナ層５３ｅ、コバルト鉄層５３ｆ、窒化チタン層５３ｇ、二酸化珪素膜５３ｈ、及び所定のパターン形状を有するフォトレジスト層５３ｉが形成される積層構造（図５（Ｃ））、並びに、シリコンからなる基部５４ａ上へ下方から順番に、タンタル層５４ｂ、アルミニウム層５４ｃ、タンタル層５４ｄ、ニッケル鉄／白金マンガン層５４ｅ、アルミナ層５４ｆ、コバルト鉄層５４ｇ、ニッケル鉄層５４ｈ、タンタル層５４ｉ、及び所定のパターン形状を有するフォトレジスト層５４ｊが形成される積層構造（図５（Ｄ））のいずれにも図３のエッチング方法を適用することができる。

さらに、図３のエッチング方法によってエッチングされる層は白金マンガン層に限られず、白金のみからなる白金層や、白金及び他の金属を含む層であってもよい。また、図３のエッチング方法において、処理ガスは一酸化炭素ガス、水素ガス及びアルゴンガスを含んだがアルゴンガスは他の希ガスに置き換えてもよい。

また、本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを記録した記憶媒体を、コンピュータ等に供給し、コンピュータのＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムを読み出して実行することによっても達成される。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラム自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、プログラム及びそのプログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、プログラムを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータに供給されてもよい。

また、コンピュータのＣＰＵが読み出したプログラムを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

更に、記憶媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

上記プログラムの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。

次に、本発明の実施例について説明する。

まず、実施例１として、基板処理装置１０において図２に示すウエハＷをサセプタ１２へ吸着保持させた後、処理室１５の内部空間の圧力を１３．３Ｐａに設定し、該内部空間へ処理ガスを導入した。処理ガスの流量比は水素ガス：アルゴンガス：一酸化炭素ガスが１５０ｓｃｃｍ：１００ｓｃｃｍ：１５０ｓｃｃｍであった。すなわち、一酸化炭素ガス及び水素ガスの流量合計に対する水素ガスの流量比が５０％であり、アルゴンガス及び一酸化炭素ガスの流量合計に対するアルゴンガスの流量比が４０％であった。

次いで、処理室１５の内部空間へプラズマ生成用の高周波電力を３００Ｗで印加し、且つサセプタ１２へイオン引き込み用の高周波電力を６００Ｗで印加して白金マンガン層３７のエッチングを６００秒に亘って継続して実行した後、白金マンガン層３７に形成されたトレンチの状態を確認したが、トレンチの各面において炭素デポ層３９は殆ど存在せず、且つテーパ形状は殆ど発生していなかった。

また、実施例２として、処理ガスの流量比以外は実施例１における条件と同じ条件で白金マンガン層３７のエッチングを行った。実施例２における処理ガスの流量比は水素ガス：アルゴンガス：一酸化炭素ガスが３００ｓｃｃｍ：１００ｓｃｃｍ：１００ｓｃｃｍであった。すなわち、一酸化炭素ガス及び水素ガスの流量合計に対する水素ガスの流量比が７５％であり、アルゴンガス及び一酸化炭素ガスの流量合計に対するアルゴンガスの流量比が５０％であった。

白金マンガン層３７のエッチング後に、該白金マンガン層３７に形成されたトレンチの状態を確認したところ、トレンチの各面において炭素デポ層３９は全く存在せず、且ウエハＷの表面に対する鉛直線に関してトレンチの両側面が構成するテーパ角（鉛直線を挟む狭角）は約１０°であり、許容範囲内であることを確認した。

さらに、比較例として、処理ガスの流量比以外は実施例１における条件と同じ条件で白金マンガン層３７のエッチングを行った。比較例における処理ガスの流量比は水素ガス：アルゴンガス：一酸化炭素ガスが１００ｓｃｃｍ：１００ｓｃｃｍ：３００ｓｃｃｍであった。すなわち、一酸化炭素ガス及び水素ガスの流量合計に対する水素ガスの流量比が２５％であり、アルゴンガス及び一酸化炭素ガスの流量合計に対するアルゴンガスの流量比が２５％であった。

白金マンガン層３７のエッチング後に、該白金マンガン層３７に形成されたトレンチの状態を確認したところ、トレンチの各面において炭素デポ層３９が厚く堆積してトレンチの各面が全く露出せず、トレンチの深さも実施例１や実施例２のトレンチの深さよりも小さいことを確認した。これは、比較例の処理ガスにおけるアルゴンガスの流量比が実施例１や実施例２よりも小さく、アルゴンガスから生じたプラズマの陽イオンによって炭素デポ層３９へ十分なエネルギーを付与することができず、その結果、炭素デポ層３９をカルボニル基へ変質させることができなかったためと考えられた。また、比較例の処理ガスにおける水素ガスの流量比が実施例１や実施例２よりも小さく、余剰の水素が生じずにカルボキシル基があまり発生せず、カルボキシル基を配位子として白金マンガン層３７の白金へ配位結合させて有機錯体４０をあまり生成することができなかったためと考えられた。

以上の確認結果より、白金マンガン層３７において各面に炭素デポ層３９を堆積させず、且つ白金マンガン層３７を十分にエッチングするには、処理ガスにおいてアルゴンガス及び一酸化炭素ガスの流量合計に対するアルゴンガスの流量比を４０％以上とし、且つ一酸化炭素ガス及び水素ガスの流量合計に対する水素ガスの流量比を５０％以上とする必要があることが分かった。

一方、実施例２から一酸化炭素ガス及び水素ガスの流量合計に対する水素ガスの流量比を７５％より大きくとすると、水素プラズマによるタンタル層３８のエッチングが強くなり、タンタル層３８のパターン形状が崩れてトレンチの両側面が構成するテーパ角がより大きくなることが予想されるため、処理ガスにおいて一酸化炭素ガス及び水素ガスの流量合計に対する水素ガスの流量比を７５％以下とするのが好ましいことが推測された。

また、実施例２からアルゴンガス及び一酸化炭素ガスの流量合計に対するアルゴンガスの流量比を５０％より大きくとすると、アルゴンプラズマの陽イオンによるスパッタリングが強くなり、タンタル層３８のパターン形状が崩れてトレンチの両側面が構成するテーパ角がより大きくなることが予想されるため、処理ガスにおいてアルゴンガス及び一酸化炭素ガスの流量合計に対するアルゴンガスの流量比を５０％以下とするのが好ましいことが推測された。

Ｗウエハ
１０基板処理装置
１１チャンバ
１２サセプタ
３７白金マンガン層
３８タンタル層
３９炭素デポ層
４０有機錯体

Claims

基板に形成された少なくとも白金を含む層にマスク膜を用いてプラズマエッチング処理を施す基板処理方法であって、
少なくとも一酸化炭素ガス、水素ガス及び希ガスを含む処理ガスを用いて前記少なくとも白金を含む層にプラズマエッチング処理を施し、
前記一酸化炭素ガス及び前記水素ガスの流量合計に対する前記水素ガスの流量比が５０％乃至７５％であることを特徴とする基板処理方法。
前記一酸化炭素ガス及び前記水素ガスの流量合計に対する前記水素ガスの流量比が５０％乃至６０％であることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
前記希ガス及び前記一酸化炭素ガスの流量合計に対する前記希ガスの流量比が４０％乃至５０％であることを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理方法。
前記希ガスはアルゴンガスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
前記白金を含む層へ施されるプラズマエッチング処理は圧力が１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）乃至１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の下で行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
前記白金を含む層へ施されるプラズマエッチング処理は圧力が４０．０Ｐａ（３００ｍＴｏｒｒ）乃至１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の下で行われることを特徴とする請求項５記載の基板処理方法。
基板に形成された少なくとも白金を含む層にマスク膜を用いてプラズマエッチング処理を施す基板処理方法をコンピュータに実行させるプログラムを格納するコンピュータで読み取り可能な記憶媒体であって、前記基板処理方法は、
少なくとも一酸化炭素ガス、水素ガス及び希ガスを含む処理ガスを用いて前記少なくとも白金を含む層にプラズマエッチング処理を施し、
前記一酸化炭素ガス及び前記水素ガスの流量合計に対する前記水素ガスの流量比が５０％乃至７５％であることを特徴とする記憶媒体。