(57)【要約】【課題】異種膜に対して高い精度で平坦化を行う。【解決手段】一実施形態によれば、基板を処理する方法が提供され、前記基板は、少なくとも一部の領域において、溝が形成されている絶縁膜層、バリアメタル層、および配線金属層が下から順に形成されており、かかる方法において、（１）前記基板の表面に前記配線金属層が露出されている状態において、前記基板の表面を除去するステップを有し、（２）前記基板の表面に前記金属配線層および前記バリアメタル層が露出されている状態において、前記基板の表面を除去するステップを有し、（３）前記基板の表面に前記金属配線層、前記バリアメタル層、および前記絶縁膜層が露出されている状態において、前記基板の表面と触媒とを接触させるステップと、前記触媒と前記基板の表面との間に処理液を供給するステップと、前記触媒と前記基板の表面との間に電流を流すステップと、を有する。【選択図】図５
2020150156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する方法であって、
前記基板は、少なくとも一部の領域において、溝が形成されている絶縁膜層、バリアメタル層、および配線金属層が下から順に形成されており、
（１）前記基板の表面に前記配線金属層が露出されている状態において、
前記基板の表面を除去するステップを有し、
（２）前記基板の表面に前記金属配線層および前記バリアメタル層が露出されている状態において、
前記基板の表面を除去するステップを有し、
（３）前記基板の表面に前記金属配線層、前記バリアメタル層、および前記絶縁膜層が露出されている状態において、
前記基板の表面と触媒とを接触させるステップと、
前記触媒と前記基板の表面との間に処理液を供給するステップと、
前記触媒と前記基板の表面との間に電圧を印加するまたは電流を流すステップと、を有する、
方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
（２）前記基板の表面に前記金属配線層および前記バリアメタル層が露出されている状態において、
前記基板の表面と触媒とを接触させるステップと、
前記触媒と前記基板の表面との間に処理液を供給するステップと、
前記触媒と前記基板の表面との間に電流を流すステップと、を有する、
方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、
（１）前記基板の表面に前記配線金属層が露出されている状態において、
前記基板の表面と触媒とを接触させるステップと、
前記触媒と前記基板の表面との間に処理液を供給するステップと、
前記触媒と前記基板の表面との間に電流を流すステップと、を有する、
方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、
（２）前記基板の表面に前記金属配線層および前記バリアメタル層が露出されている状態における前記基板の処理に使用される、触媒、処理液、および電流の内の少なくとも１つの条件は、（３）前記基板の表面に前記金属配線層、前記バリアメタル層、および前記絶縁膜層が露出されている状態における前記基板の処理に使用される、触媒、処理液、および電流の条件と異なる、
方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、
（１）前記基板の表面に前記配線金属層が露出されている状態における前記基板の処理に使用される、触媒、処理液、および電流の内の少なくとも１つの条件は、（３）前記基板の表面に前記金属配線層、前記バリアメタル層、および前記絶縁膜層が露出されている状態における前記基板の処理に使用される、触媒、処理液、および電流の条件と異なる、
方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記触媒は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ
）、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）、および金（Ａｕ）から成るグループの少なくとも１つを有する、
方法。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記触媒は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）、および金（Ａｕ）から成るグループの１つ主成分とする合金を有する、
方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法であって、
スパッタリング法、化学気層蒸着法（ＣＶＤ）、蒸着法、およびめっき法のいずれか１つの方法により、弾性部材の表面に触媒を形成するステップを有する、
方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の方法であって、
前記バリアメタル層および配線金属層は、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、および窒化チタン（ＴｉＮ）の少なくとも１つを含む、
方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の方法であって、
前記処理液は、酸化性を有する化合物を含む液体と、電解質とを含む、
方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
前記電解質は、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、クエン酸、シュウ酸、ギ酸、酢酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、アンモニア、塩化カリウム、塩化ナトリウム、および硫酸ナトリウムの少なくとも１つを含む、
方法。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法であって、
前記触媒のコンディショニングを行うステップを有する、
方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、
前記触媒をコンディショニング液に浸漬させるステップを有する、
方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
前記触媒をコンディショニング液に浸漬させた状態で、前記触媒とコンディショニング用電極との間に電圧を印加するステップを有する、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、基板を処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、基板の表面を加工する技術として化学機械研磨（ＣＭＰ）が広く用いられている。ＣＭＰ装置では研磨ヘッドに加工対象の基板を保持させ、研磨テーブル上に設置された研磨パッド上に基板を押し付け、研磨パッドと基板との間にスラリー供給しながら研磨ヘッドと研磨テーブルとを相対運動させることで基板の表面を研磨する。
【０００３】
昨今の半導体デバイス構造の微細化に伴い、より高精度な平坦化技術と、オングストロームオーダーの加工精度と、ダメージレスの加工技術が要望されてきている。ＣＭＰに代表される平坦化工程もその例外ではなく、微細化に伴い除去量そのものが例えば１００Å程度と小さくなる中で、原子レベルでの制御性が求められてくる。本要求を満たすべく、ＣＭＰでは研磨及び洗浄条件の最適化が行われる。しかし、ＣＭＰは砥粒によって基板の表面を研磨するため、基板に機械的なダメージが発生しやすく、ダメージレスの加工は難しい。そこで、新たな加工技術として、触媒基準エッチング（Catalyst referred etching：ＣＡＲＥ）が提案されている。ＣＡＲＥ技術では、触媒を基準面として処理液中で触媒と処理対象とを接触させる。その結果、触媒表面に発生した反応種と処理対象の基板とが化学反応を生じることで基板表面の材料が除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２１０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＡＲＥ法を基板の平坦化プロセスに適用するにあたっては、二種類以上の半導体材料を均一に除去する必要がある場合がある。対象である半導体材料としては、絶縁膜である酸化膜はＬｏｗ−ｋ材料、配線材料であるＷやＣｕ、バリアメタルとしてのＴａＮやＴｉＮといった金属材料が挙げられ、さらに次世代においては、たとえばルテニウム（Ｒｕ）やコバルト（Ｃｏ）のような新材料が挙げられ、これら材料を含む異種層に対して高い精度で平坦化を行うことが望まれている。しかし、これら材料が混在する状況では、単一のＣＡＲＥプロセスでは、各材料のエッチング特性が異なることから、平坦化は困難であり、よって露出する材料の種類及び状態に応じたＣＡＲＥプロセスが必要となる。
【０００６】
そこで、本開示は上記課題を鑑み、ＣＡＲＥによる処理において、露出する材料が異なる状況においても、平坦化性能を維持可能な平坦化プロセスを提供することを１つの目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態によれば、基板を処理する方法が提供され、前記基板は、少なくとも一部の領域において、溝が形成されている絶縁膜層、バリアメタル層、および配線金属層が下から順に形成されており、かかる方法において、（１）前記基板の表面に前記配線金属層が露出されている状態において、前記基板の表面を除去するステップを有し、（２）前記基板の表面に前記金属配線層および前記バリアメタル層が露出されている状態において、前記基板の表面を除去するステップを有し、（３）前記基板の表面に前記金属配線層、前記バリアメタル層、および前記絶縁膜層が露出されている状態において、前記基板の表面と
触媒とを接触させるステップと、前記触媒と前記基板の表面との間に処理液を供給するステップと、前記触媒と前記基板の表面との間に電流を流すステップと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態による、基板処理装置の概略平面図である。
【図２】図１に示される基板処理装置の側面図である。
【図３】一実施形態による、基板処理装置の電気的な構成を概略的に示す側面図である。
【図４】一実施形態による、基板処理装置の電気的な構成を概略的に示す側面図である。
【図５】一実施形態による、基板の処理方法を示すフローチャートである。
【図６】一実施形態による、基板の処理方法による基板の処理過程を概略的に示す断面図である。
【図７】一実施形態による、基板の処理方法による基板の処理過程を概略的に示す断面図である。
【図８】一実施形態による、基板の処理方法による基板の処理過程を概略的に示す断面図である。
【図９】一実施形態による、基板の処理方法による基板の処理過程を概略的に示す断面図である。
【図１０】一実施形態による、基板処理システムを概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明に係る基板を処理する方法および基板処理装置を添付図面とともに説明する。添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。なお、本明細書において「基板」には、半導体基板、ガラス基板、プリント回路基板だけでなく、磁気記録媒体、磁気記録センサ、ミラー、光学素子や微小機械素子、あるいは部分的に製作された集積回路を含む。
【００１０】
図１は、一実施形態による、基板処理装置１０の概略平面図である。図２は、図１に示される基板処理装置１０の側面図である。基板処理装置１０は、ＣＡＲＥ法を利用して、基板ＷＦの表面に対してエッチング処理を行う装置である。基板処理装置１０は、基板処理システムの一部として構成することができる。図１０は、一実施形態による、基板処理システムを概略的に示すブロック図である。基板処理システムは、ロードポート、ＣＭＰモジュール、ＣＡＲＥモジュール、成膜モジュール、洗浄モジュール、乾燥モジュールを備える。また、基板処理システムは、基板処理システム内で基板を搬送するためのロボットを備える。図１０に示される基板処理システムにおいて、ロードポートは、処理前の基板を保持し、また、処理後の基板を保持する。ロボット１は、ロードポートから処理前の基板を受け取り、ロボット２へ基板を受け渡すことができる。ロボット２は、基板を成膜モジュール、ＣＭＰモジュール、ＣＡＲＥモジュール、洗浄モジュール１、２、乾燥モジュール、およびロボット１の間で基板を搬送することができる。基板処理システムのＣＡＲＥモジュールは、後述する基板処理装置１０の任意の特徴を備えるものとすることができる。また、基板処理システムのＣＡＲＥモジュール以外の構成は任意のものとすることができ、モジュールの種類および数は任意である。
【００１１】
図１、２に示される基板処理装置１０は、基板ＷＦを保持するためのテーブル２０と、触媒３１を保持するためのヘッド３０と、処理液ＰＬをテーブル２０に保持された基板ＷＦの上に供給部するためのノズル４０と、ヘッド３０を基板に平行な方向に揺動させるためのアーム５０と、コンディショナ６０と、制御装置９０と、を備えている。
【００１２】
テーブル２０は、基板ＷＦを保持するように構成されている。図示の実施形態においては、テーブル２０は、基板ＷＦの被処理面が上方を向くように基板ＷＦを保持する。また、図示の実施形態においては、テーブル２０は、基板ＷＦを保持するための機構として、基板ＷＦの裏面（被処理面と反対側の面）を真空吸着する真空吸着プレートを有する真空吸着機構を備えている。また、吸着状態の安定化のために、吸着プレート表面にバッキング材を貼り付け、本バッキング材を介して基板ＷＦをテーブル２０に吸着させても良い。基板ＷＦをテーブル２０上に保持するための機構は、公知の任意の機構とすることができ、例えば、基板ＷＦの周縁部の少なくとも１ヶ所において基板ＷＦの表面および裏面をクランプするクランプ機構であっても良く、また基板ＷＦの周縁部の少なくとも１ヶ所において基板ＷＦの側面を保持するローラチャック機構であっても良い。かかるテーブル２０は、駆動部モータ、アクチュエータ（図示省略）によって回転可能に構成されている。
【００１３】
また、本図では、テーブル２０は、基板ＷＦを保持するための領域よりも外側において、周方向の全体にわたって、鉛直方向上方に向けて延在する壁２１を備えている。これにより処理液ＰＬの基板ＷＦの面内での保持が可能となり、その結果、処理液ＰＬの使用量の削減が可能である。なお、本図では、壁２１はテーブル２０の外周に固定されているが、テーブルとは別体で構成されていても良い。その場合、壁２１は上下動が可能に構成されてもよい。壁２１の上下動が可能になることで、処理液ＰＬの保持量を変えることが可能になるとともに、例えばエッチング処理後の基板表面を純水や洗浄液により洗浄する場合、壁２１を下げることによって処理液の基板ＷＦ外への排出を効率よく行うことができる。
【００１４】
図１および図２に示される実施形態において、ヘッド３０は、その下端に触媒３１を保持するように構成されている。本実施形態において、触媒３１は、基板ＷＦよりも小さい。すなわち、触媒３１から基板ＷＦに向けて投影した場合の触媒３１の投影面積は、基板ＷＦの面積よりも小さい。また、ヘッド３０は、駆動部すなわちアクチュエータ（図示省略）によって回転可能に構成されている。また、ヘッド３０の触媒３１を基板ＷＦに接触摺動させるためのモータやエアシリンダを後述のアーム５０に備えている（図示省略）。
【００１５】
一実施形態において、触媒３１は、たとえば、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）、および金（Ａｕ）を含むことができる。一実施形態において、触媒３１は、これらの単体金属とすることができる。また、一実施形態において、触媒３１は、これらの金属の任意の１つを主成分とする合金とすることができる。
【００１６】
一実施形態において、触媒３１は、基準面を有するベース部材３２の表面に固定されている。一実施形態において、触媒３１は、スパッタリング法、化学気層蒸着法（ＣＶＤ）、蒸着法、およびめっき法のいずれか１つの方法により、ベース部材３２の表面に形成される。スパッタリング法を用いて触媒３１をベース部材３２の表面に形成する場合、触媒となる複数の金属材料を同時にスパッタリングしてもよく、ある金属材料の上に他の金属材料を配置してスパッタリングしてもよく、合金材料をスパッタリングしてもよい。また、異なる金属元素の層を積層した後に熱処理することで合金層を形成してもよい。また、基準面を有するベース部材３２上に触媒３１が形成される場合、ベース部材３２は、弾性を有するゴムやスポンジなどの弾性材料から形成されてもよい。ベース部材３２に弾性部材を使用することで、処理対象である基板ＷＦ表面の凸部での接触圧力が相対的に大きくなり、凸部が選択的に除去される。また、触媒３１が保持されるベース部材３２の表面には、任意のパターンの溝が設けられていることが望ましい。溝が設けられることにより、供給される処理液が溝の内部を通過し、触媒３１の表面と処理対象である基板ＷＦの表面との間に処理液が効率的に供給される。一実施形態において、触媒３１の箔を接着剤など
により弾性材料からなるベース部材３２に固定してもよい。この場合、基準面は処理対象である基板ＷＦの表面形状にならうが、弾性体の伸縮による触媒３１の剥がれを抑制することができる。なお、図２おいてはヘッド３０は１つであるが、複数のヘッド３０を用いて処理を行っても良い。この場合、各ヘッド３０の触媒３１は同一であっても良く、また処理対象である基板ＷＦの露出材料によっては、異なる触媒であっても良い。各ヘッド３０の触媒３１が同一である場合は、基板ＷＦを触媒３１がカバーする面積が増加するため、処理速度が増加する。また、各ヘッド３０の触媒３１が異なる場合は、複数のエッチング対象が露出している場合においても、各触媒３１が作用することで、各材料のエッチング速度の調整が可能となる。
【００１７】
次に、ノズル４０は、基板ＷＦの表面に処理液ＰＬを供給するように構成されている。ここで、図１、２に示される実施形態においてはノズル４０は１つだが、複数配置されていても良く、その場合、処理ステップに応じて各ノズル４０から異なる処理液を供給しても良い。また各ノズルから異なる処理液を供給し、処理ステップに応じて各ノズル４０からの処理液の供給流量を変化させることで、混合された処理液の組成比を変えても良い。また、複数のノズル４０から処理液を供給する場合は、処理ステップに応じて、各ノズルから供給する処理液を選択することで、処理液の組成を変化させても良い。また、エッチング処理後に基板処理装置１０において、基板ＷＦ表面の洗浄を行う場合、ノズル４０からは洗浄用薬液や水を供給しても良い。一実施形態において、処理液は、酸化性を有する化合物を含む液体と電解質とを混合させた液体とすることができる、一例として、酸化性を有する化合物を含む液体は、過酸化水素およびオゾン水の少なくとも１つを含むことができる。混合される電解質は、酸性の電解質、中性の電解質、および塩基性の電解質の少なくとも１つを含むことができる。酸性の電解質は、たとえば、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸などの無機酸、クエン酸、シュウ酸、ギ酸、酢酸などの脂肪酸を含む水溶性の有機酸の少なくとも１つを含むことができる。中性の電解質は、たとえば、塩化カリウム、塩化ナトリウム、および硫酸ナトリウムの少なくとも１つを含むことができる。塩基性の電解質は、たとえば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどの無機酸、アンモニアなどの任意の有機物の少なくとも１つを含むことができる。処理液のｐＨは１以上１４以下の範囲で調整されることが望ましい。なお、処理ステップに応じて複数の組成もしくは組成比の異なる処理液を使用する場合、各処理ステップ間において、基板ＷＦ表面を洗浄するステップを挿入しても良い。洗浄ステップを設けることで、前ステップで使用した処理液と次ステップで使用する処理液とが混ざることを防ぐことが可能である。また、各処理液については、図示しない温度制御機構により各処理液の温度を調節しても良い。
【００１８】
次に、アーム５０は、駆動部すなわちアクチュエータ（図示省略）によって、回転中心５１を中心として揺動可能に構成されており、また、上下移動可能に構成されている。ここで、本実施例において、触媒３１は基板ＷＦよりも小さいため、基板ＷＦ全面をエッチング処理する場合、ヘッド３０は基板ＷＦ全面上を揺動する。ここで、本ＣＡＲＥ法では触媒が基板ＷＦに接触している接触部においてのみエッチングが生じるため、基板ＷＦの各領域における基板ＷＦと触媒３１との接触時間の基板ＷＦ面内分布が、基板ＷＦの各領域におけるエッチング量のウェハ面内分布に大きく影響する。これについては、アーム５０のウェハ面内での揺動速度を可変にすることで、接触時間の分布を均一化することが可能である。具体的には、基板ＷＦ面内でのアーム５０の揺動範囲を複数の区間に分割し、各区間において揺動速度を制御する。なお、アーム５０の先端（回転中心５１と反対側の端部）には、ヘッド３０が回転可能に取り付けられている。
【００１９】
図２に示される実施形態において、基板処理装置１０は、テーブル２０上に配置された基板ＷＦの表面の導電層に接触するように構成された複数の電極２２を備える。電極２２は、たとえば均等な間隔で基板ＷＦの周方向に複数配置される。電極２２は、テーブル２
０とともに回転するように構成される。そのため、電極２２と基板ＷＦとは相対的に移動しないので、電極２２が基板ＷＦの表面にダメージを与えるリスクを低減することができる。一実施形態において、電極２２はテーブル２０に固定されていてもよい。図示のように、電極２２は、電源２５に電気的に接続されるように構成されている。極性については、一実施形態において、電極２２は電源２５のプラス側に接続され、ヘッド３０に保持された触媒３１は、電源２５のマイナス側に電気的に接続される。しかし、エッチング対象材料の基板ＷＦの露出状況においては、極性を変化させてもよい。本構成により、基板処理装置１０は、電極２２から基板ＷＦの電導層を通じて触媒３１に電流を流すことができる。基板ＷＦと触媒とに電流を流すことで、ＣＡＲＥによるエッチングに電解反応によるエッチングが加わり、より高効率な処理を行うことが可能になる。なお、一般に、電解エッチングでは、処理対象の基板の導電層と対向電極とは電気的短絡を防止するために離間していることが通常であるが、本願の発明者らは、本開示によるＣＡＲＥにおいては、電気的に短絡した状態においても基板と触媒とに電圧を与えることでエッチング速度が変化することを実験により確認した。なお、本給電方式では、電極２２は、基板ＷＦ表面の導電層との接触部以外は処理液との接触を防止するために、図示はしないが樹脂材料等の被覆材を配置していても良く、また、電極２２の基板ＷＦの中心側に円周状に処理液の接触を防止するシール材を配置しても良い。電極２２が基板ＷＦ表面の導電層との接触部以外において処理液と接触している場合、処理液中のイオンを介した電気回路が形成されることで、基板ＷＦ表面の導電層との接触部近傍において、異常な電解エッチングが発生したり、電極２２自身がエッチングされることで給電不良が生じたりする可能性があり、本被覆材もしくはシール材を配置することで、異常な電解エッチングを抑制することが可能である。なお、電極２２の材料としては、導電性を有するとともに処理液に対するエッチング耐性があることが望ましい。
【００２０】
図３は、一実施形態による、基板処理装置１０の電気的な構成を概略的に示す側面図である。図３に示される実施形態において、電極２２はヘッド３０の内部に設けられており、テーブル２０上に配置された基板ＷＦの表面の導電層に接触かつ給電するように配置されている。図３に示される実施形態において、電極２２はヘッド３０の下端の中心に配置されている。図３に示される実施形態において、電極２２は回転可能に構成されており、テーブル２０とヘッド３０との相対運動に追従して回転するように構成される。そのため、電極２２と基板ＷＦとは相対的に移動しないので、電極２２が基板ＷＦの表面にダメージを与えるリスクを低減することができる。図示のように、ヘッド３０内の電極２２は、電源２５に電気的に接続されるように構成され、電極２２は電源２５のプラス側に接続される。一方、ヘッド３０に保持された触媒３１は、電源２５のマイナス側に電気的に接続される。そのため、基板処理装置１０は、電極２２から基板ＷＦの電導層を通じて触媒３１に電流を流すことができる。基板ＷＦと触媒とに電流を流すことで、ＣＡＲＥによるエッチングに電解反応によるエッチングが加わり、より高効率な処理を行うことが可能になる。なお、本給電方式では、電極２２は基板ＷＦ表面の導電層との接触部以外は処理液との接触を防止するために、図示はしないが、処理液の侵入を防止するシール材を配置していても良い。電極２２が基板ＷＦ表面の導電層との接触部以外において処理液と接触している場合、処理液中のイオンを介した電気回路が形成されることで、基板ＷＦ表面の導電層との接触部近傍において、異常な電解エッチングが発生したり、電極２２自身がエッチングされることで給電不良が生じたりする可能性があり、本シール材を配置することで、異常な電解エッチングを抑制することが可能である。なお、電極２２の材料としては、導電性を有するとともに処理液に対するエッチング耐性があることが望ましい。また、図３に示される実施形態においては、電極２２は１つであるが、他の実施形態として、電極２２を複数有しても良い。これは、ヘッド３０が基板ＷＦ全面を処理すべく基板ＷＦの面内を移動する際、電極２２が１つの場合は、移動位置によっては基板ＷＦ表面の導電層との接触の確保が困難な場合があるためであり、電極２２を複数有することで、電極２２の導電層との接触の確保が容易になる。また、図３に示される実施形態においては、電極２２
はヘッド３０の内部に固定された構造であるが、他の実施形態として、ヘッド３０の外周部に配置されていても良く、さらに、一実施形態において、電極２２は、ヘッド３０とは独立した位置において基板ＷＦの導電層と接触し、相対運動に対して追従する構造であっても良い。
【００２１】
図４は、一実施形態による、基板処理装置１０の電気的な構成を概略的に示す側面図である。図４に示される実施形態において、電極２２はヘッド３０の内部に設けられている。図４に示される実施形態においては、電極２２は、テーブル２０上に配置された基板ＷＦの表面に近接しているが、基板ＷＦに接触しないように配置されている。図４に示される実施形態において、電極２２はヘッド３０の下端の中心に配置されている。図４に示される実施形態において、電極２２は基板ＷＦに接触しないので、電極２２が基板ＷＦの表面にダメージを与えるリスクを低減することができる。図示のように、ヘッド３０内の電極２２は、電源２５に電気的に接続されるように構成され、電極２２は電源２５のプラス側に接続される。一方、ヘッド３０に保持された触媒３１は、電源２５のマイナス側に電気的に接続される。図４に示される実施形態においては、処理液は電解質を含む。そのため、基板処理装置１０は、電極２２から処理液中のイオンを介して間接的に基板ＷＦの電導層から触媒３１に電流を流すことができる。基板ＷＦと触媒とに電流を流すことで、ＣＡＲＥによるエッチングに電解反応によるエッチングが加わり、より高効率な処理を行うことが可能になる。なお、図４では、電極２２は１つであるが、複数有しても良い。これは、ヘッド３０が基板ＷＦ全面を処理すべく基板ＷＦの面内を移動する際、電極２２が１つの場合は、移動位置によっては基板ＷＦ表面の導電層と処理液を介して対向することが困難な場合があるためであり、電極２２を複数有することで、導電層との処理液を介して対向が容易になる。また、図４では、電極２２はヘッド３０の内部に固定された構造であるが、ヘッド３０の外周部に配置されていても良く、さらにヘッド３０とは独立した位置において、基板ＷＦの導電層と処理液を介して対向しても良い。
【００２２】
ここで、触媒３１と基板ＷＦとの間に印加する電圧は給電方式により異なり、例えば図２及び図３に示される実施形態の場合と、図４に示される実施形態との場合とでは異なる。図４に示される実施形態の場合は、触媒３１と基板ＷＦの導電層との接触部、及び基板ＷＦの導電層と電極２２との対向部の２か所において処理液中のイオンを介した電流が流れており、図２および図３に示される実施形態のような基板ＷＦの導電層と電極２２とが接触している方式とは電気回路が異なるためである。なお、印加電圧については、基板ＷＦの導電層と電極２２間で生じさせる電解反応によって異なり、例えば水の電気分解反応を用いる場合は、基板ＷＦの導電層と電極２２間には理論電解電圧である１．２３Ｖ以上の電圧がかかるように電源電圧を調整する。ただし、印加電圧が大きすぎると、基板ＷＦの導電層の表面近傍において、主反応であるエッチング反応以外にガス発生などの副反応が生じることで、電流効率の低下や発生ガスによる導電層表面への処理液の供給を阻害することがある。そのため、触媒３１と基板ＷＦとの間に印加する電圧は１０Ｖ以下、より好ましくは５Ｖ以下であることが望ましい。また、通常、電解エッチングにおけるエッチング速度は電流密度に比例することが知られていることから、露出しているエッチング対象材料が単一の場合や、複数のエッチング対象材料が露出していても面積比が一定の場合、電流値が一定になるように電源２５を制御しても良い。一方、複数のエッチング対象材料が露出していても面積比が処理時において変化する場合は、各材料の電流密度が本面積変化により変化することで、電流密度が変化し、ひいてはエッチング速度の制御が困難になる。このような場合において、電圧値が一定になるように電源２５を制御することが望ましい。
【００２３】
コンディショナ６０は、所定のタイミングで触媒３１の表面をコンディショニングするように構成されている。このコンディショナ６０は、テーブル２０に保持された基板ＷＦの外部に配置されている。ヘッド３０に保持された触媒３１は、アーム５０によって、コ
ンディショナ６０上に配置されることができる。
【００２４】
図２示される実施形態において、コンディショナ６０は、スクラブ洗浄部６１を備えている。スクラブ洗浄部６１は、スポンジ、ブラシなどのスクラブ部材を有しており、洗浄液供給部６２から供給されるコンディショニング液の存在下で、触媒３１をスクラブ洗浄する。この際のヘッド３０とスクラブ洗浄部６１のスクラブ部材との接触については、ヘッド３０側もしくはスクラブ部材の上下動によりなされる。また、コンディショニング時にはヘッド３０もしくはスクラブ洗浄部６１のスクラブ部材の少なくとも一方を回転等の相対運動をさせる。これにより、エッチング生成物が付着した触媒３１の表面を活性な状態に回復させることができるうえ、エッチング生成物によって基板ＷＦの被処理領域がダメージを受けることを抑制できる。
【００２５】
コンディショナ６０には、上述の構成に限らず、種々の構成を採用し得る。例えば、本スクラブ洗浄部６１におけるコンディショニング液は基本的には水で良いが、エッチング生成物によってはスクラブ洗浄のみでは除去が困難な場合がある。その場合は洗浄液としてエッチング生成物を除去可能な薬液を供給しても良い。例えば、エッチング生成物が珪酸塩(ＳｉＯ２)である場合には薬液としてフッ化水素酸を用いても良い。あるいは、コンディショナ６０は、電解作用を利用して触媒３１表面のエッチング生成物を除去するように構成された電解再生部を備えていてもよい。具体的には、電解再生部は、触媒３１と電気的に接続可能に構成された電極を有しており、触媒と電極との間に電圧を印加することによって、触媒３１の表面に付着したエッチング生成物を除去するように構成されても良い。電解反応がコンディショニング液によるエッチング生成物の除去反応と同一の場合は、電気エネルギーによるコンディショニング速度の促進が可能であり、また、電解反応がコンディショニング液によるエッチング生成物の除去反応と別反応である場合は、コンディショニング液によるエッチング反応に電解反応が加わることで、コンディショニング速度が増し、短時間での触媒３１のコンディショニングが可能となる。
【００２６】
あるいは、コンディショナ６０は、触媒３１を新たにめっきすることによって、触媒３１を再生するように構成されためっき再生部を備えていても良い。このめっき再生部は、触媒３１と電気的に接続可能に構成された電極を有しており、再生用触媒を含む液中に触媒３１を浸漬した状態で、触媒３１と電極との間に電圧を印加することによって、触媒３１の表面をめっき再生するように構成される。
【００２７】
制御装置９０は、基板処理装置１０の動作全般を制御する。制御装置９０は、一般的な汎用コンピュータおよび専用のコンピュータなどから構成することができる。また、制御装置９０では、基板ＷＦのエッチング処理条件に関するパラメータも制御される。こうしたパラメータとしては、例えば、ヘッド３０の回転、角度回転等の運動条件、触媒３１と基板ＷＦとの接触圧力、アーム５０の揺動条件、ノズル４０からの処理液流量や処理液温度等の供給条件、基板ＷＦと触媒３１との間に与えられる電位条件、またコンディショナ６０での触媒表面のコンディショニング条件が挙げられる。
【００２８】
図５は、一実施形態による、基板の処理方法を示すフローチャートである。また、図６は、一実施形態による基板の処理方法による基板の処理過程を概略的に示す断面図である。図６に示されるように、基板ＷＦは、絶縁膜層１０２を含む。図示のように、基板ＷＦは、絶縁膜層１０２に形成された溝に、バリアメタル層１０６を介して配線金属層１０８を埋め込まれた構造である。絶縁膜層１０２は、たとえばシリコン酸化物やＬｏｗ−ｋ材料である。絶縁膜層１０２には溝１０４が形成されている。絶縁膜層１０２の表面にバリアメタル層１０６が形成されている。バリアメタル層１０６は、たとえばＴａ、Ｔｉ、ＴａＮ、ＴｉＮ、Ｃｏなどである。バリアメタル層１０６の上には配線金属層１０８が形成されている。配線金属層１０８は、たとえばＲｕ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｗなどである。
【００２９】
図６に示されるように、絶縁膜層１０２に配線金属層１０８が埋め込まれた基板を平坦化する場合、配線金属層１０８、バリアメタル層１０６、および絶縁膜層１０２を同時に平坦化する必要がある。図５に示される処理方法においては、ＣＡＲＥ法により図６に示される基板を平坦化する。基板の平坦化には、上述した任意の構成の基板処理装置１０を使用してもよい。基板処理装置１０の動作は制御装置９０により制御される。
【００３０】
まず、基板ＷＦをテーブル２０の上に保持させる。次に、ノズル４０により処理液が基板ＷＦ上に供給される、次に、アーム５０によって、ヘッド３０に保持された触媒３１が基板ＷＦ上の所定に配置されるように移動させる。その後、ヘッド３０の上下動により、基板ＷＦの表面と触媒とを接触させ、また、所定の接触圧力になるように調整される。また、基板ＷＦと触媒３１とを接触させる直前、接触と同時または接触後に、基板ＷＦと触媒３１とを相対的に運動させる。たとえば、テーブル２０およびヘッド３０を回転させ、また、アーム５０を揺動させる。また、基板ＷＦと触媒３１とを接触させる直前、接触と同時または接触後に、電極２２と触媒３１との間に電圧を付与する。
【００３１】
処理液の存在下で触媒３１を基板ＷＦに接触させることで、触媒作用によりエッチャントが生成され、生成されたエッチャントが基板ＷＦの表面に作用することで、基板ＷＦの表面がエッチング除去される。図６に示される基板ＷＦを平坦化する場合、まず、配線金属層１０８が触媒３１に接触し、配線金属層１０８がエッチング除去される。また、本実施形態においては、触媒３１と基板ＷＦの表面に接触している電極２２との間に電圧が印加されており、基板ＷＦの表面の配線金属層１０８は導電性であるため、基板ＷＦの表面から触媒３１に電流が流れる。そのため、通常のＣＡＲＥによるエッチングにさらに電解エッチングの作用が加わり、より高効率に基板ＷＦの表面を除去することができる。また、印加する電圧の大きさを制御することで、エッチング速度を制御することもできる。また、例えば配線金属層１０８及びバリアメタル層１０６が除去されることで、大部分が絶縁膜層１０２となり、触媒３１と基板ＷＦとの間に電流が流れない場合であったとしても、触媒３１と基板ＷＦとの間に電位を与えることで、触媒３１の表面状態を修飾し、処理液中のイオンの吸着や触媒３１の変質を抑制する作用があるため、触媒３１と基板ＷＦとの間に電位を与えることは有効である。
【００３２】
図６に示される実施形態においては、基板から触媒に電流を流した状態によるＣＡＲＥにより、最初に配線金属層１０８が除去され、次に配線金属層１０８およびバリアメタル層１０６が同時に除去され、最後に配線金属層１０８、バリアメタル層１０６、および絶縁膜層１０２が同時に除去される。触媒３１の種類、処理液の種類や濃度、印加する電圧、処理時間などは、処置対象の基板に応じて適宜選択する。
【００３３】
図７は、一実施形態による基板の処理方法による基板の処理過程を概略的に示す断面図である。図７に示されるように、処理対象の基板ＷＦは、図６に示される基板ＷＦと同一である。
【００３４】
本実施形態による基板の処理は、概念的に２つのステップに分けられる。まず、ステップ（１）において、基板ＷＦの表面の配線金属層１０８の一部を除去する。ステップ（１）においては、バリアメタル層１０６が露出する直前まで配線金属層１０８を除去する。たとえば、ステップ（１）においては、配線金属層１０８が１０ｎｍ程度の厚さになるまで配線金属層１０８の除去を行う。ステップ（１）は、ＣＭＰにより配線金属層１０８を除去してもよい。あるいは、ステップ（１）は、上述のような電流を印加したＣＡＲＥにより配線金属層１０８を除去してもよい。次にステップ（２）において、上述のような電流を印加したＣＡＲＥにより、残りの配線金属層１０８が除去され、次に配線金属層１０８およびバリアメタル層１０６が同時に除去され、最後に配線金属層１０８、バリアメタ
ル層１０６、および絶縁膜層１０２の一部が同時に除去される。本実施形態において、ステップ（１）は、ステップ（２）よりも除去レートが大きくなる条件で基板の処理を行う。ステップ（１）およびステップ（２）をＣＡＲＥにより行う場合、処理条件の少なくとも１つは異なる条件とする。処理条件は、たとえば、触媒の種類、処理液の種類および濃度、および電圧の大きさである。ステップ（１）においては、配線金属層１０８だけを除去するので、配線金属層１０８を除去できる処理条件であればよい。ステップ（２）においては、配線金属層１０８、バリアメタル層１０６、および絶縁膜層１０２を除去するので、これらを除去できる処理条件とする必要がある。また、ステップ（１）およびステップ（２）が共にＣＡＲＥにより行われる場合、異なる基板処理装置１０を使用してもよく、あるいは同一の基板処理装置１０を使用してもよい。たとえば、基板処理装置１０を、異なる触媒３１を保持する２つのヘッド３０を備えるように構成することで、同一の基板処理装置１０により異なる触媒３１を使用したＣＡＲＥを実行することができる。
【００３５】
図８は、一実施形態による基板の処理方法による基板の処理過程を概略的に示す断面図である。図８に示されるように、処理対象の基板ＷＦは、図６に示される基板ＷＦと同一である。
【００３６】
本実施形態による基板の処理は、概念的に２つのステップに分けられる。まず、ステップ（１）において、基板ＷＦの表面の配線金属層１０８をバリアメタル層１０６が露出するまで除去する。ステップ（１）は、ＣＭＰにより配線金属層１０８を除去してもよい。あるいは、ステップ（１）は、上述のような電流を印加したＣＡＲＥにより配線金属層１０８を除去してもよい。ステップ（１）の処理条件は、配線金属層１０８を除去できる条件であればよく、バリアメタル層１０６を除去できる条件でなくてもよいし、バリアメタル層１０６を除去できる条件でもよい。次にステップ（２）において、上述のような電流を印加したＣＡＲＥにより、表面に露出したバリアメタル層１０６が除去され、次に、配線金属層１０８、バリアメタル層１０６、および絶縁膜層１０２が同時に除去される。本実施形態において、ステップ（１）は、ステップ（２）よりも除去レートが大きくなる条件で基板の処理を行う。ステップ（１）およびステップ（２）をＣＡＲＥにより行う場合、処理条件の少なくとも１つは異なる条件とする。処理条件は、たとえば、触媒の種類、処理液の種類および濃度、および電圧の大きさである。ステップ（１）においては、主に配線金属層１０８だけを除去するので、配線金属層１０８を除去できる処理条件であればよい。ステップ（２）においては、配線金属層１０８、バリアメタル層１０６、および絶縁膜層１０２を除去するので、これらを除去できる処理条件とする必要がある。また、ステップ（１）およびステップ（２）の実行には、は異なる基板処理装置１０を使用してもよく、あるいは同一の基板処理装置１０を使用してもよい。たとえば、基板処理装置１０を、異なる触媒３１を保持する２つのヘッド３０を備えるように構成することで、同一の基板処理装置１０により異なる触媒３１を使用したＣＡＲＥを実行することができる。
【００３７】
図９は、一実施形態による基板の処理方法による基板の処理過程を概略的に示す断面図である。図９に示されるように、処理対象の基板ＷＦは、図６に示される基板ＷＦと同一である。
【００３８】
本実施形態による基板の処理は、概念的に３つのステップに分けられる。まず、ステップ（１）において、基板ＷＦの表面の配線金属層１０８をバリアメタル層１０６が露出するまで除去する。ステップ（１）は、ＣＭＰにより配線金属層１０８を除去してもよい。あるいは、ステップ（１）は、上述のような電流を印加したＣＡＲＥにより配線金属層１０８を除去してもよい。ステップ（１）の処理条件は、配線金属層１０８を除去できる条件であればよい。次にステップ（２）において、上述のような電流を印加したＣＡＲＥにより、表面に絶縁膜層１０２が露出するまで、バリアメタル層１０６および配線金属層１０８が除去される。ステップ（２）の処理条件は、バリアメタル層１０６および配線金属
層１０８を除去できる条件であればよく、絶縁膜層１０２を除去できる条件である必要はない。次に、ステップ（３）において、上述のような電流を印加したＣＡＲＥにより、配線金属層１０８、バリアメタル層１０６、および絶縁膜層１０２が同時に除去される。本実施形態において、ステップ（１）は、ステップ（２）およびステップ（３）よりも除去レートが大きくなる条件で基板の処理を行う。ステップ（１）〜（３）において、処理条件の少なくとも１つは異なる条件とする。処理条件は、たとえば、触媒の種類、処理液の種類および濃度、および電圧の大きさである。ステップ（１）においては、主に配線金属層１０８だけを除去するので、配線金属層１０８を除去できる処理条件であればよい。ステップ（２）においては、配線金属層１０８、バリアメタル層１０６を除去するので、これらを除去できる処理条件とする必要がある。ステップ（３）においては、配線金属層１０８、バリアメタル層１０６、および絶縁膜層１０２を除去するので、これらを除去できる処理条件とする必要がある。また、ステップ（１）〜（３）の実行には、は異なる基板処理装置１０を使用してもよく、あるいは同一の基板処理装置１０を使用してもよい。たとえば、基板処理装置１０を、異なる触媒３１を保持する２つまたは３つのヘッド３０を備えるように構成することで、同一の基板処理装置１０により異なる触媒３１を使用したＣＡＲＥを実行することができる。
【００３９】
ＣＡＲＥにより基板を処理していくと、触媒３１の表面にエッチング生成物が付着するので、エッチング性能が次第に劣化することになる。そこで、所定のタイミングで、触媒３１のコンディショニングを行ってもよい。上述の基板処理装置１０においては、ヘッド３０をコンディショナ６０に退避させ、触媒３１のコンディショニングを実施することができる。所定のタイミングとしては、エッチング処理のインターバル時（処理された基板ＷＦをテーブル２０から搬出し、未処理の基板ＷＦをテーブル２０に配置する間の期間）、もしくは予め定められた稼働時間を経過するたび、などとすることができる。
【００４０】
以上、いくつかの例に基づいて本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明には、その均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
【００４１】
上述の実施形態から少なくとも以下の技術的思想が把握される。
［形態１］形態１によれば、基板を処理する方法が提供され、前記基板は、少なくとも一部の領域において、溝が形成されている絶縁膜層、バリアメタル層、および配線金属層が下から順に形成されており、かかる方法は、（１）前記基板の表面に前記配線金属層が露出されている状態において、前記基板の表面を除去するステップを有し、（２）前記基板の表面に前記金属配線層および前記バリアメタル層が露出されている状態において、前記基板の表面を除去するステップを有し、（３）前記基板の表面に前記金属配線層、前記バリアメタル層、および前記絶縁膜層が露出されている状態において、前記基板の表面と触媒とを接触させるステップと、前記触媒と前記基板の表面との間に処理液を供給するステップと、前記触媒と前記基板の表面との間に電圧を印加するまたは電流を流すステップと、を有する。
【００４２】
［形態２］形態２によれば、形態１による方法において、（２）前記基板の表面に前記金属配線層および前記バリアメタル層が露出されている状態において、前記基板の表面と触媒とを接触させるステップと、前記触媒と前記基板の表面との間に処理液を供給するステップと、前記触媒と前記基板の表面との間に電流を流すステップと、を有する。
【００４３】
［形態３］形態３によれば、形態１または形態２による方法において、（１）前記基板の表面に前記配線金属層が露出されている状態において、前記基板の表面と触媒とを接触させるステップと、前記触媒と前記基板の表面との間に処理液を供給するステップと、前記触媒と前記基板の表面との間に電流を流すステップと、を有する。
【００４４】
［形態４］形態４によれば、形態２による方法において、（２）前記基板の表面に前記金属配線層および前記バリアメタル層が露出されている状態における前記基板の処理に使用される、触媒、処理液、および電流の内の少なくとも１つの条件は、（３）前記基板の表面に前記金属配線層、前記バリアメタル層、および前記絶縁膜層が露出されている状態における前記基板の処理に使用される、触媒、処理液、および電流の条件と異なる。
【００４５】
［形態５］形態５によれば、形態３による方法において、（１）前記基板の表面に前記配線金属層が露出されている状態における前記基板の処理に使用される、触媒、処理液、および電流の内の少なくとも１つの条件は、（３）前記基板の表面に前記金属配線層、前記バリアメタル層、および前記絶縁膜層が露出されている状態における前記基板の処理に使用される、触媒、処理液、および電流の条件と異なる。
【００４６】
［形態６］形態６によれば、形態１から形態５のいずれか１つの形態による方法において、前記触媒は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）、および金（Ａｕ）から成るグループの少なくとも１つを有する。
【００４７】
［形態７］形態７によれば、形態１から形態５のいずれか１つの形態による方法において、前記触媒は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）、および金（Ａｕ）から成るグループの１つ主成分とする合金を有する。
【００４８】
［形態８］形態８によれば、形態１から形態７のいずれか１つの形態による方法において、スパッタリング法、化学気層蒸着法（ＣＶＤ）、蒸着法、およびめっき法のいずれか１つの方法により、弾性部材の表面に触媒を形成するステップを有する。
【００４９】
［形態９］形態９によれば、形態１から形態８のいずれか１つの形態による方法において、前記バリアメタル層および配線金属層は、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、および窒化チタン（ＴｉＮ）の少なくとも１つを含む。
【００５０】
［形態１０］形態１０によれば、形態１から形態９のいずれか１つの形態による方法において、前記処理液は、酸化性を有する化合物を含む液体と、電解質とを含む。
【００５１】
［形態１１］形態１１によれば、形態１０による方法において、前記電解質は、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、クエン酸、シュウ酸、ギ酸、酢酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、アンモニア、塩化カリウム、塩化ナトリウム、および硫酸ナトリウムの少なくとも１つを含む。
【００５２】
［形態１２］形態１２によれば、形態１から形態１１のいずれか１つの形態による方法において、前記触媒のコンディショニングを行うステップを有する。
【００５３】
［形態１３］形態１３によれば、形態１２による方法において、前記触媒をコンディショニング液に浸漬させるステップを有する。
【００５４】
［形態１４］形態１４によれば、形態１３による方法において、前記触媒をコンディショニング液に浸漬させた状態で、前記触媒とコンディショニング用電極との間に電圧を印加するステップを有する。
【符号の説明】
【００５５】
１０…基板処理装置
２０…テーブル
２１…壁
２２…電極
２５…電源
３０…ヘッド
３１…触媒
３２…ベース部材
４０…ノズル
５０…アーム
６０…コンディショナ
９０…制御装置
１０２…絶縁膜層
１０６…バリアメタル層
１０８…配線金属層
ＷＦ…基板
【図１】
2020150156.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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