(57)【要約】  一実施形態に係る半導体基板の製造方法は、等方性エッチングを含む処理を基板の主面に施すことにより、底面とスキャロップが形成された側面とを有する溝部を形成する第１工程と、溝部の側面に対する親水化処理及び溝部に対する脱気処理の少なくとも一方を行う第２工程と、溝部の底面が存在する状態で、異方性のウェットエッチングを行うことにより、溝部の側面に形成されたスキャロップを除去し、側面を平坦化する第３工程と、を含む。
2020090930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
等方性エッチングを含む処理を半導体基板の主面に施すことにより、底面とスキャロップが形成された側面とを有する凹部を形成する第１工程と、
前記凹部の前記側面に対する親水化処理及び前記凹部に対する脱気処理の少なくとも一方を行う第２工程と、
前記凹部の前記底面が存在する状態で、異方性のウェットエッチングを行うことにより、前記凹部の前記側面に形成された前記スキャロップを除去し、前記側面を平坦化する第３工程と、を含む半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記第１工程では、前記半導体基板の前記主面に沿って延在する溝部が前記凹部として形成される、請求項１に記載の半導体基板の製造方法における前記第１工程、前記第２工程、及び前記第３工程と、
前記第３工程の後に、前記溝部の内面上に設けられた第１部分と、前記第１部分と一体的に形成され、前記主面上に設けられた第２部分と、を有する絶縁層を形成する第４工程と、
前記絶縁層の前記第１部分及び前記第２部分上に金属層を形成する第５工程と、
前記溝部内に埋め込まれた前記金属層上に配線部を形成する第６工程と、
前記絶縁層の前記第２部分が露出するように、前記第２部分上の前記金属層及び前記配線部を除去する第７工程と、
前記第７工程の後に、前記絶縁層の前記第２部分、前記金属層の端部、及び前記配線部を覆うようにキャップ層を形成する第８工程と、を含む、ダマシン配線構造の製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板の前記主面が（１００）面に沿っており、
前記第１工程では、（１１０）面に沿った方向に延在する前記溝部を形成する、請求項２に記載のダマシン配線構造の製造方法。
【請求項４】
凹部が設けられた主面を備え、
前記凹部は、底面と、側面と、傾斜面と、を有し、
前記傾斜面は、前記底面及び前記側面の間において前記底面及び前記側面に接続されると共に、前記底面及び前記側面と鈍角を成すように前記底面及び前記側面に対して傾斜しており、
前記底面の面方位と前記側面の面方位と前記傾斜面の面方位とが互いに異なる、半導体基板。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体基板と、絶縁層と、金属層と、配線部と、キャップ層と、を備え、
前記凹部は、前記主面に沿って延在する溝部であり、
前記絶縁層は、前記溝部の内面上に設けられた第１部分と、前記第１部分と一体的に形成され、前記主面上に設けられた第２部分と、を有し、
前記金属層は、前記絶縁層の前記第１部分上に設けられており、
前記配線部は、前記溝部内に埋め込まれた前記金属層上に形成されており、
前記キャップ層は、前記絶縁層の前記第２部分、前記金属層の端部、及び前記配線部を覆うように設けられている、ダマシン配線構造。
【請求項６】
前記底面は（１００）面に沿った面であり、
前記側面は（１１０）面に沿った面であり、
前記傾斜面は（１１１）面に沿った面である、請求項５に記載のダマシン配線構造。
【請求項７】
前記凹部は、前記主面に沿った第１方向に延在する第１溝部と、前記第１溝部と前記底面を共有し、前記第１方向に交差する前記主面に沿った第２方向に延在する第２溝部と、を有し、
前記第１溝部は、第１側面と、前記底面及び前記第１側面の間において前記底面及び前記第１側面に接続されると共に前記底面及び前記第１側面に対して傾斜する第１傾斜面と、を有し、
前記第２溝部は、第２側面と、前記底面及び前記第２側面の間において前記底面及び前記第２側面に接続されると共に前記底面及び前記第２側面に対して傾斜する第２傾斜面と、を有し、
前記第１側面と前記第２側面との間、及び前記第１傾斜面と前記第２傾斜面との間には、中間面が形成されており、
前記中間面は、前記第１側面、前記第２側面、前記第１傾斜面、前記第２傾斜面、及び前記底面に接続されており、
前記中間面と前記第１側面及び前記第２側面の各々とが成す角度は、鈍角である、請求項５又は６に記載のダマシン配線構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体基板の製造方法、ダマシン配線構造の製造方法、半導体基板、及びダマシン配線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、凹部が形成されたシリコン基板（半導体基板）を製造する方法として、ボッシュプロセスを用いてシリコン基板に凹部を形成した後、当該凹部の側面に形成されたスキャロップ（微小な凹凸構造）をドライエッチングを用いて除去する方法が知られている（特許文献１〜５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２０６９９１号公報
【特許文献２】特開２０１４−１３８２１号公報
【特許文献３】特開２００８−３４５０８号公報
【特許文献４】米国特許出願公開２００８／００２３８４６号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開２００７／０２８１４７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えばＭＥＭＳ技術を応用した電磁駆動式のミラー（いわゆるＭＥＭＳミラー）において、可動部内の限られたスペースに低抵抗の駆動コイルを設けるために、信頼性の高い凹部（例えば、狭ピッチで高アスペクト比を有し、スキャロップが除去された凹部等）を形成したい場合がある。本発明者は、上述したような場合において、凹部の側面に形成されたスキャロップを除去するためにドライエッチングを用いることには、以下のような問題があることを発見した。具体的には、等方性のドライエッチングを用いる場合、凹部の開口側の幅が広がり、狭ピッチの配線（凹部に埋め込まれる配線）を実現できない。さらに、凹部の底部までエッチングガスが到達し難いため、凹部の底部付近にあるスキャロップを除去することが困難である。また、異方性のドライエッチングを用いる場合、凹部の底面のみがエッチングされ易いため、凹部の側面に形成されたスキャロップを適切に除去することが困難である。【０００５】
本開示の一側面は、信頼性の高い凹部を有する半導体基板及びその製造方法、並びに当該半導体基板を用いたダマシン配線構造及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一側面に係る半導体基板の製造方法は、等方性エッチングを含む処理を半導体基板の主面に施すことにより、底面とスキャロップが形成された側面とを有する凹部を形成する第１工程と、凹部の側面に対する親水化処理及び凹部に対する脱気処理の少なくとも一方を行う第２工程と、凹部の底面が存在する状態で、異方性のウェットエッチングを行うことにより、凹部の側面に形成されたスキャロップを除去し、側面を平坦化する第３工程と、を含む。【０００７】
上記半導体基板の製造方法では、底面とスキャロップが形成された側面とを有する凹部を形成した後に、凹部の側面に対する親水化処理又は凹部に対する脱気処理を行うことにより、凹部の側面に対するエッチング液の濡れ性を向上させることができる。また、凹部の底面が存在する状態で異方性のウェットエッチングを行うことにより、凹部内にエッチング液（エッチャント）を効果的に充填させることができる。これにより、エッチング液で凹部の側面の全体を濡らすことができ、側面に形成されたスキャロップを効果的に除去することができる。さらに、異方性のエッチングが行われることにより、凹部の開口側と底面側との間において、側面のエッチングレートをほぼ均一化することができる。これにより、凹部の開口側の幅がテーパ状に広がってしまうといった不具合の発生を抑制することができる。従って、上記製造方法によれば、信頼性の高い凹部を有する半導体基板を製造することができる。すなわち、半導体基板の主面において、適切な形状が維持されると共にスキャロップが適切に除去された凹部を形成することができる。【０００８】
本開示の一側面に係るダマシン配線構造の製造方法は、第１工程では、半導体基板の主面に沿って延在する溝部が凹部として形成される、上記半導体基板の製造方法における第１工程、第２工程、及び第３工程と、第３工程の後に、溝部の内面上に設けられた第１部分と、第１部分と一体的に形成され、主面上に設けられた第２部分と、を有する絶縁層を形成する第４工程と、絶縁層の第１部分及び第２部分上に金属層を形成する第５工程と、溝部内に埋め込まれた金属層上に配線部を形成する第６工程と、絶縁層の第２部分が露出するように、第２部分上の金属層及び配線部を除去する第７工程と、第７工程の後に、絶縁層の第２部分、金属層の端部、及び配線部を覆うようにキャップ層を形成する第８工程と、を含む。【０００９】
仮に、凹部の側面に形成されたスキャロップの除去が十分でない状態で絶縁層及び金属層を形成した場合、絶縁層と金属層との間にボイド（空隙）が発生したり、絶縁層のクラック（断裂部）が発生したりするおそれがある。上記ボイドは、構造上のウィークポイントとなり得る。また、上記クラックは、配線部を流れる電流が半導体基板へとリークする原因となり得る。すなわち、絶縁層上に形成された金属（金属層及び配線部）が、上記クラックを介して、半導体基板の一部と接触してしまうおそれがある。一方、上記ダマシン配線構造の製造方法によれば、スキャロップが適切に除去された凹部の内面に対して、絶縁層及び金属層が形成される。これにより、上述したボイド又はクラック等の発生を抑制できるため、信頼性の高いダマシン配線構造を得ることができる。【００１０】
半導体基板の主面が（１００）面に沿っており、第１工程では、（１１０）面に沿った方向に延在する溝部を形成してもよい。上記構成によれば、（１００）面に沿った底面と（１１０）面に沿った側面とが形成される。さらに、面方位によるエッチングレートの違いを利用することにより、底面と側面との間に、（１１１）面に沿うと共に底面及び側面に対して傾斜する傾斜面を形成することが可能となる。そして、傾斜面が形成される場合の底面と側面との間の角部の角度（すなわち、底面と傾斜面とが成す角度又は側面と傾斜面とが成す角度）は、傾斜面が形成されない場合の角部の角度（すなわち、底面と側面とが成す角度）よりも大きくなる。すなわち、傾斜面が形成されることにより、傾斜面が形成されない場合よりも丸みを帯びた角部（すなわち、段階的に緩やかに屈曲する角部）が形成されることになる。このような角部によれば、当該角部において絶縁層のクラックを生じ難くすることができる。従って、上記構成によれば、より信頼性の高いダマシン配線構造を得ることができる。【００１１】
本開示の一側面に係る半導体基板は、凹部が設けられた主面を備え、凹部は、底面と、側面と、傾斜面と、を有し、傾斜面は、底面及び側面の間において底面及び側面に接続されると共に、底面及び側面と鈍角を成すように底面及び側面に対して傾斜しており、底面の面方位と側面の面方位と傾斜面の面方位とが互いに異なる。【００１２】
上記半導体基板では、底面と側面との間の角部の角度（すなわち、底面と傾斜面とが成す角度又は側面と傾斜面とが成す角度）は、傾斜面が設けられない場合の角部の角度（すなわち、底面と側面とが成す角度）よりも大きい。すなわち、傾斜面により、傾斜面が形成されない場合よりも丸みを帯びた角部（すなわち、段階的に緩やかに屈曲する角部）が形成されている。このような角部を有する凹部によれば、例えば当該凹部の内面に所定の材料層を設ける場合等において、当該角部における当該材料層のクラックの発生が抑制される。以上により、上記半導体基板では、上述した凹部により、信頼性が高められている。また、上記半導体基板は、面方位によるエッチングレートの違いを利用することにより、比較的容易に得られる。【００１３】
本開示の一側面に係るダマシン配線構造は、上記半導体基板と、絶縁層と、金属層と、配線部と、キャップ層と、を備え、凹部は、主面に沿って延在する溝部であり、絶縁層は、溝部の内面上に設けられた第１部分と、第１部分と一体的に形成され、主面上に設けられた第２部分と、を有し、金属層は、絶縁層の第１部分上に設けられており、配線部は、溝部内に埋め込まれた金属層上に形成されており、キャップ層は、絶縁層の第２部分、金属層の端部、及び配線部を覆うように設けられている。【００１４】
上記ダマシン配線構造は、上述したような底面、側面、及び傾斜面を有する凹部内に配線部等が埋め込まれることによって形成されている。このため、当該凹部の角部において、絶縁層のクラックが抑制されている。従って、上記ダマシン配線構造では、当該凹部により、信頼性が高められている。【００１５】
底面は（１００）面に沿った面であり、側面は（１１０）面に沿った面であり、傾斜面は（１１１）面に沿った面であってもよい。上記構成によれば、面方位によるエッチングレートの違いを利用することにより、上述した効果を奏するダマシン配線構造を容易に得ることができる。【００１６】
凹部は、主面に沿った第１方向に延在する第１溝部と、第１溝部と底面を共有し、第１方向に交差する主面に沿った第２方向に延在する第２溝部と、を有し、第１溝部は、第１側面と、底面及び第１側面の間において底面及び第１側面に接続されると共に底面及び第１側面に対して傾斜する第１傾斜面と、を有し、第２溝部は、第２側面と、底面及び第２側面の間において底面及び第２側面に接続されると共に底面及び第２側面に対して傾斜する第２傾斜面と、を有し、第１側面と第２側面との間、及び第１傾斜面と第２傾斜面との間には、中間面が形成されており、中間面は、第１側面、第２側面、第１傾斜面、第２傾斜面、及び底面に接続されており、中間面と第１側面及び第２側面の各々とが成す角度は、鈍角であってもよい。上記構成によれば、第１溝部と第２溝部とが交差する隅部（主面に垂直な方向から見た場合における隅部）の角度（すなわち、中間面と第１側面とが成す角度又は中間面と第２側面とが成す角度）は、中間面が形成されない場合の当該隅部の角度（すなわち、第１側面と第２側面とが成す角度）よりも大きくなる。すなわち、中間面が形成されることにより、中間面が形成されない場合よりも丸みを帯びた隅部（すなわち、段階的に屈曲する隅部）が形成されることになる。このような隅部によれば、半導体基板に対して振動が加わった際等に当該隅部において配線部に作用する応力を効果的に低減することができる。従って、上記構成によれば、より一層信頼性が高められたダマシン配線構造を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本開示の一側面によれば、信頼性の高い凹部を有する半導体基板及びその製造方法、並びに当該半導体基板を用いたダマシン配線構造及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、一実施形態に係るダマシン配線構造を含むミラー装置の平面図である。
【図２】図２は、図１のII−II線断面図である。
【図３】図３は、図２の拡大図である。
【図４】図４は、図３の拡大図である。
【図５】図５は、ダマシン配線構造の製造に用いられるＳＯＩウェハの平面図である。
【図６】図６（ａ）は、溝部が形成される前の基板の構造を模式的に示す図であり、図６（ｂ）は、第１工程により形成される溝部の断面形状を示す図であり、図６（ｃ）は、第２工程により形成される溝部の断面形状を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、第１工程により形成される溝部の底部のＳＥＭ画像であり、図７（ｂ）は、第３工程により形成される溝部の底部のＳＥＭ画像である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、ダマシン配線構造の製造方法を説明するための断面図である。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）は、ダマシン配線構造の製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、ダマシン配線構造の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】図１１は、ダマシン配線構造の隅部を模式的に示す斜視図である。
【図１２】図１２は、第１変形例に係るダマシン配線構造の断面図である。
【図１３】図１３は、第２変形例に係るダマシン配線構造の断面図である。
【図１４】図１４（ａ）は、第３変形例に係るダマシン配線構造の断面図であり、図１４（ｂ）は、第４変形例に係るダマシン配線構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。
【００２０】
［ミラー装置の構成］
図１は、一実施形態に係るダマシン配線構造１００（図２参照）を含んで構成されたミラー装置１（アクチュエータ装置）の平面図である。図１に示されるように、ミラー装置１は、支持部２と、第１可動部３と、第２可動部４と、一対の第１連結部５，６と、一対の第２連結部７，８と、磁界発生部９と、を備えている。支持部２、第１可動部３、第２可動部４、第１連結部５，６及び第２連結部７，８は、例えば、半導体基板（基板３０）によって一体的に形成されている。つまり、ミラー装置１は、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）デバイスとして構成されている。
【００２１】
ミラー装置１では、互いに直交する第１軸線Ｘ１及び第２軸線Ｘ２の周りに、ミラー面１０を有する第１可動部３が揺動させられる。ミラー装置１は、例えば、光通信用光スイッチ、光スキャナ等に用いられ得る。磁界発生部９は、例えば、ハルバッハ配列がとられた永久磁石等によって構成されている。磁界発生部９は、後述するコイル２１，２２に作用する磁界を発生させる。
【００２２】
支持部２は、例えば、平面視において四角形状の外形を有し、枠状に形成されている。支持部２は、磁界発生部９に対してミラー面１０に垂直な方向における一方側に配置されている。第１可動部３は、磁界発生部９から離間した状態で、支持部２の内側に配置されている。なお、「平面視」とは、ミラー面１０に垂直な方向から見た場合を意味し、換言すれば、後述する基板３０の主面３１に垂直な方向から見た場合を意味する。
【００２３】
第１可動部３は、配置部３ａと、配置部３ａを囲む枠部３ｂと、配置部３ａと枠部３ｂとを互いに連結する複数（この例では４つ）の連結部３ｃと、を有している。配置部３ａは、例えば、平面視において円形状に形成されている。配置部３ａにおける磁界発生部９とは反対側の表面には、例えば、円形状のミラー面１０が設けられている。ミラー面１０は、例えば、アルミニウム、アルミニウム系合金、銀、銀系合金、金、誘電体多層膜等からなる反射膜によって構成されている。
【００２４】
枠部３ｂは、例えば、平面視において四角形状の外形を有し、枠状に形成されている。複数の連結部３ｃは、第１軸線Ｘ１上における配置部３ａの両側、及び第２軸線Ｘ２上における配置部３ａの両側に配置され、第１軸線Ｘ１上又は第２軸線Ｘ２上において配置部３ａと枠部３ｂとを互いに連結している。
【００２５】
第２可動部４は、例えば、平面視において四角形状の外形を有し、枠状に形成されている。第２可動部４は、磁界発生部９から離間した状態で、第１可動部３を囲むように支持部２の内側に配置されている。
【００２６】
第１連結部５，６は、第１軸線Ｘ１上における第１可動部３の両側に配置されている。各第１連結部５，６は、第１可動部３が第１軸線Ｘ１周りに揺動可能となるように、第１軸線Ｘ１上において第１可動部３と第２可動部４とを互いに連結している。各第１連結部５，６は、例えば、第１軸線Ｘ１に沿って直線状に延在している。
【００２７】
第２連結部７，８は、第１軸線Ｘ１上における第２可動部４の両側に配置されている。各第２連結部７，８は、第２可動部４が第２軸線Ｘ２周りに揺動可能となるように、第２軸線Ｘ２上において第２可動部４と支持部２とを互いに連結している。各第２連結部７，８は、例えば、第２軸線Ｘ２に沿って直線状に延在している。
【００２８】
ミラー装置１は、コイル２１，２２と、複数の配線１２，１３，１４，１５と、複数の電極パッド２５，２６，２７，２８と、を更に備えている。コイル２１は、例えば、第１可動部３の枠部３ｂに埋め込まれており、平面視において渦巻き状に延在している。コイル２２は、例えば、第２可動部４に埋め込まれており、平面視において渦巻き状に延在している。各コイル２１，２２は、例えば銅等の金属材料によって構成されている。
【００２９】
複数の電極パッド２５，２６，２７，２８は、支持部２に設けられている。配線１２は、コイル２１の一端と電極パッド２５とを電気的に接続している。配線１２は、コイル２１の一端から第１連結部５、第２可動部４及び第２連結部７を介して電極パッド２５に延在している。配線１３は、コイル２１の他端と電極パッド２６とを電気的に接続している。配線１３は、コイル２１の他端から第１連結部６、第２可動部４及び第２連結部８を介して電極パッド２６に延在している。
【００３０】
配線１４は、コイル２２の一端と電極パッド２７とを電気的に接続している。配線１４は、コイル２２の一端から第２連結部８を介して電極パッド２７に延在している。配線１５は、コイル２２の他端と電極パッド２８とを電気的に接続している。配線１５は、コイル２２の他端から第２連結部７を介して電極パッド２８に延在している。
【００３１】
以上のように構成されたミラー装置１では、電極パッド２７，２８及び配線１４，１５を介してコイル２２にリニア動作用の駆動信号が入力されると、磁界発生部９が発生する磁界との相互作用によってコイル２２にローレンツ力が作用する。当該ローレンツ力と第２連結部７，８の弾性力とのつり合いを利用することで、第２軸線Ｘ２周りにミラー面１０（第１可動部３）を第２可動部４と共にリニア動作させることができる。
【００３２】
一方、電極パッド２５，２６及び配線１２，１３を介してコイル２１に共振動作用の駆動信号が入力されると、磁界発生部９が発生する磁界との相互作用によってコイル２１にローレンツ力が作用する。当該ローレンツ力に加え、共振周波数での第１可動部３の共振を利用することで、第１軸線Ｘ１周りにミラー面１０（第１可動部３）を共振動作させることができる。
【００３３】
［ダマシン配線構造］
図２〜図４を参照しつつ、コイル２１，２２が有するダマシン配線構造１００について説明する。コイル２１，２２の構成は互いに同一であるので、以下ではコイル２２について説明し、コイル２１についての説明を省略する。
【００３４】
上述したように、コイル２２は、第２可動部４に設けられている。第２可動部４は、例えば、基板３０の第１シリコン層８１によって構成されている。基板３０は、例えば、ＳＯＩ（Silicon  on  Insulator）基板等の半導体基板である。基板３０は、例えば、第１シリコン層８１及び第２シリコン層８２と、第１シリコン層８１及び第２シリコン層８２の間に配置された絶縁層８３と、を有している（図６及び図８〜図１０参照）。支持部２は、第１シリコン層８１、第２シリコン層８２及び絶縁層８３によって構成されており、第１可動部３、第２可動部４、第１連結部５，６及び第２連結部７，８は、第１シリコン層８１によって構成されている。基板３０は、主面３１を有している。この例では、主面３１は、第１シリコン層８１における絶縁層８３とは反対側の表面である。
【００３５】
主面３１には、溝部３３（凹部）が設けられている。溝部３３は、コイル２１に対応した形状を有しており、この例では、平面視において渦巻き状に延在している。溝部３３の延在方向に垂直な断面において、溝部３３は、例えば矩形状を呈している。溝部３３の内面は、底面３３ａと、側面３３ｂと、底面３３ａ及び側面３３ｂに接続される傾斜面３３ｃと、によって構成されている。傾斜面３３ｃは、底面３３ａ及び側面３３ｂの間において、底面３３ａ及び側面３３ｂと鈍角（本実施形態では略１３５度）を成すように底面３３ａ及び側面３３ｂに対して傾斜している。なお、図２〜図４では一の断面のみが示されているが、例えば、ダマシン配線構造１００は溝部３３の延在方向に関して一様に構成されており、溝部３３の延在方向に垂直ないずれの断面においても同様に構成されている。ただし、ダマシン配線構造１００は必ずしも溝部３３の延在方向に関して一様に構成されていなくてもよい。
【００３６】
ダマシン配線構造１００は、ベースとしての基板３０に加えて、絶縁層４０と、金属層５０と、配線部６０と、キャップ層７０と、を備えている。絶縁層４０は、主面３１及び溝部３３の内面（底面３３ａ、側面３３ｂ、及び傾斜面３３ｃ。以下同じ。）上に設けられている。より具体的には、絶縁層４０は、溝部３３の内面上に設けられた第１部分４１と、第１部分４１と一体的に形成され、主面３１上に設けられた第２部分４２と、を有している。絶縁層４０における第１部分４１と第２部分４２との境界部分４３は、基板３０における主面３１と溝部３３との境界部分上に位置している。
【００３７】
絶縁層４０は、第１層４４及び第２層４５によって構成されている。第１層４４は、酸化膜からなり、主面３１及び溝部３３の内面上に設けられている。第１層４４を構成する酸化膜は、例えば、シリコンを熱酸化することにより形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。第２層４５は、窒化膜からなり、第１層４４上に設けられている。第２層４５を構成する窒化膜は、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）等である。第１部分４１及び境界部分４３は、第１層４４及び第２層４５によって構成されており、第２部分４２は、第１層４４によって構成されている。
【００３８】
金属層５０は、絶縁層４０の第１部分４１上に設けられている。すなわち、金属層５０は、第１部分４１を介して溝部３３の内面上に設けられている。金属層５０は、例えば、チタン（Ｔｉ）等の金属材料によって構成されている。金属層５０は、例えば、配線部６０を半導体基板上に安定的に形成するためのシード層、及び、配線部６０に含まれる金属元素の第１シリコン層８１への拡散を防止するためのバリア層として機能し得る。
【００３９】
配線部６０は、溝部３３内に埋め込まれた金属層５０上に形成されている。すなわち、配線部６０は、絶縁層４０の第１部分４１及び金属層５０を介して溝部３３内に設けられている。配線部６０は、例えば、銅（Ｃｕ）等の金属材料によって構成されている。配線部６０の延在方向（換言すれば、溝部３３の延在方向）に垂直な断面における金属層５０の形状は、溝部３３の断面形状に対応しており、この例では、略矩形状を呈している。なお、本実施形態のように、配線部６０が平面視において渦巻き状に延在しており、配線部６０が、第１軸線Ｘ１に平行な方向に延在する第１部分、及び第２軸線Ｘ２に平行な方向に延在する第２部分を有している場合、配線部６０の延在方向は、第１部分においては第１軸線Ｘ１に平行な方向であり、第２部分においては第２軸線Ｘ２に平行な方向である。或いは、配線部６０が曲線状に又は湾曲して延在している場合には、配線部６０の或る部分の延在方向とは、当該部分の接線方向であってもよい。
【００４０】
キャップ層７０は、絶縁層４０の第２部分４２、金属層５０の端部５１、及び配線部６０を覆うように設けられている。この例では、キャップ層７０は、主面３１に平行に平面状に延在している。キャップ層７０の厚さＴ１は、絶縁層４０の厚さＴ２よりも厚い。キャップ層７０は、例えば、シリコン窒化膜によって構成されており、絶縁性を有している。つまり、キャップ層７０は、絶縁層４０の第２層４５と同一の材料によって構成されている。
【００４１】
図４に示されるように、絶縁層４０の第１部分４１における基板３０とは反対側の表面４１ａは、例えば、主面３１に垂直な平坦面となっている。絶縁層４０の第２部分４２における基板３０とは反対側の表面４２ａは、例えば、主面３１に平行な平坦面となっている。表面４２ａは、キャップ層７０に接触している。本実施形態では一例として、境界部分４３における基板３０とは反対側の表面４３ａは、配線部６０の延在方向から見た場合に、主面３１に垂直な方向Ａ１に対して傾斜した傾斜面４３ｂを含んでいる。より具体的には、傾斜面４３ｂは、第１部分４１の表面４１ａに対して外側に（溝部３３の底面３３ａから離れるほど溝部３３の中心から遠ざかるように）傾斜している。この例では、傾斜面４３ｂは、基板３０とは反対側に向かって凸状に湾曲している。
【００４２】
金属層５０の端部５１は、キャップ層７０と傾斜面４３ｂとの間に入り込んでいる。より具体的には、端部５１は、主面３１に垂直な方向Ａ１においてキャップ層７０と傾斜面４３ｂとの間に形成された空間に配置された部分を有している。
【００４３】
端部５１は、第１表面５１ａと、第１表面５１ａに連続する第２表面５１ｂと、第２表面５１ｂとは反対側において第１表面５１ａに連続する第３表面５１ｃと、を有している。第１表面５１ａは、キャップ層７０に沿っており、キャップ層７０に接合されている。この例では、第１表面５１ａは、平坦面であり、絶縁層４０の第２部分４２の表面４２ａ、及び後述する配線部６０の表面６０ａと同一平面上に位置している。
【００４４】
第２表面５１ｂは、傾斜面４３ｂに沿っており、傾斜面４３ｂに接合されている。第２表面５１ｂは、傾斜面４３ｂと同様に、主面３１に垂直な方向Ａ１に対して外側に傾斜している。第２表面５１ｂは、基板３０とは反対側に向かって凹状に湾曲している。第２表面５１ｂは、絶縁層４０の境界部分４３を構成する第２層４５に接触している。すなわち、絶縁層４０のうち第２表面５１ｂに接触する部分（この例では、境界部分４３を構成する第２層４５）は、キャップ層７０のうち第１表面５１ａに接触する部分と同一の材料（シリコン窒化膜）によって構成されている。上述したとおり、この例では、キャップ層７０の全体がシリコン窒化膜によって構成されている。これにより、絶縁層４０とキャップ層７０との間の接合強度を高めることができる。
【００４５】
第３表面５１ｃは、端部５１における第２表面５１ｂとは反対側の表面である。第３表面５１ｃは、配線部６０の延在方向から見た場合に、方向Ａ１に対して外側に傾斜している。第３表面５１ｃの方向Ａ１に対する傾斜の度合いは、第２表面５１ｂの方向Ａ１に対する傾斜の度合いよりも緩やかになっている。これにより、主面３１に平行な方向Ａ２における端部５１の厚さは、端部５１の先端に近づくにつれて漸増している。配線部６０のうち金属層５０及びキャップ層７０との境界部分に位置する一部６１は、キャップ層７０と第３表面５１ｃとの間に入り込んでいる。より具体的には、配線部６０の一部６１は、方向Ａ１においてキャップ層７０と第３表面５１ｃとの間に形成された空間に配置されている。
【００４６】
端部５１においては、第１表面５１ａと第２表面５１ｂとが鋭角を成している。換言すれば、第１表面５１ａ及び第２表面５１ｂにより形成される角度θが、９０度よりも小さくなっている。すなわち、主面３１に垂直な方向Ａ１における端部５１の厚さは、端部５１の先端（例えば、第１表面５１ａ及び第２表面５１ｂにより形成される頂点）に近づくにつれて漸減している。角度θは、例えば、１５度〜８８度であってもよい。金属層５０の端部５１は、絶縁層４０の第２部分４２上には設けられていない。
【００４７】
主面３１に平行な方向Ａ２における端部５１の厚さ（最小厚さ）は、金属層５０のうち端部５１以外の部分（例えば、金属層５０のうち主面３１に垂直な方向Ａ１における中間に位置する部分、或いは、金属層５０のうち絶縁層４０の第１部分４１上に位置する部分）の厚さよりも大きい。方向Ａ１における金属層５０の先端部の厚さ（最大厚さ）は、絶縁層４０の厚さＴ２よりも小さい。ここで、「金属層５０の先端部」とは、金属層５０のうち、主面３１に平行な方向Ａ２における厚さが主面３１に垂直な方向Ａ１における厚さよりも大きい部分を意味する。
【００４８】
この例では、配線部６０におけるキャップ層７０と接触する表面６０ａは、絶縁層４０の第２部分４２の表面４２ａと同一平面上に位置している。表面４２ａは、絶縁層４０におけるキャップ層７０と接触する表面である。キャップ層７０の基板３０側の表面７０ａは、平坦面となっている。
【００４９】
上述したように、溝部３３は、平面視において渦巻き状に延在している。これにより、図２に示されるように、溝部３３は、互いに隣り合う複数の部分３４を有している。部分３４同士の間の間隔Ｂは、溝部３３の幅Ｗよりも小さい。溝部３３の幅Ｗは、溝部３３の深さＤよりも小さい。溝部３３の深さＤとは、例えば、主面３１に垂直な方向Ａ１における主面３１と底面３３ａとの間の距離である。主面３１に垂直な方向Ａ１における溝部３３の底面３３ａと基板３０における主面３１とは反対側の反対面との間の距離Ｌは、溝部３３の深さＤよりも大きい。この例では、当該反対面は、第１シリコン層８１における絶縁層８３側（主面３１とは反対側）の表面８１ａである。
【００５０】
［ダマシン配線構造の製造方法］
続いて、図５〜図１０を参照しつつ、ダマシン配線構造１００の製造方法（第１工程〜第８工程）について説明する。ダマシン配線構造１００の製造方法は、溝部３３を有する半導体基板（基板３０）の製造方法（第１工程〜第３工程）を含む。なお、図６、及び図８〜図１０では、各部が模式的に示されている。特に、図８（ｂ）、図９（ａ）、図９（ｂ）、図１０（ａ）、及び図１０（ｂ）では、傾斜面３３ｃの図示が省略されており、溝部３３が簡略化されている。
【００５１】
本実施形態では一例として、図５に示されるようなＳＯＩウェハＳＷから、溝部３３を有する基板３０が製造される。すなわち、ＳＯＩウェハＳＷが適切な形状に切断されることにより、複数の基板３０が得られる。図６（ａ）に示されるように、ＳＯＩウェハＳＷに含まれる基板３０は、第１シリコン層８１、第２シリコン層８２及び絶縁層８３を有している。第１シリコン層８１の厚さは、例えば３０〜１５０μｍ程度であり、第２シリコン層８２の厚さは、例えば６２５μｍ程度である。
【００５２】
ＳＯＩウェハＳＷは、（１１０）面であるオリエンテーションフラットＯＦと、（１００）面である主面３１と、を有している。図５において、Ｚ軸方向は主面３１に垂直な方向であり、Ｘ軸方向はＺ軸方向から見てオリエンテーションフラットＯＦに沿った方向であり、Ｙ軸方向はＺ軸方向及びＸ軸方向の両方に垂直な方向である。ここで、ＳＯＩウェハＳＷに含まれるシリコン結晶は立方晶系である。このため、図５の例では、Ｙ軸方向に直交する面（ＸＺ平面）に平行な面、及びＸ軸方向に直交する面（ＹＺ平面）は、いずれも等価な結晶面（すなわち、（１１０）面）を構成する。また、Ｚ軸方向から見て（１００）面に対して４５度傾斜する面は、いずれも等価な結晶面（すなわち、（１００）面）を構成する。また、Ｘ軸方向は、図１に示した第１軸線Ｘ１及び第２軸線Ｘ２のうちの一方に平行な方向に相当し、Ｙ軸方向は、第１軸線Ｘ１及び第２軸線Ｘ２のうちの他方に平行な方向に相当する。なお、ＳＯＩウェハＳＷを作製する際の加工精度によっては、オリエンテーションフラットＯＦの結晶方位が厳密に（１１０）と一致しない場合もあり得る。すなわち、上述した各面の結晶方位は、必ずしも完璧に一致していなくてもよく、多少のずれを含んでいてもよい。
【００５３】
（第１工程）
まず、基板３０の主面３１に対して、等方性エッチングを含む処理が施される。「等方性エッチングを含む処理」は、例えばボッシュプロセスである。ボッシュプロセスでは、等方性のドライエッチングによって溝部が形成され、当該溝部の内壁に保護膜が形成される。そして、当該溝部の底部の保護膜のみが異方性のドライエッチングによって除去された後、再度、等方性のドライエッチングによって溝部が形成される。ボッシュプロセスでは、このような処理が繰り返されることにより、溝部が掘り進められる。これにより、図６（ｂ）及び図７（ａ）に示されるように、底面３２ａとスキャロップＳが形成された側面３２ｂとを有する溝部３２が形成される。図６（ｂ）は、溝部３２の延在方向に垂直な一の断面を示している。図７（ａ）は、溝部３２の底部（底面３２ａを含む部分）のＳＥＭ画像である。溝部３２は、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に平行な方向に延在するように形成される。スキャロップＳは、側面３２ｂに形成される微小な凹凸構造である。
【００５４】
図７（ｂ）に示されるように、底面３３ａ、側面３３ｂ、及び傾斜面３３ｃは、一体的に（連続的）に形成されている。また、溝部３３の延在方向に垂直な断面において、底面３３ａの長さは、傾斜面３３ｃの長さよりも長い。また、側面３３ｂと傾斜面３３ｃとの間には、側面３３ｂと傾斜面３３ｃとを分ける境界線が形成されている。すなわち、側面３３ｂと傾斜面３３ｃとの境界がはっきりとしており、側面３３ｂと傾斜面３３ｃとの間の角部は、緩やかなカーブ（曲面状）にはなっていない。また、底面３３ａ及び傾斜面３３ｃが成す第１角度と側面３３ｂ及び傾斜面３３ｃが成す第２角度との差は、３０度以下となっている。本実施形態では、第１角度は、（１００）面と（１１１）面とが成す角度であり、略１２５．３である。また、第２角度は、（１１０）面と（１１１）面とが成す角度であり、略１４４．７度である。このため、第１角度と第２角度とが成す角度は、略１９．４度である。また、傾斜面３３ｃは、平坦面となっている。これにより、所定の高さ位置において、傾斜面３３ｃが形成されていることによって増す基板３０の厚みｔ１は、仮に傾斜面が湾曲面Ｃ（溝部内の空間に対して凹となる湾曲面）である場合に当該傾斜面が形成されていることによって増す基板３０の厚みｔ２よりも大きくなる。従って、平坦面である傾斜面３３ｃによれば、溝部３３の底面３３ａ付近における基板３０の厚みを好適に増すことができるため、溝部３３を構造的に安定させることができる。また、底面３３ａは、溝部３３の開口側とは反対側に凸となるように、少なくとも傾斜面３３ｃよりも湾曲した形状をなしている。底面３３ａがこのような湾曲形状を有することにより、底面３３ａと傾斜面３３ｃとが緩やかに接続される。その結果、底面３３ａと傾斜面３３ｃとの間の角部に応力が集中することを、好適に抑制することができる。
【００５５】
スキャロップＳは、上述した等方性のドライエッチング、保護膜の形成、及び異方性のドライエッチングが交互に繰り返されることによって溝部が形成される性質上、必然的に生じる。そして、スキャロップＳが残存した状態で、第４工程以降の処理を実施した場合、絶縁層４０（第２層４５）と金属層５０との間にボイド（空隙）が発生したり、絶縁層４０のクラック（断裂部）が発生したりするおそれがある。上記ボイドは、ダマシン配線構造１００における構造上のウィークポイントとなり得る。また、上記クラックは、配線部６０を流れる電流が基板３０へとリークする原因となり得る。すなわち、絶縁層４０上に形成された金属（金属層５０及び配線部６０）が、上記クラックを介して、基板３０の一部と接触してしまうおそれがある。
【００５６】
（第２工程及び第３工程）
上述したようなスキャロップＳに起因する不具合（すなわち、ボイド又はクラック等の発生）を回避するために、第２工程及び第３工程が実施される。まず、溝部３２の側面３２ｂに対して親水化処理が行われる（第２工程）。親水化処理は、例えば、側面３２ｂに対してＯ２アッシングを行う処理、又は側面３２ｂを界面活性剤、アルコール等に浸す処理等である。なお、上記の親水化処理に代えて（或いは上記の親水化処理と併用して）、溝部３２に対する脱気処理を行ってもよい。例えば、溝部３２内に存在する溶液を脱気する脱気処理が行われてもよい。当該脱気処理は、溝部３２内にエッチング液を充填され易くするための処理であり、親水化処理の一種でもある。
【００５７】
続いて、スキャロップＳを含む溝部３２に対して、溝部３２の底面３２ａが存在する状態で、異方性のウェットエッチングが行われる（第３工程）。エッチング液（エッチャント）としては、例えば、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、ＫＯＨ（水酸化カリウム）等が用いられる。ここで、「溝部３２の底面３２ａが存在する状態」とは、溝部３２が非貫通孔（溝）である状態を意味する。すなわち、「溝部３２の底面３２ａが存在する状態」とは、溝部３２の底部が除去された状態（すなわち、溝部３２が主面３１から第２シリコン層８２の絶縁層８３とは反対側の面にかけて貫通した貫通孔とされた状態）以外の状態である。
【００５８】
上記ウェットエッチングが実施されることにより、溝部３２の側面３２ｂに形成されたスキャロップＳが除去され、側面３２ｂが平坦化される。その結果、図６（ｃ）及び図７（ｂ）に示されるように、スキャロップＳが除去された平坦な側面３３ｂを有する溝部３３が得られる。図６（ｃ）は、溝部３３の延在方向に垂直な一の断面を示している。また、図７（ｂ）は、溝部３３の底部（底面３３ａを含む部分）のＳＥＭ画像である。本実施形態では、図５に示されるように、Ｙ軸方向（第１方向）に沿って延在する第１溝部１３３とＸ軸方向（第２方向）に沿って延在する第２溝部２３３とが、溝部３３として得られる。また、図５に示した面方位の関係から、第１溝部１３３及び第２溝部２３３のいずれにおいても、（１００）面に沿った面（すなわち、（１００）面に略平行な面）によって底面３３ａが形成され、（１１０）面に沿った面（すなわち、（１１０）面に略平行な面）によって側面３３ｂが形成される。また、（１００）面及び（１１０）面の各々に対して５４．７度傾斜する（１１１）面に沿った面（すなわち、（１１１）面に略平行な面）によって傾斜面３３ｃが形成される。すなわち、底面３３ａの面方位と側面３３ｂの面方位と傾斜面３３ｃの面方位とは、互いに異なっている。このように、溝部３３は、スキャロップＳが除去されている点だけでなく、底部の角部（すなわち、底面と側面とが接続される領域）の形状に関しても、溝部３２と異なっている。
【００５９】
上述したような溝部３３の内面の形状は、面方位によるエッチングレートの違いによって形成される。具体的には、溝部３３の底部の角部において、（１１１）面に垂直な方向のエッチングレートが、（１００）面に垂直な方向（すなわち、溝部３３の深さ方向）のエッチングレート及び（１１０）面に垂直な方向（すなわち、溝部３３の幅方向）のエッチングレートよりも遅くなる。これにより、（１１１）面に沿った傾斜面３３ｃが形成される。
【００６０】
なお、上述した親水化処理又は脱気処理（第２工程）は、異方性のウェットエッチングを行う第３工程の前に実施されたが、当該親水化処理又は脱気処理に代えて（或いは、当該親水化処理又は脱気処理と併用して）、第３工程におけるウェットエッチングと同時に溝部３２に対する脱気処理（第２工程）が実施されてもよい。溝部３２に対する脱気処理は、例えば、超音波を用いて、ウェットエッチング中に基板３０とエッチング液とが反応することにより溝部３２内に発生する反応性ガス（例えば水素）、又は溝部３２内のエッチング液に溶存する気体（例えば二酸化炭素、酸素、窒素等）を除去する処理である。
【００６１】
また、上述した面方位間のエッチングレートの差を適切に調整するために、第２工程では、エッチング液に対して、エッチングレートの異方性に影響を与える薬液（例えば、界面活性剤ＮＣＷ、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等）が添加されてもよい。これにより、溝部３３（傾斜面３３ｃ）の形状を適切に調整することができる。
【００６２】
上述した半導体装置の製造方法（第３工程までの処理）により、図８（ａ）に示されるように、主面３１に溝部３３が形成された基板３０が得られる。溝部３３の深さは、例えば５〜３０μｍ程度である。
【００６３】
（第４工程）
続いて、図８（ｂ）に示されるように、基板３０の主面３１上に、溝部３３の内面上に設けられた第１部分４１と、第１部分４１と一体的に形成され、主面３１上に設けられた第２部分４２と、を有する絶縁層４０が形成される。より具体的には、シリコン酸化膜（熱酸化膜）からなる第１層４４を主面３１及び溝部３３の内面上に形成した後に、シリコン窒化膜（ＬＰ−ＳｉＮ）からなる第２層４５を第１層４４上に形成する。第１層４４及び第２層４５の厚さは、例えば１００〜１０００ｎｍ程度である。
【００６４】
より具体的には、第４工程では、絶縁層４０における第１部分４１と第２部分４２との境界部分４３の基板３０とは反対側の表面４３ａが、配線部６０の延在方向から見た場合に、主面３１に垂直な方向Ａ１に対して傾斜した傾斜面４３ｂを含む絶縁層４０が形成される（図４参照）。例えば、シリコン酸化膜からなる第１層４４、及びシリコン窒化膜からなる第２層４５を主面３１及び溝部３３の内面上に形成することにより、境界部分４３の表面４３ａに傾斜面４３ｂが形成される。これは、シリコン酸化膜からなる第１層４４には傾斜形状が容易に形成されるためである。
【００６５】
（第５工程）
続いて、図９（ａ）に示されるように、絶縁層４０の第１部分４１及び第２部分４２上に金属層５０が形成される。第５工程では、金属層５０上に金属層５５が形成される。金属層５５は、例えば、銅等の金属材料によって構成されている。金属層５５は、金属層５０と共にシード層として機能する。金属層５０及び金属層５５は、例えば、スパッタリングにより形成されるが、原子層堆積法（ＡＬＤ）、化学成長法（ＣＶＤ）、イオンプレーティング又は無電解メッキにより形成されてもよい。金属層５０及び金属層５５の総厚は、例えば１０ｎｍ〜３０００ｎｍ程度である。
【００６６】
（第６工程）
続いて、図９（ｂ）に示されるように、溝部３３内に埋め込まれた金属層５０上に、配線部６０が形成される。配線部６０は、例えば、メッキにより形成される。配線部６０は、例えば、主面３１上における配線部６０の厚さの平均が１μｍ以上となるように形成される。なお、この例では金属層５５が配線部６０と同一の材料により構成されているため、配線部６０の形成時に配線部６０と金属層５５とが一体化され、配線部６０と金属層５５の間の界面が無くなる場合がある。この場合、金属層５５は配線部６０を構成するとみなすことができる。
【００６７】
（第７工程）
続いて、図１０（ａ）に示されるように、絶縁層４０の第２部分４２が露出するように、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）により、第２部分４２上の金属層５０、金属層５５及び配線部６０が除去される。第７工程では、絶縁層４０、金属層５０、金属層５５及び配線部６０に対して、基板３０とは反対側から化学機械研磨が実施される。絶縁層４０、金属層５０、金属層５５及び配線部６０の各々について、主面３１に垂直な方向Ａ１における主面３１又は底面３３ａとは反対側の一部が除去されることにより、絶縁層４０、金属層５０、金属層５５及び配線部６０が平坦化される。このとき、この例では、絶縁層４０の第２層４５のうち第２部分４２を構成する部分が除去される。
【００６８】
（第８工程）
続いて、図１０（ｂ）に示されるように、絶縁層４０の第２部分４２、金属層５０の端部５１、及び配線部６０を覆うように、キャップ層７０が形成される。キャップ層７０は、例えばシリコン窒化膜（ＰＥ−ＳｉＮ）からなり、２００〜３０００ｎｍ程度の厚さに形成される。続いて、第２シリコン層８２及び絶縁層８３が、エッチング等により除去される。以上の工程により、上述したダマシン配線構造１００が得られる。
【００６９】
［作用効果］
上述した半導体基板の製造方法（第１工程〜第３工程）では、第１工程において底面３３ａとスキャロップＳが形成された側面３３ｂとを有する溝部３２を形成した後に、第２工程において溝部３２の側面３２ｂに対する親水化処理又は溝部３２に対する脱気処理を行うことにより、溝部３２の側面３２ｂに対するエッチング液の濡れ性を向上させることができる。また、溝部３２の底面３２ａが存在する状態で異方性のウェットエッチングを行うことにより、溝部３２内にエッチング液を効果的に充填させることができる。これにより、エッチング液で溝部３２の側面３２ｂの全体を濡らすことができ、側面３２ｂに形成されたスキャロップＳを効果的に除去することができる。すなわち、スキャロップＳが除去された溝部３３が得られる。スキャロップＳが除去されることにより、溝部における構造上のウィークポイントを解消することができる。
【００７０】
さらに、第３工程において異方性のエッチングが行われることにより、溝部３２の開口側と底面側との間において、側面３２ｂのエッチングレートをほぼ均一化することができる。これにより、溝部３２の開口側の幅がテーパ状に広がってしまうといった不具合の発生を抑制することができる。従って、上記半導体基板の製造方法によれば、信頼性の高い溝部３３を有する基板３０を製造することができる。すなわち、基板３０の主面３１において、適切な形状が維持されると共にスキャロップＳが適切に除去された溝部３３を形成することができる。
【００７１】
上述したダマシン配線構造の製造方法（第１工程〜第８工程）によれば、スキャロップＳが適切に除去された溝部３３の内面に対して、絶縁層４０及び金属層５０が形成される。これにより、上述したボイド又はクラック等の発生を抑制できるため、信頼性の高いダマシン配線構造１００を得ることができる。すなわち、信頼性の高い溝部３３が形成される結果、溝部３３に形成されるダマシン配線構造１００の信頼性を向上させることができる。
【００７２】
また、上記ダマシン配線構造の製造方法では、図５に示されるように、基板３０の主面３１が（１００）面に沿っており、第１工程では、（１１０）面に沿った方向（本実施形態では、Ｘ軸方向又はＹ軸方向）に延在する溝部３３（第１溝部１３３又は第２溝部２３３）が形成される。上記構成によれば、（１００）面に沿った底面３３ａと（１１０）面に沿った側面３３ｂとが形成される。さらに、面方位によるエッチングレートの違いを利用することにより、底面３３ａと側面３３ｂとの間に、（１１１）面に沿うと共に底面３３ａ及び側面３３ｂに対して傾斜する傾斜面３３ｃを形成することが可能となる。そして、傾斜面３３ｃが形成される場合の底面３３ａと側面３３ｂとの間の角部の角度（すなわち、底面３３ａと傾斜面３３ｃとが成す角度又は側面３３ｂと傾斜面３３ｃとが成す角度）は、傾斜面３３ｃが形成されない場合の角部の角度（すなわち、底面３３ａと側面３３ｂとが成す角度）よりも大きくなる。本実施形態では、底面３３ａと傾斜面３３ｃとが成す角度は、略１２５．３度であり、側面３３ｂと傾斜面３３ｃとが成す角度は、略１４４．７度である。一方、傾斜面３３ｃが形成されない場合の角部の角度（すなわち、底面と側面とがなす角度）は略９０度である。すなわち、傾斜面３３ｃが形成されることにより、傾斜面３３ｃが形成されない場合よりも丸みを帯びた角部（すなわち、段階的に緩やかに屈曲する角部）が形成されることになる。このような角部によれば、当該角部において絶縁層４０のクラックを生じ難くすることができる。従って、上記構成によれば、より信頼性の高いダマシン配線構造１００を得ることができる。すなわち、より一層信頼性の高い溝部３３が形成される結果、溝部３３内に形成されるダマシン配線構造１００の信頼性をより一層向上させることができる。
【００７３】
上述した基板３０（すなわち、第１工程〜第３工程により製造される半導体基板）では、上述したように、底面３３ａと側面３３ｂとの間の角部の角度は、傾斜面３３ｃが設けられない場合の角部の角度よりも大きい。すなわち、傾斜面３３ｃにより、傾斜面３３ｃが形成されない場合よりも丸みを帯びた角部（すなわち、段階的に緩やかに屈曲する角部）が形成されている。このような角部を有する溝部３３によれば、例えば溝部３３の内面に所定の材料層（本実施形態では、絶縁層４０）を設ける場合等において、当該角部における当該材料層のクラックの発生が抑制される。以上により、基板３０では、上述した溝部３３により、信頼性が高められている。また、基板３０は、面方位によるエッチングレートの違いを利用することにより、比較的容易に得られる。
【００７４】
上述したダマシン配線構造１００は、上述したような底面３３ａ、側面３３ｂ、及び傾斜面３３ｃを有する溝部３３内に配線部６０等が埋め込まれることによって形成されている。このため、溝部３３の角部において、絶縁層４０のクラックが抑制されている。従って、ダマシン配線構造１００では、溝部３３により、信頼性が高められている。
【００７５】
また、ダマシン配線構造１００では、底面３３ａは（１００）面に沿った面であり、側面３３ｂは（１１０）面に沿った面であり、傾斜面３３ｃは（１１１）面に沿った面である。上記構成によれば、面方位によるエッチングレートの違いを利用することにより、上述した効果を奏するダマシン配線構造１００を容易に得ることができる。
【００７６】
図１１は、ダマシン配線構造１００の隅部（すなわち、第１溝部１３３と第２溝部２３３とが交わる外側のコーナー部分）を模式的に示す斜視図である。図１１では、ダマシン配線構造１００が形成される前の状態（すなわち、第１溝部１３３及び第２溝部２３３内に配線部６０等が埋め込まれる前の状態）が図示されている。図１１に示されるように、第１溝部１３３と第２溝部２３３とが合流する隅部では、第１溝部１３３と第２溝部２３３とは、底面３３ａを共有する。すなわち、第１溝部１３３の底面３３ａと第２溝部２３３の底面３３ａとは、隅部において連続している。
【００７７】
第１溝部１３３は、第１側面１３３ｂと、第１傾斜面１３３ｃと、を有している。第１傾斜面１３３ｃは、底面３３ａ及び第１側面１３３ｂの間において、底面３３ａ及び第１側面１３３ｂに接続されると共に、底面３３ａ及び第１側面１３３ｂに対して傾斜している。上述したように、本実施形態では、底面３３ａは（１００）面に沿っており、第１側面１３３ｂは（１１０）面に沿っており、第１傾斜面１３３ｃは（１１１）面に沿っている。よって、底面３３ａと第１傾斜面１３３ｃとが成す角度は、略１２５．３度であり、第１側面１３３ｂと第１傾斜面１３３ｃとが成す角度は、略１４４．７度である。
【００７８】
第２溝部２３３は、第２側面２３３ｂと、第２傾斜面２３３ｃと、を有している。第２傾斜面２３３ｃは、底面３３ａ及び第２側面２３３ｂの間において、底面３３ａ及び第２側面２３３ｂに接続されると共に、底面３３ａ及び第２側面２３３ｂに対して傾斜している。上述したように、本実施形態では、底面３３ａは（１００）面に沿っており、第２側面２３３ｂは（１１０）面に沿っており、第２傾斜面２３３ｃは（１１１）面に沿っている。よって、底面３３ａと第２傾斜面２３３ｃとが成す角度は、略１２５．３度であり、第２側面２３３ｂと第２傾斜面２３３ｃとが成す角度は、略１４４．７度である。
【００７９】
第１側面１３３ｂと第２側面２３３ｂとの間、及び第１傾斜面１３３ｃと第２傾斜面２３３ｃとの間には、中間面３５が形成されている。中間面３５は、第１側面１３３ｂ、第２側面２３３ｂ、第１傾斜面１３３ｃ、第２傾斜面２３３ｃ、及び底面３３ａに接続されている。中間面３５は、主面３１に垂直な方向（Ｘ軸方向）に平行な（１００）面に沿っている（図５参照）。中間面３５は、面方位によるエッチングレートの違いによって形成される。具体的には、（１１０）面よりも（１００）面の方がエッチングレートが遅いため、（１００）面である中間面３５が露出する形状が得られる。また、中間面３５と第１側面１３３ｂとが成す角度、及び中間面３５と第２側面２３３ｂとが成す角度は、いずれも鈍角である。具体的には、上記角度はいずれも略１３５度となっている。なお、中間面３５は、図１１に示されるような平坦面であってもよいし、中間面３５における第１側面１３３ｂと第２側面２３３ｂとの間の部分は、中間面３５における第１傾斜面１３３ｃと第２傾斜面２３３ｃとの間の部分に対して傾斜していてもよい。また、中間面３５は、必ずしも底面３３ａに対して直角に形成されていなくてもよく、中間面３５は、底面３３ａに対して傾斜していてもよい。
【００８０】
上記構成によれば、第１溝部１３３と第２溝部２３３とが交差する隅部（主面３１に垂直な方向（図５のＸ軸方向）から見た場合における隅部）の角度（すなわち、中間面３５と第１側面１３３ｂとが成す角度又は中間面３５と第２側面２３３ｂとが成す角度）は、中間面３５が形成されない場合の当該隅部の角度（すなわち、第１側面１３３ｂと第２側面２３３ｂとが成す角度）よりも大きくなる。本実施形態では、中間面３５が形成されている場合の隅部の角度（すなわち、中間面３５と第１側面１３３ｂとが成す角度、又は中間面３５と第２側面２３３ｂとが成す角度）は、略１３５度であり、中間面３５が形成されない場合の隅部の角度は略９０度である。すなわち、中間面３５が形成されることにより、中間面３５が形成されない場合よりも丸みを帯びた隅部（すなわち、段階的に屈曲する隅部）が形成されることになる。このような隅部によれば、基板３０に対して振動が加わった際等に当該隅部において配線部６０に作用する応力を効果的に低減することができる。従って、上記構成によれば、より一層信頼性が高められたダマシン配線構造１００を得ることができる。特に、本実施形態のようにダマシン配線構造１００がミラー装置１に適用される場合、第１可動部３又は第２可動部４が揺動することによって基板３０には頻繁に振動が加わることになるため、上述した隅部の構成（すなわち、中間面３５が形成される構成）は特に有効である。
【００８１】
ダマシン配線構造１００では、絶縁層４０が、溝部３３の内面上に設けられた第１部分４１、及び、第１部分４１と一体的に形成され、主面３１上に設けられた第２部分４２を有しており、キャップ層７０が、絶縁層４０の第２部分４２、金属層５０の端部５１、及び配線部６０を覆うように設けられている。これにより、例えば絶縁層４０が第１部分４１のみを有している場合と比べて、応力が集中し易い箇所を少なくすることができる。すなわち、絶縁層４０が第１部分４１のみを有している場合、絶縁層４０の端部が主面３１と溝部３３との境界部分の近傍に位置し、主面３１とキャップ層７０とが接触する。この場合、基板３０、絶縁層４０の当該端部、金属層５０の端部５１、配線部６０及びキャップ層７０が、互いに近い箇所において接触することとなる。このような箇所には応力が集中し易い。これに対し、ダマシン配線構造１００では、主面３１と溝部３３との境界部分の近傍に絶縁層４０の端部が存在しないため、応力が集中する箇所を少なくすることができる。更に、金属層５０の端部５１がキャップ層７０に接触するように延在している。仮に、端部５１がキャップ層７０に到達しておらず、配線部６０の表面６０ａよりも低い位置に留まっていると、配線部６０のうち金属層５０から露出した部分にボイドが発生するおそれがある。これに対し、ダマシン配線構造１００では、そのようなボイドの発生を抑制することができ、ボイドに起因するキャップ層７０の剥離等を抑制することができる。更に、絶縁層４０における第１部分４１と第２部分４２との境界部分４３の基板３０とは反対側の表面４３ａが傾斜面４３ｂを含んでおり、金属層５０の端部５１が、キャップ層７０と傾斜面４３ｂとの間に入り込んでいる。そして、端部５１においては、キャップ層７０に沿った第１表面５１ａと傾斜面４３ｂに沿った第２表面５１ｂとが鋭角を成している。これにより、キャップ層７０に応力が集中的に作用するのを抑制することができる。以上により、ダマシン配線構造１００では、信頼性が高められている。
【００８２】
ダマシン配線構造１００では、キャップ層７０の厚さＴ１が、絶縁層４０の厚さＴ２よりも厚い。これにより、キャップ層７０の強度を高めることができ、信頼性を一層高めることができる。
【００８３】
ダマシン配線構造１００では、キャップ層７０のうち端部５１の第１表面５１ａに接触する部分と、絶縁層４０のうち端部５１の第２表面５１ｂに接触する部分（境界部分４３を構成する第２層４５）とが、互いに同一の材料によって構成されている。これにより、キャップ層７０と金属層５０の端部５１との接触部分の近傍においてキャップ層７０と絶縁層４０との間の接合強度を高めることができ、信頼性をより一層高めることができる。
【００８４】
ダマシン配線構造１００では、絶縁層４０が、酸化膜からなる第１層４４と、窒化膜からなり、第１層４４上に設けられた第２層４５と、を有している。これにより、酸化膜からなる第１層４４に傾斜形状を容易に形成し得るため、傾斜面４３ｂの形成を容易化することができる。
【００８５】
ダマシン配線構造１００では、傾斜面４３ｂが凸状に湾曲している。これにより、キャップ層７０に応力が集中的に作用するのをより確実に抑制することができる。
【００８６】
ダマシン配線構造１００では、金属層５０の端部５１における第２表面５１ｂとは反対側の第３表面５１ｃが傾斜しており、配線部６０の一部６１が、キャップ層７０と第３表面５１ｃとの間に入り込んでいる。これにより、配線部６０により金属層５０の端部５１を押さえることができ、金属層５０からキャップ層７０に作用する応力を低減することができる。更に、配線部６０の一部６１の主面３１に垂直な方向Ａ１における厚さが薄くなるため、配線部６０からキャップ層７０に作用する応力を低減することができる。
【００８７】
ダマシン配線構造１００では、金属層５０の端部５１の主面３１に平行な方向Ａ２における厚さが、金属層５０における端部５１以外の部分の厚さよりも厚い。これにより、金属層５０の端部５１とキャップ層７０との接触面積を大きくすることができ、金属層５０からキャップ層７０に作用する応力をより好適に分散させることができる。
【００８８】
ダマシン配線構造１００では、金属層５０の端部５１の主面３１に平行な方向Ａ２における厚さが、端部５１の先端に近づくにつれて漸増している。これにより、金属層５０の端部５１とキャップ層７０との接触面積を一層大きくすることができ、金属層５０からキャップ層７０に作用する応力をより一層好適に分散させることができる。
【００８９】
ダマシン配線構造１００では、溝部３３が渦巻き状に延在している。このように溝部３３が渦巻き状に延在している場合でも、高い信頼性を得ることができる。
【００９０】
ダマシン配線構造１００では、溝部３３における互いに隣り合う部分３４の間の間隔Ｂは、溝部３３の幅Ｗよりも小さくてもよい。これにより、配線のピッチ（間隔）を狭くすることができ、省スペース化を図ることができる。
【００９１】
ダマシン配線構造１００では、溝部３３の幅Ｗが溝部３３の深さＤよりも小さい。これにより、省スペース化、及び配線の低抵抗化を図ることができる。
【００９２】
ダマシン配線構造１００では、主面３１に垂直な方向Ａ１における溝部３３の底面３３ａと基板３０における主面３１とは反対側の反対面（第１シリコン層８１の表面８１ａ）との間の距離Ｌが、溝部３３の深さＤよりも大きい。これにより、基板３０の強度を高めることができ、信頼性をより一層高めることができる。
【００９３】
［変形例］
以上、本開示の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本開示は上記実施形態に限定されない。各構成の材料及び形状は、上述した例に限られない。上記実施形態では、ミラー装置１に適用されるダマシン配線構造１００について説明したが、ダマシン配線構造１００は、ミラー装置１以外の装置に適用されてもよい。また、上記実施形態では、二軸（第１軸線Ｘ１及び第２軸線Ｘ２）の周りに回動可能な二軸タイプのミラー装置１を例示したが、ダマシン配線構造１００は、一軸の周りに回動可能な一軸タイプのミラー装置に適用されてもよい。
【００９４】
上記半導体基板の製造方法（第１工程〜第３工程）では、ダマシン配線構造１００を製造する目的で主面３１に沿った方向に延在するトレンチ形状の溝部３２，３３が形成されたが、第１工程〜第３工程では、例えば断面円形等のビア形状の凹部が形成されてもよい。この場合にも、第１工程で凹部の側面に形成されたスキャロップを第３工程におけるウェットエッチングによって適切に除去することができる。また、第３工程が実施された後に、凹部の底面は除去されてもよい。例えば、第２シリコン層８２の絶縁層８３とは反対側の面から研磨等を行うことにより、凹部の底面を除去し、貫通孔を形成してもよい。このような貫通孔は、例えば貫通電極（金属）を埋め込むために用いられ得る。なお、このような貫通孔を形成する場合、第３工程により形成された傾斜面を研磨により除去することができ、等幅でストレートに延在し、且つスキャロップが存在しない貫通孔を得ることができる。
【００９５】
上記実施形態では、オリエンテーションフラットＯＦが（１１０）面であるＳＯＩウェハＳＷが使用された。このため、溝部３３の側面３３ｂを（１１０）面に沿わせるために、オリエンテーションフラットＯＦに沿ったＸ軸方向又はオリエンテーションフラットＯＦに垂直なＹ軸方向に沿って溝部３３が形成された。ただし、基板３０の製造に用いられるＳＯＩウェハは、上記ＳＯＩウェハＳＷに限られない。例えば、オリエンテーションフラットＯＦが（１００）面であるＳＯＩウェハが使用される場合、当該ＳＯＩウェハにおける面方位は、図５に示した面方位とは逆となる。すなわち、図５に示した（１００）面が（１１０）面となり、図５に示した（１１０）面が（１００）面となる。この場合、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して４５度傾斜する方向に沿って溝部を形成することにより、（１１０）面に沿った側面を有する溝部を形成することができる。すなわち、面方位が上記ＳＯＩウェハＳＷと異なるＳＯＩウェハを用いる場合であっても、溝部のデザイン（延在方向）を調整することにより、上述した溝部３３と同様の構造を有する溝部を形成することができる。また、ＳＯＩウェハＳＷにおいて、第１シリコン層８１の結晶方位と第２シリコン層８２の結晶方位とは、必ずしも一致していなくてもよい。
【００９６】
また、ダマシン配線構造１００は、図１２に示される第１変形例のように構成されてもよい。第１変形例では、基板３０における主面３１と溝部３３との境界部分には、配線部６０の延在方向から見た場合に、主面３１に垂直な方向Ａ１に対して外側に傾斜した境界面３６が設けられている。境界面３６は、例えば平坦面である。絶縁層４０の境界部分４３は、境界面３６上に設けられているため、境界面３６に沿って延在し、主面３１に垂直な方向Ａ１に対して外側に傾斜している。境界部分４３の傾斜面４３ｂ、及び金属層５０の端部５１の第２表面５１ｂは、境界面３６に平行な平坦面となっている。端部５１の第３表面５１ｃも、方向Ａ１に対して外側に傾斜した平坦面となっている。第３表面５１ｃの方向Ａ１に対する傾斜角度は、第２表面５１ｂの方向Ａ１に対する傾斜角度よりも緩やかになっている。これにより、主面３１に平行な方向Ａ２における端部５１の厚さは、端部５１の先端に近づくにつれて漸増している。
【００９７】
第１変形例のダマシン配線構造１００の製造に際しては、例えば、ノンボッシュプロセス及びボッシュプロセスを用いた反応性イオンエッチングにより溝部３３が形成される。これにより、溝部３３の形成時に、基板３０における主面３１と溝部３３との境界部分に境界面３６が形成される。ノンボッシュプロセス及びボッシュプロセスを組み合わせることにより、信頼性の向上を図ることができる。
【００９８】
第１変形例によっても、上記実施形態と同様に、信頼性を高めることができる。更に、基板３０における主面３１と溝部３３との境界部分に境界面３６が設けられているため、傾斜面４３ｂの形成を容易化することができる。第１変形例においても、溝部３３が有する複数の部分３４同士の間の間隔Ｂは、溝部３３の幅Ｗよりも小さくてもよい。第１変形例の場合、間隔Ｂは、複数の部分３４における境界面３６以外の内面間の距離（換言すれば、溝部３３の内面のうち主面３１に垂直な方向Ａ１に沿って延在する部分の間の距離）である。
【００９９】
ダマシン配線構造１００は、図１３に示される第２変形例のように構成されてもよい。第２変形例では、配線部６０の表面６０ａが、絶縁層４０の第２部分４２の表面４２ａに対して、溝部３３の底面３３ａ側に位置している。金属層５０の端部５１の第３表面５１ｃが、キャップ層７０における表面６０ａ上の部分と表面４２ａ上の部分との境界部分７１によって覆われている。境界部分７１は、第３表面５１ｃに沿って延在しており、主面３１に垂直な方向Ａ１に対して外側に傾斜している。第２変形例のダマシン配線構造１００の製造に際しては、例えば、第７工程の化学機械研磨におけるスラリーを調整することにより配線部６０のディッシング量（配線部６０が除去される量）を増加させる。これにより、図１３に示されるような形状の配線部６０を形成することができる。
【０１００】
第２変形例によっても、上記実施形態と同様に、信頼性を高めることができる。更に、表面６０ａが表面４２ａに対して溝部３３の底面３３ａ側に位置している。これにより、応力が集中し易い箇所を一層少なくすることができる。更に、境界部分７１によって端部５１の第３表面５１ｃが覆われるため、金属層５０の端部５１とキャップ層７０との接触面積を一層大きくすることができ、金属層５０からキャップ層７０に作用する応力を一層好適に分散させることができる。
【０１０１】
ダマシン配線構造１００は、図１４（ａ）に示される第３変形例のように構成されてもよい。第３変形例では、第２変形例と同様に、配線部６０の表面６０ａが、絶縁層４０の第２部分４２の表面４２ａに対して、溝部３３の底面３３ａ側に位置している。また、金属層５０の端部５１の第３表面５１ｃが、キャップ層７０の境界部分７１によって覆われている。第３変形例では、キャップ層７０の厚さＴ１が、主面３１に垂直な方向Ａ１における表面６０ａと表面４２ａとの間の距離Ｈよりも大きい。第３変形例によっても、上記実施形態と同様に、信頼性を高めることができる。更に、キャップ層７０の厚さＴ１が、主面３１に垂直な方向Ａ１における表面６０ａと表面４２ａとの間の距離Ｈよりも大きいため、キャップ層７０の強度を一層高めることができる。
【０１０２】
ダマシン配線構造１００は、図１４（ｂ）に示される第４変形例のように構成されてもよい。第４変形例では、第２変形例と同様に、配線部６０の表面６０ａが、絶縁層４０の第２部分４２の表面４２ａに対して、溝部３３の底面３３ａ側に位置している。また、金属層５０の端部５１の第３表面５１ｃが、キャップ層７０の境界部分７１によって覆われている。第４変形例では、キャップ層７０の厚さＴ１が、主面３１に垂直な方向Ａ１における表面６０ａと表面４２ａとの間の距離Ｈよりも小さい。第４変形例によっても、上記実施形態と同様に、信頼性を高めることができる。更に、キャップ層７０の厚さＴ１が、主面３１に垂直な方向Ａ１における表面６０ａと表面４２ａとの間の距離Ｈよりも小さいため、方向Ａ１における配線部６０の厚さを薄くすることができ、その結果、配線部６０からキャップ層に作用する応力を一層低減することができる。
【０１０３】
金属層５０の端部５１の第３表面５１ｃは、第２表面５１ｂに沿って延在していてもよい。例えば、第３表面５１ｃの傾斜の度合い（傾斜角度）が第２表面５１ｂの傾斜の度合い（傾斜角度）と同一であってもよい。第３表面５１ｃと第２表面５１ｂとが互いに平行に延在していてもよい。第２部分４２は、第１層４４及び第２層４５によって構成されていてもよい。この場合、応力が集中し易い箇所を一層少なくすることができる。キャップ層７０が絶縁層４０の第２層４５と同一の材料によって構成されている場合、同一の材料同士が接合されている部分の面積が大きくなるため、密着性を高めることができる。絶縁層４０は、単一の層によって構成されていてもよい。絶縁層４０は、例えば、酸化膜からなる単一の層によって構成されてもよい。この場合、キャップ層７０は、酸化膜によって構成されてもよい。配線部６０の延在方向から見た場合に、第１表面５１ａと第２表面５１ｂとは、互いの曲率が連続するように接続されていてもよい。ダマシン配線構造１００は、アクチュエータ装置以外の構成に適用されてもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
３０…基板（半導体基板）、３１…主面、３２，３３…溝部、３２ａ，３３ａ…底面、３２ｂ，３３ｂ…側面、３３…溝部（凹部）、３３ｃ…傾斜面、３５…中間面、４０…絶縁層、４１…第１部分、４２…第２部分、５０…金属層、５１…端部、６０…配線部、７０…キャップ層、１００…ダマシン配線構造、１３３…第１溝部、１３３ｂ…第１側面、１３３ｃ…第１傾斜面、２３３…第２溝部、２３３ｂ…第２側面、２３３ｃ…第２傾斜面、Ｓ…スキャロップ。
【図１】
2020090930.tif 000003
【図２】
2020090930.tif 000004
【図３】
2020090930.tif 000005
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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2020090930.tif 000018
2020090930.tif 000019
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