JP2021101451A - 基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】異なる材料を平坦化することができる基板処理装置を提供する。【解決手段】基板処理装置が提供され、処理対象である基板は、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、前記基板処理装置は、基板を保持するためのテーブルと、触媒を保持するヘッドと、を有し、前記触媒は卑金属を含む。【選択図】図2
Description
本願は、基板処理装置に関する。
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。
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。
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。
そこで、本開示は上記課題を鑑み、CAREによる処理において、異なる材料を平坦化することができる基板処理装置を提供することを1つの目的としている。
一実施形態によれば、基板処理装置が提供され、処理対象である基板は、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、前記基板処理装置は、基板を保持するためのテーブルと、触媒を保持するヘッドと、を有し、前記触媒は卑金属を含む。
以下に、本発明に係る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。
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15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15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。
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。
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。
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。
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)。
一実施形態において、触媒31は、単体の卑金属および/または卑金属を主成分とする合金とすることができる。たとえば、一実施形態において、触媒31は、チタニウム(Ti)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、ハフニウム(Hf)、およびタンタル(Ta)からなるグループから選択される1つを有する単金属またはこれを主成分とする合金とすることができる。また、一実施形態において、触媒31が合金である場合、上記のいずれか1つの金属を主成分として、さらに、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)からなるグループから選択される少なくとも1つを含む合金とすることができる。
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に示される実施形態において、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。
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に示される実施形態において、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。
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。
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。
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。
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20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。また、一実施形態において、電極22は、処理液には接触するが基板WFには接触しないように構成してもよい。この場合、触媒31と電極22とは、処理液を介して電気化学的に接続される。かかる構成においては、触媒31の表面電位を所定の範囲になるように制御することで、触媒31の表面の活性を阻害する因子の付着を防止したり、処理速度を制御したりすることができる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
異なる種類の単体金属触媒を用いて基板に対して触媒基準エッチングを行った。加工対象として、表面にルテニウム(Ru)層、コバルト(Co)層、TiN層、テトラエトキシシラン(TEOS)層を備える基板を使用した。処理液として酸性、中性、および塩基性の処理液を使用した。触媒として使用した単金属は、白金(Pt)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、およびニッケル(Ni)である。触媒基準エッチング(CARE)として、処理液の存在下で、加工対象である被処理層(Ru、Co、TiN、TEOSの各層)を備える基板と各触媒とを互いに回転させながら接触した状態で触媒を保持するヘッドを摺動させた。本実施例では1回のCARE処理は1分間とした。すなわち、1回の処理において、触媒と被処理層とを処理液下で相対運動させながら1分間接触させた。なお、CARE処理においては、触媒に電圧は付与していない。処理終了後は、基板と触媒とを速やかに離間させた。また、処理終了後は処理液を速やかに除去し、基板の表面は超純水により洗浄された。その後、基板は速やかに乾燥され、光干渉膜厚計を用いて被処理層の厚さを測定した。このような1分間のCARE処理を触媒ごとに5回行った。なお、5回のCARE処理は同一の触媒を用いて行った。CARE処理前後の被処理層の厚さを測定することで、1回の処理における被処理層の除去量および除去速度(Removal Rate)が分かる。
図3および図4は、表面にルテニウム(Ru)層を備える基板を使用して各種の単体金属触媒を用いて触媒基準エッチングを行った結果を示すグラフである。図3に示される実施例における処理液は、HCLおよびH2O2を含み、pHは1である。図4に示される実施例における処理液は、KOHおよびH2O2を含み、pHは12である。図3、図4において、横軸は処理回数(Trial Numner)であり、縦軸は除去速度(Å/min)である。図3から分かるように、Pt、Ti、Cr、Mo、Wのいずれを触媒として用いても、HCL+H2O2(pH:1)の処理液の存在下でRu層の除去が可能であることが確認された。また、図4から分かるように、Pt、Ti、Cr、Mo、W、Niのいずれを触媒として用いても、KOH+H2O2(pH:12)の処理液の存在下でRu層の除去が可能であることが確認された。図3、4の結果において、Mo、Wにおいては処理回数が増えると除去速度が低下しているが、これは、処理液により触媒金属がエッチングされたためと考えられる。図3に示されるように、酸性(pH=1)の処理液中
でのRu層のCAREにおいては、Ti、Mo、W触媒で比較的に大きな除去速度が得られているが、触媒の化学的安定性の観点からは、特にW、Tiが望ましいと考えられる。また、図4に示されるように、塩基性(pH=12)の処理液中でのRu層のCAREにおいては、Ti、Cr、Mo、W、Ptで比較的に大きな除去速度が得られているが、触媒の化学的安定性の観点からは、特にCrが望ましいと考えられる。
でのRu層のCAREにおいては、Ti、Mo、W触媒で比較的に大きな除去速度が得られているが、触媒の化学的安定性の観点からは、特にW、Tiが望ましいと考えられる。また、図4に示されるように、塩基性(pH=12)の処理液中でのRu層のCAREにおいては、Ti、Cr、Mo、W、Ptで比較的に大きな除去速度が得られているが、触媒の化学的安定性の観点からは、特にCrが望ましいと考えられる。
図5および図6は、表面にコバルト(Co)層を備える基板を使用して各種の単体金属触媒を用いて触媒基準エッチングを行った結果を示すグラフである。図5に示される実施例における処理液は、NaH2PO4、KOH、およびH2O2を含み、pHは6.5である。図6に示される実施例における処理液は、KOH、およびH2O2を含み、pHは12である。図5、図6において、横軸は処理回数(Trial Numner)であり、縦軸は除去速度(Å/min)である。図5および図6から分かるように、中性処理液において、より高いCo層の除去速度が得られることが確認された。図5から分かるように、中性処理液においては、Cr、Ti、Mo、Wのいずれの触媒でも、CARE処理が可能である。また、Co層において触媒に接触していない領域において腐食が発生した。電位‐pH図(Pourbaix diagram)から、図5に示される実施例における処理液の条件はCoを腐食する領域にあると考えらえる。塩基性(pH=12)の処理液の条件においては、Ni触媒で100Å/minを超える除去速度が得られた。ただし、処理回数の増加とともに除去速度が低下している。また、Co層は酸性処理液中では著しくフリーエッチングが進行するため、中性の処理液を使用することでCo層のフリーエッチングを抑制することができる。
図7〜図9は、表面にTiN層を備える基板を使用して各種の単体金属触媒を用いて触媒基準エッチングを行った結果を示すグラフである。図7に示される実施例における処理液は、HCL、およびH2O2を含み、pHは1である。図8に示される実施例における処理液は、NaH2PO4、KOH、およびH2O2を含み、pHは6.5である。図9に示される実施例における処理液は、KOH、およびH2O2を含み、pHは12である。図7〜図9から分かるように、酸性(pH=1)および塩基性(pH=12)の処理液の条件下で各種の触媒において高い除去速度が得られた。図7から分かるように、酸性の処理液の条件下においては、Cr、Ti、Mo、Wにおいて比較的に高い除去速度が得られた。図9から分かるように、塩基性の処理液の条件下においては、触媒によって除去速度が大きく異なる。また、塩基性の処理液の条件下においては、Ti、Mo、W、Ni、Ptの触媒でCAREが可能であるが、Mo、Wは触媒の溶解が生じたので、Ti、Niが触媒として望ましいと考えられる。TiN層を除去するCAREにおいては、水酸化物イオン[OH−]および/または水素イオン[H+]の量(濃度)が反応経路や反応速度に影響を与えているものと思われる。
図10、図11は、表面にTEOS層を備える基板を使用して各種の単体金属触媒を用いて触媒基準エッチングを行った結果を示すグラフである。図10に示される実施例における処理液は、HCL、およびH2O2を含み、pHは1である。図11に示される実施例における処理液は、KOH、およびH2O2を含み、pHは12である。図11から分かるように、NiおよびMoの触媒を使用し、塩基性の処理液を使用したときに大きな除去速度が得られた。なお、グラフには示さないが、H2O2を使用しないKOHのみの処理液の場合は、除去速度が約800Å/minであり、処理液にH2O2を含む図11の条件の場合よりも除去速度が大きい。そのため、H2O2はCARE反応を阻害している可能性がある。また、図11から分かるように、処理回数とともに除去速度が低下している。この傾向はSiO2をCARE処理するときと同様の傾向である。
図12は、Ru、TiN、TEOSの各層において、処理液中の成分濃度を変えて触媒基準エッチングを行った結果を表すグラフである。図12に示される実施例において、触
媒はNiを使用した。また、KOHおよびH2O2を含む処理液を使用し、KOH:H2O2=0.1M:0.1M、0.1M:0.05M、0.1M:0.01Mとなる成分濃度が異なる3種類の処理液を使用した。また、図12に示される除去速度は、上述のような1分間のCARE処理を5回行ったものの平均値である。図12から分かるように、H2O2の濃度が小さくなると除去速度が大きくなる。KOH:H2O2=0.1M:0.01Mの条件のときに、Ru、TiN、TEOSのいずれの層の除去においても、100Å/minを超える除去速度が得られた。ただし、TEOS層の除去速度が突出して大きくなるという特徴があるので、Ni触媒においてはRu、TiN、TEOSの全ての層を均一に除去する目的には不向きであると考えられる。
媒はNiを使用した。また、KOHおよびH2O2を含む処理液を使用し、KOH:H2O2=0.1M:0.1M、0.1M:0.05M、0.1M:0.01Mとなる成分濃度が異なる3種類の処理液を使用した。また、図12に示される除去速度は、上述のような1分間のCARE処理を5回行ったものの平均値である。図12から分かるように、H2O2の濃度が小さくなると除去速度が大きくなる。KOH:H2O2=0.1M:0.01Mの条件のときに、Ru、TiN、TEOSのいずれの層の除去においても、100Å/minを超える除去速度が得られた。ただし、TEOS層の除去速度が突出して大きくなるという特徴があるので、Ni触媒においてはRu、TiN、TEOSの全ての層を均一に除去する目的には不向きであると考えられる。
図13は、Ru、TiN、TEOSの各層に対する各触媒でCARE処理を行った場合の除去速度を比較するグラフである。図13に示されるグラフにおいて、除去速度は1分間のCARE処理を5回行ったものの平均値である。また、図13に示される実施例において、処理液は塩基性(pH=12)の条件でCARE処理を行った。図13に示されるように、Ni触媒およびMo触媒の場合に、Ru、TiN、TEOSに対して全体的および平均的に高い除去速度が得られる。
図14は、Co、TiN、TEOSの各層に対する各触媒でCARE処理を行った場合の除去速度を比較するグラフである。図14に示されるグラフにおいて、除去速度は1分間のCARE処理を5回行ったものの平均値である。また、図14に示される実施例において、処理液は塩基性(pH=12)の条件でCARE処理を行った。図14に示されるように、Ni触媒の場合に、Co、TiN、TEOSに対して全体的および平均的に高い除去速度が得られる。
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。
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、基板処理装置が提供され、かかる基板処理装置において、処理対象である基板は、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、前記基板処理装置は、基板を保持するためのテーブルと、触媒を保持するヘッドと、を有し、前記触媒は卑金属を含む。
[形態1]形態1によれば、基板処理装置が提供され、かかる基板処理装置において、処理対象である基板は、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、前記基板処理装置は、基板を保持するためのテーブルと、触媒を保持するヘッドと、を有し、前記触媒は卑金属を含む。
[形態2]形態2によれば、形態1による基板処理装置において、前記触媒は、チタニウム(Ti)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、ハフニウム(Hf)、およびタンタル(Ta)からなるグループから選択される1つを有する単金属またはこれを主成分とする合金である。
[形態3]形態3によれば、形態2による基板処理装置において、前記触媒は、チタニウム(Ti)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、ハフニウム(Hf)、およびタンタル(Ta)からなるグループから選択される1つを主成分とする合金であり、さらに、前記合金は、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)からなるグループから選択される少なくとも1つを含む。
Pd)、銀(Ag)、イリジウム(Ir)、プラチナ(Pt)、および金(Au)からなるグループから選択される少なくとも1つを含む。
[形態4]形態4によれば、形態1から形態3のいずれか1つの形態による基板処理装置において、前記ヘッドは、複数の異なる種類の触媒を保持するように構成されている。
[形態5]形態5によれば、形態1から形態4のいずれか1つの形態による基板処理装置において、処理液を前記テーブルに保持された基板の上に供給するためのノズルを有する。
[形態6]形態6によれば、形態5による基板処理装置において、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。
[形態7]形態7によれば、形態6による基板処理装置において、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。
[形態8]形態8によれば、形態1から形態7のいずれか1つの形態による基板処理装置において、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。
[形態9]形態9によれば、形態1から形態8のいずれか1つの形態による基板処理装置において、前記触媒は、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、ヘッドに保持されている。
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
WF…基板
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
WF…基板
Claims (9)
- 基板処理装置であって、
処理対象である基板は、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、
前記基板処理装置は、
基板を保持するためのテーブルと、
触媒を保持するヘッドと、を有し、
前記触媒は卑金属を含む、
基板処理装置。 - 請求項1に記載の基板処理装置であって、
前記触媒は、チタニウム(Ti)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、ハフニウム(Hf)、およびタンタル(Ta)からなるグループから選択される1つを有する単金属またはこれを主成分とする合金である、
基板処理装置。 - 請求項2に記載の基板処理装置であって、
前記触媒は、チタニウム(Ti)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、ハフニウム(Hf)、およびタンタル(Ta)からなるグループから選択される1つを主成分とする合金であり、
さらに、前記合金は、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)からなるグループから選択される少なくとも1つを含む、
基板処理装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
前記ヘッドは、複数の異なる種類の触媒を保持するように構成されている、
基板処理装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
処理液を前記テーブルに保持された基板の上に供給するためのノズルを有する、
基板処理装置。 - 請求項5に記載の基板処理装置であって、
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、
基板処理装置。 - 請求項6に記載の基板処理装置であって、
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、
基板処理装置。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
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、
基板処理装置。 - 請求項1から8のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、前記触媒は、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、ヘッドに保持されている、
基板処理装置。
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