JP2020097022A - 触媒基準エッチングに使用される触媒、触媒を備える処理パッド、および触媒基準エッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体デバイスの製造において、触媒基準エッチング（ＣＡＲＥ）法に使用される被毒が小さい触媒、触媒を備える処理パッド、触媒基準エッチング装置、および触媒基準エッチング方法の提供。【解決手段】触媒基準エッチングに使用される触媒であって、処理対象物にエッチングを促進させる第１元素と、エッチングにより生じたエッチング生成物が吸着、および／または前記第１元素が変質するのを抑制する第２元素とを有する触媒。【選択図】図８

Description

本願は、触媒基準エッチングに使用される触媒、触媒を備える処理パッド、および触媒基準エッチング装置に関する。

半導体デバイスの製造において、基板の表面を研磨する化学機械的研磨（ＣＭＰ，Chemical Mechanical Polishing）装置が知られている。ＣＭＰ装置では、研磨テーブルの上面に研磨パッドが貼り付けられて、研磨面が形成される。このＣＭＰ装置は、トップリングによって保持される基板の被研磨面を研磨面に押しつけ、研磨面に研磨液としてのスラリーを供給しながら、研磨テーブルとトップリングとを回転させる。これによって、研磨面と被研磨面とが摺動的に相対移動され、被研磨面が研磨される。

ここでＣＭＰを含む平坦化技術については、近年、被研磨材料が多岐に渡り、またその研磨性能（例えば平坦性や研磨ダメージ、更には生産性）に対する要求が厳しくなっている。このような背景の中で、新たな平坦化方法も提案されており、触媒基準エッチング（catalyst referred etching：以下ＣＡＲＥ）法もその一つである。ＣＡＲＥ法は、処理液の存在下において、触媒材料近傍のみにおいて処理液中から被処理面との反応種が生成され、触媒材料と被処理面を近接または接触させることで、触媒材料との近接または接触面において、選択的に被処理面のエッチング反応を生じさせることが可能である。例えば、凹凸を有する被処理面においては、凸部と触媒材料とを近接または接触させることで、凸部の選択的エッチングが可能になり、よって被処理面の平坦化が可能になる。本ＣＡＲＥ方法は、当初はＳｉＣやＧａＮといった、化学的に安定なためにＣＭＰでの高効率な平坦化が容易でない次世代基板材料の平坦化において提案されてきた（例えば、下記の特許文献１〜４）。しかしながら、近年ではシリコン酸化物等でもプロセスが可能であることが確認されており、シリコン基板上のシリコン酸化膜等の半導体デバイス材料への適用の可能性もある（例えば、下記の特許文献５）。

特開２００８−１２１０９９号公報 特開２００８−１３６９８３号公報 特開２００８−１６６７０９号公報 特開２００９−１１７７８２号公報 ＷＯ／２０１３／０８４９３４

ＣＡＲＥ法において、触媒材料の表面に吸着した水に由来する化学種が加工対象の表面と化学反応を連続的に生じることにより、加工対象の元素を除いていく。ここで、除かれた元素または除かれた元素に由来する化合物が触媒表面に残留することで、触媒の活性点が失活することがある。ＣＡＲＥ法において、触媒の活性点が失活することで、使用時間（回数）に応じて、エッチングによる被処理面の除去速度が低下する現象が生じることがある。このような現象は被毒と称される。被毒が著しい触媒は使用回数に伴い、エッチングによる被処理面の除去速度が著しく低下してしまうので、ＣＡＲＥ法を半導体デバイスの製造に適用するのは難しい。本願は、被毒が小さい触媒を提供することを１つの目的としている。

触媒基準エッチングに使用される触媒が提供され、かかる触媒は、処理対象物にエッチングを促進させる第１元素と、エッチングにより生じたエッチング生成物が吸着するのを抑制する第２元素と、を有する。

一実施形態による、ＣＡＲＥ装置の概略平面図である。 図１に示すＣＡＲＥ装置の側面図である。 一実施形態による、ヘッドの構造を概略的に示す側面断面図である。 ＮｉおよびＲｕのそれぞれの単体金属を触媒として用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去速度を示すグラフである。 ＣｒおよびＴｉのそれぞれの単体金属を触媒として用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去速度を示すグラフである。 Ｗ、Ａｌ、およびＣｕのそれぞれの単体金属を触媒として用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去速度を示すグラフである。 Ｐｔ、Ｒｈ、およびＩｒのそれぞれの単体金属を触媒として用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去速度を示すグラフである。 ＮｉベースにＭｏを添加した合金触媒を用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去速度を示すグラフである。 Ｎｉ−Ｍｏ合金触媒のＭｏの含有量に対する、平均除去速度を示すグラフである。 ＮｉベースにＣｒを添加した合金触媒を用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去速度を示すグラフである。 Ｎｉ−Ｃｒ合金触媒のＣｒの含有量に対する、平均除去速度を示すグラフである。 ＮｉベースにＷを添加した合金触媒を用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去速度を示すグラフである。 ＮｉベースにＴｉを添加した合金触媒を用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去速度を示すグラフである。 Ｒｕ単体、ＲｕベースにＴｉ、Ｚｒ、およびＶのそれぞれを添加した合金触媒を用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去量を示すグラフである。 図１４に示される各触媒において処理時間が５分の時の除去速度を１．０とする場合の、各処理時間における除去速度を示すグラフである。 ＲｕベースにＴｉを添加した合金触媒におけるＲｕの含有率に対するＳｉＯ２膜の除去速度（ＲＲ：Removal rate）について、５回目使用時（５ｔｈ）の除去速度の初回使用時（１ｓｔ）に対する割合を示したグラフである。

以下に、本発明に係る触媒基準エッチング（ＣＡＲＥ）に使用される触媒、触媒を備える処理パッド、および触媒基準エッチング装置（ＣＡＲＥ装置）の実施形態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。

図１は、一実施形態によるＣＡＲＥ装置１０の概略平面図である。図２は、図１に示すＣＡＲＥ装置１０の側面図である。ＣＡＲＥ装置１０は、ＣＡＲＥ法を利用して、基板上の半導体デバイス材料（被処理領域）のエッチング処理を行う装置である。

図１に示されるＣＡＲＥ装置１０は、基板を保持するためのテーブル２０と、触媒を保持するためのヘッド３０と、処理液を供給するためのノズル４０と、ヘッド３０を揺動さ
せるための揺動アーム５０と、触媒をコンディショニングするためのコンディショニング部６０と、制御装置９０と、を備えている。テーブル２０は、基板の一種としてのウェハＷｆを保持するように構成されている。一実施形態において、基板はＳｉ基板とすることができ、処理対象面はＳｉ基板上に形成されたＳｉＯ_２膜とすることができる。また、一実施形態において、処理対象面は、ＳｉＣ基板やＳｉＣ膜のような他のＳｉ系材料や金属の膜でもよい。図１に示される実施形態では、テーブル２０は、ウェハＷｆの被処理面が上方を向くようにウェハＷｆを保持する。

また、本実施形態では、テーブル２０は、ウェハＷｆを保持するための機構として、ウェハ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。真空吸着の方式としては、吸着面に真空ラインに接続された複数の吸着穴を有する吸着プレートを用いた点吸着の方式、吸着面に溝（例えば同心円状）を有し、溝内に設けた真空ラインへの接続穴を通して吸着する面吸着の方式のいずれを用いても良い。

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ウェハＷｆを吸着しても良い。ただし、ウェハＷｆを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る。例えば、ウェハＷｆの周縁部の少なくとも１ヶ所においてウェハ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、またウェハＷｆの周縁部の少なくとも１ヶ所においてウェハ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、軸線ＡＬ１を中心として回転可能に構成されている。

また、図２に示される実施形態において、テーブル２０は、ウェハ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のウェハ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。

一実施形態において、処理液ＰＬは、ｐＨが７より大きい塩基性の薬液とすることができる。かかる実施形態によれば、ＣＡＲＥ法に伴う加水分解の進行が促進される。ｐＨを調整するにあたり使用する薬品に制限はないが、加工速度を上昇させる上では強塩基が望ましい。また、金属表面への吸着を伴わない塩基が望ましい。一実施形態において、処理液ＰＬは、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）または水酸化カリウム（ＫＯＨ）を含む薬液とすることができる。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は上下動可能に構成しても良い。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洗浄する場合、壁２１を下げることによって洗浄液のウェハ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のヘッド３０は、下端に触媒３１を保持するための処理パッド３１４を備える。本実施形態では、処理パッド３１４および触媒３１は、ウェハＷｆよりも小さい。すなわち、触媒３１からウェハＷｆに向けて投影した場合の触媒３１の投影面積は、ウェハ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）によって軸線ＡＬ２を中心として回転可能に構成されている。図２に示されるように、テーブル２０の回転軸ＡＬ１と、ヘッド３０の回転軸ＡＬ２とはずれている。また、ヘッド３０の触媒３１をウェハＷｆに接触摺動させるためのモータやエアシリンダを揺動アーム５０に備えている（図示省略）。

次に、ノズル４０は、ウェハ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、図示の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、各ノズルから異なる処理液ＰＬを供給しても良い。また、エッチング処理後にＣＡＲＥ装置１０において、ウェハ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。さらに、ノズル４０は、ヘッド３０の内部を通って、処理パッドおよび触媒３１の表面から処理液ＰＬを供給するように構成してもよい（図３参照）。

次に、揺動アーム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。揺動アーム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。なお、ＣＡＲＥ処理を行うにあたって、ヘッド３０の単位時間当たりの回転数と、テーブル２０の単位時間あたりの回転数は互いに異なることが望ましい。また、それぞれの単位時間当たりの回転数は互いに素であることが望ましい。これらの回転数の特徴により、加工対象であるウェハＷｆの偏摩耗を抑制できる。

図３は、一実施形態による、ヘッド３０の構造を概略的に示す側面断面図である。図３に示される実施形態においては、ヘッド３０はジンバル機構３０２（たとえば球面滑り軸受）を介してシャフト３１０に連結される。そのため、触媒３１を備えるヘッド３０は、ジンバル機構３０２を中心として、処理対象である基板の表面に追従してある程度は回転可能である。この様な構成により、触媒３１のごく一部のみが基板に接触することを回避でき、触媒３１の全面を処理対象の基板に接触または近接させることができる。

シャフト３１０は、図１に示されるように揺動アーム５０に連結されている。ヘッド３０は図示しない回転モータにより回転軸ＡＬ２を中心に回転可能である。図３に示されるように、ヘッド３０は、外周部材３０４を備える。外周部材３０４は、一方の端部が閉じた略円筒形状とすることができる。

外周部材３０４の内側には、ヘッド本体３０６が配置されている。ヘッド本体３０６に下側には、ベースプレート３０８が配置されている。ベースプレート３０８は、ヘッド本体３０６にたとえばネジ等により取り外し可能に取り付けられる。ベースプレート３０８は、平坦な表面の実現や変形を防止するために、たとえば金属材料のように、５０ＧＰａ以上、好ましくは１００ＧＰａ以上の被削性及び表面仕上げ状態の良い高剛性の材料から形成される。ベースプレート３０８は、たとえばセラミックやステンレス鋼（ＳＵＳ）などから形成することができる。

ベースプレート３０８の下側面には、弾性部材３２が配置されている。図示の実施形態において、弾性部材３２は弾性膜によって形成されており、弾性部材（弾性膜）３２の内部には、圧力室３３が形成されている。圧力室３３は、流体源（図示省略）によって圧力室３３に供給される流体（たとえば、空気や窒素ガス）が制御されることによって、ウェハＷｆの被処理領域と触媒３１との接触圧力を制御するように構成されている。一例として、圧力室３３の圧力は０．１ｐｓｉ〜３．０ｐｓｉの範囲で制御される。弾性膜３２の下面には、処理パッド３１４が設けられる。処理パッド３１４は、たとえば、両面テープ、接着剤、溶着などにより弾性膜３２の下面に密着させる。処理パッド３１４は、触媒を付与した後も表面粗さや形状精度の維持、弾性膜３２による変形に対する強度の維持、触媒への電圧印加の観点からは金属材料から形成することが望ましい。たとえば処理パッド３１４はＳＵＳ箔などの厚さが１００μｍ以下の金属箔から形成することができる。処理パッド３１４の下面には触媒３１が設けられる。なお、触媒３１を保持する処理パッド３１４の表面には、溝（図示せず）が設けられていることが望ましい。溝を設けることにより、ＣＡＲＥ処理に用いられる処理液ＰＬは溝の内部を通過し、触媒表面と処理対象物のウェハＷｆの表面との間への処理液ＰＬの導入および排出が促進される。処理パッド３１４の表面に設けられる溝のパターンは任意であるが、たとえば、処理パッド３１４の表面
から放射状に延びる溝のパターンや、同心円状の複数の溝が形成されるパターンや、これらの組み合わせとすることができる。

図３に示されるように、ヘッド３０は、触媒３１に電圧を印加できるように、触媒電極３１８を備える。触媒電極３１８は、触媒３１または処理パッド３１４に電気的に接続されている。触媒電極３１８は、ヘッド３０およびシャフト３１０を通じて配線３３１に接続されている。ベースプレート３０８がヘッド本体３０６に取り付けられたときに、触媒電極３１８への電気配線３３１が確立されるように構成される。また、外周部材３０４には、カウンター電極３２０が設けられている。カウンター電極３２０は、環状形状である。カウンター電極３２０は、ヘッド３０およびシャフト３１０を通じて配線３３２に接続されている。触媒電極３１８およびカウンター電極３２０は、ヘッド３０を通じて配線３３１、３３２がなされており、図示しない電源に接続される。そのため、触媒３１とカウンター電極３２０とを処理液ＰＬを介して電気的に接続することができる。触媒３１に電圧を印加することで、触媒３１の活性状態を制御することができ、よって、基板Ｗｆのエッチング速度を変化させることができる。なお、図３において、カウンター電極３２０はヘッド３０内に配置されているが、触媒３１とカウンター電極３２０とが処理液ＰＬを介して電気的に接続されていればよいため、ヘッド３０内でなく、ヘッド３０の外部に設けてもよい。なお、触媒電極３１８およびカウンター電極３２０は、処理液が分解することにより水素および酸素などのガスが発生しない領域に設けられることが望ましい。

一実施形態において、図３に示されるように、ヘッド３０は、処理液ＰＬを供給するための通路３３５を備える、通路３３５は、シャフト３１０、ヘッド本体３０６、ベースプレート３０８、弾性部材３２を通って延び、処理パッド３１４および触媒３１に形成されている開口部３３６に連通する。そのため、通路３３５を通して開口部３３６から基板Ｗｆ上に処理液ＰＬを供給することができる。一実施形態において、処理液ＰＬは、ノズル４０（図１、２）から供給してもよく、通路３３５を通じてヘッド３０から供給してもよく、両方から供給してもよい。

一実施形態において、ＣＡＲＥ装置１０に使用される触媒３１は、処理対象物である基板にエッチングを促進させる第１元素と、エッチングにより生じたエッチング生成物が吸着するのを抑制する第２元素と、を有する。第１元素および第２元素は、金属とすることができる。例えば、触媒３１は、金属である第１元素および第２元素からなる合金とすることができる。一例として、第１元素はニッケル（Ｎｉ）またはルテニウム（Ｒｕ）とすることができる。一例として、第２元素は、第１元素との合金化により、前記触媒のｄバンド中心の調整が可能な元素から選択される。一例として、第２元素は、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）などとすることができる。また、第１元素および第２元素を用いた触媒３１は、エッチングを促進する第２元素対して相対的に除去速度が高い第１元素と、単独での使用時に除去速度の低下が生じない第２元素と言い換えることもできる。さらに、一例として、触媒３１は、合金化によりｄ軌道の電子占有率が５０％以上の元素と、ｄ軌道の電子占有率が５０％以下の元素と、を含む。ｄ軌道の電子占有率が５０％以上の元素は、原子番号２６−３０、４４−４８、７６−８０の元素である。ｄ軌道の電子占有率が５０％以下の元素は、原子番号２１−２５、３９−４３、７２−７５の元素である。複数の元素からなる合金を作成する上で、合金を構成するいずれの元素のバンド構造とも大きく異なる合金を作るべきであるので、採用する元素はエネルギー準位が十分離れた、すなわち元素番号が十分に離れた元素を選定しても良い。これにより得られる合金は単金属と比較してもバンド構造に広がりを持つため、ＣＡＲＥ法により基板から除去されたケイ酸化物などの化合物との吸着エネルギーを変化させる。また、触媒３１を合金とする場合、合金中の第２元素の含有率は５原子量％（at.％）から８０原子量％であることが望
ましく、１０原子量％から５０原子量％の含有率が更に望ましい。

一実施形態において、触媒３１は、たとえば処理パッド３１４の表面に成膜させる。たとえば、スパッタリング法、化学気相成長法、蒸着法などにより触媒３１を処理パッド３１４の表面に成膜することができる。スパッタリング法を用いる場合は、複数の金属を同時にスパッタリングしてもよく、また、ある元素のターゲットの上に他の元素のチップまたは枠などを設置してスパッタリングをしてもよく、また、合金材料をスパッタリングすることにより合金膜を形成してもよい。また、異種元素の膜を積層したのちに熱処理することにより合金膜を形成してもよい。また、電解めっきや無電解めっき等の他の成膜方法によって触媒３１を処理パッド３１４に形成してもよい。触媒３１の厚さは、１００ｎｍから数１０μｍ程度が望ましい。これは、触媒が基板と接触しかつ相対運動を行った場合に摩耗による劣化があるため、触媒の厚みが極端に薄い場合は、触媒の交換頻度が多くなるからである。また、板状の触媒３１を処理パッド３１４に固定するようにしてもよい。さらに、処理パッド３１４を触媒を含む溶液に含浸して、処理パッド３１４の表面に触媒３１の層を形成してもよい。

異なる種類の複数の合金触媒および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。まず、加工対象として、表面に１０００ｎｍのＳｉＯ_２膜を備える基板を使用した。ＳｉＯ_２膜は、化学気相成長法によりＳｉ基板上に形成された。基板の直径は約５０ｍｍである。処理液として水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液０．１ｍｏｌ／Ｌを２００ｍｌを用意した。また、ＫＯＨ溶液はｐＨ＝１３である。使用する単体金属は、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウムおよび（Ｉｒ）である。また、使用する合金触媒として、ニッケル（Ｎｉ）に対して、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）のいずれかを含有する合金触媒（以下、Ｎｉ−Ｔｉ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｍｏ合金、Ｎｉ−Ｗ合金）を作成した。また、使用する合金触媒として、ルテニウム（Ｒｕ）に対して、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびバナジウム（Ｖ）のいずれかを含有する合金触媒（以下、Ｒｕ−Ｔｉ合金、Ｒｕ−Ｚｒ合金、Ｒｕ−Ｖ合金）を作成した。触媒基準エッチングとして、水酸化カリウム溶液の存在下で、ＳｉＯ_２膜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ＳｉＯ_２膜とを処理液下で相対運動させながら１分間接触させた。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ＳｉＯ_２膜の膜厚を測定した。このような１分間のＣＡＲＥ処理を触媒ごとに５回行った。ＣＡＲＥ処理前後のＳｉＯ_２膜の膜厚を測定することで、１回の処理におけるＳｉＯ_２膜の除去量および除去速度（Ｒｅｍｏｖａｌ Ｒａｔｅ）が分かる。

図４〜図７は、各種の単体金属を触媒として用いて基板を処理した際の結果を示している。図４〜図７において、横軸は処理回数（Ｎｕｍｎｅｒ ｏｆ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）であり、縦軸は除去速度（ｎｍ／ｍｉｎ）である。図４は、ＮｉおよびＲｕのそれぞれの単体金属を触媒として用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去速度を示している。図５は、ＣｒおよびＴｉのそれぞれの単体金属を触媒として用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去速度を示している。図６は、Ｗ、Ａｌ、およびＣｕのそれぞれの単体金属を触媒として用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去速度を示している。図７は、Ｐｔ、Ｒｈ、およびＩｒのそれぞれの単体金属を触媒として用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去速度を示している。

図４〜図７から分かるように、ＮｉおよびＲｕは、他の金属に比べて除去速度が大きい。ＣｒおよびＴｉは、処理回数が増えても除去速度が低下していない。また、ＣｒおよびＴｉは、ＮｉおよびＲｕほど除去速度は大きくないが、その他の金属と比べると除去速度が多少大きい。Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、およびＩｒは、１回目の処理よりも２回目の処理以降において除去速度が低下しているか、また、除去速度がもともと小さい。

図８、図９は、Ｎｉ単体触媒、およびＮｉ−Ｍｏ合金触媒を用いて基板を処理した際の結果を示している。図８は、ＮｉベースにＭｏを添加した合金触媒を用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去速度を示している。図８の横軸は処理回数であり、縦軸は除去速度（ｎｍ／ｍｉｎ）である。図８に示されるように、Ｎｉ単体を触媒として使用した場合（Ｍｏ at.０％）、処理回数にともない除去速度は単調に低下している。一方、ＮｉにＭｏを添加したＮｏ−Ｍｏ合金触媒においては、少なくとも２回目の処理以降において除去速度は比較的に安定している。図８に示される結果の一部においては、触媒に電位を与えて処理を行っている。図８に示されるように、触媒に電位を与えると除去速度が変化する。図９は、Ｎｉ−Ｍｏ合金触媒のＭｏの含有量に対する、平均除去速度を示すグラフである。図９から分かるように、Ｎｉ単体を触媒として利用する場合よりも、Ｎｉ−Ｍｏ合金を触媒として利用する方が、平均除去速度が大きくなる。Ｎｉ−Ｍｏ合金を触媒と利用した場合よりも、１回目の処理においては、Ｎｉ単体を触媒で利用した方が除去速度が大きいが、Ｎｉ単体では２回目以降に処理速度が低下するので、平均するとＮｉ−Ｍｏ合金を触媒として利用する方が除去速度は大きくなり、また、除去速度も安定する。

図１０、１１は、Ｎｉ単体触媒、およびＮｉ−Ｃｒ合金触媒を用いて基板を処理した際の結果を示している。図１０は、ＮｉベースにＣｒを添加した合金触媒を用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去速度を示している。図１０の横軸は処理回数であり、縦軸は除去速度（ｎｍ／ｍｉｎ）である。図１０に示されるように、Ｎｉ単体を触媒として使用した場合（Ｃｒ at.０％）、処理回数にともない除去速度は単調に低下している。一方、ＮｉにＣｒを添加したＮｏ−Ｃｒ合金触媒においては、少なくとも２回目の処理以降において除去速度は比較的に安定している。また、Ｃｒ単体を触媒として利用した場合（Ｃｒ at.１００％）も除去速度は安定しているが、Ｎｉ−Ｃｒ合金触媒の場合よりも除去速度が小さい。図１１は、Ｎｉ−Ｃｒ合金触媒のＣｒの含有量に対する、平均除去速度を示すグラフである。図１１から分かるように、Ｎｉ単体を触媒として利用する場合よりも、Ｎｉ−Ｃｒ合金を触媒として利用する方が、平均除去速度が大きくなる。Ｎｉ−Ｃｒ合金を触媒と利用した場合よりも、１回目の処理においては、Ｎｉ単体を触媒で利用した方が除去速度が大きいが、Ｎｉ単体では２回目以降に処理速度が低下するので、平均するとＮｉ−Ｃｒ合金を触媒として利用する方が除去速度は大きくなり、また、除去速度も安定する。

図１２は、Ｎｉ単体触媒、およびＮｉ−Ｗ合金触媒を用いて基板を処理した際の結果を示している。図１２は、ＮｉベースにＷを添加した合金触媒を用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去速度を示している。図１２の横軸は処理回数であり、縦軸は除去速度（ｎｍ／ｍｉｎ）である。図１２に示されるように、Ｎｉ単体を触媒として使用した場合（Ｗ at.０％）、処理回数にともない除去速度は単調に低下している。一方、ＮｉにＷを添加したＮｉ−Ｗ合金触媒においては、少なくとも２回目の処理以降において除去速度は比較的に安定している。図１２に示される結果の一部においては、触媒に電位を与えて処理を行っている。図１２に示されるように、触媒に電位を与えると除去速度が向上する。

図１３は、Ｎｉ単体触媒、およびＮｉ−Ｔｉ合金触媒を用いて基板を処理した際の結果
を示している。図１３は、ＮｉベースにＴｉを添加した合金触媒を用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去速度を示している。図１３の横軸は処理回数であり、縦軸は除去速度（ｎｍ／ｍｉｎ）である。図１３に示されるように、Ｎｉ単体を触媒として使用した場合（Ｔｉ at.０％）、処理回数にともない除去速度は単調に低下している。一方、ＮｉにＴｉを添加したＮｉ−Ｔｉ合金触媒においては、少なくとも２回目の処理以降において除去速度は比較的に安定している。図１３に示される結果の一部においては、触媒に電位を与えて処理を行っている。図１３に示されるように、Ｎｉ−Ｔｉ合金触媒においては電位を与えても除去速度はあまり変化しない。

図１６は、ＲｕベースにＴｉを添加した合金触媒におけるＲｕの含有率に対するＳｉＯ_２膜の除去速度（ＲＲ：Removal rate）について、５回目使用時（５ｔｈ）の除去速度の初回使用時（１ｓｔ）に対する割合を示したグラフである。図１６のグラフにおいて、１００％であれば、除去速度の低下がないことを示している。図１６のグラフより、Ｒｕの含有率により除去速度の低下割合は変化することが分かる。図１６に示されるように、Ｒｕの含有率が約６６at.％で約１００％となっており、Ｒｕの含有率が約６６at.％が最適であることが分かる。ただし、除去速度の低下を許容する場合は、約６６at.％以外のＲｕの含有量を選択してもよく、たとえば、約２０％の除去速度の低下を許容する場合は、Ｒｕの含有量を約６０at.％から約７５at.％としてもよい。

図１４は、Ｒｕ単体、ＲｕベースにＴｉ、Ｚｒ、およびＶのそれぞれを添加した合金触媒を用いてＣＡＲＥ処理した場合における処理回数に対するＳｉＯ_２膜の除去量を示している。図１４に示される実施例においては、処理液としてはｐＨ＝１１のＫＯＨ溶液を使用し、処理時間は５分である。図１４の横軸は触媒の種類であり、縦軸は除去量（ｎｍ）である。図１４に示されるように、Ｒｕ単体を触媒として使用する場合よりも、Ｒｕ−Ｔｉ合金、Ｒｕ−Ｚｒ合金、およびＲｕ−Ｖ合金を触媒として使用する方が除去量が大きい。図１５は、各触媒において処理時間が５分の時の除去速度を１．０とする場合の、各処理時間における除去速度を示すグラフである。図１５に示されるように、Ｒｕ−Ｔｉ合金触媒においては、処理時間が長くなっても除去速度が低下していない。また、Ｒｕ−Ｖ合金触媒においても、Ｒｕ単体触媒の場合ほどは除去速度が低下していない。

以上のように、Ｎｉ単体を触媒として使用する場合に比べて、Ｍｏ，Ｃｒ、Ｗを添加したＮｉ−Ｍｏ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、およびＮｉ−Ｗ合金を触媒として使用する場合は、除去速度が安定しており、いわゆる被毒による被処理面の除去速度の低下を緩和または防止できる。また、Ｎｉ単体を触媒として使用する場合に比べて、Ｍｏ，Ｃｒを添加したＮｉ−Ｍｏ合金およびＮｉ−Ｃｒ合金、を触媒として使用する場合は、平均除去速度が大きくなるので、多数の基板をＣＡＲＥ処理する場合に、全体の処理速度が向上する。

Ｎｉ単体を触媒として基板の加工に使用した場合、触媒表面に吸着した水に由来する化学種が酸化膜表面のＳｉに対して求核置換反応を生じＳｉとの結合を生じさせ、触媒表面にケイ素酸化物またはケイ素に由来する化合物が残留し、触媒の反応点の失活が生じることがある。しかし、ＮｉにＭｏ、Ｃｒを添加した合金を使用した場合、ＭｏやＣｒの除去速度の低下を抑制する効果、つまりはケイ素に由来する化合物が残留しにくい効果により反応点の失活が軽減されたと考えられる。

また、Ｒｕ単体を触媒として基板の加工に使用した場合、触媒表面に吸着した水に由来する化学種が酸化膜表面のＳｉに対して求核置換反応を生じＳｉとの結合を生じさせ、触媒表面にケイ素酸化物またはケイ素に由来する化合物が残留し、触媒の反応点の失活が生じることがある。しかし、ＲｕにＴｉ、Ｖ、Ｚｒを添加した合金を使用した場合、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒの除去速度の低下を抑制する効果、つまりはケイ素に由来する化合物が残留しにくい効果により反応点の失活が軽減されたと考えられる。

このような観点からは、合金触媒を構成する元素は遷移金属の内から少なくとも二元素は選定することが好ましく、選定された複数の元素のうち少なくとも１つは、エッチングを促進する比較的除去速度が高い元素であり、選定された複数の元素のうち少なくとももう一つは単独でエッチングを試行した際に除去速度の低下が生じない元素であることが望ましい。

本開示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、触媒基準エッチングに使用される触媒が提供され、かかる触媒は、処理対象物にエッチングを促進させる第１元素と、エッチングにより生じたエッチング生成物が吸着、および／または前記第１元素が変質するのを抑制する第２元素と、を有する。

［形態２］形態２によれば、形態１による触媒において、前記触媒は前記第１元素および前記第２元素を含む合金または混合物である。

［形態３］形態３によれば、形態２による触媒において、前記第１元素は、ニッケル（Ｎｉ）またはルテニウム（Ｒｕ）である。

[形態４] 形態４によれば、形態１から形態３のいずれか１つの形態による触媒において、前記第２元素は、前記第２元素単体を触媒として触媒基準エッチング処理をした場合において処理時間にともなう除去速度の低下量が、前記第１元素単体を触媒として触媒基準エッチング処理をした場合において処理時間にともなう除去速度の低下量よりも小さい、元素である。

［形態５］形態５によれば、形態１から形態４のいずれか１つの形態による触媒において、前記第２元素は、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、銅、モリブデン、ロジウム、タングステン、イリジウム、および白金からなるグループから選択される。

［形態６］形態６によれば、触媒基準エッチングに使用されるヘッドが提供され、かかるヘッドは、処理パッドを有し、前記処理パッドの表面に請求項１から５のいずれか一項に記載の触媒を有する。

［形態７］形態７によれば、形態６によるヘッドにおいて、前記処理パッドは非弾性部材を有し、前記触媒は前記非弾性部材の上に配置されている。

［形態８］形態８によれば、形態７によるヘッドにおいて、前記ヘッドは圧力室を画定する弾性部材を有し、前記非弾性部材は前記弾性部材に取り付けられている。

［形態９］形態９によれば、形態６から形態８のいずれか１つの形態によるヘッドにおいて、前記ヘッドは、処理液を処理対象物上に供給するための開口部を備える。

［形態１０］形態１０によれば、触媒基準エッチング方法が提供され、かかる触媒基準エッチング方法は、形態１から形態５のいずれか１つの形態による触媒を準備する工程と、処理液の存在下で前記触媒を処理対象物に接触または近接させる工程と、を有する。

［形態１１］形態１１によれば、形態１０による触媒基準エッチング方法において、 前記処理液は塩基性である。

［形態１２］形態１２によれば、形態１０または形態１１による触媒基準エッチング方法において、前記触媒に電圧を印加する工程を有する。

［形態１３］形態１３によれば、形態１０から形態１２のいずれか１つの形態による触媒基準エッチング方法において、前記触媒と処理対象物とを接触または近接させた状態で、相対的に運動させる工程を有する。

１０…ＣＡＲＥ装置
２０…テーブル
２１…壁
３０…ヘッド
３１…触媒
３２…弾性部材
３３…圧力室
４０…ノズル
５０…揺動アーム
９０…制御装置
３１４…処理パッド
３１８…触媒電極
３２０…カウンター電極
３３５…通路
３３６…開口部
ＰＬ…処理液
Ｗｆ…ウェハ

Claims (13)

1. 触媒基準エッチングに使用される触媒であって、
   処理対象物にエッチングを促進させる第１元素と、
   エッチングにより生じたエッチング生成物が吸着、および／または前記第１元素が変質するのを抑制する第２元素と、を有する、
   触媒。
2. 請求項１に記載の触媒であって、
   前記触媒は前記第１元素および前記第２元素を含む合金または混合物である、
   触媒。
3. 請求項２に記載の触媒であって、
   前記第１元素は、ニッケル（Ｎｉ）またはルテニウム（Ｒｕ）である、
   触媒。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の触媒であって、前記第２元素は、前記第２元素単体を触媒として触媒基準エッチング処理をした場合において処理時間にともなう除去速度の低下量が、前記第１元素単体を触媒として触媒基準エッチング処理をした場合において処理時間にともなう除去速度の低下量よりも小さい、元素である、
   触媒。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の触媒であって、
   前記第２元素は、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、銅、モリブデン、ロジウム、タングステン、イリジウム、および白金からなるグループから選択される、
   触媒。
6. 触媒基準エッチングに使用されるヘッドであって、
   処理パッドを有し、
   前記処理パッドの表面に請求項１から５のいずれか一項に記載の触媒を有する、
   ヘッド。
7. 請求項６に記載のヘッドであって、
   前記処理パッドは非弾性部材を有し、
   前記触媒は前記非弾性部材の上に配置されている、
   ヘッド。
8. 請求項７に記載のヘッドであって、
   前記ヘッドは圧力室を画定する弾性部材を有し、
   前記非弾性部材は前記弾性部材に取り付けられている、
   ヘッド。
9. 請求項６から８のいずれか一項に記載のヘッドであって、
   前記ヘッドは、処理液を処理対象物上に供給するための開口部を備える、
   ヘッド。
10. 触媒基準エッチング方法であって、
    請求項１から５のいずれか一項に記載の触媒を準備する工程と、
    処理液の存在下で前記触媒を処理対象物に接触または近接させる工程と、を有する、
    触媒基準エッチング方法。
11. 請求項１０に記載の触媒基準エッチング方法であって、
    前記処理液は塩基性である、
    触媒基準エッチング方法。
12. 請求項１０または１１に記載の触媒基準エッチング方法であって、
    前記触媒に電圧を印加する工程を有する、
    触媒基準エッチング方法。
13. 請求項１０から１２のいずれか一項に記載の触媒基準エッチング方法であって、
    前記触媒と処理対象物とを接触または近接させた状態で、相対的に運動させる工程を有する、
    触媒基準エッチング方法。