JP2024101435A - 基板処理方法及び基板処理システム - Google Patents

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Abstract

【課題】導電体と絶縁体のパターンが形成された基板おいて、導電体の表面に金属層を形成する基板処理方法及び基板処理システムを提供する。【解決手段】基板表面に導電体と絶縁体のパターンが形成された基板を準備する工程と、前記基板の前記基板表面に、金属塩を含むイオン液体を塗布する工程と、前記イオン液体が塗布された前記基板にエネルギーを加える工程と、を有し、前記基板にエネルギーを加える工程は、前記金属塩の還元反応により前記導電体の表面に前記金属塩の金属を析出させ、前記導電体の表面に金属層を形成する、基板処理方法。【選択図】図6

Description

本開示は、基板処理方法及び基板処理システムに関する。
特許文献1には、絶縁膜に形成されたトレンチ内に金属層を埋め込んだ後に、その金属層の表面部分をエッチングによって除去することにより、金属層の上面を絶縁膜の上面よりも後退させることが記載されている。
特開2019-61978号公報
一の側面では、本開示は、導電体と絶縁体のパターンが形成された基板おいて、導電体の表面に金属層を形成する基板処理方法及び基板処理システムを提供する。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板表面に導電体と絶縁体のパターンが形成された基板を準備する工程と、前記基板の前記基板表面に、金属塩を含むイオン液体を塗布する工程と、前記イオン液体が塗布された前記基板にエネルギーを加える工程と、を有し、前記基板にエネルギーを加える工程は、前記金属塩の還元反応により前記導電体の表面に前記金属塩の金属を析出させ、前記導電体の表面に金属層を形成する、基板処理方法が提供される。
一の側面によれば、本開示は、導電体と絶縁体のパターンが形成された基板おいて、導電体の表面に金属層を形成する基板処理方法及び基板処理システムを提供することができる。
本実施形態に係る基板処理システムの構成の一例を示す模式図。 塗布装置の一例を示す概略図。 エネルギー供給装置の一例を示す概略図。 エネルギー供給装置の他の一例を示す概略図。 第1実施形態及び第2実施形態に係る基板処理を示すフローチャットの一例。 第1実施形態に係る基板処理の各工程における基板Wの断面模式図の一例。 金属塩と還元剤の反応を説明する模式図。 本実施形態に係る基板処理システムの構成の他の一例を示す模式図。 酸化膜除去装置の一例を示す概略図。 第3実施形態及び第4実施形態に係る基板処理を示すフローチャットの一例。 第3実施形態及び第4実施形態に係る基板処理の各工程における基板Wの断面模式図の一例。 第5実施形態及び第6実施形態に係る基板処理を示すフローチャットの一例。 第5実施形態及び第6実施形態に係る基板処理の各工程における基板Wの断面模式図の一例。 基板に形成される構造の一例を示す断面模式図。 基板に形成される構造の他の一例を示す斜視図。 基板に形成される金属配線の構造の一例を示す斜視図。 各工程における基板Wの斜視図の一例。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
[基板処理システム100]
本実施形態に係る基板処理システム100について、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る基板処理システム100の構成の一例を示す模式図である。
基板処理システム100は、塗布装置200と、エネルギー供給装置300と、制御装置400と、を有する。
塗布装置200には、基板表面に導電体と絶縁体のパターンが形成された基板W(後述する図6(a)等参照)が搬入される。塗布装置200は、基板Wの基板表面に少なくとも金属塩を含むイオン液体を塗布する。
塗布装置200で基板表面にイオン液体が塗布された基板Wは、エネルギー供給装置300に搬送される。エネルギー供給装置300は、基板表面にイオン液体が塗布された基板Wにエネルギーを供給することにより、金属塩の還元反応により導電体の表面に金属塩の金属を析出させ、導電体の表面に金属層を形成する。即ち、基板Wの基板表面に、導電体のパターンに対応して金属層の金属パターンを形成する。基板表面に金属層の金属パターンが形成された基板Wは、エネルギー供給装置300から搬出される。
制御装置400は、塗布装置200、エネルギー供給装置300等を制御することにより、基板処理システム100全体を制御する。
[塗布装置200]
次に、塗布装置200の一例について、図2を用いて説明する。図2は、塗布装置200の一例を示す概略図である。ここでは、塗布装置200の一例として、スリットコータについて説明する。
塗布装置200は、チャンバ210、液体供給部220、液体循環部230及び制御部290を有する。
チャンバ210は、内部に基板Wを収納する密閉構造の処理空間211を形成する。チャンバ210内には、ステージ212が設けられている。ステージ212は、基板Wを略水平の状態で保持する。ステージ212は、駆動機構213により回転する回転軸214の上端に接続されており、回転可能に構成される。ステージ212の下方の周囲には、上方側が開口する液受け部215が設けられている。液受け部215は、基板Wからこぼれ落ちたり、振り切られたりするイオン液体を受け止め、貯留する。チャンバ210の内部は、圧力制御弁及び真空ポンプ等を含む排気システム(図示せず)により排気される。
液体供給部220は、スリットノズル221を含む。スリットノズル221は、基板Wの上方を水平方向に移動することにより、液体循環部230からの乾燥防止用のイオン液体をステージ212に載置された基板Wの基板表面に供給する。
液体循環部230は、液受け部215に貯留されたイオン液体を回収してスリットノズル221に供給する。液体循環部230は、圧縮器231、原液槽232、キャリアガス供給源233、洗浄部234及びpHセンサ235,236を含む。
圧縮器231は、配管239aを介して液受け部215と接続されており、液受け部215に貯留されたイオン液体を回収し、例えば大気圧以上に圧縮する。圧縮器231は、配管239bを介して原液槽232と接続されており、配管239bを介して圧縮したイオン液体を原液槽232に輸送する。配管239aには、例えばバルブ、流量制御器(いずれも図示せず)が介設されている。例えば、バルブの開閉を制御することにより、圧縮器231から原液槽232へのイオン液体の輸送を定期的に行う。
原液槽232は、イオン液体を貯留する。原液槽232には、配管239b~239dの一端が挿入されている。配管239bの他端は圧縮器231に接続されており、原液槽232には配管239bを介して圧縮器231で圧縮されたイオン液体が供給される。配管239cの他端はキャリアガス供給源233に接続されており、原液槽232には配管239cを介してキャリアガス供給源233から窒素(N)ガス等のキャリアガスが供給される。配管239dの他端はスリットノズル221に接続されており、キャリアガスと共に原液槽232内のイオン液体が配管239dを介してスリットノズル221に輸送される。配管239b~239dには、例えばバルブ、流量制御器(いずれも図示せず)が介設されている。
キャリアガス供給源233は、配管239cを介して原液槽232と接続されており、配管239cを介して原液槽232にNガス等のキャリアガスを供給する。
洗浄部234は、配管239bに介設されている。洗浄部234は、圧縮器231から輸送されたイオン液体を洗浄する。洗浄部234には排水管239eが接続されており、特性が劣化したイオン液体は排水管239eを介して排出される。例えば、洗浄部234は、pHセンサ236の検出値に基づいて、イオン液体を再利用するか又は排出するかを制御する。また、例えば洗浄部234は、pHセンサ235の検出値に基づいて、イオン液体を再利用するか又は排出するかを制御してもよい。また、例えば洗浄部234は、pHセンサ235及びpHセンサ236の検出値に基づいて、イオン液体を再利用するか又は排出するかを制御してもよい。
pHセンサ235は、圧縮器231に設けられており、圧縮器231内のイオン液体の水素イオン指数(pH)を検出する。
pHセンサ236は、洗浄部234に設けられており、洗浄部234内のイオン液体の水素イオン指数(pH)を検出する。
制御部290は、後述するイオン液体を塗布する工程(図5のステップS102、図10のステップS303、図12のステップS503参照)を塗布装置200に実行させるコンピュータ実行可能な指示を処理する。制御部290は、イオン液体を塗布する工程を実行するように塗布装置200の各要素を制御するように構成され得る。制御部290は、例えばコンピュータを含む。コンピュータは、例えばCPU、記憶部及び通信インタフェースを含む。
[エネルギー供給装置300]
次に、エネルギー供給装置300の一例について、図3を用いて説明する。図3は、エネルギー供給装置300の一例を示す概略図である。ここでは、エネルギー供給装置300の一例として、基板加熱装置300Aについて説明する。
基板加熱装置300Aは、チャンバ310及び載置台320を有する。載置台320には、ヒータ321が設けられている。
これにより、基板加熱装置300Aは、載置台320に載置された基板Wの全体を外部から加熱することができる。
次に、エネルギー供給装置300の他の一例について、図4を用いて説明する。図4は、エネルギー供給装置300の他の一例を示す概略図である。ここでは、エネルギー供給装置300の一例として、マイクロ波照射装置300Bについて説明する。
図1に示すように、このマイクロ波照射装置300Bは、例えばステンレススチールやアルミニウムやアルミニウム合金等の金属により筒体状に成形された処理容器404を有している。この処理容器404の内面は、導入される電磁波が反射され易くするために鏡内仕上げされている。この処理容器404は基板Wを収容できるような大きさに設定されており、この処理容器404自体は接地されている。この処理容器404の天井部は開口されており、この開口部には、Oリング等のシール部材406を介して後述するように電磁波を透過する透過板408が気密に設けられている。この透過板408の材料としては、例えば石英や窒化アルミニウム等のセラミック材が用いられる。
また、この処理容器404の側壁には、開口410が設けられると共に、この開口410には被処理体として例えば基板Wを搬出入する際に開閉されるゲートバルブ412が設けられる。
そして、この処理容器404内には、上記基板Wを、その上面に載置するための載置台432が設けられている。この載置台432は、容器底部より起立された円筒状の支柱434により支持されている。載置台432の材料としては、シリコンカーバイトや窒化アルミニウム等のセラミック材を用いることができる。
また、載置台432は、コールドリンク436を介して冷却器438と熱的に接続される。冷却器438は、例えば冷媒溶液の温度を一定に制御して循環させるチラー等を用いることができる。また、冷却器438として、電子冷却素子(ペルチェ素子)を用いてもよい。冷却器438は、コールドリンク436を介して載置台432を冷却し、載置台432に載置された基板Wを冷却する。
そして、上記載置台432の下方には、基板Wの搬出入時に昇降されるリフタピン442が配置されている。このリフタピン442は、同心円上に120度間隔で3本(図示例では2本のみ記す)設けられており、円弧状に成形された昇降ベース444上にそれぞれ支持されている。この昇降ベース444は、容器底部を貫通する昇降ロッド446に連結されており、図示しないアクチュエータにより上述したようにリフタピン442を昇降できるようになっている。また上記昇降ロッド446の貫通部には、処理容器404内の気密性を維持するために伸縮可能になされた金属ベローズ448が設けられている。
そして、処理容器404の透過板408の上方には、上記基板Wに向けて電磁波を照射する電磁波導入手段450が設けられている。ここで電磁波としては、周波数が0.5GHz~5THzの範囲の電磁波を用いることができ、ここでは一例として28GHzのマイクロ波領域の電磁波を用いた場合を例にとって説明する。
具体的には、この電磁波導入手段450は、上記透過板408の上面に設けられた入射アンテナ部452と、例えば0.5GHz~5THzの範囲内の周波数の電磁波を発生することができる電磁波発生源454を有している。そして、この電磁波発生源454と上記入射アンテナ部452とが導波路456により連結されている。上記電磁波発生源454としては、例えばジャイロトロン、マグネトロン、クライストロン、進行波管等を用いることができ、具体的には上述のように28GHzを用いることができ、この他に77GHz、82.7GHz、107GHz、110GHz、140GHz、168GHz、171GHz、203GHz、300GHz、874GHz等の周波数の電磁波を用いることができる。
そして、この電磁波発生源454より出力された電磁波は、例えば矩形導波管やコルゲート導波管等よりなる導波路456により透過板408上に設けた入射アンテナ部452に導かれる。そして、この入射アンテナ部452には、図示しない複数の鏡面反射レンズや反射ミラーが設けられており、上記導かれた電磁波を処理容器404内の処理空間Sに向けて反射して導入できるようになっている。
この場合にも、上記反射された電磁波は透過板408を透過して処理空間Sに導入されて基板Wの基板表面に直接的に照射されることになり、これにより、基板Wを加熱することができるようになっている。
そして、このマイクロ波照射装置300Bの全体の動作は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる装置制御部458により制御されるようになっており、この動作を行うコンピュータのプログラムはフレキシブルディスクやCD(Compact Disc)やフラッシュメモリやハードディスク等の記憶媒体460に記憶されている。具体的には、この装置制御部458からの指令により、ガスの供給や流量制御、電磁波の供給や電力制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。
<第1実施形態>
次に、基板処理システム100を用いて基板Wの基板表面に金属層690の金属パターンを形成する第1実施形態に係る基板処理方法について、図5及び図6を用いて説明する。図5は、第1実施形態(及び後述する第2実施形態)に係る基板処理を示すフローチャットの一例である。図6は、第1実施形態(及び後述する第2実施形態)に係る基板処理の各工程における基板Wの断面模式図の一例である。
ステップS101において、基板Wを準備する。ここで、図6(a)は、ステップS101において準備される基板Wを示す。基板Wは、導電体610と、絶縁体620と、を有する。例えば、基板Wにおいて、絶縁体620にはトレンチ・ビア・ホール等の凹部が形成されている。絶縁体620の凹部には、導電体610が埋め込まれている。これにより、基板Wの基板表面は、導電体610が露出する導電体表面610sと、絶縁体620が露出する絶縁体表面620sと、を有する。即ち、基板Wの基板表面には、導電体610と絶縁体620のパターンが形成されている。
導電体610は、金属または半導体を用いることができる。また、半導体は、不純物が高濃度にドープされることにより、電荷キャリア濃度が増加した半導体が好ましい。以下の説明において、導電体610は、Ruである場合を例に説明する。絶縁体620は、例えば、SiO膜、SiN膜、SiOCN膜等を用いることができる。
ステップS102において、塗布装置200で基板Wの基板表面にイオン液体650を塗布する。ここで、図6(b)は、ステップS102において基板Wの基板表面にイオン液体650が塗布された基板Wを示す。イオン液体650には、析出させる金属を含む金属塩(金属化合物)651と、還元剤652と、が添加されている。
イオン液体650は、金属塩651及び還元剤652の溶媒として用いられる。イオン液体650は、例えば、カチオンとして1-エチル-3-メチルイミダゾリウム(Emim)を含み、アニオンとしてAlClを含む、Emim-AlClを用いることができる。また、イオン液体650は、例えば、カチオンとしてEmimを含み、アニオンとしてAlClを含む、Emim-AlClを用いることができる。また、イオン液体650は、例えば、カチオンとして1-ブチル-3-メチル-1H-イミダゾール-3-イウム(Bmim)を含み、アニオンとしてPFを含む、Bmim-PFを用いることができる。また、イオン液体650は、例えば、カチオンとしてBmimを含み、アニオンとしてBFを含む、Bmim-BFを用いることができる。
イオン液体650に添加される金属塩651は、析出させる金属を含む塩である。金属塩651は、イオン液体650の液中において、金属イオン(陽イオン)と、陰イオンと、に電離する。金属塩651は、例えば、RuCl、NbCl、TaCl、TiI、TiCl、ZrI、ZrCl、HfI、HfCl、WCl、MoCl等のうち、いずれかを用いることができる。
イオン液体650に添加される還元剤652は、金属塩651の金属(金属イオン)を還元する。還元剤652は、例えば、SnCl、WCl、VCl、TiCl、GeCl等を用いることができる。
ステップS103において、エネルギー供給装置300で基板Wにエネルギーを加えて基板Wを加熱する。これにより、金属塩651の金属(金属イオン)を還元剤652で還元して、導電体表面610sに金属層690を析出させる。また、反応副生物653が生成される。ここで、図6(c)は、ステップS103における基板Wの状態を示す。
ここで、第1実施形態に係る基板処理方法において、エネルギー供給装置300として基板加熱装置300Aを用い、基板Wに加えるエネルギーとして熱を供給する。即ち、第1実施形態に係る基板処理方法において、基板Wの全体を外部から加熱する。なお、基板Wの温度を好ましくは150℃~400℃、より好ましくは200℃~350℃の範囲内に加熱する。
図7は、金属塩651と還元剤652の反応を説明する模式図である。図7(a)は、導電体表面610sの近傍での反応を示す。図7(b)は、絶縁体表面620sの近傍及びイオン液体650の液中における反応を示す。
エネルギー供給装置300(基板加熱装置300A)によって金属塩651及び還元剤652を含むイオン液体650が塗布された基板Wが加熱されることにより、金属塩651の金属イオンを還元剤652と反応(還元反応)させて、金属イオンを還元することにより金属を析出させる。
ここでは、金属塩651としてRuCl、還元剤652としてSnClを用いる場合を例に説明する。還元剤652は、Sn2+からSn4+として電子を放出し、金属塩651のRu3+に電子が供給されることにより、金属のRuとして析出する。ここで、導電体表面610sの近傍において、還元剤652から放出された電子が導電体610を介して金属塩651のRu3+に供給される。これにより、導電体表面610sの近傍において、金属塩651と還元剤652とが近接していなくても、導電体610を介して電子が移動することができる。これにより、導電体表面610sに金属(Ru)が析出され、金属層690(図6(c)参照)が形成される。なお、反応副生物653として、SnClが生成される。
一方、図7(b)に示すように、絶縁体620の表面近傍及びイオン液体650の液中において、金属塩651と還元剤652とが近接していない場合、電子の授受が抑制される。このため、絶縁体620の表面近傍及びイオン液体650の液中において、金属塩651の金属が析出することが抑制される。
図7(a)及び図7(b)を対比して示すように、導電体表面610sにおいては、電子が導電体610を介して移動することにより導電体表面610sに金属(Ru)が析出する。一方、絶縁体620の表面近傍及びイオン液体650の液中においては、金属(Ru)の析出が抑制されている。これにより、絶縁体表面620sに対して導電体表面610sに選択的に金属(Ru)を析出させ、導電体610の上に金属層690を形成することができる。これにより、基板Wの基板表面に、導電体610のパターンに併せて金属層690の金属パターンを形成することができる。また、イオン液体650の液中における金属の析出を抑制することができる。これにより、イオン液体650の液中で析出した金属に基づくパーティクルの発生を抑制することができる。
また、基板Wの温度を好ましくは150℃~400℃、より好ましくは200℃~350℃の範囲内に加熱することにより、導電体610の表面近傍における金属の析出を促進させるとともに、絶縁体620の表面近傍及びイオン液体650の液中おける金属の析出を抑制することができる。
ここで、金属の析出速度に関しては、導電体610の最表面にある酸化膜(自然酸化膜)を除去して金属的な活性状態に維持しておくことにより、より向上させることができる。酸化膜除去の手法としては、基板表面近傍で水素プラズマを発生させ、その還元作用によって導電体610の最表面に形成された酸化膜をエッチングで除去するなどの方法が挙げられる。この処理は、ステップS101で基板Wを準備する前に別の装置で除去処理工程を経てもよい。
図8は、本実施形態に係る基板処理システム100の構成の他の一例を示す模式図である。基板処理システム100は、塗布装置200と、エネルギー供給装置300と、制御装置400と、酸化膜除去装置500と、を有する。酸化膜除去装置500は、基板Wの表面にイオン液体を塗布する塗布装置200の前段に設けられ、基板Wの導電体610の最表面にある酸化膜を除去する除去処理工程を行う。このように、酸化膜除去装置500を基板処理システム100内に内包させておくことで必要に応じて一貫した処理を実施することができる。
次に、酸化膜除去装置500の一例について、図9を用いて説明する。図9は、酸化膜除去装置500の一例を示す概略図である。ここでは、酸化膜除去装置500の一例として、容量結合型平行平板プラズマ処理装置について説明する。
酸化膜除去装置500は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等によって形成され、内部に略円筒形状の空間が形成された処理容器510を有する。また、処理容器510は、接地されている。
処理容器510内には、基板Wが載置される略円筒形状のステージ520が設けられている。ステージ520は、例えばアルミニウム等で形成されている。ステージ520は、絶縁体を介して処理容器510の底部に支持されている。
処理容器510の底部には、排気口511が設けられている。排気口511には、排気管512を介して排気装置513が接続されている。排気装置513は、例えばターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有しており、処理容器510内を予め定められた真空度まで減圧することができる。
処理容器510の側壁には、基板Wを搬入および搬出するための開口514が形成されている。開口514は、ゲートバルブ515によって開閉される。
ステージ520の上方には、ステージ520と対向するようにシャワーヘッド530が設けられている。シャワーヘッド530は、絶縁部材516を介して処理容器510の上部に支持されている。ステージ520とシャワーヘッド530とは、互いに略平行となるように処理容器510内に設けられている。
シャワーヘッド530は、天板保持部531および天板532を有する。天板保持部531は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等により形成されており、その下部に天板532を着脱自在に支持する。
天板保持部531には、拡散室533が形成されている。天板保持部531の上部には、拡散室533に連通する導入口536が形成されている。天板保持部531の底部には、拡散室533に連通する複数の流路534が形成されている。導入口536には、配管を介してガス供給源538が接続されている。ガス供給源538は、水素ガス等の処理ガスの供給源である。
天板532には、天板532を厚さ方向に貫通する複数の貫通口535が形成されている。1つの貫通口535は、1つの流路534に連通している。ガス供給源538から導入口536を介して拡散室533内に供給された処理ガスは、拡散室533内を拡散し、複数の流路534および貫通口535を介して処理容器510内にシャワー状に供給される。
シャワーヘッド530の天板保持部531には、高周波電源537が接続されている。高周波電源537は、予め定められた周波数の高周波電力を天板保持部531に供給する。高周波電力の周波数は、例えば450kHz~2.5GHzの範囲内の周波数である。天板保持部531に供給された高周波電力は、天板保持部531の下面から処理容器510内に放射される。処理容器510内に供給された処理ガスは、処理容器510内に放射された高周波電力によってプラズマ化される。そして、プラズマに含まれるイオンや活性種等が基板Wの表面に照射される。
このように、酸化膜除去装置500は、処理容器510内に水素プラズマを生成し、ステージ520に載置された基板Wを水素プラズマにさらすことにより、水素プラズマの還元作用によって導電体610の最表面に形成された酸化膜を除去する。
<第2実施形態>
次に、基板処理システム100を用いて基板Wの基板表面に金属層690の金属パターンを形成する第2実施形態に係る基板処理方法について、引き続き図5及び図6を用いて説明する。第2実施形態に係る基板処理方法は、第1実施形態に係る基板処理方法(図5及び図6参照)と比較して、ステップS103において用いるエネルギー供給装置300が異なっている。その他のステップS101からステップS102は、第1実施形態に係る基板処理方法におけるステップS101からステップS102と同様であり、重複する説明を省略する。
ステップS103において、エネルギー供給装置300で基板Wにエネルギーを加えて基板Wを加熱する。これにより、金属塩651の金属(金属イオン)を還元剤652で還元して、導電体表面610sに金属層690を析出させる。
ここで、第2実施形態に係る基板処理方法において、エネルギー供給装置300としてマイクロ波照射装置300Bを用い、基板Wに加えるエネルギーとしてマイクロ波を供給する。ここで、マイクロ波照射装置300Bから基板Wに照射されるマイクロ波は、絶縁体620を透過し、導電体610で吸収される周波数を有する。これにより、マイクロ波照射装置300Bは、基板Wにマイクロ波を照射することにより、絶縁体620に対し導電体610を選択的に加熱することができる。即ち、第2実施形態に係る基板処理方法において、基板Wの導電体610を内部から加熱する。
これにより、導電体表面610sの近傍における金属の析出反応を促進させ、絶縁体表面620sに対して導電体表面610sに選択的に金属塩651の金属を析出させ、導電体610の上に金属層690を形成することができる。また、イオン液体650の液中における金属の析出を抑制することができる。
また、マイクロ波照射装置300Bは、冷却器438によって基板W全体を冷却してもよい。これにより、導電体610と絶縁体620との温度差を大きくすることができる。よって、絶縁体表面620sに対して導電体表面610sに選択的に金属塩651の金属を析出させ、導電体610の上に金属層690を形成することができる。また、導電体610及び絶縁体620は、例えばシリコン基板600(後述する図17参照)の上に形成されている。シリコン基板600を冷却することにより、シリコン基板600中のキャリア濃度を抑制し、シリコン基板600の誘導加熱を抑制することができる。これにより、導電体610を選択的に加熱することができる。
<第3実施形態>
次に、基板処理システム100を用いて基板Wの基板表面に金属層690の金属パターンを形成する第3実施形態に係る基板処理方法について、図10及び図11を用いて説明する。図10は、第3実施形態(及び後述する第4実施形態)に係る基板処理を示すフローチャットの一例である。図11は、第3実施形態(及び後述する第4実施形態)に係る基板処理の各工程における基板Wの断面模式図の一例である。
ステップS301において、基板Wを準備する。ここで、ステップS301において準備される基板Wは、図6(a)に示す基板Wと同様である。
ステップS302において、基板Wの基板表面に還元剤630を配置する。ここで、図11(a)は、ステップS302において基板Wの基板表面に還元剤630が配置された基板Wを示す。還元剤630は、金属塩651の金属よりもイオン化しやすい(イオン化傾向が大きい)金属を含む。還元剤630に含まれる金属は、例えばMg、Al、Sr、Li、Ti等を用いることができる。基板Wの基板表面に配置される還元剤630は、例えば、PVD(Physical Vapor Deposition)法による成膜方法、ALD(Atomic layer deposition)法による成膜方法、CVD(chemical vapor deposition)法による成膜方法等を用いて配置(成膜)することができる。また、基板Wの基板表面に還元剤630を塗布することで配置してもよい。
ステップS303において、塗布装置200で基板Wの基板表面にイオン液体650を塗布する。ここで、図11(b)は、ステップS303において基板Wの基板表面にイオン液体650が塗布された基板Wを示す。イオン液体650には、析出させる金属を含む金属塩(金属化合物)651が添加されている。
イオン液体650は、金属塩651の溶媒として用いられる。イオン液体650は、Emim-AlCl、Emim-AlCl、Bmim-PF、Bmim-BF等のうち、いずれかを用いることができる。
イオン液体650に添加される金属塩651は、析出させる金属を含む塩である。金属塩651は、イオン液体650の液中において、金属イオン(陽イオン)と、陰イオンと、に電離する。金属塩651は、例えば、RuCl、NbCl、TaCl、TiI、TiCl、ZrI、ZrCl、HfI、HfCl、WCl、MoCl等のうち、いずれかを用いることができる。
ステップS304において、エネルギー供給装置300で基板Wにエネルギーを加えて基板Wを加熱する。これにより、金属塩651の金属(金属イオン)を還元剤630で還元して、導電体表面610sに金属層690を析出させる。ここで、図11(c)は、ステップS304における基板Wの状態を示す。なお、図11(c)では、反応副生物653の図示を省略している。
ここで、第3実施形態に係る基板処理方法において、エネルギー供給装置300として基板加熱装置300Aを用い、基板Wに加えるエネルギーとして熱を供給する。即ち、第3実施形態に係る基板処理方法において、基板Wの全体を外部から加熱する。なお、基板Wの温度を好ましくは150℃~400℃、より好ましくは200℃~350℃の範囲内に加熱することが好ましい。
基板Wを加熱することで金属塩651と還元剤630とが反応することにより、還元剤630が溶解する。ここで、還元剤630と基板表面(導電体表面610s、絶縁体表面620s)との密着性の差によって、絶縁体表面620sに配置された還元剤630は、基板表面から剥離して還元剤631となる。また、導電体表面610sの還元剤630がイオン液体650中の金属塩651と反応して金属塩651の金属と置き換わることで、導電体表面610sに金属塩651の金属が析出する。これにより、絶縁体表面620sに対して導電体表面610sに選択的に金属塩651の金属を析出させ、導電体610の上に金属層690を形成することができる。
これにより、基板Wの基板表面に、導電体610のパターンに併せて金属層690の金属パターンを形成することができる。また、イオン液体650の液中における金属の析出を抑制することができる。
<第4実施形態>
次に、基板処理システム100を用いて基板Wの基板表面に金属層690の金属パターンを形成する第4実施形態に係る基板処理方法について、引き続き図10及び図11を用いて説明する。第4実施形態に係る基板処理方法は、第3実施形態に係る基板処理方法(図10及び図11参照)と比較して、ステップS304において用いるエネルギー供給装置300が異なっている。その他のステップS301からステップS303は、第3実施形態に係る基板処理方法におけるステップS303からステップS303と同様であり、重複する説明を省略する。
ステップS304において、エネルギー供給装置300で基板Wにエネルギーを加えて基板Wを加熱する。これにより、金属塩651の金属(金属イオン)を還元剤630で還元して、導電体表面610sに金属層690を析出させる。
ここで、第4実施形態に係る基板処理方法において、エネルギー供給装置300としてマイクロ波照射装置300Bを用い、基板Wに加えるエネルギーとしてマイクロ波を供給する。ここで、マイクロ波照射装置300Bから基板Wに照射されるマイクロ波は、絶縁体620を透過し、導電体610で吸収される周波数を有する。これにより、マイクロ波照射装置300Bは、基板Wにマイクロ波を照射することにより、絶縁体620に対し導電体610を選択的に加熱することができる。即ち、第4実施形態に係る基板処理方法において、基板Wの導電体610を内部から加熱する。
これにより、導電体表面610sの近傍における金属の析出反応を促進させ、絶縁体表面620sに対して導電体表面610sに選択的に金属塩651の金属を析出させ、導電体610の上に金属層690を形成することができる。また、イオン液体650の液中における金属の析出を抑制することができる。
また、マイクロ波照射装置300Bは、冷却器438によって基板W全体を冷却してもよい。これにより、導電体610と絶縁体620との温度差を大きくすることができる。よって、絶縁体表面620sに対して導電体表面610sに選択的に金属塩651の金属を析出させ、導電体610の上に金属層690を形成することができる。また、導電体610及び絶縁体620は、例えばシリコン基板600(後述する図17参照)の上に形成されている。シリコン基板600を冷却することにより、シリコン基板600中のキャリア濃度を抑制し、シリコン基板600の誘導加熱を抑制することができる。これにより、導電体610を選択的に加熱することができる。
<第5実施形態>
次に、基板処理システム100を用いて基板Wの基板表面に金属層690の金属パターンを形成する第5実施形態に係る基板処理方法について、図12及び図13を用いて説明する。図12は、第5実施形態(及び後述する第6実施形態)に係る基板処理を示すフローチャットの一例である。図13は、第5実施形態(及び後述する第6実施形態)に係る基板処理の各工程における基板Wの断面模式図の一例である。
ステップS501において、基板Wを準備する。ここで、ステップS501において準備される基板Wは、図6(a)に示す基板Wと同様である。
ステップS502において、導電体表面610sに還元剤としての有機化合物640を配置する。ここで、図13(a)は、ステップS502において基板Wの基板表面に有機化合物640が配置された基板Wを示す。有機化合物640は、主鎖(鎖部)641と、主鎖641の一端に形成される第1機能基642と、主鎖641の他端に形成される第2機能基643と、を有する。
主鎖641は、炭素(C)が連なって形成される。主鎖641は、例えば、アルキル鎖で形成される。
第1機能基642は、導電体610に対して選択的に吸着(結合)する官能基である。第1機能基642は、例えば、チオール、カルボン酸、スルホン酸、リン酸、オレフィン等のうち少なくとも一つを含む。
第2機能基643は、金属塩651の金属(金属イオン)を還元する官能基である。第2機能基643は、例えば、アミノ基を用いることができる。
また、有機化合物640としては、3-Aminopropyltriethoxysilane、3-(Dimethoxymethylsilyl)propylamine等のうちいずれかを用いることができる。
例えば、処理容器(図示せず)内に有機化合物640のガスを供給して基板Wの基板表面を有機化合物640のさらす。これにより、第1機能基642が導電体610に対して選択的に吸着し、絶縁体表面620sに対し導電体表面610sに選択的に有機化合物640が配置される。導電体表面610sに吸着された有機化合物640は、自己組織化単分子膜(SAM:Self Assembled Monolayer)を形成する。
ステップS503において、塗布装置200で基板Wの基板表面にイオン液体650を塗布する。ここで、図13(b)は、ステップS503において基板Wの基板表面にイオン液体650が塗布された基板Wを示す。イオン液体650には、析出させる金属を含む金属塩651が添加されている。
イオン液体650は、金属塩651の溶媒として用いられる。イオン液体650は、Emim-AlCl、Emim-AlCl、Bmim-PF、Bmim-BF等のうち、いずれかを用いることができる。
イオン液体650に添加される金属塩651は、析出させる金属を含む塩である。金属塩651は、イオン液体650の液中において、金属イオン(陽イオン)と、陰イオンと、に電離する。金属塩651は、例えば、RuCl、NbCl、TaCl、TiI、TiCl、ZrI、ZrCl、HfI、HfCl、WCl、MoCl等のうち、いずれかを用いることができる。
ステップS504において、エネルギー供給装置300で基板Wにエネルギーを加えて基板Wを加熱する。これにより、金属塩651の金属(金属イオン)を第2機能基643(アミノ基)で還元して、導電体表面610sに金属層690を析出させる。ここで、図13(c)は、ステップS504における基板Wの状態を示す。なお、図13(c)では、反応副生物653の図示を省略している。
ここで、第5実施形態に係る基板処理方法において、エネルギー供給装置300として基板加熱装置300Aを用い、基板Wに加えるエネルギーとして熱を供給する。即ち、第5実施形態に係る基板処理方法において、基板Wの全体を外部から加熱する。なお、基板Wの温度を好ましくは150℃~400℃、より好ましくは200℃~350℃の範囲内に加熱することが好ましい。
金属塩651と還元剤として機能する第2機能基643(アミノ基)とが反応することにより、導電体表面610sに金属塩651の金属が析出する。これにより、絶縁体表面620sに対して導電体表面610sに選択的に金属塩651の金属を析出させ、導電体610の上に金属層690を形成することができる。
これにより、基板Wの基板表面に、導電体610のパターンに併せて金属層690の金属パターンを形成することができる。また、イオン液体650の液中における金属の析出を抑制することができる。
<第6実施形態>
次に、基板処理システム100を用いて基板Wの基板表面に金属層690の金属パターンを形成する第6実施形態に係る基板処理方法について引き続き図12及び図13を用いて説明する。第6実施形態に係る基板処理方法は、第5実施形態に係る基板処理方法(図12及び図13参照)と比較して、ステップS504において用いるエネルギー供給装置300が異なっている。その他のステップS501からステップS503は、第5実施形態に係る基板処理方法におけるステップS503からステップS503と同様であり、重複する説明を省略する。
ステップS504において、エネルギー供給装置300で基板Wにエネルギーを加えて基板Wを加熱する。これにより、金属塩651の金属(金属イオン)を第2機能基643(アミノ基)で還元して、導電体表面610sに金属層690を析出させる。
ここで、第6実施形態に係る基板処理方法において、エネルギー供給装置300としてマイクロ波照射装置300Bを用い、基板Wに加えるエネルギーとしてマイクロ波を供給する。ここで、マイクロ波照射装置300Bから基板Wに照射されるマイクロ波は、絶縁体620を透過し、導電体610で吸収される周波数を有する。これにより、マイクロ波照射装置300Bは、基板Wにマイクロ波を照射することにより、絶縁体620に対し導電体610を選択的に加熱することができる。即ち、第6実施形態に係る基板処理方法において、基板Wの導電体610を内部から加熱する。
これにより、導電体表面610sの近傍における金属の析出反応を促進させ、絶縁体表面620sに対して導電体表面610sに選択的に金属塩651の金属を析出させ、導電体610の上に金属層690を形成することができる。また、イオン液体650の液中における金属の析出を抑制することができる。
また、マイクロ波照射装置300Bは、冷却器438によって基板W全体を冷却してもよい。これにより、導電体610と絶縁体620との温度差を大きくすることができる。よって、絶縁体表面620sに対して導電体表面610sに選択的に金属塩651の金属を析出させ、導電体610の上に金属層690を形成することができる。また、導電体610及び絶縁体620は、例えばシリコン基板600(後述する図17参照)の上に形成されている。シリコン基板600を冷却することにより、シリコン基板600中のキャリア濃度を抑制し、シリコン基板600の誘導加熱を抑制することができる。これにより、導電体610を選択的に加熱することができる。
次に、本実施形態(第1~第6実施形態)に係る基板処理が用いられる例について、図14から図17を用いて説明する。
図14は、基板Wに形成される構造の一例を示す断面模式図である。基板Wは、導電体610及び絶縁体620を有する。絶縁体620は、水平方向に形成された凹部を有し、凹部の奥に導電体610が形成されている。導電体610は例えばSiであり、絶縁体620は例えばSiOである。このような構造において、第1実施形態から第6実施形態に係る基板処理方法を用いて、導電体610の表面に金属層690を形成することができる。
図15は、基板Wに形成される構造の他の一例を示す斜視図である。図15(a)に示すように、基板Wは、導電体610及び絶縁体620を有する第1層と、第1層の上に形成される第2層660と、を有する。第2層660は、絶縁体で形成され、第1層の導電体610まで貫通する孔661が形成されている。図15(b)に示すように、孔661に金属層690を埋め込む。このような構造において、第1実施形態から第6実施形態に係る基板処理方法を用いて、孔661の内部に金属層690を埋め込むことができる。
図16は、基板Wに形成される金属配線の構造の一例を示す斜視図である。導電体610Aの上に導電体710A及び導電体710Bが配置されている。金属層690Aは、導電体610Aと導電体710Aとを電気的に接続する。なお、導電体610Aと導電体710Bとの間の位置(図16において二点鎖線で図示する。)には、金属層が設けられていない。
次に、基板Wに図16に示す金属配線の構造を形成する処理について、図17を用いて説明する。図17は、各工程における基板Wの斜視図の一例である。
まず、基板Wを準備する(ステップS301参照)。ここで、図17(a)に示すように、準備される基板Wは、シリコン基板600の上に絶縁体620及び平行に形成された導電体610A,610Bが形成されている。
次に、基板Wの基板表面に還元剤630を配置する(ステップS302参照)。ここで、図17(a)に示すように、基板Wの基板表面に還元剤630のパターンを形成する。還元剤630は、金属塩651の金属よりもイオン化しやすい(イオン化傾向が大きい)金属を含む。還元剤630は、導電体610A,610Bと交差するように、形成される。
次に、塗布装置200で基板Wの基板表面にイオン液体650を塗布する(ステップS303参照)。次に、エネルギー供給装置300で基板Wにエネルギーを加えて基板Wを加熱する(ステップS304参照)。基板Wを加熱することで還元剤630が溶解する。ここで、還元剤630と導電体610A,610Bとの密着性と、還元剤630と絶縁体620との密着性と、の密着性の差によって、絶縁体620の表面に配置された還元剤630は基板表面から剥離する。また、導電体610A,610Bの表面に配置された還元剤630がイオン液体650中の金属塩651と反応して金属塩651の金属と置き換わることで、導電体表面610sに金属塩651の金属が析出する。これにより、導電体610A,610Bと還元剤630とが交差する位置に金属層690A,690Bが形成される。
次に、基板Wの基板表面に絶縁体700を形成する。そして、CMP処理によって基板Wの基板表面を研磨することにより、金属層690A,690Bの上面を露出させる。これにより、図17(c)に示すように、金属層690A,690B及び絶縁体700が形成される。
次に、基板Wの基板表面に導電体710A,720Bのパターンを形成する。これにより、図17(d)に示すように、基板Wの基板表面に導電体710A,710Bのパターンが形成される。これにより、導電体610Aと導電体710Aとが金属層690Aを介して電気的に接続する配線構造(図16参照)が基板Wに形成される。また、導電体610Bと導電体710Bとが金属層690Bを介して電気的に接続する配線構造が基板Wに形成される。
以上のように、図17(a)から図17(d)に示す工程によって、図16に示す金属配線の構造を基板Wに形成することができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
600 シリコン基板
610 導電体
620 絶縁体
610s 導電体表面
620s 絶縁体表面
630 還元剤
640 有機化合物
641 主鎖
642 第1機能基
643 第2機能基
650 イオン液体
651 金属塩
652 還元剤
690 金属層
W 基板
100 基板処理システム
200 塗布装置
300 エネルギー供給装置
300A 基板加熱装置(エネルギー供給装置)
300B マイクロ波照射装置(エネルギー供給装置)
438 冷却器

Claims (16)

  1. 基板表面に導電体と絶縁体のパターンが形成された基板を準備する工程と、
    前記基板の前記基板表面に、金属塩を含むイオン液体を塗布する工程と、
    前記イオン液体が塗布された前記基板にエネルギーを加える工程と、を有し、
    前記基板にエネルギーを加える工程は、
    前記金属塩の還元反応により前記導電体の表面に前記金属塩の金属を析出させ、前記導電体の表面に金属層を形成する、
    基板処理方法。
  2. 前記イオン液体を塗布する工程において前記基板に塗布される前記イオン液体は、
    前記金属塩と還元反応する還元剤を含む、
    請求項1に記載の基板処理方法。
  3. 前記基板を準備する工程の後、前記イオン液体を塗布する工程の前に、前記基板表面に還元剤を配置する工程を含む、
    請求項1に記載の基板処理方法。
  4. 前記還元剤は、前記金属塩の金属よりもイオン化傾向の大きい金属を含む、
    請求項3に記載の基板処理方法。
  5. 前記還元剤は、
    主鎖と、
    前記主鎖の一端に形成され前記導電体に対して選択的に吸着する第1機能基と、
    前記主鎖の他端に形成され前記金属塩の金属を還元する第2機能基と、を含む、
    請求項3に記載の基板処理方法。
  6. 前記基板にエネルギーを加える工程は、
    前記基板の温度を150℃~400℃の範囲内に加熱する、
    請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  7. 前記基板にエネルギーを加える工程は、
    前記基板にマイクロ波を照射して、前記絶縁体に対し前記導電体を選択的に加熱する、
    請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  8. 前記基板にエネルギーを加える工程において、前記基板が載置される載置台は冷却される、
    請求項7に記載の基板処理方法。
  9. 前記導電体は、金属または半導体である、
    請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  10. 前記金属塩は、RuCl、NbCl、TaCl、TiI、TiCl、ZrI、ZrCl、HfI、HfCl、WCl、MoClのいずれかである、
    請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  11. 前記還元剤は、SnCl、WCl、VCl、TiCl、GeClのいずれかである、
    請求項2に記載の基板処理方法。
  12. 前記還元剤は、Mg、Al、Sr、Li、Tiのいずれかを含む、
    請求項4に記載の基板処理方法。
  13. 第2機能基は、アミノ基である、
    請求項5に記載の基板処理方法。
  14. 基板表面に導電体と絶縁体のパターンが形成された基板の前記基板表面に、金属塩を含むイオン液体を塗布する塗布装置と、
    前記イオン液体が塗布された前記基板にエネルギーを加えるエネルギー供給装置と、を有する、
    基板処理システム。
  15. 前記エネルギー供給装置は、
    前記基板を加熱する加熱装置である、
    請求項14に記載の基板処理システム。
  16. 前記エネルギー供給装置は、
    前記基板にマイクロ波を照射して、前記基板の導電体を加熱するマイクロ波照射装置である、
    請求項14に記載の基板処理システム。
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