TW202138115A - 基板處理裝置、基板處理方法及基板處理系統 - Google Patents

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Abstract

本案可在採用CARE技術的基板處理裝置中，抑制因觸媒保持頭的外懸而發生基板的損傷及對於被處理面造成損壞。本案之基板處理裝置10包含：載台，用以保持晶圓W並使其被處理面朝上；觸媒保持頭30，用以保持觸媒，該觸媒用以處理晶圓W的被處理面；按壓機構，用以將觸媒保持頭30按壓於晶圓W的被處理面；擺動機構55，用以使觸媒保持頭30在晶圓W的徑向上擺動；及按壓力控制部91，用以因應觸媒藉由觸媒保持頭30的擺動而超出晶圓W的外側時觸媒保持頭30的位置或晶圓W與觸媒的接觸面積，來調整按壓機構按壓於觸媒保持頭30的按壓力。

Description

基板處理裝置、基板處理方法及基板處理系統
本案係關於一種基板處理裝置、基板處理方法、及基板處理系統。本案係根據2019年12月24日提出申請的日本專利申請號碼第2019－232847號及2019年12月24日提出申請的日本專利申請號碼第2019－232849號而主張優先權。包含日本專利申請號碼第2019－232847號及日本專利申請號碼第2019－232849號說明書、申請專利範圍、圖式及摘要的全部揭示內容，藉由參照將其全部內容引用至本案。
在半導體元件的製程中，廣泛使用化學機械研磨（CMP），用以處理基板的表面。CMP裝置中係使處理對象的基板保持於研磨頭，將基板按壓於研磨台上所設置的研磨墊上，一邊在研磨墊與基板之間供給漿液一邊使研磨頭與研磨台相對運動，藉此將基板的表面進行研磨。
隨著近來半導體元件結構的細微化，逐漸要求更精準的平坦化技術、埃（angstrom）等級的處理精度及無損的處理技術。以CMP為代表的平坦化製程也不例外，伴隨著細微化，去除量本身小至例如100Å左右的情況中，要求原子等級的控制性。為了滿足此要求，而在CMP中進行研磨及清洗條件的最佳化。然而，CMP係藉由研磨粒來研磨基板的表面，因此容易對基板造成機械性損壞，而難以進行無損加工。於是，作為新的加工技術，有人提出了一種觸媒基準蝕刻（CARE，Catalyst referred etching）。CARE技術中，以觸媒作為基準面，在處理液中使觸媒與處理對象接觸。結果，觸媒表面所產生的反應性物種（reactive species）與處理對象的基板發生化學反應，藉此將基板表面的材料去除。作為新的處理技術，有人提出如專利文獻1所記載的觸媒基準蝕刻（CARE，Catalyst referred etching）。CARE法係在處理液的存在下，僅在觸媒材料附近從處理液中生成與被處理面的反應性物種，使觸媒材料與被處理面接近或接觸，藉此可在與觸媒材料接近或接觸的面上選擇性地發生被處理面的蝕刻反應。例如，在具有凹凸的被處理面上，藉由使凸部與觸媒材料接近或接觸，可選擇性地進行凸部的蝕刻，因此可使被處理面平坦化。
採用CARE技術的基板處理裝置具備：載台，用以保持基板並使其被處理面朝上；及觸媒保持頭，用以保持觸媒，該觸媒係用以處理基板的被處理面。基板處理裝置將處理液供給至基板，同時將觸媒保持頭按壓於基板的被處理面，並使其在基板的徑向上擺動，藉此在處理液中使觸媒與基板接觸。結果，觸媒表面所產生的反應性物種與基板發生化學反應，藉此將基板表面的材料去除。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開2015－159973號公報 [專利文獻2]日本特開2008－121099號公報
[發明所欲解決之課題]
為了以CARE反應將基板的整個被處理面均勻地進行處理，必須使觸媒與基板之被處理面的接觸時間分布均勻。此處，專利文獻1所記載之基板處理裝置中揭示了下述情況：由於觸媒尺寸小於基板，特別是為了確保基板外周部上的接觸時間，而使觸媒保持頭擺動至超出基板的外側（使其外懸）。
然而，在CARE的平坦化製程中，對於觸媒保持頭施加固定載重的情況下，在外懸時，觸媒與基板之被處理面的接觸面積減少，因此對於觸媒保持頭未從基板超出之處施加過度的接觸載重。藉此，基板的外周部與觸媒發生過度摩擦，由於此原因而導致觸媒磨耗或觸媒從觸媒保持頭剝離，結果具有基板本身損傷或對於基板的被處理面造成損壞的疑慮。該損傷及損壞會直接影響元件的性能，因此必須減少。
於是，本案的目的之一係在採用CARE技術的基板處理裝置中，抑制因觸媒保持頭的外懸而發生基板的損傷及對於被處理面造成損壞。
在將CARE法應用於基板的平坦化製程時，具有必須均勻地去除兩種以上之半導體材料的情況。作為對象的半導體材料，可列舉：絕緣膜（即氧化膜）的低介電強度（Low－k）材料、配線材料的W或Cu、作為位障金屬的TaN或TiN等的金屬材料，再者，在次世代中，可舉例如釕（Ru）或鈷（Co）等新材料，期望精準地對於包含該等材料的異種層進行平坦化。然而，該等材料混合的狀況下，單一CARE製程中，各材料的蝕刻特性不同，故難以進行平坦化，因此需要與露出之材料的種類及狀態對應的CARE製程。
於是，本發明鑒於上述課題，目的之一在於提供一種基板處理裝置，其在CARE所進行的處理中，可使不同的材料平坦化。 [解決課題之手段]
根據一實施形態，揭示一種基板處理裝置，其包含：載台，用以保持基板並使其被處理面朝上；觸媒保持頭，用以保持觸媒，該觸媒用以處理前述基板的被處理面；按壓機構，用以將前述觸媒保持頭按壓於前述基板的被處理面；擺動機構，用以使前述觸媒保持頭在前述基板的徑向上擺動；及按壓力控制部，用以因應前述觸媒藉由前述觸媒保持頭的擺動而超出前述基板的外側時前述觸媒保持頭的位置或前述基板與前述觸媒的接觸面積之變化，來調整前述按壓機構按壓於前述觸媒保持頭的按壓力。
根據一實施形態，可提供一種基板處理裝置，作為處理對象的基板，於其至少一部分區域中，從下方開始依序形成有絕緣膜層、位障金屬層及配線金屬層，該絕緣膜層中形成有溝槽；前述基板處理裝置具有：平台，用以保持基板；及保持頭，保持觸媒；前述觸媒包含卑金屬。
以下連同附圖一起說明本發明之基板處理裝置及基板處理方法的實施形態。在附圖中，針對相同或類似的要件標註相同或類似的參照符號，在各實施形態的說明中，有時會省略關於相同或類似要件的重複說明。又，各實施形態所揭示的特徵，只要不互相矛盾，則亦可應用於其他實施形態。
圖1係概略顯示作為本發明之一實施形態的基板處理裝置10之概略構成的俯視圖。圖2係圖1所示之基板處理裝置10的側視圖。基板處理裝置10係利用CARE法進行基板上之半導體材料（被處理區域）的蝕刻處理的裝置。
基板處理裝置10具備載台20、觸媒保持頭30、處理液供給構件40、擺動臂50、調整構件60及控制部90。載台20構成保持作為一種基板的晶圓W的態樣。本實施形態中，載台20係以使晶圓W之被處理面（被研磨面）朝上的方式保持晶圓W。又，本實施形態中，載台20具備真空吸附機構作為用以保持晶圓W的機構，該真空吸附機構用以將晶圓W的背面（與被研磨面相反側的面）真空吸附。作為真空吸附方式，可使用點吸附方式、面吸附方式的任一種；該點吸附方式係使用吸附面具有連接於真空線之多個吸附孔的吸附板；該面吸附方式係於吸附面具有溝槽（例如同心圓狀），通過在設於溝槽內之真空線上的連接孔進行吸附。又，為了吸附狀態的穩定化，可於吸附板表面貼附背襯材料（backing material），介隔該背襯材料而吸附晶圓W。
載台20構成可藉由馬達等的旋轉驅動機構（省略圖式）以軸線AL1為中心而旋轉。又，本圖中，載台20在比用以保持晶圓W的區域更外側具備壁構件21，該壁構件21在整個圓周方向上朝向鉛直方向上方延伸。藉此，可將處理液保持在晶圓的平面內，結果，可減少處理液的使用量。此外，本圖中，壁構件21係固定於載台20的外周，但亦可與載台20分開而另外構成。此情況下，壁構件21亦可進行上下移動。藉由使其能夠上下移動，可改變處理液的保持量，同時在例如蝕刻處理後清洗基板表面的情況下，可藉由使壁構件21下降而高效率地將清洗液排出晶圓W外。
圖1及圖2所示之實施形態的觸媒保持頭30係構成將觸媒31保持於其下端的態樣。本實施形態中，觸媒31小於晶圓W。亦即，從觸媒31朝向晶圓W投影時的觸媒31之投影面積小於晶圓W的面積。又，觸媒保持頭30構成可藉由馬達等的旋轉驅動機構（省略圖式）以軸線AL2為中心而旋轉。
處理液供給構件40構成將處理液PL供給至晶圓W之表面的態樣。此處，本圖中處理液供給構件40為1個，但亦可配置多個，例如在晶圓W的被處理面上，處理對象的材料為多種混合的情況下，可針對各材料使用多種處理液。此情況下，可從各處理液供給構件供給不同的處理液。此處，作為處理液，例如可為臭氧水、酸、鹼溶液、過氧化氫水、氫氟酸溶液及該等的組合等。又，蝕刻處理後在本基板處理裝置10中進行晶圓W表面清洗的情況下，亦可從處理液供給構件40供給清洗用化學液或水。又，處理液供給構件40亦可在觸媒保持頭30的附近，較佳在晶圓W旋轉的上游部，亦即在藉由晶圓W的旋轉將從處理液供給構件40供給之處理液高效率地供給至觸媒保持頭30的位置固定於擺動臂50。此情況下，處理液供給構件40構成與觸媒保持頭30一起移動的態樣。根據該構成，可持續將新鮮的處理液PL供給至觸媒31的周邊，結果，蝕刻性能穩定。又，不限觸媒保持頭30的擺動臂50進行擺動運動的形態，皆可將處理液供給至觸媒31與晶圓W的接觸部附近，而可減少處理液的使用量。
基板處理裝置10包含擺動機構55，用以使觸媒保持頭30在晶圓W的徑向上擺動。擺動機構55包含：擺動臂50，保持觸媒保持頭30；及旋轉軸51，可旋轉地保持擺動臂50。擺動臂50構成可藉由馬達等的旋轉驅動機構（省略圖式）以旋轉軸51為中心而擺動，又，其構成能夠上下移動。觸媒保持頭30可旋轉地安裝於擺動臂50的前端（與旋轉軸51相反側的端部）。此處，該CARE法中僅在與觸媒的接觸部發生蝕刻，故晶圓W與觸媒31的接觸時間在晶圓平面內的分布會大幅影響蝕刻量在晶圓平面內的分布。關於此點，藉由使擺動臂50在晶圓平面內的擺動速度可變，能夠使接觸時間的分布均勻化。具體而言，將擺動臂50在晶圓W平面內的擺動範圍分割成多個區間，並在各區間控制擺動速度。
圖3係概略顯示觸媒保持頭30之詳細構成的剖面圖。如圖3（a）所示，觸媒保持頭30具備：彈性構件32，用以保持觸媒31；及基材34，用以保持彈性構件32。彈性構件32係由彈性膜所形成，並在彈性構件（彈性膜）32與基材34之間形成有壓力室33。在彈性構件32的外表面形成有觸媒31的層體。本實施形態中係將觸媒31蒸鍍於彈性構件32的外表面。此外，作為彈性構件的材質，可列舉腈橡膠、氫化腈橡膠、氟橡膠、聚矽氧橡膠、乙烯丙烯橡膠、氯丁二烯橡膠、丙烯酸橡膠、丁基橡膠、胺基甲酸酯橡膠、異戊二烯橡膠、苯乙烯丁二烯橡膠、丁二烯橡膠、聚乙烯橡膠、環氧氯丙烷（epichlorohydrin）橡膠、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、全氟烷基、氟化乙烯丙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（丙烯酸）、聚丙烯、聚醚醚酮、聚醯亞胺等作為候選。又，作為觸媒31的成膜方法，具有電阻加熱式蒸鍍或濺射蒸鍍等的物理蒸鍍及CVD等的化學沈積方式。又，觸媒31亦可藉由電解鍍覆或無電解鍍覆等其他成膜方法而形成。
基板處理裝置10中包含流體源35作為用以將觸媒保持頭30按壓於晶圓W之被處理面的按壓機構52，該流體源35用以將流體供給至形成於基材34與彈性構件32之間的空間（壓力室33）。控制部90包含按壓力控制部91，用以控制將觸媒保持頭30按壓於晶圓W之被處理面的力。按壓力控制部91構成下述態樣：藉由控制從流體源35供給至壓力室33之流體（此處雖為空氣，但亦可為氮氣等）的流量，來控制觸媒31（觸媒保持頭30）按壓於晶圓W之被處理區域的按壓力。根據該構成，在使觸媒31與晶圓W的被處理區域接觸時，彈性構件32變形，故觸媒31能夠追隨晶圓W的形狀（晶圓W的翹曲等）而均勻地接觸，結果，能夠使觸媒31與晶圓W之接觸部上的蝕刻速度均勻化。
本實施形態中，壓力室33具有圖3（a）所示的大致長方體或圓柱狀的形狀。但是，壓力室33的形狀可形成任意形狀。例如，如圖3（b）所示，壓力室33亦可具有圓弧狀或半球狀的形狀。藉由使壓力室33為這種簡單的形狀，可使觸媒31與晶圓W的接觸狀態更加均勻化。
作為一實施形態，本說明書所揭示之觸媒保持頭30可安裝於擺動臂50。圖4係概略顯示作為一實施形態的安裝於擺動臂50之狀態的觸媒保持頭30的側面剖面圖。如圖4所示，擺動臂50整體被蓋體50－2所包圍。觸媒保持頭30介隔常平架機構30－32連結於軸50－1。軸50－1係可旋轉地由滾珠導件50－4、滑環50－6及旋轉接頭50－8所支撐。此外，亦可使用旋轉連接器代替滑環50－6，又，亦可以非接觸式實現電連接。
可藉由旋轉馬達50－10使觸媒保持頭30旋轉。藉由升降氣缸50－12將軸50－1於軸向上驅動。氣缸50－12可使用空氣軸承氣缸。藉由使用空氣軸承氣缸，可降低滑動電阻，又，亦可降低磁滯（hysteresis）。氣缸50－12介隔測力計 50－14連結於軸50－1，可藉由測力計 50－14測量從氣缸50－12施加至軸50－1的力。
擺動臂50具有處理液供給通路30－40，而能夠從觸媒保持頭30的觸媒31之表面的供給口30－42供給處理液及/或水。又，亦可從觸媒保持頭30的外側供給處理液及/或水。擺動臂50可構成與空氣或氮氣的供給源連接以將空氣或氮氣供給至蓋體50－2內的態樣。在CARE處理中，具有使用腐蝕性強的化學液的情況，因此使蓋體50－2的內部高於外部氣壓，可防止處理液PL進入蓋體50－2的內部。
觸媒電極30－49係以與觸媒31電性連接的方式配置。另一方面，相對電極30－50係以透過處理液PL對於觸媒31施加電壓的方式配置。可藉由外部電源將電壓施加至觸媒電極30−49與相對電極30−50。在CARE法中，可藉由在觸媒電極30−49與相對電極50之間施加電壓來調整蝕刻速度。
圖5係概略顯示作為一實施形態的用以控制使用擺動臂50將觸媒保持頭30按壓於晶圓W之被處理面的力之構成的圖。如圖5所示，基板處理裝置10包含按壓機構52，用以將觸媒保持頭30按壓於晶圓W的被處理面。圖5的實施形態中，按壓機構52包含升降機構53，用以使觸媒保持頭30升降。具體而言，升降機構53包含氣缸50－12、電動氣動調整器50－18a、精密調整器50－18b及PID控制器50－15等。
在氣缸50－12的活塞之一側連接有用以供給空氣的第一管路50－16a。在第一管路50－16a上連接有電動氣動調整器50－18a、電磁閥50－20a及壓力計50－22a。電動氣動調整器50－18a連接於PID控制器50－15，將從PID控制器50－15接收的電子信號轉換成氣壓。電磁閥50－20a為常閉閥，開啟時流入空氣。壓力計50－22a可測量第一管路50－16a內的壓力。在氣缸50－12的活塞之另一側連接有用以供給空氣的第二管路50－16b。在第二管路50－16b上連接有精密調整器50－18b、電磁閥50－20b及壓力計50－22b。電磁閥50－20b為常開閥，關閉時流入空氣。壓力計50－22b可測量第二管路50－16b內的壓力。對於第二管路50－16b施加氣壓，該氣壓用以消除從氣缸50－12至觸媒保持頭30的空重m2g+m1g。此外，m2g係比測力計 50－14上方的載重，包含於以測力計 50－14進行的測量，m1g係比測力計 50－14下方的載重，不包含於以測力計 50－14進行的測量。如上所述，可藉由測力計 50－14來測量從氣缸50－12施加至軸50－1的力。
作為一實施形態，觸媒保持頭30與晶圓W的接觸壓力可進行PID控制。圖6係顯示作為一實施形態的將觸媒保持頭30與晶圓W的接觸壓力進行PID控制之流程的流程圖。如圖6的流程圖所示，PID控制器50－15從基板處理裝置10的按壓力控制部91接收載重指令SF。另一方面，PID控制器50－15接收由測力計 50－14所測量的力F。PID控制器50－15在PID控制器內部進行用以實現所接收之載重指令SF的PID運算。PID控制器50－15根據PID運算結果，對於電動氣動調整器50－18a施以壓力指令SP。已接收壓力指令SP的電動氣動調整器50－18a，使內部的致動器運作以使預定壓力P的空氣排出。此外，電動氣動調整器50－18a於內部保持有壓力感測器，以使從電動氣動調整器50－18a排出之空氣的壓力P等於壓力指令SP的方式進行回饋控制。該回饋控制係以較高速的取樣時間進行。藉由電動氣動調整器50－18a所排出的空氣，被供給至氣缸50－12，以驅動氣缸。由氣缸50－12所產生的力F，係藉由測力計 50－14進行測量。PID控制器50－15將從測力計 50－14接收的測量值F與從按壓力控制部91接收的載重指令SF進行比較，重複PID運算以後的處理，直到兩者相等。該回饋控制係以比電動氣動調整器50－18a的上述內部回饋控制低速的取樣時間進行。如此，使用測力計 50－14與PID控制器50－15，監控觸媒保持頭30按壓於晶圓W的按壓力並進行回饋控制，藉此可持續維持最佳按壓力。此外，為了控制氣缸50－12的驅動速度，可使載重指令階段性（例如每0.1秒）變化以達到最終載重指令SF。
如圖2所示，調整構件60構成在預定的時機調整觸媒31之表面的態樣。調整構件60配置於載台20所保持之晶圓W的外部。可藉由擺動臂50將觸媒保持頭30所保持之觸媒31配置於調整構件60上。本實施形態中，調整構件60具備擦洗構件61。擦洗構件61係由海綿、毛刷等所構成，在從清洗液供給構件62供給之清洗液的存在下，將觸媒31進行擦洗。此時觸媒保持頭30與擦洗構件61的接觸係藉由觸媒保持頭30側或擦洗構件61的上下移動來完成。又，在調整時，使觸媒保持頭30或擦洗構件61的至少一者進行旋轉等相對運動。藉此，可使附著有蝕刻生成物之觸媒31的表面恢復活性狀態，而且可藉由蝕刻生成物來抑制晶圓W的被處理區域受損。
調整構件60並不限於上述構成，而可採用各種構成。例如，該擦洗構件61中的清洗液基本上為水即可，但具有視蝕刻生成物而僅靠擦洗難以去除的情況。此情況下，亦可供給能夠去除蝕刻生成物的化學液作為清洗液。例如，蝕刻生成物為矽酸鹽（SiO2 ）的情況下，亦可使用氫氟酸作為化學液。或是調整構件60亦可具備電解再生部，該電解再生部構成利用電解作用而將觸媒31表面的蝕刻生成物去除的態樣。具體而言，電解再生部構成下述態樣：具有構成可與觸媒31電性連接的電極，藉由在觸媒與電極之間施加電壓來將附著於觸媒31之表面的蝕刻生成物去除。
或是調整構件60亦可具備鍍覆再生部，該鍍覆再生部構成藉由重新鍍覆觸媒31使觸媒31再生的態樣。該鍍覆再生部構成下述態樣：具有構成可與觸媒31電性連接的電極，在將觸媒31浸漬於包含再生用觸媒之液體中的狀態下，藉由在觸媒31與電極之間施加電壓而使觸媒31的表面鍍覆再生。
控制部90控制基板處理裝置10的全盤運作。又，控制部90中亦控制關於晶圓W之蝕刻處理條件的參數。作為這種參數，可舉例如：載台20或觸媒保持頭30之旋轉等的運動條件、觸媒31與晶圓W的接觸壓力、擺動臂50的擺動條件、來自處理液供給構件40的處理液流量或處理液溫度等的供給條件及調整構件60中的觸媒表面的調整條件等。
控制部90包含按壓力控制部91，用以控制將觸媒保持頭30按壓於晶圓W之被處理面的力。按壓力控制部91構成下述態樣：因應藉由擺動機構55使觸媒保持頭30擺動時觸媒保持頭30的位置或晶圓W與觸媒31的接觸面積，來調整按壓機構52按壓於觸媒保持頭30的按壓力。以下，針對此點進行說明。
在本實施形態中，觸媒保持頭30及觸媒31小於晶圓W，故將晶圓W整個表面進行蝕刻處理的情況下，基板處理裝置10係使用擺動機構55使觸媒保持頭30在晶圓W的徑向上擺動。此處，為了均勻地處理晶圓W的被處理面，本實施形態之基板處理裝置10係使觸媒保持頭30擺動至觸媒保持頭30超出晶圓W的外側（使其外懸）。圖7係示意性地顯示使觸媒保持頭30從晶圓W外懸之狀態的圖。如圖7所示，觸媒保持頭30在晶圓W上沿著軌跡Tr擺動，觸媒保持頭30（觸媒31）外懸至超出晶圓W。使觸媒保持頭30從晶圓W外懸的情況下，在晶圓W的外側無支撐觸媒保持頭30的結構，因此會對於晶圓W與觸媒31的接觸區域Ov施加較強的壓力。如此，在晶圓W的外周部與觸媒31之間發生過度擦過，由於此原因而導致觸媒31磨耗或觸媒31從觸媒保持頭30剝離，結果具有晶圓W損傷或對於晶圓W的被處理面造成損壞的疑慮。這種問題係藉由使研磨墊與基板相對運動來研磨基板而不應用觸媒的CMP裝置中不會產生的問題，其係採用CARE技術的基板處理裝置中特有的問題。
相對於此，本實施形態中，按壓力控制部91係以使施加至晶圓W與觸媒31之接觸區域Ov的壓力固定的方式，調整按壓機構52施加於觸媒保持頭30的按壓力。圖8係顯示晶圓W與觸媒31之接觸面積的比例及施加至觸媒保持頭30之按壓力的比例相對於觸媒保持頭30之位置的圖表。在圖8中，橫軸表示觸媒保持頭30的位置。縱軸表示觸媒31整體接觸晶圓W時，將接觸面積設為1的情況中晶圓W與觸媒31之接觸面積的比例，以及觸媒31整體接觸晶圓W時將按壓力設為1的情況中施加至觸媒保持頭30之按壓力的比例。
如圖8所示，從觸媒保持頭30的中心位於晶圓W之中心位置Ct的狀態至觸媒保持頭30（觸媒31）開始超出晶圓W之外側的位置Bo之前，晶圓W與觸媒31之接觸面積的比例不變，施加至觸媒保持頭30的按壓力亦不變。另一方面，從觸媒保持頭30的中心位於位置Bo的狀態至觸媒保持頭30外懸至最外側的位置Eg，晶圓W與觸媒31之接觸面積的比例逐漸減少，施加至觸媒保持頭30的按壓力亦逐漸減少。亦即，按壓力控制部91構成下述態樣：在觸媒31超出晶圓W之外側的狀態下，隨著觸媒保持頭30的位置遠離晶圓W的中心位置而使按壓機構52按壓於觸媒保持頭30的按壓力減少。另一方面，按壓力控制部91構成下述態樣：在觸媒31超出晶圓W之外側的狀態下，隨著觸媒保持頭30的位置接近晶圓W的中心位置而使按壓機構52按壓於觸媒保持頭30的按壓力增加。換言之，按壓力控制部91構成下述態樣：隨著晶圓W與觸媒31的接觸面積減少而使按壓機構52按壓於觸媒保持頭30的按壓力減少，隨著晶圓W與觸媒31的接觸面積增加而使按壓機構52按壓於觸媒保持頭30的按壓力增加。
作為按壓力控制部91之一例，可構成根據擺動臂50的旋轉角度來計算觸媒保持頭30之位置的態樣。又，按壓力控制部91可構成根據觸媒保持頭30的位置與觸媒31的徑長來計算晶圓W與觸媒31之接觸面積的態樣。但是，並不限定於此，按壓力控制部91例如可使用安裝於觸媒保持頭30的位置感測器來檢測出觸媒保持頭30的位置。又，本實施形態中係顯示因應觸媒保持頭30的位置或晶圓W與觸媒31的接觸面積來調整按壓機構52按壓於觸媒保持頭30之按壓力的例子，但並不限定於此。按壓力控制部91亦可因應從觸媒保持頭30之擺動起始位置（例如與晶圓W的中心對應的位置）的移動距離來調整按壓機構52按壓於觸媒保持頭30的按壓力。此情況下，按壓力控制部91可根據擺動臂50從觸媒保持頭30之擺動起始位置的旋轉角度來計算觸媒保持頭30的移動距離，並可根據觸媒保持頭30的移動距離與觸媒31的徑長來計算晶圓W與觸媒31的接觸面積。
根據本實施形態，可因應觸媒保持頭30的外懸程度來調整按壓機構52按壓於觸媒保持頭30的按壓力，因此即使在觸媒保持頭30外懸的狀態下，亦可將施加至晶圓W與觸媒31之接觸區域Ov的壓力保持固定。因此，根據本實施形態，可防止在晶圓W的外周部與觸媒31之間發生過度擦過，因此可防止觸媒31過度磨耗或觸媒31從觸媒保持頭30剝離，結果，可抑制發生晶圓W的損傷及對於被處理面造成損壞。
接著，針對基板處理裝置10中的基板蝕刻處理之流程進行說明。圖9係顯示以基板處理裝置10進行之基板處理方法的流程圖。如圖9所示，若開始蝕刻處理，首先使晶圓W的被處理面朝上並設置於載台20，藉由真空吸附進行保持（設置步驟101）。接著藉由處理液供給構件40將處理液供給至晶圓W上（供給步驟102）。接著，藉由擺動臂50將安裝於觸媒保持頭30之觸媒31配置於晶圓W上的預定位置後，將觸媒保持頭30按壓於晶圓W的被處理面（按壓步驟103）。又，與按壓步驟103同時或在按壓步驟103之後，使載台20旋轉並使觸媒保持頭30旋轉（相對運動步驟104）。接著，藉由擺動機構55使觸媒保持頭30從擺動起始位置往晶圓W的半徑方向擺動（擺動步驟105）。
接著，藉由按壓力控制部91計算從觸媒保持頭30在擺動軌跡Tr上的擺動起始位置的移動距離（移動距離計算步驟106）。按壓力控制部91例如可計算觸媒保持頭30從觸媒保持頭30之擺動起始位置與當前位置的移動距離。接著，藉由按壓力控制部91，根據觸媒保持頭30的移動距離與觸媒31的徑長來計算晶圓W與觸媒31的接觸面積（接觸面積計算步驟107）。接著，藉由按壓力控制部91判定接觸面積是否增減（判定步驟108）。在判定接觸面積有所增減的情況下（判定步驟108中為是），藉由按壓力控制部91以與接觸面積增加或減少的比例相等的比例調整按壓機構52按壓於觸媒保持頭30的按壓力（調整步驟109）。在調整步驟109之後或在判定步驟108中判定接觸面積無增減的情況下，亦即觸媒保持頭30無外懸的情況下（判定步驟108中為否），藉由按壓力控制部91判定觸媒保持頭30是否已結束擺動（判定步驟110）。判定觸媒保持頭30未結束擺動的情況下（判定步驟110為否），回到移動距離計算步驟106並繼續處理。另一方面，若判定觸媒保持頭30已結束擺動的情況下（判定步驟110為否），則結束蝕刻處理。
藉由此運作，利用觸媒31的觸媒作用，在晶圓W與觸媒31的接觸處，由觸媒31的作用所生成之蝕刻劑作用於晶圓W表面，藉此將晶圓W的表面進行蝕刻去除。晶圓W的被處理區域可由任意的單一或多種材質所構成，例如，以SiO2 或Low－k材料為代表的絕緣膜、以Cu或W為代表的配線金屬、以Ta、Ti、TaN、TiN、Co等為代表的位障金屬、以GaAs等為代表的III－V族材料。又，作為觸媒31的材質，例如可為貴金屬、過渡金屬、陶瓷系固體觸媒、鹼性固體觸媒、酸性固體觸媒等。又，處理液PL例如可為氧溶解水、臭氧水、酸、鹼溶液、過氧化氫水、氫氟酸溶液等。此外，觸媒31及處理液PL可視晶圓W之被處理區域的材質而適當設定。例如，被處理區域的材質為Cu的情況下，可使用酸性固體觸媒作為觸媒31，使用臭氧水作為處理液PL。又，被處理區域的材質為SiO2 的情況下，觸媒31可使用鉑或鎳，處理液PL可使用酸。又，被處理區域的材質為III－V族金屬（例如GaAs）的情況下，觸媒31可使用鐵，處理液PL可使用過氧化氫水。
圖10係顯示作為一實施形態的基板處理系統之概略構成的俯視圖。圖示的基板處理系統1000，如本說明書中所說明，具有：CARE模組100，將基板進行蝕刻處理；多個清洗模組200，將基板進行清洗；成膜腔室300；作為基板之運送機構的機械手臂400；基板的裝載埠500及乾燥模組600。在該系統構成中，將已處理之晶圓W裝入裝載埠500。裝載於裝載埠500之晶圓，係藉由機械手臂400運送至成膜腔室300，在成膜腔室300中進行成膜處理。成膜腔室300可為化學氣相生長（CVD）裝置、濺射裝置、鍍覆裝置及塗布裝置等。已進行成膜處理之晶圓W，藉由機械手臂400運送至第一清洗模組200－1，並進行清洗。之後，將晶圓W運送至平坦化模組100、亦即如本說明書中所說明的CARE處理模組，並進行平坦化處理。之後，將晶圓W運送至第二清洗模組200－2及/或第三清洗模組200－3並進行清洗。將已進行清洗處理之晶圓W運送至乾燥模組600，使其乾燥。使已乾燥之晶圓W再次回到裝載埠500。本系統中，可在1個系統中執行晶圓W的成膜處理與平坦化處理，故可有效率地活用安裝面積。又，運送機構構成可分別運送濕潤狀態之基板及乾燥狀態之基板的態樣。
以下與附圖一起說明基板處理裝置的實施形態。在附圖中，有時針對相同或類似的要件標註相同或類似的參照符號，而在各實施形態的說明中省略關於相同或類似要件的重複說明。又，各實施形態所顯示的特徵，只要不互相矛盾，亦可應用於其他實施形態。此外，本說明書的以下實施形態的說明中，「基板」不僅為半導體基板、玻璃基板、印刷電路基板，還包含磁記錄媒體、磁記錄感測器、反射鏡、光學元件及微小機械元件、或部分製作之積體電路。
圖11係一實施形態中基板處理裝置2－10的概略俯視圖。圖12係圖11所示之基板處理裝置2－10的側視圖。基板處理裝置2－10係利用CARE法對於基板WF的表面進行蝕刻處理的裝置。基板處理裝置2－10可作為基板處理系統的一部分而構成。圖25係概略顯示一實施形態中的基板處理系統的方塊圖。基板處理系統具備裝載埠、CMP模組、CARE模組、成膜模組、清洗模組及乾燥模組。又，基板處理系統具備用以在基板處理系統內運送基板的機械手臂。在圖25所示之基板處理系統中，裝載埠保持處理前的基板，又，保持處理後的基板。機械手臂1可從裝載埠接收處理前的基板，並將基板傳遞至機械手臂2。機械手臂2可在成膜模組、CMP模組、CARE模組、清洗模組1、2、乾燥模組及機械手臂1之間運送基板。基板處理系統的CARE模組可為具備下述基板處理裝置2－10的任意特徵者。又，基板處理系統的CARE模組以外的構成可為任意，模組的種類及數量可為任意。
圖11、12所示之基板處理裝置2－10具備：平台2－20，用以保持基板WF；保持頭2－30，用以保持觸媒2－31；噴嘴2－40，用以將處理液PL供給至保持於平台2－20之基板WF上；臂部2－50，用以使保持頭2－30在與基板平行的方向上擺動；調整槽2－60；及控制裝置2－90。
平台2－20構成保持基板WF的態樣。在圖示的實施形態中，平台2－20係以使基板WF的被處理面朝上的方式保持基板WF。又，在圖示的實施形態中，平台2－20具備真空吸附機構作為用以保持基板WF的機構，該真空吸附機構具有將基板WF的背面（與被處理面相反側的面）真空吸附的真空吸附板。又，為了吸附狀態的穩定化，可於吸附板表面貼附背襯材料，介隔該背襯材料使基板WF吸附於平台2－20。用以將基板WF保持於平台2－20上的機構，可為習知的任意機構，例如，可為在基板WF之周緣部的至少1處夾持基板WF之表面及背面的夾持機構，又，亦可為在基板WF之周緣部的至少1處保持基板WF之側面的滾輪夾頭機構。該平台2－20構成可藉由驅動部馬達、致動器（省略圖式）進行旋轉。
又，本圖中，平台2－20在比用以保持基板WF的區域更外側具備壁2－21，該壁2－21在整個圓周方向朝向鉛直方向上方延伸。藉此，可將處理液PL保持在基板WF的平面內，結果，可減少處理液PL的使用量。此外，本圖中，壁2－21係固定於平台2－20的外周，但亦可與平台分開而另外構成。此情況下，壁2－21亦可構成能夠上下移動。藉由使壁2－21能夠上下移動，可變更處理液PL的保持量，同時在例如藉由純水或清洗液將蝕刻處理後的基板表面進行清洗的情況下，可藉由使壁2－21下降而高效率地將處理液排出基板WF外。
在圖11及圖12所示之實施形態中，保持頭2－30構成將觸媒2－31保持於其下端的態樣。在本實施形態中，觸媒2－31小於基板WF。亦即，從觸媒2－31朝向基板WF投影時的觸媒2－31之投影面積小於基板WF的面積。又，保持頭2－30構成可藉由驅動部，亦即致動器（省略圖式）進行旋轉。又，於下述臂部2－50具備馬達或氣缸（省略圖式），用以使保持頭2－30的觸媒2－31與基板WF接觸滑動。
在一實施形態中，觸媒2－31可為單質的卑金屬及/或以卑金屬為主成分的合金。例如，在一實施形態中，觸媒2－31可為具有選自由鈦（Ti）、鉻（Cr）、鉬（Mo）、鎢（W）、鎳（Ni）、釩（V）、鐵（Fe）、鈷（Co）、銅（Cu）、鉿（Hf）及鉭（Ta）所構成之群組中之1者的單金屬或以其為主成分的合金。又，在一實施形態中，觸媒2－31為合金的情況下，可為以上述任一種金屬為主成分，再包含選自釕（Ru）、銠（Rh）、鈀（Pd）、銀（Ag）、銥（Ir）、鉑（Pt）及金（Au）所構成之群組中之至少1者的合金。
在一實施形態中，觸媒2－31固定於具有基準面之基底構件2－32的表面。在一實施形態中，觸媒2－31係藉由濺射法、化學氣相沉積法（CVD）、蒸鍍法及鍍覆法的任一種方法而形成於基底構件2－32的表面。使用濺射法將觸媒2－31形成於基底構件2－32之表面的情況下，可將作為觸媒的多種金屬材料同時進行濺射，亦可在一金屬材料上配置另一金屬材料而進行濺射，亦可將合金材料進行濺射。又，亦可在積層不同金屬元素層後藉由熱處理形成合金層。又，在具有基準面之基底構件2－32上形成觸媒2－31的情況下，基底構件2－32亦可由具有彈性的橡膠或海綿等的彈性材料所形成。基底構件2－32使用彈性構件，藉此，在作為處理對象之基板WF表面的凸部上的接觸壓力相對變大，而可選擇性地去除凸部。又，期望在保持觸媒2－31之基底構件2－32的表面設有任意圖案的溝槽。藉由設置溝槽，可使供給之處理液通過溝槽的內部，而有效率地將處理液供給至觸媒2－31的表面與作為處理對象之基板WF的表面之間。在一實施形態中，亦可藉由接著劑等將觸媒2－31的箔材固定於由彈性材料所構成之基底構件2－32。此情況下，基準面追隨作為處理對象之基板WF的表面形狀，而可抑制彈性體的伸縮導致觸媒2－31剝離。此外，在圖12所示之實施形態中，保持頭2－30為1個，但亦可使用多個保持頭2－30進行處理。此情況下，各保持頭2－30的觸媒2－31可為相同，又，亦可視作為處理對象之基板WF的露出材料而為不同觸媒。各保持頭2－30的觸媒2－31為相同的情況下，觸媒2－31覆蓋基板WF的面積增加，故處理速度增加。又，各保持頭2－30的觸媒2－31不同的情況下，即使在多個蝕刻對象露出的情況下，亦可藉由各觸媒2－31發揮作用來調整各材料的蝕刻速度。
接著，噴嘴2－40構成將處理液PL供給至基板WF之表面的態樣。此處，在圖11、12所示之實施形態中，噴嘴2－40為1個，但亦可配置多個，此情況下，可因應處理步驟而從各噴嘴2－40供給不同的處理液。又，亦可從各噴嘴供給不同處理液，並因應處理步驟變更從各噴嘴2－40供給之處理液的流量，藉此改變混合之處理液的組成比。又，從多個噴嘴2－40供給處理液的情況下，亦可因應處理步驟選擇從各噴嘴供給的處理液，藉此改變處理液的組成。又，蝕刻處理後在基板處理裝置2－10中進行基板WF表面清洗的情況下，亦可從噴嘴2－40供給清洗用化學液或水。在一實施形態中，處理液可為使包含具有氧化性之化合物的液體與電解質混合而成的液體，作為其一例，包含具有氧化性之化合物的液體可包含過氧化氫及臭氧水的至少1者。混合之電解質可包含酸性電解質、中性電解質及鹼性電解質的至少1者。酸性電解質例如可包含鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸等無機酸、含有檸檬酸、草酸、甲酸、乙酸等脂肪酸的水溶性有機酸的至少1者。中性電解質例如可包含氯化鉀、氯化鈉及硫酸鈉的至少1者。鹼性電解質例如可包含氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鈣等無機物、氨等任意有機物的至少1者。期望將處理液的pH調整在1以上14以下的範圍。此外，因應處理步驟使用多種組成或組成比不同之處理液的情況下，亦可在各處理步驟之間插入清洗基板WF表面的步驟。藉由設置清洗步驟，可防止前一步驟中使用之處理液與下一步驟中使用之處理液混合。又，亦可針對各處理液，藉由圖中未顯示的溫度控制機構來調節各處理液的溫度。
接著，臂部2－50構成可藉由驅動部，亦即致動器（省略圖式）以旋轉中心2－51為中心而擺動，又，構成能夠上下移動。此處，在本實施例中，觸媒2－31小於基板WF，故將基板WF整個表面進行蝕刻處理的情況下，保持頭2－30在基板WF整個表面上擺動。此處，該CARE法中，僅在觸媒與基板WF接觸的接觸部中發生蝕刻，故基板WF的各區域中的基板WF與觸媒2－31之接觸時間在基板WF平面內的分布會大幅影響基板WF的各區域中的蝕刻量在晶圓平面內的分布。關於此點，藉由使臂部2－50在晶圓平面內的擺動速度可變，可使接觸時間的分布均勻化。具體而言，將臂部2－50在基板WF平面內的擺動範圍分割成多個區間，並在各區間控制擺動速度。此外，將保持頭2－30可旋轉地安裝於臂部2－50的前端（與旋轉中心2－51相反側的端部）。
在圖12所示之實施形態中，基板處理裝置2－10具備多個電極2－22，該電極2－22構成與配置於平台2－20上之基板WF表面的導電層接觸的態樣。電極2－22例如以均等的間隔在基板WF的圓周方向上配置多個。電極2－22構成與平台2－20一起旋轉的態樣。因此，電極2－22與基板WF不會相對移動，故可降低電極2－22對於基板WF的表面造成損壞的風險。在一實施形態中，電極2－22亦可固定於平台2－20。如圖所示，電極2－22構成與電源2－25電性連接的態樣。關於極性，在一實施形態中，電極2－22與電源2－25的正極側連接，保持頭2－30所保持之觸媒2－31則與電源2－25的負極側電性連接。然而，亦可在蝕刻對象材料的基板WF露出的狀況中使極性變化。藉由此構成，基板處理裝置2－10可使電流從電極2－22通過基板WF的導電層流入觸媒2－31。藉由使電流流入基板WF與觸媒，利用CARE進行的蝕刻加上利用電解反應進行的蝕刻，而更可進行高效率的處理。又，在一實施形態中，電極2－22亦可構成與處理液接觸而不與基板WF接觸的態樣。此情況下，觸媒2－31與電極2－22係透過處理液而進行電化學連接。在該構成中，將觸媒2－31的表面電位控制在預定的範圍，藉此可防止附著阻礙觸媒2－31之表面活性的因子，或控制處理速度。
調整槽2－60構成在預定的時機調整觸媒2－31之表面的態樣。該調整槽2－60配置於平台2－20所保持之基板WF的外部。可藉由臂部2－50將保持頭2－30所保持之觸媒2－31配置於調整槽2－60上。
在圖12所示之實施形態中，調整槽2－60具備擦洗部2－61。擦洗部2－61係由海綿、毛刷等的擦洗構件，在從清洗液供給部2－62供給之調整液的存在下，將觸媒2－31進行擦洗。此時保持頭2－30與擦洗部2－61之擦洗構件的接觸係藉由保持頭2－30側或擦洗構件的上下移動來完成。又，在調整時，使保持頭2－30或擦洗部2－61之擦洗構件的至少一者進行旋轉等的相對運動。藉此，可使附著有蝕刻生成物之觸媒2－31的表面恢復活性狀態，而且可藉由蝕刻生成物來抑制基板WF的被處理區域受損。
調整槽2－60並不限定於上述構成，而可採用各種構成。例如，該擦洗部2－61中的調整液基本上為水即可，但具有視蝕刻生成物而僅靠擦洗難以去除的情況。此情況下，亦可供給能夠去除蝕刻生成物的化學液作為清洗液。例如，蝕刻生成物為矽酸鹽（SiO2 ）的情況下，亦可使用氫氟酸作為化學液。或是調整槽2－60亦可具備電解再生部，該電解再生部構成利用電解作用而將觸媒2－31表面的蝕刻生成物去除的態樣。具體而言，電解再生部亦可構成下述態樣：具有構成可與觸媒2－31電性連接的電極，藉由在觸媒與電極之間施加電壓來將附著於觸媒2－31之表面的蝕刻生成物去除。電解反應與利用調整液去除蝕刻生成物的反應相同的情況下，可利用電能促進調整速度，又，電解反應與利用調整液去除蝕刻生成物的反應為不同反應的情況下，藉由調整液所進行之蝕刻反應加上電解反應，可加快調整速度，而在短時間內調整觸媒2－31。
或是調整槽2－60亦可具備鍍覆再生部，該鍍覆再生部構成藉由重新鍍覆觸媒2－31而使觸媒2－31再生的態樣。該鍍覆再生部構成下述態樣：具有構成可與觸媒2－31電性連接的電極，在將觸媒2－31浸漬於包含再生用觸媒之液體中的狀態下，藉由在觸媒2－31與電極之間施加電壓而使觸媒2－31的表面鍍覆再生。
控制裝置2－90控制基板處理裝置2－10的全盤運作。控制裝置2－90可由一般通用的電腦及專用的電腦等所構成。又，控制裝置2－90中亦可控制關於基板WF之蝕刻處理條件的參數。作為這種參數，可舉例如：保持頭2－30的旋轉、角度旋轉等的運動條件、觸媒2－31與基板WF的接觸壓力、臂部2－50的擺動條件、來自噴嘴2－40的處理液流量或處理液溫度等的供給條件、施加至基板WF與觸媒2－31之間的電位條件、以及調整槽2－60中的觸媒表面的調整條件。
使用不同種類的單質金屬觸媒對於基板進行觸媒基準蝕刻。作為加工對象，使用表面具備釕（Ru）層、鈷（Co）層、TiN層、四乙氧基矽烷（TEOS）層的基板。作為處理液，使用酸性、中性及鹼性處理液。作為觸媒使用的單金屬為鉑（Pt）、鈦（Ti）、鉻（Cr）、鉬（Mo）、鎢（W）及鎳（Ni）。作為觸媒基準蝕刻（CARE），係在處理液的存在下，在使具備加工對象，即被處理層（Ru、Co、TiN、TEOS的各層）的基板與各觸媒互相旋轉並接觸的狀態下，使保持觸媒之保持頭滑動。本實施例中，1次CARE處理為1分鐘。亦即，1次的處理中，一邊使觸媒與被處理層在處理液下相對運動一邊接觸1分鐘。此外，在CARE處理中，不對觸媒施加電壓。處理結束後，使基板與觸媒迅速分開。又，處理結束後將處理液迅速去除，並藉由超純水清洗基板的表面。之後，將基板迅速進行乾燥，並使用光干擾膜厚計測量被處理層的厚度。對於每種觸媒各進行5次這種1分鐘的CARE處理。此外，5次CARE處理係使用同一觸媒進行。藉由測量CARE處理前後被處理層的厚度，可知1次處理中被處理層的去除量及去除速率（Removal Rate）。
圖13及圖14係顯示使用表面具備釕（Ru）層之基板並使用各種單質金屬觸媒進行觸媒基準蝕刻之結果的圖表。圖13所示之實施例中的處理液包含HCL及H2 O2 ，pH為1。圖14所示之實施例中的處理液包含KOH及H2 O2 ，pH為12。圖13、圖14中，橫軸為處理次數（Trial Number），縱軸為去除速度（Å/min）。由圖13可知，確認使用Pt、Ti、Cr、Mo、W的任一者作為觸媒，皆可在HCL+H2 O2 （pH：1）的處理液的存在下去除Ru層。又，由圖14可知，確認使用Pt、Ti、Cr、Mo、W、Ni的任一者作為觸媒，皆可在KOH+H2 O2 （pH：12）的處理液的存在下去除Ru層。在圖13、14的結果中，若Mo、W中處理次數增加，則去除速度降低，據認為這是因為觸媒金屬被處理液蝕刻。如圖13所示，在酸性（pH=1）處理液中的Ru層的CARE中，利用Ti、Mo、W觸媒可得到較快的去除速度，但從觸媒之化學穩定性的觀點來看，認為特佳為W、Ti。又，如圖14所示，在鹼性（pH=12）處理液中的Ru層的CARE中，利用Ti、Cr、Mo、W、Pt可得到較快的去除速度，但從觸媒之化學穩定性的觀點來看，認為特佳為Cr。
圖15及圖16係顯示使用表面具備鈷（Co）層之基板並使用各種單質金屬觸媒進行觸媒基準蝕刻之結果的圖表。圖15所示之實施例中的處理液包含NaH2 PO4 、KOH及H2 O2 ，pH為6.5。圖16所示之實施例中的處理液包含KOH及H2 O2 ，pH為12。在圖15、圖16中，橫軸為處理次數（Trial Number），縱軸為去除速度（Å/min）。由圖15及圖16可知，確認在中性處理液中可得到更快的Co層的去除速度。由圖15可知，在中性處理液中， Cr、Ti、Mo、W的任一種觸媒皆可進行CARE處理。又，Co層中未與觸媒接觸的區域中發生腐蝕。由電位與pH值座標圖（Pourbaix diagram）認為，圖15所示之實施例中的處理液的條件位於會將Co腐蝕的範圍。在鹼性（pH=12）處理液的條件中，利用Ni觸媒可得到超過100Å/min的去除速度。但是，去除速度隨著處理次數的增加而降低。又，Co層在酸性處理液中明顯地進行自由蝕刻（free etching），故可藉由使用中性處理液來抑制Co層的自由蝕刻。
圖17至圖19係顯示使用表面具備TiN層之基板並使用各種單質金屬觸媒進行觸媒基準蝕刻之結果的圖表。圖17所示之實施例中的處理液包含HCL及H2 O2 ，pH為1。圖18所示之實施例中的處理液包含NaH2 PO4 、KOH及H2 O2 ，pH為6.5。圖19所示之實施例中的處理液包含KOH及H2 O2 ，pH為12。由圖17至圖19可知，在酸性（pH=1）及鹼性（pH=12）處理液的條件下，各種觸媒中可得到較快的去除速度。由圖17可知，在酸性處理液的條件下，Cr、Ti、Mo、W中可得到較快的去除速度。由圖19可知，在鹼性處理液的條件下，去除速度因觸媒而大幅差異。又，在鹼性處理液的條件下，可利用Ti、Mo、W、Ni、Pt的觸媒進行CARE，但Mo、W發生觸媒的溶解，因此認為觸媒較佳為Ti、Ni。據認為在去除TiN層的CARE中，氫氧離子［OH－ ］及/或氫離子［H+ ］的量（濃度）會影響反應路徑或反應速度。
圖20、圖21係顯示使用表面具備TEOS層之基板並使用各種單質金屬觸媒進行觸媒基準蝕刻之結果的圖表。圖20所示之實施例中的處理液包含HCL及H2 O2 ，pH為1。圖21所示之實施例中的處理液包含KOH及H2 O2 ，pH為12。由圖21可知，使用Ni及Mo的觸媒並使用鹼性處理液時，可得到較快的去除速度。此外，雖然圖表中未顯示，但不使用H2 O2 而僅使用KOH處理液的情況下，去除速度約為800Å/min，相較於處理液中包含H2 O2 的圖21之條件的情況，去除速度較快。因此，H2 O2 具有阻礙CARE反應的可能性。又，由圖21可知，去除速度隨著處理次數而降低。該傾向與將SiO2 進行CARE處理時為相同傾向。
圖22係表示在Ru、TiN、TEOS的各層中，變更處理液中的成分濃度後進行觸媒基準蝕刻之結果的圖表。在圖22所示之實施例中，觸媒係使用Ni。又，使用包含KOH及H2 O2 的處理液，使用KOH：H2 O2 =0.1M：0.1M、0.1M：0.05M、0.1M：0.01M成分濃度不同的三種處理液。又，圖22所示之去除速度係如上述將1分鐘的CARE處理進行5次的平均值。由圖22可知，若H2 O2 的濃度變小則去除速度變快。在KOH：H2 O2 =0.1M：0.01M的條件時，在Ru、TiN、TEOS的任一種層體的去除中，皆可得到超過100Å/min的去除速度。但是，由於具有TEOS層的去除速度明顯變快的特徵，因此認為Ni觸媒中不符合均勻地去除Ru、TiN、TEOS全部層體之目的。
圖23係將對於Ru、TiN、TEOS的各層在各觸媒中進行CARE處理時的去除速度進行比較的圖表。在圖23所示之圖表中，去除速度係將1分鐘的CARE處理進行5次的平均值。又，在圖23所示之實施例中，在處理液為鹼性（pH=12）的條件下進行CARE處理。如圖23所示，Ni觸媒及Mo觸媒的情況下，可得到對於Ru、TiN、TEOS整體上及平均較快的去除速度。
圖24係將對於Co、TiN、TEOS的各層在各觸媒中進行CARE處理時的去除速度進行比較的圖表。在圖24所示之圖表中，去除速度係將1分鐘的CARE處理進行5次的平均值。又，在圖24所示之實施例中，在處理液為鹼性（pH=12）的條件下進行CARE處理。如圖24所示，Ni觸媒的情況下，可得到對於Co、TiN、TEOS整體上及平均較快的去除速度。
以上雖說明本發明的幾個實施形態，但上述發明的實施形態係為了容易理解本發明，而非限定本發明。本發明只要不脫離其主旨，亦可進行變更、改良，而且本發明中當然包含其均等物。又，在可解決上述課題之至少一部分的範圍內，或發揮至少一部分效果的範圍內，可任意組合或省略申請專利範圍及說明書所記載的各構成要件。
［形態1］本案中，作為一實施形態，揭示一種基板處理裝置，其包含：載台，用以保持基板並使其被處理面朝上；觸媒保持頭，用以保持觸媒，該觸媒用以處理前述基板的被處理面；按壓機構，用以將前述觸媒保持頭按壓於前述基板的被處理面；擺動機構，用以使前述觸媒保持頭在前述基板的徑向上擺動；及按壓力控制部，用以因應前述觸媒藉由前述觸媒保持頭的擺動而超出前述基板的外側時前述觸媒保持頭的位置或前述基板與前述觸媒的接觸面積，來調整前述按壓機構按壓於前述觸媒保持頭的按壓力。
［形態2］再者，本案中，作為一實施形態，揭示一種基板處理裝置，其中，前述按壓力控制部係以使施加至前述基板與前述觸媒之接觸區域的壓力為固定的方式，調整前述按壓機構按壓於前述觸媒保持頭的按壓力。
［形態3］再者，本案中，作為一實施形態，揭示一種基板處理裝置，其中，前述按壓力控制部在前述觸媒超出前述基板之外側的狀態下，隨著前述觸媒保持頭的位置遠離前述基板的中心位置而使前述按壓機構按壓於前述觸媒保持頭的按壓力減少，且隨著前述觸媒保持頭的位置接近前述基板的中心位置而使前述按壓機構按壓於前述觸媒保持頭的按壓力增加。
［形態4］再者，本案中，作為一實施形態，揭示一種基板處理裝置，其中，前述按壓力控制部隨著前述基板與前述觸媒的接觸面積減少而使前述按壓機構按壓於前述觸媒保持頭的按壓力減少，且隨著前述基板與前述觸媒的接觸面積增加而使前述按壓機構按壓於前述觸媒保持頭的按壓力增加。
［形態5］再者，本案中，作為一實施形態，揭示一種基板處理裝置，其中，前述按壓機構包含升降機構，用以使前述觸媒保持頭升降；前述按壓力控制部藉由以前述升降機構控制前述觸媒保持頭的升降，來調整前述按壓力。
［形態6］再者，本案中，作為一實施形態，揭示一種基板處理裝置，其中，前述觸媒保持頭包含：彈性構件，保持前述觸媒；及基材，保持前述彈性構件；前述按壓機構包含流體源，用以將流體供給至前述基材與前述彈性構件之間所形成的空間；前述按壓力控制部藉由控制從前述流體源供給至前述空間之流體的流量來調整前述按壓力。
［形態7］再者，本案中，作為一實施形態，揭示一種基板處理裝置，其中，前述擺動機構包含：擺動臂，保持前述觸媒保持頭；及旋轉軸，可旋轉地保持前述擺動臂；前述按壓力控制部根據前述擺動臂的旋轉角度來計算前述觸媒保持頭的位置。
［形態8］再者，本案中，作為一實施形態，揭示一種基板處理裝置，其中，前述按壓力控制部根據前述觸媒保持頭的位置與前述觸媒的徑長來計算前述基板與前述觸媒的接觸面積。
［形態9］再者，本案中，作為一實施形態，揭示一種基板處理方法，其包含：設置步驟，使基板的被處理面朝上地設置於載台；按壓步驟，將用以保持觸媒的觸媒保持頭按壓於前述基板的被處理面，該觸媒用以處理前述基板的被處理面；擺動步驟，使前述觸媒保持頭在前述基板的半徑方向上擺動；及調整步驟，因應前述觸媒藉由前述擺動步驟而超出前述基板的外側時前述觸媒保持頭的位置或前述基板與前述觸媒的接觸面積，來調整前述按壓機構按壓於前述觸媒保持頭的按壓力。
［形態10］再者，本案中，作為一實施形態，揭示一種基板處理系統，其包含：運送機構，用以運送基板；上述任一項之基板處理裝置，用以處理基板；清洗模組，用以將藉由前述基板處理裝置處理後的基板進行清洗；及乾燥模組，用以將藉由前述清洗模組清洗後的基板進行乾燥。
由上述實施形態至少可掌握以下技術思想。 ［形態11］根據形態11，可提供一種基板處理裝置，在該基板處理裝置中，作為處理對象的基板，於其至少一部分區域中，從下方開始依序形成有絕緣膜層、位障金屬層及配線金屬層，該絕緣膜層中形成有溝槽；前述基板處理裝置具有：平台，用以保持基板；及保持頭，保持觸媒；前述觸媒包含卑金屬。
［形態12］根據形態12，在形態11之基板處理裝置中，前述觸媒係具有選自由鈦（Ti）、鉻（Cr）、鉬（Mo）、鎢（W）、鎳（Ni）、釩（V）、鐵（Fe）、鈷（Co）、銅（Cu）、鉿（Hf）及鉭（Ta）所構成之群組中之1者的單金屬或以其為主成分的合金。
［形態13］根據形態13，在形態12之基板處理裝置中，前述觸媒係以選自由鈦（Ti）、鉻（Cr）、鉬（Mo）、鎢（W）、鎳（Ni）、釩（V）、鐵（Fe）、鈷（Co）、銅（Cu）、鉿（Hf）及鉭（Ta）所構成之群組中之1者為主成分的合金，再者，前述合金包含選自由釕（Ru）、銠（Rh）、鈀（Pd）、銀（Ag）、銥（Ir）、鉑（Pt）及金（Au）所構成之群組中之至少1者。
［形態14］根據形態14，在形態11至形態13中任一形態之基板處理裝置中，前述保持頭構成保持多種不同種類的觸媒的態樣。
［形態15］根據形態15，在形態11至形態14中任一形態之基板處理裝置中具有噴嘴，其用以將處理液供給至保持於前述平台之基板上。
［形態16］根據形態16，在形態15之基板處理裝置中，前述處理液包含：液體，含有具有氧化性之化合物；及電解質。
［形態17］根據形態17，在形態16之基板處理裝置中，前述電解質包含鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸、檸檬酸、草酸、甲酸、乙酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鈣、氨、氯化鉀、氯化鈉及硫酸鈉的至少1者。
［形態18］根據形態18，在形態11至形態17中任一形態之基板處理裝置中，前述位障金屬層及配線金屬層包含釕（Ru）、鈷（Co）、銅（Cu）、鉬（Mo）、鉭（Ta）及氮化鈦（TiN）的至少1者。
［形態19］根據形態19，在形態11至形態18中任一形態之基板處理裝置中，前述觸媒係藉由濺射法、化學氣相沉積法（CVD）、蒸鍍法及鍍覆法的任一種方法保持於保持頭。
10:基板處理裝置 20:載台 21:壁構件 30:觸媒保持頭 30~40:處理液供給通路 30~42:供給口 30~49:觸媒電極 30~50:相對電極 31:觸媒 32:彈性構件 33:壓力室 34:基材 35:流體源 40:處理液供給構件 50:擺動臂 50~1:軸 50~2:蓋體 50~4:滾珠導件 50~6:滑環 50~8:旋轉接頭 50~10:旋轉馬達 50~12:升降氣缸 50~14:測力計 50~15:PID控制器 50~16a:第一管路 50~16b:第二管路 50~18a:電動氣動調整器 50~18b:精密調整器 50~20a,50~20b:電磁閥 50~22a,50~22b:壓力計 51:旋轉軸 52:按壓機構 53:升降機構 55:擺動機構 60:調整構件 61:擦洗構件 62:清洗液供給構件 90:控制部 91:按壓力控制部 100:CARE模組 101:設置步驟 102:供給步驟 103:按壓步驟 104:相對運動步驟 105:擺動步驟 106:移動距離計算步驟 107:接觸面積計算步驟 108,110:判定步驟 109:調整步驟 200:清洗模組 200~1:第一清洗模組 200~2:第二清洗模組 200~3:第三清洗模組 300:成膜腔室 400:機械手臂 500:裝載埠 600:乾燥模組 1000:基板處理系統 2~10:基板處理裝置 2~20:平台 2~21:壁 2~22:電極 2~25:電源 2~30:保持頭 2~31:觸媒 2~32:基底構件 2~40:噴嘴 2~50:臂部 2~51:旋轉中心 2~60:調整槽 2~61:擦洗部 2~62:清洗液供給部 2~90:控制裝置 AL1:軸線 AL2:軸線 PL:處理液 W:晶圓 WF:基板
圖1係概略顯示作為本發明之一實施形態的基板處理裝置之概略構成的俯視圖。 圖2係圖1所示之基板處理裝置的側視圖。 圖3係概略顯示觸媒保持頭之詳細構成的剖面圖。 圖4係概略顯示作為一實施形態的安裝於擺動臂之狀態的觸媒保持頭30的側面剖面圖。 圖5係概略顯示作為一實施形態的用以控制使用擺動臂將觸媒保持頭30按壓於晶圓W之被處理面的力之構成的圖。 圖6係顯示作為一實施形態的將觸媒保持頭與晶圓W的接觸壓力進行PID控制之流程的流程圖。 圖7係示意性地顯示使觸媒保持頭從晶圓外懸之狀態的圖。 圖8係顯示晶圓與觸媒之接觸面積的比例及施加至觸媒保持頭之按壓力的比例相對於觸媒保持頭之位置的圖表。 圖9係顯示以基板處理裝置進行之基板處理方法的流程圖。 圖10係顯示作為一實施形態的基板處理系統之概略構成的俯視圖。 圖11係一實施形態中基板處理裝置的概略俯視圖。 圖12係圖11所示之基板處理裝置的側視圖。 圖13係顯示使用表面具備釕（Ru）層之基板並使用各種單質金屬觸媒進行觸媒基準蝕刻之結果的圖表。 圖14係顯示使用表面具備釕（Ru）層之基板並使用各種單質金屬觸媒進行觸媒基準蝕刻之結果的圖表。 圖15係顯示使用表面具備鈷（Co）層之基板並使用各種單質金屬觸媒進行觸媒基準蝕刻之結果的圖表。 圖16係顯示使用表面具備鈷（Co）層之基板並使用各種單質金屬觸媒進行觸媒基準蝕刻之結果的圖表。 圖17係顯示使用表面具備TiN層之基板並使用各種單質金屬觸媒進行觸媒基準蝕刻之結果的圖表。 圖18係顯示使用表面具備TiN層之基板並使用各種單質金屬觸媒進行觸媒基準蝕刻之結果的圖表。 圖19係顯示使用表面具備TiN層之基板並使用各種單質金屬觸媒進行觸媒基準蝕刻之結果的圖表。 圖20係顯示使用表面具備TEOS層之基板並使用各種單質金屬觸媒進行觸媒基準蝕刻之結果的圖表。 圖21係顯示使用表面具備TEOS層之基板並使用各種單質金屬觸媒進行觸媒基準蝕刻之結果的圖表。 圖22係表示在Ru、TiN、TEOS的各層中，變更處理液中的成分濃度後進行觸媒基準蝕刻之結果的圖表。 圖23係將對於Ru、TiN、TEOS的各層在各觸媒中進行CARE處理時的去除速度進行比較的圖表。 圖24係將對於Co、TiN、TEOS的各層在各觸媒中進行CARE處理時的去除速度進行比較的圖表。 圖25係概略顯示一實施形態中的基板處理系統的方塊圖。
10:基板處理裝置
21:壁構件
30:觸媒保持頭
40:處理液供給構件
50:擺動臂
51:旋轉軸
52:按壓機構
60:調整構件
90:控制部
91:按壓力控制部
PL:處理液
W:晶圓

Claims (19)

  1. 一種基板處理裝置，其包含： 載台，用以保持基板並使其被處理面朝上； 觸媒保持頭，用以保持觸媒，該觸媒用以處理前述基板的被處理面； 按壓機構，用以將前述觸媒保持頭按壓於前述基板的被處理面； 擺動機構，用以使前述觸媒保持頭在前述基板的徑向上擺動；及 按壓力控制部，用以因應前述觸媒藉由前述觸媒保持頭的擺動而超出前述基板的外側時前述觸媒保持頭的位置或前述基板與前述觸媒的接觸面積，來調整前述按壓機構按壓於前述觸媒保持頭的按壓力。
  2. 如請求項1之基板處理裝置，其中，前述按壓力控制部係以使施加至前述基板與前述觸媒之接觸區域的壓力為固定的方式，調整前述按壓機構按壓於前述觸媒保持頭的按壓力。
  3. 如請求項1之基板處理裝置，其中，前述按壓力控制部在前述觸媒超出前述基板之外側的狀態下，隨著前述觸媒保持頭的位置遠離前述基板的中心位置而使前述按壓機構按壓於前述觸媒保持頭的按壓力減少，且隨著前述觸媒保持頭的位置接近前述基板的中心位置而使前述按壓機構按壓於前述觸媒保持頭的按壓力增加。
  4. 如請求項1之基板處理裝置，其中，前述按壓力控制部隨著前述基板與前述觸媒的接觸面積減少而使前述按壓機構按壓於前述觸媒保持頭的按壓力減少，且隨著前述基板與前述觸媒的接觸面積增加而使前述按壓機構按壓於前述觸媒保持頭的按壓力增加。
  5. 如請求項1之基板處理裝置，其中，前述按壓機構包含升降機構，用以使前述觸媒保持頭升降；前述按壓力控制部藉由以前述升降機構控制前述觸媒保持頭的升降，來調整前述按壓力。
  6. 如請求項1之基板處理裝置，其中， 前述觸媒保持頭包含：彈性構件，保持前述觸媒；及基材，保持前述彈性構件； 前述按壓機構包含流體源，用以將流體供給至前述基材與前述彈性構件之間所形成的空間； 前述按壓力控制部藉由控制從前述流體源供給至前述空間之流體的流量來調整前述按壓力。
  7. 如請求項1之基板處理裝置，其中， 前述擺動機構包含：擺動臂，保持前述觸媒保持頭；及旋轉軸，可旋轉地保持前述擺動臂； 前述按壓力控制部根據前述擺動臂的旋轉角度來計算前述觸媒保持頭的位置。
  8. 如請求項7之基板處理裝置，其中，前述按壓力控制部根據前述觸媒保持頭的位置與前述觸媒的徑長來計算前述基板與前述觸媒的接觸面積。
  9. 一種基板處理方法，其包含： 設置步驟，使基板的被處理面朝上地設置於載台； 按壓步驟，將用以保持觸媒的觸媒保持頭按壓於前述基板的被處理面，該觸媒用以處理前述基板的被處理面； 擺動步驟，使前述觸媒保持頭在前述基板的半徑方向上擺動；及 調整步驟，因應前述觸媒藉由前述擺動步驟而超出前述基板的外側時前述觸媒保持頭的位置或前述基板與前述觸媒的接觸面積，來調整前述按壓機構按壓於前述觸媒保持頭的按壓力。
  10. 一種基板處理系統，其包含： 運送機構，用以運送基板； 如請求項1之基板處理裝置，用以處理基板； 清洗模組，用以將藉由前述基板處理裝置處理後的基板進行清洗；及 乾燥模組，用以將藉由前述清洗模組清洗後的基板進行乾燥。
  11. 一種基板處理裝置，作為處理對象的基板，於其至少一部分區域中，從下方開始依序形成有絕緣膜層、位障金屬層及配線金屬層，該絕緣膜層中形成有溝槽； 前述基板處理裝置具有：平台，用以保持基板；及保持頭，保持觸媒； 前述觸媒包含卑金屬。
  12. 如請求項11之基板處理裝置，其中，前述觸媒係具有選自由鈦（Ti）、鉻（Cr）、鉬（Mo）、鎢（W）、鎳（Ni）、釩（V）、鐵（Fe）、鈷（Co）、銅（Cu）、鉿（Hf）及鉭（Ta）所構成之群組中之1者的單金屬或以其為主成分的合金。
  13. 如請求項12之基板處理裝置，其中，前述觸媒係以選自由鈦（Ti）、鉻（Cr）、鉬（Mo）、鎢（W）、鎳（Ni）、釩（V）、鐵（Fe）、鈷（Co）、銅（Cu）、鉿（Hf）及鉭（Ta）所構成之群組中之1者為主成分的合金，再者，前述合金包含選自由釕（Ru）、銠（Rh）、鈀（Pd）、銀（Ag）、銥（Ir）、鉑（Pt）及金（Au）所構成之群組中之至少1者。
  14. 如請求項11之基板處理裝置，其中，前述保持頭構成保持多種不同種類的觸媒的態樣。
  15. 如請求項11之基板處理裝置，其具有噴嘴，用以將處理液供給至保持於前述平台之基板上。
  16. 如請求項15之基板處理裝置，其中，前述處理液包含：液體，含有具有氧化性之化合物；及電解質。
  17. 如請求項16之基板處理裝置，其中，前述電解質包含鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸、檸檬酸、草酸、甲酸、乙酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鈣、氨、氯化鉀、氯化鈉及硫酸鈉的至少1者。
  18. 如請求項11之基板處理裝置，其中，前述位障金屬層及配線金屬層包含釕（Ru）、鈷（Co）、銅（Cu）、鉬（Mo）、鉭（Ta）及氮化鈦（TiN）的至少1者。
  19. 如請求項11之基板處理裝置，其中，前述觸媒係藉由濺射法、化學氣相沉積法（CVD）、蒸鍍法及鍍覆法的任一種方法保持於保持頭。
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