特許 7624833 配線形成方法および基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-23

(45)【発行日】2025-01-31

(54)【発明の名称】配線形成方法および基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/306 20060101AFI20250124BHJP

   H01L 21/302 20060101ALI20250124BHJP

【ＦＩ】

H01L21/306 F

H01L21/302 201A

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020219085

(22)【出願日】2020-12-28

(65)【公開番号】P2022104085

(43)【公開日】2022-07-08

【審査請求日】2023-06-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】鰍場 真樹

(72)【発明者】

【氏名】岩▲崎▼ 晃久

【審査官】宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０４３９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０４７７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１５５６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１０６５３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

配線を形成する方法であって、
金属配線部が形成された基板をチャンバ内に搬入する搬入工程と、
前記基板に対して酸化性ガスを供給して、前記金属配線部の一部をエッチングするエッチング工程と、
前記基板に対して還元性ガスを供給して、前記エッチング工程によって形成された前記金属配線部の酸化膜を還元する還元工程と
を備え、
前記金属配線部は、
前記基板の絶縁膜のトレンチ内に位置する配線本体と、
前記配線本体と前記絶縁膜との間に設けられたバリア膜と
を含み、
前記エッチング工程において、前記バリア膜の一部を、前記金属配線部の前記一部としてエッチングし、
前記還元工程において、前記エッチング工程によって前記配線本体に形成された前記酸化膜を還元する、配線形成方法。

【請求項2】

請求項１に記載の配線形成方法であって、
前記エッチング工程において、前記バリア膜のうち前記配線本体の表面から突出した突起部分を、前記金属配線部の前記一部としてエッチングし、
前記還元工程において、前記エッチング工程によって前記配線本体の前記表面に形成された前記酸化膜を還元する、配線形成方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の配線形成方法であって、
前記バリア膜はルテニウムを含む、配線形成方法。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の配線形成方法であって、
前記配線本体は、銅、モリブデン、コバルト、タングステン、白金およびインジウムの少なくともいずれか一つを含む、配線形成方法。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の配線形成方法であって、
前記エッチング工程は、
前記酸化性ガスと前記金属配線部との反応によって生成された生成ガスをガスセンサによって検出する検出工程と、
前記ガスセンサの検出値に基づいて、前記エッチング工程を停止させるか否かを判断する判断工程と
を含む、配線形成方法。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の配線形成方法であって、
前記エッチング工程と前記還元工程との間で実行され、不活性ガスを前記チャンバ内に供給して前記酸化性ガスを前記チャンバから排出させる酸化性ガス排気工程をさらに備える、配線形成方法。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の配線形成方法であって、
前記エッチング工程において、
前記酸化性ガスを供給する第１工程と、
不活性ガスを供給する第２工程と
を交互に繰り返す、配線形成方法。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の配線形成方法であって、
前記エッチング工程において、前記基板の温度が５０度以上かつ２００度以下となるように前記基板を加熱する、配線形成方法。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の配線形成方法であって、
前記還元工程において、前記基板の温度が１００度以上かつ３００度以下となるように前記基板を加熱する、配線形成方法。

【請求項10】

請求項１から請求項９のいずれか一つに記載の配線形成方法であって、
前記還元工程の後に前記基板を冷却する冷却工程と、
前記冷却工程の後に前記基板を前記チャンバから搬出する搬出工程と
をさらに備える、配線形成方法。

【請求項11】

基板処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、金属配線部が形成された基板を保持する基板保持部と、
前記チャンバ内の前記基板に対して酸化性ガスを供給して、前記金属配線部の一部をエッチングする酸化性ガス供給部と、
前記基板に対して還元性ガスを供給して、前記酸化性ガスによって形成された前記金属配線部の酸化膜を還元する還元性ガス供給部と
を備え、
前記金属配線部は、
前記基板の絶縁膜のトレンチ内に位置する配線本体と、
前記配線本体と前記絶縁膜との間に設けられたバリア膜と
を含み、
前記酸化性ガス供給部は、前記バリア膜のうち前記配線本体の表面から突出した突起部分を、前記金属配線部の前記一部としてエッチングし、
前記還元性ガス供給部は、前記酸化性ガス供給部によって前記配線本体の前記表面に形成された前記酸化膜を還元する、基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、配線形成方法および基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの配線の微細化に伴って、配線とビアとの間のずれに起因した配線間の短絡が生じやすくなっている。つまり、ある第１配線の上に形成されたビアが水平方向にずれて、当該ビアの一部が、第１配線と第２配線との間の絶縁膜の上にも形成されると、第２配線と当該ビアとの間の距離が短くなり、当該ビアを介して第１配線と第２配線との間が短絡し得る。

【0003】

これを解決するための手法として、セルフアラインビアが提案されている（例えば特許文献１）。特許文献１では、絶縁膜に形成されたトレンチの各々の内部に配線となる金属膜（例えば銅配線）を形成し、その金属膜の上面をエッチングすることにより、各金属膜の上面を絶縁膜の上面よりも後退させる。これにより、金属膜の上面と絶縁膜の上面との間の距離を長くすることができる。

【0004】

これによれば、ビアが第１金属膜に対して水平方向にずれることにより、ビアの一部が第１金属膜と第２金属膜との間の絶縁膜の上面に形成されたとしても、第２金属膜の上面が絶縁膜の上面よりも後退しているので、当該ビアと第２金属膜との間の距離を確保することができる。よって、ビアを介した第１金属膜と第２金属膜との間の短絡を抑制できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１９－６１９７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

基板に形成される配線（以下、金属配線部と呼ぶ）は単一の金属膜で形成されたり、あるいは、複数の金属膜で形成される。このような金属配線部は、その製造工程において適宜にエッチングされて、その形状が整えられる。例えば特許文献１では、金属膜の上面がエッチングされる。

【0007】

このようなエッチングにおいて、金属配線部を酸化させてエッチングする場合がある。この場合、金属配線部には部分的に酸化膜が形成され得る。このような酸化膜は、金属配線部の抵抗値を増加させるので、好ましくない。

【0008】

そこで、本願は、酸化により金属配線部の一部をエッチングしつつ、酸化によって形成された酸化膜による金属配線部の抵抗値の増加を抑制することができる技術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】

【0009】

配線形成方法の第１の態様は、配線を形成する方法であって、金属配線部が形成された基板をチャンバ内に搬入する搬入工程と、前記基板に対して酸化性ガスを供給して、前記金属配線部の一部をエッチングするエッチング工程と、前記基板に対して還元性ガスを供給して、前記エッチング工程によって形成された前記金属配線部の酸化膜を還元する還元工程とを備え、前記金属配線部は、前記基板の絶縁膜のトレンチ内に位置する配線本体と、前記配線本体と前記絶縁膜との間に設けられたバリア膜とを含み、前記エッチング工程において、前記バリア膜の一部を、前記金属配線部の前記一部としてエッチングし、前記還元工程において、前記エッチング工程によって前記配線本体に形成された前記酸化膜を還元する。

【0011】

配線形成方法の第２の態様は、第１の態様にかかる配線形成方法であって、前記エッチング工程において、前記バリア膜のうち前記配線本体の表面から突出した突起部分を、前記金属配線部の前記一部としてエッチングし、前記還元工程において、前記エッチング工程によって前記配線本体の前記表面に形成された前記酸化膜を還元する。

【0012】

配線形成方法の第３の態様は、第１または第２の態様にかかる配線形成方法であって、前記バリア膜はルテニウムを含む。

【0013】

配線形成方法の第４の態様は、第１から第３のいずれか一つの態様にかかる配線形成方法であって、前記配線本体は、銅、モリブデン、コバルト、タングステン、白金およびインジウムの少なくともいずれか一つを含む。

【0015】

配線形成方法の第５の態様は、第１から第４のいずれか第１つの態様にかかる配線形成方法であって、前記エッチング工程は、前記酸化性ガスと前記金属配線部との反応によって生成された生成ガスをガスセンサによって検出する検出工程と、前記ガスセンサの検出値に基づいて、前記エッチング工程を停止させるか否かを判断する判断工程とを含む。

【0016】

配線形成方法の第６の態様は、第１から第５のいずれか第１つの態様にかかる配線形成方法であって、前記エッチング工程と前記還元工程との間で実行され、不活性ガスを前記チャンバ内に供給して前記酸化性ガスを前記チャンバから排出させる酸化性ガス排気工程をさらに備える。

【0017】

配線形成方法の第７の態様は、第１から第６のいずれか一つの態様にかかる配線形成方法であって、前記エッチング工程において、前記酸化性ガスを供給する第１工程と、不活性ガスを供給する第２工程とを交互に繰り返す。

【0018】

配線形成方法の第８の態様は、第１から第７のいずれか一つの態様にかかる配線形成方法であって、前記エッチング工程において、前記基板の温度が５０度以上かつ２００度以下となるように前記基板を加熱する。

【0019】

配線形成方法の第９の態様は、第１から第８のいずれか一つの態様にかかる配線形成方法であって、前記還元工程において、前記基板の温度が１００度以上かつ３００度以下となるように前記基板を加熱する。

【0020】

配線形成方法の第１０の態様は、第１から第９のいずれか一つの態様にかかる配線形成方法であって、前記還元工程の後に前記基板を冷却する冷却工程と、前記冷却工程の後に前記基板を前記チャンバから搬出する搬出工程とをさらに備える。

【0021】

基板処理装置の態様は、基板処理装置であって、チャンバと、前記チャンバ内に設けられ、金属配線部が形成された基板を保持する基板保持部と、前記チャンバ内の前記基板に対して酸化性ガスを供給して、前記金属配線部の一部をエッチングする酸化性ガス供給部と、前記基板に対して還元性ガスを供給して、前記酸化性ガスによって形成された前記金属配線部の酸化膜を還元する還元性ガス供給部とを備え、前記金属配線部は、前記基板の絶縁膜のトレンチ内に位置する配線本体と、前記配線本体と前記絶縁膜との間に設けられたバリア膜とを含み、前記酸化性ガス供給部は、前記バリア膜のうち前記配線本体の表面から突出した突起部分を、前記金属配線部の前記一部としてエッチングし、前記還元性ガス供給部は、前記酸化性ガス供給部によって前記配線本体の前記表面に形成された前記酸化膜を還元する。

【発明の効果】

【0022】

配線形成方法の第１から第１０の態様および基板処理装置の態様によれば、エッチング工程で生じた金属配線部の酸化膜を還元するので、当該酸化膜を再び金属配線部として機能させることができる。よって、金属配線部の抵抗値を低減させることができる。

【0023】

配線形成方法の第２の態様によれば、エッチング工程において、バリア膜の突起部分をエッチングにより除去する。よって、絶縁膜の上にビア部が形成された場合に、ビア部と金属配線部とをより低抵抗で形成することができる。

【0024】

配線形成方法の第３の態様によれば、酸化により４酸化ルテニウムガスが生成されるので、バリア膜のエッチングに資する。

【0026】

配線形成方法の第５の態様によれば、金属配線部に対するエッチング量をより高い精度で制御することができる。

【0027】

配線形成方法の第６の態様によれば、酸化性ガスの濃度を低下させてから還元性ガスを供給する。よって、還元性ガスと酸化性ガスとの反応を抑制でき、基板に作用する還元性ガスの量の低下を抑制または回避することができる。

【0028】

配線形成方法の第７の態様によれば、第２工程において不活性ガスを供給することにより、酸化性ガスの濃度の不均一が生じる。よって、濃度拡散により、基板と反応した後の酸化性ガスが基板から速やかに離れる。続く第１工程において、再び新鮮な酸化性ガスが基板に供給されるので、古い酸化性ガスを新しい酸化性ガスに置換しやすく、新しい酸化性ガスが基板に作用しやすい。これにより、エッチングをより速やかに行うことができる。

【0029】

配線形成方法の第８の態様によれば、より適切に金属配線部をエッチングできる。

【0030】

配線形成方法の第９の態様によれば、より適切に酸化物を還元できる。

【0031】

配線形成方法の第１０の態様によれば、チャンバの外部における基板の自然酸化を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】第１の実施の形態にかかる基板処理装置の構成の一例を概略的に示す図である。

【図2】基板の構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図3】制御部の内部構成の一例を示すブロック図である。

【図4】基板処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。

【図5】エッチング工程後の基板の構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図6】還元工程後の基板の構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図7】接続層が形成された基板の構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図8】比較例にかかる基板の構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図9】第２の実施の形態にかかる基板処理装置の構成の一例を概略的に示す図である。

【図10】生成ガスの時間変化の一例を模式的に示すグラフである。

【図11】エッチング工程の具体的な動作の一例を示すフローチャートである。

【図12】エッチング工程の一例を示すタイミングチャートである。

【図13】基板の構成の他の一例を概略的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、添付の図面を参照しながら、実施の形態について説明する。なお、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本開示の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法または数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。

【0034】

相対的または絶対的な位置関係を示す表現（例えば「一方向に」「一方向に沿って」「平行」「直交」「中心」「同心」「同軸」など）は、特に断らない限り、その位置関係を厳密に表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる範囲で相対的に角度または距離に関して変位された状態も表すものとする。等しい状態であることを示す表現（例えば「同一」「等しい」「均質」など）は、特に断らない限り、定量的に厳密に等しい状態を表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる差が存在する状態も表すものとする。形状を示す表現（例えば、「四角形状」または「円筒形状」など）は、特に断らない限り、幾何学的に厳密にその形状を表すのみならず、同程度の効果が得られる範囲で、例えば凹凸または面取りなどを有する形状も表すものとする。一の構成要素を「備える」「具える」「具備する」「含む」または「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的表現ではない。「Ａ，ＢおよびＣの少なくともいずれか一つ」という表現は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、Ａ，ＢおよびＣのうち任意の２つ、ならびに、Ａ，ＢおよびＣの全てを含む。

【0035】

＜第１の実施の形態＞
＜基板処理装置の概要＞
図１は、第１の実施の形態にかかる基板処理装置１００の構成の一例を概略的に示す図である。この基板処理装置１００は、基板Ｗに配線を形成する際に用いられる。

【0036】

図２は、基板処理装置１００に搬入される基板Ｗの構成の一例を概略的に示す断面図である。図２の基板Ｗは、基板処理装置１００による処理前の基板Ｗである。基板Ｗには、第１配線層９０が形成される。第１配線層９０は絶縁膜９１と金属配線部９２とを含む。絶縁膜９１は層間絶縁膜とも呼ばれ、金属配線部９２と周囲との間の絶縁を確保する。絶縁膜９１は例えば低誘電体膜（いわゆるＬｏｗ－ｋ膜）であってもよい。低誘電体膜のより具体的な一例として、酸化シリコンに炭素を添加したＳｉＯＣ膜を採用することができる。

【0037】

図２の例では、絶縁膜９１の上面にはトレンチ９１ａが形成されている。トレンチ９１ａは、絶縁膜９１の上面に形成された溝である。図２の例では、複数のトレンチ９１ａが互いに間隔を空けて配列されている。トレンチ９１ａのピッチは例えば２０ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下程度である。

【0038】

各トレンチ９１ａには、金属配線部９２が埋設されている。図２の例では、金属配線部９２は配線本体９３とバリア膜９４とを含んでいる。配線本体９３は金属材料によって形成される。当該金属材料としては、酸化により酸化膜を形成する材料が採用される。より具体的には、当該金属材料として、例えば銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）およびインジウム（Ｉｒ）の少なくともいずれか一つを採用することができる。

【0039】

配線本体９３はトレンチ９１ａ内に位置する。バリア膜９４は配線本体９３と絶縁膜９１との間に設けられ、絶縁膜９１への配線本体９３の拡散を抑制する。バリア膜９４はトレンチ９１ａ内において絶縁膜９１の表面に密着しつつ、配線本体９３にも密着する。バリア膜９４の材料は配線本体９３の材料と異なっており、バリア膜９４の材料としては、絶縁膜９１への配線本体９３の拡散を抑制できる金属材料が採用される。また、バリア膜９４の金属材料としては、酸化によりエッチングされる材料が採用される。より具体的には、当該金属材料として、例えばルテニウム（Ｒｕ）を採用することができる。バリア膜９４はバリアメタルとも呼ばれ得る。

【0040】

バリア膜９４はトレンチ９１ａの側面および底面に沿って形成されている。よって、バリア膜９４はトレンチ９１ａの形状と同様の形状を有しており、凹形状を有している。配線本体９３はバリア膜９４の凹み部分に埋設される。

【0041】

バリア膜９４の厚みは例えば数ｎｍ（例えば２ｎｍ）程度以下である。バリア膜９４は非常に薄いので、金属配線部９２の主成分は配線本体９３となる。よって、配線本体９３の材料としては、バリア膜９４の比抵抗値よりも小さい比抵抗値を有する材料を採用するとよい。これにより、金属配線部９２の抵抗値を小さくすることができる。例えば銅の比抵抗値は非常に小さいので、配線本体９３の材料として比抵抗値の小さい銅を採用すれば、金属配線部９２の抵抗値を低減させることができる。配線本体９３はプラグとも呼ばれ得る。

【0042】

図２の例では、配線本体９３の上面は絶縁膜９１の上面よりも後退している。言い換えれば、絶縁膜９１のうちトレンチ９１ａの相互間の部分は配線本体９３よりも上方に突出している。

【0043】

一方で、バリア膜９４の上端は絶縁膜９１の上面とほぼ面一となっている。以下では、バリア膜９４のうち、配線本体９３の上面よりも上方に突出している部分を、突起部分９４１と呼ぶ。バリア膜９４の断面は略Ｕ字形状を有しているので、その両側の部分が突起部分９４１として配線本体９３よりも上方に突出する。

【0044】

ここでは、基板処理装置１００は、バリア膜９４の突起部分９４１をエッチングする。図１を参照して、基板処理装置１００はチャンバ１と基板保持部２とガス供給部３と制御部１０とを含んでいる。

【0045】

チャンバ１は箱形の中空形状を有している。チャンバ１の内部空間は、基板Ｗに対する処理を行う処理空間に相当する。

【0046】

図１に例示するように、基板処理装置１００には、吸引部７が設けられてもよい。吸引部７はチャンバ１内のガスを吸引して外部に排出することにより、チャンバ１内の圧力を低下させる。吸引部７は、チャンバ１内の圧力が処理に適した圧力範囲内となるように、チャンバ１内の圧力を調整する。

【0047】

基板保持部２はチャンバ１内に設けられており、基板Ｗを例えば水平姿勢で保持する。ここでいう水平姿勢とは、基板Ｗの厚み方向が鉛直方向に沿う姿勢である。基板保持部２によって保持された基板Ｗの上面には絶縁膜９１および金属配線部９２が形成されているので、絶縁膜９１および金属配線部９２はチャンバ１内において露出する。

【0048】

図１の例では、基板処理装置１００はヒータ２２をさらに含んでいる。ヒータ２２はチャンバ１内に設けられており、基板保持部２によって保持された基板Ｗを加熱する。ヒータ２２は基板Ｗの温度が処理に適した温度範囲内となるように、基板Ｗを加熱する。

【0049】

ガス供給部３はチャンバ１内に種々のガスを供給する。図１に示すように、ガス供給部３は酸化性ガス供給部４と還元性ガス供給部５とを含む。酸化性ガス供給部４はチャンバ１内の基板Ｗに酸化性ガスを供給する。酸化性ガスは、例えば酸素を含むガスであり、より具体的な一例としてオゾンガスである。酸化性ガスが基板Ｗの上面に作用することで、バリア膜９４の突起部分９４１がエッチングされる。言い換えれば、バリア膜９４は、酸化によってエッチングされる材料によって形成される。例えばバリア膜９４がルテニウムである場合、オゾン等の酸化性ガスとルテニウムとの反応により、４酸化ルテニウム（ＲｕＯ_４）ガスが生成されて、突起部分９４１がエッチングされる。

【0050】

一方で、酸化性ガスが基板Ｗの上面に作用することで、配線本体９３には酸化膜が形成される。言い換えれば、配線本体９３は、酸化によって酸化膜を形成する材料によって形成される。例えば配線本体９３が銅である場合、その上面には酸化銅の薄膜が形成される。これにより、配線本体９３の断面積が小さくなり、配線本体９３の抵抗値が大きくなる。

【0051】

そこで、還元性ガス供給部５はチャンバ１内の基板Ｗに還元性ガスを供給する。還元性ガスは例えば水素を含むガスであり、より具体的な一例として、水素ガスである。還元性ガス供給部５は水素ガスとともにキャリアガスを供給してもよい。キャリアガスは、例えば窒素等の不活性ガスである。水素ガスおよび不活性ガスの混合ガスとして、フォーミングガスを採用することができる。フォーミングガスにおいて、水素ガスの割合は例えば３％から４％程度である。還元性ガスが基板Ｗの上面に作用することで、配線本体９３に形成された酸化膜が還元されて、配線本体９３の一部に戻る。これにより、酸化膜による配線本体９３の断面積の低下を抑制または回避することができ、配線本体９３の抵抗値の増加を抑制または回避することができる。

【0052】

以上のように、基板処理装置１００によれば、酸化性ガスの供給により、バリア膜９４の突起部分９４１をエッチングすることができる。その一方で、この酸化性ガスの供給により、配線本体９３の表面に酸化膜が形成される。しかるに、その後の還元性ガスの供給により、配線本体９３の酸化膜を還元することができる。よって、当該酸化膜を配線本体９３の一部に復元することができる。つまり、当該酸化膜を再び配線本体９３として機能させることができる。したがって、金属配線部９２の抵抗値の増加を抑制または回避することができる。

【0053】

次に、基板処理装置１００の各構成の具体的な一例および基板処理装置１００の動作の具体的な一例について詳述する。

【0054】

＜基板保持部＞
図１の例では、基板保持部２は載置台２１を含んでいる。基板Ｗは水平姿勢で載置台２１の上に載置される。基板Ｗの上面（具体的には絶縁膜９１の上面および金属配線部９２の上面）は、基板Ｗが載置台２１によって載置された状態で、チャンバ１内で露出する。

【0055】

＜ヒータ＞
ヒータ２２は制御部１０によって制御され、チャンバ１内の基板Ｗを加熱する。図１の例では、ヒータ２２は、基板保持部２によって保持された基板Ｗよりも鉛直下方に設けられている。図１の例では、ヒータ２２は載置台２１に内蔵されている。ヒータ２２は例えば電熱線を含む電気抵抗式のヒータであってもよく、あるいは、加熱用の光を照射する光源を含む光学式のヒータであってもよい。

【0056】

＜吸引部＞
吸引部７はチャンバ１内のガスを吸引する。図１の例では、吸引部７は吸引管７１と吸引機構７２とを含んでいる。吸引管７１の上流端はチャンバ１に接続される。図１の例では、吸引管７１は分岐管７１１，７１２と合流管７１３とを含む。分岐管７１１の上流端および分岐管７１２の上流端は、基板保持部２によって保持された基板Ｗよりも鉛直下方において、チャンバ１に接続される。図１の例では、分岐管７１１の上流端および分岐管７１２の上流端は、基板保持部２に対して互いに反対側において、チャンバ１の底部に接続されている。

【0057】

分岐管７１１の下流端および分岐管７１２の下流端は合流管７１３の上流端に共通に接続されており、合流管７１３の下流端は吸引機構７２に接続される。吸引機構７２は例えばポンプである。吸引機構７２は制御部１０によって制御され、吸引管７１を通じてチャンバ１内のガスを吸引する。

【0058】

＜ガス供給部＞
ガス供給部３は供給管３１を含んでいる。供給管３１の下流端はチャンバ１に接続される。図１の例では、供給管３１の下流端はチャンバ１の天井部に接続されており、鉛直方向において、基板保持部２に保持された基板Ｗと対向する。供給管３１の下流端はチャンバ１内にガスを供給するための給気口として機能する。図１の例では、供給管３１の給気口からチャンバ１内に種々のガスが供給され、各ガスが基板Ｗの上面に向かって流れる。

【0059】

図１の例では、酸化性ガス供給部４は供給管３１を通じてチャンバ１内に酸化性ガスを供給する。例えば酸化性ガス供給部４は供給管４１とバルブ４２と流量調整部４３とを含んでいる。供給管４１の下流端は供給管３１に接続されており、供給管４１の上流端は酸化性ガス供給源４４に接続されている。酸化性ガス供給源４４は酸化性ガスを供給管４１の下流端に供給する。

【0060】

バルブ４２は供給管４１に介装される。バルブ４２は制御部１０によって制御され、バルブ４２が開くことにより、酸化性ガス供給源４４から供給管４１および供給管３１を通じて酸化性ガスがチャンバ１内に供給される。バルブ４２が閉じることにより、酸化性ガスの供給が停止する。

【0061】

流量調整部４３は供給管４１に介装される。流量調整部４３は制御部１０によって制御され、供給管４１を流れる酸化性ガスの流量を調整する。流量調整部４３は例えばマスフローコントローラである。

【0062】

図１の例では、還元性ガス供給部５は供給管３１を通じてチャンバ１内に還元性ガスを供給する。例えば還元性ガス供給部５は供給管５１とバルブ５２と流量調整部５３とを含んでいる。供給管５１の下流端は供給管３１に接続されており、供給管５１の上流端は還元性ガス供給源５４に接続されている。還元性ガス供給源５４は還元性ガスを供給管５１の下流端に供給する。

【0063】

バルブ５２は供給管５１に介装される。バルブ５２は制御部１０によって制御され、バルブ５２が開くことにより、還元性ガス供給源５４から供給管５１および供給管３１を通じて還元性ガスがチャンバ１内に供給される。バルブ５２が閉じることにより、還元性ガスの供給が停止する。

【0064】

流量調整部５３は供給管５１に介装される。流量調整部５３は制御部１０によって制御され、供給管５１を流れる還元性ガスの流量を調整する。流量調整部５３は例えばマスフローコントローラである。

【0065】

図１の例では、ガス供給部３は不活性ガス供給部６をさらに含んでいる。不活性ガス供給部６はチャンバ１内に不活性ガスを供給する。不活性ガスは、例えば、アルゴン等の希ガスおよび窒素ガスの少なくともいずれかを含む。

【0066】

図１の例では、不活性ガス供給部６は供給管３１を通じてチャンバ１内に不活性ガスを供給する。例えば不活性ガス供給部６は供給管６１とバルブ６２と流量調整部６３とを含んでいる。供給管６１の下流端は供給管３１に接続されており、供給管６１の上流端は不活性ガス供給源６４に接続されている。不活性ガス供給源６４は不活性ガスを供給管６１の下流端に供給する。

【0067】

バルブ６２は供給管６１に介装される。バルブ６２は制御部１０によって制御され、バルブ６２が開くことにより、不活性ガス供給源６４から供給管６１および供給管３１を通じて不活性ガスがチャンバ１内に供給される。バルブ６２が閉じることにより、不活性ガスの供給が停止する。

【0068】

流量調整部６３は供給管６１に介装される。流量調整部６３は制御部１０によって制御され、供給管６１を流れる不活性ガスの流量を調整する。流量調整部６３は例えばマスフローコントローラである。

【0069】

＜制御部＞
図３は、制御部１０の構成の一例を概略的に示すブロック図である。制御部１０は電子回路機器であって、例えばデータ処理装置１０１および記憶媒体１０２を有していてもよい。データ処理装置１０１は例えばＣＰＵ（Central Processor Unit）などの演算処理装置であってもよい。記憶媒体１０２は非一時的な記憶媒体１０２１（例えばＲＯＭ（Read Only Memory）またはハードディスク）および一時的な記憶媒体１０２２（例えばＲＡＭ（Random Access Memory））を有していてもよい。非一時的な記憶媒体１０２１には、例えば制御部１０が実行する処理を規定するプログラムが記憶されていてもよい。データ処理装置１０１がこのプログラムを実行することにより、制御部１０が、プログラムに規定された処理を実行することができる。もちろん、制御部１０が実行する処理の一部または全部が、論理回路などのハードウェア回路によって実行されてもよい。

【0070】

＜基板処理装置の動作＞
次に基板処理装置１００の動作の一例について説明する。図４は、基板処理装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。言い換えれば、図４は、配線形成方法の一例を示すフローチャートである。

【0071】

まず、不図示の搬送装置によって基板Ｗがチャンバ１内に搬送される（ステップＳ１：搬入工程）。これにより、基板保持部２の載置台２１に基板Ｗが載置される。この基板Ｗの上面には、絶縁膜９１および金属配線部９２が形成されている。

【0072】

次に、吸引部７がチャンバ１内のガスを吸引し、ヒータ２２が基板Ｗを加熱する（ステップＳ２：減圧加熱工程）。具体的には、制御部１０は吸引機構７２に吸引動作を行わせ、ヒータ２２に加熱動作を行わせる。

【0073】

吸引機構７２が吸引動作を行うことにより、チャンバ１内のガスが吸引管７１を通じて吸引機構７２に吸引され、チャンバ１内の圧力が低下する。吸引部７はチャンバ１内の圧力が処理に適した所定のプロセス圧力となるように圧力を調整する。所定のプロセス圧力は例えば４００Ｔｏｒｒ以上かつ７６０Ｔｏｒｒ以下である。なお、７６０Ｔｏｒｒは標準大気圧を示す。つまり、吸引部７は必ずしも設けられる必要はなく、チャンバ１内の減圧は必須工程ではない。

【0074】

チャンバ１内を減圧する場合には、基板処理装置１００には、チャンバ１内の圧力を測定する圧力センサが設けられてもよく、この場合、制御部１０は圧力センサの検出値に基づいて吸引機構７２を制御してもよい。吸引部７は処理が終了するまで、チャンバ１内の圧力を調整する。

【0075】

ヒータ２２が加熱動作を行うことにより、基板Ｗの温度が上昇する。ヒータ２２は、基板Ｗの温度が金属配線部９２のエッチングに適した第１所定温度となるように、基板Ｗの温度を調整する。第１所定温度は例えば５０℃以上かつ２００℃以下である。基板処理装置１００には、基板Ｗの温度を検出する温度センサが設けられてもよく、この場合、制御部１０は温度センサの検出値に基づいてヒータ２２を制御してもよい。ヒータ２２は処理が終了するまで、基板Ｗの温度を調整する。

【0076】

次に、酸化性ガス供給部４が酸化性ガスをチャンバ１内に供給する（ステップＳ３：エッチング工程）。具体的には、制御部１０がバルブ４２を開く。これにより、酸化性ガスが酸化性ガス供給源４４から供給管４１および供給管３１を通じてチャンバ１内に供給され、チャンバ１内を基板Ｗに向かって流れる。ここでは、酸化性ガスはオゾンガスである。

【0077】

酸化性ガスが基板Ｗの上面に作用することにより、バリア膜９４が酸化してエッチングされる。具体的には、バリア膜９４の突起部分９４１がエッチングされる。バリア膜９４がルテニウムによって形成される場合には、バリア膜９４の突起部分９４１がオゾンガスと反応して、４酸化ルテニウムガスを生成することで、突起部分９４１がエッチングされる。より具体的には、チャンバ１内のオゾンガスが、高温の基板Ｗ上で酸素原子と酸素分子とに分解し、酸素原子がルテニウムと反応して、一酸化ルテニウム（ＲｕＯ）を生成し、一酸化ルテニウムがオゾンと反応して４酸化ルテニウムガスを生成する。

【0078】

ステップＳ３においては、基板Ｗの温度はエッチングに適した温度（５０℃以上かつ２００℃以下）となるように、ヒータ２２が基板Ｗを加熱するので、金属配線部９２がより適切にエッチングされる。

【0079】

その一方で、酸化性ガスが基板Ｗの上面に作用することにより、配線本体９３の上面に酸化膜が形成される。配線本体９３が銅によって形成される場合には、配線本体９３の上面に酸化銅の薄膜が形成される。

【0080】

図５は、ステップＳ３の後の基板Ｗの構成の一例を概略的に示す断面図である。図５に例示するように、ステップＳ３により、バリア膜９４の突起部分９４１が酸化性ガスにより除去される一方で、配線本体９３の上面には酸化膜９３１が形成される。

【0081】

突起部分９４１が十分に除去されると、酸化性ガス供給部４は酸化性ガスの供給を停止する（ステップＳ４：エッチング停止工程）。つまり、バリア膜９４の上端が配線本体９３の上面（ここでは、酸化膜９３１の上面）とほぼ面一となったときに、エッチングが停止する。具体的な一例として、制御部１０は、酸化性ガスの供給開始からの経過時間が所定時間以上となったか否かを判断し、経過時間が所定時間以上となったときに、バルブ４２を閉じる。所定時間は、突起部分９４１の除去に要する時間であって、例えば実験またはシミュレーションにより予め設定される。

【0082】

次に、酸化性ガスをチャンバ１から排出する（ステップＳ５：酸化性ガス排気工程）。例えば、不活性ガス供給部６は不活性ガスをチャンバ１内に供給する。具体的には、制御部１０はバルブ６２を開く。これにより、不活性ガスが不活性ガス供給源６４から供給管６１および供給管３１を通じてチャンバ１内に供給される。よって、不活性ガスがチャンバ１内の酸化性ガスを吸引管７１へと押し出す。これにより、酸化性ガスの排気を促進させることができる。酸化性ガスが十分にチャンバ１から排出されると、不活性ガス供給部６は不活性ガスの供給を停止する。具体的には、制御部１０はバルブ６２を閉じる。

【0083】

後述の還元工程（ステップＳ６）に適した基板Ｗの第２所定温度が第１所定温度と異なる場合、ステップＳ４の後に、ヒータ２２は基板Ｗの温度が第２所定温度となるように、基板Ｗを加熱する（温度変更工程）。第２所定温度は例えば１００℃以上かつ３００℃以下である。

【0084】

次に、還元性ガス供給部５が還元性ガスをチャンバ１内に供給する（ステップＳ６：還元工程）。具体的には、制御部１０がバルブ５２を開く。これにより、還元性ガスが還元性ガス供給源５４から供給管５１および供給管３１を通じてチャンバ１内に供給され、チャンバ１内を基板Ｗに向かって流れる。ここでは、還元性ガスは水素ガスを含む。

【0085】

還元性ガスが基板Ｗの上面に作用することにより、酸化膜９３１が還元して配線本体９３の一部に戻る。例えば、酸化膜９３１が酸化銅である場合には、酸化銅が還元性ガスと反応して銅（配線本体９３）に戻る。

【0086】

図６は、ステップＳ６の後の基板Ｗの構成の一例を概略的に示す断面図である。ステップＳ６により、酸化膜９３１が配線本体９３の一部に戻るので、図６の例では、酸化膜９３１が示されておらず、バリア膜９４の上端は配線本体９３の上面とほぼ面一となる。

【0087】

ステップＳ６においては、基板Ｗの温度が酸化膜９３１の還元に適した温度（１００℃以上かつ３００℃以下）となるように、ヒータ２２が基板Ｗを加熱するので、酸化膜９３１がより適切に還元される。

【0088】

酸化膜９３１が還元されて配線本体９３の一部に戻ると、還元性ガス供給部５は還元性ガスの供給を停止する（ステップＳ７：還元停止工程）。具体的には、制御部１０はバルブ５２を閉じる。これにより、還元性ガスの供給が停止する。

【0089】

次に、基板Ｗを冷却する（ステップＳ８：冷却工程）。例えば、ヒータ２２が加熱動作を終了し、不活性ガス供給部６が不活性ガスをチャンバ１内の基板Ｗに供給する。これにより、不活性ガスが基板Ｗの上面に向かって流れ、基板Ｗが空冷される。

【0090】

基板Ｗの温度が十分に低下すると、搬送装置によって基板Ｗがチャンバ１から搬出される（ステップＳ９：搬出工程）。例えば、基板Ｗの温度が５０℃以下、より望ましくは４０℃もしくは３０℃以下、さらに望ましくは２５℃以下となった状態で、搬送装置が基板Ｗをチャンバ１から搬出する。より具体的な一例として、ステップＳ８の開始から所定の冷却時間が経過したときに、搬送装置が基板Ｗを搬出してもよい。所定の冷却時間は、基板Ｗの温度が所定値（例えば５０℃）以下となる時間であって、実験またはシミュレーションにより予め設定される。あるいは、基板Ｗの温度を検出する温度センサが設けられる場合には、温度センサの検出値が所定値（例えば５０℃）以下となったときに、搬送装置が基板Ｗを搬出してもよい。

【0091】

これによれば、チャンバ１の外部空間に酸素ガスが含まれていたとしても、金属配線部９２の自然酸化を抑制することができる。

【0092】

以上のように、基板処理装置１００によれば、基板Ｗの配線本体９３の上面およびバリア膜９４の突起部分９４１がチャンバ１内で露出した状態において、酸化性ガスがチャンバ１内に供給される（ステップＳ３）。よって、酸化性ガスは基板Ｗの配線本体９３の上面およびバリア膜９４の突起部分９４１の両方に作用する。したがって、バリア膜９４の突起部分９４１を酸化性ガスによってエッチングできる一方で、配線本体９３の上面には酸化膜９３１が形成される。

【0093】

そして、突起部分９４１の除去後には、ステップＳ３によって生じた酸化膜９３１を還元するために、還元性ガスをチャンバ１内の基板Ｗに供給する（ステップＳ６）。これにより、還元性ガスが酸化膜９３１と反応して、酸化膜９３１を配線本体９３の一部に戻すことができる。

【0094】

したがって、配線本体９３の抵抗値の増加を抑制または回避しつつも、バリア膜９４の突起部分９４１を除去することができる。

【0095】

基板処理装置１００によって処理された基板Ｗの上には、接続層および第２配線層がこの順で形成される。図７は、接続層９５が形成された基板Ｗの構成の一例を示している。接続層９５は、接続層９５の上に形成される第２配線層（不図示）と、第１配線層９０とを電気的に接続する層である。図７の例では、接続層９５はライナー膜９６１と絶縁膜９６とビア部９７とを含んでいる。

【0096】

ライナー膜９６１は絶縁性を有しており、絶縁膜９６のエッチングストッパ膜として機能する。ライナー膜９６１は絶縁膜９１および金属配線部９２の上に形成される。ライナー膜９６１は、複数の絶縁膜によって構成された多層膜であってもよい。例えば、ライナー膜９６１は、窒素添加炭化シリコン膜（ＳｉＣＮ）と、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜とを含む多層膜であってもよい。

【0097】

絶縁膜９６は層間絶縁膜とも呼ばれ、ビア部９７と周囲との絶縁を確保する。絶縁膜９６はライナー膜９６１の上に形成される。絶縁膜９６は絶縁膜９１と同様に、例えば低誘電体膜である。絶縁膜９６およびライナー膜９６１には、ビア用の孔９６ａが形成されている。孔９６ａは基板Ｗの厚み方向において、絶縁膜９６およびライナー膜９６１を貫通する。図７の例では、ビア用の孔９６ａは水平方向において金属配線部９２からずれて形成されている。具体的には、ビア用の孔９６ａは、金属配線部９２の一部の上、および、当該一部に隣接する絶縁膜９１の一部の上に跨って形成される。

【0098】

ビア部９７はビア用の孔９６ａの内部に設けられている。ビア部９７はビア本体９８とバリア膜９９とを含んでいる。バリア膜９９は、ビア用の孔９６ａの側面および底面に形成されており、その厚みは数ｎｍ程度と薄い。バリア膜９９はビア用の孔９６ａの側面および底面の形状に応じた凹形状を有しており、ビア用の孔９６ａの底面において、金属配線部９２および絶縁膜９１の段差形状に応じた段差形状を有している。

【0099】

ビア本体９８はバリア膜９９の凹み部分の内部に埋設されている。ビア本体９８は金属材料によって形成される。当該金属材料としては、例えば銅、モリブデン、コバルト、タングステン、白金およびインジウムの少なくともいずれか一つを採用することができる。当該金属材料として比抵抗値の小さい銅を採用すると、ビア本体９８の抵抗値を低減させることができる。

【0100】

バリア膜９９は、絶縁膜９６および絶縁膜９１へのビア本体９８の拡散を抑制することができる金属材料によって形成される。より具体的には、当該金属材料として、例えばルテニウムを採用することができる。

【0101】

図７の例では、ビア部９７は金属配線部９２からずれて形成されるので、ビア部９７の一部は絶縁膜９１の上面の上にも形成される。しかしながら、金属配線部９２の上面は絶縁膜９１の上面よりも低いので、ビア部９７と隣り合う金属配線部９２（図において右端の金属配線部９２）とビア部９７との間の距離を確保することができる。よって、ビア部９７を介した金属配線部９２間の短絡を抑制または回避することができる。

【0102】

しかも、図７の例では、金属配線部９２の突起部分９４１が除去されているので、ビア部９７のバリア膜９９と金属配線部９２のバリア膜９４とが接触する部分は小さい。

【0103】

比較のために、バリア膜９４の突起部分９４１を除去しない場合の基板Ｗ０について説明する。図８は、比較例にかかる基板Ｗ０の構成の一例を概略的に示す断面図である。基板Ｗ０は、突起部分９４１の有無を除いて基板Ｗと同様の構成を有している。基板Ｗ０においては、バリア膜９４の突起部分９４１が存在しているので、ビア部９７のバリア膜９９は突起部分９４１に対して、その厚み方向に重なって形成される。よって、ビア本体９８の下面のうち金属配線部９２の配線本体９３に最も近い部分の幅Ｄ０が、突起部分９４１の分だけ狭くなる。したがって、金属配線部９２とビア部９７とがより高い抵抗値で互いに電気的に接続される。

【0104】

これに対して、基板Ｗにおいては、突起部分９４１が除去されている（図７参照）。よって、ビア本体９８の下面のうち配線本体９３に最も近い部分の幅Ｄ１が、突起部分９４１の分だけ広くなる。よって、金属配線部９２とビア部９７とがより低い抵抗値で互いに電気的に接続される。つまり、突起部分９４１を除去することにより、金属配線部９２とビア部９７とをより低抵抗で形成することができる。これにより、半導体デバイスの性能を向上させることができる。

【0105】

＜バリア膜の突起部分の除去方法＞
ところで、バリア膜９４の突起部分９４１をエッチングするにあたって、配線本体９３の酸化を回避するために、事前に配線本体９３の上面に一時的な保護膜を形成し、エッチング後に当該保護膜を除去することも考えられる。しかるに、バリア膜９４の厚みは数ｎｍと非常に薄いので、保護膜の位置にも同程度の数ｎｍの精度が要求される。このような位置精度での保護膜の形成は困難である。

【0106】

これに対して、本実施の形態では、酸化性ガスによるエッチング（ステップＳ３）の際には、配線本体９３の上面が露出しており、保護膜は事前に形成されていない。これにより、配線本体９３の上面に酸化膜９３１が形成されるものの、その後の還元処理（ステップＳ６）によって、酸化膜９３１を配線本体９３の一部に戻している。これによれば、困難な保護膜の形成を省略しつつも、バリア膜９４の突起部分９４１を除去することができる。

【0107】

しかも、本実施の形態では、配線本体９３に形成された酸化膜９３１を除去するのではなく、還元することにより、酸化膜９３１を配線本体９３の一部に復元させている。よって、配線本体９３の抵抗値を低減させることができる。

【0108】

＜酸化性ガス排気工程＞
上述の例では、ステップＳ３（エッチング工程）とステップＳ６（還元工程）との間でステップＳ５（酸化性ガス排気工程）が行われている。このステップＳ５では、酸化性ガスおよび還元性ガスの供給が停止した状態で、不活性ガスがチャンバ１内に供給される。これによれば、酸化性ガスをチャンバ１から速やかに排出することができる。そして、酸化性ガスのほとんどがチャンバ１から排出された後に、還元性ガスの供給が開始される（ステップＳ６）。つまり、チャンバ１内の酸化性ガスの濃度を低下させてから還元性ガスをチャンバ１内に供給している。これによれば、チャンバ１内において酸化性ガスと還元性ガスとの反応を抑制または回避することができ、基板Ｗに作用する還元性ガスの量の低下を抑制または回避することができる。したがって、配線本体９３の酸化膜９３１の還元をより効率的に行うことができる。

【0109】

＜冷却工程＞
また、上述の例では、ステップＳ８（冷却工程）が行われた上で、ステップＳ９（搬出工程）が行われる。よって、チャンバ１の外部に酸素ガスが含まれていたとしても、基板Ｗ（より具体的には金属配線部９２）は自然酸化しにくい。言い換えれば、ステップＳ８によって基板Ｗの自然酸化を抑制することができる。

【0110】

＜第２の実施の形態＞
図９は、第２の実施の形態にかかる基板処理装置１００Ａの構成の一例を概略的に示す図である。基板処理装置１００Ａは、ガスセンサ８の有無を除いて、基板処理装置１００と同様の構成を有している。

【0111】

ガスセンサ８は、酸化性ガスと金属配線部９２（より具体的にはバリア膜９４）との反応により生成された生成ガスを検出するセンサである。バリア膜９４がルテニウムである場合、ガスセンサ８は例えば４酸化ルテニウムガスを検出する。ガスセンサ８は、ガス供給部３によって供給されたガスの流れにおいて、基板保持部２によって保持された基板Ｗよりも下流側に設けられる。ガスセンサ８はチャンバ１内に設けられてもよく、吸引管７１に設けられてもよい。図９の例では、ガスセンサ８はチャンバ１内において吸引管７１の上流端（排気口）の近傍に設けられている。基板Ｗの上面で生成された生成ガスは吸引管７１の排気口へと流れて吸引管７１内に吸引されるので、ガスセンサ８は効果的に生成ガスを検出することができる。

【0112】

ガスセンサ８は上記生成ガスを検出し、その検出結果を示す電気信号を制御部１０に出力する。制御部１０は、ガスセンサ８によって検出された生成ガスの量（例えば濃度）に基づいて、金属配線部９２に対するエッチングを停止するか否かを判断する。

【0113】

図１０は、バリア膜９４の突起部分９４１のエッチングの際にガスセンサ８によって検出される生成ガスの量の時間変化の一例を模式的に示すグラフである。エッチング工程（ステップＳ３）の初期では、突起部分９４１の表面がチャンバ１内に露出しているので、突起部分９４１の露出面積は大きい。よって、酸化性ガスが作用する面積が大きく、より多くの生成ガスが生成される。突起部分９４１は時間の経過とともに徐々にエッチングされるので、突起部分９４１の露出面積は時間の経過とともに徐々に小さくなる。よって、ガスセンサ８によって検出される生成ガスの量は時間の経過とともに徐々に低下する。

【0114】

突起部分９４１が除去されると、バリア膜９４はその上端でのみ露出し、その露出面積は非常に小さくなる。このバリア膜９４の上端が酸化性ガスによって除去されても、バリア膜９４の露出面積はほとんど変わらないので、生成ガスの濃度は時間の経過によらず、ほぼ一定となる。

【0115】

このようにガスセンサ８によって検出される生成ガスの量は、バリア膜９４に対するエッチング量と相関関係を有する。そこで、制御部１０は、ガスセンサ８によって検出される生成ガスの量に基づいて、エッチングを停止させるか否か、つまり、酸化性ガスの供給を停止させるか否かを判断する。

【0116】

図１１は、エッチング工程（ステップＳ３）の具体的な動作の一例を示すフローチャートである。エッチング工程では、まず、酸化性ガス供給部４が酸化性ガスの供給を開始する（ステップＳ３０１）。具体的には、制御部１０がバルブ４２を開く。次に、ガスセンサ８が生成ガス（例えば４酸化ルテニウム）を検出する（ステップＳ３０２：検出工程）。

【0117】

次に、制御部１０が、ガスセンサ８によって検出された生成ガスの量が停止条件を満たしているか否かを判断する（ステップＳ３０３：判断工程）。停止条件としては、特に制限されないものの、例えば、ガスセンサ８によって検出された生成ガスの量が所定の基準量Ｒｒｅｆ以下である、という第１条件を採用してもよい。基準量Ｒｒｅｆは、例えば、突起部分９４１が除去された時に生成される生成ガスの量と同程度の値であって、実験またはシミュレーションによって予め設定される。

【0118】

停止条件が成立していない場合には、再びステップＳ３０２が行われる。停止条件が成立した場合には、エッチング停止工程（ステップＳ４）が行われる。

【0119】

以上のように、基板処理装置１００Ａによれば、ガスセンサ８によって検出された生成ガスに基づいてエッチングを停止させる。よって、より確実に突起部分９４１を除去することができ、またバリア膜９４のオーバーエッチングもより確実に抑制することができる。

【0120】

なお、図１０から理解できるように、バリア膜９４の突起部分９４１が除去されると、生成ガスの量は時間に対してほぼ一定となる。よって、停止条件として、生成ガスの量の時間変化率が所定の基準変化率以下である、という第２条件を採用してもよい。基準変化率は、例えば実験またはシミュレーションによって予め設定される。

【0121】

あるいは、停止条件として、第１条件および第２条件の両方を採用しても構わない。つまり、制御部１０は、第１条件および第２条件の両方が成立したときに、停止条件が成立したと判断してもよい。第１条件および第２条件の両方を採用する場合、基準量Ｒｒｅｆは、例えば、突起部分９４１が除去された時に生成される生成ガスの量よりも大きい値であって、実験またはシミュレーションによって予め設定されてもよい。第１条件および第２条件の両方を採用することにより、より適切にエッチングを終了させることができる。例えば図１０において、エッチング工程の初期において時間変化率が小さくても、第１条件が成立しないので、エッチングは停止しない。また、突起部分９４１が除去されると、第１条件および第２条件の両方が成立するので、オーバーエッチングもより確実に抑制できる。

【0122】

＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態にかかる基板処理装置１００の構成の一例は、第１または第２の実施の形態と同様である。第３の実施の形態では、エッチング工程（ステップＳ３）の具体的な一例が第１および第２の実施の形態と相違する。

【0123】

図１２は、第３の実施の形態にかかるエッチング工程の一例を示すタイミングチャートである。基板処理装置１００は、エッチング工程（ステップＳ３）において、酸化性ガスをチャンバ１内に供給する第１工程Ｓ３１と、不活性ガスをチャンバ１内に供給する第２工程Ｓ３２とを交互に繰り返す。具体的には、制御部１０は、第１工程Ｓ３１においてバルブ４２を開き、バルブ６２を閉じる。また、制御部１０は、第２工程Ｓ３２においてバルブ４２を閉じ、バルブ６２を開く。

【0124】

第１工程Ｓ３１では、酸化性ガスがチャンバ１内に供給されるので、酸化性ガスが基板Ｗの金属配線部９２（具体的には突起部分９４１）と反応し、金属配線部９２をエッチングすることができる。

【0125】

第１工程Ｓ３１の後の第２工程Ｓ３２においては、不活性ガスがチャンバ１内に供給される。これにより、チャンバ１内において、酸化性ガスの濃度の不均一が生じる。具体的には、チャンバ１内の上部において酸素濃度が低下する。よって、濃度拡散により、基板Ｗの上面近傍の酸化性ガスが基板Ｗの上面から速やかに離れる。

【0126】

続く第１工程Ｓ３１において、再び新鮮な酸化性ガスがチャンバ１内に供給される。よって、基板Ｗの上面近傍の古い酸化性ガスを新しい酸化性ガスに置換しやすく、新しい酸化性ガスが基板Ｗの上面に作用しやすい。続く第２工程Ｓ３２において、再び不活性ガスがチャンバ１内に供給されて、古い酸化性ガスが基板Ｗの近傍から速やかに離れる。

【0127】

以上のように、第１工程Ｓ３１および第２工程Ｓ３２が交互に繰り返されることにより、基板Ｗの古い酸化性ガスを新しい酸化性ガスに速やかに置換しつつ、エッチングを行うことができる。これにより、酸化性ガスによる基板Ｗのエッチング速度を高めることができる。

【0128】

＜第４の実施の形態＞
第１から第３の実施の形態では、基板Ｗに形成される金属配線部９２は、互いに異なる２種類の金属膜（ここでは配線本体９３およびバリア膜９４）を含み、その一方の金属膜（ここではバリア膜９４）が酸化性ガスによってエッチングされ、他方の金属膜（ここでは配線本体９３）が酸化性ガスによって酸化膜を形成した。

【0129】

しかるに、金属配線部９２は、少なくとも１種類の金属膜によって形成されてもよい。金属配線部９２が１種類の金属膜によって形成される場合、当該金属配線部９２の材料としては、酸化性ガスとの反応により除去されつつも、部分的に酸化膜も形成し得る材料が採用される。例えば金属配線部９２はルテニウムの金属膜によって形成されてもよい。ルテニウムは酸化性ガスによって４酸化ルテニウム（ＲｕＯ_４）ガスを生成する一方で、部分的に固体の２酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）も生成し得る。よって、酸化性ガスによってルテニウムの金属膜をエッチングすれば、その表面に部分的に酸化膜（２酸化ルテニウム）が残留し得る。

【0130】

図１３は、基板ＷＡの構成の一例を概略的に示す断面図である。基板ＷＡは金属配線部９２の構成を除いて基板Ｗと同様の構成を有する。基板ＷＡでは、金属配線部９２に替えて金属配線部９２Ａが設けられている。図１３の例では、金属配線部９２Ａは絶縁膜９１のトレンチ９１ａ内に埋設されている。図１３に例示するように、金属配線部９２Ａは単一の金属膜９３Ａによって形成されてもよい。金属膜９３Ａは、酸化性ガスによってエッチングされつつも酸化膜を生成する金属材料（例えばルテニウム）によって形成される。

【0131】

金属膜９３Ａは絶縁膜９１のトレンチ９１ａ内に設けられており、その上面は絶縁膜９１の上面とほぼ面一である。

【0132】

基板処理装置１００の動作の一例は図４と同様である。ただし、ステップＳ１（搬入工程）では、図１３の基板ＷＡが搬入される。よって、基板ＷＡが基板保持部２によって保持される。このとき、基板ＷＡの絶縁膜９１の上面および金属膜９３Ａの上面がチャンバ１内で露出する。

【0133】

ステップＳ２（減圧加熱工程）において、必要に応じてチャンバ１内の圧力が調整されつつ、基板ＷＡの温度が調整される。次のステップＳ３（エッチング工程）では、酸化性ガスが金属膜９３Ａの上面に作用し、金属膜９３Ａをエッチングする。具体的には、酸化性ガスが金属膜９３Ａと反応して４酸化ルテニウムガスを生成することにより、金属膜９３Ａがエッチングされる。これにより、金属膜９３Ａの上面が絶縁膜９１の上面よりも後退する。また、酸化性ガスと金属膜９３Ａとの反応により、固体の２酸化ルテニウムも生成され得る。

【0134】

金属膜９３Ａを十分にエッチングすると、ステップＳ４（エッチング停止工程）が行われる。ステップＳ３では、固体の２酸化ルテニウムも生成され得るので、ステップＳ４の終了時点において、金属膜９３Ａの上面には２酸化ルテニウムが残留し得る。

【0135】

そこで、例えばステップＳ５（酸化性ガス排気工程）を経て、ステップＳ６（還元工程）が行われる。ステップＳ６においては、還元性ガスが基板Ｗの上面に作用するので、金属膜９３Ａの上面の２酸化ルテニウムが還元されてルテニウムに戻る。つまり、金属膜９３Ａの上面の酸化物を金属膜９３Ａの一部に復元することができる。

【0136】

以上のように、基板処理装置１００によれば、酸化性ガスによって金属膜９３Ａをエッチングすることにより、金属膜９３Ａの形状を調整することができ、しかも、酸化性ガスによって生じ得る金属膜９３Ａの表面の酸化物を還元して、金属膜９３Ａの一部に復元することができる。よって、金属膜９３Ａの抵抗値を低減させることができる。

【0137】

以上のように、この基板処理装置１００，１００Ａおよび配線形成方法は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この基板処理装置１００，１００Ａおよび配線形成方法がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。

【0138】

例えば、酸化性ガスはオゾンガスに限らず、ハロゲン化酸素ガスおよび酸化窒素ガス等のガスを採用してもよい。また、酸化性ガス供給部４は、酸素を含むガスおよび酸化窒素ガス等の酸化性ガスを紫外線あるいはプラズマにより励起してから、基板Ｗに供給してもよい。具体的な一例として、酸素ガスと塩素ガスとの混合ガスを酸化性ガスとして採用し、酸化性ガス供給部４が当該混合ガスをプラズマ化させた上で、チャンバ１内の基板Ｗに供給してもよい。また、還元性ガスは水素ガスに限らず、例えば一酸化炭素等の他のガスであってもよい。

【符号の説明】

【0139】

１ チャンバ
２ 基板保持部
４ 酸化性ガス供給部
５ 還元性ガス供給部
８ ガスセンサ
９２，９２Ａ 金属配線部
９３ 配線本体
９３Ａ 金属膜
９４ バリア膜
９４１ 突起部分
２ 基板保持部
４ 酸化性ガス供給部
５ 還元性ガス供給部
Ｓ１ 搬入工程
Ｓ３ エッチング工程（ステップ）
Ｓ３０１ 検出工程
Ｓ３０２ 判断工程
Ｓ３１ 第１工程
Ｓ３２ 第２工程
Ｓ５ 酸化性ガス排気工程（ステップ）
Ｓ６ 還元工程（ステップ）
Ｓ７ 冷却工程（ステップ）
Ｓ８ 搬出工程（ステップ）
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】