基板処理方法および基板処理装置
【課題】少ない薬液で、かつ短時間で基板上の膜を良好にエッチングする。
【解決手段】フェムト秒レーザービームＬＢを膜Ｆの加工対象部位に照射し、フェムト秒レーザービームＬＢが照射された表面領域に凹凸形状を有する加工部ＷＲを形成する。この基板Ｗ上のレーザー処理済膜Ｆの表面に薬液が供給されてエッチング処理が実行される。このとき、加工部ＷＲの表面は凹凸形状を有しているため、薬液の接液面積が増大し、その結果、レーザー加工処理が施されていない場合に比べ、エッチング処理に要する時間および薬液量を削減することができる。
【解決手段】フェムト秒レーザービームＬＢを膜Ｆの加工対象部位に照射し、フェムト秒レーザービームＬＢが照射された表面領域に凹凸形状を有する加工部ＷＲを形成する。この基板Ｗ上のレーザー処理済膜Ｆの表面に薬液が供給されてエッチング処理が実行される。このとき、加工部ＷＲの表面は凹凸形状を有しているため、薬液の接液面積が増大し、その結果、レーザー加工処理が施されていない場合に比べ、エッチング処理に要する時間および薬液量を削減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体ウエハなどの各種基板上に形成される膜をエッチングする基板処理方法および基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造工程では、基板上に形成される膜を薬液によりエッチングする工程が含まれることがある。例えば特許文献１には、表面にポリシリコン膜が形成された基板をスピンチャックにより略水平姿勢で保持しながら回転させ、その回転されている基板上のポリシリコン膜に薬液を供給することで、ポリシリコン膜をエッチングする技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３５１８０５号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような薬液によるエッチング処理では、膜のエッチングに要する時間が長く、薬液消費量も多くなり、その結果、製造コストが増大するという問題があった。また、薬液の消費量の増大は環境に与える負荷を高めるという問題もあった。そこで、エッチング処理に要する時間の短縮および薬液消費量の削減が可能な技術が要望されている。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、少ない薬液で、かつ短時間で基板上の膜を良好にエッチングすることができる基板処理方法および基板処理装置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】
【０００６】
この発明にかかる基板処理方法は、上記目的を達成するため、基板上に形成された膜に対し、フェムト秒レーザーを照射して膜のフェムト秒レーザーが照射された表面領域に凹凸形状を有する加工部を形成するレーザー照射工程と、加工部が形成された膜の表面に薬液を接液させてエッチングするエッチング工程とを備えることを特徴としている。
【０００７】
また、この発明にかかる基板処理装置は、基板上に形成された膜をエッチングする基板処理装置であって、上記目的を達成するため、膜に対し、フェムト秒レーザーを照射して膜のフェムト秒レーザーが照射された表面領域に凹凸形状を有する加工部を形成するレーザー加工手段と、加工部が形成された膜の表面に薬液を供給して膜をエッチングする薬液供給手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
このように構成された発明（基板処理方法および基板処理装置）では、膜の表面に薬液を接液させてエッチングする前に、フェムト秒レーザーが膜の全面または部分的に照射され、フェムト秒レーザーが照射された表面領域に凹凸形状を有する加工部が形成される。そして、薬液が膜の表面に供給されてエッチング処理が実行されるが、加工部では薬液が接液する面積が従来技術（エッチング前処理を行うことなく、単に薬液を用いてエッチング処理を行う発明）に比べて増大するため、エッチングに要する時間および薬液量が削減される。
【０００９】
また、この発明では、膜の表面に加工部を形成するために、特にフェムト秒レーザーを用いているために、次のような作用効果が生じている。レーザーとしては、上記フェムト秒レーザー以外に、ピコ秒レーザーやＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザーなどを用いることも考え得るが、後述するように、清浄な加工部、つまりデブリ（レーザー加工時に発生する加工クズ）により汚染されていない加工部を形成し得るのはフェムト秒レーザーを用いた場合のみである。このように清浄な加工部が得られることから、その後の行われるエッチング処理を良好に行うことができる。
【００１０】
ここで、膜の全面に対してフェムト秒レーザーを照射した後、膜全面に薬液を接液させることで、薬液の消費量を抑制しながら短時間で基板から膜を全面除去することができる。
【００１１】
さらに、エッチングの目的は基板からの全面除去に限定されるものではなく、後述するようにエッチングしようとする厚みを膜の表面内において部分的に異ならせることが要望されることがある。そこで、膜の表面を複数の表面領域に区分けし、各表面領域に対するフェムト秒レーザーの照射量を相違さるとともに、フェムト秒レーザーの照射後に膜全面に薬液を接液させて各表面領域へのフェムト秒レーザーの照射量に応じたエッチング速度で各表面領域をエッチングするように構成してもよい。これによって、エッチングに要する時間および薬液消費量を低減することができるだけでなく、種々の要望に応じたエッチングを行うことができ、優れた汎用性が得られる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、この発明によれば、膜へのフェムト秒レーザーの照射によってフェムト秒レーザーが照射された表面領域に凹凸形状を有する加工部を形成しているので、加工部では薬液の接液面積が広がりエッチングに要する時間および薬液量を削減することができる。その結果、製造コストおよび環境負荷を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】レーザー加工ユニットの構成を示す図である。
【図３】図１の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。
【図５】膜表面の凹凸形状とレーザー照射との関係を示す図である。
【図６】本発明にかかる基板処理装置の第２実施形態の動作を模式的に示す図である。
【図７】本発明にかかる基板処理装置の第３実施形態の動作を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。この基板処理装置は、レーザー加工ユニット１、基板搬送ユニット２、薬液エッチングユニット３および装置全体を制御する制御ユニット４を有している。そして、基板処理装置では、制御ユニット４が各ユニット１〜３を制御し、図示を省略する基板収容容器に収容された基板Ｗを基板収容容器から取り出し、基板の表面全体に形成されているポリシリコン膜などの膜に対してレーザー加工処理を施した後で、膜を全面的にエッチング除去する。
【００１５】
図２は、レーザー加工ユニットの構成を示す図である。このレーザー加工ユニット１では、基板Ｗの表面に形成された膜Ｆを上方に向けた状態で基板Ｗを真空吸着方式で保持するスピンチャック１１が設けられている。このスピンチャック１１は回転軸ＡＸを回転中心として回転自在となっており、その上面には、複数の吸着孔（図示省略）が設けられている。そして、図示を省略する負圧源から各吸着孔に与えられる負圧によってスピンチャック１１の上面に載置される基板Ｗの裏面が真空吸着されて保持される。なお、スピンチャック１１による基板Ｗの保持方式は真空吸着方式に限定されるものではなく、従来より周知の方式、例えばメカチャック方式などを採用してもよい。
【００１６】
また、スピンチャック１１の下面には、回転軸ＡＸに延設された回転支軸１２の上端部が連結されている。また、この回転支軸１２の下端部には回転駆動機構１３が連結されており、制御ユニット４との間でデータや制御信号などを授受しながらレーザー加工ユニット１全体を制御するユニット制御部１４からの動作指令に応じて回転駆動機構１３を駆動させることによりスピンチャック１１が回転軸ＡＸ回りに回転する。更にレーザー加工ユニット１は、スピンチャック１１を回転駆動機構１３とともに一体的に図２中左右にスライド移動させる移動機構１７を備える。このように、この実施形態では、ユニット制御部１４からの制御指令によってスピンチャック１１に保持される基板Ｗを種々の周速で回転軸ＡＸ回りに回転させることが可能となっている。更に、スピンチャック１１の回転軸ＡＸの位置を一方向に移動させることが可能となっている。
【００１７】
本実施形態では、パルスレーザービームＬＢの発生源として、フェムト秒レーザービームＬＢを出力するレーザー光源（例えば、サイバーレーザー社製、製品名「ＩＦＲＩＴ（イフリート）」）１５が用いられている。また、このレーザー光源１５から水平方向に出力されるフェムト秒レーザービームＬＢが照射部１６によりスピンチャック１１に保持された基板Ｗに照射される。
【００１８】
この照射部１６は、フェムト秒レーザービームＬＢを反射して下方に導光するミラー１６１と、ミラー１６１で反射されたフェムト秒レーザービームＬＢを整形する２枚のシリンドリカルレンズ１６２、１６３と、これらのシリンドリカルレンズ１６２、１６３により整形されたフェムト秒レーザービームＬＢを膜Ｆに集光させる集光レンズ１６４とを有している。このように、本実施形態では、照射部１６によりフェムト秒レーザービームＬＢを所望のビーム形状に整形するとともに膜Ｆの表面に集光させて当該膜表面での照射ビームサイズ、つまり照射面積を調整して当該界面でのフェムト秒レーザービームＬＢのフルエンスを調整している。
【００１９】
また、上記したようにユニット制御部１４からの移動指令に基づいて移動機構１７が作動すると、スピンチャック１１全体がＸ方向にスライド移動し、それにより回転軸ＡＸは基板Ｗの径方向Ｘに移動する。これに対し、照射部１６は固定配置されている。このように、スピンチャック１１は基板Ｗの回転中心を通る移動経路に沿って照射部１６に対して径方向Ｘに相対移動可能となっている。また、レーザー加工処理を行わない間、移動機構１７はスピンチャック１１を照射部１６から径方向Ｘに離れた位置に移動させ、この位置でスピンチャック１１に対する基板Ｗの搬入および搬出が行われ、照射部１６が基板Ｗと干渉するのを防止している。
【００２０】
このように構成されたレーザー加工ユニット１によれば、スピンチャック１１に保持された基板Ｗを回転させながらスピンチャック１１を移動することで照射部１６を少なくとも基板端縁部から基板Ｗの回転中央まで径方向Ｘに基板Ｗに対して相対移動させることで基板Ｗの表面全体に形成された膜Ｆに対してフェムト秒レーザービームＬＢが全面的に照射される。これによって、膜Ｆの全表面領域に凹凸形状を有する加工部が形成される。なお、以下の説明においては、このようにしてレーザー照射によって表面が凹凸形状に仕上げられた膜Ｆを「レーザー処理済膜Ｆ」と称するとともに、レーザー処理済膜Ｆを有する基板Ｗを「レーザー処理済基板Ｗ」と称し、また後述するようにしてレーザー処理済基板Ｗの膜Ｆがエッチングされた基板Ｗを「エッチング処理済基板」と称する。
【００２１】
このように構成されたレーザー加工ユニット１のＸ方向側（図１の下方側）に基板搬送ユニット２が配設されるとともに、基板搬送ユニット２のＹ方向側（図１の右手側）に薬液エッチングユニット３が配設されている。
【００２２】
基板搬送ユニット２は従来より多用されている多関節ロボットを有しており、制御ユニット４からの基板搬送指令に応じて
・基板収容容器からレーザー加工ユニット１への未処理基板Ｗのローディング、
・レーザー加工ユニット１からのレーザー処理済基板Ｗのアンローディング、
・薬液エッチングユニット３へのレーザー処理済基板Ｗのローディング、
・薬液エッチングユニット３からのエッチング処理済基板Ｗのアンローディング、
を選択的に行う。なお、基板搬送ユニット２では、基板搬送手段として多関節ロボットを用いているが、その他の基板搬送機構を用いてもよい。
【００２３】
また、薬液エッチングユニット３としては、薬液を用いて膜Ｆをエッチングできるものであればよく、例えば特許文献１に記載の装置、あるいはこれに類似した構成を有する装置を用いることができる。なお、本実施形態では、薬液および純水リンス液の供給態様を除き特許文献１に記載の装置と同一な構成を有する薬液エッチングユニット３を用いている。すなわち、基板Ｗがスピンチャック（図示省略）により保持された状態で、スピンチャックとともに基板Ｗを一体的に回転させる機構が設けられている。そして、回転される基板Ｗに対して、互いに異なるノズル３１１、３２１から薬液および純水リンス液がそれぞれ基板Ｗの表面に向けて吐出される。すなわち、図１に示すように、スピンチャックに保持された基板Ｗのレーザー処理済膜Ｆに対してノズル３１１から薬液を供給して膜Ｆをエッチングする薬液供給部３１が設けられるとともに、ノズル３２１からエッチング処理済基板Ｗの表面に純水リンス液を供給して薬液およびエッチング時の反応生成物などをエッチング処理済基板から洗い流すリンス液供給部３２が設けられている。本実施形態では、例えばシリコン基板Ｗの表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）およびポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）がこの順序で形成されており、その最上層であるポリシリコン膜をエッチング対象膜Ｆとしており、これをエッチングするために薬液中の濃度が５［ｗｔ％］、６０℃の水酸化テトラメチルアンモニウム（Tetramethylammonium hydroxide：ＴＭＡＨ）を用いている。また、リンス処理に使用する純水リンス液として、ＤＩＷ（脱イオン水：deionized water）を用いている。
【００２４】
次に、上記のように構成された基板処理装置の動作について、図３および図４を参照しつつ説明する。図３は図１の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。また、図４は図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。なお、図４（および後で説明する図６、図７）では、膜Ｆに対する各種処理の内容を明示することを優先し、基板Ｗ、膜Ｆおよび加工部ＷＲの厚さ関係については、実際の各部寸法と相違している。
【００２５】
基板処理装置に対して処理開始命令がホスト装置やオペレータなどから与えられると、制御ユニット４は、レーザー加工ユニット１、基板搬送ユニット２および薬液エッチングユニット３を以下のように制御して基板Ｗ上の膜Ｆを全面的にエッチング除去する。
【００２６】
基板搬送ユニット２は、制御ユニット４からのローディング指令に受けて基板収容容器から未処理基板Ｗを取り出し、膜Ｆを上方に向けた状態で未処理基板Ｗをレーザー加工ユニット１のスピンチャック１１上にローディングする（ステップＳ１）。
【００２７】
一方、未処理基板Ｗを受け取ったレーザー加工ユニット１では、ユニット制御部１４がユニット１の各部を制御して膜Ｆの全面にフェムト秒レーザービームＬＢを照射して凹凸形状を有する加工部ＷＲを形成する（ステップＳ２、Ｓ３）。すなわち、スピンチャック１１による基板Ｗの吸着保持が完了すると、ユニット制御部１４は回転駆動機構１３に対して駆動指令を与え、回転駆動機構１３によりスピンチャック１１を回転させる。これによって、基板Ｗは膜Ｆを上方に向けた状態で水平姿勢のまま回転軸ＡＸを回転中心として回転し始める（ステップＳ２）。そして、基板Ｗの周速が安定し、所定の周速Ｖ［ｍｍ／ｓ］に達すると、ユニット制御部１４は移動機構１７に移動指令を与え、照射部１６の直下位置に基板Ｗの表面周縁部が位置するまでスピンチャック１１を移動させるとともに、ステップＳ３でレーザー光源１５に点灯指令を与えてレーザー光源１５からフェムト秒レーザービームＬＢを出射させる（図４（ａ））。これによって、フェムト秒レーザービームＬＢが照射された表面領域では、膜Ｆの表面が部分的に加工されて凹凸形状を有する加工部ＷＲが形成される。
【００２８】
また、本実施形態では、レーザー照射を継続させながら、基板Ｗを回転させて照射部１６の直下位置を基板Ｗが一周すると、スピンチャック１１を基板Ｗの径方向Ｘに駆動し、基板Ｗに対するフェムト秒レーザービームＬＢの照射位置を径方向Ｘに移動させる。この動作を繰り返すことで、照射部１６からのレーザービームＬＢが照射される基板Ｗの表面領域が回転中心側に近づき、さらに回転中心を超えて回転軸ＡＸに対して照射開始位置の反対側まで移動する。これによってフェムト秒レーザービームＬＢが照射される表面領域は膜Ｆの表面全体に広がり膜Ｆの表面全体が加工部ＷＲとなる。つまり、膜Ｆの表面全体が凹凸形状に仕上げられたレーザー処理済基板Ｗが得られる（同図（ｂ））。なお、同図（ｂ）では、図示説明の便宜からレーザービームＬＢの照射位置をずらして図示しているが、この実施形態ではレーザービームＬＢの照射位置は固定されており、上記したように基板ＷをＸ方向（同図の左右方向）に移動させている。
【００２９】
こうして所望のレーザー加工処理が完了すると、ユニット制御部１４はレーザー光源１５を消灯し、スピンチャック１１を移動することで照射部１６の直下位置から基板Ｗを離間させ、さらにスピンチャック１１の回転を停止させる。その後、基板搬送ユニット２は、制御ユニット４からのアンローディング指令に受けてレーザー処理済基板Ｗをレーザー加工ユニット１からアンローディングする（ステップＳ４）。
【００３０】
そして、薬液エッチングユニット３でのエッチング処理の準備が完了していることを確認すると、制御ユニット４は薬液エッチングユニット３へのレーザー処理済基板Ｗのローディング指令を与える。また、これを受けた基板搬送ユニット２は、レーザー処理済膜Ｆを上方に向けた状態でレーザー処理済基板Ｗを薬液エッチングユニット３のスピンチャック（図示省略）上にローディングする（ステップＳ５）。
【００３１】
一方、レーザー処理済基板Ｗを受け取った薬液エッチングユニット３は、特許文献１に記載の装置を初めとする枚葉式のウェット洗浄装置と同様に、レーザー処理済基板Ｗを回転させながら（ステップＳ６）、図４（ｃ）に示すようにレーザー処理済膜Ｆへの薬液供給によるエッチング処理（ステップＳ７）、図４（ｄ）に示すようにエッチング処理された基板Ｗの表面へのリンス液供給によるリンス処理（ステップＳ８）およびスピン乾燥（ステップＳ９）をこの順序で実行する。これにより基板Ｗの表面から膜Ｆがエッチング除去されてエッチング処理済基板Ｗが得られる。
【００３２】
こうして所望のエッチング処理が完了すると、基板搬送ユニット２は、制御ユニット４からのアンローディング指令に受けてエッチング処理済基板Ｗを薬液エッチングユニット３からアンローディングし、処理済基板Ｗを収容する基板収容容器（図示省略）に収容する（ステップＳ１０）。
【００３３】
以上のように、第１実施形態では、エッチング処理（ステップＳ７）を実行する前に、フェムト秒レーザービームＬＢを膜Ｆの全面に照射し、フェムト秒レーザービームＬＢが照射された表面領域に凹凸形状を有する加工部ＷＲを形成している。このため、加工部ＷＲでは薬液の接液面積が増大し、その結果、エッチング処理（ステップＳ７）に要する時間および薬液量を削減することができる。例えばシリコン基板Ｗの表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を介して厚さ１０００［ｎｍ］のポリシリコン膜がエッチング対象膜Ｆとして設けられたサンプル基板を複数枚準備し、各サンプル基板のエッチング対象膜Ｆを濃度５［ｗｔ％］、６０℃の水酸化テトラメチルアンモニウムでエッチング処理する前に、以下の条件でレーザー加工処理を行った場合と、レーザー加工処理を全く行わなかった場合とで実験したところ、以下のような結果が得られた。
【００３４】
上記サンプル基板を用いた具体例でのレーザー加工処理の条件は、
・上記レーザー光源１５から出力されるフェムト秒レーザーの仕様
波長：８００［ｎｍ］、
パルス幅：２５０［ｆｓ］、
平均出力：１［Ｗ］
・加工条件
照射ビームサイズ：３．５（基板Ｗの径方向Ｘの長さ）×０．０１（基板Ｗの周方向の幅）［ｍｍ］
レーザービームＬＢのフルエンス：２１５［ｍＪ／ｃｍ２］
レーザービームＬＢと基板Ｗの相対速度：２［ｍｍ／ｓ］
である。ここで、レーザー加工処理の有無による膜Ｆの表面状態を観察したところ、レーザー加工処理を全く行わなかったサンプル基板（以下「イニシャル基板」という）の膜の表面形状は図５（ａ）に示すように平滑であるのに対し、レーザー加工処理を行うと、同図（ｂ）に示すように、レーザー処理済基板に形成されている膜の表面全体が凹凸形状に加工されている。そして、イニシャル基板およびレーザー処理済基板からポリシリコン膜を除去するのに要するエッチング処理時間はそれぞれ２４０［ｓｅｃ］、１５０［ｓｅｃ］であった。このように、エッチング前処理としてレーザー加工処理を行うことでエッチング処理時間を９０［ｓｅｃ］も短縮することが可能となっている。また、エッチング処理時間の短縮化によって薬液量も大幅に削減することができることがわかる。このように、この実施形態によれば、少ない薬液で、かつ短時間で基板Ｗ上の膜Ｆをエッチングすることができる。
【００３５】
また、本実施形態のようにレーザービームＬＢと基板Ｗの相対速度が２［ｍｍ／ｓ］であるのなら、レーザービームＬＢの照射位置が重ならないように基板Ｗを回転させながらスピンチャック１１を移動することで膜Ｆの表面全体を加工するようにしてもよい。
【００３６】
また、本実施形態では、いわゆる「非熱プロセス」であるフェムト秒レーザーを用いて膜Ｆの表面に凹凸形状の加工部ＷＲを形成するため、次の作用効果が得られる。すなわち、単に凹凸形状を膜表面に形成するためであれば、従来より周知のレーザーを利用することも考えられる。例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ：Thin Film Transistor）の製造プロセスで利用されているレーザーアニール法は、ガラス基板上に成膜されたアモルファスシリコンの表面をエキシマレーザーで加熱することで、ポリシリコンへと結晶化させる工程である。ポリシリコン膜に対してエキシマレーザーを照射して凹凸形状を形成するためには、エキシマレーザーの照射エネルギーを大きくして、アブレーション現象を利用することは可能である。しかしながら、同技術を用いた場合には、下地（基板）への熱的ダメージは避けられない。また、熱加工であるが故に溶融したシリコン屑が周辺に飛散して固着するデブリが発生してしまい、清浄な加工部が得られず、これが良好なエッチング処理を阻害する要因のひとつとなってしまう。一方、照射エネルギーを抑制してアブレーションしないレベルまで低下させたとしても、これでは単に結晶化を促進するだけで、後工程のエッチング処理時間を短縮できるような効果は得られない。
【００３７】
また、他のレーザーとしてピコ秒レーザーを用いることも検討し、実際にピコ秒レーザーを上記したサンプル基板に照射したところ、図５（ｃ）に示すように、凹凸形状が形成されるものの、デブリ発生により膜表面の清浄度が低下しており、フェムト秒レーザーを用いることの優位性が明らかになった。つまり、少ない薬液で、良好かつ短時間でエッチング処理を行うためには、フェムト秒レーザーによるレーザー加工処理が効果的であることがわかった。
【００３８】
図６は本発明にかかる基板処理装置の第２実施形態の動作を模式的に示す図である。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、フェムト秒レーザービームＬＢの照射領域である。つまり、第１実施形態では膜Ｆの表面全体にフェムト秒レーザービームＬＢを照射して膜表面全体に凹凸形状を付与しているのに対し、第２実施形態では部分的にフェムト秒レーザービームＬＢを照射して膜Ｆの表面に加工部ＷＲと、凹凸形状を付与していない非加工部ＮＷＲを設けている点である。以下、第２実施形態について図６を参照しつつ第１実施形態と相違する点を中心に説明する。
【００３９】
基板搬送ユニット２により未処理基板Ｗがレーザー加工ユニット１にローディングされた後、スピンチャック１１による基板Ｗの吸着保持が完了すると、ユニット制御部１４は、第１実施形態と同様に、スピンチャック１１を回転させるとともに、移動機構１７によって基板Ｗの表面周縁部を照射部１６の直下位置、つまりレーザービームＬＢの照射位置まで移動させた後、レーザー光源１５からフェムト秒レーザービームＬＢを出射させる（図６（ａ））。これによって、フェムト秒レーザービームＬＢが照射された表面領域では、膜Ｆの表面が選択的に加工されて凹凸形状を有する加工部ＷＲが形成される。
【００４０】
それに続いて、レーザー照射を継続させながら、基板Ｗを回転させるとともにスピンチャック１１を移動することで照射部１６に対して基板Ｗを径方向Ｘに相対駆動させるが、照射部１６に対する基板Ｗの移動量、つまり相対移動量は基板Ｗの半径に比べて小さい値、例えばベベルエッチング幅程度に設定されている。これによって、膜Ｆに対して円環状の加工部ＷＲが形成される一方、加工部ＷＲよりも内側、つまり回転軸ＡＸ側の表面領域ではフェムト秒レーザービームＬＢが照射されず、非加工部ＮＷＲとなっている（図６（ｂ））。
【００４１】
こうして所望のレーザー加工処理が完了すると、第１実施形態と同様に、ユニット制御部１４はレーザー光源１５の消灯、照射部１６の直下位置からのスピンチャック１１の離間移動およびスピンチャック１１の回転停止を実行し、それに続いて、基板搬送ユニット２はレーザー処理済基板Ｗをレーザー加工ユニット１から薬液エッチングユニット３に移送する。
【００４２】
そして、レーザー処理済基板Ｗを受け取った薬液エッチングユニット３は、第１実施形態と同様に、レーザー処理済基板Ｗを回転させながらレーザー処理済膜Ｆの全面に薬液を供給してエッチング処理を実行する（図６（ｃ））。ここで、第２実施形態での特徴は、レーザー処理済膜Ｆには２種類の表面領域、つまり加工部ＷＲと非加工部ＮＷＲが存在し、各部でのエッチング速度が相違している点である。つまり、凹凸形状を有する加工部ＷＲのエッチング速度が非加工部ＮＷＲのそれよりも高いため、加工部ＷＲが非加工部ＮＷＲよりも早くエッチング除去されて基板Ｗの表面が露出する（図６（ｄ））。このように部分的に膜Ｆを残存させながら基板Ｗの周縁部を露出させることができる。
【００４３】
このエッチング処理が完了すると、第１実施形態と同様に、エッチング処理された基板Ｗの表面へのリンス液供給によるリンス処理（ステップＳ８）およびスピン乾燥（ステップＳ９）がこの順序で実行された後、エッチング処理済基板Ｗが基板搬送ユニット２により薬液エッチングユニット３からアンローディングされ、処理済基板Ｗを収容する基板収容容器（図示省略）に収容される。なお、エッチング処理を全面に薬液を供給して実行しているが、レーザー加工処理を行った加工部ＷＲのみに部分的に薬液を供給するようにしてもよい。
【００４４】
以上のように、第２実施形態では、フェムト秒レーザービームＬＢの照射領域を制御することで同一の膜内にエッチング速度の差を設けて多様なエッチング処理が可能となっており、上記第１実施形態の作用効果のみならず、高い汎用性を有している。
【００４５】
また、同一膜内でもフェムト秒レーザービームＬＢを照射する領域と照射しない領域とを設けてエッチング処理の汎用化を図るという技術思想については、上記第２実施形態に限定されるものではなく、例えば図７に示すように膜の平坦化にも適用することができる。
【００４６】
図７は本発明にかかる基板処理装置の第３実施形態の動作を模式的に示す図である。この第３実施形態では、膜Ｆのうち厚肉部分ＦＦにフェムト秒レーザービームＬＢを照射して加工部ＷＲとしてエッチング速度を高める一方、薄肉部分ＦＴにはフェムト秒レーザービームＬＢを照射せず非加工部ＮＷＲとしてエッチング速度の差を設けている。すなわち、第３実施形態では、基板搬送ユニット２により未処理基板Ｗがレーザー加工ユニット１にローディングされた後、スピンチャック１１による基板Ｗの吸着保持が完了すると、ユニット制御部１４は、第１実施形態と同様に、スピンチャック１１を移動機構１７によって厚肉部分ＦＦの周縁部が照射部１６の直下位置に位置するまで移動させた後、レーザー光源１５からフェムト秒レーザービームＬＢを出射させる（図７（ａ））。これによって、フェムト秒レーザービームＬＢが照射された表面領域では、膜Ｆの表面が選択的に加工されて凹凸形状を有する加工部ＷＲが形成される。
【００４７】
それに続いて、レーザー照射を継続させながら、基板Ｗを回転させるとともにスピンチャック１１の移動により厚肉部分ＦＦの各部を照射部１６の直下位置に位置させて厚肉部分ＦＦの表面領域全体に凹凸形状に仕上げてエッチング速度を高める。なお、厚肉部分ＦＦへのレーザー照射が完了すると、レーザー照射を終了させる。これによって、厚肉部分ＦＦは上記したように加工部ＷＲとなり、薄肉部分ＦＴは非加工部ＮＷＲとなる。
【００４８】
こうして所望のレーザー加工処理が完了すると、第１実施形態と同様に、ユニット制御部１４はレーザー光源１５の消灯、照射部１６の直下位置からのスピンチャック１１の離間移動およびスピンチャック１１の回転停止を実行し、また基板搬送ユニット２はレーザー処理済基板Ｗをレーザー加工ユニット１から薬液エッチングユニット３に移送する。
【００４９】
そして、レーザー処理済基板Ｗを受け取った薬液エッチングユニット３は、第１実施形態と同様に、レーザー処理済基板Ｗを回転させながらレーザー処理済膜Ｆに薬液を供給してエッチング処理を実行する（図７（ｃ））。これにより、レーザー処理済膜Ｆのうち厚肉部分ＦＦ（加工部ＷＲ）が薄肉部分ＦＴ（非加工部ＮＷＲ）に比べて単位時間当たりのエッチング量が多く、エッチング進行に伴い膜厚差が縮小され、やがてゼロとなり、膜Ｆが平坦化される（図７（ｄ））。
【００５０】
このエッチング処理が完了すると、第１実施形態と同様に、エッチング処理された基板Ｗの表面へのリンス液供給によるリンス処理およびスピン乾燥がこの順序で実行された後、エッチング処理済基板Ｗが基板搬送ユニット２により薬液エッチングユニット３からアンローディングされ、処理済基板Ｗを収容する基板収容容器（図示省略）に収容される。
【００５１】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、膜Ｆが単層である場合について説明したが、例えば具体例（ポリシリコン膜／シリコン酸化膜／シリコン基板）で説明したように、膜が多層構造である場合も同様である。つまり、多層構造の最上層がエッチング対象膜であり、本発明の「基板上に形成された膜」に相当する。
【００５２】
また、上記実施形態では、薬液として濃度５［ｗｔ％］、６０℃の水酸化テトラメチルアンモニウムを用いているが、薬液の種類、濃度や温度などについてはこれに限定されるものではなく、膜成分に応じて適切なものを採用すればよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、照射部１６を固定配置する一方、基板Ｗを回転させながらスピンチャック１１をＸ方向に移動させてレーザー照射領域、つまり膜Ｆの表面に凹凸形状を付与する加工部ＷＲの範囲を制御しているが、照射部１６のみを移動させる、あるいは照射部１６およびスピンチャック１１を移動させることによって、基板Ｗと照射部１６とを相対的に移動させて加工部ＷＲを形成する範囲を制御してもよい。
【００５４】
また、上記第２実施形態および第３実施形態では、膜Ｆの表面を２つの表面領域、つまり加工部ＷＲと非加工部ＮＷＲに区分けし、フェムト秒レーザービームＬＢの照射量をそれぞれ相違させることでエッチング速度を異ならせているが、表面領域の区分け数は「２」に限定されるものではなく、３以上であってもよい。また、区分け数がｎ（ｎ≧３の自然数）である場合には、各表面領域での照射量を２段階ないしｎ段階の範囲で相違させてもよい。
【００５５】
さらに、上記実施形態では、レーザー加工ユニット１と薬液エッチングユニット３とを分離して設けているが、両ユニット１、３を一体化し、単一筐体内でレーザー加工処理および薬液エッチング処理を連続的に実行するように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
この発明は、半導体ウエハなどの各種基板上に形成される膜をエッチングする基板処理方法および基板処理装置全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１…レーザー加工ユニット（レーザー加工手段）
３…薬液エッチングユニット（薬液供給手段）
３１…薬液供給部（薬液供給手段）
Ｆ…膜
ＬＢ…フェムト秒レーザービーム
ＮＷＲ…非加工部
Ｗ…基板
ＷＲ…加工部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体ウエハなどの各種基板上に形成される膜をエッチングする基板処理方法および基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造工程では、基板上に形成される膜を薬液によりエッチングする工程が含まれることがある。例えば特許文献１には、表面にポリシリコン膜が形成された基板をスピンチャックにより略水平姿勢で保持しながら回転させ、その回転されている基板上のポリシリコン膜に薬液を供給することで、ポリシリコン膜をエッチングする技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３５１８０５号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような薬液によるエッチング処理では、膜のエッチングに要する時間が長く、薬液消費量も多くなり、その結果、製造コストが増大するという問題があった。また、薬液の消費量の増大は環境に与える負荷を高めるという問題もあった。そこで、エッチング処理に要する時間の短縮および薬液消費量の削減が可能な技術が要望されている。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、少ない薬液で、かつ短時間で基板上の膜を良好にエッチングすることができる基板処理方法および基板処理装置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】
【０００６】
この発明にかかる基板処理方法は、上記目的を達成するため、基板上に形成された膜に対し、フェムト秒レーザーを照射して膜のフェムト秒レーザーが照射された表面領域に凹凸形状を有する加工部を形成するレーザー照射工程と、加工部が形成された膜の表面に薬液を接液させてエッチングするエッチング工程とを備えることを特徴としている。
【０００７】
また、この発明にかかる基板処理装置は、基板上に形成された膜をエッチングする基板処理装置であって、上記目的を達成するため、膜に対し、フェムト秒レーザーを照射して膜のフェムト秒レーザーが照射された表面領域に凹凸形状を有する加工部を形成するレーザー加工手段と、加工部が形成された膜の表面に薬液を供給して膜をエッチングする薬液供給手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
このように構成された発明（基板処理方法および基板処理装置）では、膜の表面に薬液を接液させてエッチングする前に、フェムト秒レーザーが膜の全面または部分的に照射され、フェムト秒レーザーが照射された表面領域に凹凸形状を有する加工部が形成される。そして、薬液が膜の表面に供給されてエッチング処理が実行されるが、加工部では薬液が接液する面積が従来技術（エッチング前処理を行うことなく、単に薬液を用いてエッチング処理を行う発明）に比べて増大するため、エッチングに要する時間および薬液量が削減される。
【０００９】
また、この発明では、膜の表面に加工部を形成するために、特にフェムト秒レーザーを用いているために、次のような作用効果が生じている。レーザーとしては、上記フェムト秒レーザー以外に、ピコ秒レーザーやＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザーなどを用いることも考え得るが、後述するように、清浄な加工部、つまりデブリ（レーザー加工時に発生する加工クズ）により汚染されていない加工部を形成し得るのはフェムト秒レーザーを用いた場合のみである。このように清浄な加工部が得られることから、その後の行われるエッチング処理を良好に行うことができる。
【００１０】
ここで、膜の全面に対してフェムト秒レーザーを照射した後、膜全面に薬液を接液させることで、薬液の消費量を抑制しながら短時間で基板から膜を全面除去することができる。
【００１１】
さらに、エッチングの目的は基板からの全面除去に限定されるものではなく、後述するようにエッチングしようとする厚みを膜の表面内において部分的に異ならせることが要望されることがある。そこで、膜の表面を複数の表面領域に区分けし、各表面領域に対するフェムト秒レーザーの照射量を相違さるとともに、フェムト秒レーザーの照射後に膜全面に薬液を接液させて各表面領域へのフェムト秒レーザーの照射量に応じたエッチング速度で各表面領域をエッチングするように構成してもよい。これによって、エッチングに要する時間および薬液消費量を低減することができるだけでなく、種々の要望に応じたエッチングを行うことができ、優れた汎用性が得られる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、この発明によれば、膜へのフェムト秒レーザーの照射によってフェムト秒レーザーが照射された表面領域に凹凸形状を有する加工部を形成しているので、加工部では薬液の接液面積が広がりエッチングに要する時間および薬液量を削減することができる。その結果、製造コストおよび環境負荷を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】レーザー加工ユニットの構成を示す図である。
【図３】図１の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。
【図５】膜表面の凹凸形状とレーザー照射との関係を示す図である。
【図６】本発明にかかる基板処理装置の第２実施形態の動作を模式的に示す図である。
【図７】本発明にかかる基板処理装置の第３実施形態の動作を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。この基板処理装置は、レーザー加工ユニット１、基板搬送ユニット２、薬液エッチングユニット３および装置全体を制御する制御ユニット４を有している。そして、基板処理装置では、制御ユニット４が各ユニット１〜３を制御し、図示を省略する基板収容容器に収容された基板Ｗを基板収容容器から取り出し、基板の表面全体に形成されているポリシリコン膜などの膜に対してレーザー加工処理を施した後で、膜を全面的にエッチング除去する。
【００１５】
図２は、レーザー加工ユニットの構成を示す図である。このレーザー加工ユニット１では、基板Ｗの表面に形成された膜Ｆを上方に向けた状態で基板Ｗを真空吸着方式で保持するスピンチャック１１が設けられている。このスピンチャック１１は回転軸ＡＸを回転中心として回転自在となっており、その上面には、複数の吸着孔（図示省略）が設けられている。そして、図示を省略する負圧源から各吸着孔に与えられる負圧によってスピンチャック１１の上面に載置される基板Ｗの裏面が真空吸着されて保持される。なお、スピンチャック１１による基板Ｗの保持方式は真空吸着方式に限定されるものではなく、従来より周知の方式、例えばメカチャック方式などを採用してもよい。
【００１６】
また、スピンチャック１１の下面には、回転軸ＡＸに延設された回転支軸１２の上端部が連結されている。また、この回転支軸１２の下端部には回転駆動機構１３が連結されており、制御ユニット４との間でデータや制御信号などを授受しながらレーザー加工ユニット１全体を制御するユニット制御部１４からの動作指令に応じて回転駆動機構１３を駆動させることによりスピンチャック１１が回転軸ＡＸ回りに回転する。更にレーザー加工ユニット１は、スピンチャック１１を回転駆動機構１３とともに一体的に図２中左右にスライド移動させる移動機構１７を備える。このように、この実施形態では、ユニット制御部１４からの制御指令によってスピンチャック１１に保持される基板Ｗを種々の周速で回転軸ＡＸ回りに回転させることが可能となっている。更に、スピンチャック１１の回転軸ＡＸの位置を一方向に移動させることが可能となっている。
【００１７】
本実施形態では、パルスレーザービームＬＢの発生源として、フェムト秒レーザービームＬＢを出力するレーザー光源（例えば、サイバーレーザー社製、製品名「ＩＦＲＩＴ（イフリート）」）１５が用いられている。また、このレーザー光源１５から水平方向に出力されるフェムト秒レーザービームＬＢが照射部１６によりスピンチャック１１に保持された基板Ｗに照射される。
【００１８】
この照射部１６は、フェムト秒レーザービームＬＢを反射して下方に導光するミラー１６１と、ミラー１６１で反射されたフェムト秒レーザービームＬＢを整形する２枚のシリンドリカルレンズ１６２、１６３と、これらのシリンドリカルレンズ１６２、１６３により整形されたフェムト秒レーザービームＬＢを膜Ｆに集光させる集光レンズ１６４とを有している。このように、本実施形態では、照射部１６によりフェムト秒レーザービームＬＢを所望のビーム形状に整形するとともに膜Ｆの表面に集光させて当該膜表面での照射ビームサイズ、つまり照射面積を調整して当該界面でのフェムト秒レーザービームＬＢのフルエンスを調整している。
【００１９】
また、上記したようにユニット制御部１４からの移動指令に基づいて移動機構１７が作動すると、スピンチャック１１全体がＸ方向にスライド移動し、それにより回転軸ＡＸは基板Ｗの径方向Ｘに移動する。これに対し、照射部１６は固定配置されている。このように、スピンチャック１１は基板Ｗの回転中心を通る移動経路に沿って照射部１６に対して径方向Ｘに相対移動可能となっている。また、レーザー加工処理を行わない間、移動機構１７はスピンチャック１１を照射部１６から径方向Ｘに離れた位置に移動させ、この位置でスピンチャック１１に対する基板Ｗの搬入および搬出が行われ、照射部１６が基板Ｗと干渉するのを防止している。
【００２０】
このように構成されたレーザー加工ユニット１によれば、スピンチャック１１に保持された基板Ｗを回転させながらスピンチャック１１を移動することで照射部１６を少なくとも基板端縁部から基板Ｗの回転中央まで径方向Ｘに基板Ｗに対して相対移動させることで基板Ｗの表面全体に形成された膜Ｆに対してフェムト秒レーザービームＬＢが全面的に照射される。これによって、膜Ｆの全表面領域に凹凸形状を有する加工部が形成される。なお、以下の説明においては、このようにしてレーザー照射によって表面が凹凸形状に仕上げられた膜Ｆを「レーザー処理済膜Ｆ」と称するとともに、レーザー処理済膜Ｆを有する基板Ｗを「レーザー処理済基板Ｗ」と称し、また後述するようにしてレーザー処理済基板Ｗの膜Ｆがエッチングされた基板Ｗを「エッチング処理済基板」と称する。
【００２１】
このように構成されたレーザー加工ユニット１のＸ方向側（図１の下方側）に基板搬送ユニット２が配設されるとともに、基板搬送ユニット２のＹ方向側（図１の右手側）に薬液エッチングユニット３が配設されている。
【００２２】
基板搬送ユニット２は従来より多用されている多関節ロボットを有しており、制御ユニット４からの基板搬送指令に応じて
・基板収容容器からレーザー加工ユニット１への未処理基板Ｗのローディング、
・レーザー加工ユニット１からのレーザー処理済基板Ｗのアンローディング、
・薬液エッチングユニット３へのレーザー処理済基板Ｗのローディング、
・薬液エッチングユニット３からのエッチング処理済基板Ｗのアンローディング、
を選択的に行う。なお、基板搬送ユニット２では、基板搬送手段として多関節ロボットを用いているが、その他の基板搬送機構を用いてもよい。
【００２３】
また、薬液エッチングユニット３としては、薬液を用いて膜Ｆをエッチングできるものであればよく、例えば特許文献１に記載の装置、あるいはこれに類似した構成を有する装置を用いることができる。なお、本実施形態では、薬液および純水リンス液の供給態様を除き特許文献１に記載の装置と同一な構成を有する薬液エッチングユニット３を用いている。すなわち、基板Ｗがスピンチャック（図示省略）により保持された状態で、スピンチャックとともに基板Ｗを一体的に回転させる機構が設けられている。そして、回転される基板Ｗに対して、互いに異なるノズル３１１、３２１から薬液および純水リンス液がそれぞれ基板Ｗの表面に向けて吐出される。すなわち、図１に示すように、スピンチャックに保持された基板Ｗのレーザー処理済膜Ｆに対してノズル３１１から薬液を供給して膜Ｆをエッチングする薬液供給部３１が設けられるとともに、ノズル３２１からエッチング処理済基板Ｗの表面に純水リンス液を供給して薬液およびエッチング時の反応生成物などをエッチング処理済基板から洗い流すリンス液供給部３２が設けられている。本実施形態では、例えばシリコン基板Ｗの表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）およびポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）がこの順序で形成されており、その最上層であるポリシリコン膜をエッチング対象膜Ｆとしており、これをエッチングするために薬液中の濃度が５［ｗｔ％］、６０℃の水酸化テトラメチルアンモニウム（Tetramethylammonium hydroxide：ＴＭＡＨ）を用いている。また、リンス処理に使用する純水リンス液として、ＤＩＷ（脱イオン水：deionized water）を用いている。
【００２４】
次に、上記のように構成された基板処理装置の動作について、図３および図４を参照しつつ説明する。図３は図１の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。また、図４は図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。なお、図４（および後で説明する図６、図７）では、膜Ｆに対する各種処理の内容を明示することを優先し、基板Ｗ、膜Ｆおよび加工部ＷＲの厚さ関係については、実際の各部寸法と相違している。
【００２５】
基板処理装置に対して処理開始命令がホスト装置やオペレータなどから与えられると、制御ユニット４は、レーザー加工ユニット１、基板搬送ユニット２および薬液エッチングユニット３を以下のように制御して基板Ｗ上の膜Ｆを全面的にエッチング除去する。
【００２６】
基板搬送ユニット２は、制御ユニット４からのローディング指令に受けて基板収容容器から未処理基板Ｗを取り出し、膜Ｆを上方に向けた状態で未処理基板Ｗをレーザー加工ユニット１のスピンチャック１１上にローディングする（ステップＳ１）。
【００２７】
一方、未処理基板Ｗを受け取ったレーザー加工ユニット１では、ユニット制御部１４がユニット１の各部を制御して膜Ｆの全面にフェムト秒レーザービームＬＢを照射して凹凸形状を有する加工部ＷＲを形成する（ステップＳ２、Ｓ３）。すなわち、スピンチャック１１による基板Ｗの吸着保持が完了すると、ユニット制御部１４は回転駆動機構１３に対して駆動指令を与え、回転駆動機構１３によりスピンチャック１１を回転させる。これによって、基板Ｗは膜Ｆを上方に向けた状態で水平姿勢のまま回転軸ＡＸを回転中心として回転し始める（ステップＳ２）。そして、基板Ｗの周速が安定し、所定の周速Ｖ［ｍｍ／ｓ］に達すると、ユニット制御部１４は移動機構１７に移動指令を与え、照射部１６の直下位置に基板Ｗの表面周縁部が位置するまでスピンチャック１１を移動させるとともに、ステップＳ３でレーザー光源１５に点灯指令を与えてレーザー光源１５からフェムト秒レーザービームＬＢを出射させる（図４（ａ））。これによって、フェムト秒レーザービームＬＢが照射された表面領域では、膜Ｆの表面が部分的に加工されて凹凸形状を有する加工部ＷＲが形成される。
【００２８】
また、本実施形態では、レーザー照射を継続させながら、基板Ｗを回転させて照射部１６の直下位置を基板Ｗが一周すると、スピンチャック１１を基板Ｗの径方向Ｘに駆動し、基板Ｗに対するフェムト秒レーザービームＬＢの照射位置を径方向Ｘに移動させる。この動作を繰り返すことで、照射部１６からのレーザービームＬＢが照射される基板Ｗの表面領域が回転中心側に近づき、さらに回転中心を超えて回転軸ＡＸに対して照射開始位置の反対側まで移動する。これによってフェムト秒レーザービームＬＢが照射される表面領域は膜Ｆの表面全体に広がり膜Ｆの表面全体が加工部ＷＲとなる。つまり、膜Ｆの表面全体が凹凸形状に仕上げられたレーザー処理済基板Ｗが得られる（同図（ｂ））。なお、同図（ｂ）では、図示説明の便宜からレーザービームＬＢの照射位置をずらして図示しているが、この実施形態ではレーザービームＬＢの照射位置は固定されており、上記したように基板ＷをＸ方向（同図の左右方向）に移動させている。
【００２９】
こうして所望のレーザー加工処理が完了すると、ユニット制御部１４はレーザー光源１５を消灯し、スピンチャック１１を移動することで照射部１６の直下位置から基板Ｗを離間させ、さらにスピンチャック１１の回転を停止させる。その後、基板搬送ユニット２は、制御ユニット４からのアンローディング指令に受けてレーザー処理済基板Ｗをレーザー加工ユニット１からアンローディングする（ステップＳ４）。
【００３０】
そして、薬液エッチングユニット３でのエッチング処理の準備が完了していることを確認すると、制御ユニット４は薬液エッチングユニット３へのレーザー処理済基板Ｗのローディング指令を与える。また、これを受けた基板搬送ユニット２は、レーザー処理済膜Ｆを上方に向けた状態でレーザー処理済基板Ｗを薬液エッチングユニット３のスピンチャック（図示省略）上にローディングする（ステップＳ５）。
【００３１】
一方、レーザー処理済基板Ｗを受け取った薬液エッチングユニット３は、特許文献１に記載の装置を初めとする枚葉式のウェット洗浄装置と同様に、レーザー処理済基板Ｗを回転させながら（ステップＳ６）、図４（ｃ）に示すようにレーザー処理済膜Ｆへの薬液供給によるエッチング処理（ステップＳ７）、図４（ｄ）に示すようにエッチング処理された基板Ｗの表面へのリンス液供給によるリンス処理（ステップＳ８）およびスピン乾燥（ステップＳ９）をこの順序で実行する。これにより基板Ｗの表面から膜Ｆがエッチング除去されてエッチング処理済基板Ｗが得られる。
【００３２】
こうして所望のエッチング処理が完了すると、基板搬送ユニット２は、制御ユニット４からのアンローディング指令に受けてエッチング処理済基板Ｗを薬液エッチングユニット３からアンローディングし、処理済基板Ｗを収容する基板収容容器（図示省略）に収容する（ステップＳ１０）。
【００３３】
以上のように、第１実施形態では、エッチング処理（ステップＳ７）を実行する前に、フェムト秒レーザービームＬＢを膜Ｆの全面に照射し、フェムト秒レーザービームＬＢが照射された表面領域に凹凸形状を有する加工部ＷＲを形成している。このため、加工部ＷＲでは薬液の接液面積が増大し、その結果、エッチング処理（ステップＳ７）に要する時間および薬液量を削減することができる。例えばシリコン基板Ｗの表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を介して厚さ１０００［ｎｍ］のポリシリコン膜がエッチング対象膜Ｆとして設けられたサンプル基板を複数枚準備し、各サンプル基板のエッチング対象膜Ｆを濃度５［ｗｔ％］、６０℃の水酸化テトラメチルアンモニウムでエッチング処理する前に、以下の条件でレーザー加工処理を行った場合と、レーザー加工処理を全く行わなかった場合とで実験したところ、以下のような結果が得られた。
【００３４】
上記サンプル基板を用いた具体例でのレーザー加工処理の条件は、
・上記レーザー光源１５から出力されるフェムト秒レーザーの仕様
波長：８００［ｎｍ］、
パルス幅：２５０［ｆｓ］、
平均出力：１［Ｗ］
・加工条件
照射ビームサイズ：３．５（基板Ｗの径方向Ｘの長さ）×０．０１（基板Ｗの周方向の幅）［ｍｍ］
レーザービームＬＢのフルエンス：２１５［ｍＪ／ｃｍ２］
レーザービームＬＢと基板Ｗの相対速度：２［ｍｍ／ｓ］
である。ここで、レーザー加工処理の有無による膜Ｆの表面状態を観察したところ、レーザー加工処理を全く行わなかったサンプル基板（以下「イニシャル基板」という）の膜の表面形状は図５（ａ）に示すように平滑であるのに対し、レーザー加工処理を行うと、同図（ｂ）に示すように、レーザー処理済基板に形成されている膜の表面全体が凹凸形状に加工されている。そして、イニシャル基板およびレーザー処理済基板からポリシリコン膜を除去するのに要するエッチング処理時間はそれぞれ２４０［ｓｅｃ］、１５０［ｓｅｃ］であった。このように、エッチング前処理としてレーザー加工処理を行うことでエッチング処理時間を９０［ｓｅｃ］も短縮することが可能となっている。また、エッチング処理時間の短縮化によって薬液量も大幅に削減することができることがわかる。このように、この実施形態によれば、少ない薬液で、かつ短時間で基板Ｗ上の膜Ｆをエッチングすることができる。
【００３５】
また、本実施形態のようにレーザービームＬＢと基板Ｗの相対速度が２［ｍｍ／ｓ］であるのなら、レーザービームＬＢの照射位置が重ならないように基板Ｗを回転させながらスピンチャック１１を移動することで膜Ｆの表面全体を加工するようにしてもよい。
【００３６】
また、本実施形態では、いわゆる「非熱プロセス」であるフェムト秒レーザーを用いて膜Ｆの表面に凹凸形状の加工部ＷＲを形成するため、次の作用効果が得られる。すなわち、単に凹凸形状を膜表面に形成するためであれば、従来より周知のレーザーを利用することも考えられる。例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ：Thin Film Transistor）の製造プロセスで利用されているレーザーアニール法は、ガラス基板上に成膜されたアモルファスシリコンの表面をエキシマレーザーで加熱することで、ポリシリコンへと結晶化させる工程である。ポリシリコン膜に対してエキシマレーザーを照射して凹凸形状を形成するためには、エキシマレーザーの照射エネルギーを大きくして、アブレーション現象を利用することは可能である。しかしながら、同技術を用いた場合には、下地（基板）への熱的ダメージは避けられない。また、熱加工であるが故に溶融したシリコン屑が周辺に飛散して固着するデブリが発生してしまい、清浄な加工部が得られず、これが良好なエッチング処理を阻害する要因のひとつとなってしまう。一方、照射エネルギーを抑制してアブレーションしないレベルまで低下させたとしても、これでは単に結晶化を促進するだけで、後工程のエッチング処理時間を短縮できるような効果は得られない。
【００３７】
また、他のレーザーとしてピコ秒レーザーを用いることも検討し、実際にピコ秒レーザーを上記したサンプル基板に照射したところ、図５（ｃ）に示すように、凹凸形状が形成されるものの、デブリ発生により膜表面の清浄度が低下しており、フェムト秒レーザーを用いることの優位性が明らかになった。つまり、少ない薬液で、良好かつ短時間でエッチング処理を行うためには、フェムト秒レーザーによるレーザー加工処理が効果的であることがわかった。
【００３８】
図６は本発明にかかる基板処理装置の第２実施形態の動作を模式的に示す図である。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、フェムト秒レーザービームＬＢの照射領域である。つまり、第１実施形態では膜Ｆの表面全体にフェムト秒レーザービームＬＢを照射して膜表面全体に凹凸形状を付与しているのに対し、第２実施形態では部分的にフェムト秒レーザービームＬＢを照射して膜Ｆの表面に加工部ＷＲと、凹凸形状を付与していない非加工部ＮＷＲを設けている点である。以下、第２実施形態について図６を参照しつつ第１実施形態と相違する点を中心に説明する。
【００３９】
基板搬送ユニット２により未処理基板Ｗがレーザー加工ユニット１にローディングされた後、スピンチャック１１による基板Ｗの吸着保持が完了すると、ユニット制御部１４は、第１実施形態と同様に、スピンチャック１１を回転させるとともに、移動機構１７によって基板Ｗの表面周縁部を照射部１６の直下位置、つまりレーザービームＬＢの照射位置まで移動させた後、レーザー光源１５からフェムト秒レーザービームＬＢを出射させる（図６（ａ））。これによって、フェムト秒レーザービームＬＢが照射された表面領域では、膜Ｆの表面が選択的に加工されて凹凸形状を有する加工部ＷＲが形成される。
【００４０】
それに続いて、レーザー照射を継続させながら、基板Ｗを回転させるとともにスピンチャック１１を移動することで照射部１６に対して基板Ｗを径方向Ｘに相対駆動させるが、照射部１６に対する基板Ｗの移動量、つまり相対移動量は基板Ｗの半径に比べて小さい値、例えばベベルエッチング幅程度に設定されている。これによって、膜Ｆに対して円環状の加工部ＷＲが形成される一方、加工部ＷＲよりも内側、つまり回転軸ＡＸ側の表面領域ではフェムト秒レーザービームＬＢが照射されず、非加工部ＮＷＲとなっている（図６（ｂ））。
【００４１】
こうして所望のレーザー加工処理が完了すると、第１実施形態と同様に、ユニット制御部１４はレーザー光源１５の消灯、照射部１６の直下位置からのスピンチャック１１の離間移動およびスピンチャック１１の回転停止を実行し、それに続いて、基板搬送ユニット２はレーザー処理済基板Ｗをレーザー加工ユニット１から薬液エッチングユニット３に移送する。
【００４２】
そして、レーザー処理済基板Ｗを受け取った薬液エッチングユニット３は、第１実施形態と同様に、レーザー処理済基板Ｗを回転させながらレーザー処理済膜Ｆの全面に薬液を供給してエッチング処理を実行する（図６（ｃ））。ここで、第２実施形態での特徴は、レーザー処理済膜Ｆには２種類の表面領域、つまり加工部ＷＲと非加工部ＮＷＲが存在し、各部でのエッチング速度が相違している点である。つまり、凹凸形状を有する加工部ＷＲのエッチング速度が非加工部ＮＷＲのそれよりも高いため、加工部ＷＲが非加工部ＮＷＲよりも早くエッチング除去されて基板Ｗの表面が露出する（図６（ｄ））。このように部分的に膜Ｆを残存させながら基板Ｗの周縁部を露出させることができる。
【００４３】
このエッチング処理が完了すると、第１実施形態と同様に、エッチング処理された基板Ｗの表面へのリンス液供給によるリンス処理（ステップＳ８）およびスピン乾燥（ステップＳ９）がこの順序で実行された後、エッチング処理済基板Ｗが基板搬送ユニット２により薬液エッチングユニット３からアンローディングされ、処理済基板Ｗを収容する基板収容容器（図示省略）に収容される。なお、エッチング処理を全面に薬液を供給して実行しているが、レーザー加工処理を行った加工部ＷＲのみに部分的に薬液を供給するようにしてもよい。
【００４４】
以上のように、第２実施形態では、フェムト秒レーザービームＬＢの照射領域を制御することで同一の膜内にエッチング速度の差を設けて多様なエッチング処理が可能となっており、上記第１実施形態の作用効果のみならず、高い汎用性を有している。
【００４５】
また、同一膜内でもフェムト秒レーザービームＬＢを照射する領域と照射しない領域とを設けてエッチング処理の汎用化を図るという技術思想については、上記第２実施形態に限定されるものではなく、例えば図７に示すように膜の平坦化にも適用することができる。
【００４６】
図７は本発明にかかる基板処理装置の第３実施形態の動作を模式的に示す図である。この第３実施形態では、膜Ｆのうち厚肉部分ＦＦにフェムト秒レーザービームＬＢを照射して加工部ＷＲとしてエッチング速度を高める一方、薄肉部分ＦＴにはフェムト秒レーザービームＬＢを照射せず非加工部ＮＷＲとしてエッチング速度の差を設けている。すなわち、第３実施形態では、基板搬送ユニット２により未処理基板Ｗがレーザー加工ユニット１にローディングされた後、スピンチャック１１による基板Ｗの吸着保持が完了すると、ユニット制御部１４は、第１実施形態と同様に、スピンチャック１１を移動機構１７によって厚肉部分ＦＦの周縁部が照射部１６の直下位置に位置するまで移動させた後、レーザー光源１５からフェムト秒レーザービームＬＢを出射させる（図７（ａ））。これによって、フェムト秒レーザービームＬＢが照射された表面領域では、膜Ｆの表面が選択的に加工されて凹凸形状を有する加工部ＷＲが形成される。
【００４７】
それに続いて、レーザー照射を継続させながら、基板Ｗを回転させるとともにスピンチャック１１の移動により厚肉部分ＦＦの各部を照射部１６の直下位置に位置させて厚肉部分ＦＦの表面領域全体に凹凸形状に仕上げてエッチング速度を高める。なお、厚肉部分ＦＦへのレーザー照射が完了すると、レーザー照射を終了させる。これによって、厚肉部分ＦＦは上記したように加工部ＷＲとなり、薄肉部分ＦＴは非加工部ＮＷＲとなる。
【００４８】
こうして所望のレーザー加工処理が完了すると、第１実施形態と同様に、ユニット制御部１４はレーザー光源１５の消灯、照射部１６の直下位置からのスピンチャック１１の離間移動およびスピンチャック１１の回転停止を実行し、また基板搬送ユニット２はレーザー処理済基板Ｗをレーザー加工ユニット１から薬液エッチングユニット３に移送する。
【００４９】
そして、レーザー処理済基板Ｗを受け取った薬液エッチングユニット３は、第１実施形態と同様に、レーザー処理済基板Ｗを回転させながらレーザー処理済膜Ｆに薬液を供給してエッチング処理を実行する（図７（ｃ））。これにより、レーザー処理済膜Ｆのうち厚肉部分ＦＦ（加工部ＷＲ）が薄肉部分ＦＴ（非加工部ＮＷＲ）に比べて単位時間当たりのエッチング量が多く、エッチング進行に伴い膜厚差が縮小され、やがてゼロとなり、膜Ｆが平坦化される（図７（ｄ））。
【００５０】
このエッチング処理が完了すると、第１実施形態と同様に、エッチング処理された基板Ｗの表面へのリンス液供給によるリンス処理およびスピン乾燥がこの順序で実行された後、エッチング処理済基板Ｗが基板搬送ユニット２により薬液エッチングユニット３からアンローディングされ、処理済基板Ｗを収容する基板収容容器（図示省略）に収容される。
【００５１】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、膜Ｆが単層である場合について説明したが、例えば具体例（ポリシリコン膜／シリコン酸化膜／シリコン基板）で説明したように、膜が多層構造である場合も同様である。つまり、多層構造の最上層がエッチング対象膜であり、本発明の「基板上に形成された膜」に相当する。
【００５２】
また、上記実施形態では、薬液として濃度５［ｗｔ％］、６０℃の水酸化テトラメチルアンモニウムを用いているが、薬液の種類、濃度や温度などについてはこれに限定されるものではなく、膜成分に応じて適切なものを採用すればよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、照射部１６を固定配置する一方、基板Ｗを回転させながらスピンチャック１１をＸ方向に移動させてレーザー照射領域、つまり膜Ｆの表面に凹凸形状を付与する加工部ＷＲの範囲を制御しているが、照射部１６のみを移動させる、あるいは照射部１６およびスピンチャック１１を移動させることによって、基板Ｗと照射部１６とを相対的に移動させて加工部ＷＲを形成する範囲を制御してもよい。
【００５４】
また、上記第２実施形態および第３実施形態では、膜Ｆの表面を２つの表面領域、つまり加工部ＷＲと非加工部ＮＷＲに区分けし、フェムト秒レーザービームＬＢの照射量をそれぞれ相違させることでエッチング速度を異ならせているが、表面領域の区分け数は「２」に限定されるものではなく、３以上であってもよい。また、区分け数がｎ（ｎ≧３の自然数）である場合には、各表面領域での照射量を２段階ないしｎ段階の範囲で相違させてもよい。
【００５５】
さらに、上記実施形態では、レーザー加工ユニット１と薬液エッチングユニット３とを分離して設けているが、両ユニット１、３を一体化し、単一筐体内でレーザー加工処理および薬液エッチング処理を連続的に実行するように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
この発明は、半導体ウエハなどの各種基板上に形成される膜をエッチングする基板処理方法および基板処理装置全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１…レーザー加工ユニット（レーザー加工手段）
３…薬液エッチングユニット（薬液供給手段）
３１…薬液供給部（薬液供給手段）
Ｆ…膜
ＬＢ…フェムト秒レーザービーム
ＮＷＲ…非加工部
Ｗ…基板
ＷＲ…加工部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された膜に対し、フェムト秒レーザーを照射して前記膜の前記フェムト秒レーザーが照射された表面領域に凹凸形状を有する加工部を形成するレーザー照射工程と、
前記加工部が形成された前記膜の表面に薬液を接液させてエッチングするエッチング工程と
を備えることを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記レーザー照射工程は前記膜の全面に対して前記フェムト秒レーザーを照射する工程であり、
前記エッチング工程は前記膜全面に前記薬液を接液させて前記基板から前記膜を除去する請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記レーザー照射工程は、前記膜の表面を複数の表面領域に区分けし、各表面領域に対するフェムト秒レーザーの照射量を相違させる工程であり、
前記エッチング工程は前記膜全面または部分的に薬液を接液させて各表面領域へのフェムト秒レーザーの照射量に応じたエッチング速度で各表面領域をエッチングする請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項４】
基板上に形成された膜をエッチングする基板処理装置であって、
前記膜に対し、フェムト秒レーザーを照射して前記膜の前記フェムト秒レーザーが照射された表面領域に凹凸形状を有する加工部を形成するレーザー加工手段と、
前記加工部が形成された前記膜の表面に薬液を供給して前記膜をエッチングする薬液供給手段と
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項１】
基板上に形成された膜に対し、フェムト秒レーザーを照射して前記膜の前記フェムト秒レーザーが照射された表面領域に凹凸形状を有する加工部を形成するレーザー照射工程と、
前記加工部が形成された前記膜の表面に薬液を接液させてエッチングするエッチング工程と
を備えることを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記レーザー照射工程は前記膜の全面に対して前記フェムト秒レーザーを照射する工程であり、
前記エッチング工程は前記膜全面に前記薬液を接液させて前記基板から前記膜を除去する請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記レーザー照射工程は、前記膜の表面を複数の表面領域に区分けし、各表面領域に対するフェムト秒レーザーの照射量を相違させる工程であり、
前記エッチング工程は前記膜全面または部分的に薬液を接液させて各表面領域へのフェムト秒レーザーの照射量に応じたエッチング速度で各表面領域をエッチングする請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項４】
基板上に形成された膜をエッチングする基板処理装置であって、
前記膜に対し、フェムト秒レーザーを照射して前記膜の前記フェムト秒レーザーが照射された表面領域に凹凸形状を有する加工部を形成するレーザー加工手段と、
前記加工部が形成された前記膜の表面に薬液を供給して前記膜をエッチングする薬液供給手段と
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−６９９７８（Ｐ２０１３−６９９７８Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８９２５（Ｐ２０１１−２０８９２５）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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