JP6529798B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウエハなどの各種基板の周縁部にレーザー光を照射して該基板の周縁部を処理する基板処理装置および基板処理方法に関するものである。

半導体装置や液晶表示装置などの電子デバイスの製造工程では、デバイス形成に用いられる基板の周縁部に形成された膜を除去することが必要となる場合がある。例えば基板とこれに形成された膜との熱膨張率の差に起因して基板が反ることがあり、これを防止するために、処理に供される前の基板から不要な膜を除去しておくことが必要となる。このような基板の部分的な処理に適した技術として、例えばフェムト秒レーザーのようなレーザー光を基板の処理対象領域に照射するものがある。例えば特許文献１に記載の技術では、基板の周縁部に超短パルスレーザー光を照射することによって、被照射部位に形成された薄膜を基板から剥離させる。

レーザー光を用いた膜除去技術においては、剥離した膜の断片等の加工屑が基板に付着するとその後のデバイス製造工程に悪影響を及ぼすおそれがある。一方、この問題を考慮した技術としては、例えば特許文献２に記載されたものがある。この技術においては、水平姿勢に支持された基板の上面に液体を供給して処理対象部位を覆うように液膜を形成し、液体を吸引することで加工屑を液体とともに回収している。

特開２０１３−０２１２６３号公報 特開２００７−１４４４９４号公報

基板周縁部の処理を目的として上記従来技術を適用する場合、基板表面が液体に触れることが問題となることがある。例えば基板の一方主面に微細パターンを有するデバイスが形成されている場合、液体の表面張力により、液体に触れた微細パターンが倒壊するおそれがある。また、基板表面に被膜が形成されている場合、液体に触れることで被膜が変質するおそれがある。

これらのことから、基板表面、特にデバイス形成面に液体を触れさせることなく基板の周縁部を処理することのできる技術が求められる。しかしながら、上記した特許文献２に記載の従来技術では、基板周縁部に広がりが適正に管理された液膜を形成することが困難であり、また処理対象部位の周囲の基板表面に液体が付着することが避けられないため、このようなニーズに応えることができない。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板の周縁部にレーザー光を照射して該基板の周縁部を処理する技術において、基板表面への液体の付着を抑えつつ、基板周縁部を良好に処理することのできる技術を提供することを目的とする。

この発明にかかる基板処理装置の一の態様は、上記目的を達成するため、液面の上部が開放された状態で液体を保持する液体保持手段と、略円板状の基板をその主面が水平面から傾いた状態で保持して、前記基板の周縁部のうち鉛直方向における最下部を含む一部を前記液面から前記液体中に浸漬させる基板保持手段と、前記基板の周縁部のうち前記液体中に浸漬された液浸部位に前記液体を介してレーザー光を入射させて前記周縁部を処理するレーザー照射手段と、前記液体保持手段に保持される前記液体を移動させて液流を生成する液流生成手段とを備え、前記レーザー光による前記処理中に、前記基板保持手段は、前記主面の中心を通り前記主面に垂直な回転軸周りに前記基板を回転させることで前記液体中において前記基板の前記周縁部を移動させるとともに、前記液流生成手段は、前記基板の前記周縁部が前記液体中において移動する方向と逆方向の前記液流を生成する。

また、この発明にかかる基板処理方法の一の態様は、上記目的を達成するため、液体を、液面の上部が開放された状態で保持する工程と、略円板状の基板をその主面が水平面から傾いた状態で保持して、前記基板の周縁部のうち鉛直方向における最下部を含む一部を前記液面から前記液体中に浸漬させる工程と、前記基板の周縁部のうち前記液体中に浸漬された液浸部位に前記液体を介してレーザー光を入射させて前記周縁部を処理する工程とを備え、前記液体を所定の方向に流通させるとともに前記液体中において前記基板の前記周縁部を移動させながら前記レーザー光を前記基板に入射させ、前記液体の流通方向が、前記基板の前記周縁部が前記液体中において移動する方向と逆方向である。

このように構成された発明では、液体保持手段に保持される液体が形成する液面に、傾けられた基板の最下部が浸漬される。そして、基板のうち液体中にある液浸部位にレーザー光が照射され、液体中で基板周縁部が処理される。そのため、処理によって生じた加工屑は液体中に捕捉され、周囲に飛散することが防止される。そして、基板表面のうち液体に触れる範囲については、液面の高さによって制御することができる。また、液体を基板から遠ざける方向に重力が作用する。したがって、周縁部よりも内側の基板表面に液体が回り込んで付着する確率が大きく低減される。

上記のように、本発明によれば、液体中で基板にレーザー光を入射させ周縁部を処理することで加工屑の飛散を防止し、また傾けた基板の下部を液体に浸漬させることで、基板の中央部に液体が回り込むのを防止する。そのため、基板表面への液体の付着を抑えつつ、基板周縁部を良好に処理することができる。

本発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す図である。 傾斜ステージ部の動作を示す図である。 基板におけるレーザー光ビームの入射位置をより詳しく示す図である。 基板を斜め向きに保持した場合の利点を説明する図である。 気体ノズルの作用を説明する図である。 基板処理装置の動作を示すフローチャートである。 基板処理装置の変形例を示す図である。

図１は本発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す図である。この基板処理装置１は、例えば、基板Ｗの周縁部Ｗｐに形成された膜をレーザー照射により除去する膜除去装置としての機能を有している。基板Ｗとしては例えば、半導体ウエハ、各種表示装置用ガラス基板、フォトマスク用基板、光磁気ディスク用基板等が適用可能である。また、除去対象となる膜としては例えば、酸化物または窒化物等の絶縁膜、レジスト膜、金属膜およびこれらが多層に積層された膜等が挙げられるが、基板および膜の種類はこれらに限定されるものではない。

以下では、基板Ｗは半導体ウエハであり、その一方主面Ｗｆにデバイスが形成されたものであるとする。以下の説明においては、基板Ｗの主面のうちデバイス形成面Ｗｆを当該基板の「表面」と称し、これと反対側の主面Ｗｂを当該基板の「裏面」と称する。

なお、本明細書において、基板の「周縁部」とは、平板状の基板が有する２つの主面を接続する側面部のみならず、両主面のうち側面部に近い辺縁部をも含む概念である。また、基板の主面と側面との接続部分が面取りあるいは丸め加工されたいわゆるベベル部分も、ここでいう「周縁部」に該当する。

基板処理装置１は、基板Ｗを保持するスピンチャック２と、スピンチャック２を支持する傾斜ステージ部３と、レーザー光を基板Ｗに入射させるレーザー照射部４と、スピンチャック２を収容するチャンバ６と、装置各部を制御して所定の処理動作を実行する制御部８とを備えている。以下の各図においてチャンバ６内の空間における方向を統一的に示すために、図１に示すようにＸＹＺ直交座標軸を設定する。ここでＸＹ平面が水平面、Ｚ軸が鉛直軸を表す。より詳しくは、（−Ｚ）方向が鉛直下向き方向を表している。

スピンチャック２は、略円形の基板Ｗを保持するスピンベース２１を備えている。より詳しくは、スピンベース２１は基板Ｗの直径よりも小さい直径を有する円板状部材であり、その上面が平坦な基板載置面となっている。基板載置面には制御部８のチャック制御部８３と接続された吸着溝または吸着孔が設けられており、チャック制御部８３から供給される負圧によって基板Ｗの下面がスピンベース２１により吸着保持される。スピンベース２１が基板Ｗよりも小さいため、基板Ｗの周縁部Ｗｐがスピンベース２１に接することなくチャンバ内空間に開放された状態で、基板Ｗが保持される。

スピンベース２１はチャック回転機構２２により回転軸ＡＸ周りに回転可能となっている。すなわち、スピンベース２１は適宜の回転駆動機構を内蔵するチャック回転機構２２から延びる回転シャフト２３に連結されている。そして、制御部８に設けられたチャック制御部８３からの制御指令に応じてチャック回転機構２２が作動して回転シャフト２３が回転すると、スピンベース２１が回転軸ＡＸ周りに回転する。スピンベース２１は回転軸ＡＸと基板Ｗの中心Ｃｗとが一致するように基板Ｗを保持する。

スピンチャック２は傾斜ステージ部３に載置されている。傾斜ステージ部３は、スピンチャック２が載置されたステージ３１と、チャンバ６の底部に固定されたベース３２と、ベース３２から立設されてステージ３１を支持する支持脚３３，３４とを備えている。支持脚３３，３４は制御部８に設けられたステージ制御部８４からの制御指令に応じて伸縮し、以下に説明するように、ステージ３１に載置されたスピンチャック２の傾き角度を変化させる。

図２は傾斜ステージ部の動作を示す図である。ステージ３１を支持する支持脚３３，３４がステージ制御部８４からの制御指令により伸縮することで、ステージ３１の傾きが変化する。これに伴いステージ３１上のスピンチャック２の傾きが変化し、スピンチャック２に保持された基板Ｗの姿勢が変化する。具体的には、図２（ａ）に示すように、基板Ｗの表面（デバイス形成面）Ｗｆが上向きとなる水平姿勢と、図２（ｂ）に示すように、基板表面Ｗｆが水平面から傾いた傾斜姿勢との間で、基板Ｗの姿勢が変化する。

基板表面Ｗｆの水平面からの傾き角θは０度ないし９０度とされる。すなわち、傾き角θが０度のとき、基板Ｗは図２（ａ）に示すように水平姿勢となる。傾き角θが０度より大きいとき、基板Ｗは図２（ｂ）に示すように傾斜姿勢となり、このときスピンチャック２も同様の傾きを有している。したがって、スピンベース２１に保持された基板Ｗは、チャック回転機構２２の作動により、その中心Ｃｗを回転中心として、鉛直軸に対し傾き角θを有する回転軸ＡＸ周りに回転される。

この基板処理装置１に処理対象たる基板Ｗが搬入されるとき、および、処理済みの基板Ｗが搬出されるときには、ステージ３１が水平となるように支持脚３３，３４が制御される。このため、外部との基板Ｗの受け渡し時には基板Ｗを水平姿勢とすることができ、外部からのアクセスが容易となる。一方、後述する基板周縁部の加工処理、例えば膜除去処理が実行される際には、基板Ｗが傾斜姿勢となるように支持脚３３，３４が制御される。

傾き角θは、例えば４５度ないし６０度とすることができるがこれに限定されない。ただし、基板表面Ｗｆが下向きとなることは避けるべきである。すなわち、図２（ｃ）に示すように、基板表面Ｗｆに垂直で基板裏面Ｗｂ側から基板表面Ｗｆ側に向かう方向の法線ベクトルＶｎを考えたとき、法線ベクトルＶｎが鉛直下向き、つまり（−Ｚ）方向の成分を有するような姿勢は避けられる。したがって、基板Ｗの傾きは、基板表面Ｗｆが鉛直面となるときが最大となる。このとき法線ベクトルＶｎは水平方向を向く。より一般的には法線ベクトルＶｎは少なくとも水平方向の成分を含み、さらに鉛直上向き、つまり（＋Ｚ）方向の成分を含んでもよい。

図１に戻って装置構成の説明を続ける。スピンチャック２により傾斜姿勢に保持された基板Ｗの下端、つまり周縁部Ｗｐのうち基板Ｗが傾けられることで最も下方に位置することとなる部分を取り囲むように、上部が開放された箱型の液体容器５１が設けられている。液体容器５１には制御部８の液体供給部８２から液体Ｌｑが供給される。液体容器５１は供給される液体Ｌｑを一時的に保持して、基板Ｗの下端に当たる周縁部Ｗｐを液面に触れさせる。したがって、周縁部Ｗｐのうち最も下方に位置する最下部を含む一部が、液体Ｌｑ中に浸漬される。以下では、基板Ｗのうち液中にある部分を「液浸部位」と称する。

詳しくは後述するが、液体容器５１には液体供給部８２から常時一定量の液体Ｌｑが供給されており、液体容器５１内で液体Ｌｑによる液流が形成されている。液体容器５１から排出される液体は液体供給部８２により回収される。

液体Ｌｑとしては、後述のレーザー光ビームＬ１に対する吸収および散乱が少なく、かつ基板Ｗに対する汚染および腐食の少ないものが望ましい。この目的のために例えば、純水またはイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、もしくは純水とＩＰＡとの混合液体を好適に用いることができる。なお、ここでいう「純水」は、ＤＩＷ、炭酸水、オゾン水および水素水を含むものとする。本実施形態ではこのうちＤＩＷを用いるものとする。純水にＩＰＡを添加することで、液体の表面張力を調整することができる。

液体容器５１の上方には、例えばＣＣＤカメラのような撮像機能を有する撮像部５２が設けられている。撮像部５２は、制御部８に設けられた画像処理部８５と接続されており、画像処理部８５からの制御指令に応じて液体容器５１内を撮像し、画像信号を画像処理部８５に送信する。撮像部５２は液体容器５１の液体Ｌｑに浸漬された基板Ｗの周縁部Ｗｐを撮像する。画像処理部８５は、撮像により得られた画像に基づき、基板Ｗが適正な位置に保持されているか、レーザー光ビームが周縁部Ｗｐの処理対象位置に正しく入射しているか等の判定を行う。

また、撮像部５２よりも基板Ｗの中心Ｃｗに近い位置に、気体ノズル５３が設けられている。気体ノズル５３は、制御部８に設けられた気体供給部８６から供給される気体、例えば窒素ガスのような不活性ガスまたは乾燥空気などの気体を下向きに吐出する。気体ノズル５３から吐出される気体により生成される気流の作用については後で説明する。

レーザー照射部４は、レーザー光を出射するレーザー光源４９と、レーザー光源４９から出射されるレーザー光Ｌの光路を調整して基板Ｗの周縁部Ｗｐに入射させる光学系４０とを備えている。レーザー光源４９は、制御部８に設けられた光源制御部８１により制御され、基板Ｗの周縁部Ｗｐに形成された膜の剥離等、各種の加工処理の目的に応じた波長およびパワー密度を有するレーザー光を出射する。例えば超短パルスレーザー光を出射可能なフェムト秒レーザーをレーザー光源４９として好適に用いることができる。

レーザー光源４９はチャンバ６の外部に配置される一方、光学系４０はチャンバ６の内部に配置されている。レーザー光源４９から出射されるレーザー光Ｌは、チャンバ６の壁面に設けられレーザー光Ｌに対して透明な導光窓６１を通して光学系４０に入射する。

光学系４０は、導光窓６１を介して入射するレーザー光Ｌの光路を変化させて基板Ｗの周縁部Ｗｐに入射させる反射ミラー４１，４２を有している。光路上における反射ミラー４１，４２の位置は光源制御部８１により制御されており、これらによりレーザー光の光路が調整される。反射ミラー４１，４２により光路が調整されたレーザー光ビームＬ１が、周縁部Ｗｐのうち液体Ｌｑ中に浸漬された液浸部位に入射する。こうして、周縁部Ｗｐがレーザー光ビームＬ１により処理される。基板Ｗが回転することで周縁部Ｗｐにおけるビーム入射位置が刻々と変化してゆき、１周以上の回転により、周縁部Ｗｐが全周にわたって処理される。

図３は基板におけるレーザー光ビームの入射位置をより詳しく示す図である。より具体的には、図３（ａ）はレーザー光ビームの入射位置を（−Ｘ）方向に見た図であり、図３（ｂ）は同位置を（＋Ｙ）方向に見た図である。図３（ａ）に示すように、レーザー光ビームＬ１は（＋Ｙ）方向に向かって水平に進み、液体容器５１の側壁面５１１に入射する。液体容器５１はレーザー光ビームＬ１に対して透明な材料、例えば石英ガラスにより形成されており、鉛直な側壁面５１１と水平な底面５１２とを有している。

レーザー光ビームＬ１はまた、液体容器５１内に保持された液体Ｌｑの水平な液面ＬＳよりも低い位置で液体容器５１の側壁面５１１に入射する。液体容器５１に入射したレーザー光ビームＬ１は、透明な側壁面５１１を透過し、液体容器５１内の液体Ｌｑを介して周縁部Ｗｐに入射する。図において符号ＢＳは、基板Ｗに入射するレーザー光ビームＬ１のビームスポットを示しているが、スポットサイズは図示されたものに限定されず任意である。また、図３（ｂ）に点線で示す領域ＤＲは、基板表面Ｗｆ上においてデバイスが形成された領域を示している。周縁部Ｗｐの加工処理においては、このデバイス形成領域ＤＲに液体を付着させないことが必要とされる。

図３（ｂ）に示すように、液体供給部８２から供給される液体Ｌｑは配管８２１を介して液体容器５１の（＋Ｘ）側端部に接続されている。一方、液体容器５１から排出される液体Ｌｑを液体供給部８２に還流させる配管８２２は、液体容器５１の（−Ｘ）側端部に接続されている。したがって、液体容器５１内での液体Ｌｑの液流が流通する方向Ｄ１は、（＋Ｘ）側から（−Ｘ）側に向かう方向、すなわち図において左向きである。これに対して、液体容器５１内の液体Ｌｑに浸漬された状態の周縁部Ｗｐが基板Ｗの回転に伴って移動する方向Ｄ２は、（−Ｘ）側から（＋Ｘ）側に向かう方向、すなわち図において右向きであり液体Ｌｑの流通方向Ｄ１とは反対向きである。

このようにする理由について説明する。まず、周縁部Ｗｐのうち液体Ｌｑに浸漬された液浸部位にレーザー光ビームＬ１を入射させて処理を行うのは、レーザー照射により生じた加工屑が周囲雰囲気中に飛散し基板Ｗに付着するのを防止するためである。レーザー照射による基板Ｗの温度上昇を抑制する効果もある。

生じた加工屑は液体Ｌｑ中に取り込まれる。そのため、液体Ｌｑが滞留した状態では、基板Ｗから離脱した加工屑が基板Ｗに再付着する、加工屑によって入射レーザー光ビームが散乱し、十分な光エネルギーを基板Ｗに入射させることができなくなる等の問題が生じ得る。これらの問題を回避するために、液体Ｌｑを流動させて加工屑をレーザー光ビームの入射位置から運び去る。ビームスポットＢＳ近傍において液体Ｌｑが順次入れ替えられることで、液体Ｌｑの温度上昇による気泡の発生を防止する効果もある。

ここで、周縁部Ｗｐのある一点に着目すると、当該点は基板Ｗの回転により移動して液体Ｌｑ中に進入し、液中でレーザー照射を受けた後、液面ＬＳよりも上方に移動して液体Ｌｑから離脱する。周縁部Ｗｐが液体Ｌｑから離脱する位置、つまり図３（ｂ）において周縁部Ｗｐが液面ＬＳと接する部分のうち周縁部Ｗｐの移動方向Ｄ２における最も下流側（（＋Ｘ）側）に対応する位置では、液体Ｌｑができるだけ清浄なものであることが望ましい。この部分で液体Ｌｑに加工屑が含まれていると、加工屑が基板Ｗに付着した状態で液体Ｌｑから離脱するおそれがあるからである。

液体容器５１の（＋Ｘ）側端部から液体Ｌｑを供給することにより、周縁部Ｗｐが液体Ｌｑから離脱する直前において最も清浄な液体Ｌｑが基板Ｗに触れることとなるので、加工屑が基板Ｗに残留付着することが防止される。この目的のために、液流の方向Ｄ１は基板Ｗの回転による周縁部Ｗｐの移動方向Ｄ２とは反対向きに設定される。ビームスポットＢＳ近傍での液体Ｌｑの乱流を防止するために、基板Ｗの回転速度および液体Ｌｑの流速は比較的小さなものとされる。

次に、レーザー光ビームＬ１の入射方向と液体容器５１の形状との関係について説明する。前記したように、レーザー光ビームＬ１は水平な光路に沿って進み、液体容器５１の鉛直な側壁面５１１を介して液体容器５１内に入射する。このようにする理由は以下の通りである。レーザー光ビームＬ１は、チャンバ６内の雰囲気から液体容器５１の側壁面５１１に入射し、液体容器５１の側壁面５１１から液体Ｌｑに入射する。このとき、液体容器５１の側壁面５１１への入射角および液体Ｌｑへの入射角が直角でなければ、レーザー光ビームＬ１が屈折して光路が曲げられてしまう。このことは、周縁部Ｗｐへのレーザー光ビームＬ１入射位置の制御を難しくする。この問題を回避するために、レーザー光ビームＬ１が液体容器５１の側壁面５１１に垂直に入射するように、レーザー光ビームＬ１の入射方向と液体容器５１の形状とが定められる。

なお、レーザー光ビームＬ１の入射方向が水平である必要性は必ずしもないが、光学系４０の機構設計やその調整、液体容器５１の製作の容易さ等の観点から、入射方向に特別な傾きを持たせるよりもより単純な水平（あるいは鉛直）方向とすることが好ましい。

この実施形態においては、水平姿勢に保持した基板Ｗでは周縁部Ｗｐに安定した液膜を形成することが難しく、また周縁部Ｗｐから基板中央部への液体の回り込みが避けられないことから、基板Ｗを傾けて保持し、下端部を液体Ｌｑに浸漬させる。このような構成では、液体Ｌｑに対し下向きに作用する重力により、基板Ｗの周縁部Ｗｐから中央部への液体Ｌｑの回り込みが抑制される。

このときの基板Ｗの傾き角θについては０度より大きく９０度以下とされる。例えば傾き角θを９０度、つまり基板表面Ｗｆが鉛直面となるように基板Ｗを保持することによって、周縁部Ｗｐから中央部への液体の回り込みを抑制することができる。一方、基板Ｗを斜めに、つまり傾き角θを９０度未満とした場合には、次に説明するように、さらなる利点が生じる。

図４は基板を斜め向きに保持した場合の利点を説明する図である。基板Ｗを斜めに、かつ基板表面Ｗｆを上側に保持し（すなわち傾き角θを０度より大きく９０度より小さい値とし）、その下端部（周縁部Ｗｐの一部）を液面ＬＳから液体Ｌｑ中に浸漬させた場合を考える。このとき、図４（ａ）に示すように、基板裏面Ｗｂ側で液体Ｌｑに触れる領域の幅Ｗ２は比較的大きくなるが、基板表面Ｗｆ側では液体Ｌｑに触れる領域はより限定的であり、その幅Ｗ１は比較的小さくて済む。

基板表面Ｗｆ側で周縁部Ｗｐよりも中央側にはデバイス形成領域ＤＲが設けられており、この領域ＤＲに液体を触れさせないことがこの処理の要諦である。上記のように基板表面Ｗｆ側を上にして基板Ｗを斜めに保持することで、周縁部Ｗｐのレーザー入射位置を確実に液体Ｌｑ中に浸漬させ、かつ基板表面Ｗｆにおいて液体Ｌｑに触れる領域をより小さくすることができる。これにより、基板Ｗのうち液体Ｌｑに触れる領域とデバイス形成領域ＤＲとの間隔を大きくすることができ、デバイス形成領域ＤＲへの液体Ｌｑの付着を効果的に抑制することができる。また、液体Ｌｑの付着の問題が解消されることで、基板表面Ｗｆにより広いデバイス形成領域ＤＲを設定することが可能となり、基板Ｗのより広い面積をデバイスとして有効に利用することが可能となる。

実際の処理においては、基板Ｗのうち液体Ｌｑに触れる部分の面積は、液体Ｌｑの表面張力に起因するメニスカスによって上記より大きくなる場合があると考えられる。この場合、図４（ｂ）に示すように、液面ＬＳとの間で鋭角をなす基板裏面Ｗｂ側では比較的大きなメニスカスＭｂが発生するのに対し、液面ＬＳとの間でなす角が鈍角となる基板表面Ｗｆ側ではメニスカスＭｆはより小さくなる。このように、基板Ｗを斜めに保持することで、メニスカスが発生する条件下においても基板表面Ｗｆ側での液体Ｌｑに触れる部分の面積の増大を抑えることができる。

また、図４（ａ）に示すように、周縁部Ｗｐを観察するために撮像部５２が設けられる場合、基板Ｗが斜め向きとなっていることで、撮像部５２の光軸方向を鉛直方向または水平方向とすることが可能となる。基板Ｗが水平姿勢である場合、光軸を鉛直方向とした撮像系では基板Ｗの側面部を観察することができない。基板Ｗの側面部を観察するために撮像系の光軸を傾けた場合、液面ＬＳを介した撮像では屈折の影響により基板Ｗやレーザー入射位置の検出が困難となる。基板Ｗを傾けることで、撮像部５２の光軸を液面ＬＳに垂直な鉛直方向とすることができ、屈折の影響を排除し、さらに光軸や焦点位置の調整もしやすくなる。

図５は気体ノズルの作用を説明する図である。より具体的には、図５（ａ）は気体ノズル５３と基板Ｗとの位置関係を（−Ｘ）方向に見た図であり、図５（ｂ）はこれを（＋Ｙ）方向に見た図である。図５（ａ）に示すように、傾けて保持された基板Ｗの基板表面Ｗｆ側には、気体供給部８６から供給される気体を下向きに、基板表面Ｗｆに向けて吐出する気体ノズル５３が設けられている。気体ノズル５３から吐出される気体により、基板表面Ｗｆに沿って液面ＬＳに向かって流れるガスフローＧＦが生成される。

このガスフローＧＦにより、液体容器５１から基板表面Ｗｆを伝って基板Ｗの中央部に回り込んでくる液体Ｌｑを押し戻すことができ、また液体Ｌｑから発生したミストが基板表面Ｗｆに付着するのを防止することができる。すなわち、ガスフローＧＦは基板表面Ｗｆを液体Ｌｑから保護する保護層として作用する。ガスフローＧＦの流速が速すぎると液面ＬＳの乱れを生じさせ、却って基板表面Ｗｆへの液体Ｌｑの付着のおそれが高まる。ガスフローＧＦの流速は、基板表面Ｗｆに沿った下向きの流れが確実に形成される範囲で、比較的低速であることが好ましい。

Ｘ方向におけるガスフローＧＦの生成位置については、図５（ｂ）に実線で示すようにビームスポットＢＳの近傍位置に向かう位置としてもよく、点線で示すように周縁部Ｗｐが液面ＬＳから離脱する位置の近傍に向かう位置としてもよい。ガスフローＧＦがビームスポットＢＳの近傍位置に向かう実線の構成は、レーザー照射によってビームスポットＢＳの周囲で発生するミストが基板表面Ｗｆに付着するのを防止するのに効果的である。また、ガスフローＧＦが液面ＬＳからの周縁部Ｗｐの離脱位置の近傍に向かう点線の構成は、液体Ｌｑ中から外部空間に露出する周縁部Ｗｐに残留付着する液体Ｌｑの液切りを向上させるのに効果的である。また基板Ｗを乾燥させる効果もある。

これらの効果を両立させるために、Ｘ方向を長手方向とするスリット状の開口を有する気体ノズルを用い、ビームスポットＢＳの近傍位置から液面ＬＳからの周縁部Ｗｐの離脱位置までの範囲全体にガスフローが生成されるようにしてもよい。また、基板Ｗの半径方向に放射状に広がるガスフローが生成されてもよい。

図６は上記のように構成された基板処理装置の動作を示すフローチャートである。この処理は、制御部８が予め用意された制御プログラムを実行し各部を制御することにより実行される。最初に、傾斜ステージ部３のステージ３１が水平状態に位置決めされ（ステップＳ１０１）、この状態でチャンバ６に基板Ｗが搬入されてスピンベース２１に載置される。スピンベース２１は基板Ｗを吸着保持する（ステップＳ１０２）。

スピンベース２１により基板Ｗが保持されると、ステージ３１が所定の傾き角に傾けられて斜め向きに位置決めされる（ステップＳ１０３）。次にチャック回転機構２２によりスピンベース２１が所定の回転速度で回転され、これにより基板Ｗが傾いた回転軸ＡＸ周りに回転する（ステップＳ１０４）。続いて、液体供給部８２から液体容器５１への液体Ｌｑ（例えばＤＩＷ）の送出、および、気体供給部８６から気体ノズル５３への気体（例えば窒素ガス）の供給が開始され（ステップＳ１０５）、これにより周縁部Ｗｐのうち最下部を含む一部が液体Ｌｑに浸漬される。基板Ｗの回転開始と液体Ｌｑの供給開始順序は上記の逆であってもよく、また同時であってもよい。

この状態で、レーザー照射が開始される（ステップＳ１０６）。レーザー光ビームＬ１が液体容器５１の側壁面５１１および液体Ｌｑを介して周縁部Ｗｐに入射することで、周縁部Ｗｐが処理される。周縁部Ｗｐに形成された膜を剥離するための処理では、レーザー光ビームＬ１が入射するビームスポットＢＳにおいて膜が周縁部Ｗｐから剥離される。剥離された膜や処理によって生じた加工屑は液体Ｌｑに取り込まれ、液流によってビームスポットＢＳ近傍から運び去られる。基板Ｗの回転とともに基板表面におけるレーザー光の照射位置が変化し、周縁部Ｗｐが順次処理されてゆく。

基板Ｗが１回転以上する間レーザー光が照射された状態を維持することで（ステップＳ１０７）、周縁部Ｗｐの全体について処理が終了する。周縁部Ｗｐの全体について加工処理が終了すると、レーザー照射、液体Ｌｑおよび気体の供給、ならびに基板Ｗの回転が順次停止される（ステップＳ１０８、Ｓ１０９、Ｓ１１０）。続いてステージ３１が水平状態に戻され（ステップＳ１１１）、基板Ｗがチャンバ６外へ搬出されて（ステップＳ１１２）、一連の加工処理が終了する。

以上のように、この実施形態では、周縁部Ｗｐにレーザー光（より具体的にはフェムト秒レーザー光）を照射しながら基板Ｗを回転させることにより、周縁部Ｗｐからの膜除去等、周縁部Ｗｐの処理を行う。レーザー光は周縁部Ｗｐのうち液体Ｌｑ中に浸漬された液浸部位に入射する。そのため、レーザー照射によって基板Ｗから剥離された膜や加工屑は液体中に取り込まれ、周囲に飛散することがない。

基板Ｗは、液体容器５１に保持される液体Ｌｑが形成する液面ＬＳから液体中に進入しており、重力が液体Ｌｑを基板Ｗの中央部から遠ざける方向に作用するので、基板Ｗの中央部に設けられたデバイス形成領域ＤＲに液体が回り込むおそれが少なくなっている。特に、基板Ｗの姿勢を、デバイス形成領域ＤＲが設けられた基板表面Ｗｆ側を上にして斜め向きとすれば、基板表面Ｗｆ側で周縁部Ｗｐが液体Ｌｑに触れる部分の幅をより小さくすることができる。これにより、デバイス形成領域ＤＲへ液体が回り込む確率をさらに低減することができ、より広いデバイス形成領域ＤＲを確保することが可能となる。

また、基板表面Ｗｆへの液体の付着をより確実に防止するため、上記実施形態では、基板Ｗを浸漬する液体Ｌｑに液流を生成し、基板表面Ｗｆに沿ってガスフローＧＦを生成する。液流を生じさせることにより、基板Ｗの周辺に加工屑が滞留することが防止される。さらに、液流の方向を液中における周縁部Ｗｐの移動方向とは反対方向とすることにより、液中から外部空間へ離脱する周縁部Ｗｐの近傍に存在する液体を最も清浄なものとすることができる。これにより、液中から離脱した基板Ｗに加工屑が残留することが防止される。

また、液面ＬＳの上方から液面ＬＳに向けて基板表面Ｗｆに沿ったガスフローＧＦを生じさせることで、基板表面Ｗｆに沿って中央部へ回り込もうとする液体Ｌｑを下方に押し戻すことができる。また、液面ＬＳの周囲で発生するミストから基板表面Ｗｆを保護することができる。このように、基板表面Ｗｆに沿ってガスフローＧＦを生じさせることで、基板表面Ｗｆへの液体の付着や加工屑の残留を効果的に防止することができる。

以上説明したように、上記実施形態においては、液体容器５１が本発明の「液体保持手段」として機能し、スピンチャック２および傾斜ステージ部３が一体として本発明の「基板保持手段」として機能している。このうち傾斜ステージ部３は、本発明の「傾斜機構」としての機能を有している。また、レーザー照射部４が本発明の「レーザー照射手段」として機能している。また、上記実施形態では、液体供給部８２および配管８２１，８３１が一体として本発明の「液流生成手段」として機能する一方、気体供給部８６および気体ノズル５３が一体として本発明の「気流生成手段」として機能している。また、上記実施形態では、液体容器５１の側壁面５１１全体が本発明の「透明窓」として機能している、また、撮像部５２が本発明の「撮像手段」として機能している。

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、上記実施形態に対し、以下のような変形例が考えられる。

図７は基板処理装置の変形例を示す図である。より具体的には、図７（ａ）は第１の変形例を示し、図７（ｂ）は第２の変形例を示す。

図７（ａ）に示す第１の変形例では、液体容器５１の上端部のうち液体表面Ｗｆに面する側に、液面ＬＳの上部を覆うカバー部材５１３が設けられている。この点を除く各部の構成は、上記実施形態のものと同一である。このような構成では、液面ＬＳから発生する液体の飛沫やミスト等が基板表面Ｗｆに付着するのをより確実に防止することができる。

例えばレーザー光ビームＬ１が入射した周縁部Ｗｐの温度が上昇することにより液中で発生した気泡が液面で消滅する際に、液体の飛沫やミストを生じさせることがある。これらから基板表面Ｗｆを保護するために、この変形例ではカバー部材５１３が設けられる。デバイス形成領域ＤＲの下端よりも下方にカバー部材５１３を設けることで、デバイス形成領域ＤＲへの液体の付着を確実に防止することが可能となる。この場合でも、基板表面Ｗｆに沿ったガスフローは有効である。

また、図７（ｂ）に示す第２の変形例では、レーザー照射部の光学系の構成が異なっているが、この点を除く各部の構成は、上記実施形態のものと同一である。この変形例の光学系４０ａでは、反射ミラー４１により反射されるレーザー光の光路上にビームスプリッタ４３が配置されており、レーザー光Ｌは２つの光ビームＬ１，Ｌ２に分割される。一方のレーザー光ビームＬ１は、上記実施形態と同様に、液体容器５１の側壁面５１１および液体Ｌｑを介して、水平方向から周縁部Ｗｐに入射する。

もう一方のレーザー光ビームＬ２は、反射ミラー４４，４５によって光路を変えられ、最終的には鉛直上向きの光ビームとして液体容器５１の底面５１２に垂直に入射する。したがって、レーザー光ビームＬ２は、液体容器５１の透明な底面５１２および液体Ｌｑを介して周縁部Ｗｐに下方から入射する。

周縁部Ｗｐが、端面が面取りされあるいは丸め加工されたいわゆるベベル部となっている場合、一方向からのレーザー照射のみでは必要な範囲の処理を行うことができない場合がある。また、処理対象となる周縁部Ｗｐは、基板Ｗの側面部だけでなく表面Ｗｆまたは裏面Ｗｂの少なくとも一部を含む場合があり、この場合にも、一方向からのレーザー照射では必要な範囲を処理することができない。周縁部Ｗｐに対し２方向からレーザー光を入射させることで、上記した処理を同時に行うことが可能となる。

このとき、２つの光ビームをいずれも液体容器５１の壁面に対し垂直に入射させ、かつ壁面と液体とが接する（つまり間に気体が介在しない）部分に入射させるようにすることで、屈折の影響を抑えて基板Ｗの適正な位置にレーザー照射を行うことが可能となる。この例では、透明な材料で形成された液体容器５１のうち鉛直面である側壁面５１１からレーザー光ビームＬ１を水平方向に入射させ、水平面である底面５１２からレーザー光ビームＬ２を鉛直方向に入射させることにより、屈折の影響が回避される。

また、上記実施形態では基板Ｗを回転させながらレーザー光を照射することで、周縁部Ｗｐを全周にわたって処理しているが、基板Ｗを回転させない態様においても、本発明を適用することが可能である。例えば周縁部Ｗｐの一部領域のみを処理する場合には、基板Ｗを回転させず、当該処理対象領域が液体中に浸漬された状態でレーザー光を照射するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、レーザー照射部４のうち光学系４０がチャンバ６の内部に設けられているが、これに限定されない。例えば、光学系がチャンバの外部に設けられ、レーザー光源４９から出射される光Ｌの光路がチャンバ外に設けた光学系により調整されて、調整後の光ビームがチャンバに設けられた道光窓を介して基板に入射する構成であってもよい。また、チャンバの内部および外部にそれぞれ設けられた光学系が連動することにより、光ビームの光路が調整される構成であってもよい。

また例えば、上記実施形態の液体容器５１はその全体がレーザー光に対し透明な材料により形成されるが、少なくともレーザー光の入射する部分が当該レーザー光に対し透明であれば足りる。したがって、例えばレーザー光の入射位置に透明な窓が設けられ、それ以外の部分は不透明な材料により液体容器が形成されてもよい。

また例えば、上記実施形態では、基板Ｗを保持するスピンチャック２を傾斜ステージ部３により支持することで、基板Ｗを水平姿勢と傾斜姿勢とで切り替えるようにしているが、スピンベース２１が予め傾いた状態で設置された装置に対しても、本発明を適用することが可能である。基板Ｗを縦方向、つまり主面を鉛直面として処理を行う場合、縦方向の基板を扱うハンドリング装置が公知であり（例えば特開平１０−２０９２４３号公報参照）、このような公知技術と組み合わせて処理を行うことができる。

また例えば、上記実施形態では基板Ｗを収容するチャンバ６内に液体容器５１が設けられているが、チャンバが液体容器としての機能を兼ねていてもよい。すなわち、チャンバの下部にあるいはチャンバと一体化された容器に液体が保持され基板Ｗを浸漬させるようにしてもよい。

また、上記実施形態のスピンチャック２は基板Ｗの裏面Ｗｂ中央部を真空吸着するものであるが、基板の保持態様はこれに限定されず任意である。なお、周縁部Ｗｐに支持部材が当接して基板Ｗを支持する構成では、周縁部Ｗｐを全周にわたって処理する場合に支持部材が処理の障害となることがあり得る。この点では上記実施形態のように周縁部Ｗｐが開放された状態での支持が望ましいが、例えば基板Ｗの回転と連動して、レーザー光が照射されるときに支持部材を一時的に退避させる等の構成を用いることで、周縁部Ｗｐを支持する基板保持手段も使用可能である。

以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明において、基板保持手段は、主面の中心を通り主面に垂直な回転軸周りに基板を回転させるように構成されてもよい。基板を回転させることで、基板へのレーザー光の入射位置を変化させて、基板周縁部を広く処理することができる。

また、基板は、主面が水平面に対してなす角が０度より大きく９０度以下となるように保持されてもよい。この範囲で基板を傾けることで、水平な液面を形成する液体に周縁部Ｗｐの一部のみを浸漬させて処理を行うことができる。

また、一方主面がデバイス形成面となった基板については、デバイス形成面が水平方向よりも上向きとなるように保持されることが好ましい。こうすることで、デバイス形成面への液体の回り込みをより効果的に回避することができる。

また、液体保持手段に保持される液体を移動させて液流を生成する液流生成手段を備えてもよい。流動する液体中で基板にレーザー光を照射することで、処理により基板から発生した加工屑を基板から離間させ、処理後の基板に加工屑が残留することが抑制される。

この場合、液流の方向は、基板の周縁部が液体中において移動する方向と逆方向であることが好ましい。このような構成では、基板の周縁部が液面から抜ける部分に最も清浄な液体が供給されるので、液体から離脱した基板に加工屑が残留することがより効果的に抑制される。

また、液体保持手段はレーザー光に対し透明な透明窓を有し、レーザー照射手段は、透明窓および液体を介してレーザー光を基板に入射させる構成であってもよい。液体を保持する液体保持手段に設けた透明窓にレーザー光を入射させることで、液体保持手段と液体との間に気体層が介在しない態様で、レーザー光を基板に入射させることができる。この場合において、レーザー光は透明窓に対し垂直に入射されることが好ましい。これにより、透明窓でのレーザー光の屈折をより抑制することができる。

また、基板の中心から液浸部位に向かう気流を生成する気流生成手段が設けられてもよい。このような構成では、液体を基板表面から排除する方向に気流が生じるため、基板表面への液体の回り込みをより効果的に抑制することができる。また、基板の乾燥を気流により促進させることができる。

また、基板保持手段は、例えば基板の周縁部を除く中央部を吸着保持する構成とすることができる。基板の周縁部を全周にわたって処理する場合、基板の周縁部が開放された状態で保持されていることが望ましい。基板の中央部を吸着保持することにより、このような態様での基板保持を実現することができる。

また、基板へのレーザー光の入射位置を撮像する撮像手段が設けられてもよい。このような構成によれば、基板の適正位置にレーザー光が入射されているか否かが撮像結果から把握されるので、基板周縁部の処理を安定して行うことができる。特に基板が傾けられているため、撮像手段の光軸を水平方向または鉛直方向として基板周縁部を撮像することが可能である。

また、基板保持手段は、主面が水平な水平姿勢と主面が水平面から傾いた傾斜姿勢との間で、基板の姿勢を変化させる傾斜機構を有するものであってもよい。装置への基板の搬入時および装置からの基板の搬出時において、基板が傾いた状態では扱いが難しい。基板を水平姿勢にすることのできる機構を設ければ、基板の搬入出がより簡単となり、既存のハンドリング装置を利用することが可能となる。

この発明は、半導体ウエハなどの各種基板の周縁部を処理する技術、例えば周縁部に形成される膜を除去する基板処理技術全般に適用することができる。

１ 基板処理装置
２ スピンチャック（基板保持手段）
３ 傾斜ステージ部（基板保持手段、傾斜機構）
４ レーザー照射部（レーザー照射手段）
８ 制御部
５１ 液体容器（液体保持手段）
５２ 撮像部（撮像手段）
５３ 気体ノズル（気流生成手段）
８２ 液体供給部（液流生成手段）
８６ 気体供給部（気流生成手段）
５１１ （液体容器５１の）側壁面（透明窓）
８２１，８２２ 配管（液流生成手段）
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２ レーザービーム光
Ｌｑ 液体
Ｗ 基板
Ｗｆ （基板Ｗの）表面、デバイス形成面
Ｗｂ （基板Ｗの）裏面
Ｗｐ （基板Ｗの）周縁部

Claims (13)

1. 液面の上部が開放された状態で液体を保持する液体保持手段と、
   略円板状の基板をその主面が水平面から傾いた状態で保持して、前記基板の周縁部のうち鉛直方向における最下部を含む一部を前記液面から前記液体中に浸漬させる基板保持手段と、
   前記基板の周縁部のうち前記液体中に浸漬された液浸部位に前記液体を介してレーザー光を入射させて前記周縁部を処理するレーザー照射手段と、
   前記液体保持手段に保持される前記液体を移動させて液流を生成する液流生成手段とを備え、
   前記レーザー光による前記処理中に、
   前記基板保持手段は、前記主面の中心を通り前記主面に垂直な回転軸周りに前記基板を回転させることで前記液体中において前記基板の前記周縁部を移動させるとともに、
   前記液流生成手段は、前記基板の前記周縁部が前記液体中において移動する方向と逆方向の前記液流を生成する基板処理装置。
2. 前記基板保持手段は、前記主面の中心を通り前記主面に垂直な回転軸周りに前記基板を回転させる請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記基板保持手段は、前記主面が水平面に対してなす傾き角が０度より大きく９０度以下となるように前記基板を保持する請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記基板保持手段は、一方主面がデバイス形成面となった前記基板を、前記デバイス形成面が水平方向よりも上向きとなるように保持する請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 前記液体保持手段は前記レーザー光に対し透明な透明窓を有し、前記レーザー照射手段は、前記透明窓および前記液体を介して前記レーザー光を前記基板に入射させる請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 前記レーザー照射手段は、前記透明窓に対し垂直にレーザー光を入射させる請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記基板の中心から前記液浸部位に向かう気流を生成する気流生成手段を備える請求項１ないし６のいずれかに記載の基板処理装置。
8. 前記基板保持手段は、前記基板の前記周縁部を除く中央部を吸着保持する請求項１ないし７のいずれかに記載の基板処理装置。
9. 前記基板への前記レーザー光の入射位置を撮像する撮像手段を備える請求項１ないし８のいずれかに記載の基板処理装置。
10. 前記基板保持手段は、前記主面が水平な水平姿勢と前記主面が水平面から傾いた傾斜姿勢との間で、前記基板の姿勢を変化させる傾斜機構を有する請求項１ないし９のいずれかに記載の基板処理装置。
11. 液体を、液面の上部が開放された状態で保持する工程と、
    略円板状の基板をその主面が水平面から傾いた状態で保持して、前記基板の周縁部のうち鉛直方向における最下部を含む一部を前記液面から前記液体中に浸漬させる工程と、
    前記基板の周縁部のうち前記液体中に浸漬された液浸部位に前記液体を介してレーザー光を入射させて前記周縁部を処理する工程とを備え、
    前記液体を所定の方向に流通させるとともに前記液体中において前記基板の前記周縁部を移動させながら前記レーザー光を前記基板に入射させ、
    前記液体の流通方向が、前記基板の前記周縁部が前記液体中において移動する方向と逆方向である基板処理方法。
12. 一方主面がデバイス形成面となった前記基板が、前記デバイス形成面が水平方向よりも上向きとなるように保持される請求項１１に記載の基板処理方法。
13. 前記基板の中心から前記液浸部位に向かう気流を生成しながら前記レーザー光を前記基板に入射させる請求項１１または１２に記載の基板処理方法。

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