JP2014072298A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な異方性エッチングを実現することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。
【解決手段】基板処理装置１Ａは、一対の電極２及び３と、それらの電極２及び３の間にエッチング対象の基板１１を保持する基板保持部４と、一対の電極２及び３の間に交流電圧を印加する電圧印加部５と、一対の電極２及び３の間をエッチング液で満たす液供給部６とを備える。これにより、安価な異方性エッチングを実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。

基板処理装置は、半導体装置や液晶表示装置などの製造工程において、半導体ウェーハやガラス基板などの基板の表面を処理する装置である。この基板処理装置としては、例えば、基板表面にレジスト膜を形成し、そのレジスト膜をパターニングしてマスクとし、基板に対してエッチングを行う基板処理装置が開発されている。

このような基板処理装置において、基板をエッチングする方法としては、エッチング液（薬液）を用いたウェットエッチング法や真空中でプラズマ処理を行うドライエッチング法がある。ウェットエッチング（等方性エッチング）を用いる場合には、装置や薬品などを考慮すると安価にプロセスを構築することができる。一方、ドライエッチング法（異方性エッチング）を用いる場合には、そのプロセスが真空引きの機構などを必要とするため、前述のウェットエッチングより高価なプロセスとなる。このため、前述のウェットエッチング並みに安価な異方性エッチングが求められている。

特開２００５−１９１１４３号公報

本発明が解決しようとする課題は、安価な異方性エッチングを実現することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することである。

実施形態に係る基板処理装置は、一対の電極と、一対の電極間にエッチング対象の基板を保持する基板保持部と、一対の電極間に交流電圧を印加する電圧印加部と、一対の電極間をエッチング液で満たす液供給部とを備える。

実施形態に係る基板処理方法は、一対の電極間をエッチング液で満たす工程と、一対の電極間にエッチング対象の基板を保持する工程と、一対の電極間に基板が保持され、一対の電極間がエッチング液で満たされた状態で、一対の電極間に交流電圧を印加する工程とを有する。

実施形態に係る基板処理方法は、一対の電極間を水で満たす工程と、一対の電極間にエッチング対象の基板を保持する工程と、一対の電極間に基板が保持され、一対の電極間が水で満たされた状態で、一対の電極間に交流電圧を印加する工程と、一対の電極間に交流電圧が印加された状態で、一対の電極間の水をエッチング液に置換する工程とを有する。

本発明によれば、安価な異方性エッチングを実現することができる。

第１の実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す図である。 第１の実施形態に係る基板処理装置により処理された基板を示す断面図である。 第２の実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す図である。 第３の実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す図である。 第４の実施形態に係る基板処理工程の流れを示すフローチャートである。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について図１及び図２を参照して説明する。

図１に示すように、第１の実施形態に係る基板処理装置１Ａは、一対の電極２及び３と、それらの電極２及び３の間にエッチング対象の基板１１を保持する基板保持部４と、一対の電極２及び３の間に交流電圧を印加する電圧印加部５と、一対の電極２及び３の間をエッチング液（薬液）で満たす液供給部６とを備えている。この液供給部６はエッチング液を貯留する貯留部である。

ここで、基板１１の全面（表面、裏面及び側面）には、レジスト膜１２が形成されており、そのレジスト膜１２は所定の形状にパターニングされている。なお、基板１１の側面にはレジスト膜１２が設けられなくても良いが、基板１１がエッチング液に浸されると側面部分でエッチングが進行するため、基板１１の側面も被膜することが望ましい。このような基板１１としては、例えば、半導体ウェーハやガラス基板などを用いることが可能である。

一対の電極２及び３は、互いに平行に位置付けられ、それらの間に基板１１が挿入可能に設けられている。これらの電極２及び３のどちらもが基板１１の平面サイズより大きく平板状に形成されており、電圧印加部５に電気的に接続されている。さらに、一対の電極２及び３は、基板保持部４により保持されている基板１１と平行になるように設けられている。これにより、基板保持部４により保持されている基板１１の表面の法線方向に交流電界がかけられる。ただし、交流電界をかける方向は基板１１の表面の法線方向に限るものではなく、例えば、基板１１の表面に対して一対の電極２及び３の傾きを変えることによって、基板１１の表面に対するエッチングの進行方向を希望方向に変更することが可能である。

ここで、電極２の全体は電気絶縁性及び耐薬液性を有する絶縁膜２ａにより覆われており、同じように、電極３の全体も電気絶縁性及び耐薬液性を有する絶縁膜３ａにより覆われている。これらの絶縁膜２ａ及び絶縁膜３ａとしては、例えば、フッ素樹脂などを用いることが可能である。なお、絶縁膜２ａの厚みや絶縁膜３ａの厚みはピンホールが発生しにくい２００μｍ以上であることが望ましい。電極２や電極３を絶縁膜２ａや絶縁膜３ａで被膜するのは、電極２や電極３を直接、エッチング液に漬けると、電流が基板１１に流れてしまい、基板回路に悪影響が及ぶので、その悪影響を防止するためである。

基板保持部４は、貯留部として機能する液供給部６内であって一対の電極２及び３の間に基板１１を挿入して保持することが可能に形成されている。このとき、基板保持部４は基板１１を挟み込んで保持する。この基板保持部４としては、例えば、ロボットハンドなどの各種の挟持機構を用いることが可能である。ただし、基板１１を保持する手段としては、基板１１を挟み込んで保持する手段に限るものではなく、それ以外の手段も用いることが可能である。

電圧印加部５は、一対の電極２及び３の間に交流電圧を印加して交流電界を発生させる。なお、直流電圧の印加では、一対の電極２及び３がコンデンサとなり電荷がたまるだけとなるが、交流電圧の印加により一対の電極２及び３の間に交流電界が発生することになる。ここで、電圧印加部５は所定周期の交流電界を発生させる交流電圧を一対の電極２及び３の間に印加する。この所定周期はエッチング液中の分子（イオン）の移動度に応じて設定されている。例えば、エッチング液中の分子の移動度が高くなるにつれて交流電界の周期は短く（早く）設定される。

液供給部６は、エッチング液を貯留する上面開口の貯留部である。この液供給部６内には、上面開口からエッチング液が供給されて充填される。この液供給部６は、その上面開口から基板保持部４が液供給部６内のエッチング液内に基板１１を沈めることが可能に形成されている。

次に、このような構成の基板処理装置１Ａが行う基板処理動作（基板処理方法）について説明する。

まず、貯留部である液供給部６内にエッチング液が充填される。その後、基板保持部４により基板１１が液供給部６のエッチング液内に沈められ、一対の電極２及び３の間に保持される。なお、この順番は逆であっても良く、先に液供給部６内に基板１１が挿入されて一対の電極２及び３の間に保持され、その後、液供給部６内にエッチング液が充填されても良い。

ここで、前述の、順番を逆にした場合には、エッチング液により一対の電極２、３及び基板１１の全てを浸すまでに時間がかかるため、エッチング液の上昇に応じて基板１１の下方からゆっくりとエッチングが進行していくことになる。したがって、少しでも均一なエッチングを実現するためには、先に液供給部６内にエッチング液を充填し、その後、エッチング液内に基板１１を沈める方が望ましい。また、時間短縮のためにも、基板１１の搬送中などの時間に前もって液供給部６内にエッチング液を充填しておく方が望ましい。

次いで、一対の電極２及び３の間に基板１１が存在し、それらの間がエッチング液により満たされている状態で、電圧印加部５により交流電圧が一対の電極２及び３の間に印加される。これにより、一対の電極２及び３の間に交流電界が発生する。このようにして一対の電極２及び３の間に電界が発生すると、水溶液であるエッチング液中のイオン（イオン成分）が基板１１の表面の法線方向に移動する。

このため、図２に示すように、基板１１では、レジスト膜１２により覆われていない複数の箇所がエッチングされ、それらの箇所にそれぞれ対応する複数の凹部１１ａが形成される。これらの凹部１１ａの内壁は基板１１の表面に直交するように形成され、異方性エッチングが行われる。これにより、ウェットエッチングによる異方性エッチングを実現することができ、さらに、通常のウェットエッチングに比べ処理時間を短縮することができる。なお、このままエッチングを進行させることによって、基板１１の表面に直交するような貫通孔も容易に形成することができる。

ここで、等方性エッチングでは、レジスト膜１２の窓（除去部分）から下方向だけではなく、横方向にも同じ速度でエッチング（腐食）が進むため、レジスト膜１２の下もえぐられるようにエッチングされる（アンダーカット）。一方、前述のウェットエッチングによる異方性エッチングでは、ドライエッチングでの異方性エッチングと同じように、レジスト膜１２の窓から下方向、すなわち基板１１の表面に垂直な方向にエッチング（腐食）が進むため、前述のように基板１１の表面に直交する凹部１１ａが形成されることになる。

また、保護膜の形成とエッチングを繰り返す（ボッシュプロセス）工程を用いて、基板１１に貫通孔や凹部を形成する場合には、その貫通孔や凹部の内壁表面が凸凹（デコボコ）となる。一方、前述のウェットエッチングによる異方性エッチングでは、レジスト膜１２の窓から下方向、すなわち基板１１の表面に垂直な方向にエッチング（腐食）が進むため、貫通孔や凹部の内壁表面は平坦となる。このため、例えば、貫通孔に銅を充填する場合には、その銅の充填を容易に行うことができる。なお、エッチング対象の基板１１は、何層にも積層した回路基板であるため、積層した回路基板同士を配線する必要がある。このため、貫通孔に銅を充填することで、回路基板同士を配線することが可能となる。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、一対の電極２及び３の間にエッチング対象の基板１１を保持し、さらに、一対の電極２及び３の間をエッチング液で満たしてそれらの電極２及び３の間に交流電圧を印加する。これにより、一対の電極２及び３の間に交流電界が発生し、水溶液であるエッチング液中のイオンが移動し、そのイオンの移動方向にエッチングが進行することになる。このため、ウェットエッチングによる異方性エッチングを行うことが可能となり、安価な異方性エッチングを実現することができる。さらに、エッチングの進行が早くなり、通常のウェットエッチングに比べ処理時間を短縮することができる。

また、一対の電極２及び３は、基板保持部４により保持された基板１１と平行に設けられている。これにより、基板保持部４によって保持された基板１１の表面の法線方向に交流電界をかけることが可能となるので、基板１１の表面に直交する方向（垂直方向）にエッチングを進めること、すなわち基板１１の表面に対して法線方向にエッチング異方性を得ることができる。

また、電圧印加部５は、エッチング液中の分子の移動度に応じて決定した周期を有する交流電界を発生させる交流電圧を一対の電極２及び３の間に印加する。例えば、分子の移動度が高くなるにつれて周期は短く（早く）される。これにより、イオンが交流電界により良好に加速されるため、効率良くエッチングを行うことができる。

また、一対の電極２及び３のどちらもが基板１１の平面サイズより大きく平板状に形成されている。これにより、基板１１に対して均一な交流電界を発生させて良好なエッチングを行うことが可能となり、製品品質を向上させることができる。なお、一対の電極２及び３が基板１１の平面サイズ以下であると、一対の電極２及び３の端部では電界が歪むため、基板１１に対して均一な交流電界を発生させることが困難となり、良好なエッチングを行うことが難しい。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図３を参照して説明する。第２の実施形態では、第１の実施形態との相違点について説明し、第１の実施形態で説明した部分と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

図３に示すように、第２の実施形態に係る基板処理装置１Ｂでは、液供給部６は第１の実施形態と同様にエッチング液を貯留する貯留部として機能する。この液供給部６は、枠形状の本体６ａと、その本体６ａの上面開口を塞ぐ蓋体６ｂと、本体６ａの下面開口を塞ぐ底体６ｃとにより構成されている。蓋体６ｂは開閉可能に本体６ａに設けられており、底体６ｃは本体６ａに固定されている。

また、蓋体６ｂは一対の電極２及び３のうちの一方である電極２、すなわち絶縁膜２ａにより覆われている電極２によって構成されている。さらに、底体６ｃはその他方である電極３、すなわち絶縁膜３ａにより覆われている電極３によって構成されている。なお、底体６ｃの表面（底面）上にエッチング対象の基板１１が置かれる。したがって、その底体６ｃが基板１１を支持する基板保持部４として機能することになる。

次に、このような構成の基板処理装置１Ｂが行う基板処理動作（基板処理方法）について説明するが、第２の実施形態に係る基板処理動作は第１の実施形態と基本的に同様であり、蓋体６ｂが開けられてエッチング液が液供給部６内に充填され、その後、基板１１が液供給部６のエッチング液内に沈められて底体６ｃ（電極３）の表面に置かれる点が異なっている。

ここで、前述のエッチング液充填と基板設置の順番は第１の実施形態と同じように逆であっても良く、先に底体６ｃの表面に基板１１が置かれ、その後、液供給部６内にエッチング液が充填されても良い。ただし、この場合には、エッチング液が一対の電極２、３及び基板１１の全てを浸すまでに時間がかかるため、時間短縮のためには、基板１１の搬送中などの時間に前もって液供給部６内にエッチング液を供給しておく方が望ましい。

その後のプロセスは第１の実施形態と同様であり、一対の電極２及び３の間に基板１１が存在し、それらの間がエッチング液により満たされている状態で、電圧印加部５により交流電圧が一対の電極２及び３の間に印加される。これにより、一対の電極２及び３の間に交流電界が発生する。このようにして一対の電極２及び３の間に電界が発生すると、水溶液であるエッチング液中のイオンが基板１１の表面の法線方向に移動するため、第１の実施形態と同様にエッチングが進行する（図２参照）。

以上説明したように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、一対の電極２及び３の間にエッチング対象の基板１１を保持し、さらに、一対の電極２及び３の間をエッチング液で満たしてそれらの電極２及び３の間に交流電圧を印加する。これにより、一対の電極２及び３の間に交流電界が発生し、水溶液であるエッチング液中のイオンが移動し、そのイオンの移動方向にエッチングが進行することになる。このため、ウェットエッチングによる異方性エッチングを行うことが可能となり、安価な異方性エッチングを実現することができる。さらに、エッチングの進行が早くなり、通常のウェットエッチングに比べ処理時間を短縮することができる。

また、第２の実施形態によれば、エッチング液に水平状態で基板１１を沈めることが可能であり、エッチング液が基板１１の表面全体にほぼ同時に接触することになるため、第１の実施形態に比べ、エッチングの進行度合いのばらつきが小さくなり、均一なエッチングを実現することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図４を参照して説明する。第３の実施形態では、第１の実施形態との相違点について説明し、第１の実施形態で説明した部分と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

図４に示すように、第３の実施形態に係る基板処理装置１Ｃでは、基板保持部４は基板１１を支持するステージであり、そのステージは一対の電極２及び３のうちの一方である電極３、すなわち絶縁膜３ａにより覆われている電極３により構成されている。このステージ（電極３）は水平面内で回転可能に設けられており、エッチング処理時にモータなどの駆動源により回転する。ここで、エッチング反応時には、処理している部分に気泡が発生することがあるため、気泡が滞留しないようにステージを回転させることによって、エッチング液と共に気泡を基板１１の処理箇所から流出させることができる。なお、エッチング反応速度が遅い場合などには、ステージを回転させないで処理を行うことも可能である。

また、液供給部６は、電極３であるステージにより支持された基板１１に向けてエッチング液を吐出し、一対の電極２及び３の間にエッチング液を供給し、それらの間をエッチング液で満たす。なお、一対の電極２及び３の一方である電極２は、ステージから所定距離だけ離してその上方に高さ調整が可能に設けられている。この所定距離は電極２の高さが高さ調整機構により変更されて調整される。所定距離や前述のステージの回転速度などは、エッチング液により一対の電極２及び３の間を満たすことが可能となるように設定されている。

次に、このような構成の基板処理装置１Ｃが行う基板処理動作（基板処理方法）について説明する。

まず、電極３であるステージ上に基板１１が置かれ、そのステージが回転し始める。その後、液供給部６によりエッチング液がステージ上の基板１１に向けて吐出され、そのエッチング液は遠心力により一対の電極２及び３の間に広がっていく。これにより、一対の電極２及び３の間はエッチング液により満たされる。なお、電極２が基板１１に近づかないと、ステージと電極２の間にエッチング液を満たすことが困難であるため、高さ調整機構による電極２の高さ変更によりステージと電極２の間の距離が調整され、液の表面張力を利用し、エッチング液により満たされたステージと電極２の間に基板１１を挟み込む状態が達成される。

その後のプロセスは第１の実施形態と同様であり、一対の電極２及び３の間に基板１１が存在し、それらの間がエッチング液により満たされている状態で、電圧印加部５により交流電圧が一対の電極２及び３の間に印加される。これにより、一対の電極２及び３の間に交流電界が発生する。このようにして一対の電極２及び３の間に電界が発生すると、水溶液であるエッチング液中のイオンが基板１１の表面の法線方向に移動するため、第１の実施形態と同様にエッチングが進行する（図２参照）。

以上説明したように、第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、一対の電極２及び３の間にエッチング対象の基板１１を保持し、さらに、一対の電極２及び３の間をエッチング液で満たしてそれらの電極２及び３の間に交流電圧を印加する。これにより、一対の電極２及び３の間に交流電界が発生し、水溶液であるエッチング液中のイオンが移動し、そのイオンの移動方向にエッチングが進行することになる。このため、ウェットエッチングによる異方性エッチングを行うことが可能となり、安価な異方性エッチングを実現することができる。さらに、エッチングの進行が早くなり、通常のウェットエッチングに比べ処理時間を短縮することができる。

また、第３の実施形態によれば、エッチング液が基板１１表面に供給され、そのエッチング液が基板１１の表面全体にほぼ同時に接触することになるため、エッチングの進行度合いのばらつきが小さくなり、均一なエッチングを実現することができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について図５を参照して説明する。第４の実施形態では、第１の実施形態との相違点、すなわち基板処理工程について説明し、第１の実施形態で説明した部分と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

図５に示すように、第４の実施形態に係る基板処理工程では、まず、液供給部６内に水が供給されて充填される（ステップＳ１）。次に、基板保持部４により基板１１が液供給部６内の水中に沈められ、一対の電極２及び３の間に保持される（ステップＳ２）。なお、ステップＳ１とステップＳ２の順番は逆であっても良い。

その後、一対の電極２及び３の間に基板１１が存在し、それらの間が水により満たされている状態で、電圧印加部５により交流電圧が一対の電極２及び３の間に印加される（ステップＳ３）。これにより、一対の電極２及び３の間に交流電界が発生する。最後に、液供給部６内の水がエッチング液に徐々に置換され、エッチングが行われる（ステップＳ４）。

このステップＳ４では、液供給部６である処理槽の底から水を徐々に排出させながら、処理槽にエッチング液を入れていく。最初は、エッチング液と水を混合した状態になるが、水の排出量よりもエッチング液の流入量が多くなり、次第に処理槽はエッチング液により満たされる。水からエッチング液に置換されている間に電圧が掛かっている状態であるため、液中にイオンが移動している状態になっているから、エッチング液に浸してから電圧を印加するときよりも、イオンの移動方向が安定する。このようにステップＳ４において、液供給部６内の水がエッチング液に置換されていくにつれて、一対の電極２及び３の間の交流電界により、水溶液であるエッチング液中のイオンが基板１１の表面の法線方向に移動するため、第１の実施形態と同様にエッチングが進行する（図２参照）。

以上説明したように、第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。特に、第４の実施形態によれば、基板１１が水に沈められ、その後、水がエッチング液（水溶液）に徐々に置換されるので、エッチング液中のエッチング成分が基板１１の表面全体にほぼ同時に接触することになるため、エッチングの進行度合いのばらつきが小さくなり、均一なエッチングを実現することができる。

ところで、エッチング液が充填された状態で交流電圧を印加すると、突入電流により交流電界が影響を受けてイオンの移動方向がばらつき、良好なエッチングが困難となる場合がある。一方、第４の実施形態では、水が充填された状態で交流電圧が印加され、その後、水がエッチング液に置換されるため、突入電流により交流電界が影響を受けてイオンの移動方向がばらつくようなことが無くなる。これにより、良好なエッチングを行うことが可能となり、製品品質を向上させることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１Ａ 基板処理装置
１Ｂ 基板処理装置
１Ｃ 基板処理装置
２ 電極
３ 電極
４ 基板保持部
５ 電圧印加部
６ 液供給部
６ｂ 蓋体
６ｃ 底体
１１ 基板

Claims (11)

1. 一対の電極と、
   前記一対の電極間にエッチング対象の基板を保持する基板保持部と、
   前記一対の電極間に交流電圧を印加する電圧印加部と、
   前記一対の電極間をエッチング液で満たす液供給部と、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記一対の電極は、前記基板保持部により保持された前記基板と平行に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記電圧印加部は、前記エッチング液中の分子の移動度に応じて決定した周期を有する交流電界を発生させる交流電圧を前記一対の電極間に印加することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記一対の電極のどちらもが前記基板の平面サイズより大きく平板状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
5. 前記液供給部は、前記エッチング液を貯留する上面開口の貯留部であり、
   前記一対の電極は、前記貯留部内に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
6. 前記液供給部は、前記エッチング液を貯留する貯留部であり、
   前記貯留部は、開閉可能な蓋体及び底体を有しており、
   前記一対の電極のうちの一方は前記蓋体であり、その他方は前記底体であり、
   前記基板保持部は、前記底体としての前記電極であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
7. 前記基板保持部は、前記基板を支持するステージであり、
   前記ステージは、前記一対の電極のうちの一方であり、
   前記液供給部は、前記一対の電極間に前記エッチング液を供給することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
8. 一対の電極間をエッチング液で満たす工程と、
   前記一対の電極間にエッチング対象の基板を保持する工程と、
   前記一対の電極間に前記基板が保持され、前記一対の電極間が前記エッチング液で満たされた状態で、前記一対の電極間に交流電圧を印加する工程と、
   を有することを特徴とする基板処理方法。
9. 前記交流電圧を印加する工程の前に、前記一対の電極を前記基板と平行にする工程をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の基板処理方法。
10. 前記交流電圧を印加する工程では、前記エッチング液中の分子の移動度に応じて決定した周期を有する交流電界を発生させる交流電圧を前記一対の電極間に印加することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の基板処理方法。
11. 一対の電極間を水で満たす工程と、
    前記一対の電極間にエッチング対象の基板を保持する工程と、
    前記一対の電極間に前記基板が保持され、前記一対の電極間が前記水で満たされた状態で、前記一対の電極間に交流電圧を印加する工程と、
    前記一対の電極間に前記交流電圧が印加された状態で、前記一対の電極間の前記水をエッチング液に置換する工程と、
    を有することを特徴とする基板処理方法。

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