JP6355537B2 - 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形成された膜を除去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加工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加工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、基板上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

基板周縁部の膜を除去するに際して、該周縁部を除く基板表面に既に何らかのパターンあるいは被膜が形成されていることがある。これらの被膜やパターンに液体が付着することは、加工屑による汚染や液体の表面張力に起因するパターン倒壊を防止するために避けなければならない。しかしながら、上記した特許文献２に記載の技術は、処理対象部位を含む比較的広い範囲が液膜で覆われるため、特許文献１に記載されたような基板周縁部のみの選択的な膜除去に適用することが困難であった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板周縁部から良好に膜を除去することができ、しかも、除去された膜の基板への付着やパターン等へのダメージを防止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は、上記目的を達成するため、基板をその主面に垂直な回転軸周りに回転させる回転手段と、回転する前記基板の周縁部に対して液体を供給する液体供給手段と、前記周縁部の少なくとも一部に対して近接配置され、前記周縁部との間隙空間に前記液体を一時的に保持して前記間隙空間を液密状態とする液体保持部材と、前記周縁部のうち前記液体により覆われた部位に前記液体を介してレーザー光を入射させて、当該部位に形成された膜を除去するレーザー照射手段とを備えている。

また、この発明にかかる基板処理方法は、基板の周縁部に形成された膜を除去する基板処理方法であって、上記目的を達成するため、前記周縁部の少なくとも一部に近接させて液体保持部材を配置する配置工程と、前記基板をその主面に垂直な回転軸周りに回転させる回転工程と、回転する前記基板の周縁部と前記液体保持部材との間隙空間に液体を供給して前記間隙空間を液密状態とする液体供給工程と、前記周縁部のうち前記液体により覆われた部位に前記液体を介してレーザー光を入射させて、当該部位に形成された膜を除去する照射工程とを備えている。

上記のように構成された発明では、基板周縁部に対し近接配置された液体保持部材と基板周縁部との間隙空間に液体が供給されることで、基板の周縁部が液体に覆われた状態となる。こうして液体に覆われた基板周縁部にレーザー光が照射され、周縁部に形成された膜が除去される。除去された膜は液体中に取り込まれ、基板の回転に伴って周縁部から振り切られる液体とともに基板から離脱する。そのため、基板から剥離した膜またはその断片が飛散し基板に付着するのを防止することができる。

また、液体が基板の周縁部と液体保持部材との間隙空間に供給され、しかも基板の回転により遠心力が作用するため、基板の周縁部よりも内側の中央部に液体が回り込むことが防止される。そのため、液体に取り込まれた膜が基板中央部に付着することがなく、また基板に形成されたパターンが液体によりダメージを受けるのを防止することができる。

以上のように、本発明によれば、回転する基板の周縁部に近接させて液体保持部材が配置され、これらの間の間隙空間に液体が供給されるとともに、液体で覆われた基板周縁部にレーザー光が照射される。基板から剥離した膜またはその断片は液体とともに基板から振り切られるため、基板に付着することを防止しながら、基板周縁部から良好に膜を除去することができる。また、液体が基板中央部に回り込むことがないため、基板中央部に形成されたパターン等へのダメージを防止することができる。

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。 基板に入射するレーザー光を示す図である。 カバー部材の構造を示す図である。 この実施形態における基板周縁部の処理を模式的に示す図である。 この実施形態における膜除去処理を示すフローチャートである。 本発明にかかる基板処理装置の他の実施形態を示す図である。 気流形成手段を有する実施形態を示す図である。 本発明にかかる基板処理装置の他の実施形態を示す図である。

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、基板Ｗの周縁部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。

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または各主面のうち側面部に近い辺縁部、もしくはそれらの両方を指す概念である。

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、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を水平姿勢に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の吸着制御部８１と接続された吸着溝または吸着孔が設けられており、吸着制御部８１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Ｐｗがスピンベース２１に接することなくチャンバ内空間に解放された状態で、基板Ｗが保持される。

基板Ｗが、一方の主面にパターンまたは除去対象でない膜が形成されたものである場合には、当該パターンまたは膜が形成された面が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、スピンベース２１との当接や吸着によりパターンまたは膜が損傷するのを防止することができる。また、後述するように基板周縁部に供給される液体が万一基板下面に回り込むことがあったとしても、これらのパターンや膜が液体に触れるのを回避することができる。

スピンベース２１はチャック回転機構２２より鉛直軸回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から上向きに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に設けられた回転制御部８５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が鉛直軸周りに回転すると、スピンベース２１が鉛直軸周りに回転する。スピンベース２１は回転中心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。したがって、水平姿勢に保持された基板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周りに回転される。

スピンベース２１に保持された基板Ｗの周縁部Ｐｗの一部に近接して、周縁部Ｐを側方から覆うようにカバー部材３が配置される。カバー部材３の構造については後に詳しく説明する。カバー部材３には制御部８に設けられた液供給部８３から後述する適宜の液体が供給され、カバー部材３と基板Ｗとの間が液体により液密状態となる。供給された液体は、基板Ｗの回転によって基板Ｗから振り切られる。チャンバ６の底面に落下した液体は、制御部８に設けられた廃液回収部８２により最終的に回収される。

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Ｐｗ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Ｐｗに形成された各種膜を剥離させることのできる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を２つのビームに分岐させるビームスプリッター４１と、分岐された一方のビームＬ１の光路を変化させて基板Ｗの斜め上方から基板Ｗ上面の周縁部Ｐａに入射させる反射ミラー４２と、分岐された他方のビームＬ２の光路を変化させて基板Ｗの斜め下方から基板Ｗ下面の周縁部Ｐｂに入射させる反射ミラー４３，４４とを有している。

図２は基板に入射するレーザー光を示す図である。より具体的には、図２（ａ）は基板Ｗに入射するレーザー光を示す上面図であり、図２（ｂ）はその部分側面図である。図２（ａ）に示すように、レーザー光Ｌ１，Ｌ２のビームスポットは基板Ｗの径方向を長手方向とする扁平形状を有している。ここで、レーザー光のビームスポットは、基板Ｗに形成された除去対象の膜Ｆを剥離させるのに十分なエネルギー密度の光が基板Ｗに入射する範囲を示すものとする。

そして、図２（ｂ）に示すように、一方のレーザー光Ｌ１は基板Ｗの上側主面Ｓａに対して斜め上方から基板上面側の周縁部Ｐａに入射し、他方のレーザー光Ｌ２は基板Ｗの下側主面Ｓｂに対し斜め下方から基板下面側の周縁部Ｐｂに入射する。基板Ｗの側面部において、レーザー光Ｌ１，Ｌ２の照射範囲が一部重複している。このため、基板Ｗに形成されている膜のうち、基板Ｗの上面側から側面および下面側にかけて周縁部に形成されレーザー照射範囲に含まれる部分の膜Ｆが、基板Ｗから剥離する。

なお、基板周縁部のうち上面側および下面側の膜を除去する必要がなく、側面部のみ処理を行う場合には、図２（ｃ）に示すように、基板Ｗの側方から単一のレーザー光Ｌ３を基板側面部に入射させる構成とすることもできる。この場合、ビームスプリッターを省くことができるので光学系の構成がより簡単となる。また、チャンバ６外部から入射するレーザー光が直接基板側面部に照射されるようにその入射方向を適宜に調整することで、チャンバ６内の光学系自体を省くことも可能である。

図３はカバー部材の構造を示す図である。具体的には、図３（ａ）は基板Ｗに近接配置されたカバー部材３を示す上面図であり、図３（ｂ）および図３（ｃ）はそれぞれ図３（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図およびＢ−Ｂ矢視断面図である。図３（ａ）に示すように、カバー部材３は、基板周縁部Ｐｗの一部を覆うように配置されたカバー部３１と、カバー部３１から外向きに延びる液導入部３２とを有している。

カバー部３１は、図３（ａ）に示すように、平面視において基板Ｗの外周辺の一部に沿った扇型を有し、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、鉛直断面においては基板Ｗの周縁部を取り囲むようにＵ字型に湾曲した形状を有している。カバー部材３は内壁面が基板Ｗの周縁部Ｐｗと近接対向するように基板Ｗから少し離して配置され、カバー部材３の内壁面と基板Ｗとの間にはギャップ空間ＧＳが形成される。カバー部材３の内壁面と基板Ｗとの間隔は、例えば０．５ｍｍないし１ｍｍ程度とすることができるが、後述する液体の表面張力の大きさに応じて適宜変更されてもよい。

液導入部３２は、基板Ｗの回転に伴う周縁部Ｐｗの移動方向Ｄｒにおけるカバー部３１の上流側端部近くに突設され、液供給部８３から供給される液体、この例ではＤＩＷ（De-ionized Water；脱イオン水）を受け入れる。液体はカバー部３１の内壁面に開口する吐出口３３からギャップ空間ＧＳに注入される。このため、ギャップ空間ＧＳは注入される液体により液密状態となる。

図３（ｃ）に示すように、レーザー光Ｌ１，Ｌ２は、カバー部３１の表面に入射するようにその入射方向が調整されている。カバー部３１を介してレーザー光Ｌ１，Ｌ２を基板周縁部Ｐｗに入射させるために、カバー部３１はレーザー光Ｌ１，Ｌ２に対して透明な素材により形成される。例えば石英ガラスを用いることができる。なお、液導入部３２はカバー部３１と同一材料で一体的に形成されてもよく、またカバー部３１の壁面に設けられた貫通孔に挿通される別体のノズルであってもよい。カバー部３１と別体に構成される場合、液導入部３２はカバー部３１と同一材料である必要はない。

図４はこの実施形態における基板周縁部の処理を模式的に示す図である。カバー部３１を介してレーザー光Ｌ１，Ｌ２が基板Ｗに照射される際、図４（ａ）に示すように、カバー部３１と基板Ｗとの間のギャップ空間ＧＳは液体Ｌｑにより液密状態とされる。したがって、レーザー光Ｌ１，Ｌ２はカバー部３１および液体Ｌｑを介して基板周縁部Ｐｗに入射する。

レーザー光Ｌ１，Ｌ２の波長およびエネルギー密度が適宜に設定されることにより、基板周縁部Ｐｗに形成された膜を基板Ｗから剥離させることができる。レーザー照射により剥離された膜またはその断片は、ギャップ空間ＧＳを満たす液体Ｌｑに取り込まれるため、周囲に飛散することがない。

液体Ｌｑとしては、レーザー光Ｌ１，Ｌ２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。

図４（ａ）に示すように、基板Ｗは方向Ｄｒに回転している。そのため、基板周縁部Ｐｗに付着した液体Ｌｑについては、遠心力の作用により、基板中心Ｃｗ側に向かって流れることが抑制される。また、近接配置されたカバー部３１と基板Ｗとのギャップ空間ＧＳに液体が供給されるため、表面張力の作用により、液体Ｌｑが広がる範囲はカバー部３１の内壁面と対向する基板周縁部Ｐｗに限定される。

これらにより、基板Ｗの表面のうち液体Ｌｑと接触する範囲は基板周縁部Ｐｗのみに限定されており、より基板中心Ｃｗに近い中央部が液体Ｌｑと接触することは回避される。図４（ａ）において点線で囲まれる領域よりも内側の中央部に膜またはパターンが形成されているものとすると、この領域に液体Ｌｑが回り込むことを防止する必要がある。本実施形態では、基板Ｗの回転による遠心力とカバー部材３とにより、基板中央部への液体の回り込みを防止する。そのため、剥離された膜やその断片が液体の回り込みによって基板中央部に付着するのを防止することができる。また、基板中央部に形成された膜やパターンが液体Ｌｑとの接触によって受けるダメージを防止することができる。

図４（ａ）に示すように、ギャップ空間ＧＳ内の液体Ｌｑは基板Ｗの回転により基板周縁部Ｐｗの移動方向Ｄｒにおける下流側に運ばれ、カバー部３１の下流側端部よりもさらに下流側において外部空間に露出する。液体Ｌｑは基板表面にしばらく残留付着した後、最終的には遠心力により振り切られて基板Ｗから離脱する。このとき、液中に取り込まれた膜の断片も基板Ｗから離脱し、基板表面に残留することがない。

基板Ｗの回転速度については、湿式枚葉処理としては比較的低速である数ＲＰＭから数百ＲＰＭ程度が好ましい。より具体的には、以下の要求が満たされるように回転速度が適宜設定されることが好ましい。なお、回転速度が同じでも基板サイズが異なれば周縁部Ｐｗの周速が異なるため、基板Ｗのサイズに応じて回転速度が設定されることが望ましい。

基板周縁部Ｐｗにおいて液体Ｌｑに作用する遠心力が小さすぎると、供給された液体が基板中央部に回り込むおそれがある。したがって、ギャップ空間ＧＳに注入される液体Ｌｑが基板中央部へ回り込むことのない程度の遠心力を生じさせる必要がある。これにより回転速度の下限が規定される。また、回転速度が速すぎると、基板Ｗから振り切られる液体Ｌｑが周囲に大きく飛散し、例えば光学系４０などチャンバ６内の構成部品に付着することがある。これを回避するためには、回転速度を抑えて液体の飛散範囲が限定されるようにする必要がある。これにより回転速度の上限が規定される。

図５はこの実施形態における膜除去処理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、基板処理装置１のチャンバ６に基板Ｗが搬入され、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Ｓ１０１）。基板Ｗの搬入を容易にするために、カバー部材３が一時的にスピンベース２１から離間した位置に退避する構成としてもよい。この場合には、基板Ｗが載置された後、カバー部材３が基板Ｗ側方の近接位置に移動する（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、チャック回転機構２２によりスピンベース２１とともに基板Ｗが所定の回転速度で回転される（ステップＳ１０３）。続いて、液供給部８３からカバー部材３へ液体Ｌｑ（ここではＤＩＷ）が送出され、これによりギャップ空間ＧＳにＤＩＷが注入され（ステップＳ１０４）、ギャップ空間ＧＳが液密状態となる。

この状態で、レーザー照射が開始される（ステップＳ１０５）。レーザー光Ｌ１，Ｌ２がカバー部３１および液体Ｌｑを介して基板周縁部Ｐｗに入射することで、周縁部Ｐｗに形成された膜が基板Ｗから剥離される。剥離された膜またはその断片が液体Ｌｑとともに基板Ｗから振り切られることで、基板Ｗからの膜の除去が達成される。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、基板周縁部Ｐｗ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Ｓ１０６）、基板周縁部Ｐｗの全体から膜が除去される。周縁部の全体について除去処理が終了すると、レーザー照射、液体Ｌｑの供給および基板Ｗの回転が順次停止される（ステップＳ１０７、Ｓ１０８、Ｓ１０９）。カバー部材３が可動である場合には退避位置に移動し（ステップＳ１１０）、基板Ｗがチャンバ６外へ搬出されて、一連の膜除去処理が終了する。

以上のように、この実施形態では、基板周縁部Ｐｗ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、基板周縁部Ｐｗから膜Ｆを除去することができる。レーザー光は基板周縁部Ｐｗのうち液体Ｌｑにより覆われた部位に入射する。そのため、レーザー照射によって基板Ｗから剥離された膜またはその断片は液体中に取り込まれ、周囲に飛散することがない。膜を取り込んだ液体は基板Ｗの回転により基板Ｗから振り切られるため、膜が基板Ｗに残留することもない。

そして、基板周縁部Ｐｗに近接させてカバー部材３が配置され、カバー部材３と基板Ｗとの間のギャップ空間ＧＳに液体Ｌｑが供給され、液体Ｌｑには回転する基板Ｗが接触する。そのため、基板Ｗのうち液体Ｌｑに触れる領域が、表面張力および遠心力の作用によって基板周縁部Ｐｗに限定される。これにより、基板中央部に液体が回り込むことが回避され、液体と触れることによって基板中央部において生じ得る膜の損傷やパターンの倒壊等のダメージを未然に防止することができる。

カバー部材３のうち基板周縁部Ｐｗと対向するカバー部３１は、レーザー光に対し透明な材料で形成され、レーザー光Ｌ１，Ｌ２はカバー部３１および液体Ｌｑを介して基板Ｗに入射する。このような構成では、レーザー光Ｌ１，Ｌ２が表面状態の安定したカバー部３１の表面に入射するため、カバー部３１と基板Ｗとの間のギャップ空間ＧＳを液密状態に満たす液体Ｌｑを介してレーザー光を安定的に基板Ｗに入射させることができる。

また、基板周縁部Ｐｗのうちレーザー光の入射する部位が液体Ｌｑで安定的に覆われた状態とするための基板Ｗの回転速度や液体の供給量に対して、設計上の制約が少ないため、処理レシピを比較的高い自由度で作成することができる。

液体Ｌｑは、カバー部３１に接続され、ギャップ空間ＧＳに臨んで開口する吐出口３３を有する液導入部３２を介してギャップ空間ＧＳに供給される。このような構成では、液体Ｌｑを確実に、かつ安定的にギャップ空間ＧＳに送り込むことができる。特に、ギャップ空間ＧＳでの乱流の発生や気泡の混入を防止するのに効果的である。

レーザー照射部４は、レーザー光源４９から出射されるレーザー光を２つに分岐させてそれぞれ基板Ｗの上側主面Ｓａ側および下側主面Ｓｂ側から基板周縁部Ｐｗに入射させる。これにより、基板Ｗの周縁部Ｐｗのうち上側主面Ｓａ側の部位Ｐａおよび下側主面Ｓｂ側の部位Ｐｂを同時に処理することができる。そして、レーザー光の入射方向を基板Ｗの主面に対し斜め方向からとすることで、基板Ｗの側面部についても同時に処理することが可能となる。

基板Ｗを保持して回転するスピンベース２１は、基板Ｗよりも小さい円板状部材であり、基板Ｗの下側主面Ｓｂのうち周縁部Ｐｂを除く中央部に当接して基板Ｗを吸着保持する。そのため、基板周縁部Ｐｂは周囲空間に露出して解放された状態となっており、基板Ｗへのレーザー照射がスピンベース２１によって妨げられることがない。これにより、基板Ｗの上側主面、下側主面の両方の周縁部を同時に処理することが可能となっている。

レーザー光源４１から出射されるレーザー光Ｌは、フェムト秒レーザー光である。このような超短パルスレーザー光を用いた加工では、被照射物の温度上昇を抑制することができ、加工対象の部位だけを選択的に加工することが可能である。そのため、基板Ｗの周縁部に形成された膜を除去する本実施形態の処理に対し特に好適なものである。

液体Ｌｑとして純水を用いると、液体による基板Ｗの汚染や腐食を防止しながら処理を行うことができる。前記した通り、ここでいう「純水」はＤＩＷ、炭酸水、オゾン水および水素水をも含む概念である。また、純水に代えてまたはこれに加えてイソプロピルアルコールを用いることにより、液体の表面張力を適宜に調整することが可能である。

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、上記実施形態では、カバー部材３に設けられた液導入部３２を介してギャップ空間ＧＳに液体Ｌｑが供給され、透明なカバー部３１を介してレーザー光Ｌ１，Ｌ２が基板Ｗに照射される。しかしながら、このような態様に限定されず、例えば次のような構成であってもよい。

図６は本発明にかかる基板処理装置の他の実施形態を示す図である。図６（ａ）ないし図６（ｃ）はそれぞれ、液体の供給およびレーザー光の照射に関して上記実施形態と異なる構成を有する３つの実施形態の主要構成を示している。なお、液体の供給およびレーザー光の照射態様以外の構成および機能については上記実施形態と同様とすることができるので、以下ではそれらの図示および説明を省略する。

図６（ａ）に示す実施形態では、レーザー光の入射方向が、基板回転方向（厳密には、回転に伴う基板周縁部Ｐｗの移動方向）Ｄｒにおいてカバー部３１の下流側端部よりもさらに下流側に向けられている。そのため、レーザー光は、カバー部３１を介さず、ギャップ空間ＧＳから流出した液体Ｌｑに対して直接入射する。ギャップ空間ＧＳから下流側に流出した液体Ｌｑは最終的に基板Ｗから振り切られるが、カバー部３１の下流側端部の直後の位置では基板Ｗを覆った状態にある。この位置の液体Ｌｑにレーザー光を入射させることで、カバー部３１を介さず液体Ｌｑのみを介してレーザー光を基板Ｗに照射することができる。これにより、レーザー光のエネルギー損失を抑えることができる。また、カバー部３１についてはレーザー光に対する透過性および耐性が要求されないため、材料の選択自由度がより高くなる。

ただし、レーザー光が入射する部位で液体Ｌｑが基板表面を安定的に覆った状態を維持するためには、基板Ｗの回転速度や液供給量の設定について、先の実施形態よりも制約が多くなる可能性がある。

図６（ｂ）に示す実施形態では、カバー部材に液導入部が設けられない。すなわち、この実施形態のカバー部材はカバー部３５を有するが液導入部を有していない。一方、基板回転方向Ｄｒにおいてカバー部３５の上流側隣接位置に、液供給部８３から供給される液体Ｌｑを基板周縁部Ｐｗに向けて吐出するノズル３６が設けられる。ノズル３６から基板Ｗに向けて吐出された液体Ｌｑは、基板Ｗの回転に伴ってカバー部３５と基板Ｗとのギャップ空間ＧＳに案内される。これによりギャップ空間ＧＳが液密状態となり、カバー部３５を介してレーザー光が基板Ｗに入射することで、上記した実施形態と同様に膜除去処理が実行される。

この場合には、ノズル３６からの液体Ｌｑの吐出量および吐出速度の設定が、液体Ｌｑを基板中央部に回り込むのを防止するための重要な要素となる。

図６（ｃ）に示す実施形態は、図６（ａ）の実施形態における「カバー部下流側の液体へのレーザー照射」と、図６（ｂ）の実施形態における「カバー部上流側への液供給」とを組み合わせたものである。すなわち、基板回転方向Ｄｒにおいてカバー部３７の上流側隣接位置に液体Ｌｑを吐出するノズル３６が設けられる一方、カバー部３７の下流側隣接位置で基板Ｗを覆う液体Ｌｑに対してレーザー光が照射される。このような構成を有する実施形態は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示される構成の特徴を併せ持つこととなる。

また、次に説明するように、液体Ｌｑが供給される基板Ｗの周縁部Ｐｗに対して、基板Ｗの表面に沿って基板中央部から周縁部の方向に向かう気流を形成する手段を設けてもよい。このような気流形成手段は、上記した各実施形態のいずれとも組み合わせることが可能であるが、特に図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すように、液導入部を有していないカバー部材との組み合わせが効果的である。

図７は気流形成手段を有する実施形態を示す図である。ここでは、図６（ｂ）の構成に気流形成手段を設けた例を示している。図７（ａ）はこの実施形態の主要部を上方から俯瞰した状態を示す図であり、図７（ｂ）は部分上面図である。気流形成手段は、図示しないガス供給源から供給されるガスを吐出するガスノズル７１を備えている。ガスノズル７１は基板Ｗの上方に配置され、基板Ｗの周縁部Ｐｗのうちノズル３６から液体Ｌｑが供給される位置の近傍に向けてガスを吐出する。吐出されるガスとしては例えば窒素ガスのような不活性ガスが好ましいが、例えば清浄空気であってもよい。

また、図７（ｃ）の部分上面図に示されるように、ガスノズル７１から吐出されるガスが、基板Ｗがカバー部材３５により覆われる領域の全体に向けて略均等に吹き付けられる構成であってもよい。このような構成では、カバー部材３５と基板Ｗとが対向する領域の全体において基板Ｗの外周方向に向かう気流が生成されるため、基板Ｗの表面への液体Ｌｑの回り込みをより確実に防止することができる。

このように基板Ｗの中央部から外側に向かって流れる気流を基板Ｗの上面に形成することで、基板Ｗの側方から中央部に向けてノズル３６から吐出される液体Ｌｑが基板の中央部に流れ込むことが防止される。基板Ｗに供給された液体Ｌｑが基板Ｗの回転によって回転方向下流側に搬送される局面では、液体Ｌｑが基板中央部に回り込むことは遠心力の作用により抑制されている。したがって、液体Ｌｑが基板Ｗに供給される最も上流側の位置に向けて気流を吹き付けるようにすればよい。

また、基板処理技術においては、基板の上面を覆う円板状の遮断部材を基板に近接対向させ、遮断部材の中央部から径方向外向きに気流を吐出させることで、処理中に発生するミスト等から基板を保護する技術が公知である。本発明においても、このような技術を適用して液体の回り込みを防止するようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、回転する基板Ｗの側方から液体Ｌｑを供給することで、液体Ｌｑに触れる基板Ｗの領域が周縁部Ｐｗのみに限定されるようにしている。一方、例えば基板の下面側はパターン等が形成されておらず液体に触れても支障がない場合には、次に説明するように、基板の下面側から液体を供給する実施形態とすることも可能である。

図８は本発明にかかる基板処理装置の他の実施形態を示す図である。図８（ａ）および図８（ｂ）に示す実施形態は、図６（ｂ）に示される実施形態におけるノズルの位置が変更されたものであり、この点を除けば図６（ｂ）に示される実施形態と同様の構成を有している。そこで、先の各実施形態と共通の構成については図示を省略または共通の符号を付し、詳しい説明を省略する。

図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、この実施形態では、図６（ｂ）に示される実施形態において基板Ｗの側方に配置されていたノズル３６に代えて、ノズル３８が基板Ｗの下面Ｓｂに対向配置されている。図８（ｂ）に示すように、ノズル３８は、基板回転方向Ｄｒにおけるカバー部３５の上流側端部近傍で基板周縁部Ｐｗよりも少し内側に入った位置で上向きに開口しており、液供給部８３から供給される液体Ｌｑを回転する基板Ｗの下面Ｓｂに向けて上向きに吐出する。

吐出された液体Ｌｑは、回転する基板Ｗから受ける遠心力により、基板下面Ｓｂに沿って径方向外側、つまり周縁部Ｐｗ側に向けて流れる。これにより、液体Ｌｑがカバー部３５と基板Ｗとの間のギャップ空間ＧＳに流れ込み、ギャップ空間ＧＳが液密状態となる。そして、カバー部３５および液体Ｌｑを介してレーザー光が照射されることで、基板周縁部Ｐｗに形成された膜が除去される。

このような構成では、基板Ｗの下面Ｓｂに供給された液体Ｌｑが遠心力によって外向きに流れて周縁部Ｐｗに到達し、カバー部３５と基板Ｗとの間のギャップ空間ＧＳに捕捉される。このため、除去対象でない膜やパターン等が形成された基板Ｗの上面側液体が回り込むことが確実に防止される。

なお、カバー部材３５と基板Ｗ周縁部とのギャップ空間では、少なくともレーザー光の入射経路が液密状態であればよく、ギャップ空間の全体が液密状態であることは必須ではない。したがって、ノズル３８は基板回転方向におけるカバー部材３５の上流側端部近傍に配置される必要は必ずしもなく、基板Ｗの回転に伴う周縁部の移動方向Ｄｒにおいて少なくともレーザー光入射位置と同一位置またはこれより上流位置に液体Ｌｑが供給されるように、ノズル３８が配置されればよい。

また、図８（ｃ）および図８（ｄ）に示すように、基板Ｗの下面Ｓｂ側に配置されるノズル３９がカバー部材３５と接続されまたは一体化され、ノズル３９から液体Ｌｑがカバー部材３５と基板Ｗとのギャップ空間ＧＳに向けて直接吐出される構成であってもよい。このような構成では、ノズル３９から吐出された液体Ｌｑを確実にギャップ空間ＧＳに注入することができるので液使用量を少なくすることができ、また基板表面側への液体の付着をより確実に防止することができる。

また、上記実施形態ではカバー部を透過させるようにしてレーザー光を液体に入射させているが、例えばカバー部に液体が漏れ出さない程度の微小な貫通孔を設け、該貫通孔を通してレーザー光を液体に入射させる構成としてもよい。

また、上記実施形態ではレーザー光の基板への入射位置が固定されており、基板周縁部が一定の幅で処理される。一方、例えば基板周縁部の一部に設けられたノッチ部分において膜が除去されない部分が生じるのを回避するために、基板Ｗの回転に同期させてレーザー光の入射位置を変化させる構成であってもよい。

また、上記実施形態ではスピンベース２１が基板Ｗを吸着保持しているが、基板保持の態様はこれに限定されず、例えば機械式チャックにより保持する態様であってもよい。

また、上記実施形態のレーザー光はフェムト秒レーザー光であるが、基板に形成された膜を選択的に除去する機能を有するものであれば、レーザー光の種類はこれに限定されるものではない。

また、上記各実施形態の説明においては、基板Ｗがその周縁部Ｐｗにおいてエッジ部が面取りされた、いわゆるべベル形状となったものであるが、本発明の適用対象となる基板は、このようなべベル形状を有する基板に限定されるものではない。

以上説明したように、上記各実施形態においては、スピンチャック２が本発明の「回転手段」として機能しており、このうちスピンベース２１が本発明の「保持機構」として機能している。また、液供給部８３が本発明の「液体供給手段」として機能しており、カバー部材３が本発明の「液体保持部材」として機能している。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、レーザー光Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ本発明の「第１のレーザー光」、「第２のレーザー光」に相当している。

また、図５に示す膜除去処理において、ステップＳ１０１ないしＳ１０２が本発明の「配置工程」に相当し、ステップＳ１０３が「回転工程」に相当する。また、ステップＳ１０４が本発明の「液体供給工程」に相当し、ステップＳ１０５が本発明の「レーザー照射工程」に相当している。

この発明は、半導体ウエハなどの各種基板の周縁部に形成される膜を除去する基板処理装置および基板処理方法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（回転手段）
３ カバー部材（液体保持部材）
４ レーザー照射部（レーザー照射手段）
２１ スピンベース（保持機構）
８３ 液供給部（液体供給手段）
Ｌ１ レーザー光（第１のレーザー光）
Ｌ２ レーザー光（第２のレーザー光）
Ｓ１０１〜Ｓ１０２ 配置工程
Ｓ１０３ 回転工程
Ｓ１０４ 液体供給工程
Ｓ１０５ レーザー照射工程

Claims (17)

1. 基板をその主面に垂直な回転軸周りに回転させる回転手段と、
   回転する前記基板の周縁部に対して液体を供給する液体供給手段と、
   前記周縁部の少なくとも一部に対して近接配置され、前記周縁部との間隙空間に前記液体を一時的に保持して前記間隙空間を液密状態とする液体保持部材と、
   前記周縁部のうち前記液体により覆われた部位に前記液体を介してレーザー光を入射させて、当該部位に形成された膜を除去するレーザー照射手段と
   を備える基板処理装置。
2. 前記液体保持部材が前記レーザー光に対し透明であり、前記レーザー照射手段は、前記液体保持部材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に記載の基板処理装置。
3. 前記周縁部のうち、前記基板の回転に伴う前記周縁部の移動方向において前記液体保持部材よりも下流側で前記液体に覆われる部位に、前記レーザー照射手段が前記レーザー光を入射させる請求項１に記載の基板処理装置。
4. 前記液体供給手段は、前記液体保持部材に設けられ前記間隙空間に臨んで開口する吐出口から、前記液体を前記間隙空間に供給する請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 前記液体供給手段は、前記基板の回転に伴う前記周縁部の移動方向において前記液体保持部材よりも上流側の前記周縁部に前記液体を供給する請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 前記回転手段は、鉛直方向の前記回転軸周りに前記基板を回転させ、
   前記液体供給手段は、前記基板の下側主面に前記液体を供給する請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 前記レーザー照射手段は、前記基板の一方主面の周縁部に入射する第１のレーザー光と、前記第１のレーザー光とは異なる方向から前記一方主面と反対側の他方主面の周縁部に入射する第２のレーザー光とを出射する請求項１ないし６のいずれかに記載の基板処理装置。
8. 前記回転手段は、前記基板の少なくとも１つの主面のうち周縁部を除く中央部を吸着保持して回転する保持機構を有する請求項１ないし７のいずれかに記載の基板処理装置。
9. 前記レーザー光は、フェムト秒レーザー光である請求項１ないし８のいずれかに記載の基板処理装置。
10. 前記液体は、純水またはイソプロピルアルコール、もしくは純水とイソプロピルアルコールとの混合液体である請求項１ないし９のいずれかに記載の基板処理装置。
11. 基板の周縁部に形成された膜を除去する基板処理方法において、
    前記周縁部の少なくとも一部に近接させて液体保持部材を配置する配置工程と、
    前記基板をその主面に垂直な回転軸周りに回転させる回転工程と、
    回転する前記基板の周縁部と前記液体保持部材との間隙空間に液体を供給して前記間隙空間を液密状態とする液体供給工程と、
    前記周縁部のうち前記液体により覆われた部位に前記液体を介してレーザー光を入射させて、当該部位に形成された膜を除去する照射工程と
    を備える基板処理方法。
12. 前記液体保持部材が前記レーザー光に対し透明であり、前記液体保持部材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１１に記載の基板処理方法。
13. 前記周縁部のうち、前記基板の回転に伴う前記周縁部の移動方向において前記液体保持部材よりも下流側で前記液体に覆われる部位に、前記レーザー光を入射させる請求項１１に記載の基板処理方法。
14. 前記液体保持部材に設けられ前記間隙空間に臨んで開口する吐出口から、前記液体を前記間隙空間に供給する請求項１１ないし１３のいずれかに記載の基板処理方法。
15. 前記基板の回転に伴う前記周縁部の移動方向において前記液体保持部材よりも上流側の前記周縁部に前記液体を供給する請求項１１ないし１３のいずれかに記載の基板処理方法。
16. 鉛直方向の前記回転軸周りに前記基板を回転させ、前記基板の下側主面に前記液体を供給する請求項１１ないし１３のいずれかに記載の基板処理方法。
17. 前記基板の一方主面の周縁部に入射する第１のレーザー光と、前記第１のレーザー光とは異なる方向から前記一方主面と反対側の他方主面の周縁部に入射する第２のレーザー光とを前記基板に入射させる請求項１１ないし１６のいずれかに記載の基板処理方法。

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