JP6447292B2 - 光処理装置 - Google Patents
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Description
例えば特許文献1では、ビアホールのデスミア処理として、基板に紫外線を照射する方法が提案されており、酸素を含む雰囲気下で、ビアホールを形成した基板に紫外線を照射することが提案されている。
しかしながら、本発明者らは実験の結果、処理用ガスが基板上を流れるに従って、スミアが除去される速度(デスミアの処理速度)が徐々に低下し、流れの上流と下流では処理速度が異なること、言い換えればスミアの除去処理について基板内にむらが生じることを見出した。
本発明は、光処理が行われる物体における処理むらを抑制することを課題とする。
このような光処理装置によれば、処理気体の流れが逆転することで、流れの上流と下流とでの処理速度の相違も逆転し、その結果、被処理物体(例えば、基板)内での処理速度の相違は総合的に縮小して処理むらも抑制される。
ここで「処理気体」とは、被処理物体を処理する気体であって、光源部からの光に曝されることで処理能力を得る気体である。光と処理気体との好ましい組み合わせとしては、例えば真空紫外光と酸素との組み合わせがある。酸素が真空紫外光に曝されると酸素ラジカル(活性種)やオゾンが発生して被処理物体の表面や付着物を酸化する。
この構造の光処理装置によれば、処理気体の流れを逆転させるための構造が簡素で製造が容易である。
このような光処理装置によれば、流れの逆転は十分な時間経過後に行われるので、基板上に処理の排ガスが滞る事態が回避される。
上記課題を解決するために、本発明に係る光処理方法の一態様は、被処理物体の表面に沿って流れる処理気体の雰囲気中で該被処理物体の該表面を光に曝す第1の露光工程と、前記処理気体の流れを逆転させる逆転工程と、前記第1の露光工程で光に曝された前記表面を、前記逆転工程によって逆転した方向に流れる前記処理気体の雰囲気中で続けて光に曝す第2の露光工程と、を経る。
このような光処理方法によれば、逆転工程によって処理気体の流れが逆転することで、流れの上流と下流とでの処理速度の相違も逆転し、その結果、基板内での処理速度の相違は総合的に縮小して処理むらも抑制される。
また、本発明に係る光処理方法において、前記逆転工程が、前記処理気体の流れが前記被処理物体の前記表面を通過する所要時間以上の時間間隔を空けて実行されてもよい。
このような光処理方法によれば、流れの逆転は十分な時間経過後に行われるので、基板上に処理の排ガスが滞る事態が回避される。
図1は、本実施形態の光処理装置を示す概略構成図である。本実施形態では光処理装置の一例として例えばデスミア処理装置への応用例が示されている。
(光処理装置の構成)
光処理装置100は、基板Wを内部に保持して処理する処理部20と、例えば真空紫外線を発する複数の紫外線光源11を内部に収納し、処理部20の基板Wにその紫外線光源11からの光を照射する光照射部10と、処理部20に対する処理用ガスの給気と排気を行う給排部40とを備える。
光照射部10は箱型形状のケーシング14を備え、このケーシング14の下方側に位置する面には、例えば真空紫外線を透過する例えば石英ガラス等の窓部材12が気密に設けられている。光照射部10の内部には供給口15から例えば窒素ガス等の不活性ガスが供給されて不活性ガス雰囲気に保たれている。光照射部10内の紫外線光源11の上方には反射鏡13が設けられていて、紫外線光源11から発せられた光を窓部材12側に反射する。反射鏡13の全幅にほぼ対応した有効照射領域Rの全体に対してほぼ均等に紫外線光源11の光が照射される。
処理部20には、紫外線照射処理(デスミア処理)を行う基板Wを表面に吸着して保持するステージ21が光照射部10の窓部材12に対向して設けられている。ステージ21の外周部分には外周溝21aが設けられていて、この外周溝21aと光照射部10の窓部材12との間にOリング22が挟まれることで光照射部10と処理部20とが気密に組み付けられている。ステージ21には図示が省略された熱抵抗ヒータが組み込まれており、デスミア処理の際にはステージ21上の基板Wごと加熱される。
基板Wを挟んだ左右両方の給排気管41には、三方弁44を介して、処理用ガスを供給する供給装置42と排ガスなどを排気する排気装置43が接続されている。三方弁44は電磁弁であり、供給装置42からの配管(ガス供給ライン)と排気装置43への配管(排気ライン)とを選択的かつ切り換え自在に給排気管41に接続するものである。この三方弁44による接続の切り換えは制御部45によって制御される。図1に示すような、供給と排出とで兼用される給排気管41が用いられ、三方弁44などによって供給と排出が切り換えられる構造は簡素で製造が容易である。
制御部45は、基板Wを挟んだ左右の給排気管41のうち、一方に供給装置42が接続され他方に排気装置43が接続されるように三方弁44による接続を制御する。この結果、左右の給排気管41のうち一方から処理用ガスが供給されて他方から排出されるので、処理用ガスは窓部材12と基板Wとの間を図1の右から左へ、あるいは左から右へと流れていくこととなる。
ここで、処理用ガスとしては、例えば、酸素ガス、酸素とオゾンや水蒸気の混合ガス、これらのガスに不活性ガスなどを混合したガスなどが考えられるが、本実施形態では酸素ガスが用いられるものとする。
光処理装置100による処理対象である基板Wとしては各種の構造の基板Wが用いられるが、ここでは単純化された構造例について説明する。
図2は、基板Wの概略的構造を示す断面構造図である。
基板Wは、例えば、半導体集積回路素子等の半導体素子を搭載するための多層配線基板を製造する途中の中間的な配線基板材料である。
多層配線基板においては、一の配線層と他の配線層とを電気的に接続するため、1つのもしくは複数の絶縁層を厚み方向に貫通して伸びるビアホールが形成される。多層配線基板の製造工程においては、絶縁層31と配線層32とが積層されてなる配線基板材料に、例えばレーザ加工を施すことによって絶縁層31の一部を除去することにより、ビアホール33が形成される。
基板Wが図1に示すステージ21上に載置される際には、ビアホール33の開口が光照射部10に向くように、即ちスミアSが紫外線光源11からの紫外線に曝されるように載置される。
次に、図1に戻り、光処理装置100で実行されるデスミア処理の手順について説明する。
先ず、処理部20の外から処理対象の基板Wが処理部20の中へと搬送されて来て、ステージ21上に載せられる。基板Wは真空吸着などでステージ21に保持される。また、制御部45によって三方弁44の接続が制御されて、一方の給排気管41にガス供給ラインが接続され、他方の給排気管41に排気ラインが接続される。その後、供給装置42により一方の給排気管41から処理用ガスが処理部20に供給される。
紫外線が照射された処理用ガスは、例えばオゾンや酸素ラジカルなどの活性種を生成し、後で詳しく説明するように、ビアホール内のスミアと反応してこれを除去する。処理用ガスとスミアとが反応して生じた例えば二酸化炭素等のガスは、新しく供給される処理用ガスの流れに乗って下流に運ばれ、他方の給排気管41から引き込まれて排気装置43により排出される。
制御部45は、基板Wの1面処理中に三方弁44の接続を切り換えて処理用ガスの流れを逆転させる。流れの逆転後も引き続き基板Wに対し処理用ガスを介して紫外線が照射され、処理用ガスとスミアとの反応が継続される。
処理が終わった基板Wは、ステージ21上から取り除かれて処理部20の外に搬出される。
ここで、デスミア処理における詳細な作用について説明する。
図3〜図6は、デスミア処理における作用の各段階を示す図である。
図3に示す第1段階では、供給された処理用ガスに、図の上方から下方を向いた矢印で示されるように紫外線が照射されることにより、処理用ガスに含まれる酸素から活性種34であるオゾンや酸素ラジカル(ここでは酸素ラジカルのみを図示)が生成される。この活性種34は、基板Wのビアホール33内に進入する。
図4に示す第2段階では、活性種34がビアホール33内のスミアSと反応してスミアSの一部が分解されるとともに、紫外線がスミアSに照射されることでもスミアSの一部が分解される。このようなスミアSの分解によって、例えば二酸化炭素ガスや水蒸気などの反応生成ガス35が生成される。
紫外線の照射、活性種34の進入、および反応生成ガス35の排出が繰り返された結果、図6に示す最終段階では、ビアホール33内からスミアが完全に除去される。ビアホール33外に押し流された反応生成ガス35は、基板W上の処理用ガスの流れに乗って、図1に示す給排気管41から排出される。
図3〜図6に示す光処理の工程が、本発明にいう処理工程の一例に相当する。
デスミア処理によってスミアの除去が完了した程度(処理量)を評価する評価基準として周知のものは存在しないが、何らかの評価基準がないと客観的な評価を行うことができない。そこで、本発明者らは、EDX分析(Energy dispersive X−ray spectrometry;エネルギー分散型X線分析)を用いた評価基準を用いることとした。具体的には、ビアホールの底に電子線を当てた際に発生する特性X線スペクトルのうち、炭素(C)と銅(Cu)の信号の比(C/Cu値)に着目して評価している。炭素の特性X線スペクトルはビアホール内のスミアに起因し、銅の特性X線スペクトルはビアホールの底の導電層に起因するので、C/Cu値が大きければ、ビアホール内にスミアが多く残っている(デスミア処理が進んでいない)ことになり、C/Cu値が小さければ、ビアホール内にスミアが残っていない(デスミア処理が進んでいる)ことになるからである。このようなC/Cu値による評価は、SEM(走査型電子顕微鏡)によるビアホールの外観観察結果とよく一致しており、評価基準として適切であることが分かった。また、実験などに基づいた鋭意検討の結果、デスミア処理が完了したことの判断基準としては、C/Cu値が0.05以下(C/Cu≦0.05)になるという基準を採用している。一方、デスミア開始前のC/Cu値は、今回の評価例(後述)において用いたビアホールでは0.3程度であった。
図7は、デスミア処理の具体的な評価例を示す図である。
図7に示す評価例では、基板の表面に沿って一定方向に処理用ガスを流した場合における基板上の各箇所での単位時間当たりのスミアの処理量が示されている。
図7の横軸は、処理用ガスの流れに沿う方向での基板上の位置を示しており、最上流の基板の端が「0mm」で、最下流の基板の端が「510mm」である。また、縦軸は、1秒当たりのC/Cu値の変化量(減少量)を示しており、この変化量は、1秒毎に処理されるスミアの量を表している。
図8は、図7に示すデスミア処理例におけるC/Cu値の時間経過を表すグラフである。
グラフの横軸はデスミア処理の経過時間を表し、縦軸はC/Cu値を表している。また、グラフに示された太い実線L1は、上述した上流の箇所におけるデスミア処理の経過を示しており、点線L2は、上述した中流の箇所における経過を示しており、細い実線L3は、上述した下流の箇所における経過を示している。
上流箇所ではデスミア処理の進行が速いので太い実線L1は傾きが大きく、C/Cu値が0.3から0.05まで減少するのに112秒で済むのに対し、中流箇所では156秒を要し、下流箇所では185秒を要することが分かった。
図1に示す光処理装置100では、給排部40に設けられた三方弁44の接続が制御部45によって切り換えられることにより、窓部材12と基板Wとの間に流れる処理用ガスの向きが逆転する。このような逆転は、1つの基板Wの1面を処理する間に実行され、以下説明するように、過剰処理の時間短縮と、デスミア処理の時間短縮を実現することができる。
図9は、処理用ガスの流れをデスミア処理の途中で逆転した場合のC/Cu値の時間経過を表すグラフである。
このグラフでも、横軸はデスミア処理の経過時間を表し、縦軸はC/Cu値を表している。また、グラフに示された太い実線L4は、上述した上流の箇所におけるデスミア処理の経過を示しており、点線L5は、上述した中流の箇所における経過を示しており、細い実線L6は、上述した下流の箇所における経過を示している。
図9に示す例では、デスミア完了の時間差は、図8に示す73秒に対し、156−140=16秒まで短縮され、基板内での処理むらが大幅に抑制されている。更に、基板全面についてデスミア処理が完了するのに必要な時間についても、中流箇所におけるデスミア処理の完了に必要な156秒となり、図8に示す場合に較べて19秒(11%)短縮されている。
なお、図9に示す例では、処理中に1度だけ流れが逆転する例が示されているが、流れが逆転する際に撹拌作用が強くはたらく条件では、処理中に流れが複数回逆転することで活性種の濃度の平均化が促進されて処理むらが一層抑制される。このため、図1に示す制御部45は、上述したように定期的に処理用ガスの流れを逆転させる。
ここで、処理用ガスの流れを逆転させる周期について検討する。
逆転の周期が短すぎると、活性種の濃度が低下して排ガスが増加した処理用ガスが基板上から排出される前に流れが逆転してしまい、排ガス等が基板上に滞ってしまうこととなる。従って、少なくとも処理用ガスが基板上を一方向に通過するのに要する時間より長い時間周期で逆転させることが望ましい。つまり、流れに沿った方向での基板の長さをL(m)とし、処理用ガスの流速をV(m/s)とすると、逆転の周期T(s)は、T>L/Vで表すことができる。例えば、L=600mm、V=300mm/sの場合、処理用ガスを逆転させる周期Tは2秒より長い方が好ましいということになる。
なお、上記説明では、本発明の光処理装置の一例としてデスミア処理装置への応用例が示されているが、本発明の光処理装置は、例えば光アッシング処理装置やレジストの除去処理装置やドライ洗浄処理装置などに応用されてもよい。
また、上記説明では、供給と排出とで兼用される給排気管が例示されているが、本発明にいう気体給排部は、供給と排出それぞれの専用配管を基板の両脇に備えたものであってもよい。
また、上記説明では、本発明にいう気体給排部として、給気装置や排気装置で給気および排気を行う例が示されているが、本発明にいう気体給排部は、例えばボンベの圧力などを用いた自然給排によって処理用ガスを流すものであってもよい。
Claims (3)
- 光を発する光源部と、
前記光源部から発せられた光に被処理物体の表面が処理気体の雰囲気中で曝される処理部と、
前記表面に沿って前記処理気体を流す気体給排部と、
前記処理気体が流れる方向を逆転させる逆転部と、
を備え、
前記気体給排部は、
前記被処理物体を前記処理気体の流れ方向に挟んだ両側のうちの一方に開口し該処理気体の供給および排出の双方に用いられる第1の給排路と、
前記両側のうちの前記一方に対する他方に開口し該処理気体の供給および排出の双方に用いられる第2の給排路と、
前記第1の給排路および前記第2の給排路のそれぞれに接続されて前記処理気体を供給する供給機と、
前記第1の給排路および前記第2の給排路のそれぞれに接続されて前記処理気体を排出する排出機と、
前記第1の給排路に前記供給機と前記排出機とを選択的に接続する第1接続器と、
前記第2の給排路に前記供給機と前記排出機とを選択的に接続する第2接続器と、
を備え、
前記逆転部は、前記第1接続器および前記第2接続器による前記供給機および前記排出機の接続を切り換えることで前記処理気体の流れを逆転させるものであることを特徴とする光処理装置。 - 前記逆転部は、前記気体給排部による前記処理気体の流れが前記被処理物体の前記表面を通過する所要時間以上の時間間隔を空けて該処理気体の流れを逆転させるものであることを特徴とする請求項1記載の光処理装置。
- 前記逆転部は、1つの被処理物体の1表面に対する光処理の間に複数回前記処理気体の流れを逆転させるものであることを特徴とする請求項1または2記載の光処理装置。
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