JP2004281485A - 基板加工装置および基板加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体基板に光を照射して、基板表面を局所的に加工することができる基板加工装置を提供する。
【解決手段】基板加工装置１は基板９が浸漬されるエッチング液を貯溜する容器２、容器２内の基板９に向けて光を出射する光源ユニット３、並びに、演算部５１および記憶部５２を有する制御部５を備える。記憶部５１には、基板９の表面の凹凸を示すデータが記憶されており、演算部５２により基板９上の光の照射の単位となる各照射領域に対する照射量が求められる。求められた照射量に基づいて、制御部５により光源ユニット３が制御され、基板９上の加工対象となる照射領域に向けて光が出射される。続いて、次の加工対象の照射領域へと光の照射位置が移動し、光の照射が繰り返される。これにより、基板９の表面を局所的にに加工することができ、基板９の表面の平坦度を向上することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】基板加工装置１は基板９が浸漬されるエッチング液を貯溜する容器２、容器２内の基板９に向けて光を出射する光源ユニット３、並びに、演算部５１および記憶部５２を有する制御部５を備える。記憶部５１には、基板９の表面の凹凸を示すデータが記憶されており、演算部５２により基板９上の光の照射の単位となる各照射領域に対する照射量が求められる。求められた照射量に基づいて、制御部５により光源ユニット３が制御され、基板９上の加工対象となる照射領域に向けて光が出射される。続いて、次の加工対象の照射領域へと光の照射位置が移動し、光の照射が繰り返される。これにより、基板９の表面を局所的にに加工することができ、基板９の表面の平坦度を向上することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の表面を加工する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体基板（例えば、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）等により形成される基板であり、以下、単に「基板」という。）上に形成されるパターンの微細化に伴い、基板表面の平坦度に対する要求が厳しくなってきている。そこで、今日では、基板表面に対して化学機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の研磨加工を施すことにより、その後のフォトリソグラフィー工程等に要求される基板表面の平坦度（例えば、１００ｎｍ以下の平坦度）が実現されている。
【０００３】
【非特許文献１】
磯部晶，「層間絶縁膜ＣＭＰ技術と装置・材料」，２０００半導体テクノロジー大全（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｊｏｕｒｎａｌ 別冊），株式会社電子ジャーナル，２０００年１月２０日，ｐ．４４５−４４７
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような研磨加工では基板表面を局所的に加工することが容易ではないため、基板表面の凹凸の周期が比較的大きい場合（すなわち、凹凸の傾斜が緩やかな場合）には、充分な平坦度を得ることができないという問題があった。具体的には、研磨布を使用する研磨加工において基板表面の凹凸の周期が１ｍｍ以上である場合には、凹凸の傾斜に研磨布がならってしまうため、１００ｎｍ以下の平坦度を得ることは困難である。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、半導体基板の表面を局所的に加工する手法を提供することにより、基板表面の凹凸を除去することを主たる目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、半導体基板を加工する基板加工装置であって、基板が浸漬されるエッチング液を貯溜する容器と、前記容器内の基板に向けて空間変調された光を出射する光源ユニットとを備える。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板加工装置であって、前記光源ユニットが、光を出射する光源と、前記光源からの光を空間変調する空間光変調デバイスとを有する。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の基板加工装置であって、前記光源ユニットが、互いに独立して光を出射する複数の光源が配列された光源アレイを有する。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板加工装置であって、基板表面の凹凸を示すデータを記憶する記憶部と、前記凹凸を示すデータに基づいて、基板上の光の照射の単位となる各照射領域に照射される光エネルギの量を求める演算部と、前記光エネルギの量に基づいて前記光源ユニットを制御する制御部とをさらに備える。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、半導体基板を加工する基板加工装置であって、基板が浸漬されるエッチング液を貯溜する容器と、前記容器内の基板に向けて光を出射する光源ユニットと、基板表面の凹凸を示すデータを記憶する記憶部と、前記凹凸を示すデータに基づいて、基板上の光の照射の単位となる各照射領域に照射される光エネルギの量を求める演算部と、前記光エネルギの量に基づいて前記光源ユニットを制御する制御部とを備える。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の基板加工装置であって、前記記憶部が、所定時間の間に基板に与えられる単位面積当たりの光エネルギの量と加工量との関係を実質的に示す加工量データを記憶し、前記演算部が、前記凹凸を示すデータおよび前記加工量データに基づいて、基板上の凹凸を除去するための各照射領域への光エネルギの照射量を求める。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の基板加工装置であって、基板上の光の照射位置を基板に対して相対的に移動する移動機構をさらに備える。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の基板加工装置であって、基板上の各照射領域に照射される光の収束位置と基板の表面との間の距離を検出する検出部と、前記距離を変更する機構とをさらに備える。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の基板加工装置であって、前記光源ユニットから前記容器内の基板へと至る光路上にズームレンズをさらに備える。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の基板加工装置であって、前記エッチング液を循環させる機構をさらに備える。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし１０のいずれかに記載の基板加工装置であって、前記エッチング液の温度を調整する温度調整部をさらに備える。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、半導体基板を加工する基板加工方法であって、基板表面の凹凸を示すデータを準備する工程と、前記凹凸を示すデータに基づいて、前記基板上の光の照射の単位となる各照射領域に照射される光エネルギの量を求める工程と、前記光エネルギの量に基づいて、エッチング液が貯溜された容器内の前記基板に光を照射する工程とを有する。
【００１８】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の基板加工方法であって、前記光を照射する工程の後に、前記基板上の光の照射位置を前記基板に対して相対的に移動する工程と、移動後の光の照射位置において前記光を照射する工程を繰り返す工程とをさらに有する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る基板加工装置１を示す図である。基板加工装置１は、所定のエッチング液（基板をエッチングする速度に温度依存性を有するものであり、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、フッ酸（ＨＦ）、塩酸（ＨＣｌ）、硝酸（ＨＮＯ３）、水酸化アンモニウム（アンモニア水）（ＮＨ４ＯＨ）等の水溶液や、これらの混合液、あるいは、これらの溶液を純水で希釈したもの等）中に浸漬された研磨加工後の基板に光を照射して、基板表面の凹凸を除去する装置である。
【００２０】
基板加工装置１は、基板９が浸漬されるエッチング液を貯溜する容器２、光を出射する光源ユニット３、光源ユニット３からの光を容器２内の基板９の表面へと導く光学系４、並びに、光源ユニット３および光学系４に対して容器２を相対的に移動する移動機構２１を備える。
【００２１】
光源ユニット３は、水銀灯およびシャッタを有する光源３１を有し、光源３１からの光は光ファイバ３２を介してアパーチャ板３３へと導かれ、アパーチャ板３３からの光は光学系４へと導出される。光学系４は、レンズ群４１およびズームレンズ４３を有し、アパーチャ板３３からの光はレンズ群４１およびハーフミラー４２を介してズームレンズ４３へと導かれる。ズームレンズ４３では、入射した光が変倍されてエッチング液中の基板９の表面へと照射される。このとき、レンズ群４１およびズームレンズ４３によりアパーチャ板３３の位置と基板９の表面の位置とが光学的に共役とされるため、基板９上には変倍されたアパーチャ板３３の像が形成される。
【００２２】
光学系４は、さらに、光学系４（に固定された所定位置）と基板９の表面との間の距離を検出するオートフォーカス用の検出ユニット（以下、「ＡＦ検出ユニット」という。）４５を有する。ＡＦ検出ユニット４５は、レーザ光を出射する半導体レーザ４５１、および、基板９からの反射光を受光する受光部４５２を有し、半導体レーザ４５１から出射されたレーザ光はハーフミラー４２にて反射され、ズームレンズ４３を介して基板９の表面へと照射される。基板９からのレーザ光の反射光は、ズームレンズ４３およびハーフミラー４２を介してＡＦ検出ユニット４５へと導かれ、受光部４５２が反射光を受光する位置により光学系４と基板９の表面との間の距離が検出される。
【００２３】
移動機構２１は、容器２を図１中のＸ方向に移動するＸ方向移動機構２２、および、Ｙ方向に移動するＹ方向移動機構２３を有する。Ｘ方向移動機構２２はモータ２２１にボールねじ（図示省略）が接続され、モータ２２１が回転することにより、Ｙ方向移動機構２３がガイドレール２２２に沿って図１中のＸ方向に移動する。Ｙ方向移動機構２３もＸ方向移動機構２２と同様の構成となっており、モータ２３１が回転するとボールねじ（図示省略）により容器２がガイドレール２３２に沿ってＹ方向に移動する。
【００２４】
容器２には、ポンプを有する温調ユニット２４が給水管２４１および排水管２４２を介して接続される。容器２内のエッチング液は排水管２４２から温調ユニット２４へと導かれ、液温が室温（例えば、２５度）程度に調整される。そして、給水管２４１から容器２内へと戻されてエッチング液が循環される。これにより、容器２内のエッチング液の温度は室温程度に保たれ、そのままでは基板９に対するエッチングが進行しない状態にされる。なお、基板加工装置１では温調ユニット２４は常時駆動されるが、必要に応じて駆動されてもよい。
【００２５】
基板加工装置１は、光源ユニット３、光学系４、移動機構２１および温調ユニット２４に接続された制御部５をさらに有し、制御部５には各種演算を行う演算部５１、および、各種情報を記憶する記憶部５２が設けられる。基板加工装置１では、制御部５が各種構成を制御することにより基板９に対する加工が行われる。
【００２６】
図２は、基板加工装置１が基板９を加工する動作の流れを示す図である。基板加工装置１が加工を開始する際には、まず、基板９の表面の凹凸を示すデータ（以下、「凹凸データ」という。）が記憶部５２に記憶されて準備される（ステップＳ１１）。凹凸データは、例えば、基板９の表面の高さ分布を示すデータ（平坦度データとも呼ばれる。）であり、外部の平坦度測定装置において取得されて基板加工装置１に入力される。なお、基板加工装置１に基板９の表面の凹凸を測定する測定部が設けられてもよい。
【００２７】
演算部５１では基板９の表面全体が、所定の倍率における基板９上のアパーチャ板３３の像の大きさを単位とする複数の領域に分割され、所定の基準高さに対する各領域の表面の高さ（の平均値）が算出される。そして、表面の高さが比較的高い領域が基板９上の凹凸を除去するための加工対象の領域（以下、「照射領域」と呼ぶ。）として決定され、各照射領域において除去により減少すべき高さ（以下、「突出高さ」という。）が求められる。
【００２８】
ここで、基板加工装置１では、所定時間の間に基板９上の照射領域に与えられる光の量（以下、「照射量」という。）と光が与えられた照射領域がエッチング液によりエッチングされる深さ（以下、「加工量」という。）との関係を示す加工量データが予め求められて記憶部５２に記憶されている。演算部５１では、各照射領域に対して求められた突出高さが加工すべき量（すなわち、除去すべき量）として決定され、加工量データに基づいて各照射領域に必要な照射量が求められる（ステップＳ１２）。
【００２９】
例えば、エッチング液が濃度２５％の水酸化カリウム水溶液であり、基板９が結晶方位（１００）のシリコン基板であり、照射領域が直径１００μｍの円形領域である場合には、１０ｎｍの加工量を得るには基板９上の照射領域に光を照射量５００ｍＷにて１秒間照射すればよい（このとき、エネルギ密度は６．４ｋＷ／ｃｍ２となる。）。なお、加工量データは、実際に基板９上に光を照射し、光が照射された領域がエッチングされる深さを測定することにより容易に作成することが可能である。
【００３０】
続いて、制御部５の制御により光学系４が調整される（ステップＳ１３）。具体的には、ＡＦ検出ユニット４５によりレンズ群４４と基板９の表面との間の距離が検出され、ズームレンズ４３が所定の倍率にされるとともに検出された距離に基づいてレンズ群４１を光軸に沿って移動させる等して、基板９上に所定の大きさ（すなわち、照射領域の大きさ）のアパーチャ板３３の像が形成される。言い換えると、照射される光の収束位置が基板９の表面に合わせられる。
【００３１】
光学系４が調整されると、複数の照射領域から１つの照射領域（以下、「対象照射領域」という。）が特定される（ステップＳ１４）。そして、移動機構２１が制御され、基板９上の光の照射位置が対象照射領域へと相対的に移動する（ステップＳ１５）。
【００３２】
照射位置の移動が完了すると、求められた照射量に基づいて光源ユニット３が制御され、容器２内の基板９上の対象照射領域に光が照射される（ステップＳ１６）。具体的には、求められた照射量だけ光が照射されるように、光源３１において水銀灯の照度に応じた時間だけシャッタが開放され、基板９上の対象照射領域に光が照射される。これにより、対象照射領域の温度が上昇して近傍のエッチング液の温度が高められ、エッチング液による対象照射領域のエッチングが進行する。照射量に応じたシャッタの開放時間が経過すると、シャッタが閉じられて光の照射が停止され、対象照射領域近傍のエッチング液の温度が室温程度に戻されてエッチングの進行が停止する。
【００３３】
このとき、基板加工装置１では温調ユニット２４によりエッチング液が循環されて均一にされるとともにエッチング液の温度が一定に調整されるため（すなわち、加工条件が一定に保たれるため）、基板９の表面のエッチングを対象照射領域において照射量に対応する加工量だけ正確に進行させることが可能となる。また、エッチングにより生成した不要物は拡散するとともに、必要に応じて温調ユニット２４にて除去されるため、基板９のエッチングに不要物が影響を与えることもない。
【００３４】
基板加工装置１では、次の対象照射領域が特定され、光の照射位置が相対的に移動して基板９への光の照射が繰り返され（ステップＳ１７）、基板９上の全ての照射領域に対して加工が行われる。
【００３５】
以上のように、図１の基板加工装置１では、基板９の表面の凹凸を示すデータに基づいて基板９上の光の照射の単位となる各照射領域に照射される光の照射量が求められる。そして、求められた照射量に基づいて光源ユニット３が制御され、エッチング液に浸漬された基板９上の照射領域に光が照射される。これにより、基板加工装置１では、基板９の表面を局所的に精度よく加工することができ、表面の凹凸を適切に除去することができる。また、光の照射位置の相対移動と移動後の光の照射位置における光の照射とを繰り返し行うことにより、基板９の表面を広範囲に亘って加工することができ、基板９の平坦度を向上させることができる。
【００３６】
なお、光源３１のランプは必ずしも水銀灯である必要はなく、例えば、メタルハライドランプ等の連続点灯高エネルギランプやフラッシュランプ等のパルス点灯ランプ、あるいは、連続発振またはパルス発振レーザ等が使用されてもよい。パルス点灯ランプやパルス発振レーザが利用される場合には、ステップＳ１６における光の照射量の制御は、所定時間の間におけるランプ（レーザ）の点灯回数が制御されることにより実現されてもよい。
【００３７】
また、基板９上のアパーチャ板３３の像の大きさは、開口の大きさが異なるアパーチャ板が設けられることにより変更されてもよく、さらに、ステップＳ１３における光学系４の調整は対象照射領域毎に行われてもよい。
【００３８】
図３は本発明の第２の実施の形態に係る基板加工装置１ａを示す図である。図３の基板加工装置１ａでは、光源ユニット３ａのみが図１の基板加工装置１と相違している。他の構成は同様であり同符号を付している。
【００３９】
基板加工装置１ａの光源ユニット３ａは、光源３１からの光を空間変調する液晶シャッタ３４を有し、液晶シャッタ３４からの光は光学系４を介して基板９上に照射される。具体的には、光源３１からの光は、照明光学系３５により光束断面における光の強度が均一にされて液晶シャッタ３４に導かれる。液晶シャッタ３４は、互いに垂直な２方向（行方向および列方向）に関して等間隔に配列される複数の画素を有し、各画素において光の透過光強度が多階調に独立して制御される。これにより、液晶シャッタ３４に導かれた光は各画素の階調制御に応じて変調され、光学系４を介してエッチング液中の基板９上へと照射される。このとき、光学系４では第１の実施の形態と同様に、入射した光が変倍されるとともに液晶シャッタ３４の位置と基板９の表面の位置とが光学的に共役にされるため、基板９上には液晶シャッタ３４の各画素の変倍後の像が階調制御に応じた明るさにて形成される。
【００４０】
例えば、３０μｍ角の正方形の画素が１００行１００列に配列された液晶シャッタ３４が使用され、投影倍率が３倍である場合には、基板９上には９０μｍ角の正方形の画素の像が、液晶シャッタ３４の行方向および列方向に対応する２方向（例えば、Ｘ方向およびＹ方向）に１００×１００個だけ配列形成される。このとき、基板９上の画素群の像はおよそ９ｍｍ×９ｍｍの範囲に形成されることとなる。
【００４１】
図３の基板加工装置１ａにおいて基板９を加工する際には、図１の基板加工装置１と同様に、基板９の凹凸データが記憶部５２に記憶されて準備される（図２中のステップＳ１１）。演算部５１では基板９の表面全体が、所定の倍率における基板９上の液晶シャッタ３４の画素の像の大きさを単位とする複数の領域に分割される。そして、基板９の凹凸データに基づいて凹凸を除去するための照射領域が決定され、各照射領域に対して照射量が求められる（ステップＳ１２）。このとき、表面の高さが比較的低い領域（すなわち、凹となる領域）は照射量が０の照射領域として取り扱われる。
【００４２】
続いて、光学系４が調整され、基板９上に照射される光が所定の倍率にされて各画素を経由した光が基板９の表面にて収束する状態にされる（ステップＳ１３）。演算部５１では基板９上の複数の照射領域から、液晶シャッタ３４の画素配列に対応する照射領域の集合が１つの照射領域群とされ、全ての照射領域を含む複数の照射領域群が決定される。そして、複数の照射領域群から１つの照射領域群（以下、「対象照射領域群」という。）が特定される（ステップＳ１４）。制御部５は移動機構２１を制御し、基板９上の液晶シャッタ３４の画素群の像が基板９上の対象照射領域群に位置するように、光の照射位置が基板９に対して相対的に移動する（ステップＳ１５）。
【００４３】
基板加工装置１ａでは、対象照射領域群の各対象照射領域に対して求められた照射量に基づいて液晶シャッタ３４の各画素の階調制御が行われつつ、容器２内の基板９に向けて光が出射される（ステップＳ１６）。これにより、各対象照射領域においてエッチング液による基板９のエッチングが、求められた照射量に対応する加工量だけ進行する。光の照射が終了すると、次の対象照射領域群が特定され（ステップＳ１４）、ステップＳ１５，Ｓ１６が繰り返される（ステップＳ１７）。
【００４４】
以上のように、第２の実施の形態に係る基板加工装置１ａでは、各照射領域に対して求められた照射量に基づいて液晶シャッタ３４の各画素の階調制御が行われることにより、光源３１からの光が液晶シャッタ３４により空間変調されてエッチング液中に浸漬された基板９上に照射される。これにより、基板加工装置１ａでは、基板９上に局所的に位置する複数の照射領域を適切に加工することができ、基板９上の凹凸を効率的に精度よく除去することができる。その結果、基板９の平坦度を向上させることができる。
【００４５】
なお、基板加工装置１ａにおいて、液晶シャッタ３４の各画素は必ずしも多階調の制御が行われる必要はなく、例えば、各画素に対して光の透過または遮断の制御（すなわち、ＯＮ／ＯＦＦ制御）がなされ、第１の実施の形態と同様に、各画素に対してＯＮ時間の制御が独立してされることにより、空間変調された光が基板９上に照射されてもよい。
【００４６】
また、空間光変調デバイスは、必ずしも液晶シャッタである必要はなく、例えば、偏光を利用するＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）素子であったり、微小機構を有する回折格子型光変調素子（例えば、ＧＬＶ（登録商標）等）やＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）であってもよい。なお、ＰＬＺＴ素子やＧＬＶでは多階調の制御が可能であり、ＤＭＤではＯＮ／ＯＦＦ制御により各照射領域に照射される光の量が制御される。
【００４７】
図４は本発明の第３の実施の形態に係る基板加工装置１ｂを示す図である。図４の基板加工装置１ｂでは、図１の基板加工装置１と比較して光源ユニット３ｂが相違するとともに、光学系４においてズームレンズ４３が他のレンズ群４３ａに適宜置き換えられる。他の構成は同様であり同符号を付している。
【００４８】
基板加工装置１ｂの光源ユニット３ｂは、光ビームを出射する複数の半導体レーザが互いに垂直な２方向（行方向および列方向）に関して等間隔に配列された光源アレイ３１ｂを有し、複数の半導体レーザは互いに独立して制御されることにより、光源アレイ３１ｂから空間変調された光（すなわち、それぞれが変調された光ビーム群）が出射される。光源アレイ３１ｂからの光ビーム群は、光源ユニット３ｂが有する図示省略のレンズアレイによりそれぞれコリメートされて出射され、光学系４を介して基板９上の複数の照射位置へと照射される。このとき、基板加工装置１ｂでは、光学系４のレンズ群４１やレンズ群４３ａの一部を光軸に沿って移動させることにより、基板９の表面より下側に想定される各光ビームの収光位置と基板９の表面との間の距離が変更され、基板９上に照射される光ビーム群の領域の大きさを調整することが可能となる。すなわち、各光ビームが漸次収束または発散する光であるため、レンズ群４１やレンズ群４３ａによりズームレンズ４３と同様の機能が実現される。
【００４９】
例えば、半導体レーザが３００μｍピッチで１０行１０列に配列された光源アレイ３１ｂが使用され、投影倍率が０．３倍となるように光学系４が調整される場合には、基板９上にはおよそ９００μｍ×９００μｍの範囲において９０μｍピッチにて光ビーム群の照射位置が配列されることとなる。
【００５０】
図４の基板加工装置１ｂにおいて基板９を加工する際には、基板９の表面全体が第２の実施の形態と同様に、所定の倍率において基板９上に照射される光ビームの領域の大きさを単位とする照射領域に分割され、凹凸データに基づいて各照射領域に対して照射量が求められる（図２中のステップＳ１１，Ｓ１２）。そして、光学系４が制御されるとともに、対象照射領域群が特定されて基板９上の光ビーム群の照射位置が移動する（ステップＳ１３〜Ｓ１５）。
【００５１】
制御部５では、対象照射領域群に対してそれぞれ求められた照射量に基づいて光源アレイ３１ｂの半導体レーザの出力がそれぞれ制御され、容器２内の基板９に向けて光ビームが出射される（ステップＳ１６）。そして、ステップＳ１４〜Ｓ１６が繰り返され（ステップＳ１７）、基板９の表面全体に対して加工が行われる。なお、各半導体レーザの出力が一定にされ、第１の実施の形態と同様に、各半導体レーザに対してＯＮ／ＯＦＦ制御が独立してされることにより、空間変調された光が基板９に照射されてもよい。
【００５２】
以上のように、図４の基板加工装置１ｂでは、互いに独立して光を出射する複数の光源が配列された光源アレイ３１ｂが凹凸データに基づいて制御されることにより、空間変調された光がエッチング液中の基板９に向けて出射される。これにより、基板９の表面を局所的に効率よく加工することができ、表面の凹凸を適切に除去することができる。その結果、基板９の平坦度を向上させることができる。
【００５３】
なお、光源ユニット３ｂにおいて、光源アレイ３１ｂからの光ビームをコリメートすることが困難である場合（例えば、高出力の半導体レーザが利用される場合等）には、第１および第２の実施の形態と同様に、光源ユニット３ｂから容器２内の基板９へと至る光路上にズームレンズ４３が設けられてもよい。この場合には、空間変調される光の出射面である光源ユニット３ｂのレンズアレイの結像位置が各光ビームの収束位置とされ、基板９の表面との間の距離がレンズ群４１を移動する等により変更される。
【００５４】
また、光源アレイ３１ｂは必ずしも複数の半導体レーザが２次元配列されたものである必要はなく、例えば、他の種類のレーザが光ファイバに接続されて配列されてもよい。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ってきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【００５６】
上記第１および第２の実施の形態では、ＡＦ検出ユニット４５により光学系４と基板９の表面との間の距離が検出されることにより、基板９上の各照射領域に照射される光の収束位置（光により像が形成される位置）と基板９の表面との間の距離が求められ、光の収束位置が基板９の表面に合わせられるが、光の収束位置は必ずしも基板９の表面である必要はない。また、光の収束位置と基板９の表面との間の距離は必ずしも光学系４内の一部のレンズの移動により変更される必要はなく、例えば、光源ユニットおよび光学系４が基板９の表面に対して進退する機構が設けられてもよい。
【００５７】
上記実施の形態では、照射量と加工量との関係を示す加工量データが予め求められて記憶されるが、加工量データは、所定時間の間に基板に与えられる単位面積当たりの光エネルギの量と加工量との関係を実質的に示すものであればいかなるものであってもよい。
【００５８】
また、各照射領域に対する照射量を求める手法は、凹凸データに基づいて各照射領域に照射される光エネルギの量が実質的に求められるのであれば、他の手法であってもよい。
【００５９】
エッチング液の温度が厳密に制御される必要がない場合には、温調ユニット２４においてエッチング液の冷却のみが行われてもよい。
【００６０】
基板９上の光の照射位置は基板９に対して相対的に移動すればよく、例えば、光源ユニット３および光学系４に基板９の表面に沿う方向への移動機構が設けられてもよい。
【００６１】
上記実施の形態では、エッチング液に浸漬された基板９に対してエッチング液の液面側から光が照射されるが、例えば、石英ガラスにより形成される容器２を設けて、エッチング液の液面とは反対側から基板９の裏面上に光が照射されてもよい。
【００６２】
上記実施の形態に係る基板加工装置１は、研磨加工後の基板９の表面の凹凸を除去する加工に特に適しているが、基板９は必ずしも研磨加工後のものである必要はない。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体基板に光を照射して基板表面を局所的に加工することができる。
【００６４】
また、請求項１ないし４の発明では、半導体基板の表面を効率よく加工することができる。
【００６５】
また、請求項４ないし６の発明では、半導体基板の表面を適切に加工することができる。
【００６６】
また、請求項６の発明では、半導体基板の表面の凹凸を適切に除去し、基板表面の平坦度を向上させることができる。
【００６７】
また、請求項７および１３の発明では、半導体基板の表面を広範囲に亘って加工することができる。
【００６８】
また、請求項８および９の発明では、半導体基板の表面を精度よく加工することができる。
【００６９】
また、請求項１０の発明では、エッチング液を均一にすることができ、請求項１１の発明では、エッチング液の温度を一定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る基板加工装置を示す図である。
【図２】基板を加工する動作の流れを示す図である。
【図３】第２の実施の形態に係る基板加工装置を示す図である。
【図４】第３の実施の形態に係る基板加工装置を示す図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ 基板加工装置
２ 容器
３，３ａ，３ｂ 光源ユニット
４ 光学系
５ 制御部
９ 半導体基板
２１ 移動機構
２４ 温調ユニット
３１ 光源
３１ｂ 光源アレイ
３４ 液晶シャッタ
４１，４３ａ レンズ群
４３ ズームレンズ
４５ ＡＦ検出ユニット
５１ 演算部
５２ 記憶部
Ｓ１１〜Ｓ１７ ステップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の表面を加工する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体基板（例えば、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）等により形成される基板であり、以下、単に「基板」という。）上に形成されるパターンの微細化に伴い、基板表面の平坦度に対する要求が厳しくなってきている。そこで、今日では、基板表面に対して化学機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の研磨加工を施すことにより、その後のフォトリソグラフィー工程等に要求される基板表面の平坦度（例えば、１００ｎｍ以下の平坦度）が実現されている。
【０００３】
【非特許文献１】
磯部晶，「層間絶縁膜ＣＭＰ技術と装置・材料」，２０００半導体テクノロジー大全（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｊｏｕｒｎａｌ 別冊），株式会社電子ジャーナル，２０００年１月２０日，ｐ．４４５−４４７
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような研磨加工では基板表面を局所的に加工することが容易ではないため、基板表面の凹凸の周期が比較的大きい場合（すなわち、凹凸の傾斜が緩やかな場合）には、充分な平坦度を得ることができないという問題があった。具体的には、研磨布を使用する研磨加工において基板表面の凹凸の周期が１ｍｍ以上である場合には、凹凸の傾斜に研磨布がならってしまうため、１００ｎｍ以下の平坦度を得ることは困難である。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、半導体基板の表面を局所的に加工する手法を提供することにより、基板表面の凹凸を除去することを主たる目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、半導体基板を加工する基板加工装置であって、基板が浸漬されるエッチング液を貯溜する容器と、前記容器内の基板に向けて空間変調された光を出射する光源ユニットとを備える。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板加工装置であって、前記光源ユニットが、光を出射する光源と、前記光源からの光を空間変調する空間光変調デバイスとを有する。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の基板加工装置であって、前記光源ユニットが、互いに独立して光を出射する複数の光源が配列された光源アレイを有する。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板加工装置であって、基板表面の凹凸を示すデータを記憶する記憶部と、前記凹凸を示すデータに基づいて、基板上の光の照射の単位となる各照射領域に照射される光エネルギの量を求める演算部と、前記光エネルギの量に基づいて前記光源ユニットを制御する制御部とをさらに備える。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、半導体基板を加工する基板加工装置であって、基板が浸漬されるエッチング液を貯溜する容器と、前記容器内の基板に向けて光を出射する光源ユニットと、基板表面の凹凸を示すデータを記憶する記憶部と、前記凹凸を示すデータに基づいて、基板上の光の照射の単位となる各照射領域に照射される光エネルギの量を求める演算部と、前記光エネルギの量に基づいて前記光源ユニットを制御する制御部とを備える。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の基板加工装置であって、前記記憶部が、所定時間の間に基板に与えられる単位面積当たりの光エネルギの量と加工量との関係を実質的に示す加工量データを記憶し、前記演算部が、前記凹凸を示すデータおよび前記加工量データに基づいて、基板上の凹凸を除去するための各照射領域への光エネルギの照射量を求める。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の基板加工装置であって、基板上の光の照射位置を基板に対して相対的に移動する移動機構をさらに備える。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の基板加工装置であって、基板上の各照射領域に照射される光の収束位置と基板の表面との間の距離を検出する検出部と、前記距離を変更する機構とをさらに備える。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の基板加工装置であって、前記光源ユニットから前記容器内の基板へと至る光路上にズームレンズをさらに備える。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の基板加工装置であって、前記エッチング液を循環させる機構をさらに備える。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし１０のいずれかに記載の基板加工装置であって、前記エッチング液の温度を調整する温度調整部をさらに備える。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、半導体基板を加工する基板加工方法であって、基板表面の凹凸を示すデータを準備する工程と、前記凹凸を示すデータに基づいて、前記基板上の光の照射の単位となる各照射領域に照射される光エネルギの量を求める工程と、前記光エネルギの量に基づいて、エッチング液が貯溜された容器内の前記基板に光を照射する工程とを有する。
【００１８】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の基板加工方法であって、前記光を照射する工程の後に、前記基板上の光の照射位置を前記基板に対して相対的に移動する工程と、移動後の光の照射位置において前記光を照射する工程を繰り返す工程とをさらに有する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る基板加工装置１を示す図である。基板加工装置１は、所定のエッチング液（基板をエッチングする速度に温度依存性を有するものであり、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、フッ酸（ＨＦ）、塩酸（ＨＣｌ）、硝酸（ＨＮＯ３）、水酸化アンモニウム（アンモニア水）（ＮＨ４ＯＨ）等の水溶液や、これらの混合液、あるいは、これらの溶液を純水で希釈したもの等）中に浸漬された研磨加工後の基板に光を照射して、基板表面の凹凸を除去する装置である。
【００２０】
基板加工装置１は、基板９が浸漬されるエッチング液を貯溜する容器２、光を出射する光源ユニット３、光源ユニット３からの光を容器２内の基板９の表面へと導く光学系４、並びに、光源ユニット３および光学系４に対して容器２を相対的に移動する移動機構２１を備える。
【００２１】
光源ユニット３は、水銀灯およびシャッタを有する光源３１を有し、光源３１からの光は光ファイバ３２を介してアパーチャ板３３へと導かれ、アパーチャ板３３からの光は光学系４へと導出される。光学系４は、レンズ群４１およびズームレンズ４３を有し、アパーチャ板３３からの光はレンズ群４１およびハーフミラー４２を介してズームレンズ４３へと導かれる。ズームレンズ４３では、入射した光が変倍されてエッチング液中の基板９の表面へと照射される。このとき、レンズ群４１およびズームレンズ４３によりアパーチャ板３３の位置と基板９の表面の位置とが光学的に共役とされるため、基板９上には変倍されたアパーチャ板３３の像が形成される。
【００２２】
光学系４は、さらに、光学系４（に固定された所定位置）と基板９の表面との間の距離を検出するオートフォーカス用の検出ユニット（以下、「ＡＦ検出ユニット」という。）４５を有する。ＡＦ検出ユニット４５は、レーザ光を出射する半導体レーザ４５１、および、基板９からの反射光を受光する受光部４５２を有し、半導体レーザ４５１から出射されたレーザ光はハーフミラー４２にて反射され、ズームレンズ４３を介して基板９の表面へと照射される。基板９からのレーザ光の反射光は、ズームレンズ４３およびハーフミラー４２を介してＡＦ検出ユニット４５へと導かれ、受光部４５２が反射光を受光する位置により光学系４と基板９の表面との間の距離が検出される。
【００２３】
移動機構２１は、容器２を図１中のＸ方向に移動するＸ方向移動機構２２、および、Ｙ方向に移動するＹ方向移動機構２３を有する。Ｘ方向移動機構２２はモータ２２１にボールねじ（図示省略）が接続され、モータ２２１が回転することにより、Ｙ方向移動機構２３がガイドレール２２２に沿って図１中のＸ方向に移動する。Ｙ方向移動機構２３もＸ方向移動機構２２と同様の構成となっており、モータ２３１が回転するとボールねじ（図示省略）により容器２がガイドレール２３２に沿ってＹ方向に移動する。
【００２４】
容器２には、ポンプを有する温調ユニット２４が給水管２４１および排水管２４２を介して接続される。容器２内のエッチング液は排水管２４２から温調ユニット２４へと導かれ、液温が室温（例えば、２５度）程度に調整される。そして、給水管２４１から容器２内へと戻されてエッチング液が循環される。これにより、容器２内のエッチング液の温度は室温程度に保たれ、そのままでは基板９に対するエッチングが進行しない状態にされる。なお、基板加工装置１では温調ユニット２４は常時駆動されるが、必要に応じて駆動されてもよい。
【００２５】
基板加工装置１は、光源ユニット３、光学系４、移動機構２１および温調ユニット２４に接続された制御部５をさらに有し、制御部５には各種演算を行う演算部５１、および、各種情報を記憶する記憶部５２が設けられる。基板加工装置１では、制御部５が各種構成を制御することにより基板９に対する加工が行われる。
【００２６】
図２は、基板加工装置１が基板９を加工する動作の流れを示す図である。基板加工装置１が加工を開始する際には、まず、基板９の表面の凹凸を示すデータ（以下、「凹凸データ」という。）が記憶部５２に記憶されて準備される（ステップＳ１１）。凹凸データは、例えば、基板９の表面の高さ分布を示すデータ（平坦度データとも呼ばれる。）であり、外部の平坦度測定装置において取得されて基板加工装置１に入力される。なお、基板加工装置１に基板９の表面の凹凸を測定する測定部が設けられてもよい。
【００２７】
演算部５１では基板９の表面全体が、所定の倍率における基板９上のアパーチャ板３３の像の大きさを単位とする複数の領域に分割され、所定の基準高さに対する各領域の表面の高さ（の平均値）が算出される。そして、表面の高さが比較的高い領域が基板９上の凹凸を除去するための加工対象の領域（以下、「照射領域」と呼ぶ。）として決定され、各照射領域において除去により減少すべき高さ（以下、「突出高さ」という。）が求められる。
【００２８】
ここで、基板加工装置１では、所定時間の間に基板９上の照射領域に与えられる光の量（以下、「照射量」という。）と光が与えられた照射領域がエッチング液によりエッチングされる深さ（以下、「加工量」という。）との関係を示す加工量データが予め求められて記憶部５２に記憶されている。演算部５１では、各照射領域に対して求められた突出高さが加工すべき量（すなわち、除去すべき量）として決定され、加工量データに基づいて各照射領域に必要な照射量が求められる（ステップＳ１２）。
【００２９】
例えば、エッチング液が濃度２５％の水酸化カリウム水溶液であり、基板９が結晶方位（１００）のシリコン基板であり、照射領域が直径１００μｍの円形領域である場合には、１０ｎｍの加工量を得るには基板９上の照射領域に光を照射量５００ｍＷにて１秒間照射すればよい（このとき、エネルギ密度は６．４ｋＷ／ｃｍ２となる。）。なお、加工量データは、実際に基板９上に光を照射し、光が照射された領域がエッチングされる深さを測定することにより容易に作成することが可能である。
【００３０】
続いて、制御部５の制御により光学系４が調整される（ステップＳ１３）。具体的には、ＡＦ検出ユニット４５によりレンズ群４４と基板９の表面との間の距離が検出され、ズームレンズ４３が所定の倍率にされるとともに検出された距離に基づいてレンズ群４１を光軸に沿って移動させる等して、基板９上に所定の大きさ（すなわち、照射領域の大きさ）のアパーチャ板３３の像が形成される。言い換えると、照射される光の収束位置が基板９の表面に合わせられる。
【００３１】
光学系４が調整されると、複数の照射領域から１つの照射領域（以下、「対象照射領域」という。）が特定される（ステップＳ１４）。そして、移動機構２１が制御され、基板９上の光の照射位置が対象照射領域へと相対的に移動する（ステップＳ１５）。
【００３２】
照射位置の移動が完了すると、求められた照射量に基づいて光源ユニット３が制御され、容器２内の基板９上の対象照射領域に光が照射される（ステップＳ１６）。具体的には、求められた照射量だけ光が照射されるように、光源３１において水銀灯の照度に応じた時間だけシャッタが開放され、基板９上の対象照射領域に光が照射される。これにより、対象照射領域の温度が上昇して近傍のエッチング液の温度が高められ、エッチング液による対象照射領域のエッチングが進行する。照射量に応じたシャッタの開放時間が経過すると、シャッタが閉じられて光の照射が停止され、対象照射領域近傍のエッチング液の温度が室温程度に戻されてエッチングの進行が停止する。
【００３３】
このとき、基板加工装置１では温調ユニット２４によりエッチング液が循環されて均一にされるとともにエッチング液の温度が一定に調整されるため（すなわち、加工条件が一定に保たれるため）、基板９の表面のエッチングを対象照射領域において照射量に対応する加工量だけ正確に進行させることが可能となる。また、エッチングにより生成した不要物は拡散するとともに、必要に応じて温調ユニット２４にて除去されるため、基板９のエッチングに不要物が影響を与えることもない。
【００３４】
基板加工装置１では、次の対象照射領域が特定され、光の照射位置が相対的に移動して基板９への光の照射が繰り返され（ステップＳ１７）、基板９上の全ての照射領域に対して加工が行われる。
【００３５】
以上のように、図１の基板加工装置１では、基板９の表面の凹凸を示すデータに基づいて基板９上の光の照射の単位となる各照射領域に照射される光の照射量が求められる。そして、求められた照射量に基づいて光源ユニット３が制御され、エッチング液に浸漬された基板９上の照射領域に光が照射される。これにより、基板加工装置１では、基板９の表面を局所的に精度よく加工することができ、表面の凹凸を適切に除去することができる。また、光の照射位置の相対移動と移動後の光の照射位置における光の照射とを繰り返し行うことにより、基板９の表面を広範囲に亘って加工することができ、基板９の平坦度を向上させることができる。
【００３６】
なお、光源３１のランプは必ずしも水銀灯である必要はなく、例えば、メタルハライドランプ等の連続点灯高エネルギランプやフラッシュランプ等のパルス点灯ランプ、あるいは、連続発振またはパルス発振レーザ等が使用されてもよい。パルス点灯ランプやパルス発振レーザが利用される場合には、ステップＳ１６における光の照射量の制御は、所定時間の間におけるランプ（レーザ）の点灯回数が制御されることにより実現されてもよい。
【００３７】
また、基板９上のアパーチャ板３３の像の大きさは、開口の大きさが異なるアパーチャ板が設けられることにより変更されてもよく、さらに、ステップＳ１３における光学系４の調整は対象照射領域毎に行われてもよい。
【００３８】
図３は本発明の第２の実施の形態に係る基板加工装置１ａを示す図である。図３の基板加工装置１ａでは、光源ユニット３ａのみが図１の基板加工装置１と相違している。他の構成は同様であり同符号を付している。
【００３９】
基板加工装置１ａの光源ユニット３ａは、光源３１からの光を空間変調する液晶シャッタ３４を有し、液晶シャッタ３４からの光は光学系４を介して基板９上に照射される。具体的には、光源３１からの光は、照明光学系３５により光束断面における光の強度が均一にされて液晶シャッタ３４に導かれる。液晶シャッタ３４は、互いに垂直な２方向（行方向および列方向）に関して等間隔に配列される複数の画素を有し、各画素において光の透過光強度が多階調に独立して制御される。これにより、液晶シャッタ３４に導かれた光は各画素の階調制御に応じて変調され、光学系４を介してエッチング液中の基板９上へと照射される。このとき、光学系４では第１の実施の形態と同様に、入射した光が変倍されるとともに液晶シャッタ３４の位置と基板９の表面の位置とが光学的に共役にされるため、基板９上には液晶シャッタ３４の各画素の変倍後の像が階調制御に応じた明るさにて形成される。
【００４０】
例えば、３０μｍ角の正方形の画素が１００行１００列に配列された液晶シャッタ３４が使用され、投影倍率が３倍である場合には、基板９上には９０μｍ角の正方形の画素の像が、液晶シャッタ３４の行方向および列方向に対応する２方向（例えば、Ｘ方向およびＹ方向）に１００×１００個だけ配列形成される。このとき、基板９上の画素群の像はおよそ９ｍｍ×９ｍｍの範囲に形成されることとなる。
【００４１】
図３の基板加工装置１ａにおいて基板９を加工する際には、図１の基板加工装置１と同様に、基板９の凹凸データが記憶部５２に記憶されて準備される（図２中のステップＳ１１）。演算部５１では基板９の表面全体が、所定の倍率における基板９上の液晶シャッタ３４の画素の像の大きさを単位とする複数の領域に分割される。そして、基板９の凹凸データに基づいて凹凸を除去するための照射領域が決定され、各照射領域に対して照射量が求められる（ステップＳ１２）。このとき、表面の高さが比較的低い領域（すなわち、凹となる領域）は照射量が０の照射領域として取り扱われる。
【００４２】
続いて、光学系４が調整され、基板９上に照射される光が所定の倍率にされて各画素を経由した光が基板９の表面にて収束する状態にされる（ステップＳ１３）。演算部５１では基板９上の複数の照射領域から、液晶シャッタ３４の画素配列に対応する照射領域の集合が１つの照射領域群とされ、全ての照射領域を含む複数の照射領域群が決定される。そして、複数の照射領域群から１つの照射領域群（以下、「対象照射領域群」という。）が特定される（ステップＳ１４）。制御部５は移動機構２１を制御し、基板９上の液晶シャッタ３４の画素群の像が基板９上の対象照射領域群に位置するように、光の照射位置が基板９に対して相対的に移動する（ステップＳ１５）。
【００４３】
基板加工装置１ａでは、対象照射領域群の各対象照射領域に対して求められた照射量に基づいて液晶シャッタ３４の各画素の階調制御が行われつつ、容器２内の基板９に向けて光が出射される（ステップＳ１６）。これにより、各対象照射領域においてエッチング液による基板９のエッチングが、求められた照射量に対応する加工量だけ進行する。光の照射が終了すると、次の対象照射領域群が特定され（ステップＳ１４）、ステップＳ１５，Ｓ１６が繰り返される（ステップＳ１７）。
【００４４】
以上のように、第２の実施の形態に係る基板加工装置１ａでは、各照射領域に対して求められた照射量に基づいて液晶シャッタ３４の各画素の階調制御が行われることにより、光源３１からの光が液晶シャッタ３４により空間変調されてエッチング液中に浸漬された基板９上に照射される。これにより、基板加工装置１ａでは、基板９上に局所的に位置する複数の照射領域を適切に加工することができ、基板９上の凹凸を効率的に精度よく除去することができる。その結果、基板９の平坦度を向上させることができる。
【００４５】
なお、基板加工装置１ａにおいて、液晶シャッタ３４の各画素は必ずしも多階調の制御が行われる必要はなく、例えば、各画素に対して光の透過または遮断の制御（すなわち、ＯＮ／ＯＦＦ制御）がなされ、第１の実施の形態と同様に、各画素に対してＯＮ時間の制御が独立してされることにより、空間変調された光が基板９上に照射されてもよい。
【００４６】
また、空間光変調デバイスは、必ずしも液晶シャッタである必要はなく、例えば、偏光を利用するＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）素子であったり、微小機構を有する回折格子型光変調素子（例えば、ＧＬＶ（登録商標）等）やＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）であってもよい。なお、ＰＬＺＴ素子やＧＬＶでは多階調の制御が可能であり、ＤＭＤではＯＮ／ＯＦＦ制御により各照射領域に照射される光の量が制御される。
【００４７】
図４は本発明の第３の実施の形態に係る基板加工装置１ｂを示す図である。図４の基板加工装置１ｂでは、図１の基板加工装置１と比較して光源ユニット３ｂが相違するとともに、光学系４においてズームレンズ４３が他のレンズ群４３ａに適宜置き換えられる。他の構成は同様であり同符号を付している。
【００４８】
基板加工装置１ｂの光源ユニット３ｂは、光ビームを出射する複数の半導体レーザが互いに垂直な２方向（行方向および列方向）に関して等間隔に配列された光源アレイ３１ｂを有し、複数の半導体レーザは互いに独立して制御されることにより、光源アレイ３１ｂから空間変調された光（すなわち、それぞれが変調された光ビーム群）が出射される。光源アレイ３１ｂからの光ビーム群は、光源ユニット３ｂが有する図示省略のレンズアレイによりそれぞれコリメートされて出射され、光学系４を介して基板９上の複数の照射位置へと照射される。このとき、基板加工装置１ｂでは、光学系４のレンズ群４１やレンズ群４３ａの一部を光軸に沿って移動させることにより、基板９の表面より下側に想定される各光ビームの収光位置と基板９の表面との間の距離が変更され、基板９上に照射される光ビーム群の領域の大きさを調整することが可能となる。すなわち、各光ビームが漸次収束または発散する光であるため、レンズ群４１やレンズ群４３ａによりズームレンズ４３と同様の機能が実現される。
【００４９】
例えば、半導体レーザが３００μｍピッチで１０行１０列に配列された光源アレイ３１ｂが使用され、投影倍率が０．３倍となるように光学系４が調整される場合には、基板９上にはおよそ９００μｍ×９００μｍの範囲において９０μｍピッチにて光ビーム群の照射位置が配列されることとなる。
【００５０】
図４の基板加工装置１ｂにおいて基板９を加工する際には、基板９の表面全体が第２の実施の形態と同様に、所定の倍率において基板９上に照射される光ビームの領域の大きさを単位とする照射領域に分割され、凹凸データに基づいて各照射領域に対して照射量が求められる（図２中のステップＳ１１，Ｓ１２）。そして、光学系４が制御されるとともに、対象照射領域群が特定されて基板９上の光ビーム群の照射位置が移動する（ステップＳ１３〜Ｓ１５）。
【００５１】
制御部５では、対象照射領域群に対してそれぞれ求められた照射量に基づいて光源アレイ３１ｂの半導体レーザの出力がそれぞれ制御され、容器２内の基板９に向けて光ビームが出射される（ステップＳ１６）。そして、ステップＳ１４〜Ｓ１６が繰り返され（ステップＳ１７）、基板９の表面全体に対して加工が行われる。なお、各半導体レーザの出力が一定にされ、第１の実施の形態と同様に、各半導体レーザに対してＯＮ／ＯＦＦ制御が独立してされることにより、空間変調された光が基板９に照射されてもよい。
【００５２】
以上のように、図４の基板加工装置１ｂでは、互いに独立して光を出射する複数の光源が配列された光源アレイ３１ｂが凹凸データに基づいて制御されることにより、空間変調された光がエッチング液中の基板９に向けて出射される。これにより、基板９の表面を局所的に効率よく加工することができ、表面の凹凸を適切に除去することができる。その結果、基板９の平坦度を向上させることができる。
【００５３】
なお、光源ユニット３ｂにおいて、光源アレイ３１ｂからの光ビームをコリメートすることが困難である場合（例えば、高出力の半導体レーザが利用される場合等）には、第１および第２の実施の形態と同様に、光源ユニット３ｂから容器２内の基板９へと至る光路上にズームレンズ４３が設けられてもよい。この場合には、空間変調される光の出射面である光源ユニット３ｂのレンズアレイの結像位置が各光ビームの収束位置とされ、基板９の表面との間の距離がレンズ群４１を移動する等により変更される。
【００５４】
また、光源アレイ３１ｂは必ずしも複数の半導体レーザが２次元配列されたものである必要はなく、例えば、他の種類のレーザが光ファイバに接続されて配列されてもよい。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ってきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【００５６】
上記第１および第２の実施の形態では、ＡＦ検出ユニット４５により光学系４と基板９の表面との間の距離が検出されることにより、基板９上の各照射領域に照射される光の収束位置（光により像が形成される位置）と基板９の表面との間の距離が求められ、光の収束位置が基板９の表面に合わせられるが、光の収束位置は必ずしも基板９の表面である必要はない。また、光の収束位置と基板９の表面との間の距離は必ずしも光学系４内の一部のレンズの移動により変更される必要はなく、例えば、光源ユニットおよび光学系４が基板９の表面に対して進退する機構が設けられてもよい。
【００５７】
上記実施の形態では、照射量と加工量との関係を示す加工量データが予め求められて記憶されるが、加工量データは、所定時間の間に基板に与えられる単位面積当たりの光エネルギの量と加工量との関係を実質的に示すものであればいかなるものであってもよい。
【００５８】
また、各照射領域に対する照射量を求める手法は、凹凸データに基づいて各照射領域に照射される光エネルギの量が実質的に求められるのであれば、他の手法であってもよい。
【００５９】
エッチング液の温度が厳密に制御される必要がない場合には、温調ユニット２４においてエッチング液の冷却のみが行われてもよい。
【００６０】
基板９上の光の照射位置は基板９に対して相対的に移動すればよく、例えば、光源ユニット３および光学系４に基板９の表面に沿う方向への移動機構が設けられてもよい。
【００６１】
上記実施の形態では、エッチング液に浸漬された基板９に対してエッチング液の液面側から光が照射されるが、例えば、石英ガラスにより形成される容器２を設けて、エッチング液の液面とは反対側から基板９の裏面上に光が照射されてもよい。
【００６２】
上記実施の形態に係る基板加工装置１は、研磨加工後の基板９の表面の凹凸を除去する加工に特に適しているが、基板９は必ずしも研磨加工後のものである必要はない。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体基板に光を照射して基板表面を局所的に加工することができる。
【００６４】
また、請求項１ないし４の発明では、半導体基板の表面を効率よく加工することができる。
【００６５】
また、請求項４ないし６の発明では、半導体基板の表面を適切に加工することができる。
【００６６】
また、請求項６の発明では、半導体基板の表面の凹凸を適切に除去し、基板表面の平坦度を向上させることができる。
【００６７】
また、請求項７および１３の発明では、半導体基板の表面を広範囲に亘って加工することができる。
【００６８】
また、請求項８および９の発明では、半導体基板の表面を精度よく加工することができる。
【００６９】
また、請求項１０の発明では、エッチング液を均一にすることができ、請求項１１の発明では、エッチング液の温度を一定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る基板加工装置を示す図である。
【図２】基板を加工する動作の流れを示す図である。
【図３】第２の実施の形態に係る基板加工装置を示す図である。
【図４】第３の実施の形態に係る基板加工装置を示す図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ 基板加工装置
２ 容器
３，３ａ，３ｂ 光源ユニット
４ 光学系
５ 制御部
９ 半導体基板
２１ 移動機構
２４ 温調ユニット
３１ 光源
３１ｂ 光源アレイ
３４ 液晶シャッタ
４１，４３ａ レンズ群
４３ ズームレンズ
４５ ＡＦ検出ユニット
５１ 演算部
５２ 記憶部
Ｓ１１〜Ｓ１７ ステップ
Claims (13)
- 半導体基板を加工する基板加工装置であって、
基板が浸漬されるエッチング液を貯溜する容器と、
前記容器内の基板に向けて空間変調された光を出射する光源ユニットと、
を備えることを特徴とする基板加工装置。 - 請求項１に記載の基板加工装置であって、
前記光源ユニットが、
光を出射する光源と、
前記光源からの光を空間変調する空間光変調デバイスと、
を有することを特徴とする基板加工装置。 - 請求項１に記載の基板加工装置であって、
前記光源ユニットが、互いに独立して光を出射する複数の光源が配列された光源アレイを有することを特徴とする基板加工装置。 - 請求項１ないし３のいずれかに記載の基板加工装置であって、
基板表面の凹凸を示すデータを記憶する記憶部と、
前記凹凸を示すデータに基づいて、基板上の光の照射の単位となる各照射領域に照射される光エネルギの量を求める演算部と、
前記光エネルギの量に基づいて前記光源ユニットを制御する制御部と、
をさらに備えることを特徴とする基板加工装置。 - 半導体基板を加工する基板加工装置であって、
基板が浸漬されるエッチング液を貯溜する容器と、
前記容器内の基板に向けて光を出射する光源ユニットと、
基板表面の凹凸を示すデータを記憶する記憶部と、
前記凹凸を示すデータに基づいて、基板上の光の照射の単位となる各照射領域に照射される光エネルギの量を求める演算部と、
前記光エネルギの量に基づいて前記光源ユニットを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする基板加工装置。 - 請求項４または５に記載の基板加工装置であって、
前記記憶部が、所定時間の間に基板に与えられる単位面積当たりの光エネルギの量と加工量との関係を実質的に示す加工量データを記憶し、
前記演算部が、前記凹凸を示すデータおよび前記加工量データに基づいて、基板上の凹凸を除去するための各照射領域への光エネルギの照射量を求めることを特徴とする基板加工装置。 - 請求項１ないし６のいずれかに記載の基板加工装置であって、
基板上の光の照射位置を基板に対して相対的に移動する移動機構をさらに備えることを特徴とする基板加工装置。 - 請求項１ないし７のいずれかに記載の基板加工装置であって、
基板上の各照射領域に照射される光の収束位置と基板の表面との間の距離を検出する検出部と、
前記距離を変更する機構と、
をさらに備えることを特徴とする基板加工装置。 - 請求項１ないし８のいずれかに記載の基板加工装置であって、
前記光源ユニットから前記容器内の基板へと至る光路上にズームレンズをさらに備えることを特徴とする基板加工装置。 - 請求項１ないし９のいずれかに記載の基板加工装置であって、
前記エッチング液を循環させる機構をさらに備えることを特徴とする基板加工装置。 - 請求項１ないし１０のいずれかに記載の基板加工装置であって、
前記エッチング液の温度を調整する温度調整部をさらに備えることを特徴とする基板加工装置。 - 半導体基板を加工する基板加工方法であって、
基板表面の凹凸を示すデータを準備する工程と、
前記凹凸を示すデータに基づいて、前記基板上の光の照射の単位となる各照射領域に照射される光エネルギの量を求める工程と、
前記光エネルギの量に基づいて、エッチング液が貯溜された容器内の前記基板に光を照射する工程と、
を有することを特徴とする基板加工方法。 - 請求項１２に記載の基板加工方法であって、
前記光を照射する工程の後に、
前記基板上の光の照射位置を前記基板に対して相対的に移動する工程と、
移動後の光の照射位置において前記光を照射する工程を繰り返す工程と、
をさらに有することを特徴とする基板加工方法。
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