JP2006049870A - 基材外周処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
半導体ウェハ等の基材の外周部の不要膜を効率良く輻射加熱し、エッチングレートを高める。
【解決手段】
基材９０をステージ１０の上面に設置し支持する。この基材９０の外周部の一箇所（被処理位置Ｐ）に吹出しノズル７５からオゾン等の反応性ガスを供給する。基材９０の上側かつ半径外側に照射部２２を配置し、この照射部２２から熱光線としてレーザＬ２０を被処理位置Ｐに向けて斜めに収束照射する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェハや液晶表示基板などの基材の外周部に被膜された有機膜等の不要物を除去する方法及び装置に関する。

半導体ウェハの製造工程において、異方性エッチング時に堆積するフロロカーボンは、ウェハの外周部の表側から外端面を経て裏側に回り込み、外端面及び裏面にも堆積する。このような外周部の膜は、ウェハを搬送コンベアで搬送したり運搬用カセットに収容して運搬したりする際に割れてパーティクルの原因になりやすく、歩留まりが低下するという問題があった。

そこで、従来、上記異方性エッチング時にフロロカーボンがウェハ裏面に回りこんで出来た膜は、例えばドライアッシング処理によってＯ_２プラズマをウェハの表側面から裏面へ回り込ますことで、除去していた。しかし、ｌｏｗ−ｋ膜の場合、ドライアッシング処理を行うとダメージを受ける。そのため低出力で処理する試みがなされているが、低出力ではウェハ裏面のフロロカーボンを除去しきれなかった。

半導体ウェハの外周部を処理する先行文献として、例えば、特許文献１；特開平５−８２４７８号公報には、半導体ウェハの中央部を上下一対のホルダで覆う一方、外周部を突出させ、そこにプラズマを吹付けることが記載されている。しかし、ホルダのＯリングをウェハに物理接触させるものであるため、この物理接触時にパーティクルが発生する可能性がある。
特許文献２；特開平８−２７９４９４号公報には、基材の中央部をステージに載せて外周部にプラズマを上方から吹付けることが記載されている。
特許文献３；特開平１０−１８９５１５号公報には、基材の外周部にプラズマを下側から吹き付けることが記載されている。
特許文献４；特開２００３−２６４１６８号公報には、ステージの外周にヒータを埋め込むことにより、ウェハの外周部を裏側から接触加熱しながら、上方からオゾンガスを吹付けることが記載されている。
特許文献５；特開２００４−９６０８６号公報には、ウェハの外周部を裏側から赤外線ランプで輻射加熱しながら、上方から酸素ラジカルを吹付けることが記載されている。
特開平５−８２４７８号公報 特開平８−２７９４９４号公報 特開平１０−１８９５１５号公報 特開２００３−２６４１６８号公報 特開２００４−９６０８６号公報

フロロカーボンなどの有機膜をオゾン等の酸素系反応性ガスでエッチングする場合、高温下であるほどエッチングレートを高くできる。加熱手段は、ヒータ等の物理接触を伴うものより赤外線やレーザによる輻射加熱のほうがパーティクル発生を防止でき、好ましい。
一方、ウェハの外周部にレーザ等の輻射光線を真上又は真下から照射した場合、ウェハ外周部の斜面部や端縁の垂直部では光が斜めないし平行に入射することになり、加熱効率が十分でなく、エッチングレートが遅くなる。

本発明は、上記考察に基づいてなされたものであり、半導体ウェハ等の基材の外周部に被膜された不要物を反応性ガスと接触させて除去する方法であって、
基材をステージで支持し、
前記基材の外周部に向けて、熱光線を基材の半径外側に傾倒された方向から照射しながら、前記反応性ガスを供給することを特徴とする。
これによって、基材の外周部の斜面部や垂直な外端面に対する熱光線の照射方向を垂直に近づけることができ、輻射エネルギー密度を十分に大きくして加熱効率を十分に高めることができ、ひいては基材外周の膜の除去処理速度（エッチングレート）を大きくすることができる。
前記傾倒された方向は、基材に対し斜め方向のほか、真横方向（基材と平行）も含む。

また、本発明は、基材の外周部に被膜された不要物を反応性ガスと接触させて除去する方法であって、
基材をステージで支持し、
前記基材の外周部に向けて、熱光線を照射しながら前記反応性ガスを供給するとともに、
前記熱光線の照射方向を、前記基材の外周部を中心にして基材（の主面）と直交する面内で移動させることを特徴とする。
これによって、基材の外周部の表側や外端面や裏側等の各部分に対しそれぞれ熱光線をほぼ垂直に照射することができ、どの部分に対しても効率良く処理することができる。
前記熱光線が移動する基材直交面は、基材の一半径を通る面であることが好ましい。

また、本発明は、基材の外周部に被膜された不要物を反応性ガスと接触させて除去する装置であって、
（ａ）基材を支持する支持面を有するステージと、
（ｂ）このステージ上の基材の外周部の在るべき被処理位置に前記反応性ガスを供給する反応性ガス供給手段と、
（ｃ）前記被処理位置に向けて熱光線を前記支持面の半径外側に傾倒された方向から照射する照射部と、
を備えたことを特徴とする。
これによって、基材の外周部の斜面部や外端面等の垂直部に対する熱光線の照射方向を垂直に近づけ入射角をゼロに近づけることができ、輻射エネルギー密度を十分に大きくして加熱効率を十分に高めることができ、ひいては基材外周の膜の除去処理速度（エッチングレート）を大きくすることができる。

また、本発明は、基材の外周部に被膜された不要物を反応性ガスと接触させて除去する装置であって、
（ａ）基材を支持する支持面を有するステージと、
（ｂ）このステージ上の基材の外周部の在るべき被処理位置に向けて前記反応性ガスを供給する反応性ガス供給手段と、
（ｃ）前記被処理位置に向けて熱光線を照射する照射部と、
（ｄ）前記照射部を、前記被処理位置に向けながら前記支持面（ひいてはこの支持面上の基材）と直交する面内で移動させる移動機構と、
を備えたことを特徴とする。
これによって、基材の外周部の表側や外端面や裏側等の各部分に対しそれぞれ熱光線をほぼ垂直に照射することができ、どの部分に対しても効率良く処理することができる。
前記支持面と直交する面は、支持面の中央を通る面であることが好ましい。
前記反応性ガス供給手段の供給ノズルや排気ノズルについては、前記照射部と共に移動ないし角度調節されるようになっていてもよく、前記照射部の移動に関らず位置固定されていてもよい。

前記照射方向は、基材の外周部の被照射ポイント（被照射部分の中心）における法線にほぼ沿うようにするのが好ましい。
これによって、当該ポイントでの入射角をほぼゼロにすることができ、輻射エネルギー密度を確実に大きくでき、加熱効率を確実に高めることができる。

前記装置は、前記熱光線の光源と、前記照射部とを有する輻射加熱器を備えるのが好ましい。
前記照射部が、熱光線を前記被照射ポイントに向けて収束させる集光部を含むことが好ましい。
これによって、加熱効率を一層高めることができ、処理速度を一層大きくすることができる。

前記集光部は、パラボリック反射鏡、凸レンズ、シリンドリカルレンズ等の収束用の光学部材を含むのが好ましく、これら光学部材を組み合わせてもよい。
前記照射部に焦点調節機構を組み込むのが望ましい。焦点は、基材の外周部の膜の表面上にぴったり合わせてもよく、多少ずらしてもよい。これにより、輻射エネルギー密度ひいては加熱温度や照射面積（集光径、スポット径）を適切な大きさに調節することができる。この結果、処理幅の調節を行なうことができる。また、基材の外周のノッチ部やオリフラ部が前記被処理位置に来たときは、輻射加熱器の集光径（照射面積）を大きくすることにすれば、ノッチ部やオリフラ部の縁にも熱光線を当てることができ、ひいてはノッチ部やオリフラ部の縁に付いた膜の除去をも行なうことができる。

前記輻射加熱器が、光源から前記被処理部分の近くへ延びる導波管等の光伝送系を含んでいてもよい。これによって、光源を離して配置できるとともに、熱光線を基材の外周部へ確実に伝送することができる。導波管としては、光ファイバを用いるのが好ましい。これによって、配索が容易になる。光ファイバは、複数（多数）本の束にし、光ファイバケーブルにするのが好ましい。

前記導波管が、複数の光ファイバを含み、これら光ファイバが、前記光源から分岐して延び、その先端部が、前記ステージの周方向に沿って互いに離れて配置されていてもよい。これによって、基材の外周部の周方向の複数箇所に熱光線を同時に照射することができる。
前記導波管等の光伝送系の先端部に前記照射部を光学的に接続するのが好ましい。

前記光源は、点状光源であってもよく、前記ステージの周方向に沿う線状光源であってもよく、前記ステージの周方向の全周に沿う環状光源であってもよい。
点状光源の場合、基材の外周部の一箇所を点状に局所加熱できる。なお、点状光源の点状光を、凸レンズやシリンドリカルレンズ等によって基材の外周部に沿う線状光に変換して照射することにしてもよい。線状光源の場合、基材の外周部の周方向に延びる範囲を局所的に線状に加熱できる。環状光源の場合、基材の外周部全周を局所的に環状に加熱できる。点状光源や線状光源をステージの周方向に沿って複数配置してもよい。

前記輻射加熱器の出力波長が、前記不要物の吸収波長に対応していることが望ましい。これによって、輻射エネルギを不要物に効率的に付与でき、加熱効率を高めることができる。ちなみに、フォトレジストの吸収波長は、１５００ｎｍ〜２０００ｎｍである。前記光源の発光波長が、前記不要物の吸収波長に対応していてもよく、バンドパスフィルタ等の波長抽出手段で吸収波長だけを抽出することにしてもよい。

前記光源は、レーザ光源やランプ光源等を用いることができる。レーザ光源は、一般に点状光源であり、集光性が良く、収束照射に適しており、エネルギを高密度で被処理部位の不要物に付与することができ、瞬間的に高温に加熱することができる。処理幅の制御も容易である。レーザの種類は、ＬＤ（半導体）レーザでもよく、ＹＡＧレーザでもよく、エキシマレーザでもよく、その他の形式でもよい。発光波長は、上述のように、前記不要物の吸収波長に合ったものを用いるのが好ましい。例えば、ＬＤレーザの波長は、８０８ｎｍ〜９４０ｎｍであり、ＹＡＧレーザの波長は、１０６４ｎｍであり、エキシマレーザの波長は、１５７ｎｍ〜３５１ｎｍである。出力密度は、１０Ｗ／ｍｍ^２程度以上が好ましい。発振形態は、ＣＷ（連続波）でもよく、パルス波でもよい。望ましくは、高周波数のスイッチングで連続処理可能なものがよい。

ランプ光源としては、たとえばハロゲンランプ等の近赤外線ランプや遠赤外線ランプ等の赤外線ランプが挙げられる。ランプ光源の発光形態は、連続発光とする。赤外線ランプの発光波長は、例えば７６０ｎｍ〜１００００ｎｍであり、７６０ｎｍ〜２０００ｎｍが近赤外線帯となる。この波長域の中から前記不要物の吸収波長に合った波長を前記バンドパスフィルタ等の波長抽出手段を用いて抽出し、照射するのが好ましい。
前記輻射加熱器（特にランプ光源形式のもの）は、冷媒やファン等の輻射加熱器冷却手段にて冷却するのが望ましい。

反応性ガス供給手段の反応性ガス供給元（反応性ガス生成用リアクタ）としては、例えば常圧プラズマ処理装置を用いることができる。常圧プラズマ処理装置は、略常圧（大気圧近傍の圧力）下で電極間にグロー放電を形成し、プロセスガスをプラズマ化（ラジカル化、イオン化を含む）して反応性ガスにするものである。本発明における「略常圧」とは、１．０１３×１０^４〜５０．６６３×１０^４Ｐａの範囲を言い、圧力調節の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、好ましくは、１．３３３×１０^４〜１０．６６４×１０^４Ｐａであり、より好ましくは、９．３３１×１０^４〜１０．３９７×１０^４Ｐａである。常圧プラズマ処理装置の電極間の放電空間に例えば酸素を供給すると、酸素ラジカル等の酸素系反応性ガスが得られる。この酸素系反応性ガスは、フロロカーボン等の有機膜との反応性を有している。
常圧プラズマ処理装置に代えて、オゾナイザを用い、反応性ガスとしてオゾンを生成することにしてもよい。
反応性ガスがフッ酸ベーパの場合は、フッ酸の気化器やインジェクタを用いることにしてもよい。

本発明によれば、基材の外周部の斜面部や垂直な外端面に対する加熱効率を十分に高めることができ、不要膜のエッチングレートを大きくすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって詳述する。基材処理装置の処理対象基材は、例えば半導体ウェハ９０であり、円形の薄板状をなしている。図４に示すように、ウェハ９０の上面すなわち表側面には、例えばフォトレジストからなる膜９２が被膜されている。膜９２は、ウェハ９０の上面全体を覆うだけでなく外端面を経て裏面の外周部にまで達している。本実施形態では、このウェハ９０の外周部を被処理部位とし、そこの膜９２ｃを不要物として除去するものである。

図１及び図２は、本発明に係る基材外周処理装置の概略構成を示したものである。基材処理装置は、ステージ１０と、処理ヘッドＨを備えている。

ステージ１０は、水平な円盤形状をしており、中心軸１１のまわりに回転するようになっている。このステージ１０の上面（支持面）に、ウェハ９０が中心を一致させて水平にセットされるようになっている。セット状態のウェハ９０の外周部は、ステージ１０の外端縁より少し突出されるようになっている。このウェハ９０の外周部の突出量は、例えば３〜５ｍｍ程度である。
ステージ１０にはウェハ９０を吸着する真空式又は静電式の吸着チャック機構が組み込まれている。吸着チャック機構は、ステージ１０の上面の全域に設けてもよく、ステージ１０の外周部（ウェハ９０の外周突出部のすぐ内側の部分）にのみ設け、中央部には設けないことにしてもよい。吸着チャック機構をステージ１０の外周部だけに設けることにすれば、吸着に起因するパーティクルを低減することができる。

詳細な図示は省略するが、ステージ１０にはウェハ９０と接する面から吸熱してウェハ９０を冷却する吸熱手段が組み込まれている。例えば、ステージ１０の内部が、空洞になっており、そこに水や空気等の冷却用媒体が送り込まれるようになっている。また、ステージ１０に冷却用媒体の流通路を形成してもよい。或いは、ステージ１０にペルチェ素子を埋め込んでもよい。冷却・吸熱手段は、ステージ１０の少なくとも外周部（ウェハ９０の外周突出部のすぐ内側の部分）に設ければよく、中央部には設けなくてもよい。
ステージ１０の特に上板の材質には、熱伝導性の良好なもの（例えばアルミ）が用いられている。

図１に示すように、ステージ１０の側部に処理ヘッドＨが設けられている。処理ヘッドＨには、吹出しノズル７５と排気ノズル７６と照射ユニット２２（照射部）が設けられている。

吹出しノズル７５は、ウェハ９０の接線方向にほぼ沿ってウェハ９０の外周部（被処理位置Ｐ）に向かって配置されている。吹出しノズル７５は、ガス供給路７１を介して上記反応性ガス源７０に連なっている。この反応性ガス源７０と供給路７１と吹出しノズル７５によって、反応性ガス供給手段が構成されている。

反応性ガス源７０として、オゾナイザーが用いられている。オゾナイザー７０は、フォトレジスト等の有機膜９２ｃを除去するのに好適な反応性ガスとしてオゾン（Ｏ_３）を生成する。このオゾンが、供給路７１を経て吹出しノズル７５から吹き出され、ウェハ９０の外周部の膜９２ｃと接触して反応が起き、膜９２ｃが除去されるようになっている。
オゾナイザーに代えて常圧プラズマ放電装置を用い、この常圧プラズマ放電装置の電極間のプラズマ放電空間に酸素を導入し、酸素ラジカル等の酸素系反応性ガスを得、これをウェハ９０の外周部に接触させることにしてもよい。

排気ノズル７６は、ウェハ９０の周方向（接線方向）に沿って吹出しノズル７５と向き合うように配置されている。ステージ１０ひいてはウェハ９０の回転方向（例えば平面視時計周り）に沿って吹出しノズル７５は上流側に配置され、排気ノズル７６は下流側に配置されている。排気ノズル７６から排気路７７が延び、排気ポンプ等の排気手段に連なっている。この排気手段の駆動により、被処理位置Ｐの周辺の処理済みガスや反応副生成物が排気ノズル７６に吸引され排気路７７を経て、排気されるようになっている。
排気ノズル７６の口径は、吹出しノズル７５の口径より大きく、例えば約２〜５倍になっている。例えば、吹出しノズル７５の口径は１〜３ｍｍ程度であるのに対し、排気ノズル７６の口径は２〜１５ｍｍ程度である。これによって、処理済みのガスや反応副生成物が拡散ひいては漏れるのを抑制でき、排気口に確実に吸い込んで排気することができる。

吹出しノズル７５と排気ノズル７６の向きや互いの配置関係は適宜設定することができる。例えば、吹出しノズル７５を平面視でウェハ９０の接線方向に向けたり、接線より僅かに半径外方向に傾けたりしてもよい。排気ノズル７６をウェハ９０の外側から半径内方向に向けたり、ウェハ９０より下側に上向きで配置したりしてもよい。

フロロカーボン等の有機膜９２ｃとオゾンとの反応効率を高めるには加熱が必要である。この加熱手段として輻射加熱器が用いられている。ここでは、レーザ加熱器２０が用いられている。レーザ加熱器２０は、熱光線源としてのレーザ光源２１とレーザ照射ユニット２２（照射部）とを有している。

レーザ光源２１は、例えば発光波長８０８ｎｍ〜９４０ｎｍのＬＤ（半導体）レーザ光を出射するようになっている。レーザ光源として、ＬＤに限られず、ＹＡＧ、エキシマ等の種々の形式のものを用いてもよい。

レーザ光源２１の出射部から光ファイバ２３が延びている。この光ファイバ２３の先端部が、処理ヘッドＨの照射ユニット２２に光学的に接続されている。照射ユニット２２は、吹出しノズル７５と排気ノズル７６の間に配置されている。図２に示すように、照射ユニット２２は、ウェハ９０より上側かつ半径外側からウェハ９０の外周部（被処理位置Ｐ）に向けて斜めに配置されている。照射ユニット２２の傾斜角度は例えばほぼ４５°である。図３に示すように、照射ユニット２２の照射光軸Ｌ２０（レーザ光束の中心軸）は、ウェハ９０の外周部の上側傾斜部と交差し、ちょうどこの交差ポイントでの膜表面の法線とほぼ一致している。或いは、ちょうどこの交差ポイントでの膜の厚さ方向とほぼ一致している。照射ユニット２２には、凸レンズやシリンドリカルレンズ等を含む収束光学系が設けられており、光源２１から光ファイバ２３で送られて来たレーザＬをウェハ９０の外周部の上側傾斜部の上記光軸Ｌ２０との交差ポイント（被照射ポイント）へ向けて収束照射するようになっている。

上記構成の基材外周処理装置は次のように使用される。
ステージ１０にウェハ９０をアライメントして設置した後、ステージ１０を回転させるとともに、オゾナイザー７０からのオゾンを吹出しノズル７５からウェハ９０の外周部（被処理位置Ｐ）に向けて吹出す。併行して、レーザ光源２１からのレーザ光を、光ファイバ２３に通して照射ユニット２２から収束照射する。

図３に示すように、このレーザ光は、ウェハ９０の外周部の上方かつ半径外側からウェハ９０の外周部に向けて斜め下にほぼ４５°の角度で出射され収束されていく。そして、ウェハ９０の外周部の上側傾斜部に照射される。レーザ光軸Ｌ２０は、この被照射ポイントに対してほぼ直交し、入射角がほぼ０度になる。これによって、加熱効率を高めることができ、被照射ポイント周辺のウェハ９０の外周部を局所的に確実に高温化することができる。この局所加熱された部分に吹出しノズル７５からのオゾンが接触することにより、図４に示すように、膜９２ｃを高エッチングレートで効率良く除去することができる。
処理済みのガスや反応副生成物は、排気ノズル７６に吸込まれて吸引排気される。排気ノズル７６は、吹出しノズル７５より口径が大きいので、処理済みのガスや反応副生成物が拡散したり、ひいては漏れたりするのを抑制でき、確実に吸引し排気することができる。
ステージ１０が少なくとも一回転されることによりウェハ９０の外周部の全周の膜９２ｃを除去することができる。

図１３に示すように、フロロカーボン等の有機膜９２ｃにオゾン等の酸素系反応性ガスを接触させた場合、温度条件が１００℃付近まではほとんど反応が起きず、１５０℃付近でエッチングレートが立ち上がる。２００℃を超えるあたりからエッチングレートが温度に対してリニアに増大していく。
発明者は、図３に示すようにレーザを斜め上４５°の角度からウェハの外周部に局所的に収束照射する実験を行なった。ウェハの回転数は５０ｒｐｍとし、レーザ出力は１３０ワットとした。そして、ウェハの垂直な外端面の表面温度をサーモグラフィで測定したところ、上記被照射ポイントの直下で２３５．０６℃であった。
また、レーザ照射角度を垂直に対し３０°にし、その他の条件は上記４５°と同様にしたところ、被照射ポイントの直下で２０９．２３°であった。
これにより、十分大きなエッチングレートを確保できることが判明した。

これに対し、レーザの照射方向をウェハの外周部の真上からとし、その他のウェハ回転数及びレーザ出力等の条件は上記と同じにして比較実験を行なったところ、ウェハの垂直な外端面の温度は１１４．３４℃であり、エッチングレートの立ち上がり温度を下回った。これは、ウェハの外周部の真上（ウェハに対し９０°の方向）からでは垂直な外端面にはレーザが直接当たらないためと考えられる。また、図３に示すように、照射方向を斜め４５°に傾けると、加熱温度を９０°の約２倍近くにできることが判明した。

照射ユニット２２のレーザ照射軸Ｌ２０は、ウェハ９０の半径外側に傾倒された角度からウェハ９０の外周部に向けられていればよい。このレーザ照射軸Ｌ２０の傾倒角度は、斜めだけでなく、図５に示すように水平になるまで倒されていてもよい。そうすると、照射ユニット２２からのレーザは、ウェハ９０の真横からウェハ９０の外端面に垂直に当たる。この入射角はほぼゼロ度になる。これによって、ウェハ９０の外端面の膜９２ｃを一層確実に加熱でき、エッチングレートをより一層高めることができる。

発明者は、図５に示すように照射ユニット２２を水平に倒し、レーザを真横からウェハの外周部に収束照射し、その他の条件は上記図３の実験と同じ（ウェハ回転数：５０ｒｐｍ、レーザ出力：１３０ワット）にして加熱実験を行なった。そして、ウェハの垂直な外端面の表面温度を測定したところ２５６．３６℃であった。これにより、ウェハの垂直な外端面に対しては、ウェハの真横から照射することによって、一層高温化でき、より高速で処理できることが判明した。

図６に示すように、フロロカーボン等の有機膜９２は、ウェハ９０の外周部の裏側（下側）にも回り込むようにして成膜される傾向がある。ウェハ９０の外周部の膜９２ｃのうちこの裏面の膜を中心的に除去処理したい場合は、照射ユニット２２をウェハ９０の下側かつ半径外側に配置し、この位置からウェハ９０の外周部に向けることにするとよい。

これにより、照射ユニット２２からのレーザが、ウェハ９０の下側かつ半径外側からウェハ９０の外周部に向けて斜め上に収束照射される。このレーザの光軸Ｌ２０の角度は、例えばほぼ４５°である。このレーザが、ウェハ９０の外周部の下側傾斜部にゼロ度に近い入射角で入射する。これによって、ウェハ９０の外周部のうち特に裏側の膜９２ｃを高温化することができ、この裏側の膜９２ｃを確実かつ高速でエッチングし除去することができる。この裏面処理では、吹出しノズル７５及び排気ノズル７６もウェハ９０の外周部の下側に配置するのが好ましい。

図７に示すように、傾倒して配置された照射ユニット２２とは別途に、ウェハ９０に対し垂直をなす照射ユニット２２Ｘをも付加することにしてもよい。垂直照射ユニット２２Ｘは、傾倒照射ユニット２２とは別のレーザ光源２１Ｘに光ファイバケーブル２３Ｘを介して接続されている。同一のレーザ光源から２本の光ファイバケーブルを分岐させて引き出し、１本は垂直照射ユニット２２Ｘに接続し、他の１本は傾倒照射ユニット２２に接続することにしてもよい。

この２つの照射ユニット２２，２２Ｘを備えた装置構成によれば、ウェハ９０の外周の傾斜部や垂直な外端面の膜９２ｃについては主に傾倒照射ユニット２２にて高温加熱し効率良く除去することができ、ウェハ９０の外周の平面部の膜９２ｃについては主に垂直照射ユニット２２Ｘにて高温加熱し効率良く除去することができる。これによって、ウェハ９０の外周部の不要膜９２ｃの全体を確実に除去することができる。

照射ユニット２２の角度は、固定されているのに限られず、図８に示すように、変化するようになっていてもよい。図８に示す基材外周処理装置には、照射ユニット２２のための移動機構３０が設けられている。移動機構３０にはスライドガイド３１が設けられている。スライドガイド３１は、ほぼ１２時の位置とほぼ３時の位置までの約９０°にわたる４分の１円周の円弧状になっている。スライドガイド３１の円弧の中心に当たる位置に、ウェハ９０の外周部（被処理位置Ｐ）が配置されるようになっている。

このスライドガイド３１に照射ユニット２２がスライドガイド３１の周方向へ移動可能に装着されている。これにより、照射ユニット２２及びそのレーザ光軸Ｌ２０は、常にウェハ９０の外周部を向きつつ、ウェハ９０の外周部の真上の垂直姿勢になる位置（図８の二点鎖線）と、ウェハ９０の真横の水平姿勢になる位置（図８の破線）との間で９０°にわたって角度調節可能になっている。この照射ユニット２２及びレーザ光軸Ｌ２０の移動軌跡は、ステージ１０及びウェハ９０の一半径を含みステージ１０の上面及びウェハ９０と直交する垂直な面上に配置されている。図示は省略するが、移動機構３０には、照射ユニット２２をスライドガイド３１に沿って上記垂直姿勢位置と水平姿勢位置との間で移動させる駆動手段が設けられている。

この移動機構３０を付加した基材外周処理装置によれば、図８の実線に示すように、ウェハ９０の外周部の上側傾斜部を中心的に処理するときは、照射ユニット２２及びレーザ光軸Ｌ２０をウェハ９０の上側に例えば４５°程度に傾ける。これによって、ウェハ９０の外周部の上側傾斜部を中心にその周辺を確実に高温加熱することができ、この上側傾斜部の周辺の不要膜９２ｃを高エッチングレートで確実に除去することができる。
同図の破線に示すように、ウェハ９０の垂直な外端面を中心的に処理するときは、照射ユニット２２及びレーザ光軸Ｌ２０をウェハ９０の真横に倒し水平姿勢にする。これによって、ウェハ９０の外端面を中心にその周辺を確実に高温加熱することができ、この外端面の周辺の不要膜９２ｃを高エッチングレートで確実に除去することができる。
同図の二点鎖線に示すように、ウェハ９０の外周の上側の平面部を中心的に処理するときは、照射ユニット２２及びレーザ光軸Ｌ２０をウェハ９０の真上に位置させ垂直姿勢にする。これによって、ウェハ９０の外周の上側の平面部を中心にその周辺を確実に高温加熱することができ、この上側平面部の周辺の不要膜９２ｃを高エッチングレートで確実に除去することができる。
このようにして、ウェハ９０の外周部の各部分をそれぞれ効率良く処理することができる。

図９に示すように、ウェハ９０の外周部の裏面側の膜を重点的に処理したい場合には、移動機構３０のスライドガイド３１をほぼ３時の位置とほぼ６時の位置までの約９０°にわたる４分の１円周の円弧状にするとよい。この場合、照射ユニット２２及びそのレーザ光軸Ｌ２０は、常にウェハ９０の外周部（被処理位置Ｐ）を向きつつ、ウェハ９０の真横の水平姿勢になる位置（図９の破線）と、ウェハ９０の外周部の真下の垂直姿勢になる位置（図９の二点鎖線）との間で９０°にわたって角度調節可能になっている。

これによって、図９の実線に示すように、ウェハ９０の外周部の下側傾斜部を中心的に処理するときは、照射ユニット２２及びレーザ光軸Ｌ２０をウェハ９０の下側に例えば４５°程度に傾ける。これによって、ウェハ９０の外周部の上側傾斜部を中心にその周辺を確実に高温加熱することができ、この上側傾斜部の周辺の不要膜９２ｃを高エッチングレートで確実に除去することができる。
同図の破線に示すように、ウェハ９０の垂直な外端面を中心的に処理するときは、照射ユニット２２及びレーザ光軸Ｌ２０をウェハ９０の真横に倒し水平姿勢にする。これによって、ウェハ９０の外端面を中心にその周辺を確実に高温加熱することができ、この外端面の周辺の不要膜９２ｃを高エッチングレートで確実に除去することができる。
同図の二点鎖線に示すように、ウェハ９０の外周の裏側の平面部を中心的に処理するときは、照射ユニット２２及びレーザ光軸Ｌ２０をウェハ９０の真下に位置させ垂直姿勢にする。これによって、ウェハ９０の外周の裏側の平面部を中心にその周辺を確実に高温加熱することができ、この裏側平面部の周辺の不要膜９２ｃを高エッチングレートで確実に除去することができる。
このようにして、ウェハ９０の外周部の各部分をそれぞれ効率良く処理することができる。

図８及び図９では、ガイド３１が４分の１円周の円弧状であり、照射ユニット２２及びレーザ光軸Ｌ２０の角度調節可能な範囲が９０°程度になっていたが、ガイド３１をほぼ１２時の位置からほぼ６時の位置までの約１８０°にわたる半円状とし、照射ユニット２２及びレーザ光軸Ｌ２０を、ウェハ９０の外周部の真上から真下までの１８０°の角度範囲にわたって角度調節可能に構成してもよい。

図１０及び図１１は、本発明の他の実施形態を示したものである。この実施形態は、主にウェハ９０の外周部の裏面側の膜９２ｃをエッチングし除去するものである。
この実施形態に係る基材外周処理装置は、ステージ１０と、このステージ１０を囲むフレーム５０を備えている。フレーム５０は、有孔円盤状の底板５１と、この底板５１の外周から上に突出する筒状の周壁５２を有して、断面Ｌ字状の環状をなし、図示しない架台に固定されている。

フレーム５０の内側には、これに囲まれるようにして、ステージ１０が配置されている。ステージ１０は、フレーム５０と同心で周壁５２より小径の平面視円形状をなし、その周側面は、下に向かって縮径するテーパ状をなしている。ステージ１０は、図示しない回転駆動機構に接続され、中心軸１１まわりに回転されるようになっている。なお、ステージ１０を固定する一方、回転駆動機構をフレーム５０に接続し、このフレーム５０を回転させるようになっていてもよい。

ステージ１０の上面（支持面、表側面）に、被処理基材の半導体ウェハ９０が、中心を一致させて水平に設置されるようになっている。図示は省略するが、ステージ１０には、真空吸引式や静電式の吸着チャック機構が組み込まれている。吸着チャック機構によってウェハ９０をステージ１０の上面に吸着し固定するようになっている。

ステージ１０の上面の直径は、円形をなすウェハ９０の直径より僅かに小さい。したがって、ウェハ９０は、ステージ１０に設置された状態においてその外周部の全周がステージ１０よりも少しだけ径方向外側へ突出するようになっている。突出量は、例えば３〜５ｍｍである。これによって、ウェハ９０の裏面は、外周の狭い部分が全周にわたって露出（開放）される一方、それより内側の部分すなわち上記狭い外周部を除く裏面の大部分がステージ１０の上面に当接し、覆い隠されている。
ステージ１０上に設置されたウェハ９０の外周部（被処理部位）の在る位置が、被処理位置Ｐとなる。この被処理位置Ｐは、ステージ１０の上面を径方向外側へ延長した仮想面（延長面）上に位置する。

ステージ１０の材質には、熱伝導性が良くメタルコンタミ等の起きないものとして例えばアルミが用いられている。反応性ガスに対する耐食性確保のために、表面に陽極酸化によるアルミナ層を設け、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂を浸透させることにしてもよい。

ステージ１０の内部は、空洞であり、そこが冷媒室４１（吸熱手段）になっている。冷媒室４１は、十分な内容積を有している。冷媒室４１には、冷媒供給路４２と冷媒排出路４３が連なっている。これら路４２，４３は、中心軸１１の内部を通ってステージ１０から延出されている。冷媒供給路４２の上流端は、図示しない冷媒供給源に接続されている。冷媒供給源は、冷媒として例えば水を、冷媒供給路４２を介して冷媒室４１に供給する。これによって、冷媒室４１内は水で充填されている。水温は、常温でよい。また、適宜、冷媒排出路４３から排出するとともに、新たに冷媒供給路４２から供給を行なう。排出した冷媒は、冷媒供給源に戻し、再冷却する等して循環させてもよい。
冷媒として、水に代えて、空気、ヘリウム等を用いてもよい。圧縮流体にして冷媒室４１に勢いを付けて送り込み、冷媒室４１の内部で流動させることにしてもよい。

ステージ１０は、フレーム５０の底板５１より上方であって周壁５２の略中間の高さに位置している。ステージ１０より下側（裏側）の径方向内側に底板５１の内リング５１ｉが配置され、この内リング５１ｉとステージ１０の下面との間に、ラビリンスシール６０が設けられている。ラビリンスシール６０は、上下一対のラビリンスリング６１，６２を有している。上側のラビリンスリング６１は、ステージ１０と同心の多重環状をなす複数の垂下片６１ａを有して、ステージ１０の下面に固定されている。下側のラビリンスリング６２は、フレーム５０ひいてはステージ１０と同心の多重環状をなす複数の突出片６２ａを有して、フレーム底板５１の内リングの上面に固定されている。上下のラビリンスリング６１，６２の垂下片６１ａと突出片６２ａどうしが、互い違いに噛み合っている。
フレーム５０と、ステージ１０と、ラビリンスシール６０の間に、環状の空間５０ａが画成されている。

フレーム５０の底板５１の内リング５１ｉには、ラビリンスリング６２の谷部から延びる吸引路５１ｃが形成されている。吸引路５１ｃは、配管を介して真空ポンプや排気処理系等からなる吸引排気装置（図示せず）に接続されている。これら吸引路５１ｃと配管と吸引排気装置とは、「環状空間の吸引手段」を構成している。

フレーム５０の周壁５２の上端部には、その内周の全周に沿うリング状をなすカバー部材８０が設けられている。カバー部材８０は、水平な円板形状をなして周壁５２から径方向内側へ延びる水平部８１と、この水平部８１の内端縁の全周から垂下された筒形状の垂下部８２を有し、断面Ｌ字状をなしている。カバー部材８０は、図示しない昇降機構によって周壁５２の上方に大きく離間した退避位置（図９の仮想線）と、水平部８１の外周面が周壁５２の内周面に当接するセット位置（図９の実線）との間で昇降可能になっている。ウェハ９０をステージ１０に載せたり取り出したりするときは、カバー部材８０が退避位置に位置され、ウェハ９０の処理時は、カバー部材８０がセット位置に位置される。

セット位置において、カバー部材８０の水平部８１の内端縁及び垂下部８２は、被処理位置Ｐすなわちステージ１０上のウェハ９０の外周部の上方に配置され、ウェハ９０の外周部と協働して環状空間５０ａの上方を覆っている。垂下部８２の下端部は、ウェハ９０の僅かに上に配置され、垂下部８２とウェハ９０の間の隙間８２ａが非常に狭くなるようになっている。これによって、ウェハ９０の外周部に当たった後の処理済みの反応性ガスを、空間５０ａ内に閉じ込めることができ、ウェハ９０の上面の中央部側へ流れていくのを防ぐことができる。ひいては、この上面の膜９２がダメージを受けるのを防止することができる。

カバー部材８０をセット位置に位置させると、周壁５２の上面との間の全周にわたって吸引路５３ｄが形成されるようになっている。この吸引路５３ｄが、カバー部材８０に設けられた吸引コネクタ５７等を介し、図示しない吸引排気装置に連なっており、これによって、ウェハ９０の外周部の周辺から処理済み反応性ガスを吸引し排気することができる。

フレーム５０の底板５１のラビリンスリング６２より径方向外側の部分には、ステージ１０の外周縁の下側に離れて、輻射加熱器が取り付けられている。輻射加熱器として、既述実施形態のレーザ加熱器２０に代えて、赤外線加熱器１２０が用いられている。赤外線加熱器１２０は、ハロゲンランプ等の赤外線ランプ１２１からなる光源と、収束照射用の照射部としての光学系１２２を有し、フレーム５０の周方向の全周にわたる環状をなしている。すなわち、赤外線ランプ１２１は、フレーム５０の周方向の全周にわたる環状光源であり、光学系１２２もフレーム５０の周方向の全周にわたって配置されている。光学系１２２には、レンズスライド機構等を含む焦点調節機構が組み込まれている。この焦点調節機構によってウェハ９０の裏面外周部上での集光径ひいては被加熱部位の面積や、輻射エネルギの密度ひいては被加熱部位の加熱温度を調節することができ、この結果、処理幅を調節することができる。また、ノッチ部やオリフラ部においては集光径を大きくすることにより、ノッチ部やオリフラ部の縁にもレーザが当たるようにすることができる。ひいてはノッチ部やオリフラ部の縁の裏側の膜をも確実に除去することができる。
光学系１２２は、赤外線ランプ１２１からの赤外線をバンドパスフィルタに通すとともに反射鏡やレンズ等の集光系で集光し、ウェハ９０の裏面の外周の全周に収束させるようになっている。これによって、裏面外周部の膜９２ｃを局所的に、しかも全周にわたって一度に加熱することができる。

赤外線ランプ１２１の照射軸は、ウェハ９０の下側かつ半径外側にほぼ４５度に傾けられ、ウェハ９０の外周部に向けられている。
赤外線ランプ１２１としては、遠赤外線ランプを用いてもよく、近赤外線ランプを用いてもよい。発光波長は、例えば７６０ｎｍ〜１００００ｎｍであり、この中から膜９２ｃの吸収波長に合った光をバンドパスフィルタで抽出する。これによって、膜９２ｃの加熱効率を一層高めることができる。

赤外線加熱器１２０の内部には、全周にわたってランプ冷却路１２５が形成されており、このランプ冷却路１２５に冷媒往路１２６及び復路１２７（図１１）を介して図示しない冷媒供給源が接続され、冷媒が循環されるようになっている。これによって、赤外線加熱器１２０を冷却することができる。冷媒として例えば水、空気、ヘリウムガス等が用いられている。空気や水を用いる場合は、復路１２７から冷媒供給源に戻さずに排出することにしてもよい。この加熱器冷却用の冷媒供給源は、基材吸熱用の冷媒供給源と共用してもよい。
ランプ冷却路１２５と往路１２６と復路１２７と加熱器冷却用冷媒供給源は、「輻射加熱器冷却手段」を構成している。

反応性ガス供給手段の反応性ガス供給元としては、オゾナイザー７０が用いられている。オゾナイザー７０は、オゾン供給管７１を介してフレーム５０の複数の供給コネクタ７２に連なっている。供給コネクタ７２の数は、比較的多く、例えば８つである。これら供給コネクタ７２が、周壁５２の外周面の上側部分の周方向に等間隔ごとに離れて配置されている。

周壁５２の上側部は、吹出し路及び吹出し口形成部材として提供されている。すなわち、周壁５２の上側部には、これら供給コネクタ７２に連なる反応性ガス路７３が、径方向内側へ向かって水平に、しかも周方向の全周にわたって環状に形成されている。反応性ガス路７３は、周壁５２の内周の全周に開口し、そこが環状の吹出し口７４となっている。この吹出し口７４の高さは、ステージ１０の上面ひいてはその上に設置されるべきウェハ９０の裏面より僅かに下に位置し、しかも当該ウェハ９０の外周縁に近接してその全周を囲むように配置されている。

図１０及び図１１に示す基材外周処理装置によって、ウェハ９０の外周部の主に裏側の膜９２ｃを除去する方法を説明する。
処理すべきウェハ９０を、搬送ロボット等によってステージ１０の上面に中心が一致されるようにして置き、吸着チャックする。ウェハ９０の外周部は、全周にわたってステージ１０の径方向外側に突出することになる。

次いで、オゾナイザー７０で生成したオゾンを各供給コネクタ７２に導入する。オゾンは、環状の反応性ガス路７３の周方向の全体に拡がりながら吹出し口７４の全周から径方向内側に吹出される。これによって、オゾンをウェハ９０の裏面外周部の全周に一度に吹付けることができる。

このウェハ９０の突出外周部の裏面上すなわち被処理位置Ｐに焦点を略合わせ、環状の赤外線加熱器１２０の全周から赤外線を出射する。これによって、ウェハ９０の裏面外周部の全周の膜９２ｃを局所的に輻射加熱できる。輻射加熱であるので、ウェハ９０の被加熱部位を加熱源に接触させる必要がなく、パーティクルが発生することもない。しかも、赤外線加熱器１２０から赤外線は、ウェハ９０の下側かつ半径外側からウェハ９０の外周部に向けて斜め上に出射される。これによって、赤外線が、ウェハ９０の外周部の下側傾斜部にゼロ度に近い入射角で入射する。これによって、ウェハ９０の外周部の裏側の膜９２ｃを確実に高温化することができる。

この結果、ウェハ９０の外周部の裏側の膜９２ｃを確実かつ高速でエッチングし除去することができる。オゾン吹付けと赤外線照射が、ウェハ９０の外周部の全周になわって一度になされるので、一層高速で処理することができる。ステージ１０の回転は必ずしも必要でないが、処理を周方向に均一化させるために回転させるのが好ましい。ステージ１０とフレーム５０の間のシールとしてラビリンスシール６０を用いることによって、ステージ１０の回転を、フレーム５０との摩擦無く円滑に行なうことができる。

ウェハ９０の外周の被加熱部位から熱がウェハ９０の径方向内側に伝わって来ても、ステージ１０内の冷媒室４１に充填された水によって吸熱することができる。これによって、ウェハ９０の被加熱部位より内側の部分の温度上昇を抑えることができる。したがって、ウェハ９０の内側部分の残置すべき膜９２の変質を抑えることができるだけでなく、反応性ガスのオゾンがウェハ９０の上面の中央側へ流れ込んで来たとしても、膜９２との反応を抑えることができる。これによって、膜９２にダメージが及ぶのを防止でき、確実に良質に維持することができる。

処理済みの反応性ガスや反応副生成物は、空間５０ａ内に閉じ込められるとともに、吸引路５１ｃ，５３ｄに吸込まれて排気される。これによって、処理済みガス等を被処理部分の周辺から速やかに取り除くことができる。また、ウェハ９０の表側面へのガス流入を防止でき、表側面の膜９２のダメージを一層確実に防止することができる。更に、ラビリンスシール６０から径方向内側への反応性ガス等の流出も防止することができる。

図１２は、図１０及び図１１と同様の装置を用い、ウェハの外端縁をステージ１０から３ｍｍ突出させ、冷媒室４１内の水温が５℃の場合、２０℃の場合、５０℃の場合のそれぞれについて、ウェハの外端縁の被加熱部位の近傍から径方向内側方向への距離に対するウェハの表面温度を測定した実験結果を示したものである。赤外線加熱器１２０の出力条件は以下の通りである。
光源：環状ハロゲンランプ
収束用光学系：パラボリック反射鏡
発光波長：８００〜２０００ｎｍ
出力：２００Ｗ
局所加熱部位の幅：２ｍｍ
図１３に示す通り、水温が常温の２０℃の場合、ウェハの外端縁の被加熱部位の近傍では被加熱部位からの熱伝導により８０℃程度になるが（被加熱部位では４００℃以上）、そこから９ｍｍ以上径方向内側の部位では５０℃以下の低温に保持され、膜のダメージを抑えることができることが確認された。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の改変をなすことができる。
除去対象の不要物の成分は、フロロカーボン等の有機物に限られず、無機物であってもよい。
プロセスガスひいては反応性ガスは、酸素系以外にもフッ素系等、対象とする膜の成分に応じて、適宜選択することができる。ガス種に応じて活性を維持できるように、反応性ガス供給元から吹出し口までの吹出し路を温調（冷却または加温）するとよい。
レーザ加熱器２０等の点状光源の点状光を、凸レンズやシリンドリカルレンズ等の光学系で線状光にし、ウェハ９０の周方向に沿って一定の範囲に照射されるようにしてもよい。
赤外線加熱器１２０の赤外線ランプ１２１が、環状光源に代えて点状光源や線状光源であってもよい。
輻射加熱器からの熱光線を、反射鏡で反射させ、基材の外周部に傾倒した角度で入射するようにしてもよい。

この発明は、例えば半導体ウェハの製造工程や液晶表示基板の製造工程における外周の不要膜除去に利用可能である。

本発明の概略構成に係る実施形態を示し、照射方向がウェハの上側かつ半径外側から斜め下のウェハ外周部に向けられた基材外周処理装置の平面解説図である。 上記基材外周処理装置の正面解説図である。 上記照射ユニットとウェハ外周部を拡大して示す正面断面図である。 不要膜の除去処理後のウェハの外周部の断面図である。 照射方向がウェハの真横からウェハに向けられた照射ユニットの正面解説図である。 照射方向がウェハの下側かつ半径外側から斜め上のウェハ外周部に向けられた照射ユニットの正面解説図である。 傾倒照射ユニットと垂直照射ユニットを有する基材外周処理装置の正面解説図である。 照射ユニットをウェハより上側で円弧状に移動させる機構を備えた基材外周処理装置の正面解説図である。 照射ユニットをウェハより下側で円弧状に移動させる機構を備えた基材外周処理装置の正面解説図である。 本発明の他の実施形態に係る基材外周処理装置を示す正面断面図である。 図１０のXI-XI線に沿う上記基材外周処理装置の平面断面図である。 図１０及び図１１と同様の装置により、ウェハの外端縁の被加熱部位の近傍から径方向内側方向への距離に対するウェハ温度を測定した実験結果を示すグラフである。 オゾンによる有機膜のエッチングレートと温度の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ ステージ
２０ レーザ加熱器（輻射加熱器）
２２ 照射ユニット（照射部）
３０ 移動機構
７０ オゾナイザー（反応性ガス供給元）
７５ 吹出しノズル
９０ 半導体ウェハ（基材）
９２ｃ ウェハの外周部の膜（不要物）
１２０ 赤外線加熱器（輻射加熱器）
１２１ 赤外線ランプ
１２２ 収束照射用光学系（照射部）

Claims (4)

1. 基材の外周部に被膜された不要物を反応性ガスと接触させて除去する方法であって、
   基材をステージで支持し、
   前記基材の外周部に向けて、熱光線を基材の半径外側に傾倒された方向から照射しながら、前記反応性ガスを供給することを特徴とする基材外周処理方法。
2. 基材の外周部に被膜された不要物を反応性ガスと接触させて除去する方法であって、
   基材をステージで支持し、
   前記基材の外周部に向けて、熱光線を照射しながら前記反応性ガスを供給するとともに、
   前記熱光線の照射方向を、前記基材の外周部を中心にして基材と直交する面内で移動させることを特徴とする基材外周処理方法。
3. 基材の外周部に被膜された不要物を反応性ガスと接触させて除去する装置であって、
   （ａ）基材を支持する支持面を有するステージと、
   （ｂ）このステージ上の基材の外周部の在るべき被処理位置に前記反応性ガスを供給する反応性ガス供給手段と、
   （ｃ）前記被処理位置に向けて熱光線を前記支持面の半径外側に傾倒された方向から照射する照射部と、
   を備えたことを特徴とする基材外周処理装置。
4. 基材の外周部に被膜された不要物を反応性ガスと接触させて除去する装置であって、
   （ａ）基材を支持する支持面を有するステージと、
   （ｂ）このステージ上の基材の外周部の在るべき被処理位置に向けて前記反応性ガスを供給する反応性ガス供給手段と、
   （ｃ）前記被処理位置に向けて熱光線を照射する照射部と、
   （ｄ）前記照射部を、前記被処理位置に向けながら前記支持面と直交する面内で移動させる移動機構と、
   を備えたことを特徴とする基材外周処理装置。

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