JP3958106B2 - 基板エッチング方法および基板エッチング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板の表面にエッチング液を供給して基板をエッチング処理する方法および装置に関する。処理の対象となる基板には、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板などが含まれる。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
たとえば、基板の表面に微細配線を形成する工程には、基板上に形成された金属配線膜の表面を平坦化する工程が含まれる。この平坦化のための技術の代表的なものに、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）処理が挙げられるが、最近では、そのＣＭＰ処理に代わる技術として、ＥＣＭＤ（Electro Chemical Mechanical Deposition）技術が注目されている。これは、基板表面に金属配線膜を成膜（めっき）しながら、平坦化を同時進行させるものである。たとえば、めっき処理中にパッドで基板表面を平坦化したり、配線パターン底部（ボトム）のめっきの成長速度を配線パターン表面（トップ）よりも加速させたりすることにより実現される。
【０００３】
しかしながら、このような技術では、金属配線膜の表面を良好に平坦化することができず、どうしても処理後も金属配線膜の表面に若干の起伏が残ってしまう。
そこで、この発明の目的は、エッチング液を用いて基板の表面を良好に平坦化することができる基板エッチング方法および基板エッチング装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）に略直交する回転軸線を中心に基板を回転させつつ、基板の表面にエッチング液を供給して基板表面をエッチング処理する基板エッチング方法であって、基板表面の基板の回転中心を外れた領域上の所定位置に向けてエッチング液を供給するとともに、この所定位置よりも上記回転軸線から遠い位置に向けて、上記エッチング液による基板表面のエッチングを抑制するためのエッチング抑制液を供給する選択的エッチング工程を含み、上記選択的エッチング工程は、基板表面における上記回転軸線を中心とする円状の起伏部の頂上部に上記エッチング液を供給し、上記頂上部よりも上記回転軸線から遠い位置に上記エッチング抑制液を供給する工程であることを特徴とする基板エッチング方法である。
【０００５】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
上記の方法によれば、基板の表面の所定位置では、エッチング液によるエッチングが進み、それ以外の領域では、エッチング抑制液の作用により、エッチング液によるエッチングが抑制される。これにより、基板上に形成された膜（４）が基板の回転軸線を中心とする円状の起伏部を有する場合に、その起伏部の頂上部を上記所定位置に設定すれば、起伏部ではエッチングを進行させ、起伏部以外の部分ではエッチングの進行を抑制することができ、その結果、膜の表面を平坦にすることができる。
【０００６】
なお、請求項２記載のように、上記エッチング抑制液は、純水、炭酸水、イオン水、還元水（水素水）、腐食防止剤のうちの少なくとも１つを含むものであってもよい。
【００１０】
請求項３記載の発明は、上記基板エッチング方法は、上記エッチング抑制液の供給を停止し、基板の回転中心を含む領域にエッチング液を供給する非選択的エッチング工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の基板エッチング方法である。
この方法によれば、非選択的エッチング工程で基板の回転中心を含む領域に供給されるエッチング液は、基板の回転による遠心力を受けて、基板の表面の全域にむらなく行き渡り、基板の表面にほぼ一様なエッチング処理を施す。
【００１１】
よって、たとえば、請求項４に記載のように、上記非選択的エッチング工程を上記選択的エッチング工程の後に行うことにより、選択的エッチング工程で平坦化された基板の表面の膜を所望する膜厚にすることができる。
なお、基板の表面に形成されている膜の厚みが部分的に異なることにより、基板の表面に複数の起伏部（４ａ，４ｂ）が生じている場合には、請求項５記載のように、上記選択的エッチング工程を複数回行った後に上記非選択的エッチング工程を行うことにより、表面が平坦化された所望の膜厚の膜を有する基板を得ることができる。
【００１２】
請求項６記載の発明は、基板（Ｗ）に略直交する回転軸線を中心に基板を回転させる基板回転手段（１）と、この基板回転手段によって回転される基板の表面における基板の回転中心を外れた領域上であって上記回転軸線を中心とする円状の起伏部の頂上部に向けてエッチング液を供給するエッチング液ノズル（２）と、このエッチング液ノズルによるエッチング液の供給時に、基板の表面の上記頂上部よりも上記回転軸線から遠い位置に向けて、上記エッチング液による基板表面のエッチングを抑制するためのエッチング抑制液を供給する抑制液ノズル（３）とを含むことを特徴とする基板エッチング装置である。
【００１３】
この発明によれば、請求項１に関連して述べた効果と同様な効果を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板エッチング装置の構成を図解的に示す図である。この基板エッチング装置は、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板などの基板Ｗの表面に銅配線をパターン形成する工程において、基板Ｗの表面全域に銅膜を形成した後に、その形成した銅膜の表面を平坦化する処理を行うためのものであり、隔壁で区画された処理室内に、基板Ｗを水平に保持して回転させるためのスピンチャック１と、このスピンチャック１に保持された基板Ｗの上面にエッチング液を供給するためのエッチング液ノズル２と、スピンチャック１に保持された基板Ｗの上面にエッチング抑制液を供給するための抑制液ノズル３とを備えている。
【００１５】
スピンチャック１は、たとえば、鉛直方向に延びたスピン軸１１と、スピン軸１１の上端に取り付けられたスピンベース１２と、このスピンベース１２の周縁部に配設された複数個のチャック１３とを有している。複数個のチャック１３は、基板Ｗの周縁部に当接して、この基板Ｗを水平な状態で保持することができるようになっている。また、スピン軸１１には、モータなどの駆動源を含む回転駆動機構１４が結合されていて、チャック１３で基板Ｗを水平に保持した状態で、回転駆動機構１４からスピン軸１１に駆動力を入力することにより、基板Ｗを水平な面内で回転させることができる。
【００１６】
エッチング液ノズル２には、エッチング液供給管２１が接続されており、このエッチング液供給管２１からエッチング液が供給されるようになっている。エッチング液供給管２１の途中部には、このエッチング液供給管２１を開閉するためのバルブ２２が介装されている。この実施形態では、エッチング液ノズル２は、処理室内に固定配置されていて、バルブ２２を開くことにより、エッチング液供給管２１から供給されるエッチング液を、スピンチャック１に保持された基板Ｗの表面のほぼ中心に向けて供給することができるようになっている。
【００１７】
抑制液ノズル３は、スピンチャック１の上方でほぼ水平に延びたスキャンアーム３１に取り付けられている。スキャンアーム３１は、スピンチャック１に保持された基板Ｗの外側に設定された鉛直軸線を中心に揺動可能に設けられていて、このスキャンアーム３１の揺動により、抑制液ノズル３から基板Ｗへのエッチング抑制液の供給位置を、たとえば、基板Ｗの周縁部から中央部に至る範囲内で基板Ｗの回転半径方向に移動（スキャン）させることができる。抑制液ノズル３には、抑制液供給管３２が接続されており、この抑制液供給管３２からエッチング抑制液が供給されるようになっている。抑制液供給管３２の途中部には、抑制液供給管３２を開閉するためのバルブ３３が介装されている。
【００１８】
エッチング抑制液は、エッチング液によるエッチングを抑制する効果を有する液体であり、たとえば、純水、炭酸水、イオン水、還元水（水素水）または腐食防止剤（たとえば、ＢＴＡ：ベンゾトリアゾール）を用いることができる。
図２は、この基板エッチング装置の動作の一例を説明するための図解的な断面図である。たとえば、図２(a)に示すように、基板Ｗの表面に形成された銅膜４が周縁部よりも中央部で厚く、中央部と周縁部との間で段差が生じている場合には、スピンチャック１によって基板Ｗを水平面内で回転させつつ、その回転している基板Ｗの中央部にエッチング液ノズル２からエッチング液を供給し、一方で、抑制液ノズル３から銅膜４（基板Ｗ）に生じている段差部にエッチング抑制液を供給する。
【００１９】
これにより、銅膜４の中央部は、エッチング液ノズル２からのエッチング液によるエッチングを受け、銅膜４の周縁部では、抑制液ノズル３からのエッチング抑制液でエッチングが抑制されて、銅膜４の表面がほぼ平坦になっていく。そして、銅膜４の表面がほぼ平坦になった後は、抑制液供給管３２に介装されているバルブ３３を閉じて、抑制液ノズル３からのエッチング抑制液の供給を停止し、所定の時間、エッチング液ノズル２からのエッチング液の供給のみを続ける。その結果、図２(b)に示すように、表面が平坦化された所望の膜厚の銅膜４を得ることができる。
【００２０】
なお、エッチング液ノズル２からのエッチング液の供給時間および抑制液ノズル３からのエッチング抑制液の供給時間は、それぞれ処理前における銅膜４の中央部の膜厚および所望する処理後の銅膜４の膜厚に応じて決定されるのがよく、処理前における銅膜４の中央部の膜厚は、公知の膜厚測定器を用いて測定することにより知得することができる。また、その測定結果から、抑制液ノズル３からのエッチング抑制液を供給すべき銅膜４上の段差部を特定することができる。
【００２１】
図３は、この基板エッチング装置の動作の他の例を説明するための図解的な断面図である。たとえば、図３(a)に示すように、基板Ｗの表面に形成された銅膜４が周縁部よりも中央部で厚く、その表面が周縁部に近づくにつれて下方に傾斜した傾斜面に形成されている場合には、スピンチャック１によって回転されている基板Ｗの中央部にエッチング液ノズル２からエッチング液を供給し、一方で、抑制液ノズル３から銅膜４（基板Ｗ）の周縁部にエッチング抑制液を供給する。その際、スキャンアーム３１を揺動させて、抑制液ノズル３からのエッチング抑制液の供給位置を移動させる。また、スキャンアーム３１が揺動する速度（スキャン速度）を、エッチング抑制液の供給位置が基板Ｗの中央部に近づくほど速くし、エッチング抑制液の供給位置が基板Ｗの周縁部に近づくほど遅くする。
【００２２】
これにより、銅膜４は、中央部に近づくほど大きなエッチングレートでエッチングされ、周縁部に近づくほど小さなエッチングレートでエッチングされていく。そして、ある程度まで処理が進むと、銅膜４の表面はほぼ平坦になり、その後は、抑制液供給管３２に介装されているバルブ３３を閉じて、抑制液ノズル３からのエッチング抑制液の供給を停止し、所定の時間、エッチング液ノズル２からのエッチング液の供給のみを続けることにより、図３(b)に示すように、表面が平坦化された所望の膜厚の銅膜４を得ることができる。
【００２３】
なお、必ずしもスキャンアーム３１の移動速度を変化させなければならないわけではなく、スキャンアーム３１は一定の速度で揺動されてもよい。基板Ｗの中央部に近い位置にエッチング抑制液が供給されている時には、その供給されたエッチング液が基板Ｗの回転による遠心力で周縁部に向けて流れるので、スキャンアーム３１を一定の速度で揺動させた場合であっても、基板Ｗの周縁部に近づくほどエッチング抑制液の供給量が多くなり、銅膜４は、中央部に近づくほど大きなエッチングレートでエッチングされ、周縁部に近づくほど小さなエッチングレートでエッチングされる。
【００２４】
図４は、この発明の他の実施形態に係る基板エッチング装置の動作を説明するための図解的な断面図である。この実施形態に係る基板エッチング装置では、エッチング液ノズル２および抑制液ノズル３が、それぞれ互いに干渉し合わない別々のスキャンアームに取り付けられて、エッチング液およびエッチング抑制液をそれぞれ基板Ｗの回転軸線から任意の距離の位置に供給できるようになっており、基板Ｗ上に形成された銅膜４が複数の起伏部を有する場合にも、その銅膜４を良好に平坦化することができる。
【００２５】
基板の処理に際しては、まず、公知の膜厚測定器を用いて、銅膜４の表面に生じている起伏部の位置を特定する。たとえば、図４(a)に示すように、銅膜４が複数の同心円状の（回転対称な）起伏部４ａ，４ｂを有する場合、一方の起伏部４ａの頂上部にエッチング液ノズル２からエッチング液を供給し、そのエッチング液の供給位置よりも基板Ｗの回転中心に関して遠い位置に抑制液ノズル３からエッチング抑制液を供給する。これにより、起伏部４ａは、エッチング液によってエッチング除去される。つづいて、図４(b)に示すように、他方の起伏部４ｂの頂上部にエッチング液ノズル２からエッチング液を供給し、そのエッチング液の供給位置よりも基板Ｗの回転中心に関して遠い位置に抑制液ノズル３からエッチング抑制液を供給することにより、起伏部４ｂをエッチング除去する。そして、起伏部４ｂが除去されて、銅膜４の表面がほぼ平坦になると、その後は、抑制液供給管３２に介装されているバルブ３３を閉じて、抑制液ノズル３からのエッチング抑制液の供給を停止し、所定の時間、エッチング液ノズル２からのエッチング液の供給のみを続ける。これにより、図４(c)に示すように、表面が平坦化された所望の膜厚の銅膜４を得ることができる。
【００２６】
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記の実施形態では、基板Ｗの表面に形成されている銅膜をエッチングにより平坦化する場合を取り上げたが、平坦化の対象は、銅膜に限らず、タングステン膜やアルミニウム膜などの他の金属膜であってもよいし、金属膜以外の酸化膜であってもよい。
また、とくに、基板Ｗの表面に形成された銅膜４が周縁部よりも中央部で厚く、その表面が周縁部に近づくにつれて下方に傾斜した傾斜面に形成されている場合において、スキャンアーム３１を揺動させて、抑制液ノズル３からのエッチング抑制液の供給位置を銅膜が薄く形成された領域上で移動させる際に、抑制液ノズル３から吐出されるエッチング抑制液の流量を、エッチング抑制液の供給位置が基板Ｗの中央部に近づくほど少なくし、エッチング抑制液の供給位置が基板Ｗの周縁部に近づくほど多くすることにより、基板Ｗの周縁部におけるエッチングの進行の抑制が図られてもよい。このとき、スキャンアーム３１が揺動する速度（スキャン速度）は、一定であってもよいし、エッチング抑制液の供給位置が基板Ｗの中央部に近づくほど速くし、エッチング抑制液の供給位置が基板Ｗの周縁部に近づくほど遅くしてもよい。
【００２７】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る基板エッチング装置の構成を図解的に示す図である。
【図２】基板の表面に形成された銅膜が周縁部よりも中央部で厚く、中央部と周縁部との間で段差が生じている場合の処理を説明するための図解的な断面図である。
【図３】基板の表面に形成された銅膜が周縁部よりも中央部で厚く、その表面が周縁部に近づくにつれて下方に傾斜した傾斜面に形成されている場合の処理を説明するための図解的な断面図である。
【図４】基板の表面に形成された銅膜の表面に複数の起伏部が生じている場合の処理を説明するための図解的な断面図である。
【符号の説明】
１ スピンチャック
２ エッチング液ノズル
３ 抑制液ノズル
４ 銅膜
４ａ 起伏部
４ｂ 起伏部
Ｗ 基板

Claims (6)

1. 基板に略直交する回転軸線を中心に基板を回転させつつ、基板の表面にエッチング液を供給して基板表面をエッチング処理する基板エッチング方法であって、
   基板表面の基板の回転中心を外れた領域上の所定位置に向けてエッチング液を供給するとともに、この所定位置よりも上記回転軸線から遠い位置に向けて、上記エッチング液による基板表面のエッチングを抑制するためのエッチング抑制液を供給する選択的エッチング工程を含み、
   上記選択的エッチング工程は、基板表面における上記回転軸線を中心とする円状の起伏部の頂上部に上記エッチング液を供給し、上記頂上部よりも上記回転軸線から遠い位置に上記エッチング抑制液を供給する工程であることを特徴とする基板エッチング方法。
2. 上記エッチング抑制液は、純水、炭酸水、イオン水、還元水、腐食防止剤のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の基板エッチング方法。
3. 上記基板エッチング方法は、上記エッチング抑制液の供給を停止し、基板の回転中心を含む領域にエッチング液を供給する非選択的エッチング工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の基板エッチング方法。
4. 上記非選択的エッチング工程は、上記選択的エッチング工程の後に行われることを特徴とする請求項３記載の基板エッチング方法。
5. 上記非選択的エッチング工程は、上記選択的エッチング工程が複数回行われた後に行われることを特徴とする請求項４記載の基板エッチング方法。
6. 基板に略直交する回転軸線を中心に基板を回転させる基板回転手段と、
   この基板回転手段によって回転される基板の表面における基板の回転中心を外れた領域上であって上記回転軸線を中心とする円状の起伏部の頂上部に向けてエッチング液を供給するエッチング液ノズルと、
   このエッチング液ノズルによるエッチング液の供給時に、基板の表面の上記頂上部よりも上記回転軸線から遠い位置に向けて、上記エッチング液による基板表面のエッチングを抑制するためのエッチング抑制液を供給する抑制液ノズルとを含むことを特徴とする基板エッチング装置。

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