JP6289930B2

JP6289930B2 - ウェットエッチング装置

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Publication number: JP6289930B2
Application number: JP2014028401A
Authority: JP
Inventors: 真司吉田
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2034-02-18
Also published as: JP2015153989A

Description

本発明は、板状ワークをエッチングするウェットエッチング装置に関する。

半導体ウェーハ等の板状ワークをエッチングする装置としては、例えば、板状ワークを回転させながらエッチング液を供給する構成の装置がある（例えば、特許文献１参照）。板状ワークのエッチング時には、エッチング量を制御するために、エッチングしながら板状ワークの厚さを非接触で測定することが望まれている。

特開２００５−１０１０５５号公報

板状ワークの厚さを非接触で測定する方法としては、例えば、板状ワークに測定光を照射し、照射した測定光が板状ワークの上面で反射した反射光と板状ワークの下面で反射した反射光とが干渉した干渉光のスペクトル分布に基づいて、板状ワークの厚さを算出する方法がある。しかし、エッチングしながら板状ワークの厚さを測定する場合、この方法では板状ワークの厚さを正確に測定することができないという問題が生じていた。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、エッチングしながら板状ワークの厚さを正確に測定できるようにすることを目的とする。

本発明に係るウェットエッチング装置は、円板状の板状ワークを保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された該板状ワークに対してエッチング液を供給するエッチング液供給手段と、該保持テーブルを回転させる回転手段と、該保持テーブルに保持された板状ワークの厚さを非接触で測定する厚さ測定手段と、を備えたウェットエッチング装置であって、該エッチング液供給手段は、該エッチング液を該板状ワークに放出するノズルと、該エッチング液を該ノズルに送出するポンプと、該エッチング液を所定の温度に加熱するヒータ部と、を備え、該厚さ測定手段は、該保持テーブルに保持された該板状ワークに対して該保持テーブルの上方から測定光を照射する発光部と、該発光部から照射された該測定光が該板状ワークの上面で反射した反射光と該板状ワークの下面で反射した反射光とが干渉した干渉光を受光する受光部とを備え、該保持テーブルに保持された該板状ワークの上面に平行で、かつ、該板状ワークの径方向に移動可能に配設された測定ユニットと、該受光部が受光した該干渉光に基づいて該板状ワークの厚さを算出する厚さ算出部と、を備え、該ウェットエッチング装置は、該保持テーブルに保持された該板状ワークの上面に平行で、かつ、該板状ワークの径方向に移動可能に配設され、該測定ユニットから照射された該測定光が該板状ワークにおいて反射する位置における該板状ワークの温度を非接触で測定する放射温度計と、該板状ワークの温度と屈折率との関係に基づいて、該放射温度計が測定した該温度における該板状ワークの屈折率を算出し、算出した該屈折率に基づいて、該厚さ算出部が算出した該厚さを補正する厚さ補正部と、を備え、該保持テーブルに保持された該板状ワークに対して該エッチング液供給手段が該エッチング液を供給することにより該板状ワークをエッチングしながら、該板状ワークの該厚さを該測定ユニットが測定し、該板状ワークの温度を該放射温度計が測定し、該温度に基づき該厚さ算出部が算出した該厚さを該厚さ補正部が補正することにより、該板状ワークの厚さを算出する。
このウェットエッチング装置は、前記測定ユニットを、前記保持テーブルに保持された板状ワークの上面に平行で、かつ、該板状ワークの径方向に移動させる第１の移動手段と、前記放射温度計を、該保持テーブルに保持された板状ワークの上面に平行で、かつ、該板状ワークの径方向に移動させる第２の移動手段と、を備え、さらに、該第１の移動手段が移動させる該測定ユニットの測定位置と該第２の移動手段が移動させる該放射温度計による測定位置とが該板状ワークの回転中心を中心とする同じ円上に位置するように該第１の移動手段と該第２の移動手段とを制御する関係調整部を備えることが好ましい。

本発明に係るウェットエッチング装置は、円板状の板状ワークを保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された該板状ワークに対してエッチング液を供給するエッチング液供給手段と、該保持テーブルを回転させる回転手段と、該保持テーブルに保持された板状ワークの厚さを非接触で測定する厚さ測定手段と、を備えたウェットエッチング装置であって、該エッチング液供給手段は、該エッチング液を該板状ワークに放出するノズルと、該エッチング液を該ノズルに送出するポンプと、該エッチング液を所定の温度に加熱するヒータ部と、を備え、該厚さ測定手段は、該保持テーブルに保持された該板状ワークに対して該保持テーブルの上方から測定光を照射する発光部と、該発光部から照射された該測定光が該板状ワークの上面で反射した反射光と該板状ワークの下面で反射した反射光とが干渉した干渉光を受光する受光部とを備え、該保持テーブルに保持された該板状ワークの上面に平行で、かつ、該板状ワークの径方向に移動可能に配設された測定ユニットと、該受光部が受光した該干渉光に基づいて該板状ワークの厚さを算出する厚さ算出部と、を備え、該ウェットエッチング装置は、該保持テーブルに保持された該板状ワークの上面に平行で、かつ、該板状ワークの径方向に移動可能に配設され、該測定ユニットから照射された該測定光が該板状ワークにおいて反射する位置における該板状ワークの温度を非接触で測定する放射温度計と、該板状ワークの温度と屈折率との関係に基づいて、該放射温度計が測定した該温度における該板状ワークの屈折率を算出し、算出した該屈折率に基づいて、該厚さ算出部が算出した該厚さを補正する厚さ補正部と、該測定ユニットを、該保持テーブルに保持された板状ワークの上面に平行で、かつ、該板状ワークの径方向に移動させる第１の移動手段と、該放射温度計を、該保持テーブルに保持された板状ワークの上面に平行で、かつ、該板状ワークの径方向に移動させる第２の移動手段と、該第１の移動手段が移動させる該測定ユニットの測定位置と該第２の移動手段が移動させる該放射温度計による測定位置とが該板状ワークの回転中心を中心とする同じ円上に位置するように該第１の移動手段と該第２の移動手段とを制御する関係調整部と、を備え、該保持テーブルに保持された該板状ワークに対して該エッチング液供給手段が該エッチング液を供給することにより該板状ワークをエッチングしながら、該板状ワークの該厚さを該測定ユニットが測定し、該板状ワークの温度を該放射温度計が測定し、該温度に基づき該厚さ算出部が算出した該厚さを該厚さ補正部が補正することにより、該板状ワークの厚さを算出する。

ウェットエッチング装置を示す斜視図。ウェットエッチング装置を示す側面視断面図。ウェットエッチング装置を示す側面視断面図。温度と屈折率との関係例を示すグラフ。

図１に示すウェットエッチング装置１０は、円板状の板状ワーク９０をＸＹ平面に平行に保持する保持テーブル１２と、±Ｚ方向に平行な軸を回転軸２９として保持テーブル１２を回転させる回転手段１８と、保持テーブル１２に保持された板状ワーク９０に対してエッチング液を供給するエッチング液供給手段１３と、保持テーブル１２に保持された板状ワーク９０の厚さを非接触で測定する厚さ測定手段１４と、保持テーブル１２に保持された板状ワーク９０の温度を非接触で測定する放射温度計１５と、保持テーブル１２の上方（＋Ｚ方向）に配設されたハウジング１７と、ハウジング１７をＸＹ平面に平行な方向に移動させる移動手段１６と、板状ワーク９０の温度と屈折率との関係を記憶する関係記憶部５１と、厚さ測定手段１４が測定した厚さを補正する厚さ補正部５２と、厚さ補正部５２が補正した厚さに基づいてエッチング液供給手段１３を制御する制御部１１とを備え、エッチング液供給手段１３から供給されるエッチング液で、保持テーブル１２に保持された板状ワーク９０をエッチングする装置である。

エッチング液供給手段１３は、エッチング液を貯めておく薬液源３１と、エッチング液を所定の温度に加熱するヒータ部３２と、エッチング液を板状ワーク９０に放出するノズル３７と、エッチング液をノズル３７に送るポンプ３３と、ポンプ３３から送出されるエッチング液の流量を調節する調節部３４と、ノズル３７を支持するアーム３６と、±Ｚ方向に平行な軸を回動軸としてアーム３６を回動させることによりＸＹ平面内でノズル３７を移動させる基部３５とを備える。

ヒータ部３２は、エッチングに適した温度としてあらかじめ設定された所定の温度（例えば６０℃〜８０℃）にエッチング液を加熱する機能を有している。調節部３４は、例えば流量調整機能付き制御弁である。制御部１１からエッチング開始の指示を受けた場合、調節部３４は、弁を開くことにより、ポンプ３３から送出されるエッチング液をノズル３７に供給する。また、制御部１１からエッチング液の流量の増減を指示された場合、調節部３４は弁の開度を変化させて、ポンプ３３から送出されるエッチング液の流量を変化させる。また、制御部１１からエッチング終了の指示を受けた場合、調節部３４は弁を閉じて、ポンプ３３から送出されたエッチング液のノズル３７への供給を停止する。

基部３５は、保持テーブル１２に保持された板状ワーク９０の径方向にノズル３７を移動させる。回転手段１８が保持テーブル１２を回転させ、基部３５がノズル３７を板状ワーク９０の径方向に移動させるので、ノズル３７は、保持テーブル１２に保持された板状ワーク９０の任意の位置に向けて、エッチング液を放出することができる。

厚さ測定手段１４は、保持テーブル１２に保持された板状ワーク９０に対して測定光を照射して反射光を受光する測定ユニット４１と、測定ユニット４１が受光した反射光に基づいて板状ワーク９０の厚さを算出する厚さ算出部４２とを備えている。

移動手段１６は、ハウジング１７を支持するアーム６２と、±Ｚ方向に平行な軸を回動軸としてアーム６２を回動させることによりＸＹ平面内でハウジング１７を移動させる基部６１とを備えている。ハウジング１７には、測定ユニット４１と放射温度計１５とが隣接して配設されている。回転手段１８が保持テーブル１２を回転させ、移動手段１６がハウジング１７を板状ワーク９０の径方向に移動させるので、厚さ測定手段１４及び放射温度計１５は、保持テーブル１２に保持された板状ワーク９０の任意の位置における板状ワーク９０の厚さ及び表面温度を測定することができる。

図２に示すように、回転手段１８は、保持テーブル１２を回転させるモータ８１を備えている。上面９１を上方（＋Ｚ方向）、下面９２を下方（−Ｚ方向）に向けた状態で板状ワーク９０を保持テーブル１２に載置し、保持テーブル１２が板状ワーク９０を吸引保持する。そして、モータ８１が保持テーブル１２を回転させることにより、保持テーブル１２に保持された板状ワーク９０が回転する。そして、ノズル３７から板状ワーク９０に向けてエッチング液９５を放出することにより、板状ワーク９０の上面９１をエッチングすることができる。

図３に示すように、測定ユニット４１は、保持テーブル１２に保持された板状ワーク９０に向けて保持テーブル１２の上方から測定光９６を照射する発光部（不図示）と、測定光９６が板状ワーク９０の上面９１で反射した反射光と板状ワーク９０の下面９２で反射した反射光とが干渉した干渉光を受光する受光部（不図示）とを備えている。発光部から板状ワーク９０に照射された測定光９６は、板状ワーク９０の上面９１で一部が反射し、残りが上面９１を透過する。上面９１を透過した測定光９６は、板状ワーク９０の下面９２で反射する。したがって、板状ワーク９０から反射してくる反射光９７は、上面９１で反射した光と、下面９２で反射した光とが干渉した干渉光である。

受光部は、板状ワーク９０から反射してきた干渉光を受光する。板状ワーク９０の上面９１で反射した光の光路長と、下面９２で反射した光の光路長との間には、板状ワーク９０の厚さの２倍の差がある。板状ワーク９０の上面９１で反射した光と下面９２で反射した光とは、位相が一致する場合は強め合い、一致しない場合は弱め合うが、２つの光の位相差は、波長によって変化する。そして、受光部が受光する干渉光は、波長によって強度が異なる。厚さ算出部４２は、受光部が受光した干渉光のスペクトル分布から、板状ワーク９０の上面９１で反射した光と下面９２で反射した光との間の光路長差を算出し、算出した光路長差から板状ワーク９０の厚さを算出する。発光部が照射した測定光９６が板状ワーク９０の上面９１及び下面９２で反射した干渉光を受光部が受光することによって板状ワーク９０の厚さを算出するので、板状ワーク９０に触れることなく、板状ワーク９０の厚さを測定することができる。このため、板状ワーク９０をエッチングしている間であっても、板状ワーク９０の厚さをリアルタイムで測定することができる。

光の波長は、光が通る物質の屈折率によって変化する。このため、光路長差が同じでも、板状ワーク９０の屈折率が異なると、位相差が異なる。したがって、板状ワーク９０の屈折率によって、受光部が受光した干渉光のスペクトル分布と、板状ワーク９０の厚さとの間の関係が変化する。

そこで、エッチング開始前に、例えば接触式の測定手段などで板状ワーク９０の厚さを測定し、厚さ測定の測定点と同じ位置に対して発光部が測定光９６を照射して受光部が干渉光を受光する。厚さ算出部４２は、受光部が受光した干渉光のスペクトル分布と、実測した板状ワーク９０の厚さとに基づいて、板状ワーク９０の屈折率の値を算出する。この値を用いて干渉光のスペクトル分布から板状ワーク９０の厚さを算出することにより、厚さ算出部４２は、板状ワーク９０の屈折率に関わらず、板状ワーク９０の厚さを正しく算出することができる。なお、板状ワーク９０の厚さがあらかじめわかっている場合は、上記手順による板状ワーク９０の厚さ算出を省略することができる。

図２に示したように、板状ワーク９０のエッチング時は、モータ８１が保持テーブル１２を回転させて板状ワーク９０を回転させるとともに、エッチング液供給手段１３のノズル３７から板状ワーク９０に向けて、ヒータ部３２によって加熱されたエッチング液９５を放出する。放出されたエッチング液９５は、遠心力により板状ワーク９０の上面９１の全面に行き渡り、上面９１がエッチングされる。

エッチング中は、測定ユニット４１が板状ワーク９０の厚さを測定するとともに、放射温度計１５が、板状ワーク９０に放射される赤外線９８を受光し、受光した赤外線９８のスペクトル分布に基づいて、板状ワーク９０の表面温度を算出する。移動手段１６は、放射温度計１５が配設されたハウジング１７を、測定ユニット４１の発光部から照射された測定光９６が板状ワーク９０において反射する位置付近から放射される赤外線９８を受光できる位置に移動させる。したがって、放射温度計１５は、厚さ測定手段１４が板状ワーク９０の厚さを測定する位置における板状ワーク９０の温度を測定する。板状ワーク９０から放射される赤外線９８を受光することによって板状ワーク９０の温度を測定するので、板状ワーク９０に触れることなく、板状ワーク９０の温度を測定することができる。このため、板状ワーク９０をエッチングしている間であっても、板状ワーク９０の温度をリアルタイムで測定することができる。

物質の屈折率は、温度によって変化する。エッチング中は、ヒータ部３２によって温められたエッチング液を板状ワーク９０に放出するので、板状ワーク９０の温度が上昇する。このため、板状ワーク９０の屈折率は、エッチング開始前と同じではない。したがって、エッチング開始前に算出した板状ワーク９０の屈折率の値を用いて板状ワーク９０の厚さを算出すると、誤差が生じる。これが、板状ワークをエッチングしながら干渉光を使う方式で板状ワークの厚さを測定すると正確に測定できない原因であることが判明した。

そこで、エッチング開始前に、板状ワーク９０の屈折率の値を算出するため、厚さ測定手段１４が板状ワーク９０に測定光９６を照射するのと平行して、放射温度計１５が板状ワーク９０の温度を測定する。エッチング開始後も、同様に、放射温度計１５が板状ワーク９０の温度を測定する。これにより、板状ワーク９０の温度変化がわかるので、板状ワーク９０の屈折率の変化がわかり、板状ワーク９０の厚さを正確に算出することができる。

関係記憶部５１は、例えば、図４に示す板状ワーク９０の温度と屈折率との関係を記憶している。厚さ補正部５２は、板状ワーク９０の温度と屈折率との関係から、放射温度計１５が測定した温度における板状ワーク９０の屈折率を算出する。なお、関係記憶部５１は、板状ワーク９０の温度ごとの屈折率を示すテーブルを記憶しておき、厚さ補正部５２は、関係記憶部５１が記憶したテーブルを検索して、放射温度計１５が測定した温度と一致する温度を探し、その温度における板状ワーク９０の屈折率を取得するようにしてもよい。このように、板状ワーク９０の温度と屈折率との間の関係を関係記憶部５１が記憶する形式は、所定の範囲内の任意の温度における板状ワーク９０の屈折率を厚さ補正部５２が算出できる形式であれば、どのような形式であってもよい。

厚さ補正部５２は、エッチング開始前の温度における屈折率ｎ_１を、エッチング中の温度における屈折率ｎ_２で割った商ｎ_１／ｎ_２を算出して補正率αとする。厚さ補正部５２は、測定ユニット４１が測定した板状ワーク９０の厚さｄに補正率αを乗じた積α・ｄを算出して補正した厚さｄ’とする。光の波長は、通過する物質の屈折率に反比例するので、板状ワーク９０の屈折率がｎ_１であると仮定して厚さ算出部４２が算出した厚さｄに補正率α＝ｎ_１／ｎ_２を乗じて補正することにより、板状ワーク９０の屈折率がｎ_２である場合における板状ワーク９０の厚さを正確に算出することができる。

制御部１１は、厚さ補正部５２が算出した厚さに基づいて、エッチング液供給手段１３を制御する。例えば、板状ワーク９０の厚さが、あらかじめ設定された所定の厚さになったら、制御部１１は、調節部３４を制御して、エッチングを終了する。

このように、エッチング中における板状ワーク９０の温度を測定し、測定した温度に基づいて板状ワーク９０の屈折率を算出し、算出した屈折率を用いて、厚さ測定手段１４が測定した厚さを補正する。従来、干渉光を使った方式で板状ワーク９０の厚さを正確に測定できないのは、エッチング液の影響であると考えられていたが、本発明者は、板状ワーク９０の温度変化による屈折率の変化が原因であることを解明した。この知見に基づいて、板状ワーク９０の温度変化による屈折率の変化を考慮することにより、干渉光を用いた方式でも、板状ワーク９０の厚さを正確に算出することができる。エッチング中にリアルタイムで板状ワーク９０の厚さを正確に算出することができるので、これにしたがってエッチングを制御すれば、板状ワーク９０が所望の厚さになるまでエッチングするなど、板状ワーク９０を正確に加工することができる。

また、厚さ測定手段１４が板状ワーク９０の厚さを測定する測定点と、放射温度計１５が板状ワーク９０の表面温度を測定する測定点とがほぼ同じであるため、場所によって温度ムラがある場合でも、測定点における板状ワーク９０の厚さを正確に算出することができる。

なお、エッチング開始前における板状ワークの温度は、常温あるいは室温であると考えられるので、放射温度計で板状ワークの表面温度を測定するのではなく、あらかじめ設定された常温あるいは室温に基づいて、厚さ補正部がエッチング開始前における板状ワークの屈折率を算出するようにしてもよい。

また、上述した計算手順は一例であり、同じ結果が得られるのであれば、他の計算手順であってもよい。例えば、厚さ算出部が算出した板状ワークの厚さｄに補正率α＝ｎ_１／ｎ_２を乗じるのではなく、厚さ算出部が算出した板状ワークの厚さｄにエッチング開始前の屈折率ｎ_１を乗じ、算出した積をエッチング中の屈折率ｎ_２で割ることにより、補正した厚さｄ’を算出する構成であってもよい。また、厚さ算出部が算出したエッチング前における板状ワークの屈折率に相当する値を補正率αで割り、算出した商を使って、板状ワークの厚さを算出する構成であってもよい。

上記実施形態では、測定ユニット４１と放射温度計１５とが同一のハウジング１７に配設され、移動手段１６によって駆動されて両者が連動する構成としたが、測定ユニット４１と放射温度計１５とは、個別に移動する構成としてもよい。すなわち、測定ユニット４１を、保持テーブル１２に保持された板状ワーク９０の上面に平行でかつ板状ワーク９０の径方向に移動させる第１の移動手段と、放射温度計１５を、保持テーブル１２に保持された板状ワーク９０の上面９１に平行でかつ板状ワーク９０の径方向に移動させる第２の移動手段とを備えるようにしてもよい。この場合は、第１の移動手段が移動させる測定ユニット４１による測定位置と第２の移動手段が移動させる放射温度計１５による測定位置とが板状ワーク９０の回転中心を中心とする同じ円上に位置するように、第１の移動手段と第２の移動手段とを制御する関係調整部を備えると、厚さ測定手段１４が板状ワーク９０の厚さを測定する測定点と、放射温度計１５が板状ワーク９０の表面温度を測定する測定点とが同一経路上に位置するため、板状ワーク９０の厚さの補正値の精度を高めることができる。

１０ウェットエッチング装置、
１１制御部、１２保持テーブル、２９回転軸、
１３エッチング液供給手段、３１薬液源、３２ヒータ部、３３ポンプ、
３４調節部、３５基部、３６アーム、３７ノズル、
１４厚さ測定手段、４１測定ユニット、４２厚さ算出部、
１５放射温度計、５１関係記憶部、５２厚さ補正部、
１６移動手段、６１基部、６２アーム、
１７ハウジング、１８回転手段、８１モータ、
９０板状ワーク、９１上面、９２下面、
９５エッチング液、９６測定光、９７反射光、９８赤外線

Claims

円板状の板状ワークを保持する保持テーブルと、
該保持テーブルに保持された該板状ワークに対してエッチング液を供給するエッチング液供給手段と、
該保持テーブルを回転させる回転手段と、
該保持テーブルに保持された板状ワークの厚さを非接触で測定する厚さ測定手段と、
を備えたウェットエッチング装置であって、
該エッチング液供給手段は、
該エッチング液を該板状ワークに放出するノズルと、
該エッチング液を該ノズルに送出するポンプと、
該エッチング液を所定の温度に加熱するヒータ部と、
を備え、
該厚さ測定手段は、
該保持テーブルに保持された該板状ワークに対して該保持テーブルの上方から測定光を照射する発光部と、該発光部から照射された該測定光が該板状ワークの上面で反射した反射光と該板状ワークの下面で反射した反射光とが干渉した干渉光を受光する受光部とを備え、該保持テーブルに保持された該板状ワークの上面に平行で、かつ、該板状ワークの径方向に移動可能に配設された測定ユニットと、
該受光部が受光した該干渉光に基づいて該板状ワークの厚さを算出する厚さ算出部と、
を備え、
該ウェットエッチング装置は、
該保持テーブルに保持された該板状ワークの上面に平行で、かつ、該板状ワークの径方向に移動可能に配設され、該測定ユニットから照射された該測定光が該板状ワークにおいて反射する位置における該板状ワークの温度を非接触で測定する放射温度計と、
該板状ワークの温度と屈折率との関係に基づいて、該放射温度計が測定した該温度における該板状ワークの屈折率を算出し、算出した該屈折率に基づいて、該厚さ算出部が算出した該厚さを補正する厚さ補正部と、
該測定ユニットを、該保持テーブルに保持された板状ワークの上面に平行で、かつ、該板状ワークの径方向に移動させる第１の移動手段と、
該放射温度計を、該保持テーブルに保持された板状ワークの上面に平行で、かつ、該板状ワークの径方向に移動させる第２の移動手段と、
該第１の移動手段が移動させる該測定ユニットの測定位置と該第２の移動手段が移動させる該放射温度計による測定位置とが該板状ワークの回転中心を中心とする同じ円上に位置するように該第１の移動手段と該第２の移動手段とを制御する関係調整部と、
を備え、
該保持テーブルに保持された該板状ワークに対して該エッチング液供給手段が該エッチング液を供給することにより該板状ワークをエッチングしながら、該板状ワークの該厚さを該測定ユニットが測定し、該板状ワークの温度を該放射温度計が測定し、該温度に基づき該厚さ算出部が算出した該厚さを該厚さ補正部が補正することにより、該板状ワークの厚さを算出する、ウェットエッチング装置。