JP6314082B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウエハなどの各種基板の周縁部にレーザー光を照射して該基板の周縁部を処理する基板処理装置および基板処理方法に関するものである。

半導体装置や液晶表示装置などの電子デバイスの製造工程では、デバイス形成に用いられる基板の周縁部に対し、所定の目的のために、例えば周縁部に形成された膜を除去するために、回転する基板の周縁部にレーザー光を照射して基板を処理することが行われる。ここで、処理対象となる基板の「周縁部」は、平板状の基板が有する２つの主面を接続する側面部のみならず、両主面のうち側面部に近い辺縁部をも含み得る。

このような基板の周縁部をレーザー照射により処理する技術としては、例えば特許文献１に記載のものがある。この技術においては、基板の周縁部をレーザー照射により処理する際、レーザー光の光路を反射ミラーにより切り替えることで基板の上方、側方および下方から順次レーザー光を基板周縁部に入射させる。

米国特許第８１８３５００号明細書

上記従来技術では、レーザー照射方向の切り替えにより周縁部の上下面および側面を順次処理するため、処理に要する時間が長くなるという問題がある。また、処理の目的や基板に形成されるデバイスの種類によっては、基板の一方主面側と他方主面側とで必要とされる処理内容が異なる場合がある。例えば、両主面の間で除去すべき膜の種類や除去幅が異なる場合がある。しかしながら、上記従来技術はこのようなニーズに対応することのできる構成とはなっていない。

例えばレーザー光の入射方向ごとに個別にレーザー光源を設けることにより上記の問題を解消することは可能であるが、基板を加工処理するために必要なパワーを出力するレーザー光源は比較的大型となり、また高価である。そのため、上記目的のために複数のレーザー光源を設けることは現実的でない。

このように、基板の周縁部を短時間で処理することができ、しかも基板の両面において処理内容が異なる場合にも対応することのできる技術は、これまで実用化されるには至っていない。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、レーザー照射により基板の周縁部を処理する基板処理技術において、基板の周縁部を短時間で処理することができ、しかも基板の両面において処理内容が異なる場合にも対応することのできる技術を提供することを目的とする。

この発明にかかる基板処理装置は、上記目的を達成するため、基板をその主面に垂直な回転軸周りに回転させる回転手段と、レーザー光を出力する光源と、前記レーザー光を分岐させて第１の光ビームと第２の光ビームとを生成し、しかも前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとのパワー比を変更可能な光分岐手段と、前記第１の光ビームの進行方向を変化させて、前記基板の第１主面から該第１主面とは反対側の第２主面に向かう方向の成分を有する第１の入射方向に沿って前記基板の周縁部に前記第１の光ビームを入射させる第１の光路調整手段と、前記第２の光ビームの進行方向を変化させて、前記第２主面から前記第１主面に向かう方向の成分を有する第２の入射方向に沿って前記基板の周縁部に前記第２の光ビームを入射させる第２の光路調整手段とを備えている。

また、この発明にかかる基板処理方法は、上記目的を達成するため、基板をその主面に垂直な回転軸周りに回転させる回転工程と、光源から出力されるレーザー光を分岐させて第１の光ビームおよび第２の光ビームを生成し、前記基板の第１主面から該第１主面とは反対側の第２主面に向かう方向の成分を有する第１の入射方向に沿って前記基板の周縁部に前記第１の光ビームを入射させる一方、前記第２主面から前記第１主面に向かう方向の成分を有する第２の入射方向に沿って前記基板の周縁部に前記第２の光ビームを入射させるレーザー照射工程とを備え、前記基板に応じて前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとのパワー比を変更する。

このように構成された発明では、光源から出力されるレーザー光が分岐されて第１および第２の光ビームが生成され、これらの光ビームが基板の第１主面および第２主面にそれぞれ入射する。これにより、単一の光源から出力されるレーザー光により、第１主面側および第２主面側を含む基板周縁部を同時に処理することができる。したがって、レーザー入射方向を切り替えて処理する従来技術よりも短時間で基板の処理を行うことが可能である。

また、光源から出力されるレーザー光を分岐させて第１および第２のレーザー光を生成するのに際して、２つの光ビームのパワー比が変更可能となっている。すなわち、光源からのレーザーパワーの分配比率が固定化されておらず、必要に応じて変更することができる。したがって、基板の第１主面側と第２主面側とで処理内容が異なる場合でも、第１の光ビームと第２の光ビームとのパワー比を適宜に変更設定することで、それぞれの主面での処理に必要なパワーの光ビームを照射することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、光源から出力されるレーザー光を分岐させて２つの光ビームを生成し、これらをそれぞれ第１主面側および第２主面側から基板の周縁部に入射させるので、基板の周縁部を短時間で処理することができる。また、レーザー光のパワーの分配比率が変更可能であるため、基板の両面において処理内容が異なる場合にも対応して、基板の周縁部を良好に処理することができる。

本発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す図である。 基板に入射するレーザー光を示す図である。 可変ビームスプリッターの構成を示す図である。 反射ミラーの構成を示す図である。 この実施形態における膜除去処理を示すフローチャートである。 基板周縁部への光ビーム照射位置を制御する他の構成例を示す図である。

図１は本発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す図である。この基板処理装置１は、基板Ｗの周縁部Ｐｗに形成された膜をレーザー照射により除去する膜除去装置としての機能を有している。基板Ｗとしては例えば、半導体ウエハ、各種表示装置用ガラス基板、フォトマスク用基板、光磁気ディスク用基板等が適用可能である。また、除去対象となる膜としては例えば、酸化物または窒化物等の絶縁膜、レジスト膜、金属膜およびこれらが多層に積層された膜等が挙げられるが、基板および膜の種類はこれらに限定されるものではない。

なお、本明細書において、基板の「周縁部」とは、平板状の基板が有する２つの主面を接続する側面部、または各主面のうち側面部に近い辺縁部、もしくはそれらの両方を指す概念である。

基板処理装置１は、基板Ｗを保持するスピンチャック２と、レーザー光を基板Ｗに入射させるレーザー照射部４と、スピンチャック２を収容するチャンバ６と、装置各部を制御して所定の処理動作を実行する制御部８とを備えている。以下の各図においてチャンバ６内の空間における方向を統一的に示すために、図１に示すようにＸＹＺ直交座標軸を設定する。ここでＸＹ平面が水平面、Ｚ軸が鉛直軸を表す。より詳しくは、（−Ｚ）方向が鉛直下向き方向を表している。

スピンチャック２は、略円形の基板Ｗを水平姿勢に保持するスピンベース２１を備えている。より詳しくは、スピンベース２１は基板Ｗの直径よりも小さい直径を有する円板状部材であり、その上面が平坦な基板載置面となっている。基板載置面には制御部８の吸着制御部８４と接続された吸着溝または吸着孔が設けられており、吸着制御部８４から供給される負圧によって基板Ｗの下面がスピンベース２１により吸着保持される。スピンベース２１が基板Ｗよりも小さいため、基板Ｗの周縁部Ｐｗがスピンベース２１に接することなくチャンバ内空間に解放された状態で、基板Ｗが保持される。

基板Ｗが、一方の主面にパターンまたは除去対象でない膜が形成されたものである場合には、当該パターンまたは膜が形成された面が上向きとなるように保持されることが好ましい。こうすることで、スピンベース２１との当接や吸着によりパターンまたは膜が損傷するのを防止することができる。以下では、スピンベース２１に保持された基板Ｗの２つの主面のうち上向きの主面を上面Ｓａ、下向きの主面を下面Ｓｂと称する。この場合、基板Ｗの一方主面（上面）Ｓａから他方主面（下面）Ｓｂに向かう方向は（−Ｚ）方向、つまり基板Ｗの上方から基板上面Ｓａを臨む方向である鉛直下向き方向となる。一方、基板Ｗの下面Ｓｂから上面Ｓａに向かう方向は（＋Ｚ）方向、つまり基板Ｗの下方から基板下面Ｓｂを臨む方向である鉛直上向き方向となる。

スピンベース２１はチャック回転機構２２により鉛直軸周りに回転可能となっている。すなわち、スピンベース２１は適宜の回転駆動機構を内蔵するチャック回転機構２２から上向きに延びる回転シャフト２３に連結されている。そして、制御部８に設けられた回転制御部８５からの制御指令に応じてチャック回転機構２２が作動して回転シャフト２３が鉛直軸周りに回転すると、スピンベース２１が鉛直方向の回転軸ＡＸ周りに回転する。スピンベース２１は回転軸ＡＸと基板Ｗの中心Ｃｗとが一致するように基板Ｗを保持する。したがって、水平姿勢に保持された基板Ｗは、チャック回転機構２２の作動により、その中心Ｃｗを回転中心として鉛直軸周りに回転される。

レーザー照射部４は、レーザー光を出射するレーザー光源４９と、レーザー光源４９から出射されるレーザー光Ｌから生成した光ビームを基板Ｗの周縁部Ｐｗに入射させるビーム生成部４０とを備えている。レーザー光源４９は、制御部８に設けられた光源制御部８１により制御され、基板Ｗの周縁部Ｐｗに形成された各種膜を剥離させることのできる波長およびパワーを有するレーザー光を出射する。例えば超短パルスレーザー光を出射可能なフェムト秒レーザーをレーザー光源４９として好適に用いることができる。光源制御部８１は、出力されるレーザー光のパワーを所定の範囲で変更可能となっている。

レーザー光源４９はチャンバ６の外部に配置される一方、ビーム生成部４０はチャンバ６の内部に配置されている。レーザー光源４９から出射されるレーザー光Ｌは、チャンバ６の壁面に設けられレーザー光Ｌに対して透明な導光窓６１を通してビーム生成部４０に入射する。

ビーム生成部４０は、導光窓６１を介して入射するレーザー光Ｌを２つの光ビームＬ１，Ｌ２に分岐させ、しかもこれらの光ビームＬ１，Ｌ２のパワー比を変更可能な可変ビームスプリッター４１を備えている。可変ビームスプリッター４１のより詳細な構造については後に説明する。なお、ビーム生成部４０は、チャンバ６外に配置されて、チャンバ６に設けられる窓部を通して光ビームＬ１，Ｌ２を基板Ｗの周縁部Ｐｗに入射させる構成であってもよい。

可変ビームスプリッター４１から斜め上向きに出力される一方の光ビームＬ１は、その光路上に設けられた反射ミラー４２により進行方向が斜め下向きに変更され、最終的に基板Ｗの周縁部Ｐｗに対して斜め上方向から入射する。すなわち、光ビームＬ１の入射方向（第１の入射方向）を表すベクトルは、基板Ｗの周縁部から中心に向かう水平方向の成分と、基板Ｗの上面Ｓａ側から下面Ｓｂ側に向かう鉛直下向きの成分とを有している。

反射ミラー４２から基板Ｗに向かう光ビームＬ１の光路上には、該光ビームを基板Ｗに収束させるとともにビームスポットを適宜の形状に整形する上面側光学系４４が設けられる。整形された光ビームＬ１は、基板Ｗの上面Ｓａ側から周縁部Ｐｗに入射する。

また、可変ビームスプリッター４１から斜め下向きに出力されるもう１つの光ビームＬ２は、その光路上に設けられた反射ミラー４３により進行方向が斜め上向きに変更され、最終的に基板Ｗの周縁部Ｐｗに対して斜め下方向から入射する。すなわち、光ビームＬ２の入射方向（第２の入射方向）を表すベクトルは、基板Ｗの周縁部から中心に向かう水平方向の成分と、基板Ｗの下面Ｓｂ側から上面Ｓａ側に向かう鉛直上向きの成分とを有している。

また、反射ミラー４３から基板Ｗに向かう光ビームＬ２の光路上には、該光ビームを基板Ｗに収束させるとともにビームスポットを適宜の形状に整形する下面側光学系４５が設けられる。整形された光ビームＬ２は、基板Ｗの下面Ｓｂ側から周縁部Ｐｗに入射する。なお、光ビームの整形が必要なければ、上面側光学系４４および下面側光学系４５については省略することも可能である。

後述するように、反射ミラー４２，４３は、基板Ｗへの光ビームの入射角を所定の角度範囲で変更可能な可動ミラーである。光ビームの入射角が変更されることにより、基板周縁部Ｐｗにおいて光ビームが照射される範囲、すなわち光ビームにより処理を受ける範囲が変化する。反射ミラー４２，４３の角度は、制御部８に設けられた光学系制御部８２により制御される。

基板周縁部Ｐｗのうち光ビームＬ１が入射する位置の上方にはカメラ５１が撮像方向を下向きにして設けられる。一方、基板周縁部Ｐｗのうち光ビームＬ２が入射する位置の下方にはカメラ５２が撮像方向を上向きにして設けられる。カメラ５１は基板Ｗの周縁部Ｐｗのうち、光ビームＬ１が入射する位置を撮像視野に含めて基板Ｗの上面Ｓａを上方から撮像する。カメラ５２は基板Ｗの周縁部Ｐｗのうち、光ビームＬ２が入射する位置を撮像視野に含めて基板Ｗの下面Ｓｂを下方から撮像する。カメラ５１，５２から出力される画像信号は制御部８の画像処理部８３に入力される。画像処理部８３は、画像信号に基づき、画像内における基板周縁部Ｐｗの位置、基板Ｗへの光ビームＬ１，Ｌ２の入射位置、および、光ビームＬ１，Ｌ２により膜が除去処理される範囲の大きさ（処理幅）を検出する。

図２は基板に入射するレーザー光を示す図である。より具体的には、図２（ａ）は基板Ｗに入射するレーザー光を示す上面図であり、図２（ｂ）はその部分側面図である。図２（ａ）に示すように、レーザー光Ｌ１，Ｌ２のビームスポットは基板Ｗの径方向を長手方向とする扁平形状に整形されている。ここで、レーザー光のビームスポットは、基板Ｗに形成された除去対象の膜Ｆを剥離させるのに十分なパワーの光が基板Ｗに入射する範囲を示すものとする。

そして、図２（ｂ）に示すように、一方のレーザー光Ｌ１は基板Ｗの両主面のうち上面Ｓａに対して斜め上方から基板上面側の周縁部Ｐａに入射し、他方のレーザー光Ｌ２は基板Ｗの下面Ｓｂに対し斜め下方から基板下面側の周縁部Ｐｂに入射する。基板Ｗの側面部において、レーザー光Ｌ１，Ｌ２の照射範囲が一部重複している。このため、基板Ｗに形成されている膜のうち、基板Ｗの上面側から側面および下面側にかけて周縁部に形成されレーザー照射範囲に含まれる部分の膜Ｆが、基板Ｗから剥離する。

図２（ａ）に示すように、カメラ５１（５２）による撮像視野ＦＶは、基板周縁部Ｐｗのうち光ビームＬ１（Ｌ２）が入射する位置を含む。また、撮像視野ＦＶには、位置基準物として、チャンバ６内に固定的に設けられた何らかの構造物が含まれるようにする。ここではチャンバ容器内部の適宜の位置に描かれたライン状マークＭが用いられるが、撮像された画像においてその位置を明確に検出することができるものが適宜利用可能である。例えば、この目的のためにチャンバ容器に設けられた突起部、溝、刻印およびマーキングのほか、チャンバ内で特徴的な形状を有するもの、例えば他の目的で設けられた部材の端面や、部材を固定するための金具やねじなどを用いることができる。

このように撮像視野ＦＶに含まれる固定構造物の位置を基準として、基板周縁部Ｐｗの位置が検出される。この実施形態では、撮像された画像において検出されるライン状マークＭの位置に対する相対位置として、基板Ｗ、特にその周縁部Ｐｗの位置が特定される。また、基板Ｐｗのうちレーザー光Ｌ１（Ｌ２）が入射している領域は周囲領域よりも輝度が高くなり、このような領域を検出することでレーザー光が照射される位置が検出される。さらに、レーザー照射により膜が除去された領域と未処理の領域とでは光学的特性が相違するので、このような光学的特性の差異を利用して処理幅ｗｐが検出される。

図３は可変ビームスプリッターの構成を示す図である。図３（ａ）は可変ビームスプリッター４１の一の構成例を示し、図３（ｂ）は他の構成例を示す。可変ビームスプリッター４１としては例えばここに示す構成例のものを用いることができるが、これらの構成に限定されるものではなく同等の機能を有するものであればよい。

図３（ａ）に示す構成では、可変ビームスプリッター４１は、ｓ偏光成分およびｐ偏光成分を含むレーザー光Ｌをそれぞれの偏光成分に分離させるビームスプリッター４１１を備え、ビームスプリッター４１１に入射するレーザー光Ｌの光路には、入射光の偏光面を回転させる波長板（１／２波長板）４１２が配置されている。波長板４１２は、光学系制御部８２により制御される回動機構４１３に連結され、入射レーザー光Ｌの中心軸周りに回動可能となっている。これらの構成により、ビームスプリッター４１１に入射するレーザー光Ｌの偏光面が制御される。すなわち、波長板４１２の回動角度を変化させることにより、ビームスプリッター４１１から出射されるｓ偏光成分とｐ偏光成分との比率が変更可能となっている。

ビームスプリッター４１１から出射されるｐ偏光成分はそのまま光ビームＬ２として出力される。一方、ビームスプリッター４１１から出射されるｓ偏光成分は１／２波長板４１４により偏光面が回転され、ｐ偏光成分を有する光ビームＬ１として出力される。こうして、入射レーザー光Ｌから２種類の光ビームＬ１，Ｌ２が生成される。なお波長板４１４は省かれてもよい。

図３（ｂ）に示す構成では、レーザー光Ｌが入射するビームスプリッター４１５が、光学系制御部８２により制御される揺動機構４１６により、ビーム入射方向と直交する（紙面に垂直な）揺動軸周りに揺動駆動される。このため、入射レーザー光Ｌのうちｓ偏光成分の出射方向およびその強度が、ビームスプリッター４１５の揺動角度に応じて変化する。ビームスプリッター４１５から出射されるｓ偏光成分は、揺動機構４１６により揺動駆動される光路補正用ミラー４１７，４１８により出射方向が補正されて、光ビームＬ１として出力される。一方、ビームスプリッター４１５から出射されるｐ偏光成分は光ビームＬ２として出力される。

これらのいずれかの構成を有する可変ビームスプリッター４１は、入射レーザー光Ｌをｓ偏光成分およびｐ偏光成分に分離して２つの光ビームＬ１，Ｌ２を生成し、しかも、入射レーザー光Ｌの分配比率を変化させて、２つの光ビームＬ１，Ｌ２間のパワー比を変更することが可能となっている。このため、この基板処理装置１では、基板上面Ｓａ側および基板下面Ｓｂ側から同時に光ビームＬ１，Ｌ２を基板周縁部Ｐｗに入射させることができ、しかも、入射する光ビームＬ１，Ｌ２のパワーを互いに異ならせることができる。

そして、光源制御部８１は、レーザー光源４９からのレーザー光Ｌの出力パワーを変更する機能を有する。したがって、レーザー光Ｌの出力パワーと、２つの光ビームＬ１，Ｌ２への分配比率の設定とを適宜に組み合わせることにより、この基板処理装置１のレーザー照射部４では、基板Ｗの上面Ｓａ側および下面Ｓｂ側に入射される光ビームのパワーを互いに独立して変更することが可能となっている。これにより、例えば基板Ｗの上面Ｓａ側と下面Ｓｂ側との間で除去すべき膜の厚さが異なっている場合や、膜の種類が互いに異なる場合であっても、照射するレーザー光のパワーを基板Ｗの上面Ｓａ側および下面Ｓｂ側でそれぞれ適宜に設定することにより、それらを同時にかつ良好に除去することが可能である。

さらに、この基板処理装置１では、次に説明するように、基板Ｗ表面におけるレーザー照射位置、つまり光ビームの入射位置を基板Ｗの上面Ｓａ側と下面Ｓｂ側とで独立して変更することが可能となっている。これにより、基板周縁部Ｐｗにおいて膜が除去される領域の幅（処理幅）を、基板Ｗの上面Ｓａ側と下面Ｓｂ側とで独立に設定することができる。これらの機能により、この基板処理装置１では、基板Ｗの上面Ｓａ側と下面Ｓｂ側とで処理幅が異なる場合であっても、それらを同時に処理することが可能である。

図４は反射ミラーの構成を示す図である。ここでは、基板周縁部Ｐｗのうち基板上面側の領域Ｐａに基板Ｗの上面Ｓａ側から光ビームＬ１を入射させる、一方の反射ミラー４２の構成および動作について説明する。しかしながら、光ビームＬ２を基板Ｗの下面Ｓｂ側から周縁部Ｐｗに入射させる反射ミラー４３の構成および動作も基本的に同じである。なお、理解を容易にするために、以下の説明ではビーム整形機能を有する上面側光学系４４を省略している。

図４（ａ）は反射ミラー４２の動作を説明する図である。反射ミラー４２は、光学系制御部８１により制御される揺動機構４２１に連結されており、光ビームＬ１の入射方向に直交する（紙面に垂直な）揺動軸回りに揺動可能となっている。反射ミラー４２が揺動することで、図において実線および点線で示すように、光ビームＬ１の基板Ｗ（より具体的には上面側周縁部Ｐａ）への入射角度および入射位置が変化する。なお、この図において光ビームＬ１はビームの光中心により表されている。

図４（ｂ）に示すように、実際の光ビームＬ１は広がりを有しており、基板Ｗへの入射角度および入射位置が変わることにより、基板周縁部Ｐｗにおけるビーム照射範囲が変化する。これにより、レーザー照射により膜が除去される領域の幅、すなわち処理幅が変化する。処理幅の変化量Δｗを所望の量とするために必要な反射ミラー４２の角度変更量Δθについては、例えば以下のようにして算出することができる。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、基板Ｗの上面Ｓａから見た反射ミラー４２の高さを符号ｈ、反射ミラー４２が標準状態（実線で示す状態）にあるときの光ビームＬ１が上面Ｓａに対してなす角を符号αによりそれぞれ表す。また、反射ミラー４２の角度が標準状態からΔθだけ変化したときの上面Ｓａ上での光ビームＬ１の入射位置の変化量を符号Δｄにより表す。このときに光ビームＬ１が上面Ｓａに対してなす角を符号βとすると、
β＝α−２×Δθ
と表すことができる。また光ビームＬ１のスポットサイズを表す値として半幅ｒを用いる。

これらの図に示す幾何学的関係から、

の関係が得られる。

式（１）、（２）より、

が得られる。ここで、

により定義される関数ｆを導入し、式（３）をｃｏｓβ、つまりｃｏｓ（α−２×Δθ）を変数とする二次方程式として解くと、

が解として得られる。

これより、処理幅をΔｗだけ変化させるために必要な反射ミラー４２の揺動量Δθについては、

により表すことができる。

なお、基板Ｗの上面Ｓａ側から光ビームＬ１を基板Ｗの周縁部Ｐｗに入射させる反射ミラー４２と、基板Ｗの下面Ｓｂ側から光ビームＬ２を基板Ｗの周縁部Ｐｗに入射させる反射ミラー４３とは、それぞれを独立に揺動させる揺動機構により、互いに独立して角度を変更することが可能である。このため、図４（ｃ）に示すように、基板上面Ｓａ側の周縁部Ｐａにおける光ビームＬ１の照射範囲と、下面Ｓｂ側の周縁部Ｐｂにおける光ビームＬ２の照射範囲とを互いに異ならせて、基板Ｗの両主面間で膜が除去される領域の幅（処理幅）を異ならせることができる。図４（ｃ）の例では、基板上面Ｓａ側において基板端面から計測した周縁部Ｐａの処理幅ｗａに対し、基板下面Ｓｂ側における周縁部Ｐｂの処理幅ｗｂの方が大きくなっている。

上記のように、この基板処理装置１では、基板Ｗの上面Ｓａ側と下面Ｓｂ側とで除去すべき膜の厚さ・種類のいずれかが異なる場合、処理幅が異なる場合、およびそれらの両方が異なる場合のいずれであっても、基板周縁部Ｐｗに両面側からそれぞれ照射される光ビームのパワーおよびその入射範囲を制御することにより、基板Ｗの両面における膜除去処理を同時に実行することが可能である。

具体的には、単一のレーザー光Ｌを２つの光ビームＬ１，Ｌ２に分岐させる際にパワー比を適宜に設定することで、除去すべき膜の種類や厚さが基板両面で異なる場合でもそれらの膜を同時に除去することができる。また、基板Ｗの両面で光ビームの入射位置を独立して変更可能とすることで、基板両面で異なる処理幅を同時に実現することができる。したがって、基板周縁部Ｐｗからの膜除去処理を短時間で、かつ良好に行うことができる。以下、この基板処理装置１における膜除去処理の動作について説明する。

図５はこの実施形態における膜除去処理を示すフローチャートである。この処理は、制御部８が予め用意された制御プログラムを実行し装置各部を制御することにより実行される。最初に、基板処理装置１のチャンバ６に基板Ｗが搬入され、スピンベース２１に載置される。スピンベース２１は基板Ｗを吸着保持する（ステップＳ１０１）。

以下、搬入された基板Ｗの種類やその両面において除去すべき膜の種類、厚さ、処理幅等の条件に応じて、当該基板Ｗに対応する処理レシピが適用される。まず、基板Ｗの上面Ｓａ側および下面Ｓｂ側において除去すべき膜の種類および厚さに応じて、それぞれの面に照射されるべきレーザー光のパワーが求められ、それに適合するように、レーザー光源４９からのレーザー光Ｌの出力パワーおよび可変ビームスプリッター４１による光パワーの分配比率が設定される（ステップＳ１０２）。そして、これに応じて可変ビームスプリッター４１の可動部の調整が行われる（ステップＳ１０３）。

続いてカメラ５１，５２による基板周縁部Ｐｗの撮像および画像処理部８３による画像の解析が開始され（ステップＳ１０４）、回転制御部８５がチャック回転機構２２を作動させ、スピンベース２１を回転させる。これにより、水平姿勢の基板Ｗが鉛直軸周りに所定の回転速度で回転する（ステップＳ１０５）。

基板Ｗが回転している間、画像処理部８３はカメラ５１，５２により撮像された画像から、基板Ｗの位置（特に基板周縁部Ｐｗの位置）、基板Ｗの上面Ｓａ側、下面Ｓａ側それぞれにおける光ビームの照射位置、および、レーザー照射により膜除去された領域の幅（処理幅）をそれぞれリアルタイム検出する（ステップＳ１０６）。なお、レーザー光が出射されるよりも前の段階においては、基板Ｗの位置のみが検出されることになる。

こうして得られた検出結果から、ビーム照射位置の補正が必要か否かが判断される（ステップＳ１０７）。基板周縁部Ｐｗの位置検出結果からは、基板周縁部Ｐｗの位置変動をキャンセルするためのビーム照射位置の補正の要否が判断される。すなわち、基板Ｗのサイズばらつきや偏心に起因する基板周縁部Ｐｗの位置変動が検出されたときには、光ビーム照射位置をこれに追随させるための補正が必要とされる。なお、基板Ｗの外周の一部にノッチが形成されノッチ部分において処理幅を調整する処理を実行する際には、ノッチがビーム照射位置を通過する際にも補正が必要とされる。

補正が必要と判断された場合（ステップＳ１０７においてＹＥＳ）、基板周縁部Ｐｗの位置情報に基づいてビーム照射位置を補正するために必要な可動ミラー（反射ミラー４２，４３）の動作量が算出され（ステップＳ１０８）、反射ミラー４２，４３が移動されることにより（ステップＳ１０９）、照射位置の補正が実行される。

補正が必要なければ（ステップＳ１０７においてＮＯ）、レーザー光源４９から出力されビーム生成部４０によりパワーおよび入射方向が調整されたレーザー光ビームＬ１，Ｌ２が基板Ｗに照射される（ステップＳ１１０）。これにより基板周縁部Ｐｗに形成された膜が、基板Ｗの上面Ｓａ側および下面Ｓｂ側それぞれで除去されてゆく。処理幅が随時検出され必要に応じてレーザー照射位置が補正されることで、処理レシピに応じた処理幅で膜除去を行うことができる。基板Ｗの上面Ｓａ側における補正と下面Ｓｂ側における補正とは独立して行われるので、両面において異なる処理幅を実現可能である。

レーザー光ビームが照射された状態で基板Ｗが１周以上回転し、除去対象の膜全ての除去が終了するまで（ステップＳ１１１）、上記した位置検出、補正の要否判断およびそれに伴う照射位置の補正およびレーザー照射が継続的に実行される。これにより、基板Ｗの両面において必要な周縁部Ｐｗの膜除去が同時に進行する。

除去すべき膜の除去処理が終了すると（ステップＳ１１１においてＹＥＳ）、レーザー照射および基板Ｗの回転が停止され（ステップＳ１１２）、スピンベース２１による基板Ｗの吸着保持が解除され基板Ｗがチャンバ６の外部へ搬出されることで（ステップＳ１１３）、当該基板Ｗに対する膜除去処理が完了する。

図６は基板周縁部への光ビーム照射位置を制御する他の構成例を示す図である。上記実施形態の基板処理装置１においては、反射ミラー４２，４３が光ビームＬ１，Ｌ２の進行方向を変化させることで基板Ｗへの光ビームの入射角度が変更され、周縁部Ｐｗにおける光ビームの照射位置が調整される。光ビームの照射位置を調整するための機構は上記に限定されず、例えば次のような構成であってもよい。なお、以下では基板上面Ｓａ側から基板周縁部Ｐａに光ビームを入射させるための構成については説明するが、基板下面Ｓｂ側から基板周縁部Ｐｂに光ビームを入射させる場合にも同様の構成とすることが可能である。なお、以下の説明において、上記実施形態と共通の構成については同一符号を付して説明を省略する。

図６（ａ）に示す構成例では、反射ミラー４６１と基板Ｗとの間に光ビームＬ１に対し透明な平行平板４６２が挿入されている。平行平板４６２は図示しない揺動機構により、光ビームＬ１の進行方向に垂直な（紙面に垂直な）揺動軸周りに揺動可能となっている。光ビームＬ１は平行平板４６２の両主面で屈折するため、基板上面Ｓａ側の周縁部Ｐａへの光ビームＬ１の入射位置が、平行平板４６２の角度によって変化する。

また、図６（ｂ）に示す構成例では、光ビームＬ１の進行方向が反射ミラー４７１により基板上面Ｓａと略平行な方向に変えられ、基板上面Ｓａと略平行なＹ方向に移動可能な反射ミラー４７２によりさらに進行方向が斜め下向きに変更されて、光ビームＬ１が基板周縁部Ｐａに入射する。反射ミラー４７２がＹ方向に移動することで、光ビームＬ１の入射方向を表すベクトルが一定のまま、基板Ｗへの光ビームＬ１の入射位置が変化する。

また、図６（ｃ）に示す構成例では、光ビームＬ１が反射ミラー４８１，４８２，４８３を介して基板周縁部Ｐａに入射するが、このうち反射ミラー４８３が光ビームＬ１の入射方向と平行な成分を有する移動方向に移動することにより、基板Ｗへの光ビームＬ１の入射位置が変化する。

これらのいずれの構成によっても、上記実施形態と同様に、基板周縁部Ｐｗのうちレーザー光が照射される領域を変化させることができる。そのため、レーザー照射により膜が除去される領域の幅（処理幅）を変化させることが可能である。基板Ｗの両面側でレーザー照射位置を独立に設定することが可能な構成とすれば、基板Ｗの両面においてそれぞれ異なる処理幅を実現することが可能である。

以上説明したように、上記実施形態においては、図１に示す基板処理装置１が本発明の「基板処理装置」に相当し、図５に示す膜除去処理が本発明の「基板処理方法」に相当する。また、基板Ｗの上面Ｓａが本発明の「第１主面」に相当する一方、下面Ｓｂが「第２主面」に相当している。

そして、スピンチャック２が本発明の「回転手段」として機能しており、レーザー光源４９が本発明の「光源」として、可変ビームスプリッター４１が本発明の「光分岐手段」としてそれぞれ機能している。また、光ビームＬ１，Ｌ２がそれぞれ本発明の「第１の光ビーム」および「第２の光ビーム」に相当している、また、反射ミラー４２，４６１，４７１，４７２，４８１，４８２，４８３が本発明の「第１の光路調整手段」として、また反射ミラー４３が本発明の「第２の光路調整手段」として機能している。反射ミラー４２，４３，４６１，４７２，４８３等は本発明の「可動ミラー」に相当する。また、カメラ５１，５２がいずれも、本発明の「入射範囲検出手段」および「位置検出手段」として機能している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態は、単一のレーザー光Ｌから２つの光ビームＬ１，Ｌ２を生成する際に光パワーの分配比率を変更する機能と、基板Ｗの両主面に入射する光ビームＬ１，Ｌ２の入射位置を独立して変更する機能とを兼備しているが、これらの機能は単独でもその効果を奏するものである。

したがって例えば、光パワーの分配比率を変更する機能と、光ビームの入射位置を基板両面で連動させて変化させる機能とを組み合わせた構成とすることも可能である。また、上記実施形態では、基板上面Ｓａ側への光ビームＬ１の入射位置と基板下面Ｓｂ側への光ビームＬ２の入射位置とがいずれも変更可能となっているが、いずれか一方のみを可変とする構成であってもよい。

また、上記実施形態では、可変ビームスプリッター４１による光パワーの分配比率の変更とレーザー光源４９からのレーザー光パワーの変更とを組み合わせているが、光源から出力されるレーザー光のパワーを一定としパワー比のみ変更する構成であってもよい。

また、上記実施形態ではスピンベース２１が基板Ｗを吸着保持しているが、基板保持の態様はこれに限定されず、例えば機械式チャックにより保持する態様であってもよい。

また、上記実施形態のレーザー光はフェムト秒レーザー光であるが、基板に形成された膜を選択的に除去する機能を有するものであれば、レーザー光の種類はこれに限定されるものではない。また、レーザー照射は膜除去を目的とするものに限定されない。

また、上記各実施形態の説明においては、基板Ｗがその周縁部Ｐｗにおいてエッジ部が面取りされた、いわゆるべベル形状となったものであるが、本発明の適用対象となる基板は、このようなべベル形状を有する基板に限定されるものではない。

以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明において、第１の光ビームの基板への入射範囲と、第２の光ビームの基板への入射範囲とのうち少なくとも一方が他方とは独立して変更可能とすると、基板の両主面においてレーザー照射によって処理される領域の幅（処理幅）が異なる場合でも、基板両面の処理を同時に行うことができる。

この場合、例えば、第１の光ビームの基板への入射範囲および第２の光ビームの基板への入射範囲を光学的に検出する入射範囲検出手段を備え、第１の光路調整手段が入射範囲検出手段による検出結果に基づき基板への第１の光ビームの入射範囲を調整する一方、第２の光路調整手段が入射範囲検出手段による検出結果に基づき基板への第２の光ビームの入射範囲を調整する構成とすることができる。光ビームの入射範囲を光学的に検出しその結果に基づき光ビームの入射範囲を調整することで、基板の両主面において光ビームの入射範囲を適正に維持することができる。

より具体的には、第１の光路調整手段および第２の光路調整手段のうち少なくとも一方が、基板への光ビームの入射方向を変化させる可動ミラーを有する構成とすることができる。光ビームは一定の広がりを有するから、可動ミラーにより基板に対する光ビームの入射角を変化させることで、基板主面における光ビームの入射範囲を変化させることができる。

また、この発明は例えば、光源からのレーザー光をその偏光成分に応じて偏光ビームスプリッターにより分岐させて第１の光ビームおよび第２の光ビームを生成する構成とすることができる。このような構成によれば、比較的簡単な構成で、単一のレーザー光から２つの光ビームを生成することが可能である。この場合、偏光ビームスプリッターがレーザー光の入射方向に対する入射面の角度を変更可能であれば、分岐される２つの光ビームの間のパワー比を変化させることができる。例えば、光源と偏光ビームスプリッターとの間の光路上に配置される波長板と、波長板に入射するレーザー光の光路に沿った回動軸周りに波長板を回動させる回動機構とを設けることにより、このような機能を実現することが可能である。

また、この発明は例えば、回転する基板の周縁部の位置を検出する位置検出手段を備え、位置検出手段による検出結果に基づき、第１の光路調整手段が第１の光ビームの基板への入射位置を調整し、第２の光路調整手段が第２の光ビームの基板への入射位置を調整する構成とすることができる。このような構成によれば、例えば基板の偏心に起因する基板周縁部の位置変動がある場合でも、第１および第２の光ビームをこれに追随させて、基板周縁部に対し安定的にレーザー照射を行うことができる。

この発明において、光源は、例えばレーザー光としてフェムト秒レーザー光を出力するものであってもよい。フェムト秒レーザー光のように超短パルスレーザー光を用いた処理では、被照射物の温度上昇を抑制することができ、処理対象の部位だけを選択的に処理することが可能である。

また、光源から出力されるレーザー光のパワーが変更可能である構成では、レーザー光のパワーと、２つの光ビームへのパワーの分配比率との組み合わせによって、基板の両主面に入射される光ビームのパワーを任意にかつ独立して設定することが可能となる。

また、第１の入射方向および第２の入射方向のそれぞれは、回転軸に垂直な方向の成分を含むものであってもよい。本発明における基板の回転軸は、基板主面に垂直であり、したがって主面の法線と平行である。光ビームの入射方向として主面の法線に垂直な方向の成分を含む方向とすれば、基板に対し斜め方向から光ビームが入射することになる。これにより、基板周縁部のうち各主面の辺縁部に光ビームを入射させると同時に両主面を接続する側面部にもビームを入射させることが可能となり、各主面の辺縁部と同時に側面部の処理を行うことができる。

この発明は、半導体ウエハなどの各種基板の周縁部に形成される膜を除去する基板処理装置および基板処理方法全般に適用することができる。

１ 基板処理装置
２ スピンチャック（回転手段）
４１ 可変ビームスプリッター（光分岐手段）
４２，４６１，４７１，４７２，４８３ 反射ミラー（第１の光路調整手段、可動ミラー）
４３ 反射ミラー（第２の光路調整手段）
４９ レーザー光源（光源）
５１，５２ カメラ（入射範囲検出手段、位置検出手段）
４８１，４８２ 反射ミラー（第１の光路調整手段）
Ｌ レーザー光
Ｌ１ 光ビーム（第１の光ビーム）
Ｌ２ 光ビーム（第２の光ビーム）
Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｗ 基板周縁部
Ｓａ （基板Ｗの）上面（第１主面）
Ｓｂ （基板Ｗの）下面（第２主面）
Ｗ 基板

Claims (13)

1. 基板をその主面に垂直な回転軸周りに回転させる回転手段と、
   レーザー光を出力する光源と、
   前記レーザー光を分岐させて第１の光ビームと第２の光ビームとを生成し、しかも前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとのパワー比を変更可能な光分岐手段と、
   前記第１の光ビームの進行方向を変化させて、前記基板の第１主面から該第１主面とは反対側の第２主面に向かう方向の成分を有する第１の入射方向に沿って前記基板の周縁部に前記第１の光ビームを入射させる第１の光路調整手段と、
   前記第２の光ビームの進行方向を変化させて、前記第２主面から前記第１主面に向かう方向の成分を有する第２の入射方向に沿って前記基板の周縁部に前記第２の光ビームを入射させる第２の光路調整手段と
   を備える基板処理装置。
2. 前記第１の光ビームの前記基板への入射範囲と、前記第２の光ビームの前記基板への入射範囲とのうち少なくとも一方が、他方とは独立して変更可能である請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記第１の光ビームの前記基板への入射範囲および前記第２の光ビームの前記基板への入射範囲を光学的に検出する入射範囲検出手段を備え、
   前記第１の光路調整手段は前記入射範囲検出手段による検出結果に基づき前記基板への前記第１の光ビームの入射範囲を調整する一方、前記第２の光路調整手段は前記入射範囲検出手段による検出結果に基づき前記基板への前記第２の光ビームの入射範囲を調整する請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記第１の光路調整手段および前記第２の光路調整手段のうち少なくとも一方が、前記基板への光ビームの入射方向を変化させる可動ミラーを有する請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記光分岐手段は、前記レーザー光を分岐させる偏光ビームスプリッターと、前記光源と前記偏光ビームスプリッターとの間の光路上に配置される波長板と、前記波長板に入射する前記レーザー光の光路に沿った回動軸周りに前記波長板を回動させる回動機構とを有する請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 前記光分岐手段は、前記レーザー光の入射方向に対する入射面の角度を変更可能な偏光ビームスプリッターを有する請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 回転する前記基板の周縁部の位置を検出する位置検出手段を備え、
   前記位置検出手段による検出結果に基づき、前記第１の光路調整手段が前記第１の光ビームの前記基板への入射位置を調整し、前記第２の光路調整手段が前記第２の光ビームの前記基板への入射位置を調整する請求項１ないし６のいずれかに記載の基板処理装置。
8. 前記光源が、前記レーザー光としてフェムト秒レーザー光を出力する請求項１ないし７のいずれかに記載の基板処理装置。
9. 前記光源から出力される前記レーザー光のパワーが変更可能である請求項１ないし８のいずれかに記載の基板処理装置。
10. 前記第１の入射方向および前記第２の入射方向のそれぞれは、前記回転軸に垂直な方向の成分を含む請求項１ないし８のいずれかに記載の基板処理装置。
11. 基板をその主面に垂直な回転軸周りに回転させる回転工程と、
    光源から出力されるレーザー光を分岐させて第１の光ビームおよび第２の光ビームを生成し、前記基板の第１主面から該第１主面とは反対側の第２主面に向かう方向の成分を有する第１の入射方向に沿って前記基板の周縁部に前記第１の光ビームを入射させる一方、前記第２主面から前記第１主面に向かう方向の成分を有する第２の入射方向に沿って前記基板の周縁部に前記第２の光ビームを入射させるレーザー照射工程と
    を備え、
    前記基板に応じて前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとのパワー比を変更する基板処理方法。
12. 前記第１の光ビームの前記基板への入射範囲と、前記第２の光ビームの前記基板への入射範囲とが互いに独立して変更可能である請求項１１に記載の基板処理方法。
13. 前記光源からのレーザー光をその偏光成分に応じて偏光ビームスプリッターにより分岐させて前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを生成する請求項１１または１２に記載の基板処理方法。

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