(57)【要約】 【課題】より金属膜のエッチングに適した基板処理装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、基板処理装置は、基板を載置し、基板を陽極に接続する台と、台と対向するように配置され、複数の孔を有し、陰極に接続された対向電極と、対向電極を介して台と対向するように配置され、対向電極を保持しつつ対向電極に薬液を供給する保持部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置し、前記基板を陽極に接続する台と、
前記台と対向するように配置され、複数の孔を有し、陰極に接続された対向電極と、
前記対向電極を介して前記台と対向するように配置され、前記対向電極を保持しつつ前記対向電極に薬液を供給する保持部と、
を備える基板処理装置。
【請求項２】
前記台と前記保持部が同期回転する、請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記対向電極が、板状である、請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記対向電極が、毛状体または網状体である、請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記基板と前記対向電極とが非接触である、請求項１から３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記毛状体または前記網状体である複数の前記対向電極が、互いに離れて配置され、
前記複数の対向電極が、回転中心から放射状に分散配置されている、請求項４に記載の基板処理装置。
【請求項７】
基板を台に載置して前記基板を陽極に接続し、
複数の孔を有し、陰極に接続された対向電極を、前記台と対向するように配置し、
前記対向電極を介して前記台と対向するように配置された保持部で前記対向電極を保持しつつ、前記保持部から前記対向電極に薬液を供給する、
基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、基板処理装置および基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板処理方法の一つに、電界が印加された状態で、基板上に形成された金属膜をエッチングまたは酸化するといった加工を施す工程が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３２１７５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、より金属膜の加工に適した基板処理装置、および基板処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態に係る基板処理装置は、基板を載置し、基板を陽極に接続する台と、台と対向するように配置され、複数の孔を有し、陰極に接続された対向電極と、対向電極を介して台と対向するように配置され、対向電極を保持しつつ対向電極に薬液を供給する保持部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る基板処理装置の概略的な構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）は図１に示す基板処理装置上部の概略的な平面図であり、（ｂ）は基板処理装置下部の概略的な平面図である。
【図３】（ａ）は基板の加工前の状態を示し、（ｂ）は基板の加工後の状態を示す。
【図４】基板に孔を形成した一例を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は、酸化アルミの孔を形成する前の状態を示す斜視図であり、（ｂ）は、酸化アルミの孔を形成した後の状態を示す斜視図である。
【図６】第２実施形態に係る基板処理装置の概略的な構成を示す模式図である。
【図７】毛状体を拡大した断面図である。
【図８】第３実施形態に係る基板処理装置の要部の概略的な断面図である。
【図９】第４実施形態に係る基板処理装置の概略的な平面図である。
【図１０】第４実施形態に係る基板処理装置４の腐食回路の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る基板処理装置の概略的な構成を示す模式図である。また、図２（ａ）は、図１に示す基板処理装置上部の概略的な平面図である。図２（ｂ）は、図１に示す基板処理装置下部の概略的な平面図である。本実施形態に係る基板処理装置１は、回転台１０と、ヘッド２０と、対向電極３０と、固定治具４０と、直流電源５０と、制御部６０と、を備える。
【０００９】
図１に示すように、回転台１０には、ウェハ状の基板１００が載置されている。回転台１０は、回転軸１０ａを中心に回転方向Ｒに回転可能である。回転台１０上には、後述する導線１３と電気的に接続された導電性の複数のピン１１が設けられている。
【００１０】
複数のピン１１は、図２（ｂ）に示すように、回転方向Ｒに分散して配置され、基板１００の外周部に接触している。複数のピン１１により基板１００は、回転台１０に固定される。各ピン１１は、薬液２００と接触しないようエッジグリップ１２に覆われている。エッジグリップ１２の材料は、薬液２００に対する耐食性および絶縁性を有する材料、例えばテフロンであることが望ましい。なお、基板１００の固定方法は、本実施形態のように複数のピン１１で基板１００の外周部を固定する方法に限定されない。固定手段は、対向電極３０と接触しない位置、例えば基板１００の裏面に配置されていてもよい。ピン１１は、例えば先端部が基板１００または基板１００表面に形成された膜（例えば、半導体または金属）に接続されている。
【００１１】
回転台１０には、導線１３および導線１４が設けられている。導線１３および導線１４は、複数のピン１１を直流電源５０の陽極５１に電気的に接続する。そのため、基板１００の電位は、陽極５１の電位と同じである。図１および図２（ｂ）に示すように、本実施形態では、複数の導線１３の一端は、各ピン１１と接続されている。各導線１３の他端は、回転軸１０ａで導線１４に束ねられている。導線１４は、導線１５を介して直流電源５０の陽極５１に接続される。このようにして基板１００は、ピン１１および導線１３〜導線１５を介して直流電源５０に接続される。なお、導線１４と導線１５との間には、不図示の連結部が設けられている。この連結部により静止状態の導線１５に対して導線１４は回転可能に連結される。連結部は、導線１３と導線１４との間に設けられていてもよい。
【００１２】
ヘッド２０は、複数の通液孔を有しシャワー形状の液体供給部としての機能を有する。ヘッド２０は回転台１０と対向する位置で回転台１０と同期回転する。ヘッド２０の上部には、開口部２１が設けられている。ヘッド２０内部には、対向電極３０と電気的に接続される導線２２が設けられている。本実施形態では、開口部２１の中心は、回転台１０の回転軸１０ａと一致する。開口部２１には、基板１００を加工するための薬液２００が流入する。また、導線２２は、導線１６を介して直流電源５０の陰極５２に接続される。このようにして対向電極３０は、導線２２および導線１６を介して直流電源５０に接続される。なお、導線２２と導線１６との間には、不図示の連結部が設けられている。この連結部により静止状態の導線１６に対して導線２２は回転可能に連結される。連結部は導線２２と対向電極３０との間に設けられていてもよい。
【００１３】
薬液２００は、酸、アルカリ、酸化剤、塩、有機溶剤などを用いることができる。具体的には、硫酸、硝酸、りん酸、塩酸、フッ化水素酸、酢酸、ギ酸、過酸化水素水、オゾン水、過硫酸アンモニウム、アンモニア水、塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、テトラヒドロキシアンモニウムハライド、コリンなどである。
【００１４】
上述した薬液は、強い浸食性を有するため、ヘッド２０の材料は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）といった絶縁性樹脂であることが望ましい。また、導線２２もこのような絶縁樹脂で覆われていることが望ましい。
【００１５】
ヘッド２０の下部には、ヘッド２０の外周に沿って環状のガイド２３が設けられている。ガイド２３によって、ヘッド２０が回転しているときに薬液２００の飛散を防止することができる。また、ガイド２３は、図１に示すように、エッジグリップ１２上に載置されるので、ヘッド２０を位置決めできる。対向電極３０はヘッド２０に保持されているため、ヘッド２０の位置が固定されることにより基板１００と対向電極３０との距離が安定する。基板１００と対向電極３０との距離は例えば１ｍｍ以上であり、基板１００と対向電極３０はそれぞれが完全には接触しない位置に設けられる。
【００１６】
対向電極３０は、ヘッド２０の下部に位置し、ヘッド２０に保持される。すなわちヘッド２０は対向電極３０の保持部としての機能も有する。対向電極３０の周囲はガイド２３に囲まれている。対向電極３０は、例えば、導電性カーボン、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、およびパラジウム（Ｐｄ）の少なくともいずれかれを含み、円などの板状に形成されている。または、対向電極３０は、貴金属膜で覆われたカーボン材料や欠陥を有するグラフェンナノシートで構成していてもよい。対向電極３０には、図２に示すように、薬液２００が通過する孔状の複数の通液口３１を有している。
【００１７】
また、対向電極３０は、導線２２に電気的に接続されている。導線２２は、直流電源５０の陰極５２と接続されている。そのため、対向電極３０の電位は、陰極５２と同じである。すなわち、対向電極３０は、基板１００よりも低電位である。
【００１８】
固定治具４０は、ヘッド２０を回転台１０に固定させる。本実施形態では、固定治具４０は、ガイド２３とエッジグリップ１２との接触箇所で、ヘッド２０と回転台１０とを固定する。なお、固定治具４０による固定方法は、特に限定されない。例えば、ガイド２３およびエッジグリップ１２のそれぞれに固定治具４０を嵌合してもよい。
【００１９】
直流電源５０は、基板１００と電気的に接続される陽極５１と、対向電極３０と電気的に接続される陰極５２と、を有する。電圧印加により直流電源５０が通電すると、基板１００と対向電極３０との間に電界が発生し、薬液２００を介して基板１００に腐食電流が流れる。
【００２０】
制御部６０は、回転台１０の回転動作、直流電源５０の通電動作、および薬液２００の供給動作などを制御する。なお、制御部６０は、基板処理装置１の外部の構成としてもよい。
【００２１】
次に、図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して、加工対象である基板１００の構造の一例について説明する。図３（ａ）は、基板１００の加工前の状態を示し、図３（ｂ）は、基板１００の加工後の状態を示す。
【００２２】
図３（ａ）に示すように、加工前の基板１００には、金属膜１０１が設けられている。金属膜１０１は積層体１０２上に設けられている。積層体１０２は例えばシリコン等を含有する半導体基板１１０上に設けられている。金属膜１０１は、積層体１０２にパターン（本実施形態では、積層体１０２を貫通するスリット）を形成するために積層体１０２上に形成されたマスクであり、例えば、タングステンを含んでいる。
【００２３】
本実施形態において、積層体１０２のパターンは、例えば金属膜１０１に形成されたパターンをマスクにしてエッチングすることにより形成される。この金属膜１０１は、図３（ｂ）に示すように、基板処理装置１のエッチング処理によって除去される。
【００２４】
積層体１０２では、絶縁膜１０２ａと導電膜１０２ｂとが交互に設けられている。絶縁膜１０２ａは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含んでいる。導電膜１０２ｂは、金属膜１０１と同じくタングステンを含んでいる。導電膜１０２ｂは、例えば、３次元メモリのワードラインに用いることができる。なお、基板１００の構造は、上記構造に限定されない。
【００２５】
また、基板処理装置１の用途も、上述した金属膜１０１のエッチングに限定されない。基板処理装置１は、基板に形成された導電膜(不図示)を剥離する工程、基板に孔を形成する工程、または基板に形成されたアルミニウム薄膜に酸化処理を施して酸化アルミの孔を形成する工程にも用いることができる。これら様々な用途は、基板１００に形成された膜の条件、または／および薬液２００の条件、または／および電圧の印加条件等によって制御することができる。
【００２６】
図４は、基板に孔を形成した一例を示す斜視図である。図４では、基板１２０に対して、本実施形態の基板処理装置１を用いて局部的に腐食電流を発生させる。これにより、孔１２１が形成される。孔１２１は、基板１２０の表面で開口し、基板１２０の内部に向かって延びている。
【００２７】
図５（ａ）は、酸化アルミの孔を形成する前の状態を示す斜視図である。図５（ｂ）は、酸化アルミの孔を形成した後の状態を示す斜視図である。図５（ａ）では、シリコン基板である基板１３０上にアルミニウム薄膜１３１が形成されている。このアルミニウム薄膜１３１に対して、本実施形態の基板処理装置１を用いて局部的に腐食電流を発生させる。これにより、アルミニウム薄膜１３１は酸化され、酸化アルミニウム膜１３２へと成長する。同時に、アルミニウム薄膜１３１面内で局部的な電界を発生させつつアルミニウム薄膜１３１に供給される薬液２００によって、酸化されたアルミニウム薄膜１３１を溶解させることができる。この工程を繰り返すことにより、酸化アルミニウム膜１３２に複数の孔１３３が形成される。この方法において、薬液２００は、酸化アルミニウムを溶解可能な酸を含む条件下で用いられてもよいし、孔１３３が所望のピッチで形成されるよう電圧印加条件を適宜設定してもよい。
【００２８】
上記孔１３３、換言すると陽極酸化ホールは、例えば記憶素子に応用することができる。陽極酸化ホール内にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により磁性薄膜を成膜すると、円筒状の磁性体が得られる。この磁性体の上下から電流を流すと、チューブ内の磁化情報を上下にシフトさせながら書き込み、記憶、読み出しといった記憶素子としての動作を行うことができる。
【００２９】
以下、本実施形態に係る基板処理装置１を用いた基板処理方法について説明する。ここでは、図３（ａ）に示す金属膜１０１のエッチング工程を例に説明する。
【００３０】
まず、複数のピン１１で基板１００を回転台１０に固定する。これにより、基板１００は、導線１３を介して直流電源５０の陽極５１に電気的に接続される。
【００３１】
次に、ガイド２３がエッジグリップ１２に接触する位置までヘッド２０を下降する。続いて、固定治具４０でヘッド２０を回転台１０に固定する。これにより対向電極３０と基板１００との距離を安定に保つことができる。
【００３２】
次に、薬液２００を開口部２１からヘッド２０内に導入する。導入された薬液２００は、ヘッド２０を介して対向電極３０の通液口３１から基板１００に供給される。薬液２００の供給と同時に、回転台１０を回転させる。さらに、直流電源５０から通電を開始する。この通電により、基板１００と対向電極３０との間に位置する薬液２００に電界が発生する。その結果、腐食電流が基板１００を流れ、これにより、金属膜１０１のエッチングが促進される。
【００３３】
以上説明した本実施形態によれば、直流電源５０からの通電によって、アノードとして機能する基板１００と、カソードとして機能する対向電極３０との間に電界が発生する。これにより対向電極３０から供給された薬液２００に電圧が印加されるので、エッチングや酸化の反応速度を高めることができる。
【００３４】
薬液２００はシャワー形状のヘッド２０から対向電極３０に供給されるので、所望の範囲に所望の薬液量を供給することができる。また、対向電極３０には、通液口３１が設けられているので、開口部２１から導入された薬液２００を対向電極３０から直接的に基板１００へ供給できる。そのため、対向電極３０をヘッド２０の下部に配置でき、これにより、対向電極３０を基板１００に限りなく近接させることが可能となる。対向電極３０と基板１００との距離が近くなるにつれて、電圧が効率よく薬液２００に印加される。その結果、直流電源５０の出力電圧を低減し、反応効率を高めることができる。
【００３５】
さらに、薬液２００が対向電極３０から基板１００へ供給されているときに、ヘッド２０は、回転台１０と同期回転する。そのため、薬液２００の流速が増加するので、エッチングや酸化の反応速度をより一層高めることができる。
【００３６】
(第２実施形態)
図６は、第２実施形態に係る基板処理装置の概略的な構成を示す模式図である。上述した第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３７】
本実施形態に係る基板処理装置２は、第１実施形態に係る基板処理装置１の対向電極３０が、複数の毛状体３２によって構成される。すなわち、平板状の対向電極３０に代えて、毛状の対向電極を備える。以下、この対向電極を毛状体３２として説明する。図６に示すように、複数の毛状体３２には、導線２２が個別に接続されている。導線２２は、導線１６を介して複数の直流電源５０のいずれかの陰極５２に電気的に接続される。一方、基板１００は、導線１３〜導線１５を介して各直流電源５０の陽極５１に共通に接続される。
【００３８】
図７は、毛状体３２を拡大した断面図である。毛状体３２は、ヘッド２０から基板１００側へ向かって延びる複数の毛状部材３３を束ねた集合体である。各毛状部材３３では、絶縁体３３ａが芯部を構成している。この絶縁体３３ａは、貴金属膜３３ｂで覆われている。絶縁体３３ａは、例えばポリプロピレンを含み、貴金属膜３３ｂは例えば白金などの貴金属を含んでいる。毛状体３２は、導電性カーボン材料によって構成されていてもよい。
【００３９】
なお、毛状部材３３は、上述した構造に限定されない。例えば、貴金属膜３３ｂは、絶縁体３３ａを部分的に覆っていてもよいし、絶縁体３３ａ全体を覆っていてもよい。また、絶縁体３３ａは、貴金属のナノ粒子で覆われていてもよい。
【００４０】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、回転台１０を回転させながら薬液２００を対向電極３０の通液口３１から供給しているときに、各直流電源５０から通電する。このとき、本実施形態では、対向電極３０に加えて各毛状体３２もカソードとして機能する。これにより、薬液２００と接触する部分の表面積が大きくなるので、薬液２００と基板１００との反応が活性化する。
【００４１】
また、本実施形態によれば、各直流電源５０の出力電圧を個別に調整することで、カソード電位を制御することができる。そのため、例えば基板１００でエッチングのむらが生じる場合には、各直流電源５０の出力電圧を個別に調整することで、基板１００内で均一な加工をすることが可能となる。
【００４２】
なお、本実施形態では、アノード側の導線１３の本数は制限されない。カソード側の導線２２のように、複数の導線１３が、互いに離れて回転台１０に設置されていてもよい。この場合、カソード電位を制御できるので、基板１００に対して局所的に反応を活性化させることができる。
【００４３】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態について説明する。上述した第２実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４４】
本実施形態に係る基板処理装置では、図８に示すように対向電極として複数の網状体３４が、設けられている。複数の網状体３４の上端部は、毛状体３２と同様に、ヘッド２０の下部で導線２２に接続されている。網状体３４では、例えば紐状の導電性カーボン３５が網（メッシュ）状に加工されている。
【００４５】
本実施形態によれば、第２実施形態と同様に、回転台１０を回転させながら薬液２００をヘッド２０を介して対向電極３０の通液口３１から供給しているときに、各直流電源５０から通電する。このとき、本実施形態では、網状体３４がカソードとして機能する。これにより、薬液２００と接触する部分の表面積が大きくなるので、薬液２００と基板１００との反応が活性化する。
【００４６】
また、本実施形態も、第２実施形態と同様に、各直流電源５０の出力電圧を個別に調整することで、カソード電位を制御することができる。そのため、例えば基板１００でエッチングのむらが生じる場合には、各直流電源５０の出力電圧を個別に調整することで、基板１００内で均一な加工をすることが可能となる。
【００４７】
（第４実施形態）
図９は、第４実施形態に係る基板処理装置上部の概略的な平面図である。上述した第１実施形態〜第３実施形態に係る基板処理装置と同様の構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
本実施形態に係る基板処理装置では、図９に示すように、平板状の複数の対向電極３０が、回転中心に配置された導線２２から放射状に分散配置されている。また、通液口３１は、対向電極３０間に形成されている。なお、各対向電極３０の形状は、第２実施形態で説明した毛状体３２（図７参照）または第３実施形態で説明した網状体３４（図８参照）であってもよい。
【００４９】
図１０は、第４実施形態に係る基板処理装置４の腐食回路の一例を示す図である。図１０に示す回路図では、可変抵抗Ｒｖが、導線２２および導線１３のそれぞれに接続されている。可変抵抗Ｒｖの抵抗値は、制御部６０によって制御される。
【００５０】
本実施形態では、陽極５１から陰極５２までの電流経路には、可変抵抗Ｒｖに加えて、抵抗Ｒ１００、アノード抵抗Ｒａ、薬液抵抗Ｒ２００、カソード抵抗Ｒｃが存在する。抵抗Ｒ１００は、処理対象物、すなわち基板１００の抵抗である。薬液抵抗Ｒ２００は、薬液２００の抵抗である。
【００５１】
アノード抵抗Ｒａは、基板１００と薬液２００との界面の抵抗である。この界面には、アノード抵抗Ｒａに並列接続されたアノード容量Ｃａも存在する。カソード抵抗Ｒｃは、対向電極３０と薬液２００との界面の抵抗である。この界面には、カソード抵抗Ｒｃと並列接続されたカソード容量Ｃｃも存在する。
【００５２】
上記のように構成された腐食回路において、腐食電流がばらつくと、処理対象物の酸化または溶解の速度のばらつきを生じさせる。そこで、本実施形態では、制御部６０が可変抵抗Ｒｖの抵抗値を制御することによって、腐食回路の電流／電圧を局所的に調整することができる。これにより、基板１００における腐食電流を均一にすることができる。
【００５３】
本実施形態によれば、上述した他の実施形態と同様に、回転台１０を回転させながら薬液２００を通液口３１から供給しているときに、各直流電源５０から通電する。通液口３１は、対向電極３０同士の隙間に形成されているので、対向電極３０をヘッド２０の下部に配置できる。これにより、基板１００の近くに対向電極３０を配置することが可能となる。その結果、直流電源５０の出力電圧が低くても、反応効率を高めることができる。
【００５４】
また、本実施形態では、可変抵抗Ｒｖの抵抗値を個別に調整することで、カソード電位を制御することができる。そのため、例えば、基板１００の中央部とその周辺部との間で、加工のばらつきが生じる場合には、基板１００の各部に対向する対向電極３０への通電を調整することで、基板１００内で均一な加工をすることが可能となる。
【００５５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５６】
１，２  基板処理装置、１０  回転台、１０ａ  回転軸、２０  ヘッド、２３  ガイド、３０  対向電極、３１  通液口、３２  毛状体、３４  網状体、４０  固定治具、１００  基板、２００  薬液
【図１】
2020105590.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020105590.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020105590.tif 000009
【図８】
2020105590.tif 000010
【図９】
2020105590.tif 000011
【図１０】
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