(57)【要約】【課題】薬液を使用することなく、基板から膜を剥離して製造コストおよび環境負荷を低減することができる技術を提供する。【解決手段】界面ＢＦでの超短パルスレーザービームのフルエンスが基板加工閾値よりも大きく、かつ膜加工閾値よりも小さくなるように設定された、超短パルスレーザービームが薄膜Ｆを介して界面ＢＦに照射される。このため、当該界面ＢＦでのレーザー照射部分で基板Ｗが選択的に加工されて基板Ｗと薄膜Ｆの結合が低下して薄膜Ｆが剥離される。このように薄膜Ｆに対して物理的あるいは化学的に作用させることなく、いわゆるドライ処理によってレーザー照射を行った部分の薄膜Ｆを選択的に剥離させることができる。したがって、薬液を使用することなく、薄膜Ｆを剥離させることができ、製造コストおよび環境負荷を低減することができる。【選択図】図１
2013021263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された膜を剥離する膜剥離装置であって、
前記基板を保持する保持手段と、
前記膜を介して前記基板と前記膜との界面に超短パルスレーザービームを照射することで前記基板を加工して前記膜を剥離する照射手段とを備え、
前記照射手段により前記界面に照射される超短パルスレーザービームのフルエンスが、超短パルスレーザービームにより前記基板を加工するために必要な加工閾値フルエンスよりも大きく、かつ超短パルスレーザービームにより前記膜を加工するために必要な加工閾値フルエンスよりも小さいことを特徴とする膜剥離装置。
【請求項２】
前記保持手段に保持された前記基板に対して前記照射手段を相対的に移動させる移動手段をさらに備える請求項１に記載の膜剥離装置。
【請求項３】
前記保持手段に保持された前記基板を回転させる基板回転部をさらに備え、
前記移動手段は、前記基板の回転中心から前記基板の径方向に離れた位置に超短パルスレーザービームが照射されるように、前記照射手段を位置決めする請求項２に記載の膜剥離装置。
【請求項４】
前記超短パルスレーザービームのフルエンスおよび前記基板の周速を制御する制御手段をさらに備える請求項３に記載の膜剥離装置。
【請求項５】
前記超短パルスレーザービームは、フェムト秒ないしピコ秒のパルス幅を有する請求項１ないし４のいずれか一項に記載の膜剥離装置。
【請求項６】
基板上に形成された膜を剥離する膜剥離方法であって、
超短パルスレーザービームにより前記基板を加工するために必要な加工閾値フルエンスよりも大きく、かつ超短パルスレーザービームにより前記膜を加工するために必要な加工閾値フルエンスよりも小さいフルエンスで超短パルスレーザービームを、前記膜を介して前記基板と前記膜との界面に照射することで前記基板を加工して前記膜を剥離することを特徴とする膜剥離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体ウエハなどの各種基板上に形成される膜を剥離する膜剥離装置および膜剥離方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造工程では、基板上に形成される膜を所定パターンで剥離する工程が含まれることがある。例えば特許文献１には、基板の表面周縁部（ベベル部）に付着する薄膜を剥離する装置が記載されている。この膜剥離装置では、表面を上方に向けた水平姿勢で基板がスピンチャックに配置されるとともに、当該基板の上方位置で対向部材が基板表面と対向して配置される。そして、この対向部材の周縁部に設けられたノズル挿入孔にノズルが挿入され、回転する基板の表面周縁部に向けてエッチング液などの薬液が供給されて薄膜が表面周縁部からエッチング除去される。こうして、基板の端縁から基板中心側に向けて所定幅だけ薄膜が基板表面から選択的に剥離される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２１３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように従来装置では、薬液により膜を剥離しているため、膜種に応じて使用する薬液が異なる場合が多く、剥離対象となる膜種分だけ薬液を準備しておく必要がある。また、剥離対象が多層膜である場合には、当該多層膜を構成する膜種とほぼ同数の薬液供給処理が必要となる。さらに、薬液処理を行った後、薬液を洗い流すために純水によるリンス処理が必要であり、このような一連の処理はいずれもウェット処理であるため、製造コストを増大させる要因のひとつであり、しかも環境負荷を与える要因にもなっている。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、薬液を使用することなく、基板から膜を剥離して製造コストおよび環境負荷を低減することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、基板上に形成された膜を剥離する膜剥離装置および膜剥離方法であって、上記目的を達成するため、次のような特徴を有している。すなわち、この発明にかかる膜剥離装置は、基板を保持する保持手段と、膜を介して基板と膜との界面に超短パルスレーザービームを照射することで基板を加工して膜を剥離する照射手段とを備え、照射手段により界面に照射される超短パルスレーザービームのフルエンスが、超短パルスレーザービームにより基板を加工するために必要な加工閾値フルエンスよりも大きく、かつ超短パルスレーザービームにより膜を加工するために必要な加工閾値フルエンスよりも小さいことを特徴としている。また、この発明にかかる膜剥離方法は、超短パルスレーザービームにより基板を加工するために必要な加工閾値フルエンスよりも大きく、かつ超短パルスレーザービームにより膜を加工するために必要な加工閾値フルエンスよりも小さいフルエンスで超短パルスレーザービームを、膜を介して基板と膜との界面に照射することで基板を加工して膜を剥離することを特徴としている。
【０００７】
このように構成された発明（膜剥離装置および膜剥離方法）では、超短パルスレーザービームが膜を介して基板と膜との界面に照射されるが、超短パルスレーザービームのフルエンス（パルスレーザービームのエネルギーを照射面積で除した値）は次のように設定されている。つまり、当該超短パルスレーザービームのフルエンスは、超短パルスレーザービームにより基板を加工するために必要な加工閾値フルエンスよりも大きく、かつ超短パルスレーザービームにより膜を加工するために必要な加工閾値フルエンスよりも小さい値に設定されている。このため、超短パルスレーザービームが照射された界面部分では基板が選択的に加工され、当該界面部分での基板と膜の結合が低下して膜の剥離が生じる。
【０００８】
ここで、保持手段に保持された基板に対して照射手段を相対的に移動させる移動手段をさらに設けてもよく、照射手段の相対移動によって所望位置の膜を剥離することができる。
【０００９】
また、保持手段に保持された基板を回転させる基板回転部をさらに設け、移動手段が、基板の回転中心から基板の径方向に離れた位置に超短パルスレーザービームが照射されるように、照射手段を位置決めするように構成してもよい。これにより基板の回転中心を中心として同心円状に膜を剥離することができる。例えば回転する基板の表面周縁部（ベベル部）に超短パルスレーザービームを照射することで基板の表面周縁部の膜を剥離することができる。
【００１０】
また、超短パルスレーザービームのフルエンスおよび基板の周速を制御する制御手段をさらに設けることで、膜剥離を高精度に実行することができる。
【００１１】
なお、超短パルスレーザービームとしては、フェムト秒ないしピコ秒のパルス幅を有するものを用いることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、この発明によれば、上記したフルエンスで超短パルスレーザービームを、膜を介して基板と膜との界面に照射することによって基板を加工して膜を剥離するため、薬液使用を不要とし、製造コストおよび環境負荷を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかる膜剥離装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１の膜剥離装置の動作を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明にかかる膜剥離装置の一実施形態を示す図である。この膜剥離装置は、基板Ｗの表面に形成された薄膜Ｆのうち基板Ｗの表面周縁部（ベベル部）に付着する薄膜を超短パルスレーザービームＬＢによって剥離するものであり、次のように構成されている。この膜剥離装置では、真空吸着方式で基板Ｗを保持するスピンチャック１が設けられている。このスピンチャック１は回転軸ＡＸを回転中心として回転自在となっており、その上面には、複数の吸着孔（図示省略）が設けられている。そして、図示を省略する負圧源から各吸着孔に与えられる負圧によってスピンチャック１の上面に載置される基板Ｗの裏面が真空吸着されて保持される。このように、本実施形態では、スピンチャック１が本発明の「保持手段」として機能しているが、スピンチャック１による基板Ｗの保持方式は真空吸着方式に限定されるものではなく、従来より周知の方式、例えばメカチャック方式などを採用してもよい。
【００１５】
また、スピンチャック１の下面には、回転軸ＡＸに延設された回転支軸２の上端部が連結されている。また、この回転支軸２の下端部には回転駆動機構３が連結されており、装置全体を制御する制御部４からの動作指令に応じて回転駆動機構３を駆動させることによりスピンチャック１が回転軸ＡＸ回りに回転する。このように、この実施形態では、回転駆動機構３が本発明の「基板回転部」として機能し、制御部４からの制御指令によってスピンチャック１に保持される基板Ｗを種々の周速で回転軸ＡＸ回りに回転させることが可能となっている。
【００１６】
本実施形態では、超短パルスレーザービームＬＢの発生源として、フェムト秒レーザービームＬＢを出力するレーザー光源（例えば、サイバーレーザー社製、製品名「ＩＦＲＩＴ（イフリート）」）５が用いられている。また、このレーザー光源５から水平方向に出力されるフェムト秒レーザービームＬＢが照射部６によりスピンチャック１に保持された基板Ｗに照射される。
【００１７】
この照射部６は、フェムト秒レーザービームＬＢを反射して下方に導光するミラー６１と、ミラー６１で反射されたフェムト秒レーザービームＬＢを整形する２枚のシリンドリカルレンズ６２、６３と、これらのシリンドリカルレンズ６２、６３により整形されたフェムト秒レーザービームＬＢを基板Ｗと薄膜Ｆとの界面に集光させる集光レンズ６４とを有している。このように、本実施形態では、照射部６によりフェムト秒レーザービームＬＢを所望のビーム形状に整形するとともに上記界面に集光させて上記界面での照射ビームサイズ、つまり照射面積を調整して当該界面での超短パルスレーザービームＬＢのフルエンスを高めている。ただし、本実施形態では、後述するように超短パルスレーザービームＬＢにより基板Ｗのみを加工して膜剥離を行うため、当該界面での超短パルスレーザービームＬＢのフルエンスが超短パルスレーザービームＬＢにより基板Ｗを加工するために必要な加工閾値フルエンス（以下「基板加工閾値」という）よりも大きく、かつ超短パルスレーザービームＬＢにより薄膜Ｆを加工するために必要な加工閾値フルエンス（以下「膜加工閾値」という）よりも小さい値に制御部４によって制御される。
【００１８】
また、照射部６は回転軸ＡＸに対して基板Ｗの径方向Ｘに移動自在に設けられるとともに、照射部移動機構７と機械的に接続されている。このため、制御部４からの移動指令に基づいて照射部移動機構７が作動すると、照射部６が径方向Ｘに移動する。このように、照射部６は基板Ｗに対して径方向Ｘに相対移動し、基板Ｗの回転中心から基板Ｗの径方向Ｘに所定距離だけ離れた位置に超短パルスレーザービームＬＢを照射可能となっている。また、膜剥離を行わない間、照射部移動機構７は照射部６をスピンチャック１から径方向Ｘに離れた位置に移動させ、これによりスピンチャック１に対する基板Ｗの搬入時および搬出時に照射部６が基板Ｗと干渉するのを防止することができる。このように、本実施形態では、照射部移動機構７が本発明の「移動手段」として機能する。
【００１９】
次に、このように構成された膜剥離装置の動作について説明する。図２は図１の膜剥離装置による膜剥離動作を模式的に示す図である。同図の左欄は基板Ｗの表面端縁部分の断面図であり、右欄は表面端縁部分の平面図であり、梨字部分は基板Ｗの表面に形成された薄膜Ｆを示している。このように基板表面全体に薄膜Ｆが形成された基板Ｗが膜剥離装置に搬送され、スピンチャック１の上面に吸着保持されると、制御部４が装置全体を制御して基板Ｗの端縁から回転中心側（同図の左手側）に向けて所定幅Ｗedだけ薄膜Ｆを剥離する。
【００２０】
スピンチャック１による基板Ｗの吸着保持が完了すると、制御部４は回転駆動機構３に対して駆動指令を与え、回転駆動機構３によりスピンチャック１を回転させる。これによって、基板Ｗは水平姿勢のまま回転軸ＡＸを回転中心として回転し始める（図２（ａ））。そして、基板Ｗの周速が安定し、所定の周速Ｖ［ｍｍ／ｓ］に達すると、制御部４は照射部移動機構７に移動指令を与えて照射部６を基板Ｗの表面周縁部の上方位置まで移動させるとともに、レーザー光源５に点灯指令を与えてレーザー光源５から超短パルスレーザービームＬＢを出射させる。
【００２１】
この実施形態では、照射部６に２枚のシリンドリカルレンズ６２、６３が設けられており、このレンズ対によって超短パルスレーザービームＬＢのＸ方向のビーム径が調整される。そして、こうして調整された超短パルスレーザービームＬＢを集光レンズ６４が薄膜Ｆを介して基板Ｗと薄膜Ｆとの界面ＢＦに集光し、同図（ｂ）に示すように、界面ＢＦに対して基板Ｗの径方向Ｘに所定長さＬだけ延びる線状、扁平状あるいは楕円状のビームスポットを形成する。ここでは、長さＬが幅Ｗedと一致するように設定する一方、径方向Ｘと直交する方向Ｙにおける長さを小さくすることで界面ＢＦに照射されるレーザービームＬＢの集光スポットＳＰの面積を小さくして界面ＢＦでの超短パルスレーザービームＬＢのフルエンスを調整している。つまり、当該フルエンスが基板加工閾値よりも大きく、かつ膜加工閾値よりも小さくなるように調整している。このため、上記のように薄膜Ｆを介して界面ＢＦに超短パルスレーザービームＬＢを照射すると、薄膜Ｆが加工されることなく、界面ＢＦでの基板Ｗが選択的に加工される。その結果、界面ＢＦでの基板Ｗと薄膜Ｆの結合力が低下する。なお、同図では、こうして加工される加工領域ＷＲを太線で示している。
【００２２】
超短パルスレーザービームＬＢの照射は少なくとも基板Ｗが１周以上回転する間継続されて加工領域ＷＲは基板Ｗの端縁部全体に広がる。また、加工領域ＷＲでは基板Ｗに対する薄膜Ｆの結合力が低下しているため、超短パルスレーザービームＬＢの照射中あるいは照射完了後に加工領域ＷＲから薄膜が選択的に剥離される（同図（ｃ））。これによって、基板Ｗの端縁から回転中心側（同図中の左手側）に幅Ｗedだけ薄膜Ｆが剥離されて基板Ｗの表面が露出する。
【００２３】
こうして基板Ｗの表面端縁部からの膜剥離が完了すると、レーザー光源５からの超短パルスレーザービームＬＢの出力が停止された後、照射部６が基板Ｗから離れた退避位置に移動させられるとともに、スピンチャック１の回転が停止される。そして、スピンチャック１による基板Ｗの吸着保持が解除され、さらにスピンチャック１から処理済みの基板Ｗが次の処理装置に向けて搬出される。
【００２４】
以上のように、本実施形態では、界面ＢＦでの超短パルスレーザービームＬＢのフルエンスが基板加工閾値よりも大きく、かつ膜加工閾値よりも小さくなるように設定し、当該超短パルスレーザービームＬＢが薄膜Ｆを介して界面ＢＦに照射される。このため、当該界面ＢＦでのレーザー照射部分で基板Ｗが選択的に加工されて基板Ｗと薄膜Ｆの結合力が低下して薄膜Ｆが剥離される。このように薄膜Ｆに対して物理的あるいは化学的に作用させることなく、いわゆるドライ処理によってレーザー照射を行った部分の薄膜Ｆを選択的に剥離させることができる。したがって、薬液を使用することなく、薄膜Ｆを剥離させることができ、製造コストおよび環境負荷を低減することができる。例えば、基板Ｗがシリコン基板であり、薄膜Ｆがシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である場合に、界面ＢＦでの超短パルスレーザービームＬＢのフルエンスが２１５［ｍＪ／ｃｍ２］となるように調整し、以下の膜剥離条件、つまり、
・上記レーザー光源５から出力されるフェムト秒レーザーの仕様
波長：８００［ｎｍ］、
パルス幅：２５０［ｆｓ］、
平均出力：１［Ｗ］
・加工条件
照射ビームサイズ：３．５×０．０１［ｍｍ］
基板Ｗの周速：２［ｍｍ／ｓ］
で膜剥離を行うと、良好な膜剥離が得られる。つまり、シリコンの基板加工閾値は約２００［ｍＪ／ｃｍ２］であるのに対し、シリコン酸化膜の膜加工閾値は約４８００［ｍＪ／ｃｍ２］であるため、界面ＢＦでの超短パルスレーザービームＬＢのフルエンスを上記のように設定することで基板Ｗの一部ＷＲのみが加工され、当該加工領域ＷＲ上の薄膜Ｆが基板Ｗから選択的に剥離されて加工領域ＷＲが露出する。
【００２５】
また、上記膜剥離方法により薄膜Ｆを剥離して基板表面を露出させた領域、つまり加工領域ＷＲを検証したところ、表面粗さは１００［ｎｍ］以下であり、比較的平滑な表面となっており、しかもレーザーによるアブレーション加工で問題となる焼け痕の発生も認められず、良好な表面が得られる。しかも、レーザーによるアブレーション加工ではデブリ（加工クズの発生）が問題となるが、本実施形態ではデブリの発生も認められない。このように優れた性能で膜剥離処理を行うことが可能である。
【００２６】
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では、薄膜Ｆが単層である場合について説明したが、薄膜が多層構造である場合も同様である。すなわち、界面ＢＦでの超短パルスレーザービームＬＢのフルエンスが、基板加工閾値よりも大きく、しかも超短パルスレーザービームＬＢにより多層膜の各膜を加工するために必要な加工閾値フルエンスよりも小さくなるように設定すればよい。この場合、界面ＢＦで基板Ｗを選択的に加工することで、当該加工領域ＷＲの上に積層される多層膜が一体的に基板Ｗから剥離される。
【００２７】
また、上記実施形態では、超短パルスレーザービームＬＢのＸ方向のスポットサイズを剥離幅Ｗedに一致させているが、剥離すべき幅Ｗedが比較的広い場合には、次のように動作させてもよい。例えば、照射部６をＸ方向において互いに異なる位置に多段階に位置決めしながら、位置決め完了毎に超短パルスレーザービームＬＢを照射しながら基板Ｗを少なくとも１周以上回転させてもよい。また、照射部６をＸ方向に連続的に移動させながら回転する基板Ｗに向けて超短パルスレーザービームＬＢを連続照射してもよい。
【００２８】
また、上記実施形態では、本発明にかかる膜剥離装置および方法を基板の表面端縁部を除去する端縁処理技術に適用しているが、本発明に適用対象はこれに限定されるものではなく、基板の表面に形成された膜を部分的あるいは全面的に剥離する膜剥離技術全般に適用可能である。ただし、本発明は、膜加工閾値が基板加工閾値よりも大きいという物理条件を利用したものであるため、当該物理条件が満足される必要がある。例えばシリコン基板の表面に形成される絶縁膜を剥離させる多くのケースでは、本発明を効果的に適用することができる。というのも、シリコン基板を用いて電子部品を製造する技術分野においては、シリコン基板の表面に形成される絶縁膜の膜加工閾値は基板加工閾値の少なくとも１０倍以上であるため、本発明を効果的に適用することが可能となっている。
【００２９】
また、上記実施形態では膜剥離処理を行った後、そのまま基板Ｗを膜処理装置から搬出しているが、膜剥離処理の完了後、膜剥離状態、つまり薄膜Ｆが剥離されて基板表面が露出している箇所を検査するように構成してもよい。また、検査結果に応じて基板Ｗに対する後処理を行うように構成してもよい。
【００３０】
さらに、上記実施形態では、超短パルスレーザービームＬＢとして、パルス幅がフェムト秒のレーザービームＬＢ、つまりフェムト秒レーザービームＬＢを用いているが、パルス幅がピコ秒のレーザービームＬＢ、つまりピコ秒レーザービームＬＢを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
この発明は、基板上に形成される膜を剥離する膜剥離技術全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１…スピンチャック（保持手段）
３…回転駆動機構（基板回転部）
４…制御部
５…レーザー光源
６…照射部
７…照射部移動機構（移動手段）
ＡＸ…回転軸
ＢＦ…界面
Ｆ…薄膜
Ｖ…周速
Ｗ…基板
Ｘ…径方向
【図１】
2013021263.tif 000003
【図２】
2013021263.tif 000004