衬底处理装置及衬底处理方法与流程

[相关申请案]

本申请案以2018年12月27日提出申请的以往的日本专利申请案第2018-245620号的优先权利益为基础，且请求该利益，通过引用其全部内容而包含于此。

此处说明的多种形式的实施方式总体而言涉及一种衬底处理装置及衬底处理方法。

背景技术：

作为衬底处理方法之一，已知有在被施加电场的状态下，实施将形成在衬底上的金属膜蚀刻或氧化之类加工的步骤。

技术实现要素：

本发明的实施方式提供一种更适合金属膜加工的衬底处理装置、及衬底处理方法。

实施方式的衬底处理装置具备：台，载置衬底，将衬底连接于阳极；对向电极，以与台对向的方式配置，具有多个孔，且与阴极连接；及保持部，以介隔对向电极而与台对向的方式配置，一面保持对向电极一面向对向电极供给药液。

根据所述构成，可提供一种更适合金属膜加工的衬底处理装置、及衬底处理方法。

附图说明

图1是表示第1实施方式的衬底处理装置的概略性构成的示意图。

图2(a)是图1所示的衬底处理装置上部的概略性俯视图，(b)是衬底处理装置下部的概略性俯视图。

图3(a)表示衬底加工前的状态，(b)表示衬底加工后的状态。

图4是表示衬底中形成有孔的一例的立体图。

图5(a)是表示形成氧化铝孔之前的状态的立体图，(b)是表示形成氧化铝孔之后的状态的立体图。

图6是表示第2实施方式的衬底处理装置的概略性构成的示意图。

图7是将毛状体放大所得的剖视图。

图8是第3实施方式的衬底处理装置的主要部分的概略性剖视图。

图9是第4实施方式的衬底处理装置的概略性俯视图。

图10是表示第4实施方式的衬底处理装置4的腐蚀电路的一例的图。

具体实施方式

以下，对多个实施方式，一面参照附图一面进行说明。附图中，同一符号表示同一或类似部分。

接着，以下参照附图说明本发明的实施方式。本实施方式不限定本发明。

如图1所示，在旋转台10上，载置有晶圆状的衬底100。旋转台10能够以旋转轴10a为中心沿旋转方向r旋转。在旋转台10上，设置有与下述导线13电性连接的导电性的多个引脚11。

多个引脚11是如图2(b)所示，在旋转方向r上分散地配置，且与衬底100的外周部接触。利用多个引脚11将衬底100固定在旋转台10。各引脚11被边缘夹持端12覆盖，以避免与药液200接触。边缘夹持端12的材料较理想为具有对于药液200的耐蚀性及绝缘性的材料、例如特富龙。另外，衬底100的固定方法不限于像本实施方式那样以多个引脚11固定衬底100的外周部的方法。固定构件也可配置在不与对向电极30接触的位置、例如衬底100的背面。引脚11是例如前端部连接于衬底100或形成在衬底100表面的膜(例如，半导体或金属)。

在旋转台10，设置有导线13及导线14。导线13及导线14将多个引脚11电性连接于直流电源50的阳极51。因此，衬底100的电位与阳极51的电位相同。如图1及图2(b)所示，在本实施方式中，多个导线13的一端与各引脚11连接。各导线13的另一端在旋转轴10a被导线14收束。导线14经由导线15连接于直流电源50的阳极51。以此方式，将衬底100经由引脚11及导线13～导线15连接于直流电源50。另外，在导线14与导线15之间，设置有未图示的连结部。可利用该连结部，将导线14可旋转地连结于静止状态的导线15。连结部也可设置在导线13与导线14之间。

头部20具有多个通液孔，且具有作为喷头形状的液体供给部的功能。头部20在与旋转台10对向的位置，与旋转台10同步旋转。在头部20的上部，设置有开口部21。在头部20内部，设置有与对向电极30电性连接的导线22。在本实施方式中，开口部21的中心与旋转台10的旋转轴10a一致。开口部21中，流入用以加工衬底100的药液200。而且，导线22经由导线16而与直流电源50的阴极52连接。以此方式，将对向电极30经由导线22及导线16连接于直流电源50。另外，在导线22与导线16之间，设置有未图示的连结部。可利用该连结部，将导线22可旋转地连结于静止状态的导线16。连结部也可设置在导线22与对向电极30之间。

药液200可使用酸、碱、氧化剂、盐、有机溶剂等。具体而言是硫酸、硝酸、磷酸、盐酸、氢氟酸、乙酸、甲酸、过氧化氢水、臭氧水、过硫酸铵、氨水、氯化钠、氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、四羟基卤化铵、胆碱等。

因所述药液具有较强的浸蚀性，故头部20的材料较理想为聚四氟乙烯(ptfe，polytetrafluorethylene)或聚氯三氟乙烯(pctfe，polychlorotrifluoroethylene)之类绝缘性树脂。而且，较理想为导线22也被如此的绝缘树脂覆盖。

在头部20的下部，沿着头部20的外周设置有环状的导件23。可利用导件23而在头部20旋转时防止药液200飞散。而且，导件23因如图1所示地载置在边缘夹持端12上，故可将头部20定位。对向电极30因被头部20保持，故衬底100与对向电极30的距离通过将头部20的位置固定而稳定。衬底100与对向电极30的距离为例如1mm以上，且衬底100与对向电极30设置在分别完全不接触的位置上。

对向电极30位于头部20的下部，被头部20保持。即，头部20也具备作为对向电极30的保持部的功能。对向电极30的周围被导件23包围。对向电极30包含例如导电性碳、铂(pt)、金(au)、银(ag)、及钯(pd)的至少任一个，且形成为圆等板状。或者，对向电极30也可包含被贵金属膜覆盖的碳材料或具有缺陷的石墨烯纳米片。对向电极30中，如图2所示具有药液200通过的孔状的多个通液口31。

而且，对向电极30电性连接于导线22。导线22与直流电源50的阴极52连接。因此，对向电极30的电位与阴极52相同。即，对向电极30与衬底100相比为低电位。

固定辅具40使头部20固定在旋转台10上。本实施方式中，固定辅具40在导件23与边缘夹持端12的接触部位，将头部20与旋转台10固定。另外，固定辅具40的固定方法并无特别限定。例如，也可将固定辅具40与导件23及边缘夹持端12分别嵌合。

直流电源50具有与衬底100电性连接的阳极51、及与对向电极30电性连接的阴极52。当利用电压施加而使直流电源50通电后，在衬底100与对向电极30之间产生电场，腐蚀电流经由药液200流向衬底100。

控制部60控制旋转台10的旋转操作、直流电源50的通电操作、及药液200的供给操作等。另外，控制部60也可作为衬底处理装置1的外部构成。

其次，参照图3(a)及图3(b)，对作为加工对象的衬底100的构造一例进行说明。图3(a)表示衬底100加工前的状态，图3(b)表示衬底100加工后的状态。

如图3(a)所示，在加工前的衬底100上，设置有金属膜101。金属膜101设置在层叠体102上。层叠体102设置在例如含硅等的半导体衬底110上。金属膜101是为了在层叠体102上形成图案(本实施方式中，将层叠体102贯通的狭缝)而形成在层叠体102上的掩模，且包含例如钨。

在本实施方式中，层叠体102的图案是通过将形成在例如金属膜101的图案作为掩模进行蚀刻而形成。该金属膜101如图3(b)所示利用衬底处理装置1的蚀刻处理而去除。

层叠体102中，交替地设置有绝缘膜102a与导电膜102b。绝缘膜102a含有例如氧化硅(sio2)。导电膜102b与金属膜101同样地含有钨。导电膜102b可用于例如3维存储器的字线。另外，衬底100的构造不限于所述构造。

而且，衬底处理装置1的用途也不限于所述金属膜101的蚀刻。衬底处理装置1也可用于将形成在衬底上的导电膜(未图示)剥离的步骤、在衬底上形成孔的步骤、或对形成在衬底的铝薄膜实施氧化处理形成氧化铝孔的步骤。该等多种用途可利用形成在衬底100上的膜的条件、或/及药液200的条件、或/及电压的施加条件等来控制。

图4是表示衬底中形成有孔的一例的立体图。图4中，对于衬底120，采用本实施方式的衬底处理装置1，局部地产生腐蚀电流。由此，形成孔121。孔121在衬底120的表面开口，且朝向衬底120的内部延伸。

图5(a)是表示形成氧化铝孔之前的状态的立体图。图5(b)是表示形成氧化铝孔之后的状态的立体图。图5(a)中，在作为硅衬底的衬底130上形成有铝薄膜131。对于该铝薄膜131，采用本实施方式的衬底处理装置1，局部地产生腐蚀电流。由此，铝薄膜131被氧化，向氧化铝膜132生长。同时地，可一面在铝薄膜131面内产生局部的电场，一面利用供给至铝薄膜131的药液200，使被氧化的铝薄膜131溶解。通过重复进行该步骤，而在氧化铝膜132形成多个孔133。在该方法中，药液200既可在包含可将氧化铝溶解的酸的条件下使用，也可适当设定以期望的间距形成孔133那样的电压施加条件。

所述孔133、换而言之阳极氧化电洞可应用于例如存储元件。在阳极氧化电洞内利用cvd(chemicalvapordeposition，化学气相沉积)法成膜磁性薄膜后，获得圆筒状的磁体。当使电流从该磁体上下流动时，可一面使管体内的磁化信息上下地位移，一面进行写入、存储、读出之类作为存储元件的运行。

以下，对采用本实施方式的衬底处理装置1的衬底处理方法进行说明。此处以图3(a)所示的金属膜101的蚀刻步骤为例进行说明。

首先，利用多个引脚11将衬底100固定在旋转台10。由此，衬底100经由导线13电性连接于直流电源50的阳极51。

接着，将头部20下降到导件23与边缘夹持端12接触的位置为止。然后，利用固定辅具40将头部20固定在旋转台10。由此，可稳定地保持对向电极30与衬底100的距离。

接着，将药液200从开口部21导入至头部20内。导入的药液200经由头部20，从对向电极30的通液口31供给至衬底100。与供给药液200同时地，使旋转台10旋转。进而，从直流电源50开始进行通电。利用该通电，在位于衬底100与对向电极30之间的药液200中产生电场。其结果，腐蚀电流在衬底100中流动，由此，促进金属膜101的蚀刻。

根据以上说明的本实施方式，利用来自直流电源50的通电，在作为阳极发挥作用的衬底100与作为阴极发挥作用的对向电极30之间产生电场。由此，对从对向电极30供给的药液200施加电压，故可提升蚀刻或氧化的反应速度。

药液200是从喷头形状的头部20供给至对向电极30，因此，可将期望的药液量供给至期望的范围内。而且，因在对向电极30设置有通液口31，故可将从开口部21导入的药液200从对向电极30直接地供给至衬底100。因此，可将对向电极30配置在头部20的下部，由此，可使对向电极30无限地接近衬底100。随着对向电极30与衬底100的距离靠近，可将电压有效地施加至药液200。其结果，可降低直流电源50的输出电压，提升反应效率。

进而，在将药液200从对向电极30向衬底100供给时，头部20与旋转台10同步旋转。因此，药液200的流速增高，故可更进一步提升蚀刻或氧化的反应速度。

(第2实施方式)图6是表示第2实施方式的衬底处理装置的概略性构成的示意图。对与所述第1实施方式同样的构成要素标注相同符号，省略详细的说明。

本实施方式的衬底处理装置2是第1实施方式的衬底处理装置1的对向电极30包含多个毛状体32。即，取代平板状的对向电极30而包含毛状的对向电极。以下，将该对向电极作为毛状体32进行说明。如图6所示，多个毛状体32中，个别地连接有导线22。导线22经由导线16电性连接于多个直流电源50的任一阴极52。另一方面，衬底100经由导线13～导线15共通地连接于各直流电源50的阳极51。

图7是将毛状体32放大所得的剖视图。毛状体32是从头部20朝向衬底100侧延伸的多个毛状构件33收束而成的集合体。各毛状构件33中，绝缘体33a构成芯部。该绝缘体33a被贵金属膜33b覆盖。绝缘体33a含有例如聚丙烯，贵金属膜33b含有例如铂等贵金属。毛状体32也可包含导电性碳材料。

另外，毛状构件33不限于所述构造。例如，贵金属膜33b既可将绝缘体33a局部地覆盖，也可将绝缘体33a整体覆盖。而且，绝缘体33a也可被贵金属的纳米粒子覆盖。

根据本实施方式，与第1实施方式同样地，在一面使旋转台10旋转，一面从对向电极30的通液口31供给药液200时，从各直流电源50进行通电。此时，在本实施方式中，不仅对向电极30而且各毛状体32也作为阴极发挥作用。由此，与药液200接触部分的表面积变大，因此，药液200与衬底100的反应活化。

而且，根据本实施方式，可通过个别地调整各直流电源50的输出电压而控制阴极电位。因此，例如在衬底100中产生蚀刻不均的情况下，可通过个别地调整各直流电源50的输出电压，而在衬底100内进行均一的加工。

另外，在本实施方式中，阳极侧的导线13的条数并无限制。也可如阴极侧的导线22那样，将多个导线13彼此分离地设置在旋转台10。在此情况下，因可控制阴极电位，故对于衬底100可使反应局部地活化。

(第3实施方式)以下，对第3实施方式进行说明。对于与所述第2实施方式同样的构成要素标注相同符号，省略详细的说明。

在本实施方式的衬底处理装置中，如图8所示地设置有多个网状体34作为对向电极。多个网状体34的上端部与毛状体32同样地在头部20的下部连接于导线22。在网状体34中，例如绳状的导电性碳35被加工成网(网眼)状。

根据本实施方式，与第2实施方式同样地，在一面使旋转台10旋转，一面经由头部20从对向电极30的通液口31供给药液200时，从各直流电源50进行通电。此时，在本实施方式中，网状体34作为阴极发挥作用。由此，因与药液200接触部分的表面积增大，故药液200与衬底100的反应活化。

而且，本实施方式也与第2实施方式同样地，可通过个别地调整各直流电源50的输出电压来控制阴极电位。因此，在例如衬底100中产生蚀刻不均的情况下，可通过个别地调整各直流电源50的输出电压，而在衬底100内进行均一的加工。

(第4实施方式)图9是第4实施方式的衬底处理装置上部的概略性俯视图。对与所述第1实施方式～第3实施方式的衬底处理装置同样的构成要素标注相同符号，省略其详细的说明。

本实施方式的衬底处理装置中，如图9所示，平板状的多个对向电极30从配置在旋转中心的导线22以放射状分散配置。而且，通液口31形成在对向电极30间。另外，各对向电极30的形状也可以是第2实施方式中说明的毛状体32(参照图7)或第3实施方式中说明的网状体34(参照图8)。

图10是表示第4实施方式的衬底处理装置4的腐蚀电路的一例的图。在图10所示的电路图中，可变电阻rv与导线22及导线13分别连接。可变电阻rv的电阻值由控制部60进行控制。

本实施方式中，在从阳极51至阴极52的电流路径中，除了存在可变电阻rv以外，还存在电阻r100、阳极电阻ra、药液电阻r200、及阴极电阻rc。电阻r100是处理对象物、即衬底100的电阻。药液电阻r200是药液200的电阻。

阳极电阻ra是衬底100与药液200的界面的电阻。在该界面中，也存在与阳极电阻ra并联连接的阳极电容ca。阴极电阻rc是对向电极30与药液200的界面的电阻。在该界面中，也存在与阴极电阻rc并联连接的阴极电容cc。

在以所述方式构成的腐蚀电路中，若腐蚀电流不均，则会产生处理对象物氧化或溶解速度不均。因而，在本实施方式中，可通过控制部60控制可变电阻rv的电阻值来局部地调整腐蚀电路的电流/电压。由此，可使衬底100中的腐蚀电流变得均一。

根据本实施方式，与所述其他实施方式同样地，在一面使旋转台10旋转一面从通液口31供给药液200时，从各直流电源50进行通电。因通液口31形成在对向电极30彼此的间隙，故可将对向电极30配置在头部20的下部。由此，便可将对向电极30配置在衬底100的附近。其结果，即便直流电源50的输出电压较低，仍可提升反应效率。

而且，在本实施方式中，可通过个别地调整可变电阻rv的电阻值来控制阴极电位。因此，例如，当在衬底100的中央部与其周边部之间产生加工不均的情况下，也可通过调整对与衬底100的各部分对向的对向电极30的通电，而在衬底100内进行均一的加工。

已说明了本发明的若干个实施方式，但该等实施方式是作为示例而提示，并非意图限定发明范围。该等实施方式可以其他各种方式实施，且在不脱离发明主旨的范围内可进行各种省略、置换、及变更。该等实施方式或其变化与包含于发明的范围或主旨中同样地，也包含于专利申请范围中记载的发明及其均等的范围内。