CN104425202A - 等离子处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子处理装置，抑制等离子处理中的、对环状框架造成的热影响，还防止该热影响所导致的罩的损伤。对保持在由环状的框架(7)和保持片(6)构成的搬运托架(5)上的基板(2)实施等离子处理。等离子处理装置具备：腔室(4)，其具有能够减压的内部空间；等离子源(12)，其在腔室(4)内产生等离子；工作台(11)，其设置在腔室(4)内，并载置搬运托架(5)；罩(28)，其载置在工作台(11)的上方，覆盖保持片(6)和框架(7)，且具有以在厚度方向上贯通的方式形成的窗部(32)。罩(28)由导热性优异的材料构成，暴露于等离子的表面中的、至少窗部(32)侧由保护部(28a)覆盖，保护部(28a)由与等离子反应的反应性低的材料构成。

Description

等离子处理装置
技术领域
本发明涉及等离子处理装置，尤其涉及对于保持在由环状框架和保持片构成的搬运托架上的晶片的等离子处理有效的技术。
背景技术
作为等离子处理装置，已知有专利文献1、2所公开的等离子处理装置。所述等离子处理装置以保持在由环状框架和保持片构成的搬运托架上的晶片为处理对象。并且，在利用等离子切割晶片为时，通过利用罩将环状框架覆盖来避免环状框架暴露在等离子中。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4858395号公报
专利文献2：美国申请公开第2012/0238073号公报
发明要解决的课题
然而，在所述以往的等离子处理装置中，虽然利用由石英、陶瓷等耐蚀刻性优异的材料构成的罩环使环状框架不直接暴露于等离子，但是在反复进行蚀刻的过程中，罩环积蓄热量而形成高温，结果是存在保持片受到热损伤的问题。
发明内容
因此，本发明的课题在于防止等离子处理所导致的、搬运托架的保护片受到的热损伤。
用于解决课题的方案
本发明提供一种等离子处理装置，其对保持在搬运托架上的基板实施等离子处理，该搬运托架由环状的框架和保持片构成，所述等离子处理装置具备：
腔室，其具有能够减压的内部空间；
等离子源，其在所述腔室内产生等离子；
工作台，其设置在所述腔室内，并载置所述搬运托架；
罩，其载置在所述工作台的上方，覆盖所述保持片和所述框架，具有以在厚度方向上贯通的方式形成的窗部，
所述罩由导热性优异的材料构成，暴露于等离子的表面中的、至少窗部侧由保护部覆盖，该保护部由与等离子反应的反应性低的材料构成。
根据该结构，即，能够利用导热性优异的罩使热量容易逃散，因此，能够缓和因暴露于等离子而对搬运托架造成的热影响，能够阻止保护片所受到的热损伤。另外，由于罩的至少窗部侧由与等离子反应的反应性低的材料构成，因此，罩能够使用导热性优异的材料，并且能够使罩在耐久性方面优异。
优选所述保护部覆盖所述罩的暴露于等离子的表面整体。
优选所述罩由导热性优异的金属材料构成，
优选所述保护部由石英、氧化铝、氮化铝、氟化铝、碳化硅、氮化硅中的任一材料构成。
根据该结构，即使罩因等离子的产生而被加热，由于罩由导热性优异的材料构成，且该罩的外周侧下表面载置于工作台，并与工作台接触，因此能够经由工作台可靠地散热。另外，罩本身由保护部保护，防止了罩的一部分因所照射的等离子而飞散的情况。
所述保护部只要通过喷镀而形成即可。
优选所述罩由导热性优异的陶瓷材料构成，
优选所述保护部由石英、氧化铝、氮化铝、氟化铝、碳化硅、氮化硅中的任一材料构成，且装配于所述罩。
优选所述等离子处理装置具备使所述罩相对于所述工作台进行升降的升降机构，
优选所述升降机构在使所述罩下降时，使所述罩的下表面与所述工作台的上表面抵接。
也可以构成为，所述等离子处理装置具备使所述工作台相对于所述罩进行升降的升降机构，
所述罩装配在所述腔室的内部，
所述升降机构使所述工作台的上表面与所述罩的下表面抵接。
根据所述结构，因等离子的照射而被加热的罩的热量经由工作台而散热。
发明效果
根据本发明，由于利用导热性优异的材料形成罩，因此能够使等离子所带来的热量容易地逃散，能够抑制对搬运托架造成的热影响。因此，能够防止搬运托架的保护片所受到的热损伤。另外，即便采用高密度的等离子，也能够利用由导热性优异的材料构成的罩有效地使热量逃散，因此能够提高蚀刻速率，能够提高生产率(单位时间能够处理的基板的数量)。并且，由于在罩的至少窗部侧形成保护部，因此能够形成耐久性优异的罩。
附图说明
图1是示出本实施方式的等离子处理装置的概要的正面剖视图。
图2是图1的局部放大图。
图3是图2的俯视图。
图4(a)～(d)是示出形成在图2的罩上的保护部的各种例子的局部剖视图。
符号说明
1…干式蚀刻装置
2…晶片
3…掩膜
4…腔室
5…搬运托架
6…保持片
7…框架
8…电介质壁
9…天线
10…第一高频电源部
11…工作台
12…工艺气体源
13…灰化气体源
14…减压机构
15…电极部
16A…静电卡盘
16B…电极部主体
17…基台部
18…外装部
19…冷却装置(冷却机构)
20…静电吸附用电极
21…RF(高频)电极
22…直流电源
23…第二高频电源部
24…制冷剂流路
25…制冷剂循环装置
26…第一驱动杆
27…第一驱动机构
28…罩
28a…保护部
28b…顶面
28c…倾斜面
29…第二驱动杆
30…第二驱动机构
31…控制装置
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，在以下说明中，虽然根据需要而使用表示指定的方向、位置的词语(例如，包含“上”、“下”、“侧”、“端”在内的词语)，但使用这些词语的目的在于容易参照附图理解发明，并没有利用这些词语的含义来限定本发明的技术范围。另外，以下说明本质上仅是例示，并不是限制本发明、其应用物或者其用途。
图1示出本发明的实施方式的等离子处理装置的一例、即干式蚀刻装置1。在本实施方式中，利用该干式蚀刻装置1对晶片(基板)2实施等离子切割以及之后的灰化。等离子切割指的是，使用干式蚀刻将形成有多个IC部(半导体装置)的晶片2在分界线(间隔)处切断，分割成各个IC部的加工方法。参照图2，在本实施方式中，圆形的晶片2具备形成有未图示的IC部等的表面2a、以及与该表面2a相反侧的背面2b(没有形成IC部等)。另外，在晶片2的上表面，以等离子切割用的图案来形成掩膜3。
干式蚀刻装置1具备腔室4，该腔室4具有能够减压的内部空间。在该腔室4中，能够经由出入口4a将搬运托架5收纳到内部空间。搬运托架5具备将晶片2保持为可装卸的保持片6。作为保持片6，可以使用例如所谓的UV带，UV带虽能够弹性拉伸且利用粘着力保持晶片2，但由于紫外线的照射而化学特性改变，粘着力大幅降低。保持片6的一面是具有粘着性的面(粘着面6a)，另一面是不具有粘着性的面(非粘着面6b)。保持片6柔软，且自身容易挠曲而无法维持恒定形状。因此，在保持片6的外周缘附近的粘着面6a上粘着有大致环状且厚度薄的框架7(环状框架)7。框架7例如由不锈钢、铝等金属、或树脂构成，具有能够与保持片6一起保持形状的刚性。
在搬运托架5的保持片6上，通过将粘着面6a与背面2b粘贴来保持晶片2。如图3所示，在保持片6的粘着面6a中的、由框架7包围的圆形区域6c的中央配置有晶片2。具体而言，以圆形区域6c的中心Cs与晶片2的中心Cw(从表面2a或者背面2b观察晶片2时的中心)大体一致的方式设定晶片2相对于保持片6的位置。通过将晶片2配置在圆形区域6c的中央，由此在保持片6的晶片2与框架7之间以恒定宽度形成宽幅的环状区域6d。并且，在俯视时，设定为RF电极21的外周缘位于该环状区域6d。
如图1所示，在将干式蚀刻装置1的腔室4(真空容器)的顶部闭锁的电介质壁8的上方，配置有作为上部电极的天线9(等离子源)。天线9与第一高频电源部10电连接。另一方面，在腔室4内的底部侧配置有工作台11，该工作台11载置如前所述那样保持有晶片2的搬运托架5。在腔室4的气体导入口8a连接有工艺气体源12和灰化气体源13，在排气口4b连接有减压机构14，该减压机构14包含用于对腔室4内进行真空排气的真空泵。
如图2所示，工作台11具备：电极部15，其包括静电卡盘16A及配置在静电卡盘16A的下方侧的电极部主体16B；基台部17，其配置在电极部主体16B的下方侧；外装部18，其包围电极部15和基台部17的外周。另外，在工作台11设置有冷却装置19。
电极部15的静电卡盘16A利用由薄陶瓷、喷镀陶瓷或者介电材料形成的片材(胶带)构成。在静电卡盘16A的上表面的中央部分载置保持有晶片2的搬运托架5。另外，在静电卡盘16A的外周侧部分载置后述的罩28。在本实施方式中，静电卡盘16A的中央部分即电极部15的上表面中的、由所载置的搬运托架5覆盖的范围成为第一区域，从该第一区域向外侧扩展的区域成为与罩28接触的第二区域。在静电卡盘16A的上方侧内置有双极型的静电吸附用电极20，在下方侧内置有单极型的RF(高频)电极21。在静电吸附用电极20上电连接直流电源22。静电吸附用电极20配置在从搬运托架5的中心部分到罩28的外周侧下表面的第一区域及第二区域的整体范围内。由此，能够对框架7以及罩28进行静电吸附。在RF电极21上电连接第二高频电源部23。RF电极21的外周缘部在俯视时位于比载置在搬运托架5上的晶片2靠外周侧的位置，且位于后述的罩28的内周缘的内周侧。由此，能够利用所产生的等离子对晶片2整体进行蚀刻，并且护套区域不会接触罩28，能够减少热量所导致的损伤。
电极部15的电极部主体16B由金属(例如铝合金)构成。在冷却部16形成有制冷剂流路24。
冷却装置19由形成于冷却部16的制冷剂流路24和制冷剂循环装置25构成。制冷剂循环装置25使调温后的制冷剂向制冷剂流路24循环，将冷却部16维持为所希望的温度。在本实施方式的冷却装置19中，能够进行工作台11的第一区域和第二区域的冷却，即，能够进行搬运托架5和罩28双方的冷却。由此，能够实现等离子处理装置的小型化、构造的简化。
外装部18由接地屏蔽材料(具有导电性及耐蚀刻性的金属)构成。利用外装部18避免电极部15、冷却部16及基台部17受等离子影响。
搬运托架5以保持片6的保持晶片2的面(粘着面6a)朝上的姿态载置在工作台11的电极部15上，保持片6的非粘着面6b与电极部15的上表面接触。搬运托架5利用未图示的搬运机构相对于电极部15以预定的位置以及姿态(包括保持片6的圆形区域6c的绕中心Cs的旋转角度位置)载置。以下，将该预定的位置及姿态记载为标准位置。
载置在标准位置的搬运托架5在进行后述的处理之后由第一驱动杆26抬起而被排出。第一驱动杆26由仅概念性地示于图1的第一驱动机构27驱动而升降。具体而言，搬运托架5能够向图1所示的上升位置和图2所示的下降位置移动。
在腔室4内，在工作台11的上方侧具备升降的罩28。通过将铝或铝合金等金属材料、或者碳化硅、氮化铝等导热性优异的陶瓷材料形成为外形轮廓呈圆形且在内径侧具有窗部32的、恒定的较薄厚度的圈状而得到罩28。
罩28的外径尺寸形成为远大于搬运托架5的外形轮廓。这是为了在等离子处理中覆盖搬运托架5的保持片6与框架7，避免它们被等离子影响。
罩28的内径尺寸设定在晶片2的外径尺寸±2mm的范围内。在图4所示的例子中，全部罩28的内径尺寸都比晶片2的外径尺寸大，但也可以使罩28的内径尺寸比晶片2的外径尺寸小，利用罩28来覆盖晶片的外周部分。
罩28在下降时，使其下表面与第二区域的上表面进行面接触。该区域是工作台11的外周侧，能够确保足够的接触面积。因此，容易使罩28的热量向第二区域逃散，能够高效地冷却罩28。另外，通过使罩28的下表面与靠近框架7的第二区域的上表面进行面接触，由此，能够有效地防止对搬运托架5(片材、框架、晶片)造成的热损伤。特别是能够抑制容易因辐射热而形成高温的框架的加热，能够防止与该框架相接的片材的热损伤。
需要说明的是，为了提高罩28与第二区域之间的紧贴性，也可以在罩28的下表面或者第二区域的上表面设置具有弹性的片材、O型环等。由此，能够进一步提高罩28的冷却效果。
如图4(a)所示，罩28的上表面利用石英、氧化铝、氮化铝、氟化铝、碳化硅、氮化硅等与等离子反应的反应性低的材料形成有保护部28a。保护部28a虽使用与罩28不同的材料，但选择何种材料只要考虑与所使用的工艺气体的关系来决定即可。需要说明的是，在罩28的下表面(后述的与电极部15抵接的部分)，也可以为了提高静电吸附力(例如，通过粘贴导电片材)而形成导电层。
保护部28a可以不必形成在上表面的整体区域。例如，如图4(b)所示，也可以仅形成在罩28的中心孔(窗部32)的内周面及与之相连的上表面的一部分。另外，如图4(c)所示，也可以将罩28的内周部形成为阶梯形状，并在该部分形成保护部28a，也可以如图4(d)所示那样从这里进一步向外径侧形成。其中，优选将保护部28a形成在罩28的上表面整体，由此能够可靠地防止罩28的一部分因所照射的等离子而飞散并附着于在内径侧配置的晶片2上的所谓的污染(contamination)的发生。保护部28a能够通过喷镀或者组装而设置于罩28。若罩28的材料是铝或者铝合金等金属材料，则能够利用喷镀与组装中的任一加工方法来形成保护部28a(包覆层)。作为能够在喷镀中采用的材料，有石英、氧化铝、氮化铝、氟化铝、碳化硅、氮化硅。作为能够在组装中采用的材料，有石英、氧化铝、氮化铝、碳化硅、氮化硅。在组装的情况下，能够利用板状材料的向罩28的粘结、嵌入、紧固等来进行装配。若罩28的材料是碳化硅、氮化铝等陶瓷材料，则利用由石英、氧化铝、氮化铝、碳化硅、氮化硅中的任一材料构成的(板状、环状、块状的)部件的向罩28上表面的粘结、嵌入、紧固等来进行装配，形成保护部28a。需要说明的是，在利用组装将保护部28a安装于罩部28的情况下，与面接触相比，优选保护部28a与罩28进行点接触。具体而言，通过在保护部28a和罩28的任一方或两方形成凹凸或者突起，或实施粗糙面加工，由此能够抑制保护部28a与罩29的接触面积，能够形成不易从保护部28a向罩28进行热传递的构造。由此，能够更有效地防止搬运托架5的热损伤。
RF电极21的外径尺寸与晶片2的外径尺寸相同或比晶片2的外径尺寸大。RF电极21的外径尺寸越大，对蚀刻速率的均匀性越有利，相反，若RF电极21的外径尺寸过大，则所产生的等离子的护套区域会与罩28接触，因此，向罩28碰撞的离子增加，存在更强烈地加热罩28的问题。因此，适当地设计RF电极21的外径尺寸对于实现蚀刻速率的均匀性与罩28的过加热防止(防止过度加热而形成高温)而言是重要的。在本实施方式中，通过以晶片2的外径尺寸、RF电极21的外径尺寸、罩28的内径尺寸依次增大的方式形成来同时实现蚀刻的均匀性和罩28的过加热防止。
罩28的升降动作由第二驱动杆29进行。罩28与第二驱动杆29利用由导热性优异的材料构成的螺钉等进行固定。并且，在罩28被加热的情况下，其热量经由第二驱动杆29来散热。第二驱动杆29由仅概念性地示于图1的第二驱动机构30驱动而升降。在第二驱动杆29的升降的作用下，罩28升降。具体而言，罩28能够向图1所示的上升位置和图2所示的下降位置移动。另外，罩28的下表面在下降位置处与工作台11的电极部15的上表面接触。这样，第二驱动机构30作为使罩28相对于工作台11升降的升降机构而发挥功能，并且还作为使罩28与工作台11的载置面11a(电极部15的上表面)接触、分离的接触分离机构而发挥功能。
如图1所示，上升位置的罩28位于工作台11的载置面11 a的上方，且与工作台11的载置面11a具有足够的间隔。因此，若罩28位于上升位置，则能够进行向电极部15的上表面装载搬运托架5(保持有晶片2)的作业、以及相反地从电极部15的上表面卸下搬运托架5的作业。
如图2所示，下降位置的罩28将位于标准位置的搬运托架5的保持片6(保持有晶片2的部分除外)和框架7覆盖。另外，罩28的外周侧下表面与所述电极部15的上表面接触，由静电吸附用电极20进行静电吸附。在该状态下，罩28的热量能够从电极部15、基台部17以及外装部18经由腔室4向外部散热。
在利用罩28将搬运托架5覆盖的状态下，罩28的顶面28b相对于框架7具有足够的间隙a(例如5mm)，防止进行等离子处理时的热影响。另外，罩28的倾斜面28c相对于在框架7的内径侧露出的保持片6而确保有足够的距离。根据附图显而易见，下降位置的罩28与框架7、保持片6、晶片2中的任一者均未接触。
仅示意性地示出于图1的控制装置31控制包括第一高频电源部10、工艺气体源12、灰化气体源13、减压机构14、直流电源22、第二高频电源部23、制冷剂循环装置25、第一驱动机构27以及第二驱动机构30在内的构成干式蚀刻装置1的各要素的动作。
接下来，对本实施方式的干式蚀刻装置1的动作进行说明。
首先，利用未图示的搬运机构将在保持片6的圆形区域6c的中央粘贴有晶片2的搬运托架5搬入到腔室4内，配置在工作台11上的标准位置。此时，罩28位于上升位置(图1)。
然后，利用第二驱动机构30驱动第二驱动杆29，使罩28从上升位置(图1)向下降位置(图2)下降。当罩28到达下降位置时，搬运托架5的保持片6和框架7由罩28覆盖，晶片2从罩28的窗部32露出。另外，罩28在第二区域中与电极部15接触。
接下来，从直流电源22向静电吸附用电极20施加直流电压，利用静电吸附将晶片2保持在工作台11的电极部15的上表面。此时，由于静电吸附用电极20配置在罩28的下表面的附近，因此能够使足够的静电力发挥作用，使吸附状态稳定。
此外，从工艺气体源12向腔室4内导入等离子切割用的工艺气体，并且利用减压机构14排气，将腔室4内维持在规定压力。之后，从第一高频电源部10对天线9供给高频电力，在腔室4内产生等离子，并向从罩28的窗部32露出的晶片2照射。此时，从第二高频电源部23向工作台11的RF电极21施加偏电压。另外，利用冷却装置19将工作台11冷却。在晶片2的从掩膜3露出的部分(间隔)，利用等离子中的自由基和离子的物理化学作用从表面2a去除至背面2b，晶片2被分割成单独的芯片。
然而，在以上的等离子切割中，罩28暴露于等离子中而被加热，但该罩28由导热性优异的材料构成。因此，能够使等离子所带来的热量高效地向工作台11(冷却部16)逃散，搬运托架5不会受到热量所导致的损伤。
另外，在罩28的上表面形成有由与等离子的反应性低的材料构成的保护部28a。因此，对罩28的表面进行保护以免因等离子而受到损伤。因此，不会产生构成罩28的材料的一部分飞散并附着于在窗部内配置的搬运托架5上的晶片2上的不良情况，不会产生污染的问题。
在等离子切割完成后，执行灰化。从灰化气体源13向腔室4内导入灰化用的工艺气体(例如氧气)，并且利用减压机构14排气，将腔室4内维持在规定压力。之后，从第一高频电源部10对天线9供给高频电力，在腔室4内产生等离子，并向从罩28的窗部32露出的晶片2照射。利用等离子的照射从晶片2的表面2a完全去除掩膜3。
在灰化之后，利用第二驱动机构30驱动第二驱动杆29，使罩28从下降位置向上升位置移动。之后，利用第一驱动机构27驱动第一驱动杆26，使搬运托架5从下降位置向上升位置移动，利用未图示的搬运机构将搬运托架5搬出到腔室外。
需要说明的是，本发明不限定于所述实施方式记载的结构，能够进行各种变更。
例如，在所述实施方式中，第二驱动机构30(升降机构、接触分离机构)借助第二驱动杆29使罩28相对于工作台11进行升降，但作为升降机构、接触分离机构的结构，也可以相对于固定在腔室4内的罩28而使工作台11升降。即使在这种情况下，由于罩28由导热性优异的材料构成，因此暴露于等离子中而被加热的罩28的热量能够经由腔室4而散热。因此，与前述实施方式同样，能够防止罩28成为高温而间接加热搬运托架5所导致的不良情况的发生。
另外，静电吸附用电极20不限定于实施方式这样的双极型，也可以是单极型。
另外，在本实施方式中，罩28构成为进行静电吸附，但罩28的静电吸附并非是必需的，静电吸附用电极20至少位于第一区域即可。
另外，利用干式蚀刻装置1执行的处理不限定于等离子切割和灰化，例如也可以是通常的干式蚀刻。另外，干式蚀刻装置1不限定于实施方式这样的ICP型，也可以是平行平板型。

Claims (7)

1.一种等离子处理装置，其对保持在搬运托架上的基板实施等离子处理，该搬运托架由环状的框架和保持片构成，所述等离子处理装置的特征在于，具备：
腔室，其具有能够减压的内部空间；
等离子源，其在所述腔室内产生等离子；
工作台，其设置在所述腔室内，并载置所述搬运托架；
罩，其载置在所述工作台上，覆盖所述保持片和所述框架，且具有以在厚度方向上贯通的方式形成的窗部，
所述罩由导热性优异的材料构成，暴露于等离子的表面中的、至少窗部侧由保护部覆盖，该保护部由与等离子反应的反应性低的材料构成。
2.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述保护部覆盖所述罩的暴露于等离子的表面整体。
3.根据权利要求1或2所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述罩由导热性优异的金属材料构成，
所述保护部由石英、氧化铝、氮化铝、氟化铝、碳化硅、氮化硅中的任一材料构成。
4.根据权利要求3所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述保护部通过喷镀而形成。
5.根据权利要求1或2所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述罩由导热性优异的陶瓷材料构成，
所述保护部由石英、氧化铝、氮化铝、氟化铝、碳化硅、氮化硅中的任一材料构成，且装配于所述罩。
6.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述等离子处理装置具备使所述罩相对于所述工作台进行升降的升降机构，
所述升降机构在使所述罩下降时，使所述罩的下表面与所述工作台的上表面抵接。
7.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述等离子处理装置具备使所述工作台相对于所述罩进行升降的升降机构，
所述罩装配在所述腔室的内部，
所述升降机构使所述工作台的上表面与所述罩的下表面抵接。
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