CN104616958A - 等离子处理装置以及等离子处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及等离子处理装置以及等离子处理方法。提升等离子处理装置中的等离子处理性能和静电吸附性能两者。干式蚀刻装置(1)将保持在具备框架(6)和保持片(5)的搬运载体(4)的晶片(2)作为处理对象。机台(11)的电极部(13)具备静电卡盘(17)。在静电卡盘(17)的上表面近旁内置第1静电吸附电极(24)和第2静电吸附电极(25)。第1静电吸附电极(24)是单极型，隔着保持片(5)静电吸附晶片(2)。第2静电吸附电极(25)是双极型，隔着保持片(5)静电吸附框架(6)，并静电吸附晶片(2)与框架(6)间的保持片(5)。

Description

等离子处理装置以及等离子处理方法
技术领域
本发明涉及等离子处理装置以及等离子处理方法。
背景技术
专利文献1、2所公开的等离子处理装置，将保持在具备环状的框架和保持片的搬运载体的基板(例如晶片)作为处理对象。基板保持在保持片上。另外，这些等离子处理装置具备不使框架和保持片的基板外周与框架间的区域暴露在等离子下地进行覆盖的盖。
专利文献
专利文献1：JP特许第4858395号说明书
专利文献2：美国专利申请公开第2012/0238073号说明书
盖通过暴露在等离子下而被加热，从而易于成为高温。来自被加热的盖的辐射热给基板外周部的抗蚀剂、保持片以及框架带来热损伤。作为针对来自相关的盖的辐射热所引起的热损伤的对策，能使基板和搬运载体静电吸附而紧贴在机台(通过冷媒循环冷却)，以向机台的传热来冷却。
在现有的等离子处理装置中，在等离子处理的对象为保持在搬运载体的基板的情况下，关于怎样构成静电吸附电极才能兼顾等离子处理性能和静电吸附性能(冷却性能)，尚未进行具体的研讨。
发明内容
本发明的课题在于，在对保持在搬运载体的基板进行等离子处理的等离子处理装置中，提升等离子处理性能和静电吸附性能两者。
本发明的第1方式提供一种等离子处理装置，对保持在具备框架和保持片的搬运载体的基板进行等离子处理，腔室，其有能减压的内部空间；工艺气体提供单元，其对所述内部空间提供工艺气体；减压单元，其对所述内部空间进行减压；等离子产生单元，其使所述内部空间产生等离子；机台，其设于所述腔室内，具备载置所述搬运载体的电极部；单极型的第1静电吸附电极，其内置在所述电极部中的隔着所述保持片载置所述基板的区域即第1区域；和双极型的第2静电吸附电极，其内置在所述电极部中的至少包含隔着所述保持片载置所述框架的区域、和所述基板与所述框架间的载置所述保持片的区域的第2区域，被施加直流电压。
具体地，等离子处理装置还具备冷却所述电极部的冷却部。
更具体地，等离子处理装置还具备盖，该盖具有：主体，其覆盖载置在所述电极部的所述搬运载体的所述保持片和所述框架；和窗部，其在厚度方向上贯通所述主体而形成，使保持在载置于所述电极部的所述搬运载体的所述基板在所述内部空间露出，所述盖能与所述机台接触分离。
基板通过单极型的第1静电吸附电极静电吸附在电极部。单极型的静电吸附电极的静电吸附力弱于双极型的静电吸附力。但是，单极型的静电吸附电极由于能均匀吸附基板整面，因此在等离子处理性能的点上优于双极型。例如，在等离子切割的情况下，将基板单片化的前后的吸附力变动和局部的吸附力的差都是单极型少于双极型。另外，特别在高等离子密度且低偏置功率的自由基反应处于支配性地位的工艺(例如Si蚀刻工艺)的情况下，伴随将基板单片化的前后的偏置功率的变化，会产生双极型的静电吸附电极的图案向基板侧的转印。另一方面，框架和保持片(基板与框架间的部分)通过双极型的第2静电吸附电极静电吸附在电极部。双极型的静电吸附电极在等离子处理性能的点上逊于单极型，但静电吸附力强过单极型。即，在本发明中，对给等离子处理性能直接带来影响的基板的静电吸附使用单极型的第1静电吸附电极，另一方面，对与基板相比给等离子处理性能带来的影响更少的框架和保持片，使用静电吸附力强的双极型的第2静电吸附电极。其结果，能提升等离子处理性能和静电吸附性能两者。通过静电吸附性能的提升，能更有效果地通过向机台的传热冷却保持片、以及框架，能减少来自盖的辐射热所引起的损伤。
也可以由第2静电吸附电极对盖进行静电吸附。这种情况下，所述第2区域包含所述盖与所述电极部相接的区域。
或者，也可以不用第2静电吸附电极对盖进行静电吸附。这种情况下，所述第2区域不含所述盖与所述电极部相接的区域，还具备将所述盖相对于所述机台按压的夹紧机构。
对第1静电吸附电极可以施加直流电压，也可以叠加在直流电压来施加高频电压作为偏置电压。
本发明的第2方式提供等离子处理方法，是保持在具备框架和保持片的搬运载体的基板的等离子处理方法，将保持所述基板的所述搬运载体搬入到等离子处理装置的腔室内并载置在机台的电极部，用内置在所述电极部的单极型的第1静电吸附电极静电吸附所述基板，用内置在所述电极部的双极型的第2静电吸附电极至少静电吸附所述框架和所述保持片，使所述腔室内产生等离子来对所述基板施予等离子处理。
发明的效果
根据本发明，通过在基板的静电吸附使用单极型的第1静电吸附电极，另一方面对框架和保持片的静电吸附使用双极型的第2静电吸附电极，能提升等离子处理性能和静电吸附性能两者。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式所涉及的等离子处理装置(盖在降下的位置)的截面图。
图2是图1的部分放大图。
图3是载置在机台的搬运载体和覆盖其的盖的俯视图。
图4是第1以及第2静电吸附电极的部分俯视图。
图5是本发明的第1实施方式所涉及的等离子处理装置(盖上升的位置)的截面图。
图6是本发明的第2实施方式所涉及的等离子处理装置的部分截面图。
图7是本发明的第3实施方式所涉及的等离子处理装置的部分截面图。
标号的说明
1   干式蚀刻装置
2   晶片
2a  表面
2b  背面
3   腔室
3a  出入口
3b  排气口
4   搬运载体
5   保持片
5a  粘着面
5b  非粘着面
6   框架
7   电介质壁
7a  气体导入口
8   天线
9A  第1高频电源
9B  第2高频电源
10  工艺气体源
11  机台
12  减压机构
13  电极部
14  基台部
15  外装部
16  冷却装置
17  静电卡盘
18  电极部主体
18a 冷媒流路
19  盖
19a 主体
19b 窗部
19c 环状突部
21  冷媒循环装置
22A 第1驱动杆
22B 第2驱动杆
23A 第1驱动机构
23B 第2驱动机构
24  第1静电吸附电极
25  第2静电吸附电极
25a 正极
25b 负极
26A 第1直流电源
26B 第2直流电源
27  偏置电极
28  控制装置
29  电源
30  夹紧机构
A1  第1区域
A2  第2区域
A3、A4 区域
具体实施方式
以下，按照附图来说明本发明所涉及的实施方式。在以下的说明中，有时会使用表示特定的方向或位置的用语(包含“上”、“下”、“侧”、“端”这样的用语)。这些用语的使用是为了易于参考附图理解发明，并不通过这些用语的意义来限定本发明的技术范围。另外，以下的说明本质上只是例示，并不意图限制本发明、其运用物、或其用途。
(第1实施方式)
图1到图4表示本发明的实施方式所涉及的等离子处理装置的一例的干式蚀刻装置1。在本实施方式中，由该干式蚀刻装置1对晶片(基板)2施予等离子切割。所谓等离子切割，是在边界线(切割道)使用干式蚀刻来切断形成多个IC部(半导体装置)的晶片2，分割为各个IC部的工法。参考图2，在本实施方式中，圆形的晶片2具备形成未图示的IC部等的表面2a、和与该表面2a相反侧的背面2b(未形成IC部等)。在晶片2的表面2a，以用于等离子切割的图案形成掩模(未图示)。
参考图1，干式蚀刻装置1具备：有能减压的内部空间的腔室(真空容器)3。能介由腔室3的出入口3a将搬运载体4收纳在内部空间。
参考图2以及图3，搬运载体4具备能拆装地保持晶片2的保持片5。作为保持片5，例如能使用UV胶带。UV胶带能伸展，通过粘着力保持晶片2，但通过紫外线的照射化学特性会产生变化，从而粘着力大幅减少。保持片5的一方的面是有粘着性的面(粘着面5a)，另一方的面是没有粘着性的面(非粘着面5b)。保持片5柔软，仅凭其自身容易挠曲，不能维持恒定形状。为此，在保持片5的外周缘附近的粘着面5a粘贴大致环状、厚度薄的框架6。框架6例如由不锈钢、铝这样的金属或树脂构成，具有能与保持片5一起保持形状的刚性。通过将背面2b粘贴在粘着面5a而将晶片2保持在搬运载体4的保持片5。
参考图1，在闭锁干式蚀刻装置1的腔室3的顶部的电介质壁7的上方配置作为上部电极的天线8。天线8与第1高频电源9A电连接。天线8和第1高频电源9A构成等离子产生单元。在腔室4的底部侧配置将保持晶片2的搬运载体4载置的机台11。在通往形成于电介质壁7的腔室3的内部空间的气体导入口7a，连接工艺气体源10。在腔室3的排气口3b连接减压机构12，其包含用于将内部空间真空排气的真空泵。
参考图1以及图，机台11具备：电极部13；支承电极部13的基台部14；和包围电极部13和基台部14的外周的外装部15。外装部15由接地屏蔽材料(具有导电性以及耐蚀刻性的金属)构成。由外装部15保护电极部13和基台部14不受等离子影响。在机台11设置冷却装置16。
电极部13具备：构成机台11的最上层的静电卡盘17；和配置在静电卡盘17的下方的铝合金那样的金属制的电极部主体18。
电极部13的静电卡盘17以由薄的陶瓷、熔射陶瓷、或电介质材料构成的薄片(带)构成。在静电卡盘17的上表面的中央部分载置保持晶片2的搬运载体4。另外，在静电卡盘17的外周侧部分载置后述的盖19。在电极部13内置第1以及第2静电吸附电极24、25和偏置电极27。静电卡盘17的详细在后面叙述。
冷却装置(冷却部)16具备：形成于电极部主体18的冷媒流路18a；和冷媒循环装置21。冷媒循环装置21通过使在冷媒流路18a中进行温度调节的冷媒循环来进行冷却，将电极部13维持在所期望温度。
搬运载体4以保持着保持片5的晶片2的面(粘着面5a)朝上的姿态载置在机台11的电极部13，保持片5的非粘着面5b与电极部13的上表面接触。搬运载体4通过未图示的搬运机构相对于电极部13的静电卡盘17以预先确定的位置以及姿态载置。以下将该确定的位置以及姿态称作正规位置。
载置在正规位置的搬运载体4在等离子处理后通过第1驱动杆22A而被抬起，并被排出(图5参考)。第1驱动杆22A通过图1以及图5中仅概念地示出的第1驱动机构23A而被升降驱动。具体地，能使搬运载体5移动到图5所示的上升位置、和图1所示的降下位置。
参考图1到图3，在腔室3内具备在机台11的上方侧升降的盖19。盖19具备：外形轮廓为圆形、厚度薄的主体19a；和在厚度方向上贯通该主体19a的中央而形成的窗部19b。在主体19a的下表面形成降下时与电极部13的静电卡盘17的上表面抵接的环状突部19c。环状突部19c的下表面成为在半径方具有给定的宽度尺寸的环状的接触面19d。盖19(主体19a)由铝或铝合金等的金属材料、碳化硅、氮化铝、热传导性良好的陶瓷材料这样的材料构成。
盖19的主体19a的外径尺寸形成得与搬运载体4的外形轮廓相比足够大。这是为了在等离子处理中覆盖搬运载体4的框架6、保持片5(晶片2的外周部与框架6间的区域)和框架6来保护它们不受等离子影响。将盖19的窗部19b的直径设定为相对于晶片2的外径尺寸例如±2mm的范围。在等离子处理中，介由窗部19b，晶片2在腔室3的内部空间露出。
盖19的升降动作通过与主体19a连结的第2驱动杆22B进行。第2驱动杆22B通过仅图1以及图5概念地示出的第2驱动机构23B而被升降驱动。通过第2驱动杆22B的升降使盖19升降。具体地，盖19能移动到图5所示的上升位置、和图1所示的降下位置。
参考图5，上升位置的盖19在机台11的上方位于有足够间隔的位置。因此，若盖19处于上升位置，则能进行将搬运载体4(保持晶片2)载于电极部13的静电卡盘17的上表面的作业，反之，能进行将搬运载体4从电极部13的上表面取下的作业。
参考图1以及图2，降下位置的盖19覆盖处于正规位置的搬运载体4的保持片5(除了保持晶片2的部分以外)和框架6。另外，在盖19处于降下位置时，环状突部19c的下表面(上述的接触面19d)抵接在电极部13的静电卡盘17的上表面。即，第2驱动机构23B作为使盖19相对于机台11升降的机构发挥功能，并作为使盖19相对于机台11接触分离的机构发挥功能。
以下从参考图1以及图2来说明电极部13的静电卡盘17。在以下的说明中，除非特别提到，否则保持晶片2的搬运载体4都处于正规位置(以预先确定的位置以及姿态载置在静电卡盘17上的状态)。
在本实施方式中，静电卡盘17的上表面整体(载置搬运载体4的区域和盖19的环状突部19c抵接的区域)实质平坦。在此，所谓“实质平坦”是指，除了微细的表面粗度或制造公差这样不可避免的要因以外能视作平面。
在静电卡盘17中的中央部分、即隔着保持片5载置晶片2的区域(第1区域A1)的上表面附近，内置单极型的第1静电吸附电极24。如图4所示，本实施方式中的第1静电吸附电极24是有比晶片2稍大的外径的厚度薄的圆板状。在第1静电吸附电极24电连接第1直流电源26A。
在静电卡盘17中、包围中央部分的外周部分，在上表面近旁内置双极型的第2静电吸附电极25。具体地，第2静电吸附电极25除了包含隔着保持片5载置框架6的区域、和晶片2与框架6间的载置保持片5的区域的区域(图2中以标号A3表示)以外，还内置在包含降下位置的盖19的环状突部19c所抵接的区域(图2中以标号A4表示)的区域(第2区域A2)。如图4所示，第2静电吸附电极25具备：包围第1静电吸附电极24的周围的无端状的正极25a；和配置在正极25a的外侧的无端状的负极25b。正极25a与第2直流电源26B的正极电连接，负极25b与第2直流电源26B的负极电连接。在本实施方式中，第2静电吸附电极25的正极25a和负极25b都是以恒定宽度蜿蜒的带状。
在静电卡盘17中的第1静电吸附电极24的下方内置偏置电极(RF电极)27。偏置电极27与用于施加偏置电压的第2高频电源9B电连接。
图1以及图5中示意性示出的控制装置28，对构成干式蚀刻装置1的各要素的动作进行控制。这些要素包含第1以及第2高频电源9A、9B、工艺气体源10、减压机构12、第1以及第2直流电源26A、26B、冷媒循环装置21、第1以及第2驱动机构23A、23B。
接下来说明本实施方式的干式蚀刻装置1的动作。
首先，用未图示的搬运机构将在保持片5的中央粘帖了晶片2的搬运载体4搬入腔室3的内部空间，载置在静电卡盘17上的正规位置。这时，盖19处于上升位置(图5)。
用第2驱动机构23B驱动第2驱动杆22B，使盖19从上升位置(图5)降下到降下位置(图1)。在盖19成为降下位置时，用盖19覆盖搬运载体4的框架6和保持片5(晶片2与框架6间的区域)，晶片2从窗部19b露出。另外，盖19的环状突部19c的下表面(接触面19d)与静电卡盘17的上表面(图2中以标号A4表示的区域)接触。
从第1直流电源26A对单极型的第1静电吸附电极24施加直流电压，通过静电吸附将晶片2隔着保持片5保持在静电卡盘17的上表面。另外，从第2直流电源26B对双极型的第2静电吸附电极25施加直流电压，通过静电吸附将框架6和保持片5(晶片2与框架6间的区域)保持在静电卡盘17的上表面。另外，通过从第2直流电源26B对双极型的第2静电吸附电极25施加直流电压，盖19静电吸附在静电卡盘17的上表面。换言之，盖19被静电吸附力按压在静电卡盘17的上表面。
接下来，从工艺气体源10向腔室3内导入等离子切割用的工艺气体，并通过减压机构12排气，将腔室3内维持在给定压力。之后，从第1高频电源9A对天线8提供高频电力来使腔室3内产生等离子，使等离子照射从盖19的窗部19b露出的晶片2。这时，从第2高频电源2B对偏置电极27施加偏置电压。另外，用冷却装置16冷却包括电极部13在内的机台11。在晶片2的从掩模露出的部分(切割道)，通过等离子中的自由基和离子的物理化学的作用来从表面2a除去到背面2b，将晶片2分割为个别的芯片(单片化)。
在等离子切割中，盖19暴露于等离子下而被加热。但是，盖19由热传导性良好的材料构成，环状突部19c通过基于第2静电吸附电极25的静电吸附而被按压在静电卡盘17的上表面。为此，能将在盖19产生的热释放到被冷却装置16冷却的机台11。换言之，在等离子切割中，盖19通过向机台11的热传导而被冷却。
在等离子切割中，晶片2通过第1静电吸附电极24隔着保持片5静电吸附在静电卡盘17的上表面，框架6和保持片5通过第2静电吸附电极25静电吸附在静电卡盘17的上表面。为此，在等离子切割中，能将在晶片2、框架6、以及保持片5产生的热释放到被冷却装置16冷却的机台11。换言之，等离子切割中、晶片2、框架6、以及保持片5通过向机台11的热传导而被冷却。
如以上那样，通过向机台11的热传导对暴露在等离子下而被加热的盖19自身进行冷却，此外通过向机台11的热传导也对晶片2、框架6、以及保持片5进行冷却，由此能有效果地防止来自盖19的辐射热给搬运载体5(薄片、框架、晶片)带来的热损伤。
在等离子切割后，用第2驱动机构23B驱动第2驱动杆22B来使盖19从降下位置向上升位置移动。之后，用第1驱动机构23A驱动第1驱动杆22A来使搬运载体4从降下位置向上升位置移动，用未图示的搬运机构将搬运载体4从腔室3搬出。
在本实施方式中，如上述那样，在晶片2的静电吸附使用单极型的第1静电吸附电极24，另一方面对搬运载体4(框架6、保持片5)以及盖19使用双极型的第2静电吸附电极25，由此能提升等离子处理性能和静电吸附性能两者。以下对这一点进行详述。
晶片2通过单极型的第1静电吸附电极24而静电吸附在静电卡盘17。主要通过库伦力静电吸附的单极型的静电吸附电极，在静电吸附力上弱于双极型。但是，由于单极型的静电吸附电极能均匀吸附晶片整面，因此在等离子处理性能的点上优于主要通过流过保持片5以及晶片2的背面的电流所引起的约翰逊-拉贝克力静电吸附的双极型。例如，在进行等离子切割的情况下，将晶片2单片化的前后的吸附力变动、和局部的吸附力的差都是单极型少于双极型。另外，特别在高等离子密度且低偏置功率的自由基反应处于支配性地位的工艺(例如Si蚀刻工艺)的情况下，伴随将晶片2单片化的前后的偏置功率的变化，会出现双极型的静电吸附电极的图案的向基板侧的转印。另一方面，框架6和盖19通过双极型的第2静电吸附电极25静电吸附在静电卡盘17。双极型的静电吸附电极虽然在等离子处理性能的点上逊于单极型，但静电吸附力强过单极型。即，在本发明中，在给等离子处理性能直接带来影响的晶片2的静电吸附中使用单极型的第1静电吸附电极24，另一方面，对与晶片2相比带给等离子处理性能的影响更少的搬运框架6和盖19，使用静电吸附力强的双极型的第2静电吸附电极25。其结果，能提升等离子处理性能和静电吸附性能两者。通过静电吸附性能的提升，能通过向机台的传热有效果地冷却搬运载体4和盖19，能减少来自盖19的辐射热所引起的损伤。
以下说明本发明的其它实施方式。在这些实施方式的说明中，未特别提到的构成和动作与第1实施方式相同。
(第2实施方式)
在图6所示的第2实施方式中，去除了偏置电极27和第2高频电源9B，从电源29对第1静电吸附电极24施加在直流电压叠加了作为偏置电压的高频电压而得到的电压。通过去除第2高频电源9B，能简化静电卡盘17的构成。
(第3实施方式)
在图7所示的第3实施方式中，第2静电吸附电极25仅配置在包含静电卡盘17中的隔着保持片5载置框架6的区域、和晶片2与框架6间的载置保持片5的区域的区域(图7中以标号A3表示)。即，在静电卡盘17中的降下位置的盖19所抵接的区域(图7中以标号A4表示)不设第2静电吸附电极25，盖19相对于静电卡盘17没有被静电吸附。在等离子处理中，通过第2驱动机构23B让盖19被向机台11侧推挤，由此将环状突部19c的接触面19d按压在静电卡盘17的上表面。
本发明并不限定于所述实施方式的构成，能进行各种变更。
例如，能采用通过使机台11相对于固定在腔室3内的盖19升降，来使盖19相对于机台11接触分离的构成。
另外，以ICP型的干式蚀刻装置为例说明了本发明，但本发明还能运用在平行平板型的干式蚀刻装置中。另外，本发明还能运用在限定为干式蚀刻装置的CVD装置这样的其它等离子处理装置中。

Claims (8)

1.一种等离子处理装置，对保持在具备框架和保持片的搬运载体的基板进行等离子处理，
所述等离子处理装置具备：
腔室，其有能减压的内部空间；
工艺气体提供单元，其对所述内部空间提供工艺气体；
减压单元，其对所述内部空间进行减压；
等离子产生单元，其使所述内部空间产生等离子；
机台，其设置在所述腔室内，具有载置所述搬运载体的电极部；
单极型的第1静电吸附电极，其内置在所述电极部中的第1区域，该第1区域是隔着所述保持片载置所述基板的区域；
双极型的第2静电吸附电极，其内置在所述电极部中的第2区域，该第2区域至少包含隔着所述保持片载置所述框架的区域、和所述基板与所述框架间的载置所述保持片的区域，所述双极型的第2静电吸附电极被施加直流电压。
2.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其中，
所述等离子处理装置还具备：
冷却板，其冷却所述电极部。
3.根据权利要求2所述的等离子处理装置，其中，
所述等离子处理装置还具备盖，该盖具有：
主体，其覆盖载置于所述电极部的所述搬运载体的所述保持片和所述框架；和
窗部，其在厚度方向上贯通所述主体而形成，使保持在载置于所述电极部的所述搬运载体的所述基板露出于所述内部空间，
所述盖能与所述机台接触分离。
4.根据权利要求2或3所述的等离子处理装置，其中，
所述第2区域包含所述盖与所述电极部相接的区域。
5.根据权利要求2或3所述的等离子处理装置，其中，
所述第2区域不含所述盖与所述电极部相接的区域，
所述等离子处理装置还具备：
夹紧机构，其将所述盖相对于所述机台按压。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子处理装置，其中，
对所述第1静电吸附电极施加直流电压。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子处理装置，其中，
对所述第1静电吸附电极施加在直流电压上叠加高频电压而得到的电压。
8.一种等离子处理方法，是保持在具备框架和保持片的搬运载体的基板的等离子处理方法，
将保持所述基板的所述搬运载体搬入到等离子处理装置的腔室内并载置在机台的电极部，
以内置在所述电极部的单极型的第1静电吸附电极静电吸附所述基板，
以内置在所述电极部的双极型的第2静电吸附电极至少静电吸附所述框架和所述保持片，
使所述腔室内产生等离子来对所述基板施予等离子处理。
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