CN105140094A - 等离子处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供等离子处理装置及方法，使得保持片在除电处理中不易受到热损伤。等离子处理装置具备：处理室(5)；等离子源(9)，在处理室(5)内产生等离子体；搬运载体(4)，具有保持基板(2)的保持片(6)和以包围基板(2)的方式安装在保持片(6)上的框架(7)；工作台(11)，设置在处理室(5)内，在载置有搬运载体(4)的载置区域具有气体供给孔(29)；静电吸附部(22a)，设置在工作台(11)内，对搬运载体(4)进行静电吸附；及气体供给部(31)，通过经由工作台(11)的气体供给孔(29)供给气体，来辅助搬运载体(4)从工作台(11)脱离。

Description

等离子处理装置及方法
技术领域
本发明涉及一种等离子处理装置及方法。
背景技术
以往，作为等离子处理装置，已知有专利文献1及2中公开的等离子处理装置。在这些等离子处理装置中，在将基板保持在由环状框架和保持片构成的搬运载体上的状态下，对基板进行等离子切割、等离子灰化等离子处理。而且，在进行等离子处理时，通过以罩覆盖环状框架和保持片，不会使环状框架和保持片暴露于等离子体。另外，在进行等离子处理时，保持有基板的搬运载体通过静电吸附紧贴在冷却后的工作台上而被冷却。而且，当等离子处理结束时，解除静电吸附进行除电处理。在除电处理中，在解除了静电吸附的状态下，向处理室内导入除电用气体使其放电，向基板和搬运载体表面照射通过放电生成的电荷。由此，去除(除电)在等离子处理中蓄积在基板和搬运载体上且在等离子处理后也残留在基板和搬运载体上的电荷。通过除电处理来降低搬运载体向工作台的残留吸附力，搬运载体与工作台的分离变得容易。
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
发明内容
然而，在对保持有基板的搬运载体进行除电处理的情况下，有搬运载体受到热损伤的问题。以下，对其具体内容进行说明。
首先，在除电处理时，如前述那样，由于解除了静电吸附，因此，搬运载体处于难以被冷却的状态。若在这种状态下进行除电放电，则基板和搬运载体会由于放电而被加热。
另一方面，构成搬运载体的保持片由树脂材料构成，遇热容易软化，将保持片固定在环状框架上的粘接剂遇热容易变质。
因此，当搬运载体通过除电放电被加热时，搬运载体会受到热损伤，例如保持片伸长(或者变形)、或因粘接材料的粘接性降低而使保持片从环状框架剥落等。若搬运载体受到保持片的伸长、剥落等热损伤，则可能会产生搬运错误等不良情况。
本发明的课题在于，在除电处理时降低搬运载体受到的热损伤。
本发明的第一方面提供一种等离子处理装置，具备：处理室；等离子源，在上述处理室内产生等离子体；搬运载体，具有保持基板的保持片和以包围上述基板的方式安装在保持片上的框架；工作台，设置在上述处理室内，在载置上述搬运载体的载置区域具有气体供给孔；静电吸附部，设置在上述工作台内，对上述搬运载体进行静电吸附；及气体供给部，通过经由上述工作台的气体供给孔供给气体，来辅助上述搬运载体从工作台脱离。
通过该构成，能够通过经由气体供给孔供给的气体形成使搬运载体容易迅速地与工作台分离的状态。因此，能够在保持片受到热损伤之前迅速地将搬运载体搬出。
另外，本发明的第二方面提供一种等离子处理方法，对保持在搬运载体上的基板实施等离子处理，该搬运载体由环状框架和保持片构成，该等离子处理方法包括如下工序：第一工序，将保持有上述基板的上述搬运载体载置于上述工作台；第二工序，使载置于上述工作台的上述搬运载体静电吸附在上述工作台上；第三工序，对上述基板进行等离子处理；及第四工序，解除上述搬运载体的静电吸附，并且进行用于降低上述搬运载体和上述工作台的残留吸附的除电处理；在上述第四工序中或上述第四工序结束后，通过从配置在上述工作台上的气体供给孔供给气体，来辅助上述搬运载体与上述工作台分离。
发明效果
根据本发明，由于经由气体供给孔向保持片和载置面之间供给气体，因此，能够使搬运载体顺利且迅速地与工作台分离。因此，能够在等离子处理后将搬运载体在受到热损伤之前搬出。另外，也能够抑制除电处理所需的高频电力，或者缩短除电时间。
附图说明
图1A是本实施方式的等离子处理装置的概略说明图。
图1B是本实施方式的等离子处理装置的工作台部分的概略说明图。
图2是图1所示的工作台的载置面的概略俯视图。
图3是表示本实施方式的等离子处理工序的说明图。
图4是表示本实施方式的等离子处理的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，以下的说明本质上只是示例性的，并不用于限制本发明、其适用对象或其用途。另外，附图是示意性的，各尺寸的比例与实物不同。
图1A表示本发明的实施方式的等离子处理装置1，图1B表示其工作台部分。该等离子处理装置1是用于对晶圆2(基板)实施等离子处理的装置，具备具有能够减压的内部空间的腔体3。在该腔体3中，能够经由未图示的出入口将搬运载体4搬入和搬出到内部空间即处理室5。
搬运载体4具备将晶圆2保持为能够装卸的保持片6。作为保持片6，例如可以使用所谓的UV胶带：能够弹性伸展并通过粘接力保持晶圆2，而通过照射紫外线使化学特性发生变化，粘接力大幅减小。保持片6的一面由具有粘接性的面(粘接面)构成，另一面由不具有粘接性的面(非粘接面)构成。另外，保持片6较为柔软，其自身容易挠曲而无法维持固定形状。因此，在保持片6的外周缘附近的粘接面上粘贴有大致环状且厚度较薄的框架7(环状框架)。框架7例如为金属制，且具有能够保持其形状的刚性。
在搬运载体4的保持片6上，通过将晶圆2的背面粘贴在粘接面上而保持晶圆2。在保持片6的粘接面中的、由框架7围成的圆形区域的中央配置有晶圆2。具体而言，设定晶圆2相对于保持片6的位置使得圆形区域的中心与晶圆2的中心大致一致。通过将晶圆2配置在圆形区域的中央，在保持片6的晶圆2和框架7之间以一定宽度形成较宽的环形区域。
在等离子处理装置1的封闭腔体3(真空容器)的顶部的电介质壁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(RF：RadioFrequency)电源部10A电连接。另一方面，在腔体3内的底部侧配置有如上所述载置保持有晶圆2的搬运载体4的工作台11。在腔体3的空气导入口3a分别连接有工艺气体源12和灰化气体源13。另一方面，在排气口3b连接有减压机构14，减压机构14包含用于对腔体3内进行真空排气的真空泵和用于调整腔体3内的压力的压力调节阀。
工作台11具备电极部15、配置在电极部15的下方侧的基台部16及包围电极部15和基台部16的外周的外装部17。
电极部15由静电吸盘15b和配置在静电吸盘15b的下方侧的电极部主体15c构成。
静电吸盘15b由陶瓷等电介质材料构成。在静电吸盘15b内，双极性的静电吸附用电极22a(ESC：ElectricStaticChuck)内置于上方侧，高频电极22b内置于下方侧。静电吸附用电极22a与直流电源23电连接。静电吸附用电极22a跨及载置搬运载体4的整个区域地配置。由此，能够静电吸附搬运载体4。高频电极22b与第二高频电源部10B电连接。在俯视观察下，高频电极22b的外周缘部位于比载置在搬运载体4上的晶圆2靠外侧的位置。由此，能够通过产生的等离子体而对晶圆2整体进行蚀刻。
在静电吸盘15b的上表面形成有多个气体供给孔29。在此，气体供给孔29形成有四处。详细而言，如图2(a)所示，分别形成在保持于在静电吸盘上载置的搬运载体4的晶圆2的外周部、即在周向上均等地且与不进行等离子切割的区域对应的静电吸盘的环状区域A。各气体供给孔29与一处气体导入口30连通，由装卸用气体供给源31供给装卸用气体(Ar、He等稀有气体、N2、O2等)。
从气体供给孔29供给装卸用气体如后述那样，在等离子处理后的除电处理之后进行。由此，在静电吸附用电极22a产生的静电吸附被解除的状态下，能够使搬运载体4容易地与载置面18分离。其结果是，能够在保持片6受到来自罩24的辐射热等影响而受到热损伤之前顺利且迅速地进行后述的突出销19对搬运载体4的上推动作。
气体供给孔29可以取代这些图2(a)所示的区域A或在此基础上形成在以下位置。
在图2(b)中，气体供给孔29以在周向上四等分的方式形成在载置于工作台的搬运载体4的保持片6中的、与未被晶圆2及框架7覆盖的露出区域对应的静电吸盘15b的环状区域B的四处。
在图2(c)中，气体供给孔29以在周向上四等分的方式形成在载置于上述工作台的搬运载体4的保持片6中的、与未被框架7覆盖的区域对应的静电吸盘15b的环状区域C的四处。
在图2(d)中，气体供给孔29以在周向上四等分的方式形成在载置于工作台的搬运载体4的保持片6中的、与基板的非元件化区域对应的区域所对应的静电吸盘15b的区域D(测试图案)的四处。非元件化区域除包括测试图案之外，还包括图2(a)所示的与上述区域A对应的基板的外周区域。
另外，气体供给孔29的数量并不限于四处，也可以是三处或者五处以上。而且，图2(a)～(d)所示的气体供给孔29的形成图案也可以任意组合使用。
电极部主体15c由金属(例如铝合金)构成。在电极部主体15c上形成有冷媒流路15a。
电极部15的上表面和外装部17的上表面构成载置保持有晶圆2的搬运载体4的一个水平面即载置面18。在电极部15上沿周向均等地形成有连通上下表面的多个第一贯通孔。突出销19以分别能够升降的方式配置于各第一贯通孔。突出销19在下方位置处其上端面与载置面18齐平而载置搬运载体4，在上方位置处通过向上方突出而使搬运载体4离开载置面18。
外装部17由接地屏蔽材料(具有导电性和耐蚀刻性的金属)构成，在外装部17上，沿周向均等地形成有连通上下表面的多个第二贯通孔。驱动杆26以分别能够升降的方式配置于各第二贯通孔。通过外装部17保护电极部15和基台部16免受等离子体的影响。
搬运载体4以保持片6的保持晶圆2的一面(粘接面6a)朝上的姿势载置于工作台11上，保持片6的非粘接面6b载置于工作台11的载置面18上。搬运载体4通过未图示的搬运机构相对于工作台11的载置面18以预定位置和姿势(包括绕保持片6的圆形区域的中心6c的旋转角度位置)被载置。以下，将该预定位置和姿势记为正常位置。
等离子处理装置1具备用于冷却工作台11的冷却装置20。该冷却装置20具备形成在电极部15内的冷媒流路15a和使控温后的冷媒在冷媒流路中循环的冷媒循环装置21。
在腔体3内具备能够在工作台11的载置面18的上方升降的罩24。罩24的外形轮廓为圆形且具有一定的较薄的厚度，在中央部形成有窗部25。而且，罩24在等离子处理中覆盖搬运载体4的保持片6和框架7以免受等离子体的影响。因此，罩24比搬运载体4的外形轮廓足够大地形成。
罩24的下表面载置于驱动杆26的上端面。驱动杆26由图1A中仅概念性地表示的驱动机构27驱动而升降。罩24通过驱动杆26的升降而进行升降。具体而言，罩24能够定位在载置于工作台11的载置面18的下降位置、上方的第一上升位置以及上方的第二上升位置(最上方位置)。下降位置的罩24在等离子处理中保护保持片6和框架7免受等离子体的影响，但位于不与载置于工作台11的载置面18的搬运载体4的保持片6接触的距离。通过在下降位置处使罩24和保持片6不接触，能够防止通过等离子处理加热后的罩24的热量直接传递给保持片6，并且能够防止保持片6的粘接面与罩24接触而粘到罩24上。
图1A中仅示意性地表示的控制装置28控制构成等离子处理装置1的要素的动作，等离子处理装置1包括第一及第二高频电源部10A，10B、工艺气体源12、灰化气体源13、减压机构14、冷却装置20、直流电源23及驱动机构27。
接着，参照图3和图4对本实施方式的等离子处理装置1的动作进行说明。
如图3(a)所示，使罩24上升至第二上升位置(步骤S1)，如图3(b)所示，通过未图示的搬运机构将在保持片6的圆形区域的中央6c粘贴有晶圆2的搬运载体4搬入到腔体3内，并配置在工作台11的载置面18上的正常位置(步骤S2：搬入处理(第一工序))。
如图3(c)所示，通过驱动机构27对驱动杆26进行驱动，使罩24从第二上升位置下降至下降位置(步骤S3)。当罩24成为下降位置时，搬运载体4的保持片6和框架7被罩24覆盖，且晶圆2从该窗部25露出。但是，在下降位置处，罩24不与保持片6和框架7接触。
从直流电源23对静电吸附用电极22a施加直流电压，通过静电吸附将搬运载体4保持在工作台11的载置面18(电极部15的上端面)上(步骤S4：第二工序)。在该状态下，工作台11被控温在15～20℃，由于搬运载体4与工作台11的载置面18紧贴，因此维持在20℃左右。
如图3(d)所示，执行以下的等离子处理(步骤S5：等离子切割处理和等离子灰化处理(第三工序))。
在等离子切割处理中，从工艺气体源12向腔体3内导入工艺气体(例如SF6)，并且通过减压机构14排气，将处理室5维持在预定压力(例如10Pa)。其后，由高频电源部10A对天线9供给高频电力(例如2000W)而在腔体3内产生等离子体P，并照射到从罩24的窗部25露出的晶圆2。此时，由高频电源部10B对工作台11的电极部15施加偏置电压(例如50W)。另外，通过冷却装置20冷却工作台11(例如20℃)。在晶圆2的表面，在前工序中已经形成有规定芯片区域的抗蚀掩模。当对形成有抗蚀掩模的晶圆2进行等离子处理时，在晶圆2的表面的未被抗蚀掩模保护的部分(切割道)，通过等离子体P中的自由基和离子的物理化学作用，晶圆2被蚀刻。而且，通过持续蚀刻直至到达晶圆2的背面，晶圆2被分割为独立的芯片。
在等离子灰化处理中，从灰化气体源13向腔体3内导入灰化用工艺气体(例如氧气)，并且通过减压机构14排气，将处理室5维持为预定压力(例如10Pa)。之后，由高频电源部10A对天线9供给高频电力(例如2000W)，在腔体3内产生氧等离子体P而照射到从罩24的窗部25露出的晶圆2。通过氧等离子体P的照射将抗蚀掩模从晶圆2的表面完全去除。
在上述等离子处理中，由于搬运载体4通过静电吸附吸附在工作台11的载置面18上，因此，由设置在工作台11上的冷却装置20有效地冷却。在该状态下，相对于罩24温度上升至230℃前后，如前述那样，由于搬运载体4维持被静电吸附在工作台11上的状态，因此控温在30～40℃。
如图3(e)所示，若等离子处理结束，则通过驱动机构27对驱动杆26进行驱动，使罩24从下降位置向第一上升位置移动(步骤S6)。由此，缓和从通过等离子处理等加热后的罩24向搬运载体4的保持片6的辐射热。
接着，停止由直流电源23向静电吸附用电极22a施加直流电压，解除静电吸附(步骤S7)。在该状态下，通过因在等离子处理中带电的晶圆2上残留的电荷产生的残留吸附，仅使突出销19向上运动有可能无法顺利地提升搬运载体4。
因此，如图3(f)所示，由工艺气体源12向腔体3内导入除电用气体而执行除电处理(步骤S8：除电处理(第四工序))。除电用气体能够使用He，Ar等惰性气体，由射频电源部10A对天线9供给高频电力(在此为100W左右)使其放电。此时，通过减压机构14排气，将处理室5维持为预定压力。通过导入的除电用气体去除晶圆2及搬运载体4的残留电荷。
在上述除电处理结束后，从气体供给孔29向载置面18和保持片6之间供给装卸用气体(步骤S9)。在该情况下，从气体供给孔29供给例如流量为50sccm左右的氩气即可。由此，强制地缓和保持片6对载置面18的接触状态。
之后，停止从气体供给孔29供给装卸用气体，如图3(g)所示，使突出销19从下方位置移动至上方位置而上推搬运载体4。由于搬运载体4已经被除电，且通过装卸用气体缓和了载置面18与保持片6之间的接触状态，因此，能够顺利且迅速地进行该上推。被上推的搬运载体4通过未图示的搬运机构从腔体3搬出(步骤S10：搬出处理)。
这样一来，在除电处理后对保持片6和载置面18之间供给装卸用气体，保持片6与载置面18的接触状态被强制缓和。如前述那样，在除电处理时，由于静电吸附用电极22a产生的静电吸附被解除，因此工作台11对搬运载体4的冷却处于不充分的状态。因此，晶圆2及搬运载体4由于除电放电被加热，搬运载体有可能受到热损伤。但是，在本发明中，除了除电处理之外，通过供给装卸用气体辅助搬运载体4与工作台11分离，能够减小除电处理时除电放电中供给的高频电力，或者能够缩短除电放电的处理时间(或者能够同时实现上述两方)。由此，通过除电放电能够降低搬运载体受到的热损伤。例如在不进行装卸用气体的供给而仅在除电处理中使搬运载体离开的情况下，作为除电处理的条件，需要对天线9供给高频电力200W，且需要进行放电时间60秒左右的放电。其结果是，搬运载体的温度上升至超过100℃的温度，产生对搬运载体的热损伤。对此，在进行装卸用气体的供给的情况下，即使在高频电力100W、放电时间10秒左右的低功率且短时间的条件下进行除电处理，也能够实现搬运载体的装卸。因此，搬运载体的温度抑制在100℃以下，也不会产生热损伤。
此外，本发明不限定于上述实施方式所述的构成，能够进行各种变更。
例如在上述实施方式中，在停止装卸用气体的供给之后再使突出销19向上运动，但也可以在持续供给装卸用气体的状态下使突出销19向上运动。
另外，在上述实施方式中，在除电处理结束后，向保持片6和载置面18之间供给装卸用气体，但也可以在除电处理中供给装卸用气体。在该情况下，也可以持续供给装卸用气体，直到突出销19对搬运载体4进行提升时为止。
另外，在上述实施方式中，在除电处理结束后，通过突出销19提升搬运载体4，但也可以在除电处理中提升。在该情况下也同样，也可以持续供给装卸用气体，直到突出销19对搬运载体4进行提升时为止。
另外，在上述实施方式中，使突出销19在下方位置和上方位置之间升降，但也可以停止在下方位置和上方位置之间的微小突出位置。在该情况下，也可以将除电处理以时间序列分为三个阶段(除电1、2、3)，使突出销19的位置随着时间的推移变为下方位置(除电1)、微小突出位置(除电2)、上方位置(除电3)。在该情况下，也可以在除电1至除电3的任一阶段开始供给装卸用气体。
另外，在上述实施方式中，使罩24在除电处理之前移动至上升位置，但也可以在除电处理后移动至上升位置。
另外，在上述实施方式中，从气体供给孔29喷出的装卸用气体全部在相同压力下喷出，但也可以根据场所改变喷出压力。例如气体供给孔29除形成在与框架7对应的区域C之外，至少还形成在其它区域A、B或D的任一区域，优选将区域C的喷出压力设定为比其它区域A、B或D大。
另外，静电吸附用电极不限定于如实施方式那样的双极性，也可以是单极性。
而且，在等离子处理装置1中执行的处理不限定于等离子切割处理和等离子灰化处理，也可以是例如通常的干刻。另外，等离子处理装置1不限定于如实施方式那样的ICP型，也可以为平行平板型。而且，本发明也可以适用于等离子CVD装置等其它等离子处理装置。
附图标记说明
1…等离子处理装置
2…晶圆(基板)
3…腔体
4…搬运载体
5…处理室
6…保持片
7…框架
8…电介质壁
9…天线
10A，10B…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
15a…冷媒流路
15b…静电吸盘
15c…电极部主体
17…外装部
18…载置面
19…突出销
20…冷却装置
21…冷媒循环装置
22a…静电吸附用电极
22b…高频电极
23…直流电源
24…罩
25…窗部
26…驱动杆
27…驱动机构
28…控制装置
29…气体供给孔
30…气体导入孔
31…气体供给源(气体供给部)

Claims (7)

1.一种等离子处理装置，其特征在于，具备：
处理室；
等离子源，在所述处理室内产生等离子体；
搬运载体，具有保持基板的保持片和以包围所述基板的方式安装在保持片上的框架；
工作台，设置在所述处理室内，在载置所述搬运载体的载置区域具有气体供给孔；
静电吸附部，设置在所述工作台内，对所述搬运载体进行静电吸附；及
气体供给部，通过经由所述工作台的气体供给孔供给气体，来辅助所述搬运载体从工作台脱离。
2.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述气体供给孔形成在载置于所述工作台的搬运载体的保持片中的、与未被所述基板及所述框架覆盖的露出区域对应的所述载置区域的位置。
3.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述气体供给孔形成在载置于所述工作台的搬运载体的保持片中的、与所述框架对应的所述载置区域的位置。
4.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述气体供给孔形成在载置于所述工作台的搬运载体的保持片中的、与所述基板的非元件化区域对应的所述载置区域的位置。
5.根据权利要求4所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述基板的非元件化区域为基板的外周部。
6.根据权利要求4所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述基板的非元件化区域为形成在基板上的测试图案。
7.一种等离子处理方法，对保持在搬运载体上的基板实施等离子处理，所述搬运载体由环状框架和保持片构成，所述等离子处理方法的特征在于包含如下工序：
第一工序，将保持有所述基板的所述搬运载体载置于所述工作台；
第二工序，使载置于所述工作台的所述搬运载体静电吸附在所述工作台上；
第三工序，对所述基板进行等离子处理；及
第四工序，解除所述搬运载体的静电吸附，并且进行用于降低所述搬运载体与所述工作台之间的残留吸附力的除电处理，
在所述第四工序中或所述第四工序结束后，通过从配置在所述工作台上的气体供给孔供给气体，来辅助所述搬运载体与所述工作台分离。
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