CN1249777C - 等离子体处理装置及等离子体处理方法 - Google Patents
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Abstract
在一种用于对硅晶片(6)实施等离子体处理的等离子体处理装置中，该硅晶片(6)具有粘附于电路形成面上的保护带(6a)，且该硅晶片(6)安装于一安装表面(3d)上，该安装表面设置于由导电金属形成的下电极(3)的上表面上，且保护带(6a)转向该安装表面(3d)。当一直流电压藉由供静电吸附用的直流电源部(18)施加于下电极(3)上以在等离子体处理中吸附且固定该硅晶片(6)于该下电极(3)上时，该保护带(6a)被用作供静电吸附用的介电材料。因而，该介电材料可尽量地薄，且该硅晶片(6)可被足够的静电保持力固定。
Description
技术领域
本发明涉及一种等离子体处理装置以及一种等离子体处理方法，其中等离子体处理是在诸如硅晶片的半导体衬底上加以实施的。
背景技术
以制造将用于半导体器件中的硅晶片的过程中，实施减小衬底厚度的薄化作业，并减小半导体器件的厚度。该薄化作业是通过在硅衬底表面上形成电路图案，且接着机械抛光电路形成面的背面来予以实施的。在抛光作业之后，为了藉由蚀刻去除在硅衬底的抛光表面上由机械抛光产生的受损层，则实施等离子体处理。
该等离子体处理中，该硅晶片是以欲被处理的表面(背面)朝上的姿态被固定的。基此，该硅晶片以电路形成面转向衬底安装部的安装表面的姿态固定。此时，将一保护带粘附于该电路形成面上，以防止电路因与该安装表面直接接触而受损。
作为固定该硅晶片的方法，已知一种利用静电吸附的方法。该方法中，该硅晶片安装于衬底安装部上，其中一导体的表面涂覆有薄绝缘层，直流(DC)电压施加于该导体，以使该衬底安装部的表面成为静电吸附表面，且库仑(coulomb)力施加于该硅晶片和设置于绝缘层之下的导体之间，故将该硅晶片固定于该衬底安装部中。
然而，在通过静电吸附固定具有粘附于其上的保护带的硅晶片情况下，除该绝缘层外，该库仑力也与另设置的绝缘保护带相作用。与硅晶片直接密封式地结合于该静电吸附表面而无保护带的情况相比，该静电吸附力较小且在某些情况无法获得足够的保持力。同时，为了在硅晶片表面上密封或布线而形成树脂层且该树脂层侧面密封地结合于该静电吸附表面以实施静电吸附的情况下，会产生相同的问题。
发明内容
因此，本发明的一目的在于提供一种等离子体处理装置及一种等离子体处理方法，其可藉由足够的静电保持力，固定半导体衬底，以消除缺陷。
为此，本发明一方面提供一种等离子体处理装置，用于对半导体衬底实施等离子体处理，该半导体衬底在表面上具有一绝缘层，该装置包含：衬底安装部，其设置有安装表面，该安装表面具有暴露于该安装表面的至少一部分的导体，并作用为将半导体衬底以绝缘层侧转向该安装表面的方式安装；用来通过静电吸附将半导体衬底固定于安装表面上的静电吸附装置；以及等离子体发生装置，用于产生等离子体，以处理安装在安装表面上的半导体衬底；其中，半导体衬底的所述绝缘层用作供静电吸附用的介电材料。
本发明另一方面提供一种等离子体处理方法，用于在表面上具有绝缘层的半导体衬底藉由静电吸附固定于衬底安装部的安装表面上的状态下实施等离子体处理，该方法包括下列步骤：将安装表面的至少一部分设为导体，且使该导体接触该绝缘层，同时该半导体衬底的绝缘层侧转向该衬底安装部的安装表面，由此进行安装；向衬底安装部施加高频电压和DC电压，产生等离子体，由此对该半导体衬底实施等离子体处理；其中，在实施该等离子体处理步骤中，半导体衬底藉由库仑力而被静电吸附于该安装表面上，该库仑力是利用绝缘层为用于静电吸附的介电材料，在储存在该半导体衬底中的电荷和储存在该安装表面中的电荷之间产生的。
在用于对硅晶片实施等离子体处理的等离子体处理装置中，该硅晶片具有粘附于电路形成面上的保护带，且该硅晶片安装于一安装表面上且保护带转向安装表面，该安装表面设置于由导电金属形成的下电极的上表面上。当一DC电压藉由用于静电吸附的DC电源部施加到下电极上，以在等离子体处理过程中吸附且固定该硅晶片于下电极上时，该保护带作为供静电吸附用的介电材料(dielectric)。因而，该介电材料可尽量地薄，且该硅晶片可被足够的静电保持力固定。
附图说明
图1为显示根据本发明实施例的等离子体处理装置的剖面图；
图2为显示根据本发明实施例的等离子体处理装置的衬底安装部的剖面图；
图3(a)及3(b)为显示根据本发明实施例的等离子体处理装置的剖视图；
图4为显示根据本发明实施例例的等离子体处理装置中的静电吸附力的曲线；
图5为显示根据本发明实施例的等离子体处理方法的流程图；
图6(a)至6(c)是说明根据本发明实施例的等离子体处理方法的处理过程的视图；
图7(a)至7(c)为说明根据本发明实施例的等离子体处理方法的视图；及
图8(a)至8(c)是显示根据本发明实施例的等离子体处理方法的衬底安装部的视图。
具体实施方式
下文，参考附图，将详述本发明的实施例。图1为显示根据本发明实施例的等离子体处理装置的剖视图；图2为显示根据本发明实施例的等离子体处理装置的衬底安装部的剖面图；图3为显示根据本发明实施例的等离子体处理装置的剖视图；图4为显示根据本发明实施例的等离子体处理装置中的静电吸附力的曲线；图5为显示根据本发明实施例的等离子体处理方法的流程图；图6和图7是说明根据本发明实施例的等离子体处理方法的处理过程的视图；以及图8是显示根据本发明实施例的等离子体处理方法的衬底安装部的视图。
首先，参考图1和2，将详述该等离子体处理装置。图1中，真空室1的内部作为实施等离子体处理的处理室2，且下电极3和上电极4在处理室2中彼此垂直相对。该下电极3经由一向下延伸的支撑部3a以电绝缘状态连结至该真空室1，此外，该上电极4经由一向上延伸的支撑部4a以导电状态连结至该真空室1。
该下电极3以一种导电金属制得，且该下电极3的上表面具有与硅晶片6的平面形状几乎相同的形状(图2)，该硅晶片为一待处理的半导体衬底，且下电极的上表面作为用于在其上安装半导体衬底的安装表面3d。因此，该下电极3作为一衬底安装部，该衬底安装部设置有一安装表面，一导体暴露于该安装表面，并用以在其上安装半导体衬底。该硅晶片6在一电路形成表面的背侧经机械抛光之后随即加以设置，且保护带6a粘附于该硅晶片6的电路形成表面，以防止该电路形成表面遭受在如图2所示的机械抛光过程中所产生的冲击。该硅晶片6以保护带6a一侧转向该下电极3的安装表面3d且该机械抛光过的表面转向上的状态设置于该安装部的安装表面上。在该安装状态中，提供一绝缘层，该绝缘层接触将作为导体的安装表面。该机械抛光过的表面经受该等离子体处理，以便去除由抛光作业所产生的受损层。
该保护带6a为一种树脂带，其通过将利用聚烯烃、聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯为材料的绝缘树脂形成一具有大约100μm厚度的膜来形成，且用胶粘剂粘附于硅晶片6的电路形成表面。粘附于该硅晶片6的保护带6a为形成于该电路形成面(表面)上的绝缘层，且该绝缘层如在下文将详述的在将硅晶片6静电吸附于该安装表面上中作为介电材料。
用于供衬底输送进/出的闸阀(gate valve)1a设置于该真空室1的侧表面。该闸阀1a由闸开关机构(图中未示)开启或关闭。排气泵8经由一阀开启机构7而连接至该真空室1。当阀开启机构7进入开启状态以驱动该排气泵8时，该真空室1中的处理室2的内部被抽真空。当空气开启机构9进入一开启状态时，空气被导入该处理室2，故该真空便不复存在。
如图2所示，开口到上表面的多个吸附孔3e设置于下电极3上，且与下电极3中设置的吸入孔3b相连通。如图1所示，该吸入孔3b经由气体管路转换开关机构11连接至真空吸附泵12，且该气体管路转换开关机构11连接至氮气进给部13和氦气进给部14。藉由切换该气体管路转换开关机构11，该吸入孔3b可被选择性地连接至该真空吸附泵12、该氮气进给部13以及该氦气进给部14。
当该真空吸附泵12以该吸入孔3b连通该真空吸附泵12的状态被驱动时，真空吸入经由该吸附孔3e而实施，且安装于该安装表面3d上的该硅晶片6经历真空吸附，故被固定住。基此，该吸附孔3e、吸入孔3b和真空吸附泵12用作真空固持装置，用来经由开口向安装表面3d的吸附孔3e实施真空吸入，由此真空吸附该板状衬底，将衬底固定于该安装表面3d上。
此外，该吸入孔3b连接至该氮气进给部13或该氦气进给部14，故氮气或氦气可自该吸附孔3e喷向该硅晶片6的下表面。如下文将详述的，该氮气为用来吹气的气体，以迫使该硅晶片6从安装表面3d上卸下；而氦气为一种供热交换的气体，用以在等离子体处理过程中促进硅晶片的冷却。
供产生等离子体用的气体进给部30(作用为供给产生等离子体的气体)经由一气体进给控制部31连接至该真空室1的处理室2。该气体进给控制部31是由控制用于产生等离子体的气体供给至该真空室1的转换阀以及控制流动速量的流量调节阀构成的。一种主要包含氟系气体的气体通常作为用于产生等离子体的气体，且为了去除由抛光作业所形成的受损层，以主要包含SF6(六氟化硫)的气体用于等离子体处理是优选的。
此外，供冷却用的制冷剂通道3c是设置于该下电极3中。该制冷剂通道3c连接至一冷却机构10。藉由驱动该冷却机构10，诸如冷却水的制冷剂于该制冷剂通道3c中循环，由此冷却下电极3和粘附于该下电极3上的保护带6a，它们的温度由等离子体处理过程中所产生的热而升高。制冷剂通道3c和冷却机构10作为供冷却将为衬底安装部的下电极3的冷却装置。
该下电极3经由匹配电路16电连接至一高频电源部17。藉由驱动该高频电源部17，一高频电压施予该上电极4和该下电极3之间，上电极和下电极导通至该真空室1，该真空室1接地于一接地部19上。故而，于处理室2中产生等离子体放电。该匹配电路16匹配用于在处理室2内产生等离子体的等离子体放电电路和该高频电源部17的阻抗。该下电极3、上电极4以及该高频电源部17作为等离子体发生装置，用于产生等离子体，以对该安装表面上所设置的该硅晶片6实施等离子体处理。
虽然已经将高频电压施于相对平行的平板电极(该下电极3和上电极4)之间的方法的示例描述为等离子体发生装置，也可以利用其他方法，例如，将等离子体发生装置设置于处理室2的上部以经由下降流使等离子体进给入该处理室2的方法。
此外，供静电吸附的DC电源部18经由RF滤波器15连接至该下电极3。如图3(a)所示，藉由驱动用于静电吸附的直流电源部1，DC电压施加于该下电极3，由此负电荷储存于该下电极3的表面上。在该状态中，随后，该高频电源部17被驱动，以于该处理室2中产生等离子体，如图3(b)所示者(参见图中的虚线部20)。因此，经由该处理室2中的等离子体，形成直流施加电路21，将该安装表面3d上所安装的硅晶片6连接至该接地部19。故形成随后连接下电极3、RF滤波器15、用于静电吸附的直流电源部18、接地部19、等离子体以及硅晶片6的闭合电路，且，正电荷储存于该硅晶片6中。
一库仑力在下电极3中所储存的负电荷和硅晶片6中所储存的正电荷间作用。藉由该库仑力，该硅晶片6经由将为介电材料的保护带6a而固定于该下电极3中。此时，该RF滤波器15防止该高频电源部17的高频电压直接施予用于静电吸附的直流电源部18。该下电极3和用于静电吸附的直流电源部18作为静电吸附装置，用于通过静电吸附将作为板状衬底的硅晶片6固定于安装表面3d上。用于静电吸附的直流电源部18的极性可以颠倒而为阳性或阴性。
参考图4，将详述一静电吸附力。由库仑力获得的吸附力F由F＝1/2ε(V/d)2表示，其中ε表示介电材料的介电常数，V表示欲施加的DC电压，而d表示该介电材料的厚度。图4显示静电吸附力和欲施加的直流电压间的关系，该关系是在树脂制得的保护带6a粘附于该硅晶片6上且作为该静电吸附中的介电材料的情况下获得的。
三种树脂材料、例如，聚烯烃、聚酰亚胺以及聚对苯二甲酸乙二醇酯用于保护带6a，它们制造成100μm厚度的计算示例分别以曲线a、b和c示出。为了比较，曲线d显示了厚度200μm的铝土绝缘层形成于衬底安装表面上并用作供静电吸附的介电材料以静电吸附不具有保护带的硅晶片时所得到的静电吸附力。
如图4所示，在聚烯烃的示例中，该吸附力几乎等于已知的铝土绝缘层情况中的。在使用两种材料，例如，聚亚酰胺以及聚对苯二甲酸乙二醇酯的情况中，得到的吸附力比利用铝土绝缘层所得到的大。
更具体言之，不需于下电极上形成一绝缘层，该绝缘层为已知等离子体处理装置中实施静电吸附所必需的；再者，可以实施绝佳的吸附力。此外，该保护带是直接与该下电极3的表面接触，而没有例如具有低导热性的铝土的绝缘层。因此，可获得绝佳的冷却效果，且可舒缓保护带6a和硅晶片6的热损害。
该等离子体处理装置如上所述构成。下文将参考图6和7，根据图5中的流程，详述等离子体处理方法。图5中，首先，作为待处理目标的硅晶片6输送入该处理室2中(ST1)，且安装于该下电极3的安装表面3d上(安装步骤)。此时，因为该硅晶片6为薄且柔软的，在某些情况下，便如图6(a)中所示，产生一翘曲，由此安装以在该硅晶片6和该安装表面3d间产生—空隙的方式进行。接着，该闸阀1a关闭(ST2)且该真空吸附泵12被驱动。如图6(b)中所示，因而，经由该吸附孔3e和吸入孔3b进行真空吸入，从而该硅晶片6的真空吸附状态便启动(ST3)。如图6(c)中所示，由此该硅晶片6以与该安装表面3d密封接触状态，被该真空吸附固定住(固定步骤)。
接着，该排气泵18被驱动，以使该处理室2成为真空，且该气体进给控制部31运作，以将用于产生等离子体的气体进给入该处理室2中(ST4)。然后，该供静电吸附用的DC电源部18被驱动，以启动直流电压的施加(ST5)，且该高频电源部17被驱动，以开始等离子体放电(ST6)。如图7(a)中所示，因此，在下电极3上安装的该硅晶片6和上电极4的下表面之间的空间产生等离子体，从而进行对该硅晶片6的等离子体处理(等离子体处理步骤)。在该等离子体处理中，于该下电极3和该硅晶片6之间产生静电吸附力(参见图3(b))，且藉由该静电吸附力，硅晶片6固定于下电极3中。
其后，该气体管路转换开关机构11被驱动，以关闭该真空吸附(ST7)，并进行背面(back)氦气的导入(ST8)。具体地说，如图7(a)所示，借助真空吸入而固定于该下电极3中的硅晶片6被释放，然后用于热传导的氦气接者自该氦气进给部14经由该吸入孔3b而进给，并从该吸附孔3e喷向该硅晶片6的下电极。在该等离子体处理中，下电极3乃藉由冷却机构10冷却，且硅晶片6的热量经由作为具有良好热传导特性气体的氦气传导至该下电极3，其中硅晶片6的温度由于等离子体处理而升高。因此，该硅晶片6可被有效地冷却。
如果经过预定的等离子体处理时间且该放电已完成(ST9)，停止供给该背面氦气以及用于产生等离子体的气体(ST10)，且如图7(b)中所示，该真空吸附再次地被启动(ST11)。
因此，该硅晶片6藉由该真空吸附力而固定于该安装表面3d上，该真空吸附力取代完成等离子体放电后所消除的静电吸附力。
接着，用于静电吸附的DC电源部18被停止，以关闭该直流电压(ST12)，且该空气开启机构9被驱动，以于该处理室2中进行大气开启(ST13)。
之后，该气体管路转换开关机构11被再次驱动，以关闭该真空吸附(ST14)。随之，完成晶片吹气(ST15)。更具体而言，如图7(c)中所示，氮气经由该吸入孔3b进给，且由此从该吸附孔3e喷出。因此，该硅晶片6自该下电极3的安装表面3d移去。接着，当该闸阀1a进入开启状态(ST16)且该硅晶片6被转送至该处理室2外(ST17)时，该晶片吹气被关闭(ST18)，且完成一个等离子体处理周期。
如上所述，根据本实施例的等离子体处理中，于该处理室2中产生等离子体，故在产生静电吸附力前，硅晶片6藉由真空吸附力固定于该下电极3中。而且，在欲用例如硅晶片6的薄且柔软板状衬底的情况中，该硅晶片6可持续密封地结合该下电极3的安装表面3d，且可因此适当地被固持住。于是，可以防止在密封结合失败的情况下在下电极3的上表面和硅晶片6的下表面之间的空隙产生不正常放电，并防止该硅晶片6因冷却失败而过热。
取代其中整个安装表面3d由导体形成的下电极3，可以将如图8中所示的下电极3′用作下电极。本示例中，如图8(a)中所示，具有预定宽度的绝缘部3′f形成于外缘部中，其中安装表面3′d大于将作为半导体衬底的硅晶片6且从该硅晶片6的大小突出。该绝缘部3′f由诸如铝土的陶瓷制成，且其平面形状取决于将安装于该安装表面3′d上的硅晶片的形状而定。图8(b)和8(c)显示了在如下的每种情况中的绝缘部3′f形状的示例，即，在无指示硅晶片方向的定向平面的情况和有定向平面的情况。
藉由利用这种下电极3′，可以获得设置于下电极3′的上表面上的导体不以所安装的硅晶片直接暴露于等离子体且可在该下电极3′的安装表面上产生更均匀的等离子体放电的优点。
虽然已经在实施例中描述了粘附于硅晶片6的树脂保护带6a为供静电吸附用的作为绝缘层的介电材料的示例，可以将绝缘树脂层密封地结合到该安装表面上，该绝缘树脂层形成为密封硅晶片的电路形成面或者绝缘数值层设置成在电路形成面上形成另外的布线层，并将该绝缘树脂层用作供该静电吸附的介电材料。
工业应用性
根据本发明，使得衬底安装部的安装表面成为导体，且该半导体衬底以绝缘层侧转向该安装表面来安装；而且，该半导体衬底的绝缘层用作静电吸附用的介电材料，以静电方式将半导体衬底吸附于该安装表面上。故而，该半导体衬底可藉由足够的静电保持力予以固定。
Claims (21)
1.一种等离子体处理装置，用于对半导体衬底实施等离子体处理，该半导体衬底在表面上具有一绝缘层，该装置包含：
衬底安装部，其设置有安装表面，该安装表面具有暴露于该安装表面的至少一部分的导体，并作用为将半导体衬底以绝缘层侧转向该安装表面的方式安装；
用来通过静电吸附将半导体衬底固定于安装表面上的静电吸附装置；以及
等离子体发生装置，用于产生等离子体，以处理安装在安装表面上的半导体衬底；
其中，半导体衬底的所述绝缘层用作供静电吸附用的介电材料。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，该绝缘层为粘附于该半导体衬底的表面上的树脂带。
3.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其中，该树脂带的材料为聚烯烃、聚酰亚胺以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种。
4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，半导体衬底为具有电路形成面的硅晶片，且该绝缘层为用于保护该电路形成面的保护带。
5.如权利要求4所述的等离子体处理装置，其中，该保护带的材料为聚烯烃、聚酰亚胺以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种。
6.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，该半导体衬底为具有电路形成面的硅晶片，且该绝缘层为绝缘树脂层，其形成为密封该电路形成面。
7.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，该半导体衬底为具有电路形成面的硅晶片，且该绝缘层为绝缘树脂层，其设置成在该电路形成面上形成一布线层。
8.如权利要求1所述的等离子体处理装置，还包括真空固持装置，用于经由开向该安装表面的吸附孔的真空吸入来真空吸附该半导体衬底，且固定该安装表面上的该半导体衬底，并且在等离子体由等离子体发生装置产生之前，半导体衬底藉由该真空固持装置固定于该安装表面上。
9.如权利要求1所述的等离子体处理装置，还包括冷却装置，用来冷却衬底安装部。
10.如权利要求8所述的等离子体处理装置，还包括热传导气体进给装置，用于进给气体以将热传递至吸附孔。
11.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，安装部包括比半导体衬底大的安装表面，安装表面的暴露有导体的部分设置于该安装表面的中央部，且在其外侧从半导体衬底突出的外缘部由绝缘体形成。
12.一种等离子体处理方法，用于在表面上具有绝缘层的半导体衬底藉由静电吸附固定于衬底安装部的安装表面上的状态下实施等离子体处理，该方法包括下列步骤：
将安装表面的至少一部分设为导体，且使该导体接触该绝缘层，同时该半导体衬底的绝缘层侧转向该衬底安装部的安装表面，由此进行安装；
向衬底安装部施加高频电压和DC电压，产生等离子体，由此对该半导体衬底实施等离子体处理；
其中，在实施该等离子体处理步骤中，半导体衬底藉由库仑力而被静电吸附于该安装表面上，该库仑力是利用绝缘层为用于静电吸附的介电材料，在储存在该半导体衬底中的电荷和储存在该安装表面中的电荷之间产生的。
13.如权利要求12所述的等离子体处理方法，其中，绝缘层为粘附于该半导体衬底的表面的树脂带。
14.如权利要求13所述的等离子体处理方法，其中，树脂带的材料为聚烯烃、聚酰亚胺以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种。
15.如权利要求12所述的等离子体处理方法，其中，该半导体衬底为具有电路形成面的硅晶片，且该绝缘层为用于保护该电路形成面的保护带。
16.如权利要求15所述的等离子体处理方法，其中，保护带的材料为聚烯烃、聚酰亚胺以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种。
17.如权利要求12所述的等离子体处理方法，其中，该半导体衬底为具有电路形成面的硅晶片，且该绝缘层为绝缘树脂层，其形成为密封该电路形成面。
18.如权利要求12所述的等离子体处理方法，其中，该半导体衬底为具有电路形成面的硅晶片，且该绝缘层为绝缘树脂层，其设置成在该电路形成面上形成一布线层。
19.如权利要求12所述的等离子体处理方法，还包括真空固持装置，用于经由开向该安装表面的吸附孔的真空吸入，真空吸附该半导体衬底，且将半导体衬底固定于安装表面上，并且至少在产生等离子体之前，该半导体衬底藉由该真空固持装置固定于该安装表面上。
20.如权利要求12所述的等离子体处理方法，还包括冷却装置，用于冷却衬底安装部，在由冷却装置冷却该绝缘层的同时实施等离子体处理。
21.如权利要求19所述的等离子体处理方法，其中，用于供给热传导用的气体的热传导气体进给装置设置为通过该吸附孔传送气体，并在半导体衬底被静电吸附于该安装表面上之时，停止真空固持装置的真空固持，且用于热传导的气体被供给至该吸附孔。
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