JP2001196360A

JP2001196360A - ワークのプラズマ処理方法

Info

Publication number: JP2001196360A
Application number: JP2000007420A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Arita; 潔有田; Hiroshi Haji; 宏土師; Tetsuhiro Iwai; 哲博岩井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-01-17
Filing date: 2000-01-17
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェハの回路パターンに含まれるＭＯＳトラ
ンジスタなどの半導体素子がプラズマ処理中に受ける電
気的ダメージを軽減できるワークのプラズマ処理方法を
提供することを目的とする。【解決手段】回路パターンの形成面を下面にして誘電
体４２を介在させてワーク１５を下部電極部３上に載置
し、下部電極部３が設けられた真空チャンバ１内にプラ
ズマを発生させることにより、機械研削処理が施された
表面のストレス層をエッチングして除去する。上部電極
部２と下部電極部３の間の電位差のかなりの部分は誘電
体４２に負担されるので、回路パターンに含まれるＭＯ
Ｓトランジスタなどの素子容量を有する半導体素子が受
ける電気的ダメージはそれだけ軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェハなどの表面
のエッチングやクリーニングなどを行うためのワークの
プラズマ処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ウェハなどのワークのエッチングやクリ
ーニングのためにプラズマ処理を施すことが知られてい
る。図７（ａ）は従来のプラズマ処理装置の概略構成
図、図７（ｂ）は従来のプラズマ処理装置の等価回路
図、図７（ｃ）は従来のプラズマ処理装置の電位図であ
る。

【０００３】図７（ａ）において、真空チャンバ１００
内には上部電極部１０１と下部電極部１０２が間隔をお
いて配設されている。上部電極部１０１はアース部１０
３に接地されており、また下部電極部１０２は高周波電
源１０４に接続されている。プラズマ処理対象物である
ウェハ１０５は下部電極部１０２上に載置されている。
ウェハの表面には回路パターンが形成されている。この
回路パターンはＭＯＳトランジスタなどの半導体素子を
含んでいる。ウェハ１０５は、回路パターンの形成面を
下面にして下部電極部１０２上に載置されている。真空
チャンバ１００内にプラズマ発生用ガスを供給し、上部
電極部１０１と下部電極部１０２の間に高周波電圧を印
加すると、真空チャンバ１００内にプラズマが発生し、
イオンや電子等がウェハ１０５の上面に衝突してプラズ
マ処理が行われる。

【０００４】図７（ｂ）は図７（ａ）の等価回路を示す
ものである。真空チャンバ１００内にプラズマを発生さ
せると、上部電極部１０１から下部電極部１０２へプラ
ズマ電流Ｉが流れる。プラズマ電流Ｉの値は、プラズマ
からウェハ１０５に入射する正電荷のイオンと負電荷の
電子との入射バランスによって決まる。Ｖａはこのとき
のウェハ１０５の電位、Ｃはウェハ１０５の回路パター
ンに含まれるＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜などの
素子容量、Ｖｂは下部電極部１０２の電位である。

【０００５】図７（ｃ）において、素子容量Ｃには（Ｖ
ａ−Ｖｂ）の大きな電圧がかかり、ＭＯＳトランジスタ
などの半導体素子には大きな電界が生じ、このため素子
容量を有するＭＯＳトランジスタなどの半導体素子は電
気的なダメージを受け、最悪の場合は破壊される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
プラズマ処理手段では、ウェハなどのワークの内部に大
きな電界が生じ、ＭＯＳトランジスタなどの素子容量を
有する半導体素子が電気的に破壊されてしまいやすいと
いう問題点があった。殊に、ウェハの薄形化やウェハの
機械研削面（回路パターンの形成面と反対側の面）に生
じたストレス層（薄形化等のための機械研削によってク
ラックが発生した層）の除去のためには、ウェハの全面
を深くエッチングする必要があり、このためには電源電
圧を大きくする必要がある。ところが電源電圧を大きく
すると、プラズマ電流の値が大きくなり、その結果ウェ
ハにかかる電圧（Ｖａ−Ｖｂ）も大きくなり、電気的ダ
メージも大きくなってしまう。かといって、電源電圧を
小さくすると、エッチングレートが小さくなって深くエ
ッチングするのにきわめて多大な時間を要する。したが
って、従来のプラズマ処理装置は、このようにウェハの
全面を深くエッチングするような用途に使用するのは困
難若しくは事実上不可能であった。

【０００７】したがって本発明は、ウェハなどのワーク
の回路パターンに含まれる半導体素子が受ける電気的ダ
メージを軽減し、電気的破壊を防止できるワークのプラ
ズマ処理方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上部電極部と
下部電極部を備えた真空チャンバの下部電極部上にワー
クをその回路パターンの形成面を下面にして載置し、上
部電極部と下部電極部の間に高周波電圧を印加すること
によりプラズマを発生させて前記ワークの表面をプラズ
マ処理するプラズマ処理方法であって、前記下部電極部
と前記ワークの間に誘電体を介在させることを特徴とす
るワークのプラズマ処理方法である。

【０００９】また本発明は、一方の面に回路パターンが
形成され、他方の面に機械研削処理が施されたワークの
プラズマ処理方法であって、ワークをその回路パターン
の形成面を下面にして誘電体を介在させて真空チャンバ
に設けられた下部電極部上に載置し、上部電極部と下部
電極部の間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ
ることにより、前記機械研削処理が施された上面のスト
レス層をエッチングして除去することを特徴とするワー
クのプラズマ処理方法である。

【００１０】上記構成によれば、プラズマ処理中に発生
する電位差のかなりの部分は誘電体により負担されるの
で、ワークが負担する電位差はそれだけ小さくなり、ワ
ークの回路パターンに含まれる半導体素子が受ける電気
的ダメージを軽減し、電気的破壊を防止できる。且つま
た、上部電極部と下部電極部の間隔を小さくするなどし
てエッチングレートを大きくしても半導体素子が受ける
電気的ダメージは小さいので、ワーク全面の深いエッチ
ングが必要なウェハの薄形化処理やウェハの機械研削面
に生じたストレス層の除去処理などのためのプラズマ処
理を作業性よく行うことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態にお
けるプラズマ処理装置の全体構成を示す断面図、図２は
本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の部分
拡大断面図、図３は本発明の一実施の形態におけるプラ
ズマ処理装置の第２の電極部の吸引孔を示す平面図、図
４は本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の
第２の電極部の冷媒路を示す底面図、図５（ａ）は本発
明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の概略構成
図、図５（ｂ）は本発明の一実施の形態におけるプラズ
マ処理装置の等価回路図、図５（ｃ）は本発明の一実施
の形態におけるプラズマ処理装置のワークの電位図、図
６は本発明の一実施の形態におけるウェハの拡大側面図
である。

【００１２】図１において、真空チャンバ１の内部には
上部電極部２と下部電極部３が間隔Ｔをおいて上下に配
設されている。上部電極部２はアース部４に接地されて
いる。下部電極部３は高周波電源５に接続されている。
上部電極部２と下部電極部３の間に高周波電圧を印加す
ると、この間にプラズマが発生する。上部電極部２と下
部電極部３の平面形状は円形である。

【００１３】上部電極部２は、アルミニウムなどの導電
体から成るベース部６と、ベース部６の下部に装着され
た板状の絶縁体７から成っている。絶縁体７はガス吹出
部となるものであり、ガス吹出孔となる貫通孔８がその
全面に多数開孔されている。絶縁体７は、石英などの絶
縁物から成っている。

【００１４】ベース部６と絶縁体７の間にはガス導入部
としての狭い空隙部９が確保されている。図２におい
て、空隙部９の天井面（ベース部６の下面側の表面）は
絶縁部１３で覆われている。絶縁部１３は、セラミック
スを溶射したり、あるいは絶縁板を装着するなどして構
成される。この絶縁部１３は、ベース部６の下面と、こ
の下面が対向する下部電極部３の上面の間に、貫通孔８
を通じて高電流のアーク放電Ｄが発生してプラズマ生成
が不調になるのを防止する。

【００１５】図１において、ベース部６の中央部には上
方へ突出する取付部１０が突設されており、取付部１０
は受部１１を介して真空チャンバ１の上壁に上下動自在
に装着されている。取付部１０には空隙部９に通じる孔
路１２が形成されており、孔路１２にはガス供給部３０
が接続されている。

【００１６】ガス供給部３０は、例えばＣＦ₄（４フッ
化炭素）とＯ₂（酸素）の混合ガスなどのプラズマ発生
用ガスを真空チャンバ１に供給する。ガス供給部３０内
のプラズマ発生用ガスは、孔路１２を通して空隙部９へ
送られ、複数（多数）の貫通孔８から下部電極部３へ向
って均等に吹出される。したがって、このような電極部
がガス吹出し部を兼務する構造にしたことにより、プラ
ズマ処理に必要なプラズマ発生用ガスを、電極部２、３
の間に効率よく吹出すことができる。

【００１７】図１および図２において、絶縁体７の外縁
部には外縁体１４が装着されている。外縁体１４は、セ
ラミックスなどの耐熱性が大きく、またプラズマ中のイ
オン等によりエッチングされにくい耐フッ素系の絶縁物
から成っている。外縁体１４はリング状であって、その
先端部は先鋭な鋭角のエッジを有するテーパ部であり、
その外面は中央部側へテーパ状に後退する後退面１４ａ
になっている。このように上部電極部２の外縁部の外面
に後退面１４ａを形成することにより、上部電極部２と
真空チャンバ１の内壁面との距離Ｌを実質的に大きく
し、その間に異常な放電が発生しないようにしている。

【００１８】次に、下部電極部３を説明する。下部電極
部３は、アルミニウムなどの導電体から成るベース部２
０と、ベース部２０の上面に装着された比熱の小さい物
質（例えば鋼材などの単体の金属ブロック）から成る載
置部２１と、載置部２１の外縁部に装着されたリング状
の外縁体２２から成っている。載置部２１には、プラズ
マ処理対象物であるウェハやプリント基板などのワーク
１５が載置される。ベース部２０から下方へ突出する取
付部２３は、真空チャンバ１の下壁に受部２４を介して
装着されている。

【００１９】本実施の形態のワーク１５はウェハであ
る。図６において、ワーク１５の一方の面（図６におい
て下面）には回路パターンが形成されている。回路パタ
ーンにはＭＯＳトランジスタなどの半導体素子が含まれ
ており、半導体素子はゲート酸化膜などによる素子容量
Ｃを有している。ワーク（ウェハ）１５の他方の面（図
６において上面）は、機械研削処理が施されており、そ
の結果、この面にはクラック４０が生じている。この裏
面のクラック４０が生じている部分をストレス層４１と
いう。機械研削は、ウェハの薄形化等のために施され
る。ストレス層４１の厚さは、一般に４〜５μｍ程度で
ある。このストレス層４１をエッチングにより除去す
る。なお、クラックはウェハが破損する原因となるか
ら、ストレス層は除去することが望ましい。

【００２０】ワーク１５の表面（回路パターンの形成
面）には誘電体として絶縁シート４２が剥離自在に貼着
されている。絶縁シート４２は例えばポリオレフィンシ
ートである。ワーク１５は表面（回路パターンの形成
面）を下面にして、絶縁シート４２を介在させて下部電
極部３上に載置される。勿論、誘電体は下部電極部３上
に設けてもよい。

【００２１】図１および図２において、載置部２１は円
板体であって、その厚さ方向の中央部には細い孔路２５
が格子状に形成されており（図３）、孔路２５の交差部
には孔路２５に連通する吸着孔２６が多数マトリクス状
に開孔されている。孔路２５や吸着孔２６は孔部２７を
通して真空ポンプ３１に連通している。したがって真空
ポンプ３１が駆動することにより、ワーク１５は載置部
２１上に真空吸着して固定される。このように孔路２５
や吸着孔２６を載置部２１の全面に均等に形成すること
により、ワーク１５を吸着孔２６にしっかり真空吸着で
きる。

【００２２】この場合、吸着孔２６によるワーク１５の
吸着力が真空チャンバ１の真空圧よりも相対的に小さい
と、ワーク１５を吸着孔２６にしっかり吸着できず、ワ
ーク１５はがたついてしまう。したがって吸着孔２６の
真空圧が真空チャンバ１の真空圧よりも小さくなるよう
に（すなわち吸着孔２６の吸着力を真空チャンバ１の吸
引力よりも大きくし、これにより真空チャンバ１の真空
圧のためにワーク１５が浮き上るなどしてがたつかない
ように）、制御部３４で各真空ポンプ３１、３３（いず
れも後述）を制御する。なお従来のプラズマ処理装置で
は、ワークは一般に、高価な静電気手段により電極部に
吸着して保持していたものであり、そのため製造コスト
がきわめて高かったものである。

【００２３】載置部２１の下部には細い冷媒路２８が形
成されている。図４に示すように、冷媒路２８は載置部
２１の全面に極力均等に分布するように形成されてお
り、取付部２３に形成された孔部２９を通して冷却装置
３２に接続されている。冷却装置３２から送られた冷水
などの冷媒は冷媒路２８を流れ、ベース部２０や載置部
２１を冷却する。このように冷媒路２８を載置部２１の
全面に極力均等に分布するように形成することにより、
載置部２１全体や載置部２１の上面に吸着孔２６に吸着
されて密着したワーク１５全体を均一に冷却できる。ま
た、載置部２１は、金属などの比熱の小さい物質にて単
体のブロックとして形成されているので、冷媒により効
果的に冷却することができる。

【００２４】外縁体２２は上部電極部２の外縁体１４と
同材質、同形状のものであって、その外面に中央部側へ
テーパ状に後退する後退面２２ａを形成することによ
り、下部電極部３と真空チャンバ１の内壁面との距離Ｌ
を実質的に大きくしている。また外縁体１４、２２の外
面を後退面１４ａ、２２ａにすることにより、外面同士
の距離Ｌ’を実質的に大きくし、その間に放電が発生し
にくいようにしている。図１において、３３は真空ポン
プであり、真空チャンバ１の内部を真空吸引する。３４
は制御部であり、真空ポンプ３１、３３などの破線で接
続した各要素を制御する。また図示しないが、真空チャ
ンバ１や吸着孔２６の真空圧を測定する圧力センサが適
所に設けられており、制御部３４は圧力センサの測定信
号に基づいて真空ポンプ３１、３３などを制御する。

【００２５】図１において、取付部１０はシリンダ１７
のロッド１８にアーム１９を介して連結されている。ロ
ッド１８を突没させると、上部電極部２は上下動し、下
部電極部３との間隔Ｔの大きさが調整される。このよう
に間隔Ｔの大きさを調整自在にすることにより、この間
隔Ｔに発生するプラズマ密度を調整してエッチングレー
トを変更することができる。なお、間隔Ｔが小さい程プ
ラズマ密度は高くなってエッチングレートは大きくな
る。したがってワーク１５の表面を深くエッチングする
ような場合は、間隔Ｔを小さくしてプラズマ密度を高く
する。またワーク１５を出し入れ手段（図外）により真
空チャンバ１に出し入れするときは、間隔Ｔを大きくす
ることにより、ワーク１５を下部電極部３上に難なく移
載することができ、またこれからピックアップして取り
出すことができる。なお本実施の形態では、上部電極部
２を上下動させることにより、間隔Ｔの大きさを調整し
ているが、下部電極部３を上下動させて間隔Ｔの大きさ
を変更するようにしてもよい。またシリンダ１７が間隔
調整手段となるものであるが、間隔調整手段としてはシ
リンダ１７に限らず、送りねじ機構などでもよい。また
シリンダ１７などの間隔調整手段は、望ましくは制御部
３４で制御する。

【００２６】このプラズマ処理装置は上記のような構成
より成り、次にプラズマ処理動作について説明する。図
１において、載置部２１上にワーク１５を載置し、真空
ポンプ３１によりワーク１５を吸着してワーク１５がが
たつかないようにした後、真空ポンプ３３を駆動して真
空チャンバ１の内部を真空吸引する。この場合、上述し
たように、真空ポンプ３１によるワーク１５の吸着力を
真空ポンプ３３による吸引力よりも大きくし、プラズマ
処理中にワーク１５が浮き上るなどしてがたつかないよ
うにする。またガス供給部３０からプラズマ発生用ガス
を孔路１２を通して供給して貫通孔８から下方へ吹出さ
せ、下部電極部３のベース部２０に高周波電圧を印加す
る。すると上部電極部２と下部電極部３の間にプラズマ
が発生し、ワーク１５の上面にイオンや電子等などが衝
突してプラズマ処理（エッチングやクリーニングなど）
が行われる。

【００２７】図５（ａ）はプラズマ処理装置の概略構成
を示しており、また図５（ｂ）はその等価回路を示して
いる。真空チャンバ１内にプラズマを発生させると、上
部電極部２から下部電極部３へプラズマ電流Ｉが流れ
る。このプラズマ電流Ｉの値は、プラズマからウェハへ
入射する電子とイオンの入射バランスによって決まる。
Ｖａはこのときのワーク（ウェハ）１５の電位、Ｃはワ
ーク１５の下面に形成された回路パターンに含まれるＭ
ＯＳトランジスタなどの半導体素子の素子容量、Ｖｃは
誘電体電位、Ｃ’は誘電体４２の容量、Ｖｂは下部電極
部電位である。

【００２８】図５（ｃ）はその電位分布を示している。
全電位差のうち、（Ｖａ−Ｖｃ）を半導体素子が負担
し、（Ｖｃ−Ｖｂ）は誘電体４２が負担する。Ｖｃの大
きさは、誘電体４２の種類・厚さなどにより自由に変更
できる。したがって（Ｖａ−Ｖｃ）を小さくし、（Ｖｃ
−Ｖｂ）を大きくして、半導体素子の負担分を極力小さ
くすることにより、半導体素子が受ける電気的なダメー
ジを大巾に軽減し、その破壊を防止できる。

【００２９】さて、図２において、上部電極部２と下部
電極部３の間にはプラズマが発生するが、後退面１４
ａ、２２ａと真空チャンバ１の内壁面との距離Ｌは大き
く、また後退面１４ａと後退面２２ａの距離Ｌ’も大き
い。したがって上部電極部２と下部電極部３の間には異
常な放電は発生せず、また高周波電源５に接続された下
部電極部３と真空チャンバ１の間にも異常な放電は発生
せず、下部電極部３と真空チャンバ１の内壁面は短絡し
ない。したがってプラズマは第１の電極部２と第２の電
極部３の間に閉じ込められ、ワーク１５の上面のプラズ
マ処理は安定的に行われる。

【００３０】以上のように、上部電極部２と下部電極部
３の外縁部である外縁体１４、２２の外面を後退面１４
ａ、２２ａとしたことにより異常な放電（短絡）は発生
しにくい。したがって、上部電極部２と下部電極部３の
間隔Ｔを小さくし、あるいは下部電極部３に高電圧を印
加し、上部電極部２と下部電極部３の間に発生するプラ
ズマの密度を高くしてエッチングレート（エッチング
力）を大きくし、速やか且つ強力にプラズマ処理するこ
とができる。因みに、本発明者の実験結果によれば、上
記間隔Ｔは、従来のものの１／４以下にすることができ
た（従来のものの間隔Ｔ’は一般に４０ｍｍ以上、本発
明によれば間隔Ｔは１０ｍｍ以下にすることが可能）。
また外縁体１４、２２を耐熱性が大きく、またエッチン
グされにくいセラミックスなどの素材により形成したこ
とにより、外縁体１４、２２の劣化損耗を防止できる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ウ
ェハなどのワークの回路パターンに含まれるＭＯＳトラ
ンジスタなどの半導体素子が、その素子容量のために電
気的なダメージを受けて破壊されるのを防止しながら、
プラズマ処理を行うことができる。また電極部に印加す
る高周波電圧を大きくしたり、あるいは上部電極部と下
部電極部の間隔を小さくするなどしてエッチングレート
を大きくしても半導体素子は電気的ダメージを受けない
ので、ワーク全面の深いエッチングが必要なウェハの薄
形化処理やウェハの機械研削面に生じたストレス層の除
去処理のためのプラズマ処理装置として特に有利であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装
置の全体構成を示す断面図

【図２】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装
置の部分拡大断面図

【図３】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装
置の第２の電極部の吸引孔を示す平面図

【図４】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装
置の第２の電極部の冷媒路を示す底面図

【図５】（ａ）本発明の一実施の形態におけるプラズマ
処理装置の概略構成図（ｂ）本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置
の等価回路図（ｃ）本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置
の電位図

【図６】本発明の一実施の形態におけるウェハの拡大側
面図

【図７】（ａ）従来のプラズマ処理装置の概略構成図（ｂ）従来のプラズマ処理装置の等価回路図（ｃ）従来のプラズマ処理装置の電位図

【符号の説明】

１真空チャンバ２上部電極部３下部電極部１５ワーク（ウェハ）４０クラック４１ストレス層４２絶縁シート（誘電体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩井哲博大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5F004 AA06 AA07 BA07 BB13 BB30 DB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上部電極部と下部電極部を備えた真空チャ
ンバの下部電極部上にワークをその回路パターンの形成
面を下面にして載置し、上部電極部と下部電極部の間に
高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させて
前記ワークの表面をプラズマ処理するプラズマ処理方法
であって、前記下部電極部と前記ワークの間に誘電体を
介在させることを特徴とするワークのプラズマ処理方
法。
【請求項２】前記誘電体は、前記回路パターンの形成面
に剥離自在に貼着されたシートであることを特徴とする
請求項１記載のワークのプラズマ処理方法。
【請求項３】一方の面に回路パターンが形成され、他方
の面に機械研削処理が施されたワークのプラズマ処理方
法であって、ワークをその回路パターンの形成面を下面
にして誘電体を介在させて真空チャンバに設けられた下
部電極部上に載置し、上部電極部と下部電極部の間に高
周波電圧を印加してプラズマを発生させることにより、
機械研削処理が施された上面のストレス層をエッチング
して除去することを特徴とするワークのプラズマ処理方
法。
【請求項４】前記誘電体は、前記回路パターンの形成面
に剥離自在に貼着されたシートであることを特徴とする
請求項３記載のワークのプラズマ処理方法。