JP2003151957A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板を十分な静電保持力で保持して不
具合を防止することができるプラズマ処理装置およびプ
ラズマ処理方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 回路形成面に保護テープ６ａが貼着され
たシリコンウェハ６のプラズマ処理を行うプラズマ処理
装置において、導電金属で製作された下部電極３の上面
の載置面３ｄに、保護テープ６ａを載置面３ｄに向けて
シリコンウェハ６を載置する。プラズマ処理において静
電吸着用ＤＣ電源部１８によってＤＣ電圧を下部電極３
に印加することによりシリコンウェハ６を下部電極３に
吸着保持する際には、保護テープ６ａを静電吸着の誘電
体として利用する。これにより、誘電体を極力薄くする
ことができ、シリコンウェハ６を十分な静電保持力で保
持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェハな
どの半導体基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置
及びプラズマ処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置に用いられるシリコンウェハ
の製造工程では、半導体装置の薄型化にともない基板の
厚さを薄くするための薄化加工が行われる。この薄化加
工は、シリコン基板の表面に回路パターンを形成した後
に、回路形成面の裏面を機械研磨することによって行わ
れ、研磨加工後には機械研磨によってシリコン基板の研
磨面に生成されたダメージ層をエッチングにより除去す
ることを目的として、プラズマ処理が行われる。

【０００３】このプラズマ処理に際しては、シリコンウ
ェハは処理対象面（裏面）を上向きにした姿勢で保持す
る必要があるため、シリコンウェハは回路形成面側を基
板載置部の載置面に向けた姿勢で保持される。このと
き、回路形成面には回路が直接載置面に接触してダメー
ジを受けるのを防止する目的で保護テープが貼着され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなシリコンウ
ェハを保持する方法として、静電吸着による方法が知ら
れている。この方法は、導電体の表面が薄い絶縁層で覆
われた基板載置部にシリコンウェハを載置し、導電体に
直流電圧を印加して基板載置部の表面を静電吸着面と
し、シリコンウェハと絶縁層の下の導電体との間にクー
ロン力を作用させることによってシリコンウェハを基板
載置部に保持するものである。

【０００５】ところが、前述の保護テープが貼着された
状態のシリコンウェハを静電吸着によって保持する場合
には、クーロン力は絶縁層に加えて絶縁性の保護テープ
を介在させた状態で作用するため、保護テープを介さず
に直接シリコンウェハを静電吸着面に密着させた場合と
比較して静電吸着力が低く十分な保持力が得られない場
合があった。この他にも、シリコンウェハの表面に封止
用や配線用等の目的で樹脂層が形成され、この樹脂層側
を静電吸着面に密着させて静電吸着するような場合にお
いても同様な問題が発生する。

【０００６】そこで本発明は、半導体基板を十分な静電
保持力で保持して不具合を防止することができるプラズ
マ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のプラズマ
処理装置は、表面に絶縁層を有する半導体基板のプラズ
マ処理を行うプラズマ処理装置であって、少なくとも一
部に導電体が露呈した載置面が設けられ前記半導体基板
が絶縁層側をこの載置面に向けて載置される基板載置部
と、前記半導体基板を前記載置面に静電吸着によって保
持する静電吸着手段と、前記載置面に載置された半導体
基板を処理するためにプラズマを発生するプラズマ発生
手段とを備え、前記半導体基板の絶縁層を静電吸着手段
の誘電体として利用する。

【０００８】請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求
項１記載のプラズマ処理装置であって、前記絶縁層が、
半導体基板の表面に貼り付けられた樹脂テープである。

【０００９】請求項３記載のプラズマ処理方法は、表面
に絶縁層を有する半導体基板を基板載置部の載置面の少
なくとも一部に静電吸着によって保持した状態でプラズ
マ処理を行うプラズマ処理方法であって、前記載置面を
導電体とし、前記半導体基板の絶縁層側を前記基板載置
部の載置面に向けて載置し前記絶縁層を静電吸着手段の
誘電体として利用することにより半導体基板を前記載置
面に静電吸着する。

【００１０】請求項４記載のプラズマ処理方法は、請求
項３記載のプラズマ処理方法であって、前記絶縁層が、
半導体基板の表面に貼り付けられた樹脂テープである。

【００１１】本発明によれば、基板載置部の載置面を導
電体とし、半導体基板の絶縁層側をこの載置面に向けて
載置して半導体基板の絶縁層を静電吸着手段の誘電体と
して利用して半導体基板を載置面に静電吸着することに
より、半導体基板を十分な静電保持力で保持することが
できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に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のプラ
ズマ処理装置の断面図、図２は本発明の一実施の形態の
プラズマ処理装置の基板載置部の断面図、図３は本発明
の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図、図４は本
発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における静電吸
着力を示すグラフ、図５は本発明の一実施の形態のプラ
ズマ処理方法のフロー図、図６，図７は本発明の一実施
の形態のプラズマ処理方法の工程説明図、図８は本発明
の一実施の形態のプラズマ処理装置の基板載置部を示す
図である。

【００１３】まず図１、図２を参照してプラズマ処理装
置について説明する。図１において、真空チャンバ１の
内部はプラズマ処理を行う処理室２となっており、処理
室２内部には、下部電極３および上部電極４が上下に対
向して配設されている。下部電極３は下方に延出した支
持部３ａによって真空チャンバ１に電気的に絶縁された
状態で装着され、また上部電極４は上方に延出した支持
部４ａによって真空チャンバ１と導通した状態で装着さ
れている。上部電極４の下面には、プラズマ発生用ガス
を吹き出すガス吹出部（図示省略）が形成されており、
ガス吹き出し部はフッ素系ガスまたはフッ素系ガスを主
体とするプラズマ発生用ガスを供給するプラズマ発生用
ガス供給部（図示省略）に接続されている。

【００１４】下部電極３は導電金属によって製作されて
おり、下部電極３の上面は処理対象物の半導体基板であ
るシリコンウェハ６（図２）の平面形状と略同一形状で
あり、半導体基板を載置する載置面３ｄとなっている。
したがって下部電極３は、導電体が露呈した載置面が設
けられ半導体基板が載置される基板載置部となってい
る。ここでシリコンウェハ６は、回路形成面の裏側を機
械研磨によって研磨された直後の状態であり、図２に示
すようにシリコンウェハ６の回路形成面に貼着された保
護テープ６ａを下部電極３の載置面３ｄに向け、機械研
磨面を上向きにした状態で載置される。そして機械研磨
面をプラズマ処理することにより、研磨加工によって生
成したダメージ層が除去される。

【００１５】保護テープ６ａは、ポリオレフィン、ポリ
イミド、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁体の樹
脂を１００μｍ程度の厚みの膜に形成した樹脂テープで
あり、粘着材によりシリコンウェハ６の回路形成面に貼
着される。シリコンウェハ６に貼着された保護テープ６
ａは、回路形成面（表面）に形成された絶縁層となって
おり、後述するようにこの絶縁層はシリコンウェハ６を
静電吸着する際の誘電体として機能する。

【００１６】真空チャンバ１の側面には基板搬出入用の
ゲートバルブ１ａが設けられておりゲートバルブ１ａは
ゲート開閉機構（図示省略）によって開閉する。真空チ
ャンバ１にはバルブ開放機構７を介して排気用ポンプ８
が接続されており、バルブ開放機構７を開放状態にして
排気用ポンプ８を駆動することにより、真空チャンバ１
の処理室２内部が真空排気される。そして大気開放機構
９を開状態にすることにより、処理室２内に大気が導入
されて真空が破壊される。

【００１７】大気開放機構９は、外気をそのまま真空チ
ャンバ１内に導入するものでもよいが、湿気を多く含ん
だ気体を使用すると湿気が真空チャンバ１の内壁に付着
し、次回の真空排気に長時間を要してしまうおそれがあ
る。従って、好ましくは除湿処理が行われた乾燥空気
や、チッソガス等の湿気が少ない気体を導入するものが
よい。

【００１８】図２に示すように、下部電極３には上面に
開口する吸着孔３ｅが多数設けられており、吸着孔３ｅ
は下部電極３の内部に設けられた吸引孔３ｂに連通して
いる。吸引孔３ｂはガスライン切り換え開閉機構１１を
介して真空吸着ポンプ１２に接続されており、ガスライ
ン切り換え開閉機構１１は、図１に示すようにＮ₂ガス
供給部１３及びＨｅガス供給部１４に接続されている。
ガスライン切り換え開閉機構１１を切り換えることによ
り、吸引孔３ｂを真空吸着ポンプ１２，Ｎ₂ガス供給部
１３及びＨｅガス供給部１４に選択的に接続させること
ができる。

【００１９】吸引孔３ｂが真空吸着ポンプ１２と連通し
た状態で真空吸着ポンプ１２を駆動することにより、吸
着孔３ｅから真空吸引し載置面３ｄに載置されたシリコ
ンウェハ６を真空吸着して保持する。したがって吸着孔
３ｅ、吸引孔３ｂ、真空吸着ポンプ１２は載置面３ｄに
開口した吸着孔３ｅから真空吸引することにより板状基
板を真空吸着して載置面３ｄに保持する真空保持手段と
なっている。

【００２０】また、吸引孔３ｂをＮ₂ガス供給部１３ま
たはＨｅガス供給部１４に接続させることにより、吸着
孔３ｅからシリコンウェハ６の下面に対してチッソガス
またはヘリウムガスを噴出させることができるようにな
っている。後述するように、チッソガスはシリコンウェ
ハ６を載置面３ｄから強制的に離脱させる目的のブロー
用ガスであり、ヘリウムガスはプラズマ処理時にシリコ
ンウェハの冷却を促進する目的で用いられる熱伝達用の
ガスである。

【００２１】また下部電極３には冷却用の冷媒流路３ｃ
が設けられており、冷媒流路３ｃは冷却機構１０と接続
されている。冷却機構１０を駆動することにより、冷媒
流路３ｃ内を冷却水などの冷媒が循環し、これによりプ
ラズマ処理時に発生した熱によって昇温した下部電極３
や下部電極３上の保護テープ６ａが冷却される。冷媒流
路３ｃおよび冷却機構１０は、基板載置部である下部電
極３を冷却する冷却手段となっている。

【００２２】下部電極３は、マッチング回路１６を介し
て高周波電源部１７に電気的に接続されている。高周波
電源部１７を駆動することにより、接地部１９に接地さ
れた真空チャンバ１と導通した上部電極４と下部電極３
の間には高周波電圧が印加され、これにより処理室２内
部でプラズマ放電が発生する。マッチング回路１６は、
処理室２内でプラズマを発生させるプラズマ放電回路と
高周波電源部１７のインピーダンスを整合させる。下部
電極３，上部電極４および高周波電源部１７は、載置面
に載置されたシリコンウェハ６をプラズマ処理するため
のプラズマを発生するプラズマ発生手段となっている。

【００２３】なお、ここではプラズマ発生手段として、
対向した平行平板電極（下部電極３および上部電極４）
間に高周波電圧を印加する方式例を示しているが、これ
以外の方式、例えば処理室２の上部にプラズマ発生装置
を設け、ダウンフロー方式で処理室２内にプラズマを送
り込むような方式でもよい。

【００２４】また下部電極３には、ＲＦフィルタ１５を
介して静電吸着用ＤＣ電源部１８が接続されている。静
電吸着用ＤＣ電源部１８を駆動することにより、図３
（ａ）に示すように下部電極３の表面には、負電荷が蓄
積される。そしてこの状態で図３（ｂ）に示すように高
周波電源部１７を駆動して処理室２内にプラズマを発生
させることにより（図中付点部２０参照）、載置面３ｄ
に載置されたシリコンウェハ６と接地部１９とを接続す
る直流印加回路２１が処理室２内のプラズマを介して形
成され、これにより、下部電極３，ＲＦフィルタ１５，
静電吸着用ＤＣ電源部１８，接地部１９，プラズマ、シ
リコンウェハ６を順次結ぶ閉じた回路が形成され、シリ
コンウェハ６には正電荷が蓄積される。

【００２５】そして下部電極３に蓄積された負電荷とシ
リコンウェハ６に蓄積された正電荷との間にはクーロン
力が作用し、このクーロン力によってシリコンウェハ６
は誘電体としての保護テープ６ａを介して下部電極３に
保持される。このとき、ＲＦフィルタ１５は、高周波電
源部１７の高周波電圧が静電吸着用ＤＣ電源部１８に直
接印加されることを防止する。下部電極３，静電吸着用
ＤＣ電源部１８は、板状基板であるシリコンウェハ６を
載置面３ｄに静電吸着によって保持する静電吸着手段と
なっている。なお、静電吸着用ＤＣ電源部１８の極性は
正負逆でもよい。

【００２６】ここで図４を参照して、静電吸着力につい
て説明する。クーロン力による吸着力Ｆは、Ｆ＝１／２
ε（Ｖ／ｄ）２ によって与えられる。ここで、εは誘
電体の誘電率、Ｖは印加される直流電圧、ｄは誘電体の
厚みである。図４は、樹脂で製作された保護テープ６ａ
をシリコンウェハ６に貼着し、この保護テープ６ａを静
電吸着における誘電体として用いた場合の静電吸着力
を、印加するＤＣ電圧との関係で示している。

【００２７】ここでは、保護テープ６ａの樹脂材質とし
てポリオレフィン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタ
レートの３種類を用い、それぞれ１００μｍの厚み寸法
で製作した場合の計算例を曲線ａ，ｂ，ｃでそれぞれ示
している。曲線ｄは、基板載置面にアルミナの絶縁層を
２００μｍの厚み寸法で形成し、静電吸着の誘電体とし
て用いて保護テープのないシリコンウェハを静電吸着し
た場合の静電吸着力を比較のために示したものである。

【００２８】図４に示すように、ポリオレフィンの例で
は従来のアルミナ絶縁層の場合とほぼ同等の吸着力とな
っており、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートの
２種類の材質を用いた場合には、アルミナ絶縁層を用い
た場合に得られる吸着力よりも大きな吸着力が得られる
ことを示している。

【００２９】すなわち、従来のプラズマ処理装置におい
て静電吸着を行う場合に必要とされた下部電極上に絶縁
層の形成を行うことなく、しかも良好な吸着力を実現す
ることが可能となっている。さらに、熱伝導率のよくな
いアルミナなどの絶縁層を介さずに保護テープを直接下
部電極３の表面に接触させることから、良好な冷却効果
が得られ、保護テープ６ａやシリコンウェハ６への熱ダ
メージを軽減できる。

【００３０】このプラズマ処理装置は上記のように構成
されており、以下プラズマ処理方法について図５のフロ
ーに沿って図６，図７を参照しながら説明する。図５に
おいて、先ず処理対象物であるシリコンウェハ６が処理
室２内に搬送され（ＳＴ１）、下部電極３の載置面３ｄ
上に載置される（載置工程）。このときシリコンウェハ
６は薄くて撓みやすいことから、図６（ａ）に示すよう
に反りを生じて載置面３ｄとの間に隙間を生じた状態で
載置される場合がある。この後ゲートバルブ１ａが閉じ
られ（ＳＴ２）、真空吸着ポンプ１２を駆動することに
より、図６（ｂ）に示すように、吸着孔３ｅ、吸引孔３
ｂを介して真空吸引し、シリコンウェハ６の真空吸着状
態がＯＮとなる（ＳＴ３）。これにより、図６（ｃ）に
示すようにシリコンウェハ６は載置面３ｄに密着した状
態で真空吸着により保持される（保持工程）。

【００３１】次いで排気用ポンプ８を駆動して処理室２
内を真空排気するとともにプラズマ発生用ガスを上部電
極４のガス吹出部より供給する（ＳＴ４）。この後静電
吸着用ＤＣ電源部１８を駆動して、ＤＣ電圧の印加をＯ
Ｎし（ＳＴ５）、高周波電源部１７を駆動してプラズマ
放電を開始する（ＳＴ６）。これにより、図７（ａ）に
示すように下部電極３上のシリコンウェハ６と上部電極
４の下面の間の空間にはプラズマが発生し、シリコンウ
ェハ６を対象としたプラズマ処理が行われる（プラズマ
処理工程）。このプラズマ処理においては、下部電極３
とシリコンウェハ６との間には静電吸着力が発生し（図
３（ｂ）参照）、シリコンウェハ６は下部電極３に静電
吸着力により保持される。

【００３２】この後、ガスライン切り替え開閉機構１１
を駆動して真空吸着をＯＦＦし（ＳＴ７）、バックＨｅ
導入が行われる（ＳＴ８）。すなわち、真空吸引による
シリコンウェハ６の下部電極３への保持を解除した後
に、Ｈｅガス供給部１４から伝熱用のヘリウムガスを吸
引孔３ｂを介して供給し、図７（ａ）に示すように吸着
孔３ｅからシリコンウェハ６の下面に対して噴出させ
る。このプラズマ処理においては、下部電極３は冷却機
構１０によって冷却されており、プラズマ処理によって
昇温したシリコンウェハ６の熱を伝熱性に富む気体であ
るヘリウムガスを介して下部電極３に伝達することによ
り、シリコンウェハ６の冷却が効率よく行われる。

【００３３】そして所定のプラズマ処理時間が経過して
放電を終了したならば（ＳＴ９）、バックＨｅを停止し
（ＳＴ１Ｏ）、図７（ｂ）に示すように真空吸着を再び
ＯＮする（ＳＴ１１）。これにより、プラズマ放電が終
了することにより消失した静電吸着力に替えて、真空吸
着力によってシリコンウェハ６が載置面３ｄに保持され
る。

【００３４】この後、静電吸着用ＤＣ電源部１８を停止
してＤＣ電圧をＯＦＦにし（ＳＴ１２）、大気開放機構
９を駆動して処理室２内の大気開放を行う（ＳＴ１
３）。

【００３５】この後、再びガスライン切り替え開閉機構
１１を駆動して真空吸着をＯＦＦし（ＳＴ１４）、次い
でウェハブローを行う（ＳＴ１５）。すなわち図７
（ｃ）に示すようにチッソガスを吸引孔３ｂを介して供
給して吸着孔３ｅから噴出させる。これにより、シリコ
ンウェハ６を下部電極３の載置面３ｄから離脱させる。
そしてゲートバルブ１ａを開状態にし（ＳＴ１６）、シ
リコンウェハ６を処理室２の外部に搬送したならば（Ｓ
Ｔ１７）、ウェハブローをＯＦＦし（ＳＴ１８）、プラ
ズマ処理の１サイクルを終了する。

【００３６】上記説明したように、本実施の形態に示す
プラズマ処理においては、処理室２内でプラズマが発生
し、静電吸着力が生じるまでの間のシリコンウェハ６の
下部電極３へ保持を真空吸着によって行うようにしたも
のである。これにより、シリコンウェハ６のような薄く
て撓みやすい板状基板を対象とする場合においても、常
にシリコンウェハ６を下部電極３の載置面３ｄに密着さ
せて適切に保持することができる。したがって、密着性
不良の場合に下部電極３の上面とシリコンウェハ６の下
面の隙間に生じる異常放電や、冷却不良によるシリコン
ウェハ６の過熱を防止することができる。

【００３７】なお下部電極として、載置面３ｄの全範囲
が導電体で形成された下部電極３の代わりに、図８に示
すような下部電極３’を用いてもよい。この例では、図
８（ａ）に示すように載置面３’ｄが半導体基板である
シリコンウェハ６よりも大きくシリコンウェハ６のサイ
ズからはみ出す外縁部に所定幅の絶縁部３’ｆが形成さ
れている。絶縁部３’ｆは、アルミナなどのセラミック
で形成され、載置面３’ｄに載置されるシリコンウェハ
の形状に応じて平面形状が決定される。図８（ｂ）、
（ｃ）は、シリコンウェハの方向を示すオリエンタルフ
ラットがない場合、オリエンタルフラットがある場合の
それぞれの場合の絶縁部３’ｆの形状例を示している。

【００３８】このような下部電極３’を用いることによ
り、シリコンウェハを載置した状態で、下部電極３’上
面の導電体が直接プラズマに対して露呈されることがな
く、下部電極３’の載置面上でのプラズマ放電をより均
一に発生させることができるという利点がある。

【００３９】なお、上記実施の形態では、シリコンウェ
ハ６に貼着される樹脂の保護テープ６ａを絶縁層として
静電吸着の誘電体とする例を示したが、この他にも、シ
リコンウェハの表面に封止用や配線用等の目的で形成さ
れる絶縁樹脂層を静電吸着面に密着させて静電吸着する
ような場合においても、本発明を適用することができ
る。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、基板載置部の載置面を
導電体とし、半導体基板の絶縁層側をこの載置面に向け
て載置して半導体基板の絶縁層を静電吸着手段の誘電体
として利用して半導体基板を載置面に静電吸着すること
により、半導体基板を十分な静電保持力で保持すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断
面図

【図２】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の基
板載置部の断面図

【図３】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断
面図

【図４】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置にお
ける静電吸着力を示すグラフ

【図５】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法のフ
ロー図

【図６】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法の工
程説明図

【図７】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法の工
程説明図

【図８】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の基
板載置部を示す図

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ２ 処理室 ３ 下部電極 ４ 上部電極 ６ シリコンウェハ ８ 排気用ポンプ １２ 真空吸着ポンプ １３ Ｎ₂ガス供給部 １４ Ｈｅガス供給部 １７ 高周波電源部 １８ 静電吸着用ＤＣ電源部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺山 純一 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 AA16 BA04 EB08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に絶縁層を有する半導体基板のプラズ
   マ処理を行うプラズマ処理装置であって、少なくとも一
   部に導電体が露呈した載置面が設けられ前記半導体基板
   が絶縁層側をこの載置面に向けて載置される基板載置部
   と、前記半導体基板を前記載置面に静電吸着によって保
   持する静電吸着手段と、前記載置面に載置された半導体
   基板を処理するためにプラズマを発生するプラズマ発生
   手段とを備え、前記半導体基板の絶縁層を静電吸着手段
   の誘電体として利用することを特徴とするプラズマ処理
   装置。
2. 【請求項２】前記絶縁層が、半導体基板の表面に貼り付
   けられた樹脂テープであることを特徴とする請求項１記
   載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】表面に絶縁層を有する半導体基板を基板載
   置部の載置面に静電吸着によって保持した状態でプラズ
   マ処理を行うプラズマ処理方法であって、前記載置面の
   少なくとも一部を導電体とし、前記半導体基板の絶縁層
   側を前記基板載置部の載置面に向けて載置し前記絶縁層
   を静電吸着手段の誘電体として利用することにより半導
   体基板を前記載置面に静電吸着することを特徴とするプ
   ラズマ処理方法。
4. 【請求項４】前記絶縁層が、半導体基板の表面に貼り付
   けられた樹脂テープであることを特徴とする請求項３記
   載のプラズマ処理方法。