JP2006165136A - エッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライエッチング処理の前後の工程を簡単、安価に済ませることができるエッチング方法を提供する。
【解決手段】エッチング対象基板４、４’をドライエッチング装置１０、１０’を用いてドライエッチング処理するエッチング方法であり、基板４、４’を支持するための支持基板６及び弾性材料からなる放熱シート（放熱シリコーンゴムシート５、５’、導電性シリコーンゴムシート５０等）を準備し、放熱シート（５、５’、５０等）を基板４、４’と支持基板６との間に挟着して基板４、４’と支持基板６に密着させた積層体を形成し、該積層体を、装置１０、１０’における基板支持電極３にセットし、基板４、４’にドライエッチング処理を施す。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エッチング対象基板をプラズマによるドライエッチング装置を用いてドライエッチング処理するエッチング方法に関する。

今日、半導体デバイス等の微細加エデバイスの作製にあっては、シリコンウェハー等の基板を、エッチングパターンを形成した膜（例えば、エッチングパターンを形成したＳｉＯ₂ 膜のような誘電体膜）をマスクにしてエッチング加工する工程が実施され、このエッチング加工には、誘導結合プラズマ等のプラズマを用いたドライエッチング加工が広く利用されている。

プラズマを用いたドライエッチング処理では、通常、減圧雰囲気中でプラズマを発生させ、発生したプラズマによってエッチング対象基板をエッチング加工する。
このドライエッチングの際に、プラズマとの化学反応熱やプラズマ粒子の衝突エネルギー等によって基板が加熱され過ぎると、例えば酸化シリコン膜のようなマスクのエッチングレートが加速されたり、エッチング対象基板のアンダーエッチングが大きくなったりして所望の加工ができなくなる。

そこで、プラズマによるドライエッチング装置においては、冷却用媒体としての不活性ガスをエッチング対象基板とその支持部材との間に供給して基板を冷却することで、安定した加工を行えるようにすることが提案されている（例えば、特開平２００３−１３３２８６号公報参照）。

また、例えば、厚みが３００μｍより薄い基板の加工や、基板への貫通加工、さらには、一般的なシリコンウェハーのような基板とは異なる片状の基板を加工する場合等においては、かかる冷媒用不活性ガスが薄い基板の割れ等によりエッチング装置内に漏れ出て加工が不安定とならないように、エッチング対象基板に放熱用の流動性媒質（例えば導電性グリス）を塗り、これをシリコンウエハーのような支持基板上に載せて貼り付けたうえで、該支持基板を気密シール材を介してドライエッチング装置内のエッチング対象基板支持部材にセットし、該支持基板と支持部材との間に冷媒用不活性ガスを流しつつドライエッチング加工することも提案されている（例えば、特開平２００３−３３２３０３号公報参照）。

流動性媒質、例えばグリスでエッチング対象基板を支持基板に貼り付けるにあたっては、必要に応じて支持基板が室温より高温（例えば６０℃）に加熱される。また、エッチング加工後は、アセトンなどの溶剤につけてグリスを溶かし、加工した基板を支持基板から剥がすようにしている。

このように、エッチング対象基板に放熱用の流動性媒質を塗って支持基板に貼り付けたうえで、ドライエッチング加工する場合のエッチング加工前後の工程例を示すと次のとおりである。エッチング対象基板がシリコン（Ｓｉ）基板（シリコンウェハー）、流動性媒質がグリス、支持基板がシリコンウェハーの場合について説明する。

図７に示すように、ＳｉＯ₂ 膜からなるマスクを設けたＳｉ基板の裏面にグリスを塗布する一方（ステップＳ１）、ホットプレートで支持基板を６０℃に加熱し（Ｓ２）、加熱した支持基板にグリスでＳｉ基板を貼りつける（Ｓ３）。この積層体をドライエッチング装置に搬入してＳｉ基板にドライエッチング加工を施す（Ｓ４）。その後、該積層体を装置から取り出し、Ｓｉ基板をアセトンにつけてグリスを溶かし（Ｓ５）、支持基板からはずす（Ｓ６）。さらに、Ｓｉ基板の裏面をアセトンに浸したコットンで拭き（Ｓ７）、Ｓｉ基板を超音波洗浄し（Ｓ８）、ここでグリスが略除去できれば（Ｓ９）、ひき続き硫酸過水洗浄処理を行う（Ｓ１１）が、グリスが十分除去できなければ、綿棒でＳｉ基板裏面をこすった後（Ｓ１０）、再びＳｉ基板を超音波洗浄し、グリスが略除去できると、硫酸過水洗浄処理を行う（Ｓ１１）。

特開平２００３−１３３２８６号公報 特開平２００３−３３２３０３号公報

しかしながら、エッチング対象基板に放熱用の流動性媒質を塗って支持基板に貼り付けたうえで、ドライエッチング加工するエッチング方法では、流動性媒質を用いてエッチング対象基板を支持基板に貼りつけるのに手間がかかり、支持基板を加熱するためにホットプレート等の器具も必要である。また、エッチング加工後の後処理において、溶剤で溶けた流動性媒質が加工した基板のいたるところに付着して、洗浄しても、結局十分取り難く、流動性媒質の洗浄除去に手間を要する。

このように、ドライエッチング装置におけるエッチング加工の前後の工程に手間がかかり、また、ホットプレート等の器具を必要とするなど、エッチング処理全体としてみれば、手間のかかる、コスト高なものとなる。

そこで本発明は、エッチング対象基板をプラズマによるドライエッチング装置を用いて、エッチング対象基板の過度の昇温を抑制しつつ、ドライエッチング処理するエッチング方法であって、ドライエッチング装置によるドライエッチング処理の前後の工程を簡単、安価に済ませることができるエッチング方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため本発明は、エッチング対象基板をプラズマによるドライエッチング装置を用いてドライエッチング処理するエッチング方法であって、該エッチング対象基板を支持するための支持基板及び弾性材料からなる放熱シートを準備し、該放熱シートを該エッチング対象基板と支持基板との間に挟着してエッチング対象基板と支持基板に密着させた積層体を形成し、該積層体を、前記ドライエッチング装置における基板支持部材に、該積層体における支持基板を該基板支持部材に向けてセットし、該エッチング対象基板にドライエッチング処理を施すエッチング方法を提供する。

本発明に係るエッチング方法によると、エッチング対象基板は弾性材料からなる放熱シートを介して支持基板に密着配置され、このようにして形成されたエッチング対象基板、放熱シート及び支持基板の積層体がドライエッチング装置に搬入され、該装置内のエッチング対象基板の支持部材にセットされてエッチング加工が施される。
エッチング対象基板は放熱シートを介して支持基板に支持されているので、エッチング加工中、該基板から放熱シートを介して放熱でき、該基板の過度の昇温を抑制して、それだけ良好なエッチング加工を行える。

かかる積層体は、エッチング対象基板を、扱い易いシートの形態の、弾性材料からなる放熱シートを介して支持基板に密着配置して形成でき、従来のように、グリスのような、あちこちに付着し易く、それだけ扱い難い流動性媒質を用いて、また、支持基板をホットプレート等で加熱しておいて形成するものではないので、それだけ、ドライエッチング装置によるドライエッチング加工の前工程が簡単、安価に済む。

また、ドライエッチング装置によるドライエッチング加工後は、前記積層体を装置外に取り出し、加工されたエッチング対象基板を放熱シート及び支持基板から外せばよく、その作業は、従来のように、溶剤で溶かした流動性媒質があちこちに付着してその洗浄除去に手間を要する場合と比べると簡単、容易であり、かくして、後工程も簡単、安価に済む。

エッチング対象基板は、通常そうであるように、エッチングパターンを形成した膜（例えば、エッチングパターンを形成したＳｉＯ₂ 膜のような誘電体膜）がマスクとして設けられたものでもよい。

エッチング対象基板の材質としては、例えば、シリコンウェハーを挙げることができるが、これに限定されない。
支持基板としては、例えば、シリコンウェハーのようなシリコン基板を挙げることができる。
ドランイエッチング装置としては、誘導結合プラズマによるドライエッチング装置、容量結合プラズマによるドライエッチング装置等の各種のプラズマによるドライエッチング装置を採用できる。

前記「放熱シート」とは放熱性を示すシートのことである。市場における入手の可能性、コスト等の点からして、熱伝動率が概ね０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜５．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度ものを例示できる。

また、放熱シートは弾性材料からなるものであるが、その弾性が弱粘着性（自己吸着性）を示すほどのもの、換言すれば、自己吸着性を示すほどに柔らかいものであれば、エッチング対象基板と支持基板との間に該放熱シートを挟着することで、該放熱シートがエッチング対象基板及び支持基板の双方に密着した積層体を簡単、容易に得ることができる。

かかる自己吸着性を示す放熱シートの代表例として、放熱シリコーンゴムシート（例えば熱伝導率１．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜５．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度、硬度２０〜４０程度、厚み０．２ｍｍ〜 １．０ｍｍ程度）を挙げることができる。

また、放熱シートの例として、放熱シリコーンゴムシートのような粘着性は示さないが、導電性シリコーンゴムからなるシートも挙げることができる。例えば熱伝導率０．６３Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度、厚み０．２〜１．０ｍｍ程度の導電性シリコーンゴムからなるシートである。

かかる導電性シリコーンゴムからなる放熱シートを採用する場合、エッチング対象基板と支持基板との間に該放熱シートを挟着し、テープ等で仮固定する等して、該放熱シートがエッチング対象基板及び支持基板の双方に密着した積層体を簡単、容易に得ることができる。

いずれにしても、それが可能であるなら、前記エッチング対象基板と放熱シートの密着性及び前記支持基板と該放熱シートの密着性を、ドライエッチング処理における減圧雰囲気下で、それらの積層体を適当なクランプ機構により支持部材にクランプして増大させるようにしてもよい。

以上説明したように本発明によると、エッチング対象基板をプラズマによるドライエッチング装置を用いて、エッチング対象基板の過度の昇温を抑制しつつ、ドライエッチング処理するエッチング方法であって、ドライエッチング装置によるドライエッチング処理の前後の工程を簡単、安価に済ませることができるエッチング方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明の好ましい１実施形態に係るエッチング方法は、エッチング対象基板の裏面と支持基板との間に弾性材料からなる放熱シートを挟着して、該放熱シートがエッチング対象基板及び支持基板の双方に密着した積層体を形成する工程、該積層体をプラズマによるドライエッチング装置に搬入して該装置内のエッチング対象基板支持部材にセットする工程、該ドライエッチング装置によりエッチング対象基板にエッチング加工を施す工程、加工済みのエッチング対象基板を積層体ごと（放熱シート及び支持基板ごと）溶媒に浸漬する工程、加工済エッチング対象基板を放熱シート及び支持基板から取り外す工程を含んでいる。

弾性材料からなる放熱シートには、放熱シリコーンゴムシートを採用する。
放熱シリコーンゴムシートは両面に弱粘着性（自己吸着性）があり、エッチング対象基板にも支持基板にも簡単に貼りつく。誘導結合プラズマ等のプラズマエッチングを行う場合、エッチング対象基板を含む積層体を適当なクランプ機構や静電チャックなどでエッチング装置内のエッチング対象基板の支持部材にセットすることができる。クランプ機構を採用する場合は、それによる積層体の支持部材へのクランプにより、積層体の隣り合う構成部材同士を互いに一層強く密着させることも可能である。これらによりエッチング加工を妨げることはない。

しかも、加工後は、積層体をエタノール等のアルコール液中に浸し、薄い樹脂片をエッチング対象基板と放熱シリコーンゴムシートの間に差込むことなどにより、簡単にシリコーンゴムシーとから加工済エッチング対象基板を剥がすことができる。

放熱シリコーンゴムシートに代えて導電性シリコーンゴムからなるシートを採用することもできる。導電性シリコーンゴムからなるシートは、放熱シリコーンゴムシートのような粘着性はないが、エッチング対象基板及び支持基板間に導電性シリコーンゴムシートを挟んでそれらの積層体を形成し、該積層体をエッチング装置内のエッチング対象基板支持部材に適当なクランプ機構や静電チャックなどでセットすることができる。クランプ機構を採用する場合は、それによる積層体の支持部材へのクランプにより、積層体の隣り合う構成部材同士を互いに一層強く密着させることも可能である。これらにより、エッチング加工を妨げることはない。

導電性シリコーンゴムからなるシートを採用する場合、該シートの一方の面を鏡面とし、他方の面をやや粗面としてもよい。この場合、エッチング対象基板を該シートの鏡面側に当接させ、支持基板を粗面側に当接させる例を挙げることができる。

そして、これらをポリイミドテープ等で仮固定し、この積層体をエッチング装置内のエッチング対象基板支持部材にクランプ機構や静電チャックなどでセットすればよい。

エッチング加工後は、支持基板と導電性シリコーンゴムシートとの間に例えばカッター等の刃を差し込むだけで簡単に支持基板を剥がせる。その後さらに、加工済エッチング対象基板から導電性シリコーンゴムを剥がせばよい。

いずれにしても、エッチング対象基板が薄くて、積層体がドライエッチング装置内の減圧雰囲気下で支持部材にセットされたときに割れる等の恐れがあるときは、放熱シートをエッチング対象基板に対応した寸法、形状のものとしておくことが好ましい。

以下に具体的な実施例について説明するが、先ず、それら実施例におてい使用するドライエッチング装置を図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照して説明する。
図１（Ａ）に示す装置１０は、誘導結合プラズマを用いてエッチング対象基板をドライエッチング加工する装置である。

このエッチング装置１０は、容器１を備えており、該容器１は絶縁性材料（誘電体材料）からなるプラズマ生成室１１とそれに連設されたエッチング処理室１２からなっている。プラズマ生成室１１の外側には高周波アンテナ２が巻回されており、これに整合器２２を介して高周波電源２１が接続されている。

エッチング処理室１２にはエッチング対象基板であるＳｉ基板４（図２、図３参照）をセットする支持電極３が配置されており、これには整合器３２を介して高周波電源３１を接続してある。また、支持電極３には、その基板支持面の凹所３’に冷媒（ここでは不活性ガス）を供給する通路３０が形成されている。

支持電極３の上方には図示省略の昇降駆動装置により昇降するクランプ３３が設けられている。容器１には、そのプラズマ生成室１１にエッチング用ガスを導入するためのガス導入部１１ａを設けてあるとともに、排気装置ＥＸを接続してある。

図１（Ｂ）に示す装置１０’は図１（Ａ）に示す装置１０においてクランプ３３に代えて、支持電極３に組み込んだ静電チャック３４を採用したものである。この静電チャック３４には不活性ガスによる冷却機構３５を組み込んである。
その他の点は図１（Ａ）に示す装置１０と実質上同構成であり、装置１０と実質上同じ部品、部分には装置１０と同じ参照符号を付してある。
この装置１０’は、図４に例示するような、クランプ機構によるクランプには適さない、片状のエッチング対象基板４’のエッチング処理に適している。

なお、エッチング対象基板４には、図２に示すように、予めＳｉＯ₂ からなるエッチングパターンを形成したマスク４１を形成してある。図示を省略しているが、図３に示すエッチング対象基板４、図４に示すエッチング対象基板４’にもマスクを形成してある。

エッチング装置１０、１０’によると、排気装置ＥＸにより容器１内を所定のエッチング処理圧力（減圧雰囲気）に維持しつつ、プラズマ生成室１１にガス供給部１１ａからエッグ用ガスを導入し、高周波アンテナ２に電源２１から高周波電力を印加することでプラズマ生成室１１内に誘導結合プラズマを生成させる一方、支持電極３に電源３１から高周波電力を印加することで、クランプ３３或いは静電チャック３４で支持電極３にセットされたエッチング対象基板４或いは４’にマスクパターンに従ってエッチング加工を施せる。

次に各実施例について説明する。実施例１、実施例２については図５、図６も参照して説明する。
＜実施例１＞
厚さ２００μｍの酸化シリコン膜マスクでパターンニングされたシリコンウェハーからなるＳｉ基板４（図２参照）部分を図１（Ａ）のドライエッチング装置１０でプラズマエッチングする。この際、装置１０内で支持電極３にクランプ３３で押圧固定した場合に耐えられず破損してしまうのを防ぐために、図２に示すように、Ｓｉ基板４と同形状、寸法に裁断した放熱シリコンゴムシート５をシリコンウェハーからなる支持基板６に貼り付け、さらに該シート５にＳｉ基板４を貼り付けて積層体を形成する。或いは、放熱シリコーンゴムシート５をＳｉ基板４の裏面に貼り付け、このシート５を介してＳｉ基板４を支持基板６に貼りつけ、積層体を形成する（図５のステップＳ１、Ｓ２）。

この放熱シリコーンゴムシート５は、熱伝導率５．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、硬度４０、厚み０．５ｍｍのものである。硬度は厚さ６ｍｍシートを２枚重ねて測定したアスカーＣ硬度である。
かかる積層体をドライエッチング装置１０内に搬入し、支持電極３に載置し、クランプ３３で積層体周縁部を押圧して該電極３にセットする。このとき、支持基板６を支持電極３に気密シール材Ｓを介して当接させ、Ｓｉ基板４をプラズマ生成室１１側へ向ける。
そして、装置１０によりエッチング加工を行う（図５のＳ３）。

このエッチング加工においては、エッチング対象基板４で発生する熱が放熱性シリコーンゴムシート５を通じて支持基板６に伝導し、それが支持基板６の裏面のおよそ全域に均一にあたる不活性ガス（本例ではＨｅガス）によって冷却される。

加工終了後、支持基板６が貼り付いたままの加工済Ｓｉ基板４を支持電極３から取り外し、エタノール液に漬けながら薄い樹脂片を放熱シリコーンゴムシート５とＳｉ基板４との間に差し込んでＳｉ基板４から放熱シリコーンゴムシート５を剥がす（図５のＳ４、Ｓ５）。
次いで、Ｓｉ基板４の裏面をアセトンに浸した綿で拭き、引き続きＳｉ基板４を溶剤（アセトン）を用いて超音波洗浄し、さらに、さらに硫酸過水で洗浄する（図５のＳ６〜Ｓ８）。

＜実施例２＞
Ｓｉ基板４に貫通加工を施す場合、Ｓｉ基板４内でのエッチングのバラツキがあるため、すべての貫通予定部分が同時に貫通することはない。最初に貫通したところから不活性ガス（Ｈｅ）がエッチング処理室１２内に漏れ、安定した加工ができなくなり、装置はストップしてしまう。

そこで、この実施例では、図３に示すように、支持基板６に、これと同形状、寸法に裁断した導電性シリコーンゴムからなるシート５０のやや粗面側を密着させて重ね、鏡面側上にＳｉ基板４を密着させて重ね配置し、この積層体の周縁部複数箇所をシリコーン系接着剤面を有するポリイミドテープ５１で仮止めする（図６のステップＳ１、Ｓ２）。

この導電性シリコーンゴムシート５０は、熱伝導率０．６３Ｗ／（ｍ・Ｋ）、硬度７０、厚み０．５ｍｍのものである。硬さは、デロメータＡ硬度であり、ＪＩＳ Ｋ ６２４９に準じて厚さ２ｍｍのシートで測定した値である。

かかる積層体を図１（Ａ）のドライエッチング装置１０内に搬入し、支持電極３にセットする。このとき、支持基板６を支持電極３に気密シール材Ｓを介して当接させ、Ｓｉ基板４をプラズマ生成室１１側へ向ける。装置１０によりエッチング加工を行う（図６のＳ３）。

このエッチング加工においては、エッチング対象基板４で発生する熱が導電性シリコーンゴムシート５０を通じて支持基板６に伝導し、それが支持基板６の裏面のおよそ全域に均一にあたる不活性ガス（本例ではＨｅガス）によって冷却される。

加工終了後、支持基板６と導電性シリコーンゴムシート５０との間の周囲は、ガスプラズマの影響で固着しているが、カッターナイフをわずかに差し込むことにより、支持基板６をシート５０から簡単に剥がすことができ、その後、シート５０から加工済Ｓｉ基板４も簡単に剥がせる（図６のＳ４）。
さらに、必要に応じ、Ｓｉ基板４を超音波洗浄する（図６のＳ５）。

＜実施例３＞
定型の形状をしていない片状のＳｉ基板４’（図４参照）をエッチング加工する場合、そのままではドライエッチング装置内で支持電極３上にセットできないので、図４に示すように、Ｓｉ基板４’と同じ形状、寸法に裁断した放熱シリコーンゴムシート５’をＳｉ基板４’の裏面に貼り付け、それをさらに支持基板６を貼り付けてエッチング加工すればよい。

この場合、エッチング装置には図１（Ｂ）の装置１０’用い、積層体を静電チャック３４で支持電極３にセットする。冷却は例切れ区機構３５で行う。
以上の点を除けば、実施例１と同様にすればよい。

本発明は、エッチング対象基板をドライエッチング装置を用いてドライエッチング処理するにあたり、エッチング対象基板の過度の昇温を抑制しつつ、且つ、簡単、安価に処理することに利用できる。

本発明エッチング方法の実施に用いることができるドライエッチング装置を示すもので、図１（Ａ）はその１例の概略構成を示す図であり、図１（Ｂ）は他の例の概略構成を示す図である。 放熱シートとして放熱シリコーンゴムシートを採用した場合の積層体例の分解斜視図である。 放熱シートとして導電性シリコーンゴムシートを採用した場合の積層体例の斜視図である。 放熱シートとして放熱シリコーンゴムシートを採用した場合の積層体の他の例の斜視図である。 放熱シートとして放熱シリコーンゴムシートを採用した場合のエッチング処理工程例を示す図である。 放熱シートとして導電性シリコーンゴムシートを採用した場合のエッチング処理工程例を示す図である。 放熱手段として流動性媒質（グリス）を採用した従来のエッチング処理工程例を示す図である。

符号の説明

１０、１０’ ドライエッチング装置
１ 容器
１１ プラズマ生成室
１１ａ ガス導入部
１２ エッチング処理室
ＥＸ 排気装置
２ 高周波アンテナ
２１ 高周波電源
２２ 整合器
３ 支持電極
３’ 電極３の上面凹所
３０ 冷却用不活性ガス通路
Ｓ 気密シール材
３１ 高周波電源
３２ 整合器
３３ クランプ
３４ 静電チャック
３５ 冷却機構
４、４’ Ｓｉ基板
４１ マスク
５、５’ 放熱シリコーンゴムシート
５０ 導電性シリコーンゴムからなるシート
５１ 仮止め用ポリイミドテープ
６ 支持基板

Claims (4)

1. エッチング対象基板をプラズマによるドライエッチング装置を用いてドライエッチング処理するエッチング方法であり、該エッチング対象基板を支持するための支持基板及び弾性材料からなる放熱シートを準備し、該放熱用シートを該エッチング対象基板と支持基板との間に挟着してエッチング対象基板と支持基板に密着させた積層体を形成し、該積層体を、前記ドライエッチング装置における基板支持部材に、該積層体における支持基板を該基板支持部材に向けてセットし、該エッチング対象基板にドライエッチング処理を施すことを特徴とするエッチング方法。
2. 前記放熱シートとして、自己吸着性及び弾性を有する放熱シリコーンゴムシートを用いる請求項１記載のエッチング方法。
3. 前記放熱シートとして、導電性シリコーンゴムからなるシートを用いる請求項１記載のエッチング方法。
4. 前記支持基板はシリコン基板である請求項１から３のいずれかに記載のエッチング方法。