JP2007294819A - 基板ホルダー - Google Patents

Abstract

【課題】メカニカルクランプ方式を用いたドライプロセスにおいて、被処理体をなす基板上の外周域までプラズマを用いた処理を施すことが可能な基板ホルダーを提供する。
【解決手段】本発明の基板ホルダー１は、ドライプロセス装置内に配置され、プラズマを用いた処理が施される基板を支持する基板ホルダーであって、基板２の処理面２ａが露呈するように、該基板を収容する部位（収容部）１０を備えた第一部材１１、及び基板の非処理面２ｂとともに第一部材を固定する粘着部１３を備えた第二部材１２からなることを特徴とする。この基板ホルダー１は、処理装置内のステージ３上に配置され、メカニカルクランプ４によって第一部材１１を押さえ込むことにより、第一部材と一体的に固定された基板を支持するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板ホルダーに係り、詳しくは、ドライプロセスにおいてメカニカルクランプ方式を用いて基板上の外周域まで処理を施すことができるように基板を支持する基板ホルダーに関する。

ＣＣＤデバイスに代表される光学半導体デバイスなどのウエハレベルパッケージを作製する際、シリコンなどの半導体からなる半導体基板側に形成されたデバイスやレンズなどの保護のために、この半導体基板に対してガラスなどの絶縁性を有する部材からなる絶縁性基板などが貼り合わせられることがある。そして、この半導体基板と絶縁性基板とを貼り合せた基板の半導体基板側に対し、貫通配線などを後に形成する場合には、ドライプロセスにより、微細孔を形成し、絶縁層を形成し、絶縁層をエッチングするなどの工程が存在する。

このようなドライプロセスは、膜を形成する処理（デポジション）と表面を改質する処理に大別され、中でもプラズマを用いた処理（以下、「プラズマ処理」という。）としては、例えばスパッタリングやプラズマＣＶＤ（化学蒸着）、プラズマ溶射、プラズマエッチング、プラズマアッシングなどが挙げられる。

これらのプラズマ処理の場合、プラズマ照射による加熱で基板温度が上昇し、形成されたデバイスに影響を及ぼすことがある。そのため、基板冷却を行なって所要の温度に制御する必要がある。一般的に基板冷却は、チラー・サーキュレータなどにより基板が配置される装置のステージを冷却し、冷却されたステージと基板の間に冷却用Ｈｅガスなどを封止することで行なわれている。すなわち、Ｈｅガスが、冷却されたステージと基板との間に封止されることによって冷却され、さらに、その冷却されたＨｅガスが、基板の裏面に直接接触することにより基板が冷却される。そして、この冷却のためのＨｅガスを封止し、基板を固定する方法として、静電チャックを用いる方法（以下、ＥＳＣ（Electro Static Chuck）法と呼ぶ。）と、メカニカルクランプという方法が存在する。

このＥＳＣ法は、基板に電圧をかけ稼動イオンを移動させることで、静電気的に基板を引き付け（静電吸引し）、基板冷却用のＨｅガスを封止し、基板を冷却する方法である（例えば、特許文献１、２参照）。

また、メカニカルクランプは、基板外周域を物理的に押さえ込むことによって、基板冷却用のＨｅガスを封止し、基板を冷却する方法である（例えば、特許文献３参照）。この方法は、基本的に基板中の稼動イオンの量に関わらず、絶縁性基板のようなものでも使用することができる。

また、半導体ウエハに適用してそのサイズを変換し、各種の処理装置により処理することができるようにする半導体ウエハサイズ変換ホルダーが提案されている（特許文献４参照）。

しかしながら、ＥＳＣ法の場合、使用する基板に稼動イオンなどが含まれていないと吸着できない。そのため、金属や半導体などでは吸着することができるが、絶縁性基板では稼動イオンが非常に少ないため吸着は困難である。したがって、裏面側に絶縁性基板が貼り合わされている基板に使用することはできないという問題がある。

また、メカニカルクランプの場合、基板処理面の外周域を３〜５ｍｍ程度押さえ込む必要があるため、クランプにより押さえ込まれる部分であるクランプエリアがデットスペースになり、処理することができなくなってしまう。そのため、基板の処理範囲が小さくなってチップの取れ数が少なくなるという問題がある。また、処理面にクランプによる段差があるため、この構造体によりプラズマが歪められ、プロセスに影響を与える問題がある。また、クランプエリアを小さくした場合は、冷却ガスが装置処理室（エッチングチャンバー）内に漏れ出すため、チャンバ圧を維持できなかったり、冷却ガスをエッチングガスに混合したりすることで、目的の処理ができないという問題がある。また、冷却ガスが漏れ出すことは、基板の冷却効率も悪くなるという問題がある。

また、特許文献４に記載の技術は、メカニカルクランプ方式を用いたドライプロセスにおいて、被処理体をなす基板上の外周域までプラズマを用いて処理を施すことができるように基板を支持するものではない。しかも、特許文献４に記載の技術は、プラズマ照射による加熱で上昇してしまう基板の温度を冷却して所要の温度に制御することについて考慮するものではないから、冷却のためのＨｅガスを封止しつつ基板を支持することができず、基板冷却の際にリング状の本体の内周縁に形成された段部より、Ｈｅガスが処理装置内に漏れ出してしまう虞がある。

したがって、メカニカルクランプ方式を用いたドライプロセスにおいて、被処理体をなす基板上の外周域まで、例えばプラズマを用いた処理を施すことができるように、この基板を支持する基板ホルダーに関する提案は見出されていない。
特開平３−８９７４５号公報 特開平３−９１２３４号公報 特開平４−１２８３０８号公報 特開平７−２４０４５５号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、メカニカルクランプ方式を用いたドライプロセスにおいて、被処理体をなす基板上の外周域までプラズマを用いた処理を施すことが可能な基板ホルダーを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る基板ホルダーは、ドライプロセス装置内に配置され、プラズマを用いた処理が施される基板を支持する基板ホルダーであって、前記基板の処理面が露呈するように、該基板を収容する部位を備えた第一部材、及び前記基板の非処理面とともに前記第一部材を固定する粘着部を備えた第二部材、からなることを特徴とする。
本発明の請求項２に係る基板ホルダーは、請求項１において、前記粘着部は、ＵＶ剥離型、または熱発砲型の粘着剤であることを特徴とする。
本発明の請求項３に係る基板ホルダーは、請求項１において、前記第二部材は、ＵＶ透過性を有することを特徴とする。
本発明の請求項４に係る基板ホルダーは、請求項１において、前記第一部材には、前記基板の外周部に対応したプラズマの回り込みを防止する部位を備えていることを特徴とする。

本発明の基板ホルダーにあっては、基板の処理面が露呈するように、該基板を収容する部位を備えた第一部材、及び基板の非処理面とともに前記第一基材を固定する粘着部を備えた第二部材からなる。ゆえに、第一部材の基板を収容する部位に基板が配置された後、基板の非処理面と第一部材とに跨るように粘着部を介して第二部材を貼り合わせることで、第二部材によって第一部材と基板とが一体的に固定されたものとなる。

したがって、ドライプロセスにおける従来の問題、すなわち、メカニカルクランプなどの支持手段によって直接的に基板を支持した際に、基板の外周域の支持される状態が変動することにより、基板の外周域がプラズマ処理される状況に影響を及ぼすという問題が解消される。
そのため、本発明の基板ホルダーおいては基板と一体的に固定された第一部材を押さえ込むことにより、基板を間接的に支持する構成としたので、基板はメカニカルクランプなどの支持手段によって直接押さえ込まれることはない。

これにより、基板ホルダーがクランプエリアとなってメカニカルクランプなどに押さえ込まれることで、間接的に基板は支持され、基板の内周域と同様に外周域に対してもメカニカルクランプの影響を受けること無くプラズマ処理を施すことが可能となる。ゆえに、プラズマに曝されないデットスペースの発生が極力小さくなり、基板の外周域まで処理面を限りなく広くプラズマ処理することができる。よって、基板の処理範囲が広がってウエハ一枚当たりのチップの取れ数を増加させるように支持できる基板ホルダーを提供することができる。

以下、本発明に係る基板ホルダーについて図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る基板ホルダーの一例を示す概略断面模式図である。
この基板ホルダー１（１Ａ）は、第一部材１１と第二部材１２からなる。
すなわち、本実施形態の基板ホルダー１（１Ａ）は、前記第一部材１１と前記第二部材１２とを接合することで構成される。

第一部材１１は、一例として図２に示すことができる。
図２は、本発明に係る基板ホルダーの第一部材を示す概略断面模式図である。
図２に示すように、第一部材１１は、被処理体をなす基板２のプラズマに曝される処理面２ａが露呈するように、該基板２を収容する部位（以下、「収容部」という。）１０を備えている。この第一部材１１としては、例えばプラズマ放電等の影響を考慮して、石英ガラスやセラミック、ＳｉＣなどの絶縁性の部材を用いるのが望ましい。

また、第一部材１１は、基板２の外周部に対応したプラズマの回り込みを防止する部位（以下、「回り込み防止部」という。）１４を備えていると望ましい。回り込み防止部１４は、収容部１０に収容された基板２の外周域を僅かに覆うように収容部１０側へ突出する返しである。

すなわち、エッチング時に基板ホルダー１と基板２との隙間から、プラズマが第一部材１１と接合されている第二部材１２側へ回り込む場合があり、第二部材１２が消耗（劣化）してしまう虞がある。図示例では、回り込み防止部１４は、基板２上の外周域を第二部材１２とで挟み込むように、基板の処理面２ａ側に設けられている。このような回り込み防止部１４の大きさ（幅）ｄとしては、例えば１ｍｍ以下（０＜ｄ≦１ｍｍ）とすると望ましい。

また、このように、回り込み防止部１４のような返しを入れることで、第二部材１２が消耗（劣化）して切れてしまうことを抑制することもできる。これにより、基板２の被処理面側において冷却ガスを用いて基板２を温度制御するような場合に、プラズマ処理室内に冷却ガスが漏れること無く抑えられ、基板２の冷却効率が良くなる。

第二部材１２は、一例として図３に示すことができる。
図３は、本発明に係る基板ホルダーの第二部材を示す概略断面模式図である。
図３に示すように、第二部材１２は、被処理体をなす基板２の非処理面２ｂとともに、前記第一部材１１を固定する粘着部１３を備えている。
また、第二部材１２の厚さは、熱の伝導性を良くするために極力薄い方が良く、１００μｍ程度が望ましい。

この第二部材１２は、後に剥離が可能となる材料よりなる粘着部１３によって第一基材１１と基板２とに貼り合せられる。
このように、第一基材１１と基板２とに第二部材１２を貼り合せることで、該第二部材１２によって第一部材１１と基板２とが一体的に固定されるものとなる。

粘着部１３は、光や熱の刺激によって剥離可能となるもの、例えば、リンテック社製のＡｄｗｉｌｌなどＵＶ剥離型の粘着剤、または日東電工社製のリバアルファなど熱発砲型の粘着剤であると望ましい。
この粘着部１３として、ＵＶ剥離型の接着剤を用いることで、第二部材１２が不要となったときに、紫外線を照射することで簡単に第二部材１２を剥離することが可能となる。また、粘着部１３として、ダイシングシート等で実績があるＵＶ剥離型の接着剤を用いることで、基板２を汚染することなく、処理することができる。

また、第二部材１２は、ＵＶ透過性を有すると望ましい。
これにより、粘着部１３としてＵＶ剥離型の接着剤を用いることで、後に第二部材１２が不要となったときに、基板に形成されたデバイスに紫外線を照射せずに、第二部材１２を簡単に剥離することが可能となる。

基板２は、ＥＳＣ法での吸着ができない材料からなる基板であり、例えば図４に示すように、第一基板２０Ａと第二基板２０Ｂとを接着材２０Ｃを介して貼り合せ固定した構造をしたものが挙げられる。
図４は、本発明に係る基板ホルダーによって支持される基板を示す概略断面模式図である。

第一基板２０Ａは、例えばシリコンやゲルマニウム、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＴｅなどの半導体からなる半導体基板であり、第二基板２０Ｂと貼り合わさる面側には、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳ、光学センサ、圧力センサ、加速度センサ、ジャイロなどのデバイスが形成されている。
第二基板２０Ｂは、第一基板２０Ａ側に形成されたデバイスなどを保護したり、第一基板２０Ａを補強したりするものであり、例えば石英ガラスやセラミックなどの絶縁性の部材よりなる絶縁性基板である。この第二基板２０Ｂの厚さは、３００μｍから１０００μｍの範囲とするのが望ましい。
接着材２０Ｃは、第一基板２０Ａと第二基板２０Ｂとを貼り合せ固定する部材であり、特に限定されるものではないが、例えばエポキシ系、シリコーン系などが挙げられる。

また、この接着材２０Ｃは、図示するように、デバイスが形成された第一基板２０Ａの一方の面の所定の領域に空間２０Ｄを設けるように配しても良い。この空間２０Ｄは、キャビティや溝のような３次元空間であり、キャビティはデバイスに直接接触できない場合に形成する。できる場合には、必ずしも形成されない。空間２０Ｄは、接合した場合における応力をこの空間２０Ｄにて吸収させて緩和することもできる。

次に、本発明に係る基板ホルダーを使用して、基板を支持する方法を図面に基づいて説明する。
図５は、本発明に係る基板ホルダーの第一部材と第二部材とによって基板を支持する様子を示す概略断面模式図である。
はじめに、基板２の処理面２ａが露呈するように、第一部材１１の収容部１０に基板２を配置する。次いで、該基板２の非処理面２ｂと該第一基材１１とに跨るように、粘着部１３を介して第二部材１２を貼り合わせて、該第二部材１２によって第一部材１１と基板２とを一体的に固定する。

そして、図示しないが、例えば処理装置としての真空チャンバ内に基板ホルダー１を配置し、図１に示すように、メカニカルクランプ４によってステージ3上に配置された基板ホルダー１の第一部材１１を押さえ込んで基板２を支持し、プラズマ処理などのドライプロセスによって被処理体をなす基板２の処理面２ａに貫通配線を作製するなど処理を施す。このドライプロセスによるプラズマを用いた処理は、具体的には、シリコンエッチング、導体・絶縁層の成膜やエッチング、アッシング、などである。

この際、真空チャンバの内部空間は、基板ホルダー１の設置が可能なように、被処理体をなす基板（例えばウエハ）より、一回り大きい必要がある。冷却ガスをある程度十分に封止するためには、基板ホルダー１のクランプエリアＬは５〜１０ｍｍ程度は必要であり、また、基板ホルダー１の大きさは、１〜２ｃｍ程度基板２より大きくなる。具体的には、例えば６インチ有効処理範囲の装置の場合は、７〜８インチ程度の基板がチャンバ内に収まるような装置を用いる。

このように、基板ホルダー１と基板２のサイズよりも大きい内部空間を有するドライプロセス装置を使用することで、メカニカルクランプ方式を使用しながらもプラズマに曝されないクランプエリアのデットスペースを極力小さく抑え、被処理体をなす基板２の処理面２ａの外周域までプラズマを用いて、その内周域と同様にプラズマ処理を施すことが可能となる。すなわち、従来のメカニカルクランプなどの支持手段では、直接的に基板を押さえ込む構成としていたが、本発明では、基板ホルダー１の第一部材１１を押さえ込む構成としたことにより、クランプ４が基板２に直接触れないので、クランプエリアがデットスペースとなる虞はない。

したがって、ドライプロセスにおける従来の問題、すなわち、メカニカルクランプなどの支持手段によって直接的に基板を支持した際に、基板の外周域の支持される状態が変動することにより、基板の外周域がプラズマ処理される状況に影響を及ぼすという問題が解消される。
すなわち、本発明の基板ホルダーおいては、基板と一体的に固定された第一部材を押さえ込むことにより、基板を間接的に支持する構成としたので、基板はメカニカルクランプなどの支持手段によって直接押さえ込まれることはない。

これにより、本発明は、プラズマ処理においてデットスペースを発生する原因の一つであるメカニカルクランプなどの支持手段によって直接、被処理体をなす基板を押さえ込まず、基板ホルダーがクランプエリアとなってメカニカルクランプなどに押さえ込まれる構成としたことにより、間接的に基板は支持され、基板の内周域と同様に外周域に対してもメカニカルクランプの影響を受けること無くプラズマ処理を施すことが可能となる。

ゆえに、プラズマに曝されないデットスペースの発生が極力小さく抑えられるので、プラズマ処理を施すことが可能な領域を、基板の処理面においてその外周域まで広く確保することが可能となる。よって、本発明によれば、基板の処理範囲が広がり、ひいてはウエハ一枚当たりのチップの取れ数を増加させるように支持できる基板ホルダーを提供することができる。

また、上述した本発明の構成は、基板の外周域と内周域におけるプラズマ処理の施される度合いを少なくすることが可能できるので、基板の広い範囲においてプラズマ処理の均一性や均質性の向上も図れる。しかも、基板２の非処理面２ｂと第一部材１１とに跨るように第二部材１２を貼り合わせる構成をしていることにより、例えば、基板２の非処理面２ｂの側において冷却ガスを流し、基板２の温度制御をする場合には、その冷却ガスが処理装置内に漏れ出してしまうこと無く基板１を支持することもできる。

なお、本発明の基板ホルダーは、上述したシリコンなどの半導体基板とガラスなどの絶縁性基板を貼り合せてなる構成の基板に限らず、ＥＳＣ法によって吸着が難しい部材からなる基板に対しても使用可能である。

また、本発明の基板ホルダーは、従来のＥＳＣ法とは異なり、基板材料や基板状態を問わないので、特に反りが大きい基板に対しても使用可能であるという利点も兼ね備えている。さらに、基板ホルダーの形状を変えることで、上述した円型状の基板（ウエハ）の他に、例えば矩形にカッティングされたチップや各種の角型基板に加えて、プリント基板のように特殊な自由度の高い形状をもつ基板などにも適用することが可能である。

また、第一部材としては、プラズマの回り込み防止部が、基板を第二部材とで挟み込むように基板の処理面側に設けられているものに限定されない。
したがって、例えば図６に示すように、基板ホルダー１（１Ｂ）は、基板２の処理面２ａが露呈するように該基板２を配置する収容部１０を備えるとともに、基板２の外周域を第二部材２２側から覆うように、基板の非処理面２ｂ側にプラズマの回り込み防止部２４を備えた第一部材２１、及び基板２の非処理面２ｂとともに、前記第一基材２１を固定する粘着部２３を備えた第二部材２２とから構成されるものとしても良い。

なお、第一部材２１としては、第一部材１１と同様に、例えばプラズマ放電等の影響を考え、石英ガラスやセラミック、ＳｉＣなどの絶縁性の部材を用いるのが望ましい。

また、第二部材２２としては、第二部材１２と同様に、例えばＰＥＴフィルムからなり、その厚さは、２０μｍから１００μｍの範囲とするのが望ましく、さらに、ＵＶ透過性を有すると望ましい。
粘着部２３としては、粘着部１３と同様、後に光や熱の刺激によって剥離が可能となるように、例えば、リンテック社製のＡｄｗｉｌｌなどのＵＶ剥離型の粘着剤、または日東電工社製のリバアルファなどの熱発砲型の粘着剤を用いると望ましい。

このように、基板２の外周域を第二部材２２側から覆うように回り込み防止部２４を設け、第一基材２１と基板２の被処理面とに跨るように第二部材２２を貼り合せる構成とすることで、基板の処理面２ａに回り込み防止部２４が現れることは無く、基板の内周域と同様に外周域に対してもプラズマ処理を施すことが可能となる。ゆえに、プラズマに曝されないデットスペースの発生が無くなり、基板の外周域まで処理面を限りなく広くプラズマ処理することができるものとなる。

本発明に係る基板ホルダーを示す概略断面模式図である。 本発明に係る基板ホルダーの第一部材を示す概略断面模式図である。 本発明に係る基板ホルダーの第二部材を示す概略断面模式図である。 本発明に係る基板ホルダーによって支持される基板を示す概略断面模式図である。 本発明に係る基板ホルダーの第一部材と第二部材とによって基板を支持する様子を示す概略断面模式図である。 本発明に係る他の基板ホルダーを示す概略断面模式図である。

符号の説明

１（１Ａ，１Ｂ） 基板ホルダー、２ 基板、２ａ 処理面、２ｂ 非処理面、３ ステージ、４ メカニカルクランプ、１０ 収容部、１１，２１ 第一部材、１２，２２ 第二部材、１３，２３ 粘着部、１４，２４ 回り込み防止部。

Claims (4)

1. ドライプロセス装置内に配置され、プラズマを用いた処理が施される基板を支持する基板ホルダーであって、
   前記基板の処理面が露呈するように、該基板を収容する部位を備えた第一部材、及び
   前記基板の非処理面とともに前記第一部材を固定する粘着部を備えた第二部材、
   からなることを特徴とする基板ホルダー。
2. 前記粘着部は、ＵＶ剥離型または熱発砲型の粘着剤であることを特徴とする請求項１に記載の基板ホルダー。
3. 前記第二部材は、ＵＶ透過性を有することを特徴とする請求項１に記載の基板ホルダー。
4. 前記第一部材には、前記基板の外周部に対応したプラズマの回り込みを防止する部位を備えていることを特徴とする請求項１に記載の基板ホルダー。
   

Images