JP2007299881A - ベベルエッチング装置およびベベルエッチング方法 - Google Patents

ベベルエッチング装置およびベベルエッチング方法 Download PDF

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Abstract

【課題】比較的簡単な構成で、基板を変形させることなくベベルエッチングを行うことができるベベルエッチング装置およびベベルエッチング方法を提供する。
【解決手段】半導体基板7は、電気的に接続された電極1の間に挿入される。電極1には高周波電源6が接続されており、半導体基板7を支持する支持体8には接地電位が付与されている。また、電極1の間隙にガスを供給するとともに、電極1に高周波電力を印加することで、電極1と半導体基板7との間に大気圧グロー放電を発生させる。この状態で、半導体基板7を周方向に回転させることにより、ベベルエッチングを行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、基板の外縁から所定幅の領域に対してエッチング処理を行うベベルエッチング装置とベベルエッチング方法に関する。
従来、半導体装置の製造工程では、導体や絶縁体等の薄膜が半導体基板の表面に形成され、これらの薄膜にパターン転写が行われる。このとき、基板周縁部(ベベル部)にまでパターン転写が行われると、ベベル部ではパターン剥がれ等が生じやすいため、半導体基板からパターンが遊離してパーティクルとなることがある。このようなパーティクルが半導体基板に再付着すると、半導体装置の製造歩留りを低下させる。このため、半導体基板の表面の全域に薄膜を形成した後、この薄膜の不要部分、すなわちベベル部に形成された薄膜を除去する処理が行われている。
ベベルエッチング装置には、主として、CMP(Chemical Mechanical Polishing)によりベベル部を研磨して膜を除去する方式と、ウェットエッチングによりベベル部を洗浄する方式が使用されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−9059号公報
しかしながら、CMPによりベベルエッチングを行う方式では、除去すべき膜だけでなく半導体基板も研磨されるため、半導体基板のベベル部の形状が変わってしまうという問題がある。また、本方式では、研磨パッドが当接する表面側のベベル部のエッチングは容易であるが、基板裏面や基板エッジのエッチングを同時に行うことが困難であるという課題がある。
また、ウェットエッチングによりベベルエッチングを行う方式でも同様に、表面側のベベル部のエッチングは容易であるが、基板裏面や基板エッジのエッチングを同時に行うことが困難であるという課題がある。仮にベベル部、基板裏面および基板エッジを一度にエッチングしようとすると装置が複雑化し、ベベルエッチング装置が高価になってしまうという課題があった。
本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、比較的簡単な構成で、基板を変形させることなくベベルエッチングを行うことができるベベルエッチング装置およびベベルエッチング方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係るベベルエッチング装置は、接地電位が付与されるとともに、支持した基板を周方向に回転させる支持体を備える。当該支持体に支持された基板の外縁から所定幅の領域(ベベル部)が、電極に設けられた間隙に挿入される。当該電極は、基板と対向する面が誘電体で被覆されるとともに、高周波電源が接続されている。
本構成によれば、電極の間隙に基板のベベル部が挿入された状態で、電極に高周波電力を印加することにより、電極と基板との間に大気圧プラズマが生成される。当該状態で基板を周方向に回転させることにより、大気圧プラズマにより基板表面、基板裏面、および基板側面を、同時にかつ基板の形状変化を生じることなくエッチングすることができる。
上記構成において、上記電極は、電気的に分離され、基板表面側電極と基板裏面側電極とにより構成されてもよい。この場合、一方の電極に高周波電源が接続され、他方の電極に接地電位が付与される。本構成では、基板が挿入されていない状態であっても、電極の間隙(表面側電極と裏面側電極との間)に、大気圧プラズマを安定して生成することができる。このため、プラズマを生成した状態で、複数枚の基板を連続的に処理することができる。
上記構成において、さらに上記電極の間隙にガスを供給する手段と、当該ガスを排気する手段とをさらに備えてもよい。例えば、ガス供給手段から、不活性ガスやフルオロカーボンガス等を供給することで、エッチング対象となる付着物が難エッチング材料であっても容易にエッチングすることができる。
なお、上記支持体、あるいは上記電極は、上記支持された基板と平行な方向に移動可能に設けられることが好ましい。また、上記間隙に挿入された基板のエッチング状態を検出する手段を備えてもよい。
一方、他の観点では、本発明は、基板の外縁から所定幅の領域に対してエッチング処理を行うベベルエッチング方法を提供することができる。すなわち、本発明に係るベベルエッチング方法は、基板が挿入される間隙を有するとともに、基板と対向する面が誘電体で被覆された電極の前記間隙に、基板の外縁から所定幅の領域を挿入する工程と、前記電極に高周波電力を印加し、電極と挿入された基板との間に、大気圧グロー放電を発生させる工程と、電極に周縁部を挿入した状態で基板を回転させる工程とを有する。
この構成によれば、大気圧プラズマにより、基板表面、基板裏面、および基板側面を同時に、かつ基板の形状変化を生じることなくベベルエッチングを行うことができる。
また、上記構成において、上記間隙から上記基板を抜き出す工程と、基板を抜き出した後、高周波電力の印加を停止する工程と、をさらに有してもよい。これにより、基板から除去された付着物が基板に再付着することを著しく抑制することができる。
さらに、上記間隙に挿入された基板のエッチング状態を検出し、エッチング終点を検出する工程を有してもよい。
本発明によれば、基板表面、基板裏面、および基板側面を同時にかつ基板の形状変化を生じることなくベベルエッチングを行うことができる。このため、ベベルエッチングのスループットが向上し、製造コストを低減させることができる。また、本発明のベベルエッチング装置は、大気圧グロー放電を用いた方法によりベベルエッチングを行うため、真空装置が不要であり、装置を安価に構成することができる。さらに、基板から除去された付着物を大気圧プラズマに捕捉させることができるため、基板表面へのパーティクルの再付着を、著しく低減することができる、これにより、半導体装置の製造歩留りをより向上させることが可能となる。
以下、本発明の実施形態に係るベベルエッチング装置およびベベルエッチング方法について、図面を参照しながら説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るベベルエッチング装置の概略図である。図1に示すように、本実施形態のベベルエッチング装置は、半導体基板7(以下、ウェーハ7という。)を支持するウェーハチャック8(支持体)を備える。ウェーハチャック8は、金属等の導電体材料により構成され、接地電位が印加されている。また、ウェーハチャック8のウェーハ7の載置面は、ウェーハ7の直径より小さい直径を有している。ウェーハチャック8の接触面には真空チャックあるいは静電チャックが設けられており、ウェーハ7が吸着して固定される。また、ウェーハチャック8は、図示しない駆動機構により、ウェーハ7の周方向に回転可能に構成されている。
また、本ベベルエッチング装置は、ウェーハチャック8に支持されたウェーハ7のベベル部11のエッチングを行う電極1を備えている。ここで、ベベル部11とは、基板表面側の周縁部、基板裏面側の周縁部、および基板エッジ(基板側面)を指す。電極1は、ウェーハチャック8に支持されたウェーハ7の表面側にウェーハ7と所定の距離をおいて配置位置された表面側電極1aと、ウェーハ7の裏面側にウェーハ7と所定の距離をおいて配置された裏面側電極1bとが連結された断面がコ字型の形状を有している。
電極1には整合器9を介して高周波電源6が接続されており、数百kHzの高周波電力が電極1に印加される。これにより、表面側電極1aと裏面側電極1bとの間(以下、電極1の間隙という。)に挿入されたウェーハ7と、電極1との間に、大気圧グロー放電による大気圧プラズマ3が発生する。なお、電極1の内壁(ウェーハ7と対向する面)は、プラズマ溶射等により形成された皮膜、もしくはセラミックライナー等により構成された誘電体2により被覆されている。これらの誘電体2は大気圧で放電を生成する場合に大気圧のグロー放電を生成するために必要である。誘電体2がないとグロー放電がアーク放電に遷移し、ウェーハが溶解するなどの不具合を生ずる。また、誘電体2だけでアーク放電に移行する場合は、さらに高周波電源6をスイッチでオンとオフとを切り替え、断続的に高周波電力を供給することによりグロー放電を維持することも可能である。
また、電極1の内壁には、ガス供給口が設けられている。ガス供給口は、一端が図示しないガス供給系に接続されたガス供給管13(ガス供給手段)に通じている。ガス供給管13には流量計4が介在されており、流量管理されたガス14が電極1の間隙に供給される。また、電極1の内壁には排気口が設けられている。排気口は、他端にポンプ5が接続されたにガス排気管15と通じており、ガス排気管15内の圧力は常時、大気圧よりも低い状態に維持されている。
ウェーハチャック8に搭載されたウェーハ7は、ウェーハチャック8を通じて接地されることになる。接地することでウェーハ近傍の電位分布を安定させることが可能である。また、この場合、数十Vのセルフバイアスが印加される。この電圧はウェーハチャック容量もしくはウェーハチャック8とアースとの間の容量を変化させることで制御することができる。しかしながら、プラズマ3が生成されると、プラズマ3からベベル部11に向けて電子電流が流入するためウェーハ7自体は負電位になる。このため、プラズマ3から正イオンがウェーハ7のベベル部11に入射し、ベベル部11の付着物(膜)がエッチングされる。ここでは、プラズマ3は大気プラズマであるため、ウェーハ7に入射する正イオンは、主に酸素イオンおよび窒素イオンである。エッチング後の反応生成物やスパッタ物は、ガス排気管15を通じて外部に排出される。なお、エッチング対象となる付着物が大気プラズマではエッチングし難い材質である場合には、エッチング対象物の材質に応じて、大気にアルゴンやキセノン等の不活性ガスやCF4等のフルオロカーボンガスを、ガス供給管13を通じて混ぜてもよい。
また、本実施形態のベベルエッチング装置では、電極1の間隙へのウェーハ7の挿入幅を調整可能とするため、ウェーハチャック8が水平方向に移動可能に構成されている。さらに、表面側電極1aの先端には、ウェーハ7のエッジ(外端)の位置を検出するためのフォトインタラプタ等のセンサ12が配置されている。すなわち、ウェーハ7の水平移動中に、センサ12がウェーハエッジを検出してから、さらに、ベベル部11に相当する所定時間(あるいは、所定距離)だけウェーハ7を電極1側に水平移動させることで、表面側電極1aと裏面側電極1bとの間に常に一定量(例えば、ウェーハエッジから5mm)だけウェーハ7を挿入することができる。なお、ウェーハチャック8に代えて、電極1を水平方向に移動可能とした構成を採用してもよいことは勿論である。
なお、本実施形態では、電極1はウェーハ7外周の一部の幅に渡って設けられている。ウェーハ7全周のベベル部11のエッチングは、プラズマ3を生成した状態でウェーハ7を図示しない駆動機構により回転させることで実施することが可能である。大気圧プラズマであるプラズマ3はエッチング速度が速いため、ベベルエッチングを行う際のウェーハ7の回転速度を10rpm以上にすることができる。また、大気圧プラズマを用いているので真空引きの時間が不要であることが相まって、本実施形態のベベルエッチング装置によれば、従来のCMP方式やウェットエッチング方式のベベルエッチング装置と比較して、ベベルエッチング処理のスループットを向上させることができる。
続いて、上述のベベルエッチング装置においてベベルエッチングを実施する際の手順について説明する。図2は、本実施形態のベベルエッチング装置において実施されるベベルエッチングの処理を示すフローチャートである。
まず、ウェーハ7がウェーハチャック8上に載置される(S201)。次いで、ウェーハチャック8等が備えるセンサによりウェーハの載置が検出されると、電極1の方向に水平移動し、表面側電極1aと裏面側電極1bとの間にウェーハ7が挿入される(S202)。その過程で、センサ12によりウェーハエッジが検出され(S203)、その後のウェーハチャックの水平移動距離を調整することにより、ベベル部11のみが電極間に挿入される(S204)。挿入が完了すると、ウェーハチャック8が所定速度での回転を開始する(S205)。ウェーハチャック8の回転が開始すると、高周波電源6から電極1に高周波電力が印加され、大気圧プラズマが生成される(S206)。当該状態を所定回転回数(所定時間)維持することにより、ベベル部11のエッチングが行われる(S207)。このとき、ベベル部11の付着物がエッチングされ難い場合は、HeガスやArガス等の不活性ガスやCF4ガス等のフルオロカーボンガスを数十ml/min(標準状態)程度の流量でガス供給管13から供給し、エッチングを行う。
ウェーハチャック8の回転が所定回転回数(所定時間)に到達すると、ウェーハチャック8の回転が停止される(S208)。この後、電極1への高周波電力の印加が停止され(S209)、プラズマ3消失後に処理済のウェーハ7が電極間から引き出される(S210)。なお、処理済のウェーハ7は、ベベルエッチング装置の外部へ搬出される。
以上説明したように、本実施形態によれば、表面側のウェーハ周縁部、裏面側のウェーは周縁部、およびウェーハエッジを、同時にかつウェーハの形状を変化させることなくエッチングすることができる。このため、従来に比べて、ベベルエッチング処理のスループットを向上させることができ、製造コストを削減することができる。また、本実施形態では、大気圧グロー放電を利用してエッチングを行うため真空装置が不要であり、従来に比べて構成を簡単にすることができる。したがって、装置を比較的安価に製造することができ、製造コストを削減することができる。本実施形態のベベルエッチング装置を使用することで、ベベル部の付着物の脱離によるパーティクルがウェーハ表面に再付着することが防止され、半導体デバイスの製造歩留りを向上させることができる。
なお、図2のフローチャートにおいて、コ字型電極挿入距離を調整するステップ(S204)とウェーハチャック8の回転を開始するステップ(S205)とは、その順序が逆であってもよい。また、ウェーハチャック8の回転を停止するステップ(S208)と、高周波電力の印加を停止するステップ(S209)とは、その順序が同時、あるいは互いに逆転していても、同様の効果を奏することができる。
(第2の実施形態)
続いて、本発明の第2の実施形態に係るベベルエッチング装置を説明する。図2は、本発明の第2の実施形態におけるベベルエッチング装置の概略図である。本実施形態のベベルエッチング装置は、電極1に代えて、表面側電極20aと裏面側電極20bとに電気的に分離された電極20を備えている。表面側電極20aおよび裏面側電極20bはともに断面L字型の形状を有しており、両電極が、断面が略コ字型になる状態に配置されている。また、本実施形態では、裏面側電極20bに高周波電源6が接続されており、表面側電極20aには接地電位が付与されている。なお、誘電体2は、電極20の内壁だけでなく電極20の分割部分の表面にも配設されている。
また、本実施形態のベベルエッチング装置は、ベベルエッチングのエッチング終点を検出するエッチング終点検出手段を備えている。図3の例では、エッチング終点検出手段は、電極20に設けられた透光性材料からなる窓10と、図示しない分光計により構成されている。この場合、当該窓10を通じて特定波長のプラズマ発光強度を分光計で計測し、その強度変化を検知することで、エッチング終点の検出が行われる。なお、エッチング終点の検出法は、プラズマエッチング等の終点検出に使用されている任意の検出法を使用することができる。例えば、ウェーハ7のベベル部に直上の表面側電極20aに設けた窓を通じて特定波長の光をベベル部に照射し、当該光の反射光強度の変化を検知することでも、終点検知を行うことができる。
また。本実施形態では、大気圧下でプラズマ3を生成しているため、真空中の処理に比べてエッチング状態を容易に観測できるというメリットも有している。例えば、表面側電極20a等に設けた窓を介して光学顕微鏡等によりベベル部11の表面状態を直接観察することでも、エッチング終点を検知することもできる。なお、その他の構成は第1の実施形態のベベルエッチング装置と同一であるためここでの説明は省略する。
第1の実施形態では、電極1の間隙にウェーハ7が未挿入の状態では、電極1の近傍に接地電位(接地電極)が存在しないため、プラズマ3が不安定になるのに対し、本実施形態の構成によれば、ウェーハ7が未挿入の状態であっても表面側電極20aと裏面側電極20bとの間に安定してプラズマ3を生成することができる。
続いて、上述のベベルエッチング装置においてベベルエッチングを実施する際の手順について説明する。図4は、本実施形態のベベルエッチング装置において実施されるベベルエッチングの処理を示すフローチャートである。
まず、ウェーハ7がウェーハチャック8上に載置される(S401)。そして、ウェーハチャック8が電極1の方向に水平移動し、表面側電極20aと裏面側電極20bとの間にウェーハ7が挿入される(S402)。その過程で、センサ12によりウェーハエッジが検出され(S403)、その後のウェーハチャック8の水平移動距離を調整することにより、ベベル部11のみが電極間に挿入される(S404)。ウェーハ7の挿入が完了すると、ウェーハチャック8が所定速度での回転を開始する(S405)。ウェーハチャック8の回転が開始すると、高周波電源6から電極20(20b)に高周波電力が印加され、大気圧プラズマ3が生成される(S406)。当該状態を維持することにより、ベベル部11のエッチングが行われる(S407)。
エッチングが進行し、エッチング終点検出手段によりエッチング終点が検知されると(S408)、ウェーハチャック8が水平移動し、ウェーハ7を表面側電極20aと裏面側電極20bとの間から搬出する(S409)。センサ12がウェーハエッジを検出し、ウェーハ7の搬出が完了すると、ウェーハチャック8が回転を停止する(S410)とともに、処理済のウェーハ7は装置外部へ搬出される。この後、電極20への高周波電力の印加が停止される(S411)。このとき、高周波電力の印加を停止することなく、次のウェーハ7を連続して処理することもできる。この場合、続いて処理されるウェーハでは、プラズマ3を点火する時間を要しないため、ベベルエッチング処理のスループットを向上させることができる。
上述のように、本実施形態のベベルエッチング装置では、プラズマ3を生成した状態でウェーハ7を電極間から搬出する。これにより、エッチングされた物質(パーティクル)が、ベベル部11に再付着することを防ぐことができる。図5は、パーティクルの再付着防止のメカニズムを説明するための模式図である。なお、図5では、エッチング除去される前の膜22を点線で示している。
上述のようにベベルエッチング処理中のウェーハ7は、電子電流により負電位にバイアスされている。同様に、ウェーハ7上の膜21(22)も負に帯電している。また、プラズマ中に挿入されたウェーハ7の近傍には、ベベル部11の表面を覆うようにイオンシース23が形成されている。この状況下では、正イオンにより膜22がエッチングされる際に発生する、反応生成物やスパッタ物等のパーティクル24も負に帯電している。このため、パーティクル24はイオンシース23に捕捉され、ウェーハ7に落下できない。したがって、ベベル部11へのパーティクル24の再付着が抑制される。すなわち、プラズマ3が生成された状態で、処理済のウェーハ7を搬出することで、パーティクルがウェーハに再付着することを抑制することができるのである。したがって、プラズマ3が生成された状態で、処理済のウェーハ7を搬出することで、半導体装置の製造歩留りをさらに向上を図ることができる。
なお、図4のフローチャートにおいて、ウェーハエッジを検出するステップ(S403)とベベル部のコ字型電極挿入距離を調整するステップ(S404)とは、その順序が逆であってもよい。また、グロー放電を発生するステップ(S406)は、ベベル部11のエッチングを行うステップ(S407)より前であれば、どのタイミングで実行されても、同様の効果を奏することができる。さらに、ウェーハチャック8の回転を停止するステップ(S410)と大気圧グロー放電を停止するステップ(S411)とは、その順序が逆であってもよい。加えて、ベベル部11の付着物がエッチングされ難い場合は、第1の実施形態と同様に、HeガスやArガス等の不活性ガスやCF4ガス等のフルオロカーボンガスを数十ml/min(標準状態)程度の流量でガス供給管13から供給し、エッチングを行えばよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができることに加え、ベベル部へのパーティクルの付着を極めて少なくすることができる。したがって、半導体装置の製造歩留りをより向上させることができる。また、電極間にウェーハ7が挿入されていない状態であっても、安定してプラズマ3を生成することができるため、複数のウェーハ7の連続処理に好適である。
なお、以上で説明した実施形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、上記では、ベベル部のエッチングについて説明したが、電極の間隙への基板の挿入量を基板半径と同一にすることにより、基板全表面のクリーニングやレジストアッシングにも本発明を適用することができる。
本発明は、大気圧のグロー放電を用いており非常に安価に高速にベベル部のエッチングを実施できるため、ベベルエッチング装置およびベベルエッチング方法として有用である。また、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスや液晶パネルの製造方法等の用途にも応用できる。
本発明の第1の実施形態におけるベベルエッチング装置の概略図。 本発明の第1の実施形態におけるベベルエッチング処理を示すフロー図。 本発明の第2の実施形態におけるベベルエッチング装置の概略図 本発明の第2の実施形態におけるベベルエッチング処理を示すフロー図。 本発明の第2の実施形態におけるベベル部へのパーティクル付着防止を説明する模式図。
符号の説明
1 コ字型電極
2 誘電体
3 プラズマ
4 流量計
5 ポンプ
6 高周波電源
7 ウェーハ
8 ウェーハチャック(支持体)
9 整合器
10 窓
11 ベベル部
12 センサ
13 ガス供給管
15 ガス排気管

Claims (8)

  1. 基板の外縁から所定幅の領域に対してエッチング処理を行うベベルエッチング装置において、
    接地電位が付与されるとともに、支持した基板を周方向に回転させる支持体と、
    前記支持体に支持された基板の外縁側から所定幅の領域が挿入される間隙を有するとともに、前記基板と対向する面が誘電体で被覆された電極と、
    前記電極に接続された高周波電源と、
    を備えたことを特徴するベベルエッチング装置。
  2. 前記電極が、電気的に分離された、基板表面側電極と、基板裏面側電極とからなり、一方の電極に前記高周波電源が接続され、他方の電極に接地電位が付与された請求項1記載のベベルエッチング装置。
  3. 前記電極の間隙にガスを供給する手段と、
    当該ガスを排気する手段と、
    をさらに備えた請求項1または2記載のベベルエッチング装置。
  4. 前記支持体、あるいは前記電極が、前記支持された基板と平行な方向に移動可能に設けられた請求項1または2記載のベベルエッチング装置。
  5. 前記間隙に挿入された基板のエッチング状態を検出する手段をさらに備えた請求項1または2記載のベベルエッチング装置。
  6. 基板の外縁から所定幅の領域に対してエッチング処理を行うベベルエッチング方法において、
    基板が挿入される間隙を有するとともに、基板と対向する面が誘電体で被覆された電極の前記間隙に、基板の外縁から所定幅の領域を挿入する工程と、
    前記電極に高周波電力を印加し、前記間隙に大気圧グロー放電を発生させる工程と、
    前記間隙に基板を挿入した状態で前記基板を周方向に回転させる工程と、
    を有することを特徴するベベルエッチング方法。
  7. 前記間隙から前記基板を抜き出す工程と、
    基板を抜き出した後、前記電極への高周波電力の印加を停止する工程と、
    をさらに有する請求項6記載のベベルエッチング方法。
  8. 前記間隙に挿入された基板のエッチング状態を検出することによりエッチング終点を検知する工程をさらに有する請求項6または7記載のベベルエッチング方法。

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