JP2009170648A - プラズマエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物を所定の厚さにエッチングすることができるプラズマエッチング装置を提供する。
【解決手段】エッチング室を備えたハウジングと、エッチング室に配設され上面に被加工物を保持する保持面を有する被加工物保持部を備えた下部電極と、下部電極の被加工物保持部の保持面と対向して配設され保持面に向けてプラズマ発生用ガスを噴出する複数の噴出口を備えた上部電極と、上部電極に設けられた複数の噴出口に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手段とを具備するプラズマエッチング装置であって、被加工物保持部に保持された被加工物の厚みを検出する厚み検出手段を具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物にプラズマエッチングを施すプラズマエッチング装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に形成されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。なお、半導体ウエーハは個々のデバイスに分割される前にその裏面を研削装置によって研削して所定の厚さに形成されている。

しかるに、上述したようにウエーハの裏面を研削すると、ウエーハの裏面に研削歪が残存し、分割されたデバイスの抗折強度が低下するという問題がある。
このような問題を解消するために、ウエーハの裏面にプラズマエッチングを施すことによって、ウエーハの裏面に生成された研削歪を除去し、デバイスの抗折強度を向上させる技術が提案されており、プラズマエッチングを実施するプラズマエッチング装置が下記特許文献１に開示されている。
特開２００４−２２１１７５号公報

上述したプラズマエッチングによってウエーハの裏面に残存する研削歪を除去する場合には、上記研削歪が１〜２μmであるためプラズマエッチング工程を時間管理で実施している。一方、ウエーハの裏面を研削して所定の厚みに形成することなく、ウエーハの裏面をプラズマエッチングすることにより所定の厚みにするには、ウエーハを数百μmエッチングする必要がある。しかるに、プラズマエッチング工程を時間管理してウエーハを数百μmエッチングすることにより所定の厚さに形成することは困難である。
また、ウエーハの裏面を数百μmプラズマエッチングすると、ウエーハの中心部のエッチング量が多く外周にいくに従ってエッチング量が減少し、ウエーハを均一な厚みでエッチングすることはかなり難しい。

本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術課題は、被加工物を所定の厚みにエッチングすることができるプラズマエッチング装置を提供することにある。
また、本発明の他の技術課題は、被加工物を均一な厚みでエッチングすることができるプラズマエッチング装置を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するために、本発明によれば、エッチング室を備えたハウジングと、該エッチング室に配設され上面に被加工物を保持する保持面を有する被加工物保持部を備えた下部電極と、該下部電極の該被加工物保持部の該保持面と対向して配設され該保持面に向けてプラズマ発生用ガスを噴出する複数の噴出口を備えた上部電極と、該上部電極に設けられた該複数の噴出口に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手段と、を具備するプラズマエッチング装置において、
該被加工物保持部に保持された被加工物の厚みを検出する厚み検出手段を具備している、
ことを特徴とするプラズマエッチング装置が提供される。

上記下部電極を回転する下部電極回転手段を備えており、上記プラズマ発生用ガス供給手段は上部電極に設けられた複数の噴出口から噴出されるプラズマ発生用ガスの流量が下部電極の被加工物保持部の保持面の中央から外周に向けて漸次増大するように構成されていることが望ましい。

本発明によるプラズマエッチング装置は、被加工物保持部に保持された被加工物の厚みを検出する厚み検出手段を具備しているので、エッチング処理中の被加工物の厚みを監視しつつ所定の厚みに形成することができる。
また、本発明によれば、下部電極を回転する下部電極回転手段を備えており、プラズマ発生用ガス供給手段は上部電極に設けられた複数の噴出口から噴出されるプラズマ発生用ガスの流量が下部電極の被加工物保持部の保持面に保持される被加工物の中央から外周に向けて増大するように構成されているので、被加工物保持部の保持面に保持された被加工物の中央部が多量にエッチングされることがなく、中央から外周に渡って略均一にエッチングされる。

以下、本発明によって構成されたプラズマエッチング装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１には、本発明に従って構成されたプラズマエッチング装置の断面図が示されている。図１に示すプラズマエッチング装置は、エッチング室２０を形成するハウジング２を具備している。このハウジング２は、底壁２１と上壁２２と左右側壁２３、２４と後側側壁２５および前側側壁（図示せず）とからなっており、右側側壁２４には被加工物搬出入用の開口２４１が設けられている。開口２４１の外側には、開口２４１を開閉するためのゲート３が上下方向に移動可能に配設されている。このゲート３は、ゲート作動手段４によって作動せしめられる。ゲート作動手段４は、エアシリンダ４１と該エアシリンダ４１内に配設された図示しないピストンに連結されたピストンロッド４２とからなっており、エアシリンダ４１がブラケット４３を介して上記ハウジング２の底壁２１に取り付けられており、ピストンロッド４２の先端（図において上端）が上記ゲート３に連結されている。このゲート作動手段４によってゲート３を開けることにより、被加工物としての半導体ウエーハ１００を開口２４１を通して搬出入することができる。また、ハウジング２を構成する底壁２１には排気口２１１が設けられており、この排気口２１１がガス排出手段５に接続されている。

上記ハウジング２によって形成されるエッチング室２０には、下部電極６と上部電極７が対向して配設されている。
下部電極６は、導電性の材料によって形成されており、円盤状の被加工物保持部６１と、該被加工物保持部６１の下面中央部から突出して形成された円柱状の支持部６２とからなっている。このように被加工物保持部６１と円柱状の支持部６２とから構成された下部電極６は、支持部６２がハウジング２の底壁２１に形成された穴２１２を挿通して配設され、絶縁体８を介して底壁２１にシールされた状態で回転可能に支持されている。このようにハウジング２の底壁２１に支持された下部電極６は、支持部６２を介して高周波電源１０に電気的に接続されている。

下部電極６を構成する被加工物保持部６１の上部には、上方が開放された円形状の嵌合凹部６１１が設けられており、該嵌合凹部６１１にポーラスセラミック材によって形成され上面が保持面となる円盤状の吸着保持部材６３が嵌合される。嵌合凹部６１１における吸着保持部材６３の下側に形成される室６１１ａは、被加工物保持部６１および支持部６２に形成された連通路６２１によって吸引手段９に連通されている。従って、吸着保持部材６３の上面である保持面上に被加工物を載置し吸引手段９を作動して連通路６２１を負圧源に連通することにより室６１１ａに負圧が作用し、吸着保持部材６３上に載置された被加工物が吸引保持される。また、吸引手段９を作動して連通路６２１を大気に開放することにより、吸着保持部材６３上に吸引保持された被加工物の吸引保持が解除される。

下部電極６を構成する被加工物保持部６１の下部には、冷却通路６１２が形成されている。この冷却通路６１２の一端は支持部６２に形成された冷媒導入通路６２２に連通され、冷却通路６１２の他端は支持部６２に形成された冷媒排出通路６２３に連通されている。冷媒導入通路６２２および冷媒排出通路６２３は、冷媒供給手段１１に連通されている。従って、冷媒供給手段１１が作動すると、冷媒が冷媒導入通路６２２、冷却通路６１２および冷媒排出通路６２３を通して循環せしめられる。この結果、後述するプラズマ処理時に発生する熱は下部電極６から冷媒に伝達されるので、下部電極６の異常昇温が防止される。

以上のように構成された下部電極６は、支持部６２が下部電極回転手段としての電動モータ１２に連結されており、該電動モータ１２によって回転せしめられるようになっている。

上記上部電極７は、導電性の材料によって形成されており、ガス噴出部７１と、該ガス噴出部７１の上面から突出して形成された円柱状の支持部７２とからなっている。このようにガス噴出部７１と円柱状の支持部７２とからなる上部電極７は、ガス噴出部７１が下部電極６を構成する被加工物保持部６１の吸着保持部材６３と対向して配設され、支持部７２がハウジング２の上壁２２に形成された穴２２１を挿通し、該穴２２１に装着されたシール部材１２によって上下方向に移動可能に支持されている。支持部７２の上端部には作動部材７３が取り付けられており、この作動部材７３が昇降駆動手段１３に連結されている。なお、上部電極７は、支持部７２を介して接地されている。

上部電極７を構成するガス噴出部７１は、上記下部電極６の被加工物保持部６１の吸着保持部材６３の中央部から外周部に対向するように形成されている。このガス噴出部７１における被加工物保持部６１の吸着保持部材６３の中央に対向する領域７１aと吸着保持部材６３の中央と外周の中間に対向する領域７１ｂと吸着保持部材６３の外周部に対向する領域７１ｃの高さ位置にそれぞれ段差が設けられている。即ち、ガス噴出部７１における領域７１aは吸着保持部材６３の上面である保持面からの間隔が最も大きい位置に設定され、ガス噴出部７１における領域７１ｂおよび領域７１ｃは吸着保持部材６３の上面である保持面からの間隔が漸次減少するように設定されている。このように形成されたガス噴出部７１における領域７１aの下面に開口するように噴出口７１１aが設けられ、領域７１ｂの下面に開口するように噴出口７１１bが設けられ、そして領域７１ｃの下面に開口するように噴出口７１１cが設けられる。

このように形成された噴出口７１１a、７１１b、７１１cは、それぞれガス噴出部７１および支持部７２に形成された連通路７２１a、７２１b、７２１cを介してプラズマ発生用ガス供給手段１４に連通されている。プラズマ発生用ガス供給手段１４は、SF₆等のフッ素系ガスと酸素を主体とするプラズマ発生用の混合ガスの供給源１４１と、該混合ガスの供給源１４１と上記連通路７２１a、７２１b、７２１cとを接続する配管１４２a、１４２b、１４２cにそれぞれ配設された電磁開閉弁１４３a、１４３b、１４３cおよび流量調整弁１４４a、１４４b、１４４cを具備している。このように構成されたプラズマ発生用ガス供給手段１４は、電磁開閉弁１４３a、１４３b、１４３cを附勢(ON)して開路し、流量調整弁１４４a、１４４b、１４４cに印加する電圧をそれぞれ制御することにより連通路７２１a、７２１b、７２１cに供給するプラズマ発生用ガスの流量を調整する。図示の実施形態においては、流量調整弁１４４aは連通路７２１aに供給するプラズマ発生用ガスの流量が１リットル／分になるように制御され、流量調整弁１４４bは連通路７２１bに供給するプラズマ発生用ガスの流量が１．５リットル／分になるように制御され、流量調整弁１４４cは連通路７２１cに供給するプラズマ発生用ガスの流量が２リットル／分になるように制御される。従って、複数の噴出口７１１a、７１１b、７１１cから噴出されるプラズマ発生用ガスの流量は、下部電極６の被加工物保持部６１の吸着保持部材６３の中央から外周に向けて漸次増加するようになっている。

図示の実施形態におけるプラズマエッチング装置は、上記被加工物保持部６１の吸着保持部材６３上に保持された被加工物の厚みを検出する厚み検出手段１５を具備している。この厚み検出手段１５は、ハウジング２の左側壁２３からエッチング室２０に突出して形成され被加工物保持部６１の上方に配置されたケース２３０内に配設されている。厚み検出手段１５について、図２を参照して説明する。図２に示す厚み検出手段１５は、検出用ビームを発振するビーム発振手段１５１と、該ビーム発振手段１５１から発振された検出用ビームが被加工物保持部６１に保持された被加工物Wの上面で反射した反射光を受光する反射光検出手段１５２とを具備している。ビーム発振手段１５１は、図示の実施形態においてはレーザーダイオードからなり、後述する制御手段によって制御される。このレーザーダイオードからなるビーム発振手段１５１は、例えば波長が１１００nmの検出用ビームLBaを入射角θをもって発振する。ビーム発振手段１５１から発振された検出用ビームLBaは、ケース２３０の下壁に配設された透明坂２３１を通して被加工物保持部６１に保持された被加工物Wの上面に照射される。反射光検出手段１５２は、被加工物保持部６１に保持された被加工物Wの上面に向けて入射角θをもって発振された検出用ビームLBaが被加工物Wの上面で反射した反射光を受光する。この反射光検出手段１５２は、図示の実施形態においては位置敏感型検出器(PSD)やCCDラインセンサー等の位置検出器からなっており、その検出信号を後述する制御手段に送る。

図２に示す厚み検出手段１５は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
被加工物Wがエッチングされる前の状態では、ビーム発振手段１５１から発振された検出用ビームLBaは実線で示す被加工物Wの上面で反射し、その反射光LBb1が反射光検出手段１５２のS1位置で受光される。反射光検出手段１５２は、反射光LBb1を受光したS1位置信号を後述する制御手段に送る。一方、被加工物Wがエッチングされ上面が２点鎖線で示す状態では、ビーム発振手段１５１から発振された検出用ビームLBaは２点鎖線で示す被加工物Wの上面で反射し、その反射光LBb2が反射光検出手段１５２のS2位置で受光される。反射光検出手段１５２は、反射光LBb2を受光したS2位置信号を後述する制御手段に送る。このようにして反射光検出手段１５２からS1位置信号およびS2位置信号が送られた後述する制御手段は、S1位置信号およびS2位置信号に基づいて次のようにして被加工物Wのエッチング量を演算する。即ち、上記S1位置とS2位置との間隔をLとすると、エッチング量Hは、H＝(L×cosθ)／sin2θ で求められる。なお、エッチング処理する前の被加工物Wの厚みTは予め設定されているので、エッチング処理する前の被加工物Wの厚みTから上記エッチング量Hを減算することにより、エッチング処理中の被加工物Wの厚みT0を求めることができる(T0＝T−H)。

図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるプラズマエッチング装置は、上記ゲート作動手段４、ガス排出手段５、吸引手段９、高周波電源１０、冷媒供給手段１１、下部電極回転手段としての電動モータ１２、昇降駆動手段１３、ガス供給手段１４の電磁開閉弁１４３a、１４３b、１４３cおよび流量調整弁１４４a、１４４b、１４４c等を制御する制御手段１６を具備している。この制御手段１６には上記反射光検出手段１５２から受光信号が入力されるとともに、ガス排出手段５からハウジング２によって形成されるエッチング室２０内の圧力に関するデータが、冷媒供給手段１１から冷媒温度（即ち電極温度）に関するデータが入力され、これらのデータ等に基づいて制御手段１６は上記各手段に制御信号を出力するとともに表示手段１７に制御信号を出力する。

図示の実施形態におけるプラズマエッチング装置は以上のように構成されており、以下半導体ウエーハの裏面をプラズマエッチング（ドライエッチング）する例について説明する。
図４には、被加工物としての半導体ウエーハの斜視図が示されている。図４に示す半導体ウエーハ１００は、例えば厚さが６００μmのシリコンウエーハからなっており、表面１００ａに複数のストリート１０１が格子状に形成されているとともに、該複数のストリート１０１によって区画された複数の領域にIC、LSI等のデバイス１０２が形成されている。このように構成された半導体ウエーハ１００の表面１００ａには、図５に示すように厚さが１００μmの樹脂フィルムからなる保護テープ１１０を貼着する（保護部材貼着工程）。従って、半導体ウエーハ１００の裏面１００bが露出する形態となる。

上記のように形成された半導体ウエーハ１００の裏面をプラズマエッチング（ドライエッチング）して所定の厚さに形成するには、先ずゲート作動手段４を作動してゲート３を図１において下方に移動せしめ、ハウジング２の右側側壁２４に設けられた開口２４１を開ける。次に、図示しない搬出入手段によって上述した半導体ウエーハ１００を裏面１００bを上側にして、開口２４１からハウジング２によって形成されるエッチング室２０に搬送し、図３に示すように下部電極６を構成する被加工物保持部６１の吸着保持部材６３上に載置する。このとき、昇降駆動手段１３を作動して上部電極７を上昇せしめておく。そして、吸引手段９を作動して上述したように室６１１ａに負圧を作用することにより、吸着保持部材６３上に載置された半導体ウエーハ１００は吸引保持される。

半導体ウエーハ１００が吸着保持部材６３上に吸引保持されたならば、ゲート作動手段４を作動してゲート３を図１において上方に移動せしめ、ハウジング２の右側側壁２４に設けられた開口２４１を閉じる。そして、昇降駆動手段１３を作動して上部電極７を下降させ、図３に示すように上部電極７を構成するガス噴射部７１の下面と下部電極６を構成する被加工物保持部６１に保持された半導体ウエーハ１００の上面（裏面１００b：エッチングすべき面）との間の距離を所定の間隔に位置付ける。

次に、被加工物保持部６１に配設された図示しない静電力生成手段を作動して静電力で半導体ウエーハ１００を保持し、ガス排出手段５を作動してハウジング２によって形成されるエッチング室２０内を排気する。エッチング室２０内を排気して減圧したならば、制御手段１６は上記下部電極回転手段としての電動モータ１２を駆動して下部電極６を例えば１００rpmの回転速度で回転せしめる。そして、制御手段１６は、プラズマ発生用ガス供給手段１４の電磁開閉弁１４３a、１４３b、１４３cを附勢(ON)して開路するとともに、流量調整弁１４４a、１４４b、１４４cに印加する電圧をそれぞれ制御して流量を調整する。この結果、プラズマ発生用ガス供給手段１４のプラズマ発生用の混合ガスの供給源１４１から電磁開閉弁１４３a、１４３b、１４３c、流量調整弁１４４a、１４４b、１４４c、連通路７２１a、７２１b、７２１cを通して噴出口７１１a、７１１b、７１１cから下部電極６の吸着保持部材６３上に保持された半導体ウエーハ１００の裏面１００bに向けて噴出される。そして、エッチング室２０内を所定のガス圧力に維持する。このように、プラズマ発生用の混合ガスを供給した状態で、高周波電源１０から下部電極６と上部電極７との間に高周波電圧を印加する。これにより、下部電極６と上部電極７との間の空間にSF₆のプラズマが発生し、このプラズマにより生じる活性物質の作用により、半導体ウエーハ１００の裏面１００bがエッチングされる（エッチング工程）。このエッチング工程においては、流量調整弁１４４a、１４４b、１４４cの流量が上述したように流量調整弁１４４aが最も少なく、流量調整弁１４４bおよび流量調整弁１４４cの流量が漸次増加するように調整されているので、下部電極６の吸着保持部材６３上に保持された半導体ウエーハ１００の中央に向けて開口する噴出口７１１aから噴出するプラズマ発生用ガスの流量が最も少なく、噴出口７１１bおよび噴出口７１１cから噴出するプラズマ発生用ガスの流量が漸次増加せしめられている。従って、下部電極６の吸着保持部材６３上に保持された半導体ウエーハ１００の中央部が多量にエッチングされることがなく、半導体ウエーハ１００の中央から外周に渡って均一にエッチングされるため、例えば厚さが６００μmの半導体ウエーハ１００を１００μmの厚みになるまでエッチングしても略均一な厚みに形成することができる。

なお、上記半導体ウエーハ１００の表面１００b側からデバイスの仕上がり厚さに相当する深さの切削溝を形成し、その後上述したエッチング工程を実施して半導体ウエーハ１００の表面１００bをエッチングすることにより切削溝を表面１００bに表出させて半導体ウエーハ１００を個々のデバイスに分割すると、抗折強度の高いデバイスを得ることができる。

上述したエッチング工程を実施している際には厚み検出手段１５が作動しており、制御手段１６は反射光検出手段１５２から送られるS1位置信号およびS2位置信号に基づいて半導体ウエーハ１００のエッチング量H（H＝(L×cosθ)／sin2θ）を演算するとともに、エッチング処理する前の半導体ウエーハ１００の厚みTから上記エッチング量Hを減算することにより、エッチング処理中の半導体ウエーハ１００の厚みT0を求めている(T0＝T−H)。そして、半導体ウエーハ１００の厚みT0が所定の仕上がり厚み(例えば１００μm)に達したら、制御手段１６は表示手段１７に制御信号を出力しエッチング処理が完了した旨のメッセージを表示させるとともに、エッチング工程を実施している上記各手段の作動を停止する。従って、半導体ウエーハ１００は、所定の仕上がり厚み(例えば１００μm)に形成される。

本発明に従って構成されたプラズマエッチング装置の断面図。 図１に示すプラズマエッチング装置に装備される厚み検出手段の要部を拡大して示す断面図。 図１に示すプラズマエッチング装置を構成する下部電極を構成する被加工物保持部の吸着保持部材上に被加工物としての半導体ウエーハを保持した状態を示す断面図。 被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。 図４に示す半導体ウエーハの表面に保護テープを貼着した状態を示す斜視図。

符号の説明

２：ハウジング
２０：密閉空間
２２１：排気口
２４１：被加工物搬出入用の開口
３：ゲート
４：ゲート作動手段
５：ガス排出手段
６：下部電極
６１：被加工物保持部
６１２：冷却通路
６２：支持部
６２２：冷媒導入通路
６２３：冷媒排出通路
６３：吸着保持部材
７：上部電極
７１：ガス噴出部
７１１a,７１１b,７１１c：噴出口
７２：支持部
７３：作動部材
７６：ガス噴射部材
７７：環状の隔壁
９：吸引手段
１０：高周波電源
１１：冷媒供給手段
１２：電動モータ（下部電極回転手段）
１３：昇降駆動手段
１４：プラズマ発生用ガス供給手段
１４１：プラズマ発生用の混合ガスの供給源
１４３a,１４３b,１４３c：電磁開閉弁
１４４a,１４４b,１４４c：流量調整弁
１５：厚み検出手段
１５１：ビーム発振手段
１５２：反射光検出手段
１６：制御手段
１７：表示手段
１００：半導体ウエーハ

Claims (2)

1. エッチング室を備えたハウジングと、該エッチング室に配設され上面に被加工物を保持する保持面を有する被加工物保持部を備えた下部電極と、該下部電極の該被加工物保持部の該保持面と対向して配設され該保持面に向けてプラズマ発生用ガスを噴出する複数の噴出口を備えた上部電極と、該上部電極に設けられた該複数の噴出口に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手段と、を具備するプラズマエッチング装置において、
   該被加工物保持部に保持された被加工物の厚みを検出する厚み検出手段を具備している、
   ことを特徴とするプラズマエッチング装置。
2. 該下部電極を回転する下部電極回転手段を備えており、
   該プラズマ発生用ガス供給手段は、該上部電極に設けられた該複数の噴出口から噴出されるプラズマ発生用ガスの流量が該下部電極の該被加工物保持部の保持面の中央から外周に向けて漸次増大するように構成されている、請求項１記載のプラズマエッチング装置。

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