JP2014044991A - Apparatus and method for plasma processing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板にプラズマを作用させて各種の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。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for performing various processes by applying plasma to a substrate.
半導体装置の製造プロセスでは、基板にプラズマを作用させて薄膜を形成する化学気相成長(CVD)や、プラズマエッチングや、プラズマを利用して基板に薄膜を形成するスパッタリングなどが行われる(特許文献1及び特許文献2参照)。 In a semiconductor device manufacturing process, chemical vapor deposition (CVD) in which plasma is applied to a substrate to form a thin film, plasma etching, sputtering in which a thin film is formed on a substrate using plasma, and the like are performed (Patent Literature). 1 and Patent Document 2).
例えば、ウエハにスパッタ法で金属薄膜を形成することがある。この場合、Arプラズマを用いたRFプラズマエッチングにより、基板表面の酸化膜を除去し、それから、ウエハにスパッタ法で金属薄膜を形成することがある。このとき、貫通電極TSV(Through Silicon Via)が形成された薄膜化されたウエハは、通常、WSS(Wafer support System)と呼ばれる絶縁性のガラス支持体の上に固定される。 For example, a metal thin film may be formed on a wafer by sputtering. In this case, the oxide film on the substrate surface may be removed by RF plasma etching using Ar plasma, and then a metal thin film may be formed on the wafer by sputtering. At this time, the thinned wafer formed with through silicon vias TSV (Through Silicon Via) is usually fixed on an insulating glass support called WSS (Wafer support System).
一般に、プラズマ処理は、処理室(反応室)と呼ばれるチャンバ内で行われる。チャンバ内には、WSSに固定された基板を載置するステージが設けられている。このステージ上の基板にプラズマを作用させて各種の処理を行う。 In general, plasma processing is performed in a chamber called a processing chamber (reaction chamber). A stage for placing a substrate fixed to the WSS is provided in the chamber. Various treatments are performed by applying plasma to the substrate on the stage.
WSSは絶縁体であるため、プラズマ処理中に帯電し易い。WSSが帯電すると、基板(ウエハ)が載置されているステージと基板との間に静電気力による引力が発生する。これにより、WSSがステージに貼りつくことがある。 Since WSS is an insulator, it is easily charged during plasma processing. When the WSS is charged, an attractive force is generated between the stage on which the substrate (wafer) is placed and the substrate. As a result, the WSS may stick to the stage.
WSSを処理室から搬出する場合、WSSをステージから持ち上げる必要がある。しかし、チャージアップによりWSSとステージとが吸着している場合、WSSをステージから持ち上げにくいという問題が生じることがある。 When carrying out WSS from a processing chamber, it is necessary to lift WSS from a stage. However, when the WSS and the stage are attracted by charge-up, there is a problem that it is difficult to lift the WSS from the stage.
特許文献1は、プラズマ化学気相蒸着(プラズマCVD)によるプラズマ処理の後に、半導体基板をステージから離した状態で不活性ガスを流しながら除電することを開示している。これにより、次に行う成膜処理において、膜の異常成長を抑制することができるとされている。しかしながら、引用文献1に記載の方法では、半導体ウエハの除電前に、リフトピンによってウエハをステージから持ち上げている。つまり、引用文献1は、静電気力によりウエハをステージからリフトアップすることが困難になるという問題を一切考慮していない。 Patent Document 1 discloses that after plasma processing by plasma-enhanced chemical vapor deposition (plasma CVD), static elimination is performed while flowing an inert gas in a state where the semiconductor substrate is separated from the stage. Thereby, it is said that the abnormal growth of the film can be suppressed in the next film forming process. However, in the method described in Cited Document 1, the wafer is lifted from the stage by lift pins before static elimination of the semiconductor wafer. That is, the cited document 1 does not consider the problem that it is difficult to lift the wafer from the stage due to electrostatic force.
特許文献2は、半導体装置の製造に使用するスパッタ・エッチ装置を開示している。スパッタRFエッチング後に石英電極板とウエハとがガラス吸着のような密着を生じるという問題を解決するため、特許文献2に記載のスパッタ・エッチ装置では、電極板表面のウエハの載置面に座ぐりが設けられている。これにより、電極板とウエハの接触面積が小さくなるので、吸着現象の吸着力が低下するとされている。しかしながら、発生した電荷を除去するものではないため、静電気力による引力を除去するものではない。つまり、静電気力によりウエハをステージからリフトアップすることが困難になるという問題は未だ残っている。 Patent Document 2 discloses a sputtering / etching apparatus used for manufacturing a semiconductor device. In order to solve the problem that the quartz electrode plate and the wafer are brought into close contact such as glass adsorption after the sputtering RF etching, the sputtering / etching apparatus described in Patent Document 2 is used to counter the wafer mounting surface on the electrode plate surface. Is provided. As a result, the contact area between the electrode plate and the wafer is reduced, so that the adsorption force of the adsorption phenomenon is reduced. However, since the generated electric charge is not removed, the attractive force due to the electrostatic force is not removed. That is, there still remains a problem that it is difficult to lift the wafer from the stage due to electrostatic force.
したがって、帯電による静電気力の問題について、より改善された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が望まれる。 Therefore, it is desired to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method that are improved with respect to the problem of electrostatic force due to charging.
一実施形態におけるプラズマ処理装置は、支持体に固定された基板を載置するステージと、基板を搬送するブレードと、ブレードを可動させる可動機構と、を備えている。ブレードの表面の少なくとも一部が導電体で形成されている。導電体は接地されている。可動機構は、ステージ上の少なくとも基板上に形成された導電膜に導電体を接触させるように、ブレードを可動させる。 In one embodiment, a plasma processing apparatus includes a stage on which a substrate fixed to a support is placed, a blade that transports the substrate, and a movable mechanism that moves the blade. At least a part of the surface of the blade is formed of a conductor. The conductor is grounded. The movable mechanism moves the blade so that the conductor contacts the conductive film formed on at least the substrate on the stage.
一実施形態におけるプラズマ処理方法は、支持体に固定された基板をステージに載置する工程と、ステージ上の基板をプラズマ処理する工程と、基板上に導体膜を形成する工程と、支持体に帯電した電荷を除電する工程と、を備える。除電する工程では、表面の少なくとも一部が導電体で形成されており、導電体が接地されているブレードを移動させ、ステージ上の少なくとも基板上に形成された導体膜に導電体を接触させる。 In one embodiment, a plasma processing method includes a step of placing a substrate fixed to a support on a stage, a step of plasma processing a substrate on the stage, a step of forming a conductor film on the substrate, and a support And a step of neutralizing the charged charges. In the step of removing electricity, at least a part of the surface is formed of a conductor, and the blade, to which the conductor is grounded, is moved to bring the conductor into contact with the conductor film formed on at least the substrate on the stage.
上記構成のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、プラズマ処理後に、ブレードの導電体を少なくとも基板上に形成された導体膜に接触させることにより、基板を除電することができる。そのため、基板とステージとの間の静電気力を排除することができる。その結果、WSSに固定された基板をステージから容易に持ち上げることができる。 According to the plasma processing apparatus and the plasma processing method configured as described above, the substrate can be discharged by bringing the blade conductor into contact with at least the conductor film formed on the substrate after the plasma processing. Therefore, the electrostatic force between the substrate and the stage can be eliminated. As a result, the substrate fixed to the WSS can be easily lifted from the stage.
上記構成によれば、基板をステージから容易に持ち上げることができる。 According to the above configuration, the substrate can be easily lifted from the stage.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、第1の実施形態におけるプラズマ処理装置の模式的上面図である。プラズマ処理装置10は、基板を搬送するブレード20と、処理室31,32,33と、ロードロック室34,35と、を備えている。
FIG. 1 is a schematic top view of the plasma processing apparatus in the first embodiment. The
処理室31〜33及びロードロック室34,35は任意の数だけ設けられていて良い。図1に示す例では、プラズマ処理装置10は、第1の処理室31と、第2の処理室32と、第3の処理室33と、第1のロードロック室34と、第2のロードロック室35と、を備えている。処理室31〜33及びロードロック室34,35は、円周状に並んで配置されていて良い。
Any number of
各処理室31〜33には、基板が載置されるステージ36が設けられている。各ステージ36には、図3(c)に示すリフトピン38が設けられている。リフトピン38は、ステージ36内に引っ込んだり、ステージ36から突出したりする。リフトピン38がステージから突出することにより、基板はステージ36から持ち上げられる。
Each
図2は、基板としての半導体ウエハを保持したブレードの模式的断面図である。ブレード20は、ガラス支持体(WSS)26上に接着層27を介して設置された基板28を保持することができる。具体的には、ブレード20の上面にWSS26を保持するホルダ22が設けられている。ホルダ22は、ゴムや石英等の絶縁体からなる。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a blade holding a semiconductor wafer as a substrate. The blade 20 can hold a substrate 28 placed on a glass support (WSS) 26 via an
基板28としては、例えばシリコン基板(シリコンウエハ)のような半導体基板を用いることができる。接着層27は、例えばLTHC(Light to Heat Conversion)や液状の紫外線硬化剤(UV-Cure Liquid Adhesive)のような剥離可能な接着材が用いられる。
As the substrate 28, for example, a semiconductor substrate such as a silicon substrate (silicon wafer) can be used. For the
ブレード20は、ブレード20を可動させる可動機構24,25に取り付けられている。可動機構24,25は、ブレード20を、互いに直交する3方向(x方向、y方向及びz方向)に自由に移動させることができることが好ましい。
The blade 20 is attached to
本実施形態では、可動機構は、アーム24及び昇降回転機構25を備えている。アーム24は、ブレード20を保持しており、昇降回転機構25に取り付けられている。昇降回転機構25は、回転軸まわりに回転することにより、ブレード20を当該回転軸まわりに回転(公転)させることができる。これにより、昇降回転機構25は、各処理室31〜33又は各ロードロック室34,35に対応する位置にブレード20を移動させることができる。
In the present embodiment, the movable mechanism includes an
また、昇降回転機構25は、上昇及び下降可能に構成されている。これにより、昇降回転機構25は、ブレード20を上昇及び下降させることができる。
Moreover, the raising / lowering
アーム24は、昇降回転機構25から遠ざかる方向と近づく方向にブレード20を移動させることができる。これにより、ブレード20は、各処理室31〜33又はロードロック室34,35へ、WSS26に固定された基板28を搬入したり、各処理室31〜33又はロードロック室34,35から基板28を搬出したりすることができる。
The
ブレード20は、導電体から構成されていて良い。また、ブレード20は、絶縁体の表面に金属コーティングされたものであっても良い。少なくともブレード20の先端が導電部であり、この導電部が接地されていれば良い。本実施形態では、ブレード20は、電気抵抗の低い金属材料、例えば銅を含む金属や銅等から構成されている。ブレード20は、アーム24に設けられた電気配線23を通じて、グランドに電気的に接続されている。また、ブレード20の先端21はテーパ形状であることが好ましい。
The blade 20 may be made of a conductor. Further, the blade 20 may be a metal coating on the surface of the insulator. It is sufficient that at least the tip of the blade 20 is a conductive portion, and this conductive portion is grounded. In the present embodiment, the blade 20 is made of a metal material having a low electrical resistance, such as a metal containing copper or copper. The blade 20 is electrically connected to the ground through
図3は、プラズマ処理装置10を用いて、基板28を搬送する方法を示している。図3(a)は、処理室31〜33内のステージ36上に置かれた基板28を示している。基板28は、WSS26に固定された状態で、ブレード20によってステージ36上に置かれる。
FIG. 3 shows a method for transporting the substrate 28 using the
ステージ36上の基板28は、処理室内でプラズマ処理される。各処理室31〜33において、化学気相成長(CVD)や、プラズマエッチングや、スパッタリングによる薄膜形成などの任意の処理が行われる。本実施形態では、第1の処理室31で、基板28に対して、ArプラズマによるRFエッチングを行う。第2の処理室32は、スパッタリングにより、基板28にチタン(Ti)の薄膜を形成するスパッタリング室である。第3の処理室33は、スパッタリングにより、基板28に導電膜である銅(Cu)の薄膜を形成するスパッタリング室である。第2及び第3の処理室32,33でのスパッタリングにより、基板28や接着層27やWSS26の表面に導電層29が形成される。
The substrate 28 on the
処理室内でのプラズマ処理によって、基板28及び導電層29はプラスに帯電する。しかし、基板28とステージとの間には絶縁体であるWSS26や接着層27があり、除電する事が困難となる。これにより、基板28とステージ36との間に静電気力が発生し、その結果、基板28,接着剤27,WSS26を含めた基体部30がステージ36に貼りつくことがある。
By the plasma treatment in the treatment chamber, the substrate 28 and the
プラズマ処理後、ブレード20を可動させ、ブレード20を導電層29の少なくとも一部分に接触させる(図3(b)及び図4参照)。アーム24は、x方向、y方向及びz方向に自由にブレード20を可動させることができるため、ブレード20を導電層29に接触させることができる。
After the plasma treatment, the blade 20 is moved, and the blade 20 is brought into contact with at least a part of the conductive layer 29 (see FIGS. 3B and 4). Since the
具体的には、ブレード20の導電部を、導電層29に当接させる。ブレード20の導電部は接地されているため、基板28および導電層29の電荷は、ブレード20の導電部を介してグランドへ流れる。これにより、基板28を短時間で除電することができる。ブレード20を導電層29に接触させる際、まずブレード20を上昇させてからブレード20をWSS26の方へ移動させ、それから、ブレードを下降させることが好ましい。
Specifically, the conductive portion of the blade 20 is brought into contact with the
ブレード20の先端は、基板(ウエハ)28の形状に合わせたテーパ形状となっていることが好ましい。これにより、WSS26や接着層27上の導電層29に容易にブレード20を接触させることができ、製品領域にブレード20が接触する必要がなく、その結果、製品歩留りを低下させることもない。
The tip of the blade 20 is preferably tapered to match the shape of the substrate (wafer) 28. Accordingly, the blade 20 can be easily brought into contact with the
基板28が除電されると、基体部30とステージ36との間の静電気力が除去される。これにより、リフトピン38によってWSS26を容易にステージ36から持ち上げることができる。その結果、ステージ36からの基板28の脱離不良による歩留まりの低下やスループットの低下を防止することができる。
When the substrate 28 is neutralized, the electrostatic force between the
WSS26をステージ36から持ち上げると、WSS26とステージ38との間に隙間が生じる。この隙間に、薄い刃型のブレード20を挿入し、ブレード20のホルダ22上にWSS26を載せる(図3(c)参照)。なお、ブレード20は、ステージ36のリフトピン38と干渉しない形状となっている。
When the
それから、ブレード20によって、WSS26に固定された基板28を、処理室31〜33内から搬出する(図3(d)参照)。必要に応じて、基板28は、ブレード20によって別の処理室内のステージ36上に置かれる。
Then, the substrate 28 fixed to the
本実施形態では、基板28を、第1の処理室31、第2の処理室32、第3の処理室33の順に搬入する。これにより、基板28に対し、RFエッチング、Tiの成膜、Cuの成膜を順番に行う。このようにして、基板28上にCu/Ti薄膜を形成することができる。
In the present embodiment, the substrate 28 is carried in the order of the
図5は、基板28としての半導体ウエハを保持した第2の実施形態のブレードの模式的断面図である。図6は、第2の実施形態のブレード40を用いたWSS26及び基板28の除電の方法を示す図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the blade of the second embodiment holding a semiconductor wafer as the substrate 28. FIG. 6 is a diagram illustrating a method of neutralizing the
ブレード40は、強度の高い材質からなる基体40aと、基体40aの表面にコーティングされた導電部40bと、を有する。基体40aは、その強度を考慮し、モリブデン或はアルミナ等のセラミックスを主成分とすることが好ましい。
The blade 40 includes a
導電部40bは、電気抵抗の低いCu等の金属材料であることが好ましい。導電部40bとしての金属コーティングは、ホルダ22とは反対側の表面に形成されている。導電部40bは、ステージ36上のWSS26上に形成された導電層29と接触できる位置、すなわちブレード40のテーパ形状の先端41にわたって延在している。ブレード40の導電部40bに、アーム24を通じて電気配線23が接続されている。この配線23はグランドにつながっている。
The
ブレード40のその他の構成は、第1の実施形態(図2及び図4参照)と同様であるため、その説明を省略する。 Since the other structure of the blade 40 is the same as that of the first embodiment (see FIGS. 2 and 4), the description thereof is omitted.
上記のプラズマ装置10は、半導体装置の製造装置として用いることができる。図7は、製造しようとする半導体装置50の一部の断面を一例として示している。半導体装置50は、半導体基板51と、半導体基板51の一方の面に形成された絶縁膜52〜57と、これらの絶縁膜中に形成された配線層60〜62と、を有する。半導体基板51はシリコンから形成することができる。
The
半導体装置50は、半導体基板51を貫通する貫通配線(貫通電極)70を備えている。各配線層60〜62と貫通電極70とを接続するプラグ63が設けられている。プラグ63はタングステンから形成することができる。半導体基板51には、貫通電極70を取り囲むTSVトレンチ74が形成されている。貫通電極70の一端部は、半導体基板51から突出し、バンプ電極を構成している。半導体基板51のバンプ電極が形成されている方の一面には、保護膜75としてシリコン窒化膜が形成されている。
The
バンプ電極70から最も遠くに位置する配線層62上には、保護膜としてシリコン窒化膜76及び別のバンプ電極77が形成されている。
On the
次に、このような半導体装置の製造方法の一部について説明する。半導体基板51の一方の面を処理するため、図8に示すように、バンプ電極77及び保護膜76上に接着層27を介して支持体26を貼り付ける。なお、図8に示す半導体装置は、図7に示す状態と上下逆向きに描かれている。
Next, a part of the manufacturing method of such a semiconductor device will be described. In order to process one surface of the
接着層は、例えばLTHC(Light to Heat Conversion)や液状の紫外線硬化剤(UV-Cure Liquid Adhesive)のような剥離可能な接着材が用いられる。支持体26に固定された半導体装置50は、ステージ36上に置かれる。
For the adhesive layer, for example, a peelable adhesive such as LTHC (Light to Heat Conversion) or a liquid ultraviolet curing agent (UV-Cure Liquid Adhesive) is used. The
次に、図8に示すように、半導体基板51に、貫通電極用の穴部83を形成する。穴部83は、エッチング等により形成することができる。穴部83は、半導体基板51を貫通することが好ましい
次に、ブレード20により、支持体26に固定された半導体基板(ウエハ)51を、第1の処理室31のステージ36上へ搬送する。第1の処理室31では、RFエッチングを行うことで、ステージ36上の半導体基板51の表面の酸化膜を除去する。
Next, as shown in FIG. 8, a through
RFエッチングの後、図3に示す方法で、支持体26及びウエハを除電し、支持体26に固定されたウエハをブレード20に保持する。それから、ブレード20によって、支持体26に固定されたウエハを、第2の処理室32のステージ36上へ搬送する。第2の処理室32では、半導体基板51の穴部83の表面にTi層の導電層をスパッタ法により形成する。
After the RF etching, the
次に、ブレード20で、支持体26に固定されたウエハを、第3の処理室33のステージ36上へ搬送する。第3の処理室33では、半導体基板51の穴部83の表面にCu層の導電層をスパッタ法により形成する。このようにして、穴部の表面に、例えばCu/Ti層71から成るシード層が形成される。
Next, the wafer fixed to the
次に、穴部83に貫通電極70を形成する。貫通電極70は、例えば電気めっき法により金属材料を析出させることによって形成することができる。シード層71は、めっき法で金属を析出させるための電気伝導層として利用される。析出させる金属材料は、例えば銅を用いることが出来る。胴の析出後、胴の表面に、別の金属膜、例えばAu/Ni層72を形成しても良い。
Next, the through
このようにして、半導体基板51を貫通する貫通電極70を形成することができる。上記のように、図1に示すプラズマ処理装置は、半導体装置の製造装置または製造方法に利用することができる。
In this way, the through
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be variously modified without departing from the gist thereof. Yes.
例えば、基板を移動させるブレード、ブレードの搬送機構及び帯電した基板/WSSを除電する方法等は、図1に示す装置の他、プラズマCVD装置や、プラズマを利用したスパッタ装置や、プラズマエッチング装置などの任意のプラズマ処理装置に適用できる。 For example, a blade for moving a substrate, a blade transport mechanism, and a method for neutralizing a charged substrate / WSS include a plasma CVD apparatus, a sputtering apparatus using plasma, a plasma etching apparatus, etc. in addition to the apparatus shown in FIG. It can be applied to any plasma processing apparatus.
10 プラズマ処理装置
20,40 ブレード
21,41 ブレードの先端
22 ホルダ
23 電気配線
24 アーム
25 昇降回転機構
26 支持体(WSS)
27 接着層
28 基板
29 導電層
30 基体部
31,32,33 処理室
34,35 ロードロック室
36 ステージ
38 リフトピン
40a 基体
40b 導電部
DESCRIPTION OF
27 Adhesive layer 28
Claims (12)
前記基板を搬送するブレードであって、表面の少なくとも一部が導電体で形成されており、前記導電体が接地されている、ブレードと、
前記ステージ上の少なくとも前記基板上に形成された導電膜に前記導電体を接触させるように、前記ブレードを可動させる可動機構と、を備えているプラズマ処理装置。 A stage on which a substrate fixed to a support is placed;
A blade for transporting the substrate, wherein at least a part of the surface is formed of a conductor, and the conductor is grounded;
A plasma processing apparatus, comprising: a movable mechanism that moves the blade so that the conductor is brought into contact with a conductive film formed on at least the substrate on the stage.
前記ステージ上の前記基板をプラズマ処理する工程と、
少なくとも前記基板上に導体膜を形成する工程と、
表面の少なくとも一部が導電体で形成されており、前記導電体が接地されているブレードを移動させ、前記ステージ上の少なくとも前記基板上に形成された導体膜に前記導電体を接触させることにより、前記基板に帯電した電荷を除電する工程と、を備える、プラズマ処理方法。 Placing the substrate fixed on the support on the stage;
Plasma treating the substrate on the stage;
Forming a conductive film on at least the substrate;
At least a part of the surface is formed of a conductor, and a blade grounded with the conductor is moved to bring the conductor into contact with a conductor film formed on at least the substrate on the stage. And a step of neutralizing charges charged on the substrate.
前記基板を持ち上げる工程では、前記ステージに設けられたリフトピンによって、前記ステージから前記支持体を持ち上げ、
前記基板を持ち上げる工程の後に、前記支持体と前記ステージとの間に前記ブレードを挿入し、前記ブレードで前記支持体及び前記基板を保持しつつ搬送する工程をさらに有する、請求項8に記載のプラズマ処理方法。 Further comprising the step of lifting the substrate fixed to the support from the stage;
In the step of lifting the substrate, the support is lifted from the stage by lift pins provided on the stage,
9. The method according to claim 8, further comprising a step of inserting the blade between the support and the stage after the step of lifting the substrate, and transporting the support and the substrate while holding the support with the blade. Plasma processing method.
前記プラズマ処理がRFエッチングであり、
前記RFエッチングの後に、前記基板の表面と前記支持体の表面の一部とに前記導電膜を形成する、成膜方法。 A film forming method including the plasma processing method according to any one of claims 8 to 10,
The plasma treatment is RF etching;
The film-forming method which forms the said electrically conductive film in the surface of the said board | substrate and a part of surface of the said support body after the said RF etching.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20140414 |