JP2016092347A - エッチング方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】被加工物に付着した水分を短時間で乾燥させると共に、フッ酸の生成を防止すること。【解決手段】フッ素系安定ガスをプラズマ化させて、被加工物（Ｗ）をドライエッチングするエッチング方法であり、チャンバー（１１）内の圧力を負圧状態にして、不活性ガスをプラズマ化して被加工物に付着した水分を除去する工程と、水分を除去した後に、不活性ガスの代わりにフッ素系安定ガスを使用して、フッ素系安定ガスをプラズマ化して被加工物をドライエッチングする工程とを有する構成にした。【選択図】図２

Description

本発明は、フッ素系安定ガスをプラズマ化させて半導体ウエーハ等の被加工物をエッチングするエッチング方法に関する。
研削装置で半導体ウエーハ等の被加工物が研削されると、被加工物の被研削面に研削ダメージが残存し、被加工物の抗折強度を低下させる原因となっている。そこで、研削装置にエッチング装置を組み込んだ研削システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この研削システムは、被加工物の研削からエッチングまでの一連の動作を自動的に実施しており、研削後の被加工物をエッチング装置に搬入して、研削後に残った研削ダメージをプラズマエッチングによって鏡面加工することで、被加工物から研削ダメージを除去している。
特開２０００−３５３６７６号公報
ところで、被加工物のエッチングには、ＳＦ６、ＣＦ４、ＮＦ３等のフッ素系安定ガスがプラズマガスとして使用されるが、これらのフッ素系安定ガスが被加工物の表面に付着した水分と反応するとフッ酸（ＨＦ）が生成される。フッ酸は人体に危険性があると共に装置を腐食させるため、排ガス処理を行わなければならなかった。フッ酸の生成を防止するために、被加工物の洗浄後に十分に乾燥された状態でエッチング装置に搬入されるが、ドライエアーによるスピン乾燥では乾燥時間が長くなると共に、エッチング装置までの搬送中の湿気等によって被加工物に水分が付着する可能性があった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、被加工物に付着した水分を短時間で乾燥させると共に、フッ酸の生成を防止することができるエッチング方法を提供することを目的とする。
本発明のエッチング方法は、フッ素系安定ガスをプラズマ化させ被加工物をドライエッチングするエッチング方法であって、被加工物を収容したチャンバー内の圧力を負圧状態にさせ不活性ガスを供給させ、第１の加工条件で該不活性ガスをプラズマ化させ被加工物に付着する水分を除去する水分除去工程と、該水分除去工程の後、該不活性ガスを該フッ素系安定ガスに切換え該チャンバー内の負圧状態を維持し、第２の加工条件で該フッ素系安定ガスをプラズマ化させ被加工物をドライエッチングするエッチング工程と、からなる。
この構成によれば、水分が付着した被加工物がチャンバー内に搬入されても、プラズマ化した不活性ガスによって被加工物の水分が気相化されて短時間で被加工物が乾燥される。被加工物が乾燥した後に、プラズマ化したフッ素系安定ガスによって被加工物がドライエッチングされるため、ドライエッチング時にフッ酸が生成されることがない。よって、ドライエッチング前に被加工物に水分が付着することがなく、フッ酸の生成を効果的に防止してフッ酸の排ガスの処理を無くすことができる。また、チャンバー内で乾燥されるため、チャンバー内への搬入前の被加工物の乾燥処理を省略することができる。
本発明によれば、フッ素系安定ガスによるドライエッチング前に不活性ガスによって被加工物に付着した水分を乾燥させることで、乾燥時間を短縮できる共に、フッ酸の生成を防止することができる。
本実施の形態に係るエッチング装置の全体模式図である。 本実施の形態に係るエッチング方法の説明図である。
以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係るエッチング方法について説明する。図１は、本実施の形態に係るエッチング装置の全体模式図である。なお、本実施の形態では、容量結合型プラズマ（CCP: Capacitive Coupled Plasma）のプラズマエッチング装置に本発明を適用した例について説明するが、誘導結合型プラズマ（ICP: Inductive Coupled Plasma）のプラズマエッチング装置やその他各種プラズマエッチング装置にも適用可能である。
図１に示すように、エッチング装置１は、チャンバー１１内のエッチングガスをプラズマ化させて、研削後の被加工物Ｗに残存した研削ダメージをドライエッチングによって除去するように構成されている。被加工物Ｗは、略円板状に形成されたシリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の半導体ウエーハであり、研削加工によって裏面６１側が研削された後にエッチング装置１に搬入される。なお、本実施の形態では、被加工物Ｗとして半導体ウエーハを例示するが、被加工物Ｗは、半導体ウエーハに限らず、ドライエッチングの対象になれば、どのようなものでもよい。
ところで、エッチングガスとしては、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、四フッ化メタン（ＣＦ４）、三フッ化窒素（ＮＦ３）等のフッ素を含むフッ素系安定ガスが用いられる。この場合、被加工物Ｗに水分が付着していると、水とフッ素が反応してフッ酸（ＨＦ）が生成されてしまい装置を腐食させる原因となる。このため、被加工物Ｗを完全に乾燥させた状態でエッチング装置１に搬入することが好ましい。一般に、研削後の被加工物Ｗは、洗浄後にスピン乾燥された状態でエッチング装置１に搬送されるが、搬送中に水分が付着しないように乾燥エアを噴き付けながら搬送しなければならない。
そこで、本実施の形態に係るエッチング装置１では、チャンバー１１内でドライエッチングを実施する前に、水に反応し難い不活性ガスをプラズマ化して、被加工物Ｗを短時間で乾燥させるようにしている。これにより、水分が付着した状態で被加工物Ｗをエッチング装置１に搬入させることができ、さらにスピン乾燥よりも短時間で乾燥させることができる。また、チャンバー１１内で被加工物Ｗの乾燥とドライエッチングが連続して実施されるため、乾燥後に被加工物Ｗに水分が付着することがなく、ドライエッチング時にフッ酸の発生を効果的に防止することが可能になっている。
エッチング装置１のチャンバー１１の側壁１２には、被加工物Ｗの搬入及び搬出用に搬入出口１３が形成されている。側壁１２の外壁面には、搬入出口１３を開閉するようにシャッター機構２１が取り付けられている。シャッター機構２１は、シリンダ２２の上端にシャッター２３が連結されており、シリンダ２２によってチャンバー１１が外壁面に沿って昇降されることで搬入出口１３が開閉される。搬入出口１３がシャッター２３によって閉じられると、チャンバー１１内に密閉空間が形成される。また、チャンバー１１内には、電界を形成する下部電極ユニット３１と上部電極ユニット４１とが上下方向で対向して配設されている。
下部電極ユニット３１は、チャンバー１１の底壁１４を貫通する導電性の支柱部３２の上端に設けられている。下部電極ユニット３１は、導電性の保持テーブル３３の上面に、ポーラス材で形成された円板状の保持板３４を取り付けて構成されている。保持板３４は、保持テーブル３３及び支柱部３２内の吸引路３５を通じて吸引源３６に接続されており、保持板３４に生じる負圧によって被加工物Ｗが吸引保持される。また、下部電極ユニット３１内には、冷却部３７から送り出された冷媒が通る冷却路３８が形成されている。エッチング時には、保持テーブル３３に発生する熱が冷媒に伝達されて異常な温度上昇が抑えられている。
上部電極ユニット４１は、チャンバー１１の上壁１５を貫通する導電性の支柱部４２の下端に設けられている。上部電極ユニット４１は、チャンバー１１内にエッチングガスを導入する導電性の噴出テーブル４３の下面に、ポーラス材で形成された円板状の拡散板材４４を取り付けて構成される。拡散板材４４は、噴出テーブル４３及び支柱部４２内の流路４５を通じてフッ素系安定ガス源４６及び不活性ガス源４７に接続されている。フッ素系安定ガス源４６及び不活性ガス源４７に向かう管路の途中には切換バルブ４８が設けられており、切換バルブ４８によってガスの供給元が切換可能に構成されている。
チャンバー１１内には、フッ素系安定ガス源４６から上記したフッ素系安定ガスが供給され、不活性ガス源４７から不活性ガスとして、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ２）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）が供給される。また、支柱部４２の上端側は、チャンバー１１から上方に突出しており、チャンバー１１の上壁１５に設けられたボールねじ式の昇降駆動機構４９に連結されている。この昇降駆動機構４９が駆動されることで、上部電極ユニット４１が下部電極ユニット３１に対して離反又は接近され、保持テーブル３３上の被加工物Ｗに対して噴出テーブル４３の高さが適切な位置に調整される。
下部電極ユニット３１が高周波電源５１に接続され、上部電極ユニット４１が接地されている。下部電極ユニット３１及び上部電極ユニット４１の間で高周波電圧が印加されることで、フッ素系安定ガス及び不活性ガスがプラズマ化される。さらに、チャンバー１１には、保持テーブル３３の下方に排出口５３が形成されており、排出口５３にはホースを介して減圧部５４が接続されている。減圧部５４は、いわゆるターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）であり、減圧部５４によってチャンバー１１内のエアやプラズマガスが吸引されることで、チャンバー１１内が負圧状態になるまで減圧される。
このように構成されたエッチング装置１では、チャンバー１１内が負圧にされた状態で、上部電極ユニット４１から被加工物Ｗに向けて不活性ガスが噴射される。この状態で、上部電極ユニット４１及び下部電極ユニット３１間に高周波電圧が印加されることで不活性ガスがプラズマ化される。プラズマ化した不活性ガスによって被加工物Ｗに付着した水分が気相化して被加工物Ｗが乾燥される。続いて、乾燥後の被加工物Ｗに向けて不活性ガスの代わりにフッ素系安定ガスが噴射され、不活性ガスと同様にフッ素系安定ガスがプラズマ化されて被加工物Ｗがエッチングされる。
以下、図２を参照して、エッチング装置によるエッチング方法について説明する。図２は、本実施の形態に係るエッチング方法の説明図である。なお、図２Ａは水分除去工程を示し、図２Ｂはエッチング工程を示している。また、本実施の形態に係るエッチング方法は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
図２Ａに示すように、水分除去工程では、研削後の被加工物Ｗは洗浄された後にチャンバー１１まで搬送され、水分が付着した状態で搬入出口１３からチャンバー１１内に搬入される。被加工物Ｗは裏面６１側を上方に向けて保持テーブル３３上に保持され、裏面６１に付着した水分によって液相Ｌが形成されている。水分除去工程では、切換バルブ４８によってガスの供給元が不活性ガス源４７に調節されており、フッ素系安定ガス源４６からのガスの供給が遮断されている。シャッター２３が閉じられてチャンバー１１内に密閉空間が形成されると、上部電極ユニット４１が下部電極ユニット３１に近づけられて電極間距離が調整される。
そして、チャンバー１１内の圧力が負圧状態になるまで真空排気されて、負圧状態を維持したままで上部電極ユニット４１から被加工物Ｗに向けて不活性ガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）が噴射される。このとき、拡散板材４４を介して不活性ガスが噴射されるため、被加工物Ｗの裏面６１に対して一様に不活性ガスが噴き付けられる。不活性ガスが噴射された状態で、上部電極ユニット４１と下部電極ユニット３１との間で高周波電圧が印加されて不活性ガスがプラズマ化（イオン化）される。プラズマ化した不活性ガスによって被加工物Ｗに付着した水分が気相化されて被加工物Ｗが乾燥される。
プラズマ化した不活性ガスは、被加工物Ｗに付着した水分と反応することなく、水分に向かって電子衝突して水素と酸素に分解させて気相化させるため、チャンバー１１内に水蒸気や湿気が残ることがない。よって、ドライエアーによるスピン乾燥と比較して被加工物Ｗを短時間で良好に乾燥させることができる。
なお、水分除去工程では、例えば、以下の第１の加工条件で被加工物Ｗの乾燥が実施される。第１の加工条件は下記の内容に限定されるものではなく、装置性能、エッチング対象、ガス種等に応じて適宜変更が可能である。
＜第１の加工条件＞
ガス種：Ａｒ
高周波周波数：２．０−１３．５６ＭＨｚ
高周波電力：５００−３０００Ｗ
チャンバー内圧力： ５ｐａ−５００Ｐａ
乾燥時間：５−３０ｓ
図２Ｂに示すように、水分除去工程の後にはエッチング工程が実施される。エッチング工程では、切換バルブ４８によってガスの供給元が不活性ガス源４７からフッ素系安定ガス源４６に切換えられ、フッ素系安定ガス源４６からのガスの供給が解放され、不活性ガス源４７からのガスの供給が遮断される。また、チャンバー１１内の圧力が負圧状態に維持されたままで上部電極ユニット４１から被加工物Ｗに向けてフッ素系安定ガスとして六フッ化硫黄（ＳＦ６）が噴射される。このとき、拡散板材４４を介してフッ素系安定ガスが噴射されるため、乾燥後の被加工物Ｗの裏面６１に対して一様にフッ素系安定ガスが噴き付けられる。
フッ素系安定ガスが噴射された状態で、上部電極ユニット４１と下部電極ユニット３１との間で高周波電圧が印加されてフッ素系安定ガスがプラズマ化（ラジカル化）される。プラズマ化したフッ素系安定ガスによって被加工物Ｗの裏面６１がラジカル連鎖反応によってドライエッチング（等方性エッチング）され、被加工物Ｗから研削ダメージが除去されて抗折強度が向上される。このとき、被加工物Ｗが完全に乾燥されているため、フッ素系安定ガスが水分と反応することがなく、エッチング工程中にフッ酸（ＨＦ）が生成されることがない。よって、チャンバー１１にフッ酸の排気処理の設備を設ける必要がない。
なお、エッチング工程では、例えば、以下の第２の加工条件で被加工物Ｗのエッチングが実施される。第２の加工条件は下記の内容に限定されるものではなく、装置性能、エッチング対象、ガス種等に応じて適宜変更が可能である。
＜第２の加工条件＞
ガス種：ＳＦ６
高周波周波数：１３．５６ＭＨｚ
高周波電力：１０００−５０００Ｗ
チャンバー内圧力：５０−３００Ｐａ
処理時間：３０−１８０ｓ
被加工物Ｗのドライエッチングが完了すると、上部電極ユニット４１と下部電極ユニット３１との間の高周波電圧の印加が停止され、切換バルブ４８が閉じられてフッ素系安定ガス源４６からのガス供給が遮断される。そして、シャッター２３が開かれてチャンバー１１内が外部に開放されて、搬入出口１３からチャンバー１１内の被加工物Ｗが搬出される。このようにして、本実施の形態に係るエッチング装置１では、チャンバー１１内で被加工物Ｗの水分除去工程とエッチング工程が連続的に実施されるため、被加工物Ｗに水分を付着させたままチャンバー１１内に搬入させることができる。
なお、本実施の形態では、排出口５３から不活性ガス及びフッ素系安定ガスを排出してもよいし、排出されたガスを不活性ガス源４７及びフッ素系安定ガス源４６に戻して再利用するようにしてもよい。不活性ガス及びフッ素系安定ガスを循環させることで、プラズマ化されなかったガスを有効利用することができる。また、本実施の形態では、上部電極ユニット４１と下部電極ユニット３１の電極間距離が、水分除去工程とエッチング工程とで可変されてもよい。
以上のように、本実施の形態に係るエッチング方法では、水分が付着した被加工物Ｗがチャンバー１１内に搬入されても、プラズマ化した不活性ガスによって被加工物Ｗの水分が気相化されて短時間で被加工物が乾燥される。被加工物が乾燥した後に、プラズマ化したフッ素系安定ガスによって被加工物Ｗがドライエッチングされるため、ドライエッチング時にフッ酸が生成されることがない。よって、ドライエッチング前に被加工物Ｗに水分が付着することがなく、フッ酸の生成を効果的に防止してフッ酸の排ガスの処理を無くすことができる。また、チャンバー１１内で乾燥されるため、チャンバー１１内への搬入前の被加工物の乾燥処理を省略することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
例えば、上記した実施の形態においては、研削後の被加工物Ｗをエッチングする方法について説明したが、この構成に限定されない。例えば、切削ブレード等で分割後の被加工物Ｗをエッチングすることも可能である。このような場合においても、不活性ガスをプラズマ化して切削水を気相化して除去した後に、フッ素系安定ガスをプラズマ化して切削ダメージをドライエッチングによって除去してもよい。
また、上記した実施の形態においては、水分除去工程で、被加工物Ｗに付着した水分を水素と酸素に分解させる構成にしたが、この構成に限定されない。水分除去工程では、被加工物Ｗに付着した水分を除去可能であれば、どのように気相化させてもよい。
以上説明したように、本発明は、被加工物に付着した水分を短時間で乾燥させると共に、フッ酸の生成を防止することができるという効果を有し、特に、フッ素系安定ガスをプラズマ化させて半導体ウエーハ等の被加工物をエッチングするエッチング方法に有用である。
１ エッチング装置
１１ チャンバー
３１ 下部電極ユニット
４１ 上部電極ユニット
４６ フッ素系安定ガス源
４７ 不活性ガス源
４８ 切換バルブ
５１ 高周波電源
５４ 減圧部
Ｗ 被加工物

Claims (1)

  1. フッ素系安定ガスをプラズマ化させ被加工物をドライエッチングするエッチング方法であって、
    被加工物を収容したチャンバー内の圧力を負圧状態にさせ不活性ガスを供給させ、第１の加工条件で該不活性ガスをプラズマ化させ被加工物に付着する水分を除去する水分除去工程と、
    該水分除去工程の後、該不活性ガスを該フッ素系安定ガスに切換え該チャンバー内の負圧状態を維持し、第２の加工条件で該フッ素系安定ガスをプラズマ化させ被加工物をドライエッチングするエッチング工程と、からなるエッチング方法。
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