JP2016143785A

JP2016143785A - 減圧処理装置

Info

Publication number: JP2016143785A
Application number: JP2015019153A
Authority: JP
Inventors: 飯田　英一; Hidekazu Iida; 英一飯田
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2016-08-08

Abstract

【課題】プラズマ処理装置において、真空吸着方式にてチャックテーブルにウエーハを保持してからプラズマを発生させて処理を完了させるまでの間、チャックテーブルにおいてウエーハの全体を確実に保持できるようにすることを目的とする。【解決手段】チャックテーブルの吸着面３２において吸引源５０の吸引力でウエーハＷを保持してから、第１の電極３３１と第２の電極３３２とに異なる電圧を印可し吸着面３２にウエーハＷを静電チャックした後、極性切換手段６１を用いて第１の電極３３１と第２の電極３３２とに同じ極性の電圧を印加して反応ガスをプラズマ化させ吸着面３２でウエーハＷを静電チャックする。ウエーハＷに反りがあったとしても、ウエーハＷの処理が終了するまで、反りを矯正した状態でチャックテーブルにおいてウエーハＷを保持することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、チャンバー内のチャックテーブルにおいてウエーハを保持し、チャンバー内を減圧し、プラズマを発生させてウエーハに対する処理を行う減圧処理装置に関する。

プラズマエッチング装置等の減圧処理装置では、チャンバー内を真空状態にしてプラズマを発生させることによりウエーハに対する処理を行っている。そのため、ウエーハを保持するチャックテーブルにおいて真空吸着方式を採用すると、ウエーハを確実に保持することが困難である。そこで、減圧処理装置では、静電吸着力（クーロン力）を利用してウエーハを吸着保持する静電吸着方式が採用されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、ウエーハに反りがあると、チャックテーブルの吸着面とウエーハとの間に隙間が生じている部分があるため、静電吸着方式ではウエーハを保持することができない。また、チャックテーブルの吸着面とウエーハとの間に隙間がある状態で、プラズマを発生させるためにチャックテーブルとその上方の電極との間に電圧を印加すると、スパークが発生するという問題がある。

そこで、チャックテーブルにおいては、最初にチャンバー内の圧力を大気圧として真空吸着方式にてウエーハを保持し隙間を生じさせずにチャックテーブルの吸着面にウエーハを吸着させ、その後、静電吸着方式にてウエーハを保持することにより、上記の問題が発生するのを回避する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２に記載された静電チャックテーブル機構においては、チャックテーブル内に２つの電極が配設されており、互いに極性の異なる電圧を２つの電極にそれぞれ印加することにより、チャックテーブルの保持面とウエーハとの間に働く静電吸着力（クーロン力）を利用してウエーハを保持している。

国際公開２０１３／１３７４１４号公報特許４９３８３５２号公報

しかし、ウエーハに分割溝が形成されている場合には、分割溝によって２つの電極に印加された電荷が遮断されるために静電吸着力が低下し、ウエーハの吸着力が低下する。ウエーハの吸着力が低下した状態では、処理中にウエーハを保持できず正常にプラズマエッチングできない。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、減圧処理装置のチャンバー内のチャックテーブルにおいてウエーハを真空吸着方式にて保持した後に静電吸着方式に切り換えて保持し、チャンバー内にプラズマを発生させる場合において、チャックテーブルにウエーハの全体を確実に保持できるようにすることを目的とする。

第１の発明は、吸引保持手段と静電吸着保持手段を用いてウエーハを吸着保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに吸着保持されたウエーハの処理が行われるチャンバーと、該チャンバー内を減圧する減圧手段と、該チャンバー内に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、該減圧手段によって減圧された該チャンバー内に供給した該反応ガスをプラズマ化させる高周波電圧印加手段と、該チャックテーブルに対面し該チャックテーブルの上方に配設しアースに接続された上部電極と、を備え、該チャックテーブルが吸着保持するウエーハを処理する減圧処理装置であって、該吸引保持手段は、チャックテーブルの上面の吸着面と吸引源とを連通する吸引路と、該吸引路を開放および遮断するバルブと、を備え、該静電吸着保持手段は、該チャックテーブル内部に配設する第１の電極と第２電極とからなる下部電極と、下部電極に印加する直流電源と、該第１の電極と該第２の電極とに印加する直流電圧の極性を切り換える極性切換手段と、を備え、該チャックテーブルによるウエーハの保持を、吸引源の吸引力による吸引保持と、該下部電極の該第１の電極と第２の電極とに異なる極性の直流電圧を印可して静電チャックする第１の静電保持と、該下部電極の該第１の電極と該第２の電極とに同じ極性の正電圧（または、負電圧）を印可し高周波電圧印加手段により反応ガスに高周波電力を印加してプラズマ化した該反応ガスを介して下部電極から上部電極に通電させ静電チャックする第２の静電保持とに切り換える。

第２の発明は、上記の減圧処理装置を用いたウエーハの処理方法であって、前記吸引源を前記吸着面と連通させ該吸引源の吸引力でウエーハを保持する吸引保持工程と、該吸引保持工程の後、前記第１の電極と前記第２の電極とに異なる極性の電圧を印可し該吸着面にウエーハを静電チャックする第1の静電保持工程と、該第１の静電保持工程の後、前記極性切換手段を用いて該第１の電極と該第２の電極とに同じ正電圧（または、負電圧）を印加し高周波電圧印加手段から供給される高周波電圧により該反応ガスをプラズマ化させた反応ガスを介して下部電極から上部電極に通電させ該吸着面でウエーハを静電チャックする第２の静電保持工程と、該第２の静電保持工程で保持されたウエーハをプラズマ化された該反応ガスで処理する処理工程と、から少なくとも構成される。

本発明では、チャックテーブルの吸着面において吸引源の吸引力でウエーハを保持してから、第１の電極と第２の電極とに異なる電圧を印可し吸着面にウエーハを静電チャックした後、高周波電圧印加手段から供給される高周波電圧により該反応ガスをプラズマ化し、極性切換手段を用いて第１の電極と第２の電極とに同じ極性の電圧（正電圧または負電圧）を印加し吸着面でウエーハを静電チャックするため、吸引力によってウエーハを保持してからプラズマを発生させて処理を完了させるまでの間において、チャックテーブルにおいてウエーハの全体を確実に保持できる。したがって、ウエーハに反りがあったとしても、ウエーハの処理が終了するまで、反りを矯正した状態でチャックテーブルにおいてウエーハを保持することができる。

減圧処理装置の一例を示す断面図である。第１の静電保持工程を示す模式図である。第２の静電保持工程を示す模式図である。

図１に示すプラズマエッチング装置１は、減圧処理装置の一例であり、ハウジング２０によって覆われエッチング対象のウエーハが収容される空間であるチャンバー２を備えている。

ハウジング２０は、上壁２１と下壁２２と側壁２３とによって形成されており、一方の側壁２３には、開閉口２４が形成されている。開閉口２４は、シャッター２５によって開閉可能となっている。シャッター２５は、シャッター開閉手段２６によって駆動されて昇降する。シャッター開閉手段２６は、シリンダ２６１と、シャッター２５に連結されシリンダ２６１によって駆動されて昇降するピストン２６２とによって構成される。

チャンバー２の内部には、ウエーハを吸着保持するチャックテーブル３と、チャックテーブル３の上方に位置する上部電極４とを備えている。

チャックテーブル３は、円柱状の軸部３０と、軸部３０の上端において円板状に形成されたテーブル部３１とから構成されている。チャックテーブル３は、セラミックなどの絶縁性の材料により形成されており、テーブル部３１の内部には、第１の電極３３１と第２の電極３３２とからなる下部電極を備えている。

軸部３０は、ハウジング２０を構成する下壁２２に挿通され、絶縁体２２１によってシールされて保持されている。テーブル部３１には、その上面である吸着面３２において開口する複数の吸引孔３２０が形成されている。吸引孔３２０は、吸着面３２に吸引力を作用させる吸引保持手段３４に連通している。吸引保持手段３４は、吸引孔３２０に連通する吸引路３４０と、吸引路３４０を開放及び遮断するバルブ３４１とを備え、吸引路３４０は、バルブ３４１を介して吸引源５０に接続されている。バルブ３４１を開放した状態では、吸着面３２と吸引源５０とを連通させることができる。また、保持部３１の下部及び軸部３０には冷却水流通路３５が循環しており、冷却水循環路３５は、冷却水供給手段５１に連通している。チャックテーブル３には、高周波電源７１が接続されている。

第１の電極３３１と第２の電極３３２とは互いが連結されずに分離しており、第１の電極３３１には第１の導電部３６１が接続され、第２の電極３３２には第２の導電部３６２が接続されている。第１の導電部３６１及び第２の導電部３６２は、電圧印加手段６に接続されている。電圧印加手段６は、第１の電極３３１と第２の電極３３２とに印加する電圧の極性を切り換える極性切換手段６１と、極性切換手段６１を制御して第１の電極３３１及び第２の電極３３２に印加する電圧を切り換える制御部６２と、下部電極に直流電圧を印加する２つの直流電源７２，７３とを備えている。

第１の導電部３６１は、極性切換手段６１の端子に接続されている。一方、第２の導電部３６２は、直流電源７３の正極に接続されている。極性切換手段６１は、スイッチ６１を動作させることにより、第１の導電部３６１を直流電源７２の負極又は直流電源７３の正極に選択的に接続することができ、これにより、第１の電極３３１の極性を切り換えることができる。第１の電極３３１及び第２の電極３３２は、電圧の印加により電荷を帯電させ、吸着面３２においてウエーハを吸着することができる。第１の電極３３１と第２の電極３３２とからなる下部電極と、直流電源７２，７２と、極性切換手段６とで、静電吸着保持手段９が構成される。

上部電極４は、チャックテーブル３の上方であって、吸着面３２に対面する位置に配設されており、アースに接続されている。上部電極４は、例えばアルミナセラミックス等の絶縁性材料により形成され、円柱状の軸部４０と、軸部４０の下端において円板状に形成された板状部４１とから構成されている。軸部４０は、ハウジング２０を構成する上壁２１に挿通され、絶縁体２１１によってシールされて昇降可能に保持されている。

板状部４１には、その下面である吸着面４２において開口する複数のガス噴出孔４２０が形成されている。ガス噴出孔４２０には、ガス流通路４３及びガス切換バルブ５２を介して不活性ガス供給源５４とエッチングガス供給源５５とが並列に接続された反応ガス供給手段５６に接続されている。不活性ガス供給源５４には、例えばArガスが貯蔵されている。一方、エッチングガス供給源５５には、例えばSF₆ガスやCF₄ガスなどのフッ素系ガスが貯蔵されている。ガス切換バルブ５２を切り換えることにより、不活性ガス供給源５４又はエッチングガス供給源５５のいずれかをガス流通路４３に連通させ、いずれかの供給源に貯蔵されたガスをガス噴出孔４２０からチャンバー２内に送り込むことができる。チャンバー２に供給されたガスは、高周波電圧印加手段である高周波電源７１によってチャックテーブル３と上部電極４との間に高周波電圧が印加されることによりプラズマ化される。

上部電極４は、昇降手段４４によって駆動されて昇降可能となっている。昇降手段４４は、シリンダ４４１と、ピストンロッド４４２と、ピストンロッド４４２に連結されたブラケット４４３とから構成されている。ブラケット４４３は、ガス噴出部４を支持しており、シリンダ４４１がピストンロッド４４２を昇降させることで、ブラケット４４３に支持されたガス噴出部４が昇降する構成となっている。

ハウジング２０を構成する底壁２２には、開閉口２２２が形成され、開閉口２２２は、チャンバー２の内部を減圧する減圧手段５３に連通している。減圧手段５３は、チャンバー２の内部のガスを吸引するとともに真空引きすることができる。

次に、図１に示したプラズマエッチング装置１を用いてウエーハのエッチングをする方法について説明する。

（１）吸引保持工程
まず、シャッター開閉手段２６を構成するシリンダ２６１がピストンロッド２６２を下降させることによりシャッター２５を下降させ、開閉口２４を開ける。そして、図示しない搬送手段がウエーハＷを保持して開閉口２４からチャンバー２の内部に進入する。ウエーハＷの下面にはテープＴが貼着されており、ウエーハＷの被加工面Ｗ１が上方に向けて露出している。テープＴが貼着されたウエーハＷがチャンバー２に進入すると、テープＴ側がチャックテーブル３の吸着面３２０に載置され、被加工面Ｗ１を上方に露出させた状態でウエーハＷを載置する。

吸着面３２の上にウエーハＷが載置されると、バルブ３４１を閉じて吸引源５０と吸着面３２とを連通させ、吸引力を吸着面３２に作用させてウエーハＷを吸引保持する。このようにして、吸引源５０から生じる吸引力によってウエーハＷを吸着面３２において吸引すると、ウエーハＷに反りがあったとしても、反りが矯正された状態で保持される。本工程において、チャンバー２の内部の圧力は大気圧となっている。

（２）第１の静電保持工程
次に、図２に示すように、極性切換手段６１のスイッチ６１０を直流電源７２の負極側に接続する。そうすると、下部電極を構成する第１の電極３３１には負電圧が印加され、下部電極を構成する第２の電極３３２には正電圧が印加される。こうして極性切換手段６１において極性を切換えた後に、バルブ３４１を遮断して吸着面３２における吸引を停止する。。

このようにして第１の電極３３１に負電圧を印加し、第２の電極３３２に正電圧を印加すると、第１の電極３３１と第２の電極３３２とはウエーハを介して閉回路と成り静電吸着力が発生しウエーハＷが静電保持される。なお、図２においては、ウエーハＷの下面に貼着されたテープＴ（図１参照）の図示を省略しているが、テープＴは絶縁体であり、吸引板３２と同様に、テープＴのうち、第１の電極３３１の上方部分に正電荷が帯電し、第２の電極３３２の上方部分に負電荷が帯電するため、テープＴは吸引板３２と同一視することができる。

本工程の前に、吸引源５０の吸引力を利用した吸引保持工程が実施されており、吸引力を利用したウエーハＷの吸着と静電吸着力によるウエーハＷの吸着とが連続的に行われるため、ウエーハＷに反りがあったとしても、本工程においても反りが矯正された状態が維持される。本工程において、チャンバー２の内部の圧力は大気圧である。

（３）第２の静電保持工程
次に、図１に示す減圧手段５３は、チャンバー２の内部を減圧して真空とする。そして、ガス切換バルブ５２を介して不活性ガス供給源５４とガス流通路４３とを連通させ、不活性ガス供給源５４からガス流通路４３にArガスなどの不活性の反応ガスを供給し、ガス噴出孔４２０から反応ガスを噴出させる。反応ガスの噴出後、高周波電源７１をオンとし、チャックテーブル３に高周波電圧を印加させ反応ガスをプラズマ化する。なお、このときの高周波電力は、後の処理工程でプラズマエッチングを行う際の電力よりも弱い電力とする。

次に、制御部６２は、図３に示すように、極性切換手段６１のスイッチ６１０を直流電源７３の正極側に切り換える。ウエーハＷと上部電極４との間には高周波電源７１によりプラズマ化された反応ガス８が存在するため、ウエーハＷには、正極にバランスした負電荷が帯電し、静電吸着力が発生してウエーハＷが静電吸着される。なお、プラズマ化した反応ガスには、マイナスイオンとプラスイオンとが存在するため、第１の電極３３１及び第２の電極３３２に印加する電圧は、負電圧でもよい。

本工程では、極性切換手段６１のスイッチ６１０を切り換えるだけで、下部電極を構成する２つの電極３３１，３３２に異なる極性の電圧を印加してウエーハを吸着する双極静電保持から、２つの電極３３１，３３２に同一極性の電圧を印加してウエーハを吸着する単極静電保持に切り換えることができるため、ウエーハＷが分割溝を形成したウエーハであっても保持力が弱まるのを防止することができる。さらに、ウエーハが分割溝で分割されても保持力を維持することができる。

（４）処理工程
このようにしてウエーハＷがチャックテーブル３に保持されると、ガス切換バルブ５２を介してガス流通孔４３とエッチングガス供給源５５とを連通させ、上部電極４のガス噴出孔４２０からウエーハＷをエッチング処理するSF₆などの反応ガス（エッチングガス）を噴出するとともに、高周波電源７１における出力を上昇させて反応ガスをプラズマ化させる。この場合、第２の静電保持工程よりチャンバー２内の真空圧をマイナス方向に高くしている。そうすると、第２の静電保持工程と同様にウエーハＷが静電チャックされた状態が維持され、プラズマによってウエーハＷの被加工面Ｗ１がエッチングされる。

エッチングが終了した後は、高周波電源７１からの高周波電圧の印加を停止するとともに、開閉口２２２からガスをチャンバー２の外部に排気する。そして、シャッター開閉手段２６を構成するシリンダ２６１がピストンロッド２６２を下降させることによりシャッター２５を下降させて開閉口２４を開け、図示しない搬送手段がウエーハＷを保持して開閉口２４からチャンバー２の外部にウエーハＷを搬出する。

以上のように、チャックテーブル３を、吸引保持手段３４と静電吸着保持手段９とによってウエーハＷを吸着保持可能とし、吸引保持工程において真空吸着方式にてチャックテーブル３にウエーハＷを保持してから、チャンバー２内においてプラズマを発生させて処理工程を完了させるまでの間において、静電吸着方式にてチャックテーブル３においてウエーハＷの全体を確実に保持できることができるため、被加工面Ｗ１を均一にエッチングすることができる。

上記実施形態では、本発明をプラズマエッチング装置に適用した例を示したが、本発明は、チャンバー内を減圧した状態でプラズマによりウエーハを処理する他の減圧処理装置、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）装置、イオン注入装置、スパッタリング装置等に広く適用することができる。

１：プラズマエッチング装置
２：チャンバー
２０：ハウジング２１：上壁２１１：絶縁体
２２：下壁２２１：絶縁体２２２：開閉口
２３：側壁２４：開閉口
２５：シャッター
２６：シャッター開閉手段２６１：シリンダ２６２：ピストン
３：チャックテーブル３０：軸部３１：テーブル部３２：吸着面
３３１：第１の電極３３２：第２の電極３４：吸引路３５：冷却水流通路
３６１：第１の導電部３６２：第２の導電部
４：上部電極
４０：軸部４１：板状部４２：吸着面４２０：ガス噴出孔４３：ガス流通路
４４：昇降手段４４１：シリンダ４４２：ピストンロッド４４３：ブラケット
５０：冷却水流通路５１：冷却水供給手段５２：ガス切換バルブ５３：減圧手段
５４：不活性ガス供給源５５：エッチングガス供給源５６：反応ガス供給手段
６：電圧印加手段
６１：極性切換手段６１０：スイッチ
６２：制御部
７１：高周波電源７２，７３：直流電源
９：静電吸着保持手段
Ｗ：ウエーハＷ１：被加工面Ｔ：テープ

Claims

吸引保持手段と静電吸着保持手段とを用いてウエーハを吸着保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに吸着保持されたウエーハの処理が行われるチャンバーと、該チャンバー内を減圧する減圧手段と、該チャンバー内に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、該減圧手段によって減圧された該チャンバー内に供給した該反応ガスをプラズマ化させる高周波電圧印加手段と、該チャックテーブルに対面し該チャックテーブルの上方に配設しアースに接続された上部電極と、を備え、該チャックテーブルが吸着保持するウエーハを処理する減圧処理装置であって、
該吸引保持手段は、該チャックテーブルの上面の吸着面と吸引源とを連通させる吸引路と、該吸引路を開放および遮断するバルブと、を備え、
該静電吸着保持手段は、該チャックテーブル内部に配設する第１の電極と第２の電極とからなる下部電極と、該下部電極に直流電圧を印加する直流電源と、該第１の電極と該第２の電極とに印加する直流電圧の極性を切り換える極性切換手段と、を備え、
該チャックテーブルによるウエーハの保持を、該吸引源の吸引力による吸引保持と、該下部電極の該第１の電極と該第２の電極とに異なる極性の直流電圧を印加して静電チャックする第１の静電保持と、該下部電極の該第１の電極と該第２の電極とに同じ極性の電圧を印加し該高周波電圧印加手段により該反応ガスに高周波電圧を印加してプラズマ化した該反応ガスを介して該下部電極から該上部電極に通電させ静電チャックする第２の静電保持とに切り換える減圧処理装置。
請求項1記載の減圧処理装置を用いたウエーハの処理方法であって、
前記吸引源を前記吸着面と連通させ該吸引源の吸引力でウエーハを保持する吸引保持工程と、
該吸引保持工程の後、前記第１の電極と前記第２の電極とに異なる極性の電圧を印可し該吸着面にウエーハを静電チャックする第1の静電保持工程と、
該第１の静電保持工程の後、前記極性切換手段を用いて該第１の電極と該第２の電極とに同じ極性の電圧を印加し前記高周波電圧印加手段により該反応ガスに高周波電圧を印加してプラズマ化した反応ガスを介して該下部電極から該上部電極に通電させ該吸着面でウエーハを静電チャックする第２の静電保持工程と、
該第２の静電保持工程で保持されたウエーハをプラズマ化された該反応ガスで処理する処理工程と、
から少なくとも構成されるウエーハの処理方法。
該反応ガス供給手段は、不活性ガスを供給する不活性ガス供給源と、エッチングガスを供給するエッチングガス供給源と、該不活性ガス供給源と該エッチングガス供給源とを切換えるガス切換バルブと、を備え、
該ガス切換バルブは、該第２の静電保持工程では前記チャンバーに供給するガスを不活性ガスとし、該処理工程では該チャンバーに供給するガスをエッチングガスとする請求項２記載のウエーハの処理方法。