JP2017079273A - プラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板をエッチングする際に、エッチングされた部分の側壁の荒れを抑制する。【解決手段】プラズマ処理方法は、反応室の内部に保護膜形成ガスを供給しながら、プラズマを発生させて、基板の表面に保護膜を形成する第１工程と、反応室の内部に第１エッチングガスを供給しながら、プラズマを発生させて、保護膜の一部をエッチングにより除去する第２工程と、反応室の内部に第２エッチングガスを供給しながら、プラズマを発生させて、基板をエッチングする第３工程と、を備え、第１〜第３工程が、この順序で複数回繰り返される。少なくとも一回の第２工程において、反応室内の圧力Ｐ2は、直後の第３工程における反応室内の圧力Ｐ3よりも小さい。【選択図】図１

Description

本発明は、基板をエッチングするのに有用なプラズマ処理方法に関する。

従来、プラズマ処理において、シリコン基板を深堀り加工する際には、いわゆるＢｏｓｃｈプロセスが採用されている。このプロセスでは、基板の表面に保護膜を形成する工程と、保護膜の一部を除去する工程と、保護膜を除去した領域において基板をエッチングする工程とが、この順序で複数回繰り返される。このとき、処理された基板の品質を高める観点から、プラズマ処理を行う反応室内の圧力を、各工程の切り替え時に安定化させることが望ましいと考えられる（特許文献１および２参照）。

特開２０１２−１５１３２５号公報 特開２００７−５３１２８０号公報

Ｂｏｓｃｈプロセスにおいて、効率よくエッチングを行うには、保護膜形成工程および保護膜除去工程に要する時間をできるだけ短くし、基板エッチング工程をできるだけ長くすることが求められる。しかし、保護膜形成工程が短くなると保護膜が薄くなる。そのため、保護膜除去工程や基板エッチング工程において、既にエッチングされ、保護膜で保護すべき部分の溝の側壁においても、保護膜が除去されてしまい、側壁が荒れて品質が低下する。Ｂｏｓｃｈプロセスを用いて基板を個片化するプラズマダイシングの場合には、エッチングにより形成された溝の側壁がチップの側壁となるため、荒れた側壁が外側に露出した状態となる。側壁に荒れがあるとチップ強度の低下などの不具合が生じる。

本発明の目的は、エッチングにより形成される基板の溝の側壁の荒れを抑制できるプラズマ処理方法を提供することである。

本発明の一局面は、内部にステージを備える反応室において、前記ステージ上に載置された基板をプラズマエッチングするプラズマ処理方法であって、
前記反応室の内部に保護膜形成ガスを供給しながら、プラズマを発生させて、前記基板の表面に保護膜を形成する第１工程と、
前記反応室の内部に第１エッチングガスを供給しながら、プラズマを発生させて、前記保護膜の一部をエッチングにより除去する第２工程と、
前記反応室の内部に第２エッチングガスを供給しながら、プラズマを発生させて、前記基板をエッチングする第３工程と、を備え、
前記第１工程、前記第２工程、および前記第３工程が、この順序で複数回繰り返され、
少なくとも一回の前記第２工程において、前記反応室内の圧力Ｐ₂は、直後の前記第３工程における前記反応室内の圧力Ｐ₃よりも小さい、プラズマ処理方法に関する。

本発明によれば、エッチングされた部分の側壁の荒れを抑制できる。

本発明の一実施形態に係るプラズマ処理方法を説明するための模式図である。 従来のプラズマ処理方法を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態に係るプラズマ処理方法に使用されるプラズマ処理装置を説明するための模式図である。 実施例１で得られたチップの側壁の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 比較例１で得られたチップの側壁のＳＥＭ写真である。

以下に図面を参照しながら、本発明の実施形態についてより詳細に説明する。しかし、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、これらの実施形態の変形および改変を含むことができる。

本実施形態に係るプラズマ処理方法は、内部にステージを備える反応室において、ステージ上に載置された基板をプラズマエッチングするプラズマ処理方法である。プラズマ処理方法は、反応室の内部に保護膜形成ガスを供給しながら、プラズマを発生させて、基板の表面に保護膜を形成する第１工程（保護膜形成工程）と、反応室の内部に第１エッチングガスを供給しながら、プラズマを発生させて、保護膜の一部をエッチングにより除去する第２工程（保護膜除去工程）と、反応室の内部に第２エッチングガスを供給しながら、プラズマを発生させて、基板をエッチングする第３工程（基板エッチング工程）と、を備え、第１工程、第２工程、および第３工程が、この順序で複数回繰り返される。少なくとも一回の第２工程において、反応室内の圧力Ｐ₂は、直後の第３工程における反応室内の圧力Ｐ₃よりも小さい。

なお、反応室内の圧力Ｐ₂と反応室内の圧力Ｐ₃とを比較する場合、第２工程における圧力Ｐ₂と、この第２工程に続く第３工程のＰ₃とが比較される。このように連続する第２工程および第３工程において、第２工程に続く第３工程を、第２工程の「直後の第３工程」と呼ぶものとする。

シリコン基板をエッチングにより深掘り加工する際には、一般に、Ｂｏｓｃｈプロセスが利用されている。Ｂｏｓｃｈプロセスは、エッチング領域に対応する開口部を有するマスクが形成された基板の表面に保護膜を形成する第１工程と、保護膜の一部をプラズマ処理により除去する第２工程と、保護膜が除去された領域において基板をプラズマエッチングする第３工程とを含む。そして、第１工程〜第３工程をこの順序で繰り返すことで、マスクの開口部において、基板の深さ方向へのエッチングを進行させることができる。

シリコン基板のエッチングには、フッ素ラジカルを含むプラズマが用いられることが多い。このフッ素ラジカルを含むプラズマは、一般に、シリコン基板のエッチングを等方的に進行させる性質が強い。そのため、マスクの開口部における、基板の水平方向へのエッチングを抑制しつつ、基板を深さ方向（垂直方向）にエッチングするためには、保護膜を形成する第１工程と、基板をエッチングする領域の保護膜を選択的に除去する第２工程とが必要になる。

図１は、本実施形態に係るプラズマ処理方法を説明するための模式図である。図２は、従来のプラズマ処理方法を説明するための模式図である。
基板１の表面には、所定のパターンで開口部が形成されたレジストマスク２が配されている。レジストマスク２のパターンに応じて、レジストマスク２の開口部から露出した基板１の表面には、プラズマが照射され、エッチングされる。図２に示すように、従来の方法では、まず、第１工程ｓ１で、基板１のマスクの開口部に形成された溝の表面（底部５および側壁４）に保護膜３が形成される。次に、第２工程ｓ２で、基板１にプラズマを照射して溝の底部５の保護膜３を除去する。そして、第３工程ｓ３で、プラズマを照射して保護膜３が除去された領域において、基板１をエッチングする。深掘り加工する際には、エッチングで形成される溝の底部５上に形成された保護膜３を選択的に除去する必要がある。

従来の方法では、第３工程ｓ３におけるエッチング速度を速くするため、第３工程ｓ３は、１０Ｐａ程度の比較的高圧で行われてきた。また、各工程の切り替え時の圧力を安定化させるため、各工程における反応室内の圧力はできるだけ差がないようにすることが重要であると考えられており、第２工程ｓ２も、１０Ｐａ程度の比較的高圧で行われてきた。しかし、第２工程ｓ２における圧力が第３工程ｓ３と同じく高圧であると、第２工程ｓ２において、プラズマ中のイオン７が溝に対して垂直に入射することが妨げられ、底部５だけでなく、溝の側壁４にまでイオン７が照射されやすくなる。そのため、溝の底部５だけでなく側壁４にも、保護膜３が薄くなったり、除去されたりした領域６ａが形成される。このような状態で、第３工程ｓ３を行うと、底部５だけでなく、側壁４の領域６ａでも基板１の等方性のエッチングが進行し、凹部６ｂが形成される。凹部６ｂが形成されることで、エッチングされた部分の側壁４が荒れた状態となる。例えば、プラズマダイシングでは、溝を基板１の厚み方向に掘り進めて個片化するため、側壁４は、得られたチップの側壁となり、品質が損なわれる。

本実施形態に係るプラズマ処理方法は、保護膜３を形成する第１工程Ｓ1と、保護膜３の一部をプラズマ処理により除去する第２工程Ｓ２と、保護膜３が除去された領域において基板１をエッチングする第３工程Ｓ３とを含む。ただし、第２工程Ｓ２における圧力（つまり、反応室内の圧力）Ｐ₂を、第３工程Ｓ３における圧力（つまり、反応室内の圧力）Ｐ₃よりも小さくする。この場合、第２工程で溝に入射するイオンの垂直性が増し、側壁４にイオン７が照射されることが抑制され、底部５における保護膜３を選択的に除去することができる。第３工程Ｓ３において、溝の側壁４は、保護膜３で保護されているため、エッチングされずに、保護膜３が除去された底部５の部分において、基板１がエッチングされる。このような工程を繰り返すことで、深掘り加工を行うことができる。本実施形態によれば、従来の方法とは異なり、側壁４に凹部６ｂが形成されるのが抑制されるため、側壁４の荒れが抑制される。よって、プラズマ処理により基板を個片化するプラズマダイシングを行う場合でも、側壁が滑らかで高品質なチップが得られる。

各工程について以下により詳細に説明する。
（基板１の搭載工程）
基板１のプラズマ処理は、プラズマ処理装置が備える反応室（または処理室）内で行われる。反応室内には基板１を載置するためのステージが配されている。プラズマ処理に先立って、基板１は、ステージ上に載置される。基板１のステージ上への載置は、公知の方法により行うことができる。

基板１は、基板１を保持した搬送キャリアとともに、反応室内に搬入してもよい。反応室の上部には、プラズマを発生させるための高周波電力を印加するための上部電極が設けられる。搬送キャリアは、基板１を保持している面を上部電極に向けた状態でステージ上に載置される。

図３は、プラズマ処理装置の構造を示す模式図である。プラズマ処理装置２０は、プラズマを発生させる空間（つまり、反応室）を提供する処理チャンバ１１を具備する。処理チャンバ１１は、上面に誘電体窓を備えており、この誘電体窓の上方には、上部電極としてのアンテナ１３が設けられている。アンテナ１３は第１整合回路１７Ｃを介して第１高周波電源１７Ａに電気的に接続されている。一方、処理チャンバ１１内の底部側には、基板（被処理材）１が配置されるステージ１２がアンテナ１３と対向するように配置されている。ステージ１２は下部電極としても機能し、第２整合回路１７Ｄを介して第２高周波電源１７Ｂに電気的に接続されている。処理チャンバ１１は、ガス導入口１４を介してガス供給部１９と接続されている。ガス供給部１９から、保護膜形成ガスやエッチングガスなどの原料ガスが処理チャンバ１１の反応室内に供給される。ガス供給部１９は、マスフローコントローラ（ガス流量調整部）を備えており、マスフローコントローラにより、反応室内に供給される原料ガスの流量が制御される。

処理チャンバ１１は、排気路１５Ａを有するガス排気口１５を備えており、排気路１５Ａの末端には、処理チャンバ１１の反応室内を真空排気するための真空ポンプを含む真空排気部１６が接続されている。また、排気路１５Ａの中間部には反応室内の圧力を制御するための圧力制御バルブ２２が配置されている。圧力制御バルブ２２は、例えばバタフライバルブのような開度を調整可能なバルブである。また、ガス排気口１５の圧力制御バルブ２２と真空排気部１６との間の領域には、この領域の圧力を検出する圧力計２２Ａが設けられている。

制御部１８は、ガス供給部１９および圧力制御バルブ２２の動作のみならず、第１および第２の高周波電源１７Ａ，１７Ｂを含むプラズマ処理装置２０の全体の動作を制御する。真空排気部１６の真空ポンプを稼動させるとともに圧力制御バルブ２２を開くことにより、処理チャンバ１１の反応室の内部が減圧される。そして、ガス供給部１９から反応室内に原料ガスが導入される。制御部１８は、反応室内の圧力を所定の目標値に保つように、圧力制御バルブ２２の開度を制御する。制御部１８は、圧力計２２Ａの測定値（圧力）を参照しつつ目標値（圧力）に対応する操作量（開度）を圧力制御バルブ２２に指示し、それによって制御量としての反応室内の圧力を調整する。減圧された反応室の内部にガスを導入した状態で、高周波電源（第１高周波電源）１７Ａによりアンテナ１３に高周波電圧を印加すると、導入されたガスがプラズマ化される。

そして、以下に述べる第１工程〜第３工程を複数回繰り返すことで、基板１のレジストマスクの開口部から露出している部分（ストリート）は、プラズマ中のラジカルとイオンの物理化学的作用によって表面から深さ方向に深掘り加工される。プラズマダイシングでは、ストリートは、基板１の表面から裏面まで除去され、基板１は複数のチップに個片化される。

（保護膜形成工程（第１工程））
第１工程では、反応室内に保護膜形成ガスを原料ガスとするプラズマを発生させて、ステージ上に載置された基板１の表面に保護膜を形成する。基板１の表面には、通常、エッチングする領域が露出するように、レジストマスク２が配される。そして、保護膜形成ガスを反応室の内部に供給しながら、基板１のプラズマ処理を行う。より具体的には、保護膜形成ガスを反応室内部に導入しつつ、上部電極（アンテナ）１３に対して、第１高周波電源１７Ａから高周波電力を供給して、反応室内にプラズマを発生させて、基板１にプラズマを照射する。

基板１の表面には、プラズマ中で分解された保護膜形成ガスによる反応生成物が堆積し、保護膜が形成される。これにより、レジストマスクの開口部に形成されている、基板１の溝の底部および側壁にも保護膜が形成される。
第１工程では、必要に応じて、第２高周波電源１７Ｂからステージ１２が備える電極部にバイアス電圧（高周波電力）を印加してもよい。

第１工程では、圧力制御バルブ２２の開度を制御することにより、反応室内の圧力Ｐ₁が所定値に維持される。
第１工程において、反応室内の圧力Ｐ₁は、例えば、１０〜４５Ｐａであり、１０〜３０Ｐａであることが好ましい。第１工程において、反応室内に供給される保護膜形成ガスの流量Ｆ₁は、例えば、５０〜５００ｓｃｃｍであり、２００〜４００ｓｃｃｍであることが好ましい。圧力Ｐ₁および／または流量Ｆ₁がこのような範囲であることで、溝の底部５および側壁４に保護膜を形成し易くなる。

保護膜形成ガスとしては、Ｂｏｓｃｈプロセスなどにおいて保護膜形成用途に使用される公知のガスが使用できる。保護膜形成ガスは、好ましくは、フッ化炭素を含む。フッ化炭素としては、オクタフルオロシクロブタン（Ｃ₄Ｆ₈）、オクタフルオロシクロペンテン（Ｃ₅Ｆ₈）などのフッ素化脂環族炭化水素、ジフルオロメタン（ＣＨ₂Ｆ₂）などが例示できる。保護膜形成ガスは一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。

（保護膜除去工程（第２工程））
第２工程では、反応室内に保護膜除去用ガスを原料ガスとするプラズマを発生させて、第１工程で形成された保護膜の一部を除去する。より具体的には、エッチングガス（第１エッチングガス）を反応室内部に導入しながら、上部電極に対して、第１高周波電源１７Ａから高周波電力を供給して、反応室内にプラズマを発生させる。そして、基板１の表面に形成された保護膜３にプラズマを照射し、エッチングすることにより、保護膜３の一部を除去する。第２工程において、溝の底部５を被覆する保護膜３は、プラズマ中のラジカルとイオンの物理化学的作用によって除去されるのに対し、溝の側壁４を被覆する保護膜３は残存する。第２工程では、圧力制御バルブ２２の開度を制御することにより、反応室内の圧力Ｐ₂が所定値に維持される。また、第２高周波電源１７Ｂからステージ１２が備える電極部にバイアス電圧（高周波電力）を印加することが好ましい。バイアス電圧を印加することにより、基板に入射するイオンの垂直性を高め、溝の側壁４の保護膜３のエッチングを抑制しながら、溝の底部５の保護膜３を除去することができる。

第１エッチングガスとしては、Ｂｏｓｃｈプロセスなどにおいて、保護膜除去用途に使用される公知のエッチングガスが使用できる。第１エッチングガスは、フッ素含有ガスを含むことが好ましい。フッ素含有ガスとしては、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、ＸｅＦ₂、ＸｅＦ₆などの他、フッ化硫黄ガスなどが好ましく、中でも六フッ化硫黄ＳＦ₆が好ましい。第１エッチングガスは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

第２工程では、反応室内の圧力Ｐ₂を、第３工程における反応室内の圧力Ｐ₃よりも小さくすることが重要である。反応室内の圧力が低い場合、プラズマを構成する各種粒子（イオン、ラジカル、中性粒子など）の平均自由行程が長く、各種粒子間の衝突頻度が低下する。Ｐ₂＜Ｐ₃とすることで、第２工程において基板に入射するイオンの垂直性を高めることができるため、側壁４に形成された保護膜３が第２工程で除去されることが抑制される。そのため、第３工程の圧力Ｐ₃をＰ₂より大きくしても、側壁４のエッチングが抑制され、側壁４の荒れが抑制される。

第１工程〜第３工程は、複数回繰り返される。複数の第２工程のうち、少なくとも１回の第２工程における圧力Ｐ₂が、直後の第３工程における圧力Ｐ₃よりも小さければよい。複数の第２工程のうちできるだけ多くの第２工程における圧力Ｐ₂が、直後の第３工程における圧力Ｐ₃よりも小さくなるようにすれば、側壁４の荒れをさらに抑制し易い。

圧力Ｐ₂は、例えば、圧力Ｐ₃の７５％以下であることが好ましく、３３〜７０％または４０〜６５％であることがさらに好ましい。圧力Ｐ₂がこのような範囲である場合、側壁４の荒れがさらに抑制される。

従来の方法では、第１工程における反応室内の圧力Ｐ₁も、圧力Ｐ₂や圧力Ｐ₃と同程度とされている。本実施形態では、圧力Ｐ₂を、直前の第１工程における反応室内の圧力Ｐ₁よりも小さくしてもよい。すなわち、直前の第１工程における反応室内の圧力Ｐ₁を圧力Ｐ₂よりも大きくしてもよい。この場合、直前の第１工程における反応室内の圧力Ｐ₁を比較的高圧にすることができる。反応室内の圧力が高い場合、プラズマを構成する各種粒子（イオン、ラジカル、中性粒子など）の平均自由行程が短く、各種粒子間の衝突が頻繁に発生する。したがって、直前の第１工程における反応室内の圧力Ｐ₁を比較的高圧にすることで、直前の第１工程における反応生成物の飛散方向の等方性を強くすることができ、側壁４に形成される保護膜３を厚くすることができる。よって、側壁４がより確実に保護されるため、エッチングにより形成される溝の側壁４の荒れをさらに抑制し易くなる。複数の第２工程のうち、少なくとも１回の第２工程における圧力Ｐ₂が、直前の第１工程における圧力Ｐ₁よりも小さければよい。複数の第２工程のうちできるだけ多くの第２工程における圧力Ｐ₂が、直前の第１工程における圧力Ｐ₁よりも小さくなるようにすれば、溝の側壁４の荒れをさらに抑制することができる。

なお、反応室内の圧力Ｐ₂と反応室内の圧力Ｐ₁とを比較する場合、第１工程における圧力Ｐ₁と、この第１工程に続く第２工程のＰ₂とが比較される。このように、連続する第１工程および第２工程において、第２工程の前の第１工程を、第２工程の「直前の第１工程」と呼ぶものとする。なお、後述のように、流量Ｆ₁および流量Ｆ₂、ならびに高周波電力Ｅ₁およびＥ₂についても、圧力Ｐ₁および圧力Ｐ₂の場合と同様に、連続する第１工程および第２工程について比較される。

圧力Ｐ₂は、圧力Ｐ₁の７０％以下であることが好ましく、１０〜７０％または１５〜５０％であることがさらに好ましい。この場合、第２工程終了時点の側壁４の保護膜３の厚みを、第３工程でのエッチング中に消失しない程度の厚みにすることができ、結果として、側壁４の荒れを抑制することができる。
第２工程において、反応室内の圧力Ｐ₂は、例えば、３〜１５Ｐａであり、５〜８Ｐａであることが好ましい。圧力Ｐ₂がこのような範囲である場合、側壁４の荒れがさらに抑制される。

第２工程において、反応室内に供給される第１エッチングガスの流量Ｆ₂は、直後の第３工程における第２エッチングガスの流量Ｆ₃よりも少ないことが好ましい。この場合、第２工程が終了した後、第３工程を開始する際に、圧力制御バルブ２２の開度をあまり変化させることなく、Ｐ₂＜Ｐ₃となるように第３工程の圧力Ｐ₃を調整することができ、圧力Ｐ₃の調節に要する時間（調圧時間）を短くすることができる。複数の第２工程のうち、少なくとも１回の第２工程における流量Ｆ₂が、直後の第３工程における流量Ｆ₃よりも小さければよい。複数の第２工程のうちできるだけ多くの第２工程における流量Ｆ₂が、直後の第３工程における流量Ｆ₃よりも小さくなるようにすれば、圧力Ｐ₂をさらに制御し易くなる。なお、流量Ｆ₂および流量Ｆ₃、ならびに後述する高周波電力Ｅ₂およびＥ₃についても、圧力Ｐ₂および圧力Ｐ₃の場合と同様に、連続する第２工程および第３工程について比較される。
流量Ｆ₂は、流量Ｆ₃の７５％以下であることが好ましく、２５〜７０％または３３〜６５％であることがさらに好ましい。

また、Ｐ₂＜Ｐ_１とする場合、第２工程開始時の圧力Ｐ_２の調節に要する時間（調圧時間）を短くする観点から、流量Ｆ₂は、直前の第１工程における保護膜形成ガスの流量Ｆ₁よりも小さいことが好ましい。この場合、第１工程が終了した後、第２工程を開始する際に、圧力制御バルブ２２の開度をあまり変化させることなく、Ｐ₂＜Ｐ_１となるように第２工程の圧力Ｐ₂を調整することができる。複数の第２工程のうち、少なくとも１回の第２工程における流量Ｆ₂が、直前の第１工程における流量Ｆ₁よりも小さければよい。複数の第２工程のうちできるだけ多くの第２工程における流量Ｆ₂が、直前の第１工程における流量Ｆ₁よりも小さくなるようにすれば、さらに調圧時間の累積時間を短縮することができ、結果として全体としての処理時間を短縮することができる。

第２工程開始時の圧力Ｐ₂の調節に要する時間（調圧時間）を短くする観点から、流量Ｆ₂は、流量Ｆ₁の７０％以下であることが好ましく、１０〜７０％または１５〜５０％であることがさらに好ましい。

第２工程において、反応室内に供給される第１エッチングガスの流量Ｆ₂は、例えば、５０〜４００ｓｃｃｍであり、７５〜１５０ｓｃｃｍであることが好ましい。流量Ｆ₂がこのような範囲であることで、第２工程開始時の圧力Ｐ₂の調節に要する時間（調圧時間）の短縮がさらに容易になる。

第２工程では、第２高周波電源からステージが備える電極部にバイアス電圧（高周波電力）を印加することが好ましい。第２工程で印加される高周波電力Ｅ₂は、直後の第３工程で印加される高周波電力Ｅ₃よりも大きいことが好ましい。この場合、第２工程におけるエッチングの異方性が高まり、側壁４の荒れをさらに抑制することができる。複数の第２工程のうち、少なくとも１回の第２工程における高周波電力Ｅ₂が、直後の第３工程における高周波電力Ｅ₃よりも大きければよい。複数の第２工程のうちできるだけ多くの第２工程における高周波電力Ｅ₂が、直後の第３工程における高周波電力Ｅ₃よりも大きくなるようにすれば、さらに第２工程におけるエッチングの異方性を高め易くなる。
高周波電力Ｅ₃は、高周波電力Ｅ₂の７０％以下であることが好ましく、３０〜５０％であることが好ましい。

第２工程におけるエッチングの異方性を高め易くする観点から、高周波電力Ｅ₂は、直前の第１工程における高周波電力Ｅ₁よりも大きいことが好ましい。複数の第２工程のうち、少なくとも１回の第２工程における高周波電力Ｅ₂が、直前の第１工程における高周波電力Ｅ₁よりも大きければよい。複数の第２工程のうちできるだけ多くの第２工程における高周波電力Ｅ₂が、直前の第１工程における高周波電力Ｅ₁よりも大きくなるようにすれば、さらに第２工程におけるエッチングの異方性を高め易い。
高周波電力Ｅ₁は、高周波電力Ｅ₂の８０％以下であることが好ましく、５０％以下（例えば、０〜５０％）であることが好ましい。

高周波電力Ｅ₂は、例えば、１００〜５００Ｗであり、２００〜４００Ｗであってもよい。Ｅ₂がこのような範囲である場合、第２工程におけるエッチングの異方性をさらに高め易くなる。

（基板エッチング工程（第３工程））
第３工程では、反応室内に基板エッチング用ガスを原料ガスとするプラズマを発生させて、基板１をエッチングする。より具体的には、エッチングガス（第２エッチングガス）を反応室内部に導入しながら、上部電極に対して、第１高周波電源から高周波電力を供給して、反応室内にプラズマを発生させる。そして、第２工程で保護膜３が除去された部分（溝の底部５）にプラズマを照射し、この部分の基板１をエッチングする。この時、溝の側壁４は保護膜３で覆われているため、エッチングは基板の面方向と平行またはそれに近い方向には進行せず、基板の深さ方向に進行する。

第３工程では、圧力制御バルブ２２の開度を制御することにより、第３工程における反応室の圧力Ｐ₃が所定値に維持される。
第３工程では、必要に応じて、第２高周波電源からステージが備える電極部にバイアス電圧（高周波電力Ｅ₃）を印加してよい。

第２エッチングガスとしては、Ｂｏｓｃｈプロセスなどにおいて、基板のエッチングに使用される公知のエッチングガスが使用できる。第２エッチングガスは、フッ素含有ガスを含むことが好ましい。フッ素含有ガスとしては、第１エッチングガスについて例示したものから適宜選択できる。第２エッチングガスは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

（その他）
プラズマ処理の後、アッシングが実行される。反応室内にアッシング用のプロセスガス（例えば、酸素ガス）を導入しつつ、圧力制御バルブ２２の開度を制御することにより反応室内を所定圧力に維持する。その後、上部電極に対して第１高周波電源から高周波電力を供給して反応室内にプラズマを発生させ、基板１に照射する。酸素プラズマの照射により、基板１の表面からレジストマスクが除去される。

プラズマ処理およびアッシング処理の終了後、エッチングされた基板１は反応室から搬出される。プラズマダイシングを行う場合には、プラズマダイシングによって個片化された複数のチップが反応室から取り出される。複数のチップは、通常、搬送キャリアの保持シートに保持されており、保持シートから分離される。そして、個々のチップは実装工程でパッケージに実装され、最終的に電子部品が製造される。

本発明の実施形態に係るプラズマ処理方法は、基板を個片化するプラズマダイシングに限定されず、基板に溝や穴をエッチングにより形成する通常のドライエッチングであってもよい。また、プラズマ処理方法に使用されるプラズマ処理装置は、ＩＣＰ型であってもよく、平行平板型であってもよい。

以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１
（１）基板の搭載
シリコン基板を保持した搬送キャリアを、プラズマ処理装置が備える反応室内に搬入して、反応室内に設けられたステージ上に載置した。搬送キャリアは、シリコン基板を保持している面を反応室の頂部に設けられた上部電極に向けた状態でステージ上に載置した。シリコン基板上には、エッチング領域に対応する開口部を備えるレジストマスクを配した。

（２）エッチング
（ａ）保護膜形成工程（第１工程）
反応室内に、保護膜形成ガスとしてのＣ₄Ｆ₈を供給しながら、プラズマを発生させて、シリコン基板の表面に保護膜を形成した。より具体的には、反応室内にＣ₄Ｆ₈を流量２００ｓｃｃｍで導入しつつ、圧力制御バルブ２２の開度を制御することで、反応室内の圧力を１０Ｐａに維持した。その後、第１高周波電源から２０００Ｗの高周波電力を供給して、反応室内にプラズマを発生させ、シリコン基板の表面をプラズマに１０秒間晒すことにより表面に保護膜を形成した。この時、レジストマスクの開口部に形成された溝の底部および側壁にも保護膜が形成される。保護膜を形成する際には、バイアス電圧は印加しなかった。

（ｂ）保護膜除去工程（第２工程）
第１工程後、反応室内に、第１エッチングガスとしてのＳＦ₆を供給しながら、プラズマを発生させて、一部の保護膜を除去した。より具体的には、反応室内にＳＦ₆を流量１００ｓｃｃｍで導入しつつ、圧力制御バルブの開度を制御することで、反応室内の圧力を５Ｐａに維持した。その後、第１高周波電源から２０００Ｗの高周波電力を供給して、反応室内にプラズマを発生させ、シリコン基板の表面をプラズマに５秒間晒すことにより、溝の底部を被覆する保護膜を除去するとともに、溝の側壁を被覆する保護膜は残存させた。このとき、第２高周波電源からステージが備える電極部に３００Ｗのバイアス電圧を印加した。

（ｃ）基板エッチング工程（第３工程）
第２工程後、反応室内に、第２エッチングガスとしてのＳＦ₆を供給しながら、プラズマを発生させて、保護膜が除去された領域において、シリコン基板をエッチングした。より具体的には、反応室内にＳＦ₆を流量１６０ｓｃｃｍで導入しつつ、圧力制御バルブの開度を制御することで、反応室内の圧力を８Ｐａに維持した。その後、２０００Ｗの高周波電力を供給して、反応室内にプラズマを発生させ、シリコン基板の表面をプラズマに１５秒間晒すことにより、シリコン基板をエッチングした。溝の側壁は保護膜で覆われているため、エッチングは基板の面方向に平行またはそれに近い方向には進行せず、基板の深さ方向に進行した。このとき、ステージが備える電極部に３００Ｗのバイアス電圧を印加した。

（ｄ）繰り返し工程
第１工程、第２工程および第３工程を、この順序で、１００回繰り返した。シリコン基板１のレジストマスクから露出している部分（ストリート）は、プラズマ中のラジカルとイオンの物理化学的作用によって表面から裏面まで除去され、複数のチップに個片化された。

（ｅ）アッシング
工程（ｄ）の後、すなわち、プラズマダイシングの完了後、アッシングを行った。より具体的には、反応室内に酸素ガスを導入しつつ、圧力制御バルブの開度を調節して、反応室内の圧力を１Ｐａに維持した。次いで、上部電極に高周波電力２０００Ｗを供給して反応室内にプラズマを発生させ、基板に照射した。酸素プラズマの照射により、シリコン基板の表面からレジストマスクを除去した。

比較例１
保護膜除去工程（第２工程）および基板エッチング工程（第３工程）の双方において、ＳＦ₆の流量を２００ｓｃｃｍに変更し、反応室内の圧力を１０Ｐａにした。これら以外は、実施例１と同様にして、プラズマダイシングおよびアッシングを行うことで、個片化されたチップを形成した。
表１に実施例１および比較例１の第１工程〜第３工程の条件をまとめた。

図４および図５に、実施例１および比較例１で得られたチップの側壁のＳＥＭ写真をそれぞれ示す。比較例１のチップの側壁は、表面が荒れた状態となっていた。側壁の荒れは、基板の上部側で顕著であった。それに対し、実施例１のチップの側壁は、ほとんど荒れが見られず、滑らかな表面を有していた。

本発明の一実施形態によれば、プラズマ処理によりエッチングした部分の側壁の荒れが抑制される。プラズマダイシングの場合には、固片化されたチップの側壁を滑らかにすることができるため、高い品質を保持することができる。よって、本実施形態は、プラズマダイシングなどの各種プラズマ処理において有用である。

１：基板、２：レジストマスク、３：保護膜、４：側壁、５：底部、６ａ：側壁４において保護膜３が薄くなったり除去されたりした領域、６ｂ：凹部、７：イオン、Ｓ１、ｓ１：第１工程、Ｓ２、ｓ２：第２工程、Ｓ３、ｓ３：第３工程、１１：処理チャンバ、１２：ステージ、１３：アンテナ（上部電極）、１４：ガス導入口、１５：ガス排気口、１５Ａ：排気路、１６：真空排気部、１７Ａ：第１高周波電源、１７Ｂ：第２高周波電源、１７Ｃ：第１整合回路、１７Ｄ：第２整合回路、１８：制御部、１９：ガス供給部、２０：プラズマ処理装置、２２：圧力制御バルブ、２２Ａ：圧力計

Claims (13)

1. 内部にステージを備える反応室において、前記ステージ上に載置された基板をプラズマエッチングするプラズマ処理方法であって、
   前記反応室の内部に保護膜形成ガスを供給しながら、プラズマを発生させて、前記基板の表面に保護膜を形成する第１工程と、
   前記反応室の内部に第１エッチングガスを供給しながら、プラズマを発生させて、前記保護膜の一部をエッチングにより除去する第２工程と、
   前記反応室の内部に第２エッチングガスを供給しながら、プラズマを発生させて、前記基板をエッチングする第３工程と、を備え、
   前記第１工程、前記第２工程、および前記第３工程が、この順序で複数回繰り返され、
   少なくとも一回の前記第２工程において、前記反応室内の圧力Ｐ₂は、直後の前記第３工程における前記反応室内の圧力Ｐ₃よりも小さい、プラズマ処理方法。
2. 前記圧力Ｐ₂は、前記圧力Ｐ₃の７５％以下である、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
3. 前記圧力Ｐ₂は、前記圧力Ｐ₃の３３〜７０％である、請求項１または２に記載のプラズマ処理方法。
4. 前記圧力Ｐ₂は、直前の前記第１工程における前記反応室内の圧力Ｐ₁よりも小さい、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
5. 前記圧力Ｐ₂は、前記圧力Ｐ₁の１０〜７０％である、請求項４に記載のプラズマ処理方法。
6. 少なくとも一回の前記第２工程において、前記第１エッチングガスの流量Ｆ₂は、直後の前記第３工程における前記第２エッチングガスの流量Ｆ₃よりも少ない、請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
7. 前記流量Ｆ₂は、前記流量Ｆ₃の２５〜７０％である、請求項６に記載のプラズマ処理方法。
8. 前記流量Ｆ₂は、直前の前記第１工程における前記保護膜形成ガスの流量Ｆ₁よりも小さい、請求項６または７に記載のプラズマ処理方法。
9. 前記流量Ｆ₂は、前記流量Ｆ₁の１０〜７０％である、請求項８に記載のプラズマ処理方法。
10. 前記ステージは、前記ステージに電気的に接続された高周波電源を備え、
    少なくとも一回の前記第２工程およびその直後の前記第３工程では、それぞれ、前記高周波電源より高周波電力Ｅ₂および高周波電力Ｅ₃が印加され、
    前記第２工程で印加される前記高周波電力Ｅ₂は、前記第３工程で印加される前記高周波電力Ｅ₃よりも大きい、請求項１〜９のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
11. 前記少なくとも一回の前記第２工程の直前の前記第１工程では、前記高周波電源より高周波電力Ｅ₁が印加され、
    前記高周波電力Ｅ₂は、前記高周波電力Ｅ₁よりも大きい、請求項１０に記載のプラズマ処理方法。
12. 前記第１エッチングガスおよび前記第２エッチングガスは、それぞれ、フッ素含有ガスを含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
13. 前記保護膜形成ガスは、フッ化炭素を含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。