JP2017168766A - プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】保持シートに保持された基板をプラズマ処理する際に、製品の歩留まりを向上させる。
【解決手段】基板を保持させた保持シートを、プラズマ処理装置に設置されたステージに載置する載置工程と、前記保持シートを前記ステージに固定する固定工程と、前記固定工程の後、前記保持シートの前記ステージへの接触状態の良否を判定する判定工程と、前記判定工程において接触状態が良好であると判定された場合に、前記ステージ上で、前記基板の表面をプラズマに晒すことにより前記基板をエッチングする、プラズマエッチング工程と、を備えるプラズマ処理方法。
【選択図】図3

Description

本発明は、保持シートに保持された基板をプラズマ処理する方法および装置に関する。
基板をダイシングする方法として、マスクを形成した基板にプラズマエッチングを施して個々のチップに分割するプラズマダイシングが知られている。特許文献1は、搬送等における基板のハンドリング性向上のために、フレームとその開口部を覆う保持シートとを備える搬送キャリアに基板を保持させた状態で、プラズマ処理装置に備えられたステージに載置し、プラズマ処理を行うことを教示している。
特表2014−513868号公報
保持シートは厚みが小さく、撓みやすい。そのため、基板を保持した搬送キャリアは、保持シートにシワが入った状態でステージに載置される場合がある。保持シートにシワが残った状態でプラズマ処理を行うと、シワの部分で異常放電が発生したり、シワの部分の温度が上昇したりして、プラズマ処理を正常に行うことが困難となる。
近年、電子機器が小型化および薄型化しており、電子機器に搭載されるICチップなどの厚みは小さくなっている。これにともない、ダイシングの対象となるICチップなどを形成するための基板の厚みも小さくなっており、保持シート同様、基板も撓みやすくなっている。このような撓みやすい基板を撓みやすい保持シートに貼着して保持する場合、保持シートにシワが入ると、基板にもシワが発生し易くなる。さらに、フレームにわずかでも歪みがある場合、保持シートおよび基板には、シワがより発生し易くなる。
プラズマ処理は、通常、搬送キャリアをステージに載置し、静電チャックといわれる静電吸着機構により接触させながら行われる。静電吸着機構は、ステージの内部に配置された静電吸着(Electrostatic Chuck)用電極(以下、ESC電極と称する)に電圧を印加し、ESC電極と保持シートとの間に働くクーロン力やジョンソン・ラーベック力によって、ステージに保持シートを吸着させる。このとき、基板を保持した保持シートは、シワが入った状態のまま、ステージに載置される場合がある。保持シートに生じたシワにより、保持シートは一部がステージから浮き上がった状態でステージに押し付けられる。そのため、保持シートを介した基板とステージとの接触が不十分になる。
保持シートを介した基板とステージとの接触が不十分な状態でプラズマ処理を行うと、基板に対するエッチングが不均一になって、加工形状のばらつきや未処理部が発生する。さらに、基板の局所的な温度上昇が発生したり、異常放電が発生する場合がある。この温度上昇や異常放電によって、基板や保持シート、さらには、ESC電極が破損することも懸念される。その結果、製品の歩留まりが低下する。
本発明の一局面は、基板を保持させた保持シートを、プラズマ処理装置に設置されたステージに載置する載置工程と、前記保持シートを前記ステージに固定する固定工程と、前記固定工程の後、前記保持シートの前記ステージへの接触状態の良否を判定する判定工程と、前記判定工程において接触状態が良好であると判定された場合に、前記ステージ上で、前記基板の表面をプラズマに晒すことにより前記基板をエッチングする、プラズマエッチング工程と、を備えるプラズマ処理方法に関する。
本発明の他の一局面は、処理室と、前記処理室に設けられ、基板を保持させた保持シートを載置するステージと、前記保持シートを前記ステージに固定する固定機構と、前記処理室内でプラズマを発生させる高周波電源部と、前記保持シートの前記ステージへの接触状態の良否を判定する判定部と、を備えるプラズマ処理装置に関する。
本発明によれば、保持シートを介した基板とステージとの接触の状態を確認した後、プラズマ処理が実行されるため、製品の歩留まりが向上する。
本発明の実施形態に係る基板を保持した搬送キャリアを概略的に示す上面図(a)およびそのB−B線での断面図(b)である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の基本的な構造を断面で示す概念図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理方法の一部の工程を示すフローチャートである。 第1実施形態に係るプラズマ処理装置の一部を示す概念図である。 図4に示すプラズマ処理装置のステージおよび判定用ガス孔を示す概念図(a)、および、ステージと保持シートとの間に、判定用のガスを導入した際の様子を示す断面図((b)、(c))である。 第1実施形態に係るプラズマ処理方法の一部の工程を示すフローチャートである。 第1実施形態に係るプラズマ処理方法の判定工程において、保持シートを介した基板とステージとの接触状態が良好である場合を示すグラフ((a)〜(c))である。 第1実施形態に係るプラズマ処理方法の判定工程において、保持シートを介した基板とステージとの接触状態が不良である場合を示すグラフ((a)〜(c))である。 第1実施形態にかかわるプラズマ処理方法の判定工程において、保持シートを解した基板とステージとの接触状態が不良である場合を示すグラフ((a)〜(c))である。 第1実施形態に係るプラズマ処理方法の判定工程において、保持シートを介した基板とステージとの接触状態が不良である場合を示すグラフ((a)〜(c))である 第1実施形態に係るプラズマ処理方法の判定工程において、保持シートを介した基板とステージとの接触状態が不良である場合を示すグラフ((a)〜(c))である 第2実施形態に係るプラズマ処理装置の一部を示す概念図である。 第2実施形態に係るプラズマ処理方法の一部の工程を示すフローチャートである。 第2実施形態に係るプラズマ処理方法の判定方法を示すグラフである((a)、(b))。 第3実施形態に係るプラズマ処理装置の一部を示す概念図である。 第3実施形態に係るプラズマ処理方法の一部の工程を示すフローチャートである。 第3実施形態に係るプラズマ処理方法の判定方法を示す上面図である((a)、(b))。 本発明の実施形態に係るESC電極を示す概念図である。
本実施形態に係るプラズマ処理方法は、基板を保持させた保持シートを、プラズマ処理装置に設置されたステージに載置する載置工程と、前記保持シートを前記ステージに固定する固定工程と、前記固定工程の後、前記保持シートの前記ステージへの接触状態の良否を判定する判定工程と、前記判定工程において接触状態が良好であると判定された場合に、前記ステージ上で、前記基板の表面をプラズマに晒すことにより前記基板をエッチングする、プラズマエッチング工程と、を備える。これにより、保持シートを介した基板とステージとの接触状態が良好であることを確認した後、プラズマ処理が実行されるため、プラズマ処理が不良になることが抑制される。その結果、製品の歩留まりが向上する。
まず、本発明で使用される搬送キャリアの一実施形態について、図1(a)および(b)を参照しながら説明する。図1(a)は、基板1とこれを保持する搬送キャリア10とを概略的に示す上面図であり、図1(b)は、基板1および搬送キャリア10の図1(a)に示すB−B線での断面図である。図1(a)に示すように、搬送キャリア10は、フレーム2および保持シート3を備えている。保持シート3は、その外周部がフレーム2に固定されている。基板1は、保持シート3に貼着されて、搬送キャリア10に保持される。なお、図1では、フレーム2および基板1が共に略円形である場合について図示するが、これに限定されるものではない。
(基板)
基板1は、プラズマ処理の対象物である。基板1は、例えば、本体部の一方の表面に、半導体回路、電子部品素子、MEMS等の回路層を形成した後、回路層とは反対側である本体部の裏面を研削し、厚みを薄くすることにより作製される。基板1を個片化することにより、上記回路層を有する電子部品(図示せず)が得られる。
基板1の大きさは特に限定されず、例えば、最大径50mm〜300mm程度である。基板1の厚みは、通常、25〜150μm程度と、非常に薄い。そのため、基板1自体は、剛性(自己支持性)をほとんど有さない。そこで、ほぼ平坦なフレーム2に保持シート3の外周部を固定し、この保持シート3に基板1を貼着する。これにより、基板1の搬送等の取り扱いが容易となる。基板1の形状も特に限定されず、例えば、円形、角型である。また、基板1には、オリエンテーションフラット(オリフラ)、ノッチ等の切欠き(いずれも図示せず)が設けられていてもよい。
基板の本体部の材質も特に限定されず、例えば、半導体、誘電体、金属、あるいはこれらの積層体等が挙げられる。半導体としては、シリコン(Si)、ガリウム砒素(GaAs)、窒化ガリウム(GaN)、炭化ケイ素(SiC)などが例示できる。誘電体としては、ポリイミドなどの樹脂膜、低誘電率膜(Low−k膜)、二酸化ケイ素(SiO)、窒化ケイ素(Si)、タンタル酸リチウム(LiTaO)、ニオブ酸リチウム(LiNbO)などが例示できる。
基板1の保持シート3に貼着していない面には、所望の形状にマスクが形成されている(図示せず)。マスクが形成されている部分は、プラズマによるエッチングから保護される。マスクが形成されていない部分は、その表面から裏面までがプラズマによりエッチングされ得る。マスクとしては、例えば、レジスト膜を露光および現像することにより形成されるレジストマスクを用いることができる。また、マスクは、例えば、基板1の表面に形成された樹脂膜あるいは樹脂フィルムをレーザスクライブにより開口して、形成されてもよい。
(フレーム)
フレーム2は、基板1の全体と同じかそれ以上の面積の開口を有した枠体であり、所定の幅および略一定の薄い厚みを有している。フレーム2は、保持シート3および基板1を保持した状態で搬送できる程度の剛性を有している。
フレーム2の開口の形状は特に限定されないが、例えば、円形や、矩形、六角形など多角形であってもよい。フレーム2には、位置決めのためのノッチ2aやコーナーカット2bが設けられていてもよい。フレーム2の材質としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属や、樹脂等が挙げられる。フレーム2の一方の面には、保持シート3の一方の面の外周縁付近が貼着される。
(保持シート)
保持シート3は、例えば、粘着剤を有する面(粘着面3a)と粘着剤を有しない面(非粘着面3b)とを備えている。粘着面3aの外周縁は、フレーム2の一方の面に貼着しており、フレーム2の開口を覆っている。また、粘着面3aのフレーム2の開口から露出した部分には、基板1が貼着される。
粘着面3aは、紫外線(UV)の照射によって粘着力が減少する粘着成分からなることが好ましい。ダイシング後に紫外線照射を行うことにより、個片化された基板(電子部品)が粘着面3aから容易に剥離され、ピックアップされ易いためである。例えば、保持シート3は、フィルム状の基材の片面にUV硬化型アクリル粘着剤を、5〜20μmの厚みに塗布することにより得られる。
フィルム状の基材の材質は特に限定されず、例えば、ポリエチレンおよびポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル等の熱可塑性樹脂が挙げられる。基材には、伸縮性を付加するためのゴム成分(例えば、エチレン−プロピレンゴム(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)等)、可塑剤、軟化剤、酸化防止剤、導電性材料等の各種添加剤が配合されていても良い。また、上記熱可塑性樹脂は、アクリル基等の光重合反応を示す官能基を有していてもよい。基材の厚みは、例えば、50〜150μmである。プラズマ処理の際、搬送キャリア10は、ステージと非粘着面3bとが接するように、ステージに載置される。
(プラズマ処理装置)
次に、図2を参照しながら、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置100の基本構造を説明する。図2は、プラズマ処理装置100の基本構造の断面を概略的に示している。
プラズマ処理装置100は、ステージ111を備えている。搬送キャリア10は、保持シート3の基板1を保持している面が上方を向くように、ステージ111に搭載される。ステージ111は、搬送キャリア10の全体を載置できる程度の大きさを備える。ステージ111の上方には、フレーム2および保持シート3の少なくとも一部を覆うとともに、基板1の少なくとも一部を露出させるための窓部124Wを有するカバー124が配置されている。
ステージ111およびカバー124は、処理室(真空チャンバ103)内に配置されている。真空チャンバ103は、上部が開口した概ね円筒状であり、上部開口は蓋体である誘電体部材108により閉鎖されている。真空チャンバ103を構成する材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼(SUS)、表面をアルマイト加工したアルミニウム等が例示できる。誘電体部材108を構成する材料としては、酸化イットリウム(Y23)、窒化アルミニウム(AlN)、アルミナ(Al23)、石英(SiO2)等の誘電体材料が例示できる。誘電体部材108の上方には、上部電極としてのアンテナ109が配置されている。アンテナ109は、第1高周波電源110Aと電気的に接続されている。ステージ111は、真空チャンバ103内の底部側に配置される。
真空チャンバ103には、ガス導入口103aが接続されている。ガス導入口103aには、プラズマ発生用ガスの供給源であるプロセスガス源112およびアッシングガス源113が、それぞれ配管によって接続されている。また、真空チャンバ103には、排気口103bが設けられており、排気口103bには、真空チャンバ103内のガスを排気して減圧するための真空ポンプを含む減圧機構114が接続されている。
ステージ111は、それぞれ略円形の電極層115と、金属層116と、電極層115および金属層116を支持する基台117と、電極層115、金属層116および基台117を取り囲む外周部118とを備える。外周部118は導電性および耐エッチング性を有する金属により構成されており、電極層115、金属層116および基台117をプラズマから保護する。外周部118の上面には、円環状の外周リング129が配置されている。外周リング129は、外周部118の上面をプラズマから保護する役割をもつ。電極層115および外周リング129は、例えば、上記の誘電体材料により構成される。
電極層115の内部には、静電吸着機構を構成するESC電極119と、第2高周波電源110Bに電気的に接続された高周波電極部120とが配置されている。ESC電極119には、直流電源126が電気的に接続されている。静電吸着機構は、ESC電極119および直流電源126により構成されている。静電吸着機構によって、保持シート3はステージ111に押し付けられて固定される。以下、保持シート3をステージ111に固定する固定機構として、静電吸着機構を備える場合を例に挙げて説明するが、これに限定されない。保持シート3のステージ111への固定は、図示しないクランプによって行われてもよい。
金属層116は、例えば、表面にアルマイト被覆を形成したアルミニウム等により構成される。金属層116内には、冷媒流路127が形成されている。冷媒流路127は、ステージ111を冷却する。ステージ111が冷却されることにより、ステージ111に搭載された保持シート3が冷却されるとともに、ステージ111にその一部が接触しているカバー124も冷却される。これにより、基板1や保持シート3が、プラズマ処理中に加熱されることによって損傷されることが抑制される。冷媒流路127内の冷媒は、冷媒循環装置125により循環される。
ステージ111の外周付近には、ステージ111を貫通する複数の支持部122が配置されている。支持部122は、昇降機構123Aにより昇降駆動される。搬送キャリア10が真空チャンバ103内に搬送されると、所定の位置まで上昇した支持部122に受け渡される。支持部122は、搬送キャリア10のフレーム2を支持する。支持部122の上端面がステージ111と同じレベル以下にまで降下することにより、搬送キャリア10は、ステージ111の所定の位置に搭載される。
カバー124の端部には、複数の昇降ロッド121が連結しており、カバー124を昇降可能にしている。昇降ロッド121は、昇降機構123Bにより昇降駆動される。昇降機構123Bによるカバー124の昇降の動作は、昇降機構123Aとは独立して行うことができる。
制御装置128は、第1高周波電源110A、第2高周波電源110B、プロセスガス源112、アッシングガス源113、減圧機構114、冷媒循環装置125、昇降機構123A、昇降機構123Bおよび静電吸着機構を含むプラズマ処理装置100を構成する要素の動作を制御する。
次に、本実施形態に係るプラズマ処理方法の基本的な工程について、図3を参照しながら説明する。図3は、プラズマ処理方法の一部の工程を示すフローチャートである。
(1)準備工程
まず、搬送キャリア10を準備する。搬送キャリア10は、保持シート3をフレーム2の一方の面に貼着し、固定することにより得られる。このとき、図1(b)に示すように、保持シート3の粘着面3aをフレームに対向させる。次いで、保持シート3の粘着面3aに基板1を貼着することにより、基板1を搬送キャリア10に保持させる。
(2)搬入工程
次に、基板1が保持された搬送キャリア10を真空チャンバ103内に搬入する。
真空チャンバ103内では、昇降ロッド121の駆動により、カバー124が所定の位置まで上昇している。続いて、シャッター222が開いて、図示しないロードロック室から、搬送アーム221(いずれも図8参照)に保持された搬送キャリア10が搬入される。複数の支持部122は、上昇した状態で待機している。搬送キャリア10がステージ111上方の所定の位置に到達すると、支持部122に搬送キャリア10が受け渡される。搬送キャリア10は、保持シート3の基板1を保持している面が上方を向くように、支持部122の上端面に載置される。
(3)載置工程
搬送キャリア10が支持部122に受け渡され、搬送アーム221が退出すると、シャッター222が閉じられ、真空チャンバ103は密閉状態に置かれる。次に、支持部122が降下を開始する。支持部122の上端面が、ステージ111と同じレベル以下にまで降下することにより、搬送キャリア10は、ステージ111に載置される。続いて、昇降ロッド121が駆動する。昇降ロッド121は、カバー124を所定の位置にまで降下させる。このとき、カバー124が搬送キャリア10に接触することなくフレーム2を覆うことができるように、カバー124とステージ111との距離は調節されている。これにより、フレーム2および保持シート3の基板1を保持していない部分は、カバー124と接触することなくカバー124によって覆われ、基板1はカバー124の窓部124Wから露出する。
カバー124は、例えば、略円形の外形輪郭を有したドーナツ形であり、一定の幅および薄い厚みを備えている。カバー124の内径(窓部124Wの直径)はフレーム2の内径よりも小さく、カバー124の外径はフレーム2の外径よりも大きい。したがって、搬送キャリア10をステージの所定の位置に搭載し、カバー124を降下させると、カバー124は、フレーム2と保持シート3の少なくとも一部を覆うことができる。窓部124Wからは、基板1の少なくとも一部が露出する。カバー124は、例えば、セラミックス(例えば、アルミナ、窒化アルミニウムなど)や石英などの誘電体や、アルミニウムあるいは表面がアルマイト処理されたアルミニウムなどの金属で構成される。
(4)固定工程
固定工程では、ステージ111に載置された搬送キャリア10がステージ111上に固定される。ステージ111がESC電極119を備える場合、ESC電極119に電圧を印加することにより、搬送キャリア10の保持シート3とステージ111との間に吸着力を発生させ、保持シート3、ひいては搬送キャリア10を、ステージ111に固定することができる。
ESC電極119は、単極型と双極型の2つの型式に大別される。
単極型のESC電極119は、少なくとも1つの電極を含む。単極型のESC電極119に2以上の電極が含まれる場合、いずれにも同じ極性の電圧が印加される。単極型のESC電極119を備える静電吸着機構は、吸着メカニズムとしてクーロン力を利用する。ESC電極119に電圧を印加することにより、誘電体からなるステージ111の表面に誘電分極による電荷を誘起させるとともに、ステージ111の上に載置された保持シート3を帯電させる。その結果、ステージ111の表面に誘起された電荷と帯電した保持シート3との間でクーロン力が働き、搬送キャリア10がステージ111に吸着される。なお、保持シート3を帯電させるためには、真空チャンバ103内でプラズマを発生させ、発生したプラズマに保持シート3を曝せばよい。
一方、双極型のESC電極119は、正極および負極を備え、正極および負極にそれぞれ極性の異なる電圧が印加される。双極型のESC電極119としては、例えば、図14に示すような櫛形電極が用いられる。正極には、直流電源126からV1の電圧が印加され、負極には、直流電源126から−V1の電圧が印加される。
双極型のESC電極119を備える静電吸着機構の吸着メカニズムとしては、クーロン力を利用する場合と、ジョンソン・ラーベック力を利用する場合とがある。吸着メカニズムに応じて、ESC電極119の構造やESC電極119を構成する材料(例えば、セラミックス)が適宜選択される。いずれの吸着メカニズムの場合も、正極および負極にそれぞれ極性の異なる電圧を印加することにより、ESC電極と保持シート3との間に吸着力が生じ、搬送キャリア10をステージ111に吸着させることができる。なお、双極型の場合は、単極型の場合と異なり、吸着させるために保持シート3を帯電させる必要はない。
双極型のESC電極は、正極と負極への電圧の印加の方法によって、単極型として機能させることができる。具体的には、正極と負極に同一極性の電圧を印加することにより、単極型のESC電極として利用できる。以下、双極型のESC電極の正極および負極にそれぞれ極性の異なる電圧を印加する場合を双極モードと呼び、正極および負極に同一極性の電圧を印加する場合を単極モードと呼ぶ。
単極モードの場合、正極および負極に同一極性の電圧を印加し、吸着メカニズムとしてクーロン力を利用する。双極モードの場合と異なり、正極および負極に電圧を印加しただけでは搬送キャリア10を吸着することはできない。単極モードにおいて、搬送キャリア10を吸着させるためには、保持シート3を帯電させる必要がある。そのため、単極モードで吸着させる場合には、真空チャンバ103内にプラズマを発生させ、このプラズマに保持シート3を曝すことにより、保持シート3を帯電させる。これにより搬送キャリア10がステージ111に吸着される。以上、単極型と双極型のESC電極119について説明したが、いずれの型式を用いても、搬送キャリア10をステージに吸着させることが可能である。
なお、単極型のESC電極119あるいは単極モードの場合に、搬送キャリア10をステージ111に吸着させるために発生させるプラズマは、後述するプラズマエッチング工程において発生させるプラズマと比較して、小さい投入電力で発生させることが好ましい。搬送キャリア10へのプラズマによるダメージを抑えるためである。同様の観点から、プラズマを発生させるための高周波電力は、アンテナ109にのみ印加し、ステージ111が備える高周波電極部120には印加しないことが好ましい。また、プラズマを発生させる際に真空チャンバ103内に供給するガスは、搬送キャリア10および基板1がエッチングされにくいガスであることが好ましい。そのようなガスとして、アルゴン、窒素、ヘリウムなどを例示することができる。また、プラズマを発生させるタイミングは、載置工程終了後、すなわち、搬送キャリア10がステージ111に載置された状態で行われることが好ましい。なお、搬入工程の後であれば、搬送キャリア10がステージ111に載置される前に、上記プラズマを発生させてもよい。
ESC電極119が双極型である場合、搬送キャリア10が支持部122に受け渡された後、直流電源126からESC電極119に電圧を印加する。これにより、保持シート3がステージ111に接触すると同時にステージ111に吸着されて、保持シート3はステージ111に固定される。なお、ESC電極119への電圧の印加は、保持シート3がステージ111に載置された後(接触した後)に、開始されてもよい。
(5)判定工程
固定工程の後、例えば、以下の各実施形態に示す方法によって判定工程が行われる。
判定工程において、保持シート3とステージ111との接触状態、ひいては、保持シート3を介した基板1とステージ111との接触状態が良好であると判定されると、後述するプラズマエッチング工程に進む。一方、接触状態が不良であると判定されると、搬送キャリア10は真空チャンバ103から搬出される。あるいは、再び支持部122が上昇して、搬送キャリア10はステージ111から離間され、載置工程からリトライされる。リトライにおいて、支持部122を上昇あるいは降下させる間に、支持部122を小さく昇降させてもよい。これにより、保持シート3のシワが解消され易くなる。
(6)プラズマエッチング工程
判定工程において、上記の接触状態が良好であると判定されると、プロセスガス源112からガス導入口103aを通って、プロセスガスが真空チャンバ103内部に導入される。一方、減圧機構114は、真空チャンバ103内のガスを排気口103bから排気し、真空チャンバ103内を所定の圧力に維持する。
続いて、アンテナ109に第1高周波電源110Aから高周波電力を投入し、真空チャンバ103内にプラズマPを発生させる。発生したプラズマPは、イオン、電子、ラジカルなどから構成される。基板1に形成されたレジストマスクから露出した部分の表面から裏面までが、発生したプラズマPとの物理化学的反応によって除去(エッチング)され、基板1は個片化される。
ここで、第2高周波電源110Bから高周波電極部120に、例えば100kHz以上の高周波電力を投入してもよい。イオンの基板1への入射エネルギーは、第2高周波電源110Bから高周波電極部120に印加された高周波電力によって制御することができる。高周波電極部120に高周波電力が投入されることにより、ステージ111の表面にバイアス電圧が発生し、このバイアス電圧によって基板1に入射するイオンが加速され、エッチング速度が増加する。
エッチングの条件は、基板1の材質などに応じて設定される。例えば、基板1がSiの場合、真空チャンバ103内に、六フッ化硫黄(SF)などを原料とするプラズマを発生させることにより、基板1はエッチングされる。この場合、例えば、プロセスガス源112から、SFガスを100〜800sccmで供給しながら、減圧機構114により真空チャンバ103の圧力を10〜50Paに制御する。このとき、アンテナ109に1000〜5000Wの周波数13.56MHzの高周波電力を供給するとともに、高周波電極部120に50〜1000Wの100kHz以上(例えば、400〜500kHz、あるいは、13.56MHz)の高周波電力を供給する。
エッチング中の搬送キャリア10の温度上昇を抑えるため、冷媒循環装置125により、ステージ111内に循環させる冷媒の温度を−20から20℃に設定することが好ましい。これにより、保持シート3とステージ111との接触状態が良好であれば、プラズマ処理中の保持シート3の温度は、例えば60℃以下に制御される。そのため、保持シート3の熱的ダメージが抑制される。
プラズマダイシングの場合、レジストマスクから露出した基板1の表面は、垂直にエッチングされることが望ましい。この場合、上記のように、SFなどのフッ素系ガスのプラズマによるエッチングステップと、パーフルオロシクロブタン(C)などのフッ化炭素ガスのプラズマによる保護膜堆積ステップとを、交互に繰り返してもよい。
エッチングによって基板1が個片化された後、アッシングが実行される。アッシング用のプロセスガス(例えば、酸素ガスや、酸素ガスとフッ素を含むガスとの混合ガス等)を、アッシングガス源113から真空チャンバ103内に導入する。一方、減圧機構114による排気を行い、真空チャンバ103内を所定の圧力に維持する。第1高周波電源110Aからの高周波電力の投入により、真空チャンバ103内には酸素プラズマが発生し、カバー124の窓部124Wから露出している個片化された基板1(電子部品)の表面のレジストマスクが完全に除去される。
(7)搬出工程
アッシングが終了すると、真空チャンバ103内のガスが排出され、シャッター222が開く。個片化された基板1を保持する搬送キャリア10は、シャッター222から進入した搬送アーム221によって、プラズマ処理装置100から搬出される。搬送キャリア10が搬出されると、シャッター222は速やかに閉じられる。搬送キャリア10の搬出プロセスは、上記のような基板1をステージ111に搭載する手順とは逆の手順で行われても良い。すなわち、カバー124を所定の位置にまで上昇させた後、ESC電極119への印加電圧をゼロにして、搬送キャリア10のステージ111への吸着を解除し、支持部122を上昇させる。支持部122が所定の位置まで上昇した後、搬送キャリア10は搬出される。
(第1実施形態)
以下、本実施形態に係るプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置100Aを図4〜図7Eを用いて説明する。図4は、本実施形態に係るプラズマ処理装置100Aの一部を示す概念図である。図5(a)は、プラズマ処理装置100Aのステージ111および判定用ガス孔210を示す概念図である。図5(b)および(c)は、ステージ111と保持シート3との間に、判定用のガスGを導入した際の様子を示す断面図である。図6は、本実施形態に係るプラズマ処理方法の一部を示すフローチャートである。図7A((a)〜(c))〜7E((a)〜(c))は、本実施形態に係るプラズマ処理方法の判定方法を示すグラフである。
本実施形態に係るプラズマ処理装置100Aは、図4に示すように、ステージ111の表面に、ガス導入経路211に接続された判定用ガス孔210を備える。本実施形態に係るプラズマ処理方法は、図6に示すように、(5)判定工程において、判定用ガス孔210から、ステージ111と保持シート3との間にガスGを導入し、ガスGの導入を開始してから規定時間内に、ガスGの圧力が規定値に達するか否かによって、保持シート3とステージ111との接触状態の良否、ひいては、保持シート3を介した基板1とステージ111との接触状態の良否を判定する。あるいは、判定用ガス孔210から、ステージ111と保持シート3との間にガスGを導入する際のガスGの圧力の制御情報によって、保持シート3とステージ111との接触状態の良否、ひいては、保持シートを介した基板1とステージ111との接触状態の良否を判定する。(5)判定工程以外の工程((1)準備工程〜(4)固定工程、(6)プラズマエッチング工程および(7)搬出工程)は、上記の各工程と同様にして行われる。ガスGの圧力の制御情報については後述する。
基板1を保持し、かつ、シワWの生じている保持シート3をステージ111に静電吸着する場合、シワWは、静電吸着によって矯正される場合もある。しかし、静電吸着力が不足している場合や、シワWが矯正しきれない程度に大きい場合、静電吸着後にもシワWは残存する。このとき、シワWの有る部分(例えば、図5(a)のX−X線上)では、図5(b)に示すように、保持シート3とステージ111の表面との間に隙間が生じる。そのため、シワWの有る部分では、保持シート3がステージ111の表面と密着することができず、判定用ガス孔210は保持シート3で塞がれない。一方、シワWの無い部分(例えば、図5(a)のY−Y線上)では、図5(c)に示すように、保持シート3はステージ111の表面と密着する。そのため、判定用ガス孔210は保持シート3で塞がれる。このように、シワWの有無によって、判定用ガス孔210の保持シート3による閉塞状態は変化する。そこで、本実施形態では、判定用ガス孔210に供給するガスGの状態(ガスGの圧力またはガスGの圧力の制御情報など)に基づいて、保持シート3とステージ111との接触状態の良否を判定する。
判定用ガス孔210は、例えば、図5(a)に示すように、ステージ111の表面であって、載置される基板1の外周部1Aに対応する位置に形成されることが好ましい。基板1の外周部1Aとは、例えば、基板1の外縁から1〜3mm内側の領域である。基板1の外周部1A以外の領域を中央部1Bとする。判定用ガス孔210を、基板1の外周部1Aに対応する位置に形成することにより、基板1の主に中央部1Bに設けられ、上記の回路層等を備える素子領域に悪影響を与えることなく、保持シート3を介した基板1とステージ111との接触状態の良否を判定することができる。図5では、便宜上、外周部1Aをハッチングを付して示している。
ステージ111の表面の、基板1の中央部1B(特には、素子領域)に対応する位置には、判定用ガス孔210を設けないことが望ましい。基板1の中央部1Bに判定用ガス孔210を形成すると、判定用ガス孔210付近の基板1の表面において、局所的にプラズマエッチングが不均一になる等の悪影響が発生する場合があるためである。これは、プラズマ処理中に基板1とプラズマとの界面に生じるプラズマシースの形状が、判定用ガス孔210の付近で歪むためであると考えられる。特に、プラズマ処理により基板1を個片化するプラズマダイシングでは、保持シート3を介してステージ111上に載置された基板1は、保持シート3の表面に達するまでプラズマによりエッチングされるため、判定用ガス孔210の影響を受けやすい。この場合、基板1が薄いと、さらに判定用ガス孔210の影響を受けやすくなる。
判定用ガス孔210は、図5(a)に示すように、外周部1Aに対応する位置に等間隔に形成されることが好ましい。これにより、保持シート3を介した基板1とステージ111との接触状態の検出精度を高めることができる。この理由を以下に説明する。
保持シート3のシワWは、保持シート3に弛みがあることにより生じる。一方、保持シート3の周囲はフレーム2によって固定されているため、適度な張力を備える。したがって、保持シート3に発生するシワWは、保持シート3のフレーム2に近い部分に端を発し、保持シート3の基板1が保持されていない領域を横断して、基板1が保持されている領域にまで達するような形状となる場合が多い。つまり、基板1を保持する領域に発生するシワWは、ほとんどの場合において、基板1の外周部1Aを横断するように形成される。したがって、判定用ガス孔210を、ステージ111の表面の基板1の外周部1Aに対応する位置に等間隔に配置することで、基板1のほぼ全面における接触状態を把握することができる。
判定用ガス孔210を外周部1Aに対応するステージ111の表面に配置する場合、判定用ガス孔210は、外周部1Aの外形に沿って、20mmから100mm間隔に配置されることが好ましい。特に、判定用ガス孔210を設けることによるステージ111の製造コストなどの観点から、判定用ガス孔210は約50mm間隔に配置されることが好ましい。判定用ガス孔210の数は、基板1の大きさに応じて、適宜設定すればよい。例えば、判定用ガス孔210は、基板1の直径が200mmの場合には12個程度、基板1の直径が300mmの場合には16個程度、配置すればよい。
判定用ガス孔210の形状も特に限定されず、円状、楕円状、多角形状(四角形、六角形など)などであってもよい。判定用ガス孔210のサイズも特に限定されず、外周部1Aに収まる程度の大きさであればよい。判定用ガス孔210のサイズは、同じ面積を有する相当円の直径が、例えば0.3〜1.0mmであることが好ましく、0.5〜0.8mmであってもよい。特に、上記の判定用ガス孔210に起因するプラズマエッチングの不均一を改善する観点から、判定用ガス孔210のサイズを、さらに小口径化(例えば、0.05〜0.3mm)してもよい。判定用ガス孔210が小口径化されている場合、基板1の中央部1Bに判定用ガス孔210を配置してもよい。ただし、この場合、判定用ガス孔210から供給されるガスGの圧力を小さくすることが好ましい。判定用ガス孔210が小口径化されている場合であって、特に基板1が薄い場合、判定用ガス孔210から供給されたガスGの圧力によって、保持シート3に撓みが生じ得る。そのため、その後のプラズマダイシング工程において、プラズマシースの歪み、ひいては、エッチング不均一等の不具合が発生する場合がある。
判定用のガスGの種類は特に限定されず、プラズマエッチングに影響を与えないガス種を用いればよい。判定用のガスGとしては、例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素等が挙げられる。
図4に示すように、判定用ガス孔210は、ガス導入経路211に接続している。ガス導入経路211には、ガス導入経路211におけるガスの圧力を測定するマノメータ212、ガスの流量を調節する流量コントローラ(MFC)213、判定用のガスGの圧力を調整する調圧バルブ214、ガスGを排気するためのバイパス弁215、判定用ガス源216等が接続されている。判定用ガス孔210が複数ある場合には、ガス導入経路211を分岐させて、すべての判定用ガス孔210をガス導入経路211に接続すればよい。判定用ガス源216から供給されるガスGは、MFC213で所定の流量に調整され、ガス導入経路211に供給される。そして、マノメータ212により測定されたガス導入経路211内のガス圧力に基づき、調圧バルブ214のバルブ開度を調整することにより、ガス導入経路211内のガス圧力を所定の圧力に調整することができる。バイパス弁215を開くことにより、ガス導入経路211内部のガスGは排気される。
判定工程では、ガス導入経路211におけるガスGの圧力あるいはガスGの圧力の制御情報に基づいて、接触状態の判定が行われる。図7A((b)および(c))に、接触状態が良好であると判定される場合のグラフを示す。図7B((b)および(c))および図7C((b)および(c))に、接触状態が不良であると判定される場合のグラフを示す。
判定工程では、ガスGが所定の流量でガス導入経路211に導入される(図7A(a))。このとき、ガスGの導入を開始してから規定時間内に、ガス導入経路211におけるガスGの圧力が規定値に達する場合(図7A(b))、保持シート3とステージ111との接触状態の良好であり、ひいては、保持シート3を介した基板1とステージ111との接触状態が良好であると判定する。保持シート3とステージ111との接触状態が良好な場合、保持シート3とステージ111との密着性が高く、保持シート3とステージ111との隙間からのガスの漏洩が少なくなるためである。
接触状態の判定には、ガスGの圧力の制御情報を用いてもよい(図7A(c))。ガスGの圧力の制御情報としては、例えば、調圧バルブ214のバルブ開度や、バルブ開度の安定性に関する情報を用いることができる。調圧バルブ214のバルブ開度を利用する場合、例えば、調圧バルブ214のバルブ開度に対して規定値を設定し、ガスGの圧力を所定の圧力に調圧した状態におけるバルブ開度が、当該規定値を超えている場合に、上記接触状態が良好であると判定するようにしてもよい。調圧バルブ214のバルブ開度の安定性に関する情報を利用する場合、例えば、監視時間を設定し、ガスGの圧力が所定の圧力に調圧された後、監視時間が経過するまでの間、バルブ開度が規定値を超えた状態で維持された場合に、上記接触状態が良好であると判定するようにしてもよい。
一方、図7Bに示すように、所定の流量でガス導入経路211にガスGを導入しても(図7B(a))、ガスGの導入を開始してから規定時間内にガス導入経路211におけるガスの圧力が規定値に達しない場合(図7B(b))、保持シート3とステージ111との接触状態が悪く、ひいては、保持シート3を介した基板1とステージ111との接触状態が不良であると判定する。判定用のガスGが、保持シート3とステージ111との隙間から漏洩していると考えられるためである。この場合、図7B(c)に示すように、ガスGの圧力を所定の圧力に調圧した状態におけるバルブ開度は、規定時間内に規定値を超えない。
ここで、図7Bのグラフ(b)および(c)は、ガスGの漏洩が過大である場合を示している。ガスGの漏えいが中程度の場合、ガスGの圧力およびバルブ開度は、それぞれ図7C(b)および(c)に示すようなグラフになる。図7C(a)は、図7B(a)と同様、所定の流量でガス導入経路211にガスGを導入したことを示している。図7C(b)では、ガスGの圧力は規定値にまで達するものの、その所要時間は規定時間を超過している。図7C(c)においても同様に、バルブ開度は、規定値にまで達するものの、その所要時間は規定時間を超過している。
調圧バルブ214のバルブ開度を上記接触状態の判定の主な材料にする場合、図7D(a)〜(c)に示すグラフから、以下のように上記接触状態を判定してもよい。例えば、所定の流量でガス導入経路211にガスGを導入した際、規定時間内にガスGの圧力が規定値に達するものの(図7D(b))、バルブ開度が規定値に達しない場合(図7D(c))を、上記接触状態が不良であると判定してもよい。
調圧バルブ214のバルブ開度の監視時間を設定し、監視時間内におけるバルブ開度を、接触状態の判定の主な材料にする場合、図7E(a)〜(c)に示すグラフから、以下のように上記接触状態を判定してもよい。例えば、所定の流量でガス導入経路211にガスGを導入した際、規定時間内にガスGの圧力が規定値に達するものの(図7E(b))、監視時間内にバルブ開度が規定値よりも低くなる場合(図7E(c))を、上記接触状態が不良であると判定する。なお、図7Dおよび図7Eに示されるグラフは、図7Bおよび図7Cの場合よりもガスGの漏洩が少ない場合に得られ易い。
判定工程の終了後にプラズマエッチング工程を行う場合、判定工程の終了後、バイパス弁215を開けて、ガス導入経路211に残存するガスGを排気することが好ましい。保持シート3のステージ111に対する静電吸着力が弱い場合や、プラズマエッチングの進行に伴って基板1の厚みが小さくなると、基板1は撓みやすくなる。そのため、ガス導入経路211にガスGが残存した状態でプラズマエッチング工程を行うと、ガスGの残圧により、判定用ガス孔210付近の基板1が保持シート3とともにステージ111から浮き上がる場合がある。基板1がステージ111から浮き上がると、加工形状の異常や異常放電などのトラブルが発生し易くなる。さらには、保持シート3とステージ111との密着性が低下するため、保持シート3を十分に冷却することが困難になる。
(第2実施形態)
本実施形態は、プラズマ処理装置100Bが、判定用ガス孔210に替えて、図8に示すように、変位センサ220を備えること以外、第1実施形態と同様である。以下、本実施形態に係るプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置100Bを図8〜図10を用いて説明する。図8は、本実施形態で使用されるプラズマ処理装置100Bの一部を示す概念図である。図9は、本実施形態に係るプラズマ処理方法の一部を示すフローチャートである。図10(a)および(b)は、本実施形態に係るプラズマ処理方法の判定方法を示すグラフである。
本実施形態に係るプラズマ処理方法は、図9に示すように、(5)判定工程において、変位センサ220によって測定される、ステージ111に固定された基板1の表面の高さに基づいて、接触状態の判定を行う。(5)判定工程以外の工程((1)準備工程〜(4)固定工程、(6)プラズマエッチング工程および(7)搬出工程)は、上記の各工程と同様にして行われる。
図8に示すように、変位センサ220は、例えば、搬送アーム221のステージ111に対向する面に設置される。搬送アーム221によって真空チャンバ103内に搬送キャリア10が搬入され、ステージ111に載置された後、搬送アーム221は再び基板1が載置されたステージ111上を移動する。このとき、変位センサ220は、変位センサ220と基板1との間の距離を測定する。変位センサ220の種類は特に限定されないが、非接触式が好ましい。非接触式の変位センサ220としては、光学式(レーザ)、渦電流式、超音波式等が挙げられる。なかでも、短い測定時間で測定できる点で、レーザ光を用いる変位センサ220が好ましい。この場合、変位センサ220は、レーザ光220aの照射部と拡散反射されたレーザ光220aを受光する受光部(いずれも図示せず)を備えている。変位センサ220は、レーザ光220aを基板1に対して略垂直に照射するとともに、基板1で反射された拡散反射光を受光する。このときの結像の位置から、変位センサ220から基板1までの距離を測定する。搬送アーム221の動きによって、少なくとも基板1を通る一本の直線上における、変位センサ220と基板1との距離を測定することができる。
図10(a)に示すように、基板1のステージ111からの高さが一定である場合、保持シート3を介した基板1とステージ111との接触状態が良好であると判定される。一方、図10(b)に示すように、基板1のステージ111からの高さに微小な変位Cがみられる場合、基板1および保持シート3にシワが生じており、保持シート3を介した基板1とステージ111との接触状態が不良である判定される。併せて保持シート3のステージ111からの高さを、接触状態を判定する材料に加えてもよい。この場合、保持シート3のステージ111からの高さに微小な変位Cがみられる場合、保持シート3にシワが生じていると判断される。
(第3実施形態)
本実施形態は、プラズマ処理装置100Cが、判定用ガス孔210に替えて、図11に示すように、温度センサ230を備えること以外、第1実施形態と同様である。以下、本実施形態に係るプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置100Cを図11〜図13を用いて説明する。図11は、本実施形態で使用されるプラズマ処理装置100Cの一部を示す概念図である。図12は、本実施形態に係るプラズマ処理方法の一部を示すフローチャートである。図13(a)および(b)は、本実施形態に係るプラズマ処理方法の判定方法を示す上面図である。
本実施形態に係るプラズマ処理方法は、図12に示すように、(5)判定工程において、温度センサ230によって測定される、ステージ111に固定された基板1の表面の温度に基づいて、接触状態の判定を行う。本実施形態では、ステージ111は、例えば−10℃以下に冷却されているため、基板1の接触状態が良好である場合、基板1の表面の温度は一様に低い。(5)判定工程以外の工程((1)準備工程〜(4)固定工程、(6)プラズマエッチング工程および(7)搬出工程)は、上記の各工程と同様にして行われる。
温度センサ230の種類は特に限定されないが、非接触式が好ましい。非接触式の温度センサ230としては、赤外線放射エネルギーを測定する放射温度計が好ましく挙げられる。真空チャンバ103の上方にはビューイングポート(覗き窓)231が設けられており、真空チャンバ103の内部が視認できるようになっている。放射温度計等の温度センサ230は、例えば、このビューイングポート231に対向するように、真空チャンバ103の外側に設置される。温度センサ230は、例えば、基板1の表面から放出される赤外線放射エネルギーを計測することにより、基板1の表面温度を測定する。
図13(a)に示すように、基板1の表面の温度が一様に低温(例えば0℃以下)の領域LRを備える場合、保持シート3を介した基板1とステージ111との接触状態が良好であると判定される。一方、図13(b)に示すように、基板1の表面の少なくとも一部に高温(例えば、10℃以上)の領域HRを備える場合、保持シート3を介した基板1とステージ111との接触状態が不良であると判定される。
本発明のプラズマ処理方法は、保持シートに保持された基板をプラズマ処理する方法として有用である。
1:基板、1A:外周部、1B:中央部
2:フレーム、2a:ノッチ、2b:コーナーカット
3:保持シート、3a:粘着面、3b:非粘着面
10:搬送キャリア
100、100A〜100C:プラズマ処理装置
103:真空チャンバ、103a:ガス導入口、103b:排気口、108:誘電体部材、109:アンテナ、110A:第1高周波電源、110B:第2高周波電源、111:ステージ、112:プロセスガス源、113:アッシングガス源、114:減圧機構、115:電極層、116:金属層、117:基台、118:外周部、119:ESC電極、120:高周波電極部、121:昇降ロッド、122:支持部、123A、123B:昇降機構、124:カバー、124W:窓部、125:冷媒循環装置、126:直流電源、127:冷媒流路、128:制御装置、129:外周リング
210:判定用ガス孔、211:ガス導入経路、212:マノメータ、213:MFC、214:調圧バルブ、215:バイパス弁、216:判定用ガス源
220:変位センサ、220a:レーザ光、221:搬送アーム、222:シャッター
230:温度センサ、231:ビューイングポート

Claims (8)

  1. 基板を保持させた保持シートを、プラズマ処理装置に設置されたステージに載置する載置工程と、
    前記保持シートを前記ステージに固定する固定工程と、
    前記固定工程の後、前記保持シートの前記ステージへの接触状態の良否を判定する判定工程と、
    前記判定工程において接触状態が良好であると判定された場合に、前記ステージ上で、前記基板の表面をプラズマに晒すことにより前記基板をエッチングする、プラズマエッチング工程と、
    を備えるプラズマ処理方法。
  2. 前記プラズマ処理装置が、前記ステージの表面に形成され、ガス導入経路に接続された判定用ガス孔を備えており、
    前記判定工程において、前記判定用ガス孔から前記ステージと前記保持シートとの間にガスを導入し、前記ガス導入経路における前記ガスの圧力または前記圧力の制御情報に基づいて、前記接触状態の判定を行う、請求項1に記載のプラズマ処理方法。
  3. 前記プラズマ処理装置が、前記ステージに載置された前記基板の表面の高さを測定する変位センサを備えており、
    前記判定工程において、前記変位センサにより、前記ステージに載置された前記基板の表面の高さを測定し、測定された前記基板の前記表面の高さに基づいて、前記接触状態の判定を行う、請求項1に記載のプラズマ処理方法。
  4. 前記プラズマ処理装置が、前記ステージを冷却する冷却部および温度センサを備えており、
    前記判定工程において、前記温度センサにより、前記ステージに載置された前記基板の温度を測定し、測定された前記基板の前記温度に基づいて、前記接触状態の判定を行う、請求項1に記載のプラズマ処理方法。
  5. 処理室と、
    前記処理室に設けられ、基板を保持させた保持シートを載置するステージと、
    前記保持シートを前記ステージに固定する固定機構と、
    前記処理室内でプラズマを発生させる高周波電源部と、
    前記保持シートの前記ステージへの接触状態の良否を判定する判定部と、
    を備えるプラズマ処理装置。
  6. さらに、前記ステージの表面に設けられ、ガス導入経路に接続された判定用ガス孔を備えており、
    前記判定部は、前記ガス導入経路における前記判定用ガス孔から前記ステージと前記保持シートとの間に導入されるガスの圧力または前記圧力の制御情報に基づいて、前記接触状態の判定を行う、請求項5に記載のプラズマ処理装置。
  7. さらに、前記ステージに載置された前記基板の表面の高さを測定する変位センサを備えており、
    前記判定部は、前記変位センサにより測定される、前記ステージに載置された前記基板の表面の高さに基づいて、前記接触状態の判定を行う、請求項5に記載のプラズマ処理装置。
  8. さらに、前記ステージを冷却する冷却部および温度センサを備えており、
    前記判定部は、前記温度センサにより測定される、前記ステージに載置された前記基板の温度に基づいて、前記接触状態の判定を行う、請求項5に記載のプラズマ処理装置。
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