JP3776061B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェハなどの半導体基板のプラズマ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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置に用いられるシリコンウェハの製造工程では、半導体装置の薄型化にともない基板の厚さを薄くするための薄化加工が行われる。この薄化加工は、シリコン基板の表面に回路パターンを形成した後に、回路形成面の裏面を機械研磨することによって行われ、研磨加工後には機械研磨によってシリコン基板の研磨面に生成されたダメージ層をエッチングにより除去することを目的として、プラズマ処理が行われる。
【０００３】
このプラズマ処理に際しては、シリコンウェハは処理対象面（裏面）を上向きにした姿勢で保持する必要があるため、シリコンウェハは回路形成面側を基板載置部の載置面に向けた姿勢で保持される。このとき、回路形成面には回路が直接載置面に接触してダメージを受けるのを防止する目的で保護テープが貼着される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなシリコンウェハを保持する方法として、静電吸着による方法が知られている。この方法は、導電体の表面が薄い絶縁層で覆われた基板載置部にシリコンウェハを載置し、導電体に直流電圧を印加して基板載置部の表面を静電吸着面とし、シリコンウェハと絶縁層の下の導電体との間にクーロン力を作用させることによってシリコンウェハを基板載置部に保持するものである。
【０００５】
ところが、前述の保護テープが貼着された状態のシリコンウェハを静電吸着によって保持する場合には、クーロン力は絶縁層に加えて絶縁性の保護テープを介在させた状態で作用するため、保護テープを介さずに直接シリコンウェハを静電吸着面に密着させた場合と比較して静電吸着力が低く十分な保持力が得られない場合があった。この他にも、シリコンウェハの表面に封止用や配線用等の目的で樹脂層が形成され、この樹脂層側を静電吸着面に密着させて静電吸着するような場合においても同様な問題が発生する。
【０００６】
そこで本発明は、半導体基板を十分な静電保持力で保持して不具合を防止することができる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を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のプラズマ処理装置は、表面に絶縁層を有する半導体基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、半導体基板のサイズからはみ出す外縁部に絶縁部が形成され少なくとも一部に導電体が露呈した載置面が設けられ前記半導体基板が絶縁層側をこの載置面に向けて載置される基板載置部と、前記半導体基板を前記載置面に静電吸着によって保持する静電吸着手段と、前記載置面に載置された半導体基板を処理するためにプラズマを発生するプラズマ発生手段とを備え、前記絶縁層で前記導電体を完全に覆うことにより、前記絶縁層を静電吸着手段の誘電体として利用する。
【０００９】
請求項２記載のプラズマ処理方法は、表面に絶縁層を有する半導体基板を基板載置部の載置面の少なくとも一部に静電吸着によって保持した状態でプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、前記載置面の半導体基板のサイズからはみ出す外縁部に絶縁部を形成するとともに前記載置面を導電体とし、前記半導体基板の絶縁層側を前記基板載置部の載置面に向けて載置して前記絶縁層で前記導電体を完全に覆うことにより、前記絶縁層を静電吸着手段の誘電体として利用して半導体基板を前記載置面に静電吸着する。
【００１１】
本発明によれば、基板載置部の載置面を導電体とし、半導体基板の絶縁層側をこの載置面に向けて載置して半導体基板の絶縁層を静電吸着手段の誘電体として利用して半導体基板を載置面に静電吸着することにより、半導体基板を十分な静電保持力で保持することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図、図２は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の基板載置部の断面図、図３は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図、図４は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における静電吸着力を示すグラフ、図５は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法のフロー図、図６，図７は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法の工程説明図、図８は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の基板載置部を示す図である。
【００１３】
まず図１、図２を参照してプラズマ処理装置について説明する。図１において、真空チャンバ１の内部はプラズマ処理を行う処理室２となっており、処理室２内部には、下部電極３および上部電極４が上下に対向して配設されている。下部電極３は下方に延出した支持部３ａによって真空チャンバ１に電気的に絶縁された状態で装着され、また上部電極４は上方に延出した支持部４ａによって真空チャンバ１と導通した状態で装着されている。上部電極４の下面には、プラズマ発生用ガスを吹き出すガス吹出部（図示省略）が形成されており、ガス吹き出し部はフッ素系ガスまたはフッ素系ガスを主体とするプラズマ発生用ガスを供給するプラズマ発生用ガス供給部（図示省略）に接続されている。
【００１４】
下部電極３は導電金属によって製作されており、下部電極３の上面は処理対象物の半導体基板であるシリコンウェハ６（図２）の平面形状と略同一形状であり、半導体基板を載置する載置面３ｄとなっている。したがって下部電極３は、導電体が露呈した載置面が設けられ半導体基板が載置される基板載置部となっている。ここでシリコンウェハ６は、回路形成面の裏側を機械研磨によって研磨された直後の状態であり、図２に示すようにシリコンウェハ６の回路形成面に貼着された保護テープ６ａを下部電極３の載置面３ｄに向け、機械研磨面を上向きにした状態で載置される。そして機械研磨面をプラズマ処理することにより、研磨加工によって生成したダメージ層が除去される。
【００１５】
保護テープ６ａは、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁体の樹脂を１００μｍ程度の厚みの膜に形成した樹脂テープであり、粘着材によりシリコンウェハ６の回路形成面に貼着される。シリコンウェハ６に貼着された保護テープ６ａは、回路形成面（表面）に形成された絶縁層となっており、図２及び図３に示すように導電金属（導電体）である下部電極３を完全に覆うことにより、後述するようにこの絶縁層はシリコンウェハ６を静電吸着する際の誘電体として機能する。
【００１６】
真空チャンバ１の側面には基板搬出入用のゲートバルブ１ａが設けられておりゲートバルブ１ａはゲート開閉機構（図示省略）によって開閉する。真空チャンバ１にはバルブ開放機構７を介して排気用ポンプ８が接続されており、バルブ開放機構７を開放状態にして排気用ポンプ８を駆動することにより、真空チャンバ１の処理室２内部が真空排気される。そして大気開放機構９を開状態にすることにより、処理室２内に大気が導入されて真空が破壊される。
【００１７】
大気開放機構９は、外気をそのまま真空チャンバ１内に導入するものでもよいが、湿気を多く含んだ気体を使用すると湿気が真空チャンバ１の内壁に付着し、次回の真空排気に長時間を要してしまうおそれがある。従って、好ましくは除湿処理が行われた乾燥空気や、チッソガス等の湿気が少ない気体を導入するものがよい。
【００１８】
図２に示すように、下部電極３には上面に開口する吸着孔３ｅが多数設けられており、吸着孔３ｅは下部電極３の内部に設けられた吸引孔３ｂに連通している。吸引孔３ｂはガスライン切り換え開閉機構１１を介して真空吸着ポンプ１２に接続されており、ガスライン切り換え開閉機構１１は、図１に示すようにＮ2ガス供給部１３及びＨｅガス供給部１４に接続されている。ガスライン切り換え開閉機構１１を切り換えることにより、吸引孔３ｂを真空吸着ポンプ１２，Ｎ2ガス供給部１３及びＨｅガス供給部１４に選択的に接続させることができる。
【００１９】
吸引孔３ｂが真空吸着ポンプ１２と連通した状態で真空吸着ポンプ１２を駆動することにより、吸着孔３ｅから真空吸引し載置面３ｄに載置されたシリコンウェハ６を真空吸着して保持する。したがって吸着孔３ｅ、吸引孔３ｂ、真空吸着ポンプ１２は載置面３ｄに開口した吸着孔３ｅから真空吸引することにより板状基板を真空吸着して載置面３ｄに保持する真空保持手段となっている。
【００２０】
また、吸引孔３ｂをＮ2ガス供給部１３またはＨｅガス供給部１４に接続させることにより、吸着孔３ｅからシリコンウェハ６の下面に対してチッソガスまたはヘリウムガスを噴出させることができるようになっている。後述するように、チッソガスはシリコンウェハ６を載置面３ｄから強制的に離脱させる目的のブロー用ガスであり、ヘリウムガスはプラズマ処理時にシリコンウェハの冷却を促進する目的で用いられる熱伝達用のガスである。
【００２１】
また下部電極３には冷却用の冷媒流路３ｃが設けられており、冷媒流路３ｃは冷却機構１０と接続されている。冷却機構１０を駆動することにより、冷媒流路３ｃ内を冷却水などの冷媒が循環し、これによりプラズマ処理時に発生した熱によって昇温した下部電極３や下部電極３上の保護テープ６ａが冷却される。冷媒流路３ｃおよび冷却機構１０は、基板載置部である下部電極３を冷却する冷却手段となっている。
【００２２】
下部電極３は、マッチング回路１６を介して高周波電源部１７に電気的に接続されている。高周波電源部１７を駆動することにより、接地部１９に接地された真空チャンバ１と導通した上部電極４と下部電極３の間には高周波電圧が印加され、これにより処理室２内部でプラズマ放電が発生する。マッチング回路１６は、処理室２内でプラズマを発生させるプラズマ放電回路と高周波電源部１７のインピーダンスを整合させる。下部電極３，上部電極４および高周波電源部１７は、載置面に載置されたシリコンウェハ６をプラズマ処理するためのプラズマを発生するプラズマ発生手段となっている。
【００２３】
なお、ここではプラズマ発生手段として、対向した平行平板電極（下部電極３および上部電極４）間に高周波電圧を印加する方式例を示しているが、これ以外の方式、例えば処理室２の上部にプラズマ発生装置を設け、ダウンフロー方式で処理室２内にプラズマを送り込むような方式でもよい。
【００２４】
また下部電極３には、ＲＦフィルタ１５を介して静電吸着用ＤＣ電源部１８が接続されている。静電吸着用ＤＣ電源部１８を駆動することにより、図３（ａ）に示すように下部電極３の表面には、負電荷が蓄積される。そしてこの状態で図３（ｂ）に示すように高周波電源部１７を駆動して処理室２内にプラズマを発生させることにより（図中付点部２０参照）、載置面３ｄに載置されたシリコンウェハ６と接地部１９とを接続する直流印加回路２１が処理室２内のプラズマを介して形成され、これにより、下部電極３，ＲＦフィルタ１５，静電吸着用ＤＣ電源部１８，接地部１９，プラズマ、シリコンウェハ６を順次結ぶ閉じた回路が形成され、シリコンウェハ６には正電荷が蓄積される。
【００２５】
そして下部電極３に蓄積された負電荷とシリコンウェハ６に蓄積された正電荷との間にはクーロン力が作用し、このクーロン力によってシリコンウェハ６は誘電体としての保護テープ６ａを介して下部電極３に保持される。このとき、ＲＦフィルタ１５は、高周波電源部１７の高周波電圧が静電吸着用ＤＣ電源部１８に直接印加されることを防止する。下部電極３，静電吸着用ＤＣ電源部１８は、板状基板であるシリコンウェハ６を載置面３ｄに静電吸着によって保持する静電吸着手段となっている。なお、静電吸着用ＤＣ電源部１８の極性は正負逆でもよい。
【００２６】
ここで図４を参照して、静電吸着力について説明する。クーロン力による吸着力Ｆは、Ｆ＝１／２ε（Ｖ／ｄ）２ によって与えられる。ここで、εは誘電体の誘電率、Ｖは印加される直流電圧、ｄは誘電体の厚みである。図４は、樹脂で製作された保護テープ６ａをシリコンウェハ６に貼着し、この保護テープ６ａを静電吸着における誘電体として用いた場合の静電吸着力を、印加するＤＣ電圧との関係で示している。
【００２７】
ここでは、保護テープ６ａの樹脂材質としてポリオレフィン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートの３種類を用い、それぞれ１００μｍの厚み寸法で製作した場合の計算例を曲線ａ，ｂ，ｃでそれぞれ示している。曲線ｄは、基板載置面にアルミナの絶縁層を２００μｍの厚み寸法で形成し、静電吸着の誘電体として用いて保護テープのないシリコンウェハを静電吸着した場合の静電吸着力を比較のために示したものである。
【００２８】
図４に示すように、ポリオレフィンの例では従来のアルミナ絶縁層の場合とほぼ同等の吸着力となっており、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートの２種類の材質を用いた場合には、アルミナ絶縁層を用いた場合に得られる吸着力よりも大きな吸着力が得られることを示している。
【００２９】
すなわち、従来のプラズマ処理装置において静電吸着を行う場合に必要とされた下部電極上に絶縁層の形成を行うことなく、しかも良好な吸着力を実現することが可能となっている。さらに、熱伝導率のよくないアルミナなどの絶縁層を介さずに保護テープを直接下部電極３の表面に接触させることから、良好な冷却効果が得られ、保護テープ６ａやシリコンウェハ６への熱ダメージを軽減できる。
【００３０】
このプラズマ処理装置は上記のように構成されており、以下プラズマ処理方法について図５のフローに沿って図６，図７を参照しながら説明する。図５において、先ず処理対象物であるシリコンウェハ６が処理室２内に搬送され（ＳＴ１）、下部電極３の載置面３ｄ上に載置される（載置工程）。このときシリコンウェハ６は薄くて撓みやすいことから、図６（ａ）に示すように反りを生じて載置面３ｄとの間に隙間を生じた状態で載置される場合がある。この後ゲートバルブ１ａが閉じられ（ＳＴ２）、真空吸着ポンプ１２を駆動することにより、図６（ｂ）に示すように、吸着孔３ｅ、吸引孔３ｂを介して真空吸引し、シリコンウェハ６の真空吸着状態がＯＮとなる（ＳＴ３）。これにより、図６（ｃ）に示すようにシリコンウェハ６は載置面３ｄに密着した状態で真空吸着により保持される（保持工程）。
【００３１】
次いで排気用ポンプ８を駆動して処理室２内を真空排気するとともにプラズマ発生用ガスを上部電極４のガス吹出部より供給する（ＳＴ４）。この後静電吸着用ＤＣ電源部１８を駆動して、ＤＣ電圧の印加をＯＮし（ＳＴ５）、高周波電源部１７を駆動してプラズマ放電を開始する（ＳＴ６）。これにより、図７（ａ）に示すように下部電極３上のシリコンウェハ６と上部電極４の下面の間の空間にはプラズマが発生し、シリコンウェハ６を対象としたプラズマ処理が行われる（プラズマ処理工程）。このプラズマ処理においては、下部電極３とシリコンウェハ６との間には静電吸着力が発生し（図３（ｂ）参照）、シリコンウェハ６は下部電極３に静電吸着力により保持される。
【００３２】
この後、ガスライン切り替え開閉機構１１を駆動して真空吸着をＯＦＦし（ＳＴ７）、バックＨｅ導入が行われる（ＳＴ８）。すなわち、真空吸引によるシリコンウェハ６の下部電極３への保持を解除した後に、Ｈｅガス供給部１４から伝熱用のヘリウムガスを吸引孔３ｂを介して供給し、図７（ａ）に示すように吸着孔３ｅからシリコンウェハ６の下面に対して噴出させる。このプラズマ処理においては、下部電極３は冷却機構１０によって冷却されており、プラズマ処理によって昇温したシリコンウェハ６の熱を伝熱性に富む気体であるヘリウムガスを介して下部電極３に伝達することにより、シリコンウェハ６の冷却が効率よく行われる。
【００３３】
そして所定のプラズマ処理時間が経過して放電を終了したならば（ＳＴ９）、バックＨｅを停止し（ＳＴ１Ｏ）、図７（ｂ）に示すように真空吸着を再びＯＮする（ＳＴ１１）。これにより、プラズマ放電が終了することにより消失した静電吸着力に替えて、真空吸着力によってシリコンウェハ６が載置面３ｄに保持される。
【００３４】
この後、静電吸着用ＤＣ電源部１８を停止してＤＣ電圧をＯＦＦにし（ＳＴ１２）、大気開放機構９を駆動して処理室２内の大気開放を行う（ＳＴ１３）。
【００３５】
この後、再びガスライン切り替え開閉機構１１を駆動して真空吸着をＯＦＦし（ＳＴ１４）、次いでウェハブローを行う（ＳＴ１５）。すなわち図７（ｃ）に示すようにチッソガスを吸引孔３ｂを介して供給して吸着孔３ｅから噴出させる。これにより、シリコンウェハ６を下部電極３の載置面３ｄから離脱させる。そしてゲートバルブ１ａを開状態にし（ＳＴ１６）、シリコンウェハ６を処理室２の外部に搬送したならば（ＳＴ１７）、ウェハブローをＯＦＦし（ＳＴ１８）、プラズマ処理の１サイクルを終了する。
【００３６】
上記説明したように、本実施の形態に示すプラズマ処理においては、処理室２内でプラズマが発生し、静電吸着力が生じるまでの間のシリコンウェハ６の下部電極３へ保持を真空吸着によって行うようにしたものである。これにより、シリコンウェハ６のような薄くて撓みやすい板状基板を対象とする場合においても、常にシリコンウェハ６を下部電極３の載置面３ｄに密着させて適切に保持することができる。したがって、密着性不良の場合に下部電極３の上面とシリコンウェハ６の下面の隙間に生じる異常放電や、冷却不良によるシリコンウェハ６の過熱を防止することができる。
【００３７】
なお下部電極として、載置面３ｄの全範囲が導電体で形成された下部電極３の代わりに、図８に示すような下部電極３’を用いてもよい。この例では、図８（ａ）に示すように載置面３’ｄが半導体基板であるシリコンウェハ６よりも大きくシリコンウェハ６のサイズからはみ出す外縁部に所定幅の絶縁部３’ｆが形成されている。絶縁部３’ｆは、アルミナなどのセラミックで形成され、載置面３’ｄに載置されるシリコンウェハの形状に応じて平面形状が決定される。図８（ｂ）、（ｃ）は、シリコンウェハの方向を示すオリエンタルフラットがない場合、オリエンタルフラットがある場合のそれぞれの場合の絶縁部３’ｆの形状例を示している。
【００３８】
このような下部電極３’を用いることにより、シリコンウェハを載置した状態で、下部電極３’上面の導電体が直接プラズマに対して露呈されることがなく、下部電極３’の載置面上でのプラズマ放電をより均一に発生させることができるという利点がある。
【００３９】
なお、上記実施の形態では、シリコンウェハ６に貼着される樹脂の保護テープ６ａを絶縁層として静電吸着の誘電体とする例を示したが、この他にも、シリコンウェハの表面に封止用や配線用等の目的で形成される絶縁樹脂層を静電吸着面に密着させて静電吸着するような場合においても、本発明を適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、基板載置部の載置面を導電体とし、半導体基板の絶縁層でこの導電体を完全に覆うことにより、絶縁層を静電吸着手段の誘電体として利用して半導体基板を載置面に静電吸着するようにしているので、半導体基板を十分な静電保持力で保持してプラズマ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図
【図２】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の基板載置部の断面図
【図３】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図
【図４】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における静電吸着力を示すグラフ
【図５】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法のフロー図
【図６】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法の工程説明図
【図７】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法の工程説明図
【図８】 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の基板載置部を示す図
【符号の説明】
１ 真空チャンバ
２ 処理室
３ 下部電極
４ 上部電極
６ シリコンウェハ
８ 排気用ポンプ
１２ 真空吸着ポンプ
１３ Ｎ2ガス供給部
１４ Ｈｅガス供給部
１７ 高周波電源部
１８ 静電吸着用ＤＣ電源部
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェハなどの半導体基板のプラズマ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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置に用いられるシリコンウェハの製造工程では、半導体装置の薄型化にともない基板の厚さを薄くするための薄化加工が行われる。この薄化加工は、シリコン基板の表面に回路パターンを形成した後に、回路形成面の裏面を機械研磨することによって行われ、研磨加工後には機械研磨によってシリコン基板の研磨面に生成されたダメージ層をエッチングにより除去することを目的として、プラズマ処理が行われる。
【０００３】
このプラズマ処理に際しては、シリコンウェハは処理対象面（裏面）を上向きにした姿勢で保持する必要があるため、シリコンウェハは回路形成面側を基板載置部の載置面に向けた姿勢で保持される。このとき、回路形成面には回路が直接載置面に接触してダメージを受けるのを防止する目的で保護テープが貼着される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなシリコンウェハを保持する方法として、静電吸着による方法が知られている。この方法は、導電体の表面が薄い絶縁層で覆われた基板載置部にシリコンウェハを載置し、導電体に直流電圧を印加して基板載置部の表面を静電吸着面とし、シリコンウェハと絶縁層の下の導電体との間にクーロン力を作用させることによってシリコンウェハを基板載置部に保持するものである。
【０００５】
ところが、前述の保護テープが貼着された状態のシリコンウェハを静電吸着によって保持する場合には、クーロン力は絶縁層に加えて絶縁性の保護テープを介在させた状態で作用するため、保護テープを介さずに直接シリコンウェハを静電吸着面に密着させた場合と比較して静電吸着力が低く十分な保持力が得られない場合があった。この他にも、シリコンウェハの表面に封止用や配線用等の目的で樹脂層が形成され、この樹脂層側を静電吸着面に密着させて静電吸着するような場合においても同様な問題が発生する。
【０００６】
そこで本発明は、半導体基板を十分な静電保持力で保持して不具合を防止することができる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を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のプラズマ処理装置は、表面に絶縁層を有する半導体基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、半導体基板のサイズからはみ出す外縁部に絶縁部が形成され少なくとも一部に導電体が露呈した載置面が設けられ前記半導体基板が絶縁層側をこの載置面に向けて載置される基板載置部と、前記半導体基板を前記載置面に静電吸着によって保持する静電吸着手段と、前記載置面に載置された半導体基板を処理するためにプラズマを発生するプラズマ発生手段とを備え、前記絶縁層で前記導電体を完全に覆うことにより、前記絶縁層を静電吸着手段の誘電体として利用する。
【０００９】
請求項２記載のプラズマ処理方法は、表面に絶縁層を有する半導体基板を基板載置部の載置面の少なくとも一部に静電吸着によって保持した状態でプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、前記載置面の半導体基板のサイズからはみ出す外縁部に絶縁部を形成するとともに前記載置面を導電体とし、前記半導体基板の絶縁層側を前記基板載置部の載置面に向けて載置して前記絶縁層で前記導電体を完全に覆うことにより、前記絶縁層を静電吸着手段の誘電体として利用して半導体基板を前記載置面に静電吸着する。
【００１１】
本発明によれば、基板載置部の載置面を導電体とし、半導体基板の絶縁層側をこの載置面に向けて載置して半導体基板の絶縁層を静電吸着手段の誘電体として利用して半導体基板を載置面に静電吸着することにより、半導体基板を十分な静電保持力で保持することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図、図２は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の基板載置部の断面図、図３は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図、図４は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における静電吸着力を示すグラフ、図５は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法のフロー図、図６，図７は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法の工程説明図、図８は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の基板載置部を示す図である。
【００１３】
まず図１、図２を参照してプラズマ処理装置について説明する。図１において、真空チャンバ１の内部はプラズマ処理を行う処理室２となっており、処理室２内部には、下部電極３および上部電極４が上下に対向して配設されている。下部電極３は下方に延出した支持部３ａによって真空チャンバ１に電気的に絶縁された状態で装着され、また上部電極４は上方に延出した支持部４ａによって真空チャンバ１と導通した状態で装着されている。上部電極４の下面には、プラズマ発生用ガスを吹き出すガス吹出部（図示省略）が形成されており、ガス吹き出し部はフッ素系ガスまたはフッ素系ガスを主体とするプラズマ発生用ガスを供給するプラズマ発生用ガス供給部（図示省略）に接続されている。
【００１４】
下部電極３は導電金属によって製作されており、下部電極３の上面は処理対象物の半導体基板であるシリコンウェハ６（図２）の平面形状と略同一形状であり、半導体基板を載置する載置面３ｄとなっている。したがって下部電極３は、導電体が露呈した載置面が設けられ半導体基板が載置される基板載置部となっている。ここでシリコンウェハ６は、回路形成面の裏側を機械研磨によって研磨された直後の状態であり、図２に示すようにシリコンウェハ６の回路形成面に貼着された保護テープ６ａを下部電極３の載置面３ｄに向け、機械研磨面を上向きにした状態で載置される。そして機械研磨面をプラズマ処理することにより、研磨加工によって生成したダメージ層が除去される。
【００１５】
保護テープ６ａは、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁体の樹脂を１００μｍ程度の厚みの膜に形成した樹脂テープであり、粘着材によりシリコンウェハ６の回路形成面に貼着される。シリコンウェハ６に貼着された保護テープ６ａは、回路形成面（表面）に形成された絶縁層となっており、図２及び図３に示すように導電金属（導電体）である下部電極３を完全に覆うことにより、後述するようにこの絶縁層はシリコンウェハ６を静電吸着する際の誘電体として機能する。
【００１６】
真空チャンバ１の側面には基板搬出入用のゲートバルブ１ａが設けられておりゲートバルブ１ａはゲート開閉機構（図示省略）によって開閉する。真空チャンバ１にはバルブ開放機構７を介して排気用ポンプ８が接続されており、バルブ開放機構７を開放状態にして排気用ポンプ８を駆動することにより、真空チャンバ１の処理室２内部が真空排気される。そして大気開放機構９を開状態にすることにより、処理室２内に大気が導入されて真空が破壊される。
【００１７】
大気開放機構９は、外気をそのまま真空チャンバ１内に導入するものでもよいが、湿気を多く含んだ気体を使用すると湿気が真空チャンバ１の内壁に付着し、次回の真空排気に長時間を要してしまうおそれがある。従って、好ましくは除湿処理が行われた乾燥空気や、チッソガス等の湿気が少ない気体を導入するものがよい。
【００１８】
図２に示すように、下部電極３には上面に開口する吸着孔３ｅが多数設けられており、吸着孔３ｅは下部電極３の内部に設けられた吸引孔３ｂに連通している。吸引孔３ｂはガスライン切り換え開閉機構１１を介して真空吸着ポンプ１２に接続されており、ガスライン切り換え開閉機構１１は、図１に示すようにＮ2ガス供給部１３及びＨｅガス供給部１４に接続されている。ガスライン切り換え開閉機構１１を切り換えることにより、吸引孔３ｂを真空吸着ポンプ１２，Ｎ2ガス供給部１３及びＨｅガス供給部１４に選択的に接続させることができる。
【００１９】
吸引孔３ｂが真空吸着ポンプ１２と連通した状態で真空吸着ポンプ１２を駆動することにより、吸着孔３ｅから真空吸引し載置面３ｄに載置されたシリコンウェハ６を真空吸着して保持する。したがって吸着孔３ｅ、吸引孔３ｂ、真空吸着ポンプ１２は載置面３ｄに開口した吸着孔３ｅから真空吸引することにより板状基板を真空吸着して載置面３ｄに保持する真空保持手段となっている。
【００２０】
また、吸引孔３ｂをＮ2ガス供給部１３またはＨｅガス供給部１４に接続させることにより、吸着孔３ｅからシリコンウェハ６の下面に対してチッソガスまたはヘリウムガスを噴出させることができるようになっている。後述するように、チッソガスはシリコンウェハ６を載置面３ｄから強制的に離脱させる目的のブロー用ガスであり、ヘリウムガスはプラズマ処理時にシリコンウェハの冷却を促進する目的で用いられる熱伝達用のガスである。
【００２１】
また下部電極３には冷却用の冷媒流路３ｃが設けられており、冷媒流路３ｃは冷却機構１０と接続されている。冷却機構１０を駆動することにより、冷媒流路３ｃ内を冷却水などの冷媒が循環し、これによりプラズマ処理時に発生した熱によって昇温した下部電極３や下部電極３上の保護テープ６ａが冷却される。冷媒流路３ｃおよび冷却機構１０は、基板載置部である下部電極３を冷却する冷却手段となっている。
【００２２】
下部電極３は、マッチング回路１６を介して高周波電源部１７に電気的に接続されている。高周波電源部１７を駆動することにより、接地部１９に接地された真空チャンバ１と導通した上部電極４と下部電極３の間には高周波電圧が印加され、これにより処理室２内部でプラズマ放電が発生する。マッチング回路１６は、処理室２内でプラズマを発生させるプラズマ放電回路と高周波電源部１７のインピーダンスを整合させる。下部電極３，上部電極４および高周波電源部１７は、載置面に載置されたシリコンウェハ６をプラズマ処理するためのプラズマを発生するプラズマ発生手段となっている。
【００２３】
なお、ここではプラズマ発生手段として、対向した平行平板電極（下部電極３および上部電極４）間に高周波電圧を印加する方式例を示しているが、これ以外の方式、例えば処理室２の上部にプラズマ発生装置を設け、ダウンフロー方式で処理室２内にプラズマを送り込むような方式でもよい。
【００２４】
また下部電極３には、ＲＦフィルタ１５を介して静電吸着用ＤＣ電源部１８が接続されている。静電吸着用ＤＣ電源部１８を駆動することにより、図３（ａ）に示すように下部電極３の表面には、負電荷が蓄積される。そしてこの状態で図３（ｂ）に示すように高周波電源部１７を駆動して処理室２内にプラズマを発生させることにより（図中付点部２０参照）、載置面３ｄに載置されたシリコンウェハ６と接地部１９とを接続する直流印加回路２１が処理室２内のプラズマを介して形成され、これにより、下部電極３，ＲＦフィルタ１５，静電吸着用ＤＣ電源部１８，接地部１９，プラズマ、シリコンウェハ６を順次結ぶ閉じた回路が形成され、シリコンウェハ６には正電荷が蓄積される。
【００２５】
そして下部電極３に蓄積された負電荷とシリコンウェハ６に蓄積された正電荷との間にはクーロン力が作用し、このクーロン力によってシリコンウェハ６は誘電体としての保護テープ６ａを介して下部電極３に保持される。このとき、ＲＦフィルタ１５は、高周波電源部１７の高周波電圧が静電吸着用ＤＣ電源部１８に直接印加されることを防止する。下部電極３，静電吸着用ＤＣ電源部１８は、板状基板であるシリコンウェハ６を載置面３ｄに静電吸着によって保持する静電吸着手段となっている。なお、静電吸着用ＤＣ電源部１８の極性は正負逆でもよい。
【００２６】
ここで図４を参照して、静電吸着力について説明する。クーロン力による吸着力Ｆは、Ｆ＝１／２ε（Ｖ／ｄ）２ によって与えられる。ここで、εは誘電体の誘電率、Ｖは印加される直流電圧、ｄは誘電体の厚みである。図４は、樹脂で製作された保護テープ６ａをシリコンウェハ６に貼着し、この保護テープ６ａを静電吸着における誘電体として用いた場合の静電吸着力を、印加するＤＣ電圧との関係で示している。
【００２７】
ここでは、保護テープ６ａの樹脂材質としてポリオレフィン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートの３種類を用い、それぞれ１００μｍの厚み寸法で製作した場合の計算例を曲線ａ，ｂ，ｃでそれぞれ示している。曲線ｄは、基板載置面にアルミナの絶縁層を２００μｍの厚み寸法で形成し、静電吸着の誘電体として用いて保護テープのないシリコンウェハを静電吸着した場合の静電吸着力を比較のために示したものである。
【００２８】
図４に示すように、ポリオレフィンの例では従来のアルミナ絶縁層の場合とほぼ同等の吸着力となっており、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートの２種類の材質を用いた場合には、アルミナ絶縁層を用いた場合に得られる吸着力よりも大きな吸着力が得られることを示している。
【００２９】
すなわち、従来のプラズマ処理装置において静電吸着を行う場合に必要とされた下部電極上に絶縁層の形成を行うことなく、しかも良好な吸着力を実現することが可能となっている。さらに、熱伝導率のよくないアルミナなどの絶縁層を介さずに保護テープを直接下部電極３の表面に接触させることから、良好な冷却効果が得られ、保護テープ６ａやシリコンウェハ６への熱ダメージを軽減できる。
【００３０】
このプラズマ処理装置は上記のように構成されており、以下プラズマ処理方法について図５のフローに沿って図６，図７を参照しながら説明する。図５において、先ず処理対象物であるシリコンウェハ６が処理室２内に搬送され（ＳＴ１）、下部電極３の載置面３ｄ上に載置される（載置工程）。このときシリコンウェハ６は薄くて撓みやすいことから、図６（ａ）に示すように反りを生じて載置面３ｄとの間に隙間を生じた状態で載置される場合がある。この後ゲートバルブ１ａが閉じられ（ＳＴ２）、真空吸着ポンプ１２を駆動することにより、図６（ｂ）に示すように、吸着孔３ｅ、吸引孔３ｂを介して真空吸引し、シリコンウェハ６の真空吸着状態がＯＮとなる（ＳＴ３）。これにより、図６（ｃ）に示すようにシリコンウェハ６は載置面３ｄに密着した状態で真空吸着により保持される（保持工程）。
【００３１】
次いで排気用ポンプ８を駆動して処理室２内を真空排気するとともにプラズマ発生用ガスを上部電極４のガス吹出部より供給する（ＳＴ４）。この後静電吸着用ＤＣ電源部１８を駆動して、ＤＣ電圧の印加をＯＮし（ＳＴ５）、高周波電源部１７を駆動してプラズマ放電を開始する（ＳＴ６）。これにより、図７（ａ）に示すように下部電極３上のシリコンウェハ６と上部電極４の下面の間の空間にはプラズマが発生し、シリコンウェハ６を対象としたプラズマ処理が行われる（プラズマ処理工程）。このプラズマ処理においては、下部電極３とシリコンウェハ６との間には静電吸着力が発生し（図３（ｂ）参照）、シリコンウェハ６は下部電極３に静電吸着力により保持される。
【００３２】
この後、ガスライン切り替え開閉機構１１を駆動して真空吸着をＯＦＦし（ＳＴ７）、バックＨｅ導入が行われる（ＳＴ８）。すなわち、真空吸引によるシリコンウェハ６の下部電極３への保持を解除した後に、Ｈｅガス供給部１４から伝熱用のヘリウムガスを吸引孔３ｂを介して供給し、図７（ａ）に示すように吸着孔３ｅからシリコンウェハ６の下面に対して噴出させる。このプラズマ処理においては、下部電極３は冷却機構１０によって冷却されており、プラズマ処理によって昇温したシリコンウェハ６の熱を伝熱性に富む気体であるヘリウムガスを介して下部電極３に伝達することにより、シリコンウェハ６の冷却が効率よく行われる。
【００３３】
そして所定のプラズマ処理時間が経過して放電を終了したならば（ＳＴ９）、バックＨｅを停止し（ＳＴ１Ｏ）、図７（ｂ）に示すように真空吸着を再びＯＮする（ＳＴ１１）。これにより、プラズマ放電が終了することにより消失した静電吸着力に替えて、真空吸着力によってシリコンウェハ６が載置面３ｄに保持される。
【００３４】
この後、静電吸着用ＤＣ電源部１８を停止してＤＣ電圧をＯＦＦにし（ＳＴ１２）、大気開放機構９を駆動して処理室２内の大気開放を行う（ＳＴ１３）。
【００３５】
この後、再びガスライン切り替え開閉機構１１を駆動して真空吸着をＯＦＦし（ＳＴ１４）、次いでウェハブローを行う（ＳＴ１５）。すなわち図７（ｃ）に示すようにチッソガスを吸引孔３ｂを介して供給して吸着孔３ｅから噴出させる。これにより、シリコンウェハ６を下部電極３の載置面３ｄから離脱させる。そしてゲートバルブ１ａを開状態にし（ＳＴ１６）、シリコンウェハ６を処理室２の外部に搬送したならば（ＳＴ１７）、ウェハブローをＯＦＦし（ＳＴ１８）、プラズマ処理の１サイクルを終了する。
【００３６】
上記説明したように、本実施の形態に示すプラズマ処理においては、処理室２内でプラズマが発生し、静電吸着力が生じるまでの間のシリコンウェハ６の下部電極３へ保持を真空吸着によって行うようにしたものである。これにより、シリコンウェハ６のような薄くて撓みやすい板状基板を対象とする場合においても、常にシリコンウェハ６を下部電極３の載置面３ｄに密着させて適切に保持することができる。したがって、密着性不良の場合に下部電極３の上面とシリコンウェハ６の下面の隙間に生じる異常放電や、冷却不良によるシリコンウェハ６の過熱を防止することができる。
【００３７】
なお下部電極として、載置面３ｄの全範囲が導電体で形成された下部電極３の代わりに、図８に示すような下部電極３’を用いてもよい。この例では、図８（ａ）に示すように載置面３’ｄが半導体基板であるシリコンウェハ６よりも大きくシリコンウェハ６のサイズからはみ出す外縁部に所定幅の絶縁部３’ｆが形成されている。絶縁部３’ｆは、アルミナなどのセラミックで形成され、載置面３’ｄに載置されるシリコンウェハの形状に応じて平面形状が決定される。図８（ｂ）、（ｃ）は、シリコンウェハの方向を示すオリエンタルフラットがない場合、オリエンタルフラットがある場合のそれぞれの場合の絶縁部３’ｆの形状例を示している。
【００３８】
このような下部電極３’を用いることにより、シリコンウェハを載置した状態で、下部電極３’上面の導電体が直接プラズマに対して露呈されることがなく、下部電極３’の載置面上でのプラズマ放電をより均一に発生させることができるという利点がある。
【００３９】
なお、上記実施の形態では、シリコンウェハ６に貼着される樹脂の保護テープ６ａを絶縁層として静電吸着の誘電体とする例を示したが、この他にも、シリコンウェハの表面に封止用や配線用等の目的で形成される絶縁樹脂層を静電吸着面に密着させて静電吸着するような場合においても、本発明を適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、基板載置部の載置面を導電体とし、半導体基板の絶縁層でこの導電体を完全に覆うことにより、絶縁層を静電吸着手段の誘電体として利用して半導体基板を載置面に静電吸着するようにしているので、半導体基板を十分な静電保持力で保持してプラズマ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図
【図２】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の基板載置部の断面図
【図３】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図
【図４】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における静電吸着力を示すグラフ
【図５】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法のフロー図
【図６】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法の工程説明図
【図７】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法の工程説明図
【図８】 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の基板載置部を示す図
【符号の説明】
１ 真空チャンバ
２ 処理室
３ 下部電極
４ 上部電極
６ シリコンウェハ
８ 排気用ポンプ
１２ 真空吸着ポンプ
１３ Ｎ2ガス供給部
１４ Ｈｅガス供給部
１７ 高周波電源部
１８ 静電吸着用ＤＣ電源部
Claims (2)
- 表面に絶縁層を有する半導体基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、半導体基板のサイズからはみ出す外縁部に絶縁部が形成され少なくとも一部に導電体が露呈した載置面が設けられ前記半導体基板が絶縁層側をこの載置面に向けて載置される基板載置部と、前記半導体基板を前記載置面に静電吸着によって保持する静電吸着手段と、前記載置面に載置された半導体基板を処理するためにプラズマを発生するプラズマ発生手段とを備え、前記絶縁層で前記導電体を完全に覆うことにより、前記絶縁層を静電吸着手段の誘電体として利用することを特徴とするプラズマ処理装置。
- 表面に絶縁層を有する半導体基板を基板載置部の載置面に静電吸着によって保持した状態でプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、前記載置面の半導体基板のサイズからはみ出す外縁部に絶縁部を形成するとともに前記載置面の少なくとも一部を導電体とし、前記半導体基板の絶縁層側を前記基板載置部の載置面に向けて載置して前記絶縁層で前記導電体を完全に覆うことにより、前記絶縁層を静電吸着手段の誘電体として利用して半導体基板を前記載置面に静電吸着することを特徴とするプラズマ処理方法。
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