JP3901128B2 - 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
【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、表面に貼り付けられた樹脂テープにより形成された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、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、前記載置面は前記半導体基板よりも大きく、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ており、前記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する。
【0008】
請求項2記載のプラズマ処理方法は、表面に貼り付けられた樹脂テープにより形成された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。
【0009】
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。
【0010】
【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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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、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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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)。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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)。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。絶縁部3’fの上面以外の導電体から成る載置面3d’は、これに載置される保護テープ(絶縁層)6aにより完全に覆われる。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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
【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。
【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)
- 表面に貼り付けられた樹脂テープにより形成された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、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、前記載置面は前記半導体基板よりも大きく、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ており、前記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することを特徴とするプラズマ処理装置。
- 表面に貼り付けられた樹脂テープにより形成された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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