JP6113022B2 - プラズマエッチング装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物をエッチングするプラズマエッチング装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の数多くのデバイスが表面に形成され、且つ個々のデバイスが分割予定ライン（ストリート）によって区画された半導体ウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、ダイシング装置によって分割予定ラインを切削して個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電子機器に広く利用されている。

半導体ウエーハの分割は一般的にダイシング装置によって実施されるが、ダイシング装置によって半導体ウエーハを切削すると分割予定ラインに沿って微細な欠けが複数形成され、デバイスの抗折強度を低下させるという問題がある。

この問題を解決するために、プラズマエッチング装置によって分割予定ラインをエッチングして、半導体ウエーハを個々のデバイスに分割する技術が特許第４４４７３２５号で提案されている。

特許第４４４７３２５号公報

しかし、プラズマエッチング装置は、被加工物を保持する保持面を有する静電チャックテーブルと、処理ガスをプラズマ化して噴射するプラズマ生成手段と、該静電チャックテーブルと該プラズマ生成手段とを収容し該静電チャックテーブルに保持された被加工物をエッチングするエッチングチャンバーと、該エッチングチャンバー内を減圧する減圧手段と、から概ね構成されていて、エッチングチャンバー内の圧力はドライポンプの作動により昼夜を問わず常時２０Ｐａ程度と真空に近い状態に減圧され続けるため、ドライポンプの消費電力が膨大になり不経済であるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、消費電力を節電可能なプラズマエッチング装置を提供することである。

本発明によると、被加工物を保持する保持面を有する静電チャックテーブルと、処理ガスをプラズマ化して噴射するプラズマ生成手段と、該静電チャックテーブルと該プラズマ生成手段とを収容し該静電チャックテーブルに保持された被加工物をエッチングするエッチングチャンバーと、該エッチングチャンバー内を減圧する減圧手段と、制御手段と、を備えたプラズマエッチング装置であって、該減圧手段は、該エッチングチャンバーに接続されたターボポンプと、該ターボポンプに接続されたドライポンプと、該ターボポンプと該ドライポンプとの間に配設されたバッファータンクと、該バッファータンクの圧力を計測する圧力計と、を含み、該制御手段は、該圧力計の値が該ターボポンプの臨界圧力を下回る第一の値に達した際、該ドライポンプの作動を停止するように制御し、該圧力計の値が該第一の値から上昇し該ターボポンプの臨界圧力に近い第二の値に達した際、該ドライポンプを作動するように制御して、該ドライポンプの消費電力を節電することを特徴とするプラズマエッチング装置が提供される。

本発明によると、減圧手段をエッチングチャンバーに接続されたターボポンプと、ターボポンプに接続されたドライポンプとの２段構成にし、圧力計の値がターボポンプの臨界圧力を下回る第一の値に達した際、ドライポンプの作動を停止するように制御し、圧力計の値が第一の値から上昇してターボポンプの臨界圧力に近い第二の値に達した際、停止しているドライポンプを作動するように制御したので、比較的多くの電力を使用するドライポンプの消費電力を節電することができる。

本発明実施形態に係るプラズマエッチング装置の縦断面図である。 処理ガス噴射手段の断面図である。 図３（Ａ）はプラズマ生成手段の斜視図、図３（Ｂ）はＩＰＣアンテナ収容容器の裏面側斜視図である。 処理ガス噴射手段の分解斜視図である。 図５（Ａ）は第二処理ガス通路溝及び第二噴射孔を有する第二のプレートの一部拡大図、図５（Ｂ）は第一のプレートに形成された溝中に貫通孔を備えた十字形状溝を拡大して示す第一のプレートの一部拡大図である。 プラズマ生成手段の分解斜視図である。 第一のプレートに形成された第一処理ガス通路溝と第二のプレートの裏面との関係を示す断面図である。 ドライポンプ及びターボポンプの制御動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明実施形態に係るプラズマエッチング装置２の断面図が示されている。プラズマエッチング装置２は密閉空間４を画成するエッチングチャンバー（ハウジング）６を具備している。

エッチングチャンバー６は円筒形状をしており、その側面に被加工物搬出入用の開口８が設けられている。開口８の外側には、開口８を開閉するためのゲート１０が上下方向に移動可能に配設されている。ゲート１０は、エアシリンダー等の図示しないゲート移動手段によって上下方向に移動される。

ゲート移動手段によってゲート１０を開けることにより被加工物としての半導体ウエーハをエッチングチャンバー６内に搬出入することができる。エッチングチャンバー６の下端部近傍には２つの排気口１２が形成されており、各排気口１２はターボポンプ（ＴＰ）１４を介してドライポンプ１６に接続されている。

ターボポンプ１４とドライポンプ１６との間の排気路１５にはバッファータンク１８が接続されており、バッファータンク１８内の圧力は圧力計２０により常時測定される。圧力計２０で測定したバッファータンク１８内の圧力は制御手段２２に入力され、制御手段２２は圧力計２０が検出した圧力に応じてドライポンプ１６及びターボポンプ１４の作動を制御する。

エッチングチャンバー６内には下部電極２４が配設されている。下部電極２４は、導電性の材料によって形成されており、被加工物保持部２６と、被加工物保持部２６の下面中央部から突出して形成された支持部２８とから構成される。支持部２８は高周波電源３０に接続されている。

被加工物保持部２６上には被加工物を保持する保持面を有する静電チャックテーブル３２が配設されている。特に図示しないが、被加工物保持部２６内には冷却通路が形成されており、プラズマエッチング装置２の作動時には、この冷却通路内を純水等の冷却液が循環されている。下部電極２４は絶縁体３４を介してエッチングチャンバー６の底壁にシールされた状態で支持されている。

エッチングチャンバー６の上部は処理ガスをプラズマ化して噴射するプラズマ生成手段１１によって閉塞されている。プラズマ生成手段１１は、ＩＰＣアンテナ４２と、ＩＰＣアンテナ４２に隣接して配設された処理ガスを噴射する処理ガス噴射手段３６とを含んでいる。

図２及び図４を参照して、処理ガス噴射手段３６の詳細構造について説明する。図２は処理ガス噴射手段３６の断面図、図４は処理ガス噴射手段３６の分解斜視図である。処理ガス噴射手段３６は、セラミックスから形成された円筒状の枠体５２を含んでいる。

円筒状の枠体５２の内周面には、下から順に且つ半径方向外周に向かって、第一の環状支持部５２ａと、第一の支持部５２ａに対して所定の段差を有する第二の環状支持部５２ｂと、第二の支持部５２ｂに対して所定の段差を有する第三の環状支持部５２ｃとが階段状に形成されている。

処理ガス噴射手段３６は、セラミックスから形成された第一のプレート５４と、第一のプレート５４より大径の同じくセラミックスから形成された第二のプレート５６と、第二のプレート５６より大径の同じくセラミックスから形成された第三のプレート５８と、第一乃至第三のプレート５４，５６，５８を支持する上述した円筒状の枠体５２とから構成される。

図４に示すように、第一のプレート５４は、中央領域に形成された複数の貫通孔６６と、これらの貫通孔６６を囲繞して外周領域に環状に形成された処理ガスを噴射する複数の第一の噴射孔６５と、第一の噴射孔６５のそれぞれに連通し処理ガスを供給する放射状に形成された複数の第一の処理ガス通路溝６４とを有している。

第一の噴射孔６５は、Ｙ形状に分岐した各第一の処理ガス通路溝６４の先端に形成されている。また、図５（Ｂ）に示すように、貫通孔６６は十字形状の溝６７の中央に形成されている。十字形状の溝６７の各端部には貫通孔６６ａがそれぞれ形成されている。

第二のプレート５６は、第一のプレート５４に形成された十字形状の溝６７の中央に位置付けられた貫通孔６６に連通し処理ガスを噴射する複数の第二の噴射孔６９と、第二の噴射孔６９のそれぞれに連通し処理ガスを供給する放射状に形成された複数の第二の処理ガス通路溝６８を有している。

図５（Ａ）に示すように、第二の処理ガス通路溝６８の先端はＹ字形状の溝又は十字形状の溝６８ａに分岐しており、分岐溝６８ａの先端に第二の噴射孔６９が形成されている。各第二の噴射孔６９は第一のプレート５４に形成された十字形状の溝６７の中央に形成された貫通孔６６に位置付けられる。

図５を参照して、第二のプレート５６に形成された第二の噴射孔６９と第一のプレート５４に形成された貫通孔６６との関係について説明する。図５（Ａ）に示すように、分岐溝６８ａの先端に第二の噴射孔６９が形成されており、第二のプレート５６が第一のプレート５４上に配設されると、各第二の噴射孔６９が第一のプレート５４の十字形状の溝６７の中央に位置付けられるようになっている。

図２に示すように、第二のプレート５６の外周部下面には第一の環状の切欠き５６ａが形成されており、第三のプレート５８の外周部下面には第二の環状の切欠き５８ａが形成されている。

更に、円筒状の枠体５２の側壁を貫通して第一の環状切欠き５６ａに連通する第一の処理ガス供給孔６０と、第二の環状切欠き５８ａに連通する第二の処理ガス供給孔６２が形成されている。

第一のプレート５４は円筒状枠体５２の第一環状支持部５２ａ上に載置され、第二の枠体５６は円筒状枠体５２の第二環状支持部５２ｂ上に載置され、第三のプレート５８は円筒状枠体５２の第三環状支持部５２ｃ上に載置されて、処理ガス噴射手段３６が組み立てられる。

処理ガス噴射手段３６が組み立てられると、図５を参照して説明したように、第二のプレート５６に形成された第二の噴射孔６９は第一のプレート５４に形成された貫通孔６６及び貫通孔６６ａに連通するようになっている。

図１に示されているように、円筒状枠体５２に形成された第一の処理ガス供給孔６０は第一ガス供給手段３８に接続され、第二処理ガス供給孔６２は第二ガス供給手段４０に接続されている。

図２に示すように、処理ガス噴射手段３６が組み立てられると、第二のプレート５６は、第一のプレート５４に重ねられて第一の処理ガス通路溝６４の上部を閉塞し、第三のプレート５８は、第二のプレート５６に重ねられて第二の処理ガス通路溝６８の上部を閉塞する。

そして、第二のプレート５６の外周部下面に形成された第一の環状切欠き５６ａは第一のプレート５４に形成された第一のガス通路溝６４の外周端部に位置付けられ、第三のプレート５８の外周部下面に形成された第二の環状切欠き５８ａは第二のプレート５６に形成された第二の処理ガス通路溝６８の外周端部に位置付けられる。

図７に示すように、第一のプレート５４に形成された第一の処理ガス通路溝６４の内側には磁場の影響を遮断するＮｉ等の金属膜７０が被覆されており、第一の処理ガス通路溝６４の上部を閉塞する第二のプレート５６の下面の領域には、磁場の影響を遮断するＮｉ等の金属膜７２が被覆されている。

同様に、第二のプレート５６に形成された第二の処理ガス通路溝６８の内側には、磁場の影響を遮断するＮｉ等の金属膜が被覆されており、第二の処理ガス通路溝６８の上部を閉塞する第三のプレート５８の下面の領域には磁場の影響を遮断するＮｉ等の金属膜が被覆されている。

図３（Ａ）を参照すると、処理ガス噴射手段３６上に搭載されたプラズマ生成手段１１の外観斜視図が示されている。図６はプラズマ生成手段１１の分解斜視図を示している。図６に示されるように、プラズマ生成手段１１は、第三のプレート５８上に搭載されるＩＰＣアンテナ４２を含んでいる。

ＩＰＣアンテナ４２の端子４２ａ，４２ｂはＩＰＣアンテナ４２を収容する収容容器４４の天井部４４ｂに形成された孔４７，４９を通して収容容器４４の上部に突出している。収容容器４４はアルミニウム合金等の金属から形成されている。収容容器４４の内部はポーラスセラミックス等の中空体４６で充填されている。

図１に示すように、ＩＰＣアンテナ８２の端子４２ａ，４２ｂは高周波電源４８に接続されている。収容容器４４の孔４７，４９内には絶縁材５１が充填され、ＩＰＣアンテナ４２の端子４２ａ，４２ｂと収容容器４４とを絶縁している。

収容容器４４の側壁４４ａには排出口４５が形成されており、排出口４５はターボポンプ（ＴＰ）５０を介して減圧手段を構成するドライポンプ１６に接続されている。ターボポンプ１４，５０の臨界圧力は４００Ｐａであり、圧力計２０で計測したバッファータンク１８内の圧力がこの臨界圧力以下になると作動を開始する。排出路１５の圧力が臨界圧力より大きい場合には、ターボポンプ１４，５０は作動しない。

以下、上述したプラズマエッチング装置２の作用について説明する。図示しないゲート移動手段を作動してゲート１０を開け、図示しない搬出入手段によって半導体ウエーハをエッチングチャンバー６の開口８を介してエッチングチャンバー６内に搬入し、下部電極２４の静電チャックテーブル３２の保持面上に載置する。

半導体ウエーハが静電チャックテーブル３２上に載置されたならば、図示しない電気回路を介して静電チャックテーブル３２に静電気を付与し、半導体ウエーハを静電チャックテーブル３２で保持する。さらに、ゲート移動手段を作動してゲート１０を上方に移動し、エッチングチャンバー６の側壁に形成された開口８を閉鎖する。

次に、ドライポンプ１６を作動して、エッチングチャンバー６内の密閉空間４及び収容容器４４の内部を真空に排気する。この真空排気の動作について、図８のフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップＳ１０でドライポンプ１６の作動を開始する。ステップＳ１１でバッファータンク１８内の圧力が４００Ｐａ以下か否かを判断し、否定判断の場合にはドライポンプ１６の作動を継続する。

ステップＳ１１で圧力計２０で検出するバッファータンク１８内の圧力が４００Ｐａ以下となった場合には、ステップＳ１２に進んでターボポンプ１４，５０の作動を開始する。ドライポンプ１６とターボポンプ１４，５０の同時作動により、エッチングチャンバー６の密閉空間４の真空排気と収容容器４４内の真空排気を継続する。

ステップＳ１３で圧力計２０で検出するバッファータンク１８内の圧力が２００Ｐａ以下か否かを判断し、否定判断の場合にはドライポンプ１６とバッファーポンプ１４，５０の作動を継続する。ステップＳ１３でバッファータンク１８内の圧力が２００Ｐａ以下と判断された場合には、ステップＳ１４に進んでドライポンプ１６の作動を停止する。

ステップＳ１５で圧力計２０で検出したバッファータンク１８内の圧力が３５０Ｐａ以下か否かを判断し、肯定判断の場合にはドライポンプ１６の作動停止を継続し、ターボポンプ１４，５０のみでエッチングチャンバー６の密閉空間４及び収容容器４４内の真空排気を継続する。好ましくは、エッチングチャンバー６の密閉空間４内を約２０Ｐａ程度まで真空排気し、この真空度を維持するようにターボポンプ１４を制御する。

エッチングチャンバー６の真空排気と同時に収容容器４４内も真空排気されて収容容器４４内は約２０Ｐａ程度の真空度になるので、エッチングチャンバー６内の減圧に抗して処理ガス噴射手段を構成する第一〜第三のプレート５４，５６，５８に加わる圧力を軽減することができる。
従って、収容容器４４内の圧力がエッチングチャンバー６内の圧力に近ければ良いことから、収容容器４４にターボポンプ５０を接続しないで、収容容器４４を直接ドライポンプ１６に接続しても良い。

また、処理すべきウエーハの直径が４５０ｍｍ，６００ｍｍと大きくなり、セラミックスで形成された第一〜第三のプレート５４，５６，５８の直径が１０００ｍｍを超えることになっても、大気圧（０．１ＭＰａ）の影響を受けることはないので、処理ガス噴射手段３６を構成する第一〜第三のプレート５４，５６，５８の厚みを大気圧に耐えられる厚みに形成する必要がなく、第一〜第三のプレート５４，５６，５８の重量を抑えることができる。

更に収容容器４４内にポーラスセラミックス等の中空体４６が充填されているため、ＩＰＣアンテナ４２からの放電を抑制することができ、収容容器４４は大気圧と内部の真空雰囲気との圧力差に耐えることができ、収容容器４４内に収容されたＩＰＣアンテナ４２の作動を正常に保つことができる。

ステップＳ１５で圧力計２０で検出したバッファータンク１８内の圧力が３５０Ｐａより大きいと判断された場合には、ステップＳ１０に戻ってドライポンプ１６の作動を開始する。

これは、ターボポンプ１４，５０の臨界圧力は４００Ｐａであるため、ターボポンプ１４，５０の作動を保証するために余裕をもってドライポンプ１６を作動して、エッチングチャンバー６の密閉空間４内の真空度及び収容容器４４内の真空度を所望の範囲内に維持するようにしたものである。

このように、エッチングチャンバー６内を真空排気する減圧手段を、ターボポンプ１４とドライポンプ１６との２段構成にし、圧力計２０の値がターボポンプ１４の臨界圧力を下回る第一の値に達した際、制御手段２２がドライポンプ１６の作動を停止するように制御し、圧力計２０の値が第一の値から上昇しターボポンプ１４の臨界圧力に近い第二の値（３５０Ｐａ）に達した際、停止されているドライポンプ１６を再作動するように制御するので、バッファータンク１８を設置することで、比較的多くの電力を使用するドライポンプ１６の消費電力を節電することができる。

エッチングチャンバー６の密閉空間４内の圧力が２０Ｐａ程度まで真空排気されたならば、プラズマエッチングの準備が完了したことになる。従って、高周波電源３０を作動して、周波数１３．５ＭＨｚで５０Ｗの電力を下部電極２４の被加工物保持部２６に印加する。これと同時に、高周波電源４８により周波数１３．５ＭＨｚで３０００Ｗの電力を端子４２ａ，４２ｂを介してＩＰＣアンテナ４２に供給する。

高周波電源４８の作動と同時に第一ガス供給手段３８及び第二ガス供給手段４０を作動して、ＣＦ_４，ＳＦ_６等のフッ素系ガスと酸素を主体とするプラズマ発生用のガス（処理ガス）の供給を開始する。

第一ガス供給手段３８から供給された処理ガスは、処理ガス噴射手段３６の円筒状枠体５２の側壁を貫通して形成された第一の処理ガス供給孔６０を介して第一の環状切欠き５６ａ内に供給され、更に第一のプレート５４に放射状に形成された複数の第一の処理ガス通路溝６４に供給されて、第一の処理ガス通路溝６４の先端に形成された第一の噴射孔６５からエッチングチャンバー６内に噴射される。

一方、第二ガス供給手段４０から供給された処理ガスは、処理ガス噴射手段３６の円筒状枠体５２の側壁を貫通して形成された第二の処理ガス供給孔６２を介して第二の環状切欠き５８ａ中に供給され、更に第二のプレート５６に放射状に形成された複数の第二の処理ガス通路溝６８に供給されてその先端に形成された複数の第二の噴射孔６９から噴射される。第二の噴射孔６９から噴射された処理ガスは第一のプレート５４に形成された貫通孔６６を介してエッチングチャンバー６内に噴射される。

この時、高周波電源４８に接続されたＩＰＣアンテナ４２が作動しているため、噴射される処理ガスはＩＰＣアンテナ４２によりプラズマ化されて処理ガス噴射手段３６からエッチングチャンバー６内に噴射される。

第一ガス供給手段３８から供給された処理ガスは、処理ガス噴射手段３６の外周領域からエッチングチャンバー６内に噴射され、第二ガス供給手段４０から供給された処理ガスは、処理ガス噴射手段３６の中央領域からエッチングチャンバー６内に噴射される。

第一ガス供給手段３８及び第二ガス供給手段４０は、制御手段２２によりその供給タイミング及び供給する処理ガスの供給量が制御されるため、プラズマ化された一様な処理ガスを静電チャックテーブル３２に保持されたウエーハに供給することができ、ウエーハの全領域に渡り分割予定ラインを均一深さにエッチングすることができ、プラズマエッチングによりウエーハを個々のデバイスに分割することができる。

プラズマ化された処理ガスがウエーハ全面に均一に供給されるため、分割されたデバイスの品質を安定化することができる。尚、分割予定ライン以外のウエーハ表面はレジスト等によりマスクされていること勿論である。

２ プラズマエッチング装置
４ 密閉空間
６ エッチングチャンバー（筐体）
８ 開口
１０ ゲート
１１ プラズマ生成手段
１２ 排出口
１４，５０ ターボポンプ
１６ ドライポンプ
１８ バッファータンク
２０ 圧力計
２４ 下部電極
２６ 被加工物保持部
３０，４８ 高周波電源
３２ 静電チャックテーブル
３６ 処理ガス噴射手段
３８ 第一ガス供給手段
４０ 第二ガス供給手段
４２ ＩＰＣアンテナ
４４ 収容容器
４６ 中空体
５２ 円筒状枠体
５４ 第一のプレート
５６ 第二のプレート
５８ 第三のプレート
５６ａ 第一環状切欠き
５８ａ 第二環状切欠き
６４ 第一の処理ガス通路溝
６５ 第一の噴射孔
６６ 貫通孔
６８ 第二の処理ガス通路溝
６９ 第二の噴射孔
６０ 第一処理ガス供給孔
６２ 第二処理ガス供給孔

Claims (1)

1. 被加工物を保持する保持面を有する静電チャックテーブルと、処理ガスをプラズマ化して噴射するプラズマ生成手段と、該静電チャックテーブルと該プラズマ生成手段とを収容し該静電チャックテーブルに保持された被加工物をエッチングするエッチングチャンバーと、該エッチングチャンバー内を減圧する減圧手段と、制御手段と、を備えたプラズマエッチング装置であって、
   該減圧手段は、該エッチングチャンバーに接続されたターボポンプと、該ターボポンプに接続されたドライポンプと、該ターボポンプと該ドライポンプとの間に配設されたバッファータンクと、該バッファータンクの圧力を計測する圧力計と、を含み、
   該制御手段は、
   該圧力計の値が該ターボポンプの臨界圧力を下回る第一の値に達した際、該ドライポンプの作動を停止するように制御し、
   該圧力計の値が該第一の値から上昇し該ターボポンプの臨界圧力に近い第二の値に達した際、該ドライポンプを作動するように制御して、該ドライポンプの消費電力を節電することを特徴とするプラズマエッチング装置。

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