JP6489483B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板の主面に貼り付けられた樹脂フィルムをパターニングする工程と、基板をプラズマ処理する工程と、を組み合わせたプラズマ処理方法に関する。
ラミネートマスク(例えばドライフィルムレジスト)を用いたパターニングは、半導体回路、電子回路などの製造工程を簡略化するものであり、多方面での応用が求められている。しかし、ラミネートマスクを基板の主面に貼り付ける工程では、ラミネートマスクと基板の主面との間に空気が介在しやすく、不可避的に微小な空隙が形成される(特許文献1参照)。このような現象を低減するには、高度に減圧された雰囲気中で貼り付け工程を行う必要があるが、コストの上昇や工程の煩雑化を招く。また、ラミネートマスクは、それ自身が表面に微小な凹凸を有し、基板の主面にも微小な凹凸が存在し得る。そのため、ラミネートマスクと基板の主面との間に空隙が形成される現象を回避することは原理的に困難である。
精細なエッチングが要求されない分野では、ラミネートマスクと基板の主面との間の微小な空隙は問題にならない。しかし、精細なエッチングが要求される場合、空隙が存在する領域では、基板の主面からマスクの少なくとも一部が浮いた状態となる。そのため、後続のエッチング工程で基板の余分な部分がエッチングされ、最終製品の不良を生じやすい。
特開平3−141358号公報
本発明は、簡易な工程で、精細なパターンで基板をエッチングすることを目的とする。
本発明の一局面は、第1主面および前記第1主面の反対側の第2主面を備える基板の前記第1主面に樹脂フィルムを貼り付ける貼り付け工程と、前記樹脂フィルムをパターニングして、前記基板の被処理領域を露出させる開口部を有するマスクを形成するパターニング工程と、第1ガスを含む減圧雰囲気中で、前記第1ガスの第1プラズマを生成させて、前記マスクを前記第1プラズマに晒すことにより、前記マスクと前記第1主面との間の空隙を減少させる第1プラズマ工程と、第2ガスを含む雰囲気中で、前記第2ガスから第2プラズマを生成させて、前記開口部から露出する前記被処理領域を前記第2プラズマに晒すことにより、前記被処理領域をエッチングする第2プラズマ工程と、を有する、プラズマ処理方法に関する。
本発明のプラズマ処理方法によれば、樹脂フィルムを基板の主面に貼り付ける際に樹脂フィルムと基板の主面との間に微小な空隙が介在した場合でも、精細なパターンで基板をエッチングすることができる。
本発明の実施形態に係るプラズマ処理方法で使用するプラズマ処理装置の一例の構造を模式的に示す概略断面図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理方法のスキームを模式的に示す工程図である。 本発明の別の実施形態に係るプラズマ処理方法のスキームを模式的に示す工程図である。
本発明の実施形態に係るプラズマ処理方法は、第1主面およびその反対側の第2主面を備える基板の第1主面に樹脂フィルムを貼り付ける工程(貼り付け工程)を有する。貼り付け工程は、液状のレジストを塗布して樹脂層を形成する工程ではなく、予め準備された樹脂フィルムを基板の第1主面に貼り付ける工程である。このとき、樹脂フィルムと第1主面との間に微小な空隙が形成され得るが、後続の第1プラズマ工程で空隙を減少させることができるため、貼り付け工程を減圧雰囲気中で行う必要はない。
樹脂フィルムは、基板の第1主面に付着できる粘着性を有すればよく、樹脂フィルムの種類、構造などは特に限定されない。樹脂フィルムは、粘着性を有する粘着層だけでもよいが、取り扱い性を向上させるために基材シートを有してもよい。通常は、基材シートに保持された粘着層が用いられ、粘着層を基板の第1主面に貼り付けた後、基材シートは剥がされる。この場合、樹脂フィルムは粘着層のみで構成される。
樹脂フィルムには、ポリビニルアルコール(PVA)、アクリル系糊剤などをベース材料とする感光性を有さない粘着層を用いてもよく、感光性を有する粘着層(レジスト層)を用いてもよい。中でも、基材シートに保持されたレジスト層(ドライフィルムレジスト)は、様々な種類が市販されているため、容易に入手できる。
基材シートには、例えばポリエステルフィルムが用いられる。市販のドライフィルムレジストの場合、粘着層がカバーフィルムで覆われた三層構造を有する。カバーフィルムには、例えばポリエチレンフィルムが用いられる。なお、基材シートの材質は、上述のポリエステルの他、塩化ビニル(PVC)、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートなどでもよい。
エッチングの対象である基板は、様々な回路部材であり得るため、特に限定されないが、シリコンウエハのような半導体基板、フレキシブルプリント基板のような樹脂基板、セラミックス基板などが挙げられる。半導体基板を構成する半導体としては、例えば、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)等が挙げられる。
半導体基板は、その第1主面に回路層を有してもよい。回路層は、少なくとも絶縁膜を含んでおり、その他、金属材料、樹脂保護層、電極パッドなどを含んでもよい。絶縁膜は、配線用の金属材料との積層体(多層配線層)として含まれてもよい。絶縁膜は、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(Si34)、低誘電率膜(Low−k膜)、ポリイミドなどの樹脂膜、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)等を含む。
次に、樹脂フィルムをパターニングして、基板の被処理領域を露出させる開口部を樹脂フィルムに形成する工程(パターニング工程)が行われる。パターニング工程は、樹脂フィルムから開口部を有するマスクを形成する工程であり、その方法は特に限定されない。
ドライフィルムレジストを用いる場合、パターニング工程では、例えばウェットエッチングにより、樹脂フィルムのマスクの開口部に対応する部分を除去すればよい。ウェットエッチングでは、基板の第1主面に貼り付けられた樹脂フィルムもしくはレジスト層を所望のパターンで露光した後、エッチング液にレジスト層を浸して開口部を有するマスクを形成する工程である。レジスト層のタイプは、ポジ型とネガ型とを問わない。
感光性を有さない樹脂フィルムもしくは粘着層を用いる場合、パターニング工程では、例えばレーザによるスクライビングにより、樹脂フィルムもしくは粘着層のマスクの開口部に対応する部分を除去すればよい。
次に、パターニングにより形成されたマスクを有する基板の周囲に、第1ガスを含む減圧雰囲気が形成される。引き続き、第1ガスの第1プラズマを生成させ、マスクを第1プラズマに晒すことにより、マスクと第1主面との間の空隙を減少させる工程(第1プラズマ工程)が行われる。マスクが減圧雰囲気中で第1プラズマに晒されることで、少なくともマスクの開口部の近傍に存在する空隙内から空気が流出し、基板の第1主面からのマスクの浮き上がりが是正される。これにより、基板の第1主面とマスクとの密着性が向上する。よって、後続のエッチング工程で、基板の余分な部分のエッチングが抑制され、精細なエッチングが可能になる。仮に、マスクの開口部の近傍でマスクが基板の第1主面から浮き上がった状態でエッチングを行うと、第1主面のマスクから離れた部分からもエッチングが進行し、精細なエッチングが困難になる。
第1プラズマ工程では、マスクの少なくとも一部を軟化させることが望ましい。これにより、基板の第1主面とマスクとの密着性が更に向上する。そのためには、マスクの少なくとも一部が軟化温度以上になるまで、第1プラズマでマスクを加熱すればよい。マスクが粘着層もしくはレジスト層である場合、マスクの温度が60℃〜110℃になるように、好ましくは80℃〜100℃になるように、第1プラズマを制御してマスクを加熱することが望ましい。必要に応じて、第1プラズマに基板に向かう方向のバイアスを印加してもよい。
第1ガスは、化学的な作用を有さないことが望ましい。よって、第1ガスは、アルゴン、酸素、窒素およびヘリウムよりなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。このとき、第1ガスを含む減圧雰囲気の圧力は、例えば0.1Pa〜100Paであればよく、0.5Pa〜20Paが好ましい。
次に、第1プラズマ処理後の基板の周囲に第2ガスを含む雰囲気が形成される。引き続き、第2ガスから第2プラズマを生成させ、開口部から露出する被処理領域を第2プラズマに晒すことにより、被処理領域をエッチングする工程(第2プラズマ工程)が行われる。このとき、第1プラズマ工程と第2プラズマ工程とを、同じ空間内で連続して行うことが効率的であり、好ましい。第1プラズマ工程と第2プラズマ工程は、例えばドライエッチング装置が具備するチャンバの内側の処理空間で行われる。
第2ガスは、第1ガスと同じでもよく、異なってもよい。すなわち、第2プラズマは第1プラズマと同じ条件で発生させてもよい。ただし、通常、マスクと第1主面との間の空隙を減少させるために必要な第1プラズマの条件と、被処理領域をエッチングするために必要な第2プラズマの条件とは異なっている。第2ガスの種類、圧力、第2プラズマの条件などは、エッチングする基板の種類によって適宜選択される。
第2プラズマ工程では、例えば、第2プラズマによって被処理領域が第1主面から第2主面までエッチングされ、基板が個片化される。このような工程は、例えばドライエッチング装置を用いる半導体基板のプラズマダイシングに適している。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るプラズマ処理方法の一例について説明する。まず、図1を参照しながら、第1プラズマ工程と第2プラズマ工程を行う際に使用されるプラズマ処理装置の一例について説明する。ただし、プラズマ処理装置はこれに限定されるものではない。
プラズマ処理装置200は、真空チャンバ203を備え、その内側の処理空間にステージ211を備えている。真空チャンバ203には、ガス導入口203aおよび排気口203bが設けられている。ガス導入口203aには、プロセスガス源212およびアッシングガス源213が、それぞれ接続されている。排気口203bには、真空チャンバ203内のガスを排気して減圧する真空ポンプを含む減圧機構214が接続されている。
ステージ211には、搬送キャリア20に保持された基板10が載置される。搬送キャリア20は、環状のフレーム21と保持シート22とで構成されており、フレーム21は保持シート22の周囲を固定している。保持シート22は、基板10の第2主面を貼り付けるための粘着面を有している。ステージ211の外周には昇降機構223Aにより昇降駆動される複数の支持部222が配置されており、真空チャンバ203内に搬入された搬送キャリア20が支持部222に受け渡され、ステージ211上に搭載される。
ステージ211の上方には、少なくともフレーム21を覆うとともに基板10を露出させる窓部224Wを有するカバー224が配置されている。カバー224は複数の昇降ロッド221と連結しており、昇降機構223Bにより昇降駆動される。真空チャンバ203の上部は誘電体部材208により閉鎖され、誘電体部材208の上方に上部電極としてアンテナ209が配置されている。アンテナ209は、第1高周波電源210Aと接続されている。
ステージ211は、上方から順に配置された電極層215、金属層216および基台117を具備し、これらは外周部218で取り囲まれ、外周部218の上面には保護用の外周リング229が配置されている。電極層215の内部には、静電吸着用の電極部(ESC電極)219と、第2高周波電源210Bに接続された高周波電極部220とが配置されている。ESC電極219は直流電源226と接続されている。高周波電極部220に高周波電力を印加することで、第1プラズマ工程および/または第2プラズマ工程を、バイアス電圧を印加しながら行うことができる。金属層216内には、ステージ211を冷却するための冷媒流路227が形成され、冷媒循環装置225により冷媒が循環される。
制御装置228は、第1高周波電源210A、第2高周波電源210B、プロセスガス源212、アッシングガス源213、減圧機構214、冷媒循環装置225、昇降機構223A、昇降機構223Bおよび静電吸着機構を含むプラズマ処理装置200の動作を制御する。
次に、図2に示される模式的スキームを参照しながら、本発明の実施形態に係るプラズマ処理方法の一例について説明する。ここでは、基板としてシリコンウエハのような半導体基板を用い、第2プラズマ工程において半導体基板を個片化する場合について説明する。ただし、本発明に係るプラズマ処理方法はこれに限定されない。
まず、半導体基板10が準備される(図2(a))。半導体基板10は、複数の素子領域R1と、複数の素子領域R1を画定する被処理領域R2とを備えている。半導体基板10の第1主面10Sの反対側の第2主面10Rは、この時点から搬送キャリア20の保持シート22に貼り付けてもよいが、保持シート22への貼り付けの要否は任意である。半導体基板10は、保持シート22に保持された状態でもよく、保持シート22に保持されていなくもよい。
半導体基板10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。半導体基板10の形状も特に限定されず、例えば、円形、角型である。絶縁膜または多層配線層の厚みは特に限定されず、例えば、2〜10μmである。半導体基板10には、オリエンテーションフラット、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。素子領域R1の表面には、半導体回路、電子部品素子、MEMS等の回路層(いずれも図示せず)が形成されていてもよい。
次に、半導体基板10の第1主面10Sに、樹脂フィルム30を貼り付ける工程が行われる(図2(b))。樹脂フィルム30は、それ自身が表面に微小な凹凸を有し、半導体基板10の主面10Sにも微小な凹凸が存在し得る。そのため、樹脂フィルム30と半導体基板10の第1主面10Sとの間には不可避的に空隙23が形成される。第1主面10Sに樹脂フィルム30を貼り付ける工程は、減圧雰囲気中で行う必要はないが、例えば0.1Pa〜100Pa程度の減圧雰囲気中で行ってもよい。
次に、樹脂フィルム30から、半導体基板10の被処理領域R2を露出させる開口部30Wを有するマスク30Mを形成するパターニング工程が行われる(図2(c))。樹脂フィルム30が基材シートと粘着層とを有する場合は、樹脂フィルム30を基板の第1主面に貼り付けた後、基材シートを剥がし、粘着層のみからマスク30Mを形成してもよい。
パターニング工程では、樹脂フィルムもしくは粘着層30のうち、被処理領域R2を覆う部分が除去され、開口部30Wが形成される。パターニング工程では、例えば、レーザによるスクライビングによって、樹脂フィルム30の被処理領域R2を覆う部分が除去される。なお、半導体基板10が保持シート22に保持されていない状態であれば、樹脂フィルム30を所定のパターンで露光した後、エッチング液で現像するウェットエッチング工程を行ってもよい。
パターニング工程により、素子領域R1において第1主面10Sを覆い、被処理領域R2において第1主面10Sを露出させるマスク30Mが形成される。マスク30Mの厚さは、例えば5μm〜80μmとすることができる。被処理領域R2の最小幅(すなわち開口部30Wの最小幅)は、マスクの厚み、マスクの種類、パターニング方法などによるが、例えば20μm〜40μmである。
次に、マスク30Mを有する半導体基板10は、搬送キャリア20の保持シート22に保持された状態で、図1に示すようなプラズマ処理装置が備える真空チャンバ203の内側の処理空間に搬入され、ステージ211上に載置される。
(第1プラズマ工程)
次に、真空チャンバ203内の処理空間に、ガス導入口203aを介して、プロセスガス源212から第1ガスが導入される。第1ガスの組成は、特に限定されないが、例えばアルゴンガスであることが好ましい。
ESC電極219に電力を供給すると、保持シート22がステージ211に密着する。続いて、誘電体部材208を介して上部に配置されたアンテナ209に第1高周波電源210Aから電力を供給すると、磁場が生成し、第1ガスから第1プラズマが生成する。このとき、処理空間内の圧力は、例えば0.1Pa〜100Paに設定すればよい。減圧雰囲気中で第1プラズマによりマスク30Mが加熱されることで、図2(d)に示すように、マスク30Mと半導体基板10の第1主面10Sとの間に介在する空隙が減少もしくは除去され、マスク30Mと第1主面10Sとの密着性が高められる。
(第2プラズマ工程)
第1プラズマ工程に引き続き、真空チャンバ203の内側の処理空間に、ガス導入口203aを介して、プロセスガス源212から第2ガスが導入される。続いて、アンテナ209に第1高周波電源210Aから電力を供給すると、磁場が生成し、第2ガスから第2プラズマが生成する。第2プラズマ工程は、被処理領域R2をエッチングして半導体基板10をダイシングし、個片化する工程である。
第2プラズマ工程でのエッチング条件は、半導体基板10の材質に応じて適宜選択することができる。半導体基板10がシリコンの場合、被処理領域R2のエッチングには、いわゆるボッシュプロセスを用いることができる。ボッシュプロセスでは、堆積膜形成ステップと、堆積膜エッチングステップと、シリコンエッチングステップとが順次繰り返される。これにより、被処理領域R2を深さ方向に掘り進むことができる。
堆積膜形成ステップでは、例えば、原料ガスとしてC48を150〜250sccmで供給しながら、処理空間内の圧力を15Pa〜25Paに調整し、第1高周波電源210Aからアンテナ209への投入電力を1500〜2500W、第2高周波電源210Bから高周波電極部220への投入電力を0W、処理時間を5〜15秒とすればよい。
堆積膜エッチングステップでは、例えば、原料ガスとしてSF6を200〜400sccmで供給しながら、処理空間内の圧力を5Pa〜15Paに調整し、第1高周波電源210Aからアンテナ209への投入電力を1500〜2500W、第2高周波電源210Bから高周波電極部220への投入電力を100〜300W、処理時間を2〜10秒とすればよい。
シリコンエッチングステップでは、例えば、原料ガスとしてSF6を200〜400sccmで供給しながら、処理空間内の圧力を5Pa〜15Paに調整し、第1高周波電源210Aからアンテナ209への投入電力を1500〜2500W、第2高周波電源210Bから高周波電極部220への投入電力を50〜200W、処理時間を10〜20秒とすればよい。
上記の条件で、堆積膜形成ステップと、堆積膜エッチングステップと、シリコンエッチングステップとを繰り返すことにより、例えばシリコン基板を10μm/分の速度で掘り進むことができる。
第2プラズマ工程は、ESC電極219に電圧を印加して保持シート22をステージ211に静電吸着させながら行うことが好ましい。第2プラズマにより、半導体基板10の被処理領域R2は第1主面10Sから第2主面10Rまでエッチングされ、個片化される。すなわち、第2プラズマ工程により、半導体基板10は、素子領域R1を備える複数の素子チップ11に分割される(図2(e))。
(アッシング工程)
次に、マスク30Mを除去するアッシング工程を行ってもよい(図2(f))。アッシング工程は、第2プラズマ工程が行われた処理空間内で引き続き行うことができる。アッシング用のプロセスガス(例えば、酸素ガス)は、ガス導入口203aを介してアッシングガス源213から処理空間内に導入される。所定圧力に維持された処理空間内に高周波電力を供給すると、プラズマが発生し、素子チップ11の表面からマスク30Mが除去される。
次に、図3は、本発明の実施形態に係る別のプラズマ処理方法のスキームを模式的に示している。本発明に係るプラズマ処理方法は、図3(a)に示すように、第1主面10Saに複数の凹凸を有する基板10Aをエッチングする場合に有用なプロセスである。
基板10Aが第1主面10Saに複数の凹凸を有する場合、樹脂フィルム30を第1主面10Saに貼り付ける際に、樹脂フィルム30と第1主面10Saとの間に、多数の凹部24に起因して多数の空隙が形成される(図3(b))。このような状態で樹脂フィルム30をパターニングすると、形成されたマスク30Mと基板10Aの第1主面10Saとの接合領域が非常に小さくなり、マスク30Mの浮き上がりの程度は大きくなる(図3(c))。この点、第1プラズマ工程によってマスク30Mを加熱すれば、図3(d)に示すように、マスク30Mの一部(特に粘着層)が軟化して第1主面10Saの凹部24に充填される現象が起こる。これにより、マスク30Mと第1主面10Saとの密着性が顕著に高められる。よって、引き続き行われる第2プラズマ工程は、複数の凹凸の影響を受けず、基板10Aが余分にエッチングされにくくなる(図3(e))。この場合にも、アッシング工程を行えば、第1主面10Saに充填されていたマスク30Mに由来する部材は除去されるため、初期の第1主面10Saの凹凸を維持した素子チップ11Aが得られる(図3(f))。
本発明のプラズマ処理方法は、例えばドライフィルムレジストのような樹脂フィルムを貼り付けてマスクを形成し、引き続き、精細なパターンでエッチングを行う場合に有用である。
10,10A:基板(半導体基板)、10S,10Sa:第1主面、10R:第2主面、R1:素子領域、R2:被処理領域、11,11A:素子チップ、20:搬送キャリア、21:フレーム、22:保持シート、23:空隙、24:凹部、30:樹脂フィルム、30M:マスク、30W:開口部、200:プラズマ処理装置、203:真空チャンバ、203a:ガス導入口、203b:排気口、208:誘電体部材、209:アンテナ、210A:第1高周波電源、210B:第2高周波電源、211:ステージ、212:プロセスガス源、213:アッシングガス源、214:減圧機構、215:電極層、216:金属層、217:基台、218:外周部、219:ESC電極、220:高周波電極部、221:昇降ロッド、222:支持部、223A,223B:昇降機構、224:カバー、224W:窓部、225:冷媒循環装置、226:直流電源、227:冷媒流路、228:制御装置、229:外周リング

Claims (8)

  1. 第1主面および前記第1主面の反対側の第2主面を備える基板の前記第1主面に樹脂フィルムを貼り付ける貼り付け工程と、
    前記樹脂フィルムをパターニングして、前記基板の被処理領域を露出させる開口部を有するマスクを形成するパターニング工程と、
    第1ガスを含む減圧雰囲気中で、前記第1ガスの第1プラズマを生成させて、前記マスクを前記第1プラズマに晒すことにより、前記マスクと前記第1主面との間の空隙を減少させる第1プラズマ工程と、
    第2ガスを含む雰囲気中で、前記第2ガスから第2プラズマを生成させて、前記開口部から露出する前記被処理領域を前記第2プラズマに晒すことにより、前記被処理領域をエッチングする第2プラズマ工程と、を有する、プラズマ処理方法。
  2. 前記第1プラズマ工程が、前記マスクを前記第1プラズマで加熱して、前記マスクの少なくとも一部を軟化させることを含む、請求項1に記載のプラズマ処理方法。
  3. 前記第1ガスが、アルゴン、酸素、窒素およびヘリウムよりなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1または2に記載のプラズマ処理方法。
  4. 前記第1ガスを含む減圧雰囲気の圧力が、0.1Pa〜100Paである、請求項1〜3のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。
  5. 前記第1プラズマ工程と前記第2プラズマ工程とが、同じ空間内で連続して行われる、請求項1〜4のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。
  6. 前記パターニング工程が、ウェットエッチングにより、前記樹脂フィルムの前記開口部に対応する部分を除去することを含む、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. 前記パターニング工程が、レーザによるスクライビングにより、前記樹脂フィルムの前記開口部に対応する部分を除去することを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。
  8. 前記第2プラズマ工程が、前記被処理領域を前記第1主面から前記第2主面までエッチングして、前記基板を個片化することを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。

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