TWI387996B - A plasma processing method and a plasma processing apparatus - Google Patents

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Description

電漿處理方法及電漿處理裝置
本發明係關於一種藉由電漿對被處理材表面施行蝕刻、堆積(成膜)、洗淨等處理之電漿處理方法及裝置。
基板等被處理材(以下單稱為基板)表面之電漿處理係以下述方式來進行。首先將基板搬入真空容器內載放於支持台上。將真空容器內部調整為減壓狀態之後，將處理用氣體(電漿氣體)導入真空容器內，以各種方法投入能量將電漿氣體電漿化。對導入之電漿氣體種類、投入能量等做適宜的設定，來對基板進行蝕刻、堆積、清洗等處理。
通常，為便於處理起見，基板先是載放、固定於托盤上，其次載放有基板之托盤被載放於真空容器內之支持台上。亦即，基板係與托盤一起裝入真空容器內，處理後與托盤一起自真空容器取出，進行後續製程處理。
在支持台上進行電漿處理之期間，由於電漿能量投入基板故基板溫度上升。一旦此溫度上升過度，基板本身之特性會變化或惡化，光阻會燒掉。是以，多數情況，於電漿處理之期間，進行基板冷卻。基板冷卻通常係將載放基板之支持台加以冷卻來進行。
於基板與支持台之間如上述般夾設有托盤之情況，即使托盤使用熱傳導率良好之材料，若支持台與托盤之接觸面、以及托盤與基板之接觸面的熱傳遞不良，則基板無法被充分冷卻。支持台與托盤以往係以機械式(機械性)夾頭、靜電夾頭等確保充分之密合性，有時除了夾頭以外尚具備可使得熱傳導率良好之氦氣於兩者間流動之機構。是以，於支持台與托盤之間的熱傳遞並非嚴重問題。
[專利文獻1]特開平5－160258號公報[專利文獻2]特開平5－245967號公報[專利文獻3]特開平8－124975號公報[專利文獻4]特開2003－257907號公報[專利文獻5]特開2005－150312號公報
由於托盤與基板重視可搬運性，故兩者之間並無法使用上述夾頭方法。但是，僅將基板載放於托盤，於減壓下兩者之間會成為真空絕熱。此時，基板之熱無法充分傳遞至支持台，原本於支持台設置冷卻裝置卻無法達成其效果造成基板溫度上升。又，電漿處理有時將複數片小直徑晶圓搬送到真空容器同時進行電漿處理，然以往之機械夾頭，無法將複數片基板同時固定於托盤，又若一旦固定晶圓端部，基板表面之處理均勻性會降低，有效處理面積變小，這些都是缺點。對靜電夾頭而言，無法如前述般將載放於托盤之基板加以冷卻。
於托盤與基板之間塗佈潤滑脂提升兩者之密合性，可提高兩者間之熱傳速率，但於電漿處理中潤滑脂一部分會氣化而污染真空容器內部或基板表面。又，潤滑脂雖具有將托盤與基板加以接著之效果，惟若打算提高熱傳速率提升效果則其接著力也會變強，要將基板自支持台剝離之際需對基板施加過度之力而會損傷基板，此為問題所在。再者，於電漿處理後必須以有機溶劑來去除潤滑脂。
本發明所欲解決之課題，乃提供一種方法與裝置，於電漿處理時與處理前後可將基板確實地固定於托盤而提升處理性與操作性，且必要時可輕易地將基板自托盤剝離。
為了解決上述課題，本發明係一種電漿處理方法，係將被處理材載放於托盤上，進而將該托盤載放於支持台上，對該被處理材表面以電漿進行處理；其特徵在於：將托盤與被處理材以熱剝離接著構件來進行接著。
此處所說之熱剝離接著構件意指一旦成為既定以上溫度則會剝離之接著構件。例如專利文獻1~5所記載之發泡剝離性片或是發泡剝離劑可適用於本發明。不過，於專利文獻1~5當中並未記載電漿處理容器內使用發泡剝離性片或是發泡剝離劑。當然在本發明中除了此等發泡剝離性片、發泡剝離劑以外，只要是可藉由受熱使得接著力變弱或是接著力喪失之接著構件則均可以使用。
上面所說「載放於托盤上」或是「載放於支持台上」並非意指相對於重力方向之上下，僅是指單一方向。亦即，即使例如支持台相對於重力方向配置於上部，其下面以特定方法來固定托盤，被處理材以熱剝離接著構件來接著於該托盤下面之情況，亦包含於本發明之範圍。
上述「電漿處理」，包含電漿蝕刻處理、電漿成膜處理、電漿洗淨處理等使用電漿之所有處理。
當電漿處理中之被處理材進熱量少之情況，被處理材之溫度雖無法相當程度上升，惟伴隨投入能量之增大，被處理材之溫度會上升。此電漿處理中之被處理材溫度超過熱剝離接著構件之剝離溫度一事非所喜好者，故電漿處理時將支持台冷卻乃為所希望者。
托盤與被處理材之接著，以於托盤表面設置槽，一邊在被處理材與托盤之間使得某氣體自該槽脫離一邊進行為所希望者。
使用設置有槽之托盤的情況，較佳之做法，係經由於被處理材周圍所設置之密封材來載放蓋，將蓋以機械方式抵壓於被處理材，同時對於由被處理材、密封材以及蓋所形成之增壓室內注入氣體以將被處理材全面抵壓來將被處理材接著於托盤。於此種情況，前述抵壓之際將被處理材下面進行排氣為更佳者。此處所說之「下面」係指被處理材之增壓室相反側之面。
表面具有槽之托盤與被處理材之接著以採用下述被處理材接著裝置來進行為所希望者。亦即，此裝置係一種用以將板狀被處理材均等地接著於表面具有槽之托盤之被處理材接著裝置；其特徵在於，具備：密封材，配置於與該被處理材上面周圍對應之位置；蓋，經由該密封材配置於被處理材上側；固定機構，一邊抵壓該密封材一邊將該蓋固定於該托盤；增壓機構，用以對由被處理材、密封材以及蓋所形成之增壓室內注入氣體。
上述被處理材接著裝置以具備將增壓室周圍空間予以減壓之減壓機構為佳。
本發明之電漿處理方法或電漿處理裝置，由於電漿處理中以及電漿處理前後被處理材確實固定於托盤，故被處理材於處理室(真空容器)之搬入、搬出等操作變得容易。又，於電漿處理中，由於投入被處理材之能量所生之熱可高效率地傳遞至托盤以及支持台，故可抑制被處理材之溫度上升。此效果在將支持台冷卻之情況下更為顯著。
再者，結束電漿處理，將被處理材與托盤自處理室取出進行必要之後續處理之後，僅需將熱剝離接著構件加熱達到既定剝離溫度以上，即可使被處理材脫離托盤。是以，於整個處理過程中無須對被處理材施加過度的力，可進行迅速的電漿處理。再者，由於不使用潤滑脂，乃可省略潤滑脂洗淨製程。
本發明處理對象之被處理材為矽或矽化合物等半導體；玻璃、樹脂等絕緣體；金屬等導體，其種類不拘。又，關於其形狀，除了大單片板之晶圓狀物，亦可為小晶片狀者多數排列而成者。
藉由於托盤表面設置槽，則將托盤與被處理材進行接著之際，由於在被處理材與托盤之間的氣體可通過槽而脫離，故可防止氣體殘留於托盤與被處理材之間。藉此，從被處理材往托盤之熱傳導性可更為提高，可確實抑制電漿處理中被處理材溫度之上升。
藉由於被處理材上部設置增壓室，對增壓室內注入氣體來將被處理材全面做抵壓使得被處理材接著於托盤，藉此，被處理材全面能被均等的壓力所抵壓，是以，可防止氣體殘留於托盤與被處理材之間的部分部位，可更為提高被處理材於托盤之接著性。
此時，即使機械性抵壓造成被施壓之密封材上壓力發生部分集中現象，藉由將被處理材下面進行排氣，可修正該部分集中而對密封材施加均等的壓力。
依據圖1來說明本發明之一實施形態。圖1係陰極偶合型電漿CVD裝置10之截面圖。於上下分割型之真空容器11內，上部電極12與下部電極13係大致平行設置。於上部電極12下面設有多數微細氣體導入口，另一方面，於下部電極13內設有冷卻裝置。以電氣方式而言，上部電極12與容器11係接地，另一方面，對下部電極13投入高頻電力。又，本實施例中下部電極13具有上述支持台之作用。
使用本電漿CVD裝置10之被處理材(以下稱為基板)14之處理方法如下所述。
首先，於真空容器11之外，如圖2(a)所示般，於氧化鋁等所構成之托盤15上經由發泡剝離性片16載放基板14。發泡剝離性片16於常溫具有黏著性，但受熱會造成所含成分發泡從而喪失黏著性。可使用例如日東電工股份有限公司製造「黎芭魯法」(註冊商標)。
將以上述方式固定了基板之托盤15載放於下部電極13上，以靜電夾頭等將托盤15固定於下部電極13。關閉真空容器11之後，一邊自上部電極12將處理氣體導入真空容器11內，一邊對下部電極13投入高頻電力。藉此，處理氣體被電漿化，於基板14上進形成膜。其間，於下部電極13之冷卻裝置以既定流量流通著冷卻液，基板14以不致上升到既定溫度以上的方式受到控制。
當既定時間之處理結束之後，停止高頻電力之投入，將真空容器11內之處理氣體充分抽引去除之後，真空容器11內被導入空氣而開放真空容器11。解除托盤15之夾頭，自下部電極13卸下托盤15並移出至真空容器11外。然後，如圖2(b)所示般，將托盤15載放於加熱台17上，加熱至既定剝離溫度以上，則發泡剝離性片16會喪失黏著力，基板14變成可從托盤拿起。準備各種發泡剝離性片16發泡而喪失黏著力之溫度不同的發泡剝離性片。例如，準備上述日東電工股份有限公司製造黎芭魯法在90℃、120℃、150℃等發生剝離者。該等可對應於基板14種類、電漿處理條件來適宜選擇使用。
其次，針對使用圖3之托盤的較佳一實施形態之托盤15A做說明。圖3(a)乃托盤15A之俯視圖。托盤15A於載放基板14側之表面設有槽21。在此例中，槽21係以蜂巢狀延伸至托盤15之端部22來形成。
藉由設置前述槽21，則如圖3(b)之縱截面圖所示般，當使用發泡剝離性片16將基板14接著於托盤15A之際，自基板14對托盤15A施加壓力而從發泡剝離性片16被擠出之氣體可自槽21通過端部22而朝外部脫離。是以，可防止接著後托盤15A與基板14之間殘留氣體，相較於無槽之情況可提升托盤15A與基板14之接著性。是以，藉由電漿CVD裝置10於基板14上進行成膜之際，基板14之熱可更確實地朝托盤15A脫離，可防止基板14上升至既定溫度以上。又，圖3(b)為便於說明起見，槽21係顯示了與圖3(a)所示之蜂巢狀為不同之形狀。
為了確實獲得上述效果，槽21以形成為托盤15A表面面積當中5%以上為所希望者。但是，若槽21所佔面積過大則自基板14對托盤15A之熱傳效率會降低，故此面積以40%以下為所希望者。又，若考慮通過槽21之空氣的熱傳係數以及熱傳效率，槽21之深度以10 μ m~200 μ m為所希望者。
此處，槽21亦能以正方格子狀、三角格子狀等蜂巢以外之形狀來形成。又，槽21即使未如圖3所示般延伸至端部22，只要於較基板14面來得大之範圍來形成槽21，便可達成將托盤與基板之間的發泡剝離性片所含氣體排出至外部此一設置槽的目的。
其次，針對將托盤與基板加以接著之接著裝置30以圖4~圖7來說明。圖4係接著裝置30之縱截面圖。接著裝置30具有載放托盤之載放台30A、覆蓋載放台30A之蓋30B、以及將載放台30A與蓋30B重疊固定之夾頭30C。
載放台30A之構成以圖4以及為載放台30A俯視圖之圖5來說明。載放台30A上面之中央部31A係以蓋30B覆蓋載放台30A來於該中央部31A形成排氣室31的方式較周圍低一段。於中央部31A內形成有用以嵌入托盤之凹陷部32。於中央部31A內離開凹陷部32的位置設置有用以將排氣室31內之空氣排出之排出口33。又，於中央部31A之周圍設置有用以保持排氣室31內氣密性之排氣室O型環34。
以圖4以及為蓋30B仰視圖之圖6來說明蓋30B之構成。在將蓋30B覆蓋於載放台30A之際於凹陷部32正上方的位置處，與各凹陷部32做1對1之對應而形成有較蓋30B下面往上側凹陷而成之增壓室35。於各增壓室35上面設置有用以注入氣體之氣體注入口36。在本實施例中所注入之氣體為氮氣，不過氣體種類並無特別限定。又，於各增壓室35周圍設置有密封材(O型環)37，其配置於被處理材載放於凹陷部32時與被處理材上面周圍對應之位置。
以圖4以及圖4中由虛線所圍繞之1個增壓室35附近放大圖(圖7)來說明接著裝置30之動作。首先，使用者將托盤15A嵌入凹陷部32，於托盤15A上經由發泡剝離性片16來載放基板14。其次，使用者於載放台30A覆蓋蓋30B，以夾頭30C將兩者固定。藉此，蓋30B以抵壓密封材37的方式固定於托盤15A。然後，自排出口33排出空氣將排氣室31內做減壓。藉此，即使萬一夾頭30C對密封材37所施加之壓力發生部分集中，也可修正該部分集中而對密封材37施加均勻的壓力。
其次，自氣體注入口36對各增壓室35供應氮氣。藉此，基板14表面被施加均勻的壓力，基板14接著於托盤15A上。此時，於托盤15A與基板14之間殘存之空氣通過托盤15A之槽自排出口33被排出。
對增壓室35所供應之氣體的壓力為了較大氣壓來得大且無需對基板施加過度力量即可將基板接著於托盤，以0.2MPa~5MPa為佳。
此處係舉出了於1台接著裝置設置7組凹陷部32、增壓室35、氣體注入口36以及密封材37之例子，惟其個數可為任意。
進行試驗來測定於使用發泡剝離性片之情況以及不使用發泡剝離性片之情況下電漿處理時基板溫度上升會如何變化。電漿處理裝置使用撒姆科股份有限公司製RIE－200感應偶合型電漿蝕刻裝置。其示意構成示於圖8。基板使用50×50×0.2mm之附熱氧化膜之Si晶片，發泡剝離性片使用日東電工股份有限公司製造黎芭魯法No.3195M。於第1試驗托盤使用Ni被覆之氧化鋁板(Al2 O3 /Ni)，於第2試驗托盤使用表面經過氧化之矽晶圓(SiO2 /Si)。又，黎芭魯法No.3195M之黏著力為3.7N/20mm，剝離溫度為120℃。於第1試驗之托盤的Ni被覆係針對夾住支持台之靜電夾頭所為者。
如圖9所示般，藉由發泡剝離性片41將基板42固定於托盤43上，於基板42表面以及托盤43表面分別貼附溫度測定用熱標記44。又，為了將熱標記44自電漿隔離，於熱標記44上貼附卡普通帶(杜邦公司之註冊商標)45。又，為了進行比較，對於不使用發泡剝離性片僅將基板載放於托盤上之情況同樣進行試驗。
將以上述方式所準備之托盤43與基板42裝入上述電漿處理裝置，以圖10所示處理條件進行電漿蝕刻處理。對於此等處理間之基板42表面的最高溫度進行測定之結果係示於圖11。氧化鋁托盤之情況，藉由使用發泡剝離性片41，基板溫度降低10℃。又，矽托盤之情況，降低了35~40℃。
進行了電漿蝕刻處理之後，將托盤43自電漿處理裝置取出，載放於未圖示之熱板上。對熱板通電，將托盤43緩緩地加熱至150℃之結果，發泡剝離性片會發泡喪失黏著力，基板42可自托盤43輕易地剝離。
其次，基板42使用Φ50mm×0.2mm尺寸之藍寶石(Al2 O3 )，托盤43使用Ni被覆之氧化鋁板(Al2 O3 /Ni)，進行電漿蝕刻處理。處理條件為：氣體源Cl2 /SiCl4 ＝50/5(sccm)、ICP/偏壓＝800/500(W)、處理時間10分鐘、壓力0.6Pa。其最高溫度測定結果示於圖12。當投入電力過小之情況，使用發泡剝離性片41造成之溫度降低停留在10℃，惟一旦投入電力變大，該溫度降低效果變得顯著，降低約140℃。
進行電漿處理後與上述同樣，將托盤43自電漿處理裝置取出，載放於未圖示之熱板上，將托盤43緩緩加熱到150℃。藉此，發泡剝離性片會發泡而喪失黏著力，可輕易將基板42自托盤43剝離。
[實施例2]
進行用以確認上述附槽托盤15A經由發泡剝離性片來接著藍寶石基板時之藍寶石基板剝除難易度的實驗。在此實驗中，係使用了(i)使用接著裝置30進行接著之試樣A；(ii)不使用接著裝置30，於托盤15A上經由發泡剝離性片來載放藍寶石基板，從藍寶石基板上對該基板全面施加壓力進行接著而得之試樣B；(iii)同樣不使用接著裝置30，於托盤15A上經由發泡剝離性片來載放藍寶石基板，僅對藍寶石基板上之未經過電漿處理之周邊部以手施加壓力來進行接著而得之試樣C。
針對這三個試樣，將藍寶石基板以鑷子挾持上提之結果，試樣C之藍寶石基板會立刻從托盤15A剝落。另外，試樣B雖然相較於試樣C來得不易剝落，但結果藍寶石基板還是從托盤15A剝落。相對於此，試樣A即使將藍寶石基板上提到試樣B之藍寶石基板剝落之位置仍然未發生剝落。
又，當實際進行電漿處理之情況，會由於基板表面所形成之光阻被施加不均勻的力量而有被破壞之虞等理由，而無法如試樣B般對藍寶石基板全面以手施加壓力。是以，只要是以手施加壓力來進行接著之情況，便會成為如試樣C般僅能於周邊部施加壓力，其接著力會較試樣B來得更弱。是以，使用接著裝置30來確實地進行接著乃為所希望者。
10．．．電漿CVD裝置
11．．．真空容器
12．．．上部電極
13．．．下部電極
14、42．．．基板
15、15A、43．．．托盤
16、41．．．發泡剝離性片
17．．．加熱台
21．．．槽
22．．．托盤端部
30．．．接著裝置
30A．．．載放台
30B．．．蓋
30C．．．夾頭
31．．．空間
31A．．．載放台中央部
33．．．排出口
34．．．排氣室O型環
35．．．增壓室
36．．．氣體注入口
37．．．密封材
44．．．熱標記
45．．．熱標記保護片
圖1係本發明一實施形態所使用之陰極偶合型電漿CVD裝置之示意構成圖。
圖2係表示托盤、發泡剝離性片與基板之關係的截面圖，(a)係表示接著狀態，(b)係表示剝離狀態。
圖3係表示托盤較佳一實施形態之托盤15A的俯視圖(a)以及於托盤15A接著基板14之際自基板14與托盤15A之間排出氣體之縱截面圖(b)。
圖4係表示用以將托盤與被處理材進行接著之裝置的一實施形態之縱截面圖。
圖5係表示接著裝置30之載放台30A俯視圖。
圖6係表示接著裝置30之蓋30B底視圖。
圖7係將1個增壓室35周圍放大顯示之縱截面圖。
圖8係於溫度上升測定試驗所使用之托盤與基板之立體圖。
圖9係於溫度上升測定試驗所使用之ICP電漿蝕刻裝置之示意構成圖。
圖10係溫度上升測定試驗條件之表。
圖11係溫度上升測定試驗條件之結果之表。
圖12係溫度上升測定試驗條件之結果之表。
10．．．電漿CVD裝置
11．．．真空容器
12．．．上部電極
13．．．下部電極
14．．．基板

Claims (19)

  1. 一種電漿處理方法，係將被處理材載放於托盤上，進而將該托盤載放於支持台上，對該被處理材表面以電漿進行處理；其特徵在於：將托盤與被處理材以熱剝離接著構件來進行接著。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中於電漿處理時將該支持台冷卻。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理方法，其中熱剝離接著構件係發泡剝離劑。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理方法，其中熱剝離接著構件係發泡剝離性片。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理方法，係於托盤表面設置槽，一邊在被處理材與托盤之間使得某氣體自該槽脫離一邊進行托盤與被處理材之接著。
  6. 如申請專利範圍第5項之電漿處理方法，其中托盤表面當中槽所佔面積之比例為5%~40%。
  7. 如申請專利範圍第5項之電漿處理方法，其中槽深度為10μm~200 μ m。
  8. 如申請專利範圍第5項之電漿處理方法，係經由於被處理材周圍所配置之密封材來載放蓋，將蓋以機械方式抵壓於被處理材，同時對於由被處理材、密封材以及蓋所形成之增壓室內注入氣體以將被處理材全面抵壓來使得被處理材接著於托盤。
  9. 如申請專利範圍第8項之電漿處理方法，其中該氣體壓力為0.2MPa~5MPa。
  10. 如申請專利範圍第8項之電漿處理方法，其中於該抵壓之際，將被處理材下面進行排氣。
  11. 一種電漿處理裝置，係將被處理材載放於托盤上，進而將該托盤載放於支持台上，對該被處理材表面以電漿進行處理者；其特徵在於，具備用以將托盤與被處理材加以接著之熱剝離接著構件。
  12. 如申請專利範圍第11項之電漿處理裝置，係具備用以冷卻該支持台之冷卻裝置。
  13. 如申請專利範圍第11或12項之電漿處理裝置，其中熱剝離接著構件係發泡剝離劑。
  14. 如申請專利範圍第11或12項之電漿處理裝置，其中熱剝離接著構件係發泡剝離性片。
  15. 如申請專利範圍第11或12項之電漿處理裝置，其中托盤表面具有槽。
  16. 如申請專利範圍第15項之電漿處理裝置，其中托盤表面當中槽所佔面積之比例為5%~40%。
  17. 如申請專利範圍第15項之電漿處理裝置，其中槽深度為10μm~200 μ m。
  18. 一種被處理材接著裝置，係用以將板狀被處理材均等地接著於表面具有槽之托盤者；其特徵在於，具備：密封材，配置於與該被處理材上面周圍對應之位置；蓋，經由該密封材配置於被處理材上側；固定機構，一邊抵壓該密封材一邊將該蓋固定於該托盤；以及增壓機構，用以對由被處理材、密封材以及蓋所形成之增壓室內注入氣體。
  19. 如申請專利範圍第18項之被處理材接著裝置，係具備將增壓室周圍空間予以減壓之減壓機構。
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