JP5962921B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、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り、特に環状フレームと保持シートからなる搬送キャリアに保持されたウエハのプラズマ処理に有効な技術に関するものである。

プラズマ処理装置として、特許文献１に開示されたものが知られている。このプラズマ処理装置は、環状フレームと保持シートからなる搬送キャリアに保持されたウエハを処理対象とするものである。そして、ウエハをプラズマにてダイシングする際、カバーリングで環状フレームを覆うことにより、環状フレームがプラズマに晒されないようにしている。

特開２０１２−２４８７４１号公報

しかしながら、カバーリングの内径寸法はウエハの外径寸法よりも大きい。このため、保持シートの一部がプラズマに晒され、ダメージを受けることがある。また、処理中にカバーリングが高温となり、その熱影響を受けた場合にも保持シートがダメージを受けることがある。

そこで、本発明は、プラズマ処理を施す場合であっても保持シートが悪影響を受けることのないようにした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課題とする。

本発明の第１の態様は、
環状のフレームと保持シートからなる搬送キャリアに保持された基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
減圧可能な内部空間を有するチャンバと、
前記チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ源と、
前記チャンバ内に設けられて前記搬送キャリアが載置されるステージと、
前記ステージの上方に配置されて前記保持シートと前記フレームとを覆い、中央部に厚み方向に貫通するように形成された窓部と、下面の外周部に設けられた載置面と、を有するカバーと、
前記ステージに対する前記カバーの相対的な位置を、前記ステージから離れて前記ステージに対する前記搬送キャリアの載せ降ろしを許容する第１の位置と、前記カバーが前記ステージに載置された前記搬送キャリアの前記保持シートと前記フレームとを覆い、前記窓部が前記保持シートに保持された前記基板を露出させるとともに、前記載置面が前記ステージと面接触する第２の位置とに変更する駆動機構と、
を備え、
前記カバーの窓部は、前記基板の外縁領域よりも内側の領域を露出させることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。

この構成により、カバーの窓部が基板の露出領域を制限することで、保持シートがチャンバ内で発生させたプラズマに曝されにくくなる。したがって、保持シートがプラズマによって変形する等のダメージを受けることがない。

前記カバーは、窓部を構成する内縁部下面に、前記基板と対向する対向面を有するのが好ましい。

この構成により、より一層適切に、保持シートがプラズマに曝されることを防止することができる。

前記カバーにより覆う基板の外縁領域は、基板の外縁から内側に５ｍｍ以下の範囲であるのが好ましい。

本発明の第２の態様は、
保持シートと、前記保持シートが取り付けられるフレームとを有する搬送キャリアを準備し、
前記搬送キャリアの保持シートに基板を保持させ、
前記搬送キャリアをプラズマ処理装置のチャンバ内に搬入してステージ上に載置し、
前記カバーで搬送キャリアの保持シートとフレームを覆い、前記カバーに形成した窓部で、前記基板の外縁領域の内側を露出させるとともに前記カバーの下面の外周部に設けられた載置面を前記ステージと面接触させ、
前記チャンバ内にプラズマを発生させて、前記窓部から露出させた基板にプラズマ処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。

本発明によれば、カバーに形成した窓部で、基板の露出領域を制限するようにしたので、保持シートがプラズマに曝されにくくなり、その損傷を防止することが可能となる。

本実施形態に係るドライエッチング装置の概略正面断面図である。 図１に示すドライエッチング装置のカバーの平面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図（上昇位置）である。 図２のＡ−Ａ線断面図（降下位置）である。 図３Ａの部分拡大図である。 図３Ｂの部分拡大図である。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「側」、「端」を含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。

図１から図４Ｂは本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の一例であるドライエッチング装置１を示す。本実施形態では、このドライエッチング装置１で、ウエハ（基板）２にプラズマダイシングとそれに続くアッシングを施す。プラズマダイシングとは、複数のＩＣ部（半導体装置）が形成されたウエハを、境界線（ストリート）でドライエッチングを用いて切断し、個々のＩＣ部に分割する工法である。図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、本実施形態では円形であるウエハ２は、図示しないＩＣ部等が形成された表面２ａと、この表面２ａとは反対側の裏面２ｂ（ＩＣ部等は形成されていない。）とを備える。また、ウエハ２の表面２ａにはプラズマダイシングのためのパターンで、マスク３が形成されている。

ドライエッチング装置１は、減圧可能な内部空間を有するチャンバ１１を備える。このチャンバ１１では、図示しない出入口を介して搬送キャリア５を内部空間に収納することができる。搬送キャリア５は、ウエハ２を着脱可能に保持する保持シート６を備える。保持シート６としては、例えば、弾性的に伸展可能であって粘着力によりウエハ２を保持するが、紫外線の照射によって化学的特性が変化して粘着力が大幅に減少するいわゆるＵＶテープを使用できる。図４Ａに示すように、一方の面が粘着性を有する面（粘着面６ａ）で他方が粘着性を有しない面（非粘着面６ｂ）である。保持シート６は柔軟でそれ自体のみでは容易に撓んで一定形状を維持できない。このため、保持シート６の外周縁付近の粘着面６ａには、概ねリング状で厚みの薄いフレーム（環状フレーム）７が貼着されている。フレーム７は例えば金属からなり、保持シート６と共に形状を保持できる剛性を有する。

搬送キャリア５の保持シート６には、粘着面６ａに裏面２ｂを貼着することでウエハ２が保持されている。図２に示すように、保持シート６の粘着面６ａのうちフレーム７で囲まれた円形領域６ｃの中央にウエハ２が配置されている。具体的には、円形領域６ｃの中心Ｃｓとウエハ２の中心Ｃｗ（ウエハ２を表面２ａ又は裏面２ｂから見たときの中心）とが概ね一致するように、保持シート６に対するウエハ２の位置が設定されている。ウエハ２を円形領域６ｃの中央に配置したことにより、保持シート６のウエハ２とフレーム７との間には一定幅で幅広の環状領域６ｄが形成される。

図１から図４Ｂを参照すると、ドライエッチング装置１のチャンバ（真空容器）１１の頂部を閉鎖する誘電体壁１２の上方には、上部電極としてのアンテナ（プラズマ源）１３が配置されている。アンテナ１３は第１の高周波電源部１４Ａに電気的に接続されている。一方、チャンバ１１内の底部側には、前述のようにウエハ２を保持した搬送キャリア５が載置されるステージ部１６が配置されている。チャンバ１１のガス導入口１１ａにはプロセスガス源１７とアッシングガス源１８とが接続され、排気口１１ｂにはチャンバ１１内を真空排気するための真空ポンプを含む減圧機構１９が接続されている。

ステージ部１６は、第２の高周波電源部１４Ｂに電気的に接続された電極部（第２電極部）２１と、電極部２１の外周を取り囲む第１外装部２２Ａと、さらに第１外装部２２Ａの外周を取り囲む第２外装部２２Ｂとを備える。電極部２１は後述するように静電吸着用電極２６が内蔵される上端面２１ａ付近、つまり最上部は誘電体で構成されているが、他の部分は金属製である。電極部２１の上端面２１ａと第１外装部２２Ａの上端面２２ａは、ウエハ２を保持した搬送キャリア５が載置される一つの水平面である載置面２３を構成する。第１外装部２２Ａは誘電体からなり、第２外装部２２Ｂはアースシールド材（導電性および耐エッチング性を有する金属）からなる。搬送キャリア５は、保持シート６のウエハ２を保持している面（粘着面６ａ）が上向きの姿勢でステージ部１６に載置され、保持シート６の非粘着面６ａがステージ部１６の載置面２３上に載置される。搬送キャリア５は、図示しない搬送機構によってステージ部１６の載置面２３に対して予め定められた位置および姿勢（保持シート６の円形領域６ｃの中心Ｃｓ回りに回転角度位置を含む）で載置される。以下、この予め定められた位置および姿勢を正規位置と記載する。

ドライエッチング装置１は、ステージ部１６に冷却装置２４を備える。この冷却装置２４は、電極部２１内に形成された冷媒流路２１ｂと、温調された冷媒を冷媒流路２１ｂ中で循環させる冷媒循環装置２５とを備える。

電極部２１の上端面２１ａ付近には、本実施形態では単極型である静電吸着用電極２６が内蔵されている。この静電吸着用電極２６には直流電源２７が電気的に接続されている。

チャンバ１１内にはステージ部１６の載置面２３の上方に昇降可能なカバー３１を備える。以下のカバー３１に関する説明において、搬送キャリア５及びそれに保持されたウエハ２に言及する場合、特に指定しない限り搬送キャリア５はステージ部１６の載置面２３の正規位置に配置されているものとする。

カバー３１は外形輪郭が円形であって一定の薄い厚みを有し、プラズマ処理中に搬送キャリア５の保持シート６とフレーム７を覆ってプラズマから保護する。このため、カバー３１は搬送キャリア５の外形輪郭よりも十分に大きく形成されている。なお、本実施形態では、カバー３１は例えばセラミックのような誘電体で構成され、第２外装部２２Ｂから外側にはみ出したサイズとされている。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、カバー３１には、上面に中央部に向かって徐々に低くなるテーパ状窪み３２ｃが形成されている。テーパ状窪み３２ｃの中央部には、上面３２ａから下面３２ｂまで厚み方向に貫通する窓部３３が形成されている。窓部３３は、搬送キャリア５上の保持シート６が、直接、後述するようにして発生させたプラズマに曝されないようなサイズ及び形状とされている。ここでは、窓部３３は、ウエハ２の形状が円形であるので、それに対応して円形に形成され、その内径寸法Ｄｗｉは配置されるウエハの外径寸法Ｄｗａよりも小さい。

また、カバー３１は、下面３２ｂに、外周部から内周の開口部に向かって、まず、駆動ロッド３７Ａ、３７Ｂの上端面に載置して固定される載置面３６ａを備える。ロッド３７Ａ、３７Ｂは、ステージ部１６の第２外装部２２Ｂを貫通し、カバー３１を昇降させる。カバー３１は後述する降下位置で、その載置面３６ａが第２外装部２２Ｂの上面に面接触する。この面接触状態では、カバー３１がプラズマに曝されて温度上昇した場合、その熱が面接触部分を介して第２外装部２２Ｂへと放熱される。つまり、カバー３１が冷却される。また、載置面３６ａの内周縁から上方に内周面が延び、その上端から環状フレームの内周部上方側に向かって、環状フレームの上面と平行に延びる天井面３６ｂを備える。さらに、天井面３６ｂからテーパ状窪み３２ｃに対応する部分で、厚さをほぼ変更することなく斜め下方へと延びる傾斜面３６ｃを備える。さらにまた、傾斜面３６ｃから搬送キャリア５の上面に最も接近して平行に延びる対向面３６ｄを備える。

駆動ロッド３７Ａ，３７Ｂは図１にのみ概念的に示す駆動機構３８により昇降駆動される。駆動ロッド３７Ａ，３７Ｂの昇降によりカバー３１が昇降する。具体的には、カバー３１は、図３Ａ及び図４Ａに示す上昇位置（第１の位置）と、図３Ｂ及び図４Ｂに示す降下位置（第２の位置）とに移動可能である。

図３Ａ及び図４Ａに示すように、上昇位置のカバー３１は、ステージ部１６の載置面２３の上方に十分な間隔を有して位置している。従って、カバー３１が上昇位置にあれば、載置面２３に搬送キャリア５（ウエハ２を保持している。）を載せる作業と、その逆に載置面２３から搬送キャリア５を降ろす作業とを行うことが可能となっている。

図３Ｂ及び図４Ｂに示すように、降下位置のカバー３１は、正規位置にある搬送キャリア５の保持シート６（ウエハ２を保持している部分は除く）とフレーム７を覆う。このとき、カバー３１の天井面３６ｂは、フレーム７に対して十分な隙間ａ（例えば、５ｍｍ）を有し、プラズマ処理時の熱影響を防止する。また、カバー３１の傾斜面３６ｃは、フレーム７の内径側で露出する保持シート６に対して十分な距離を確保する。さらに、対向面３６ｄは、ウエハ２の外周部に対向し、その隙間ｂは前記隙間ａよりも十分に小さい値とされている。図面から明らかなように、降下位置のカバー３１は、フレーム７、保持シート６、ウエハ２のいずれにも接触せず、その内径側の対向面３６ｄにおいて搬送キャリア５に最も接近する。

また、降下位置（図３Ｂ及び図４Ｂ）のカバー３１は、正規位置にある搬送キャリア５の保持シート６に保持されたウエハ２を、窓部３３を介して露出させる。すなわち、ウエハ２の外周領域（例えば、外周縁から内径側に５ｍｍ以内の領域）よりも内側の領域を露出させる。ウエハ２の外周領域は、元々製品化には関係がなく、破棄される領域である。そこで、この領域をカバー３１で覆うことで、その外周側の保持シート６へのプラズマの影響を十分に抑制できるようにしている。カバー３１によってウエハ２の外周領域をどれだけ覆うのかは、対向面３６ｄとウエハ２の隙間ｂとの関係、すなわちプラズマが保持シート６にどれだけ影響を与えるかを考慮して決定すればよい。隙間ｂを大きくすれば、カバー３１から保持シート６に与える輻射熱の影響を抑制できるが、プラズマに曝される可能性が高まる。一方、隙間ｂを小さくすれば、保持シート６がプラズマに曝されにくくなるものの、保持シート６に与える輻射熱の影響が大きくなる。したがって、輻射熱とプラズマの影響を共に抑えることができるように、隙間ｂとカバー３１で覆う範囲とを決定すればよい。

前記構成のカバー３１を備えることにより、プラズマが保持シート６へと至ることがない。つまり、保持シート６がプラズマに曝されて熱影響を受けて変形したり、カバー３１に溶着したりする等の不具合を発生させることがない。

図１にのみ模式的に示す制御装置４０は、第１及び第２の高周波電源部１４Ａ，１４Ｂ、プロセスガス源１７、アッシングガス源１８、減圧機構１９、冷却装置２４、直流電源２７、及び駆動機構３８を含むドライエッチング装置１を構成する要素の動作を制御する。

次に、本実施形態のドライエッチング装置１の動作を説明する。

まず、保持シート６の円形領域６ｃの中央にウエハ２を貼着した搬送キャリア５を図示しない搬送機構によってチャンバ１１内に搬入し、ステージ部１６の載置面２３上の正規位置に配置する。このとき、カバー３１は上昇位置（図３Ａ及び図４Ａ）にある。

そして、駆動機構３８により駆動ロッド３７Ａ，３７Ｂを駆動し、カバー３１を上昇位置（図３Ａ及び図４Ａ）から降下位置（図３Ｂ及び図４Ｂ）に降下させる。カバー３１が降下位置となると、搬送キャリア５の保持シート６とフレーム７はカバー３１で覆われ、その窓部３３からウエハ２が露出する。但し、ウエハ２の外周領域２ｃは、窓部３３の内周縁部３３ａによって覆われる。

続いて、直流電源２７から静電吸着用電極２６に直流電圧を印加し、ウエハ２をステージ部１６の載置面２３（電極部２１の上端面２１ａ）に静電吸着により保持する。

さらに、プロセスガス源１７からチャンバ１１内にプラズマダイシング用のプロセスガスを導入しつつ、減圧機構１９により排気し、処理室１５を所定圧力に維持する。その後、アンテナ１３に対して高周波電源部１４Ａから高周波電力を供給してチャンバ１１内にプラズマＰを発生させてカバー３１の窓部３３から露出しているウエハ２に照射する。このとき、ステージ部１６の電極部２１には高周波電源部１４Ｂからバイアス電圧が印加される。また、冷却装置２４によりステージ部１６が冷却される。ウエハ２のマスク３から露出している部分（ストリート）では、プラズマＰ中のラジカルとイオンの物理化学的作用よって表面２ａから裏面２ｂまで除去され、ウエハ２は個別のチップに分割される。

プラズマダイシング完了後、アッシングが実行される。アッシングガス源１８からチャンバ１１内にアッシング用のプロセスガス（例えば、酸素ガス）を導入しつつ、減圧機構１９により排気し、処理室１５を所定圧力に維持する。その後、アンテナ１３に対して高周波電源部１４Ａから高周波電力を供給してチャンバ１１内にプラズマＰを発生させてカバー３１の窓部３３から露出しているウエハ２に照射する。酸素プラズマＰの照射により半導体ウエハ２の表面２ａからマスク３が完全に除去される。

アッシング後、駆動機構３８により駆動ロッド３７Ａ，３７Ｂを駆動してカバー３１を降下位置から上昇位置へ移動させる。その後、図示しない搬送機構によって搬送キャリア５がチャンバ１１外に搬出される。

ところで、前記プラズマ処理中は、カバー３１は降下位置にあり、窓部３３から露出するウエハ２にプラズマＰが照射されるが、それはカバー３１によって覆われたウエハ２の外周領域２ｃを除く内径側である。したがって、ウエハ２の外周領域よりも外径側に位置する保持シート６（特に、環状領域６ｄの内周部）がプラズマＰに曝されることはなく、熱による変形や変質が生じることを防止できる。勿論、フレーム７へのプラズマＰの集中に起因するウエハ２のエッチング効率の低下は生じない。

また、前記プラズマ処理中は、降下位置にあるカバー３１の天井面３６ｂと、搬送キャリア５のフレーム７との間には十分な隙間ａが設けられている。このため、カバー３１からフレーム７への輻射熱の影響を十分に抑制することができる。

また、カバー３１のテーパ状窪み３２ｃでも、傾斜面３６ｃが形成されているため、保持シート６との間にも十分な距離を確保することができる。したがって、カバー３１からの輻射熱で、保持シート６が変形してカバー３１に貼り付くことがない。

さらに、ウエハ２の外周縁とカバー３１に形成された窓部３３の内周縁部３３ａとの隙間ｂは、前述の通り、輻射熱とプラズマの影響を共に抑えることができるように、カバー３１で覆う範囲との関係が決められている。したがって、ウエハ２を覆う範囲が広くなり過ぎて無駄に破棄される製品部分が発生することもないし、逆に保持シート６がプラズマに曝されてダメージを受けることもない。

さらにまた、発生したプラズマＰは、テーパ状窪み３２ｃの上面に沿ってスムーズに外径側へと流動する。したがって、カバー３１の窓部３３で滞留して保持シート６側へと流動することもない。

なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

本実施形態に係るカバー３１は、全体を単一の材料で構成しているが、例えば、耐熱性に優れた材料と熱伝導に優れた材料を組み合わせた複合体としてもよい。

また、本実施の形態の駆動機構３８は駆動ロッド３７Ａ，３７Ｂを介してカバー３１をステージ部１６に対して昇降させているが、チャンバ１１内に固定されたカバー３１に対してステージ１６を昇降させるものであってもよい。

また、静電吸着用電極は実施形態のような単極型に限定されず、双極型であってもよい。

さらに、ドライエッチング装置１で実行される処理はプラズマダイシングとアッシングに限定されず、例えば通常のドライエッチングであってもよい。また、ドライエッチング装置は実施形態のようなＩＣＰ型に限定されず平行平板型であってもよい。さらに、本発明はドライエッチング装置に限定されずＣＶＤ装置等の他のプラズマ処理装置にも適用できる。

１ ドライエッチング装置
２ ウエハ（基板）
２ａ 表面
２ｂ 裏面
２ｃ 外周領域
３ マスク
５ 搬送キャリア
６ 保持シート
６ａ 粘着面
６ｂ 非粘着面
６ｃ 円形領域
６ｄ 環状領域
７ フレーム
１１ チャンバ
１１ａ ガス導入口
１１ｂ 排気口
１２ 誘電体壁
１３ アンテナ（プラズマ源）
１４Ａ，１４Ｂ 高周波電源
１５ 処理室
１６ ステージ部
１７ プロセスガス源
１８ アッシングガス源
１９ 減圧機構
２１ 電極部
２１ａ 上端面
２１ｂ 冷媒流路
２２Ａ 第１外装部
２２Ｂ 第２外装部
２２ａ 上端面
２３ 載置面
２４ 冷却装置
２５ 冷媒循環装置
２６ 静電吸着用電極
２７ 直流電源
３１ カバー
３２ａ 上面
３２ｂ 下面
３２ｃ テーパ状窪み
３３ 窓部
３３ａ 内周縁部
３６ａ 載置面
３６ｂ 天井面
３６ｃ 傾斜面
３６ｄ 対向面
３７Ａ，３７Ｂ 駆動ロッド
３８ 駆動機構
４０ 制御装置

Claims (4)

1. 環状のフレームと保持シートからなる搬送キャリアに保持された基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
   減圧可能な内部空間を有するチャンバと、
   前記チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ源と、
   前記チャンバ内に設けられて前記搬送キャリアが載置されるステージと、
   前記ステージの上方に配置されて前記保持シートと前記フレームとを覆い、中央部に厚み方向に貫通するように形成された窓部と、下面の外周部に設けられた載置面と、を有するカバーと、
   前記ステージに対する前記カバーの相対的な位置を、前記ステージから離れて前記ステージに対する前記搬送キャリアの載せ降ろしを許容する第１の位置と、前記カバーが前記ステージに載置された前記搬送キャリアの前記保持シートと前記フレームとを覆い、前記窓部が前記保持シートに保持された前記基板を露出させるとともに、前記載置面が前記ステージと面接触する第２の位置とに変更する駆動機構と、
   を備え、
   前記カバーの窓部は、前記基板の外縁領域よりも内側の領域を露出させることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記カバーは、窓部を構成する内縁部下面に、前記基板と対向する対向面を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記カバーにより覆う基板の外縁領域は、基板の外縁から内側に５ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 保持シートと、前記保持シートが取り付けられるフレームとを有する搬送キャリアを準備し、
   前記搬送キャリアの保持シートに基板を保持させ、
   前記搬送キャリアをプラズマ処理装置のチャンバ内に搬入してステージ上に載置し、
   前記カバーで搬送キャリアの保持シートとフレームを覆い、前記カバーに形成した窓部で、前記基板の外縁領域の内側を露出させるとともに前記カバーの下面の外周部に設けられた載置面を前記ステージと面接触させ、
   前記チャンバ内にプラズマを発生させて、前記窓部から露出させた基板にプラズマ処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法。

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