JP5962922B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置およ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。このプラズマ処理装置では、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

ところで、前記プラズマ処理装置では、カバーリング自体もプラズマに曝されて高温となる。このため、カバーリングによって覆われた空間から放熱されにくくなり、搬送キャリアが加熱されてしまう。この結果、保持シートが熱影響により変形したり、カバーリングに貼り付いて搬送トラブルを発生させたりする恐れがある。

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およ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、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搬送キャリアを覆い、底面と、厚み方向に貫通するように形成された窓部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、ステージから離れ、ステージに対する搬送キャリアの載せ降ろしを許容する第１の位置と、前記カバーがステージに載置された搬送キャリアを覆い、前記窓部が保持シートに保持された基板を露出させる第２の位置とに変更する駆動機構と、
前記ステージを冷却する冷却手段と、
を備えたプラズマ処理装置であって、
前記ステージは、高周波電源に接続された電極部と前記電極部を取り囲むと共に前記第２の位置に位置する前記カバーの底面が接触する外装部とを有し、
前記冷却手段は、前記電極部と前記外装部とを冷却するものである。

この構成により、搬送キャリアをステージの第２電極部を介して冷却できるだけでなく、ステージの外装部を介してカバーをも冷却することができる。したがって、プラズマに曝されて高温となったカバーからの熱影響を受けて、搬送キャリアの保持シートが変形したり、付着したりする等の不具合を生じさせることがない。

前記冷却手段は、前記ステージの前記電極部に形成される第１冷媒流路と、前記ステージの外装部に形成される第２冷媒流路と、前記各冷媒流路に冷媒を供給して循環させる冷媒循環装置と、を備えるようにすればよい。

この構成により、第１冷媒流路と第２冷媒流路を形成しただけの簡単な構成で、第２電極部のみならず外装体を介してカバーをも冷却することができる。

前記冷媒循環装置は、前記第１冷媒流路に冷媒を供給して循環させる第１冷媒循環装置と、前記第２冷媒循環流路に冷媒を供給して循環させる第２冷却装置とから構成するのが好ましい。

この構成により、ステージの第２電極部と外装部とを個別に温調することができる。したがって、プラズマ処理中やその後の状況に応じて適切なタイミングで、第２電極部と、外装部を介してカバーとを冷却することができる。したがって、搬送キャリア、特に、保持シートの熱による悪影響を効果的に排除することが可能となる。

前記プラズマ源による前記チャンバ内でのプラズマ発生時、前記第２冷媒循環装置による前記外装体の冷却を停止するのが好ましい。

この構成により、第２冷媒循環装置によって外装体を介してカバーが冷却され過ぎて、プラズマ処理に悪影響が及ぶのを防止することができる。

本発明の第２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方法であって、
前記搬送キャリアの保持シートに基板を保持させ、
前記基板を保持した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、
前記ステージの上方に配置されるカバーで搬送キャリアを覆い、
前記チャンバ内にプラズマを発生させて、前記カバーに形成した窓部を介して前記基板にプラズマ処理を施し、
前記ステージの電極部を介して前記搬送キャリアを冷却すると共に、前記ステージの電極部を取り囲む外装部を介して前記カバーを冷却するものである。

本発明によれば、外装部を介してカバーを冷却することができるので、搬送キャリア、特に、高温に加熱されたカバーからの輻射熱による保持シートの変形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。

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３Ａおよび図３Ｂ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３Ａ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３Ｂ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２１と、電極部２１の外周を取り囲む外装部とを備える。外装部は、第１外装部２２Ａと、第１外装部２２Ａの外周を取り囲む第２外装部２２Ｂとからなる。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は誘電体や絶縁体からなり、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。したがって、電極部２１は、第２外装部２２Ｂ及び第１外装部２２Ａによって周囲から絶縁された状態となる。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６ｂ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に第１冷却装置２４Ａと第２冷却装置２４Ｂをそれぞれ備える。第１冷却装置２４Ａは、電極部２１内に形成された第１冷媒流路２１ｂと、温調された冷媒を第１冷媒流路２１ｂに循環させる第１冷媒循環装置２５Ａとを備える。第２冷却装置２４Ｂは、第２外装部２２Ｂ内に形成された第２冷媒流路２２ｂと、温調された冷媒を第２冷媒流路２２ｂに循環させる第２冷媒循環装置２５Ｂとを備える。

電極部２１の上端面２１ａ付近には、本実施形態では双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の上方で昇降可能なカバー３１を備える。
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３Ａおよび図３Ｂ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および形状とされている。

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は第２冷却装置２４Ｂによって冷却された第２外装部２２Ｂを介して冷却される。また、載置面３６ａの内周縁から上方に内周面が延び、その上端からフレーム７の内周部上方側に向かって、フレーム７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に示す上昇位置（第１の位置）と、図３Ｂに示す降下位置（第２の位置）とに移動可能である。

図３Ａに示すように、上昇位置のカバー３１は十分に間隔を隔ててステージ部１６の載置面２３の上方に位置している。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。）を載せる搬入作業と、載置面２３から搬送キャリア５を降ろす搬出作業とが可能である。

図３Ｂに示すように、カバー３１が降下位置にあると、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はカバー３１で覆われる。また、フレーム７はカバー３１の下面３２ｂに形成された収容凹溝３６内に収容され、カバー３１には接触しない。そして、カバー３１の下面３２ｂがステージ部１６の載置面２３に当接することにより、プラズマに曝されて温度上昇したカバー３１からステージ部１６側へと放熱される。

図１にのみ模式的に示す制御装置４０は、第１および第２の高周波電源部１４Ａおよび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、および駆動機構３８を含むドライエッチング装置１を構成する各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）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）から降下位置（図３Ｂ）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。

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。これにより、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。

このとき、第１冷却装置２４Ａのみを駆動し、電極部２１内に形成した第１冷媒流路２１ｂのみに温調した冷媒を流動させる。これにより、ステージ部１６の載置面２３に載置された搬送キャリア５上のウエハ２が冷却される。但しこの段階では、第２冷却装置２４Ｂは駆動させてはいるものの、積極的な冷却は行わないようにしている。この場合、冷媒の冷却は止めずに冷媒の循環を停止する方法と、冷媒の循環は続行するが、冷媒の冷却を停止する方法のいずれを採用することもできる。これにより、カバー３１が冷却され過ぎてプラズマ処理に悪影響が及ぶことを防止することができる。また、カバー３１が適度に冷却されるので、保持シート６への熱による悪影響を排除することができる。

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の照射によりウエハ２の表面２ａからマスク３が完全に除去される。

この間、第２冷却装置２４Ｂも駆動し、第２外装部２２Ｂに形成した第２冷媒流路２２ｂにも温調した冷媒を流動させる。これにより、第２外装部２２Ｂを介して、プラズマの影響を受けて加熱されたカバー３１をも冷却することができる。

またアッシング後、チャンバ１１内の残留ガスを排気し、代わりに不活性ガスである窒素ガスを供給することによりウエハ２やカバー３１等を冷却する。供給した窒素ガスは排気する。これにより、第１冷却装置２４Ａと第２冷却装置２４Ｂによっても冷却し切れていない箇所をも確実に冷却することができる。そして、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をチャンバ１１から搬出する。

このように、前記実施形態では、第１冷却装置２４Ａによりステージ部１６の電極部２１を冷却するだけでなく、第２冷却装置２４Ｂによりステージ部１６の第２外装部２２Ｂを冷却してそこに載置されたカバー３１をも冷却可能としている。したがって、搬送キャリア５、特に、保持シート６に与える熱影響を効果的に排除することができる。また、アッシング後、チャンバ１１内に窒素ガスを供給することにより、チャンバ１１内を冷却しているので、第１冷却装置２４Ａおよび第２冷却装置２４Ｂでは不十分な箇所の冷却をも行うことができ、保護シート６の変形をより一層効果的に防止することができる。

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。

例えば、前記実施形態では、第１冷却装置２４Ａによる冷却開始時期と、第２冷却装置２４Ｂによる冷却開始時期をずらせるようにしたが、同時期に冷却を開始させるようにしてもよいし、その時期は自由に設定することができる。

また、前記実施形態では、ステージ部１６の電極部２１と第２外装部２２Ｂとをそれぞれ別々の冷却装置２４Ａ、２４Ｂによって冷却するようにしたが、第１冷媒流路２１ｂと第２冷媒流路２２ｂとを直列接続することにより、単一の冷媒装置によって温調した冷媒を循環させることもできる。これによれば、構成を簡略化して安価に制作することが可能となる。

また、前記実施形態では、カバー３１の全体をセラミックの単一材料で構成したが、他の材料（例えば、カーボン材）で構成してもよいし、単一材料ではなく、複数の材料を組み合わせた構成としてもよい。

また、前記実施形態では、静電吸着用電極を双極型としたが、これに限定されず、単極型としてもよい。

さらに、前記実施形態では、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の例について説明したが、これに限定されず、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
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 処置室
１６ ステージ部（ステージ）
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 第１冷媒流路
２２Ａ 第１外装部
２２Ｂ 第２外装部
２２ａ 上端面
２２ｂ 第２冷媒流路
２３ 載置面
２４Ａ 第１冷却装置
２４Ｂ 第２冷却装置
２５Ａ 第１冷媒循環装置
２５Ｂ 第２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
３６ 収納凹溝
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 (5)

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、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搬送キャリアを覆い、底面と、厚み方向に貫通するように形成された窓部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、ステージから離れ、ステージに対する搬送キャリアの載せ降ろしを許容する第１の位置と、前記カバーがステージに載置された搬送キャリアを覆い、前記窓部が保持シートに保持された基板を露出させる第２の位置とに変更する駆動機構と、
   前記ステージを冷却する冷却手段と、
   を備えたプラズマ処理装置であって、
   前記ステージは、高周波電源に接続された電極部と前記電極部を取り囲むと共に前記第２の位置に位置する前記カバーの底面が接触する外装部とを有し、
   前記冷却手段は、前記電極部と前記外装部とを冷却することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記冷却手段は、前記ステージの前記電極部に形成される第１冷媒流路と、前記ステージの外装部に形成される第２冷媒流路と、前記各冷媒流路に冷媒を供給して循環させる冷媒循環装置と、を備えた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. 前記冷媒循環装置は、前記第１冷媒流路に冷媒を供給して循環させる第１冷媒循環装置と、前記第２冷媒流路に冷媒を供給して循環させる第２冷媒循環装置とから構成したことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記プラズマ源による前記チャンバ内でのプラズマ発生時、前記第２冷媒循環装置による前記外装体の冷却を停止することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 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方法であって、
   前記搬送キャリアの保持シートに基板を保持させ、
   前記基板を保持した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、
   前記ステージの上方に配置されるカバーで搬送キャリアを覆い、
   前記チャンバ内にプラズマを発生させて、前記カバーに形成した窓部を介して前記基板にプラズマ処理を施し、
   前記ステージの電極部を介して前記搬送キャリアを冷却すると共に、前記ステージの電極部を取り囲む外装部を介して前記カバーを冷却することを特徴とするプラズマ処理方法。

Images