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JP5934939B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 Download PDF

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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
近年では生産性向上の要請から処理速度を向上するためにプラズマ密度等を高くする傾向にある。特許文献1に記載の装置では、処理速度を高めようとすると、カバーリングがプラズマで加熱されて想定以上の高温になる。そして、カバーリングからの熱の影響を受けた搬送キャリアの保持シートが変形、収縮、溶融する等してロボットハンドによる搬送を困難にしてしまうという問題があった。
そこで、本発明は、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に対して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。
本発明の一態様は、
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、厚み方向に貫通するように形成された窓部を有するカバーと、
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第2の位置とに変更する駆動機構と、
を備え、
前記第2の位置は、前記カバーが、前記保持シート、前記フレーム、及び、前記基板に接触しない位置であり、
前記カバーの下面は、少なくとも、前記フレームの上面に延びる天井面と、この天井面と連続して設けられ、前記フレームの内径側に露出する保持シートの上面に対して徐々に接近するように傾斜する傾斜面と、を備えることを特徴とするプラズマ処理装置である。
この構成により、カバーと搬送キャリアの距離を十分に取ることができ、プラズマによる保持シートへの熱影響を抑えることが可能となる。
前記カバーは、前記天井面と前記フレームの上面との間隔が、前記窓部を構成する内周縁下部と前記保持シートとの間隔よりも大きいことが好ましい。
この構成により、カバーと搬送キャリアの距離を十分に取りつつ、窓部からカバーと搬送キャリアの間に形成される空間へのプラズマの進入を防止し、保持シートの変形等を効果的に阻止することが可能となる。
前記カバーは、前記天井面よりも内径側の領域で、前記窓部に向かって徐々に前記搬送キャリアに接近する上面を備えるのが好ましい。
この構成により、窓部へと供給されたプラズマを、カバーの上面に沿ってスムーズに外径側へと流動させることができ、カバーと搬送キャリアとの間に形成される空間内への進入を、より一層効果的に阻止することが可能となる。
前記カバーの前記下面は、前記傾斜面に連続し、前記搬送キャリアに最も接近して平行に延びる対向面を備えることが好ましい。
この構成により、対向面と搬送キャリアの対向部分にプラズマの進入を阻止可能な領域を確保することができる。
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のが好ましい。
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。
本発明の他の態様は、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、減圧可能な内部空間を有するチャンバ内のステージに搬送キャリアを載置し、厚み方向に貫通するように形成された窓部を有するカバーによって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の上方を覆うと共に、前記窓部から前記保持シート上の基板を露出させ、前記カバーが前記保持シートと前記フレームを覆っている状態で、前記内部空間にプラズマを発生させて、前記窓部から露出する基板に対してプラズマ処理を行い、前記カバーの下面は、少なくとも、前記フレームの上面に延びる天井面と、この天井面に連続して設けられ、前記フレームの内径側に露出する保持シートの上面に対して徐々に接近するように傾斜する傾斜面とを備え、前記カバーは、少なくともプラズマ処理が行われている最中は、前記保持シート、前記フレーム、及び、前記基板に接触しないことを特徴とするプラズマ処理方法である。
本発明によれば、カバーの下面は、少なくとも、フレームの上面に延びる天井面と、フレームの内径側に露出する保持シートの上面に対して徐々に接近するように傾斜する傾斜面とを備えるので、カバーと搬送キャリアの距離を十分に取ることができ、プラズマによる保持シートへの熱影響を抑え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 (6)

  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、厚み方向に貫通するように形成された窓部を有するカバーと、
    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第2の位置とに変更する駆動機構と、
    を備え、
    前記第2の位置は、前記カバーが、前記保持シート、前記フレーム、及び、前記基板に接触しない位置であり、
    前記カバーの下面は、少なくとも、前記フレームの上面に延びる天井面と、この天井面と連続して設けられ、前記フレームの内径側に露出する保持シートの上面に対して徐々に接近するように傾斜する傾斜面と、を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記カバーは、前記天井面と前記フレームの上面との間隔が、前記窓部を構成する内周縁下部と前記保持シートとの間隔よりも大きい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. 前記カバーは、前記天井面よりも内径側の領域で、前記窓部に向かって徐々に前記搬送キャリアに接近する上面を備えた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. 前記カバーの前記下面は、前記傾斜面に連続し、前記搬送キャリアに最も接近して平行に延びる対向面を備えたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 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請求項1から4のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 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、
    減圧可能な内部空間を有するチャンバ内のステージに搬送キャリアを載置し、
    厚み方向に貫通するように形成された窓部を有するカバーによって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の上方を覆うと共に、前記窓部から前記保持シート上の基板を露出させ、
    前記カバーが前記保持シートと前記フレームを覆っている状態で、前記内部空間にプラズマを発生させて、前記窓部から露出する基板に対してプラズマ処理を行い、
    前記カバーの下面は、少なくとも、前記フレームの上面に延びる天井面と、この天井面に連続して設けられ、前記フレームの内径側に露出する保持シートの上面に対して徐々に接近するように傾斜する傾斜面とを備え、前記カバーは、少なくともプラズマ処理が行われている最中は、前記保持シート、前記フレーム、及び、前記基板に接触しないことを特徴とするプラズマ処理方法。
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