JP2018085408A - 減圧処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】チャンバ内を減圧する際に結露の発生を防止すると共に減圧時間を短縮すること。【解決手段】減圧状態でウエーハ（Ｗ）を処理する減圧処理装置（１）が、室内を減圧する減圧手段（５０）を有するチャンバ（１０）と、チャンバ内へのウエーハの搬入及び搬出用の搬入出口（１２）を開閉する開閉扉（１７）と、チャンバ内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源（３７）とを備え、開閉扉が開かれた状態では不活性ガスを供給し続けてチャンバ内を乾燥状態に維持する構成にした。【選択図】図１

Description

本発明は、ウエーハを処理する際に減圧室内を減圧する減圧処理装置に関する。
研削装置による研削後のウエーハの被研削面には研削痕が残存しており、この研削痕がウエーハの抗折強度を低下させる原因になっている。このため、プラズマエッチングによってウエーハの被研削面から研削痕を除去する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。プラズマエッチング装置は、開閉扉を介して外部からチャンバ（減圧室）内にウエーハを搬入し、チャンバ内を減圧した状態でエッチングガスを供給する。そして、プラズマ化させたエッチングガスをウエーハに反応させて被研削面から研削痕を除去して、研削済みのウエーハの研削痕に起因した抗折強度の低下を抑えている。
特開２００１−３５８０９７号公報
ところで、チャンバ内に搬入されたウエーハは静電チャック（保持テーブル）に載置され、静電チャックに保持されてプラズマエッチングされる。プラズマエッチングによってウエーハが高温になるため、静電チャックに冷却水が通水されてウエーハが冷却される。プラズマエッチング終了後にウエーハの搬入出のためにチャンバが大気開放されるが、チャンバ内に外気が進入して湿度が上昇する。外気に含まれる水分が冷却された静電チャックで冷やされると、静電チャックの表面に結露が発生してウエーハに対する十分な吸着力が得られない。さらに、チャンバ内の湿度が上昇すると水と水蒸気の体積比が１７００倍になることから、チャンバ内を減圧する際の障害となって減圧時間が長くなっていた。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、結露の発生を防止することができると共に減圧時間を短縮することができる減圧処理装置を提供することを目的の１つとする。
本発明の一態様の減圧処理装置は、減圧状態でウエーハを処理する減圧処理装置であって、ウエーハを保持する保持テーブルと、該保持テーブルを配設する減圧室と、該減圧室にウエーハを搬入および搬出する搬入出口を開閉する開閉扉と、該減圧室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、を備え、該不活性ガス供給手段により該減圧室内に不活性ガスを供給し該減圧室を外気より陽圧にして該開閉扉を開き、該開閉扉が閉じられるまで該不活性ガス供給手段により該減圧室内に不活性ガスを供給し続け該減圧室内を乾燥状態で維持させる。
この構成によれば、減圧室内が不活性ガスによって陽圧にされているため、開閉扉が開かれることで減圧室内から搬入出口を介して外部に不活性ガスが排出される。このとき、減圧室内には不活性ガスが供給され続けているため、搬入出口から不活性ガスが排出され続けている。よって、不活性ガスの流れに逆らって搬入出口から減圧室内に外気が進入することがなく、減圧室内が不活性ガスによって乾燥状態で維持されている。減圧室内へのウエーハの搬入及び搬出時に減圧室内の湿度が外気によって上昇することがないため、保持テーブルに結露が発生することを防止することができる。また、減圧の障害になる湿気の影響を抑えて減圧時間を短縮することができる。
本発明によれば、減圧室内に不活性ガスを供給し続けながら開閉扉を開くため、搬入出口から減圧室内に外気が進入することがなく、減圧室内が不活性ガスによって乾燥状態で維持される。よって、結露の発生を防止することができると共に減圧時間を短縮することができる。
本実施の形態のエッチング装置の全体模式図である。 本実施の形態のウエーハの搬入動作の説明図である。 本実施の形態のエッチング装置によるエッチング動作の説明図である。
以下、添付図面を参照して、減圧処理装置としてのエッチング装置について説明する。図１は、本実施の形態のエッチング装置の全体模式図である。なお、本実施の形態では、減圧処理装置として容量結合型プラズマ（CCP: Capacitive Coupled Plasma）のプラズマエッチング装置を例示して説明するが、減圧処理装置は誘導結合型プラズマ（ICP: Inductive Coupled Plasma）のプラズマエッチング装置やその他各種プラズマエッチング装置でもよい。また、減圧処理装置は、減圧状態でウエーハを処理する装置であればよく、例えばウエーハの表面に膜を成長させる成膜装置でもよい。
図１に示すように、エッチング装置１は、チャンバ（減圧室）１０内で反応ガス（エッチングガス）をプラズマ化させて、研削後のウエーハＷに残存した研削痕をプラズマエッチングによって除去するように構成されている。ウエーハＷは、略円板状に形成されたシリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の半導体ウエーハであり、研削加工によって裏面側が研削された後にエッチング装置１に搬入される。なお、本実施の形態では、ウエーハＷとして半導体ウエーハを例示するが、ウエーハＷは、半導体ウエーハに限らず、処理対象になれば、どのようなものでもよい。
一般的なエッチング装置では、プラズマエッチング中にウエーハＷの温度が上昇するため保持テーブルに冷却水を通水させてウエーハＷを冷却しており、このときの保持テーブルの温度は約７０℃になる。プラズマエッチングが終了するとウエーハＷの温度が低下するため、保持テーブルは冷却水温度となり約２０℃になる。その後、ウエーハＷを搬出するためにチャンバが大気開放されると、外気に含まれる水分が保持テーブルによって冷やされて、保持テーブルに結露が発生してウエーハＷを十分に吸着できなくなるという問題がある。
また、エッチング装置では、プラズマエッチング前にチャンバ内が減圧されているが、ウエーハＷの搬入及び搬出の度にチャンバ内に外気が進入して大気圧に戻ってしまう。チャンバ内を減圧するためには湿気が少ないことが好ましいが、上記したように外気に含まれる湿気や、ウエーハＷに付着した湿気がチャンバ内に入り込んで減圧時間を長引かせる原因になっている。チャンバ内を外部に開放せずにウエーハＷの搬入及び搬出可能な構成にしてチャンバ内を減圧状態に維持することもできるが、エッチング装置１に大掛かりな設備が必要である。
通常、エッチング装置はクリーンルームに配置されているが、クリーンルームの外気であっても湿度３０％程度の湿気を有している。このため、クリーンルームでもウエーハＷの搬入及び搬出時には湿度を持った外気がチャンバ内に進入して減圧時間が長くなる。また、近年では、エッチング装置を研削装置等の他の加工装置共に配置したクラスター型装置と呼ばれる複合装置が検討されている。研削装置の隣にエッチング装置が配置されると、研削装置から湿度６０％−８０％の湿気を持った外気がチャンバ内に進入して、さらに減圧時間が長くなることが懸念される。
そこで、本実施の形態のエッチング装置１は、チャンバ内の湿度が結露の発生や減圧時間を長引かせる原因になる点に着目して、チャンバ内に不活性ガスを供給し続けて乾燥状態に維持するようにしている。これにより、ウエーハＷの搬入及び搬出時にチャンバ１０内の湿度上昇を無くして、結露を減らすと共に減圧時間を短縮するようにしている。また、不活性ガスを供給し続けることで、ドライエアを用いてチャンバ内を乾燥状態に維持するよりも、ドライエアから不活性ガスへのガスの入れ換えが無くなる分だけ処理時間を短縮することができる。
以下、本実施の形態のエッチング装置１の詳細構成について説明する。エッチング装置１のチャンバ１０の側壁１１には、ウエーハＷの搬入及び搬出する搬入出口１２が形成されている。側壁１１の外壁面には、搬入出口１２を開閉する開閉手段１５が取り付けられている。開閉手段１５は、シリンダ１６の上端に開閉扉１７が連結されており、シリンダ１６によって開閉扉１７が外壁面に沿って昇降されることで搬入出口１２が開閉される。搬入出口１２が開かれることでチャンバ１０内が外部に開放され、搬入出口１２が閉じられることでチャンバ１０内が密閉される。
チャンバ１０内には、電界を形成する下部電極ユニット２０と上部電極ユニット３０とが上下方向で所定の間隔を空けて対向して配設されている。下部電極ユニット２０は、チャンバ１０の底壁１３を貫通する導電性の支柱部２１と、支柱部２１の上端に設けられている導電性の保持テーブル２２とから構成されている。保持テーブル２２の上面には、真空チャックによってウエーハＷを仮止めする保持面２３が形成されている。保持面２３には、吸引源２４に連なる多数の吸引口２５が形成されており、吸引口２５に吸引力が供給され、保持面２３に生じる負圧によってウエーハＷが仮止めされる。
また、保持テーブル２２内には、静電チャックによってウエーハＷを本止めする保持電極２６が埋設されている。保持電極２６は直流電源２７に接続されており、保持電極２６に電圧が印加され、保持面２３に生じる静電気によってウエーハＷが吸着保持される。なお、保持電極２６は単極構造及び双極構造のいずれの構造で形成されていてもよい。また、真空チャックによってウエーハＷを仮止めして、静電チャックによってウエーハＷを本止めする構成に代えて、真空チャック又は静電チャックのいずれか一方で、保持面２３にウエーハＷを保持してもよい。
また、下部電極ユニット２０内には、冷却水供給手段２８から送り出された冷却水が通る冷却路２９が形成されている。エッチング時には、保持テーブル２２に発生する熱が冷却水に伝達されて異常な温度上昇が抑えられている。なお、冷媒として冷却水を例示しているが、他の冷媒によって保持テーブル２２から熱を奪う構成にしてもよい。
上部電極ユニット３０は、チャンバ１０の上壁１４を貫通する導電性の支柱部３１と、支柱部３１の下端に設けられている噴出テーブル３２とから構成されている。噴出テーブル３２の下面には、チャンバ１０内に反応ガス又は不活性ガスを噴出する噴出面３３が形成されている。噴出面３３には多数の噴射口３４が形成されており、噴射口３４には噴出テーブル３２及び支柱部３１内の流路３５を通じて反応ガス供給源３６及び不活性ガス供給源（不活性ガス供給手段）３７が接続されている。反応ガス供給源３６及び不活性ガス供給源３７の管路の途中には供給バルブ３８、３９が設けられ、供給バルブ３８、３９によってガスの供給元が切り換えられる。
反応ガスとしては、例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、四フッ化メタン（ＣＦ４）、三フッ化窒素（ＮＦ３）等のフッ素を含むフッ素系安定ガスが用いられる。また、不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）が用いられる。
上部電極ユニット３０の支柱部３１の上端側は、チャンバ１０から上方に突出しており、チャンバ１０の上壁１４に設けられたボールねじ式の昇降手段４１に連結されている。この昇降手段４１が駆動されることで、上部電極ユニット３０が下部電極ユニット２０に対して離反又は接近され、保持テーブル２２上のウエーハＷに対して噴出テーブル３２の高さが適切な位置に調整される。下部電極ユニット２０は高周波電源４２に接続され、上部電極ユニット３０は接地されている。下部電極ユニット２０及び上部電極ユニット３０の間で高周波電圧が印加されることで、反応ガスがプラズマ化される。
チャンバ１０には、保持テーブル２２の下方に排気口１９が形成されており、排気口１９には排気バルブ５１を介して減圧手段５０が接続されている。減圧手段５０はいわゆるターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）であり、減圧手段５０によってチャンバ１０内から不活性ガスや反応ガスが排気されることで、チャンバ１０内が減圧されている。また、チャンバ１０には、圧力ゲージとして陽圧ゲージ５５と陰圧ゲージ５６が設けられている。陽圧ゲージ５５はウエーハＷの搬入及び搬出時のチャンバ１０内の陽圧状態を検出し、陰圧ゲージ５６はプラズマエッチング時のチャンバ１０内の減圧状態を検出している。
さらに、エッチング装置１には、装置各部を統括制御する制御手段６０が設けられている。制御手段６０によって開閉扉１７、供給バルブ３８、３９、排気バルブ５１の開閉タイミング、ウエーハＷの搬入動作やプラズマエッチングの処理動作等が制御されている。なお、制御手段６０は各種処理を実行するプロセッサやメモリ等によって構成されている。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。メモリには、例えば、エッチング装置１の各種処理を制御するためのプログラム等が記憶されている。
このように構成されたエッチング装置１では、ウエーハＷの搬入及び搬出時にチャンバ１０内に不活性ガスが供給され続けることで、チャンバ１０内が陽圧になって外気が入り込むことが防止される。チャンバ１０内が乾燥状態で維持されたままでウエーハＷの搬入及び搬出されるため、プラズマエッチング前の減圧時間が短縮化されると共に結露の発生が防止されている。そして、チャンバ１０が減圧された状態で、上部電極ユニット３０からウエーハＷに向けて反応ガスが噴射される。この状態で、上部電極ユニット３０及び下部電極ユニット２０間に高周波電圧が印加されることで反応ガスがプラズマ化されてウエーハＷがエッチングされる。
以下、図２及び図３を参照して、ウエーハの搬入動作及びエッチング動作について説明する。図２は、本実施の形態のウエーハの搬入動作の説明図である。図３は、エッチング装置によるエッチング動作の説明図である。なお、本実施の形態の搬入動作及びエッチング動作は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。また図２では、ウエーハの搬入動作を説明しているが、ウエーハの搬出動作も同様である。
図２Ａに示すように、ウエーハＷ（図２Ｂ参照）の搬入前は、開閉扉１７で搬入出口１２が閉じられることで、チャンバ１０内に密閉空間が形成されている。チャンバ１０が密閉された状態で、制御手段６０（図１参照）によって不活性ガス供給源３７の供給バルブ３９が開かれて上部電極ユニット３０から不活性ガスがチャンバ１０内に供給される。チャンバ１０内に不活性ガスが供給され続けることで、チャンバ１０内が陽圧になると共に乾燥状態が維持されている。なお、不活性ガスの供給時には、排気口１９に連なる排気バルブ５１が閉じられているため、排気口１９を通じてチャンバ１０内の不活性ガスが排気されることがない。
図２Ｂに示すように、陽圧ゲージ５５によってチャンバ１０内で所定以上の陽圧が検出されると、制御手段６０（図１参照）によって開閉扉１７が開かれ、搬入出口１２を通じてチャンバ１０内が外部に開放される。このとき、チャンバ１０内は外部よりも高い陽圧になっているため、チャンバ１０内の不活性ガスが搬入出口１２を介して外部に排出される。チャンバ１０内には不活性ガス供給源３７から不活性ガスが供給され続けているため、搬入出口１２から外部に向かって不活性ガスが噴き出される。よって、搬入出口１２の開閉扉１７が開かれても、不活性ガスの流れに逆らってチャンバ１０内に外気が進入することがない。
そして、エッチング装置１外に設けられた搬送ロボット７０によって研削済みのウエーハＷがチャンバ１０内に搬入される。このとき、ウエーハＷ自体に湿気が残っていることも考えられるが、開閉扉１７で搬入出口１２を閉じる前にドライ環境にウエーハＷを晒すことでウエーハＷの湿気が十分に取り除かれる。ウエーハＷの搬入が完了すると、制御手段６０によって開閉扉１７で搬入出口１２が閉じられてチャンバ１０内が密閉され、供給バルブ３９が閉じられて不活性ガスの供給が停止される。このように、ウエーハＷの搬入動作が完了するまで不活性ガスを供給し続けることによって、チャンバ１０内の乾燥状態が維持されている。
図３Ａに示すように、研削済みのウエーハＷの搬入が完了すると、上部電極ユニット３０が下部電極ユニット２０に近づけられて電極間距離が調整される。また、制御手段６０（図１参照）によって排気バルブ５１が開かれて、減圧手段５０によってチャンバ１０内の圧力が陰圧状態になるまで真空排気される。このとき、チャンバ１０内が不活性ガスによって陽圧になっていても、チャンバ１０内の湿気が少ないため短時間で減圧することができる。この減圧状態で、制御手段６０によって反応ガス供給源３６の供給バルブ３８が開かれて、上部電極ユニット３０から反応ガスが噴射される。
図３Ｂに示すように、上部電極ユニット３０から反応ガスがウエーハＷに噴射された状態で、上部電極ユニット３０と下部電極ユニット２０との間で高周波電圧が印加されて反応ガスがプラズマ化（ラジカル化）される。プラズマ化した反応ガスによってウエーハＷの被研削面がラジカル連鎖反応によってドライエッチング（等方性エッチング）され、ウエーハＷの被研削面から研削痕が除去されて抗折強度が向上される。このとき、ウエーハＷの残った湿気が十分に除去された状態でエッチングするため、反応ガスと水分の反応によるフッ酸（ＨＦ）の生成を抑えて、装置の腐食を防止することができる。
また、エッチング時には、制御手段６０（図１参照）によって冷却水供給手段２８（図１参照）から冷却路２９に冷却水が通水され、下部電極ユニット２０に載置されたウエーハＷのエッチングによる温度上昇が抑えられている。エッチング終了時には、冷却路２９内の冷却水によって下部電極ユニット２０が急激に冷却される。このとき、開閉扉１７が開かれてウエーハＷが搬入出されても、不活性ガスの連続的な供給によって湿気を含んだ外気がチャンバ１０内に進入しないため、チャンバ１０内に結露が発生することを防止することができる。
以上のように、本実施の形態のエッチング装置１によれば、チャンバ１０内が不活性ガスによって陽圧にされているため、開閉扉１７が開かれることでチャンバ１０内から搬入出口１２を介して外部に不活性ガスが排出される。このとき、チャンバ１０内には不活性ガスが供給され続けているため、搬入出口１２から不活性ガスが排出され続けている。よって、不活性ガスの流れに逆らって搬入出口１２からチャンバ１０内に外気が進入することがなく、チャンバ１０内が不活性ガスによって乾燥状態で維持されている。チャンバ１０内へのウエーハＷの搬入及び搬出時にチャンバ１０内の湿度が外気によって上昇することがないため、チャンバ１０内に結露が発生することを防止することができる。また、減圧の障害になる湿気の影響を抑えて減圧時間を短縮することができる。
なお、本実施の形態においては、減圧処理装置をエッチング装置に適用する構成について説明したが、この構成に限定されない。減圧処理装置は、減圧状態でウエーハＷを処理する装置に適用可能であり、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によってウエーハ上に成膜する成膜装置、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法によってウエーハ上に成膜するスパッタ装置、真空蒸着装置、イオンプレーティング装置等の成膜装置、ウエーハ内に不純物をドーピングするプラズマドーピング装置、レーザードーピング装置等のドーピング装置にも適用可能である。
また、上記した実施の形態においては、チャンバ内を密閉した状態で不活性ガスによってチャンバ内を陽圧にしてから、ウエーハをチャンバ内に搬入する構成にしたが、この構成に限定されない。チャンバ内を外部に開放した状態でチャンバ内に不活性ガスを供給し続ける構成にしてもよい。
また、上記した実施の形態においては、研削後のウエーハをエッチングする際にチャンバ内を減圧する構成について説明したが、この構成に限定されない。例えば、切削ブレード等で分割後のウエーハをエッチングする際にチャンバ内を減圧するようにしてもよい。
また、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。
また、本実施の形態では、本発明をエッチング装置に適用した構成について説明したが、減圧が必要な他の加工装置に適用することも可能である。
以上説明したように、本発明は、結露の発生を防止することができると共に減圧時間を短縮することができるという効果を有し、特に、ウエーハのエッチング前にチャンバ内を減圧する減圧処理装置に有用である。
１ エッチング装置（減圧処理装置）
１０ チャンバ（減圧室）
１２ 搬入出口
１７ 開閉扉
２０ 下部電極ユニット
２２ 保持テーブル
３０ 上部電極ユニット
３６ 反応ガス供給源
３７ 不活性ガス供給源（不活性ガス供給手段）
５０ 減圧手段
６０ 制御手段
Ｗ ウエーハ

Claims (1)

  1. 減圧状態でウエーハを処理する減圧処理装置であって、
    ウエーハを保持する保持テーブルと、該保持テーブルを配設する減圧室と、該減圧室にウエーハを搬入および搬出する搬入出口を開閉する開閉扉と、該減圧室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、を備え、
    該不活性ガス供給手段により該減圧室内に不活性ガスを供給し該減圧室を外気より陽圧にして該開閉扉を開き、該開閉扉が閉じられるまで該不活性ガス供給手段により該減圧室内に不活性ガスを供給し続け該減圧室内を乾燥状態で維持させる減圧処理装置。
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