JP6746209B2

JP6746209B2 - プラズマエッチング装置

Info

Publication number: JP6746209B2
Application number: JP2016170086A
Authority: JP
Inventors: 義雄渡邊; シリーミラン
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: JP2018037546A

Description

本発明は、板状の被加工物を加工可能なプラズマエッチング装置に関する。

携帯電話機やパーソナルコンピュータに代表される電子機器では、電子回路等のデバイスを備えるデバイスチップが必須の構成要素になっている。デバイスチップは、例えば、シリコン等の半導体材料でなるウェーハの表面を複数の分割予定ライン（ストリート）で区画し、各領域にデバイスを形成した後、このストリートに沿ってウェーハを分割することで製造できる。

近年では、デバイスチップの小型化、軽量化等を目的として、デバイスを形成した後のウェーハを研削等の方法で薄く加工する機会が増えている。しかしながら、ウェーハを研削によって薄くすると、この研削による歪（研削歪）が被研削面に残存し、デバイスチップの抗折強度は低下してしまう。そこで、ウェーハを研削した後には、プラズマエッチング等の方法で研削歪を除去している（例えば、特許文献１参照）。

上述した研削歪の除去に用いられるプラズマエッチング装置は、通常、互いに平行な一対の平板状電極が内部に配置された真空チャンバーを備える。例えば、電極間にウェーハを配置した状態で真空チャンバー内を減圧し、原料となるガスを供給しながら電極に高周波電圧を加えることで、ガスをプラズマ状態にしてウェーハを加工できる。

一方で、上述のようなプラズマエッチング装置には、消費電力が大きい、エッチング速度が低い等の問題があった。そこで、原料となるガスを真空チャンバー内でプラズマ状態にする代わりに、プラズマ状態にしたガスを真空チャンバー内に導入するリモートプラズマ方式のプラズマエッチング装置等が実用化されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−３５３６７６号公報特開２００１−１１８８２６号公報

このプラズマエッチング装置では、プラズマ状態のガスがノズル等を通じて一部の領域に供給されるので、ウェーハの上面側を局所的に加工できる一方で、ウェーハの上面側の全体を均一に加工するのが難しかった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被加工物の上面側の全体を均一に加工できるプラズマエッチング装置を提供することである。

本発明の一態様によれば、プラズマエッチング装置であって、内側が平坦な上壁を有する真空チャンバーと、該真空チャンバー内で被加工物を保持する静電チャックテーブルと、下流側に該真空チャンバーの該上壁が接続され、上流側のガス供給源からエッチングガスが供給される供給ノズルと、該供給ノズルに供給された該エッチングガスに高周波電圧を加えて該エッチングガスをプラズマ状態にする高周波電圧印加ユニットと、該真空チャンバー内で該供給ノズルとの接続部分に設けられ、該供給ノズルから該真空チャンバー内に流れ込むプラズマ状態の該エッチングガスを該静電チャックテーブルの上面に分散させる分散部材と、を備え、該分散部材は、円筒状の側部と、該側部の一端側を塞ぐ円形の底部とを有し、該側部の他端側を該上壁の平坦な内側に固定され、該側部と底部との両方には、プラズマ状態の該エッチングガスを通過させるための貫通孔が形成されており、該側部の高さは、１０ｍｍ〜５０ｍｍであり、該底部の直径は、２５ｍｍ〜１００ｍｍであり、該側部に形成された該貫通孔の直径は、３ｍｍ〜１２ｍｍであり、該側部に形成された該貫通孔の数量は、４個〜６４個であり、該底部に形成された該貫通孔の直径は、０．５ｍｍ〜３ｍｍであり、該底部に形成された該貫通孔の数量は、１２個〜３６個であり、該供給ノズルには、流量が１．０Ｌ／ｍｉｎ〜５．０Ｌ／ｍｉｎの該エッチングガスが供給されるプラズマエッチング装置が提供される。

本発明の一態様に係るプラズマエッチング装置は、供給ノズルから真空チャンバー内に流れ込むプラズマ状態のエッチングガスを静電チャックテーブルの上面に分散させる分散部材を備えるので、静電チャックテーブルに保持される被加工物の上面側の全体を均一に加工できる。

プラズマエッチング装置の構成例を模式的に示す図である。分散部材の構成例を模式的に示す斜視図である。

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成例を模式的に示す図である。プラズマエッチング装置２は、内部に処理空間を有する真空チャンバー４を備えている。真空チャンバー４の側壁４ａの一部には、板状の被加工物１１（図３参照）を搬入、搬出するための開口４ｂが設けられている。

被加工物１１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）等の半導体材料でなる円盤状のウェーハである。この被加工物１１の表面は、例えば、格子状に配列された分割予定ライン（ストリート）で複数の領域に区画されており、各領域には、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成されている。

なお、本実施形態では、シリコン等の半導体材料でなる円盤状のウェーハを被加工物１１としているが、被加工物１１の材質、形状、構造等に制限はない。例えば、セラミックス、樹脂、金属等の材料でなる基板を被加工物１１として用いることもできる。デバイスの種類、数量、配置等にも制限はない。

側壁４ａの外側には、開口４ｂを閉じるためのゲート６が配置されている。ゲート６の下方には、エアシリンダ等でなる開閉ユニット８が設けられており、ゲート６は、この開閉ユニット８で上下に移動する。開閉ユニット８でゲート６を下方に移動させ、開口４ｂを露出させれば、開口４ｂを通じて被加工物１１を処理空間に搬入し、又は被加工物１１を処理空間から搬出できる。

真空チャンバー４の底壁４ｃには、配管１０等を介して排気ポンプ１２が接続されている。被加工物１１を加工する際には、開閉ユニット８でゲート６を上方に移動させて開口４ｂを閉じ、その後、排気ポンプ１２で処理空間を排気、減圧する。

処理空間には、被加工物１１等を支持するためのテーブルベース１４が設けられている。テーブルベース１４は、円盤状の円盤部１６と、円盤部１６の下面中央から下方に伸びる柱状の柱部１８とで構成される。

円盤部１６の上面には、円盤部１６よりも径の小さい円盤状の静電チャックテーブル２０が配置されている。静電チャックテーブル２０は、絶縁材料によって形成されたテーブル本体２２と、テーブル本体２２に埋め込まれた複数の電極２４とを備え、電極２４間に発生する静電気によって被加工物１１を吸着、保持する。各電極２４は、例えば、５ｋＶ程度の高電圧を発生可能なＤＣ電源２６に接続されている。

また、静電チャックテーブル２０のテーブル本体２２には、被加工物１１を吸引するための吸引路２２ａが形成されている。この吸引路２２ａは、テーブルベース１４の内部に形成された吸引路１４ａ等を通じて吸引ポンプ２８に接続されている。

静電チャックテーブル２０で被加工物１１を保持する際には、まず、静電チャックテーブル２０の上面に被加工物１１を載せて吸引ポンプ２８を作動させる。これにより、被加工物１１は、吸引ポンプ２８の吸引力によって静電チャックテーブル２０の上面に密着する。この状態で、電極２４間に電位差を生じさせれば、静電気によって被加工物１１を吸着、保持できる。

また、テーブルベース１４の内部には、冷却流路１４ｂが形成されている。冷却流路１４ｂの両端は、冷媒を循環させる循環ユニット３０に接続されている。循環ユニット３０を作動させると、冷媒は、冷却流路１４ｂの一端から他端に向かって流れ、テーブルベース１４等が冷却される。

真空チャンバー４の上壁４ｄには、静電チャックテーブル２０によって保持される被加工物１１に対してプラズマ状態のエッチングガスを供給する供給ノズル３２の下流側が接続されている。一方で、供給ノズル３２の上流側には、複数のガス供給源が並列に接続される。

具体的には、例えば、バルブ３４ａ、流量コントローラー３６ａ、バルブ３８ａ等を介して、ＳＦ_６を供給する第１ガス供給源４０ａが接続され、バルブ３４ｂ、流量コントローラー３６ｂ、バルブ３８ｂ等を介して、Ｏ_２を供給する第２ガス供給源４０ｂが接続され、バルブ３４ｃ、流量コントローラー３６ｃ、バルブ３８ｃ等を介して、不活性ガスを供給する第３ガス供給源４０ｃが接続される。

これにより、異なる複数のガスが所望の流量比で混合された混合ガス（エッチングガス）を供給ノズル３２に供給できる。供給ノズル３２の中流部には、供給ノズル３２を流れる混合ガスに高周波電圧を加えるための電極（高周波電圧印加ユニット）４２が設けられている。電極４２には、高周波電源（高周波電圧印加ユニット）４４が接続されている。高周波電源４４は、電極４２に対して、例えば、０．５ｋＶ〜５ｋＶ、４５０ｋＨｚ〜２．４５ＧＨｚ程度の高周波電圧を供給する。

電極４２及び高周波電源４４を用いて、供給ノズル３２を流れる混合ガスに高周波電圧を作用させることで、混合ガスをプラズマ化（代表的には、ラジカル化又はイオン化）できる。プラズマ状態の混合ガスは、供給ノズル３２の下流端に形成された供給口３２ａから処理空間に供給される。なお、ガス供給源の数やガスの種類は、被加工物１１の種類等に応じて任意に変更できる。また、各ガスの流量比は、プラズマを生成できる範囲で適切に設定される。

供給口３２ａに対応する上壁４ｄの内側の位置（すなわち、真空チャンバー４の供給ノズル３２が接続する部分）には、分散部材４６が取り付けられている。この分散部材４６により、供給ノズル３２から真空チャンバー４の処理空間に流れ込むプラズマ状態のエッチングガスは、静電チャックテーブル２０の上面に分散される。分散部材４６の詳細については後述する。

側壁４ａの別の一部には、配管４８が設けられている。この配管４８は、例えば、バルブ（不図示）、流量コントローラー（不図示）等を介して、第３ガス供給源４０ｃに接続されている。配管４８を通じて第３ガス供給源４０ｃから供給される不活性ガスは、真空チャンバー４の処理空間を満たすインナーガスとなる。

上述したプラズマエッチング装置２を用いて被加工物１１を加工する際の手順の例について説明する。まず、開閉ユニット８でゲート６を下降させる。次に、開口４ｂを通じて被加工物１１を真空チャンバー４の処理空間に搬入し、プラズマエッチングによって加工される被加工面側が上方に露出するように被加工物１１を静電チャックテーブル２０の上面に載せる。

その後、吸引ポンプ２８を作動させて、被加工物１１を静電チャックテーブル２０に密着させる。そして、電極２４間に電位差を生じさせて、被加工物１１を静電気で吸着、保持する。また、開閉ユニット８でゲート６を上昇させて開口４ｂを閉じ、排気ポンプ１２で処理空間を排気、減圧する。

例えば、処理空間を２００Ｐａ程度まで減圧した後には、配管４８を通じて第３ガス供給源４０ｃから供給される不活性ガスで処理空間内を満たす。なお、処理空間内を満たすインナーガスとしては、Ａｒ、Ｈｅ等の希ガスや、希ガスにＮ_２、Ｈ_２等を混合した混合ガス等を用いることができる。

不活性ガスで処理空間内を満たした後には、第１ガス供給源４０ａ、第２ガス供給源４０ｂ、第３ガス供給源４０ｃから、それぞれ、ＳＦ_６、Ｏ_２、不活性ガスを任意の流量で供給する。また、高周波電源４４から電極４２に高周波電圧を供給して、ＳＦ_６、Ｏ_２、不活性ガスの混合ガスをプラズマ化（ラジカル化、イオン化等）する。

これにより、供給ノズル３２の供給口３２ａからプラズマ状態の混合ガスを処理空間に供給できる。供給口３２ａから供給されたプラズマ状態の混合ガスは、供給口３２ａの下方に設けられた分散部材４６で分散され、静電チャックテーブル２０に吸着、保持された被加工物１１の上面（被加工面）の全体に供給される。

図２は、分散部材４６の構成例を模式的に示す斜視図である。本実施形態に係る分散部材４６は、例えば、ステンレスやアルミニウム等の材料で形成されており、円筒状の側部５０と、側部５０の下端側（一端側）を塞ぐ円形の底部５２と、側部５０の上端側（他端側）で外向きに突出する環状のフランジ部５４とを有する。側部５０及び底部５２には、それぞれ、プラズマ状態の混合ガスを通過させるための複数の貫通孔５０ａ及び複数の貫通孔５２ａが設けられている。

貫通孔５０ａ，５２ａの大きさ、数量、配置等の条件は、プラズマ状態の混合ガスを静電チャックテーブル２０の上面に分散させることができる範囲で任意に設定される。例えば、側部５０の貫通孔５０ａの大きさ（径）は、底部５２の貫通孔５２ａの大きさ（径）よりも大きいと良い。この場合、プラズマ状態の混合ガスを分散部材４６の側方に分散させ易くなる。

一方で、例えば、貫通孔５０ａ，５２ａの数量や配置は、側部５０及び底部５２の大きさ、貫通孔５０ａ，５２ａの大きさ、混合ガスの流量等の条件に応じて決めることができる。より具体的には、側部５０の高さが１０ｍｍ〜５０ｍｍ、底部５２の直径が２５ｍｍ〜１００ｍｍ、混合ガスの流量が１．０Ｌ／ｍｉｎ〜５．０Ｌ／ｍｉｎであれば、貫通孔５０ａの直径を３ｍｍ〜１２ｍｍ、数量を４個〜６４個にすると良く、貫通孔５２ａの直径を０．５ｍｍ〜３ｍｍ、数量を１２個〜３６個にすると良い。

上述の混合ガスが、ＳＦ_６と、Ｏ_２と、Ａｒ又はＨｅとでなる場合、ＳＦ_６の流量は０．１Ｌ／ｍｉｎ〜１．５Ｌ／ｍｉｎであり、Ｏ_２の流量は０．００５Ｌ／ｍｉｎ〜１．５Ｌ／ｍｉｎであり、Ａｒ又はＨｅの流量は０．１Ｌ／ｍｉｎ〜２．５Ｌ／ｍｉｎである。ただし、各ガスの流量の合計は、上述した混合ガスの流量の条件を満たしている。

なお、側部５０に対する複数の貫通孔５０ａの総面積（合計の面積）や、底部５２に対する複数の貫通孔５２ａの総面積が小さくなり過ぎると、プラズマ状態の混合ガスが側部５０や底部５２に接触してエネルギーを失い易くなる（失活）。また、側部５０に対する複数の貫通孔５０ａの総面積や、底部５２に対する複数の貫通孔５２ａの総面積が大きくなり過ぎると、プラズマ状態の混合ガスを適切に分散させることができなくなる。よって、これらの問題を生じない範囲で、側部５０に対する貫通孔５０ａの総面積や、底部５２に対する貫通孔５２ａの総面積を決めると良い。

このように構成される分散部材４６のフランジ部５４には、複数の貫通孔５４ａが形成されている。この貫通孔５４ａを通じて上壁４ｄに螺子を締め込むことで、分散部材４６を上壁４ｄに固定できる。ただし、分散部材４６の固定方法に制限はない。例えば、溶接等の方法で分散部材４６を固定することもできる。

以上のように、本実施形態に係るプラズマエッチング装置２は、供給ノズル３２から真空チャンバー４内に流れ込むプラズマ状態の混合ガス（エッチングガス）を静電チャックテーブル２０の上面に分散させる分散部材４６を備えるので、静電チャックテーブル２０に保持される被加工物１１の上面側の全体を均一に加工できる。

なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、静電チャックテーブル２０を回転できるようにしても良い。この場合には、混合ガス（エッチングガス）がより分散され易くなり、被加工物１１の上面側の全体をより均一に加工できるようになる。同様に、供給ノズル３２を陽動できるようにしても良い。

また、上記実施形態では、配管４８を通じて第３ガス供給源４０ｃから真空チャンバー４の処理空間内にインナーガス（不活性ガス）を供給しているが、第３ガス供給源４０ｃから供給ノズル３２を通じてインナーガスを供給することもできる。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

２プラズマエッチング装置
４真空チャンバー
４ａ側壁
４ｂ開口
４ｃ底壁
４ｄ上壁
６ゲート
８開閉ユニット
１０配管
１２排気ポンプ
１４テーブルベース
１４ａ吸引路
１４ｂ冷却流路
１６円盤部
１８柱部
２０静電チャックテーブル
２２テーブル本体
２２ａ吸引路
２４電極
２６ＤＣ電源
２８吸引ポンプ
３０循環ユニット
３２供給ノズル
３２ａ供給口
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３８ａ，３８ｂ，３８ｃバルブ
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ流量コントローラー
４０ａ第１ガス供給源
４０ｂ第２ガス供給源
４０ｃ第３ガス供給源
４２電極
４４高周波電源
４６分散部材
４８配管
５０側部
５０ａ貫通孔
５２底部
５２ａ貫通孔
５４フランジ部
５４ａ貫通孔
１１被加工物

Claims

プラズマエッチング装置であって、
内側が平坦な上壁を有する真空チャンバーと、
該真空チャンバー内で被加工物を保持する静電チャックテーブルと、
下流側に該真空チャンバーの該上壁が接続され、上流側のガス供給源からエッチングガスが供給される供給ノズルと、
該供給ノズルに供給された該エッチングガスに高周波電圧を加えて該エッチングガスをプラズマ状態にする高周波電圧印加ユニットと、
該真空チャンバー内で該供給ノズルとの接続部分に設けられ、該供給ノズルから該真空チャンバー内に流れ込むプラズマ状態の該エッチングガスを該静電チャックテーブルの上面に分散させる分散部材と、を備え、
該分散部材は、円筒状の側部と、該側部の一端側を塞ぐ円形の底部とを有し、該側部の他端側を該上壁の平坦な内側に固定され、
該側部と底部との両方には、プラズマ状態の該エッチングガスを通過させるための貫通孔が形成されており、
該側部の高さは、１０ｍｍ〜５０ｍｍであり、該底部の直径は、２５ｍｍ〜１００ｍｍであり、該側部に形成された該貫通孔の直径は、３ｍｍ〜１２ｍｍであり、該側部に形成された該貫通孔の数量は、４個〜６４個であり、該底部に形成された該貫通孔の直径は、０．５ｍｍ〜３ｍｍであり、該底部に形成された該貫通孔の数量は、１２個〜３６個であり、
該供給ノズルには、流量が１．０Ｌ／ｍｉｎ〜５．０Ｌ／ｍｉｎの該エッチングガスが供給されることを特徴とするプラズマエッチング装置。