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JP2015088687A - 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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Abstract

【課題】プラズマ処理装置におけるプラズマ処理性能と冷却性能の両方の向上。
【解決手段】ドライエッチング装置１は、フレーム６と保持シート５を備える搬送キャリア４に保持されたウエハ２を処理対象とする。ステージ１１の電極部１３は静電チャック１７を備える。静電チャック１７の上面のウエハ２が保持シート５を介して載置される領域は平坦部でありバックサイドガス冷却は適用されない。静電チャック１７の上面のフレーム６が保持シート５を介して載置される領域と、ウエハ２とフレーム６との間の保持シート５が配置される領域は第１溝構造部４３が形成されている。第１溝構造部４３と搬送キャリア４により画定される微小空間には、第１伝熱ガス供給部４１Ａにより希ガス源４８からの伝熱ガスが伝熱ガス供給孔４５，４６を介して供給される（バックサイドガス冷却）。
【選択図】図１

Description

本発明はプラズマ処理装置及びプラズマ処理装置に関する。
特許文献１，２に開示されたプラズマ処理装置は、環状のフレームと保持シートを備える搬送キャリアに保持された基板（例えばウエハ）を処理対象とする。基板は保持シート上に保持されている。また、これらのプラズマ処理装置は、フレームと、保持シートの基板外周とフレームと間の領域とを、プラズマに曝されないように覆うカバーを備える。
特許第４８５８３９５号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０２３８０７３号明細書
カバーはプラズマに曝されることで加熱されて高温となりやすい。加熱されたカバーからの輻射熱は、基板外周部のレジスト、保持シート、及びフレームに熱的なダメージを与える。かかるカバーからの輻射熱による熱的ダメージに対する対策としては、基板と搬送キャリアをステージ（冷媒循環により冷却されている）に静電吸着して密着させ、ステージへの伝熱で冷却することができる。ステージとその上に載置された基板との間の伝熱性向上のために、これらの間にヘリウムのような希ガスである伝熱ガスを供給することが知られている（バックサイドガス冷却）。
従来のプラズマ処理装置では、プラズマ処理の対象が搬送キャリアに保持された基板である場合に、バックサイドガス冷却をどのような態様で行えば、プラズマ処理性能と冷却性能が両立し得るかについて、具体的な検討はなされていない。
本発明は、搬送キャリアに保持された基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置における、プラズマ処理性能と冷却性能の両方の向上を課題とする。
本発明の第１の態様は、フレームと保持シートを備える搬送キャリアに保持された基板をプラズマ処理する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、前記内部空間にプロセスガスを供給するプロセスガス供給手段と、前記内部空間を減圧する減圧手段と、前記内部空間にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、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電極部を備えるステージと、前記電極部のうち前記基板が前記保持シートを介して載置される領域である第１領域に設けられた、実質的に平坦な平坦部と、前記電極部のうち、前記フレームが前記保持シートを介して載置される領域と、前記基板と前記フレームとの間の前記保持シートが配置される領域とを少なくとも含む第２領域に設けられた、前記搬送キャリアから離反する向きに窪んだ凹部を少なくとも１個有する第１非平坦部と、前記第１非平坦部と前記搬送キャリアとの間に画定される第１微小空間に伝熱ガスを供給する第１伝熱ガス供給部とを備える、プラズマ処理装置を提供する。
具体的には、プラズマ処理装置は、前記電極部を冷却する冷却部をさらに備える。
さらに具体的には、プラズマ処理装置は、前記電極部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う本体と、前記電極部に載置された前記搬送キャリアに保持された前記基板を前記内部空間に露出させるように前記本体を厚み方向に貫通して形成された窓部とを有し、前記ステージに接離可能なカバーをさらに備える。
バックサイドガス冷却により高い冷却効率を実現できる。しかし、バックサイドガス冷却は、プラズマ処理性能に関しては好ましくない点がある。例えば、高プラズマ密度かつ低バイアスパワーでラジカル反応が支配的なプロセス（例えばプラズマダイシングの一例としてのＳｉエッチングプロセス）の場合、バイアスパワーの非常に小さな変動がプロセス特性に大きな影響を及ぼす。基板が個片化されると基板自体の強度が低下するので、伝熱ガスの局所的な圧力差により保持シートにたわみが生じ、バイアスパワーの変動とそれに起因する形状異常のようなプロセス特性の低下の原因となる。また、小片化により得られるチップのサイズが非常に小さく、伝熱ガス供給部（伝熱ガス供給孔）よりも小さい場合がある。この場合も伝熱ガス供給部でプロセス特性低下が生じる。
本発明では、基板に対してはバックサイドガス冷却を適用していない。つまり、電極部のうち基板が保持シートを介して載置される領域である第１領域を実質的な平坦な平坦部としている。ここで「実質的に平坦」とは、微細な表面粗さや製造公差のような不可避な要因を除けば平面とみなすことができることをいう。
本発明では、電極部のうちプラズマ処理性能への影響が少ないフレームと保持シートについてはバックサイドガス冷却を適用している。つまり、電極部のうち、フレームが保持シートを介して載置される領域と、基板とフレームとの間の前記保持シートが配置される領域とを含む第２領域に第１非平坦部を設け、この第１非平坦部に第１伝熱ガス供給部から伝熱ガスを供給している。
以上のように、基板に対してはバックサイドガス冷却を適用せず、フレームと保持シートについてはバックサイドガス冷却を適用することで、プラズマ処理性能と冷却性能の両方を向上できる。冷却性能向上により、カバーからの輻射熱に起因する基板、保持シート、及びフレームのダメージを効果的に低減できる。
カバーに対してバックサイドガス冷却を適用してもよい。この場合、前記電極部のうち前記カバーが前記電極部に接する領域を含む第３領域に設けられ、前記搬送キャリアから離反する向きに窪んだ凹部を少なくとも１個有する第２非平坦部と、前記第２非平坦部と前記カバーとの間に画定される第２微小空間に前記伝熱ガスを供給する第２伝熱ガス供給部とをさらに備える。
具体的には、前記電極部のうち前記第１領域に内蔵された第１静電吸着電極を備える。
また、前記電極部のうち前記第２領域に内蔵された第２静電吸着電極を備えてもよい。フレームと保護シートが電極部に静電吸着され、フレームと保護シートの冷却効率が向上する。
前記第２静電吸着電極は、前記カバーが前記電極部に接する領域まで延びていてもよい。カバーが電極部に静電吸着され、カバーの冷却効率が向上する。
代案としては、前記カバーを前記ステージに対して押し付けるクランプ機構をさらに備えてもよい。
第１静電吸着電極には直流電圧を印可してもよいし、直流電圧に重畳してバイアス電圧として高周波電圧を印可してもよい。
好ましくは、前記第１静電吸着電極は単極型で、前記第２静電吸着電極は双極型である。
単極型の静電吸着電極は基板全面を均一に吸着することができるのでプラズマ処理性能の点では双極型より優れている。例えば、プラズマダイシングの場合、基板を個片化する前後の吸着力変動と、局所的な吸着力の差とは、いずれも双極型よりも単極型の方が少ない。双極型の静電吸着電力はプラズマ処理性能の点では単極型より劣るが、静電吸着力は単極型より強い。基板は単極型の第１静電吸着電極によって電極部に静電吸着し、フレームと保持シート（基板とフレームとは間の部分）は、双極型の第２静電吸着電極によって電極部に静電吸着することで、プラズマ処理性能と冷却性能の両方をさらに向上できる。
前記第１静電吸着電極と前記第２静電吸着電極はいずれも単極型であってもよい。第１及び第２静電吸着電極を双極型よりも簡易な構成の単極型とすることで、プラズマ処理装置の構成を簡素化できる。
本発明の第２の態様は、フレームと保持シートを備える搬送キャリアに保持された基板のプラズマ処理方法であって、前記基板を保持した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、前記電極部のうち実質的な平坦な平坦部に前記保持シートを介して前記基板を載置し、前記電極部のうち凹部を少なくとも１個有する非平坦部に、前記保持シートを介して前記フレームを載置すると共に前記基板と前記フレームとの間の前記保持シートを載置し、前記非平坦部と前記搬送キャリアとの間に画定される第１微小空間に伝熱ガスを供給しつつ、前記チャンバ内にプラズマを発生させて、前記基板にプラズマ処理を施す、プラズマ処理方法を提供する。
本発明によれば、基板を電極部の平坦部に配置してバックサイド冷却を適用しない。一方、フレームと保持シート（基板とフレームの間の領域）は第１非平坦部に配置してバックサイド冷却を適用している。これによって、搬送キャリアに保持された基板を処理対象とするプラズマ処理装置における、プラズマ処理性能と冷却性能の両方を向上できる。
本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置（カバーは降下位置）の断面図。 図１の部分拡大図。 ステージに載置された搬送キャリアとそれを覆うカバーの平面図。 第１及び第２の静電吸着電極の部分平面図。 本発明の第１本実施形態に係るプラズマ処理装置（カバーは上昇位置）の断面図。 本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置の部分断面図。 本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置の部分断面図。 本発明の第４実施形態に係るプラズマ処理装置の部分断面図。 本発明の第５実施形態に係るプラズマ処理装置の部分断面図。
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。以下の説明では、特定の方向や位置を示す用語（「上」、「下」、「側」、「端」のような用語を含む）を用いる場合がある。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は限定されない。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４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により、ウエハ（基板）２にプラズマダイシングを施す。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２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２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。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（図示せず）が形成されている。
図１を参照すると、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（真空容器）３を備える。チャンバ３の出入口３ａを介して搬送キャリア４を内部空間に収納できる。
図２及び図３を参照すると、搬送キャリア４は、ウエハ２を着脱可能に保持する保持シート５を備える。保持シート５としては、例えばＵＶテープを使用できる。ＵＶテープは、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。保持シート５の一方の面が粘着性を有する面（粘着面５ａ）で、他方が粘着性を有しない面（非粘着面５ｂ）である。保持シート５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５の外周縁付近の粘着面５ａには、概ね環状で厚みの薄いフレーム６が貼着されている。フレーム６は、例えば、ステンレス、アルミニウムのような金属又は樹脂からなり、保持シート５と共に形状を保持できる剛性を有する。搬送キャリア４の保持シート５には、粘着面５ａ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１を参照すると、ドライエッチング装置１のチャンバ３の頂部を閉鎖する誘電体壁７の上方には、上部電極としてのアンテナ８が配置されている。アンテナ８は第１高周波電源９Ａに電気的に接続されている。アンテナ８と第１高周波電源９Ａはプラズマ発生手段を構成している。チャンバ４の底部側には、ウエハ２を保持した搬送キャリア４が載置されるステージ１１が配置されている。誘電体壁７に形成されたチャンバ３の内部空間へのガス導入口７ａにはプロセスガス源１０が接続されている。チャンバ３の排気口３ｂには内部空間を真空排気するための真空ポンプを含む減圧機構１２が接続されている。
図１及び図２を参照すると、ステージ１１は、電極部１３と、電極部１３を支持する基台部１４と、電極部１３と基台部１４の外周を取り囲む外装部１５とを備える。外装部１５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。外装部１５により、電極部１３と基台部１４がプラズマから保護される。ステージ１１には冷却装置１６が設けられている。
電極部１３は、ステージ１１の最上層を構成する静電チャック１７と、静電チャック１７の下方に配置されたアルミニウム合金のような金属製の電極部本体１８とを備える。
電極部１３の静電チャック１７は、薄いセラミックス、溶射セラミックス、又は誘電材料からなるシート（テープ）で構成されている。静電チャック１７の上面の中央部分にウエハ２を保持した搬送キャリア４が載置される。また、静電チャック１７の外周側部分には、後述するカバー１９が載置される。電極部１３には第１及び第２静電吸着電極２４，２５とバイアス電極２７が内蔵されている。静電チャック１７上に載置された搬送キャリア４とカバー１９を冷却するための伝熱ガス供給部４１Ａ，４１Ｂが設けられている。静電チャック１７と伝熱ガス供給部４１Ａ，４１Ｂの詳細は後述する。
冷却装置（冷却部）１６は、電極部本体１８に形成された冷媒流路１８ａと、冷媒循環装置２１とを備える。冷媒循環装置２１は、冷媒流路１８ａに温調した冷媒を循環させることで冷却し、電極部１３を所望温度に維持する。
搬送キャリア４は、保持シート５のウエハ２を保持している面（粘着面５ａ）が上向きの姿勢でステージ１１の電極部１３に載置され、保持シート５の非粘着面５ｂが電極部１３の上面に接触する。搬送キャリア４は、図示しない搬送機構によって電極部１３の静電チャック１７に対して予め定められた位置および姿勢で載置される。以下、この予め定められた位置および姿勢を正規位置という。
正規位置に載置された搬送キャリア４は、プラズマ処理後に、第１駆動ロッド２２Ａによって持ち上げられて排出される（図５参照）。第１駆動ロッド２２Ａは、図１及び図５にのみ概念的に示す第１駆動機構２３Ａにより昇降駆動される。具体的には、搬送キャリア５は、図５に示す上昇位置と、図１に示す降下位置とに移動させることができるようになっている。
図１から図３を参照すると、チャンバ３内にはステージ１１の上方側で昇降するカバー１９が備えられている。カバー１９は外形輪郭が円形で厚みの薄い本体１９ａと、この本体１９ａの中央に厚み方向に貫通するように形成された窓部１９ｂとを備える。本体１９ａの下面には降下時に電極部１３の静電チャック１７の上面に当接する環状突部１９ｃが形成されている。環状突部１９ｃの下面は半径方向に所定の幅寸法を有する環状の接触面１９ｄとなっている。カバー１９（本体１９ａ）は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属材料、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、熱伝導性に優れたセラミックス材料のような材料からなる。
カバー１９の本体１９ａの外径寸法は、搬送キャリア４の外形輪郭よりも十分に大きく形成されている。これは、プラズマ処理中に搬送キャリア４のフレーム６と保持シート５（ウエハ２の外周部とフレーム６の間の領域）とフレーム６を覆ってプラズマから保護するためである。カバー１９の窓部１９ｂの径は、ウエハ２の外径寸法に対して例えば±２ｍｍの範囲で設定される。プラズマ処理中、窓部１９ｂを介してウエハ２はチャンバ３の内部空間に露出される。
カバー１９の昇降動作は本体１９ａに連結された第２駆動ロッド２２Ｂによって行われる。第２駆動ロッド２２Ｂは、図１及び図５にのみ概念的に示す第２駆動機構２３Ｂにより昇降駆動される。第２駆動ロッド２２Ｂの昇降によりカバー１９が昇降する。具体的には、カバー１９は、図５に示す上昇位置と、図１に示す降下位置とに移動可能である。
図５を参照すると、上昇位置のカバー１９は、ステージ１１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１９が上昇位置にあれば、電極部１３の静電チャック１７の上面に搬送キャリア４（ウエハ２を保持している。）を載せる作業と、その逆に電極部１３の上面から搬送キャリア４を降ろす作業とが可能である。
図１及び図２を参照すると、降下位置のカバー１９は、正規位置にある搬送キャリア４の保持シート５（ウエハ２を保持している部分は除く）とフレーム６を覆う。またカバー１９が降下位置にあるとき、環状突部１９ｃの下面（上述の接触面１９ｄ）が電極部１３の静電チャック１７の上面に当接する。つまり、第２駆動機構２３Ｂは、カバー１９をステージ１１に対して昇降させる手段として機能すると共に、カバー１９をステージ１１に対して接離させる手段としても機能する。
以下、図１及び図２を参照して電極部１３の静電チャック１７と伝熱ガス供給部４１Ａ，４１Ｂについて説明する。以下の説明では、特に言及しない限り、ウエハ２を保持した搬送キャリア４は正規位置（予め定められた位置および姿勢で静電チャック１７上に載置された状態）にあるものとする。
静電チャック１７のうち、中央部分、すなわちウエハ２が保持シート５を介して載置される領域（第１領域Ａ１）の上面近傍には、単極型の第１静電吸着電極２４が内蔵されている。図４に示すように、本実施形態における第１静電吸着電極２４はウエハ２よりも僅かに大きい外径を有する厚さの薄い円板状である。第１静電吸着電極２４には第１直流電源２６Ａが電気的に接続されている。
静電チャック１７のうち、中央部分を取り囲む外周部分には、本実施形態では双極型である第２静電吸着電極２５が上面近傍に内蔵されている。具体的には、第２静電吸着電極２５は、フレーム６が保持シート５を介して載置される領域と、ウエハ２とフレーム６との間の保持シート５が載置される領域とを含む領域と含む領域（第２領域Ａ２）に加え、降下位置のカバー１９の環状突部１９ｃが当接する領域（第３領域Ａ３）に内蔵されている。図４に示すように、第２静電吸着電極２５は第１静電吸着電極２４の周囲を囲む無端状の正極２５ａと、正極２５ａの外側に配置された無端状の負極２５ｂとを備える。正極２５ａは第２直流電源２６Ｂの正極に電気的に接続され、負極２５ｂは第２直流電源２６Ｂの負極に電気的に接続されている。本実施形態では、第２静電吸着電極の正極２５ａと正極２５ｂはいずれも、一定幅で蛇行する帯状である。
静電チャック１７のうち、第１静電吸着電極２４の下方にはバイアス電極２７が内蔵されている。バイアス電極２７はバイアス電圧を印可するための第２高周波電源９Ｂに電気的に接続されている。
静電チャック１７の上面のうち、ウエハ２が保持シート５を介して載置される第１領域Ａ２には、実質的な平坦な平坦部４２が設けられている。ここで「実質的に平坦」とは、微細な表面粗さや製造公差のような不可避な要因を除けば平面とみなすことができることをいう。
静電チャック１７の上面のうち、フレーム６が保持シート５を介して載置される領域と、ウエハ２とフレーム６との間の保持シート５が載置される領域とを含む領域と含む第２領域Ａ２には第１溝構造部（第１非平坦部）４３が設けられている。第１溝構造部４３は、静電チャック１７の上面から下方（搬送キャリア４から離反する向き）に窪み、かつ互いに流体的に連通する複数の第１溝（凹部）４３ａを備える。静電チャック１７には第１溝構造部４３が設けられている部分に、伝熱ガス供給孔４５，４６が設けられている。一方の伝熱ガス供給孔４５はフレーム６と対向する位置に設けられ、他方の伝熱ガス供給孔４６はウエハ２とフレーム６との間の保持シート５に対応する位置に設けられている。伝熱ガス供給孔４５，４６は希ガス源４８に流体的に接続されている。希ガス源４８はヘリウムのような希ガスである伝熱ガスを供給する。第１伝熱ガス供給部４１Ａは、伝熱ガス供給孔４５，４６と希ガス源４８を含む。
第１溝構造部４３と静電チャック１７上に載置された搬送キャリア４（保持シート５のうちフレーム６が取付けられている部分とウエハ２とフレーム６との間）とによって微小空間（第１微小空間）が形成されている。この微小空間に伝熱ガス供給孔４５，４６を介して希ガス源４８からの伝熱ガスが放出される。
静電チャック１７の上面のうち、降下位置のカバー１９の環状突部１９ｃの接触面１９ｄが当接する第３領域Ａ３には、第２溝構造部（第２非平坦部）４４が設けられている。第２溝構造部４４は、静電チャック１７の上面から下方（搬送キャリア４から離反する向き）に窪み、かつ互いに流体的に連通する複数の第２溝（凹部）４４ａを備える。静電チャック１７には第２溝構造部４４が設けられている部分に、伝熱ガス供給孔４７が設けられている。伝熱ガス供給孔４７は希ガス源４８に流体的に接続されている。第２伝熱ガス供給機構４１は、伝熱ガス供給孔４７と希ガス源４８を含む。
第２溝構造部４４静電チャック１７上に当接するカバー１９の環状突部１９ｃの接触面１９ｄとによって微小空間（第２微小空間）が形成されている。この微小空間に伝熱ガス供給孔４７を介して希ガス源４８からの伝熱ガスが放出される。
図１及び図５に模式的に示す制御装置２８は、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。これらの要素は、第１及び第２高周波電源９Ａ，９Ｂ、プロセスガス源１０、減圧機構１２、第１及び第２直流電源２６Ａ，２６Ｂ、冷媒循環装置２１、第１及び第２駆動機構２３Ａ，２３Ｂ、及び第１及び第２伝熱ガス供給部４１Ａ，４１Ｂの希ガス源４８を含む。
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５の中央にウエハ２を貼着した搬送キャリア４を図示しない搬送機構によってチャンバ３の内部空間に搬入し、静電チャック１７上の正規位置に載置する。このとき、カバー１９は上昇位置（図５）にある。
第２駆動機構２３Ｂにより第２駆動ロッド２２Ｂを駆動し、カバー１９を上昇位置（図５）から降下位置（図１）に降下させる。カバー１９が降下位置となると、搬送キャリア４のフレーム６と保持シート５（ウエハ２とフレーム６の間の領域）とはカバー１９で覆われ、窓部１９ｂからウエハ２が露出する。また、カバー１９の環状突部１９ｃの下端面（接触面１９ｄ）が静電チャック１７の上面（第３領域Ａ３）と接触する。
第１直流電源２６Ａから単極型の第１静電吸着電極２４に直流電圧を印加し、ウエハ２を保持シート５を介して静電チャック１７の上面に静電吸着により保持する。また、第２直流電源２６Ｂから双極型の第２静電吸着電極２５に直流電圧を印加し、フレーム６と保持シート５（ウエハ２とフレーム６の間の領域）を静電チャック１７の上面に静電吸着により保持する。また、双極型の第２静電吸着電極２５に第２直流電源２６Ｂから直流電圧を印加することで、カバー１９が静電チャック１７の上面に静電吸着される。言い換えれば、カバー１９は静電吸着力によって静電チャック１７の上面に押し付けられる。
また、第１伝熱ガス供給部４１Ａにより、希ガス源４８からの伝熱ガスが、第１溝構造部４３と静電チャック１７上に載置された搬送キャリア４（保持シート５のうちフレーム６が取付けられている部分とウエハ２とフレーム６との間の部分）によって画定される第１微小空間に伝熱ガス供給孔４５，４６を介して供給される。第１微小空間内に伝熱ガスが充満する。
さらに、第２伝熱ガス供給部４１Ｂにより、希ガス源４８からの伝熱ガスが第２溝構造部４４と静電チャック１７上に当接するカバー１９の環状突部１９ｃとによって画定される第２微小空間に伝熱ガス供給孔４７を介して供給される。第２微小空間内に伝熱ガスが充満する。
次に、プロセスガス源１０からチャンバ３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１２により排気し、チャンバ３内を所定圧力に維持する。その後、アンテナ８に対して第１高周波電源９Ａから高周波電力を供給してチャンバ３内にプラズマを発生させ、カバー１９の窓部１９ｂから露出しているウエハ２に照射する。このとき、バイアス電極２７には第２高周波電源２Ｂからバイアス電圧が印加される。また、冷却装置１６により電極部１３を含むステージ１１が冷却される。ウエハ２のマスクから露出している部分（ストリート）では、プラズマ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（個片化）。
プラズマダイシング中、カバー１９はプラズマに曝されて加熱される。しかし、カバー１９は熱伝導性に優れた材料で構成されており、環状突部１９ｃが第２静電吸着電極２５による静電吸着で静電チャック１７の上面に押し付けられている。そのため、カバー１９に発生した熱は冷却装置１６によって冷却されているステージ１１へ逃がすことができる。言い換えれば、プラズマダイシング中、カバー１９はステージ１１への熱伝導により冷却される。また、カバー１９と静電チャック１７との間には第２伝熱ガス供給部４１Ｂによって第２溝構造部４４に供給された伝熱ガスが介在し（バックサイドガス冷却）、高い伝熱効率でカバー１９の熱をステージ１１へ逃がすことができる。
プラズマダイシング中、ウエハ２は第１静電吸着電極２４により保持シート５を介して静電チャック１７の上面に静電吸着されている。そのため、プラズマダイシング中に、ウエハ２に発生した熱は、冷却装置１６によって冷却されているステージ１１へ逃がすことができる。言い換えれば、プラズマダイシング中、ウエハ２はステージ１１への熱伝導により冷却される。ただし、ウエハ２と静電チャック１７との間にはバックサイドガス冷却は適用されていない。
プラズマダイシング中、フレーム６と保持シート５は第２静電吸着電極２５により静電チャック１７の上面に静電吸着されている。そのため、プラズマダイシング中に、フレーム６、及び保持シート５に発生した熱は、冷却装置１６によって冷却されているステージ１１へ逃がすことができる。言い換えれば、プラズマダイシング中、フレーム６と保持シート５はステージ１１への熱伝導により冷却される。また、フレーム６及び保持シート５と静電チャック１７との間には第１伝熱ガス供給部４１Ａによって第１溝構造部４３に供給された伝熱ガスが介在し（バックサイドガス冷却）、高い伝熱効率でカバー１９の熱をステージ１１へ逃がすことができる。
以上のように、プラズマに曝されることで加熱されるカバー１９自体をステージ１１への熱伝導により冷却することに加え、ウエハ２、フレーム６、及び保持シート５もステージ１１への熱伝導により冷却することで、カバー１９からの輻射熱による搬送キャリア５（シート、フレーム、ウエハ）への熱ダメージを効果的に防止することができる。特に、カバー１９、フレーム６、及び保持シート５に対してはバックサイドガス冷却を適用しているので、より高効率で冷却できる。
プラズマダイシング後、第２駆動機構２３Ｂにより第２駆動ロッド２２Ｂを駆動してカバー１９を降下位置から上昇位置へ移動させる。その後、第１駆動機構２３Ａにより第１駆動ロッド２２Ａを駆動して搬送キャリア４を降下位置から上昇位置へと移動させ、図示しない搬送機構によって搬送キャリア４をチャンバ３から搬出する。
本実施形態では、ウエハ２を静電チャック１７の平坦部４２に配置してバックサイド冷却を適用しない、一方、フレーム６と保持シート５（ウエハ２とフレーム６の間の領域）は第１溝構造部４３に配置してバックサイド冷却を適用することで、プラズマ処理性能と冷却性能の両方を向上している。以下、この点について詳述する。
バックサイドガス冷却により高い冷却効率を実現できる。しかし、バックサイドガス冷却は、プラズマ処理性能に関しては好ましくない点がある。例えば、高プラズマ密度かつ低バイアスパワーでラジカル反応が支配的なプロセス（例えばプラズマダイシングの一例としてのＳｉエッチングプロセス）の場合、バイアスパワーの非常に小さな変動がプロセス特性に大きな影響を及ぼす。ウエハ２が個片化されるとウエハ２自体の強度が低下するので、伝熱ガスの局所的な圧力差により保持シート５にたわみが生じ、バイアスパワーの変動とそれに起因する形状異常のようなプロセス特性の低下の原因となる。また、小片化により得られるチップのサイズが非常に小さく、伝熱ガス供給孔（例えば本実施形態における伝熱ガス供給孔４５〜４７と同様の孔）よりも小さい場合がある。この場合も伝熱ガス供給孔でプロセス特性低下が生じる。
以上の点から、ウエハ２に対してはバックサイドガス冷却を適用せず、フレーム６と保持シート５についてはバックサイドガス冷却を適用することで、プラズマ処理性能と冷却性能の両方を向上できる。冷却性能向上により、カバー１９からの輻射熱に起因するウエハ２、保持シート５、及びフレーム６のダメージを効果的に低減できる。
本実施形態では、上述のようにウエハ２の静電吸着には単極型の第１静電吸着電極２４を使用する一方、搬送キャリア４（フレーム６，保持シート５）及びカバー１９については双極型の第２静電吸着電極２５を使用することでも、プラズマ処理性能と冷却性能の両方を向上している。以下、この点について詳述する。
ウエハ２は単極型の第１静電吸着電極２４によって静電チャック１７に静電吸着される。主としてクーロン力によって静電吸着する単極型の静電吸着電極は、静電吸着力が双極型より弱い。しかし、単極型の静電吸着電極はウエハ全面を均一に吸着することができるのでプラズマ処理性能の点では、主として保持シート５及びウエハ２の裏面を流れる電流によるジョンソン−ラーベック力によって静電吸着する双極型より優れている。例えば、プラズマダイシングの場合、ウエハ２を個片化する前後の吸着力変動と、局所的な吸着力の差とは、いずれも双極型よりも単極型の方が少ない。また、特に、高プラズマ密度かつ低バイアスパワーのラジカル反応が支配的なプロセス（例えばＳｉエッチングプロセス）の場合、ウエハ２を個片化する前後のバイアスパワーの変化に伴い双極型の静電吸着電極のパターンの基板側への転写が起こりえる。一方、フレーム６とカバー１９は、双極型の第２静電吸着電極２５によって静電チャック１７に静電吸着される。双極型の静電吸着電極はプラズマ処理性能の点では単極型より劣るが、静電吸着力は単極型より強い。つまり、本発明では、プラズマ処理性能に直接的に影響するウエハ２の静電吸着には単極型の第１静電吸着電極２４を使用する一方、ウエハ２よりはプラズマ処理性能への影響が少ない搬送フレーム６とカバー１９については静電吸着力の強い双極型の第２静電吸着電極２５を使用している。その結果、プラズマ処理性能と静電吸着性能の両方を向上できる。静電吸着性能の向上により、搬送キャリア４とカバー１９をステージへの伝熱により効果的に冷却し、カバー１９からの輻射熱に起因するダメージを効果的に低減できる。
以下、本発明の他の実施形態を説明する。これらの実施形態の説明で特に言及しない構成と動作は第１実施形態と同様である。
（第２実施形態）
図６に示す第２実施形態では、バイアス電極２７と第２高周波電源９Ｂをなくし、第１静電吸着電極２４に対して電源２９から直流電圧にバイアス電圧としての高周波電圧を重畳した電圧を印可している。第２高周波電源９Ｂをなくすことで、静電チャック１７の構成を簡素化できる。
（第３実施形態）
図７に示す第３実施形態では、第２静電吸着電極２５は、静電チャック１７のうちフレーム６が保持シート５を介して載置される領域と、ウエハ２とフレーム６との間の保持シート５が載置される領域とを含む第２領域Ａ２にのみ配置されている。つまり、第２静電吸着電極２５は、静電チャック１７のうち降下位置のカバー１９が当接する第３領域Ａ３には設けられておらず、カバー１９は静電チャック１７に対して静電吸着されない。プラズマ処理中、カバー１９は第２駆動機構２３Ｂによりステージ１１側に付勢され、それによって環状突部１９ｃの接触面１９ｄが静電チャック１７の上面に押し付けられる。
（第４実施形態）
図８に示す第４実施形態では、第２静電吸着電極２５を単極型としている。一般に、単極型の静電吸着電極は、双極型の静電吸着電極よりも構成が簡易である。第１静電吸着電極２４と第２静電吸着電極２５の両方を単極型とすることで、静電チャック１７の構成を簡素化できる。第１及び第２静電吸着電極２４，２５をともに単極型とする場合、これらの電源に対して共通の直流電源に直流電圧を印可してもよい。かかる電源の共通化により静電チャック１７の構成をさらに簡素化できる。
（第５実施形態）
図９に示す第５実施形態では、静電チャック１７の上面のうち、降下位置のカバー１９の環状突部１９ｃの接触面１９ｄが当接する第３領域Ａ３から第２溝構造部４４（図２参照）をなくして平坦面４９としている。この平坦面４９に設けた収容溝４９ａ，４９ｂにはシール部材の一例であるＯリング５０Ａ，５０Ｂが収容されている。降下位置のカバー１９の環状突部１９ｃの下端と、平坦面４９と、Ｏリング５０Ａ，５０Ｂとによって微小空間が画定され、この微小空間に対して第２伝熱ガス供給部４１Ｂにより希ガス源４８からの伝熱ガスが伝熱ガス供給孔４７を介して供給される。
本発明は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。
例えば、チャンバ３内に固定されたカバー１９に対してステージ１１を昇降させることでカバー１９をステージ１１に対して接離させる構成を採用できる。
また、ＩＣＰ型のドライエッチング装置を例に本発明を説明したが、本発明は平行平板型のドライエッチング装置にも適用できる。また、本発明は、ドライエッチング装置に限定されるＣＶＤ装置のような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
２ａ 表面
２ｂ 裏面
３ チャンバ
３ａ 出入口
３ｂ 排気口
４ 搬送キャリア
５ 保持シート
５ａ 粘着面
５ｂ 非粘着面
６ フレーム
７ 誘電体壁
７ａ ガス導入口
８ アンテナ
９Ａ 第１高周波電源
９Ｂ 第２高周波電源
１０ プロセスガス源
１１ ステージ
１２ 減圧機構
１３ 電極部
１４ 基台部
１５ 外装部
１６ 冷却装置
１７ 静電チャック
１８ 電極部本体
１８ａ 冷媒流路
１９ カバー
１９ａ 本体
１９ｂ 窓部
１９ｃ 環状突部
２１ 冷媒循環装置
２２Ａ 第１駆動ロッド
２２Ｂ 第２駆動ロッド
２３Ａ 第１駆動機構
２３Ｂ 第２駆動機構
２４ 第１静電吸着電極
２５ 第２静電吸着電極
２５ａ 正極
２５ｂ 負極
２６Ａ 第１直流電源
２６Ｂ 第２直流電源
２７ バイアス電極
２８ 制御装置
２９ 電源
３０ クランプ機構
４１Ａ 第１伝熱ガス供給部
４１Ｂ 第２伝熱ガス供給部
４２ 平坦部
４３ 第１溝構造部
４３ａ 第１溝
４４ 第２溝構造部
４４ａ 第２溝
４５，４６，４７ 伝熱ガス供給孔
４８ 希ガス源
４９ 平坦面
４９ａ，４９ｂ 収容溝
５０Ａ，５０Ｂ Ｏリング
Ａ１ 第１領域
Ａ２ 第２領域
Ａ３ 第３領域

Claims (13)

  1. フレームと保持シートを備える搬送キャリアに保持された基板をプラズマ処理する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、
    前記内部空間にプロセスガスを供給するプロセスガス供給手段と、
    前記内部空間を減圧する減圧手段と、
    前記内部空間にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
    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電極部を備えるステージと、
    前記電極部のうち前記基板が前記保持シートを介して載置される領域である第１領域に設けられた、実質的に平坦な平坦部と、
    前記電極部のうち、前記フレームが前記保持シートを介して載置される領域と、前記基板と前記フレームとの間の前記保持シートが配置される領域とを少なくとも含む第２領域に設けられた、前記搬送キャリアから離反する向きに窪んだ凹部を少なくとも１個有する第１非平坦部と、
    前記第１非平坦部と前記搬送キャリアとの間に画定される第１微小空間に伝熱ガスを供給する第１伝熱ガス供給部と
    を備える、プラズマ処理装置。
  2. 前記電極部を冷却する冷却部をさらに備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記電極部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う本体と、前記電極部に載置された前記搬送キャリアに保持された前記基板を前記内部空間に露出させるように前記本体を厚み方向に貫通して形成された窓部とを有し、前記ステージに接離可能なカバーをさらに備える、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記電極部のうち前記カバーが前記電極部に接する領域を含む第３領域に設けられ、前記搬送キャリアから離反する向きに窪んだ凹部を少なくとも１個有する第２非平坦部と、
    前記第２非平坦部と前記カバーとの間に画定される第２微小空間に前記伝熱ガスを供給する第２伝熱ガス供給部と
    をさらに備える請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記電極部のうち前記第１領域に内蔵された第１静電吸着電極をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記電極部のうち前記第２領域に内蔵された第２静電吸着電極をさらに備える、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記第２静電吸着電極は、前記カバーが前記電極部に接する領域まで延びている、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記カバーを前記ステージに対して押し付けるクランプ機構をさらに備える、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記第１静電吸着電極には直流電圧が印可される、請求項５から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記第１静電吸着電極には、直流電圧に高周波電圧を重畳した電圧が印可される、請求項５から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記第１静電吸着電極は単極型で、前記第２静電吸着電極は双極型である、請求項６又は請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  12. 前記第１静電吸着電極と前記第２静電吸着電極はいずれも単極型である、請求項６又は請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  13. フレームと保持シートを備える搬送キャリアに保持された基板のプラズマ処理方法であって、
    前記基板を保持した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、前記電極部のうち実質的な平坦な平坦部に前記保持シートを介して前記基板を載置し、前記電極部のうち凹部を少なくとも１個有する非平坦部に、前記保持シートを介して前記フレームを載置すると共に前記基板と前記フレームとの間の前記保持シートを載置し、
    前記非平坦部と前記搬送キャリアとの間に画定される第１微小空間に伝熱ガスを供給しつつ、前記チャンバ内にプラズマを発生させて、前記基板にプラズマ処理を施す、プラズマ処理方法。
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