JP6377479B2 - プラズマエッチング装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物の表面または裏面にプラズマ処理によるドライエッチング処理を施すためのプラズマエッチング装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に形成されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。なお、半導体ウエーハは個々のデバイスに分割される前にその裏面を研削装置によって研削して所定の厚さに形成されている。

しかるに、上述したようにウエーハの裏面を研削すると、ウエーハの裏面に研削歪が残存し、分割されたデバイスの抗折強度が低下するという問題がある。
このような問題を解消するために、ウエーハの裏面にプラズマエッチングを施すことによって、ウエーハの裏面に生成された研削歪を除去し、デバイスの抗折強度を向上させる技術が提案されている。

また、上述したウエーハのストリートに沿った切断は、通常、ダイサーと呼ばれる切削装置によって行われている。この切削装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を切削するための切削ブレードを備えた切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる加工送り手段とを具備し、切削ブレードを回転しつつ被加工物を保持したチャックテーブルを加工送りすることにより，ウエーハを分割予定ラインに沿って切断する。

上述した切削装置の切削ブレードによってウエーハを切断すると、分割された個々のデバイスの側面に切削歪が残存し、デバイスの抗折強度を低下させる原因となっている。このような問題を解消するために、ウエーハを個々のデバイスに分割した後にデバイスの裏面および側面にプラズマエッチングを施すことによって、デバイスの裏面および側面に生成された研削歪および切削歪を除去し、デバイスの抗折強度を向上させる技術が提案されている。

上述したプラズマエッチングを施すプラズマエッチング装置は、プラズマ処理室である減圧室を形成するハウジングと、減圧室に配設され上面に被加工物を保持するチャックテーブルを備えた下部電極と、該下部電極の該被加工物保持部と対向して配設されチャックテーブルに向けてプラズマ発生用ガスを噴出する複数の噴出口を有するガス噴出部を備えた上部電極と、上記ハウジングに形成された被加工物搬入搬出用の開口を開閉するゲートとを具備している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２８０２１公報

上述したプラズマエッチング装置は、プラズマ処理室内のチャックテーブルに被加工物を搬入又は搬出する際に、プラズマ発生用ガスを噴出するガス噴出部を備えた上部電極をチャックテーブルから離反させる必要があり、このため上部電極の上側にはプラズマ処理室の上壁との間には空間が形成される。
しかるに、チャックテーブルに保持された被加工物にエッチングを施すために上部電極を被加工物に接近させ上部電極に高周波電極を印加すると、プラズマ処理室の上壁と上部電極との空間において放電が起こりエネルギーの損失を生じるという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術課題は、エネルギーの損失を生じることなくチャックテーブルに保持された被加工物にエッチングを施すことができるプラズマエッチング装置を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するために、本発明によれば、プラズマ処理室を備えたハウジングと、該プラズマ処理室に配設され上面に被加工物を保持する静電チャックテーブルを備えた下部電極ユニットと、該下部電極ユニットと対向して配設され該静電チャックテーブルに向けてプラズマ発生用ガスを噴出する噴出口を有するガス噴出部を備えた上部電極を備え該静電チャックテーブルの上面に対して垂直な上下方向に移動可能に構成された上部電極ユニットと、を具備するプラズマエッチング装置であって、
該ハウジングは、該プラズマ処理室の上端に形成された環状の支持面と、該環状の支持面の外周縁から立設して形成された内壁面とを備え上側が解放されており、
該上部電極ユニットは、該上部電極の外周に配設され該プラズマ処理室を選択的に大気と遮断するシール手段を備えており、
該シール手段は、該上部電極の外周に装着され該ハウジングに形成された該支持面に選択的に載置される載置面を備えた環状のシール保持部材と、該環状のシール保持部材に配設された環状のバルーンシールと、該環状のバルーンシールに空気を供給する空気供給手段とを具備し、該空気供給手段によって該環状のバルーンシールに空気を供給することにより該環状のバルーンシールを膨張して外周部を該ハウジングに形成された該内壁面に密着せしめる、
ことを特徴とするプラズマエッチング装置が提供される。

本発明によるプラズマエッチング装置は上記のように構成されているので、下部電極ユニットを構成する下部電極と上部電極ユニットを構成する上部電極にそれぞれ所定の高周波電力を印加することにより、下部電極と上部電極との間の空間にプラズマが発生させる際には、シール手段の環状のバルーンシールが膨張して外周部をハウジングに形成された内壁面に密着することによりプラズマ処理室が大気と遮断され、プラズマ処理室に供給されたプラズマ発生用ガスが上部電極の上側に侵入することはなく、上部電極の上側にはプラズマ発生用ガスが存在しないので、上部電極に高周波電力を印加しても上部電極の上側に放電が起こることはなく、エネルギーの損出を生じるという問題が解消する。

本発明に従って構成されたプラズマエッチング装置の要部を分解して示す斜視図。 本発明に従って構成されたプラズマエッチング装置の断面図。 図１および図２に示すプラズマエッチング装置のプラズマ処理室に連通する被加工物搬出入用の開口を開閉するためのゲートを開けた状態を示す説明図。 図１および図２に示すプラズマエッチング装置のプラズマ処理室に連通する被加工物搬出入用の開口を通して被加工物としてのウエーハを搬入した状態を示す説明図。 図１および図２に示すプラズマエッチング装置を構成する上部電極ユニットを下降してシール手段の環状のシール保持部材を構成する下壁の下面である載置面をハウジングに形成された環状の支持面上に載置した状態を示す説明図。 図１および図２に示すプラズマエッチング装置のシール手段を構成する環状のバルーンシールを膨張して外周部をハウジングに形成された側壁面に密着することによりプラズマ処理室を大気と遮断した状態を示す説明図。

以下、本発明に従って構成された減圧処理装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１には、本発明に従って構成されたプラズマエッチング装置の要部を分解して示す斜視図が示されており、図２にはプラズマエッチング装置の断面図が示されている。
図示の実施形態におけるプラズマエッチング装置は、プラズマ処理室２０を備えたハウジング２と、該ハウジング２のプラズマ処理室２０に配設され上面に被加工物を保持する静電チャックテーブル３０を備えた下部電極ユニット３と、該下部電極ユニット３と対向して配設された上部電極ユニット４を具備している。

ハウジング２は、外周が矩形状に形成されており、内部にはプラズマ処理室２０の上端部である静電チャックテーブル３０の上面より所定量高い位置に形成された環状の支持面２１と、該環状の支持面２１の外周縁から立設して形成された内壁面２２とを備えており内壁面２２の上側は解放されている。また、ハウジング２における一つの外側壁２３には、プラズマ処理室２０に連通する被加工物搬出入用の開口２３１が設けられている。開口２３１の外側には、開口２３１を開閉するためのゲート手段２４が配設されている。このゲート手段２４は、上下方向に移動可能に配設されたゲート２４１と、該ゲート２４１を作動せしめるゲート作動手段２４２とによって構成されている。ゲート作動手段２４２は、エアシリンダ２４２aと該エアシリンダ２４２a内に配設された図示しないピストンに連結されたピストンロッド２４２ｂとからなっており、ピストンロッド２４２ｂの先端（図において上端）が上記ゲート２４１に連結されている。このゲート作動手段２４２によってゲート２４１が開けられることにより、開口２３１を通して被加工物を搬出入することができる。また、ハウジング２には、プラズマ処理室２０に連通する排出通路２５が設けられており、この排出通路２５が配管２６によって減圧手段２７に接続されている。なお、配管２６には電磁開閉弁２８が配設されている。従って、電磁開閉弁２８を開路するとプラズマ処理室２０が配管２６を介して減圧手段２７に連通されるので、プラズマ処理室２０は減圧せしめられる。

上記下部電極ユニット３は、下部電極３１と該下部電極３１の下面中央部から突出して形成された円柱状の支持部３２とからなっており、下部電極３１がプラズマ処理室２０に配設され、支持部３２がハウジング２に支持されている。このように構成された下部電極ユニット３の下部電極３１には高周波コイル３１１が配設されており、該高周波コイル３１１が第１の高周波電圧印加手段３３に接続されている。なお、下部電極３１に配設された静電チャックテーブル３０は、図示しない静電電圧供給手段に接続されている。

上記上部電極ユニット４は、上部電極４１と該上部電極４１の上面中央部から突出して形成された円柱状の支持部４２と、該支持部４２に連結された移動手段４３と、上部電極４１の外周に配設され上記プラズマ処理室２０を選択的に大気と遮断するシール手段４４を具備している。上部電極４１は円盤状に形成されており、下面が上記静電チャックテーブル３０の上面と対向して配設される。上部電極４１には高周波コイル４１１が配設されており、該高周波コイル４１１が端子４１１a、４１１aを介して第２の高周波電圧印加手段４５に接続されている。なお、第２の高周波電圧印加手段４５は、５MHzで３０００Wの高周波電力を印加する。

上記上部電極ユニット４を構成する上部電極４１の下面には複数の噴出口４１２が設けられており、この複数の噴出口４１２は連通路４１３およびガス導入口４１４を介してガス供給手段４６に連通されている。ガス供給手段４６、六フッ化イオウ(SF₆)等のプラズマ化用ガス供給源４６１と、このプラズマ化用ガス供給源４６１と上記連通路４１３を接続する配管４６２に配設された電磁開閉弁４６３とからなっている。従って、電磁開閉弁４６３が開路されると、プラズマ化用ガス供給源４６１のプラズマ化用ガスが配管４６２、ガス導入口４１４および連通路４１３を介して複数の噴出口４１２からプラズマ処理室２０に噴出される。

上記上部電極ユニット４を構成する支持部４２に連結された移動手段４３は、図示の実施形態においてはエアシリンダ４３１と該エアシリンダ４３１内に配設された図示しないピストンに連結されたピストンロッド４３２とからなっており、ピストンロッド４３２の先端（図において下端）が上記支持部４２に連結されている。このように構成された移動手段４３は、上部電極４１を含む上部電極ユニット４を上記静電チャックテーブル３０の上面に垂直な方向である上下方向に移動せしめる。そして移動手段４３は、上部電極ユニット４を図２乃至図４に示す上方位置である退避位置と、図５および図６に示す下方位置である載置位置に位置付ける。

上記シール手段４４は、上部電極４１の外周に装着されハウジング２に形成された環状の支持面２１に選択的に載置される載置面を備えた環状のシール保持部材４４１と、該環状のシール保持部材４４１に配設された環状のバルーンシール４４２と、該環状のバルーンシール４４２に空気を供給する空気供給手段４７とからなっている。環状のシール保持部材４４１は、図２に示すように環状の側壁４４１aと該環状の側壁４４１aの上端および下端から外方に互いに平行に突出して形成された上壁４４１bおよび下壁４４１cとからなる断面がコの字状に形成されている。このように構成された環状のシール保持部材４４１の下壁４４１cの下面がハウジング２に形成された環状の支持面２１に選択的に載置される載置面として機能する。

上記シール手段４４を構成する環状のバルーンシール４４２は、ゴム材によって環状に形成され、上記環状のシール保持部材４４１を構成する環状の側壁４４１aと上壁４４１bおよび下壁４４１cとによって形成された収容部に配設される。この環状のバルーンシール４４２には空気吸排気口４４２aが設けられており、該空気吸排気口４４２aが空気供給手段４７に接続されている。

空気供給手段４７は、圧縮空気源４７１および吸引源４７２と、該圧縮空気源４７１および吸引源４７２と空気吸排気口４４２aとを接続する配管４７３および配管４７４にそれぞれ配設された電磁開閉弁４７５および電磁開閉弁４７６とからなっている。従って、電磁開閉弁４７６を閉路し電磁開閉弁４７５を開路すると、圧縮空気源４７１から配管４７３を介して環状のバルーンシール４４２に圧縮空気が供給される。この結果、環状のバルーンシール４４２は図６に示すように膨張して外周部をハウジング２に形成された内壁面２２に密着する。一方、電磁開閉弁４７５を閉路し電磁開閉弁４７６を開路すると、吸引源４７２が配管４７４を介して環状のバルーンシール４４２と連通する。従って、環状のバルーンシール４４２の空気が吸引され、環状のバルーンシール４４２が図２乃至図５に示すように収縮して外周部がハウジング２に形成された内壁面２２から離れる。

図示の実施形態におけるプラズマエッチング装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
プラズマエッチング作業を開始するには、図３に示すようにゲート作動手段２４２を作動してゲート２４１を下降し、被加工物搬出入用の開口２３１を開放する。このとき、上部電極ユニット４は図２乃至図４で示す退避位置に位置付けられている。
このようにして、被加工物搬出入用の開口２３１を開放したならば、図４に示すように被加工物搬出入用の開口２３１を通して被加工物としてのウエーハWが搬入され、下部電極３１に配設された静電チャックテーブル３０の上面に載置される。そして、図示しない静電電圧供給手段を作動することにより、静電チャックテーブル３０上にウエーハWを静電保持する。

次に、図５に示すようにゲート作動手段２４２を作動してゲート２４１を上昇することにより被加工物搬出入用の開口２３１を閉塞するとともに、移動手段４３を作動して上部電極ユニット４を下降することによりシール手段４４の環状のシール保持部材４４１を構成する下壁４４１cの下面である載置面をハウジング２に形成された環状の支持面２１上に載置する。

次に、上記電磁開閉弁４７６を閉路し電磁開閉弁４７５を開路することにより、圧縮空気源４７１から配管４７３を介して環状のバルーンシール４４２に圧縮空気を供給し、図６に示すように環状のバルーンシール４４２を膨張して外周部をハウジング２に形成された内壁面２２に密着せしめる。この結果、プラズマ処理室２０は大気と遮断せしめられる。このようにしてプラズマ処理室２０を大気と遮断したならば、プラズマ処理室２０と減圧手段２７とを接続する配管２６に配設された電磁開閉弁２８を開路するとにより、プラズマ処理室２０内を真空排気する。プラズマ処理室２０内を真空排気したならば、ガス供給手段４６の電磁開閉弁４６３を開路しプラズマ化用ガス供給源４６１のプラズマ化用ガスを配管４６２を介して上部電極ユニット４の上部電極４１に供給する。ガス供給手段４６から供給されたプラズマ発生用ガスは、上部電極４１に形成された連通路４１３を介して複数の噴出口４１２から下部電極ユニット３に配設された静電チャックテーブル３０上に静電保持されているウエーハWに向けて噴出される。そして、プラズマ処理室２０内を所定のガス圧力に維持する。このように、プラズマ発生用ガスを供給した状態で、第１の高周波電圧印加手段３３を作動して下部電極３１に配設された高周波コイル３１１に所定の高周波電力を印加するとともに、第２の高周波電圧印加手段４５を作動して上部電極４１に配設された高周波コイル４１１に所定の高周波電力を印加する。これにより、下部電極３１と上部電極４１との間の空間にプラズマが発生し、このプラズマにより生じる活性物質がウエーハWに作用するので、ウエーハWの上面がエッチングされる。

以上のように、下部電極３１に配設された高周波コイル３１１と上部電極４１に配設された高周波コイル４１１にそれぞれ所定の高周波電力を印加することにより、下部電極３１と上部電極４１との間の空間にプラズマを発生させる際には、シール手段４４の環状のバルーンシール４４２が膨張して外周部をハウジング２に形成された内壁面２２に密着することによりプラズマ処理室２０が大気と遮断され、プラズマ処理室に供給されたプラズマ発生用ガスが上部電極の上側に侵入することはなく、上部電極の上側にはプラズマ発生用ガスが存在しないので、上部電極４１に高周波電力を印加しても上部電極４１の上側に放電が起こることはなく、エネルギーの損出を生じるという問題が解消する。

２：ハウジング
２０：プラズマ処理室
２１：環状の支持面
２２：内壁面
２４：ゲート手段
２７：減圧手段
３：下部電極ユニット
３０：静電チャックテーブル
３１：下部電極
３３：第１の高周波電圧印加手段
４：上部電極ユニット
４１：上部電極
４３：移動手段
４４：シール手段
４４１：環状のシール保持部
４４２：環状のバルーンシール
４５：第２の高周波電圧印加手段
４６：ガス供給手段

Claims (1)

1. プラズマ処理室を備えたハウジングと、該プラズマ処理室に配設され上面に被加工物を保持する静電チャックテーブルを備えた下部電極ユニットと、該下部電極ユニットと対向して配設され該静電チャックテーブルに向けてプラズマ発生用ガスを噴出する噴出口を有するガス噴出部を備えた上部電極を備え該静電チャックテーブルの上面に対して垂直な上下方向に移動可能に構成された上部電極ユニットと、を具備するプラズマエッチング装置であって、
   該ハウジングは、該プラズマ処理室の上端に形成された環状の支持面と、該環状の支持面の外周縁から立設して形成された内壁面とを備え上側が解放されており、
   該上部電極ユニットは、該上部電極の外周に配設され該プラズマ処理室を選択的に大気と遮断するシール手段を備えており、
   該シール手段は、該上部電極の外周に装着され該ハウジングに形成された該支持面に選択的に載置される載置面を備えた環状のシール保持部材と、該環状のシール保持部材に配設された環状のバルーンシールと、該環状のバルーンシールに空気を供給する空気供給手段とを具備し、該空気供給手段によって該環状のバルーンシールに空気を供給することにより該環状のバルーンシールを膨張して外周部を該ハウジングに形成された該内壁面に密着せしめる、
   ことを特徴とするプラズマエッチング装置。