特許 6012998 プラズマ処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6012998

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】プラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20161011BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20161011BHJP

   H01L 21/3205 20060101ALI20161011BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20161011BHJP

   H01L 23/522 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 104H

   H01L21/302 105A

   H05H1/46 L

   H01L21/88 J

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-77392(P2012-77392)

(22)【出願日】2012年3月29日

(65)【公開番号】特開2013-207235(P2013-207235A)

(43)【公開日】2013年10月7日

【審査請求日】2015年3月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002428

【氏名又は名称】芝浦メカトロニクス株式会社

(72)【発明者】

【氏名】白濱 裕規

【審査官】 小川 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０８７２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１１２１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２３／５２２

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

デバイス作成用基板と支持基板を接着剤層によって接合した接合基板を処理容器に搬入する工程と、
プラズマ発生領域において生成したプラズマ生成物によって、前記接着剤層の周縁に保護層を形成する工程と、
前記基板上にレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層をマスクにして前記基板の加工を行う工程と、
前記マスクとされたレジスト層を除去する工程と、
を含むプラズマ処理方法。

【請求項2】

前記接着剤層の周縁に保護層を形成する工程の前に、基板を接合する際に基板からはみ出した接着剤を除去する工程を更に含むことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。

【請求項3】

前記保護層を形成する工程に使用する処理ガスは、フッ素を含むガスであることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理方法。

【請求項4】

デバイス作成用基板と支持基板が接着剤層によって接合された接合基板上に形成されているレジスト層を、プラズマによって生成した活性種を供給することによって除去する工程を含むプラズマ処理方法であって、
前記レジスト層を除去する工程では、プラズマ処理によって形成された前記レジスト層とは異なった材料からなる保護層が前記接着剤層の周縁に形成されている接合基板上のレジスト層を除去することにより、前記接着剤層が前記基板接合端面から内側に向かって侵食されることを抑止されることを特徴とするプラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態はプラズマ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＳＩやトランジスタ等の半導体デバイス製造過程において、デバイスとして動作するデバイス領域が作成されたデバイス作成用基板とこれを支持する支持基板を、接着剤によって接合した接合基板が用いられている。この接合された状態からデバイス作成用基板の表面に対して様々な加工が施される。例えばレジストマスクを用いて基板をエッチング加工して貫通電極を形成する工程がある（例えば、特許文献１を参照）。

【0003】

以下、従来の貫通電極を接合基板に形成する工程を説明する。
図４、５は従来のプラズマ処理方法を例示した模式図である。
まず、実際にデバイスとして動作するデバイス領域２０４が形成されたデバイス作成用基板２０２と支持基板２００とが接着剤層２０１によって貼合装置などを用いて貼り合わされる。

【0004】

次に、デバイス作成用基板上にハードマスク層２０３を蒸着する（図４（ａ））。続いてハードマスク層２０３の上にフォトレジストを塗布した後、露光、現像処理を経てコンタクトホール２０６形成部分に対応する領域に開口２０５ａを有する第１のレジスト層２０５を形成する（図４（ｂ））。

【0005】

次に、ドライエッチング法により、第１のレジスト層２０５をマスクとしてハードマスク層２０３をエッチングし、ハードマスク層の開口部２０３ａを形成する。このときハードマスク層の開口部２０３ａより、デバイス作成用基板２０２の表面が露出している（図４（ｃ））。

【0006】

次に、ドライアッシング法により、ハードマスク層２０３上に形成された第１のレジスト層２０５を除去する（図４（ｄ））。

【0007】

次に、ドライエッチング法により、ハードマスク層２０３をマスクとしてデバイス作成用基板２０２をエッチングして、デバイス作成用基板２０２の開口部を形成する。この開口部は、デバイス作成用基板２０２下部に形成されるデバイス領域２０４と、上部に形成されるデバイス領域（図示なし）を導通させるための貫通電極を埋め込むためのコンタクトホール２０６となる。

【0008】

次に、ドライエッチング法により、ハードマスク層２０３を全面除去する。

【0009】

次に、スパッタ法により、コンタクトホール２０６の側壁および底面と、デバイス作成用基板２０２の表面を覆うようにバリアメタル層２０７を生成する（図５（ｅ））。

【0010】

次に、メタル生成用のレジストを塗布し、露光、現像処理を経て電極形成部分に対応する領域に開口を有する第２のレジスト層２０８を形成する（図５（ｆ））。

【0011】

次に、電界めっき法によりコンタクトホール２０６の内部を導電材料で充たし、且つデバイス作成用基板２０２の表面の一部を覆うように貫通電極２０９を形成する（図５（ｇ））。

【0012】

次に、ドライアッシング法により、第２のレジスト層２０８を除去する（図５（ｈ））。
以上により、貫通電極２０９を有する接合基板を生成することができる。

【0013】

しかしながら、上記した従来の製法においては以下のような問題があった。すなわち、図４（ｄ）や図５（ｈ）に示すように、レジスト層をドライアッシングする工程において、レジストと同様の、有機材料である接着剤層２０１の露出部分（側壁など）も侵食され、侵食部分２０が発生してしまう問題があった。接着剤層２０１が侵食されてしまった場合、接合基板としての役割を果たせずに不良品となってしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】特開２００９−２９５８５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

接着剤によって接合された基板上のレジスト除去工程において、接着層の侵食発生を抑止して接合基板における生産性を向上させるプラズマ処理方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明に係るプラズマ処理方法によれば、デバイス作成用基板と支持基板を接着剤層によって接合した接合基板を処理容器に搬入する工程と、
プラズマ発生領域において生成したプラズマ生成物によって、前記接着剤層の周縁に保護層を形成する工程と、
前記基板上にレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層をマスクにして前記基板の加工を行う工程と、
前記マスクとされたレジスト層を除去する工程と、
を含むプラズマ処理方法が提供される。

【発明の効果】

【0018】

接着剤層によって接合された基板のレジスト除去工程において、接着層の侵食発生を抑止して接合基板における生産性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係るプラズマ処理方法を例示した模式図

【図2】本発明に係るプラズマ処理方法を例示した模式図

【図3】本発明に係るプラズマ処理装置を例示した模式図

【図4】従来のプラズマ処理方法を例示した模式図

【図5】従来のプラズマ処理方法を例示した模式図

【発明を実施するための形態】

【0020】

［第１の実施形態］
以下、本発明に係るプラズマ処理方法について説明する。
図１、２は本発明に係るプラズマ処理方法を例示した模式図である。

【0021】

まず、実際にデバイスとして動作するデバイス領域２０４が作成されたデバイス作成用基板２０２と支持基板２００とが接着剤層２０１によって貼合装置などを用いて貼り合わされる。

【0022】

ここで、貼り合わされた基板の端部より接着剤層２０１がはみ出している場合は、ドライアッシングによってはみ出した部分を除去する。アッシングガスは、例えば酸素にフッ素を含むガスを混合したガスとすることができる。

【0023】

次に、デバイス作成用基板上にハードマスク層２０３を蒸着する（図１（ａ））。ハードマスク層２０３は、例えば絶縁物質であるアルミナ（ＳｉＯ２）などの酸化膜とすることができる。

【0024】

次に、接着剤層２０１の露出面（例えば側面）にレジストと異なる材料からなる保護層２１を形成する。すなわち、基板端面の接着剤層２０１の露出面にプラズマ処理を行うことで、接着剤層２０１の露出面にフッ化した状態の層を形成することで、保護層２１を形成する。この場合、プロセスガスはフッ素を含むガスに酸素を混合したガスとすることができる。

【0025】

本発明者の知見によると、プロセスガスの総流量の７０％の割合のＣＦ_４や、ＣＨ_２Ｆ_２やＮＦ_３といったフッ素を含むガスを総流量の３０％以上用いることにより、接着剤層２０１の露出面にフッ化した状態の層である保護層２１を形成することが可能である。このようにして、保護層２１を形成することにより、第１のレジスト層２０５と接着剤層２０１が同様の材料であったとしても、接着剤層２０１の露出面が保護層２１によって保護され、レジスト層除去工程中に接着剤層２０１が侵食されることを防ぐことができる。

【0026】

また、基板Ｓは、デバイス作成用基板２０２と接着剤層２０１と支持基板２００は材料が異なる積層体であり、それぞれ膨張係数が異なることにより、接着剤層２０１の剥がれや基板Ｓの割れが発生してしまう場合がある。これを考慮して、基板Ｓを載置する載置台の温度を、基板Ｓの温度を低温（例えば１５℃〜１２０℃）になるように温度制御して処理を行うことで、接着剤の剥がれや基板の割れが発生してしまうことを防ぐことができる。

【0027】

続いてハードマスク層２０３の上にフォトレジストを塗布した後、露光、現像処理を経てコンタクトホール２０６形成部分に対応する領域に開口２０５ａを有する第１のレジスト層２０５を形成する（図１（ｂ））。

【0028】

次に、ドライエッチング法により、第１のレジスト層２０５をマスクとしてハードマスク層２０３をエッチングし、ハードマスク層の開口部２０３ａを形成する（図１（ｃ））。このときハードマスク層の開口部２０３ａより、デバイス作成用基板２０２の表面が露出している。

【0029】

次に、ドライアッシング法により、ハードマスク層２０３上に形成された第１のレジスト層２０５を除去する（図１（ｄ））。

【0030】

次に、ドライエッチング法により、ハードマスク層２０３をマスクとしてデバイス作成用基板２０２をエッチングして、デバイス作成用基板２０２の開口部を形成する。この開口部がデバイス作成用基板２０２下部に形成されるデバイス領域２０４と、上部に形成されるデバイス領域（図示なし）を導通させるための貫通電極を埋め込むためのコンタクトホール２０６となる。

【0031】

次に、ドライエッチング法により、ハードマスク層２０３を全面除去する。

【0032】

次に、スパッタ法により、コンタクトホール２０６の側壁および底面と、デバイス作成用基板２０２の表面を覆うようにバリアメタル層２０７を生成する（図２（ｅ））。このバリアメタル層２０７は例えばＴｉ／Ｃｕなどの導電性材料からなるものとすることができる。

【0033】

次に、メタル生成用のレジストを塗布し、露光、現像処理を経て電極形成部分に対応する領域に開口を有する第２のレジスト層２０８を形成する（図２（ｆ））。

【0034】

次に、電界めっき法によりコンタクトホール２０６の内部を充たし、且つデバイス作成用基板２０２の表面の一部を覆うように貫通電極２０９を形成する（図２（ｇ））。この貫通電極２０９は、例えばＣｕなどの導電性材料からなるものとすることができる。

【0035】

次に、ドライアッシング法により、第２のレジスト層２０８を除去する（図２（ｈ））。
以上により、貫通電極２０９を有する接合基板を生成することができる。

【0036】

このように本発明に係るプラズマ処理方法においては、接着剤露出面にレジストとは異なった材料からなる保護層２１を形成することにより、レジスト除去を行う際に接着剤層２０１が基板接合端面から内側に向かって侵食されることを抑止することができる。その結果、接合基板においての生産性を向上させることができる。
［第２の実施形態］
以下、図面を参照しつつ、第２の実施形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0037】

ここでは半導体デバイスを製造する際に用いることができるプラズマ処理装置について例示をする。

【0038】

図３は、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。図３に示すプラズマ処理装置１００は、一般にリモートプラズマ処理装置と呼ばれるプラズマ発生領域が処理容器と隔離されたプラズマ処理装置である。このプラズマ処理装置１００は、保護層２１を形成するプラズマ処理や、レジスト層をアッシングして除去するためのプラズマ処理を行う処理装置として用いられる。

【0039】

プラズマ処理装置１００は、処理容器１と、ガス供給部２と、プラズマ発生部３と、減圧部８を備えている。プラズマ発生部３は放電管７、マイクロ波発生部１０、導入導波管６などが設けられている。

【0040】

処理容器１は、減圧雰囲気を維持可能なように密閉された容器である。デバイス作成用基板２０２と支持基板２００を接着剤層２０１によって接合した接合基板Ｓは、処理容器１内に設けられた載置台に載置され、プラズマ発生領域Ｐに発生するプラズマで生成されたプラズマ生成物によってアッシング処理が行われる。載置台は温度制御手段４ａを内蔵し、基板Ｓの温度制御を行うことができる。

【0041】

処理容器１の側壁には基板Ｓを処理容器１内に搬入・搬出する搬入搬出口９が設けられている。搬入搬出口９にはゲートバルブ９ａが設けられている。ゲートバルブ９ａは扉９ｂを有し、ゲート開閉機構（図示せず）によって扉９ｂを開閉することによって、搬入搬出口９を開放・閉鎖する。扉９ｂにはＯリングなどの封止部材９ｃが備えられ、搬入搬出口９を扉９ｂで閉鎖したときに、搬入搬出口９と扉９ｂの接触面を封止することができる。

【0042】

処理容器１内の底部付近には排気口８ａが設けられ、圧力制御部８ｂを介して減圧部８に接続されている。減圧部８は圧力制御部８ｂによって処理容器１内の圧力を制御しつつ排気を行い、処理容器１内部の圧力が所定の圧力になるまで減圧する。

【0043】

プラズマ発生領域を内部に有する放電管７はガス搬送部５を介して処理容器に接続されている。ガス搬送部５は、プラズマ発生領域Ｐにおいて生成されたプラズマ生成物が基板Ｓの主面に到達することができる位置に処理容器に連通されている。

【0044】

ガス供給部２は、第１のガス供給手段２ａ、第２のガス供給手段２ｂ、ガス混合部５ａから構成されている。第１のガス供給手段２ａは、フッ素を含む第１の処理ガスＧ１（例えばＣＦ_４、ＣＨ_２Ｆ_２、ＮＦ_３）を供給する。第２のガス供給手段２ｂは、酸素ガスを含む第２の処理ガスＧ２を供給する。

【0045】

ガス混合部は、第１の処理ガスＧ１と第２の処理ガスＧ２を、ＭＦＣ（マスフローコントローラー）を介して処理工程に応じて所定の割合で混合する。

【0046】

例えば、接着剤層２０１の露出面に保護層２１を形成する工程の場合、ガス混合部は、フッ化された保護層２１が形成されるようなガスになるように第１の処理ガスＧ１、第２の処理ガスＧ２を混合する。例えば、第１の処理ガスＧ１がＣＦ_４の場合は、第２の処理ガスＧ２との混合ガスの全流量に対して、第１の処理ガスＧ１が７０％以上となるようにガスを混合する。また、第１の処理ガスがＣＨ_２Ｆ_２、ＮＦ_３の場合は、第２の処理ガスＧ２との混合ガスの全流量に対して、第１の処理ガスＧ１が３０％以上となるようにガスを混合する。

【0047】

また、デバイス作成用基板２０２上のレジストを除去する工程の場合は、ガス混合部は第２の処理ガスＧ２から供給されるガスが主体となるようにガスを混合する。例えば、第１の処理ガスＧ１が８％程度となるようにガスを混合する。

【0048】

以上のようにガス混合部５ａにおいて混合された混合ガスは、放電管７の内部のプラズマ発生領域Ｐに導入される。

【0049】

マイクロ波発生部１０は所定のパワー（例えば２．４５ＧＨｚ）のマイクロ波Ｍを発振させ、導入導波管６に放射する。

【0050】

導入導波管６はマイクロ波発生部１０から放射されたマイクロ波Ｍを伝播させて放電管７の内部のプラズマ発生領域Ｐにマイクロ波Ｍを導入する。導入されたマイクロ波Ｍによってエネルギーを与えられて、プラズマ生成領域Ｐにおいて処理ガスＧのプラズマが形成される。プラズマに含まれるラジカルなどの活性種がガス搬送部５を介して処理容器内の基板Ｓ上に供給され、レジスト層のアッシング処理が行われる。

【0051】

このように本発明に係るプラズマ処理装置においては、接着剤露出面にレジストとは異なった材料からなる保護層２１を形成することにより、レジスト除去を行う際に接着剤層２０１が基板接合端面から内側に向かって侵食されることを抑止することができる。その結果、接合基板においての生産性を向上させることができる。

【0052】

以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。

【0053】

前述の実施の形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

【0054】

例えば、本実施形態のプラズマ処理装置としてリモートプラズマ型のプラズマ処理装置を例に挙げて説明したが、プラズマ生成領域と、基板Ｓが載置される反応室とが同一の処理容器内に設けられているダウンフロー型など他の形態のプラズマ処理装置にも適用させることができる。ただ、前述したように、接合基板のそれぞれの基板や接着剤の膨張係数の違いから、接着剤の剥がれや基板の割れが発生してしまうことを抑止するために、プラズマ生成領域と基板が隔離され、基板の温度がプラズマの放熱に影響されにくいリモートプラズマ型の処理装置で処理を行うことが好適である。

【0055】

また、保護層２１を形成する工程は、本発明の実施形態において、デバイス作成用基板２０２と支持基板２００を貼り合わせ、ハードマスク層２０３をデバイス作成用基板上に蒸着した後に実施されるように説明したが、これに限られるものではない。たとえば、デバイス作成用基板２０２と支持基板２００を貼り合わせた後、ハードマスク層２０３を蒸着する前に実施してもよい。

【0056】

ただし、本実施形態のように、ハードマスク層２０３を蒸着した後に保護層２１を形成するガスを導入することにより、ハードマスク層２０３がマスクとなって、デバイス作成用基板２０２の表面に保護層２１を形成するガスが付着することを抑止することができる。その結果、デバイス作成用基板の表面がフッ化し、後の工程においてパーティクル源となることを抑止することができる。

【0057】

また、第１のレジスト層２０５や第２のレジスト層２０８を形成した後に保護層を形成するガスを導入した場合、第１、第２のレジスト層の表面にも保護層が形成されてしまい、レジスト除去が困難になってしまうため、レジストが形成される前に保護層を形成するガスを導入した方が好ましい。

【0058】

このように、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0059】

１ 処理容器
２ ガス供給部
２ａ 第１のガス供給手段
２ｂ 第２のガス供給手段
３ プラズマ発生部
４ 載置台
４ａ 温度制御手段
５ ガス搬送部
５ａ ガス混合部
６ 導入導波管
７ 放電管
８ 減圧部
８ａ 排気口
８ｂ 圧力制御部
９ 搬入搬出口
９ａ ゲートバルブ
９ｂ 扉
９ｃ 封止部材
１０ マイクロ波発生部
１５ 制御部
２０ 侵食部分
２１ 保護層
２００ 支持基板
２０１ 接着剤層
２０２ デバイス作成用基板
２０３ ハードマスク層
２０３ａ ハードマスク層の開口部
２０４ デバイス領域
２０５ 第１のレジスト層
２０５ａ 第１のレジスト層の開口部
２０６ コンタクトホール
２０７ バリアメタル層
２０８ 第２のレジスト層
２０９ 貫通電極
Ｓ 基板
Ｐ プラズマ発生領域
Ｇ１ 第１の処理ガス
Ｇ２ 第１の処理ガス
Ｍ マイクロ波

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】