特許 6494417 プラズマエッチング装置

(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】6494417

(24)【登録日】2019年3月15日

(45)【発行日】2019年4月3日

(54)【発明の名称】プラズマエッチング装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20190325BHJP

   H05H 1/30 20060101ALI20190325BHJP

   H05H 1/24 20060101ALI20190325BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101E

   H05H1/30

   H05H1/24

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-102921(P2015-102921)

(22)【出願日】2015年5月20日

(65)【公開番号】特開2016-219594(P2016-219594A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2018年3月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100075384

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 昂

(74)【代理人】

【識別番号】100172281

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 知広

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 義雄

(72)【発明者】

【氏名】ミラン シリー

(72)【発明者】

【氏名】高橋 宏行

(72)【発明者】

【氏名】関 剛史

【審査官】 小川 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０２２６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５３２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１４７８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２２８４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０５Ｈ １／２４

Ｈ０５Ｈ １／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマエッチング装置であって、
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回転可能な静電チャックテーブルと、
該静電チャックテーブルに保持された該被加工物の一部にプラズマエッチングガスを供給するノズルと、
該静電チャックテーブルの中心に対応する領域と外周に対応する領域との間で、水平な円弧状の軌跡を描くように該ノズルを揺動させるノズル揺動手段と、
該静電チャックテーブルの回転量と該ノズルの位置とをそれぞれ制御して、該静電チャックテーブルに保持された該被加工物の任意の一部に対応する領域に該ノズルを位置付ける制御手段と、を備えることを特徴とするプラズマエッチング装置。

【請求項2】

前記真空チャンバー内には、インナーガスが供給されることを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング装置。

【請求項3】

前記ノズルは、前記プラズマエッチングガスを噴出する噴出口と、該噴出口の周囲に形成され該プラズマエッチングガスを排出する排出口と、を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のプラズマエッチング装置。

【請求項4】

前記ノズルは、ラジカル化又はイオン化した前記プラズマエッチングガスを噴出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のプラズマエッチング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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、電子回路を備えた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、各領域に電子回路を形成した後、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。

【0003】

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、電子回路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）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００−３５３６７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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ている。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、プラズマを発生させてウェーハを加工できる。

【0006】

しかしながら、このプラズマエッチング装置では、発生するプラズマがウェーハの全面に作用するので、そのままではウェーハの一部を選択的に加工することができない。よって、例えば、研削歪の残存する部分のみを選択的に加工する場合等には、他の部分を保護するためのマスクを形成しなくてはならなかった。

【0007】

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、被加工物の一部を選択的に加工可能なプラズマエッチング装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明によれば、プラズマエッチング装置であって、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回転可能な静電チャックテーブルと、該静電チャックテーブルに保持された該被加工物の一部にプラズマエッチングガスを供給するノズルと、該静電チャックテーブルの中心に対応する領域と外周に対応する領域との間で、水平な円弧状の軌跡を描くように該ノズルを揺動させるノズル揺動手段と、該静電チャックテーブルの回転量と該ノズルの位置とをそれぞれ制御して、該静電チャックテーブルに保持された該被加工物の任意の一部に対応する領域に該ノズルを位置付ける制御手段と、を備え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。

【0009】

本発明において、前記真空チャンバー内には、インナーガスが供給されることが好ましい。

【0010】

また、本発明において、前記ノズルは、前記プラズマエッチングガスを噴出する噴出口と、該噴出口の周囲に形成され該プラズマエッチングガスを排出する排出口と、を備えることが好ましい。

【0011】

また、本発明において、前記ノズルは、ラジカル化又はイオン化した前記プラズマエッチングガスを噴出することが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係るプラズマエッチング装置は、静電チャックテーブルに保持された被加工物の一部にプラズマエッチングガスを供給するノズルと、静電チャックテーブルの中心に対応する領域と外周に対応する領域との間で、水平な円弧状の軌跡を描くようにノズルを揺動させるノズル揺動手段と、静電チャックテーブルの回転量とノズルの位置とをそれぞれ制御して、静電チャックテーブルに保持された被加工物の任意の一部に対応する領域にノズルを位置付ける制御手段と、を備えるので、被加工物の任意の一部にプラズマエッチングガスを供給できる。すなわち、本発明によれば、被加工物の一部を選択的に加工可能なプラズマエッチング装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】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。

【図2】プラズマエッチング装置の構成例を模式的に示す分解斜視図である。

【図3】図３（Ａ）は、ノズルユニットの位置が制御される様子を模式的に示す平面図であり、図３（Ｂ）は、静電チャックテーブルの回転量が制御される様子を模式的に示す平面図である。

【図4】ノズルユニットから供給されるプラズマで被加工物が加工される様子を模式的に示す一部断面側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

添付図面を参照して、本発明の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り、図２は、プラズマエッチング装置の構成例を模式的に示す分解斜視図である。なお、説明の便宜上、図２では構成要素の一部が省略されている。

【0015】

図１及び図２に示すように、本実施形態に係るプラズマエッチング装置２は、処理空間を形成する真空チャンバー４を備えている。真空チャンバー４は、箱状の本体６と、本体６の上部を閉じる蓋８とで構成されている。本体６の側壁６ａの一部には、板状の被加工物１１（図４参照）を搬出入するための開口部６ｂが形成されている。

【0016】

被加工物１１は、代表的には、シリコン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等と呼ばれる電子回路が形成されている。

【0017】

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、形状等に制限はない。例えば、セラミック、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。

【0018】

側壁６ａの外側には、開口部６ｂを閉じるゲート１０が配置されている。ゲート１０の下方には、エアシリンダ等でなる開閉ユニット１２が設けられており、ゲート１０は、この開閉ユニット１２で上下に移動する。開閉ユニット１２でゲート１０を下方に移動させ、開口部６ｂを露出させれば、開口部６ｂ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。

【0019】

本体６の底壁６ｃには、配管１４等を介して排気ポンプ１６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１２でゲート１０を上方に移動させて開口部６ｂを閉じ、その後、排気ポンプ１６で処理空間を排気、減圧する。

【0020】

処理空間には、被加工物１１を支持するためのテーブルベース１８が配置されている。テーブルベース１８は、円盤状の保持部２０と、保持部２０の下面中央から下方に伸びる柱状の軸部２２とで構成されている。

【0021】

底壁６ｃの中央部には、テーブルベース１８の軸部２２を回転可能に支持する支持ユニット２４が設けられている。支持ユニット２４は、底壁６ｃの中央部に固定された円筒状の固定部材２６を含んでいる。固定部材２６の内側には、軸部２２に固定された円筒状の回転部材２８が配置されている。

【0022】

回転部材２８は、ラジアルベアリング３０を介して固定部材２６に連結されている。ラジアルベアリング２８の処理空間側には、リング状のリップシール３２が設けられている。リップシール３２としては、例えば、サンゴバン（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｎ）社のオムニシール（登録商標）等を用いることができる。このリップシール３２によって、処理空間の気密性を維持しながらテーブルベース１８を回転させることができる。

【0023】

保持部２０の上面には、円盤状の静電チャックテーブル３４が設けられている。静電チャックテーブル３４は、絶縁材料によって形成された本体３６と、本体３６に埋め込まれた複数の電極３８とを備え、電極３８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３８は、例えば、５ｋＶ程度の高電圧を発生可能なＤＣ電源４０に接続されている。

【0024】

また、静電チャックテーブル３４の本体３６には、被加工物１１を吸引するための吸引路３６ａが形成されている。この吸引路３６ａは、テーブルベース１８の内部に形成された吸引路１８ａ等を通じて吸引ポンプ４２に接続されている。

【0025】

静電チャックテーブル３４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３４の上面に被加工物１１を載せて吸引ポンプ４２を作動させる。これにより、被加工物１１は、吸引ポンプ４２の吸引力によって静電チャックテーブル３４の上面に密着する。この状態で、電極３８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。

【0026】

また、テーブルベース１８の内部には、冷却流路１８ｂが形成されている。冷却流路１８ｂの両端は、冷媒を循環させる循環ユニット４４に接続されている。循環ユニット４４を作動させると、冷媒は、冷却流路１８ｂの一端から他端に向かって流れ、テーブルベース１８等が冷却される。

【0027】

軸部２２の下端には、モーター等の回転駆動ユニット４６が連結されている。テーブルベース１８及び静電チャックテーブル３４は、この回転駆動ユニット４６の回転力で回転する。回転駆動ユニット４６には、制御ユニット（制御手段）４８が接続されており、テーブルベース１８及び静電チャックテーブル３４の回転量（回転角度）は、この制御ユニット４８で制御される。

【0028】

静電チャックテーブル３４の上方には、被加工物１１に対してプラズマ（プラズマエッチングガス）を供給するノズルユニット（ノズル）５０が配置されている。ノズルユニット５０は、プラズマを噴射する円筒状の第１ノズル５２を備えている。

【0029】

第１ノズル５２の上流端には、複数のガス供給源が並列に接続されている。具体的には、例えば、バルブ５４ａ、流量コントローラー５６ａ、バルブ５８ａ等を介して、ＳＦ_６を供給する第１ガス供給源６０ａが接続されており、バルブ５４ｂ、流量コントローラー５６ｂ、バルブ５８ｂ等を介して、Ｏ_２を供給する第２ガス供給源６０ｂが接続されており、バルブ５４ｃ、流量コントローラー５６ｃ、バルブ５８ｃ等を介して、不活性ガスを供給する第３ガス供給源６０ｃが接続されている。

【0030】

これにより、複数のガスが所望の流量比で混合された混合ガスを第１ノズル５２に供給できる。第１ノズル５２の中流部には、プラズマ生成用の電極６２が配置されている。また、この電極６２には、高周波電源６４が接続されている。高周波電源６４は、電極６２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。

【0031】

プラズマの原料となる混合ガスを供給しながら、電極６２に高周波電圧を供給すれば、混合ガスをラジカル化又はイオン化して、第１ノズル５２の内部にプラズマを生成できる。生成されたプラズマは、第１ノズル５２の下流端に形成された噴出口５２ａから噴出される。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。

【0032】

第１ノズル５２の下流側を囲むように、第１ノズル５２より径の大きい円筒状の第２ノズル６６が配置されている。第２ノズル６６の上流側は、内部に排気流路を備える排気ユニット６８を介して排気ポンプ７０に接続されている。一方、第２ノズル６６の下流端は、第１ノズル５２の噴出口５２ａよりも下方に位置しており、噴出口５２ａから噴出されたプラズマ等を外部に排出する排出口６６ａとなる。

【0033】

蓋８には、第１ノズル５２及び第２ノズル６６を含むノズルユニット５０を支持する支持ユニット７２が設けられている。支持ユニット７２は、蓋８に固定された円筒状の固定部材７４を含んでいる。固定部材７４の内側には、ノズルユニット５０を固定する円柱状の回転部材７６が配置されている。

【0034】

回転部材７６は、ラジアルベアリング７８を介して固定部材７４に連結されている。ラジアルベアリング７８の処理空間側には、リップシール３２と同様に構成されたリング状のリップシール８０が設けられている。このリップシール８０によって、処理空間の気密性を維持しながら回転部材７６を回転させることができる。

【0035】

回転部材７６の上部には、円盤状の滑車部材８２が固定されている。滑車部材８２は、ベルト８４を介してモーター等の回転駆動ユニット（ノズル搖動手段）８６に連結されている。回転部材７６は、滑車部材８２及びベルト８４を介して伝達される回転駆動ユニット８６の回転力で回転する。

【0036】

回転駆動ユニット８６には、制御ユニット（制御手段）８８が接続されており、回転部材７６の回転量（回転角度）は、制御ユニット８８によって制御される。制御ユニット８８によって回転部材７６の回転量を制御することで、水平な円弧状の軌跡を描くようにノズルユニット５０を揺動させることができる。

【0037】

よって、上述した制御ユニット４８で静電チャックテーブル３４の回転量を制御し、制御ユニット８８でノズルユニット５０の位置を制御することで、被加工物１１とノズルユニット５０との位置関係を自在に調整できる。なお、本実施形態では、回転駆動ユニット４６及び回転駆動ユニット８６を異なる制御ユニット４８及び制御ユニット８８で制御しているが、回転駆動ユニット４６及び回転駆動ユニット８６を同じ制御ユニット（制御手段）で制御しても良い。

【0038】

本体６の側壁６ａの別の一部には、配管９０が設けられている。この配管９０は、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６０ｃに接続されている。配管９０を通じて第３ガス供給源６０ｃから供給される不活性ガスは、真空チャンバー４の処理空間内を満たすインナーガスとなる。

【0039】

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１２でゲート１０を下降させる。次に、開口部６ｂ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３４の上面に載せる。

【0040】

その後、吸引ポンプ４２を作動させて、被加工物１１を静電チャックテーブル３４に密着させる。そして、電極３８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１２でゲート１０を上昇させて開口部６ｂを閉じ、排気ポンプ１６で処理空間を排気、減圧する。

【0041】

例えば、処理空間を２００Ｐａ程度まで減圧した後には、配管９０を通じて第３ガス供給源６０ｃ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。また、静電チャックテーブル３４の回転量とノズルユニット５０の位置とを制御して、被加工物１１とノズルユニット５０との位置関係を調整する。

【0042】

図３（Ａ）は、ノズルユニット５０の位置が制御される様子を模式的に示す平面図であり、図３（Ｂ）は、静電チャックテーブル３４の回転量が制御される様子を模式的に示す平面図である。なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）では、静電チャックテーブル３４の回転の中心Ａと、ノズルユニット５０の軌跡Ｂとを合わせて示している。

【0043】

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、ノズルユニット５０は、静電チャックテーブル３４の中心Ａに対応する領域と外周に対応する領域との間で、水平な円弧状の軌跡を描くように搖動される。つまり、ノズルユニット５０を静電チャックテーブル３４の径方向の任意の位置に移動できる。

【0044】

よって、図３（Ａ）に示すようにノズルユニット５０の位置を制御ユニット８８で調整し、図３（Ｂ）に示すように、静電チャックテーブル３４の回転量を制御ユニット４８で調整すれば、静電チャックテーブル３４に保持された被加工物１１の任意の一部に対応する領域にノズルユニット５０を合せることができる。

【0045】

図４は、ノズルユニット５０から供給されるプラズマで被加工物１１が加工される様子を模式的に示す一部断面側面図である。図４に示すように、被加工物１１の任意の一部に対応する領域にノズルユニット５０を合せた後には、第１ガス供給源６０ａ、第２ガス供給源６０ｂ、第３ガス供給源６０ｃ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。

【0046】

また、電極６２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ラジカル化又はイオン化する。これにより、第１ノズル５２の噴出口５２ａからプラズマ（プラズマエッチングガス）Ｃを噴出させて、下方の被加工物１１を加工できる。噴出口５２ａから噴出されたプラズマＣは、排出口６６ａを通じて排気ポンプ７０に吸引され、処理空間の外部へと排出される。

【0047】

図４に示すように、ノズルユニット５０の下端に位置する排出口６６ａと、被加工物１１の被加工面との距離は十分に小さくなっている。具体的には、例えば、０．１ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは、１ｍｍ〜２ｍｍである。また、ノズルユニット５０の外側の領域は、インナーガスＤ（不活性ガス）で満たされている。

【0048】

そのため、噴出口５２ａから噴出されたプラズマＣがノズルユニット５０の外部に漏れ出して、被加工物１１の意図しない部分を加工してしまうことはない。すなわち、被加工物１１の任意の一部だけにプラズマＣを供給して、選択的に加工できる。

【0049】

また、本実施形態に係るプラズマエッチング装置２では、静電チャックテーブル３４とノズルユニット５０との位置関係を、２種類の回転動作を組み合わせて制御している。そのため、例えば、静電チャックテーブル３４とノズルユニット５０との位置関係を直線動作によって制御する場合と比較して、処理空間の気密性の維持が容易になる。つまり、処理空間の気密性を適切に維持しながら、被加工物１１とノズルユニット５０との位置関係を調整できる。

【0050】

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、静電チャックテーブル３４に保持された被加工物１１の一部にプラズマ（プラズマエッチングガス）Ｃを供給するノズルユニット（ノズル）５０と、静電チャックテーブル３４の中心Ａに対応する領域と外周に対応する領域との間で、水平な円弧状の軌跡Ｂを描くようにノズルユニット５０を揺動させる回転駆動ユニット（ノズル搖動手段）８６と、静電チャックテーブル３４の回転量とノズルユニット５０の位置とをそれぞれ制御して、静電チャックテーブル３４に保持された被加工物１１の任意の一部に対応する領域にノズルユニット５０を位置付ける制御ユニット（制御手段）４８，８８と、を備えるので、被加工物１１の任意の一部にプラズマＣを供給して加工できる。

【0051】

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、上記実施形態では、滑車部材８２、ベルト８４、回転駆動ユニット（ノズル搖動手段）８６等を用いてノズルユニット（ノズル）５０を搖動させているが、ノズルユニット５０を搖動させるための機構（ノズル搖動手段）は、これらに限定されない。

【0052】

また、上記実施形態では、配管９０を通じて第３ガス供給源６０ｃ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６０ｃから第１ノズル５２を通じてインナーガスを供給することもできる。

【0053】

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。

【符号の説明】

【0054】

２ プラズマエッチング装置
４ 真空チャンバー
６ 本体
６ａ 側壁
６ｂ 開口部
６ｃ 底壁
８ 蓋
１０ ゲート
１２ 開閉ユニット
１４ 配管
１６ 排気ポンプ
１８ テーブルベース
１８ａ 吸引路
１８ｂ 冷却流路
２０ 保持部
２２ 軸部
２４ 支持ユニット
２６ 固定部材
２８ 回転部材
３０ ラジアルベアリング
３２ リップシール
３４ 静電チャックテーブル
３６ 本体
３６ａ 吸引路
３８ 電極
４０ ＤＣ電源
４２ 吸引ポンプ
４４ 循環ユニット
４６ 回転駆動ユニット
４８ 制御ユニット（制御手段）
５０ ノズルユニット（ノズル）
５２ 第１ノズル
５２ａ 噴出口
５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５８ａ，５８ｂ，５８ｃ バルブ
５６ａ，５６ｂ，５６ｃ 流量コントローラー
６０ａ 第１ガス供給源
６０ｂ 第２ガス供給源
６０ｃ 第３ガス供給源
６２ 電極
６４ 高周波電源
６６ 第２ノズル
６６ａ 排出口
６８ 排気ユニット
７０ 排気ポンプ
７２ 支持ユニット
７４ 固定部材
７６ 回転部材
７８ ラジアルベアリング
８０ リップシール
８２ 滑車部材
８４ ベルト
８６ 回転駆動ユニット（ノズル搖動手段）
８８ 制御ユニット（制御手段）
９０ 配管
１１ 被加工物
Ａ 中心
Ｂ 軌跡
Ｃ プラズマ（プラズマエッチングガス）
Ｄ インナーガス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】