(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、この真空チャンバに設けられた上部電極部と、この上部電極部の下方に設けられ且つワークを真空吸着する吸着孔が形成された下部電極部と、前記吸着孔内を真空吸引する第１の真空ポンプと、前記真空チャンバ内を真空吸引する第２の真空ポンプとを備え、前記真空チャンバにプラズマ発生用ガスを送り、且つ前記第２の真空ポンプで前記真空チャンバ内の圧力を処理圧力範囲で維持した状態で前記上部電極部と前記下部電極部の間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、このプラズマによりワークのエッチングを行うワークのドライエッチング方法であって、
前記第１の真空ポンプにより前記吸着孔を真空吸引してワークを前記下部電極部上に真空吸着し、次いで前記吸着孔内の圧力が前記処理圧力範囲よりも低い設定圧まで低下した後、前記第２の真空ポンプにより前記真空チャンバ内を真空吸引し、前記吸着孔内の真空圧を前記真空チャンバ内の真空圧よりも小さく保った状態で、プラズマ発生用のガス供給部から前記真空チャンバにプラズマ発生用ガスを供給するとともに前記処理圧力範囲の圧力を維持し、前記上部電極部と前記下部電極部の間に高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させてワークをエッチングし、プラズマ処理が終了した後、まず前記真空チャンバの真空状態を破壊し、次いで前記吸着孔の真空状態を破壊するようにしたことを特徴とするワークのドライエッチング処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの表面のエッチングやクリーニングなどを行うためのワークのドライエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ウェハ表面のエッチングやプリント基板表面のクリーニングなどのためにプラズマ処理を施すことが知られている。プラズマ処理装置は、真空チャンバに上部電極部と下部電極部を設けて構成されており、下部電極部上にウェハやプリント基板などのワークを載置し、上部電極部と下部電極部の間に高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させ、イオンをワークの表面に衝突させるなどして作用させてプラズマ処理を行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種プラズマ処理装置において、安定したプラズマ処理を行うためには、ワークを下部電極部上にしっかり固定しておく必要がある。このため従来、ワークは静電チャック手段により下部電極部上に吸着して固定されていた。静電チャック手段は、静電気による吸着力を利用してワークを固定するものである。しかしながら静電チャック手段はきわめて高価であり、プラズマ処理装置の高価格化の主因の１つになっていた。
【０００４】
そこで本発明は、安価な手段でワークを下部電極部上に確実に固定できるワークのドライエッチング方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のワークのドライエッチング方法は、真空チャンバと、この真空チャンバに設けられた上部電極部と、この上部電極部の下方に設けられ且つワークを真空吸着する吸着孔が形成された下部電極部と、前記吸着孔内を真空吸引する第１の真空ポンプと、前記真空チャンバ内を真空吸引する第２の真空ポンプとを備え、前記真空チャンバにプラズマ発生用ガスを送り、且つ前記第２の真空ポンプで前記真空チャンバ内の圧力を処理圧力範囲で維持した状態で前記上部電極部と前記下部電極部の間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、このプラズマによりワークのエッチングを行うワークのドライエッチング方法であって、前記第１の真空ポンプにより前記吸着孔を真空吸引してワークを前記下部電極部上に真空吸着し、次いで前記吸着孔内の圧力が前記処理圧力範囲よりも低い設定圧まで低下した後、前記第２の真空ポンプにより前記真空チャンバ内を真空吸引し、前記吸着孔内の真空圧を前記真空チャンバ内の真空圧よりも小さく保った状態で、プラズマ発生用のガス供給部から前記真空チャンバにプラズマ発生用ガスを供給するとともに前記処理圧力範囲の圧力を維持し、前記上部電極部と前記下部電極部の間に高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させてワークをエッチングし、プラズマ処理が終了した後、まず前記真空チャンバの真空状態を破壊し、次いで前記吸着孔の真空状態を破壊するようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の全体構成図、図２は同プラズマ処理装置の下部電極部の側面図、図３は同真空圧の変化図である。
【０００９】
まず、図１を参照してプラズマ処理装置の全体構成を説明する。真空チャンバ１の内部には、２つの電極部として上部電極部２と下部電極部３が上下に間隔Ｔをおいて互いに対向して配設されている。上部電極部２はアース部４に接地されており、また真空チャンバ１も接地されている。
【００１０】
上部電極部２は、真空チャンバ１の上壁を上下動自在に貫通する垂直なシャフト５の下端部に連結されている。シャフト５の上端部は、アーム６を介してシリンダ７のロッド８に連結されている。したがってシリンダ７のロッド８が突没すると、シャフト５と上部電極部２は上下動し、上部電極部２と下部電極部３の間隔Ｔの大きさが変更される。すなわち、シリンダ７は上部電極部２の下部電極部３に対する相対的な高さを調整することにより、上記間隔Ｔの大きさを変更する間隔変更手段となっている。勿論、上部電極部２を上下動させる手段としては、シリンダ７以外にも、送りねじ機構なども適用できる。また本形態では、下部電極部３に対して上部電極部２を上下動させることにより、間隔Ｔを変更しているが、上部電極部２に対して下部電極部３を上下動させるようにしてもよい。また、真空チャンバに上部電極部を兼務させてもよいものであるが、この場合には、下部電極部を上下動させて間隔Ｔを変更する。
【００１１】
図１において、シャフト５はガス供給部１０にバルブ１１を介して接続されている。シャフト５は中空のパイプであり、バルブ１１を開くと、ガス供給部１０からシャフト５の孔路５ａを通して上部電極部２にプラズマ発生用のガスが供給され、このガスは上部電極部２の下面に複数個形成されたガス吹出孔９から下部電極部３へ向って吹出される。
【００１２】
図１において、下部電極部３は、ジョイント部１２に支持されている。ジョイント部１２は真空チャンバ１の下壁に装着されている。１３は冷却ユニットであり、パイプ１４，１５を通して下部電極部３の内部に形成された冷媒路（図示せず）に冷水などの冷媒を循環させ、プラズマ処理時に加熱される下部電極部３およびこれに載せられたワーク２０を冷却する。１６は上部電極部２と下部電極部３の間に高周波高圧を印加する高周波電源であり、下部電極部３に接続されている。
【００１３】
ワーク２０は下部電極部３上に載置される。下部電極部３の上面には吸着孔１７が複数個形成されており、吸引路２３を介して第１の真空吸引手段である第１の真空ポンプ２１に接続されている。第１の真空ポンプ２１にて吸着孔１７を吸引することにより、ワーク２０を下部電極部３上に真空吸着して固定する（図２）。２２は第１の真空ポンプ２１と下部電極部３の間の吸引路２３に設けられたバルブであり、吸引路２３を開閉する。
【００１４】
２４はバルブ２５を介して吸引路２３に接続された大気圧開放ユニットであり、バルブ２５を開くと吸着孔１７内の真空状態は破壊されて大気圧に戻り、吸着孔１７によるワーク２０の真空吸着状態は解除される。２６は真空チャンバ１内を真空吸引する第２の真空吸引手段である第２の真空ポンプ、２７は真空チャンバ１内を大気圧に戻すための大気圧開放ユニットであり、それぞれバルブ２８，２９を介して真空チャンバ１の吸引路３０に接続されている。１８は、吸引路３０が接続される真空チャンバ１の孔部である。３１は下部電極部３の吸着孔１７内の真空圧を測定する第１の圧力測定器、３２は真空チャンバ１内の真空圧を測定する第２の圧力測定器であり、それぞれ吸引路２３，３０に接続されている。３３は制御部であり、圧力測定器３１，３２の測定信号が入力され、また必要な演算処理などを行い、また破線で接続された高周波電源１６、真空ポンプ２１，２６などの各要素を制御する。
【００１５】
図１において、真空チャンバ１の側壁にはワーク２０を出し入れするための出し入れ口４０が開口されている。出し入れ口４０にはカバー板４１が装着されている。カバー板４１にはシリンダ４２のロッド４３が結合されており、ロッド４３が突没するとカバー板４１は上下動し、出し入れ口４０を開閉する。すなわち、カバー板４１とシリンダ４２は出し入れ口４０の開閉手段となっている。
【００１６】
真空チャンバ１の側方にはワーク２０を真空チャンバ１に出し入れするワーク出し入れ手段５０が設けられている。ワーク出し入れ手段５０は、可動ユニット５１を備えている。可動ユニット５１は、Ｘテーブル５２、Ｙテーブル５３、Ｚテーブル５４から成っている。Ｚテーブル５４には、ロッド５５が立設されており、ロッド５５の上端部に連結された水平なアーム５６の先端部には保持ヘッド５７が装着されている。保持ヘッド５７は、その下面に形成された吸着孔にワーク２０を真空吸着するなどしてワーク２０を着脱自在に保持する。Ｘテーブル５２とＹテーブル５３が駆動すると、保持ヘッド５７はＸ方向やＹ方向へ水平移動し、またＺテーブル５４が駆動する上下動する。シリンダ４２やワーク出し入れ手段５０などの各要素も制御部３３に制御される。
【００１７】
このワークのプラズマ処理装置は上記のような構成より成り、次にプラズマ処理方法を説明する。まずシリンダ４２のロッド４３を引き込ませることにより、カバー板４１を下降させて出し入れ口４０を開き、保持ヘッド５７を上部電極部２と下部電極部３の間に進入させて上下動作を行わせることにより、ワーク２０を下部電極部３上に移載する。この場合、保持ヘッド５７が上部電極部２と下部電極部３の間に進入して上下動作を行うことができるように、シリンダ７のロッド８を突出させて上部電極部２を上昇させ、上部電極部２と下部電極部３の間隔Ｔを大きくする。また保持ヘッド５７はワーク２０を下部電極部３上に移載したならば、先程と逆の動作を行って真空チャンバ１外に退去し、かつシリンダ４２のロッド４３を突出させてカバー板４１を上昇させ、出し入れ口４０を閉じる。上部電極部２は、シリンダ７の作動により元の位置に下降し、これにより間隔Ｔをプラズマ処理に適した間隔に切り換える。
【００１８】
次いで第１の真空ポンプ２１で吸着孔１７内の真空吸引を開始し（図３のタイミング［１］）、設定圧１（例えば１００Ｐａ程度）まで圧力が低下した後、第２の真空ポンプ２６で真空チャンバ１内の真空吸引を開始し（タイミング［２］）、設定圧２（例えば５００Ｐａ程度）になるまで真空吸引する（タイミング［３］）。このように設定圧１は設定圧２よりもやや低くしてあり、第１の真空ポンプ２１による吸着孔１７内の真空圧Ｐ１が、第２の真空ポンプ２６による真空チャンバ１内の真空圧Ｐ２よりも小さくなるように（すなわち、第１の真空ポンプ２１による吸着力が第２の真空ポンプ２６による吸引力よりも大きくなるように）、これらの真空ポンプ２１、２６を制御部３３で制御する。このようにすれば、安価な真空ポンプを用いてワーク２０の下部電極部３上への固定を確実に行うことができる（図２も参照）。なお、第１の真空ポンプ２１による吸着力が第２の真空ポンプ２６による吸引力よりも小さければ、下部電極部３上のワーク２０は浮き上るなどしてがたつき、安定したプラズマ処理を行うことはできない。
【００１９】
吸着孔１７内の真空圧Ｐ１や真空チャンバ１内の真空圧Ｐ２は、圧力測定器３１，３２によりモニターされており、制御部３３は圧力測定器３１，３２の圧力測定結果をみながら真空ポンプ２１，２６を制御する。また設定圧１、設定値２の設定やプログラムの実行に必要な演算・判断なども制御部３３で行われる。最終的には、吸着孔１７内の真空圧を１０Ｐａ以下まで低下させる。
【００２０】
またこれと前後して、プラズマ発生用ガスを上部電極部２のガス吹出孔９から下部電極部３へ吹き出し（タイミング▲３▼）、下部電極部３に高周波電圧を印加する。すると上部電極部２と下部電極部３の間にプラズマが発生し、イオン等はワーク２０の上面に衝突するなどして作用してプラズマ処理が行われる。この場合、間隔Ｔを小さく設定することにより、上部電極部２と下部電極部３の間のプラズマ密度を上げることができ、これによりエッチングレート（エッチング力）を大きくして、短時間で速かに所定のプラズマ処理を完了できる。なおタイミング▲３▼からタイミング▲４▼へ移行する間に、真空圧Ｐ２が上昇するのは、プラズマ発生用ガスの供給を開始したためである。▲４▼〜▲５▼はガスを供給しながら、プラズマ処理が行われる間であり、この間、真空チャンバ１の真空圧Ｐ２は処理圧力範囲を維持する。
【００２１】
プラズマ処理が終了した後、プラズマ発生用ガスの供給を停止し（タイミング［５］）、真空圧Ｐ２が設定圧１になって真空チャンバ１内のプラズマ発生用ガスの排気が確認されたならば、バルブ２８を開いて真空チャンバ１内の真空状態を破壊して大気圧に戻し（タイミング［６］）、続いてバルブ２２を開いて吸着孔１７内の真空状態を破壊して大気圧に戻す（タイミング［７］）。このように、まず真空チャンバ１内の真空状態を破壊し、次いで吸着孔１７内の真空状態を破壊するようにすれば、下部電極部３上のワーク２０ががたつくことはない。なおタイミング［５］からタイミング［６］へ移行する間に真空圧Ｐ２が低下するのは、プラズマ発生用ガスの供給を停止したことによる。
【００２２】
次いでシリンダ７のロッド８を突出させて上部電極部２を上昇させ、下部電極部３との間隔Ｔをワーク２０の搬送作業の障害にならない程度大きくする。またシリンダ４２のロッド４３を引き込ませてカバー板４１を下降させ、出し入れ口４０を開放する。
【００２３】
次いで、保持ヘッド５７は出し入れ口４０から真空チャンバ１内に進入し、下部電極部３上で下降・上昇動作を行って下部電極部３上のワーク２０をその下面に真空吸着してピックアップする。この場合、上部電極部２を上昇させて間隔Ｔを大きくしているので、保持ヘッド５７は間隔Ｔ内への進入動作や間隔Ｔ内での上下動作を難なく行うことができる。以上のような保持ヘッド５７の動作は可動テーブル５０を作動させて、保持ヘッド５７に水平移動や上下動を行わせることにより行われる。
【００２４】
次いで、保持ヘッド５７は後退して真空チャンバ１から脱出し、ワーク２０を真空チャンバ１から取り出し、回収部（図外）に移載して回収する。次いで保持ヘッド５７は供給部（図外）に待機する次回のワーク２０をピックアップし、真空チャンバ１内に再び進入して下部電極部３上に移載する。次いで保持ヘッド５７は真空チャンバ１外に後退し、カバー板４１を上昇させて出し入れ口４０を閉じ、上部電極部２を下降させて間隔Ｔをプラズマ処理に適した間隔に切り替える。これ以後、上述した動作が繰り返される。
【００２５】
ところで、ウェハの薄形化や、ウェハの機械研削面のストレス層（薄形化等のための機械研削によってクラックが発生した層）の除去等のためには、ウェハの全面を深く（例えば５μｍ程度）エッチングして除去する必要がある。ところが従来のプラズマ処理装置は、プラズマ密度が低く、エッチングレートが小さいため、このような深いエッチングを行うには長大な時間を要することから、このような用途には使用困難・不使不能であったものである。しかしながら本プラズマ処理装置によれば、上部電極部と下部電極部の間隔を５ｍｍ〜１５ｍｍ程度まで小さくしてプラズマ密度を上げてエッチングレートを大きくすることができるので、このような用途にも使用できる。
【００２６】
また、従来、ウェハのエッチングなどの半導体処理時には、真空チャンバの真空圧は１Ｐａ程度のきわめて真空度の高い低圧に設定されていたものであり、このため容量の大きいきわめて大型の真空ポンプを必要としていたものであるが、本発明によれば、真空チャンバの真空圧を従来よりもかなり高めの１０００Ｐａ〜３０００Ｐａに設定することにより、従来よりも比較的小型・小容量の真空ポンプを用いて、プラズマ密度をより一層高くして高速エッチングを実現することができる。
【００２７】
また従来のプラズマ処理装置では、ワークは静電チャック手段により下部電極部上に固定していたものであるが、静電チャック手段はきわめて高価であり、コストアップの主因になっていた。これに対し本プラズマ処理装置は、上述のように装置の運転を行うことにより、安価な真空ポンプ２１，２６を用いてワーク２０の固定を行えるようにしたものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ドライエッチング中にはワークを下部電極部上にしっかり固定し、安定したドライエッチングを行うことができる。またワークをしっかり固定し、上部電極部と下部電極部の間隔を極力小さくしてプラズマ密度を上げてエッチングレートを大きくすることが可能となるので、ウェハの薄形化やストレス層の除去等のための深いエッチングを必要とするドライエッチング方法として特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の全体構成図
【図２】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の下部電極部の側面図
【図３】本発明の一実施の形態における真空圧の変化図
【符号の説明】
１  真空チャンバ
２  上部電極部
３  下部電極部
１６  高周波電源
１７  吸着孔
２０  ワーク
２１  第１の真空ポンプ
２６  第２の真空ポンプ
３１，３２  圧力測定器
３３  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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