(57)【要約】【課題】エッチング効率を高めエッチング速度を速めることができるプラズマエッチング装置を提供する。【解決手段】密閉空間を形成するハウジングと、該ハウジング内に配設され上面に被加工物を保持する被加工物保持部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該被加工物保持部に向けてプラズマ発生用ガスを噴出する複数の噴射口を有するガス噴出部を備えた上部電極とを具備するプラズマエッチング装置であって、上部電極のガス噴出部の下面には被加工物の外周に対応した環状の隔壁が突出して設けられている。【選択図】        図２
2004247454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉空間を形成するハウジングと、該ハウジング内に配設され上面に被加工物を保持する被加工物保持部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該被加工物保持部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、を具備するプラズマエッチング装置において、
該上部電極の該ガス噴出部の下面には、被加工物の外周に対応した環状の隔壁が突出して設けられている、
ことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】
該環状の隔壁は、その内周面が先端に向けて外側の広がるように形成されている、請求項１記載のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
該ガス噴出部は、プラズマ発生用ガスを噴出するポーラスセラミックス材で形成されたガス噴出部材を具備している、請求項１又は２記載のプラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハ等の被処理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するためのプラズマエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造においては、半導体ウエーハの表面に格子状に配列された多数の領域に回路を形成し、該回路が形成された各領域をダイシングすることによって個々半導体チップを製造している。半導体チップの放熱性を良好にするためには、半導体チップの厚さをできるだけ薄く形成することが望ましい。また、半導体チップを多数用いる携帯電話、スマートカード、パソコン等の小型化を可能にするためにも、半導体チップの厚さをできるだけ薄く形成することが望ましい。そのため、半導体ウエーハを個々の半導体チップに分割する前に、その裏面を研削して所定の厚さに加工している。しかしながら、半導体ウエーハの裏面を研削して半導体チップの厚さを薄くすると、研削によって生成された微細なマイクロクラックや歪による影響で半導体チップの抗折強度が弱くなり、歩留りが低下するとともに、製品の寿命が低下するという問題がある。そこで、半導体ウエーハの加工工程においては、半導体チップの抗折強度を高めるとともに半導体チップの厚さをより薄くする目的で、半導体ウエーハの裏面を研削した後に、回路が形成されている表面に保護テープを貼着し、その裏面を化学的にエッチング処理して、研削によって生成された微細なマイクロクラックや歪を除去している。
【０００３】
化学的エッチングとしては、硝酸とフッ化水素酸を含有するエッチング液を用いるウエットエッチングと、ＣＦ４等のフッ素系ガスと酸素を主体とするプラズマ発生用の混合ガスを用いるドライエッチングとが実用化されている。ウエットエッチングは、硝酸やフッ化水素酸等の化学薬液を使用していることから環境汚染の問題があり、使用済みのエッチング液を処理するための廃液処理装置を備える必要がある。
【０００４】
一方、ドライエッチングは、ウエットエッチングのように廃液処理装置が必要ないとともに、エッチングレートの管理のし易さ、回路面に与えるエッチングの影響が少ないことから、半導体ウエーハのエッチングとして採用される傾向にある。このような点を考慮して、プラズマ処理によるドライエッチング機構と研削機構を組み合わせた半導体ウエーハの加工装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２５７２４８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
而して、プラズマエッチングはウエットエッチングに比べてエッチング速度が遅く、エッチングコストが高くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、エッチング効率を高めエッチング速度を速める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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決するために、密閉空間を形成するハウジングと、該ハウジング内に配設され上面に被加工物を保持する被加工物保持部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該被加工物保持部に向けてプラズマ発生用ガスを噴出する複数の噴射口を有するガス噴出部を備えた上部電極と、を具備するプラズマエッチング装置において、該上部電極の該ガス噴出部の下面には、被加工物の外周に対応した環状の隔壁が突出して設けられている、
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】
上記環状の隔壁は、その内周面が先端に向けて外側の広がるように形成されていることが望ましい。また、上記ガス噴出部はプラズマ発生用ガスを噴出するポーラスセラミックス材で形成されたガス噴出部材を具備していることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成されたプラズマエッチング装置の好適実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１１】
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が示されている。
図１に示すプラズマエッチング装置は、密閉空間２０を形成するハウジング２を具備している。このハウジング２は、底壁２１と上壁２２と左右側壁２３、２４と後側が側壁２５および前側側壁（図示せず）とからなっており、右側側壁２４には被加工物搬出入用の開口２４１が設けられている。開口２４１の外側には、開口２４１を開閉するためのゲート３が上下方向に移動可能に配設されている。このゲート３は、ゲート作動手段４によって作動せしめられる。ゲート作動手段４は、エアシリンダ４１と該エアシリンダ４１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４２とからなっており、エアシリンダ４１がブラケット４３を介して上記ハウジング２の底壁２１に取り付けられており、ピストンロッド４２の先端（図において上端）が上記ゲート３に連結されている。このゲート作動手段４によってゲート３が開けることにより、被加工物としての半導体ウエーハ１００を開口２４１を通して搬出入することができる。また、ハウジング２を構成する底壁２１には排気口２１１が設けられており、この排気口２１１がガス排出手段５に接続されている。
【００１２】
上記ハウジング２によって形成される密閉空間２０には、下部電極６と上部電極７が対向して配設されている。
下部電極６は、導電性の材料によって形成されており、円盤状の被加工物保持部６１と、該被加工物保持部６１の下面中央部から突出して形成された円柱状の支持部６２とからなっている。このように被加工物保持部６１と円柱状の支持部６２とから構成された下部電極６は、支持部６２がハウジング２の底壁２１に形成された穴２１２を挿通して配設され、絶縁体８を介して底壁２１にシールされた状態で支持されている。このようにハウジング２の底壁２１に支持された下部電極６は、支持部６２を介して高周波電源１０に電気的に接続されている。
【００１３】
下部電極６を構成する被加工物保持部６１の上部には、上方が開放された円形状の嵌合凹部６１１が設けられており、該嵌合凹部６１１にポーラスセラミック材によって形成された円盤状の吸着保持部材６３が嵌合される。嵌合凹部６１１における吸着保持部材６３の下側に形成される室６１１ａは、被加工物保持部６１および支持部６２に形成された連通路６２１によって吸引手段９に連通されている。従って、吸着保持部材６３上に被加工物を載置して吸引手段９を作動して連通路６２１を負圧源に連通することにより室６１１ａに負圧が作用し、吸着保持部材６３上に載置された被加工物が吸引保持される。また、吸引手段９を作動して連通路６２１を大気に開放することにより、吸着保持部材６３上に吸引保持された被加工物の吸引保持が解除される。
【００１４】
下部電極６を構成する被加工物保持部６１の下部には、冷却通路６１２が形成されている。この冷却通路６１２の一端は支持部６２に形成された冷媒導入通路６２２に連通され、冷却通路６１２の他端は支持部６２に形成された冷媒排出通路６２３に連通されている。冷媒導入通路６２２および冷媒排出通路６２３は、冷媒供給手段１１に連通されている。従って、冷媒供給手段１１が作動すると、冷媒が冷媒導入通路６２２、冷却通路６１２および冷媒排出通路６２３を通して循環せしめられる。この結果、後述するプラズマ処理時に発生する熱は下部電極６から冷媒に伝達されるので、下部電極６の異常昇温が防止される。
【００１５】
上記上部電極７は、導電性の材料によって形成されており、円盤状のガス噴出部７１と、該ガス噴出部７１の上面中央部から突出して形成された円柱状の支持部７２とからなっている。このようにガス噴出部７１と円柱状の支持部７２とからなる上部電極７は、ガス噴出部７１が下部電極６を構成する被加工物保持部６１と対向して配設され、支持部７２がハウジング２の上壁２２に形成された穴２２１を挿通し、該穴２２１に装着されたシール部材１２によって上下方向に移動可能に支持されている。支持部７２の上端部には作動部材７３が取り付けられており、この作動部材７３が昇降駆動手段１３に連結されている。なお、上部電極７は、支持部７２を介して接地されている。
【００１６】
上部電極７を構成する円盤状のガス噴出部７１には、下面に開口する複数の噴出口７１１が設けられている。この複数の噴出口７１１は、ガス噴出部７１に形成された連通路７１２および支持部７２に形成された連通路７２１を介してガス供給手段１４に連通されている。ガス供給手段１４は、ＣＦ４  等のフッ素系ガスと酸素を主体とするプラズマ発生用の混合ガスを供給する。
【００１７】
また、上部電極７を構成する円盤状のガス噴出部７１には、その下面に上記複数の噴出口７１１を囲撓して下方に突出する環状の隔壁７１３が設けられている。この環状の隔壁７１３は、上記下部電極６の被加工物保持部６１に保持される被加工物に対応した大きさに形成され、その高さが５ｍｍ程度に構成されており、その内周面７１３ａが先端（下方）に向けて外側の広がるように形成されている。
【００１８】
図示の実施形態におけるプラズマエッチング装置は、上記ゲート作動手段４、ガス排出手段５、吸引手段９、高周波電源１０、冷媒供給手段１１、昇降駆動手段１３、ガス供給手段１４等を制御する制御手段１５を具備している。この制御手段１５にはガス排出手段５からハウジング２によって形成される密閉空間２０内の圧力に関するデータが、冷媒供給手段１１から冷媒温度（即ち電極温度）に関するデータが、ガス供給手段１４からガス流量に関するデータが入力され、これらのデータ等に基づいて制御手段１５は上記各手段に制御信号を出力する。
【００１９】
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、以下半導体ウエーハの裏面をプラズマエッチング（ドライエッチング）する例について説明する。
半導体ウエーハ１００は、その表面に複数個の回路が形成されており、その裏面が周知の研削装置によって所定の厚さに研削されている。この所定の厚さは、半導体ウエーハ１００の目標厚さより３０〜５０μｍの範囲で設定されるドライエッチング代だけ厚い寸法に設定されている。なお、ドライエッチング代は、＃３０００〜＃４０００の砥石で仕上げ研削を実施する場合には５〜６μｍに設定することが望ましい。このように半導体ウエーハ１００の裏面が研削されると、裏面には研削によって生成された微細なマイクロクラックが存在している。なお、半導体ウエーハ１００の表面には、保護テープ１１０が装着されている。
【００２０】
上記のように所定の厚さに研削された半導体ウエーハ１００をプラズマエッチング（ドライエッチング）するには、先ずゲート作動手段４を作動してゲート３を図１において下方に移動せしめ、ハウジング２の右側側壁２４に設けられた開口２４１を開ける。次に、図示しない搬出入手段によって上述した半導体ウエーハ１００を裏面を上側にして、開口２４１からハウジング２によって形成される密閉空間２０に搬送し、下部電極６を構成する被加工物保持部６１の吸着保持部材６３上に載置する。このとき、昇降駆動手段１３を作動して上部電極７を上昇せしめておく。そして、吸引手段９を作動して上述したように室６１１ａに負圧を作用することにより、吸着保持部材６３上に載置された半導体ウエーハ１００は吸引保持される（図２参照）。
【００２１】
半導体ウエーハ１００が吸着保持部材６３上に吸引保持されたならば、ゲート作動手段４を作動してゲート３を図１において上方に移動せしめ、ハウジング２の右側側壁２４に設けられた開口２４１を閉じる。そして、昇降駆動手段１３を作動して上部電極７を下降させ、図２に示すように上部電極７を構成するガス噴射部７１の下面と下部電極６を構成する被加工物保持部６１に保持された半導体ウエーハ１００の上面（エッチングすべき面）との間の距離をプラズマエッチング処理に適した所定の電極間距離（Ｄ）に位置付ける。なお、この電極間距離（Ｄ）は、図示の実施形態においては１０ｍｍに設定されている。
【００２２】
次に、ガス排出手段５を作動してハウジング２によって形成される密閉空間２０内を真空排気する。密閉空間２０内を真空排気したならば、ガス供給手段１４を作動にてフッ素系ガスと酸素ガスの混合ガスをプラズマ発生用ガスとして上部電極７に供給する。ガス供給手段１４から供給された混合ガスは、支持部７２に形成された連通路７２１およびガス噴出部７１に形成された連通路７１２を通して複数の噴出口７１１から下部電極６の吸着保持部材５３上に保持された半導体ウエーハ１００の裏面に向けて噴出される。そして、密閉空間２０内を所定のガス圧力に維持する。このように、プラズマ発生用の混合ガスを供給した状態で、高周波電源１０から下部電極６と上部電極７との間に高周波電圧を印加する。これにより、下部電極６と上部電極７との間の空間にプラズマ放電が発生し、このプラズマ放電により生じる活性物質の作用により、半導体ウエーハ１００の裏面がエッチングされる。
【００２３】
上述したプラズマエッチング処理は、半導体ウエーハ１００の厚さが目標厚さになるまで継続して行われる。これにより、研磨加工によって半導体ウエーハ１００の裏面に生じたマイクロクラックが除去される。このマイクロクラックは通常３〜５μｍの深さで生成されるため、半導体ウエーハ１００を上述したように目標厚さよりマイクロクラックを越えるドライエッチング代だけ厚い寸法に研削し、その後ドライエッチング代分だけプラズマエッチング処理して除去することにより、目標厚さまで加工された状態では、マイクロクラックは完全に除去される。
【００２４】
ここで、上述したプラズマエッチング処理効果について説明する。
図示の実施形態においては、上述したように上部電極７のガス噴出部７１の下面に複数の噴出口７１１を囲撓して下方に突出する環状の隔壁７１３が設けられているので、下部電極６と上部電極７との間の空間に発生するプラズマ放電により生じる活性物質の外周部からの漏れが規制されるため、エッチング効率が向上しエッチング速度を速めることができる。
【００２５】
【実施例】
上述したプラズマエッチング装置において、環状の隔壁７１３を設けたものと、隔壁を設けない従来のもので、直径２００ｍｍのシリコンウエーハをプラズマエッチング処理した。このプラズマエッチング処理の実験においては、高周波電力が２０００（Ｗ）、混合ガスの流量が１７００（ｍｌ／ｍｉｎ）、密閉空間２０内圧力が４７０（Ｐａ）で、１２０秒間実施し、除去量（エッチング量）を測定した。
実験の結果、隔壁を設けない従来のものは除去量（エッチング量）が２．２５μｍであった。一方、環状の隔壁７５を設けたものは除去量（エッチング量）が２．６μｍであった。このように、環状の隔壁７５を設けるとエッチングレートが１５％以上向上することが判った。
【００２６】
次に、上部電極７の他の実施形態について、図３を参照して説明する。なお、図３に示す実施形態においては、図１および図２に示す実施形態における同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
図３に示す上部電極７は、円盤状のガス噴出部７１の下部に下方が開放された円形状の嵌合凹部７１５が設けられており、該嵌合凹部７１５にポーラスセラミック材によって形成され無数の噴出口を備えた円盤状のガス噴射部材７６が嵌合される。なお、ガス噴射部材７６は、適宜の接着剤によって嵌合凹部７１５の壁面に固着される。このガス噴射部材７６を囲撓して下方に突出する環状の隔壁７７が配設される。この環状の隔壁７７は、図示の実施形態においてはソリッドなセラミックス材によって形成されており、ガス噴出部７１の下面に適宜の接着剤によって装着されている。なお、環状の隔壁７７は、ガス噴射部材７６の下面に適宜の接着剤によって装着してもよい。このように構成された上部電極７は、ガス噴射部７１に設けられた嵌合凹部７１５におけるガス噴射部材７６の上側に形成される室７１５ａが、支持部７２に形成された連通路７２１に連通されている。図３に示す実施形態においては、ガス噴射部材７６がポーラスセラミック材によって形成され細かい無数の噴出口を備えているので、下部電極６に保持された半導体ウエーハ１００との間に混合ガスが均一に噴出される。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、上部電極のガス噴出部の下面に被加工物の外周に対応した環状の隔壁が突出して設けられているので、下部電極と上部電極との間の空間に発生するプラズマ放電により生じる活性物質の外周部からの漏れが規制されるため、エッチング効率が向上しエッチング速度を速めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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２】図１に示すプラズマエッチング装置を構成する下部電極と上部電極の要部を拡大して示す断面図。
【図３】図１に示すプラズマエッチング装置を構成する上部電極の他の実施形態を示す要部拡大断面図。
【符号の説明】
２：ハウジング
２０：密閉空間
２２１：排気口
２４１：被加工物搬出入用の開口
３：ゲート
４：ゲート作動手段
５：ガス排出手段
６：下部電極
６１：被加工物保持部
６１２：冷却通路
６２：支持部
６２２：冷媒導入通路
６２３：冷媒排出通路
６３：吸着保持部材
７：上部電極
７１：ガス噴出部
７１１：噴出口
７１３：環状の隔壁
７２：支持部
７３：作動部材
７６：ガス噴射部材
７７：環状の隔壁
９：吸引手段
１０：高周波電源
１１：冷媒供給手段
１２：昇降駆動手段
１３：昇降駆動手段
１４：ガス供給手段
１５：制御手段
【図１】
2004247454.tif 000003
【図２】
2004247454.tif 000004
【図３】
2004247454.tif 000005