(57)【要約】【課題】プラズマ処理時には電極部同士を接近させてエッチングレートを上げ、プラズマ処理が終了してワークを電極部間に出し入れするときには、電極部間の間隔を大きくできるワークのプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供すること。【解決手段】真空チャンバ１内に上部電極部２と下部電極部３を備える。上部電極部２はシリンダ７により上下動し、下部電極部３との間隔Ｔの大きさを調整できる。ワーク２０の保持ヘッド５７は出し入れ口４０から真空チャンバ１内に出入し、ワーク２０を下部電極部３上に移載し、またこれからピックアップして真空チャンバ１外へ取り出す。プラズマ処理時には間隔Ｔを小さくしてプラズマ密度を高くし、エッチングレートを上げる。またワーク２０を出し入れするときは間隔Ｔを大きくし、保持ヘッド５７が出入できるようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生用ガスが供給される真空チャンバと、この真空チャンバに上下に間隔をおいて設けられた上部電極部および下部電極部と、上部電極を下部電極に対して昇降させることにより、この上部電極部と下部電極部の間隔の大きさを変更する間隔変更手段と、間隔変更手段によって上部電極を下降させて間隔を狭めた状態で上部電極と下部電極の間に高周波電圧を印加する高周波電源と、間隔変更手段によって上部電極を上昇させて間隔を広げた状態で、この上部電極部と下部電極部の間に進入して上下動作を行ない下部電極上にワークを載置し又は下部電極上のワークをピックアップする保持ヘッドを有するワーク出し入れ手段とを備えたことを特徴とするワークのプラズマ処理装置。
【請求項２】
プラズマ処理を行うときの前記間隔が５ｍｍ〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のワークのプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記下部電極の上面にワークを保持する保持手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のワークのプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記下部電極にワークを真空吸着する複数の吸着孔を備えたことを特徴とする請求項３記載のワークのプラズマ処理装置。
【請求項５】
ワークを前記下部電極に保持するために前記吸着孔を真空吸引する第１の真空吸引手段と、前記真空チャンバ内を真空吸引する第２の真空吸引手段と、プラズマ処理中には前記吸着孔の圧力が前記真空チャンバの圧力よりも小さくなるように前記第１の真空吸引手段と前記第２の真空吸引手段を制御する制御部とを備えたことを特徴とする請求項４記載のワークのプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記高周波電源は前記下部電極に接続されていることを特徴とする請求項１記載のワークのプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記下部電極へ印加する高周波電圧の周波数が１３．５６ＭＨｚであることを特徴とする請求項６記載のワークのプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記上部電極の下面に前記プラズマ発生用ガスを吹き出すガス吹出孔を複数備えたことを特徴とする請求項１記載のワークのプラズマ処理装置。
【請求項９】
真空チャンバ内に上下に間隔をおいて上部電極部および下部電極部を設け、この真空チャンバにプラズマ発生用ガスを供給しながらこの上部電極部と下部電極部の間に高周波電圧を印加して下部電極上に保持されたワークのプラズマ処理を行うワークのプラズマ処理方法であって、
下部電極と上部電極の間隔を広げ、その状態でワークを下部電極上に供給する工程と、
上部電極を下降させて前記間隔をプラズマ処理に適した距離まで狭める工程と、
真空チャンバ内を真空吸引して減圧する工程と、
減圧された真空チャンバ内にプラズマ発生用ガスを供給するとともに上部電極と下部電極の間に高周波電圧を印加してプラズマを発生する工程と、
高周波電圧の印加及びプラズマ発生用ガスの供給を停止すると共に真空チャンバ内を大気圧に戻す工程と、
上部電極を上昇させて上部電極と下部電極の間隔を広げ、その状態で保持ヘッドを上部電極と下部電極の間に進入させて下部電極上のプラズマ処理済みのワークをこの保持ヘッドでピックアップして取り出す工程と、
を含むことを特徴とするワークのプラズマ処理方法。
【請求項１０】
プラズマ処理を行うときの前記間隔が５ｍｍ〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項９記載のワークのプラズマ処理方法。
【請求項１１】
ワークを前記下部電極上の複数の吸着孔による真空吸着によってこの下部電極上に保持することを特徴とする請求項９記載のワークのプラズマ処理方法。
【請求項１２】
前記吸着孔の圧力が所定の圧力まで低下したら前記真空チャンバの圧力低下させ、プラズマ処理中は常に前記着吸着孔の圧力を前記真空チャンバの圧力よりも低く保つことを特徴とする請求項１１記載のワークのプラズマ処理方法。
【請求項１３】
前記下部電極へ印加する高周波電圧の周波数が１３．５６ＭＨｚであることを特徴とする請求項１０記載のワークのプラズマ処理方法。
【請求項１４】
前記上部電極の下面からプラズマ発生用ガスを吹き出して前記真空チャンバ内にプラズマ発生用ガスを供給することを特徴とする請求項９記載のワークのプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、真空チャンバの２つの電極部の間にウェハやプリント基板などのワークを収納し、この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、イオン等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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種プラズマ処理装置において、エッチングレート（エッチング力）を大きくするためには、電極部と電極部を極力接近させてその間隔を小さくすることにより、電極部間のプラズマ密度を高くすることが望ましい。
【０００４】
一方、プラズマ処理の対象物であるウェハやプリント基板などのワークは、保持ヘッドに保持されて電極部の間に出し入れされる。したがってエッチングレートを大きくするために電極部同士を接近させてその間隔を小さくすると、保持ヘッドによるワークの出し入れは困難・不可能になってしまう。
【０００５】
そこで本発明は、プラズマ処理時には電極部同士を接近させてエッチングレートを上げることができるワークのプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のワークのプラズマ処理装置は、プラズマ発生用ガスが供給される真空チャンバと、この真空チャンバに上下に間隔をおいて設けられた上部電極部および下部電極部と、上部電極を下部電極に対して昇降させることにより、この上部電極部と下部電極部の間隔の大きさを変更する間隔変更手段と、間隔変更手段によって上部電極を下降させて間隔を狭めた状態で上部電極と下部電極の間に高周波電圧を印加する高周波電源と、間隔変更手段によって上部電極を上昇させて前記間隔を広げた状態で、この上部電極部と下部電極部の間に進入して上下動作を行ない下部電極上にワークを載置し又は下部電極上のワークをピックアップする保持ヘッドを有するワーク出し入れ手段とを備えたものである。
【０００７】
また本発明は、真空チャンバ内に上下に間隔をおいて上部電極部および下部電極部を設け、この真空チャンバにプラズマ発生用ガスを供給しながらこの上部電極部と下部電極部の間に高周波電圧を印加して下部電極上に保持されたワークのプラズマ処理を行うワークのプラズマ処理方法であって、下部電極と上部電極の間隔を広げ、その状態でワークを下部電極上に供給する工程と、上部電極を下降させて前記間隔をプラズマ処理に適した距離まで狭める工程と、真空チャンバ内を真空吸引して減圧する工程と、減圧された真空チャンバ内にプラズマ発生用ガスを供給するとともに上部電極と下部電極の間に高周波電圧を印加してプラズマを発生する工程と、高周波電圧の印加及びプラズマ発生用ガスの供給を停止すると共に真空チャンバ内を大気圧に戻す工程と、上部電極を上昇させて上部電極と下部電極の間隔を広げ、その状態で保持ヘッドを上部電極と下部電極の間に進入させて下部電極上のプラズマ処理済みのワークをこの保持ヘッドでピックアップして取り出す工程
とを含むものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、プラズマ処理時には上部電極部と下部電極部同士を接近させてエッチングレートを上げ、プラズマ処理が終了してワークを電極部間に出し入れするときには、この間隔を大きくしてワークを出し入れできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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、図３、図４、図５、図６、図７は本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の断面図、図８は本発明の一実施の形態における圧力の変化図である。
【００１０】
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。
【００１１】
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。また本実施の形態では、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。なお、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。
【００１２】
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の中心の孔路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。なお、ガス吹出孔９の形成方法としては、上部電極部２の下面に不規則多数のガス吹出孔を有する多孔質部材を装着し、この多孔質部材からガスを吹出すようにしてもよい。
【００１３】
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は冷却装置であり、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。下部電極部３に印加する高周波電圧の周波数は１３．５６ＭＨｚである。
【００１４】
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。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。
【００１５】
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内の圧力を測定する圧力測定器、３２は真空チャンバ１内の圧力を測定する圧力測定器であり、それぞれ吸引路２３，３０に設けられている。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、真空吸引手段である真空ポンプ２１，２６などの各要素を制御する。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
こ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。図２〜図７はプラズマ処理を工程順に示している。また図８はプラズマ処理における吸着孔１７の圧力Ｐ１と真空チャンバ１の圧力Ｐ２の変化を示している。
【００１９】
図２は、プラズマ処理を行っている状態を示している。上部電極部２は下降して下部電極部３に接近しており、その間隔Ｔは小さい。下部電極部３上にはワーク２０が載置されている。図２において、まず第１の真空ポンプ２１で吸着孔１７内の真空吸引を開始し（図８のタイミング（１））、吸着孔１７の圧力が設定圧１（例えば１００Ｐａ程度）まで圧力が低下したならば（タイミング（２））、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（３））、真空チャンバ１内の圧力が設定圧２（例えば５００Ｐａ程度）になるまで真空吸引する。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内の圧力Ｐ１が、第２の真空ポンプＰ２による真空チャンバ１内の圧力Ｐ２よりも常に小さくなるように（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。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。
【００２０】
吸着孔１７内の圧力Ｐ１や真空チャンバ１内の圧力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、設計値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の圧力を１０Ｐａ以下まで低くする。
【００２１】
真空チャンバ１内の圧力Ｐ２が設定圧２まで低下したら、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（４））、真空チャンバ１内の圧力が処理圧力範囲になったら下部電極部３に高周波電圧を印加する（タイミング（５））。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、これにより等方性エッチングを行ってエッチングレート（エッチング速度）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（４）からタイミング（５）へ移行する間に、圧力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。（５）〜（６）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内の圧力Ｐ２は処理圧力範囲を維持する。
【００２２】
プラズマ処理が終了したならば、プラズマ発生用ガスの供給を停止し（タイミング（６））、圧力Ｐ２が設定圧２と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（７））、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（８））。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、圧力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。
【００２３】
ところで、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、コストアップの一因になっていた。そこで本実施の形態のプラズマ処理装置は、上記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ている。
【００２４】
さて、プラズマ処理が終了したならば、図３に示すようにシリンダ７のロッド８を突出させて上部電極部２を上昇させ、下部電極部３との間隔Ｔをワーク２０の搬送の障害にならない程度に大きくする。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。保持ヘッド５７は出し入れ口４０の側方に待機しており、図４に示すように出し入れ口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（図５）。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（上部電極部２と下部電極部３の間）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。
【００２５】
次いで、図６に示すように保持ヘッド５７は後退して真空チャンバ１から脱出し、ワーク２０を回収部５８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。次いで図７に示すように保持ヘッド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小さくすれば、図２に示す当初の状態に戻り、これ以後、上述し
た動作が繰り返される。
【００２６】
本実施の形態のプラズマ処理装置はさまざまなワークの処理に使用することができる。次に、半導体回路が形成されたシリコンウエハの裏面（回路形成面の裏面）をプラズマ処理する場合を例に説明する。シリコンウエハの裏面は機械研磨によって加工されており、機械研削面にはストレス層（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）が存在する。このストレス層はシリコンウエハの強度低下を招くためシリコンウエハの裏面を深く（例えば５μｍ）エッチングして除去する必要がある。従来のプラズマ処理装置は、異方性エッチングを行う構造になっているのでプラズマ密度が低く、エッチングレートが小さい（０．１μｍ／ｍｉｎ以下）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使用困難・不使不能であった。本実施例では、プラズマ発生用ガスとしてＳＦ６（六フッ化硫黄）とＨｅ（ヘリュウム）との混合ガスを使用し、上部電極部と下部電極部の間隔を例えば５ｍｍ〜１５ｍｍにして程度まで狭くしてプラズマ処理を行った。本発明のプラズマ処理装置は電極間隔を狭くしてプラズマ密度を上げ、等方性エッチングとすることでエッチングレートを１．０μｍ／ｍｉｎ〜２．５μｍ／ｍｉｎにすることができる。従って本発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ処理によってウエハ裏面のストレス層除を短時間で除去することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、プラズマ処理時には上部電極部と下部電極部同士を接近させてエッチングレートを上げ、プラズマ処理が終了してワークを上部電極部と下部電極部間に出し入れするときには、その間隔を大きくできるので、エッチングレートを上げて短時間で速かに所定のプラズマ処理を行うことができ、また保持ヘッドなどのワーク出し入れ手段による上部電極部と下部電極部間へのワークの出し入れを難なく行うことができる。また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できるので、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ワークのプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法として特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【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断面図
【図３】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の断面図
【図４】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の断面図
【図５】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の断面図
【図６】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の断面図
【図７】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の断面図
【図８】本発明の一実施の形態における圧力の変化図
【符号の説明】
【００２９】
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
３３  制御部
５０  ワーク出し入れ手段
５７  保持ヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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