(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングガスを含むエッチング用混合ガスをプラズマ発生室に導入する機構と、プラズマ発生室で発生した活性種ガスを含むエッチング用混合ガス流を試料表面に噴出させる機構を備えたプラズマエッチング装置において、
上記の活性種ガスを含むエッチング用混合ガス流の中に磁性体微粒子を添加する機構と、
主要部を磁石で構成した試料保持機構を有することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエッチング装置を用いて、試料表面をエッチング加工することを特徴とするエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高速に加工するドライエッチング装置に関し、特に半導体ウエーハや絶縁体ウエーハを薄くしたり、深い段差もしくはウエーハに貫通孔を精密に形成することを目的にした装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子や集積回路を表面に形成した半導体ウエーハは裏面を均一に削って薄くした後、チップに切断してパッケージに組み立てて使われる。チップの薄型化は、チップの放熱効果を高めたり、ダイシングで使用される切断工具（カッタやソー等）の消耗を減らし寿命を延ばしたりする他に、パッケージの高さを減らして高密度実装化する目的に必要である。また、高性能化と高密度化するためにチップを積層する技術にはウエーハの表裏に導通をとるための貫通孔が必要である。また、MMICにも貫通孔と導通電極が使われている。
【０００３】
さらに、MEMS(Micro-ElectroMechanical Systems)では超小型部品や装置を形成するために半導体ウエーハやガラスウエーハに深い段差や貫通孔を形成して三次元に加工する技術が必須である。従来、半導体ウエーハの基板結晶を一様に薄くする場合には、研磨装置により半導体ウエーハの裏面に研磨布を介して平板を押し当て、研磨液を供給してウエーハと研磨布の間に研磨液を介在させながら研磨する方法や、研削装置によりダイヤモンド粒子等の固い材料粒子を埋め込み固定した砥石により研削する方法と、最後に加工歪みを除去するためにウエットエッチングによって基板結晶を仕上げる技術が一般に使われている。半導体ウエーハに貫通孔を形成する方法は平行平板やICP(Inductive Coupled Plasma)によるRIE(Reactive-Ion-Etch)によっている。また、ガラスウエーハの場合は、サンドブラスト法やウエットエッチングによっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の研磨あるいは研削によるウエーハの薄型化は基板結晶に圧縮応力やせん断応力を加えながら加工するため、薄くなるにつれて半導体ウエーハが破損しやすくなる欠点がある。ウエットエッチングは工程が繁雑でエッチング速度が遅いので生産性が悪い欠点がある。このため、本発明はドライエッチングであるプラズマエッチング法によってウエーハを高速かつ高精度に均一に薄くしたり、貫通孔を形成するための装置と、これを用いた高精度のウエーハの加工方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、エッチングガスおよびこれらを含む混合ガスをプラズマ化し、発生した活性種ガスあるいはこれらを含む混合ガスをエッチングのガス流として試料表面に噴出する機構を有するドライエッチング装置において、上記エッチングガス流の中にエッチング支援物質を添加する機構を設けたことを特徴としている。
【０００６】
本発明では、上記のエッチング支援物質として磁性体微粒子を用い、これを搬送ガス（ＡｒやＨ2ガス）とともにエッチングガス中に添加する。エッチングのガス流に含まれた磁性体微粒子と活性種ガスの噴射によって試料のエッチングが深さ方向に優先的に進行し、その結果、加工断面形状の垂直性が改善されエッチング速度も増大する効果がある。さらに、磁性体微粒子を吸引・加速するために、試料側に外部磁場を加えることにより上記効果を高めている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるプラズマエッチング装置の一実施例を示す装置全体の構成概略図である。ガス供給装置１４から反応ガス供給管３によりSF6、水素とArの混合ガスをプラズマ発生室２３に注入する。マイクロ波発振器１で発生したマイクロ波が導波管２を通りプラズマ発生室で吸収され、前記、混合ガスが活性化され、プラズマ活性領域６が形成される。活性種ガスは活性種ガス供給管１３を通ってエッチングノズル４で絞り込まれ、エッチングビームとなって試料（Si半導体ウエーハ）５の表面に高速噴射される。試料（Si半導体ウエーハ）５は、はじめ試料交換室１１に挿入され、ここから搬送機構１５によりエッチング室９の試料保持機構８０に固定セットされる。エッチングノズル４および試料保持機構８０付近の詳細構造については、本図では図示を省略している。これらについては、後述の図２を用いて別途説明する。試料保持機構８０は、試料移動機構７によってX-Y方向あるいはXーθ方向に可動するので、試料全面を加工することができる。排気部はエッチング室９、排気ヘッド１６、試料交換室１１および搬送室１０にそれぞれ設けられたバルブ１８を介して行なわれ、各々が排気される。エッチング室９と排気ヘッド１６から出た排気ガスは排気／ガス処理装置１７を経て、除害して排気される。さらに本発明の構成では活性種ガス供給管１３の中にエッチング支援物質である磁性体微粒子を混合して供給する機構を持つことを特徴とする。これはエッチング支援物質供給装置５４と供給管５５により磁性体微粒子を活性種ガス供給管１３の分岐口に陽圧で供給して活性種ガスに混合される。
【０００８】
図２に図１のエッチングガス流噴出機構部分と試料の保持機構部分の詳細を示す。磁性体微粒子（エッチング支援物質）を混合するサイクルは連続的でも、あるいは断続的でもよく、任意にプログラムできる構成が制御装置２０に具備されている。また磁性体微粒子は搬送ガス（ArまたはN2）により供給管５５中を輸送され、活性種ガス供給管内で活性種ガスと合流する。磁性体微粒子の材質としては、例えば、酸化鉄やフェライトなどを使用できる。また、移動台８の表面近傍に、磁性体微粒子を吸引・加速するための永久磁石板６０を配設している。このように、活性種ガス中に添加された磁性体微粒子は試料により多くの加工損傷を加える。その結果、磁性体微粒子を添加しない場合に比べてエッチング速度が増大する。
【０００９】
図３〜５の模式断面図に、活性種ガス流に磁性体微粒子を添加・混合させる場合の幾つかの形態例を示す。図３に、磁性体微粒子の供給管３５の先端に設けた噴出ノズル３７をエッチングノズル４内に配設した例を示す。図４には、磁性体微粒子の供給管４５の先端に設けた噴出ノズル４７をエッチングノズル４の先端外周部に近接して配設した例を示す。さらに図５には、磁性体微粒子の供給管８５の先端に、エッチングノズル４を内包するように微粒子噴出ノズル８７を配設した例を示す。
【００１０】
以上述べた装置構成により、Si半導体ウエーハの裏面を削り、薄い結晶基板に加工する方法を以下に説明する。この工程は、上記ウエーハの表面に高密度の集積回路が形成されたあとに行われるもので、この後、チップにしてパッケージに組み立てられる。まず、この表面を樹脂テープで保護して裏面をエッチングノズルに向けて装着する。例えば６００μmの厚さのSiウエーハを削って５０μmの厚さに仕上げる場合は、厚さが約１００μmになるまではエッチング支援物質（磁性体微粒子）をエッチングガスに混合してエッチングを行う。これは、上記エッチング支援物質によってSiを飛散させたりあるいはSi表面に加工歪みを残し、これに活性種を含むエッチングガスのビームが噴射されると化学、機械的な相乗効果によってSiを高速に削るためである。エッチング支援物質を混合してSi表面を加工すると表面に加工歪みが残っているので、この場合の加工手順として、最後の５０μmにするエッチングはエッチング支援物質の供給を止めて、活性種を含むエッチングガスのビームのみで約５０μmの量のエッチングを行う。これは活性種のガスビームのエッチングはドライによる化学研磨であるためSiに損傷が入らないためである。この方法によれば、短時間にSiウエーハの裏面加工処理ができ、この後、ウエットによる化学研磨の工程が不要であるため、同一装置内で裏面加工処理が完結でき、生産性が飛躍的に向上して、この工程を低コスト化できる特徴がある。
【００１１】
以上では本発明による装置をSi半導体ウェーハの裏面研削・研磨加工に使用する例を述べたが、本装置はパタンマスクを用いる選択エッチングにも適用できるので、パタンエッチや貫通孔の形成にも応用できる。特にガラス基板の加工においては、ガラスはSiに比べてエッチ速度が小さいが、エッチング支援物質が加わった相乗効果により、従来のサンドブラストやドライエッチよりも速く削れ、貫通孔のテーパ度合も改善される。
【００１２】
【発明の効果】
（１）エッチング用ガス流とエッチング支援物質（磁性体微粒子）とを試料表面に噴射することによって、試料の加工を高速に行え、垂直に近い断面形状を形成できるようになる。
（２）本発明の装置により半導体ウエーハの裏面の薄層化加工がドライプロセスでできるようになり、これによって半導体ウエーハの洗浄や貼付け・取外し工程が不要になり大幅な工程の短縮がはかれる。
【００１３】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例であるプラズマエッチング装置の全体構成の概略図。
【図２】  図１に示す主要部の拡大模式図。
【図３】  本発明装置の別の実施例を示す部分拡大模式図。
【図４】  本発明装置の別の実施例を示す部分拡大模式図。
【図５】  本発明装置の別の実施例を示す部分拡大模式図。
【符号の説明】
１…マイクロ波発振器
２…導波管
３…反応ガス供給管
４…エッチングノズル
５…試料
６…プラズマ活性領域
７…試料移動機構
８…移動台
９…エッチング室
１０…搬送室
１１…試料交換室
１２…結合部
１３…活性種ガス供給管
１４…ガス供給装置
１５…搬送機構
１６…排気ヘッド
１７…排気／ガス処理装置
１８…バルブ
２０…制御装置
２３…プラズマ発生室
５４…エッチング支援物質供給装置
３５、４５、５５、８５…供給管
３７、４７、８７…微粒子噴出ノズル
６０…磁石板
８０…試料保持機構
【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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