(57)【要約】【課題】板状基板の基板載置部からの剥離を安定して容易に行うことが可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。【解決手段】真空チャンバ内で板状基板を基板載置部の載置面に保持した状態でプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、吸着圧力Ｐｂ１にて基板を下部電極に吸着保持し処理圧力Ｐａ２の条件でプラズマ処理を行った後、第１回目のチャンバー内ベント（Ｔ７〜Ｔ８）によって処理空間の圧力をＰａ４まで上昇させた状態で下部電極の吸着孔からエアブローを行い（Ｔ１０〜１１）、これにより基板を下部電極から剥離させた後、第２回目のチャンバー内ベント（Ｔ１２〜）によって真空チャンバ内を大気圧に昇圧する。これにより、板状基板の基板載置部からの剥離を安定して容易に行うことができる。【選択図】図５
2007116020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
前記プラズマ処理を減圧雰囲気で行うための処理空間を形成する処理容器と、前記処理容器内を排気する真空排気部と、前記処理容器内に設けられ前記板状基板が載置される載置面が設けられた基板載置部と、前記板状基板を前記載置面に保持する基板保持手段と、前記載置面に開孔した通気孔を介して気体を吹き出すことにより前記板状基板を前記載置面から剥離させるブロー手段と、前記処理空間においてプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空排気部、基板保持手段、プラズマ発生手段およびブロー手段を制御する制御部とを備え、
プラズマ処理終了後に前記処理容器内に大気を導入する大気導入工程において、前記処理空間の圧力が大気圧に到達する前のタイミングで前記ブロー手段を作動させて、前記板状基板を前記載置面から剥離させることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記板状基板はプラズマ処理面の反対面に貼着された保護テープを介して前記載置面に載置されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記ブロー手段を作動させた後、前記処理空間の圧力が大気圧に到達する前に、このブロー手段の作動を停止することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
処理容器内に形成された処理空間において板状基板を基板載置部の載置面に保持した状態でプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
前記載置面に板状基板を載置して保持する保持工程と、前記処理容器内を真空排気することにより前記処理空間を減圧する減圧工程と、前記処理空間においてプラズマを発生させて前記載置面に載置された板状基板をプラズマ処理するプラズマ処理工程と、前記処理容器内に大気を導入する大気導入工程とを含み、
前記大気導入工程において、前記処理空間の圧力が大気圧に到達する前のタイミングで、前記載置面に開孔した通気孔を介して気体を吹き出すことにより、前記板状基板を前記載置面から剥離させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記板状基板はプラズマ処理面の反対面に貼着された保護テープを介して前記載置面に載置されることを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記大気導入工程において，前記処理空間の圧力が大気圧に到達する前に、前記気体の吹き出しを停止することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェハなど薄い板状基板のプラズマ処理を行う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】
半導体装置に用いられるシリコンウェハの製造工程では、基板の厚さを機械研磨によって薄くするための薄化加工後のストレスリリーフや、シリコンウェハを個片部品に分割するためのダイシングが、プラズマ処理によって行われる。このプラズマ処理に際しては、シリコンウェハは処理対象面、すなわち回路形成面の反対面を上向きにした姿勢で、プラズマ処理装置の放電電極上に設けられた基板載置部に載置され、真空吸着などの方法によって保持される（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２１０６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
シリコンウェハは薄い板状基板であり、プラズマ処理過程において基板載置部の載置面に吸着された状態にあるため、プラズマ処理終了後に吸着保持を解除した後も載置面に密着したままとなる。このため、プラズマ処理後にシリコンウェハを搬出する際には、基板載置部からシリコンウェハを安定して取り出すことが困難であるという問題があった。そしてこの問題はシリコンウェハのサイズの大型化に伴い増大し、またシリコンウェハを保護テープを介して載置面に保持させた場合に特に顕著となっていた。
【０００４】
そこで本発明は、板状基板の基板載置部からの剥離を安定して容易に行うことが可能なプラズマ処理装置及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】
【０００５】
本発明のプラズマ処理装置は、板状基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記プラズマ処理を減圧雰囲気で行うための処理空間を形成する処理容器と、前記処理容器内を排気する真空排気部と、前記処理容器内に設けられ前記板状基板が載置される載置面が設けられた基板載置部と、前記板状基板を前記載置面に保持する基板保持手段と、前記載置面に開孔した通気孔を介して気体を吹き出すことにより前記板状基板を前記載置面から剥離させるブロー手段と、前記処理空間においてプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空排気部、基板保持手段、プラズマ発生手段およびブロー手段を制御する制御部とを備え、プラズマ処理終了後に前記処理容器内に大気を導入する大気導入工程において、前記処理空間の圧力が大気圧に到達する前のタイミングで前記ブロー手段を作動させて、前記板状基板を前記載置面から剥離させる。
【０００６】
本発明のプラズマ処理方法は、処理容器内に形成された処理空間において板状基板を基板載置部の載置面に保持した状態でプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、前記載置面に板状基板を載置して保持する保持工程と、前記処理容器内を真空排気することにより前記処理空間を減圧する減圧工程と、前記処理空間においてプラズマを発生させて前記載置面に載置された板状基板をプラズマ処理するプラズマ処理工程と、前記処理容器内に大気を導入する大気導入工程とを含み、前記大気導入工程において、前記処理空間の圧力が大気圧に到達する前のタイミングで、前記載置面に開孔した通気孔を介して気体を吹き出すことにより、前記板状基板を前記載置面から剥離させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、処理容器内に大気を導入する大気導入工程において、処理空間の圧力が大気圧に到達する前のタイミングで、載置面に開口した通気孔を介して気体を吹き出して板状基板を載置面から剥離させることにより、板状基板の基板載置部からの剥離を安定して容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１、図２は本発明の一実施の形態１のプラズマ処理装置の断面図、図３は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の制御系の構成を示すブロック図、図４、図６は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法のフロー図、図５、図７は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法における処理空間の圧力および吸引・ブロー回路の圧力の経時変化を示すグラフである。
【０００９】
まず図１、図２を参照してプラズマ処理装置について説明する。図１において、プラズマ処理装置は、処理容器としての真空チャンバ１を備えており、真空チャンバ１内には、プラズマ処理を減圧雰囲気で行うための処理空間２が形成される。真空チャンバ１の内部には、下部電極３および上部電極４が上下に対向して配設されている。下部電極３は下方に延出した支持部３ａによって真空チャンバ１に電気的に絶縁された状態で装着され、さらに真空チャンバ１の底部に装着された誘電体７によって外周を保持されている。また上部電極４は上方に延出した支持部４ａによって真空チャンバ１と導通した状態で装着されている。
【００１０】
下部電極３の上面は、処理対象の板状基板であるシリコンウェハ６を載置する載置面となっている。したがって下部電極３は、処理容器である真空チャンバ１内に設けられ板状基板であるシリコンウェハ６が載置される載置面が設けられた基板載置部となっている。ここでシリコンウェハ６は回路形成面の反対面を機械研磨した後の状態であり、樹脂製の保護テープ５が貼り付けられた回路形成面を下向きにした姿勢で載置される。そして回路形成面の反対面の機械研磨面をプラズマ処理することにより、研磨加工によって生成したダメージ層が除去される。すなわち、シリコンウェハ６は、プラズマ処理面の反対面に貼着された保護テープ５を介して載置面に載置される。
【００１１】
真空チャンバ１の側面には基板搬出入用の搬送口１ａが設けられており、搬送口１ａは扉８によって開閉自在となっている。扉８は、扉開閉機構２４によって駆動される。シリコンウェハ６を搬送する際には、図２に示すように、扉８を扉開閉機構２４によって開にした状態で、シリコンウェハ６を吸着保持する搬送ヘッド２２を搬送アーム２３によって搬送口１ａを介して真空チャンバ１内に進退させる。これにより、下部電極３の載置面にシリコンウェハ６が載置され、処理後のシリコンウェハ６が真空チャンバ１から搬出される。
【００１２】
真空チャンバ１には給排気口１ｂが設けられており、処理空間２は第１の圧力センサ９を介して第１の経路切替バルブ１０に接続されている。第１の経路切替バルブ１０の給気ポート１０ａ側、排気ポート１０ｂ側にはそれぞれベントバルブ１１および第１の開閉バルブ１２が接続されており、第１の開閉バルブ１２にはさらに真空排気用ポンプ１３が接続されている。第１の経路切替バルブ１０を排気ポート１０ｂ側へ切り替えた状態で第１の開閉バルブ１２を開状態にし、真空排気用ポンプ１３を駆動することにより、真空チャンバ１内が真空排気され処理空間２が減圧される。また第１の経路切替バルブ１０を給気ポート１０ａ側へ切り替えた状態でベントバルブ１１を開状態にすることにより、真空チャンバ１内には大気が導入され、処理空間２の真空破壊が行われる。真空排気用ポンプ１３は、真空チャンバ１内を排気する真空排気部となっている。
【００１３】
上部電極４の下面には、焼結材などの多孔質部材によって製作されたシャワープレート
４ｂが装着されている。シャワープレート４ｂには支持部４ａを貫通して設けられた通気孔４ｃが接続されており、通気孔４ｃにはプロセスガス供給部１４が接続されている。プロセスガス供給部１４を駆動することにより、プラズマ処理のためにプロセスガスが、シャワープレート４ｂを介して下部電極３上に載置されたシリコンウェハ６に対して吹き出される。本実施の形態においては、シリコンウェハ６を対象としたエッチング処理のため、６フッ化硫黄などのフッ素系ガスがプロセスガスとして用いられる。
【００１４】
下部電極３の上面には吸着孔３ｂが開孔しており、吸着孔３ｂは支持部３ａ内を貫通して設けられた通気孔３ｃを介して、以下に説明する吸引・ブロー回路と接続されている。すなわち通気孔３ｃは第２の圧力センサ１５を介して第２の経路切替バルブ１７に接続されており、第２の経路切替バルブ１７の吸引ポート１７ａ側、給気ポート１７ｂ側には、それぞれ第２の開閉バルブ２０、ブローバルブ１８が接続されている。第２の開閉バルブ２０、ブローバルブ１８にはさらに真空吸着用ポンプ２１、エア供給源１９がそれぞれ接続されている。
【００１５】
第２の経路切替バルブ１７を吸引ポート１７ａ側へ切り替えた状態で第２の開閉バルブ２０を開状態にし、真空吸着用ポンプ２１を駆動することにより、吸着孔３ｂから真空吸引し、これにより下部電極３の載置面にシリコンウェハ６が真空吸着により保持される。したがって、吸着孔３ｂ、通気孔３ｃ、真空吸着用ポンプ２１は、板状基板であるシリコンウェハ６を下部電極３の載置面に保持する基板保持手段となっている。なお基板保持手段として、真空吸着によるシリコンウェハ６の保持と併用して、静電力によってシリコンウェハ６を載置面に保持するようにしてもよい。
【００１６】
また第２の経路切替バルブ１７を給気ポート１７ｂ側へ切り替えてブローバルブ１８を開状態にすることにより、エア供給源１９から供給された正圧空気を吸着孔３ｂから吹き出させるブロー動作が行われ、これにより下部電極３の上面に載置されたシリコンウェハ６が載置面から剥離される。すなわち、吸着孔３ｂ、通気孔３ｃ、エア供給源１９は、載置面に開孔した通気孔を介して気体を吹き出すことによりシリコンウェハ６を下部電極３の載置面から剥離させるブロー手段となっている。
【００１７】
支持部３ａには高周波電源部１６が電気的に接続されており、高周波電源部１６を駆動することにより、真空チャンバ１を介して接地された上部電極４と下部電極３との間には高周波電圧が印加される。真空チャンバ１を真空排気して処理空間２を減圧した後に、処理空間２にプロセスガスを供給した状態で高周波電源部１６を駆動することにより、下部電極３と上部電極４との間にプラズマ放電が発生し、これにより処理空間２においてプロセスガスがプラズマ状態に移行する。そしてこのプラズマにより、シリコンウェハ６の処理対象面のプラズマ処理が行われる。したがって、真空吸着用ポンプ２１、プロセスガス供給部１４、高周波電源部１６は、処理空間２においてプラズマを発生させるプラズマ発生手段となっている。なお、プラズマ発生手段としては、上部電極と下部電極を備えた並行平板方式に限らず、マイクロ波や誘電結合形のプラズマ発生手段であってもよい。
【００１８】
次に、図３を参照して制御系を説明する。図３において、制御部３０は、以下に示す各部の制御を行う。まず扉開閉機構２４を制御することにより、搬送ヘッド２２、搬送アーム２３などの搬送装置によるシリコンウェハ６の搬送時の動作制御を行う。第１の開閉バルブ１２、真空排気用ポンプ１３、ベントバルブ１１、プロセスガス供給部１４を制御することにより、処理空間２内の圧力を制御するとともに、処理空間２にプロセスガスを供給する。このとき、第１の圧力センサ９の計測値を参照することにより、処理空間２内の処理圧力を所望圧力に設定することが可能となっている。
【００１９】
そして第２の経路切替バルブ１７、第２の開閉バルブ２０、真空吸着用ポンプ２１、ブ
ローバルブ１８を制御することにより、下部電極３の上面に開口した吸着孔３ｂを介して行われる吸引・ブロー動作を制御する。このとき、第２の圧力センサ１５の計測値を参照することにより、吸引圧力、ブロー圧力を所望圧力に設定することができる。すなわち上記構成において、制御部３０は、真空排気部、基板保持手段、プラズマ発生手段およびブロー手段を制御する。
【００２０】
そして制御部３０が真空排気部、基板保持手段、プラズマ発生手段およびブロー手段を制御することにより、以下のプラズマ処理方法の説明において述べるように、プラズマ処理終了後に真空チャンバ１内に大気を導入する大気導入工程において、処理空間２の圧力が大気圧に到達する前のタイミングでブロー手段を作動させて、シリコンウェハ６を下部電極３の載置面から剥離させるようにしている。そしてこのとき、ブロー手段を作動させた後、処理空間２の圧力が大気圧に到達する前に、このブロー手段の作動を停止するように、制御部３０によって動作制御を行う。
【００２１】
このプラズマ処理装置は上記のように構成されており、以下このプラズマ処理装置によって実行されるプラズマ処理方法について、図４のフローに沿って図５を参照しながら説明する。図５は、図４に示す各タイミング（Ｔ１〜Ｔ１６）における第１の圧力センサ９の計測圧力である第１の圧力（処理空間２内の圧力）および第２の圧力センサ１５の計測圧力である第２の圧力（吸引・ブロー回路の圧力）の経時変化を示しており、太線で示す第１の圧力Ｐａが処理空間２内の圧力を、また細線で示す第２の圧力Ｐｂが吸引・ブロー回路の第２の圧力をそれぞれ示している。
【００２２】
プラズマ処理動作が開始されると、先ず扉８を開状態にして、処理対象物であるシリコンウェハ６を処理空間２内に搬入し下部電極３上に載置する。この状態において、第２の圧力Ｐｂ，第１の圧力Ｐａはいずれも大気圧Ｐ０に等しい。そしてタイミングＴ１にてシリコンウェハ６を下部電極３の載置面に吸着保持するための真空吸着が開始される。これにより、第２の圧力Ｐｂは所定の吸着圧力Ｐｂ１まで低下し、シリコンウェハ６は載置面に吸着保持される（保持工程）。そしてこの後吸着圧力Ｐｂ１が保持される。
【００２３】
次いでタイミングＴ２にて扉８をクローズして、真空チャンバ１内の真空排気を開始する。これにより処理空間２が減圧されて第１の圧力Ｐａは低下を開始し（減圧工程）、プロセスガスの供給が開始されるタイミングＴ３にて最も低い圧力Ｐａ１まで低下する。そしてタイミング３にてプロセスガスが供給されることにより、第１の圧力ＰａはタイミングＴ３におけるＰａ１から、プラズマ処理条件によって規定される所定の処理圧力Ｐａ２まで上昇し、プラズマ処理実行中はこの処理圧力Ｐａ２が保持される。
【００２４】
この後、タイミングＴ４にてプラズマ放電が開始される。これにより、処理空間２においてプラズマを発生させて、載置面に載置されたシリコンウェハ６をプラズマ処理する（プラズマ処理工程）。そして所定のプラズマ処理時間が経過したタイミングＴ５にてプラズマ放電を終了し、プラズマガスの供給を停止する。このとき、真空排気は継続中であるため、第１の圧力Ｐａは再び低下し、タイミングＴ６にて真空排気を停止することにより、圧力Ｐａ１とほぼ同圧力の一定圧力Ｐａ３となる。
【００２５】
そしてタイミングＴ７にて、ベントバルブ１１、第１の経路切替バルブ１０を操作してチャンバー内ベントを開始する（第１回目のチャンバー内ベント）。これにより、第１の圧力Ｐａは上昇を開始する。すなわちタイミングＴ７にて、真空チャンバ１内に大気を導入する大気導入工程が開始される。この後、この第１回目のチャンバー内ベントが一旦停止されるタイミングＴ８にて一定圧力Ｐａ４となり、大気圧Ｐ０との圧力差が小さくなる。
【００２６】
そしてタイミングＴ９にて下部電極３によるシリコンウェハ６の真空吸着を停止し、タイミングＴ１０にて吸着孔３ｂからのブローを開始する。これにより、第１の圧力ＰａはＰａ４から幾分上昇し、ブローを停止するタイミングＴ１１の後に、Ｐａ５に到達する。そしてこのブロー動作により、第２の圧力Ｐｂは、Ｐｂ１から大気圧Ｐ０とＰａ５との間に設定されるブロー圧Ｐｂ２まで上昇した後、ブロー停止により、第１の圧力Ｐａと等しい圧力（ここでは圧力Ｐａ５）まで低下する。
【００２７】
このブロー動作により、第２の圧力Ｐｂは一時的に第１の圧力Ｐａよりも高くなり、処理空間２内において吸着孔３ｂから空気が噴出する。これにより、プラズマ処理において下部電極３の載置面に密着状態にあるシリコンウェハ６の下面に空気が噴出され、シリコンウェハ６は下部電極３の載置面から剥離される。このとき、処理空間２内は減圧雰囲気下にあることから、吸着孔３ｂから噴出された空気は速やに拡散する。したがって、下部電極３の載置面とシリコンウェハ６の下面との間に空気が滞留することによるシリコンウェハ６の位置ずれなどの不具合が生じない。このとき、圧力Ｐａ４のレベルを適切に選定することにより、ブローによるシリコンウェハ６の剥離効果と、ブロー時のシリコンウェハ６の位置安定性との兼ね合いを最適に設定することができる。
【００２８】
そしてタイミングＴ１２にてチャンバー内ベントを再開して（第２回目のチャンバー内ベント）、真空チャンバ１内へ大気導入することにより、第１の圧力Ｐａは大気圧Ｐ０まで上昇する。次いでタイミングＴ１３にて扉８がオープンされ、タイミングＴ１４にて搬送ヘッド２２が真空チャンバ１内に進入する。そしてこの後、タイミングＴ１５にて再び吸着孔３ｂからのブローが開始され、シリコンウェハ６を搬送ヘッド２２によって下部電極３から取り出す際のシリコンウェハ６の剥離を促進する。そしてタイミングＴ１６にてブローを停止し、プラズマ処理の１サイクルを終了する。
【００２９】
上述のプラズマ処理方法は、真空チャンバ１内に形成された処理空間２においてシリコンウェハ６を下部電極３の載置面に保持した状態でプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、載置面にシリコンウェハ６を載置して保持する保持工程と、真空チャンバ１内を真空排気することにより処理空間２を減圧する減圧工程と、処理空間２においてプラズマを発生させて載置面に載置されたシリコンウェハ６をプラズマ処理するプラズマ処理工程と、真空チャンバ１内に大気を導入する大気導入工程とを含んだプロセスとなっている。
【００３０】
そして大気導入工程において、処理空間２の圧力が大気圧に到達する前のタイミングで、載置面に開口した吸着孔３ｂを介して気体を吹き出すことにより、シリコンウェハ６を載置面から剥離させ、さらに処理空間２の圧力が大気圧に到達する前に、気体の吹き出しを停止するようにしている。
【００３１】
このような方法を採用することにより、シリコンウェハなどプラズマ処理終了後に吸着保持を解除した後も載置面に密着したままとなりやすい薄い板状基板を対象とする場合において、基板載置ステージからシリコンウェハを安定して取り出すことができる。特にシリコンウェハ６を載置面に保持する保持手段として静電吸着手段を採用する場合には、本発明の効果が顕著となる。
【００３２】
なお上記実施例においては、シリコンウェハ６の剥離のための吸着孔３ｂからのブローに際し、チャンバー内ベントを２回に分けて行い、処理空間２の圧力を２段階で上昇させるようにしているが、図６，図７に示すように、チャンバー内ベントを１段階で行うようにしてもよい。すなわち、図６，図７は、図４，図５に示す実施例において、タイミングＴ７〜タイミングＴ８において行われる第１回目のチャンバー内ベントを省略したものとなっている。タイミングＴ１〜タイミングＴ６は、図４，図５に示す実施例と同様である
。
【００３３】
この実施例においては、シリコンウェハ６を剥離するためのブローを、第１の圧力Ｐａが、図５に示すＰａ４よりも低いＰａ３の状態で行うようにしている。そしてブロー動作により、第２の圧力ＰｂをＰｂ３（Ｐｂ２よりも低い圧力に設定される）まで上昇させ、この過程における第１の圧力Ｐａと第２の圧力Ｐｂの圧力差によって、シリコンウェハ６を下部電極３から剥離させる。そしてこの後、タイミング１０にてチャンバー内ベントを行い、第１の圧力Ｐａを大気圧Ｐ０まで一度に上昇させるようにしている。タイミングＴ１１以降は、図４，図５におけるタイミングＴ１３以降と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法は、板状基板の基板載置ステージからの剥離を安定した容易に行うことができるという効果を有し、シリコンウェハなど薄い板状基板のプラズマ処理に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図
【図２】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図
【図３】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の制御系の構成を示すブロック図
【図４】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法のフロー図
【図５】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法における処理空間の圧力および吸引・ブロー回路の圧力の経時変化を示すグラフ
【図６】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法のフロー図
【図７】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法における処理空間の圧力および吸引・ブロー回路の圧力の経時変化を示すグラフ
【符号の説明】
【００３６】
１  真空チャンバ
２  処理空間
３  下部電極
４  上部電極
６  シリコンウェハ
８  扉
１３  真空排気ポンプ
１４  プロセスガス供給部
１６  高周波電源部
２１  真空吸着ポンプ
【図１】
2007116020.tif 000003
【図２】
2007116020.tif 000004
【図３】
2007116020.tif 000005
【図４】
2007116020.tif 000006
【図５】
2007116020.tif 000007
【図６】
2007116020.tif 000008
【図７】
2007116020.tif 000009