(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状基板を処理室内の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する載置工程と、前記載置面に開口した吸着孔を介して真空吸引することにより前記板状基板を真空吸着して載置面に保持する保持工程と、前記処理室内を真空排気する工程と、前記載置面に載置された板状基板を静電吸着にて前記載置面に保持するとともにこの板状基板を処理するためのプラズマを発生させてプラズマ処理を行うプラズマ処理工程とを含み、前記プラズマ処理工程において、プラズマ発生後に前記真空吸着による板状基板の保持を解除して静電吸着力により前記載置面に保持し、且つ吸着孔に板状基板を冷却するための熱伝達用のガスを供給してプラズマ処理を行い、所定のプラズマ処理時間が経過してプラズマ放電を終了したならば、前記熱伝達用のガスの供給を停止し、且つプラズマ放電が終了することにより消失した静電吸着力に替えて、前記板状基板を再び真空吸着力によって真空吸着し、この後前記処理室内の大気開放を行った後、前記板状基板の真空吸着を解除し、次いでブロー用ガス供給部のブロー用ガスを前記吸着孔から噴出させることにより、前記板状基板を前記載置面から離脱させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェハなどの板状基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、半導体装置の薄型化にともない基板の厚さを薄くするための薄化加工が行われる。この薄化加工は、シリコン基板の表面に回路パターンを形成した後に、回路形成面の裏面を機械研磨することによって行われ、研磨加工後には機械研磨によってシリコン基板の研磨面に生成されたダメージ層をエッチングにより除去することを目的として、プラズマ処理が行われる。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（裏面）を上向きにした姿勢で、プラズマ処理装置の基板載置部に保持される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなシリコンウェハを保持する方法として、静電吸着による方法が知られている。この方法は、表面に絶縁層が形成された基板載置部に直流電圧を印加して基板載置部の載置面を静電吸着面とし、シリコンウェハと静電吸着面との間にクーロン力を作用させることによってシリコンウェハを基板載置部に保持するものである。
【０００４】
ところが、このエッチングに用いられるプラズマ処理装置では、シリコンウェハの上面側にプラズマが発生して初めて、静電吸着用の電圧印加回路が閉じた状態となって直流電圧が印加されることから、プラズマが発生する前の状態においては、シリコンウェハに対する静電吸着力は発生しない。このため、反り変形を生じやすい薄型のシリコンウェハを対象とする場合には、プラズマ発生前の状態においてシリコンウェハが変形状態のまま基板載置部上に載置され、基板載置部の上面とシリコンウェハ下面との間に隙間が生じる事態が発生していた。
【０００５】
そしてこのような隙間が生じた状態でプラズマ処理が開始されると、この隙間に起因して異常放電を誘発したり、またシリコンウェハが基板載置部に密着しないことからプラズマ処理時に発生する熱によってシリコンウェハが熱ダメージを受けるなどの不具合が発生していた。このように従来のシリコンウェハなどの板状基板を対象としたプラズマ処理においては、板状基板を基板載置部の載置面に適切に保持させることが困難で、板状基板と基板載置部との間に生じる隙間に起因して、不具合が発生するという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、板状基板を基板載置部に適切に保持させて不具合を防止することができるプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のプラズマ処理方法は、板状基板を処理室内の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する載置工程と、前記載置面に開口した吸着孔を介して真空吸引することにより前記板状基板を真空吸着して載置面に保持する保持工程と、前記処理室内を真空排気する工程と、前記載置面に載置された板状基板を静電吸着にて前記載置面に保持するとともにこの板状基板を処理するためのプラズマを発生させてプラズマ処理を行うプラズマ処理工程とを含み、前記プラズマ処理工程において、プラズマ発生後に前記真空吸着による板状基板の保持を解除して静電吸着力により前記載置面に保持し、且つ吸着孔に板状基板を冷却するための熱伝達用のガスを供給してプラズマ処理を行い、所定のプラズマ処理時間が経過してプラズマ放電を終了したならば、前記熱伝達用のガスの供給を停止し、且つプラズマ放電が終了することにより消失した静電吸着力に替えて、前記板状基板を再び真空吸着力によって真空吸着し、この後前記処理室内の大気開放を行った後、前記板状基板の真空吸着を解除し、次いでブロー用ガス供給部のブロー用ガスを前記吸着孔から噴出させることにより、前記板状基板を前記載置面から離脱させる。
【００１１】
本発明によれば、板状基板を静電吸着によって基板載置部の載置面に保持する静電吸着手段と、載置面に開口した吸着孔を介して真空吸引することにより板状基板を真空吸着して載置面に保持する真空保持手段とを備え、プラズマが発生するまでの間の基板の前記載置面への保持を真空保持手段によって行うことにより、板状基板を常に基板載置部に適切に保持させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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は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は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の基板載置部の断面図、図３は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図、図４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６は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法の工程説明図である。
【００１３】
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、真空チャンバ１の内部はプラズマ処理を行う処理室２となっており、処理室２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、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。
【００１４】
下部電極３の上面にはアルミナなどのセラミックの絶縁層５が形成されており、絶縁層５の上面は処理対象物の板状基板であるシリコンウェハ６（図２）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、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なっている。ここでシリコンウェハ６は回路形成面の裏側を機械研磨した後の状態であり、回路形成面を下向きにした姿勢で載置される。この際、回路形成面には樹脂製の保護テープが貼り付けられていることもある。そして回路形成面の裏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。
【００１５】
真空チャンバ１の側面には基板搬出入用のゲートバルブ１ａが設けられておりゲートバルブ１ａはゲート開閉機構（図示省略）によって開閉する。真空チャンバ１にはバルブ開放機構７を介して排気用ポンプ８が接続されており、バルブ開放機構７を開放状態にして排気用ポンプ８を駆動することにより、真空チャンバ１の処理室２内部が真空排気される。そして大気開放機構９を開状態にすることにより、処理室２内に大気が導入されて真空が破壊される。
【００１６】
図２に示すように、絶縁層５には上面に開口する吸着孔５ａが多数設けられており、吸着孔５ａは下部電極３の内部に設けられた吸引孔３ｂに連通している。吸引孔３ｂはガスライン切り換え開閉機構１１を介して真空吸着ポンプ１２に接続されており、ガスライン切り換え開閉機構１１は、図１に示すようにＮ２ガス供給部１３及びＨｅガス供給部１４に接続されている。ガスライン切り換え開閉機構１１を切り換えることにより、吸引孔３ｂを真空吸着ポンプ１２，Ｎ２ガス供給部１３及びＨｅガス供給部１４に選択的に接続させることができる。
【００１７】
吸引孔３ｂが真空吸着ポンプ１２と連通した状態で真空吸着ポンプ１２を駆動することにより、吸着孔５ａから真空吸引し絶縁層５の上面に載置されたシリコンウェハ６を真空吸着して保持する。したがって吸着孔５ａ、吸引孔３ｂ、真空吸着ポンプ１２は載置面に開口した吸着孔から真空吸引することにより板状基板を真空吸着して載置面に保持する真空保持手段となっている。
【００１８】
また、吸引孔３ｂをＮ２ガス供給部１３またはＨｅガス供給部１４に接続させることにより、吸着孔５ａからシリコンウェハ６の下面に対してチッソガスまたはヘリウムガスを噴出させることができるようになっている。後述するように、チッソガスはシリコンウェハ６を絶縁層５の表面から強制的に離脱させる目的のブロー用ガスであり、ヘリウムガスはプラズマ処理時にシリコンウェハの冷却を促進する目的で用いられる熱伝達用のガスである。
【００１９】
また下部電極３には冷却用の冷媒流路３ｃが設けられており、冷媒流路３ｃは冷却機構１０と接続されている。冷却機構１０を駆動することにより、冷媒流路３ｃ内を冷却水などの冷媒が循環し、これによりプラズマ処理時に発生した熱によって昇温した下部電極３が冷却される。冷媒流路３ｃおよび冷却機構１０は、基板載置部である下部電極３を冷却する冷却手段となっている。
【００２０】
下部電極３は、マッチング回路１６を介して高周波電源部１７に電気的に接続されている。高周波電源部１７を駆動することにより、接地部１９に接地された真空チャンバ１と導通した上部電極４と下部電極３の間には高周波電圧が印加され、これにより処理室２内部でプラズマ放電が発生する。マッチング回路１６は、処理室２内でプラズマを発生させるプラズマ放電回路と高周波電源部１７のインピーダンスを整合させる。下部電極３，上部電極４および高周波電源部１７は、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ためのプラズマを発生するプラズマ発生手段となっている。
【００２１】
なお、ここではプラズマ発生手段として、対向した平行平板電極（下部電極３および上部電極４）間に高周波電圧を印加する方式例を示しているが、これ以外の方式、例えば処理室２の上部にプラズマ発生装置を設け、ダウンフロー方式で処理室２内にプラズマを送り込むような方式でもよい。
【００２２】
また下部電極３には、ＲＦフィルタ１５を介して静電吸着用ＤＣ電源部１８が接続されている。静電吸着用ＤＣ電源部１８を駆動することにより、図３（ａ）に示すように下部電極３の表面には、負電荷が蓄積される。そしてこの状態で図３（ｂ）に示すように高周波電源部１７を駆動して処理室２内にプラズマを発生させることにより（図中付点部２０参照）、絶縁層５上に載置されたシリコンウェハ６と接地部１９とを接続する直流印加回路２１が処理室２内のプラズマを介して形成され、これにより、下部電極３，ＲＦフィルタ１５，静電吸着用ＤＣ電源部１８，接地部１９，プラズマ、シリコンウェハ６を順次結ぶ閉じた回路が形成され、シリコンウェハ６には正電荷が蓄積される。
【００２３】
そして下部電極３に蓄積された負電荷とシリコンウェハ６に蓄積された正電荷との間にはクーロン力が作用し、このクーロン力によってシリコンウェハ６は絶縁層５を介して下部電極３に保持される。このとき、ＲＦフィルタ１５は、高周波電源部１７の高周波電圧が静電吸着用ＤＣ電源部１８に直接印加されることを防止する。下部電極３，静電吸着用ＤＣ電源部１８は、板状基板であるシリコンウェハ６を載置面に静電吸着によって保持する静電吸着手段となっている。なお、静電吸着用ＤＣ電源部１８の極性は正負逆でもよい。
【００２４】
このプラズマ処理装置は上記のように構成されており、以下プラズマ処理方法について図４のフローに沿って図５，図６を参照しながら説明する。図４において、先ず処理対象物であるシリコンウェハ６が処理室２内に搬送され（ＳＴ１）、下部電極３の絶縁層５の載置面上に載置される（載置工程）。このときシリコンウェハ６は薄くて撓みやすいことから、図５（ａ）に示すように反りを生じて絶縁層５の載置面との間に隙間を生じた状態で載置される場合がある。この後ゲートバルブ１ａが閉じられ（ＳＴ２）、真空吸着ポンプ１２を駆動することにより、図５（ｂ）に示すように、吸着孔５ａ、吸引孔３ｂを介して真空吸引し、シリコンウェハ６の真空吸着状態がＯＮとなる（ＳＴ３）。これにより、図５（ｃ）に示すようにシリコンウェハ６は載置面に密着した状態で真空吸着により保持される（保持工程）。
【００２５】
次いで排気用ポンプ８を駆動して処理室２内を真空排気し（ＳＴ４）、この後静電吸着用ＤＣ電源部１８を駆動して、ＤＣ電圧の印加をＯＮし（ＳＴ５）、高周波電源部１７を駆動してプラズマ放電を開始する（ＳＴ６）。これにより、図６（ａ）に示すように下部電極３上のシリコンウェハ６と上部電極４の下面の間の空間にはプラズマが発生し、シリコンウェハ６を対象としたプラズマ処理が行われる（プラズマ処理工程）。このプラズマ処理においては、下部電極３とシリコンウェハ６との間には静電吸着力が発生し（図３（ｂ）参照）、シリコンウェハ６は下部電極３に静電吸着力により保持される。
【００２６】
この後、ガスライン切り替え開閉機構１１を駆動して真空吸着をＯＦＦし（ＳＴ７）、バックＨｅ導入が行われる（ＳＴ８）。すなわち、真空吸引によるシリコンウェハ６の下部電極３への保持を解除した後に、ヘリウムガス供給部１４から伝熱用のヘリウムガスを吸引孔３ｂを介して供給し、図６（ａ）に示すように吸着孔５ａからシリコンウェハ６の下面に対して噴出させる。このプラズマ処理においては、下部電極３は冷却機構１０によって冷却されており、プラズマ処理によって昇温したシリコンウェハ６の熱を伝熱性に富む気体であるヘリウムガスを介して下部電極３に伝達することにより、シリコンウェハ６の冷却が効率よく行われる。
【００２７】
そして所定のプラズマ処理時間が経過して放電を終了したならば（ＳＴ９）、バックＨｅを停止し（ＳＴ１Ｏ）、図６（ｂ）に示すように真空吸着を再びＯＮする（ＳＴ１１）。これにより、プラズマ放電が終了することにより消失した静電吸着力に替えて、真空吸着力によってシリコンウェハ６が載置面に保持される。この後、静電吸着用ＤＣ電源部１８を停止してＤＣ電圧をＯＦＦにし（ＳＴ１２）、大気開放機構９を駆動して処理室２内の大気開放を行う（ＳＴ１３）。
【００２８】
この後、再びガスライン切り替え開閉機構１１を駆動して真空吸着をＯＦＦし（ＳＴ１４）、次いでウェハブローを行う（ＳＴ１５）。すなわち図６（ｃ）に示すようにチッソガスを吸引孔３ｂを介して供給して吸着孔５ａから噴出させる。これにより、シリコンウェハ６を下部電極３の載置面から離脱させる。そしてゲートバルブ１ａを開状態にし（ＳＴ１６）、シリコンウェハ６を処理室２の外部に搬送したならば（ＳＴ１７）、ウェハブローをＯＦＦし（ＳＴ１８）、プラズマ処理の１サイクルを終了する。
【００２９】
上記説明したように、本実施の形態に示すプラズマ処理においては、処理室２内でプラズマが発生子、静電吸着力が生じるまでの間のシリコンウェハ６の下部電極３へ保持を真空吸着によって行うようにしたものである。これにより、シリコンウェハ６のような薄くて撓みやすい板状基板を対象とする場合においても、常にシリコンウェハ６を下部電極３の載置面に密着させて適切に保持することができる。したがって、密着性不良の場合に下部電極３の上面とシリコンウェハ６の下面の隙間に生じる異常放電や、冷却不良によるシリコンウェハ６の過熱を防止することができる。
【００３０】
本発明の実施の形態は以上の通りであるが、上述した実施の形態はあくまでも一実施例であって、様々な変更を加えた形で本発明を実施することができる。例えば真空吸引手段による板状基板の保持は、プラズマ処理工程の間、すなわち静電吸着手段が板状基板を保持している間も継続させてもよい。さらには、ウェハブロー時のガスとしてチッソガスを使用しているが、空気等他のガスを用いてもよい。
【００３１】
またシリコンウェハ６の回路形成面に樹脂製の保護テープを貼り付けた状態でプラズマ処理を行うこともあるが、この場合下部電極の絶縁層５の代わりにこの保護テープを絶縁層として利用してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、板状基板を静電吸着によって基板載置部の載置面に保持する静電吸着手段と、載置面に開口した吸着孔を介して真空吸引することにより板状基板を真空吸着して載置面に保持する真空保持手段とを備え、プラズマが発生するまでの間の基板の前記載置面への保持を真空保持手段によって行うことにより、板状基板を常に基板載置部に適切に保持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【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基板載置部の断面図
【図３】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図
【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の工程説明図
【図６】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法の工程説明図
【符号の説明】
１  真空チャンバ
２  処理室
３  下部電極
４  上部電極
５  絶縁層
６  シリコンウェハ
８  排気用ポンプ
１２  真空吸着ポンプ
１３  Ｎ２ガス供給部
１４  Ｈｅガス供給部
１７  高周波電源部
１８  静電吸着用ＤＣ電源部
【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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