JP2006310416A - Dry etcher - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はドライエッチング装置に関する。より詳しくは、ドライエッチングの処理対象となる基板を複数個保持してチャンバ内に配置する為の基板保持構造に関する。 The present invention relates to a dry etching apparatus. More specifically, the present invention relates to a substrate holding structure for holding a plurality of substrates to be processed by dry etching and arranging them in a chamber.
ドライエッチング装置は、反応性イオンエッチング方式とプラズマエッチング方式に大別される。反応性イオンエッチングは、処理対象となる基板を載置した電極に高周波電力を印加し、発生した負の自己バイアス電圧により、プラズマから生成したイオンを加速して基板に衝撃させ、その表面のエッチング処理を行う。これに対しプラズマエッチングは、処理対象となる基板にバイアスを印加せずに、プラズマより生成したラジカルを利用して基板表面をエッチングする。また近年、高アスペクト比の微細加工や高いエッチングレートで処理が可能な、反応性イオンビームエッチングを用いた手法も提案されている。従来のドライエッチング装置は、半導体製造装置として発展したものが主流であり、基板としてシリコンウエハーを用いる例が多い。シリコンウエハーのドライエッチング処理で最も重要な点は、均一なエッチングレートの実現である。この目的で、イオン源などの化学種の発生源を改良し、エッチング分布の均一化を測ったドライエッチング装置が知られている。また基板保持機構の改良により、エッチングの均一性を高める方式も知られており、例えば基板回転機構を持つものなどが標準的な技術として実用化されている。 Dry etching apparatuses are roughly classified into a reactive ion etching method and a plasma etching method. In reactive ion etching, high-frequency power is applied to the electrode on which the substrate to be processed is placed, and the generated negative self-bias voltage accelerates the ions generated from the plasma to bombard the substrate, etching the surface. Process. In contrast, plasma etching etches the substrate surface using radicals generated from plasma without applying a bias to the substrate to be processed. In recent years, a method using reactive ion beam etching, which can be processed at a high aspect ratio microfabrication and a high etching rate, has been proposed. Conventional dry etching apparatuses are mainly developed as semiconductor manufacturing apparatuses, and there are many examples using a silicon wafer as a substrate. The most important point in the dry etching process of a silicon wafer is the realization of a uniform etching rate. For this purpose, a dry etching apparatus is known in which the generation source of chemical species such as an ion source is improved and the etching distribution is made uniform. Also known is a method for improving the uniformity of etching by improving the substrate holding mechanism. For example, a method having a substrate rotating mechanism has been put into practical use as a standard technique.
従来のドライエッチング装置は、複数個の基板を同時処理可能な装置も実用化されている。この場合も、複数個の基板のエッチング処理を均一化する事が最も重要な事項である。複数個の基板のエッチング処理を均一化するための手法が、例えば以下の特許文献1や特許文献2に記載されている。
図4は、特許文献1に開示されたドライエッチング装置を示す模式的な断面図である。図示するように、カソード電極13は球面体構造をしており、その内側に加工対象となる基板4をローディングする。アノード電極12も球面体構造をしており、カソード電極13の中心部に設置されている。カソード電極13には電源14が接続する一方、アノード電極12は接地されている。この構造によれば、カソード電極13及びアノード電極12はどこも同じ構造の為、アノードとカソード間の電界分布はどの位置においてもほぼ均等となるので、基板4の加工ばらつきは低減される。特許文献1に開示されたドライエッチング装置によると、カソード電極13とアノード電極12がほぼ球面構造となっている為、電界分布がカソード電極上どの位置でも均一となり、基板面内および基板のローディング位置に依存する事なく、均一な加工をする事ができる。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the dry etching apparatus disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. As shown in the figure, the cathode electrode 13 has a spherical body structure, and a substrate 4 to be processed is loaded on the inside thereof. The anode electrode 12 also has a spherical structure, and is disposed at the center of the cathode electrode 13. A power source 14 is connected to the cathode electrode 13, while the anode electrode 12 is grounded. According to this structure, since the cathode electrode 13 and the anode electrode 12 have the same structure, the electric field distribution between the anode and the cathode is almost uniform at any position, so that the processing variation of the substrate 4 is reduced. According to the dry etching apparatus disclosed in Patent Document 1, since the cathode electrode 13 and the anode electrode 12 have a substantially spherical structure, the electric field distribution is uniform at any position on the cathode electrode, and the substrate loading position and the substrate loading position are obtained. It is possible to perform uniform processing without depending on.
図5は、特許文献2に記載されたイオンビームエッチング装置を示す模式図である。この装置は、イオン源2aと、このイオン源2aより取り出されたイオンビーム3aと、このイオンビーム3aによりエッチングされる基板4を配置固定する為の試料台1aとを含んでいる。ここで、イオン源2aから放射されるイオンビーム3aは発散しており、複数の基板4が試料台1aの上に配置固定されている。試料台1aはその上面部1sが凹湾曲形状に形成されており、その中心部より外周に行くほど上方に傾斜を大きくしている。この試料台1aの凹湾曲形状の傾斜は、上面部1sに配置された各々の基板4とこれらに入射してくるイオンビーム3aとの成す角度が全てほぼ等しくなる様に形成してある。この構造によれば、イオン源2aより基板4側に放射されるイオンビーム3aに対して、複数の基板4の各々に照射されるイオンビーム3aの入射角がほぼ等しくなる様に基板4を配置してエッチング加工するものである。この為、イオン源2aの構造に依存する事なくイオンビームエッチングの速度、形状の差を小さくでき、且つ高アスペクト比のエッチングが可能とされている。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an ion beam etching apparatus described in Patent Document 2. As shown in FIG. This apparatus includes an
特許文献1に記載されたドライエッチング装置は、平行する2つのほぼ球形状の電極を使って、電界分布の均一化を図るものである。しかしながら、チャンバ内でエッチング作用を成す化学種の分布によっては、必ずしも均一なエッチングを実現する事ができない場合がある。また特許文献2に記載されたドライエッチング装置は、基板に対するイオンビームの入射角度を均一化している。この方式でもチャンバ内でエッチング作用を成す化学種の分布によっては、均一にエッチング処理が成されないという課題がある。 The dry etching apparatus described in Patent Document 1 uses two substantially spherical electrodes in parallel to achieve uniform electric field distribution. However, depending on the distribution of chemical species that perform the etching action in the chamber, uniform etching may not always be realized. In the dry etching apparatus described in Patent Document 2, the incident angle of the ion beam with respect to the substrate is made uniform. Even in this system, there is a problem that the etching process is not uniformly performed depending on the distribution of chemical species that perform the etching action in the chamber.
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は複数の基板に対して均一なエッチング処理の可能なドライエッチング装置を提供する事を目的とする。かかる目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明は、真空排気可能なチャンバと、該チャンバに搭載されエッチング作用を有する化学種を発生する化学種発生源と、該チャンバ内に配され処理対象となる基板を複数個保持して該化学種に暴露するための基板保持部材とを有し、各基板表面のエッチング処理を行うドライエッチング装置において、前記基板保持部材は、エッチング作用をなす該化学種の密度分布に沿うように複数の基板を保持可能な形状を有し、各基板のエッチング処理を均一化することを特徴とする。 In view of the above-described problems of the conventional technology, an object of the present invention is to provide a dry etching apparatus capable of performing a uniform etching process on a plurality of substrates. In order to achieve this purpose, the following measures were taken. That is, the present invention comprises a chamber that can be evacuated, a chemical species generation source that generates a chemical species that is mounted in the chamber and has an etching action, and a plurality of substrates that are disposed in the chamber and are to be processed. In a dry etching apparatus having a substrate holding member for exposing to a chemical species and performing an etching process on the surface of each substrate, the substrate holding member has a plurality of chemical species so as to follow a density distribution of the chemical species that perform an etching action. The substrate has a shape that can hold the substrate, and the etching process of each substrate is made uniform.
好ましくは前記基板保持部材はその形状が、円、楕円、双曲線又は放物線の回転対称体の一部をなすドーム状である。或いは前記基板保持部材はその形状が、円、楕円、双曲線又は放物線の並進対称体の一部をなすトンネル状である。 Preferably, the substrate holding member has a dome shape that forms a part of a rotationally symmetric body of a circle, an ellipse, a hyperbola, or a parabola. Alternatively, the substrate holding member has a tunnel shape that forms a part of a circular, elliptical, hyperbolic, or parabolic translational symmetric body.
本発明によれば、ドライエッチング装置の基板保持機構を、エッチング作用を成す化学種の密度分布に沿った形状にしている。これにより、チャンバ内で発生源から生じた化学種の分布の形状に関わらず、複数の基板に対して均一なエッチング処理を成す事ができる。この為、個々の基板に与える悪影響を低減したエッチング処理が可能である。また簡便な化学種発生源の構造で均一なエッチング処理を得る事ができる。 According to the present invention, the substrate holding mechanism of the dry etching apparatus is shaped according to the density distribution of the chemical species that perform the etching action. Accordingly, a uniform etching process can be performed on a plurality of substrates regardless of the shape of the distribution of chemical species generated from the generation source in the chamber. For this reason, the etching process which reduced the bad influence given to each board | substrate is possible. In addition, a uniform etching process can be obtained with a simple chemical species generation source structure.
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は本発明にかかるドライエッチング装置の構造を示す模式的なブロック図である。図示するように、本ドライエッチング装置は、基本的な構成として、基板保持部材1と化学種発生源2とチャンバ5とを備えている。チャンバ5は真空ポンプ7に接続されており、真空排気可能である。化学種発生源2はチャンバ5内に搭載されており、エッチング作用を有する化学種3を発生する。発生した化学種3は真空排気されたチャンバ5内で所定の密度分布を呈する。基板保持部材1は化学種発生源2と対向するようにチャンバ5内に配されており、処理対象となる基板4を複数個保持して化学種3に暴露し、以って各基板4の表面のエッチング処理を行うものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram showing the structure of a dry etching apparatus according to the present invention. As shown in the figure, this dry etching apparatus includes a substrate holding member 1, a chemical species generation source 2, and a chamber 5 as a basic configuration. The chamber 5 is connected to a vacuum pump 7 and can be evacuated. The chemical species generation source 2 is mounted in the chamber 5 and generates a chemical species 3 having an etching action. The generated chemical species 3 exhibits a predetermined density distribution in the evacuated chamber 5. The substrate holding member 1 is disposed in the chamber 5 so as to face the chemical species generation source 2, holds a plurality of substrates 4 to be processed and exposes them to the chemical species 3. The surface is etched.
本発明の特徴事項として、基板保持部材1は、エッチング作用を成す化学種3の密度分布に沿うように複数の基板4を保持可能な形状を有し、各基板4のエッチング処理を均一化している。一態様では、基板保持部材1はその形状が、円、楕円、双曲線または放物線の回転対称体の一部を成すドーム状である。他の態様では、基板保持部材1はその形状が、円、楕円、双曲線または放物線の並進対称体の一部を成すトンネル状である。 As a feature of the present invention, the substrate holding member 1 has a shape capable of holding a plurality of substrates 4 so as to follow the density distribution of the chemical species 3 that performs the etching action, and the etching process of each substrate 4 is made uniform. Yes. In one embodiment, the substrate holding member 1 has a dome shape that forms a part of a rotationally symmetric body of a circle, an ellipse, a hyperbola, or a parabola. In another aspect, the substrate holding member 1 has a tunnel shape whose shape is a part of a circular, elliptical, hyperbolic or parabolic translational symmetric body.
引き続き図1を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。本実施例では、チャンバ5内に、イオン化ユニットである化学種発生源2と、被エッチング物である炭素膜がコートされたシリコンウエハーからなる基板4が投入されている。基板4は複数個が基板保持部材1によって保持されている。チャンバ5内は、真空ポンプ7によって約2Paの真空状態となっており、アルゴンと酸素を導入可能なガス導入系6がチャンバ5に接続されている。 With continued reference to FIG. 1, the embodiment of the present invention will be described in detail. In this embodiment, a chemical species generating source 2 that is an ionization unit and a substrate 4 made of a silicon wafer coated with a carbon film that is an object to be etched are placed in a chamber 5. A plurality of substrates 4 are held by the substrate holding member 1. The chamber 5 is evacuated to about 2 Pa by a vacuum pump 7, and a gas introduction system 6 capable of introducing argon and oxygen is connected to the chamber 5.
続いてエッチング処理を詳細に説明する。基板保持部材1は球冠状ドーム型で外形が300mm、高さが約50mm、曲率半径が約250mmである。このドーム型基板保持部材1に中心から30mm,60mm,90mm,120mmの位置に炭素膜がコートされた20×20mmのシリコンウエハーからなる基板4をそれぞれ保持する。開始時の真空度を2.0Paに設定し、ガス導入系6からアルゴンを約10sccm流入させ、パルスバイアスを各基板4に印加して約25分エッチングを行なった。その結果、120mmの位置に保持した基板4はややオーバーエッチング気味であったが、30mm,60mm,90mmに保持した基板4はいずれもほぼ均一にエッチングが成された。これは、エッチング作用を成す化学種3の密度分布がほぼ球冠形状である為、全体的に均一なエッチングが成されたものと考えられる。但し、完全に球冠形状と相似ではなかった為、保持位置とのずれが生じ、120mmの位置に配した基板4に僅かではあるがオーバーエッチングが生じたものと考えられる。 Next, the etching process will be described in detail. The substrate holding member 1 has a spherical crown-shaped dome shape and has an outer shape of 300 mm, a height of about 50 mm, and a curvature radius of about 250 mm. The dome-shaped substrate holding member 1 holds a substrate 4 made of a 20 × 20 mm silicon wafer coated with a carbon film at positions of 30 mm, 60 mm, 90 mm, and 120 mm from the center. The degree of vacuum at the start was set at 2.0 Pa, argon was introduced from the gas introduction system 6 at about 10 sccm, and a pulse bias was applied to each substrate 4 to perform etching for about 25 minutes. As a result, the substrate 4 held at a position of 120 mm was somewhat over-etched, but the substrates 4 held at 30 mm, 60 mm, and 90 mm were almost uniformly etched. This is presumably because the density distribution of the chemical species 3 that performs the etching action has a substantially spherical crown shape, so that uniform etching is achieved as a whole. However, since it was not completely similar to the spherical crown shape, a deviation from the holding position occurred, and it is considered that a slight over-etching occurred in the substrate 4 arranged at a position of 120 mm.
比較例として、直径が300mmの円盤平面型の基板保持部材を用いてエッチング処理を行った。この比較例では、円盤型基板保持部材1の中心から30mm,60mm,90mm,120mmの位置に炭素膜がコートされた20×20mmのシリコンウエハーからなる基板4を装着した。処理開始時真空度2.0Paとしガス導入系6からアルゴンを約10sccm流入させ、パルスバイアスを基板に印加して約25分エッチングを行なった。その結果、中心から30mm及び60mmに設置した基板4は、綺麗にエッチングがなされた。しかし90mmに配置した基板4では少し炭素膜のコートの残りが見られ、120mmに配置した基板4ではあまりエッチングが進んでいなかった。処理時間を40minにしてエッチングを行なったところ、30mmに保持した基板4はオーバーエッチング気味となり、逆に120mmではオーバーエッチング気味となりコート残りが見られた。よって、球冠状ドーム型の基板保持部材を用いた実施例に比べ、円盤状平面型の基板保持部材を用いた比較例では、各基板のエッチング処理が均一に行えない。 As a comparative example, an etching process was performed using a disk plane type substrate holding member having a diameter of 300 mm. In this comparative example, a substrate 4 made of a 20 × 20 mm silicon wafer coated with a carbon film at positions 30 mm, 60 mm, 90 mm, and 120 mm from the center of the disk-type substrate holding member 1 was mounted. At the start of processing, the degree of vacuum was 2.0 Pa, and about 10 sccm of argon was introduced from the gas introduction system 6, and a pulse bias was applied to the substrate for etching for about 25 minutes. As a result, the substrate 4 placed 30 mm and 60 mm from the center was etched finely. However, a little carbon film coat was left on the substrate 4 arranged at 90 mm, and the etching did not progress much on the substrate 4 arranged at 120 mm. When etching was performed with a treatment time of 40 min, the substrate 4 held at 30 mm was overetched, and conversely at 120 mm, it was overetched, and the remaining coating was observed. Therefore, the etching process of each substrate cannot be performed uniformly in the comparative example using the disk-shaped planar substrate holding member as compared with the embodiment using the spherical crown-shaped dome type substrate holding member.
上述の実施形態では、化学種発生源2として、熱イオンを発生させるフラメントとイオンを引き出すアノードを備えたイオン化ユニットを用いた。導入ガスはアルゴン及び酸素の一方またはこれらの混合気体を用いている。他にも、チャンバ5内に導入したガスのイオンやラジカルなどからなる化学種を発生させる為、プラズマガンやイオンビームなどが利用可能である。導入ガスも、他の希ガスなどの不活性ガス、酸素やフッ素系ガスなどの反応性ガスなどの使用も考えられる。 In the above-described embodiment, as the chemical species generation source 2, an ionization unit including a fragment for generating thermal ions and an anode for extracting ions is used. As the introduced gas, one of argon and oxygen or a mixed gas thereof is used. In addition, a plasma gun, an ion beam, or the like can be used to generate chemical species including gas ions or radicals introduced into the chamber 5. As the introduced gas, use of an inert gas such as another rare gas, or a reactive gas such as oxygen or a fluorine-based gas may be considered.
基板4の種類は問わず、シリコンウエハー、ガラス板、金型、合成樹脂部品などでも利用可能である。また、各種保護膜、光学薄膜、導電性膜など様々な機能性薄膜のエッチングに利用する事ができる。 Regardless of the type of the substrate 4, a silicon wafer, a glass plate, a mold, a synthetic resin component, or the like can be used. It can also be used for etching various functional thin films such as various protective films, optical thin films, and conductive films.
また基板保持部材1に対し、一定のバイアス電荷をかける事でよりエッチングレートを高める事ができる。前述した実施例では、バイアス電圧約1kV、周波数2kHzのパルスバイアスを基板保持部材1に印加してある。他にもRFバイアス、パルスバイアス、直流バイアスなどを印加する場合もある。必要に応じ1つまたは複数の作用電極を設置することも可能である。 Further, the etching rate can be further increased by applying a constant bias charge to the substrate holding member 1. In the embodiment described above, a pulse bias having a bias voltage of about 1 kV and a frequency of 2 kHz is applied to the substrate holding member 1. In addition, an RF bias, a pulse bias, a DC bias, or the like may be applied. It is possible to install one or more working electrodes as required.
基板保持部材1の形状は、化学種3の持つ一定の密度分布にほぼ沿う形状に作られる。例えば化学種発生源2が点状であり密度分布が球になる場合、基板保持部材2は球面の一部を成すドーム形状となる。図2に示すように、密度分布の経度方向の断面が楕円や双曲線または放物線などを成す場合、その回転対称体が一部を成すドーム形状の基板保持部材1を用いる。この場合基板保持部材1は回転対称体なので、回転機構を併設する事も可能で、より均一なエッチングが望める。 The shape of the substrate holding member 1 is made substantially in line with a certain density distribution of the chemical species 3. For example, when the chemical species generation source 2 is a dot and the density distribution is a sphere, the substrate holding member 2 has a dome shape that forms a part of a spherical surface. As shown in FIG. 2, when the cross section in the longitude direction of the density distribution forms an ellipse, a hyperbola, a parabola, or the like, the dome-shaped substrate holding member 1 whose rotational symmetry body forms a part is used. In this case, since the substrate holding member 1 is a rotationally symmetric body, it is possible to provide a rotating mechanism, and more uniform etching can be expected.
また化学種発生源2が線状であり密度分布が半円柱形上の場合は、基板保持部材1は半円柱形のトンネル形状となる。また図3のように、化学種の密度分布の断面が楕円や双曲線または放物線などを成す場合も、同様に基板保持部材1は並進対称体の一部を成すトンネル形状となる。 When the chemical species generation source 2 is linear and the density distribution is a semi-cylindrical shape, the substrate holding member 1 has a semi-cylindrical tunnel shape. Further, as shown in FIG. 3, when the cross-section of the density distribution of chemical species forms an ellipse, a hyperbola, a parabola, or the like, the substrate holding member 1 similarly has a tunnel shape that forms a part of a translational symmetric body.
また化学種発生源2によりチャンバ内に生じた化学種3の密度分布が自由曲面形状に沿ったものとなる場合、基板保持部材1はその密度分布に沿う自由曲面形状とすればよい。また、化学種3の密度分布と基板保持部材1の形状は必ずしも完全に相似な形状でなくても良い。例えば、化学種3の分布の断面が楕円形となる場合、基板保持部材1は球の一部を成す形状にするなど近い形状にする事で、比較例に示した平面形状よりもエッチングレートの分布を均一化する事が可能になる。 When the density distribution of the chemical species 3 generated in the chamber by the chemical species generation source 2 is along the free-form surface shape, the substrate holding member 1 may be a free-form surface shape along the density distribution. Further, the density distribution of the chemical species 3 and the shape of the substrate holding member 1 are not necessarily completely similar. For example, when the cross section of the distribution of the chemical species 3 is an ellipse, the substrate holding member 1 is formed in a shape that is close to a shape that forms part of a sphere, so that the etching rate is higher than the planar shape shown in the comparative example. The distribution can be made uniform.
1・・・基板保持部材、2・・・化学種発生源、3・・・化学種、4・・・基板、5・・・チャンバ、6・・・ガス導入系、7・・・真空ポンプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate holding member, 2 ... Chemical species generation source, 3 ... Chemical species, 4 ... Substrate, 5 ... Chamber, 6 ... Gas introduction system, 7 ... Vacuum pump
Claims (3)
前記基板保持部材は、エッチング作用をなす該化学種の密度分布に沿うように複数の基板を保持可能な形状を有し、各基板のエッチング処理を均一化することを特徴とするドライエッチング装置。 A chamber that can be evacuated, a chemical species generation source that generates chemical species having an etching action mounted in the chamber, and a plurality of substrates to be processed that are disposed in the chamber are held and exposed to the chemical species. In a dry etching apparatus having a substrate holding member for performing an etching process on each substrate surface,
The dry etching apparatus characterized in that the substrate holding member has a shape capable of holding a plurality of substrates so as to follow the density distribution of the chemical species that perform an etching action, and uniformizes the etching process of each substrate.
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