JP2008053496A - Etching device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エッチングガスをプラズマ化してシリコン基板をエッチングするエッチング工程と、耐エッチング層形成ガスをプラズマ化してシリコン基板に耐エッチング層を形成する耐エッチング層形成工程とを交互に繰り返し、シリコン基板をエッチングするエッチング装置に関する。 The present invention alternately repeats an etching process for etching a silicon substrate by converting the etching gas into a plasma and an etching resistant layer forming process for forming an etching resistant layer on the silicon substrate by converting the etching resistant layer forming gas into a plasma. The present invention relates to an etching apparatus for etching.
前記エッチング装置として、従来、例えば、特開2005−252057号公報に開示されたものが知られている。このエッチング装置は、特に図示はしないが、閉塞空間を有する処理チャンバと、処理チャンバ内の下部側に配設され、エッチング対象であるシリコン基板が載置される基台と、処理チャンバ内にエッチングガス及び耐エッチング層形成ガスを供給するガス供給装置と、処理チャンバ外周の上部側に配設されたアンテナ(コイル)と、アンテナに高周波電力を印加する第1高周波電源と、アンテナと第1高周波電源との間に接続された整合装置と、基台に高周波電力を印加する第2高周波電源などを備え、エッチング工程と耐エッチング層形成工程とを交互に繰り返して実行する。 Conventionally, for example, an etching apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-252057 is known as the etching apparatus. Although not specifically shown, this etching apparatus is provided with a processing chamber having a closed space, a base disposed on the lower side of the processing chamber, on which a silicon substrate to be etched is placed, and etching in the processing chamber. A gas supply device for supplying a gas and an etching-resistant layer forming gas; an antenna (coil) disposed on an upper side of the outer periphery of the processing chamber; a first high-frequency power source for applying high-frequency power to the antenna; A matching device connected between the power supply and a second high-frequency power supply for applying high-frequency power to the base is provided, and the etching process and the etching resistant layer forming process are alternately repeated.
前記ガス供給装置は、交互に繰り返されるエッチング工程及び耐エッチング層形成工程に対応するようにエッチングガス及び耐エッチング層形成ガスを処理チャンバ内に供給するとともに、エッチング工程時にはエッチングガスの供給流量を耐エッチング層形成ガスよりも多く、耐エッチング層形成工程時には耐エッチング層形成ガスの供給流量をエッチングガスよりも多くする。 The gas supply device supplies the etching gas and the etching resistant layer forming gas into the processing chamber so as to correspond to the alternately repeated etching process and the etching resistant layer forming process, and the etching gas supply flow rate is controlled during the etching process. More than the etching layer forming gas, the supply flow rate of the etching resistant layer forming gas is set higher than that of the etching gas during the etching resistant layer forming step.
前記第1高周波電源は、アンテナに高周波電力を印加することにより処理チャンバ内に磁界を形成し、この磁界によって誘起される電界により処理チャンバ内のガス(エッチングガス及び耐エッチング層形成ガス)をプラズマ化する。また、前記第2高周波電源は、基台に高周波電力を印加することにより当該基台とプラズマとの間に電位差(バイアス電位)を生じさせる。 The first high-frequency power source forms a magnetic field in the processing chamber by applying high-frequency power to the antenna, and plasma (gas for etching gas and etching-resistant layer forming gas) is generated in the processing chamber by the electric field induced by the magnetic field. Turn into. The second high frequency power supply generates a potential difference (bias potential) between the base and the plasma by applying high frequency power to the base.
前記整合装置は、アンテナと第1高周波電源との間に接続された2つの可変コンデンサと、アンテナ及び自身を含む負荷側の合成インピーダンスが第1高周波電源側のインピーダンスと等しくなるように、各可変コンデンサの静電容量を調整する制御部とからなる。静電容量の調整は、駆動モータを駆動して、可動電極と固定電極との対向面積を変化させることで行われる。 The matching device includes two variable capacitors connected between the antenna and the first high-frequency power source, and each variable so that the combined impedance on the load side including the antenna and itself is equal to the impedance on the first high-frequency power source side. And a control unit for adjusting the capacitance of the capacitor. The adjustment of the capacitance is performed by driving the drive motor to change the facing area between the movable electrode and the fixed electrode.
尚、処理チャンバ内に供給されたエッチングガスは、アンテナによって誘起された電界によりイオン,電子,ラジカルなどを含むプラズマとされ、シリコン基板は、ラジカルがシリコン原子と化学反応したり、イオンがバイアス電位によって基台(シリコン基板)側に向け移動して衝突することによりエッチングされる。一方、耐エッチング層形成ガスは、アンテナによって誘起された電界によりイオン,電子,ラジカル原子などを含むプラズマとされ、例えば、このラジカルから重合物が生成されてシリコン基板の表面に堆積し、ラジカルと反応しない耐エッチング層(保護膜)が形成される。 Note that the etching gas supplied into the processing chamber is a plasma containing ions, electrons, radicals, and the like by the electric field induced by the antenna, and the silicon substrate has radicals chemically reacting with silicon atoms or ions are bias potentials. Thus, etching is performed by moving toward the base (silicon substrate) and colliding. On the other hand, the etching-resistant layer forming gas is a plasma containing ions, electrons, radical atoms, etc. by the electric field induced by the antenna. For example, a polymer is generated from the radicals and deposited on the surface of the silicon substrate. An unreacted etching resistant layer (protective film) is formed.
このエッチング装置によれば、エッチング工程と耐エッチング層形成工程とが交互に繰り返されることで、基台上に載置されたシリコン基板がエッチングされるが、エッチング工程では、エッチングガスの供給流量が耐エッチング層形成ガスよりも多いことから、耐エッチング層の形成よりも耐エッチング層の除去及びエッチングが進行し、耐エッチング層形成工程では、耐エッチング層形成ガスの供給流量がエッチングガスよりも多いことから、耐エッチング層の除去及びエッチングよりも耐エッチング層の形成が進行する。 According to this etching apparatus, the silicon substrate placed on the base is etched by alternately repeating the etching process and the etching resistant layer forming process. In the etching process, the supply flow rate of the etching gas is Since the etching-resistant layer forming gas is larger than the etching-resistant layer forming gas, the etching-resistant layer is removed and etched more than the etching-resistant layer is formed. In the etching-resistant layer forming process, the etching-resistant layer forming gas is supplied at a higher flow rate than the etching gas. Therefore, the formation of the etching resistant layer proceeds more than the removal and etching of the etching resistant layer.
そして、このようなエッチング工程と耐エッチング層形成工程とが交互に繰り返されることで、穴や溝の側壁が耐エッチング層によって保護されつつその深さ方向にエッチングが進行して、所定の幅及び深さを備えた溝や穴がシリコン基板に形成される。 Then, the etching process and the etching resistant layer forming process are alternately repeated, so that the etching proceeds in the depth direction while the sidewalls of the holes and the grooves are protected by the etching resistant layer. Grooves and holes having a depth are formed in the silicon substrate.
また、各工程の実行中においては、整合装置により、負荷側の合成インピーダンスと第1高周波電源側のインピーダンスとが等しくなるように各可変コンデンサの静電容量が随時調整されている。 In addition, during the execution of each process, the capacitance of each variable capacitor is adjusted as needed by the matching device so that the combined impedance on the load side and the impedance on the first high frequency power supply side are equal.
ところで、アンテナのインピーダンスは、プラズマ化する処理ガスの種類や処理チャンバ内の圧力、プラズマの生成状態などによって変わるため、工程が切り換わって、処理チャンバ内に供給される処理ガスが変わったり、処理チャンバ内の圧力やプラズマの生成状態が変動すると、アンテナのインピーダンスは大きく変化する。また、工程が切り換わってから処理チャンバ内の処理ガスが入れ替わったり、処理チャンバ内の圧力が安定したり、プラズマの生成状態が安定するまでには一定時間を要し(即ち、工程が切り換わってから一定時間が経過するまでは、エッチングガスと耐エッチング層形成ガスとが混在した状態となっており)、その間はアンテナのインピーダンスが不安定で複雑に変化する。 By the way, since the impedance of the antenna changes depending on the type of processing gas to be converted into plasma, the pressure in the processing chamber, the generation state of plasma, etc., the process is switched, the processing gas supplied into the processing chamber changes, When the pressure in the chamber and the plasma generation state fluctuate, the impedance of the antenna changes greatly. In addition, it takes a certain time for the process gas in the process chamber to change, the pressure in the process chamber to stabilize, and the plasma generation state to stabilize after the process switches (that is, the process switches). Until a certain period of time elapses, the etching gas and the etching-resistant layer forming gas are in a mixed state), and the impedance of the antenna is unstable and changes complicatedly during that time.
このため、上記従来のエッチング装置では、不安定で複雑に変化するアンテナのインピーダンス変化に応じて、駆動モータの駆動により可変コンデンサの静電容量を調整しても、静電容量の調整に追従遅れを生じたり、負荷側のインピーダンスの不安定な状態を解消することができず、整合状態に至るまでには長い時間がかかっていた。整合状態に至るまでは、反射電力が大きく、アンテナに十分な高周波電力を供給することができないために、プラズマの発生が不安定になるので、シリコン基板に対するエッチングや耐エッチング層の形成を十分に行うことができず、その結果、エッチング速度が低下したり、エッチング形状の精度が低下するという問題を生じる。 For this reason, in the conventional etching apparatus described above, even if the capacitance of the variable capacitor is adjusted by driving the drive motor in accordance with the change in the impedance of the antenna that is unstable and complicated, the follow-up delay of the adjustment of the capacitance is delayed. It was not possible to eliminate the unstable state of the impedance on the load side, and it took a long time to reach the matching state. Until the matching state is reached, the reflected power is large and sufficient high-frequency power cannot be supplied to the antenna, so the generation of plasma becomes unstable. As a result, the etching rate is lowered and the accuracy of the etching shape is lowered.
また、上記のように、エッチング工程と耐エッチング層形成工程とを交互に繰り返してシリコン基板をエッチングすると、図8に示すように、エッチングによって形成された穴や溝の側壁に凹凸が形成されるので、このような凹凸を小さくするには、エッチング工程及び耐エッチング層形成工程の各処理時間を短くして各工程を短時間で切り換えることが好ましい。尚、図8において、符号Mはマスクを、符号Kはシリコン基板を、符号Tは穴や溝をそれぞれ示している。 Further, as described above, when the silicon substrate is etched by alternately repeating the etching process and the etching resistant layer forming process, irregularities are formed on the sidewalls of the holes and grooves formed by the etching, as shown in FIG. Therefore, in order to reduce such unevenness, it is preferable to switch each process in a short time by shortening each processing time of the etching process and the etching resistant layer forming process. In FIG. 8, symbol M indicates a mask, symbol K indicates a silicon substrate, and symbol T indicates a hole or groove.
しかしながら、上記従来のエッチング装置では、整合状態となるのに長時間かかることから、各工程における、最低限の実質的な処理時間を確保すべく、これらの各工程の処理時間を短くするのには一定の限界がある。 However, in the above conventional etching apparatus, since it takes a long time to reach the alignment state, in order to secure the minimum substantial processing time in each process, it is necessary to shorten the processing time in each process. Have certain limits.
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、インピーダンス整合をより短時間で行うことができるエッチング装置の提供をその目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an etching apparatus capable of performing impedance matching in a shorter time.
上記目的を達成するための本発明は、
閉塞空間を備え、内部にシリコン基板が配置される処理チャンバと、
エッチングガスを主成分とする処理ガスと、耐エッチング層形成ガスを主成分とする処理ガスとの少なくとも2つの処理ガスを前記処理チャンバ内に供給するガス供給手段と、
前記ガス供給手段によって前記処理チャンバ内に供給された処理ガスをプラズマ化するためのプラズマ励起手段と、
前記プラズマ励起手段に高周波電力を印加する第1電力供給手段と、
前記プラズマ励起手段と第1電力供給手段との間に接続された少なくとも1つの可変インピーダンス素子と、この可変インピーダンス素子とプラズマ励起手段とを含む負荷側の合成インピーダンスが前記第1電力供給手段側のインピーダンスと等しくなるように前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを調整する自動整合処理を行う整合制御部とを備えた第1整合手段と、
前記ガス供給手段及び第1電力供給手段の作動を制御する制御手段とからなり、
前記制御手段は、前記ガス供給手段から前記エッチングガスを主成分とする処理ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板をエッチングするエッチング工程と、前記ガス供給手段から前記耐エッチング層形成ガスを主成分とする処理ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板に耐エッチング層を形成する耐エッチング層形成工程との少なくとも2つの工程を交互に繰り返して実行するように構成されたエッチング装置であって、
前記制御手段は、前記エッチング工程の開始時にエッチング工程の開始信号を前記整合制御部に送信し、前記耐エッチング層形成工程の開始時に耐エッチング層形成工程の開始信号を前記整合制御部に送信するように構成され、
前記整合制御部は、前記制御手段から前記エッチング工程の開始信号を受信すると、前記自動整合処理を一旦停止して、前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを、前記エッチング工程開始時における前記可変インピーダンス素子のインピーダンスとして予め設定された設定値に合わせる処理を実行し、前記制御手段から前記耐エッチング層形成工程の開始信号を受信すると、前記自動整合処理を一旦停止して、前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを、前記耐エッチング層形成工程開始時における前記可変インピーダンス素子のインピーダンスとして予め設定された設定値に合わせる処理を実行するように構成されてなることを特徴とするエッチング装置に係る。
To achieve the above object, the present invention provides:
A processing chamber having a closed space in which a silicon substrate is disposed;
Gas supply means for supplying at least two processing gases into the processing chamber, a processing gas mainly containing an etching gas and a processing gas mainly containing an etching-resistant layer forming gas;
Plasma excitation means for converting the processing gas supplied into the processing chamber by the gas supply means into plasma;
First power supply means for applying high-frequency power to the plasma excitation means;
At least one variable impedance element connected between the plasma excitation means and the first power supply means, and a combined impedance on the load side including the variable impedance element and the plasma excitation means are on the first power supply means side. A first matching means comprising a matching control unit for performing an automatic matching process for adjusting the impedance of the variable impedance element to be equal to the impedance;
A control means for controlling the operation of the gas supply means and the first power supply means,
The control means includes: an etching process for supplying a processing gas containing the etching gas as a main component into the processing chamber from the gas supply means to etch the silicon substrate; and an etching resistant layer forming gas from the gas supply means. Etching configured to alternately and repeatedly execute at least two steps of an etching resistant layer forming step of forming an etching resistant layer on the silicon substrate by supplying a processing gas mainly composed of A device,
The control means transmits an etching process start signal to the alignment control unit at the start of the etching process, and transmits an etching resistant layer formation process start signal to the alignment control unit at the start of the etching resistant layer formation process. Configured as
When the matching control unit receives the etching process start signal from the control unit, the matching control unit temporarily stops the automatic matching process, and determines the impedance of the variable impedance element to be the impedance of the variable impedance element at the start of the etching process. As the process of adjusting to a preset set value is performed, and when the start signal of the etching resistant layer forming process is received from the control means, the automatic matching process is temporarily stopped, and the impedance of the variable impedance element is The present invention relates to an etching apparatus configured to execute a process that matches a preset value as the impedance of the variable impedance element at the start of the etching resistant layer forming process.
この発明によれば、シリコン基板が処理チャンバ内に適宜配置された後、制御手段による制御の下、エッチング工程から開始されてエッチング工程と耐エッチング層形成工程とが交互に繰り返されたり、耐エッチング層形成工程から開始されて耐エッチング層形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返されてシリコン基板がエッチングされる。 According to the present invention, after the silicon substrate is appropriately disposed in the processing chamber, the etching process and the etching resistant layer forming process are alternately repeated under the control of the control means, and the etching process and the etching resistant layer forming process are repeated. Starting from the layer forming step, the etching resistant layer forming step and the etching step are alternately repeated to etch the silicon substrate.
エッチング工程では、ガス供給手段からエッチングガスを主成分とする処理ガスが処理チャンバ内に供給されるとともに、第1電力供給手段により高周波電力がプラズマ励起手段に印加される。供給された処理ガスは、高周波電力の印加されたプラズマ励起手段によって、イオン,電子,ラジカルなどを含むプラズマとされる。シリコン基板は、ラジカルやイオンによってエッチングされ、所定の幅及び深さを備えた溝や穴が形成される。 In the etching step, a processing gas containing an etching gas as a main component is supplied from the gas supply means into the processing chamber, and high-frequency power is applied to the plasma excitation means by the first power supply means. The supplied processing gas is converted into plasma containing ions, electrons, radicals, etc. by plasma excitation means to which high-frequency power is applied. The silicon substrate is etched by radicals or ions to form grooves and holes having a predetermined width and depth.
一方、耐エッチング層形成工程では、ガス供給手段から耐エッチング層形成ガスを主成分とする処理ガスが処理チャンバ内に供給されるとともに、第1電力供給手段により高周波電力がプラズマ励起手段に印加される。供給された処理ガスは、高周波電力の印加されたプラズマ励起手段によって、イオン,電子,ラジカルなどを含むプラズマとされ、このラジカルやイオンによって前記溝や穴の側壁及び底面に耐エッチング層(重合物による保護膜や酸化膜など)が形成される。 On the other hand, in the etching resistant layer forming step, a processing gas mainly comprising an etching resistant layer forming gas is supplied from the gas supplying means into the processing chamber, and high frequency power is applied to the plasma exciting means by the first power supplying means. The The supplied processing gas is turned into plasma containing ions, electrons, radicals, etc. by plasma excitation means to which high-frequency power is applied, and the radicals and ions cause an etching resistant layer (polymer) on the side walls and bottom of the grooves and holes. A protective film or an oxide film is formed.
そして、このようなエッチング工程と耐エッチング層形成工程とが交互に繰り返されると、エッチング工程において、溝や穴の底面では、耐エッチング層の除去及びエッチングが進行し、溝や穴の側壁では、耐エッチング層により側壁のエッチングが防止され、耐エッチング層形成工程において、前記底面及び側壁に耐エッチング層が再度形成される。これにより、穴や溝の側壁が耐エッチング層によって保護されつつその深さ方向にエッチングが進行する。 And when such an etching process and an etching-resistant layer forming process are repeated alternately, in the etching process, the removal and etching of the etching-resistant layer proceeds at the bottom of the groove or hole, and at the sidewall of the groove or hole, Etching of the sidewall is prevented by the etching resistant layer, and the etching resistant layer is formed again on the bottom surface and the sidewall in the etching resistant layer forming step. Thus, etching proceeds in the depth direction while the sidewalls of the holes and grooves are protected by the etching resistant layer.
各工程の実行中においては、第1整合手段の整合制御部により自動整合処理が実行されて可変インピーダンス素子のインピーダンスが随時調整され、この可変インピーダンス素子及びプラズマ励起手段を含む負荷側の合成インピーダンスと第1電力供給手段側のインピーダンスとが等しくされる。 During the execution of each process, the automatic matching process is executed by the matching control unit of the first matching unit to adjust the impedance of the variable impedance element as needed, and the combined impedance on the load side including the variable impedance element and the plasma excitation unit The impedance on the first power supply means side is made equal.
但し、各工程の開始時(各工程の切り換え時)は、制御手段からエッチング工程の開始信号又は耐エッチング層形成工程の開始信号が整合制御部に送信され、これが整合制御部によって受信されると、前記自動整合処理が一旦停止されて、可変インピーダンス素子のインピーダンスが所定の設定値とされる。 However, when each process is started (when each process is switched), when the control unit transmits an etching process start signal or an etching resistant layer forming process start signal to the matching control unit, and the matching control unit receives it. The automatic matching process is temporarily stopped, and the impedance of the variable impedance element is set to a predetermined set value.
具体的には、エッチング工程の開始信号を受信した場合には、可変インピーダンス素子のインピーダンスを、エッチング工程開始時における可変インピーダンス素子のインピーダンスとして予め設定された設定値に合わせる処理が実行され、耐エッチング層形成工程の開始信号を受信した場合には、可変インピーダンス素子のインピーダンスを、耐エッチング層形成工程開始時における可変インピーダンス素子のインピーダンスとして予め設定された設定値に合わせる処理が実行される。尚、前記予め設定された設定値は、例えば、工程が切り換わってから一定時間が経過し(処理チャンバ内の処理ガスが略入れ替わったり、処理チャンバ内の圧力が略安定したり、プラズマの生成状態が略安定し)、プラズマ励起手段のインピーダンス変化が略安定したときにおける、可変インピーダンス素子のインピーダンスである。また、この設定値は、例えば、経験的に求めることができる。 Specifically, when an etching process start signal is received, a process for adjusting the impedance of the variable impedance element to a preset value as the impedance of the variable impedance element at the start of the etching process is performed, and etching resistance When the layer formation process start signal is received, a process of matching the impedance of the variable impedance element to a preset value set as the impedance of the variable impedance element at the start of the etching resistant layer formation process is executed. Note that the preset set value is, for example, that a certain time has elapsed after the process is switched (the processing gas in the processing chamber is substantially replaced, the pressure in the processing chamber is substantially stabilized, the generation of plasma is This is the impedance of the variable impedance element when the state of the plasma excitation means is substantially stable. Further, this set value can be obtained empirically, for example.
斯くして、本発明に係るエッチング装置によれば、各工程の開始時に、整合制御部が前記自動整合処理を一旦停止して可変インピーダンス素子のインピーダンスを前記設定値に合わせる処理を実行することで、各工程の開始後、不安定で複雑に変化するプラズマ励起手段のインピーダンスに影響されることなく、可変インピーダンス素子のインピーダンスを前記設定値とすることができる。これにより、可変インピーダンス素子のインピーダンスを速やかに安定させて短時間で整合を行うことが可能となり、各工程開始後、短時間でプラズマ励起手段に十分な高周波電力を供給してプラズマの生成状態を安定させることができる。したがって、各工程において、シリコン基板に対するエッチングや耐エッチング層の形成を十分に行うことができ、エッチング速度を速くしたり、エッチング形状の精度を高めることができる。 Thus, according to the etching apparatus of the present invention, at the start of each process, the matching control unit temporarily stops the automatic matching process and executes the process of matching the impedance of the variable impedance element to the set value. After the start of each step, the impedance of the variable impedance element can be set to the set value without being affected by the impedance of the plasma excitation means that is unstable and changes in a complicated manner. As a result, it is possible to quickly stabilize the impedance of the variable impedance element and perform matching in a short time, and supply sufficient high-frequency power to the plasma excitation means in a short time after the start of each process to change the plasma generation state. It can be stabilized. Therefore, in each process, the etching on the silicon substrate and the formation of the etching resistant layer can be sufficiently performed, the etching rate can be increased, and the accuracy of the etching shape can be increased.
また、短時間で整合状態を得ることができるので、エッチング工程及び耐エッチング層形成工程の各処理時間を短くして各工程を短時間で切り換えることが可能となり、各工程を短時間で切り換えることで、エッチングによって穴や溝の側壁に形成される凹凸を小さくすることができ、側壁形状を良好なものとすることができる。 In addition, since the alignment state can be obtained in a short time, it becomes possible to switch each process in a short time by shortening each processing time of the etching process and the etching resistant layer forming process, and switching each process in a short time. Thus, the unevenness formed on the sidewalls of the holes and grooves by etching can be reduced, and the sidewall shape can be improved.
尚、前記エッチング装置は、前記処理チャンバ内の下部側に配設され、シリコン基板が載置される基台と、前記基台に高周波電力を印加する第2電力供給手段と、前記基台と第2電力供給手段との間に接続された少なくとも1つの可変インピーダンス素子、この可変インピーダンス素子と基台とを含む負荷側の合成インピーダンスが前記第2電力供給手段側のインピーダンスと等しくなるように前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを調整する自動整合処理を行う整合制御部を備えた第2整合手段とを更に備え、前記制御手段は、前記エッチング工程及び/又は耐エッチング層形成工程の実行時に、前記第2電力供給手段により前記基台に高周波電力を印加するとともに、前記エッチング工程の開始信号及び/又は耐エッチング層形成工程の開始信号を前記第2整合手段の整合制御部にも送信するように構成され、前記第2整合手段の整合制御部は、前記第1整合手段の整合制御部と同様、前記制御手段から前記エッチング工程の開始信号を受信すると、前記自動整合処理を一旦停止して、前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを、前記エッチング工程開始時における前記可変インピーダンス素子のインピーダンスとして予め設定された設定値に合わせる処理を実行し、前記制御手段から前記耐エッチング層形成工程の開始信号を受信すると、前記自動整合処理を一旦停止して、前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを、前記耐エッチング層形成工程開始時における前記可変インピーダンス素子のインピーダンスとして予め設定された設定値に合わせる処理を実行するように構成されていても良い。 The etching apparatus is disposed on the lower side in the processing chamber, a base on which a silicon substrate is placed, a second power supply means for applying high-frequency power to the base, the base, At least one variable impedance element connected to the second power supply means, and the combined impedance on the load side including the variable impedance element and the base is equal to the impedance on the second power supply means side. And a second matching unit including a matching control unit that performs an automatic matching process for adjusting the impedance of the variable impedance element, and the control unit performs the etching process and / or the etching resistant layer forming process when the first process is performed. (2) Applying high frequency power to the base by means of power supply means, starting signal of the etching process and / or etching resistant layer A process start signal is also transmitted to the matching control unit of the second matching unit, and the matching control unit of the second matching unit is similar to the matching control unit of the first matching unit from the control unit. When the etching process start signal is received, the automatic matching process is temporarily stopped, and the impedance of the variable impedance element is adjusted to a preset value as the impedance of the variable impedance element at the start of the etching process. And when the control means receives a start signal of the etching resistant layer forming process, the automatic matching process is temporarily stopped to change the impedance of the variable impedance element to the variable at the start of the etching resistant layer forming process. Process to match the preset value as the impedance of the impedance element The may be configured to run.
第2電力供給手段によって基台に高周波電力が印加されると、基台とプラズマとの間に電位差(バイアス電位)を生じ、このバイアス電位により、イオンがシリコン基板に衝突して、シリコン基板がエッチングされたり、耐エッチング層が除去されたり、耐エッチング層を形成するためのイオンやラジカルがシリコン基板側に引き寄せられて耐エッチング層が効果的に形成される。 When high frequency power is applied to the base by the second power supply means, a potential difference (bias potential) is generated between the base and the plasma, and by this bias potential, ions collide with the silicon substrate, Etching is removed, the etching resistant layer is removed, and ions and radicals for forming the etching resistant layer are attracted to the silicon substrate side to effectively form the etching resistant layer.
基台のインピーダンスは、プラズマの生成状態の影響を受けるため、工程が切り換わってプラズマの生成状態が変動すると、大きく変化する。また、工程が切り換わってからプラズマの生成状態が安定するまでには一定時間を要し、その間は基台のインピーダンスが不安定で複雑に変化する。このため、不安定で複雑に変化する基台のインピーダンス変化に応じて可変インピーダンス素子のインピーダンスを調整し、この可変インピーダンス素子と基台とを含む負荷側の合成インピーダンスが第2電力供給手段側のインピーダンスと等しくなるようにしても、可変インピーダンス素子のインピーダンス調整に追従遅れを生じたり、負荷側のインピーダンスの不安定な状態を解消することができず、整合状態に至るまでには長い時間がかかる。整合状態に至るまでは、反射電力が大きく、基台に十分な高周波電力を供給することができないため、十分なバイアス電位を生じさせることができなかったり、生じるバイアス電位が不安定となる。これにより、イオンの入射量が一定せずにシリコン基板に対するエッチングや耐エッチング層の除去が不均一となったり、イオンやラジカルがシリコン基板側に引き寄せられ難くなって効率的に耐エッチング層を形成することができなかったり、耐エッチング層の形成が不均一となり、エッチング速度が低下したり、エッチング形状の精度が低下するという問題や、プラズマとシリコン基板との間で放電が生じてシリコン基板が損傷するという問題を生じていた。 Since the impedance of the base is affected by the plasma generation state, it greatly changes when the process is switched and the plasma generation state fluctuates. In addition, it takes a certain time for the plasma generation state to stabilize after the process is switched, during which the impedance of the base is unstable and changes in a complicated manner. For this reason, the impedance of the variable impedance element is adjusted according to the impedance change of the base that is unstable and changes in a complicated manner, and the combined impedance on the load side including the variable impedance element and the base is the second power supply means side. Even if it is equal to the impedance, it will not be possible to eliminate the follow-up delay in the impedance adjustment of the variable impedance element, or the unstable state of the impedance on the load side, and it will take a long time to reach the matching state. . Until the matching state is reached, the reflected power is large and sufficient high frequency power cannot be supplied to the base, so that a sufficient bias potential cannot be generated or the generated bias potential becomes unstable. As a result, the incident amount of ions is not constant, etching to the silicon substrate and removal of the etching resistant layer become non-uniform, and ions and radicals are hardly attracted to the silicon substrate side, and an etching resistant layer is efficiently formed. Or the formation of the etching resistant layer becomes non-uniform, the etching rate decreases, the accuracy of the etching shape decreases, and a discharge occurs between the plasma and the silicon substrate. There was a problem of damage.
そこで、第2整合手段についても、第1整合手段と同様に、整合制御部が、制御手段からエッチング工程又は耐エッチング層形成工程の開始信号を受信すると、自動整合処理を一旦停止して、可変インピーダンス素子のインピーダンスを、エッチング工程開始時又は耐エッチング層形成工程開始時における可変インピーダンス素子のインピーダンスとして予め設定された設定値に合わせる処理を実行するように構成している。 Therefore, as with the first matching means, when the matching control unit receives the start signal of the etching process or the etching resistant layer forming process from the control means, the automatic matching process is temporarily stopped and variable as well. A process for adjusting the impedance of the impedance element to a preset value set as the impedance of the variable impedance element at the start of the etching process or at the start of the etching resistant layer forming process is executed.
このように構成することで、エッチング工程及び/又は耐エッチング層形成工程の開始後、不安定で複雑に変化する基台のインピーダンスに影響されることなく、可変インピーダンス素子のインピーダンスを前記設定値とし、可変インピーダンス素子のインピーダンスを速やかに安定させて短時間で整合を行うことが可能となり、エッチング工程及び/又は耐エッチング層形成工程の開始後、短時間で基台に十分な高周波電力を供給して安定したバイアス電位を生じさせることができる。これにより、シリコン基板に対するエッチングや耐エッチング層の除去、耐エッチング層の形成を十分に行ったり、耐エッチング層を効率的に形成することができ、エッチング速度を速くしたり、エッチング形状の精度を高めることができる。また、プラズマとシリコン基板との間で放電が生じるのを防止してシリコン基板が損傷するのを防止することができる。 By configuring in this way, the impedance of the variable impedance element is set as the set value without being affected by the impedance of the base that is unstable and complicatedly changed after the start of the etching process and / or the etching resistant layer forming process. It is possible to quickly stabilize the impedance of the variable impedance element and perform matching in a short time, and supply sufficient high frequency power to the base in a short time after the start of the etching process and / or the etching resistant layer forming process. And a stable bias potential can be generated. As a result, the etching of the silicon substrate, the removal of the etching resistant layer, the formation of the etching resistant layer can be sufficiently performed, the etching resistant layer can be formed efficiently, the etching rate can be increased, and the etching shape accuracy can be improved. Can be increased. In addition, it is possible to prevent discharge from occurring between the plasma and the silicon substrate, thereby preventing the silicon substrate from being damaged.
尚、前記プラズマ励起手段としては、例えば、誘導結合型のもの、容量結合型のもの、ヘリコン波を利用するものなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、プラズマを生成するための各種のものを採用することができる。 Examples of the plasma excitation means include, but are not limited to, inductive coupling type, capacitive coupling type, and those using helicon waves. Various types can be employed.
誘導結合型のプラズマ励起手段は、処理チャンバ外に配置された螺旋状、環状、渦巻状のアンテナ(コイル)、又は処理チャンバ内に配置された環状のアンテナ(コイル)を備え、このアンテナに高周波電力が印加されるように構成されたものである。アンテナに高周波電力が印加されると、処理チャンバ内に磁界が形成され、この磁界によって誘起される電界により、処理チャンバ内に供給された処理ガスがプラズマ化される。 The inductively coupled plasma excitation means includes a helical, annular, or spiral antenna (coil) disposed outside the processing chamber, or an annular antenna (coil) disposed within the processing chamber. It is comprised so that electric power may be applied. When high frequency power is applied to the antenna, a magnetic field is formed in the processing chamber, and the processing gas supplied into the processing chamber is turned into plasma by an electric field induced by the magnetic field.
また、容量結合型のプラズマ励起手段は、処理チャンバ内に2つの平板電極が一定間隔を隔てて平行に配置されるとともに、一方の電極が接地され、他方の電極に高周波電力が印加されるように構成されたものである。他方の電極に高周波電力が印加されると、電極間に電界が形成され、この電界により、処理チャンバ内に供給された処理ガスがプラズマ化される。 Further, the capacitively coupled plasma excitation means is configured so that two plate electrodes are arranged in parallel at a predetermined interval in the processing chamber, one electrode is grounded, and high-frequency power is applied to the other electrode. It is composed of. When high frequency power is applied to the other electrode, an electric field is formed between the electrodes, and the processing gas supplied into the processing chamber is turned into plasma by this electric field.
また、ヘリコン波を利用するプラズマ励起手段は、処理チャンバの外周部に巻かれたアンテナと、アンテナの外周側に設けられた磁界形成コイルとを備え、アンテナに高周波電力が印加されるように構成されたものである。アンテナに高周波電力が印加されると、処理チャンバ内に電界が形成され、この形成された電界により、磁界と平行に右回りに伝播するヘリコン波が励起されて、このヘリコン波により、処理チャンバ内に供給された処理ガスがプラズマ化される。 The plasma excitation means using helicon waves includes an antenna wound around the outer periphery of the processing chamber and a magnetic field forming coil provided on the outer periphery of the antenna, and is configured so that high frequency power is applied to the antenna. It has been done. When high frequency power is applied to the antenna, an electric field is formed in the processing chamber, and the formed electric field excites a helicon wave propagating clockwise in parallel with the magnetic field. The processing gas supplied to is converted into plasma.
以上のように、本発明に係るエッチング装置によれば、第1整合手段及び第2整合手段の可変インピーダンス素子のインピーダンスを速やかに安定させて、プラズマの生成状態やバイアス電位を安定させることで、エッチング速度を速くしたり、エッチング形状の精度を高めることができる。また、各工程を短時間で切り換え、穴や溝の側壁に形成される凹凸を小さくすることができ、側壁形状を良好なものとすることができる。また、プラズマとシリコン基板との間で放電が生じるのを防止してシリコン基板が損傷するのを防止することができる。 As described above, according to the etching apparatus of the present invention, by quickly stabilizing the impedance of the variable impedance elements of the first matching unit and the second matching unit, and stabilizing the plasma generation state and the bias potential, The etching rate can be increased and the accuracy of the etching shape can be increased. Moreover, each process can be switched in a short time, and the unevenness | corrugation formed in the side wall of a hole or a groove | channel can be made small, and a side wall shape can be made favorable. In addition, it is possible to prevent discharge from occurring between the plasma and the silicon substrate, thereby preventing the silicon substrate from being damaged.
以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、図1は、本発明の一実施形態に係るエッチング装置の概略構成を一部ブロック図で示した断面図である。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view partially showing a schematic configuration of an etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本例のエッチング装置1は、閉塞空間を有する処理チャンバ11と、処理チャンバ11内に昇降自在に配設され、エッチング対象であるシリコン基板Kが載置される基台15と、基台15を昇降させる昇降シリンダ18と、処理チャンバ11内の圧力を減圧する排気装置19と、処理チャンバ11内に処理ガスを供給するガス供給装置20と、処理チャンバ11の外部に配設されたアンテナ(コイル)31と、アンテナ31に高周波電力を印加する第1高周波電源32と、アンテナ31と第1高周波電源32との間に接続された第1整合装置33と、基台15に高周波電力を印加する第2高周波電源21と、基台15と第2高周波電源21との間に接続された第2整合装置40と、昇降シリンダ18,排気装置19,ガス供給装置20,第1高周波電源32,第1整合装置33,第2高周波電源21及び第2整合装置40の作動を制御する制御装置22とを備える。
As shown in FIG. 1, an
前記処理チャンバ11は、基台15及びシリコン基板Kが収容される下部容器12と、この下部容器12の上側に設けられ、下部容器12よりも小さい上部容器13とから構成される。下部容器12の上面には、貫通穴12aが形成されるとともに、下部容器12の側壁には、シリコン基板Kを搬入したり、搬出するための開口部12bと、内部の気体を外部に排気するための排気口12cとがそれぞれ形成される。下部容器12の内部空間と上部容器13の内部空間とは、前記貫通穴12aを介して互いに連通している。また、前記開口部12bは、シャッタ14によって開閉されるようになっている。
The
前記基台15は、上下に配設された上部材16及び下部材17からなり、上部材16上にシリコン基板Kが載置され、下部材17には前記昇降シリンダ18が接続されている。
The
前記排気装置19は、排気ポンプ19aと、排気ポンプ19aと前記排気口12cとを接続する排気管19bと、排気ポンプ19aの作動を制御する圧力制御部19cとを備えており、排気管19bを介して下部容器12内の気体を排気し、処理チャンバ11の内部を所定圧力にする。尚、圧力制御部19cは、制御装置22から耐エッチング層形成工程の実行に係る信号及びエッチング工程の実行に係る信号をそれぞれ受信して、処理チャンバ11内の圧力を、耐エッチング層形成工程の実行時及びエッチング工程の実行時にそれぞれ対応した圧力とする。
The
前記ガス供給装置20は、SF6ガスを主成分とするエッチング用の処理ガス(以後、単に『SF6ガス』という)と、C4F8ガスを主成分とする耐エッチング層形成用の処理ガス(以後、単に『C4F8ガス』という)とを、それぞれ流量調整しつつ供給する供給部20aと、供給部20aと上部容器13の天井部の中央とを接続する供給管20bと、供給部20aから上部容器13内に供給されるSF6ガス及びC4F8ガスの流量を制御する流量制御部20cとを備えている。尚、流量制御部20cは、制御装置22から耐エッチング層形成工程の実行に係る信号及びエッチング工程の実行に係る信号をそれぞれ受信して、SF6ガス及びC4F8ガスの供給流量を、耐エッチング層形成工程の実行時及びエッチング工程の実行時にそれぞれ対応した供給流量とする(図4参照)。
The
前記アンテナ31は、環状に形成され、上部容器13の周囲に上下に並設される。前記第1高周波電源32は、アンテナ31に高周波電力を印加することで、上部容器13内に磁界を形成し、この磁界によって誘起される電界により上部容器13内の処理ガスをプラズマ化する。前記第2高周波電源21は、基台15に高周波電力を印加することで、基台15とプラズマとの間に電位差(バイアス電位)を生じさせる。
The
前記第1整合装置33は、アンテナ31と第1高周波電源32とを接続する回路33aに一方端が接続され、他方端が接地された、可変インピーダンス素子たる第1可変コンデンサ34と、第1可変コンデンサ34との接続部よりもアンテナ31側の回路33a上に配置された、可変インピーダンス素子たる第2可変コンデンサ35と、第1可変コンデンサ34との接続部よりも第1高周波電源32側の回路33a上に配置され、電流と電圧との位相差を検出する検出器36と、後述のエッチング工程及び耐エッチング層形成工程の開始時における第1可変コンデンサ34及び第2可変コンデンサ35の静電容量として予め設定された設定値をそれぞれ記憶する第1設定値記憶部37と、検出器36によって検出された位相差や、第1設定値記憶部37に格納された設定値を基に、第1可変コンデンサ34及び第2可変コンデンサ35の静電容量を調整する第1整合制御部38とからなる。
The
前記各可変コンデンサ34,35は、固定電極及び可動電極と、可動電極を駆動して可動電極と固定電極との対向面積を変化させる駆動モータなどから構成されるもので、駆動モータによって電極の対向面積が調整されることで静電容量が調整されるようになっている。
Each of the
前記第1設定値記憶部37には、例えば、工程が切り換わってから一定時間が経過し(処理チャンバ11内の処理ガスが略入れ替わったり、処理チャンバ11内の圧力が略安定したり、プラズマの生成状態が略安定し)、アンテナ31のインピーダンス変化が略安定したときにおける、第1可変コンデンサ34及び第2可変コンデンサ35の静電容量(設定値)であって、例えば、経験的に求められる静電容量(設定値)が格納される。
In the first set
前記第1整合制御部38は、検出器36によって検出される電流と電圧との位相差を基に、これらの位相差が無くなるように各可変コンデンサ34,35の静電容量を調整してこれらのインピーダンスを調整することで、各可変コンデンサ34,35、検出器36及びアンテナ31などを含む負荷側の合成インピーダンスを第1高周波電源32側のインピーダンスと等しくする第1処理(自動整合処理)と、エッチング工程及び耐エッチング層形成工程の開始時に、前記第1処理を一旦停止して、各可変コンデンサ34,35の静電容量を前記第1設定値記憶部37に格納された設定値に合わせる第2処理との2つの処理を実行する。
The first
具体的には、図2及び図3に示すような一連の処理を順次行って前記第1処理及び第2処理を実行する。第1整合制御部38は、制御装置22からシリコン基板Kに対する一連のエッチング処理を開始した旨の信号を受信して一連の処理を開始し、まず、第1処理を開始する(ステップS1)。
Specifically, a series of processes as shown in FIGS. 2 and 3 are sequentially performed to execute the first process and the second process. The first
この後、制御装置22から耐エッチング層形成工程の開始信号を受信するまで第1処理を継続して行い(ステップS2)、当該開始信号を受信すると、第1設定値記憶部37に格納された、耐エッチング層形成工程開始時の設定値を認識した後(ステップS3)、第1処理を停止するとともに第2処理を開始する(ステップS4)。
Thereafter, the first process is continued until the start signal of the etching resistant layer forming process is received from the control device 22 (step S2). When the start signal is received, the first set
そして、ステップS5では、各可変コンデンサ34,35の静電容量がステップS3で認識した設定値となったか否かを確認し、設定値となったことを確認すると、第2処理を終了するとともに第1処理を再開する(ステップS6)。
In step S5, it is confirmed whether or not the capacitance of each
この後、制御装置22からエッチング工程の開始信号を受信するまで第1処理を継続して行い(ステップS7)、当該開始信号を受信すると、第1設定値記憶部37に格納された、エッチング工程開始時の設定値を認識した後(ステップS8)、第1処理を停止するとともに第2処理を開始する(ステップS9)。
Thereafter, the first process is continued until an etching process start signal is received from the control device 22 (step S7). When the start signal is received, the etching process stored in the first set
そして、ステップS10では、各可変コンデンサ34,35の静電容量がステップS8で認識した設定値となったか否かを確認し、設定値となったことを確認すると、第2処理を終了するとともに第1処理を再開する(ステップS11)。ステップ12では、制御装置22からシリコン基板Kに対する一連のエッチング処理を終了した旨の信号を受信したかなどにより処理終了か否かを判断して、処理終了と判断するまで前記ステップ2以降の処理を繰り返して行う。
In step S10, it is confirmed whether or not the capacitance of each
尚、ステップS6やステップS11で再開された第1処理の間は、アンテナ31のインピーダンスが緩やかに変化するため、これに応じて各可変コンデンサ34,35の静電容量を調整する。
Since the impedance of the
前記第2整合装置40は、基台15と第2高周波電源21とを接続する回路40aに一方端が接続され、他方端が接地された、可変インピーダンス素子たる第1可変コンデンサ41と、第1可変コンデンサ41との接続部よりも基台15側の回路40a上に配置された、可変インピーダンス素子たる第2可変コンデンサ42と、第2可変コンデンサ42よりも基台15側の回路40a上に配置された、固定インピーダンス素子たるコイル43と、第1可変コンデンサ41との接続部よりも第2高周波電源21側の回路40a上に配置され、電流と電圧との位相差を検出する検出器44と、後述のエッチング工程及び耐エッチング層形成工程の開始時における第1可変コンデンサ41及び第2可変コンデンサ42の静電容量として予め設定された設定値をそれぞれ記憶する第2設定値記憶部45と、検出器44によって検出された位相差や、第2設定値記憶部45に格納された設定値を基に、第1可変コンデンサ41及び第2可変コンデンサ42の静電容量を調整する第2整合制御部46とからなる。
The
前記各可変コンデンサ41,42は、固定電極及び可動電極と、可動電極を駆動して可動電極と固定電極との対向面積を変化させる駆動モータなどから構成されるもので、駆動モータによって電極の対向面積が調整されることで静電容量が調整されるようになっている。
Each of the
前記第2設定値記憶部45には、例えば、工程が切り換わってから一定時間が経過し(プラズマの生成状態が略安定し)、基台15のインピーダンス変化が略安定したときにおける、第1可変コンデンサ41及び第2可変コンデンサ42の静電容量(設定値)であって、例えば、経験的に求められる静電容量(設定値)が格納される。
In the second set
前記第2整合制御部46は、検出器44によって検出される電流と電圧との位相差を基に、これらの位相差が無くなるように各可変コンデンサ41,42の静電容量を調整してこれらのインピーダンスを調整することで、各可変コンデンサ41,42、コイル43、検出器44及び基台15などを含む負荷側の合成インピーダンスを第2高周波電源21側のインピーダンスと等しくする第1処理(自動整合処理)と、エッチング工程及び耐エッチング層形成工程の開始時に、前記第1処理を一旦停止して、各可変コンデンサ41,42の静電容量を前記第2設定値記憶部45に格納された設定値に合わせる第2処理との2つの処理を実行する。
Based on the phase difference between the current and voltage detected by the
具体的には、前記第1整合制御部38と同様の処理を行って前記第1処理及び第2処理を実行する(図2及び図3参照)。第2整合制御部46は、制御装置22からシリコン基板Kに対する一連のエッチング処理を開始した旨の信号を受信して一連の処理を開始し、まず、第1処理を開始する(ステップS1)。
Specifically, the first process and the second process are performed by performing the same process as the first matching control unit 38 (see FIGS. 2 and 3). The second
この後、制御装置22から耐エッチング層形成工程の開始信号を受信するまで第1処理を継続して行い(ステップS2)、当該開始信号を受信すると、第2設定値記憶部45に格納された、耐エッチング層形成工程開始時の設定値を認識した後(ステップS3)、第1処理を停止するとともに第2処理を開始する(ステップS4)。
Thereafter, the first process is continued until the start signal of the etching resistant layer forming process is received from the control device 22 (step S2). When the start signal is received, the first set value is stored in the second set
そして、ステップS5では、各可変コンデンサ41,42の静電容量がステップS3で認識した設定値となったか否かを確認し、設定値となったことを確認すると、第2処理を終了するとともに第1処理を再開する(ステップS6)。
In step S5, it is confirmed whether or not the capacitance of each of the
この後、制御装置22からエッチング工程の開始信号を受信するまで第1処理を継続して行い(ステップS7)、当該開始信号を受信すると、第2設定値記憶部45に格納された、エッチング工程開始時の設定値を認識した後(ステップS8)、第1処理を停止するとともに第2処理を開始する(ステップS9)。
Thereafter, the first process is continued until an etching process start signal is received from the control device 22 (step S7). When the start signal is received, the etching process stored in the second set
そして、ステップS10では、各可変コンデンサ41,42の静電容量がステップS8で認識した設定値となったか否かを確認し、設定値となったことを確認すると、第2処理を終了するとともに第1処理を再開する(ステップS11)。ステップ12では、制御装置22からシリコン基板Kに対する一連のエッチング処理を終了した旨の信号を受信したかなどにより処理終了か否かを判断して、処理終了と判断するまで前記ステップ2以降の処理を繰り返して行う。
In step S10, it is confirmed whether or not the capacitance of each of the
尚、ステップS6やステップS11で再開された第1処理の間は、基台15のインピーダンスが緩やかに変化するため、これに応じて各可変コンデンサ41,42の静電容量を調整する。
Since the impedance of the base 15 changes gently during the first process resumed in step S6 or step S11, the capacitances of the
前記制御装置22は、図4に示すように、ガス供給装置20からC4F8ガスを上部容器13内に供給してシリコン基板Kに耐エッチング層を形成する耐エッチング層形成工程Dと、ガス供給装置20からSF6ガスを上部容器13内に供給してシリコン基板Kをエッチングするエッチング工程Eとを、それぞれ所定時間ずつ交互に繰り返して実行する。耐エッチング層形成工程Dでは、耐エッチング層形成工程Dの実行に係る信号を流量制御部20cに送信して、この流量制御部20cによる制御の下、所定流量のC4F8ガスを処理チャンバ11内に供給し、エッチング工程Eでは、エッチング工程Eの実行に係る信号を流量制御部20cに送信して、この流量制御部20cによる制御の下、所定流量のSF6ガスを処理チャンバ11内に供給する。
As shown in FIG. 4, the
また、制御装置22は、耐エッチング層形成工程D及びエッチング工程Eの各工程において、第1高周波電源32及び第2高周波電源21によりアンテナ31及び基台15に高周波電力をそれぞれ印加する。また、耐エッチング層形成工程Dの実行に係る信号及びエッチング工程Eの実行に係る信号を排気装置19の圧力制御部19cに送信して、この圧力制御部19cによる制御の下、処理チャンバ11内をそれぞれ所定圧力にする。
In addition, the
また、制御装置22は、シリコン基板Kに対する一連のエッチング処理を開始すると、その旨の信号を第1整合制御部38及び第2整合制御部46に、耐エッチング層形成工程を開始すると、耐エッチング層形成工程の開始信号を第1整合制御部38及び第2整合制御部46に、エッチング工程を開始すると、エッチング工程の開始信号を第1整合制御部38及び第2整合制御部46に、シリコン基板Kに対する一連のエッチング処理を終了すると、その旨の信号を第1整合制御部38及び第2整合制御部46に送信する。
Further, when the
以上のように構成された本例のエッチング装置1によれば、シリコン基板Kが処理チャンバ11の下部容器12内の基台15上に適宜載置された後、制御装置22による制御の下、耐エッチング層形成工程から開始されて耐エッチング層形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返されてシリコン基板Kがエッチングされる。
According to the
耐エッチング層形成工程では、ガス供給装置20からC4F8ガスが処理チャンバ11の上部容器13内に供給され、排気装置19により下部容器12側から処理チャンバ11内の気体が排気されるとともに、第1高周波電源32及び第2高周波電源21により高周波電力がアンテナ31及び基台15にそれぞれ印加される。アンテナ31に高周波電力が印加されると、上部容器13内に磁界が形成され、この磁界によって誘起される電界により、供給されたC4F8ガスがイオン,電子,ラジカルなどを含むプラズマとされる。そして、このラジカルから重合物が生成されてシリコン基板Kの表面(エッチングによって形成される溝や穴の側壁及び底面など)に堆積し、Fラジカルと反応しない耐エッチング層(フロロカーボン膜)が形成される。
In the etching resistant layer forming step, C 4 F 8 gas is supplied from the
一方、エッチング工程では、ガス供給装置20からSF6ガスが処理チャンバ11の上部容器13内に供給され、排気装置19により下部容器12側から処理チャンバ11内の気体が排気されるとともに、第1高周波電源32及び第2高周波電源21により高周波電力がアンテナ31及び基台15にそれぞれ印加される。供給されたSF6ガスは、前記電界によってイオン,電子,Fラジカルなどを含むプラズマとされ、シリコン基板Kは、Fラジカルや、バイアス電位により移動して衝突するイオンによってエッチングされ、所定の幅及び深さを備えた溝や穴が形成される。
On the other hand, in the etching process, SF 6 gas is supplied from the
そして、このような耐エッチング層形成工程とエッチング工程とが交互に繰り返されると、エッチング工程において、イオン照射の多い溝や穴の底面では、耐エッチング層の除去及びエッチングが進行し、イオン照射の少ない溝や穴の側壁では、耐エッチング層により側壁のエッチングが防止され、耐エッチング層形成工程において、前記底面及び側壁に耐エッチング層が再度形成される。これにより、穴や溝の側壁が耐エッチング層によって保護されつつその深さ方向にエッチングが進行する。 When the etching resistant layer forming process and the etching process are alternately repeated, the etching resistant layer is removed and etched at the bottom of the groove and the hole where the ion irradiation is frequently performed in the etching process. In the side walls of few grooves and holes, the etching resistance layer prevents the etching of the side walls, and the etching resistance layer is formed again on the bottom surface and the side walls in the etching resistance layer forming step. Thus, etching proceeds in the depth direction while the sidewalls of the holes and grooves are protected by the etching resistant layer.
各工程の実行中においては、第1整合制御部38により、通常、前記第1処理が実行されて、検出器36によって検出される電流と電圧との位相差を基に各可変コンデンサ34,35の静電容量が随時調整され、これらの各可変コンデンサ34,35、検出器36及びアンテナ31などを含む負荷側の合成インピーダンスと第1高周波電源32側のインピーダンスとが等しくされる。
During the execution of each step, the first
また、第2整合制御部46により、通常、前記第1処理が実行されて、検出器44によって検出される電流と電圧との位相差を基に各可変コンデンサ41,42の静電容量が随時調整され、これらの各可変コンデンサ41,42、コイル43、検出器44及び基台15などを含む負荷側の合成インピーダンスと第2高周波電源21側のインピーダンスとが等しくされる。
In addition, the second
但し、各工程の開始時(各工程の切り換え時)は、制御装置22から第1整合制御部38及び第2整合制御部46に工程開始信号が送信され、これが第1整合制御部38及び第2整合制御部46によって受信されると、前記第1処理が一旦停止されて前記第2処理が実行される。即ち、検出器36によって検出される電流と電圧との位相差に関係なく、各可変コンデンサ34,35の静電容量が第1設定値記憶部37に格納された設定値とされ、また、検出器44によって検出される電流と電圧との位相差に関係なく、各可変コンデンサ41,42の静電容量が第2設定値記憶部45に格納された設定値とされる。
However, at the start of each process (at the time of switching each process), a process start signal is transmitted from the
このように、本例のエッチング装置1によれば、各工程の開始時に、第1整合制御部38が前記第1処理を一旦停止して、各可変コンデンサ34,35の静電容量を第1設定値記憶部37に格納された設定値に合わせる第2処理を実行することで、各工程の開始後、不安定で複雑に変化するアンテナ31のインピーダンスに影響されることなく、各可変コンデンサ34,35の静電容量を前記設定値とすることができる。これにより、各可変コンデンサ34,35の静電容量を速やかに安定させて短時間で整合を行うことが可能となり、各工程開始後、短時間でアンテナ31に十分な高周波電力を供給してプラズマの生成状態を安定させることができる。したがって、各工程において、シリコン基板Kに対するエッチングや耐エッチング層の形成を十分に行うことができ、エッチング速度を速くしたり、エッチング形状の精度を高めることができる。
As described above, according to the
また、短時間で整合状態を得ることができるので、エッチング工程及び耐エッチング層形成工程の各処理時間を短くして各工程を短時間で切り換えることが可能となり、各工程を短時間で切り換えることで、エッチングによって穴や溝の側壁に形成される凹凸を小さくすることができ、側壁形状を良好なものとすることができる。 In addition, since the alignment state can be obtained in a short time, it becomes possible to switch each process in a short time by shortening each processing time of the etching process and the etching resistant layer forming process, and switching each process in a short time. Thus, the unevenness formed on the sidewalls of the holes and grooves by etching can be reduced, and the sidewall shape can be improved.
ところで、基台15のインピーダンスは、プラズマの生成状態の影響を受けるため、工程が切り換わってプラズマの生成状態が変動すると、大きく変化する。また、工程が切り換わってからプラズマの生成状態が安定するまでには一定時間を要し、その間は基台15のインピーダンスが不安定で複雑に変化する。このため、不安定で複雑に変化する基台15のインピーダンス変化に応じて、駆動モータの駆動により各可変コンデンサ41,42の静電容量を調整しても、静電容量の調整に追従遅れを生じたり、負荷側のインピーダンスの不安定な状態を解消することができず、整合状態に至るまでには長い時間がかかる。整合状態に至るまでは、反射電力が大きく、基台15に十分な高周波電力を供給することができないため、十分なバイアス電位を生じさせることができなかったり、生じるバイアス電位が不安定となる。これにより、イオンの入射量が一定せずにシリコン基板Kに対するエッチングや耐エッチング層の除去が不均一となったり、ラジカルがシリコン基板K側に引き寄せられ難くなって効率的に耐エッチング層を形成することができなかったり、耐エッチング層の形成が不均一となり、エッチング速度が低下したり、エッチング形状の精度が低下するという問題や、プラズマとシリコン基板Kとの間で放電が生じてシリコン基板が損傷するという問題を生じていた。
By the way, since the impedance of the
そこで、上記のように、各工程の開始時に、第2整合制御部46が前記第1処理を一旦停止して、各可変コンデンサ41,42の静電容量を第2設定値記憶部45に格納された設定値に合わせる第2処理を実行すれば、各工程の開始後、不安定で複雑に変化する基台15のインピーダンスに影響されることなく、各可変コンデンサ41,42の静電容量を前記設定値とすることができる。これにより、各可変コンデンサ41,42の静電容量を速やかに安定させて短時間で整合を行うことが可能となり、各工程の開始後、短時間で基台15に十分な高周波電力を供給して安定したバイアス電位を生じさせることができる。したがって、シリコン基板Kに対するエッチングや耐エッチング層の除去、耐エッチング層の形成を十分に行ったり、耐エッチング層を効率的に形成することができ、エッチング速度を速くしたり、エッチング形状の精度を高めることができる。また、プラズマとシリコン基板Kとの間で放電が生じるのを防止してシリコン基板Kが損傷するのを防止することができる。
Therefore, as described above, at the start of each process, the second
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the specific aspect which this invention can take is not limited to this at all.
上例では、前記各整合装置33,40の設定値記憶部37,45及び整合制御部38,46を、制御装置22から分離した構成としているが、これに限られるものではなく、制御装置22内に設けるように構成しても良い。この場合においても、前記整合制御部38,46は、検出器36,44によって検出された位相差や、設定値記憶部37,45に格納された設定値、制御装置22内の適宜制御部から送信される耐エッチング層形成工程の開始信号及びエッチング工程の開始信号を基に、第1可変コンデンサ34,41及び第2可変コンデンサ35,42の静電容量を調整する。
In the above example, the setting
また、上例では、可変インピーダンス素子として、可変コンデンサ34,35,41,42を採用したが、これに限られるものではなく、例えば、可変コイル(インダクタ)を採用しても良い。また、エッチング用の処理ガスとしてSF6ガスを主成分とするものを、耐エッチング層形成用の処理ガスとしてC4F8ガスを主成分とするものを一例に挙げたが、これに限られるものではなく、耐エッチング層形成用の処理ガスとして、例えば、酸素ガスを採用しても良い。酸素ガスを採用した場合には、シリコン基板Kの穴や溝の底面及び側壁に耐エッチング層たる酸化膜が形成される。
In the above example, the
また、上例では、エッチング工程及び耐エッチング層形成工程の実行時に、第2高周波電源21によって基台15に高周波電力が印加されるように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、エッチング工程の実行時にのみ基台15に高周波電力が印加されるように構成しても良い。
In the above example, the high frequency power is applied to the
この場合、制御装置22は、エッチング工程においてのみ第2高周波電源21により基台15に高周波電力を印加するとともに、耐エッチング層形成工程の開始時に、耐エッチング層形成工程の開始信号を第2整合制御部46には送信しないように構成される。
In this case, the
また、前記第2整合制御部46は、エッチング工程の実行時において、検出器44によって検出される電流と電圧との位相差を基に、これらの位相差が無くなるように各可変コンデンサ41,42の静電容量を調整してこれらのインピーダンスを調整することで、各可変コンデンサ41,42、コイル43、検出器44及び基台15などを含む負荷側の合成インピーダンスを第2高周波電源21側のインピーダンスと等しくする第1処理(自動整合処理)と、エッチング工程の開始時に、前記第1処理を一旦停止して、各可変コンデンサ41,42の静電容量を前記第2設定値記憶部45に格納された設定値に合わせる第2処理との2つの処理を実行する。
Further, the second
具体的には、図5に示すような一連の処理を順次行って前記第1処理及び第2処理を実行する。第2整合制御部46は、制御装置22からシリコン基板Kに対する一連のエッチング処理を開始した旨の信号を受信して一連の処理を開始し、まず、第1処理を開始する(ステップS21)。
Specifically, a series of processes as shown in FIG. 5 are sequentially performed to execute the first process and the second process. The second
この後、制御装置22からエッチング工程の開始信号を受信するまで第1処理を継続して行い(ステップS22)、当該開始信号を受信すると、第2設定値記憶部45に格納された、エッチング工程開始時の設定値を認識した後(ステップS23)、第1処理を停止するとともに第2処理を開始する(ステップS24)。
Thereafter, the first process is continued until an etching process start signal is received from the control device 22 (step S22). When the start signal is received, the etching process stored in the second set
そして、ステップS25では、各可変コンデンサ41,42の静電容量がステップS23で認識した設定値となったか否かを確認し、設定値となったことを確認すると、第2処理を終了するとともに第1処理を再開する(ステップS26)。ステップ27では、制御装置22からシリコン基板Kに対する一連のエッチング処理を終了した旨の信号を受信したかなどにより処理終了か否かを判断して、処理終了と判断するまで前記ステップ22以降の処理を繰り返して行う。
In step S25, it is confirmed whether or not the capacitance of each of the
尚、ステップS26で再開された第1処理の間は、基台15のインピーダンスが緩やかに変化するため、これに応じて各可変コンデンサ41,42の静電容量を調整する。
During the first process restarted in step S26, the impedance of the base 15 changes gently, and the capacitance of each
また、耐エッチング層形成工程の実行中にのみ、第2高周波電源21によって基台15に高周波電力が印加されるような場合には、上記と同様にして第2整合装置40を構成し、耐エッチング層形成工程の開始時に前記第1処理を一旦停止して前記第2処理を実行するように構成することができる。
In addition, when high frequency power is applied to the
また、上例では、プラズマ励起源として、処理チャンバ11外に配置された環状のアンテナ31を備える誘導結合型のプラズマ励起源を一例に挙げたが、これに限られるものではなく、例えば、図6に示した、容量結合型のプラズマ励起源50や、図7に示した、ヘリコン波を利用するプラズマ励起源55を採用するなど、各種のものを採用することができる。尚、誘導結合型のプラズマ励起源31は、上記構成の他、特に図示はしないが、処理チャンバ11外に配置された螺旋状や渦巻状のアンテナ(コイル)、又は処理チャンバ11内に配置された環状のアンテナ(コイル)を備えたものであっても良い。
In the above example, the inductively coupled plasma excitation source including the
図6に示したプラズマ励起源50は、処理チャンバ11内に2つの平板電極51,52が一定間隔を隔てて平行に配置されるとともに、一方の電極51が接地され、他方の電極52に高周波電力が印加されるように構成されたものである。他方の電極52に高周波電力が印加されると、電極51,52間に電界が形成され、この電界により、処理チャンバ11内に供給された処理ガスがプラズマ化される。また、他方の電極52とプラズマとの間にバイアス電位を生じる。尚、シリコン基板Kは、他方の電極52に載置される。また、符号53は、コンデンサである。その他、前記エッチング装置1と同じ構成部分については同一の符号を付している。
In the
図7に示したプラズマ励起源55は、石英管などからなる上部容器13の外周部に巻かれたアンテナ56と、アンテナ56の外周側に設けられた磁界形成コイル57とを備え、アンテナ56に高周波電力が印加されるように構成されたものである。アンテナ56に高周波電力が印加されると、処理チャンバ11内に電界が形成され、この形成された電界により、磁界と平行に右回りに伝播するヘリコン波が励起されて、このヘリコン波により、処理チャンバ11内に供給された処理ガスがプラズマ化される。尚、符号58は、プラズマの損失を抑えるために下部容器12の外周部に設けられた永久磁石である。その他、前記エッチング装置1と同じ構成部分については同一の符号を付している。
The
1 エッチング装置
11 処理チャンバ
15 基台
19 排気装置
20 ガス供給装置
21 第2高周波電源
22 制御装置
31 アンテナ
32 第1高周波電源
33 第1整合装置
34 第1可変コンデンサ
35 第2可変コンデンサ
36 検出器
37 第1設定値記憶部
38 第1整合制御部
40 第2整合装置
41 第1可変コンデンサ
42 第2可変コンデンサ
43 コイル
44 検出器
45 第2設定値記憶部
46 第2整合制御部
K シリコン基板
DESCRIPTION OF
Claims (2)
エッチングガスを主成分とする処理ガスと、耐エッチング層形成ガスを主成分とする処理ガスとの少なくとも2つの処理ガスを前記処理チャンバ内に供給するガス供給手段と、
前記ガス供給手段によって前記処理チャンバ内に供給された処理ガスをプラズマ化するためのプラズマ励起手段と、
前記プラズマ励起手段に高周波電力を印加する第1電力供給手段と、
前記プラズマ励起手段と第1電力供給手段との間に接続された少なくとも1つの可変インピーダンス素子と、この可変インピーダンス素子とプラズマ励起手段とを含む負荷側の合成インピーダンスが前記第1電力供給手段側のインピーダンスと等しくなるように前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを調整する自動整合処理を行う整合制御部とを備えた第1整合手段と、
前記ガス供給手段及び第1電力供給手段の作動を制御する制御手段とからなり、
前記制御手段は、前記ガス供給手段から前記エッチングガスを主成分とする処理ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板をエッチングするエッチング工程と、前記ガス供給手段から前記耐エッチング層形成ガスを主成分とする処理ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板に耐エッチング層を形成する耐エッチング層形成工程との少なくとも2つの工程を交互に繰り返して実行するように構成されたエッチング装置であって、
前記制御手段は、前記エッチング工程の開始時にエッチング工程の開始信号を前記整合制御部に送信し、前記耐エッチング層形成工程の開始時に耐エッチング層形成工程の開始信号を前記整合制御部に送信するように構成され、
前記整合制御部は、前記制御手段から前記エッチング工程の開始信号を受信すると、前記自動整合処理を一旦停止して、前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを、前記エッチング工程開始時における前記可変インピーダンス素子のインピーダンスとして予め設定された設定値に合わせる処理を実行し、前記制御手段から前記耐エッチング層形成工程の開始信号を受信すると、前記自動整合処理を一旦停止して、前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを、前記耐エッチング層形成工程開始時における前記可変インピーダンス素子のインピーダンスとして予め設定された設定値に合わせる処理を実行するように構成されてなることを特徴とするエッチング装置。 A processing chamber having a closed space in which a silicon substrate is disposed;
Gas supply means for supplying at least two processing gases into the processing chamber, a processing gas mainly containing an etching gas and a processing gas mainly containing an etching-resistant layer forming gas;
Plasma excitation means for converting the processing gas supplied into the processing chamber by the gas supply means into plasma;
First power supply means for applying high-frequency power to the plasma excitation means;
At least one variable impedance element connected between the plasma excitation means and the first power supply means, and a combined impedance on the load side including the variable impedance element and the plasma excitation means are on the first power supply means side. A first matching means comprising a matching control unit for performing an automatic matching process for adjusting the impedance of the variable impedance element to be equal to the impedance;
A control means for controlling the operation of the gas supply means and the first power supply means,
The control means includes: an etching process for supplying a processing gas containing the etching gas as a main component into the processing chamber from the gas supply means to etch the silicon substrate; and an etching resistant layer forming gas from the gas supply means. Etching configured to alternately and repeatedly execute at least two steps of an etching resistant layer forming step of forming an etching resistant layer on the silicon substrate by supplying a processing gas mainly composed of A device,
The control means transmits an etching process start signal to the alignment control unit at the start of the etching process, and transmits an etching resistant layer formation process start signal to the alignment control unit at the start of the etching resistant layer formation process. Configured as
When the matching control unit receives the etching process start signal from the control unit, the matching control unit temporarily stops the automatic matching process, and determines the impedance of the variable impedance element to be the impedance of the variable impedance element at the start of the etching process. As the process of adjusting to a preset set value is performed, and when the start signal of the etching resistant layer forming process is received from the control means, the automatic matching process is temporarily stopped, and the impedance of the variable impedance element is An etching apparatus configured to execute a process that matches a preset value as the impedance of the variable impedance element at the start of the etching resistant layer forming process.
前記基台に高周波電力を印加する第2電力供給手段と、
前記基台と第2電力供給手段との間に接続された少なくとも1つの可変インピーダンス素子と、この可変インピーダンス素子と基台とを含む負荷側の合成インピーダンスが前記第2電力供給手段側のインピーダンスと等しくなるように前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを調整する自動整合処理を行う整合制御部とを備えた第2整合手段とを更に備え、
前記制御手段は、前記エッチング工程及び/又は耐エッチング層形成工程の実行時に、前記第2電力供給手段により前記基台に高周波電力を印加するとともに、前記エッチング工程の開始信号及び/又は耐エッチング層形成工程の開始信号を前記第2整合手段の整合制御部にも送信するように構成され、
前記第2整合手段の整合制御部は、前記第1整合手段の整合制御部と同様、前記制御手段から前記エッチング工程の開始信号を受信すると、前記自動整合処理を一旦停止して、前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを、前記エッチング工程開始時における前記可変インピーダンス素子のインピーダンスとして予め設定された設定値に合わせる処理を実行し、前記制御手段から前記耐エッチング層形成工程の開始信号を受信すると、前記自動整合処理を一旦停止して、前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを、前記耐エッチング層形成工程開始時における前記可変インピーダンス素子のインピーダンスとして予め設定された設定値に合わせる処理を実行するように構成されてなることを特徴とする請求項1記載のエッチング装置。 A base disposed on the lower side in the processing chamber and on which a silicon substrate is placed;
Second power supply means for applying high frequency power to the base;
At least one variable impedance element connected between the base and the second power supply means, and a combined impedance on the load side including the variable impedance element and the base is an impedance on the second power supply means side. And a second matching means including a matching control unit that performs an automatic matching process for adjusting the impedance of the variable impedance element to be equal,
The control means applies high frequency power to the base by the second power supply means during execution of the etching step and / or etching resistant layer forming step, and also includes a start signal of the etching step and / or an etching resistant layer. A forming process start signal is also transmitted to the matching control unit of the second matching means;
The matching control unit of the second matching unit, like the matching control unit of the first matching unit, receives the etching process start signal from the control unit, temporarily stops the automatic matching process, and the variable impedance When the process of matching the impedance of the element with a preset value set as the impedance of the variable impedance element at the start of the etching process is received, and when the start signal of the etching resistant layer forming process is received from the control means, the automatic The matching process is temporarily stopped, and the process is performed to match the impedance of the variable impedance element to a preset value set as the impedance of the variable impedance element at the start of the etching resistant layer forming process. The etching apparatus according to claim 1, wherein .
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