JP2008124281A - Dry etching apparatus and dry etching method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被処理物のエッチング分布の面内均一性を向上させるドライエッチング装置及びドライエッチング方法に関する。 The present invention relates to a dry etching apparatus and a dry etching method that improve the in-plane uniformity of the etching distribution of an object to be processed.
半導体基板や液晶ディスプレイ用ガラス基板等の表面を所定のパターンに従ってエッチングする装置として、イオンミリングや反応性イオンエッチング(RIE)等のドライエッチング装置が知られている。これらのドライエッチング装置では、半導体基板のエッチング分布の面内均一性は、反応性イオンやプラズマ等の荷電粒子の分布状態と半導体基板等との位置関係により決定される。 As an apparatus for etching the surface of a semiconductor substrate or a glass substrate for a liquid crystal display according to a predetermined pattern, a dry etching apparatus such as ion milling or reactive ion etching (RIE) is known. In these dry etching apparatuses, the in-plane uniformity of the etching distribution of the semiconductor substrate is determined by the positional relationship between the distribution state of charged particles such as reactive ions and plasma and the semiconductor substrate.
薄膜微細加工による半導体集積回路やマイクロマシン等のデバイスの作製においては、一枚の半導体基板内に多数の素子を作製することになるので、半導体基板のエッチング分布の面内均一性が重要となる。半導体基板のエッチング分布の面内均一性が悪ければ、素子間の特性のバラツキを招き、品質低下の要因となるおそれがあるからである。 In manufacturing a device such as a semiconductor integrated circuit or a micromachine by thin film microfabrication, since a large number of elements are manufactured in one semiconductor substrate, the in-plane uniformity of the etching distribution of the semiconductor substrate is important. This is because, if the in-plane uniformity of the etching distribution of the semiconductor substrate is poor, there is a risk of variations in characteristics between elements, which may cause quality degradation.
このようなエッチング分布の面内均一性を改善するシステムとして、真空処理室内にプラズマ引き出し電極を設け、そのプラズマ引き出し電極を用いて真空処理室内のプラズマエネルギー分布を制御するイオンビーム処理装置が提案されている(特許文献1参照)。 As a system for improving the in-plane uniformity of the etching distribution, an ion beam processing apparatus has been proposed in which a plasma extraction electrode is provided in the vacuum processing chamber and the plasma energy distribution in the vacuum processing chamber is controlled using the plasma extraction electrode. (See Patent Document 1).
一方、イオンビーム源とそれにより処理される処理基板との間に遮蔽板を設けて、イオンビーム照射量を一律に減少させることによって、イオンビームの衝突による処理基板の温度上昇を防止するイオンビーム照射装置が提案されている(特許文献2参照)。 On the other hand, by providing a shielding plate between the ion beam source and the processing substrate processed thereby, the ion beam dose is reduced uniformly, thereby preventing an increase in the temperature of the processing substrate due to the collision of the ion beam. An irradiation apparatus has been proposed (see Patent Document 2).
しかしながら、前者のイオンビーム処理装置では、装置自体が大型化・複雑化するという問題点があった。 However, the former ion beam processing apparatus has a problem that the apparatus itself becomes large and complicated.
また、後者のイオンビーム照射装置では、イオンビーム源とそれにより処理される処理基板との間に遮蔽板を設けて処理基板へのイオンビームの照射を断続的に行なうことにより各処理基板の温度上昇を防止することはできるが、各処理基板に照射されるイオンビームの照射量を制御することはできず、各処理基板のエッチング分布の面内均一性を向上させることはできないという問題があった。また、このイオンビーム照射装置では、イオンビームが照射される処理基板は常に1つであり、イオンビーム源から照射されるイオンビームの大部分を遮蔽板で遮蔽しているので非効率的であるという問題点と、同時に複数の処理基板を処理することができないという問題点があった。 In the latter ion beam irradiation apparatus, the temperature of each processing substrate is provided by intermittently irradiating the processing substrate with a shielding plate provided between the ion beam source and the processing substrate processed thereby. Although the rise can be prevented, there is a problem that the irradiation amount of the ion beam irradiated to each processing substrate cannot be controlled, and the in-plane uniformity of the etching distribution of each processing substrate cannot be improved. It was. Also, this ion beam irradiation apparatus is inefficient because there is always only one processing substrate irradiated with the ion beam, and most of the ion beam irradiated from the ion beam source is shielded by the shielding plate. And a problem that a plurality of processing substrates cannot be processed simultaneously.
本発明は、上述した事情に鑑み、複数の被処理物を同時にエッチングすることができ、且つ各被処理物の面内を均一にエッチングすることができるドライエッチング装置及びドライエッチング方法を提供することを目的とする。 In view of the circumstances described above, the present invention provides a dry etching apparatus and a dry etching method capable of simultaneously etching a plurality of objects to be processed and uniformly etching the surface of each object to be processed. With the goal.
本発明の態様は、荷電粒子を照射する荷電粒子発生部と、該荷電粒子が照射される複数の被処理物を支持して回転する回転ステージと、前記荷電粒子発生部と前記回転ステージとの間に設けられて前記荷電粒子発生部から照射される前記荷電粒子を遮蔽する遮蔽板とを具備し、該遮蔽板を回動させて前記被処理物上に形成される前記遮蔽板の射影の大きさを調整することにより前記荷電粒子発生部から前記被処理物に照射される荷電粒子の面内照射量を調整することを特徴とするドライエッチング装置にある。
かかる態様では、被処理物上に形成される遮蔽板の射影の大きさを調整することにより荷電粒子発生部から被処理物に照射される荷電粒子の面内照射量を調整することができる。その結果、複数の被処理物を同時にエッチングすることができ、且つ各被処理物の面内を均一にエッチングすることができる。
An aspect of the present invention includes a charged particle generation unit that irradiates charged particles, a rotation stage that supports and rotates a plurality of objects to be irradiated with the charged particles, and the charged particle generation unit and the rotation stage. A shielding plate that is provided in between and shields the charged particles irradiated from the charged particle generation unit, and rotates the shielding plate to project the shielding plate formed on the workpiece. In the dry etching apparatus, the amount of charged particles irradiated to the object to be processed from the charged particle generation unit is adjusted by adjusting the size.
In this aspect, the in-plane irradiation amount of the charged particles irradiated from the charged particle generator to the object to be processed can be adjusted by adjusting the projection size of the shielding plate formed on the object to be processed. As a result, a plurality of objects to be processed can be etched at the same time, and the surface of each object to be processed can be uniformly etched.
ここで、前記遮蔽板は基端部で支持され、先端部には幅広部が形成されており、基端部から先端部に向かう軸回りに回動することが好ましい。
これによれば、荷電粒子発生部から照射される荷電粒子のうち、所定の部分の荷電粒子を遮蔽することができるので、荷電粒子発生部から被処理物に照射される荷電粒子の照射量をより正確に制御することができる。
Here, it is preferable that the shielding plate is supported at the base end portion, and a wide portion is formed at the tip end portion, and it is rotated around an axis from the base end portion toward the tip end portion.
According to this, a predetermined part of charged particles irradiated from the charged particle generating unit can be shielded, so that the amount of charged particles irradiated to the object to be processed from the charged particle generating unit can be reduced. More accurate control is possible.
また、前記回転ステージは、各被処理物を回転させる被処理物回転手段を有することが好ましい。
これによれば、各被処理物に照射されるイオンビームの照射量をより均一化させることができるので、各被処理物の面内をより均一にエッチングすることができる。
Moreover, it is preferable that the said rotation stage has a to-be-processed object rotation means to rotate each to-be-processed object.
According to this, since the irradiation amount of the ion beam irradiated to each processing object can be made more uniform, the in-plane of each processing object can be etched more uniformly.
また、前記荷電粒子発生部と回転ステージとの中点より前記回転ステージ側に設けられていることが好ましい。
これによれば、被処理物に照射されるイオンビームの照射量をより正確に制御することができる。
Moreover, it is preferable that the charged particle generator and the rotary stage are provided on the rotary stage side from the midpoint.
According to this, it is possible to more accurately control the irradiation amount of the ion beam irradiated to the object to be processed.
本発明の他の態様は、荷電粒子を照射する荷電粒子発生部と、該荷電粒子が照射される複数の被処理物を載置して回転する回転ステージとの間に設けられて前記荷電粒子発生部から照射される前記荷電粒子を遮蔽する遮蔽板を回動させ、前記被処理物上に形成される前記遮蔽板の射影の大きさを調整することにより、前記荷電粒子発生部から前記被処理物に照射される荷電粒子の面内照射量を調整することを特徴とするドライエッチング方法にある。
かかる態様では、被処理物上に形成される遮蔽板の射影の大きさを調整することにより荷電粒子発生部から被処理物に照射される荷電粒子の面内照射量を調整することができる。その結果、複数の被処理物を同時にエッチングすることができ、且つ各被処理物の面内を均一にエッチングすることができる。
According to another aspect of the present invention, the charged particle is provided between a charged particle generation unit that irradiates charged particles and a rotary stage that mounts and rotates a plurality of objects to be irradiated with the charged particles. By rotating a shielding plate that shields the charged particles irradiated from the generation unit, and adjusting the size of the projection of the shielding plate formed on the object to be processed, the charged particle generation unit can remove the charged particles from the charged particle generation unit. The dry etching method is characterized by adjusting an in-plane irradiation amount of charged particles irradiated to a processing object.
In this aspect, the in-plane irradiation amount of the charged particles irradiated from the charged particle generator to the object to be processed can be adjusted by adjusting the projection size of the shielding plate formed on the object to be processed. As a result, a plurality of objects to be processed can be etched at the same time, and the surface of each object to be processed can be uniformly etched.
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。
(実施形態1)
図1は本発明の実施形態1に係るドライエッチング装置の一例であるイオンミリング装置を示す概略図であり、図2は本実施形態の回転ステージの拡大概略図であり、図3は本実施形態の遮蔽板及び遮蔽板制御手段の拡大概略図である。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described. The description of the present embodiment is an exemplification, and the present invention is not limited to the following description.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic view showing an ion milling apparatus as an example of a dry etching apparatus according to
図1に示すように、本実施形態に係るイオンミリング装置1は、荷電粒子発生部でありイオンビームを照射するイオン源室10と、被処理物である処理基板100をイオンビームによってミリングするイオンミリング処理室20とを具備している。
As shown in FIG. 1, an
イオン源室10は、イオンミリング処理室20が左側に配置されるようにイオンミリング処理室20と水平方向に連結されており、イオンミリング処理室20と共に真空チャンバを構成する。イオン源室10の下部及びイオンミリング処理室20の下部には排気系(ロータリポンプとターボモレキュラーポンプまたはクライオンポンプ等)16、26がそれぞれ接続されており、イオン源室10及びイオンミリング処理室20内のガスが真空排気される。また、イオン源室10の右側壁にはArガスなどの不活性ガスが導入されるガス導入管15が接続されており、イオン源室10内に不活性ガスが導入される。
The
イオン源室10は、フィラメント11と電極12とを有している。フィラメント11は、イオン源室10の右側壁に配置されており、このフィラメント11に電流を流して加熱させることにより、ガス導入管15を通って導入された不活性ガス、例えばArガスをイオン化して、Arイオンを生成する。
The
電極12は、フィラメント11に対向するようにイオン源室10の左側部に設けられ、イオン源室10の一部を構成する。電極12には多数の孔が形成されており、この電極12に負の電位を与えることによって、Arイオンを加速させると共に、各孔からArイオンをイオンミリング処理室20に引き出し、イオンビームとして水平方向に照射することができるようになっている。
The
イオンミリング処理室20は、回転ステージ30と遮蔽板40とを有している。回転ステージ30は、イオンミリング処理室20の左側壁に円筒状のステージホルダ34を介して配置され、回転ステージ30をステージホルダ34の回転軸方向に回転させるモータ等の回転手段31と、回転ステージ30によって支持された処理基板100を回転ステージ30の回転方向と同じ方向に回転(自転)させるモータ等の被処理物回転手段(処理基板回転手段32)とを有しており、図2に示すように、複数の処理基板100を支持して回転すると共に各処理基板100自体を回転させることができるようになっている。すなわち、回転ステージ30は、自転する各処理基板100を支持して回転することができるようになっている。また、回転ステージ30はさらに可動部33を有しており、イオンビームに対する回転ステージ30の角度を調整することができる。すなわち、可動部33を調整することにより、回転ステージ30に支持された処理基板100に対して所定の角度でイオンビームを照射させることができる。なお、回転ステージ30の回転方向及び処理基板100の自転方向は特に限定されず、すべて同じ方向に回転していてもよいし、回転ステージ30と処理基板100の自転方向とが反対になるように回転していてもよい。
The ion
遮蔽板40は、図1及び図3に示すように、イオン源室10と回転ステージ30との間に設けられ、図示しないがイオンミリング処理室20の幅方向中央部に配置されている。遮蔽板40の幅広部である先端部41は楕円形状に成形されており、遮蔽板40の基端はイオンミリング処理室20の下壁を貫通して遮蔽板駆動手段45に接続・支持されている。遮蔽板駆動手段45は図示しないモータ等の駆動源を有しており、遮蔽板40を基端部から先端部に向かう軸回り(R方向)に回動させることができると共に、イオンミリング処理室20の下壁から遮蔽板40の先端までの長さLを変えることができる。すなわち、遮蔽板駆動手段45により、イオンビームに対する遮蔽板40の角度を変えることができると共に、先端部41の位置を上下方向に移動させることができる。なお、遮蔽板40は、イオンビームでエッチングされない物質で構成されているものであれば特に限定されないが、例えばチタンで形成されたものが挙げられる。また、遮蔽板40は、イオン源室10と回転ステージ30との間であればどこに設けられていてもよいが、イオン源室10と回転ステージ30との中点より回転ステージ30により近い位置に設けられた方が好ましい。イオン源室10と回転ステージ30との中点より回転ステージ30により近い位置に遮蔽板40を設けることにより、処理基板100に照射されるイオンビームの照射量をより正確に制御することができるからである。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
ここで、上述したように遮蔽板40はイオン源室10と回転ステージ30との間に配置されているので、遮蔽板40はイオン源室10から処理基板100に照射されるイオンビームの一部を遮蔽することになる。そして、図4に示すように、遮蔽板40によって遮蔽されるイオンビームの量は、イオンビームに対する遮蔽板40の射影(S・cosθ:Sは遮蔽板の面積である)に比例するので、遮蔽板40を回動させ、処理基板100上に形成される遮蔽板40の射影の大きさを変えることによって、処理基板100に照射されるイオンビームの量を調整することができる。そして、上述したように、各処理基板100は回転ステージ30により回転させられるので、処理基板100がイオンビームに対する遮蔽板40の射影の中に位置する場合にはイオンビームはその処理基板100に照射されないが、その射影の外に位置する場合にはイオンビームはその処理基板100に照射されることになる。すなわち、回転ステージ30が回転することによって各処理基板100は、イオンビームが照射する領域とイオンビームが照射されない領域とを交互に通過することになる。その結果、遮蔽板40の射影の大きさに応じて各処理基板100にイオンビームが照射される時間が変化し、結果として処理基板100に照射されるイオンビームの照射量が変化することになる。したがって、例えイオン源室10から照射されるイオンビームのイオン密度に部分的なバラツキがあったとしても、イオンビームのイオン密度が高い部分に対応する位置に遮蔽板40の先端部41を配置すると共に遮蔽板40を回動させて遮蔽板40の射影の大きさを調整することによって、処理基板100に照射されるイオンビームの面内照射量を均一化することができるので、その結果複数の処理基板100を同時にエッチングすることができ、且つ各処理基板100の面内を均一にエッチングすることができる。また、本実施形態では、処理基板100自体をさらに回転させているので、各処理基板100に照射されるイオンビームの面内照射量をより均一化することができ、各処理基板100の面内をより均一にエッチングすることができる。
Here, since the shielding
なお、遮蔽板40は、イオン源室10の中央部から照射されるイオンビームの照射量を制御できるように配置されるのが好ましい。イオン源室10の中央部から照射されるイオンビームのイオン密度は他の部分より照射されるものよりも高くなる傾向があるので、イオン源室10の中央部から照射されるイオンビームの照射量を制御できるように遮蔽板を配置することにより、処理基板100に照射されるイオンビームの面内照射量をさらに均一化させることができるからである。
The shielding
次に、本実施形態に係るイオンミリング装置1の動作について説明する。まず、各処理基板100を回転ステージ30にセットした後、イオンミリング処理室20が排気系26により所定の真空状態に減圧されると共に、イオン源室10が排気系16により所定の真空状態に減圧される。次にイオン源室10にArガスを導入する。そして、イオン源室10内に設けられたフィラメント11に電流を流すと、Arガスがイオン化して、Arイオンが生成する。次に、電極12に負の電位を付与すると、Arイオンは電極12の方向に加速され、イオンビームとしてイオンミリング処理室20内に照射される。
Next, operation | movement of the
イオンミリング処理室20内に照射されたイオンビームは回転ステージ30に支持された各処理基板100に照射され、ミリング加工が行なわれる。この際に、上述したように、例えばイオン源室10から照射されるイオンビームのうち、イオンビームのイオン密度が高い部分に対応する位置に遮蔽板40の先端部41を配置すると共に遮蔽板40を回動させてイオンビームに対する遮蔽板40の射影の大きさを調整して、イオンビームの照射量を均一化することにより、複数の処理基板100を同時にエッチングすることができ、且つ各処理基板100の面内を均一にエッチングすることができる。
The ion beam irradiated into the ion
(他の実施形態)
実施形態1では、遮蔽板40として、先端部41が楕円状に成形された遮蔽板40を用いたが、遮蔽板40の形状は特に限定されない。遮蔽板40として先端部が矩形状に成形されたものや、楕円形状に成形された先端部の中央部にメッシュが形成されているものなどを用いてもよい。
(Other embodiments)
In
また、実施形態1では、ドライエッチング装置の一例としてイオンミリング装置を挙げて説明したが、本発明は広くドライエッチング装置全般を対象としたものであり、イオンミリング装置以外のドライエッチング装置にも勿論適用することができる。その他のドライエッチング装置としては、反応性の気体やイオン、ラジカルによって材料を処理する装置であれば限定されないが、例えば、反応性イオンエッチング(RIE)や、イオン照射等真空中で基板処理を行なう装置などが挙げられる。 In the first embodiment, the ion milling apparatus has been described as an example of the dry etching apparatus. However, the present invention is widely applicable to all dry etching apparatuses, and of course, the dry etching apparatus other than the ion milling apparatus can be used. Can be applied. Other dry etching apparatuses are not limited as long as they are apparatuses that process materials with reactive gases, ions, and radicals. For example, reactive ion etching (RIE) and substrate processing in vacuum such as ion irradiation are performed. Examples thereof include devices.
さらに、実施形態1では、複数の処理基板100の面内を均一にエッチングするというエッチング処理開始から終了まで同一の状態の処理について説明したが、本発明は中間段階での処理についても適用することができる。例えば、本発明は、処理シーケンスに合わせて被処理物の面内エッチング分布を可変とする処理にも適用することができる。
Furthermore, in the first embodiment, the processing in the same state from the start to the end of etching processing in which the in-plane of the plurality of
また、実施形態1の遮蔽板40に負の電位を与えてもよい。遮蔽板40に与える電位を制御することにより、各処理基板100に照射されるイオンビームを制御して、各処理基板100に照射されるイオンビームの面内照射量をさらに均一化させることができる。
Moreover, you may give a negative electric potential to the shielding
<実施例>
イオン源室として直径580mmの大径イオン源を用い、処理基板として直径150mmのシリコンウェハを用い、遮蔽板として長軸が250mmで短軸が30mmの楕円形状の先端部を有するチタン板を用いて実施形態1のイオンミリング装置を構成し、イオン源室の中央部から照射されたイオン密度均一性が比較的高いイオンビーム(Arイオンビーム)を用いて処理基板にミリング加工を行った。
<Example>
A large-diameter ion source having a diameter of 580 mm is used as the ion source chamber, a silicon wafer having a diameter of 150 mm is used as the processing substrate, and a titanium plate having an elliptical tip having a major axis of 250 mm and a minor axis of 30 mm is used as the shielding plate. The ion milling apparatus of
<比較例>
遮蔽板が存在しないことを除いて実施例と同じ条件で処理基板にミリング加工を行なった。
<Comparative example>
The processing substrate was milled under the same conditions as in the example except that no shielding plate was present.
<試験結果>
比較例では、各処理基板のエッチング分布の面内均一性を±3%以内に改善することはできなかったが、実施例では、各処理基板のエッチング分布の面内均一性を±1%以内に改善することができた。すなわち、遮蔽板を設けて、イオンビームに対する遮蔽板の角度とイオン源室に対する遮蔽板の先端部の位置を調整することによって、各処理基板のエッチング分布の面内均一性を向上させることができた。
<Test results>
In the comparative example, the in-plane uniformity of the etching distribution of each processing substrate could not be improved within ± 3%, but in the example, the in-plane uniformity of the etching distribution of each processing substrate was within ± 1%. It was possible to improve. That is, by providing a shielding plate and adjusting the angle of the shielding plate with respect to the ion beam and the position of the tip of the shielding plate with respect to the ion source chamber, the in-plane uniformity of the etching distribution of each processing substrate can be improved. It was.
また、イオン加速電圧、ビーム電流、処理真空度の変更などのプロセスパラメータ変更に伴うイオンビーム強度分布の変動に対しても、同様に遮蔽板を調整することにより、再現性よく各処理基板のエッチング分布の面内均一性を保つことが可能であることが分かった。 Etching of each processing substrate with high reproducibility can be achieved by adjusting the shielding plate in the same way for changes in ion beam intensity distribution due to changes in process parameters such as ion acceleration voltage, beam current, and processing vacuum. It was found that the in-plane uniformity of distribution can be maintained.
1 イオンミリング装置、 10 イオン源室、 11 フィラメント、 12 電極、 15 ガス導入管、 16,26 排気系、 20 イオンミリング処理室、 30 回転ステージ、 31 回転手段、 32 処理基板回転手段、 33 可動部、 34 ステージホルダ、 40 遮蔽板、 41 先端部、 45 遮蔽板駆動手段、 100 処理基板
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WO2011013385A1 (en) * | 2009-07-31 | 2011-02-03 | キヤノンアネルバ株式会社 | Plasma treatment apparatus and method for manufacturing magnetic recording medium |
-
2006
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