JP2012009658A - Dry etching apparatus and dielectric cover for use therein - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマを利用して基板をエッチングするドライエッチング装置、及びドライエッチング装置に使用される誘電体のカバー部に関する。 The present invention relates to a dry etching apparatus that etches a substrate using plasma, and a dielectric cover used in the dry etching apparatus.
基板の表面をエッチングするための装置の1つに、プラズマを利用するドライエッチング装置がある。従来、ドライエッチング装置は、プラズマにより基板の表面をエッチングする処理空間を形成する処理容器を備え、処理容器の一部は、石英等を材料とする誘電体で構成された隔壁を有する(例えば、特許文献1及び2参照)。また、ドライエッチング装置は、高周波電源が電気的に接続されており、電磁波を生成するコイルを隔壁の外に備える。処理空間には、例えばフッ素系のプロセスガスが導入される。高周波電源からコイルに電力が供給されると、コイルで発生した電磁波が、誘電体を通じて処理空間のプロセスガスに作用し、これによって、処理空間にプラズマが発生する。 One of apparatuses for etching the surface of a substrate is a dry etching apparatus using plasma. Conventionally, a dry etching apparatus includes a processing container for forming a processing space for etching the surface of a substrate with plasma, and a part of the processing container includes a partition wall made of a dielectric material made of quartz or the like (for example, (See Patent Documents 1 and 2). In addition, the dry etching apparatus is electrically connected to a high-frequency power source and includes a coil that generates an electromagnetic wave outside the partition wall. For example, a fluorine-based process gas is introduced into the processing space. When power is supplied to the coil from the high-frequency power source, electromagnetic waves generated in the coil act on the process gas in the processing space through the dielectric, thereby generating plasma in the processing space.
このようなドライエッチング装置では、プラズマによって誘電体が次第に消耗して削られてしまう。誘電体が薄くなると、やがて誘電体は自重等の負荷に耐えられずに損壊することになる。そのため誘電体は、損壊する前に定期的に交換される。 In such a dry etching apparatus, the dielectric is gradually consumed and scraped off by the plasma. As the dielectric becomes thinner, the dielectric will eventually be damaged without being able to withstand a load such as its own weight. Thus, the dielectric is periodically replaced before it breaks.
しかしながら、従来のドライエッチング装置では、誘電体を交換した直後はエッチングレートが低下するという問題がある。特に、シリコン基板の表面に幅数μmのトレンチや直径数十μmのビアを六フッ化硫黄(SF6)等のフッ素系ガスを主成分としたガスを用いてエッチングを行う場合にこのエッチングレートの低下の問題が顕著に現れる。このため、エッチングレートを許容範囲で安定化させるために、従来、誘電体を交換した後に10数時間のダミー放電が実施されてきた。そのため、誘電体を交換する都度、ダミー放電のためにプラズマ処理装置の長時間のダウンタイムが発生する。 However, the conventional dry etching apparatus has a problem that the etching rate decreases immediately after the dielectric is replaced. In particular, this etching rate is used when a trench having a width of several μm and a via having a diameter of several tens of μm are etched on the surface of a silicon substrate using a gas mainly composed of a fluorine-based gas such as sulfur hexafluoride (SF 6 ). The problem of lowering of the remarkably appears. For this reason, in order to stabilize the etching rate within an allowable range, a dummy discharge for 10 hours has been conventionally performed after the dielectric is replaced. Therefore, every time the dielectric is replaced, a long downtime of the plasma processing apparatus occurs due to dummy discharge.
このようなダウンタイムを発生させない、又は短くすることが望まれているが、誘電体を交換した後にエッチングレートが低下する原因はこれまで不明であった。本願の発明者らは、鋭意研究を積み重ねることによって、その原因を解明し、本発明を完成させるに到った。 Although it is desired not to generate such a downtime or to shorten it, the cause of the decrease in the etching rate after replacing the dielectric has not been known so far. The inventors of the present application have completed the present invention by elucidating the cause by accumulating intensive studies.
本発明は、未使用の誘電体を取り付けた直後から、又は極めて短い時間のダミー放電をするだけで、望ましいエッチングレートで安定して基板をエッチングすることが可能なドライエッチング装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a dry etching apparatus capable of etching a substrate stably at a desired etching rate immediately after attaching an unused dielectric or by performing a dummy discharge for a very short time. Objective.
上述の課題を解決するために、本発明の第1形態は、基板が配置されるとともにプロセスガスが導入される処理空間を形成し、前記処理空間と外部とを連通する開口が設けられた処理容器と、全部又は一部が誘電体で構成されており、前記処理容器に着脱自在であって、前記処理容器に取り付けた場合に前記開口を塞ぐ隔壁と、前記隔壁が有する誘電体を介して前記処理空間に導入され、前記プロセスガスをプラズマ化する電磁波を生成する電磁波生成部とを備えるドライエッチング装置であって、前記誘電体の処理空間側の面が研磨面となっている。 In order to solve the above-described problem, according to a first embodiment of the present invention, a processing space is formed in which a substrate is disposed and a processing gas is introduced, and an opening that communicates the processing space with the outside is provided. A container, and all or part of the container is made of a dielectric, is detachable from the processing container, and closes the opening when attached to the processing container; and a dielectric that the partition has A dry etching apparatus including an electromagnetic wave generation unit that generates an electromagnetic wave that is introduced into the processing space and converts the process gas into plasma, and a surface of the dielectric on the processing space side is a polished surface.
本発明の第2形態は、第1形態に係る装置であって、前記研磨面は、Ra0.05μm以下に研磨加工が施された面である。 A second aspect of the present invention is the apparatus according to the first aspect, wherein the polished surface is a surface subjected to polishing to Ra 0.05 μm or less.
本発明の第3形態は、第1又は第2形態に係る装置であって、前記隔壁は、誘電体を有し、平板状の本体部と、前記本体部が有する誘電体の前記処理空間側の面を覆う誘電体を有する平板状のカバー部とを有する。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the apparatus according to the first or second aspect, wherein the partition wall has a dielectric, a flat plate-like main body, and the processing space side of the dielectric that the main body has. And a flat cover portion having a dielectric covering the surface.
本発明の第4形態は、第1から第3のいずれか1つの形態に係る装置であって、前記カバー部が有する誘電体の前記本体部側の面は、少なくともエッチングを開始する前は前記研磨面よりも粗い表面粗さを有する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein at least the surface of the dielectric body included in the cover portion on the side of the main body portion before the etching is started. It has a rougher surface roughness than the polished surface.
本発明の第5形態は、第1から第4のいずれか1つの形態に係る装置であって、前記処理容器は、前記開口を上部に有する。 A fifth aspect of the present invention is an apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the processing container has the opening at an upper portion.
また上述の課題を解決するために、本発明の第6形態は、プラズマを利用して基板をエッチングするドライエッチング装置において、プロセスガスをプラズマ化するための電磁波が伝播する誘電体を覆うカバー部であって、少なくとも一面に研磨面を有する誘電体を備える。 In order to solve the above-described problem, a sixth embodiment of the present invention is a dry etching apparatus that etches a substrate using plasma, and a cover portion that covers a dielectric that propagates electromagnetic waves for converting a process gas into plasma. And a dielectric having a polished surface on at least one surface.
本発明によると、未使用の誘電体を取り付けた直後から、又は極めて短い時間のダミー放電をするだけで、望ましいエッチングレートで安定して基板をエッチングすることが可能になる。 According to the present invention, the substrate can be stably etched at a desired etching rate immediately after the unused dielectric is attached or by performing a dummy discharge for a very short time.
本発明の実施形態について、図を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係るドライエッチング装置を前方から見た断面図である。なお、実施形態では、便宜上、図1の紙面左から右へ向かう方向を左右方向(x軸の正方向)、紙面手前から奥へ向かう方向を前後方向(y軸の正方向)、紙面上から下へ向かう方向を上下方向(z軸の負方向)として説明する。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a dry etching apparatus according to an embodiment of the present invention as viewed from the front. In the embodiment, for the sake of convenience, the direction from the left to the right in FIG. 1 is the left-right direction (the positive direction of the x axis), the direction from the front to the back is the front-back direction (the positive direction of the y axis), and from the top of the page. The downward direction is described as the vertical direction (the negative direction of the z axis).
本発明に係るドライエッチング装置10は、プラズマ12a,12bを利用して基板14をエッチングするドライエッチング装置である。エッチング処理の対象となる基板14は典型的には、シリコン、シリコン酸化膜、レジスト、シリコンナイトライド等を主たる材料とする。
A
ドライエッチング装置10は、図1に示すように、基板14をエッチングするための処理空間16を形成する処理容器18と、石英等の誘電体を材料とする平板であって、処理容器18に設けられた開口20を塞ぐ隔壁22と、処理空間16にプラズマ12a,12bを発生させるように、隔壁22を介して処理空間16に導入される電磁波を生成する電磁波生成部としてのコイル24などにより構成されるICP(誘導結合プラズマ)ユニット8とを備える。また、ドライエッチング装置10の各部は、作業者の入力を受け付け、また所定のソフトウェアプログラムを実行するコントローラ26により制御される。コントローラ26は、ドライエッチング装置10の内部又は外部に適宜設けられてよい。
As shown in FIG. 1, the
処理容器18は、例えば中心軸が上下方向を向く円柱状、角柱状等の形状を有する処理空間16を内部に形成する。処理容器18には、エッチングの対象物であるシリコン製の基板14を処理空間に保持するサセプタ28が固定される。エッチング時の処理空間16には、サセプタ28に支持された基板14が固定位置に配置されるとともに、処理容器18に設けられた導入口(図示せず)を介してプロセスガス(エッチングガス)が導入され、真空圧で維持される。
For example, the
通常の場合、基板14はサセプタ28によって、処理空間16の水平断面(xy面における断面)内の中心(又は重心)付近に位置付けられる。また、プロセスガスは、例えばフッ素系のガスであり、プラズマエッチングに適用される真空圧は、例えば高真空圧である。
In a normal case, the substrate 14 is positioned by the susceptor 28 in the vicinity of the center (or the center of gravity) in the horizontal section (cross section in the xy plane) of the
また、処理容器18は、処理容器18の外部と処理空間16とを連通する開口20をその上部、より詳細には例えば基板14の上方に位置する部分に有する。さらに処理容器18は、開口20を取り囲む上部に隔壁20を装着する隔壁装着部19を有している。処理容器18の側部には、処理空間16と処理容器18の外部との間で基板14の搬入出口として機能する開口が設けられており、この開口には例えば開閉操作可能なゲートバルブ30が設けられている。ゲートバルブ30を開放することにより、基板14の搬入出作業を行うことができ、ゲートバルブ30を閉止することにより、処理空間16の真空圧を維持して、所定のエッチング処理を行うことが可能となる。なお、図示しないが、処理容器18の側面に処理容器18の外部から処理空間16を見ることができるビューポート(視認用窓部)を設けても良い。
Further, the
隔壁22は、石英等の誘電体を材料とする平板であって、サセプタ28によって支持される基板14から所定の距離だけ離間した位置に、処理容器18の開口20を塞ぐように取り付けられる部材である。隔壁22は、処理容器18の隔壁装着部19に装着され、後述するカバー部を交換する際には隔壁装着部19から取り外される。
The
隔壁22が処理容器18の隔壁装着部19に取り付けられた場合に、隔壁22と処理容器18との間には気密構造が形成される。気密構造は例えば、隔壁22と処理容器18との間に弾性部材を介在させること等によって実現される。これによって、処理空間の真空圧を維持することができる。
When the
隔壁22は、誘電体を材料とする厚手の平板である本体部(隔壁本体部)36と、本体部36の下面(処理空間側の面)を覆うカバー部(隔壁カバー部)38とを有する。カバー部38は誘電体を材料とする平板であり、カバー部38の厚さは、本体部36よりも薄く、例えば4mm程度である。
The
カバー部38の上面(本体部側の面)の表面粗さは、エッチングを開始する前には(未使用状態において)Ra0.15μm程度である。これに対して、カバー部38の下面(処理空間側の面)39は、その表面がエッチングを開始する前にカバー部38の上面よりも細かく研磨された研磨面である。研磨面の表面粗さは、Ra0.05μm以下あって、好ましくはRa0.03μm程度である。
The surface roughness of the upper surface (surface on the main body portion side) of the
ここで、Raは表面の粗さを表す指標の一例であって、算術平均粗さ、中心線平均粗さと呼ばれるものであり、具体的には、粗さ曲線から平均線の方向に一定の長さだけ抜き取り、この抜き取った部分において平均線と粗さ曲線によって囲まれた領域の面積をその抜き取った長さで平均した値を(μm)で表したものである。 Here, Ra is an example of an index representing the roughness of the surface, and is called arithmetic average roughness, centerline average roughness, and specifically, a certain length in the direction of the average line from the roughness curve. A value obtained by averaging the area of the region surrounded by the average line and the roughness curve in the extracted portion by the extracted length is represented by (μm).
カバー部38は、処理空間側の面がプラズマによって侵食される。そのため侵食が進んだ誘電体を適宜交換する必要がある。上述のように、隔壁22が処理容器18に対して着脱自在に設けられることによって、カバー部38の交換作業が容易になる。また、カバー部38を備えることによって、隔壁22全体を交換する場合よりも、交換に掛かるコストを低減することができる。
The
なお、カバー部38の詳細な構成については、図3及び図4を参照して後述する。
The detailed configuration of the
図1に示すように、ICPユニット8は、コイル24と、処理容器18に取り付けられた状態の隔壁22を周縁部の上面側より押さえる隔壁押さえ部6と、隔壁押さえ部6に取り付けられてコイル24全体を覆うカバー部7とを備える。さらに、隔壁押さえ部6は、ヒンジ部5を介して処理容器18に取り付けられており、図7の模式図に示すように、ICPユニット8全体がヒンジ部5を介して開閉可能な構成が採用されている。また、図1および図7に示すように、隔壁押さえ部6が、隔壁22の周縁部上に配置された状態にて、処理容器18に設けられたクランプ4と隔壁押さえ部6に設けられた係止部3とを係合させることで、ICPユニット8を処理容器18に解除可能に固定できる。なお、隔壁押さえ部6には、ICPユニット8の開閉動作を行うための把手2が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
コイル24は、ドライエッチング装置10の前方断面図である図1に示すように、複数のらせん構造を備えたコイルである。ICPユニット8の閉止状態にて、コイル24は、処理容器18の外部であって隔壁22の上方近傍に配置される。
The
コイル24は、第1の高周波電源40に電気的に接続される。深掘り加工の場合、コイル24には通常の加工の場合よりも大きい3000〜4000W程度の高周波電力が第1の高周波電源40より投入される。これによって、図1においてプラズマの分布状態を示す仮想線12a,12bで示すように、処理空間16のカバー部38の近傍にトロイダル状又はドーナツ状のプラズマ12aが発生し、拡散しながら下方へ進行したプラズマ12bが基板14に到達する。これによって、基板14がエッチングされる。
The
また、サセプタ28には、内部電極(図示せず)が内蔵されており、この内部電極に高周波電力を投入する第2の高周波電源29が備えられている。第2の高周波電源29によりサセプタ28の内部電極に高周波電力を投入することにより、処理空間16にて発生したプラズマ12a、12bをサセプタ28側へ引き付けるバイアスを付与することができる。
The susceptor 28 includes an internal electrode (not shown), and is provided with a second high-frequency power source 29 for supplying high-frequency power to the internal electrode. By applying high frequency power to the internal electrode of the susceptor 28 by the second high frequency power supply 29, it is possible to apply a bias that attracts the
ここで、図1のドライエッチング装置10において、ICPユニット8を開放した状態の隔壁22および処理容器18等の上面図を図2に示す。
Here, in the
図1および図2に示すように、隔壁22において、円盤形状を有する本体部36は、円盤形状を有するカバー部38よりも大きな直径を有するように形成されている。本体部36の周縁部の下面側と処理容器18との間にはOリングやガスケットなどのシール部材32aが配置されており、隔壁22の本体部36と処理容器18との間に連続的な機密構造が形成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, in the
本体部36よりも一回り小さな直径を有するカバー部38と処理容器18との間には弾性部材32bが配置されている。この弾性部材32bは、カバー部38と処理容器18との間の緩衝材(クッション材)として機能させることを目的として用いられる。また、図2に示すように、カバー部38と処理容器18との間にはこの弾性部材32bが部分的に配置されていない複数の通気部33が設けられている。この通気部33を通して、本体部36とカバー部38との間の空間(隙間)と処理空間16とを通気させることで、両空間の間の圧力差が生じないようにしている。このように通気部33を設けることで、圧力差によりカバー部38が割れることを防止できる。なお、弾性部材32bとしてOリングを用いても良いが、その場合はカバー部38に貫通孔を少なくとも一箇所形成して、本体部36とカバー部38との間の空間と処理空間16との間の通気を確保する。
An
図3及び図4を参照して、カバー部38の詳細な構成について説明する。図3は、プラズマエッチング装置10の隔壁22の近傍を拡大して示す図である。図4は、カバー部38を上方から見た図である。
With reference to FIG.3 and FIG.4, the detailed structure of the
カバー部38は、上述のように、上面が本体部36に対向した面であり、下面39が処理空間16に対向した研磨面である。上面には、図示するように、窪みとして複数の穴(有底孔)42が設けられる。穴42が上面に設けられるため、下面39の表面を粗くすることがなく、下面39を研磨面とすることによる上述の効果は低減しない。
As described above, the
穴42は、プラズマによる侵食が進行しやすい領域内に設けられており、最低限厚さに等しい深さを有する。最低限厚さとは、カバー部38の構造上の強度を考慮した場合にカバー部38が最低限備えるべき厚さとして決定されるものをいう。このような深さの穴を設けた場合、プラズマによる侵食が穴42の底面にまで進行し、穴42が貫通した時が交換時期となるため、作業者は、カバー部38の穴42の状態を観察することによって、カバー部38の交換時期を容易に知ることができる。
The
ここで、プラズマによる侵食が進行しやすい領域は、カバー部38の近傍で高密度のプラズマが発生する部分に対応し、電磁波生成部の形状、配置等によって異なり得る。電磁波生成部が本実施形態に係るコイル24である場合、上述のように、カバー部38の近傍にトロイダル状又はドーナツ状のプラズマ12aが発生する。そのため、プラズマによる侵食が進行しやすい領域は、上方から見た場合に、図4に示すような2つの半径が異なる同心円44a,44bによって囲まれる領域44cとなる。
Here, the region where plasma erosion is likely to proceed corresponds to a portion where high-density plasma is generated in the vicinity of the
実施形態では、穴42は、同心円44a,44bによって囲まれる領域44c内の3つの同心円のそれぞれに90度間隔で、半径方向に並ぶように設けられている(図4参照)。穴42は、いずれも最低限厚さに等しい深さを有する(図3参照)。
In the embodiment, the
穴42の各々の直径は、作業者がビューポートを介して交換時期を視認することができる程度であればよく、望ましくは、カバー部38の構造上の強度にほとんど影響を与えない大きさであって、例えば0.5〜2.0mm程度である。
The diameter of each of the
これまで説明した構成を備えたドライエッチング装置10の動作について、図1を参照しながら説明する。
The operation of the
作業者が、ICPユニット8を開放した状態にて、ドライエッチング装置10に、未使用のカバー部38(エッチングを開始する前のカバー部38)を取り付ける。その後、ICPユニットを閉止して、それぞれのクランプ4と係止部3とを係合させて、隔壁押さえ部6により隔壁22の周縁部を上面側より押さえ付けた状態にて、ICPユニット8を処理容器18に固定する。
An operator attaches an unused cover part 38 (cover
次に、作業者がゲートバルブ30を開放してサセプタ28に未処理の基板14をセットする。その後、ゲートバルブ30を閉止して処理空間16が密閉された後、処理空間16が適切な真空圧となるように制御されながら、処理空間16にプロセスガスが導入される。
Next, the operator opens the
第1の高周波電源40からコイル24に高周波電力を投入するとともに、第2の高周波電源29からサセプタ28の内部電極に高周波電力を投入する。第1の高周波電源40からコイル24に電力が投入されると、コイル24が電磁波を生成する。電磁波は隔壁22の誘電体を伝播し、処理空間16に電磁界が生じる。電磁界の作用によりプロセスガスがイオン化され、隔壁22の近傍にトロイダル状又はドーナツ状のプラズマ12aが発生する。サセプタ28の内部電極への高周波電力の投入により、プラズマ12aが基板14へ向けて引き付けられるように下方へ拡散する。隔壁22から基板14までは所定の距離だけ離間しているため、この拡散過程でプラズマ12bの密度が均一化される。均一化したプラズマ12bが基板14に到達することによって、基板14のエッチング処理が開始される。
High frequency power is supplied from the first high frequency power supply 40 to the
基板14のエッチング処理が終了すると、作業者は、ゲートバルブ30を通して処理済みの基板14を処理空間16から取り出し、続けて、未処理の基板14をサセプタ28にセットする。セットされた基板14にエッチング処理が行われる。エッチング処理が終了すると、作業者は、処理済みの基板14を取り出し、以降、同様に未処理の基板14のセット、エッチング処理、及び処理済みの基板14の取り出しを繰り返す。
When the etching process of the substrate 14 is completed, the operator takes out the processed substrate 14 from the
このように基板14のエッチング処理を繰り返す間に、カバー部38は次第に削られる。カバー部38が最低限厚さになるとカバー部38を交換する必要があるため、作業者は、カバー部38の穴42をゲートバルブ30の開口やビューポートから定期的に観察することによって、カバー部38の交換時期であるか否かを容易に確認することができる。具体的には、プラズマによって穴42の底面まで削られて、穴42が貫通している場合には、カバー部38は、プラズマによって消耗され、最低限厚さになっているため、作業者はカバー部38の交換時期であると容易に知ることができる。
As described above, while the etching process of the substrate 14 is repeated, the
カバー部38の穴42が貫通している場合、作業者は、ドライエッチング装置10から消耗したカバー部38を交換する交換作業を行う。具体的には、図7に示すように、クランプ4と係止部3との係合を解除して、ICPユニット8を持ち上げて、ICPユニット8を開放状態とする。次に、図8に示すように、隔壁22の本体部36を処理容器18の隔壁装着部19から取り外して、最低限厚さに達するまで削られたカバー部38を処理容器18の隔壁装着部19から取り外す。その後、未使用のカバー部38を処理容器18の隔壁装着部19に取り付け、本体部36を処理容器18の隔壁装着部19に再度取り付ける。この際、作業者は、未使用のカバー部38の研磨面をサセプタ28側へ向けて処理容器18の弾性部材32bの上に載置する。なお、必要に応じてシール部材32aや弾性部材32bの交換作業も併せて行う。その後、ICPユニット8を閉止状態として、クランプ4と係止部3とを係合させて、ICPユニット8を処理容器18に固定する。これにより、カバー部38の交換作業は完了する。隔壁22が開口20に着脱自在であるため、作業者はカバー部38を容易に交換することができる。また、ICPユニット8が開閉可能な構成を採用しているため、隔壁22の着脱作業および隔壁22の機密構造の形成作業を容易に行うことができる。
When the
このように、作業者は、視認により交換時期を容易に知ることができるため、従来のようにカバー部38の厚さを計測するための時間及び手間を省くことができる。カバー部38の厚さを計測するためには、上記の交換作業、カバー部38の厚さを計測する作業、カバー部38を取り付け前に拭く作業、隔壁22をドライエッチング装置10に取り付ける組立作業、及び処理空間16にエッチングガスを導入して真空にする作業等の一連の作業を行う必要がある。このような一連の作業には、多くの時間及び手間を要する。視認のみによって交換時期を知ることができれば、その時間及び手間を省くことができ、生産効率を向上させることが可能になる。仮に、図7のようにICPユニット8を開放状態としなければカバー部38の穴42を目視できない場合であっても、上記の一連の作業のうち少なくとも、カバー部38を計測する作業及び拭く作業を省くことができ、生産効率を向上させることが可能になる。
As described above, since the operator can easily know the replacement time by visual recognition, it is possible to save time and labor for measuring the thickness of the
ここで、カバー部38を交換した後のエッチングレートの変化の一例(実施例)を図5に示す。横軸がカバー部38を交換した後にコイル24に高周波(RF)電力を供給する時間(RF放電時間(H))を示し、縦軸がシリコン基板のエッチングレート(Siエッチングレート(μm/min))を示す。図5において、例えばエッチングレート8.5〜11.5μm/minの範囲が望ましいエッチングレートであるエッチングレートの管理範囲となっている。エッチング処理は、シリコン基板の表面に直径数十μmのビアを形成する処理であり、六フッ化硫黄(SF6)を主成分とするガスを用いた。本実施例のエッチングレートの変化との比較のため、従来のカバー部を使用した場合の従来例のエッチングレートの変化を示している。
Here, an example (example) of the change in the etching rate after the
同図から分かるように、従来例では11〜12時間程度のダミー放電をした後にエッチングレートが所定の管理範囲に収まるが、本実施例に係るドライエッチング装置10はカバー部38を交換した直後から、エッチングレートが所定の管理範囲に収まっている。これは、新しいカバー部38の処理空間側の面が研磨面であることによる効果である。このように、カバー部38の処理空間側の面を研磨面とすることによって、隔壁22を交換した直後から、望ましいエッチングレートで安定して基板をエッチングすることが可能になる。
As can be seen from the figure, in the conventional example, the etching rate falls within a predetermined management range after performing dummy discharge for about 11 to 12 hours. However, the
従来、カバー部38を交換した直後に、エッチングレートが低下する原因は不明であったが、発明者らは、カバー部38の処理空間側の面を研磨面とすることによって、カバー部38を交換した直後から望ましいエッチングレートで安定して基板をエッチングすることができることを解明した。
Conventionally, the cause of the decrease in the etching rate immediately after replacement of the
ドライエッチング装置では、エッチングによって生じた反応生成物が処理容器の内壁面に付着してもこれが容易に剥離して処理対象物の上面に落下するのを防止するという理由から、内壁面はある程度粗い面がよいとされており、カバー部38の表面においても、フライス盤等の工作機械で加工された粗い表面のまま使用することは特に問題視されることはなかった。しかし、粗い表面は滑らかな面に比べて表面積が大きく、且つ、局所的なエッジも多いためプラズマで消耗しやすい性質を有している。加えて処理対象物がシリコンでカバー部が石英(SiO2)の場合は、エッチングにより生成される反応生成物と同じ成分を有するデポがカバー部の消耗によって発生する。このため、交換直後の従来のカバー部では、過剰な消耗で処理空間内のデポの量が増大し、処理対象物の表面では見かけ上の反応生成物の分圧が高まってエッチングとのバランスが悪化し、結果としてエッチングレートが低下する現象を生じさせていた。そしてエッチングによる消耗が進行してカバー部の表面が滑らかになると、生成されるデポの量も少なくなって再付着とエッチングのバランスが正常な状態となり、エッチングレートが所定の管理範囲に収まるようになるものと考えられる。前述のダミー放電によってエッチングレートが回復するのはこのためであると考えられる。
In the dry etching apparatus, the inner wall surface is rough to some extent because the reaction product generated by etching adheres to the inner wall surface of the processing vessel and prevents it from easily peeling off and dropping onto the upper surface of the processing object. It is said that the surface is good, and even on the surface of the
これに対し、本実施形態に係るカバー部は、処理空間側の面が研磨面となっているため、交換直後であってもプラズマによる消耗量は増加せず、長時間のダミー放電を行う必要はない。 On the other hand, since the cover portion according to this embodiment has a polished surface on the processing space side, the amount of plasma consumption does not increase even immediately after replacement, and it is necessary to perform dummy discharge for a long time. There is no.
このように、本実施形態に係るドライエッチング装置10によると、未使用のカバー部38を取り付けた直後から、又は極めて短い時間のダミー放電をするだけで、望ましいエッチングレートで安定して基板をエッチングすることが可能になる。
As described above, according to the
以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、以下の変形例及びそれら変形例を矛盾なく組合せたものも含む。 As mentioned above, although one embodiment concerning the present invention was described, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and includes the following modification and those without any contradiction.
(隔壁に関する変形例)
実施形態では、隔壁22が本体部36及びカバー部38を備えるとしたが、ドライエッチング装置は、一体的な隔壁を備えてもよい。一体的な隔壁は全体が誘電体から構成されてもよく、枠体等とともに誘電体を備えてもよい。隔壁が一体的である場合、隔壁が有する誘電体の下面が研磨面である。これによっても、誘電体を含む一体的な隔壁を交換した直後から、又はその後に極めて短い時間のダミー放電をするだけで、望ましいエッチングレートで安定して基板をエッチングすることが可能になる。
(Modifications related to partition walls)
In the embodiment, the
実施形態では、本体部36及びカバー部38はいずれも誘電体を材料とする平板であるとしたが、これに限定されない。本体部及びカバー部は、例えば湾曲した形状であってもよい。これによって、種々の電磁波生成部に適した形状の本体部及びカバー部を適用することができる。
In the embodiment, the
また、例えば、本体部及びカバー部の一方又は両方は、開口20に嵌合する枠体と、枠体に取り付けられた1つ又は複数の誘電体とから形成されてもよい。両方が枠体を有する場合、本体部及びカバー部は、上方から見て、それぞれの誘電体が重なり合うように配置される。これにより、本体部及びカバー部の厚さ方向(上下方向)の全体にわたって誘電体が配置された部分が設けられることになり、当該部分を介して電磁波が処理空間に伝播する。このように、枠体を備えることによって、本体部及びカバー部の強度を向上させることができる。
Further, for example, one or both of the main body part and the cover part may be formed from a frame body that fits into the
実施形態ではカバー部38の処理空間側の面のみが研磨面である例を挙げたが、少なくとも処理空間側の面が研磨面であればよく、カバー部38の両面が研磨面であってよい。実施形態のように、カバー部38の片面のみを研磨面とする、すなわち、カバー部38の本体部側の面をその処理空間側の面(下面39)よりも粗くする方が、両面を研磨面とするよりも、カバー部38の製造に掛かる手間及びコストを低減することができる。
In the embodiment, an example in which only the surface on the processing space side of the
(カバー部の穴に関する変形例)
カバー部の穴は、カバー部の下面の表面粗さを小さくするためには、実施形態のように上面に設けられることが望ましいが、カバー部の下面に設けられてもよい。また、上述の変形例の1つのように、隔壁が一体的である場合、その一体的な隔壁の下面に穴が設けられる。このように、下面に穴が設けられる場合、穴は、カバー部の厚さから最低限厚さを除いた厚さに等しい深さを有する。これによって、プラズマによる侵食が穴の底面にまで進行した時にカバー部38が最低限厚さになっており、その時をカバー部の交換時期として作業者は容易に知ることができる。
(Variation regarding cover hole)
In order to reduce the surface roughness of the lower surface of the cover portion, the hole of the cover portion is desirably provided on the upper surface as in the embodiment, but may be provided on the lower surface of the cover portion. Moreover, when the partition is integral as in one of the above-described modifications, a hole is provided on the lower surface of the integral partition. Thus, when a hole is provided in the lower surface, the hole has a depth equal to a thickness obtained by subtracting a minimum thickness from the thickness of the cover portion. As a result, when the plasma erosion progresses to the bottom of the hole, the
実施形態ではすべての穴の深さが同じであるとしたが、複数の穴は異なる深さのものを含んでもよい。その一例を図6に示す。図6は、一変形例に係るカバー部46の穴48a,48b,48cを通る直径における、カバー部の断面図を示す。カバー部46は、半径方向に深さが異なる穴48a,48b,48cをその上面に有しており、穴48a,48b,48cの深さは、半径方向に次第に浅くなっている。カバー部46の中心から最も離れた穴48aは、最低限厚さに等しい深さを有する。従って、プラズマの侵食によって、その穴48aが貫通した時が交換時期となる。
Although all the holes have the same depth in the embodiment, the plurality of holes may include ones having different depths. An example is shown in FIG. FIG. 6 shows a cross-sectional view of the cover part in a diameter passing through the
この場合、プラズマによる侵食が進行すると、カバー部46の中心に近い穴48cから次第に、中心から遠い穴48b,48aへと順に貫通する。カバー部46の中心から最も離れた穴48aが貫通する前に穴48c,48bが貫通するため、これによって、作業者は、カバー部46の交換時期が近づいていることを容易に知ることができ、カバー部46を交換するための準備を適宜行うことができる。そして、カバー部46の中心から最も離れた穴48aが貫通した時に、作業者はカバー部46を交換すればよい。
In this case, when the erosion due to plasma proceeds, the holes gradually penetrate from the
カバー部の穴の深さに関しては、上述のものに限られず、例えば同一の半径方向には同一の深さの穴を設け、異なる半径方向に異なる深さの穴を設けてもよい。この場合も、上述の変形例と同様に、最も深い穴の深さを最低限厚さと等しい深さとすることによって、作業者は、カバー部の交換時期が近づいていること、及びカバー部の交換時期となったことを容易に知ることができる。 The depth of the hole in the cover portion is not limited to the above, and for example, holes having the same depth may be provided in the same radial direction, and holes having different depths may be provided in different radial directions. Also in this case, similarly to the above-described modified example, by setting the depth of the deepest hole to a depth equal to the minimum thickness, the operator can replace the cover part and the cover part should be replaced. You can easily know when it is time.
カバー部の穴の深さに関して、さらに、最低限深さがカバー部の位置、例えば中心からの距離に応じて異なる場合には、異なる位置の穴がその位置に応じた最低限深さに等しい深さを有してもよい。これによって、作業者はカバー部の適切な交換時期を正確にかつ容易に知ることができる。 Regarding the depth of the hole in the cover part, if the minimum depth differs according to the position of the cover part, for example, the distance from the center, the holes at different positions are equal to the minimum depth according to the position. It may have a depth. As a result, the operator can accurately and easily know the appropriate replacement time of the cover portion.
(その他変形例)
実施形態では窪みは穴42であるとしたが、例えば所定の深さの溝等であってもよい。溝の深さは、上述した穴の深さに関する変形が適宜適用されてよい。溝を設けることによって、穴の場合と同様に、溝の底部までカバー部が消耗しているか否かを知ることができ、作業者がカバー部の交換時期を容易に知ることが可能になる。
(Other variations)
In the embodiment, the recess is the
実施形態では、本体部36の下面とカバー部38の上面とを接触させて隔壁22を構成したが、本体部36の下面とカバー部38の間にスペーサを配置してプロセスガス導入用の隙間を設ける(接触させない)と共にカバー部38に複数のガス供給用の貫通孔を設ける構成としてもよい。この場合、カバー部38は、本体部38(誘電体)の処理空間側の面を覆うカバー部としての役割と、処理空間へプロセスガスを供給するシャワーノズルとしての機能を受け持つ。
In the embodiment, the lower surface of the
実施形態では開口は処理容器18の上部に設けられるとしたが、開口は処理容器18の側壁等に設けられてもよい。
Although the opening is provided in the upper part of the
実施形態ではコイル24は複数のらせん構造であるとしたが、コイル24に代えて、プラズマを利用するドライエッチング装置における従来の電磁波生成部としてコイル、アンテナ等の任意のものが適用されてよい。
In the embodiment, the
処理容器18の上部以外に開口が設けられる場合であっても、またコイル24以外の電磁波生成部が適用される場合であっても、本実施形態又は変形例に係るカバー部を適用することができ、カバー部の処理空間側の面を研磨面とすることによって、未使用の誘電体を取り付けた直後から、又は極めて短い時間のダミー放電をするだけで、望ましいエッチングレートで安定して基板をエッチングすることが可能になる。
Even when an opening is provided in addition to the upper part of the
本発明は、プラズマを利用して、シリコン等を材料とする基板をエッチングするドライエッチング装置に適用することができる。プロセスガスとしてフッ素系のガスを利用するものに好適であり、また、深掘り加工等のために高電力を利用するドライエッチング装置に好適である。 The present invention can be applied to a dry etching apparatus that etches a substrate made of silicon or the like using plasma. It is suitable for those using a fluorine-based gas as a process gas, and is suitable for a dry etching apparatus that uses high power for deep digging or the like.
8 ICPユニット、10 ドライエッチング装置、12 プラズマ、14 基板、16 処理空間、18 処理容器、20 開口、22 隔壁、24 コイル、30 ゲートバルブ、36 本体部、38,46 カバー部、39 下面、42,48a,48b,48c 穴 8 ICP unit, 10 dry etching apparatus, 12 plasma, 14 substrate, 16 processing space, 18 processing vessel, 20 opening, 22 partition wall, 24 coil, 30 gate valve, 36 body part, 38, 46 cover part, 39 lower surface, 42 , 48a, 48b, 48c hole
Claims (6)
全部又は一部が誘電体で構成されており、前記処理容器に着脱自在であって、前記処理容器に取り付けた場合に前記開口を塞ぐ隔壁と、
前記隔壁が有する誘電体を介して前記処理空間に導入され、前記プロセスガスをプラズマ化する電磁波を生成する電磁波生成部とを備えるドライエッチング装置であって、
前記誘電体の処理空間側の面が研磨面となっている
ことを特徴とするドライエッチング装置。 A processing container in which a substrate is disposed and a processing space into which a process gas is introduced is formed, and an opening that communicates the processing space and the outside is provided;
A partition wall that is entirely or partially composed of a dielectric, is detachable from the processing container, and closes the opening when attached to the processing container;
A dry etching apparatus comprising: an electromagnetic wave generating unit that generates an electromagnetic wave that is introduced into the processing space via a dielectric included in the partition wall and converts the process gas into plasma,
A dry etching apparatus, wherein a surface of the dielectric on the processing space side is a polished surface.
ことを特徴とする請求項1に記載のドライエッチング装置。 The dry etching apparatus according to claim 1, wherein the polished surface is a surface that is polished to Ra of 0.05 μm or less.
誘電体を有し、平板状の本体部と、
前記本体部が有する誘電体の前記処理空間側の面を覆う誘電体を有する平板状のカバー部とを有する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のドライエッチング装置。 The partition is
A dielectric body, and a plate-shaped main body;
The dry etching apparatus according to claim 1, further comprising: a flat cover portion having a dielectric covering the surface of the dielectric of the main body on the processing space side.
ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のドライエッチング装置。 The surface on the main body side of the dielectric of the cover portion has a surface roughness rougher than that of the polished surface at least before etching is started. 2. A dry etching apparatus according to item 1.
ことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のドライエッチング装置。 The dry etching apparatus according to claim 1, wherein the processing container has the opening at an upper portion.
少なくとも一面に研磨面を有する誘電体を備える
ことを特徴とするドライエッチング装置に使用されるカバー部。 In a dry etching apparatus that etches a substrate using plasma, a cover portion that covers a dielectric material through which electromagnetic waves for converting process gas into plasma propagates,
A cover used for a dry etching apparatus, comprising a dielectric having a polished surface on at least one surface.
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