JP2012222270A - Etching apparatus and etching method - Google Patents

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泰宏 森川
Michio Ishikawa
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an etching apparatus and an etching method which allow improvement of in-plane uniformity of etching under high pressure, and suppression of reduction in the etching rate.SOLUTION: The etching apparatus comprises: a vacuum chamber 11 in which a substrate S is loaded; a lower electrode 25 on which the substrate S is placed; an upper electrode 12 opposed to the lower electrode 25 over a plasma generation space PL; a high frequency power source 26 connected with the lower electrode 25; a gas inlet 12a for supplying an etching gas into the vacuum chamber 11; and an air exhaustion-system control part C2 for regulating the pressure inside the vacuum chamber 11. The high frequency power source 26 supplies the lower electrode 25 with a high frequency power of a VHF frequency band. The air exhaustion-system control part C2 regulates the pressure inside the vacuum chamber 11 to fall between 50 and 150 Pa inclusive. The inter-electrode distance L between the lower electrode 25 and the upper electrode 12 is between 50 and 100 mm inclusive.

Description

本発明は、エッチング装置及びエッチング方法に関する。   The present invention relates to an etching apparatus and an etching method.

エッチングプロセスで用いられる高周波放電プラズマとしては、主に容量結合型プラズマ(Capacitively Coupled Plasma;CCP)、誘導結合型プラズマ(Inductively Coupled Plasma)がある。このうち容量結合型プラズマ源を搭載したエッチング装置は、広い面積で一様な放電を生成しやすいといった利点から、例えば太陽電池等の大面積基板を処理する製造プロセス等で用いられている。   As the high frequency discharge plasma used in the etching process, there are mainly capacitively coupled plasma (CCP) and inductively coupled plasma. Among them, an etching apparatus equipped with a capacitively coupled plasma source is used in a manufacturing process for processing a large area substrate such as a solar cell, for example, because it can easily generate a uniform discharge over a wide area.

図8に従来構成の容量結合型プラズマエッチング装置の一例を示す。エッチング装置100は、接地された真空槽101を有しており、真空槽101内にはプラズマ生成空間PLが設けられている。プラズマ生成空間PLの上部には、接地された上部電極102が設けられ、この上部電極102には、ガス供給口103を介して、ガス供給系104からエッチングガスが供給される。上部電極102に導入されたガスは、上部電極102の下面に設けられたシャワープレートから真空槽101内に供給される。また真空槽101内のガスは、排気口105に接続されたポンプ等の排気系106が駆動することによって、所定圧力範囲に維持される。   FIG. 8 shows an example of a conventional capacitively coupled plasma etching apparatus. The etching apparatus 100 has a grounded vacuum chamber 101, and a plasma generation space PL is provided in the vacuum chamber 101. A grounded upper electrode 102 is provided above the plasma generation space PL, and an etching gas is supplied from the gas supply system 104 to the upper electrode 102 through the gas supply port 103. The gas introduced into the upper electrode 102 is supplied into the vacuum chamber 101 from a shower plate provided on the lower surface of the upper electrode 102. The gas in the vacuum chamber 101 is maintained in a predetermined pressure range by driving an exhaust system 106 such as a pump connected to the exhaust port 105.

また真空槽101内には、絶縁物からなる支持台107が設けられている。支持台107には、上部電極102と対向し且つ平行となるように下部電極108が配設されている。下部電極108は、基板Sが載置される平面を有し、整合器109を介して高周波電源110が接続されている。エッチングを実施する際には、真空槽101内にエッチングガスを供給しつつ、下部電極108に高周波電力を供給することにより、エッチングガスを原料としたプラズマを生成する。   In the vacuum chamber 101, a support base 107 made of an insulating material is provided. A lower electrode 108 is disposed on the support base 107 so as to face and be parallel to the upper electrode 102. The lower electrode 108 has a plane on which the substrate S is placed, and a high frequency power source 110 is connected to the lower electrode 108 through a matching unit 109. When performing the etching, plasma is generated using the etching gas as a raw material by supplying high-frequency power to the lower electrode 108 while supplying the etching gas into the vacuum chamber 101.

一方、容量結合型のプラズマ源は、誘導結合型プラズマ源に比べ、一般的に、生成できるプラズマの密度が低いことが知られている。このため、エッチング装置100の電極間距離Lは、プラズマ密度の向上を図るために、通常50mmよりも小さい距離に保持されている。   On the other hand, it is known that a capacitively coupled plasma source generally has a lower density of plasma that can be generated than an inductively coupled plasma source. For this reason, the distance L between the electrodes of the etching apparatus 100 is usually kept at a distance smaller than 50 mm in order to improve the plasma density.

しかし、電極間距離Lを小さくすると、プラズマ生成空間PLにエッチングガスを導入した際、ガス供給口103から排気口105に向かう方向へのガスの流れやすさが低下し、特にプラズマ生成空間PLの中央部にガスが滞留しやすくなる。その結果、プラズマ生成空間PL内のプラズマ密度は、基板中央部で高く、中央部から基板の径方向外側へ向かうにつれて低くなる。このように基板Sの径方向に沿ってプラズマ密度の勾配が生じると、基板Sの中央部とエッジ部におけるエッチングレートの面内均一性が低下したり、エッチング形状の均一性に悪影響を及ぼす。   However, if the distance L between the electrodes is reduced, when an etching gas is introduced into the plasma generation space PL, the ease of gas flow in the direction from the gas supply port 103 toward the exhaust port 105 is reduced. Gas tends to stay in the center. As a result, the plasma density in the plasma generation space PL is high at the center of the substrate and decreases as it goes from the center to the outside in the radial direction of the substrate. When the gradient of the plasma density is generated along the radial direction of the substrate S in this way, the in-plane uniformity of the etching rate at the central portion and the edge portion of the substrate S is deteriorated, and the uniformity of the etching shape is adversely affected.

これに対し特許文献1では、レジストをマスクとしてシリコンエッチングを行う際に、エッチングレートが基板中央部において高く、エッジ部において低くなるといった問題を解消するため、シャワーヘッドの直下に、シャワーヘッドを囲むような環状凸部を設けることが提案されている。この環状凸部を形成することによって、ガス供給孔から吐出されるガス流れのコンダクタンスを低下させ、基板エッジ部における圧力を高め、空間内の圧力勾配の抑制を図っている。またガス供給孔をシャワーヘッドの中央部に集中して形成することにより、中央上部で生成されるエッチャントの量を低減させて、基板中央におけるエッチングレートを低下させ、面内均一性の向上を図っている。   On the other hand, in Patent Document 1, when performing silicon etching using a resist as a mask, the shower head is surrounded directly under the shower head in order to solve the problem that the etching rate is high at the center of the substrate and low at the edge. Providing such an annular protrusion has been proposed. By forming the annular convex portion, the conductance of the gas flow discharged from the gas supply hole is reduced, the pressure at the substrate edge portion is increased, and the pressure gradient in the space is suppressed. In addition, by forming the gas supply holes concentrated in the center of the shower head, the amount of etchant generated at the upper center is reduced, the etching rate at the center of the substrate is lowered, and the in-plane uniformity is improved. ing.

特開2007−227829JP2007-227829

しかし、真空槽内の圧力等の条件が変わることによって、面内のエッチング特性は大きく変化する。例えば、従来構成のエッチング装置を用い、例えば50Pa以上150Pa以下といった比較的高い圧力下でエッチングを実施した場合、エッチングレートは基板中央で低く、エッジ部で高くなることが発明者の実験により判っている。これは、プラズマ生成空間PLの中央部でガスが滞留しすぎる結果、中央部でプラズマ中の電子と正イオンとの再結合等が生じ、活性種が減少する過程が進行するためと考えられる。このため、高圧下でエッチングを実施するような場合に、従来構成のエッチング装置100に対しシャワーヘッドを囲むように環状凸部を形成すると、基板エッジ部だけでなく、基板中央部においてもガス供給口103から排気口105へ向かうガスの流れがますます低下し、基板中央部のエッチングレートをさらに低下させる要因となる。   However, when the conditions such as the pressure in the vacuum chamber change, the in-plane etching characteristics change greatly. For example, when an etching apparatus having a conventional configuration is used and etching is performed under a relatively high pressure, for example, 50 Pa or more and 150 Pa or less, the inventors have found that the etching rate is low at the center of the substrate and high at the edge. Yes. This is presumably because the gas stays too much in the central portion of the plasma generation space PL, resulting in recombination of electrons and positive ions in the plasma in the central portion, and the process of reducing the active species proceeds. Therefore, when etching is performed under high pressure, if an annular convex portion is formed so as to surround the shower head with respect to the etching apparatus 100 of the conventional configuration, gas supply is performed not only at the substrate edge but also at the central portion of the substrate. The gas flow from the port 103 toward the exhaust port 105 is further reduced, which causes a further decrease in the etching rate at the center of the substrate.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高圧下において面内均一性の向上を図るとともに、エッチングレートの低下を抑制することができるエッチング装置及びエッチング方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an etching apparatus and an etching method capable of improving in-plane uniformity under high pressure and suppressing a decrease in etching rate. There is to do.

上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、基板を収容する真空槽と、前記基板が載置される第1の電極と、前記第1の電極に対してプラズマ生成空間を介して対向する第2の電極と、前記第1の電極に接続された高周波電源と、前記真空槽にエッチングガスを供給するガス供給部と、前記真空槽内の圧力を調整する圧力制御部とを備えるエッチング装置であって、前記高周波電源は、前記第1の電極にVHF周波数帯の高周波電力を供給し、前記排気系制御部は、前記真空槽内を50Pa以上150Pa以下に調整し、前記第1の電極と前記第2の電極との間の電極間距離が50mm以上100mm以下であることを要旨とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 includes a vacuum chamber that accommodates a substrate, a first electrode on which the substrate is placed, and a plasma generation space with respect to the first electrode. A second electrode opposed via the first electrode, a high-frequency power source connected to the first electrode, a gas supply unit for supplying an etching gas to the vacuum chamber, and a pressure control unit for adjusting the pressure in the vacuum chamber The high-frequency power source supplies high-frequency power in the VHF frequency band to the first electrode, and the exhaust system controller adjusts the inside of the vacuum chamber to 50 Pa or more and 150 Pa or less, The gist is that the interelectrode distance between the first electrode and the second electrode is 50 mm or more and 100 mm or less.

請求項3に記載の発明は、真空槽内に設けられた第1の電極に基板を載置し、前記真空槽内にエッチングガスを供給しつつ前記第1の電極に高周波電力を供給することによって、前記第1の電極と該第1の電極と対向する第2の電極との間でプラズマを生成して前記基板をエッチングするエッチング方法であって、前記第1の電極に、周波数がVHF周波数帯に含まれる高周波電力を供給し、前記真空槽内を、50Pa以上150Pa以上の圧力に調整し、前記第1の電極と前記第2の電極との間の電極間距離を50mm以上100mm以下とすることを要旨とする。   According to a third aspect of the present invention, a substrate is placed on a first electrode provided in a vacuum chamber, and high-frequency power is supplied to the first electrode while supplying an etching gas into the vacuum chamber. To etch the substrate by generating plasma between the first electrode and the second electrode facing the first electrode, the frequency of the first electrode being VHF A high frequency power included in a frequency band is supplied, the inside of the vacuum chamber is adjusted to a pressure of 50 Pa or more and 150 Pa or more, and a distance between the first electrode and the second electrode is 50 mm or more and 100 mm or less. It is a summary.

請求項1及び3に記載の発明によれば、真空槽内を50Pa以上150Pa以下といった高圧下にすることで、第1の電極近傍のシース内で新たに生成され、異方性エッチングに寄与する正イオンの割合が増加される。一方、このような高圧下でプラズマを生成する場合、電極間距離が小さいと、中央部にガスが滞留し、基板の面内均一性の低下を招来する。従って、電極間距離を、一般的な電極間距離よりも大きい50mm以上100mm以下とすることで、高圧下でもガスの滞留を抑制して面内均一性を向上しつつ、プラズマ密度の低下も抑制することができる。このため、異方性エッチングを促進するとともに、基板の面内均一性を向上することができる。   According to the first and third aspects of the present invention, when the inside of the vacuum chamber is under a high pressure of 50 Pa or more and 150 Pa or less, it is newly generated in the sheath in the vicinity of the first electrode and contributes to anisotropic etching. The proportion of positive ions is increased. On the other hand, when the plasma is generated under such a high pressure, if the distance between the electrodes is small, the gas stays in the central portion, causing a reduction in the in-plane uniformity of the substrate. Therefore, by setting the inter-electrode distance to 50 mm or more and 100 mm or less, which is larger than the general inter-electrode distance, the retention of gas is suppressed even under high pressure to improve in-plane uniformity, and the decrease in plasma density is also suppressed. can do. Therefore, anisotropic etching can be promoted and the in-plane uniformity of the substrate can be improved.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のエッチング装置において、前記第2の電極を昇降させることで前記電極間距離を調整する電極位置制御部を備えるとともに、前記真空槽の内側面のうち、少なくとも前記第1の電極に対する最短距離が、前記電極間距離よりも小さい領域が絶縁体によって覆われていることを要旨とする。   According to a second aspect of the present invention, in the etching apparatus according to the first aspect, an electrode position control unit that adjusts the distance between the electrodes by raising and lowering the second electrode is provided, and an inner surface of the vacuum chamber Among them, the gist is that a region where the shortest distance to at least the first electrode is smaller than the inter-electrode distance is covered with an insulator.

請求項2に記載の発明によれば、高周波電力が供給される第1の電極は、真空槽との間で放電し、プラズマを生成しやすい。プラズマが生成されると電極間の空間で生成されるプラズマの密度が低下する。特に上記したように電極間距離を50mm以上100mm以下といった大きな距離にすると、電極間距離よりも、第1の電極と真空槽との距離が小さくなり、それらの間で放電が生じやすくなる。従って、真空槽の内側面を上記絶縁体で覆うことで、第1の電極と真空槽との間でプラズマが生成されることを抑制することができる。また、第1の電極を昇降させると、第1の電極と真空槽との最短距離が電極間距離よりも小さい領域が、その都度、変更される。このため、第1の電極を昇降させる場合は、広い領域を絶縁体で覆う必要があるが、第2の電極を昇降させて電極間距離を調整するため、絶縁体によって覆う領域を、極力小さくすることができる。   According to the second aspect of the present invention, the first electrode to which the high frequency power is supplied discharges between the vacuum chamber and easily generates plasma. When plasma is generated, the density of plasma generated in the space between the electrodes decreases. In particular, when the distance between the electrodes is set to a large distance such as 50 mm or more and 100 mm or less as described above, the distance between the first electrode and the vacuum chamber becomes smaller than the distance between the electrodes, and discharge easily occurs between them. Therefore, it is possible to suppress the generation of plasma between the first electrode and the vacuum chamber by covering the inner surface of the vacuum chamber with the insulator. Further, when the first electrode is moved up and down, the region where the shortest distance between the first electrode and the vacuum chamber is smaller than the inter-electrode distance is changed each time. For this reason, when raising and lowering the first electrode, it is necessary to cover a wide area with an insulator. However, in order to adjust the distance between the electrodes by raising and lowering the second electrode, the area covered with the insulator is made as small as possible. can do.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のエッチング方法において、前記エッチングガスは、フッ素含有ガスと酸素ガスとの混合ガスであって、前記フッ素含有ガス及び前記酸素ガスの流量は、それぞれ50sccm以上300sccm以下及び10sccm以上300sccm以下であることを要旨とする。   The invention according to claim 4 is the etching method according to claim 3, wherein the etching gas is a mixed gas of fluorine-containing gas and oxygen gas, and the flow rates of the fluorine-containing gas and oxygen gas are as follows: The gist is that they are 50 sccm to 300 sccm and 10 sccm to 300 sccm, respectively.

請求項4に記載の発明によれば、フッ素含有ガス及び酸素ガスの流量をそれぞれ上記範囲としたので、排気速度を低下させて電極間にガスを滞留させずに、真空槽内の圧力を高めることができる。   According to the invention described in claim 4, since the flow rates of the fluorine-containing gas and the oxygen gas are set in the above ranges, the pressure in the vacuum chamber is increased without lowering the exhaust speed and retaining gas between the electrodes. be able to.

請求項5に記載の発明は、請求項3に記載のエッチング方法において、
前記エッチングガスは、フッ素含有ガスとハロゲン化ガスとの混合ガスであって、前記フッ素含有ガス及び前記ハロゲン化ガスの流量は、それぞれ50sccm以上300sccm以下及び0sccm超150sccm以下であることを要旨とする。
The invention according to claim 5 is the etching method according to claim 3,
The etching gas is a mixed gas of a fluorine-containing gas and a halogenated gas, and the flow rates of the fluorine-containing gas and the halogenated gas are 50 sccm to 300 sccm and 0 sccm to 150 sccm, respectively. .

請求項5に記載の発明によれば、フッ素含有ガス及びハロゲン化ガスの流量をそれぞれ上記範囲としたので、排気速度を低下させて電極間にガスを滞留させずに、真空槽内の圧力を高めることができる。   According to the invention described in claim 5, since the flow rates of the fluorine-containing gas and the halogenated gas are in the above ranges, respectively, the pressure in the vacuum chamber is reduced without reducing the exhaust speed and retaining the gas between the electrodes. Can be increased.

本発明に係わるエッチング装置の概略図。1 is a schematic view of an etching apparatus according to the present invention. 基板に対するエッチングの過程を説明する模式図であって、(a)はバルクプラズマ内で加速された正イオンの作用を示し、(b)はシース内で加速された正イオンの作用を示す。It is a schematic diagram explaining the process of the etching with respect to a board | substrate, Comprising: (a) shows the effect | action of the positive ion accelerated in the bulk plasma, (b) shows the effect | action of the positive ion accelerated in the sheath. VHF周波数帯の高周波電圧を供給した際の基板に到達するイオンのイオンエネルギー分布を示す図。The figure which shows the ion energy distribution of the ion which reaches | attains a board | substrate at the time of supplying the high frequency voltage of a VHF frequency band. 電極間距離を50mmとした実施例1で得られたホールの断面を撮影した走査型電子顕微鏡(SEM)写真であって、(a)は基板中央部に形成されたホール、(b)は基板エッジ部に形成されたホールのSEM写真。It is the scanning electron microscope (SEM) photograph which image | photographed the cross section of the hole obtained in Example 1 which made the distance between electrodes 50 mm, (a) is the hole formed in the center part of a board | substrate, (b) is a board | substrate. The SEM photograph of the hole formed in the edge part. 電極間距離を65mmとした実施例2で得られたホールの断面を撮影した走査型電子顕微鏡(SEM)写真であって、(a)は基板中央部に形成されたホール、(b)は基板エッジ部に形成されたホールのSEM写真。It is the scanning electron microscope (SEM) photograph which image | photographed the cross section of the hole obtained in Example 2 which made distance between electrodes 65mm, (a) is the hole formed in the center part of a board | substrate, (b) is a board | substrate. The SEM photograph of the hole formed in the edge part. 電極間距離を100mmとした実施例3で得られたホールの断面を撮影した走査型電子顕微鏡(SEM)写真であって、(a)は基板中央部に形成されたホール、(b)は基板エッジ部に形成されたホールのSEM写真。It is the scanning electron microscope (SEM) photograph which image | photographed the cross section of the hole obtained in Example 3 which made distance between electrodes 100mm, (a) is the hole formed in the center part of a board | substrate, (b) is a board | substrate. The SEM photograph of the hole formed in the edge part. 電極間距離を25mmとした比較例1で得られたホールの断面を撮影した走査型電子顕微鏡(SEM)写真であって、(a)は基板中央部に形成されたホール、(b)は基板エッジ部に形成されたホールのSEM写真。It is the scanning electron microscope (SEM) photograph which image | photographed the cross section of the hole obtained by the comparative example 1 which made the distance between electrodes 25mm, (a) is the hole formed in the center part of a board | substrate, (b) is a board | substrate. The SEM photograph of the hole formed in the edge part. 従来構成のエッチング装置の概略図。Schematic of the etching apparatus of a conventional structure.

以下、本発明のエッチング装置及びエッチング方法を容量結合型のエッチング装置及びその装置を用いたエッチング方法に具体化した一実施形態について、図1〜図6にしたがって説明する。   Hereinafter, an embodiment in which the etching apparatus and the etching method of the present invention are embodied as a capacitive coupling type etching apparatus and an etching method using the apparatus will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、エッチング装置10は、有蓋円筒状の真空槽11を有している。真空槽11は、アルミニウム等の耐蝕性を有する導電性材料から形成され、接地されている。また、真空槽11の底部には、真空槽11内の流体を排気する排気口11aが設けられ、排気口11aには、排気ポンプ等を有する排気系13が接続されている。排気系13は、圧力制御プログラムが格納された圧力制御部としての排気系制御部C2に電気的に接続されている。排気系制御部C2は、排気ポンプの駆動回路等を有するとともに、ダイアフラムゲージ等からなる圧力計15から真空槽11内の圧力を測定した圧力検出信号を入力する。そして、圧力検出信号に基づき、エッチング装置10での各処理の開始時から終了時までにわたり、圧力制御プログラムに従って排気系13を駆動することにより、真空槽11内を所定圧力範囲に保持する。   As shown in FIG. 1, the etching apparatus 10 has a covered cylindrical vacuum chamber 11. The vacuum chamber 11 is formed of a conductive material having corrosion resistance such as aluminum and is grounded. An exhaust port 11a for exhausting the fluid in the vacuum chamber 11 is provided at the bottom of the vacuum chamber 11, and an exhaust system 13 having an exhaust pump or the like is connected to the exhaust port 11a. The exhaust system 13 is electrically connected to an exhaust system control unit C2 as a pressure control unit in which a pressure control program is stored. The exhaust system control unit C2 has an exhaust pump drive circuit and the like, and inputs a pressure detection signal obtained by measuring the pressure in the vacuum chamber 11 from a pressure gauge 15 made of a diaphragm gauge or the like. Then, based on the pressure detection signal, the exhaust system 13 is driven in accordance with the pressure control program from the start to the end of each process in the etching apparatus 10 to keep the inside of the vacuum chamber 11 in a predetermined pressure range.

また、真空槽11の側壁には、真空槽11内に基板Sを搬入及び搬出するための搬入出口11cが貫通形成されている。搬入出口11cにはゲートバルブVが接続され、真空槽11内を真空圧に保持可能となっている。   In addition, a loading / unloading port 11 c for loading and unloading the substrate S into and from the vacuum chamber 11 is formed through the side wall of the vacuum chamber 11. A gate valve V is connected to the loading / unloading port 11c so that the inside of the vacuum chamber 11 can be maintained at a vacuum pressure.

真空槽11内の上部には、接地された上部電極12が配設されている。上部電極12は、その下面に、多数のガス供給孔14aが形成されたシャワープレート14を備えている。ガス供給孔14aは、シャワープレート14の一部に偏ることなく、ほぼ均等の密度で設けられている。また、上部電極12は、シャワープレート14によってその一面が囲まれたバッファ室12rを備え、このバッファ室12rには、上部電極12に形成された、ガス供給部としてのガス導入口12aが連通されている。   A grounded upper electrode 12 is disposed in the upper part of the vacuum chamber 11. The upper electrode 12 includes a shower plate 14 having a large number of gas supply holes 14a formed on the lower surface thereof. The gas supply holes 14 a are provided with a substantially uniform density without being biased toward a part of the shower plate 14. Further, the upper electrode 12 includes a buffer chamber 12r whose one surface is surrounded by a shower plate 14, and a gas introduction port 12a as a gas supply portion formed in the upper electrode 12 is communicated with the buffer chamber 12r. ing.

ガス導入口12aには、ガス供給系17を構成するガス供給管18が接続されている。ガス供給系17は、ガス供給管18の他に、エッチングガスを送出するガス供給源19と、各種ガスを所定流量で真空槽11内に供給するマスフローコントローラ19mを有している。シリコンをエッチングする場合、エッチングガスとしては、フッ素含有ガス及び酸素の混合ガス、又はフッ素含有ガス及びハロゲン化水素ガスの混合ガスを用いることができる。フッ素含有ガスとしては、例えば、六フッ化硫黄ガス(SF)、フッ化炭素系ガス(CxHy、x、yは自然数)等を用いることができる。また、ハロゲン化ガスは、臭素水素ガス(HBr)、塩素系ガスを用いることができる。ガス供給源19は、これらのガスを送出する複数のガス供給源19a,19bからなり、それぞれ各ガスを充填したガスボンベやレギュレータ等を備えている。これらのガス供給源19a,19bから送出されたガスは、ガス供給管18で混合されて真空槽11内に供給される。 A gas supply pipe 18 constituting a gas supply system 17 is connected to the gas inlet 12a. In addition to the gas supply pipe 18, the gas supply system 17 includes a gas supply source 19 that sends out an etching gas, and a mass flow controller 19 m that supplies various gases into the vacuum chamber 11 at a predetermined flow rate. In the case of etching silicon, a mixed gas of fluorine-containing gas and oxygen or a mixed gas of fluorine-containing gas and hydrogen halide gas can be used as an etching gas. As the fluorine-containing gas, for example, sulfur hexafluoride gas (SF 6 ), fluorocarbon gas (CxHy, x, and y are natural numbers) can be used. As the halogenated gas, bromine hydrogen gas (HBr) or chlorine-based gas can be used. The gas supply source 19 includes a plurality of gas supply sources 19a and 19b for sending out these gases, and includes a gas cylinder filled with each gas, a regulator, and the like. The gases sent from these gas supply sources 19 a and 19 b are mixed in the gas supply pipe 18 and supplied into the vacuum chamber 11.

また上部電極12は、真空槽11の中心軸(図中X軸方向)と平行な方向に、所定範囲だけ上下動可能な構成を有している。本実施形態では、上部電極12の上面に形成され、固定されたガス供給管18に対してスライド可能に設けられた筒部12bと、筒部12bを介して上部電極12を昇降させる昇降機構21と、昇降機構21を駆動する電極位置制御部C1とによって、上部電極12の位置を調整している。昇降機構21は、駆動源であるモータと、モータの駆動回路と、該モータの回転力を筒部12bをスライド移動させる力に変換する伝達機構とを有する。モータの駆動回路は、電極位置調整プログラムを格納した電極位置制御部C1に接続されている。電極位置制御部C1は、電極位置調整プログラムに従って、昇降機構21を駆動して、筒部12bをガス供給管18に対してスライドさせる。   The upper electrode 12 has a configuration capable of moving up and down by a predetermined range in a direction parallel to the central axis (X-axis direction in the drawing) of the vacuum chamber 11. In the present embodiment, a cylinder portion 12b formed on the upper surface of the upper electrode 12 and provided so as to be slidable with respect to the fixed gas supply pipe 18, and an elevating mechanism 21 for raising and lowering the upper electrode 12 via the cylinder portion 12b. The position of the upper electrode 12 is adjusted by the electrode position control unit C1 that drives the elevating mechanism 21. The elevating mechanism 21 includes a motor that is a drive source, a motor drive circuit, and a transmission mechanism that converts the rotational force of the motor into a force that slides the cylindrical portion 12b. The motor drive circuit is connected to an electrode position control unit C1 that stores an electrode position adjustment program. The electrode position control unit C1 drives the elevating mechanism 21 according to the electrode position adjustment program, and slides the cylinder part 12b with respect to the gas supply pipe 18.

また、真空槽11の下方には、上部電極12に対向し、且つ平行となるように下部電極25が設けられている。下部電極25は、基板Sが載置されるステージも兼ねている。この下部電極25には、異方性向上及びエッチングレートの向上を図るために、例えばVHF周波数帯に含まれる60MHz以上150MHz以下の高周波電力を出力可能な高周波電源26が、整合器27を介して接続されている。高周波電源26は、下部電極25に高周波電力を供給し、上部電極12との間に設けられたプラズマ生成空間PLに電場を生成することによってエッチングガスをプラズマ化する。また、整合器27は、高周波電源26の出力インピーダンスと、真空槽11内を含む高周波電源26の入力インピーダンスとを整合させる。   A lower electrode 25 is provided below the vacuum chamber 11 so as to face and be parallel to the upper electrode 12. The lower electrode 25 also serves as a stage on which the substrate S is placed. In order to improve anisotropy and an etching rate, the lower electrode 25 is provided with a high frequency power source 26 capable of outputting high frequency power of 60 MHz to 150 MHz included in the VHF frequency band via a matching unit 27, for example. It is connected. The high-frequency power source 26 supplies high-frequency power to the lower electrode 25 and generates an electric field in the plasma generation space PL provided between the upper electrode 12 and turns the etching gas into plasma. The matching unit 27 matches the output impedance of the high frequency power supply 26 with the input impedance of the high frequency power supply 26 including the inside of the vacuum chamber 11.

また、高周波電源26に接続された下部電極25と接地された真空槽11の底壁との間には、アルミナから形成された底部絶縁体30によって絶縁されている。本実施形態では、底部絶縁体30は略円環状をなしている。   Further, the lower electrode 25 connected to the high frequency power source 26 and the grounded bottom wall of the vacuum chamber 11 are insulated by a bottom insulator 30 made of alumina. In the present embodiment, the bottom insulator 30 has a substantially annular shape.

一方、エッチングの実施時に、下部電極25と上部電極12の端部であって、基板Sよりも外側となる領域で放電が生じると、その領域で生成されたプラズマは、エッチングに寄与し難い。このため、上部電極12の下面のうち、シャワープレート14の端部であってガス供給孔14aを閉塞しない位置には、略円環状の上部絶縁体20が設けられている。即ち、上部絶縁体20は、上部電極12側からみた平面視において基板Sと重複しない領域に設けられている。上部絶縁体20はアルミナから形成され、その高さが、電極間の空間のガスの流れを妨げないような高さに形成されている。   On the other hand, when a discharge occurs in a region at the end portion of the lower electrode 25 and the upper electrode 12 and outside the substrate S during the etching, the plasma generated in the region hardly contributes to the etching. Therefore, a substantially annular upper insulator 20 is provided on the lower surface of the upper electrode 12 at a position that is an end of the shower plate 14 and does not close the gas supply hole 14a. That is, the upper insulator 20 is provided in a region that does not overlap with the substrate S in a plan view viewed from the upper electrode 12 side. The upper insulator 20 is made of alumina and has a height that does not hinder the flow of gas in the space between the electrodes.

また、高周波電源26から供給される高周波電力の周波数が超短波の周波数帯に含まれる場合、真空槽11の内周面11bの表面及び下部電極25がプラズマを介して誘導結合しやすい。特に、真空槽11の内周面11bのうち、下部電極25との距離が、上部電極12と下部電極25との相対距離である電極間距離L以下となる領域では、下部電極25との間で放電が生じやすい。このような領域で放電が生じることによりプラズマが生成されると、その分だけ高周波電力が損失され、エッチングに寄与するプラズマの生成に消費される高周波電力が少なくなることとなる。その結果、プラズマ密度が低下し、エッチングの異方性や、エッチングレートが低下することとなる。   Moreover, when the frequency of the high frequency power supplied from the high frequency power supply 26 is included in the ultra-short frequency band, the surface of the inner peripheral surface 11b of the vacuum chamber 11 and the lower electrode 25 are easily inductively coupled via plasma. Particularly, in the region where the distance from the lower electrode 25 on the inner peripheral surface 11 b of the vacuum chamber 11 is equal to or less than the interelectrode distance L, which is the relative distance between the upper electrode 12 and the lower electrode 25, Discharge tends to occur. When plasma is generated by generating discharge in such a region, high-frequency power is lost by that amount, and the high-frequency power consumed for generating plasma that contributes to etching is reduced. As a result, the plasma density is lowered, and the etching anisotropy and the etching rate are lowered.

このため、真空槽11には、その内周面11bのうち下部電極25の縁部との間で放電しやすい領域を覆う側部絶縁体32が設けられている。側部絶縁体32は、真空槽11の内周面11bを、少なくとも上部電極12のシャワープレート14の可動範囲の上端位置から排気口11aに至る範囲を覆うように設けられている。   For this reason, the vacuum insulator 11 is provided with a side insulator 32 that covers a region that easily discharges between the inner peripheral surface 11 b and the edge of the lower electrode 25. The side insulator 32 is provided so as to cover the inner peripheral surface 11b of the vacuum chamber 11 at least from the upper end position of the movable range of the shower plate 14 of the upper electrode 12 to the exhaust port 11a.

側部絶縁体32は、アルミナからなる第1側部絶縁体33と、石英からなる第2側部絶縁体34とから構成されている。第1側部絶縁体33は、シャワープレート14の可動範囲の上端位置から下部電極25よりも下方の位置に至る範囲に設けられている。また、第1側部絶縁体33が、搬入出口11cに重なる位置には、真空槽11内と搬入出口11cとを連通する貫通孔32aが形成されている。第2側部絶縁体34は、第1側部絶縁体33よりも下方の位置であって、排気口11a側に設けられている。   The side insulator 32 includes a first side insulator 33 made of alumina and a second side insulator 34 made of quartz. The first side insulator 33 is provided in a range from the upper end position of the movable range of the shower plate 14 to a position below the lower electrode 25. In addition, a through hole 32a that connects the inside of the vacuum chamber 11 and the loading / unloading port 11c is formed at a position where the first side insulator 33 overlaps the loading / unloading port 11c. The second side insulator 34 is located below the first side insulator 33 and is provided on the exhaust port 11a side.

また下部電極25の外周には、石英からなる下部絶縁体31が設けられている。下部絶縁体31は、下部電極25の外周面全域を覆うように設けられるとともに、その上部に基板Sを内側に収容するための基板収容部31aを備えている。   A lower insulator 31 made of quartz is provided on the outer periphery of the lower electrode 25. The lower insulator 31 is provided so as to cover the entire outer peripheral surface of the lower electrode 25, and includes a substrate accommodating portion 31 a for accommodating the substrate S on the upper portion thereof.

次に、本実施形態の作用について、エッチングの処理手順に従って説明する。   Next, the operation of the present embodiment will be described in accordance with the etching processing procedure.

まず、電極位置制御部C1は、電極位置制御プログラムに従って、昇降機構21を駆動することによって上部電極12の位置を調整し、電極間距離Lを50mm以上100mm以下の範囲にする。この際、上部電極12のシャワープレート14の位置は、側部絶縁体32の上端位置と同じ位置か、それよりも低い位置となっている。   First, the electrode position control unit C1 adjusts the position of the upper electrode 12 by driving the elevating mechanism 21 according to the electrode position control program, so that the inter-electrode distance L is in the range of 50 mm to 100 mm. At this time, the position of the shower plate 14 of the upper electrode 12 is the same position as the upper end position of the side insulator 32 or a position lower than that.

そして、ゲートバルブVが開かれ、トレー等に載置された基板Sが搬入出口11cから搬入される。基板Sは、下部電極25上であって、下部絶縁体31の基板収容部31a内側に載置される。下部電極25に基板Sを載置すると、ゲートバルブVが閉じられ、排気系制御部C2は、排気制御プログラムに従って、排気系13を駆動して真空槽11内を減圧する。   Then, the gate valve V is opened, and the substrate S placed on the tray or the like is loaded from the loading / unloading port 11c. The substrate S is placed on the lower electrode 25 and inside the substrate accommodating portion 31 a of the lower insulator 31. When the substrate S is placed on the lower electrode 25, the gate valve V is closed, and the exhaust system controller C2 drives the exhaust system 13 to depressurize the vacuum chamber 11 according to the exhaust control program.

また、ガス供給系17から、例えばSFガス及びOガスが、マスフローコントローラ19mによって所定流量に調整されながら送出され、混合ガスとして真空槽11内に供給される。排気系制御部C2は、真空槽11内が50Pa以上150Pa以下という高い圧力となるように真空槽11内の圧力を調整する。この際、SFガス等のフッ素含有ガスの流量は、50sccm以上300sccm以下が好ましく、Oガスの流量は10sccm以上300sccm以下が好ましい。また、混合ガスが、SF等のフッ素含有ガスとHBr等のハロゲン化ガスからなる場合には、フッ素含有ガスの流量は、50sccm以上300sccm以下が好ましく、ハロゲン化ガスの流量は0sccm超150sccm以下が好ましい。また、高周波電源26は、下部電極25に60MHz以上150MHz以下のVHF周波数帯の高周波電圧を印加する。 Also, for example, SF 6 gas and O 2 gas are sent from the gas supply system 17 while being adjusted to a predetermined flow rate by the mass flow controller 19m, and are supplied into the vacuum chamber 11 as a mixed gas. The exhaust system controller C2 adjusts the pressure in the vacuum chamber 11 so that the pressure in the vacuum chamber 11 is as high as 50 Pa or more and 150 Pa or less. At this time, the flow rate of the fluorine-containing gas such as SF 6 gas is preferably 50 sccm or more and 300 sccm or less, and the flow rate of O 2 gas is preferably 10 sccm or more and 300 sccm or less. When the mixed gas is composed of a fluorine-containing gas such as SF 6 and a halogenated gas such as HBr, the flow rate of the fluorine-containing gas is preferably 50 sccm or more and 300 sccm or less, and the flow rate of the halogenated gas is more than 0 sccm and 150 sccm or less. Is preferred. The high frequency power supply 26 applies a high frequency voltage in a VHF frequency band of 60 MHz to 150 MHz to the lower electrode 25.

真空槽11内の圧力を上記範囲に調整するのは以下の理由による。即ち、上部電極12と下部電極25との間のプラズマ生成空間PLには、各電極12,25側に位置するシース(暗部)と、そのシースに挟まれたバルクプラズマとが形成される。そして、他の粒子と衝突することなく基板Sに入射する正イオンとしては、以下のものがある。即ち、バルクプラズマでの電場加速を受け、加速によって得られたエネルギーをそのまま維持して基板Sに入射する第1の正イオンと、下部電極25近傍に形成されたシース内にて、中性子が他の正イオンとの間で電子交換を行うことによって新たに生成され、シース内で加速される第2の正イオンとである。   The reason why the pressure in the vacuum chamber 11 is adjusted to the above range is as follows. That is, in the plasma generation space PL between the upper electrode 12 and the lower electrode 25, a sheath (dark part) positioned on the side of each electrode 12, 25 and bulk plasma sandwiched between the sheaths are formed. The positive ions that enter the substrate S without colliding with other particles include the following. That is, the electric field is accelerated by the bulk plasma, the energy obtained by the acceleration is maintained as it is, and the first positive ions incident on the substrate S and the neutrons are generated in the sheath formed in the vicinity of the lower electrode 25. The second positive ions are newly generated by exchanging electrons with the positive ions and accelerated in the sheath.

また図2に示すように、処理対象となる基板Sは、例えばシリコン基板S1の上に、開口部OPを有するマスクS2を有している。この開口部OPを介してシリコン基板S1をエッチングすることによりホールHを形成する。このホールHの側面の直進性に寄与する正イオンは、主に開口部OPの真上で加速される正イオンである。この正イオンには、上記した第1の正イオンと第2の正イオンとがある。   As shown in FIG. 2, the substrate S to be processed has a mask S2 having an opening OP on, for example, a silicon substrate S1. The hole H is formed by etching the silicon substrate S1 through the opening OP. The positive ions that contribute to the straightness of the side surface of the hole H are positive ions that are mainly accelerated immediately above the opening OP. The positive ions include the first positive ions and the second positive ions described above.

さらに図2(a)に示すように、開口部OPの真上に位置する第1の正イオンには、シリコン基板S1の表面の法線方向に飛行する第1の正イオンと、法線方向とは異なる方向に飛行する第1の正イオンとが存在する。第1の正イオンは、バルクプラズマで加速され飛行距離が長いため、法線方向に飛行する第1の正イオンは、図中中央の矢印で示すように開口部OPを介してシリコン基板S1に形成されたホールHの底面に到達する。法線方向と異なる方向に飛行する第1の正イオンは、図中左端及び右端の矢印で示すように、基板Sに到達するまでに開口部OPから逸れていきシリコン基板S1に到達しないか、もしくはホールHの側面に衝突することが多くなる。   Further, as shown in FIG. 2A, the first positive ions located directly above the opening OP include the first positive ions flying in the normal direction of the surface of the silicon substrate S1, and the normal direction. There are first positive ions that fly in different directions. Since the first positive ions are accelerated by the bulk plasma and have a long flight distance, the first positive ions flying in the normal direction enter the silicon substrate S1 through the opening OP as indicated by an arrow in the center in the figure. The bottom of the formed hole H is reached. The first positive ions flying in a direction different from the normal direction deviate from the opening OP before reaching the substrate S as shown by the left and right arrows in the figure, and do not reach the silicon substrate S1. Or, the collision with the side surface of the hole H increases.

これに対し、図2(b)中の各矢印で示すように、第2の正イオンにも、シリコン基板S1の表面の法線方向に飛行する第2の正イオンと、法線方向とは異なる方向に飛行する第2の正イオンとが存在するが、第2の正イオンは、シース内で加速されるため飛行距離が比較的短い。このため、左端及び右端の矢印で示すように、法線方向とは異なる方向に加速されたとしても、第1の正イオンに比べて、ホールHの底面に到達する確率が高い。   On the other hand, as indicated by the arrows in FIG. 2B, the second positive ions flying in the normal direction of the surface of the silicon substrate S1 and the normal direction are also the second positive ions. There are second positive ions that fly in different directions, but the second positive ions are accelerated in the sheath and therefore have a relatively short flight distance. For this reason, as indicated by the arrows at the left end and the right end, even when accelerated in a direction different from the normal direction, the probability of reaching the bottom surface of the hole H is higher than that of the first positive ions.

従って、エッチング形状の異方性を向上するためには、プラズマ生成空間PLに生成される正イオンのうち、第2の正イオンが占有する割合を増加させることが好ましい。第2の正イオンの割合を左右する因子は、下部電極25に供給する高周波電力の周波数帯の他に、真空槽11の圧力であることがわかっている。   Therefore, in order to improve the anisotropy of the etching shape, it is preferable to increase the ratio occupied by the second positive ions among the positive ions generated in the plasma generation space PL. It is known that the factor that determines the ratio of the second positive ions is the pressure in the vacuum chamber 11 in addition to the frequency band of the high-frequency power supplied to the lower electrode 25.

図3のイオンエネルギー分布に示すように、このうち第1の正イオンに由来するピークは、1対のピークP1,P2であるバイモーダルピークBPである。また、第2の正イオンに由来するピークは、バイモーダルピークBPよりも低いエネルギー領域に表れる低エネルギーピークP3である。即ち、第1の正イオンは、第2の正イオンよりも高いイオンエネルギー(eV)を有する。尚、図3では、高周波電力が150MHzの周波数帯の際に得られたエネルギー分布を示しており、低エネルギーピークP3が複数表れている。第2の正イオンの割合を増加させるためには、真空槽11内を、低エネルギーピークP3の強度(又は半値幅)を高める圧力にすればよい。また、良好なエッチングレートを得るために、イオンエネルギーが高い第1の正イオンも存在することが実用面において好ましい。   As shown in the ion energy distribution of FIG. 3, the peak derived from the first positive ion is a bimodal peak BP which is a pair of peaks P1 and P2. Further, the peak derived from the second positive ion is a low energy peak P3 appearing in an energy region lower than the bimodal peak BP. That is, the first positive ion has a higher ion energy (eV) than the second positive ion. FIG. 3 shows the energy distribution obtained when the high frequency power is in the frequency band of 150 MHz, and a plurality of low energy peaks P3 appear. In order to increase the ratio of the second positive ions, the inside of the vacuum chamber 11 may be set to a pressure that increases the strength (or half-value width) of the low energy peak P3. Moreover, in order to obtain a favorable etching rate, it is preferable in practical use that the first positive ions having high ion energy are also present.

図3のイオンエネルギー分布から、圧力を50Pa未満とした場合、第2の正イオンに帰属する低エネルギーピークP3が検出されず、圧力を150Pa超とすると、低エネルギーピークP3のみならず、バイモーダルピークBPも検出されないことがわかる。   From the ion energy distribution of FIG. 3, when the pressure is less than 50 Pa, the low energy peak P3 attributed to the second positive ion is not detected. When the pressure exceeds 150 Pa, not only the low energy peak P3 but also bimodal. It can be seen that no peak BP is detected.

一方、圧力を50Pa以上150Pa以下とした状態で、高周波電力の周波数帯を60MHz未満とした場合、及び150MHz超とした場合の両方において、低エネルギーピークP3及びバイモーダルピークBPの両方が認められない(図示略)。   On the other hand, both the low energy peak P3 and the bimodal peak BP are not observed in both the case where the pressure is 50 Pa or more and 150 Pa or less and the frequency band of the high frequency power is less than 60 MHz and more than 150 MHz. (Not shown).

従って、高周波電力の周波数を、60MHz以上150MHz以下とし、圧力を50Pa以上150Pa以下に調整すると、第2の正イオンの割合を増加させることができるが、その際に、各ガスの流量を上記範囲とすることで、ガスを電極間に滞留させることなく、排気することができる。   Therefore, when the frequency of the high frequency power is adjusted to 60 MHz or more and 150 MHz or less and the pressure is adjusted to 50 Pa or more and 150 Pa or less, the ratio of the second positive ions can be increased. Thus, the gas can be exhausted without being retained between the electrodes.

一方、このように比較的高い圧力下でエッチングを実施する場合には、電極間距離Lを上記したように50mm以上100mm以下とすることが好ましい。高圧下において電極間距離Lを50mm未満とすると、ガスの流路のコンダクタンスが低下することにより、プラズマ生成空間PLの中央部にはガスが滞留し、中央部とその周りとの圧力勾配が大きくなる。第2の正イオンの割合は、上記したように圧力条件に応じて変化するため、プラズマ生成空間PLにおける圧力勾配が大きくなると、中央部の第2の正イオンの割合と、その周辺における第2の正イオンの割合の差が大きくなる。こうして異方性に寄与する第2の正イオンの割合の差が大きくなる結果、基板中央部と基板エッジ部とで得られるエッチング形状の均一性も低下し、エッチングレートの面内均一性も低下する。   On the other hand, when etching is performed under such a relatively high pressure, the interelectrode distance L is preferably 50 mm or more and 100 mm or less as described above. When the distance L between the electrodes is less than 50 mm under high pressure, the gas flow conductance decreases, so that the gas stays in the central portion of the plasma generation space PL, and the pressure gradient between the central portion and the surroundings is large. Become. Since the ratio of the second positive ions changes according to the pressure condition as described above, when the pressure gradient in the plasma generation space PL increases, the ratio of the second positive ions in the central portion and the second in the vicinity thereof. The difference in the proportion of positive ions increases. As a result, the difference in the ratio of the second positive ions contributing to anisotropy increases, resulting in a decrease in the uniformity of the etching shape obtained at the substrate center and the substrate edge, and a decrease in the in-plane uniformity of the etching rate. To do.

また、電極間距離Lが50mm以上100mm以下の範囲内では、第2の正イオンの割合の差が小さくなるとともにプラズマ密度が高まることで、面内均一性が良好であってエッチングレートが最大となる電極間距離Lが存在する。電極間距離Lをその距離よりも長くして100mmに近付けていくと、電極間のプラズマ密度が徐々に低下していくことから、エッチングレートが徐々に低下する。そして電極間距離Lを100mm超とすると、プラズマ生成空間PLの体積が拡大された分、プラズマ密度が低下し、全体的にエッチングレートが大きく低下してしまう。   In addition, when the distance L between the electrodes is in the range of 50 mm or more and 100 mm or less, the difference in the ratio of the second positive ions is reduced and the plasma density is increased, so that in-plane uniformity is good and the etching rate is maximum. There exists a distance L between the electrodes. When the distance L between the electrodes is made longer than that distance and approaches 100 mm, the plasma density between the electrodes gradually decreases, so that the etching rate gradually decreases. If the distance L between the electrodes is more than 100 mm, the plasma density is lowered by the amount of expansion of the plasma generation space PL, and the etching rate is greatly lowered as a whole.

これに対し、電極間距離Lを上記範囲とすることで、ガスの中央部における滞留を抑制し、圧力勾配を小さくすることができる。このため、基板中央部での第2の正イオンの割合と、基板エッジ部での第2の正イオンの割合との差が小さくなるため、中央におけるエッチングレートとエッジ部におけるエッチングレートとの差を示す、下記式で表される面内均一性を5%以内とし、エッチング形状の均一性も向上することができる。   On the other hand, by setting the interelectrode distance L within the above range, the gas can be prevented from staying in the central portion and the pressure gradient can be reduced. For this reason, the difference between the ratio of the second positive ions in the central part of the substrate and the ratio of the second positive ions in the edge part of the substrate is small, so the difference between the etching rate at the center and the etching rate at the edge part. The in-plane uniformity represented by the following formula is within 5%, and the uniformity of the etching shape can also be improved.

そして、電極間距離Lを上記範囲とした状態で下部電極25に高周波電圧が印加されると、プラズマ中の正イオン等の活性種が基板Sに引き込まれる。また、活性種とシリコン原子との反応により、フッ化シリコン、酸化シリコン等の生成物が生成され、基板Sの厚さ方向に延びるホールHの側壁に堆積する。そして、側壁のエッチングを抑制して、異方性エッチングを促進することができる。   When a high frequency voltage is applied to the lower electrode 25 with the interelectrode distance L in the above range, active species such as positive ions in the plasma are drawn into the substrate S. In addition, a product such as silicon fluoride or silicon oxide is generated by the reaction between the active species and silicon atoms, and is deposited on the side wall of the hole H extending in the thickness direction of the substrate S. And the etching of a side wall can be suppressed and anisotropic etching can be promoted.

以下に、本実施形態に従った実施例と、実施例に対する比較例を示す。
[実施例1]
上記実施形態のエッチング装置100を用いて以下の条件でエッチングを行った。
Below, the Example according to this embodiment and the comparative example with respect to an Example are shown.
[Example 1]
Etching was performed using the etching apparatus 100 of the above embodiment under the following conditions.

基板:シリコン基板、厚さ750μm、8インチ、開口部の直径50μm
ガス組成及び流量:SF(流量75sccm)、O(流量75sccm)、HBr(流量15sccm)
高周波電力:60MHz
バイアス用高周波電源からの供給電力:1200W
圧力:50Pa
処理時間:600秒
電極間距離:50mm
この条件でエッチングを実施することにより得られたホールは、図4のSEM写真に示すように、基板中央部及び基板エッジ部の両方において、側壁における直進性が高いものであった。また、エッチングを実施した際の基板中央のエッチングレートRcntと、基板エッジ部のエッチングレートRedgと、面内均一性を以下に示す。
Substrate: Silicon substrate, thickness 750 μm, 8 inches, opening diameter 50 μm
Gas composition and flow rate: SF 6 (flow rate 75 sccm), O 2 (flow rate 75 sccm), HBr (flow rate 15 sccm)
High frequency power: 60 MHz
Power supplied from high frequency power supply for bias: 1200W
Pressure: 50Pa
Processing time: 600 seconds Distance between electrodes: 50mm
As shown in the SEM photograph of FIG. 4, the holes obtained by carrying out the etching under these conditions had high rectilinearity on the side wall at both the substrate center and the substrate edge. Further, the etching rate Rcnt at the center of the substrate when etching is performed, the etching rate Redg at the substrate edge portion, and in-plane uniformity are shown below.

基板中央部のエッチングレートRcnt:10.6μm/min
基板エッジ部のエッチングレートRedg:11.4μm/min
面内均一性:{(Redg−Rcnt)/(Redg+Rcnt)}・100%=3.6%
[実施例2]
実施例1の電極間距離Lを65mmに変更してエッチングを行った。電極間距離以外は実施例1と同様な条件である。図5のSEM写真に示すように、基板中央部及び基板エッジ部の両方において、側壁の直進性が高いホールが得られた。また、各エッチングレートと面内均一性を以下に示す。
Etching rate Rcnt at the center of the substrate: 10.6 μm / min
Etching rate Redg of substrate edge part: 11.4 μm / min
In-plane uniformity: {(Redg-Rcnt) / (Redg + Rcnt)}. 100% = 3.6%
[Example 2]
Etching was performed by changing the interelectrode distance L of Example 1 to 65 mm. The conditions are the same as in Example 1 except for the distance between the electrodes. As shown in the SEM photograph of FIG. 5, holes with high straightness of the sidewalls were obtained at both the substrate center and the substrate edge. Each etching rate and in-plane uniformity are shown below.

基板中央部のエッチングレートRcnt:10.7μm/min
基板エッジ部のエッチングレートRedg:10.8μm/min
面内均一性:0.5%
[実施例3]
実施例1の電極間距離Lを100mmに変更してエッチングを行った。電極間距離以外は実施例1と同様な条件である。図6のSEM写真に示すように、基板中央部及び基板エッジ部の両方において、側壁の直進性が高いホールが得られた。また、各エッチングレートと面内均一性を以下に示す。
Etching rate Rcnt at the center of the substrate: 10.7 μm / min
Etching rate Redg at substrate edge: 10.8 μm / min
In-plane uniformity: 0.5%
[Example 3]
Etching was performed by changing the distance L between the electrodes in Example 1 to 100 mm. The conditions are the same as in Example 1 except for the distance between the electrodes. As shown in the SEM photograph of FIG. 6, holes with high straightness of the sidewalls were obtained at both the substrate center and the substrate edge. Each etching rate and in-plane uniformity are shown below.

基板中央部のエッチングレートRcnt:6.9μm/min
基板エッジ部のエッチングレートRedg:7.28μm/min
面内均一性:2.7%
面内均一性は、5%以内であって良好であるが、電極間距離Lが65mmの場合に比べ大きい値となり、若干低下していることがわかる。また、電極間距離Lが65mmの場合に比べ、エッチングレートが小さくなっている。
[比較例1]
実施例1の電極間距離Lを、電極間距離Lの好適な範囲未満の25mmに変更して、エッチングを行った。電極間距離以外は実施例1と同様な条件である。図7(a)のSEM写真に示すように、基板中央ではホールの側面がエッチングされ、等方性エッチングが進行したことがわかる。図7(b)に示すように、基板エッジ部では、側壁の直進性が保たれた形状のホールが得られた。即ち、基板中央部で得られたエッチング形状と基板エッジ部で得られたエッチング形状の均一性が低下した。また、各エッチングレートと面内均一性を以下に示す。エッチングレートの面内均一性は5%超となり、各実施例に比べ大きく低下した。
Etching rate Rcnt at the center of the substrate: 6.9 μm / min
Etching rate Redg of substrate edge portion: 7.28 μm / min
In-plane uniformity: 2.7%
The in-plane uniformity is good within 5%, but it is a large value as compared with the case where the inter-electrode distance L is 65 mm, and it can be seen that it is slightly lowered. In addition, the etching rate is smaller than when the distance L between the electrodes is 65 mm.
[Comparative Example 1]
Etching was performed by changing the inter-electrode distance L of Example 1 to 25 mm, which is less than the preferred range of the inter-electrode distance L. The conditions are the same as in Example 1 except for the distance between the electrodes. As shown in the SEM photograph of FIG. 7A, it can be seen that the side surface of the hole is etched at the center of the substrate, and isotropic etching has progressed. As shown in FIG. 7B, a hole having a shape in which the straightness of the side wall was maintained was obtained at the substrate edge portion. That is, the uniformity of the etching shape obtained at the central portion of the substrate and the etching shape obtained at the edge portion of the substrate was lowered. Each etching rate and in-plane uniformity are shown below. The in-plane uniformity of the etching rate was over 5%, which was greatly reduced as compared with each example.

基板中央部のエッチングレートRcnt:6.4μm/min
基板エッジ部のエッチングレートRedg:8.2μm/min
面内均一性:12.3%
尚、電極間距離Lが65mmから100mmにかけて面内均一性及びエッチングレートが若干低下していることから、電極間距離Lが100mm超である場合については、実施例3よりも面内均一性及びエッチングレートが低下することが明らかである。
Etching rate Rcnt at the center of the substrate: 6.4 μm / min
Etching rate Redg at substrate edge: 8.2 μm / min
In-plane uniformity: 12.3%
In addition, since the in-plane uniformity and the etching rate are slightly reduced from 65 mm to 100 mm, the inter-electrode distance L is more than 100 mm. It is clear that the etching rate decreases.

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。   According to the above embodiment, the following effects can be obtained.

(1)上記実施形態では、高周波電源26から下部電極25にVHF周波数帯の高周波電圧を供給し、排気系13により真空槽11内を50Pa以上150Pa以下に維持し、下部電極25と上部電極12との間の電極間距離Lを50mm以上100mm以下としてエッチングを実施する。即ち上記圧力範囲にすることで、第1の正イオンを消滅させずに、シース内で新たに生成される第2の正イオンの割合を増加できる。また、電極間距離Lを、一般的な電極間距離よりも大きい50mm以上100mm以下とすることで、高圧下でもガスの滞留を抑制してエッチングレートやエッチング形状の面内均一性を向上しつつ、電極間距離Lの拡大によるプラズマ密度の低下も抑制することができる。   (1) In the above embodiment, a high frequency voltage in the VHF frequency band is supplied from the high frequency power supply 26 to the lower electrode 25, and the inside of the vacuum chamber 11 is maintained at 50 Pa to 150 Pa by the exhaust system 13. Etching is performed by setting the distance L between the electrodes to 50 mm to 100 mm. That is, by setting the pressure range, the ratio of the second positive ions newly generated in the sheath can be increased without annihilating the first positive ions. In addition, by setting the interelectrode distance L to 50 mm or more and 100 mm or less, which is larger than the general interelectrode distance, while suppressing gas retention even under high pressure, the in-plane uniformity of the etching rate and the etching shape is improved. Further, a decrease in plasma density due to an increase in the interelectrode distance L can be suppressed.

(2)上記実施形態では、真空槽11の内側面のうち、少なくとも下部電極25に対する最短距離が、電極間距離Lよりも小さい領域を側部絶縁体32によって覆うようにした。即ち、上記したように電極間距離Lを50mm以上100mm以下といった大きな距離にすると、電極間距離Lよりも、下部電極25と真空槽11との距離が小さくなり、それらの間で放電が生じやすくなる。従って、真空槽11の内側面を側部絶縁体32で覆うことで、下部電極25と真空槽11との間でプラズマが生成されることを抑制することができる。また、下部電極25を昇降可能とすると、その昇降する範囲に応じて、その絶縁体によって覆う領域を大きくしなければならない。このため、上部電極12を昇降させることで、絶縁体によって覆われる領域を極力小さくすることができる。   (2) In the above embodiment, the side insulator 32 covers the region of the inner surface of the vacuum chamber 11 where at least the shortest distance to the lower electrode 25 is smaller than the inter-electrode distance L. That is, as described above, when the interelectrode distance L is set to a large distance such as 50 mm or more and 100 mm or less, the distance between the lower electrode 25 and the vacuum chamber 11 becomes smaller than the interelectrode distance L, and electric discharge is likely to occur between them. Become. Therefore, by covering the inner surface of the vacuum chamber 11 with the side insulator 32, it is possible to suppress the generation of plasma between the lower electrode 25 and the vacuum chamber 11. Further, if the lower electrode 25 can be moved up and down, the region covered by the insulator must be enlarged according to the range in which the lower electrode 25 is moved up and down. For this reason, the area | region covered with an insulator can be made as small as possible by raising / lowering the upper electrode 12. FIG.

(3)上記実施形態では、エッチングガスは、フッ素含有ガスと酸素ガスとの混合ガスであって、フッ素含有ガス及び酸素ガスの流量は、それぞれ50sccm以上300sccm以下及び10sccm以上300sccm以下とした。このため、排気速度を低下させて、電極間のガスの流れを滞留させることなく、真空槽11内の圧力を高めることができる。   (3) In the above embodiment, the etching gas is a mixed gas of fluorine-containing gas and oxygen gas, and the flow rates of the fluorine-containing gas and oxygen gas are 50 sccm to 300 sccm and 10 sccm to 300 sccm, respectively. For this reason, the pressure in the vacuum chamber 11 can be increased without reducing the exhaust speed and retaining the gas flow between the electrodes.

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。   In addition, you may change the said embodiment as follows.

・上記実施形態では、ガス供給源19は、2種類のガスをそれぞれ送出するようにしたが、3種類以上のガスをそれぞれ送出するようにしてもよい。   In the above embodiment, the gas supply source 19 sends out two types of gas, but may send out three or more types of gas.

・上記実施形態では、上部電極12を可動とし、下部電極25を固定したが、下部電極25を可動とし、上部電極12を固定としてもよい。この場合、側部絶縁体32は、真空槽11の側面のうち、軸方向において下部電極25の可動範囲の下端に至る範囲までを覆う。   In the above embodiment, the upper electrode 12 is movable and the lower electrode 25 is fixed. However, the lower electrode 25 may be movable and the upper electrode 12 may be fixed. In this case, the side insulator 32 covers the side surface of the vacuum chamber 11 up to the range reaching the lower end of the movable range of the lower electrode 25 in the axial direction.

・上記実施形態では、エッチング装置10は、電極間距離Lを調整可能な機構を備えたが、該機構を省略した構成とし、電極間距離Lを一定距離に固定していてもよい。   In the above embodiment, the etching apparatus 10 includes a mechanism that can adjust the inter-electrode distance L. However, the mechanism may be omitted, and the inter-electrode distance L may be fixed to a fixed distance.

・上記実施形態では、上部絶縁体20及び底部絶縁体30及び第1側部絶縁体33をアルミナから形成し、下部絶縁体31及び第2側部絶縁体34を石英から形成した。これ以外の構成として、上部絶縁体20、底部絶縁体30、第1側部絶縁体、下部絶縁体31及び第2側部絶縁体34を同一の絶縁材料から形成してもよい。また、上部絶縁体20及び底部絶縁体30及び第1側部絶縁体33を石英から形成し、下部絶縁体31及び第2側部絶縁体34をアルミナから形成してもよい。また、同一絶縁材料からなる部材の組み合わせを変更しても良い。   In the above embodiment, the upper insulator 20, the bottom insulator 30, and the first side insulator 33 are made of alumina, and the lower insulator 31 and the second side insulator 34 are made of quartz. As another configuration, the upper insulator 20, the bottom insulator 30, the first side insulator, the lower insulator 31, and the second side insulator 34 may be formed from the same insulating material. Further, the upper insulator 20, the bottom insulator 30, and the first side insulator 33 may be formed of quartz, and the lower insulator 31 and the second side insulator 34 may be formed of alumina. Moreover, you may change the combination of the member which consists of the same insulating material.

C2…圧力制御部としての排気系制御部、C1…電極位置制御部、PL…プラズマ生成空間、S…基板、10,100…エッチング装置、11…真空槽、12…第2の電極としての上部電極、12a…ガス供給部としてのガス導入口、21…昇降機構、25…第1の電極としての下部電極、26…高周波電源、L…電極間距離、32…側部絶縁体。   C2: Exhaust system control unit as a pressure control unit, C1 ... Electrode position control unit, PL ... Plasma generation space, S ... Substrate 10, 100 ... Etching apparatus, 11 ... Vacuum chamber, 12 ... Upper part as second electrode Electrode, 12a: Gas inlet as gas supply unit, 21: Elevating mechanism, 25: Lower electrode as first electrode, 26: High frequency power source, L: Distance between electrodes, 32: Side insulator.

Claims (5)

基板を収容する真空槽と、
前記基板が載置される第1の電極と、
前記第1の電極に対してプラズマ生成空間を介して対向する第2の電極と、
前記第1の電極に接続された高周波電源と、
前記真空槽にエッチングガスを供給するガス供給部と、
前記真空槽内の圧力を調整する圧力制御部とを備えるエッチング装置であって、
前記高周波電源は、前記第1の電極にVHF周波数帯の高周波電力を供給し、
前記圧力制御部は、前記真空槽内を50Pa以上150Pa以下に調整し、
前記第1の電極と前記第2の電極との間の電極間距離が50mm以上100mm以下であることを特徴とするエッチング装置。
A vacuum chamber containing the substrate;
A first electrode on which the substrate is placed;
A second electrode facing the first electrode via a plasma generation space;
A high frequency power source connected to the first electrode;
A gas supply unit for supplying an etching gas to the vacuum chamber;
An etching apparatus comprising a pressure control unit that adjusts the pressure in the vacuum chamber,
The high frequency power supply supplies high frequency power in a VHF frequency band to the first electrode,
The pressure control unit adjusts the inside of the vacuum chamber to 50 Pa or more and 150 Pa or less,
An etching apparatus, wherein an inter-electrode distance between the first electrode and the second electrode is 50 mm or more and 100 mm or less.
前記第2の電極を昇降させることで前記電極間距離を調整する電極位置制御部を備えるとともに、
前記真空槽の内側面のうち、少なくとも前記第1の電極に対する最短距離が、前記電極間距離よりも小さい領域が絶縁体によって覆われている請求項1に記載のエッチング装置。
While comprising an electrode position controller that adjusts the distance between the electrodes by raising and lowering the second electrode,
2. The etching apparatus according to claim 1, wherein an area of the inner surface of the vacuum chamber that is at least the shortest distance to the first electrode is smaller than the distance between the electrodes is covered with an insulator.
真空槽内に設けられた第1の電極に基板を載置し、前記真空槽内にエッチングガスを供給しつつ前記第1の電極に高周波電力を供給することによって、前記第1の電極と該第1の電極と対向する第2の電極との間でプラズマを生成して前記基板をエッチングするエッチング方法であって、
前記第1の電極に、周波数がVHF周波数帯に含まれる高周波電力を供給し、
前記真空槽内を、50Pa以上150Pa以上の圧力に調整し、
前記第1の電極と前記第2の電極との間の電極間距離を50mm以上100mm以下とすることを特徴とするエッチング方法。
A substrate is placed on a first electrode provided in a vacuum chamber, and high-frequency power is supplied to the first electrode while supplying an etching gas into the vacuum chamber, whereby the first electrode and the first electrode An etching method for etching the substrate by generating plasma between a first electrode and a second electrode facing the first electrode,
Supplying the first electrode with high-frequency power having a frequency included in a VHF frequency band;
The inside of the vacuum chamber is adjusted to a pressure of 50 Pa or more and 150 Pa or more,
An etching method, wherein an interelectrode distance between the first electrode and the second electrode is 50 mm or more and 100 mm or less.
前記エッチングガスは、フッ素含有ガスと酸素ガスとの混合ガスであって、
前記フッ素含有ガス及び前記酸素ガスの流量は、それぞれ50sccm以上300sccm以下及び10sccm以上300sccm以下である請求項3に記載のエッチング方法。
The etching gas is a mixed gas of fluorine-containing gas and oxygen gas,
The etching method according to claim 3, wherein flow rates of the fluorine-containing gas and the oxygen gas are 50 sccm to 300 sccm and 10 sccm to 300 sccm, respectively.
前記エッチングガスは、フッ素含有ガスとハロゲン化ガスとの混合ガスであって、
前記フッ素含有ガス及び前記ハロゲン化ガスの流量は、それぞれ50sccm以上300sccm以下及び0sccm超150sccm以下である請求項3に記載のエッチング方法。
The etching gas is a mixed gas of a fluorine-containing gas and a halogenated gas,
The etching method according to claim 3, wherein the flow rates of the fluorine-containing gas and the halogenated gas are 50 sccm or more and 300 sccm or less and more than 0 sccm and 150 sccm or less, respectively.
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