JP3158612B2 - Dry etching method - Google Patents
Dry etching methodInfo
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- JP3158612B2 JP3158612B2 JP06574292A JP6574292A JP3158612B2 JP 3158612 B2 JP3158612 B2 JP 3158612B2 JP 06574292 A JP06574292 A JP 06574292A JP 6574292 A JP6574292 A JP 6574292A JP 3158612 B2 JP3158612 B2 JP 3158612B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はドライエッチング装置お
よびドライエッチング方法に関し、特に、高異方性,高
速エッチングを高スループットで行なうのに好適なドラ
イエッチング装置およびドライエッチング方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching apparatus and a dry etching method, and more particularly to a dry etching apparatus and a dry etching method suitable for performing high anisotropy and high speed etching at a high throughput.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のドライエッチング装置は異方性加
工を行うために、エッチングガスを切り換えてエッチン
グを行っていた。例えば、特開昭61−61423 号や特開昭
63−65628 号公報では第1の工程で異方性エッチングを
し、第2の工程で側壁保護膜を形成し、第3の工程で等
方性エッチングと、各々の工程でガスを切り換えてエッ
チングをする。また特開昭60−50923 号や特開平2−105
413 号公報では数秒間隔でエッチング性ガスとデポジシ
ョン性ガスを切り換える、タイムモジュレーションエッ
チングにより異方性加工を実現する。また特開平2−270
320 号公報では低温エッチングでの温度制御性を向上し
て異方性を上げるために、静電吸着によりウェハを固定
する。静電吸着でウェハを固定したり、固定したウェハ
をはずすためにはプラズマによる放電が必要であり、精
度良くエッチングをするためには不活性ガスにガスを切
り換えてから放電する方がよい。以上のように異方性エ
ッチングを行うときにはガスの切り換えが必須になって
いる。2. Description of the Related Art In a conventional dry etching apparatus, etching is performed by switching an etching gas in order to perform anisotropic processing. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-61423 and
In JP-A-63-65628, anisotropic etching is performed in a first step, a sidewall protective film is formed in a second step, isotropic etching is performed in a third step, and etching is performed by switching a gas in each step. do. JP-A-60-50923 and JP-A-2-105
In Japanese Patent No. 413, anisotropic processing is realized by time modulation etching in which an etching gas and a deposition gas are switched at intervals of several seconds. Also, JP-A-2-270
In Japanese Patent Publication No. 320, a wafer is fixed by electrostatic suction in order to improve temperature controllability in low-temperature etching and increase anisotropy. In order to fix a wafer by electrostatic attraction or to remove a fixed wafer, plasma discharge is necessary. In order to perform accurate etching, it is better to switch the gas to an inert gas before discharging. As described above, when performing anisotropic etching, gas switching is essential.
【0003】ガスの切り換えを効率よく行うためには、
排気能力が高い方がよい。従来のドライエッチング装置
の排気系の構成はポンプ容量が1000 l/s、排気
系のコンダクタンスが200〜1000 l/sであ
り、装置全体の実効排気速度は100〜500 l/s
であった。また従来のドライエッチング装置の容積は2
00〜300 lであった。In order to switch gas efficiently,
Higher exhaust capacity is better. The configuration of the pumping system of the conventional dry etching apparatus has a pump capacity of 1000 l / s, the conductance of the pumping system is 200 to 1000 l / s, and the effective pumping speed of the entire apparatus is 100 to 500 l / s.
Met. The volume of the conventional dry etching apparatus is 2
It was 00-300 l.
【0004】排気能力の一つの目安は、ガスが流入して
から排気されるまで容器内に滞在する時間である。この
ガス滞在時間は、 ガス滞在時間=装置の容積/実効排気速度 …(1) で求められる。従来の装置ではガス滞在時間が0.4〜
3s であった。ガス切り替えに要する時間はガス滞在
時間よりも長くなるので、従来のドライエッチング装置
およびドライエッチング方法ではこのガスの切り替えに
1s以上必要だった。[0004] One measure of the exhaust capacity is the time that the gas stays in the vessel from the time the gas flows in until the gas is exhausted. The gas residence time is obtained by the following equation: gas residence time = volume of apparatus / effective pumping speed. With conventional equipment, the gas residence time is 0.4 ~
3s. Since the time required for gas switching is longer than the gas residence time, the conventional dry etching apparatus and dry etching method required 1 s or more to switch the gas.
【0005】ガス滞在時間が25msと短いドライエッ
チング装置がジャーナル オブ バキューム サイエン
ティフィック テクノロジー B8(1990)118
5頁(J. Vac. Sci. Technol. B8 (1990)p. 1
185)に報告されている。この装置は電極間の体積が
2l程度であり、装置の実効排気速度は80 l/s程度
である。[0005] A dry etching apparatus having a short gas residence time of 25 ms has been developed by Journal of Vacuum Scientific Technology B8 (1990) 118.
Page 5 (J. Vac. Sci. Technol. B8 (1990) p. 1)
185). In this device, the volume between the electrodes is
It is about 2 l, and the effective pumping speed of the apparatus is about 80 l / s.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ガス切り換え時には、
切り換え前後のガス混合によるエッチング特性劣化を抑
えるために、容器内のガスを排出しなければならない。
ガス切り換え時には排出するガスの分圧減少に伴い、実
効的な排気効率が落ちる。そのため排出に要する時間は
ガスの滞在時間の数倍になる。At the time of gas switching,
The gas in the container must be exhausted in order to suppress the deterioration of the etching characteristics due to the gas mixture before and after the switching.
At the time of gas switching, the effective exhaust efficiency decreases as the partial pressure of the exhaust gas decreases. Therefore, the time required for the discharge is several times the residence time of the gas.
【0007】従来のドライエッチング装置では滞在時間
は0.4〜3s 程度あった。すなわち、ガス切り換えに
は1秒以上の時間を要する。そのためにタイムモジュレ
ーションエッチングではエッチングステップ・デポジシ
ョンステップともに1ステップは数秒のステップ時間に
なる。In the conventional dry etching apparatus, the stay time was about 0.4 to 3 s. That is, gas switching requires a time of one second or more. Therefore, in the time modulation etching, one step has a step time of several seconds in both the etching step and the deposition step.
【0008】上述のような従来技術では、ステップ時間
が数秒間になると、エッチングステップ中のサイドエッ
チングにより、側壁に段差構造が生じる、ガスの切り替
えに時間がかかるために、エッチングのスループットが
落ちる、エッチング装置に試料観察手段を設けてエッチ
ング中に形状観察するためにはガスを止めて圧力を下げ
なければならなかったので、形状観察をしながらエッチ
ングを行なうとスループットが落ちる、などの問題があ
った。In the prior art as described above, when the step time is several seconds, a side structure during the etching step causes a step structure on the side wall, and it takes time to switch the gas, so that the etching throughput decreases. In order to observe the shape during etching by providing a sample observing means in the etching apparatus, the gas had to be stopped and the pressure had to be reduced.Therefore, if etching was performed while observing the shape, there was a problem that the throughput was reduced. Was.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明においては、ドラ
イエッチング装置の排気系の構成をポンプの排気速度を
2500 l/s、望ましくは4000 l/sにし、
排気系のコンダクタンス2000 l/s、望ましくは
3000 l/sとし、装置全体の実効排気速度を13
00 l/s以上にした。According to the present invention, the exhaust system of the dry etching apparatus has a pumping speed of 2500 l / s, desirably 4000 l / s.
The conductance of the exhaust system is 2000 l / s, preferably 3000 l / s, and the effective exhaust speed of the entire apparatus is 13 l / s.
00 l / s or more.
【0010】また、従来のドライエッチング装置の容積
を、ガスの滞在時間が100ms以下になるように設計
した。すなわち、 実効排気速度×100ms …(2) の値よりも容積を小さくした。In addition, the volume of the conventional dry etching apparatus is designed so that the residence time of the gas is 100 ms or less. That is, the volume was made smaller than the value of effective pumping speed × 100 ms (2).
【0011】また少なくとも一つのガス導入系を設け、
そこに設けるガス流量コントローラとして、一定流量を
保持できる最短時間が50ms以下のものを用いた。ま
たガス流量コントローラ,放電手段,排気速度を制御す
る手段を一括制御器で制御するようにした。また試料を
観察する手段を設けた。[0011] Further, at least one gas introduction system is provided,
As a gas flow controller provided therein, a gas flow controller capable of maintaining a constant flow rate for a minimum time of 50 ms or less was used. In addition, the gas flow controller, the discharging means, and the means for controlling the pumping speed are controlled by a collective controller. A means for observing the sample was provided.
【0012】[0012]
【作用】エッチング中にガスAのエッチングからガスB
のエッチングに切り換える時には、ガスAを十分排出し
てからガスBのエッチングを行わないと、切り換え前後
のガスが混合してエッチング特性が劣化する。[Effect] During the etching, the gas B is changed from the gas A to the gas B.
When the etching is switched to the above, if the gas B is not etched after sufficiently exhausting the gas A, the gases before and after the switching are mixed and the etching characteristics are deteriorated.
【0013】ガス停止から排出終了までの間に圧力は図
2のように変化する。十分長い時間排気すれば到達真空
度まで圧力は下がる。しかし、それではスループットが
極端に悪くなるので、実用上は、95%程度ガス排出が
終了する時点で次のガスを導入する。[0013] The pressure changes as shown in FIG. If the air is evacuated for a sufficiently long time, the pressure drops to the ultimate vacuum. However, in that case, the throughput becomes extremely poor. Therefore, in practice, the next gas is introduced at the time when the gas discharge is completed at about 95%.
【0014】ガス停止から排出終了時までの圧力変化
は、圧力をP、実効排気速度をS、装置の容積をVとす
ると、 dP/dt=−SP/V …(3) の微分方程式に従う。図2に示したようにガス停止時間
をt=0として上式を解くと、ガス圧力が排出後圧力に
なるまでの時間(排出時間)は、 排出時間=(V/S)ln(排出前圧力/排出後圧力) …(4) ここで(V/S)はガスの滞在時間であるから、 排出時間=滞在時間×ln(排出前圧力/排出後圧力) …(5) となる。The pressure change from the stop of the gas to the end of the discharge follows the differential equation of dP / dt = -SP / V, where P is the pressure, S is the effective pumping speed, and V is the volume of the apparatus. As shown in FIG. 2, when the above equation is solved with the gas stop time set to t = 0, the time until the gas pressure reaches the pressure after discharge (discharge time) is: discharge time = (V / S) ln (before discharge) (Pressure / pressure after discharge) (4) Here, (V / S) is the residence time of the gas, so discharge time = residence time × ln (pressure before discharge / pressure after discharge) (5).
【0015】容器外に排出したガスの割合と、ln(排
出前圧力/排出後圧力)との関係を図4に示した。ガス
を停止してからガスの滞在時間だけ排気しても、全体の
60%のガスしか排出されない。例えば、ガスの95%
を排出するときには、ln(排出前圧力/排出後圧力)
は4である。すなわち、滞在時間の4倍の時間排気しな
ければ、ガスの95%を排出できない。FIG. 4 shows the relationship between the ratio of the gas discharged outside the container and ln (pressure before discharge / pressure after discharge). Even if the gas is stopped and then exhausted for the duration of the gas, only 60% of the total gas is exhausted. For example, 95% of gas
Is discharged, ln (pressure before discharge / pressure after discharge)
Is 4. That is, 95% of the gas cannot be discharged unless the gas is evacuated for four times the stay time.
【0016】従来のドライエッチング装置では滞在時間
が1s程度なので、排出時間は数秒必要だった。本発明
では実効排気速度を1300 l/sとし、滞在時間が
100ms以下になるようにしたために、排出時間を従来
の1/10程度短くできた。その結果、ガス切り換え時
間を短縮してスループットを向上できた。In the conventional dry etching apparatus, the residence time is about 1 s, so that the discharge time is several seconds. In the present invention, the effective pumping speed is 1300 l / s, and the staying time is
Since the discharge time is set to 100 ms or less, the discharge time can be shortened by about 1/10 compared to the related art. As a result, the gas switching time was shortened and the throughput was improved.
【0017】また、ガス流量コントローラが一定流量を
保持できる最短時間を50ms以下にしたために、ガス
の切り替え時間が短くなり、かつガス導入をパルス状に
行なうことができるようになった。その結果、タイムモ
ジュレーションエッチングなどのガス切り替えを頻繁に
行なうエッチングで、1ステップの時間を100ms以
下にできるようになった。エッチング速度が1200n
m/min のエッチングで1ステップの時間を例えば10
msとすると、1ステップのエッチング量は0.2nm
と、1原子層程度になる。すなわち、ガス導入およびガ
ス切り替え時間を短くしてパルス状にガスを導入できる
ようになったために、数原子層程度の制御が可能なエッ
チングを行なうことができるようになった。Further, since the minimum time during which the gas flow controller can maintain a constant flow rate is set to 50 ms or less, the gas switching time is shortened, and the gas introduction can be performed in a pulsed manner. As a result, the time for one step can be reduced to 100 ms or less in etching that frequently switches gases such as time modulation etching. 1200n etching rate
m / min etching for one step time of, for example, 10
ms, the etching amount in one step is 0.2 nm.
And about one atomic layer. That is, since the gas introduction and the gas switching time can be shortened, and the gas can be introduced in a pulsed manner, it is possible to perform etching capable of controlling about several atomic layers.
【0018】さらに、ガス流量コントローラとともに放
電手段,排気速度を変える手段を一括制御するので、高
精度のエッチングを高スループットで行なえるようにな
った。Further, since the discharging means and the means for changing the pumping speed are collectively controlled together with the gas flow controller, highly accurate etching can be performed with high throughput.
【0019】さらに、試料を観察手段を設けたために、
エッチング形状をモニタしながら高精度エッチングを行
なうことができる。その際、ガス停止・圧力低下に要す
る時間を100ms以下にできたために、スループット
を落すことなくエッチングができるようになった。Further, since the observation means for the sample is provided,
High-precision etching can be performed while monitoring the etching shape. At that time, the time required for stopping the gas and lowering the pressure was reduced to 100 ms or less, so that etching could be performed without lowering the throughput.
【0020】[0020]
〈実施例1〉本発明によるドライエッチング装置の一実
施例を図1に示す。この装置では、真空処理室1にエッ
チングガスを導入し、マイクロ波発生器2において2.
45GHzの高周波を発生させ、この高周波を導波管3
により放電部4に輸送してガスプラズマ5を発生させ
る。高効率放電のために磁場発生用のソレノイドコイル
6を放電部周囲に配置し、875ガウスの磁場による電
子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonanc
e:ECRともいう)を用いて高密度プラズマを発生さ
せた。放電部4には試料台7があり、この上にウェハ8
を設置してガスプラズマ5によりエッチング処理をす
る。<Embodiment 1> One embodiment of a dry etching apparatus according to the present invention is shown in FIG. In this apparatus, an etching gas is introduced into a vacuum processing chamber 1, and 2.
A high frequency of 45 GHz is generated, and this high frequency is
To transport to the discharge part 4 to generate gas plasma 5. A solenoid coil 6 for generating a magnetic field is arranged around the discharge part for high-efficiency discharge, and an electron cyclotron resonance (Electron Cyclotron Resonanc) with a magnetic field of 875 Gauss is used.
e: also called ECR) to generate high density plasma. The discharge unit 4 has a sample stage 7 on which a wafer 8 is placed.
Is installed and an etching process is performed by the gas plasma 5.
【0021】エッチングガスは、ガス導入口9から放電
部4,真空処理室1を経て排気管10から排気ポンプ1
1により真空処理室1外へ排出される。この際、コンダ
クタンスバルブ12により、排気速度を変えることがで
きる。The etching gas is supplied from the gas inlet 9 to the discharge unit 4 through the vacuum processing chamber 1 through the exhaust pipe 10 to the exhaust pump 1.
1 discharges out of the vacuum processing chamber 1. At this time, the exhaust speed can be changed by the conductance valve 12.
【0022】ウェハを設置する試料台7には冷却機構1
6を備え、ウェハを0℃以下に冷却することができる。
さらにRF電源17により400kHzから13.56M
HzのRFバイアスを印加できる。A cooling mechanism 1 is provided on a sample stage 7 on which a wafer is placed.
6 to cool the wafer to 0 ° C. or lower.
Furthermore, 13.56M from 400kHz by RF power supply 17.
Hz RF bias can be applied.
【0023】真空処理室1にはヒータ18を設けて、真
空処理室1を50℃以上に加熱するベーキング処理がで
きるようにした。その結果、真空処理室1の壁面の残留
ガス成分や、比較的蒸気圧の低い反応生成物の堆積物な
どを除去して、到達圧力を0.5μtorr 以下と、従来の
1/10以下にできた。そのためエッチング動作圧力を
0.5mtorr と低圧力エッチングを行っても不純物ガス
成分を1/1000以下に抑えたクリーンなエッチング
をすることができる。A heater 18 is provided in the vacuum processing chamber 1 so that a baking process for heating the vacuum processing chamber 1 to 50 ° C. or more can be performed. As a result, residual gas components on the wall surface of the vacuum processing chamber 1 and deposits of reaction products having a relatively low vapor pressure are removed, so that the ultimate pressure can be reduced to 0.5 μtorr or less, 1/10 or less of the conventional pressure. Was. Therefore, even when low-pressure etching is performed at an etching operation pressure of 0.5 mtorr, clean etching can be performed with impurity gas components suppressed to 1/1000 or less.
【0024】排気ポンプ11には排気速度2000 l
/sのターボ分子ポンプ2台を用い、総排気速度を40
00 l/sにして放電部4の中心軸に対して対称に配
置した。ガスの通路である放電部4,真空処理室1,排
気管10およびコンダクタンスバルブ12の総排気コン
ダクタンスが4000 l/sとなるように設計した。
実効排気速度は、 1/実効排気速度=1/ポンプの排気速度+1/総排気コンダクタンス …(6) で求めることができ、本実施例では実効排気速度は20
00 l/sである。また真空処理室1内のガスの滞在
時間が50msecとなるように、放電部4,真空処理室
1,排気管10の総容積を100lと小さく設計した。
その結果、排出時間を短縮でき、例えば95%排出に要
する時間で200ms程度になった。従来の装置は95
%排出に1〜6s程度かかっていたのに比べると、排出
時間を1/5〜1/30に短縮できた。そのためにガス
切り替えに要する時間を短くなり、エッチングのスルー
プットが向上した。The pump 11 has a pumping speed of 2000 l.
/ S two turbo molecular pumps and a total pumping speed of 40
The discharge section 4 was arranged symmetrically with respect to the central axis of the discharge section 4 at 00 l / s. The discharge section 4, the vacuum processing chamber 1, the exhaust pipe 10, and the total exhaust conductance of the conductance valve 12 which are gas passages were designed to be 4000 l / s.
The effective pumping speed can be obtained by 1 / effective pumping speed = 1 / pump pumping speed + 1 / total pumping conductance (6). In this embodiment, the effective pumping speed is 20.
00 l / s. The total volume of the discharge part 4, the vacuum processing chamber 1, and the exhaust pipe 10 was designed as small as 100 l so that the residence time of the gas in the vacuum processing chamber 1 was 50 msec.
As a result, the discharge time can be reduced, for example, the time required for 95% discharge is about 200 ms. The conventional device is 95
The discharge time could be reduced to 1/5 to 1/30 as compared with the case where the% discharge took about 1 to 6 s. Therefore, the time required for gas switching was shortened, and the etching throughput was improved.
【0025】処理ガスはガス流量コントローラ13a,
b,cを通しガス配管14a,b,cを経て、ガス導入
口9からメッシュ状に小孔の開いたバッファ室15を通
して放電部へ導入するようした。バッファ室15を設け
たことと、メッシュ状の小孔によりガス開口面積を広く
したことにより、ガス導入時のガス流速を音速の1/3
以下とし、かつ均一な流れにできた。また各々のガス配
管14a,b,cから放電部4にガスを導入するとき
に、2個所以上のガス導入口9を放電部中心軸に対して
対称に配置した。このことにより、ガスプラズマ5中の
ガス分布の片寄りを抑えることができる。The processing gas is supplied to a gas flow controller 13a,
The gas was introduced from the gas inlet 9 to the discharge section through the buffer chamber 15 having a small hole in the form of a mesh through the gas pipes 14a, 14b and 14c. By providing the buffer chamber 15 and widening the gas opening area by mesh-shaped small holes, the gas flow rate at the time of gas introduction can be reduced to 1/3 of the sound speed.
The results were as follows, and a uniform flow was obtained. Further, when gas is introduced from each of the gas pipes 14a, b, and c into the discharge unit 4, two or more gas inlets 9 are arranged symmetrically with respect to the central axis of the discharge unit. As a result, deviation of the gas distribution in the gas plasma 5 can be suppressed.
【0026】処理ガスを切り替えて放電部4に流すため
に、複数個のガス流量コントローラ13およびガス配管
14を設けた。各々の配管系には異なる種類のガス源を
つないだ。もちろん配管系にガス混合装置を取り付け
て、混合ガスを流せるようにしてもよい。A plurality of gas flow controllers 13 and a plurality of gas pipes 14 are provided for switching the processing gas to flow to the discharge section 4. A different kind of gas source was connected to each piping system. Of course, a gas mixing device may be attached to the piping system so that the mixed gas can flow.
【0027】本実施例では三つの配管系を設置した。配
管系のガス流量コントローラ13a,b,cが一定流量
を保持できる最短時間は、ガスの排出時間と同程度のも
のを用いた。その結果、排出完了とともに直ちにガス種
を交換することができるようになった。ガス流量コント
ローラ13が一定流量を保持できる最短時間をガスの排
出時間と同程度にする効果について、例えば、ガス流量
コントローラ13aと13bを用いて、ガスAとガスB
を交互に切り替えて放電部4に流す場合について述べ
る。In this embodiment, three piping systems are provided. The minimum time in which the gas flow controllers 13a, b, and c of the piping system can maintain a constant flow rate is the same as the gas discharge time. As a result, the gas type can be exchanged immediately upon completion of discharge. Regarding the effect that the shortest time in which the gas flow controller 13 can maintain a constant flow rate is almost equal to the gas discharge time, for example, the gas flow controllers 13a and 13b
Are alternately switched to flow to the discharge unit 4.
【0028】ガス流量コントローラ13が一定流量を保
持できる最短時間が200msであれば、図5のような
タイミングでパルス状にガスを流すことが可能である。
もし、ガス流量コントローラ13が一定流量を保持でき
る最短時間が1s程度と遅ければ、流量コントロールを
1s以下で切り替えることができないので、図6(a)
のようにパルスの長さおよび間隔を1s以下にすること
ができない。もし、ガス流量コントローラ13aが一定
流量を保持できる最短時間200msで、ガス流量コン
トローラ13bが一定流量を保持できる最短時間1sと
性能が異なるものを用いると、図6(b)に示すよう
に、ガスAは十分排出されているのに、ガスBを流すこ
とができず、未動作時間が生じてしまう。If the minimum time during which the gas flow controller 13 can maintain a constant flow rate is 200 ms, it is possible to flow gas in a pulsed manner at the timing shown in FIG.
If the shortest time during which the gas flow controller 13 can maintain the constant flow rate is as slow as about 1 s, the flow control cannot be switched in 1 s or less, and FIG.
The pulse length and interval cannot be made 1 s or less as in If the gas flow controller 13a has a performance different from the shortest time 200ms in which the gas flow rate controller 13a can maintain a constant flow rate and the gas flow rate controller 13b has a performance different from the minimum time 1s in which the gas flow rate controller 13b can maintain a constant flow rate, as shown in FIG. Although A is sufficiently exhausted, the gas B cannot be flowed, resulting in a non-operation time.
【0029】一定流量を保持できる最短時間が排出時間
と同程度のガス流量コントローラを用いれば、本発明の
効果である、排出時間の短縮を最大限に生かすことがで
きる。もちろんガス配管系の数を多く設置して、未動作
時間等の時間を短縮することができる。しかし、その場
合はパルス的にガスを流すことができないため、デジタ
ルエッチング等のパルスエッチング固有の効果は期待で
きなくなる。If a gas flow controller is used in which the shortest time capable of maintaining a constant flow rate is the same as the discharge time, the effect of the present invention, that is, the reduction of the discharge time, can be maximized. Of course, by installing a large number of gas piping systems, it is possible to reduce the time such as the non-operation time. However, in this case, since the gas cannot be flowed in a pulsed manner, the effects inherent in pulse etching such as digital etching cannot be expected.
【0030】本発明ではガス滞在時間を10ms以下に
し、応答時間が10ms以下のピエゾバルブをガス導入
コントローラに使うことにより、通常のエッチング動作
圧力で10ラングミュア以下のガス露出もできるように
なった。ここで1ラングミュアとは固体表面へのガス露
出量を示す単位であり、1s×1μtorrで定義され
る量である。1μtorrのガス雰囲気下では1sで固体表
面1層分の原子数と同程度のガス粒子が入射するので、
ガス露出量が1ラングミュアであるということは、固体
表面一層分と同程度のガス粒子が入射することを意味す
る。ガス露出量を10ラングミュア以下にできるという
ことは、1回のパルス状ガス導入でガス粒子を試料へ表
面10原子層分以下の量に制御して入射させることがで
きることを意味する。例えば動作圧力1mtorrでは10
msで10ラングミュアに相当する。従来のドライエッ
チング装置ではガス滞在時間が1s程度であったので、
このように短い時間のパルスで圧力制御できなかった。
またガス導入コントローラが一定流量を保持できる最短
時間が1s程度であったので、10msという短いパル
ス時間のガス導入ができなかった。In the present invention, gas exposure time of 10 Langmuir or less can be achieved at a normal etching operation pressure by using a piezo valve having a gas residence time of 10 ms or less and a response time of 10 ms or less for a gas introduction controller. Here, 1 Langmuir is a unit indicating the amount of gas exposure to the solid surface, and is an amount defined by 1 s × 1 μtorr. Under a gas atmosphere of 1 μtorr, gas particles of the same number as the number of atoms in one layer of the solid surface enter in 1 s.
A gas exposure of one Langmuir means that gas particles of the same degree as one solid surface are incident. The fact that the gas exposure amount can be reduced to 10 Langmuir or less means that the gas particles can be controlled to be incident on the sample to an amount of 10 atomic layers or less on the surface by one pulsed gas introduction. For example, at an operating pressure of 1 mtorr, 10
ms is equivalent to 10 Langmuir. In the conventional dry etching equipment, the gas residence time was about 1 s,
Pressure control could not be performed with such short time pulses.
Further, since the shortest time during which the gas introduction controller can maintain a constant flow rate is about 1 s, gas introduction with a short pulse time of 10 ms cannot be performed.
【0031】本発明では、パルスガス導入により、エッ
チングガスを一原子層以下の精度で試料表面に導入でき
るようになったので、高精度のエッチングができるよう
になった。もちろん動作圧力に応じて、ガス導入コント
ローラに必要な一定流量を保持できる最短時間は異な
る。また、必要な一定流量を保持できる最短時間が得ら
れれば、他の種類のガス導入コントローラを用いてもよ
い。In the present invention, the introduction of the pulse gas enables the etching gas to be introduced to the surface of the sample with an accuracy of one atomic layer or less, so that high-precision etching can be performed. Of course, the minimum time required to maintain a constant flow rate required for the gas introduction controller varies depending on the operating pressure. In addition, another type of gas introduction controller may be used as long as the shortest time that can maintain a required constant flow rate is obtained.
【0032】ガス流量コントローラ13a,b,cのガ
ス流量及びガス流入のタイミングは、ガス切り替え制御
器22により制御できるようにした。ガス流入のタイミ
ングをさらに制御するには、ガス配管14中にストップ
バルブを設けて、その開閉もガス切り替え制御器22で
制御できるようにしてもよい。The gas flow rate of the gas flow controllers 13a, 13b, 13c and the timing of the gas inflow can be controlled by the gas switching controller 22. In order to further control the gas inflow timing, a stop valve may be provided in the gas pipe 14 so that the opening and closing thereof can be controlled by the gas switching controller 22.
【0033】ガス切り替え制御器22を一括制御器23
につなぎ、一括制御器23からの制御信号によりガス切
り替え制御器22の動作タイミングを制御できるように
した。さらに一括制御器23をマイクロ波発生器2,R
F電源17、およびコンダクタンスバルブ12ともつな
いで、これらの動作条件・動作タイミングを一括制御で
きるようにした。このようにガス切り替え制御器22、
および一括制御器23を取り付けることにより、ガス切
り替えを効率よく行うことができる。さらにマイクロ波
やRFバイアス等も同時に制御できるので、タイムモジ
ュレーションエッチングやマルチステップエッチングを
高スループット・高精度に行うことができる。The gas switching controller 22 is replaced by a batch controller 23
The operation timing of the gas switching controller 22 can be controlled by a control signal from the collective controller 23. Further, the collective controller 23 is connected to the microwave generators 2 and R
These operation conditions and operation timings can be collectively controlled without connecting to the F power supply 17 and the conductance valve 12. Thus, the gas switching controller 22,
By attaching the collective controller 23, gas switching can be performed efficiently. Further, since microwaves, RF bias, and the like can be simultaneously controlled, time modulation etching and multi-step etching can be performed with high throughput and high accuracy.
【0034】一括制御器23に記憶手段を取り付け、コ
ンダクタンスバルブ12の開度と実効排気速度との関係
を記憶しておけば、排出時間を求めることができる。圧
力制御のためにコンダクタンスバルブ13を制御しなが
らガスを切り替えるときに、あらかじめ記憶した排出時
間を用いることにより、ガス切り替えを高精度に行うこ
とができる。例えば、図3のようにガス切り替え時にガ
ス流を中断しないと圧力変化により排出終了をモニタす
ることができない。排出時間があらかじめわかっていれ
ば、その間だけμ波を停止するなどをして、ガス混合の
影響を抑えることができる。If the storage means is attached to the collective controller 23 and the relationship between the opening degree of the conductance valve 12 and the effective pumping speed is stored, the discharge time can be obtained. When switching gas while controlling the conductance valve 13 for pressure control, gas switching can be performed with high accuracy by using a discharge time stored in advance. For example, as shown in FIG. 3, unless the gas flow is interrupted at the time of gas switching, the end of discharge cannot be monitored due to a change in pressure. If the discharge time is known in advance, the influence of gas mixing can be suppressed by stopping the microwave only during that time.
【0035】〈実施例2〉従来のタイムモジュレーショ
ンエッチングでは1ステップの時間が長かったために、
エッチングステップ中にサイドエッチングが生じる。こ
のサイドエッチングを抑えるためにデポ膜形成を行なっ
ているが、サイドエッチングとデポジションが交互に生
じて、側壁に段差がついてしまった。この段差上に容量
膜等を成長させると、膜厚が不均一になる、リーク電流
が大きい等の問題が生じる。そこで本実施例では、側壁
に段差を生じさせない、ガス導入に超高速パルスを用い
たタイムモジュレーションエッチングについて説明す
る。本実施例ではガス導入を100ms以下、望ましく
は10ms程度の超高速パルスで行なうことにより、側
壁が垂直でかつ平坦なタイムモジュレーションエッチン
グが可能になった。<Embodiment 2> In the conventional time modulation etching, the time of one step was long.
Side etching occurs during the etching step. Although a deposition film is formed to suppress the side etching, side etching and deposition occur alternately, and a step is formed on the side wall. If a capacitor film or the like is grown on this step, problems such as an uneven film thickness and a large leak current occur. Therefore, in the present embodiment, a description will be given of time modulation etching using an ultra-high-speed pulse for gas introduction without causing a step on the side wall. In the present embodiment, time modulation etching with vertical and flat side walls can be performed by performing gas introduction with an ultrahigh-speed pulse of 100 ms or less, preferably about 10 ms.
【0036】ガス導入を止めてからガスを95%排出す
るには、作用の節で述べたように、ガス滞在時間の4倍
の時間がかかる。ガス導入を10msのパルスでも可能
にするためには、ガス滞在時間はその1/4の2.5m
s 以下にする必要がある。そこで本実施例では、装置
構成は、実施例1と同様、図1に示した構成になってい
るが、真空処理室1の体積は10lとし、ポンプの排気
速度を10000 l/s、総排気コンダクタンスを1
0000 l/sとした。実効排気速度は5000l/s、
ガス滞在時間2msである。It takes four times as long as the gas stay time to discharge 95% of the gas after stopping the gas introduction, as described in the operation section. In order to enable gas introduction even with a pulse of 10 ms, the gas residence time is 1/4 of that of 2.5 m.
s. Therefore, in the present embodiment, the apparatus configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, but the volume of the vacuum processing chamber 1 is 10 l, the pumping speed of the pump is 10000 l / s, 1 conductance
0000 l / s. The effective pumping speed is 5000 l / s,
The gas stay time is 2 ms.
【0037】ガス導入に超高速パルスを用いたタイムモ
ジュレーションエッチングの一実施例として、Cl2ガ
スプラズマにより原子層レベルのエッチングをし、O2
ガスプラズマにより原子層レベルの側壁保護膜を形成す
るSiのトレンチエッチングについて説明する。As an example of time modulation etching using an ultrahigh-speed pulse for gas introduction, etching at the atomic layer level by Cl 2 gas plasma and O 2
The trench etching of Si for forming a side wall protective film at an atomic layer level by gas plasma will be described.
【0038】本実施例で用いた試料は図11(a)に示
すように、Si基板25上にSiO2マスク24をパター
ニングしたものを用いた。パターン幅は0.1μm、S
iO2マスク24の厚さは500nmである。As shown in FIG. 11 (a), the sample used in this embodiment was obtained by patterning a SiO 2 mask 24 on a Si substrate 25. The pattern width is 0.1 μm, S
The thickness of the iO 2 mask 24 is 500 nm.
【0039】タイムモジュレーションエッチングの第1
ステップは、Cl2 ガスプラズマによるSiエッチング
である。エッチング時の圧力は0.5mtorr とした。こ
の時のガス流量は200sccmと、高真空・高排気速度エ
ッチングの条件とした。μ波パワー500W、RFバイ
アスは2MHzで20W、ウエハ温度は10℃とした。
この時のSiのエッチング速度は1400nm/min 、
SiO2 とのエッチング選択比(Si/SiO2 )は5
0であった。ただしエッチング開始直後にはSi表面に
はごく薄い酸化膜26が存在する。この膜はRFバイア
スをかけないとほとんどエッチングされないが、RFバ
イアスを2MHzで20W印加する本条件でのエッチン
グ速度は1割程度の減少のみだった。First of Time Modulation Etching
The step is Si etching by Cl 2 gas plasma. The pressure at the time of etching was 0.5 mtorr. At this time, the gas flow rate was 200 sccm, and the conditions for high vacuum and high pumping speed etching were used. The microwave power was 500 W, the RF bias was 20 W at 2 MHz, and the wafer temperature was 10 ° C.
At this time, the etching rate of Si is 1400 nm / min.
The etching selectivity with respect to SiO 2 (Si / SiO 2 ) is 5
It was 0. However, immediately after the start of the etching, an extremely thin oxide film 26 exists on the Si surface. This film is hardly etched unless an RF bias is applied, but the etching rate under this condition of applying an RF bias of 20 W at 2 MHz is only reduced by about 10%.
【0040】ウエハ温度が10℃の時には、Cl2 ガス
プラズマによるSiエッチングではサイドエッチングが
起きてしまう。しかし、サイドエッチングの速度に比べ
れば垂直方向のエッチング速度は十分大きいので、Si
数原子層分のエッチング中にはサイドエッチングはほと
んど入らない。Si1原子層の厚さは0.2nm 程度で
あるから、10msの時間だけエッチングすれば、図1
1(b)のようにSi1原子層分だけエッチングするこ
とができる。When the wafer temperature is 10 ° C., side etching occurs in Si etching using Cl 2 gas plasma. However, the etching rate in the vertical direction is sufficiently higher than the side etching rate,
Side etching hardly occurs during etching for several atomic layers. Since the thickness of the Si1 atomic layer is about 0.2 nm, if etching is performed for only 10 ms, FIG.
As shown in FIG. 1 (b), etching can be performed only for one atomic layer of Si.
【0041】ここでガス流量コントローラ13によりC
l2 ガスを止め、O2 ガスを流す。Cl2 ガスは8ms
後には95%排出される。Cl2 ガスを止める前にμ波
を止めれば放電は止まり、1原子層分だけのエッチング
のみが進む。この時にμ波を止めなくとも8ms後には
圧力低下で放電は止まるので、μ波を停止する必要はな
い。ただし、O2 ガスを流す前にCl2 ガスを十分排出
しなければならない。Here, C is controlled by the gas flow controller 13.
Stop l 2 gas and let O 2 gas flow. 8 ms for Cl 2 gas
Later, 95% is emitted. If the microwave is stopped before stopping the Cl 2 gas, the discharge stops and only the etching of one atomic layer proceeds. At this time, even if the microwave is not stopped, the discharge stops due to the pressure drop after 8 ms, so that it is not necessary to stop the microwave. However, the Cl 2 gas must be sufficiently exhausted before the O 2 gas flows.
【0042】次のステップはO2 ガスプラズマによる処
理で、表面にはごく薄い酸化膜26が形成される(図1
1(c))。この時の放電条件は、圧力0.5mtorr ,
ガス流量200sccm,μ波パワー500Wとした。側壁
表面の酸化膜26はサイドエッチングを抑える。その厚
さは数原子層分でよいので、処理時間は10msから1
00ms程度でよい。ただしこの処理時にRFバイアス
を印加すると酸素イオンが高いエネルギで底面に入射
し、酸化状態の進んだ厚い酸化膜が底面に形成されてし
まう。そのためエッチング反応が阻害されてしまう。O
2 ガスプラズマ処理ではRFバイアスをゼロにするのが
よい。The next step is a process using O 2 gas plasma, and an extremely thin oxide film 26 is formed on the surface.
1 (c)). The discharge conditions at this time were a pressure of 0.5 mtorr,
The gas flow rate was 200 sccm and the microwave power was 500 W. The oxide film 26 on the side wall surface suppresses side etching. The processing time is from 10 ms to 1
It may be about 00 ms. However, when an RF bias is applied during this process, oxygen ions enter the bottom surface with high energy, and a thick oxide film with an advanced oxidation state is formed on the bottom surface. Therefore, the etching reaction is hindered. O
In the two- gas plasma process, the RF bias is preferably set to zero.
【0043】O2 ガスプラズマ処理後には、O2 ガス導
入を停止し、Cl2 ガスを流す。8ms後にはO2 ガス
の95%が排出されて、次のステップに進むことができ
る。以上のステップが本実施例の一周期である。After the O 2 gas plasma treatment, the introduction of the O 2 gas is stopped, and the Cl 2 gas is flown. After 8 ms, 95% of the O 2 gas has been exhausted and the process can proceed to the next step. The above steps are one cycle of the present embodiment.
【0044】次のステップは上でも述べたCl2 ガスプ
ラズマによるSi1原子層分のエッチングである。この
時に図11(d)に示すように側壁の酸化膜26が側壁
保護膜になる。あらたにエッチングされた部分は原子層
程度のエッチング量なので、サイドエッチングは入らな
い。The next step is the etching of one atomic layer of Si by Cl 2 gas plasma as described above. At this time, as shown in FIG. 11D, the oxide film 26 on the side wall becomes a side wall protective film. Since the newly etched portion has an etching amount of about an atomic layer, side etching does not occur.
【0045】以上のステップを繰り返すことにより、側
壁には薄い酸化膜が形成されて、サイドエッチングを抑
える。またCl2 ガスプラズマによるエッチング1ステ
ップでのエッチング量をSi原子層1層分としたために
エッチングステップでもサイドエッチングが入らない。
以上の効果により、サイドエッチングが入らず、かつ側
壁が平坦なトレンチエッチングをすることができた。S
iO2 マスク24に対する選択比は50、エッチングス
テップ中のエッチング速度は1200nm/min ,1μ
m深さのトレンチを3分のエッチングで行なうことがで
きた。By repeating the above steps, a thin oxide film is formed on the side wall to suppress side etching. Further, since the etching amount in one etching step using Cl 2 gas plasma is set to one Si atomic layer, side etching does not occur even in the etching step.
By the above effects, trench etching in which side etching was not performed and the side wall was flat could be performed. S
The selectivity to the iO 2 mask 24 is 50, the etching rate during the etching step is 1200 nm / min, 1 μm.
A trench with a depth of m could be formed by etching for 3 minutes.
【0046】本実施例ではエッチング1ステップにおけ
るエッチング量を原子層1層分程度に制御するために、
ガスパルス幅を10ms程度に制御した。1ステップの
エッチング量は原子層10層分程度まで増やしてもサイ
ドエッチングは高々1〜2層分ぐらいしか入らない。そ
れゆえエッチングステップを100ms程度にしても同
様な効果がある。O2 ガスプラズマによる酸化処理も1
00ms程度までなら、酸化膜による底面のエッチング
の阻害はエッチング速度が数割減少する程度である。つ
まり、ガスパルス幅を100ms程度でも本実施例と同
様の効果がある。この場合はガス滞在時間を20ms程
度に装置設計ができるので、排気速度の小さなポンプを
用いることができる。In this embodiment, in order to control the etching amount in one etching step to about one atomic layer,
The gas pulse width was controlled to about 10 ms. Even if the amount of etching in one step is increased to about 10 atomic layers, the side etching can be only about 1 to 2 layers at most. Therefore, a similar effect can be obtained even if the etching step is set to about 100 ms. Oxidation treatment by O 2 gas plasma is also 1
Up to about 00 ms, the inhibition of the etching of the bottom surface by the oxide film is such that the etching rate is reduced by several percent. That is, even if the gas pulse width is about 100 ms, the same effect as in the present embodiment can be obtained. In this case, since the apparatus can be designed so that the gas stay time is about 20 ms, a pump with a low exhaust speed can be used.
【0047】従来はSiトレンチエッチングにCl2/
O2の混合ガスを用いていた。この従来の方法では反応
生成物がO2 と反応して酸化物がデポ物としてウエハ上
に堆積した。このデポ物は側壁保護膜として作用して、
異方性エッチングを可能とする。しかしこのデポ物はパ
ターン幅の減少やパーティクル汚染の原因にもなってい
た。本実施例では1ステップのエッチング量が数原子
層であること、反応生成物にO2 が作用しないために
デポ物の形成が抑えられることとの二つの作用により、
デポ物の影響が生じない。Conventionally, Cl 2 /
A mixed gas of O 2 was used. In this conventional method, the reaction product reacted with O 2 and the oxide was deposited on the wafer as a deposit. This deposit acts as a sidewall protective film,
Enables anisotropic etching. However, this deposit also caused a reduction in pattern width and particle contamination. In the present embodiment, the amount of etching in one step is several atomic layers, and the formation of deposits is suppressed because O 2 does not act on the reaction product.
There is no influence of the deposit.
【0048】本実施例ではCl2 ガスとO2 ガスによる
Siトレンチエッチングについて説明したが、poly−S
iのゲートエッチングなどにも効果がある。またガスの
組合せもエッチング性のガスと膜形成をする(デポジシ
ョン性)ガスとの組合せであれば、同様の効果がある。In this embodiment, the Si trench etching by Cl 2 gas and O 2 gas has been described.
It is also effective for gate etching of i. The same effect can be obtained if the combination of gases is a combination of an etching gas and a gas for forming a film (deposition property).
【0049】〈実施例3〉本発明のドライエッチング方
法の一実施例として、タイムモジュレーションエッチン
グについて説明する。Embodiment 3 As one embodiment of the dry etching method of the present invention, time modulation etching will be described.
【0050】タイムモジュレーションエッチングは、エ
ッチング性ガスとデポジション性ガスを交互に切り替え
てエッチング処理を行う。その結果、マイクロローディ
ング効果を抑えることができる。In the time modulation etching, an etching process is performed by alternately switching an etching gas and a deposition gas. As a result, the microloading effect can be suppressed.
【0051】従来のタイムモジュレーションエッチング
のタイムチャートを図8に示した。この例は特開平2−1
05413 号公報の一実施例である。この例ではエッチング
ガスとデポジションガスを交互に切り替えてエッチング
する。デポジションガスを流すのは、ウェハ上にデポジ
ションを起こすのが目的である。しかし、ガス切り替え
直後はエッチングガスが残留しているので、切り替え直
後にμ波放電を起こすとエッチングガスの影響が出て、
デポジションでなくエッチングが起きたりする問題が生
じる。例えば、エッチング用ガスとしてSF6ガスを用
い、デポジション用ガスとしてCCl4ガスを用いて多
結晶Siをエッチングするときには、デポジション用ガ
ス中に5%以上のエッチング用ガスが含まれていると、
タイムモジュレーションエッチングの特性が劣化する。
そのため、エッチング用ガスの95%を排出してからデ
ポジションを行わなければならない。FIG. 8 shows a time chart of the conventional time modulation etching. This example is disclosed in
This is an embodiment of Japanese Patent Publication No. 05413. In this example, etching is performed by alternately switching the etching gas and the deposition gas. The purpose of flowing the deposition gas is to cause deposition on the wafer. However, since the etching gas remains immediately after the gas switching, if a microwave discharge occurs immediately after the switching, the effect of the etching gas appears,
There is a problem that etching occurs instead of deposition. For example, when etching polycrystalline Si using SF6 gas as an etching gas and CCl4 gas as a deposition gas, if the deposition gas contains 5% or more of an etching gas,
The characteristics of the time modulation etching deteriorate.
Therefore, deposition must be performed after exhausting 95% of the etching gas.
【0052】図4に示したように、95%のガスを排出
するためにはガスの滞在時間の4倍の時間を要する。従
来のドライエッチング装置では、ガスの滞在時間は1.
5s程度であった。そのため排出時間は少なくとも6s
必要であった。図8に示した例では、9s間μ波放電を
停止している。As shown in FIG. 4, exhausting 95% of the gas requires four times the residence time of the gas. In conventional dry etching equipment, the residence time of gas is 1.
It was about 5 seconds. So the discharge time is at least 6s
Was needed. In the example shown in FIG. 8, the microwave discharge is stopped for 9 seconds.
【0053】本発明では実効排気速度を2000 l/
sと大きくし、ガス滞在時間は50msと短くしたの
で、排出時間を短くすることができた。その効果を図7
に示した。In the present invention, the effective pumping speed is set to 2000 l /
s, and the gas residence time was shortened to 50 ms, so that the discharge time could be shortened. The effect is shown in FIG.
It was shown to.
【0054】従来のドライエッチング装置ではガスの滞
在時間は1秒程度もしくはそれ以上であったので、95
%排気を行うには数秒程度の排出時間を要した。これに
対し本発明では滞在時間を100ms以下にしたので、
排出時間は0.2s 程度、もしくはそれ以下にすること
ができた。図中には従来のドライエッチング装置の一実
施例として特開平2−105413 号公報の性能と、本実施例
の性能を示してある。この例では排出時間を1/100
に短縮できた。In the conventional dry etching apparatus, the residence time of the gas was about 1 second or more.
% Evacuation time required several seconds. On the other hand, in the present invention, since the stay time is set to 100 ms or less,
The discharge time could be about 0.2 s or less. FIG. 1 shows the performance of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-105413 as an example of a conventional dry etching apparatus and the performance of this embodiment. In this example, the discharge time is 1/100
Could be shortened.
【0055】本発明によるタイムモジュレーションの一
実施例のタイムチャートを図9に示す。従来はデポジシ
ョンガスを流してから9s間μ波放電を停止していたの
に対し、本実施例では排出時間を0.2s 程度にできた
ので、μ波放電停止期間は0.2s 程度でよいことにな
る。そこで拡大図に示したように、エッチングガスとデ
ポジションガスの切り替え時に0.2sの時間間隔をお
いた。この間にガスは容器外に急速に排気されるので、
μ波を停止しなくても短時間(0.2s程度)でガス放電
は止まる。一つのエッチングステップは3sであるか
ら、μ波を停止せずにガス排気により放電を止めても影
響はほとんどない。μ波発生装置をオン・オフした直後
は電源系などが不安定なので、μ波を停止しなければ、
その不安定によるエッチング特性の劣化を防ぐことがで
きる。FIG. 9 shows a time chart of one embodiment of the time modulation according to the present invention. Conventionally, the microwave discharge was stopped for 9 s after the deposition gas was flowed, whereas the discharge time could be set to about 0.2 s in the present embodiment, so that the microwave discharge stop period was about 0.2 s. It will be good. Therefore, as shown in the enlarged view, a time interval of 0.2 s was provided when switching between the etching gas and the deposition gas. During this time, the gas is quickly exhausted out of the container,
The gas discharge stops in a short time (about 0.2 s) without stopping the microwave. Since one etching step is 3 s, there is almost no effect even if the discharge is stopped by gas exhaust without stopping the microwave. Immediately after turning on / off the microwave generator, the power system is unstable.
Deterioration of the etching characteristics due to the instability can be prevented.
【0056】以上のように従来9s放電を止めていた時
間を0.2s まで短縮できた。従来は4サイクルに52
sかかっていたが、本実施例は16sと、エッチングの
トータル時間は70%短縮できた。本実施例では多結晶
Siエッチングについて説明したが、タイムモジュレー
トエッチングが有効なエッチング材料すべてに同様な効
果がある。As described above, the time for stopping the 9 s discharge in the related art can be reduced to 0.2 s. Conventionally, 52 in 4 cycles
Although it took s, the total etching time was reduced by 70% to 16 s in this embodiment. In this embodiment, polycrystalline Si etching has been described, but the same effect can be obtained for all etching materials for which time-modulated etching is effective.
【0057】本実施例では放電が停止するのは4s中
0.2s と短いので、放電による加熱のために従来例よ
りもウェハ温度が高くなるという問題がある。しかし、
ウェハを試料台に固定する手段として静電吸着を用いれ
ば、冷却効率が上がり、実用上は問題なくなる。もちろ
んサイクル間の無放電時間を伸ばして、ウェハ温度が上
がらないようにしてもよい。In this embodiment, since the stop of the discharge is as short as 0.2 s in 4 s, there is a problem that the wafer temperature becomes higher than in the conventional example due to heating by the discharge. But,
If electrostatic attraction is used as a means for fixing the wafer to the sample stage, the cooling efficiency is increased and there is no practical problem. Of course, the non-discharge time between cycles may be extended so that the wafer temperature does not rise.
【0058】〈実施例4〉本発明のドライエッチング方
法の他の一実施例であるマルチステップエッチングにつ
いて説明する。<Embodiment 4> Multi-step etching which is another embodiment of the dry etching method of the present invention will be described.
【0059】マルチステップエッチングとは、一回のエ
ッチング中にガスを切り替えるエッチングである。例え
ば、1ステップ目に異方性エッチング用のガスを流し、
2ステップ目にデポジション性のガスにより側壁保護を
し、3ステップ目には等方的なエッチングガスにより段
差上のエッチング残りを取り除く。The multi-step etching is an etching in which a gas is switched during one etching. For example, in the first step, a gas for anisotropic etching is passed,
In the second step, the sidewall is protected by a deposition gas, and in the third step, the etching residue on the step is removed by an isotropic etching gas.
【0060】静電吸着を用いてウェハを固定する場合に
も、ガスの切り替えを行う。ウェハを試料台に静電吸着
させる時、及び静電吸着からはずすときには、ウェハに
電荷をためたり放出させたりしなければならない。この
電荷の移動を行う一方法は、ウェハ上方でプラズマを発
生させることである。When the wafer is fixed using electrostatic attraction, the gas is switched. When the wafer is electrostatically attracted to the sample stage and when the wafer is released from the electrostatic attraction, charges must be accumulated or released on the wafer. One way to accomplish this charge transfer is to generate a plasma above the wafer.
【0061】ウェハを試料台に静電吸着させるときに
は、まだウェハと試料台の密着性は悪い。そのため熱伝
導が悪く、ウェハ温度はプラズマからの熱で上昇する。
それゆえ静電吸着させるためにエッチング性ガスのプラ
ズマを用いると、サイドエッチング等が入ったりする。
また静電吸着をはずすときにエッチング性ガスのプラズ
マを用いると、オーバーエッチングが進みすぎる等の問
題が生じる。そのため静電吸着の着脱時には、不活性ガ
スプラズマを用いることが望ましい。When the wafer is electrostatically attracted to the sample stage, the adhesion between the wafer and the sample stage is still poor. Therefore, heat conduction is poor, and the wafer temperature rises due to heat from the plasma.
Therefore, when plasma of an etching gas is used for electrostatic attraction, side etching or the like may occur.
In addition, when plasma of an etching gas is used to remove electrostatic attraction, problems such as over-etching progressing too much occur. Therefore, it is desirable to use an inert gas plasma when attaching and detaching the electrostatic chuck.
【0062】静電吸着を用いて3ステップのマルチステ
ップエッチングを行うときには、ガスの切り替えを4回
行うことになる。従来のドライエッチングでは1回のガ
ス切り替えのために、6s程度の排出時間が必要だっ
た。つまりウェハ1枚あたり24sが、ガス切り替えに
伴うガス排出に必要だった。ウェハ1枚あたりのエッチ
ング時間は30s程度であり、ガスの切り替えにエッチ
ングと同じ程度を要していた。When performing three-step multi-step etching using electrostatic attraction, gas switching is performed four times. In the conventional dry etching, an exhaust time of about 6 s was required for one gas switching. That is, 24 s per wafer was necessary for gas discharge accompanying gas switching. The etching time for one wafer was about 30 s, and the switching of gas required the same degree of etching.
【0063】本実施例ではガス排出時間を0.2s 以下
にしたために、1回のガス切り替え時間を0.2s 以下
にすることができた。その結果、ウェハ1枚あたりでガ
ス切り替えを0.8s でできるようになった。トータル
のエッチング時間は従来の54sから31sと43%短
縮でき、スループットが向上した。In this embodiment, since the gas discharge time is set to 0.2 s or less, one gas switching time can be set to 0.2 s or less. As a result, gas switching can be performed in 0.8 s per wafer. The total etching time can be shortened by 43% from the conventional 54s to 31s, and the throughput is improved.
【0064】〈実施例5〉本発明によるドライエッチン
グ方法の一実施例について説明する。本実施例はエッチ
ング中にエッチング形状等を観察を同時に行うものであ
る。エッチング形状は従来、エッチング終了後に電子顕
微鏡を用いて観察していた。エッチング装置に電子顕微
鏡を取り付ければ、エッチング中にも形状観察ができ
る。しかし電子顕微鏡観察はプラズマを止め、かつ圧力
を10μtorr以下、望ましくは1μtorr以下にしなけれ
ばならない。エッチング圧力が1mtorrの時に、ガスを
止めて1μtorrまで排出するのに要する時間は、排出前
後の圧力比が1000であるから、図10に示すよう
に、ガス滞在時間の7倍程度の時間がかかる。従来のド
ライエッチング装置ではガス滞在時間は1s程度なの
で、ガス排出には10s程度かかる。そのためエッチン
グ中に電子顕微鏡観察を行うと、ガス排出の時間だけス
ループットが悪くなる。<Embodiment 5> An embodiment of the dry etching method according to the present invention will be described. In this embodiment, the etching shape and the like are simultaneously observed during the etching. Conventionally, the etched shape has been observed using an electron microscope after the completion of the etching. If an electron microscope is attached to the etching apparatus, the shape can be observed even during the etching. However, electron microscopy requires that the plasma be turned off and that the pressure be reduced to 10 μtorr or less, preferably 1 μtorr or less. When the etching pressure is 1 mtorr, the time required to stop the gas and discharge it to 1 μtorr takes about 7 times the gas residence time as shown in FIG. 10, since the pressure ratio before and after discharge is 1000. . In a conventional dry etching apparatus, the gas staying time is about 1 s, so that it takes about 10 s to discharge the gas. Therefore, if the observation with an electron microscope is performed during the etching, the throughput is deteriorated by the time of the gas discharge.
【0065】本実施例ではガス滞在時間を50msとし
たので、電子顕微鏡観察のためのガス排出時間は0.4
s 以下になる。このように本実施例ではガス排出に要
する時間を短縮したために、エッチング中の電子顕微鏡
観察によるスループットの低下を最小限に抑えることが
できた。その結果、エッチング形状やエッチング残りを
モニタしながらエッチングを行うことができるために、
高精度のエッチングができるようになった。In the present embodiment, the gas residence time was set to 50 ms, so that the gas discharge time for observation with an electron microscope was 0.4.
s or less. As described above, in the present embodiment, since the time required for gas discharge was shortened, it was possible to minimize a decrease in throughput due to observation with an electron microscope during etching. As a result, it is possible to perform etching while monitoring the etching shape and the etching residue,
High-precision etching can be performed.
【0066】本発明の効果はエッチング中の電子顕微鏡
観察のほか、高真空下で行う表面分析等の観察を行いな
がらエッチングするときにも、同様の効果がある。The effect of the present invention has the same effect when etching while performing observation such as surface analysis performed under high vacuum, in addition to observation with an electron microscope during etching.
【0067】[0067]
【発明の効果】本発明によれば、超高速ガスパルスを用
いたタイムモジュレーションエッチングにより、異方性
が高く、かつ側壁形状が平坦なエッチングを行なうこと
ができる。また、本発明によれば、ガスの切り替えに要
する時間を従来の1/100以下にすることができるの
で、タイムモジュレートエッチングマルチステップエッ
チングなど、高異方性エッチングを高スループットで行
うことができる。本発明によれば、高真空を必要とする
分析を行いながらのエッチングを高スループットで行う
ことができるため、エッチング制御を高精度に行うこと
ができる。さらに、本発明の効果は前述のエッチング装
置に限らず、例えば、RIE,マグネトロン型RIE,
ヘリコン共振型RIE等のほかの装置についても、同様
の効果がある。According to the present invention, etching with high anisotropy and flat side wall shape can be performed by time modulation etching using an ultra-high-speed gas pulse. Further, according to the present invention, the time required for gas switching can be reduced to 1/100 or less of that of the related art, so that highly anisotropic etching such as time-modulated etching multi-step etching can be performed at high throughput. . According to the present invention, etching can be performed with high throughput while performing analysis requiring high vacuum, and thus etching control can be performed with high accuracy. Further, the effects of the present invention are not limited to the above-described etching apparatus. For example, RIE, magnetron type RIE,
Other devices such as a helicon resonance type RIE have similar effects.
【図1】本発明の一実施例であるドライエッチング装置
の断面図。FIG. 1 is a sectional view of a dry etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】ガス切り替え時のタイムチャート。FIG. 2 is a time chart at the time of gas switching.
【図3】ガス切り替えのタイムチャート。FIG. 3 is a time chart of gas switching.
【図4】排出ガスの割合と、圧力比の自然対数との関係
を示した特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a ratio of exhaust gas and a natural logarithm of a pressure ratio.
【図5】ガス切り替えのタイムチャート。FIG. 5 is a time chart of gas switching.
【図6】ガス切り替えのタイムチャート。FIG. 6 is a time chart of gas switching.
【図7】ガス滞在時間と排出時間との関係を示したタイ
ムチャート。FIG. 7 is a time chart showing a relationship between a gas stay time and a discharge time.
【図8】従来のタイムモジュレートエッチングのタイム
チャート。FIG. 8 is a time chart of conventional time-modulated etching.
【図9】本発明によるタイムモジュレーションエッチン
グのタイムチャート。FIG. 9 is a time chart of time modulation etching according to the present invention.
【図10】排出前後の圧力比とその自然対数との関係を
示した説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a relationship between a pressure ratio before and after discharge and its natural logarithm.
【図11】超高速ガスパルスタイムモジュレーションエ
ッチングの一実施例の工程図。FIG. 11 is a process chart of one embodiment of ultra-high-speed gas pulse time modulation etching.
1…真空処理室、2…マイクロ波発生器、3…導波管、
4…放電部、5…ガスプラズマ、6…ソレノイドコイ
ル、7…試料台、8…ウェハ、9…ガス導入口、10…
排気管、11…排気ポンプ、12…コンダクタンスバル
ブ、13a,b,c…ガス流量コントローラ、14a,
b,c…ガス配管、15…バッファ室、16…冷却機
構、17…RF電源、18…ヒータ、19…バタフライ
バルブ、20…ガスの流れ、21…マイクロ波導入窓。1: vacuum processing chamber, 2: microwave generator, 3: waveguide,
4 ... discharge part, 5 ... gas plasma, 6 ... solenoid coil, 7 ... sample stand, 8 ... wafer, 9 ... gas inlet, 10 ...
Exhaust pipe, 11: Exhaust pump, 12: Conductance valve, 13a, b, c: Gas flow controller, 14a,
b, c: gas pipe, 15: buffer chamber, 16: cooling mechanism, 17: RF power supply, 18: heater, 19: butterfly valve, 20: gas flow, 21: microwave introduction window.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−126835(JP,A) 特開 昭63−304631(JP,A) 特開 昭63−199978(JP,A) 特開 平3−218013(JP,A) 実開 平2−93578(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-60-126835 (JP, A) JP-A-63-304631 (JP, A) JP-A-63-199978 (JP, A) 218013 (JP, A) Hikaru Hei 2-93578 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065
Claims (7)
ッチングガスをプラズマ化し、前記プラズマによリ前記
容器内に設置された被加工物をドライエッチングするド
ライエッチング方法において、前記ドライエッチング中
に前記エッチングガスとともにデポジションガスの導入
をパルス状に切り替え、かつそれらガスの切り替えをエ
ッチングサイクルとデポジションサイクルとが重ならな
いようにし、前記エッチングガスは、一定流量を保持で
きる最短時間が50ms以下のガス流量コントローラを
通じて前記容器内に導入され、前記容器の排気コンダク
タンスを2000l/s以上とし、前記容器内の実効排気
速度を1300l/s以上としたことを特徴とするドライ
エッチング方法。In a dry etching method, an etching gas is introduced into a container, the etching gas is turned into plasma, and a workpiece placed in the container is dry-etched by the plasma. The introduction of the deposition gas together with the etching gas is switched in a pulse shape, and the switching of the gases is performed so that the etching cycle and the deposition cycle do not overlap with each other. A dry etching method, wherein the gas is introduced into the container through a gas flow controller, the exhaust conductance of the container is set to 2000 l / s or more, and the effective exhaust speed in the container is set to 1300 l / s or more.
間は、100ms以下であることを特徴とする請求頃1
記載のドライエッチング方法。2. The method according to claim 1, wherein the residence time of the etching gas in the container is 100 ms or less.
The dry etching method described.
前記導入されるときの前記エッチングガスの量は、10
ラングミュア以下であることを特徴とする請求頃1記載
のドライエッチング方法。3. The etching gas is intermittently introduced.
The amount of the etching gas when introduced is 10
2. The dry etching method according to claim 1, wherein the dry etching is not more than Langmuir.
を設置する台と、前記容器内にガスを導入するガス導入
手段と、前記容器内のガスを排出する排出手段とを有
し、前記ガス導入手段には、前記ガスの一定流量を保持
できる最短時間が10ms以下の流量調節手段が設けら
れ、前記排出手段は、前記容器内の実行排気速度が13
00/s以上となるような排気ポンプが設けられている
ドライエッチング装置を用いて被加工物を選択エッチン
グするドライエッチング方法であって、 容器内に前記被加工物を設置する工程と、 前記容器内にエッチングガスを、前記被加工物表面10
原子層分以下の量導入し、プラズマ化して、前記容器内
に設置された被加工物をドライエッチングする工程と、 前記容器内にデポジション性ガスを導入し、プラズマ化
して、前記被加工物に膜形成する工程と、 前記ドライエッチングする工程と前記膜形成する工程と
を繰り返しながら、前記被加工物を加工することを特徴
とするドライエッチング方法。4. A container, a table provided in the container for mounting a workpiece, gas introducing means for introducing gas into the container, and discharging means for discharging gas from the container. The gas introducing means is provided with a flow rate adjusting means having a minimum time of 10 ms or less which can maintain a constant flow rate of the gas.
A dry etching method for selectively etching a workpiece using a dry etching apparatus provided with an exhaust pump having a pressure of at least 00 / s, wherein the step of placing the workpiece in a container; An etching gas is supplied into the workpiece surface 10.
A step of introducing an amount equal to or less than the atomic layer amount, converting the workpiece into a plasma, and dry-etching the workpiece placed in the container; and introducing a deposition gas into the container, converting the workpiece into plasma, and converting the workpiece into a plasma. A process of forming the film, and a process of processing the workpiece while repeating the dry etching process and the film forming process.
下であることを特徴とする請求項4記載のドライエッチ
ング方法。5. The dry etching method according to claim 4, wherein the introduction of said etching gas is 100 ms or less.
s以下であることを特徴とする請求項4または5記載の
ドライエッチング方法。6. The introduction of the deposition gas is 100 m.
The dry etching method according to claim 4 or 5, wherein the value is not more than s.
とする請求項4記載のドライエッチング方法。7. The dry etching method according to claim 4, wherein said workpiece is a Si wafer.
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