JP3582916B2 - Plasma etching equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマエッチング、特に、被エッチング物の表面を局部的にエッチングするプラズマエッチング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
これまで、シリコンウェハ等の被エッチング物の表面をプラズマエッチングする場合、プラズマ励起した反応性ガス中に被エッチング物をさらして、被エッチング物表面全体を所定厚さにエッチングすることは、多々提案されている。
【0003】
一方、近年、被エッチング物の表面全体を同時にエッチングする技術に代えてシリコンウェハやSOI(シリコン・オン・インシュレータ)等の被エッチング物の表面を局部的にエッチングして、薄くしたり(シンニング)、平坦化するダウンストリーム型のプラズマエッチング装置が提案されている(例えば、特開平6ー5571号公報)。
【0004】
前記提案されたプラズマエッチング装置は、プラズマチャンバ空洞を限定する絶縁体と、該プラズマチャンバ空洞内に反応性ガスを供給する手段と、反応性ガスをプラズマ化する高周波パワー供給手段と、被エッチング物の局部的領域をプラズマエッチングする手段と、被エッチング物を移動させるX−Y位置移動手段とを備えている。
【0005】
そして、前記X−Y位置移動手段はハウジング内に収容固定されるとともに、該ハウジングの底部には、反応生成物を真空排気するための排気手段を備えている。前記構造を備えたプラズマエッチング装置によれば、被エッチング物をXY移動手段にて移動させることにより、図3に示すように被エッチング物1を局部的に、例えば凸部2をエッチングすることが可能となる。
【0006】
このプラズマエッチング法による局部エッチングは、被エッチング物を平坦化、平滑化するのに有効である。
しかしながら、プラズマ中で発生した高エネルギーイオンは被エッチング物を構成する原子と衝突・反応し、エッチングするという原理から、被エッチング物表面の損傷や被エッチング物内部へのイオン浸入により汚染3されることは避けられない。
【0007】
このため、プラズマパワーを減じてイオンエネルギーを下げ、被エッチング物の表面損傷や内部汚染を防ぐ方法も考えられるが、被エッチング物表面に生ずる自己バイアス電場によるイオン加速で被エッチング物表面でのイオンエネルギーはそれほど低下せず、期待通りの効果は得られていない。
【0008】
さらに、イオンエネルギーの低下はエッチング速度の低下を招き、前記問題点の解決方法としては現実性のないものである。
このため、エッチングで生じた損傷あるいは汚染層は機械・化学的な方法にて再度研磨して除去するといった非効率な方法を採らざるをえない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、局部的にエッチング可能なプラズマエッチング装置において、被エッチング物表面に損傷を与えず、高速なエッチング処理を行うことができるエッチング装置を提案するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ化したエッチングガスにて被エッチング物を局部的にエッチングするプラズマエッチング装置は、エッチングガスに電磁波を照射してプラズマ化する電磁波発生手段と、前記プラズマ化したエッチングガスを被エッチング物表面に局部的に導くための伸縮ノズルを備えたプラズマエッチングガス導管と、被エッチング物を保持するホルダとを備えており、更に、前記プラズマエッチングガス発生領域の中心と前記被エッチング物間との距離を近づけた状態でイオンエッチングを行い、その後、前記距離を遠くして中性ラジカルエッチングを行うため、前記プラズマエッチングガス導管の伸縮ノズル及び前記ホルダを連動して上下動させてプラズマエッチングガス発生領域と被エッチング物表面との距離を変える距離可変手段が設けられている。
このプラズマエッチング装置によれば、プラズマエッチングガス発生領域の中心と被エッチング物間の距離を近づけた状態でイオンエッチングが行われ、その後、距離を遠くして中性ラジカルエッチングが行われる。イオンエッチングにおけるイオン衝撃による被エッチング物表面の損傷及び侵入不純物は中性ラジカルエッチングによって除去される。
【0011】
【実施例】
本発明のプラズマエッチング装置を図1に基づいて説明する。図1に示すプラズマエッチング装置10において、4はマグネトロンであって2.45GHzのマイクロ波を発生する。該マグネトロン4から発生したマイクロ波は導波管6に導かれる。
【0012】
5は石英反応管であって、該石英反応管5は前記導波管6に結合している。そして、前記石英反応管5に供給されるエッチングガス、例えばCF4 とO2 の混合ガスにガス流路上に設けられた結合窓から前記マグネトロン4で発生したマイクロ波を照射するとエッチングガスがプラズマ化し、プラズマエッチングガス発生領域12が形成される。
この際、前記マイクロ波のパワーは前記石英反応管5の径によって変える必要があるが、100W〜500Wの範囲内のパワーでプラズマ化する。以下、このプラズマエッチングガス発生領域12でプラズマ化したエッチングガスをプラズマエッチングガスと称して説明する。
【0013】
9は被エッチング物8を保持する上下動可能なホルダであって、該ホルダ9は後述する負バイアス電圧を印加する電極を兼ねている。
また、前記石英反応管5は、プラズマエッチングガスを吹き出すノズル5bを含むプラズマエッチングガス導管5aを備え、前記ホルダ9の上下動に対応して伸縮できるように構成されている。
【0014】
前記伸縮機構は、一例としてプラズマエッチングガス導管5aの箇所を二重管で構成し、外側の管をスリーブ状にして上下動できるように伸縮ノズル5cを設けて構成する。これについては図2に基づいて後述する。
【0015】
そして、前記マグネトロン4を除く構成物は石英製チャンバ7内に収容され、該チャンバ7内は図示しない真空排気装置にて排気口13から排気され、0.5〜1.3Torr、好ましくは1Torr前後に保たれている。
【0016】
前記プラズマエッチングガス発生領域12中で発生したイオンは、下流に配置された被エッチング物、例えば、シリコンウェハ8と衝突しエッチング反応を起こす。
この場合、イオンを効率良く引き出すために、スイッチ14をオンして、前記ホルダ9に負バイアス電圧11を印加すればエッチング速度は向上する。
ここでエッチングガスとして前記混合ガス、SF6 、NF3 その他のフルオロカーボン系ガスを用いる。また、アルゴンをエッチングガスに混合して用いても良い。
【0017】
前記エッチング装置において、チャンバ7内を1Torrに排気し、エッチングガスとしてCF4 とO2 との混合ガスを使用し、100〜150Wのマイクロ波を照射して前記混合ガスをプラズマ化し、プラズマエッチングガス発生領域12の中心(導波管6の中心線と石英反応管の中心線とが交叉する点)とシリコンウェハ8間の距離を20mm以下としてシリコンウェハ8を局部的にエッチングしたところ、約50μm/minの高エッチング速度が得られた。また、この時のシリコンウェハ表面を電子顕微鏡で観察したところ、イオン衝撃による損傷と見られる痕跡が無数に入っており、またSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry )装置で測定したところ500Å程度の深さまで金属不純物が微量であるが検出された。
【0018】
次に、ホルダ9を降下させ且つ前記プラズマエッチングガス導管5aを伸ばして、プラズマエッチングガス発生領域12とシリコンウェハ8間の距離を、例えば50mm以上にし、活性種がほとんど中性ラジカルであるような状態で、先にイオンエッチングした箇所に中性ラジカルエッチングを行った。
この時、前記プラズマエッチングガス導管5aのノズル先端5bのプラズマ吹き出し口とシリコンウェハ表面間の距離は一定に保つようになされている。
【0019】
この中性ラジカルエッチングによるエッチング速度は1〜30μm/min程度であったが、表面は鏡面状態であり電子顕微鏡で観察しても、表面損傷は認められなかった。また不純物も観察されなかった。
このように、イオンエッチングで受けた表面近傍の損傷は、その後の中性ラジカルエッチングで除去することができる。
【0020】
図2は、前記プラズマエッチングガス導管5aを構成する伸縮ノズル5cとホルダ9を上下動させる駆動機構の要部断面を示している。
図2において、ホルダ9と伸縮ノズル5cとが連動して上下に移動させるために、チャンバ外部に設けたモータ24にて駆動される上下方向(Z軸方向)移動シャフト18を備え、該上下方向移動シャフト18はチャンバ7内壁に固定したシャフトガイド19にガイドされて上下方向に移動できるようになっている。
【0021】
そして、前記上下方向移動シャフト18には、連結体20を介してホルダ支持棒15が、また連結体21を介して伸縮ノズル5cが連結されており、モータ24の駆動により伸縮ノズル5cとホルダ支持棒15が連動して上下方向に移動する。これによって前記プラズマエッチングガス発生領域12の中心とホルダ9間の距離を変えることができる。
【0022】
一方、前記ホルダ支持棒15の上端にはホルダ9を前後左右に移動させるX−Y駆動ステージが設けられている。
左右方向(X軸方向)に移動するXステージ16は、前記ホルダ支持棒15の上端と該Xステージ16に設けたすべり機構、例えばあり及びあり溝を形成してXステージ16がホルダ支持棒15の上端部において左右にスライドできるように構成されている。
前記Xステージ16はチャンバ7外部に設けたモータ23に連結されたフレキシブル回転軸22を介してボールねじ25を回転させることにより左右に移動させることができる。
【0023】
さらに、前記ホルダ9の前後方向(Y方向)の移動は、前記Xステージ16上に直交して設けたYステージ17をXステージ16の移動と同様に、図示しないモータ、フレキシブル回転軸、ボールねじを設けて前後方向に移動させる。
前記Xステージ16と前記Yステージ17にも、例えば、あり及びあり溝にてすべり機構を設けてYステージ17をXステージ16に直交して移動させる。
ここで、前記Yステージ17と前記ホルダ9との間を電気的に絶縁するために絶縁板9aを設けてある。
【0024】
前記駆動機構を用いることにより、被エッチング物8(図1)の局部的エッチング位置の位置決め、前記イオンエッチング距離及び前記中性ラジカルエッチング距離の調整を任意に行うことが可能となる。
【0025】
【発明の効果】
本発明プラズマエッチング装置によれば、プラズマ発生領域近傍での高エネルギーイオンエッチングと、その後の中性ラジカルエッチングを組み合わせることにより、高エッチング速度で低損傷のプラズマエッチングを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明プラズマエッチング装置の要部断面図である。
【図2】本発明プラズマエッチング装置の駆動機構の要部断面図である。
【図3】被エッチング物の表面状態の断面図である。
【符号の説明】
4 マグネトロン
5 石英反応管
5a プラズマエッチングガス導管
5c 伸縮ノズル
6 導波管
8 被エッチング物
9 ホルダ
11 負バイアス
12 プラズマエッチングガス発生領域
22 フレキシブル回転軸[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to plasma etching, and more particularly to a plasma etching apparatus for locally etching the surface of an object to be etched.
[0002]
[Prior art]
In the past, when plasma etching the surface of an object to be etched such as a silicon wafer, it has been widely proposed to expose the object to be etched in a reactive gas excited by plasma and to etch the entire surface of the object to be etched to a predetermined thickness. Have been.
[0003]
On the other hand, in recent years, instead of a technique for simultaneously etching the entire surface of the object to be etched, the surface of the object to be etched such as a silicon wafer or SOI (silicon-on-insulator) is locally etched and thinned (thinning). A downstream type plasma etching apparatus for flattening has been proposed (for example, JP-A-6-5571).
[0004]
The proposed plasma etching apparatus includes an insulator that defines a plasma chamber cavity, a unit that supplies a reactive gas into the plasma chamber cavity, a high-frequency power supply unit that converts the reactive gas into a plasma, and an object to be etched. And an XY position moving means for moving an object to be etched.
[0005]
The XY position moving means is housed and fixed in a housing, and the bottom of the housing is provided with an exhaust means for evacuating a reaction product to vacuum. According to the plasma etching apparatus having the above structure, the object to be etched 1 is locally moved, for example, the protrusion 2 is etched as shown in FIG. It becomes possible.
[0006]
The local etching by the plasma etching method is effective for flattening and smoothing an object to be etched.
However, high-energy ions generated in the plasma collide with atoms constituting the object to be etched, react with the atoms, and are contaminated 3 due to damage to the surface of the object to be etched or ion penetration into the inside of the object to be etched. That is inevitable.
[0007]
For this reason, it is conceivable to reduce the ion energy by reducing the plasma power to prevent surface damage and internal contamination of the object to be etched. The energy has not dropped so much and the expected effect has not been obtained.
[0008]
Further, a decrease in ion energy causes a decrease in the etching rate, and is not realistic as a method for solving the above-mentioned problem.
For this reason, an inefficient method has to be adopted such that the damage or the contaminant layer generated by the etching is removed by polishing again by a mechanical / chemical method.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention proposes a plasma etching apparatus capable of performing local etching, which can perform a high-speed etching process without damaging the surface of an object to be etched.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The plasma etching apparatus for locally etching an object to be etched with a plasma etching gas according to the present invention includes: an electromagnetic wave generating unit configured to irradiate an etching gas with an electromagnetic wave to generate plasma; A plasma etching gas conduit having a telescoping nozzle for locally guiding the surface, and a holder for holding the object to be etched, and further comprising a holder between the center of the plasma etching gas generation region and the object to be etched. In order to perform ion etching with the distance shortened and then perform neutral radical etching with the distance increased, the expansion / contraction nozzle of the plasma etching gas conduit and the holder are vertically moved in conjunction with each other to generate plasma etching gas. Distance changing means for changing the distance between the region and the surface of the workpiece It is provided.
According to this plasma etching apparatus, ion etching is performed in a state in which the distance between the center of the plasma etching gas generation region and the object to be etched is reduced, and then neutral radical etching is performed in a longer distance. Damage to the surface of the object to be etched due to ion bombardment in the ion etching and invading impurities are removed by neutral radical etching.
[0011]
【Example】
A plasma etching apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. In the
[0012]
Reference numeral 5 denotes a quartz reaction tube. The quartz reaction tube 5 is connected to the
At this time, it is necessary to change the power of the microwave depending on the diameter of the quartz reaction tube 5, but it is turned into plasma with a power in the range of 100W to 500W. Hereinafter, the etching gas converted into plasma in the plasma etching gas generation region 12 will be described as a plasma etching gas.
[0013]
The quartz reaction tube 5 includes a plasma
[0014]
As an example, the expansion / contraction mechanism is configured by forming a portion of the plasma
[0015]
The components excluding the
[0016]
The ions generated in the plasma etching gas generation region 12 collide with an object to be etched disposed downstream, for example, the silicon wafer 8, and cause an etching reaction.
In this case, if the
Here, the mixed gas, SF6, NF3 and other fluorocarbon-based gases are used as the etching gas. Further, argon may be mixed with the etching gas.
[0017]
In the etching apparatus, the
[0018]
Next, by lowering the
At this time, the distance between the plasma outlet of the
[0019]
Although the etching rate by this neutral radical etching was about 1 to 30 μm / min, the surface was in a mirror-like state, and no surface damage was observed when observed with an electron microscope. No impurities were observed.
Thus, damage near the surface caused by ion etching can be removed by neutral radical etching thereafter.
[0020]
FIG. 2 shows a cross section of a main part of a drive mechanism for vertically moving a
In FIG. 2, a vertical (Z-axis) moving
[0021]
The vertical support shaft 15 is connected to the holder support rod 15 via a
[0022]
On the other hand, an XY drive stage for moving the
The X stage 16 that moves in the left-right direction (X-axis direction) has an upper end of the holder supporting rod 15 and a sliding mechanism provided on the X stage 16, for example, a dovetail and a dovetail groove. It is configured to be able to slide left and right at the upper end of the.
The X stage 16 can be moved right and left by rotating a
[0023]
Further, the movement of the
The X stage 16 and the
Here, an insulating plate 9a is provided for electrically insulating the
[0024]
By using the driving mechanism, it is possible to arbitrarily perform the positioning of the local etching position of the workpiece 8 (FIG. 1) and the adjustment of the ion etching distance and the neutral radical etching distance.
[0025]
【The invention's effect】
According to the plasma etching apparatus of the present invention, high-energy ion etching in the vicinity of the plasma generation region and subsequent neutral radical etching can be combined to realize low-damage plasma etching at a high etching rate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a plasma etching apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a main part of a driving mechanism of the plasma etching apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a surface state of an object to be etched;
[Explanation of symbols]
Claims (1)
エッチングガスに電磁波を照射してプラズマ化する電磁波発生手段と、
前記プラズマ化したエッチングガスを被エッチング物表面に局部的に導くための伸縮ノズルを備えたプラズマエッチングガス導管と、
被エッチング物を保持するホルダと
を備えてなるプラズマエッチング装置において、
前記プラズマエッチングガス発生領域の中心と前記被エッチング物間との距離を近づけた状態でイオンエッチングを行い、その後、前記距離を遠くして中性ラジカルエッチングを行うため、前記プラズマエッチングガス導管の伸縮ノズル及び前記ホルダを連動して上下動させてプラズマエッチングガス発生領域と被エッチング物表面との距離を変える距離可変手段
を設けたことを特徴とするプラズマエッチング装置。A plasma etching apparatus for locally plasma-etching an object to be etched ,
An electromagnetic wave generating means for irradiating the etching gas with an electromagnetic wave to produce plasma,
A plasma etching gas conduit having a telescoping nozzle for locally guiding the plasmatized etching gas to the surface of the workpiece,
In a plasma etching apparatus comprising a holder for holding an object to be etched,
The ion etching is performed in a state where the distance between the center of the plasma etching gas generation region and the object to be etched is short, and then the neutral etching is performed by increasing the distance. A plasma etching apparatus, further comprising a distance changing means for moving a nozzle and the holder up and down in conjunction with each other to change a distance between a plasma etching gas generation region and a surface of an object to be etched.
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