JP4459877B2 - Etching method and etching apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、所定の処理ガスをプラズマ化してシリコン基板をエッチングするエッチング方法及びエッチング装置に関する。 The present invention relates to an etching method and an etching apparatus for etching a silicon substrate by converting a predetermined processing gas into plasma.
従来、シリコン基板のエッチング方法として、シリコン基板を基台上に載置した後、エッチングガスをプラズマ化するとともに、基台にバイアス電位を与えてシリコン基板をエッチングするエッチング処理と、保護膜形成ガスをプラズマ化してシリコン基板に保護膜を形成する保護膜形成処理とを交互に繰り返して実行し、シリコン基板をエッチングする方法が知られている。 Conventionally, as an etching method of a silicon substrate, after placing the silicon substrate on a base, the etching gas is turned into plasma, and a bias potential is applied to the base to etch the silicon substrate, and a protective film forming gas There is known a method of etching a silicon substrate by alternately and repeatedly executing a protective film forming process for forming a protective film on a silicon substrate by converting the plasma into a plasma.
エッチングガスをプラズマ化すると、イオン,電子,ラジカルなどが生成され、ラジカルがシリコン原子と化学反応したり、イオンが基台とプラズマとの間に生じた電位差(バイアス電位)によりシリコン基板(基台)側に向け移動して衝突することで、シリコン基板がエッチングされる。これにより、シリコン基板には、所定の幅及び深さを備えた溝(穴)が形成される。尚、シリコン基板に照射されるイオンは、その大部分がシリコン基板表面に対し垂直に入射して前記溝の底面に衝突する。 When the etching gas is turned into plasma, ions, electrons, radicals, etc. are generated, and the radicals chemically react with silicon atoms, or the potential difference (bias potential) generated between the base and the plasma causes the silicon substrate (base The silicon substrate is etched by moving toward the) side and colliding. Thereby, a groove (hole) having a predetermined width and depth is formed in the silicon substrate. Incidentally, most of the ions irradiated to the silicon substrate are incident perpendicularly to the surface of the silicon substrate and collide with the bottom surface of the groove.
一方、保護膜形成ガスをプラズマ化すると、エッチングガスと同様に、イオン,電子,ラジカルなどが生成され、このラジカルから重合物が生成されて前記溝の側壁及び底面に堆積し、エッチングガスから生成されるラジカルと反応しない保護膜が形成される。 On the other hand, when the protective film forming gas is turned into plasma, ions, electrons, radicals, etc. are generated like the etching gas. Polymers are generated from these radicals and deposited on the side walls and bottom surface of the groove, and generated from the etching gas. A protective film that does not react with the radicals formed is formed.
このエッチング方法によれば、エッチング処理のとき、イオン照射の多い溝の底面では、イオン照射による保護膜の除去並びにラジカル及びイオン照射によるエッチングが進行し、イオン照射の少ない溝の側壁では、イオン照射による保護膜の除去のみが進行して当該側壁のエッチングが防止され、保護膜形成処理のときには、前記底面及び側壁に重合物が再度堆積して保護膜が形成される。これにより、エッチング処理で形成された溝の新たな側壁が保護膜形成処理で形成される保護膜によって直ちに保護され、溝の深さ方向にのみエッチングが進行する。 According to this etching method, during the etching process, removal of the protective film by ion irradiation and etching by radical and ion irradiation proceed on the bottom surface of the groove where ion irradiation is high, and ion irradiation occurs on the side wall of the groove where ion irradiation is low. Only the removal of the protective film by means of this prevents the side wall from being etched, and during the protective film forming process, the polymer is deposited again on the bottom surface and the side wall to form the protective film. As a result, a new sidewall of the groove formed by the etching process is immediately protected by the protective film formed by the protective film forming process, and etching proceeds only in the depth direction of the groove.
しかしながら、シリコン基板に照射されるイオンの一部は、ガス分子との衝突やシリコン基板表面のチャージアップなどにより移動方向が曲げられ、シリコン基板表面に対し斜め方向から入射して前記溝の側壁上部側に衝突するため、当該側壁上部側の保護膜は底部側よりも除去され易くなっており、保護膜が除去されて側壁表面が露出すると、当該露出部分がイオン照射やラジカルによってエッチングされ、前記各処理が繰り返される度に側壁上部のエッチングも進行することになる。このため、上記エッチング方法では、図7に示すように、溝の上部開口部が広がった形状となったり、図8に示すように、溝の側壁上部が円弧状にえぐれた形状となって、精度の良いエッチング形状を得ることができなかった。 However, some of the ions irradiated onto the silicon substrate are bent in the direction of movement due to collisions with gas molecules, charge-up on the silicon substrate surface, etc. Since the protective film on the upper side of the side wall is more easily removed than on the bottom side, the exposed part is etched by ion irradiation or radicals when the protective film is removed and the side wall surface is exposed. As each process is repeated, the etching of the upper portion of the sidewall also proceeds. For this reason, in the above etching method, as shown in FIG. 7, the upper opening of the groove is in a widened shape, or as shown in FIG. 8, the upper part of the side wall of the groove is in a circular shape, An accurate etching shape could not be obtained.
特に、高アスペクト比(溝の開口幅に比べて深さが深い)の形状をシリコン基板にエッチングする場合には、溝の深さが深い分だけ、前記各処理をより多く繰り返す必要があり、このような問題が顕著に現れる。尚、図7及び図8において、符号Kはシリコン基板を、符号Tは溝を、符号Mはマスクをそれぞれ示している。 In particular, in the case of etching a silicon substrate having a high aspect ratio (the depth is deeper than the opening width of the groove), it is necessary to repeat each of the processes more than the depth of the groove, Such a problem appears remarkably. In FIGS. 7 and 8, symbol K indicates a silicon substrate, symbol T indicates a groove, and symbol M indicates a mask.
そこで、このような問題を解決すべく、特開2000−299310号公報に開示されたようなエッチング方法が従来提案されており、このエッチング方法は、上記のようなエッチング処理と保護膜形成処理とを交互に一定回数繰り返すエッチング工程と、保護膜形成処理で形成された保護膜などを溝の側壁や底面から除去した後、当該側壁や底面に、エッチングガスから生成されるラジカルと反応し難く、且つイオン照射によってもエッチングされ難い酸化膜を形成する酸化膜形成工程とを交互に繰り返すというものである。 Therefore, in order to solve such a problem, an etching method as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-299310 has been proposed, and this etching method includes the above-described etching process and protective film forming process. It is difficult to react with radicals generated from the etching gas on the side wall and bottom surface after removing the protective film and the like formed by the protective film formation process alternately from the etching step that repeats a certain number of times from the side wall and bottom surface of the groove. In addition, an oxide film forming step for forming an oxide film that is difficult to be etched by ion irradiation is alternately repeated.
酸化膜形成工程は、アルゴン及び酸素の混合ガスをプラズマ化して酸素イオンや酸素ラジカル、アルゴンイオンを生成するとともに、基台にバイアス電位を与えることにより、酸素イオンや酸素ラジカルと保護膜を構成する原子とを化学反応させたり、アルゴンイオンをシリコン基板に衝突させて、溝の表面に形成された保護膜を除去し、当該表面を露出させる保護膜除去処理と、酸素ガスのみをプラズマ化して酸素イオンや酸素ラジカルを生成し、生成した酸素イオンや酸素ラジカルにより、前記保護膜除去処理で露出した溝の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成処理とから構成される。 In the oxide film forming step, a mixed gas of argon and oxygen is converted into plasma to generate oxygen ions, oxygen radicals, and argon ions, and a protective film is formed by applying a bias potential to the base. Chemical reaction with atoms or collision of argon ions with the silicon substrate to remove the protective film formed on the surface of the groove, and a protective film removing process to expose the surface, and oxygen gas alone is converted into plasma to produce oxygen It comprises an oxide film forming process in which ions and oxygen radicals are generated and an oxide film is formed on the surface of the groove exposed by the protective film removal process by the generated oxygen ions and oxygen radicals.
このようなエッチング方法によれば、エッチング工程と酸化膜形成工程とが交互に繰り返されることにより、酸化膜上に保護膜が形成されて溝の側壁が保護膜及び酸化膜の2層の膜で保護されるので、エッチング処理時に保護膜が除去されるようなことがあっても、酸化膜によって溝の側壁のエッチングが効果的に防止される。 According to such an etching method, the etching process and the oxide film forming process are alternately repeated, so that the protective film is formed on the oxide film, and the sidewall of the groove is a two-layer film of the protective film and the oxide film. Since the protective film is protected, even when the protective film is removed during the etching process, the oxide film effectively prevents the etching of the sidewall of the groove.
ところが、特開2000−299310号公報のエッチング方法では、酸化膜形成工程の実行直後におけるエッチング工程のエッチング処理時には、保護膜が形成されておらず、酸化膜だけで側壁を保護しなければならないという問題、1回目の酸化膜形成工程が実行されるまでに形成される溝の側壁や、酸化膜形成工程実行後、次の酸化膜形成工程が実行されるまでに新たに形成される溝の側壁が酸化膜によって保護されてないという問題、エッチング処理時に保護膜が除去されて酸化膜が露出し、この酸化膜までが除去されてしまうと、再度酸化膜が形成されるまでは保護膜のみで溝の側壁を保護しなければならないという問題があり、側壁の保護が不十分であった。尚、酸化膜だけで側壁を保護したときに、当該保護が不十分に(弱く)なるのは、この酸化膜が、側壁表面に堆積する保護膜とは異なって側壁の表層部分に形成されるものであり、当該側壁のエッチングを完全には防止することができないからである。 However, in the etching method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-299310, the protective film is not formed during the etching process in the etching process immediately after the execution of the oxide film forming process, and the sidewall must be protected only by the oxide film. Problem The side wall of the groove formed before the first oxide film forming process is executed, and the side wall of the groove newly formed before the next oxide film forming process is executed after the execution of the oxide film forming process Is not protected by the oxide film, the protective film is removed during the etching process, and the oxide film is exposed. If the oxide film is removed, only the protective film is formed until the oxide film is formed again. There is a problem that the side wall of the groove has to be protected, and the protection of the side wall is insufficient. In addition, when the side wall is protected only by the oxide film, the protection is insufficient (weak). This oxide film is formed on the surface layer portion of the side wall unlike the protective film deposited on the side wall surface. This is because the etching of the sidewall cannot be completely prevented.
また、酸化膜形成処理の実行前に、保護膜除去処理が行われて保護膜が予め除去されているものの、当該保護膜除去処理での保護膜の除去が不完全であれば、酸化膜形成処理で生成される酸素イオンや酸素ラジカルが保護膜と化学反応して当該保護膜の除去に費やされるため、形成される酸化膜にムラを生じて溝の表面を当該酸化膜及び保護膜の2層の膜で保護することができず、保護膜が除去されてしまうと、溝の側壁がエッチングされるという問題もある。尚、保護膜除去処理を長時間行うようにすれば、保護膜を確実に除去することができるが、このようにしたのでは、エッチング速度が低下してしまう。 Further, if the protective film removal process is performed and the protective film is removed in advance before the execution of the oxide film forming process, the removal of the protective film in the protective film removing process is incomplete. Oxygen ions and oxygen radicals generated by the treatment chemically react with the protective film and are consumed for removal of the protective film. Therefore, unevenness is generated in the formed oxide film, and the surface of the groove is made 2 of the oxide film and the protective film. If the protective film cannot be protected by the film of the layer and the protective film is removed, there is a problem that the side wall of the groove is etched. Note that if the protective film removal process is performed for a long time, the protective film can be reliably removed, but if this is done, the etching rate will decrease.
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、溝の側壁がエッチングされるのをより確実に防止することができるエッチング方法及びエッチング装置の提供をその目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an etching method and an etching apparatus that can more reliably prevent etching of a sidewall of a groove.
上記目的を達成するための本発明は、
基台上に載置されたシリコン基板をエッチングする方法であって、
エッチングガスをプラズマ化するとともに、前記基台にバイアス電位を与えて前記シリコン基板をエッチングするエッチング処理と、
酸素ガスをプラズマ化して前記シリコン基板に酸化膜たる第1保護膜を形成する第1保護膜形成処理と、
保護膜形成ガスをプラズマ化して前記第1保護膜上に第2保護膜を形成する第2保護膜形成処理とを順次繰り返して実行するようにしたことを特徴とするエッチング方法に係る。
To achieve the above object, the present invention provides:
A method of etching a silicon substrate placed on a base,
An etching process that turns the etching gas into plasma and applies a bias potential to the base to etch the silicon substrate;
A first protective film forming process for converting oxygen gas into plasma to form a first protective film as an oxide film on the silicon substrate;
The present invention relates to an etching method characterized in that a protective film forming gas is converted into plasma and a second protective film forming process for forming a second protective film on the first protective film is sequentially repeated.
そして、このエッチング方法は、以下のエッチング装置によってこれを好適に実施することができる。
即ち、このエッチング装置は、
閉塞空間を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバ内の下部側に配設され、シリコン基板が載置される基台と、
前記基台に高周波電力を印加する基台電力供給手段と、
前記処理チャンバ内にエッチングガス,酸素ガス及び保護膜形成ガスを供給するとともに、該エッチングガス,酸素ガス及び保護膜形成ガスの供給流量をそれぞれ調整可能に構成されたガス供給手段と、
前記処理チャンバの外部近傍に配設されたコイルと、
前記コイルに高周波電力を印加して前記処理チャンバ内のエッチングガス,酸素ガス及び保護膜形成ガスをプラズマ化するコイル電力供給手段と、
前記基台電力供給手段,コイル電力供給手段及びガス供給手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記ガス供給手段を制御して前記処理チャンバ内に供給される前記エッチングガス,酸素ガス及び保護膜形成ガスの供給流量を調整することにより、前記エッチングガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板をエッチングするエッチング処理と、前記酸素ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板に酸化膜たる第1保護膜を形成する第1保護膜形成処理と、前記保護膜形成ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記第1保護膜上に第2保護膜を形成する第2保護膜形成処理とを順次繰り返して実行するとともに、少なくとも前記エッチング処理時に、前記基台電力供給手段によって前記基台に高周波電力を印加するように構成される。
And this etching method can implement this suitably with the following etching apparatuses.
That is, this etching apparatus
A processing chamber having an enclosed space;
A base disposed on the lower side in the processing chamber and on which a silicon substrate is placed;
Base power supply means for applying high frequency power to the base;
A gas supply unit configured to supply an etching gas, an oxygen gas, and a protective film forming gas into the processing chamber, and to adjust a supply flow rate of the etching gas, the oxygen gas, and the protective film forming gas;
A coil disposed near the outside of the processing chamber;
Coil power supply means for applying high frequency power to the coil to turn the etching gas, oxygen gas and protective film forming gas in the processing chamber into plasma,
Control means for controlling the base power supply means, coil power supply means and gas supply means,
The control means controls the gas supply means to adjust the supply flow rates of the etching gas, oxygen gas, and protective film forming gas supplied into the processing chamber, thereby bringing the etching gas into the processing chamber. An etching process for supplying and etching the silicon substrate; a first protective film forming process for supplying the oxygen gas into the processing chamber to form a first protective film as an oxide film on the silicon substrate; and the protective film A formation gas is supplied into the processing chamber and a second protective film forming process for forming a second protective film on the first protective film is sequentially and repeatedly performed, and at least during the etching process, the base power It is comprised so that high frequency electric power may be applied to the said base by a supply means.
このエッチング装置によれば、まず、シリコン基板が処理チャンバ内の基台上に載置される。次に、制御手段による制御の下、ガス供給手段から流量調整されたエッチングガスが処理チャンバ内に供給されるとともに、コイル電力供給手段及び基台電力供給手段により高周波電力がコイル及び基台にそれぞれ印加される。 According to this etching apparatus, first, the silicon substrate is placed on the base in the processing chamber. Next, under the control of the control means, an etching gas whose flow rate is adjusted is supplied from the gas supply means into the processing chamber, and high-frequency power is supplied to the coil and the base by the coil power supply means and the base power supply means, respectively. Applied.
コイルに高周波電力が印加されると、処理チャンバ内に磁界が形成され、この磁界によって誘起される電界により、処理チャンバ内のエッチングガスが、イオン,電子,ラジカルなどを含むプラズマとされる。また、基台に高周波電力が印加されると、当該基台とプラズマとの間に電位差(バイアス電位)が生じる。 When a high frequency power is applied to the coil, a magnetic field is formed in the processing chamber, and an etching gas in the processing chamber is changed to plasma containing ions, electrons, radicals, and the like by an electric field induced by the magnetic field. Further, when high frequency power is applied to the base, a potential difference (bias potential) is generated between the base and the plasma.
前記ラジカルは、シリコン原子と化学反応してシリコン基板をエッチングし、イオンは、バイアス電位により基台(シリコン基板)側に向け移動して衝突し、シリコン基板をエッチングする。これにより、シリコン基板には、所定の幅及び深さを備えた溝(穴)が形成され、このようにしてエッチング処理が実行される。尚、シリコン基板に照射されるイオンは、その大部分がシリコン基板表面に対し垂直に入射して前記溝の底面に衝突する。 The radicals chemically react with the silicon atoms to etch the silicon substrate, and the ions move toward the base (silicon substrate) side by the bias potential and collide with each other to etch the silicon substrate. As a result, a groove (hole) having a predetermined width and depth is formed in the silicon substrate, and the etching process is performed in this way. Incidentally, most of the ions irradiated to the silicon substrate are incident perpendicularly to the surface of the silicon substrate and collide with the bottom surface of the groove.
そして、エッチングガスが所定時間供給されると、制御手段による制御の下、エッチングガスの供給が停止されるとともに、ガス供給手段から流量調整された酸素ガスが処理チャンバ内に供給される。また、コイルには、エッチングガスの供給時と同様、コイル電力供給手段により高周波電力が印加されるが、基台電力供給手段による基台への高周波電力の印加は停止される。 When the etching gas is supplied for a predetermined time, the supply of the etching gas is stopped under the control of the control means, and the oxygen gas whose flow rate is adjusted is supplied from the gas supply means into the processing chamber. Similarly to the etching gas supply, high-frequency power is applied to the coil by the coil power supply means, but the application of the high-frequency power to the base by the base power supply means is stopped.
処理チャンバ内に供給された酸素ガスは、前記エッチングガスと同様に、前記電界により酸素イオン,電子,酸素ラジカルなどを含むプラズマとされ、この酸素イオンや酸素ラジカルがシリコン原子と化学反応することで、前記溝の側壁及び底面に、エッチングガスから生成されるラジカルと反応し難く、且つイオン照射によってもエッチングされ難い酸化膜たる第1保護膜が形成され、このようにして第1保護膜形成処理が実行される。 Like the etching gas, the oxygen gas supplied into the processing chamber is converted into plasma containing oxygen ions, electrons, oxygen radicals, and the like by the electric field, and the oxygen ions and oxygen radicals chemically react with silicon atoms. The first protective film, which is an oxide film that does not easily react with radicals generated from the etching gas and that is difficult to be etched by ion irradiation, is formed on the side walls and the bottom surface of the groove. Is executed.
そして、酸素ガスが所定時間供給されると、上記と同様に、制御手段による制御の下、酸素ガスの供給が停止された後、ガス供給手段から流量調整された保護膜形成ガスが処理チャンバ内に供給される。また、酸素ガスの供給時と同様、コイルには、コイル電力供給手段により高周波電力が印加されており、基台電力供給手段による基台への高周波電力の印加は停止されている。 When the oxygen gas is supplied for a predetermined time, the supply of the oxygen gas is stopped under the control of the control means as described above, and then the protective film forming gas whose flow rate is adjusted from the gas supply means is supplied into the processing chamber. To be supplied. Similarly to the supply of oxygen gas, high-frequency power is applied to the coil by the coil power supply means, and the application of high-frequency power to the base by the base power supply means is stopped.
処理チャンバ内に供給された保護膜形成ガスは、前記エッチングガスや酸素ガスと同様に、前記電界によりイオン,電子,ラジカルなどを含むプラズマとされ、このラジカルから重合物が生成されて前記溝の側壁及び底面の表面(第1保護膜上)に堆積する。これにより、当該第1保護膜上には、エッチングガスから生成されるラジカルと反応しない第2保護膜が形成され、このようにして第2保護膜形成処理が実行される。 Like the etching gas and oxygen gas, the protective film forming gas supplied into the processing chamber is changed to plasma containing ions, electrons, radicals, and the like by the electric field, and a polymer is generated from the radicals to form the groove. Deposited on the side wall and bottom surface (on the first protective film). As a result, a second protective film that does not react with radicals generated from the etching gas is formed on the first protective film, and thus the second protective film forming process is performed.
そして、保護膜形成ガスが所定時間供給され、保護膜形成ガスの供給が停止されると、再びエッチングガスが供給されてエッチング処理が実行され、上記のようなエッチング処理,第1保護膜形成処理及び第2保護膜形成処理が順次繰り返される。 When the protective film forming gas is supplied for a predetermined time and the supply of the protective film forming gas is stopped, the etching gas is supplied again to perform the etching process, and the etching process and the first protective film forming process as described above are performed. The second protective film forming process is sequentially repeated.
このように、エッチング処理,第1保護膜形成処理及び第2保護膜形成処理を順次繰り返すことで、エッチング処理時において、イオン照射の多い溝の底面では、イオン照射による第1及び第2保護膜の除去並びにラジカル及びイオン照射によるエッチングが進行し、イオン照射の少ない溝の側壁では、イオン照射による第2保護膜の除去のみが進行して当該側壁のエッチングが防止され、第1保護膜形成処理時においては、エッチング処理で新たに形成された溝の側壁及び底面に第1保護膜が形成され、第2保護膜形成処理時においては、第1保護膜形成処理で形成された第1保護膜上に重合物が再度堆積して第2保護膜が形成される。 In this way, by sequentially repeating the etching process, the first protective film forming process, and the second protective film forming process, the first and second protective films formed by the ion irradiation are formed on the bottom surface of the groove where the ion irradiation is frequently performed during the etching process. And etching by radical and ion irradiation proceeds, and only the removal of the second protective film by ion irradiation proceeds on the side wall of the groove with less ion irradiation, and the etching of the side wall is prevented. In some cases, the first protective film is formed on the side wall and bottom surface of the trench newly formed by the etching process, and in the second protective film forming process, the first protective film formed by the first protective film forming process is formed. The polymer is deposited again on the top to form a second protective film.
したがって、エッチング処理で形成された溝の新たな側壁は、第1及び第2保護膜形成処理で形成される第1及び第2保護膜により直ちに保護され、溝の深さ方向にのみエッチングが進行する。 Therefore, the new side wall of the groove formed by the etching process is immediately protected by the first and second protective films formed by the first and second protective film forming processes, and the etching proceeds only in the depth direction of the groove. To do.
尚、シリコン基板に照射されるイオンの一部は、ガス分子との衝突やシリコン基板表面のチャージアップなどによりシリコン基板表面に対し斜め方向から入射して溝の側壁上部に衝突するため、当該側壁上部側の第2保護膜は底部側よりも除去され易くなっているが、完全に除去されたとしても、第1保護膜が、上記のように、エッチングガスから生成されるラジカルと反応し難く、且つイオン照射によってもエッチングされ難いという性質を有していることから、この第1保護膜によって溝の側壁のエッチングが効果的に防止される。 Note that some of the ions irradiated to the silicon substrate are incident on the silicon substrate surface from an oblique direction and collide with the upper portion of the sidewall of the groove due to collision with gas molecules or charge-up of the silicon substrate surface. The second protective film on the upper side is easier to remove than the bottom side, but even if it is completely removed, the first protective film hardly reacts with the radicals generated from the etching gas as described above. In addition, the first protective film effectively prevents the etching of the side walls of the grooves because it is difficult to be etched even by ion irradiation.
斯くして、本発明に係るエッチング方法及びエッチング装置によれば、エッチング処理,第1保護膜形成処理及び第2保護膜形成処理を順次繰り返し行うようにしたので、エッチング処理で形成された溝の新たな側壁を、第1及び第2保護膜形成処理で形成される第1及び第2保護膜によって直ちに保護することができるとともに、エッチング処理で第1保護膜までが除去されたとしても、第1保護膜をすぐに再形成することができ、エッチング処理時には、常に、第1保護膜及び第2保護膜の2層の保護膜で溝の側壁を保護することができる。 Thus, according to the etching method and the etching apparatus according to the present invention, the etching process, the first protective film forming process, and the second protective film forming process are sequentially repeated. The new side wall can be immediately protected by the first and second protective films formed by the first and second protective film forming processes, and even if the first protective film is removed by the etching process, One protective film can be immediately re-formed, and the sidewall of the groove can always be protected by two protective films of the first protective film and the second protective film during the etching process.
また、エッチング処理後に第1保護膜形成処理を行うことで、当該エッチング処理によって第2保護膜が完全に除去されたり、ほぼ除去された状態の溝の表面に第1保護膜を形成することができ、第1保護膜形成処理で生成される酸素イオンや酸素ラジカルが第2保護膜との化学反応に費やされることはなく、第1保護膜を均一に形成して溝の側壁を第1保護膜及び第2保護膜の2層の保護膜で確実に保護することができる。また、上記従来のエッチング方法のように、保護膜(第2保護膜)を除去するための保護膜除去処理を行う必要がないので、効率的である。 In addition, by performing the first protective film forming process after the etching process, the second protective film can be completely removed by the etching process, or the first protective film can be formed on the surface of the groove in a substantially removed state. In addition, oxygen ions and oxygen radicals generated by the first protective film formation process are not spent on the chemical reaction with the second protective film, and the first protective film is uniformly formed to protect the sidewalls of the trenches for the first protection. It can be reliably protected by a two-layer protective film of the film and the second protective film. Further, it is not necessary to perform a protective film removing process for removing the protective film (second protective film) as in the conventional etching method described above, which is efficient.
このように、溝の側壁を第1保護膜及び第2保護膜の2層の保護膜で確実に保護することができるので、溝の上部開口部が広がった形状となったり、溝の側壁上部が円弧状にえぐれた形状となるのを有効に防止することができ、アスペクト比が40を超えるような高アスペクト比の形状であっても、高精度にエッチングすることができる。 In this way, the sidewall of the groove can be reliably protected by the two protective films of the first protective film and the second protective film, so that the upper opening of the groove has a widened shape, or the upper portion of the sidewall of the groove. Can be effectively prevented from being formed in an arcuate shape, and even a shape with a high aspect ratio exceeding 40 can be etched with high accuracy.
以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、図1は、本発明の一実施形態に係るエッチング装置の概略構成を一部ブロック図で示した断面図である。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view partially showing a schematic configuration of an etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本例のエッチング装置1は、閉塞空間を有する処理チャンバ11と、処理チャンバ11内の下部側に配設され、エッチング対象のシリコン基板Kが載置される基台12と、処理チャンバ11内を減圧する排気装置14と、処理チャンバ11内にエッチングガス,酸素ガス及び保護膜形成ガスを供給するガス供給装置20と、処理チャンバ11内に供給されたエッチングガス,酸素ガス及び保護膜形成ガスをプラズマ化するプラズマ生成装置30と、基台12に高周波電力を印加して、当該基台12とプラズマとの間に電位差(バイアス電位)を生じさせる第1高周波電源13と、排気装置14,ガス供給装置20,プラズマ生成装置30及び第1高周波電源13などの作動を制御する制御装置40とを備える。
As shown in FIG. 1, an
前記排気装置14は、処理チャンバ11の下部に接続された排気管15と、排気管15に接続された真空ポンプ16と、排気管15内を流通するガス流量を調整する流量調整機構17とからなり、真空ポンプ16によって処理チャンバ11内部のガスが外部に排気されることで、当該処理チャンバ11内の圧力が所定圧力に減圧される。
The
前記ガス供給装置20は、処理チャンバ11の天井部に接続された供給管21と、流量調整機構25,26,27を介して供給管21に接続したガスボンベ22,23,24とからなり、流量調整機構25,26,27によって流量調整されたガスがガスボンベ22,23,24から処理チャンバ11内に供給される。尚、ガスボンベ22内にはエッチング用のSF6ガスが充填され、ガスボンベ23内には第1保護膜形成用のO2ガスが充填され、ガスボンベ24内には第2保護膜形成用のC4F8ガスが充填されている。
The
前記プラズマ生成装置30は、処理チャンバ11の外周上部側に配設されたコイル31と、コイル31に高周波電力を印加する第2高周波電源32とからなり、第2高周波電源32によりコイル31に高周波電力を印加することで、処理チャンバ11内に磁界を形成し、この磁界によって誘起される電界により処理チャンバ11内のガスをプラズマ化する。
The
前記制御装置40は、図2に示すように、シリコン基板Kをエッチングするエッチング処理Eと、シリコン基板Kに酸化膜たる第1保護膜を形成する第1保護膜形成処理D1と、第1保護膜上に第2保護膜を形成する第2保護膜形成処理D2とを所定時間ずつ順次繰り返して実行するように構成されており、流量調整機構25,26,27を制御して、ガスボンベ22,23,24から処理チャンバ11内に供給されるSF6ガス,O2ガス及びC4F8ガスの流量を調整する供給流量制御部41と、流量調整機構17を制御して、真空ポンプ17により処理チャンバ11内から排気されるガスの流量を調整する排気流量制御部42と、第1高周波電源13を制御して基台12に印加される高周波電力を調整する基台電力制御部43と、第2高周波電源32を制御してコイル31に印加される高周波電力を調整するコイル電力制御部44とを備える。
As shown in FIG. 2, the
前記供給流量制御部41は、図2に示すように、ガスボンベ22,23,24から処理チャンバ11内に供給されるSF6ガス,O2ガス及びC4F8ガスの流量を変化させることにより、エッチング処理Eの実行時にはSF6ガスを供給し、第1保護膜形成処理D1の実行時にはO2ガスを供給し、第2保護膜形成処理D2の実行時にはC4F8ガスを供給する。
As shown in FIG. 2, the supply
前記排気流量制御部42は、エッチング処理E,第1保護膜形成処理D1及び第2保護膜形成処理D2の実行時に処理チャンバ11内部の圧力がそれぞれ所定圧力となるように排気流量を制御し、前記基台電力制御部43は、エッチング処理E,第1保護膜形成処理D1及び第2保護膜形成処理D2の実行時に所定の高周波電力が基台12に印加されるように第1高周波電源13を制御し、前記コイル電力制御部44は、エッチング処理E,第1保護膜形成処理D1及び第2保護膜形成処理D2の実行時に所定の高周波電力がコイル31に印加されるように第2高周波電源32を制御する。
The exhaust
図3は、エッチング処理E,第1保護膜形成処理D1及び第2保護膜形成処理D2を順次繰り返して実行したときにシリコン基板Kに形成されるアンダーカット量と、プラズマ化されたO2ガスによるレジストのアッシングレートとの関係を示したグラフであり、このグラフからアッシングレートが5000(Å/min)以上であれば、即ち、アッシングレート5000(Å/min)以上に相当する処理能力で第1保護膜形成処理D1を行えば、アンダーカット量が少なく、高精度なエッチング形状が得られることがわかる。 FIG. 3 shows the amount of undercut formed on the silicon substrate K when the etching process E, the first protective film forming process D1 and the second protective film forming process D2 are sequentially repeated, and the plasma O 2 gas. Is a graph showing the relationship with the ashing rate of the resist, and from this graph, if the ashing rate is 5000 (か ら / min) or higher, that is, the processing capability corresponding to the ashing rate of 5000 (Å / min) or higher is shown. It can be seen that if the 1 protective film forming process D1 is performed, an undercut amount is small and a highly accurate etching shape can be obtained.
本来なら、第1保護膜の膜厚や、プラズマ化されたO2ガスによる第1保護膜の形成速度などとアンダーカット量とを対比すべきであるが、レジストが第1保護膜の形成と同様の、プラズマ化されたO2ガスの作用によって除去されることから、簡易的には、第1保護膜の形成速度や膜厚をアッシングレートに置き換えて判断することができる。 Originally, the film thickness of the first protective film, the formation rate of the first protective film by plasma O 2 gas, etc. should be compared with the undercut amount, but the resist is different from the formation of the first protective film. Similarly, since it is removed by the action of plasmatized O 2 gas, it can be determined simply by replacing the formation speed and film thickness of the first protective film with the ashing rate.
そして、アッシングレートを5000(Å/min)以上とするためには、例えば、処理チャンバ11内部の圧力が約0.4Pa〜1.0Pa程度、コイル31に印加される高周波電力が約2200W〜2800W程度であることなどが必要である。このため、第1保護膜形成処理D1の実行時において、排気流量制御部42は、処理チャンバ11内部の圧力を、約0.4Pa〜1.0Pa程度にするように構成され、コイル電力制御部44は、コイル31に印加する高周波電力を、約2200W〜2800W程度にするように構成される。
In order to set the ashing rate to 5000 (Å / min) or more, for example, the pressure inside the
以上のように構成された本例のエッチング装置1によれば、シリコン基板Kが処理チャンバ11内の基台12上に載置された後、エッチング処理Eを行うべく、制御装置40による制御の下、流量調整機構25により流量調整されたSF6ガスがガスボンベ22から処理チャンバ11内に供給されるとともに、各高周波電源13,32により所定の高周波電力が基台12及びコイル31にそれぞれ印加される。
According to the
処理チャンバ11内に供給されたSF6ガスは、高周波電力が印加されたコイル31によって形成された電界により、イオン,電子,Fラジカルなどを含むプラズマとされ、Fラジカルは、シリコン原子と化学反応してシリコン基板Kをエッチングし、イオンは、高周波電力が印加された基台12とプラズマとの間に生じた電位差(バイアス電位)により基台12(シリコン基板K)側に向け移動して衝突し、シリコン基板Kをエッチングする。これにより、シリコン基板Kには、所定の幅及び深さを備えた溝(穴)が形成される。尚、シリコン基板Kに向けて移動するイオンは、その大部分がシリコン基板K表面に対し垂直に入射して溝の底面に衝突する。
The SF 6 gas supplied into the
そして、SF6ガスが所定時間供給されると、第1保護膜形成処理D1を行うべく、制御装置40による制御の下、流量調整機構25によりSF6ガスの供給が停止されるとともに、流量調整機構26により流量調整されたO2ガスがガスボンベ23から処理チャンバ11内に供給される。また、このとき、コイル31及び基台12には、SF6ガスの供給時と同様、各高周波電源13,32により所定の高周波電力がそれぞれ印加されている。
When the SF 6 gas is supplied for a predetermined time, the supply of the SF 6 gas is stopped by the flow
処理チャンバ内に供給されたO2ガスは、SF6ガスと同様に、前記電界により酸素イオン,電子,酸素ラジカルなどを含むプラズマとされ、この酸素イオンや酸素ラジカルが、シリコン原子と化学反応することで、前記溝の側壁及び底面に、Fラジカルと反応し難く、且つイオン照射によってもエッチングされ難い酸化膜(第1保護膜)が形成される。尚、イオンは、前記バイアス電圧によりシリコン基板K側に向けて移動するため、酸化膜が効率的に形成される。 Like the SF 6 gas, the O 2 gas supplied into the processing chamber is converted into plasma containing oxygen ions, electrons, oxygen radicals, and the like by the electric field, and these oxygen ions and oxygen radicals chemically react with silicon atoms. As a result, an oxide film (first protective film) that does not easily react with F radicals and is not easily etched by ion irradiation is formed on the side wall and bottom surface of the groove. Since ions move toward the silicon substrate K side by the bias voltage, an oxide film is efficiently formed.
そして、O2ガスが所定時間供給されると、第2保護膜形成処理D2を行うべく、制御装置40による制御の下、流量調整機構26によりO2ガスの供給が停止された後、流量調整機構27により流量調整されたC4F8ガスがガスボンベ24から処理チャンバ11内に供給される。また、このときにも、コイル31及び基台12には、SF6ガスやO2ガスの供給時と同様、各高周波電源13,32により所定の高周波電力がそれぞれ印加されている。
Then, when the O 2 gas is supplied for a predetermined time, the flow adjustment is performed after the supply of the O 2 gas is stopped by the
処理チャンバ11内に供給されたC4F8ガスは、SF6ガスやO2ガスと同様に、前記電界によりイオン,電子,ラジカルなどを含むプラズマとされ、このラジカルから重合物が生成されて前記溝の側壁及び底面の第1保護膜上に堆積する。これにより、当該第1保護膜上には、Fラジカルと反応しないフロロカーボン膜(第2保護膜)が形成される。
The C 4 F 8 gas supplied into the
そして、C4F8ガスが所定時間供給され、制御装置40による制御の下、流量調整機構27によりC4F8ガスの供給が停止されると、再びエッチングガスが供給されてエッチング処理Eが行われ、上記のようなエッチング処理E,第1保護膜形成処理D1及び第2保護膜形成処理D2が順次繰り返されてシリコン基板Kがエッチングされる。
Then, when the C 4 F 8 gas is supplied for a predetermined time and the supply of the C 4 F 8 gas is stopped by the flow
尚、エッチング処理E,第1保護膜形成処理D1及び第2保護膜形成処理D2の実行時には、制御装置40による制御の下、流量調整機構17によって排気流量が調整され、処理チャンバ11内の圧力が所定の圧力となるように調整されている。
When the etching process E, the first protective film forming process D1, and the second protective film forming process D2 are executed, the exhaust gas flow rate is adjusted by the flow rate adjusting mechanism 17 under the control of the
このように、エッチング処理E,第1保護膜形成処理D1及び第2保護膜形成処理D2を順次繰り返すことで、エッチング処理E時において、イオン照射の多い溝の底面では、イオン照射による第1及び第2保護膜の除去並びにFラジカル及びイオン照射によるエッチングが進行し、イオン照射の少ない溝の側壁では、イオン照射による第2保護膜の除去のみが進行して当該側壁のエッチングが防止され、第1保護膜形成処理D1時においては、エッチング処理Eで新たに形成された溝の側壁及び底面に第1保護膜が形成され、第2保護膜形成処理D2時においては、第1保護膜形成処理D1で形成された第1保護膜上に重合物が再度堆積して第2保護膜が形成される。 As described above, the etching process E, the first protective film formation process D1, and the second protective film formation process D2 are sequentially repeated, so that the first and second ion irradiations are performed on the bottom surface of the groove where the ion irradiation is large. The removal of the second protective film and the etching by the F radical and ion irradiation proceed, and only the removal of the second protective film by the ion irradiation proceeds on the side wall of the groove with less ion irradiation to prevent the etching of the side wall. At the time of the first protective film forming process D1, the first protective film is formed on the side wall and the bottom surface of the groove newly formed by the etching process E, and at the time of the second protective film forming process D2, the first protective film forming process is performed. The polymer is deposited again on the first protective film formed in D1, and a second protective film is formed.
したがって、エッチング処理Eで形成された溝の新たな側壁は、第1及び第2保護膜形成処理D1,D2で形成される第1及び第2保護膜により直ちに保護され、溝の深さ方向にのみエッチングが進行する。 Therefore, the new side wall of the groove formed by the etching process E is immediately protected by the first and second protective films formed by the first and second protective film forming processes D1 and D2, and in the depth direction of the groove. Only the etching proceeds.
尚、シリコン基板Kに向けて移動するイオンの一部は、ガス分子との衝突やシリコン基板K表面のチャージアップなどにより、シリコン基板K表面に対し斜め方向から入射して溝の側壁上部に衝突するため、当該側壁上部側の第2保護膜は底部側よりも除去され易くなっているが、完全に除去されたとしても、第1保護膜が、上記のように、Fラジカルと反応し難く、且つイオン照射によってもエッチングされ難いという性質を有していることから、この第1保護膜により溝の側壁のエッチングが効果的に防止される。 A part of ions moving toward the silicon substrate K are incident on the surface of the silicon substrate K from an oblique direction and collide with the upper part of the side wall of the groove due to collision with gas molecules or charge up of the surface of the silicon substrate K. Therefore, the second protective film on the upper side of the side wall is easier to remove than the bottom side, but even if it is completely removed, the first protective film hardly reacts with the F radical as described above. In addition, the first protective film effectively prevents the etching of the side walls of the grooves because it is difficult to be etched even by ion irradiation.
斯くして、本例のエッチング装置1によれば、エッチング処理E,第1保護膜形成処理D1及び第2保護膜形成処理D2を順次繰り返し行うようにしたので、エッチング処理Eで形成された溝の新たな側壁を、第1及び第2保護膜形成処理D1,D2で形成される第1及び第2保護膜によって直ちに保護することができるとともに、エッチング処理Eで第1保護膜までが除去されたとしても、第1保護膜をすぐに再形成することができ、エッチング処理Eの実行時には、常に、第1保護膜及び第2保護膜の2層の保護膜で溝の側壁を保護することができる。
Thus, according to the
また、エッチング処理Eの後に第1保護膜形成処理D1を行うことで、当該エッチング処理Eによって第2保護膜が完全に除去されたり、ほぼ除去された状態の溝の表面に第1保護膜を形成することができ、第1保護膜形成処理D1で生成される酸素イオンや酸素ラジカルが第2保護膜との化学反応に費やされることはなく、第1保護膜を均一に形成して溝の側壁を第1保護膜及び第2保護膜の2層の保護膜で確実に保護することができる。また、上記従来のエッチング方法のように、保護膜(第2保護膜)を除去するための保護膜除去処理を行う必要がないので、効率的である。 In addition, by performing the first protective film forming process D1 after the etching process E, the second protective film is completely removed by the etching process E, or the first protective film is applied to the surface of the groove in the almost removed state. The oxygen ions and oxygen radicals generated in the first protective film formation process D1 are not consumed for the chemical reaction with the second protective film, and the first protective film is uniformly formed to form the grooves. The side wall can be reliably protected with the two protective films of the first protective film and the second protective film. Further, it is not necessary to perform a protective film removing process for removing the protective film (second protective film) as in the conventional etching method described above, which is efficient.
このように、溝の側壁を第1保護膜及び第2保護膜の2層の保護膜で確実に保護することができるので、溝の上部開口部が広がった形状となったり(図7参照)、溝の側壁上部が円弧状にえぐれた形状となる(図8参照)のを有効に防止することができ、アスペクト比が40を超えるような高アスペクト比の形状であっても、高精度にエッチングすることができる。 In this way, the side wall of the groove can be reliably protected with the two protective films of the first protective film and the second protective film, so that the upper opening of the groove is widened (see FIG. 7). It is possible to effectively prevent the upper portion of the side wall of the groove from being formed into a shape that is arcuate (see FIG. 8), and even with a high aspect ratio shape with an aspect ratio exceeding 40, it is highly accurate. It can be etched.
また、更に、アッシングレートが5000(Å/min)以上となるような条件で第1保護膜形成処理D1を行っており、高精度なエッチング形状を得ることができるとともに、効率的に第1保護膜を形成させることができ、エッチング速度を速くすることができる。 Further, the first protective film forming process D1 is performed under the condition that the ashing rate is 5000 (min / min) or more, so that a highly accurate etching shape can be obtained and the first protection is efficiently performed. A film can be formed, and the etching rate can be increased.
因みに、実施例として、エッチング処理Eのとき、その処理時間を10秒と、処理チャンバ11内の圧力を2Paと、コイル31に印加する高周波電力を2200Wと、基台12に印加する高周波電力を40Wと、SF6ガスの供給流量を300ml/minと、第1保護膜形成処理D1のとき、その処理時間を3秒と、処理チャンバ11内の圧力を0.6Paと、コイル31に印加する高周波電力を2500Wと、基台12に印加する高周波電力を20Wと、O2ガスの供給流量を100ml/minと、第2保護膜形成処理D2のとき、その処理時間を5秒と、処理チャンバ11内の圧力を2Paと、コイル31に印加する高周波電力を1500Wと、基台12に印加する高周波電力を20Wと、C4F8ガスの供給流量を200ml/minとした条件で、所定の時間、シリコン基板Kをエッチングしたところ、アスペクト比が50であっても、図7や図8に示すような形状にはならず、高精度なエッチング形状が得られ、また、エッチング速度は5μm/minとなった。
Incidentally, as an example, during the etching process E, the processing time is 10 seconds, the pressure in the
一方、比較例として、特開2000−299310号公報のエッチング方法のように、エッチング処理(上記エッチング処理Eに対応)と保護膜形成処理(上記第2保護膜形成処理D2に対応)とを交互に43回繰り返した後、酸化膜形成処理(酸化膜除去処理及び酸化膜形成処理)(上記第1保護膜形成処理D1に対応)を10分間行い、再度、前記エッチング処理と前記保護膜形成処理とを交互に43回繰り返したり(この条件を条件1とする)、エッチング処理(上記エッチング処理Eに対応)と保護膜形成処理(上記第2保護膜形成処理D2に対応)とを交互に21回繰り返し、酸化膜形成処理(酸化膜除去処理及び酸化膜形成処理)(上記第1保護膜形成処理D1に対応)を10分間行った後、前記エッチング処理と前記保護膜形成処理とを交互に21回繰り返し、次に、前記酸化膜形成処理を10分間行い、この後、更に、前記エッチング処理と前記保護膜形成処理とを交互に21回繰り返して(この条件を条件2とする)、シリコン基板Kをエッチングしたところ、いずれの条件においても、図4に示すようなエッチング形状(側壁上部がエッチングされた形状)となり、また、エッチング速度は、1.55μm/min(条件1の場合)、1.59μm/min(条件2の場合)となった。 On the other hand, as a comparative example, an etching process (corresponding to the etching process E) and a protective film forming process (corresponding to the second protective film forming process D2) are alternately performed as in the etching method of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-299310. After 43 times, an oxide film forming process (oxide film removing process and oxide film forming process) (corresponding to the first protective film forming process D1) is performed for 10 minutes, and the etching process and the protective film forming process are performed again. Are alternately repeated 43 times (this condition is defined as condition 1), and the etching process (corresponding to the etching process E) and the protective film forming process (corresponding to the second protective film forming process D2) are alternately performed 21 After repeating the oxide film forming process (oxide film removing process and oxide film forming process) (corresponding to the first protective film forming process D1) for 10 minutes, the etching process and the protective film type The process is alternately repeated 21 times, and then the oxide film forming process is performed for 10 minutes. Thereafter, the etching process and the protective film forming process are alternately repeated 21 times (this condition is condition 2). When the silicon substrate K is etched, an etching shape as shown in FIG. 4 (a shape in which the upper portion of the side wall is etched) is obtained under any conditions, and the etching rate is 1.55 μm / min (conditions). 1) and 1.59 μm / min (in the case of condition 2).
尚、条件1及び条件2の場合のいずれも、エッチング処理のとき、その処理時間は9秒と、処理チャンバ11内の圧力は2Paと、コイル31に印加する高周波電力は2200Wと、基台12に印加する高周波電力は60Wと、SF6ガスの供給流量は300ml/minと、保護膜形成処理のとき、その処理時間は5秒と、処理チャンバ11内の圧力は2Paと、コイル31に印加する高周波電力は1500Wと、基台12に印加する高周波電力は20Wと、C4F8ガスの供給流量は200ml/minと、酸化膜形成成処理のとき、処理チャンバ11内の圧力は2Paと、コイル31に印加する高周波電力は2200Wと、基台12に印加する高周波電力は20Wと、O2ガスの供給流量は40ml/minとした。また、図4において、符号Kはシリコン基板を、符号Tは溝を、符号Mはマスクをそれぞれ示しており、後述の図5及び図6においても、同様である。
In both cases of
また、参考例1として、本例における処理ガスの供給順序(SF6ガスを供給して行うエッチング処理E、O2ガスを供給して行う第1保護膜形成処理D1、及びC4F8ガスを供給して行う第2保護膜形成処理D2の実行順序)を、SF6ガス,C4F8ガス及びO2ガスの順番に入れ換え、SF6ガスによるエッチング処理、C4F8ガスによる保護膜形成処理、及びO2ガスによる酸素プラズマ処理を順次繰り返すようにしてシリコン基板Kをエッチングしたところ、図5(a)及び(b)に示すようなエッチング形状(側壁上部がエッチングされた形状)となり、また、エッチング速度は、1.27μm/min(図5(a)の場合)、0.95μm/min(図5(b)の場合)となった。
Further, as Reference Example 1, the processing gas supply sequence in this example (etching process E performed by supplying SF 6 gas, first protective film forming
尚、SF6ガスによるエッチング処理のとき、その処理時間は9秒と、処理チャンバ11内の圧力は2Paと、コイル31に印加する高周波電力は2200Wと、基台12に印加する高周波電力は60Wと、SF6ガスの供給流量は300ml/minと、C4F8ガスによる保護膜形成処理のとき、その処理時間は5秒と、処理チャンバ11内の圧力は2Paと、コイル31に印加する高周波電力は1500Wと、基台12に印加する高周波電力は20Wと、C4F8ガスの供給流量は200ml/minと、O2ガスによる酸素プラズマ処理のとき、その処理時間は5秒又は10秒と、処理チャンバ11内の圧力は2Paと、コイル31に印加する高周波電力は800Wと、基台12に印加する高周波電力は20Wと、O2ガスの供給流量は40ml/minとした。また、図5(a)は、O2ガスによる酸素プラズマ処理の処理時間が5秒のときの結果を、図5(b)は、O2ガスによる酸素プラズマ処理の処理時間が10秒のときの結果を示している。
In the etching process using SF 6 gas, the processing time is 9 seconds, the pressure in the
また、参考例2として、SF6ガス及びO2ガスを交互に供給し、SF6ガスによるエッチング処理及びO2ガスによる酸化膜(保護膜)形成処理を順次繰り返すようにしてシリコン基板Kをエッチングしたところ、図6(a)に示すようなエッチング形状(エッチングが等方的に進んだ形状)や図6(b)に示すようなエッチング形状(側壁上部がエッチングされた形状)となり、また、エッチング速度は、0.7μm/min(図6(b)の場合)となった。 The etching as a reference example 2, alternately supplying SF 6 gas and O 2 gas, the silicon substrate K as sequentially repeating the etching process and the O 2 gas by oxidation film (protective film) formation process by SF 6 gas As a result, an etching shape as shown in FIG. 6A (a shape in which etching progressed isotropically) and an etching shape as shown in FIG. 6B (a shape in which the upper portion of the side wall was etched), The etching rate was 0.7 μm / min (in the case of FIG. 6B).
尚、SF6ガスによるエッチング処理のとき、その処理時間は9秒又は3秒と、処理チャンバ11内の圧力は2Paと、コイル31に印加する高周波電力は2200Wと、基台12に印加する高周波電力は60Wと、SF6ガスの供給流量は300ml/minと、O2ガスによる酸化膜形成処理のとき、その処理時間は9秒と、処理チャンバ11内の圧力は2Paと、コイル31に印加する高周波電力は2200Wと、基台12に印加する高周波電力は20Wと、O2ガスの供給流量は40ml/minとした。また、図6(a)は、SF6ガスによるエッチング処理の処理時間が9秒のときの結果を、図6(b)は、SF6ガスによるエッチング処理の処理時間が3秒のときの結果を示している。
In the etching process using SF 6 gas, the processing time is 9 seconds or 3 seconds, the pressure in the
前記実施例と比較例とを対比すると、本例のエッチング装置1によれば、シリコン基板Kを、速いエッチング速度で、しかも精度良くエッチングすることができることが分かり、また、前記実施例と参考例1及び参考例2とを対比しても、本例のエッチング装置1によれば、シリコン基板Kを、速いエッチング速度で、しかも精度良くエッチングすることができることが分かる。
Comparing the example and the comparative example, it can be seen that according to the
このような結果が得られた理由として、前記比較例については、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べた通りであり、前記参考例1については、C4F8ガスによる保護膜形成処理の実行後にO2ガスによる酸素プラズマ処理を実行しているので、保護膜形成処理で形成された保護膜が酸素プラズマ処理で生成される酸素イオンや酸素ラジカルによって除去され、SF6ガスによるエッチング処理の実行時に側壁の保護が弱くなるからであり、前記参考例2については、酸化膜が、側壁表面に堆積する、C4F8ガスによる保護膜とは異なり、側壁の表層部分に形成されるものであるために、当該側壁のエッチングを完全には防止することができず、また、酸化膜の形成された側壁の表層部分がエッチングされると、当該側壁の保護がなくなってしまうので、側壁のエッチングを抑制するためには、SF6ガスによる処理時間を短くして酸化膜をすぐに再形成しなければならないからである。 The reason why such a result is obtained is that the comparative example is as described in the section “Problems to be solved by the invention”, and the reference example 1 is a protective film made of C 4 F 8 gas. Since the oxygen plasma treatment with the O 2 gas is performed after the formation processing is performed, the protective film formed by the protective film formation processing is removed by oxygen ions and oxygen radicals generated by the oxygen plasma processing, and the SF 6 gas is used. This is because the protection of the side wall is weakened when the etching process is performed. In Reference Example 2, the oxide film is formed on the surface layer portion of the side wall, unlike the protective film by C 4 F 8 gas deposited on the side wall surface. Therefore, the etching of the side wall cannot be completely prevented, and when the surface layer portion of the side wall on which the oxide film is formed is etched, the side wall of the side wall is etched. Since protection is disappears, in order to suppress the etching of the sidewalls is because should reform the oxide film immediately by shortening the processing time by SF 6 gas.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the specific aspect which this invention can take is not limited to this at all.
1 エッチング装置
11 処理チャンバ
12 基台
13 第1高周波電源
14 排気装置
16 真空ポンプ
17 流量調整機構
20 ガス供給装置
22,23,24 ガスボンベ
25,26,27 流量調整機構
30 プラズマ生成装置
31 コイル
32 第2高周波電源
40 制御装置
41 供給流量制御部
42 排気流量制御部
43 基台電力制御部
44 コイル電力制御部
K シリコン基板
DESCRIPTION OF
Claims (2)
エッチングガスをプラズマ化するとともに、前記基台にバイアス電位を与えて前記シリコン基板をエッチングするエッチング処理と、
酸素ガスをプラズマ化して前記シリコン基板に酸化膜たる第1保護膜を形成する第1保護膜形成処理と、
保護膜形成ガスをプラズマ化して前記第1保護膜上に第2保護膜を形成する第2保護膜形成処理とを順次繰り返して実行するようにしたことを特徴とするエッチング方法。 A method of etching a silicon substrate placed on a base,
An etching process that turns the etching gas into plasma and applies a bias potential to the base to etch the silicon substrate;
A first protective film forming process for converting oxygen gas into plasma to form a first protective film as an oxide film on the silicon substrate;
An etching method characterized in that a protective film forming gas is converted into plasma and a second protective film forming process for forming a second protective film on the first protective film is sequentially repeated.
前記処理チャンバ内の下部側に配設され、シリコン基板が載置される基台と、
前記基台に高周波電力を印加する基台電力供給手段と、
前記処理チャンバ内にエッチングガス,酸素ガス及び保護膜形成ガスを供給するとともに、該エッチングガス,酸素ガス及び保護膜形成ガスの供給流量をそれぞれ調整可能に構成されたガス供給手段と、
前記処理チャンバの外部近傍に配設されたコイルと、
前記コイルに高周波電力を印加して前記処理チャンバ内のエッチングガス,酸素ガス及び保護膜形成ガスをプラズマ化するコイル電力供給手段と、
前記基台電力供給手段,コイル電力供給手段及びガス供給手段を制御する制御手段とを備えたエッチング装置であって、
前記制御手段は、前記ガス供給手段を制御して前記処理チャンバ内に供給される前記エッチングガス,酸素ガス及び保護膜形成ガスの供給流量を調整することにより、前記エッチングガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板をエッチングするエッチング処理と、前記酸素ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板に酸化膜たる第1保護膜を形成する第1保護膜形成処理と、前記保護膜形成ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記第1保護膜上に第2保護膜を形成する第2保護膜形成処理とを順次繰り返して実行するとともに、少なくとも前記エッチング処理時に、前記基台電力供給手段によって前記基台に高周波電力を印加するように構成されてなることを特徴とするエッチング装置。
A processing chamber having an enclosed space;
A base disposed on the lower side in the processing chamber and on which a silicon substrate is placed;
Base power supply means for applying high frequency power to the base;
A gas supply unit configured to supply an etching gas, an oxygen gas, and a protective film forming gas into the processing chamber, and to adjust a supply flow rate of the etching gas, the oxygen gas, and the protective film forming gas;
A coil disposed near the outside of the processing chamber;
Coil power supply means for applying high frequency power to the coil to turn the etching gas, oxygen gas and protective film forming gas in the processing chamber into plasma,
An etching apparatus comprising a control means for controlling the base power supply means, the coil power supply means and the gas supply means,
The control means controls the gas supply means to adjust the supply flow rates of the etching gas, oxygen gas, and protective film forming gas supplied into the processing chamber, thereby bringing the etching gas into the processing chamber. An etching process for supplying and etching the silicon substrate; a first protective film forming process for supplying the oxygen gas into the processing chamber to form a first protective film as an oxide film on the silicon substrate; and the protective film A formation gas is supplied into the processing chamber and a second protective film forming process for forming a second protective film on the first protective film is sequentially and repeatedly performed, and at least during the etching process, the base power An etching apparatus configured to apply high-frequency power to the base by a supply means.
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