JP6014143B2 - Dry etching apparatus and dry etching method - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンウェハー等の基板に対してドライエッチング処理を行う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ものである。 The present invention relates to a dry etching apparatus and a dry etching method for performing a dry etching process on a substrate such as a silicon wafer.
従来、平坦な載置面を有し、シリコンウェハー等の基板に対してドライエッチング処理を行うドライエッチング装置が知られている(特許文献1参照)。この種のドライエッチング装置は、例えば、回転振動型ジャイロの製造プロセスに用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a dry etching apparatus that has a flat mounting surface and performs a dry etching process on a substrate such as a silicon wafer is known (see Patent Document 1). This type of dry etching apparatus is used, for example, in a manufacturing process of a rotary vibration gyro.
ところで、エッチング処理を行う際、図8に示すように、平坦な載置面23に載置された基板Wの裏面に冷却ガスを導入するのが通常である。この場合、僅かながらも上方に突出した断面円弧状に変形した基板Wに対してエッチング処理が為されることになる(図8(a)参照)。このため、基板に対するエッチング方向が垂直にならず、エッチング方向にチルトが生じる(基板Wの表面から奥に向かうに連れて基板Wの径方向外側に傾く)ことになる(図8(b)参照)。なお、図8および図9の符号W1は、レジスト層(保護膜)を示す。
By the way, when performing an etching process, as shown in FIG. 8, it is normal to introduce | transduce cooling gas into the back surface of the board | substrate W mounted in the
また、図9に示すように、ECR型や(電子サイクロトン共鳴:Electron Cycloton Resonance)ICP型(誘電結合方式:Inductive Coupling
Plasma)のようなリモートプラズマ方式のドライエッチング装置の場合、プラズマイオンの進行方向dが外側に拡がるため、基板Wの径よりも装置(プラズマ発生領域)が相当大きくない限り、基板Wの径方向外側にいくほど、平坦な載置面23に載置された基板Wに対してプラズマイオンが斜めに入射することになる。この場合、基板Wに対するエッチング方向が垂直にならず、チルトが生じる(基板Wの表面から奥に向かうに連れて基板Wの径方向外側に傾く)ことになる。しかも、このとき上記のように基板Wが上方に突出した断面円弧状であると、エッチング方向のチルト角が増大することになる。このように、基板Wの表面に対して精度良く垂直にエッチングすることは困難であった。Further, as shown in FIG. 9, ECR type (Electron Cycloton Resonance) ICP type (Inductive Coupling: Inductive Coupling)
In the case of a remote plasma type dry etching apparatus such as Plasma), since the plasma ion traveling direction d spreads outward, the radial direction of the substrate W unless the apparatus (plasma generation region) is considerably larger than the diameter of the substrate W. As it goes outward, plasma ions are obliquely incident on the substrate W placed on the
そして、上記の回転振動型ジャイロのエッチングプロセスにおいて、基板のエッチング方向にチルトが生じると、細長形状に形成される検出バネや駆動バネの断面が平行四辺形状に形成されてしまう。この場合、特に駆動バネの断面が平行四辺形状に形成されると、検出錘にコリオリ力とは別の振動(直角成分誤差)を発生させることになり、角速度の検出に悪影響(ノイズ)を及ぼしていた。 In the etching process of the rotational vibration type gyro described above, when a tilt occurs in the etching direction of the substrate, the cross section of the elongated detection spring and the drive spring is formed in a parallelogram shape. In this case, especially when the cross section of the drive spring is formed in a parallelogram shape, the detection weight generates a vibration (right-angle component error) different from the Coriolis force, which adversely affects the detection of angular velocity (noise). It was.
本発明は、基板の表面に対して精度良く垂直にエッチングすることができるドライエッチング装置およびドライエッチング方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a dry etching apparatus and a dry etching method capable of performing etching perpendicularly with high accuracy to the surface of a substrate.
本発明のドライエッチング装置は、下方に凹んだ形状に形成された載置面、および基板の裏面と載置面との間隙に冷却ガスを導入する冷却ガス導入流路、を有し、ドライエッチング処理が為される基板を静電吸着する静電吸着部と、プラズマイオンが生成されるプラズマ生成室、および静電吸着部が収容された処理室、を有するチャンバーと、基板が平坦または下方に凹んだ断面円弧状となるように、間隙における冷却ガスの圧力を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。 The dry etching apparatus of the present invention has a mounting surface formed in a downwardly recessed shape, and a cooling gas introduction channel for introducing a cooling gas into the gap between the back surface of the substrate and the mounting surface. A chamber having an electrostatic adsorption unit that electrostatically adsorbs a substrate to be processed, a plasma generation chamber in which plasma ions are generated, and a processing chamber in which the electrostatic adsorption unit is accommodated, and the substrate is flat or downward And a controller that controls the pressure of the cooling gas in the gap so as to have a concave arcuate cross section .
本発明のドライエッチング方法は、下方に凹んだ形状に形成された載置面、および基板の裏面と載置面との間隙に冷却ガスを導入する冷却ガス導入流路、を有し、基板を静電吸着する静電吸着部と、プラズマイオンが生成されるプラズマ生成室、および静電吸着部が収容された処理室、を有するチャンバーと、を備えたドライエッチング装置において、間隙における冷却ガスの圧力を制御し、平坦または下方に凹んだ断面円弧状となった基板に対し、ドライエッチング処理を行うことを特徴とする。 The dry etching method of the present invention has a mounting surface formed in a downwardly recessed shape, and a cooling gas introduction channel for introducing a cooling gas into the gap between the back surface of the substrate and the mounting surface. In a dry etching apparatus including an electrostatic adsorption unit that performs electrostatic adsorption, a plasma generation chamber in which plasma ions are generated, and a processing chamber in which the electrostatic adsorption unit is accommodated, a cooling gas in a gap It is characterized in that the pressure is controlled and a dry etching process is performed on a substrate that is flat or has a circular arc shape that is recessed downward.
この構成によれば、下方に凹んだ載置面に対して基板を静電吸着することで、静電吸着された基板を、平坦または下方に凹んだ断面円弧状(球冠状)とすることが可能になる。このため、プラズマイオンの進行方向が平行に揃っている場合には、静電吸着された基板を平坦な形状とすることで、基板の全域で基板に対するエッチング方向を垂直にすることができる。また、プラズマイオンの進行方向が外側に拡がる場合には、静電吸着された基板を下方に凹んだ断面円弧状とすることで、基板の全域で基板に対するエッチング方向を垂直にすることが可能となる。したがって、基板の表面に対して精度良く垂直にエッチングすることができる。
また、この構成によれば、基板を冷却するために、基板の裏面と載置面との間隙に冷却ガスを導入する場合、当該間隙における冷却ガスの圧力を制御することで、基板が平坦または下方に凹んだ断面円弧状となるようにすることができる。すなわち、載置面に静電吸着された基板を平坦にしたい場合には、当該間隙における冷却ガスの圧力を比較的大きな値に制御すればよい。他方、載置面に静電吸着された基板を下方に凹んだ断面円弧状にしたい場合には、当該間隙における冷却ガスの圧力を比較的小さな値に制御すればよい。
According to this configuration, by electrostatically attracting the substrate to the mounting surface that is recessed downward, the electrostatically attracted substrate can be flat or have a circular arc section (spherical crown shape) that is recessed downward. It becomes possible. For this reason, when the traveling directions of the plasma ions are aligned in parallel, the etching direction with respect to the substrate can be made perpendicular to the entire area of the substrate by making the electrostatically attracted substrate flat. In addition, when the plasma ion travels outward, the electrostatically adsorbed substrate has a cross-sectional arc shape that is recessed downward, so that the etching direction with respect to the substrate can be made vertical throughout the substrate. Become. Therefore, it is possible to perform etching perpendicular to the surface of the substrate with high accuracy.
Further, according to this configuration, when cooling gas is introduced into the gap between the back surface of the substrate and the mounting surface in order to cool the substrate, the substrate is flattened by controlling the pressure of the cooling gas in the gap. It can be made to have a circular arc shape that is recessed downward. That is, when it is desired to flatten the substrate electrostatically attracted to the mounting surface, the cooling gas pressure in the gap may be controlled to a relatively large value. On the other hand, when it is desired to make the substrate electrostatically attracted to the mounting surface into a circular arc shape with a downward recess, the pressure of the cooling gas in the gap may be controlled to a relatively small value.
この場合、載置面が、球冠状の凹面で構成されていることが好ましい。 In this case, it is preferable that the mounting surface is formed of a spherical crown-shaped concave surface.
この構成によれば、載置面が、底面が平坦な凹部と、段部を介してその周辺に連なる平坦部とから成り、平坦部で基板に接する場合に比べ、基板全体において載置面との距離が近くなる。このため、基板を適切に静電吸着することができる。
なお、載置面が球冠状の凹面で構成されているとは、載置面の全体が球冠状の凹面で構成されているものに限らず、例えば、載置面の周縁に平坦部を形成したものや、周縁部を座ぐり加工したものなどを含む概念である。According to this configuration, the mounting surface includes a concave portion having a flat bottom surface and a flat portion connected to the periphery thereof via a step portion. The distance becomes closer. For this reason, a board | substrate can be electrostatically adsorbed appropriately.
Note that the placement surface is constituted by a spherical crown-shaped concave surface is not limited to the entire placement surface being constituted by a spherical crown-shaped concave surface, for example, a flat portion is formed on the periphery of the placement surface. It is a concept that includes the one that has been processed or the peripheral edge of which is countersunk.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。図1に示すように、本実施形態に係るドライエッチング装置1は、ECR型のものであって、上部のプラズマ生成室11aおよび下部の処理室11bから成るチャンバー11と、プラズマ生成室11aの周囲に設けられたコイル12と、処理室11bの内部に収容され、エッチング対象となるシリコンウェハー等の基板Wを静電吸着する静電チャック13と、静電チャック13を介して基板Wの裏面側に冷却ガスを導入する冷却ガス導入部14(図2参照)とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. As shown in FIG. 1, the dry etching apparatus 1 according to the present embodiment is of an ECR type, and includes a
コイル12は、ECR条件を満たす磁束密度(B=87.5mT)の磁場をプラズマ生成室11aに形成する。また、プラズマ生成室11aの上壁には、導波管15を介して、ECR条件を満たす周波数のマイクロ波(2.45GHz)を発生させるマイクロ波発信器(図示省略)が接続されている。
The
静電チャック13には、マッチング回路(図示省略)を介してRF(Radio Frequency)バイアス用の高周波電源16が接続されている。また、プラズマ生成室11aの上部には、反応性ガス(例えばフッ素系のガス)を供給するガス供給ノズル17が接続されている。さらに、処理室11bの下部には、排気口18を介して真空ポンプ(図示省略)が接続されている。なお、静電チャック13および冷却ガス導入部14については後述する。
A high
ここで、ドライエッチング装置1の動作について簡単に説明する。まず、エッチング対象の基板Wを静電チャック13にセットする。プラズマ生成室11aと処理室11bの内部を真空排気した後、ガス供給ノズル17からプラズマ生成室11a内へ反応性ガスを供給する。続いて、コイル12に通電して、プラズマ生成室11a内に磁場を形成する。このとき、導波管15よりマイクロ波をプラズマ生成室11aに供給すると、電子サイクロトロン共鳴が起こり、これにより加速された電子によってプラズマ生成室11a内の反応性ガスが電離し、プラズマイオンが生成される。
Here, the operation of the dry etching apparatus 1 will be briefly described. First, the substrate W to be etched is set on the
プラズマ生成室11a内で生成したプラズマイオンは、高周波電源16から基板WにRFバイアスを印加することにより、処理室11bに引き込まれて基板Wの表面に入射し、基板Wにエッチング処理が為される。このエッチング処理は、冷却ガス導入部14により基板Wを冷却しながら行われる。
Plasma ions generated in the
次に、図2を参照して、静電チャック13および冷却ガス導入部14について説明する。静電チャック13は、円板状に形成され冷却機能を有する金属板21と、金属板21の上に接合された円板状の誘電体層22と、誘電体層22内に埋設され、直流電源回路27に接続された内部電極24とを有している。また、誘電体層22の上面が、基板Wが載置される載置面23となっており、載置面23は、下方に僅かに凹んだ形状、すなわち、球冠状の凹面(断面円弧)で構成されている(図2等では凹み量を誇張して示している)。また、内部電極24も、載置面23に倣った形状(断面円弧)となっている。詳細は後述するが、載置面23に対して静電吸着された基板Wが、平坦または下方に凹んだ断面円弧状となるようになっている。
Next, the
さらに、静電チャック13には、金属板21および誘電体層22を貫通して、冷却ガス導入部14に連なる冷却ガス導入孔25が形成されている。なお、本実施形態では、冷却ガス導入孔25を、金属板21および誘電体層22の中心に形成しているが、金属板21および誘電体層22の外周領域に複数個形成してもよく、中心と外周領域との双方に形成してもよい。
Further, the
冷却ガス導入部14は、冷却ガスを貯留しているガス源31と、ガス源31と静電チャック13の冷却ガス導入孔25とを接続するガス導入管32と、ガス導入管32に介設されたマスフローコントローラー33および圧力計34とを備えている。そして、ガス源31に貯留された冷却ガスが、ガス導入管32および冷却ガス導入孔25を通って、静電チャック13に静電吸着された基板Wの裏面と載置面23との間隙である基板裏側間隙26に導入される。なお、冷却ガスとしては、ヘリウムなどの不活性ガスを好適に用いることができる。
The cooling
そして、圧力計34により検出された圧力値に基づいて、マスフローコントローラー33により冷却ガスの導入を断続的にON/OFFすることで、基板裏側間隙26における冷却ガスの圧力が所要の値で安定するように制御している。すなわち、所要の圧力値に達した後、基板裏側間隙26への冷却ガスの導入量と、基板裏側間隙26からの冷却ガスの流出量(漏れ量)とが等しくなるように制御する。なお、本実施形態では、基板裏側間隙26における冷却ガスの圧力を、導入する冷却ガスの流量により制御しているが、導入する冷却ガスの圧力により制御してもよい。この場合は、例えば、ガス導入管32に圧力調整バルブを介設するようにする。
Then, based on the pressure value detected by the
そして、基板裏側間隙26における冷却ガスの圧力を比較的大きな値に制御することで、図3に示すように、載置面23に対して静電吸着された基板Wを平坦にすることができる。このように、静電吸着された基板Wを平坦な形状とすることで、プラズマイオンの進行方向が平行に揃っている場合には、基板Wの全域で基板Wに対するエッチング方向を垂直にすることができる。
Then, by controlling the pressure of the cooling gas in the substrate back
一方、基板裏側間隙26における冷却ガスの圧力が比較的小さくなるように制御することで、図4に示すように、載置面23に対して静電吸着された基板Wを下方に凹んだ断面円弧状に変形させることができる。このように、静電吸着された基板Wを下方に凹んだ断面円弧状とすることで、プラズマイオンの進行方向が外側に拡がる場合にも、基板Wの全域で基板Wに対するエッチング方向を垂直にすることができる。
On the other hand, by controlling the pressure of the cooling gas in the substrate back
ここで、基板Wの凹み量ΔHは、以下のθが十分に小さいとき、次のように近似できる(図5参照)。
ΔH=πrθ/360
r:基板Wの半径
θ:プラズマイオンの進行方向の広がり角度[度]
例えば、6インチウェハー(r=75mm)の基板Wを用い、θ=1度である場合、ΔH=654μmとなる。そのため、基板Wの凹み量ΔHが、654μmとなるように、基板裏側間隙26の圧力を制御すればよいことになる。また、この場合、静電チャック13の載置面23を、ΔH=654μm分の基板Wの凹み量を許容する形状に形成しておく。Here, when the following θ is sufficiently small, the dent amount ΔH of the substrate W can be approximated as follows (see FIG. 5).
ΔH = πrθ / 360
r: radius of the substrate W θ: spread angle in the direction of travel of plasma ions [degrees]
For example, when a 6-inch wafer (r = 75 mm) substrate W is used and θ = 1 degree, ΔH = 654 μm. Therefore, the pressure in the substrate back
なお、本実施形態では、載置面23を、球冠状の凹面(断面円弧)で構成したが、図6に示すように、静電チャック13の載置面23の周縁に、平坦部23aを形成したものでもよく(図6(a)参照)、この平坦部23aで基板Wに接するようにしてもよい(図6(b)参照)。また、載置面23の周縁に、座ぐり加工した座ぐり部23bを設け、さらにその外縁に平坦部23aを形成したものでもよい(図6(c)参照)。
In the present embodiment, the mounting
さらに、載置面23を、球冠状の凹面ではなく、底面が平坦な浅い凹部23cと、段部を介してその周辺に連なる平坦部23aとで構成し、この平坦部23aで基板Wに接するようにしてもよい(図6(d)参照)。もっとも、本実施形態のように、載置面23を、球冠状の凹面で構成することで、基板W全体において載置面23との距離が近くなるため、基板Wを適切に静電吸着することができる。
Furthermore, the mounting
以上のように、本実施形態のドライエッチング装置1によれば、下方に凹んだ載置面23に対して基板Wを静電吸着することで、静電吸着された基板Wを、上方に突出した断面円弧状でなく、平坦または下方に凹んだ断面円弧状とすることが可能になる。このため、基板Wの表面に対して精度良く垂直にエッチングすることができる。
As described above, according to the dry etching apparatus 1 of the present embodiment, the electrostatically attracted substrate W is protruded upward by electrostatically attracting the substrate W to the mounting
なお、本実施形態では、ドライエッチング装置1として、ECR型のものを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、ICP型などのリモートプラズマ方式のものを好適に用いることができる。リモートプラズマ方式のドライエッチング装置1では、基板Wから離れた位置(プラズマ生成室11a)でプラズマを発生させ、そこからプラズマイオンを基板Wに向けて引き込むものである。このため、リモートプラズマ方式では、プラズマイオンの進行方向が外側に拡がりやすくなるが、本実施形態のドライエッチング装置1によれば、上記のように、プラズマイオンの進行方向が外側に拡がる場合にも、基板Wの全域で基板Wに対するエッチング方向を垂直にすることができる。
In the present embodiment, the dry etching apparatus 1 has been described by taking an ECR type as an example, but the dry etching apparatus 1 is not limited to this, and an ICP type or the like of a remote plasma system is preferably used. it can. In the remote plasma dry etching apparatus 1, plasma is generated at a position (
そして、本実施形態のドライエッチング装置1は、例えば、図7に示す回転振動型ジャイロ100の製造プロセスに好適に用いることができる。回転振動型ジャイロ100は、基板W(シリコンウェハー)にリリース形成された環状の駆動錘101と、駆動錘101の内側に同心円状に配設された円板状の検出錘102と、基板W上に突設され、駆動錘101および検出錘102を支持するアンカー103と、アンカー103と検出錘102との間に掛け渡され、振動する検出錘102のヒンジとして機能する検出バネ104と、駆動錘101および検出錘102の間に掛け渡されると共に、駆動錘101の回転振動を吸収しコリオリ力のみを検出錘102に伝達する駆動バネ105とを備えている。
And the dry etching apparatus 1 of this embodiment can be used suitably for the manufacturing process of the
回転振動型ジャイロ100は、駆動錘101をその重心を通るZ軸周りに回転振動させて、Z軸に直交する軸周りに角速度が加わったときに発生したコリオリ力により検出錘102を搖動させ、この搖動による静電容量の変化から当該角速度を検出するようになっている。そして、これらの駆動錘101、検出錘102、検出バネ104および駆動バネ105等は、基板Wに対する何段階にも亘るエッチングプロセスを経てリリース形成される。
The
回転振動型ジャイロ100のエッチングプロセスにおいて、基板Wに対するエッチング方向にチルトが生じると、細長形状に形成される検出バネ104および駆動バネ105の断面が平行四辺形状に形成されてしまう。この場合、特に駆動バネ105の断面が平行四辺形状に形成されると、検出錘102にコリオリ力とは別の振動(直角成分誤差)を発生させることになり、角速度の検出に悪影響を及ぼすことになる。この点、本実施形態のドライエッチング装置1によれば、基板Wの表面に対して精度良く垂直にエッチングすることができるため、駆動バネ105等を精度良く断面矩形に形成することができる。したがって、精度良く角速度を検出することができる回転振動型ジャイロ100を製造することができる。
なお、ドライエッチング装置1は、回転振動型ジャイロ100以外にも、他のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスや半導体デバイスの製造プロセスに好適に用いることができる。In the etching process of the
The dry etching apparatus 1 can be suitably used for manufacturing processes of other MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) devices and semiconductor devices besides the
1:ドライエッチング装置、13:静電チャック、14:冷却ガス導入部、23:載置面、26:基板裏側間隙、33:マスフローコントローラー、34:圧力計、W:基板 1: dry etching apparatus, 13: electrostatic chuck, 14: cooling gas introduction section, 23: mounting surface, 26: substrate back side gap, 33: mass flow controller, 34: pressure gauge, W: substrate
Claims (3)
プラズマイオンが生成されるプラズマ生成室、および前記静電吸着部が収容された処理室、を有するチャンバーと、
前記基板が平坦または下方に凹んだ断面円弧状となるように、前記間隙における前記冷却ガスの圧力を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするドライエッチング装置。 The substrate having a mounting surface formed in a downwardly recessed shape, and a cooling gas introduction channel for introducing a cooling gas into a gap between the back surface of the substrate and the mounting surface, and is subjected to dry etching processing An electrostatic adsorption part that electrostatically adsorbs,
A chamber having a plasma generation chamber in which plasma ions are generated, and a processing chamber in which the electrostatic adsorption unit is accommodated;
A control unit for controlling the pressure of the cooling gas in the gap so that the substrate is flat or has a circular arc shape recessed downwards;
Dry etching apparatus comprising the.
プラズマイオンが生成されるプラズマ生成室、および前記静電吸着部が収容された処理室、を有するチャンバーと、を備えたドライエッチング装置において、
前記間隙における前記冷却ガスの圧力を制御し、平坦または下方に凹んだ断面円弧状となった前記基板に対し、ドライエッチング処理を行うことを特徴とするドライエッチング方法。 An electrostatic surface for electrostatically adsorbing the substrate , comprising a mounting surface formed in a downwardly recessed shape, and a cooling gas introduction channel for introducing a cooling gas into the gap between the back surface of the substrate and the mounting surface. An adsorbing part;
In a dry etching apparatus comprising: a plasma generation chamber in which plasma ions are generated; and a chamber having a processing chamber in which the electrostatic adsorption unit is accommodated.
The pressure of the cooling gas to control, to the substrate that has a cross section arcuate recessed flat or downward, dry etching method and performing dry etching process in the gap.
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