KR20220148123A

KR20220148123A - Dry etching device

Info

Publication number: KR20220148123A
Application number: KR1020220052781A
Authority: KR
Inventors: 겐고 츠츠미; 요헤이 오노; 가즈히코 도나리; 유키히토 다시로
Original assignee: 가부시키가이샤 알박
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2022-04-28
Publication date: 2022-11-04
Also published as: CN115249625A; JP2022169999A; TW202243067A

Abstract

Provided is a dry etching apparatus (EM) capable of adjusting a concentration distribution of an excited etching gas on the surface of an object to be etched without changing a shower plate and without changing conditions for generating the excited etching gas. According to the present invention, the dry etching apparatus comprises: a first shower plate (4) provided with a plurality of first ejection outlets (4a) disposed opposite to an object (Sw) to be etched in a vacuum chamber (1); and gas supply means (5, 6) separated from the vacuum chamber to supply an excited etching gas to a space (Sp) in contact with each first ejection outlet of the first shower plate. The space (Sp) is partitioned into a plurality of partitioned spaces, and inert gas introduction means (51, 52, 71, 72, 71a, 72a) enabling introduction of the inert gas with a controlled flow rate are further installed in each of the partitioned spaces (S1, S2). Accordingly, due to control of the flow rate of the inert gas introduced for each space, a distribution ratio of the etching gas with respect to each space can be adjusted.

Description

Dry Etching Device {DRY ETCHING DEVICE}

본 발명은 드라이 에칭 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a dry etching apparatus.

이 종류의 드라이 에칭 장치는 예를 들어, 특허 문헌1에 알려져 있다. 이 제품은 진공 챔버를 구비하고, 진공 챔버 내에는 실리콘 기판이나 표면에 실리콘 산화물막이 형성된 것을 에칭 대상물(이하「기판」이라고도 한다)이라 하고, 기판이 그 에칭면을 위쪽 방향으로 설치한 자세로 설치되는 스테이지와 스테이지 상의 기판에 대향 배치되는 복수의 분출구가 설치된 샤워 플레이트와 에칭 가스의 가스 공급 수단을 구비한다. 샤워 플레이트는 진공 챔버 내와 분리시키는 이 진공 챔버의 상벽부에 형성된 통 형상 벽의 하단에 배치되어 있다. 가스 공급 수단은 통 형상 벽 내의 공간으로 연통하는 가스 공급관을 구비하고, 가스 공급관에는 마이크로파 플라즈마 생성용 어플리케이터가 개재되어 어플리케이터에 의해 에칭 대상물에 따른 에칭 가스를 플라즈마화(여기)하고, 이 여기된 에칭 가스가 샤워 플레이트의 각 분출구에 접하는 통 형상 벽 내 공간에 공급된다.This type of dry etching apparatus is known in Patent Document 1, for example. This product is equipped with a vacuum chamber. In the vacuum chamber, a silicon substrate or a silicon oxide film formed on the surface is called an etching target (hereinafter also referred to as a "substrate"), and the substrate is installed with the etched surface facing upward. A stage to be used, a shower plate provided with a plurality of jets disposed opposite to a substrate on the stage, and a gas supply means for etching gas are provided. A shower plate is disposed at the lower end of the tubular wall formed in the upper wall portion of the vacuum chamber that separates it from the inside of the vacuum chamber. The gas supply means includes a gas supply pipe communicating with the space within the cylindrical wall, and an applicator for generating microwave plasma is interposed in the gas supply pipe to plasmaize (excite) an etching gas corresponding to the object to be etched by the applicator, and this excited etching A gas is supplied to the space in the cylindrical wall abutting each outlet of the shower plate.

상기 드라이 에칭 장치는 일반적으로, 스테이지 주위에 등방 배기 통로가 설치되어 샤워 플레이트의 각 분출구에서 기판을 향해 분출된 에칭 가스는 기판 표면에서 반응하여 소비된 후 등방 배기 통로를 거쳐 진공 챔버 밖으로 배기 된다. 이로부터, 샤워 플레이트에 설치하는 분출구의 수, 각 분출구의 구경이나 각 분출구의 배열 등은, 통상, 에칭 대상물과 에칭 가스의 반응이 기판 전면에 걸쳐 대략 균등하게 발생하도록 설계된다(다시 말하면 기판 표면에서의 에칭 가스의 농도 분포에 구배를 가하고 있다). 한편, 에칭 대상물을 소정 형상으로 에칭하기 위해서 필요한 에칭 가스의 소비량(기판 표면에서의 필요한 에칭 가스 농도 분포)은 에칭 대상물의 종류에 따라 달라진다. 이러한 경우, 분출구의 수, 각 분출구의 구경이나 각 분출구의 배열 등이 다른 복수 매의 샤워 플레이트를 준비하고, 에칭 대상물의 종류에 따라 진공 챔버 내에 배치되는 부품으로서 샤워 플레이트를 구별하여 사용하는 것을 생각할 수 있는데, 이것으로는 장치의 사용이 불편하다.In the dry etching apparatus, an isotropic exhaust passage is generally provided around a stage, and the etching gas ejected toward the substrate from each outlet of the shower plate is consumed by reacting on the substrate surface, and then exhausted out of the vacuum chamber through the isotropic exhaust passage. From this, the number of jets provided in the shower plate, the aperture of each jet, arrangement of each jet, etc. are usually designed so that the reaction between the etching target and the etching gas occurs approximately evenly over the entire surface of the substrate (in other words, the surface of the substrate). A gradient is applied to the concentration distribution of the etching gas in ). On the other hand, the consumption amount of the etching gas (necessary etching gas concentration distribution on the substrate surface) required to etch the object to be etched into a predetermined shape varies depending on the type of the object to be etched. In this case, it is considered to prepare a plurality of shower plates having different numbers of jets, the diameter of each jet, arrangement of the jets, etc., and to use the shower plates separately as parts to be placed in the vacuum chamber according to the type of the object to be etched. However, this is inconvenient to use the device.

한편, 샤워 플레이트의 각 분출구에 접하는 공간을 복수 개로 구획함과 동시에 어플리케이터의 하류 측에서 가스 공급관을 복수로 분기하고, 이들 분기한 가스 분기관에 질량 유량 제어기 등의 유량 조정 수단을 개재시켜, 이들 분할된 공간마다 각각 유량 조정된 여기된 에칭 가스를 공급하고, 기판 표면에서의 에칭 가스의 농도 분포를 조정하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 이러한 구성에서는 임의의 유량 조정 수단에서의 유량 조정에 기인한 컨덕턴스의 변화에 따라 어플리케이터 내의 압력이 변동하여 여기된 에칭 가스의 생성 조건이 바뀌어 버리는 문제를 초래한다.On the other hand, while dividing a plurality of spaces in contact with each outlet of the shower plate, a plurality of gas supply pipes are branched on the downstream side of the applicator, and flow rate adjustment means such as a mass flow controller are interposed in these branched gas branches, It is conceivable to supply the excited etching gas whose flow rate is adjusted to each divided space, and to adjust the concentration distribution of the etching gas on the substrate surface. However, in such a configuration, the pressure in the applicator fluctuates according to a change in conductance due to the flow rate adjustment by an arbitrary flow rate adjusting means, resulting in a problem that the conditions for generating the excited etching gas are changed.

[특허문헌1] 특개２０１０－１６１３９호 공보[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 2010-16

본 발명은 상기의 점을 감안하여, 샤워 플레이트의 변경을 필요로 하지 않고, 여기된 에칭 가스의 생성 조건을 변화시키지 않고, 에칭 대상물 표면에서의 여기된 에칭 가스의 농도 분포의 조정이 가능한 드라이 에칭 장치를 제공하는 것을 그 과제로 하는 것이다.In view of the above points, the present invention provides dry etching in which the concentration distribution of the excited etching gas on the surface of the etching object can be adjusted without requiring a change of the shower plate and without changing the conditions for generating the excited etching gas. Its task is to provide a device.

상기 과제를 해결하기 위해 진공 챔버 내에서 에칭 대상물에 대향 배치되는 복수의 제1 분출구가 설치된 제1 샤워 플레이트와 진공 챔버 내와 분리되어 제1 샤워 플레이트의 각 제1 분출구에 접하는 공간에 여기된 에칭 가스를 공급하는 가스 공급 수단을 구비하는 본 발명의 드라이 에칭 장치는, 상기 공간이 복수 개로 구획되어 이들 구획된 각 공간에 유량 제어된 불활성 가스의 도입을 가능하게 하는 불활성 가스 도입 수단을 추가로 설치하고, 공간마다 도입되는 불활성 가스의 유량 제어에 의해 각 공간에의 에칭 가스 도입량의 비율을 조정 가능하게 한 것이 특징이다.In order to solve the above problems, a first shower plate provided with a plurality of first jets disposed to face the etching object in the vacuum chamber and the etching excited in a space separated from the vacuum chamber and contacting each of the first jets of the first shower plate In the dry etching apparatus of the present invention having a gas supply means for supplying a gas, the space is divided into a plurality of spaces, and an inert gas introduction means for allowing flow-controlled introduction of an inert gas into each of these partitioned spaces is further provided It is characterized in that the ratio of the amount of etching gas introduced into each space can be adjusted by controlling the flow rate of the inert gas introduced into each space.

본 발명에 따르면 진공 분위기의 진공 챔버 내에서 에칭 대상물을 에칭할 때 불활성 가스 도입 수단에 의해, 구획된 공간마다 소정 유량으로 불활성 가스를 도입한다(공간마다 불활성 가스의 분압을 바꾸어 둔다). 그리고 가스 공급 수단에 의해 여기된 에칭 가스를 공급한다. 이 때, 각 공간에 각각 접하는 상류 공간에 도달한 에칭 가스는, 각 공간 내에 있어서의 불활성 가스의 분압에 따라 소정 유량으로 각 공간으로 각각 도입된다(유입된다). 예를 들어, 불활성 가스의 분압이 가장 낮은 공간에 도입되는 에칭 가스의 도입량을 기준 도입량으로 하면 비교적 불활성 가스의 분압이 높은 공간에는 기준 도입량보다 적은 유량으로 에칭 가스가 도입되고, 분압이 높아짐에 따라 보다 적은 유량으로 에칭 가스가 도입되게 된다 (즉, 상류 공간에 도달한 에칭 가스의 각 공간에의 에칭 가스의 도입량의 비율(상류 공간에 도달한 에칭 가스의 분배 비율)이 조정된다). 이렇게 해서 각 공간에 도입된 에칭 가스는 진공 챔버 내의 압력(구체적으로는 샤워 플레이트와 에칭 대상물 사이의 에칭 공간의 압력)과의 차이에 의해 각 제1분출구를 통해 에칭 대상물을 향해 분출되며, 이때 기판 표면에서의 에칭 가스의 농도 분포는 각 공간에 도입되는 에칭 가스의 양에 대응한다.According to the present invention, when etching an object to be etched in a vacuum chamber in a vacuum atmosphere, the inert gas is introduced at a predetermined flow rate for each partitioned space by the inert gas introduction means (the partial pressure of the inert gas is changed for each space). Then, the etching gas excited by the gas supply means is supplied. At this time, the etching gas which has reached the upstream space in contact with each space is respectively introduced (flowed in) into each space at a predetermined flow rate according to the partial pressure of the inert gas in each space. For example, if the introduction amount of the etching gas introduced into the space with the lowest partial pressure of the inert gas is taken as the standard introduction amount, the etching gas is introduced into the space with the relatively high partial pressure of the inert gas at a flow rate smaller than the standard introduction amount, and as the partial pressure increases, The etching gas is introduced at a smaller flow rate (that is, the ratio of the amount of the etching gas that has reached the upstream space to the etching gas introduced into each space (the distribution ratio of the etching gas that has reached the upstream space) is adjusted). In this way, the etching gas introduced into each space is ejected toward the etching object through each first outlet by the difference from the pressure in the vacuum chamber (specifically, the pressure of the etching space between the shower plate and the etching object), at this time the substrate The concentration distribution of the etching gas at the surface corresponds to the amount of the etching gas introduced into each space.

이와 같이 본 발명에서는 각 공간 내에 도입하는 불활성 가스의 분압에 따라 공간 마다 그에 대한 에칭 가스 도입량을 조정하고, 이 조정된 에칭 가스를 각 제1 분출구를 통해 에칭 대상물을 향해 분출하기 때문에 제1 샤워 플레이트를 제1 분출구의 수, 각 제1 분출구의 구경이나 각 제1 분출구의 배열 등이 다른 것으로 변경하지 않고, 에칭 대상물 표면에서의 여기된 에칭 가스 농도 분포의 조정이 가능하다. 게다가, 예를 들어, 어플리케이터에 의해 에칭 가스를 플라즈마화(여기)하여 이 여기된 에칭 가스를 제1 샤워 플레이트의 각 제1 분출구를 통해 도입하는 경우에도 어플리케이터 내의 압력에 변동을 일으키는 것은 아니기 때문에, 여기된 에칭 가스의 생성 조건이 바뀌어 버리는 등의 문제도 발생하지 않는다.As described above, in the present invention, the etching gas introduction amount is adjusted for each space according to the partial pressure of the inert gas introduced into each space, and the adjusted etching gas is ejected toward the etching target through each first air outlet. It is possible to adjust the concentration distribution of the excited etching gas on the surface of the etching object without changing the number of first jets, the aperture of each first jetting port, the arrangement of each first jetting port, and the like. Furthermore, since, for example, plasmaizing (excitation) of the etching gas by the applicator and introducing this excited etching gas through each first outlet of the first shower plate does not cause fluctuations in the pressure in the applicator, There is also no problem that the conditions for generating the excited etching gas change.

본 발명에 있어서, 상기 가스 공급 수단의 가스 공급관이 접속되는 상기 진공 챔버의 상벽부에 통 형상 벽이 설치되는 동시에, 통 형상 벽의 하단에 상기 제1 샤워 플레이트가 설치되고, 통 형상 벽 내에서 제1 샤워 플레이트의 위쪽 방향에 제2 샤워 플레이트가 추가로 설치되고, 제1 샤워 플레이트, 제2 샤워 플레이트 및 양 샤워 플레이트 사이에 개재되는 파티션 부재에 의해 상기 각 공간이 획성되고, 제2 샤워 플레이트에 복수의 제2 분출구가 설치되어, 이들 제2 분출구를 통해 각 공간에 동등한 유량으로 여기된 에칭 가스가 공급되는 구성을 채용할 수 있다. 이에 따르면, 각 공간에의 에칭 가스의 도입량의 비율을 정밀하게 조정할 수 있어 유리하다. In the present invention, a cylindrical wall is provided in the upper wall portion of the vacuum chamber to which the gas supply pipe of the gas supply means is connected, and the first shower plate is provided at the lower end of the cylindrical wall, A second shower plate is additionally installed in the upper direction of the first shower plate, and each space is formed by a partition member interposed between the first shower plate, the second shower plate, and both shower plates, and the second shower plate It is possible to employ a configuration in which a plurality of second jets are provided in the vents, and the etching gas excited at an equal flow rate is supplied to each space through these second jets. According to this, the ratio of the introduction amount of the etching gas to each space can be precisely adjusted, and it is advantageous.

여기서 각 공간은 제1 샤워 플레이트의 제1 분출구를 통해 에칭 공간과 상시 연통되어 있으므로, 각 공간에 불활성 가스를 도입할 때 편향되어 불활성 가스가 도입되면 공간 내에 압력 불균일이 생겨 에칭 가스 도입량을 조정하지 못할 우려가 있다. 본 발명에서는 상기 불활성 가스 도입 수단은 제2 샤워 플레이트에 설치한 불활성 가스 통로와 이 불활성 가스 통로에 연통되어, 각 공간의 제2 샤워 플레이트 투영면에 개방되는 복수의 제3 분출구를 구비하고, 각 제3 분출구를 통해 각 공간에 불활성 가스가 도입되는 것이 바람직하다. 이에 따르면 에칭 가스의 도입 방향과 같은 방향에서 복수의 제3 분출구를 통해 불활성 가스가 도입됨으로써 공간 내 압력 불균일 발생을 가급적 억제할 수 있어 유리하다.Here, since each space is always in communication with the etching space through the first jet port of the first shower plate, it is deflected when introducing the inert gas into each space, and when the inert gas is introduced, there is a pressure non-uniformity in the space, so that the etching gas introduction amount is not adjusted. there is a risk that it cannot In the present invention, the inert gas introducing means includes an inert gas passage provided in the second shower plate and a plurality of third air outlets communicating with the inert gas passage and open to the projection surface of the second shower plate in each space, 3 It is preferable that an inert gas is introduced into each space through the vents. According to this, since the inert gas is introduced through the plurality of third jet ports in the same direction as the introduction direction of the etching gas, the occurrence of pressure unevenness in the space can be suppressed as much as possible, which is advantageous.

또한 진공 챔버 내에 제1 샤워 플레이트에 마주하게 에칭 대상물을 유지하는 스테이지를 구비하고, 스테이지 주위에 등방 배기 통로가 설치될 경우에는, 예를 들어, 상기 구획된 각 공간은, 제1 샤워 플레이트를 중심으로 동심원을 따라 설치하는 것이 바람직하다. In addition, when a stage for holding an etching target facing the first shower plate is provided in the vacuum chamber, and an isotropic exhaust passage is provided around the stage, for example, each of the partitioned spaces has a center of the first shower plate. It is preferable to install it along a concentric circle.

도 1은 본 발명의 실시 형태의 드라이 에칭 장치의 구성을 모식적으로 설명하는 단면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing for demonstrating typically the structure of the dry etching apparatus of embodiment of this invention.

이하, 도면을 참조하여, 에칭 대상물을, 실리콘 기판이나 그 표면에 실리콘 산화물막이 성막된 것(이하, 「기판 Sw」라고도 한다)으로 하고, 기판 Sw를 여기된 에칭 가스에 의해 에칭하는 경우를 예로 들어, 본 발명의 드라이 에칭 장치의 실시 형태에 대해 설명한다. 이하에서, 위, 아래와 같은 방향을 나타내는 용어는 드라이 에칭 장치의 설치 자세를 도시하는 도 1을 기준으로 한다.Hereinafter, referring to the drawings, an etching target is a silicon substrate or a silicon oxide film formed on its surface (hereinafter also referred to as "substrate Sw"), and the substrate Sw is etched with an excited etching gas as an example. An embodiment of the dry etching apparatus of the present invention will be described. Hereinafter, terms indicating the directions of up and down are based on FIG. 1 showing the installation posture of the dry etching apparatus.

도 1을 참조하면, 드라이 에칭 장치 EM은, 진공 챔버(1)을 구비한다. 진공 챔버(1)의 하벽(11) 내면에는 지지체 Io를 통해 에칭면을 위쪽 방향으로 향하는 자세로 기판 Sw가 설치되는 원통 형상의 스테이지(2)가 설치된다. 또한, 스테이지(2)에는 정전척용 전극이 매설되어도 좋고 전극에 전압을 인가했을 때의 정전기력에 의해 기판 Sw를 흡착 유지할 수도 있다. 스테이지(2)의 외주면과 진공 챔버(1)의 측벽 내면 사이의 간극에는, 원반 형상의 파티션 판(3)이 설치되어 있다. 파티션 판(3)에는, 상하 방향으로 관통하는 배기홀(31)이 고리 형상을 따라 설치되고, 배기홀(31)에 의해 등방 배기 통로가 구성된다. 또한, 진공 챔버(1)의 하벽(11)에는 배기구(11a)가 형성되고, 배기구(11a)에는 드라이 펌프나 터보 분자 펌프 등으로 구성되는 진공 펌프 유닛(Pu)으로부터의 배기관(12)이 접속되어 있다. 이로 인해, 진공 챔버(1) 내를 소정 압력으로 진공 배기할 수 있을 뿐만 아니라, 후술하는 바와 같이, 여기된 에칭 가스를, 제1 샤워 플레이트(4)를 통해 이 샤워 플레이트(4)와 기판 Sw 사이의 처리 공간(1a)에 도입하면, 에칭 가스가 기판 Sw 주위로 대략 균등하게 가이드되어 등방 배기 통로(31)를 거쳐 진공 챔버(1) 밖으로 배기된다. Referring to FIG. 1 , the dry etching apparatus EM includes a vacuum chamber 1 . On the inner surface of the lower wall 11 of the vacuum chamber 1 , a cylindrical stage 2 on which the substrate Sw is installed is provided in an upwardly oriented posture through the support Io. In addition, an electrode for an electrostatic chuck may be embedded in the stage 2, or the substrate Sw may be adsorbed and held by an electrostatic force when a voltage is applied to the electrode. A disk-shaped partition plate 3 is provided in the gap between the outer peripheral surface of the stage 2 and the inner surface of the side wall of the vacuum chamber 1 . In the partition plate 3 , an exhaust hole 31 penetrating in the vertical direction is provided along an annular shape, and an isotropic exhaust passage is formed by the exhaust hole 31 . In addition, an exhaust port 11a is formed in the lower wall 11 of the vacuum chamber 1, and an exhaust pipe 12 from a vacuum pump unit Pu constituted by a dry pump, a turbo molecular pump, or the like is connected to the exhaust port 11a. has been For this reason, not only can the inside of the vacuum chamber 1 be evacuated to a predetermined pressure, but as will be described later, the excited etching gas is passed through the first shower plate 4 to the shower plate 4 and the substrate Sw When introduced into the intervening processing space 1a, the etching gas is guided approximately evenly around the substrate Sw and exhausted out of the vacuum chamber 1 through the isotropic exhaust passage 31 .

진공 챔버(1)의 상벽부(13)에는, 중심선(Cl) 상에 위치시켜 가스 도입구(13a)가 설치되고, 가스 도입구(13a)의 아래 쪽 방향에는, 기판 Sw를 향해 에칭 가스를 분출하는 제1 샤워 플레이트(4)가 설치된다. 제1 샤워 플레이트(4) 상면의 외주연부에는, 위쪽 방향을 향해 기립하는 통 형상 벽(41)이 형성되고, 통 형상 벽(41)의 상면과 진공 챔버(1)의 상벽부(13) 내면 사이에, 제1 샤워 플레이트(4)와 동등한 윤곽을 갖는 제2 샤워 플레이트(5)를 개재시킨 상태로, 진공 챔버(1)의 상벽부(13) 내면에, 그 중심을 중심선(Cl)상에 위치시켜 제1 샤워 플레이트(4)가 설치되어 있다. 이로 인해, 제1 및 제2 샤워 플레이트(4), (5)에서 진공 챔버(1)내와 분리되어 후술하는 제1 샤워 플레이트(4)의 각 제1 분출구(4a)에 접하는 공간 Sp가 획성된다.The upper wall portion 13 of the vacuum chamber 1 is provided with a gas inlet 13a positioned on the center line Cl, and in the downward direction of the gas inlet 13a, etching gas is directed toward the substrate Sw. A first shower plate 4 that ejects is installed. A cylindrical wall 41 standing upward is formed on the outer periphery of the upper surface of the first shower plate 4 , and the upper surface of the cylindrical wall 41 and the inner surface of the upper wall 13 of the vacuum chamber 1 . With a second shower plate 5 having a contour equivalent to that of the first shower plate 4 interposed therebetween, on the inner surface of the upper wall portion 13 of the vacuum chamber 1, its center is on the center line Cl The first shower plate 4 is installed. Accordingly, a space Sp is formed in the first and second shower plates 4 and 5 to be separated from the inside of the vacuum chamber 1 and contact each of the first jet ports 4a of the first shower plate 4 to be described later. do.

진공 챔버(1)의 상벽부(13) 내면에는, 가스 도입구(13a)와 연통하는 깔때기 형상의 함몰부(13b)가 형성되고, 제2 샤워 플레이트(5)를 설치하면, 상벽부(13) 내면과 제2 샤워 플레이트(5)의 상면 그 사이에 에칭 가스의 확산 공간 Sd가 획성 되도록 되어 있다. 또한, 통 형상 벽(41) 내에서 제1 샤워 플레이트(4)의 상면과 제2 샤워 플레이트(5)의 하면 사이에는 파티션 부재(42)가 설치되고, 공간 Sp가 서로 분리된 복수의 공간 Sp1, Sp2에 구획되어 있다. 본 실시 형태에서는, 설명의 편의상, 파티션 부재(42)를 그 공축(孔軸)을 중심축(Cl)과 일치시켜서 제1 샤워 플레이트(4)와 제2 샤워 플레이트(5) 사이에 개재시킨 원통 형상 부재로 하고, 기판 Sw의 중앙 영역에 대면하는 제1 공간(S1)과 제 1 공간(S1) 주위의 제2 공간(S2)으로 나누어진다. A funnel-shaped depression 13b communicating with the gas inlet 13a is formed on the inner surface of the upper wall portion 13 of the vacuum chamber 1 , and when the second shower plate 5 is installed, the upper wall portion 13 ) A diffusion space Sd of the etching gas is formed between the inner surface and the upper surface of the second shower plate 5 . In addition, a partition member 42 is provided between the upper surface of the first shower plate 4 and the lower surface of the second shower plate 5 within the cylindrical wall 41, and a plurality of spaces Sp1 in which the spaces Sp are separated from each other. , is partitioned into Sp2. In the present embodiment, for convenience of explanation, a cylinder in which the partition member 42 is interposed between the first shower plate 4 and the second shower plate 5 with its coaxial axis coincident with the central axis Cl. It is set as a shape member, and is divided into the 1st space S1 which faces the center area|region of the board|substrate Sw, and the 2nd space S2 around the 1st space S1.

가스 도입구(13a)에는, 어플리케이터(6)가 개설된 가스 공급관(61)이 접속되어 있다. 어플리케이터(6)로는 공지된 것을 사용할 수 있기 때문에, 특별히 상세하게 도시하지 않지만, 어플리케이터(6)에는, 제1 가스를 공급하는 가스원(도시 생략)으로부터의 가스관(62)과, 마이크로파 발생 장치에 통하는 도파관(63)이 접속되어 있다. 가스 공급관(61)에는, 제2 가스를 공급하는 가스원(도시 생략)으로부터의 가스관(64)이 접속되어 있다. 제1 가스는 에칭 대상물에 따라 적절히 선택되며, 예를 들면, 암모니아, 수소 가스 등의 수소 원소를 포함하는 가스(수소 함유 가스)를 주가스로서 적어도 1종 포함하고, 아르곤 가스 등의 희가스, 산소 가스나 질소 가스 등이 필요에 따라 첨가된 것을 사용할 수 있다. 제2 가스는 에칭 대상물에 따라 적절히 선택되며, 예를 들면 CHF₃, CF₄, SF₆, NF₃ 등으로부터 선택되는 적어도 1종의 불소계 가스를 주가스로서 포함하고, 아르곤 가스 등의 희가스, 수소 가스, 산소 가스, 질소 가스 등을 필요에 따라 첨가한 것을 사용할 수 있다. 어플리케이터(6)에 유량 제어된 제1 가스를 도입하고, 마이크로파를 조사함으로써, 제1 가스가 플라즈마화되어 수소 라디칼을 생성한다. 이 수소 라디칼이 가스 공급관(61)에서 제2 가스와 혼합됨으로써 반응하여, 여기된 에칭 가스를 생성한다. 여기된 에칭 가스는 가스 도입구(13a)를 통해 확산 공간 Sd로 가이드된다.A gas supply pipe 61 provided with an applicator 6 is connected to the gas inlet 13a. As the applicator 6, a known one can be used, so it is not shown in particular detail, but the applicator 6 includes a gas pipe 62 from a gas source (not shown) for supplying the first gas, and a microwave generator. A passing waveguide 63 is connected. A gas pipe 64 from a gas source (not shown) for supplying the second gas is connected to the gas supply pipe 61 . The first gas is appropriately selected depending on the object to be etched. For example, the main gas contains at least one gas (hydrogen-containing gas) containing elemental hydrogen such as ammonia and hydrogen gas, a rare gas such as argon gas, and oxygen. Gas, nitrogen gas, etc. can be used as needed. The second gas is appropriately selected depending on the object to be etched, and contains, as a main gas, at least one fluorine-based gas selected from, for example, CHF ₃ , CF ₄ , SF ₆ , NF ₃ and the like, a noble gas such as argon gas, hydrogen What added gas, oxygen gas, nitrogen gas, etc. as needed can be used. By introducing the flow-controlled first gas into the applicator 6 and irradiating the microwave, the first gas is converted into a plasma to generate hydrogen radicals. These hydrogen radicals react by mixing with the second gas in the gas supply pipe 61 to generate an excited etching gas. The excited etching gas is guided into the diffusion space Sd through the gas inlet 13a.

제1 샤워 플레이트(4)에는, 상하 방향으로 관통하는 복수의 제1 분출구(4a)가 설치되고, 제1 분출구(4a)의 수, 각 제1 분출구(4a)의 구경이나 각 제1 분출구(4a)의 배열은, 특별히 제한은 없고, 주된 에칭 대상물을 기준으로 적절히 설계된다. 한편, 제2 샤워 플레이트(5)에도 또한 상하 방향으로 관통하는 복수의 제2 분출구(5a)가 설치되고, 이들 제2 분출구(5a)를 통해 확산 공간 Sd로 가이드된 에칭 가스가 제1 및 제2의 각 공간(S1), (S2) 내에 동등한 유량으로 도입되도록 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제 2 샤워 플레이트(5)와 어플리케이터(6) 및 가스 공급관(61)으로 가스 공급 수단이 구성된다. 또한, 제2 샤워 플레이트(5)에는, 제2 분출구(5a)를 피해, 그 외주면의 소정 위치로부터 그 안쪽 방향을 향해 연장되는 제1 불활성 가스 통로(51)와 제2 불활성 가스 통로(52)가 설치된다. 제1 불활성 가스 통로(51)는, 제1 공간(S1)의 제2 샤워 플레이트(5)로의 투영면에 개방되도록 설치된 복수의 제3 분출구(53)에 연통하는 한편, 제2 불활성 가스 통로(52)는 제2 공간(S2)의 제2 샤워 플레이트(5)로의 투영면에 개방되도록 설치된 복수의 제3 분출구(54)에 연통하고, 각 제3 분출구(53), (54)를 통하여, 에칭 가스의 도입 방향과 동등한 방향으로부터 제1 공간(S1) 및 제2 공간(S2)에 유량 제어된 불활성 가스가 각각 도입되어 분압을 높일 수 있도록 하고 있다. 제3 분출구(53), (54)의 수, 제3 분출구(53), (54)의 구경 및 각 제3 분출구(53), (54)의 배열은, 불활성 가스를 각각 도입했을 때에, 제1 공간(S1) 또는 제2 공간(S2) 내에서 압력 불균일이 발생하지 않도록 적절히 설정된다. 제1 및 제2 각 불활성 가스 통로(51), (52)에는, 도시 생략의 불활성 가스의 가스원에 통하는 제1 및 제2 각 불활성 가스 도입관(71), (72)이 각각 접속되어, 제1 및 제 2 불활성 가스 도입관(71), (72)에는 질량 유량 제어기(71a), (72a)가 각각 설치되어 있다. 불활성 가스로서는, 예를 들어, 아르곤 가스 등의 희가스나 질소 가스를 사용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 각 불활성 가스 통로(51), (52)와 제3 분출구(53), (54)와 각 불활성 가스 도입관(71), (72), 질량 유량 제어기(71a), (72a)로 불활성 가스 도입 수단이 구성된다. The first shower plate 4 is provided with a plurality of first jetting ports 4a penetrating in the vertical direction, the number of first jetting ports 4a, the diameter of each first jetting port 4a, and each first jetting port ( The arrangement of 4a) is not particularly limited, and is appropriately designed based on the main object to be etched. On the other hand, the second shower plate 5 is also provided with a plurality of second jets 5a penetrating in the vertical direction, and the etching gas guided to the diffusion space Sd through these second jets 5a is supplied to the first and first It is designed to be introduced at an equal flow rate into each of the spaces S1 and S2 of No. 2 . In this embodiment, the gas supply means is constituted by the second shower plate 5 , the applicator 6 , and the gas supply pipe 61 . Further, in the second shower plate 5 , a first inert gas passage 51 and a second inert gas passage 52 extending from a predetermined position on the outer peripheral surface of the second shower plate 5 toward the inward direction avoiding the second air outlet 5a are provided. is installed The first inert gas passage 51 communicates with a plurality of third jet ports 53 provided so as to be open to the projection surface of the first space S1 to the second shower plate 5 , while the second inert gas passage 52 . ) communicates with a plurality of third air outlets 54 provided so as to be open to the projection surface of the second space S2 to the second shower plate 5, and through each of the third air outlets 53 and 54, etching gas Flow-controlled inert gas is introduced into the first space S1 and the second space S2 from the same direction as the introduction direction, respectively, so that the partial pressure can be increased. The number of third jets 53 and 54, the diameter of the third jets 53 and 54, and the arrangement of each of the third jets 53 and 54 are determined when the inert gas is introduced, respectively. It is set appropriately so that a pressure nonuniformity may not generate|occur|produce in 1 space S1 or 2nd space S2. The first and second inert gas passages 51 and 52 are respectively connected to first and second inert gas introduction tubes 71 and 72 that pass through an inert gas gas source (not shown), respectively, Mass flow controllers 71a and 72a are provided in the first and second inert gas introduction pipes 71 and 72, respectively. As the inert gas, for example, a rare gas such as argon gas or nitrogen gas can be used. In the present embodiment, each of the inert gas passages 51 and 52, the third air outlets 53 and 54, the inert gas introduction pipes 71 and 72, and the mass flow controllers 71a and 72a ) constitutes an inert gas introduction means.

상기 드라이 에칭 장치 EM은, 도시 생략한 공지의 마이크로 컴퓨터, 시퀀서나 메모리 등을 구비한 제어 수단을 구비하고, 제어 수단에 의해, 어플리케이터(6)의 가동이나 진공 펌프 유닛(Pu)의 가동 등을 통괄 제어하는 것 외에, 질량 유량 제어기(71a), (72a)의 동작을 제어한다. 이하, 상기 드라이 에칭 장치 EM을 사용한 에칭 방법에 대해 설명한다.The dry etching apparatus EM includes a known microcomputer (not shown), a control means including a sequencer, a memory, and the like, and controls the operation of the applicator 6 and the operation of the vacuum pump unit Pu by the control means. In addition to the general control, the operation of the mass flow controllers 71a and 72a is controlled. Hereinafter, the etching method using the said dry etching apparatus EM is demonstrated.

에칭을 실행하기 전에, 실험이나 시뮬레이션에 의해, 표면 재료나 에칭 형상이 다른 기판 Sw의 종류마다, 기판 Sw 표면에서의 여기된 에칭 가스의 최적의 농도 분포와, 그 최적의 농도 분포를 실현하기 위해서, 제1 및 제2 공간(S1), (S2)에 도입되는 불활성 가스의 유량과의 상관 관계를 미리 취득하고, 취득한 상관 관계를 제어 수단의 메모리에 격납해 둔다.Before performing etching, by experiment or simulation, for each type of substrate Sw having a different surface material or etching shape, an optimal concentration distribution of the etching gas excited on the surface of the substrate Sw and an optimal concentration distribution thereof , a correlation with the flow rate of the inert gas introduced into the first and second spaces S1 and S2 is acquired in advance, and the acquired correlation is stored in the memory of the control means.

진공 펌프 유닛(Pu)을 작동시켜 진공 챔버(1) 내를 진공 배기한 상태에서, 도시되지 않은 반송 로봇을 이용하여 기판 Sw를 스테이지(2) 상에 설치한다. 처리 공간(1a)이 소정 압력에 도달하면, 기판 Sw의 종류에 따른 각 공간(S1), (S2)에 대한 불활성 가스의 유량을 메모리로부터 읽어 들여, 질량 유량 제어기(71a), (72a)를 각각 제어하고, 제1 및 제2 각 공간(S1), (S2)마다 유량 제어한 불활성 가스(예를 들면, 질소 가스)를 각각 도입함으로써, 각 공간(S1), (S2)마다 불활성 가스의 분압을 바꿔 놓는다. 한편, 어플리케이터(6)에 가스관(62)으로부터의 제1 가스를 도입하고, 도입된 제1 가스에 도파관(63)으로부터 마이크로파를 조사하여 수소 라디칼을 발생시킨다. 이 수소 라디칼과 가스관(64)으로부터의 제2 가스를 가스 공급관(61)에서 혼합하여, 여기된 에칭 가스를 생성한다(여기(excited) 스텝).In a state in which the vacuum chamber 1 is evacuated by operating the vacuum pump unit Pu, the substrate Sw is installed on the stage 2 using a transfer robot (not shown). When the processing space 1a reaches a predetermined pressure, the flow rate of the inert gas for each of the spaces S1 and S2 according to the type of the substrate Sw is read from the memory, and the mass flow controllers 71a and 72a are controlled. By introducing an inert gas (for example, nitrogen gas) that is controlled and flow-controlled in each of the first and second spaces S1 and S2, respectively, the inert gas is released in each space S1 and S2. change the partial pressure. Meanwhile, the first gas from the gas pipe 62 is introduced into the applicator 6 , and the introduced first gas is irradiated with microwaves from the waveguide 63 to generate hydrogen radicals. These hydrogen radicals and the second gas from the gas pipe 64 are mixed in the gas supply pipe 61 to generate an excited etching gas (excited step).

이와 같이 여기 스텝에서 여기된 에칭 가스는 가스 공급관(61)으로부터 확산 공간 Sd로 가이드된 후, 각 제2 분출구(5a)를 통해 제1 및 제2 각 공간(S1), (S2)으로 도입된다. 이 때, 제1 및 제2 공간 (S1), (S2)에 도입되는 에칭 가스의 도입량은 상기 불활성 가스 도입 스텝에서 제어되는 제1 및 제2의 각 공간(S1), (S2)에서의 불활성 가스의 분압에 대응한다. 즉, 불활성 가스 분압이 낮은 제1 공간(S1)에 도입되는 에칭 가스의 도입량을 기준 도입량으로 하면, 불활성 가스 분압이 높은 제2 공간(S2)에는, 기준 도입량보다 적은 유량으로 에칭 가스가 도입된다. 이로 인해, 확산 공간 Sd에 도입된 에칭 가스의 제1 및 제2의 각 공간(S1), (S2)에의 에칭 가스의 도입량의 비율(에칭 가스의 분배 비율)이 조정된다. 상기 분배 비율 조정 스텝에서 제1 및 제2 각 공간 (S1), (S2)에 도입된 에칭 가스는, 진공 챔버(1) 내의 압력(구체적으로는 처리 공간(1a)과의 차압)에 의해 각 제1 분출구(4a)를 통해 기판 Sw를 향해 분출되고, 이 때, 기판 Sw 표면에서의 에칭 가스의 농도 분포는, 각 공간(S1), (S2)에 도입되는 에칭 가스의 양에 대응한다.In this way, the etching gas excited in the excitation step is guided from the gas supply pipe 61 to the diffusion space Sd, and then is introduced into the first and second spaces S1 and S2 through the respective second air outlets 5a. . At this time, the amount of the etching gas introduced into the first and second spaces S1 and S2 is inert in the first and second spaces S1 and S2 controlled in the inert gas introduction step. It corresponds to the partial pressure of the gas. That is, if the introduction amount of the etching gas introduced into the first space S1 with a low inert gas partial pressure is taken as the standard introduction amount, the etching gas is introduced into the second space S2 with a high inert gas partial pressure at a flow rate smaller than the standard introduction amount. . For this reason, the ratio of the amount of the etching gas introduced into the first and second spaces S1 and S2 of the etching gas introduced into the diffusion space Sd (the distribution ratio of the etching gas) is adjusted. The etching gas introduced into each of the first and second spaces S1 and S2 in the distribution ratio adjustment step is adjusted depending on the pressure in the vacuum chamber 1 (specifically, the differential pressure with the processing space 1a). It is ejected toward the substrate Sw through the first ejection port 4a, and at this time, the concentration distribution of the etching gas on the surface of the substrate Sw corresponds to the amount of the etching gas introduced into the spaces S1 and S2.

이상의 실시 형태에 따르면, 제1 및 제2 공간(S1), (S2)내에 도입되는 불활성 가스의 분압에 따라 공간(S1), (S2) 마다 그 공간(S1), (S2)에 에칭 가스의 도입량을 조정하고, 도입량이 조정된 에칭 가스를, 각 제1 분출구(4a)를 통해 기판 Sw를 향해 분출하는 구성을 채용했기 때문에, 기판 Sw의 종류에 따라 기판 Sw 표면에서의 여기된 에칭 가스의 농도 분포를 조정할 수 있다. 게다가, 제1 샤워 플레이트(4)를, 제1 분출구(4a)의 수, 각 제1 분출구(4a)의 구경이나 각 제1 분출구(4a)의 배열 등이 다른 제1 샤워 플레이트로 변경할 필요가 없다. 게다가, 어플리케이터(6)에서 여기된 에칭 가스를 그 하류 측에서 질량 유량 제어기 등의 유량 제어 수단에 의해 유량 조정하지 않기 때문에, 어플리케이터(6) 내의 압력에 변동을 일으키는 것도 아니고, 여기된 에칭 가스의 생성 조건이 바뀌는 등의 문제도 발생하지 않는다. 또한, 제2 샤워 플레이트(5)의 각 제2 분출구(5a)를 통해 제1 및 제2 각 공간(S1), (S2)에 동등한 유량으로 여기된 에칭 가스가 공급되기 때문에, 각 공간(S1), (S2)에의 에칭 가스의 도입량의 비율을 정밀도 좋게 조정할 수 있다. 또한, 제2 샤워 플레이트(5)의 각 제3 분출구(53), (54)를 통해 에칭 가스의 도입 방향과 동일한 방향으로부터 제1 및 제2 각 공간(S1), (S2)에 불활성 가스가 도입되어 공간(S1), (S2) 내에서의 압력 불균일의 발생을 가급적으로 억제할 수 있어 유리하다.According to the above embodiment, according to the partial pressure of the inert gas introduced into the first and second spaces S1 and S2, the etching gas is supplied to the spaces S1 and S2 in each of the spaces S1 and S2. Since the configuration is adopted in which the introduction amount is adjusted and the etching gas whose introduction amount has been adjusted is blown out toward the substrate Sw through each of the first jet ports 4a, the etching gas excited at the surface of the substrate Sw depends on the type of the substrate Sw. The concentration distribution can be adjusted. In addition, it is not necessary to change the first shower plate 4 to a first shower plate that differs in the number of first jets 4a, the diameter of each of the first jets 4a, the arrangement of the first jets 4a, and the like. none. Furthermore, since the flow rate control means such as a mass flow controller on the downstream side of the etching gas excited by the applicator 6 is not flow-adjusted, the pressure in the applicator 6 is not fluctuated, and the etching gas excited There is no problem such as changing the creation conditions. In addition, since the etching gas excited at an equal flow rate is supplied to each of the first and second spaces S1 and S2 through each of the second air outlets 5a of the second shower plate 5, each space S1 ) and (S2), the ratio of the introduction amount of the etching gas can be precisely adjusted. In addition, the inert gas is introduced into the first and second spaces S1 and S2 from the same direction as the introduction direction of the etching gas through each of the third jet ports 53 and 54 of the second shower plate 5 . It is advantageous because it is possible to suppress as much as possible the occurrence of pressure non-uniformity in the spaces S1 and S2.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기의 것에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술 사상의 범위를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변형할 수 있다. 상기 실시 형태에서는, 각 제1 분출구(4a)에 접하는 공간 Sp를 동심 형상으로 확장되는 2개의 공간(S1), (S2)으로 구획한 경우를 예로 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 동심 형상으로 확장되는 3개 이상의 공간으로 구획해도 되고, 또한, 격자 형상으로 복수의 공간으로 구획해도 된다. 또한, 상기 실시 형태에서는, 각 제3 분출구(53), (54)를 통해 각 공간(S1), (S2)에 그 위쪽 방향으로부터 불활성 가스를 도입하는 경우를 예로 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 각 공간(S1), (S2)의 형상이나 용적 등으로부터 각 공간(S1), (S2) 내에서 압력 불균일이 발생하기 어려운 경우에는, 각 공간(S1), (S2)에의 불활성 가스의 도입 방법은 처리 공간(1a)에의 영향을 주지 않는 범위 내에서 임의이며, 예를 들면 각 공간 (S1), (S2)에 그 측면 방향 또는 아래 방향으로부터 불활성 가스를 도입해도 좋다.As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said thing, It can deform|transform suitably in the range which does not deviate from the scope of the technical idea of this invention. In the above embodiment, the case where the space Sp in contact with each first jet port 4a is divided into two spaces S1 and S2 concentrically expanded was described as an example, but it is not limited to this, and an example For example, you may divide into three or more spaces extended concentrically, and you may divide into several spaces in a grid|lattice shape. In addition, in the said embodiment, although the case where the inert gas was introduce|transduced into each space S1, S2 through each 3rd jet port 53 and 54 from the upward direction was demonstrated as an example, it is limited to this No, in the case where pressure unevenness is unlikely to occur within each space S1 and S2 from the shape or volume of each space S1 and S2, the inert gas to each space S1 and S2 is The introduction method is arbitrary as long as it does not affect the processing space 1a, for example, you may introduce|transduce the inert gas into each space S1 and S2 from the lateral direction or the downward direction.

EM…드라이 에칭 장치
Sw…기판(에칭 대상물)
Sp…각 제1분출구에 접하는 공간
S1…제1 공간
S2…제2 공간
1…진공 챔버
2…스테이지
31…배기구(등방 배기 통로)
4…제1 샤워 플레이트
4a…제1 분출구
41…통 형상 벽
42…파티션 부재
5…제2 샤워 플레이트(가스 공급 수단의 구성 요소)
5a…제2 분출구
51…제1 불활성 가스 통로(불활성 가스 통로의 구성 요소)
52…제2 불활성 가스 통로(불활성 가스 통로의 구성 요소)
53,54…제3 분출구
6…어플리케이터(가스 공급 수단의 구성 요소)
61…가스 공급관(가스 공급 수단의 구성 요소)
71…제1 불활성 가스 도입관(불활성 가스 도입 수단의 구성 요소)
72…제2 불활성 가스 도입관(불활성 가스 도입 수단의 구성 요소)
71a, 72a…질량 유량 제어기(불활성 가스 도입 수단의 구성 요소)EM… dry etching device
Sw… Substrate (object to be etched)
Sp… Space adjacent to each first outlet
S1… first space
S2… second space
One… vacuum chamber
2… stage
31… exhaust (isotropic exhaust passage)
4… first shower plate
4a… 1st vent
41… tubular wall
42… no partition
5… Second shower plate (component of gas supply means)
5a… 2nd vent
51… first inert gas passage (component of inert gas passage)
52… Second inert gas passage (component of inert gas passage)
53,54… 3rd vent
6… Applicator (component of gas supply means)
61… Gas supply pipe (component of gas supply means)
71… 1st inert gas introduction pipe (component of inert gas introduction means)
72… 2nd inert gas introduction pipe (component of inert gas introduction means)
71a, 72a... Mass flow controller (component of inert gas introduction means)

Claims

Excited etching gas is supplied to a first shower plate provided with a plurality of first jets disposed opposite to an object to be etched in the vacuum chamber and a space separated from the vacuum chamber and contacting each of the first jets of the first shower plate. In the dry etching apparatus provided with a gas supply means,
The space is divided into a plurality of spaces, and an inert gas introduction means for allowing introduction of an inert gas whose flow rate is controlled is further provided to each of these divided spaces, and the inert gas is introduced into each space by controlling the flow rate of the inert gas introduced for each space. A dry etching apparatus characterized in that it is possible to adjust the ratio of the amount of the etching gas introduced thereto.

The method according to claim 1,
A cylindrical wall is provided on the upper wall portion of the vacuum chamber to which the gas supply pipe of the gas supply means is connected, and the first shower plate is provided at the lower end of the cylindrical wall, and a first shower is formed in the cylindrical wall. A second shower plate is additionally installed in the upward direction of the plate, and each space is defined by a partition member interposed between the first shower plate, the second shower plate, and both shower plates,
A dry etching apparatus characterized in that a plurality of second jets are provided in the second shower plate, and the etching gas excited at an equal flow rate is supplied to each of the spaces through the second jets.

3. The method according to claim 2,
The inert gas introducing means includes an inert gas passage provided in the second shower plate and a plurality of third air outlets communicating with the inert gas passage and open to the projection surface of the second shower plate in each space, 3 The dry etching apparatus characterized in that the said inert gas is introduced into each space through an outlet.

4. The method according to any one of claims 1 to 3,
When a stage for holding the etching object facing the first shower plate is provided in the vacuum chamber, and an isotropic exhaust passage is provided around the stage,
The dry etching apparatus, characterized in that the partitioned space is provided along a concentric circle around the first shower plate.