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JP6210762B2 - Dry etching equipment - Google Patents

Dry etching equipment
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JP6210762B2JP2013142297AJP2013142297AJP6210762B2JP 6210762 B2JP6210762 B2JP 6210762B2JP 2013142297 AJP2013142297 AJP 2013142297AJP 2013142297 AJP2013142297 AJP 2013142297AJP 6210762 B2JP6210762 B2JP 6210762B2
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Translated fromJapanese

本発明は、ドライエッチング装置に関し、より詳しくは、処理対象物をシリコン基板とし、このシリコン基板に孔(貫通孔を含む)や溝を形成するのに適したものに関する。  The present invention relates to a dry etching apparatus, and more particularly to an apparatus suitable for forming a hole (including a through hole) and a groove in a silicon substrate as a processing target.

半導体デバイスの高集積化を図る技術の1つに、複数の半導体デバイスを上下に積層する3次元実装技術があり、積層した半導体デバイス相互間を電気的に接続するために、シリコン貫通電極(TSV)が広く用いられている。TSVは、シリコン基板に高アスペクト比の孔を形成し、その内部に導電材料を埋め込むことにより形成される。  One technique for achieving high integration of semiconductor devices is a three-dimensional mounting technique in which a plurality of semiconductor devices are stacked one above the other. In order to electrically connect the stacked semiconductor devices, a through silicon via (TSV) ) Is widely used. The TSV is formed by forming a high aspect ratio hole in a silicon substrate and embedding a conductive material therein.

TSV用の孔の形成に用いられるドライエッチング装置は、例えば、特許文献1で知られている。このものは、真空ポンプが接続される真空チャンバと、真空チャンバの底部に設けられてシリコン基板を支持するステージと、真空チャンバ内にエッチングガスを導入するガス導入手段と、エッチングガスを解離するプラズマをステージの上方空間に発生させるプラズマ発生手段とを備える。エッチングガスとしては、SF等の第1ガスと、SiFやO等の第2ガスとの混合ガスが用いられ、鉛直方向上側のシャワープレートを介して、ステージで支持されるシリコン基板(以下「基板」という)の全面に向けてエッチングガスが供給される。これにより、第1ガスはプラズマでFイオンやFラジカル等に解離され、基板のSiと反応して蒸気圧の高いSi−F等の反応生成物を主に生成し、この反応生成物は主として真空ポンプに排気される。このとき、真空チャンバの内壁面とステージの外周面との間に画成される排気通路を介して等方排気されるのが一般である。一方、第2ガスはプラズマでF,Si,Oのイオンやラジカルに解離され、蒸気圧の低いSi−OやSi−O−F等の反応生成物を主に生成し、この反応生成物は主として孔の側壁を含む基板表面に堆積する。このように、孔の側壁に反応生成物を堆積させながらエッチングを進行させることで、例えば、基板表面に略垂直な側壁を持つ孔を形成できる。A dry etching apparatus used for forming a TSV hole is known from Patent Document 1, for example. This includes a vacuum chamber to which a vacuum pump is connected, a stage that is provided at the bottom of the vacuum chamber and supports a silicon substrate, a gas introduction means that introduces an etching gas into the vacuum chamber, and a plasma that dissociates the etching gas. And plasma generating means for generating in a space above the stage. As an etching gas, a mixed gas of a first gas such as SF6 and a second gas such as SiF4 or O2 is used, and a silicon substrate (supported on a stage via a shower plate on the upper side in the vertical direction) Hereinafter, an etching gas is supplied to the entire surface of the substrate. As a result, the first gas is dissociated into F ions, F radicals, and the like by plasma, and reacts with Si on the substrate to mainly generate reaction products such as Si-F having a high vapor pressure. It is exhausted to a vacuum pump. At this time, isotropic exhaust is generally performed via an exhaust passage defined between the inner wall surface of the vacuum chamber and the outer peripheral surface of the stage. On the other hand, the second gas is dissociated into F, Si, O ions and radicals by plasma, and mainly produces reaction products such as Si-O and Si-O-F having a low vapor pressure. It is deposited on the substrate surface mainly including the sidewalls of the holes. In this way, by performing etching while depositing reaction products on the sidewalls of the holes, for example, holes having sidewalls substantially perpendicular to the substrate surface can be formed.

然し、上記従来例の如くシャワープレートを介して基板に第1ガス及び第2ガスを供給すると、基板の中央部から径方向外方に向かうのに従いエッチングレートが速くなり、基板面内でエッチング形状のバラツキが生じる、つまり、基板の外周部ではサイドエッチングが進行して基板の中央部とは異なるエッチング形状となることが判明した。これは、基板周囲に排気通路が存在することで、基板の外周部に到達せずにそのまま排気される第2ガスの量が多くなって、当該外周部に反応生成物を堆積させる効果が薄れることによる、との知見を得た。  However, when the first gas and the second gas are supplied to the substrate through the shower plate as in the above-described conventional example, the etching rate becomes faster from the center of the substrate toward the outside in the radial direction, and the etching shape is formed within the substrate surface. It was found that side etching proceeds at the outer peripheral portion of the substrate, resulting in an etching shape different from the central portion of the substrate. This is because the presence of the exhaust passage around the substrate increases the amount of the second gas that is exhausted without reaching the outer peripheral portion of the substrate, and the effect of depositing the reaction product on the outer peripheral portion is reduced. I got the knowledge that.

特開2011−228534号公報JP 2011-228534 A

本発明は、以上の点に鑑み、エッチング形状の面内バラツキを小さくできるドライエッチング装置を提供することをその課題とする。  This invention makes it the subject to provide the dry etching apparatus which can make the in-plane variation of an etching shape small in view of the above point.

上記課題を解決するために、真空ポンプが接続される真空チャンバと、真空チャンバの底部に設けられて処理対象物を支持するステージと、真空チャンバ内にエッチングガスを導入するガス導入手段と、エッチングガスを解離するプラズマをステージの上方空間に発生させるプラズマ発生手段とを備え、エッチングガスは、プラズマで解離されて処理対象物と反応し、主として反応生成物が真空ポンプへと排気される第1ガスと、プラズマで解離されて処理対象物と反応し、主として反応生成物が処理対象物表面に堆積する第2ガスとで構成される本発明のドライエッチング装置において、ガス導入手段は、鉛直方向上側からステージで支持される処理対象物の中央部に向けて第1ガスを供給する第1ガス導入部と、水平方向外側からステージの上方空間の中央に向けて第2ガスを供給する第2ガス導入部とを備えることを特徴とする。  In order to solve the above problems, a vacuum chamber to which a vacuum pump is connected, a stage that is provided at the bottom of the vacuum chamber and supports an object to be processed, a gas introduction unit that introduces an etching gas into the vacuum chamber, and an etching Plasma generating means for generating plasma for dissociating gas in the space above the stage, and the etching gas is dissociated by the plasma and reacts with the object to be processed, and the reaction product is mainly exhausted to the vacuum pump. In the dry etching apparatus of the present invention, which is composed of a gas and a second gas which is dissociated by plasma and reacts with the processing object, and mainly a reaction product is deposited on the surface of the processing object, A first gas introduction section for supplying a first gas toward the center of the processing object supported by the stage from above, and a stay from the outside in the horizontal direction. Wherein the of and a second gas inlet for supplying a second gas toward the center of the upper space.

本発明によれば、ガス導入手段を第1ガス導入部と第2ガス導入部とに分け、第2ガス導入部により水平方向外側からステージの上方空間の中央に向けて第2ガスを供給するようにしたため、処理対象物の外周部に到達する第2ガスが増加する。その結果、処理対象物の外周部に反応生成物を堆積させる効果が高まり、当該外周部に形成される孔の側壁に堆積する反応生成物が増加する。これにより、処理対象物の外周部でのサイドエッチングの進行を防止でき、エッチング形状の面内バラツキを小さくすることができる。尚、第1ガス導入部により鉛直方向上側から処理対象物の中央部に供給された第1ガスは、第2ガスと衝突しながら処理対象物の径方向外方に向けて拡散するため、処理対象物の外周部でのエッチングレートが低下することはない。  According to the present invention, the gas introduction means is divided into the first gas introduction part and the second gas introduction part, and the second gas is supplied from the outside in the horizontal direction toward the center of the upper space of the stage by the second gas introduction part. Since it did in this way, the 2nd gas which reaches | attains the outer peripheral part of a process target object increases. As a result, the effect of depositing the reaction product on the outer peripheral portion of the object to be processed is enhanced, and the reaction product deposited on the sidewall of the hole formed in the outer peripheral portion is increased. Thereby, it is possible to prevent the side etching from proceeding at the outer peripheral portion of the processing object, and to reduce the in-plane variation of the etching shape. Note that the first gas supplied from the upper side in the vertical direction to the center of the processing object by the first gas introduction part diffuses outward in the radial direction of the processing object while colliding with the second gas. The etching rate at the outer periphery of the object does not decrease.

本発明において、前記第1ガス導入部は、真空チャンバの天井部に挿設されたガスノズルを備え、ガスノズルは、鉛直方向にのびる第1ガス通路と、第1ガス通路から分岐された鉛直方向に対して傾斜した分岐通路とを有し、分岐通路先端の噴出孔から第1ガスが噴出されることが好ましい。これによれば、各噴出孔から噴出された第1ガスは水平方向の速度成分を持つため、第1ガスが処理対象物の外周部に拡散し易くなってよい。  In the present invention, the first gas introduction part includes a gas nozzle inserted in a ceiling part of the vacuum chamber, and the gas nozzle extends in a vertical direction and a first gas passage extending in a vertical direction and in a vertical direction branched from the first gas passage. It is preferable that the first gas is ejected from an ejection hole at the tip of the branch passage. According to this, since the first gas ejected from each ejection hole has a velocity component in the horizontal direction, the first gas may be easily diffused to the outer peripheral portion of the processing object.

本発明において、真空チャンバの内壁面とステージの外周面との間の空間を閉塞するプレートを備え、プレートに複数の透孔が形成されると共に、真空ポンプからの排気管が接続される排気口を、プレート下側の空間を臨むように真空チャンバに開設したことが好ましい。これによれば、プレート上側の空間の圧力をプレート下側の空間よりも高くできるため、上述したエッチング形状の面内バラツキを小さくできるという効果を損なうことなく、エッチングレートを高くすることができる。  In the present invention, an exhaust port that includes a plate that closes a space between the inner wall surface of the vacuum chamber and the outer peripheral surface of the stage, has a plurality of through holes formed in the plate, and is connected to an exhaust pipe from a vacuum pump Is preferably opened in the vacuum chamber so as to face the space below the plate. According to this, since the pressure in the space above the plate can be made higher than that in the space below the plate, the etching rate can be increased without impairing the effect of reducing the in-plane variation of the etching shape described above.

本発明の実施形態のドライエッチング装置を説明する模式図。The schematic diagram explaining the dry etching apparatus of embodiment of this invention.(a)は、図1に示すガスノズルを拡大して示す断面図であり、(b)は、図2(a)のIIb−IIb線に沿った断面図。(A) is sectional drawing which expands and shows the gas nozzle shown in FIG. 1, (b) is sectional drawing along the IIb-IIb line | wire of Fig.2 (a).基板上方の反応副生成物の量を説明する図。The figure explaining the quantity of the reaction by-product above a board | substrate.(a1),(b1),(c1)は従来例で形成された溝のエッチング形状を模式的に示す断面図であり、(a2),(b2),(c2)は本実施形態で形成された溝のエッチング形状を模式的に示す断面図。(A1), (b1), (c1) are sectional views schematically showing the etching shape of the groove formed in the conventional example, and (a2), (b2), (c2) are formed in this embodiment. Sectional drawing which shows typically the etching shape of the groove | channel.

図1を参照して、EMは、本発明の実施形態のドライエッチング装置であり、ドライエッチング装置EMは、金属製の真空チャンバ1を備える。真空チャンバ1の底部にはステージ2が配置されている。  With reference to FIG. 1, EM is a dry etching apparatus according to an embodiment of the present invention, and the dry etching apparatus EM includes a metal vacuum chamber 1. Astage 2 is disposed at the bottom of the vacuum chamber 1.

ステージ2は、処理対象物たるシリコン基板(以下、「基板W」という)の輪郭に対応した上面形状を持つ金属製の基台21と、この基台21上面に設けられる静電チャック22とで構成されている。基台21は、真空チャンバ1の底面に気密に装着された絶縁体Iで支持されている。静電チャック22は、特に図示して説明しないが、チャック電源から電圧が印加される電極が埋設されている。静電チャック22は、単極型や双極型等の公知の構造が広く利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。このステージ2によりシリコン基板Wがその処理面を上側にして位置決め保持される。また、ステージ2には、図示省略のブロッキングコンデンサ及びマッチングボックスを介してバイアス用の高周波電源E1の出力が接続され、基板Wに例えば2MHzの高周波電力が印加できるようになっている。Thestage 2 includes ametal base 21 having an upper surface shape corresponding to the contour of a silicon substrate (hereinafter referred to as “substrate W”) as an object to be processed, and anelectrostatic chuck 22 provided on the upper surface of thebase 21. It is configured. Thebase 21 is supported by an insulator I1 that is airtightly attached to the bottom surface of the vacuum chamber 1. Theelectrostatic chuck 22 is not particularly illustrated and described, but an electrode to which a voltage is applied from a chuck power source is embedded. As theelectrostatic chuck 22, a known structure such as a monopolar type or a bipolar type can be widely used, and thus detailed description thereof is omitted here. Thestage 2 positions and holds the silicon substrate W with its processing surface facing upward. Thestage 2 is connected to the output of a biasing high frequency power supply E1 via a blocking capacitor and a matching box (not shown) so that a high frequency power of 2 MHz, for example, can be applied to the substrate W.

真空チャンバ1の天井部には、例えば、耐圧ガラス等の絶縁物製の天板11が気密に取り付けられ、天板11の上方には、プラズマ発生用の第1のアンテナコイル31が配置されており、このアンテナコイル31には高周波電源E2の出力が接続され、例えば、13.56MHzの高周波電力が印加できるようになっている。真空チャンバ1の側壁外側にも、プラズマ発生用の第2のアンテナコイル32が配置されており、このアンテナコイル32には位相シフター33を介して高周波電源E2の出力が接続されている。このような構成を採用することにより、ステージ2の上方空間Suに高密度のプラズマを発生させることができる。  For example, aninsulating top plate 11 made of an insulating material such as pressure-resistant glass is hermetically attached to the ceiling of the vacuum chamber 1, and afirst antenna coil 31 for generating plasma is disposed above thetop plate 11. Theantenna coil 31 is connected to the output of the high-frequency power source E2, so that, for example, high-frequency power of 13.56 MHz can be applied. Asecond antenna coil 32 for generating plasma is also disposed outside the side wall of the vacuum chamber 1, and the output of the high-frequency power source E <b> 2 is connected to theantenna coil 32 via aphase shifter 33. By adopting such a configuration, high-density plasma can be generated in the upper space Su of thestage 2.

天板11の中央部には、ガスノズル4が挿設されている。ガスノズル4には、エッチングガスを構成する第1ガスを導入する、図示省略のマスフローコントローラが介設された第1ガス導入管が接続されており、鉛直方向上側からステージ2で支持されるシリコン基板Wの中央部に向けて第1ガスを供給できるようになっている。このように供給された第1ガスは、後述する第2ガスと衝突しながらシリコン基板Wの径方向外方に向けて拡散する。第1ガスは、プラズマで解離されてシリコン基板Wと反応し、主として反応生成物が真空ポンプPへと排気されるものである。第1ガスは、例えば、フッ素含有ガスであり、SFガス、CFガス等の中から選択することができる。図2(a)も参照して、ガスノズル4は、鉛直方向にのびる例えばφ10mmの第1ガス通路41と、第1ガス通路41から分岐された鉛直方向に対して傾斜した2段の分岐通路42a,42bとを有し、各分岐通路42a,42b先端の噴出孔43a,43bから第1ガスが噴出されるようになっている。図2(b)に示すように、平面視では、上段の分岐通路42aと下段の分岐通路42bとが周方向で交互に位置するように設けられている。各噴出孔43a,43bから噴出された第1ガスは水平方向の速度成分を持つため、シリコン基板Wの中央部から外周部に拡散し易い。尚、ガスノズル4のフランジ部下面には凹溝が形成され、凹溝にOリング44が嵌め込まれることにより、天板11とガスノズル4との間で真空シールされている。これらガスノズル4、第1ガス導入管、マスフローコントローラは、本発明の第1ガス導入部を構成する。尚、天板11の下面に、反応生成物が付着することを防止する例えば石英製の防着板を設けてもよい。A gas nozzle 4 is inserted in the center of thetop plate 11. The gas nozzle 4 is connected to a first gas introduction pipe through which a mass flow controller (not shown) for introducing the first gas constituting the etching gas is interposed, and is supported on thestage 2 from the upper side in the vertical direction. The first gas can be supplied toward the central portion of W. The first gas supplied in this manner diffuses outward in the radial direction of the silicon substrate W while colliding with a second gas described later. The first gas is dissociated by plasma and reacts with the silicon substrate W, and the reaction product is mainly exhausted to the vacuum pump P. The first gas is, for example, a fluorine-containing gas, and can be selected from SF6 gas, CF4 gas, and the like. Referring also to FIG. 2A, the gas nozzle 4 includes afirst gas passage 41 extending in the vertical direction, for example, φ10 mm, and a two-stage branch passage 42 a that is inclined with respect to the vertical direction branched from thefirst gas passage 41. , 42b, and the first gas is ejected from theejection holes 43a, 43b at the tips of thebranch passages 42a, 42b. As shown in FIG. 2B, in a plan view, theupper branch passages 42a and thelower branch passages 42b are provided alternately in the circumferential direction. Since the first gas ejected from theejection holes 43a and 43b has a velocity component in the horizontal direction, it is likely to diffuse from the central portion of the silicon substrate W to the outer peripheral portion. A concave groove is formed on the lower surface of the flange portion of the gas nozzle 4, and an O-ring 44 is fitted into the concave groove, whereby a vacuum seal is provided between thetop plate 11 and the gas nozzle 4. The gas nozzle 4, the first gas introduction pipe, and the mass flow controller constitute the first gas introduction unit of the present invention. In addition, you may provide the deposition board made from quartz which prevents that the reaction product adheres to the lower surface of thetop plate 11, for example.

真空チャンバ1の側壁には、複数個(本実施形態では、周方向に90度の間隔を存して4個)の第2ガス導入口12が開設され、第2ガス導入口12には、図示省略のマスフローコントローラが介設された第2ガス導入管5が夫々接続されている。このような構成を採用することにより、水平方向外側からステージ2の上方空間Suの中央に向けて第2ガスを供給することができる。第2ガスは、プラズマで解離されてシリコン基板Wと反応し、主として反応生成物がシリコン基板Wの表面に堆積するものであり、例えば、シリコン含有ガス及び酸素含有ガスである。シリコン含有ガスは、SiFガス、SiClガス、TEOSガス等の中から選択でき、酸素含有ガスは、酸素ガス、Oガス、COガス、COガス等の中から選択できる。これらの第2ガス導入口12、第2ガス導入管5、マスフローコントローラは、本発明の第2ガス導入部を構成する。On the side wall of the vacuum chamber 1, a plurality of (four in the present embodiment, four at intervals of 90 degrees in the circumferential direction)second gas inlets 12 are opened. The secondgas introduction pipes 5 in which a mass flow controller (not shown) is interposed are connected to each other. By adopting such a configuration, the second gas can be supplied from the outside in the horizontal direction toward the center of the upper space Su of thestage 2. The second gas is dissociated by the plasma and reacts with the silicon substrate W, and a reaction product is mainly deposited on the surface of the silicon substrate W, for example, a silicon-containing gas and an oxygen-containing gas. The silicon-containing gas can be selected from SiF4 gas, SiCl4 gas, TEOS gas, and the like, and the oxygen-containing gas can be selected from oxygen gas, O3 gas, CO2 gas, CO gas, and the like. The secondgas introduction port 12, the secondgas introduction pipe 5, and the mass flow controller constitute a second gas introduction unit of the present invention.

上記ドライエッチング装置EMは、真空チャンバ1の内壁面とステージ2の外周面との間の空間を閉塞するプレート6を更に備える。プレート6は、例えば、アルミニウム等の金属製であり、多数の透孔61が開設されている。また、真空チャンバ1の底部には、ドライポンプやターボ分子ポンプ等の真空ポンプPに通じる排気管が接続される排気口13が、プレート6下側の空間Sdを臨むように開設されている。真空ポンプPによりプレート6を介して排気することにより、プレート6下側の空間Sdとプレート6上側の空間Suとの間に差圧が生じるため、プレート6を設けない場合に比べて空間Suの圧力が高くなり、エッチングレートを高めることができる。  The dry etching apparatus EM further includes aplate 6 that closes a space between the inner wall surface of the vacuum chamber 1 and the outer peripheral surface of thestage 2. Theplate 6 is made of a metal such as aluminum and has a large number of throughholes 61. Further, anexhaust port 13 connected to an exhaust pipe communicating with a vacuum pump P such as a dry pump or a turbo molecular pump is opened at the bottom of the vacuum chamber 1 so as to face the space Sd below theplate 6. By evacuating through theplate 6 by the vacuum pump P, a differential pressure is generated between the space Sd on the lower side of theplate 6 and the space Su on the upper side of theplate 6. The pressure increases and the etching rate can be increased.

上記ドライエッチング装置EMは、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた制御手段を有し、真空ポンプP、マスフローコントローラ、高周波電源E1,E2の稼働等を統括制御するようにしている。以下、上記ドライエッチング装置EMを用いたドライエッチング方法について、処理対象物をシリコン基板とし、第1ガスをSFガスとし、第2ガスを酸素ガス及びSiFガスとし、シリコン基板WにTSV用の孔を形成する場合を例に説明する。The dry etching apparatus EM has control means including a microcomputer, a sequencer, etc., and controls the operation of the vacuum pump P, the mass flow controller, the high frequency power supplies E1, E2 and the like. Hereinafter, regarding the dry etching method using the dry etching apparatus EM, the processing object is a silicon substrate, the first gas is SF6 gas, the second gas is oxygen gas and SiF4 gas, and the silicon substrate W is used for TSV. An example of forming the holes will be described.

先ず、真空ポンプPにより真空チャンバ1内を真空引きし、真空チャンバ1内が所定の真空度(例えば、10−3Pa)に達すると、ステージ2上に図外の搬送ロボットによりシリコン基板Wを搬送し、シリコン基板Wを吸着保持する。搬送が完了すると、真空チャンバ1内に、SFガス、酸素ガス及びSiFガスを、例えば、SFガス流量:100〜500sccm、酸素ガス流量:10〜150sccm、SiFガス流量:10〜150sccmで夫々導入する(このとき、ステージ2上方の空間Suの圧力は、5〜30Pa)。そして、高周波電源E1からシリコン基板Wに2MHz、0W〜500Wの高周波電力を投入すると共に、高周波電源E2からアンテナコイル31,32に13.56MHz、500W〜5000Wの高周波電力を夫々投入することにより、プラズマがステージ2の上方空間Suに発生し、シリコン基板Wがエッチングされる。First, the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated by the vacuum pump P, and when the inside of the vacuum chamber 1 reaches a predetermined degree of vacuum (for example, 10−3 Pa), the silicon substrate W is placed on thestage 2 by a transfer robot (not shown). The silicon substrate W is sucked and held. When the transfer is completed, SF6 gas, oxygen gas and SiF4 gas are supplied into the vacuum chamber 1, for example, SF6 gas flow rate: 100 to 500 sccm, oxygen gas flow rate: 10 to 150 sccm, SiF4 gas flow rate: 10 to 150 sccm. (At this time, the pressure of the space Su above thestage 2 is 5 to 30 Pa). Then, by applying high frequency power of 2 MHz, 0 W to 500 W to the silicon substrate W from the high frequency power supply E1, and by supplying high frequency power of 13.56 MHz, 500 W to 5000 W to the antenna coils 31, 32 from the high frequency power supply E2, respectively. Plasma is generated in the upper space Su of thestage 2 and the silicon substrate W is etched.

ここで、上記第1ガスと第2ガスとの混合ガス(3種のガス)を従来例の如く1つのシャワープレートからシリコン基板に供給すると、シリコン基板Wの周辺に排気通路が存在することで、シリコン基板Wの外周部に到達せずにそのまま排気される第2ガスの量が多くなって、図3において二点鎖線L2で示すように、シリコン基板Wの外周部では、シリコン基板Wの中央部に比べて反応生成物の量が少なくなって反応生成物を堆積させる効果が薄れる。その結果、図4(a1),(b1),(c1)に示すように、エッチング形状の面内バラツキが大きくなる。図4(a1)に示す例では、外周部に形成された溝が順テーパー形状であるのに対して、中央部では殆どエッチングが進行せず溝の深さが極めて浅い。図4(b1)に示す例では、外周部に形成された溝が基板表面に対して略垂直な側壁を有する垂直形状であるのに対して、中央部に形成された溝は順テーパー形状である。また、図4(c1)に示す例では、外周部に形成された溝がボーイング形状であるのに対して、中央部に形成された溝は垂直形状である。尚、図中、PRは、リソグラフィ技術を用いて形成されたレジストパターンである。  Here, when the mixed gas (three kinds of gases) of the first gas and the second gas is supplied from one shower plate to the silicon substrate as in the conventional example, an exhaust passage exists around the silicon substrate W. The amount of the second gas exhausted as it is without reaching the outer peripheral portion of the silicon substrate W is increased, and as indicated by a two-dot chain line L2 in FIG. The amount of the reaction product is smaller than that in the central portion, and the effect of depositing the reaction product is reduced. As a result, as shown in FIGS. 4 (a1), (b1), and (c1), the in-plane variation of the etching shape increases. In the example shown in FIG. 4A1, the groove formed in the outer peripheral portion has a forward taper shape, whereas the etching hardly progresses in the central portion and the groove depth is extremely shallow. In the example shown in FIG. 4 (b1), the groove formed in the outer peripheral portion has a vertical shape having a side wall substantially perpendicular to the substrate surface, whereas the groove formed in the central portion has a forward tapered shape. is there. In the example shown in FIG. 4C1, the groove formed in the outer peripheral portion has a bow shape, whereas the groove formed in the central portion has a vertical shape. In the figure, PR is a resist pattern formed using a lithography technique.

それに対して、本実施形態では、ガス導入手段を第1ガス導入部と第2ガス導入部とに分け、第2ガス導入部たる第2ガス導入口12により水平方向外側からステージ2の上方空間Suの中央に向けて第2ガスを供給するようにしたため、シリコン基板Wの外周部に到達する第2ガスが増加する。その結果、図3において実線L1で示すように、シリコン基板Wの外周部に反応生成物を堆積させる効果が高まり、当該外周部に形成される孔の側壁に堆積する反応生成物が増加する。これにより、当該外周部でのサイドエッチングの進行を防止でき、エッチング形状の面内バラツキを小さくすることができる。例えば、図4(a2)に示すように、外周部と中央部との両方に順テーパー形状の溝を形成することや、図4(b2)に示すように、外周部と中央部との両方に垂直形状の溝を形成することができる。また、図4(c2)に示すように、外周部と中央部との両方に意図的にボーイング形状の溝を形成することもできる。  On the other hand, in this embodiment, the gas introduction means is divided into a first gas introduction part and a second gas introduction part, and the space above thestage 2 from the outside in the horizontal direction by the secondgas introduction port 12 as the second gas introduction part. Since the second gas is supplied toward the center of Su, the second gas that reaches the outer peripheral portion of the silicon substrate W increases. As a result, as shown by a solid line L1 in FIG. 3, the effect of depositing the reaction product on the outer peripheral portion of the silicon substrate W is enhanced, and the reaction product deposited on the side wall of the hole formed in the outer peripheral portion is increased. Thereby, the progress of the side etching at the outer peripheral portion can be prevented, and the in-plane variation of the etching shape can be reduced. For example, as shown in FIG. 4 (a2), a forward tapered groove is formed in both the outer peripheral portion and the central portion, and both the outer peripheral portion and the central portion are formed as shown in FIG. 4 (b2). A vertical groove can be formed. Moreover, as shown in FIG.4 (c2), a bow-shaped groove | channel can also be intentionally formed in both an outer peripheral part and a center part.

尚、ガスノズル4からシリコン基板Wの中央部に供給された第1ガスは、第2ガスと衝突しながらシリコン基板Wの外周部に供給されるため、当該外周部でのエッチングレートが低下することはない。ここで、ガスノズル4の噴出孔43a,43bから第1ガスを噴出することで、噴出した第1ガスは水平方向の速度成分を持つため、第1ガスがシリコン基板Wの外周部に拡散し易くなってよい。  Since the first gas supplied from the gas nozzle 4 to the central portion of the silicon substrate W is supplied to the outer peripheral portion of the silicon substrate W while colliding with the second gas, the etching rate at the outer peripheral portion decreases. There is no. Here, by ejecting the first gas from the ejection holes 43 a and 43 b of the gas nozzle 4, the ejected first gas has a velocity component in the horizontal direction, so that the first gas easily diffuses to the outer peripheral portion of the silicon substrate W. It may be.

また、複数の透孔61が形成されたプレート6を介して排気することで、プレート6上側の空間Suの圧力を下側の空間Sdよりも高くできるため、上述したエッチング形状の面内バラツキを小さくできるという効果を損なうことなく、エッチングレートを高くすることができる。  Further, by exhausting through theplate 6 in which the plurality of throughholes 61 are formed, the pressure of the space Su above theplate 6 can be made higher than that of the lower space Sd. The etching rate can be increased without impairing the effect of reducing the size.

次に、上記発明の効果を確認するために、上記ドライエッチング装置EMを用いて以下の実験を行った。処理対象物Wをレジストパターンが形成されたシリコン基板とし、このシリコン基板Wにアスペクト比が10(直径が5μm、深さが50μm)の孔を以下のように形成した。即ち、ステージ2上にシリコン基板Wを吸着保持し、SFガスを275sccm、酸素ガスを40sccm、SiFガスを50sccm夫々導入した(このときの空間Suの圧力は9Pa)。そして、アンテナコイル31,32に13.56MHz、2000Wの高周波電力を投入し、ステージ2を介してシリコン基板Wに2MHz、25Wの高周波電力を投入してプラズマを発生させ、420secエッチングを行った。エッチング後のシリコン基板Wの断面SEM像(図示省略)から、シリコン基板Wの中央部と外周部に夫々形成された孔の形状に差が無く、エッチング形状の面内バラツキが小さいことが確認された。Next, in order to confirm the effect of the above invention, the following experiment was performed using the dry etching apparatus EM. The processing object W was a silicon substrate on which a resist pattern was formed, and a hole having an aspect ratio of 10 (diameter: 5 μm, depth: 50 μm) was formed in the silicon substrate W as follows. That is, the silicon substrate W was adsorbed and held on thestage 2, and SF6 gas was introduced at 275 sccm, oxygen gas at 40 sccm, and SiF4 gas at 50 sccm (the pressure in the space Su at this time was 9 Pa). Then, high frequency power of 13.56 MHz and 2000 W was input to the antenna coils 31 and 32, high frequency power of 2 MHz and 25 W was input to the silicon substrate W via thestage 2, plasma was generated, and etching was performed for 420 seconds. From the cross-sectional SEM image (not shown) of the etched silicon substrate W, it is confirmed that there is no difference in the shapes of the holes formed in the central portion and the outer peripheral portion of the silicon substrate W, and the in-plane variation of the etched shape is small. It was.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、4個の第2ガス導入口12を開設しているが、第2ガス導入口12の数はこれに限られず、例えば、8個の第2ガス導入口を開設してもよい。また、真空チャンバ1の側壁に第2ガス導入口12を開設しているが、側壁の内側に当該側壁への反応生成物の付着を防止する隔絶板(防着板)を設け、この隔絶板に開設してもよい。  As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said thing. In the above embodiment, foursecond gas inlets 12 are opened, but the number ofsecond gas inlets 12 is not limited to this, and for example, even if eight second gas inlets are opened. Good. In addition, thesecond gas inlet 12 is provided on the side wall of the vacuum chamber 1, and an isolation plate (an adhesion plate) for preventing the reaction product from adhering to the side wall is provided inside the side wall. You may set up in

また、上記実施形態では、ガスノズル4の側面に噴出孔43bが位置しているが、噴出孔43bがガスノズル4の下面に位置するように下段の分岐通路42bを設けてもよい。  Moreover, in the said embodiment, although theejection hole 43b is located in the side surface of the gas nozzle 4, you may provide thelower branch passage 42b so that theejection hole 43b may be located in the lower surface of the gas nozzle 4. FIG.

また、上記実施形態では、誘導放電方式でプラズマを発生させているが、プラズマの発生方式は任意であってよく、例えば、容量放電方式でプラズマを発生させてもよい。  In the above embodiment, plasma is generated by the induction discharge method. However, the plasma generation method may be arbitrary. For example, the plasma may be generated by a capacitive discharge method.

W…処理対象物、P…真空ポンプ、E2…プラズマ発生手段、1…真空チャンバ、2…ステージ、4…ガスノズル(ガス導入手段,第1ガス導入部)、41…第1ガス通路、42…分岐通路、43…噴出孔、5…ガス導入手段,第2ガス導入部、6…プレート、61…透孔。  W ... processing object, P ... vacuum pump, E2 ... plasma generation means, 1 ... vacuum chamber, 2 ... stage, 4 ... gas nozzle (gas introduction means, first gas introduction part), 41 ... first gas passage, 42 ... Branch passage, 43 ... ejection hole, 5 ... gas introduction means, second gas introduction part, 6 ... plate, 61 ... through hole.

Claims (2)

Translated fromJapanese
真空ポンプが接続される真空チャンバと、真空チャンバの底部に設けられて処理対象物を支持するステージと、真空チャンバ内にエッチングガスを導入するガス導入手段と、エッチングガスを解離するプラズマをステージの上方空間に発生させるプラズマ発生手段とを備えるドライエッチング装置であって、
エッチングガスは、プラズマで解離されて処理対象物と反応し、主として反応生成物が真空ポンプへと排気される第1ガスと、プラズマで解離されて処理対象物と反応し、主として反応生成物が処理対象物表面に堆積する第2ガスとで構成されるものにおいて、
ガス導入手段は、鉛直方向上側からステージで支持される処理対象物の中央部に向けて第1ガスを供給する第1ガス導入部と、水平方向外側からステージの上方空間の中央に向けて第2ガスを供給する第2ガス導入部とを備え
前記第1ガス導入部は、真空チャンバの天井部に挿設されたガスノズルを備え、ガスノズルは、鉛直方向にのびる第1ガス通路と、第1ガス通路から分岐された鉛直方向に対して傾斜した上下2段の分岐通路とを有し、上段の分岐通路と下段の分岐通路とが周方向で交互に位置するように設けられ、各分岐通路先端の噴出孔から第1ガスが噴出されることを特徴とするドライエッチング装置
A vacuum chamber to which a vacuum pump is connected, a stage that is provided at the bottom of the vacuum chamber and supports an object to be processed, a gas introduction unit that introduces an etching gas into the vacuum chamber, and a plasma that dissociates the etching gas. A dry etching apparatus comprising plasma generating means for generating in an upper space,
The etching gas is dissociated by the plasma and reacts with the object to be processed, and the reaction product is mainly dissociated by the plasma and reacted with the object to be processed. In what is comprised with the 2nd gas deposited on the processing object surface,
The gas introduction means includes a first gas introduction part that supplies a first gas from the upper side in the vertical direction toward the center part of the object to be processed supported by the stage, and a first gas introduction part from the outside in the horizontal direction toward the center of the space above the stage. A second gas introduction part for supplying two gases,
The first gas introduction unit includes a gas nozzle inserted in a ceiling portion of a vacuum chamber, and the gas nozzle is inclined with respect to a first gas passage extending in a vertical direction and a vertical direction branched from the first gas passage. and a branch passage of the upper and lower stages, provided such a upper branch passage and a lower branch passage is positioned alternately in the circumferential direction, Rukotofirst gas is ejected from the branch passages leading end injection ports A dry etching apparatus characterized by the above.
空チャンバの内壁面とステージの外周面との間の空間を閉塞するプレートを備え、プレートに複数の透孔が形成されると共に、真空ポンプからの排気管が接続される排気口を、プレート下側の空間を臨むように真空チャンバに開設したことを特徴とする請求項1記載のドライエッチング装置。Comprising a plate which closes the space between the inner wall and the outer circumferential surface of the stage of thevacuum chamber, a plurality of through holes are formed in the plate, the exhaust port exhaust pipe is connected to a vacuum pump, the plate dry etching apparatus according to claim1 Symbol mounting, characterized in that opened to the vacuum chamber so as to face the lower space.
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