JP2006202779A - Etching method and system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコン基板等の被処理物をエッチングする方法および装置に関するものである。 The present invention relates to a method and an apparatus for etching an object to be processed such as a silicon substrate.
各種のセンサ関連部品やバイオ関連部品として、シリコン基板をエッチングにより加工して微小な機能部品を製造する技術があるが、このうちパワーデバイスやＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical System）分野では、しばしば２０μｍ以上、さらには１００〜３００μｍの深い溝や穴の加工を行う場合もある。 As various sensor-related parts and bio-related parts, there is a technology for manufacturing minute functional parts by etching a silicon substrate by etching. Of these, in the field of power devices and MEMS (Micro Electro-Mechanical System), it is often 20 μm or more. In some cases, a deep groove or hole of 100 to 300 μm is processed.
このような深い溝や縦穴の加工をドライエッチングにより行う場合、一般にＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）等の高密度プラズマソースを利用した高いエッチングレートが得られる方法が用いられる。また、処理反応室内にエッチングガスを導入して溝又は穴をエッチングする工程と、同じ反応処理室内にパッシベーションガスを導入し、エッチングされた溝や穴の側壁およびボトムにパッシベーション層（保護膜）を化学的に蒸着させる工程とを交互に行うことによって、高速で正確な形状の深い溝や穴の加工を可能とするエッチング方法がある（例えば、特許文献１参照）。 When such deep grooves and vertical holes are processed by dry etching, generally, a method of obtaining a high etching rate using a high-density plasma source such as ICP (Inductively Coupled Plasma) is used. In addition, a step of etching the groove or hole by introducing an etching gas into the processing reaction chamber, a passivation gas is introduced into the same reaction processing chamber, and a passivation layer (protective film) is formed on the side wall and bottom of the etched groove or hole. There is an etching method that enables processing of deep grooves and holes having a precise shape at high speed by alternately performing chemical vapor deposition steps (see, for example, Patent Document 1).
このエッチング方法は、エッチングした後の溝や穴内においてシリコンが露出した側壁とボトムの両方に保護膜を化学的に蒸着した状態で再度エッチングを行うと、側壁よりもボトムの保護膜の方が早くエッチングされることにより、主としてボトム方向へのエッチングが進行することを利用するものである。また、このようなエッチング方法において、側壁の形状を制御する方法が特許文献２に開示されている。
しかしながら、上記各特許文献にて開示されたエッチング方法を実際に使用する場合、エッチング加工された溝や穴等のエッチング部の側壁に形成される保護膜に、部分的でかつ不規則な欠陥（欠落や変質等）が発生することがある。この保護膜自体は後の工程で取り除かれることが多いが、その下地であるシリコンの表面に該欠陥による影響によって部分的な窪みや不規則な表面粗さが発生するおそれがある。 However, when the etching method disclosed in each of the above patent documents is actually used, the protective film formed on the side wall of the etched portion such as an etched groove or hole has a partial and irregular defect ( Missing or altered) may occur. The protective film itself is often removed in a later step, but there is a possibility that a partial depression or irregular surface roughness may occur on the surface of the underlying silicon due to the influence of the defect.
また、エッチングレートを上げるため、エッチングガスの流量や圧力を増加させると、更にそれらの欠陥が側壁全体に拡大したり、溝や穴の形状が悪化したりすることもある。 Further, when the flow rate or pressure of the etching gas is increased in order to increase the etching rate, these defects may further spread over the entire side wall, and the shape of the groove or hole may be deteriorated.
本発明は、エッチング部に形成される保護膜における欠陥の発生を抑制するとともに、高いエッチングレートを実現するエッチング方法および装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an etching method and apparatus that can suppress the generation of defects in a protective film formed in an etched portion and realize a high etching rate.
１つの側面としての本発明のエッチング方法および装置は、処理室内にエッチングガスを供給して該処理室内に配置された被処理物のプラズマエッチングを行う第１の工程と、該処理室内にパッシベーションガスを供給して被処理物のエッチング部にパッシベーション層を生成する第２の工程とを交互に繰り返し、さらに第２の工程の後、第１の工程の前に処理室内にパージガスを供給することを特徴とする。 An etching method and apparatus according to one aspect of the present invention includes a first step of supplying an etching gas into a processing chamber to perform plasma etching of an object to be processed disposed in the processing chamber, and a passivation gas in the processing chamber. And supplying a purge gas into the processing chamber after the second step and before the first step, alternately with the second step of generating a passivation layer in the etched portion of the object to be processed. Features.
本発明によれば、第２の工程の後、第１の工程の前に処理室内にパージガスを供給することにより、エッチング部内から第２の工程で供給されて残留しているパッシベーションガスを排除したり減少させたりすることができるので、パッシベーション層に不規則な欠陥が発生するのを抑制できる。この結果、エッチングガスやパッシベーションガスの流量や圧力を増加させてエッチングレートを大きくすることができる。 According to the present invention, after the second step, before the first step, the purge gas is supplied into the processing chamber, so that the remaining passivation gas supplied from the etching portion in the second step is eliminated. Therefore, the generation of irregular defects in the passivation layer can be suppressed. As a result, the etching rate can be increased by increasing the flow rate and pressure of the etching gas and the passivation gas.
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１Ａには、本発明の実施例１であるエッチング方法を使用するエッチング装置の構成を示している。本実施例では、ＩＣＰプラズマエッチング装置の一例を示している。 FIG. 1A shows the configuration of an etching apparatus that uses the etching method according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, an example of an ICP plasma etching apparatus is shown.
図１Ａにおいて、５は基板処理反応室であり、ガスが導入されていない状態では１０−５Ｐａ程度の高い真空状態を実現できる。この基板処理反応室１の上部には、ガス導入口９が設けられており、該ガス導入口９を通じてガス供給部４１からのエッチングガス、保護膜生成ガス（パッシベーションガス）およびパージガスを基板処理反応室５内に導入できる。ガス供給部４１内には、図示しないが、各ガスに対応した電磁バルブ等、各ガスの供給、遮断および供給流量（供給圧力）を制御する部材が設けられている。 In FIG. 1A, 5 is a substrate processing reaction chamber, and a high vacuum state of about 10 −5 Pa can be realized in a state where no gas is introduced. A gas introduction port 9 is provided in the upper portion of the substrate processing reaction chamber 1, and an etching gas, a protective film generation gas (passivation gas), and a purge gas from the gas supply unit 41 are supplied to the substrate processing reaction through the gas inlet 9. It can be introduced into the chamber 5. Although not shown, the gas supply unit 41 is provided with members for controlling supply, shutoff, and supply flow rate (supply pressure) of each gas, such as an electromagnetic valve corresponding to each gas.
また、基板処理反応室５の上部には、該基板処理反応室５の外周部に配置されたアンテナコイル６が設けられている。このアンテナコイル６には、例えば１３．５６ＭＨｚのプラズマソース用高周波電源７が接続されており、加工する寸法や形状によって異なるが、例えばピーク電力が１〜３ｋＷである高周波電力がインピーダンスマッチング回路８を経由してアンテナコイル６に印加される。 In addition, an antenna coil 6 disposed on the outer periphery of the substrate processing reaction chamber 5 is provided on the upper portion of the substrate processing reaction chamber 5. The antenna coil 6 is connected to a high frequency power source 7 for a plasma source of 13.56 MHz, for example. Depending on the size and shape to be processed, for example, the high frequency power having a peak power of 1 to 3 kW is connected to the impedance matching circuit 8. Via, it is applied to the antenna coil 6.
後述するように、ガス供給部４１からは、エッチングガスとしてのＳＦ６が１００〜７００ｓｃｃｍ（standard cc/min）の流量で、また保護膜生成ガスとしてのＣ４Ｆ８が５０〜４００ｓｃｃｍの流量で、さらにパージガスとしてのヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）又は窒素（Ｎ２）が５０〜４００ｓｃｃｍの流量でそれぞれ順に切り換えられて基板処理反応室５に供給される。この切り換えの制御はコントローラ４２により行われる。なお、本発明において、各ガスの具体的な成分はこれらに限られない。 As will be described later, SF 6 as an etching gas has a flow rate of 100 to 700 sccm (standard cc / min) and C 4 F 8 as a protective film forming gas has a flow rate of 50 to 400 sccm from the gas supply unit 41. Further, helium (He), argon (Ar), or nitrogen (N 2 ) as a purge gas is sequentially switched at a flow rate of 50 to 400 sccm and supplied to the substrate processing reaction chamber 5. This switching control is performed by the controller 42. In the present invention, specific components of each gas are not limited to these.
基板処理反応室５内に導入されたエッチングガスが高周波電源７およびアンテナコイル６からのエネルギーによって励起されることにより、プラズマが発生する。これにより、エッチングガス内には、イオン（ＳＦｘ）および励起反応種Ｆラジカルが発生する。また、保護膜生成ガス内には、基板表面に付着してパッシベーション層としての保護膜を形成するポリマーイオン（ＣｘFｙ）が発生する。さらに、パージガス内には、該ガスの活性種やイオンが発生する。 The etching gas introduced into the substrate processing reaction chamber 5 is excited by the energy from the high frequency power source 7 and the antenna coil 6 to generate plasma. Thereby, ions (SF x ) and excited reactive species F radicals are generated in the etching gas. In the protective film generating gas, polymer ions (C x F y ) are generated that adhere to the substrate surface and form a protective film as a passivation layer. Further, active species and ions of the gas are generated in the purge gas.
基板処理反応室５内の下部には、被処理物であるシリコン基板１２を保持するための基板ホルダー１１が配置されており、その内部には電極１３が設けられている。電極１３と基板処理反応室５との間には、インピーダンスマッチング回路１５を経由してバイアス用高周波電源１４から、例えば１３．５６ＭＨｚでピーク電力が５〜５００ｗの高周波電力が印加される。これにより、基板処理反応室５の上部空間にて発生し、該反応室５のほぼ全体に拡散しているイオンや活性種が基板１２側に加速運動する。 A substrate holder 11 for holding a silicon substrate 12 that is an object to be processed is disposed in the lower part of the substrate processing reaction chamber 5, and an electrode 13 is provided therein. A high-frequency power having a peak power of 5 to 500 w at 13.56 MHz, for example, is applied between the electrode 13 and the substrate processing reaction chamber 5 from the bias high-frequency power source 14 via the impedance matching circuit 15. As a result, ions and active species that are generated in the upper space of the substrate processing reaction chamber 5 and are diffused almost throughout the reaction chamber 5 are accelerated to the substrate 12 side.
そして、それらのイオンや活性種は、最終的に基板１２の表面に到達し、基板１２をエッチングしたり、エッチングされた溝や穴等のエッチング部の側壁やボトムに保護膜を生成したりする。 These ions and active species eventually reach the surface of the substrate 12 to etch the substrate 12 or generate a protective film on the side walls and bottom of the etched portion such as etched grooves and holes. .
図１Ｂには、ここまで説明した本実施例のエッチング装置における１枚の基板１２（但し、複数の基板を同時に処理してもよい）に対する一連のエッチング処理の流れを示している。 FIG. 1B shows a flow of a series of etching processes for one substrate 12 (however, a plurality of substrates may be processed simultaneously) in the etching apparatus of the present embodiment described so far.
ステップ（図では「Ｓ」と略す：他のフローチャートについても同じ）１では、基板１２を基板ホルダー１１上に配置し、その後で基板処理反応室５内からの真空排気を行い、上述したように１０−５Ｐａ程度の真空状態とする。 In step (abbreviated as “S” in the figure: the same applies to other flowcharts) 1, the substrate 12 is placed on the substrate holder 11, and then the substrate processing reaction chamber 5 is evacuated, as described above. A vacuum state of about 10 −5 Pa is set.
次に、ステップ２では、基板処理反応室５内にエッチングガスを導入し、不図示の圧力センサの出力をモニターしながら所定の圧力に維持した状態で上述したようにプラズマを発生させ、所定時間、基板１２に対するエッチングを行う（第１の工程であるエッチング工程）。 Next, in step 2, an etching gas is introduced into the substrate processing reaction chamber 5, and plasma is generated as described above in a state where the output is maintained at a predetermined pressure while monitoring the output of a pressure sensor (not shown). Then, etching is performed on the substrate 12 (etching process which is the first process).
エッチング工程が終了すると、ステップ３にて基板処理反応室５内に保護膜生成ガスを導入し、所定の圧力に維持した状態で、基板１２におけるエッチング部に保護膜を生成する（第２の工程である保護膜生成工程）。 When the etching process is completed, a protective film generating gas is introduced into the substrate processing reaction chamber 5 in Step 3 and a protective film is generated in the etching portion of the substrate 12 while maintaining a predetermined pressure (second process). A protective film generating step).
所定時間の保護膜生成工程が終了すると、ステップ４にて基板処理反応室５内にパージガスを導入し、所定の圧力に維持した状態でエッチング部内に残留した保護膜生成ガスを除去又は減少させる（パージ工程）。
そして、所定時間のパージ工程が終了すると、ステップ５にて今回のプロセスサイクル（１回のエッチング工程〜パージ工程までを１プロセスサイクルとする）が所定のｎ回目であったか否かを判別し、まだｎ回目でなければステップ２に戻り、次回のプロセスサイクルを繰り返す。
When the protective film generating process for a predetermined time is completed, a purge gas is introduced into the substrate processing reaction chamber 5 in Step 4 to remove or reduce the protective film generating gas remaining in the etching portion while maintaining a predetermined pressure ( Purge process).
When the purge process for a predetermined time is completed, it is determined in step 5 whether or not the current process cycle (from the first etching process to the purge process is one process cycle) is the predetermined nth time. If it is not the nth time, the process returns to step 2 to repeat the next process cycle.
一方、ｎ回目のプロセスサイクルが終了した場合は、ステップ６に進み、基板処理反応室５内において気化したエッチング生成物や余分なガスが基板処理反応室５の下部に設けられたガス排出口１０から外部へ排出される。こうして一連のエッチング処理を終了する。 On the other hand, when the n-th process cycle is completed, the process proceeds to step 6, where an etching product or excess gas vaporized in the substrate processing reaction chamber 5 is provided at the gas outlet 10 provided at the lower portion of the substrate processing reaction chamber 5. Is discharged to the outside. Thus, a series of etching processes is completed.
図２には、コントローラ４２の制御による、基板処理反応室５内に導入されるガスの時間的な切り換えの様子を示している。図２の縦軸は導入される各ガスの基板処理反応室５内での圧力（以下、これを導入圧力といい、供給圧力と同義である）を示し、横軸は時間を示している。 FIG. 2 shows how the gas introduced into the substrate processing reaction chamber 5 is switched over time under the control of the controller 42. The vertical axis in FIG. 2 indicates the pressure of each gas introduced in the substrate processing reaction chamber 5 (hereinafter referred to as the introduction pressure, which is synonymous with the supply pressure), and the horizontal axis indicates time.
図２において、１はエッチングガスの導入圧力と導入タイミングを示している。２は保護膜生成ガスの導入圧力と導入タイミングを示している。３はパージガスの導入圧力と導入タイミングを示している。具体的な圧力値は、加工の寸法や形状により異なるが、例えば、エッチングガスについては１〜３０Ｐａ、保護膜生成ガス２については０．５〜１８Ｐａ、パージガスについては０．５〜１７Ｐａを使用する。但し、保護膜生成ガスの圧力をエッチングガスの圧力よりも低く、パージガスの圧力を保護膜生成ガスの圧力よりも低く設定するのが望ましい。 In FIG. 2, reference numeral 1 denotes an etching gas introduction pressure and introduction timing. 2 shows the introduction pressure and introduction timing of the protective film-forming gas. 3 shows the introduction pressure and introduction timing of the purge gas. The specific pressure value varies depending on the dimensions and shape of processing, but for example, 1 to 30 Pa is used for the etching gas, 0.5 to 18 Pa is used for the protective film generation gas 2, and 0.5 to 17 Pa is used for the purge gas. . However, it is preferable that the pressure of the protective film generating gas is set lower than the pressure of the etching gas, and the pressure of the purge gas is set lower than the pressure of the protective film generating gas.
さらに４は基板処理反応室５内でのエッチングガス、保護膜生成ガスおよびパージガスの合成圧力の変化を示している。 Reference numeral 4 denotes a change in the synthesis pressure of the etching gas, the protective film forming gas, and the purge gas in the substrate processing reaction chamber 5.
本実施例では、時間（期間）ｔ１であるエッチングガスの導入時間の後であって、時間ｔ２である保護膜生成ガスの導入時間の完了直後に、該ｔ１，ｔ２に比較して短い時間ｔ３でパージガスを導入する。言い換えれば、時間ｔ１でのエッチング工程が終了した後の時間ｔ２での保護膜生成工程の後、次のエッチング工程の前に時間ｔ３でパージガスを導入するパージ工程を設ける。 In this embodiment, after the introduction time of the etching gas, which is time (period) t1, and immediately after the completion of the introduction time of the protective film forming gas, which is time t2, the time t3 shorter than t1 and t2. Introduce purge gas. In other words, after the protective film generation process at time t2 after the etching process at time t1 is completed, a purge process for introducing a purge gas at time t3 is provided before the next etching process.
具体的な導入時間は、ｔ１については１〜１２秒、ｔ２については０．５〜３秒、ｔ３については０．５〜３秒の範囲に設定する。なお、導入時間は供給時間と同義である。 Specific introduction times are set in the range of 1 to 12 seconds for t1, 0.5 to 3 seconds for t2, and 0.5 to 3 seconds for t3. The introduction time is synonymous with the supply time.
ここで、経験的に、２０μｍ以上あるいはアスペクト比が５以上の深い溝あるいは穴を加工する場合に、保護膜生成ガスが該溝又は穴内の空間に残っている状態でエッチングガスが導入されると、該空間で必要以上のフッ素ラジカルが生じる期待しない反応（異常反応と同義）が発生し、保護膜の形状や質を著しく悪化させることが分かっている。図６には、保護膜生成ガスが溝内空間に残っている状態でエッチングガスが導入された場合に、溝の側壁に発生した欠陥を示すＳＥＭ（Scanning Electron Microscopy）写真を示している。図中にいくつか黒い斑点状に見えるものＤが、保護膜に生じた欠陥である。 Here, empirically, when a deep groove or hole having an aspect ratio of 5 or more is processed when etching gas is introduced in a state where the protective film forming gas remains in the space in the groove or hole. It has been found that an unexpected reaction (synonymous with an abnormal reaction) in which more than necessary fluorine radicals are generated in the space significantly deteriorates the shape and quality of the protective film. FIG. 6 shows an SEM (Scanning Electron Microscopy) photograph showing defects generated on the side wall of the groove when the etching gas is introduced in a state where the protective film forming gas remains in the groove inner space. In the figure, some black spots D appear in the protective film.
本実施例では、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガス、クリプトンガスあるいは窒素ガスをパージガスとして短い時間ｔ３だけ導入することで、これらのパージガスはプラズマ下でイオンあるいは活性種を発生し得るが、エッチング部内の空間に残留する保護膜生成ガスを取り除く又は減少させる作用を有し、結果として上記異常反応の発生を抑制できる。特に、エッチング深さが２０μｍ以上あるいはアスペクト比が５以上の深い溝あるいは穴等を加工する場合に、本実施例（および後述する他の実施例）は有効である。 In this embodiment, by introducing helium gas, argon gas, xenon gas, krypton gas or nitrogen gas as a purge gas for a short time t3, these purge gases can generate ions or active species under the plasma. It has the effect | action which removes or reduces the protective film production | generation gas which remain | survives in this space, As a result, generation | occurrence | production of the said abnormal reaction can be suppressed. In particular, this embodiment (and other embodiments described later) is effective when a deep groove or hole having an etching depth of 20 μm or more or an aspect ratio of 5 or more is processed.
なお、酸素ガスについては同様なパージ効果を有するが、反面プラズマ下で発生する酸素ラジカルの保護膜へのエッチング（除去）効果が高い。このため、側壁に形成した保護膜を除去し過ぎて、シリコン基材を露出させてしまう危険性を持っている。その結果、望まずして露出したシリコン側壁が次のエッチングステップで削られ、溝や穴の形状が垂直形状にならず、途中が膨らんだ糸巻状の異形状を形成する危険性が高い。特に、深さ１００μｍを超えるアスペクト比２０以上の深い溝或いは穴を加工する時に発生し易いという弊害が有るので好ましくない。図３のフローチャートには、本実施例のエッチング方法（処理）を実行するためのコントローラ４２によるガス供給制御の手順を示している。該制御は、コントローラ４２に格納された制御用コンピュータプログラムに従って実行される。このことは以下の実施例でも同様である。 Although oxygen gas has a similar purge effect, it has a high etching (removal) effect on the protective film of oxygen radicals generated under plasma. For this reason, there is a risk that the protective film formed on the side wall is excessively removed and the silicon substrate is exposed. As a result, the silicon sidewalls that are undesirably exposed are shaved in the next etching step, and the shape of the grooves and holes does not become vertical, and there is a high risk of forming a bobbin-shaped irregular shape that swells in the middle. In particular, it is not preferable because there is a disadvantage that it is likely to occur when a deep groove or hole having an aspect ratio of 20 or more exceeding a depth of 100 μm is processed. The flowchart of FIG. 3 shows the procedure of gas supply control by the controller 42 for executing the etching method (process) of this embodiment. The control is executed according to a control computer program stored in the controller 42. The same applies to the following embodiments.
まず、ステップ１２０１では、コントローラ４２は、エッチング処理のプロセスサイクル数Cycleを１に初期設定する。次に、ステップ１２０２では、１プロセスサイクル内でのプロセスステップ数（エッチング工程を１、保護膜生成工程を２、パージ工程を３とし、３に達すると１に戻る）を０に初期設定する。 First, in step 1201, the controller 42 initially sets the process cycle number Cycle of the etching process to 1. Next, in step 1202, the number of process steps within one process cycle (1 for the etching process, 2 for the protective film generation process, 3 for the purge process, and 1 when 3 is reached) is initialized to 0.
次に、ステップ１２０３では、プロセスステップ数を１インクリメントし、さらにステップ１２０４では、該ステップ数を判別する。該ステップ数が１である場合はステップ１２１１に、ステップ数が２である場合はステップ１２２１に、ステップ数が３である場合はステップ１２３１に進む。 Next, in step 1203, the number of process steps is incremented by 1, and in step 1204, the number of steps is determined. If the number of steps is 1, the process proceeds to step 1211. If the number of steps is 2, the process proceeds to step 1221. If the number of steps is 3, the process proceeds to step 1231.
ステップ１２１１では、１回目のプロセスサイクルの場合（もともとパージガスが遮断されていた場合）はそのままステップ１２１２に進み、それまでパージ工程を実行していた場合はガス供給部４１からのパージガスの導入を遮断（オフ）してステップ１２１２に進む。ステップ１２１２では、エッチング工程を行うためにガス供給部４１からのエッチングガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１２１３において、エッチングガスの導入時間タイマーを時間ｔ１に設定し、ステップ１２１４，１２１５で該導入時間が時間ｔ１に達する（すなわち、エッチング工程が終了する）と、ステップ１２０３に戻る。 In step 1211, in the case of the first process cycle (when the purge gas is originally shut off), the process proceeds to step 1212 as it is, and when the purge process has been executed so far, the introduction of the purge gas from the gas supply unit 41 is shut off. (OFF) and go to Step 1212. In step 1212, the introduction of the etching gas from the gas supply unit 41 is started (turned on) to perform the etching process. In step 1213, the etching gas introduction time timer is set to time t1, and when the introduction time reaches time t1 in steps 1214 and 1215 (that is, the etching process ends), the process returns to step 1203.
ここで、ステップ１２１４においてはタイマーを所定時間ずつデクリメントし、ステップ１２１５でタイマーが０になったときにステップ１２０３に進むが、デクリメントする所定時間は、整数秒単位でもよいし、小数点以下の秒を含む単位でもよい。このことは、他のガスの導入時間タイマーにおいても同様である。 Here, in step 1214, the timer is decremented by a predetermined time, and when the timer reaches 0 in step 1215, the process proceeds to step 1203. The predetermined time to be decremented may be an integer number of seconds, or a fractional second. The unit may be included. The same applies to other gas introduction time timers.
また、ステップ１２２１では、ガス供給部４１からのエッチングガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ１２２２において保護膜生成工程を行うためにガス供給部４１からの保護膜生成ガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１２２３において、保護膜生成ガスの導入時間タイマーを時間ｔ２に設定し、ステップ１２２４，１２２５で該導入時間が時間ｔ２に達する（すなわち、保護膜生成工程が終了する）と、ステップ１２０３に戻る。 In step 1221, the introduction of the etching gas from the gas supply unit 41 is shut off (off), and in order to perform the protective film generation process in the next step 1222, the introduction of the protective film generation gas from the gas supply unit 41 is started. (ON). In step 1223, the protective film generation gas introduction time timer is set to time t2, and in steps 1224 and 1225, when the introduction time reaches time t2 (that is, the protective film generation process is completed), the process proceeds to step 1203. Return.
さらに、ステップ１２３１では、ガス供給部４１からの保護膜生成ガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ１２３２においてパージ工程を行うためにガス供給部４１からのパージガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１２３３において、パージガスの導入時間タイマーを時間ｔ３に設定し、ステップ１２３４，１２３５で該導入時間が時間ｔ３に達する（すなわち、パージ工程が終了する）と、ステップ１２０６に進む。ステップ１２０６では、プロセスサイクル数を１インクリメントし、ステップ１２０７においてプロセスサイクル数が所定数ｎに達していない場合は、ステップ１２０２に戻る。このとき、次のステップ１２０３でプロセスステップ数は１となるので、ステップ１２１１に進んでパージガスをオフし、ステップ１２１２でエッチングガスをオンして次のプロセスサイクルのエッチング工程を開始する。 Further, in step 1231, the introduction of the protective film generating gas from the gas supply unit 41 is shut off (off), and the introduction of the purge gas from the gas supply unit 41 is started (on) in order to perform the purge process in the next step 1232. To do. In step 1233, the purge gas introduction time timer is set to time t3. If the introduction time reaches time t3 in steps 1234 and 1235 (that is, the purge process ends), the process proceeds to step 1206. In step 1206, the process cycle number is incremented by 1. If the process cycle number has not reached the predetermined number n in step 1207, the process returns to step 1202. At this time, since the number of process steps is 1 in the next step 1203, the process proceeds to step 1211, the purge gas is turned off, the etching gas is turned on in step 1212, and the etching process of the next process cycle is started.
こうしてステップ１２０７においてプロセスサイクル数が所定数ｎに達すると、ステップ１２０８に進み、パージガスをオフして、一連のエッチング処理を終了する。 When the number of process cycles reaches the predetermined number n in step 1207, the process proceeds to step 1208, the purge gas is turned off, and the series of etching processes is completed.
ここで、図４には、パージ工程を設けずに、基板処理反応室５からの排気のみで保護膜生成ガスの残留分をエッチング部の空間から取り除く従来の方法を実施した場合の基板処理反応室５内の圧力を示している。２１はエッチングガスの導入圧力と導入タイミングを、２２は保護膜生成ガスの導入圧力と導入タイミングを、２３はこれらの合成圧力を示している。具体的な各ガスの圧力値は、図２と同様に、エッチングガスについては１〜３０Ｐａ、保護膜生成ガスについては０．５〜１８Ｐａである。 Here, FIG. 4 shows the substrate processing reaction in the case where the conventional method of removing the residual amount of the protective film forming gas from the space of the etching portion only by exhausting from the substrate processing reaction chamber 5 without providing the purge step. The pressure in the chamber 5 is shown. 21 shows the introduction pressure and introduction timing of the etching gas, 22 shows the introduction pressure and introduction timing of the protective film generating gas, and 23 shows these combined pressures. The specific pressure values of the respective gases are 1 to 30 Pa for the etching gas and 0.5 to 18 Pa for the protective film generating gas, as in FIG.
この従来方法でも、エッチング部の側壁に形成された保護膜の欠陥を回避できるが、保護膜生成ガスの排気時間が長くなることによりスループットが低下したり、基板処理反応室５内のプラズマが一旦消失してしまうことによりエッチングや保護膜生成プロセスの不安定さを招くおそれが生じたりする。したがって、スループットを向上させ、プラズマの消失を防止するために、連続したプラズマソース用高周波電力による励起と、プラズマ発生に必要なガスが常に基板処理反応室５内に残留している必要がある。 This conventional method can also avoid defects in the protective film formed on the side wall of the etched portion, but the throughput decreases due to the longer exhaust time of the protective film generating gas, or the plasma in the substrate processing reaction chamber 5 temporarily The disappearance may cause instability of the etching or protective film generation process. Therefore, in order to improve the throughput and prevent the disappearance of the plasma, it is necessary that the gas necessary for continuous plasma source excitation and plasma generation always remain in the substrate processing reaction chamber 5.
図５には、本実施例を適用した場合における実際の導入ガスの圧力（縦軸）と時間（横軸）との関係を示している。図２には理想的な基板処理反応室５内での導入ガス圧力の変化を示したが、実際の導入ガスの圧力は図２に示したように矩形波的には変化せず、若干の時間的遅れを伴う。エッチング工程、保護膜生成工程およびパージ工程からなる一連の１プロセスサイクルは、概ね２〜１５秒である。また、基板１枚に対する全エッチング加工時間は、その材料や形状若しくはエッチング深さによって異なるが、例えばシリコン基板に１００μｍの深さの溝又は穴をエッチングする場合、５〜１０分である。 FIG. 5 shows the relationship between the actual introduced gas pressure (vertical axis) and time (horizontal axis) when this embodiment is applied. FIG. 2 shows changes in the pressure of the introduced gas in the ideal substrate processing reaction chamber 5, but the actual pressure of the introduced gas does not change in a rectangular wave as shown in FIG. With time delay. A series of one process cycle including an etching step, a protective film generation step, and a purge step is approximately 2 to 15 seconds. Further, the total etching processing time for one substrate varies depending on the material, shape, or etching depth. For example, when a groove or hole having a depth of 100 μm is etched in a silicon substrate, it is 5 to 10 minutes.
図５において、２４はエッチングガスの導入圧力と導入タイミングを、２５は保護膜生成ガスの導入圧力と導入タイミング、２６はパージガスの導入圧力と導入タイミングを示している。具体的な各ガスの圧力値は、図２と同様に、エッチングガスについては１〜３０Ｐａ、保護膜生成ガスについては０．５〜１８Ｐａ、パージガスについては０．５〜１７Ｐａである。２７はこれらの合成圧力を示している。ここで重要な点は、基板処理反応室５内の合成圧力が、プラズマが不安定になったり消失したりすることのない所定圧力Ｐ０より常に大きくなるようにパージガスの導入圧力を設定することである。所定圧力Ｐ０は、経験的には例えば概ね０．１Ｐａである。 In FIG. 5, reference numeral 24 denotes an etching gas introduction pressure and introduction timing, 25 denotes a protective film forming gas introduction pressure and introduction timing, and 26 denotes a purge gas introduction pressure and introduction timing. The specific pressure values of the respective gases are 1 to 30 Pa for the etching gas, 0.5 to 18 Pa for the protective film generation gas, and 0.5 to 17 Pa for the purge gas, as in FIG. Reference numeral 27 denotes the combined pressure. The important point here is that the purge gas introduction pressure is set so that the combined pressure in the substrate processing reaction chamber 5 is always higher than a predetermined pressure P 0 at which the plasma does not become unstable or disappear. It is. The predetermined pressure P 0 is empirically is approximately 0.1Pa example.
また、図５から分かるように、実際は、前の工程でのガスの導入圧力が残存した状態で次のガスの導入が開始されている。すなわち、エッチング工程や保護膜生成工程の終了に伴いガス供給部４１におけるエッチングガスや保護膜生成ガスの導入の遮断制御は行われるが、処理反応室５５内に残っているガスが抜けきるまでにある程度の時間を要するため、それらのガスの圧力が０になる前に次の工程のガス（保護膜生成ガスやパージガス）の導入が開始されることになる。 Further, as can be seen from FIG. 5, the introduction of the next gas is actually started with the gas introduction pressure in the previous step remaining. That is, with the completion of the etching process and the protective film generation process, the gas supply unit 41 is controlled to shut off the introduction of the etching gas and the protective film generation gas, but before the gas remaining in the processing reaction chamber 55 is exhausted. Since a certain amount of time is required, the introduction of gases (protective film generation gas and purge gas) in the next process is started before the pressure of these gases becomes zero.
そして、本発明にいう「第２の工程（保護膜生成工程）の後、第１の工程（エッチング工程）の前に処理室内にパージガスを供給する」とは、このように保護膜生成ガス圧が残存した状態でのパージガスの導入（供給）開始や、パージガス圧が残存した状態でのエッチングガスの導入開始を許容する意味である。さらに言えば、図示しないが、保護膜生成ガスの導入が遮断される前にパージガスの導入を開始したり、パージガスの導入が遮断される前にエッチングガスの導入を開始したりする場合も含む。 In the present invention, “the purge gas is supplied into the processing chamber after the second step (protective film generating step) and before the first step (etching step)” as described above. This means that the introduction (supply) of the purge gas with the gas remaining and the start of the introduction of the etching gas with the purge gas pressure remaining are permitted. Furthermore, although not shown, the introduction of the purge gas is started before the introduction of the protective film generation gas is interrupted, or the introduction of the etching gas is started before the introduction of the purge gas is interrupted.
また、エッチングプロセスにおいては、プラズマからの熱放射、イオンによるスパッタリング若しくはエッチングによる化学反応熱などによって、基板自体が表面から加熱されてその温度が上昇する。一例として、レジストマスクを加工する場合は、１２０℃を超えると急速に劣化や焼失が生じ、エッチング形状が悪くなったり保護膜の強度が低下して欠陥が発生したりする。このため、基板ホルダー１１には、エッチング中に基板１２に発生する熱を取り除き、該基板１２の温度を略一定に保って良好なエッチング又は保護膜の生成を維持するための冷却機構が内蔵されている。 In the etching process, the substrate itself is heated from the surface due to heat radiation from plasma, sputtering by ions, or chemical reaction heat by etching, and the temperature rises. As an example, when a resist mask is processed, when the temperature exceeds 120 ° C., deterioration or burning occurs rapidly, and the etching shape is deteriorated or the strength of the protective film is lowered to cause defects. For this reason, the substrate holder 11 has a built-in cooling mechanism for removing heat generated in the substrate 12 during etching and maintaining the temperature of the substrate 12 at a substantially constant level to maintain good etching or formation of a protective film. ing.
図１Ａにおいて、Ａは該冷却機構を構成する温調媒体の基板ホルダー１１への入力、Ｂはその出力を示している。特に保護膜においては、経験的に概ね３０℃を超えると、溝や穴の側壁の表面側(表面側の方がより高温になるため)に欠陥を生じ易くなり、その下地の形状にまで悪影響を与える。つまり、エッチング加工中の基板１２の温度制御は敏感に加工品質に影響を与える。 In FIG. 1A, A indicates the input to the substrate holder 11 of the temperature control medium constituting the cooling mechanism, and B indicates the output. In particular, in the case of a protective film, if the temperature exceeds approximately 30 ° C., defects are likely to occur on the surface side of the side wall of the groove or hole (because the surface side is hotter), and the shape of the underlying layer is adversely affected. give. That is, the temperature control of the substrate 12 during the etching process sensitively affects the processing quality.
本実施例では、上記冷却機構による基板１２の冷却に加えて、パージガスを導入する工程を設けることで、その温度制御を容易にするという効果をもたらす。さらに、従来では許容レベルを超えるような温度上昇があった場合でも保護膜の欠陥の発生を抑制でき、また従来の許容レベルの温度に対しても保護膜の強度が増すので、基板の温度上昇の許容レベルを上げることができる。 In this embodiment, in addition to the cooling of the substrate 12 by the cooling mechanism, a step of introducing a purge gas is provided, thereby providing an effect of facilitating the temperature control. Furthermore, even if there is a temperature rise that exceeds the allowable level in the past, the occurrence of defects in the protective film can be suppressed, and the strength of the protective film increases against the temperature of the conventional allowable level, so the temperature of the substrate increases Can increase the tolerance level.
保護膜を生成する化学的蒸着時間を長くしても保護膜の強化を図れるが、エッチングレートが小さくなるという弊害があるので好ましくない。 Although the protective film can be strengthened even if the chemical vapor deposition time for generating the protective film is lengthened, it is not preferable because there is a disadvantage that the etching rate is reduced.
エッチング部の空間にエッチングガスと保護膜生成ガスとが混在する場合、前述した異常反応はエッチングガスの導入が完了して保護膜生成ガスが導入される直前にも発生する可能性がある。このため、エッチングガスの導入（エッチング工程）完了後、保護膜生成ガスの導入（保護膜生成工程）直前に、パージガスを導入する前パージ工程を設けてもよい。この場合、図１Ｂ示したステップ２とステップ３の間に前パージ工程を設けるとともに、ステップ４を本パージ工程とする。 When the etching gas and the protective film generating gas coexist in the space of the etching portion, the above-described abnormal reaction may occur immediately before the protective film generating gas is introduced after the introduction of the etching gas is completed. Therefore, a pre-purging step for introducing a purge gas may be provided immediately after the introduction of the etching gas (etching step) and immediately before the introduction of the protective film generating gas (protective film generating step). In this case, a pre-purging process is provided between step 2 and step 3 shown in FIG. 1B, and step 4 is set as the main purging process.
図７には、本発明の実施例２であるエッチング方法（処理）において、コントローラ４２の制御により基板処理反応室５内に導入されるガスの時間的な切り換えの様子を示している。図７の縦軸は導入される各ガスの基板処理反応室５内での圧力を示し、横軸は時間を示している。 FIG. 7 shows a state of temporal switching of the gas introduced into the substrate processing reaction chamber 5 under the control of the controller 42 in the etching method (processing) which is Embodiment 2 of the present invention. The vertical axis in FIG. 7 indicates the pressure of each gas introduced in the substrate processing reaction chamber 5, and the horizontal axis indicates time.
図７において、１７はエッチングガスの導入圧力と導入タイミングを、１８は保護膜生成ガスの導入圧力と導入タイミングを、１９はパージガスの導入圧力と導入タイミングを示している。具体的なガスの圧力値は、実施例１と同様に、エッチングガスについては１〜３０Ｐａ、保護膜生成ガスについては０．５〜１８Ｐａ、パージガスについては０．５〜１７Ｐａであり、保護膜生成ガスの圧力をエッチングガスの圧力よりも低く、パージガスの圧力を保護膜生成ガスの圧力よりも低く設定するのが望ましい。２０は基板処理反応室５内の合成圧力を示している。 In FIG. 7, reference numeral 17 denotes an etching gas introduction pressure and introduction timing, 18 denotes a protective film forming gas introduction pressure and introduction timing, and 19 denotes a purge gas introduction pressure and introduction timing. The specific gas pressure values are 1 to 30 Pa for the etching gas, 0.5 to 18 Pa for the protective film generation gas, and 0.5 to 17 Pa for the purge gas, as in Example 1. It is desirable to set the gas pressure lower than the etching gas pressure and the purge gas pressure lower than the pressure of the protective film forming gas. Reference numeral 20 denotes a combined pressure in the substrate processing reaction chamber 5.
そして、本実施例では、１プロセスサイクル中において、ｔ４のエッチングガス導入時間（エッチング工程）の直後にｔ６のパージガス導入時間（前パージ工程ＰＰ）を設け、その後にｔ５の保護膜生成ガス導入時間（保護膜生成工程）を設け、その直後に再びｔ６のパージガス導入時間（本パージ工程ＰＭ）を設けている。なお、前パージ工程と本パージ工程とで、パージガスの導入圧力、導入流量および導入時間のいずれかを異ならせてもよい。 In this embodiment, in one process cycle, the purge gas introduction time (pre-purging process PP) at t6 is provided immediately after the etching gas introduction time (etching process) at t4, and then the protective film generation gas introduction time at t5 is provided. (Protective film generation step) is provided, and immediately after that, the purge gas introduction time t6 (main purge step PM) is provided again. Note that any of the introduction pressure, introduction flow rate, and introduction time of the purge gas may be different between the pre-purging step and the main purging step.
図８には、本実施例２のエッチング方法（処理）を実行するためのコントローラ４２によるガス供給制御の手順を示している。なお、本実施例におけるエッチング装置の構成は実施例１と同様である。 FIG. 8 shows a gas supply control procedure by the controller 42 for executing the etching method (process) of the second embodiment. The configuration of the etching apparatus in the present embodiment is the same as that in the first embodiment.
まず、ステップ９０１では、コントローラ４２は、エッチング処理のプロセスサイクル数Cycleを１に初期設定する。次に、ステップ９０２では、１プロセスサイクル内でのプロセスステップ数（エッチング工程を１、前パージ工程を２、保護膜生成工程を３、本パージ工程を４とし、４に達すると１に戻る）を０に初期設定する。 First, in step 901, the controller 42 initializes the process cycle number Cycle of the etching process to 1. Next, in step 902, the number of process steps in one process cycle (1 for the etching process, 2 for the previous purge process, 3 for the protective film generation process, 4 for the main purge process, and returns to 1 when 4 is reached). Is initialized to 0.
次に、ステップ９０３では、プロセスステップ数を１インクリメントし、さらにステップ９０４では、該ステップ数を判別する。該ステップ数が１である場合はステップ９１１に、ステップ数が２である場合はステップ９２１に、ステップ数が３である場合はステップ９３１に、ステップ数が４である場合はステップ９４１に進む。 Next, in step 903, the number of process steps is incremented by 1, and in step 904, the number of steps is determined. If the number of steps is 1, the process proceeds to step 911. If the number of steps is 2, the process proceeds to step 921. If the number of steps is 3, the process proceeds to step 931. If the number of steps is 4, the process proceeds to step 941.
ステップ９１１では、１回目のプロセスサイクルの場合（もともとパージガスが遮断されていた場合）はそのままステップ９１２に進み、それまで本パージ工程を実行していた場合はガス供給部４１からのパージガスの導入を遮断（オフ）してステップ９１２に進む。ステップ９１２では、エッチング工程を行うためにガス供給部４１からのエッチングガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ９１３において、エッチングガスの導入時間タイマーを時間ｔ４に設定し、ステップ９１４，９１５で該導入時間が時間ｔ４に達する（すなわち、エッチング工程が終了する）と、ステップ９０３に戻る。 In step 911, in the case of the first process cycle (when the purge gas is originally shut off), the process proceeds to step 912 as it is, and when the main purge process has been executed until then, the introduction of the purge gas from the gas supply unit 41 is performed. Shut off (turn off) and proceed to Step 912. In step 912, introduction of the etching gas from the gas supply unit 41 is started (turned on) in order to perform the etching process. In step 913, the etching gas introduction time timer is set to time t4. When the introduction time reaches time t4 in steps 914 and 915 (that is, the etching process ends), the process returns to step 903.
また、ステップ９２１では、ガス供給部４１からのエッチングガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ９２２において、前パージ工程を行うためにカス供給部４１からのパージガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ９２３において、パージガスの導入時間タイマーを時間ｔ６に設定し、ステップ９２４，９２５で該導入時間が時間ｔ２に達する（すなわち、前パージ工程が終了する）と、ステップ９０３に戻る。 In step 921, the introduction of the etching gas from the gas supply unit 41 is shut off (off), and in the next step 922, the introduction of the purge gas from the dregs supply unit 41 is started (on) in order to perform the pre-purging process. To do. In step 923, the purge gas introduction time timer is set to time t6. When the introduction time reaches time t2 in steps 924 and 925 (that is, the pre-purging process is completed), the process returns to step 903.
また、ステップ９３１では、ガス供給部４１からのパージグガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ９３２において、保護膜生成工程を行うためにガス供給部４１からの保護膜生成ガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ９３３において、保護膜生成ガスの導入時間タイマーを時間ｔ５に設定し、ステップ９３４，９３５で該導入時間が時間ｔ５に達する（すなわち、保護膜生成工程が終了する）と、ステップ９０３に戻る。 In step 931, the introduction of the purge gas from the gas supply unit 41 is shut off (off), and in the next step 932, the introduction of the protective film generation gas from the gas supply unit 41 is started to perform the protective film generation step. (ON). In step 933, the protective film forming gas introduction time timer is set to time t5, and in steps 934 and 935, when the introduction time reaches time t5 (that is, the protective film generating process ends), the process proceeds to step 903. Return.
さらに、ステップ９４１では、ガス供給部４１からの保護膜生成ガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ９４２において本パージ工程を行うためにパージガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ９４３において、パージガスの導入時間タイマーを時間ｔ６に設定し、ステップ９４４，９４５で該導入時間が時間ｔ６に達する（すなわち、本パージ工程が終了する）と、ステップ９０６に進む。ステップ９０６では、サイクル数を１インクリメントし、ステップ９０７においてプロセスサイクル数が所定数ｎに達していない場合は、ステップ９０２に戻る。このとき、次のステップ９０３でプロセスステップ数は１となるので、ステップ９１１に進んでパージガスをオフし、ステップ９１２でエッチングガスをオンして次のプロセスサイクルのエッチング工程を開始する。 Further, in step 941, the introduction of the protective film generating gas from the gas supply unit 41 is shut off (off), and in the next step 942, introduction of the purge gas is started (on) in order to perform the main purge process. In step 943, the purge gas introduction time timer is set to time t6. When the introduction time reaches time t6 in steps 944 and 945 (that is, the purge process is completed), the process proceeds to step 906. In step 906, the number of cycles is incremented by 1. If the number of process cycles has not reached the predetermined number n in step 907, the process returns to step 902. At this time, since the number of process steps is 1 in the next step 903, the process proceeds to step 911, the purge gas is turned off, the etching gas is turned on in step 912, and the etching process of the next process cycle is started.
こうしてステップ９０７においてプロセスサイクル数が所定数ｎに達すると、ステップ９０８に進み、パージガスをオフして、一連のエッチング処理を終了する。 When the number of process cycles reaches the predetermined number n in step 907, the process proceeds to step 908, the purge gas is turned off, and the series of etching processes is completed.
なお、本実施例においても、実施例１と同様に、基板処理反応室５内の合成圧力が、プラズマが不安定になったり消失したりすることのない所定圧力Ｐ０より常に大きくなるようにパージガスの導入圧力を設定することが重要である。 In this embodiment, as in the first embodiment, the combined pressure in the substrate processing reaction chamber 5 is always higher than a predetermined pressure P 0 at which the plasma does not become unstable or disappear. It is important to set the introduction pressure of the purge gas.
上記実施例１，２では、１枚の基板に対する一連のエッチング処理（所定数ｎのプロセスサイクル）中における各プロセスサイクルでのパージガスの導入時間（パージ時間）を一定とした場合について説明したが、図９に示すように、一連のエッチング処理中において各プロセスサイクルでのパージガスの導入時間ｔ１１〜ｔｎを変化させてもよい。具体的には、エッチング部の深さが深くなるに従って、例えば０．５〜３秒の間で連続的に又は段階的に増加させてもよい。エッチング深さが浅い場合は短い時間のパージガス導入で残留した保護膜生成ガスを良好に除去又は減少させることができるが、エッチング深さが深くなるほど（例えば、１００μｍを超えるような深さになると）、それに対応して長いパージガス導入時間が必要となる。 In the first and second embodiments, the case where the introduction time (purge time) of the purge gas in each process cycle in a series of etching processes (a predetermined number n of process cycles) on one substrate is constant has been described. As shown in FIG. 9, the purge gas introduction times t11 to tn in each process cycle may be changed during a series of etching processes. Specifically, the depth may be increased continuously or stepwise, for example, between 0.5 and 3 seconds as the depth of the etched portion increases. When the etching depth is shallow, the remaining protective film forming gas can be removed or reduced satisfactorily by introducing the purge gas for a short time. However, as the etching depth becomes deeper (for example, when the depth exceeds 100 μm). Correspondingly, a long purge gas introduction time is required.
図９において、２８はエッチングガスの導入圧力と導入タイミングを、２９は保護膜生成ガスの導入圧力と導入タイミングを、３０はパージガスの導入圧力と導入タイミングを示している。また、３１は基板処理反応室５内の合成圧力を示している。 In FIG. 9, reference numeral 28 denotes an etching gas introduction pressure and introduction timing, 29 denotes a protective film forming gas introduction pressure and introduction timing, and 30 denotes a purge gas introduction pressure and introduction timing. Reference numeral 31 denotes a combined pressure in the substrate processing reaction chamber 5.
一連のエッチング処理中において、はじめは短いパージガス導入時間ｔ１１を設定し、プロセスサイクルが進むに従ってパージガス導入時間ｔ１２〜ｔｎを漸次長くしていく制御を行うことで、１枚の基板の全体に要する処理時間を、経験的には５〜１０％短縮し、スループットを向上させることができる。はじめから長いパージガス導入時間を設定すると、エッチング深さが浅い段階では無駄な時間が大きくなり、スループットが低下するので好ましくない。 During a series of etching processes, initially, a short purge gas introduction time t11 is set, and the purge gas introduction times t12 to tn are gradually increased as the process cycle proceeds, whereby the processing required for the entire substrate is performed. The time is empirically shortened by 5 to 10%, and the throughput can be improved. Setting a long purge gas introduction time from the beginning is not preferable because a wasteful time is increased at a stage where the etching depth is shallow and throughput is reduced.
図１０のフローチャートには、本実施例のエッチング方法（処理）を実行するためのコントローラ４２によるガス供給制御の手順を示している。なお、本実施例におけるエッチング装置の構成は実施例１と同様であり、ガス供給制御の手順も基本的に実施例１と同様とする。 The flowchart of FIG. 10 shows the procedure of gas supply control by the controller 42 for executing the etching method (process) of this embodiment. The configuration of the etching apparatus in the present embodiment is the same as that in the first embodiment, and the procedure for gas supply control is basically the same as that in the first embodiment.
まず、ステップ１００１では、コントローラ４２は、エッチング処理のプロセスサイクル数Cycleとパージ時間設定用カウンタｊとを１に初期設定する。 First, in step 1001, the controller 42 initially sets the number of process cycles Cycle of the etching process and the purge time setting counter j to 1.
次に、ステップ１００２では、１プロセスサイクル内でのプロセスステップ数（エッチング工程を１、保護膜生成工程を２、パージ工程を３とし、３に達すると１に戻る）を０に初期設定する。 Next, in step 1002, the number of process steps within one process cycle (1 for the etching process, 2 for the protective film generation process, 3 for the purge process, and 1 when 3 is reached) is initialized to 0.
次に、ステップ１００３では、プロセスステップ数を１インクリメントし、さらにステップ１００４では、該ステップ数を判別する。該ステップ数が１である場合はステップ１０１１に、ステップ数が２である場合はステップ１０２１に、ステップ数が３である場合はステップ１０３１に進む。 Next, in step 1003, the number of process steps is incremented by 1, and in step 1004, the number of steps is determined. If the number of steps is 1, the process proceeds to step 1011. If the number of steps is 2, the process proceeds to step 1021. If the number of steps is 3, the process proceeds to step 1031.
ステップ１０１１では、１回目のプロセスサイクルの場合（もともとパージガスが遮断されていた場合）はそのままステップ１０１２に進み、それまでパージ工程を実行していた場合はガス供給部４１からのパージガスの導入を遮断（オフ）してステップ１０１２に進む。ステップ１０１２では、エッチング工程を行うためにガス供給部４１からのエッチングガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１０１３において、エッチングガスの導入時間タイマーを時間ｔ１に設定し、ステップ１０１４，１０１５で該導入時間が時間ｔ１に達する（すなわち、エッチング工程が終了する）と、ステップ１００３に戻る。 In step 1011, in the case of the first process cycle (when the purge gas is originally shut off), the process proceeds to step 1012 as it is, and when the purge process has been executed so far, the introduction of the purge gas from the gas supply unit 41 is shut off. (OFF) and go to Step 1012. In Step 1012, introduction of an etching gas from the gas supply unit 41 is started (turned on) in order to perform an etching process. In step 1013, the etching gas introduction time timer is set to time t1, and in steps 1014 and 1015, when the introduction time reaches time t1 (that is, the etching process is completed), the process returns to step 1003.
また、ステップ１０２１では、ガス供給部４１からのエッチングガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ１０２２において保護膜生成工程を行うためにガス供給部４１からの保護膜生成ガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１０２３において、保護膜生成ガスの導入時間タイマーを時間ｔ２に設定し、ステップ１０２４，１０２５で該導入時間が時間ｔ２に達する（すなわち、保護膜生成工程が終了する）と、ステップ１００３に戻る。 In step 1021, the introduction of the etching gas from the gas supply unit 41 is shut off (off), and in the next step 1022, introduction of the protective film generation gas from the gas supply unit 41 is started in order to perform the protective film generation process. (ON). In step 1023, the protective film generation gas introduction time timer is set to time t2, and in steps 1024 and 1025, when the introduction time reaches time t2 (that is, the protective film generation process is completed), the process proceeds to step 1003. Return.
さらに、ステップ１０３１では、ガス供給部４１からの保護膜生成ガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ１０３２においてパージ工程を行うためにガス供給部４１からのパージガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１０３３において、パージガスの導入時間タイマーを時間ｔ１ｊ（ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３…ｔｎ）に設定する。ステップ１０３４，１０３５で該導入時間が時間ｔ１ｊに達する（すなわち、パージ工程が終了する）と、ステップ１００５に進む。ステップ１００５では、パージ時間設定用カウンタｊを１インクリメントし、次のステップ１００６では、プロセスサイクル数を１インクリメントする。 Further, in step 1031, the introduction of the protective film generating gas from the gas supply unit 41 is shut off (off), and the introduction of the purge gas from the gas supply unit 41 is started (on) in order to perform the purge process in the next step 1032. To do. In step 1033, the purge gas introduction time timer is set to time t1j (t11, t12, t13... Tn). When the introduction time reaches time t1j in steps 1034 and 1035 (that is, the purge process ends), the process proceeds to step 1005. In step 1005, the purge time setting counter j is incremented by 1. In the next step 1006, the number of process cycles is incremented by 1.
次にステップ１００７においてプロセスサイクル数が所定数ｎに達していない場合は、ステップ１００２に戻る。このとき、次のステップ１００３でプロセスステップ数は１となるので、ステップ１０１１に進んでパージガスをオフし、ステップ１０１２でエッチングガスをオンして次のプロセスサイクルのエッチング工程を開始する。 Next, when the number of process cycles has not reached the predetermined number n in step 1007, the process returns to step 1002. At this time, since the number of process steps is 1 in the next step 1003, the process proceeds to step 1011 and the purge gas is turned off. In step 1012, the etching gas is turned on and the etching process of the next process cycle is started.
こうしてステップ１００７においてプロセスサイクル数が所定数ｎに達すると、ステップ１００８に進み、パージガスをオフして、一連のエッチング処理を終了する。 When the number of process cycles reaches the predetermined number n in step 1007, the process proceeds to step 1008, the purge gas is turned off, and the series of etching processes is completed.
上記実施例１，２において、１枚の基板に対する一連のエッチング処理（所定数ｎのプロセスサイクル）中の各プロセスサイクルでのパージガスの導入流量を変化させてもよい。具体的には、パージガスの導入流量を０．５〜１７ｓｃｃｍの間で連続的に又は段階的に増加させてもよい。このことは、言い換えれば、パージガスの導入圧力（パージ圧）を連続的に又は段階的に変化（増加）させることと等価である。なお、導入流量は供給流量と同義である。 In the first and second embodiments, the purge gas introduction flow rate in each process cycle in a series of etching processes (a predetermined number n of process cycles) on one substrate may be changed. Specifically, the purge gas introduction flow rate may be increased continuously or stepwise between 0.5 and 17 sccm. In other words, this is equivalent to changing (increasing) the purge gas introduction pressure (purge pressure) continuously or stepwise. The introduction flow rate is synonymous with the supply flow rate.
エッチング深さが浅い間は少ない流量（低圧）とし、エッチング深さが深くなるにしたがって流量（圧力）を漸次増加させるよう流量（圧力）制御を行うことで、パージガスの導入時間を各プロセスサイクルで最短時間に設定することができる。これにより、実施例３のようにパージガスの導入時間を変化させる場合に比べて、更に全体の処理時間を短くしてスループットを短縮することができる。経験的には、実施例３に比べて５〜１０％短縮することができる。 When the etching depth is shallow, the flow rate is low (low pressure), and the flow rate (pressure) is controlled so that the flow rate (pressure) gradually increases as the etching depth increases, so that the introduction time of the purge gas can be set for each process cycle. The shortest time can be set. Thereby, compared with the case where the purge gas introduction time is changed as in the third embodiment, the entire processing time can be further shortened to reduce the throughput. Empirically, it can be shortened by 5 to 10% compared to the third embodiment.
図１１において、３２はエッチングガスの導入圧力と導入タイミングを、３３は保護膜生成ガスの導入圧力と導入タイミングを、３４はパージガスの導入圧力と導入タイミングを示している。また、３５は基板処理反応室５内の合成圧力を示している。 In FIG. 11, reference numeral 32 denotes an etching gas introduction pressure and introduction timing, 33 denotes a protective film generation gas introduction pressure and introduction timing, and 34 denotes a purge gas introduction pressure and introduction timing. Reference numeral 35 denotes a combined pressure in the substrate processing reaction chamber 5.
本実施例では、図１１に示すように、パージガスの導入時間を、エッチング深さが浅い段階で必要な短い時間ｔ３に固定したまま、エッチング深さが深くなるにしたがってパージガスの導入圧力がＰ１，Ｐ２，Ｐ３…Ｐｎと漸次増加していくように、導入流量を制御する。 In this embodiment, as shown in FIG. 11, while the purge gas introduction time is fixed at a short time t3 required when the etching depth is shallow, the purge gas introduction pressure is increased as the etching depth increases as P1. The introduction flow rate is controlled so as to gradually increase as P2, P3... Pn.
図１２のフローチャートには、本実施例のエッチング方法（処理）を実行するためのコントローラ４２によるガス供給制御の手順を示している。なお、本実施例におけるエッチング装置の構成は実施例１と同様であり、ガス供給制御の手順も基本的に実施例１と同様とする。 The flowchart of FIG. 12 shows a gas supply control procedure by the controller 42 for executing the etching method (process) of the present embodiment. The configuration of the etching apparatus in the present embodiment is the same as that in the first embodiment, and the procedure for gas supply control is basically the same as that in the first embodiment.
まず、ステップ１１０１では、コントローラ４２は、エッチング処理のプロセスサイクル数Cycleとパージ圧力設定用カウンタｋとを１に初期設定する。 First, in step 1101, the controller 42 initially sets the process cycle number Cycle of the etching process and the purge pressure setting counter k to 1.
次に、ステップ１１０２では、１プロセスサイクル内でのプロセスステップ数（エッチング工程を１、保護膜生成工程を２、パージ工程を３とし、３に達すると１に戻る）を０に初期設定する。 Next, in step 1102, the number of process steps within one process cycle (1 for the etching process, 2 for the protective film generation process, 3 for the purge process, and 1 when the value reaches 3) is initialized to 0.
次に、ステップ１１０３では、プロセスステップ数を１インクリメントし、さらにステップ１１０４では、該ステップ数を判別する。該ステップ数が１である場合はステップ１１１１に、ステップ数が２である場合はステップ１１２１に、ステップ数が３である場合はステップ１１３１に進む。 Next, in step 1103, the number of process steps is incremented by 1, and in step 1104, the number of steps is determined. If the number of steps is 1, the process proceeds to step 1111. If the number of steps is 2, the process proceeds to step 1121. If the number of steps is 3, the process proceeds to step 1131.
ステップ１１１１では、１回目のプロセスサイクルの場合（もともとパージガスが遮断されていた場合）はそのままステップ１１１２に進み、それまでパージ工程を実行していた場合はガス供給部４１からのパージガスの導入を遮断（オフ）してステップ１１１２に進む。ステップ１１１２では、エッチング工程を行うためにガス供給部４１からのエッチングガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１１１３において、エッチングガスの導入時間タイマーを時間ｔ１に設定し、ステップ１１１４，１１１５で該導入時間が時間ｔ１に達する（すなわち、エッチング工程が終了する）と、ステップ１１０３に戻る。 In step 1111, in the case of the first process cycle (when the purge gas is originally shut off), the process proceeds to step 1112 as it is, and when the purge process has been executed so far, the introduction of the purge gas from the gas supply unit 41 is shut off. (OFF) and go to Step 1112. In Step 1112, introduction of an etching gas from the gas supply unit 41 is started (turned on) in order to perform an etching process. In step 1113, the etching gas introduction time timer is set to time t1, and when the introduction time reaches time t1 in steps 1114 and 1115 (that is, the etching process ends), the process returns to step 1103.
また、ステップ１１２１では、ガス供給部４１からのエッチングガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ１１２２において保護膜生成工程を行うためにガス供給部４１からの保護膜生成ガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１１２３において、保護膜生成ガスの導入時間タイマーを時間ｔ２に設定し、ステップ１１２４，１１２５で該導入時間が時間ｔ２に達する（すなわち、保護膜生成工程が終了する）と、ステップ１１０３に戻る。 In step 1121, introduction of the etching gas from the gas supply unit 41 is shut off (off), and in order to perform a protective film generation process in the next step 1122, introduction of the protective film generation gas from the gas supply unit 41 is started. (ON). In step 1123, the protective film generation gas introduction time timer is set to time t2, and in steps 1124 and 1125, when the introduction time reaches time t2 (that is, the protective film generation process ends), step 1103 is executed. Return.
さらに、ステップ１１３１では、ガス供給部４１からの保護膜生成ガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ１１３２においてパージ工程を行うためにガス供給部４１からのパージガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１１３３において、パージガスの導入時間タイマーを時間ｔ３に設定するとともに、パージガスの導入圧力ＰをＰｋ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…Ｐｎ）に設定する。ステップ１１３４，１１３５で該導入時間が時間ｔ３に達する（すなわち、パージ工程が終了する）と、ステップ１１０５に進む。 Further, in step 1131, introduction of the protective film generating gas from the gas supply unit 41 is shut off (off), and introduction of the purge gas from the gas supply unit 41 is started (on) in order to perform a purge process in the next step 1132. To do. In step 1133, the purge gas introduction time timer is set to time t3, and the purge gas introduction pressure P is set to Pk (P1, P2, P3... Pn). When the introduction time reaches time t3 in steps 1134 and 1135 (that is, the purge process ends), the process proceeds to step 1105.
ステップ１１０５では、パージ圧設定用カウンタｋを１インクリメントし、次のステップ１１０６では、プロセスサイクル数を１インクリメントする。 In step 1105, the purge pressure setting counter k is incremented by 1, and in the next step 1106, the number of process cycles is incremented by 1.
次にステップ１１０７においてプロセスサイクル数が所定数ｎに達していない場合は、ステップ１１０２に戻る。このとき、次のステップ１１０２でプロセスステップ数は１となるので、ステップ１１１１に進んでパージガスをオフし、ステップ１１１２でエッチングガスをオンして次のプロセスサイクルのエッチング工程を開始する。 Next, when the number of process cycles has not reached the predetermined number n in step 1107, the process returns to step 1102. At this time, since the number of process steps is 1 in the next step 1102, the process proceeds to step 1111, the purge gas is turned off, the etching gas is turned on in step 1112, and the etching process of the next process cycle is started.
こうしてステップ１１０７においてプロセスサイクル数が所定数ｎに達すると、ステップ１１０８に進み、パージガスをオフして、一連のエッチング処理を終了する。 When the number of process cycles reaches the predetermined number n in step 1107, the process proceeds to step 1108, the purge gas is turned off, and the series of etching processes is completed.
なお、上記実施例３，４では、パージガスの導入時間と導入流量（導入圧力）を個別に変化させる場合について説明したが、これらの両方を変化させるようにしてもよい。 In the third and fourth embodiments, the case where the purge gas introduction time and the introduction flow rate (introduction pressure) are individually changed has been described. However, both of them may be changed.
さらに、このようなパージガスの導入時間と導入流量（導入圧力）に加えて、エッチング工程や保護膜生成工程の時間、導入ガス圧（流量）等のパラメータをエッチング深さに応じて総合的に制御することで、２０μｍ以上のエッチング深さや５以上のアスペクト比の溝や穴の加工をより良好な形状精度かつ高スループットで行うことができる。経験的には、２００μｍ以上あるいはアスペクト比２０以上の深い溝や穴でも、保護膜を損傷することなく加工できる。 Furthermore, in addition to the purge gas introduction time and introduction flow rate (introduction pressure), parameters such as etching process and protective film generation process time, introduction gas pressure (flow rate) are comprehensively controlled according to the etching depth. By doing so, it is possible to process grooves and holes having an etching depth of 20 μm or more and an aspect ratio of 5 or more with better shape accuracy and high throughput. Empirically, even a deep groove or hole with an aspect ratio of 20 or more can be processed without damaging the protective film.
以上説明したように、上記各実施例によれば、第２の工程（保護膜生成工程）の後、第１の工程（エッチング工程）の前に基板処理反応室５内にパージガスを供給することにより、パッシベーション層（保護膜）に不規則な欠陥が発生するのを抑制できる。この結果、エッチングガスやパッシベーションガス（保護膜生成ガス）の流量や圧力を増加させて、エッチングレートを大きくすることができる。さらに、エッチング部のボトムの形状を平坦に保つ効果も得られる。 As described above, according to the above embodiments, the purge gas is supplied into the substrate processing reaction chamber 5 after the second step (protective film generation step) and before the first step (etching step). Thus, it is possible to suppress the occurrence of irregular defects in the passivation layer (protective film). As a result, the etching rate can be increased by increasing the flow rate and pressure of the etching gas and passivation gas (protective film forming gas). Furthermore, the effect of keeping the bottom shape of the etched portion flat can also be obtained.
特に、２０μｍ以上もしくはアスペクト比５以上の深い溝や穴をエッチングする場合に、エッチング深さに応じたパージガス導入時間や導入圧力（導入流量）を設定することにより、１基板あたりのエッチング処理時間が長くなることを回避できる。 In particular, when etching a deep groove or hole of 20 μm or more or an aspect ratio of 5 or more, the etching time per substrate is set by setting the purge gas introduction time and the introduction pressure (introduction flow rate) according to the etching depth. It can avoid becoming longer.
５ 基板処理反応室
６ アンテナコイル
７，１４ 高周波電源
１１ 基板ホルダー
１２ 基板
１３ 電極
４１ ガス供給部
４２ コントローラ
5 Substrate processing reaction chamber 6 Antenna coil 7, 14 High frequency power supply 11 Substrate holder 12 Substrate 13 Electrode 41 Gas supply unit 42 Controller
Claims (11)
前記第２の工程の後、前記第１の工程の前に前記処理室内にパージガスを供給する工程を有することを特徴とするエッチング方法。 A first step of supplying an etching gas into the processing chamber to perform plasma etching of an object to be processed disposed in the processing chamber; and a passivation layer in an etching portion of the processing object by supplying a passivation gas into the processing chamber. An etching method that alternately repeats the second step of generating
An etching method comprising: supplying a purge gas into the processing chamber after the second step and before the first step.
エッチングガス、パッシベーションガスおよびパージガスを前記処理室に供給するガス供給部と、
請求項１から９のいずれかに記載のエッチング方法を実施するよう前記ガス供給部を制御する制御部とを有することを特徴とするエッチング装置。 A processing chamber in which workpieces are placed;
A gas supply unit for supplying an etching gas, a passivation gas and a purge gas to the processing chamber;
An etching apparatus comprising: a control unit that controls the gas supply unit so as to perform the etching method according to claim 1.
該エッチング装置により前記被処理物のエッチングを行う工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。
Placing the object to be processed in the etching apparatus according to claim 10;
And a step of etching the object to be processed by the etching apparatus.
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