JP2016054257A - Plasma etching apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマエッチング装置に関する。 The present invention relates to a plasma etching apparatus.
従来から、シリコンや酸化膜を被加工材としたプラズマエッチング装置が知られている。この種のプラズマエッチング装置としては、例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいて、被加工材としての半導体ウェハ（半導体基板）に形成された所定の層に所定のパターンを形成するために、レジストをマスクとしてプラズマによりエッチングするものが広く用いられている。特許文献１には、この種のプラズマエッチング装置が開示されている。 Conventionally, a plasma etching apparatus using silicon or an oxide film as a workpiece is known. As this type of plasma etching apparatus, for example, in a semiconductor device manufacturing process, a plasma is used as a mask to form a predetermined pattern on a predetermined layer formed on a semiconductor wafer (semiconductor substrate) as a workpiece. Those which are etched by this are widely used. Patent Document 1 discloses this type of plasma etching apparatus.
特許文献１に開示のプラズマエッチング装置では、処理室内の電極上に被加工材としてのウェハが載置され、プラズマエッチング処理が行われる。 In the plasma etching apparatus disclosed in Patent Document 1, a wafer as a workpiece is placed on an electrode in a processing chamber, and a plasma etching process is performed.
また、近年では、上述した半導体デバイスの分野のみならず、センサ・マイクロマシン分野においてもプラズマエッチングを利用することが期待されている。 In recent years, it is expected to use plasma etching not only in the field of semiconductor devices described above but also in the field of sensors and micromachines.
ところで、従来のプラズマエッチング装置は、一般的に、被加工材としてシリコンや酸化膜を主対象としており、これら被加工材の特性により基本的な仕様が決められている。従って、センサ・マイクロマシン分野において用いられるチタンやチタン合金等の難加工材料を被加工材とする場合には、被加工材とエッチングガスとの反応生成物の揮発性が、シリコンや酸化膜を被加工材とする場合とは異なるため、従来のプラズマエッチング装置をそのまま活用することが難しい。 By the way, the conventional plasma etching apparatus is generally mainly made of silicon or an oxide film as a workpiece, and the basic specifications are determined by the characteristics of these workpieces. Therefore, when a difficult-to-process material such as titanium or titanium alloy used in the sensor / micromachine field is used as the work material, the volatility of the reaction product between the work material and the etching gas may cause the silicon or oxide film to be covered. Since it is different from the case of using a processed material, it is difficult to utilize a conventional plasma etching apparatus as it is.
また、難加工材料を被加工材とするプラズマエッチング装置としては、被加工材が固定される電極を高温に加熱するために外部ヒータあるいは埋め込み式ヒータを備える等の特殊な仕様を有するものが知られているが、より簡易な構成により、難加工材料の深掘りエッチングが可能なプラズマエッチング装置の開発が求められている。 In addition, as a plasma etching apparatus using a difficult-to-process material as a work material, an apparatus having a special specification such as an external heater or an embedded heater for heating an electrode to which the work material is fixed to a high temperature is known. However, development of a plasma etching apparatus capable of deep etching of difficult-to-process materials with a simpler configuration is demanded.
本発明の目的は、被加工材が固定された電極を高温に加熱するための外部ヒータあるいは埋め込み式ヒータを設けることなく、簡易な構成により自己加熱し、難加工材料のプラズマエッチング処理が可能となるプラズマエッチング装置を提供することである。 The object of the present invention is to enable self-heating with a simple configuration and plasma etching of difficult-to-process materials without providing an external heater or embedded heater for heating the electrode on which the workpiece is fixed to a high temperature. It is providing the plasma etching apparatus which becomes.
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様としてのプラズマエッチング装置は、チャンバー内に設置された被加工材をプラズマ放電によってエッチングするプラズマエッチング装置であって、前記チャンバー内に位置し、前記被加工材を支持する電極を備え、前記電極と前記被加工材との間には、前記被加工材から前記電極への伝熱を妨げる伝熱抑制部材が設けられ、前記電極は、前記伝熱抑制部材を介して前記被加工材を支持することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a plasma etching apparatus according to a first aspect of the present invention is a plasma etching apparatus for etching a workpiece placed in a chamber by plasma discharge, and is located in the chamber. And an electrode that supports the workpiece, and a heat transfer suppression member that prevents heat transfer from the workpiece to the electrode is provided between the electrode and the workpiece, The workpiece is supported via the heat transfer suppressing member.
本発明の１つの実施形態として、前記伝熱抑制部材は、前記チャンバー内に位置し、前記被加工材が固定されるステージ部材であり、前記ステージ部材は、前記電極との間の少なくとも一部に空隙が形成された状態で前記電極に支持されるように構成されていることが好ましい。 As one embodiment of the present invention, the heat transfer suppression member is a stage member that is located in the chamber and to which the workpiece is fixed, and the stage member is at least partly between the electrode and the electrode. It is preferable that the electrode is supported by the electrode in a state where a gap is formed in the electrode.
本発明の１つの実施形態として、前記ステージ部材は、前記被加工材が固定される平板状のステージ部と、前記ステージ部を支持する支持部と、を備え、前記ステージ部と前記電極との間に前記空隙が形成された状態で、前記支持部が前記電極に支持されることが好ましい。 As one embodiment of the present invention, the stage member includes a flat plate stage portion to which the workpiece is fixed, and a support portion that supports the stage portion, and the stage member and the electrode It is preferable that the support portion is supported by the electrode in a state where the gap is formed therebetween.
本発明の１つの実施形態として、前記支持部は、前記ステージ部の厚み方向において、前記ステージ部よりも前記電極側に向かって突出している脚部を備え、前記ステージ部材は、前記脚部の先端部が前記電極と当接することにより、前記電極に支持されることが好ましい。 As one embodiment of the present invention, the support part includes a leg part projecting toward the electrode side with respect to the stage part in the thickness direction of the stage part, and the stage member includes the leg part. It is preferable that the tip portion is supported by the electrode by contacting the electrode.
本発明の１つの実施形態として、前記支持部は、前記ステージ部の側面と一端部が連続し、前記ステージ部を前記厚み方向から見た場合に前記ステージ部の外縁から外方に向かって延在する梁部を更に備え、前記脚部は、前記ステージ部を前記厚み方向から見た場合に前記ステージ部の外縁よりも外側に位置しており、前記梁部の他端部と連続していることが好ましい。 As one embodiment of the present invention, the support portion includes a side surface and one end portion of the stage portion that are continuous, and extends outward from an outer edge of the stage portion when the stage portion is viewed from the thickness direction. The leg portion is further located outside the outer edge of the stage portion when the stage portion is viewed from the thickness direction, and is continuous with the other end portion of the beam portion. Preferably it is.
本発明の１つの実施形態として、前記脚部は、前記ステージ部の前記電極側の下面に前記電極側に向かって突設されていることが好ましい。 As one embodiment of the present invention, it is preferable that the leg portion protrudes from the lower surface of the stage portion on the electrode side toward the electrode side.
本発明の１つの実施形態としてのプラズマエッチング装置は、前記チャンバー内に位置し、前記被加工材が固定されるステージ部材を備え、前記伝熱抑制部材は、断熱材で構成された断熱部材であり、前記電極は、前記断熱部材を介して前記ステージ部材を支持することが好ましい。 The plasma etching apparatus as one embodiment of the present invention includes a stage member that is positioned in the chamber and to which the workpiece is fixed, and the heat transfer suppressing member is a heat insulating member that is formed of a heat insulating material. It is preferable that the electrode supports the stage member via the heat insulating member.
本発明の１つの実施形態として、前記ステージ部材は、アルミ、ステンレス又は銅で形成されていることが好ましい。 As one embodiment of the present invention, the stage member is preferably formed of aluminum, stainless steel or copper.
本発明の１つの実施形態としてのプラズマエッチング装置は、前記電極を第１電極とした場合に、前記チャンバー内で前記第１電極と対向して配置された第２電極と、前記第１電極に高周波電圧を印加する電源と、前記第１電極を冷却可能な冷却器と、を更に備えることが好ましい。 A plasma etching apparatus according to one embodiment of the present invention includes a second electrode disposed opposite to the first electrode in the chamber and the first electrode when the electrode is the first electrode. It is preferable to further include a power source for applying a high-frequency voltage and a cooler capable of cooling the first electrode.
本発明によれば、被加工材が固定された電極を高温に加熱するための外部ヒータあるいは埋め込み式ヒータを設けることなく、簡単な構成により、難加工材料のプラズマエッチング処理が可能なプラズマエッチング装置を提供することができる。 According to the present invention, a plasma etching apparatus capable of performing plasma etching processing of difficult-to-process materials with a simple configuration without providing an external heater or an embedded heater for heating an electrode on which a workpiece is fixed to a high temperature. Can be provided.
以下、本発明に係るプラズマエッチング装置の実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。 Hereinafter, an embodiment of a plasma etching apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common member in each figure.
図１は、本発明に係るプラズマエッチング装置の実施形態としてのプラズマエッチング装置１を示す図である。図１に示すように、プラズマエッチング装置１は、大気圧より低い状態の真空空間にエッチングガスが供給されてエッチング処理が行われるチャンバー１０と、このチャンバー１０内に位置し、被加工材Ｘが固定されるステージ部材２０と、チャンバー１０内に位置し、ステージ部材２０を介して被加工材Ｘを支持する平板状の第１電極３０と、チャンバー２０内で第１電極３０と対向して配置された平板状の第２電極４０と、第１電極３０に高周波電圧を印加する電源としてのＲＦ電源５０（「ＲＦ」は「Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ」の略）と、第１電極３０を冷却可能な冷却器６０（図２（ｂ）等参照）と、インピーダンス整合のための整合器９０と、を備える。ここで、ステージ部材２０は、第１電極３０と被加工材Ｘとの間に設けられた、被加工材Ｘから第１電極３０への伝熱を妨げる伝熱抑制部材の一例である。なお、図１では、冷却器６０が省略されて描かれている。 FIG. 1 is a diagram showing a plasma etching apparatus 1 as an embodiment of a plasma etching apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, a plasma etching apparatus 1 includes a chamber 10 in which an etching gas is supplied to a vacuum space lower than atmospheric pressure and an etching process is performed, and a workpiece X is located in the chamber 10. A fixed stage member 20, a flat plate-like first electrode 30 that is positioned in the chamber 10 and supports the workpiece X via the stage member 20, and a first electrode 30 that is disposed in the chamber 20 facing the first electrode 30. The flat plate-like second electrode 40, an RF power source 50 (“RF” is an abbreviation of “Radio Frequency”) as a power source for applying a high-frequency voltage to the first electrode 30, and cooling capable of cooling the first electrode 30 A device 60 (see FIG. 2B, etc.) and a matching device 90 for impedance matching. Here, the stage member 20 is an example of a heat transfer suppression member that is provided between the first electrode 30 and the workpiece X and prevents heat transfer from the workpiece X to the first electrode 30. In FIG. 1, the cooler 60 is omitted.
チャンバー１０は、外部からエッチングガスが供給されるガス吸気部１１と、チャンバー１０内から外方へエッチングガスを排気するガス排気部１２と、を備えており、ガス吸気部１１及びガス排気部１２を通じたエッチングガスの吸気（図１における黒塗り矢印参照）及び排気（図１における白抜き矢印参照）は、チャンバー１０の外部に設置された制御部により制御される。図１では、エッチングガスのガス吸気部１１及びガス排気部１２のみを示しているが、ガスをプラズマ化して被加工材Ｘに均一に供給するための適宜の配管構成をチャンバー１０内に設けることができる。なお、本実施形態のチャンバー１０内に供給されるエッチングガスとしては、四フッ化炭素（ＣＦ4）や六フッ化硫黄（ＳＦ6）等のフッ素系ガスを使用することができる。また、シリコンを被加工材とする場合と同様にアンダーカット抑制のために、酸素（Ｏ2）や八フッ化シクロブタン（Ｃ4Ｆ8）を前記ガスに添加することもできる。 The chamber 10 includes a gas intake unit 11 to which an etching gas is supplied from the outside, and a gas exhaust unit 12 that exhausts the etching gas from the inside of the chamber 10 to the outside. The gas intake unit 11 and the gas exhaust unit 12 are provided. Etching gas inhalation (see black arrows in FIG. 1) and exhaust (see white arrows in FIG. 1) are controlled by a control unit installed outside the chamber 10. In FIG. 1, only the gas intake part 11 and the gas exhaust part 12 of the etching gas are shown, but an appropriate piping configuration for making the gas into plasma and supplying it uniformly to the workpiece X is provided in the chamber 10. Can do. As an etching gas supplied into the chamber 10 of the present embodiment, it is possible to use a carbon tetrafluoride (CF 4) and sulfur hexafluoride (SF 6) a fluorine-based gas such as. In addition, oxygen (O 2 ) and cyclobutane octafluoride (C 4 F 8 ) can be added to the gas in order to suppress undercut as in the case of using silicon as a workpiece.
第１電極３０はカソードであって整合器９０を介してＲＦ電源５０と接続されており、第２電極４０はアノードであってアースに接続されている。ＲＦ電源５０により、第１電極３０に高周波電圧が印加されると、第１電極３０と第２電極４０との間にプラズマＰが発生する。なお、ＲＦ電源５０としては、例えば、１３．５６ＭＨｚ等の単一の周波数の高周波電力を出力するものであってもよく、また、複数の周波数を重畳させた高周波電力を出力するものであってもよい。更に、図１では、第２電極４０をアースに接続しているが、上述したＲＦ電源５０とは異なる第２の電源を設け、第２電極４０を第２の電源に接続するようにしてもよい。 The first electrode 30 is a cathode and is connected to the RF power source 50 via the matching unit 90, and the second electrode 40 is an anode and is connected to the ground. When a high frequency voltage is applied to the first electrode 30 by the RF power source 50, plasma P is generated between the first electrode 30 and the second electrode 40. The RF power source 50 may output a high frequency power having a single frequency such as 13.56 MHz, or may output a high frequency power in which a plurality of frequencies are superimposed. Also good. Further, in FIG. 1, the second electrode 40 is connected to the ground. However, a second power source different from the RF power source 50 described above may be provided, and the second electrode 40 may be connected to the second power source. Good.
また、冷却器６０は、温度依存性のある被加工材Ｘの反応速度を最適値等の所定値に制御するために用いられるものであり、例えば、第１電極３０を常温に維持するように冷却する等の制御を行うことが可能である（図２（ｂ）等参照）。なお、本実施形態では、冷却液を第１電極３０に沿って流れるように構成しているが（図２（ｂ）等参照）、第１電極３０を冷却可能な構成であればよく、冷却液に限られるものではない。また、冷却器６０は、第１電極３０を冷却可能なものであればよく、第１電極３０の温度が所定温度になるように加熱及び冷却が可能な、加熱冷却器としてもよい。 The cooler 60 is used to control the reaction rate of the workpiece X having temperature dependency to a predetermined value such as an optimum value. For example, the first electrode 30 is maintained at room temperature. It is possible to perform control such as cooling (see FIG. 2B and the like). In the present embodiment, the cooling liquid is configured to flow along the first electrode 30 (see FIG. 2B and the like), but any configuration capable of cooling the first electrode 30 may be used. It is not limited to liquid. Moreover, the cooler 60 should just be what can cool the 1st electrode 30, and is good also as a heating cooler which can be heated and cooled so that the temperature of the 1st electrode 30 may become predetermined temperature.
ここで、伝熱抑制部材としてのステージ部材２０は、図１に示すように、第１電極３０のうち第２電極４０と対向する面である上面上に設置され、第１電極３０により支持される。また、ステージ部材２０が第１電極３０に支持されている状態において、被加工材Ｘはステージ部材２０に固定される。被加工材Ｘは、伝熱抑制部材としてのステージ部材２０を介して第１電極３０により支持され、この状態においてチャンバー１０内でプラズマエッチング処理が行われる。 Here, as shown in FIG. 1, the stage member 20 as a heat transfer suppressing member is installed on the upper surface of the first electrode 30, which is a surface facing the second electrode 40, and is supported by the first electrode 30. The Further, the workpiece X is fixed to the stage member 20 in a state where the stage member 20 is supported by the first electrode 30. The workpiece X is supported by the first electrode 30 via the stage member 20 as a heat transfer suppressing member, and in this state, the plasma etching process is performed in the chamber 10.
図２は、ステージ部材２０が設置された状態の第１電極３０を示す図であり、図２（ａ）は、ステージ部材２０の上面側から見た上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。図２（ｂ）に示すように、本実施形態のステージ部材２０は、第１電極３０との間の少なくとも一部に空隙Ｖ１が形成された状態で第１電極３０に支持されるように構成されている。この空隙Ｖ１が真空断熱層として機能することにより、被加工材Ｘ（図１参照）から第１電極３０への熱伝導を抑制することができる。換言すれば、本実施形態のステージ部材２０は、第１電極３０上に設置された状態で、第１電極３０との間に空隙Ｖ１が形成されるような形状を有している。 FIG. 2 is a view showing the first electrode 30 in a state where the stage member 20 is installed. FIG. 2A is a top view as seen from the upper surface side of the stage member 20, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. As shown in FIG. 2B, the stage member 20 of the present embodiment is configured to be supported by the first electrode 30 in a state where the gap V <b> 1 is formed in at least a part between the stage member 20 and the first electrode 30. Has been. When the gap V1 functions as a vacuum heat insulating layer, heat conduction from the workpiece X (see FIG. 1) to the first electrode 30 can be suppressed. In other words, the stage member 20 of the present embodiment has a shape such that the gap V <b> 1 is formed between the stage member 20 and the first electrode 30 while being placed on the first electrode 30.
より具体的に、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、本実施形態のステージ部材２０は、被加工材Ｘが固定される平板状のステージ部２１と、このステージ部２１を支持する支持部２２と、を備えており、ステージ部２１と第１電極３０との間に空隙Ｖ１が形成された状態で、支持部２２が第１電極３０に支持される。 More specifically, as shown in FIGS. 2A and 2B, the stage member 20 of the present embodiment includes a flat plate stage portion 21 to which the workpiece X is fixed, and the stage portion 21. The support portion 22 is supported by the first electrode 30 in a state where the gap V1 is formed between the stage portion 21 and the first electrode 30.
図１に示すように、平板状のステージ部２１の上面上には、平板状の被加工材Ｘの下面全域がステージ部２１の上面と当接するように、被加工材Ｘが固定される。そして、ステージ部２１の下面と第１電極３０の上面との間には空隙Ｖ１が形成されている。 As shown in FIG. 1, the workpiece X is fixed on the upper surface of the flat stage portion 21 such that the entire lower surface of the flat workpiece X is in contact with the upper surface of the stage portion 21. A gap V <b> 1 is formed between the lower surface of the stage portion 21 and the upper surface of the first electrode 30.
図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、支持部２２は、円筒状の脚部２３と、この脚部２３の内壁に突設された複数の棒状の梁部２４とを備える。具体的に、脚部２３は、ステージ部２１を前記厚み方向Ａから見た場合（図２（ａ）参照）にステージ部２１の外縁２５よりも外側に、ステージ部２１を取り囲むように位置すると共に、ステージ部２１の厚み方向Ａにおいて、ステージ部２１よりも第１電極３０側に向かって突出している（図２（ｂ）参照）。 As shown in FIGS. 2A and 2B, the support portion 22 includes a cylindrical leg portion 23 and a plurality of rod-like beam portions 24 protruding from the inner wall of the leg portion 23. . Specifically, the leg portion 23 is positioned so as to surround the stage portion 21 outside the outer edge 25 of the stage portion 21 when the stage portion 21 is viewed from the thickness direction A (see FIG. 2A). In addition, in the thickness direction A of the stage portion 21, the stage portion 21 protrudes toward the first electrode 30 side (see FIG. 2B).
梁部２４は、ステージ部２１の側面と一端部が連続し、ステージ部２１を厚み方向Ａから見た場合（図２（ａ）参照）にステージ部２１の外縁２５から外方に向かって延在すると共に、他端部が脚部２３の内壁の上端部と連続している。なお、このような棒状の梁部２４が、円筒状の脚部２３の周方向において複数形成されている。また、梁部２４は伝熱抑制を制御するとともに熱膨張による応力を低減できれば、目的に応じてその形状を変えてもよく、ステージ部を大面積化する場合は、周方向に弧を描く弦の形状でもよい。 The beam portion 24 has a side surface and one end portion which are continuous with each other, and extends outward from the outer edge 25 of the stage portion 21 when the stage portion 21 is viewed from the thickness direction A (see FIG. 2A). And the other end portion is continuous with the upper end portion of the inner wall of the leg portion 23. Note that a plurality of such rod-shaped beam portions 24 are formed in the circumferential direction of the cylindrical leg portion 23. In addition, the beam portion 24 may change its shape according to the purpose as long as it controls heat transfer suppression and can reduce the stress due to thermal expansion. The shape may be acceptable.
そして、図２（ｂ）に示すように、本実施形態のステージ部材２０は、脚部２３の先端部２６が第１電極３０と当接することにより、第１電極３０に支持される。 Then, as shown in FIG. 2B, the stage member 20 of the present embodiment is supported by the first electrode 30 when the distal end portion 26 of the leg portion 23 comes into contact with the first electrode 30.
すなわち、本実施形態のステージ部２１は、ステージ部２１を厚み方向Ａから見た場合にステージ部２１を取り囲む円筒状の脚部２３により、複数の棒状の梁部２４のみを介して支持されている。したがって、被加工材Ｘからステージ部材２０のステージ部２１へと伝熱したとしても、ステージ部２１の下面と第１電極３０の上面との間に空隙Ｖ１が形成されているため、更に、ステージ部２１と連続する支持部２２の梁部２４は横断面積が比較的小さい棒状に形成されているため、ステージ部２１から第１電極３０への伝熱が抑制される。 That is, the stage portion 21 of the present embodiment is supported by the cylindrical leg portions 23 surrounding the stage portion 21 only when the stage portion 21 is viewed from the thickness direction A, only through the plurality of rod-shaped beam portions 24. Yes. Therefore, even if heat is transferred from the workpiece X to the stage portion 21 of the stage member 20, the gap V <b> 1 is formed between the lower surface of the stage portion 21 and the upper surface of the first electrode 30. Since the beam portion 24 of the support portion 22 that is continuous with the portion 21 is formed in a rod shape having a relatively small cross-sectional area, heat transfer from the stage portion 21 to the first electrode 30 is suppressed.
このように被加工材Ｘと第１電極３０との間に、被加工材Ｘから第１電極３０への伝熱を妨げる伝熱抑制部材としてステージ部材２０を設けることにより、例えば第１電極３０を冷却器６０によって常温に冷却している状態であっても、第１電極３０よりも高温の被加工材Ｘの熱が第１電極３０へと伝熱することが抑制され、被加工材Ｘ周辺の温度を選択的に上昇させることができる。その結果、チタン合金等の各種金属や機能性セラミックスなどの難加工材料を被加工材Ｘとする場合であっても、エッチングガスとして塩素系ガスを使用する特殊仕様や、外部ヒータ等を用いて第１電極３０を高温に加熱する特殊仕様等を採用することなく、被加工材Ｘとエッチングガスとの反応と反応生成物の揮発を促進し、高速エッチングを実現することができる。 Thus, by providing the stage member 20 as a heat transfer suppressing member that prevents heat transfer from the workpiece X to the first electrode 30 between the workpiece X and the first electrode 30, for example, the first electrode 30. Even in a state where the heat is cooled to room temperature by the cooler 60, the heat of the workpiece X that is higher in temperature than the first electrode 30 is suppressed from being transferred to the first electrode 30, and the workpiece X The ambient temperature can be selectively raised. As a result, even when difficult-to-process materials such as various metals such as titanium alloys and functional ceramics are used as the workpiece X, a special specification using chlorine gas as an etching gas or an external heater is used. Without adopting a special specification or the like for heating the first electrode 30 to a high temperature, the reaction between the workpiece X and the etching gas and the volatilization of the reaction product can be promoted, and high-speed etching can be realized.
また、本実施形態のステージ部材２０はアルミニウム製である。ステージ部材２０を上述のステージ部２１及び支持部２２を備える構成とすると共に、ステージ部材２０を熱伝導率が高いアルミニウム製とすることにより、上述したようにステージ部２１から第１電極３０への伝熱を梁部２４で抑制することができると共に、ステージ部２１内での温度分布が均一化され易い。したがって、ステージ部材２０を熱伝導率が低い材料で構成する場合と比較して、ステージ部２１の上面上に固定される被加工材Ｘ内での温度のばらつきを抑制することができる。なお、本実施形態では、ステージ部材２０をアルミニウム製としているが、これに限られるものではなく、例えば、ステンレスや銅などによりステージ部材を形成することも可能である。但し、上述した熱伝導率の高さ、加工性の良さ、低コスト、エッチングガスとしてのフッ素系ガスへの耐性を総合的に勘案すると、ステージ部材２０は、本実施形態のようにアルミニウム製とすることが特に好ましい。 Further, the stage member 20 of the present embodiment is made of aluminum. While the stage member 20 is configured to include the stage portion 21 and the support portion 22 described above, and the stage member 20 is made of aluminum having high thermal conductivity, as described above, the stage member 21 is connected to the first electrode 30. Heat transfer can be suppressed by the beam portion 24, and the temperature distribution in the stage portion 21 can be easily made uniform. Therefore, compared with the case where the stage member 20 is comprised with a material with low heat conductivity, the dispersion | variation in the temperature in the workpiece X fixed on the upper surface of the stage part 21 can be suppressed. In the present embodiment, the stage member 20 is made of aluminum. However, the present invention is not limited to this. For example, the stage member can be formed of stainless steel or copper. However, considering the high thermal conductivity, good workability, low cost, and resistance to fluorine-based gas as an etching gas, the stage member 20 is made of aluminum as in the present embodiment. It is particularly preferable to do this.
ここで、図３は、ステージ部材２０の変形例としてのステージ部材７０を示す図であり、図３（ａ）は、ステージ部材７０が設置された状態の第１電極３０をステージ部材７０の上面側から見た上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面図である。図３に示すステージ部材７０は、被加工材Ｘ（図１参照）が固定される平板状のステージ部７１と、このステージ部７１を支持する支持部７２と、を備えており、ステージ部７１と第１電極３０との間に空隙Ｖ２が形成された状態で、支持部７２が第１電極３０に支持される。支持部７２は、円筒状の脚部７３と、この脚部７３の内壁に突設された複数の棒状の梁部７４とを備えており、図３（ｂ）に示すように、ステージ部材７０は、脚部７３の先端部７６が第１電極３０と当接することにより、第１電極３０に支持される。 Here, FIG. 3 is a view showing a stage member 70 as a modified example of the stage member 20, and FIG. 3A shows the first electrode 30 in a state where the stage member 70 is installed on the upper surface of the stage member 70. It is the top view seen from the side, FIG.3 (b) is II-II sectional drawing of Fig.3 (a). A stage member 70 shown in FIG. 3 includes a flat plate stage portion 71 to which a workpiece X (see FIG. 1) is fixed, and a support portion 72 that supports the stage portion 71. The support part 72 is supported by the first electrode 30 in a state where the gap V <b> 2 is formed between the first electrode 30 and the first electrode 30. The support portion 72 includes a cylindrical leg portion 73 and a plurality of rod-like beam portions 74 projecting from the inner wall of the leg portion 73. As shown in FIG. 3B, the stage member 70 is provided. Is supported by the first electrode 30 when the distal end portion 76 of the leg portion 73 comes into contact with the first electrode 30.
本実施形態のステージ部材２０のステージ部２１は、図２（ａ）に示すように、厚み方向Ａから見た場合に円形状の外縁を有するが、例えば、図３に示すステージ部材７０のように、正方形等の四角形状の外縁を有するステージ部７１としてもよい。 As shown in FIG. 2A, the stage portion 21 of the stage member 20 of the present embodiment has a circular outer edge when viewed from the thickness direction A. For example, like the stage member 70 shown in FIG. Alternatively, the stage unit 71 may have a square outer edge such as a square.
また、図２に示すように、本実施形態のステージ部材２０の支持部２２における脚部２３は、円筒形状であるが、例えば、横断面の外形が四角形の筒状（角筒状）としてもよい。更に、図２に示すように、本実施形態の脚部２３は、ステージ部２１の厚み方向Ａから見た場合に、ステージ部２１の周囲を取り囲むように設けられているが、脚部の先端面と第１電極との接触面積を小さくして被加工材から第１電極への熱伝導を一層抑制するために、例えば、ステージ部の厚み方向から見た場合に、脚部がステージ部の周方向全域を取り囲んでおらず、脚部がステージ部の周囲の一部のみに設けられた構成としてもよい。 As shown in FIG. 2, the leg portion 23 of the support portion 22 of the stage member 20 of the present embodiment has a cylindrical shape. However, for example, the outer shape of the cross section may be a rectangular tube shape (square tube shape). Good. Further, as shown in FIG. 2, the leg portion 23 of the present embodiment is provided so as to surround the periphery of the stage portion 21 when viewed from the thickness direction A of the stage portion 21. In order to reduce the contact area between the surface and the first electrode and further suppress the heat conduction from the workpiece to the first electrode, for example, when viewed from the thickness direction of the stage portion, the leg portion of the stage portion It is good also as a structure which does not surround the circumferential direction whole area but the leg part was provided only in a part of circumference | surroundings of a stage part.
また更に、図２（ａ）に示す本実施形態の支持部２２における梁部２４や、図３に示す支持部７２における梁部７４は、屈曲部を有するＬ字形状であるが、この形状に限られるものではなく、例えば、屈曲部を有さない直線形状とすることもできる。但し、上述したように、ステージ部の熱膨張による応力を逃がす目的で、図２（ａ）や図３に示すようなＬ字形状や、周方向に弧を描く弦の形状とすることが好ましい。また、図２に示すように、本実施形態のステージ部材２０の支持部２２における脚部２３は、単一部材で構成されているが、脚部の上端部（基端部）と下端部（先端部）とが別々の部材で構成されていてもよい。 Furthermore, the beam portion 24 in the support portion 22 of the present embodiment shown in FIG. 2A and the beam portion 74 in the support portion 72 shown in FIG. 3 are L-shaped having bent portions. For example, a linear shape having no bent portion may be used. However, as described above, for the purpose of releasing stress due to thermal expansion of the stage portion, it is preferable to have an L shape as shown in FIGS. 2A and 3 or a shape of a string that draws an arc in the circumferential direction. . Moreover, as shown in FIG. 2, although the leg part 23 in the support part 22 of the stage member 20 of this embodiment is comprised with the single member, the upper end part (base end part) of a leg part and a lower end part ( (Tip portion) may be formed of separate members.
また、図４は、ステージ部材２０の別の変形例としてのステージ部材８０を示す図であり、図４（ａ）は、ステージ部材８０が設置された状態の第１電極３０をステージ部材８０の上面側から見た上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、ステージ部材８０は、被加工材Ｘ（図１参照）が固定される平板状のステージ部８１と、このステージ部８１を支持する支持部８２と、を備えており、ステージ部８１と第１電極３０との間に空隙Ｖ３が形成された状態で、支持部８２が第１電極３０に支持される。支持部８２は、ステージ部８１の厚み方向Ａにおいて、ステージ部８１よりも第１電極３０側に向かって突出している脚部８３を備えており、ステージ部材８０は、脚部８３の先端部８６が第１電極３０と当接することにより、第１電極３０に支持される。 4 is a diagram showing a stage member 80 as another modification of the stage member 20. FIG. 4A shows the first electrode 30 in a state where the stage member 80 is installed. It is the top view seen from the upper surface side, FIG.4 (b) is III-III sectional drawing of Fig.4 (a). As shown in FIGS. 4A and 4B, the stage member 80 includes a plate-like stage portion 81 to which the workpiece X (see FIG. 1) is fixed, and a support that supports the stage portion 81. The support part 82 is supported by the first electrode 30 in a state where the gap V3 is formed between the stage part 81 and the first electrode 30. The support portion 82 includes a leg portion 83 that protrudes from the stage portion 81 toward the first electrode 30 in the thickness direction A of the stage portion 81, and the stage member 80 includes a tip portion 86 of the leg portion 83. Is supported by the first electrode 30 by contacting the first electrode 30.
より具体的には、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、脚部８３は、ステージ部８１の第１電極３０側の下面に第１電極３０側に向かって突設されている複数の円筒部（図４の例では８つの円筒部）で構成されており、これら複数の円筒部は、ステージ部８１の厚み方向Ａから見た場合に、同心円状に配置されている。つまり、同心円状に配置された複数の円筒部間が空隙Ｖ３となっている。なお、図４に示す脚部８３としての複数の円筒部の数は、被加工材から第１電極への熱伝導を考慮して適宜増減することができる。また、図４に示す脚部８３としての複数の円筒部はいずれも、ステージ部８１の厚み方向Ａから見た場合に、周方向に切れ目なく連続する円形であるが、脚部の先端面と第１電極との接触面積を小さくして被加工材から第１電極への熱伝導を一層抑制するために、例えば、脚部を、ステージ部の厚み方向から見た場合に、周方向の一部のみに設ける構成としてもよい。更に、図４に示す脚部８３は、ステージ部６１の下面から同心円状に垂下した複数の円筒部で構成されているが、脚部を、ステージ部の下面に形成された複数の凸部として、凸部間の凹部と第１電極との間で空隙を形成するようにしてもよい。 More specifically, as shown in FIG. 4A and FIG. 4B, the leg portion 83 projects from the lower surface of the stage portion 81 on the first electrode 30 side toward the first electrode 30 side. The plurality of cylindrical portions (eight cylindrical portions in the example of FIG. 4) are arranged concentrically when viewed from the thickness direction A of the stage portion 81. . That is, a space V3 is formed between the plurality of concentric circular cylindrical portions. The number of the plurality of cylindrical portions as the leg portions 83 shown in FIG. 4 can be appropriately increased or decreased in consideration of heat conduction from the workpiece to the first electrode. Also, each of the plurality of cylindrical portions as the leg portion 83 shown in FIG. 4 is a circular shape that is continuous in the circumferential direction when viewed from the thickness direction A of the stage portion 81, but the tip end surface of the leg portion and In order to reduce the contact area with the first electrode and further suppress the heat conduction from the workpiece to the first electrode, for example, when the leg portion is viewed from the thickness direction of the stage portion, It is good also as a structure provided only in a part. Further, the leg portion 83 shown in FIG. 4 is composed of a plurality of cylindrical portions that are concentrically suspended from the lower surface of the stage portion 61, and the leg portions are formed as a plurality of convex portions formed on the lower surface of the stage portion. A gap may be formed between the concave portion between the convex portions and the first electrode.
以上のとおり、本実施形態としてのプラズマエッチング装置１では、被加工材Ｘと第１電極３０との間に伝熱抑制部材としてのステージ部材２０を介在させることにより、被加工材Ｘとしてチタンやチタン合金等の難加工材料を使用した場合であっても、被加工材Ｘから第１電極３０への熱伝導が抑制されるため、被加工材Ｘの昇温を実現することができる。したがって、エッチングガスとして塩素系ガスを使用せずに一般的なフッ素系ガスを使用し、かつ、被加工材Ｘを高温にするために第１電極３０を加熱する外部ヒータ等を用いることなく、例えば冷却器６０によって第１電極３０を被加工材Ｘよりも低温となるように冷却している場合であっても、被加工材Ｘとしての難加工材料を、効率的にエッチングすることが可能となる。 As described above, in the plasma etching apparatus 1 according to the present embodiment, the stage member 20 as the heat transfer suppressing member is interposed between the workpiece X and the first electrode 30, so that titanium or Even when a difficult-to-work material such as a titanium alloy is used, since the heat conduction from the workpiece X to the first electrode 30 is suppressed, the temperature rise of the workpiece X can be realized. Therefore, a general fluorine-based gas is used without using a chlorine-based gas as an etching gas, and without using an external heater or the like that heats the first electrode 30 in order to increase the temperature of the workpiece X, For example, even when the first electrode 30 is cooled to a temperature lower than that of the workpiece X by the cooler 60, it is possible to efficiently etch difficult-to-process materials as the workpiece X. It becomes.
更に、本実施形態としてのプラズマエッチング装置１では、伝熱抑制部材としてのステージ部材２０が、比較的簡易な作業により、第１電極３０に対して着脱可能に構成されている。そのため、被加工材Ｘとしてシリコンや酸化膜を用いる場合には、ステージ部材２０を第１電極３０から取り外し、被加工材Ｘを第１電極３０の上面に固定して、プラズマエッチング処理を行う。このように、本実施形態としてのプラズマエッチング装置１では、エッチングガスの変更や第１電極３０を高温加熱する外部ヒータあるいは埋め込み式ヒータの有無等の仕様変更を必要とせず、第１電極３０からステージ部材２０を取り外す作業及び第１電極３０に対してステージ部材２０を取り付ける作業のみで、シリコンや酸化膜のプラズマエッチング処理、及びチタンやチタン合金等の難加工材料のプラズマエッチング処理を実現することができる。 Furthermore, in the plasma etching apparatus 1 according to the present embodiment, the stage member 20 as the heat transfer suppressing member is configured to be detachable from the first electrode 30 by a relatively simple operation. Therefore, when silicon or an oxide film is used as the workpiece X, the stage member 20 is removed from the first electrode 30, the workpiece X is fixed to the upper surface of the first electrode 30, and plasma etching is performed. As described above, in the plasma etching apparatus 1 according to the present embodiment, it is not necessary to change the etching gas or change specifications such as the presence or absence of an external heater or an embedded heater that heats the first electrode 30 at a high temperature. Only by removing the stage member 20 and attaching the stage member 20 to the first electrode 30, plasma etching processing of silicon and oxide films and plasma etching processing of difficult-to-process materials such as titanium and titanium alloys are realized. Can do.
そのため、本実施形態としてのプラズマエッチング装置１によれば、半導体ウェハなどのシリコンや酸化膜を対象としたプラズマエッチング処理に加えて、チタンやチタン合金などの各種金属や機能性セラミックスなどの難加工材料を対象としたプラズマエッチング処理をも実現することができる。 Therefore, according to the plasma etching apparatus 1 according to the present embodiment, in addition to the plasma etching processing for silicon and oxide films such as semiconductor wafers, difficult processing of various metals such as titanium and titanium alloys and functional ceramics. A plasma etching process for a material can also be realized.
次に、本発明に係るプラズマエッチング装置の別の実施形態としてのプラズマエッチング装置１０１について、図５を参照して説明する。図５に示すように、本実施形態としてのプラズマエッチング装置１０１は、上述したプラズマエッチング装置１と比較して、被加工材Ｘの支持構成が異なる点で相違しており、その他の構成は共通している。本実施形態の伝熱抑制部材は、平板状の断熱材で構成された断熱部材１２０であり、被加工材Ｘは、チャンバー１０内に位置し、断熱部材１２０の上面上に支持された平板状のステージ部材１２１に固定されている。つまり、第１電極３０は、断熱部材１２０を介して、上面上に被加工材Ｘが固定されるステージ部材１２１を下面側から支持している。これにより、被加工材Ｘから第１電極３０への伝熱は、断熱部材１２０により抑制され、被加工材Ｘの温度上昇を実現することができる。 Next, a plasma etching apparatus 101 as another embodiment of the plasma etching apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the plasma etching apparatus 101 according to the present embodiment is different from the above-described plasma etching apparatus 1 in that the support configuration of the workpiece X is different, and other configurations are common. doing. The heat transfer suppressing member of the present embodiment is a heat insulating member 120 made of a flat heat insulating material, and the workpiece X is located in the chamber 10 and is supported on the upper surface of the heat insulating member 120. The stage member 121 is fixed. That is, the first electrode 30 supports the stage member 121 to which the workpiece X is fixed on the upper surface via the heat insulating member 120 from the lower surface side. Thereby, the heat transfer from the workpiece X to the first electrode 30 is suppressed by the heat insulating member 120, and the temperature rise of the workpiece X can be realized.
なお、ステージ部材１２１の材料としては、上述したプラズマエッチング装置１のステージ部材２０と同様、アルミニウム、ステンレス、銅などを使用することができる。また、伝熱抑制部材としての断熱部材１２０の材料としては、例えば、ガラス繊維やセラミックファイバーなどを使用することができる。 As the material of the stage member 121, aluminum, stainless steel, copper, or the like can be used as in the case of the stage member 20 of the plasma etching apparatus 1 described above. Moreover, as a material of the heat insulation member 120 as a heat-transfer suppression member, glass fiber, ceramic fiber, etc. can be used, for example.
このように、被加工材Ｘと第１電極３０との間に断熱部材１２０を介在させる構成とすれば、上述したプラズマエッチング装置１のステージ部材２０とは異なり、ステージ部材１２１を、断熱部材１２０上に設置された状態で断熱部材１２０との間に空隙が形成されるような形状としなくてもよく、本実施形態のように平板状とすることができる。但し、伝熱抑制部材を断熱材で形成された断熱部材とする場合であっても、断熱部材上に設置されるステージ部材を、上述したステージ部材２０のように、断熱部材上に設置された状態で断熱部材との間に空隙が形成されるような形状としてもよい。ステージ部材をこのような構成とすれば、被加工材Ｘから第１電極３０への熱伝導を一層抑制することができる。 In this way, if the heat insulating member 120 is interposed between the workpiece X and the first electrode 30, unlike the stage member 20 of the plasma etching apparatus 1 described above, the stage member 121 is replaced with the heat insulating member 120. It does not have to be a shape in which a gap is formed between the heat insulating member 120 and the heat insulating member 120 in a state of being installed above, and can be a flat plate shape as in this embodiment. However, even when the heat transfer suppressing member is a heat insulating member formed of a heat insulating material, the stage member installed on the heat insulating member is installed on the heat insulating member like the stage member 20 described above. It is good also as a shape where a space | gap is formed between heat insulation members in a state. If the stage member has such a configuration, heat conduction from the workpiece X to the first electrode 30 can be further suppressed.
次に、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すステージ部材７０と同様のステージ部材を、反応性イオンエッチング装置であるプラズマエッチング装置１の第１電極３０上に設置し、被加工材Ｘとしてチタンウェハ、マスクとしてパターニングしたレジストを鋳型に電解めっきでチタン上に成膜したニッケル、エッチングガスとして六フッ化硫黄（ＳＦ4）を用いて行った実験の実験概要及び実験結果について説明する。なお、この実験で用いたステージ部材は、図３に示すステージ部材７０の脚部７３の中間部及び下端部（先端部）を熱伝導グリスＧ（図７参照）により代用したものであり、このステージ部材の熱伝導性能は、図３に示すステージ部材７０の熱伝導性能と同様である。したがって、以下、この実験で用いたステージ部材を「ステージ部材７０」とし、この実験で用いたステージ部材の脚部を「脚部７３´」として説明する。 Next, a stage member similar to the stage member 70 shown in FIGS. 3A and 3B is installed on the first electrode 30 of the plasma etching apparatus 1 which is a reactive ion etching apparatus, and the workpiece is processed. An experimental outline and results of an experiment conducted using X as a titanium wafer, nickel patterned on titanium by electrolytic plating using a patterned resist as a mask, and sulfur hexafluoride (SF 4 ) as an etching gas will be described. . The stage member used in this experiment is a substitute of the heat conduction grease G (see FIG. 7) for the intermediate portion and the lower end portion (tip portion) of the leg portion 73 of the stage member 70 shown in FIG. The heat conduction performance of the stage member is the same as the heat conduction performance of the stage member 70 shown in FIG. Therefore, hereinafter, the stage member used in this experiment is referred to as “stage member 70”, and the leg portion of the stage member used in this experiment is referred to as “leg portion 73 ′”.
この実験で用いたステージ部材７０の各部の寸法を図６に示す。図６に示すように、ステージ部７１の上面及び下面が２５ｍｍ×２５ｍｍの面積を有し、その厚みＴが２．０ｍｍである。また、梁部７４は、屈曲部を挟んで２つの直線部分（脚部７３´と連続する第１直線部分と、ステージ部７１と連続する第２直線部分）で構成されたＬ字状の棒状部であり、横断面形状が矩形で、その幅Ｗが１．０ｍｍである。更に、図６に示すように、２つの直線部分のうち脚部７３´と連続する第１直線部分と、ステージ部７１との間の離隔距離は４ｍｍである。また更に、図６に示すように、ステージ部７１を厚み方向Ａから見た場合に、脚部７３´の内径は５０ｍｍ、外径は７５ｍｍである。なお、上述したように、この実験で用いたステージ部材７０の脚部７３´は、図３に示す脚部７３の上端部のみであり、図３に示す脚部７３の中間部及び下端部（先端部）は熱伝導グリスＧにより代用されている。そのため、この実験で用いたステージ部材７０の脚部７３´の厚みは、ステージ部７１と同様、２．０ｍｍである。 The dimensions of each part of the stage member 70 used in this experiment are shown in FIG. As shown in FIG. 6, the upper surface and the lower surface of the stage portion 71 have an area of 25 mm × 25 mm, and the thickness T is 2.0 mm. In addition, the beam portion 74 is an L-shaped rod formed by two straight portions (a first straight portion continuing to the leg portion 73 ′ and a second straight portion continuing to the stage portion 71) across the bent portion. The cross-sectional shape is a rectangle, and its width W is 1.0 mm. Furthermore, as shown in FIG. 6, the separation distance between the first straight portion continuing from the leg portion 73 ′ and the stage portion 71 among the two straight portions is 4 mm. Furthermore, as shown in FIG. 6, when the stage portion 71 is viewed from the thickness direction A, the inner diameter of the leg portion 73 ′ is 50 mm and the outer diameter is 75 mm. As described above, the leg portion 73 ′ of the stage member 70 used in this experiment is only the upper end portion of the leg portion 73 shown in FIG. 3, and the intermediate portion and the lower end portion of the leg portion 73 shown in FIG. The tip part) is replaced by thermal conductive grease G. Therefore, the thickness of the leg portion 73 ′ of the stage member 70 used in this experiment is 2.0 mm, like the stage portion 71.
図７は、上述したステージ部材７０をプラズマエッチング装置１の第１電極３０上に、空隙Ｖ２が形成されるように設置した状態を示している。図７に示すように、ステージ部材７０のステージ部７１上に被加工材Ｘを固定し、プラズマＰを発生させて、プラズマエッチング処理を行った。 FIG. 7 shows a state in which the above-described stage member 70 is installed on the first electrode 30 of the plasma etching apparatus 1 so that the gap V2 is formed. As shown in FIG. 7, the workpiece X was fixed on the stage portion 71 of the stage member 70, plasma P was generated, and plasma etching processing was performed.
上記実験の実験結果を図８に示す。図８における実線は、上述したステージ部材７０を第１電極３０上に設置して行った実験での、被加工材Ｘとしてのチタンのエッチング速度（エッチレート）の結果を示し、図８における破線は、同実験での、チタン（Ｔｉ）／ニッケル（Ｎｉ）の選択比（被加工材Ｘのエッチレート／マスク材のエッチレートで表される値）の結果を示している。なお、図８における縦線はエラーバーを示している。 The experimental results of the above experiment are shown in FIG. The solid line in FIG. 8 shows the result of the etching rate (etch rate) of titanium as the workpiece X in the experiment conducted with the stage member 70 described above placed on the first electrode 30, and the broken line in FIG. Shows the results of the titanium (Ti) / nickel (Ni) selection ratio (value represented by the etching rate of the workpiece X / the etching rate of the mask material) in the same experiment. Note that vertical lines in FIG. 8 indicate error bars.
ステージ部材７０を用いずに被加工材Ｘを第１電極３０上に直接固定する場合のエッチング速度が約０．２μｍ／ｍｉｎであるのに対して、図８の実線で示すように、ステージ部材７０を用いた本発明の実施例のエッチング速度は最大約１．０μｍ／ｍｉｎである。すなわち、本発明の実施例のエッチング速度は、ステージ部材７０を用いない場合のエッチング速度と比較して最大５倍に改善していることがわかる。また、図８の破線で示すように、チタン（Ｔｉ）／ニッケル（Ｎｉ）の選択比についても、本部材なしの場合の値１０に対して、本発明の実施例では約３０と向上していることがわかる。なお、図８の凡例に示すように、この実験において、ＲＦ電源５０により第１電極３０に印加された高周波による電力密度は１．６Ｗ／ｃｍ2であり、チャンバー１０内の圧力は０．３Ｐａである。 As shown by the solid line in FIG. 8, the etching rate when the workpiece X is directly fixed on the first electrode 30 without using the stage member 70 is about 0.2 μm / min. The etching rate of the embodiment of the present invention using 70 is about 1.0 μm / min at maximum. That is, it can be seen that the etching rate of the example of the present invention is improved by a maximum of 5 times compared to the etching rate when the stage member 70 is not used. Further, as shown by the broken line in FIG. 8, the selectivity ratio of titanium (Ti) / nickel (Ni) is improved to about 30 in the embodiment of the present invention, compared with the value 10 in the case of no member. I understand that. As shown in the legend of FIG. 8, in this experiment, the power density by the high frequency applied to the first electrode 30 by the RF power source 50 is 1.6 W / cm 2 , and the pressure in the chamber 10 is 0.3 Pa. It is.
次に、ステージ部材の有無、及びステージ部材の梁部の断面積を変えて行った実験の結果について説明する。図９は、ステージ部材７０を全く用いず、被加工材Ｘを第１電極３０上に直接固定した場合（図９において「Ｎｏ．１」で示すグラフ）、脚部７３´の下部に熱伝導グリスＧを設けて第一電極３０と接触させた場合において、ステージ部７１と第１電極３０を熱伝導グリスで接触させて真空絶縁層無しで第１電極３０上に設置した場合（図９において「Ｎｏ．２」で示すグラフ）、真空絶縁層を与えるように梁部７４を用いて第１電極３０上に設置し、ステージ部７１の上面上に被加工材Ｘを固定した場合において、被加工材Ｘを、梁部７４の断面幅が１．５ｍｍのステージ部材７０を介して、第１電極３０に支持させた場合（図９において「Ｎｏ．３」で示すグラフ）、及び被加工材Ｘを、梁部７４の断面幅が１．０ｍｍのステージ部材７０を介して、第１電極３０に支持させた場合（図９において「Ｎｏ．４」で示すグラフ）の４つの実験における平均エッチング速度を示している。 Next, the results of experiments conducted by changing the presence or absence of the stage member and the cross-sectional area of the beam portion of the stage member will be described. In FIG. 9, when the workpiece X is directly fixed on the first electrode 30 without using the stage member 70 (a graph indicated by “No. 1” in FIG. 9), heat conduction is performed under the leg 73 ′. When the grease G is provided and brought into contact with the first electrode 30, the stage portion 71 and the first electrode 30 are brought into contact with the heat conductive grease and installed on the first electrode 30 without a vacuum insulating layer (in FIG. 9). When the workpiece X is fixed on the upper surface of the stage portion 71 by installing the beam portion 74 on the first electrode 30 so as to provide a vacuum insulating layer, When the workpiece X is supported by the first electrode 30 via the stage member 70 having a cross-sectional width of the beam portion 74 of 1.5 mm (a graph indicated by “No. 3” in FIG. 9), and the workpiece X is a stage member 7 in which the cross-sectional width of the beam portion 74 is 1.0 mm. Through shows the average etching rate in the four experimental results with supported by the first electrode 30 (the graph indicated by "No.4" in FIG. 9).
なお、これら４つの実験それぞれにおいて、ＲＦ電源５０により第１電極３０に印加された高周波による電力密度は１．６Ｗ／ｃｍ2であり、チャンバー１０内の圧力は０．３Ｐａである。また、これらの実験では、冷却器６０により第１電極３０を常温に冷却した状態で行っている。更に、図９に示す４つのグラフは、６０分間での平均エッチング速度を示している。 In each of these four experiments, the power density by the high frequency applied to the first electrode 30 by the RF power source 50 is 1.6 W / cm 2 , and the pressure in the chamber 10 is 0.3 Pa. In these experiments, the first electrode 30 is cooled to room temperature by the cooler 60. Further, the four graphs shown in FIG. 9 show the average etching rate over 60 minutes.
図９に示すように、ステージ部材７０を全く用いない場合（図９において「Ｎｏ．１」で示すグラフ）と、ステージ部７１と第１電極３０を熱伝導グリスで接触させて真空絶縁層無しで第１電極３０上に設置した場合（図９において「Ｎｏ．２」で示すグラフ）とでは、エッチング速度の向上は観察されなかった。また、梁部７４の断面積の小さい、すなわち梁部７４が細い程、被加工材Ｘから第１電極３０への梁部７４を通じた熱伝導が低下するため、エッチング速度が向上することがわかる（図９における「Ｎｏ．３」及び「Ｎｏ．４」参照）。更に、脚部７３´の下部に熱伝導グリスＧを設けたステージ部材７０を用いた実験（図９において実験結果を「Ｎｏ．３」、「Ｎｏ．４」で示した実験）では、真空中で温度を測定するシール材での計測により、被加工材Ｘの温度が２４０度以上になっていることが確認された。したがって、ステージ部７１の下面と第１電極３０の上面との間に形成された空隙Ｖ２、及び梁部７４により、被加工材Ｘから第１電極３０への伝熱が抑制され、被加工材Ｘの温度上昇を実現でき、その結果、エッチレートの大幅な上昇が可能になることがわかる。 As shown in FIG. 9, when the stage member 70 is not used at all (the graph indicated by “No. 1” in FIG. 9), the stage portion 71 and the first electrode 30 are brought into contact with the heat conductive grease and there is no vacuum insulating layer. In the case of being installed on the first electrode 30 (the graph indicated by “No. 2” in FIG. 9), no improvement in the etching rate was observed. In addition, it can be seen that the smaller the cross-sectional area of the beam portion 74, that is, the thinner the beam portion 74, the lower the heat conduction through the beam portion 74 from the workpiece X to the first electrode 30, thereby improving the etching rate. (See “No. 3” and “No. 4” in FIG. 9). Further, in the experiment using the stage member 70 provided with the heat conductive grease G at the lower part of the leg 73 ′ (the experiment results shown in FIG. 9 as “No. 3” and “No. 4”), It was confirmed that the temperature of the workpiece X was 240 ° C. or higher by measuring with the sealing material that measures the temperature. Therefore, heat transfer from the workpiece X to the first electrode 30 is suppressed by the gap V2 formed between the lower surface of the stage portion 71 and the upper surface of the first electrode 30, and the beam portion 74, and the workpiece. It can be seen that the temperature increase of X can be realized, and as a result, the etching rate can be significantly increased.
このように、本発明に係るプラズマエッチング装置によれば、金属の難加工材料として代表的なチタンについても、深掘り反応性イオンエッチングが可能になる。なお、図６に示すステージ部材７０を用いて、図１０に示すチタンウェハの貫通加工や、図１１に示す加工面の表面粗さの低減も実現できた。 As described above, according to the plasma etching apparatus of the present invention, deep reactive ion etching can be performed even for typical titanium as a difficult-to-work material for metals. In addition, by using the stage member 70 shown in FIG. 6, it was possible to realize the penetration processing of the titanium wafer shown in FIG. 10 and the reduction of the surface roughness of the processed surface shown in FIG.
以上のとおり、本発明に係るプラズマエッチング装置によれば、半導体ウェハなどのシリコンや酸化膜を対象としたプラズマエッチング処理に加えて、チタンやチタン合金などの各種金属や機能性セラミックスなどの難加工材料を対象としたプラズマエッチング処理をも実現することができる。特に、センサ・マイクロマシン分野では、各種センサ・アクチュエータ用の材料や、金属製マイクロ部品やその鋳型のための材料として、シリコン以外に多種多様な難加工材料が利用されており、加工量も多く、その材料とエッチングガスとの反応生成物の揮発性も材料によって大きく異なる。そのため、従来は、材料に応じてプラズマエッチング装置の仕様を大きく変更する対応や、高額ではあるが、材料に応じて別々のプラズマエッチング装置を用意する対応が必要であった。 As described above, according to the plasma etching apparatus of the present invention, difficult processing of various metals such as titanium and titanium alloys and functional ceramics, in addition to plasma etching processing for silicon and oxide films such as semiconductor wafers. A plasma etching process for a material can also be realized. In particular, in the field of sensors and micromachines, a variety of difficult-to-process materials other than silicon are used as materials for various sensors and actuators, metal microparts and their molds, and the amount of processing is large. The volatility of the reaction product between the material and the etching gas varies greatly depending on the material. For this reason, conventionally, it has been necessary to deal with a large change in the specifications of the plasma etching apparatus depending on the material and to prepare a separate plasma etching apparatus depending on the material, although it is expensive.
しかしながら、本発明に係るプラズマエッチング装置では、被加工材と第１電極との間に介在させる伝熱抑制部材の形状や材料等により、被加工材から第１電極への熱伝導を制御することができ、プラズマ生成のための高周波電力を利用して外部ヒータあるいは埋め込み式ヒータを用いることなく、被加工材とエッチングガスとの反応生成物の揮発性に応じた所望の温度まで被加工材を昇温させることが可能となる。そのため、本発明に係るプラズマエッチング装置によれば、シリコンや酸化膜のみならず、多種多様な難加工材料を対象としたプラズマエッチング処理を、大きな仕様変更を要せずに実現することができる。 However, in the plasma etching apparatus according to the present invention, the heat conduction from the workpiece to the first electrode is controlled by the shape and material of the heat transfer suppression member interposed between the workpiece and the first electrode. Without using an external heater or an embedded heater using high frequency power for plasma generation, the workpiece can be brought to a desired temperature according to the volatility of the reaction product between the workpiece and the etching gas. It is possible to raise the temperature. Therefore, according to the plasma etching apparatus of the present invention, it is possible to realize a plasma etching process not only for silicon and oxide films but also for a wide variety of difficult-to-process materials without requiring a large specification change.
なお、上述した伝熱抑制部材を、シリコンや酸化膜を主な対象としている既存のプラズマエッチング装置の電極に装着することにより、難加工材料のプラズマエッチング処理を実現する本発明に係るプラズマエッチング装置とすることも可能である。例えば、シリコンや酸化膜を主な対象としている既存のプラズマエッチング装置のチャンバー内の第１電極（カソード）上に、この第１電極との間の少なくとも一部に間隙が形成されるように、伝熱抑制部材としてのステージ部材２０を設置する工程と、ステージ部材２０の第１電極側とは反対側の面上に被加工材を固定する工程と、チャンバー内で第１電極に高周波電圧を印加する工程と、を実行することにより、難加工材料のプラズマエッチング処理を行うことが可能となる。 In addition, the plasma etching apparatus according to the present invention that realizes the plasma etching processing of difficult-to-process material by mounting the above-described heat transfer suppressing member on the electrode of an existing plasma etching apparatus mainly for silicon or oxide film It is also possible. For example, on the first electrode (cathode) in the chamber of an existing plasma etching apparatus mainly intended for silicon or oxide film, a gap is formed at least partially between the first electrode and the first electrode. A step of installing a stage member 20 as a heat transfer suppressing member, a step of fixing a workpiece on a surface of the stage member 20 opposite to the first electrode, and a high-frequency voltage applied to the first electrode in the chamber By performing the step of applying, it becomes possible to perform plasma etching processing of difficult-to-process materials.
本発明は、プラズマエッチング装置に関する。 The present invention relates to a plasma etching apparatus.
１、１０１：プラズマエッチング装置
１０：チャンバー
１１：ガス吸気部
１２：ガス排気部
２０、７０、８０：ステージ部材（伝熱抑制部材）
２１、７１、８１：ステージ部
２２、７２、８２：支持部
２３、７３、７３´、８３：脚部
２４、７４：梁部
２５：外縁
２６、７６、８６：脚部の先端部
３０：第１電極
４０：第２電極
５０：ＲＦ電源（電源）
６０：冷却器
９０：整合器
１２０：断熱部材（伝熱抑制部材）
１２１：ステージ部材
Ａ：ステージ部の厚み方向
Ｇ：熱伝導グリス
Ｐ：プラズマ
Ｔ：ステージ部の厚み
Ｖ１〜Ｖ３：空隙
Ｗ：梁部の横断面における幅
Ｘ：被加工材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 101: Plasma etching apparatus 10: Chamber 11: Gas suction part 12: Gas exhaust part 20, 70, 80: Stage member (heat-transfer suppression member)
21, 71, 81: Stage portions 22, 72, 82: Support portions 23, 73, 73 ', 83: Leg portions 24, 74: Beam portions 25: Outer edges 26, 76, 86: Tip portions 30 of the leg portions: No. 1 electrode 40: 2nd electrode 50: RF power supply (power supply)
60: Cooler 90: Matching device 120: Heat insulation member (heat transfer suppression member)
121: Stage member A: Stage portion thickness direction G: Thermal conduction grease P: Plasma T: Stage portion thicknesses V1 to V3: Gaps W: Width in cross section of beam portion X: Workpiece
Claims (9)
前記チャンバー内に位置し、前記被加工材を支持する電極を備え、
前記電極と前記被加工材との間には、前記被加工材から前記電極への伝熱を妨げる伝熱抑制部材が設けられ、前記電極は、前記伝熱抑制部材を介して前記被加工材を支持することを特徴とするプラズマエッチング装置。 A plasma etching apparatus for etching a workpiece set in a chamber by plasma discharge,
An electrode located in the chamber and supporting the workpiece;
A heat transfer suppression member that prevents heat transfer from the workpiece to the electrode is provided between the electrode and the workpiece, and the electrode is connected to the workpiece via the heat transfer suppression member. A plasma etching apparatus that supports the substrate.
前記ステージ部材は、前記電極との間の少なくとも一部に空隙が形成された状態で前記電極に支持されるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマエッチング装置。 The heat transfer suppression member is a stage member that is located in the chamber and to which the workpiece is fixed,
2. The plasma etching apparatus according to claim 1, wherein the stage member is configured to be supported by the electrode in a state where a gap is formed in at least a part between the stage member and the electrode.
前記ステージ部と前記電極との間に前記空隙が形成された状態で、前記支持部が前記電極に支持されることを特徴とする、請求項２に記載のプラズマエッチング装置。 The stage member includes a flat stage part to which the workpiece is fixed, and a support part that supports the stage part,
The plasma etching apparatus according to claim 2, wherein the support part is supported by the electrode in a state where the gap is formed between the stage part and the electrode.
前記ステージ部材は、前記脚部の先端部が前記電極と当接することにより、前記電極に支持されることを特徴とする、請求項３に記載のプラズマエッチング装置。 The support part includes a leg part projecting toward the electrode side from the stage part in the thickness direction of the stage part,
The plasma etching apparatus according to claim 3, wherein the stage member is supported by the electrode when a tip end portion of the leg portion abuts on the electrode.
前記脚部は、前記ステージ部を前記厚み方向から見た場合に前記ステージ部の外縁よりも外側に位置しており、前記梁部の他端部と連続していることを特徴とする、請求項４に記載のプラズマエッチング装置。 The support portion further includes a beam portion that is continuous from a side surface and one end portion of the stage portion, and extends outward from an outer edge of the stage portion when the stage portion is viewed from the thickness direction,
The leg portion is located outside an outer edge of the stage portion when the stage portion is viewed from the thickness direction, and is continuous with the other end portion of the beam portion. Item 5. The plasma etching apparatus according to Item 4.
前記伝熱抑制部材は、断熱材で構成された断熱部材であり、
前記電極は、前記断熱部材を介して前記ステージ部材を支持することを特徴とする、請求項１に記載のプラズマエッチング装置。 A stage member located in the chamber and to which the workpiece is fixed;
The heat transfer suppression member is a heat insulating member composed of a heat insulating material,
The plasma etching apparatus according to claim 1, wherein the electrode supports the stage member via the heat insulating member.
前記第１電極に高周波電圧を印加する電源と、
前記第１電極を冷却可能な冷却器と、を更に備えることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１つに記載のプラズマエッチング装置。 When the electrode is a first electrode, a second electrode disposed opposite to the first electrode in the chamber;
A power supply for applying a high-frequency voltage to the first electrode;
The plasma etching apparatus according to claim 1, further comprising a cooler capable of cooling the first electrode.
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