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JP4371999B2 - Dry etching method and dry etching apparatus - Google Patents

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JP4371999B2 JP2004380273A JP2004380273A JP4371999B2 JP 4371999 B2 JP4371999 B2 JP 4371999B2 JP 2004380273 A JP2004380273 A JP 2004380273A JP 2004380273 A JP2004380273 A JP 2004380273A JP 4371999 B2 JP4371999 B2 JP 4371999B2
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充弘 奥根
彰三 渡邉
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

本発明は、ドライエッチング方法及びドライエッチング装置に関する。詳細には、本発明は、シリコン系材料からなる処理対象物をドライエッチングする方法及び装置に関する。   The present invention relates to a dry etching method and a dry etching apparatus. Specifically, the present invention relates to a method and apparatus for dry etching a processing object made of a silicon-based material.

シリコン系材料からなる処理対象物に、溝(トレンチ)やビアホール等のホールを形成するドライエッチングでは、エッチング時の反応生成物であるSiO(酸化シリコン)系の堆積物等が被エッチング面に堆積してエッチング残渣となるブラックシリコン現象(以下、単にブラックシリコンという。)が発生する場合がある。特許文献1には、このブラックシリコンの発生原理が記載されている。ブラックシリコンは、後工程でのパーティクルの発生、チャンバ内の汚染、ドライエッチングの停止等の原因となり製品歩留まりを低下させる。 In dry etching in which holes such as trenches and via holes are formed in a processing object made of a silicon-based material, SiO 2 (silicon oxide) -based deposits, which are reaction products during etching, are exposed on the surface to be etched. In some cases, a black silicon phenomenon (hereinafter simply referred to as “black silicon”) that accumulates and becomes an etching residue may occur. Patent Document 1 describes the generation principle of this black silicon. Black silicon causes generation of particles in the subsequent process, contamination in the chamber, stop of dry etching, and the like, and decreases the product yield.

図18A及び図18Bを参照して、シリコン系材料からなる基板をSF6/O2/He(六フッ化硫黄/酸素/ヘリウム)系のエッチングガスを使用してドライエッチングする場合のブラックシリコンの発生原理を概説する。シリコン系材料(例えばSi)からなる基板1にレジストマスク2が形成されている。 Referring to FIGS. 18A and 18B, black silicon in the case of dry etching a substrate made of a silicon-based material using an SF 6 / O 2 / He (sulfur hexafluoride / oxygen / helium) -based etching gas. Outline the generation principle. A resist mask 2 is formed on a substrate 1 made of a silicon-based material (for example, Si).

図18Aに示すように、プラズマで発生したF成分、Fラジカル、O成分、He成分が基板1のレジストマスク2から露呈している部分に入射する。エッチング種であるFラジカル正イオン(SイオンやOイオン等)、He成分等により、基板1がエッチングされる。この際、Fラジカルと基板1のSi原子と反応して揮発性反応生成物であるSiF4(四フッ化シリコン)やSiF6(六フッ化シリコン)が生成され、被エッチング層2から離脱する。また、O成分が基板1のSi原子と反応してSiO2(酸化シリコン)が生成され、このSiO2が溝やホールの側壁に付着して側壁保護層3となる。しかし、プロセス条件によっては、図18Bに示すように、SiO(酸化シリコン)系の反応生成物が被エッチング面に堆積し、この堆積物4によりブラックシリコンが生じる。 As shown in FIG. 18A, the F component, F radical, O component, and He component generated by the plasma are incident on a portion of the substrate 1 exposed from the resist mask 2. The substrate 1 is etched by F radical positive ions (S ions, O ions, etc.) that are etching species, He components, and the like. At this time, F radicals react with Si atoms of the substrate 1 to generate volatile reaction products, such as SiF 4 (silicon tetrafluoride) and SiF 6 (silicon hexafluoride), which are detached from the etching target layer 2. . Further, the O component reacts with Si atoms of the substrate 1 to generate SiO 2 (silicon oxide). This SiO 2 adheres to the side walls of the grooves and holes to form the side wall protective layer 3. However, depending on the process conditions, as shown in FIG. 18B, a SiO 2 (silicon oxide) -based reaction product is deposited on the surface to be etched, and the deposit 4 generates black silicon.

特開平10−233387号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-233387

本発明は、シリコン系材料からなる基板のドライエッチングにおいてブラックシリコンの発生及びその兆候を監視すること、及びブラックシリコンの発生を防止することを課題とする。   An object of the present invention is to monitor the generation and signs of black silicon in dry etching of a substrate made of a silicon-based material, and to prevent the generation of black silicon.

本発明の第1の態様は、シリコン系材料からなる基板のドライエッチング方法であって、ドライエッチングにより加工中の前記基板の被エッチング面の画像を取得し、前記取得した画像に基づいて、前記基板の被エッチング面のうち予め定められた測定箇所の明度である測定明度を算出し、前記測定明度に基づいて、ブラックシリコンの発生又はその兆候を監視する、ドライエッチング方法を提供する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a dry etching method for a substrate made of a silicon-based material, wherein an image of a surface to be etched of the substrate being processed is obtained by dry etching, and the image is obtained based on the acquired image. Provided is a dry etching method for calculating a measurement brightness, which is a brightness of a predetermined measurement position on a surface to be etched of a substrate, and monitoring generation of black silicon or an indication thereof based on the measurement brightness .

ドライエッチング中の基板の被エッチング面の画像に基づいて、リアルタイムかつ高精度でブラックシリコンの発生又はその兆候を監視することができる。ここで被エッチング面とはドライエッチングより加工されているトレンチやホール等の凹部の底部である。基板を構成するシリコン系材料には、例えばSi(単結晶シリコン)、poly-Si(ポリシリコン)、a-Si(アモルファスシリコン)、WSi(タングステンシリサイド)、MoSi(モリブデンシリサイド)、及びTiSi(チタンシリサイド)等がある。   Based on the image of the surface to be etched of the substrate during dry etching, it is possible to monitor the occurrence or sign of black silicon in real time and with high accuracy. Here, the surface to be etched is the bottom of a recess such as a trench or a hole processed by dry etching. Examples of the silicon-based material constituting the substrate include Si (single crystal silicon), poly-Si (polysilicon), a-Si (amorphous silicon), WSi (tungsten silicide), MoSi (molybdenum silicide), and TiSi (titanium). Silicide) and the like.

体的には、前記測定明度と、ブラックシリコンが発生しない場合のドライエッチング開始からの時間経過に対応する前記測定箇所の明度である基準明度とを比較し、前記比較の結果に基づいてブラックシリコンの発生又はその兆候の有無を判断する。 In concrete terms, the comparing and measuring brightness, and reference brightness is the brightness of the measurement points corresponding to the time elapsed from the dry etching start when the black silicon is not generated, black on the basis of the result of the comparison Determine whether silicon is present or any signs of it.

特に、ブラックシリコン発生の兆候を検出する場合、前記測定明度が前記基準明度に対して予め定められた第1の割合以下となると、ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判断する。   In particular, when detecting a sign of black silicon generation, it is determined that a sign of black silicon generation has occurred when the measured lightness is equal to or less than a first predetermined ratio with respect to the reference lightness.

あるいは、前記測定明度が前記基準明度よりも予め定められた第1の明度差以下となると、ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判断する。   Alternatively, when the measured brightness is equal to or less than a first brightness difference determined in advance from the reference brightness, it is determined that a sign of black silicon is generated.

ブラックシリコン発生の兆候を検出が検出された場合でも、ドライエッチングの条件を変更することで、ブラックシリコン発生を防止することができる。   Even when detection of a sign of black silicon generation is detected, black silicon generation can be prevented by changing dry etching conditions.

例えば、前記ブラックシリコン発生の兆候が検出されると、前記基板が載置されている下部電極に印加するバイアス電圧を上昇させる。   For example, when an indication of the occurrence of black silicon is detected, the bias voltage applied to the lower electrode on which the substrate is placed is increased.

また、前記ブラックシリコン発生の兆候が検出されると、前記基板が収容されている真空容器内の圧力を低下させてもよい。   Moreover, when the sign of the generation of the black silicon is detected, the pressure in the vacuum vessel in which the substrate is accommodated may be reduced.

さらに、少なくともSF6、O2、及びHeを含むエッチングガスを使用する場合、前記ブラックシリコン発生の兆候が検出されると、前記エッチングガス中のO2の含有率を低下させてもよい。 Further, when an etching gas containing at least SF 6 , O 2 and He is used, the content of O 2 in the etching gas may be reduced when the sign of the generation of black silicon is detected.

前記ドライエッチングの条件変更に代えて又は条件変更と共に、前記ブラックシリコン発生の兆候が検出されると、それを報知してもよい。   If a sign of the occurrence of black silicon is detected instead of or together with the change in the dry etching condition, it may be notified.

ブラックシリコン発生の兆候ではなく、ブラックシリコン発生を検出する場合、
前記測定明度が前記基準明度に対して予め定められた第2の割合以下となると、ブラックシリコンが発生していると判断する。
When detecting black silicon generation rather than a sign of black silicon generation,
When the measured lightness is equal to or less than a second predetermined ratio with respect to the reference lightness, it is determined that black silicon is generated.

あるいは、前記測定明度が、前記基準明度よりも予め定められた第2の明度差以下となると、ブラックシリコンが発生していると判断する。   Alternatively, it is determined that black silicon is generated when the measured lightness is equal to or less than a second lightness difference determined in advance from the reference lightness.

ブラックシリコンが実際に発生すると、単にブラックシリコン発生の兆候がある場合と比較し測定明度は大きく低下する。従って、ブラックシリコン発生の有無を判断するための第2の割合は、ブラックシリコン発生の兆候の有無を判断するための第1の割合よりも小さい。また、ブラックシリコン発生の有無を判断するための第2の明度差は、前記ブラックシリコン発生の兆候の有無を判断するための第1の明度差よりも大きい。   When black silicon is actually generated, the measured brightness is greatly reduced as compared to the case where there is merely a sign of black silicon generation. Accordingly, the second ratio for determining whether black silicon is generated is smaller than the first ratio for determining whether black silicon is generated. Further, the second brightness difference for determining the presence or absence of black silicon generation is larger than the first brightness difference for determining the presence or absence of the black silicon generation sign.

ブラックシリコン発生が検出された場合、ドライエッチングを停止することが好ましい。また、ブラックシリコン発生検出時には、それを報知してもよい。   When black silicon generation is detected, it is preferable to stop dry etching. Further, when black silicon generation is detected, it may be notified.

ブラックシリコン発生の検出の代案としては、前記測定明度と、ブラックシリコンが発生している場合のドライエッチング開始からの時間経過に対応する前記測定箇所の明度である判定明度とを比較し、前記比較の結果に基づいてブラックシリコン発生の有無を判断する。   As an alternative to detecting the occurrence of black silicon, the measured brightness is compared with the determination brightness, which is the brightness of the measurement location corresponding to the passage of time from the start of dry etching when black silicon is generated. The presence or absence of black silicon generation is determined based on the result.

具体的には、前記測定明度が、前記判定明度以下となると、ブラックシリコンが発生していると判断する。   Specifically, when the measured brightness is equal to or lower than the determined brightness, it is determined that black silicon is generated.

判定明度を使用する場合も、ブラックシリコン発生が検出された場合、ドライエッチングを停止することが好ましい。また、ブラックシリコン発生検出時には、それを報知してもよい。   Even when the determination brightness is used, it is preferable to stop dry etching when black silicon generation is detected. Further, when black silicon generation is detected, it may be notified.

本発明の第2の態様は、シリコン系材料からなる基板が内部に配置される真空容器と、前記真空容器内にプラズマを発生させるプラズマ源と、前記プラズマ源により前記真空容器内にプラズマが発生してドライエッチングにより加工中である前記基板の被エッチング面の画像を取得する撮影装置と、前記撮影装置が取得した画像に基づいて、ブラックシリコンの発生又はその兆候を監視する監視部とを備え、前記監視部は、前記撮影装置が取得した画像に基づいて、前記基板の被エッチング面のうち予め定められた測定箇所の明度である測定明度を算出する明度検出部を備え、前記測定明度に基づいて、ブラックシリコンの発生又はその兆候を監視する、ドライエッチング装置を提供する。 According to a second aspect of the present invention, a vacuum vessel in which a substrate made of a silicon-based material is disposed, a plasma source that generates plasma in the vacuum vessel, and plasma is generated in the vacuum vessel by the plasma source And an imaging device that acquires an image of the etched surface of the substrate being processed by dry etching, and a monitoring unit that monitors the occurrence of black silicon or its sign based on the image acquired by the imaging device. The monitoring unit includes a lightness detection unit that calculates a measurement lightness that is a lightness of a predetermined measurement location on the etching target surface of the substrate based on an image acquired by the imaging device, and the measurement lightness Based on this, a dry etching apparatus for monitoring the occurrence of black silicon or its signs is provided.

ドライエッチング中の基板の被エッチング面の画像に基づいて、リアルタイムかつ高精度でブラックシリコンの発生又はその兆候を監視することができる。   Based on the image of the surface to be etched of the substrate during dry etching, it is possible to monitor the occurrence or sign of black silicon in real time and with high accuracy.

また、前記監視部は、ブラックシリコンが発生しない場合のドライエッチング開始からの時間経過に対応する前記測定箇所の明度である基準明度を記憶した基準明度記憶部と、前記明度検出部が算出した測定明度と、前記基準明度記憶部に記憶された基準明度とを比較する第1の比較部と、前記第1の比較部の比較結果に基づいてブラックシリコン発生の兆候の有無を判定する第1の判定部とをさらに備える。   Further, the monitoring unit includes a reference lightness storage unit that stores a reference lightness that is the lightness of the measurement location corresponding to the passage of time from the start of dry etching when black silicon is not generated, and the measurement calculated by the lightness detection unit. A first comparison unit that compares the lightness with the reference lightness stored in the reference lightness storage unit, and a first determination unit that determines whether or not there is an indication of black silicon generation based on a comparison result of the first comparison unit And a determination unit.

第1の判定部は、例えば測定明度が、基準明度に対して予め定められた割合以下となると、ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判断する。また、第1の判定部は、測定明度が基準明度よりも予め定められた明度差以下となると、ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判断してもよい。   For example, when the measured lightness is equal to or lower than a predetermined ratio with respect to the reference lightness, the first determination unit determines that a sign of black silicon is generated. Further, the first determination unit may determine that a sign of black silicon is generated when the measured brightness is equal to or less than a predetermined brightness difference with respect to the reference brightness.

前記判定部が前記ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判断すると、ドライエッチングの条件を変更する装置制御部をさらに備えてもよい。装置制御部がドライエッチングの条件を適切に変更することで、ブラックシリコンの兆候が検出された場合でも、ブラックシリコン発生を防止できる。前記判定部が前記ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判断した場合、警告灯の点灯によりオペレータにブラックシリコン発生の兆候が生じていることを知らせてもよく、表示部にその旨を表示してもよい。   When the determination unit determines that the sign of the occurrence of black silicon is occurring, the apparatus may further include an apparatus control unit that changes dry etching conditions. By appropriately changing the dry etching conditions by the apparatus control unit, the generation of black silicon can be prevented even when black silicon signs are detected. When the determination unit determines that the sign of the occurrence of black silicon has occurred, the operator may be notified that the sign of the occurrence of black silicon has occurred by turning on a warning light, and display that fact on the display unit. May be.

あるいは、前記監視部は、ブラックシリコンが発生しない場合のドライエッチング開始からの時間経過に対応する前記測定箇所の明度である基準明度を記憶した基準明度記憶部と、前記明度検出部が算出した測定明度と、前記基準明度記憶部に記憶された基準明度とを比較する第1の比較部と、前記第1の比較部の比較結果に基づいてブラックシリコン発生の有無を判定する第2の判定部とを備える。   Alternatively, the monitoring unit includes a reference lightness storage unit that stores a reference lightness that is the lightness of the measurement location corresponding to the passage of time from the start of dry etching when black silicon is not generated, and the measurement calculated by the lightness detection unit. A first comparison unit that compares the lightness with the reference lightness stored in the reference lightness storage unit, and a second determination unit that determines whether black silicon is generated based on a comparison result of the first comparison unit With.

また、前記監視部は、ブラックシリコンが発生している場合のドライエッチング開始からの時間経過に対応する前記測定箇所の明度である判定明度を記憶したブラックシリコン判定明度記憶部と、前記明度検出部が算出した測定明度と、前記ブラックシリコン判定明度記憶部に記憶された判定明度とを比較する第2の比較部と、前記第2の比較部の比較結果に基づいてブラックシリコン発生の有無を判定する第3の判定部とをさらに備えてもよい。   In addition, the monitoring unit includes a black silicon determination lightness storage unit that stores a determination lightness that is the lightness of the measurement location corresponding to the passage of time from the start of dry etching when black silicon is generated, and the lightness detection unit A second comparison unit that compares the measured lightness calculated by and a determination lightness stored in the black silicon determination lightness storage unit, and determines whether black silicon is generated based on a comparison result of the second comparison unit And a third determination unit that performs the above operation.

本発明の方法及び装置によれば、ドライエッチングにより加工中のシリコン系材料からなる基板の被エッチング面の画像を取得し、その画像に基づいてリアルタイム、かつ高精度でブラックシリコンの発生及びその兆候を監視することができる。また、ブラックシリコン発生の兆候を検出した場合に、ドライエッチングの条件を適切に変更することにより、ブラックシリコンの発生を防止することができる。   According to the method and apparatus of the present invention, an image of a surface to be etched of a substrate made of a silicon-based material being processed is obtained by dry etching, and black silicon is generated and its sign in real time and with high accuracy based on the image. Can be monitored. Further, when a sign of black silicon generation is detected, the generation of black silicon can be prevented by appropriately changing the dry etching conditions.

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(第1実施形態)
図1から図4に本発明の第1実施形態に係る誘導結合型のドライエッチング装置11を示す。ドライエッチング装置11は、チャンバないしは真空容器12を備える。真空容器12は底壁13及び側壁14に加え、真空容器12の内部空間15を開閉可能に閉鎖する頂壁16を備える。この真空容器12の内部空間15に処理物である基板1が収容される。図6を参照すると、基板1の上面には所定のパターンでレジストマスク2が形成されている。基板1の材質は、シリコン系材料である。シリコン系材料には、Si(単結晶シリコン)、poly-Si(ポリシリコン)、a-Si(アモルファスシリコン)、WSi(タングステンシリサイド)、MoSi(モリブデンシリサイド)、及びTiSi(チタンシリサイド)等がある。
(First embodiment)
1 to 4 show an inductively coupled dry etching apparatus 11 according to a first embodiment of the present invention. The dry etching apparatus 11 includes a chamber or a vacuum container 12. In addition to the bottom wall 13 and the side wall 14, the vacuum container 12 includes a top wall 16 that closes the internal space 15 of the vacuum container 12 so that it can be opened and closed. The substrate 1 which is a processed material is accommodated in the internal space 15 of the vacuum vessel 12. Referring to FIG. 6, a resist mask 2 is formed in a predetermined pattern on the upper surface of the substrate 1. The material of the substrate 1 is a silicon-based material. Silicon-based materials include Si (single crystal silicon), poly-Si (polysilicon), a-Si (amorphous silicon), WSi (tungsten silicide), MoSi (molybdenum silicide), and TiSi (titanium silicide). .

内部空間15の底壁13側には基板1を解除可能に支持する載置ステージ21が配置されている。載置ステージ21は下部電極22を備え、この下部電極22の上面に基板1が載置される。下部電極22はバイアス用電源23に電気的に接続されている。バイアス用電源23は、高周波交流電源23aとインピーダンス調整のためのマッチング回路23bを備える。   On the bottom wall 13 side of the internal space 15, a placement stage 21 that supports the substrate 1 so as to be releasable is disposed. The mounting stage 21 includes a lower electrode 22, and the substrate 1 is mounted on the upper surface of the lower electrode 22. The lower electrode 22 is electrically connected to a bias power source 23. The bias power source 23 includes a high-frequency AC power source 23a and a matching circuit 23b for impedance adjustment.

真空容器12に設けられたガス流入口24には、MFC(マスフローコントローラ)等を備え、真空容器12の内部空間15にエッチングガスを所望の流量で供給するガス供給部25が接続されている。さらに、真空容器12に設けられた排気口27に、バルブ、TMP(ターボ分子ポンプ)、真空ポンプ(例えば、ロータリーポンプやドライポンプ)等を備える減圧部28が接続されている。   A gas inlet 24 provided in the vacuum vessel 12 is provided with an MFC (mass flow controller) or the like, and a gas supply unit 25 that supplies an etching gas to the internal space 15 of the vacuum vessel 12 at a desired flow rate is connected. Further, a pressure reducing unit 28 including a valve, a TMP (turbo molecular pump), a vacuum pump (for example, a rotary pump or a dry pump) is connected to the exhaust port 27 provided in the vacuum vessel 12.

本実施形態では、頂壁16は石英からなる誘電体板(板体)29を備える。誘電体板29には板厚方向に透明性を有する部分、すなわち透明部30を部分的に設けている。図3に最も明瞭に現れているように、透明部30は誘電体板29の外面29a(内部空間15とは反対側の面)の一部を円形に研磨(ラッピング)して形成した上側研磨部31と、誘電体板29の内面29b(内部空間15側の面)の一部を同様に円形に研磨して形成した下側研磨部32とを備える。上側研磨部31及び下側研磨部32は平面視での位置及び面積がほぼ一致している。下側研磨部32にはサファイアからなる円板状の窓板34を固定している。窓板34は例えば図示しない樹脂製のボルトによって誘電体板29の内面29bに固定される。後に詳述するように、サファイア製の窓板34は、ドライエッチング中に発生するプラズマに起因する透明部30の透明度の低下ないしは曇りを防止する機能を有する。   In the present embodiment, the top wall 16 includes a dielectric plate (plate body) 29 made of quartz. The dielectric plate 29 is partially provided with a transparent portion, that is, a transparent portion 30 in the thickness direction. As shown most clearly in FIG. 3, the transparent portion 30 is an upper polishing formed by polishing (lapping) a part of the outer surface 29 a (surface opposite to the inner space 15) of the dielectric plate 29 into a circular shape. And a lower polishing portion 32 formed by similarly polishing a part of the inner surface 29b (surface on the inner space 15 side) of the dielectric plate 29 into a circular shape. The upper polishing portion 31 and the lower polishing portion 32 have substantially the same position and area in plan view. A disk-shaped window plate 34 made of sapphire is fixed to the lower polishing portion 32. The window plate 34 is fixed to the inner surface 29b of the dielectric plate 29 by, for example, a resin bolt (not shown). As will be described in detail later, the sapphire window plate 34 has a function of preventing a decrease in transparency or fogging of the transparent portion 30 caused by plasma generated during dry etching.

真空容器12の上方に設けられた電磁シールドの機能を有するケーシング35の内部には、プラズマ発生用のアンテナないしはコイル36が収容されている。図2及び図3に示すように、コイル36は複数本(本実施形態では4本)の帯状の導体37を螺旋状に配置してなる。各導体37の一端はコイル用高周波電源38に電気的に接続され、他端は接地されている。コイル用高周波電源38は、高周波交流電源38aとインピーダンス調整のためのマッチング回路38bを備えている。   An antenna for generating plasma or a coil 36 is accommodated in a casing 35 having an electromagnetic shielding function provided above the vacuum vessel 12. As shown in FIGS. 2 and 3, the coil 36 is formed by arranging a plurality of (four in this embodiment) strip-shaped conductors 37 in a spiral shape. One end of each conductor 37 is electrically connected to the coil high frequency power supply 38, and the other end is grounded. The coil high-frequency power supply 38 includes a high-frequency AC power supply 38a and a matching circuit 38b for impedance adjustment.

図2に最も明瞭に現れているように、コイル36を形成する4本の導体37は、平面視で互いに隙間が形成されるように配置されている。特に、平面視でコイル36の中央付近には比較的面積の広い4個の隙間39A〜39Dが形成されている。前述した誘電体板29の透明部30は、4個の隙間39A〜39Dのうちの1個の隙間39Aと対応する位置に形成されている。   As shown most clearly in FIG. 2, the four conductors 37 forming the coil 36 are arranged so that a gap is formed between them in a plan view. In particular, four gaps 39A to 39D having a relatively large area are formed near the center of the coil 36 in plan view. The transparent portion 30 of the dielectric plate 29 described above is formed at a position corresponding to one gap 39A among the four gaps 39A to 39D.

コイル36を収容したケーシング35の上には、さらにケーシング40が配設されている。ケーシング40の内部には、前述したコイル用高周波電源38が収容されている。   A casing 40 is further disposed on the casing 35 that houses the coil 36. Inside the casing 40, the above-described high-frequency power source for coil 38 is accommodated.

図1及び図3に示すように、ケーシング35の上壁35aには平面視で円形の窓孔41が形成されている。同様にケーシング40の上壁40aにも平面視で円形の窓孔42が形成されている。窓孔41,42は、前述の誘電体板29の透明部30と同様に、平面視でコイル36の隙間39Aと対応する位置に形成されている。また、窓孔42は平面視でケーシング40内のコイル用高周波電源38と重ならない位置に形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 3, a circular window hole 41 is formed in the upper wall 35 a of the casing 35 in a plan view. Similarly, a circular window hole 42 is formed in the upper wall 40a of the casing 40 in a plan view. The window holes 41 and 42 are formed at positions corresponding to the gaps 39 </ b> A of the coil 36 in plan view, like the transparent portion 30 of the dielectric plate 29 described above. Further, the window hole 42 is formed at a position that does not overlap with the coil high-frequency power source 38 in the casing 40 in plan view.

図1及び図2に示すように、ケーシング40の上壁40aには、カメラ(撮影装置)45を搭載したXYステージ(移動機構)46が載置されている。詳細には、XYステージ46は、Y軸方向に移動可能なY軸スライダ46a、及びY軸スライダ46aを移動させるボールねじ機構(図示せず。)を駆動するY軸駆動モータ46bを備える。また、XYステージ46は、Y軸スライダ46a上にX軸方向に移動可能なX軸スライダ46c、及びX軸スライダ46cを移動させるボールねじ機構(図示せず。)を駆動するX軸駆動モータ46dを備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, an XY stage (moving mechanism) 46 on which a camera (imaging device) 45 is mounted is placed on the upper wall 40 a of the casing 40. Specifically, the XY stage 46 includes a Y-axis slider 46a that can move in the Y-axis direction, and a Y-axis drive motor 46b that drives a ball screw mechanism (not shown) that moves the Y-axis slider 46a. The XY stage 46 also has an X-axis slider 46c that can move in the X-axis direction on the Y-axis slider 46a, and an X-axis drive motor 46d that drives a ball screw mechanism (not shown) that moves the X-axis slider 46c. Is provided.

カメラ45はXYステージ46のX軸スライダ46cに搭載されており、XYステージ46によりコイル36の上方で水平方向(X軸方向及びY軸方向)に移動可能である。カメラ45はCCD型等の撮像素子を備え、その視野は鉛直方向下向きである。また、カメラ45は測距用のレーザ光源47を備えている。さらに、カメラ45は倍率、焦点、感度等の調整機能を含む種々の機能を有している。カメラ45が撮影した画像は後述する制御部55の監視部57に出力される。十分に短い時間間隔で画像を撮影できる限り、カメラ45は動画像を撮影可能なビデオカメラでも、静止画像を撮影可能なカメラであってもよい。   The camera 45 is mounted on an X-axis slider 46c of the XY stage 46, and can be moved in the horizontal direction (X-axis direction and Y-axis direction) above the coil 36 by the XY stage 46. The camera 45 includes an image sensor such as a CCD type, and its field of view is vertically downward. The camera 45 includes a laser light source 47 for distance measurement. Furthermore, the camera 45 has various functions including adjustment functions such as magnification, focus, and sensitivity. An image captured by the camera 45 is output to the monitoring unit 57 of the control unit 55 described later. As long as images can be taken at sufficiently short time intervals, the camera 45 may be a video camera that can shoot moving images or a camera that can shoot still images.

図3を参照して、誘電体板29の透明部30、コイル36、ケーシング35の窓孔41、ケーシング40の窓孔42、及びカメラ45の位置関係について説明する。前述のように透明部30、窓孔41、及び窓孔42は、いずれも平面視でコイル36の隙間39Aと対応する位置に設けられている。詳細には、図3において二点鎖線で示す鉛直方向に延びる線L上に、透明部30、窓孔41、及び窓孔42が位置決めされている。また、この鉛直方向の線Lに下端は、点Pで示すように載置ステージ21上に保持された基板1の表面に達している。従って、ケーシング35の窓孔41からドライエッチング装置11の内部を覗くと、ケーシング40の窓孔42、コイル36の隙間39A、及び誘電体板29の透明部30を介して基板1の表面が見える。前述のようにカメラ45はXYステージ46により水平方向に移動可能であるので、その視野が鉛直方向の線Lと一致する位置、すなわち窓孔41、窓孔42、コイル36の隙間39A、及び誘電体板29の透明部30を介して真空容器12内の基板1を視野に収めることができる位置に移動可能である。   With reference to FIG. 3, the positional relationship among the transparent portion 30 of the dielectric plate 29, the coil 36, the window hole 41 of the casing 35, the window hole 42 of the casing 40, and the camera 45 will be described. As described above, the transparent portion 30, the window hole 41, and the window hole 42 are all provided at positions corresponding to the gap 39A of the coil 36 in plan view. Specifically, the transparent portion 30, the window hole 41, and the window hole 42 are positioned on a line L extending in the vertical direction indicated by a two-dot chain line in FIG. Further, the lower end of the vertical line L reaches the surface of the substrate 1 held on the mounting stage 21 as indicated by a point P. Therefore, when the inside of the dry etching apparatus 11 is viewed from the window hole 41 of the casing 35, the surface of the substrate 1 can be seen through the window hole 42 of the casing 40, the gap 39A of the coil 36, and the transparent portion 30 of the dielectric plate 29. . As described above, since the camera 45 can be moved in the horizontal direction by the XY stage 46, the position of the field of view coincides with the vertical line L, that is, the window hole 41, the window hole 42, the gap 39A of the coil 36, and the dielectric. The substrate 1 in the vacuum vessel 12 can be moved to a position where it can be accommodated in the field of view through the transparent portion 30 of the body plate 29.

図1及び図4に示すように、ドライエッチング装置11は、液晶表示装置等からなる表示部49、警告灯50、及びオペレータが装置の操作するための操作入力部51を備える。   As shown in FIGS. 1 and 4, the dry etching apparatus 11 includes a display unit 49 including a liquid crystal display device, a warning lamp 50, and an operation input unit 51 for an operator to operate the apparatus.

ドライエッチング装置11は、ガス供給部25、減圧部28、コイル用高周波電源38、バイアス用電源23、XYステージ46、カメラ45、警告灯50、及び表示部49を含む装置全体の動作を制御する制御部55を備える。図4を参照すると、制御部55は、運転条件記憶部56、装置制御部54、及び監視部57を備えている。運転条件記憶部56は、ドライエッチング装置11により実行されるドライエッチングのプロセス条件を記憶している。プロセス条件は、例えばエッチングガスに含まれるガスの流量比、バイアス用電源23から下部電極22に印加されるバイアス電圧、真空容器12内の圧力等の種々の条件を含む。特に、本実施形態では運転条件記憶部56は、ドライエッチングが適切に進行している場合の通常のプロセス条件に加え、ブラックシリコンの発生の兆候が検出された場合のプロセス条件も記憶している。装置制御部54は、操作入力部51から入力されるオペレータの指令、及び運転条件記憶部56に記憶されたプロセス条件に従って、ガス供給部25、減圧部28、コイル用高周波電源38、及びバイアス用電源23を制御してドライエッチングを実行する。また、装置制御部54はカメラ45及びXYステージ46を制御する。   The dry etching apparatus 11 controls the operation of the entire apparatus including the gas supply unit 25, the decompression unit 28, the coil high frequency power supply 38, the bias power supply 23, the XY stage 46, the camera 45, the warning lamp 50, and the display unit 49. A control unit 55 is provided. Referring to FIG. 4, the control unit 55 includes an operation condition storage unit 56, a device control unit 54, and a monitoring unit 57. The operating condition storage unit 56 stores dry etching process conditions executed by the dry etching apparatus 11. The process conditions include various conditions such as a flow rate ratio of gases contained in the etching gas, a bias voltage applied to the lower electrode 22 from the bias power source 23, and a pressure in the vacuum vessel 12. In particular, in the present embodiment, the operation condition storage unit 56 stores a process condition when a sign of occurrence of black silicon is detected in addition to a normal process condition when the dry etching is appropriately progressing. . In accordance with an operator command input from the operation input unit 51 and the process conditions stored in the operation condition storage unit 56, the apparatus control unit 54 is configured to supply the gas supply unit 25, the decompression unit 28, the coil high-frequency power source 38, and the bias. The power source 23 is controlled to perform dry etching. In addition, the device control unit 54 controls the camera 45 and the XY stage 46.

監視部57は、カメラ45が撮影した画像に基づいて、ブラックシリコンの発生の兆候を監視する。監視部57は、明度検出部61、基準明度記憶部62、比較部63A、及び判定部64Aを備える。   The monitoring unit 57 monitors the sign of black silicon generation based on the image captured by the camera 45. The monitoring unit 57 includes a brightness detection unit 61, a reference brightness storage unit 62, a comparison unit 63A, and a determination unit 64A.

明度検出部61はカメラ45が撮影した画像に基づいて基板1の表面の被エッチング面(ドライエッチングより加工されているトレンチやホール等の凹部の底部)を検出する。図6を併せて参照すると、符号67A,67Bで概念的に示す基板1の表面のカメラ45の視野に含まれる領域のうち、明度検出の対象となる特定の領域(対象領域)68A,68Bが設定されている。明度検出部61はこの対象領域67A,67Bにおける基板1の表面の明度を検出する。対象領域68Aは、基板1の表面のレジストマスク2が存在しない部分のみを含む。一方、対象領域68Bはその一部にレジストマスク2を部分的に含む。対象領域68A,68Bのいずれを採用してもよいが、以下の説明では対象領域68Aを明度検出に使用するものとする。明度検出部61は、カメラ45が撮影した基板1の表面の画像から、対象領域68Aの面内平均明度(測定平均明度Bdet)を算出する。本実施形態では、測定平均明度Bdetは、例えば0(最も暗い)から255(最も明るい)までの256階調で表される。   The brightness detection unit 61 detects the surface to be etched on the surface of the substrate 1 (the bottom of a recess such as a trench or a hole processed by dry etching) based on the image taken by the camera 45. Referring also to FIG. 6, among regions included in the field of view of the camera 45 on the surface of the substrate 1 conceptually indicated by reference numerals 67A and 67B, specific regions (target regions) 68A and 68B targeted for brightness detection are shown. Is set. The lightness detection unit 61 detects the lightness of the surface of the substrate 1 in the target areas 67A and 67B. The target region 68A includes only a portion on the surface of the substrate 1 where the resist mask 2 does not exist. On the other hand, the target region 68B partially includes the resist mask 2 in a part thereof. Either of the target areas 68A and 68B may be adopted, but in the following description, the target area 68A is used for brightness detection. The brightness detection unit 61 calculates the in-plane average brightness (measured average brightness Bdet) of the target region 68A from the image of the surface of the substrate 1 taken by the camera 45. In the present embodiment, the measured average brightness Bdet is represented by, for example, 256 gradations from 0 (darkest) to 255 (brightest).

基準明度記憶部62は、対象領域68Aにおけるブラックシリコン発生の兆候の有無を判定するために使用する基準明度Bs(t)を記憶している。図7に基準明度Bs(t)の一例を示す。基準明度Bs(t)は、ブラックシリコンが発生することなくドライエッチングが完了した場合の、エッチング開始からの経過時間(エッチング時間)tに対する対象領域68Aの面平均明度の変化である。図7に示す例では、ドライエッチング開始時(t=0)の基準明度Bs(t)は250で、ドライエッチング終了時(t=tmax)の基準明度Bs(t)は230であり、エッチング開始からエッチング終了まで一定の割合で線形的に基準明度Bs(t)が減少する。エッチング時間t1の基準明度Bs(t1)は240であり、エッチング終了時間tmaxの基準明度Bs(tmax)は230である。図8Aに示すように、ブラックシリコン発生の兆候がない場合、エッチング時間t1では、基板1のレジストマスク2で被覆されていない部分に有る程度の深さd1までトレンチ7が形成されているが、トレンチ7の底部にはブラックシリコンの原因となるSiO系の堆積物は堆積されていない。また、図8Bに示すように、ブラックシリコン発生の兆候がない場合、エッチング時間t2では、トレンチ7は深さd2まで深くなっているがSiO系の堆積物は堆積されていない。このようにブラックシリコン発生の兆候がなく、トレンチ7の底部に堆積物が堆積されていない状態であれば、対象領域68Aの面平均明度は十分明るい。以下の説明では、図7に示す基準明度Bs(t)を使用するが、基準明度Bs(t)はこれに限定されない。例えば、基準明度Bs(t)は曲線、折れ線、階段状等であってもよい。 The reference lightness storage unit 62 stores a reference lightness Bs (t) used for determining the presence or absence of a sign of black silicon generation in the target area 68A. FIG. 7 shows an example of the reference brightness Bs (t). The reference brightness Bs (t) is a change in the surface average brightness of the target area 68A with respect to the elapsed time (etching time) t from the start of etching when dry etching is completed without generating black silicon. In the example shown in FIG. 7, the reference brightness Bs (t) at the start of dry etching (t = 0) is 250, and the reference brightness Bs (t) at the end of dry etching (t = tmax) is 230. The reference brightness Bs (t) linearly decreases at a constant rate from the etching to the end of etching. The reference brightness Bs (t1) at the etching time t1 is 240, and the reference brightness Bs (tmax) at the etching end time tmax is 230. As shown in FIG. 8A, when there is no sign of black silicon generation, in the etching time t1, the trench 7 is formed to a depth d1 that is in a portion not covered with the resist mask 2 of the substrate 1. At the bottom of the trench 7, no SiO 2 -based deposit that causes black silicon is deposited. As shown in FIG. 8B, when there is no sign of black silicon generation, at the etching time t2, the trench 7 is deepened to the depth d2, but no SiO 2 -based deposit is deposited. Thus, if there is no sign of black silicon generation and no deposit is deposited at the bottom of the trench 7, the surface average brightness of the target region 68A is sufficiently bright. In the following description, the reference brightness Bs (t) shown in FIG. 7 is used, but the reference brightness Bs (t) is not limited to this. For example, the reference brightness Bs (t) may be a curve, a polygonal line, a staircase shape, or the like.

比較部(第1の比較部)63Aは、明度検出部61が算出した測定平均明度Bdetと、基準明度記憶部62に記憶された基準明度Bs(t)とを比較する。詳細には、比較部63Aは、ある時刻tにおける対象領域68Aの測定平均明度Bdetと、同じ時間tにおける基準明度Bs(t)とを比較する。さらに詳細には、比較部63Aは、同一時間における基準明度Bs(t)に対する測定平均明度Bdetの割合を算出する。   The comparison unit (first comparison unit) 63A compares the measured average lightness Bdet calculated by the lightness detection unit 61 with the reference lightness Bs (t) stored in the reference lightness storage unit 62. Specifically, the comparison unit 63A compares the measured average brightness Bdet of the target area 68A at a certain time t with the reference brightness Bs (t) at the same time t. More specifically, the comparison unit 63A calculates the ratio of the measured average brightness Bdet to the reference brightness Bs (t) at the same time.

判定部(第1の判定部)64Aは、比較部63Aの比較結果に基づいて、ブラックシリコン発生の兆候の有無を判定する。具体的には、判定部64Aは、測定平均明度Bdetが基準明度Bs(t)に対して予め定められた割合(明度割合閾値)BRthsy以下となると、ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判定する。本実施形態では、明度割合閾値BRthsyは、約0.8(80%)に設定している。ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判定部64Aが判定する条件を、以下の式(1)に示す。   The determination unit (first determination unit) 64A determines the presence or absence of a sign of black silicon generation based on the comparison result of the comparison unit 63A. Specifically, the determination unit 64A determines that a sign of black silicon is generated when the measured average brightness Bdet is equal to or less than a predetermined ratio (brightness ratio threshold) BRthsy with respect to the reference brightness Bs (t). To do. In the present embodiment, the brightness ratio threshold value BRthsy is set to about 0.8 (80%). The condition for the determination unit 64A to determine that a sign of black silicon is occurring is shown in the following equation (1).

Figure 0004371999
Figure 0004371999

判定部64Aは、測定平均明度Bdetが基準明度Bs(t)よりも予め定められた明度差(明度差閾値)ΔBthsy以下となると、ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判定してもよい。この場合に、ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判定部64Aが判定する条件を、以下の式(2)に示す。   The determination unit 64A may determine that a sign of black silicon is generated when the measured average brightness Bdet is less than or equal to a predetermined brightness difference (brightness difference threshold) ΔBthsy than the reference brightness Bs (t). In this case, a condition for the determination unit 64A to determine that a sign of black silicon generation has occurred is shown in the following formula (2).

Figure 0004371999
Figure 0004371999

以下の説明では、式(1)の明度割合閾値BRthsyを使用するものとする。   In the following description, it is assumed that the brightness ratio threshold value BRthsy of Expression (1) is used.

次に、本実施形態のドライエッチング装置11を使用したドライエッチング方法を説明する。前述のように基板1はシリコン系材料からなる。プロセス条件としては、ガス供給部25から供給されるエッチングガスはSF/O/Heガスであり、SFガス、Oガス、Heガスの流量をそれぞれ60scccm、40sccm、1000sccmとする(SF/O/He=60/40/1000sccm)。また、コイル用高周波電源38からコイル36に印加される電力を1500W、バイアス用電源23から下部電極22に印加される電力を80Wとする。さらに、真空容器12の内部空間15の圧力は30Paに維持する。 Next, a dry etching method using the dry etching apparatus 11 of this embodiment will be described. As described above, the substrate 1 is made of a silicon-based material. As process conditions, the etching gas supplied from the gas supply unit 25 is SF 6 / O 2 / He gas, and the flow rates of SF 6 gas, O 2 gas, and He gas are 60 sccm, 40 sccm, and 1000 sccm, respectively (SF 6 / O 2 / He = 60/40/1000 sccm). The power applied from the coil high frequency power supply 38 to the coil 36 is 1500 W, and the power applied from the bias power supply 23 to the lower electrode 22 is 80 W. Furthermore, the pressure in the internal space 15 of the vacuum vessel 12 is maintained at 30 Pa.

図5を参照すると、まずステップS5−1において、XYステージ46によりカメラ45が移動する。具体的には、図3に示すように、ケーシング40の窓孔42、ケーシング35の窓孔41、コイル36の隙間39A、及び誘電体板29の透明部30を介して真空容器12内の基板1表面の所望の位置(図6の領域67A)が視野に収まるようにカメラ45が移動される。続いて、ステップS5−2においてカメラ45のピントを調節する。レーザ光源47からレーザを基板1の表面に照射し、その反射線をカメラ45で撮影してピント調節に利用する。その後、ステップS5−3において、コイル用高周波電源38からコイル36への高周波電圧の印加を開始し、真空容器12の内部空間にプラズマ70を発生させる。このステップS5−3の時点では、下部電極22へのバイアス電圧の印加は開始されておらず、エッチングは開始されない。   Referring to FIG. 5, first, in step S5-1, the camera 45 is moved by the XY stage 46. Specifically, as shown in FIG. 3, the substrate in the vacuum chamber 12 through the window hole 42 of the casing 40, the window hole 41 of the casing 35, the gap 39 </ b> A of the coil 36, and the transparent portion 30 of the dielectric plate 29. The camera 45 is moved so that a desired position on one surface (region 67A in FIG. 6) is within the field of view. Subsequently, the focus of the camera 45 is adjusted in step S5-2. A laser beam is emitted from the laser light source 47 onto the surface of the substrate 1 and the reflected line is photographed by the camera 45 and used for focus adjustment. Thereafter, in step S <b> 5-3, application of a high frequency voltage from the coil high frequency power supply 38 to the coil 36 is started, and plasma 70 is generated in the internal space of the vacuum vessel 12. At the time of step S5-3, the application of the bias voltage to the lower electrode 22 has not started, and the etching has not started.

次に、ステップS5−4において、プラズマ70は発生しているがエッチングは開始されていない状態での基板1表面の画像(初期画像)をカメラ45が撮影する。また、ステップS5−5において、明度検出部61は初期画像中の対象領域68Aの面内平均明度、すなわち初期の測定平均明度Bdetを算出する。続いて、ステップS5−6において、初期の測定平均明度Bdetに基づいて、基準明度記憶部62が基準明度Bs(t)を補正する。例えば、初期の測定平均明度Bdetが記憶されている基準明度Bs(t)のエッチング時間t=0における値よりも暗い場合、基準明度記憶部62は図7において矢印A1で概念的に示すように基準明度Bs(t)を明度が低い側にシフトさせる。   Next, in step S5-4, the camera 45 takes an image (initial image) of the surface of the substrate 1 in a state where the plasma 70 is generated but the etching is not started. In step S5-5, the brightness detector 61 calculates the in-plane average brightness of the target area 68A in the initial image, that is, the initial measured average brightness Bdet. Subsequently, in step S5-6, based on the initial measured average brightness Bdet, the reference brightness storage unit 62 corrects the reference brightness Bs (t). For example, when the initial measured average brightness Bdet is darker than the stored value of the reference brightness Bs (t) at the etching time t = 0, the reference brightness storage unit 62 conceptually indicates by an arrow A1 in FIG. The reference brightness Bs (t) is shifted to the lower brightness side.

以上のステップS5−1〜S5−6の処理が完了した後、ステップS5−7においてバイアス用電源23から下部電極22へのバイアス電圧の印加を開始し、基板1のドライエッチングを開始する。ドライエッチング中は、基板1のレジストマスク2で被覆されずにプラズマ70に対して露出している部分が、エッチング種であるFラジカル正イオン(SイオンやOイオン等)、He成分等によりエッチングされる。O成分が基板1のSi原子と反応してSiO2の側壁保護膜を形成する。 After the above steps S5-1 to S5-6 are completed, in step S5-7, application of a bias voltage from the bias power source 23 to the lower electrode 22 is started, and dry etching of the substrate 1 is started. During dry etching, the portion exposed to the plasma 70 without being covered with the resist mask 2 of the substrate 1 is etched by F radical positive ions (S ions, O ions, etc.), He components, etc., which are etching species. Is done. The O component reacts with the Si atoms of the substrate 1 to form a SiO 2 sidewall protective film.

石英からなる誘電体板29の内面29bは、プラズマ70に曝された状態が継続すると徐々にエッチングされる。しかし、本実施形態では、サファイアからなる窓板34を誘電体板29の内面29bに下側研磨部32の部分に固定することで、誘電体板29の透明部30の透明度の低下ないしは曇りを防止している。サファイアは透明度の高い材料であり、かつF系ガス、Cl系ガス、及びBr系ガス等のプラズマ処理で一般的に使用されるガスのプラズマに対する耐性が高い。従って、サファイアからなる窓板34はプラズマ70に曝された状態が継続しても透明度の低下ないしは曇りを生じず、透明部30は適切な透明度を維持する。透明部30が適切な透明度を維持するので、カメラ45は透明部30を介して真空容器12内の基板1の画像を良質な画質で撮影できる。   The inner surface 29b of the dielectric plate 29 made of quartz is gradually etched when the state exposed to the plasma 70 continues. However, in the present embodiment, the window plate 34 made of sapphire is fixed to the inner surface 29b of the dielectric plate 29 on the lower polishing portion 32, thereby reducing the transparency or cloudiness of the transparent portion 30 of the dielectric plate 29. It is preventing. Sapphire is a highly transparent material and has high resistance to plasma of gases generally used in plasma processing such as F-based gas, Cl-based gas, and Br-based gas. Therefore, even if the window plate 34 made of sapphire continues to be exposed to the plasma 70, the transparency is not lowered or clouded, and the transparent portion 30 maintains appropriate transparency. Since the transparent part 30 maintains appropriate transparency, the camera 45 can take an image of the substrate 1 in the vacuum vessel 12 through the transparent part 30 with high quality.

エッチング中は、ステップS5−8〜S5−12の処理が十分に短い時間間隔で繰り返される。まず、ステップS5−8において、カメラ45が基板1の表面(領域67A)の画像を撮影する。続いて、ステップS5−9において、カメラ45の撮影した画像から明度検出部61が対象領域68Aの測定平均明度Bdetを算出する。次に、ステップS5−10において、比較部63Aが測定平均明度Bdetと基準明度Bs(t)を比較する。具体的には、比較部63Aは測定平均明度Bdetを基準明度Bs(t)で除した商(Bdet/Bs(t))を求める。また、ステップS5−11において、判定部64AはステップS5−10において求めた比較部63A算出した商と明度割合閾値BRthsyからブラックシリコン発生の兆候の有無を判定する。   During the etching, steps S5-8 to S5-12 are repeated at a sufficiently short time interval. First, in step S5-8, the camera 45 captures an image of the surface (region 67A) of the substrate 1. Subsequently, in step S5-9, the brightness detection unit 61 calculates the measured average brightness Bdet of the target area 68A from the image taken by the camera 45. Next, in step S5-10, the comparison unit 63A compares the measured average brightness Bdet with the reference brightness Bs (t). Specifically, the comparison unit 63A obtains a quotient (Bdet / Bs (t)) obtained by dividing the measured average brightness Bdet by the reference brightness Bs (t). In step S5-11, the determination unit 64A determines the presence or absence of a sign of black silicon generation from the quotient calculated by the comparison unit 63A obtained in step S5-10 and the brightness ratio threshold value BRthsy.

ステップS5−11において前述の式(1)が成立しない場合、すなわち判定部64Aがブラックシリコン発生の兆候がないと判定した場合、ステップS5−12においてエッチング終点であるか否かが判断される。レーザ光源47から基板1に照射したレーザをカメラ45で撮影してエッチング深さを測定することで、エッチング終点の判断が可能である。また、エッチング時間によりエッチング終点の判断が可能である。ステップS5−12でエッチング終点が検出されれば、ステップS5−13においてエッチングが終了する。一方、ステップS5−12でエッチング終点が検出されなければ、ステップS5−8〜5−11の処理が繰り返される。   If the above-described equation (1) is not satisfied in step S5-11, that is, if the determination unit 64A determines that there is no sign of black silicon generation, it is determined in step S5-12 whether or not it is the etching end point. The etching end point can be determined by photographing the laser irradiated to the substrate 1 from the laser light source 47 with the camera 45 and measuring the etching depth. Further, the end point of etching can be determined by the etching time. If the etching end point is detected in step S5-12, the etching ends in step S5-13. On the other hand, if the etching end point is not detected in step S5-12, the processes in steps S5-8 to 5-11 are repeated.

前述のステップS5−11において式(1)が成立する場合、すなわち判定部64Aがブラックシリコン発生の兆候が有ると判定した場合、ステップS5−4において、装置制御部54はブラックシリコンの発生防止を選択比等よりも優先する条件にプロセス条件を変更する。また、ブラックシリコン発生の兆候が有ると判定された場合、ステップS5−15において、警告灯50の点灯や表示部49に所定のメッセージ等を表示することにより、オペレータに対してブラックシリコン発生の兆候が生じていることを報知する。   When the formula (1) is established in the above-described step S5-11, that is, when the determination unit 64A determines that there is a sign of black silicon generation, in step S5-4, the device control unit 54 prevents black silicon generation. Change the process condition to a condition that has priority over the selection ratio. On the other hand, if it is determined that there is an indication of the occurrence of black silicon, in step S5-15, the warning lamp 50 is turned on or a predetermined message or the like is displayed on the display unit 49, so that the operator is informed of the occurrence of black silicon. Informs that this has occurred.

測定平均明度Bdetが図7に示すように変化し、エッチング時間t1の時点で測定平均明度Bdetが180まで低下すると、ステップS5−10で算出されるBdet/Bs(t)が0.8(明度割合閾値BRthsy)を下回るので、ステップS5−11においてブラックシリコン発生の兆候が有ると判定される。この場合、エッチング時間t1の時点で図9Aに示すようにトレンチ7の底部にある程度の量のSiO系の堆積物4が堆積しており、この堆積物4が測定平均明度Bdetを低下させている。換言すれば、監視部57は、トレンチ7の底部に堆積物4が堆積することによる基板1の表面の明度の低下に基づいて、ブラックシリコン発生の兆候の有無を判断する。 When the measured average brightness Bdet changes as shown in FIG. 7 and the measured average brightness Bdet decreases to 180 at the time of the etching time t1, Bdet / Bs (t) calculated in step S5-10 is 0.8 (lightness). Since it is below the ratio threshold value BRthsy), it is determined in step S5-11 that there is an indication of the occurrence of black silicon. In this case, as shown in FIG. 9A, a certain amount of SiO 2 -based deposit 4 is deposited at the bottom of the trench 7 at the time of etching time t1, and this deposit 4 reduces the measured average brightness Bdet. Yes. In other words, the monitoring unit 57 determines the presence or absence of a sign of black silicon generation based on a decrease in brightness of the surface of the substrate 1 due to the deposit 4 being deposited on the bottom of the trench 7.

ブラックシリコン発生の兆候があると判定された場合のプロセス条件の変更(ステップS5−14)を詳述する。   The process condition change (step S5-14) when it is determined that there is a sign of black silicon generation will be described in detail.

第1に、バイアス用電源23から下部電極22に印加するバイアス電圧を高くすることで、ブラックシリコンの発生を抑制できる。本実施形態ではバイアス電圧の電力の初期値は50Wであるが、例えば80Wまで高めることでブラックシリコンの発生を抑制できる。バイアス電圧を高くすれば、トレンチ7の底部に衝突するイオンの速度が速くなる。換言すれば、バイアス電圧を高くすることで、イオン衝突のエネルギーが増大する。その結果、SiO系の堆積物4をスパッタリングによりトレンチ7の底部から飛散させることができる。一方、バイアス電圧が高いとイオンによりレジストマスク2が削れやすくなり、選択比が低下する。従って、ブラックシリコン発生の兆候が検出されなければ選択比を重視してバイアス電圧を低く設定し(本実施形態では50W)、ブラックシリコン発生の兆候が検出された場合にのみバイアス電圧を高くする(本実施形態では80W)ことで、好適な選択比とブラックシリコンの発生防止を両立できる。 First, the generation of black silicon can be suppressed by increasing the bias voltage applied from the bias power source 23 to the lower electrode 22. In this embodiment, the initial value of the power of the bias voltage is 50 W, but the generation of black silicon can be suppressed by increasing the power to 80 W, for example. If the bias voltage is increased, the speed of ions colliding with the bottom of the trench 7 is increased. In other words, the energy of ion collision increases by increasing the bias voltage. As a result, the SiO 2 deposit 4 can be scattered from the bottom of the trench 7 by sputtering. On the other hand, when the bias voltage is high, the resist mask 2 is easily scraped by ions, and the selection ratio is lowered. Accordingly, if no sign of black silicon generation is detected, the bias voltage is set low (50 W in this embodiment) with an emphasis on the selection ratio, and the bias voltage is increased only when the sign of black silicon generation is detected ( In this embodiment, 80 W), it is possible to achieve both a suitable selection ratio and prevention of black silicon generation.

第2に、真空容器12内の内部空間15の圧力を低下させることで、ブラックシリコンの発生を抑制できる。本実施形態では圧力の初期値は30Paであるが、例えば25Paまで圧力を低下させることで、ブラックシリコンの発生を抑制できる。真空容器12内の圧力を低下させると、エッチングガスが真空容器12内に滞留する時間が短縮されるので、SiO系の余剰の堆積物4がトレンチ7の底部に形成される前に、エッチングガスが真空容器12の外部に排気される。一方、真空容器12内の圧力が低いと、イオンの速度が速くなるのでレジストマスク2が削れやすくなり、選択比が低下する。従って、ブラックシリコン発生の兆候が検出されなければ選択比を重視して圧力を高く設定し(本実施形態では30Pa)、ブラックシリコン発生の兆候が検出された場合にのみ圧力を低く設定する(本実施形態では25Pa)ことで、好適な選択比とブラックシリコンの発生防止を両立できる。 Secondly, the generation of black silicon can be suppressed by reducing the pressure of the internal space 15 in the vacuum vessel 12. In this embodiment, the initial value of the pressure is 30 Pa, but the generation of black silicon can be suppressed by reducing the pressure to, for example, 25 Pa. When the pressure in the vacuum vessel 12 is reduced, the time during which the etching gas stays in the vacuum vessel 12 is shortened. Therefore, before the SiO 2 -based excess deposit 4 is formed at the bottom of the trench 7, etching is performed. The gas is exhausted to the outside of the vacuum vessel 12. On the other hand, when the pressure in the vacuum vessel 12 is low, the speed of ions is increased, so that the resist mask 2 is easily scraped and the selectivity is lowered. Therefore, if no sign of black silicon generation is detected, the pressure is set high with an emphasis on the selection ratio (30 Pa in the present embodiment), and the pressure is set low only when a sign of black silicon generation is detected (present) In the embodiment, 25 Pa) makes it possible to achieve both a favorable selection ratio and prevention of black silicon generation.

第3に、エッチングガス中のOガスの比率を低下させることで、ブラックシリコンの発生を抑制できる。本実施形態ではOガスの供給流量の初期値は40scmmであるが、例えば20scmmまで供給流量を減らすことで、ブラックシリコンの発生を抑制できる。ブラックシリコンはSiO系の堆積物4が原因となるので、真空容器12へのOガスの供給流量を減らし、真空容器12内のO成分の量を減らせば堆積物4が生成されにくくなる。一方、真空容器12へのOガスの供給流量を減らすと、SiOからなる側壁保護層も形成されにくくなるのでトレンチ7の側壁を垂直形状に維持しにくくなる。従って、ブラックシリコン発生の兆候が検出されなければ側壁保護層の形成を重視してOガスの供給流量を多く設定し(本実施形態では40sccm)、ブラックシリコン発生の兆候が検出された場合にのみOガスの供給流量を減らす(本実施形態では20sccm)ことで、トレンチ7の形状とブラックシリコンの発生防止を両立できる。 Third, the generation of black silicon can be suppressed by reducing the ratio of O 2 gas in the etching gas. In this embodiment, the initial value of the supply flow rate of O 2 gas is 40 scmm, but the generation of black silicon can be suppressed by reducing the supply flow rate to 20 scmm, for example. Since black silicon is caused by the SiO 2 -based deposit 4, if the flow rate of O 2 gas supplied to the vacuum vessel 12 is reduced and the amount of O component in the vacuum vessel 12 is reduced, the deposit 4 is less likely to be generated. . On the other hand, if the supply flow rate of the O 2 gas to the vacuum vessel 12 is reduced, a side wall protective layer made of SiO 2 becomes difficult to form, so that the side walls of the trench 7 are difficult to maintain in a vertical shape. Therefore, if no sign of black silicon is detected, the O 2 gas supply flow rate is set to a large value (40 sccm in the present embodiment) with emphasis on the formation of the sidewall protective layer, and the sign of black silicon is detected. Only by reducing the supply flow rate of O 2 gas (20 sccm in this embodiment), it is possible to achieve both the shape of the trench 7 and the prevention of black silicon generation.

以上のようにプロセス条件を変更することにより、トレンチ7の底部への堆積物4の堆積が抑制され、ブラックシリコンの発生が防止される。バイアス電圧の上昇、真空容器12内の圧力低下、及びOガスの供給流量の低下は単独で行ってもよく、これらのうち2種類以上を組み合わせて実行してもよい。 By changing the process conditions as described above, deposition of the deposit 4 on the bottom of the trench 7 is suppressed, and generation of black silicon is prevented. The increase in the bias voltage, the decrease in the pressure in the vacuum vessel 12, and the decrease in the supply flow rate of the O 2 gas may be performed independently, or two or more of these may be performed in combination.

ステップS5−14のプロセス条件の変更を実行しなかった場合、トレンチ7の底部の堆積物4の量が増加するので、図7において実線で示すように測定平均明度Bdetはエッチング時間t1以降もさらに低下し続ける。しかし、ステップS5−14のプロセス条件の変更を行い、トレンチ7の底部への堆積物4の堆積を抑制すれば、エッチング時間t1以降の測定平均明度Bdetは例えば二点鎖線で示すように比較的緩やかに低下する。   When the process condition change in step S5-14 is not executed, the amount of the deposit 4 at the bottom of the trench 7 increases. Therefore, as shown by the solid line in FIG. 7, the measured average brightness Bdet further increases after the etching time t1. It continues to decline. However, if the process conditions in step S5-14 are changed to suppress the deposit 4 from being deposited on the bottom of the trench 7, the measured average brightness Bdet after the etching time t1 is relatively large as shown by, for example, a two-dot chain line. Decrease gradually.

図10から図13は真空容器12の頂壁16の代案を示す。   10 to 13 show alternatives to the top wall 16 of the vacuum vessel 12.

図10に示す第1の代案の頂壁16は石英製の誘電体板29からなる。誘電体板29の内面29bに底面視で円形の凹部29cを設け、この凹部29cにサファイアからなる円板状の窓板71を嵌め込んで固定している。誘電体板29の外面29aの上側研磨部31と内面29bに嵌め込んだ窓板71が透明部30として機能する。   The top wall 16 of the first alternative shown in FIG. 10 is made of a dielectric plate 29 made of quartz. A circular recess 29c is provided on the inner surface 29b of the dielectric plate 29 as viewed from the bottom, and a disc-shaped window plate 71 made of sapphire is fitted into and fixed to the recess 29c. The window plate 71 fitted into the upper polishing portion 31 and the inner surface 29 b of the outer surface 29 a of the dielectric plate 29 functions as the transparent portion 30.

図11Aから図11Cに示す第2の代案の頂壁16も石英製の誘電体板29からなる。誘電体板29の内面29bには、サファイアからなる窓板72を着脱可能に保持する保持孔29dが形成されている。この保持孔29dは底面視でほぼ円形の有底の孔であり、開口縁に内向きに突出する一対の係止部29e,29fを備えている。一方、窓板72はほぼ円板状であるが外向きに突出する一対の被係止部72a,72bを備えている。図11Bに示すように、窓板72を保持孔29dの係止部29e,29dに対して被係止部72a,72bが干渉しない姿勢とすれば、保持孔29dに対して窓板72を着脱できる。一方、図11Cに示すように、窓板72を被係止部72a,72bが係止部29e,29d上に載置される姿勢とすれば、保持孔29d内に窓板72を保持できる。誘電体板29の外面29aの上側研磨部31と窓板72が透明部30として機能する。   The second alternative top wall 16 shown in FIGS. 11A to 11C is also made of a dielectric plate 29 made of quartz. On the inner surface 29b of the dielectric plate 29, a holding hole 29d for detachably holding the window plate 72 made of sapphire is formed. The holding hole 29d is a bottomed hole that is substantially circular in a bottom view, and includes a pair of locking portions 29e and 29f protruding inward at the opening edge. On the other hand, the window plate 72 is substantially disc-shaped but includes a pair of locked portions 72a and 72b protruding outward. As shown in FIG. 11B, when the window plate 72 is in a posture in which the locked portions 72a and 72b do not interfere with the locking portions 29e and 29d of the holding hole 29d, the window plate 72 is attached to and detached from the holding hole 29d. it can. On the other hand, as shown in FIG. 11C, the window plate 72 can be held in the holding hole 29d if the window plate 72 is in a posture in which the locked portions 72a and 72b are placed on the locking portions 29e and 29d. The upper polishing portion 31 and the window plate 72 on the outer surface 29 a of the dielectric plate 29 function as the transparent portion 30.

図12に示す第3の代案の頂壁16は、外面29a及び内面29bに上側及び下側研磨部31,32を設けた石英製の誘電体板29、サファイアからなる窓板73、セラミック(Al2O3)の薄板である保持板74、Oリング75、及び締付金具76を備える。保持板74には板厚方向に貫通する窓孔74aが形成されている。窓板73は誘電体板29の内面29bの下側研磨部32と密接して配置されている。保持板74は窓孔74aが窓板73と対応するように、締付部材76によってOリング75を介して誘電体板29に対して押し付けられている。誘電体板29と保持板74の間に挟み込まれることにより、窓板73が誘電体29の内面29bに対して固定されている。誘電体板29の上側及び下側研磨部31,32、窓板73、及び保持板74の窓孔74aが透明部30として機能する。 The top wall 16 of the third alternative shown in FIG. 12 includes a dielectric plate 29 made of quartz having upper and lower polishing portions 31 and 32 on the outer surface 29a and the inner surface 29b, a window plate 73 made of sapphire, ceramic (Al 2 O 3 ) thin plate holding plate 74, O-ring 75, and fastening bracket 76. The holding plate 74 is formed with a window hole 74a penetrating in the thickness direction. The window plate 73 is disposed in close contact with the lower polishing portion 32 of the inner surface 29 b of the dielectric plate 29. The holding plate 74 is pressed against the dielectric plate 29 by the tightening member 76 via the O-ring 75 so that the window hole 74 a corresponds to the window plate 73. The window plate 73 is fixed to the inner surface 29 b of the dielectric 29 by being sandwiched between the dielectric plate 29 and the holding plate 74. The upper and lower polishing portions 31 and 32 of the dielectric plate 29, the window plate 73, and the window holes 74 a of the holding plate 74 function as the transparent portion 30.

図13に示す第4の代案の頂壁16は、セラミックからなる板体77を備えている。板体77には板厚方向に貫通する段付きの収容孔77aが形成されている。収容孔77aは板体77の外面77b側の第1部分77cよりも内面77d側の第2部分77eが小径であり、内面77d側に内向きに突出する支持部77fが形成されている。収容孔77aには外面77b側からサファイアからなる窓板78が収容される。窓板78はOリング79を介して支持部77fで支持される。   A top wall 16 of a fourth alternative shown in FIG. 13 includes a plate body 77 made of ceramic. The plate body 77 is formed with a stepped accommodation hole 77a penetrating in the plate thickness direction. The housing hole 77a has a second portion 77e on the inner surface 77d side that is smaller in diameter than the first portion 77c on the outer surface 77b side of the plate 77, and a support portion 77f that protrudes inward is formed on the inner surface 77d side. A window plate 78 made of sapphire is accommodated in the accommodation hole 77a from the outer surface 77b side. The window plate 78 is supported by a support portion 77f through an O-ring 79.

(第2実施形態)
図14に示す本発明の第2実施形態のドライエッチング装置11では、判定部(第2の判定部)64Bは、比較部63Aが算出する測定平均明度Bdetの基準明度Bs(t)に対する割合Bdet/Bs(t)と、明度割合閾値BRthgからブラックシリコンの発生を検出する。本実施形態の明度割合閾値BRthgは、第1実施形態の明度割合閾値BRthsyとは異なり、基準明度Bs(t)に対して測定平均明度Bdetがそれ以下に小さくなると、基板1にブラックシリコンが発生していることを示す値である。従って、明度割合閾値BRthgは、少なくも明度割合閾値BRthsyよりも小さい。本実施形態では、明度割合閾値BRthgは、約0.2(20%)に設定している。
(Second Embodiment)
In the dry etching apparatus 11 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 14, the determination unit (second determination unit) 64B is a ratio Bdet of the measured average brightness Bdet calculated by the comparison unit 63A to the reference brightness Bs (t). The generation of black silicon is detected from / Bs (t) and the lightness ratio threshold value BRthg. The brightness ratio threshold value BRthg of the present embodiment is different from the brightness ratio threshold value BRthsy of the first embodiment. When the measured average brightness Bdet becomes smaller than the reference brightness Bs (t), black silicon is generated on the substrate 1. It is a value indicating that Accordingly, the lightness ratio threshold value BRthg is at least smaller than the lightness ratio threshold value BRthsy. In the present embodiment, the lightness ratio threshold value BRthg is set to about 0.2 (20%).

ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判定部64Bが判定する条件を、以下の式(3)に示す。   The condition for the determination unit 64B to determine that a sign of black silicon is occurring is shown in the following equation (3).

Figure 0004371999
Figure 0004371999

判定部64Bは、測定平均明度Bdetが基準明度Bs(t)よりも予め定められた明度差(明度差閾値)ΔBthg以下となると、ブラックシリコンが発生していると判定してもよい。この場合に、ブラックシリコンが発生していると判定部64Bが判定する条件を、以下の式(4)に示す。   The determination unit 64B may determine that black silicon is generated when the measured average lightness Bdet is equal to or less than a reference lightness difference (lightness difference threshold) ΔBthg than the reference lightness Bs (t). In this case, a condition for the determination unit 64B to determine that black silicon is generated is represented by the following expression (4).

Figure 0004371999
Figure 0004371999

図15は、第2実施形態のドライエッチング装置11を使用したドライエッチング方法を示す。図15において、ステップS15−1〜S15−10は、第1実施形態(図5のステップS5−1〜S5−10)と同様である。   FIG. 15 shows a dry etching method using the dry etching apparatus 11 of the second embodiment. In FIG. 15, steps S15-1 to S15-10 are the same as those in the first embodiment (steps S5-1 to S5-10 in FIG. 5).

ステップS5−11において、判定部64Bがブラックシリコン発生の有無を判定する。詳細には、判定部64BはステップS15−10において比較部63Bが算出した基準明度Bs(t)に対する測定平均明度Bdetの割合Bdet/Bs(t)と明度割合閾値BRthgとからブラックシリコン発生の有無を判定する。   In step S5-11, the determination unit 64B determines whether black silicon is generated. Specifically, the determination unit 64B determines whether black silicon is generated from the ratio Bdet / Bs (t) of the measured average brightness Bdet to the reference brightness Bs (t) calculated by the comparison unit 63B in step S15-10 and the brightness ratio threshold BRthg. Determine.

ステップS5−11において前述の式(3)が成立しない場合、すなわち判定部64Bがブラックシリコンは発生していないと判定した場合、ステップS5−12においてエッチング終点であるか否かが判断される。エッチング終点であれば、ステップS15−13においてエッチングが終了する。一方、エッチング終点でなければ、ステップS15−8〜15−11の処理が繰り返される。   If the above equation (3) is not satisfied in step S5-11, that is, if the determination unit 64B determines that black silicon is not generated, it is determined in step S5-12 whether or not it is the etching end point. If it is an etching end point, the etching ends in step S15-13. On the other hand, if the etching end point is not reached, the processes in steps S15-8 to 15-11 are repeated.

前述のステップS15−11において式(3)が成立する場合、すなわちブラックシリコンが発生していると判定部64Bが判定した場合、装置制御部54は、エッチングを強制的に終了する。この際に、警告灯50の点灯や表示部49に所定のメッセージ等を表示することにより、オペレータに対してブラックシリコンが発生していることを報知してもよい。   When Expression (3) is satisfied in Step S15-11 described above, that is, when the determination unit 64B determines that black silicon is generated, the apparatus control unit 54 forcibly ends the etching. At this time, the operator may be notified that black silicon is generated by turning on the warning lamp 50 or displaying a predetermined message or the like on the display unit 49.

測定平均明度Bdetが図7に示すように変化し、エッチング時間t2の時点で測定平均明度Bdetが50まで低下すると、ステップS15−10で算出されるBdet/Bs(t)が0.2(明度割合閾値BRthg)を下回るので、ステップS15−11においてブラックシリコンが発生していると判定される。この場合、エッチング時間t2の時点で図9Bに示すようにトレンチ7の底部には多量のSiO系の堆積物4が堆積しており、この堆積物4が測定平均明度Bdetを大きく低下させている。換言すれば、監視部57は、トレンチ7の底部に堆積物4が堆積することによる基板1の表面の明度の低下に基づいて、ブラックシリコン発生の有無を判断する。 When the measurement average brightness Bdet changes as shown in FIG. 7 and the measurement average brightness Bdet decreases to 50 at the time of the etching time t2, Bdet / Bs (t) calculated in step S15-10 is 0.2 (lightness). Therefore, it is determined in step S15-11 that black silicon is generated. In this case, as shown in FIG. 9B, a large amount of SiO 2 -based deposit 4 is deposited at the bottom of the trench 7 at the etching time t2, and this deposit 4 greatly reduces the measured average brightness Bdet. Yes. In other words, the monitoring unit 57 determines whether black silicon is generated based on a decrease in brightness of the surface of the substrate 1 due to the deposit 4 being deposited on the bottom of the trench 7.

第2実施形態のその他の構成及び作用は、第1実施形態と同様である。   Other configurations and operations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.

(第3実施形態)
図16に示す本発明の第3実施形態のドライエッチング装置11は、第1及び第2実施形態の基準明度記憶部62(図4及び図14参照)に代えて、ブラックシリコン判定明度記憶部80(以下、判定明度記憶部と略称する。)を備える。
(Third embodiment)
The dry etching apparatus 11 according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 16 is replaced with the reference brightness storage unit 62 (see FIGS. 4 and 14) of the first and second embodiments, and the black silicon determination brightness storage unit 80. (Hereinafter abbreviated as a judgment lightness storage unit).

判定明度記憶部80は、対象領域68Aにおけるブラックシリコンの発生の有無を判定するために使用する判定明度Bdg(t)を記憶している。図7に判定明度Bdg(t)の一例を示す。判定明度Bdg(t)は、ブラックシリコンが発生している場合の、エッチング時間tに対する対象領域68Aの面平均明度の変化である。   The determination lightness storage unit 80 stores a determination lightness Bdg (t) used to determine whether black silicon is generated in the target area 68A. FIG. 7 shows an example of the determination lightness Bdg (t). The determination brightness Bdg (t) is a change in the surface average brightness of the target area 68A with respect to the etching time t when black silicon is generated.

比較部(第2の比較部)63Bは、明度検出部61が算出した測定平均明度Bdetと、判定明度記憶部80に記憶された判定明度Bdg(t)とを比較する。詳細には、比較部63Bは、ある時刻tにおける対象領域68Aの測定平均明度Bdetと、同じ時間tにおける判定明度Bdg(t)とを比較する。   The comparison unit (second comparison unit) 63B compares the measured average lightness Bdet calculated by the lightness detection unit 61 with the determination lightness Bdg (t) stored in the determination lightness storage unit 80. Specifically, the comparison unit 63B compares the measured average brightness Bdet of the target area 68A at a certain time t with the determined brightness Bdg (t) at the same time t.

判定部(第3の判定部)64Cは、比較部63Bの比較結果に基づいて、ブラックシリコンの発生の有無を判定する。具体的には、判定部64Cは、測定平均明度Bdetが判定明度Bdg(t)以下となると、ブラックシリコンが発生していると判定する。ブラックシリコンが発生していると判定部64Cが判定する条件を、以下の式(5)に示す。   The determination unit (third determination unit) 64C determines whether black silicon has been generated based on the comparison result of the comparison unit 63B. Specifically, the determination unit 64C determines that black silicon is generated when the measured average lightness Bdet is equal to or less than the determination lightness Bdg (t). The condition that the determination unit 64C determines that black silicon is generated is shown in the following formula (5).

Figure 0004371999
Figure 0004371999

図17を参照して本実施形態のドライエッチング装置11を使用したドライエッチング方法を説明する。ステップS17−1〜17−5は、第1実施形態(図5のステップS5−1〜5−5)と同様である。   A dry etching method using the dry etching apparatus 11 of this embodiment will be described with reference to FIG. Steps S17-1 to 17-5 are the same as those in the first embodiment (steps S5-1 to 5-5 in FIG. 5).

ステップS17−6において、初期の測定平均明度Bdetに基づいて、判定明度記憶部80が判定明度Bdg(t)を補正する。例えば、初期の測定平均明度Bdetが記憶されている判定明度Bs(t)のエッチング時間t=0における値よりも暗い場合、判定明度記憶部80は図7において矢印A2で概念的に示すように判定明度Bdg(t)を明度が低い側にシフトさせる。   In step S17-6, the determination lightness storage unit 80 corrects the determination lightness Bdg (t) based on the initial measurement average lightness Bdet. For example, when the initial measured average brightness Bdet is darker than the value of the stored determination brightness Bs (t) at the etching time t = 0, the determination brightness storage section 80 conceptually indicates by an arrow A2 in FIG. The determination lightness Bdg (t) is shifted to a lower lightness side.

ステップS17−7でドライエッチングを開始した後は、ステップS17−8〜S17−12の処理が十分に短い時間間隔で繰り返される。まず、ステップS17−8において、カメラ45が基板1の領域67Aの画像を撮影する。続いて、ステップS17−9において、カメラ45の撮影した画像から明度検出部61が対象領域68Aの測定平均明度Bdetを算出する。次に、ステップS17−10において、比較部63Bが測定平均明度Bdetと判定明度Bdg(t)を比較する。さらに、ステップS17−11において、判定部64Cがブラックシリコンの発生の有無を判定する。   After the dry etching is started in step S17-7, the processes in steps S17-8 to S17-12 are repeated at a sufficiently short time interval. First, in step S17-8, the camera 45 captures an image of the area 67A of the substrate 1. Subsequently, in step S17-9, the brightness detection unit 61 calculates the measured average brightness Bdet of the target area 68A from the image captured by the camera 45. Next, in step S17-10, the comparison unit 63B compares the measured average brightness Bdet with the determined brightness Bdg (t). Further, in step S17-11, the determination unit 64C determines whether or not black silicon is generated.

ステップS17−11において前述の式(5)が成立しない場合、すなわち判定部64Cがブラックシリコンは発生していないと判定した場合、エッチング終点が検出されてエッチングが終了するまで(ステップS17−12,S17−13)、ステップS17−8〜17−11の処理が繰り返される。   If the above-described equation (5) is not satisfied in step S17-11, that is, if the determination unit 64C determines that black silicon is not generated, the etching end point is detected and etching is completed (step S17-12). S17-13) and steps S17-8 to 17-11 are repeated.

ステップS17−11において前述の式(5)が成立した場合、すなわちブラックシリコンが発生していると判定部64Cが判定した場合、装置制御部54は、エッチングを強制的に終了する。この際に、警告灯50の点灯や表示部49に所定のメッセージ等を表示することにより、オペレータに対してブラックシリコンが発生していることを報知してもよい。   If the above-described equation (5) is satisfied in step S17-11, that is, if the determination unit 64C determines that black silicon is generated, the apparatus control unit 54 forcibly ends the etching. At this time, the operator may be notified that black silicon is generated by turning on the warning lamp 50 or displaying a predetermined message or the like on the display unit 49.

測定平均明度Bdetが図7に示すように変化し、エッチング時間t2の時点で測定平均明度Bdetが判定明度Bdg(t)以下となると、ステップS17−11においてブラックシリコンが発生していると判定される。第1及び第2実施形態と同様に、監視部57は、トレンチ7の底部に堆積物4が堆積することによる基板1の表面の明度の低下に基づいて、ブラックシリコン発生の有無を判断する。   When the measured average brightness Bdet changes as shown in FIG. 7 and the measured average brightness Bdet becomes equal to or less than the determined brightness Bdg (t) at the etching time t2, it is determined in step S17-11 that black silicon is generated. The Similar to the first and second embodiments, the monitoring unit 57 determines whether black silicon has been generated based on a decrease in brightness of the surface of the substrate 1 caused by the deposit 4 being deposited on the bottom of the trench 7.

第3実施形態のその他の構成及び作用は、第1実施形態と同様である。   Other configurations and operations of the third embodiment are the same as those of the first embodiment.

本発明の第1実施形態に係るドライエッチング装置の模式的な断面図。1 is a schematic cross-sectional view of a dry etching apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るドライエッチング装置の模式的な平面図。1 is a schematic plan view of a dry etching apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るドライエッチング装置の模式的な部分斜視図。1 is a schematic partial perspective view of a dry etching apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るドライエッチング装置のブロック図。1 is a block diagram of a dry etching apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るドライエッチング装置の動作を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating operation | movement of the dry etching apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 対象領域を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating a target area | region. 基準明度、兆候判定明度、及び発生明度と測定明度の関係の一例を示す線図。The diagram which shows an example of the relationship between reference | standard lightness, sign determination lightness, generation | occurrence | production lightness, and measured lightness. ブラックシリコン発生の兆候が認められない状態のエッチング途中の基板を示す模式的な斜視図。The typical perspective view which shows the board | substrate in the middle of the etching of the state in which the sign of black silicon generation | occurrence | production is not recognized. ブラックシリコンが発生していない状態のエッチング途中の基板を示す模式的な斜視図。The typical perspective view which shows the board | substrate in the middle of the etching in the state where black silicon has not generate | occur | produced. ブラックシリコン発生の兆候が認められるエッチング途中の基板の模式的な斜視図。The typical perspective view of the board | substrate in the middle of the etching in which the sign of black silicon generation | occurrence | production is recognized. ブラックシリコンが発生した状態のエッチング途中の基板の模式的な斜視図。The typical perspective view of the board | substrate in the middle of the etching in the state in which the black silicon was generated. 真空容器の頂壁の第1の代案を示す断面図。Sectional drawing which shows the 1st alternative of the top wall of a vacuum vessel. 真空容器の頂壁の第2の代案を示す断面図。Sectional drawing which shows the 2nd alternative of the top wall of a vacuum vessel. 真空容器の頂壁の第2の代案(窓板の着脱時)を示す底面図。The bottom view which shows the 2nd alternative (at the time of attachment or detachment of a window plate) of the top wall of a vacuum vessel. 真空容器の頂壁の第2の代案(窓板が装着された状態)を示す底面図。The bottom view which shows the 2nd alternative (state with which the window plate was mounted | worn) of the top wall of a vacuum vessel. 真空容器の頂壁の第3の代案を示す断面図。Sectional drawing which shows the 3rd alternative of the top wall of a vacuum vessel. 真空容器の頂壁の第4の代案を示す断面図。Sectional drawing which shows the 4th alternative of the top wall of a vacuum vessel. 本発明の第2実施形態に係るドライエッチング装置のブロック図。The block diagram of the dry etching apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るドライエッチング装置の動作を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating operation | movement of the dry etching apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るドライエッチング装置のブロック図。The block diagram of the dry etching apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るドライエッチング装置の動作を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating operation | movement of the dry etching apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. シリコン系材料からなる基板のエッチングにおけるブラックシリコン現象の発生を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating generation | occurrence | production of the black silicon phenomenon in the etching of the board | substrate consisting of a silicon system material. シリコン系材料からなる基板のエッチングにおけるブラックシリコン現象の発生を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating generation | occurrence | production of the black silicon phenomenon in the etching of the board | substrate consisting of a silicon system material.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 レジストマスク
7 トレンチ
8 堆積物
11 ドライエッチング装置
12 真空容器
13 底壁
14 側壁
15 内部空間
16 頂壁
21 載置ステージ
22 下部電極
23 バイアス用電源
23a 高周波交流電源
23b マッチング回路
24 ガス流入口
25 ガス供給部
27 排気口
28 減圧部
29 誘電体板
29a 外面
29b 内面
30 透明部
31 上側研磨部
32 下側研磨部
34 窓板
35 ケーシング
35a 上壁
36 コイル
37 導体
38 コイル用高周波電源
38a 高周波交流電源
38b マッチング回路
39A,39B,39C,39D 隙間
40 ケーシング
41,42 窓孔
45 カメラ
46 XYテーブル
46a Y軸スライダ
46b Y軸駆動モータ
46c X軸スライダ
46d X軸駆動モータ
47 レーザ光源
49 表示部
50 警告灯
51 操作入力部
54 装置制御部
55 制御部
56 運転条件記憶部
57 監視部
61 明度検出部
62 基準明度記憶部
63A,63B 比較部
64A,64B,64C 判定部
70 プラズマ
80 判定明度記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Resist mask 7 Trench 8 Deposit 11 Dry etching apparatus 12 Vacuum container 13 Bottom wall 14 Side wall 15 Internal space 16 Top wall 21 Mounting stage 22 Lower electrode 23 Power supply for bias 23a High frequency AC power supply 23b Matching circuit 24 Gas inlet 25 Gas supply unit 27 Exhaust port 28 Decompression unit 29 Dielectric plate 29a Outer surface 29b Inner surface 30 Transparent unit 31 Upper polishing unit 32 Lower polishing unit 34 Window plate 35 Casing 35a Upper wall 36 Coil 37 Conductor 38 High frequency power supply 38a for coil High frequency AC Power supply 38b Matching circuit 39A, 39B, 39C, 39D Gap 40 Casing 41, 42 Window hole 45 Camera 46 XY table 46a Y-axis slider 46b Y-axis drive motor 46c X-axis slider 46d X-axis drive motor 47 Laser light source 4 Display unit 50 Warning light 51 Operation input unit 54 Device control unit 55 Control unit 56 Operating condition storage unit 57 Monitoring unit 61 Lightness detection unit 62 Reference lightness storage unit 63A, 63B Comparison unit 64A, 64B, 64C Determination unit 70 Plasma 80 Determination lightness Storage

Claims (23)

シリコン系材料からなる基板(1)のドライエッチング方法であって、
ドライエッチングにより加工中の前記基板の被エッチング面の画像を取得し、
前記取得した画像に基づいて、前記基板の被エッチング面のうち予め定められた測定箇所(68A,68B)の明度である測定明度(Bdet)を算出し、
前記測定明度に基づいて、ブラックシリコンの発生又はその兆候を監視するドライエッチング方法。
A dry etching method for a substrate (1) made of a silicon-based material,
Acquire an image of the etched surface of the substrate being processed by dry etching,
Based on the acquired image, a measurement brightness (Bdet) that is the brightness of a predetermined measurement location (68A, 68B) of the etched surface of the substrate is calculated,
Based on the measured brightness, monitors the occurrence or indication thereof black silicon dry etching method.
前記測定明度と、ブラックシリコンが発生しない場合のドライエッチング開始からの時間経過に対応する前記測定箇所の明度である基準明度(Bs(t))とを比較し、
前記比較の結果に基づいてブラックシリコンの発生又はその兆候の有無を判断する、請求項に記載のドライエッチング方法。
The measured brightness is compared with a reference brightness (Bs (t)) that is the brightness of the measurement location corresponding to the passage of time from the start of dry etching when black silicon is not generated,
The dry etching method according to claim 1 , wherein generation of black silicon or presence / absence of a sign thereof is determined based on a result of the comparison.
前記測定明度が前記基準明度に対して予め定められた第1の割合(BRthsy)以下となると、ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判断する、請求項に記載のドライエッチング方法。 3. The dry etching method according to claim 2 , wherein when the measured lightness is equal to or lower than a first ratio (BRthsy) predetermined with respect to the reference lightness, it is determined that a sign of black silicon is generated. 前記測定明度が前記基準明度よりも予め定められた第1の明度差(ΔBRthsy)以下となると、ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判断する、請求項に記載のドライエッチング方法。 3. The dry etching method according to claim 2 , wherein when the measured lightness is equal to or less than a first lightness difference (ΔBRthsy) that is predetermined from the reference lightness, it is determined that a sign of black silicon is generated. 前記ブラックシリコン発生の兆候が検出されると、前記ドライエッチングの条件を変更することを特徴とする、請求項又は請求項に記載のドライエッチング方法。 When signs of the black silicon occurs are detected, and changing the conditions of the dry etching, a dry etching method according to claim 3 or claim 4. 前記ブラックシリコン発生の兆候が検出されると、前記基板が載置されている下部電極に印加するバイアス電圧を上昇させることを特徴とする、請求項に記載のドライエッチング方法。 6. The dry etching method according to claim 5 , wherein when a sign of black silicon generation is detected, a bias voltage applied to a lower electrode on which the substrate is placed is increased. 前記ブラックシリコン発生の兆候が検出されると、前記基板が収容されている真空容器内の圧力を低下させることを特徴とする、請求項に記載のドライエッチング方法。 6. The dry etching method according to claim 5 , wherein when an indication of the generation of black silicon is detected, the pressure in the vacuum container in which the substrate is accommodated is reduced. 少なくともSF6、O2、及びHeを含むエッチングガスを使用し、
前記ブラックシリコン発生の兆候が検出されると、前記エッチングガス中のO2の含有率を低下させることを特徴とする、請求項に記載のドライエッチング方法。
Using an etching gas containing at least SF 6 , O 2 and He,
The dry etching method according to claim 5 , wherein when an indication of the generation of black silicon is detected, the content of O 2 in the etching gas is reduced.
前記ブラックシリコン発生の兆候が検出されると、それを報知することを特徴とする請求項に記載のドライエッチング方法。 6. The dry etching method according to claim 5 , wherein when a sign of the occurrence of black silicon is detected, it is notified. 前記測定明度が前記基準明度に対して予め定められた第2の割合(BRthg)以下となると、ブラックシリコンが発生していると判断する、請求項に記載のドライエッチング方法。 3. The dry etching method according to claim 2 , wherein when the measured brightness is equal to or less than a second ratio (BRthg) that is predetermined with respect to the reference brightness, it is determined that black silicon is generated. 前記測定明度が、前記基準明度よりも予め定められた第2の明度差(ΔBRthsg)以下となると、ブラックシリコンが発生していると判断する、請求項に記載のドライエッチング方法。 3. The dry etching method according to claim 2 , wherein when the measured brightness is equal to or less than a second brightness difference (ΔBRthsg) determined in advance from the reference brightness, it is determined that black silicon is generated. 前記ブラックシリコン発生が検出されると、ドライエッチングを停止することを特徴とする請求項10又は請求項11に記載のドライエッチング方法。 The dry etching method according to claim 10 or 11 , wherein dry etching is stopped when the generation of black silicon is detected. 前記ブラックシリコン発生が検出されると、それを報知することを特徴とする請求項10又は請求項11に記載のドライエッチング方法。 Wherein the black silicon occurs are detected, the dry etching method according to claim 10 or claim 11, wherein the notifying it. 前記測定明度と、ブラックシリコンが発生している場合のドライエッチング開始からの時間経過に対応する前記測定箇所の明度である判定明度(Bdg(t))とを比較し、
前記比較の結果に基づいてブラックシリコン発生の有無を判断する、請求項に記載のドライエッチング方法。
The measured brightness is compared with the determination brightness (Bdg (t)), which is the brightness of the measurement location corresponding to the passage of time from the start of dry etching when black silicon is generated,
Determining the presence or absence of black silicon occurs on the basis of the result of the comparison, a dry etching method according to claim 1.
前記測定明度が、前記判定明度以下となると、ブラックシリコンが発生していると判断する、請求項14に記載のドライエッチング方法。 The dry etching method according to claim 14 , wherein when the measured brightness is equal to or less than the determined brightness, it is determined that black silicon is generated. 前記ブラックシリコン発生が検出されると、ドライエッチングを停止することを特徴とする請求項14又は請求項15に記載のドライエッチング方法。 16. The dry etching method according to claim 14 , wherein dry etching is stopped when the generation of black silicon is detected. 前記ブラックシリコン発生が検出されると、それを報知することを特徴とする請求項14又は請求項15に記載のドライエッチング方法。 16. The dry etching method according to claim 14, wherein the generation of black silicon is detected when it is detected. シリコン系材料からなる基板(1)が内部に配置される真空容器(12)と、
前記真空容器内にプラズマを発生させるプラズマ源(36)と、
前記プラズマ源により前記真空容器内にプラズマが発生してドライエッチングにより加工中である前記基板の被エッチング面の画像を取得する撮影装置(45)と、
前記撮影装置が取得した画像に基づいて、ブラックシリコンの発生又はその兆候を監視する監視部(57)と
を備え、
前記監視部は、
前記撮影装置が取得した画像に基づいて、前記基板の被エッチング面のうち予め定められた測定箇所(68A,68B)の明度である測定明度(Bdet)を算出する明度検出部(61)を備え、前記測定明度に基づいて、ブラックシリコンの発生又はその兆候を監視する、ドライエッチング装置。
A vacuum vessel (12) in which a substrate (1) made of a silicon-based material is disposed;
A plasma source (36) for generating plasma in the vacuum vessel;
An imaging device (45) for acquiring an image of the surface to be etched of the substrate being processed by dry etching by generating plasma in the vacuum vessel by the plasma source;
A monitoring unit (57) for monitoring the occurrence of black silicon or its sign based on the image acquired by the photographing apparatus;
With
The monitoring unit
A brightness detection unit (61) that calculates a measured brightness (Bdet), which is the brightness of a predetermined measurement location (68A, 68B), of the etched surface of the substrate based on an image acquired by the imaging apparatus. , based on the measurement lightness, that monitor the occurrence or indication thereof black silicon, de dry etching apparatus.
前記監視部は、
ブラックシリコンが発生しない場合のドライエッチング開始からの時間経過に対応する前記測定箇所の明度である基準明度(Bs(t))を記憶した基準明度記憶部(62)と、
前記明度検出部が算出した測定明度と、前記基準明度記憶部に記憶された基準明度とを比較する第1の比較部(63A)と、
前記第1の比較部の比較結果に基づいてブラックシリコン発生の兆候の有無を判定する第1の判定部(64A)と
をさらに備える、請求項18に記載のドライエッチング装置。
The monitoring unit
A reference brightness storage unit (62) that stores a reference brightness (Bs (t)) that is the brightness of the measurement location corresponding to the passage of time from the start of dry etching when black silicon is not generated;
A first comparison unit (63A) that compares the measured lightness calculated by the lightness detection unit with the reference lightness stored in the reference lightness storage unit;
19. The dry etching apparatus according to claim 18 , further comprising: a first determination unit (64 </ b> A) that determines presence / absence of a sign of black silicon generation based on a comparison result of the first comparison unit.
前記判定部が前記ブラックシリコン発生の兆候が生じていると判断すると、ドライエッチングの条件を変更する装置制御部(54)をさらに備える、請求項19に記載のドライエッチング装置。 The dry etching apparatus according to claim 19 , further comprising an apparatus control unit (54) that changes a dry etching condition when the determination unit determines that the sign of the occurrence of black silicon has occurred. 前記監視部は、
ブラックシリコンが発生しない場合のドライエッチング開始からの時間経過に対応する前記測定箇所の明度である基準明度(Bs(t))を記憶した基準明度記憶部(62)と、
前記明度検出部が算出した測定明度と、前記基準明度記憶部に記憶された基準明度とを比較する第1の比較部(63A)と、
前記第1の比較部の比較結果に基づいてブラックシリコン発生の有無を判定する第2の判定部(64B)と
をさらに備える、請求項18に記載のドライエッチング装置。
The monitoring unit
A reference brightness storage unit (62) that stores a reference brightness (Bs (t)) that is the brightness of the measurement location corresponding to the passage of time from the start of dry etching when black silicon is not generated;
A first comparison unit (63A) that compares the measured lightness calculated by the lightness detection unit with the reference lightness stored in the reference lightness storage unit;
The dry etching apparatus according to claim 18 , further comprising: a second determination unit (64 </ b> B) that determines whether black silicon is generated based on a comparison result of the first comparison unit.
前記監視部は、
ブラックシリコンが発生している場合のドライエッチング開始からの時間経過に対応する前記測定箇所の明度である判定明度(Bdg(t))を記憶したブラックシリコン判定明度記憶部(80)と、
前記明度検出部が算出した測定明度と、前記ブラックシリコン判定明度記憶部に記憶された判定明度とを比較する第2の比較部(63B)と、
前記第2の比較部の比較結果に基づいてブラックシリコン発生の有無を判定する第3の判定部(64C)と
をさらに備える、請求項18に記載のドライエッチング装置。
The monitoring unit
A black silicon determination brightness storage unit (80) that stores a determination brightness (Bdg (t)) that is the brightness of the measurement location corresponding to the passage of time from the start of dry etching when black silicon is generated;
A second comparison unit (63B) that compares the measured lightness calculated by the lightness detection unit with the determination lightness stored in the black silicon determination lightness storage unit;
19. The dry etching apparatus according to claim 18 , further comprising: a third determination unit (64 </ b> C) that determines whether black silicon is generated based on a comparison result of the second comparison unit.
前記真空容器の外側の上方に配置され、かつ平面視で隙間(39A)が形成されるように配置された導体(37)を備えるプラズマ発生用のコイル(36)をさらに備え、
前記真空容器の頂壁は平面視で前記コイルの導体間の隙間と対応する位置に透明部(30)を備え、
前記撮影装置は前記コイルの上方に配置され、前記コイルの導体間の隙間と前記頂壁の透明部とを介して前記基板の被エッチング面の少なくとも一部を視野に収めることを特徴とする、請求項18から請求項22のいずれか1項に記載のドライエッチング装置。
A plasma generating coil (36) including a conductor (37) disposed above the outside of the vacuum vessel and disposed so as to form a gap (39A) in plan view;
The top wall of the vacuum vessel has a transparent portion (30) at a position corresponding to the gap between the conductors of the coil in plan view,
The imaging device is disposed above the coil, and includes at least a part of the etched surface of the substrate in a field of view through a gap between conductors of the coil and a transparent portion of the top wall. The dry etching apparatus according to any one of claims 18 to 22 .
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