JP4371999B2 - Dry etching method and dry etching apparatus - Google Patents
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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SiO2(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.
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
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、SiO2(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
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.
具体的には、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 ,
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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SiO2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SiO2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
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
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
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
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SF6/O2/Heガスであり、SF6ガス、O2ガス、Heガスの流量をそれぞれ60scccm、40sccm、1000sccmとする(SF6/O2/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
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
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
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
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
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
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
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
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SiO2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
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、SiO2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
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、SiO2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
第3に、エッチングガス中のO2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O2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SiO2系の堆積物4が原因となるので、真空容器12へのO2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O2ガスの供給流量を減らすと、SiO2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O2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O2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
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O2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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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SiO2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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
Claims (23)
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1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5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1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.
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.
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.
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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