(57)【要約】  本発明は、基板の表面に対して精度良く垂直にエッチングすることができるドライエッチング装置等を提供することを課題としている。  上記課題の解決手段として、載置面２３上に、ドライエッチング処理が為される基板Ｗを静電吸着すると共に、基板Ｗの裏面と載置面２３との基板裏側間隙２６に冷却ガスを導入する冷却ガス導入孔２５を有する静電チャック１３と、基板Ｗが平坦または下方に凹んだ断面円弧状となるように、基板裏側間隙２６における冷却ガスの圧力を制御するマスフローコントローラー３３と、備え、載置面２３を、静電吸着された基板Ｗが下方に凹んだ断面円弧状となることを許容する、下方に凹んだ形状に形成した。
2014024216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
載置面上に、ドライエッチング処理が為される基板を静電吸着する静電吸着部を、備え、
前記載置面が、静電吸着された前記基板が下方に凹んだ断面円弧状となることを許容する、下方に凹んだ形状に形成されていることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記静電吸着部は、前記基板の裏面と前記載置面との間隙に冷却ガスを導入する冷却ガス導入流路を、有し、
前記基板が平坦または下方に凹んだ断面円弧状となるように、前記間隙における前記冷却ガスの圧力を制御する制御部を、さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング装置。
【請求項３】
前記載置面が、球冠状の凹面で構成されていることを特徴とする請求項２の記載のドライエッチング装置。
【請求項４】
下方に凹んだ載置面上に静電吸着され、平坦または下方に凹んだ断面円弧状となった基板に対し、ドライエッチング処理を行うことを特徴とするドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェハー等の基板に対してドライエッチング処理を行うドライエッチング装置およびドライエッチング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、平坦な載置面を有し、シリコンウェハー等の基板に対してドライエッチング処理を行うドライエッチング装置が知られている（特許文献１参照）。この種のドライエッチング装置は、例えば、回転振動型ジャイロの製造プロセスに用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８７９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エッチング処理を行う際、図８に示すように、平坦な載置面２３に載置された基板Ｗの裏面に冷却ガスを導入するのが通常である。この場合、僅かながらも上方に突出した断面円弧状に変形した基板Ｗに対してエッチング処理が為されることになる（図８（ａ）参照）。このため、基板に対するエッチング方向が垂直にならず、エッチング方向にチルトが生じる（基板Ｗの表面から奥に向かうに連れて基板Ｗの径方向外側に傾く）ことになる（図８（ｂ）参照）。なお、図８および図９の符号Ｗ１は、レジスト層（保護膜）を示す。【０００５】
また、図９に示すように、ＥＣＲ型や（電子サイクロトン共鳴：Electron Cycloton Resonance）ＩＣＰ型（誘電結合方式：Inductive Coupling
Plasma）のようなリモートプラズマ方式のドライエッチング装置の場合、プラズマイオンの進行方向ｄが外側に拡がるため、基板Ｗの径よりも装置（プラズマ発生領域）が相当大きくない限り、基板Ｗの径方向外側にいくほど、平坦な載置面２３に載置された基板Ｗに対してプラズマイオンが斜めに入射することになる。この場合、基板Ｗに対するエッチング方向が垂直にならず、チルトが生じる（基板Ｗの表面から奥に向かうに連れて基板Ｗの径方向外側に傾く）ことになる。しかも、このとき上記のように基板Ｗが上方に突出した断面円弧状であると、エッチング方向のチルト角が増大することになる。このように、基板Ｗの表面に対して精度良く垂直にエッチングすることは困難であった。【０００６】
そして、上記の回転振動型ジャイロのエッチングプロセスにおいて、基板のエッチング方向にチルトが生じると、細長形状に形成される検出バネや駆動バネの断面が平行四辺形状に形成されてしまう。この場合、特に駆動バネの断面が平行四辺形状に形成されると、検出錘にコリオリ力とは別の振動（直角成分誤差）を発生させることになり、角速度の検出に悪影響（ノイズ）を及ぼしていた。【０００７】
本発明は、基板の表面に対して精度良く垂直にエッチングすることができるドライエッチング装置およびドライエッチング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のドライエッチング装置は、載置面上に、ドライエッチング処理が為される基板を静電吸着する静電吸着部を、備え、載置面が、静電吸着された基板が下方に凹んだ断面円弧状となることを許容する、下方に凹んだ形状に形成されていることを特徴とする。【０００９】
本発明のドライエッチング方法は、下方に凹んだ載置面上に静電吸着され、平坦または下方に凹んだ断面円弧状となった基板に対し、ドライエッチング処理を行うことを特徴とする。【００１０】
この構成によれば、下方に凹んだ載置面に対して基板を静電吸着することで、静電吸着された基板を、平坦または下方に凹んだ断面円弧状（球冠状）とすることが可能になる。このため、プラズマイオンの進行方向が平行に揃っている場合には、静電吸着された基板を平坦な形状とすることで、基板の全域で基板に対するエッチング方向を垂直にすることができる。また、プラズマイオンの進行方向が外側に拡がる場合には、静電吸着された基板を下方に凹んだ断面円弧状とすることで、基板の全域で基板に対するエッチング方向を垂直にすることが可能となる。したがって、基板の表面に対して精度良く垂直にエッチングすることができる。【００１１】
上記のドライエッチング装置において、静電吸着部は、基板の裏面と載置面との間隙に冷却ガスを導入する冷却ガス導入流路を、有し、基板が平坦または下方に凹んだ断面円弧状となるように、間隙における冷却ガスの圧力を制御する制御部を、さらに備えたことが好ましい。【００１２】
この構成によれば、基板を冷却するために、基板の裏面と載置面との間隙に冷却ガスを導入する場合、当該間隙における冷却ガスの圧力を制御することで、基板が平坦または下方に凹んだ断面円弧状となるようにすることができる。すなわち、載置面に静電吸着された基板を平坦にしたい場合には、当該間隙における冷却ガスの圧力を比較的大きな値に制御すればよい。他方、載置面に静電吸着された基板を下方に凹んだ断面円弧状にしたい場合には、当該間隙における冷却ガスの圧力を比較的小さな値に制御すればよい。【００１３】
この場合、載置面が、球冠状の凹面で構成されていることが好ましい。【００１４】
この構成によれば、載置面が、底面が平坦な凹部と、段部を介してその周辺に連なる平坦部とから成り、平坦部で基板に接する場合に比べ、基板全体において載置面との距離が近くなる。このため、基板を適切に静電吸着することができる。
なお、載置面が球冠状の凹面で構成されているとは、載置面の全体が球冠状の凹面で構成されているものに限らず、例えば、載置面の周縁に平坦部を形成したものや、周縁部を座ぐり加工したものなどを含む概念である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るドライエッチング装置の構成を示す図である。
【図２】ドライエッチング装置の静電チャックおよび冷却ガス導入部の構成を示す図である。
【図３】ドライエッチング装置において、基板裏側間隙における冷却ガスの圧力を比較的大きな値に制御することで、載置面に対して静電吸着された基板を平坦にした状態を示す図である。
【図４】ドライエッチング装置において、基板裏側間隙における冷却ガスの圧力を比較的小さな値に制御することで、載置面に対して静電吸着された基板を下方に凹んだ断面円弧状にした状態を示す図である。
【図５】基板の凹み量を説明するための図である。
【図６】静電チャックの載置面の変形例を示す図である。
【図７】基板に対してドライエッチング装置によりドライエッチング処理が為されて製造された回転振動型ジャイロを示す図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。
【図８】従来技術に係るドライエッチング装置において、上方に突出した断面円弧状の基板に対してエッチング処理が為されることを示す図である。
【図９】従来技術に係るドライエッチング装置において、プラズマイオンの進行方向が外側に拡がる場合に、平坦な基板に対してエッチング処理が為されることを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態に係るドライエッチング装置１は、ＥＣＲ型のものであって、上部のプラズマ生成室１１ａおよび下部の処理室１１ｂから成るチャンバー１１と、プラズマ生成室１１ａの周囲に設けられたコイル１２と、処理室１１ｂの内部に収容され、エッチング対象となるシリコンウェハー等の基板Ｗを静電吸着する静電チャック１３と、静電チャック１３を介して基板Ｗの裏面側に冷却ガスを導入する冷却ガス導入部１４（図２参照）とを備えている。
【００１７】
コイル１２は、ＥＣＲ条件を満たす磁束密度（Ｂ＝８７．５ｍＴ）の磁場をプラズマ生成室１１ａに形成する。また、プラズマ生成室１１ａの上壁には、導波管１５を介して、ＥＣＲ条件を満たす周波数のマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を発生させるマイクロ波発信器（図示省略）が接続されている。
【００１８】
静電チャック１３には、マッチング回路（図示省略）を介してＲＦ（Radio Frequency）バイアス用の高周波電源１６が接続されている。また、プラズマ生成室１１ａの上部には、反応性ガス（例えばフッ素系のガス）を供給するガス供給ノズル１７が接続されている。さらに、処理室１１ｂの下部には、排気口１８を介して真空ポンプ（図示省略）が接続されている。なお、静電チャック１３および冷却ガス導入部１４については後述する。
【００１９】
ここで、ドライエッチング装置１の動作について簡単に説明する。まず、エッチング対象の基板Ｗを静電チャック１３にセットする。プラズマ生成室１１ａと処理室１１ｂの内部を真空排気した後、ガス供給ノズル１７からプラズマ生成室１１ａ内へ反応性ガスを供給する。続いて、コイル１２に通電して、プラズマ生成室１１ａ内に磁場を形成する。このとき、導波管１５よりマイクロ波をプラズマ生成室１１ａに供給すると、電子サイクロトロン共鳴が起こり、これにより加速された電子によってプラズマ生成室１１ａ内の反応性ガスが電離し、プラズマイオンが生成される。
【００２０】
プラズマ生成室１１ａ内で生成したプラズマイオンは、高周波電源１６から基板ＷにＲＦバイアスを印加することにより、処理室１１ｂに引き込まれて基板Ｗの表面に入射し、基板Ｗにエッチング処理が為される。このエッチング処理は、冷却ガス導入部１４により基板Ｗを冷却しながら行われる。
【００２１】
次に、図２を参照して、静電チャック１３および冷却ガス導入部１４について説明する。静電チャック１３は、円板状に形成され冷却機能を有する金属板２１と、金属板２１の上に接合された円板状の誘電体層２２と、誘電体層２２内に埋設され、直流電源回路２７に接続された内部電極２４とを有している。また、誘電体層２２の上面が、基板Ｗが載置される載置面２３となっており、載置面２３は、下方に僅かに凹んだ形状、すなわち、球冠状の凹面（断面円弧）で構成されている（図２等では凹み量を誇張して示している）。また、内部電極２４も、載置面２３に倣った形状（断面円弧）となっている。詳細は後述するが、載置面２３に対して静電吸着された基板Ｗが、平坦または下方に凹んだ断面円弧状となるようになっている。
【００２２】
さらに、静電チャック１３には、金属板２１および誘電体層２２を貫通して、冷却ガス導入部１４に連なる冷却ガス導入孔２５が形成されている。なお、本実施形態では、冷却ガス導入孔２５を、金属板２１および誘電体層２２の中心に形成しているが、金属板２１および誘電体層２２の外周領域に複数個形成してもよく、中心と外周領域との双方に形成してもよい。
【００２３】
冷却ガス導入部１４は、冷却ガスを貯留しているガス源３１と、ガス源３１と静電チャック１３の冷却ガス導入孔２５とを接続するガス導入管３２と、ガス導入管３２に介設されたマスフローコントローラー３３および圧力計３４とを備えている。そして、ガス源３１に貯留された冷却ガスが、ガス導入管３２および冷却ガス導入孔２５を通って、静電チャック１３に静電吸着された基板Ｗの裏面と載置面２３との間隙である基板裏側間隙２６に導入される。なお、冷却ガスとしては、ヘリウムなどの不活性ガスを好適に用いることができる。
【００２４】
そして、圧力計３４により検出された圧力値に基づいて、マスフローコントローラー３３により冷却ガスの導入を断続的にＯＮ／ＯＦＦすることで、基板裏側間隙２６における冷却ガスの圧力が所要の値で安定するように制御している。すなわち、所要の圧力値に達した後、基板裏側間隙２６への冷却ガスの導入量と、基板裏側間隙２６からの冷却ガスの流出量（漏れ量）とが等しくなるように制御する。なお、本実施形態では、基板裏側間隙２６における冷却ガスの圧力を、導入する冷却ガスの流量により制御しているが、導入する冷却ガスの圧力により制御してもよい。この場合は、例えば、ガス導入管３２に圧力調整バルブを介設するようにする。
【００２５】
そして、基板裏側間隙２６における冷却ガスの圧力を比較的大きな値に制御することで、図３に示すように、載置面２３に対して静電吸着された基板Ｗを平坦にすることができる。このように、静電吸着された基板Ｗを平坦な形状とすることで、プラズマイオンの進行方向が平行に揃っている場合には、基板Ｗの全域で基板Ｗに対するエッチング方向を垂直にすることができる。
【００２６】
一方、基板裏側間隙２６における冷却ガスの圧力が比較的小さくなるように制御することで、図４に示すように、載置面２３に対して静電吸着された基板Ｗを下方に凹んだ断面円弧状に変形させることができる。このように、静電吸着された基板Ｗを下方に凹んだ断面円弧状とすることで、プラズマイオンの進行方向が外側に拡がる場合にも、基板Ｗの全域で基板Ｗに対するエッチング方向を垂直にすることができる。
【００２７】
ここで、基板Ｗの凹み量ΔＨは、以下のθが十分に小さいとき、次のように近似できる（図５参照）。
ΔＨ＝πｒθ／３６０
ｒ：基板Ｗの半径
θ：プラズマイオンの進行方向の広がり角度［度］
例えば、６インチウェハー（ｒ＝７５ｍｍ）の基板Ｗを用い、θ＝１度である場合、ΔＨ＝６５４μｍとなる。そのため、基板Ｗの凹み量ΔＨが、６５４μｍとなるように、基板裏側間隙２６の圧力を制御すればよいことになる。また、この場合、静電チャック１３の載置面２３を、ΔＨ＝６５４μｍ分の基板Ｗの凹み量を許容する形状に形成しておく。
【００２８】
なお、本実施形態では、載置面２３を、球冠状の凹面（断面円弧）で構成したが、図６に示すように、静電チャック１３の載置面２３の周縁に、平坦部２３ａを形成したものでもよく（図６（ａ）参照）、この平坦部２３ａで基板Ｗに接するようにしてもよい（図６（ｂ）参照）。また、載置面２３の周縁に、座ぐり加工した座ぐり部２３ｂを設け、さらにその外縁に平坦部２３ａを形成したものでもよい（図６（ｃ）参照）。
【００２９】
さらに、載置面２３を、球冠状の凹面ではなく、底面が平坦な浅い凹部２３ｃと、段部を介してその周辺に連なる平坦部２３ａとで構成し、この平坦部２３ａで基板Ｗに接するようにしてもよい（図６（ｄ）参照）。もっとも、本実施形態のように、載置面２３を、球冠状の凹面で構成することで、基板Ｗ全体において載置面２３との距離が近くなるため、基板Ｗを適切に静電吸着することができる。
【００３０】
以上のように、本実施形態のドライエッチング装置１によれば、下方に凹んだ載置面２３に対して基板Ｗを静電吸着することで、静電吸着された基板Ｗを、上方に突出した断面円弧状でなく、平坦または下方に凹んだ断面円弧状とすることが可能になる。このため、基板Ｗの表面に対して精度良く垂直にエッチングすることができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、ドライエッチング装置１として、ＥＣＲ型のものを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、ＩＣＰ型などのリモートプラズマ方式のものを好適に用いることができる。リモートプラズマ方式のドライエッチング装置１では、基板Ｗから離れた位置（プラズマ生成室１１ａ）でプラズマを発生させ、そこからプラズマイオンを基板Ｗに向けて引き込むものである。このため、リモートプラズマ方式では、プラズマイオンの進行方向が外側に拡がりやすくなるが、本実施形態のドライエッチング装置１によれば、上記のように、プラズマイオンの進行方向が外側に拡がる場合にも、基板Ｗの全域で基板Ｗに対するエッチング方向を垂直にすることができる。
【００３２】
そして、本実施形態のドライエッチング装置１は、例えば、図７に示す回転振動型ジャイロ１００の製造プロセスに好適に用いることができる。回転振動型ジャイロ１００は、基板Ｗ（シリコンウェハー）にリリース形成された環状の駆動錘１０１と、駆動錘１０１の内側に同心円状に配設された円板状の検出錘１０２と、基板Ｗ上に突設され、駆動錘１０１および検出錘１０２を支持するアンカー１０３と、アンカー１０３と検出錘１０２との間に掛け渡され、振動する検出錘１０２のヒンジとして機能する検出バネ１０４と、駆動錘１０１および検出錘１０２の間に掛け渡されると共に、駆動錘１０１の回転振動を吸収しコリオリ力のみを検出錘１０２に伝達する駆動バネ１０５とを備えている。
【００３３】
回転振動型ジャイロ１００は、駆動錘１０１をその重心を通るＺ軸周りに回転振動させて、Ｚ軸に直交する軸周りに角速度が加わったときに発生したコリオリ力により検出錘１０２を搖動させ、この搖動による静電容量の変化から当該角速度を検出するようになっている。そして、これらの駆動錘１０１、検出錘１０２、検出バネ１０４および駆動バネ１０５等は、基板Ｗに対する何段階にも亘るエッチングプロセスを経てリリース形成される。
【００３４】
回転振動型ジャイロ１００のエッチングプロセスにおいて、基板Ｗに対するエッチング方向にチルトが生じると、細長形状に形成される検出バネ１０４および駆動バネ１０５の断面が平行四辺形状に形成されてしまう。この場合、特に駆動バネ１０５の断面が平行四辺形状に形成されると、検出錘１０２にコリオリ力とは別の振動（直角成分誤差）を発生させることになり、角速度の検出に悪影響を及ぼすことになる。この点、本実施形態のドライエッチング装置１によれば、基板Ｗの表面に対して精度良く垂直にエッチングすることができるため、駆動バネ１０５等を精度良く断面矩形に形成することができる。したがって、精度良く角速度を検出することができる回転振動型ジャイロ１００を製造することができる。
なお、ドライエッチング装置１は、回転振動型ジャイロ１００以外にも、他のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスや半導体デバイスの製造プロセスに好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１：ドライエッチング装置、１３：静電チャック、１４：冷却ガス導入部、２３：載置面、２６：基板裏側間隙、３３：マスフローコントローラー、３４：圧力計、Ｗ：基板
【図１】
2014024216.tif 000003
【図２】
2014024216.tif 000004
【図３】
2014024216.tif 000005
【図４】
2014024216.tif 000006
【図５】
2014024216.tif 000007
【図６】
2014024216.tif 000008
【図７】
2014024216.tif 000009
【図８】
2014024216.tif 000010
【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年2月4日(2015.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
載置面上に、ドライエッチング処理が為される基板を静電吸着する静電吸着部と、
プラズマイオンが生成されるプラズマ生成室、および前記静電吸着部が収容された処理室、を有するチャンバーと、を、備え、
前記載置面が、静電吸着された前記基板が下方に凹んだ断面円弧状となることを許容する、下方に凹んだ形状に形成されていることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記静電吸着部は、前記基板の裏面と前記載置面との間隙に冷却ガスを導入する冷却ガス導入流路を、有し、
前記基板が平坦または下方に凹んだ断面円弧状となるように、前記間隙における前記冷却ガスの圧力を制御する制御部を、さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング装置。
【請求項３】
前記載置面が、球冠状の凹面で構成されていることを特徴とする請求項２の記載のドライエッチング装置。
【請求項４】
下方に凹んだ載置面上に、ドライエッチング処理が為される基板を静電吸着する静電吸着部と、
プラズマイオンが生成されるプラズマ生成室、および前記静電吸着部が収容された処理室、を有するチャンバーと、を、備えたドライエッチング装置において、
前記載置面上に静電吸着され、平坦または下方に凹んだ断面円弧状となった基板に対し、ドライエッチング処理を行うことを特徴とするドライエッチング方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明のドライエッチング装置は、載置面上に、ドライエッチング処理が為される基板を静電吸着する静電吸着部と、プラズマイオンが生成されるプラズマ生成室、および静電吸着部が収容された処理室、を有するチャンバーと、を、備え、載置面が、静電吸着された基板が下方に凹んだ断面円弧状となることを許容する、下方に凹んだ形状に形成されていることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明のドライエッチング方法は、下方に凹んだ載置面上に、ドライエッチング処理が為される基板を静電吸着する静電吸着部と、プラズマイオンが生成されるプラズマ生成室、および静電吸着部が収容された処理室、を有するチャンバーと、を、備えたドライエッチング装置において、載置面上に静電吸着され、平坦または下方に凹んだ断面円弧状となった基板に対し、ドライエッチング処理を行うことを特徴とする。
【国際調査報告】
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2014024216.tif 000013
2014024216.tif 000014
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