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JP2000174004A - Method and apparatus for plasma etching - Google Patents

Method and apparatus for plasma etching

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JP2000174004A
JP2000174004A JP10376454A JP37645498A JP2000174004A JP 2000174004 A JP2000174004 A JP 2000174004A JP 10376454 A JP10376454 A JP 10376454A JP 37645498 A JP37645498 A JP 37645498A JP 2000174004 A JP2000174004 A JP 2000174004A
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JP
Japan
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gas
sample
plasma
fluorine compound
etching
Prior art date
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Application number
JP10376454A
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Japanese (ja)
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Inventor
Koji Honma
孝治 本間
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Chemitronics Co Ltd
Original Assignee
Chemitronics Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To uniformly thin a substrate crystal by the dry etching using plasma- activated active species of a reaction gas composed of a F compd. gas or F compd. gas-contg. mixed gas mixed with at least H or ammonia gas. SOLUTION: An active species produced in a gas plasma is applied to a sample surface to etch it with the plasma. A mixed gas of SF6 with ammonia and N is injected from a gas feeder through a reaction gas feed pipe in a plasma generating chamber, a microwave generated in a microwave oscillator 1 passes through a waveguide 2 and is absorbed in the plasma generating chamber to activate the mixed gas and form a plasma activated region 6. The active species gas passing through an active species gas feed pipe 13 is restricted by an etching nozzle 4 into a high-density local beam which is fed to the surface of a semiconductor wafer 5 on a sample moving mechanism 7, thus greatly speedily etching it in a uniform thickness.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はドライエッチングの
方法およびその装置に関し、特に半導体素子や集積回路
を形成するSi半導体ウエーハの結晶やSOI(Sil
icon OnInsulator)の結晶を一様に薄
くしたり、平坦化する方法およびその装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for dry etching and, more particularly, to a crystal or SOI (Sil) of a Si semiconductor wafer for forming a semiconductor element or an integrated circuit.
The present invention relates to a method and an apparatus for uniformly thinning and flattening a crystal of an icon (icon on insulator).

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子や集積回路は半導体ウエーハ
(以下、総称として試料ともいう)を用いてこの表面に
複数形成され、製造工程の最終段階ではこの半導体ウエ
ーハをチップ毎に切断し、ペレットとして分離する、ダ
イシング工程がある。このダイシング工程の前には、チ
ップの放熱効果を高めたり、またはダイシングで使用さ
れる切断工具(カッタやソー等)の消耗を減らし寿命を
延ばしたりするために、半導体ウエーハはこの裏面を研
磨あるいは切削によって厚さを薄くする処理が必要とさ
れている。これまで、半導体ウエーハの基板結晶を一様
に薄くする場合には、研磨装置により半導体ウエーハの
裏面に研磨布を介して平板を押し当て、研磨液を供給し
てウエーハと研磨布の間に研磨液を介在させながら研磨
する方法や、研削装置によりダイヤモンド粒子等の固い
材料粒子を埋め込み固定した砥石により研削する方法あ
るいは化学的機械研磨の方法が一般に知られている。ま
た、ウエットエッチングによって基板結晶を一様に薄く
する技術も使われている。
2. Description of the Related Art A plurality of semiconductor elements and integrated circuits are formed on a surface of a semiconductor wafer (hereinafter collectively referred to as a sample). At the final stage of the manufacturing process, the semiconductor wafer is cut into chips and formed into pellets. There is a dicing step for separation. Before this dicing step, the semiconductor wafer is polished or back-polished to increase the heat radiation effect of the chip or to reduce the consumption of cutting tools (such as cutters and saws) used in dicing and extend the life. There is a need for a process of reducing the thickness by cutting. Until now, when thinning the substrate crystal of a semiconductor wafer uniformly, a flat plate was pressed against the back surface of the semiconductor wafer via a polishing cloth by a polishing apparatus, and a polishing liquid was supplied to polish the wafer between the wafer and the polishing cloth. A method of polishing with a liquid interposed, a method of grinding with a grindstone in which hard material particles such as diamond particles are embedded and fixed by a grinding device, or a method of chemical mechanical polishing are generally known. Also, a technique for uniformly thinning a substrate crystal by wet etching has been used.

【0003】また、半導体素子や集積回路の高性能化の
ために、SiではSOIウエーハが大量に使われてお
り、この製造にはSiO2上のSi層を極めて薄く均一
に高精度で加工仕上げする技術が必要となっている。こ
れにも上記の従来技術が使われていた。さらに、配線層
の寸法の微細化により、試料表面の凹凸が従来の規格よ
りさらに厳しく要求されるようになってきている。この
ために、試料上の局部に存在する凸部領域だけをエッチ
ングしたい要求があり、例えば局部領域だけをプラズマ
加工する方式が米国特許5336355に記載されてい
る。
In order to improve the performance of semiconductor elements and integrated circuits, SOI wafers are used in large quantities in Si. In this production, the Si layer on SiO 2 is processed to be extremely thin and uniform with high precision. Technology is needed. For this, the above-mentioned conventional technology was used. Further, with the miniaturization of the dimensions of the wiring layer, irregularities on the sample surface have been required to be more strict than conventional standards. For this purpose, there is a demand to etch only the convex region existing locally on the sample. For example, US Pat. No. 5,336,355 discloses a method of performing plasma processing only on the local region.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】半導体素子や集積回路
が高性能化、高集積化されるに伴い、発熱量は多くなり
温度上昇のためにデバイスの特性が低下し、信頼度が悪
くなる傾向がある。半導体基板結晶を薄くする目的は、
この発熱を効果的に放熱し、半導体内部の温度上昇を防
ぐことである。また、半導体素子や集積回路の高性能化
のために、大量に使われるようになったSOIウエーハ
の製造にはSiO2上のSi層を極めて薄く均一に高精
度で、かつ無歪の加工仕上げをする技術が必要である。
しかしながら、従来の研磨あるいは研削による方法では
基板結晶に圧縮応力やせん断応力を加えながら加工する
ため結晶中に歪が残る。また、加工中には加工くず、研
磨粒子、研削粒子あるいは結晶粒子などの異物が混入さ
れ、歩留り低下の要因になる。さらに、機械加工ではウ
エーハの加工面には、ある深さまで加工変質層が形成さ
れていて、これを除去するために薬液を用いたウエット
エッチングの後工程が追加され、工程が複雑でコストが
高くなる欠点がある。また、上記、異物はチップの裏面
に残って歩留り低下を誘発する。このように、機械加工
でウエーハの厚さを薄くする工程は、ウエーハ全体を研
磨液や接着材等で汚染するため、十分に確立された高度
な洗浄技術が不可欠となり、コストが高くなる欠点があ
る。ウエットエッチングによって基板結晶を一様に薄く
する方法にはウエーハ表面を保護することが特に重要
で、また、エッチング速度が遅いので生産性が悪い欠点
がある。また、従来の試料上の局部領域だけをプラズマ
加工する方式は、加工仕上がり精度に関する最適化の検
討がなされておらず、CF4やSF6ガスによる加工後
の表面が投光器による目視検査で白濁が観察されるほど
表面荒さが劣化し、最終の仕上げには使えない問題があ
る。これはCまたはSに起因する堆積物が発生するため
と思われる。また、プラズマ中のイオンが主に加工用に
利用される構成のものは試料(結晶)の加工面に歪が生
成される問題がある。このため、本発明は主にプラズマ
発生のラジカル原子またはラジカル分子(以下、活性種
という)をもちいたドライのエッチングによって基板結
晶を高速エッチで均一に薄くする方法とその装置を提供
し、基板結晶に加工歪みが残らない加工法により、全体
の製造工程を簡略化し、極めて加工平坦度の優れた、極
薄厚さの加工技術を提供し、放熱特性に優れた半導体素
子あるいは集積回路の薄厚チップ、Siの薄層化SOI
ウエーハやSi表面の平坦化処理を、高歩留りで安価に
供給することを目的としている。
As semiconductor elements and integrated circuits become more sophisticated and highly integrated, the amount of heat generated increases, the temperature rises, and the characteristics of the devices decrease, resulting in a decrease in reliability. There is. The purpose of thinning the semiconductor substrate crystal is
The purpose is to effectively radiate this heat and prevent the temperature inside the semiconductor from rising. For the production of SOI wafers that have been used in large quantities for the purpose of improving the performance of semiconductor elements and integrated circuits, the Si layer on SiO2 must be extremely thin, uniformly processed with high precision and without distortion. Technology is needed.
However, in the conventional method of polishing or grinding, the substrate crystal is processed while applying a compressive stress or a shear stress, so that distortion remains in the crystal. In addition, during processing, foreign substances such as processing particles, abrasive particles, ground particles, and crystal particles are mixed, which causes a reduction in yield. Furthermore, in the machining process, a damaged layer is formed on the processed surface of the wafer to a certain depth, and a post-process of wet etching using a chemical solution is added to remove this, making the process complicated and costly There are disadvantages. Further, the above foreign matter remains on the back surface of the chip and induces a decrease in yield. In this way, the process of reducing the thickness of the wafer by machining contaminates the entire wafer with polishing liquid, adhesive, etc., so a well-established advanced cleaning technology is indispensable, and the disadvantage of increasing the cost is is there. In the method of uniformly thinning the substrate crystal by wet etching, it is particularly important to protect the wafer surface, and the etching rate is low, so that the productivity is poor. In the conventional method of plasma processing only a local region on a sample, optimization of the processing finish accuracy has not been studied, and the surface after processing with CF4 or SF6 gas is observed to be cloudy by a visual inspection using a projector. There is a problem that the surface roughness deteriorates so that it cannot be used for final finishing. This is probably because deposits due to C or S are generated. Further, a structure in which ions in plasma are mainly used for processing has a problem that strain is generated on a processed surface of a sample (crystal). Therefore, the present invention provides a method and an apparatus for uniformly thinning a substrate crystal by high-speed etching mainly by dry etching using radical atoms or radical molecules (hereinafter referred to as active species) generated by plasma. A processing method that does not leave processing distortion, simplifies the entire manufacturing process, provides extremely thin processing technology with extremely excellent processing flatness, and has excellent heat dissipation characteristics for thin chips of semiconductor elements or integrated circuits. Thinned SOI of Si
It is intended to supply a wafer and a Si surface flattening process at a high yield and at a low cost.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明では、反応ガスを
流して、高周波の交流電磁場によりプラズマ室でイオン
やラジカルを発生させ、主にラジカルの活性種ガスによ
り気相化学反応によって半導体ウエーハの結晶をエッチ
ングする方法を基本としている。本発明ではフッ素化合
物ガスあるいはフッ素化合物ガスを含む混合ガスに、水
素あるいはアンモニアガスの少なくも1種類のガスを混
合して、反応ガスとして用いることが特徴である。上記
フッ素化合物ガスとしては、六フッ化硫黄(SF6)、
四フッ化炭素(CF4)、および三フッ化窒素(NF
3)があり、本発明ではこれらの少なくとも1種類を用
いることが特徴である。このフッ素化合物ガスはN2、
Ar、He等の不活性ガスで希釈されていてもよい。水
素あるいはアンモニアガスの少なくも1種類のガスを混
合することによってエッチングの表面荒さがエッチング
前の表面荒さよりも改善されることを実験によって見い
出した。この結果を表1に示す。
According to the present invention, a reaction gas is flowed, ions and radicals are generated in a plasma chamber by a high-frequency alternating-current electromagnetic field, and a semiconductor wafer is mainly produced by a gas phase chemical reaction using radical active species gas. It is based on a method of etching a crystal. The present invention is characterized in that at least one kind of hydrogen or ammonia gas is mixed with a fluorine compound gas or a mixed gas containing a fluorine compound gas and used as a reaction gas. Examples of the fluorine compound gas include sulfur hexafluoride (SF6),
Carbon tetrafluoride (CF4) and nitrogen trifluoride (NF
3), and the present invention is characterized by using at least one of these. This fluorine compound gas is N2,
It may be diluted with an inert gas such as Ar or He. It has been found through experiments that by mixing at least one kind of gas of hydrogen or ammonia gas, the surface roughness of etching is improved as compared with the surface roughness before etching. Table 1 shows the results.

【0006】[0006]

【表1】 [Table 1]

【0007】水素あるいはアンモニアの添加量がわずか
0.01%でも表面荒さの改善に関する添加効果が現わ
れている。これは水素あるいはアンモニアの分子がこの
反応系で活性化され、H2S等によるガス化、HF生成
によるSi表面の清浄化、あるいはH2Oの形成による
酸素によるウエーハ表面の酸化の防止等の効果により、
鏡面仕上げになると推定される。水素あるいはアンモニ
アの添加量が増えると図5に示すようにエッチング速度
が低下する傾向があり、加工の処理時間が長くなるので
実用上の制限がある。このため、上記水素あるいはアン
モニアガスの少なくも1種類のガスの混合する割合はフ
ッ素化合物ガスに対して20%以下の濃度であることが
好ましく、アンモニアの方がより効果的であることがわ
かる。上記水素あるいはアンモニアガスはN2、Ar、
He等の不活性ガスで希釈されていてもよい。
[0007] Even if the addition amount of hydrogen or ammonia is as small as 0.01%, the effect of adding the improvement in the surface roughness appears. This is because the molecules of hydrogen or ammonia are activated in this reaction system, and gasification by H2S or the like, cleaning of the Si surface by generation of HF, or prevention of oxidation of the wafer surface by oxygen due to formation of H2O,
It is presumed to be mirror-finished. When the amount of added hydrogen or ammonia increases, the etching rate tends to decrease as shown in FIG. 5, and the processing time for processing becomes longer, so that there is a practical limit. Therefore, it is preferable that the mixing ratio of at least one kind of the hydrogen or ammonia gas is 20% or less with respect to the fluorine compound gas, and it is understood that ammonia is more effective. The hydrogen or ammonia gas is N2, Ar,
It may be diluted with an inert gas such as He.

【0008】本発明では上記ガスプラズマ中で発生した
上記の活性種を試料面にあててプラズマエッチングを行
うことを基本としている。このために、試料全面に活性
種ガスを均一に当てる方式であってもよいが、とくに高
精度に試料表面の加工を行うためには、上記活性種ガス
を試料面積より小さな開口径を持つエッチングノズルの
先端から試料面にあて、試料を部分的にエッチングし、
ノズルと試料を相対的に移動させながら、試料全面にわ
たって所望の加工を行う方式のほうが制御性が優れた結
果が得られた。これは、局部のエッチング量を実時間で
計測して移動速度にフィードバックをかけながらエッチ
ングをすることができることと、また、特にマイクロ波
励起によるプラズマ発生による活性種ガスはエッチング
速度が安定であること、などの理由である。なお、プラ
ズマ発生の方法はマイクロ波励起に限定されるものでは
ない。
In the present invention, the above-described active species generated in the gas plasma is basically applied to a sample surface to perform plasma etching. For this purpose, a method in which the active species gas is uniformly applied to the entire surface of the sample may be used, but in order to process the sample surface with high accuracy, the active species gas is etched with a smaller opening diameter than the sample area. From the tip of the nozzle to the sample surface, partially etch the sample,
A method in which desired processing was performed over the entire surface of the sample while relatively moving the nozzle and the sample, resulted in better controllability. This means that etching can be performed while measuring the local etching amount in real time and feeding back the moving speed, and that the etching rate is stable especially for active species gas generated by plasma generation by microwave excitation. And so on. The method of generating plasma is not limited to microwave excitation.

【0009】本発明の中で、上記ガスの混合法と異な
り、フッ素化合物ガスあるいはフッ素化合物ガスを含む
混合ガスによりガスプラズマ中で発生した活性種を試料
面にあて、水素あるいはアンモニアガスの少なくも1種
類のガスをそのまま、あるいは希釈して試料面近傍に供
給してエッチングを行う方式がある。この場合、活性種
ガスは試料の全面に当てても、エッチングノズルで局部
的に当てても、どちらでもよい。水素あるいはアンモニ
アガスの効果は、前記混合ガスの場合と同様に表面荒さ
の改善に有効であった。本発明による加工方法は結晶表
面に加工歪みを残さないので、この後、薬液によるウエ
ットエッチング工程が不要となり、工程が簡略化できる
特徴がある。
In the present invention, unlike the above-mentioned gas mixing method, a fluorine compound gas or an active species generated in a gas plasma by a mixed gas containing a fluorine compound gas is applied to a sample surface to reduce at least hydrogen or ammonia gas. There is a method in which one kind of gas is supplied as it is or diluted and supplied to the vicinity of a sample surface to perform etching. In this case, the active species gas may be applied to the entire surface of the sample, or may be applied locally to the etching nozzle. The effect of hydrogen or ammonia gas was effective in improving the surface roughness as in the case of the mixed gas. Since the processing method according to the present invention does not leave processing strain on the crystal surface, there is no need for a wet etching step using a chemical solution thereafter, and the process can be simplified.

【0010】.本発明の方法を用いたプラズマエッチン
グ装置はガス供給部とプラズマ発生機構部と活性種ガス
供給機構部と試料移動機構部を基本としており、以上述
べたエッチング部の他に、効率よく処理を行うために、
ウエーハ搬送機構や試料交換室を備えて装置が構成され
ている。また、排気ガスを処理する除外装置も具備され
ている。
[0010] The plasma etching apparatus using the method of the present invention is based on a gas supply section, a plasma generation mechanism section, an active species gas supply mechanism section, and a sample moving mechanism section, and performs efficient processing in addition to the etching section described above. for,
The apparatus includes a wafer transfer mechanism and a sample exchange chamber. An exclusion device for treating exhaust gas is also provided.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】実施例1 図1と図4は本発明によるプラズマエッチングの方法と
その装置の一実施例である。図4は装置全体の構成の概
略図である。ガス供給装置14から反応ガス供給管3に
よりSF6とアンモニアガスおよび窒素からなる混合ガ
スをプラズマ発生室に注入する。マイクロ波発振器1で
発生したマイクロ波が導波管2を通りプラズマ発生室で
吸収され、前記、混合ガスが活性化され、プラズマ活性
領域6が形成される。活性種ガスは活性種ガス供給管1
3を通ってエッチングノズル4で絞り込まれて密度の高
い局部ビームとなって半導体ウエーハ5の表面に供給さ
れるためにこの構成ではエッチングレートは大幅に速く
なる特徴がある。半導体ウエーハ5は、はじめ試料交換
室11に挿入され、ここから搬送機構15によりエッチ
ング室9の移動台8に固定セットされる。移動台8は試
料移動機構7によってX−Y方向あるいはX−θ方向に
可動することができる。エッチングノズル4からでた活
性種ガスによる局部ビームと移動台8の移動機構によっ
て半導体ウエーハ5を全面にわたって均一な厚みにエッ
チングすることが可能になる。また、試料がエッチング
される周辺には吸引作用のある排気ヘッド16を配備
し、浮遊するガスを排気19を経て効果的に排気する構
成になっている。排気部はエッチング室9、排気ヘッド
16、試料交換室11および搬送室10にそれぞれゲー
トバルブ18を介して配管され、各々が排気される。エ
ッチング室9と排気ヘッド16から出た排気ガスはガス
処理装置17を経て、除害して排気される。図1はエッ
チングノズルと試料周辺の詳細図である。エッチングノ
ズル4は活性種ガス供給管13と結合部22によって高
気密に固定され、また、エッチングノズル4の交換が容
易に行える構成である。また、ガスを放出するエッチン
グノズル先端の開口部の断面形状は円形であってもよい
が、高速にエッチングする目的には楕円や方形あるい
は、帯状の形状の方が処理時間の短縮にとって効果があ
り、この構造は用途によって選定される。エッチングに
用いる反応ガス101は水素またはアンモニア用のAラ
イン、フッ素化合物用のBラインおよび不活性ガス用の
Cラインからなり、活性種ガス供給管13の入口で混合
される。なお、AラインおよびBラインのガスは不活性
ガスで希釈されていてもよい。Siのエッチングは例え
ばSF6ガスに10%のアンモニアを添加した条件で、
500Wのマイクロ波電力のとき、約60μm/min
の高速エッチングレートが得られ、仕上がり表面の荒さ
は0.305nmとエッチング前の値よりも良好な鏡面
が得られた。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIGS. 1 and 4 show an embodiment of a plasma etching method and apparatus according to the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram of the configuration of the entire apparatus. A mixed gas composed of SF6, ammonia gas and nitrogen is injected into the plasma generation chamber from the gas supply device 14 through the reaction gas supply pipe 3. The microwave generated by the microwave oscillator 1 passes through the waveguide 2 and is absorbed in the plasma generation chamber, and the mixed gas is activated to form the plasma active region 6. The active species gas is the active species gas supply pipe 1
In this configuration, the etching rate is greatly increased because the beam is narrowed by the etching nozzle 4 through the nozzle 3 and is supplied as a high-density local beam to the surface of the semiconductor wafer 5. The semiconductor wafer 5 is first inserted into the sample exchange chamber 11, from which the semiconductor wafer 5 is fixedly set on the movable table 8 of the etching chamber 9 by the transfer mechanism 15. The moving table 8 can be moved in the XY direction or the X-θ direction by the sample moving mechanism 7. The semiconductor wafer 5 can be etched to a uniform thickness over the entire surface by the local beam generated by the active species gas from the etching nozzle 4 and the moving mechanism of the moving table 8. Further, an exhaust head 16 having a suction action is provided around the area where the sample is etched, and the floating gas is effectively exhausted through the exhaust 19. The exhaust unit is piped to the etching chamber 9, the exhaust head 16, the sample exchange chamber 11, and the transfer chamber 10 via the gate valve 18, respectively, and each is exhausted. Exhaust gas discharged from the etching chamber 9 and the exhaust head 16 passes through a gas processing device 17 and is then harmed and exhausted. FIG. 1 is a detailed view around the etching nozzle and the sample. The etching nozzle 4 is fixed in a highly airtight manner by the active species gas supply pipe 13 and the connecting portion 22, and the etching nozzle 4 can be easily replaced. The cross-sectional shape of the opening at the tip of the etching nozzle for releasing gas may be circular, but for the purpose of high-speed etching, an elliptical, rectangular, or band-like shape is more effective for reducing the processing time. The structure is selected according to the application. The reaction gas 101 used for etching comprises an A line for hydrogen or ammonia, a B line for a fluorine compound, and a C line for an inert gas, and is mixed at the inlet of the active species gas supply pipe 13. The gas in the A line and the B line may be diluted with an inert gas. For example, the etching of Si is performed under the condition that 10% ammonia is added to SF6 gas.
At a microwave power of 500 W, about 60 μm / min
, And the finished surface had a roughness of 0.305 nm, which was a better mirror surface than the value before etching.

【0012】実施例2 本発明によるエッチングの方法およびその装置の他の実
施例を図2で説明する。実施例1とガス供給部およびプ
ラズマ発生部は同じであるが、活性種ガスが均一に広が
るようなエッチングヘッド103により試料を一括にエ
ッチングする点が異なる。この場合は試料の移動機構に
代わって試料台104があればよい。半導体ウエーハの
直径が小さい試料の場合に有効な方式である。
Embodiment 2 Another embodiment of the etching method and apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. Although the gas supply unit and the plasma generation unit are the same as those in the first embodiment, the difference is that the sample is collectively etched by the etching head 103 in which the active species gas spreads uniformly. In this case, a sample stage 104 may be provided instead of the sample moving mechanism. This is an effective method for a sample having a small semiconductor wafer diameter.

【0013】実施例3 本発明によるエッチングの方法およびその装置の別の実
施例を図3で説明する。実施例1とガス供給部を除いて
プラズマ発生部や試料移動機構は同じである。反応ガス
101のフッ素化合物用のBラインおよび不活性ガス用
のCラインが活性種ガス供給管13の入口で混合され、
水素またはアンモニア用のAラインが、噴き出しガスラ
イン110の入口に単独で供給される。フッ素化合物を
含む混合ガスで活性種ガスが作られ、エッチングノズル
4から試料表面に供給される。一方、水素またはアンモ
ニアガスは上記経路を通って水素系ガスノズル105か
ら供給される。試料上のエッチング雰囲気ガス106に
は上記Aラインのガスが効果的に混合されるように水素
系ガスノズル105の配置が決められてある。水素また
はアンモニアの添加効果は実施例1と同じである。
Embodiment 3 Another embodiment of the etching method and apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. Except for the gas supply unit, the plasma generation unit and the sample moving mechanism are the same as those in the first embodiment. The B line for the fluorine compound and the C line for the inert gas of the reaction gas 101 are mixed at the inlet of the active species gas supply pipe 13,
An A line for hydrogen or ammonia is supplied alone at the inlet of the bleed gas line 110. An active species gas is produced from a mixed gas containing a fluorine compound, and is supplied from the etching nozzle 4 to the sample surface. On the other hand, hydrogen or ammonia gas is supplied from the hydrogen-based gas nozzle 105 through the above path. The arrangement of the hydrogen-based gas nozzle 105 is determined so that the gas of the A line is effectively mixed with the etching atmosphere gas 106 on the sample. The effect of adding hydrogen or ammonia is the same as in the first embodiment.

【0014】以上、実施例1から3までのプラズマ発生
機構はマイクロ波励起の例で述べてあるが、これに代わ
ってコイルによる誘電型あるいは平行平板等の容量型で
あってもよいことを付言する。
As described above, the plasma generation mechanisms of the first to third embodiments are described by using the example of microwave excitation. However, it is noted that a dielectric type using a coil or a capacitive type such as a parallel plate may be used instead. I do.

【0015】[0015]

【発明の効果】(1)フッ素化合物あるいはフッ素化合
物を含む混合ガスに水素あるいはアンモニアを添加する
ことにより、Siエッチングにおける仕上がり表面の荒
さが小さくなり、均一でかつ高速のため仕上げエッチン
グの工程を短縮できるようになった。 (2)本発明の方法を用いた装置により半導体ウエーハ
精密薄層加工がドライプロセスでできるようになり、こ
れによって半導体ウエーハの洗浄工程や張り付けて取り
外しする工程が不要になり大幅な工程の短縮がはかれ
た。
(1) By adding hydrogen or ammonia to a fluorine compound or a mixed gas containing a fluorine compound, the roughness of the finished surface in Si etching is reduced, and the finish etching step is shortened because of uniformity and high speed. Now you can. (2) The apparatus using the method of the present invention enables the semiconductor wafer precision thin layer processing to be performed by a dry process, thereby eliminating the need for a cleaning step of the semiconductor wafer or a step of attaching and removing the semiconductor wafer, thereby greatly reducing the number of steps. Was peeled off.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1であるプラズマエッチング装
置のエッチングノズルと試料周辺の詳細図。
FIG. 1 is a detailed view of the vicinity of a sample and an etching nozzle of a plasma etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2であるプラズマエッチング装
置のエッチングノズルと試料周辺の詳細図。
FIG. 2 is a detailed view around an etching nozzle and a sample of a plasma etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例3であるプラズマエッチング装
置のエッチングノズルと試料周辺の詳細図。
FIG. 3 is a detailed view around an etching nozzle and a sample of a plasma etching apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例1であるプラズマエッチング装
置の全体構成の概略図。
FIG. 4 is a schematic diagram of an overall configuration of a plasma etching apparatus that is Embodiment 1 of the present invention.

【図5】本発明の水素あるいはアンモニア添加量に対す
るエッチングレートのグラフ。
FIG. 5 is a graph of an etching rate with respect to an amount of added hydrogen or ammonia according to the present invention.

【表1】本発明の水素あるいはアンモニア添加してエッ
チングしたSi表面の加工荒さの関係。
Table 1 shows the relationship between the processing roughness of the Si surface etched by adding hydrogen or ammonia according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…マイクロ波発振器 2…導波管 3…反応ガス供給管 4…エッチングノズル 5…半導体ウエーハ 6…プラズマ発生領域 7…試料移動機構 8…移動台 9…エッチング室 10…搬送室 11…試料交換室 12、22…結合部 13…活性種ガス供給管 14…ガス供給装置 15…搬送機構 16…排気ヘッド 17…排気装置及びガス処理装置 18…ゲートバルブ 19…ガス排気管 20…制御装置 101…反応ガス 102…マイクロ波整合器 103…エッチングヘッド 104…試料台 105…水素系ガスノズル 106…エッチング雰囲気ガス 110…噴き出しガスライン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Microwave oscillator 2 ... Waveguide 3 ... Reactive gas supply pipe 4 ... Etching nozzle 5 ... Semiconductor wafer 6 ... Plasma generation area 7 ... Sample moving mechanism 8 ... Moving table 9 ... Etching chamber 10 ... Transport chamber 11 ... Sample exchange Chambers 12 and 22 Connection section 13 Active gas supply pipe 14 Gas supply device 15 Transport mechanism 16 Exhaust head 17 Exhaust device and gas treatment device 18 Gate valve 19 Gas exhaust pipe 20 Control device 101 Reaction gas 102 ... Microwave matching device 103 ... Etching head 104 ... Sample table 105 ... Hydrogen-based gas nozzle 106 ... Etching atmosphere gas 110 ... Ejection gas line

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガスプラズマ中で発生した活性種を試料
の表面および裏面にあてて平坦化あるいは薄層化するプ
ラズマエッチングの方法において、フッ素化合物ガスあ
るいはフッ素化合物ガスを含む混合ガスに、水素あるい
はアンモニアガスの少なくも1種類のガスを混合して用
いることを特徴としたプラズマエッチングの方法。
In a plasma etching method for applying an active species generated in a gas plasma to a front surface and a back surface of a sample to make it flat or thin, a fluorine compound gas or a mixed gas containing a fluorine compound gas is mixed with hydrogen or hydrogen. A plasma etching method characterized by using a mixture of at least one kind of ammonia gas.
【請求項2】 上記フッ素化合物ガスは、六フッ化硫黄
(SF6)、四フッ化炭素(CF4)、および三フッ化
窒素(NF3)のガスのうち、少なくとも1種類を用い
ることを特徴とした請求項1記載のプラズマエッチング
の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the fluorine compound gas is at least one of sulfur hexafluoride (SF6), carbon tetrafluoride (CF4), and nitrogen trifluoride (NF3). The method for plasma etching according to claim 1.
【請求項3】 上記水素あるいはアンモニアガスの少な
くも1種類のガスの混合する割合はフッ素化合物ガスに
対して0.01%以上20%以下の濃度であることを特
徴とした請求項1と2記載のプラズマエッチングの方
法。
3. The method according to claim 1, wherein the mixing ratio of at least one kind of the hydrogen or ammonia gas is 0.01% or more and 20% or less with respect to the fluorine compound gas. The method for plasma etching according to the above.
【請求項4】 ガスプラズマ中で発生した活性種を試料
の表面および裏面にあてて平坦化あるいは薄層化するプ
ラズマエッチングの方法において、上記活性種を試料面
積より小さな開口径を持つエッチングノズルの先端から
試料面にあて、試料を部分的にエッチングし、ノズルと
試料を相対的に移動させながら、試料全面にわたって所
望の加工を行うことを特徴とした請求項1、2、3記載
のプラズマエッチングの方法。
4. A plasma etching method in which active species generated in a gas plasma are applied to the front and back surfaces of a sample to flatten or reduce the thickness thereof. 4. The plasma etching according to claim 1, wherein the sample is partially etched by being applied from the tip to the sample surface, and desired processing is performed on the entire surface of the sample while relatively moving the nozzle and the sample. the method of.
【請求項5】 フッ素化合物ガスあるいはフッ素化合物
ガスを含む混合ガスによりガスプラズマ中で発生した活
性種を試料面にあて、試料面近傍に水素あるいはアンモ
ニアガスの少なくも1種類のガスをそのまま、あるいは
希釈して供給してエッチングを行うことを特徴としたプ
ラズマエッチングの方法。
5. An active species generated in a gas plasma by a fluorine compound gas or a mixed gas containing a fluorine compound gas is applied to a sample surface, and at least one gas of hydrogen or ammonia gas is left in the vicinity of the sample surface, or A plasma etching method characterized in that etching is performed by diluting and supplying.
【請求項6】 フッ素化合物ガスあるいはフッ素化合物
ガスを含む混合ガスによりガスプラズマ中で発生した活
性種を試料面積より小さな開口径を持つエッチングノズ
ルの先端から試料面にあて、このノズルと試料面に水素
あるいはアンモニアガスの少なくも1種類のガスをその
まま、あるいは希釈して供給して、部分的にエッチング
し、ノズルと試料を相対的に移動させながら、試料全面
にわたって所望の加工を行うことを特徴としたプラズマ
エッチングの方法。
6. An active species generated in a gas plasma by a fluorine compound gas or a mixed gas containing a fluorine compound gas is applied to the sample surface from the tip of an etching nozzle having an opening diameter smaller than the sample area, and is applied to the nozzle and the sample surface. At least one kind of gas of hydrogen or ammonia gas is supplied as it is or diluted and supplied, and partial etching is performed, and desired processing is performed on the entire surface of the sample while relatively moving the nozzle and the sample. Plasma etching method.
【請求項7】 上記フッ素化合物ガスは、六フッ化硫黄
(SF6)、四フッ化炭素(CF4)、および三フッ化
窒素(NF3)のガスのうち、少なくとも1種類を用い
ることを特徴とした請求項5と6記載のプラズマエッチ
ングの方法。
7. The fluorine compound gas is characterized in that at least one of sulfur hexafluoride (SF6), carbon tetrafluoride (CF4), and nitrogen trifluoride (NF3) is used. The method of plasma etching according to claim 5.
【請求項8】 上記水素あるいはアンモニアガスの少な
くも1種類のガスの混合する割合はフッ素化合物ガスに
対して0.01%以上20%以下の濃度であることを特
徴とした請求項5、6、7記載のプラズマエッチングの
方法。
8. The method according to claim 5, wherein the mixing ratio of at least one kind of gas of said hydrogen or ammonia gas is 0.01% or more and 20% or less with respect to the fluorine compound gas. 8. The method of plasma etching according to 7.
【請求項9】 試料の表面および裏面を平坦化あるいは
薄層化するプラズマエッチングの加工において、フッ素
化合物ガスあるいはフッ素化合物ガスを含む混合ガス
に、水素あるいはアンモニアガスの少なくも1種類のガ
スを混合して供給するガス系を具備し、上記混合ガスを
プラズマ中で活性化する機能を具備し、上記活性種ガス
を試料面にあてる構造を基本とすることを特徴としたプ
ラズマエッチングの装置。
9. A plasma etching process for flattening or thinning the front and back surfaces of a sample, wherein at least one kind of hydrogen or ammonia gas is mixed with a fluorine compound gas or a mixed gas containing a fluorine compound gas. An apparatus for plasma etching, comprising: a gas system for supplying the mixed gas; a function of activating the mixed gas in plasma; and a structure in which the active species gas is applied to a sample surface.
【請求項10】 上記プラズマエッチングの加工におい
て、ガスプラズマ中で発生した活性種を試料面積より小
さな開口径を持つエッチングノズルの先端から試料面に
あてる構造を具備したことを特徴とした請求項9記載の
プラズマエッチングの装置。
10. The plasma etching process according to claim 9, wherein an active species generated in the gas plasma is provided to a sample surface from a tip of an etching nozzle having an opening diameter smaller than a sample area. An apparatus for plasma etching as described.
【請求項11】 上記プラズマエッチングの加工におい
て、フッ素化合物ガスあるいはフッ素化合物ガスを含む
混合ガスを、ガスプラズマ中で活性化する機構と、水素
あるいはアンモニアガスの少なくも1種類のガスを上記
活性種ガスが試料面にあたる領域に供給する機構とを具
備した構造を基本とすることを特徴とした請求項10記
載のプラズマエッチングの装置。
11. In the plasma etching process, a mechanism for activating a fluorine compound gas or a mixed gas containing a fluorine compound gas in a gas plasma, and at least one kind of hydrogen or ammonia gas is used as the active species. 11. The plasma etching apparatus according to claim 10, wherein the apparatus is basically provided with a mechanism for supplying a gas to a region corresponding to a sample surface.
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