JP2000512085A - ポリカーボネートエッチマスクを用いるプラズマエッチング - Google Patents

ポリカーボネートエッチマスクを用いるプラズマエッチング

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Abstract

(57)【要約】 ポリカーボネートをマスクとして用いてエッチ層をエッチングする方法を提供する。この方法では、反応チャンバ（１１１）にエッチ構造（８０）を設置する。エッチ構造はポリカーボネート層の下層をなすエッチ層（８６）を有し、ポリカーボネート層はアパーチャ（９０）を有している。次に、約１〜３０ミリトルの範囲の圧力で生成された低圧−高密度プラズマを用いてエッチ層をエッチングする。ここでイオン化粒子濃度は、１０11イオン数／ｃｍ3以上であり、かつイオン化粒子濃度は、反応チャンバの容積全体にわたって概ね等しい。エッチ速度を上げるために、エッチ構造を加熱又はバイアスすることができる。またエッチ速度を下げるために、プラズマを形成するのに用いられるプロセスガス混合物に不活性ガスを添加することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 ポリカーボネートエッチマスクを用いるプラズマエッチング発明の分野 本発明はプラズマエッチングに関するものである。発明の背景 薄膜エッチングプロセスは、大きな２つの分類の何れかに当てはまる。１つの 分類は従来型の液相化学エッチング、つまり「ウエットエッチング」である。も う一方は気相プラズマエッチング、つまり「ドライエッチング」である。 ドライエッチングの機構には、２種の主要な型が存在する。即ち（ａ）物理的 反応機構及び（ｂ）化学的反応機構である。物理的エッチ反応機構では、グロー 放電からイオンが取り出されてエッチ構造に向かって加速され、エッチ構造の表 面は、イオンが衝当した際に運動量輸送によって腐食される。このエッチ構造は 、通常エッチングされる層（「エッチ層」）、その上層をなすエッチマスクとし ての役目を果たすパターン形成された層、及びその下層をなす支持構造を有する 。化学反応エッチ機構では、グロー放電を用いて化学的に活性なイオンを発生し 、このイオンがエッチ構造に向かって分散してエッチ構造の表面と反応し、揮発 性物質が発生する。 エッチプロセスにおいて使用される機構の型に関する重要な因子は、選択性で ある。選択性は、異なる材料のエッチ速度の尺度である。異なる材料が概ね同じ 速度でエッチングされるドライエッチプロセスを、非選択的という。このプロセ スは、通常物理的エッチ機構を用いる。異なる材料が実質的に異なる速度でエッ チングされるドライエッチプロセスは、選択的という。選択的エッチプロセスの 幾つかは、化学的反応性イオンが優先的に或る一つの材料と反応する化学的反応 機構を用いる。他の選択的エッチプロセスでは、エッチングされる材料が、或る 材料上に 優先的に再堆積する。 ドライエッチプロセスのなかには、両方の型のエッチ機構が存在するものがあ る。これらのプロセスでは、化学的に反応性のイオンがグロー放電によって取り 出され、それがエッチ構造に向かって加速される。この結果、エッチ構造の表面 は、運動量輸送及び化学的反応によってエッチングされる。 反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）は、両タイプのエッチ機構が存在するドラ イエッチプロセスの一例である。化学的に反応性のイオン（反応性イオン）はエ ッチ構造に向かって加速され、このエッチ構造は反応性イオンが衝当した際に運 動量輸送と反応性イオンとの化学的反応とによりエッチングされる。 従来型のＲＩＥリアクタが、第１図に模式的に示されている。第１図のＲＩＥ リアクタは、反応チャンバ１０及び高周波電力発生器に容量結合された電極１２ を有する。エッチ構造１４は電極１２上に設置される。動作時には、適切な供給 ガスが反応チャンバ１０に導入され、領域１６にグロー放電が形成される。電子 はイオンよりも移動性が高いことから、電極１２は負の自己バイアス電圧を得る 。正に荷電されたイオンは、電極１２及びエッチ構造１４に誘引され、反応性イ オンエッチングがなされる。 ＲＩＥプロセスを例に取った、マスク２０がエッチ層２２の上層をなす一般的 なエッチ構造の断面図が第２Ａ図に示されている。マスク２０は、それを通して エッチ層２２にエッチングされるアパーチャ２４を画定する。第２ｂ図は、第２ ａ図における１個のアパーチャ２４の反応性イオンエッチを説明するための拡大 断面図である。Ｒ+は第２ｂ図での反応性イオンを表す。反応性イオンＲ+がマス クアパーチャ２４を通して移動するとき、このイオンはアパーチャの側壁及び他 の気体分子と衝 突する。この衝突の結果、物理的及び反応性エッチングがなされるとともに遊離 電子の再結合が生ずる。図に示すように、符号２６は物理的エッチングの領域を 指し、符号２８は反応性エッチングの領域を指し、符号３０はイオン−電子再結 合の領域を指す。 反応性イオン濃度の不足は、アスペクト比（深さ／幅）の大きいアパーチャに おけるエッチ層２２の表面の近傍で生ずる。エッチ速度は反応性イオン濃度によ って決まることから、この不足によってエッチ層２２のエッチ速度が相対的に遅 くなる。このエッチ速度が遅くなることと、アパーチャの開口部の近傍で高い反 応性イオン濃度のためにマスク２０に対するエッチ速度が相対的に高くなること とによって、アスペクト比の大きいアパーチャにおいてはエッチ層２２とマスク ２０との間のエッチングの選択性が失われることになる。 最近、ドライエッチプロセスにおいて低圧−高密度プラズマを使用する傾向が ある。その名称が示すように、低圧−高密度プラズマは、低圧下で荷電され励起 された化学種の高い密度を特徴とする。最小外径サイズがサブミクロンの寸法ま で小さくなり、アスペクト比が大きくなるにつれて、この傾向に拍車がかかった 。Horiike,"Issues and future trends for advanced dry etching"ESC Confere nce,May 1993(19pages)は、誘導結合されるプラズマ（ＩＣＰ）、電子サイクロ トロン共鳴（ＥＣＲ）、及びヘリコン波技術を用いるドライエッチングプロセス の現存する問題点と将来の傾向について論じている。 ＥＣＲ技術では、マイクロ波エネルギーが静磁界の存在の下で電子ガスの固有 共鳴周波数に結合される。第３図には、従来型のＥＣＲ導波管アパーチャの模式 図が示されている。このアパーチャは、マイクロ波エネルギー４２を反応チャン バ５０に誘導する導波管４０を有している。プロセスガスは反応チャンバ５０に 導入される。反応チャンバ５０は、 軸線方向の磁界を生じさせる１本またはそれ以上のコイル４６に外囲されている 。エッチ構造４８は、反応チャンバ５０の内部に配置される。プラズマを維持す るＥＣＲ層５２においては、激しい電子の加速が生ずる。 ヘリコン波技術においては、プラズマが長手方向に磁化され、高周波（ＲＦ） 横断電磁ヘリコン波によって結合がなされる。従来型のヘリコン波プラズマアパ ーチャは第４図に模式的に示されている。アンテナ６０は、反応チャンバに電力 を結合するために用いられる。反応チャンバ６２は軸線方向の磁界を作り出す１ 本又はそれ以上のコイル６４によって外囲されている。ヘリコン波の位相速度と 共鳴する電子は加速され、プラズマを維持する。エッチ構造６６は反応チャンバ ６２内に配置される。 ＩＣＰ技術では、誘導性要素を用いてＲＦ電力源からのエネルギーを結合し気 体をイオン化する。螺旋系カプラを用いた従来型のＩＣＰ装置は、第５図に模式 的に示されている。この装置は、ＲＦ電力源が接続された誘導性要素７０を有す る。この誘導性要素７０は水晶製の真空ウインドウ７４によって反応チャンバ７ ２から離隔されている。エッチ構造７６は反応チャンバ７２内に配置される。Ｒ Ｆ電流が誘導性要素７０を流れると、ＲＦ磁束が変化する時間、反応チャンバ７ ２内のソレノイドＲＦ電界が誘導される。この誘導性電界により自由電子が加速 され、プラズマが維持される。第５図に示すこのＩＣＰ装置はトランス結合プラ ズマ（ＴＣＰ）装置とも称する。 Bassiere等のＰＣＴ特許公開ＷＯ９４／２８５６９には、重イオンリソグラフ ィを利用するマイクロチップディスプレイ装置の製造方法が開示されている。こ の方法では、メタルゲート層をエッチングするためのポリカーボネートからなる マスクを用いる。Bassiere等は、ゲート層金 属をエッチするために用いられる得るエッチプロセスの一例としてＲＩＥを引用 している。しかし、大きいアスペクト比のアパーチャをエッチングするためにＲ ＩＥを用いると、主たる非選択的物理的エッチ機構のためにマスク層の実質的な 劣化が生ずる。ポリカーボネートマスクを用いて、そのポリカーボネートマスク を著しく腐食させることなくエッチ層、特に金属ゲート層を選択的にエッチング するためのプロセスが必要とされている。発明の要約 本発明によれば、ポリカーボネート層をエッチマスクとして用いてエッチ層を エッチングするための方法が提供される。この方法は、反応チャンバにエッチ構 造を設置する過程を含む。このエッチ構造は、ポリカーボネート層の下層をなす エッチ層を有し、このエッチ層を貫通するアパーチャが設けられている。 次にこのエッチ層を、低圧−高密度プラズマを用いてアパーチャを通してエッ チングする。低圧−高密度プラズマは、約１〜３０ｍｔｏｒｒ（ミリトル）、好 ましくは１〜２０ｍｔｏｒｒの圧力で生成され、イオン化粒子濃度が１０11イオ ン／ｃｍ3以上である。またイオン化粒子濃度は、反応チャンバの全容積にわた って概ね等しい。 低圧時には、反応イオンの平均自由行程（ＭＦＰ）が増加する。これによって 、エッチ層における反応イオン濃度が上昇し、エッチ選択性が高まる。本発明の エッチング方法を用いることにより、エッチ層とポリカーボネート層との間の１ ００％に近いエッチ選択性が得られる。 或る実施例では、このエッチ層はクロムで形成される。この実施例では、プロ セスガスがイオン化されて、化学的に活性な酸素を含むイオンと、化学的に活性 な塩素を含むイオンとを含む低圧−高密度プラズマが生成される。 別形態では、このエッチ層をアルミニウムで形成することができる。この実施 例では、プロセスガスがイオン化されて、化学的に活性な酸素を含むイオン、塩 素を含むイオン、及び臭素を含むイオンの混合物を含む低圧−高密度プラズマが 生成される。 また、このエッチ層をモリブデンで形成することができる。この実施例では、 プロセスガスがイオン化されて、化学的に活性なフッ素を含むイオン、窒素を含 むイオン、水素を含むイオン、及び酸素を含むイオンの混合物を含む低圧−高密 度プラズマが生成される。 またこのエッチ層をタンタルで形成することができる。この実施例では、プロ セスガスがイオン化されて、化学的に活性なフッ素を含むイオン及び塩素を含む イオンの混合物を含む低圧−高密度プラズマが生成される。 更に、本発明のエッチプロセスを用いて、例えば窒化シリコン、酸化シリコン 、又はガラス層のような電気的に絶縁性のエッチ層をエッチングすることができ る。この電気的に絶縁性のエッチ層は、プロセスガスをイオン化して、化学的に 活性なフッ素を含むイオンを含む低圧−高密度プラズマを生成することによって エッチングされる。 このエッチング方法は、プラズマ装置に結合されたトランスを用いて行うこと ができる。このトランスでは、高周波（ＲＦ）電力と遠隔誘導コイルとを結合す ることにより低圧−高密度プラズマが生成される。別の方法では、このエッチン グ方法は、電子サイクロトロン共鳴装置またはヘリコン波装置で実施することが できる。 エッチ速度を高めるためにエッチ構造を加熱することができる。このエッチ構 造が加熱されるのは、通常約２０℃以上の温度までである。かつ、このエッチ構 造が加熱されるのは、ポリカーボネート層のガラス転移温度より５℃低い温度以 下の温度までである。 エッチ層をエッチングする前に、エッチ構造から揮発性ガスを除去するため、 大気圧より低い圧力のもとでこのエッチ構造を加熱することによりエッチ構造を ベーキングすることができる。エッチ構造をベーキングすることにより、エッチ 層のエッチングの際にエッチ構造からのガス発生量が低下する。これによって、 エッチ層での反応性イオン濃度が高まり、エッチ速度が高まる。また、ポリカー ボネート層から微量の残留物を取り除くためにこのエッチ構造をプラズマ予備ク リーニング（plasma preclean）することができる。 エッチ構造に反応性イオンを誘引するため、エッチ構造をバイアスすることが できる。これによりエッチ層での反応性イオン濃度が高まり、エッチ速度が高く なる。 不活性ガスをプロセスガス混合物に添加することができる。不活性ガスはエッ チ層における反応性イオン濃度を低下させ、エッチ速度を低下させる。 本発明のエッチング方法は、ゲート制御式電子エミッタを形成するために用い ることができる。或る実施例では、電気的に絶縁性の層が、電気的に非絶緑性の （ＥＮＩ）エッチ層の下層をなし、第２のＥＮＩ層が電気的に絶縁性の層の下層 をなしている。本明細書において、ＥＮＩは、一般に導電性または電気的に抵抗 性であることを意味する。次にＥＮＩエッチ層を本発明によってエッチングする 。エッチングに続いて、誘電体開口空間を電気的に絶縁性の層に形成する。次に 誘電体開口空間に電子放出素子を形成する。このとき、各電子放出素子が第２の ＥＮＩ層に接触するようにする。図面の簡単な説明 第１図は、従来型の反応性イオンエッチリアクタの模式図である。 第２ａ図は、アパーチャを有するマスクがエッチ層の上層をなしてい る従来型のエッチ構造の断面図である。 第２ｂ図は、第２ａ図の一個のアパーチャの従来型の反応性イオンエッチング を示す断面図である。 第３図は、従来型の電子サイクロトロン共鳴導波装置の模式図である。 第４図は、従来型のヘリコン波プラズマ装置の模式図である。 第５図は、螺旋形カップラを使用する従来型の誘導結合されたプラズマ装置の 模式図である。 第６ａ図及び第６ｂ図は、本発明による低圧−高密度プラズマエッチングの実 施中の及びその後のエッチ構造の断面図である。 第７図は、本発明によるポリカーボネートマスク及び低圧−高密度プラズマを 用いたエッチ層のエッチングにおける主な工程の流れ図である。 第８図は、本発明によるプラズマエッチングを行うために用いられるＴＣＰ装 置の模式図である。好適実施例の説明 本発明は、ポリカーボネートマスク及び低圧−高密度プラズマを用いるプラズ マエッチング方法を提供する。 以下の説明では、用語「電気的に絶縁性の」（又は「誘電体の」）は、一般に １０10Ω−ｃｍ以上の抵抗率を有する材料を意味する。従って、用語「電気的に 非絶縁性」（以下ＥＮＩ）は、抵抗率が１０10Ω−ｃｍ未満の材料を意味する。 ＥＮＩ材料は、（ａ）抵抗率が１Ω−ｃｍ未満の導電性材料と、（ｂ）抵抗率が １〜１０10Ω−ｃｍの範囲にある電気的に抵抗性の材料とに分けられる。これら の分類は１Ｖ／μｍ以下の電界で決定される。 「導電性材料(または導電体)」の例には、金属、金属−半導体化合物(例えば ケイ化金属)、及び金属−半導体共融混合物がある。また導電性材料には中程度 または高濃度にドープされた（ｎ型またはｐ型）半導体が含まれる。電気的 に抵抗性の材料には、真性半導体及び低濃度にドープされた（ｎ型またはｐ型） 半導体が含まれる。電気的に抵抗性の材料の別の例には、（ａ）例えばサーメッ ト（金属粒子が埋没されたセラミック）のような金属−絶縁体複合材料、（ｂ） 例えばグラファイト、アモルファスカーボン、及び改質（例えばドーピングまた はレーザ改質した）ダイヤモンド、（ｃ）例えばシリコン−炭素−窒素のような 或る種のシリコン−炭素化合物がある。 第６ａ図に示すのは、本発明によるエッチングのためのエッチ構造８０の一例 の断面図である。エッチ構造８０はＥＮＩ層８４の上層をなす電気的に絶縁性の 層８２を有する。好ましくは金属からなるめっき層８６は、電気的に絶縁性の層 ８２の上に設けられる。ポリカーボネート層８８はエッチ層８６の上に設けられ 、複数のアパーチャを有している。このアパーチャの１つが符号９０を付して示 されている。第６ａ図に示すように、アパーチャ９０は直径Ｄを有する。直径Ｄ は通常０．３０μｍまたは０．１２〜０．１６μｍであるが、他の大きさ、特に ０．１２μｍ未満の直径Ｄも可能である。直径Ｄは通常０．１〜２．０μｍの範 囲にある。またポリカーボネート層８８の厚みＴは通常４００〜７００ｎｍ、好 ましくは５６Oｎｍであるが、他の寸法の厚みＴも可能である。 ポリカーボネート層８８は、同時出願の国際特許出願＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ＿に記載の方法を用いて訂正することができる。上記国際特許出願の内容は、こ こに引用することにより本明細書と一体にされたものとする。アパーチャを形成 するための技術の１つは、エッチ構造８０を荷電した粒子にさらして、エッチ構 造８０を通して複数の荷電した粒子のトラックを形成し、Macauleay等によるＰ ＣＴ特許出願ＷＯ９５／０７５４３に概要が記載されている方式で荷電した粒子 のトラックに沿ってポリカーボネート層８８をエッチングする方法である。上記 ＰＣＴ特許出願もここで引用することにより本明細書と一体にされたものと する。 エッチ構造８０を反応チャンバに設置した後、エッチ層８６の露出された部分 を、本発明による低圧−高密度プラズマを用いた方法でアパーチャ９０を通して エッチングする。低圧−高密度プラズマは、約１〜３０ｍｔｏｒｒ（ミリトル） 、好ましくは１〜２０ｍｔｏｒｒの範囲の圧力で生成される。ここでイオン化粒 子濃度については（１）１０11イオン／ｃｍ3であるとともに、（２）反応チャ ンバの全容積部分全体に亘って概ね等しく分布、即ち反応チャンバの容積部分全 体に亘って均一にイオン化される。 本発明のエッチングが行われる仕組みについて、第６ａ図及び第６ｂ図を参照 しつつ以下説明する。第６ａ図及び第６ｂ図はそれぞれ、本発明による低圧−高 密度プラズマエッチングの間の及びその後のエッチ構造の断面図である。第６ａ 図では、圧力を低い値まで低下させることにより、Ｒ+に示された反応性イオン の平均自由行程（ＭＦＰ）が増大する。反応性イオンＲ+がマスク８８のアパー チャ９０を通過する時に、ＭＦＰの増大によって、この反応性イオンがマスク８ ８の側壁及び他の気体分子と衝突する機会は少なくなる。従って、より多くの反 応性イオンＲがエッチ層８６に達し、ＲＧで示す反応産物ガスを形成する。この 結果、２つの主な利点が得られる。 第１に、選択性が高められる。第６ｂ図に示すように、エッチ層８６の開口部 ８７の直径は、アパーチャ９０の直径Ｄに概ね等しく、即ちエッチ層８６はマス ク８８に対して１００％に近いエッチ選択性を有する。このようになる理由は、 （ａ）反応性イオンＲ+とエッチ層８６との間の化学反応の増加、及び（ｂ）反 応性イオンＲ+のポリカーボネート側壁及び他の気体分子との相互作用の低下で ある。 第２の利点は、エッチ層８６における反応性イオンＲ+の濃度の上昇 及び反応産物ガスＲＧの放出効率の上昇のためにエッチ速度が改善されることで ある。 第７図に示すのは、本発明による、ポリカーボネートマスクと低圧−高密度プ ラズマを用いるエッチ層のエッチングにおける主な工程の流れ図である。所望に 応じて、ブロック９８に示す第１工程では、第６ａ図に示すようなエッチ構造を ベーキングする。エッチングの次の工程では、ブロック１００に示すように、エ ッチ構造を反応チャンバに設置する。次にブロック１０２に示すように反応チャ ンバを排気する。 ブロック１０４に示すように、所望に応じてエッチ構造を加熱することができ る。 ブロック１０５に示すように、所望に応じてエッチ構造をプラズマ予備クリー ニング（plasma preclean）できる。 ブロック１０６に示すように、リアクタ圧力を１〜３０ｍｔｏｒｒ、好ましく は１〜２０ｍｔｏｒｒの範囲に維持しつつ、エッチ層のエッチングのために適切 なプロセスガスを反応チャンバに導入する。 ブロック１０８に示すように、所望に応じてエッチ構造にバイアス電圧を印加 することができる。 最後に、ブロック１０９に示すように、ポリカーボネートマスクのアパーチャ を通してエッチ層がエッチングされ、エッチ層を通して対応する開口部が形成さ れるまで、プロセスガスをイオン化して低圧−高密度プラズマを発生させる。 第６ｂ図に示すように、エッチ層８６がＥＮＩ層である場合は、本発明による エッチングによって生じた構造を、ゲート制御式電子エミッタの形成に用いるこ とができる。エッチ層８６の開口部８７を通して絶縁性層８２をエッチングし、 絶縁性層８２を貫通する対応する誘電体開口空間を形成することにより、ゲート 制御式電子エミッタを形成すること ができる。好ましくは、絶縁性層８２のエッチングの際にエッチ層８６をエッチ マスクとして使用する。別法では、構造を帯電した粒子にさらした時に絶縁性層 ８２を通して形成される、ポリカーボネート層８８を通る各荷電粒子トラックに 沿ってエッチングを行うことができる。次に誘電体開口空間に電子放出素子を形 成するが、このとき各電子放出素子は、ＥＮＩ層８４に接触するようにする。ゲ ート制御式電子エミッタの形成については、前に引用したMacaulay等及びPoter 等に更に詳細に説明されている。 第８図に示すように、或る実施例では、第６ａ図におけるエッチ層８６として クロム（またはクロムを含む材料）を用いたエッチ構造８０をＴＣＰ装置１１３ の反応チャンバ１１１に設置する。適切なＴＣＰ装置には、ＬＡＭ Researchの9 400メタルエッチシステム（Metal Etch System）がある。このシステムでは、１ ３．５６メガヘルツ（ＭＨｚ）のＲＦ電力発生器１１２が遠隔誘導コイル１１４ と結合されている。ただし他のＴＣＰ装置を用いることもできる。 次に反応チャンバ１１１を排気する。反応チャンバ圧力を１〜３０ｍｔｏｒｒ の範囲、典型的には５ｍｔｏｒｒに維持しつつ、プロセスガスを反応チャンバ１ １１に導入する。イオン化されたとき、プロセスガスは、化学的に活性な酸素を 含むイオン及び化学的に活性な塩素を含むイオンを含む低圧−高密度プラズマを 発生する。このプロセスガスは、酸素を含むイオン源となるガス及び塩素を含む イオン源となるガスを含むガス混合物であり得る。適切な酸素を含むイオン源ガ スには２原子酸素（Ｏ2）が含まれる。適切な塩素を含むイオン源ガスには、２ 原子塩素（Ｃｌ2）、塩化水素（ＨＣｌ）、及び三塩化ホウ素（ＢＣｌ3）を含ま れる。塩素を含むイオン源ガスの塩素を含むイオン源ガスに対する流量比は、４ ：１超４０：１未満である。好ましくは、塩素を含むイオン源ガスの酸素 を含むイオン源ガスに対する流量比は８：１である。例を示すと、８：１の流量 比は、１６０ｓｃｃｍ（standard cubic centimeters per minutes）のＣｌ2と ２０ｓｃｃｍのＯ2を用いて得られる。ガスの流量は、従来型の質量流れコント ローラを用いて制御される。 次に、ＲＦ電力発生機１１２からのＲＦ電力を遠隔誘導コイル１１４と結合す ることにより、プロセスガスをイオン化して低圧−高密度プラズマを発生させる 。２００乃至８００ワットの範囲内のＲＦ電力レベルが用いられ、典型的なＲＦ 電力レベルは約３００〜５００ワットの範囲である。ＲＦ電力の結合は、クロム のエッチ層のエッチングされるまで継続される。 第２の実施例では、アルミニウム（またはアルミニウムを含む材料）をエッチ 層として用いたエッチ構造をＴＣＰ反応チャンバに設置する。 次に反応チャンバを排気する。反応チャンバ圧力を１〜３０ｍｔｏｒｒ、好ま しくは１〜２０ｍｔｏｒｒの範囲内に維持しつつ、プロセスガスを反応チャンバ に導入する。イオン化された時、プロセスガスは、化学的に活性な酸素を含むイ オン、塩素を含むイオン、及び臭素を含むイオンのなかの１種またはそれ以上を 含む低圧−高密度プラズマを発生する。このプロセスガスはガス混合物であり得 る。適切な酸素を含むイオン源ガスには、Ｏ2が含まれる。適切な塩素を含むイ オン源ガスには、Ｃｌ2、ＨＣｌ、及びＢＣｌ3が含まれる。適切な臭素を含むイ オン源ガスには、２原子臭素（Ｂｒ2）及び臭化水素（ＨＢｒ）が含まれる。 次に、アルミニウムのエッチ層がエッチングされるまで、ＲＦ電力を結合して プロセスガスをイオン化し、低圧−高密度プラズマを発生させる。 第３の実施例では、モリブデン（またはモリブデンを含む材料）をエッチ層と して用いたエッチ構造をＴＣＰ反応チャンバに設置する。 次に反応チャンバを排気する。反応チャンバ圧力を１〜３０ｍｔｏｒｒ、好ま しくは１〜２０ｍｔｏｒｒの範囲内に維持しつつ、プロセスガスを反応チャンバ に導入する。イオン化された時、このプロセスガスは、化学的に活性なフッ素を 含むイオン、窒素を含むイオン、水素を含むイオン、及び酸素を含むイオンの１ 種またはそれ以上を含む低圧−高密度プラズマを発生する。このプロセスガスは ガス混合物であり得る。適切なフッ素を含むイオン源ガスには、４フッ化炭素（ ＣＦ4）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3）、ヘキサフルオロメタン（Ｃ2Ｆ6）、 オクタフルオロプロパン（Ｃ3Ｆ8）、及び６フッ化硫黄（ＳＦ6）を含む。適切 な窒素を含むイオン源ガスには、２原子窒素（Ｎ2）及びアンモニア（ＮＨ3）が 含まれる。適切な水素を含むイオン源ガスには、ＣＨＦ3及びＨＣｌが含まれる 。適切な酸素を含むイオン源ガスには、Ｏ2が含まれる。 次にモリブデンエッチ層がエッチングされるまで、ＲＦ電力を結合してプロセ スガスをイオン化し、低圧−高密度プラズマを発生させる。 第４の実施例では、タンタル（またはタンタルを含む材料）をエッチ層として 用いたエッチ構造をＴＣＰ反応チャンバに設置する。 次に反応チャンバを排気する。反応チャンバ圧力を１〜３０ｍｔｏｒｒ、好ま しくは１〜２０ｍｔｏｒｒの範囲内に維持しつつ、プロセスガスを反応チャンバ に導入する。イオン化された時、このプロセスガスは、化学的に活性なフッ素を 含むイオン及び塩素を含むイオンの１種またはそれ以上を含む低圧−高密度プラ ズマを発生する。このプロセスガスはガス混合物であり得る。適切なフッ素を含 むイオン源ガスには、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、及びＳＦ6が含まれる 。適切な塩素を含むイオン源ガスには、Ｃｌ2、ＨＣｌ及びＢＣｌ3が含まれる。 次に、タンタルエッチ層がエッチングされるまで、ＲＦ電力を結合して、プロ セスガスをイオン化し、低圧−高密度プラズマを発生させる。 上述の第４の実施例では、エッチ層はＥＮＩ層である。しかし、本発明による エッチングでは、例えば窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）、またはガラス層のような電気的に絶縁性のエッチ層をエッチングするために も用いることができる。電気的に絶縁性のエッチ層をエッチングするためには、 電気的に絶縁性のエッチ層を有するエッチ構造をＴＣＰ反応チャンバに設置する 。 次に反応チャンバを排気する。反応チャンバ圧力を１〜３０ｍｔｏｒｒ、好ま しく１〜２０ｍｔｏｒｒの範囲に維持しつつ、プロセスガスを反応チャンバに導 入する。イオン化された時、このプロセスガスは、化学的に活性なフッ素を含む イオンを含む低圧−高密度プラズマを発生する。このプロセスガスは、例えば、 ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8及びＳＦ6のようなフッ素を含むイオン源ガス のガス混合物であり得、好ましくはＣＨＦ3及びＣＦ4のガス混合物である。 次に、電気的に絶縁性のエッチ層がエッチングされるまで、ＲＦ電力を結合し て、プロセスガスをイオン化し、低圧−高密度プラズマを発生させる。 上記の全ての実施例では、エッチ構造を反応チャンバに設置する前に、エッチ 構造をベーキングすることができる。ベーキングでは、エッチ構造を典型的には ６５℃以下、例えば５５℃まで加熱するが、他の温度水準までエッチ構造を加熱 することもできる。エッチ構造のベーキングは、エッチ構造内の十分な量のガス を排出、即ちエッチ構造をガス抜きするに十分な時間だけ行われる。ガス抜きを 促進するため、通常ベーキングは大気圧より低い圧力で行われる。 第６ａ図に示すように、エッチ層８６のエッチングの前のエッチ構造８０のベ ーキングによって、エッチ層８６のエッチングの際にアパーチャ９０内に捕捉さ れるガスの放出を少なくできる。これによって、エッチ層８６における反応性イ オンＲ+濃度が高まり、エッチ速度が上昇す る。 直径Ｄ（第６ａ図）が０．３０μｍ未満になると、エッチ構造のベー ーボネートに０．１２〜μｍの直径のアパーチャに形成される場合、エッチ層の エッチングの際にポリカーボネートに捕捉された水蒸気が放出され、エッチ速度 を著しく低下させることが分かった。しかし、エッチ構造を約５０８torrの圧力 のもとで５５℃で１〜３時間ベーキングすると、エッチ速度が改善されることが 分かった。 エッチ構造のベーキングは、通常反応チャンバのロードロックチャンバ（load -lock chamber）において行われる。この方式では、そのベーキングの完了後、 エッチ基板は周囲雰囲気に曝されることなく反応チャンバに移送される。別方式 では、エッチ基板を反応チャンバでベーキングすることができる。この別形式で は、ブロック９８（第７図）がブロック１０２の後にくる。即ち、エッチ基板を 反応チャンバに設置し、反応チャンバを排気して、エッチ基板をベーキングする 。 全ての実施例では、エッチ速度を高めるためにエッチ構造を加熱することがで きる。第８図に示すように、エッチ構造８０を加熱するため、その上にエッチ構 造８０が設置される電極１１６が従来型の抵抗性加熱素子１１８に含められる。 抵抗性加熱素子１１８は電極１１６を加熱し、これによってエッチ構造８０が加 熱される。 このエッチ構造は通常２０℃以上まで加熱され、ポリカーボネート層のアパー チャの直径（第６ａ図におけるＤ）が約０．３０μｍ以上である時には通常６０ ℃まで加熱される。更に、このエッチ構造の温度は、ポリカーボネート層が損傷 する温度を超えてはならない。詳述すると、このエッチ構造の温度は、ポリカー ボネート層の物理的変形を防止するため、概ね温度ＴTG-5以下であるべきである 。ここで、温度ＴTG-5はポリカーボネートのガラス転移温度より ５℃低い温度に等しい。ポリカーボネートのガラス転移温度は、通常１２０〜 2608を用いてポリカーボネート層を形成する場合、エッチ構造の温度は、下限が 約２０℃、上限が約１４０℃の範囲の温度であるべきである。 ポリカーボネートマスクのアパーチャの直径（第６ａ図におけるＤ）が０．３ ０μｍ未満であるとき、エッチ構造を加熱する工程で、エッチ構造内に捕捉され たガスが放出されることによってエッチ速度が著しく低下し得る。従って、ポリ カーボネートマスクにおけるアパーチャの直径が０．３０μｍ未満である時、著 しいガス放出を起こさせずにエッチ速度を高めるためエッチ構造を加熱すること が望ましい。これは、約２０〜４０℃、好ましくは２０℃に基板を加熱すること によって行われる。 前に引用したPorter等に記載されているように、ポリカーボネート層は、その 作成中に、ポリカーボネートガラス転移温度より最大１５℃高い温度でアニール し、その後急冷することによって、ポリカーボネートを、幾つかの近距離分子秩 序を有する初めのガラス様微細構造から、概ね分子秩序を有していない（短距離 または長距離分子秩序を有していない）微細構造に変えることができる。このア ニールが行われる場合、通常、その後のポリカーボネート層を概ね無秩序な微細 構造から転移させるための熱処理を行う必要がなくなる。 全ての実施例では、アルゴンのような不活性ガスをプロセスガス混合物に添加 して、エッチ速度を低下させることができる。この不活性ガスは、反応イオンの 濃度を低下させる。エッチ速度は、反応イオンの濃度の低下とともに低下するこ とから、不活性ガスを添加することによりエッチ速度が低下する。 全ての実施例では、エッチ基板をプラズマ予備クリーニングして、ポリカーボ ネートマスクのアパーチャを閉塞させ得る微量の残留物をポリカーボネートマス クから除去することができる。プラズマ予備クリーニングを行うため、例 えばＯ2のような酸化ガスを、反応チャンバの圧力を大気圧より低い圧力、例え ば１〜３０ｍｔｏｒｒの範囲内に維持しつつ反応チャンバに導入する。次に酸化 ガスをイオン化して、ポリカーボネートマスクから微量の残留物を取り除く。一 例として、Ｏ2は、ＲＦ電力発生機１１２（第８図）からのＲＦ電力をＲＦ電力 １００ワットで遠隔誘導コイル１１４と結合することにより３０分間でイオン化 される。 第７図に示すように、プラズマ予備クリーニング処理は、ブロック１０５に示 すように、別方法としてブロック１０４に示す加熱処理の前に行うことができる 。更に別の方法では、ブロック１０５に示すプラズマ予備クリーニング処理を、 反応チャンバのロードロックチャンバにおいて行うことができる。この方式では 、ブロック１０５に示すプラズマ予備クリーニング処理を、ブロック１００に示 すエッチ基板を反応チャンバに設置する工程の前に行う。 全ての実施例では、反応性イオンを誘引し、エッチ速度を高めるために、エッ チ構造にバイアス電圧を印加することができる。第８図に示すように、１３．５ ６ＭＨｚのＲＦ発生機１２０を用いて、ＲＦ電力を電極１１６と結合し、これに よってエッチ構造８０にバイアスをかける。一般に、エッチ構造８０にバイアス するのに用いられるＲＦ電力のレベルは、８０ワット以下である。反応性イオン を誘引することにより、エッチ速度が高まる。重要なことは、エッチ層とポリカ ーボネートマスクとの選択性を維持するために、誘引されたイオンが衝当した際 の運動量輸送によってエッチ構造８０をエッチングするのに十分なイオンを誘引 するエネルギーを、エッチ構造バイアスによって与えてはならないという点であ る。 別の実施例では、低圧−高密度プラズマを発生するための他の技術を用いるこ とができる。ＥＣＲ及びヘリコン波技術を含むこのような技術が存在する。他の ＩＣＰ構造も用いることができる。 ロードロック反応チャンバ、即ちロードロックチャンバが取着された反応チ ャンバを用いることもできる。この実施例では、反応チャンバが大気圧より低い 圧力に維持される。エッチ基板をロードロックチャンバに載せる。次にロードロ ックチャンバを排気する。次にエッチ基板をロードロックチャンバから反応チャ ンバに移送する。逆の手順で、反応チャンバからエッチ基板を取り出す。もちろ ん、例えば入口及び出口ロードロックチャンバのような１個以上のロードロック チャンバを用いてもよい。更に、出口ロードロックチャンバは、反応チャンバか ら除去する際にエッチ基板を冷却する従来のような冷却能力を有し得る。第７図 に示すように、この実施例では、ブロック１０２に示す反応チャンバの排気工程 が不要である。反応チャンバは大気圧より低い圧力に維持されるからである。 本発明について、その好適実施例を引用して説明してきたが、当業者は、本発 明の真の範囲を逸脱することなく、その形態あるいは詳細な点を変更して本発明 を実施できるということを理解されよう。
【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年９月２５日（１９９８．９．２５） 【補正内容】 明細書 ポリカーボネートエッチマスクを用いるプラズマエッチング発明の分野 本発明はプラズマエッチングに関するものである。発明の背景 薄膜エッチングプロセスは、大きな２つの分類の何れかに当てはまる。１つの 分類は従来型の液相化学エッチング、つまり「ウエットエッチング」である。も う一方は気相プラズマエッチング、つまり「ドライエッチング」である。 ドライエッチングの機構には、２種の主要な型が存在する。即ち（ａ）物理的 反応機構及び（ｂ）化学的反応機構である。物理的エッチ反応機構では、グロー 放電からイオンが取り出されてエッチ構造に向かって加速され、エッチ構造の表 面は、イオンが衝当した際に運動量輸送によって腐食される。このエッチ構造は 、通常エッチングされる層（「エッチ層」）、その上層をなすエッチマスクとし ての役目を果たすパターン形成された層、及びその下層をなす支持構造を有する 。化学反応エッチ機構では、グロー放電を用いて化学的に活性なイオンを発生し 、このイオンがエッチ構造に向かって分散してエッチ構造の表面と反応し、揮発 性物質が発生する。 エッチプロセスにおいて使用される機構の型に関する重要な因子は、選択性で ある。選択性は、異なる材料のエッチ速度の尺度である。異なる材料が概ね同じ 速度でエッチングされるドライエッチプロセスを、非選択的という。このプロセ スは、通常物理的エッチ機構を用いる。異なる材料が実質的に異なる速度でエッ チングされるドライエッチプロセスは、選択的という。選択的エッチプロセスの 幾つかは、化学的反応性イオンが優先的に或る一つの材料と反応する化学的反応 機構を用いる。他の選択的エッチプロセスでは、エッチングされる材料が、或る 材料上に に抵抗性の材料には、真性半導体及び低濃度にドープされた（ｎ型またはｐ型） 半導体が含まれる。電気的に抵抗性の材料の別の例には、（ａ）例えばサーメッ ト（金属粒子が埋没されたセラミック）のような金属−絶縁体複合材料、（ｂ） 例えばグラファイト、アモルファスカーボン、及び改質(例えばドーピングまた はレーザ改質した)ダイヤモンド、（ｃ）例えばシリコン−炭素−窒素のような 或る種のシリコン−炭素化合物がある。 第６ａ図に示すのは、本発明によるエッチングのためのエッチ構造８０の一例 の断面図である。エッチ構造８０はＥＮＩ層８４の上層をなす電気的に絶縁性の 層８２を有する。好ましくは金属からなるめっき層８６は、電気的に絶縁性の層 ８２の上に設けられる。ポリカーボネート層８８はエッチ層８６の上に設けられ 、複数のアパーチャを有している。このアパーチャの１つが符号９０を付して示 されている。第６ａ図に示すように、アパーチャ９０は直径Ｄを有する。直径Ｄ は通常０．３０μｍまたは０．１２〜０．１６μｍであるが、他の大きさ、特に ０．１２μｍ未満の直径Ｄも可能である。直径Ｄは通常０．１〜２．０μｍの範 囲にある。またポリカーボネート層８８の厚みＴは通常４００〜７００ｎｍ、好 ましくは５６０ｎｍであるが、他の寸法の厚みＴも可能である。 ポリカーボネート層８８は、同時出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９８／０３ ３７０に記載の方法を用いて訂正することができる。上記国際特許出願の内容は 、ここに引用することにより本明細書と一体にされたものとする。アパーチャを 形成するための技術の１つは、エッチ構造８０を荷電した粒子にさらして、エッ チ構造８０を通して複数の荷電した粒子のトラックを形成し、Macauleay等によ るＰＣＴ特許出願ＷＯ９５／０７５４３に概要が記載されている方式で荷電した 粒子のトラックに沿ってポリカーボネート層８８をエッチングする方法である。 上記ＰＣＴ特許出願もここで引用することにより本明細書と一体にされたものと る。 直径Ｄ（第６ａ図）が０．３０μｍ未満になると、エッチ構造のベー ーボネートに０．１２μｍの直径のアパーチャに形成される場合、エッチ層のエ ッチングの際にポリカーボネートに捕捉された水蒸気が放出され、エッチ速度を 著しく低下させることが分かった。しかし、エッチ構造を約５０８torrの圧力の もとで５５℃で１〜３時間ベーキングすると、エッチ速度が改善されることが分 かった。 エッチ構造のベーキングは、通常反応チャンバのロードロックチャンバ（load -lock chamber）において行われる。この方式では、そのベーキングの完了後、 エッチ基板は周囲雰囲気に曝されることなく反応チャンバに移送される。別方式 では、エッチ基板を反応チャンバでベーキングすることができる。この別形式で は、ブロック９８（第７図）がブロック１０２の後にくる。即ち、エッチ基板を 反応チャンバに設置し、反応チャンバを排気して、エッチ基板をベーキングする 。 全ての実施例では、エッチ速度を高めるためにエッチ構造を加熱することがで きる。第８図に示すように、エッチ構造８０を加熱するため、その上にエッチ構 造８０が設置される電極１１６が従来型の抵抗性加熱素子１１８に含められる。 抵抗性加熱素子１１８は電極１１６を加熱し、これによってエッチ構造８０が加 熱される。 このエッチ構造は通常２０℃以上まで加熱され、ポリカーボネート層のアパー チャの直径（第６ａ図におけるＤ）が約０．３０μｍ以上である時には通常６０ ℃まで加熱される。更に、このエッチ構造の温度は、ポリカーボネート層が損傷 する温度を超えてはならない。詳述すると、このエッチ構造の温度は、ポリカー ポネート層の物理的変形を防止するため、概ね温度ＴTG-5以下であるべきである 。ここで、温度ＴTG-5はポリカーボネートのガラス転移温度より 【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年２月２６日（１９９９．２．２６） 【補正内容】請求の範囲 １．エッチング方法であって、 反応チャンバにエッチ構造を設置する過程であって、前記エッチ構造がエッチ 層及びこれを貫通するアパーチャを備えたポリカーボネート層を有し、エッチ層 がポリカーボネート層の下層をなしている、該過程と、 低圧−高密度プラズマでアパーチャを通して前記エッチ層をエッチングするエ ッチング過程とを含むことを特徴とし、 前記低圧−高密度プラズマが、約１〜３０ミリトルの範囲の圧力で生成される ことを特徴とし、 前記低圧−高密度プラズマが、１０11イオン／ｃｍ3以上のイオン化粒子濃度 を有することを特徴とするエッチング方法。 ２．約１〜３０ミリトルの範囲の圧力で低圧−高密度プラズマを発生する過程を 更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．前記圧力が、約１〜２０ミリトルの範囲であることを特徴する請求項１に記 載の方法。 ４．前記低圧−高密度プラズマが、１０11イオン／ｃｍ3以上のイオン化粒子濃 度を有し、前記イオン化粒子濃度は反応チャンバ全体に亘って概ね等しいことを 特徴とする請求項１若しくは３に記載の方法。 ５．前記エッチ構造が、（ａ）前記エッチ層の下層をなす電気的に絶縁性の層、 及び（ｂ）前記電気的に絶縁性の層の下層をなす電気的に非絶縁性の層を更に有 することを特徴とする請求項１若しくは３に記載の方法。 ６．前記アパーチャが、荷電した粒子をポリカーボネート層を通過させて複数の 荷電粒子トラックを形成し、そのポリカーボネート層がその荷電粒子トラックに 沿ってエッチングされるようにすることによって形成されることを特徴とする請 求項１若しくは３に記載の方法。 ７．前記エッチ層が、クロムを含むことを特徴とする請求項１若しくは３に記 載の方法。 ８．塩素を含むイオン源となる第１ガスと、酸素を含むイオン源となる第２ガス とを含むガス混合物をイオン化することにより、低圧−高密度プラズマを発生す る過程を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。 ９．前記エッチ層が、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１若しくは３ に記載の方法。 １０．塩素を含むイオン源となる第１ガス、酸素を含むイオン源となる第２ガス 、及びホウ素を含むイオン源となる第３ガスを含むガス混合物をイオン化するこ とにより、低圧−高密度プラズマを発生する過程を更に有することを特徴とする 請求項９に記載の方法。 １１．前記エッチ層が、モリブデンを含むことを特徴とする請求項１若しくは３ に記載の方法。 １２．フッ素を含むイオン源となる第１ガス、窒素を含むイオン源となる第２ガ ス、水素を含むイオン源となる第３ガス、及び酸素を含むイオン源となる第４ガ スを含むガス混合物をイオン化することにより、低圧−高密度プラズマを発生す る過程を更に有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。 １３．前記エッチ層が、タンタルを含むことを特徴とする請求項１若しくは３に 記載の方法。 １４．フッ素を含むイオン源となる第１ガス及び塩素を含むイオン源となる第２ ガスを含むガス混合物をイオン化することにより、低圧−高密度プラズマを発生 する過程を更に有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。 １５．前記エッチ層が、電気的に絶縁性の材料を含むことを特徴とする請求項１ 若しくは３に記載の方法。 １６．前記電気的に絶縁性の材料が窒化シリコン、酸化シリコン、及びガラスか らなる群から選択されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。 １７．フッ素を含むイオン源となるガスを含むガス混合物をイオン化すること により、低圧−高密度プラズマを発生する過程を更に有することを特徴とする請 求項１６に記載の方法。 １８．不活性ガスを含むガス混合物をイオン化することにより、低圧−高密度プ ラズマを発生する過程を更に有することを特徴とする請求項１若しくは３に記載 の方法。 １９．前記エッチング過程の間に、前記エッチ層が前記ポリカーボネート層に対 して概ね１００％のエッチ選択性を有することを特徴とする請求項１若しくは３ に記載の方法。 ２０．前記エッチング過程の前に、前記エッチ構造を加熱する過程を更に有する ことを特徴とする請求項１若しくは３に記載の方法。 ２１．前記加熱する過程が、約２０℃を下限とし、前記ポリカーボネート層のガ ラス転移温度の約５℃低い温度を上限とする温度範囲の温度まで前記エッチ構造 を加熱する過程を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 ２２．前記ガラス転移温度は、約１２０〜１７０℃の範囲にあることを特徴とす る請求項２１に記載の方法。 ２３．前記加熱する過程が、約２０〜４０℃の範囲の温度まで前記エッチ構造を 加熱する過程を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。 ２４．前記アパーチャのそれぞれが０．３０μｍ未満の直径を有することを特徴 とする請求項２３に記載の方法。 ２５．前記エッチング過程の前に、前記エッチ構造を電気的にバイアスする過程 を更に有することを特徴とする請求項１若しくは３に記載の方法。 ２６．前記反応チャンバが、誘導結合されたプラズマ装置、電子サイクロトロン 共鳴装置、またはヘリコン波装置の一部であることを特徴とする請求項１若しく は３に記載の方法。 ２７．前記エッチング過程の前に、前記エッチング構造をベーキングするベーキ ング過程を更に有することを特徴とする請求項１若しくは３に記載の方法。 ２８．前記反応チャンバに前記エッチ構造を設置する過程の前に、前記ベーキン グ過程が行われることを特徴とする請求項２７に記載の方法。 ２９．前記ベーキング過程が、大気圧より低い圧力の下で行われることを特徴と する請求項２７に記載の方法。 ３０．前記エッチング過程の前に、前記エッチ構造をプラズマ予備クリーニング する過程を更に有することを特徴とする請求項１若しくは３に記載の方法。 ３１．前記反応チャンバに前記エッチ構造を設置する過程の前に、前記プラズマ 予備クリーニング過程が行われることを特徴とする請求項３０に記載の方法。 ３２．（ａ）複数のアパーチャを有するポリカーボネート層、（ｂ）前記ポリカ ーボネート層の下層をなす第１の電気的に非絶縁性の（ＥＮＩ）層、（ｃ）前記 第１のＥＮＩ層の下層をなす電気的に絶縁性の層、及び（ｄ）前記電気的に絶縁 性の層の下層をなす第２のＥＮＩ層を有するエッチ構造を準備する過程と、 反応チャンバに前記エッチ構造を設置する過程と、 低圧−高密度プラズマで前記アパーチャを通して第１のＥＮＩ層をエッチング し、前記第１ＥＮＩ層に対応する開口部を形成する過程であって、前記低圧−高 密度プラズマが、約１〜３０ミリトルの範囲の圧力で生成され、前記低圧−高密 度プラズマが、１０11イオン／ｃｍ3以上のイオン化粒子濃度を有する、該過程 と、 前記第１のＥＮＩ層をマスクとして用いて、前記電気的に絶縁性の層をエッチ ングし、対応する誘電体開口空間を形成する過程と、 前記誘電体開口空間に電子放出素子を形成する過程であって、前記電子放出素 子が前記第２のＥＮＩ層に接触する、該過程とを有することを特徴とする方法。 ３３．エッチング過程の前に、 前記エッチ構造を加熱する過程と、 前記エッチ構造にバイアスを印加する過程と、 前記エッチ構造をプラズマ予備クリーニングする過程とを更に有することを特 徴とする請求項１若しくは３に記載の方法。 ３４．前記反応チャンバに前記エッチ構造を設置する前記過程の前に、前記エッ チ構造をベーキングする過程を更に有することを特徴とする請求項３３に記載の 方法。 ３５．前記エッチ層が、クロム、アルミニウム、モリブデン、及びタンタルから なる群から選択された電気的に非絶縁性の材料を含むことを特徴とする請求項１ 若しくは３に記載の方法。 【手続補正書】 【提出日】平成１２年１月１９日（２０００．１．１９） 【補正内容】 （１）明細書の特許請求の範囲を、別紙の如く補正する。 （元の請求項２を削除し、元の請求項２５を訂正の上新たな請求項２とした。こ れに伴い元の請求項２６乃至３５を新たな請求項２５乃至３４とした。請求項３ 乃至７、９、１１、１３、１５、１８乃至２０、２５（元の請求項２６）、及び ２６（元の請求項２７）については、請求項１（若しくは３）の従属項から、新 たな請求項２（若しくは３）の従属項とした。請求項３１（元の請求項３２）は 独立項から、請求項２若しくは３の従属項とした。）請求の範囲 １．エッチング方法であって、 反応チャンバにエッチ構造を設置する過程であって、前記エッチ構造がエッチ 層及びこれを貫通するアパーチャを備えたポリカーボネート層を有し、エッチ層 がポリカーボネート層の下層をなしている、該過程と、 低圧−高密度プラズマでアパーチャを通して前記エッチ層をエッチングするエ ッチング過程とを含むことを特徴とし、 前記低圧−高密度プラズマが、約１〜３０ミリトルの範囲の圧力で生成される ことを特徴とし、 前記低圧−高密度プラズマが、１０11イオン／ｃｍ3以上のイオン化粒子濃度 を有することを特徴とするエッチング方法。２ ．前記エッチングの前に開始される、前記エッチ構造に電気的なバイアスをか ける 過程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．前記圧力が、約１〜２０ミリトルの範囲であることを特徴する請求項２に記 載の方法。 ４．前記低圧−高密度プラズマが、１０11イオン／ｃｍ3以上のイオン化粒子濃 度を有し、前記イオン化粒子濃度は反応チャンバ全体に亘って概ね等しいことを 特徴とする請求項２若しくは３に記載の方法。 ５．前記エッチ構造が、（ａ）前記エッチ層の下層をなす電気的に絶縁性の層、 及び（ｂ）前記電気的に絶縁性の層の下層をなす電気的に非絶縁性の層を更に有 することを特徴とする請求項２若しくは３に記載の方法。 ６．前記アパーチャが、荷電した粒子をポリカーボネート層を通過させて複数の 荷電粒子トラックを形成し、その後ポリカーボネート層がその荷電粒子トラック に沿ってエッチングされるようにすることによって形成されることを特徴とする 請求項２若しくは３に記載の方法。 ７．前記エッチ層が、クロムを含むことを特徴とする請求項２若しくは３に記 載の方法。 ８．塩素を含むイオン源となる第１ガスと、酸素を含むイオン源となる第２ガス とを含むガス混合物をイオン化することにより、低圧−高密度プラズマを発生す る過程を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。 ９．前記エッチ層が、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項２若しくは３ に記載の方法。 １０．塩素を含むイオン源となる第１ガス、酸素を含むイオン源となる第２ガス 、及びホウ素を含むイオン源となる第３ガスを含むガス混合物をイオン化するこ とにより、低圧−高密度プラズマを発生する過程を更に有することを特徴とする 請求項９に記載の方法。 １１．前記エッチ層が、モリブデンを含むことを特徴とする請求項２若しくは３ に記載の方法。 １２．フッ素を含むイオン源となる第１ガス、窒素を含むイオン源となる第２ガ ス、水素を含むイオン源となる第３ガス、及び酸素を含むイオン源となる第４ガ スを含むガス混合物をイオン化することにより、低圧−高密度プラズマを発生す る過程を更に有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。 １３．前記エッチ層が、タンタルを含むことを特徴とする請求項２若しくは３に 記載の方法。 １４．フッ素を含むイオン源となる第１ガス及び塩素を含むイオン源となる第２ ガスを含むガス混合物をイオン化することにより、低圧−高密度プラズマを発生 する過程を更に有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。 １５．前記エッチ層が、電気的に絶縁性の材料を含むことを特徴とする請求項２ 若しくは３に記載の方法。 １６．前記電気的に絶縁性の材料が窒化シリコン、酸化シリコン、及びガラスか らなる群から選択されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。 １７．フッ素を含むイオン源となるガスを含むガス混合物をイオン化すること により、低圧−高密度プラズマを発生する過程を更に有することを特徴とする請 求項１６に記載の方法。 １８．不活性ガスを含むガス混合物をイオン化することにより、低圧−高密度プ ラズマを発生する過程を更に有することを特徴とする請求項２若しくは３に記載 の方法。 １９．前記エッチング過程の間に、前記エッチ層が前記ポリカーボネート層に対 して概ね１００％のエッチ選択性を有することを特徴とする請求項２若しくは３ に記載の方法。 ２０．前記エッチ構造を加熱する過程を更に有することを特徴とする請求項２若 しくは３に記載の方法。 ２１．前記加熱する過程が、約２０℃を下限とし、前記ポリカーボネート層のガ ラス転移温度の約５℃低い温度を上限とする温度範囲の温度まで前記エッチ構造 を加熱する過程を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 ２２．前記ガラス転移温度は、約１２０〜１７０℃の範囲にあることを特徴とす る請求項２１に記載の方法。 ２３．前記加熱する過程が、約２０〜４０℃の範囲の温度まで前記エッチ構造を 加熱する過程を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。 ２４．前記アパーチャのそれぞれが０．３０μｍ未満の直径を有することを特徴 とする請求項２３に記載の方法。２５ ．前記反応チャンバが、誘導結合されたプラズマ装置、電子サイクロトロン 共鳴装置、またはヘリコン波装置の一部であることを特徴とする請求項２若しく は３に記載の方法。２６ ．前記エッチング構造をベーキングするベーキング過程を更に有することを 特徴とする請求項２若しくは３に記載の方法。２７ ．前記反応チャンバに前記エッチ構造を設置する過程の前に、前記ベーキン グ過程が開始されることを特徴とする請求項２６に記載の方法。２８ ．前記ベーキング過程が、大気圧より低い圧力の下で行われることを特徴と する請求項２６に記載の方法。２９ ．前記エッチング過程の前に開始される、前記エッチ構造をプラズマ予備ク リーニングする過程を更に有することを特徴とする請求項１若しくは３に記載の 方法。３０ ．前記反応チャンバに前記エッチ構造を設置する過程の前に開始される、前 記プラズマ予備クリーニング過程が行われることを特徴とする請求項２９に記載 の方法。３１ ．前記エッチ層が、第１の電気的に非絶縁性の（ＥＮＩ）層であり、前記エ ッチ構造が、前記第１のＥＮＩ層の下層をなす電気的に絶縁性の層及び前記電気 的に絶縁性の層の下層をなす第２のＥＮＩ層を有することを特徴とし、 前記エッチング過程において、前記第１のＥＮＩ層に、前記ポリカーボネート 層の前記アパーチャに対応する開口部を形成することを特徴とし、 前記第１のＥＮＩ層をマスクとして用いて、前記電気的に絶縁性の層をエッチ ングし、対応する誘電体開口空間を形成する過程と、 前記誘電体開口空間に電子放出素子を形成する過程であって、前記電子放出素 子が前記第２のＥＮＩ層に接触する、該過程とを有することを特徴とする請求項 ２若しくは３に記載の方法。 ３２ ．前記エッチング過程の前に開始される、前記エッチ構造を加熱する過程と 、 前記エッチング過程の前に開始される、前記エッチ構造にバイアスを印加する 過程と、 前記エッチング過程の前に開始される、前記エッチ構造をプラズマ予備クリー ニングする過程とを更に有することを特徴とする請求項１若しくは３に記載の方 法。３３ ．前記反応チャンバに前記エッチ構造を設置する前記過程の前に開 始される 、前記エッチ構造をベーキングする過程を更に有することを特徴とする 請求項３２に記載の方法。３４ ．前記エッチ層が、クロム、アルミニウム、モリブデン、及びタンタルから なる群から選択された電気的に非絶縁性の材料を含むことを特徴とする請求項１ 若しくは３に記載の方法。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．エッチング方法であって、 反応チャンバにエッチ構造を設置する過程であって、前記エッチ構造がエッチ 層及びこれを貫通するアパーチャを備えたポリカーボネート層を有し、エッチ層 がポリカーボネート層の下層をなしている、該過程と、 低圧−高密度プラズマを用いてアパーチャを通して前記エッチ層をエッチング するエッチング過程とを含むことを特徴とするエッチング方法。 ２．約１〜３０ミリトルの範囲の圧力で低圧−高密度プラズマを発生する過程を 更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．前記圧力が、約１〜２０ミリトルの範囲であることを特徴する請求項２に記 載の方法。 ４．前記低圧−高密度プラズマが、１０11イオン／ｃｍ3以上のイオン化粒子濃 度を有し、前記イオン化粒子濃度は反応チャンバ全体に亘って概ね等しいことを 特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の方法。 ５．前記エッチ構造が、（ａ）前記エッチ層の下層をなす電気的に絶縁性の層、 及び（ｂ）前記電気的に絶縁性の層の下層をなす電気的に非絶縁性の層を更に有 することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の方法。 ６．前記アパーチャが、荷電した粒子をポリカーボネート層を通過させて複数の 荷電粒子トラックを形成し、そのポリカーボネート層がその荷電粒子トラックに 沿ってエッチングされるようにすることによって形成されることを特徴とする請 求項１乃至３の何れかに記載の方法。 ７．前記エッチ層が、クロムを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに 記載の方法。 ８．塩素を含むイオン源となる第１ガスと、酸素を含むイオン源となる第２ガス とを含むガス混合物をイオン化することにより、低圧−高密度プラズマを発生す る過程を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。 ９．前記エッチ層が、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何 れかに記載の方法。 １０．塩素を含むイオン源となる第１ガス、酸素を含むイオン源となる第２ガス 、及びホウ素を含むイオン源となる第３ガスを含むガス混合物をイオン化するこ とにより、低圧−高密度プラズマを発生する過程を更に有することを特徴とする 請求項９に記載の方法。 １１．前記エッチ層が、モリブデンを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何 れかに記載の方法。 １２．フッ素を含むイオン源となる第１ガス、窒素を含むイオン源となる第２ガ ス、水素を含むイオン源となる第３ガス、及び酸素を含むイオン源となる第４ガ スを含むガス混合物をイオン化することにより、低圧−高密度プラズマを発生す る過程を更に有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。 １３．前記エッチ層が、タンタルを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れ かに記載の方法。 １４．フッ素を含むイオン源となる第１ガス及び塩素を含むイオン源となる第２ ガスを含むガス混合物をイオン化することにより、低圧−高密度プラズマを発生 する過程を更に有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。 １５．前記エッチ層が、電気的に絶縁性の材料を含むことを特徴とする請求項１ 乃至３の何れかに記載の方法。 １６．前記電気的に絶縁性の材料が窒化シリコン、酸化シリコン、及びガラスか らなる群から選択されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。 １７．フッ素を含むイオン源となるガスを含むガス混合物をイオン化することに より、低圧−高密度プラズマを発生する過程を更に有することを特徴とする請求 項１６に記載の方法。 １８．不活性ガスを含むガス混合物をイオン化することにより、低圧−高密度プ ラズマを発生する過程を更に有することを特徴とする請求項１乃至３の何れ かに記載の方法。 １９．前記エッチング過程の間に、前記エッチ層が前記ポリカーボネート層に対 して概ね１００％のエッチ選択性を有することを特徴とする請求項１乃至３の何 れかに記載の方法。 ２０．前記エッチング過程の前に、前記エッチ構造を加熱する過程を更に有する ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の方法。 ２１．前記加熱する過程が、約２０℃を下限とし、前記ポリカーボネート層のガ ラス転移温度の約5℃低い温度を上限とする温度範囲の温度まで前記エッチ構造 を加熱する過程を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 ２２．前記ガラス転移温度は、約１２０〜１７０℃の範囲にあることを特徴とす る請求項２１に記載の方法。 ２３．前記加熱する過程が、約２０〜４０℃の範囲の温度まで前記エッチ構造を 加熱する過程を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。 ２４．前記アパーチャのそれぞれが０．３０μｍ未満の直径を有することを特徴 とする請求項２３に記載の方法。 ２５．前記エッチング過程の前に、前記エッチ構造を電気的にバイアスする過程 を更に有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の方法。 ２６．前記反応チャンバが、誘導結合されたプラズマ装置、電子サイクロトロン 共鳴装置、またはヘリコン波装置の一部であることを特徴とする請求項１乃至３ の何れかに記載の方法。 ２７．前記エッチング過程の前に、前記エッチング構造をベーキングするベーキ ング過程を更に有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の方法。 ２８．前記反応チャンバに前記エッチ構造を設置する過程の前に、前記ベーキン グ過程が行われることを特徴とする請求項２７に記載の方法。 ２９．前記ベーキング過程が、大気圧より低い圧力の下で行われることを特徴 とする請求項２７に記載の方法。 ３０．前記エッチング過程の前に、前記エッチ構造をプラズマ予備クリーニング する過程を更に有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の方法。 ３１．前記反応チャンバに前記エッチ構造を設置する過程の前に、前記プラズマ 予備クリーニング過程が行われることを特徴とする請求項３０に記載の方法。 ３２．（ａ）複数のアパーチャを有するポリカーボネート層、（ｂ）前記ポリカ ーボネート層の下層をなす第１の電気的に非絶縁性の（ＥＮＩ）層、（ｃ）前記 第１のＥＮＩ層の下層をなす電気的に絶縁性の層、及び（ｄ）前記電気的に絶縁 性の層の下層をなす第２のＥＮＩ層を有するエッチ構造からゲート制御式電子エ ミッタを形成する方法であって、 反応チャンバに前記エッチ構造を設置する過程と、 低圧−高密度プラズマを用いて前記アパーチャを通して第１のＥＮＩ層をエッチ ングし、前記第１ＥＮＩ層に対応する開口部を形成する過程と、 前記第１のＥＮＩ層をマスクとして用いて、前記電気的に絶縁性の層をエッチ ングし、対応する誘電体開口空間を形成する過程と、 前記誘電体開口空間に電子放出素子を形成する過程であって、前記電子放出素 子が前記第２のＥＮＩ層に接触する、該過程とを有することを特徴とするエッチ 構造からゲート制御式電子エミッタを形成する方法。
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