JP2002151478A

JP2002151478A - ドライエッチング方法及びその装置

Info

Publication number: JP2002151478A
Application number: JP2000346861A
Authority: JP
Inventors: Takuya Yara; 卓也屋良; Motokazu Yuasa; 基和湯浅; Koji Honma; 孝治本間
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd; Chemitronics Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd; Chemitronics Co Ltd
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2002-05-24

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体製造工程におけるエッチング工程にお
いて、大気圧条件下で処理でき、大面積ウェーハや基板
に対応でき、簡便な装置でドライエッチングをする方法
及びその装置の提供。【解決手段】半導体素子の製造におけるエッチング法
において、大気圧近傍の圧力下、対向する一対の電極の
少なくとも一方の対向面に固体誘電体を設置し、当該一
対の対向電極間に処理ガスを導入してパルス状の電界を
印加することにより得られるプラズマを基材に接触さ
せ、かつ、該プラズマと基材との接触部近傍から処理済
みガスを排気することを特徴とするドライエッチング方
法及び装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程に
おけるエッチング工程において、大気圧近傍でのパルス
電界を利用した放電プラズマにより基材にドライエッチ
ングを行う方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、半導体素子の一般的構成として
は、基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、シリコン
膜、ソース絶縁体、ドレイン絶縁膜、ソース電極、ドレ
イン電極、パシベーション膜（保護膜）等からなってい
る。ここで、基材としては、ガラス基板又はウェーハ基
板等からなり、電極としては、Ａｌ、Ｃｕ等の金属又は
金属化合物等からなり、パシベーション膜を含む層間絶
縁体としては、酸化珪素、窒化珪素、炭化珪素等からな
り、シリコン層としては、Ｓｉ単結晶層、ａ−Ｓｉ層及
びａ−ＳｉにＰ、Ｂ、Ａｓ、Ｇｅ等をドーピングした材
料等からなっている。

【０００３】半導体素子は、これらの上記材料を要求機
能に応じて組み合わせ、基材等の洗浄後、その上に電
極、絶縁膜、シリコン層等の薄膜を形成し、さらにドー
ピング、アニール、レジスト処理（例えば、塗布、現
像、ベーキング、レジスト剥離等）を行い、続いて露光
・現像、エッチング等を繰り返す複雑な工程により製造
されている。これらの製造工程においては、絶縁膜の形
成、保護膜の形成、電極の形成、シリコン層の形成等の
薄膜形成が重要であり、その形成方法として、主にプラ
ズマ処理方法が用いられている。

【０００４】半導体製造工程におけるプラズマを用いた
ドライエッチング法は、ＣＦ_４等の化学的に安定で安全
なガスを用いてプラズマを作り、フッ素イオン、フッ素
ラジカル等の励起活性種を生成し、これをシリコン等の
被処理物と反応させて揮発性のガス（シリコンの場合、
ＳｉＦ_４）を生成し、蒸発・排気させてエッチングを行
っている。また、工程で不用になったレジストの剥離な
どのいわゆるアッシング（灰化）や、ボンディング直前
の電極表面の有機物の清浄化においては、酸素プラズマ
を使った有機物の分解、あるいはアルゴンプラズマ等の
希ガスによる高密度プラズマによる剥離などの手段が用
いられている。

【０００５】従来のプラズマ発生法は、真空中でプラズ
マを形成するため、真空装置が必須となり、それに伴い
被処理体を処理空間へ移送する手法が複雑化し、プラズ
マ処理装置が大型、高価となる。そのため、単位時間で
処理可能な数量が制限され、生産性が低く。処理コスト
が高価になるという課題があった。

【０００６】これを解決する手段としては、ヘリウムを
用いた大気圧プラズマを用いたドライエッチング等も従
来行われてきた。ところが、ヘリウムガスは自然界での
存在量が極めて少なく高価である。また、安定的な放電
を行える範囲も狭い。特開平１１−１６６９６号公報で
は予備放電を用いてヘリウム存在下で処理を行う手法が
提案されているが、装置や操作方法が複雑であるという
問題があった。

【０００７】また、エッチングされた基材表面上に、エ
ッチング後の有機物が再付着したりして処理面を汚す等
の問題もあった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑
み、半導体製造工程におけるエッチング工程において、
大気圧条件下でドライ雰囲気で処理でき、大面積ウェー
ハや基板に対応でき、簡便な装置を用いて、ドライエッ
チングをすることができる方法及びその装置を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、大気圧条件下で安定した
放電状態を実現させることができる放電プラズマ処理に
よるドライエッチング方法と処理後の排ガスを排気する
機構を組み合わせることにより、より効率的にドライエ
ッチングを行うことができることを見出し、本発明を完
成させた。

【００１０】すなわち、本発明の第１の発明は、半導体
素子の製造におけるエッチング法において、大気圧近傍
の圧力下、対向する一対の電極の少なくとも一方の対向
面に固体誘電体を設置し、当該一対の対向電極間に処理
ガスを導入してパルス状の電界を印加することにより得
られるプラズマを基材に接触させ、かつ、該プラズマと
基材との接触部近傍から処理済みガスを排気することを
特徴とするドライエッチング方法である。

【００１１】また、本発明の第２の発明は、プラズマを
基材に接触させる際に、該プラズマと基材との接触部近
傍が窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノンから
なる群から選ばれるいずれか一種以上の雰囲気に保たれ
ていることを特徴とする第１の発明に記載のドライエッ
チング方法である。

【００１２】また、本発明の第３の発明は、プラズマと
基材との接触部の周囲にガス排気機構を有し、その周囲
にガスカーテン機構を有することにより、プラズマと基
材との接触部近傍が窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオ
ン、キセノンからなる群から選ばれるいずれか一種以上
の雰囲気に保たれることを特徴とする第１又は２の発明
に記載のドライエッチング方法である。

【００１３】また、本発明の第４の発明は、窒素、アル
ゴン、ヘリウム、ネオン、キセノンからなる群から選ば
れるいずれか一種以上で満たされた容器中で処理を行う
ことによりプラズマと基材との接触部近傍が窒素、アル
ゴン、ヘリウム、ネオン、キセノンからなる群から選ば
れるいずれか一種以上の雰囲気に保たれることを特徴と
する第１又は２の発明に記載のドライエッチング方法で
ある。

【００１４】また、本発明の第５の発明は、前記処理ガ
スが、ハロゲン系ガスを含むガスであることを特徴とす
る第１〜４のいずれかの発明に記載のドライエッチング
方法である。

【００１５】また、本発明の第６の発明は、パルス状の
電界が、パルス立ち上がり及び／又は立ち下がり時間が
１００μｓ以下、電界強度が０．５〜２５０ｋＶ／ｃｍ
であることを特徴とする第１〜５のいずれかの発明に記
載のドライエッチング方法である。

【００１６】また、本発明の第７の発明は、パルス状の
電界が、周波数が０．５〜１００ｋＨｚ、パルス継続時
間が１〜１０００μｓであることを特徴とする第１〜６
のいずれかの発明に記載のドライエッチング方法であ
る。

【００１７】また、本発明の第８の発明は、半導体素子
におけるドライエッチング装置において、少なくとも一
方の対向面に固体誘電体が設置された一対の対向電極
と、当該一対の対向電極間に処理ガスを導入する機構、
該電極間にパルス状の電界を印加する機構、該パルス電
界により得られるプラズマを基材に接触させる機構、及
び該プラズマと基材との接触部近傍に設けられる排気機
構を備えてなることを特徴とするドライエッチング装置
である。

【００１８】また、本発明の第９の発明は、プラズマと
基材との接触部近傍を窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオ
ン、キセノンからなる群から選ばれるいずれか一種以上
の雰囲気に保つ機構を備えてなることを特徴とする第８
の発明に記載のドライエッチング装置である。

【００１９】また、本発明の第１０の発明は、プラズマ
と基材との接触部の周囲にガス排気機構を有し、その周
囲にガスカーテン機構を配置することにより、プラズマ
と基材との接触部近傍を窒素、アルゴン、ヘリウム、ネ
オン、キセノンからなる群から選ばれるいずれか一種以
上の雰囲気に保つ機構であることを特徴とする第９の発
明に記載のドライエッチング装置である。

【００２０】また、本発明の第１１の発明は、窒素、ア
ルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノンからなる群から選
ばれるいずれか一種以上を満たした容器中に、少なくと
も一方の対向面に固体誘電体が設置された一対の対向電
極と、当該一対の対向電極間に処理ガスを導入する機構
と、該電極間にパルス状の電界を印加する機構と、該パ
ルス状の電界により得られるプラズマを基材に接触させ
る機構及び該プラズマと基材との接触部近傍に設けられ
る排気機構とを配置すること特徴とする第９の発明に記
載のドライエッチング装置である。

【００２１】また、本発明の第１２の発明は、予備放電
後にガス吹き出し口ノズルを基材表面上に移動させるノ
ズル体待機機構を有することを特徴とする第８〜１１の
発明に記載のドライエッチング装置である。

【００２２】また、本発明の第１３の発明は、第８〜１
２のいずれかの発明に記載の装置と基材搬送機構とを具
備してなるドライエッチング装置である。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明は、半導体製造工程におけ
るエッチング工程において、常圧放電プラズマ処理法に
より半導体ウェーハ、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）の各
種薄膜等をドライエッチングする方法及びその装置であ
り、大気圧近傍の圧力下、対向する一対の電極の少なく
とも一方の対向面に固体誘電体を設置し、当該一対の対
向電極間に処理ガスを導入し、当該電極間にパルス状の
電界を印加することにより、得られる該ガスのプラズマ
を基材に接触させ、基材をドライエッチングする方法で
あって、かつ、該プラズマと基材との接触部近傍から処
理済みガスを排気し、さらに好ましくは、該プラズマと
基材との接触部近傍が窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオ
ン、キセノンからなる群から選ばれるいずれか一種以上
のガス（以下、「不活性ガス」という。）雰囲気下に保
たれていることを特徴とする方法及び装置である。以
下、本発明を詳細に説明する。

【００２４】上記大気圧近傍の圧力下とは、１．３３３
×１０^４〜１０．６６４×１０^４Ｐａの圧力下を指す。
中でも、圧力調整が容易で、装置が簡便になる９．３３
１×１０^４〜１０．４×１０^４Ｐａの範囲が好ましい。

【００２５】なお、本発明では、プラズマ発生空間中に
存在する気体の種類を問わず安定して放電プラズマ処理
を行うことが可能であるため、開放系、あるいは、気体
の自由な流失を防ぐ程度の低気密系での処理が可能とな
る。

【００２６】本発明で、ウェーハ等をドライエッチング
できる処理ガスとしては、主としてハロゲン系ガスを用
い、プラズマ中でハロゲンを分離することのできるもの
であれば、基本的にはどのようなものであっても良い。

【００２７】上記処理ガスとしてのハロゲン系ガスは、
具体的には、塩素ガス、臭素ガス、フッ素ガス等があ
り、ハロゲンと炭素あるいはハロゲンと水素とを含有す
るハロゲン化合物ガスも含まれる。ハロゲン化合物ガス
としては、例えば、ＣＦ_４、ＣＣｌ_３Ｆ_３、ＳＦ_６、Ｈ
Ｃｌ等が挙げられる。また、酸素などの反応性のガス
は、ハロゲン系ガスに由来して起こるエッチングに対し
て直接的あるいは触媒的に働いて効果を高める場合があ
るので、酸素あるいは空気等の汎用のガスで希釈しても
良い。

【００２８】本発明では、上記ハロゲン系ガスをそのま
ま使用して用いてもよいが、経済性及び安全性の観点か
ら、希釈ガスによって希釈し、これを処理ガスとして用
いることもできる。希釈ガスとしては、ネオン、アルゴ
ン、キセノン等の希ガス、窒素ガス等が挙げられる。こ
れらは単独でも２種以上を混合して用いてもよい。好ま
しくは、処理ガス中のハロゲン系ガスの濃度が０．０１
〜１０体積％であり、より好ましくは０．１〜１０体積
％である。

【００２９】上記電極としては、例えば、銅、アルミニ
ウム等の金属単体、ステンレス、真鍮等の合金、金属間
化合物等からなるものが挙げられる。電極の形状として
は、特に限定されないが、電界集中によるアーク放電の
発生を避けるために、対向電極間の距離が一定となる構
造であることが好ましい。この条件を満たす電極構造と
しては、例えば、平行平板型、円筒対向平板型、球対向
平板型、双曲対向平板型、同軸円筒型構造等が挙げられ
る。

【００３０】また、略一定構造以外では、円筒対向円筒
型で円筒曲率の大きなものもアーク放電の原因となる電
界集中の度合いが小さいので対向電極として用いること
ができる。曲率は少なくとも半径２０ｍｍ以上が好まし
い。固体誘電体の誘電率にもよるが、それ以下の曲率で
は、電界集中によるアーク放電が集中しやすい。それぞ
れの曲率がこれ以上であれば、対向する電極の曲率が異
なっても良い。曲率は大きいほど近似的に平板に近づく
ため、より安定した放電が得られるので、より好ましく
は半径４０ｍｍ以上である。

【００３１】さらに、プラズマを発生させる電極は、一
対のうち少なくとも一方に固体誘電体が配置されていれ
ば良く、一対の電極は、短絡に至らない適切な距離をあ
けた状態で対向してもよく、直交してもよい。

【００３２】上記固体誘電体は、電極の対向面の一方又
は双方に設置される。この際、固体誘電体と設置される
側の電極が密着し、かつ、接する電極の対向面を完全に
覆うようにすることが好ましい。固体誘電体によって覆
われずに電極同士が直接対向する部位があると、そこか
らアーク放電が生じやすいためである。

【００３３】上記固体誘電体の形状は、シート状でもフ
ィルム状でもよく、厚みが０．０１〜４ｍｍであること
が好ましい。厚すぎると放電プラズマを発生するのに高
電圧を要することがあり、薄すぎると電圧印加時に絶縁
破壊が起こり、アーク放電が発生することがある。ま
た、固体誘電体の形状として、容器型のものも用いるこ
とができる。

【００３４】固体誘電体の材質としては、例えば、ポリ
テトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート
等のプラスチック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニ
ウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化
物、チタン酸バリウム等の複酸化物、及びこれらの複層
化したもの等が挙げられる。

【００３５】特に、固体誘電体は、比誘電率が２以上
（２５℃環境下、以下同じ）であることが好ましい。比
誘電率が２以上の誘電体の具体例としては、ポリテトラ
フルオロエチレン、ガラス、金属酸化膜等を挙げること
ができる。さらに高密度の放電プラズマを安定して発生
させるためには、比誘電率が１０以上の固定誘電体を用
いことが好ましい。比誘電率の上限は特に限定されるも
のではないが、現実の材料では１８，５００程度のもの
が知られている。比誘電率が１０以上の固体誘電体とし
ては、例えば、酸化チタニウム５〜５０重量％、酸化ア
ルミニウム５０〜９５重量％で混合された金属酸化物皮
膜、または、酸化ジルコニウムを含有する金属酸化物皮
膜からなり、その被膜の厚みが１０〜１０００μｍであ
るものを用いることが好ましい。

【００３６】上記電極間の距離は、固体誘電体の厚さ、
印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮し
て適宜決定されるが、１〜５０ｍｍであることが好まし
い。１ｍｍ未満では、電極間の間隔を置いて設置するの
に充分でないことがある。５０ｍｍを超えると、均一な
放電プラズマを発生させにくい。

【００３７】本発明のパルス電界について説明する。図
１にパルス電圧波形の例を示す。波形（ａ）、（ｂ）は
インパルス型、波形（ｃ）はパルス型、波形（ｄ）は変
調型の波形である。図１には電圧印加が正負の繰り返し
であるものを挙げたが、正又は負のいずれかの極性側に
電圧を印加するタイプのパルスを用いてもよい。また、
直流が重畳されたパルス電界を印加してもよい。本発明
におけるパルス電界の波形は、ここで挙げた波形に限定
されず、さらに、パルス波形、立ち上がり時間、周波数
の異なるパルスを用いて変調を行ってもよい。上記のよ
うな変調は高速連続表面処理を行うのに適している。

【００３８】上記パルス電界の立ち上がり及び／又は立
ち下がり時間は、１００μｓ以下が好ましい。１００μ
ｓを超えると放電状態がアークに移行しやすく不安定な
ものとなり、パルス電界による高密度プラズマ状態を保
持しにくくなる。また、立ち上がり時間及び立ち下がり
時間が短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よ
く行われるが、４０ｎｓ未満の立ち上がり時間のパルス
電界を実現することは、実際には困難である。より好ま
しくは５０ｎｓ〜５μｓである。なお、ここでいう立ち
上がり時間とは、電圧変化が連続して正である時間、立
ち下がり時間とは、電圧変化が連続して負である時間を
指すものとする。

【００３９】また、パルス電界の立ち下がり時間も急峻
であることが好ましく、立ち上がり時間と同様の１００
μｓ以下のタイムスケールであることが好ましい。パル
ス電界発生技術によっても異なるが、立ち上がり時間と
立ち下がり時間とが同じ時間に設定できるものが好まし
い。

【００４０】上記パルス電界の電界強度は、０．５〜２
５０ｋＶ／ｃｍとなるようにするのが好ましい。電界強
度が０．５ｋＶ／ｃｍ未満であると処理に時間がかかり
すぎ、２５０ｋＶ／ｃｍを超えるとアーク放電が発生し
やすくなる。

【００４１】上記パルス電界の周波数は、０．５〜１０
０ｋＨｚであることが好ましい。０．５ｋＨｚ未満であ
るとプラズマ密度が低いため処理に時間がかかりすぎ、
１００ｋＨｚを超えるとアーク放電が発生しやすくな
る。より好ましくは、１〜１００ｋＨｚであり、このよ
うな高周波数のパルス電界を印加することにより、処理
速度を大きく向上させることができる。

【００４２】また、上記パルス電界におけるひとつのパ
ルス継続時間は、１〜１０００μｓであることが好まし
い。１μｓ未満であると放電が不安定なものとなり、１
０００μｓを超えるとアーク放電に移行しやすくなる。
より好ましくは、３〜２００μｓである。ここで、ひと
つのパルス継続時間とは、図１中に例を示してあるが、
ＯＮ、ＯＦＦの繰り返しからなるパルス電界における、
ひとつのパルスの連続するＯＮ時間を言う。

【００４３】本発明のドライエッチングされる被処理基
材は、半導体ウェーハ、ＬＣＤの各種基板であり、例え
ば、シリコンウェーハ、ＧａＡｓウェーハ、ＩｎＰウェ
ーハ等が挙げられる。また、半導体ウェーハ上の各種絶
縁膜や金属薄膜なども処理の対象となる。

【００４４】プラズマを基材に接触させる手段として
は、例えば、（１）対向する電極間で発生するプラズマ
の放電空間内に基材を配置して、基材にプラズマを接触
させる方法、及び（２）対向する電極間で発生させたプ
ラズマを放電空間の外に配置された基材に向かって導く
ようにして接触させる方法（ガン型）がある。

【００４５】上記（１）の具体的方法としては、固体誘
電体を被覆した平行平板型電極間に基材を配置し、プラ
ズマと接触させる方法であって、多数の穴を有する上部
電極を用い、シャワー状プラズマで処理する方法、フィ
ルム状基材を放電空間内を走行させる方法、一方の電極
に吹き出し口ノズルを有する容器状固体誘電体を設け、
該ノズルからプラズマを他の電極上に配置した基材に吹
き付ける方法等が挙げられる。

【００４６】また、上記（２）の具体的方法としては、
固体誘電体が延長されてプラズマ誘導ノズルを形成して
おり、放電空間の外に配置された基材に向けて吹き付け
る方法等が挙げられ、平行平板型電極と長尺型ノズル、
同軸円筒型電極と円筒型ノズルの組み合わせを用いるこ
とができる。なお、ノズル先端の材質は、必ずしも上記
の固体誘電体である必要がなく、上記電極と絶縁がとれ
ていれば金属等でもかまわない。

【００４７】これらの中でも、ガス吹き出し口ノズルを
有する固体誘電体を通して、対向電極間で発生したプラ
ズマを基材に吹き付ける方法は、被処理体である基材が
直接高密度プラズマ空間にさらされることが少なく、基
材表面の目的とする箇所にのみにプラズマ状態のガスを
運び、ドライエッチング処理を行うことができるので、
基材への電気的熱的負担が軽減された好ましい方法であ
る。

【００４８】本発明のドライエッチング方法において
は、エッチングされた有機物が基材に再付着しないよう
にするために、プラズマと基材との接触部近傍から処理
済みガスを排気することが必要である。

【００４９】また、基材を搬送する手段としては、基材
がフィルム状のものであれば、繰り出しロールと巻き取
りロールからなる搬送系を用い、枚葉のものであれば、
搬送コンベア、搬送ロボット等の搬送系を用いることが
できる。また、基材が保持されるＸＹテーブルまたはＸ
ＹＺテーブルを搬送装置に設け、基材の被処理部分にプ
ラズマガスが吹き出されるようにＸＹテーブルまたはＸ
ＹＺテーブルを移動させる制御装置を備えている装置等
が挙げられる。

【００５０】本発明のプラズマ処理によるドライエッチ
ング処理は、基材を加熱または冷却して行ってもよく、
８０〜４００℃にすることが好ましい。

【００５１】本発明のプラズマ処理によるドライエッチ
ング処理においては、処理前の基材表面の酸化防止と処
理後の処理面の保護のため、基材や処理面が大気中の湿
潤空気やその他の不純物に接触することを防ぐため、不
活性ガス雰囲気で処理を行うことが好ましい。

【００５２】したがって、本発明の装置は、上記プラズ
マを基材に接触させてドライエッチング処理する装置に
加えて、プラズマと基材との接触部近傍から処理済みガ
スを排気する機構、さらに好ましくは、プラズマと基材
との接触部近傍を不活性ガス雰囲気に保つ機構を付加し
た装置が必要である。

【００５３】本発明において、処理済みガスを排気する
方法としては、ガス吹きだし口ノズルの周囲に設けられ
たガス吸収口を備えてなる排気機構により排気する方
法、プラズマ処理装置を収納した容器内を負圧してなる
排気機構により排気する方法、吸い込みフード型の排気
機構により排気する方法等が挙げられる。

【００５４】また、プラズマと基材との接触部近傍を不
活性ガス雰囲気に保つ機構としては、不活性ガスによる
ガスカーテン機構、不活性ガスで満たされた容器中で処
理を行う機構等が挙げられる。

【００５５】上記不活性ガスによるガスカーテン機構と
しては、プラズマと基材との接触部近傍の周囲にガス排
気機構を有し、その周囲に不活性ガスによるガスカーテ
ン機構を有することにより、プラズマと基材との接触部
近傍を不活性ガス雰囲気に保つようにすることができ
る。

【００５６】図で本発明の方法及び装置を具体的に説明
する。図２は、ガス吹き出し口を供えた円筒状固体誘電
体を用いてプラズマガスを基材に吹き付ける装置と、ガ
ス吹き出し口ノズルの周囲に設けられたドーナツ状のガ
ス吸引口を設けた装置と、基材の搬送機構を備えた装置
の一例を示す図である。１は電源、２は外側電極、３は
内側電極、４は固体誘電体、５はガス吹き出し口、７は
処理ガス導入口、１０は排気ガス筒、１４は基材、４１
〜４３は搬送ベルトをそれぞれ表す。例えば、処理ガス
は、白抜き矢印の方向にガス導入口７から筒状の固体誘
電体容器内に導入され、筒状固体誘電体容器の外側に配
設された電極２と筒状固体誘電体容器内部に配置された
内側電極３との間にパルス電界を印加することによっ
て、プラズマとしてガス吹き出し口５から吹き出され
る。一方、基材１４は、最初は搬入ベルト４１により運
ばれ、次に処理ベルト４２によりガス吹き出し口に運ば
れ、エッチング処理され、次いで搬出ベルト４３で運び
出されるという３工程の搬送工程からなっている。エッ
チング処理済みのガスは、排気ガス筒１０より、エッチ
ングされた後の有機物と共に除去され基材に再付着して
汚染することがない。搬送ベルトは、送りスピードを任
意に調整できるものを用いることにより処理の程度を変
更でき、さらに冷却又は加熱機構を付加することもでき
る。また、筒状固体誘電体からなるノズル体は、必要に
応じて、電極間に電圧印加後、予備放電を行い、プラズ
マが安定するまで基材の外側で待機させるノズル待機機
構を具備せることもできるし、Ｘ−Ｙ−Ｚ移動機構を具
備させて基材上を掃引させることもできる。

【００５７】図３は、同軸型円筒ノズルを用い、接触部
の周囲にガス排気機構を有し、さらに、該ガス排気機構
の周囲にはガスカーテン機構によりプラズマと基材との
接触部近傍を不活性ガス雰囲気に保って、プラズマを基
材に吹き付ける装置と基材の搬送機構を備えた装置の一
例を示す図である。図３において、１は電源、２は外側
電極、３は内側電極、４は固体誘電体、５はガス吹き出
し口、６は同軸型円筒ノズルを有するノズル体、７は処
理ガス導入口、１０は内周排気ガス筒、１１は外周排気
ガス筒、１２は不活性ガス導入口、１３は不活性ガス吹
き出し細孔、１４は基材、４１は搬入ベルト、４２は処
理部ベルト、４３は搬出ベルトをそれぞれ表す。

【００５８】例えば、処理ガスは、白抜き矢印方向にガ
ス導入口７から筒状の固体誘電体容器内に導入され、筒
状固体誘電体容器の外側に配置された電極２と筒状固体
誘電体容器内部に配置された内側電極３との間にパルス
状電界を印加することによってプラズマガスとして吹き
出し口５から吹き出され、内周排気ガス筒１０から主に
吸引回収される。一方、基材１４は、最初は搬入ベルト
４１により運ばれ、次に処理部ベルト４２により搬送さ
れガス吹き出し口からのプラズマガスが吹き付けられ、
ドライエッチング処理され、次いで搬出ベルト４３で運
び出されるという３工程の搬送工程を経て搬送される。
また、不活性ガスは、不活性ガス導入口１２から導入さ
れ、下部にある不活性ガス吹き出し細孔１３から搬送さ
れる基材１４に向けて吹き出され、ガスカーテンの役割
をして基材１４の雰囲気を不活性ガス雰囲気に保つ。不
活性ガスは、主に外周排気ガス筒１１から回収される。
なお、搬送ベルトは、送りスピードを任意に調整できる
ものを用いることによりドライエッチング処理の制御が
可能となる。さらに、処理部ベルトには加熱機構を有す
るものが好ましい。

【００５９】図４は、平行平板対向型長尺ノズルを用
い、ガスカーテン機構によりプラズマと基材との接触部
近傍を不活性ガス雰囲気に保つ装置であって、該接触部
の周囲にガス排気機構を有し、さらに該ガス排気機構の
周囲にはガスカーテン機構を配設した不活性ガスシャワ
ー機能を付加した装置を用いてプラズマを基材に吹き付
ける装置と基材の搬送機構を備えた装置の一例を示す図
である。１は電源、２は電極、３は電極、４は固体誘電
体、５はガス吹き出し口、７は処理ガス導入口、１０は
内周排気ガス筒、１１は外周排気ガス筒、１２は不活性
ガス導入口、１３は不活性ガス吹き出し細孔、１４は基
材、４１は搬入ベルト、４２は処理部ベルト、４３は搬
出ベルトをそれぞれ表す。

【００６０】なお、上記不活性ガスシャワー機能を果た
す装置としては、その底面が図５、図６のようになされ
ているものが好ましい。

【００６１】図５は同軸型円筒ノズルを用いる場合の不
活性ガスシャワー装置であって、図３のノズル部分の底
面に該当する。プラズマガスは、ガス吹き出し口５から
吹き出され、基材をドライエッチング処理した後、内周
排気ガス筒１０から排出される。また、不活性ガスは、
不活性ガスシャワー領域に存在する吹き出し細孔１３か
ら吹き出され、主に外周排気ガス筒１１から排出され
る。

【００６２】図６は垂直平板型長尺ノズルを用いる場合
の不活性ガスシャワー装置であって、図４のノズル部分
の底面に該当する。

【００６３】本発明において、プラズマと基材との接触
部近傍が不活性ガス雰囲気に保たれているようにする機
構として、不活性ガスで満たされた容器中で処理を行う
方法としては、図７に示す装置を挙げることができる。

【００６４】図７の装置において、不活性ガスで満たさ
れた容器３０中でドライエッチング処理を行う。例え
ば、基材の搬送ロボット２０を用いるための搬出入室３
１及びそのためのシャッター３２を備えた不活性ガス容
器３０に、上記のプラズマと基材との接触部近傍の主要
部を収納した装置を用いるのが好ましい。図７におい
て、不活性ガス容器には、矢印方向に不活性ガスを常時
供給させるだけで良く、気密性は必要なく、真空ポンプ
は不要であり、簡単なブロワー型排風機でよく、不活性
ガス容器３０自体の耐圧性は不要であり、簡単なチャン
バーで良い。不活性ガス容器内に収納したドライエッチ
ング処理装置では、Ｘ−Ｙ−Ｚ移動機構を備えたプラズ
マガスノズル体６に白抜き矢印方向から処理ガスを導入
させ、基材１４に吹き付け、ドライエッチング処理をす
る。また、排ガスは排気ガス筒１０から排気する。ま
た、基材１４は、搬送ロボット２０により搬送出入室３
１内にあるカセット２１から出し入れされる。また、ド
ライエッチング処理後の製品はシャッター３２を通して
出し入れされる。ここで、プラズマガスノズル体６の細
部は、図３に示されるノズル体と同様である。

【００６５】さらに、電圧印加開始からプラズマ状態が
安定するまでの間は基材に直接プラズマが接触しないよ
うにするため、以下に説明するノズル体待機機構を有す
る装置が好ましい。

【００６６】図８において、処理ガスをノズル体６に導
入し、プラズマを発生させ基材１４上に吹き付け処理す
る装置であるが、ノズル体６は、電圧開始から放電状態
が安定するまでの間はＡの位置で予備放電を行い、放電
状態が安定した後に基材１４表面をドライエッチング処
理すべき箇所Ｂに移動させてドライエッチング処理を開
始する。また、この装置においては、支持台１５を取り
巻くリング状フード１０を設けることにより、処理ガス
の排気を行うことができ、さらに、搬送ロボット２０を
併設することにより、ウェーハカセット２１からウェー
ハ基材１４の出し入れを行い、効率的に基材のドライエ
ッチング処理を行うことができる。上記ノズル体待機機
構は、ノズル体のＸ−Ｙ−Ｚ移動装置と併用することが
できる。また、上記図６に示すように不活性ガスで満た
された容器３０に収納することができる。

【００６７】本発明のパルス電界を用いた大気圧放電で
は、全くガス種に依存せず、電極間において直接大気圧
下で放電を生じせしめることが可能であり、より単純化
された電極構造、放電手順による大気圧プラズマ装置、
及び処理手法でかつ高速処理を実現することができる。
また、パルス周波数、電圧、電極間隔等のパラメータに
よりドライエッチング処理に関するパラメータも調整で
きる。

【００６８】本発明のドライエッチング処理方法は、Ｉ
Ｃ回路、太陽電池、液晶ディスプレイのスイッチ素子
等、その他の半導体素子の製造にも適用できる。

【００６９】

【実施例】本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明
するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもので
はない。

【００７０】実施例１図３に示す装置を用いて、不活性ガスとして窒素ガスを
用いて、排ガスを排気しながら、下記の処理条件でプラ
ズマを発生させ、２インチ（１００）シリコンウェハー
をドライエッチングした。ただし、固体誘電体はＡｌ_２
Ｏ_３であり、プラズマ放出孔径を１ｍｍ、プラズマ吹き
出し口から基材までの距離を２ｍｍとした。

【００７１】プラズマ処理条件処理ガス：酸素０．１ＳＬＭ＋ＣＦ_４０．４ＳＬＭ＋ア
ルゴン９．５ＳＬＭの混合ガス放電条件：波形ａ、立ち上がり／立ち下がり時間５μ
ｓ、出力２００Ｗ、周波数１０ＫＨｚ、処理時間２０
秒；発生したプラズマは、アーク柱のみられない均一な
放電であった。

【００７２】得られたシリコンウェハーの表面を走査型
電子顕微鏡の断面観察から測定したところ、エッチング
深さは、０．２μｍであった。

【００７３】比較例１真空容器を用い、真空排気後、処理ガスとして、酸素５
％＋ＣＦ_４９５％からなる混合ガスを１００ｓｃｃｍ導
入しながら２７Ｐａになるように圧力調整したのち、パ
ルス電界の代わりに周波数１２．２ＫＨｚのｓｉｎ波形
の電圧を印加し、５分間シリコンウェハーの表面処理を
行った。得られたシリコンウェハーの表面を走査型電子
顕微鏡の断面観察から測定したところ、エッチング深さ
は、０．１μｍであった。

【００７４】比較例２処理時間を２０秒にした以外は、比較例１と同様にして
シリコンウェハーの表面処理を行った。得られたシリコ
ンウェハーの表面を走査型電子顕微鏡の断面観察から測
定したところ、エッチング深さは、計測できなかった。

【００７５】

【発明の効果】本発明のパルス電界を印加するドライエ
ッチング方法によれば、大気圧近傍で、処理ガスのプラ
ズマを基材に接触させて基材の表面のドライエッチング
を不活性ガス雰囲気下で行うので、処理工程をより効率
的なシステムとすることができ、歩留まり向上に寄与で
きる。また、本発明の方法は、大気圧下での実施が可能
であるので、容易にインライン化でき、本発明の方法を
用いることにより処理工程全体の速度低下を防ぐことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパルス電界の例を示す電圧波形図であ
る。

【図２】本発明のドライエッチング処理装置の例を示す
図である。

【図３】本発明のドライエッチング処理装置の例を示す
図である。

【図４】本発明のドライエッチング処理装置の例を示す
図である。

【図５】本発明で用いる不活性ガスシャワー機能装置の
一例の底面図である。

【図６】本発明で用いる不活性ガスシャワー機能装置の
一例の底面図である。

【図７】本発明のドライエッチング処理装置の例を示す
図である。

【図８】本発明のドライエッチング処理装置の例を示す
図である。

【符号の説明】

１電源（高電圧パルス電源）２、３電極４固体誘電体５ガス吹き出し口６ノズル体７ガス導入口１０、１１排気ガス筒１２不活性ガス導入口１３不活性ガス吹き出し細孔１４基材１５支持台２０搬送ロボット２１カセット２２アーム３０容器３１搬出入室３２シャッター４１搬入ベルト４２処理部ベルト４３搬出ベルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者湯浅基和大阪府三島郡島本町百山２−１積水化学工業株式会社内 (72)発明者本間孝治東京都東大和市立野２−703 株式会社ケミトロニクス内Ｆターム(参考） 5F004 AA16 BA20 BB11 BB24 BC06 BC08 CA03 DA00 DA01 DA04 DA07 DA18 DA22 DA23 DA25 DA29 DB01 DB20 DB22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子の製造におけるエッチング法
において、大気圧近傍の圧力下、対向する一対の電極の
少なくとも一方の対向面に固体誘電体を設置し、当該一
対の対向電極間に処理ガスを導入してパルス状の電界を
印加することにより得られるプラズマを基材に接触さ
せ、かつ、該プラズマと基材との接触部近傍から処理済
みガスを排気することを特徴とするドライエッチング方
法。
【請求項２】プラズマを基材に接触させる際に、該プ
ラズマと基材との接触部近傍が窒素、アルゴン、ヘリウ
ム、ネオン、キセノンからなる群から選ばれるいずれか
一種以上の雰囲気に保たれていることを特徴とする請求
項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項３】プラズマと基材との接触部の周囲にガス
排気機構を有し、その周囲にガスカーテン機構を有する
ことにより、プラズマと基材との接触部近傍が窒素、ア
ルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノンからなる群から選
ばれるいずれか一種以上の雰囲気に保たれることを特徴
とする請求項１又は２に記載のドライエッチング方法。
【請求項４】窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キ
セノンからなる群から選ばれるいずれか一種以上で満た
された容器中で処理を行うことによりプラズマと基材と
の接触部近傍が窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キ
セノンからなる群から選ばれるいずれか一種以上の雰囲
気に保たれることを特徴とする請求項１又は２に記載の
ドライエッチング方法。
【請求項５】前記処理ガスが、ハロゲン系ガスを含む
ガスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
項に記載のドライエッチング方法。
【請求項６】パルス状の電界が、パルス立ち上がり及
び／又は立ち下がり時間が１００μｓ以下、電界強度が
０．５〜２５０ｋＶ／ｃｍであることを特徴とする請求
項１〜５のいずれか１項に記載のドライエッチング方
法。
【請求項７】パルス状の電界が、周波数が０．５〜１
００ｋＨｚ、パルス継続時間が１〜１０００μｓである
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の
ドライエッチング方法。
【請求項８】半導体素子におけるドライエッチング装
置において、少なくとも一方の対向面に固体誘電体が設
置された一対の対向電極と、当該一対の対向電極間に処
理ガスを導入する機構、該電極間にパルス状の電界を印
加する機構、該パルス電界により得られるプラズマを基
材に接触させる機構、及び該プラズマと基材との接触部
近傍に設けられる排気機構を備えてなることを特徴とす
るドライエッチング装置。
【請求項９】プラズマと基材との接触部近傍を窒素、
アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノンからなる群から
選ばれるいずれか一種以上の雰囲気に保つ機構を備えて
なることを特徴とする請求項８に記載のドライエッチン
グ装置。
【請求項１０】プラズマと基材との接触部の周囲にガ
ス排気機構を有し、その周囲にガスカーテン機構を配置
することにより、プラズマと基材との接触部近傍を窒
素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノンからなる群
から選ばれるいずれか一種以上の雰囲気に保つ機構であ
ることを特徴とする請求項９に記載のドライエッチング
装置。
【請求項１１】窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、
キセノンからなる群から選ばれるいずれか一種以上を満
たした容器中に、少なくとも一方の対向面に固体誘電体
が設置された一対の対向電極と、当該一対の対向電極間
に処理ガスを導入する機構と、該電極間にパルス状の電
界を印加する機構と、該パルス状の電界により得られる
プラズマを基材に接触させる機構及び該プラズマと基材
との接触部近傍に設けられる排気機構とを配置すること
特徴とする請求項９に記載のドライエッチング装置。
【請求項１２】予備放電後にガス吹き出し口ノズルを
基材表面上に移動させるノズル体待機機構を有すること
を特徴とする請求項８〜１１に記載のドライエッチング
装置。
【請求項１３】請求項８〜１２のいずれか１項に記載
の装置と基材搬送機構とを具備してなるドライエッチン
グ装置。