JP2005056997A - プラズマエッチング方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ２周波重畳印加方式において整合回路の小型化および低コスト化を実現すること。
【解決手段】 このプラズマエッチング装置において、上部電極１８はチャンバ１０を介してグランド電位に接続（接地）され、下部電極１６にはそれぞれ第１および第２の整合器３６，３８を介して第１の高周波電源４０（たとえば１３．５６ＭＨｚ）および第２の高周波電源４２（たとえば３．２ＭＨｚ）が電気的に接続されている。低周波側の第２の整合器３８は、最終出力段にコイル６２を有するＴ型回路で構成されており、該コイル６２に第１の高周波電源４０からの高周波（１３．５６ＭＨｚ）を遮断するためのハイカットフィルタを兼用させている。
【選択図】 図１
【解決手段】 このプラズマエッチング装置において、上部電極１８はチャンバ１０を介してグランド電位に接続（接地）され、下部電極１６にはそれぞれ第１および第２の整合器３６，３８を介して第１の高周波電源４０（たとえば１３．５６ＭＨｚ）および第２の高周波電源４２（たとえば３．２ＭＨｚ）が電気的に接続されている。低周波側の第２の整合器３８は、最終出力段にコイル６２を有するＴ型回路で構成されており、該コイル６２に第１の高周波電源４０からの高周波（１３．５６ＭＨｚ）を遮断するためのハイカットフィルタを兼用させている。
【選択図】 図１
Description
本発明は、プラズマプロセッシングに係り、特に平行平板型ＲＩＥ方式のプラズマエッチング方法およびプラズマ処理装置に関する。
従来より、半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスにおけるエッチング加工では、平行平板型のプラズマエッチング装置が多く用いられている。平行平板型プラズマエッチング装置は、処理容器または反応室内に上部電極と下部電極とを平行に配置し、下部電極の上に被処理基板（半導体ウエハ、ガラス基板等）を載置し、下部電極および上部電極の少なくとも一方に整合器を介して高周波電圧を印加する。この高周波電圧によって両電極間に形成される電界により電子が加速され、電子と処理ガス分子との衝突電離によってプラズマが発生し、プラズマで生成されるラジカルやイオンによって基板表面の膜がエッチングされる。特に、平行平板型のＲＩＥ（Reactive Ion Etching）方式では、プラズマ中のイオンが基板表面付近に生起するイオンシースの電界で加速されて基板表面に垂直に入射することにより、方向性にすぐれた異方性エッチングも可能となっている。概してこの方式は、カソードカップリングを採用し、上部電極を接地して、下部電極にプラズマ励起用の高周波を印加する（たとえば特許文献１参照）。
特開２０００−１２５３１号公報
しかしながら、従来の平行平板型ＲＩＥプラズマエッチング装置は、基板サイズの大きいアプリケーション、特に大口径（たとえば３００ｍｍ）ウエハやＦＰＤ基板のエッチング加工においてエッチング均一性やエッチング能力等の面で限界があった。具体的には、アルミニウム、チタン、チタン含有金属類のエッチングでは、低圧下での高密度プラズマを要求されるため、ＲＦパワーを高くする必要がある。ところが、ＲＦパワーを高くすると、プラズマが基板中心部付近に集中し、プラズマ密度分布の均一性ないしエッチング均一性が低下するという問題があった。また、アルミニウム合金、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）類のエッチングやシリコン酸化膜（ＳiＯ2）のエッチングでは、十分なエッチングレートが得られず、選択性もよくなかった。このことから、これらの被エッチング材については、高密度プラズマの生成に有利な誘導結合プラズマエッチング装置（ＩＣＰ）が採用されてきた。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、エッチング能力およびエッチング均一性に優れた平行平板型ＲＩＥ方式のプラズマエッチング方法およびプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
本発明の別の目的は、２周波重畳印加方式において整合回路の小型化および低コスト化を実現するプラズマ処理装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の第１のプラズマエッチング方法は、被処理基板上のアルミニウム、チタンもしくはチタン含有金属の膜をプラズマを用いてエッチングするためのプラズマエッチング方法であって、真空可能な処理容器内で上部電極と対向して配置される下部電極の上に前記被処理基板を載置し、前記上部電極と前記下部電極との間に塩素原子を含むガスまたはそれを主成分とするエッチングガスを流し込み、前記下部電極に１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲内に設定された第１の周波数を有する第１の高周波と２ＭＨｚ〜６ＭＨｚの範囲内に設定された第２の周波数を有する第２の高周波とを重畳して印加する。
上記第１のプラズマエッチング方法では、アルミニウム、チタンもしくはチタン含有金属のエッチングにおいて、被処理基板を載置する下部電極に１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの第１の高周波と２ＭＨｚ〜６ＭＨｚの第２の高周波とを重畳して印加することで、主して第１の高周波によりプラズマ密度を最適化できるとともに第２の高周波により自己バイアス電圧を最適化できるだけでなく、両高周波の相互作用によりプラズマ密度分布の均一性と自己バイアス電圧の均一性を図ることも可能であり、エッチング均一性を改善できる。
このプラズマエッチング方法において、プラズマ密度分布の均一化を図るには、第１の高周波のＲＦパワーに対する第２の高周波のＲＦパワーの比を１／１０以上とするのが好ましく、たとえば第１の高周波のＲＦパワーを１０００Ｗ以上とし、第２の高周波のＲＦパワーを１００Ｗ以上としてよい。また、塩素系のエッチングガスにアルゴンを混合するのも好ましい。処理容器内の圧力を１０ｍTorr以下とすることで、より自己バイアス電圧を大きくし、エッチング能力を高めることができる。
本発明の第２のプラズマエッチング方法は、被処理基板上のアルミニウム含有金属もしくはＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）の膜をプラズマを用いてエッチングするためのプラズマエッチング方法であって、真空可能な処理容器内で上部電極と対向して配置される下部電極の上に前記被処理基板を載置し、前記上部電極と前記下部電極との間に塩素原子を含むガスまたはそれを主成分とするエッチングガスを流し込み、前記下部電極に１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲内に設定された第１の周波数を有する第１の高周波と２ＭＨｚ〜６ＭＨｚの範囲内に設定された第２の周波数を有する第２の高周波とを重畳して印加する。
上記第２のプラズマエッチング方法では、アルミニウム含有金属もしくはＩＴＯのエッチングにおいて、被処理基板を載置する下部電極に１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの第１の高周波と２ＭＨｚ〜６ＭＨｚの第２の高周波とを重畳して印加することで、主して第１の高周波によりプラズマ密度を最適化できるとともに第２の高周波により自己バイアス電圧を最適化できるだけでなく、両高周波の相互作用によりエッチングレートの向上を図ることも可能である。また、エッチング均一性も改善できる。
このプラズマエッチング方法において、エッチングレートの向上を図るために第１の高周波のＲＦパワーを２０００Ｗ以上とし、第２の高周波のＲＦパワーを１０００Ｗ以上とするのが好ましい。また、塩素系のエッチングガスにアルゴンを混合するのも好ましい。
本発明の第３のプラズマエッチング方法は、被処理基板上のシリコン酸化膜をプラズマを用いてエッチングするためのプラズマエッチング方法であって、真空可能な処理容器内で上部電極と対向して配置される下部電極の上に前記被処理基板を載置し、前記上部電極と前記下部電極との間にＣＦ4，ＣＨＦ3，ＣＨ2Ｆ2，Ｃ4Ｆ8，ＳＦ6からなる群より選ばれた少なくとも１種を含むエッチングガスを流し込み、前記下部電極に１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲内に設定された第１の周波数を有する第１の高周波と２ＭＨｚ〜６ＭＨｚの範囲内に設定された第２の周波数を有する第２の高周波とを重畳して印加する。
上記第３のプラズマエッチング方法では、シリコン酸化膜のエッチングにおいて、被処理基板を載置する下部電極に１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの第１の高周波と２ＭＨｚ〜６ＭＨｚの第２の高周波とを重畳して印加することで、主して第１の高周波によりプラズマ密度を最適化できるとともに第２の高周波により自己バイアス電圧を最適化できるだけでなく、両高周波の相互作用によりエッチングレートの向上を図ることも可能である。また、エッチング均一性も改善できる。
このプラズマエッチング方法において、エッチングレートの向上を図るために、第１の高周波のＲＦパワーを２５００Ｗ以上とし、第２の高周波のＲＦパワーを２０００Ｗ以上とするのが好ましい。また、エッチングガスにＨ2，Ｏ2，Ａr，，Ｈeの少なくとも１種を添加するのも好ましい。
本発明のプラズマエッチング方法は、大型サイズの被処理基板、特にフラットパネルディスプレイ用の基板に好適に適用可能である。
本発明のプラズマ処理装置は、真空可能な処理容器内で上部電極と対向して配置される下部電極の上に被処理基板を載置し、両電極間に高周波電界を形成するとともに処理ガスを流し込んで前記処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で前記被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記下部電極に第１の周波数を有する第１の高周波を印加するための第１の高周波電源と、前記第１の高周波電源側のインピーダンスと前記下部電極側の負荷インピーダンスとの整合をとるために前記第１の高周波電源と前記下部電極との間に接続される第１の整合回路と、前記下部電極に前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を印加するための第２の高周波電源と、前記第２の高周波電源側のインピーダンスと前記下部電極側の負荷インピーダンスとの整合をとるために前記第２の高周波電源と前記下部電極との間に接続される第２の整合回路とを有し、前記第２の整合回路が出力段にコイルを有するＴ型回路として構成され、前記出力段のコイルが前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を遮断するためのハイカットフィルタを構成する。
上記プラズマ処理装置では、被処理基板を載置する下部電極に周波数の異なる第１および第２の高周波を重畳して印加する２周波重畳印加方式において、周波数の低い第２の高周波側の第２の整合回路を最終出力段にコイルを有するＴ型回路で構成して、該コイルマッチング調整を行うための整合回路と低周波側の第２の高周波電源を保護するためのハイカットフィルタとを兼用させるようにしており、第２の整合回路のサイズおよびコストの大幅な低減を実現することができる。
上記プラズマ処理装置において、第２の整合回路を構成する素子の数を最小限とするために、第２の整合回路が、第２の高周波電源の出力端子と下部電極との間で出力段のコイルと直列に接続される入力段の第１のコンデンサと、この第１のコンデンサと該コイルとの接続点とグランド電位との間に接続される第２のコンデンサとを有するのが好ましい。この場合、マッチング調整を行う上で、第１および第２のコンデンサの少なくとも一方がキャパシタンスの可変調整可能な可変コンデンサであるのが好ましい。出力段のコイルは、高周波遮断機能を保証するために１００オーム以上のインピーダンスを有するのが好ましい。
また、上記プラズマ処理装置において、プラズマ密度の分布特性を最適化するために、第１の周波数が１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲内に設定され、第２の周波数が２ＭＨｚ〜６ＭＨｚの範囲内に設定されるのが好ましい。上部電極は典型的にはグランド電位に接続されてよい。上記プラズマ処理装置で使用する処理ガスは、Ｃｌ2，ＢＣｌ3，ＨＣｌ，ＳＦ6，ＣＦ4，ＣＨＦ3，ＣＨ2，Ｆ2，Ｏ2，Ｎ2，Ｈ2，Ａr，Ｈeの中の１種を含む単ガスまたは２種以上を含む混合ガスであってよい。
本発明のプラズマエッチング方法およびプラズマ処理装置によれば、上記のような構成と作用を有することにより、エッチング能力およびエッチング均一性に優れた平行平板型ＲＩＥ方式のプラズマエッチングを行うことができる。また、本発明のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成と作用を有することにより、２周波重畳印加方式において整合回路の小型化および低コスト化を実現することができる。
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
図１に、本発明の一実施形態におけるプラズマエッチング装置の要部の構成を示す。このプラズマエッチング装置は、平行平板型ＲＩＥプラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の真空チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。
チャンバ１０内の底面にはセラミックなどの絶縁板１２を介してたとえばアルミニウムからなる支持台１４が設置され、この支持台１４の上にたとえばアルミニウムからなる下部電極１６が設けられている。この下部電極１６は、被処理基板（たとえばＦＰＤ基板）Ｇを載置するための載置台を兼ねている。
下部電極１６の上方にはこの電極１６と平行に対向して上部電極１８が配置されている。この上部電極１８には、シャワーヘッドを構成するための多数の貫通孔またはガス吐出口１８ａが形成されている。上部電極１８の背後に設けられているガス導入口２０には、処理ガス供給源２２からのガス供給管２４が接続されている。このガス供給管２４の途中には流量調整器（ＭＦＣ）２６および開閉弁２８が設けられている。
チャンバ１０の底部には排気口３０が設けられ、この排気口３０に排気管３２を介して排気装置３４が接続されている。排気装置３４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内のプラズマ空間を所望の真空度まで減圧できるようになっている。チャンバ１０の側壁には基板搬入出口（図示せず）が設けられ、この基板搬入出口にゲートバルブ（図示せず）を介して隣室のたとえばロードロックチャンバ（図示せず）が接続されている。
このプラズマエッチング装置では、下部電極１６を電気的にカソードカップリング配置としている。上部電極１８はチャンバ１０を介してグランド電位に接続（接地）されている。一方、下部電極１６には、それぞれ第１および第２の整合器３６，３８を介して第１および第２の高周波電源４０，４２が電気的に接続されている。
第１の高周波電源４０は、主としてプラズマの生成に寄与するための好ましくは１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数（たとえば１３．５６ＭＨｚまたは２７．１２ＭＨｚ）を有する第１の高周波（以下、「ソース用高周波」と称する。）ＲＦsを所望のパワーで出力する。第１の整合器３６は、高周波電源４０側のインピーダンスと下部電極１６側の負荷インピーダンスとの整合をとるためのものであり、マッチング調整を行うための整合回路４４と、高周波電源４０を保護するためのバンドパスフィルタ４６とを有している。
整合回路４４は、２つの可変コンデンサ４８，５０と１つのコイル５２とからなるＬ型回路として構成されている。より詳細には、入力端子（ノードＮa）とグランド電位との間にコンデンサ４８が接続され、入力端子（ノードＮa）と出力端子（ノードＮc）との間にコイル５２とコンデンサ５０とが直列に接続されている。両可変コンデンサ４８，５０のキャパシタンスを可変調整することで、整合回路４４を含む下部電極１６側の負荷インピーダンスをバンドパスフィルタ４６を含む第１の高周波電源４０側のインピーダンスに見かけ上一致させられるようになっている。
バンドパスフィルタ４６は、コイル５４とコンデンサ５６とを直列接続してなる直列共振回路として構成されており、ソース用高周波ＲＦs付近の周波数帯域のみを選択的に通すようになっている。後述する第２の高周波電源４２からの高周波ＲＦbが整合回路４４を通り抜けてきても、このバンドパスフィルタ４６で遮断され、第１の高周波電源４０へは伝わらないようになっている。
第２の高周波電源４２は、主として自己バイアスＶdcの調整に寄与するための好ましくは２ＭＨｚ〜６ＭＨｚの周波数（たとえば３．２ＭＨｚ）を有する第２の高周波（以下、「バイアス用高周波」と称する。）ＲＦbを所望のパワーで出力する。第２の整合器３８は、高周波電源４２側のインピーダンスと下部電極１６側の負荷インピーダンスとの整合をとるためのものであり、２つの可変コンデンサ５８，６０と１つのコイル６２とからなるＴ型回路でマッチング調整用の整合回路と高周波電源４２を保護するためのフィルタ回路とを兼用している。
より詳細には、高周波電源４２側の整合器入力端子と下部電極１６側の整合器出力端子（ノードＮc）との間にコンデンサ５８とコイル６２とが直列に接続され、コンデンサ５８とコイル６２との接続点（ノードＮb）とグランド電位との間にコンデンサ６０が接続されている。このＴ型回路において、最終出力段のコイル６２は、単独で、ないしはグランド側のコンデンサ６０との組み合わせでハイカットフィルタを構成し、第１の高周波電源４０からのソース用高周波ＲＦsを遮断する機能を有する。この高周波遮断機能を保証するために、コイル６２のインピーダンスを１００オーム以上とするのが好ましい。一方で、両可変コンデンサ５８，６０のキャパシタンスを可変調整することで、この整合回路（５８，６０，６２）を含む下部電極１６側の負荷インピーダンスを第２の高周波電源４２側のインピーダンスに見かけ上一致させられるようになっている。なお、整合器出力端子（ノードＮc）と下部電極１６との間の給電ライン６４は給電棒で構成されてよい。
このように、この実施形態のプラズマエッチング装置では、下部電極１６にソース用高周波ＲＦsとバイアス用高周波ＲＦbとを重畳して印加する２周波重畳印加方式において、低周波側の整合器３８を最終出力段にコイル６２を有する３素子（５８，６０，６２）のＴ型回路で構成して、該コイル６２に低周波側つまりバイアス用高周波ＲＦb側の高周波電源４２を保護するためのハイカットフィルタを兼用させるようにしている。これにより、整合器３８のサイズおよびコストの大幅な低減を実現している。
このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブを開状態にして加工対象の基板Ｇをチャンバ１０内に搬入して、下部電極１６の上に載置する。そして、処理ガス供給源２２より所定のエッチングガスを所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置３４によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、下部電極１６に対して、第１の高周波電源４０よりソース用の高周波ＲＦsを所定のパワーで印加するとほぼ同時に、第２の高周波電源４２より所定のパワーでバイアス用の高周波ＲＦbを所定のパワーで印加する。シャワーヘッド（上部電極）１８より吐出されたエッチングガスは両電極１６，１８間で高周波放電によってプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって基板Ｇの主面がエッチングされる。
ここで、第１の高周波電源４０より下部電極１６に印加されるソース用高周波ＲＦsは、主として下部電極１６と上部電極１８との間の高周波放電に作用し、ひいてはプラズマの生成に強く作用する。一般に、平行平板型では両電極間に印加する高周波の周波数を上げるほど、プラズマ密度を高くすることができるが、電極中心部側が電極エッジ部側よりも高くなりやすくなる。また、ソース用高周波ＲＦsのパワーを上げるほど、プラズマに与えるエネルギーを大きくし、プラズマ密度を高めることができるが、やはり電極中心部にプラズマが集中しやすくなってプラズマ密度分布の均一性は低下する。この実施形態では、後述するようにバイアス用高周波ＲＦbとの２周波重畳印加によりこの問題を解決している。
第２の高周波電源４２より下部電極１６に印加されるバイアス用高周波ＲＦbは、一次的には下部電極１６ないし基板Ｇに生成される負の自己バイアス電圧Ｖdcの大きさ（絶対値）に作用し、ひいてはプラズマ中のイオンを基板Ｇに引き込む電界の強度に作用する。一般に、自己バイアス電圧Ｖdcには周波数軸上で極大点があり、バイアス用高周波ＲＦbの周波数が高すぎると（６ＭＨｚ以上では）却ってＶdcが小さくなり、バイアス用高周波ＲＦbの周波数が低くなりすぎてもＶdcが小さくなる。かかる観点から、この実施形態では、バイアス用高周波ＲＦbを２ＭＨｚ〜６ＭＨｚの範囲内に設定する。
本発明者は、この実施形態における２周波重畳印加方式の平行平板型ＲＩＥプラズマエッチング装置において、幾多の実験を重ねて鋭意検討したところ、ソース用高周波ＲＦsとバイアス用高周波ＲＦbの周波数やパワー、さらには圧力やエッチングガス等の他のエッチング条件を適宜選択することで、ラジカルベースの化学的エッチングとイオンベースの物理的エッチングとをそれぞれ独立制御または最適化制御できるだけでなく、特定の被エッチング材についてプラズマ密度分布の均一性を向上できることやＩＣＰ（誘導結合プラズマエッチング装置）に匹敵するエッチング能力が得られることを見い出した。
次に、本発明のプラズマエッチング方法の具体的な実施例を説明する。
図１のプラズマエッチング装置を使用し、アルミニウム（Ａｌ）のエッチングにおいてソース用高周波ＲＦs（１３．５６ＭＨｚ）パワーＰsとバイアス用高周波ＲＦb（３．２ＭＨｚ）のパワーＰbとをパラメータにしてプラズマ密度分布の均一性を評価した。
アルミニウムの配線を設ける多層配線構造では、絶縁膜の埋め込みを容易にするために下層側、特に最下層のアルミニウム配線にはテーパエッチングが望まれている。ＦＰＤのアルミニウム・テーパエッチングにおいては、異方性エッチングを可能とするため、圧力を下げてソース用高周波ＲＦsのパワーＰsを上げることが望ましい。
ところが、図４〜図６の比較例１，２，３に示すように、バイアス用高周波ＲＦbを印加しないソース用高周波ＲＦsだけの単周波印加方式においては、ＲＦsのパワーＰsを上げるほど、チャンバ内の圧力を下げるほど、プラズマ密度が各位置で高くなるものの、電極中心部付近が異常に突出して高くなるという不都合な現象が出てくる。また、図４に示すように、電極間ギャップ（ＧＡＰ）を大きくしても、プラズマ密度の均一性は低下する。より詳細には、２１０ｍｍの電極間ギャップ（ＧＡＰ）において、圧力を５ｍTorr以下とし、ソース用高周波ＲＦsのパワーＰsを１０００Ｗ以上とする条件のアプリケーションでは、均一性の良いプラズマ密度分布を得ることは先ず無理である。
これに対して、２周波重畳印加方式の実施例１では、図２および図３に示すように、ソース用高周波ＲＦsのパワーＰsに比例させて、好ましくは１／１０以上の比率でバイアス用高周波ＲＦbのパワーＰbを選択することで、上記条件のアプリケーションでもほぼ均一なプラズマ密度分布が得られた。これにより、図１のプラズマエッチング装置を使用して、基板Ｇ上のアルミニウム膜についてエッチング均一性に優れた所望のエッチング加工を行えることが確認された。また、チタンおよびチタン含有金属もアルミニウムと同じカテゴリに属する被エッチング材であり、これらの金属についても同様にエッチング均一性に優れた所望のエッチング加工を行うことができる。
なお、図２および図４のデータは、チャンバ１０の側壁に設けられているモニタ窓（図示せず）を通してチャンバ内部（特に両電極間）のプラズマ発光状態を目視観測で評価したものであり、プラズマ発光領域が一箇所（通常は中心部）に集中している現象が見られたときは均一性不良（×）とし、プラズマ発光領域がほぼ一様に分布している現象が見られたときは均一性良好（○）としている。一方、図３、図５および図６のデータは、ネットワークアナライザを用いるプラズマ吸収プローブ（ＰＡＰ）法により電子密度分布としてプラズマ密度分布を計測したものである。
また、上記実施例１および比較例１，２ではエッチングガスとして塩素ガスＣｌ2（流量３００または２００ｓｃｃｍ）を使用しているが、図６の参考例に示すように、Ｃｌ2ガスにアルゴンＡｒを適量な流量比（好ましくはＣｌ2／Ａｒ＝１２５／７５〜１００／１００）で混合する手法からもプラズマ密度分布の均一性を改善できることがわかった。
図１のプラズマエッチング装置を使用し、アルミニウム合金の一種であるアルミニウム・ネオジム（ＡｌＮd）のエッチングにおいてバイアス用高周波ＲＦb（３．２ＭＨｚ）のパワーＰbをパラメータにしてエッチングレートの大きさを評価した。他の主なエッチング条件として、電極間ギャップ（ＧＡＰ）を１４０ｍｍ、エッチングガスをＣｌ2（流量３００ｓｃｃｍ）、チャンバ内圧力を５ｍTorr、温度（上部電極（Ｔ）／下部電極（Ｂ）／チャンバ側壁（Ｗ））＝６０／２０／６０゜Ｃ、ソース用高周波ＲＦs（１３．５６ＭＨｚ）のパワーＰbを２０００Ｗに設定した。エッチングガスは、ＢＣｌ3などの他の塩素系ガスも使用可能である。
また、被処理基板Ｇとして５５０×６５０サイズのＬＣＤ用ガラス基板を使用し、図８に示すように基板上の多数の測定ポイント（１〜１４）でエッチングレートを測定し、中心部（７，８）および中間部（４，５，１０，１１）については平均値を求め、エッジ部（１，２，３，６，９，１２，１３，１４）については最大値と最小値を求めた。
図８のグラフに示すように、バイアス用高周波ＲＦb（３．２ＭＨｚ）のパワーＰbを高くするほど、アルミニウム・ネオジムのエッチングレートが増大し、Ｐb＝１０００Ｗ以上でほぼ２０００Å／ｍｉｎ以上のエッチングレートが得られることがわかる。このことにより、アルミニウム合金のエッチング加工に図１のプラズマエッチング装置を使用することで、ＩＣＰ（誘導結合プラズマエッチング装置）に匹敵するほどの十分なエッチング能力が得られることが確認された。また、本発明の２周波重畳印加方式によりプラズマ密度の均一化も図れるため、エッチング均一性の向上も図れる。なお、ＩＴＯもアルミニウム合金と同じカテゴリに属する被エッチング材であり、この合金についてもアルミニウム合金に対するのと同様のエッチング能力を得ることができる。
図１のプラズマエッチング装置を使用し、シリコン基板またはシリコン層（Ｓi）を下地層とするシリコン酸化膜（ＳiＯ2）のエッチングにおいてバイアス用高周波ＲＦb（３．２ＭＨｚ）のパワーＰbをパラメータにして各エッチングレートおよび選択比を測定した。他の主なエッチング条件として、電極間ギャップ（ＧＡＰ）を１４０ｍｍ、エッチングガスをＣＨＦ3（流量２００ｓｃｃｍ）、チャンバ内圧力を５ｍTorr、温度（上部電極（Ｔ）／下部電極（Ｂ）／チャンバ側壁（Ｗ））＝６０／２０／６０゜Ｃ、ソース用高周波ＲＦs（２７．１２ＭＨｚ）のパワーＰbを２５００Ｗに設定した。ここで、ソース用高周波ＲＦsの周波数を２７．１２ＭＨｚとするのは、１３．５６ＭＨｚよりも高密度のプラズマを得るためである。エッチングガスは、ＣＨＦ3のみならず、ＣＦ4，ＣＨ2Ｆ2，Ｃ4Ｆ8の中のいずれか１種または２種のガスとＨ2，Ａrとの混合ガスなども使用可能である。また、ＳＦ６，Ｏ２および希ガスの混合ガスを用いてもよい。
図９のグラフに示すように、バイアス用高周波ＲＦb（３．２ＭＨｚ）のパワーＰbを高くするほど、ＳiＯ2のエッチングレートが増大し、Ｐb＝１０００Ｗ以上でほぼ１０００Å／ｍｉｎ以上のエッチングレートが得られるとともに約１０以上の選択比が得られることがわかる。このように、ＳiＯ2膜のエッチング加工に図１のプラズマエッチング装置を使用することで、ＩＣＰ（誘導結合プラズマエッチング装置）に匹敵するほどの十分なエッチング能力が得られることが確認された。また、本発明の２周波重畳印加方式によりプラズマ密度の均一化も図れるため、エッチング均一性の向上も図れる。
上記した実施形態のプラズマエッチング装置（図１）の基本形態は他のプラズマ処理装置にも適用可能であり、たとえばプラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどを行う種々のプラズマ処理装置に変形することができる。また、本発明における被処理基板はＦＰＤ基板に限るものではなく、半導体ウエハ、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。
１０ チャンバ（処理容器）
１６ 下部電極
１８ 上部電極
２２ 処理ガス供給源
３４ 排気装置
３６ 第１（ソース用）の整合器
３８ 第２（バイアス用）の整合器
４０ 第１（ソース用）の高周波電源
４２ 第２（バイアス用）の高周波電源
５８ 可変コンデンサ
６０ 可変コンデンサ
６２ コイル
１６ 下部電極
１８ 上部電極
２２ 処理ガス供給源
３４ 排気装置
３６ 第１（ソース用）の整合器
３８ 第２（バイアス用）の整合器
４０ 第１（ソース用）の高周波電源
４２ 第２（バイアス用）の高周波電源
５８ 可変コンデンサ
６０ 可変コンデンサ
６２ コイル
Claims (17)
- 被処理基板上のアルミニウム、チタンもしくはチタン含有金属の膜をプラズマを用いてエッチングするためのプラズマエッチング方法であって、
真空可能な処理容器内で上部電極と対向して配置される下部電極の上に前記被処理基板を載置し、
前記上部電極と前記下部電極との間に塩素原子を含むガスまたはそれを主成分とするエッチングガスを流し込み、
前記下部電極に１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲内に設定された第１の周波数を有する第１の高周波と２ＭＨｚ〜６ＭＨｚの範囲内に設定された第２の周波数を有する第２の高周波とを重畳して印加するプラズマエッチング方法。 - 前記第１の高周波のＲＦパワーに対する前記第２の高周波のＲＦパワーの比を１／１０以上とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記第１の高周波のＲＦパワーを１０００Ｗ以上とし、前記第２の高周波のＲＦパワーを１００Ｗ以上とする請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記処理容器内の圧力を１０ｍTorr以下とする請求項２または３に記載のプラズマエッチング方法。
- 被処理基板上のアルミニウム含有金属もしくはＩＴＯ（インジウム−スズ-オキサイド）の膜をプラズマを用いてエッチングするためのプラズマエッチング方法であって、
真空可能な処理容器内で上部電極と対向して配置される下部電極の上に前記被処理基板を載置し、
前記上部電極と前記下部電極との間に塩素原子を含むガスまたはそれを主成分とするエッチングガスを流し込み、
前記下部電極に１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲内に設定された第１の周波数を有する第１の高周波と２ＭＨｚ〜６ＭＨｚの範囲内に設定された第２の周波数を有する第２の高周波とを重畳して印加するプラズマエッチング方法。 - 前記第１の高周波のＲＦパワーを２０００Ｗ以上とし、前記第２の高周波のＲＦパワーを１０００Ｗ以上とする請求項５に記載のプラズマエッチング方法。
- 被処理基板上のシリコン酸化膜をプラズマを用いてエッチングするためのプラズマエッチング方法であって、
真空可能な処理容器内で上部電極と対向して配置される下部電極の上に前記被処理基板を載置し、
前記上部電極と前記下部電極との間にＣＦ4，ＣＨＦ3，ＣＨ2Ｆ2，Ｃ4Ｆ8，ＳＦ6からなる群より選ばれた少なくとも１種を含むエッチングガスを流し込み、
前記下部電極に１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲内に設定された第１の周波数を有する第１の高周波と２ＭＨｚ〜６ＭＨｚの範囲内に設定された第２の周波数を有する第２の高周波とを重畳して印加するプラズマエッチング方法。 - 前記エッチングガスがＨ2，Ｏ2，Ａr，Ｈeからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む請求項７に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記第１の高周波のＲＦパワーを２５００Ｗ以上とし、前記第２の高周波のＲＦパワーを２０００Ｗ以上とする請求項８に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記被処理基板がフラットパネルディスプレイ用の基板である請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
- 真空可能な処理容器内で上部電極と対向して配置される下部電極の上に被処理基板を載置し、両電極間に高周波電界を形成するとともに処理ガスを流し込んで前記処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で前記被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記下部電極に第１の周波数を有する第１の高周波を印加するための第１の高周波電源と、
前記第１の高周波電源側のインピーダンスと前記下部電極側の負荷インピーダンスとの整合をとるために前記第１の高周波電源と前記下部電極との間に接続される第１の整合回路と、
前記下部電極に前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を印加するための第２の高周波電源と、
前記第２の高周波電源側のインピーダンスと前記下部電極側の負荷インピーダンスとの整合をとるために前記第２の高周波電源と前記下部電極との間に接続される第２の整合回路と
を有し、前記第２の整合回路が出力段にコイルを有するＴ型回路として構成され、前記出力段のコイルが前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を遮断するためのハイカットフィルタを構成するプラズマ処理装置。 - 前記第２の整合回路が、前記第２の高周波電源の出力端子と前記下部電極との間で前記出力段のコイルと直列に接続される入力段の第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサと前記コイルとの接続点とグランド電位との間に接続される第２のコンデンサとを有する請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
- 前記第１および第２のコンデンサの少なくとも一方がキャパシタンスの可変調整可能な可変コンデンサである請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
- 前記第１の周波数が１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲内に設定され、前記第２の周波数が２ＭＨｚ〜６ＭＨｚの範囲内に設定される請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記第２の整合回路における前記出力段のコイルが１００オーム以上のインピーダンスを有する請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記上部電極がグランド電位に接続される請求項１１〜１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記処理ガスが、Ｃｌ2，ＢＣｌ3，ＨＣｌ，ＳＦ6，ＣＦ4，ＣＨＦ3，ＣＨ2，Ｆ2，Ｏ2，Ｎ2，Ｈ2，Ａr，Ｈeの中の１種を含む単ガスまたは２種以上を含む混合ガスである請求項１１〜１６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
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