JP2011054909A - Plasma etching method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma etching method for carrying out satisfactory shape control and high speed etching of a silicon nitride film. <P>SOLUTION: The plasma etching method includes: a step of carrying a substrate S to be processed to a treatment container 20 in carrying out plasma etching of a silicon nitride film on the substrate S formed at the lower layer side of a resist pattern equipped with an opening whose opening area is gradually made smaller as it goes from the upper part to the lower part; and a step of supplying the mixed gas of sulfur hexafluoride and oxygen to the inside of the treatment container 20 and integrating it into plasma under a pressure atmosphere within the range of 133 Pa or more and 200 Pa or less to etch the silicon nitride film. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、LCD用基板などの被処理体に対し、プラズマ化されたガスを用いてエッチングするプラズマエッチング方法に関する。   The present invention relates to a plasma etching method in which an object to be processed such as an LCD substrate is etched using a plasma gas.

液晶表示装置(LCD:Liquid Crystal Display)などのFPD(Flat Panel Display)に使用される例えば薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)は、ガラス基板などの被処理基板上に、ゲート電極やゲート絶縁膜、半導体膜などをパターニングしながら順次積層していくことにより形成される。   For example, a thin film transistor (TFT) used in an FPD (Flat Panel Display) such as a liquid crystal display (LCD) is formed on a substrate to be processed such as a glass substrate, a gate electrode, a gate insulating film, It is formed by sequentially laminating semiconductor films and the like while patterning.

被処理基板上へのTFTの形成後、最上層に形成された表面保護膜(パッシベーション膜)を例えばプラズマエッチングし、配線接続用のコンタクトホールを形成する。このコンタクトホールには、上部から下部へ向かって開口面積が徐々に小さくなるテーパ面を備えているものがあり、これによりパッシベーション膜の表面と、前記テーパ面との交差角が鈍角となるようにしてホール内に埋め込まれる配線の断線を防止している。   After the TFT is formed on the substrate to be processed, the surface protective film (passivation film) formed on the uppermost layer is, for example, plasma etched to form a contact hole for wiring connection. Some of these contact holes have a tapered surface whose opening area gradually decreases from the top to the bottom, so that the crossing angle between the surface of the passivation film and the tapered surface becomes an obtuse angle. This prevents disconnection of the wiring embedded in the hole.

コンタクトホールのテーパ面は、パッシベーション膜上に形成されたレジストパターンを予め加熱処理しテーパ面を形成して、このレジストパターン側のテーパ面の形状をエッチングによりパッシベーション膜側に転写する、いわゆるレジスト後退法などによって形成される。   The tapered surface of the contact hole is a so-called resist recession in which a resist pattern formed on the passivation film is preheated to form a tapered surface, and the shape of the tapered surface on the resist pattern side is transferred to the passivation film side by etching. It is formed by law.

ここで上述のパッシベーション膜が例えばケイ素と窒素とからなる窒化シリコン膜(以下、SiN膜という)である場合には、例えば六フッ化硫黄(SF)などのエッチングガスをプラズマ化してプラズマエッチングが行われる。 Here, when the above-described passivation film is, for example, a silicon nitride film made of silicon and nitrogen (hereinafter referred to as an SiN film), an etching gas such as sulfur hexafluoride (SF 6 ) is converted into plasma to perform plasma etching. Done.

通常、プラズマエッチングは減圧雰囲気で行われるが、例えば減圧雰囲気の圧力を高くするほどSiN膜のエッチング速度を大きくすることができる。一方で減圧雰囲気の圧力が高くなると、レジストのアッシング速度と比較してSiN膜のエッチング速度が大きくなり、後述するアンダーカットの状態が発生してしまい、コンタクトホールの形状制御、即ち、レジストパターンの形状をパッシベーション膜に精度よく転写することが難しくなってしまう。   Normally, plasma etching is performed in a reduced pressure atmosphere. For example, the etching rate of the SiN film can be increased as the pressure in the reduced pressure atmosphere is increased. On the other hand, when the pressure in the reduced-pressure atmosphere is increased, the etching rate of the SiN film is increased as compared with the ashing rate of the resist, and an undercut state described later occurs. It becomes difficult to accurately transfer the shape to the passivation film.

このように、SiN膜をエッチングする際のエッチング速度と、コンタクトホールの形状制御との間にはトレードオフの関係がある。このため例えばテーパ面の形状制御を優先させる場合には、エッチング速度を十分に上げることが難しく、エッチング処理のスループットを向上させることが困難であるといった問題がある。   Thus, there is a trade-off relationship between the etching rate when etching the SiN film and the shape control of the contact hole. For this reason, for example, when priority is given to the shape control of the tapered surface, it is difficult to sufficiently increase the etching rate, and it is difficult to improve the throughput of the etching process.

ここで特許文献1には、1.33Pa(10mTorr)〜133Pa(1000mTorr)の範囲の圧力雰囲気下でSFをプラズマ化し、SiN膜をエッチングする技術が記載されており、特許文献2には、フッ素ガス及び酸素ガスの混合ガスを1Pa〜100Paの範囲の圧力雰囲気下でプラズマ化し、SiN膜をエッチングする技術が記載されている。また、特許文献3には、二フッ化カルボニルと酸素との混合ガスを利用してSiN膜をプラズマエッチングする技術が記載されている。 Here, Patent Document 1 describes a technique for plasmaizing SF 6 and etching a SiN film under a pressure atmosphere in a range of 1.33 Pa (10 mTorr) to 133 Pa (1000 mTorr). A technique is described in which a mixed gas of fluorine gas and oxygen gas is turned into plasma under a pressure atmosphere in the range of 1 Pa to 100 Pa to etch the SiN film. Patent Document 3 describes a technique for plasma etching a SiN film using a mixed gas of carbonyl difluoride and oxygen.

しかしながら上記特許文献1〜特許文献3に記載のいずれの技術においても、SiN膜のエッチング速度とテーパ面の形状制御との関係については着目されておらず、例えばテーパ面の形状を良好に保ちつつエッチング速度を向上させるための条件は開示されていない。   However, in any of the techniques described in Patent Documents 1 to 3, attention is not paid to the relationship between the etching rate of the SiN film and the shape control of the tapered surface, and for example, the shape of the tapered surface is kept good. Conditions for improving the etching rate are not disclosed.

特開平01−146328号公報:第3ページ右上欄11行目〜16行目Japanese Patent Laid-Open No. 01-146328: Third page, upper right column, lines 11 to 16 特開2008−300478号公報:0014段落、0027段落JP 2008-300478 A: 0014 paragraph, 0027 paragraph 特開2002−158181号公報:0043段落、0061段落JP 2002-158181 A: 0043 paragraph, 0061 paragraph

本発明はこのような事情に鑑みておりなされたものであり、その目的は、良好な形状制御が可能であり、且つ、高速で窒化シリコン膜のエッチングを行うことの可能なプラズマエッチング方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a plasma etching method capable of good shape control and capable of etching a silicon nitride film at high speed. There is to do.

本発明に係るプラズマエッチング方法は、上部から下部へ向かって開口面積が徐々に小さくなる開口部を備えたレジストパターンの下層側に形成された被処理基板上の窒化シリコン膜をプラズマエッチングする方法であって、
前記被処理基板を処理容器内に搬入する工程と、
この処理容器内に六フッ化硫黄と酸素との混合ガスを供給し、当該混合ガスを133Pa以上、200Pa以下の範囲内の圧力雰囲気下でプラズマ化して、前記窒化シリコン膜をエッチングする工程と、を含むことを特徴とする。
前記混合ガスは、六フッ化硫黄と酸素との体積比が1:6以上、1:20以下の範囲内であることが好ましい。
The plasma etching method according to the present invention is a method of plasma etching a silicon nitride film on a substrate to be processed formed on a lower layer side of a resist pattern having an opening that gradually decreases in opening area from the top to the bottom. There,
Carrying the substrate to be processed into a processing container;
Supplying a mixed gas of sulfur hexafluoride and oxygen into the processing vessel, converting the mixed gas into a plasma under a pressure atmosphere in a range of 133 Pa or more and 200 Pa or less, and etching the silicon nitride film; It is characterized by including.
The mixed gas preferably has a volume ratio of sulfur hexafluoride to oxygen in the range of 1: 6 or more and 1:20 or less.

また他の発明に係るプラズマエッチング方法は、上部から下部へ向かって開口面積が徐々に小さくなる開口部を備えたレジストパターンの下層側に形成された被処理基板上の窒化シリコン膜をプラズマエッチングする方法であって、
前記被処理基板を処理容器内に搬入する工程と、
この処理容器内に二フッ化カルボニルと酸素との混合ガスを供給し、当該混合ガスを133Pa以上、267Pa以下の範囲内の圧力雰囲気下でプラズマ化して、前記窒化シリコン膜をエッチングする工程と、を含むことを特徴とする。
前記混合ガスは、二フッ化カルボニルと酸素との体積比が1:2以上、3:20以下の範囲内であることが好ましい。
According to another aspect of the present invention, there is provided a plasma etching method for plasma-etching a silicon nitride film on a substrate to be processed formed on a lower layer side of a resist pattern having an opening that gradually decreases in opening area from the top to the bottom. A method,
Carrying the substrate to be processed into a processing container;
Supplying a mixed gas of carbonyl difluoride and oxygen into the processing vessel, converting the mixed gas into a plasma under a pressure atmosphere within a range of 133 Pa or more and 267 Pa or less, and etching the silicon nitride film; It is characterized by including.
The mixed gas preferably has a volume ratio of carbonyl difluoride to oxygen in the range of 1: 2 or more and 3:20 or less.

また上記の各プラズマエッチング方法は、エッチングにより形成される前記窒化シリコン膜の開口部が、上部から下部へ向かって開口面積が徐々に小さくなる形状である場合に好適である。   Each of the plasma etching methods described above is suitable when the opening of the silicon nitride film formed by etching has a shape in which the opening area gradually decreases from the top to the bottom.

本発明によれば、六フッ化硫黄や二フッ化カルボニルに酸素を混合した混合ガスを用いてプラズマエッチングを行うことにより、133Pa(1000mTorr)以上の高い圧力雰囲気下であっても安定なプラズマが得られ、高速で窒化シリコン膜のエッチングを行うことができる。また混合ガスがレジストパターンをアッシングする能力有する酸素を含んでいることにより、窒化シリコン膜のエッチング速度とレジストパターンのアッシング速度との比を調整することが可能であり、上部から下部へ向かって開口面積が徐々に小さくなる開口部の形状をレジストパターンから窒化シリコン膜に精度よく転写することができる。   According to the present invention, by performing plasma etching using a mixed gas in which oxygen is mixed with sulfur hexafluoride or carbonyl difluoride, a stable plasma can be obtained even in a high pressure atmosphere of 133 Pa (1000 mTorr) or more. Thus, the silicon nitride film can be etched at a high speed. Further, since the mixed gas contains oxygen having the ability to ash the resist pattern, it is possible to adjust the ratio between the etching rate of the silicon nitride film and the ashing rate of the resist pattern, and the opening from the top to the bottom is possible. The shape of the opening having a gradually reduced area can be accurately transferred from the resist pattern to the silicon nitride film.

本実施の形態に係るプラズマエッチング方法が適用される被処理基板の一例を示す縦断側面図である。It is a vertical side view which shows an example of the to-be-processed substrate to which the plasma etching method which concerns on this Embodiment is applied. 前記被処理基板上のTFTにコンタクトホールを形成する工程を示す縦断側面図である。It is a vertical side view which shows the process of forming a contact hole in TFT on the said to-be-processed substrate. 前記コンタクトホールにテーパ面を形成する手法を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the method of forming a taper surface in the said contact hole. 前記プラズマエッチング方法を実施するためのプラズマエッチング装置を示す断面側面図である。It is a cross-sectional side view which shows the plasma etching apparatus for enforcing the said plasma etching method. プラズマエッチングに係る実験結果を示す第1の説明図である。It is the 1st explanatory view showing the experimental result concerning plasma etching. プラズマエッチングに係る実験結果を示す第2の説明図である。It is the 2nd explanatory view showing the experimental result concerning plasma etching. プラズマエッチングに係る実験結果を示す第3の説明図である。It is the 3rd explanatory view showing the experimental result concerning plasma etching. 前記実験に用いられた被処理基板におけるエッチング速度の計測点を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement point of the etching rate in the to-be-processed substrate used for the said experiment. プラズマエッチングに係る実験結果を示す第4の説明図である。It is the 4th explanatory view showing the experimental result concerning plasma etching. プラズマエッチングに係る実験結果を示す第5の説明図である。It is a 5th explanatory view showing the experimental result concerning plasma etching. プラズマエッチングに係る実験結果を示す第6の説明図である。It is the 6th explanatory view showing the experimental result concerning plasma etching. プラズマエッチングに係る実験結果を示す第7の説明図である。It is a 7th explanatory view showing the experimental result concerning plasma etching. プラズマエッチングに係る実験結果を示す第8の説明図である。It is the 8th explanatory view showing the experimental result concerning plasma etching. プラズマエッチングに係る実験結果を示す第9の説明図である。It is a 9th explanatory view showing the experimental result concerning plasma etching.

図1は、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法が適用される被処理基板の一部の領域を拡大した縦断側面図を示している。図1に示した被処理基板は、例えばアクティブマトリックス方式のLCDであり、図中、1aは各画素に設けられたTFT部の縦断側面であり、1bはTFT部1aに設けられた例えばゲート電極をLCDの駆動回路に接続するためのコンタクト部の縦断面図である。   FIG. 1 shows a longitudinal side view in which a region of a substrate to be processed to which the plasma etching method according to the present embodiment is applied is enlarged. The substrate to be processed shown in FIG. 1 is, for example, an active matrix type LCD. In the figure, 1a is a vertical side surface of the TFT portion provided in each pixel, and 1b is, for example, a gate electrode provided in the TFT portion 1a. It is a longitudinal cross-sectional view of the contact part for connecting to the drive circuit of LCD.

TFT部1aは、ガラス基板11上にゲート配線膜12を形成し、その上にSiN膜などからなるゲート絶縁膜13を設け、さらにその上層にアモルファスシリコン膜14やn+アモルファスシリコン膜15、ならびに信号線膜を順次形成して、エッチングにより信号線膜及びn+アモルファスシリコン膜15を左右に分離して、ソース電極161、ドレイン電極162ならびにこれらの電極161、162間に設けられたチャネル部を形成している。   In the TFT section 1a, a gate wiring film 12 is formed on a glass substrate 11, a gate insulating film 13 made of a SiN film or the like is provided thereon, and an amorphous silicon film 14 or an n + amorphous silicon film 15 and a signal are formed thereon. A line film is sequentially formed, and the signal line film and the n + amorphous silicon film 15 are separated into left and right by etching to form a source electrode 161, a drain electrode 162, and a channel portion provided between these electrodes 161 and 162. ing.

このようにして形成されたTFT構造の上面側には、TFT部1aの表面を保護するための、例えばSiN膜からなるパッシベーション膜17が設けられている。パッシベーション膜17には、ソース電極161、ドレイン電極162との接触部にコンタクトホール103が設けられ、このコンタクトホール103を介して例えばITO(Indium Tin Oxide)などの透明電極からなる電極膜18を接続し、例えばソース電極161はソース電極161側の駆動回路、ドレイン電極162は各液晶画素の駆動電極に接続される。   On the upper surface side of the TFT structure formed in this way, a passivation film 17 made of, for example, a SiN film is provided to protect the surface of the TFT portion 1a. In the passivation film 17, a contact hole 103 is provided in contact with the source electrode 161 and the drain electrode 162, and an electrode film 18 made of a transparent electrode such as ITO (Indium Tin Oxide) is connected through the contact hole 103. For example, the source electrode 161 is connected to the drive circuit on the source electrode 161 side, and the drain electrode 162 is connected to the drive electrode of each liquid crystal pixel.

一方、コンタクト部1bは、例えばTFT部1aのゲート配線膜12に接続されたゲート配線膜12の上面側に、いずれもSiN膜からなる既述のゲート絶縁膜13及びパッシベーション膜17が下方側からこの順に積層された構造となっている。そしてこれら2層の膜13、17を貫通するコンタクトホール103を設けて当該コンタクトホール103内に電極膜18を形成し、ゲート配線膜12をゲート配線膜12側の駆動回路へと接続する。また本実施の形態においては、TFT部1a及びコンタクト部1bに設けられたコンタクトホール103は、背景技術にて説明したように電極膜18の断線を防止する目的から、上部から下部へ向かって開口面積が徐々に小さくなるテーパ面が形成されている。   On the other hand, the contact portion 1b is formed on the upper surface side of the gate wiring film 12 connected to the gate wiring film 12 of the TFT portion 1a, for example, and the gate insulating film 13 and the passivation film 17 each made of a SiN film are formed from below. The structure is laminated in this order. Then, a contact hole 103 penetrating these two layers of films 13 and 17 is provided, an electrode film 18 is formed in the contact hole 103, and the gate wiring film 12 is connected to the driving circuit on the gate wiring film 12 side. In the present embodiment, the contact hole 103 provided in the TFT portion 1a and the contact portion 1b is opened from the top to the bottom for the purpose of preventing the disconnection of the electrode film 18 as described in the background art. A tapered surface with a gradually decreasing area is formed.

以上に説明した構成を備えるTFT部1a、コンタクト部1bにおいて、各部1a、1bに設けられたコンタクトホール103は、レジストの消費削減と製造工程の削減などの観点から一括してエッチングが行われる。例えば図2(a)、図2(b)に示した例では、TFT部1a及びコンタクト部1bの全体を覆うようにレジスト膜101を塗布してエッチング用の開口部102をパターニングしレジストパターンを形成する。そしてこれらの開口部102を介してパッシベーション膜17、ゲート絶縁膜13をエッチングし各部1a、1bにコンタクトホール103を形成している。   In the TFT portion 1a and the contact portion 1b having the above-described configuration, the contact holes 103 provided in the portions 1a and 1b are collectively etched from the viewpoint of reducing resist consumption and manufacturing processes. For example, in the example shown in FIGS. 2A and 2B, a resist film 101 is applied so as to cover the entire TFT portion 1a and the contact portion 1b, and the opening 102 for etching is patterned to form a resist pattern. Form. Then, the passivation film 17 and the gate insulating film 13 are etched through these openings 102 to form contact holes 103 in the respective parts 1a and 1b.

このようにTFT部1a、コンタクト部1bにて一括してコンタクトホール103をエッチングする場合には、TFT部1a側においてはパッシベーション膜17のみのエッチングが行われる一方、コンタクト部1b側ではパッシベーション膜17及びゲート絶縁膜13をエッチングする必要があり、厚さの異なるSiN膜をエッチングすることになる。このため、TFT部1a側でコンタクトホール103が形成されて各電極161、162へのコンタクトが可能となった後も、コンタクト部1b側においてはまだコンタクトホール103がゲート配線膜12に到達しておらず、エッチングの継続が必要な場合がある。このためコンタクトホール103の一括エッチングに使用するエッチングガスは、TFT部1a側の信号線膜(ソース電極161、ドレイン電極162)をエッチングしてしまわない性質のものである必要がある。   When the contact hole 103 is etched at the TFT portion 1a and the contact portion 1b in this way, only the passivation film 17 is etched on the TFT portion 1a side, while the passivation film 17 is on the contact portion 1b side. In addition, the gate insulating film 13 needs to be etched, and SiN films having different thicknesses are etched. For this reason, even after the contact hole 103 is formed on the TFT portion 1a side and the electrodes 161 and 162 can be contacted, the contact hole 103 still reaches the gate wiring film 12 on the contact portion 1b side. In some cases, continuation of etching may be necessary. For this reason, the etching gas used for batch etching of the contact hole 103 needs to have a property that does not etch the signal line film (source electrode 161, drain electrode 162) on the TFT portion 1a side.

また既述のようにコンタクト部1b側のコンタクトホール103には電極膜18の断線を防止するためのテーパ面が設けられるが、このテーパ面はレジスト後退法などにより形成される。塗布されたレジスト膜101に開口部102をパターニングした後、加熱処理することにより、図3(a)に模式的に拡大して示すように開口部102の内端面はテーパ形状となる。   As described above, the contact hole 103 on the contact portion 1b side is provided with a tapered surface for preventing disconnection of the electrode film 18. This tapered surface is formed by a resist receding method or the like. By patterning the opening 102 in the applied resist film 101 and then performing heat treatment, the inner end surface of the opening 102 becomes tapered as schematically shown in FIG.

このようにレジスト膜101にテーパ面が形成された状態でパッシベーション膜17をエッチングすると、レジスト膜101の薄い領域側からパッシベーション膜17がエッチングされ始めるので、図3(b)に示すようにレジスト膜101のテーパ面の形状をパッシベーション膜17に転写することができる。ここで背景技術にて述べたように、パッシベーション膜17をプラズマエッチングにてエッチングする場合において、そのエッチング速度を大きくする目的でプラズマエッチングが行われる減圧雰囲気の圧力を高くすると、レジスト膜101側のアッシング速度と比較してパッシベーション膜17のエッチング速度が大きくなる。この結果、図3(c)に示すようにレジスト膜101の下面にてパッシベーション膜17のエッチングが進行してしまい、レジスト膜101のテーパ形状をパッシベーション膜17に正確に転写できないアンダーカットの状態が発生してしまう。またこのアンダーカットは、TFT部1a側のコンタクトホール103でも発生する可能性がある。   When the passivation film 17 is etched in a state where the tapered surface is formed on the resist film 101 in this way, the passivation film 17 starts to be etched from the thin region side of the resist film 101, so that the resist film as shown in FIG. The shape of the tapered surface 101 can be transferred to the passivation film 17. As described in the background art, in the case where the passivation film 17 is etched by plasma etching, if the pressure of the reduced pressure atmosphere in which plasma etching is performed for the purpose of increasing the etching rate is increased, the resist film 101 side is increased. The etching rate of the passivation film 17 is increased as compared with the ashing rate. As a result, as shown in FIG. 3C, the etching of the passivation film 17 proceeds on the lower surface of the resist film 101, and there is an undercut state in which the taper shape of the resist film 101 cannot be accurately transferred to the passivation film 17. Will occur. This undercut may also occur in the contact hole 103 on the TFT portion 1a side.

また本実施の形態に係るプラズマエッチング方法が適用される被処理基板は、例えば長辺が2m以上の大型の角型基板として構成されている。このように大型の被処理基板に対してプラズマエッチングを行う場合には、当該被処理基板を格納可能な大型の処理容器内にて、エッチングガスを均一にプラズマ化することが必要となる。特に、エッチング速度を大きくする観点から、処理容器内の減圧雰囲気の圧力を高くすると、偏ったプラズマが形成されてしまい被処理基板面内で均一なエッチングを行うことが困難となってしまうといった問題もある。   The substrate to be processed to which the plasma etching method according to the present embodiment is applied is configured as a large square substrate having a long side of 2 m or more, for example. When plasma etching is performed on a large substrate to be processed as described above, it is necessary to uniformly convert the etching gas into a plasma in a large processing container capable of storing the substrate to be processed. In particular, from the viewpoint of increasing the etching rate, if the pressure of the reduced-pressure atmosphere in the processing container is increased, a problem occurs that uneven plasma is formed and it is difficult to perform uniform etching on the surface of the substrate to be processed. There is also.

以上に説明したように、図1に示した被処理基板にコンタクトホール103を形成するプラズマエッチングにおいて、エッチング速度を上げてスループットを向上させるにあたっては、(1)TFT部1a、コンタクト部1bの異なる領域にて厚さの異なるSiN膜のエッチングにあたり、SiN膜が薄いTFT部1a側の信号線膜(ソース電極161、ドレイン電極162)におけるエッチングの進行を抑制すること、(2)アンダーカットの発生を抑えること、(3)被処理基板の全面に亘って均一なプラズマを形成させること、などを考慮してエッチングガスの選定や処理条件の設定を行う必要がある。本実施の形態に係るプラズマエッチング方法は、これらの要請を満たしつつ、従来法よりも高速でSiN膜のエッチングを行うことができるようになっている。以下、その詳細な内容について説明する。   As described above, in the plasma etching for forming the contact hole 103 in the substrate to be processed shown in FIG. 1, in order to improve the throughput by increasing the etching rate, (1) the TFT portion 1a and the contact portion 1b are different. When etching SiN films having different thicknesses in regions, the progress of etching in the signal line films (source electrode 161, drain electrode 162) on the TFT portion 1a side where the SiN film is thin is suppressed, and (2) occurrence of undercut It is necessary to select the etching gas and set the processing conditions in consideration of suppressing the above, and (3) forming a uniform plasma over the entire surface of the substrate to be processed. The plasma etching method according to the present embodiment can perform etching of the SiN film at a higher speed than the conventional method while satisfying these requirements. The detailed contents will be described below.

以下、図4は本実施の形態に係るプラズマエッチング方法を実施するプラズマエッチング装置の構成例を示している。図4の縦断側面図に示したプラズマエッチング装置2は、例えば図3(a)に示すように開口部102のパターニングされたレジスト膜101が最上面に塗布された被処理基板Sに対して、プラズマエッチングによりTFT部1a及びコンタクト部1bにコンタクトホール103を形成する役割を果たす。   FIG. 4 shows a configuration example of a plasma etching apparatus that performs the plasma etching method according to the present embodiment. The plasma etching apparatus 2 shown in the longitudinal side view of FIG. 4 is applied to the substrate S to be processed on which the resist film 101 patterned in the opening 102 is applied on the uppermost surface as shown in FIG. It plays a role of forming the contact hole 103 in the TFT portion 1a and the contact portion 1b by plasma etching.

プラズマエッチング装置2は、その内部において被処理基板Sをプラズマエッチングするための真空チャンバである処理容器20を備えている。本実施の形態に係わるプラズマエッチング装置2は、既述のように例えば長辺が2m以上の大型の角型基板を処理することが可能となっており、処理容器20についても例えば水平断面の一辺が3.5m、他辺が3.0m程度の大きさの角型となっている。   The plasma etching apparatus 2 includes a processing container 20 that is a vacuum chamber for plasma etching the substrate S to be processed. As described above, the plasma etching apparatus 2 according to the present embodiment can process a large square substrate having a long side of 2 m or more, for example, and the processing vessel 20 also has, for example, one side of a horizontal section. Is a square shape with a size of about 3.5 m and the other side of about 3.0 m.

処理容器20は例えばアルミニウムなどの熱伝導性及び導電性の良好な材質により構成されていると共に当該処理容器20は接地されている。また処理容器20の一つの側壁部21には、処理容器20内に被処理基板Sを搬入するための搬入出口22が形成されており、この搬入出口22はゲートバルブ23により開閉自在に構成されている。   The processing container 20 is made of a material having good thermal conductivity and conductivity, such as aluminum, and the processing container 20 is grounded. In addition, a loading / unloading port 22 for loading the substrate to be processed S into the processing container 20 is formed in one side wall portion 21 of the processing container 20, and the loading / unloading port 22 is configured to be opened and closed by a gate valve 23. ing.

処理容器20の内部には、その上面に被処理基板Sを載置するための載置台3が配置されている。載置台3は、処理容器20の底面上に電気的に接続されて配置されており、下部電極としての役割を果たし、アノード電極として機能する。   Inside the processing container 20, a mounting table 3 for mounting the substrate S to be processed is arranged on the upper surface thereof. The mounting table 3 is disposed on the bottom surface of the processing container 20 so as to be electrically connected, serves as a lower electrode, and functions as an anode electrode.

また載置台3の周縁部及び側面は、載置台3上方にてプラズマを均一に形成するための、例えばセラミック材料により構成されたフォーカスリング33により覆われている。フォーカスリング33は被処理基板Sの周縁の領域のプラズマ状態を調整する役割、例えば被処理基板S上にプラズマを集中させてエッチング速度を向上させる役割を果たす。本実施の形態では、被処理基板Sが載置される載置領域は、例えば載置台3の上面と、その周囲のフォーカスリング33の上面の一部とを含む領域にまたがって形成されている。   Further, the peripheral edge and the side surface of the mounting table 3 are covered with a focus ring 33 made of, for example, a ceramic material for uniformly forming plasma above the mounting table 3. The focus ring 33 serves to adjust the plasma state in the peripheral region of the substrate to be processed S, for example, to concentrate the plasma on the substrate to be processed S and to improve the etching rate. In the present embodiment, the placement region on which the substrate to be processed S is placed is formed across, for example, a region including the top surface of the placement table 3 and a part of the top surface of the surrounding focus ring 33. .

載置台3には、外部に設けられた図示しない搬送装置と当該載置台3との間で被処理基板Sの受け渡しを行うための昇降ピン34が設けられている。昇降ピン34は、昇降機構35と接続されており、載置台3の表面から自在に突没し、被処理基板Sの受け渡しが行われる位置と、既述の載置領域との間で被処理基板Sを昇降させることができる。図中、36は処理容器20内を真空に保つために昇降ピン34を覆うベローズである。   The mounting table 3 is provided with elevating pins 34 for transferring the substrate S to be processed between a transfer device (not shown) provided outside and the mounting table 3. The raising / lowering pin 34 is connected to the raising / lowering mechanism 35, freely protrudes and sinks from the surface of the mounting table 3, and the processing target is between the position where the processing target substrate S is transferred and the mounting region described above. The substrate S can be raised and lowered. In the figure, 36 is a bellows that covers the elevating pins 34 in order to keep the inside of the processing container 20 in a vacuum.

一方載置台3の上方には、この載置台3の上面と対向するように、平板状の上部電極4が設けられており、この上部電極4は角板状の上部電極ベース41に支持されている。これら上部電極4及び上部電極ベース41は、例えばアルミニウムにより構成され互いに導通している。上部電極ベース41の上面は絶縁部材411を介して処理容器20の天井部に取り付けられ、処理容器20から電気的に浮いた状態となっている。上部電極ベース41には、プラズマ発生用の高周波電源部48が接続されており、結果的に上部電極4はカソード電極として機能する。また、これら上部電極ベース41及び上部電極4により囲まれた空間はエッチングガスの拡散空間42を構成している。以下、これら上部電極4、上部電極ベース41を纏めてガスシャワーヘッド40と呼ぶ。   On the other hand, a flat plate-like upper electrode 4 is provided above the mounting table 3 so as to face the upper surface of the mounting table 3, and the upper electrode 4 is supported by a square plate-like upper electrode base 41. Yes. The upper electrode 4 and the upper electrode base 41 are made of, for example, aluminum and are electrically connected to each other. The upper surface of the upper electrode base 41 is attached to the ceiling portion of the processing container 20 via the insulating member 411 and is in an electrically floating state from the processing container 20. The upper electrode base 41 is connected to a high frequency power supply 48 for generating plasma, and as a result, the upper electrode 4 functions as a cathode electrode. The space surrounded by the upper electrode base 41 and the upper electrode 4 constitutes an etching gas diffusion space 42. Hereinafter, the upper electrode 4 and the upper electrode base 41 are collectively referred to as a gas shower head 40.

処理容器20の天井部には、前記拡散空間42に接続されるようにガス供給路43が設けられており、このガス供給路43は2本に分岐して一方側のエッチングガス供給路431にはエッチングガス供給部45が接続され、他方側の酸素供給路432には酸素供給部46が接続されている。エッチングガス供給部45には、被処理基板SのSiN膜をエッチングするための六フッ化硫黄(以下、SFと記す)が貯蔵されており、SFを気体の状態で処理容器20へ向けて供給することができる。一方、酸素供給部46には処理容器20内で発生するプラズマを安定化させると共に、レジスト膜101のアッシング速度を調節してアンダーカットの発生を抑えるための酸素(以下、Oと記す)が貯蔵されていて、SFと混合された状態のOを処理容器20へと供給する役割を果たす。 A gas supply path 43 is provided at the ceiling of the processing container 20 so as to be connected to the diffusion space 42, and the gas supply path 43 is branched into two and is connected to the etching gas supply path 431 on one side. The etching gas supply unit 45 is connected to the other side, and the oxygen supply unit 46 is connected to the oxygen supply path 432 on the other side. The etching gas supply unit 45 stores sulfur hexafluoride (hereinafter referred to as SF 6 ) for etching the SiN film of the substrate S to be processed, and the SF 6 is directed to the processing container 20 in a gas state. Can be supplied. On the other hand, oxygen (hereinafter referred to as O 2 ) for stabilizing the plasma generated in the processing vessel 20 and adjusting the ashing speed of the resist film 101 to suppress the occurrence of undercut is stored in the oxygen supply unit 46. It is stored and serves to supply O 2 mixed with SF 6 to the processing vessel 20.

エッチングガス供給部45、酸素供給部46と拡散空間42との間の各供給路431、432には例えばマスフローコントローラなどからなる流量調節部44が介設されている。流量調節部44は、後述する制御部6からの指示に基づいて処理容器20へのSF及びOの供給量を調節する機能を備え、これによりSFとOとの混合比を調節する役割を果たしている。 In each of the supply paths 431 and 432 between the etching gas supply unit 45, the oxygen supply unit 46, and the diffusion space 42, a flow rate control unit 44 including a mass flow controller or the like is interposed. The flow rate adjusting unit 44 has a function of adjusting the supply amount of SF 6 and O 2 to the processing container 20 based on an instruction from the control unit 6 described later, thereby adjusting the mixing ratio of SF 6 and O 2. Playing a role.

本実施の形態に係るプラズマエッチング方法において流量調節部44は、SFとOとを例えば1:6以上、1:20以下の範囲の体積比に混合した状態で処理容器20に供給することができる。具体例を挙げると、本例において流量調節部44は例えばSFの流量を100sccm(sccm:ml/min(0℃、1気圧)、以下同じ)、Oの流量を600sccmに調節して1:6の体積比に混合された混合ガスを処理容器20へと供給するように制御される。 In the plasma etching method according to the present embodiment, the flow rate adjusting unit 44 supplies SF 6 and O 2 to the processing vessel 20 in a state where the volume ratio is in the range of, for example, 1: 6 or more and 1:20 or less. Can do. Specifically, in this example, the flow rate adjusting unit 44 adjusts the flow rate of SF 6 to 100 sccm (sccm: ml / min (0 ° C., 1 atm), the same applies hereinafter) and the O 2 flow rate to 600 sccm. : Control is performed so that the mixed gas mixed at the volume ratio of 6 is supplied to the processing container 20.

このようにして混合されたガスが拡散空間42に供給されると、当該混合ガスは上部電極4に設けられたガス供給孔47を介して被処理基板S上方の処理空間に供給され、プラズマ化されて被処理基板Sに対するエッチング処理を行うことができる。   When the gas thus mixed is supplied to the diffusion space 42, the mixed gas is supplied to the processing space above the substrate to be processed S through the gas supply hole 47 provided in the upper electrode 4 and is converted into plasma. Thus, the etching process can be performed on the substrate S to be processed.

一方、処理容器20の底面には処理容器20内の雰囲気を排気する排気路24の一端側が接続されており、その他端側には圧力調節弁511を介して真空ポンプ51が接続されていて、処理容器20内のガスはこの排気路24から例えば工場共通の除害装置52へ向けて排気されるようになっている。   On the other hand, one end side of an exhaust passage 24 for exhausting the atmosphere in the processing container 20 is connected to the bottom surface of the processing container 20, and a vacuum pump 51 is connected to the other end side via a pressure control valve 511. The gas in the processing container 20 is exhausted from the exhaust path 24 toward, for example, a detoxifying device 52 common to factories.

ここで従来のプラズマエッチング方法においては、処理容器20内の圧力は例えば133Pa(1000mTorr)未満の例えば13.3Pa(100mTorr)程度まで減圧された高真空雰囲気の処理容器20内に、例えばOを混合していないSFを供給してSiN膜のエッチングが行われていた。この程度の高真空雰囲気においては、本例のような大型の処理容器20でもプラズマは安定し、またアンダーカットの発生も抑制することができる場合もある。しかしながら、高真空雰囲気ではSiN膜のエッチング速度が遅く、十分なスループットを得ることができないという問題があった。 Here, in the conventional plasma etching method, the pressure in the processing vessel 20 is reduced to, for example, about 13.3 Pa (100 mTorr) less than 133 Pa (1000 mTorr), for example, O 2 in the processing vessel 20 in a high vacuum atmosphere. The SiN film was etched by supplying unmixed SF 6 . In such a high vacuum atmosphere, the plasma is stable even in the large processing container 20 as in this example, and the occurrence of undercut may be suppressed in some cases. However, there is a problem that the etching rate of the SiN film is slow in a high vacuum atmosphere, and sufficient throughput cannot be obtained.

一方で、SFを単独で供給しながら処理容器20内の圧力を上げると、安定なプラズマを形成することが困難であると共に、アンダーカットの発生が顕著になってしまうおそれが高かった。そこで、従来のプラズマエッチング装置は、例えば133Pa(1000mTorr)以上といった比較的低真空の圧力雰囲気下でエッチングを実行する設計とはなっておらず、真空ポンプについても高真空雰囲気を形成可能で比較的高価なターボ分子ポンプなどの真空ポンプが採用されていた。 On the other hand, when the pressure in the processing container 20 is increased while supplying SF 6 alone, it is difficult to form a stable plasma and the occurrence of undercuts becomes significant. Therefore, the conventional plasma etching apparatus is not designed to perform etching under a relatively low-pressure atmosphere such as 133 Pa (1000 mTorr) or more, and a high-vacuum atmosphere can be formed even with a vacuum pump. An expensive vacuum pump such as a turbo molecular pump was used.

これに対して本実施の形態に係るプラズマエッチング方法においては、既述のようにSFにOを例えば体積比で1:6〜1:20の範囲で混合し、これにより比較的圧力の高い雰囲気下でも安定してプラズマを形成すると共に、SiN膜のエッチング速度とレジスト膜101のアッシング速度との比を調節してアンダーカットの発生しにくい状態とすることができる。 On the other hand, in the plasma etching method according to the present embodiment, as described above, O 2 is mixed with SF 6 in a volume ratio of, for example, 1: 6 to 1:20. Plasma can be stably formed even in a high atmosphere, and the ratio between the etching rate of the SiN film and the ashing rate of the resist film 101 can be adjusted to make it difficult for undercut to occur.

処理容器20内にこのような圧力雰囲気を形成するため、本実施の形態に係る真空ポンプ51及び圧力調節弁511は、不図示の圧力計の指示に基づいて圧力調節弁511の開度を調節することにより、処理容器20内の圧力を例えば133Pa(1000mTorr)以上、200Pa(1500mTorr)以下の範囲内の例えば133Pa(1000mTorr)に調節することができる。このように、従来の高真空雰囲気と比較して低真空の状態にてプラズマエッチングを行うことが可能なことから、真空ポンプ51は例えばターボ分子ポンプのように高真空状態を作り出すことはできないが、比較的安価なドライポンプなどにより構成される。   In order to form such a pressure atmosphere in the processing container 20, the vacuum pump 51 and the pressure control valve 511 according to the present embodiment adjust the opening of the pressure control valve 511 based on an instruction of a pressure gauge (not shown). By doing so, the pressure in the processing container 20 can be adjusted to, for example, 133 Pa (1000 mTorr) in the range of 133 Pa (1000 mTorr) or more and 200 Pa (1500 mTorr) or less. As described above, since the plasma etching can be performed in a low vacuum state as compared with the conventional high vacuum atmosphere, the vacuum pump 51 cannot create a high vacuum state like a turbo molecular pump, for example. A relatively inexpensive dry pump is used.

またプラズマエッチング装置2は制御部6と接続されている。制御部6は例えば図示しないCPUとプログラムとを備えたコンピュータからなり、プログラムには当該プラズマエッチング装置2の動作、つまり、処理容器20内に被処理基板Sを搬入し、処理容器20へのSF及びOの供給量、供給比、並びに処理容器20内の圧力を調節してからエッチングガス(SFとOとの混合ガス)をプラズマ化し、被処理基板Sにエッチング処理を施してから搬出するまでの動作に係わる制御などについてのステップ(命令)群が組まれている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカードなどの記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。 The plasma etching apparatus 2 is connected to the control unit 6. For example, the control unit 6 includes a computer having a CPU and a program (not shown). The program carries the operation of the plasma etching apparatus 2, that is, carries the substrate S to be processed into the processing container 20, and the SF into the processing container 20. After adjusting the supply amount of 6 and O 2 , the supply ratio, and the pressure in the processing container 20, the etching gas (mixed gas of SF 6 and O 2 ) is turned into plasma, and the substrate to be processed S is etched. A group of steps (commands) for control related to the operation from unloading to unloading. This program is stored in a storage medium such as a hard disk, a compact disk, a magnetic optical disk, or a memory card, and installed in the computer therefrom.

以下、本実施の形態に係わるプラズマエッチング装置2の動作について説明する。初めに不図示の操作部を介し、ユーザが目的のプラズマエッチング処理のプロセスレシピを選択して制御部6に入力すると、制御部6ではこのプロセスレシピに基づいてプラズマエッチング装置2の各部に制御信号を出力し、こうして被処理基板Sに対して所定のプラズマエッチング処理が行われる。   Hereinafter, the operation of the plasma etching apparatus 2 according to the present embodiment will be described. First, when a user selects a target process recipe for plasma etching processing and inputs it to the control unit 6 via an operation unit (not shown), the control unit 6 controls each part of the plasma etching apparatus 2 based on this process recipe. Thus, a predetermined plasma etching process is performed on the substrate S to be processed.

先ずゲートバルブ23を開き、図示しない外部の搬送手段により、図2(a)に示したように、コンタクトホール103に対応する開口部102を備えたレジスト膜101が表面に形成された被処理基板Sを処理容器20内に搬入し、載置台3上方の受け渡し位置まで搬送する。   First, the gate valve 23 is opened, and a substrate to be processed on which a resist film 101 having an opening 102 corresponding to the contact hole 103 is formed on the surface as shown in FIG. S is carried into the processing container 20 and conveyed to the delivery position above the mounting table 3.

被処理基板Sが受け渡し位置に到達したら、昇降ピン34を上昇させて搬送手段から昇降ピン34に被処理基板Sを受け渡し、搬送手段は処理容器20外に退出させ、昇降ピン34を下降させて被処理基板Sを載置領域に載置する。その後搬入出口22を閉じたら、真空ポンプ51を稼動させて圧力調節弁511により処理容器20内を例えば133Pa(1000mTorr)の圧力に調整すると共に、流量調節部44にてSFの流量が100sccm、Oの流量が600sccm(体積比1:6)となるように流量調整してエッチングガス供給部45及び酸素供給部46から両ガスを処理容器20へと供給する。 When the substrate to be processed S reaches the transfer position, the lift pins 34 are raised to transfer the substrate S to the lift pins 34 from the transfer means, and the transfer means are moved out of the processing container 20 and the lift pins 34 are lowered. The substrate S to be processed is placed on the placement area. Thereafter, when the loading / unloading port 22 is closed, the vacuum pump 51 is operated to adjust the inside of the processing container 20 to a pressure of, for example, 133 Pa (1000 mTorr) by the pressure adjustment valve 511, and the flow rate of the SF 6 is 100 sccm at the flow rate adjustment unit 44. The flow rate is adjusted so that the flow rate of O 2 is 600 sccm (volume ratio 1: 6), and both gases are supplied from the etching gas supply unit 45 and the oxygen supply unit 46 to the processing vessel 20.

SF及びOは、ガス供給路43及び拡散空間42内で十分に混合され、ガス供給孔47介して処理容器20内に吐出される。そして高周波電源部48から上部電極4に高周波電力を供給して被処理基板Sの上方側の空間にプラズマを形成しSiN膜に対するプラズマエッチングを実行する。 SF 6 and O 2 are sufficiently mixed in the gas supply path 43 and the diffusion space 42 and discharged into the processing container 20 through the gas supply hole 47. Then, high frequency power is supplied from the high frequency power supply 48 to the upper electrode 4 to form plasma in the space above the substrate S to be processed, and plasma etching is performed on the SiN film.

ここでSFは絶縁性のガスであり、大型の被処理基板Sを格納する処理容器20内で均一なプラズマを形成し難い特性を持っているが、SFの解離を促進させる効果をもつOを、SFとOとの体積比で1:6〜1:20という高い比率で混合することにより、処理容器20の全面に亘って均一なプラズマを形成することができる。これは処理容器20内のプラズマ状態を目視で確認すること、及び後述する実施例における実験でも確認している。 Here, SF 6 is an insulating gas and has a characteristic that it is difficult to form a uniform plasma in the processing container 20 for storing the large substrate S, but has an effect of promoting the dissociation of SF 6. the O 2, at a volume ratio of SF 6 and O 2 1: 6~1: by mixing at a high rate of 20, it is possible to form a uniform plasma over the entire surface of the processing vessel 20. This has also been confirmed by visually confirming the plasma state in the processing container 20 and by experiments in examples described later.

一方で、OにはSiN膜をエッチングする能力はないため、Oの混合比を高くするとSiN膜のエッチング速度は遅くなる可能性もある。しかし本例では処理容器20内の圧力を例えば133Pa(1000mTorr)〜200Pa(1500mTorr)と比較的高い圧力雰囲気とすることにより、Oの混合比を高くした場合でも処理容器20内のSFの分子数は従来の場合より少なくならないか、むしろ増える場合もある。そして、Oとの混合ガスでは既述のように安定したプラズマが形成されるので、SFの活性種も多く生成されてエッチング速度の向上に寄与する。このようにSiN膜のエッチング速度が向上する点についても後述の実施例における実験で確認している。 On the other hand, since O 2 does not have the ability to etch the SiN film, if the mixing ratio of O 2 is increased, the etching rate of the SiN film may be decreased. However, by the present example a relatively high pressure atmosphere pressure in the processing container 20 for example 133Pa (1000mTorr) ~200Pa (1500mTorr) , the SF 6 in any processing chamber 20 when increasing the mixing ratio of O 2 The number of molecules may not be less than the conventional case, or may increase. Since a mixed plasma with O 2 forms a stable plasma as described above, a large amount of SF 6 active species is generated, which contributes to an improvement in the etching rate. The point that the etching rate of the SiN film is improved in this way has also been confirmed by experiments in examples described later.

また、SFに混合されるOは、SiN膜をエッチングする能力はないが、レジスト膜101をアッシングする能力を持っているため、SiN膜のエッチング速度の向上分を補ってレジスト膜101のアッシング速度も高くすることができる。この結果、SiN膜とレジスト膜101とが例えば均等に削り取られて、アンダーカットを発生させずにSiN膜を形成し、コンタクトホール103の形状制御を良好に行うことができる。この点についても後述の実施例における実験で確認している。 Further, O 2 mixed with SF 6 does not have the ability to etch the SiN film, but has the ability to ash the resist film 101. The ashing speed can also be increased. As a result, the SiN film and the resist film 101 are removed evenly, for example, and the SiN film can be formed without causing an undercut, and the shape control of the contact hole 103 can be performed satisfactorily. This point has also been confirmed by experiments in examples described later.

さらに、ソース電極161やドレイン電極162を構成する信号線膜が、MoとAlを積層させたMo/Al/Mo積層膜の様にMoを含む場合は、SFがMoをエッチングするためにSiN膜との選択比(Moのエッチング速度に対するSiN膜のエッチング速度の割合)が重要となる。しかし、Oの混合比を高くすることにより、この選択比も大きくすることができる。 Further, when the signal line film constituting the source electrode 161 and the drain electrode 162 contains Mo like a Mo / Al / Mo laminated film in which Mo and Al are laminated, the SF 6 etches Mo to form SiN. The selectivity with the film (ratio of the etching rate of the SiN film to the etching rate of Mo) is important. However, this selectivity can be increased by increasing the mixing ratio of O 2 .

プラズマ化したガスは、処理容器20内を降下して被処理基板Sに到達し、その表面にてエッチング処理が進行する。そして当該ガスは被処理基板Sの表面を伝いながら周縁部側へと流れ、フォーカスリング33と処理容器20との間の空間を通って排気路24に流れ込み、処理容器20の外へと排気される。このようにしてプロセスレシピに基づいて所定時間プラズマエッチング処理を行ったら、SF、Oや高周波電力の供給を停止し、処理容器20内の圧力を元の状態に戻した後、搬入時とは逆の順序で被処理基板Sを載置台3から外部の搬送手段に受け渡してプラズマエッチング装置2から搬出し、一連のエッチング処理を終了する。 The plasmaized gas descends in the processing container 20 and reaches the substrate to be processed S, and the etching process proceeds on the surface thereof. The gas flows along the surface of the substrate S to be processed toward the peripheral edge, flows into the exhaust path 24 through the space between the focus ring 33 and the processing container 20, and is exhausted outside the processing container 20. The After performing plasma etching processing for a predetermined time based on the process recipe in this way, the supply of SF 6 , O 2 and high frequency power is stopped, the pressure in the processing container 20 is returned to the original state, In the reverse order, the substrate S to be processed is transferred from the mounting table 3 to an external transfer means and unloaded from the plasma etching apparatus 2 to complete a series of etching processes.

本実施の形態に係るプラズマエッチング方法によれば以下の効果がある。SFとOとを混合した混合ガスを用いてプラズマエッチングを行うことにより、133Pa(1000mTorr)以上の高い圧力雰囲気下であっても安定なプラズマが得られ、高速でSiN膜をエッチングすることができる。また混合ガスがレジスト膜101をアッシングする能力を有するOを含んでいることにより、SiN膜のエッチング速度とレジスト膜101のアッシング速度との比を調整することが可能であり、上部から下部へ向かって開口面積が徐々に小さくなる開口部102の形状をレジスト膜101からSiN膜に転写し、コンタクトホール103を形成するにあたって、良好な形状制御を行うことができる。 The plasma etching method according to the present embodiment has the following effects. By performing plasma etching using a mixed gas of SF 6 and O 2 , a stable plasma can be obtained even under a high pressure atmosphere of 133 Pa (1000 mTorr) or higher, and the SiN film can be etched at a high speed. Can do. Further, since the mixed gas contains O 2 having the ability to ash the resist film 101, the ratio between the etching rate of the SiN film and the ashing rate of the resist film 101 can be adjusted. When the contact hole 103 is formed by transferring the shape of the opening 102 gradually decreasing in area toward the SiN film from the resist film 101, good shape control can be performed.

また従来よりも低い真空雰囲気にてSiN膜のエッチングを行うことができるので、高真空雰囲気を形成するターボ分子ポンプに替えて、比較的安価なドライポンプなどを真空ポンプ51として採用することによりプラズマエッチング装置2の装置コストを低減することができる。   Further, since the SiN film can be etched in a lower vacuum atmosphere than in the prior art, a relatively inexpensive dry pump or the like is employed as the vacuum pump 51 in place of the turbo molecular pump that forms a high vacuum atmosphere. The apparatus cost of the etching apparatus 2 can be reduced.

次に第2の実施の形態に係るプラズマ処理方法について説明する。第2の実施の形態に係るプラズマ処理方法は、図4に示したものとほぼ同様の構成を備えたプラズマエッチング装置2により実施することができるが以下の点が異なっている。   Next, a plasma processing method according to the second embodiment will be described. The plasma processing method according to the second embodiment can be performed by the plasma etching apparatus 2 having substantially the same configuration as that shown in FIG. 4 except for the following points.

第2の実施の形態に係るプラズマエッチング装置2においては、SiN膜をエッチングするエッチングガスとして温暖化係数が二酸化炭素とほぼ等しい二フッ化カルボニル(COF)が採用されており、エッチングガス供給部45にはSFに替えてCOFが貯蔵されている。また本例の流量調節部44はCOFとOとを例えば1:2以上、3:20以下の範囲の体積比で混合した混合ガスとして処理容器20に供給するようになっている。 In the plasma etching apparatus 2 according to the second embodiment, carbonyl difluoride (COF 2 ) having a warming coefficient substantially equal to that of carbon dioxide is employed as an etching gas for etching the SiN film, and an etching gas supply unit 45 stores COF 2 instead of SF 6 . Further, the flow rate adjusting unit 44 of this example is configured to supply the processing container 20 as a mixed gas in which COF 2 and O 2 are mixed at a volume ratio in the range of, for example, 1: 2 or more and 3:20 or less.

第2の実施の形態に係る真空ポンプ51及び圧力調節弁511は、不図示の圧力計の指示に基づいて圧力調節弁511の開度を調節することにより、処理容器20内の圧力雰囲気を例えば133Pa(1000mTorr)以上、267Pa(2000mTorr)以下の範囲内に調節することが可能な能力を備えている。   The vacuum pump 51 and the pressure control valve 511 according to the second embodiment adjust the opening of the pressure control valve 511 based on an instruction from a pressure gauge (not shown), thereby changing the pressure atmosphere in the processing container 20 to, for example, It has an ability to be adjusted within a range of 133 Pa (1000 mTorr) or more and 267 Pa (2000 mTorr) or less.

以上に説明した条件のもと、COFとOとの混合ガスをプラズマ化して被処理基板Sのプラズマエッチングを行う場合においても、安定なプラズマの形成、SiN膜のエッチング速度の向上、アンダーカットの発生を抑制したコンタクトホール103の形状制御、TFT部1aとコンタクト部1bとを一括してエッチングする場合における信号線膜(ソース電極161、ドレイン電極162)の削られ防止、低真空ポンプを採用することによる設備コストの低減などの各種の効果を得ることができる。 Under the conditions described above, even when plasma etching is performed on the substrate S to be processed by converting the mixed gas of COF 2 and O 2 into plasma, stable plasma formation, improvement in the etching rate of the SiN film, Control of the shape of the contact hole 103 that suppresses the occurrence of cut, prevention of the signal line film (source electrode 161, drain electrode 162) from being scraped when the TFT portion 1a and the contact portion 1b are etched together, and a low vacuum pump Various effects such as reduction in equipment cost can be obtained by adopting the system.

ここで処理容器20から排出された混合ガスは、同ガス中に含まれるCOFの殆どが除害装置52にて捕集され、残るOが大気へと放出される。しかしながら、除害装置52におけるCOFの捕集効率は100%ではないので、僅かな量のCOFが大気へと放出される場合もある。このような場合においても、既述のようにCOFは温暖化係数が二酸化炭素と同等の物質であるため、環境に与える負荷を低く抑えることができる。 Here, most of the COF 2 contained in the gas discharged from the processing container 20 is collected by the detoxifying device 52, and the remaining O 2 is released to the atmosphere. However, since the collection efficiency of COF 2 in the abatement apparatus 52 is not 100%, a small amount of COF 2 may be released to the atmosphere. Even in such a case, as described above, COF 2 is a substance having a warming coefficient equivalent to that of carbon dioxide, so that the load on the environment can be kept low.

以上に説明した第1、第2の実施の形態に係るプラズマエッチング方法は、図1に示した被処理基板S上のTFT部1a、コンタクト部1bを一括してエッチングする場合に限らず、2つの領域を別々にエッチングする場合にも適用することができる。   The plasma etching methods according to the first and second embodiments described above are not limited to the case where the TFT portion 1a and the contact portion 1b on the substrate S to be processed shown in FIG. It can also be applied to the case where two regions are etched separately.

また、処理容器20の圧力を133Pa(1000mTorr)以上に調節してプラズマを発生させる上述のプラズマ処理方法は、処理容器20内にOのみを供給してレジスト膜101をアッシングして被処理基板Sから除去するプラズマアッシング方法にも適用できる。従来、プラズマアッシングが行われる例えば133Pa(1000mTorr)よりも高い圧力雰囲気の下でアッシングを行うことにより、被処理基板S上に形成されたデバイスへのダメージが低く、高速のアッシング処理を行うことができる。 Further, in the above plasma processing method for generating plasma by adjusting the pressure of the processing container 20 to 133 Pa (1000 mTorr) or more, only the O 2 is supplied into the processing container 20 to ash the resist film 101 to be processed substrate. It can also be applied to a plasma ashing method for removing from S. Conventionally, by performing ashing under a pressure atmosphere higher than, for example, 133 Pa (1000 mTorr) where plasma ashing is performed, damage to a device formed on the substrate S to be processed can be reduced, and high-speed ashing can be performed. it can.

(実験1)
図4に記載のプラズマエッチング装置2と同等の構成のエッチング処理装置を用い、SFとOとの混合ガスをプラズマ化して、表面にレジスト膜101がパターンニングされたSiN基板のエッチングを行い、SiNのエッチング速度(E/R)、レジスト膜101のアッシング速度(A/R)、選択比(SiNのエッチング速度に対するレジスト膜101のアッシング速度の比)を測定した。高周波電源部48からは13.56MHz、3000Wの高周波電力を30秒間供給した。また載置台3の温度は25℃に調節した。
(Experiment 1)
Using an etching processing apparatus having the same configuration as the plasma etching apparatus 2 shown in FIG. 4, the mixed gas of SF 6 and O 2 is turned into plasma, and the SiN substrate with the resist film 101 patterned on the surface is etched. The etching rate (E / R) of SiN, the ashing rate (A / R) of the resist film 101, and the selection ratio (ratio of the ashing rate of the resist film 101 to the etching rate of SiN) were measured. High frequency power of 13.56 MHz and 3000 W was supplied from the high frequency power supply unit 48 for 30 seconds. The temperature of the mounting table 3 was adjusted to 25 ° C.

A.実験条件
(実施例1−1) SFを100sccm、Oを600sccm供給し(体積比1:6)、処理容器20内の圧力を133Pa(1000mTorr)とした。
(実施例1−2) 処理容器20内の圧力を160Pa(1200mTorr)とした点以外は(実施例1−1)と同様の条件とした。
(比較例1−1A) 処理容器20内の圧力を26.7Pa(200mTorr)とした点以外は(実施例1−1)と同様の条件とした。
(比較例1−2A) 処理容器20内の圧力を53.3Pa(400mTorr)とした点以外は(実施例1−1)と同様の条件とした。
(比較例1−3A) 処理容器20内の圧力を107Pa(800mTorr)とした点以外は(実施例1−1)と同様の条件とした。
A. Experimental conditions
(Example 1-1) SF 6 was supplied at 100 sccm and O 2 at 600 sccm (volume ratio 1: 6), and the pressure in the processing container 20 was set at 133 Pa (1000 mTorr).
(Example 1-2) The conditions were the same as in Example 1-1 except that the pressure in the processing container 20 was set to 160 Pa (1200 mTorr).
(Comparative Example 1-1A) The conditions were the same as in Example 1-1 except that the pressure in the processing container 20 was 26.7 Pa (200 mTorr).
(Comparative Example 1-2A) The conditions were the same as in Example 1-1 except that the pressure in the processing container 20 was set to 53.3 Pa (400 mTorr).
(Comparative Example 1-3A) The conditions were the same as in Example 1-1 except that the pressure in the processing container 20 was set to 107 Pa (800 mTorr).

B.実験結果
(実施例1−1〜1−2)、(比較例1−1A〜1−3A)の結果を図5に示す。図5の横軸は処理容器20内の圧力を示しており、上段の数値は[mTorr]単位、下段の数値は[Pa]単位で表示してある。右側の縦軸はSiNのエッチング速度またはレジスト膜101のアッシング速度[nm/min]を示しており、左側の縦軸はSiNのエッチング速度に対するレジスト膜101のアッシング速度の比である選択比[−]を示している。
B. Experimental result
The results of (Examples 1-1 to 1-2) and (Comparative Examples 1-1A to 1-3A) are shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 5 indicates the pressure in the processing container 20, and the upper numerical value is displayed in [mTorr] and the lower numerical value is displayed in [Pa]. The vertical axis on the right side shows the etching rate of SiN or the ashing rate [nm / min] of the resist film 101, and the vertical axis on the left side shows a selection ratio [− that is the ratio of the ashing rate of the resist film 101 to the etching rate of SiN. ] Is shown.

図5に示した白抜きのひし形のプロットは、各実施例、比較例におけるSiNのエッチング速度を示しており、実線はその傾向線を示している。また黒塗りのひし形のプロットは、レジスト膜101(PR)のアッシング速度であり、破線はこの傾向線である。一方、黒塗りの三角のプロットは既述の選択比を示し、一点鎖線はこの傾向線を示している。ここで(比較例1−3A)は同様の実験を2回行い、各プロットはこれらの実験結果の平均値を示し、エラーバーは、実際の実験結果の値を範囲表示で示してある。   The white rhombus plots shown in FIG. 5 indicate the etching rate of SiN in each of the examples and comparative examples, and the solid line indicates the trend line. The black diamond plot represents the ashing speed of the resist film 101 (PR), and the broken line is the trend line. On the other hand, the black triangle plot shows the above-mentioned selection ratio, and the alternate long and short dash line shows this trend line. Here, (Comparative Example 1-3A) performs the same experiment twice, each plot shows the average value of these experiment results, and the error bar shows the value of the actual experiment result in a range display.

図5に示したSiNのエッチング速度の傾向を見ると、(比較例1−1A)から(比較例1−3A)へ向けて処理容器20内の圧力を高くしていくと、これに伴ってSiNのエッチング速度が上昇している。そして、(比較例1−3A)から(実施例1−2)にかけては、エッチング速度の変化はほぼ横ばいとなっており、処理容器20内の圧力を高くしてもエッチング速度の大幅な上昇は見られない。この傾向は、レジスト膜101のアッシング速度についても同様のことが言える。   When the tendency of the etching rate of SiN shown in FIG. 5 is seen, when the pressure in the processing container 20 is increased from (Comparative Example 1-1A) to (Comparative Example 1-3A), along with this, The etching rate of SiN is increasing. And from (Comparative Example 1-3A) to (Example 1-2), the change in the etching rate is almost flat, and even if the pressure in the processing container 20 is increased, the etching rate is significantly increased. can not see. The same can be said for the ashing speed of the resist film 101.

一方、選択比については処理容器20内の圧力を上げていくにつれて、SiNのエッチング量の方が比較的多くなり、(比較例1−1A)から(比較例1−3A)へかけて選択比は徐々に低下している。そして、(比較例1−3A)から(実施例1−2)の範囲では選択比はほぼ横ばいとなっている。   On the other hand, with respect to the selection ratio, the etching amount of SiN becomes relatively larger as the pressure in the processing container 20 is increased, and the selection ratio is increased from (Comparative Example 1-1A) to (Comparative Example 1-3A). Is gradually decreasing. In the range from (Comparative Example 1-3A) to (Example 1-2), the selection ratio is almost flat.

図6(a)〜図6(c)は、(比較例1−1A〜1−3A)と同様の条件で載置台3の温度を90℃に調節した(比較例1−1B)〜(比較例1−3B)の各例におけるレジスト膜101及びSiN基板の拡大縦断面の写真を示している。また図7(a)〜図7(c)は、SFの流量100sccm、Oの流量400sccm(体積比1:4)にて(比較例1−1B〜1−3B)と同様の条件でSiN基板のエッチングを行った(比較例1−1C〜1−3C)の結果を表す拡大縦断面の写真である。 6 (a) to 6 (c) (Comparative Example 1-1B) in which the temperature of the mounting table 3 was adjusted to 90 ° C. under the same conditions as in (Comparative Examples 1-1A to 1-3A). The photograph of the enlarged longitudinal section of the resist film 101 in each example of Example 1-3B) and a SiN substrate is shown. 7A to 7C are the same conditions as those of (Comparative Examples 1-1B to 1-3B) at a SF 6 flow rate of 100 sccm and an O 2 flow rate of 400 sccm (volume ratio 1: 4). It is a photograph of the enlarged longitudinal section showing the result of etching of a SiN substrate (Comparative Examples 1-1C to 1-3C).

図6(a)〜図6(c)の(比較例1−1B〜1−3B)と図7(a)〜図7(c)の(比較例1−1C〜1−3C)との実験結果を比較すると、SFとOとの体積比が1:4の(比較例1−1C〜1−3C)では、比較的顕著にアンダーカットの発生が観察されている。これに対して(比較例1−1B)ではアンダーカットは殆ど発生しておらず、また(比較例1−2B、1−3B)では若干のアンダーカットの発生が見られるがその程度は(比較例1−2C、1−3C)と比較して小さい。 Experiments of (Comparative Examples 1-1B to 1-3B) in FIGS. 6 (a) to 6 (c) and (Comparative Examples 1-1C to 1-3C) in FIGS. 7 (a) to 7 (c). Comparing the results, undercutting is observed relatively remarkably in the case where the volume ratio of SF 6 to O 2 is 1: 4 (Comparative Examples 1-1C to 1-3C). On the other hand, almost no undercut occurs in (Comparative Example 1-1B), and a slight undercut occurs in (Comparative Examples 1-2B and 1-3B). Smaller than Examples 1-2C and 1-3C).

これらのことから、SFに対するOの混合割合を増やしていくことにより、Oの混合割合が小さい場合と比較してアンダーカットの発生の程度を抑えることができることが分かる。そしてこのことは、処理容器20内の圧力が133Pa(1000mTorr)以上の(実施例1−1、1−2)についても同様の傾向が言えると考えられる。 From these facts, it can be seen that by increasing the mixing ratio of O 2 with respect to SF 6 , the degree of occurrence of undercut can be suppressed as compared with the case where the mixing ratio of O 2 is small. This is considered to be the same for (Examples 1-1 and 1-2) in which the pressure in the processing container 20 is 133 Pa (1000 mTorr) or more.

なおSFに対するOの混合割合が体積比で1:6よりも小さい領域では、処理容器20内の圧力を133Pa(1000mTorr)以上まで高くしていくと、プラズマが不安定となるため、この圧力領域における(比較例1−1C〜1−3C)に対応する実験は行っていない。 In the region where the mixing ratio of O 2 to SF 6 is smaller than 1: 6 by volume, the plasma becomes unstable when the pressure in the processing container 20 is increased to 133 Pa (1000 mTorr) or more. Experiments corresponding to (Comparative Examples 1-1C to 1-3C) in the pressure region were not performed.

(実験2)
LCD用の量産基板にSiN膜形成し、その上面にレジスト膜101を塗布、パターニングして被処理基板Sを作成し、SiN膜のプラズマエッチングを行った。プラズマエッチングにおいては、プラズマエッチング装置2と同等の構成のエッチング処理装置を用い、SFとOとの混合ガスをプラズマ化してSiNのエッチング速度(E/R)、レジスト膜101のアッシング速度(A/R)、選択比(SiNのエッチング速度に対するレジスト膜101のアッシング速度の比)を測定した。高周波電源部48からは13.56MHz、3000Wの高周波電力を30秒間供給した。また、載置台3の温度は25℃に調節した。
(Experiment 2)
A SiN film was formed on a mass production substrate for LCD, a resist film 101 was applied on the upper surface, and patterning was performed to create a substrate S to be processed, and plasma etching of the SiN film was performed. In plasma etching, an etching processing apparatus having the same configuration as that of the plasma etching apparatus 2 is used, and a mixed gas of SF 6 and O 2 is turned into plasma to etch SiN (E / R) and ashing speed of the resist film 101 ( A / R) and selectivity (ratio of the ashing rate of the resist film 101 to the etching rate of SiN) were measured. High frequency power of 13.56 MHz and 3000 W was supplied from the high frequency power supply unit 48 for 30 seconds. The temperature of the mounting table 3 was adjusted to 25 ° C.

A.実験条件
(実施例2−1) SFを100sccm、Oを600sccm供給し(体積比1:6)、処理容器20内の圧力を133Pa(1000mTorr)とした。図8に示す被処理基板Sの「1〜13」の数値を付した各点におけるSiN膜のエッチング量及びレジスト膜101のアッシング量を測定した。
(実施例2−2) 処理容器20内の圧力を160Pa(1200mTorr)とした点以外は(実施例2−1)と同様の条件とした。
(実施例2−3) 処理容器20内の圧力を200Pa(1500mTorr)とした点以外は(実施例2−1)と同様の条件とした。
(比較例2−1) 処理容器20内の圧力を107Pa(800mTorr)とした点以外は(実施例2−1)と同様の条件とした。
A. Experimental conditions (Example 2-1) SF 6 was supplied at 100 sccm and O 2 was supplied at 600 sccm (volume ratio 1: 6), and the pressure in the processing vessel 20 was set at 133 Pa (1000 mTorr). The etching amount of the SiN film and the ashing amount of the resist film 101 at each point given the numerical values “1 to 13” of the substrate S to be processed shown in FIG.
(Example 2-2) The conditions were the same as in Example 2-1 except that the pressure in the processing container 20 was set to 160 Pa (1200 mTorr).
(Example 2-3) The conditions were the same as (Example 2-1) except that the pressure in the processing container 20 was set to 200 Pa (1500 mTorr).
(Comparative Example 2-1) The conditions were the same as in Example 2-1 except that the pressure in the processing container 20 was set to 107 Pa (800 mTorr).

B.実験結果
(実施例2−1〜2−3)及び(比較例2−1)の結果を図9、図10に示す。図9は被処理基板S上の計測点ごとのSiN膜のエッチング速度及びエッチング速度の面内均一性をプロットした結果を示している。図9の横軸は処理容器20内の圧力を、上段に[mTorr]単位、下段に[Pa]単位で表示してある。右側の縦軸はSiN膜のエッチング速度[nm/min]を示しており、左側の縦軸は当該エッチング速度の被処理基板S面内における均一性[±%]を示している。エッチング速度の面内均一性は、以下の(1)式に基づいて算出した。面内均一性は、その値が小さいほどエッチング速度のばらつきが被処理基板Sの面内で小さいことを示している。
面内均一性[±%]=±[{(E/R)MAX−(E/R)MIN
/{(E/R)MAX+(E/R)MIN}]×100 …(1)
但し、(E/R)MAX;エッチング速度の最大値[nm/min]、
(E/R)MIN;エッチング速度の最小値[nm/min]である。
B. Experimental result
The results of (Examples 2-1 to 2-3) and (Comparative Example 2-1) are shown in FIGS. FIG. 9 shows the result of plotting the etching rate of the SiN film and the in-plane uniformity of the etching rate for each measurement point on the substrate S to be processed. The horizontal axis in FIG. 9 indicates the pressure in the processing container 20 in [mTorr] units on the top and [Pa] units on the bottom. The vertical axis on the right side shows the etching rate [nm / min] of the SiN film, and the vertical axis on the left side shows the uniformity [±%] in the surface of the substrate S to be processed. The in-plane uniformity of the etching rate was calculated based on the following equation (1). The in-plane uniformity indicates that the smaller the value is, the smaller the variation in etching rate is in the plane of the substrate S to be processed.
In-plane uniformity [±%] = ± [{(E / R) MAX− (E / R) MIN }
/ {(E / R) MAX + (E / R) MIN }] × 100 (1)
However, (E / R) MAX ; etching rate maximum value [nm / min],
(E / R) MIN : The minimum value of the etching rate [nm / min].

図9中、白抜きの丸のプロットは、図8に示した被処理基板Sの中央位置「7」の点のエッチング速度を示し、黒塗りの丸のプロットは図8のミドル位置「4、5、9、10」の4点のエッチング速度の平均値を示している。また図8に示したエッジ位置「1、2、3、6、8、11、12、13」の8つの点のエッチング速度は、エラーバーにて最大値及び最小値を範囲表示してある。アスタリスクのプロットは、被処理基板S全体の「1〜13」までの各点のエッチング速度の平均値を示している。そして白抜きの三角のプロットは被処理基板S全体でのエッチング速度の面内均一性を表している。   In FIG. 9, the white circle plot indicates the etching rate at the center position “7” of the substrate S to be processed shown in FIG. 8, and the black circle plot indicates the middle position “4, The average values of the etching rates at four points of “5, 9, 10” are shown. Further, the maximum and minimum values of the etching rates at the eight points at the edge positions “1, 2, 3, 6, 8, 11, 12, 13” shown in FIG. The asterisk plot indicates the average value of the etching rate at each point from “1 to 13” of the entire substrate S to be processed. The white triangular plot represents the in-plane uniformity of the etching rate over the entire substrate S to be processed.

また、図10は被処理基板S平均でのSiN膜のエッチング速度、レジスト膜101のアッシング速度及び選択比を示しており、横軸、左右の縦軸及び各プロット並びに各傾向線の意味については、図5と同様である。   FIG. 10 shows the etching rate of the SiN film, the ashing rate of the resist film 101, and the selection ratio on the average of the substrate to be processed S. The horizontal axis, the left and right vertical axes, each plot, and the meaning of each trend line are shown. This is the same as FIG.

(実施例2−1〜2−3)、(比較例2−1)の結果についてまず図9に示したSiN膜のエッチング速度の傾向を見ると、中央位置、ミドル位置、エッジ位置及び全体平均のいずれについても(比較例2−1)から(実施例2−2)へと処理容器20内の圧力を高くするにつれてSiN膜のエッチング速度が上昇している。これは、SiN基板を用いた(実験1)の各実施例、比較例の結果と同様の傾向を示している。そしてさらに処理容器20内の圧力を200Pa(1500mTorr)まで上げた(実施例2−3)では、いずれの位置の計測結果も(実施例2−2)と比較してエッチング速度が小さくなった。   Regarding the results of (Examples 2-1 to 2-3) and (Comparative Example 2-1), first, the tendency of the etching rate of the SiN film shown in FIG. In either case, the etching rate of the SiN film increases as the pressure in the processing vessel 20 is increased from (Comparative Example 2-1) to (Example 2-2). This shows the same tendency as the results of the examples and comparative examples of (Experiment 1) using the SiN substrate. Further, when the pressure in the processing container 20 was increased to 200 Pa (1500 mTorr) (Example 2-3), the measurement result at any position was lower than that in Example 2-2.

このようにLCD用の量産基板を用いた(実験2)では、エッチング速度は処理容器20内の圧力を高くするに従い、上に凸のカーブを描く傾向が観察された。一方でエッチング速度の面内均一性については、エッチング速度とは反対に、処理容器20内の圧力を高くするにつれて、下に凸のカーブを描く傾向が観察された。   Thus, in the case where the mass production substrate for LCD was used (Experiment 2), the etching rate was observed to have a convex curve upward as the pressure in the processing container 20 was increased. On the other hand, regarding the in-plane uniformity of the etching rate, a tendency to draw a downward convex curve was observed as the pressure in the processing container 20 was increased, contrary to the etching rate.

このことは、SFとOとの体積比を一定にした条件下においては、(実施例2−2)以下の圧力領域においては比較的安定なプラズマが形成され処理容器20内の圧力を高くするにつれて、SiN膜のエッチング速度も向上させることができることを示している。また処理容器20内の圧力が(実施例2−2)の値を超えると、Oによってプラズマを安定させる効果が相対的に小さくなり、偏ったプラズマが形成されて、SiN膜のエッチング速度、面内均一性が共に低下するのではないかと解釈できる。 This is because, under the condition where the volume ratio of SF 6 and O 2 is constant, a relatively stable plasma is formed in the pressure region below (Example 2-2), and the pressure in the processing vessel 20 is reduced. It is shown that the etching rate of the SiN film can be improved as the value is increased. Further, when the pressure in the processing container 20 exceeds the value of (Example 2-2), the effect of stabilizing the plasma by O 2 becomes relatively small, and a biased plasma is formed, the etching rate of the SiN film, It can be interpreted that both in-plane uniformity is reduced.

次に図10に示した(実施例2−1〜2−3)、(比較例2−1)の結果を見ると、既述のようにエッチング速度の平均値は処理容器20内の圧力に対して上に凸のカーブを描く一方、レジスト膜101のアッシング速度については処理容器20内圧力の上昇と共に低下している。この結果、SiN膜に対するレジスト膜101の選択比は、処理容器20内の圧力を上げていくにつれて徐々に低下しており、(実施例2−2)から(実施例2−3)の範囲では選択比はほぼ横ばいとなっている。   Next, looking at the results of (Examples 2-1 to 2-3) and (Comparative Example 2-1) shown in FIG. 10, the average value of the etching rate is the pressure in the processing vessel 20 as described above. On the other hand, while a convex curve is drawn, the ashing speed of the resist film 101 decreases as the pressure in the processing container 20 increases. As a result, the selection ratio of the resist film 101 to the SiN film gradually decreases as the pressure in the processing container 20 is increased, and in the range of (Example 2-2) to (Example 2-3). The selectivity is almost flat.

図10に示した結果においても、(実施例2−2)以下の圧力領域においては比較的安定なプラズマが形成され処理容器20内の圧力を高くするにつれて、SiN膜のエッチング速度が向上するのに伴って選択比が低下し、処理容器20内の圧力が(実施例2−2)の値を超えると安定したプラズマが形成されにくくなってゆく結果、選択比が横ばいになるのではないかと考えられる。   Also in the result shown in FIG. 10, in the pressure region below (Example 2-2), a relatively stable plasma is formed, and the etching rate of the SiN film improves as the pressure in the processing vessel 20 increases. As a result, the selectivity decreases, and when the pressure in the processing container 20 exceeds the value of (Example 2-2), stable plasma is less likely to be formed. As a result, the selectivity may be flat. Conceivable.

図11(a)〜図11(c)は、(実施例2−1〜2−3)の各例におけるレジスト膜101及びSiN膜の拡大縦断面写真を示している。図11(a)、図11(b)に示した(実施例2−1、2−2)ではアンダーカットの発生は見られないが、図11(c)に示した(実施例2−3)では若干のアンダーカットの発生が観察された。但し、(実施例2−3)においてもアンダーカットの発生の程度は例えば図7(a)〜図7(c)に示した(比較例1−1C〜1−3C)の場合と比較して小さい。   FIG. 11A to FIG. 11C show enlarged vertical cross-sectional photographs of the resist film 101 and the SiN film in each example of (Examples 2-1 to 2-3). In (Examples 2-1 and 2-2) shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), the occurrence of undercutting is not observed, but as shown in FIG. 11 (c) (Example 2-3). ), A slight undercut was observed. However, also in (Example 2-3), the degree of occurrence of undercut is, for example, compared with the case of (Comparative Examples 1-1C to 1-3C) shown in FIGS. 7 (a) to 7 (c). small.

以上に示した(実験1)、(実験2)の結果を総合すると、SFとOとの体積比を1:6とした場合においては、処理容器20内の圧力を高くするにつれてSiNのエッチング速度は向上する。そして、さらに処理容器20内の圧力を高くするとSiNのエッチング速度は横ばいになるか(SiN基板を用いた(実験1)の場合)、上に凸のカーブを描いて減少に転じた(LCDの量産基板を用いた(実験2)の場合)。 Summarizing the results of (Experiment 1) and (Experiment 2) shown above, when the volume ratio of SF 6 and O 2 is 1: 6, the SiN content increases as the pressure in the processing vessel 20 increases. The etching rate is improved. When the pressure in the processing vessel 20 is further increased, the etching rate of SiN becomes flat (in the case of using the SiN substrate (in the case of Experiment 1)), or it started to decrease with a convex curve (LCD) A mass production substrate was used (in the case of Experiment 2)).

これらのことからSiN膜のプラズマエッチングを行う圧力雰囲気は、SiNのエッチング速度が高止まりとなるか、凸のカーブを描いて減少する場合でも比較的エッチング速度が高い結果が得られた、133Pa(1000mTorr)以上、200Pa(1500mTorr)以下の範囲とすることが好ましいといえる。また、SFとOとの体積比が1:20を超えると、SFが少なくなりすぎて圧力を上げても殆どエッチングが進まなくなってしまうと考えられる。なお、好適なSFとOとの体積比の範囲は例えば1:6〜1:20程度の範囲と考えられる。 For these reasons, the pressure atmosphere in which the plasma etching of the SiN film is performed has a relatively high etching rate even when the etching rate of SiN remains high or decreases in a convex curve. It can be said that it is preferable to set the pressure in the range of 1000 mTorr) to 200 Pa (1500 mTorr). Further, when the volume ratio of SF 6 and O 2 exceeds 1:20, it is considered that SF 6 becomes too small and etching hardly proceeds even if the pressure is increased. Incidentally, preferable range of the volume ratio of SF 6 and O 2 is, for example, 1: 6 to 1: believed 20 the range of about.

(実験3)
図4に記載のプラズマエッチング装置2と同等の構成のエッチング処理装置を用い、COFとOとの混合ガスをプラズマ化して、(実験1)と同様の条件でSiNのエッチング速度(E/R)、レジスト膜101のアッシング速度(A/R)、選択比(SiNのエッチング速度に対するレジスト膜101のアッシング速度の比)を測定した。
(Experiment 3)
Using an etching apparatus having the same configuration as that of the plasma etching apparatus 2 shown in FIG. 4, the mixed gas of COF 2 and O 2 is turned into plasma, and the SiN etching rate (E / R), the ashing rate (A / R) of the resist film 101, and the selectivity (ratio of the ashing rate of the resist film 101 to the etching rate of SiN) were measured.

A.実験条件
(実施例3−1) COFを300sccm、Oを600sccm供給し(体積比1:2)、処理容器20内の圧力を160Pa(1200mTorr)とした。
(実施例3−2) 処理容器20内の圧力を240Pa(1800mTorr)とした点以外は(実施例3−1)と同様の条件とした。
(実施例3−3) 処理容器20内の圧力を253Pa(1900mTorr)とした点以外は(実施例3−1)と同様の条件とした。
(比較例3−1) 処理容器20内の圧力を107Pa(800mTorr)とした点以外は(実施例3−1)と同様の条件とした。
A. Experimental conditions
(Example 3-1) 300 sccm of COF 2 and 600 sccm of O 2 were supplied (volume ratio 1: 2), and the pressure in the processing container 20 was set to 160 Pa (1200 mTorr).
(Example 3-2) The conditions were the same as (Example 3-1) except that the pressure in the processing container 20 was 240 Pa (1800 mTorr).
(Example 3-3) The conditions were the same as in Example 3-1 except that the pressure in the processing container 20 was set to 253 Pa (1900 mTorr).
(Comparative Example 3-1) The conditions were the same as in (Example 3-1) except that the pressure in the processing container 20 was set to 107 Pa (800 mTorr).

(実施例3−1〜3−3)、(比較例3−1)の結果を図12及び図13に示す。図12はSiNのエッチング速度、レジスト膜101のアッシング速度及び選択比を示しており、横軸、左右の縦軸及び各プロット並びに各傾向線の意味については既述の図10と同様である。   The results of (Examples 3-1 to 3-3) and (Comparative Example 3-1) are shown in FIGS. FIG. 12 shows the etching rate of SiN, the ashing rate of the resist film 101, and the selection ratio. The horizontal axis, left and right vertical axes, each plot, and the meaning of each trend line are the same as those in FIG.

図13は、SiN基板の中央位置のエッチング速度及び、コーナ部のエッチング速度のばらつきを示す図である。図13の横軸は処理容器20内の圧力を、上段に[mTorr]単位、下段に[Pa]単位で表示してあり、縦軸は各位置におけるエッチング速度[nm/min]を示している。図13中、白抜きのひし形のプロットは、SiN基板の中央位置のエッチング速度を示しており、エラーバーにて示した範囲は、SiN基板のコーナ位置のエッチング速度のばらつき範囲を示している。   FIG. 13 is a diagram showing variations in the etching rate at the center position of the SiN substrate and the etching rate at the corner. The horizontal axis in FIG. 13 indicates the pressure in the processing container 20 in [mTorr] on the upper stage and [Pa] in the lower stage, and the vertical axis indicates the etching rate [nm / min] at each position. . In FIG. 13, the white diamond plot indicates the etching rate at the center position of the SiN substrate, and the range indicated by the error bar indicates the variation range of the etching rate at the corner position of the SiN substrate.

図12を見ると、COFとOと混合ガスを用いた場合には、SiNのエッチング速度、レジスト膜101のアッシング速度のいずれについても、(比較例3−1)から(実施例3−3)へかけて処理容器20内の圧力を高くしていくと、圧力の上昇にほぼ比例してエッチング速度及びアッシング速度が上昇しており、実験の範囲内ではこれらの速度が横ばいになる現象は観察されなかった。また選択比については処理容器20内の圧力を高くしていくと、なだらかに選択比の値が小さくなっているが、ほぼ横ばいと言って良いほどの変化である。 Referring to FIG. 12, when COF 2 and O 2 and a mixed gas are used, both the etching rate of SiN and the ashing rate of the resist film 101 are compared with those of (Comparative Example 3-1) to (Example 3- As the pressure in the processing vessel 20 is increased toward 3), the etching rate and the ashing rate increase in proportion to the increase in pressure, and these rates become flat within the experimental range. Was not observed. As for the selection ratio, as the pressure in the processing container 20 is increased, the value of the selection ratio gradually decreases, but it is a change that can be said to be almost flat.

これらのことは、実験を行った圧力範囲では、COFは比較的安定なプラズマを形成し、圧力の上昇をエッチング速度の向上に反映できた結果であると考えられる。このことは、図13において、中央位置及びコーナ位置のいずれにおいてもほぼ同じエッチング速度で均一にエッチングが進行していることからも、SiN基板面内で均一にプラズマエッチングを行うことが可能な安定なプラズマが形成されていることを確認できる。 These are considered to be a result of COF 2 forming a relatively stable plasma in the experimental pressure range and reflecting the increase in pressure on the improvement of the etching rate. In FIG. 13, since the etching progresses uniformly at substantially the same etching rate at both the central position and the corner position, it is possible to perform plasma etching uniformly within the SiN substrate surface. It can be confirmed that a proper plasma is formed.

図14は(実施例3−2)におけるレジスト膜101及びSiN基板の拡大縦断面の写真を示しており、処理容器20内の圧力を高くしてもアンダーカットが発生することなくSiN基板側にテーパ面を形成できていることが分かる。   FIG. 14 shows a photograph of an enlarged vertical section of the resist film 101 and the SiN substrate in (Example 3-2). Even if the pressure in the processing container 20 is increased, undercut does not occur and the SiN substrate side is not generated. It can be seen that a tapered surface can be formed.

図12、図13に示したように、(実験3)の結果から、COFとOとの体積比を1:2とした場合においては、圧力雰囲気が133Pa(1000mTorr)以上の範囲では、およそ6000Å/min以上の高速でSiN膜のエッチングを行うことができる。そして、実験を行った範囲に近い267Pa(2000mTorr)以下の範囲では、エッチング速度が急激に低下したりすることなく、十分に速いエッチング速度が実現できると考えられる。また、COFとOとの体積比が3:20を超えると、COFが少なくなりすぎて圧力を上げても殆どエッチングがしなくなってしまうと考えられる。なお、好適なCOFとOとの体積比の範囲は例えば1:2〜3:20程度の範囲と考えられる。 As shown in FIGS. 12 and 13, from the result of (Experiment 3), when the volume ratio of COF 2 and O 2 is 1: 2, the pressure atmosphere is in the range of 133 Pa (1000 mTorr) or more. The SiN film can be etched at a high speed of about 6000 / min or more. And, in the range of 267 Pa (2000 mTorr) or less, which is close to the experimental range, it is considered that a sufficiently high etching rate can be realized without a sharp decrease in the etching rate. Further, when the volume ratio of COF 2 and O 2 exceeds 3:20, it is considered that COF 2 becomes too small and etching is hardly performed even if the pressure is increased. Note that a preferable range of the volume ratio of COF 2 and O 2 is, for example, a range of about 1: 2 to 3:20.

S 被処理基板
1a TFT部
1b コンタクト部
101 レジスト膜
102 開口部
103 コンタクトホール
17 パッシベーション膜
2 プラズマエッチング装置
3 載置台
4 上部電極
45 エッチングガス供給部
46 酸素供給部
51 真空ポンプ
511 圧力調節弁
6 制御部
S Substrate 1a TFT part 1b Contact part 101 Resist film 102 Opening part 103 Contact hole 17 Passivation film 2 Plasma etching apparatus 3 Mounting table 4 Upper electrode 45 Etching gas supply part 46 Oxygen supply part 51 Vacuum pump 511 Pressure control valve 6 Control Part

Claims (5)

上部から下部へ向かって開口面積が徐々に小さくなる開口部を備えたレジストパターンの下層側に形成された被処理基板上の窒化シリコン膜をプラズマエッチングする方法であって、
前記被処理基板を処理容器内に搬入する工程と、
この処理容器内に六フッ化硫黄と酸素との混合ガスを供給し、当該混合ガスを133Pa以上、200Pa以下の範囲内の圧力雰囲気下でプラズマ化して、前記窒化シリコン膜をエッチングする工程と、を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。
A method of plasma etching a silicon nitride film on a substrate to be processed formed on a lower layer side of a resist pattern having an opening that gradually decreases in area from the top to the bottom,
Carrying the substrate to be processed into a processing container;
Supplying a mixed gas of sulfur hexafluoride and oxygen into the processing vessel, converting the mixed gas into a plasma under a pressure atmosphere in a range of 133 Pa or more and 200 Pa or less, and etching the silicon nitride film; A plasma etching method comprising:
前記混合ガスは、六フッ化硫黄と酸素との体積比が1:6以上、1:20以下の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマエッチング方法。   2. The plasma etching method according to claim 1, wherein the mixed gas has a volume ratio of sulfur hexafluoride to oxygen within a range of 1: 6 or more and 1:20 or less. 上部から下部へ向かって開口面積が徐々に小さくなる開口部を備えたレジストパターンの下層側に形成された被処理基板上の窒化シリコン膜をプラズマエッチングする方法であって、
前記被処理基板を処理容器内に搬入する工程と、
この処理容器内に二フッ化カルボニルと酸素との混合ガスを供給し、当該混合ガスを133Pa以上、267Pa以下の範囲内の圧力雰囲気下でプラズマ化して、前記窒化シリコン膜をエッチングする工程と、を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。
A method of plasma etching a silicon nitride film on a substrate to be processed formed on a lower layer side of a resist pattern having an opening that gradually decreases in area from the top to the bottom,
Carrying the substrate to be processed into a processing container;
Supplying a mixed gas of carbonyl difluoride and oxygen into the processing vessel, converting the mixed gas into a plasma under a pressure atmosphere within a range of 133 Pa or more and 267 Pa or less, and etching the silicon nitride film; A plasma etching method comprising:
前記混合ガスは、二フッ化カルボニルと酸素との体積比が1:2以上、3:20以下の範囲内であることを特徴とする請求項3に記載のプラズマエッチング方法。   The plasma etching method according to claim 3, wherein the mixed gas has a volume ratio of carbonyl difluoride to oxygen within a range of 1: 2 or more and 3:20 or less. エッチングにより形成される前記窒化シリコン膜の開口部が、上部から下部へ向かって開口面積が徐々に小さくなる形状であることを特徴とする請求項1または3に記載のプラズマエッチング方法。   4. The plasma etching method according to claim 1, wherein the opening of the silicon nitride film formed by etching has a shape in which the opening area gradually decreases from the upper part toward the lower part.
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