JP2011216550A - エッチング方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置のチャネル部分等のエッチングを効率化し処理タクトを短縮する。
【解決手段】被処理物９を大気圧近傍の圧力の搬送経路１１に沿って連続的に搬送する。搬送経路１１の上流側の位置において、供給ノズル２１からエッチング液を被処理物９に供給し、金属膜９７をウェットエッチングする。続いて、搬送経路１１の下流側の処理空間１９において、フッ素系反応成分及び酸化性反応成分を含むエッチングガスを被処理物９の表面に接触させ、半導体膜９４をドライエッチングする。フッ素系反応成分は、大気圧プラズマにて生成する。被処理物９の搬送速度に応じて、被処理物９が処理空間１９を通過する期間中のエッチング深さが、不純物がドープされた膜部分９６の厚さとほぼ等しくなるよう、エッチングレートを設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイ等の半導体装置を製造する際に、基板に形成された膜をエッチングする方法及び装置に関し、特にＴＦＴ（Thin Film Transistor）等のスイッチング素子のチャネルエッチングに適したエッチング方法及び装置に関する。
この種の半導体装置は、成膜、マスキング、エッチング、マスク除去等の工程を反復することにより製造される（特許文献１等参照）。通常、１つのエッチング工程では１種又は同種の膜だけをエッチングする。しかし、例えばＴＦＴのチャネルエッチング工程では、金属膜のエッチングに引き続いて、不純物がドープされた半導体膜をエッチングする。金属膜は、例えば塩酸系等の酸性エッチング液を用いてウェットエッチングする。半導体膜は、例えばフッ素系のエッチングガスを用いてドライエッチングする。
特開２００８−０３３３３７号公報
従来のチャネルエッチングにおける半導体膜のドライエッチングは、真空チャンバー内でのＲＩＥ（Reactive Ion Etching）や真空プラズマエッチングにて行なわれていた。したがって、金属膜のウェットエッチング後の被処理基板を真空チャンバーに収容し、かつ真空チャンバー内の圧力を真空にする作業を要し、更に半導体膜のエッチング終了後は、真空チャンバー内の圧力を大気圧に戻したうえで被処理基板を真空チャンバーから取り出す作業を要し、バッチ処理になっていた。そのため、処理タクトが長くなっていた。
上記課題を解決するため、本発明に係るエッチング方法は、基板に半導体膜と金属膜が順次積層され、前記半導体膜の前記金属膜側の膜部分に不純物がドープされた被処理物の前記金属膜及び前記半導体膜をエッチングする方法であって、
前記被処理物を大気圧近傍の圧力の搬送経路に沿って連続的に搬送する搬送工程と、
前記搬送経路上の位置において、金属に対し溶解性を有するエッチング液を前記被処理物に供給するウェットエッチング工程と、
前記搬送経路上の前記位置より搬送方向の下流の処理空間において、フッ素系反応成分及び酸化性反応成分を含むエッチングガスを前記被処理物の表面に接触させるドライエッチング工程と、
を含み、前記ドライエッチング工程では、フッ素系原料成分を含む原料ガスを大気圧近傍の圧力下でプラズマ化して前記フッ素系反応成分を生成し、かつ前記被処理物の搬送速度に応じて、前記被処理物が前記処理空間を通過する期間中のエッチング深さが、前記不純物がドープされた膜部分の厚さとほぼ等しくなるよう、前記半導体膜に対するエッチングレートを設定することを特徴とする。
被処理物は、搬送経路に沿って連続搬送されることにより、ウェットエッチング工程を行なう位置を通過し、続いてドライエッチング工程を行なう位置すなわち処理空間を通過する。前記搬送経路の圧力は大気圧近傍である。したがって、前記搬送経路に含まれる前記ウェットエッチング工程を行なう位置及び前記処理空間の圧力は大気圧近傍である。
被処理物が前記ウェットエッチング工程を行なう位置を通過する時、エッチング液が被処理物のマスクされていない部分（非マスク部分）の金属膜と接触してエッチング反応が起き、金属膜がウェットエッチングされる。これにより、非マスク部分の半導体膜が露出する。
続いて、被処理物が前記処理空間を通過する時、エッチングガスが上記非マスク部分の半導体膜に接触してエッチング反応が起きる。詳細には、半導体膜を構成するシリコンが、酸化性反応成分によって酸化され、更にフッ素系反応成分によってＳｉＦ４等の揮発性成分に変換される。これにより、非マスク部分の半導体膜がドライエッチングされる。前記エッチングレートの設定によって、被処理物が前記処理空間を１回通過すると、半導体膜のうち、不純物がドープされた金属膜側の膜部分がエッチングされるようにできる。不純物がドープされていない基板側の膜部分はエッチングされずに残置される。これにより、チャネル部分を形成できる。
本発明に係るエッチング装置は、基板に半導体膜と金属膜が順次積層され、前記半導体膜の前記金属膜側の膜部分に不純物がドープされた被処理物の前記金属膜及び前記半導体膜をエッチングする方法であって、
前記被処理物を大気圧近傍の圧力の搬送経路に沿って連続的に搬送する搬送工程と、
前記搬送経路上の位置において、金属に対し溶解性を有するエッチング液を前記被処理物に供給するウェットエッチング工程と、
前記搬送経路上の前記位置より搬送方向の下流の処理空間において、フッ素系反応成分及び酸化性反応成分を含むエッチングガスを前記被処理物の表面に接触させるドライエッチング工程と、
を含み、前記ドライエッチング工程では、フッ素系原料成分を含む原料ガスを大気圧近傍の圧力下でプラズマ化して前記フッ素系反応成分を生成し、かつ前記被処理物の搬送速度に応じて、前記被処理物が前記処理空間を通過する期間中のエッチング深さが、前記不純物がドープされた膜部分の厚さとほぼ等しくなるよう、前記半導体膜に対するエッチングレートを設定することを特徴とする
搬送機構によって被処理物を大気圧近傍の圧力の搬送経路に沿って連続搬送する。
すると、先ず、被処理物は、搬送経路上の供給ノズルが配置された位置を通過する。この通過時、エッチング液が被処理物の非マスク部分の金属膜と接触してエッチング反応が起き、金属膜が大気圧近傍の圧力下でウェットエッチングされる。これにより、非マスク部分の半導体膜が露出する。
被処理物は、引き続き搬送経路に沿って移動し、大気圧プラズマエッチング部の処理空間を通過する。前記搬送経路の圧力は大気圧近傍である。したがって、前記搬送経路に含まれる前記処理空間の圧力は大気圧近傍である。前記処理空間では、エッチングガスが前記非マスク部分の半導体膜に接触してエッチング反応が起きる。前記エッチングレートの設定によって、被処理物が前記処理空間を１回通過すると、半導体膜のうち、不純物がドープされた金属膜側の膜部分がエッチングされるようにできる。不純物がドープされていない基板側の膜部分はエッチングされずに残置される。これにより、チャネル部分を形成できる。
好ましくは、前記被処理物が前記処理空間を通過する期間中のエッチング深さが前記不純物がドープされた膜部分の厚さをわずかに超える深さとなるよう、前記半導体膜に対するエッチングレートを設定する。したがって、ドライエッチング工程が終了すると、不純物がドープされていない膜部分が一部エッチングされた状態で露出することが好ましい。
ＴＦＴの性能に影響を与えない範囲で、前記被処理物が前記処理空間を通過する期間中のエッチング深さが前記不純物がドープされた膜部分の厚さよりわずかに小さい程度になるよう、前記半導体膜に対するエッチングレートを設定してもよい。その場合、ドライエッチング工程の終了時、不純物がドープされた膜部分が僅かに残置される。
本発明のエッチング方法及びエッチング装置においては、半導体膜のドライエッチングについても、金属膜のウェットエッチングと同じく、大気圧近傍の搬送経路上で実行される。被処理物をドライエッチングのために真空チャンバーに移載する必要がなく、移載作業及び真空チャンバーの圧力設定作業が不要であり、バッチ処理を回避できる。したがって、処理タクトを短縮できる。真空チャンバー等の真空装置及び移載機構が不要であるから、設備を簡素化できる。
前記エッチングガスの流量又は前記フッ素系反応成分若しくは前記酸化性反応成分の濃度を調節することにより、前記エッチングレートの設定を行なうことが好ましい。
前記エッチングガスの流量を増やすと、前記エッチングレートを高くできる。前記エッチングガスの流量を減らすと、前記エッチングレートを低くできる。前記エッチングガス中の前記フッ素系反応成分濃度又は前記酸化性反応成分濃度を増やすと、前記エッチングレートを高くできる。前記フッ素系反応成分濃度又は前記酸化性反応成分濃度を減らすと、前記エッチングレートを低くできる。
少なくとも一対の電極にて前記プラズマ化を行ない、更に前記電極の対の数を調節することにより、前記エッチング深さが、前記不純物がドープされた膜部分の厚さとほぼ等しくなるようにしてもよい。
前記電極の対の数を増やすと、前記エッチングガスの流量を増やすことができる。或いは、処理空間の前記搬送経路に沿う路長を大きくして、被処理物がエッチングガスと接触する時間（ドライエッチング工程の反応時間）を長くできる。したがって、エッチング深さを大きくできる。
前記電極の対の数を減らすと、前記エッチングガスの流量を減らすことができる。或いは、処理空間の前記搬送経路に沿う路長を短くして、前記ドライエッチング工程の反応時間を短くできる。したがって、エッチング深さを小さくできる。
前記大気圧プラズマエッチング部は、所謂リモート式のプラズマ処理装置であることが好ましい。すなわち、前記放電空間が前記処理空間から離れて配置され、前記放電空間から延びる吹出し路が、前記画成部の前記搬送機構を向く面に達して前記処理空間に連なっていることが好ましい。これにより、被処理物が放電空間のプラズマ電界によって損傷するのを防止できる。大気圧近傍下でのリモート式プラズマ処理では、等方的にエッチングされる傾向があるが、後述する水素含有凝縮性成分の原料ガスへの添加量を調節することによって、半導体膜のエッチングプロファイルを制御できる。
前記大気圧プラズマエッチング部が、所謂ダイレクト式のプラズマ処理装置であってもよい。すなわち、前記電極間に形成される放電空間が前記処理空間を構成し、放電空間（処理空間）に被処理物を通すようになっていてもよい。
前記原料ガス中のフッ素系原料成分としては、ＰＦＣ（パーフルオロカーボン）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）が挙げられる。ＰＦＣとしては、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ３Ｆ８等が挙げられる。ＨＦＣとしては、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ等が挙げられる。フッ素系原料成分として、ＳＦ６、ＮＦ３、ＸｅＦ２等のＰＦＣ及びＨＦＣ以外のフッ素含有化合物を用いてもよい。
前記原料ガスが、水素含有凝縮性成分を更に含むことが好ましい。これにより、放電空間においてフッ化水素（ＨＦ）等のフッ素系反応成分を確実に形成できる。前記エッチングガスは、前記原料ガスのうち前記放電空間で分解されなかった水素含有凝縮性成分を含む。
水素含有凝縮性成分は、水素を含み、かつドライエッチングの温度条件及び圧力条件（大気圧近傍）では凝縮性を有する成分である。水素含有凝縮性成分として、水（Ｈ２Ｏ）を用いることが好ましい。例えば加湿器又は気化器を用いて水を気化させて水蒸気とし、この水蒸気を前記原料ガスに添加する。水素含有凝縮性成分として、水に代えて、ＯＨ含有化合物、過酸化水素水等を用いてもよい。ＯＨ含有化合物としては、アルコールが挙げられる。
前記エッチングガス中の酸化性反応成分としては、オゾン（Ｏ３）、酸素（Ｏ２）、酸素ラジカル、Ｈ２Ｏ２、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ等が挙げられる。前記酸化性反応成分として、オゾンを用いることがより好ましい。例えば、オゾナイザーにてオゾンを生成し、このオゾン含有ガスをエッチングガスに混合してもよい。或いは、前記原料ガスに酸素（Ｏ２）を含ませることにより、前記放電空間においてオゾン、酸素ラジカル等を生成してもよい。或いは、前記原料ガス用の放電空間とは別の放電空間にて酸素ガスをプラズマ化して、オゾン、酸素ラジカル等を生成し、このオゾン、酸素ラジカル等を含む酸化性反応成分含有ガスを前記エッチングガスに混合してもよい。
前記水素含有凝縮性成分が水であり、前記酸化性反応成分がオゾンであることが好ましい。
ドライエッチング工程における、半導体膜の被エッチング部分の隅部では、エッチングガスが滞留する。そのため、エッチングガス中に水等の水素含有凝縮性成分が含まれていると、それが凝縮して上記隅部に溜まり易い。この凝縮層がバリアになって、オゾン等の酸化性反応成分が半導体層の被エッチング部分の縁部に接触するのを妨げ、ひいては上記縁部のエッチング反応を妨げる。したがって、エッチングがサイド方向に拡がるのを防止できる。よって、大気圧近傍下のドライエッチングであっても、エッチングの異方性を確保でき、良好なチャネル領域を形成できる。
前記原料ガスが水素含有凝縮性成分を更に含み、かつ前記原料ガス中の前記水素含有凝縮性成分の含有率を調節することにより、前記半導体膜のエッチングプロファイルを制御することにしてもよい。前記大気圧プラズマエッチング部が、前記原料ガスに水素含有凝縮性成分を添加する添加手段を更に備えていることが好ましい。前記添加手段によって水素含有凝縮性成分の添加量を調節することにより、前記半導体膜のエッチングプロファイルを制御してもよい。
前記原料ガスひいてはエッチングガス中の水素含有凝縮性成分の含有率（又は添加率）を調節することによって、上記被エッチング部分の縁部の形状を制御できる。すなわち、上記含有率（又は添加率）を増やすと上記被エッチング部分の縁部に溜まる凝縮層の量が増える。よって、エッチング抑制作用が大きくなり、上記被エッチング部分の縁部をなだらかにすることができる。上記含有率（又は添加率）を減らすと上記被エッチング部分の縁部に溜まる凝縮層の量が減る。よって、エッチング抑制作用が小さくなり、上記被エッチング部分の縁部を急峻にすることができる。
前記フッ素系原料成分が、フッ素原子を含有し、かつ水素原子を含有しない水素非含有フッ素系成分であり、前記原料ガスが、前記水素非含有フッ素系成分と、酸素（Ｏ２）と、窒素（Ｎ２）を含み、かつ水等の凝縮性水素含有成分を含んでいなくてもよい。水素非含有フッ素系成分としては、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３Ｆ８等のパーフルオロカーボン（ＰＦＣ）の他、Ｆ２、ＳＦ６、ＮＦ３、ＸｅＦ２等が挙げられる。
この場合、前記原料ガスのプラズマ化によって、酸素含有フッ素系反応成分と酸化窒素（ＮＯｘ）を含み、かつＨＦを殆ど又はまったく含まないエッチングガスを生成できる。酸素含有フッ素系反応成分として、２フッ化カルボニル（ＣＯＦ２）、フッ化酸素（ＯＦ２、Ｏ２Ｆ２）等が挙げられる。酸化窒素は、前記酸化性反応成分を構成する。前記半導体膜を酸化窒素によって酸化でき、更に酸素含有フッ素系反応成分によって揮発成分（ＳｉＦ４）に変換してエッチングできる。
前記エッチングガス成分として、例えば無水フッ化水素を用いてもよい。
ここで、大気圧近傍とは、１．０１３×１０４Ｐａ〜５０．６６３×１０４Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、１．３３３×１０４Ｐａ〜１０．６６４×１０４Ｐａが好ましく、９．３３１×１０４Ｐａ〜１０．３９７×１０４Ｐａがより好ましい。前記エッチング処理は大気圧下で行なうことがより好ましい。
本発明によれば、半導体装置の例えばチャネルエッチングにおいて、金属膜のウェットエッチングに引き続いて、半導体膜のうち不純物がドープされた膜部分を、上記ウェットエッチングと同じ大気圧近傍の圧力下においてドライエッチングできる。互いに異なる二種類の膜のエッチングを、被処理物の連続搬送と併行して順次行なうことができる。よって、処理タクトを短縮できる。
本発明の一実施形態に係るエッチング装置の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う、上記エッチング装置の大気圧プラズマエッチング部の側面断面図である。 半導体装置のＴＦＴの製造工程を、金属膜上にマスキングした状態で示す断面図である。 半導体装置のＴＦＴの製造工程を、上記金属膜の非マスク部分をウェットエッチングした状態で示す断面図である。 半導体装置のＴＦＴの製造工程を、不純物ドープ半導体膜をドライエッチングした状態で示す断面図である。 半導体装置のＴＦＴの一例を示す断面図である。 上記ドライエッチング時のチャネル部分の隅部を拡大して示す断面図である。 ドライエッチング工程後のＴＦＴのチャネル部分の断面の写真である。
以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図４に示すように、例えば液晶表示パネルからなる半導体装置９０は、各画素のスイッチング素子としてＴＦＴを備えている。ＴＦＴは、半導体装置９０の基板９１にゲート配線９２、ゲート絶縁膜９３、半導体膜９４、信号配線９７、パッシペーション膜９８、電極９９を基板９１の側から順次積層することによって構成されている。図において、各層９２〜９９の膜厚は誇張されている。
基板９１は、ガラスである。ガラス基板９１の大きさは、例えば２２００ｍｍ×２５００ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではない。
ゲート配線９２は、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａ等の金属にて構成されている。
ゲート絶縁膜９３は、例えばＳｉＮにて構成されている。
半導体膜９４は、例えばアモルファスシリコンにて構成されている。半導体膜９４の厚さは、例えば２００ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。半導体膜９４は、基板９１側の膜部分９５と、信号配線９７側の膜部分９６とを含む。膜部分９５は、不純物がドープされていない非ドープアモルファスシリコンである。膜部分９６は、Ｐ等の不純物がドープされたｎ型アモルファスシリコンである。ｎ型アモルファスシリコン９６の膜厚は、例えば６０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。
信号配線９７は、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａ等の金属にて構成されている。
パッシペーション膜９８は、例えばＳｉＮ等の絶縁体にて構成されている。
電極９９は、例えばＩＴＯにて構成されている。電極９９が、それと一体をなすコンタクトホール部９９ｃを介して信号配線９７と導通している。
図３（ａ）は、半導体装置９０となるべき被処理物９を、上記信号配線９７となる金属膜の成膜後、チャネル部分を形成する前の状態で示したものである。金属膜９７上にフォトレジスト８からなるマスクが設けられている。図３（ｂ）に示すように、非マスク部分の金属膜９７をウェットエッチングする。引き続いて、図３（ｃ）に示すように、非マスク部分の半導体膜９４をドライエッチングする。
図１に示すように、上記のウェットエッチング及びドライエッチングは、１つのエッチング装置１によって連続的に行なわれる。
エッチング装置１は、搬送機構１０と、ウェットエッチング部２０と、大気圧プラズマエッチング部３０を備えている。搬送機構１０は、例えばコロコンベアやローラーコンベア（図１では簡略して図示）にて構成されている。複数の被処理物９が、搬送機構１０の搬送経路１１に沿って一定の間隔を置いて連続搬送される。搬送速度は、例えば４ｍ／ｍｉｎ程度であるが、これに限定されるものではない。被処理物９の搬送機構１０への供給間隔（タクト）は、例えば４５ｓｅｃ程度であるが、これに限定されるものではない。
搬送機構１０の搬送経路１１は、往路１１ａと、中間路１１ｂと、復路１１ｃを有し、平面視で大略コ字状になっている。往路１１ａ及び復路１１ｃが互いに平行に延びている。中間路１１ｂが往路１１の下流端と復路１１ｃの上流端を繋いでいる。搬送経路１１は、上記に限定されるものではなく、全体が直線状に延びていてもよく、曲線状になっていてもよい。
エッチング装置１には、搬送経路１１に沿って上流側から、ウェットエッチング位置１２、洗浄位置１３、液切位置１４、ドライエッチング位置１５、洗浄位置１６、液切位置１７が順次設定されている。往路１１ａにウェットエッチング位置１２が配置されている。中間路１１ｂに洗浄位置１３が配置されている。復路１１ｃには、液切位置１４、ドライエッチング位置１５、洗浄位置１６、液切位置１７が順次配置されている。
位置１２〜１７は上記順番に並んでいればよく、各位置１２〜１７をどの搬送経路部分１１ａ，１１ｂ，１１ｃに配置するかは適宜変更できる。
エッチング装置１は、大気圧近傍の圧力下に配置されており、好ましくは大気圧下に配置されている。したがって、搬送経路１１ひいては上記各位置１２〜１７の圧力は、大気圧近傍であり、好ましくは大気圧である。エッチング装置１全体をクリーンルーム（チャンバー）に収容し、クリーンルーム内の圧力を大気圧近傍の範囲内で調節してもよい。
ウェットエッチング位置１２にウェットエッチング部２０が設けられている。ウェットエッチング部２０は、供給ノズル２１を備えている。供給ノズル２１は、例えばシャワーノズルにて構成されている。供給ノズル２１が、搬送機構１０の上方に下向きに配置されている。エッチング液供給源（図示省略）からのエッチング液が供給ノズル２１に送られ、供給ノズル２１からシャワー状に吹き出される。エッチング液は、金属に対し溶解性を有するものであり、例えば塩酸系、硫酸系、硝酸系等の薬液が用いられている。
洗浄位置１３には洗浄ノズル４３が設けられている。洗浄ノズル４３は、例えばシャワーノズルにて構成されている。洗浄ノズル４３が、搬送機構１０の上方に下向きに配置されている。洗浄液が洗浄ノズル４３に供給され、洗浄ノズル４３からシャワー状に吹き出される。洗浄液として、例えば水が用いられている。
液切位置１４には、液切ノズル５４が設けられている。液切ノズル５４は、例えばエアナイフノズルにて構成されている。エアナイフノズル５４は、搬送機構１０の上方に下向きに配置されている。エアナイフノズル５４は、液切位置１４における搬送方向と直交する処理幅方向に対し平面視で斜めになっている。ノズル５４からエアナイフ（高圧、高速の帯状気流）が吹き出される。
図１及び図２に示すように、ドライエッチング位置１５には、大気圧プラズマエッチング部３０が設けられている。大気圧プラズマエッチング部３０は、処理ヘッド３１（画成部）を備えている。処理ヘッド３１は、搬送機構１０の上方に架台（図示せず）にて支持されている。処理ヘッド３１の搬送機構１０を向く底面３１ａと搬送機構（コロコンベア）１０との間に処理空間１９が画成されている。処理空間１９は、ドライエッチング位置１５に含まれる。処理空間１９の圧力は、大気圧近傍であり、好ましくは大気圧である。
処理ヘッド３１は、１又は複数（図では２つ）の電極ユニット３２を含む。電極ユニット３２が複数の場合、これら電極ユニット３２は、被処理物９の搬送方向に並べられる。各電極ユニット３２は、一対の電極３３，３３を有している。各電極３３は、ドライエッチング位置１５における搬送方向と直交する処理幅方向に延びている。各電極３３の処理幅方向の長さは、被処理物９の同方向の寸法とほぼ同じかそれより若干大きい。一対の電極３３，３３どうしが、平行に並んでいる。一対の電極３３，３３間に、上記処理幅方向に延びるスリット状の空間３４が形成されている。処理ヘッド３１の底部には、電極間空間３４の下端に連なる吹出し路３５が形成されている。吹出し路３５は、処理幅方向に延びるスリットをなし、かつ処理ヘッド３１の底面３１ａに達して処理空間１９に連なっている。少なくとも片方の電極３３の対向面には固体誘電体層（図示省略）が設けられている。各電極ユニット３２を構成する一対の電極３３，３３のうち一方が電源（図示省略）に接続され、他方が電気的に接地されている。電源は、例えばパルス波状の電力を電極３３に供給する。これにより、一対の電極３３，３３間に大気圧グロー放電が生成され、電極間空間３４が放電空間になる。放電空間３４は、処理空間１９から離れて配置され、かつ吹出し路３５を介して処理空間１９に連なっている。
各電極ユニット３２の電極間空間３４の上端部に原料ガスの供給源２が接続されている。原料ガスは、フッ素系原料成分とキャリア成分を含んでいる。
ここでは、フッ素系原料成分として、ＣＦ４が用いられている。
フッ素系原料成分として、ＣＦ４に代えて、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ３Ｆ８等の他のＰＦＣ（パーフルオロカーボン）を用いてもよく、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ等のＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）を用いてもよく、ＳＦ６、ＮＦ３、ＸｅＦ２等のＰＦＣ及びＨＦＣ以外のフッ素含有化合物を用いてもよい。
キャリアガスは、フッ素系原料成分を搬送する機能の他、フッ素系原料成分を含有するフッ素系原料ガスを希釈する希釈ガスとしての機能、安定したプラズマ放電を生成する放電ガスとしての機能を有している。キャリアガスとしては、例えばヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン等の希ガスや窒素等の不活性ガスが用いられる。ここでは、キャリアガスとして、アルゴンが用いられている。
フッ素系原料ガスには、水素含有凝縮性成分が添加されている。水素含有凝縮性成分としては、水（Ｈ２Ｏ）を用いることが好ましい。水は、加湿器３（添加手段）にて気化されて、フッ素系原料ガスに添加される。
水素含有凝縮性成分は、水の他、ＯＨ基含有化合物や過酸化水素水であってもよく、これらの混合物でもよい。ＯＨ基含有化合物として、アルコールが挙げられる。
フッ素系原料ガス（ＣＦ４＋Ａｒ＋Ｈ２Ｏ）が電極間の大気圧放電空間３４に導入されることにより、各ガス成分が大気圧下においてプラズマ化（分解、励起、活性化、イオン化を含む）され、ＨＦ、ＣＯＦ２等のフッ素系反応成分が生成される。フッ素系反応成分として、ＨＦ、ＣＯＦ２等が挙げられる。ＣＯＦ２は、更に原料ガスの水と反応してＨＦに変換され得る。
更に、処理ヘッド３１には、酸化性反応成分供給源４が接続されている。酸化性反応成分供給源４としてオゾナイザーが用いられている。オゾナイザー４は、酸素を原料にしてオゾン（酸化性反応成分）を生成する。吹出し路３５において、オゾナイザー４からの酸化性反応成分含有ガス（Ｏ２＋Ｏ３）が、放電空間３４からのフッ素系反応成分含有ガスと合流して混合される。これにより、エッチングガスが生成される。エッチングガスは、フッ素系反応成分（ＨＦ等）及び酸化性反応成分（Ｏ３等）を含む。
図示は省略するが、処理ヘッド３１には、処理済みのガスを処理空間１９から吸引して排出する吸引部が設けられている。吸引部の吸引口が、ヘッド底面３１ａに開口されている。
洗浄位置１６には洗浄ノズル４６が設けられている。洗浄ノズル４６は、例えばシャワーノズルにて構成されている。洗浄液が洗浄ノズル４６に供給され、洗浄ノズル４６からシャワー状に吹き出される。洗浄液として、例えば水が用いられている。
液切位置１７には、液切ノズル５７が設けられている。液切ノズル５７は、例えばエアナイフノズルにて構成されている。エアナイフノズル５７は、搬送機構１０の上方に下向きに配置されている。エアナイフノズル５７は、液切位置１７における搬送方向と直交する処理幅方向に対し平面視で斜めになっている。ノズル５７からエアナイフが吹き出される。
上記構成のエッチング装置１によるエッチング方法を説明する。
［搬送工程］
金属膜９７上にフォトレジスト８を形成した被処理物９（図３（ａ））を、１つずつ一定の間隔を置いて搬送経路１１の上流端に順次供給する。各被処理物９を、搬送機構１０によって搬送経路１１に沿って一定の搬送速度で連続搬送する。
［ウェットエッチング工程］
各被処理物９は、先ずウェットエッチング位置１２に導入される。ウェットエッチング位置１２では、エッチング液を供給ノズル２１から吹き出す。このエッチング液が、ウェットエッチング位置１２を通過中の被処理物９の表面に接触する。これにより、非マスク部分の金属膜９７がウェットエッチングされ、半導体膜９４が露出する（図３（ｂ））。なお、図５に誇張して示すように、ウェットエッチングは等方性エッチングであるため、金属膜９７がマスク８の縁よりもサイド方向に深くエッチングされる傾向がある。
［第１洗浄工程］
ウェットエッチング位置１２を通過した被処理物９は、洗浄位置１３に送られる。洗浄位置１３では、洗浄ノズル４３から洗浄水を吹き出す。洗浄水によって、洗浄位置１３を通過中の被処理物９を洗浄し、該被処理物９の表面から上記エッチング液及びエッチング残渣を洗い落とす。
［第１液切工程］
洗浄位置１３を通過した被処理物９は、液切位置１４に送られる。液切位置１４では、ノズル５４からエアナイフを吹き出す。これにより、被処理物９の表面から洗浄水を除去する。
［ドライエッチング工程］
液切位置１４を通過した被処理物９は、ドライエッチング位置１５に導入される。ドライエッチング位置１５では、各電極ユニット３２の電極間空間３４にフッ素系原料ガス（ＣＦ４＋Ａｒ＋Ｈ２Ｏ）を供給するとともに、電界印加によって電極間空間３４に大気圧近傍の圧力下でプラズマ放電を生成する。これにより、フッ素系原料ガスをプラズマ化し、ＨＦ等のフッ素系反応成分を生成する。このフッ素系反応成分含有ガスにオゾナイザー４からのオゾン含有ガス（Ｏ２＋Ｏ３）を混合し、ＨＦ、Ｏ３等の反応成分を含むエッチングガスを生成する。このエッチングガスを吹出し路３５から処理空間１９へ吹き出す。エッチングガスは、処理空間１９を通過中の被処理物９の表面に接触する。これにより、半導体膜９４のエッチング反応が起きる。具体的には、非マスク部分の半導体膜９４を構成するアモルファスシリコンが、エッチングガス中のＯ３にて酸化され、更にＨＦと反応して、揮発性のＳｉＦ４に変換される。
上記ドライエッチング工程において、フッ素系原料成分（ＣＦ４）とキャリア（Ａｒ）の体積流量比は、ＣＦ４：Ａｒ＝５：９５〜２０：８０程度が好ましい。水添加後のフッ素系原料ガス（ＣＦ４＋Ａｒ＋Ｈ２Ｏ）の露点は、０℃〜２０℃程度であることが好ましい。フッ素系原料ガス（ＣＦ４＋Ａｒ＋Ｈ２Ｏ）とオゾン含有ガス（Ｏ２＋Ｏ３）の体積流量比は、（ＣＦ４＋Ａｒ＋Ｈ２Ｏ）：（Ｏ２＋Ｏ３）＝３：１〜１：３程度が好ましい。被処理物９の温度は、１０℃〜５０℃程度にするのが好ましい。これらの条件設定によって、アモルファスシリコンのエッチングレートを比較的高くできる。更には、アモルファスシリコンのＳｉＮに対する選択比を大きくできる。したがって、チャネルエッチング時にＳｉＮ膜９３がエッチングされるのを抑制できる。
上記のドライエッチング工程は、被処理物９を搬送機構１０によって搬送しながら実行する。この被処理物９の搬送速度に応じて、被処理物９が処理空間１９を通過する期間中の半導体膜９４のエッチング深さが、不純物ドープ半導体膜９６の厚さとほぼ等しくなるよう、半導体膜９４に対するエッチングレートを設定する。例えば、エッチングガスの流量又は反応成分（ＨＦ、Ｏ３等）の濃度を調節することにより、上記エッチングレートを制御できる。具体的には、被処理物９が処理空間１９を通過する期間中の半導体膜９４のエッチング深さが、不純物ドープ半導体膜９６の厚さを僅かに超える深さとなるよう、半導体膜９４に対するエッチングレートを設定する。
なお、ＴＦＴの性能に影響を与えない範囲で、上記エッチング深さが、不純物ドープ半導体膜９６の厚さより僅かに小さくなるよう、半導体膜９４に対するエッチングレートを設定してもよい。
エッチングガスの流量を増やすとエッチングレートを高くでき、エッチングガスの流量を減らすとエッチングレートを低くできる。
エッチングガスのＨＦ濃度又はＯ３濃度を増やすとエッチングレートを高くでき、ＨＦ濃度又はＯ３濃度を減らすとエッチングレートを低くできる。エッチングガスのＨＦ濃度は、フッ素系原料ガスのＣＦ４濃度、Ｈ２Ｏの添加流量等を調節することにより制御できる。エッチングガスのＯ３濃度は、オゾン含有ガス（Ｏ２＋Ｏ３）の混合比等を調節することにより制御できる。ＣＦ４濃度、Ｈ２Ｏの添加流量、オゾン含有ガス（Ｏ２＋Ｏ３）の混合比等は、好ましくは上述した好適範囲内で調節する。
更に、電極ユニット３２の並設数を増減させることによって、被処理物９が処理空間１９を通過する期間中の半導体膜９４のエッチング深さが、不純物ドープ半導体膜９６の厚さとほぼ等しくなるようしてもよい。
電極ユニット３２の数を増やすと、エッチングガスの流量を増やすことができる。或いは、処理ヘッド３１の搬送経路１１に沿う寸法を大きくすることもでき、そうすると、処理空間１９の搬送経路１１に沿う路長を大きくでき、ドライエッチングの反応時間を延長できる。
電極ユニット３２の数を減らすと、エッチングガスの流量を減らすことができる。或いは、処理ヘッド３１の搬送経路１１に沿う寸法を小さくすることもでき、そうすると、処理空間１９の搬送経路１１に沿う路長を短くでき、ドライエッチングの反応時間を短縮できる。
これにより、半導体膜９４のエッチングが非ドープ半導体膜９５と不純物ドープ半導体膜９６の境付近まで達したとき、ドライエッチング工程が終了するようにできる。したがって、不純物ドープ半導体膜９６を除去でき、かつ非ドープ半導体膜９５をエッチングせずに残すことができる。これにより、ＴＦＴのチャネル部分を形成できる。
具体的には、半導体膜９４のエッチングが、非ドープ半導体膜９５と不純物ドープ半導体膜９６の境を僅かに越えたとき、ドライエッチング工程が終了するようにできる。したがって、不純物ドープ半導体膜９６を完全に除去でき、非ドープ半導体膜９５が一部エッチングされて露出した状態にすることができる。
なお、図５において一点鎖線にて示すように、真空プラズマによってドライエッチングした場合、反応性イオンが電界に沿って照射されるため、半導体膜９６の被エッチング部分の縁部９６ｅが、レジスト８の縁の直下に位置する。したがって、金属膜９７の縁部９７ｅと半導体膜９６の縁部９６ｅとの間に段差が形成される。
これに対し、本装置１による大気圧近傍のドライエッチングによれば、図５において実線にて示すように、金属膜９７の縁部９７ｅがレジスト８より引っ込んでいても、エッチングガスが拡散して半導体膜９６の露出面の全体に接触するため、半導体膜９６の縁部９６ｅが、金属膜９７の縁部９７ｅに連続する。
更に、半導体膜９６の被エッチング部分における縁部９６ｅの周辺（隅部）では、エッチングガスが滞留する。そのため、エッチングガス中の水が凝縮し易い。この凝縮水ｗがバリアになってオゾンが半導体層９６に接触するのを妨げる。したがって、半導体膜９６がサイド方向にエッチングされるのを抑制でき、縁部９６ｅが金属膜９７の縁部９７ｅより奥に引っ込むのを防止できる。よって、エッチングの異方性を確保でき、良好なチャネル領域を形成できる。さらに、エッチングガス中の水分量を調節することによって、半導体膜９６のエッチングプロファイルを制御できる。具体的には、縁部９６ｅの形状を制御できる。すなわち、エッチングガス中の水分量を増やすと、凝縮水ｗの量が増える。そのため、縁部９６ｅのエッチング抑制作用が大きくなる。よって、図５において二点鎖線に示すように、縁部９６ｅをなだらかにすることができる。エッチングガス中の水分量を減らすと、凝縮水ｗの量が減る。そのため、縁部９６ｅのエッチング抑制作用が小さくなる。よって、図５において三点鎖線に示すように、縁部９６ｅを急峻にすることができる。
発明者が、大気圧プラズマエッチング部３０を用い、下記の条件によってＴＦＴのアモルファスシリコン膜をドライエッチングしたところ、図６に示すように、Ｐ（リン）ドープｎ型アモルファスシリコン膜９６の縁部９６ｅを、金属膜９７の縁に連続する緩やかなスロープ状にすることができた。
フッ素系原料ガス
ＣＦ４： １ｓｌｍ
Ａｒ ： １６ｓｌｍ
Ｈ２Ｏ添加後の露点： １６℃
酸化性反応成分含有ガス
Ｏ２＋Ｏ３： １０ｓｌｍ
Ｏ３濃度： Ｏ３／（Ｏ２＋Ｏ３）＝１０ｖｏｌ％
プラズマ条件
投入電力： ４ｋＷ
電極間印加電圧： Ｖｐｐ＝１３ｋＶ
印加電圧周波数： ２５ｋＨｚ
電極間ギャップ： ３ｍｍ
基板温度： ２５℃
基板サイズ： ６００ｍｍ×７００ｍｍ
ノンドープアモルファスシリコン９５の膜厚： １５０μｍ
Ｐ（リン）ドープｎ型アモルファスシリコン９６の膜厚： ５０μｍ
搬送速度： ４ｍ／ｍｉｎ．
搬送回数： １回
［第２洗浄工程］
ドライエッチング位置１５を通過した被処理物９は、洗浄位置１６に送られる。洗浄位置１６では、洗浄ノズル４６から洗浄水を吹き出す。洗浄水によって、ドライエッチング位置１５を通過中の被処理物９を洗浄し、該被処理物９の表面からドライエッチング工程で生じたエッチング残渣を洗い落とす。
［第２液切工程］
洗浄位置１６を通過した被処理物９は、液切位置１７に送られる。液切位置１７では、ノズル５７からエアナイフを吹き出す。このエアナイフによって被処理物９の表面から洗浄水を除去する。
エッチング装置１によれば、不純物ドープ半導体膜９６のドライエッチングを、金属膜９７のウェットエッチングと同じ大気圧近傍の圧力環境で行なうことができる。したがって、被処理物９を連続搬送しながら、金属膜９７のウェットエッチングに引き続いて、不純物ドープ半導体膜９６のドライエッチングを搬送経路１１上で行なうことができる。ドライエッチング工程を行なう際に、被処理物９を真空チャンバーへ移載して真空チャンバーの内圧を真空にする作業は不要であり、かつドライエッチング工程の終了後に真空チャンバー内の圧力を大気圧に戻して被処理物９を真空チャンバーから取り出す作業は不要であり、バッチ処理を回避できる。したがって、処理タクトを短縮できる。真空チャンバー等の真空装置及び移載機構が不要であるから、設備を簡素化できる。
搬送機構１０の復路１１ｃにドライエッチング位置１５並びに洗浄及び液切位置１６，１７を設けることで、搬送経路１１の空きスペースを有効に利用できる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変をなすことができる。
例えば、本発明の適用は、金属膜及び半導体膜を連続してエッチングするものであればよく、ＴＦＴのチャネルエッチングに限られない。
電極ユニット３２を処理ヘッド３１の外部に配置してもよい。フッ素系原料ガスを処理ヘッド３１から離れた場所でプラズマ化したうえで処理ヘッド３１まで搬送してもよい。
電極ユニット３２の電極構造は、平行平板電極に限られず、同軸円筒電極でもよく、ロール電極の対でもよく、ロール電極と平板電極又は円筒凹面電極の対でもよい。
放電空間３４の圧力が、大気圧近傍の圧力範囲内において、処理空間１９の圧力と異なっていてもよい。放電空間３４の圧力が処理空間１９の圧力より低いときは、ポンプにてエッチングガスを昇圧して処理空間１９に供給するとよい。
原料ガスが水等の凝縮性水素含有成分を含んでいなくてもよい。フッ素系原料成分が、水ＰＦＣ、Ｆ２、ＳＦ６、ＮＦ３、ＸｅＦ２等の水素非含有フッ素系成分であってもよい。更に、原料ガスが、上記水素非含有フッ素系成分と、酸素（Ｏ２）と、窒素（Ｎ２）を含んでいてもよい。この場合、原料ガスを放電空間３４においてプラズマ化することによって、ＮＯｘ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、Ｏ２Ｆ２等の反応成分を生成できる。ｎ型アモルファスシリコン膜９６をＮＯｘにて酸化でき、更にＣＯＦ２、ＯＦ２、Ｏ２Ｆ２等のフッ素系反応成分にてエッチングできる。
大気圧プラズマエッチング部３０は、電極３３，３３間の放電空間３４の外部に被処理物９が配置される所謂リモート式のプラズマ処理装置であったが、大気圧プラズマエッチング部３０が、電極３３，３３間に被処理物９を配置してプラズマを被処理物９に直接照射する所謂ダイレクト式のプラズマ処理装置であってもよい。ダイレクト式のプラズマ処理装置では、放電空間が処理空間になる。
複数対の電極を設置しておき、稼働する電極対の数を不純物ドープ半導体膜９６の厚さに応じて調節してもよい。
酸化性反応成分供給源４は、酸素を原料にして放電によりオゾンを生成する大気圧プラズマ装置であってもよいし、予め生成したオゾンを蓄えたオゾンガスボンベであってもよい。
基板９１は、ガラスに限られず、半導体ウェハ、樹脂フィルム等でもよい。
搬送機構は、コロコンベアに限られず、ロボットアクチュエータ、移動ステージ等でもよい。
本発明は、例えばフラットパネルディスプレイや半導体ウェハ等の半導体装置の製造に適用可能である。
１ エッチング装置
２ フッ素系原料ガス供給源
３ 加湿器（水素含有凝縮性成分添加手段）
４ オゾナイザー（酸化性反応ガス供給源）
８ フォトレジスト（マスク）
９ 被処理物
９０ 半導体装置
９１ 基板
９２ ゲート配線
９３ ゲート絶縁膜
９４ 半導体膜
９５ 非ドープ半導体膜（基板側の膜部分）
９６ 不純物ドープ半導体膜（金属膜側の膜部分）
９６ｅ 被エッチング部分の縁部
９７ 信号配線（金属膜）
９８ パッシペーション膜
９９ ＩＴＯ電極
９９ｃ コンタクトホール部
ｗ 凝縮水
１０ 搬送機構
１１ 搬送経路
１１ａ 往路
１１ｂ 中間路
１１ｃ 復路
１２ ウェットエッチング位置
１３ 洗浄位置
１４ 液切位置
１５ ドライエッチング位置
１６ 洗浄位置
１７ 液切位置
１９ 処理空間
２０ ウェットエッチング部
２１ 供給ノズル
４３ 洗浄ノズル
５４ エアナイフノズル
３０ 大気圧プラズマエッチング部
３１ 処理ヘッド（画成部）
３１ａ 処理ヘッド底面（搬送機構を向く面）
３２ 電極ユニット（電極の対）
３３ 電極
３４ 放電空間
３５ 吹出し路
４６ 洗浄ノズル
５７ エアナイフノズル

Claims (8)

  1. 基板に半導体膜と金属膜が順次積層され、前記半導体膜の前記金属膜側の膜部分に不純物がドープされた被処理物の前記金属膜及び前記半導体膜をエッチングする方法であって、
    前記被処理物を大気圧近傍の圧力の搬送経路に沿って連続的に搬送する搬送工程と、
    前記搬送経路上の位置において、金属に対し溶解性を有するエッチング液を前記被処理物に供給するウェットエッチング工程と、
    前記搬送経路上の前記位置より搬送方向の下流の処理空間において、フッ素系反応成分及び酸化性反応成分を含むエッチングガスを前記被処理物の表面に接触させるドライエッチング工程と、
    を含み、前記ドライエッチング工程では、フッ素系原料成分を含む原料ガスを大気圧近傍の圧力下でプラズマ化して前記フッ素系反応成分を生成し、かつ前記被処理物の搬送速度に応じて、前記被処理物が前記処理空間を通過する期間中のエッチング深さが、前記不純物がドープされた膜部分の厚さとほぼ等しくなるよう、前記半導体膜に対するエッチングレートを設定することを特徴とするエッチング方法。
  2. 前記エッチングガスの流量又は前記フッ素系反応成分若しくは前記酸化性反応成分の濃度を調節することにより、前記エッチングレートの設定を行なうことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 少なくとも一対の電極にて前記プラズマ化を行ない、更に前記電極の対の数を調節することにより、前記エッチング深さが、前記不純物がドープされた膜部分の厚さとほぼ等しくなるようにすることを特徴とする請求項１又は２に記載のエッチング方法。
  4. 前記原料ガスが水素含有凝縮性成分を更に含み、かつ前記原料ガス中の前記水素含有凝縮性成分の含有率を調節することにより、前記半導体膜のエッチングプロファイルを制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のエッチング方法。
  5. 前記水素含有凝縮性成分が水であり、前記酸化性反応成分がオゾンであることを特徴とする請求項４に記載のエッチング方法。
  6. 基板に半導体膜と金属膜が順次積層され、前記半導体膜の前記金属膜側の膜部分に不純物がドープされた被処理物の前記金属膜及び前記半導体膜をエッチングする装置であって、
    前記被処理物を大気圧近傍の圧力の搬送経路に沿って連続的に搬送する搬送機構と、
    前記搬送機構の搬送経路上に配置された供給ノズルを有し、金属に対し溶解性を有するエッチング液を前記供給ノズルから前記被処理物の表面に供給するウェットエッチング部と、
    互いの間に大気圧近傍の放電空間を形成する少なくとも一対の電極と、前記搬送経路上の前記供給ノズルより下流側の位置に処理空間を画成する画成部とを有し、フッ素系原料成分を含む原料ガスを前記放電空間に導入してフッ素系反応成分を生成し、かつ前記フッ素系反応成分及び酸化性反応成分を含むエッチングガスを前記処理空間において前記被処理物の表面に接触させる大気圧プラズマエッチング部と、
    を備え、前記被処理物が前記処理空間を通過する期間中の前記大気圧プラズマエッチング部によるエッチング深さが、前記不純物がドープされた膜部分の厚さとほぼ等しくなるよう、前記半導体膜に対するエッチングレートが設定されていることを特徴とするエッチング装置。
  7. 前記大気圧プラズマエッチング部において、前記放電空間が前記処理空間から離れて配置され、前記放電空間から延びる吹出し路が、前記画成部の前記搬送機構を向く面に達して前記処理空間に連なっていることを特徴とする請求項６に記載のエッチング装置。
  8. 前記大気圧プラズマエッチング部が、前記原料ガスに水素含有凝縮性成分を添加する添加手段を更に備え、前記添加手段によって水素含有凝縮性成分の添加量を調節することにより、前記半導体膜のエッチングプロファイルを制御することを特徴とする請求項６又は７に記載のエッチング装置。
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