JP2017183713A

JP2017183713A - エッチング方法

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Publication number: JP2017183713A
Application number: JP2017045576A
Authority: JP
Inventors: 彰一村上; Shoichi Murakami
Original assignee: SPP Technologies Co Ltd
Current assignee: SPP Technologies Co Ltd
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2037-03-10
Also published as: JP6824074B2

Abstract

【課題】インジウム含有層を含む基板を高速且つ低温でエッチングできるエッチング方法を提供する。
【解決手段】塩素含有ガス及び酸素ガスを処理チャンバ内に供給し、これら各ガスをプラズマ化し、生成されたプラズマによって、インジウム含有層を含む基板をエッチングし、インジウム含有層にエッチング構造を形成する方法において、塩素含有ガス及び酸素ガスの総流量に占める酸素ガスの流量の比率が３％以上３５％以下となるように、処理チャンバ内に塩素含有ガス及び酸素ガスを供給し、基板の温度を３０℃以上１５０℃以下に調整する。
【選択図】図４

Description

本発明は、インジウム含有層を含む基板をエッチングする方法に関し、特に、塩素含有ガス及び酸素ガスを処理ガスとして用いて、前記基板をエッチングする方法に関する。

インジウム含有層を含む基板、例えば、リン化インジウム（ＩｎＰ）基板は、その電子移動度の高さを利用した高周波デバイスや、適正な格子定数及びバンドギャップに着目した半導体レーザなどに実用化されている。この実用化においては、基板に所定の幅や深さ、形状を有した溝や穴（エッチング構造）を高精度に形成することが求められるため、一般的に、基板に対してプラズマエッチング処理を施す手法が用いられる。

インジウム含有層を含む基板に対してプラズマエッチング処理を施す方法としては、例えば、特開２００４−２３５４０５号公報（特許文献１）に開示されたドライエッチング方法が提案されている。

上記特許文献１に開示されたドライエッチング方法は、第１層にＩｎＰ、第１層の下層にヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）からなる第２層が形成された基板をエッチングする方法であり、基板を配設した真空容器内に塩素原子と酸素原子とを含むガス（例えば、塩化水素ガス及び酸素ガス）を供給してプラズマを発生させ、基板に対してプラズマエッチング処理を施すようになっており、塩素原子と酸素原子とを含むガスを用いることで、ＩｎＧａＡｓに対するＩｎＰのエッチング選択比を高くするようにしている。

また、インジウム含有層を含む基板に対してプラズマエッチング処理を施す方法としては、上記特許文献１に開示されたものの他、特許文献２や特許文献３に開示された方法なども提案されている。更に、塩素ガスを含む処理ガスを用いて、ＩＣＰプラズマによりＩｎＰ基板をエッチングする方法（非特許文献１）も提案されている。

特開２００４−２３５４０５号公報特開２００９−１１７５３７号公報国際公開第２０１０／０１６２４９号パンフレット

チャイニーズフィジックスレターズ（Chinese physics letters）、２００６年、第２３巻、第４号、p. 903-906

ところで、塩素原子を含むガスを用いたＩｎＰのエッチングにおいては、揮発性化合物たる塩化インジウム（ＩｎＣｌ）が生成され、主にこれが揮発することによってエッチングが進行するため、ＩｎＣｌが十分に揮発する温度（２００℃程度）まで基板を加熱するのが一般的である。実際に、特許文献２には、塩素ガスを用いてＩｎＰをエッチングする場合、ＩｎＰと塩素ガスとの反応生成物である塩化インジウムの蒸気圧が低いため、適当なエッチングレートを得るには基板温度を２００℃以上に上げることが必要とされると記載されている。

したがって、上記特許文献１には基板の温度について言及されていないものの、当該特許文献１に開示されたドライエッチング方法においても、ＩｎＰのエッチングはＩｎＣｌが揮発することによって進行するため、基板を２００℃程度の高温に加熱しているとも考えられる。

しかしながら、このように考えた場合、基板を高温に加熱するためには、高温まで加熱可能なヒータ等の設備が必要となり、エッチング装置のコストが嵩むという問題がある。

更に、基板を高温に加熱する場合、耐熱性の問題からレジストマスクを使用することが難しく、耐熱性の高いメタルマスクを使用する必要がある。しかしながら、メタルマスクを使用する場合には、メタルマスク形成工程を行う分だけレジストマスクが使用できる場合よりも工程数が増えるため、コストが高くなり、生産効率も悪くなる。

ところで、上記特許文献３には、塩素ガスなどを含む混合ガスを用いたＩｎＰ基板のエッチングにおいて、ＩｎＰ基板のエッチングレートがおよそ１５００ｎｍ／ｍｉｎであることが開示されており、この値は、一般的なＩｎＰのエッチングレートであると考えられる。しかしながら、上記特許文献１に開示されたドライエッチング方法について精査すると、ＩｎＰのエッチングレートは最大でも３００ｎｍ／ｍｉｎ程度であり、この値は、一般的なＩｎＰのエッチングレートと比較すると極端に低い値である。

ここで、非特許文献１の図１には、塩素ガス、メタンガス及び水素ガスを用い、室温下においてＩｎＰ基板をエッチングした際のエッチングレートとＩＣＰパワーとの関係が示されており、同図からは次のことが分かる。即ち、室温下において、塩素ガスを含む処理ガスを用いたエッチング処理をＩｎＰ基板に施した場合、ＩＣＰパワーや処理チャンバ内の圧力によって多少の影響は受けるものの、エッチングレートの値は、高くても８００ｎｍ／ｍｉｎ程度（圧力を４ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰパワーを１２００Ｗとした場合）、条件次第では１００ｎｍ／ｍｉｎ以下（圧力を１５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰパワーを２００Ｗとした場合）という極めて低い値になる可能性があることが分かる。

つまり、非特許文献１の開示内容に鑑みれば、塩素ガスを含む処理ガスを用い、室温下においてＩｎＰ基板をエッチングした場合のエッチングレートは、温度以外の条件によっても多少変動するものの、基本的に、上述したＩｎＰの一般的なエッチングレートよりも低くなる傾向にあることが明らかである。そのため、塩素ガスを含む処理ガスを用いてＩｎＰ基板をエッチングした際のエッチングレートが上記一般的なエッチングレートよりも低い場合には、温度を室温以下に調整した状態でＩｎＰをエッチングしていると考えるのが自然である。

したがって、ＩｎＰのエッチングレートの最大値が３００ｎｍ／ｍｉｎ程度である上記特許文献１に開示されたドライエッチング方法においては、基板を２００℃以上の高温に加熱していると考えるよりも、むしろ、室温以下の極端に低い温度（例えば２０℃程度の低温）に調整してエッチングを行っていると考えるのが自然であると言える。しかしながら、このように考えた場合、上述したように、一般的な場合と比較して、ＩｎＰのエッチングレートが極端に低いため、エッチングに要する時間が長く、生産効率が悪いという点が問題となる。

このように、上記特許文献１に開示されたドライエッチング方法には、基板を高温でエッチングすること、或いは、低温でエッチングすることに起因した種々の問題があり、インジウム含有層を含む基板を高速且つ低温でエッチングすることができない。

本発明は以上の実情に鑑みなされたものであり、インジウム含有層を含む基板を低温で高速エッチングすることができるエッチング方法の提供を、その目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、
塩素含有ガス及び酸素ガスを処理チャンバ内に供給し、該各ガスをプラズマ化し、生成されたプラズマによって、インジウム含有層を含む基板をエッチングし、前記インジウム含有層にエッチング構造を形成する方法において、
前記塩素含有ガス及び酸素ガスの総流量に占める酸素ガスの流量の比率が３％以上３５％以下となるように、前記処理チャンバ内に前記塩素含有ガス及び酸素ガスを供給し、
前記基板の温度を３０℃以上１５０℃以下に調整するエッチング方法に係る。

このエッチング方法においては、塩素含有ガス及び酸素（Ｏ_２）ガスを用いるようにしていることで、各ガス由来の反応種（ＣｌやＯ）とインジウム含有層に含まれるインジウムとが反応して、塩化インジウム（ＩｎＣｌ）、過塩素酸インジウム（Ｉｎ（ＣｌＯ_４）_３）及び酸化インジウム（ＩｎＯ）が生成される。尚、前記塩素含有ガスとしては、塩素ガス及び塩化水素ガスを例示することができる。

ここで、本願発明者らの実験によって得られた知見によると、前記Ｉｎ（ＣｌＯ_４）_３は、ＩｎＣｌよりも揮発性が高いため、圧力等の条件が同じであればＩｎＣｌよりも低温で揮発する。したがって、基板の温度をＩｎＣｌが揮発し難い温度に調整した場合であっても、Ｉｎ（ＣｌＯ_４）_３が生成されることによって、このＩｎ（ＣｌＯ_４）_３が揮発し、適当なエッチングレートで基板のエッチングが進行する。これに対して、前記ＩｎＯは、ＩｎＣｌ及びＩｎ（ＣｌＯ_４）_３と比較して、蒸気圧が極端に低く、物理的なエッチングでなければほとんど除去されないため、ＩｎＯの生成量が増加するとエッチングレートは低下する。

そして、本願発明者らの実験結果によると、図４に示すように、基板の温度が３０℃以上１５０℃以下、即ち、ＩｎＣｌが揮発し易い温度より低い場合には、酸素ガスの流量比率とエッチングレートとの間に非線形関係がある。このように、酸素ガスの流量比率とエッチングレートとが非線形の関係となるのは、酸素ガスの流量比率が０％から徐々に増加するにつれて、Ｉｎ（ＣｌＯ_４）_３の生成量が増加し、これが揮発するためエッチングレートが徐々に高くなるが、酸素ガスの流量比率が更に高くなると、ＩｎＯの生成量が増加するためエッチングレートが徐々に低くなることによると考えられる。

そこで、上記エッチング方法においては、塩素含有ガス及び酸素ガスの総流量に占める酸素ガスの流量の比率が３％以上３５％以下となるように、処理チャンバ内に塩素含有ガス及び酸素ガスを供給するようにして、基板の温度が３０℃以上１５０℃以下において、良好なエッチングレートでエッチングが適切に進行するようにしている。

このように、上記エッチング方法においては、塩素含有ガス及び酸素ガスの総流量に占める酸素ガスの流量の比率を３％以上３５％以下にするとともに、基板の温度を３０℃以上１５０℃以下に調整することで、インジウム含有層を含む基板を高速且つ低温でエッチングすることができる。したがって、耐熱性の低いレジストマスクをエッチングマスクとして使用して基板をエッチングすることができ、工程数を少なくしてコストを抑えつつ生産効率を向上させることができ、更に、基板を高温に加熱するための設備等を必要としないため、エッチング装置のコストを抑えることができる。また、低温でも良好なエッチングレートが得られるため、生産効率の低下という問題も生じない。

ところで、上記特許文献１に開示されたドライエッチング方法においては、ガスに含まれる酸素原子の割合を所定範囲内にすることで、ＩｎＧａＡｓのエッチングレートが極端に低下し、ＩｎＧａＡｓに対するＩｎＰの選択比が高くなるが、ＩｎＧａＡｓのエッチングレートだけでなく、ＩｎＰのエッチングレートも低下しており、各エッチングレートは、酸素原子の割合が増加するにつれて徐々に低下している。即ち、当該引用文献１に開示されたドライエッチング方法は、酸素原子の割合とエッチングレートとの間に線形関係があり、本発明に係るエッチング方法とは、明らかに傾向が異なる。

そして、このように、ＩｎＰやＩｎＧａＡｓのエッチングレートが、酸素原子の割合を増加させるにつれて徐々に低下するのは、ＩｎＣｌが揮発し易い温度、或いは、Ｉｎ（ＣｌＯ_４）_３が極めて揮発し難い温度に基板温度を調整する場合であると考えられる。

即ち、基板をＩｎＣｌが揮発し易い温度（例えば２００℃程度）に調整してエッチングを行う場合、ＩｎＣｌが十分に揮発するため、酸素原子の割合が増加してＩｎ（ＣｌＯ_４）_３の生成量が増えたとしてもエッチングレートが大きく変化することはなく、ＩｎＯの生成量が増加することによって、エッチングレートは徐々に低下すると考えられる。また、基板をＩｎ（ＣｌＯ_４）_３が極めて揮発し難い温度（例えば２０℃程度）に調整してエッチングする場合、ＩｎＣｌ及びＩｎ（ＣｌＯ_４）_３が極めて揮発し難いため、酸素原子の割合が増加してＩｎ（ＣｌＯ_４）_３の生成量が増えたとしても、エッチングレートが高くなることはなく、ＩｎＯの生成量が増えることによって、エッチングレートが徐々に低下すると考えられる。

これらのことからも、上記特許文献１に開示されたドライエッチング方法においては、基板を２００℃程度の高温、或いは、２０℃程度の低温に調整しているものと推測され、本発明に係るエッチング方法のように、基板温度を３０℃以上１５０℃以下に調整するようにはしていないと考えられる。

また、上述したように、上記特許文献１に開示されたドライエッチング方法においては、酸素原子を含むガスを供給することによって、ＩｎＧａＡｓに対するＩｎＰの選択比（下地選択比）が高くなるものの、ＩｎＰやＩｎＧａＡｓのエッチングレートは低下する。したがって、下地選択比を考慮しなくて良い場合においては、塩素原子と酸素原子と含むガスを用いることにより、下地選択比が高くなるというメリットを享受することなく、ＩｎＰやＩｎＧａＡｓのエッチングレートが低下し、これらを高速でエッチングすることができないという深刻な問題のみが生じることになる。このことからすれば、上記特許文献１に開示されたドライエッチング方法は、そもそも、単一のインジウム含有層のみを含む基板をエッチングすることを想定しておらず、そのような基板をエッチングする方法としては適切でない。

これに対して、上記エッチング方法は、単一のインジウム含有層のみを含む基板をエッチングする場合に特に好適に用いることができ、単一のインジウム含有層を低温で高速エッチングすることができる。尚、上記「単一のインジウム含有層のみを含む基板」とは、２種類以上の異なるインジウム含有層を含む基板、例えば、ＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓ層とからなる基板を含むものではないが、１種類のインジウムを含む層と、１種類以上のインジウムを含まない層とからなる基板を含むものである。

また、一般的に、温度が高くなるにつれてエッチングレートも高くなる傾向があるため、基板をより高速にエッチングするという観点からすると、上記エッチング方法において、前記基板の温度は、５０℃以上１５０℃以下に調整することが好ましい。

また、前記塩素含有ガスは、塩素ガス又は塩化水素ガスと、四塩化ケイ素ガス又は三塩化ホウ素ガスとを含む混合ガスであっても良い。このようにすれば、形成されるエッチング構造の側壁に保護膜（酸化ケイ素やホウ素−塩素化合物）が形成、堆積することにより、当該エッチング構造の形状が悪化するのを防止することができる。尚、保護膜の形成量、堆積量が増え過ぎると、エッチングレートが極端に低下する、或いはエッチングが停止するおそれがある。したがって、適度な量の保護膜を形成、堆積させるために、塩素含有ガス及び酸素ガスの総流量に占める四塩化ケイ素ガス又は三塩化ホウ素ガスの流量の比率を１０％以上３８％以下とすることが好ましい。

以上のように、上記エッチング方法によれば、インジウム含有層を含む基板を高速且つ従来よりも低温でエッチングすることができる。

一実施形態に係るエッチング方法を実施するためのエッチング装置の概略構成を示した断面図である。基台及び温度調整装置を示した断面図である。実施例１及び２並びに比較例１におけるエッチング条件及び実験結果をまとめた表である。Ｏ_２ガスの流量比率に対してエッチングレートをプロットしたグラフである。基板温度に対してエッチングレートをプロットしたグラフである。

以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、インジウム含有層を含む基板として、リン化インジウム（ＩｎＰ）基板Ｋを例にとり、当該ＩｎＰ基板Ｋをエッチングする態様について、以下説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るエッチング方法の実施に用いるエッチング装置１の概略構成を示した図である。

前記エッチング装置１は、閉塞空間を有する処理チャンバ１１と、この処理チャンバ１１内に昇降自在に配設され、ＩｎＰ基板Ｋが載置される基台１５と、この基台１５を昇降させる昇降シリンダ１９と、処理チャンバ１１内に処理ガスを供給するガス供給装置２０と、処理チャンバ１１内に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成装置３０と、基台１５に高周波電力を供給する高周波電源３５と、処理チャンバ１１内の圧力を減圧する排気装置４０と、基台１５及び基台１５に載置されたＩｎＰ基板Ｋの温度を調整する温度調整装置５０とから構成される。

前記処理チャンバ１１は、相互に連通した内部空間を有する上チャンバ１２及び下チャンバ１３から構成され、上チャンバ１２は、下チャンバ１３よりもその内径が小径となるように形成される。

図２に示すように、前記基台１５は、小径部１６ａ及びこの小径部１６ａの下側に設けられ、外周部が外側に張り出した大径部１６ｂからなる円板状の基台本体１６と、当該基台本体１６の小径部１６ａ上に設けられ、上面にＩｎＰ基板Ｋを保持する静電チャック１７と、大径部１６ｂの外周部上面に設けられ、環内部に小径部１６ａ及び静電チャック１７が配置される環状部材１８とから構成され、下チャンバ１３内に配置されている。前記基台本体１６は、その下面に昇降シリンダ１９が接続され、当該基台本体１６の内部には、後述する温度調整装置５０によって熱媒体が供給される空間１６ｃが形成されている。また、前記静電チャック１７は、電極板を一対の絶縁層で挟み込んだものであり、電極板に適宜電圧を印加することにより、ＩｎＰ基板Ｋが静電チャック１７上に吸着保持される。

前記ガス供給装置２０は、塩素含有ガスとして、塩素（Ｃｌ_２）ガス及び四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）ガスをそれぞれ供給するＣｌ_２ガス供給部２１及びＳｉＣｌ_４ガス供給部２２と、酸素（Ｏ_２）ガスを供給するＯ_２ガス供給部２３と、一端が上チャンバ１２の上面に接続し、他端が分岐して前記Ｃｌ_２ガス供給部２１、ＳｉＣｌ_４ガス供給部２２及びＯ_２ガス供給部２３にそれぞれ接続した供給管２５とを備えており、Ｃｌ_２ガス供給部２１、ＳｉＣｌ_４ガス供給部２２及びＯ_２ガス供給部２３から供給管２５を介して、処理チャンバ１１内にＣｌ_２ガス、ＳｉＣｌ_４ガス及びＯ_２ガスを供給する。

前記プラズマ生成装置３０は、所謂誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成する装置であって、上チャンバ１２に配設された環状のコイル３１と、当該コイル３１に高周波電力を供給する高周波電源３２とから構成され、高周波電源３２によってコイル３１に高周波電力を供給することで、上チャンバ１２内に供給されたＣｌ_２ガス、ＳｉＣｌ_４ガス及びＯ_２ガスをプラズマ化する。

また、前記高周波電源３５は、前記基台１５に高周波電力を供給することで、基台１５とプラズマとの間にバイアス電位を与え、Ｃｌ_２ガス、ＳｉＣｌ_４ガス及びＯ_２ガスのプラズマ化により生成されたイオンを、基台１５上に載置されたＩｎＰ基板Ｋに入射させる。

前記排気装置４０は、気体を排気する真空ポンプ４１と、一端が前記真空ポンプ４１に接続し、他端が下チャンバ１３の側面に接続した排気管４２とからなり、この排気管４２を介して、真空ポンプ４１が前記処理チャンバ１１内の気体を排気し、処理チャンバ１１内部を所定圧力に維持する。

前記温度調整装置５０は、熱媒体を利用して、基台１５及びＩｎＰ基板Ｋの温度を調整する装置であり、図２に示すように、一端が分岐し、その分岐した各端部が、載置されるＩｎＰ基板Ｋの裏面と対向するように基台本体１６に接続した第１供給管５１と、一端が前記基台本体１６に形成された空間１６ｃに接続した２本の第２供給管５２と、前記第１供給管５１の他端に接続した第１媒体供給部５３と、前記第２供給管５２の他端に接続した第２媒体供給部５４とから構成されている。尚、本例においては、第１媒体供給部５３から供給された熱媒体が前記第１供給管５１を介して、前記静電チャック１７の上面とＩｎＰ基板Ｋの裏面との間に供給されるようにしている。また、第２媒体供給部５４から供給された熱媒体が前記第２供給管５２の一方を介して前記空間１６ｃ内に供給され、空間１６ｃ内に供給された熱媒体が他方の第２供給管５２を介して第２媒体供給部５４に戻る構成とし、温度管理された熱媒体が図２に図示した矢印方向に循環するようにしている。

この温度調整装置５０によれば、前記第１媒体供給部５３及び第２媒体供給部５４からＩｎＰ基板Ｋを所望の温度に調整するために必要な熱媒体を適宜供給することで、ＩｎＰ基板Ｋを所定の温度に調整することができる。尚、第１媒体供給部５３及び第２媒体供給部５４から供給する熱媒体の種類は特に限定されるものではない。また、各媒体供給部５３，５４から異なる熱媒体を供給するように構成しても良い。また、図示しないが、基台本体１６をヒータで加熱するようにしても良い。尚、この場合、ヒータは、基台本体１６の内部又は表面に取り付ければ良い。

例えば、第１媒体供給部５３から熱媒体たる冷却ガスとしてＨｅガスを供給するとともに、第２媒体供給部５４からフッ素系不活性流体や純水などを供給する。

次に、以上のように構成されたエッチング装置１を用いて、ＩｎＰ基板Ｋに対してエッチング処理を施し、当該ＩｎＰ基板Ｋにエッチング構造を形成する過程を説明する。

まず、ＩｎＰ基板Ｋを処理チャンバ１１内に搬入して基台１５上に載置し、前記温度調整装置５０によって、ＩｎＰ基板Ｋの温度を３０℃以上１５０℃以下の範囲内の所定温度となるように調整し、ＩｎＰ基板Ｋの温度が平衡状態になるまで待機する。尚、ＩｎＰ基板Ｋには、予め所定パターンのレジストマスクが形成されている。また、前記ＩｎＰ基板Ｋの温度は、このＩｎＰ基板Ｋをより高速でエッチングするという観点から、５０℃以上１５０℃以下の範囲内に調整するようにしても良い。

ついで、上記所定の温度で平衡状態に達したＩｎＰ基板Ｋをエッチングする。具体的には、前記各ガス供給部２１，２２，２３から処理チャンバ１１内にＣｌ_２ガス、ＳｉＣｌ_４ガス及びＯ_２ガスをそれぞれ供給し、高周波電源３２によってコイル３１に高周波電力を印加し、処理チャンバ１１内に供給した各ガスをプラズマ化する。また、高周波電源３５によって基台１５に高周波電力を印加する。

本例のエッチング方法においては、Ｃｌ_２ガス、ＳｉＣｌ_４ガス及びＯ_２ガスの総流量に占めるＯ_２ガスの流量の比率が３％以上３５％以下となり、且つ前記３種類のガスの総流量に占めるＳｉＣｌ_４ガスの流量の比率が１０％以上３８％以下となるように、各ガスの供給流量を設定した上で、各ガスを処理チャンバ１１内に供給するようにしている。

このようにすることで、各ガス由来のエッチング種（ＣｌやＯ）とＩｎＰ基板中のインジウムとの反応によって、塩化インジウム（ＩｎＣｌ）に加え、これよりも揮発性が高い過塩素酸インジウム（Ｉｎ（ＣｌＯ_４）_３）が生成されるため、ＩｎＣｌが揮発し易い温度よりも基板の温度が低い場合には、Ｉｎ（ＣｌＯ_４）_３が主に揮発することによってＩｎＰ基板Ｋのエッチングが進行してエッチング構造が形成する。

したがって、本例のエッチング方法においては、ＩｎＰ基板Ｋの温度を、ＩｎＣｌが揮発し易い温度よりも低い３０℃以上１５０℃以下に調整した状態で、高いエッチングレートでＩｎＰ基板Ｋがエッチングされる。

また、ＩｎＰ基板Ｋのエッチングと同時に、ＳｉＣｌ_４ガス及びＯ_２ガスに由来する保護膜形成種（ＳｉやＯ）同士の反応によって、エッチング構造の側壁に保護膜が形成されるため、エッチング構造の形状の悪化が抑えられる。

以上のように、本例のエッチング方法においては、従来とは異なり、ＩｎＰ基板Ｋを高速且つ低温でエッチングすることができる、即ち、基板の温度を低温に調整しつつ、良好なエッチングレートで基板をエッチングすることができ、基板を高温に調整した場合に生じる種々の問題も発生しない。

そして、本願発明者らは、コイル印加電力を９００Ｗ、基台に印加するバイアス電力を４００Ｗ、処理チャンバ内の圧力を１Ｐａとするとともに、ＩｎＰ基板の温度を１００℃に調整し、処理チャンバ内に供給するＣｌ_２ガス、ＳｉＣｌ_４ガス及びＯ_２ガスの流量を変えて、ＩｎＰ基板のエッチングレートを測定する実験を行った。図３は、エッチング条件及び実験結果をまとめた表である。尚、Ｃｌ_２ガス、ＳｉＣｌ_４ガス及びＯ_２ガスの各供給流量を、７５ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ及び１０ｓｃｃｍとした場合が実施例１であり、７５ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ及び６５ｓｃｃｍとした場合が実施例２である。また、Ｃｌ_２ガス及びＳｉＣｌ_４ガスの各供給流量を７５ｓｃｃｍ及び５０ｓｃｃｍとした場合が比較例１である。

また、図４は、実施例１及び２並びに比較例１について、前記Ｏ_２ガスの流量比率に対してＩｎＰ基板のエッチングレートをプロットした図である。尚、ＩｎＰ基板の温度が２５０℃及び０℃の場合については、一般的な傾向を表したものである。

図４に示すように、一般的に、ＩｎＰ基板の温度を２５０℃に調整したとすると、Ｏ_２ガスを供給していない（Ｏ_２ガスの流量比率が０％）場合には、生成されたＩｎＣｌが揮発するため良好なエッチングレートが得られるが、Ｏ_２ガスの流量比率が増加するにつれて、ＩｎＯの生成量が増えて、次第にエッチングレートが低下すると考えられる。

また、ＩｎＰ基板の温度を０℃に調整したとすると、この温度ではＩｎＣｌだけでなく、Ｉｎ（ＣｌＯ_４）_３も極めて揮発し難いため、Ｏ_２ガスの流量比率にかかわらず、エッチングレートが極端に低くなると考えられる。

これらと比較して、ＩｎＰ基板の温度を１００℃に調整した場合には、図３及び図４から分かるように、Ｏ_２ガスの流量比率によってエッチングレートが大きく変化し、Ｏ_２ガスの流量比率とエッチングレートとの間に非線形関係がある。

具体的に言うと、Ｏ_２ガスの流量比率が０％の場合（比較例１）には、エッチングレートが１．８５μｍ／ｍｉｎであるのに対し、３％程度になると、エッチングレートがおよそ７μｍ／ｍｉｎに向上し、７％の場合（実施例１）には９μｍ／ｍｉｎ以上の極めて良好なエッチングレートが得られている。これは、流量比率が０％の場合、生成されるＩｎＣｌが揮発し難いためエッチングレートが低くなっているのに対し、流量比率が３％以上となると、Ｉｎ（ＣｌＯ_４）_３が適度に生成され、これが揮発することでエッチングレートが高くなるためだと考えられる。

一方、Ｏ_２ガスの流量比率が３４％の場合（実施例２）には、エッチングレートが７．５４μｍ／ｍｉｎとなっており、Ｏ_２ガスの流量比率が７％の場合と比較して僅かに低下している。これは、蒸気圧が極端に低いＩｎＯの生成量が徐々に増加したことによるものであり、Ｏ_２ガスの流量比率を更に高くした場合には、エッチングレートが更に低下していくと考えられる。

これらのことを基に、Ｏ_２ガスの流量比率が０％の場合及び７％の場合について、基板温度とエッチングレートとの関係を表すと図５のようになると考えられる。

Ｏ_２ガスの流量比率が０％の場合には、Ｉｎ（ＣｌＯ_４）_３が生成されないため、エッチングレートはＩｎＣｌの揮発のし易さに依存し、ＩｎＰ基板の温度が１００℃以下であると、ＩｎＣｌが揮発し難くエッチングレートが低くなり、ＩｎＰ基板の温度が１００℃を超えると、徐々にＩｎＣｌが揮発し易くなり、エッチングレートが高くなると考えられる。

これに対して、Ｏ_２ガスの流量比率が７％の場合、エッチングレートはＩｎＣｌ及びＩｎ（ＣｌＯ_４）_３の揮発のし易さに依存する。したがって、ＩｎＰ基板の温度が０℃の場合には、ＩｎＣｌ及びＩｎ（ＣｌＯ_４）_３が共に揮発し難くエッチングレートが低くなるが、ＩｎＰ基板の温度が０℃から１００℃まで徐々に高くなると、主にＩｎ（ＣｌＯ_４）_３が揮発し易くなり、これに伴いエッチングレートが高くなる。そして、ＩｎＰ基板の温度が更に高くなることで、ＩｎＣｌも徐々に揮発し易くなり、エッチングレートがより高くなると考えられる。

以上のことから、塩素含有ガス及び酸素ガスを用いて、単一のインジウム含有層のみを含む基板をエッチングする際に、酸素ガスの流量比率を３％以上３５％以下とすることで、基板を３０℃以上１５０℃以下の温度に調整した状態で、基板を高速でエッチングできることは明らかである。

以上、本発明の具体的な実施の形態について説明したが、本発明の採り得る態様は何らこれに限定されるものではない。

例えば、上例においては、塩素含有ガスとして、主にエッチングに寄与するＣｌ_２ガスと、主に保護膜の形成に寄与するＳｉＣｌ_４ガスとを用いたが、エッチングに寄与するガスとしては、Ｃｌ_２ガスの他、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを用いることができ、保護膜の形成に寄与するガスとしては、ＳｉＣｌ_４ガスの他、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）ガスを用いることができる。また、必ずしも、エッチングに寄与するガスと保護膜の形成に寄与するガスとの２種類を塩素含有ガスとして使用する必要はなく、主にエッチングに寄与するガスのみを用いるようにしても良い。

また、上例では、単一のインジウム含有層のみを含む基板をエッチングするようにしているが、これに限られるものではなく、種類の異なる複数のインジウム含有層を含む基板をエッチングするようにしても、上記と同様に、各インジウム含有層を低温で高速エッチングすることができる。

更に、上例では、単一のインジウム含有層のみを含む基板をＩｎＰ基板としているが、当該単一のインジウム含有層のみを含む基板としては、ＩｎＰ基板の他、ＩｎＧａＡｓ基板や、シリコン（Ｓｉ）基板やヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板上にＩｎＰ層やＩｎＧａＡｓ層が形成された基板を例示することができる。

また、上例においては、表面に所定パターンのレジストマスクが形成されたＩｎＰ基板をエッチングするようにしているが、基板に形成されるエッチングマスクはメタルマスクでもあっても良い。但し、メタルマスクを使用する場合は、レジストマスクを使用する場合よりもメタルマスクの形成に要する工程が増えるため、レジストマスクを使用する場合よりもコストが増加し、生産効率も低下する。

１エッチング装置
１１処理チャンバ
１５基台
２０ガス供給装置
２１Ｃｌ_２ガス供給部
２２ＳｉＣｌ_４ガス供給部
２３Ｏ_２ガス供給部
３０プラズマ生成装置
３１コイル
３２高周波電源
３５高周波電源
４０排気装置
５０温度調整装置

Claims

塩素含有ガス及び酸素ガスを処理チャンバ内に供給し、該各ガスをプラズマ化し、生成されたプラズマによって、インジウム含有層を含む基板をエッチングし、前記インジウム含有層にエッチング構造を形成する方法において、
前記塩素含有ガス及び酸素ガスの総流量に占める酸素ガスの流量の比率が３％以上３５％以下となるように、前記処理チャンバ内に前記塩素含有ガス及び酸素ガスを供給し、
前記基板の温度を３０℃以上１５０℃以下に調整することを特徴とするエッチング方法。
前記基板は、単一のインジウム含有層のみを含むことを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
前記基板の温度を５０℃以上１５０℃以下に調整することを特徴とする請求項１又は２記載のエッチング方法。
前記塩素含有ガスは、塩素ガス又は塩化水素ガスであることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかのエッチング方法。
前記塩素含有ガスは、塩素ガス又は塩化水素ガスと、四塩化ケイ素ガス又は三塩化ホウ素ガスとであることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかのエッチング方法。
前記塩素含有ガス及び酸素ガスの総流量に占める前記四塩化ケイ素ガス又は三塩化ホウ素ガスの流量の比率が１０％以上３８％以下となるように、前記処理チャンバ内に前記塩素含有ガス及び酸素ガスを供給することを特徴とする請求項５記載のエッチング方法。