JP2018026507A - プラズマエッチング方法およびプラズマエッチングシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜を塩素含有ガスでプラズマエッチングしてソース電極およびドレイン電極を形成する際に、パーティクルの発生を抑制することができ、また、下地の酸化物半導体膜のロスを抑制することができる技術を提供する。【解決手段】第１プラズマエッチング装置にて、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜の上層Ｔｉ膜およびＡｌ膜を、塩素含有ガスを用いて第１プラズマエッチングし、次いで、第２プラズマエッチング装置にて、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜の下層Ｔｉ膜を、フッ素含有ガスを用いて第２プラズマエッチングし、次いで、第２プラズマエッチング装置により、Ｏ２ガスのプラズマ、またはＯ２ガスおよびフッ素含有ガスのプラズマを用いて、コロージョン抑制のための後処理を行う。【選択図】図４

Description

本発明は、プラズマエッチング方法およびプラズマエッチングシステムに関する。
ＦＰＤ（Flat Panel Display）に使用される薄膜トランジスター（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）は、ガラス基板などの基板上に、ゲート電極やゲート絶縁膜、半導体層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。
例えば、チャネルエッチ型のボトムゲート側構造のＴＦＴを製造するにあたっては、ガラス基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、酸化物半導体膜を順次形成した後、酸化物半導体膜の上に、金属膜を形成し、その後、その金属膜をプラズマエッチングすることにより、ソース電極およびドレイン電極を形成する。ソース電極およびドレイン電極となる金属膜としてはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜が多用されており、その場合のエッチングガスとして塩素含有ガス、例えばＣｌ２ガスが用いられる（例えば特許文献１、２）。
また、特許文献１には、塩素含有ガスによる電極のコロージョン対策として、塩素含有ガスでエッチング後のチャンバー内にＯ２ガス、またはＯ２ガスおよびＣＦ４ガス等のフッ素系ガスを供給することが記載されている。
さらに、特許文献２には、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜をＣｌ２ガスによりエッチングした後に、チャンバー内にＯ２ガスを供給することで、エッチングによりダメージを受けたレジスト膜を除去することが記載されている。
特開２０１５−１７３１５９号公報 特開２０１５−７６４８７号公報
しかし、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜をＣｌ２ガスによりエッチングした後、チャンバー内にＯ２ガス、またはＯ２ガスおよびＣＦ４ガスを導入する場合には、例えばエッチングにより生成されたＡｌ含有化合物とＯ２ガスまたはＣＦ４ガスとが反応して多量のパーティクルが発生してしまう。
また、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜をＣｌ２ガス等の塩素含有ガスによりエッチングすると、オーバーエッチングの際に下地の酸化物半導体膜がエッチングされてしまい、酸化物半導体膜のロスが多くなってしまう。
したがって、本発明は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜を塩素含有ガスでプラズマエッチングしてソース電極およびドレイン電極を形成する際に、パーティクルの発生を抑制することができ、また、下地の酸化物半導体膜のロスを抑制することができるプラズマエッチング方法を提供することを課題とする。また、このようなプラズマエッチング方法を行うプラズマエッチングシステムを提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、酸化物半導体からなる半導体膜と、その上に形成された、下層Ｔｉ膜、Ａｌ膜、および上層Ｔｉ膜を積層してなるＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜とを有する基板において、前記Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、基板を第１プラズマエッチング装置の処理容器内に搬入し、前記Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜の前記上層Ｔｉ膜および前記Ａｌ膜を、塩素含有ガスを用いて第１プラズマエッチングする工程と、次いで、前記第１プラズマエッチング後の基板を、第２プラズマエッチング装置の処理容器内に搬入し、前記Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜の前記下層Ｔｉ膜を、フッ素含有ガスを用いて第２プラズマエッチングする工程と、前記第２プラズマエッチング後の基板を、前記第２プラズマエッチング装置の前記処理容器内に保持したまま、Ｏ２ガスのプラズマ、またはＯ２ガスおよびフッ素含有ガスのプラズマを用いて、コロージョン抑制のための後処理を行う工程とを有することを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
本発明の第２の観点は、酸化物半導体からなる半導体膜と、その上に形成された、下層Ｔｉ膜、Ａｌ膜、および上層Ｔｉ膜を積層してなるＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜とを有する基板において、前記Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜をプラズマエッチングするプラズマエッチングシステムであって、前記基板を収容する処理容器を有し、前記処理容器内で、前記Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜の前記上層Ｔｉ膜および前記Ａｌ膜を、塩素含有ガスを用いて第１プラズマエッチングする第１プラズマエッチング装置と、前記基板を収容する処理容器を有し、前記第１プラズマエッチング後に前記Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜の前記下層Ｔｉ膜を、フッ素含有ガスを用いて第２プラズマエッチングするとともに、前記第２プラズマエッチング後の前記基板に対し、Ｏ２ガスのプラズマ、またはＯ２ガスおよびフッ素含有ガスのプラズマを用いて、コロージョン抑制のための後処理を行う第２プラズマエッチング装置と、前記第１プラズマエッチング装置と前記第２プラズマエッチング装置が接続され、その中が真空に保持されるとともに、その中に設けられた搬送機構により真空を保持したまま前記第１プラズマエッチング装置と前記第２プラズマエッチング装置との間で前記基板を搬送する真空搬送室とを有することを特徴とするプラズマエッチングシステムを提供する。
上記第１および第２の観点において、前記塩素含有ガスとしてＣｌ２ガスを用いることができる。また、前記フッ素含有ガスとしてＣＦ４ガスを用いることができる。
前記第１プラズマエッチング装置は、処理容器内で基板載置台の上に前記基板を載置し、前記基板の周囲にアルミニウム製の犠牲材を配置した状態でプラズマエッチングを行う構成とすることができる。
前記第１プラズマエッチング装置および前記第２プラズマエッチング装置は、誘導結合プラズマによりプラズマエッチングを行う構成とすることができる。
上記第２の観点のプラズマエッチングシステムにおいて、前記真空搬送室に、前記第１プラズマエッチング装置が３台、前記第２プラズマエッチング装置が２台接続されている構成とすることが好ましい。
本発明によれば、第１プラズマエッチング装置では、Ｏ２ガスやフッ素含有ガスを用いないので、処理容器内でのＡｌＯｘやＡｌＦｘの発生を抑制することができ、また、第２プラズマエッチング装置では、処理容器内にはＡｌを含有するエッチングにともなう反応副生成物は存在せず、Ａｌは基板の付着分のみであるので、やはりチャンバー内でのＡｌＯｘやＡｌＦｘを抑制することができる。このため、処理容器で発生するパーティクルを著しく低減することができる。
また、第１プラズマエッチング装置では、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜の上層Ｔｉ膜およびＡｌ膜のみをエッチングし、下層Ｔｉ膜を残存させるので、酸化物半導体からなる半導体膜が塩素含有ガスにより直接エッチングされることはなく、また、下層Ｔｉ膜は第２プラズマエッチング装置によりフッ素含有ガスによりエッチングされ、酸化物半導体はフッ素含有ガスに対して耐性を有するので、第２プラズマエッチング装置においても酸化物半導体からなる半導体膜のエッチングは抑制される。したがって、酸化物半導体からなる半導体膜の削れ量を少なくすることができる。
本発明の一実施形態に係る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システムを示す概略平面図である。 図１のシステムに搭載された第１プラズマエッチング装置を示す断面図である。 図１のシステムに搭載された第２プラズマエッチング装置を示す断面図である。 図１のプラズマエッチングシステムにより実施される発明の一実施形態に係るプラズマエッチング方法を示すフローチャートである。 図１のプラズマエッチングシステムにより実施される発明の一実施形態に係るプラズマエッチング方法を示す工程断面図である。 プラズマエッチング装置の他の例の要部を示す部分断面図である。 プラズマエッチング装置の他の例におけるＡｌ製犠牲材の効果を確認するための実験を説明するための図である。 Ａｌ製犠牲材の効果を示す図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜プラズマエッチングシステム＞
まず、本発明の一実施形態が適用されるプラズマエッチングシステムについて説明する。図１は本発明の一実施形態に係る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システムを示す概略平面図である。
図１に示すように、プラズマエッチングシステム１００は、マルチチャンバタイプであり、真空搬送室１０と、ロードロック室２０と、３つの第１プラズマエッチング装置３０と、２つの第２プラズマエッチング装置４０とを有している。第１プラズマエッチング装置３０および第２プラズマエッチング装置４０は、所定の減圧雰囲気下で処理が行われる。真空搬送室１０は平面形状が六角形であり、ロードロック室２０と、３つの第１プラズマエッチング装置３０と、２つの第２プラズマエッチング装置４０とは、真空搬送室１０の各壁部にゲートバルブＧを介して連接されている。ロードロック室２０の外側には、矩形状の基板Ｓを収容するキャリア５０が配置されている。
これら２つのキャリア５０の間には、搬送機構６０が設けられており、この搬送機構６０は上下２段に設けられたピック６１（１つのみ図示）、およびこれらを一体的に進出退避および回転可能に支持するベース６２を有している。
真空搬送室１０は、所定の減圧雰囲気に保持することが可能であり、その中には、真空搬送機構７０が設けられている。そして、この真空搬送機構７０により、ロードロック室２０、３つの第１プラズマエッチング装置３０、および第２プラズマエッチング装置４０の間で基板Ｓが搬送される。真空搬送機構７０は旋回可能および上下動可能なベース７１上に２つ基板搬送アーム７２（１つのみ図示）が前後動可能に設けられている。
ロードロック室２０は、大気雰囲気にあるキャリア５０と減圧雰囲気にある真空搬送室１０との間で基板Ｓの授受を行うためのものであり、真空雰囲気と大気雰囲気とを短時間で切り替えることができるようになっている。ロードロック室２０は、基板収容部が上下２段に設けられており、各基板収容部内には基板Ｓがポジショナー（図示せず）により位置合わせされるようになっている。
プラズマエッチングシステム１００は、さらに制御部８０を有している。制御部８０は、ＣＰＵおよび記憶部を備えたコンピュータで構成されており、プラズマエッチングシステム１００の各構成部（真空搬送室１０、ロードロック室２０、第１プラズマエッチング装置３０、第２プラズマエッチング装置４０、搬送機構６０、真空搬送機構７０の各構成部）は、記憶部に記憶された処理レシピ（プログラム）に基づいて所定の処理が行われるように制御される。処理レシピは、ハードディスク、コンパクトディスク、半導体メモリ等の記憶媒体に格納されている。
［第１プラズマエッチング装置］
次に、第１プラズマエッチング装置３０について詳細に説明する。
図２は第１プラズマエッチング装置３０を示す断面図である。第１プラズマエッチング装置３０は、後述するように、基板ＳのＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜のＡｌ膜までをエッチングするためのものであり、例えば、内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる角筒形状の気密な本体容器１０１を有する。この本体容器１０１は分解可能に組み立てられており、接地されている。本体容器１０１は、誘電体壁１０２により上下に区画されており、上側がアンテナ室を画成するアンテナ容器１０３となっており、下側が処理室を画成するチャンバー（処理容器）１０４となっている。誘電体壁１０２はチャンバー１０４の天井壁を構成しており、Ａｌ2Ｏ3等のセラミックス、石英等で構成されている。
本体容器１０１におけるアンテナ容器１０３の側壁１０３ａとチャンバー１０４の側壁１０４ａとの間には内側に突出する支持棚１０５が設けられており、この支持棚１０５の上に誘電体壁１０２が載置される。
誘電体壁１０２の下側部分には、処理ガス供給用のシャワー筐体１１１が嵌め込まれている。シャワー筐体１１１は、複数本のサスペンダ（図示せず）により本体容器１０１の天井に吊された状態となっている。
このシャワー筐体１１１は導電性材料、例えばその内面または外面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。このシャワー筐体１１１には水平に伸びるガス流路１１２が形成されており、このガス流路１１２には、下方に向かって延びる複数のガス吐出孔１１２ａが連通している。
一方、誘電体壁１０２の上面中央には、このガス流路１１２に連通するようにガス供給管１２１が設けられている。ガス供給管１２１は、本体容器１０１の天井からその外側へ貫通し、分岐管１２１ａ、１２１ｂに分岐されている。分岐管１２１ａには、塩素含有ガス、例えば塩素ガス（Ｃｌ２ガス）を供給する塩素含有ガス供給源１２２が接続されている。また、分岐管１２１ｂには、パージガスや希釈ガスとして用いられる、Ａｒガス、Ｎ２ガス等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給源１２３に接続されている。塩素含有ガスはエッチングガスおよびドライクリーニングガスとして用いられる。分岐管１２１ａ，１２１ｂにはマスフローコントローラ等の流量制御器やバルブシステムが設けられている。
ガス供給管１２１、分岐管１２１ａ，１２１ｂ、塩素含有ガス供給源１２２、不活性ガス供給源１２３、ならびに流量制御器およびバルブシステムは処理ガス供給機構１２０を構成する。
第１プラズマエッチング装置３０においては、処理ガス供給機構１２０から供給された塩素含有ガスが、シャワー筐体１１１内に供給され、その下面のガス吐出孔１１２ａからチャンバー１０４内へ吐出され、基板ＳのＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜のエッチングが行われる。塩素含有ガスとしては、Ｃｌ２ガスが好適であるが、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガス、四塩化炭素（ＣＣｌ４）ガス等を用いることもできる。
アンテナ容器１０３内には、高周波（ＲＦ）アンテナ１１３が配設されている。高周波アンテナ１１３は、銅やアルミニウム等の良導電性の金属からなるアンテナ線１１３ａを環状や渦巻状等の従来用いられる任意の形状に配置して構成される。複数のアンテナ部を有する多重アンテナであってもよい。高周波アンテナ１１３は絶縁部材からなるスペーサ１１７により誘電体壁１０２から離間している。
アンテナ線１１３ａの端子１１８にはアンテナ容器１０３の上方へ延びる給電部材１１６が接続されている。給電部材１１６の上端には、給電線１１９が接続されており、給電線１１９には整合器１１４および高周波電源１１５が接続されている。そして、高周波アンテナ１１３に、高周波電源１１５から周波数が例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給されることにより、チャンバー１０４内に誘導電界が形成され、この誘導電界によりシャワー筐体１１１から供給された処理ガスがプラズマ化され、誘導結合プラズマが生成される。
チャンバー１０４内の底壁には、額縁状をなす絶縁体からなるスペーサ１２６を介して、基板Ｇを載置する基板載置台１３０が設けられている。基板載置台１３０は、上述したスペーサ１２６の上に設けられた、基材１３１と、基材１３１の上に設けられた静電チャック１３２と、基材１３１および静電チャック１３２の側壁を覆う絶縁体からなるシールドリング１３３とを有している。基材１３１および静電チャック１３２は基板Ｓの形状に対応した矩形状をなし、基板載置台１３０の全体が四角板状または柱状に形成されている。スペーサ１２６およびシールドリング１３３は、アルミナ等の絶縁性セラミックスで構成されている。
静電チャック１３２は、基材１３１の表面に形成されたセラミックス溶射膜からなる誘電体層１４５と、誘電体層１４５の内部に設けられた吸着電極１４６とを有する。吸着電極１４６は板状、膜状、格子状、網状等種々の形態をとることができる。吸着電極１４６には、給電線１４７を介して直流電源１４８が接続されており、吸着電極１４６に直流電圧が印加されるようになっている。吸着電極１４６への給電は、スイッチ（図示せず）でオンオフされるようになっている。吸着電極１４６に直流電圧を印加することにより、クーロン力やジョンセン・ラーベック力等の静電吸着力が発生し基板Ｓが吸着される。静電チャック１３２の誘電体層１４５としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やイットリア（Ｙ２Ｏ３）等を用いることができる。
基材１３１には、給電線１５１を介してバイアス印加用の高周波電源１５３が接続されている。また、給電線１５１の基材１３１と高周波電源１５３の間には整合器１５２が設けられている。高周波電源１５３は基材１３１上の基板Ｓにイオンを引き込むためのものであり、５０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲の周波数が用いられ、例えば３．２ＭＨｚである。
なお、基板載置台１３０の基材１３１内には、基板Ｓの温度を制御するための温調機構および温度センサー（いずれも図示せず）が設けられている。また、基板載置台１３０に基板Ｓが載置された状態で、基板Ｓと基板載置台１３０との間に熱伝達のための伝熱ガス、例えばＨｅガスを供給する伝熱ガス供給機構（図示せず）が設けられている。さらに、基板載置台１３０には、基板Ｓの受け渡しを行うための複数の昇降ピン（図示せず）が静電チャック１３２の上面に対して突没可能に設けられており、基板Ｓの受け渡しは、静電チャック１３２の上面から上方に突出した状態の昇降ピンに対して行われる。
チャンバーの側壁１０４ａには、基板Ｓをチャンバー１０４に対して搬入出するための搬入出口１５５が設けられており、搬入出口１５５はゲートバルブＧによって開閉可能となっている。ゲートバルブＧを開にすることにより、真空搬送室１０内に設けられた真空搬送機構７０により搬入出口１５５を介して基板Ｓの搬入出が可能となる。
チャンバー１０４の底壁の縁部または隅部には複数の排気口１５９（２つのみ図示）が形成されており、各排気口１５９には排気機構１６０が設けられている。排気機構１６０は、排気口１５９に接続された排気配管１６１と、排気配管１６１の開度を調整することによりチャンバー１０４内の圧力を制御する自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）１６２と、チャンバー１０４内を排気配管１６１を介して排気するための真空ポンプ１６３とを有している。そして、真空ポンプ１６３によりチャンバー１０４内が排気され、プラズマエッチング処理中、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）１６２の開度を調整することによりチャンバー１０４内を所定の真空雰囲気に設定、維持する。
［第２プラズマエッチング装置］
次に、第２プラズマエッチング装置４０について詳細に説明する。
図３は第２プラズマエッチング装置４０を示す断面図である。第２プラズマエッチング装置４０は、後述するように、基板ＳのＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜の下層のＴｉ膜のエッチングと、コロージョン抑制のための後処理を行うためのものである。第２プラズマエッチング装置４０は、処理ガス供給機構１２０の代わりに処理ガス供給機構２２０が設けられている他は、図２の第１プラズマエッチング装置３０と同じ構成を有している。したがって、図２と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
処理ガス供給機構２２０は、ガス供給管２２１と、本体容器１０１の上方外側でガス供給管２２１から分岐する分岐管２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃと、分岐管２２１ａに接続された、Ｏ２ガスを供給するＯ２ガス供給源２２２と、分岐管２２１ｂに接続された、フッ素含有ガス、例えば四フッ化炭素ガス（ＣＦ４ガス）を供給するフッ素含有ガス供給源２２３と、分岐管２２１ｃに接続された、パージガスや希釈ガスとしてＡｒガス、Ｎ２ガス等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給源２２４とを有する。ガス供給管２２１は、図２の第１プラズマエッチング装置３０のガス供給管１２１と同様、シャワー筐体１１１のガス流路１１２に接続されている。
第２プラズマエッチング装置４０においては、処理ガス供給機構２２０から供給されたフッ素含有ガスが、シャワー筐体１１１内に供給され、その下面のガス吐出孔１１２ａからチャンバー１０４内へ吐出され、基板ＳのＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜の下層のＴｉ膜のエッチングが行われる。また、エッチング後、処理ガス供給機構２２０から供給されたＯ２ガス、またはＯ２ガスおよびフッ素含有ガスが同様にチャンバー１０４内へ吐出され、コロージョン抑制のための後処理が行われる。フッ素含有ガスとしては、ＣＦ４ガスが好適であるが、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、三フッ化窒素（ＮＦ３）等を用いることもできる。
［プラズマエッチング方法］
次に、以上のプラズマエッチングシステム１００により実施される発明の一実施形態に係るプラズマエッチング方法について、図４のフローチャートおよび図５の工程断面図を参照して説明する。
ここでは、まず、図５（ａ）に示すように、被エッチング膜であるＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜を有する基板Ｓを準備する（ステップ１）。基板Ｓはチャネルエッチ型のボトムゲート型構造のＴＦＴを形成するためのものである。具体的には、ガラス基体１上にゲート電極２が形成され、その上にゲート絶縁膜３を介してＩＧＺＯ等の酸化物半導体からなる半導体膜４が形成され、その上にソース電極およびドレイン電極となるＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜５が形成されている。Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜５は、上層Ｔｉ膜５ａと、下層Ｔｉ膜５ｃと、これらの間に設けられたＡｌ膜５ｂとを有している。Ａｌ膜５ｂは、Ａｌ単体であってもよいし、Ａｌ−Ｓｉ等のＡｌ合金であってもよい。上層Ｔｉ膜５ａおよび下層Ｔｉ膜５ｃの膜厚は３０〜１００ｎｍ程度であり、Ａｌ膜５ｂの膜厚は３００〜１０００ｎｍ程度である。Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜５の上には、エッチングマスクとしてフォトレジスト層６が形成されている。この基板Ｓはキャリア５０に収容される。
以上のような基板Ｓをキャリア５０から搬送機構６０により取り出し、ロードロック室２０に搬送し、真空搬送室１０内の真空搬送機構７０がロードロック室２０から基板Ｓを受け取って第１プラズマエッチング装置３０へ搬送し、第１プラズマエッチング装置３０にて、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜５の上層Ｔｉ膜５ａおよびＡｌ膜５ｂを塩素含有ガス、例えばＣｌ２ガスを用いてプラズマエッチングする（ステップ２、図５（ｂ））。
以下、ステップ２のプラズマエッチングについて具体的に説明する。
第１プラズマエッチング装置３０においては、まず、排気機構１６０によってチャンバー１０４内を真空搬送室１０に適合する圧力に調整し、ゲートバルブＧを開放して搬入出口１５５から真空搬送機構７０によって基板Ｓをチャンバー１０４内に搬入し、基板載置台１３０上に基板Ｓを載置させる。真空搬送機構７０をチャンバー１０４から退避させた後、ゲートバルブＧを閉じる。
この状態で、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）１６２によりチャンバー１０４内の圧力を所定の真空度に調整するとともに、処理ガス供給機構１２０からシャワー筐体１１１を介して、処理ガスとしてエッチングガスである塩素含有ガス、例えばＣｌ２ガスをチャンバー１０４内に供給する。塩素含有ガスに加えて希釈ガスとしてＡｒガス等の不活性ガスを供給してもよい。
このとき、基板Ｓは、静電チャック１３２により吸着され、温調機構（図示せず）により温調される。
次いで、高周波電源１１５から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を高周波アンテナ１１３に印加し、これにより誘電体壁１０２を介してチャンバー１０４内に均一な誘導電界を形成する。このようにして形成された誘導電界により、塩素含有ガスのプラズマが生成される。このようにして生成された、高密度の誘導結合プラズマにより、基板ＳのＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜５のうち、上層Ｔｉ膜５ａおよびＡｌ膜５ｂがエッチングされる。
そして、所定の方法でエッチングの終点が検出された時点でエッチングを終了する。
このステップ２のエッチングが終了した後、真空搬送機構７０により、第１プラズマエッチング装置３０から基板Ｓを取り出し、第２プラズマエッチング装置４０へ搬送し、第２プラズマエッチング装置４０にて、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜５の下層Ｔｉ膜５ｃをフッ素含有ガス、例えばＣＦ４ガスを用いてプラズマエッチングする（ステップ３、図５（ｃ））。
以下、ステップ３のプラズマエッチングについて具体的に説明する。
第２プラズマエッチング装置４０において、まず、排気機構１６０によってチャンバー１０４内を真空搬送室１０に適合する圧力に調整し、ゲートバルブＧを開放して搬入出口１５５から真空搬送機構７０によって基板Ｓをチャンバー１０４内に搬入し、基板載置台１３０上に基板Ｓを載置させる。真空搬送機構７０をチャンバー１０４から退避させた後、ゲートバルブＧを閉じる。
この状態で、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）１６２によりチャンバー１０４内の圧力を所定の真空度に調整するとともに、処理ガス供給機構２２０からシャワー筐体１１１を介して、処理ガスとしてエッチングガスであるフッ素含有ガス、例えばＣＦ４ガスをチャンバー１０４内に供給する。フッ素含有ガスに加えて希釈ガスとしてＡｒガス等の不活性ガスを供給してもよい。
このとき、基板Ｓは、静電チャック１３２により吸着され、温調機構（図示せず）により温調される。
次いで、高周波電源１１５から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を高周波アンテナ１１３に印加し、これにより誘電体壁１０２を介してチャンバー１０４内に均一な誘導電界を形成する。このようにして形成された誘導電界により、フッ素含有ガスのプラズマが生成される。このようにして生成された、高密度の誘導結合プラズマにより、基板ＳのＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜５のうち、下層Ｔｉ膜５ｃがエッチングされる。
そして、所定の方法でエッチングの終点が検出された時点でエッチングを終了する。
このステップ３のエッチングが終了した後、第２プラズマエッチング装置４０のチャンバー１０４内の基板載置台１３０に基板Ｓを保持したまま、チャンバー１０４内に処理ガスとしてＯ２ガス、またはＯ２ガスおよびフッ素含有ガス（例えばＣＦ４ガス）を供給してコロージョン抑制のための後処理を行う（ステップ４、図５（ｄ））。
以下、ステップ４の後処理について具体的に説明する。
第２プラズマエッチング装置４０でのステップ３のプラズマエッチングの後、チャンバー１０４内を排気機構１６０にて真空排気する。その際、必要に応じて不活性ガス供給源２２４からＡｒガス等の不活性ガスを供給してチャンバー内をパージしてもよい。その後、チャンバー１０４内の圧力を所定の真空度に調整するとともに、処理ガス供給機構２２０からシャワー筐体１１１を介して、後処理ガスとして、Ｏ２ガス、またはＯ２ガスとフッ素含有ガス（例えばＣＦ４ガス）をチャンバー１０４内へ供給する。これらに加えて希釈ガスとしてＡｒ等の不活性ガスを供給してもよい。
そして、高周波電源１１５から高周波電力を高周波アンテナ１１３に印加してチャンバー１０４内に形成された誘導電界により、Ｏ２ガス、またはＯ２ガスとフッ素含有ガスのプラズマが生成され、このようにして生成された誘導結合プラズマにより、プラズマエッチングされた後のコロージョン抑制のための後処理が行われる。このとき、処理ガスとしてＯ２ガスのみでもコロージョン抑制効果があるが、Ｏ２ガスにＣＦ４ガス等のフッ素含有ガスを加えることにより、コロージョン抑制効果をより高めることができる。なお、後処理に用いるフッ素含有ガスとしては、ＣＦ４が好適であるが、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、三フッ化窒素（ＮＦ３）等を用いることもできる。下層Ｔｉ膜５ｃのエッチングの際に用いるフッ素含有ガスと、後処理の際に用いるフッ素含有ガスは同じものであることが好ましい。このように両方のフッ素含有ガスを同じものとすることにより、ガス供給機構を簡素化することができるとともに、エッチングしながらコロージョン抑制の後処理と同じ処理をすることができるので、コロージョン抑制の後処理の時間を短くすることができる。
第２プラズマエッチング装置４０での後処理の後、真空搬送機構７０により基板Ｓを第２プラズマエッチング装置４０のチャンバー１０４から取り出し、ロードロック室２０に搬送し、搬送機構６０によりキャリア５０に戻す。
従来のＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜のプラズマエッチングでは、一つのプラズマエッチング装置のチャンバー内で、Ｃｌ２ガス等のＣｌ含有ガスにより３層を一括してエッチングし、その後、同じチャンバー内でＯ２ガスのプラズマ、またはＯ２ガスとフッ素含有ガスのプラズマにより後処理を行っていた。
この場合、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜を構成するＴｉおよびＡｌがＣｌ２ガスでエッチングされることにより、以下の反応により気体状のＴｉＣｌｘガス（例えばＴｉＣｌ４ガス）およびＡｌＣｌｘガス（例えばＡｌＣｌ３）が生成され、チャンバーから排出される。
Ｔｉ＋Ｃｌ２ → ＴｉＣｌｘ↑
Ａｌ＋Ｃｌ２ → ＡｌＣｌｘ↑
しかし、その後、コロージョン抑制のための後処理の際にＯ２ガスやＣＦ４ガスが供給されると、チャンバー内に残留しているＡｌＣｌｘガスと反応して固体状のＡｌＯｘやＡｌＦｘが生成され、チャンバー内に残留してパーティクルとなり、製品に悪影響を及ぼす。
また、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜をＣｌ２ガス等の塩素含有ガスにより一括してエッチングすると、オーバーエッチングの際に下地の酸化物半導体膜がエッチングされてしまい、酸化物半導体膜の削れ量が多くなってしまう。
そこで、本実施形態では、第１プラズマエッチング装置３０において、Ｃｌ含有ガス、例えばＣｌ２ガスによりＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜５のうち、上層Ｔｉ膜５ａおよびＡｌ膜５ｂをエッチングした後、第２プラズマエッチング装置４０において、フッ素含有ガス、例えばＣＦ４ガスによりＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜５の下層Ｔｉ膜５ｃをエッチングし、その後、第２プラズマエッチング装置４０によりＯ２ガスのプラズマ、またはＯ２ガスとフッ素含有ガスのプラズマにより後処理を行う。
このように、第１プラズマエッチング装置３０では、Ｏ２ガスやフッ素含有ガスを用いないので、チャンバー内でのＡｌＯｘやＡｌＦｘの発生を抑制することができ、また、第２プラズマエッチング装置４０では、チャンバー内にはＡｌを含有するエッチングにともなう反応副生成物は存在せず、Ａｌは基板の付着分のみであるので、やはりチャンバー内でのＡｌＯｘやＡｌＦｘを抑制することができる。このため、チャンバーで発生するパーティクルを著しく低減することができる。
また、第１プラズマエッチング装置３０では、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜５の上層Ｔｉ膜５ａおよびＡｌ膜５ｂのみをエッチングし、下層Ｔｉ膜５ｃを残存させるので、酸化物半導体からなる半導体膜４が塩素含有ガスにより直接エッチングされることはなく、また、下層Ｔｉ膜５ｃは第２プラズマエッチング装置４０によりフッ素含有ガスによりエッチングされ、酸化物半導体はフッ素含有ガスに対して耐性を有するので、第２プラズマエッチング装置４０においても酸化物半導体からなる半導体膜４のエッチングは抑制される。したがって、酸化物半導体からなる半導体膜４の削れ量を少なくすることができる。
さらに、第２プラズマエッチング装置４０において、コロージョン抑制のための後処理を、コロージョン抑制効果の高いＯ２ガスおよびフッ素含有ガスの両方を用いて行う場合に、下層Ｔｉ膜５ｃのエッチングのためのフッ素含有ガスと後処理ガスのためのフッ素含有ガスを同じガスとすることにより、第２プラズマエッチング装置４０のガス供給機構を簡素化することができるとともに、エッチングしながらコロージョン抑制の後処理と同じ処理をすることができるので、コロージョン抑制の後処理の時間を短くすることができる。
さらにまた、第１プラズマエッチング装置３０と第２プラズマエッチング装置４０の２種類の装置にて処理を行うため、生産性の低下が懸念されるが、プラズマエッチングシステム１００は、相対的に処理時間の長いステップ２を行う第１プラズマエッチング装置３０を３台搭載し、合計処理時間がステップ２よりも短いステップ３，４を行う第２プラズマエッチング装置４０を２台搭載することにより、設備が過大となることなく高い生産性を維持することができる。すなわち、従来のシステムでは、第１プラズマエッチング装置３０と同じ構造の一種類のプラズマエッチング装置を３台設けているのみであるが、このように、ステップ２を行う第１プラズマエッチング装置３０を３台搭載し、ステップ３，４を行う第２プラズマエッチング装置４０を２台搭載することにより、設備の増大を最小限に抑えて従来と同等の高い生産性を維持することができる。
＜第１プラズマエッチング装置の他の例＞
次に、第１プラズマエッチング装置の他の例について説明する。
図６は、第１プラズマエッチング装置の他の例の要部を示す部分断面図である。図６の装置の基本構造は、図２のプラズマエッチング装置と同様であるから、図６中、図２と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
ＴＦＴのソース電極およびドレイン電極に用いるＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜は、中央のＡｌ膜が厚く形成されており、したがって、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜のエッチングはＡｌ膜のエッチングがメインとなる。Ａｌ膜を塩素含有ガス、例えばＣｌ２ガスによりエッチングする際には、基板外周のエッチングレートが高くなる傾向にある。すなわち、Ａｌ膜のように反応性の高い膜のエッチングにおいては、未反応のエッチングガスが多く存在する基板の周辺部では、ローディング効果により、基板の周辺部におけるエッチングレートが高くなってしまう。このようなエッチングレートの不均一は、プラズマパワーやガス流量の面内分配ではコントロールが困難であった。
このようにエッチングレートの面内均一が悪いと、長いオーバーエッチングが必要となり、上述のように下層Ｔｉ膜をエッチングしない場合においても、基板外周部においては下層Ｔｉ膜がエッチングされ、酸化物半導体からなる半導体膜にダメージが生じてしまう。
そこで、本例では、図６に示すように、基板Ｓの外周に設けられた額縁状のシールドリング１３３の上に、基板Ｓの外周を囲うようにＡｌ製の犠牲材１７１を配置する。
このようにＡｌ製の犠牲材１７１を基板Ｓの外周に配置することにより、基板外周の余剰の塩素含有ガスを犠牲材１７１に消費させることができ、ローディング効果を抑制して基板外周部のエッチングレートを抑制することが可能となる。これにより、面内エッチング均一性を向上させることができ、オーバーエッチングの時間を短くして、酸化物半導体からなる半導体膜へのダメージをより軽減することができる。
実際に、Ａｌ製犠牲材を用いた場合と用いない場合について、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜のエッチングレートを比較した。Ａｌ製犠牲材を用いた場合については、図７に示すように、素ガラスの角部にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜を形成した基板を載せ、シールドリング上に額縁状のＡｌ製犠牲材を基板から３ｍｍ離して載置し、エッチングした。Ａｌ製犠牲材を用いない場合についても、同様に素ガラスの角部にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜を形成した基板を載せ、エッチングした。エッチング後、Ａｌ製犠牲材を用いた場合と用いない場合それぞれについて、基板の角部から対角線上に沿った複数の箇所においてＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜のエッチングレートを測定した。
その結果を図８に示す。図８は、基板の角部からの距離とＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜のエッチングレートとの関係を示す図である。この図に示すように、Ａｌ製犠牲材を用いた場合は基板エッジ部のエッチングレート（約５００ｎｍ／ｍｉｎ）とエッチングレートが最小となる角部から５０ｍｍの箇所の値（約３５０ｎｍ／ｍｉｎ）の差が約１５０ｎｍ／ｍｉｎであるのに対して、Ａｌ製犠牲材を用いない場合は基板エッジ部のエッチングレート（約１０００ｎｍ／ｍｉｎ）とエッチングレートが最小となる角部から５０ｍｍの箇所の値（約５００ｎｍ／ｍｉｎ）の差が約５００ｎｍ／ｍｉｎとなり、Ａｌ製犠牲材を用いることにより、基板エッジ部のエッチングレートを抑制できることが確認された。
＜他の適用＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく本発明の思想の範囲内で種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、プラズマエッチング装置として誘導結合プラズマエッチング装置を用いた例を示したが、これに限らず、容量結合プラズマエッチング装置やマイクロ波プラズマエッチング装置等の他のプラズマエッチング装置であってもよい。
また、上記実施形態では、プラズマエッチングシステムに第１プラズマエッチング装置を３台、第２プラズマエッチング装置を２台搭載した例を示したが、これらの台数はこれに限るものではなく、要求される生産性に応じて適宜の台数にすればよい。
１；ガラス基体
２；ゲート電極
３；ゲート絶縁膜
４；半導体膜
５；Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜
５ａ；上層Ｔｉ膜
５ｂ；Ａｌ膜
５ｃ；下層Ｔｉ膜
６；フォトレジスト層
１０；真空搬送室
２０；ロードロック室
３０；第１プラズマエッチング装置
４０；第２プラズマエッチング装置
５０；キャリア
６０；搬送機構
７０；真空搬送機構
８０；制御部
１００；プラズマエッチングシステム
１０１；処理容器
１０２；誘電体壁
１０４；チャンバー
１１１；シャワー筐体
１１３；高周波アンテナ
１１５；高周波電源
１２０，２２０；処理ガス供給機構
１３０；基板載置台
１３２；静電チャック
１３３；シールドリング
１６０；排気機構
１７１；犠牲材
Ｓ；基板

Claims (11)

  1. 酸化物半導体からなる半導体膜と、その上に形成された、下層Ｔｉ膜、Ａｌ膜、および上層Ｔｉ膜を積層してなるＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜とを有する基板において、前記Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、
    基板を第１プラズマエッチング装置の処理容器内に搬入し、前記Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜の前記上層Ｔｉ膜および前記Ａｌ膜を、塩素含有ガスを用いて第１プラズマエッチングする工程と、
    次いで、前記第１プラズマエッチング後の基板を、第２プラズマエッチング装置の処理容器内に搬入し、前記Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜の前記下層Ｔｉ膜を、フッ素含有ガスを用いて第２プラズマエッチングする工程と、
    前記第２プラズマエッチング後の基板を、前記第２プラズマエッチング装置の前記処理容器内に保持したまま、Ｏ２ガスのプラズマ、またはＯ２ガスおよびフッ素含有ガスのプラズマを用いて、コロージョン抑制のための後処理を行う工程と
    を有することを特徴とするプラズマエッチング方法。
  2. 前記塩素含有ガスは、Ｃｌ２ガス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。
  3. 前記フッ素含有ガスは、ＣＦ４ガスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
  4. 前記第１プラズマエッチング装置は、処理容器内で基板載置台の上に前記基板を載置し、前記基板の周囲にアルミニウム製の犠牲材を配置した状態でプラズマエッチングを行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
  5. 前記第１プラズマエッチング装置および前記第２プラズマエッチング装置は、誘導結合プラズマによりプラズマエッチングを行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
  6. 酸化物半導体からなる半導体膜と、その上に形成された、下層Ｔｉ膜、Ａｌ膜、および上層Ｔｉ膜を積層してなるＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜とを有する基板において、前記Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜をプラズマエッチングするプラズマエッチングシステムであって、
    前記基板を収容する処理容器を有し、前記処理容器内で、前記Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜の前記上層Ｔｉ膜および前記Ａｌ膜を、塩素含有ガスを用いて第１プラズマエッチングする第１プラズマエッチング装置と、
    前記基板を収容する処理容器を有し、前記第１プラズマエッチング後に前記Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜の前記下層Ｔｉ膜を、フッ素含有ガスを用いて第２プラズマエッチングするとともに、前記第２プラズマエッチング後の前記基板に対し、Ｏ２ガスのプラズマ、またはＯ２ガスおよびフッ素含有ガスのプラズマを用いて、コロージョン抑制のための後処理を行う第２プラズマエッチング装置と、
    前記第１プラズマエッチング装置と前記第２プラズマエッチング装置が接続され、その中が真空に保持されるとともに、その中に設けられた搬送機構により真空を保持したまま前記第１プラズマエッチング装置と前記第２プラズマエッチング装置との間で前記基板を搬送する真空搬送室と
    を有することを特徴とするプラズマエッチングシステム。
  7. 前記塩素含有ガスは、Ｃｌ２ガスであることを特徴とする請求項６に記載のプラズマエッチングシステム。
  8. 前記フッ素含有ガスは、ＣＦ４ガスであることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のプラズマエッチングシステム。
  9. 前記第１プラズマエッチング装置は、前記処理容器内で基板を載置する基板載置台と、基板の周囲に配置されたアルミニウム製の犠牲材とを有することを特徴とすることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマエッチングシステム。
  10. 前記第１プラズマエッチング装置および前記第２プラズマエッチング装置は、誘導結合プラズマを生成するプラズマ生成機構を有することを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマエッチングシステム。
  11. 前記真空搬送室に、前記第１プラズマエッチング装置が３台、前記第２プラズマエッチング装置が２台接続されていることを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマエッチングシステム。
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