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Cl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Oガス、またはOガスおよびCF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Clガスによりエッチングした後に、チャンバー内にO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Clガスによりエッチングした後、チャンバー内にOガス、またはOガスおよびCF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OガスまたはCF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Cl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、Oガスのプラズマ、またはO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、Oガスのプラズマ、またはO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Cl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CF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、O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、Al23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(Cl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、N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、Clガスが好適であるが、三塩化ホウ素(BCl)ガス、四塩化炭素(CCl)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(Al)やイットリア(Y)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、Oガスを供給するO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(CF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、N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Oガス、またはO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、CFガスが好適であるが、六フッ化硫黄(SF)、三フッ化窒素(NF)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Cl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Cl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CF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CF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Oガス、またはOガスおよびフッ素含有ガス(例えばCF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、Oガス、またはOガスとフッ素含有ガス(例えばCF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、Oガス、またはO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Oガスのみでもコロージョン抑制効果があるが、OガスにCF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、CFが好適であるが、六フッ化硫黄(SF)、三フッ化窒素(NF)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、Cl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Oガスのプラズマ、またはO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Cl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TiClガス)およびAlClxガス(例えばAlCl)が生成され、チャンバーから排出される。
Ti+Cl → TiClx↑
Al+Cl → 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OガスやCF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Cl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Cl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CF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Oガスのプラズマ、またはO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、O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O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Cl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、Oガスのプラズマ、またはO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、Cl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、CF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、Oガスのプラズマ、またはO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、Cl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、CF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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