JP4127869B2 - Dry etching method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成分にＣＦ3 Ｉを含むエッチングガス等のドライプロセス用ガス、該ガスを用いて、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の導電性酸化物を乾式エッチングする方法、及び乾式エッチングや真空蒸着等の操作を行うことにより汚染した装置内の乾式クリーニングする方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＴＯ薄膜は、液晶ディスプレイの透明電極として広く用いられている。かかる透明電極の形成は、ＩＴＯ薄膜をエッチングすることにより行われるが、従来、このエッチングは湿式法が用いられていた。
しかしながら、湿式法によるエッチングでは、エッチング加工形状が等方的になるため、微細なパターンの加工が困難である。くわえて、大量の廃液を生じ、環境保護の面でも問題があった。
【０００３】
近年、ＩＴＯ薄膜のエッチングは、ヨウ化水素（ＨＩ）ガスを用いる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、或いは、メタン（ＣＨ4 ）ガス及び水素（Ｈ2 ）ガスを用いるＲＩＥが用いられるようになった。
ＨＩを用いるＲＩＥ法は、ＣＨ4 及びＨ2 ガスを用いた場合よりも、エッチング速度が速いという利点がある。しかしながら、特開平０５−２５１４００号公報に記載されているように、ＩＴＯの膜質によってエッチング速度が大きく変動する問題があり、とりわけ、スズと酸素の結合が偏析しているところでは、エッチング速度が低下するといった欠点があった。
【０００４】
この、特開平０５−２５１４００号公報には、ＨＩガスに、還元種としてＨ2 ガスを導入することにより、スズ−ヨウ素結合物質が被エッチング面を覆うのを防ぐと記載されている。
しかしながら、ＨＩガスに還元種としてＨ2 ガスを導入する特開平０５−２５１４００号公報記載の方法においては、エッチング時の温度を８０〜２５０℃で行わなければならないと云う制約がある。これより低い温度では、エッチングが殆ど進行しない為、室温でのエッチングは困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、湿式法で生じるアンダーエッチを防止したエッチング法を提供すること、および、ＨＩガスに還元性ガスを加えた系では不可能な室温での高速なドライエッチング法を提供せんとするものである。
本発明の他の目的は汚染した装置内の乾式クリーニング法を提供することである。
【０００６】
本発明のさらに他の目的は、以下の記載から明らかになるであろう。 本発明は、ＣＦ3 Ｉを含むエッチングガスを用いることで、ＳｎＯ2 、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の導電性酸化膜の室温における高速異方性エッチングを実現できるという本発明者らによる新規な知見( discovery ) にもとづく。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のこれらの課題は、以下の発明により、解決される。
（１） 成分にＣＦ3 Ｉを含むドライプロセス用ガス。
（２） （１）記載のドライプロセスがエッチングプロセスである、成分にＣＦ3 Ｉを含む導電性酸化物のエッチングに適したエッチングガス。
（３） （１）記載のドライプロセスがエッチングプロセスである、成分にＣＦ3 Ｉを含む銅のエッチングに適したエッチングガス。
（４） ＣＦ3 Ｉに含まれる水分含量が、１００ｐｐｍ以下である（２）または（３）記載のエッチングガス。
（５） さらに還元性成分を含む（２）記載のエッチングガス。
（６） 還元性成分が水素である（５）記載のエッチングガス。
（７） さらにフッ素ガス及び／または３フッ化窒素ガスを含む（２）記載のエッチングガス。
（８） （２）、（４）〜（７）の何れかに記載のエッチングガスにより、アルゴン及び／または酸素存在下で、酸化物をエッチングする乾式エッチング方法。
（９） 酸化物がＳｎＯ2 、ＩＴＯ及びＺｎＯから選択される導電性酸化物である（８）記載の乾式エッチング方法。
（１０） 少なくとも真空排気手段、電力印加手段、被エッチング材料導入手段、被エッチング材料保持手段、被エッチング材料排出手段が設備された乾式エッチング装置に、導電性酸化物からなる被エッチング材料を保持し、（２）、（４）〜（７）の何れかに記載の成分にＣＦ3 Ｉを含むエッチングガスを導入し、放電を生起して、エッチングを行う（８）記載の乾式エッチング方法。
（１１） 少なくとも真空排気手段、電力印加手段、被エッチング材料導入手段、被エッチング材料保持手段、被エッチング材料排出手段が設備された乾式エッチング装置に、銅からなる被エッチング材料を保持し、（３）記載の成分にＣＦ3 Ｉを含むエッチングガスを導入し、放電を生起して、エッチングを行う乾式エッチング方法。
（１２） （１）記載のドライプロセスがクリーニングプロセスである、成分にＣＦ3 Ｉを含むクリーニング用ガス。
（１３） ＣＦ3 Ｉに含まれる水分含量が、１００ｐｐｍ以下である（１２）記載のクリーニング用ガス。
（１４） 少なくとも真空排気手段、電力印加手段が設備されたクリーニング装置に、（１２）または（１３）記載の成分にＣＦ3 Ｉを含むクリーニング用ガスを導入し、放電を生起して、クリーニングを行うことを特徴とする乾式クリーニング方法。
（１５） クリーニング装置が、乾式エッチング装置、真空蒸着装置、プラズマＣＶＤ装置またはスパッタリング装置である（１４）記載の乾式クリーニング方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、図面について説明するに、〔図１〕はエッチング処理基材を示す模式図であり、〔図２〕はエッチング加工形状の評価法を示す模式図である。図において、１はマスク（インコネル製）、２は導電性酸化膜層、３は基板、ａは導電性酸化物層溝のトップ長、ｂは導電性酸化物層溝のボトム長を示す。
【０００９】
本発明にかかるドライプロセス用ガスの成分たるＣＦ3 Ｉ( trifluoro-iode-methane )は、分子量１９５．９１、沸点−２２．５℃、密度２．３６０８ｇ／ｃｍ3 （−３２．５℃）、２．５４８５ｇ／ｃｍ3 （−７８．５℃）の不燃性ガスである。
【００１０】
ＣＦ3 Ｉをエッチングガスとして用い、シリコン基板をアンダーカットなしに異方的にエッチングする技術が特開昭５５−１３８８３４号公報に開示されている。これは、シリコンがフッ素と揮発性の化合物を形成することを利用したものである。
【００１１】
しかしながら、ＣＦ3 Ｉを用いてＩＴＯ等の導電性酸化物をドライエッチングする試みは全く報告されていない。これら酸化物はフッ素と揮発性の化合物を形成しないからである。
【００１２】
本発明者は当業者の認識に反し、意外なことに、ＣＦ3 Ｉを用いて、ＩＴＯ等の導電性酸化物を室温でドライエッチングすることが可能であることを初めてみいだした。
【００１３】
なお、ＣＦ3 Ｉは、水分を含むと金属を腐食する等の理由により、本発明者らは水分含量を低く抑えることが好ましいことを見いだした。具体的には、ＣＦ3 Ｉを乾式エッチングや乾式クリーニングに用いる場合、ＣＦ3 Ｉに含まれる水分を１００ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下、更に好ましくは１ｐｐｍ以下に減少させることが望ましい。かくすることにより、ＣＦ3 Ｉガスの配管が腐食され難いとともに、エッチングやクリーニング特性にも好ましい影響を与えることを見いだした。
【００１４】
何故なら、乾式エッチングの場合、ＣＦ3 Ｉに含まれる水分により配管が腐食され、その腐食成分が乾式エッチング装置内に入り込んで被エッチング材料に付着する。または、水分を含んだＣＦ3 Ｉと、装置の内壁、電極、或いは被エッチング材料とが反応して、ヨウ素系化合物が生成し、それが被エッチング材料に付着する。かくして、エッチング速度や加工形状等の加工特性に好ましくない影響を及ぼすのである。
【００１５】
一方、乾式クリーニングの場合、エッチングやスパッタリング等の成膜装置の内壁、或いは電極等に、上記のごとくして形成されたヨウ素系化合物が付着する。該付着は、充分なクリーニング効果を得られ難くする。
【００１６】
本発明においては、後記するように、ＣＦ3 Ｉガスにさらに水素ガス、フッ素ガス、フッ化窒素ガスやアルゴンガス等を必要に応じて添加することが好ましい。この様な添加ガスの水分含量も極力減らして、ＣＦ3 Ｉの水分並み、好ましくはそれ以下にすることが望ましい。
【００１７】
本発明者らは、上記したように、ＣＦ3 Ｉをエッチングガスとして、室温でプラズマ中にＩＴＯ等の導電性酸化物を曝すと、ＩＴＯ薄膜等の導電性酸化物薄膜層が異方的にエッチングされると云う新規な知見を得た。
【００１８】
本発明において、ＣＦ3 Ｉを含むガスに、還元成分を添加することが好ましい。還元成分としては、水素ガスが最も好ましい。しかし、水素などの還元性ガスを加えない場合は、エッチング初期の方がエッチング速度が速く、時間が経つにつれて徐々にエッチング速度が下がってくることも見いだした。還元性ガスの添加はエッチング速度の時間依存性を減らす効果を有しており、従って、ＣＦ3 Ｉガスに水素などの還元性ガスを混合することにより、異方的にＩＴＯ薄膜をより高速でエッチングできることをも見いだしたのである。
【００１９】
更に、本発明者らは、ＣＦ3 Ｉを含むガスに、フッ素ガスおよび／または３フッ化窒素ガスを添加することにより、エッチング速度を更に上げることができることを見いだした。
【００２０】
また、本発明においては、成分にＣＦ3 Ｉを含むクリーニング用ガスが提供される。
従来、乾式エッチング装置、真空蒸着装置、プラズマＣＶＤ装置、スパッタリング装置等を用いて薄膜のエッチングや成膜形成を行う装置の内壁や電極等はこれらの原料、生産物等で汚染される。従って、一定の品質のものを供給するためには装置( チャンバー )のクリーニングが必要不可欠である。このようなクリーニングは、従来、ＣＦ4 やＣ2 Ｆ6 等のようなフッ化炭素化合物ガスを用いた乾式クリーニングにより行われるのが一般的であった。しかしながら、ＣＦ4 やＣ2 Ｆ6 等のようなフッ化炭素化合物ガスは、オゾンの破壊係数が高く、世界的な規制の対象になっている。
【００２１】
これに対し、本発明で使用するＣＦ3 Ｉは、オゾン破壊係数が０．００８以下、地球温暖化係数も５以下であり、地球環境に優しい化合物であると言える。従って、従来、乾式クリーニングに用いられているＣＦ4 ゃＣ2 Ｆ6 等のようなフッ化炭素化合物ガスの代替ガスとして好適に用いることができるのである。
【００２２】
すなわち、ＣＦ3 Ｉを含むクリーニングガスを使用する本発明に従えば、クリーンニング装置の内壁や電極等がこれらの原料、生産物等で汚染されるた場合、効果的に、乾式クリーニングすることができる。なお、本発明で云うクリーニング装置とは、乾式エッチング装置、真空蒸着装置、プラズマＣＶＤ装置またはスパッタリング装置などを指称する。
【００２３】
以下、ＩＴＯ薄膜を用いたエッチングを例に、本発明を具体的に説明する。
ただし、ＣＦ3 Ｉを含むガスを使用する本発明は、以下に述べるＩＴＯ薄膜のみならず、ＳｎＯ2 薄膜、ＺｎＯ薄膜に対するエッチングにおいても、同様の効果を有し、同様に適用される。なお、ＣＦ3 Ｉを含むガスにより、導電性酸化物のみならず銅のエッチングも可能であることを見いだした。従来、銅のドライエッチングは、ＣＨ3 ＩやＨＩといったヨウ素系のガスを用いて行う技術は開示されていたものの、ＣＦ3 Ｉは従来、消火薬剤として使用されていたため、前記したガスの水分含量が高く、配管等装置の腐食の問題があり、銅のエッチングに用いられることはなく、ＣＦ3 Ｉを用いた銅のドライエッチング技術は知られていなかった。ＣＦ3 Ｉを用いた銅のドライエッチングの特徴として、プラズマ中で生じるヨウ化銅が高い蒸気圧特性を有するので比較的低い温度でドライエッチングが可能であることが挙げられる。また、ＣＦ3 Ｉを含むガスは、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、有機物またはシリコン系の化合物等で汚染されたエッチング装置や成膜装置等のクリーニングに対する効果も確認された。以下、ＣＦ3 Ｉを含むガスについて述べる条件はエッチングおよびクリーニングの両者に同様に適用される。以下の具体的事例において、ＣＦ3 Ｉは全て１ｐｐｍ以下の水分含量のものを用いている。なお、分析はガスクロマトグラフで行った。
【００２４】
本発明にかかる成分にＣＦ3 Ｉを含む導電性酸化物のエッチングに適したエッチングガス中のＣＦ3 Ｉ濃度は、通常１％〜１００％、好ましくは３０％〜１００％である。
【００２５】
本発明においてドライエッチングのターゲットとされるＩＴＯ薄膜としては、例えば、ガラス基板上に２００ｎｍの厚みでスパッタリング法により成膜したＩＴＯ薄膜が用いられる。このＩＴＯ薄膜を、例えばインコネルでパターン化したものをレジストとして用いた。
【００２６】
一般的には、適用されるＩＴＯ薄膜の厚みは特に限定されるわけではなく、例えば１０〜５００ｎｍ程度の厚みのものが好ましく用いられる。実際のＩＴＯ薄膜の用途が、タッチパネルや液晶用カラーフィルター等であるからである。なお、ＩＴＯ薄膜は、ガラス基板に限らず、シリコン基板、セラミックス基板、或いは各種のプラスチック上に成膜したものを用いても良い。
【００２７】
以上のようにして形成された、ＩＴＯ薄膜をインコネルをレジストとして用いたものを、平行平板型のＲＦ電極を有するチャンバー内に保持し、ＣＦ3 Ｉガスを流してプラズマ処理しエッチングする。その場合、水素ガス等の還元ガスや、アルゴンガス及び／または酸素を同時に流し、プラズマ処理することが好ましい。
【００２８】
ＣＦ3 Ｉガスに添加する還元性のガスは還元性ガスであればいずれを用いても高いエッチング速度が得られる。特に好ましい還元性ガスとしては、水素ガスが用いられる。
【００２９】
アルゴンガスのＣＦ3 Ｉガスへの添加により、インジウム−酸素の解離を促進することができ、エッチング効率を向上させることができる。アルゴンガスの他に、酸素ガスの添加もエッチング効率の向上に効果を有していることが見いだされた。これらの添加量については適宜選択すればよく臨界的な制限はない。これら添加するそれぞれのガスの流量( 流量比 )についても特に臨界的な制限はなく適宜選択することができる。
【００３０】
上記したように、還元性ガスを含むエッチングガスは、高いエッチング速度を与えるが、更に、フッ素ガスや３フッ化窒素等を加えると、エッチング速度を更に上げることができる。
【００３１】
後記実施例においては、ＣＦ3 Ｉと共にチャンバー内へ導入される上述の水素ガス、アルゴンガス、酸素ガス、フッ素ガスおよび、３フッ化窒素ガスなどは、別々のラインで導入する方法のみを記述する。もちろんかかる導入方法に限られるものではなく、これらガスの２種以上を予め混合した混合ガスを用いても良いことは言うまでもない。
【００３２】
ＣＦ3 Ｉガスと水素ガスやアルゴンガスとの供給流量（またはそれぞれのガスの流量比）はチャンバー内の圧力と密接な関係を有しており、特に限定されるものではないが、通常、水素ガスやアルゴンガスの流量は、ガス全体の１０〜８０％程度、好ましくは２０〜６０％程度である。また、フッ素ガスや３フッ化窒素ガスの流量は、ガス全体の０．５〜２５％程度が好ましい。フッ素ガスや３フッ化窒素ガスはあまり量が少ないと効果がなく、逆にあまり多すぎると場合によってはチャンバー等を腐食する場合もあるからである。また、これらそれぞれのガスの流量比は処理する導電性酸化物の材質やホール形状と密接な関係にあり、これらを考慮して適宜選択する。
【００３３】
本発明において、エッチングを実施する場合の、ＲＦ電極のパワーは、高ければ高いほどエッチング速度は速くなる。エッチング時の、チャンバー内圧力は、エッチング加工形状に大きな影響を与える。加工形状を異方的形状を保つには１３．３Ｐａ以下に保つことが好ましい。チャンバー内圧力が１３．３Ｐａを越えると加工形状が等方的になりがちである。
【００３４】
また、導電性酸化物層を含む基板（以下、基材という）を処理する時の処理温度は、室温で十分である。特に加熱の必要はないが、所望により加熱することは自由である。本発明に従えば、室温で処理した場合においても、上述のエッチング条件を調節することにより、異方的で且つ数十ｎｍ／分以上のエッチング速度を得ることができる。
【００３５】
本発明においては、上述の平行平板型のＲＦプラズマエッチング装置以外にも種々のエッチング装置を用いることができる。特に、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴エッチング）装置等は好適に用いることができる。
【００３６】
なお、本発明に従えば、ＩＴＯの導電性酸化物のみならず、シリコン薄膜なども同様な方法で、室温での高速異方性エッチングが可能である。
【００３７】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。これらは、あくまで本発明の理解を助けるための具体的な実施の一態様であり、本発明の範囲がこれらにより限定的に解釈されるものではない。
【００３８】
〔参考例１〕ガラス基板上に２００ｎｍの厚みでＩＴＯをスパッタリング法により成膜した。このＩＴＯ薄膜上にインコネルのパターンをレジストとして用いた基材をエッチングした。
【００３９】
この基材を平行平板型ＲＦエッチング装置内へ保持し、以下の条件にてエッチングを行った。
エッチング条件：
電源 高周波 １３．５６ＭＨｚ
４００Ｗ
チャンバー内圧力 ６．６７Ｐａ
ガス流量
ＣＦ3 Ｉ １００ｓｃｃｍ
基材温度 ２５℃（一定）
【００４０】
本実験で得られたエッチング速度と加工形状を〔表１〕にまとめた。エッチング速度は基材の断面を電子顕微鏡観察することにより調べた。
〔表１〕において、加工形状は〔図２〕に示した「ａ／ｂ」の比で表した。なお、ａは導電性酸化物の溝の表面側長さ（トップ長）を表し、ｂは導電性酸化物の溝の基板側長さ（ボトム長）を表す。
本結果から、室温でも充分なエッチング速度が得られ、なお且つ加工形状もほとんど完全な異方性を有していることが分かる。
【００４１】
〔実施例２〕
ガラス基板上に２００ｎｍの厚みでＩＴＯをスパッタリング法により成膜した。このＩＴＯ薄膜上にインコネルのパターンをレジストとして用いた基材をエッチングした。その断面図を〔図１〕に示す。
【００４２】
この基材を平行平板型ＲＦエッチング装置内へ保持し、以下の条件にてエッチングを行った。
エッチング条件：
電源 高周波 １３．５６ＭＨｚ
４００Ｗ
チャンバー内圧力 ６．６７Ｐａ
ガス流量
ＣＦ3 Ｉ ６０ｓｃｃｍ
Ｈ2 １５ｓｃｃｍ
Ａｒ ２５ｓｃｃｍ
基材温度 ２５℃（一定）
【００４３】
本実験で得られたエッチング速度と加工形状を〔表１〕にまとめた。エッチング速度、エッチング加工形状の評価は実施例１に準ずる。
本結果から、室温でも充分なエッチング速度が得られ、なお且つ加工形状も異方的なものであることが分かる。
【００４４】
〔実施例３〕
ガラス基板上に２００ｎｍの厚みでＳｎＯ2 をスパッタリング法により成膜した。このＳｎＯ2 薄膜上にインコネルのパターンをレジストとして用いた基材をエッチングした。その断面図を〔図１〕に示す。
【００４５】
この基材を平行平板型ＲＦエッチング装置内へ保持し、以下の条件にてエッチングを行った。
エッチング条件：
電源 高周波 １３．５６ＭＨｚ
４００Ｗ
チャンバー内圧力 ６．６７Ｐａ
ガス流量
ＣＦ3 Ｉ ５０ｓｃｃｍ
Ｆ2 ５ｓｃｃｍ
Ｈ2 １５ｓｃｃｍ
Ａｒ ３０ｓｃｃｍ
基材温度 ２５℃（一定）
【００４６】
本実験で得られたエッチング速度と加工形状を〔表１〕にまとめた。エッチング速度、エッチング加工形状の評価は実施例１に準ずる。
本結果から、室温でも充分なエッチング速度が得られ、なお且つ加工形状も異方的なものであることが分かる。
【００４７】
〔実施例４〕
ガラス基板上に２００ｎｍの厚みでＺｎＯをスパッタリング法により成膜した。このＺｎＯ薄膜上にインコネルのパターンをレジストとして用いた基材をエッチングした。その断面図を〔図１〕に示す。
【００４８】
この基材を平行平板型ＲＦエッチング装置内へ保持し、以下の条件にてエッチングを行った。
エッチング条件：
電源 高周波 １３．５６ＭＨｚ
４００Ｗ
チャンバー内圧力 ６．６７Ｐａ
ガス流量
ＣＦ3 Ｉ ６０ｓｃｃｍ
ＮＦ3 ５ｓｃｃｍ
Ｏ2 ３５ｓｃｃｍ
Ｈ2 １０ｓｃｃｍ
基材温度 ２５℃（一定）
【００４９】
本実験で得られたエッチング速度と加工形状を〔表１〕にまとめた。エッチング速度、エッチング加工形状の評価は実施例１に準ずる。
本結果から、室温でも充分なエッチング速度が得られ、なお且つ加工形状も異方的なものであることが分かる。
【００５０】
〔実施例５〕
ＰＥＴ基板上に２００ｎｍの厚みでＩＴＯをスパッタリング法により成膜した。このＩＴＯ薄膜上にインコネルのパターンをレジストとして用いた基材をエッチングした。その断面図を〔図１〕に示す。
【００５１】
この基材を平行平板型ＲＦエッチング装置内へ保持し、以下の条件にてエッチングを行った。
エッチング条件：
電源 高周波 １３．５６ＭＨｚ
４００Ｗ
チャンバー内圧力 ６．６７Ｐａ
ガス流量
ＣＦ3 Ｉ ５０ｓｃｃｍ
Ｈ2 １５ｓｃｃｍ
ＮＦ3 １０ｓｃｃｍ
Ａｒ ２５ｓｃｃｍ
基材温度 ２５℃（一定）
【００５２】
本実験で得られたエッチング速度と加工形状を〔表１〕にまとめた。
本結果から、室温でも充分なエッチング速度が得られ、なお且つ加工形状も異方的なものであることが分かる。
以上、参考例１、実施例２〜５の結果を〔表１〕に示す。
【００５３】
【表１】
〔実施例６〕
スパッタリング装置の内壁にスパッタリング装置と同一の素材（ＳＵＳ）である薄い板をポリイミド( カプトン )テープ( カプトン: ドュポン社商標 )で固定した。該薄板の一部を硝子の板でマスクした。アルゴンガスを流しながら、スパッタリングにより、ＩＴＯ、ＳｉＯ2 、ＺｎＯおよび銅のそれぞれの薄膜形成操作を行い、かくすることにより、装置内壁を汚染させた。その後、装置内壁に固定した該薄板のテープを剥し、汚染状況を膜厚測定機により測定した。９２．５ｎｍの薄膜ができていることが見いだされた。この膜の組成をＡＥＳ（オージェ電子分光法）により測定したところ、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（錫）、Ｓｉ（シリコン）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｕ（銅）、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）が２０、５、１５、５、２０、１５、５、１５％（元素比）の割合で検出された。
【００５５】
この薄膜の付着した板を元の位置に再びポリイミドテープで固定し、以下の条件でクリーニングを行った。
クリーニング条件：
電源 高周波 １３．５６ＭＨｚ
４００Ｗ
チャンバー内圧力 １３３Ｐａ
ガス流量
ＣＦ3 Ｉ ５０ｓｃｃｍ
Ｈ2 １５ｓｃｃｍ
ＮＦ3 １０ｓｃｃｍ
Ａｒ ２５ｓｃｃｍ
基材温度 ２５℃（一定）
【００５６】
上述の条件で３０分間クリーニングを行った後、再びカプトンテープを剥し、ＡＥＳにより元素分析を行った。前述のＩｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、ＺｎおよびＣｕ、はいずれも検出されなかった（検出限界以下）。若干のＣ、Ｎ、Ｏが検出されただけであった。これは、本発明のＣＦ3 Ｉを含むガスによるクリーニング効果が確認されたことを示している。
【００５７】
〔参考例２〕５ｍｍ厚の銅板に硝子板をレジストとして銅板の一部を覆い、平行平板型ＲＦエッチング装置内へ保持し、以下の条件にてエッチングを行った。
エッチング条件：
電源 高周波 １３．５６ＭＨｚ
４００Ｗ
チャンバー内圧力 ２０．０Ｐａ
ガス流量
ＣＦ3 Ｉ １５０ｓｃｃｍ
基材温度 １２５℃（一定）
【００５８】
エッチング終了後、硝子板を外し、硝子板を覆せていたところとそうでないところの段差を膜厚測定機で測定してエッチング速度を求めたところ、７５ｎｍ／ｍｉｎのエッチング速度であることがわかり、銅のエッチングが可能であることが分かった。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に従えば、従来不可能であった導電性酸化物の、室温での高速異方性エッチング方法および地球環境に優しい乾式クリーニング方法及び銅のエッチング方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】エッチング処理基材の模式図
【図２】エッチング加工形状の評価法の模式図
【符号の説明】
１ マスク（インコネル製）
２ 導電性酸化膜層
３ 基板
ａ 導電性酸化物層溝のトップ長
ｂ 導電性酸化物層溝のボトム長[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dry process gas such as an etching gas containing CF 3 I as a component, a method for dry etching a conductive oxide such as ITO (Indium Tin Oxide) using the gas, and dry etching or vacuum deposition. The present invention relates to a dry cleaning method in an apparatus contaminated by performing operations such as the above.
[0002]
[Prior art]
ITO thin films are widely used as transparent electrodes for liquid crystal displays. Such a transparent electrode is formed by etching an ITO thin film. Conventionally, this etching has been performed by a wet method.
However, in the etching by a wet method, an etching shape is isotropic, so that it is difficult to process a fine pattern. In addition, a large amount of waste liquid was generated, and there was a problem in terms of environmental protection.
[0003]
In recent years, etching of an ITO thin film has been performed using reactive ion etching (RIE) using hydrogen iodide (HI) gas or RIE using methane (CH 4 ) gas and hydrogen (H 2 ) gas. .
The RIE method using HI has an advantage that the etching rate is faster than when CH 4 and H 2 gases are used. However, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 05-251400, there is a problem that the etching rate varies greatly depending on the ITO film quality. In particular, the etching rate decreases when the bond between tin and oxygen is segregated. There was a fault of doing.
[0004]
Japanese Patent Laid-Open No. 05-251400 describes that H 2 gas is introduced as a reducing species into HI gas to prevent the tin-iodine binding substance from covering the surface to be etched.
However, in the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 05-251400 in which H 2 gas is introduced as a reducing species into HI gas, there is a restriction that the etching temperature must be 80 to 250 ° C. Etching at room temperature is difficult because the etching hardly proceeds at a temperature lower than this.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an etching method that prevents under-etching that occurs in a wet method, and a high-speed dry etching method at room temperature that is impossible with a system in which a reducing gas is added to HI gas. To do.
Another object of the present invention is to provide a dry cleaning method in contaminated equipment.
[0006]
Still other objects of the present invention will become clear from the following description. In the present invention, a novel finding (discovery by the present inventors) that a fast anisotropic etching at room temperature of a conductive oxide film such as SnO 2 , ITO, ZnO or the like can be realized by using an etching gas containing CF 3 I. ) Based on.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
These problems of the present invention are solved by the following invention.
(1) A dry process gas containing CF 3 I as a component.
(2) An etching gas suitable for etching a conductive oxide containing CF 3 I as a component, wherein the dry process described in (1) is an etching process.
(3) An etching gas suitable for etching copper containing CF 3 I as a component, wherein the dry process described in (1) is an etching process.
(4) The etching gas according to (2) or (3), wherein the moisture content contained in CF 3 I is 100 ppm or less.
(5) The etching gas according to (2), further comprising a reducing component.
(6) The etching gas according to (5), wherein the reducing component is hydrogen.
(7) The etching gas according to (2), further comprising fluorine gas and / or nitrogen trifluoride gas.
(8) A dry etching method for etching an oxide in the presence of argon and / or oxygen with the etching gas according to any one of (2) and (4) to (7).
(9) The dry etching method according to (8), wherein the oxide is a conductive oxide selected from SnO 2 , ITO and ZnO.
(10) A material to be etched made of a conductive oxide is held in a dry etching apparatus equipped with at least a vacuum evacuation unit, a power application unit, an etching material introduction unit, an etching material holding unit, and an etching material discharge unit. (2) The dry etching method according to (8), wherein etching is performed by introducing an etching gas containing CF 3 I into the component according to any one of (4) to (7) to cause discharge.
(11) A material to be etched made of copper is held in a dry etching apparatus provided with at least a vacuum evacuation unit, a power application unit, an etching material introduction unit, an etching material holding unit, and an etching material discharge unit, and (3 ) A dry etching method in which etching is performed by introducing an etching gas containing CF 3 I into the components described above to cause discharge.
(12) A cleaning gas containing CF 3 I as a component, wherein the dry process described in (1) is a cleaning process.
(13) The cleaning gas according to (12), wherein the moisture content contained in CF 3 I is 100 ppm or less.
(14) A cleaning gas containing CF 3 I as a component described in (12) or (13) is introduced into a cleaning device equipped with at least a vacuum evacuation unit and a power application unit, and discharge is caused to perform cleaning. A dry cleaning method characterized in that it is performed.
(15) The dry cleaning method according to (14), wherein the cleaning device is a dry etching device, a vacuum vapor deposition device, a plasma CVD device or a sputtering device.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the drawings will be described. [FIG. 1] is a schematic diagram showing an etching base material, and [FIG. 2] is a schematic diagram showing a method for evaluating an etched shape. In the figure, 1 is a mask (manufactured by Inconel), 2 is a conductive oxide film layer, 3 is a substrate, a is the top length of the conductive oxide layer groove, and b is the bottom length of the conductive oxide layer groove.
[0009]
CF 3 I (trifluoro-iode-methane), which is a component of the dry process gas according to the present invention, has a molecular weight of 195.91, a boiling point of −22.5 ° C., a density of 2.3608 g / cm 3 (−32.5 ° C.), It is a nonflammable gas of 2.5485 g / cm 3 (−78.5 ° C.).
[0010]
Japanese Laid-Open Patent Application No. 55-138834 discloses a technique for anisotropically etching a silicon substrate without undercut using CF 3 I as an etching gas. This utilizes the fact that silicon forms a volatile compound with fluorine.
[0011]
However, no attempt has been made to dry-etch conductive oxides such as ITO using CF 3 I. This is because these oxides do not form volatile compounds with fluorine.
[0012]
Contrary to the recognition of those skilled in the art, the present inventor has surprisingly found for the first time that a conductive oxide such as ITO can be dry etched at room temperature using CF 3 I.
[0013]
Note that the present inventors have found that it is preferable to keep the moisture content low because CF 3 I corrodes metal when it contains moisture. Specifically, when CF 3 I is used for dry etching or dry cleaning, it is desirable to reduce the moisture contained in CF 3 I to 100 ppm or less, preferably 10 ppm or less, more preferably 1 ppm or less. By doing so, it was found that the CF 3 I gas piping is not easily corroded and has a favorable influence on etching and cleaning characteristics.
[0014]
This is because, in the case of dry etching, the pipe is corroded by moisture contained in CF 3 I, and the corrosive component enters the dry etching apparatus and adheres to the material to be etched. Alternatively, CF 3 I containing moisture reacts with the inner wall of the apparatus, the electrode, or the material to be etched to produce an iodine-based compound, which adheres to the material to be etched. Thus, it adversely affects the processing characteristics such as the etching rate and the processing shape.
[0015]
On the other hand, in the case of dry cleaning, the iodine-based compound formed as described above adheres to the inner wall of the film forming apparatus such as etching or sputtering, or the electrode. The adhesion makes it difficult to obtain a sufficient cleaning effect.
[0016]
In the present invention, as will be described later, it is preferable to add hydrogen gas, fluorine gas, nitrogen fluoride gas, argon gas or the like to the CF 3 I gas as necessary. It is desirable to reduce the water content of such an additive gas as much as possible so that it is as low as, or preferably less than, that of CF 3 I.
[0017]
As described above, when the conductive oxide such as ITO is exposed to the plasma at room temperature using CF 3 I as an etching gas, the present inventors anisotropically form the conductive oxide thin film layer such as the ITO thin film. The new knowledge that it is etched was obtained.
[0018]
In the present invention, it is preferable to add a reducing component to the gas containing CF 3 I. As the reducing component, hydrogen gas is most preferable. However, when a reducing gas such as hydrogen was not added, it was also found that the etching rate was higher in the initial stage of etching, and that the etching rate gradually decreased with time. The addition of reducing gas has the effect of reducing the time dependency of the etching rate. Therefore, by mixing reducing gas such as hydrogen with CF 3 I gas, the ITO thin film is anisotropically made faster. They also found that they could be etched.
[0019]
Furthermore, the present inventors have found that the etching rate can be further increased by adding fluorine gas and / or nitrogen trifluoride gas to the gas containing CF 3 I.
[0020]
In the present invention, a cleaning gas containing CF 3 I as a component is provided.
Conventionally, the inner walls and electrodes of an apparatus for performing thin film etching and film formation using a dry etching apparatus, a vacuum deposition apparatus, a plasma CVD apparatus, a sputtering apparatus or the like are contaminated with these raw materials and products. Therefore, in order to supply a product of a certain quality, cleaning of the apparatus (chamber) is indispensable. Conventionally, such cleaning is generally performed by dry cleaning using a fluorocarbon compound gas such as CF 4 or C 2 F 6 . However, fluorocarbon compound gases such as CF 4 and C 2 F 6 have a high ozone depletion coefficient and are subject to global regulations.
[0021]
On the other hand, CF 3 I used in the present invention has an ozone depletion coefficient of 0.008 or less and a global warming coefficient of 5 or less, and can be said to be a compound that is friendly to the global environment. Accordingly, it can be suitably used as a substitute gas for a fluorocarbon compound gas such as CF 4 N C 2 F 6 conventionally used for dry cleaning.
[0022]
That is, according to the present invention using the cleaning gas containing CF 3 I, when the inner wall or the electrode of the cleaning device is contaminated with these raw materials, products, etc., the dry cleaning can be effectively performed. it can. The cleaning device in the present invention refers to a dry etching device, a vacuum deposition device, a plasma CVD device, a sputtering device, or the like.
[0023]
Hereinafter, the present invention will be described in detail by taking etching using an ITO thin film as an example.
However, the present invention using the gas containing CF 3 I has the same effect in the etching not only for the ITO thin film described below but also for the SnO 2 thin film and the ZnO thin film, and is similarly applied. It has been found that not only a conductive oxide but also copper can be etched with a gas containing CF 3 I. Conventionally, a technique for performing dry etching of copper using iodine-based gas such as CH 3 I or HI has been disclosed, but CF 3 I has been conventionally used as a fire extinguishing agent. However, there is a problem of corrosion of piping and other devices, and it is not used for copper etching, and a copper dry etching technique using CF 3 I has not been known. A feature of dry etching of copper using CF 3 I is that copper iodide generated in plasma has high vapor pressure characteristics, so that dry etching is possible at a relatively low temperature. In addition, it was confirmed that the gas containing CF 3 I has an effect on cleaning of an etching apparatus or a film forming apparatus contaminated with a metal, metal oxide, metal nitride, metal carbide, organic substance, silicon compound, or the like. Hereinafter, the conditions described for the gas containing CF 3 I are similarly applied to both etching and cleaning. In the following specific examples, all CF 3 I has a water content of 1 ppm or less. The analysis was performed with a gas chromatograph.
[0024]
The CF 3 I concentration in an etching gas suitable for etching a conductive oxide containing CF 3 I as a component according to the present invention is usually 1% to 100%, preferably 30% to 100%.
[0025]
As the ITO thin film that is a target for dry etching in the present invention, for example, an ITO thin film formed by sputtering on a glass substrate with a thickness of 200 nm is used. The ITO thin film patterned with, for example, Inconel was used as a resist.
[0026]
In general, the thickness of the applied ITO thin film is not particularly limited, and for example, a thickness of about 10 to 500 nm is preferably used. This is because the actual use of the ITO thin film is a touch panel, a color filter for liquid crystal, and the like. The ITO thin film is not limited to a glass substrate, but may be a silicon substrate, a ceramic substrate, or a film formed on various plastics.
[0027]
The ITO thin film formed as described above using Inconel as a resist is held in a chamber having a parallel plate type RF electrode, and plasma treatment is performed by flowing CF 3 I gas and etching is performed. In that case, it is preferable to perform a plasma treatment by simultaneously flowing a reducing gas such as hydrogen gas, argon gas, and / or oxygen.
[0028]
If the reducing gas added to the CF 3 I gas is any reducing gas, a high etching rate can be obtained. As a particularly preferable reducing gas, hydrogen gas is used.
[0029]
By adding argon gas to CF 3 I gas, dissociation of indium-oxygen can be promoted, and etching efficiency can be improved. It has been found that the addition of oxygen gas in addition to argon gas has an effect on improving the etching efficiency. These addition amounts may be selected as appropriate and are not critically limited. The flow rates (flow rate ratios) of the respective gases to be added are not particularly limited and can be appropriately selected.
[0030]
As described above, an etching gas containing a reducing gas gives a high etching rate, but the etching rate can be further increased by adding fluorine gas, nitrogen trifluoride or the like.
[0031]
In the examples described later, the above-described hydrogen gas, argon gas, oxygen gas, fluorine gas, nitrogen trifluoride gas and the like introduced into the chamber together with CF 3 I will be described only as a method of introducing them in separate lines. . Of course, the introduction method is not limited to this, and it goes without saying that a mixed gas in which two or more of these gases are mixed in advance may be used.
[0032]
The supply flow rate of CF 3 I gas and hydrogen gas or argon gas (or the flow rate ratio of each gas) is closely related to the pressure in the chamber and is not particularly limited. The flow rate of the gas or argon gas is about 10 to 80%, preferably about 20 to 60% of the total gas. The flow rate of fluorine gas or nitrogen trifluoride gas is preferably about 0.5 to 25% of the total gas. This is because if the amount of fluorine gas or nitrogen trifluoride gas is too small, there is no effect, and conversely if too much, the chamber or the like may be corroded. Further, the flow rate ratio of each of these gases is closely related to the material of the conductive oxide to be processed and the hole shape, and is appropriately selected in consideration of these.
[0033]
In the present invention, when the etching is performed, the higher the RF electrode power, the higher the etching rate. The pressure in the chamber at the time of etching has a great influence on the etched shape. In order to keep the processed shape anisotropic, it is preferable to keep it at 13.3 Pa or less. When the pressure in the chamber exceeds 13.3 Pa , the processed shape tends to be isotropic.
[0034]
Moreover, room temperature is sufficient as the process temperature at the time of processing the board | substrate (henceforth a base material) containing a conductive oxide layer. There is no particular need for heating, but heating is optional if desired. According to the present invention, even when processing is performed at room temperature, by adjusting the etching conditions described above, an anisotropic etching rate of several tens of nm / min or more can be obtained.
[0035]
In the present invention, various etching apparatuses can be used in addition to the above parallel plate type RF plasma etching apparatus. In particular, an ECR (electron cyclotron resonance etching) apparatus or the like can be preferably used.
[0036]
According to the present invention, not only the ITO conductive oxide but also the silicon thin film can be subjected to high-speed anisotropic etching at room temperature by the same method.
[0037]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. These are merely specific embodiments for helping understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not construed as being limited thereto.
[0038]
[ Reference Example 1 ] An ITO film having a thickness of 200 nm was formed on a glass substrate by sputtering. A substrate using an Inconel pattern as a resist was etched on the ITO thin film.
[0039]
This base material was held in a parallel plate type RF etching apparatus and etched under the following conditions.
Etching conditions:
Power supply High frequency 13.56MHz
400W
Pressure in the chamber 6.67Pa
Gas flow rate
CF 3 I 100sccm
Substrate temperature 25 ° C (constant)
[0040]
The etching rates and processed shapes obtained in this experiment are summarized in [Table 1]. The etching rate was examined by observing the cross section of the substrate with an electron microscope.
In [Table 1], the processed shape is represented by the ratio of “a / b” shown in FIG. 2. Here, a represents the surface side length (top length) of the conductive oxide groove, and b represents the substrate side length (bottom length) of the conductive oxide groove.
From this result, it can be seen that a sufficient etching rate can be obtained even at room temperature, and the processed shape has almost complete anisotropy.
[0041]
[Example 2]
An ITO film having a thickness of 200 nm was formed on a glass substrate by a sputtering method. A substrate using an Inconel pattern as a resist was etched on the ITO thin film. The sectional view is shown in FIG.
[0042]
This base material was held in a parallel plate type RF etching apparatus and etched under the following conditions.
Etching conditions:
Power supply High frequency 13.56MHz
400W
Pressure in the chamber 6.67Pa
Gas flow rate
CF 3 I 60sccm
H 2 15sccm
Ar 25sccm
Substrate temperature 25 ° C (constant)
[0043]
The etching rates and processed shapes obtained in this experiment are summarized in [Table 1]. The evaluation of the etching rate and the etched shape is in accordance with Example 1.
From this result, it can be seen that a sufficient etching rate can be obtained even at room temperature, and the processed shape is also anisotropic.
[0044]
Example 3
A SnO 2 film having a thickness of 200 nm was formed on a glass substrate by a sputtering method. A substrate using an Inconel pattern as a resist was etched on the SnO 2 thin film. The sectional view is shown in FIG.
[0045]
This base material was held in a parallel plate type RF etching apparatus and etched under the following conditions.
Etching conditions:
Power supply High frequency 13.56MHz
400W
Pressure in the chamber 6.67Pa
Gas flow rate
CF 3 I 50sccm
F 2 5sccm
H 2 15sccm
Ar 30sccm
Substrate temperature 25 ° C (constant)
[0046]
The etching rates and processed shapes obtained in this experiment are summarized in [Table 1]. The evaluation of the etching rate and the etched shape is in accordance with Example 1.
From this result, it can be seen that a sufficient etching rate can be obtained even at room temperature, and the processed shape is also anisotropic.
[0047]
Example 4
A ZnO film having a thickness of 200 nm was formed on a glass substrate by a sputtering method. A substrate using an Inconel pattern as a resist was etched on the ZnO thin film. The sectional view is shown in FIG.
[0048]
This base material was held in a parallel plate type RF etching apparatus and etched under the following conditions.
Etching conditions:
Power supply High frequency 13.56MHz
400W
Pressure in the chamber 6.67Pa
Gas flow rate
CF 3 I 60sccm
NF 3 5sccm
O 2 35sccm
H 2 10 sccm
Substrate temperature 25 ° C (constant)
[0049]
The etching rates and processed shapes obtained in this experiment are summarized in [Table 1]. The evaluation of the etching rate and the etched shape is in accordance with Example 1.
From this result, it can be seen that a sufficient etching rate can be obtained even at room temperature, and the processed shape is also anisotropic.
[0050]
Example 5
An ITO film having a thickness of 200 nm was formed on a PET substrate by a sputtering method. A substrate using an Inconel pattern as a resist was etched on the ITO thin film. The sectional view is shown in FIG.
[0051]
This base material was held in a parallel plate type RF etching apparatus and etched under the following conditions.
Etching conditions:
Power supply High frequency 13.56MHz
400W
Pressure in the chamber 6.67Pa
Gas flow rate
CF 3 I 50sccm
H 2 15sccm
NF 3 10sccm
Ar 25sccm
Substrate temperature 25 ° C (constant)
[0052]
The etching rates and processed shapes obtained in this experiment are summarized in [Table 1].
From this result, it can be seen that a sufficient etching rate can be obtained even at room temperature, and the processed shape is also anisotropic.
The results of Reference Example 1 and Examples 2 to 5 are shown in [Table 1].
[0053]
[Table 1]
Example 6
A thin plate made of the same material (SUS) as the sputtering apparatus was fixed to the inner wall of the sputtering apparatus with polyimide (Kapton) tape (Kapton: trademark of DuPont). A part of the thin plate was masked with a glass plate. While flowing argon gas, each thin film forming operation of ITO, SiO 2 , ZnO and copper was performed by sputtering, and thus the inner wall of the apparatus was contaminated. Thereafter, the thin tape fixed to the inner wall of the apparatus was peeled off, and the contamination state was measured with a film thickness measuring machine. It was found that a 92.5 nm thin film was formed. When the composition of this film was measured by AES (Auger electron spectroscopy), In (indium), Sn (tin), Si (silicon), Zn (zinc), Cu (copper), C (carbon), N (nitrogen) ), O (oxygen) were detected in proportions of 20, 5, 15, 5, 20, 15, 5, 15% (element ratio).
[0055]
The plate with the thin film adhered thereto was again fixed to the original position with polyimide tape, and cleaning was performed under the following conditions.
Cleaning conditions:
Power supply High frequency 13.56MHz
400W
Chamber pressure 133Pa
Gas flow rate
CF 3 I 50sccm
H 2 15sccm
NF 3 10sccm
Ar 25sccm
Substrate temperature 25 ° C (constant)
[0056]
After cleaning for 30 minutes under the above conditions, the Kapton tape was peeled off again, and elemental analysis was performed by AES. None of the aforementioned In, Sn, Si, Zn and Cu were detected (below the detection limit). Only some C, N, and O were detected. This indicates that the cleaning effect by the gas containing CF 3 I of the present invention was confirmed.
[0057]
[ Reference Example 2 ] A 5 mm thick copper plate was covered with a glass plate as a resist, a part of the copper plate was covered, held in a parallel plate type RF etching apparatus, and etched under the following conditions.
Etching conditions:
Power supply High frequency 13.56MHz
400W
Chamber internal pressure 20.0Pa
Gas flow rate
CF 3 I 150sccm
Base material temperature 125 ℃ (constant)
[0058]
After completion of etching, the glass plate was removed, and when the etching rate was determined by measuring the level difference between where the glass plate was covered and where the glass plate was not covered, it was found that the etching rate was 75 nm / min. It has been found that copper etching is possible.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a fast anisotropic etching method at room temperature, a dry cleaning method friendly to the global environment, and a copper etching method, which have been impossible in the past, are provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an etching-treated substrate. FIG. 2 is a schematic diagram of an evaluation method of an etched shape.
1 Mask (Made by Inconel)
2 Conductive
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