JP4301628B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はドライエッチング方法に関し、特に、液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタが形成されたアレイ基板において、その薄膜トランジスタなどの素子を電気的に接続するアルミニウムを主成分とする配線を順テーパ状にするためのドライエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置では大型化および高精細化が求められている。そのような要求に対応するため、薄膜トランジスタなどの素子を電気的に接続する配線としては、電気抵抗が比較的小さく、しかも安価なことからアルミニウムまたはアルミニウム合金が広く適用されている。アルミニウムを薄膜トランジスタのゲート電極材料として用いる場合には、薄膜トランジスタやアルミニウム配線等を覆う絶縁膜の被覆性を高めるために、特にアルミニウム配線の形状を、順テーパ状に加工することが要求される。
【０００３】
次に、そのようなアルミニウム配線を形成するための従来の方法の一例について説明する。まず、ガラス基板上に形成されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタを覆うように、アルミニウム層またはアルミニウム合金層が形成される。そのアルミニウム層上にフォトレジスト膜が塗布形成される。塗布形成されたフォトレジスト膜に写真製版処理を施すことにより、所定のフォトレジストパターンが形成される。
【０００４】
次に、フォトレジストパターンが形成された基板を所定のエッチング薬液に浸すことにより、アルミニウム層にウエットエッチングが施される。
【０００５】
このとき、フォトレジストパターンとフォトレジストパターンとの間に露出しているアルミニウムの層の表面から内部に向かってエッチングが等方的に進行する。これにより、エッチングされずに残ったアルミニウム層の部分が順テーパ状となって、アルミニウム配線が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したアルミニウム配線の形成方法では、次に示すような問題点があった。ウエットエッチングでは、エッチングが等方的であるために、基板に垂直な方向に加えて基板に平行な方向にも同時にエッチングが進行する。そのため、アルミニウム配線のテーパ角度を制御するのが容易でなく、適切なテーパ状のアルミニウム配線を形成することが困難となっていた。また、基板の処理枚数が増えるに従い、エッチング薬液の組成が徐々に変化することも、エッチングレートが変動することとなって、アルミニウム配線のテーパ角度の制御を困難にしている要因となっていた。
【０００７】
一方、このようなウエットエッチングによる問題点を解消するために、ウエットエッチングに替えてドライエッチングを適用しようとしても、ドライエッチングではエッチングが異方的に進むために、基板に平行な方向に進行するエッチングの量が少なく、適切なテーパ状のアルミニウム配線を形成することが困難であった。以上説明したように、従来のエッチング方法では、適切な順テーパ状のアルミニウム配線を容易に形成することが困難であった。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、容易に順テーパ状のアルミニウム配線を形成することができるドライエッチング方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のドライエッチング方法は、基板上に形成されたアルミニウムを含む導電層と、その導電層上に形成された順テーパ状のフォトレジストパターンとから配線層を形成するためのドライエッチング方法である。そのドライエッチング方法は、基板の温度をＨｅガスによる冷却機構により１０℃以上５０℃以下に保持し、塩素ガスのみからなる第１のエッチングガスを用いて、その第１のエッチングガスによるフォトレジストパターンのエッチングレートが、第１のエッチングガスによる導電層のエッチングレートよりも高いエッチング条件で導電層をエッチングすることにより、配線層を順テーパ状にする配線テーパ化工程を備え、その配線テーパ化工程の前に、少なくとも塩素ガスを含む第２のエッチングガスを用い、その第２のエッチングガスによる導電層のエッチングレートが、第２のエッチングガスによるフォトレジストパターンのエッチングレートよりも高いエッチング条件で導電層をエッチングする前段エッチング工程を備え、その前段エッチング工程と配線順テーパ化工程との間に、高周波パワーの印加を停止する工程を備えている。
【００１０】
この方法によれば、配線テーパ化工程において、基板の温度を１０℃以上５０℃以下に保持することによって、第１のエッチングガスによるフォトレジストパターンのエッチングが、導電層のエッチングよりも速く進行する。そのため、フォトレジストパターン間に当初露出していた導電層の表面から下方に向かってエッチングが異方的に進行すると同時に、フォトレジストパターンがエッチングによって徐々に後退することによって新たに露出した導電層の表面からも下方に向かってエッチングが進行する。このとき、エッチングの最初の方で露出した導電層の表面から進行するエッチングの方が、後の方で露出した導電層の表面から進行するエッチングよりもより下方にまで異方的に進行する結果、順テーパ状の配線層を容易に形成することができる。
しかも、その配線テーパ化工程の前に行われる前段エッチング工程では、第２のエッチングガスによる導電層のエッチングがフォトレジストパターンのエッチングよりも速く進行するため、実質的にフォトレジストパターンを後退させることなく、フォトレジストパターンとフォトレジストパターンとの間に露出している導電層が異方的にエッチングされる。この前段エッチング工程を、たとえば基板の表面が露出するまで行なった後に、配線テーパ化工程を行なうことで、当初から配線テーパ化工程のみで配線層を順テーパ状にする場合よりも、基板当りの処理時間が短縮されてスループットが向上する。
さらに、その前段エッチング工程と配線順テーパ化工程との間に、高周波パワーの印加を停止する工程を備えていることによって、この高周波パワーの印加を停止する工程では、各エッチングガスと導電層などとが反応しないため、新たな反応生成物は生成されず、そして、この間に、エッチングにより生成した反応生成物がエッチング装置の外へ排出される。これにより、反応生成物が導電層に付着することが抑制されて、より清浄な表面状態で後の配線テーパ化工程におけるエッチングが進行する。その結果、配線層のテーパ面を平滑にすることができる。また、高周波パワーの印加を停止する工程の間に、基板が冷却されて配線層のテーパ角の制御がより容易になる。さらに、第１のエッチングガスとしては、塩素ガスのみからなるため、他のエッチングガスを必要とせず、コスト低減も図ることができる。
なお、基板の温度を１０℃以上５０℃以下に保持するのは、次の理由による。すなわち、基板の温度が５０℃より高い場合では、配線層を順テーパ状にすることがほとんどできず、５０℃以下であれば配線層を順テーパ状にできることが実験的に確認されたからであり、一方、基板の温度を１０℃よりも低い温度に保持しようとすると、基板を冷却するための冷却機構が大規模になるためコストが上昇するからである。
【００１７】
好ましくは、第２のエッチングガスは塩素ガスのみからなる。
【００１８】
この場合には、第２のエッチングガスとして塩素ガス以外のエッチングガスを添加する必要がないため、コスト低減が可能になる。
【００１９】
また、好ましくは、配線テーパ化工程における塩素ガスの流量は、前段エッチング工程における塩素ガスの流量よりも少ない。
【００２０】
一般に、ラジカルの量が多いほどエッチングがより速く進行することから、配線テーパ化工程における塩素ガスの流量を、前段エッチング工程における塩素ガスの流量よりも少なくすることで、配線テーパ化工程では、第１のエッチングガスによるフォトレジストパターンのエッチングレートを、導電層のエッチングレートよりも高くし、前段エッチング工程では、第２のエッチングガスによる導電層のエッチングレートをフォトレジストパターンのエッチングレートよりも高くすることができる。
【００２１】
好ましくは、前段エッチング工程の前記第２のエッチングガスは三塩化ホウ素を含む。
【００２２】
この場合には、導電層の表面に形成されている自然酸化膜が三塩化ホウ素（ＢＣｌ 3 ）によって容易に除去されて、基板面内のエッチングがほぼ均一に進行する。
【００２３】
好ましくは、前段エッチング工程は、Ｈｅガスによる冷却機構を停止して行われる。
【００２４】
この場合には、基板面内の温度のばらつきが抑えられて、前段エッチング工程のエッチングにおける導電層のサイドエッチングの進行を抑制でき、基板面内において寸法精度の高い順テーパ状の配線層を形成することができる。また、チャージアップ放電現象が抑制されて、配線層のパターンに欠損が生じるのを抑制することもできる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
まず最初に、各実施の形態において用いたエッチング装置の構成について説明する。エッチング装置としては、平行平板型の反応性異方エッチング装置（ＲＩＥ）を用いた。図１および図２を参照して、エッチング装置のチャンバ１５内に、上部電極１４と下部電極１０とが対向するように配置されている。上部電極１４の大きさは、たとえば５０６×５５６ｍｍであり、下部電極１０の大きさは５０２×５５２ｍｍである。また、上部電極１４と下部電極１０との距離は、たとえば１６０ｍｍである。
【００２６】
その下部電極１０上に、被エッチング膜が形成されたガラス基板１が載置される。下部電極１０には、冷却媒体としての、たとえばヘリウムガスを導入するための導入孔１１が設けられている。導入孔１１より導入されたヘリウムガスは、ガラス基板１１と下部電極１０との間に形成される間隙に封入される。封入されたヘリウムガスによってガラス基板１が浮き上がらないように、ガラス基板１はクランプ１３によって下部電極１０に固定されている。下部電極１０には高周波パワー１６が印加される。また下部電極１０は、絶縁板１２を介してチャンバ１５の隔壁に配置されている。
【００２７】
次の動作について説明する。まず、下部電極１０に高周波パワー１６が印加されることによって、上部電極１４と下部電極１０との間で放電領域（図示せず）が形成される。取入口（図示せず）よりチャンバ１５に導入されたエッチングガスが、放電領域で励起されてラジカルが生成する。放電領域が形成されると、上部電極１４側から正に帯電したイオンが下部電極１０側に向かって加速されてガラス基板１の表面にほぼ垂直に衝突する。このとき、ラジカルの存在によってスパッタエッチング効果と化学エッチング効果とが共存して、反応性イオンエッチングが進行する。エッチング後のガス等は、排気口１７よりチャンバ１５の外へ排出される。
【００２８】
以下、上述したエッチング装置を用いたドライエッチング方法の一例として、液晶表示装置のガラス基板上に順テーパ状のアルミニウム配線を形成する種々の方法について説明する。
【００２９】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係るドライエッチング方法について図を用いて説明する。まず図３を参照して、たとえば大きさ３７０×４７０ｍｍのガラス基板１上にアルミニウム膜２を成膜する。なお、アルミニウム膜はアルミニウム合金膜も含んでいる。そのアルミニウム膜２上にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、所定の写真製版を施すことによりフォトレジストパターン３を形成する。なお、アルミニウム膜２の密着性等を向上するために、ガラス基板１とアルミニウム膜２との間にシリコン窒化膜（図示せず）を形成してもよい。その後、温度１４０℃にて６０分間ガラス基板１をベークして、フォトレジストパターン３の耐熱性を向上する。
【００３０】
次に、図４を参照して、フォトレジストパターン３が形成されたガラス基板１をチャンバ１５内の下部電極１０上に載置して、エッチングガスとして塩素３０ｓｃｃｍのみを用い、下部電極の温度１５℃、高周波パワー１５００Ｗ、圧力２Ｐａの条件の下で、アルミニウム膜２にエッチングを施す。下部電極１０の温度はガラス基板１の温度とほぼ一致する。このとき、エッチングガスとしての塩素の流量が比較的少ないために、塩素を励起することによって生成されるラジカルの量も比較的少なくなる。
【００３１】
ラジカルの量が少なければ、反応性イオンエッチングの進行が遅れ、結果として、塩素によるフォトレジストパターン３のエッチングがアルミニウム膜２のエッチングよりも速く進行することが実験的に確認された。また、ガラス基板１の温度が、比較的低い温度に保持されていることも、フォトレジストパターン３のエッチングを、アルミニウム膜２のエッチングよりも速く進行させる要因となっていることが実験的に確認された。
【００３２】
このことによって、図３に示すフォトレジストパターン３の間に露出しているアルミニウム膜２の領域Ａの表面から下方に向かってエッチングが異方的に進行すると同時に、フォトレジストパターン３もエッチングが進行してフォトレジストパターン３が点線の位置から後退する。そして、図４に示すように、フォトレジストパターン３が後退することによって新たに露出したアルミニウム膜２の表面からも下方に向かってエッチングが進行する。
【００３３】
さらにエッチングが進行すると、図５に示すように、当初から露出していたアルミニウム膜２の領域Ａの部分がすべて除去されて、ガラス基板１の表面が露出する。フォトレジストパターン３が点線の位置から後退することによって露出したアルミニウム膜２の表面から進行するエッチングにおいては、一連のエッチングの最初の方で露出したアルミニウム膜２の表面から進行するエッチングの方が、エッチングの後の方で露出したアルミニウム膜２の表面から進行するエッチングよりもより下方にまで異方的に進行する。これにより、エッチングされずに残ったアルミニウム膜は順テーパ状になる。
【００３４】
次に、残ったフォトレジストパターン３を除去することにより、順テーパ状のアルミニウム配線２ａが形成される。この後、アルミニウム配線２ａを覆うように層間絶縁膜等を形成することによって、液晶表示表示装置の主要部分が完成する。
【００３５】
上述した方法では、特にエッチングガスとしての塩素の流量を比較的少なく設定するとともに、ガラス基板１の温度を比較的低い温度に保持していることによって、エッチングに寄与するラジカルの量が低減して、フォトレジストパターン３のエッチングがアルミニウム膜２のエッチングよりも速く進行する。その結果、順テーパ状のアルミニウム配線を容易に形成することが可能になる。また、エッチングガスとして塩素以外のガスを含まないため、コスト低減も図ることが可能になる。
【００３６】
なお、上述した方法では、下部電極１０の温度として１５℃を例に挙げたが、５０℃以下であれば、順テーパ状のアルミニウム配線を有効に形成できることが実験的に判明した。一方、下部電極の温度を１０℃よりも低い温度に保持するためには、下部電極を冷却するための冷却機構の規模が大きくなるため、生産コスト低減の観点からは好ましくない。したがって、下部電極の温度、つまりガラス基板の温度は１０℃以上５０℃以下であることが望ましい。
【００３７】
また、圧力として２Ｐａ、塩素の流量として３０ｓｃｃｍ、高周波パワーとして１５００Ｗをそれぞれ例に挙げたが、圧力１Ｐａ以上１０Ｐａ以下、塩素の流量１０ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下、高周波パワー５００Ｗ以上３０００Ｗ以下であれば、順テーパ状のアルミニウム配線を良好に形成できることが実験的に判明した。
【００３８】
実施の形態２
実施の形態２に係るドライエッチング方法について説明する。実施の形態１では、アルミニウム膜の一連のエッチングを通じて、塩素の流量を比較的低流量に設定していた。塩素の流量が少ないと、エッチングの進行が遅くなって、ガラス基板１枚を処理するのに長時間を要することになる。そこで、実施の形態２では、スループットを向上するための２ステップエッチングについて説明する。
【００３９】
まず、図６は、塩素の流量と、フォトレジストの塩素によるエッチングレートおよびアルミニウム膜の塩素によるエッチングレートとの変化をそれぞれ示したグラフである。図６に示されるように、塩素の流量が比較的少ない場合、すなわちこの場合塩素の流量が約１７０ｓｃｃｍ以下であれば、塩素によるフォトレジストパターンのエッチングレートは、アルミニウム膜のエッチングレートよりも高いことがわかる。一方、塩素の流量が約１７０ｓｃｃｍを超えると、両者のエッチングレートの関係が逆転して、アルミニウム膜のエッチングレートがフォトレジストパターンのエッチングレートよりも高くなることがわかる。
【００４０】
言い換えれば、アルミニウム膜のエッチングレートに対するフォトレジストパターンのエッチングレートの比（選択比）が、１より大きい場合にはフォトレジストパターンのエッチングレートがアルミニウム膜のエッチングレートよりも速く、選択比が１より小さい場合には、アルミニウム膜のエッチングレートがフォトレジストパターンのエッチングレートよりも高くなることが判明した。
【００４１】
本実施の形態２に係る２ステップエッチングは、この結果を利用するものである。まず、図７を参照して、実施の形態１において説明した図３に示す工程と同様に、ガラス基板１上にアルミニウム膜２を形成し、さらに所定のフォトレジストパターン３を形成する。次に図８を参照して、まず１ステップ目のエッチングとして、塩素の流量を２４０ｓｃｃｍとし、フォトレジストパターン３間に露出しているアルミニウム膜２の領域Ａにエッチングを施す。なお、圧力、高周波パワーの値は実施の形態１で説明した条件と同様である。
【００４２】
この１ステップ目のエッチングでは、塩素の流量が比較的多いために、ラジカルが比較的多く生成されて、塩素によるアルミニウム膜のエッチングレートがフォトレジストパターンのエッチングレートよりも高くなる。これにより、フォトレジストパターン３があまり後退することなく、当初から露出しているアルミニウム膜２の領域Ａの表面から下方に向かって異方的にエッチングが進行してガラス基板１の表面が露出する。
【００４３】
ガラス基板１の表面が露出した段階で、１ステップ目のエッチングが終了し、引続いて図１１に示すように、高周波パワーを切ることなく２ステップ目のエッチングに入る。図９を参照して、２ステップ目のエッチングでは、実施の形態１の場合と同様に塩素の流量を３０ｓｃｃｍ、下部電極１０の温度を１５℃に設定する。他の圧力や高周波パワーの値は１ステップ目の条件と同様である。
【００４４】
この２ステップ目のエッチングでは、塩素の流量が比較的少なく、塩素によるフォトレジストパターンのエッチングレートが、アルミニウム膜のエッチングレートよりも高くなる。これにより、実施の形態１において説明したように、フォトレジストパターン３の後退とともに新たに露出したアルミニウム膜２の表面からも下方に向かってエッチングが異方的に進行して、容易に順テーパ状のアルミニウム配線２ａが形成される。
【００４５】
以上説明した２ステップエッチングを用いることにより、スループットの向上を図ることが可能になる。その結果を、図１０に示す。図１０は、エッチング時間とアルミニウム膜のエッチング膜厚との関係を示したものである。実施の形態１に対応する、エッチングを通じて塩素の流量を比較的低い流量に設定した１ステップエッチングでは、１枚のガラス基板を処理するのに要する時間は約４００秒であった。
【００４６】
これに対して、本実施の形態２に係る２ステップエッチングでは、１ステップ目のエッチングにおいて塩素の流量を比較的多い流量に設定することにより、アルミニウム膜のエッチングレートが２ステップ目におけるエッチングレートよりも高くなり、１枚のガラス基板を処理するのに要する時間は約１５０秒に短縮された。これにより、２ステップエッチングでは、１ステップエッチングの場合に要する処理時間の半分以下となり、スループットを大幅に向上できることが判明した。
【００４７】
実施の形態３
実施の形態３に係るドライエッチング方法について説明する。実施の形態２において説明した２ステップエッチングでは、１ステップ目および２ステップ目のエッチングとも、エッチングガスとして塩素のみを用いた。本実施の形態３では、特に１ステップ目では塩素に三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）を添加してエッチングを行う。２ステップ目のエッチングでは、エッチングガスとして塩素のみを用いてエッチングを行う。
【００４８】
１ステップ目のエッチングにおいて、三塩化ホウ素を添加することによって、次に説明する効果が得られる。露出しているアルミニウム膜２の表面には通常自然酸化膜が存在する。自然酸化膜が存在していると、その部分のエッチングの進行が遅れてしまい、ガラス基板面内においてエッチングが均一に進行しないことになる。このため、ガラス基板１上のアルミニウム膜２のエッチングを均一に進行させるためには、その自然酸化膜を除去する必要がある。
【００４９】
実施の形態２では、その自然酸化膜を除去するために、比較的高い高周波パワー（１０００〜５０００Ｗ）を印加した。自然酸化膜を除去するための方法としては、このように比較的高い高周波パワーを印加することの他に、特に１ステップ目のエッチングにおいて、三塩化ホウ素を添加することで自然酸化膜をより容易に除去することができる。その結果、ガラス基板面内のアルミニウム膜のエッチングが均一に進行し、アルミニウム配線の仕上がり形状のばらつきがなくなって、寸法精度の高い順テーパ状のアルミニウム配線を容易に形成することができる。
【００５０】
実施の形態４
実施の形態４に係るドライエッチング方法について説明する。実施の形態２および３において説明した１ステップ目のエッチングでは、レジストパターン３間に露出しているアルミニウム膜２がすべて除去されてガラス基板１の表面が露出するまでエッチングを行なっていた。本実施の形態４では、１ステップ目のエッチングを、ガラス基板１上のアルミニウム膜２がすべて除去される直前で終了し、引続き２ステップ目のエッチングを行なう。
【００５１】
まず図１２を参照して、実施の形態２または実施の形態３において説明した方法と同様の条件にて１ステップ目のエッチングをアルミニウム膜２に施す。そして、露出したアルミニウム膜２がすべて除去される直前、すなわちガラス基板１上にアルミニウム膜２をわずかに残した状態で１ステップ目のエッチングを終了する。なお、１ステップ目のエッチングの終点は、エンドポイントディテクタ（ＥＰＤ）を用いてアルミニウムの発光強度を検出し、その強度が最小になる直前とした。
【００５２】
次に図１３を参照して、引続き実施の形態２または３において説明した方法と同様の条件にて２ステップ目のエッチングをアルミニウム膜２に施す。以上のようにして、順テーパ状のアルミニウム配線が形成される。
【００５３】
この方法では、次に説明するような効果が得られる。ディスプレイ装置用のガラス基板は、比較的大面積であるために、ガラス基板１上に形成されるアルミニウム膜１の面内膜厚分布にばらつきが生じやすかったり、また、アルミニウム膜のエッチングが面内で均一に進行しないおそれがある。そのため、１ステップ目のエッチングにおいて露出しているアルミニウム膜２をすべて除去するまでエッチングを行なうと、ガラス基板１面に対して平行な方向にアルミニウム膜にエッチング（サイドエッチング）が進行する。そのため、２ステップ目のエッチングにおいて、テーパの形成のされ方にばらつきが生じて、寸法精度の高いアルミニウム配線を容易に形成することが困難になることがある。
【００５４】
本実施の形態４に係る方法では、１ステップ目のエッチングをアルミニウム膜２がすべて除去される直前で終了させ、引続いて２ステップ目のエッチングを行なうことで、アルミニウム膜２のサイドエッチングの進行を抑制でき、より寸法精度の高い順テーパ状のアルミニウム配線を形成することができる。
【００５５】
実施の形態５
実施の形態５に係るドライエッチング方法について説明する。実施の形態２〜４において説明した２ステップエッチングでは、Ｈｅガスによる冷却機構を用いて１ステップ目および２ステップ目のエッチングを通じて、下部電極の温度を比較的低温度の１５℃に設定していた。本実施の形態５では、１ステップ目のエッチングではこの冷却機構を使用せずに露出しているアルミニウム膜２にエッチングを施し、２ステップ目のエッチングにおいてこの冷却機構を使用してエッチングを行なう。なお、２ステップ目のエッチングの条件は、実施の形態２〜４において説明した条件と同様である。
【００５６】
現状のエッチング装置では、図１および図２に示すように、Ｈｅ導入穴１１に起因して、ガラス基板１の周辺部が中央付近よりも冷却されやすいために、ガラス基板１面内において温度のばらつきが生じやすい。この温度のばらつきにより、１ステップ目のエッチングでは、ガラス基板１の周辺部に位置するアルミニウム膜のエッチングレートが中央付近に位置するアルミニウム膜のエッチングレートよりも低くなり、ガラス基板１面内におけるエッチングレートの均一性が悪化する。その結果、特にガラス基板１の中央付近のアルミニウム膜２にはサイドエッチングが進行して、ガラス基板１面内で順テーパ状のアルミニウム配線の形状にばらつきが生じることがある。
【００５７】
また、ガラス基板１の中央付近に位置するアルミニウム膜のエッチングが、周辺部に位置するアルミニウム膜２のエッチングよりも速く進行することによって発生するチャージアップ放電によって、アルミニウム配線のパターンに欠損が生じることがある。
【００５８】
このチャージアップ放電の原因は不明であるが次のように考えられている。ガラス基板１の中央付近に位置するアルミニウム膜のエッチングが、周辺部に位置するアルミニウム膜２のエッチングよりも速く進行するために、ガラス基板１の中央付近に位置する露出したアルミニウム膜が除去されてアルミニウム配線のパターンが形成された時点では、周辺部に位置するアルミニウム膜はまだエッチング中である。このため、エッチング中に周辺部に位置するアルミニウム膜２には電荷が蓄積されやすい傾向にある。
【００５９】
さらにエッチングが進み、周辺部に位置する露出したアルミニウム膜も除去されてアルミニウム配線のパターンが形成される際には、そのアルミニウム配線２には、中央付近に位置するアルミニウム配線よりも高い電荷が蓄積されていることになる。その結果、高い電荷が蓄積されたアルミニウム配線とより低い電荷が蓄積されたアルミニウム配線との間で放電（チャージアップ放電）が発生すると考えられている。
【００６０】
本実施の形態５では、１ステップ目のエッチングにおいて冷却機構を使用しないことによって、上述したような冷却機構の構造に起因するガラス基板１面内の温度のばらつきが抑えられる。その結果、１ステップ目のエッチングにおけるアルミニウム膜のサイドエッチングの進行を抑制でき、ガラス基板１面内において寸法精度の高い順テーパ状のアルミニウム配線を形成することができる。また、チャージアップ放電現象が抑制されて、アルミニウム配線のパターンに欠損が生じるのを抑制することもできる。
【００６１】
実施の形態６
実施の形態６に係るドライエッチング方法について説明する。実施の形態２〜４では、２ステップ目のエッチングに使用する塩素の流量を、１ステップ目のエッチングに使用する塩素の流量よりも少なく設定した。本実施の形態６では、２ステップ目のエッチングに使用する塩素の流量を少なくすることなく、１ステップ目および２ステップ目のエッチングを通じて塩素の流量を同一の流量に設定して順テーパ状のアルミニウム配線を形成する。
【００６２】
まず、露出しているアルミニウム膜に１ステップ目のエッチングを施し、ガラス基板１の表面が露出した時点、または、露出する直前でそのエッチングを終了する。１ステップ目のエッチングの条件は、実施の形態２〜４の１ステップ目のエッチングの条件と同様である。
【００６３】
引続いて２ステップ目のエッチングを行なう。このとき、エッチングの条件として、特に高周波パワーを１ステップ目のエッチングにおける高周波パワーよりも小さい値、たとえば１００Ｗに設定する。印加する高周波パワーを小さく設定することによって、エッチングに寄与するラジカルの発生が抑制される。
【００６４】
これにより、塩素によるアルミニウム膜のエッチングレートがフォトレジストパターンのエッチングレートよりも低くなり、実施の形態２〜４において説明した比較的低流量の塩素による２ステップ目のエッチングの場合と同様の条件が達成されることになる。その結果、塩素の流量を変えることなく、２ステップ目において印加される高周波パワーを比較的低い値に設定することによって、順テーパ状のアルミニウム配線を容易に形成することができる。
【００６５】
実施の形態７
実施の形態７に係るドライエッチング方法について説明する。実施の形態２では、図１１に示すように、１ステップ目のエッチングから２ステップ目のエッチングへは高周波パワーを切ることなく連続して起こっている。本実施の形態７では、図１４に示すように、１ステップ目のエッチングと２ステップ目のエッチングとの間に高周波パワーを印加させない無放電時間ｔ（ステップ）を設定している。
【００６６】
この無放電時間中はラジカルは生成されないため、アルミニウム膜のエッチングは行なわれない。この無放電時間を設定することによって、次の２つの効果が得られる。１つ目の効果は次のとおりである。この無放電時間の間に１ステップ目のエッチングにおいて生成した反応生成物や塩素などがチャンバー１５の外に排気される。これにより、反応生成物等がアルミニウム膜の表面に付着することが抑制されて、２ステップ目のエッチングをより清浄なアルミニウム膜の表面から進行させることができる。その結果、アルミニウム配線のテーパ面がより平滑になる。
【００６７】
２つ目の効果は次のとおりである。この無放電時間の間にガラス基板を低温に冷却することができる。これにより、低温に維持されたガラス基板に２ステップ目のエッチングが施される。その結果、アルミニウム配線のテーパ角の制御がより容易になる。
【００６８】
特に、実施の形態５で説明した場合のように、２ステップ目のエッチングにのみ冷却機構を使用する場合には、その２ステップ目では、ガラス基板１の表面近傍に温度勾配が発生して、アルミニウム膜の表面に反応生成物等が付着しやすくなる。さらに、１ステップ目のエッチングによりガラス基板１が高温になりやすくなる。
【００６９】
このような場合に、本実施の形態７に係る方法を適用することで反応生成物等のアルミニウム膜への付着を効果的に抑制し、かつ、２ステップ目のエッチングの始まる前にガラス基板１を低温に維持することが可能になる。
【００７０】
実施の形態８
実施の形態８に係るドライエッチング方法について説明する。実施の形態１〜６では、１ステップ目および２ステップ目のエッチングを通じて連続的に高周波パワーを印加していた。本実施の形態８では、高周波パワーを断続的に印加したパルス放電状態のもとでエッチングを行なう。
【００７１】
特に、２ステップ目のエッチングをパルス放電状態のもとで行うとによって、エッチングに寄与するラジカルが断続的に生成する。このため、時間平均的にはラジカルの量が低減することになる。このことは、比較的低流量の塩素を使用してエッチングを行う場合と同様の条件が達成されたことになる。その結果、１ステップ目から２ステップ目にかけて塩素の流量を低下することなく、２ステップ目のエッチングをパルス放電状態のもとで行なうことによって、順テーパ状のアルミニウム配線を容易に形成することができる。
【００７２】
また、１ステップ目のエッチングもパルス放電状態のもとで行うことによって、実施の形態５において説明したチャージアップ放電を抑制したり、また、フォトレジストパターンのダメージを低減でき、順テーパ形状のアルミニウム配線を精度よく形成することが可能になる。
【００７３】
なお、上記各実施の形態において説明した方法は、図１および図２に示す平行平板型のエッチング装置（ＲＩＥ）を用いて行なったが、この他に、たとえば、高密度プラズマを生成することが可能な平行平板型以外のエッチング装置にも適用することが可能である。その場合にも、エッチングガスとして塩素のみを用いて、その塩素によるフォトレジストパターンのエッチングレートを、アルミニウム膜のエッチングレートよりも高くなるように、エッチングに寄与するラジカルの量を制御することによって、順テーパ状のアルミニウム配線を容易にしかも精度よく形成することができる。
【００７４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００７５】
【発明の効果】
この方法によれば、配線テーパ化工程において、基板の温度を１０℃以上５０℃以下に保持することによって、第１のエッチングガスによるフォトレジストパターンのエッチングが、導電層のエッチングよりも速く進行する。そのため、フォトレジストパターン間に当初露出していた導電層の表面から下方に向かってエッチングが異方的に進行すると同時に、フォトレジストパターンがエッチングによって徐々に後退することによって新たに露出した導電層の表面からも下方に向かってエッチングが進行する。このとき、エッチングの最初の方で露出した導電層の表面から進行するエッチングの方が、後の方で露出した導電層の表面から進行するエッチングよりもより下方にまで異方的に進行する結果、順テーパ状の配線層を容易に形成することができる。
しかも、その配線テーパ化工程の前に行われる前段エッチング工程では、第２のエッチングガスによる導電層のエッチングがフォトレジストパターンのエッチングよりも速く進行するため、実質的にフォトレジストパターンを後退させることなく、フォトレジストパターンとフォトレジストパターンとの間に露出している導電層が異方的にエッチングされる。この前段エッチング工程を、たとえば基板の表面が露出するまで行なった後に、配線テーパ化工程を行なうことで、当初から配線テーパ化工程のみで配線層を順テーパ状にする場合よりも、基板当りの処理時間が短縮されてスループットが向上する。
さらに、その前段エッチング工程と配線順テーパ化工程との間に、高周波パワーの印加を停止する工程を備えていることによって、この高周波パワーの印加を停止する工程では、各エッチングガスと導電層などとが反応しないため、新たな反応生成物は生成されず、そして、この間に、エッチングにより生成した反応生成物がエッチング装置の外へ排出される。これにより、反応生成物が導電層に付着することが抑制されて、より清浄な表面状態で後の配線テーパ化工程におけるエッチングが進行する。その結果、配線層のテーパ面を平滑にすることができる。また、高周波パワーの印加を停止する工程の間に、基板が冷却されて配線層のテーパ角の制御がより容易になる。さらに、第１のエッチングガスとしては、塩素ガスのみからなるため、他のエッチングガスを必要とせず、コスト低減も図ることができる。
【００７９】
好ましくは、第２のエッチングガスは塩素ガスのみからなることによって、コスト低減が可能になる。
【００８０】
また、好ましくは、配線テーパ化工程における塩素ガスの流量を、前段エッチング工程における塩素ガスの流量よりも少なくすることによって、配線テーパ化工程では、第１のエッチングガスによるフォトレジストパターンのエッチングレートを、導電層のエッチングレートよりも高くし、前段エッチング工程では、第２のエッチングガスによる導電層のエッチングレートをフォトレジストパターンのエッチングレートよりも高くすることができる。
【００８１】
好ましくは、前段エッチング工程の前記第２のエッチングガスは三塩化ホウ素を含むことによって、導電層の表面に形成されている自然酸化膜が容易に除去されて、基板面内のエッチングがほぼ均一に進行する。
【００８２】
好ましくは、前段エッチング工程は、Ｈｅガスによる冷却機構を停止して行われることによって、基板面内の温度のばらつきが抑えられて、前段エッチング工程のエッチングにおける導電層のサイドエッチングの進行を抑制でき、基板面内において寸法精度の高い順テーパ状の配線層を形成することができる。また、チャージアップ放電現象が抑制されて、配線層のパターンに欠損が生じるのを抑制することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の各実施の形態において適用するエッチング装置の一断面図である。
【図２】 図１に示すエッチング装置の一平面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係るドライエッチング方法の１工程を示す断面図である。
【図４】 同実施の形態において、図３に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図５】 同実施の形態において、図４に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態２における塩素によるアルミニウム膜およびフォトレジストパターンのエッチングレートと塩素の流量との関係を示すグラフである。
【図７】 本発明の実施の形態２に係るドライエッチング方法の１工程を示す断面図である。
【図８】 同実施の形態において、図７に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図９】 同実施の形態において、図８に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１０】 同実施の形態に係る２ステップエッチングの効果を説明するためのグラフである。
【図１１】 同実施の形態に係る２ステップエッチングにおいて、印加される高周波パワーの状態を示す図である。
【図１２】 本発明の実施の形態４に係るドライエッチング方法の１工程を示す断面図である。
【図１３】 同実施の形態において、図１２に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１４】 本発明の実施の形態７に係るドライエッチング方法において、印加される高周波パワーの状態を示す図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板、２ アルミニウム膜、２ａ アルミニウム配線、３ フォトレジストパターン、１０ 下部電極、１１ Ｈｅ導入孔、１２ 絶縁板、１３ クランプ、１４ 上部電極、１５ チャンバ、１６ 高周波電源、１７ 排気口。
【発明の属する技術分野】
本発明はドライエッチング方法に関し、特に、液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタが形成されたアレイ基板において、その薄膜トランジスタなどの素子を電気的に接続するアルミニウムを主成分とする配線を順テーパ状にするためのドライエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置では大型化および高精細化が求められている。そのような要求に対応するため、薄膜トランジスタなどの素子を電気的に接続する配線としては、電気抵抗が比較的小さく、しかも安価なことからアルミニウムまたはアルミニウム合金が広く適用されている。アルミニウムを薄膜トランジスタのゲート電極材料として用いる場合には、薄膜トランジスタやアルミニウム配線等を覆う絶縁膜の被覆性を高めるために、特にアルミニウム配線の形状を、順テーパ状に加工することが要求される。
【０００３】
次に、そのようなアルミニウム配線を形成するための従来の方法の一例について説明する。まず、ガラス基板上に形成されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタを覆うように、アルミニウム層またはアルミニウム合金層が形成される。そのアルミニウム層上にフォトレジスト膜が塗布形成される。塗布形成されたフォトレジスト膜に写真製版処理を施すことにより、所定のフォトレジストパターンが形成される。
【０００４】
次に、フォトレジストパターンが形成された基板を所定のエッチング薬液に浸すことにより、アルミニウム層にウエットエッチングが施される。
【０００５】
このとき、フォトレジストパターンとフォトレジストパターンとの間に露出しているアルミニウムの層の表面から内部に向かってエッチングが等方的に進行する。これにより、エッチングされずに残ったアルミニウム層の部分が順テーパ状となって、アルミニウム配線が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したアルミニウム配線の形成方法では、次に示すような問題点があった。ウエットエッチングでは、エッチングが等方的であるために、基板に垂直な方向に加えて基板に平行な方向にも同時にエッチングが進行する。そのため、アルミニウム配線のテーパ角度を制御するのが容易でなく、適切なテーパ状のアルミニウム配線を形成することが困難となっていた。また、基板の処理枚数が増えるに従い、エッチング薬液の組成が徐々に変化することも、エッチングレートが変動することとなって、アルミニウム配線のテーパ角度の制御を困難にしている要因となっていた。
【０００７】
一方、このようなウエットエッチングによる問題点を解消するために、ウエットエッチングに替えてドライエッチングを適用しようとしても、ドライエッチングではエッチングが異方的に進むために、基板に平行な方向に進行するエッチングの量が少なく、適切なテーパ状のアルミニウム配線を形成することが困難であった。以上説明したように、従来のエッチング方法では、適切な順テーパ状のアルミニウム配線を容易に形成することが困難であった。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、容易に順テーパ状のアルミニウム配線を形成することができるドライエッチング方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のドライエッチング方法は、基板上に形成されたアルミニウムを含む導電層と、その導電層上に形成された順テーパ状のフォトレジストパターンとから配線層を形成するためのドライエッチング方法である。そのドライエッチング方法は、基板の温度をＨｅガスによる冷却機構により１０℃以上５０℃以下に保持し、塩素ガスのみからなる第１のエッチングガスを用いて、その第１のエッチングガスによるフォトレジストパターンのエッチングレートが、第１のエッチングガスによる導電層のエッチングレートよりも高いエッチング条件で導電層をエッチングすることにより、配線層を順テーパ状にする配線テーパ化工程を備え、その配線テーパ化工程の前に、少なくとも塩素ガスを含む第２のエッチングガスを用い、その第２のエッチングガスによる導電層のエッチングレートが、第２のエッチングガスによるフォトレジストパターンのエッチングレートよりも高いエッチング条件で導電層をエッチングする前段エッチング工程を備え、その前段エッチング工程と配線順テーパ化工程との間に、高周波パワーの印加を停止する工程を備えている。
【００１０】
この方法によれば、配線テーパ化工程において、基板の温度を１０℃以上５０℃以下に保持することによって、第１のエッチングガスによるフォトレジストパターンのエッチングが、導電層のエッチングよりも速く進行する。そのため、フォトレジストパターン間に当初露出していた導電層の表面から下方に向かってエッチングが異方的に進行すると同時に、フォトレジストパターンがエッチングによって徐々に後退することによって新たに露出した導電層の表面からも下方に向かってエッチングが進行する。このとき、エッチングの最初の方で露出した導電層の表面から進行するエッチングの方が、後の方で露出した導電層の表面から進行するエッチングよりもより下方にまで異方的に進行する結果、順テーパ状の配線層を容易に形成することができる。
しかも、その配線テーパ化工程の前に行われる前段エッチング工程では、第２のエッチングガスによる導電層のエッチングがフォトレジストパターンのエッチングよりも速く進行するため、実質的にフォトレジストパターンを後退させることなく、フォトレジストパターンとフォトレジストパターンとの間に露出している導電層が異方的にエッチングされる。この前段エッチング工程を、たとえば基板の表面が露出するまで行なった後に、配線テーパ化工程を行なうことで、当初から配線テーパ化工程のみで配線層を順テーパ状にする場合よりも、基板当りの処理時間が短縮されてスループットが向上する。
さらに、その前段エッチング工程と配線順テーパ化工程との間に、高周波パワーの印加を停止する工程を備えていることによって、この高周波パワーの印加を停止する工程では、各エッチングガスと導電層などとが反応しないため、新たな反応生成物は生成されず、そして、この間に、エッチングにより生成した反応生成物がエッチング装置の外へ排出される。これにより、反応生成物が導電層に付着することが抑制されて、より清浄な表面状態で後の配線テーパ化工程におけるエッチングが進行する。その結果、配線層のテーパ面を平滑にすることができる。また、高周波パワーの印加を停止する工程の間に、基板が冷却されて配線層のテーパ角の制御がより容易になる。さらに、第１のエッチングガスとしては、塩素ガスのみからなるため、他のエッチングガスを必要とせず、コスト低減も図ることができる。
なお、基板の温度を１０℃以上５０℃以下に保持するのは、次の理由による。すなわち、基板の温度が５０℃より高い場合では、配線層を順テーパ状にすることがほとんどできず、５０℃以下であれば配線層を順テーパ状にできることが実験的に確認されたからであり、一方、基板の温度を１０℃よりも低い温度に保持しようとすると、基板を冷却するための冷却機構が大規模になるためコストが上昇するからである。
【００１７】
好ましくは、第２のエッチングガスは塩素ガスのみからなる。
【００１８】
この場合には、第２のエッチングガスとして塩素ガス以外のエッチングガスを添加する必要がないため、コスト低減が可能になる。
【００１９】
また、好ましくは、配線テーパ化工程における塩素ガスの流量は、前段エッチング工程における塩素ガスの流量よりも少ない。
【００２０】
一般に、ラジカルの量が多いほどエッチングがより速く進行することから、配線テーパ化工程における塩素ガスの流量を、前段エッチング工程における塩素ガスの流量よりも少なくすることで、配線テーパ化工程では、第１のエッチングガスによるフォトレジストパターンのエッチングレートを、導電層のエッチングレートよりも高くし、前段エッチング工程では、第２のエッチングガスによる導電層のエッチングレートをフォトレジストパターンのエッチングレートよりも高くすることができる。
【００２１】
好ましくは、前段エッチング工程の前記第２のエッチングガスは三塩化ホウ素を含む。
【００２２】
この場合には、導電層の表面に形成されている自然酸化膜が三塩化ホウ素（ＢＣｌ 3 ）によって容易に除去されて、基板面内のエッチングがほぼ均一に進行する。
【００２３】
好ましくは、前段エッチング工程は、Ｈｅガスによる冷却機構を停止して行われる。
【００２４】
この場合には、基板面内の温度のばらつきが抑えられて、前段エッチング工程のエッチングにおける導電層のサイドエッチングの進行を抑制でき、基板面内において寸法精度の高い順テーパ状の配線層を形成することができる。また、チャージアップ放電現象が抑制されて、配線層のパターンに欠損が生じるのを抑制することもできる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
まず最初に、各実施の形態において用いたエッチング装置の構成について説明する。エッチング装置としては、平行平板型の反応性異方エッチング装置（ＲＩＥ）を用いた。図１および図２を参照して、エッチング装置のチャンバ１５内に、上部電極１４と下部電極１０とが対向するように配置されている。上部電極１４の大きさは、たとえば５０６×５５６ｍｍであり、下部電極１０の大きさは５０２×５５２ｍｍである。また、上部電極１４と下部電極１０との距離は、たとえば１６０ｍｍである。
【００２６】
その下部電極１０上に、被エッチング膜が形成されたガラス基板１が載置される。下部電極１０には、冷却媒体としての、たとえばヘリウムガスを導入するための導入孔１１が設けられている。導入孔１１より導入されたヘリウムガスは、ガラス基板１１と下部電極１０との間に形成される間隙に封入される。封入されたヘリウムガスによってガラス基板１が浮き上がらないように、ガラス基板１はクランプ１３によって下部電極１０に固定されている。下部電極１０には高周波パワー１６が印加される。また下部電極１０は、絶縁板１２を介してチャンバ１５の隔壁に配置されている。
【００２７】
次の動作について説明する。まず、下部電極１０に高周波パワー１６が印加されることによって、上部電極１４と下部電極１０との間で放電領域（図示せず）が形成される。取入口（図示せず）よりチャンバ１５に導入されたエッチングガスが、放電領域で励起されてラジカルが生成する。放電領域が形成されると、上部電極１４側から正に帯電したイオンが下部電極１０側に向かって加速されてガラス基板１の表面にほぼ垂直に衝突する。このとき、ラジカルの存在によってスパッタエッチング効果と化学エッチング効果とが共存して、反応性イオンエッチングが進行する。エッチング後のガス等は、排気口１７よりチャンバ１５の外へ排出される。
【００２８】
以下、上述したエッチング装置を用いたドライエッチング方法の一例として、液晶表示装置のガラス基板上に順テーパ状のアルミニウム配線を形成する種々の方法について説明する。
【００２９】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係るドライエッチング方法について図を用いて説明する。まず図３を参照して、たとえば大きさ３７０×４７０ｍｍのガラス基板１上にアルミニウム膜２を成膜する。なお、アルミニウム膜はアルミニウム合金膜も含んでいる。そのアルミニウム膜２上にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、所定の写真製版を施すことによりフォトレジストパターン３を形成する。なお、アルミニウム膜２の密着性等を向上するために、ガラス基板１とアルミニウム膜２との間にシリコン窒化膜（図示せず）を形成してもよい。その後、温度１４０℃にて６０分間ガラス基板１をベークして、フォトレジストパターン３の耐熱性を向上する。
【００３０】
次に、図４を参照して、フォトレジストパターン３が形成されたガラス基板１をチャンバ１５内の下部電極１０上に載置して、エッチングガスとして塩素３０ｓｃｃｍのみを用い、下部電極の温度１５℃、高周波パワー１５００Ｗ、圧力２Ｐａの条件の下で、アルミニウム膜２にエッチングを施す。下部電極１０の温度はガラス基板１の温度とほぼ一致する。このとき、エッチングガスとしての塩素の流量が比較的少ないために、塩素を励起することによって生成されるラジカルの量も比較的少なくなる。
【００３１】
ラジカルの量が少なければ、反応性イオンエッチングの進行が遅れ、結果として、塩素によるフォトレジストパターン３のエッチングがアルミニウム膜２のエッチングよりも速く進行することが実験的に確認された。また、ガラス基板１の温度が、比較的低い温度に保持されていることも、フォトレジストパターン３のエッチングを、アルミニウム膜２のエッチングよりも速く進行させる要因となっていることが実験的に確認された。
【００３２】
このことによって、図３に示すフォトレジストパターン３の間に露出しているアルミニウム膜２の領域Ａの表面から下方に向かってエッチングが異方的に進行すると同時に、フォトレジストパターン３もエッチングが進行してフォトレジストパターン３が点線の位置から後退する。そして、図４に示すように、フォトレジストパターン３が後退することによって新たに露出したアルミニウム膜２の表面からも下方に向かってエッチングが進行する。
【００３３】
さらにエッチングが進行すると、図５に示すように、当初から露出していたアルミニウム膜２の領域Ａの部分がすべて除去されて、ガラス基板１の表面が露出する。フォトレジストパターン３が点線の位置から後退することによって露出したアルミニウム膜２の表面から進行するエッチングにおいては、一連のエッチングの最初の方で露出したアルミニウム膜２の表面から進行するエッチングの方が、エッチングの後の方で露出したアルミニウム膜２の表面から進行するエッチングよりもより下方にまで異方的に進行する。これにより、エッチングされずに残ったアルミニウム膜は順テーパ状になる。
【００３４】
次に、残ったフォトレジストパターン３を除去することにより、順テーパ状のアルミニウム配線２ａが形成される。この後、アルミニウム配線２ａを覆うように層間絶縁膜等を形成することによって、液晶表示表示装置の主要部分が完成する。
【００３５】
上述した方法では、特にエッチングガスとしての塩素の流量を比較的少なく設定するとともに、ガラス基板１の温度を比較的低い温度に保持していることによって、エッチングに寄与するラジカルの量が低減して、フォトレジストパターン３のエッチングがアルミニウム膜２のエッチングよりも速く進行する。その結果、順テーパ状のアルミニウム配線を容易に形成することが可能になる。また、エッチングガスとして塩素以外のガスを含まないため、コスト低減も図ることが可能になる。
【００３６】
なお、上述した方法では、下部電極１０の温度として１５℃を例に挙げたが、５０℃以下であれば、順テーパ状のアルミニウム配線を有効に形成できることが実験的に判明した。一方、下部電極の温度を１０℃よりも低い温度に保持するためには、下部電極を冷却するための冷却機構の規模が大きくなるため、生産コスト低減の観点からは好ましくない。したがって、下部電極の温度、つまりガラス基板の温度は１０℃以上５０℃以下であることが望ましい。
【００３７】
また、圧力として２Ｐａ、塩素の流量として３０ｓｃｃｍ、高周波パワーとして１５００Ｗをそれぞれ例に挙げたが、圧力１Ｐａ以上１０Ｐａ以下、塩素の流量１０ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下、高周波パワー５００Ｗ以上３０００Ｗ以下であれば、順テーパ状のアルミニウム配線を良好に形成できることが実験的に判明した。
【００３８】
実施の形態２
実施の形態２に係るドライエッチング方法について説明する。実施の形態１では、アルミニウム膜の一連のエッチングを通じて、塩素の流量を比較的低流量に設定していた。塩素の流量が少ないと、エッチングの進行が遅くなって、ガラス基板１枚を処理するのに長時間を要することになる。そこで、実施の形態２では、スループットを向上するための２ステップエッチングについて説明する。
【００３９】
まず、図６は、塩素の流量と、フォトレジストの塩素によるエッチングレートおよびアルミニウム膜の塩素によるエッチングレートとの変化をそれぞれ示したグラフである。図６に示されるように、塩素の流量が比較的少ない場合、すなわちこの場合塩素の流量が約１７０ｓｃｃｍ以下であれば、塩素によるフォトレジストパターンのエッチングレートは、アルミニウム膜のエッチングレートよりも高いことがわかる。一方、塩素の流量が約１７０ｓｃｃｍを超えると、両者のエッチングレートの関係が逆転して、アルミニウム膜のエッチングレートがフォトレジストパターンのエッチングレートよりも高くなることがわかる。
【００４０】
言い換えれば、アルミニウム膜のエッチングレートに対するフォトレジストパターンのエッチングレートの比（選択比）が、１より大きい場合にはフォトレジストパターンのエッチングレートがアルミニウム膜のエッチングレートよりも速く、選択比が１より小さい場合には、アルミニウム膜のエッチングレートがフォトレジストパターンのエッチングレートよりも高くなることが判明した。
【００４１】
本実施の形態２に係る２ステップエッチングは、この結果を利用するものである。まず、図７を参照して、実施の形態１において説明した図３に示す工程と同様に、ガラス基板１上にアルミニウム膜２を形成し、さらに所定のフォトレジストパターン３を形成する。次に図８を参照して、まず１ステップ目のエッチングとして、塩素の流量を２４０ｓｃｃｍとし、フォトレジストパターン３間に露出しているアルミニウム膜２の領域Ａにエッチングを施す。なお、圧力、高周波パワーの値は実施の形態１で説明した条件と同様である。
【００４２】
この１ステップ目のエッチングでは、塩素の流量が比較的多いために、ラジカルが比較的多く生成されて、塩素によるアルミニウム膜のエッチングレートがフォトレジストパターンのエッチングレートよりも高くなる。これにより、フォトレジストパターン３があまり後退することなく、当初から露出しているアルミニウム膜２の領域Ａの表面から下方に向かって異方的にエッチングが進行してガラス基板１の表面が露出する。
【００４３】
ガラス基板１の表面が露出した段階で、１ステップ目のエッチングが終了し、引続いて図１１に示すように、高周波パワーを切ることなく２ステップ目のエッチングに入る。図９を参照して、２ステップ目のエッチングでは、実施の形態１の場合と同様に塩素の流量を３０ｓｃｃｍ、下部電極１０の温度を１５℃に設定する。他の圧力や高周波パワーの値は１ステップ目の条件と同様である。
【００４４】
この２ステップ目のエッチングでは、塩素の流量が比較的少なく、塩素によるフォトレジストパターンのエッチングレートが、アルミニウム膜のエッチングレートよりも高くなる。これにより、実施の形態１において説明したように、フォトレジストパターン３の後退とともに新たに露出したアルミニウム膜２の表面からも下方に向かってエッチングが異方的に進行して、容易に順テーパ状のアルミニウム配線２ａが形成される。
【００４５】
以上説明した２ステップエッチングを用いることにより、スループットの向上を図ることが可能になる。その結果を、図１０に示す。図１０は、エッチング時間とアルミニウム膜のエッチング膜厚との関係を示したものである。実施の形態１に対応する、エッチングを通じて塩素の流量を比較的低い流量に設定した１ステップエッチングでは、１枚のガラス基板を処理するのに要する時間は約４００秒であった。
【００４６】
これに対して、本実施の形態２に係る２ステップエッチングでは、１ステップ目のエッチングにおいて塩素の流量を比較的多い流量に設定することにより、アルミニウム膜のエッチングレートが２ステップ目におけるエッチングレートよりも高くなり、１枚のガラス基板を処理するのに要する時間は約１５０秒に短縮された。これにより、２ステップエッチングでは、１ステップエッチングの場合に要する処理時間の半分以下となり、スループットを大幅に向上できることが判明した。
【００４７】
実施の形態３
実施の形態３に係るドライエッチング方法について説明する。実施の形態２において説明した２ステップエッチングでは、１ステップ目および２ステップ目のエッチングとも、エッチングガスとして塩素のみを用いた。本実施の形態３では、特に１ステップ目では塩素に三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）を添加してエッチングを行う。２ステップ目のエッチングでは、エッチングガスとして塩素のみを用いてエッチングを行う。
【００４８】
１ステップ目のエッチングにおいて、三塩化ホウ素を添加することによって、次に説明する効果が得られる。露出しているアルミニウム膜２の表面には通常自然酸化膜が存在する。自然酸化膜が存在していると、その部分のエッチングの進行が遅れてしまい、ガラス基板面内においてエッチングが均一に進行しないことになる。このため、ガラス基板１上のアルミニウム膜２のエッチングを均一に進行させるためには、その自然酸化膜を除去する必要がある。
【００４９】
実施の形態２では、その自然酸化膜を除去するために、比較的高い高周波パワー（１０００〜５０００Ｗ）を印加した。自然酸化膜を除去するための方法としては、このように比較的高い高周波パワーを印加することの他に、特に１ステップ目のエッチングにおいて、三塩化ホウ素を添加することで自然酸化膜をより容易に除去することができる。その結果、ガラス基板面内のアルミニウム膜のエッチングが均一に進行し、アルミニウム配線の仕上がり形状のばらつきがなくなって、寸法精度の高い順テーパ状のアルミニウム配線を容易に形成することができる。
【００５０】
実施の形態４
実施の形態４に係るドライエッチング方法について説明する。実施の形態２および３において説明した１ステップ目のエッチングでは、レジストパターン３間に露出しているアルミニウム膜２がすべて除去されてガラス基板１の表面が露出するまでエッチングを行なっていた。本実施の形態４では、１ステップ目のエッチングを、ガラス基板１上のアルミニウム膜２がすべて除去される直前で終了し、引続き２ステップ目のエッチングを行なう。
【００５１】
まず図１２を参照して、実施の形態２または実施の形態３において説明した方法と同様の条件にて１ステップ目のエッチングをアルミニウム膜２に施す。そして、露出したアルミニウム膜２がすべて除去される直前、すなわちガラス基板１上にアルミニウム膜２をわずかに残した状態で１ステップ目のエッチングを終了する。なお、１ステップ目のエッチングの終点は、エンドポイントディテクタ（ＥＰＤ）を用いてアルミニウムの発光強度を検出し、その強度が最小になる直前とした。
【００５２】
次に図１３を参照して、引続き実施の形態２または３において説明した方法と同様の条件にて２ステップ目のエッチングをアルミニウム膜２に施す。以上のようにして、順テーパ状のアルミニウム配線が形成される。
【００５３】
この方法では、次に説明するような効果が得られる。ディスプレイ装置用のガラス基板は、比較的大面積であるために、ガラス基板１上に形成されるアルミニウム膜１の面内膜厚分布にばらつきが生じやすかったり、また、アルミニウム膜のエッチングが面内で均一に進行しないおそれがある。そのため、１ステップ目のエッチングにおいて露出しているアルミニウム膜２をすべて除去するまでエッチングを行なうと、ガラス基板１面に対して平行な方向にアルミニウム膜にエッチング（サイドエッチング）が進行する。そのため、２ステップ目のエッチングにおいて、テーパの形成のされ方にばらつきが生じて、寸法精度の高いアルミニウム配線を容易に形成することが困難になることがある。
【００５４】
本実施の形態４に係る方法では、１ステップ目のエッチングをアルミニウム膜２がすべて除去される直前で終了させ、引続いて２ステップ目のエッチングを行なうことで、アルミニウム膜２のサイドエッチングの進行を抑制でき、より寸法精度の高い順テーパ状のアルミニウム配線を形成することができる。
【００５５】
実施の形態５
実施の形態５に係るドライエッチング方法について説明する。実施の形態２〜４において説明した２ステップエッチングでは、Ｈｅガスによる冷却機構を用いて１ステップ目および２ステップ目のエッチングを通じて、下部電極の温度を比較的低温度の１５℃に設定していた。本実施の形態５では、１ステップ目のエッチングではこの冷却機構を使用せずに露出しているアルミニウム膜２にエッチングを施し、２ステップ目のエッチングにおいてこの冷却機構を使用してエッチングを行なう。なお、２ステップ目のエッチングの条件は、実施の形態２〜４において説明した条件と同様である。
【００５６】
現状のエッチング装置では、図１および図２に示すように、Ｈｅ導入穴１１に起因して、ガラス基板１の周辺部が中央付近よりも冷却されやすいために、ガラス基板１面内において温度のばらつきが生じやすい。この温度のばらつきにより、１ステップ目のエッチングでは、ガラス基板１の周辺部に位置するアルミニウム膜のエッチングレートが中央付近に位置するアルミニウム膜のエッチングレートよりも低くなり、ガラス基板１面内におけるエッチングレートの均一性が悪化する。その結果、特にガラス基板１の中央付近のアルミニウム膜２にはサイドエッチングが進行して、ガラス基板１面内で順テーパ状のアルミニウム配線の形状にばらつきが生じることがある。
【００５７】
また、ガラス基板１の中央付近に位置するアルミニウム膜のエッチングが、周辺部に位置するアルミニウム膜２のエッチングよりも速く進行することによって発生するチャージアップ放電によって、アルミニウム配線のパターンに欠損が生じることがある。
【００５８】
このチャージアップ放電の原因は不明であるが次のように考えられている。ガラス基板１の中央付近に位置するアルミニウム膜のエッチングが、周辺部に位置するアルミニウム膜２のエッチングよりも速く進行するために、ガラス基板１の中央付近に位置する露出したアルミニウム膜が除去されてアルミニウム配線のパターンが形成された時点では、周辺部に位置するアルミニウム膜はまだエッチング中である。このため、エッチング中に周辺部に位置するアルミニウム膜２には電荷が蓄積されやすい傾向にある。
【００５９】
さらにエッチングが進み、周辺部に位置する露出したアルミニウム膜も除去されてアルミニウム配線のパターンが形成される際には、そのアルミニウム配線２には、中央付近に位置するアルミニウム配線よりも高い電荷が蓄積されていることになる。その結果、高い電荷が蓄積されたアルミニウム配線とより低い電荷が蓄積されたアルミニウム配線との間で放電（チャージアップ放電）が発生すると考えられている。
【００６０】
本実施の形態５では、１ステップ目のエッチングにおいて冷却機構を使用しないことによって、上述したような冷却機構の構造に起因するガラス基板１面内の温度のばらつきが抑えられる。その結果、１ステップ目のエッチングにおけるアルミニウム膜のサイドエッチングの進行を抑制でき、ガラス基板１面内において寸法精度の高い順テーパ状のアルミニウム配線を形成することができる。また、チャージアップ放電現象が抑制されて、アルミニウム配線のパターンに欠損が生じるのを抑制することもできる。
【００６１】
実施の形態６
実施の形態６に係るドライエッチング方法について説明する。実施の形態２〜４では、２ステップ目のエッチングに使用する塩素の流量を、１ステップ目のエッチングに使用する塩素の流量よりも少なく設定した。本実施の形態６では、２ステップ目のエッチングに使用する塩素の流量を少なくすることなく、１ステップ目および２ステップ目のエッチングを通じて塩素の流量を同一の流量に設定して順テーパ状のアルミニウム配線を形成する。
【００６２】
まず、露出しているアルミニウム膜に１ステップ目のエッチングを施し、ガラス基板１の表面が露出した時点、または、露出する直前でそのエッチングを終了する。１ステップ目のエッチングの条件は、実施の形態２〜４の１ステップ目のエッチングの条件と同様である。
【００６３】
引続いて２ステップ目のエッチングを行なう。このとき、エッチングの条件として、特に高周波パワーを１ステップ目のエッチングにおける高周波パワーよりも小さい値、たとえば１００Ｗに設定する。印加する高周波パワーを小さく設定することによって、エッチングに寄与するラジカルの発生が抑制される。
【００６４】
これにより、塩素によるアルミニウム膜のエッチングレートがフォトレジストパターンのエッチングレートよりも低くなり、実施の形態２〜４において説明した比較的低流量の塩素による２ステップ目のエッチングの場合と同様の条件が達成されることになる。その結果、塩素の流量を変えることなく、２ステップ目において印加される高周波パワーを比較的低い値に設定することによって、順テーパ状のアルミニウム配線を容易に形成することができる。
【００６５】
実施の形態７
実施の形態７に係るドライエッチング方法について説明する。実施の形態２では、図１１に示すように、１ステップ目のエッチングから２ステップ目のエッチングへは高周波パワーを切ることなく連続して起こっている。本実施の形態７では、図１４に示すように、１ステップ目のエッチングと２ステップ目のエッチングとの間に高周波パワーを印加させない無放電時間ｔ（ステップ）を設定している。
【００６６】
この無放電時間中はラジカルは生成されないため、アルミニウム膜のエッチングは行なわれない。この無放電時間を設定することによって、次の２つの効果が得られる。１つ目の効果は次のとおりである。この無放電時間の間に１ステップ目のエッチングにおいて生成した反応生成物や塩素などがチャンバー１５の外に排気される。これにより、反応生成物等がアルミニウム膜の表面に付着することが抑制されて、２ステップ目のエッチングをより清浄なアルミニウム膜の表面から進行させることができる。その結果、アルミニウム配線のテーパ面がより平滑になる。
【００６７】
２つ目の効果は次のとおりである。この無放電時間の間にガラス基板を低温に冷却することができる。これにより、低温に維持されたガラス基板に２ステップ目のエッチングが施される。その結果、アルミニウム配線のテーパ角の制御がより容易になる。
【００６８】
特に、実施の形態５で説明した場合のように、２ステップ目のエッチングにのみ冷却機構を使用する場合には、その２ステップ目では、ガラス基板１の表面近傍に温度勾配が発生して、アルミニウム膜の表面に反応生成物等が付着しやすくなる。さらに、１ステップ目のエッチングによりガラス基板１が高温になりやすくなる。
【００６９】
このような場合に、本実施の形態７に係る方法を適用することで反応生成物等のアルミニウム膜への付着を効果的に抑制し、かつ、２ステップ目のエッチングの始まる前にガラス基板１を低温に維持することが可能になる。
【００７０】
実施の形態８
実施の形態８に係るドライエッチング方法について説明する。実施の形態１〜６では、１ステップ目および２ステップ目のエッチングを通じて連続的に高周波パワーを印加していた。本実施の形態８では、高周波パワーを断続的に印加したパルス放電状態のもとでエッチングを行なう。
【００７１】
特に、２ステップ目のエッチングをパルス放電状態のもとで行うとによって、エッチングに寄与するラジカルが断続的に生成する。このため、時間平均的にはラジカルの量が低減することになる。このことは、比較的低流量の塩素を使用してエッチングを行う場合と同様の条件が達成されたことになる。その結果、１ステップ目から２ステップ目にかけて塩素の流量を低下することなく、２ステップ目のエッチングをパルス放電状態のもとで行なうことによって、順テーパ状のアルミニウム配線を容易に形成することができる。
【００７２】
また、１ステップ目のエッチングもパルス放電状態のもとで行うことによって、実施の形態５において説明したチャージアップ放電を抑制したり、また、フォトレジストパターンのダメージを低減でき、順テーパ形状のアルミニウム配線を精度よく形成することが可能になる。
【００７３】
なお、上記各実施の形態において説明した方法は、図１および図２に示す平行平板型のエッチング装置（ＲＩＥ）を用いて行なったが、この他に、たとえば、高密度プラズマを生成することが可能な平行平板型以外のエッチング装置にも適用することが可能である。その場合にも、エッチングガスとして塩素のみを用いて、その塩素によるフォトレジストパターンのエッチングレートを、アルミニウム膜のエッチングレートよりも高くなるように、エッチングに寄与するラジカルの量を制御することによって、順テーパ状のアルミニウム配線を容易にしかも精度よく形成することができる。
【００７４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００７５】
【発明の効果】
この方法によれば、配線テーパ化工程において、基板の温度を１０℃以上５０℃以下に保持することによって、第１のエッチングガスによるフォトレジストパターンのエッチングが、導電層のエッチングよりも速く進行する。そのため、フォトレジストパターン間に当初露出していた導電層の表面から下方に向かってエッチングが異方的に進行すると同時に、フォトレジストパターンがエッチングによって徐々に後退することによって新たに露出した導電層の表面からも下方に向かってエッチングが進行する。このとき、エッチングの最初の方で露出した導電層の表面から進行するエッチングの方が、後の方で露出した導電層の表面から進行するエッチングよりもより下方にまで異方的に進行する結果、順テーパ状の配線層を容易に形成することができる。
しかも、その配線テーパ化工程の前に行われる前段エッチング工程では、第２のエッチングガスによる導電層のエッチングがフォトレジストパターンのエッチングよりも速く進行するため、実質的にフォトレジストパターンを後退させることなく、フォトレジストパターンとフォトレジストパターンとの間に露出している導電層が異方的にエッチングされる。この前段エッチング工程を、たとえば基板の表面が露出するまで行なった後に、配線テーパ化工程を行なうことで、当初から配線テーパ化工程のみで配線層を順テーパ状にする場合よりも、基板当りの処理時間が短縮されてスループットが向上する。
さらに、その前段エッチング工程と配線順テーパ化工程との間に、高周波パワーの印加を停止する工程を備えていることによって、この高周波パワーの印加を停止する工程では、各エッチングガスと導電層などとが反応しないため、新たな反応生成物は生成されず、そして、この間に、エッチングにより生成した反応生成物がエッチング装置の外へ排出される。これにより、反応生成物が導電層に付着することが抑制されて、より清浄な表面状態で後の配線テーパ化工程におけるエッチングが進行する。その結果、配線層のテーパ面を平滑にすることができる。また、高周波パワーの印加を停止する工程の間に、基板が冷却されて配線層のテーパ角の制御がより容易になる。さらに、第１のエッチングガスとしては、塩素ガスのみからなるため、他のエッチングガスを必要とせず、コスト低減も図ることができる。
【００７９】
好ましくは、第２のエッチングガスは塩素ガスのみからなることによって、コスト低減が可能になる。
【００８０】
また、好ましくは、配線テーパ化工程における塩素ガスの流量を、前段エッチング工程における塩素ガスの流量よりも少なくすることによって、配線テーパ化工程では、第１のエッチングガスによるフォトレジストパターンのエッチングレートを、導電層のエッチングレートよりも高くし、前段エッチング工程では、第２のエッチングガスによる導電層のエッチングレートをフォトレジストパターンのエッチングレートよりも高くすることができる。
【００８１】
好ましくは、前段エッチング工程の前記第２のエッチングガスは三塩化ホウ素を含むことによって、導電層の表面に形成されている自然酸化膜が容易に除去されて、基板面内のエッチングがほぼ均一に進行する。
【００８２】
好ましくは、前段エッチング工程は、Ｈｅガスによる冷却機構を停止して行われることによって、基板面内の温度のばらつきが抑えられて、前段エッチング工程のエッチングにおける導電層のサイドエッチングの進行を抑制でき、基板面内において寸法精度の高い順テーパ状の配線層を形成することができる。また、チャージアップ放電現象が抑制されて、配線層のパターンに欠損が生じるのを抑制することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の各実施の形態において適用するエッチング装置の一断面図である。
【図２】 図１に示すエッチング装置の一平面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係るドライエッチング方法の１工程を示す断面図である。
【図４】 同実施の形態において、図３に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図５】 同実施の形態において、図４に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態２における塩素によるアルミニウム膜およびフォトレジストパターンのエッチングレートと塩素の流量との関係を示すグラフである。
【図７】 本発明の実施の形態２に係るドライエッチング方法の１工程を示す断面図である。
【図８】 同実施の形態において、図７に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図９】 同実施の形態において、図８に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１０】 同実施の形態に係る２ステップエッチングの効果を説明するためのグラフである。
【図１１】 同実施の形態に係る２ステップエッチングにおいて、印加される高周波パワーの状態を示す図である。
【図１２】 本発明の実施の形態４に係るドライエッチング方法の１工程を示す断面図である。
【図１３】 同実施の形態において、図１２に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１４】 本発明の実施の形態７に係るドライエッチング方法において、印加される高周波パワーの状態を示す図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板、２ アルミニウム膜、２ａ アルミニウム配線、３ フォトレジストパターン、１０ 下部電極、１１ Ｈｅ導入孔、１２ 絶縁板、１３ クランプ、１４ 上部電極、１５ チャンバ、１６ 高周波電源、１７ 排気口。
Claims (5)
- 基板上に形成されたアルミニウムを含む導電層と、該導電層上に形成された順テーパ状のフォトレジストパターンとから配線層を形成するためのドライエッチング方法であって、
前記基板の温度をＨｅガスによる冷却機構により１０℃以上５０℃以下に保持し、塩素ガスのみからなる第１のエッチングガスを用いて、該第１のエッチングガスによる前記フォトレジストパターンのエッチングレートが、前記第１のエッチングガスによる前記導電層のエッチングレートよりも高いエッチング条件で前記導電層をエッチングすることにより、配線層を順テーパ状にする配線テーパ化工程を備え、
前記配線テーパ化工程の前に、少なくとも塩素ガスを含む第２のエッチングガスを用い、該第２のエッチングガスによる前記導電層のエッチングレートが、前記第２のエッチングガスによる前記フォトレジストパターンのエッチングレートよりも高いエッチング条件で前記導電層をエッチングする前段エッチング工程を備え、
前記前段エッチング工程と前記配線順テーパ化工程との間に、高周波パワーの印加を停止する工程を備えた、ドライエッチング方法。 - 前記第２のエッチングガスは塩素ガスのみからなる、請求項１記載のドライエッチング方法。
- 前記配線テーパ化工程における前記塩素ガスの流量は、前記前段エッチング工程における前記塩素ガスの流量よりも少ない、請求項２記載のドライエッチング方法。
- 前記前段エッチング工程の前記第２のエッチングガスは三塩化ホウ素を含む、請求項１記載のドライエッチング方法。
- 前記前段エッチング工程は、前記Ｈｅガスによる冷却機構を停止して行われる、請求項１〜４のいずれかに記載のドライエッチング方法。
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