JP4348176B2 - ドライエッチング処理装置および処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン基板等の表面に形成した絶縁膜、半導体膜、金属薄膜、レジスト等の薄膜を除去するドライエッチング処理装置と処理方法に係り、特に、ドライエッチング処理により発生した残渣物を効率良く除去でき、被処理物の表面を最適な状態にできるドライエッチング処理装置と処理方法に関する。
従来、この種のドライエッチング処理方法として、特許文献１に記載のシリコン窒化膜のドライエッチング方法は、基板上のシリコン窒化膜を活性化されたガス種によりドライエッチングする方法で、ガス種として弗素を含むガスと酸素ガスとの混合ガスに水素ガスを添加した組成を有することを特徴とするものである。
また、特許文献２に記載のドライエッチング方法は、不活性で安定なハロゲン系ガス中に大気圧又はその近傍の圧力下で放電を発生させることにより、ハロゲン系ガスから安定な反応性ガスを生成する過程と、反応性ガスを離隔した位置に輸送する過程と、離隔位置において、反応性ガスを用いて被処理物にエッチングを行う過程とからなっている。
特開平１０−２６１６１６号公報（段落［０００５］）
特開２０００−５８５０８号公報（段落［００１０］）
ところで、前記構造のドライエッチング方法は、エッチングする際に発生する残渣の処理については、何等記載されていない。例えば、大気圧下でシリコンチッ化膜（ＳｉＮｘ）をエッチングすると、大気中の水分等の影響によって、ＣＦ４、ＣＨＦ３等のエッチングガスが分解されたフッ素と結合し、ＨＦを生じる。これがＳｉＮｘと接触すると、下記の（１）式に示すような反応を起こし、
Ｓｉ３Ｎ４＋１６ＨＦ→２（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）＋ＳｉＦ４ （１）
ＳｉＮｘもしくは結晶状のケイフッ化アンモニウムあるいはフッ化アンモニウムが生成し堆積する。これらの物質が堆積して固化すると、作製された半導体基板等の品質を大幅に低下する虞があった。
Ｓｉ３Ｎ４＋１６ＨＦ→２（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）＋ＳｉＦ４ （１）
ＳｉＮｘもしくは結晶状のケイフッ化アンモニウムあるいはフッ化アンモニウムが生成し堆積する。これらの物質が堆積して固化すると、作製された半導体基板等の品質を大幅に低下する虞があった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、エッチング処理する際に発生するケイフッ化アンモニウム等の残渣物を効率良く除去できるドライエッチング処理装置と処理方法を提供することにある。また、残渣物を効率良く除去することにより、エッチング処理の品質を向上させることができるドライエッチング処理装置と処理方法を提供することにある。
前記目的を達成すべく、本発明者等は種々の研究を重ね、この種のドライエッチング処理でシリコンチッ化物をエッチング処理した際に発生するケイフッ化アンモニウム等の残渣物が非常に水溶性が高いことを利用し、効率良く除去できることを発見した。すなわち、本発明に係るドライエッチング処理装置は、搬送台又はコンベアに載置されたＳｉＮｘを含む被処理物の表面にＨＦを含むガスを大気圧近傍下で接触させてエッチング処理する処理ヘッドと、前記処理ヘッドに隣接して配置され、前記搬送台又はコンベアに載置されたままの被処理物に溶媒を供給し、前記エッチング処理により生じたケイフッ化アンモニウム又はフッ化アンモニウムを前記溶媒に溶解して除去する洗浄部とを備える。上記エッチング処理によりシリコン化合物とエッチングガスとが反応して形成されたケイフッ化アンモニウムやフッ化アンモニウム等の残渣物が発生するが、この残渣物は結晶状で水溶性が高いため、本発明のエッチング処理装置は前記の残渣物を洗浄して除去する洗浄部を備えている。前記溶媒が水であることが好ましい。
また、本発明に係るプラズマエッチング処理方法は、搬送台又はコンベアに載置されたＳｉＮｘを含む被処理物の表面にＨＦを含むガスを大気圧近傍下で接触させてエッチング処理する工程と、前記エッチング処理工程を行なう位置に隣接する位置で前記エッチング処理工程の直後、前記搬送台又はコンベアに載置されたままの被処理物に溶媒を供給し、前記エッチング処理により生じたケイフッ化アンモニウム又はフッ化アンモニウムを前記溶媒に溶解して除去する工程とを備える。シリコン化合物とエッチングガスとが反応して形成されたケイフッ化アンモニウムやフッ化アンモニウム等の残渣物を、水等の溶媒で溶解して除去する。エッチングガスはグロー放電をしている放電空間を通してプラズマ化すると好ましい。
前記のごとく構成された本発明のドライエッチング処理装置および処理方法は、シリコン基板等の被処理物の表面に形成されたシリコン化合物膜等の薄膜をエッチング処理して発生したケイフッ化アンモニウム等の結晶状の残渣物を、水やアルコール、溶剤等で洗浄して除去するため残渣の除去が極めて容易に行え、エッチング処理後の基板の表面状態を最適なものとすることができる。また、ドライエッチングの品質を向上させることができる。これにより、成膜等の後工程の処理が円滑に行える。
また、本発明に係るプラズマエッチング処理方法の好ましい具体的な態様としては、前記溶解して除去する工程は、エッチング処理する工程の後、所定時間以内に完了されることを特徴としている。具体的には、溶解して除去する工程は、エッチング処理工程の直後に連続して行うことが好ましいが、例えば残渣物がケイフッ化アンモニウム等の場合、５〜６時間以内に溶解除去を完了すれば容易に残渣物の除去処理が可能である。このように構成することにより、エッチング処理工程で発生した残渣物が固化する前に効率良く除去することができ、エッチング処理の品質を高めることができる。
さらに、本発明に係るプラズマエッチング処理方法の他の態様としては、対向する電極に電圧を印加して放電空間を形成し、該放電空間にフッ素含有エッチングガスを供給してＨＦを含むガスを生成し、搬送台又はコンベアに載置されたＳｉＮｘを含む被処理物の表面に前記ＨＦを含むガスを接触させて大気圧近傍の圧力下でエッチング処理する工程と、該エッチング処理により生じたケイフッ化アンモニウム又はフッ化アンモニウムを前記溶媒に溶解して除去する工程とを備え、該溶解して除去する工程を、前記エッチング処理工程を行なう位置に隣接する位置で前記エッチング処理工程の直後に前記被処理物を前記搬送台又はコンベアに載置したまま行なうことを特徴としている。対向する電極は、少なくとも一方の電極対向面が固体誘電体で被覆されており、放電空間にグロー放電を発生させてエッチングガスを通過させ、プラズマ励起させたエッチングガスにより処理を行うと好適である。
本発明に係るプラズマエッチング処理方法において、前記溶媒が水であることが好ましい。
本発明に係るプラズマエッチング処理方法において、前記溶媒が水であることが好ましい。
前記のように構成されたドライエッチング処理方法では、エッチングガスがプラズマ化により活性化されて、放電空間の吹き出し口から被処理物であるシリコン基板表面に吹き付けられ、エッチング処理されて残渣物が発生するが、この残渣物を水等で溶解して所定時間以内に除去を完了するため、効率の良いエッチング処理が行え、被処理物の表面の状態を最適にすることができる。前記のエッチング処理のときに、被処理物を放電空間（電極間）外に設置してもよいし、放電空間内に設置してもよい。
本発明によれば、エッチングガスを被処理物の表面に吹き付けてエッチング処理を行う際に発生するケイフッ化アンモニウム等の残渣物を、その溶解性を利用して溶解して除去することにより、残渣物の除去廃棄を効率良く行うことができる。このため、エッチング処理を迅速に行うことができると共にエッチング処理の品質を向上させ、後工程を円滑に行うことができる。グロー放電している放電空間にエッチングガスを流してプラズマ化した処理ガスを用いることにすれば、エッチング処理の効率を高めることができる。
以下、本発明に係るドライエッチング処理装置と処理方法の一実施形態を図面に基づき
詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るドライエッチング処理方法に用いるプラズマエッチング処理装置（以下、エッチング処理装置という）の概略構成図、図２は、図１の要部構成を示す概略斜視図である。
詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るドライエッチング処理方法に用いるプラズマエッチング処理装置（以下、エッチング処理装置という）の概略構成図、図２は、図１の要部構成を示す概略斜視図である。
図１，２を参照して、エッチング処理装置１について説明する。エッチング処理装置１はエッチング処理を行う被処理物であるシリコン基板２に、プラズマ化したエッチングガスを吹き付ける処理ヘッドとしてノズルヘッド１０を備え、ノズルヘッドはガス供給源３からエッチングガス４が導入される放電処理部１１を備えている。本実施形態のエッチング処理装置１は、シリコン基板２の表面上に形成した薄膜として、シリコン化合物であるシリコンチッ化膜をドライエッチングにより除去する装置である。
また、エッチング処理装置１はシリコン基板２を載置固定する搬送台５と、搬送台５を搬送する搬送手段６を備えており、ノズルヘッド１０の下方に搬送される搬送台５に固定されたシリコン基板２が、放電処理部１１の下方でエッチング処理される構成となっている。エッチング処理装置１は、放電処理部１１内に２つの対向する電極部材１２，１３を備え、その一方に例えばパルス状の高周波電圧等を電源７より供給し、その他方はＧＮＤ８に接地される。この構成により、シリコン基板２にプラズマ化したエッチングガスを吹き付けて搬送台５を移動させ、シリコン基板２の全幅のドライエッチング処理を行う構成となっている。
放電処理部１１の対向する２つの電極部材１２，１３は長尺状あるいは長棒状をしており、シリコン基板２の搬送方向Ａに直交する方向に沿って平行に配列されている。２つの電極部材は所定の幅を有する中心間隙１４を介して対向している。中心間隙１４の幅は１〜３ｍｍ程度が好ましく、各電極部材に電圧が印加されているとき、中心間隙１４が放電空間となる。この放電空間にエッチングガスを供給して活性化させる。各電極部材１２，１３は銅、アルミニウム等の金属単体、ステンレス、黄銅等の合金、金属間化合物等から構成される。
電極部材１２，１３は少なくとも電極対向面が固体誘電体のコーティング層（図示せず）で被覆されており、コーティング層の厚さは０．０１〜４ｍｍ程度が好ましい。固体誘電体として、アルミナの他に、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチックや、ガラス、二酸化珪素、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸バリウム等の複酸化物や、これらを複層化したもの等、種々のものを用いることができる。中心間隙１４で安定したグロー放電をさせるために、セラミックスや樹脂等の板状物、シート状物、フィルム状のものを用いて電極部材の外周面を被覆してもよい。また、図示していないが、電極部材の中心間隙側の角部はアール加工することが好ましい。
電源７は放電処理部１１内の２つの電極部材１２，１３にパルス状の電圧を印加するものであり、一方の電極部材にパルス状電圧を印加し、対向する他方の電極部材を接地して電極間の中心間隙１４に放電を立たせるものである。パルス状の電圧は、例えば立上り時間及び立下り時間が１０μｓ以下で、電界強度が１０〜１００ｋＶ／ｃｍ、周波数は０．５ｋＨｚ以上であることが好ましい。
なお、電極部材１２，１３に印加される電圧はパルス状電圧に限らず、連続波の電圧でもよい。パルス状の電圧波形は、インパルス型の他に、方形波型、変調型、あるいは前記の波形を組み合わせた波形等の適宜の波形を用いることができる。また、電圧波形は、電圧印加が正負の繰り返しであるものの他に、正又は負のいずれかの極性側に電圧を印加する、いわゆる片波状の波形を用いてもよい。また、バイポーラ型の波形を用いてもよい。もちろん、一般的なサイン波である交流波形を用いてもよい。
搬送手段６は、例えば機械的な直動機構や、エアーシリンダ、油圧シリンダ等により搬送台５を移動させてシリコン基板２等の被処理物をノズルヘッド１０の下方に搬送するものであり、一定の搬送速度でシリコン基板２を搬送することによりエッチング処理を均一に行うことができる。搬送手段６は被処理物を搬送する構成であるが、被処理物を固定しておきエッチングガスを吹き付けるノズルヘッド１０を搬送するように構成することもできる。搬送手段は前記の構成の他に、ベルトコンベアや、複数のローラで被処理物を搬送するローラコンベア等の他の搬送手段で構成してもよい。
このエッチング処理装置１は、さらにドライエッチング処理により発生した残渣物を洗浄して除去する洗浄部２０を備えている。洗浄部である洗浄ヘッド２０はシリコン基板２の幅より大きい幅を有し、ノズルヘッド１０に隣接して平行に配置されている。洗浄液供給源２１から水、アルコール等の洗浄液２２を導入し、洗浄ノズル２３からシリコン基板２に向けて均一に洗浄液を吹き付け、ケイフッ化アンモニウム等の結晶状の残渣物を溶融して除去する。洗浄液２２としては、単に水を用いることができると共に、アルコールや有機溶剤等を使用することができる。図２に示す例では洗浄液２２を連続してスポット的に噴射（２２ａ）しているが、連続するスリットから直線的に噴射すると均一な洗浄ができて好ましい。また、洗浄液をライン的に吹き出す他に、面的に吹き出すように構成してもよい。搬送手段６は、シリコン基板２を洗浄ヘッド２０の下方で搬送できるように、長いストロークを有している。
シリコンチッ化膜をエッチング処理したとき発生する残渣物は、基本的には前記（１）式の反応で生成されたフッ化アンモニウムやケイフッ化アンモニウムであり、洗浄ヘッド２０はシリコン基板２を洗浄し、これらの残渣物を洗浄液２２で溶融除去して廃棄する。洗浄工程では、洗浄ヘッド２０に対して、シリコン基板２を搬送台５で移動させ、全面の洗浄を行うことができる構成である。なお、エッチング用のノズルヘッド１０に洗浄液を噴射する洗浄ノズル２３を平行状態に設置し、エッチング処理工程の後に続いて洗浄するような構成に限らず、ノズルヘッドと洗浄ノズルを別々の搬送手段で搬送するように構成してもよい。
このエッチング処理装置１は、大気圧近傍の圧力下でエッチング処理が行われる。大気圧近傍の圧力とは、１００〜８００Ｔｏｒｒ（約１．３３３×１０4〜１０．６６４×１０4Ｐａ）の圧力であり、実際には圧力調整が容易で、かつ放電プラズマ処理に使用される装置が簡便となる、７００〜７８０Ｔｏｒｒ（約９．３３１×１０4〜１０．３９７×１０4Ｐａ）の圧力が好ましい。エッチングガス４はグロー放電により活性化され、シリコン基板２表面の不必要な薄膜等をエッチング処理で除去する。
前記の如く構成された本実施形態のエッチング処理装置１の動作について以下に説明する。先ず、シリコン基板２上に形成された薄膜としてシリコンチッ化膜をエッチング処理する工程について説明する。放電処理部１１の電極部材１２，１３にパルス状の高周波電圧を電源７から印加し、対向する中心間隙１４で放電させて放電空間を形成する。この放電空間にガス供給源３からエッチングガス４を供給してプラズマ化エッチングガス４ａとし、シリコン基板２の表面に吹き付ける。供給されるエッチングガス４は、フッ素ガス、具体的にはＣＦ４，ＣＨＦ３等のガスが好ましい。もちろん、Ｏ２等、別のガスを添加してもよい。エッチング処理工程は通常、常温、常圧で行われるが、例えば高温環境で行うようにしてもよい。
大気圧下でプラズマ化エッチングガス４ａを吹き付けてエッチング処理すると、大気中の水分等の影響によって、ＣＦ４，ＣＨＦ３等のエッチングガスが分解されたフッ素と結合しＨＦを生じる。これがチッ化シリコンと接触すると、結晶状のケイフッ化アンモニウ
ムあるいはフッ化アンモニウムといった残渣物が生成して、シリコン基板２上に堆積する。これらの残渣物は、１０〜２０μｍ程度の結晶であり、これを放置すると、シリコン基板２上で固化して密着するため除去することが難しくなる。
ムあるいはフッ化アンモニウムといった残渣物が生成して、シリコン基板２上に堆積する。これらの残渣物は、１０〜２０μｍ程度の結晶であり、これを放置すると、シリコン基板２上で固化して密着するため除去することが難しくなる。
本発明では、エッチング処理の際に生成されるケイフッ化アンモニウム等の残渣物は、非常に水溶性の高いことを利用して、洗浄ヘッド２０から吹き出す洗浄液２２でシリコン基板２を洗浄し、残渣物を溶融して除去する。すなわち、プラズマ化エッチングガス４ａをシリコン基板上に吹き付けてエッチング処理を行った後のシリコン基板２を搬送手段６により搬送台５と共に洗浄用のノズル２３の位置まで搬送し、洗浄ノズル２３から洗浄液２２をシリコン基板２の表面に吹き付ける。シリコン基板２の表面に堆積している残渣物は小さな結晶であり、容易に洗浄液２２で溶融してシリコン基板２の表面から除去される。洗浄液の廃液は図示していないドレインから排出される。洗浄液２２は搬送方向Ｂと直角な方向にライン状に供給され、シリコン基板２を搬送手段６で搬送することにより、全面の洗浄が可能となる。なお、エッチング処理工程の搬送方向Ａと、洗浄工程の搬送方向Ｂとは必ずしも一致する必要はない。
本実施形態では、シリコン基板２をエッチング処理した直後に洗浄する工程を連続して実施しているが、ケイフッ化アンモニウム等の残渣物は所定時間、固化しないため、この時間内、言い換えると残渣物が固化または固着する前に洗浄を完了すれば容易に残渣物を除去することができる。例えば、エッチング処理済のシリコン基板２を一時的にストックしておき、所定数の基板となった状態で洗浄工程に送るように構成してもよい。このように、エッチング処理工程と、洗浄工程とを分離し、所定時間以内にシリコン基板２の洗浄を完了するようにしてもよい。
実験によると、残渣物がケイフッ化アンモニウムや、フッ化アンモニウムの場合には、エッチング処理後、約６時間経過してからシリコン基板２を洗浄しても、殆どの残渣物を水洗して基板表面から除去できることが分かった。この結果、シリコン基板表面のエッチング処理後の品質を高めることができ、後工程の他の処理を高い歩留まりで実施することができる。そして、半導体素子等の品質を高めることができる。なお、洗浄工程を完了させる時間は、エッチング処理で発生する残渣物によって適宜設定される。
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、洗浄する工程で使用したノズルの代わりに、シャワー等で広い範囲を洗浄するように構成してもよい。洗浄液を間歇的に、あるいはパルス的に吹き付けて洗浄するものでもよい。エッチング処理工程で生成される残渣物として、ケイフッ化アンモニウム等の例を示したが、これに限られるものでない。洗浄液は、エッチング処理による残渣物を溶融する液体であればよく、残渣物に合わせて適宜選択することができる。
また、エッチング処理を行うノズルヘッドとしてプラズマ型のノズルヘッドを示したが、放電させない他のエッチング処理、例えば気相エッチングやイオンビームエッチング等の処理を行う処理ヘッドでもよい。ノズルヘッドに対して被処理物である基板を搬送する構成としたが、反対にノズルヘッドを移動させる構成としてもよいのは勿論であり、この場合は洗浄ヘッドも移動させることが必要となる。さらに、エッチング処理として、放電空間を通した処理ガスを被処理物に吹き付けるリモート型の処理ヘッドの例を示したが、放電空間内に被処理物を配置して処理ガスを吹き付ける、ダイレクト型の処理ヘッドを有する装置でもよい。
本発明のプラズマエッチング処理方法の活用例として、半導体の製造工程、ＬＣＤの製造工程等における常圧プラズマ処理全般において適用できる。被処理物である基板はシリコンに限らず、どのような材料であってもよい。
１：プラズマエッチング処理装置、２：シリコン基板（被処理物）、４：エッチングガス、４ａ：プラズマ化エッチングガス、５：搬送台、６：搬送手段、７：電源、８：ＧＮＤ、１０：ノズルヘッド（処理ヘッド）、１１：放電処理部、１２，１３：電極部材、１４：中心間隙（放電空間）、２０：洗浄ヘッド（洗浄部）、２２：洗浄液、２３：洗浄ノズル
Claims (5)
- 搬送台又はコンベアに載置されたＳｉＮｘを含む被処理物の表面にＨＦを含むガスを大気圧近傍下で接触させてエッチング処理する処理ヘッドと、前記処理ヘッドに隣接して配置され、前記搬送台又はコンベアに載置されたままの被処理物に溶媒を供給し、前記エッチング処理により生じたケイフッ化アンモニウム又はフッ化アンモニウムを前記溶媒に溶解して除去する洗浄部とを備えることを特徴とするドライエッチング処理装置。
- 前記溶媒が水であることを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング処理装置。
- 搬送台又はコンベアに載置されたＳｉＮｘを含む被処理物の表面にＨＦを含むガスを大気圧近傍下で接触させてエッチング処理する工程と、前記エッチング処理工程を行なう位置に隣接する位置で前記エッチング処理工程の直後、前記搬送台又はコンベアに載置されたままの被処理物に溶媒を供給し、前記エッチング処理により生じたケイフッ化アンモニウム又はフッ化アンモニウムを前記溶媒に溶解して除去する工程とを備えることを特徴とするドライエッチング処理方法。
- 対向する電極に電圧を印加して放電空間を形成し、該放電空間にフッ素含有エッチングガスを供給してＨＦを含むガスを生成し、搬送台又はコンベアに載置されたＳｉＮｘを含む被処理物の表面に前記ＨＦを含むガスを接触させて大気圧近傍の圧力下でエッチング処理する工程と、該エッチング処理により生じたケイフッ化アンモニウム又はフッ化アンモニウムを溶媒に溶解して除去する工程とを備え、該溶解して除去する工程を、前記エッチング処理工程を行なう位置に隣接する位置で前記エッチング処理工程の直後に前記被処理物を前記搬送台又はコンベアに載置したまま行なうことを特徴とするドライエッチング処理方法。
- 前記溶媒が水であることを特徴とする請求項３又は４に記載のドライエッチング処理方法。
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