JP4540729B2 - シリコン含有膜のエッチング方法および装置 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1、2には、ウェハ表面のシリコンをオゾンによって酸化させ、酸化シリコンとしたうえで(式1)、フッ酸を用いてエッチングすることが記載されている。フッ酸は、フッ酸蒸気発生器で蒸発させ、これをウェハ表面に導いている。
特許文献3には、CF4等のフッ素系ガス中に大気圧近傍放電を起こすことによりHF、COF2等を生成し、更にCOF2についてはCF4等に混合させておいた水と反応させてHFとし(式2)、このようにして得たHFによって酸化シリコンをエッチング(式3)することが記載されている。
Si+2O3→SiO2+2O2 (式1)
COF2+H2O→CO2+2HF (式2)
SiO2+4HF+H2O→SiF4+3H2O (式3)
特許文献4には、加湿したCF4から大気圧プラズマ放電によってHFを得(式4)、これにO3を添加し、酸化シリコンをエッチングすることが記載されている。
CF4+2H2O→ 4HF+CO2 (式4)
特許文献5には、CF4とO2を大気圧放電させてラジカルを得、これをプラズマ空間から温度20℃又は100℃の基板に導き、単結晶シリコンをエッチングすることが記載されている。
特許文献6には、加湿CF4又は乾燥CF4を大気圧放電させ、基板温度90℃で結晶シリコンをエッチングすることが記載されている。
特許文献7には、低圧チャンバー内でのシリコンのエッチングにおいて、下地膜が露出するのと同時もしくは直前に、エッチングガスの成分を下地に対する選択比が高いガス種に置換した後に、オーバーエッチングをする方法が記載されている。
シリコン含有膜の表面に水分が付着する度に乾燥工程を行なって水分を除去することも考えられるが、処理時間が長くなり、実用的ではない。
オーバーエッチングを十分に行なうと、まだら状に残ったシリコン含有膜をエッチングして除去することができるが、下地膜が必要以上にエッチングされてしまう。
下地膜に影響しない段階ではエッチング対象であるシリコン含有膜のエッチングレート優先で前記添加成分の含有率を設定するとよい。これにより、処理時間を短縮できる。下地膜に影響する段階ではシリコン含有膜の下地膜に対するエッチングの選択比優先で前記添加成分の含有率を設定するとよい。これにより、下地膜のエッチングを抑制でき、かつシリコン含有膜が斑点状に残るのを防止できる。
これによって、下地膜が窒化シリコンや酸化シリコン等で構成されている場合、下地膜に影響する段階でのシリコン含有膜の下地膜に対する選択比を大きくでき、下地膜のエッチングを確実に抑制でき、かつシリコン含有膜の斑点状の残渣が出来るのを確実に防止できる。
なお、下地膜が酸化シリコンである場合、エッチング対象のシリコン含有膜は、酸化シリコン以外のシリコン含有物であり、例えばシリコン、炭化シリコン、酸化炭化シリコン等である。
これによって、シリコン含有膜のエッチングすべき部分の大半又はほぼ全体がエッチングされる迄はシリコン含有膜のエッチングレートが高くなるように前記添加成分の含有率を調節することで、処理時間を短縮できる。その後、残ったシリコン含有膜をエッチングするときは下地膜に対するシリコン含有膜の選択比が大きくなるように前記添加成分の含有率を調節することで、残りのシリコン含有膜と下地膜とのうちシリコン含有膜を選択的にエッチングして除去でき、下地膜のエッチングを抑制することができ、かつシリコン含有膜の斑点状の残渣が出来るのを確実に防止できる。
前記シリコン含有物が、シリコン、炭化シリコン、酸化炭化シリコン等である場合、前記第1処理ガス及び第2処理ガスが酸化性反応成分(O3,Oラジカル、O2等)を更に含むことが好ましい。
これによって、下地膜が窒化シリコンや酸化シリコン等で構成されている場合、エッチングすべき部分の大半又はほぼ全体をエッチングした後に残ったシリコン含有膜と下地膜とのうちシリコン含有膜を確実に選択的にエッチングでき、下地膜のエッチングを抑制することができ、かつシリコン含有膜の斑点状の残渣が出来るのを確実に防止できる。
前記第2エッチング工程では、前記第1エッチング工程のフッ素系原料ガスより低露点であって露点温度0〜40℃、望ましくは6〜12℃の水分を含むフッ素系原料ガスを大気圧近傍のプラズマ空間に通すことにより、(前記第2処理ガスの)フッ素系反応成分を生成することが好ましい。
これによって、下地膜が窒化シリコンや酸化シリコン等で構成されている場合、シリコン含有膜のエッチングすべき部分の大半又はほぼ全体を十分高いエッチングレートでエッチングでき、その後、残ったシリコン含有膜と下地膜とのうちシリコン含有膜を確実に選択的にエッチングして除去することができ、下地膜のエッチングを抑制することができ、かつシリコン含有膜の斑点状の残渣が出来るのを確実に防止できる。
前記第2エッチング工程では、前記第1エッチング工程のフッ素系原料ガスより低露点であって露点温度0〜40℃、望ましくは6〜12℃の水分を含むフッ素系原料ガスを大気圧近傍のプラズマ空間に通すことにより、第1フッ素系反応ガスより低い含有率の水とフッ素系反応成分とを含む第2フッ素系反応ガスを生成し、前記第2エッチング工程の(第2)処理ガスが、前記第2フッ素系反応ガスと、酸化性反応成分を含む酸化性反応ガスとを1:9〜9:1の体積混合比で含有することが好ましい。
これによって、下地膜が窒化シリコン又は酸化シリコン等で構成されている場合、シリコン含有膜のエッチングすべき部分の大半又はほぼ全体を十分高いエッチングレートでエッチングでき、その後、残ったシリコン含有膜と下地膜とのうちシリコン含有膜を確実に選択的にエッチングして除去することができ、下地膜のエッチングを抑制することができ、かつシリコン含有膜の斑点状の残渣が出来るのを確実に防止できる。
これによって、下地膜が窒化シリコン又は酸化シリコン等で構成されている場合、下地膜に影響しない段階ではエッチングレートを確実に高くでき、下地膜に影響する段階ではシリコン含有膜の下地膜に対する選択比を確実に高くでき、下地膜のエッチングを抑制でき、かつシリコン含有膜の斑点状の残渣が出来るのを確実に防止できる。
フッ素系反応成分を含む処理ガスを前記被処理物に供給する処理ガス供給系を備え、
前記処理ガス供給系が、大気圧近傍のプラズマ空間を形成するプラズマ生成部と、前記フッ素系反応成分となるフッ素系原料ガスを前記プラズマ空間に導入する原料供給ラインと、前記フッ素系原料ガスにH2O、OH基含有化合物、過酸化水素水のうち1つからなる添加成分を添加する添加部と、前記添加部による前記添加成分の添加率をエッチングの進行に応じて変化させる添加率調節部と、を含むことを特徴とする。
本発明の特許請求するエッチング装置は、下地膜にシリコン含有膜が積層され、前記シリコン含有膜がSi、SiO 2 、SiC、又はSiOCからなり、前記下地膜がSiO 2 又はSiNであって前記シリコン含有膜とは異なる成分からなる被処理物をエッチングする装置において、
フッ素系反応成分を含む処理ガスを前記被処理物に供給する処理ガス供給系を備え、
前記処理ガス供給系が、大気圧近傍のプラズマ空間を形成するプラズマ生成部と、前記フッ素系反応成分となるフッ素系原料ガスを前記プラズマ空間に導入する原料供給ラインと、前記フッ素系原料ガスにH2O、OH基含有化合物、過酸化水素水のうち1つからなる添加成分を添加する添加部と、前記添加部による前記添加成分の添加率をエッチングの進行に応じて変化させる添加率調節部と、を含み、前記添加率調節部が、エッチング途中のあるタイミングまでは前記添加率を相対的に高くし、前記タイミング以降は前記添加率を相対的に低くし、前記タイミングを、前記下地膜の一部が露出してエッチングすべき前記シリコン含有膜が斑状になった時に設定することを特徴とする。
下地膜に影響しない段階ではシリコン含有膜のエッチングレート優先で前記添加成分の添加率を調節するとよい。これにより、処理時間を短縮できる。下地膜に影響する段階ではシリコン含有膜の下地膜に対する選択比優先で前記添加成分の添加率を調節するとよい。これにより、下地膜のエッチングを抑制でき、かつシリコン含有膜が斑点状に残るのを防止できる。
前記添加率調節部が、前記添加率をエッチングが進むにしたがって段階的に変化させてもよい。これによって、添加率調節部の制御を容易化できる。
前記添加率調節部が、前記添加率をエッチングが進むにしたがって連続的に変化させてもよい。
これによって、下地膜が窒化シリコン又は酸化シリコン等で構成されている場合、下地膜に影響する段階でのシリコン含有の下地膜に対する選択比を大きくでき、下地膜のエッチングを確実に抑制でき、かつシリコン含有膜の斑点状の残渣が出来るのを確実に防止できる。
これによって、下地膜が窒化シリコン又は酸化シリコン等で構成されている場合、シリコン含有膜のエッチングすべき部分の大半又はほぼ全体を比較的高いエッチングレートでエッチングした後、残ったシリコン含有膜と下地膜とのうちシリコン含有膜を選択的にエッチングして除去することができ、下地膜のエッチングを抑制することができ、かつシリコン含有膜の斑点状の残渣が出来るのを確実に防止できる。
フッ素系反応成分と酸化性反応成分を含む処理ガスを噴き出す複数の処理ガス供給系と、
処理ガスが前記被処理物に吹き付けられる処理ガス供給系をエッチングの進行に応じて選択的に切り替える切替手段と、
を備え、各処理ガス供給系が、
大気圧近傍のプラズマ空間を形成するプラズマ生成部と、
前記フッ素系反応成分となるフッ素系原料ガスを前記プラズマ空間に導入する原料供給ラインと、
前記フッ素系原料ガスにH2O、OH基含有化合物、過酸化水素水のうち1つからなる添加成分を添加する添加部と、
を含み、前記複数の処理ガス供給系のうち少なくとも2つの処理ガス供給系の添加部による前記添加成分の添加率が互いに異なることを特徴とする。
本発明の特許請求する他のエッチング装置は、下地膜にシリコン含有膜が積層され、前記シリコン含有膜がSi、SiO 2 、SiC、又はSiOCからなり、前記下地膜がSiO 2 又はSiNであって前記シリコン含有膜とは異なる成分からなる被処理物をエッチングする装置において、
フッ素系反応成分を含む処理ガスを噴き出す複数の処理ガス供給系と、
処理ガスが前記被処理物に吹き付けられる処理ガス供給系をエッチングの進行に応じて選択的に切り替える切替手段と、
を備え、各処理ガス供給系が、
大気圧近傍のプラズマ空間を形成するプラズマ生成部と、
前記フッ素系反応成分となるフッ素系原料ガスを前記プラズマ空間に導入する原料供給ラインと、
前記フッ素系原料ガスにH2O、OH基含有化合物、過酸化水素水のうち1つからなる添加成分を添加する添加部と、
を含み、前記複数の処理ガス供給系のうち少なくとも2つの処理ガス供給系の添加部による前記添加成分の添加率が互いに異なり、前記切替手段が、エッチング途中のあるタイミングまでは、前記添加率が相対的に高い処理ガス供給系を選択し、前記タイミング以降は、前記添加率が相対的に低い処理ガス供給系を選択し、前記タイミングを、前記下地膜の一部が露出してエッチングすべき前記シリコン含有膜が斑状になった時に設定することを特徴とする。
前記切替手段で処理ガス供給系を切り替えることにより被処理物に接触する処理ガスの前記添加成分の含有量を変化させることができる。これによって、下地膜に影響しない段階では高エッチングレートを得るようにでき、下地膜に影響する段階では下地膜のエッチングを抑制でき、かつシリコン含有膜の斑点状の残渣が出来るのを確実に防止できる。
これによって、下地膜が窒化シリコン又は酸化シリコン等で構成されている場合、下地膜に影響する段階でのシリコン含有膜の下地膜に対する選択比を大きくでき、下地膜のエッチングを確実に抑制でき、かつシリコン含有膜の斑点状の残渣が出来るのを確実に防止できる。
これによって、下地膜が窒化シリコン又は酸化シリコン等で構成されている場合、シリコン含有膜のエッチングすべき部分の大半又はほぼ全体を比較的高いエッチングレートでエッチングした後、残ったシリコン含有膜と下地膜とのうちシリコン含有膜を選択的にエッチングして除去することができ、下地膜のエッチングを抑制することができ、かつシリコン含有膜の斑点状の残渣が出来るのを確実に防止できる。
フッ素系反応成分を含む処理ガスを前記被処理物に供給する処理ガス供給系を備え、
前記処理ガス供給系が、大気圧近傍のプラズマ空間を形成するプラズマ生成部と、前記フッ素系反応成分となるフッ素系原料ガスを前記プラズマ空間に導入する原料供給ラインと、前記フッ素系原料ガスにH2O、OH基含有化合物、過酸化水素水のうち1つからなる添加成分を添加する添加部と、前記シリコン含有膜のエッチングすべき部分の大半又はほぼ全体がエッチングされる迄の前記添加部による前記添加成分の添加率と残りのシリコン含有膜をエッチングするときの前記添加部による前記添加成分の添加率とを互いに異ならせる添加率調節部と、を含むことを他の特許請求しない特徴とする。
これによって、シリコン含有膜のエッチングすべき部分の大半又はほぼ全体がエッチングされる迄の間はシリコン含有膜のエッチングレートが高くなるように添加率調節部を用いて前記添加成分の含有率を調節することで、処理時間を短縮できる。その後、残ったシリコン含有膜をエッチングするときは下地膜に対するシリコン含有膜の選択比が大きくなるように添加率調節部を用いて前記添加成分の含有率を調節することで、残りのシリコン含有膜と下地膜とのうちシリコン含有膜を選択的にエッチングして除去でき、下地膜のエッチングを抑制することができ、かつシリコン含有膜の斑点状の残渣が出来るのを確実に防止できる。
フッ素系反応成分を含む第1処理ガスを噴き出す第1処理ガス供給系と、
フッ素系反応成分を含む第2処理ガスを噴き出す第2処理ガス供給系と、
前記シリコン含有膜のエッチングすべき部分の大半又はほぼ全体がエッチングされる迄は前記被処理物を前記第1処理ガスに接触させ、残りのシリコン含有膜をエッチングするときには前記被処理物を前記第2処理ガスに接触させる切替手段と、
を備え、前記第1処理ガス供給系が、大気圧近傍の第1プラズマ空間を形成する第1プラズマ生成部と、前記第1処理ガスのフッ素系反応成分となるフッ素系原料ガスと酸化性反応成分となる酸素系原料ガスとのうち少なくともフッ素系原料ガスを前記第1プラズマ空間に導入する第1原料供給ラインと、前記第1原料供給ラインのフッ素系原料ガスにH2O、OH基含有化合物、過酸化水素水のうち1つからなる添加成分を添加する第1添加部と、を含み、
前記第2処理ガス供給系が、大気圧近傍の第2プラズマ空間を形成する第2プラズマ生成部と、前記第2処理ガスのフッ素系反応成分となるフッ素系原料ガスと酸化性反応成分となる酸素系原料ガスとのうち少なくともフッ素系原料ガスを前記第2プラズマ空間に導入する第2原料供給ラインと、前記第2原料供給ラインのフッ素系原料ガスに前記添加成分を添加する第2添加部と、を含み、
前記第1添加部による前記添加成分の添加率と前記第2添加部による前記添加成分の添加率とが互いに異なることを他の特許請求しない特徴とする。
これによって、シリコン含有膜のエッチングすべき部分の大半又はほぼ全体がエッチングされる迄の間は、シリコン含有膜のエッチングレートが高くなるように第1処理ガスの前記添加成分の含有率を設定することで、処理時間を短縮できる。その後、残ったシリコン含有膜をエッチングするときは下地膜に対するシリコン含有膜の選択比が大きくなるように第2処理ガスの前記添加成分の含有率を設定することで、残りのシリコン含有膜と下地膜とのうちシリコン含有膜を選択的にエッチングして除去でき、下地膜のエッチングを抑制することができ、かつシリコン含有膜の斑点状の残渣が出来るのを確実に防止できる。
前記シリコン含有物が、炭化シリコン、酸化炭化シリコン等である場合、加熱手段を更に備えることが好ましい。加熱手段で被処理物を加熱することで、炭化シリコン、酸化炭化シリコン等をシリコン化でき、その後、シリコン含有物がシリコンである場合と同様にしてエッチングできる。
前記シリコン含有物が、シリコン、炭化シリコン、酸化炭化シリコン等である場合、前記原料供給ラインが、前記フッ素系原料ガスと、酸化性反応成分(O3、Oラジカル等)となる酸素系原料ガスとのうち少なくともフッ素系原料ガスを前記プラズマ空間に導入することが好ましい。
酸素系原料ガスとしては、O2、NO、NO2、N2O等が挙げられ、好ましくはO2が挙げられる。
前記原料供給ラインが、前記フッ素系原料ガスと前記酸素系原料ガスを混合して前記プラズマ空間に導入するようになっていてもよい。
酸素系原料ガスを前記原料供給ラインとは別のラインでプラズマ化、励起活性化、又はオゾン化し、前記酸化性反応成分を得ることにしてもよい。その場合、前記原料供給ラインからのフッ素系反応成分と前記別のラインからの酸化性反応成分とは混合したうえで被処理物に供給してもよく、別々の吹き出し口から被処理物に供給することにしてもよい。
第1実施形態
本発明は、被処理物に形成されたシリコン含有膜のエッチングに適用される。
図2(a)は、エッチング前の被処理物90の一例を示したものである。被処理物90は、例えばフラットパネルディスプレイ用のガラスを基板91とし、このガラス基板91上に下地膜92が形成され、この下地膜92上にエッチング対象のシリコン含有膜93が積層されている。下地膜92は、例えば窒化シリコン(SiNx)からなる。エッチング対象のシリコン含有膜93は、例えばアモルファスシリコン(a−Si)からなる。図示は省略するが、被処理物90のシリコン含有膜93のうちエッチングすべきでない部分にはレジスト等のマスクが被せられている。シリコン含有膜93のうちマスクされていない部分が、エッチングされるべき部分となる。
プラズマ生成部40は、互いに対向する一対の電極41,41を有している。少なくとも一方の電極41の対向面には固体誘電体層(図示せず)が設けられている。これら電極41,41のうち一方は、電源42に接続され、他方は、電気的に接地されている。電源42からの電圧供給によって電極41,41間の空間43が大気圧近傍のプラズマ空間となる。プラズマ空間43の上流端に原料供給ライン30が連なっている。プラズマ空間43の下流端にはノズルからなる噴出部49が設けられている。噴出部49は、支持部20上の被処理物90に面している。噴出部49が、支持部20の両端間を往復するように支持部20に対し相対移動(スキャン)されるようになっていてもよい。
エッチングの工程は、エッチングの初期から中期(終期に至る前)までの第1エッチング工程と、エッチング終期に行なう第2エッチング工程とに分けられる。
第1エッチング工程では、フッ素系原料供給部31からフッ素系原料ガス(CF4+Ar)を原料供給ライン30に送出する。このフッ素系原料ガスに、添加部32によって水(H2O)を添加する。この水の添加量を添加率調節部33によって調節する。水の添加量は、結露が生じない程度になるべく多くする。好ましくは、フッ素系原料ガスが露点温度10〜50℃の水分を含むようにする。フッ素系原料ガスの露点温度は、雰囲気温度や被処理物90の温度より低いことが好ましい。これによって、原料供給ライン30を構成する配管内や被処理物90の表面上での結露を防止することができる。被処理物90を加熱部21によって加熱せず、室温にする場合、フッ素系原料ガスの露点が15〜20℃になるようにするのが好ましい。
併行して、電源42から電極41に電圧を供給し、電極間空間43内に大気圧近傍プラズマを生成する。これによって、混合ガスがプラズマ化(分解、励起、活性化、ラジカル化、イオン化等を含む)され、フッ素系反応成分と酸化性反応成分を含む処理ガスが生成される。以下、第1エッチング工程の処理ガスを、適宜「第1処理ガス」と称す。フッ素系反応成分としては、HF、COF2等が挙げられる。これらフッ素系反応成分は、主にCF4及びH2Oが分解して生成されたものである。添加部32からの水の添加量をなるべく多くしたことによって、フッ素系反応成分の生成量を多くすることができる。酸化性反応成分としては、O3、Oラジカル等が挙げられる。これら酸化性反応成分は、主にO2を原料として生成されたものである。
図2(b)及び同図(c)に示すように、エッチングが進み、下地膜92の一部が露出したとき、第1エッチング工程から第2エッチング工程に切り替える。
プラズマ化前の第1処理ガスと第2処理ガスの成分構成は互いに同じであり、水の添加率が異なるだけであるので、第1エッチング工程から第2エッチング工程への切り替えをスムーズに行なうことができ、切り替え時間をほとんど必要としない。
第2実施形態
図3に示すように、第2実施形態の処理ガス供給系10は、フッ素系反応成分と酸化性反応成分とを別々に生成するようになっている。フッ素系原料供給部31から延びる原料供給ライン30には酸素系原料供給部34が接続されていない。原料供給ライン30は、水が添加されたフッ素系原料ガスだけをプラズマ生成部40に導入する。プラズマ生成部40には酸素系原料ガスは導入されない。
プラズマ生成部44は、互いに対向する一対の電極45,45を有している。少なくとも一方の電極45の対向面には固体誘電体層(図示せず)が設けられている。これら電極45,45のうち一方は、電源46に接続され、他方は、電気的に接地されている。電源46からの電圧供給によって電極45,45間の空間47が大気圧近傍のプラズマ空間となる。プラズマ空間47の上流端に酸素系原料供給部34が連なっている。
図4に示すように、第3実施形態では、酸化性反応ガスの生成装置としてプラズマ生成部44に代えてオゾナイザー48が用いられている。酸素系原料供給部34からの酸素ガス(O2)がオゾナイザー48に導入され、O3を含む酸化性反応ガスが生成され、この酸化性反応ガスが噴出路52に導出されるようになっている。
その他の構成及び動作は、第2実施形態と同様である。
図5に示すように、第4実施形態のエッチング装置1は、複数の処理ガス供給系10を備えている。各処理ガス供給系10は、添加率調節部33が省かれている点を除き、第1実施形態(図1)の処理ガス供給系10と同じ構成になっている。2つの供給系10を区別するときは、第1の処理ガス供給系10A及びその各構成要素には、第1実施形態の処理ガス供給系10における対応する構成要素と同じ符号にAを付し、第2の処理ガス供給系10B及びその各構成要素には、第1実施形態の処理ガス供給系10における対応する構成要素と同じ符号にBを付す。
移動手段22は、処理ガスが被処理物90に吹き付けられる処理ガス供給系10A,10Bを選択的に切り替える切替手段を構成する。
図6に示すように、第5実施形態では、被処理物94が連続シート状になっている。連続シート状の被処理物94は、繰り出しロール23から繰り出され、巻き取りロール24に巻き取られるようになっている。ロール23,24の間の被処理物94の裏側に加熱部21が設けられている。
水の添加量の変更は2段階に限られず、3段階以上行なうことにしてもよい。第1エッチング工程で水添加量を2段階以上にわたって変更してもよい。第2エッチング工程で水添加量を2段階以上にわたって変更してもよい。
エッチング装置1は、3つの処理ガス供給系10を備えている。各処理ガス供給系10は、第4実施形態(図5)及び第5実施形態(図6)の処理ガス供給系10A,10Bと同じ構成になっている。これら3つの処理ガス供給系10を互いに区別するときは、1段目(図7において左側)の処理ガス供給系10及びその構成要素の符号にXを付し、2段目(図7において中央)の処理ガス供給系10及びその構成要素の符号にYを付し、3段目(図7において右側)の処理ガス供給系10及びその構成要素の符号にZを付す。1段目と2段目の処理ガス供給系10X,10Yが、第1エッチング工程を実行する第1処理ガス供給系になる。最終段(3段目)の処理ガス供給系10Zが、第2エッチング工程を実行する第2処理ガス供給系になる。
よって、後段の処理ガス供給系10になるほど処理ガス中の水含有率が段階的に低くなる。
ローラコンベア25は、被処理物90の搬送手段及び支持手段を構成する。かつ、ローラコンベア25は、処理ガスが被処理物90に吹き付けられる処理ガス供給系10を選択的に切り替える切替手段を構成する。
被処理物90は、ローラコンベア25による搬送に伴ない、先ず1段目の処理ガス供給系10Xからの処理ガスと接触し、エッチングされる。1段目の水添加率は十分大きいから、エッチングレートを高くできる。1段目のエッチングでは、シリコン含有膜93の表面が粗くなり凸凹の状態になる。下地の窒化シリコン膜92は未だ露出しない。
次に、被処理物90は、3段目(最終段)の処理ガス供給系10Zからの処理ガスと接触し、エッチングされる。3段目の添加部32Zは2段目(第1エッチング工程の最終段階)より更に水添加量が小さい。したがって、シリコン含有膜93の下地膜92に対する選択比を更に大きくできる。これにより、下地膜92のオーバーエッチング量d(図2(d))を十分に小さくでき、かつシリコン含有膜の斑点状の残渣が出来るのを確実に防止できる。2段目のエッチングレートは、1段目と比べると低下するが、3段目よりは大きい。したがって、全体のエッチング処理時間が過大になるのを防止できる。
例えば、フッ素系原料ガスと酸素系原料ガスを混合した後、水を添加してもよい。混合ガス中のフッ素系原料ガスのみに対する水の添加量が、第1エッチング工程では露点で10〜50℃になる量にし、第2エッチング工程では露点で0〜40℃になる量にするのが好ましい。第2エッチング工程の第2処理ガスには水が殆ど含まれていなくてもよい。
フッ素系反応成分をプラズマ生成部40(40A,40B)を用いて生成するのに代えて、HFやCOF2等のフッ素系反応成分そのものをタンク等に蓄えておき、このタンクからフッ素系反応成分を取り出して水を添加してもよい。
酸化性反応成分をプラズマ生成部44又はオゾナイザー48を用いて生成するのに代えて、O3等の酸化性反応成分そのものをタンク等に蓄えておき、このタンクから酸化性反応成分を取り出してフッ素系反応成分と混合してもよい。
第2実施形態(図3)及び第3実施形態(図4)において、フッ素系反応ガスと酸化性反応ガスとを混合せずに互いに別の噴出部から被処理物へ向けて吹き出すようにしてもよい。
エッチング対象のシリコン含有膜93は、シリコンに限られず、酸化シリコン、炭化シリコン、酸化炭化シリコン等であってもよい。
エッチング対象のシリコン含有膜93が酸化シリコンである場合、処理ガスが酸化性反応成分を含む必要はない。したがって、酸素系原料供給部34を省略できる。
エッチング対象のシリコン含有膜93が、炭化シリコン又は酸化炭化シリコンである場合、加熱操作によりシリコンに変換でき、その後、上記実施形態と同様にしてエッチングできる。
アモルファスシリコン等のシリコンからなるシリコン含有膜93に対し、下地膜92が酸化シリコンであってもよい。
エッチング対象のシリコン含有膜93が酸化シリコンである場合、下地膜は例えば窒化シリコンであってもよい。
エッチング対象のシリコン含有膜93が炭化シリコンや酸化炭化シリコンである場合、下地膜92は例えば窒化シリコン又は酸化シリコンであってもよい。
水の含有率または添加率を段階的に高くしてもよい。水の含有率または添加率を段階的に低くした後、段階的に高くしてもよく、段階的に高くした後、段階的に低くしてもよい。水の含有率または添加率を段階的に変化させるのに限られず、連続的に変化(漸減又は漸増)させてもよい。
キャリアとして、Arに代えて、He、Ne、N2等の他の不活性ガスを用いてもよい。
酸素系原料として、O2に代えて、NO、NO2、N2O等の酸素含有化合物を用いてもよい。
複数の処理ガス供給系10のうち少なくとも2つの処理ガス供給系10の水含有率または水添加率が異なっていればよく、複数の処理ガス供給系10のすべての水含有率または水添加率が1段ずつ異なっているのに限られず、複数(3つ以上)の処理ガス供給系10のうち一部(2つ以上)の処理ガス供給系10の水含有率または水添加率が互いに同じであってもよい。
シリコン含有膜93の厚さによっては、処理ガス供給系10Xを3つ以上並設してもよい。
第1〜第3実施形態(図1〜図4)において、添加率調節部33が水添加率を連続的に漸減させてもよい。
下地膜92の成分等によっては、第1〜第3実施形態(図1〜図4)において、添加率調節部33が水添加率を段階的又は連続的に高くしてもよい。
実施例として、図3のエッチング装置1を用い、被処理物90をエッチングした。下地膜92は、窒化シリコンであり、エッチング対象のシリコン含有膜93は、アモルファスシリコンであった。
まず、第1エッチング工程を行なった、
フッ素系原料としてCF4を用いた。CF4はArで希釈した。CF4とArの体積混合比は、CF4:Ar=1:9とした。このフッ素系原料ガス(CF4+Ar)に水を添加した。水の添加量は、フッ素系原料ガスの露点が18℃になる量とした。
水を添加した後のフッ素系原料ガス(CF4+Ar+H2O)をプラズマ生成部40に導入して大気圧下でプラズマ化し、フッ素系反応ガスを得た。プラズマ放電条件は以下の通りである。
電極間間隔: 1mm
電極間電圧: 10kV
電源周波数: 25kHz(パルス波)
別途、酸素系原料ガスとしてO2をプラズマ生成部44に導入して大気圧下でプラズマ化し、酸化性反応ガスを得た。プラズマ放電条件は、上記プラズマ生成部40と同じとした。
プラズマ生成部40からのフッ素系反応ガスとプラズマ生成部44からの酸化性反応ガスとを混合し第1処理ガスを得た。フッ素系反応ガスと酸化性反応ガスの体積混合比は1:1とした。この第1処理ガスを噴出部53から噴き出し、被処理物90に接触させた。噴出部53は、被処理物90の一端から他端までの間を2m/minの速度で往復するように移動(スキャン)させた。往方向又は復方向の片道移動をスキャン1回として、第1エッチング工程ではスキャンを18回行なった。このとき、被処理物90の表面には、0.1〜10μmの斑点状のアモルファスシリコン93aが残っていた(図2(b)(c)参照)。
フッ素系原料ガスへの水の添加量は、フッ素系原料ガスの露点が12℃になる量とした。このフッ素系原料ガスをプラズマ生成部40でプラズマして得たフッ素系反応ガスと、プラズマ生成部44からの酸化性反応ガスとを混合し第2処理ガスを得、この第2処理ガスを被処理物90に接触させた。
噴出部53のスキャン回数は、5回とした。
この第2エッチング工程によって、残アモルファスシリコン93aは完全に除去され、下地のシリコン窒化膜92がきれいに露出した(図2(d)参照)。
第2エッチング工程の第2処理ガスによるアモルファスシリコンの窒化シリコンに対する選択比は、約2.4であった。これにより、第2エッチング工程でフッ素系反応ガスの露点温度を下げることによりシリコンの選択比が高まることが確認された。
下地の窒化シリコン膜92の減り量d(図2)は、約7nmであった。
比較例1として、実施例1の第1エッチング工程の第1処理ガスのまま、第2エッチング工程を実施例1と同じスキャン回数(5回)だけ行なった。その結果、下地の窒化シリコン膜92の減り量dは、約24nmであった。
また、比較例2として、実施例1の第2処理ガスと同じ処理ガスを用い、被処理物90の表面が実施例1の第1エッチング工程の終了時と同じ状態になるまで第1エッチング工程を行ない、引き続いて同じ処理ガスで第2エッチング工程を実施例1と同じスキャン回数(5回)行なった。この場合、第1エッチング工程に要したスキャン回数は26回であった。
10,10A,10B 処理ガス供給系
10X,10Y,10Z 処理ガス供給系
11,12 処理ガス供給系
21 加熱部
22 移動手段(切替手段)
23 繰り出しロール(切替手段)
24 巻き取りロール(切替手段)
25 ローラコンベア(切替手段)
30 原料供給ライン
30A,30B 原料供給ライン
31 フッ素系原料供給部
32 添加部
32A,32B 添加部
33 添加率調節部
34 酸素系原料供給部
40 プラズマ生成部
40A,40B プラズマ生成部
43 プラズマ空間
43A,43B プラズマ空間
44 別のプラズマ生成部
47 プラズマ空間
48 オゾナイザー
49 噴出部
90 被処理物
92 下地膜
93 シリコン含有膜
93a 残シリコン膜
94 連続シート状被処理物
Claims (7)
- 下地膜にシリコン含有膜が積層され、前記シリコン含有膜がSi、SiO 2 、SiC、又はSiOCからなり、前記下地膜がSiO 2 又はSiNであって前記シリコン含有膜とは異なる成分からなる被処理物をエッチングする方法において、
フッ素系反応成分を含み更にH2O、OH基含有化合物、過酸化水素水のうち1つからなる添加成分を含む処理ガスを前記被処理物に接触させ、エッチング途中のあるタイミングまでの期間(以下「第1エッチング工程」と称す)は、前記処理ガス中の前記添加成分の含有率を相対的に高くし、前記タイミング以降の期間(以下「第2エッチング工程」と称す)は、前記含有率を相対的に低くし、前記タイミングを、前記下地膜の一部が露出してエッチングすべき前記シリコン含有膜が斑状になった時に設定することを特徴とするシリコン含有膜のエッチング方法。 - 前記第2エッチング工程では、露点温度6〜12℃の水分を含むフッ素系原料ガスを大気圧近傍のプラズマ空間に通すことによりフッ素系反応成分を生成することを特徴とする請求項1に記載のエッチング方法。
- 前記第1エッチング工程では、露点温度15〜20℃の水分を含むフッ素系原料ガスを大気圧近傍のプラズマ空間に通すことによりフッ素系反応成分を生成し、
前記第2エッチング工程では、露点温度6〜12℃の水分を含むフッ素系原料ガスを大気圧近傍のプラズマ空間に通すことによりフッ素系反応成分を生成することを特徴とする請求項1に記載のエッチング方法。 - 前記第1エッチング工程では、露点温度15〜20℃の水分を含むフッ素系原料ガスを大気圧近傍のプラズマ空間に通すことによりフッ素系反応成分及び水を含む第1フッ素系反応ガスを生成し、前記第1エッチング工程の処理ガスが、前記第1フッ素系反応ガスと、酸化性反応成分を含む酸化性反応ガスとを1:9〜9:1の体積混合比で含有し、
前記第2エッチング工程では、露点温度6〜12℃の水分を含むフッ素系原料ガスを大気圧近傍のプラズマ空間に通すことにより、第1フッ素系反応ガスより低い含有率の水とフッ素系反応成分とを含む第2フッ素系反応ガスを生成し、前記第2エッチング工程の処理ガスが、前記第2フッ素系反応ガスと、酸化性反応成分を含む酸化性反応ガスとを1:9〜9:1の体積混合比で含有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のエッチング方法。 - 前記第1エッチング工程で処理ガス中の前記添加成分の含有率を段階的に低くし、前記第2エッチング工程での処理ガス中の前記添加成分の含有率を前記第1エッチング工程の最終段階より低くすることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のエッチング方法。
- 下地膜にシリコン含有膜が積層され、前記シリコン含有膜がSi、SiO 2 、SiC、又はSiOCからなり、前記下地膜がSiO 2 又はSiNであって前記シリコン含有膜とは異なる成分からなる被処理物をエッチングする装置において、
フッ素系反応成分を含む処理ガスを前記被処理物に供給する処理ガス供給系を備え、
前記処理ガス供給系が、大気圧近傍のプラズマ空間を形成するプラズマ生成部と、前記フッ素系反応成分となるフッ素系原料ガスを前記プラズマ空間に導入する原料供給ラインと、前記フッ素系原料ガスにH2O、OH基含有化合物、過酸化水素水のうち1つからなる添加成分を添加する添加部と、前記添加部による前記添加成分の添加率をエッチングの進行に応じて変化させる添加率調節部と、を含み、前記添加率調節部が、エッチング途中のあるタイミングまでは前記添加率を相対的に高くし、前記タイミング以降は前記添加率を相対的に低くし、前記タイミングを、前記下地膜の一部が露出してエッチングすべき前記シリコン含有膜が斑状になった時に設定することを特徴とするシリコン含有膜のエッチング装置。 - 下地膜にシリコン含有膜が積層され、前記シリコン含有膜がSi、SiO 2 、SiC、又はSiOCからなり、前記下地膜がSiO 2 又はSiNであって前記シリコン含有膜とは異なる成分からなる被処理物をエッチングする装置において、
フッ素系反応成分を含む処理ガスを噴き出す複数の処理ガス供給系と、
処理ガスが前記被処理物に吹き付けられる処理ガス供給系をエッチングの進行に応じて選択的に切り替える切替手段と、
を備え、各処理ガス供給系が、
大気圧近傍のプラズマ空間を形成するプラズマ生成部と、
前記フッ素系反応成分となるフッ素系原料ガスを前記プラズマ空間に導入する原料供給ラインと、
前記フッ素系原料ガスにH2O、OH基含有化合物、過酸化水素水のうち1つからなる添加成分を添加する添加部と、
を含み、前記複数の処理ガス供給系のうち少なくとも2つの処理ガス供給系の添加部による前記添加成分の添加率が互いに異なり、前記切替手段が、エッチング途中のあるタイミングまでは、前記添加率が相対的に高い処理ガス供給系を選択し、前記タイミング以降は、前記添加率が相対的に低い処理ガス供給系を選択し、前記タイミングを、前記下地膜の一部が露出してエッチングすべき前記シリコン含有膜が斑状になった時に設定することを特徴とするシリコン含有膜のエッチング装置。
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