JP4704364B2 - エッチング方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品製造、半導体素子を内蔵した実装部品（ＳＩＰ）、ＦＰＤ製造プロセス等のプロセスにおいて、ＳｉＯ₂膜をドライエッチングするときのエッチング終了を判断するエッチング方法に関する。

従来より、真空雰囲気でプラズマを発生させ、エッチング対象物をエッチング除去するドライエッチングは広く用いられている。

従来技術では、基準試料を用いて所定膜厚のエッチング対象物をエッチング除去するのに必要なエッチング時間を予め求めておき、実際のエッチング工程ではエッチング時間だけエッチングを行って、エッチング対象物が除去されたものとした。

しかし、エッチング条件が変動するとエッチング速度が変わるため、従来技術では、エッチング対象物が除去される前にエッチングを終了したり、逆に、エッチング対象物が除去され終わった後もエッチングが続き、エッチング対象物が必要以上にエッチングされることがあった。
特開２００４−２８８７７７号公報 特開平６−２６０２９７号公報 特開昭６２−２８２４３５号公報

エッチングが終了したかどうかを判断するために、特許文献３に記載されたように、ＳｉＦ（３３４．６ｎｍ）、ＣＯ(４８３．５ｎｍ、５１９．８ｎｍ等)等の特定波長のプラズマの強度変化を測定することでエッチングが終了されたかどうか（エンドポイント）を検出する方法は公知である。
しかしながら、エッチングガスとして、Aｒ、ＣＨＦ₃、ＳＦ₆を使用した場合、上記波長では検出不可能であった。

特に、Ａｒは、エッチングのアシストガスとして優れているが、Ａｒの輝線スペクトルは上述したＣＯ由来の波長領域(４８３．５ｎｍ、５１９．８ｎｍ等)と重なるため、ＣＯ由来の発光光はＡｒの輝線に隠れ、強度変化を正確に検出できないという問題があった。

エッチングガスにＣＨＦ₃ガスとＳＦ₆ガスを用い、アシストガスにアルゴンガスを用い、それらのプラズマを発生させてレジストの開口底面に露出するＳｉＯ₂膜をエッチングすると、縁が９０°よりも小さい台形状のＳｉＯ₂膜を得ることができる。

プラズマから放出される光を測定してエッチングの終点を判断する場合、上記エッチングガスとアシストガスの組合せでは、アシストガスからの発光により、反応生成物由来の通常用いられる波長の光の変化が、アルゴンプラズマから放出される光によって隠されてしまい、終点検出ができない。

本発明の発明者等は、ＡｒガスとＣＨＦ₃ガスとＳＦ₆ガスでＳｉＯ₂膜をエッチングするとき、波長３１３．４ｎｍ、３３０．６ｎｍ、３４８．３ｎｍ、３６９．９ｎｍの光(第一〜第四の光)の強度の測定結果から、それらの光の強度を合計した値(合計強度)の経時変化率を求めると、経時変化率の時間変化から、エッチングが終了したか否かを判断できることを見い出し、本発明を創作するに到った。

上記知見により、本発明は、処理対象物が配置された真空槽内にアシストガスとエッチングガスを導入し、前記アシストガスと前記エッチングガスのプラズマを発生させ、前記処理対象物表面に形成された絶縁膜を前記プラズマでエッチングする間、前記プラズマから放射される光を検出し、検出光の強度変化からエッチング反応の終了か否かを判断するエッチング方法であって、前記絶縁膜はＳｉＯ₂膜であり、前記アシストガスはＡｒガスで構成され、前記エッチングガスはＣＨＦ₃ガスとＳＦ₆ガスとで構成され、前記プラズマから放射される光のうち、波長３１３．４ｎｍの第一の光の強度と、波長３３０．６ｎｍの第二の光の強度と、波長３４８．３ｎｍの第三の光の強度と、波長３６９．９ｎｍの第四の光の強度をそれぞれ測定して加算し、合計強度を算出し、現在の前記経時変化率と過去の前記経時変化率とを比較し、現在の前記経時変化率が、符号が負で絶対値が増大から減少に転じた時刻を前記エッチングが終了した時刻であると判断するエッチング方法である。
本発明はエッチング方法であって、前記第一〜第四の光の強度の加算は、前記第一〜第四の光の強度を、それぞれゼロよりも大きい第一〜第四の係数倍して加算するエッチング方法である。
本発明は、予め設定された時間間隔毎に前記エッチングが終了したか否かを判断するエッチング方法であって、前記経時変化率は、前回の合計強度の値と、今回の合計強度の値から算出するエッチング方法である。

図２（ａ）は、上記エッチングガスとアシストガスを用いたときの、第一〜第四の光の強度の測定結果から求めた合計強度とエッチング時間の関係を模式的に示すグラフである。エッチングを開始した後、時間が経過するに従い、合計強度は減少している。

図２（ｂ）は同図（ａ）の微分曲線であり、合計強度の経時変化率とエッチング時間の関係を模式的に示すグラフである。合計強度は、エッチング時間の経過に従って減少するが、その変化率(経時変化率)は、エッチング終了時刻付近で極小値をとる。同図符号Ｅは、極小値をとる時刻を示しており、この時刻Ｅの前後で、経時変化率の絶対値は増大から減少に転じている。

従って、エッチングを行なっているとき、現在時刻の経時変化率の大きさを、過去の経時変化率の大きさと比較すると、現在時刻が、極小値を与える時刻Ｅに達したかどうかを判断することができる。

経時変化率の極小値の絶対値の大きさは、大きい程時刻Ｅを明瞭に検出しやすい。また、時刻Ｅはエッチング終了時刻と一致している必要がある。
合計強度を求める際、第一〜第四の光の強度の測定結果Ｉ₁〜Ｉ₄に、係数を乗算した後、加算することで、経時変化率のグラフの形状や位置を移動させることができるので、予め、極小値が大きくなり、エッチング終了時刻と極小値を与える時刻との差が小さくなるように、係数ａ〜ｄを定めておき、下記(１)式、
Ｉ＝Ｉ₁×ａ＋Ｉ₂×ｂ＋Ｉ₃×ｃ＋Ｉ₄×ｄ……(１)
によって合計強度Ｉを求め、その経時変化率から極小値を与える時刻を求め、その時刻に到ったときを、エッチング終了時刻として判断することができる。

本発明のエッチング方法は、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＰＤＰ等の表示装置の層間絶縁膜、半導体素子や、半導体素子を内部した実装部品（ＳＩＰ）等の電子部品の絶縁膜のエッチングに用いられる。

エッチング終了時刻が正確に分かる。エンドポイントをモニターする波長をこれまで提案されていないＣＯ由来の紫外線領域の波長複数を使用して加算し、総和を求めているので、従来ではエンドポイント（エッチング終了）が検出できなかったものについてもエンドポイントの検出が可能になる。アシストガスにＡｒガスを用いることができるので、エッチング速度が速い。また、Ａｒガスと、ＣＨＦ₃ガスと、ＳＦ₆ガスとを一緒に用いることで、エッチング時のダスト発生が抑制され、しかもエッチング条件を調整することで、孔の側壁と孔との成す角度（テーパ角度）を所望の値に制御可能である。

図１の符号１は本発明に用いるエッチング装置の一例を示している。
エッチング装置１は真空槽２を有している。真空槽２の内部には載置台７と、プラズマ生成装置５（例えば平板電極）とが配置されており、真空槽２に搬入された処理対象物は載置台７上に配置されるように構成されている。

真空槽２外部には電源装置２５が配置されており、プラズマ生成装置５は電源装置２５に接続されている。
真空槽２には真空排気系９と、ガス供給系８とが接続されており、真空排気系９によって真空槽２内部を真空排気し、ガス供給系８からアシストガスと、エッチングガスを供給しながら、プラズマ生成装置５に電圧を印加すると、アシストガスとエッチングガスのプラズマを生成し、載置台７上に配置された処理対象物がエッチングされる。

真空槽２の側壁には、透明な窓部２４が設けられている。真空槽２の外部であって、窓部２４と対面する位置にはセンサー２３が配置されており、センサー２３は窓部２４を透過した光を受光するように構成されている。
センサー２３は制御装置２０に接続されており、制御装置２０はセンサー２３が受光した光のうち、所望の波長の光の強度を検出して、制御装置２０の内部の記憶装置に記憶する。

制御装置２０は記憶内容から光の強度の経時変化率を求め、経時変化率に基づいてエッチング反応の終了したか否かの判断をする。電源装置２５とガス供給系８は制御装置２０に接続されており、制御装置２０はエッチングが終了したと判断すると、エッチングガスとアシストガスの導入と、プラズマ生成装置５への電圧印加を停止させ、エッチングを終了させる。
本発明のエッチング方法を用いて実際の製品のエッチングを行う前に、先ず、実際のエッチング工程で用いるエッチングガスとアシストガスと、それぞれ同じエッチングガス（ＣＨＦ₃ガスとＳＦ₆ガス）と、アシストガス（Ａｒガス）をガス供給系８に配置し、制御装置２０を検出し、強度を測定する光の波長を、３１３．４ｎｍ（第一の光）と、波長３３０．６ｎｍ（第二の光）と、波長３４８．３ｎｍ（第三の光）と、波長３６９．９ｎｍ（第四の光）に設定する。

エッチングの終点を検出すべき処理対象物と同じ処理対象物を、上記図１のエッチング装置１内に搬入し、実際のエッチング工程と同じ条件でエッチングを開始し、制御装置２０が検出した第一〜第四の光の強度を経過時間と共に記憶する。
このとき、目視や膜厚センサー等の他の手段によってＳｉＯ₂膜のエッチングの終了時刻を検出しておき、

測定した第一〜第四の光の強度Ｉ₁〜Ｉ₄とエッチング終了時刻から、下記再掲(１)式、
Ｉ＝Ｉ₁×ａ＋Ｉ₂×ｂ＋Ｉ₃×ｃ＋Ｉ₄×ｄ……再掲(１)
で求められる合計強度Ｉの経時変化率が、エッチング終了時刻において極小値をとり、極小値の絶対値も大きくなるようにａ〜ｄを決定し、制御装置２０に入力しておく。

終点検出を行なうエッチング工程では、図１に示すように、基板１１上に形成されたＳｉＯ₂膜１２が部分的にレジスト膜１７で覆われた処理対象物１０を、ＳｉＯ₂膜１２が露出する側の面をプラズマ生成装置５に向けた状態で配置し、真空槽２の内部を真空排気しながら、ＣＨＦ₃ガスとＳＦ₆ガスとからなるエッチングガスと、Ａｒガスからなるアシストガスを導入し、所定圧力の真空雰囲気を形成しておき、該真空雰囲気を維持しながら、プラズマ生成装置５に電圧を印加し、ＳｉＯ₂膜１２の露出する部分のエッチングを開始し、第一〜第四の光の強度を測定する。

制御装置２０内には予め測定時間間隔が設定されており、エッチング開始時刻を基準時刻とし、基準時刻から設定された時間間隔が経過する毎に、経過時刻と対応付けて第一〜第四の光の強度を記憶する。

上記(１)式から、現在の測定時刻ｔ_nの合計強度Ｉ(ｔ_n)と、直前の測定時刻ｔ_n-1の合計強度Ｉ(ｔ_n-1)とから、経時変化率(Ｉ(ｔ_n)−Ｉ(ｔ_n-1))／(ｔ_n−ｔ_n-1)の値を算出し、今回算出した経時変化率と、前回算出した経時変化率とを比較し、絶対値が増大から減少に転じた場合に、現在時刻でエッチングが終了したと判断する。

測定間隔が一定時間である場合は、現在の合計強度Ｉ(ｔ_n)の値から、直前の合計強度Ｉ(ｔ_n-1)を減算した値を経時変化率とすることができる。経時変化率を求める時間間隔は、ここでは３秒乃至４秒程度に設定されている。
エッチングが終了したと判断されたら、制御装置２０は、プラズマ生成装置５への電圧印加を停止し、エッチングを終了させる。エッチングの終了が検出された後、所定時間だけオーバーエッチさせ、エッチングを終了させてもよい。アシストガスとエッチングガスの導入は、エッチングを終了させた後、停止する。

合計強度の算出は、第一〜第四の光をそれぞれ受光する第一〜第四のセンサーを設け、第一〜第四のセンサーで同じ時刻に検出された光の強度を加算してもよいし、同一のセンサーで第一〜第四の光の強度を順番に検出し、異なる時刻に検出された光の強度を加算してもよい。
尚、アシストガスには、Ａｒガスに加え、ＫｒガスやＸｅガスを添加することができる。

処理対象物１０として、ガラス基板１１の表面にＳｉＯ₂膜１２が形成され、該ＳｉＯ₂膜１２の表面にパターニングされたレジスト層１７が配置されたものを用意し、真空槽２の内部圧力が１３．３Ｐａの条件で、ＳｉＯ₂膜１２のエッチングしながら、第一〜第四の光の強度と一緒に、ＣＯ由来の他の光の強度と、ＳｉＦ由来の光の強度と、Ｓｉ由来の光の強度と、ＳｉＦ₂由来の光の強度を、それぞれ継続的に検出、記憶した。
ここでは、第一〜第四の係数をそれぞれ１とし、同時刻に検出された第一〜第四の光の強度をそのまま加算して合計強度を算出した。

ＣＯ由来の波長の光の強度と、第一の光（波長３１３．４ｎｍ）の強度の検出結果を、合計強度の算出結果と共に図３のグラフに記載し、ＳｉＦ由来の光の強度と、Ｓｉ由来の光の強度と、ＳｉＦ₂由来の光の強度の検出結果を、合計強度と共に図４のグラフに記載する。

図３、４の符号Ｌは合計強度を示し、図３の符号Ｌ₁は第一の光の強度、図３の符号Ｌ_a〜Ｌ_gは波長２８３．３ｎｍ、２９７．７ｎｍ、４３９．４ｎｍ、４５１．０ｎｍ、４８３．５ｎｍ、５１９．８ｎｍ、５６１．０ｎｍの光の強度をそれぞれ示し、図４の符号Ｌ_h、Ｌ_iは波長３３４．６ｎｍ、４３６．８ｎｍの光（ＳｉＦ由来）の強度をそれぞれ示し、同図の符号Ｌ_jは波長４６９．０ｎｍの光（Ｓｉ由来）の強度を示し、同図の符号Ｌ_kは波長４０６．５ｎｍの光（ＳｉＦ₂由来）の強度を示す。

図３、４から明らかなように、他の光や、第一の光だけでは、エッチングが終了に近づいても強度の減少が顕著に確認されないが、合計強度はエッチングが終了に近づいた時に明らかに減少しており、本発明によれば合計強度の減少からエッチング終了時刻が導き出せることが確認された。

本発明に用いるエッチング装置の一例を説明するための断面図 （ａ）：合計強度と時間との関係とを模式的に示すグラフ、（ｂ）：経時変化率と時間との関係を模式的に示すグラフ 合計強度と、ＣＯ由来の他の光の強度を示すグラフ 合計強度と、ＳｉＦ由来の光の強度と、Ｓｉ由来の光の強度と、ＳｉＦ₂由来の光の強度を示すグラフ

符号の説明

１……エッチング装置 ２……真空槽 １０……処理対象物 １２……ＳｉＯ₂膜 ２０……制御装置 ２３……センサー ２４……窓部

Claims (3)

1. 処理対象物が配置された真空槽内にアシストガスとエッチングガスを導入し、
   前記アシストガスと前記エッチングガスのプラズマを発生させ、
   前記処理対象物表面に形成された絶縁膜を前記プラズマでエッチングする間、
   前記プラズマから放射される光を検出し、検出光の強度変化からエッチング反応の終了か否かを判断するエッチング方法であって、
   前記絶縁膜はＳｉＯ₂膜であり、
   前記アシストガスはＡｒガスで構成され、前記エッチングガスはＣＨＦ₃ガスとＳＦ₆ガスとで構成され、
   前記プラズマから放射される光のうち、波長３１３．４ｎｍの第一の光の強度と、波長３３０．６ｎｍの第二の光の強度と、波長３４８．３ｎｍの第三の光の強度と、波長３６９．９ｎｍの第四の光の強度をそれぞれ測定して加算し、合計強度を算出し、
   現在の前記経時変化率と過去の前記経時変化率とを比較し、現在の前記経時変化率が、符号が負で絶対値が増大から減少に転じた時刻を前記エッチングが終了した時刻であると判断するエッチング方法。
2. 前記第一〜第四の光の強度の加算は、前記第一〜第四の光の強度を、それぞれゼロよりも大きい第一〜第四の係数倍して加算する請求項１記載のエッチング方法。
3. 予め設定された時間間隔毎に前記エッチングが終了したか否かを判断する請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のエッチング方法であって、
   前記経時変化率は、前回の合計強度の値と、今回の合計強度の値から算出するエッチング方法。

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