JPH11229165A

JPH11229165A - Ｃｒのエッチング方法

Info

Publication number: JPH11229165A
Application number: JP2766198A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Ide; 勝也井出; Kazuo Oike; 一夫大池
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1998-02-09
Publication date: 1999-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】エッチング速度を高めて製造効率を向上させ
ることができるとともに、エッチング速度を均一にする
ことによってパターニング精度を高めることのできるＣ
ｒのエッチング方法を提供する。【解決手段】ガス流量比が０．２〜０．５の領域にお
いて、エッチング速度及び均一性の双方が大きく変化
し、また、ガス流量比が２．１以上でもエッチング速度
及び均一性の双方が大きく変化する。したがって、エッ
チング速度が大きく、しかもエッチング速度の均一性が
良好な範囲としては、ガス流量比が０．５〜２．１の範
囲となる。このように従来よりも小さいガス流量比の領
域において、エッチング速度及びその均一性の双方が急
激に向上することを発見し、当該領域においてエッチン
グ工程を行うことにより、スループットの大幅な向上
と、パターン精度の向上とを再現性良く得ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＣｒのエッチング方
法に係り、特に、プラズマエッチング装置によってＣｒ
を高精度にパターニングする場合に好適な技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置や液晶表示装置等の製
造工程において、基板等の表面上にＣｒ層をパターニン
グする場合には、一旦Ｃｒをスパッタリングや蒸着等に
よって被着してＣｒ層を全面的に形成し、その後、レジ
スト層等によってＣｒ層の表面を部分的に被覆した状態
で、エッチングを行うことが多い。

【０００３】Ｃｒ層のエッチング工程は、主として、塩
素ガスと酸素ガスを含む反応ガスを高周波電界によって
プラズマ化するように構成されたプラズマエッチング装
置により行う場合がある。

【０００４】このプラズマエッチング装置のうちの平行
平板型の装置の概略構造を図１に示す。このプラズマエ
ッチング装置を用いてドライエッチングを行う場合に
は、一般的にプラズマエッチングモード（以下、単に
「ＰＥモード」という。）と、反応性イオンエッチング
モード（以下、単に「ＲＩＥモード」という。）の２種
類の方法があるが、図１に示すものは、ＰＥモードにて
ドライエッチングを行う場合の構成を示している。

【０００５】チャンバー１０の内部には、円盤形状の上
部電極１１及び下部電極１２とが相互に対向するように
配置されており、それぞれ給電ライン１３，１４を介し
て所定の電位が供給されるようになっている。上部電極
１１の内部には給気口１５から反応ガスが導入されるよ
うになっており、この反応ガスは、上部電極１１の表面
１１ａに形成された多数の細孔から下部電極１２に向け
て放出されるようになっている。下部電極１２の表面上
には、エッチング処理されるＣｒ層が被着された基板２
０が配置されている。

【０００６】チャンバー１０内のガスは、排気管１６を
介して図示しない排気装置によって排出されるようにな
っている。チャンバー１０内のガスは、下部電極１２の
外縁部の外側の全周から下部電極１２の裏面側に移動
し、ここから排気管１６へと向かって排出される。

【０００７】上部電極１１は、給電ライン１３を介して
コンデンサ１７に接続され、さらにコンデンサ１７は高
周波電源１８に接続されている。一方、下部電極１２
は、給電ライン１４を介して接地電位に接続されてい
る。

【０００８】図１に示す装置はＰＥモードによってドラ
イエッチングを行うようになっているが、ＲＩＥモード
によってドライエッチングを行う場合には、上部電極を
接地電位に接続し、下部電極を高周波電源に接続するよ
うに構成する。

【０００９】上記装置で用いる反応ガスは、基本的に塩
素ガスと酸素ガスとを所定割合で混合したものである。
Ｃｒをエッチングする場合には、酸素ガスが不可欠であ
り、反応ガス中に酸素がないとエッチングが起こらな
い。エッチングに際しては、主として以下の反応式
（１）及び（２）で示される反応が起こっている。これ
らの反応式により生成される化合物（塩化クロミル）は
揮発性であり、反応ガスとともにチャンバー１０内から
排出される。

【００１０】Ｃｒ＋２Ｏ＋２Ｃｌ → ＣｒＯ₂Ｃｌ₂↑ …（１）ＣｒＯｘ＋（２−ｘ）Ｏ＋２Ｃｌ → ＣｒＯ₂Ｃｌ₂↑ …（２）また、塩素が過剰の場合には以下の反応式（３）、酸素
が過剰な場合には以下の反応式（４）で示される反応も
発生していると考えられる。

【００１１】Ｃｒ＋ｎＣｌ → ＣｒＣｌ_n（ｎ＝２，３等） …（３）Ｃｒ＋ｍＯ → ＣｒＯ_m（ｍ＝１，１．５等） …（４）これらの反応式（３）及び（４）によって生成される化
合物は不揮発性物質であるため、そのままでは排出され
ないが、さらに反応ガスと反応することによって、最終
的には上記反応式（１）及び（２）によって生成される
ものと同じ揮発性の塩化クロミルになり排出される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
エッチング方法では、エッチング速度が遅いため、エッ
チング工程におけるスループットの向上に限界があり、
製造効率が悪いという問題点がある。特に、上記装置を
用いたエッチング工程は枚葉処理であるので、製造工程
全体の効率に与える影響は大きい。

【００１３】また、基板の面内においてエッチング速度
にばらつきがあり、このエッチング速度の不均一性によ
って、基板上の場所によってパターン幅が変わってしま
ったり、パターニング不良が発生するという問題点があ
る。この場合には、エッチング速度の大きなばらつきが
あると、エッチング速度の小さい領域のエッチングを完
全に行うために、工程全体の所要時間が増大してしま
う。

【００１４】特に、ＭＩＭ素子を備えたアクティブマト
リクス型液晶表示体を製造する場合においては、ＭＩＭ
素子の少なくとも一方の電極のパターニングに際して上
述のエッチング工程を用いると、エッチングの不均一性
によってＭＩＭ素子の接合面積にばらつきが生じ、階調
特性のばらつきにより表示ムラが発生する場合があるた
め、表示品位や製品の歩留まりに大きな影響を与えると
いう問題点がある。

【００１５】そこで本発明は上記問題点を解決するもの
であり、その課題は、エッチング速度を高めて製造効率
を向上させることができるとともに、エッチング速度を
均一にすることによってパターニング精度を高めること
のできるＣｒのエッチング方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が講じた手段は、塩素ガス及び酸素ガスを含む
反応ガスをプラズマ化して生成する活性化ガスによりＣ
ｒをエッチングするエッチング方法において、前記塩素
ガスに対する前記酸素ガスのガス流量比を０．５〜２．
１の範囲内に設定して行うことを特徴とする。

【００１７】この手段によれば、ガス流量比を０．５〜
２．１の範囲内に設定することによって、エッチング速
度及びその均一性の双方を他の条件に較べて大幅に改善
することができる。

【００１８】ここで、前記反応ガスの圧力を２７０〜４
１０ｍｍｔｏｒｒとすることが好ましい。

【００１９】この手段によれば、反応ガスの圧力を２７
０〜４１０ｍｍｔｏｒｒの範囲内に設定することによっ
て、エッチング速度及びその均一性をさらに向上させる
ことができる。

【００２０】また、塩素ガス及び酸素ガスを含む反応ガ
スをプラズマ化して生成する活性化ガスによりＣｒをエ
ッチングするエッチング方法において、前記反応ガスの
圧力を２７０〜４１０ｍｍｔｏｒｒとすることを特徴と
する。

【００２１】この手段によれば、反応ガスの圧力を２７
０〜４１０ｍｍｔｏｒｒの範囲内に設定することによっ
て、エッチング速度及びその均一性を他の条件に較べて
大幅に改善することができる。

【００２２】上記各手段において、特に、前記エッチン
グ方法はプラズマエッチングモードにて行うことが望ま
しい。

【００２３】この手段によれば、プラズマエッチングモ
ードで行うことによってエッチング速度を高めることが
できるので、特に効果的にエッチング処理を行うことが
できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
に係る実施形態について説明する。本実施形態は、図１
に示す装置を用いて、アクティブマトリクス形の液晶表
示体を構成するためのガラス製の素子基板上のＣｒ層を
パターニングする工程を行うための方法である。Ｃｒ層
を残したい部分の表面上には、感光性レジストを塗布し
てからフォトリソグラフィによってパターニングするこ
とによって形成されたレジスト層が形成されている。

【００２５】予め、上記素子基板の表面上には、たとえ
ば、酸化Ｔａの下地層が全面的に形成され、その後、ス
パッタリングにより被着されたＴａ層をパターニング
し、配線層に対して画素領域毎に設けられた第１電極部
が一体に形成される。次に、第１電極部の表面を陽極酸
化法によって酸化し、薄い絶縁膜が形成される。さら
に、この絶縁膜の表面上には、Ｃｒからなる第２電極層
が形成され、ここに、Ｃｒ／酸化Ｔａ／Ｔａの構造を備
えたＭＩＭ素子が形成される。第２電極層は、通常、Ｉ
ＴＯ（インジウムスズ酸化物）からなる画素電極に接続
される。

【００２６】本実施形態においては、上記の第２電極層
を形成するために、全面的に被着されたＣｒ層の表面上
に、第２電極層の平面パターンに応じてフォトリソグラ
フィによってパターニングしたレジスト層を形成し、素
子基板を図１に示す下部電極１２の表面上に載置して、
以下の条件にてＣｒ層のエッチングを行った。

【００２７】上部電極及び下部電極の面積５００ｍｍ×５００ｍｍ電極間距離１００ｍｍチャンバー容積２００リットルチャンバー内圧力２５０ｍｍｔｏｒｒＲＦパワー１０００ＷＲＦ周波数１３．５６ＭＨｚ電極温度２０℃ チャンバー温度２０℃ 塩素ガス流量３００ｃｃ／ｍｉｎ酸素ガス流量可変素子基板サイズ３００ｍｍ×３５０ｍｍ上記条件にて、塩素ガスの流量に対する酸素ガスの流量
の比（以下、単に「ガス流量比」という。）を変化させ
て平均のエッチング速度（Å／ｍｉｎ）と、エッチング
均一性（％）とを測定した。その結果を図２に示す。

【００２８】ここで、素子基板の表面上に中心位置、四
隅に近い４つの周縁位置及び４つの中間位置の合計９つ
の測定位置を予め設定し、これらの測定位置についてエ
ッチング量を測定した。そして、各測定位置のエッチン
グ量をエッチング時間で除算することによってエッチン
グ速度を算出し、その平均値を上記のエッチング速度と
した。また、各測定位置のエッチング速度を求め、以下
の式によってエッチング均一性を求めた。

【００２９】（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）／（Ｒｍａｘ＋Ｒ
ｍｉｎ）×１００（％）ここで、Ｒｍａｘはエッチング速度の最大値、Ｒｍｉｎ
はエッチング速度の最小値である。

【００３０】図２に示すように、ガス流量比が０．２〜
０．５の領域において、エッチング速度及び均一性の双
方が大きく変化し、また、ガス流量比が２．１以上でも
エッチング速度及び均一性の双方が大きく変化する。し
たがって、エッチング速度が大きく、しかもエッチング
速度の均一性が良好な範囲としては、ガス流量比が０．
５〜２．１の範囲となる。特に、均一性を良好にすると
いう観点から見ると、ガス流量比が０．６〜２．０の範
囲が好ましい。さらに、エッチング速度及び均一性の安
定性乃至は再現性を確保するためには、ガス流量比が
１．０〜１．４の範囲であることが望ましく、最も望ま
しいのは１．２であった。

【００３１】従来、上記装置を用いたエッチングにおい
ては、エッチングを行うためにＣｒを十分に酸化させる
必要があることから、ガス流量比を２．８程度としてい
た。しかし、発明者らは、従来よりも小さいガス流量比
の領域において、エッチング速度及びその均一性の双方
が急激に向上することを発見し、当該領域においてエッ
チング工程を行うことにより、スループットの大幅な向
上と、パターン精度の向上とを再現性良く得ることがで
きた。

【００３２】エッチング速度に関しては、以下のような
ことが考えられる。Ｃｒは基本的にはＣｒＯｘにならな
いとエッチングされないため、酸素比率が低過ぎる領域
では酸素の供給律速となり、塩素量が十分であっても反
応速度は向上しない。逆に、酸素比率が高過ぎる領域で
は、塩素が不足して塩素の供給律速となり、やはり反応
速度は低下してしまう。

【００３３】また、エッチング速度の均一性に関して
は、以下のようなことが考えられる。平行平板形の装置
の場合、チャンバー内のガスの流れは、排出口の配置に
よって下部電極中央部近傍から下部電極周縁部へと向か
う。このような状況で、酸素比率が低過ぎると、上流側
である下部電極中央部近傍に較べて、下流の周縁部では
エッチング速度が遅くなる。このため、均一性は低下す
る。逆に、酸素比率が高過ぎる場合には、塩素が不足す
るため、上流側である下部電極中央部近傍に較べて、下
流の周縁部ではやはりエッチング速度が遅くなり、均一
性が悪化する。

【００３４】さらに、Ｃｒをエッチングするには、まず
Ｃｒを酸化させることが必要であるため、反応ガス中に
は酸素が不可欠となるが、この酸素によって、Ｃｒ層を
パターニングする際に、Ｃｒ層の表面上を部分的に被覆
するレジスト層がアッシングされる。このため、Ｃｒ層
は、エッチング中にレジスト層が細ることによってテー
パー状にエッチングされてしまうという問題点がある。
また、サイドエッチングが発生する場合もある。したが
って、酸素濃度はなるべく少なくした方がよい。本実施
形態では、従来よりもガス流量比の低い領域でエッチン
グを行うため、レジスト層のアッシングを抑制すること
ができるので、レジスト層のエッチングやサイドエッチ
ングを低減することができ、パターン精度を向上させる
ことが可能となる。

【００３５】次に、上述の実験において最も好ましいガ
ス流量比１．２とし、他の条件は上記の値に保持したま
ま、チャンバー内圧力を変化させて実験を行った。その
結果を図３に示す。チャンバー内圧力は、２５０〜２７
０ｍｍｔｏｒｒの領域で圧力を増加させると均一性が急
激に向上し、エッチング速度も比較的変化は少ないもの
の向上している。また、均一性は３８０ｍｍｔｏｒｒ程
度から悪化し始め、４１０ｍｍｔｏｒｒ以上になるとエ
ッチング速度も低下し始める。この結果、２７０〜４１
０ｍｍｔｏｒｒの範囲で良好なエッチング速度及び均一
性が得られる。特に、２７５〜３８０ｍｍｔｏｒｒが安
定的に好結果が得られる点で好ましい。さらに、極めて
優れたエッチング速度及び均一性が再現性良く得られる
範囲として３４０〜３６０ｍｍｔｏｒｒが望ましく、最
も望ましい条件は３５０ｍｍｔｏｒｒであった。

【００３６】エッチング速度に関しては、以下のような
ことが考えられる。チャンバー内圧力が低過ぎると反応
ガスの滞留時間が短くなるため、基板上のＣｒ層と反応
する前に排出されてしまう活性ガスが多くなり、エッチ
ング速度が低下する。逆に、圧力が高過ぎると、活性ガ
スとＣｒ層との反応によって生成した反応生成物の排出
が遅れるため、反応ガスの供給律速となるから、エッチ
ング速度はやはり低下する。

【００３７】また、エッチング速度の均一性に関して
は、以下のようなことが考えられる。圧力が低過ぎる
と、反応ガスの流れが速くなるため、上流側である下部
電極中央部近傍のエッチング速度が低くなり、均一性が
低下する。圧力が高すぎても、反応生成物が滞留し易い
下部電極中央部近傍のエッチング速度が低下し、均一性
が悪化する。

【００３８】従来においては、例えば２５０ｍｍｔｏｒ
ｒ程度の比較的低い圧力領域でエッチングを行っていた
ので、反応ガスの流れが速くなり、滞留時間も短いた
め、反応ガスとＣｒ層とが充分に反応する余裕がなく、
反応ガスのエッチング能力自体を充分に用いることがで
きないため、全体的にエッチング速度が低くなっていた
と思われる。また、反応ガスの流れが速過ぎるためにガ
スの流れの上流側に位置する部分では、活性ガスが充分
にＣｒと接触しないことにより、エッチング速度の均一
性を悪化させていたと考えられる。

【００３９】上述のように、エッチング速度及びその均
一性は、チャンバー内のガス圧力によって大きく影響さ
れる。この原因としては、基板上へのラジカルの供給量
が密接に関係していると思われる。このため、本実施形
態では、チャンバー容積が約２００リットルとなってい
るが、本実施形態と同様の電極面積であってもチャンバ
ー容積がより大きくなると、ガス圧がより低くても同様
のラジカルの供給量を得ることができるものと考えられ
る。したがって、ガス圧力の最適値はチャンバー容積或
いはチャンバー形状によって変動するものであり、上記
の２７０〜４１０ｍｍｔｏｒｒ若しくは２７５〜３８０
ｍｍｔｏｒｒの範囲内において、チャンバー容積に応じ
て最も好ましい圧力値を適宜設定することが望まれる。
たとえば、所定の圧力範囲においては、チャンバー容積
とガス圧力との積を所定の値に設定しておき、チャンバ
ー容積の変化に応じてガス圧力を反比例させて変化させ
ることが考えられる。

【００４０】本実施形態では、上述のように、ガス流量
比とチャンバー内圧力（ガス圧）とに関して、それぞれ
従来の通常条件とは異なる領域において、エッチング速
度及びその均一性の双方が極めて急激に向上する範囲が
存在し、当該範囲に含まれる条件にてエッチングを行う
ことによって、製造工程におけるスループットの向上及
びパターン精度の向上を図ることができるようになっ
た。特に、ガス流量比を上記範囲内に設定するとともに
ガス圧力をも上記範囲に設定することにより、エッチン
グ速度及びその均一性を大幅に向上させることが可能と
なった。この結果、エッチング速度及び均一性の再現性
及び安定性が高く、極めて高品位の製品（たとえば表示
品位の高い液晶表示体）を高い歩留まりで製造すること
が可能となる。

【００４１】上記実施形態においては、ＰＥモードによ
るプラズマエッチングを行う例を示したが、本発明に係
るエッチング方法としては、ＲＩＥモードによるエッチ
ングを用いても効果が得られる。本発明によるエッチン
グ方法は本質的に化学反応によってエッチングが行われ
るものであるため、ＲＩＥモードによるエッチングで
は、ＰＥモードの場合よりも通常エッチング速度が低く
なってしまうが、上述の理由により、ガス流量比及びガ
ス圧を同様の所定範囲に保持することによって、他の条
件に較べて大幅なエッチング速度及びその均一性の向上
を図ることができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば以下
の効果を奏する。

【００４３】請求項１によれば、ガス流量比を０．５〜
２．１の範囲内に設定することによって、エッチング速
度及びその均一性の双方を他の条件に較べて大幅に改善
することができる。

【００４４】請求項２によれば、反応ガスの圧力を２７
０〜４１０ｍｍｔｏｒｒの範囲内に設定することによっ
て、エッチング速度及びその均一性をさらに向上させる
ことができる。

【００４５】請求項３によれば、反応ガスの圧力を２７
０〜４１０ｍｍｔｏｒｒの範囲内に設定することによっ
て、エッチング速度及びその均一性を他の条件に較べて
大幅に改善することができる。

【００４６】請求項４によれば、プラズマエッチングモ
ードで行うことによってエッチング速度を高めることが
できるので、特に効果的にエッチング処理を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施形態に用いるプラズマエッチ
ング装置の概略構成を示す概略構成図である。

【図２】同実施形態のガス流量比の範囲の内外における
エッチング速度及びその均一性を示すグラフである。

【図３】同実施形態のガス圧力の範囲の内外におけるエ
ッチング速度及びその均一性を示すグラフである。

【符号の説明】

１０チャンバー１１上部電極１２下部電極２０基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】塩素ガス及び酸素ガスを含む反応ガスを
プラズマ化して生成した活性化ガスによりＣｒをエッチ
ングするエッチング方法において、前記塩素ガスに対す
る前記酸素ガスのガス流量比を０．５〜２．１の範囲内
に設定して行うことを特徴とするＣｒのエッチング方
法。
【請求項２】請求項１において、前記反応ガスの圧力
を２７０〜４１０ｍｍｔｏｒｒとすることを特徴とする
Ｃｒのエッチング方法。
【請求項３】塩素ガス及び酸素ガスを含む反応ガスを
プラズマ化して生成した活性化ガスによりＣｒをエッチ
ングするエッチング方法において、前記反応ガスの圧力
を２７０〜４１０ｍｍｔｏｒｒとすることを特徴とする
Ｃｒのエッチング方法。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
おいて、前記エッチング方法はプラズマエッチングモー
ドにて行うことを特徴とするＣｒのエッチング方法。