JPH1161452A - ドライエッチング方法及びドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッチング処理工程を含む製造プロセスにお
いて、基板表面の面内の不均一性やエッチング装置の特
性に応じたエッチング処理速度の制御を行うことによ
り、均一な表面構造を実現する。 【解決手段】 上部電極１４にはシャワーヘッド板１７
が固定されており、さらにその表面上の中央部分には絶
縁性シールド１８が貼着されている。絶縁性シールド１
８は所定厚さのセラミック板で形成されている。この絶
縁性シールドによって、下部電極１３及び上部電極１４
の間に発生するプラズマの分布を制御することができる
ため、基板１３の表面に対するエッチングレートの分布
を変えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はドライエッチング方
法及びドライエッチング装置に係り、特に、基板表面を
均一にエッチング処理する場合に好適な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造技術や液晶表示体製造技術等
に用いられる薄膜形成工程を含む製造プロセスにおいて
は、基板の表面上に薄膜層を形成する工程と、この薄膜
層を適宜のパターンにするためのパターニング処理を行
う工程とが数多く設けられている。パターニング工程に
おいては、例えば、薄膜層の表面上にフォトリソグラフ
ィ法等によってレジスト層を所定パターンに形成し、こ
のレジスト層をマスクとしてエッチング処理を行う。

【０００３】上記エッチング処理の方法の一つとしてド
ライエッチングがある。このドライエッチングは、例え
ば、チャンバー内に収容された相互に対向する平行平板
型の一対の電極からなる電極構造を備えた装置を用いる
場合がある。２つの対向する電極のうち一方の電極の表
面上には基板が保持され、２つの電極間に高周波電圧が
印加される。上記チャンバー内には、エッチングすべき
部分の材質に適したエッチングガスが導入される。この
エッチングガスは、例えば、不活性ガスとしての窒素ガ
ス、アルゴンガス等や、反応性ガスとしての塩素ガス、
酸素ガス、メタンガス、各種の弗化ガス等を適宜混合し
たものである。このチャンバー内は、上記エッチングガ
スが導入される一方で排気装置によって排気されている
ため、常時一定の圧力に保持されている。

【０００４】チャンバー内に導入されたエッチングガス
は、電極間に印加された高周波電圧によって活性化さ
れ、高エネルギー状態に励起される。このように活性化
されたエッチングガスは一方の電極上に配置された基板
の表面と反応し、基板表面上の薄膜層等を気化させ、エ
ッチングを行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の製造プロセスに
おいては、スパッタリング法等によって薄膜層を形成す
る場合に、基板面内において薄膜層の膜厚が不均一にな
る場合があり、また、上記パターニング工程において形
成されるレジストパターンの厚さにも不均一性が存在す
る。したがって、エッチングを行う際の基板表面の状態
には既に不均一性が発生している。さらに、エッチング
時においても、上記の電極構造に起因して基板のエッチ
ング速度の面内均一性を得ることは困難である。

【０００６】従来は、各工程においてそれぞれ面内均一
性を確保するための努力がなされているが、それでも十
分に目的を達成していないのが現状である。したがっ
て、各工程における処理の面内均一性の不足によって、
最終的に形成される基板表面構造の寸法精度や均一性を
得ることが難しいという問題点がある。

【０００７】特に、近年製造コストの低減を図るために
基板は大型化しており、このように大型化した基板に対
して面内均一性を得ることは極めて困難になっている。

【０００８】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、エッチング処理工程を含む製造プ
ロセスにおいて、基板表面の面内の不均一性やエッチン
グ装置の特性に応じたエッチング処理速度の制御を行う
ことにより、均一な表面構造を実現することにある。

【０００９】

【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、対向する電極間にエッチング
ガスを導入し、電極間に高周波電圧を印加することによ
って前記エッチングガスを励起し、一方の前記電極上に
配置された基板の表面をエッチングするドライエッチン
グ方法において、他方の前記電極と前記基板との間に選
択的に介在する絶縁性シールドを配置して処理すること
を特徴とする。

【００１０】この手段によれば、絶縁性シールドが他方
の電極と基板との間に選択的に介在することによって、
活性化されたエッチングガスの状態及び密度が絶縁性シ
ールドの介在する領域と介在しない領域とで変わるた
め、エッチングレート分布を基板の面内において制御す
ることができるから、エッチング量を基板面内において
制御して最適なエッチング状態を実現することができ
る。

【００１１】ここで、前記絶縁性シールドは、他方の前
記電極の表面上に取り付けることが好ましい。

【００１２】この手段によれば、電界の回り込みを防止
することができるので、確実なエッチングレートの制御
が可能になるとともに、異常放電等を防止し、エッチン
グ状態の安定性を保つことができる。

【００１３】また、前工程において前記基板上には薄膜
層が形成されるとともに、該薄膜層の表面に所定のマス
クパターンが設けられ、前記絶縁性シールドは、前記薄
膜層の厚さ分布に応じて前記基板上のエッチング速度分
布を制御するように形成されることが好ましい。

【００１４】この手段によれば、薄膜層に厚さ分布が形
成されていても、この厚さ分布に応じてエッチング速度
分布を制御するように絶縁性シールドを形成することに
よって、エッチング後における膜残りやパターン幅の細
りを防止し、均一かつ正確なパターン形成を行うことが
できる。

【００１５】一方、表面上に基板が配置される第１の電
極と、該第１の電極に対向する第２の電極とを備え、前
記第１の電極と前記第２の電極との間にエッチングガス
を導入し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に高
周波電圧を印加することによって前記エッチングガスを
励起し、一方の前記基板の表面をエッチングするための
ドライエッチング装置においては、前記第２の電極と前
記基板との間に選択的に介在する絶縁性シールドを備え
ていることを特徴とする。

【００１６】ここで、前記絶縁性シールドは、前記第２
の電極の表面上に取り付けられていることが好ましい。

【００１７】なお、絶縁性シールドの形成態様は、その
平面形状を調整するだけでなく、絶縁性シールドの厚さ
や誘電率を変えたり、厚さや誘電率の分布を有する絶縁
性シールドを用いたりすることもでき、これらの方法に
よってもエッチングレート等のエッチング状態の分布を
制御することができる。

【００１８】

【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。図１は本発明に係る
第１実施形態のエッチング装置の構造を示す概略構成図
である。チャンバー１０の内部には、平板型の金属板等
の導電性材料で構成された下部電極１１と、この下部電
極１１の上方に平行に配置された同様の材質の上部電極
１４とが配置されている。下部電極１１は、接地線１２
によって接地電位に保たれている。また、上部電極１４
は、印加線１５によって高周波電源１６に接続されてい
る。

【００１９】下部電極１１の表面上には基板１３が載置
されており、必要に応じて適宜固定される。上部電極１
４の下部には導電性材料で形成された、実効的な電極を
兼ねるシャワーヘッド板１７が固定されており、さらに
その表面上の中央部分には絶縁性シールド１８が貼着さ
れている。シャワーヘッド板１７は、チャンバー１０に
設けられたガス導入口１９に接続されており、その板面
に多数の小さなガス放出口が形成されている。

【００２０】絶縁性シールド１８は厚さ２〜５ｍｍのセ
ラミック板で形成されている。絶縁性シールド１８は、
セラミック板以外の種々の絶縁性材料、例えばポリテト
ラフルオロエチレン等の弗素樹脂その他の合成樹脂板で
構成することもできる。

【００２１】絶縁性シールド１８は、図３に示すよう
に、シャワーヘッド板１７の中央部において、セラミッ
ク製の取付ねじ１８ａ及びワッシャ１８ｂによって固定
されている。取付ねじ１８ａは予めシャワーヘッド板１
７の表面上に形成したねじ穴に取り付けてもよく、或い
はまた、シャワーヘッド板１７の表面上に分散配置され
た上述のガス放出口１７ａに雌ねじを刻設しておき、こ
の雌ねじを刻設したガス放出口１７に螺合させて固定し
てもよい。このように絶縁性シールド１８を電極である
シャワーヘッド板１７に対して着脱可能に取り付けるこ
とによって、処理工程や処理基板に応じて、絶縁性シー
ルドを交換したり、取付位置を変更したりすることが容
易にできる。

【００２２】本実施形態においては、シャワーヘッド板
１７の中央部に絶縁性シールド１８が固定されているの
で、下部電極１１と上部電極１４との間の電界分布は中
央部にて弱く、周縁部にて強くなるため、図１の点線で
示すような分布でエッチングガスのプラズマが発生す
る。この結果、基板１３のエッチング処理を行うと、基
板中央部ではエッチング速度が小さく、基板周縁部では
相対的にエッチング速度が大きくなる。本実施形態にお
いては、絶縁性シールドがシャワーヘッド板１７のガス
放出口１７ａを塞ぐため、ガス供給量に関しても分布が
形成され、絶縁性シールドのエッチングレート分布への
影響をより大きくしていると考えられる。ただし、絶縁
性シールドにガス放出口に対応した貫通孔を形成してお
くことによって、ガス供給量の面内均一性を保持するこ
ともできる。

【００２３】上記実施形態は、基板１３の表面上に形成
された薄膜層をエッチングする際において、絶縁シール
ド１８を配置しない場合に較べて、基板中央部のエッチ
ング量を少なく、基板周縁部のエッチング量を多くする
必要が生じる場合の全てに用いることができる。このよ
うな場合の例は後に詳述するが、例えばドライエッチン
グ装置自体の特性として、基板中央部でのエッチング速
度が高く、基板周縁部でのエッチング速度が低くなって
しまう傾向がある場合、本実施形態を適用することによ
ってエッチング量の均一化を図ることができる。また、
前工程において形成された薄膜層が基板中央部で薄く、
基板周縁部で厚く形成されてしまう場合にも適用でき
る。さらに、薄膜層の形成後に形成されたレジストパタ
ーンが基板中央部で細幅或いは薄肉であり、基板周縁部
で太幅又は厚肉である場合、基板中央部のエッチングで
は、パターン形状に重大な影響を与える程度のサイドエ
ッチングが発生し易く、基板周縁部のエッチングでは、
当該サイドエッチングはあまり問題となることは少なく
なるため、本実施形態によってエッチング処理を行うこ
とにより基板周縁部に対して基板中央部でのサイドエッ
チング量を低減することによって、支障なくパターン形
成を行うことが可能になる。

【００２４】図２は、上記第１実施形態とは逆に、基板
周縁部に対応するように、絶縁性シールド２８をシャワ
ーヘッド板１７の周縁部に取り付けた第２実施形態の概
略構造を示すものである。この第２実施形態において
も、絶縁性シールド２８の形状以外の他の構造は上記第
１実施形態と全く同様である。この絶縁性シールド２８
の平面形状は図４に示されている。

【００２５】この実施形態では、上記第１実施形態とは
逆に、絶縁性シールド２８が存在しない部分、すなわち
下部電極１１と上部電極１４の対向する領域において、
中央部のプラズマ密度は高く、周縁部のプラズマ密度は
低くなるため、基板中央部ではエッチング速度が高く、
基板周縁部ではエッチング速度は低くなる。この実施形
態においては、絶縁性シールド２８を取り付けない場合
に較べて、基板中央部のエッチング量を多く、基板周縁
部のエッチング量を少なくする必要のある場合に広く適
用することができる。したがって、上述の場合とは逆
に、ドライエッチング装置自体の特性として、中央部で
エッチング速度が高く周縁部でエッチング速度が低い場
合、薄膜層形成工程で基板中央部が厚く、基板周縁部が
薄い薄膜層が形成されてしまった場合、レジスト層が基
板中央部で太幅又は厚肉になっており、基板周縁部で細
幅又は薄肉になっている場合等において、基板全体を均
一に処理するために用いることができる。

【００２６】図５は、この第２実施形態を適用した一例
を示す工程図である。基板１３の表面上に薄膜層２１を
形成した場合に、薄膜の形成装置、例えばスパッタリン
グ装置の特性によって薄膜層２１の膜厚分布が中央部で
は厚く、周縁部で比較的薄く形成されてしまう場合があ
る。このような場合には、基板断面は図５（ａ）に示す
ようになり、その上にレジスト層２２，２３を形成した
後に、従来通りのドライエッチングを行うと、エッチン
グ時間が短い場合には図５（ｂ）に示すように基板中央
部にてレジスト層２２の周囲に膜残りが発生し、逆に、
エッチング時間が長い場合には図５（ｃ）に示すように
基板周辺部にてレジスト層２３の周囲部分にてサイドエ
ッチングが進行する危険性が高い。

【００２７】本実施形態では、基板中央部のエッチング
量が相対的に多くなり、基板周縁部のエッチング量が相
対的に少なくなるため、図５（ｄ）に示すように基板面
全体にわたって均一に処理することができる。

【００２８】上記の実施形態は、半導体基板や液晶ガラ
ス基板等の種々の基板に対して適用することができ、ま
た、これらの基板自体をエッチングする場合、基板表面
に形成された薄膜層をエッチングする場合等、種々の構
造をエッチングする場合に適用することができる。

【００２９】例えば、ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）素
子をアクティブ素子とするアクティブマトリクス型液晶
表示体を製造する場合に、ＭＩＭ素子の下側の第１電極
層をＴａで構成する工程や、この第１電極層の上に陽極
酸化膜等の絶縁膜を形成した後、第２電極層をＣｒで形
成する工程に対して適用することができる。ＭＩＭ素子
はその接合面積によって特性が大きく変化するため、第
１電極層や第２電極層のパターン面積が基板の面内でば
らついていると、表示領域内においてコントラストムラ
や着色ムラが発生する。このようなパターン面積のばら
つきを防止するためには、図５にて説明したように、成
膜工程における膜厚ムラやレジスト層の厚さムラをエッ
チング工程において補償し、打ち消すようにする必要が
生ずる。本実施形態では、ＭＩＭ素子の特性を決定する
電極層のパターン幅のばらつきを大きく低減することが
できた。

【００３０】第１実施形態の場合には、絶縁性シールド
１８を設けることによって、基板中央部のエッチングレ
ートは小さくなるが、基板周縁部のエッチングレートは
絶縁性シールド１８を設けない場合とほとんど変わらな
い。そして、基板中央部から中間部を経て基板周縁部ま
で徐々にエッチングレートが増大していることが判る。
また、絶縁性シールド１８の面積を大きくしていくと、
基板中央部と基板中間部のエッチングレートは次第に低
下していく。

【００３１】一方、第２実施形態の場合には、絶縁性シ
ールド２８を設けることによって、基板周縁部のエッチ
ングレートは小さくなるが、基板中央部のエッチングレ
ートは絶縁性シールド２８を設けない場合とほとんど変
わらない。そして、基板周縁部から中間部を経て基板中
央部まで徐々にエッチングレートが増大していることが
判る。また、絶縁性シールド２８の面積を大きくしてい
くと、基板周縁部と基板中間部のエッチングレートは次
第に低下していく。

【００３２】一般に、基板上に形成される薄膜層やレジ
スト層の膜厚分布やパターン誤差は、堆積速度の分布、
露光照度の分布、露光時の光学特性等に起因して基板中
央部から基板周縁部にかけて同心状に変化している場合
が多いため、上記第１及び第２実施形態のような擬同心
状の平面形状を備えた絶縁性シールドを用いる場面は多
いと思われる。ただし、本発明に係る絶縁性シールドの
平面形状としては、上記のような略同心状のものに限ら
ず、エッチングレートの平面分布を制御するために必要
な種々の平面形状を備えたものを任意に用いることがで
きる。

【００３３】本発明に係る絶縁性シールドとしては絶縁
体でさえあればよいが、ドライエッチング装置のチャン
バー内にて用いるため、脱ガスの少ないもの、耐熱性を
有するものであることが望ましく、上述のようにセラミ
ック板や弗素樹脂等が好適である。

【００３４】ところで、上記絶縁性シールドの厚さや誘
電率は電界分布に大きく影響する。絶縁性シールドの厚
さが薄い場合には、基板中央部と基板周縁部のエッチン
グレートの差は少ないが、絶縁性シールドの厚さが厚い
場合には、基板中央部と基板周縁部のエッチングレート
の差が大きくなる。したがって、絶縁性シールドの厚さ
を変えることによってもエッチングレートの分布を制御
することができる。

【００３５】この場合、絶縁性シールドの厚さを平面的
に分布させることによって、絶縁性シールドの介在する
領域内におけるエッチングレートの制御も可能になる。
極端な場合には、所望の厚さ分布を有する絶縁性シール
ドを電極全体に被覆することによって、エッチングレー
ト自体は低下するものの、基板全面にわたって絶縁性シ
ールドによるエッチングレートの制御を行うことも可能
である。

【００３６】エッチングレート分布を制御するために
は、絶縁性シールドの厚さの代わりに、絶縁性シールド
の誘電率を変えるために材質を替えてもよい。誘電率の
高い材質を用いると厚い絶縁性シールドを用いた場合と
等価になり、厚さを変える場合と同様にエッチングレー
トを制御できる。

【００３７】なお、上記各実施形態では、電極や基板の
平面形状が共に矩形であり、絶縁性シールドの平面形状
も矩形のものとしたが、基板の平面形状や要求されるエ
ッチング特性に応じて絶縁性シールドの平面形状は適宜
変更することができる。例えば円形の基板に対して同心
的にエッチング特性を変えたい場合には、同心形状、す
なわち円形状やリング状の絶縁性シールドを用いること
ができる。

【００３８】また、上記各実施形態では絶縁性シールド
は上部電極に密着した状態で固定されているが、上部電
極に密着していなくても上部電極と基板との間に配置さ
れていればよい。ただし、上部電極から離れすぎると放
電の回り込みが発生し、効果が低下するとともに、異常
放電等の放電の不安定性を招く恐れがあるため、上部電
極との間隔は小さい方がよい。

【００３９】さらに、上記各実施形態では上部電極にシ
ャワーヘッド板を設け、このシャワーヘッド板に絶縁性
シールドを取り付けているが、エッチングガスのこのよ
うな導入方法でなく、電極の側方から導入してもよい。
また、シャワーヘッド板のガス放出口はスリット状に形
成されていてもよい。

【００４０】上記各実施形態では、それぞれ一つの絶縁
性シールドのみによってエッチングレートの分布を形成
しているが、複数の絶縁性シールドを組み合わせること
によって所望のエッチングレート分布を形成するように
してもよいことは明らかである。

【００４１】

【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。

【００４２】請求項１又は請求項４によれば、絶縁性シ
ールドが他方の電極と基板との間に選択的に介在するこ
とによって、活性化されたエッチングガスの状態及び密
度が絶縁性シールドの介在する領域と介在しない領域と
で変わるため、エッチングレート分布を基板の面内にお
いて制御することができるから、エッチング量を基板面
内において制御して最適なエッチング状態を実現するこ
とができる。

【００４３】請求項２又は請求項５によれば、電界の回
り込みを防止することができるので、確実なエッチング
レートの制御が可能になるとともに、異常放電等を防止
し、エッチング状態の安定性を保つことができる。

【００４４】請求項３によれば、薄膜層に厚さ分布が形
成されていても、この厚さ分布に応じてエッチング速度
分布を制御するように絶縁性シールドを形成することに
よって、エッチング後における膜残りやパターン幅の細
りを防止し、均一かつ正確なパターン形成を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るドライエッチング装置の第１実施
形態の概略構造を示す概略構成図である。

【図２】本発明に係るドライエッチング装置の第２実施
形態の概略構造を示す概略構成図である。

【図３】第１実施形態の絶縁性シールドの平面形状を示
すための上部電極の底面図である。

【図４】第２実施形態の絶縁性シールドの平面形状を示
すための上部電極の底面図である。

【図５】エッチング工程前の基板表面構造を示す基板断
面図（ａ）、従来のエッチング後の基板表面構造を示す
基板断面図（ｂ）及び（ｃ）、並びに、本発明の実施形
態によるエッチング後の基板表面構造を示す基板断面図
（ｄ）である。

【符号の説明】

１０ チャンバー １１ 下部電極 １３ 基板 １４ 上部電極 １７ シャワーヘッド板 １８，２８ 絶縁性シールド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野中 英幸 山梨県中巨摩郡櫛形町小笠原109−１

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する電極間にエッチングガスを導入
   し、電極間に高周波電圧を印加することによって前記エ
   ッチングガスを励起し、一方の前記電極上に配置された
   基板の表面をエッチングするドライエッチング方法にお
   いて、 他方の前記電極と前記基板との間に選択的に介在する絶
   縁性シールドを配置して処理することを特徴とするドラ
   イエッチング方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記絶縁性シールド
   は、他方の前記電極の表面上に取り付けることを特徴と
   するドライエッチング方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、前工程において前記
   基板上には薄膜層が形成されるとともに、該薄膜層の表
   面に所定のマスクパターンが設けられ、前記絶縁性シー
   ルドは、前記薄膜層の厚さ分布に応じて前記基板上のエ
   ッチング速度分布を制御するように形成されることを特
   徴とするドライエッチング方法。
4. 【請求項４】 表面上に基板が配置される第１の電極
   と、該第１の電極に対向する第２の電極とを備え、前記
   第１の電極と前記第２の電極との間にエッチングガスを
   導入し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に高周
   波電圧を印加することによって前記エッチングガスを励
   起し、一方の前記基板の表面をエッチングするためのド
   ライエッチング装置において、 前記第２の電極と前記基板との間に選択的に介在する絶
   縁性シールドを備えていることを特徴とするドライエッ
   チング装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記絶縁性シールド
   は、前記第２の電極の表面上に取り付けられていること
   を特徴とするドライエッチング装置。