TWI409876B - Etching method and device - Google Patents

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TWI409876B
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Tomohiro Otsuka
Tetsuya Ishii
Setsuo Nakajima
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Description

蝕刻方法及裝置
本發明係關於在約大氣壓下對形成於被處理物上之非晶矽等矽層進行蝕刻之方法及裝置、以及經蝕刻之被處理物。
例如，於專利文獻1、2中揭示有一方法，利用O3 使晶圓表面之矽氧化(式11)後，使用HF進行蝕刻。
於專利文獻3中揭示有一方法，藉由在CF4 等氟系氣體中引起大氣壓附近放電而生成HF，並利用該HF對氧化矽進行蝕刻(式12)。
Si+2O3 →SiO2 +2O2 　　　(式11)
SiO2 +4HF+H2 O→SiF4 +3H2 O　　　(式12)
[專利文獻1]日本專利特開2003-264160號公報
[專利文獻2]日本專利特開2004-55753號公報
[專利文獻3]日本專利特開2000-58508號公報
如圖12所示，於先前之矽蝕刻中，當一方面對被處理物10進行相對掃描，一方面將含有HF及O3 之處理氣體噴至被處理物10上時，存在如下問題：例如即使於SiN層13析出之階段，矽層16亦會根據部位情況而呈斑點狀殘留，從而造成處理不均。殘留矽層16容易形成於例如與基板11上之閘極線12對應之部分的周邊上所設置之隅角部19等處。
本發明者為了解決上述問題而進行了積極研究、考察。
於被處理物表面上的噴有處理氣體之區域，處理氣體中之水及蝕刻反應中生成之水暫時凝結而形成凝結層，此現象已為人所知。於該凝結層中HF及O3 溶解擴散並到達被處理物之表面，以此維持蝕刻反應。另一方面，認為被處理物上根據部位情況會存在凝結層易彙集而形成水窪狀之部分。例如圖12之隅角部19即為如此，但平坦面上亦存在形成水窪之部分。於上述部分中，自O3 溶解直至到達被處理物表面為止所需之擴散距離增大，由此造成被處理物表面上之O3 反應減少。因此，蝕刻並不進展，從而引起處理不均。
本發明係根據上述研究而完成，其係於約大氣壓下，將含有氟化氫及臭氧之處理氣體噴至被處理物上，以將形成於上述被處理物表面上之矽蝕刻之方法，且包括以下步驟：使噴出上述處理氣體之1個或排列在一方向之複數個噴出部相對於上述被處理物而沿上述一方向相對往復或單程移動(掃描)；以及將上述移動速度設定為特定值以上。較好的是，以使形成於上述被處理物表面上之凝結層的厚度為特定值以下之方式，來將上述移動速度設定為特定值以上，或者較好的是，以使1個噴出部相對通過與上述被處理物對向之位置一次時的上述矽之蝕刻深度為特定值以下之方式，來將上述移動速度設定為特定值以上。
又，本發明之蝕刻裝置係於約大氣壓下，將含有氟化氫 及臭氧之處理氣體噴至被處理物上，以對形成於上述被處理物上之矽進行蝕刻，該蝕刻裝置具備：設置部，用以配置上述被處理物；1個或排列於一方向之複數個噴出部，其噴出上述處理氣體；掃描機構，其使上述1個或複數個噴出部相對於上述設置部沿一方向相對往復或單程移動；以及設定部，其將上述掃描機構之移動速度設定為特定值以上。
上述設定部較好的是，以使形成於上述被處理物表面上之凝結層的厚度為特定值以下之方式，來將上述掃描機構之移動速度設定為特定值以上，或者上述設定部較好的是，以使1個噴出部相對通過與上述被處理物對向之位置一次時的上述矽之蝕刻深度為特定值以下之方式，來將上述掃描機構之移動速度設定為特定值以上。
藉由適當地設定上述移動速度，可防止凝結層形成水窪狀。其結果可抑制處理不均，從而可提高蝕刻品質，並且可確保均一性。
可將上述移動速度設定為，使得上述凝結層之厚度較好的是2 μm以下，更好的是1 μm以下，再好的是0.5 μm以下，進一步好的是60 Å以下。上述凝結層之厚度之下限較好的是20 Å左右。藉此可使蝕刻反應可靠地進行(參照圖8)。更好的是，以使上述凝結層之厚度為20~60 Å之方式 來設定上述速度，且使上述噴出部與上述被處理物對向時的噴出部與被處理物之間的間隔(間隙)為2 mm以下。
被處理物上形成有上述凝結層之處所，根據與噴出部之相對位置而進行時間性轉移。上述凝結層主要形成於被處理物之表面中與處理氣體接觸之部分。處理氣體所接觸之部分中，亦以處理氣體直接噴附之部分的周邊上，凝結層厚度相對較大，愈遠離該處，凝結層之厚度隨之越小。
無論於被處理物上之任何位置，較好的是，以當該位置處的凝結層厚度為最大時，其最大厚度不超過上述特定厚度之方式，來設定上述相對移動之速度。
凝結層之厚度例如可使用光學干涉儀來測定。又，由於凝結層之厚度與蝕刻深度具有固定關係(圖9)，故可藉由測定蝕刻深度來推算凝結層之厚度。
上述相對移動速度(掃描速度)可設定為3 m/min以上，亦可設定為4 m/min以上，還可設定為6 m/min以上，並且還可設定為9 m/min以上。藉此，可確實抑制上述凝結層之厚度變得過大，並且可確實防止處理不均，從而可提高蝕刻品質。
上述移動速度之上限可考慮裝置之掃描能力等因素而設定。另一方面，當移動速度增大時，捲入至噴出部與被處理物之間的環境氣體量會增加，由此而導致處理氣體之濃度降低，從而無法維持凝結層。因此較好的是，移動速度之上限根據上述噴出部與上述被處理物對向時的噴出部與被處理物之間的間隔(間隙)來設定。間隙越小時，移動速 度之上限可設定為越大(圖10)。
在將上述噴出部與上述被處理物對向時的噴出部與被處理物之間的間隔設為1 mm以下或者約1 mm時，可將上述移動速度設定為3 m/min以上70 m/min以下之範圍。
在將上述噴出部與上述被處理物對向時的噴出部與被處理物之間的間隔設為2 mm以下或者約2 mm時，可將上述移動速度設定為3 m/min以上15 m/min以下之範圍。
在將上述噴出部與上述被處理物對向時的噴出部與被處理物之間的間隔設為3 mm以下或者約3 mm時，可將上述移動速度設定為3 m/min以上8 m/min以下之範圍。
在將上述噴出部與上述被處理物對向時的噴出部與被處理物之間的間隔設為4 mm以下或者約4 mm時，可將上述移動速度設定為3 m/min以上4 m/min以下之範圍。
藉由上述速度設定，使得1次單程移動即往移動或複移動(將其稱為1掃描)所蝕刻之量減少，故相應地可增加掃描次數。較好的是，使每掃描1次之蝕刻深度不超過150 Å。例如相對於矽層厚度每1000 Å，掃描次數較好的是設為3~4次以上，更好的是設為5~8次以上，再好的是設為6~7次以上，進一步好的是設為9次以上，再進一步好的是設為10次以上(每掃描1次的蝕刻深度為100 Å以下)。當間隙為2 mm以下時，可將每掃描1次之蝕刻深度設為10~50 Å。每掃描1次之蝕刻深度可根據反應長度來設定。此處，所謂反應長度，係指自噴出部噴出之處理氣體沿著被處理物表面流動之距離，當噴出部與吸引部成對時，反應長度 與噴出部和吸引部之間的距離實質上相等，而當挾持噴出部並於其兩側配置吸引部時，反應長度與兩側之吸引部之間的距離實質上相等。
蝕刻之品質(處理殘餘之有無)亦依存於上述處理氣體之原料中的水濃度。於該濃度較小時，即使將上述移動速度設定為例如1~3 m/min之比較小的範圍，亦可進行良好之蝕刻(實施例1之表1及表2)。
在約大氣壓下使含有氟原料及水之氟化氫原料氣體電漿化而生成上述氟化氫時，若上述氟化氫原料氣體之露點為12℃以下，則亦可藉由使1個噴出部相對通過與上述被處理物對向之位置一次時的上述矽之蝕刻深度為100 Å以下之方式，來設定上述速度。此時之速度範圍可設為1 m/min以上(實施例1之表1)。
若上述氟化氫原料氣體之露點為14℃以下，則亦可藉由使上述蝕刻深度為60 Å以下之方式來設定上述速度。此時之速度範圍可設為2 m/min以上(實施例1之表2)。
若上述氟化氫原料氣體之露點為16℃以下，則較好的是，以使上述蝕刻深度為40 Å以下之方式來設定上述速度。此時之速度範圍設為5 m/min以上較佳(實施例1之表3)。
若上述氟化氫原料氣體之露點為18℃以下，則較好的是，以使上述蝕刻深度為25 Å以下之方式來設定上述速度。此時之速度範圍設為10 m/min以上較佳(實施例1之表4)。
較好的是，於上述氟化氫生成後，將含有臭氧之氣體混合到含有該氟化氫之氣體中，生成上述處理氣體。
掃描次數之上限可考慮應蝕刻之矽的厚度、裝置之掃描能力、處理時間(takt time)等因素而適當設定。
附帶提及，一般的大氣壓電漿處理中之掃描速度為1~2 m/min左右，相對於矽層厚度每1000 Å的掃描次數為1~2次左右。
可於比1個噴出部更偏向上述移動方向之下游側使上述被處理物強制乾燥。
可於比1個噴出部更偏向上述移動方向之下游側，設置用以促進上述被處理物乾燥之強制乾燥部。當噴出部排列有複數個時，可對每個噴出部分別設置強制乾燥部，亦可對複數個噴出部僅設置1個強制乾燥部。
藉此，可使比噴有處理氣體之部分更偏向下游側之部分的凝結層確實衰減或消失，從而可防止每次掃描時凝結層均會累積。
上述乾燥部可為噴出乾燥氣體之乾燥氣體供給部，亦可為加熱被處理物之加熱部。
又，本發明提供一種以上述蝕刻方法或者於上述蝕刻裝置中被蝕刻之被處理物。
本發明可應用於在約大氣壓下進行之蝕刻處理。此處，所謂約大氣壓，係指1.013×104 ~50.663×104 Pa之範圍，考慮到壓力調整之容易化及裝置構成之簡易化，較好的是1.333×104 ~10.664×104 Pa，更好的是9.331×104 ~10.397×104 Pa。
依據本發明，可藉由設定移動速度而防止凝結層形成水窪狀。其結果可抑制處理不均，從而可提高蝕刻之品質並且可確保均一性。
以下，對本發明之實施形態加以說明
[第1實施形態]
如圖1所示，蝕刻裝置M具有：設置部20、處理氣體供給部30、掃描機構60(移動機構)、及設定部70(設定單元)。
設置部20上設置有被處理物10。被處理物10之基座例如係由玻璃基板11所構成，但並非限定於此。
如圖2(a)所示，於玻璃基板11之表面上，設有閘極線12之圖案，再自下而上依序積層有SiNx層13、α-Si層14、及n+層15。在n+層15上之與閘極線12對應之部分上，設有抗蝕劑17。
α-Si層14係由非晶矽構成。n+層15係向矽中摻雜磷(P)而形成者。該等α-Si層14與n+層15構成本發明之蝕刻對象即矽16。α-Si層14與n+層15之合計厚度即矽層16之厚度例如為2000Å左右。
處理氣體供給部30具備氟化氫生成部31與臭氧生成部36。
氟化氫生成部31具有氟系原料供給部32、水添加部34、 及電漿生成部33。於原料供給部32所供給之CF4 中添加來自水添加部34之水蒸汽(H2 O)，生成氟系原料氣體，然後將該氟系原料氣體導入至電漿生成部33中。
亦可於原料供給部32中以惰性氣體來稀釋CF4 ，並於添加部34中向其中添加H2 O，以獲得氟系原料氣體。作為惰性氣體，可使用Ar、He、Ne等稀有氣體或N2 。
電漿生成部33包含一對電極35。於該等電極35之間施加電場，由此產生大氣壓輝光放電。上述施加電場可為例如脈波(間歇波)，但並非限定於此，亦可為連續波狀之高頻波。向上述電極35間之空間中導入上述氟系原料氣體(CF4 +H2 O)，藉此使原料氣體電漿化，產生下式(1)之反應，從而生成含有氟化氫(HF)之蝕刻劑。
CF4 +2H2 O→4HF+CO2 　　　…式(1)
臭氧生成部36具備氧源37及臭氧發生器38。使用來自氧源37之氧(O2 )，利用臭氧發生器38生成臭氧(O3 )。
於電漿生成部33之一對電極35之下游側，將含有來自臭氧發生器38之臭氧的氣體與含有來自一對電極35間之氟化氫的氣體(蝕刻劑)加以混合，生成以氟化氫與臭氧作為主成分之處理氣體。
電漿生成部33之下側設有噴嘴部40。噴嘴部40配置於設置部20之被處理物10的上方。由電漿生成部33及噴嘴部40構成處理頭39。
圖中，噴嘴部40之下表面與被處理物10之上表面之間的距離(間隙g)被放大。
噴嘴部40上形成有噴出口41(噴出部)、以及挾持該噴出口41而設置於其左右側的一對吸引口42(吸引部)。該等噴出口41及吸引口42沿著與圖1之紙面正交之前後方向而延伸。
將上述處理氣體(HF+O3 )導入至噴出口41，並向下方噴出。
吸引口42連接於包含真空泵等之吸引單元50。將吸引口42之下端周邊之氣體吸入至吸引口42，並利用吸引單元50進行吸引排氣。
包含噴嘴部40之處理頭39連接於掃描機構60。掃描機構60具有馬達等驅動部及滑件導座等，使處理頭39於圖1中之左右方向上往復移動(掃描)。掃描機構60之輸出速度可在例如0~20 m/min之範圍內增減。掃描機構60上連接有設定部70。可利用該設定部70來設定掃描機構60之輸出即處理頭39之往復移動速度。
圖3係表示掃描機構60之一例。掃描機構60具有馬達61、經由傳輸機構62而連結於該馬達61之導螺桿63、及滑件導座64。傳輸機構62包括：連接於馬達61之輸出軸的滑輪62a；連接於導螺桿63之一端部的滑輪62b；以及架設於該等滑輪62a、62b上的無端皮帶62c。亦可使用齒輪列等來作為傳輸機構62，並且亦可將導螺桿63直接連接地馬達61之輸出軸。導螺桿63向左右延伸，設置於處理頭39之套部39B上的螺帽65螺合於導螺桿63，滑件導座64以與導螺桿63平行之方式延伸，設置於套部39B上之滑件66可滑動 地扣合於滑件導座64。
馬達61上連接有控制器71。控制器71包括未圖示之CPU、馬達驅動電路及設定部70。設定部70係由例如觸摸面板及撥盤等構成。藉由對該設定部70進行操作而將處理頭39之掃描速度進行設定輸入。控制器71係為了調節馬達61之轉速、使得處理頭39以設定速度進行掃描而加以控制。
掃描機構60之構成並非限定於以上所述，例如可由液壓致動器來使處理頭39移動，此外可採用各種公知之移動機構。
較好的是，處理頭39往復移動之範圍與被處理物10之處理範圍相對應。更好的是，使移動範圍大於處理範圍，且使噴出口41於比處理範圍更外側處折回。
亦可替代上述情況，將掃描機構60連接於設置部20，使設置部20移動，另一方面可將處理頭39固定。於此情形時，亦可使用滾輪式輸送機及帶式輸送機來作為掃描機構60及設置部20。
以下對上述構成之蝕刻裝置M的矽蝕刻方法加以說明。
設置步驟
於設置部20上設置被處理物10。壓力環境設為約大氣壓，較好的是設為大氣壓。
調溫步驟
被處理物10之溫度較好的是調節為20~60℃，更好的是調節為25~35℃。
處理氣體供給步驟
利用處理氣體供給部30而生成以HF及O3 為主成分之處理氣體，並將其自噴出口41噴出。此時，相對於被處理物W之前後方向(與圖1之紙面正交之方向)長度每1 m，來自氟系原料供給部32之CF4 的流量較好的是設為5~20 slm，更好的是設為5~10 slm。
由添加部34進行的水蒸汽之添加量較好的是設定為其大部分經式(1)之電漿化反應而消耗之量，具體而言，較好的是設為H2 O/(CF4 +H2 O)=10~50 vol%，更好的是設為10~25 vol%。亦可視需要，以Ar、N2 、He、Ne等惰性氣體進行稀釋。
電漿生成部33之電極35間的電場強度較好的是設為1~2 0kV/mm，更好的是設為5~10 kV/mm，頻率較好的是設為5~100 KHz，更好的是設為10~50 KHz。
臭氧生成部36之臭氧生成量設為爆炸極限以下，具體而言，較好的是於臭氧發生器38之出口處O3 /(O2 +O3 )=1~10 vol%，更好的是5~8 vol%。
來自噴出口41之處理氣體的噴出流量較好的是，相對於噴出口41之前後(與圖1之紙面正交之方向)每單位長度(1 m)而設定為10~500 slm，更好的是設定為100~200 slm。
來自噴出口41之處理氣體中的HF濃度相對於處理氣體全體，例如可設為0.1~5 vol%，亦可設為0.3~1 vol%。HF濃度之下限值相對於處理氣體全體，較好的是0.1 vol%以上，更好的是1 vol%以上。HF濃度之上限值相對於處理氣 體全體，較好的是8 vol%以下，更好的是5 vol%以下。HF濃度過大時，亦會難以控制凝結層。HF濃度之最佳值可根據噴嘴部40之下表面與被處理物10之上表面之間的距離(間隙g)及移動速度而設定。
來自噴出口41之處理氣體中的O3 濃度相對於處理氣體全體，較好的是設為1~5 vol%，更好的是設為3~4 vol%。來自噴出口41之處理氣體中的水分濃度較好的是0.001~0.01%(以水蒸汽分壓表示為0.01 kPa~0.1 kPa)。
自噴出口41噴出之處理氣體向左右之吸引口42流動，並由該等吸引口42吸引。因此，被處理物10之表面的對應於左右吸引口42的部分之間，成為與處理氣體之接觸區域(反應區域)R1。於該反應區域R1中，暫時形成有凝結層18。凝結層18係處理氣體中之H2 O或下述反應式(2)右邊第2項之2H2 O凝結而形成。圖1中，凝結層18之厚度被放大表示。凝結層18之厚度在噴出口41之正下方附近為最大，隨著靠近吸引口42之正下方附近而變薄。以下，僅提及凝結層18之厚度時，只要無特別說明，是指其最大厚度。於該凝結層18中，處理氣體中之HF溶解，從而凝結層18成為HF水溶液。進而，O3 溶解。藉由上述被處理物10之溫度設定而可將O3 之溶解速度維持為充分高速。
所溶解之O3 在凝結層18中擴散，並到達被處理物10之表面之矽(n+層15及α-Si層14)，使得該矽氧化。該氧化矽與HF反應。由此，全體產生式(2)所示之反應，從而矽被蝕刻。
4HF+2O3 +Si→SiF4 +2H2 O+2O2 　　　…式(2)
移動步驟
與噴出處理氣體之動作並行，利用掃描機構60使處理頭39相對於被處理物10進行往復移動(掃描)。在外觀上，凝結層18亦跟隨該處理頭39而在被處理物10之表面上移動。於通常之蝕刻中，掃描次數為1次~2次。與此相對，本發明中，較好的是將掃描次數設為3~4次以上，更好的是設為5~8次以上，進而好的是設為9次以上。此處，所謂1次掃描，係指單側移動，即在往方向上移動1次或者在複方向上移動1次，而1次往復係與2次掃描相對應。
移動速度設定步驟
此處，利用設定部70將處理頭39之移動速度(掃描速度)設定為特定值以上，以使凝結層18之厚度t為特定值以下。凝結層18之厚度t較好的是設為2 μm以下，可設為t=0.5~2 μm，亦可設為t=0.5~1 μm。凝結層18之厚度t較好的是設為t=20~60 Å。
處理頭39之移動速度之下限較好的是設定為3 m/min左右，可設定為3~9 m/min，亦可設定為6~9 m/min。
處理頭39之移動速度之上限還依存於掃描機構60之能力，可設為9~20 m/min，亦可設為10~15 m/min。若移動速度增大，則處理頭39與被處理物10之間的環境氣體之捲入量會增大，從而處理氣體被稀釋，因此移動速度之上限較好的是根據處理頭39與被處理物10之間的間隔(間隙g)來設定。當處理頭39與被處理物10之間的間隔(間隙g)g=1 mm左右時，可設為70 m/min以下；當間隙g=2 mm左右時，可設為15 m/min以下；當間隙g=3 mm左右時，可設定為8 m/min以下之範圍；當間隙g=4 mm左右時，可設為4 m/min以下。藉此，可抑制處理頭39與被處理物10之間的環境氣體之捲入量，從而可確實進行蝕刻(圖10)。
藉由上述速度設定，於被處理物10上之任一部位，凝結層18中之O3 均可確實到達被處理物10之表面，從而可確實進行蝕刻反應。因此，如圖2(b)所示，可確實去除設有抗蝕劑17之部分以外的矽層16。亦可將隅角部19之矽層16確實除去。其結果可防止產生處理不均(蝕刻殘餘)，從而可使蝕刻品質良好，且可提高均勻性。
藉由上述移動速度設定，可使1次掃描(於往方向上之移動或者於複方向上之移動)所蝕刻之矽層16之厚度達到100~500 Å左右。因此，進行上述次數之掃描，則可對矽層16全體(厚度2000 Å)進行蝕刻。
凝結層之厚度、與1次掃描即噴出部41相對通過與被處理物10對向之位置一次時的矽之蝕刻深度之間具有固定關係(圖9)。因此，亦可以使上述蝕刻深度為特定值以下之方式，將處理頭39之移動速度設定為特定值以上。關於上述蝕刻深度之上限，較好的是根據HF生成部31之氟系原料氣體之露點(水蒸汽濃度)來設定。當露點較小時，即便移動速度比較小，亦可獲得良好之蝕刻品質(實施例1之表1及表2)。當氟系原料氣體之露點為12℃以下時，可以使上述蝕刻深度為100 Å以下之方式來設定速度，此時之移動 速度之下限可設為1 m/min左右(實施例1之表1)。當氟系原料氣體之露點為14℃左右時，可以使上述蝕刻深度為60 Å以下之方式來設定速度，此時之移動速度之下限可設為2 m/min左右(實施例1之表2)。當氟系原料氣體之露點為16℃左右時，可以使上述蝕刻深度為40 Å以下之方式來設定速度，此時之移動速度之下限較好的是設為5 m/min左右(實施例1之表3)。當氟系原料氣體之露點為18℃左右時，可以使上述蝕刻深度為25 Å以下之方式來設定速度，此時之移動速度之下限較好的是設為10 m/min左右(實施例1之表4)。
其次，對其他實施形態加以說明。於以下實施形態中，關於與已述之實施形態重複之構成，在圖式中附上相同符號而省略說明。
[第2實施形態]
於圖4所示之蝕刻裝置M2中，設有噴嘴部40之乾燥氣體供給口81(乾燥氣體供給部)。乾燥氣體供給口81形成為沿著噴嘴部40下表面之周緣之仰視呈四邊形環狀。
乾燥氣體供給口81上連結有乾燥氣體供給源80。於乾燥氣體供給源80中，調節為特定溫度及濕度之氮氣或空氣等乾燥氣體自乾燥氣體供給口81噴出。乾燥氣體之溫度較好的是20~100℃左右，更好的是20~30℃左右。乾燥氣體之相對濕度較好的是0~1%左右，更好的是0~0.01%左右。
藉此，可於被處理物W之蝕刻劑接觸區域R1之外部促進乾燥，從而可使凝結層18衰減而確實消失。因此，可防止 凝結層18隨著掃描次數之增加而累積，且可將凝結層18之厚度t確實抑制為特定值以下。
當凝結層之厚度為0.1 μm以下時，即便無塵室中之相對濕度為50%左右，亦可以1~2秒以下之時間進行乾燥。
對於蝕刻劑接觸區域R1，亦可僅自掃描方向下游側之乾燥氣體供給口81噴出乾燥氣體。
[第3實施形態]
於圖5所示之蝕刻裝置M3中，於噴嘴部40左右之吸引口42的更外側，設有一對加熱部90。加熱部90可由電熱器構成，亦可由紅外線等輻射加熱器構成。
根據該實施形態，可利用加熱部90對被處理物W之處理氣體接觸區域R1外側之部分進行加熱，以促進乾燥。藉此，可防止凝結層18隨著掃描次數之增加而累積，且可將凝結層18之厚度t確實抑制為特定值以下。
加熱部90對被處理物10之加熱溫度較好的是20~100℃左右，更好的是25~50℃左右，進而好的是25~30℃，亦可設為30~50℃左右。
亦可對於處理氣體接觸區域R1，僅接通掃描方向下游側之加熱部90，並且僅對處理氣體接觸區域R1下游側之部分進行加熱。藉此，可防止處理氣體噴出前被處理物10之高溫化，從而可防止蝕刻率降低。
加熱部90並非僅限於配置在噴嘴部40之比吸引口42更外側，亦可配置在噴出口41與吸引口42之間，亦可配置在噴嘴部40之除噴出口41及吸引口42以外之整個區域，還可僅 配置於左右任一方，亦可離開處理頭39而配置於其外側。加熱部90亦可自背側(下側)對被處理物10進行加熱。
[第4實施形態]
於圖6所示之蝕刻裝置M4中，左右(移動方向)隔開固定間隔而設置有複數個(圖中僅圖示3個)處理頭39。各處理頭30中，吸引口42僅設於噴出口41之單側(此處為右側)。自噴出口41噴出之處理氣體之大致全部量向右側流動，並由1個吸引口42吸引。被處理物10之表面上的各處理頭39之噴出口41與吸引口42之間所對應之部分成為反應區域R1。
掃描機構60經由設置部20而使被處理物10自左向右移動。因此，被處理物10上之處理氣體流動方向與相對於處理頭39之被處理物10之移動方向相互一致。
亦可使用滾輪式輸送機等搬送輸送機來作為設置部20及掃描機構60。亦可替代被處理物10，以與第1實施形態相同之方式使處理頭39移動。
鄰接之處理頭39、39相互之間隔設定為如下程度：被處理物10之表面上之各點自該等處理頭39、39中上流側之處理頭39的反應區域向下游側之處理頭39的反應區域移動之期間，凝結層可乾燥。上述間隔係根據乾燥所需之時間(例如數秒)及被處理物10之移動速度的乘積而求出。
再者，上述間隔充分大於處理頭39與被處理物10之間的間隔(間隙g)。圖中，間隙g被放大。
該第4實施形態中，可於1次掃描(單程移動)中進行與處理頭39之台數相應的蝕刻。因此，在增加處理頭39之台數 後，僅進行1次掃描即可對被蝕刻膜16之全體進行蝕刻。
圖7係將圖6之裝置模型化，模擬移動速度與凝結層18之厚度間的關係。各條件如下所述。
反應區域R1之長度(自噴出口41至吸引口42為止之距離)：4 cm
處理氣體流量：7.9 L/min(每單位處理寬度(與圖1之紙面正交之方向的1 m))
HF濃度：2.25 vol%
臭氧濃度：3 vol%
環境溫度：25℃
相對濕度：50%
間隙：g=1~4 mm
移動速度：0.25~102.5 m/min
處理頭39之台數：於1次掃描(單程移動)中對矽層16全體進行蝕刻之台數
如圖7所示，若移動速度較小，則凝結層形成得較厚。隨著移動速度增大，凝結層之厚度會變小。於移動速度為2 m/min以下之區域，隨著移動速度增大，凝結層之厚度急遽減小。當移動速度為3 m/min左右時，凝結層之厚度充分減小(約60 Å以下)。於移動速度高於3 m/min之高速區域，凝結層之厚度一點一點地逐漸減小。
處理頭39與被處理物10之間的間隙g越小，則凝結層之厚度越大。
再者，省略了圖表顯示，處理氣體接觸區域R1之長度越 大，則凝結層之厚度越會增大。
圖8係模擬與圖7相同之條件下的凝結層之厚度與矽之蝕刻量(每1 m寬度的體積)間的關係。圖8之縱軸表示每單位處理寬度(與圖6之紙面正交方向的1 m)及每單位時間(1秒)被蝕刻之矽的體積，其係由蝕刻深度與掃描速度之乘積值而計算出(圖10中相同)。
如圖8所示，當凝結層之厚度為0時，蝕刻體積亦為0，不產生蝕刻反應。當凝結層之厚度約為20 Å時，蝕刻體積急遽上升，產生蝕刻反應。因此，較好的是，以使凝結層之厚度至少約為20 Å以上之方式來設定掃描速度。
於凝結層為100~150 Å以下之區域，隨著凝結層增大，蝕刻體積逐漸減少，其係由於臭氧之擴散控制發揮作用。即，在凝結層變厚時，凝結層中溶解後之臭氧難以到達被處理物10之表面，從而造成臭氧與被處理物10之反應減少。
處理頭39與被處理物10之間的間隙g越小，則蝕刻體積越大。
再者，省略了圖表顯示，反應區域R1之長度越大，則蝕刻體積越會增大。
圖9係模擬與圖7相同之條件下的凝結層之厚度與每1次掃描之蝕刻深度間的關係。隨著凝結層之厚度變大，蝕刻之深度亦變大。間隙g越小，則蝕刻深度越大。
再者，省略了圖表顯示，反應區域R1之長度越大，則蝕刻深度越會增大。
如上所述，凝結層之厚度與蝕刻深度具有固定關係。因此，可藉由測定蝕刻深度來推算凝結層之厚度。
圖10係模擬與圖7相同之條件下的移動速度與蝕刻體積(每單位處理寬度(與圖6之紙面正交之方向的1 m)及每單位時間(1秒))之間的關係。
隨著移動速度自低速區域增大，蝕刻體積會增大，此係凝結層變薄而促進反應之效果、與速度增大而擴大蝕刻面積之效果相互作用的結果。當移動速度達到某一速度之時刻，蝕刻體積達到峰值，由此開始在高速側，蝕刻體積隨著速度增大而減少，此係由於外部之環境氣體(外氣)捲入至噴嘴部40與被處理物10之間。當移動速度達到某一速度後，蝕刻體積不連續地為0，此係由於上述捲入量過度增大而導致不生成凝結層，從而不產生反應。
上述捲入量除依存於移動速度以外，還依存於處理頭39與被處理物10之間的間隙g之大小。間隙g越小，則捲入量越少，從而處理氣體之濃度降低得以抑制。因此，隨著間隙g變小，蝕刻體積會增大，且蝕刻體積成為0的移動速度向高速側偏移。
再者，省略了圖表顯示，反應區域R1之長度越大，則蝕刻體積之峰值越會增大，但蝕刻體積不連續地為0的移動速度並不依存於反應區域R1之長度，若間隙g相同，則上述移動速度大致固定。
根據圖10，當間隙g=1 mm左右時，若移動速度為70 m/min以下，則可充分確保蝕刻反應。當間隙g=2 mm左右 時，若移動速度為15 m/min以下，則可充分確保蝕刻反應。當間隙g=3 mm左右時，若移動速度為8 m/min以下，則可充分確保蝕刻反應。當間隙g=4 mm左右時，若移動速度為4 m/min以下，則可充分確保蝕刻反應。g=1~4 mm、尤其是g=2~3 mm之間隙量以及與其相對應之移動速度，利用滾輪式輸送機等簡易之搬送裝置可容易實現。若g=2~3 mm左右，則可充分吸收經時變化引起之滾筒的移動等現象，在成本方面的優點亦較大。
[第5實施形態]
於圖11所示之蝕刻裝置M5中，隔開固定間隔而設有複數個處理頭39。該等處理頭39沿著掃描機構60之移動方向而排列成一行。鄰接之處理頭39、39相互之間隔係以與第4實施形態相同之方式而設定為如下程度：被處理物10之表面上之各點通過該等處理頭39、39之間時，凝結層可乾燥。各處理頭39上設有噴出口41及吸引口42。此處，與第1實施形態同樣地挾持噴出口41而於其兩側配置有吸引口42。自各噴出口41噴出與第1實施形態(圖1)等量之處理氣體，並且由各吸引口42吸引。
掃描機構60經由設置部20而使被處理物10移動，亦可替代此，使複數個處理頭39統一移動。
該第5實施形態中，與第4實施形態同樣地，可於1次掃描(單程移動)中進行與處理頭39之台數相應的蝕刻。因此，對於僅有1台處理頭39時(例如第1實施形態(圖1))，可將掃描次數設為1次，與處理頭39之台數相應。例如，當 裝置M5之處理頭39之數量為10台時，對於僅以1台處理頭39需要掃描100次之矽膜16，進行10次掃描即可。又，當裝置M5之處理頭39之數量為100台時，對於僅以1台處理頭39需要掃描100次之矽膜16，進行1次掃描即可。即，僅在往方向上進行單程移動即可完成蝕刻。
本發明並非限定於上述實施形態，其可進行各種改變。
例如，HF之氟原料並非限定於CF4 ，亦可使用CHF3 、C2 F6 、C3 F6 、C3 F8 、C4 F8 等氟碳；SF6 、NF3 等含氟化合物，還可使用氟單體(F2 )。
HF之氫原料並非限定於H2 O，亦可使用醇等含有OH基之化合物。
作為HF之供給單元，可使用儲存有氟化氫之儲氣瓶，亦可使用將氫氟酸水溶液氣化或霧化後以載體氣體搬送之氫氟酸蒸汽。作為氫氟酸之氣化方法，可使載體氣體通過氫氟酸水溶液，或者對氫氟酸水溶液加熱以使其氣化，再使氣化之氟化氫與載體氣體接觸。作為氫氟酸之霧化方法，可使氫氟酸水溶液於載體氣體中霧化。作為載體氣體，可使用He、Ne、Ar等稀有氣體或N2 。
亦可使用電漿生成裝置來作為臭氧生成部36。
亦可將上述第1~第5實施形態中之2個以上實施形態相互組合。例如，可將第2實施形態之乾燥氣體供給與第3實施形態之強制加熱加以組合，亦可將第2、第3實施形態之乾燥機構併入到第4、第5實施形態之各處理頭39上。藉此，可減小鄰接之處理頭39、39相互之間隔。
[實施例1]
以下對實施例加以說明，當然，本發明並非限定於該實施例。
使用與圖1所示之裝置M實質上相同之裝置，對被處理物10之矽層16進行蝕刻。裝置構成及處理條件如下所述。
噴出口41之寬度(圖1之左右方向的尺寸)：2 mm
噴出口41之長度(與圖1之紙面正交之方向的尺寸)：100 mm
吸引口42之寬度(圖1之左右方向的尺寸)：0.7 mm
吸引口42之長度(與圖1之紙面正交之方向的尺寸)：100 mm
噴出口41與左側吸引口42之間的距離：20 mm
噴出口41與右側吸引口42之間的距離：20 mm
噴嘴部40之下表面與被處理物10之間的間隔(工作距離即間隙9)：g=1 mm
對電極35之施加電壓：Vpp=135 v(脈波電壓)
一對電極35之間的距離：1 mm
上述施加電壓之頻率：20 kHz
上述施加電壓之脈波寬度：10 μs
被處理物10之溫度：30℃
處理氣體
導入至電漿生成部33中的氟系原料氣體：CF4 +H2 O+Ar約0.5 slm
對各成分記述為： CF4 ：0.05 slm
Ar：0.45 slm
H2 O：0.0070~0.0117 slm
上述氟系原料氣體之露點：12~20℃
含有來自臭氧生成部36之臭氧的氣體O3 +O2 ：0.3 slm
上述含有臭氧之氣體的O3 濃度(O3 /(O3 +O2 ))：8 vol%
即，O2 為0.276 slm，O3 為0.024 slm
來自左右吸引口42之合計吸引流量：1.5 slm
掃描機構60之相對移動速度：500~10000 mm/min
掃描次數：直至SiNx層13析出為止
矽層16之厚度：2000 Å
此處，露點為12℃時的上述氟系原料氣體中之H2 O流量為0.0070 slm。露點為14℃時的上述氟系原料氣體中之H2 O流量為0.0080 slm。露點為16℃時的上述氟系原料氣體中之H2 O流量為0.0091 slm。露點為18℃時的上述氟系原料氣體中之H2 O流量為0.0103 slm。露點為20℃時的上述氟系原料氣體中之H2 O流量為0.0117 slm。
將結果示於下述表1~表5中。
上述表1~5中之「蝕刻殘餘」係表示在顯微鏡觀察時見到的因處理不均而造成的殘留矽之有無情況。所謂0%，係指幾乎未觀測到殘留矽之狀態，為較理想之狀態。
藉此可確認，隨著掃描機構60之移動速度增大，處理之 均一性提高；並且可確認，導入至電漿生成部33中的加濕氟系原料氣體(CF4 +H2 O+Ar)之露點越低，即來自水添加部34之H2 O的添加量越小，則越可減小處理不均，即便移動速度小時；還可確認，移動速度可對應於H2 O之添加量而設為1 m/min~10 m/min以上，較好的是設為5 m/min~10 m/min以上。
詳細而言，根據表1而確認，在氟系原料氣體之露點為12℃以下時，若以使每掃描1次之蝕刻深度為100 Å以下之方式來設定速度，則可充分確保蝕刻品質。此時之移動速度的下限可設為1 m/min左右。
根據表2而確認，在氟系原料氣體之露點為14℃左右時，若以使每掃描1次之蝕刻深度為60 Å以下之方式來設定速度，則可充分確保蝕刻品質。此時之移動速度的下限可設為2 m/min左右。
根據表3而確認，在氟系原料氣體之露點為16℃左右時，若以使每掃描1次之蝕刻深度為40 Å以下之方式來設定速度，則可充分確保蝕刻品質。此時之移動速度約為5 m/min以上。
根據表4而確認，在氟系原料氣體之露點為18℃左右時，若以使每掃描1次之蝕刻深度為25 Å以下之方式來設定速度，則可充分確保蝕刻品質。此時之移動速度約為10 m/min以上。
[實施例2]
使用與圖4所示之裝置M2實質上相同之裝置，對被處理 物10之矽層16進行蝕刻。自乾燥氣體供給口81噴出N2 作為乾燥氣體。關於N2 之流量，將前後左右4個乾燥氣體供給口81全體設為2 slm。N2 之溫度設為25℃，相對濕度設為0.1%以下。
其他裝置構成及處理條件與實施例1相同。其中，掃描機構60之相對移動速度全部設為10000 mm/min，並進行110次掃描。
其結果確認，幾乎未出現處理不均，從而可進行均一地蝕刻。
[產業上之可利用性]
本發明可於例如半導體晶圓或液晶等平板玻璃等之製造中，應用於對表面矽層進行蝕刻。
M、M2、M3、M4、M5‧‧‧蝕刻裝置
10‧‧‧被處理物
11‧‧‧玻璃基板
12‧‧‧閘極線
13‧‧‧SiNx層
14‧‧‧α-Si層
15‧‧‧n+層
16‧‧‧矽層
17‧‧‧抗蝕劑
18‧‧‧凝結層
20‧‧‧設置部
30‧‧‧處理氣體供給部
31‧‧‧氟化氫生成部
32‧‧‧碳化氟供給部
33‧‧‧電漿生成部
34‧‧‧水添加部
35‧‧‧電極
36‧‧‧臭氧生成部
37‧‧‧氧供給部
38‧‧‧臭氧發生器
39‧‧‧處理頭
40‧‧‧噴嘴部
41‧‧‧噴出口(噴出部)
42‧‧‧吸引口(吸引部)
50‧‧‧吸引單元
60‧‧‧掃描機構(移動機構)
70‧‧‧設定部(設定單元)
80‧‧‧乾燥氣體供給源
81‧‧‧乾燥氣體供給口(強制乾燥部)
90‧‧‧加熱部(強制乾燥部)
R1‧‧‧與處理氣體之接觸區域(反應區域)
t‧‧‧凝結層之厚度
圖1係本發明第1實施形態之蝕刻裝置之概略構成圖。
圖2係上述裝置之被處理物之放大剖面圖，其中，圖2(a)表示矽蝕刻前之狀態，圖2(b)表示矽蝕刻後之狀態。
圖3係表示上述裝置之掃描機構之一例的正視圖。
圖4係本發明第2實施形態之蝕刻裝置之概略構成圖。
圖5係本發明第3實施形態之蝕刻裝置之概略構成圖。
圖6係本發明第4實施形態之蝕刻裝置之概略構成圖。
圖7係表示移動速度與凝結層厚度間的關係之圖表。
圖8係表示凝結層厚度與每單位處理寬度及每單位時間之蝕刻體積間的關係之圖表。
圖9係表示凝結層厚度與每掃描1次之蝕刻深度間的關係 之圖表。
圖10係表示移動速度與每單位處理寬度及每單位時間之蝕刻體積間的關係之圖表。
圖11係本發明第5實施形態之蝕刻裝置之概略構成圖。
圖12係經先前之矽蝕刻的被處理物之放大剖面圖，以雙點劃線來表示蝕刻前之矽層。
10‧‧‧被處理物
18‧‧‧凝結層
20‧‧‧設置部
30‧‧‧處理氣體供給部
31‧‧‧氟化氫生成部
32‧‧‧碳化氟供給部
33‧‧‧電漿生成部
34‧‧‧水添加部
35‧‧‧電極
36‧‧‧臭氧生成部
37‧‧‧氧供給部
38‧‧‧臭氧發生器
39‧‧‧處理頭
40‧‧‧噴嘴部
41‧‧‧噴出口(噴出部)
42‧‧‧吸引口(吸引部)
50‧‧‧吸引單元
60‧‧‧掃描機構(移動機構)
70‧‧‧設定部(設定單元)
M‧‧‧蝕刻裝置
R1‧‧‧與處理氣體之接觸區域(反應區域)
t‧‧‧凝結層之厚度

Claims (18)

  1. 一種蝕刻方法，其特徵在於：其係於1.013×104 ~50.663×104 Pa之壓力下，將含有氟化氫及臭氧之處理氣體噴至被處理物上，以將形成於上述被處理物表面之矽蝕刻者，且包括以下步驟：使噴出上述處理氣體之1個或排列於一方向之複數個噴出部相對於上述被處理物沿上述一方向相對往復或單程移動，以及以使形成於上述被處理物表面之凝結層的厚度為2μ m以下之方式，設定上述移動之速度。
  2. 如請求項1之蝕刻方法，其中以使上述凝結層之厚度為20 Å~60 Å之方式進行上述速度設定。
  3. 如請求項1之蝕刻方法，其中將上述相對移動之速度設定為3 m/min以上。
  4. 一種蝕刻方法，其特徵在於：其係於1.013×104 ~50.663×104 Pa之壓力下，將含有氟化氫及臭氧之處理氣體噴至被處理物上，以將形成於上述被處理物表面之矽蝕刻者，且包括以下步驟：於1.013×104 ~50.663×104 Pa之壓力下，使含有氟原料及水且露點為12℃以下之氟化氫原料氣體電漿化，藉此生成上述處理氣體之氟化氫；使噴出上述處理氣體之1個或排列於一方向之複數個噴出部相對於上述被處理物沿上述一方向相對往復或 單程移動，以及以使1個噴出部相對通過與上述被處理物對向之位置一次時的上述矽之蝕刻深度為100 Å以下之方式，設定上述移動之速度。
  5. 如請求項4之蝕刻方法，其中於1.013×104 ~50.663×104 Pa之壓力下使含有氟原料及水且露點為14℃以下之氟化氫原料氣體電漿化，藉此生成上述氟化氫，並且以使上述蝕刻深度為60 Å以下之方式進行上述速度設定。
  6. 如請求項4之蝕刻方法，其中於1.013×104 ~50.663×104 Pa之壓力下使含有氟原料及水且露點為16℃以下之氟化氫原料氣體電漿化，藉此生成上述氟化氫，並且以使上述蝕刻深度為40 Å以下之方式進行上述速度設定。
  7. 如請求項4之蝕刻方法，其中於1.013×104 ~50.663×104 Pa之壓力下使含有氟原料及水且露點為18℃以下之氟化氫原料氣體電漿化，藉此生成上述氟化氫，並且以使上述蝕刻深度為25 Å以下之方式進行上述速度設定。
  8. 如請求項4之蝕刻方法，其中將上述相對移動之速度設定為3 m/min以上。
  9. 如請求項3或8之蝕刻方法，其中使上述噴出部與上述被處理物對向時之噴出部與被處理物間的間隔為1 mm以下，並且將上述移動速度設定為3 m/min以上、70 m/min以下之範圍。
  10. 如請求項3或8之蝕刻方法，其中使上述噴出部與上述被處理物對向時之噴出部與被處理物間的間隔為2 mm以下，並且將上述移動速度設定為3 m/min以上、15 m/min以下之範圍。
  11. 如請求項3或8之蝕刻方法，其中使上述噴出部與上述被處理物對向時之噴出部與被處理物間的間隔為3 mm以下，並且將上述移動速度設定為3 m/min以上、8 m/min以下之範圍。
  12. 如請求項3或8之蝕刻方法，其中使上述噴出部與上述被處理物對向時之噴出部與被處理物間的間隔為4 mm以下，並且將上述移動速度設定為3 m/min以上、4 m/min以下之範圍。
  13. 一種蝕刻方法，其特徵在於：其係於1.013×104 ~50.663×104 Pa之壓力下，將含有氟化氫及臭氧之處理氣體噴至被處理物上，以將形成於上述被處理物表面之矽蝕刻者，其係使噴出上述處理氣體之1個或排列於一方向之複 數個噴出部相對於上述被處理物沿上述一方向相對往復或單程移動，使上述噴出部與上述被處理物對向時之噴出部與被處理物間的間隔為1 mm以下，並且將上述移動速度設定為3 m/min以上、70 m/min以下之範圍。
  14. 一種蝕刻方法，其特徵在於：其係於1.013×104 ~50.663×104 Pa之壓力下，將含有氟化氫及臭氧之處理氣體噴至被處理物上，以將形成於上述被處理物表面之矽蝕刻者，其係使噴出上述處理氣體之1個或排列於一方向之複數個噴出部相對於上述被處理物沿上述一方向相對往復或單程移動，使上述噴出部與上述被處理物對向時之噴出部與被處理物間的間隔為2 mm以下，並且將上述移動速度設定為3 m/min以上、15 m/min以下之範圍。
  15. 一種蝕刻方法，其特徵在於：其係於1.013×104 ~50.663×104 Pa之壓力下，將含有氟化氫及臭氧之處理氣體噴至被處理物上，以將形成於上述被處理物表面之矽蝕刻者，其係使噴出上述處理氣體之1個或排列於一方向之複數個噴出部相對於上述被處理物沿上述一方向相對往復或單程移動，使上述噴出部與上述被處理物對向時之噴出部與被處 理物間的間隔為3 mm以下，並且將上述移動速度設定為3 m/min以上、8 m/min以下之範圍。
  16. 一種蝕刻方法，其特徵在於：其係於1.013×104 ~50.663×104 Pa之壓力下，將含有氟化氫及臭氧之處理氣體噴至被處理物上，以將形成於上述被處理物表面之矽蝕刻者，其係使噴出上述處理氣體之1個或排列於一方向之複數個噴出部相對於上述被處理物沿上述一方向相對往復或單程移動，使上述噴出部與上述被處理物對向時之噴出部與被處理物間的間隔為4 mm以下，並且將上述移動速度設定為3 m/min以上4 m/min以下之範圍。
  17. 4、13~16中任一項之蝕刻方法，其中在上述移動方向比1個噴出部更下游側，使上述被處理物強制乾燥。
  18. 一種蝕刻裝置，其特徵在於：其係於1.013×104 ~50.663×104 Pa之壓力下，將含有氟化氫及臭氧之處理氣體噴至被處理物上，以將形成於上述被處理物上之矽蝕刻者，且包含：設置部，用以配置上述被處理物；氟化氫生成部，其於1.013×104 ~50.663×104 Pa之壓力下使含有氟原料及水且露點為12℃以下之氟化氫原料氣體電漿化，藉此生成上述處理氣體之氟化氫； 1個或排列於一方向之複數個噴出部，其噴出上述處理氣體；掃描機構，其使上述1個或複數個噴出部相對於上述設置部沿一方向相對往復或單程移動；以及設定部，其以使1個噴出部相對通過與上述被處理物對向之位置一次時的上述矽之蝕刻深度為100 Å以下之方式，設定上述掃描機構所產生之移動速度。
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