(57)【要約】【課題】目的の膜種以外の膜減りを抑制しつつも、強固な有機膜に対する実用的なエッチングレートを得られる。【解決手段】処理雰囲気に水蒸気ガス及び酸素ガスを供給するとともに、プラズマを生成させると、ガス分散板１７を通してOHラジカルが強固なアモルファスカーボン（a-C）の被膜に対して作用する。このときガス分散板１７によりイオンが捕捉され、イオンによる作用を用いていないので、目的のアモルファスカーボン（a-C）以外の膜減りを抑制できる。しかも、OHラジカルは、反応性及び酸化力が高いので、強固なアモルファスカーボン（a-C）被膜であっても高いエッチングレートで処理できる。したがって、目的の膜種以外の膜減りを抑制しつつも、強固なアモルファスカーボン（a-C）被膜に対する実用的なエッチングレートを得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された強固な有機膜に対してエッチングを行う基板エッチング方法において、
処理雰囲気に基板を載置し、前記処理雰囲気に水蒸気ガスを供給するとともに、プラズマを生成させた状態で、電気的に接地されたガス分散板を通して前記強固な有機膜を処理することを特徴とする基板エッチング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の基板エッチング方法において、
前記処理雰囲気にさらに酸素ガスを供給することを特徴とする基板エッチング方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の基板エッチング方法において、
前記基板は、２０〜１００℃の範囲内の処理温度に調節されていることを特徴とする基板エッチング方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の基板エッチング方法において、
前記強固な有機膜は、アモルファスカーボン(a-C)、ボロンドープドカーボン(BDC)、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)のいずれかで構成されたものであることを特徴とする基板エッチング方法。
【請求項５】
基板上に形成された強固な有機膜に対してエッチングを行う基板エッチング方法において、
処理雰囲気を形成する処理チャンバ内に基板を搬送し、前記処理チャンバ内の載置台に基板を載置する過程と、
前記処理チャンバ内を減圧する過程と、
前記処理チャンバ内に水蒸気ガスを供給するとともに、プラズマを生成させる過程と、
電気的に接地されたガス分散板を通して前記強固な有機膜を処理する過程と、
を実施することを特徴とする基板エッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ、液晶ディスプレイ用基板、プラズマディスプレイ用基板、有機ＥＬ用基板、FED(Field Emission Display)用基板、光ディスプレイ用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、太陽電池用基板など（以下、単に基板と称する）に対してエッチングを行う基板エッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
IoT(Internet of Things）やモバイル装置などの躍進により、半導体デバイスにおいても消費電力の低減が必須となっている。これに対応するために半導体デバイスの製造においても、さらなる微細化対応技術として、SADP(Self-Aligned Double Patterning)や、SAQP(Self-Aligned Quadruple Patterning)に代表されるようなマルチパターニング微細化技術が採用されている。これらの微細化技術は、成膜工程と加工工程とを繰り返し行うことにより、一つのフォトレジストパターンから、二つまたは四つのマスクパターンを形成する。これらにおいては、各膜種との加工選択比を確保するために、エッチングに耐性がある強固な有機膜（例えば、アモルファスカーボンa-C）を新たに採用している。
【０００３】
SADPやSAQPでは、強固な有機膜のパターン加工だけでなく、強固な有機膜を除去する工程が必要となる。そのための基板エッチング方法として、従来、Ｏ２ガスを主ガスとする反応性イオンエッチング（RIE: Reactive Ion Etching）を使用することが一般的である（例えば、特許文献１参照）。この反応性イオンエッチングを用いると、イオンによるスパッタリングにより、強固な有機膜に対しても高いエッチングレートが期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−４９３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の方法は、低温酸化膜や窒化膜などへのスパッタリングにより、これらにおいて膜減りが生じ、これに起因して実デバイスへの加工のバラツキが発生するという問題がある。これに代わる加工技術として、例えば、Ｏ２ガスを用いたプラズマダウンフロー型のアッシングがあるが、エッチング時のイオンによるアシストがないので、強固な有機膜に対して、反応性イオンエッチングと比較するとエッチングレートが遅くなり、実用的ではない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、目的の膜種以外の膜減りを抑制しつつも、強固な有機膜に対する実用的なエッチングレートを得られる基板エッチング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、基板上に形成された強固な有機膜に対してエッチングを行う基板エッチング方法において、処理雰囲気に基板を載置し、前記処理雰囲気に水蒸気ガスを供給するとともに、プラズマを生成させた状態で、電気的に接地されたガス分散板を通して前記強固な有機膜を処理することを特徴とするものである。
【０００８】
［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、処理雰囲気に水蒸気ガスを供給するとともに、プラズマを生成させると、ガス分散板を通してOHラジカルが強固な有機膜に対して作用する。このときガス分散板によりイオンが捕捉され、イオンによる作用を用いていないので、目的の膜種以外の膜減りを抑制できる。しかも、OHラジカルは、反応性及び酸化力が高いので、強固な有機膜であっても高いエッチングレートで処理できる。したがって、目的の膜種以外の膜減りを抑制しつつも、強固な有機膜に対する実用的なエッチングレートを得られる。
【０００９】
また、本発明において、前記処理雰囲気にさらに酸素ガスを供給することが好ましい（請求項２）。
【００１０】
酸素ガスを供給することにより、OHラジカルとOラジカルの生成が促進されるので、エッチングレートをより高くできる。
【００１１】
また、本発明において、前記基板は、２０〜１００℃の範囲内の処理温度に調節されていることが好ましい（請求項３）。
【００１２】
基板の温度を処理温度とすることにより、熱酸化による不都合を抑制しつつも、強固な有機膜への反応を高めることができるので、エッチングレートを高くできる。
【００１３】
また、本発明において、前記強固な有機膜は、アモルファスカーボン(a-C)、ボロンドープドカーボン(BDC)、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)のいずれかで生成されたものであることが好ましい（請求項４）。
【００１４】
アモルファスカーボン(a-C)、ボロンドープドカーボン(BDC)、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)のいずれかで生成された強固な有機膜の処理に好適である。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、基板上に形成された強固な有機膜に対してエッチングを行う基板エッチング方法において、処理雰囲気を形成する処理チャンバ内に基板を搬送し、前記処理チャンバ内の載置台に基板を載置する過程と、前記処理チャンバ内を減圧する過程と、前記処理チャンバ内に水蒸気ガスを供給するとともに、プラズマを生成させる過程と、電気的に接地されたガス分散板を通して前記強固な有機膜を処理する過程と、を実施することを特徴とするものである。
【００１６】
［作用・効果］請求項５に記載の発明によれば、処理チャンバ内に基板を搬送して、基板を載置台に載置し、処理チャンバ内を減圧した後、処理チャンバ内に水蒸気ガスを供給するとともに、プラズマを発生させると、ガス分散板を通してOHラジカルが強固な有機膜に対して作用する。このときガス分散板によりイオンが捕捉され、イオンによる作用を用いていないので、目的の膜種以外の膜減りを抑制できる。しかも、OHラジカルは、反応性及び酸化力が高いので、強固な有機膜であっても高いエッチングレートで処理できる。したがって、目的の膜種以外の膜減りを抑制しつつも、強固な有機膜に対する実用的なエッチングレートを得られる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る基板エッチング方法によれば、処理雰囲気に水蒸気ガスを供給するとともに、プラズマを生成させると、ガス分散板を通してOHラジカルが強固な有機膜に対して作用する。このときガス分散板によりイオンが捕捉され、イオンによる作用を用いていないので、目的の膜種以外の膜減りを抑制できる。しかも、OHラジカルは、反応性及び酸化力が高いので、強固な有機膜であっても高いエッチングレートで処理できる。したがって、目的の膜種以外の膜減りを抑制しつつも、強固な有機膜に対する実用的なエッチングレートを得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例に係る基板エッチング方法を実施するための基板処理装置の概略構成を示す全体図である。
【図２】処理ガスとして酸素ガスまたは水蒸気ガスを用いた場合のエッチングレートを示すグラフである。
【図３】処理ガスとして水蒸気ガスに酸素ガスを混合した場合のエッチングレートの変化を示すグラフである。
【図４】処理手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明する。
図１は、実施例に係る基板エッチング方法を実施するための基板処理装置の概略構成を示す全体図である。
【００２０】
この基板処理装置は、本実施例に係る基板エッチング方法を基板Ｗに対して実施するものである。この基板処理装置は、処理ユニット１と、供給ユニット３と、導入ユニット５と、排気ユニット７と、電力供給ユニット９と、処理ガス供給ユニット１１とを備えている。この基板処理装置は、いわゆる「プラズマダウンフロー型」と呼ばれている装置である。
【００２１】
処理ユニット１は、処理雰囲気を内部に形成し、その処理雰囲気に処理対象である基板Ｗを収容した状態で所定の処理を施す。供給ユニット３は、導入ユニット５を介して、処理ガスを処理ユニット１に供給する。電力供給ユニット９は、導入ユニット５に供給された処理ガスに対して、高周波電力を供給して、処理ガスのプラズマを発生させる。処理ガス供給ユニット１１は、複数種類のガスを処理ガスとして供給ユニット３に対して供給する。
【００２２】
処理ユニット１は、載置台１３を内部に備えている。載置台１３は、基板Ｗを載置するものであり、例えば、平面視で基板Ｗの直径よりもやや大なる直径を有する。載置台１３は、温調ユニット１５を内蔵している。この温調ユニット１５は、所定の温度に加熱したり冷却したりして、載置台１３の上面に載置された基板Ｗの温度を処理温度に調整する。以下に説明する処理においては、温調ユニット１５を用いて基板Ｗの処理温度を２０〜１００℃の範囲で温調する。なお、この範囲で加熱することにより、処理温度が高くなり過ぎて熱酸化による不都合を抑制しつつも、強固な有機膜への反応を高くできる。
【００２３】
供給ユニット３は、ガス分散板１７を備えている。このガス分散板１７は、処理ユニット１との連結部分に設けられている。ガス分散板１７は、導電性の材料で形成されており、全面にわたって貫通口１９を形成されている。ガス分散板１７は、電気的に接地されている。したがって、後述するプラズマを発生させて基板Ｗを処理する過程において、電子やイオンは、ガス分散板１７によって捕捉されるので、処理ユニット１に供給されることが抑制される。したがって、基板Ｗがイオンによりダメージを受けることを抑制できる。なお、ガス分散板１７は、図示しないヒータなどの加熱手段を備え、１００℃前後に加熱されるようになっている。
【００２４】
導入ユニット５は、上部から供給された処理ガスをプラズマ状態にして供給ユニット３へ導入する。導入ユニット５は、外周部に高周波アンテナ２１を備えている。高周波アンテナ２１は、一端側が電力供給ユニット９の電源１０に接続され、他端が接地されている。電力供給ユニット９は、高周波アンテナ２１に対して高周波電流を供給する。電力供給ユニット９から高周波アンテナ２１に対して高周波電流が供給されると、導入ユニット５の内部空間に誘導電磁場が形成され、処理ガスがイオン化のためのエネルギーを供給されてプラズマ状態にされる。
【００２５】
排気ユニット７は、排気口２３と、排気管２５と、開閉弁２７と、排気ポンプ２９とを備えている。排気口２３は、処理ユニット１の内部に連通して形成されている。排気管２５は、排気口２３に一端側が連通し、他端側が排気ポンプ２９に連通接続されている。開閉弁２７は、排気管２５に設けられ、排気の開閉を制御する。排気ポンプ２９は、排気管２５を介して処理ユニット１内を排気する。なお、排気ポンプ２９はドライポンプで、開閉弁２７は圧力制御弁であることが好ましい。
【００２６】
処理ガス供給ユニット１１は、供給管３１と、分岐管３３と、流量制御弁３５と、水蒸気ガス供給源３７と、酸素ガス供給源３９とを備えている。供給管３１は、導入ユニット５の上部に一端側が連通接続され、他端側が水蒸気ガス供給源３７に連通接続されている。分岐管３３は、一端側が供給管３１に連通接続され、他端側が酸素ガス供給源３９に連通接続されている。流量制御弁３５は、供給管３１と分岐管３５のそれぞれに設けられ、水蒸気ガスまたは酸素ガスの流量を制御する。水蒸気ガス供給源３７は、水蒸気を供給し、酸素ガス供給源３９は、酸素ガスを供給する。
【００２７】
また、上述した処理ユニット１は、さらに窒素ガス供給源４０と、供給管４１と、流量制御弁４２とを備えている。窒素ガス供給源４０は、窒素ガス（Ｎ２ガス）を貯留し、供給管４１に窒素ガスを供給する。供給管４１は、処理ユニット１の内部に一端側が連通し、他端側が窒素ガス供給源４０に連通接続されている。供給管４１は、流量制御弁４２を備えており、流量制御弁４２によって窒素ガス供給源４０から処理ユニット１内に供給される窒素ガスの流量が制御される。
【００２８】
次に、図２を参照して、処理ガスの種類に応じたエッチングレートについて説明する。なお、図２は、処理ガスとして酸素ガスまたは水蒸気ガスを用いた場合のエッチングレートを示すグラフである。
【００２９】
図２は、処理ユニット１の処理雰囲気における圧力を５００［ｍＴ］とし、高周波アンテナ２１の出力を３５００［Ｗ］とし、ガス分散板１７の温度を１０５［℃］とした条件のもと、アモルファスカーボン（a-C）からなる被膜が被着された基板Ｗのエッチングレートを測定した結果を示す。左側は、酸素ガスだけを１０００［ｃｃ／ｍｉｎ］の流量で供給させつつプラズマを発生させた状態での処理であり、右側は、水蒸気ガスだけを３００［ｃｃ／ｍｉｎ］の流量で供給させつつプラズマを発生させた状態での処理である。
【００３０】
図２から明らかなように、酸素ガスだけの場合にはエッチングレートが０．３［ｎｍ／ｍｉｎ］である一方、水蒸気ガスだけの場合にはエッチングレートが１２［ｎｍ／ｍｉｎ］となる。これは、水蒸気ガスを供給させつつプラズマを生成させることで得られるOHラジカルの作用によるものである。つまり、OHラジカルは、反応性及び酸化力が高いので、強固なアモルファスカーボン（a-C）被膜であっても高いエッチングレートで処理できる。また、プラズマ化で生じた電子やイオンは、電気的に接地されたガス分散板１７によって捕捉されるので、これらが基板Ｗに対して作用することを抑制できる。したがって、基板Ｗに被着された強固なアモルファスカーボン（a-C）被膜とは異なる他の被膜がダメージを受けることを抑制できる。
【００３１】
ここで、図３を参照して、水蒸気ガスに加えて酸素ガスを混合することによる効果について説明する。なお、図３は、処理ガスとして水蒸気ガスに酸素ガスを混合した場合のエッチングレートの変化を示すグラフである。
【００３２】
図３は、処理ユニット１の処理雰囲気における圧力を１０００［ｍＴ］とし、高周波アンテナ２１の出力を３５００［Ｗ］とし、ガス分散板１７の温度を１０５［℃］とした条件のもと、アモルファスカーボン（a-C）からなる被膜が被着された基板Ｗのエッチングレートを測定した結果を示す。水蒸気ガスを３００［ｃｃ／ｍｉｎ］の流量で供給させつつ、酸素ガスを０〜７００［ｃｃ／ｍｉｎ］の流量で変えつつ供給させつつプラズマを発生させた状態での処理である。
【００３３】
図２により、酸素ガスだけではエッチングレートが低かったものの、水蒸気ガスに対して酸素ガスを供給することにより、水蒸気ガスだけの場合に比較してエッチングレートを高くできることがわかる。これは、酸素ガスを混合することで、OHラジカルとOラジカルの生成が促進されるためである。これによりエッチングレートをより高くできる効果が得られることがわかる。なお、この例では、酸素ガスの流量を０〜７００［ｃｃ／ｍｉｎ］の範囲で設定することにより、エッチングレートを水蒸気ガス単体の場合より高くすることができ、しかも混合率によりエッチグレートを制御できることがわかる。
【００３４】
次に、図４を参照して、上述した基板処理装置による具体的な処理について説明する。なお、図４は、処理手順の一例を示すフローチャートである。
【００３５】
ステップＳ１
温調ユニット１５を操作して、載置台１３の温度を処理温度にする。処理温度は、例えば、１００℃である。また、併せて、ガス分散板１７を温調する。ここでは、例えば、１０５℃に温調する。
【００３６】
ステップＳ２
載置台１３の温度が安定したら、処理対象の基板Ｗを処理ユニット１に搬入し、載置台１３に載置する。
【００３７】
ステップＳ３
排気ポンプ２９を作動させて、処理チャンバ１及び供給ユニット３並びに導入ユニット５内の気体を排気して、処理圧力まで減圧を行う。なお、処理圧力は、例えば、１０００ｍＴである。そして、処理圧力に到達して安定したら、次のステップＳ４に移行する。
【００３８】
ステップＳ４
処理ガス供給ユニット１１から処理ガスを導入ユニット５に供給する。具体的には、流量制御弁３５を操作して、水蒸気ガスとともに酸素ガスを導入ユニット５に供給する。なお、このとき、処理ガスの導入に伴い処理チャンバ１内の圧力が変動するが、排気ポンプ２９及び開閉弁２７によって、処理チャンバ１内の圧力が処理圧力となるように調整される。本実施例における酸素ガスの供給量は、例えば、水蒸気ガスに対する割合が７０％である。
【００３９】
ステップＳ５
さらに、電力供給ユニット９を操作して、高周波アンテナ２１に３５００Ｗの電力を供給する。これにより、供給ユニット３でプラズマが生成され、処理が開始される。このとき、水蒸気ガス及び酸素ガスのプラズマ化により、電子やイオンが生じるが、これらは電気的に接地されたガス分散板１７により捕捉される。したがって、処理チャンバ１内では、OHラジカルが、基板Ｗに被着されたアモルファスカーボン（a-C）からなる被膜に作用して、エッチングされる。
【００４０】
ステップＳ６
処理時間が経過したらステップＳ７に移行する。なお、処理時間は基板Ｗに被着されたアモルファスカーボン（a-C）の膜厚、エッチングにより除去したい膜厚、上述した各種の条件によって異なる。
【００４１】
ステップＳ７
処理時間が経過したら、電源１０からの電力供給を停止してプラズマの生成を停止するとともに、流量制御弁３５を閉止して処理ガスの供給を停止する。
【００４２】
ステップＳ８
処理ガスの供給を停止した後、処理チャンバ１内の気体を排気する。
【００４３】
ステップＳ９
処理チャンバ１内の排気を完了した後、処理チャンバ１内に窒素ガスを供給する。
【００４４】
ステップＳ１０
処理チャンバ１内の圧力が大気圧になった後、載置台１３に載置されている処理済みの基板Ｗを搬出する。
【００４５】
本実施例によると、処理雰囲気に水蒸気ガス及び酸素ガスを供給するとともに、プラズマを生成させると、ガス分散板１７を通してOHラジカルが強固なアモルファスカーボン（a-C）の被膜に対して作用する。このときガス分散板１７によりイオンが捕捉され、イオンによる作用を用いていないので、目的のアモルファスカーボン（a-C）以外の膜減りを抑制できる。しかも、OHラジカルは、反応性及び酸化力が高いので、強固なアモルファスカーボン（a-C）被膜であっても高いエッチングレートで処理できる。したがって、目的の膜種以外の膜減りを抑制しつつも、強固なアモルファスカーボン（a-C）被膜に対する実用的なエッチングレートを得られる。
【００４６】
また、水蒸気ガスだけでなく、酸素ガスを混合して供給している。酸素ガスを供給することにより、OHラジカルとOラジカルの生成が促進されるので、エッチングレートをより高くできる。
【００４７】
本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００４８】
（１）上述した実施例では、プラズマダウンフロー型のプラズマ発生方法を例にとって説明したが、本発明はこの方法に限定されない。例えば、誘導結合プラズマ（ICP: Inductively Coupled Plasma）や、マイクロ波プラズマ（MW）、誘電体バリア放電（DBD：Dielectric Barrier Discharge）などを用いてもよい。
【００４９】
（２）上述した実施例では、処理ガスとして水蒸気ガスに対して、それより少ない量の酸素ガスを混合したものを例にとって説明したが、本発明は酸素ガスを混合することが必須ではない。また、水蒸気ガスよりも多い酸素ガスを混合して処理ガスとしてもよい。
【００５０】
（３）上述した実施例では、基板Ｗを１００℃に温調して処理を行っているが、本発明はこの温度に限定されない。つまり、基板Ｗを２０〜１００℃の範囲で温調することで同様の効果を奏する。
【００５１】
（４）上述した実施例では、強固な有機膜としてアモルファスカーボン(a-C)を例にとって説明したが、本発明は強固な有機膜がアモルファスカーボン(a-C)に限定されるものではない。例えば、ボロンドープドカーボン(BDC)、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)のいずれかでも適用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
Ｗ  …  基板
１  …  処理ユニット
３  …  供給ユニット
５  …  導入ユニット
７  …  排気ユニット
９  …  電力供給ユニット
１１  …  処理ガス供給ユニット
１３  …  載置台
１５  …  温調ユニット
１７  …  ガス分散板
２１  …  高周波アンテナ
２９  …  排気ポンプ
３７  …  水蒸気ガス供給源
３９  …  酸素ガス供給源
【図１】
2019036650.tif 000003
【図２】
2019036650.tif 000004
【図３】
2019036650.tif 000005
【図４】
2019036650.tif 000006