(57)【要約】【課題】  エッチング対象および光透過窓に不所望な酸化膜が形成されることなく、Ｓｉのエッチングに適用してもエッチングレートの低下を防止し、高い加工精度にてエッチングすることができる、光エッチング装置を提供する。【解決手段】  室内を真空に保持可能な処理室と、処理室にＯ2を含まない処理ガスを導入するガス導入口と、ＣＦ4の結合エネルギより大きなフォトンエネルギを有する光を発する光源と、光源からの光を処理室に導入するための光透過窓を少なくとも備え、処理ガスに光を照射して生成したラジカルを用いて、被処理物に形成された少なくとも１層以上のＳｉで形成された薄膜をエッチングすることを特徴とするエッチング装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内を真空に保持可能な処理室と、処理室にＯ2を含まない処理ガスを導入するガス導入口と、ＣＦ4の結合エネルギより大きなフォトンエネルギを有する光を発する光源と、光源からの光を処理室に導入するための光透過窓を少なくとも備え、処理ガスに光を照射して生成したラジカルを用いて、被処理物に形成された少なくとも１層以上のＳｉで形成された薄膜をエッチングすることを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
光源としてキセノンエキシマランプ、クリプトンエキシマランプまたはアルゴンエキシマランプを用いることを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
【請求項３】
処理ガスとしてＦ2、Ｃｌ2、ＳＦ6およびＣＦ4のうちから選ばれる少なくともいずれかを用いることを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
【請求項４】
光透過窓がＬｉＦ、ＭｇＦ2、ＣａＦ2または石英で形成されたものである請求項１に記載のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライエッチングは、イオンラジカルを用いて、薄膜または基板の不要な部分を除去する加工技術である。このようなドライエッチングとして、従来、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）や、マイクロ波で生成した高密度プラズマを用いたエッチングが知られている。
【０００３】
しかしながら、ＲＩＥは加速されたイオンを基板に入射してエッチングを行う技術であるため、たとえば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造に適用しようとすると、前記イオンにより基板が損傷を受けてしまい、得られたＴＦＴの電気特性が劣化してしまう不具合がある。また、マイクロ波で生成した高密度プラズマを用いたエッチング装置であっても、プラズマ中に存在するイオンによる基板の損傷を完全に避けることは困難であり、ＴＦＴの電気特性の劣化を完全に防止することができない。
【０００４】
そこで、イオンを含まないドライエッチングである光エッチングを、ＴＦＴの製造に適用することが知られている。その一例として、たとえば特許文献１には、少なくともイオウとフッ素とを構成元素として有する化合物Ｏ2とを含むエッチングガスに光を照射し、生成した化学種を用いて酸化シリコン系材料層をエッチングすることを特徴とする光エッチング方法が開示されている。しかしながら、半導体分野、液晶の分野で汎用されているＳｉ薄膜のエッチングを特許文献１に記載の方法にて行うと、酸素ガスを含む処理ガスを用いているため、被エッチング物に不所望な酸化膜が形成されてしまうという不具合があった。また、光源のフォトンエネルギがＯ2に吸収されるためＦラジカルの発生効率が低下し、エッチングレートが低下してしまうという問題もある。エッチングレートを維持するためには、光源の出力を大きくすることが考えられるが、そうすると消費電力の増加につながり、コスト高となってしまう不具合がある。
【０００５】
また光エッチングは、通常、エッチング対象を載置した処理室中に処理ガスを導入し、これに光透過窓を通して光を照射するような構成を備えるエッチング装置を用いて行われる。しかし、かかる従来のエッチング装置を用いて上記特許文献１に記載のエッチング方法を行うと、光透過窓に酸化膜が形成されてしまい、この酸化膜のため光の透過率が低下してしまう。これによって、Ｆラジカルの発生効率が低下し、エッチングレートが低下してしまうという不具合があった。また、上記光透過窓に形成された酸化膜はエッチング時間とともに組成、厚みが変化するため、エッチング時間とともに光の透過率も変化し、一定の透過率でエッチング対象に光を照射することが困難であった。さらにこのことによりエッチングレートも時間とともに変化するため、加工精度を維持することが困難であった。上記エッチング対象とする薄膜材料のＳｉは、高い精度の加工が要求されるＴＦＴのチャネルとして用いられており、これらの薄膜のエッチングに上記光エッチングを適用することが困難であった。
【特許文献１】特開平１０−３２１７６号公報
【特許文献２】特開平５−２１３９７号公報
【特許文献３】特開２００１−３５１９０９号公報
【特許文献４】特開２００２−２１２７３９号公報
【特許文献５】特開２００３−２９７８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、エッチング対象および光透過窓に不所望な酸化膜が形成されることなく、Ｓｉのエッチングに適用してもエッチングレートの低下を防止し、高い加工精度にてエッチングすることができる、エッチング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のエッチング装置は、室内を真空に保持可能な処理室と、処理室にＯ2を含まない処理ガスを導入するガス導入口と、ＣＦ4の結合エネルギより大きなフォトンエネルギを有する光を発する光源と、光源からの光を処理室に導入するための光透過窓を少なくとも備え、処理ガスに光を照射して生成したラジカルを用いて、被処理物に形成された少なくとも１層以上のＳｉで形成された薄膜をエッチングすることを特徴とするものである。
【０００８】
ここにおいて、光源としてキセノンエキシマランプ、クリプトンエキシマランプまたはアルゴンエキシマランプを用いることが好ましい。
【０００９】
また本発明のエッチング装置は、処理ガスとしてＦ2、Ｃｌ2、ＳＦ6およびＣＦ4のうちから選ばれる少なくともいずれかを用いることが好ましい。
【００１０】
さらに本発明のエッチング装置においては、光透過窓がＬｉＦ、ＭｇＦ2、ＣａＦ2または石英で形成されてなるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のエッチング装置によれば、処理ガスの結合エネルギより大きなフォトンエネルギを有する光源の光を、処理ガスに照射し、生成したラジカルを用いて被処理物のエッチングを行うものである。これにより、エッチング時にはイオンが存在しないため、基板にイオン損傷が生じない。
【００１２】
また本発明のエッチング装置においては、Ｏ2を含まない処理ガスを用い、被処理物に形成された少なくとも１層以上のＳｉで形成された薄膜をエッチング対象とするものである。このため、Ｓｉで形成された薄膜に不所望な酸化膜が形成されることなくエッチングを行うことができる。また、Ｏ2を含まない処理ガスを用いるので、光源のフォトンエネルギがＯ2に吸収されてＦラジカルの発生効率が低下するようなことがなく、これによりエッチングレートの低下を防止することができる。
【００１３】
さらに、本発明のエッチング装置においては、Ｏ2を含まない処理ガスを用いることで、光透過窓に酸化膜が形成されないので、安定した光透過率にて上記薄膜に光を照射することができるので、高い加工精度にてエッチングを行うことができる。
【００１４】
以上のように本発明のエッチング装置によれば、エッチング対象および光透過窓に不所望な酸化膜が形成されないため、Ｓｉのエッチングに適用してもエッチングレートの低下を防止し、高い加工精度にてエッチングすることができる。このような本発明のエッチング装置は、高い精度の加工が要求されるＴＦＴゲートのチャネルとして用いられるＳｉのエッチングに有用であり、本発明のエッチング装置を用いることで、電気特性の劣化が生じないＴＦＴを製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明のエッチング装置１の概略を模式的に示す図である。本発明のエッチング装置１は、室内を真空に保持可能な処理室２と、処理室にＯ2を含まない処理ガスを導入するガス導入口３と、ＣＦ4の結合エネルギより大きなフォトンエネルギを有する光を発する光源４と、光源４からの光を処理室２に導入するための光透過窓５を少なくとも備えるものである。
【００１６】
本発明のエッチング装置１における処理室２は、その室内を真空に保持可能に実現されたものであるならば、特に制限されるものではない。ここで、「真空に保持」とは、必ずしも厳密な真空を意味するものではなく、略気密に室内に保持できるものを包含するものとする。図１に示す例のエッチング装置１において、処理室２は、被処理物（基板）７を載置できるような内部空間を有し、また処理室２内に処理ガスを導入するためのガス導入口３が前記内部空間に連通して設けられる。また処理室２には真空ポンプ１０が連結され、用事、処理室２内を真空に保持し得るように実現される。さらに処理室２には、内部空間にサセプタ６上に被処理物７を配置した状態で処理ガスを導入した際に、処理室２内に光源４からの光を照射するための光透過窓５が取り付けられてなる。
【００１７】
本発明のエッチング装置１に用いる光源４としては、ＣＦ4の結合エネルギ（５．６ｅＶ）より大きなフォトンエネルギを有する光を発するものであれば、特に制限なく用いることができる。フォトンエネルギが５．６ｅＶ以下の光を発する光源を用いても、処理ガスとしてＣＦ4を用いた場合に、ＣＦ4を解離させてＦラジカルを生成できないためエッチングができないというような不具合がある。このような光源としては、製品化されているため容易に入手可能であり、また、処理ガスを解離することによってＦラジカルを生成できることから、キセノンエキシマランプ（フォトンエネルギ：７．２ｅＶ）、クリプトンエキシマランプ（フォトンエネルギ：８．５ｅＶ）、アルゴンエキシマランプ（フォトンエネルギ：９．８ｅＶ）が好ましい。図１に示す例のエッチング装置１において、光源４であるランプは、ランプハウス１１内に収容され、ランプハウス１１は光透過窓５を介して光源４からの光を処理室２内の被処理物７に照射可能なように処理室２に取り付けられる。またランプハウス１１には、その内部空間に連通して窒素ガス導入口１２が設けられ、光を照射する際に、この窒素ガス導入口１２よりランプハウス１１内に窒素ガスを導入することで、ランプハウス１１内は窒素雰囲気に保持され、これにより空気による光源４からの光の減衰を防止することができる。
【００１８】
本発明のエッチング装置１においては、ガス導入口３より、Ｏ2を含まない処理ガスを処理室２に導入する。本発明において用いられる処理ガスは、Ｏ2を含まないガスであって、ＣＦ4より結合エネルギが小さい成分を用いたものであれば、当分野において従来いり用いられている適宜の処理ガスを特に制限なく用いることができる。ここで、Ｏ2を含まない処理ガスとして、ＣＦ4より結合エネルギが小さい成分を用いた処理ガスを用いるのは、上述したキセノンエキシマランプ、クリプトンエキシマランプおよびアルゴンエキシマランプの中でもフォトンエネルギが最小のキセノンエキシマランプの光を照射してＦラジカルを生成できるという理由による。
【００１９】
本発明に使用できる処理ガスとしては、ＣＦ4より結合エネルギが小さいものであれば特に制限されることなく従来公知の適宜のものを用いることができるが、キセノンエキシマランプ、クリプトンエキシマランプおよびアルゴンエキシマランプの中でもフォトンエネルギが最小のキセノンエキシマランプの光を照射してＦラジカルを生成するためには、Ｆ2（結合エネルギ１．６ｅＶ）、Ｃｌ2（結合エネルギ２．５ｅＶ）、ＳＦ6（結合エネルギ３．８ｅＶ）、ＣＦ4（結合エネルギ５．６ｅＶ）などから選ばれる少なくともいずれかを用いるのが好ましい。
【００２０】
本発明のエッチング装置１における光透過窓５は、これを介して処理室２内に光源４からの光を照射し得るものであって、たとえば形成材料として、ＬｉＦ、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、石英などが例示される。本発明のエッチング装置１における光透過窓５は、光源の光に対して優れた透過率を有することが必要であることから、上記例示した材料が好ましいものとして挙げられる。さらに、光透過窓５は、使用する光源の波長に対する透過率が大きい材料にて形成されてなることがより好ましい。
【００２１】
本発明のエッチング装置においては、上述した構成を用い、処理ガスに光を照射して生成したラジカルを用いて、サセプタ６上に配置した被処理物（基板）７に形成された少なくとも１層以上のＳｉで形成された薄膜をエッチングする。上述したように、本発明は、処理ガスの結合エネルギより大きなフォトンエネルギを有する光源の光を、処理ガスに照射し、生成したラジカルを用いて被処理物のエッチングを行うものである。これにより、従来の反応性イオンエッチングを利用したエッチング装置やマイクロ波で生成した高密度プラズマを利用した従来のエッチング装置とは異なり、エッチング時にイオンが存在しないため、被処理物にイオン損傷が生じない。図３は、本発明のエッチング装置を用いて作製されたＴＦＴと、従来のエッチング装置を用いて作製されたＴＦＴの電気特性を比較して示す図である。図３に示すように、従来のエッチング装置を用いた場合には、イオン損傷によりＩｄ−Ｖｇ曲線が負方向にシフトしているのが分かる。
【００２２】
本発明においては、少なくとも１層以上のＳｉで形成された薄膜をエッチング対象とするものである。本発明においては、Ｏ2を含まない処理ガスを用いて光エッチングを行うので、Ｓｉで形成された薄膜に不所望な酸化膜が形成されることなく、エッチングを行うことができる。また、Ｏ2を含まない処理ガスを用いるので、光源のフォトンエネルギがＯ2に吸収されてＦラジカルの発生効率が低下するようなことがなく、これによりエッチングレートの低下を防止することができる。さらに、本発明のエッチング装置においては、Ｏ2を含まない処理ガスを用いることで、光透過窓に酸化膜が形成されないので、安定した光透過率にて上記薄膜に光を照射することができるので、高い加工精度にてエッチングを行うことができる。
【００２３】
このように本発明のエッチング装置は、エッチング対象および光透過窓に不所望な酸化膜が形成されることなく、Ｓｉのエッチングに適用してもエッチングレートの低下を防止し、高い加工精度にてエッチングすることができる。本発明のエッチング装置によるエッチングレートの低下防止の効果は、多数の基板をエッチングし、エッチング条件が同一であれば、得られるＳｉのエッチング量は同一であることを確認することによって評価することができる。このような本発明のエッチング装置は、高い精度の加工が要求されるＴＦＴゲートの絶縁膜として用いられるＳｉのエッチングに有用であり、本発明のエッチング装置を用いることで、電気特性の劣化が生じないＴＦＴを製造することが可能となる。
【００２４】
以下、本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例により本発明が限定されるものではない。
＜実施例１＞
図１に示したような構成の本発明のエッチング装置１において、処理ガスとしてたとえばＣＦ4、光源４としてたとえばキセノンエキシマランプ、光透過窓５としてたとえばＬｉＦで形成されたものを用い、ＴＦＴを作製した。図２は、本発明のエッチング装置１を用いて形成されるＴＦＴの一例の模式図であり、図２（ａ）はエッチング前の状態、図２（ｂ）はエッチング後の状態を示している。図２（ａ）には、ゲート電極２１の上にＳｉＮ層２２、アモルファスシリコン層２３、ｎ+シリコン層２４を積層し、さらにその上にソース電極２５とドレイン電極２６が形成されてなる構造物（基板）を示している。
【００２５】
まず、このような基板を、図１に示したような本発明のエッチング装置１の処理室２内に載置し、基板温度を２０℃に保持した。次に、処理室２に処理ガス導入口３からＣＦ4を流量２００ｓｃｃｍで導入し、圧力を１２００Ｐａに制御した。そして、キセノンエキシマランプ４の光を、光透過窓５を通して処理室２内に照射した。これにより、フォトンエネルギが処理ガスの結合エネルギより大きいためＦラジカルが生成された。このＦラジカルを用いて、ｎ+シリコン層２４とアモルファスシリコン層２３の一部をエッチングし、図２（ｂ）に示す状態のＴＦＴを得た。このように、本発明のエッチング装置１を用いることにより、アモルファスシリコン層２３にはイオン損傷が生じず、電気特性の劣化しないＴＦＴを得ることができた。
＜実施例２＞
光源としてクリプトンエキシマランプを用いた以外は、実施例１と同様にして、図２（ａ）に示した状態のものにエッチングを施し、ＴＦＴを作製した。結果、実施例１と同様、アモルファスシリコン層２３にはイオン損傷が生じず、電気特性の劣化しないＴＦＴを得ることができた（図２（ｂ））。
＜実施例３＞
光源としてアルゴンエキシマランプを用いた以外は、実施例１と同様にして、図２（ａ）に示した状態のものにエッチングを施し、ＴＦＴを作製した。結果、実施例１と同様、アモルファスシリコン層２３にはイオン損傷が生じず、電気特性の劣化しないＴＦＴを得ることができた（図２（ｂ））。
＜実施例４＞
処理ガスとしてＦ2を用いた以外は、実施例１と同様にして、図２（ａ）に示した状態のものにエッチングを施し、ＴＦＴを作製した。結果、実施例１と同様、アモルファスシリコン層２３にはイオン損傷が生じず、電気特性の劣化しないＴＦＴを得ることができた（図２（ｂ））。
＜実施例５＞
処理ガスとしてＣｌ2を用いた以外は、実施例１と同様にして、図２（ａ）に示した状態のものにエッチングを施し、ＴＦＴを作製した。結果、実施例１と同様、アモルファスシリコン層２３にはイオン損傷が生じず、電気特性の劣化しないＴＦＴを得ることができた（図２（ｂ））。
＜実施例６＞
処理ガスとしてＳＦ6を用いた以外は、実施例１と同様にして、図２（ａ）に示した状態のものにエッチングを施し、ＴＦＴを作製した。結果、実施例１と同様、アモルファスシリコン層２３にはイオン損傷が生じず、電気特性の劣化しないＴＦＴを得ることができた（図２（ｂ））。
＜実施例７＞
処理ガスとしてＦ2を用いた以外は、実施例２と同様にして、図２（ａ）に示した状態のものにエッチングを施し、ＴＦＴを作製した。結果、実施例１と同様、アモルファスシリコン層２３にはイオン損傷が生じず、電気特性の劣化しないＴＦＴを得ることができた（図２（ｂ））。
＜実施例８＞
処理ガスとしてＣｌ2を用いた以外は、実施例２と同様にして、図２（ａ）に示した状態のものにエッチングを施し、ＴＦＴを作製した。結果、実施例１と同様、アモルファスシリコン層２３にはイオン損傷が生じず、電気特性の劣化しないＴＦＴを得ることができた（図２（ｂ））。
＜実施例９＞
処理ガスとしてＳＦ6を用いた以外は、実施例２と同様にして、図２（ａ）に示した状態のものにエッチングを施し、ＴＦＴを作製した。結果、実施例１と同様、アモルファスシリコン層２３にはイオン損傷が生じず、電気特性の劣化しないＴＦＴを得ることができた（図２（ｂ））。
＜実施例１０＞
処理ガスとしてＦ2を用いた以外は、実施例３と同様にして、図２（ａ）に示した状態のものにエッチングを施し、ＴＦＴを作製した。結果、実施例１と同様、アモルファスシリコン層２３にはイオン損傷が生じず、電気特性の劣化しないＴＦＴを得ることができた（図２（ｂ））。
＜実施例１１＞
処理ガスとしてＣｌ2を用いた以外は、実施例３と同様にして、図２（ａ）に示した状態のものにエッチングを施し、ＴＦＴを作製した。結果、実施例１と同様、アモルファスシリコン層２３にはイオン損傷が生じず、電気特性の劣化しないＴＦＴを得ることができた（図２（ｂ））。
＜実施例１２＞
処理ガスとしてＳＦ6を用いた以外は、実施例３と同様にして、図２（ａ）に示した状態のものにエッチングを施し、ＴＦＴを作製した。結果、実施例１と同様、アモルファスシリコン層２３にはイオン損傷が生じず、電気特性の劣化しないＴＦＴを得ることができた（図２（ｂ））。
＜実施例１３〜２４＞
光透過窓としてＭｇＦ2で形成されたものを用いた以外は、実施例１〜１２と同様にして、図２（ａ）に示した状態のものにエッチングを施し、それぞれＴＦＴを作製した。結果、実施例１と同様、アモルファスシリコン層２３にはイオン損傷が生じず、電気特性の劣化しないＴＦＴをそれぞれ得ることができた（図２（ｂ））。
＜実施例２５〜３６＞
光透過窓としてＣａＦ2で形成されたものを用いた以外は、実施例１〜１２と同様にして、図２（ａ）に示した状態のものにエッチングを施し、それぞれＴＦＴを作製した。結果、実施例１と同様、アモルファスシリコン層２３にはイオン損傷が生じず、電気特性の劣化しないＴＦＴをそれぞれ得ることができた（図２（ｂ））。
＜実施例３７〜４８＞
光透過窓として石英で形成されたものを用いた以外は、実施例１〜１２と同様にして、図２（ａ）に示した状態のものにエッチングを施し、それぞれＴＦＴを作製した。結果、実施例１と同様、アモルファスシリコン層２３にはイオン損傷が生じず、電気特性の劣化しないＴＦＴをそれぞれ得ることができた（図２（ｂ））。
【００２６】
実施例１〜４８の組み合わせを、表１に示す。
【００２７】
【表１】
2005268598.tif 000003
【００２８】
＜比較例１＞
処理ガスとして、ＣＦ4とＯ2との混合ガスを用いた以外は、実施例１と同様にして、ＴＦＴを作製した。結果、エッチングレートが低下した。調べてみたところ、被処理物７および光透過窓５に酸化膜が形成されており、この酸化膜によって光源の光の減衰が起こったためであることが分かった。
＜比較例２＞
光源として、ＣＦ4よりも低いフォトンエネルギを有するものを用いた以外は、実施例１と同様にして、ＴＦＴを作製した。結果、エッチングレートが著しく低下した。これは、処理ガスを解離することができないため、Ｆラジカルを生成できなかったためと考えられた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のエッチング装置１の概略を模式的に示す図である。
【図２】本発明のエッチング装置１を用いて形成されるＴＦＴの一例を模式的に示す図である。
【図３】本発明のエッチング装置を用いて作製されたＴＦＴと、従来のエッチング装置を用いて作製されたＴＦＴの電気特性を比較して示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  エッチング装置、２  処理室、３  ガス導入口、４  光源、５  光透過窓、６  サセプタ、７  被処理物、１０  真空ポンプ、１１  ランプハウス、１２  窒素ガス導入口。
【図１】
2005268598.tif 000004
【図２】
2005268598.tif 000005
【図３】
2005268598.tif 000006