(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分がケイ素からなる被処理部材の所望位置に対向配置可能な液体吐出口を有する本体部と、
この本体部の前記液体吐出口に連通し、水を貯溜した貯液部と、
前記本体部に設けられて前記水を前記液体吐出口から微粒化して吐出させる吐出機構と、
前記本体部に隣接して配置され、前記被処理部材の表面部にフッ素系ガスを供給するガス供給部と、
前記被処理部材を１００℃以上に加熱し、前記被処理部材と前記水と前記フッ素系ガスとの反応生成物および前記水を蒸発させる加熱手段と、
を有することを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
前記本体部および前記ガス供給部は、両者を前記被処理部材の面に沿って移動させる走査部に取り付けてあることを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理部材の表面の一部または全面を除去するエッチング方法に係り、特にエッチング液(エッチャント)を用いて被処理部材の一部を除去するのに好適なエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エッチングは、各分野において広く用いられており、特に半導体の製造分野においては、素子の形成や配線パターンの形成に必須の技術である。従来、シリコンウエハなどの半導体基板に素子や配線パターンを形成する場合、半導体基板の表面にフォトレジストを塗布してフォトリソグラフィー法によってパターニングし、これをマスクとしてエッチング液を用いたウエットエッチングや、プラズマを用いたドライエッチングを行なっている。また、例えば、ガラス容器やガラス計器に目盛や記号等を付ける場合においても、ガラスの表面に所定のパターンを有するマスクを形成し、このマスクによって非エッチング部を保護してエッチングするようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来のエッチング方法においては、被処理部材の表面にマスクを形成して非エッチング部を保護するようにしている。このため、マスクを形成するために多くの工程と時間とを必要とするとともに、マスクを形成する材料も必要となり、コストの増大を招く。
【０００４】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、マスクを形成することなく被処理部材の所望位置を容易にエッチングできるようにすることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係るエッチング装置は、主成分がケイ素からなる被処理部材の所望位置に対向配置可能な液体吐出口を有する本体部と、この本体部の前記液体吐出口に連通し、水を貯溜した貯液部と、前記本体部に設けられて前記水を前記液体吐出口から微粒化して吐出させる吐出機構と、前記本体部に隣接して配置され、前記被処理部材の表面部にフッ素系ガスを供給するガス供給部と、前記被処理部材を１００℃以上に加熱し、前記被処理部材と前記水と前記フッ素系ガスとの反応生成物および前記水を蒸発させる加熱手段と、を有することを特徴としている。このように構成した本発明は、エッチングのためのマスクを形成する必要がなく、エッチングを容易、迅速に行なうことができ、プラズマを用いないため、エッチングに要するエネルギーを低減することができる。
【００１１】
また、本発明に係るエッチング装置は、主成分がケイ素からなる被処理部材の表面部にフッ素系ガスを供給するガス供給部と、前記被処理部材を加熱する加熱手段と、前記被処理部材の所望位置に対向配置可能な液体吐出口を有する本体部と、この本体部の前記液体吐出口に連通し、水を貯溜した貯液部と、前記本体部に設けられて前記水を前記液体吐出口から吐出させる吐出機構とを有することを特徴としている。この発明によれば、フッ素ガスやＨＦガスなどのフッ素系ガスと水と、ケイ素を主成分とする被処理部材とが反応してＳｉＦ4、Ｓｉ2Ｆ6などを生ずるため、マスクの形成をすることなく被処理部材をエッチングすることができ、工程の簡素化が図れる。
【００１２】
本体部は、この本体部を前記被処理部材の面に沿って移動させる走査部に取り付け、所定の軌跡に沿って本体部を移動させつつエッチングすることにより、エッチングによる所定のパターンを容易に形成することができる。また、本体部に複数の液体吐出口を設けるとともに、各液体吐出口に対応して吐出機構を設け、これらの吐出機構を、与えられた命令に基づいて任意の吐出機構を駆動する制御部に接続することにより、制御部に処理情報（エッチング情報）を与えて自動的に所定の軌跡に沿ったエッチングを行なうことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係るエッチング装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係るエッチング装置の、下方から見た斜視図である。図１において、エッチング装置１０は、本体部である吐出ヘッド部１２が走査部を構成しているいわゆるＸＹテーブル１４に搭載してある。吐出ヘッド部１２は、液体吐出手段となっていて、下面となる前面に多数の液体吐出口１６が設けてあって、詳細を後述するように、吐出口１６からＨＦ水溶液などのエッチング液を本図に図示しない半導体基板や液晶ガラス基板などの、被処理部材の所望の位置に吐出して塗布することができるようになっている。
【００１５】
ＸＹテーブル１４は、Ｘテーブル１８とこのＸテーブル１８を搭載したＹテーブル２０とからなっている。Ｘテーブル１８には、吐出ヘッド部１２が固定してあるとともに、エッチング液を貯溜した貯液部が搭載してある。一方、Ｙテーブル２０は、図示しないフレームに一端を回転自在に支持したボールネジ２２が螺合している。このボールネジ２２の他端は、フレームに取り付けたＹサーボモータ２４に接続してあって、Ｙサーボモータ２４を駆動することにより、ボールネジ２２を回転させることができるようになっている。また、Ｙテーブル２０には、フレームに固定され、ボールネジ２２と平行に配置されたガイドバー２６が滑動自在に貫通させてある。従って、Ｙテーブル２０は、Ｙサーボモータ２４を介してボールネジ２２を回転させることにより、ガイドバー２６によって回転が阻止されてボールネジ２２に沿ってＹ方向に移動する。
【００１６】
Ｙテーブル２０には、ボールネジ２２と直交させてＸ方向に配置したボールネジ２８が設けてある。このボールネジ２８は、Ｘテーブル１８に螺合させてあるとともに、一端がＹテーブル２０に取り付けた軸受３０を介して回転自在に支持され、他端がＹテーブル２０に取り付けたＸサーボモータ３２に接続してある。また、Ｙテーブル２０には、ブラケット３４、３６を介してガイドバー３８がボールネジ２８と平行に設けてある。そして、ガイドバー３８は、Ｘテーブル１８の一端部を滑動自在に貫通しており、Ｘテーブル１８の回転を阻止してＸテーブル１８をＸ方向に案内する。従って、Ｘテーブル１８は、Ｘサーボモータ３２を駆動してボールネジ２８を回転すると、ボールネジ２８に沿ってＸ方向に移動する。そして、Ｙサーボモータ２４、Ｘサーボモータ３２および吐出ヘッド部１２は、制御部である制御装置４０に接続してあって、制御装置４０によって駆動制御される。
【００１７】
吐出ヘッド部１２に設けた液体吐出口１６は、複数（例えば２４個）が直線状または千鳥状に配置されている。これらの液体吐出口１６の大きさは、被処理部材のエッチングする部分の大きさによって変えることが可能で、実施形態の場合、微細なエッチング対象部に対応可能であるとともに、エッチング液を容易に蒸発させることができるように、直径が１５〜３０μｍ程度に形成してある。そして、吐出ヘッド部１２は、インクジェットプリンタのプリンタヘッドとほぼ同様の構造に形成してあって、エッチング液の定量吐出機として作用し、ＨＦ水溶液などのエッチング液を一定量ずつ吐出できるようになっている。
【００１８】
すなわち、吐出ヘッド部１２は、図２にその断面の一部を示したように、各液体吐出口１６に対応して液溜室４２が設けてある。この液溜室４２は、流路４４を介して液体吐出口１６に連通しているとともに、供給路４６を介してエッチング液を貯溜した貯液部となる給液タンク４８に連通している。また、流路４４には、第２液溜室５０が設けてあって、エッチング液の吐出後に外気が液溜室４２に侵入するのを防止している。
【００１９】
液溜室４２の背面（または側面）には、ダイヤフラム５２が設けてある。また、ダイヤフラム５２の背面には、ダイヤフラム５２を駆動する圧電素子５４が設けてある。この圧電素子５４は、ダイヤフラム５２とともにエッチング液の吐出機構を形成している。そして、圧電素子５４は、制御装置４０によって制御される図示しない駆動回路部が接続してあって、駆動回路部を介して電圧が印加されると、ダイヤフラム５２を図２の左右方向に振動させ、液溜室４２内のエッチング液を、吐出口１６から所定の大きさ（例えば２〜６μＬ）の液滴５６として吐出する。
【００２０】
このように構成した実施形態においては、例えば半導体基板に形成した絶縁層をエッチングして配線溝を形成する場合、例えば次のようにして行なうことができる。なお、この実施形態においては、下層配線層を有する半導体基板に上層配線層を形成する場合について説明するが、勿論、下層配線層などの形成にも同様にして適用することができる。
【００２１】
まず、図３(１)に示したように、半導体基板６０の上部に設けた下層配線６２ａ、６２ｂ、……を覆って二酸化ケイ素(ＳｉＯ2）からなる層間絶縁膜６４を形成し、層間絶縁膜６４の表面を、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）による研磨などによって平坦化する。なお、実施形態においては、後述するように、層間絶縁膜６４をエッチングするためにマスクを用いない。従って、実施形態の場合、マスクに配線パターンを転写の際の焦点ボケを懸念する必要がないため、層間絶縁膜６４を平坦化しなくともよいが、確実、精度のよいエッチングを行なうためには、層間絶縁膜６４を平坦化した方が望ましい。
【００２２】
次に、層間絶縁膜６４を平坦化した被処理部材である半導体基板６０をエッチング処理ステージ６６の上に配置し、処理ステージ６６に内蔵した加熱手段であるヒータ６８によって所定の温度(例えば１００〜１２０℃)に加熱して保持する。そして、処理ステージ６６の上方に配設した前記エッチング装置１０の吐出ヘッド部１２を半導体基板６０の上方の所定位置に移動させる。
【００２３】
すなわち、制御装置４０は、所定の処理プログラムが与えられ、エッチング開始の命令が与えられると、与えられた位置情報や駆動軌跡の情報に基づいて、Ｘサーボモータ３２とＹサーボモータ２４とを駆動し、ＸＹテーブル１４を介して吐出ヘッド部１２を半導体基板６０の上方の所定位置（エッチング開始位置）に移動させる。さらに、制御装置４０は、吐出ヘッド部１２の圧電素子５４を駆動し、液体吐出口１６からエッチング液(実施形態の場合、フッ素系液体であるＨＦ水溶液)７０を、マスクを設けていない層間絶縁膜６４に向けて微粒子にして吐出し、塗布するとともに、ＸＹテーブル１４を与えられた軌跡情報に基づいて移動させる(図３(２)参照)。
【００２４】
層間絶縁膜６４に塗布されたＨＦ水溶液(エッチング液)７０は、水に溶解したＨＦが、
【００２５】
化１
２ＨＦ＋Ｈ2Ｏ→ＨＦ2-＋Ｈ3Ｏ+
のようにＨＦ2-イオンを形成している。そして、このイオンは、層間絶縁膜６４の表面に到達すると、層間絶縁膜６４を形成している二酸化ケイ素と、
【００２６】
化２
１２ＨＦ2-＋８ＳｉＯ2→４Ｓｉ2Ｆ6＋６Ｈ2Ｏ＋５Ｏ2
のように反応して六フッ化二ケイ素(Ｓｉ2Ｆ6)を生じる。この六フッ化二ケイ素は、常温で気体であるため、半導体基板６０から離脱する。このため、層間絶縁膜６４は、ＨＦ水溶液７０によってエッチングされ、所定の深さの配線溝７２が所定位置に形成される。また、ＨＦを溶解していた水は、化学式２の反応によって生じた水とともに、シリコン基板６０が加熱されているために速やかに蒸発する。
【００２７】
さらに、制御装置４０は、所定のパターンの配線溝を形成したのち、吐出ヘッド部１２をコンタクトホールの形成位置に移動し、図３(３)に示したように、配線溝７２内の所定位置にＨＦ水溶液７０を吐出して層間絶縁膜６４をエッチングし、コンタクトホール７４を形成する。そして、これらの配線溝７２とコンタクトホール７４とには、スパッタリングやメッキなどによって銅などの金属が充填され、上層配線層が形成される。
【００２８】
このように、実施に形態においては、液体吐出手段である吐出ヘッド部１２をＸＹテーブル１４に搭載し、制御装置４０が与えられた情報に基づいて、ＸＹテーブル１４を介して吐出ヘッド部１２を所望の軌跡に沿って移動するようにしてあるため、マスクを設けずに層間絶縁膜６４をエッチングして配線溝７２を形成することができ、工程を大幅に簡略化することができるとともに、エッチングに要する時間を短縮することができる。しかも、ＨＦを溶解している水や反応によって生じた水は、半導体基板６０を加熱しているために速やかに蒸発し、実質的にドライなエッチングを行なうことができる。そして、実施形態においては、被処理部材を加熱するようにしているため、１００℃以上に容易に加熱することができ、エッチング速度の向上が図れるとともに、エッチング液が速やかに蒸発するため、液を用いたエッチングであるにもかかわらず、高い異方性を実現することが可能で、高精度のパターンを形成することができる。また、吐出ヘッド部１２は、ダイヤフラム５２によってエッチング液７０を一定量ずつの液滴５６として吐出するようになっているため、層間絶縁膜６４の厚さに応じたエッチング液７０の吐出を容易に行なうことができ、一定の深さの配線溝７２を容易に形成することができるとともに、コンタクトホール７４を確実に精度よく形成することができる。
【００２９】
なお、前記実施の形態においては、二酸化ケイ素からなる層間絶縁膜６４をエッチングする場合９について説明したが、シリコン単結晶からなる半導体基板６０や半導体基板６０に形成した多結晶シリコン膜、さらには石英やガラスなどのケイ素を主成分としている被処理部材のエッチングに適用することができる。そして、ケイ素を主成分とする被処理部材を、ＨＦ水溶液（フッ化水素酸）などのフッ素系エッチング液によってエッチングする場合のように、被処理部材とエッチング液との反応生成物（例えばＳｉＦ4、Ｓｉ2Ｆ6など）の蒸気圧が高いときは、被処理部材の温度をある程度高温（１００℃以上）にしておくことにより、ドライなエッチングが可能となる。さらに、前記実施形態においては、層間絶縁膜６４の一部をエッチングして配線溝７２を形成する場合について説明したが、被処理部材の全面、すなわち層間絶縁膜６４の全面をエッチングする場合にも適用することができる。
【００３０】
また、前記実施形態においては、処理液の吐出機構がいわゆるオンデマンド型である場合について説明したが、吐出機構は、例えば荷電変調式などのいわゆる連続噴射型であってもよい。さらに、吐出機構は、処理液を一定量ずつ吐出することができる他の構造、例えばピストンポンプなどであってもよい。そして、前記実施形態においては、ボールネジによってＸＹテーブル１４を駆動する場合について説明したが、タイミングベルトやワイヤによる牽引によってＸＹテーブルを駆動するようにしてもよい。
【００３１】
図４は、他の実施形態に係るエッチング装置を示したものである。この実施形態に係るエッチング装置９０は、本図に図示しないＸＹテーブルに吐出ヘッド部１２が搭載してあるとともに、ガスノズル部９２が吐出ヘッド１２の近傍に設けてあって、吐出ヘッド部１２とガスノズル部９２とが一体に移動するようにしてある。これらの液体吐出ヘッド部１２とガスノズル部９２とは、ヒータ６８を内蔵した処理ステージ６６の上方に配置してある。そして、処理ステージ６６の上に配置されたシリコン基板９４は、シリコン酸化膜９６が形成してあって、ヒータ６８によって所定の温度（例えば、１２０℃）に加熱されるようになっている。
【００３２】
吐出ヘッド部１２は、本図に図示しない給液タンク部にＨＦ水溶液が貯溜してあって、シリコン酸化膜９６の所定位置にＨＦ水溶液７０を微粒子にして吐出して塗布できるようにしてある。また、ガスノズル部９２は、フレキシブルなチューブ１００を介してＨＦガス生成部１０２に接続してある。このＨＦガス生成部１０２は、ガスノズル部９２とともにガス供給部を形成していて、四フッ化炭素（ＣＦ4）を原料としてＨＦガスを生成するようになっている。
【００３３】
すなわち、実施形態に係るＨＦガス生成部１０２は、四フッ化炭素供給源１０４と放電ユニット１０６と水バブリングユニット１０８とを有している。そして、四フッ化炭素供給源１０４は、流量制御弁１１０を備えた原料配管１１２を介して放電ユニット１０６に接続してあって、放電ユニット１０６に大気圧状態の四フッ化炭素ガスを供給できるようにしてある。また、原料配管１１２には、配管１１４、１１６を介して水バブリングユニット１０８が流量制御弁１１０と並列に設けてある。配管１１４は、流量制御弁１１８を備えていて、水バブリングユニット１０８に供給する四フッ化炭素の量を任意に調整できるようにしてある。
【００３４】
水バブリングユニット１０８に供給された四フッ化炭素は、水バブリングユニット１０８によって水（水蒸気）を添加され、配管１１６、原料配管１１２を介して放電ユニット１０６に流入する。そして、放電ユニット１０６は、流入した四フッ化炭素と水蒸気との混合ガスを介した気体放電によって両者を反応させてフッ素系ガスであるＨＦガスを生成する。このＨＦガスは、放電ユニット１０６の流出側に接続されたフレキシブルチューブ１００を介してガスノズル部９２に供給される。ガスノズル部９２は、吐出ヘッド部１２がＨＦ水溶液７０を吐出して塗布する部分のシリコン酸化膜９６に、ＨＦガスを吹き付けてその周囲をＨＦガスに富んだ雰囲気にする。
【００３５】
なお、吐出ヘッド部１２の周囲は、図示しない吸引ヘッドによって覆ってあって、反応生成物や反応に寄与しなかったＨＦガスなどを除害装置に導くようにしてある。そして、ＨＦガスは、他の方法、例えば螢石（ＣａＦ2）と硫酸（Ｈ2ＳＯ2）とを反応させて生成してもよ。
【００３６】
このように構成した実施形態においては、処理ステージ６６の上に配置したシリコン基板９４をヒータ６８によって１００℃以上に加熱する。そして、本図に図示しない制御装置４０にエッチングしてパターニングする軌跡を与える。制御装置は、与えられた軌跡の情報に基づいてＸＹテーブルを駆動し、吐出ヘッド部１２を移動させるとともに、吐出ヘッド部１２の液体吐出口１６からＨＦ水溶液７０を微粒子にして吐出する。
【００３７】
また、放電ユニット１０６は、大気圧状態の四フッ化炭素と水蒸気との混合ガスを介した放電を発生し、例えば両者を、
【００３８】
化３
ＣＦ4＋２Ｈ2Ｏ→４ＨＦ＋ＣＯ2
のように反応させてＨＦガスを生成する。このＨＦガスは、フレキシブルチューブ１００を介してガスノズル部９２からシリコン酸化膜９６に吹き付けられる。そして、シリコン酸化膜９６に吹き付けられたＨＦガスは、吐出ヘッド部１２が吐出したＨＦ水溶液７０に含まれている水と次のように反応し、ＨＦ2- を生ずる。
【００３９】
化４
２ＨＦ＋Ｈ2Ｏ→ＨＦ2-＋Ｈ3Ｏ+
このＨＦ2-イオンは、前記の化学式２に示したように、二酸化ケイ素からなるシリコン酸化膜９６と反応して常温で気体の六フッ化二ケイ素を生成される。この結果、シリコン酸化膜９６は、マスクを用いることなくエッチングされ、エッチングによるパターン１２０が形成させる。しかも、反応により生成された水や、ＨＦ水溶液７０の溶媒である水は、シリコン基板９４を１００℃以上に加熱したことにより、速やかに蒸発してシリコン基板９４から離脱するため、実質的なドライエッチングが可能となる。
【００４０】
なお、前記実施形態においては、シリコン酸化膜９６の、ＨＦ水溶液７０が塗布される部分にＨＦガスを吹き付ける場合について説明したが、シリコン基板９４を密閉可能な処理室内に配置し、処理室内にＨＦガスを供給して処理室内をＨＦガスの雰囲気にしてもよい。さらに、前記実施形態においては、ＨＦガス雰囲気中のシリコン酸化膜９６にＨＦ水溶液７０を塗布する場合について説明したが、ＨＦガス雰囲気中にシリコンなどのケイ素を主成分とする被処理部材を配置し、液体吐出ヘッド部１２から水を吐出して被処理部材に塗布し、被処理部材の表面において被処理部材中のケイ素とＨＦガスと水とを反応させることにより、ケイ素を主成分とする被処理部材をエッチングすることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明によれば、液体吐出手段によってエッチング液を被処理部材の所望部位に吐出して塗布するようにしたことにより、液体吐出手段によってエッチング液を被処理部材の所定部位に吐出して塗布するだけでよく、多くの時間と手間を必要とするマスクの形成や真空装置などが不要となり、エッチング工程の簡素化が図れてエッチング処理を迅速、安価に行なうことができる。
【００４２】
そして、本発明に係るエッチング方法は、ケイ素を主成分とする被処理部材をフッ素系ガスが存在する雰囲気中に配置して加熱するとともに、液吐出手段から水を被処理部材の所望位置に吐出し、フッ素系ガスと水と被処理部材とを反応させてエッチングするようにしているため、マスクを用いずにケイ素を主成分とする被処理部材をエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエッチング装置の下方から見た斜視図である。
【図２】実施の形態に係る吐出ヘッド部の一部断面図である。
【図３】実施の形態に係るエッチング装置により、半導体基板に配線溝を形成する方法の説明図である。
【図４】他の実施形態に係るエッチング装置の説明図である。
【符号の説明】
１０、９０    エッチング装置
１２          本体部（吐出ヘッド部）
１４          走査部（ＸＹテーブル）
１６          液体吐出口
１８          Ｘテーブル
２０          Ｙテーブル
２４          Ｙサ−ボモータ
３２          Ｘサーボモータ
４８          貯液部（給液タンク）
５２、５４    吐出機構（ダイヤフラム、圧電素子）
５６          液滴
６０、９４    被処理部材(半導体基板、シリコン基板)
６４          層間絶縁膜
６６          処理ステージ
６８          加熱手段（ヒータ）
７０          エッチング液(ＨＦ水溶液)
９２、１０２  ガス供給部（ガスノズル部、ＨＦガス生成部）
９６          シリコン酸化膜
１０４        四フッ化炭素供給源
１０６        放電ユニット
１０８        水バブリングユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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