JP2009149959A - エッチング装置、エッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細孔底面下の犠牲層を除去できる低コストの技術を提供する。
【解決手段】反応室６にバッファータンク３５を接続し、固体ＸｅＦ₂が配置されたガス供給装置３１を加熱して発生させたエッチングガスでバッファータンク３５を充填し、反応室６とバッファータンク３５を接続し、エッチングガスを導入し、処理対象物に紫外線を照射しながらエッチングガスと接触させる。プラズマを発生させずにエッチングするので、微細孔底面下の犠牲層をエッチングすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明はエッチング装置の技術分野にかかり、特に、高融点金属薄膜をエッチングする技術に関する。

近年では、マイクロマシーン（ＭＥＭＳ）が注目されており、ＭＥＭＳ内に空洞を作る犠牲層にモリブデン薄膜が用いられている。
モリブデン薄膜を除去するために、従来より、エッチング液を用いたウェットエッチング方法や、エッチングガスを用いたドライエッチング方法が行なわれているが、ウェットエッチング方法では、エッチング工程後に洗浄工程や乾燥工程を必要とすることから製造工程が複雑になり、また、それらの工程を実行中に処理対象物の表面にパーティクルが付着するという問題がある。

他方、ドライエッチング方法は、エッチングガスのプラズマを形成し、プラズマによってモリブデン薄膜を除去するため、ドライプロセスでは洗浄工程や乾燥工程が不要であり、パーティクルも発生しないものの、微細な空洞内にプラズマが侵入できず、空洞内にモリブデン薄膜の残渣が残り、エッチング不良が発生する場合がある。
モリブデン薄膜から成る犠牲層を用いた技術は例えば下記文献に記載されている。
特開２００５−１０９６７８号公報

本発明は上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、高融点金属薄膜、例えば、Ｍｏ薄膜、Ｔａ薄膜、Ｗ薄膜から成る犠牲層を残渣無く除去できるドライエッチング技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、反応室と、ＸｅＦ₂ガス、ＣｌＦ₃ガス、又はＦ₂ガスのいずれか一種以上のガスを含有するエッチングガスを反応室に供給するガス供給装置と、前記反応室に供給される前記エッチングガスを５０℃以上９０℃以下の温度に加熱する加熱装置と、前記反応室内に搬入された処理対象物に紫外線を照射する紫外線照射装置とを有するエッチング装置である。
また、本発明は、前記ガス供給装置から前記反応室に供給される前記エッチングガスが流れるバッファータンクを有し、前記加熱装置は前記バッファータンクを加熱するように構成されたエッチング装置である。
また、本発明は、前記ガス供給装置は前記エッチングガスが充填されたガスボンベと、前記ガスボンベを６０℃以下の温度に加熱するボンベ加熱装置とを有するエッチング装置である。
また、本発明は、前記反応室には、前記エッチングガスを回収する回収装置が設けられたエッチング装置である。
また、本発明は、前記反応室に接続された前処理室と、前記前処理室内に位置する処理対象物を加熱する加熱装置を有するエッチング装置である。
また、本発明は、高融点金属薄膜をエッチングする高融点金属薄膜エッチング方法であって、反応室内に前記高融点金属薄膜が形成された処理対象物を配置した後、ＸｅＦ₂ガス、ＣｌＦ₃ガス、又はＦ₂ガスのいずれか一種以上のガスを含有するエッチングガスを前記反応室内に導入し、前記エッチングガスのプラズマを形成せずに、前記高融点金属薄膜の表面に紫外線を照射しながら前記高融点金属薄膜を前記エッチングガスに接触させるエッチング工程を行なう高融点金属薄膜エッチング方法である。
また、本発明は、前記エッチング工程は、前記エッチングガスを導入する前に、前記反応室内に前記処理対象物が配置された状態で前記反応室内を真空排気して圧力を低下させる排気工程と、前記エッチングガスを導入する際には前記反応室内の真空排気を停止する反応工程とを有する高融点金属薄膜エッチング方法である。
また、本発明は、前記排気工程と前記反応工程とを複数回交互に繰り返し行なう高融点金属薄膜エッチング方法である。
また、本発明は、前記エッチングガスは、５０℃以上９０℃以下の温度にして前記真空雰囲気中に導入する高融点金属薄膜エッチング方法である。
また、本発明は、前記処理対象物は５０℃以上１２０℃以下の温度範囲に昇温させた状態で前記エッチングガスと接触させる高融点金属エッチング方法である。

図３は、本発明によってモリブデン薄膜から成る犠牲層を除去した場合の基板温度とエッチング速度の関係を示すグラフである。
処理時間中の圧力変化を図４に示す。処理時間は２分であり、０〜ｔ₁まではガス導入工程、ｔ₁〜ｔ₂の間は、バッファタンク３５との間のバルブを閉じて反応室６内を一定圧力にしたエッチング工程、ｔ₂以降は排気工程を行なった。
図３から、紫外線を照射しない場合、約５０℃では７５０ｎｍ／分であり、紫外線照射のときと大差がないが、７０℃でも１２００ｎｍ／分のエッチング速度しか得られなかった。

処理対象物に紫外線を照射しているのでエッチングガスが励起され、高融点金属薄膜から成る犠牲層のエッチング速度が速くなる。
プラズマを発生させずにエッチングしているので、微細孔底面下の犠牲層を残渣無く除去することができる。
ドライプロセスで犠牲層を除去できるので、洗浄工程や乾燥工程が不要であり、パーティクルも付着しにくい。
バッファータンクをエッチングガスで充填し、反応室に接続しているから、エッチング中や処理対象物交換中にバッファータンクをエッチングガスで充填すれば、エッチングガスの生成速度が遅くても待ち時間が発生しない。

図２(ａ)の符号１１は、本発明の処理対象物を示している。この処理対象物１１はガラス基板１２と、該ガラス基板１２上に配置された犠牲層１３を有している。この犠牲層１３は、パターニングされたモリブデン薄膜で構成されている。ガラス基板１２及び犠牲層１３上には、底面下に犠牲層１３が露出する孔１５が形成された絶縁膜１４が配置されている。この絶縁膜は、ＳｉＯ₂の薄膜で構成されている。

図１の符号１は、上記犠牲層１３をエッチングするエッチング装置を示しており、搬送室２に前処理室３と反応室６が接続されている。
また、前処理室３には搬出入室７が接続されており、上記処理対象物１１の犠牲層１３をエッチングする場合、先ず、処理対象物１１を搬出入室７内に搬入する。

前処理室３と搬送室２と反応室６は、それぞれ真空ポンプに接続されており、各室２、３、６の内部は真空ポンプによってそれぞれ真空雰囲気にされている。
搬出入室７も真空ポンプに接続されており、搬出入室７と大気との間の扉を閉じ、搬出入室７を真空排気した後、搬出入室７の内部と前処理室３の内部を接続し、処理対象物１１を前処理室３の内部に搬入する。

前処理室３には基板加熱装置３８が設けられており、搬出入室７と前処理室３の間の扉を閉じ、前処理室３内部を真空排気しながら処理対象物１１を加熱し、５０℃以上１２０℃以下の温度範囲に昇温させる。

基板加熱装置３８としては赤外線ランプを用いることができる。その場合、前処理室３の壁面に赤外線が透過可能なガラス窓を設けると、赤外線ランプを前処理室３の外部に配置して処理対象物１１に赤外線を照射することができる。

搬送室２の内部には基板搬送ロボットが配置されている。
処理対象物１１が上記温度範囲に昇温された後、前処理室３と搬送室２の間の扉と、反応室６と搬送室２の間の扉を開け、基板搬送ロボットによって前処理室３内に位置する処理対象物１１を反応室６内に移動させ、反応室６と搬送室２の間の扉を閉じる。
前処理室３の内部にはホットプレートが設けられており、処理対象物１１はホットプレート上に配置される。

反応室６には、ガス導入系３０とガス回収系４０が接続されている。
ガス回収系４０は、高真空ポンプ４１と、補助ポンプ４２と、排ガス処理装置４３と、スクラバー４５が設けられている。反応室６には、高真空ポンプ４１と補助ポンプ４２が直列接続されており、反応室６内を真空排気する際には高真空ポンプ４１と補助ポンプ４２を起動し、反応室６内の気体を吸引し、排ガス処理装置４３とスクラバー４５を通して除害した状態で大気に放出している。

ガス導入系３０は、ガス供給装置３１とバッファータンク３５を有している。ガス供給装置３１は、ここではエッチングガスボンベである。
エッチングガスとしてＸｅＦ₂ガスを用いる場合、ＸｅＦ₂は常温(２５℃)で蒸気圧が５００Ｐａの固体であり、ＸｅＦ₂ガスは固体のＸｅＦ₂を加熱してＸｅＦ₂の蒸気を発生させ、ＸｅＦ₂蒸気をエッチングガスとして用いる。

ガス供給装置３１にはボンベ加熱装置３２が設けられている。ボンベ加熱装置３２は通電されると発熱し、エッチングガスボンベを室温よりも高温であって６０℃以下の温度範囲に加熱するように構成されており、ガス供給装置３１が加熱されるとガス供給装置３１内部に配置された固体のＸｅＦ₂が昇温し、蒸気圧が上昇してガス供給装置３１内でＸｅＦ₂の蒸気が発生する。

ガス供給装置３１は、バッファータンク３５を介して反応室６に接続されている。バッファータンク３５の内部は、真空ポンプによって直接、又は反応室６を介して真空排気されており、ＸｅＦ₂蒸気が発生する前に、ガス回収系４０と反応室６の間のバルブと、バッファータンク３５と反応室６との間のバルブを閉じておき、エッチングガス(ＸｅＦ₂の蒸気)をガス供給装置３１からバッファータンク３５の内部に導入する。

バッファータンク３５には、タンク加熱装置３６が設けられており、予め、バッファータンク３５をＸｅＦ₂の析出温度よりも高温に加熱しておき、導入したＸｅＦ₂ガスが析出しないようにしておく。

バッファータンク３５の容量は、反応室６の容量の１／３以上の大きさにされており、バッファータンク３５の内部にＸｅＦ₂の蒸気が所定圧力まで蓄積されたところで、バッファータンク３５と反応室６との間のバルブを開け、反応室６をバッファータンク３５に接続すると、バッファータンク３５の内部で５０℃以上９０℃以下の温度に昇温されたエッチングガスが反応室６内に流入し、反応室６内の圧力が急激に上昇する。

反応室６には紫外線照射装置４とシャワープレートとが設けられている。
ホットプレートによって処理対象物１１を加熱し、５０℃以上１２０℃以下の温度範囲(ここでは７０℃)に昇温させながら紫外線照射装置４によって処理対象物１１に紫外線を照射しながら、シャワープレートによって反応室６内にエッチングガスを導入すると、処理対象物１１は紫外線が照射されながらエッチングガスと接触する。

エッチングガスは、紫外線によって励起され、励起状態のエッチングガスは微細な孔１５内に侵入し、底面に露出する犠牲層１３と接触すると、犠牲層１３と反応し、エッチングされる(ＭｏＦ₆と３Ｘｅが生成される)。
このように、本発明では紫外線を照射するだけであるので、反応室６内には、エッチングガスのプラズマは形成されていない。

エッチングガスの導入によって反応室６の内部が所定圧力まで上昇したところで、反応室６とバッファータンク３５の間のバルブを閉じ、反応室６内へのエッチングガスの供給(及び反応室６の真空排気)を停止し、処理対象物１１に紫外線を照射しながらエッチングガスと接触させるエッチング工程を２分間行なった後、処理室６とガス回収系４０との間のバルブを開ける。

ガス回収系４０には、エッチングガス回収装置４７と、回収タンク４８が設けられており、先ず、ガス回収系４０内の経路のうち、高真空ポンプ４１と補助ポンプ４２との間のバルブ５０を閉じ、反応室６を、高真空ポンプ４１を介して、エッチングガス回収装置４７に接続すると共に、反応室６とバッファータンク３５の間のバルブを閉じた状態で補助ポンプ４２によって回収タンク４８内部を真空排気する。これにより、反応室６やバッファータンク３５内の残留ガスはエッチングガス回収装置４７に導入され、残留ガス中のＸｅＦ₂ガスや、遊離したキセノンガスを回収し、回収タンク４８に蓄積される。

反応室６とバッファータンク３５の内部がガス回収系４０によって真空排気され、高真空雰囲気になった後、反応室６とバッファータンク３５の間のバルブとバッファータンク３５と補助ポンプ４２との間のバルブを閉じ、上記と同様に、バッファータンク３５をＸｅＦ₂の蒸気で充満させる。

次いで、反応室６とガス回収系４０との間のバルブを閉じ、処理対象物１１を反応室６内に配置したまま、反応室６とバッファータンク３５の間のバルブを再度開け、反応室６をバッファータンク３５に接続して５０℃以上９０℃以下の温度に昇温されたエッチングガスを反応室６内に導入した後、バッファータンク３５と反応室６の間のバルブを閉じ、反応室６内を一定圧力にしてエッチングガスを処理対象物１１表面に接触させ、犠牲層１３のエッチングを進行させる。所定時間経過後、反応室６内の残留ガスを真空排気によって除去する。

このように、バッファータンク３５を用いた反応室６内へのエッチングガスを導入するガス導入工程と、反応室６を閉じ、紫外線を照射しながら処理対象物１１をエッチングガスに接触させるエッチング工程と、反応室６内とバッファータンク３５内の真空排気によって残留ガス(残留ガスにはエッチングガスや反応生成物ガスが含まれている)を除去する排気工程とを繰り返し行なうと、図２(ｂ)に示すように、犠牲層１３が除去され、空洞１７が形成される。
処理が行なわれた処理対象物１１は反応室６から搬出し、搬送室２に接続された処理室５内に搬入し、後処理を行なう。

上記実施例では、エッチングガスとしてＸｅＦ₂ガスを用いたが、Ａｒ等の希釈ガスを含有するエッチングガスを用いてもよい。
また、バッファータンク３５を用い、モリブデン薄膜から成る犠牲層１３を除去することができるエッチングガスはＸｅＦ₂ガスに限定されるものではなく、ＨＦガスやＦ₂ガスも用いることもできる。ＸｅＦ₂ガスに、ＨＦガスやＦ₂ガスの一方又は両方を添加することもできる。

以上は、エッチング工程後、バッファータンク３５内のエッチングガスを除去したが、エッチング工程中にバッファータンク３５のエッチングガスの除去と、バッファータンク３５内へのエッチングガスの充填を行なうこともできる。この場合、固体のＸｅＦ₂からのＸｅＦ₂ガス放出速度は遅くても、ＸｅＦ₂ガスから成るエッチングガスをエッチング工程中にバッファータンク３５に多量に蓄積することができるから、犠牲層１３を短時間で除去することができる。
また、バッファータンク３５にエッチングガスを蓄積せず、ガス供給装置３１から供給されるエッチングガスが加熱されながら通過するように構成してもよい。
上記実施例では高融点金属がモリブデンの場合を説明したが、本発明は、タンタル薄膜やタングステン薄膜等の高融点金属薄膜のエッチングに適している。

本発明のエッチング装置の一例 (ａ)、(ｂ)：処理対象物の断面図 基板温度とエッチング速度の関係を示すグラフ 処理時間と圧力の関係を示すグラフ

符号の説明

１……エッチング装置
３……前処理室
４……紫外線照射装置
６……反応室
１１……処理対象物
１３……犠牲層
３１……ガス供給装置
３２……ボンベ加熱装置
３５……バッファータンク
３６……タンク加熱装置
３８……基板加熱装置
４７……回収装置（エッチングガス回収装置）

Claims (10)

1. 反応室と、
   ＸｅＦ₂ガス、ＣｌＦ₃ガス、又はＦ₂ガスのいずれか一種以上のガスを含有するエッチングガスを反応室に供給するガス供給装置と、
   前記反応室に供給される前記エッチングガスを５０℃以上９０℃以下の温度に加熱する加熱装置と、
   前記反応室内に搬入された処理対象物に紫外線を照射する紫外線照射装置とを有するエッチング装置。
2. 前記ガス供給装置から前記反応室に供給される前記エッチングガスが流れるバッファータンクを有し、
   前記加熱装置は前記バッファータンクを加熱するように構成された請求項１記載のエッチング装置。
3. 前記ガス供給装置は前記エッチングガスが充填されたガスボンベと、前記ガスボンベを６０℃以下の温度に加熱するボンベ加熱装置とを有する請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のエッチング装置。
4. 前記反応室には、前記エッチングガスを回収する回収装置が設けられた請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のエッチング装置。
5. 前記反応室に接続された前処理室と、
   前記前処理室内に位置する処理対象物を加熱する加熱装置を有する請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のエッチング装置。
6. 高融点金属薄膜をエッチングする高融点金属薄膜エッチング方法であって、
   反応室内に前記高融点金属薄膜が形成された処理対象物を配置した後、
   ＸｅＦ₂ガス、ＣｌＦ₃ガス、又はＦ₂ガスのいずれか一種以上のガスを含有するエッチングガスを前記反応室内に導入し、前記エッチングガスのプラズマを形成せずに、前記高融点金属薄膜の表面に紫外線を照射しながら前記高融点金属薄膜を前記エッチングガスに接触させるエッチング工程を行なう高融点金属薄膜エッチング方法。
7. 前記エッチング工程は、前記エッチングガスを導入する前に、前記反応室内に前記処理対象物が配置された状態で前記反応室内を真空排気して圧力を低下させる排気工程と、
   前記エッチングガスを導入する際には前記反応室内の真空排気を停止する反応工程とを有する請求項６記載の高融点金属薄膜エッチング方法。
8. 前記排気工程と前記反応工程とを複数回交互に繰り返し行なう請求項７記載の高融点金属薄膜エッチング方法。
9. 前記エッチングガスは、５０℃以上９０℃以下の温度にして前記真空雰囲気中に導入する請求項６乃至請求項８のいずれか１項記載の高融点金属薄膜エッチング方法。
10. 前記処理対象物は５０℃以上１２０℃以下の温度範囲に昇温させた状態で前記エッチングガスと接触させる請求項６乃至請求項９のいずれか１項記載の高融点金属薄膜エッチング方法。

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