JP2000514246A - 低圧プラズマ反応装置内における透明電極のドライエッチング法 - Google Patents

低圧プラズマ反応装置内における透明電極のドライエッチング法

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Abstract

(57)【要約】 基板上に堆積されたインジウム−錫系酸化物(ITO)層を低圧プラズマ反応装置内でドライエッチングする方法が開示される。当該方法は、ITO層を有してなる基板を低圧プラズマ反応装置内へ載置する工程と、低圧プラズマ反応装置内へエッチング原料ガスを導入する工程と、低圧プラズマ反応装置内でエッチング原料ガスからプラズマを励起させる工程と、プラズマでITO層をエッチングする工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】 低圧プラズマ反応装置内における透明電極のドライエッチング法 発明の背景 本発明は、プラズマ反応装置内におけるインジウム−錫系酸化物(ITO)層 のエッチングに関する。更に詳しくは、本発明は、例えば変成器結合プラズマ( TCP;商標)反応装置のような低圧、高密度プラズマ反応装置内におけるIT O層部の改良ドライエッチング法に関する。 光学素子及び集積回路(IC)の製造において、酸化錫にインジウムが添加さ れたインジウム−錫系酸化物(ITO)が好んで使用される理由は、その導電率 の高さ、良好な光学的透過性に依るものと思われる。早くから、ITO薄膜は航 空機の窓用透明電熱器、計器板上の静電防止被膜として一般に使用されていた。 以来、その用途は広がり、今日では、耐反射被膜、熱反射鏡、透明電磁遮蔽被膜 、透明電極、例えばヘテロ接合太陽電池のような光電子工学装置及び光起電性装 置、例えば受光素子のような各種電気的デバイス及び光導波路における透明電極 等に使用されている。ITOの多様な用途に関しては、例えばS.A.Knic kerbocker及びA.K.Kulkarniによる「Calculati on Of The Figure Of Merit For Indium Tin Oxide Films Based On Basic Theo ry(基礎理論に基づくIT0薄膜の良度指数に関する考察)」(1995年J. Vac.Sci.Technology.発行、第13巻第3号第1048乃至 1052頁において更に詳しく記載されている。 各種用途の中で最も注目されている分野は、例えば壁掛けテレビ又はラップト ップ型コンピュータ等におけるフラットパネルディスプレイ、例えば高解像度モ ニタ、ビューファインダ、細密画素プロジェクタ(fine−pixel pr ojector)等のような薄膜トランジスタ−液晶ディスプレイ等の製造に関 するものである。説明のために、ITOからなる層を有してなる代表的なパネル 部100の断面図を図1Aに示す。フラットパネルディスプレイの一部であるパ ネル部100は、ガラス基板106を有してなる。ガラス基板106としては、 例えばミシガン州、ダウコーニング社(Dow Corning Corp.) 製の320×340mm2ダウコーニング7059(Dow Corning7 059;登録商標)ガラス基板又はダウコーニング1739(Dow Corn ing 1739;登録商標)ガラス基板が代表的であり、またそのようなガラ ス基板は当業者には公知のものである。ガラス基板は、SiO2すなわち低温ガ ラス又は高温型石英を包含するものである。ガラス基板106上には、積層体が 形成され、その一部が図1Aにインジウム−錫系酸化物(ITO)層104とし て示されている。ITO層104上には、フォトレジスト層102が示されてい る。 ここで図示したデバイス形状は、単に説明を目的として、単純化して描かれて いることを特記する。図示の複数層の上、下、あるいは層間に他の付加的な層が 存在していても良い。更に、図示の層全部が必ずしも必要という訳ではなく、一 部又は全部が他の異なる層により置換されていても良い。ここで図示及び説明さ れるデバイスに係る各層は、当業者にとって容易に認識しうるものであり、また 多数の好適且つ公知な任意薄膜形成法により形成することができるものである。 そのような形成法としては、化学蒸着法(CVD)、プラズマ励起(plasma −etched)化学蒸着法(PECVD)、並びにスパッタリングのような物理 蒸着法(PVD)等を挙げることができる。 典型的なITOエッチングプロセスにおいては、好適なフォトレジスト処理技 術を用いてフォトレジスト層がまず初めにパターン形成される。そのようなフォ トレジスト処理技術としては、例えば、コンタクト式又はステッパー式のリソグ ラフィー装置内でフォトレジスト材料を露光する工程と、続くエッチングプロセ スを容易にするためのマスクを形成するためにフォトレジスト材料を現像する工 程とからなるフォトレジスト層102のパターン形成法を挙げることができる。 続いて、好適なエッチング剤を使用することにより、ITO層104において前 記マスクにより覆われていない領域をエッチング除去することができる。 エッチングが行われる間、フォトレジスト層102の一部、ITO層104、 並びに、基板106の一部は(ITO層104領域をエッチングするために)い ずれも、ITO層104のエッチングに使用されるべきエッチング剤であるプラ ズマに晒される。ITOエッチングプロセスにおいて、ITOとガラス及び/又 はフォトレジストとの間で高度の選択性が得られない場合は、ITOを保護する フォトレジスト形状及び/又は下地層であるガラス基板の一部が不作為なエッチ ングを受け除去されてしまい、このことがITO層に係るエッチング解像度に悪 影響を与える。ITO層のエッチング解像度は、製品である表示装置の「品質」 及び操作に直接影響するので、高い選択性を有するエッチングプロセスが望まれ ている。 窒化ケイ素(SiNx)に対するITOの高選択性も同様に望まれる。説明の ため、図1Bに薄膜アレイデバイス200を示す。このデバイスは、例えば光ス イッチとして機能するものである。このデバイスにおいて、ITO層の一部は画 素電極とのコンタクトとして利用される。ここで図1Bを参照すると、装置20 0の構成要素として、第一電極層204が示されている。この電極層は、例えば クロムにより構成され、ガラス基板202上に堆積される。第一電極層204上 には、ゲート誘電体層216が堆積されており、この層は、例えば窒化ケイ素及 び/又は二酸化ケイ素により構成される。 ゲート誘電体層216上には、活性層206が堆積されており、この層は、例 えばアモルファスシリコンにより構成される。ゲート誘電体層216上にはオー ミック接触層208が堆積されている。オーミック接触層208としては、例え ば、リンを不純物として添加した(n+)アモルファスシリコンを挙げることが できる。またオーミック接触層208は、第二電極層210の下に形成されるも のである。窒化ケイ素(SiNx)等からなる不活性化層212は、第二電極層 210上に堆積されている。 不活性化層212を貫通するコンタクトホール214は、画素電極218を、 その下にある第二電極層210と電気的に接触させるものである。画素電極21 8はITOを含んでなり、ITO材料をブランケット堆積法(blanket deposition)により堆積させた後、エッチバック法により形成させる ものである。 画素電極218を形成するために、ブランケット堆積させたITO層をエッチ ングすることにより、ITO層の一部が除去される。しかしながら、画素電極コ ンタクトのエッチング中、ITO層及び不活性化層212の一部は、エッチング 剤であるプラズマに晒されるので、不活性化層212が若干除去される。所望し ていない窒化ケイ素除去を避けるために、窒化ケイ素に対するITOの選択性を 高めることが一般に望まれている。 従来のITOエッチングプロセスにおいては、ITOのエッチング生成物が容 易に揮発しないことから、ドライエッチング法は一般に好ましいものとされてい ない。ドライエッチング法が採用される場合、該法は、例えば平行平板電極を使 用する典型的に高圧(>100mTorr)、低束密度のプラズマ反応装置内で実 施され、該反応装置内部にエッチング原料ガスが導入されエッチングが行われる 。更に、従来の高圧、低密度のドライエッチングプロセスは、幾つかの欠点を有 することが知られている。有機ガス、例えばメタン、アセトン、エタノール及び メタノール等を使用する従来の高圧、低密度のエッチングプロセスは、放電時の 高濃度炭化水素ラジカルに起因するポリマー生成の影響を被る場合がある。従来 のITOエッチングプロセスにおいては、揮発性の有機金属化合物が生じること となり、この化合物が反応装置内部に付着し、反応室洗浄の際にこれら化合物を 除去することが困難になる傾向がある。実際、これら化合物の除去は一般に、煩 雑で時間のかかる作業であり、エッチング反応装置のスループットを低下させる ものである。 一方、塩素、ヨウ素、臭素等のハロゲンを高圧、低束密度下で使用する従来エ ッチングプロセスにおいては、エッチング速度が非常に低くなる傾向があり、ま た同様に除去が困難な固体状エッチング副産物が生じる傾向がある。エッチング 原料ガスとしては臭化水素、ヨウ化水素等が使用されてきたが、従来技術におい ては、それらは高圧、低密度な条件の下に使用されており、このような条件のた め、基板を予熱する付加的な工程が必要であった。基板の予熱は、一方ではIT O材料の揮発性を高め、エッチ加工を容易にさせるものであるが、他方では、エ ッチングプロセスに付加的な工程を発生させるものであるため、従来のドライエ ッチング技法における経済的利点を減少させるものであった。また予熱により保 護フォトレジストの形状構造が、損傷又は網状化することも確認されている。 上記幾つかの問題点により、従来ITOプロセスにおいては、ウェットエッチ ング法が一般に好適とされていた。しかしながら、周知の如く、ウェットエッチ ング法もまた、幾つかの問題を有するものである。例えば、該法に係るエッチン グ速度は低く、ITOのシート抵抗に対する依存性が高くなる傾向がある。更に 、ウェットエッチングに係る条件は危険なものである場合が往々にしてあり、安 全性に大きな問題があるエッチング溶液の処理に係る問題もある。 更に、ウェットエッチング法によりITO層の均一エッチングを達成すること は困難である場合が多い。また、上載フォトレジスト及び/又は例えば窒化ケイ 素のようなITO層周囲の層に対するエッチング選択性は、ウェットエッチング 技法においては低い。上記考察から、望まれることは、プラズマ処理室内におい てITO層を効率的にエッチングするための改良された方法及び装置である。 発明の要旨 前記目的を達成するために、本発明は低圧プラズマ反応装置を使用してITO のドライエッチングを行なう方法を提供するものである。 一態様においては、本発明は、基板上に堆積されたインジウム−錫系酸化物( ITO)層のドライエッチングを、低圧、誘電結合プラズマ反応装置内で実施す る方法に関する。当該方法は、ITO層が形成された基板を低圧プラズマ反応装 置内へ載置する工程、エッチング原料ガスを低圧プラズマ反応装置内へ導入する 工程、低圧プラズマ反応装置内でエッチング原料ガスからプラズマを励起する工 程、 並びに、プラズマでITO層をエッチングする工程を含んでなる。 他の態様において、本発明は、インジウム−錫系酸化物(ITO)層及びIT O層下の窒化ケイ素層が形成された基板のドライエッチングを、低圧、誘導結合 プラズマ反応装置内で実施する方法に関する。当該方法は、ITO層及び窒化ケ イ素層を備えた基板を低圧プラズマ反応装置内へ載置する工程、前記低圧プラズ マ反応装置内へエッチング原料ガスを導入する工程、低圧プラズマ反応装置内で エッチング原料ガスからプラズマを励起する工程、並びに、プラズマでITO層 をエッチングする工程を含んでなる。 本発明に係る上記及び他の特徴を、添付図面を参照しつつ、以下の発明の詳細 な説明の項においてより詳細に説明する。 図面の簡単な説明 図1Aは、説明のために、インジウム−錫系酸化物(ITO)からなる層を含 有するフラットパネルディスプレイのパネル部を示す側断面図である。 図1Bは、説明のために、インジウム−錫系酸化物(ITO)層を用いた他の デバイスである、単一薄膜トランジスタアレイを示す側断面図である。 図2は、本発明の一実施形態において、ITO又は酸化錫のエッチングに好適 な変成器結合プラズマ(TCP;商標)反応装置の断面図である。 図3は、本発明の一実施形態において、インジウム−錫系酸化物(ITO)又 は酸化錫を含有する基板のエッチングに利用されるTCP(商標)反応装置に係 る各種操作パラメータを示す表である。 図4は、本発明の一実施形態において、本発明に係るエッチングプロセスによ り得られた結果の一部を示す表である。 好適な実施形態の詳細な説明 本発明は、低圧プラズマ反応装置内におけるインジウム−錫系酸化物(ITO )層のエッチングに関して記載される。以下の説明において、本発明の内容を明 確 にするために、多数の具体的詳細が例示される。しかしながら、本発明は、これ らの具体的詳細の一部又は全部を伴わずとも具現化しうるものであることは、当 業者にとっては自明である。また、本発明を必要以上に不明確にさせないために 、公知プロセス工程については詳細な説明は避けた。 本発明によるインジウム−錫系酸化物(ITO)層のエッチングは、この後説 明するように、ITO層を有する任意種の基板上で実施することが可能である。 一例として、本発明により、少なくとも一のITO層を有してなり、厚さ1.1 mm、320×340mm2である方形ガラス基板のエッチングを行なうことが 可能である。また別例としては、本発明の技法により、円形シリコン基板上に堆 積されたITO層のエッチングを行なうことが可能である。 図2は、本発明の一態様を構成するITOエッチングに使用される低圧高密度 プラズマ処理装置である変成器結合プラズマ(TCP;商標)装置を示したもの である。説明を容易にするため、カリフォルニア州フリーモント市のラムリサー チコーポレーシヨン(Lam Research Corporation)製 のコンティニュアム(Continuum;商標)として知られるTCP(商標 )装置が使用され、ここで説明される。しかしながら、本発明は、この特定のT CP(商標)装置の構成に限定されないことに留意すべきである。例えば、本発 明は、サイクロトロン共鳴(ECR)装置、ヘリコン、ヘリカル共振器等を利用 するものを含む、任意の高密度低圧プラズマ反応装置内において実施可能なもの として企図されるものである。 図2において、TCP(商標)装置298は反応室300を有する。反応室3 00上には誘電窓306及びコイル304が配置されている。誘電窓306は、 任意の好適な誘電材料で構成することができる。しかしながら、一実施形態にお いては、誘電窓は石英で構成される。コイル304は平面形、もしくは反応装置 形状に合わせて適宜成形されたものであって良く、例えば13.56MHzもし くは他の好適周波数でRF発生器302により、典型的にはマッチングネットワ ーク(図面を単純化するために非図示)を介して印加される。 反応室300の内部には、プラズマ処理領域340があり、この領域は誘電窓 306と基板310との間に存在するものである。チャック312上に基板31 0を固定するためにクランプ342が設けられている。クランプ342は機械的 クランプであり、静電的な固定が行われろ場合には、省略されても良い。また、 幾つかの態様においては、このような固定操作は必須のものではない。チャック 312は典型的に、アルミニウム加工片であり、好ましくは無線周波数発生器3 08により(この場合もまた典型的にマッチングネットワークを介して)バイア ス印加されるものである。一実施形態において、RF発生器308は周波数13 .56MHzで動作して基板310上へDCバイアスを印加するものであり、こ のDCバイアスは基板方向へのイオン移動を促進するものである。 チャック312はポート326を備えていても良く、このポートはチャック3 12下方から基板とチャックとの界面まで伸展しているものである。ポート32 6は、ヘリウム又は幾つかの他のガス等の伝熱ガスを基板とチャックとの界面へ 供給するために利用され、その結果、プラズマ処理中、基板310の温度を所望 のレベルに維持することが可能となる。 反応室300はガス導入口324を有しており、この導入口はチャック312 の基台周囲のガス分配器320と連結していても良い。ガス分配器320は、エ ッチング原料ガスをプラズマ処理領域340内へ吐出するための開口330及び 332を有するガスリングであって良い。また、ガス分配器320は、任意の好 適な形状を採ることができ、例えばシャワーヘッドが採用されても良い。更に、 ガス導入口324及びガス分配器320両者は、処理室に対して任意の好適位置 へ設置可能なものである。 本発明の一態様において、エッチング原料ガスとしては、例えばHBr、HC l、HI、Br2、I2及び/又はCl2、あるいはこれらの混合物を採用するこ とができる。例えば酸素のような添加剤が導入されても良く、このような添加剤 は例えばガラス、フォトレジスト又は窒化ケイ素等の他層に対するITOの選択 性を向上させるものであると考えられる。 入口316及び出口318が付設されたターボ分子ポンプ314は、プラズマ 処理領域340内のガスを排気し、所望の反応装置圧を維持するものである。タ ーボ分子ポンプ314は、約200乃至約5000sccmの反応ガスの供給が 続いている間、典型的にはコンティニュアム(Continuum;商標)のよ うな装置を0.1乃至100mTorrの圧力まで排気する能力を有するもので ある。 本発明の一実施形態において、チャック312は、流体導入口346及び流体 導出口348を有する温度制御ユニット(TCU)344を備えている。これら の出入口を介して、グリコール又は脱イオン水のような流体が好適温度にてチャ ック312へ供給され、その結果、チャック312が所望の温度に維持されるも のである。 TCP装置298における典型的なエッチングプロセスは、基板が例えば機械 的又は静電的なクランプ342により反応室内部340のチャック312上へ固 定されて開始される。エッチング原料ガスは、ガス導入口324を介して反応室 300内へ導入され、ガスリング320内を移動し、開口330及び332から 放出される。 少なくともRF発生器302が動作することにより、電極として機能するコイ ル304が附勢される。更に、RF発生器308が動作することにより、第二電 極として機能するチャック312が附勢される。RFエネルギーはコイル304 から誘電窓306を介して伝搬され、プラズマ処理領域340へ到達し、この領 域で反応室300内のガスをプラズマ状態へ転換することによりプラズマを発生 させるものである。チャック312が附勢されている場合、このチャック/電極 からのエネルギーは、基板方向へ向かう付加的な運動量をプラズマ内のイオンへ 更に与えるものである。 チャック312及び基板310が、プラズマと共に一種のダイオードとして機 能することは明らかである。チャック312がRF発生器308により附勢され るとき、基板上面において、負電荷DC電圧からなるシースを発生させるように RFがチャック312によって整流される。かようにして基板表面が負にバイア スされる結果、基板表面へイオンが引き寄せられ、主としてバイアス電圧により 決定されるエネルギーを持ってイオンが基板表面を衝撃するものである。この作 用により、ITOエッチングが強化され、エッチング剤であるプラズマと接触す る任意の他層もある程度エッチングされるものである。 ITO層のエッチングは、停止点に到達するまで継続される。一実施形態にお いて、好適な波長領域に感応するフォトダイオードを備えた狭帯域光フィルター (又はモノクロメータ;monochrometer)が、例えば、プラズマ中 のインジウムからの光放出を観測するために利用される。ITOエッチングの完 了は、410nmにおける放出の顕著な減少が確認された時点で決定される。 図3は、本発明の一実施形態において、320×340mm2のガラス基板上 に堆積されたITO薄膜をエッチングする際に採用される近似パラメータを示す 表である。図3に示されるITOエッチングプロセスパラメータは、圧力、プラ ズマ密度、RFバイアス電力(すなわちチャック電極への電力)及び流量を包含 している。また図3は、より好ましいITOエッチングを達成するべく制御され る付随的パラメータであるチャック温度も包含している。他の基板サイズ及び/ 又は反応室容積にも対応できるように、例えばbias/cm2及び/又はfl ow/cm2等へのパラメータの近似換算も可能であり、このことは当業者にと っては自明である。 圧力とは、エッチング工程中、プラズマ反応装置300内部で測定された圧力 である。圧力が低すぎる場合は、基板をエッチングするための反応物が十分に供 給されないため、結果としてエッチング速度が低くなる。一方、圧力が高い場合 は、必要なイオン束及びイオンエネルギーを得ることが難しく、結果として、例 えばITO層とエッチング剤であるプラズマと接触するその近傍層との間におけ るような層間選択性が往々にして低いものとなる。従って、最適圧力とは、高い ITOエッチング速度と、近傍層に対するITO高選択性との最良の組み合わせ を与えるものである。しかしながら、一般に、本発明においては従来技術におけ る場合よりも相当に低い圧力を採用するものである。一実施形態において、エッ チング原料ガスの圧力は、約0.1mTorr乃至約100mTorr、好まし くは約3乃至約15mTorr、より好ましくは約5mTorrである。 プラズマ密度とは、プラズマ処理領域340における陽イオン密度である。プ ラズマ密度は、RF発生器302出力(すなわちTCP(商標)電力)の関数で ある。TCP電力を大きくすると、高密度プラズマが発生する傾向にあり、他の パラメータにも依存するこの高密度プラズマにより、基板へ向かう大きなイオン 束が発生し、その結果ITOのエッチング速度が増大する。しかしながら、一実 施形態においては、本発明は従来技術よりも相当に高い密度のプラズマを扱うも のである。本発明の一態様によれば、プラズマ密度は概して約1E10乃至約1 E12cm-3、好ましくは約5E10乃至約5E11cm-3、より好ましくは約 1E11cm-3である。一方、従来のITOドライエッチングは、典型的に、1 E10cm-3より小さいプラズマ密度で実施されるものである。 RFバイアス電力は、RF発生器308の出力として定義される。表3におい て、RFバイアス電力は、W(ワット)及びW/cm2基板(ワット/平方セン チメートル基板)の単位で示されている。RFバイアス電力は、陽イオン束が基 板表面へ衝突する際のエネルギーを決定する。好適レベルのRFバイアス電力に より、他層との選択性を損なわずに基板からITOを除去するに十分なイオンエ ネルギーが与えられる。320×340mm2基板のエッチングに適合するRF バイアス電力は、概して約100乃至4000ワット、好ましくは約500乃至 2500ワット、より好ましくは約1250ワットである。ワット/平方センチ メートル基板の場合は、RFバイアス電力は、概して約0.09乃至約3.7W /cm2基板、好ましくは約0.46乃至約2.30W/cm2、より好ましくは 約1.15W/cm2である。より大きな基板が用いられる場合は、RFバイア ス電力は、所望のエッチング結果を得ることができるように適宜換算される。 前記コンティニュアム(Continuum;商標)プラズマ処理反応装置に おいて、プラズマ密度はTCP電力により制御され、基板へのバイアスは底部電 力により制御される。二つの電力源が相互に影響を及ぼし合う間は、一方が調整 されるとき他方は一定に保たれる。本発明において、基板310へのイオンの衝 突は、RF発生器308の電力を変化させ、RF発生器302の電力を一定に維 持することによりしかるべく制御される。この方法において、本発明は、基板上 のITOを含む積層体を、他の反応パラメータ、例えばエッチング特性に不利な 影響を与えうる圧力又は束密度へ影響を及ぼすことなくイオン衝撃が制御された 条件下でエッチングすることができるものである。 RF発生器308の周波数は約100KHz乃至約40MHzであり、典型的 に約100乃至約400ボルトの範囲にある所望レベルのイオン衝撃エネルギー を与えるものである。一実施形態において、前述の如く、RF発生器308の周 波数は概して13.56MHzである。例えば、圧力又は束密度のようなエッチ ング特性に不利な影響を及ぼしうる他の反応パラメータに影響を及ぼすことなく 、イオン衝撃を独立に制御しうるこの独特の特徴により、本発明は従来法とは一 線を画す利点を有するものである。 流量とは、反応室300内へ流入するエッチング原料ガスの流量であり、また 調整可能なものである。320×340mm2基板のエッチングに関して、流量 は、概して約40乃至約2000sccm、好ましくは約100乃至約1000 sccm、より好ましくは約200sccmである。sccm/平方センチメー トル基板の場合は、概して約0.04乃至約1.84sccm/cm2、より好 ましくは約0.092乃至約0.92sccm/cm2、更に好ましくは約0. 18sccm/cm2である。前述の如く、エッチング原料ガスは、例えばHB r、HCl、HI、Br2、I2及び/又はCl2を包含する。一実施形態におい て、酸素のような添加剤がエッチング原料ガスに添加される場合は、添加剤の総 流量は、エッチング原料の総流量に対して約5%乃至約10%である。 ITOのプラズマ(すなわちドライ)エッチングに係る従来法においては、I TOエッチングによる副産物(例えばハロゲン化インジウム;indium h allide)は一般に低温では揮発しないので、エッチングを容易にするため にプラズマ又はヒーターにより例えば200℃又はそれ以上に基板を予熱する必 要があった。予熱工程はより揮発性のエッチング生成物を得る点においては功を 奏するが、ITOと共にフォトレジストも、所望されない侵食を受けることとな る。従って、ITO層のエッチング速度を増大させることは、フォトレジスト形 状の維持を犠牲にすることであった。 本発明の一態様よれば、低圧、高密度プラズマ処理室内において、約150℃ 以下、特に80℃以下の基板温度でITO層のエッチングを行なうことにより、 予測を超えて驚異的に、フォトレジストの過度の浸食が防止され、その間もIT Oエッチング速度が高い状態に維持されることが発見された。一実施形態におい て、チャック温度は、例えばTCUユニット344を介して、約40℃乃至約8 0℃に維持され、基板温度も同一範囲内となるものである。他の実施形態におい て、チャック温度は、約40℃に維持され、従って基板温度も同様に約40℃と なるものである。本発明は、パネル全体の加熱を必要とせずに、パネル表面から ITOの副産物を除去するために高イオン束を利用する。高イオン束は、ITO エッチング生成物を表面から遊離させるものであり、低圧、高コンダクタンス( high conductance)運転により生成物が基板上へ再堆積するこ となく処理室から排出される。 本発明に係る低圧、高密度な条件下においては、約1500乃至約4000オ ングストローム/分のITOエッチング速度を達成可能であることが確認されて いる。これらのITOエッチング速度は、従来のITOエッチング法により達成 される速度よりも約一桁大きいという利点がある。更に重要な点は、従来のIT Oエッチング法とは異なり、本発明エッチング法により得られる高エッチング速 度は、ガラス及び/又は窒化ケイ素及び/又はフォトレジストに対するITOの 選択性を低下させることなく得られる点にある。 更に本発明のITOエッチング法は、均一なイオン束の利用及び(チャック温 度の制御を介する)基板温度制御に起因して、従来ITOに係る技法に比べて優 れたエッチング均一性をもたらすものである。一実施形態において、エッチング 均一性は、平均エッチング速度に関して約5%乃至約10%である。エッチング 均一性は、(Max−Min)/(Max+Min)×100%として定義され 、ここでMaxはエッチングされる表面全域にわたる最高エッチング速度であり 、Minはエッチングされる表面全域にわたる最低エッチング速度である。高均 一エッチングは一般に望ましいものであるので、上記結果は、本発明に係る低圧 、高密度なエッチング法の更なる利点を殊更際立たせるものである。 ITO側壁に関して所望のエッチング断面を更に徹底して得ることができる点 も、本発明のもう一つの利点である。一実施形態において、ITOエッチング断 面は、約45°乃至約90°のテーパ角を有するものである。テーパ角はフォト レジストの関数と考えられ、フォトレジスト自体も一般に約70°のエッチング 前テーパ角を有するものである。更に重要な点は、ITO層のアンダーカットが 生じないことが確認されている点にある。ITO層のアンダーカットが発生しな いことは、より等方性を呈する方法で(従来のドライエッチング又は湿式化学作 用の)高圧条件のもとに一般に実施されていた従来ITOエッチング法を凌駕す る本発明の利点を更に示すものである。 図4は、ITOを堆積した各種基板試料を本発明に係る低圧、高密度エッチン グ法によりエッチングして得られた測定結果の幾つかを示すものである。幾つか の試料においては、例えば約4000オングストローム/分のITOエッチング 速度を達成することが可能である。フォトレジストに対するITOのエッチング 選択性は、幾つかに試料において、約3:1であり、ガラスに対するITO層の 選択性は、幾つかの試料において、約10:1である。窒化ケイ素に対するIT Oのエッチング選択性もまた、幾つかの試料において、10:1であり、エッチ ング断面は、幾つかの試料において、約45°乃至約90°であり、ITO層に おいて観測可能なアンダーカットは殆ど発生しない。エッチング速度均一性は、 幾つかの試料において、平均エッチング速度に関して約5%である。 以下の実施例において、320×340mm2のITO堆積基板のエッチング を実施している間、(頂部電極及び底部電極各々に供給される電力に対応する) TCP(商標)電力及びRFバイアス電力を変化させた場合、幾つかのエッチン グ結果が得られた。これらの実施例は、最適なエッチング結果を得るためにどの 程度の電力を好適に変化させうるものであるかを単に例示するのみであり、如何 なる場合においても、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。 実施例1 表1においては、145×145mm2試料をCl2及びHBrで処理した場合 のITOエッチング特性を、「TCP電力」に相当するRF発生器302電力と 、RFバイアス電力に相当するRF発生器308電力との関数として評価した。 以下のパラメータ、すなわちエッチング原料ガス圧力(約5mTorr)、エッチ ング原料ガス流量(約100sccm)、チャック温度(約40℃)は一定とした 。これらのプロセスに関する選択性も評価した。 前述の如く、表1に係るエッチングは、ラムリサーチ社のTCP(商標)94 00プラズマエッチング装置を使用して145mm×145mmの基板試料上で 実施した。前記のエッチング装置は、320mm×340mm基板のエッチング に使用される典型的な装置における反応室容積の約20%の反応室容積を持つも のである。異なる反応装置及び異なる基板におけるエッチングに適合するように 、反応装置容積及び/又は基板サイズに対して幾つかのパラメータを換算するこ とができろ。例えば、表1に記載のTCP電力は、異なる反応装置間でほぼ同一 のイオン密度の値を維持するように、反応装置容積に対して、ある態様において は線形的に換算することが可能である。 表1においては、二つの化学特性に関してITOエッチング速度はほぼ同様で あるが、フォトレジストに対するITOの選択性は、幾つかの電カ条件下では、 HBrによる化学特性を利用するプロセスの方が、ほぼ一桁大きい。最も高い電 カ条件、すなわちTCP電力600W及びRFバイアス電力300Wの条件下に おいては、HBr処理の場合、2500オングストローム/分(Å/min)を 越えるITOエッチング速度を得ることができ、同時にフォトレジストに対する ITO選択性は0.9:1となる。前述の記載から明らかなように、頂部電力と 底部電力との割合と同様に、総電力量を適宜調整することにより、エッチング速 度及び/又は選択性を向上させることができる。例えば、底部電力/cm2基板 に関する以下の値、すなわち0.24、0.48、0.95、1.43は、異な る基板サイズ及び/又は反応室容積に対応するように、一実施形態においては線 形的に換算することが可能である。 HBrを使用するプロセスにおけるエッチング断面は、約55°乃至約60° のテーパ角を有する(エッチング前のフォトレジスト角70°の場合)。 実施例2 320mm×340mmの基板用に設計されたTCP(商標)源を利用する低 圧エッチング反応装置内で、ITO層を含有する基板のエッチングを実施した。 エッチング原料ガスとしてHBr及びCl2を以下の条件下、すなわちエッチン グ原料ガス圧力=8mTorr、TCP電力=3000ワット、RFバイアス電 力1000ワット(0.92W/cm2)、HBr流量=200sccm、Cl2流 量=200sccm、チャック電極温度=40℃、ヘリウムポート326におけ るヘリウム圧力=6Torrからなる条件下で使用した。本プロセスにおいて光 学的終点は、410nmのインジウム放出強度を利用して検出した。以下の結果 、すなわち2330Å/minのエッチング速度、平均値に関して約6.1%以 内のエッチング均一性、テーパ角約70°のエッチング断面、約2.5:1のガ ラスに対するITO選択性が得られた。 前記範囲近傍にある操作パラメータに関して、RFバイアス電力を低下させた 場合、ガラスに対する選択性が向上することが確認された。例えば、RFバイア ス電力を約1000ワットから約300ワットに減少することにより、ITOエ ッチング速度を約1300Å/minに維持したまま、ガラスに対するITO選 択性を約2.5:1から約3.6:1に向上させることができる。従って、RF バイアス電力を減少させることは、ITOエッチング速度を過度に低下させるこ となく、ガラスに対するITO選択性を向上させる好適な方法の一つであると考 えることができる。 また、ガラスに対するITO選択性は、添加剤として酸素をエッチング原料ガ スに添加するか、又は、その添加量を増加させることにより向上させることがで きる。例えば、10sccmの酸素ガスを添加剤としてエッチング原料ガスに添 加することにより、ITOエッチング速度が約1710Å/minに維持された まま、ガラスに対するITO選択性は、約4:1まで向上する。 以上、本発明を幾つかの好適な実施形態により説明してきたが、本発明におい ては、その範囲に包含される代替、置換及び等価物が存在する。例えば、本発明 の教示により当に容易にITOの代わりに酸化錫をエッチングすることも可能で ある。本発明の方法及び装置の具現化に関しては多くの代替的手段が存在するこ とも特記する。従って、以下に添付の請求の範囲は、本発明の本質的な精神及び 範囲内に属する当該全ての代替、置換及び等価物を包含するものとして解釈され ることを意図するものである。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成10年7月21日(1998.7.21) 【補正内容】 請求の範囲 1. 基板上に堆積されたインジウム−錫系酸化物(ITO)層をドライエッチ ングする方法であって、 前記ITO層を有してなる前記基板を低圧プラズマ反応装置内へ載置する工程と 、 前記低圧プラズマ反応装置内へエッチング原料ガスを導入する工程と、 前記低圧プラズマ反応装置内において前記エッチング原料ガスからプラズマを励 起させる工程と、 前記低圧プラズマ反応装置内において約100mTorr以下の圧力でかつ約1 50℃以下の前記基板の温度で前記プラズマにより前記ITO層をエッチングす る工程とを含む方法。 2. 前記低圧プラズマ反応装置が、低圧高密度プラズマ反応装置である請求項 1の方法。 3. 前記低圧高密度プラズマ反応装置が、変成器結合プラズマ反応装置である 請求項2の方法。 4. 前記低圧プラズマ反応装置が、低圧誘導結合プラズマ反応装置である請求 項1の方法。 5. 前記基板の温度が約80℃以下である請求項1の方法。 6. 前記基板の温度が約40℃乃至約80℃である請求項1の方法。 7. 前記基板の温度が約40℃である請求項1の方法。 8. 前記基板が前記ITO層の下に窒化ケイ素層を有してなる請求項1の方法 。 9. 前記基板が前記ITO層の上にフォトレジスト層を有してなる請求項1の 方法。 10.前記基板が前記ITO層の下に更にガラス層を有してなる請求項9の方法 。 11.前記エッチング工程が、約0.1乃至約100mTorrの反応室圧力下 で実施される請求項1の方法。 12.前記エッチング工程が、約3乃至約15mTorrの反応室圧力下で実施 される請求項11の方法。 13.前記エッチング工程が、約5E10乃至5E11cm-3のプラズマ密度下 で実施される請求項12の方法。 14.前記エッチング工程が、約5mTorrの反応室圧力下で実施される請求 項1の方法。 15.前記エッチング工程が、約E10乃至約E12cm-3のプラズマ密度下で 実施される請求項1の方法。 16.前記エッチング工程が、約5E10乃至約5E11cm-3のプラズマ密度 下で実施される請求項15の方法。 17.前記エッチング原料ガスが、HBr、HCl、HI、Br2、I2及びCl2 からなる群より選択された一又はそれ以上のものを含んでなる請求項1の方法 。 18.前記エッチング原料ガスが、添加剤酸素を更に含んでなる請求項1の方法 。 19.インジウム−錫系酸化物(ITO)層を堆積させてなるガラス基板をドラ イエッチングする方法であって、 前記ITO層を具備する前記ガラス基板を低圧プラズマ反応装置内へ載置する工 程と、 前記低圧プラズマ反応装置内へエッチング原料ガスを導入する工程と、 前記低圧プラズマ反応装置内において前記エッチング原料ガスからプラズマを励 起させる工程と、 前記低圧プラズマ反応装置内において約100mTorr以下の圧力でかつ約1 50℃以下の前記基板の温度で前記プラズマにより前記ITO層をエッチングす る工程とを含む方法。 20.前記エッチング工程が、約3乃至約15mTorrの反応室圧力下で実施 される請求項19の方法。 21.前記エッチング工程が、約5E10乃至約5E11cm-3のプラズマ密度 下で実施される請求項19の方法。 22.前記ガラス基板の温度が、前記エッチング工程の間、約[150]80℃ 以下である請求項19の方法。 23.基板上に堆積された窒化ケイ素層と、前記窒化ケイ素層の上に堆積された 酸化錫含有層とを有してなる基板から電子デバイスを作製する方法であって、 前記酸化錫含有電極層及び前記窒化ケイ素層を具備する前記基板を低圧誘導結合 プラズマ反応装置内へ載置する工程と、 前記低圧誘導結合プラズマ反応装置内へエッチング原料ガスを導入する工程と、 前記低圧誘導結合プラズマ反応装置内において前記エッチング原料ガスからプラ ズマを励起させる工程と、 約150℃以下の前記基板の温度で前記プラズマにより前記酸化錫含有透明電極 層をエッチングする工程とを含む方法。 24.前記酸化錫含有層がインジウムを更に含んでなる請求項23の方法。 25.前記酸化錫含有層が透明電極層である請求項23の方法。 26.前記エッチング工程が、約3乃至約15mTorrの反応室圧力下で実施 される請求項23の方法。 27.前記エッチング工程が、約5E10乃至約5E11cm-3のプラズマ密度 下で実施される請求項23の方法。 28.前記基板の温度が、前記エッチング工程の聞、約80℃以下である請求項 23の方法。 29.前記エッチング原料ガスがHBrからなる請求項23の方法。 30.前記エッチング原料ガスがCl2からなる請求項23の方法。 31.前記エッチング原料ガスがO2及びエッチング原料からなり、前記エッチ ング原料がHBr及びCl2のいずれか一である請求項23の方法。 32.基板上に堆積されたインジウム−錫系酸化物(ITO)層をドライエッチ ングする方法であって、 前記ITO層を有してなる前記基板を低圧プラズマ反応装置内へ載置する工程と 、 前記低圧プラズマ反応装置内へエッチング原料ガスを導入する工程と、 前記低圧プラズマ反応装置内において前記エッチング原料ガスからプラズマを励 起させる工程と、 約3乃至約15mTorrの反応室圧力下でかつ約150℃以下の前記基板の温 度で前記プラズマにより前記ITO層をエッチングする工程とを含む方法。 33.前記低圧プラズマ反応装置が変成器結合プラズマ反応装置である請求項3 2の方法。 34.前記低圧プラズマ反応装置が低圧誘導結合プラズマ反応装置である請求項 32の方法。 35.(補正)前記基板の温度が、前記エッチング工程の間、約80℃以下であ る請求項32の方法。 36.前記基板の温度が、前記エッチング工程の間、約40℃乃至約80℃であ る請求項35の方法。 37.前記基板の温度が、前記エッチング工程の間、約40℃である請求項36 の方法。 38.前記基板が、前記ITO層の下にガラス層を更に含んでなる請求項36の 方法。 39.前記エッチング工程が、約5E10乃至約5E11cm-3のプ ラズマ密度下で実施される請求項36の方法。 40.前記エッチング工程が、約0.1乃至約100mTorrの反応室圧力下 で実施される請求項36の方法。 41.前記エッチング工程が、約5E10乃至約5E11cm-3のプラズマ密度 下で実施される請求項40の方法。 42.前記基板が前記ITO層の下に窒化ケイ素層を有してなる請求項32の方 法。 43.前記基板が前記ITO層の上にフォトレジスト層を有してなる請求項32 の方法。 44.前記エッチング工程が、約5mTorrの反応室圧力下で実施される請求 項32の方法。 45.前記エッチング工程が、約E10乃至約E12cm-3のプラズマ密度下で 実施される請求項32の方法。 46.前記エッチング工程が、約5E10乃至約5E11cm-3のプラズマ密度 下で実施される請求項45の方法。 47.前記エッチング原料ガスが、HBr、HCl、HI、Br2、I2及びCl2 からなる群より選択された一又はそれ以上のものを含んでなる請求項32の方 法。 48.前記エッチング原料ガスが添加剤酸素を更に含んでなる請求項32の方法 。
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 基板上に堆積されたインジウム−錫系酸化物(ITO)層をドライエッチ ングする方法であって、 前記ITO層を有してなる前記基板を低圧プラズマ反応装置内へ載置する工程と 、 前記低圧プラズマ反応装置内へエッチング原料ガスを導入する工程と、 前記低圧プラズマ反応装置内において前記エッチング原料ガスからプラズマを励 起させる工程と、 前記低圧プラズマ反応装置内において約100mTorr以下の圧力で前記プラ ズマにより前記ITO層をエッチングする工程とを含む方法。 2. 前記低圧プラズマ反応装置が、低圧高密度プラズマ反応装置である請求項 1の方法。 3. 前記低圧高密度プラズマ反応装置が、変成器結合プラズマ反応装置である 請求項2の方法。 4. 前記低圧プラズマ反応装置が、低圧誘導結合プラズマ反応装置である請求 項1の方法。 5. 前記基板の温度が約150℃以下である請求項1の方法。 6. 前記基板の温度が約40℃乃至約80℃である請求項1の方法。 7. 前記基板の温度が約40℃である請求項1の方法。 8. 前記基板が前記ITO層の下に窒化ケイ素層を有してなる請求項1の方法 。 9. 前記基板が前記ITO層の上にフォトレジスト層を有してなる請求項1の 方法。 10.前記基板が前記ITO層の下に更にガラス層を有してなる請求項9の方法 。 11.前記エッチング工程が、約0.1乃至約100mTorrの反応室圧力下 で実施される請求項1の方法。 12.前記エッチング工程が、約3乃至約15mTorrの反応室圧力下で実施 される請求項11の方法。 13.前記エッチング工程が、約5E10乃至5E11cm-3のプラズマ密度下 で実施される請求項12の方法。 14.前記エッチング工程が、約5mTorrの反応室圧力下で実施される請求 項1の方法。 15.前記エッチング工程が、約E10乃至約E12cm-3のプラズマ密度下で 実施される請求項1の方法。 16.前記エッチング工程が、約5E10乃至約5E11cm-3のプラズマ密度 下で実施される請求項15の方法。 17.前記エッチング原料ガスが、HBr、HCl、HI、Br2、I2及びCl2 からなる群より選択された一又はそれ以上のものを含んでなる請求項1の方法 。 18.前記エッチング原料ガスが、添加剤酸素を更に含んでなる請求項1の方法 。 19.インジウム−錫系酸化物(ITO)層を堆積させてなるガラス基板をドラ イエッチングする方法であって、 前記ITO層を具備する前記ガラス基板を低圧プラズマ反応装置内へ載置する工 程と、 前記低圧プラズマ反応装置内へエッチング原料ガスを導入する工程と、 前記低圧プラズマ反応装置内において前記エッチング原料ガスからプラズマを励 起させる工程と、 前記低圧プラズマ反応装置内において約100mTorr以下の圧力で前記プラ ズマにより前記ITO層をエッチングする工程とを含む方法。 20.前記エッチング工程が、約3乃至約15mTorrの反応室圧力下で実施 される請求項19の方法。 21.前記エッチング工程が、約5E10乃至約5E11cm-3のプラズマ密度 下で実施される請求項19の方法。 22.前記ガラス基板の温度が、前記エッチング工程の間、約150℃以下であ る請求項19の方法。 23.基板上に堆積された窒化ケイ素層と、前記窒化ケイ素層の上に堆積された 酸化錫含有層とを有してなる基板から電子デバイスを作製する方法であって、 前記酸化錫含有電極層及び前記窒化ケイ素層を具備する前記基板を低圧誘導結合 プラズマ反応装置内へ載置する工程と、 前記低圧誘導結合プラズマ反応装置内へエッチング原料ガスを導入する工程と、 前記低圧誘導結合プラズマ反応装置内において前記エッチング原料ガスからプラ ズマを励起させる工程と、 前記プラズマにより前記酸化錫含有透明電極層をエッチングする工程とを含む方 法。 24.前記酸化錫含有層がインジウムを更に含んでなる請求項23の方法。 25.前記酸化錫含有層が透明電極層である請求項23の方法。 26.前記エッチング工程が、約3乃至約15mTorrの反応室圧力下で実施 される請求項23の方法。 27.前記エッチング工程が、約5E10乃至約5E11cm-3のプラズマ密度 下で実施される請求項23の方法。 28.前記基板の温度が、前記エッチング工程の間、約80℃以下である請求項 23の方法。 29.前記エッチング原料ガスがHBrからなる請求項23の方法。 30.前記エッチング原料ガスがCl2からなる請求項23の方法。 31.前記エッチング原料ガスがO2及びエッチング原料からなり、前記エッチ ング原料がHBr及びCl2のいずれか−である請求項23の方法。 32.基板上に堆積されたインジウム−錫系酸化物(ITO)層をドライエッチ ングする方法であって、 前記ITO層を有してなる前記基板を低圧プラズマ反応装置内へ載置する工程と 、 前記低圧プラズマ反応装置内へエッチング原料ガスを導入する工程と、 前記低圧プラズマ反応装置内において前記エッチング原料ガスからプラズマを励 起させる工程と、 約3乃至約15mTorrの反応室圧力下で前記プラズマにより前記ITO層を エッチングする工程とを含む方法。 33.前記低圧プラズマ反応装置が変成器結合プラズマ反応装置である請求項3 2の方法。 34.前記低圧プラズマ反応装置が低圧誘導結合プラズマ反応装置である請求項 32の方法。 35.前記基板の温度が、前記エッチング工程の間、約150℃以下である請求 項32の方法。 36.前記基板の温度が、前記エッチング工程の間、約40℃乃至約80℃であ る請求項35の方法。 37.前記基板の温度が、前記エッチング工程の間、約40℃である請求項36 の方法。 38.前記基板が、前記ITO層の下にガラス層を更に含んでなる請求項36の 方法。 39.前記エッチング工程が、約5E10乃至約5E11cm-3のプラズマ密度 下で実施される請求項36の方法。 40.前記エッチング工程が、約0.1乃至約100mTorrの反応室圧力下 で実施される請求項36の方法。 41.前記エッチング工程が、約5E10乃至約5E11cm-3のプラズマ密度 下で実施される請求項40の方法。 42.前記基板が前記ITO層の下に窒化ケイ素層を有してなる請求項32の方 法。 43.前記基板が前記ITO層の上にフォトレジスト層を有してなる請求項32 の方法。 44.前記エッチング工程が、約5mTorrの反応室圧力下で実施される請求 項32の方法。 45.前記エッチング工程が、約E10乃至約E12cm-3のプラズマ密度下 で実施される請求項32の方法。 46.前記エッチング工程が、約5E10乃至約5E11cm-3のプラズマ密度 下で実施される請求項45の方法。 47.前記エッチング原料ガスが、HBr、HCl、HI、Br2、I2及びCl2 からなる群より選択された一又はそれ以上のものを含んでなる請求項32の方 法。 48.前記エッチング原料ガスが添加剤酸素を更に含んでなる請求項32の方法 。
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