JP2000021852A

JP2000021852A - プラズマエッチング電極及びプラズマエッチング装置

Info

Publication number: JP2000021852A
Application number: JP10182132A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ishii; 誠石井; Takayuki Suzuki; 孝幸鈴木; Yoshimitsu Watanabe; 善光渡辺
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコンウエハのエッチング時の金属汚染を
防止して半導体集積回路のライフタイム回復率、特に使
用開始直後のライフタイム回復率を大幅に向上できるプ
ラズマエッチング電極及びプラズマエッチング装置を提
供する。【解決手段】プラズマにより消耗する部分が、全反射
型蛍光Ｘ線分析装置で測定したＦｅの表面濃度５×１
０¹³atoms/cm²以下であるガラス状炭素からなるプラズ
マエッチング電極及びこのプラズマエッチング電極を有
してなるプラズマエッチング装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエハの加工
に利用されるプラズマエッチング装置及びその電極（以
下プラズマエッチング電極と称す）に関し、より詳細に
は反応室に高周波電力が印加され、かつエッチングガス
をシャワー状に分散させるためのガス吹き出し穴を有す
る上部電極と、該電極に対向してシリコンウエハが載置
される下部電極とを有する平行平板型プラズマエッチン
グ装置及びこの装置において前記高周波電力が印加され
る電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハに素子を形成するために、
エッチング処理が行われている。このエッチングを行う
装置として、プラズマエッチング装置が用いられてい
る。プラズマエッチング装置は、図１に示されるよう
に、真空容器１内に上部電極２および下部電極３が間隔
を置いて設けられており、下部電極３の上に被処理材と
してシリコンウエハ４を載置している。上部電極２はバ
ックプレート５とプラズマエッチング電極６とで構成さ
れており、それぞれにエッチングガスを流すためのガス
吹き出し穴７が設けられている。エッチングガスをガス
吹き出し穴７を通してシリコンウエハ４に向かって流し
ながら、高周波電源８により、上部電極２と下部電極３
の間に高周波電力を印加してプラズマ１１を形成する。
このプラズマによってシリコンウエハ４をエッチング
し、所定のパターンの素子を形成するものである。絶縁
リング９及びシールドリング１０は、アルミナあるいは
石英のような絶縁物からなり、シールドリング１０は、
プラズマエッチング電極６の取付用ビスをプラズマから
保護するため、プラズマエッチング電極６の外周部を覆
うように設置される。

【０００３】プラズマエッチング電極６は、使用するに
従いプラズマが発生している部分つまり対向しているシ
リコンウエハ４とほぼ同じ面積の部分が、プラズマによ
ってエッチングされ消耗する。そこで、ある程度プラズ
マエッチング電極６が消耗し、エッチング特性が規格を
外れる（エッチングの間にシリコンウエハ４上に異物粒
子等が付着）とプラズマエッチング電極６の使用を中止
し、新たな電極と交換する。

【０００４】従来、プラズマエッチング電極には、特開
昭６２−１０９３１７号公報に記載されているように、
炭素粒子の脱落がない、高純度であるという性質を利用
してガラス状炭素が使用されている。しかしながら最近
の半導体集積回路の高集積化に伴い、シリコンウエハの
エッチング後の形状がより高精度に制御されるようにな
ってきた。このため、半導体集積回路の歩留に相関があ
るシリコンウエハのライフタイム（シリコンウエハ中に
光等によって発生した少数キャリアが消滅するまでの時
間）回復率がより厳密に管理されるようになってきた。
それに伴ってライフタイム回復率に影響を及ぼすプラズ
マエッチング電極の不純物をより少なくすることが要求
されている。この対策として、特開平８−１３３７１５
号公報に示されるようにガラス状炭素製プラズマエッチ
ング電極を真空雰囲気で高温処理して高純度化すること
が行われたが、半導体集積回路のライフタイム回復率、
特にプラズマエッチング電極使用開始直後のライフタイ
ム回復率を大幅に向上するまでには至っていない。

【０００５】また、現在一般的に行われているプラズマ
エッチング電極の純度測定方法は下記に示す通りであ
る。（１）プラズマエッチング電極を灰化した後、その灰を
ＩＣＰ−ＭＡＳＳで不純物量を測定する。（２）プラズマエッチング電極を１０％塩酸に浸漬し
て、表面に付着している金属不純物を抽出した後、抽出
液中の金属不純物量をイオンクロマトグラフィで測定す
る。

【０００６】しかしながら、前記（１）の測定方法で
は、プラズマエッチング電極のバルクの純度は分かる
が、測定感度が低いため、半導体集積回路の製品歩留特
に使用直後の歩留との相関が分からなかった。また、前
記（２）の測定方法では、表面に付着している不純物量
しか測定できない。ところが表面に付着している不純物
は、電極取り付け時に行う空放電（ダミーのシリコンウ
エハを投入してプラズマを発生させること）で容易に除
去されるため、シリコンウエハの金属汚染に影響を及ぼ
さない。そのため製品歩留と不純物量に相関が認められ
なかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、シリコンウ
エハのエッチング時の金属汚染を防止して半導体集積回
路のライフタイム回復率、特に使用開始直後のライフタ
イム回復率を大幅に向上できるプラズマエッチング電極
及びプラズマエッチング装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマによ
り消耗する部分が、全反射型蛍光Ｘ線分析装置で測定し
たＦｅの表面濃度５×１０¹³atoms/cm²以下であるガ
ラス状炭素からなるプラズマエッチング電極に関する。
また本発明は、プラズマにより消耗する部分が、全反射
型蛍光Ｘ線分析装置で測定したＦｅの表面濃度１×１
０¹³atoms/cm²以下であるガラス状炭素からなるプラズ
マエッチング電極に関する。また本発明は、前記のプラ
ズマエッチング電極を有してなるプラズマエッチング装
置に関する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明のプラズマエッチング電極
は、プラズマにより消耗する部分が、全反射型蛍光Ｘ線
分析装置で測定したＦｅの表面濃度５×１０¹³atoms/
cm²以下に制御することが重要である。その理由は、こ
の値を超えると、プラズマエッチングの際、被エッチン
グ材であるシリコンウエハが電極消耗とともに飛散した
Ｆｅに汚染されるため、シリコンウエハに形成されてい
る半導体集積回路のライフタイム回復率が低くなってし
まうためである。さらに詳述すれば、本発明者らの検討
の結果、全反射型蛍光Ｘ線分析装置で測定されたＦｅ量
とライフタイム回復率には相関が認められ、全反射型蛍
光Ｘ線分析装置で測定したＦｅ量が前記の値を超える
と、プラズマエッチング電極の消耗と共に、プラズマ中
に飛散したプラズマエッチング電極表層部のＦｅがシリ
コンウエハに打ち込まれて、そこに形成されている半導
体集積回路のライフタイム回復率が低くなるためであ
る。なお、従来のガラス状炭素からなるプラズマエッチ
ング電極を、反射型蛍光Ｘ線分析装置で測定したＦｅの
表面濃度は、何れも５×１０¹³atoms/cm²を超えるもの
であった。

【００１０】ライフタイム回復率が、規格である８０％
より低くなる点から、前記全反射型蛍光Ｘ線分析装置で
測定したＦｅの表面濃度は１×１０¹³atoms/cm²以下に
制御することが好ましい。また、全反射型蛍光Ｘ線分析
装置で測定したＦｅのより好ましい表面濃度は１×１０
¹²atoms/cm²以下であり、さらに好ましい全反射型蛍光
Ｘ線分析装置で測定したＦｅの表面濃度は５×１０¹¹at
oms/cm²以下であり、特に好ましい全反射型蛍光Ｘ線分
析装置で測定したＦｅの表面濃度は２×１０¹¹atoms/cm
²以下である。なお、本発明においては、全反射型蛍光
Ｘ線分析に、テクノス(株)製全反射型蛍光Ｘ線分析装置
（型式ＴＲＥＸ６１０Ｔ）を用い、測定条件及びＸ線
源：電圧３０ＫＶ、電流２００ｍＡ、ターゲットタン
グステン、入射角０．０５°、時間５００秒で行っ
た。

【００１１】平行平板型のプラズマエッチング装置にお
けるプラズマエッチング電極の形状は一般に円板状であ
る。この一例を示す、プラズマ面側から見た正面図を図
２に示す。図２において、プラズマエッチング電極６
は、ガス吹き出し穴７と、取付穴１２を有している。本
発明において、プラズマにより消耗する部分がガラス状
炭素からなるプラズマエッチング電極とは、その円板全
体がガラス状炭素からなるものに加えて、プラズマによ
り消耗する部分、即ち円板の中央部分（ガス吹き出し穴
が設けられている範囲。例えば、図２における１３で示
される、内側の円で示される範囲の内部）がガラス状炭
素からなり、その外周（取付穴１２を有する範囲１４）
がその他の材料、例えば、アルミニウム等の金属などで
構成されるものを含む。

【００１２】本発明に用いるプラズマエッチング電極を
構成するガラス状炭素は、前記特性を満たすものであれ
ば、その原料及び製造法に特に制限はない。原料として
用いられる熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エ
ポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フラン樹脂、メ
ラミン樹脂、アルキッド樹脂、キシレン樹脂等を挙げる
ことができる。また、これら樹脂の混合物を用いること
もできる。これらの中で、フラン樹脂又はフェノール樹
脂が好ましい。

【００１３】熱硬化性樹脂の種類に応じて、硬化剤が用
いられる。硬化剤としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸
等の無機酸、ｐ−トルエンスルホン酸、メタンスルホン
酸等の有機スルホン酸、酢酸、トリクロロ酢酸、トリフ
ロロ酢酸等のカルボン酸等が挙げられる。硬化剤は熱硬
化性樹脂に対して０．００１〜２０重量％使用すること
が好ましい。

【００１４】前記熱硬化性樹脂は、必要に応じて前記硬
化剤を添加した後、目的とする形状に応じて各種成形方
法で成形した後、硬化処理する。この硬化は６０〜２０
０℃、より好ましくは７０〜１００℃の温度で熱処理し
て行うことが好ましい。

【００１５】必要に応じさらにプラズマエッチング電極
板としての所定の加工を行った後、高度に純化された治
具及び炉を用い不活性雰囲気中（通常、ヘリウム、アル
ゴン等の不活性ガスや窒素、水素、ハロゲンガス等の非
酸化性ガスの少なくとも一種の気体からなる酸素を含ま
ない雰囲気、又は真空下）において、好ましくは８００
〜３０００℃、より好ましくは１１００〜２８００℃の
温度で焼成炭化する。ついで好ましくは１３００〜３５
００℃の温度で熱処理しガラス状炭素を得ることができ
る。

【００１６】全反射型蛍光Ｘ線分析装置で測定したＦｅ
の測定値を本発明の範囲内とするための方法は特に制限
されないが、プラズマエッチング電極を、界面活性剤を
添加したフッ硝酸、濃硫酸、王水等の強酸で洗浄する方
法、ＨＣｌガス雰囲気中で高温の熱処理を行う方法等が
挙げられる。

【００１７】本発明のプラズマエッチング電極の大きさ
及び形状としては、特に制限されないが、外径１５０〜
４００mm、厚さが３〜１０mmの円板形のものが好まし
い。電極をプラズマエッチング装置に取付けるための外
周部の取付け穴は、８〜２４個設けられることが好まし
い。エッチングガスをシャワー状に分散させるためのガ
ス吹出し穴は、取付け穴より内周部に設けられることが
好ましい。このガス吹出し穴の大きさはエッチング条件
等により異なるが穴径で０．３〜２．０mmが好ましく、
穴数は１００〜３０００個が好ましい。穴の加工は、機
械加工、放電加工、超音波加工等で行うことができる。

【００１８】プラズマエッチング電極の形状とする加
工、ガス吹き出し穴の作製は、ガラス状炭素を得た後、
放電加工、超音波加工等で行うこともできる。本発明の
プラズマエッチング装置は、プラズマエッチング電極と
して上記のものを使うこと以外は特に制限はない。その
装置の一例としては、図１に示し、説明したものが挙げ
られ、図１において、プラズマエッチング電極６として
上記のプラズマエッチング電極を用いればよい。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。実施例１〜８原料樹脂にフェノール樹脂（日立化成工業(株)製、商品
名ＶＰ−１１２Ｎ）を用い、これに硬化剤としてトリク
ロロ酢酸８重量％を加え、７０℃の加熱下、直径５００
mmのアルミ製シャーレに注型して樹脂板を得た。この樹
脂板を７０℃で３日、９０℃で３日で加熱硬化した後、
１℃／分の昇温速度で最高９００℃で焼成炭素化し、次
いで昇温速度５℃／分で最高３０００℃で熱処理してガ
ラス状炭素を得た。得られたガラス状炭素平板に放電加
工によってガス吹き出し穴（穴径０．８mm、個数２００
０個）を形成した後、ラップ、ポリッシュで表面仕上げ
しプラズマエッチング電極の形状（外径Φ２０３mm、厚
さ３mm）とした。

【００２０】次いで濃度２６重量％のフッ化水素酸と濃
度６０重量％の硝酸と界面活性剤（旭硝子(株)製、商品
名サーフロンＳ１３１）を５：５：１に混合したフッ硝
酸に浸漬して超音波洗浄を行った。超音波洗浄時間を３
分〜１２０分の範囲で種々変えて全反射型蛍光Ｘ線分析
装置（テクノス(株)製、型式ＴＲＥＸ６１０Ｔ、測定条
件及びＸ線源：電圧３０ＫＶ電流２００ｍＡターゲ
ットタングステン入射角０．０５° 時間５００
秒）で測定してプラズマエッチング電極を得た。

【００２１】上記のプラズマエッチング電極をプラズマ
エッチング装置に取り付け、反応ガスとしてトリフロロ
メタン、フッ化メタンを各２０ＳＣＣＭ流し、電源周波
数４００KHz、反応チャンバー内のガス圧０．０５Torr
の条件でシリコンウエハのエッチング加工を行った。次
いでこのシリコンウエハに形成した半導体集積回路のラ
イフタイム回復率測定結果を表１に示す。なおライフタ
イム回復率は、レオ技研(株)製ライフタイム測定器を用
いて行った。

【００２２】実施例９〜１０及び比較例１〜２原料樹脂にフェノール樹脂（日立化成工業(株)製、商品
名ＶＰ−１１２Ｎ）を用い、これに硬化剤としてトリク
ロロ酢酸８重量％を加え、７０℃の加熱下、直径５００
mmのアルミ製シャーレに注型して樹脂板を得た。この樹
脂板を７０℃で３日、９０℃で３日で加熱硬化した後、
１℃／分の昇温速度で最高９００℃で焼成炭素化し、次
いで昇温速度５℃／分で最高３０００℃で熱処理してガ
ラス状炭素を得た。得られたガラス状炭素平板に放電加
工によってガス吹き出し穴（穴径０．８mm、個数２００
０個）を形成した後、ラップ、ポリッシュで表面仕上げ
しプラズマエッチング電極の形状（外径Φ２０３mm、厚
さ３mm）とした。次いで塩酸（濃度１０％）で５分〜３
０分超音波洗浄した後、さらに純水で３０分洗浄した。
これを全反射型蛍光Ｘ線分析装置で測定して本発明の範
囲内外のプラズマエッチング電極を得た。

【００２３】上記のプラズマエッチング電極を実施例と
同様にプラズマエッチング装置に取り付け、反応ガスと
してトリフロロメタン、フッ化メタンを各２０ＳＣＣＭ
流し、電源周波数４００KHz、反応チャンバー内のガス
圧０．０５Torrの条件でシリコンウエハのエッチング加
工を行った。次いでこのシリコンウエハに形成した半導
体集積回路のライフタイム回復率を測定した。測定結果
を表２に示す。なお、表１及び表２のＦｅ汚染量の測定
結果は、プラズマエッチング電極の面内５点の平均値を
示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】本発明のプラズマエッチング電極及びプ
ラズマエッチング装置は、シリコンウエハのエッチング
時の金属汚染を防止して半導体集積回路のライフタイム
回復率、特に使用開始直後のライフタイム回復率を大幅
に向上でき、半導体集積回路の生産歩留が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマエッチング装置の一例を示す
概略図である。

【図２】本発明のプラズマエッチング電極の一例を示す
正面図である。

【符号の説明】

１真空容器２上部電極３下部電極４シリコンウエハ５バックプレート６プラズマエッチング電極７ガス吹き出し穴８高周波電源９絶縁リング１０シールドリング１１プラズマ１２取付穴１３プラズマにより消耗する部分１４外周部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺善光茨城県日立市鮎川町三丁目３番１号日立化成工業株式会社山崎工場内Ｆターム(参考） 4G032 AA07 AA14 BA05 4K057 DA20 DB06 DD01 DM09 DN01 5F004 AA16 BA04 BB11 BB32 CA02 DA00 DA16 DB01 EB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマにより消耗する部分が、全反射
型蛍光Ｘ線分析装置で測定したＦｅの表面濃度５×１
０¹³atoms/cm²以下であるガラス状炭素からなるプラズ
マエッチング電極。
【請求項２】プラズマにより消耗する部分が、全反射
型蛍光Ｘ線分析装置で測定したＦｅの表面濃度１×１
０¹³atoms/cm²以下である請求項１記載のガラス状炭素
からなるプラズマエッチング電極。
【請求項３】請求項１又は２記載のプラズマエッチン
グ電極を有してなるプラズマエッチング装置。