JP2000144457A - 均一なエッチング面の形成を可能とするプラズマエッチング装置の電極板 - Google Patents

均一なエッチング面の形成を可能とするプラズマエッチング装置の電極板

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JP2000144457A
JP2000144457A JP10316108A JP31610898A JP2000144457A JP 2000144457 A JP2000144457 A JP 2000144457A JP 10316108 A JP10316108 A JP 10316108A JP 31610898 A JP31610898 A JP 31610898A JP 2000144457 A JP2000144457 A JP 2000144457A
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利玄 臂
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嘉信 中田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 均一なエッチング面の形成を可能とするプラ
ズマエッチング装置の電極板を提供する。 【解決手段】 複数の垂直貫通細孔を有する電極板を、
エッチング面と対向し、かつこれと所定間隔をもって配
置し、前記電極板の垂直貫通細孔からエッチングガスを
噴射すると共に、前記エッチング面と前記電極板の両表
面間にプラズマを発生させて、エッチングを行うプラズ
マエッチング装置の前記電極板を、一方向凝固した鋳造
組織を有する高純度シリコンからなり、かつ凝固方向に
そった平面をエッチング面との対向面としてなる電極板
で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、特に半導体装置
を構成する層間絶縁膜のエッチングに際して、高集積化
に伴う大面積化にもかかわらず、均一なエッチング面の
形成を可能とするプラズマエッチング装置の電極板に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に半導体装置の製造に際し
て、単結晶シリコンウエハの表面に、例えば酸化シリコ
ン(以下、SiO2 で示す)からなる層間絶縁膜を所定
の厚さで化学蒸着し、さらにその上にフォトレジスト膜
を局部的に形成し、前記層間絶縁膜のフォトレジスト膜
の形成のない部分をエッチング面としてエッチングを行
うことが行われている。また、この層間絶縁膜の部分的
エッチングは、図3に概略縦断面図で例示されるプラズ
マエッチング装置を用い、単結晶シリコンウエハの表面
に層間絶縁膜とフォトレジスト膜を形成してなる被エッ
チング板材を、チャンバ内の保持板上に載置して、複数
の垂直貫通細孔を有する電極板と所定間隔をもって正面
対向させ、前記電極板の背面には重ね合せた状態で同じ
く複数の垂直貫通細孔を有する高周波電力供給板が配置
されており、この状態で前記高周波電力供給板の背後か
らエッチングガスを導入して前記電極板の複数の垂直貫
通細孔からエッチングガスを前記被エッチング板材のエ
ッチング面に向けて噴射すると共に、前記電極板と前記
エッチング面間には高周波プラズマを発生させることに
より行われている。さらに上記プラズマエッチング装置
の電極板としては、例えば特公平7−40567号公報
や特開平5−267235号公報などに記載されるよう
に単結晶シリコンで構成されたものが用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の半導体装
置の高集積化はめざましく、これに伴い半導体装置を構
成する単結晶シリコンウエハも一段と大径化の傾向にあ
るが、このように大径化(大面積化)した単結晶シリコ
ンウエハに形成された層間絶縁膜の上記の従来プラズマ
エッチング装置を用いてのエッチングでは、エッチング
面が不均一化し、この結果層間絶縁膜のエッチング量に
表面的にバラツキが生じることから、製品歩留りの低下
は避けられず、かつ信頼性の面でも問題がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、大面積化したエッチング面の均
一なエッチングを図るべく、上記のプラズマエッチング
装置の電極板に着目し、研究を行った結果、プラズマエ
ッチング装置の電極板を、図4に概略斜視図で示される
結晶粒界のない単結晶シリコンからなる電極板素材(従
来電極板素材)から形成された電極板に代わって、同じ
く図1に概略斜視図で示される一方向凝固した鋳造組織
を有する高純度シリコンからなり、かつ凝固方向にそっ
た平面をエッチング面との対向面としてなる電極板素材
(本発明電極板素材)から形成された電極板で構成する
と、エッチング面と平行な方向に一方向凝固した鋳造組
織によって電極板を流れる高周波電流が全面的に均一化
し、この結果エッチング面と電極板の両表面間に発生す
るプラズマの強さが全面に亘って均一化するようになる
ことから、エッチング面の均一性が一段と向上し、単結
晶シリコンウエハを大径化しても、層間絶縁膜のエッチ
ングに局部的バラツキがほとんどなくなり、均一なエッ
チング面の形成を行うことができるようになるという研
究結果を得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、複数の垂直貫通細孔を有する電極
板をエッチング面と対向し、かつこれと所定間隔をもっ
て配置し、前記電極板の垂直貫通細孔からエッチングガ
スを噴射すると共に、前記エッチング面と前記電極板の
両表面間にプラズマを発生させて、エッチングを行うプ
ラズマエッチング装置の前記電極板を、一方向凝固した
鋳造組織を有する高純度シリコンからなり、かつ凝固方
向にそった平面をエッチング面との対向面としてなる電
極板で構成することにより均一なエッチング面の形成を
可能ならしめたプラズマエッチング装置の電極板に特徴
を有するものである。
【0006】また、この発明のプラズマエッチング装置
の電極板は、例えば図2に概略縦断面図で示される非酸
化性溶融炉を用い、まず、高純度シリコンを少量の例え
ばボロンなどのドープ材を加えて、外周および底面を鋳
型支持体(黒鉛製)で保持された石英鋳型内に装入し、
雰囲気ガス導入口からチャンバー内にArガスを導入
し、これを多数の細孔を有するガス拡散板(黒鉛製)を
通すことによって溶融雰囲気をArガス雰囲気とした状
態で、前記鋳型支持体の外周面および底面と、これにそ
って所定間隔をもって配置された断熱材(多孔質黒鉛
製)との間に全面に亘って設けたヒーター(黒鉛製)に
よって前記高純度シリコンを溶融し、溶融後、石英鋳型
外周にそって所定深さ位置ごとに設けた複数の熱電対に
よる温度測定と、この測定結果にもとづくヒーター出力
の鋳型上部、鋳型下部、および鋳型底面での個々の調整
を行いながら、チャンバー底面に設けた冷却ガス導入口
より導入したArガスで、鋳型底面を、多数のガス流通
細孔を有する冷却板(黒鉛製)を介して冷却して、鋳型
底面に凝固のための核を形成させ、この核を起点に前記
鋳型内の溶融高純度シリコンが鋳型底面から鋳型上部に
向って連続的に凝固するようにすることにより鋳型底面
に対して垂直の方向に一方向凝固した組織を有する高純
度シリコンインゴットを形成し、この高純度シリコンイ
ンゴットを凝固方向にそって縦に所定の厚さでスライス
して電極板素材(図1の本発明電極板素材)とし、これ
に研削加工、穴加工、エッチング処理、洗浄、さらに研
磨加工を施すことにより製造されるものである。
【0007】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明のプラズマエッ
チング装置の電極板を実施例により具体的に説明する。
まず、図2の非酸化性溶融炉にて、原料として純度:9
9.9999%のシリコンと純度:99.99%のドー
プ用ボロンを用い、これを石英鋳型内に装入し、Arガ
スを導入して炉内圧力を6700Paとし、ヒーターに
て溶融し、熱電対による温度管理でシリコンの溶融点直
上の1480〜1510℃に保持し、この状態で鋳型底
面、鋳型下部、および鋳型上部のヒーター出力を調整し
ながら、鋳型底面を冷却板を通して導入したArガスで
冷却して、前記鋳型内の溶融高純度シリコンを鋳型底面
から鋳型上部に向って1mm/minの凝固速度で部分
的に、かつ経時的に順次凝固させることにより鋳型底面
に対して垂直方向に一方向凝固した鋳造組織、および
幅:380mm×厚さ:190mm×高さ:390mm
の寸法を有し、かつドープ用ボロンを100ppmの割
合で含有した高純度シリコンインゴットを形成し、この
インゴットの外周を平面研削盤で研削して縦:375m
m×横:375mm×高さ:150mmの寸法とし、こ
れからワイヤーソーにて凝固方向にそって縦にスライス
して縦:375mm×横:375mm×厚さ:12mm
の寸法をもった平板を切り出し、この平板から円筒研削
盤および平面研削盤を用いて直径:365mm×厚さ:
11.2mmの電極板素材(図1参照)を形成し、この
電極板素材に、ダイヤモンドドリルとダイヤモンド切削
工具による穴加工、弗酸と硝酸と酢酸の混合液によるエ
ッチング処理、さらに超純水による洗浄と研磨加工を施
して、直径:340mmの円形範囲の中央部分に5mm
のピッチで直径:0.45mmの貫通細孔が形成され、
さらに前記貫通細孔の周辺部分には切り穴径:3.5m
m×ザグリ径:12mm×ザグリ深さ:6mmの取り付
け用穴が円周にそって等間隔で16個形成された本発明
電極板を製造した。また、比較の目的で、図4に示され
る単結晶シリコンで構成された従来電極板素材を用いる
以外は同一の条件で従来電極板を製造した。
【0008】つぎに、この結果得られた本発明電極板お
よび従来電極板のエッチング性能を評価する目的で、こ
れをそれぞれ図3のプラズマエッチング装置に装着し、
一方保持板上に載置される被エッチング板材として、鏡
面研磨表面に2μm膜厚でSiO2 膜を化学蒸着法によ
り形成してなる直径:300mm、同200mm、およ
び同150mmの3種の単結晶シリコンウエハを用意
し、この3種類の単結晶シリコンウエハについて、チャ
ンバ内を真空引きして0.05Paの雰囲気圧力とした
後で、CHClF3 とCF4 とArからなるエッチング
ガスをAr:300sccm、CHClF3 :15sc
cm、CF4 :15sccmの割合でチャンバ内に導入
して雰囲気圧力を50Paに維持しながら、高周波電源
から高周波電力供給板に1.5kwの高周波電力を供給
して、前記電極板と前記被エッチング板材のSiO2
間にプラズマを発生させ、このプラズマと前記エッチン
グガスによるエッチング処理を100秒間行い、前記S
iO2 膜をエッチングした。
【0009】エッチング処理後のSiO2 膜の残留厚さ
を、任意直径線上およびこれと直角線上の等間隔10個
所(A〜J位置)のそれぞれについて測定した。すなわ
ち前記被エッチング板材を任意直径方向およびこれと直
角方向に4分割し、前記A〜J位置のそれぞれから試料
を採取し、透過型電子顕微鏡にてSiO2 膜の残留厚さ
を測定した。これらの測定結果を表1に示した。
【0010】
【表1】
【0011】
【発明の効果】表1に示される結果から、本発明電極板
によれば、直径:150mmの被エッチング板材は勿論
のこと、直径が300mmと大径化してもSiO2 膜の
残留厚さに表面上位置的にほとんど変化はなく、均一な
エッチング面を形成することができるのに対して、従来
電極板では被エッチング板材が大径化すればするほどS
iO2 膜の残留厚さのバラツキが大きく、エッチングが
不均一になり、均一なエッチング面の形成が困難である
ことが明らかである。上述のように、この発明のプラズ
マエッチング装置の電極板は、エッチング面が大面積化
(大径化)してもエッチング面全面に亘っての均一なエ
ッチングを可能とするものであるから、特に半導体装置
の高集積化にも十分満足に対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】一方向凝固鋳造組織を有する高純度シリコンか
らなり、かつ凝固方向にそった平面をエッチング面との
対向面としてなる本発明電極板素材の概略斜視図であ
る。
【図2】一方向凝固鋳造組織を有する高純度シリコンイ
ンゴットの製造装置を示す概略縦断面図である。
【図3】プラズマエッチング装置を示す概略縦断面図で
ある。
【図4】単結晶シリコンからなる従来電極板素材の概略
斜視図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 嘉信 埼玉県大宮市北袋町1−297 三菱マテリ アル株式会社総合研究所内 (72)発明者 森 保 兵庫県三田市テクノパーク12−6 三菱マ テリアル株式会社三田工場内 Fターム(参考) 4K057 DA11 DB06 DB15 DB20 DD01 DE06 DE08 DE14 DM09 DN01 5F004 AA01 BB32 DA01 DA23 DB03

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の垂直貫通細孔を有する電極板を、
    エッチング面と対向し、かつこれと所定間隔をもって配
    置し、前記電極板の垂直貫通細孔からエッチングガスを
    噴射すると共に、前記エッチング面と前記電極板の両表
    面間にプラズマを発生させて、エッチングを行うプラズ
    マエッチング装置の前記電極板を、一方向凝固した鋳造
    組織を有する高純度シリコンからなり、かつ凝固方向に
    そった平面をエッチング面との対向面としてなる電極板
    で構成したことを特徴とする均一なエッチング面の形成
    を可能とするプラズマエッチング装置の電極板。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014147262A1 (de) 2013-03-22 2014-09-25 Schott Ag Rohling aus silizium, verfahren zu dessen herstellung sowie verwendung desselben
DE102013107189A1 (de) 2013-03-22 2014-09-25 Schott Ag Rohling aus Silizium, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verwendung desselben
JP2015106652A (ja) * 2013-11-29 2015-06-08 三菱マテリアル株式会社 プラズマ処理装置用シリコン電極板及びその製造方法

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WO2014147262A1 (de) 2013-03-22 2014-09-25 Schott Ag Rohling aus silizium, verfahren zu dessen herstellung sowie verwendung desselben
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