JP2004079959A

JP2004079959A - プラズマエッチング用シリコン電極板

Info

Publication number: JP2004079959A
Application number: JP2002241962A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Ishii; 石井　利昇; Takashi Yonehisa; 米久　孝志
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】従来よりも長時間エッチングレートの均一性を保つことができるプラズマエッチング用シリコン電極板を提供する。
【解決手段】単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは一方向凝固組織を有する柱状晶シリコンからなりガス穴部開口部２を有するシリコン電極基板１と、このガス穴部分開口部２に炭化珪素からなる貫通細孔ガス穴５を有するガス穴パーツ３をはめ込んでなるプラズマエッチング用シリコン電極板１０であって、前記ガス穴部開口部２にはめ込まれた前記ガス穴パーツ３は交換可能である。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、長時間プラズマエッチングを行っても均一なエッチングを行うことの出来るプラズマエッチング用シリコン電極板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造する際に、シリコンウエハ上に形成された層間絶縁膜をエッチングする必要があるが、この層間絶縁膜付きシリコンウエハ（以下、ウエハと呼ぶ）をエッチングするためにプラズマエッチング用シリコン電極板が使用されている。そのプラズマエッチング用シリコン電極板９は、図４の一部断面概略説明図に示されるように、単結晶シリコン、多結晶シリコン、または一方向凝固組織を有する柱状晶シリコンからなるシリコン電極基板１１の厚さ方向に平行に貫通細孔ガス穴５が設けられた構造を有している。このプラズマエッチング用シリコン電極板９は真空容器（図示せず）内のほぼ中央に固定し、一方、架台６の上にウエハ４を載置し、エッチングガス７を貫通細孔ガス穴５を通してウエハ４に向って流しながら高周波電圧を印加することによりシリコン電極基板１とウエハ４の間にプラズマ８を発生させ、このプラズマ８がウエハ４に作用させてウエハ４の表面をエッチングするようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかるウエハ４のプラズマエッチング操作を長時間行うと、プラズマエッチング用シリコン電極板９も同時にエッチングされ、特にシリコン電極基板１１の厚さ方向に平行に設けられている貫通細孔ガス穴５は、一部断面説明図である図５に示されるように、プラズマに接する面の貫通細孔ガス穴５が下広がりになるように拡大消耗し、さらに、その消耗の程度もプラズマの濃度差によって差が生じ、プラズマ濃度の最も高い中心部に位置する貫通細孔ガス穴は周辺部に位置する貫通細孔ガス穴に比べて消耗が激しく、そのためにウエハ４の表面のエッチングレートが中心部と周辺部とで不均一になる。この現象は、長時間プラズマエッチングを行うほど顕著になり、特に、近年、プラズマ８の密度を均一に保持しウエハ４のエッチングレートを均一に保つことが要求される場合では、一枚のプラズマエッチング用シリコン電極板９を使用する時間が極めて短く限定されており、プラズマエッチング用シリコン電極板９の消耗量が少ないにもかかわらず早期に交換しなければならない。そして交換したプラズマエッチング用シリコン電極板９はスクラップとなるために無駄な使い方がなされている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、かかる観点から、長時間プラズマエッチングを行っても均一なエッチングを行うことの出来るプラズマエッチング用シリコン電極板を得るべく研究を行った。その結果、
図２の断面図に示されるように、ガス穴部開口部２を有するシリコン電極基板１を作製し、このガス穴部開口部２にシリコンに比べて消耗の少ない炭化珪素からなる貫通細孔ガス穴５を有するガス穴パーツ３をはめ込んで図１の断面図に示されるプラズマエッチング用シリコン電極板１０を作製し、このプラズマエッチング用シリコン電極板１０を用いてウエハをエッチングすると、シリコンに比べて消耗の少ない炭化珪素からなるガス穴パーツの貫通細孔ガス穴５は拡大消耗することが少なく、そのために長時間プラズマエッチングしてもエッチングの均一性が確保される、という知見を得たのである。
【０００５】
この発明は、かかる知見に基づいてなされたものであって、
単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは一方向凝固組織を有する柱状晶シリコンからなりガス穴部開口部を有するシリコン電極基板と、このガス穴部分開口部に炭化珪素からなる貫通細孔ガス穴を有するガス穴パーツをはめ込んでなるプラズマエッチング用シリコン電極板であって、前記ガス穴部開口部にはめ込まれた前記ガス穴パーツは交換可能であるプラズマエッチング用シリコン電極板、に特徴を有するものである。
【０００６】
この発明のプラズマエッチング用シリコン電極板を図面に基づいて一層詳細に説明する。
図１は、この発明のプラズマエッチング用シリコン電極板の断面説明図であり、図２はその組立て前の断面説明図である。図２において、１はシリコン電極基板、２はシリコン電極基板に形成されたガス穴部開口部、３はガス穴パーツである。
シリコン電極基板１は単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは一方向凝固組織を有する柱状晶シリコンからなり、ガス穴パーツ３は炭化珪素からなる。シリコン電極基板１には、図２に示されるように、ガス穴部開口部２が形成されている。このガス穴部開口部２は大径穴部２１と小径穴部２２からなり、一方、ガス穴パーツ３は大径部３１、小径部３２および貫通細孔ガス穴５からなり、この貫通細孔ガス穴５を有するガス穴パーツ３をガス穴部開口部２にはめ込むと、ガス穴パーツ３の大径部３１はガス穴部開口部２の大径穴部２１に嵌合し、ガス穴パーツ３の小径部３２はガス穴部開口部２の小径穴部２２に嵌合するようになっており、プラズマエッチング用シリコン電極板をプラズマエッチング装置に装着した場合に、ガス穴パーツ３が脱落しないようになっている。
【０００７】
図３は、シリコン電極基板１にガス穴パーツ３０を装着した別態様のこの発明のプラズマエッチング用シリコン電極板１０である。図３におけるシリコン電極基板１に設けられたガス穴部開口部２は上広がりテーパを有しており、このテーパを有するガス穴部開口部２に、ガス穴部開口部２とは逆のテーパを有する炭化珪素からなるガス穴パーツを嵌合させたものである。その他の符号は先に図１または２で説明したのと同じであるからその説明は省略する。
このようにして作製したプラズマエッチング用シリコン電極板は、貫通細孔ガス穴を有するガス穴パーツが消耗の少ない炭化ケイ素により作られているために、長時間使用しても貫通細孔ガス穴の消耗が少なく、したがって、長時間使用してもエッチングレートの均一性を保つことができる。また、長時間使用して貫通細孔ガス穴が拡大消耗し、中心部と周辺部とのエッチングレート差が大きくなってその許容範囲を越えることがあれば、嵌合しているガス穴パーツを交換することにより簡単に解決することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施例１
直径：２８０ｍｍの単結晶シリコンインゴットを用意し、このインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：５ｍｍに輪切り切断し、直径：２８０ｍｍ、厚さ：５ｍｍを有する寸法の単結晶シリコン電極基板を作製し、この単結晶シリコン電極基板に、図２に示される直径：４ｍｍの大径穴部２１と直径：２ｍｍの小径穴部２２のからなるガス穴部開口部２を形成した。
【０００９】
さらに、平均粒径：５μｍを有する炭化ケイ素粉末を燒結することにより直径：４ｍｍの大径部３１と直径：２ｍｍの小径部３２を有する焼結体を作製し、この焼結体に直径：０．５ｍｍの貫通細孔ガス穴５を形成して炭化ケイ素からなるガス穴パーツ３を作製した。このガス穴パーツ３をガス穴部開口部２にはめ込むことにより本発明プラズマエッチング用シリコン電極板（以下、本発明電極板という）１を作製した。
【００１０】
さらに、先に作製した直径：２８０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する単結晶シリコン電極基板に直径：０．５ｍｍの貫通細孔ガス穴を８ｍｍ間隔で形成することにより従来プラズマエッチング用シリコン電極板（以下、従来電極板１という）を作製した。
さらに、予めＣＶＤ法によりＳｉＯ_２層を表面に形成したウエハを用意した。
【００１１】
この本発明電極板１および従来電極板１をそれぞれプラズマエッチング装置にセットし、さらにＳｉＯ_２　層を形成したウエハをプラズマエッチング装置にセットし、
チャンバー内圧力：１０^−１Ｔｏｒｒ、
エッチングガス組成：９０ｓｃｃｍＣＨＦ_３＋４ｓｃｃｍＯ_２＋１５０ｓｃｃｍＨｅ、
高周波電力：２ｋＷ、
周波数：２０ｋＨｚ、
の条件で、ウエハ表面のＳｉＯ_２　層のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始直後、エッチング開始から５０時間経過後、１００時間経過後、１５０時間経過後、２００時間経過後、２５０時間経過後、３００時間経過後のそれぞれの時点でのウエハの最も深くエッチングされた中心部の深さ：Ａを測定し、さらにウエハの最も浅くエッチングされた周辺部の深さ：Ｂを測定し、このＡおよびＢの測定値を（Ａ−Ｂ）／Ｂ×１００（％）の式に代入し求めた値（以下、エッチングレートという）を表１に示し、ウエハのプラズマエッチングの均一性を評価した。
【００１２】
【表１】

【００１３】
表１に示される本発明電極板１を使用してウエハ表面のＳｉＯ_２　層をプラズマエッチングした結果と従来電極板１を使用してウエハ表面のＳｉＯ_２　層をプラズマエッチングした結果を比較すると、本発明電極板１を使用して３００時間プラズマエッチングした場合のエッチングレートは従来電極板１を使用して３００時間プラズマエッチングした場合のエッチングレートに比べてその値が小さいところから、本発明電極板１は従来電極板１よりもウエハ表面を長時間プラズマエッチングを行うことができることがわかる。
【００１４】
実施例２
溶融・凝固法により直径：３００ｍｍの多結晶シリコンインゴットを作製し、このシリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーにより切断したのち、研削加工およびポリッシング加工を施して直径：２８０ｍｍ、厚さ：５ｍｍを有する寸法の多結晶シリコン電極基板を作製し、この多結晶シリコン電極基板に、図２に示される直径：５ｍｍの大径穴部２１と直径：２．５ｍｍの小径穴部２２のからなるガス穴部開口部２を形成した。
【００１５】
さらに、平均粒径：８μｍを有する炭化ケイ素粉末を燒結することにより直径：５ｍｍの大径部３１と直径：２．５ｍｍの小径部３２からなる焼結体を作製し、この焼結体に直径：０．４ｍｍの貫通細孔ガス穴５を形成して炭化ケイ素からなるガス穴パーツ３を作製した。このガス穴パーツ３をガス穴部開口部２にはめ込むことにより本発明電極板２を作製した。
【００１６】
さらに、先に作製した直径：２８０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する多結晶シリコン電極基板に直径：０．４ｍｍの貫通細孔ガス穴を１０ｍｍ間隔で形成することにより従来電極板２を作製した。
さらに、予めＣＶＤ法によりＳｉＯ_２層を表面に形成したウエハを用意した。
【００１７】
この本発明電極板２および従来電極板２をそれぞれプラズマエッチング装置にセットし、さらにＳｉＯ_２　層を形成したウエハをプラズマエッチング装置にセットし、
チャンバー内圧力：１０^−１Ｔｏｒｒ、
エッチングガス組成：９０ｓｃｃｍＣＨＦ_３＋４ｓｃｃｍＯ_２＋１５０ｓｃｃｍＨｅ、
高周波電力：２ｋＷ、
周波数：２０ｋＨｚ、
の条件で、ウエハ表面のＳｉＯ_２　層のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始直後、エッチング開始から５０時間経過後、１００時間経過後、１５０時間経過後、２００時間経過後、２５０時間経過後、３００時間経過後のそれぞれの時点でのウエハの最も深くエッチングされた中心部の深さ：Ａを測定し、さらにウエハの最も浅くエッチングされた周辺部の深さ：Ｂを測定し、このＡおよびＢの測定値を（Ａ−Ｂ）／Ｂ×１００（％）の式に代入し求めたエッチングレートを表２に示し、ウエハのプラズマエッチングの均一性を評価した。
【００１８】
【表２】

【００１９】
表２に示される本発明電極板２を使用してウエハ表面のＳｉＯ_２　層をプラズマエッチングした結果と従来電極板２を使用してウエハ表面のＳｉＯ_２　層をプラズマエッチングした結果を比較すると、本発明電極板１を使用して３００時間プラズマエッチングした場合のエッチングレートは従来電極板２を使用して３００時間プラズマエッチングした場合のエッチングレートに比べてその値が小さいところから、本発明電極板２は従来電極板２よりもウエハ表面を長時間プラズマエッチングを行うことができることがわかる。
【００２０】
実施例３
直径：２８０ｍｍの柱状晶シリコンインゴットを用意し、このインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：５ｍｍに輪切り切断し、直径：２８０ｍｍ、厚さ：５ｍｍを有する寸法の柱状晶シリコン電極基板を作製し、この柱状晶シリコン電極基板に、図２に示される直径：６ｍｍの大径穴部２１と直径：３ｍｍの小径穴部２２のからなるガス穴部開口部２を形成した。
【００２１】
さらに、平均粒径：３μｍを有する炭化ケイ素粉末を燒結することにより直径：６ｍｍの大径部３１と直径：３ｍｍの小径部３２を有する焼結体を作製し、この焼結体に直径：０．４５ｍｍの貫通細孔ガス穴５を形成して炭化ケイ素からなるガス穴パーツ３を作製した。このガス穴パーツ３をガス穴部開口部２にはめ込むことにより本発明電極板３を作製した。
【００２２】
さらに、先に作製した直径：２８０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する柱状晶シリコン電極基板に直径：０．４５ｍｍの貫通細孔ガス穴を１２ｍｍ間隔で形成することにより従来電極板３を作製した。
さらに、予めＣＶＤ法によりＳｉＯ_２層を表面に形成したウエハを用意した。
【００２３】
この本発明電極板３および従来電極板３をそれぞれプラズマエッチング装置にセットし、さらにＳｉＯ_２　層を形成したウエハをプラズマエッチング装置にセットし、
チャンバー内圧力：１０^−１Ｔｏｒｒ、
エッチングガス組成：９０ｓｃｃｍＣＨＦ_３＋４ｓｃｃｍＯ_２＋１５０ｓｃｃｍＨｅ、
高周波電力：２ｋＷ、
周波数：２０ｋＨｚ、
の条件で、ウエハ表面のＳｉＯ_２　層のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始直後、エッチング開始から５０時間経過後、１００時間経過後、１５０時間経過後、２００時間経過後、２５０時間経過後、３００時間経過後のそれぞれの時点でのウエハの最も深くエッチングされた中心部の深さ：Ａを測定し、さらにウエハの最も浅くエッチングされた周辺部の深さ：Ｂを測定し、このＡおよびＢの測定値を（Ａ−Ｂ）／Ｂ×１００（％）の式に代入し求めたエッチングレートを表３に示し、ウエハのエッチングの均一性を評価した。
【００２４】
【表３】

【００２５】
表３に示される本発明電極板３を使用してウエハ表面のＳｉＯ_２　層をプラズマエッチングした結果と従来電極板３を使用してウエハ表面のＳｉＯ_２　層をプラズマエッチングした結果を比較すると、本発明電極板３を使用して３００時間プラズマエッチングした場合のエッチングレートは従来電極板３を使用して３００時間プラズマエッチングした場合のエッチングレートに比べてその値が小さいところから、本発明電極板３は従来電極板３よりもウエハ表面を長時間プラズマエッチングを行うことができることがわかる。
【００２６】
【発明の効果】
上述のように、この発明のプラズマエッチング用シリコン電極板を使用すると、従来よりも長時間均一なプラズマエッチングを行うことができるところから、プラズマエッチングによるプラズマエッチング用シリコン電極板交換回数を大幅に減らすことができ、半導体装置産業の発展に大いに貢献しうるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のプラズマエッチング用シリコン電極板を説明するための断面説明図である。
【図２】この発明のプラズマエッチング用シリコン電極板の製造方法を説明するための断面説明図である。
【図３】この発明のプラズマエッチング用シリコン電極板を説明するための断面説明図である。
【図４】従来のプラズマエッチング用シリコン電極板の使用状態を説明するための一部断面概略説明図である。
【図５】従来のプラズマエッチング用シリコン電極板の貫通細孔ガス穴における消耗状態を説明するための断面説明図である。
【符号の説明】
１　シリコン電極基板
２　ガス穴部開口部
２１　大径穴部
２２　小径穴部
３　ガス穴パーツ
３０　ガス穴パーツ
４　ウエハ
５　貫通細孔ガス穴
６　架台
７　エッチングガス
８　プラズマ
９　従来のプラズマエッチング用シリコン電極板
１０　この発明のプラズマエッチング用シリコン電極板
１１　シリコン電極基板

Claims

ガス穴部開口部を有するシリコン電極基板と、このガス穴部分開口部に炭化珪素からなる貫通細孔ガス穴を有するガス穴パーツをはめ込んでなるプラズマエッチング用シリコン電極板であって、前記ガス穴部開口部にはめ込まれた前記ガス穴パーツは交換可能であることを特徴とするプラズマエッチング用シリコン電極板。
前記ガス穴部開口部を有するシリコン電極基板は単結晶シリコンからことを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング用シリコン電極板。
前記ガス穴部開口部を有するシリコン電極基板は多結晶シリコンからことを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング用シリコン電極板。
前記ガス穴部開口部を有するシリコン電極基板は一方向凝固組織を有する柱状晶シリコンからことを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング用シリコン電極板。