JP2006073703A - 積層電極およびエッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パーティクル発生の抑制とランニングコストの削減が同時に可能な積層電極、および、この積層電極を利用したエッチング方法を提供する。
【解決手段】積層電極１０は、裏面のシャワー領域に、裏面から主面にかけて貫通する第１の複数のガス供給孔１６が配置された第１の電極板１２と、裏面のシャワー領域に、裏面から主面にかけて貫通する、第１の複数のガス供給孔１６と同一の個数の、第２の複数のガス供給孔１８が配置された第２の電極板１４とが、両者の裏面のシャワー領域を互いに接触させて、第２の複数のガス供給孔１８が第１のガス供給孔１６から直線的に貫通しないように積層されている。そして、第１の電極板１２と第２の電極板１４との一方もしくは両方の、裏面のシャワー領域に溝を設けることにより、第２の複数のガス供給孔１８を通じて供給されたプロセスガスを第１の複数のガス供給孔１６に供給する水平経路２２が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマエッチング装置の対向電極として用いられるシリコン（Ｓｉ）製の積層電極、およびこの積層電極を用いたエッチング装置におけるエッチング方法に関するものである。

半導体装置の製造における酸化膜のプラズマエッチングでは、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂、Ｃ₄Ｆ₈などのフルオロカーボンガスにＯ₂、ＣＯなどのガスを添加することによって、プラズマ中の過剰なフッ素を捕獲して活性種のＣ／Ｆ比を上げ、その結果、基板に対する高選択比（例えば、ＳｉＯ₂／Ｓｉ選択比）を確保している。

この際、エッチング装置において、エッチング対象の半導体ウエハに対向する対向電極にはＳｉ製のものが用いられる。それはフルオロカーボンや酸素ラジカルがＳｉ製の電極を過剰に消耗しないこと、Ｓｉ製の電極がプラズマ中の過剰なフッ素を捕獲し活性種のＣ／Ｆ比が上昇するため、基板に対する高選択比の確保に都合が良いこと等の理由による。

多くのプラズマエッチング装置では、プロセスガスが対向電極に開孔された複数の微細孔を通して供給されるが、このガス供給孔の内面にはプラズマ生成物（Ｃ−Ｆを主成分とするポリマー）が付着する。そして、このプラズマ生成物のエッチングレートはＳｉ電極よりも遅いため、Ｓｉ電極のエッチングが進行すると、付着したプラズマ生成物がガス供給孔から突出し、剥離する。これがパーティクルとなって半導体ウエハ上に付着すると、パターン不良を引き起こす。

このため、従来の平行平板型の反応性イオンエッチング装置では、パーティクル対策として、厚さが５ｍｍのＳｉ電極でも、１ｍｍ程度消耗したところで洗浄しなければならない。しかし、薬液を使用した洗浄やブラスト処理では、微細孔（直径０．２〜０．５ｍｍ）の内部まで完全に洗浄することができない。むしろ、不完全な洗浄状態のまま再使用すると、ＭＷＢＣ（Mean Wafers Between Cleaning）が不安定でさらに短くなる。このため、結局、新品電極を短時間使用の後に交換するというコスト的に問題のある運用方法が一般的である。

ここで、プラズマエッチング装置での使用によって消耗され、スクラップとなるＳｉの量を減らすため、薄いＳｉ電極板を複数枚重ねて多層電極板を作製し、消耗時には、半導体ウエハに最も近い電極板のみを交換することが提案されている（特許文献１）。

また、プラズマＣＶＤ装置の電極において、反応室とガス供給路との間を仕切り、半導体ウエハに対向する抵抗板を、上板と下板とに分け、それぞれに設けたガスを通過させるためのスリットが直接連通しないように重ね、これらの間に設けた絞り部のガス流速を、半導体ウエハに向かって噴出する流速よりも速くすることが提案されている（特許文献２）。これによって、プラズマ領域で生成されたラジカルやイオンがガス供給ヘッドに侵入することが防止されるとしている。

さらに、分岐溝と、その先端に設けられた透孔とを有する管路板を、複数枚積層し、１つのガス供給孔から供給された処理ガスを、各管路板で階層的に分岐して供給するプラズマ処理方法が提案されている（特許文献３）。

特開２００３−２８９０６４号公報 特開平１１−２６５８８４号公報 特許第３５０１９３０号公報

ところで、特許文献１の多層電極板では、エッチングガスを供給するための貫通細孔が、多層電極板の厚さ方向の全体を貫通するように形成されている。このような積層電極を使用してプラズマエッチングを行うと、半導体ウエハに最も近い電極板の貫通細孔内のみではなく、他の電極板の貫通細孔内にも、プラズマ生成物が付着する。この付着した生成物が剥離するとパターン不良の原因となるため、プラズマ生成物除去のための洗浄が必要になる。薄いＳｉ電極板を使用することにより、従来に比較すると、洗浄は容易である。しかし、この洗浄によって、半導体ウエハに最も近い電極板の貫通細孔のみではなく、他の電極板の貫通細孔も開口寸法が拡大する。この結果、エッチングガス供給特性が変化する。従って、特許文献１の多層電極板では、実際には、積層した複数のＳｉ電極板の全てを交換することが必要になり、スクラップとなるＳｉ量を減らすことはできない。

また、特許文献２には、プラズマＣＶＤ装置の電極として適した構造が示されているのみであり、Ｓｉ製電極を使用するプラズマエッチング装置の電極として適した構造等についての記載は無い。特に、Ｓｉ製電極に対してガス供給のためのスリットを形成することは困難である。スリットの代わりに、適当な間隔で管状の穴を設けてもよいとの記載もあるが、穴の寸法、個数、配置等についての具体的な記載は無い。

さらに、特許文献３の方法では、半導体基板に対向する最下層の管路板に、均一なガス供給のために必要な個数（通常は、数１００個）の透孔を設けるためには、多数の管路板を積み重ねることが必要である。このため、特にＳｉ製電極においては、これら多数の管路板のそれぞれに分岐溝や透孔を形成する加工のために、コストが増大する。

本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、パーティクル発生の抑制とランニングコストの削減が同時に可能な積層電極、および、この積層電極を利用したエッチング方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、エッチング装置において、被エッチング基板に対向し、該被エッチング基板との間の空間にプラズマを生成するためのシリコン製の電極であって、
主面と裏面とを有し、該裏面のシャワー領域に、該裏面から主面にかけて厚さ方向に直線的に貫通する第１の複数のガス供給孔が配置された第１の電極板と、
主面と裏面とを有し、該裏面のシャワー領域に、該裏面から主面にかけて厚さ方向に直線的に貫通する、前記第１の複数のガス供給孔と同一の個数の、第２の複数のガス供給孔が配置された第２の電極板とを、両者の裏面のシャワー領域を互いに接触させて、該第２の複数のガス供給孔が前記第１のガス供給孔から直線的に貫通しないように積層するとともに、
前記第１の電極板と第２の電極板との一方もしくは両方の、前記裏面のシャワー領域に溝を設けることにより、前記第２の複数のガス供給孔を通じて供給されたプロセスガスを前記第１の複数のガス供給孔に供給する水平経路を形成し、前記第２の複数のガス供給孔、水平経路、および第１の複数のガス供給孔を介して、前記被エッチング基板との間の空間に前記プロセスガスを供給することを可能にした積層電極を提供するものである。

ここで、前記水平経路が、該水平経路内の前記プロセスガスの流速が前記第１の複数のガス供給孔内の流速以下になる寸法を有することが好ましい。

また、前記第２のガス供給孔が前記第１のガス供給孔と同一の開口寸法を有することが好ましい。

また、前記第２の電極板の少なくとも前記水平経路を形成する部分に耐プラズマ性コーティングがなされ、前記第１の電極板の主面には、前記シャワー領域に対応する領域の全体においてシリコンが露出していることが好ましい。

また、本発明は、被エッチング基板をエッチング処理する方法であって、
主面と裏面とを有し、該裏面のシャワー領域に、該裏面から主面にかけて厚さ方向に直線的に貫通する第１の複数のガス供給孔が配置された第１のシリコン製電極板と、
主面と裏面とを有し、該裏面のシャワー領域に、該裏面から主面にかけて厚さ方向に直線的に貫通する第２の複数のガス供給孔が配置された第２のシリコン製電極板とを、両者の裏面のシャワー領域を互いに接触させて、該第２のガス供給孔が前記第１のガス供給孔から直線的に貫通しないように積層するとともに、
前記第１の電極板と第２の電極板との一方もしくは両方の、前記裏面のシャワー領域に溝を設けることにより、前記第２の複数のガス供給孔を通じて供給されたプロセスガスを前記第１の複数のガス供給孔に供給する第１の水平経路を形成して第１の積層電極とし、
前記第１の積層電極を、前記第１の電極板の主面が前記被エッチング基板に対向するように設置し、前記第２の複数のガス供給孔、第１の水平経路、および第１の複数のガス供給孔を介して前記被エッチング基板と該第１の積層電極との間の空間にプロセスガスを供給して該空間にプラズマを生成し、該被エッチング基板をエッチング処理する工程と、
前記プラズマによって前記第１の電極板が消耗した後には、
前記第２の電極板と、
主面と裏面とを有し、該裏面のシャワー領域に、該裏面から主面にかけて厚さ方向に直線的に貫通する第３の複数のガス供給孔が配置された第３のシリコン製電極板とを、両者の裏面のシャワー領域を互いに接触させて、該第３の複数のガス供給孔が前記第２のガス供給孔から直線的に貫通しないように積層するとともに、
前記第２の電極板と第３の電極板との一方もしくは両方の、前記裏面のシャワー領域に溝を設けることにより、前記第３の複数のガス供給孔を通じて供給されたプロセスガスを前記第２の複数のガス供給孔に供給する第２の水平経路を形成して第２の積層電極とし、
前記第２の積層電極を、前記第２の電極板の主面が前記被エッチング基板に対向するように設置し、前記第３の複数のガス供給孔、第２の水平経路、および第２の複数のガス供給孔を介して前記被エッチング基板と該第２の積層電極との間の空間にプロセスガスを供給して該空間にプラズマを生成し、該被エッチング基板をエッチング処理する工程とを有することを特徴とするエッチング方法を提供する。

ここで、前記第３の電極板が、プラズマによって消耗する以前の前記第１の電極板と同一の形状を有することが好ましい。

また、前記第２の電極板および第３の電極板が、プラズマによって消耗する以前の前記第１の電極板と同一の形状を有することが好ましい。

また、前記第２の電極板の、少なくとも前記第１の水平経路を形成する部分に耐プラズマ性コーティングがなされ、前記主面には、前記シャワー領域に対応する領域の全体においてシリコンが露出していることが好ましい。

本発明の積層電極によれば、水平経路の加工も、その内部の洗浄も容易である。また、洗浄の際には、第１の電極板と第２の電極板とを個別に洗浄することができ、第１のガス供給孔および第２のガス供給孔のアスペクト比が従来よりも緩和されるため、その内部の洗浄も容易である。このように、プラズマ生成物を除去することが容易であり、洗浄性を向上させることができるため、被エッチング基板のエッチング時にパーティクルが発生することを抑制することができる。

また、第１のガス供給孔と第２のガス供給孔とが直線的に貫通していないため、第２のガス供給孔の内部にプラズマ生成物が付着することを防止することができるか、少なくとも、大幅に低減することができる。このため、第２の電極板の洗浄頻度を低減させることができ、主に第１の電極板の洗浄や交換だけを行えばよいため、メンテナンスの負担とＳｉ電極の消耗によるコストの上昇を抑えることができる。

上記のように、パーティクルの発生抑制とメンテナンスの容易さは、歩留まりの向上とＭＷＢＣの延長をもたらし、１ウエハ当たりのランニングコストを大幅に削減することができる。

また、第１の電極板および第２の電極板の裏面のシャワー領域を（水平経路を設けるために溝を形成した部分を除いて）互いに接触させて積層することによって、第１の電極板と第２の電極板との間の熱伝導を良好にすることができる。これにより、被エッチング基板のエッチング時に、クーリングプレートによって第１の電極板の温度上昇を制御することが可能となるため、常に安定した環境で被エッチング基板のエッチングを行うことができる。

また、本発明のエッチング方法によれば、プラズマによって消耗する第１の電極板のみの交換を何回か繰り返す間に、第２の電極板についても何回か洗浄を行い、第２の電極板がある程度消耗した時点で、第２の電極板を被エッチング基板に対向する側に配置してエッチング処理を継続することによって、廃棄されるＳｉ量を最小限に削減することができる。

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の積層電極およびエッチング方法を詳細に説明する。

図１は、本発明の積層電極の構成を表す一実施形態の横断面図、図２（ａ）および（ｂ）は、その第１の電極板および第２の電極板のシャワー領域の構成を表す平面図である。図１に示す積層電極１０は、プラズマエッチング装置において、半導体ウエハ等の被エッチング基板に対向して配置され、被エッチング基板との間の空間にプラズマを生成するためのシリコン製の電極であって、図１中、下側に配置された円形状の第１の電極板１２と、上側に配置された円形状の第２の電極板１４とから構成されている。

ここで、第１の電極板１２には、図１および図２（ａ）に示すように、その裏面（図１中上側の面）のシャワー領域に、裏面から主面（同下側の面）にかけて厚さ方向に直線的に貫通する第１の複数のガス供給孔１６が配置（開孔）されている。なお、図２（ａ）には、その１辺の長さが第１のガス供給孔１６同士の間の間隔に等しい長さを持つ所定寸法の複数の正方形を描くように仮想的なガイドライン２４が示されている。第１のガス供給孔１６は、ガイドライン２４の各々の交点に配置されている。

同様に、第２の電極板１４には、図１および図２（ｂ）に示すように、その裏面（図１中下側の面）のシャワー領域に、裏面から主面（同上側の面）にかけて厚さ方向に直線的に貫通する、第１の複数のガス供給孔１６と同一の個数の、第２の複数のガス供給孔１８が配置（開孔）されている。同様に、図２（ｂ）にも、その１辺の長さが第２のガス供給孔１８同士の間の間隔に等しい長さを持つ所定寸法の複数の正方形を描くように仮想的なガイドライン２６が示されている。第２のガス供給孔１８は、ガイドライン２６の各々の交点に配置されている。

なお、上記ガイドライン２４によって描かれている正方形の寸法と、ガイドライン２６によって描かれている正方形の寸法は同じである。すなわち、積層電極１０において、第１のガス供給孔１６の配置間隔と、第２のガス供給孔１８の配置間隔は同じである。

図２（ｂ）に示すように、第２の電極板１４の裏面のシャワー領域には、その左端が第２のガス供給孔１８と接続され、第２のガス供給孔１８同士の間の間隔よりも短い長さの、第２の複数のガス供給孔１８と同一の個数の、複数の溝２０が形成されている。なお、図２（ｂ）において、溝２０は、ガイドライン２６の各々の交点から、その右側に位置する交点に向かって延びている。後述するように、溝２０の右端には、第１のガス供給孔１６が接続される。

第１の電極板１２と第２の電極板１４とは、両者の裏面のシャワー領域を互いに接触させて、第２の複数のガス供給孔１８が、第１の複数のガス供給孔１６から直線的に貫通しないように積層されている。このように第１の電極板１２と第２の電極板１４とを積層することによって、溝２０と第１の電極板１２の裏面の溝２０に対向する部分とによって、第２の複数のガス供給孔１８を通じて供給されたプロセスガスを第１の複数のガス供給孔１６に供給する水平経路２２が形成される。

上記水平経路２２の内部、すなわち溝２０の内部および第１の電極板１２の裏面の溝２０に対向する部分には耐プラズマ性コーティング２８が施されている。耐プラズマ性コーティング２８は、例えばＳｉＣ_x、ＳｉＮ_y、ＳｉＣ_xＮ_yなどのように、Ｓｉよりも浸食されにくい材質のものが用いられる。Ｓｉ表面では、Ｓｉ＋ＣＦ_x→ＳｉＦ_x＋Ｃの反応によりＣを含むプラズマ生成物が付着すると考えられるが、耐プラズマ性コーティング２８を施すことによって、プラズマ生成物の付着を抑制することができる。

図２（ａ）および（ｂ）に示すように、ガイドライン２６は、ガイドライン２４よりも、電極の中心から水平経路２２の長さに相当する間隔だけ左側に位置している。上記の通り、第２のガス供給孔１８は、水平経路２２の左端に接続するように開孔されている。このため、第１のガス供給孔１６が、水平経路２２の右端に接続されるように位置を合わせて第１の電極板１２と第２の電極板１４とを積層することによって、第２のガス供給孔１８は、水平経路２２によって第１のガス供給孔１６に接続される。

また、図１に示す例では、第２の電極板１４の上部にクーリングプレート３０が配置されている。クーリングプレート３０は、その内部の所定箇所に配設された複数の循環経路３２を循環する冷媒によって常時所定温度に調節され、被エッチング基板のエッチング時にイオン等の衝撃によって加熱される積層電極１０を所定温度に冷却するものである。クーリングプレート３０には、第２の電極板１４に開孔されている第２のガス供給孔１８に対応する位置に複数のガス供給孔３４が開孔されている。

クーリングプレート３０の上部には、３種類のガス拡散板３６，３８，４０が配置されている。ガス拡散板３６，３８，４０は、エッチング時に供給されるプロセスガスを均一に拡散させるためのものである。

被エッチング基板のエッチング時には、プロセスガスが、ガス分散板３６の上部から供給され、３種類のガス分散板３６，３８，４０によって均一に分散される。そして、均一に分散されたプロセスガスは、クーリングプレート３０の複数のガス供給孔３４、積層電極１０の第２の複数のガス供給孔１８、複数の水平経路２２、第１の複数のガス供給孔１６の各々を通して、積層電極１０（第１の電極板１２）と被エッチング基板との間の空間に供給される。

上記の通り、積層電極１０は、第１の電極板１２と第２の電極板１４とから構成される２分割積層構造であり、水平経路２２は、第１の電極板１２と第２の電極板１４との界面に形成される。

このため、水平経路２２の加工も、その内部の洗浄も容易である。また、洗浄の際には、第１の電極板１２と第２の電極板１４とを個別に洗浄することができる。第１のガス供給孔１６および第２のガス供給孔１８のアスペクト比が従来よりも緩和されるため、その内部の洗浄も容易である。このように、プラズマ生成物を除去することが容易であり、洗浄性を向上させることができるため、被エッチング基板のエッチング時にパーティクルが発生することを抑制することができる。

また、第１のガス供給孔１６と第２のガス供給孔１８とが直線的に貫通していないため、第２のガス供給孔１８の内部にプラズマ生成物が付着することを防止することができるか、少なくとも、大幅に低減することができる。また、耐プラズマ性コーティング２８によって、水平経路２２の内部にプラズマ生成物が付着することも抑制することができる。このため、第２の電極板１４の洗浄頻度を低減することができる。従って、主に第１の電極板１２の洗浄や交換だけを行えばよいため、メンテナンスの負担とＳｉ電極の消耗によるコストの上昇を抑えることができる。

上記のように、パーティクルの発生抑制とメンテナンスの容易さは、歩留まりの向上とＭＷＢＣの延長をもたらし、１ウエハ当たりのランニングコストを大幅に削減することができる。

なお、耐プラズマ性コーティング２８は、第２の電極板１４の洗浄頻度を低減する目的のためには、第２の電極板１４の、少なくとも水平経路２２を形成する部分に施されていればよい。水平経路２２の内部全体に耐プラズマ性コーティングを施す場合、マスクを使用して、第１の電極板１２の裏面の、溝２０に対向する部分のみに耐プラズマ性コーティングを施してもいい。しかし、第１の電極板１２の裏面の全面に耐プラズマ性コーティングを施す方がコスト的に有利である。

これに対し、第１の電極板１２の主面には、耐プラズマ性コーティングを施さず、シャワー領域に対応する領域の全体においてシリコンが露出していることが好ましい。これにより、耐プラズマ性コーティング２８に起因する汚染を防止することができる。

また、第１の電極板１２および第２の電極板１４の裏面のシャワー領域を（水平経路２２を設けるために溝２０を形成した部分を除いて）互いに接触させて積層することによって、第１の電極板１２と第２の電極板１４との間の熱伝導を良好にすることができる。これにより、被エッチング基板のエッチング時に、クーリングプレート３０によって第１の電極板１２の温度上昇を制御することが可能となるため、常に安定した環境で被エッチング基板のエッチングを行うことができる。

なお、水平経路２２は、第２の電極板１４および第１の電極板１２の一方だけに溝を設けて形成してもよいし、その両方に溝を設けて形成することも可能である。水平経路２２は、さまざまな形状とすることが可能である。また、第１のガス供給孔１６と第２のガス供給孔１８とを１対１に対応させることも必須ではない。ただし、上記第１の電極板１２の温度制御のためには、水平経路２２が設けられる部分の面積を小さくし、第１の電極板１２と第２の電極板１４とを大きな面積で接触させることが好ましい。

さらに、第１のガス供給孔１６および第２のガス供給孔１８の個数を同じにすることも必須では無い。しかし、図３に示すように、第１の電極板１２が消耗して新品と交換することが必要になり、第２の電極板１４についても洗浄によってある程度消耗した場合に、図４に示すように、新品に交換した第１の電極板１２を上側、第２の電極板１４を下側に配置して、使用することを可能にするためには、第１のガス供給孔１６および第２のガス供給孔１８の個数を同じにすることが好ましい。もしくは、少なくとも、実質的に同一のガス供給特性が得られる程度に近似した個数にすることが好ましい。

第１の電極板１２と第２の電極板１４の上下の配置を入れ替える場合、図１および図４に示す例では、クーリングプレート２８のガス供給孔３４の位置が異なっているが、クーリングプレート２８は、例えばＡｌ製で半永久的に使用できるため、第１の電極板１２用および第２の電極板１４用の２種類のクーリングプレートを取り替えて使用することによって対応可能である。あるいは、第１の電極板１２用および第２の電極板１４用それぞれのねじ穴をクーリングプレートに空けておき、必要に応じて適宜ねじ穴を使い分けることでも対応可能である。

なお、第１の電極板１２および第２の電極板１４の外径、シャワー径および厚さ、第１のガス供給孔１６および第２のガス供給孔１８のホール径、ホールピッチおよび穴数、水平経路２２の断面寸法および長さなどは必要に応じて適宜変更してもよい。例えば、第１のガス供給孔１６および第２のガス供給孔１８は、同一の開口寸法とすることが好ましい。これにより、第１の電極板１２を上側に配置し、第２の電極板１４下側に配置した場合にも、同一のガス供給特性を得ることができる。

また、水平経路２２は、水平経路２２内のプロセスガスの流速が、第１のガス供給孔１６内での流速以下になる寸法とすることが好ましい。特許文献２が対象とするプラズマＣＶＤとは異なり、プラズマエッチング装置の電極においては、第１の電極板１２と第２の電極板１４との間に、プロセスガスの流速を速くする絞り部を設ける必要はない。むしろ、第１の電極板１２と第２の電極板１４とを積層する際の位置ずれや、プラズマエッチング装置内での使用の際の熱による変形等によって、高い寸法精度を保つことが困難である場合、水平経路２２の断面寸法を、第１のガス供給孔１６および第２のガス供給孔１８の断面寸法よりも大きくし、その部分でのプロセスガスの流速を低くした方が、プロセスガス供給量の均一性および安定性を高めるためには好ましい。

次に、本発明のエッチング方法に従って、被エッチング基板をエッチング処理する場合の工程を説明する。

まず、図１に示す積層電極１０を使用して、被エッチング基板をエッチング処理する。すなわち、図１に示すように、第１の電極板１２を下側、第２の電極板１４を上側に配置して積層し、第２の複数のガス供給孔１８、複数の水平経路２２、および第１の複数のガス供給孔１６の各々を介して、被エッチング基板と積層電極１０（第１の電極板１２の主面）との間の空間にプロセスガスを供給してプラズマを生成し、被エッチング基板をエッチング処理する。

続いて、被エッチング基板を処理することを繰り返し行う。この結果、図３に示すように、プラズマによって第１の電極板１２が消耗する。この場合、第１の電極板１２のみを新品と交換し、上記と同様に次の被エッチング基板をエッチング処理する。

積層電極１０においても、第１の電極板１２を被エッチング基板に対向する側にしてエッチング処理を行う間に、第２のガス供給孔１８内にも少量のプラズマ生成物の付着が起きることは避けにくい。従って、付着したプラズマ生成物を除去するための洗浄が必要になる。これによって、第２の電極板１４についても、第２のガス供給孔１８の開口寸法拡大や、板厚減少が起きる。

従って、第１の電極板１２が消耗した場合、第１の電極板１２のみの交換を何回か繰り返すとともに、第２の電極板１４についても何回か洗浄を行い、第２の電極板１４がある程度消耗した時点で、交換した新品の第１の電極板１２（本発明のいう第３の電極板）を上側、第２の電極板１４を下側に配置してエッチング処理を継続する。これを、第１の電極板１２と第２の電極板１４の上下の配置を入れ替えながら繰り返し行うことによって、廃棄されるＳｉ量を最小限に削減することができる。

なお、第１の電極板１２、第２の電極板１４、および交換する電極板（すなわち、第３の電極板）は、プラズマによって消耗する以前の第１の電極板１２と同一の形状であることが好ましい。水平経路２２を形成するための溝２０を、互いに接触する第１の電極板１２および第２の電極板１４の両方のシャワー領域に形成し、積層される第１の電極板１２および第２の電極板１４の形状を同一にそろえることにより、製造コストおよび管理コストを低減することができる。

一般的な平行平板型のＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）装置において、ＣＦ₄−Ｃ₄Ｆ_８−ＣＯ、Ａｒ系のガスを用いて、６インチの半導体ウエハ上に形成された厚さ１．０μｍのＣＶＤ酸化膜に対し直径０．２５μｍのコンタクトホールを開口する処理を、複数のウエハに対して連続的に実施した。この時、平均的な０．１８μｍ径以上のパーティクルの増加量とＳｉ電極の消耗コストを比較した。ＲＩＥ装置で使用した本発明の積層電極および従来のＳｉ電極の構成と、両者の比較結果を下記表１に示す。

上記表１の通り、本発明の積層電極であれば、従来のＳｉ電極と比べてパーティクルの発生レベルも、Ｓｉ電極の消耗コストも大幅に削減することができることが分かった。特に、Ｓｉ電極の消耗コストは従来の半分以下に抑えることができた。ここで、Ｓｉ電極消耗コストの比較は、１００００枚のウエハを処理する間に使用した電極のコストを比較することによって行った。１００００枚のウエハを処理する間に、従来技術においては５ないし６枚の電極板を必要とした。この場合、ＭＷＢＣの不安定化を防ぐため、電極板の洗浄は行わず、パーティクルレベルが許容範囲の上限値に達した時点で新品に交換した。これに対して本発明の場合には、第１の電極板については、定期的に洗浄を行いながら使用した結果、１枚の電極板で約９０００枚のウエハを処理することができた。すなわち、約１．１枚の電極板で１００００枚のウエハを処理することができた。一方、第２の電極板については、１００００枚のウエハを処理する間、交換の必要性は発生しなかった。

本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明の積層電極およびエッチング方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

本発明の積層電極の構成を表す一実施形態の横断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１に示す積層電極の第１の電極板および第２の電極板のシャワー領域の構成を表す平面図である。 図１に示す積層電極の第１の電極板が消耗した状態を表す横断面図である。 本発明の積層電極の構成を表す別の実施形態の横断面図である。

符号の説明

１０ 積層電極
１２，１４ 電極板
１６，１８，３４ ガス供給孔
２４，２６ ガイドライン
２８ 耐プラズマ性コーティング
３０ クーリングプレート
３２ 循環経路
３６，３８，４０ ガス拡散板

Claims (4)

1. エッチング装置において、被エッチング基板に対向し、該被エッチング基板との間の空間にプラズマを生成するためのシリコン製の電極であって、
   主面と裏面とを有し、該裏面のシャワー領域に、該裏面から主面にかけて厚さ方向に直線的に貫通する第１の複数のガス供給孔が配置された第１の電極板と、
   主面と裏面とを有し、該裏面のシャワー領域に、該裏面から主面にかけて厚さ方向に直線的に貫通する、前記第１の複数のガス供給孔と同一の個数の、第２の複数のガス供給孔が配置された第２の電極板とを、両者の裏面のシャワー領域を互いに接触させて、該第２の複数のガス供給孔が前記第１のガス供給孔から直線的に貫通しないように積層するとともに、
   前記第１の電極板と第２の電極板との一方もしくは両方の、前記裏面のシャワー領域に溝を設けることにより、前記第２の複数のガス供給孔を通じて供給されたプロセスガスを前記第１の複数のガス供給孔に供給する水平経路を形成し、前記第２の複数のガス供給孔、水平経路、および第１の複数のガス供給孔を介して、前記被エッチング基板との間の空間に前記プロセスガスを供給することを可能にした積層電極。
2. 前記水平経路が、該水平経路内の前記プロセスガスの流速が前記第１の複数のガス供給孔内の流速以下になる寸法を有することを特徴とする請求項１記載の積層電極。
3. 前記第２の電極板の少なくとも前記水平経路を形成する部分に耐プラズマ性コーティングがなされ、前記第１の電極板の主面には、前記シャワー領域に対応する領域の全体においてシリコンが露出していることを特徴とする請求項１または２に記載の積層電極。
4. 被エッチング基板をエッチング処理する方法であって、
   主面と裏面とを有し、該裏面のシャワー領域に、該裏面から主面にかけて厚さ方向に直線的に貫通する第１の複数のガス供給孔が配置された第１のシリコン製電極板と、
   主面と裏面とを有し、該裏面のシャワー領域に、該裏面から主面にかけて厚さ方向に直線的に貫通する第２の複数のガス供給孔が配置された第２のシリコン製電極板とを、両者の裏面のシャワー領域を互いに接触させて、該第２のガス供給孔が前記第１のガス供給孔から直線的に貫通しないように積層するとともに、
   前記第１の電極板と第２の電極板との一方もしくは両方の、前記裏面のシャワー領域に溝を設けることにより、前記第２の複数のガス供給孔を通じて供給されたプロセスガスを前記第１の複数のガス供給孔に供給する第１の水平経路を形成して第１の積層電極とし、
   前記第１の積層電極を、前記第１の電極板の主面が前記被エッチング基板に対向するように設置し、前記第２の複数のガス供給孔、第１の水平経路、および第１の複数のガス供給孔を介して前記被エッチング基板と該第１の積層電極との間の空間にプロセスガスを供給して該空間にプラズマを生成し、該被エッチング基板をエッチング処理する工程と、
   前記プラズマによって前記第１の電極板が消耗した後には、
   前記第２の電極板と、
   主面と裏面とを有し、該裏面のシャワー領域に、該裏面から主面にかけて厚さ方向に直線的に貫通する第３の複数のガス供給孔が配置された第３のシリコン製電極板とを、両者の裏面のシャワー領域を互いに接触させて、該第３の複数のガス供給孔が前記第２のガス供給孔から直線的に貫通しないように積層するとともに、
   前記第２の電極板と第３の電極板との一方もしくは両方の、前記裏面のシャワー領域に溝を設けることにより、前記第３の複数のガス供給孔を通じて供給されたプロセスガスを前記第２の複数のガス供給孔に供給する第２の水平経路を形成して第２の積層電極とし、
   前記第２の積層電極を、前記第２の電極板の主面が前記被エッチング基板に対向するように設置し、前記第３の複数のガス供給孔、第２の水平経路、および第２の複数のガス供給孔を介して前記被エッチング基板と該第２の積層電極との間の空間にプロセスガスを供給して該空間にプラズマを生成し、該被エッチング基板をエッチング処理する工程とを有することを特徴とするエッチング方法。

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