JP2006253200A - 耐エッチング性に優れたエッチャー用リング - Google Patents

Abstract

【課題】電極上に載置した基板をエッチングする際に、エッチングによる消耗が少なく、交換時期を長くすることのできるエッチャー用リングを提供する。又、従来のエッチャー用リングに比べて、使用に伴うプラズマによるエッチング性能の変化を小さくするエッチャー用リングを提供する。
【解決手段】エッチャー用リング１８は、ＳｉＣ層２８とＳi層３０で構成され、Ｓｉ層３０に積層されてＳｉＣ層２８が最表層に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体Ｓｉ基板やガラス基板等の基板にエッチング処理を行う際に用いる耐エッチング性に優れたエッチャー用リングに関する。

半導体デバイス製造工程では、所定のガスを容器内に導入し、高周波電力を導入したガスに付与してプラズマを生成し、このプラズマを用いてＳｉ基板等の処理基板に対してエッチングを行う処理装置が用いられている。
このようなプラズマエッチングは、平行平板型装置、バレル型装置又マグネトロンプラズマエッチング装置等を用いて行われる。例えば並行平板型装置の場合、処理基板の載置台を兼ねた下部電極と、対向するように設けられた上部電極との間に高周波電力を印加することにより、容器内に導入されたガスをプラズマ化し、このプラズマを処理基板に作用させてエッチング処理を行う。

このプラズマエッチングに用いる処理装置では、装置の種類によらず、処理基板の周囲を囲む部分がエッチングにより消耗することのないように、又処理基板の全面が均一に処理されるように、Ｓｉ等からなりリング状のエッチャー用リングを処理基板の周囲を囲むように設けて構成されている。下記特許文献１には、このようなエッチャー用リング（フォーカスリング）が開示されている。

ところで、エッチャー用リングは、常にプラズマに曝されるためエッチングの作用を受けて消耗し易い。このため、エッチャー用リングの交換の頻度が多いのが現状である。
エッチングによる消耗を抑制するために、焼結ＳｉＣで材料を構成することも考えられるが、素材としての純度が高くなく、パーティクルが生じること等により、必ずしも最良のエッチャー用リングを構成することはできなかった。

又、処理装置の容器内では、生成されるプラズマの密度に分布があるため、エッチャー用リングが一様に消耗するわけではない。例えば、中央部分から外側に行くほど消耗は少なくなる。最も消耗する部分がエッチャー用リングの取替え時期を定めるものとなっているが、エッチャー用リングの形状によっては、厚さの１０％程度の消耗により交換される場合もある。

エッチング処理を行う際、処理装置のエッチャー用リングでは、温度が数１００度になるが、従来のエッチャー用リングを構成するＳｉは、このリングの温度上昇とともに比抵抗（体積抵抗率）が高くなるという特性を有する。このため、プラズマに対する下部電極及びその周辺の電気的特性が変化して、エッチングに少なからず影響を与える。このため、プラズマによるエッチング性能が、使用とともに変化するといった問題がある。

特開２００１−３３８９１２号公報

そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、電極上に載置した基板をエッチングする際に、エッチングによる消耗が少なく、交換時期を長くすることのできるエッチャー用リングを提供することを目的とする。又、従来のＳｉからなるエッチャー用リングに比べて、使用に伴うプラズマによるエッチング性能の変化を小さくするエッチャー用リングを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、プラズマを用いて電極上に載置した基板をエッチング処理する処理装置に、エッチング処理対象の基板の周囲を囲むように設けられるエッチャー用リングであって、Ｓｉ層とＳｉＣ層で構成され、Ｓｉ層に積層されてＳｉＣ層が最表層に形成された部分を有する多層構造であることを特徴とするエッチャー用リングを提供する。

その際、前記ＳｉＣ層は、プラズマに曝される側の最表面に形成されていることが好ましい。

本発明では、エッチング処理対象の基板の周を取り囲むエッチャー用リングが、Ｓｉ層とＳｉＣ層で構成され、Ｓｉ層に積層されてＳｉＣ層が最表層に形成された部分を有する。例えば、エッチングにより消耗し易い部分にＳｉＣ層を形成することで、耐エッチングに優れたエッチャー用リングとすることができる。又、Ｓｉと比べて比抵抗の温度依存性が小さいＳｉＣをエッチャー用リングの材料に用いるので、使用に伴ってエッチャー用リングが高温となってもプラズマによるエッチング性能の変化を小さく抑えることができる。
また、ＳｉＣ層におけるＳｉＣの比抵抗の特性は、ＳｉＣの作製条件によって種々変えることができ、Ｓｉ層におけるＳｉの比抵抗の特性と同様にすることもできれば、異なる特性を持たせることもできる。このため、ドライエッチング装置のエッチング性能に合わせて、エッチング性能に影響を与えるエッチャー用リングを自在に調整することができる。

以下、本発明の耐エッチング性に優れたエッチャー用リングを好適に用いたドライエッチング装置を基に詳細に説明する。
図１は、本発明のエッチャー用リングを用いたドライエッチング装置の一実施形態の概略構成図である。
図１に示すドライエッチング装置１０は、平行平板型のプラズマエッチング装置である。
ドライエッチング装置１０は、チャンバ１２、上部電極１４、下部電極１６、エッチャー用リング１８、ガス導入口２０及び排出口２２を主に有して構成される。

チャンバ１２は、処理基板２４に対してプラズマエッチングを行う真空処理槽を成している。上部電極１４は、チャンバ１２の上部に設けられ、高周波電源２４に接続されている。高周波電源２４では、例えば数百ＫＨｚ〜数百ＭＨｚ程度の周波数の電力を上部電極１４に供給する部分である。
下部電極１６は、上部電極１４と対向するように設けられ、処理基板２４の基板面が下部電極１６に載置する載置台を成している。下部電極１６の表面は陽極酸化されて絶縁されている。また、下部電極１６の載置台を成す部分の中央部表面には、静電吸着するための静電チャック機構（不図示）が設けられている。なお、本ドライエッチング装置は、静電チャック機構を設ける構成であるが、静電チャック機構を設けない構成であってもよい。
エッチャー用リング１８は、以下で詳述する。

ガス導入口２０は、ドライエッチングに用いられる所定のガス、例えば酸素やＣＦ₄等のガスを導入する孔であり、ガス源とバルブを介して接続されている。
排出口２２は、チャンバ１２内を所定の減圧雰囲気を維持するために、余分なガスを排出する穴であり、図示されない真空ポンプに接続され、チャンバ１２を例えば、１〜１００Ｐａの減圧雰囲気とする。

エッチャー用リング１８は、処理基板２４の周囲を囲む下部電極１６がエッチングにより消耗することのないように、又処理基板２４の全面が均一に処理されるように、処理基板２４の周囲に沿って設けられるカバー部材である。エッチャー用リング１８は、図２に示すように、円形状の板部材の中心部分が円形状に切り欠かれた形状を成し、この切り欠かれた部分に処理基板２４が来るように配置される。又、エッチャー用リング１８の表面が処理基板の表面と面一になるように配置される。
エッチャー用リング１８の切り欠かれた部分の内周には、図３に示すように段差２６が設けられ、この段差２６により小径部分と大径部分が形成されている。小径部分の側面は下部電極１６の側面と、大径部分の側面は下部電極１６に載置された処理基板２４のエッジ部分と面するようになっている。

エッチャー用リング１８は、図３に示すように、プラズマに曝される表面にＳｉＣ層２８が、其の下層にＳｉ層３０が設けられて２層に構成された部材である。
ＳｉＣ層２８はプラズマ化していないガスと反応せず、さらにプラズマ化したガスに対して耐性を有する。このため、プラズマに曝される表面にＳｉ層３０のコーティング層としてＳｉＣ層２８が設けられている。
なお、本実施形態のエッチャー用リング１８では、プラズマに曝される側の表面全体をＳｉＣ層２８が覆い、しかも、エッチャー用リング１８の切り欠かれた部分の内周を覆うように設けられている。

本実施形態のドライエッチング装置１０におけるエッチャー用リング１８は、プラズマに曝される側の表面全体がＳｉＣ層２８で覆われる構成であるが、本発明においては、ＳｉＣ層２８がエッチャー用リング１８のプラズマに曝される側の表面全体を覆うように設けなくてもよく、プラズマに曝される側の表面の少なくとも一部分にＳｉＣ層が形成されているとよい。
ドライエッチング装置１０は、上部電極１４及び下部電極１６を用いた平行平板電極を用いているものの、生成されるプラズマの電荷密度は均一な分布とはならない。このため、プラズマを用いてエッチング処理を行う際に、エッチング処理により、エッチャー用リング１８の消耗も、必ずしも均一でないプラズマの電荷密度分布の影響を受けて分布を有する。
このため、エッチャー用リング１８の消耗の最も激しい部分にＳｉＣ層を形成することが、エッチャー用リング１８の寿命を延ばすための有効な手段である。本発明においては、ドライエッチング装置１０におけるプラズマの電荷密度に応じて、エッチャー用リング１８のＳｉＣ層の形成部分は変更するとよい。

又、ドライエッチング装置では、一般にエッチャー用リングの比抵抗がエッチング処理に影響を与えることが知られている。特に、エッチング処理中にエッチャー用リング１８の温度は数百度に上昇し、Ｓｉの比抵抗が上昇するため、エッチング処理に伴ってエッチング処理の性能が変化する。
しかし、エッチャー用リング１８のＳｉＣ層２８におけるＳｉＣの比抵抗は低下する特性を有する一方、Ｓｉ層３０におけるＳｉの比抵抗は上昇する特性を有する。このため、Ｓｉ層３０及びＳｉＣ層２８の比抵抗の変化より、エッチャー用リング１８全体における比抵抗の特性を調整することができ、これにより温度によるエッチング処理の性能の変化を抑制することができる。

エッチャー用リング１８は、Ｓｉ層２８及びＳｉＣ層３０をそれぞれ１層設けた２層構造としているが、本発明においては、２層構造に限定されず、３層構造、４層構造等、多層構造（３層以上の構造）であってもよい。この場合、プラズマに曝される側の表層はＳｉＣ層が形成されている。この場合においても、ＳｉＣ層が形成される部分は、エッチャー用リングのプラズマに曝される表面全体でなくてもよく、エッチャー用リングの、装置に応じた消耗の分布を考慮して、消耗の激しい部分の表面にＳｉＣ層が形成されていればよい。

このようなＳｉ層３０の表層にＳｉＣ層２８を形成する方法は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりＳｉ基板にコーティングすることにより行う。あるいは、Ｓｉ基板の表面にＳｉＣ層を貼り付けてもよい。いずれの場合においても、ＳｉＣ層を形成後、必要に応じて厚さを調整するために形状加工するとよい。
なお、ＳｉＣ層の比抵抗は、作成条件により調整することができ、所定の温度で比抵抗がＳi層の比抵抗と略同等になるように構成することができる。或いはＳi層の比抵抗と異なるように構成することもでき、装置のエッチング性能に新たな特性を付与することができる。
なお、Ｓi層の比抵抗と略同等になるように構成した場合、Ｓｉ層からなるエッチャー用リングを用いるドライエッチング装置の条件を調整をすることなく、寿命の長い耐エッチング性に優れたエッチャー用リングとなり、交換部品として好適である。

エッチャー用リング１８は、所定の部分が所定量消耗した場合交換されるが、消耗した部分にＳｉＣ層を形成することにより、エッチャー用リング１８を再生することができ、コストの低減することができる。この場合、必要に応じて厚さを調整するために形状加工するとよい。

このようなドライエッチング装置１０では、チャンバ１２の下部電極１６の上に処理基板２４を載置し、図示されない静電チャック機構を用いて、下部電極１６に静電吸着させる。
ガス源とガス導入口２０の間に設けられたバルブを開放するとともに、同時に排出口２２から空気及び余分なガスを排出し、１〜１００Ｐａのガス雰囲気とする。
この状態で、上部電極１４に所定の周波数の高周波電力を付与することで、上部電極１４と下部電極２４に挟まれた空間に高周波の電界が形成される。これにより、ガスが電離してプラズマが生成される。

生成したプラズマ中の荷電粒子のガスは下部電極２４の側に向けて流れ、処理基板２４のエッチングに用いられる。この場合、残余のガスは、排出口２２に向かって処理基板２４の周囲に流れ、エッチャー用リング１８をエッチングする。
しかし、エッチャー用リング１８は、摩耗しやすい部分にＳｉＣ層２８を形成しているので、エッチングレートが極めて低く消耗が抑制される。
このため、エッチャー用リング１８の消耗による交換時期は、従来のＳｉで構成されたエッチャー用リングに比べて長くなる。

以上、本発明のエッチャー用リング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。

本発明のエッチャー用リングを用いるドライエッチング装置の構成を示す図である。 本発明のエッチャー用リングの斜視図である。 本発明のエッチャー用リングの構造を説明する断面図である。

符号の説明

１０ ドライエッチング装置
１２ チャンバ
１４ 上部電極
１６ 下部電極
１８ エッチャー用リング
２０ ガス導入口
２２ 排出口
２４ 処理基板
２６ 段差
２８ ＳｉＣ層
３０ Ｓｉ層

Claims (2)

1. プラズマを用いて電極上に載置した基板をエッチング処理する処理装置に、エッチング処理対象の基板の周を取り囲むように設けられるエッチャー用リングであって、
   Ｓｉ層とＳｉＣ層で構成され、Ｓｉ層に積層されてＳｉＣ層が最表層に形成された部分を有する多層構造であることを特徴とするエッチャー用リング。
2. 前記ＳｉＣ層は、プラズマに曝される側の最表面に形成されている請求項１に記載のエッチャー用リング。

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