JP2008251639A - プラズマエッチング用フォーカスリングおよびシールドリング - Google Patents

Abstract

【課題】段差が生じるように消耗することの少ないプラズマエッチング用フォーカスリングおよびシールドリングを提供する。
【解決手段】柱状晶シリコンからなるフォーカスリング１７であって、前記フォーカスリング１７の柱状晶１２はフォーカスリングの半径方向に成長した柱状晶１２を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、プラズマエッチング装置に使用する段差消耗のない柱状組織を有するプラズマエッチング用フォーカスリングおよびシールドリングに関するものである。

半導体集積回路を製造する際のＳｉウェハをエッチングするための装置として、プラズマエッチング装置が知られており、このプラズマエッチング装置には、図５の断面説明図に示されるように、真空容器１内に貫通細孔５をそれぞれ有するシリコン電極板２およびクーリングプレート１１からなる電極が設けられており、このシリコン電極板２およびクーリングプレート１１からなる電極の周囲にシールドリング８が設けられている。このシールドリング８はさらに石英リング９により固定されている。前記シリコン電極板２の下方には架台３が間隔をおいて設けられており、この架台３の上にはＳｉウェハ４が載置されており、このＳｉウェハ４の周囲にフォーカスリング７が設置されている。

前記架台３の上に載置したＳｉウェハ４をエッチングするには、Ａｒの他にＣＨＦ₃ またはＣＦ₃ 等を含むエッチングガス１９をシリコン電極板２およびクーリングプレート１１に設けられた貫通細孔５を通してＳｉウェハ４に向って流しながら高周波電源６によりシリコン電極板２と架台３の間に高周波電圧を印加し、この高周波電圧を印加することにより、供給されたエッチングガス１９はシリコン電極板２と架台３の間の空間でプラズマ１０となり、このプラズマ１０がＳｉウェハに当ってＳｉウェハ４の表面がエッチングされるようになっている。そして前記フォーカスリング７およびシールドリング８はいずれも発生したプラズマ１０がＳｉウェハ４の中心部に集中したり、外周部へ分散したりするのを阻止して均一なプラズマ１０を発生させ、それによってＳｉウェハ４を均一にエッチングさせる役目を果たしている（特許文献１参照）。

シリコン電極板２は、近年、単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは柱状晶シリコンで構成された電極板が主に使用されており、さらにフォーカスリングおよびシールドリングにおいても単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは柱状晶シリコンで構成されたリングが使用されている。この単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは柱状晶シリコンからなるフォーカスリングおよびシールドリングは、それぞれ単結晶シリコンインゴット、多結晶シリコンインゴットまたは柱状晶シリコンインゴットを輪切りにし、この輪切りにした単結晶シリコンインゴット、多結晶シリコンインゴットまたは柱状晶シリコンインゴットをリング状に機械加工して作製している（特許文献２参照）。
特開平８―１０７１０２号公報 特開２００６―１２８３７２号公報

近年、エッチングされるＳｉウェハ４の径はますます大きくなり、それに伴ってフォーカスリング７の径も一層大きなものにしなければならなくなってきた。さらにプラズマエッチング装置で使用されるシリコン電極板２の径もますます大きくなり、それに伴ってシールドリングの径も一層大きなものが必要になってきた。
しかし、Ｓｉウェハ４の径よりも一層大きな径を有するフォーカスリング７およびシリコン電極板２の径よりも一層大きなシールドリング８を単結晶シリコンインゴットから作るには、一層大きな径を有する単結晶シリコンインゴットを必要とし、一層大きな径を有する単結晶シリコンインゴットを作製するにはコストがかかる。
一方、シリコンを鋳造して作製する多結晶シリコンインゴットは径が大きくなっても低コストで作製することができる。しかし、多結晶シリコンインゴットから作製したフォーカスリングおよびシールドリングはプラズマエッチング時にパーティクルが多く発生するので好ましくない。
したがって、低コストで作製することができかつ大きな径を有する柱状晶シリコンインゴットから作製したフォーカスリングおよびシールドリングが多用されるようになってきた。しかし、従来の柱状晶シリコンインゴットから作製したフォーカスリングは柱状晶シリコンインゴットを輪切りにして板を作製し、これをリング状に機械加工して作製するところから、図６に示されるように、柱状晶１２がフォーカスリング７の厚さ方向に平行に伸びた組織を有している。この柱状晶１２がフォーカスリング７の厚さ方向に平行に伸びた組織を有するフォーカスリング７を使用してプラズマエッチングを長時間行うと、図７の断面図に示されるように、フォーカスリング７のプラズマに面した表面が柱状晶１２の先端部が階段状に消耗して段差の大きな階段１３が生じ、この階段１３の段差が大きくなると、パーティクルの発生数が多くなって使用することができなくなり寿命となる。このことはシールドリングについても同じである。

そこで、本発明者らは、柱状晶シリコンインゴットから作製したフォーカスリングおよびシールドリングを長時間使用しても階段１３の段差が大きくなることはなく、したがって長時間使用してもパーティクルの発生が少ない長寿命のフォーカスリングおよびシールドリングを開発すべく研究を行った。その結果、
（イ）柱状晶シリコンインゴットを柱状晶の成長方向に平行方向に切断して板厚方向に対して垂直方向の柱状晶を有する板を作製し、この板から切断して図１の斜視図に示されるように、柱状晶１２が板厚方向に対して垂直方向に伸びたフォーカスリング分割片１４を作製し、このフォーカスリング分割片１４を柱状晶１２がリングの半径方向に平行になるようにリング状に並べて図２の斜視図に示されるようなフォーカスリング１７を作製し、このフォーカスリング１７を用いてプラズマエッチングを行うと、フォーカスリング１７のプラズマに面した表面に段差の大きな階段が生成することがなく、したがって、長時間使用してもパーティクルの発生数が少ないことからフォーカスリングの寿命を大幅に伸ばすことができる、
（ロ）柱状晶シリコンインゴットまたは板厚方向に対して垂直方向の柱状晶を有する厚板から図３の斜視図に示されるように、柱状晶１２が厚さ方向に対して垂直方向に伸びたシールドリング分割片１５を作製し、このシールドリング分割片１５を柱状晶１２がリングの半径方向に平行になるように図４の斜視図に示されるようにリング状に並べてシールドリング１８を作製し、このシールドリング１８を用いてプラズマエッチングを行うと、シールドリング１８のプラズマに面した表面が柱状晶ごとに段差の大きな階段状に消耗することがなく、したがって、長時間使用してもパーティクルの発生数が少ないことから、シールドリングの寿命を大幅に伸ばすことができる、という研究結果が得られたのである。

この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）柱状晶シリコンからなるフォーカスリングであって、前記フォーカスリングの柱状晶はフォーカスリングの半径方向に成長した柱状晶を有するプラズマエッチング用フォーカスリング、
（２）柱状晶シリコンからなるシールドリングであって、前記シールドリングの柱状晶はシールドリングの半径方向に成長した柱状晶を有するプラズマエッチング用シールドリング、に特徴を有するものである。

この発明の柱状晶を有するシリコンからなるプラズマエッチング用フォーカスリングおよびシールドリングは、使用寿命が一層長くなることから、フォーカスリングおよびシールドリングの交換回数を減らすことができ、さらにＳｉウェハのプラズマエッチングによる不良品の発生もないところから、従来よりも効率よくＳｉウェハのプラズマエッチングを行うことができ、半導体装置産業の発展に大いに貢献しうるものである。

実施例１
直径：４２０ｍｍ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インゴットの柱状晶成長方向に平行に切断して厚さ：６ｍｍを有する柱状晶シリコン板を作製し、この柱状晶シリコン板から図１に示されるフォーカスリング分割片１４を切り出し、このフォーカスリング分割片１４を柱状晶１２がリングの半径方向に平行になるように図２の斜視図に示されるようにリング状に並べて外径：４００ｍｍ、内径：２９５ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する本発明フォーカスリングを作製した。

従来例１
実施例１で用意した柱状晶シリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーにより柱状晶成長方向に対して直角に厚さ：６ｍｍになるように輪切り切断して柱状晶シリコン円板を作製し、この柱状晶シリコン円板を機械加工して中心部を除去し、外径：４００ｍｍ、内径：２９５ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する従来フォーカスリングを作製した。

実施例２
実施例１で用意した柱状晶シリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーによりインゴットの柱状晶成長方向に平行に切断して厚さ：２７ｍｍを有する柱状晶シリコン板を作製し、この柱状晶シリコン板から図３の斜視図に示される形状のシールドリング分割片１５を切り出し、このシールドリング分割片１５を柱状晶１２がリングの半径方向に平行になるように図４の平面図に示されるようにリング状に並べて外径：４１０ｍｍ、内径：３２０ｍｍ、厚さ：２５ｍｍの寸法を有し、支持部１６を有する本発明シールドリングを作製した。

従来例２
実施例１で用意した柱状晶シリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーにより柱状晶成長方向に対して直角に厚さ：２７ｍｍになるように輪切り切断して柱状晶シリコン円板を作製し、この柱状晶シリコン円板を機械加工して支持部１６を有する外径：４１０ｍｍ、内径：３２０ｍｍ、厚さ：２５ｍｍの寸法を有する従来シールドリングを作製した。

このようにして作製した本発明フォーカスリング、従来フォーカスリング、本発明シールドリングおよび従来シールドリングをそれぞれプラズマエッチング装置にセットし、さらに直径：３００ｍｍの寸法を有するＳｉ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：９０sccmＣＨＦ₃ ＋４sccmＯ₂ ＋１５０sccmＨｅ、
高周波電力：２ｋＷ、
周波数：２０ｋＨｚ、
の条件で、Ｓｉウエハ表面のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１５００時間経過した時点でプラズマエッチング装置内にセットされた本発明フォーカスリング、従来フォーカスリング、本発明シールドリングおよび従来シールドリングをそれぞれ取り出し、本発明フォーカスリング、従来フォーカスリング、本発明シールドリングおよび従来シールドリングのプラズマが当たって消耗した階段面の段差を測定し、その結果を表１に示した。

なお、結晶粒の段差の測定は、株式会社 ミツトヨの表面粗さ測定装置（サーフテストＳＶ−３０００Ｈ４）を用い、内径から外径に向かって２．５ｍｍの所を結晶粒界を中心にして跨ぐように径方向に測定し、断面曲線の最大高さ（Ｐｚ）を測定し、面全体から均等な間隔で抽出した５点について平均値を求め、その結果を表１に示した。

表１に示される結果から、本発明フォーカスリングは従来フォーカスリングに比べて階段面の段差が小さく、また本発明シールドリングは従来シールドリングに比べて階段面の段差が小さいことから、本発明フォーカスリングは従来フォーカスリングに比べて長期間使用することができ、また本発明シールドリングは従来シールドリングに比べて長期間使用することができることがわかる。
なお、前記実施例では柱状晶シリコン板から切り出したシールドリング分割片を組み合わせてフォーカスリングおよびシールドリングを作製しているが、この発明はこの実施例に限定されるものではない。

この発明のプラズマエッチング用フォーカスリングを構成するフォーカスリング分割片の斜視図である。 フォーカスリング分割片を使用して組み立てたこの発明のプラズマエッチング用フォーカスリングの斜視図である。 この発明のプラズマエッチング用シールドリングを構成するシールドリング分割片の斜視図である。 シールドリング分割片を使用して組み立てたこの発明のプラズマエッチング用シールドリングの平面図である。 従来のプラズマエッチング装置を説明するための断面説明図である。 従来のプラズマエッチング用フォーカスリングの斜視図である。 従来のプラズマエッチング用フォーカスリングの欠点を説明するための一部断面説明図である。

符号の説明

１ 真空容器
２ 電極板
３ 架台
４ Ｓｉウェハ
５ 貫通細孔
６ 高周波電源
７ フォーカスリング
８ シールドリング
９ 石英リング
１０ プラズマ
１１ クーリングプレート
１２ 柱状晶
１３ 階段
１４ フォーカスリング分割片
１５ シールドリング分割片
１６ 支持部
１７ フォーカスリング
１８ シールドリング
１９ エッチングガス

Claims (2)

1. 柱状晶シリコンからなるフォーカスリングであって、前記フォーカスリングの柱状晶はフォーカスリングの半径方向に成長した柱状晶を有することを特徴とするプラズマエッチング用フォーカスリング。
2. 柱状晶シリコンからなるシールドリングであって、前記シールドリングの柱状晶はシールドリングの半径方向に成長した柱状晶を有することを特徴とするプラズマエッチング用シールドリング。

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