JP2009152232A

JP2009152232A - ウエハを支持するためのプラズマエッチング装置用複合シリコンリング

Info

Publication number: JP2009152232A
Application number: JP2007326170A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yonehisa; 孝志米久; Satoshi Fujita; 悟史藤田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2027-12-18
Also published as: JP5088483B2

Abstract

【課題】ウエハのエッチングレートを均一にすることが出来るウエハを支持するためのプラズマエッチング装置用複合シリコンリングを提供する。
【解決手段】最外周シリコンリング１８とこの最外周シリコンリング１８の内周に同心円状に内嵌した前記最外周シリコンリング１８よりも比抵抗値の小さな最内周シリコンリング１７とからなるプラズマエッチング装置内でウエハを支持するための複合シリコンリングであって、前記複合シリコンリングにおける最外周シリコンリングの比抵抗値をＲｓ、前記複合シリコンリングの最内周シリコンリングの比抵抗値をＲｃとすると、Ｒｃ／Ｒｓ＝１０^−４〜２^−１の範囲内にあり、前記最外周シリコンリングの比抵抗値Ｒｓは５０〜１０００Ω・ｃｍである。
【選択図】図１

Description

この発明は、ウエハのエッチングレートを均一にすることが出来るウエハを支持するためのプラズマエッチング装置用複合シリコンリングに関するものである。

一般に、半導体集積回路を製造する際に、ウエハをエッチングする必要があるが、このウエ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用いられている。このプラズマエッチング装置は、図４の断面概略説明図に示されるように、真空チャンバー８内に上部電極板２および上下動可能な架台３が間隔をおいて設けられており、上部電極板２は絶縁体１３により真空チャンバー８と絶縁されている。架台３の上には静電チャック９が設けられており、静電チャック９の上にシリコンリング１と共にウエハ４を載置し、エッチングガス７を拡散部材１１を通したのち上部電極板２に設けられた貫通細孔５を通してウエハ４に向って流しながら高周波電源６により上部電極板２と架台３の間に高周波電圧を印加することができるようになっている。

この高周波電圧が印加された状態で供給されたエッチングガス７は拡散部材１１を通り、上部電極板２に設けられた貫通細孔５を通って上部電極板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がウエハ４に当ってウエハ４の表面がエッチングされる。

前記発生したプラズマ１０がウエハ４の中心部に集中したり、外周部への拡散するのを阻止して、上部電極２とウエハ４との間に均一なプラズマを発生させ、ウエハの均一なエッチングを行うために、通常、プラズマ発生領域をシールドリング１２で囲い、さらにウエハ４をシリコンリング１にはめ込んでプラズマエッチング装置にセットする。

従来のプラズマエッチング装置用シリコンリング１は、図３の断面図に示されているように、下部にウエハ４を支持するための内段１４を有し、かつ上面１５および下面１６が平行な面で構成されており、その素材は単結晶シリコン、多結晶シリコン、柱状晶シリコンなどが使用されているが、その中でも単結晶シリコンが最も多く使われていることが知られている（特許文献１、２参照）。
特開２００１−７０９０号公報特開２００６−１２８３７２号公報

しかし、近年、エッチングされるウエハの寸法がますます大きなものとなり、ウエハの寸法が大きくなるにつれてエッチングの不均一性が顕著に現れるようになってきた。そのためにシリコン電極板を使用してウエハを一層均一にプラズマエッチングする方法の開発が求められていた。

本発明者等は、かかる課題を解決すべく研究を行った。その結果、
（イ）プラズマエッチング装置を用いてウエハをプラズマエッチングするに際して、図１の断面図に示されるように、最外周シリコンリング１８とこの最外周シリコンリング１８の内周に同心円状に内嵌した前記最外周シリコンリング１８よりも比抵抗値の小さな最内周シリコンリング１７とからなる複合シリコンリングの上にウエハを載置し、プラズマエッチング装置内でウエハをエッチングすると、ウエハのエッチングレートが一層均一になる、
（ロ）前記最外周シリコンリングの比抵抗値をＲｓ、最内周シリコンリングの比抵抗値をＲｃとすると、比抵抗値Ｒｓは５０〜１０００Ω・ｃｍであり、かつＲｃ／Ｒｓ＝１０^−４〜２^−１の範囲内のシリコンリングであることが好ましい、
（ハ）前記ウエハのエッチングレートを均一にすることが出来るプラズマエッチング装置用複合シリコンリングは、図２の断面図に示されるように、比抵抗値Ｒｓを有する最外周シリコンリング１８の内周と比抵抗値Ｒｃを有する最内周シリコンリング１７との間に、単数または複数個の中間シリコンリング１９を同心円状に内嵌することが一層好ましく、この中間シリコンリング１９の比抵抗値をＲｍとすると、比抵抗値ＲｍはＲｓ＞Ｒｍ＞Ｒｃの範囲内にある比抵抗値を有する必要がある、
（ニ）前記複合シリコンリングは、単結晶シリコン、多結晶シリコン、柱状晶シリコンの内のいずれを素材としてもよい、などの研究結果が得られたのである。

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、
（１）最外周シリコンリングとこの最外周シリコンリングの内周に同心円状に内嵌した前記最外周シリコンリングよりも比抵抗値の小さな最内周シリコンリングとからなるプラズマエッチング装置内でウエハを支持するための複合シリコンリングであって、前記複合シリコンリングにおける最外周シリコンリングの比抵抗値をＲｓ、前記複合シリコンリングの最内周シリコンリングの比抵抗値をＲｃとすると、Ｒｃ／Ｒｓ＝１０^−４〜２^−１の範囲内にあるウエハを支持するためのプラズマエッチング装置用複合シリコンリング、
（２）前記最外周シリコンリングの比抵抗値Ｒｓは５０〜１０００Ω・ｃｍである前記（１）記載のウエハを支持するためのプラズマエッチング装置用複合シリコンリング、
（３）前記ウエハを支持するためのプラズマエッチング装置用複合シリコンリングは、比抵抗値Ｒｓを有する最外周シリコンリングと比抵抗値Ｒｃを有する最内周シリコンリングとの間に、単数または複数個の中間シリコンリングを同心円状に嵌合し、この中間シリコンリングの比抵抗値をＲｍとすると、比抵抗値がＲｓ＞Ｒｍ＞Ｒｃの範囲内にある複合シリコンリングである前記（１）または（２）記載のウエハを支持するためのプラズマエッチング装置用複合シリコンリング、
（４）前記複合シリコンリングは、単結晶シリコン、多結晶シリコン、柱状晶シリコンの内のいずれかからなる前記（１）、（２）または（３）記載のウエハを支持するためのプラズマエッチング装置用複合シリコンリング、に特徴を有するものである。

この発明の複合シリコンリングを使用してウエハをプラズマエッチングすると、長期間プラズマエッチングを行ってもウエハを均一にエッチングすることができるので一層効率的にウエハのエッチングを行うことができ、コスト削減することができると共にプラズマエッチングによる半導体集積回路の不良品発生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。

実施例１
ＣＺ法により引き上げることにより得られた直径：２６０ｍｍを有し比抵抗値の異なる複数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に輪切り切断して単結晶シリコン円板を作製し、この単結晶シリコン円板を研削加工することにより表１に示される比抵抗値：Ｒｃを有する最内周シリコンリング、比抵抗値：Ｒｍを有する中間シリコンリングおよび比抵抗値：Ｒｓを有する最外周シリコンリングを作製した。前記最内周シリコンリング、中間シリコンリングおよび最外周シリコンリングを嵌合して図２に示される断面構造を有し、表１に示される本発明複合シリコンリング１〜１２および比較複合シリコンリング１を作製した。前記最内周シリコンリング、中間シリコンリングおよび最外周シリコンリングの寸法は下記の通りである。
最内周シリコンリング：
内径：１９５ｍｍを有し、さらに厚さ：４ｍｍ、幅：３ｍｍを有する内段を有し、さらに上面外径：２２２ｍｍ、下面外径：２１８ｍｍを有する上面から下面に向かって傾斜している外周面を有する単結晶シリコンからなる最内周シリコンリング、
中間シリコンリング：
上面外径：２３７ｍｍ、下面外径：２３３ｍｍを有し上面から下面に向かって傾斜している外周面、並びに上面外径：２２２ｍｍ、下面外径：２１８ｍｍを有し上面から下面に向かって傾斜している内周面を有する単結晶シリコンからなる中間シリコンリング、
最外周シリコンリング：
外径：２５０ｍｍを有し、さらに上面内径：２３７ｍｍ、下面内径：２３３ｍｍを有する上面から下面に向かって傾斜している内周面を有する単結晶シリコンからなる最外周シリコンリング。

得られた本発明複合シリコンリング１〜１２および比較複合シリコンリング１をエッチング装置にセットし、予めＣＶＤによりＳｉＯ₂ 層を形成したウエハを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、ウエハ表面のＳｉＯ₂ 層のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１０時間経過した時点および４００時間経過した時点でのウエハ表面のＳｉＯ₂ 層の中心部のエッチングの深さｘおよび中心から半径方向に１００ｍｍ離れた周辺部のエッチングの深さｙをそれぞれ測定し、その測定値から（ｙ−ｘ）／ｙ×１００（％）の値を求め、その結果を表１に示してウエハ表面のエッチング均一性を評価した。
従来例１
表１に示される比抵抗値Ｒを有する市販の単結晶シリコン円板を用意し、これを研削加工することにより内径：１９５ｍｍ、外径：２５０ｍｍ、比抵抗値：５０Ω・ｃｍを有し、さらに厚さ：４ｍｍ、幅：３ｍｍを有する内段を有する単結晶シリコンからなる従来リングを用意した。この従来リングを用い、実施例１と同様にして予めＣＶＤによりＳｉＯ₂ 層を形成したウエハをエッチングし、実施例１と同様にしてウエハ表面のエッチング均一性を評価した。

本発明複合シリコンリング１〜１２を用いてウエハをエッチングすると、従来リングおよび比較複合シリコンリングを用いてウエハをエッチングした場合に比べて、いずれもウエハ表面のエッチング均一性が優れていることがわかる。
実施例２
実施例１で用意したこの単結晶シリコン円板を研削加工することにより表１に示される比抵抗値：Ｒｃを有する最内周シリコンリングおよび比抵抗値：Ｒｓを有する最外周シリコンリングを作製した。前記最内周シリコンリングおよび最外周シリコンリングを嵌合して図１に示される断面構造を有し、表２に示される本発明複合シリコンリング１３〜２４および比較複合シリコンリング２を作製した。前記最内周シリコンリングおよび最外周シリコンリングの寸法は下記の通りである。
最内周シリコンリング：
内径：１９５ｍｍを有し、さらに厚さ：４ｍｍ、幅：３ｍｍを有する内段を有し、さらに上面外径：２３２ｍｍ、下面外径：２２８ｍｍを有する上面から下面に向かって傾斜している外周面を有する単結晶シリコンからなる最内周シリコンリング、
最外周シリコンリング：
外径：２５０ｍｍを有し、さらに上面内径：２３２ｍｍ、下面内径：２２８ｍｍを有する上面から下面に向かって傾斜している内周面を有する単結晶シリコンからなる最外周シリコンリング。

得られた本発明複合シリコンリング１３〜２４および比較複合シリコンリング２をエッチング装置にセットし、予めＣＶＤによりＳｉＯ₂ 層を形成したウエハを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、ウエハ表面のＳｉＯ₂ 層のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１０時間経過した時点および４００時間経過した時点でのウエハ表面のＳｉＯ₂ 層の中心部のエッチングの深さｘおよび中心から半径方向に１００ｍｍ離れた周辺部のエッチングの深さｙをそれぞれ測定し、その測定値から（ｙ−ｘ）／ｙ×１００（％）の値を求め、その結果を表２に示してウエハ表面のエッチング均一性を評価した。

表２に示される結果から、本発明複合シリコンリング１３〜２４を用いてウエハをエッチングすると、表１の従来リングおよび表２の比較複合シリコンリング２を用いてウエハをエッチングした場合に比べて、いずれもウエハ表面のエッチング均一性が優れていることがわかる。

この発明のウエハを支持するためのプラズマエッチング装置用複合シリコンリングの断面説明図である。この発明のウエハを支持するためのプラズマエッチング装置用複合シリコンリングの断面説明図である。従来のウエハを支持するためのプラズマエッチング装置用シリコンリングの断面説明図である。プラズマエッチング装置の断面概略説明図である。

符号の説明

１：シリコンリング、２：上部電極板、３：架台、４：ウエハ、５：貫通細孔、６：高周波電源、７：プラズマエッチングガス、８：真空チャンバー、９：静電チャック、１０：ブラズマ、１１：拡散部材、１２：シールドリング、１３：絶縁体、１４：内段、１５：上面、１６：下面、１７：最内周シリコンリング、１８：最外周シリコンリング、１９：中間シリコンリング、

Claims

最外周シリコンリングとこの最外周シリコンリングの内周に同心円状に内嵌した前記最外周シリコンリングよりも比抵抗値の小さな最内周シリコンリングとからなるプラズマエッチング装置内でウエハを支持するための複合シリコンリングであって、前記複合シリコンリングにおける最外周シリコンリングの比抵抗値をＲｓ、前記複合シリコンリングの最内周シリコンリングの比抵抗値をＲｃとすると、Ｒｃ／Ｒｓ＝１０^−４〜２^−１の範囲内にあることを特徴とするウエハを支持するためのプラズマエッチング装置用複合シリコンリング。
前記最外周シリコンリングの比抵抗値Ｒｓは５０〜１０００Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１記載のウエハを支持するためのプラズマエッチング装置用複合シリコンリング。
前記ウエハを支持するためのプラズマエッチング装置用複合シリコンリングは、比抵抗値Ｒｓを有する最外周シリコンリングと比抵抗値Ｒｃを有する最内周シリコンリングとの間に、単数または複数個の中間シリコンリングを同心円状に嵌合し、この中間シリコンリングの比抵抗値をＲｍとすると、比抵抗値がＲｓ＞Ｒｍ＞Ｒｃの範囲内にある複合シリコンリングであることを特徴とする請求項１または２記載のウエハを支持するためのプラズマエッチング装置用複合シリコンリング。
前記複合シリコンリングは、単結晶シリコン、多結晶シリコン、柱状晶シリコンの内のいずれかからなることを特徴とする請求項１、２または３記載のウエハを支持するためのプラズマエッチング装置用複合シリコンリング。