JP2015191970A - Electrode plate for plasma processing apparatus and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ処理装置において、プラズマ生成用ガスを厚み方向に通過させながら放電するプラズマ処理装置用電極板及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an electrode plate for a plasma processing apparatus that discharges a plasma generating gas while passing it in the thickness direction in a plasma processing apparatus, and a method for manufacturing the same.
半導体デバイス製造プロセスに使用されるプラズマエッチング装置やプラズマCVD装置等のプラズマ処理装置は、チャンバー内に、高周波電源に接続される一対の電極を、例えば上下方向に対向配置し、その下側電極の上に被処理基板を配置した状態として、上部電極に形成した通気孔からエッチングガスを被処理基板に向かって流通させながら高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させ、被処理基板にエッチング等の処理を行う構成とされている。 A plasma processing apparatus such as a plasma etching apparatus or a plasma CVD apparatus used in a semiconductor device manufacturing process has a pair of electrodes connected to a high-frequency power source in a chamber, for example, vertically arranged, and the lower electrode With the substrate to be processed disposed thereon, plasma is generated by applying a high-frequency voltage while flowing an etching gas from the air hole formed in the upper electrode toward the substrate to be processed, and etching is performed on the substrate to be processed. It is set as the structure which processes.
このプラズマ処理装置で使用される上部電極として、一般に、シリコン製の電極板を冷却板に固定し重ね合せた積層電極板が用いられており、プラズマ処理中に上昇する電極板の熱は、冷却板を通じて放熱されるように構成されている。
また、この種のシリコン製の電極板としては、特許文献1に記載されているように、単結晶シリコン、多結晶シリコン、柱状晶シリコンからなる電極板が知られているが、現在では、チョクラルスキー法(CZ法)により引き上げられた単結晶シリコンからなるインゴットをダイヤモンドバンドソーなどで略円板状に薄く切断することにより作製された単結晶シリコン電極板が多く使用されている。
As the upper electrode used in this plasma processing apparatus, a laminated electrode plate is generally used in which a silicon electrode plate is fixed to a cooling plate and overlapped. The heat of the electrode plate rising during the plasma processing is cooled. It is configured to dissipate heat through the plate.
As this type of silicon electrode plate, as described in Patent Document 1, an electrode plate made of single crystal silicon, polycrystalline silicon, or columnar crystal silicon is known. A single crystal silicon electrode plate produced by thinly cutting an ingot made of single crystal silicon pulled up by the Larski method (CZ method) into a substantially disc shape with a diamond band saw or the like is often used.
ところが、近年ではプラズマ処理されるシリコンウエハの大径化が進んでおり、それに伴って電極板も一層大きなものにしなければならなくなっている。ところが、単結晶シリコンによる大口径のシリコンインゴットから電極板を作製することは容易ではなかった。 However, in recent years, the diameter of silicon wafers subjected to plasma processing has been increased, and accordingly, the electrode plate has to be made larger. However, it is not easy to produce an electrode plate from a large-diameter silicon ingot made of single crystal silicon.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、単結晶シリコンからなる大口径のプラズマ処理装置用電極板及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a large-diameter electrode plate for a plasma processing apparatus made of single crystal silicon and a method for manufacturing the same.
本発明は、直径500mm以上の口径を有するプラズマ処理装置用電極板を製造する方法であって、単結晶シリコンのシリコンインゴットを1100℃以上1250℃以下の温度範囲まで1℃/分以下の昇温レートで加熱して該温度範囲で10分以上保持した後に、1℃/分以下の降温レートで250℃まで冷却を行うことにより熱処理を施す熱処理工程と、その熱処理がされた前記シリコンインゴットを切断して円板状の素地板を形成するスライス工程とを有することを特徴とする。 The present invention relates to a method of manufacturing an electrode plate for a plasma processing apparatus having a diameter of 500 mm or more, wherein the temperature of a silicon ingot of single crystal silicon is increased by 1 ° C./min or less to a temperature range of 1100 ° C. to 1250 ° C. Heating at a rate and holding at that temperature range for 10 minutes or more, followed by cooling to 250 ° C. at a temperature lowering rate of 1 ° C./minute or less, and cutting the silicon ingot after the heat treatment And a slicing step for forming a disk-shaped base plate.
単結晶シリコンインゴットの大径化に伴い、シリコンインゴットの内部に存在する内部ひずみも大きくなっており、従来と同様にシリコンインゴットを切断して素地板を形成すると、素地板に縁欠けや割れが発生することがあった。また、切断後の素地板には反りが発生するため、電極板として使用するためには、素地板の表面を研磨して反り部分を除去して平らに加工する必要があった。このため、シリコンインゴットから円板状の素地板を切り出す際には、切断後の素地板の反り量を考慮して、作製する予定の電極板の厚みよりも厚く切断する必要があり、製造コストの増加につながっていた。
この点、本発明のプラズマ処理装置用電極板の製造方法においては、シリコンインゴットを切断する前に、すなわちスライス工程の前に上記条件で熱処理を行うことにより、シリコンインゴットの内部ひずみを除去することとしているので、後のスライス工程において、素地板に割れや欠けが生じることを防止でき、単結晶シリコンからなる大口径の電極板を製造することが可能となる。また、素地板に反りが生じることも防止できることから、電極板の材料使用率を向上させることもできる。
また、このようにして製造される電極板においては、比抵抗値の面内ばらつきを低減させることができ、被処理基板へのプラズマ処理を均一に行うことが可能となる。
なお、熱処理工程において、シリコンインゴットを加熱、保持する温度が1100℃未満の場合や、保持の時間が10分未満の場合、また降温のレートが1℃/分を超える場合は、十分に内部ひずみを除去することができず、後のスライス工程において素地板に生じる割れや欠けを防止することができない。また、加熱、保持の温度が1250℃を超えると、シリコンインゴットの自重により歪みがかえって蓄積され、最悪の場合は強度的にシリコンインゴットの形状が保てなくおそれがある。
As the diameter of the single crystal silicon ingot increases, the internal strain that exists inside the silicon ingot also increases, and when the base plate is formed by cutting the silicon ingot as in the conventional case, the base plate is not chipped or cracked. It sometimes occurred. Further, since the warped base plate is warped, in order to use it as an electrode plate, it is necessary to polish the surface of the base plate to remove the warped portion and to process it flat. For this reason, when cutting a disk-shaped base plate from a silicon ingot, it is necessary to cut it thicker than the thickness of the electrode plate to be produced in consideration of the warp amount of the base plate after cutting, which is a manufacturing cost. Led to an increase.
In this regard, in the method for manufacturing an electrode plate for a plasma processing apparatus of the present invention, the internal strain of the silicon ingot is removed by performing heat treatment under the above conditions before cutting the silicon ingot, that is, before the slicing step. Therefore, it is possible to prevent the base plate from being cracked or chipped in the subsequent slicing step, and to manufacture a large-diameter electrode plate made of single crystal silicon. In addition, since the base plate can be prevented from warping, the material usage rate of the electrode plate can be improved.
Moreover, in the electrode plate manufactured in this way, the in-plane variation of the specific resistance value can be reduced, and the plasma processing on the substrate to be processed can be performed uniformly.
In the heat treatment step, if the temperature at which the silicon ingot is heated and held is less than 1100 ° C., if the holding time is less than 10 minutes, and the rate of cooling exceeds 1 ° C./minute, the internal strain will be sufficient. Cannot be removed, and cracks and chips generated in the base plate in the subsequent slicing step cannot be prevented. Further, when the heating and holding temperature exceeds 1250 ° C., the silicon ingot is distorted due to its own weight, and in the worst case, the shape of the silicon ingot may not be maintained in strength.
本発明のプラズマ処理装置用電極板は、上記のプラズマ処理装置用電極板の製造方法により製造されるプラズマ処理装置用電極板であって、単結晶シリコンにより直径500mm以上の円板状に形成され、比抵抗値の面内ばらつきが10Ω・cm以下とされる。
比抵抗値の面内ばらつきは、電極板の面方向の中心位置、外周位置及中心位置と外周位置との中間位置を含む複数箇所で測定して、それらの比抵抗値の最大値と最小値の差から求められるものである。
The electrode plate for a plasma processing apparatus of the present invention is an electrode plate for a plasma processing apparatus manufactured by the above-described method for manufacturing an electrode plate for a plasma processing apparatus, and is formed in a disk shape having a diameter of 500 mm or more from single crystal silicon. The in-plane variation of the specific resistance value is 10 Ω · cm or less.
The in-plane variation of the specific resistance value is measured at a plurality of locations including the center position in the surface direction of the electrode plate, the outer peripheral position, and the intermediate position between the central position and the outer peripheral position, and the maximum and minimum specific resistance values thereof are measured. It is calculated from the difference between the two.
本発明によれば、単結晶シリコンからなる大口径のプラズマ処理装置用電極板を形成することができるとともに、その電極板の比抵抗値の面内ばらつきを低減することができる。 According to the present invention, it is possible to form a large-diameter plasma processing apparatus electrode plate made of single crystal silicon, and to reduce in-plane variation in specific resistance value of the electrode plate.
以下、本発明に係るプラズマ処理装置用電極板及びその製造方法の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
まず、このプラズマ処理装置用電極板(以下、電極板と称す。)が用いられるプラズマ処理装置として、プラズマエッチング装置100について説明する。
プラズマエッチング装置100は、図2に示すように、真空チャンバー2内の上側に電極板(上側電極)3が設けられるとともに、下側に上下動可能な架台(下側電極)4が電極板3と相互間隔をおいて平行に設けられる。この場合、上側の電極板3は絶縁体5により真空チャンバー2の壁に対して絶縁状態に支持されているとともに、架台4の上に、静電チャック6と、その周りを囲むシリコン製の支持リング7とが設けられており、静電チャック6上に支持リング7により周縁部を支持した状態でウエハ(被処理基板)8が載置されるようになっている。
Hereinafter, embodiments of an electrode plate for a plasma processing apparatus and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a
As shown in FIG. 2, the
また、真空チャンバー2の上側には、エッチングガス供給管21が設けられ、このエッチングガス供給管21から送られてきたエッチングガスは、拡散部材9を経由した後、電極板3に設けられた通気孔31を通してウエハ8に向かって流され、真空チャンバー2の側部の排出口22から外部に排出される構成とされる。一方、電極板3と架台4との間には、高周波電源10により高周波電圧が印加されるようになっている。
Further, an etching
また、電極板3の背面には熱伝導性に優れるアルミニウム等からなる冷却板11が固定されている。この冷却板11にも、電極板3の通気孔31に連通するように、この通気孔31と同じピッチで貫通孔12が形成されている。そして、電極板3は、背面が冷却板11に接触した状態でねじ止め等によってプラズマエッチング装置100内に固定される。
A
そして、本実施形態の電極板3は、単結晶シリコンにより、例えば厚み10mm〜15mm、直径500mm以上の大口径の円板に形成される。また、この電極板3には、数mm〜40mm程度のピッチで数百〜3000個程度の通気孔31が縦横に整列した状態で厚み方向に平行に貫通するように形成されている。なお、各通気孔31は、ドリル加工又はレーザ加工により形成され、例えば、厚み12mm、直径530mmの電極板3に対して穴径が0.5mm、ピッチ25mmで形成される。
The
このように構成される電極板3は、図1のフロー図に示すように、単結晶シリコンのシリコンインゴットに熱処理を施す熱処理工程(S1)と、その熱処理後のシリコンインゴットを切断して円板状の素地板を形成するスライス工程(S2)と、素地板に複数の通気孔を加工する通気孔形成工程(S3)を経て製造される。なお、単結晶シリコンからなる直径500mm以上のシリコンインゴットは、チョクラルスキー法により形成される。
As shown in the flow diagram of FIG. 1, the
上記電極板3の製造工程について詳述すると、まず直径500mm以上の単結晶シリコンからなるシリコンインゴットに対して、1100℃以上1250℃以下の温度範囲まで1℃/分以下の昇温レートで加熱して、その温度範囲で10分以上保持した後に、1℃/分以下の降温レートで250℃まで冷却を行うことにより熱処理を施す(熱処理工程:S1)。そして、その熱処理後のシリコンインゴットを、ダイヤモンドバンドソー等で略円板状に薄く切断して素地板を形成する(スライス工程:S2)。
The manufacturing process of the
最後に、各素地板に対し、素地板の一方の表面側から厚み方向に平行にドリルを下降させる、またはレーザ照射を行うことにより、通気孔31を1つずつ加工して電極板3を仕上げる(通気孔形成工程:S3)。なお、ドリル加工により通気孔31の内面に多数発生するいわゆるマイクロクラックを除去するために、電極板をエッチング液に一定時間浸漬してエッチング処理を施すこととしてもよい。
Finally, the
このように、本実施形態の電極板の製造方法においては、単結晶シリコンのシリコンインゴットに対して、1100℃以上1250℃以下の温度範囲まで1℃/分以下の昇温レートで加熱して、その温度範囲で10分以上保持した後に、1℃/分以下の降温レートで250℃まで冷却を行う熱処理工程(S1)を施すことにより、シリコンインゴットの内部ひずみを除去することとしている。これにより、シリコンインゴットの切断時において、シリコンインゴットの切終わり部分で割れや欠けが生じ易かったが、切り始めから切終わりの最後まで円滑に切断することが可能となる。 Thus, in the manufacturing method of the electrode plate of this embodiment, the silicon ingot of single crystal silicon is heated at a temperature rising rate of 1 ° C./min or less to a temperature range of 1100 ° C. to 1250 ° C., The internal strain of the silicon ingot is removed by performing a heat treatment step (S1) for cooling to 250 ° C. at a temperature lowering rate of 1 ° C./min or less after holding in that temperature range for 10 minutes or more. As a result, at the time of cutting the silicon ingot, cracks and chips were easily generated at the cut end portion of the silicon ingot, but it is possible to smoothly cut from the start to the end of the cut.
したがって、後のスライス工程(S2)において、素地板に割れや欠けが生じることを防止でき、単結晶シリコンからなる大口径の電極板を製造することが可能となる。また、素地板に反りが生じることも防止できることから、電極板の材料使用率を向上させることもできる。
さらに、このようにして製造される電極板においては、比抵抗値の面内ばらつきを低減させることができるので、被処理基板へのプラズマ処理を均一に行うことが可能となる。
なお、熱処理工程(S1)において、シリコンインゴットを加熱、保持する温度が1100℃未満の場合や、保持の時間が10分未満の場合、また降温のレートが1℃/分を超える場合は、十分に内部ひずみを除去することができず、後のスライス工程(S2)において素地板に生じる割れや欠けを防止することができない。また、加熱、保持の温度が1250℃を超えると、シリコンインゴットの自重により歪みがかえって蓄積され、最悪の場合は強度的にシリコンインゴットの形状が保てなくおそれがある。
Therefore, in the subsequent slicing step (S2), the base plate can be prevented from being cracked or chipped, and a large-diameter electrode plate made of single crystal silicon can be manufactured. In addition, since the base plate can be prevented from warping, the material usage rate of the electrode plate can be improved.
Further, in the electrode plate manufactured in this way, the in-plane variation of the specific resistance value can be reduced, so that it is possible to uniformly perform the plasma processing on the substrate to be processed.
In the heat treatment step (S1), when the temperature at which the silicon ingot is heated and held is less than 1100 ° C., when the holding time is less than 10 minutes, and when the rate of temperature drop exceeds 1 ° C./minute, it is sufficient In addition, internal strain cannot be removed, and cracks and chips generated in the base plate in the subsequent slicing step (S2) cannot be prevented. Further, when the heating and holding temperature exceeds 1250 ° C., the silicon ingot is distorted due to its own weight, and in the worst case, the shape of the silicon ingot may not be maintained in strength.
本発明の効果を確認するために、本発明例及び比較例の素地板の試料を作製した。
各試料は、直径540mmの単結晶シリコンからなるシリコンインゴットを切断することにより、厚み12mmの素地板を形成した。
In order to confirm the effects of the present invention, samples of the base plates of the present invention and comparative examples were prepared.
Each sample formed a base plate having a thickness of 12 mm by cutting a silicon ingot made of single crystal silicon having a diameter of 540 mm.
本発明例1〜3及び比較例1〜3の試料については、シリコンインゴットを切断する前に、熱処理を施した後に、素地板の切り出しを行った。本発明例1〜3の試料については、1175℃まで1℃/分の昇温レートで加熱して、1175℃で10分保持した後に、1℃/分の降温レートで250℃まで冷却を行った。一方、比較例1〜3の試料については、1175℃まで2℃/分の昇温レートで加熱して、1175℃で10分保持した後に、2℃/分の降温レートで250℃まで冷却を行った。また、比較例4〜6の試料については、1050℃まで1℃/分の昇温レートで加熱して、1050℃で10分保持した後に、1℃/分の降温レートで250℃まで冷却を行った。
比較例7〜9の試料については、シリコンインゴットに対して熱処理工程を行うことなく、素地板の切り出しを行った。
About the sample of this invention example 1-3 and the comparative examples 1-3, after cut | disconnecting a base plate, after heat-processing, before cut | disconnecting a silicon ingot. Samples of Invention Examples 1 to 3 were heated to 1175 ° C. at a rate of 1 ° C./min, held at 1175 ° C. for 10 minutes, and then cooled to 250 ° C. at a rate of 1 ° C./min. It was. On the other hand, the samples of Comparative Examples 1 to 3 were heated to 1175 ° C. at a rate of 2 ° C./min, held at 1175 ° C. for 10 minutes, and then cooled to 250 ° C. at a rate of 2 ° C./min. went. For the samples of Comparative Examples 4 to 6, the sample was heated to 1050 ° C. at a rate of 1 ° C./min, held at 1050 ° C. for 10 minutes, and then cooled to 250 ° C. at a rate of 1 ° C./min. went.
About the sample of Comparative Examples 7-9, the base plate was cut out, without performing a heat treatment process with respect to a silicon ingot.
そして、図3に示すように、各試料の素地板30について、素地板表面の面方向の中心位置a、外周位置b、中心位置aと外周位置bとの中間位置cの三箇所の位置における比抵抗値を測定した。また、比抵抗値の面内ばらつきを、これら中心位置a、外周位置b、中心位置aと外周位置bとの中間位置cの各位置における3つの比抵抗値のうちの最大値と最小値の差(PV値)から求めた。また、素地板に生じた割れや欠けの有無を確認した。
表1に結果を示す。
And as shown in FIG. 3, about the
Table 1 shows the results.
表1からわかるように、本発明例1〜3の試料においては、シリコンインゴットの切断時に素地板に割れや欠けを生じさせることなく、製造することができた。また、本発明例1〜3の試料は、比較例1〜9の試料に比べて比抵抗値のばらつき(PV値)が低減されることが確認できた。 As can be seen from Table 1, the samples of Invention Examples 1 to 3 could be produced without causing cracks or chipping in the base plate when the silicon ingot was cut. Moreover, it was confirmed that the samples of Invention Examples 1 to 3 had reduced variation in specific resistance value (PV value) compared to the samples of Comparative Examples 1 to 9.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
2 真空チャンバー
3 電極板(上側電極)
4 架台(下側電極)
5 絶縁体
6 静電チャック
7 支持リング
8 ウエハ(被処理基板)
9 拡散部材
10 高周波電源
11 冷却板
12 貫通孔
21 エッチングガス供給管
22 排出口
30 素地板
31 通気孔
100 プラズマエッチング装置(プラズマ処理装置)
2
4 frame (lower electrode)
5
9
Claims (2)
単結晶シリコンのシリコンインゴットを1100℃以上1250℃以下の温度範囲まで1℃/分以下の昇温レートで加熱して該温度範囲で10分以上保持した後に、1℃/分以下の降温レートで250℃まで冷却を行うことにより熱処理を施す熱処理工程と、
その熱処理がされた前記シリコンインゴットを切断して円板状の素地板を形成するスライス工程と
を有することを特徴とするプラズマ処理装置用電極板の製造方法。 A method of manufacturing an electrode plate for a plasma processing apparatus having a diameter of 500 mm or more,
A silicon ingot made of single crystal silicon is heated to a temperature range of 1100 ° C. or more and 1250 ° C. or less at a temperature rising rate of 1 ° C./min and held at the temperature range for 10 minutes or more, and then at a temperature falling rate of 1 ° C./min or less. A heat treatment step of performing heat treatment by cooling to 250 ° C .;
And a slicing step of cutting the heat-treated silicon ingot to form a disk-shaped base plate.
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