JP4045591B2 - プラズマエッチング用電極板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、パーティクル発生の少ないプラズマエッチング用電極板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造する際に、シリコンウエハ上に形成された層間絶縁膜をエッチングする必要があるが、この層間絶縁膜付きシリコンウエハ（以下、ウエハと呼ぶ）をエッチングするためにプラズマエッチング用シリコン電極板が使用されている。そのプラズマエッチング用シリコン電極板９は、図３の一部断面概略説明図に示されるように、単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは一方向凝固柱状晶シリコンからなるシリコン電極基板１１の厚さ方向に平行に貫通細孔ガス穴５が設けられた構造を有している。このプラズマエッチング用シリコン電極板９を真空容器（図示せず）内のほぼ中央に固定し、一方、架台６の上にウエハ４を載置し、エッチングガス７を貫通細孔ガス穴５を通してウエハ４に向って流しながら高周波電圧を印加することによりシリコン電極基板１１とウエハ４の間にプラズマ８を発生させ、このプラズマ８がウエハ４に作用してウエハ４の表面をエッチングするようになっている。かかるプラズマエッチング操作を行うとプラズマエッチング用シリコン電極板９も同時にエッチングされ、特にシリコン電極基板１１の厚さ方向に平行に設けられている貫通細孔ガス穴５のプラズマ８に接する面の貫通細孔ガス穴５が最も激しく消耗し、最も早く下広がりに拡大し、そのためにプラズマエッチング用シリコン電極板９の頻繁な交換を余儀なくされていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、プラズマエッチング操作により大型のウエハをエッチングすることができるように、プラズマエッチング装置はますます大型化する傾向にある。このプラズマエッチング装置の大型化に伴って使用されるプラズマエッチング用電極板も大型化している。
しかし、プラズマエッチング用電極板が大型化するほど強度が必要になり、従来の単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは一方向凝固柱状晶シリコンからなるプラズマエッチング用シリコン電極板では強度が不足してきた。
そこで、近年、シリコン電極基板に代えて高強度を有する炭化ケイ素電極基板からなるプラズマエッチング用電極板が用いられるようになって来た。この炭化ケイ素電極基板からなる電極板はシリコン電極基板からなる電極板に比べて高強度を有するところから大口径のプラズマエッチング用電極板を作製することができ、さらにこの炭化ケイ素電極基板からなるプラズマエッチング用電極板はシリコン電極基板からなるプラズマエッチング用電極板に比べて消耗が少ないところから長時間に亘ってプラズマエッチングを行うことが出来るという長所がある。
【０００４】
しかし、炭化ケイ素電極基板からなるプラズマエッチング用電極板は、一般に、微細な炭化ケイ素粉末を焼結して作られるために、図４の一部断面図に示されるように、炭化ケイ素電極基板１に形成された貫通細孔ガス穴５の壁面に多結晶粒界１２が露出している。そのために炭化ケイ素の多結晶粒１３が粒界１２に沿って剥がれ落ち、それがパーティクル１４となるのでパーティクル発生率が高く、したがって、エッチングされたウエハの不良品発生率が高いという欠点があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、かかる観点から、大口径のプラズマエッチング用電極板であってもパーティクル発生の一層少ないプラズマエッチング用電極板を得るべく研究を行った。その結果、
（イ）図２の断面図に示されるように、径の大きな穴からなる大径穴部２１と前記大径穴部２１の径よりも小さい径の穴からなる小径穴部２２からなるガス穴部開口部２を有する大口径の炭化ケイ素電極基板１を作製し、このガス穴部開口部２に単結晶シリコンからなり径の大きな部分の大径部３１と前記大径部３１の径よりも小さい径を有する部分の小径部３２からなりかつ貫通細孔ガス穴５を有するガス穴パーツ３を着脱自在にはめ込んで図１の断面図に示されるプラズマエッチング用電極板を作製し、このプラズマエッチング用電極板を用いてウエハをプラズマエッチングすると、単結晶シリコンからなるガス穴パーツ３の貫通細孔ガス穴には結晶粒界が露出していないので、結晶粒界に沿って剥がれ落ちる結晶粒がなく、そのためにパーティクル発生が極めて少なくなる、
（ロ）単結晶シリコンからなるガス穴パーツ３は、プラズマエッチング用電極板に直接形成された貫通細孔ガス穴に比べて使用期間は短いが、単結晶シリコンからなるガス穴パーツ３は着脱自在にはめ込んであるので、消耗したら交換すれば良い、という知見を得たのである。
【０００６】
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、
炭化ケイ素からなり径の大きな穴からなる大径穴部と前記大径穴部の径よりも小さい径の穴からなる小径穴部からなるガス穴部開口部を有する炭化ケイ素電極基板と、このガス穴部開口部に単結晶シリコンからなる径の大きな部分の大径部と前記大径部の径よりも小さい径を有する部分の小径部からなりかつ貫通細孔ガス穴を有するガス穴パーツをはめ込んでなるプラズマエッチング用電極板であって、前記ガス穴部開口部にはめ込まれた前記ガス穴パーツは交換可能であるプラズマエッチング用電極板、に特徴を有するものである。
【０００７】
この発明のプラズマエッチング用電極板を図面に基づいて一層詳細に説明する。
図１は、この発明のプラズマエッチング用電極板１０の断面説明図であり、図２はその組立て前の断面説明図である。図２において、１は炭化ケイ素電極基板、２は炭化ケイ素電極基板１に形成されたガス穴部開口部、３はガス穴パーツであり、ガス穴パーツ３は単結晶シリコンで構成されている。炭化ケイ素電極基板１には、図２に示されるように、ガス穴部開口部２が形成されているがこのガス穴部開口部２は径の大きな穴からなる大径穴部２１と前記大径穴部２１の径よりも小さい径の穴からなる小径穴部２２とで構成されている。
【０００８】
一方、ガス穴パーツ３は径の大きな部分の大径部３１と前記大径部３１の径よりも小さい径を有する部分の小径部３２からなりかつ貫通細孔ガス穴５を有している。このガス穴パーツ３をガス穴部開口部２にはめ込むと、図１に示されるように、ガス穴パーツ３の大径部３１はガス穴部開口部２の大径穴部２１に嵌合し、ガス穴パーツ３の小径部３２はガス穴部開口部２の小径穴部２２に嵌合し、この発明のプラズマエッチング用電極板１０が完成する。このプラズマエッチング用電極板１０に嵌合したガス穴パーツ３は消耗した場合に交換可能となっている。
【０００９】
このようにして作製したプラズマエッチング用電極板は、ガス穴パーツがパーティクル発生の少ない単結晶シリコンにより作られているために、通常のプラズマエッチング用電極板に比べてパーティクル発生の少ないという優れた効果を奏するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施例１
平均粒径：３μｍを有する炭化ケイ素粉末を燒結することにより直径：４００ｍｍ、厚さ：５ｍｍを有する炭化ケイ素焼結体からなる炭化ケイ素電極基板１を作製した。この炭化ケイ素電極基板１に図２に示されるように直径：４ｍｍの大径穴部２１と直径：２ｍｍの小径穴部２２のからなるガス穴部開口部２を形成した。
【００１１】
さらに、細い直径：１５０ｍｍの単結晶シリコンインゴットを用意し、この単結晶シリコンインゴットから切り出して直径：４ｍｍの大径部３１と直径：２ｍｍの小径部３２を有し、中心部に直径：０．５ｍｍの貫通細孔ガス穴５を形成した単結晶シリコンからなるガス穴パーツ３を作製した。
【００１２】
このようにして得られた単結晶シリコンからなるガス穴パーツ３を図１に示されるようにガス穴部開口部２にはめ込むことにより本発明プラズマエッチング用電極板（以下、本発明電極板という）１を作製した。
【００１３】
従来例１
さらに、先に作製した直径：４００ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する炭化ケイ素電極基板に直径：０．５ｍｍの貫通細孔ガス穴を形成することにより従来プラズマエッチング用電極板（以下、従来電極板という）１を作製した。
【００１４】
さらに、予めＣＶＤ法によりＳｉＯ₂ 層を表面に形成した直径：２００ｍｍのウエハを用意した。
【００１５】
この本発明電極板１および従来電極板１をそれぞれプラズマエッチング装置にセットし、さらにＳｉＯ₂ 層を形成した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、ウエハ表面のＳｉＯ₂ 層のプラズマエッチングを行ない、３００時間経過後のそれぞれの時点でのウエハに付着した直径：０．２μｍ以上の大きさのパーティクル発生数を測定し、その結果を表１に示した。
【００１６】
【表１】

【００１７】
表１に示される結果から、本発明電極板１を使用してウエハ表面に形成されたパーティクルの数は従来電極板１を使用してウエハ表面に形成されたパーティクルの数に比べて格段に少ないことが分かる。
【００１８】
【発明の効果】
実施例１からも明らかなように、この発明の大径を有しかつパーティクル発生が少ないプラズマエッチング用電極板を使用すると、大型のウエハをエッチングすることができ、さらに単結晶シリコンからなるガス穴パーツ３を嵌合しているので通常のプラズマエッチング用単結晶シリコン電極板とほぼ同じ程度にパーティクル発生を抑えることができて不良品発生率を大幅に減らすことができ、さらにガス穴パーツは細い安価な単結晶インゴットから作製することができるので、このガス穴パーツの消耗による交換を行なってもコストを安く抑えることができることなどから、半導体装置産業の発展に大いに貢献しうるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のプラズマエッチング用電極板を説明するための断面説明図である。
【図２】 この発明のプラズマエッチング用電極板の製造方法を説明するための断面説明図である。
【図３】 従来のプラズマエッチング用シリコン電極板の使用状態を説明するための断面説明図である。
【図４】 従来のプラズマエッチング用電極板の貫通細孔ガス穴における消耗状態を説明するための断面説明図である。
【符号の説明】
１ 炭化ケイ素電極基板
２ ガス穴部開口部
２１ 大径穴部
２２ 小径穴部
３ ガス穴パーツ
３０ ガス穴パーツ
４ ウエハ
５ 貫通細孔ガス穴
６ 架台
７ エッチングガス
８ プラズマ
９ プラズマエッチング用シリコン電極板
１０ この発明のプラズマエッチング用電極板
１１ シリコン電極基板
１２ 多結晶粒界
１３ 多結晶粒
１４ パーティクル

Claims (1)

1. 径の大きな穴からなる大径穴部と前記大径穴部の径よりも小さい径の穴からなる小径穴部からなるガス穴部開口部を有する炭化ケイ素電極基板と、このガス穴部開口部に径の大きな部分の大径部と前記大径部の径よりも小さい径を有する部分の小径部からなりかつ貫通細孔ガス穴を有する単結晶シリコン製のガス穴パーツをはめ込んでなるプラズマエッチング用電極板であって、前記ガス穴部開口部にはめ込まれた前記ガス穴パーツは交換可能であることを特徴とするプラズマエッチング用電極板。

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