JP4517364B2 - プラズマエッチング用シリコン電極板 - Google Patents

Description

この発明は、パーティクル発生が少なくかつ使用寿命の長いプラズマエッチング用シリコン電極板に関するものである。

一般に、半導体集積回路を製造する工程において使用するＳｉウエハをエッチングするためのプラズマエッチング装置は、図１に示されるように、真空容器１内にシリコン電極板２および架台３が間隔をおいて設けられており、架台３の上にＳｉウエハ４を載置し、エッチングガス７をシリコン電極板２に設けられた貫通細孔５を通してＳｉウエハ４に向って流しながら高周波電源６により電極板２と架台３の間に高周波電圧を印加し、高周波電圧の印加によりシリコン電極板２と架台３の間の空間にプラズマ１０を発生させ、このプラズマ１０による物理反応と、シリコン−エッチングガス７による化学反応により、Ｓｉウエハ４の表面をエッチングする装置であることは知られている。
シリコン電極板２はカーボンで構成された電極板が使用されたこともあったが、近年、主として単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは柱状晶シリコンからなるシリコン電極板が使用されている。このシリコン電極板を使用してＳｉウエハをプラズマエッチングした場合、シリコン電極板に設けられた貫通細孔５は、シリコン電極板のＳｉウエハに対向する面に向かってラッパ状に広がりながら消耗し、寿命となる。（特許文献１参照）。
特開２００３−５１４９１号公報

一般に、シリコン電極板を使用してプラズマエッチングを行うとシリコン電極板が消耗し、同時にパーティクルが発生することは避けることができない。しかし、パーティクルの発生が多いと不良品の発生が多くなり、一方、シリコン電極板の消耗が早いと、シリコン電極板の交換を頻繁に行わなければならず、プラズマエッチングの作業効率が低下する。したがって、プラズマエッチングに際してパーティクルの発生が少なくかつ使用寿命の長いシリコン電極板が求めらられている。

そこで、本発明者等は、プラズマエッチングに際してパーティクルの発生が少なくかつ使用寿命の長いシリコン電極板を得るべく研究を行った。その結果、
（イ）通常の多結晶シリコン電極板の平均結晶粒径は５〜１０ｍｍであるが、通常の多結晶シリコン電極板の平均結晶粒径よりも極端に微細な平均結晶粒径：１μｍ以下の超微細結晶粒からなる多結晶シリコンで構成されたシリコン電極板は、通常使用されている多結晶シリコン（平均結晶粒径：５〜１０ｍｍ）で構成されたシリコン電極板に比べて、プラズマエッチングの際に発生するパーティクルの数が格段に少なくかつ使用寿命が格段に長い、
（ロ）さらに、前記平均結晶粒径が１μｍ以下の超微細結晶粒からなる多結晶シリコンで構成されたシリコン電極板は、従来から使用されている単結晶シリコンおよび柱状晶シリコンからなるシリコン電極板に比べて、プラズマエッチング時に発生するパーティクルの発生数が同等または少なく、かつ消耗速度が減少して使用寿命がながくなる、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）平均結晶粒径：１μｍ以下の超微細結晶粒からなる多結晶シリコンで構成されているプラズマエッチング用シリコン電極板、に特長を有するものである。

この発明のシリコン電極板を構成する超微細結晶粒からなる多結晶シリコンの平均結晶粒径は１μｍ以下であることが好ましい。平均結晶粒径が１μｍを越えるとパーティクルの発生が増加し、さらに消耗速度が大きくなって使用寿命が短くなるからである。
この発明の平均結晶粒径：１μｍ以下の超微細多結晶粒からなる多結晶シリコンで構成されているプラズマエッチング用シリコン電極板を製造するには、先ず、シリコン基板を用意し、このシリコン基板の表面にシリコンの厚い化学蒸着膜を形成する。このシリコンの化学蒸着膜は微細な多結晶からなり、その平均結晶粒径は化学蒸着時の成長温度を制御することにより調整することができ、その成長温度は低いほど微細な平均結晶粒径を有する化学蒸着膜が形成されるが、成長速度は遅くなる。平均結晶粒径：１μｍ以下の超微細多結晶シリコンからなる化学蒸着膜を形成するには、成長温度が１０００℃以下であり成長温度が低いほど微細な結晶粒が生成するので好ましいが、成長温度が低いほど結晶粒の成長は遅くなる。したがって、８００〜９００℃の範囲内にあることが一層好ましい。
このようにして作製した表面に厚い化学蒸着膜が形成されたシリコン基板におけるシリコン基板を切削、研削などの機械加工により厚い化学蒸着膜をから切り離し、この切り離された厚い化学蒸着膜の厚さ方向に平行に貫通細孔を設けることによりこの発明のプラズマエッチング用シリコン電極板を製造することができる。

この発明のプラズマエッチング用シリコン電極板は、プラズマエッチング中に発生するパーティクルの数が少なくなり、使用寿命が延びてプラズマエッチングによる半導体集積回路を効率良く生産することができ、半導体装置産業の発展に大いに貢献しうるものである。

この発明のプラズマエッチング用シリコン電極板を実施例に基づいて具体的に説明する。
直径：３００ｍｍ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：４ｍｍに輪切り切断して単結晶シリコン基板を作製し、この単結晶シリコン基板を通常の化学蒸着装置に装入しセットし、原料ガスであるモノシラン（ＳｉＨ_４）を化学蒸着装置に導入し、単結晶シリコン電極板を表１に示される成長温度に加熱し、単結晶シリコン基板の表面に厚さ：６ｍｍを有し表１に示される平均結晶粒径を有するＳｉ化学蒸着膜を形成した。次に、この表面にＳｉ化学蒸着膜が形成された単結晶シリコン基板における単結晶シリコン基板を研削により除去することにより厚さ：４ｍｍを有するＳｉ化学蒸着膜からなる円板を取り出した。このＳｉ化学蒸着膜からなる円板に内径：０．５ｍｍの貫通細孔を孔間ピッチ：８ｍｍで形成することにより本発明超微細多結晶シリコン電極板１〜２および比較超微細多結晶シリコン電極板１〜２を作製した。
このＳｉ化学蒸着膜からなる本発明超微細多結晶シリコン電極板１〜２および比較超微細多結晶シリコン電極板１〜２の平均結晶粒径はＦＥＳＥＭ／ＥＢＳＰ法により結晶粒界と結晶粒（面）と分離した画像を抽出し、この画像から各結晶粒の面積を求め、さらにその面積から円相当径を算出することにより求めた。
さらに、いずれも外径：３００ｍｍ、厚さ：４ｍｍを有し、内径：０．５ｍｍの貫通細孔を孔間ピッチ：８ｍｍで形成してなる従来単結晶シリコン電極板、従来多結晶シリコン電極板および従来柱状晶シリコン電極板を用意した。

このようにして作製した本発明超微細多結晶シリコン電極板１〜２および比較本発明超微細多結晶シリコン電極板１〜２多結晶シリコン電極板１〜２、並びに先に用意した従来単結晶シリコン電極板、従来多結晶シリコン電極板および従来柱状晶シリコン電極板をそれぞれエッチング装置にセットし、さらに予め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２５分間経過した時点でのウエハ表面に付着した粒径：０．１６μｍ以上のパーティクル数を測定し、その結果を表１に示した。前記パーティクル数の測定は、トプコン製のパーティクルカウンター（ＷＭ−３０００）を使用し、ウエハ表面をレーザ光により走査し、付着したパーティクルからの光散乱強度を測定することによりパーティクルの位置と大きさを認識することにより行った。
さらにエッチング開始から２５分間経過した時点での本発明超微細多結晶シリコン電極板１〜２、比較超微細多結晶シリコン電極板１〜２、従来単結晶シリコン電極板、従来多結晶シリコン電極板および従来柱状晶シリコン電極板における中心（Ｘを半径とすると、Ｘ＝０の位置）、中心から５０ｍｍ離れた位置および中心から１００ｍｍ離れた位置における浸食深さ（μｍ）（ここで浸食深さとは電極板の厚さの減少量を示す）をそれぞれ測定し、浸食深さ×６０／２５＝消耗速度（μｍ／時）を求め、その結果を表２に示した。

表１〜表２に示される結果から、本発明超微細多結晶シリコン電極板１〜２は、比較超微細多結晶シリコン電極板１〜２、従来単結晶シリコン電極板、従来多結晶シリコン電極板および従来柱状晶シリコン電極板に比べてパーティクルの発生が同等であるかまたは少なく消耗速度が遅いことから使用寿命が長いことがわかる。

従来のプラズマエッチング装置の断面説明図である。

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：下面、９：上面、１０：ブラズマ、

Claims (1)

1. 平均結晶粒径：１μｍ以下の超微細結晶粒からなる多結晶シリコンで構成されていることを特徴とするプラズマエッチング用シリコン電極板。

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