JP4517369B2

JP4517369B2 - プラズマエッチング装置用シリコンリング

Info

Publication number: JP4517369B2
Application number: JP2006217988A
Authority: JP
Inventors: 利玄臂; 孝志米久
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2026-08-10
Also published as: JP2007081381A

Description

この発明は、プラズマエッチング装置用シリコンリングに関するものであり、このプラズマエッチング装置用シリコンリングは、上部電極を支持しプラズマ領域をシールするためのシールドリング、ウエハを支持しかつプラズマエッチング処理の面内均一性を向上させるための支持リング、ウエハを支持することなくウエハの外周に設置してウエハのプラズマエッチング処理の面内均一性を向上させるためのフォーカスリングなどを含むものである。

一般に、半導体集積回路を製造する工程で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の上に支持リング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で囲っている。さらにウエハ４を支持リング１にはめ込んでプラズマエッチング装置にセットし、ウエハ４を支持すると同時にプラズマエッチング処理の面内均一性を向上させている（引用文献１参照）。

また、ウエハのプラズマエッチング処理を行うに当って、図５の断面概略説明図に示されるように、ウエハ４を静電チャック９で支持し、ウエハ４の周囲を前記支持リングと同じ形状構造を有するリングで囲んでセットし、それによってウエハ４のプラズマエッチング処理の面内均一性を向上させている。このウエハ４を直接支持することなくプラズマエッチング処理の面内均一性を向上させるためにのみ使用するリングを一般にフォーカスリングと称している(引用文献２、３参照)。図５は支持リングと同じ形状構造を有するリングをフォーカスリングとして用いてプラズマエッチング処理を行っている状態を示す断面図であり、その符合はフォーカスリング２１を除いて図４と全く同じであるから、図５における符号の説明は省略する。

従来の支持リングは、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いる。また従来のフォーカスリングは支持リングとほぼ同じ形状構造を有しており、ウエハを直接支持することなくプラズマエッチング処理の面内均一性を向上させるために使用されている。さらに前記シールドリング１２は上部電極板２を支持する作用も果たしている。前記支持リング、フォーカスリング、シールドリングなどのプラズマエッチング装置用シリコンリングは単結晶シリコン、多結晶シリコン、柱状晶シリコンなどで構成されている（特許文献１参照）。

特開２００１−７０９０号公報特開２００４−２００３５３号公報特開２００５−３３０６２号公報

前記プラズマエッチング装置内にプラズマ１０を発生させてウエハ４をエッチングする際に、パーティクルの発生は避けられず、大量のパーティクルの発生は不良品発生の確率を増加させるのでの好ましくない。前記パーティクルは大部分がシリコンからなる上部電極板２から発生するが、その他に支持リング１、フォーカスリング２１およびシールドリング１２からも発生することから、支持リング１、フォーカスリング２１およびシールドリング１２からのパーティクルの発生も極力抑えなければならない。

この発明は、パーティクルの発生の少ない支持リング１、フォーカスリング２１、シールドリング１２などのプラズマエッチング装置に使用するシリコンリング(以下、プラズマエッチング装置用シリコンリングと総称する)を提供することを目的とするものである。

本発明者等は、パーティクルの発生の少ないプラズマエッチング装置用シリコンリングを提供すべく研究を行った。その結果、
（イ）図１の断面図に示されるように、従来の支持リング１の全面にシリコン化学蒸着被膜２０を形成した支持リングをプラズマエッチング装置にセットしてプラズマエッチングを行うと、図３に示されるようなシリコン化学蒸着被膜が形成されていない従来の支持リング１をプラズマエッチング装置にセットしてプラズマエッチングを行う場合に比べて、パーティクルの発生数が少なくなる、
（ロ）従来のシールドリングの全面にシリコン化学蒸着被膜を形成したシールドリング（図示せず）をプラズマエッチング装置にセットしてプラズマエッチングを行うと、シリコン化学蒸着被膜が形成されていない従来のシールドリングをプラズマエッチング装置にセットしてプラズマエッチングを行う場合に比べて、パーティクルの発生数が少なくなる、
（ハ）従来のフォーカスリングの全面にシリコン化学蒸着被膜を形成したフォーカスリング（図示せず）をプラズマエッチング装置にセットしてプラズマエッチングを行うと、シリコン化学蒸着被膜が形成されていない従来のフォーカスリングをプラズマエッチング装置にセットしてプラズマエッチングを行う場合に比べて、パーティクルの発生数が少なくなる、
（ニ）前記シリコン化学蒸着被膜は、平均粒径が１μｍ以下の超微細結晶粒を有することが必要であり、平均粒径が１μｍを越えるとパーティクルの発生数が増加する、
（ホ）従来の支持リング、フォーカスリングまたはシールドリングなどのプラズマエッチング装置用シリコンリングの表面に形成するシリコン化学蒸着被膜は、支持リングまたはフォーカスリングおよびシールドリングの全面に形成する必要は無く、特に、支持リングまたはフォーカスリングはプラズマに曝される面にのみ形成すればよく、例えば、支持リングの場合、図２に示されるように、内段１４の支持面１９、支持リング１の大径部内壁１７、支持リング１の上面１５および支持リング１の大径部外壁１８にシリコン化学蒸着被膜２０を形成するだけで十分であり、支持リング１の下面１６は架台３に接して隠されており、さらに内段１４の内壁２１はウエハ４によりプラズマから遮断されているので特にシリコン化学蒸着被膜２０を形成しなくても良い、
（ヘ）前記支持リング、フォーカスリングまたはシールドリングは、単結晶シリコン、多結晶シリコンおよび柱状晶シリコンの内のいずれかで作製することが好ましい、などの知見を得たのである。

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）プラズマエッチング装置用シリコンリングにおいて、前記リングの少なくともプラズマに曝される外表面に平均粒径：１μｍ以下のシリコン化学蒸着被膜を形成してなるプラズマエッチング装置用シリコンリング、
（２）前記プラズマエッチング装置用シリコンリングは、単結晶シリコン、多結晶シリコンおよび柱状晶シリコンの内のいずれかからなる前記（１）記載のパーティクル発生の少ないプラズマエッチング装置用シリコンリング、に特徴を有するものである。

この発明のプラズマエッチング装置用シリコンリングを使用すると、プラズマエッチングを長期間行ってもパーティクル発生が少なく、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。

この発明のプラズマエッチング装置用シリコンリングの内で最も代表的な支持リングについて、具体的に説明する。

いずれも外径：３００mm、厚さ：５mmを有し、内段の内径：１９５mm、内段の厚さ：４mmの寸法を有する単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは柱状晶シリコンからなる支持リングを用意した。
実施例１
先に用意した単結晶支持リング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、単結晶支持リングを表１に示される成長温度に加熱することにより、単結晶支持リングの全面に、厚さ：１ｍｍを有し、表１に示される平均結晶粒径を有するＳｉ化学蒸着膜を形成することにより本発明Ｓｉ化学蒸着膜被覆単結晶支持リング１〜２および比較Ｓｉ化学蒸着膜被覆単結晶支持リング１〜２を作製した。Ｓｉ化学蒸着膜の平均結晶粒径は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。

この本発明Ｓｉ化学蒸着膜被覆単結晶支持リング１〜２および比較Ｓｉ化学蒸着膜被覆単結晶支持リング１〜２の内段の支持面に、用意したＳｉウエハを載置し、これ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：９０sccmＣＨＦ_３＋４sccmＯ_２＋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１００時間経過した時点でのＳｉウエハ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。

一方、先に用意した単結晶支持リングを従来単結晶支持リングとして使用し、同様にして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１００時間経過した時点でのＳｉウエハ上のパーティクル数を測定し、その結果を表１に示した。

実施例２
先に作製した多結晶支持リング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、多結晶支持リングを表２に示される成長温度に加熱することにより、多結晶支持リングの全面に、厚さ：１ｍｍを有し、表２に示される平均結晶粒径を有するＳｉ化学蒸着膜を形成することにより本発明Ｓｉ化学蒸着膜被覆多結晶支持リング１〜２および比較Ｓｉ化学蒸着膜被覆多結晶支持リング１〜２を作製した。Ｓｉ化学蒸着膜の平均結晶粒径は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。
この本発明Ｓｉ化学蒸着膜被覆多結晶支持リング１〜２および比較Ｓｉ化学蒸着膜被覆多結晶支持リング１〜２の内段の支持面に用意したＳｉウエハを載置し、これ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：９０sccmＣＨＦ_３＋４sccmＯ_２＋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１００時間経過した時点でのＳｉウエハ上のパーティクル数を測定し、その結果を表２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。

一方、先に用意した多結晶支持リングを従来多結晶支持リングとして使用し、同様にして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１００時間経過した時点でのＳｉウエハ上のパーティクル数を測定し、その結果を表２に示した。

実施例３
先に作製した柱状晶支持リング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、柱状晶支持リングを表３に示される成長温度に加熱することにより、柱状晶支持リングの全面に、厚さ：１ｍｍを有し、表３に示される平均結晶粒径を有するＳｉ化学蒸着膜を形成することにより本発明Ｓｉ化学蒸着膜被覆柱状晶支持リング１〜２および比較Ｓｉ化学蒸着膜被覆柱状晶支持リング１〜２を作製した。Ｓｉ化学蒸着膜の平均結晶粒径は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。
この本発明Ｓｉ化学蒸着膜被覆柱状晶支持リング１〜２および比較Ｓｉ化学蒸着膜被覆柱状晶支持リング１〜２の内段の支持面に、用意したＳｉウエハを載置し、これ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：９０sccmＣＨＦ_３＋４sccmＯ_２＋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１００時間経過した時点でのＳｉウエハ上のパーティクル数を測定し、その結果を表３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。

一方、先に用意した柱状晶支持リングを従来柱状晶支持リングとして使用し、同様にして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１００時間経過した時点でのＳｉウエハ上のパーティクル数を測定し、その結果を表３に示した。

表１〜３に示される結果から、
（ａ）Ｓｉ化学蒸着膜を被覆した本発明Ｓｉ化学蒸着膜被覆単結晶支持リング１〜２は、本発明Ｓｉ化学蒸着膜被覆単結晶支持リング１〜２および従来単結晶支持リングに比べてパーティクルの発生が同等であること、
（ｂ）本発明Ｓｉ化学蒸着膜被覆多結晶支持リング１〜２は、本発明Ｓｉ化学蒸着膜被覆多結晶支持リング１〜２および従来多結晶支持リングに比べてパーティクルの発生が格段に少ないこと、
（ｃ）本発明Ｓｉ化学蒸着膜被覆柱状晶支持リング１〜２は、比較Ｓｉ化学蒸着膜被覆柱状晶支持リング１〜２および従来柱状晶支持リングに比べてパーティクルの発生が各段に少ないこと、などが分かる。

実施例では支持リングについて詳細に説明したが、フォーカスリング、シールドリングについてもほぼ同じ結果が得られた。

この発明の支持リングにＳｉウエハを載置した状態の断面説明図である。この発明の支持リングにＳｉウエハを載置した状態の断面説明図である。従来の支持リングの断面説明図である。支持リングをセットしたプラズマエッチング装置の断面概略説明図である。フォーカスリングをセットした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：支持リング、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：大径部内壁、１８：大径部外壁、１９：支持面、２０：シリコン化学蒸着被膜、２１：フォーカスリング

Claims

プラズマエッチング装置用シリコンリングにおいて、前記リングの少なくともプラズマに曝される外表面に平均粒径：１μｍ以下のシリコン化学蒸着被膜を形成してなることを特徴とするプラズマエッチング装置用シリコンリング。
前記プラズマエッチング装置用シリコンリングは、単結晶シリコン、多結晶シリコンおよび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記載のプラズマエッチング装置用シリコンリング。
前記プラズマエッチング装置用シリコンリングは、支持リング、フォーカスリングまたはシールドリングであることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマエッチング装置用シリコンリング。