JP4863074B2

JP4863074B2 - 耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板

Info

Publication number: JP4863074B2
Application number: JP2006327986A
Authority: JP
Inventors: 順一佐々木
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2026-12-05
Also published as: JP2008141104A

Description

この発明は、耐割れ性に優れた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り、特に高出力でプラズマエッチングを行なっても割れが発生することのない耐割れ性に優れた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際に、シリコン電極板を使用してウエハをエッチングする必要がある。このとき使用するシリコン電極板は、図５の従来のプラズマエッチング装置の一部断面説明図に示されるように、貫通細孔５を有しており、このシリコン電極板１を冷却板３にボルト６で固定して使用する。このシリコン電極板１は単結晶、多結晶または柱状晶のシリコンからなるが、単結晶シリコンからなるシリコン電極板が最も好ましいとされ、単結晶シリコンからなるシリコン電極板が最も多く使用されている。一方、冷却板３は銅、アルミニウムなどの導電性に優れた金属で構成されており、この冷却板３は周囲に鍔部１０を有している。冷却板３はこの鍔部１０により支持させることにより真空容器（図示せず）内のほぼ中央に設置し固定される。
シリコン電極板１および冷却板３を真空容器内に設置し固定したのち、架台８の上にウエハ４を載置し、エッチングガス７をシリコン電極板１および冷却板３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圧を印加することによりシリコン電極板１とウエハ４の間にプラズマ１１を発生させ、このプラズマ１１がウエハ４に当ってウエハ４の表面をエッチングするようになっている。この時、シリコン電極板１の熱は冷却板３を通して放熱される（特許文献１参照）。

前記シリコン電極板１を冷却板３にボルト６で固定してプラズマエッチングを行なうと、シリコン電極板１と冷却板３との熱膨張係数が相違することにより、変形し難くかつ靭性の低いシリコン電極板１に応力がかかり、これが原因でシリコン電極板１に割れが発生する。特に高出力でプラズマエッチングを行なうとシリコン電極板１に割れが発生しやすい。これを解決するために、シリコン電極板１のボルト穴２の周囲に位置決め用溝部を設け、この位置決め用溝部の深さを調節することによりスパッタリング中に発生する割れを防止することが行なわれている（特許文献２参照）。
特開２００３−２８９０６４号公報特開２００２−３２４７８１号公報

しかし、近年、プラズマエッチングは一層大型のシリコン電極を使用し、一層高出力で行なうことによりウエハのエッチングコストを下げようとしており、シリコン電極板の寸法が大きくなるほどまたプラズマエッチングの出力を高くするほどボルトにより冷却板に強固に固定されているシリコン電極板に大きな応力がかかり、従来のようなボルト穴の周囲に溝部を設けたシリコン電極では割れの発生を十分に防ぐことができなかった。

そこで、本発明者等は、シリコン電極板の割れ発生を防止すべく研究を行った。その結果、
（イ）シリコン電極板の周辺部に設けられたボルト穴を囲むようにボルト穴の周囲にボルト穴から離れて細長溝を形成することにより、前記熱膨張係数の差によるシリコン電極板にかかる応力を軽減し、それによってシリコン電極板の割れ発生を防止することができる、
（ロ）シリコン電極板のボルト穴周囲にボルト穴から離れて形成される細長溝は、シリコン電極板の表面から裏面に貫通した貫通細長溝であってもよく、途切れた貫通細長溝であってもよく、さらにシリコン電極板の表面に開口する有底細長溝と裏面に開口する有底細長溝が前記取付け穴の半径方向に向かって交互に設けられている溝であってもよい、などのという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）シリコン電極板のプラズマ側からシリコン電極板の厚さ方向に平行な方向に向かって形成された貫通細孔と、前記シリコン電極板の周辺部近傍に設けられたボルト穴を有するシリコン電極板において、
前記ボルト穴を囲むように前記ボルト穴の周囲に前記ボルト穴から離れて細長溝を設けてなる耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板、
（２）シリコン電極板のプラズマ側からシリコン電極板の厚さ方向に平行な方向に向かって形成された貫通細孔と、前記シリコン電極板の周辺部近傍に設けられたボルト穴を有するシリコン電極板において、
前記ボルト穴を囲むように前記ボルト穴の周囲に前記ボルト穴から離れて同心円状に細長溝を設けてなる耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板、
（３）前記ボルト穴を囲むように前記ボルト穴の周囲に前記ボルト穴から離れて設けられた細長溝は、前記取付け穴の半径方向に間隔をおいて設けられている前記（１）または（２）記載の耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板、
（４）前記ボルト穴を囲むように前記ボルト穴の周囲に前記ボルト穴から離れて設けられた細長溝は、前記シリコン電極板の表面から裏面に貫通する貫通細長溝である前記（１）、（２）または（３）記載の耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板、
（５）前記ボルト穴を囲むように前記ボルト穴の周囲に前記ボルト穴から離れて設けられた細長溝は、有底細長溝である前記（１）、（２）または（３）記載の耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板、
（６）前記ボルト穴を囲むように前記ボルト穴の周囲に前記ボルト穴から離れて設けられた細長溝は、前記シリコン電極板の表面に開口する有底細長溝と裏面に開口する有底細長溝が前記前記ボルト穴の半径方向に向かって交互に設けられている前記（５）記載の耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板、に特徴を有するものである。

このシリコン電極板はいずれも単結晶、多結晶、または柱状晶のシリコンからなるものである。したがって、この発明は、
（７）前記シリコン電極板は、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前記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）または（６）記載の耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板、に特徴を有するものである。

この発明の耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板を図面に基づいて一層詳細に説明する。
図１は、耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板に設けられたボルト穴の周囲に設けられた細長溝の種類を説明するための平面説明図であり、一枚の
シリコン電極板に異なった種類の細長溝を設けたプラズマエッチング用シリコン電極板を示したものではなく、実際のプラズマエッチング用シリコン電極板はボルト穴の周囲に同一形状構造の細長溝が設けられている。
図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図であり、ボルト穴２の周囲に設けられた細長溝の断面図である。この図１のＡ−Ａ断面図に示される図２の細長溝は、シリコン電極板の表面に開口する有底細長溝９１と裏面に開口する有底細長溝９２が前記ボルト穴２の半径方向に向かって交互に設けられている。
図３は、図１におけるＢ−Ｂ断面図であり、ボルト穴２の周囲に設けられた細長溝の断面図である。この図１のＢ−Ｂ断面図に示される図３の細長溝は、途切れた貫通細長溝９３で構成されている。
図４は、図１のＣ−Ｃ断面図であり、ボルト穴２の周囲に設けられた細長溝の断面図である。この図１のＣ−Ｃ断面図に示される図４の細長溝は、シリコン電極板の表面から裏面に貫通した貫通細長溝９で構成されている。

前記ボルト穴２を囲むように前記ボルト穴２の周囲に前記ボルト穴２から離れて設けられた細長溝９、９１、９２、９３は、シリコン電極板１の寸法の大きくし、さらに高電力でプラズマエッチングを行なっても、冷却板３とシリコン電極板１の熱膨張率の差によって生じる歪を吸収し、それによってシリコン電極板１に生じる割れを防止することができる。なお、図１〜４に細長溝の形状構造を具体的に示したが、この発明の耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板に設けられた細長溝は、図１〜４に特に限定されるものではない。

この発明の耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板は、寸法の大きくし、さらに高電力でプラズマエッチングを行なっても、シリコン電極板に割れが発生することがなく、エッチングコストが削減でき、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
通常より大きな直径：３８０ｍｍ、厚さ：１０ｍｍの寸法を有する単結晶シリコン板を用意し、このシリコン板に直径：０．５ｍｍの貫通細孔を孔間距離：８ｍｍとなるように穿孔し、さらにこのシリコン板の周辺部に直径：１０ｍｍのボルト穴を８個等間隔で形成することによりシリコン電極板を作製した。
このシリコン電極板を使用し、図１および図２に示されるように、このシリコン電極板のボルト穴を囲むようにかつ厚さ方向に平行に深さ：７ｍｍ、幅：３ｍｍを有する有底細長溝９１をシリコン電極板の一方の表面に開口するように形成し、さらにこの有底細長溝９１を囲うようにかつシリコン電極板の他方の表面に開口するように深さ：７ｍｍ、幅：３ｍｍを有する有底細長溝９２を形成することにより本発明シリコン電極板１を作製した。

実施例２
実施例１で作製したこのシリコン電極板を使用し、図１および図３に示されるように、このシリコン電極板のボルト穴を囲むようにかつ厚さ方向に平行にシリコン電極板を貫通する幅：３ｍｍを有する途切れた貫通細長溝９３を形成することにより本発明シリコン電極板２を作製した。

実施例３
実施例１で作製したこのシリコン電極板を使用し、図１および図４に示されるように、このシリコン電極板のボルト穴を囲むようにかつ厚さ方向に平行にシリコン電極板を貫通する幅：３ｍｍを有する貫通細長溝９を形成することにより本発明シリコン電極板３を作製した。

従来例１
実施例１で用意したシリコン電極板のボルト穴に接続してボルト穴の周囲に位置決め用溝部を設けることにより従来シリコン電極板を作製した。

この本発明シリコン電極板１〜３および従来シリコン電極板を純銅製の冷却板にボルト穴にボルトを通して強固に固定し、これをプラズマエッチング装置にセットし、さらにウエハをセットし、周波数：１３．５ＭＨｚにて通常よりも高温の４００℃を維持しながら、プラズマ発生ガス：Ａｒガスの条件でプラズマを発生させ、長時間にわたってプラズマエッチングを行い、本発明シリコン電極板１〜３および従来シリコン電極板に割れが発生するか否かを目視にて観察しその結果を表１に示した。

表１に示される結果から、通常よりも高温の４００℃を維持しながらプラズマエッチングを行なうと、従来シリコン電極板には割れが発生するが、ボルト穴の周囲に溝を有する本発明シリコン電極板１〜３には割れが発生しなかった。

この発明のプラズマエッチング用シリコン電極板のボルト穴の周囲に形成される細長溝の形状および構造を説明するための平面説明図である。図１のＡ−Ａ断面説明図である。図１のＢ−Ｂ断面説明図である。図１のＣ−Ｃ断面説明図である。従来のプラズマエッチング装置の一部断面説明図である。

符号の説明

１シリコン電極板
２ボルト穴
３冷却板
４ウエハ
５貫通細孔
６ボルト
７エッチングガス
８架台
９貫通細長溝
９１有底細長溝
９２有底細長溝
９３途切れた貫通細長溝
１０鍔
１１プラズマ

Claims

シリコン電極板のプラズマ側からシリコン電極板の厚さ方向に平行な方向に向かって形成された貫通細孔と、前記シリコン電極板の周辺部近傍に設けられたボルト穴を有するシリコン電極板において、
前記ボルト穴を囲むように前記ボルト穴の周囲に前記ボルト穴から離れて細長溝を設けてなることを特徴とする耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板。
シリコン電極板のプラズマ側からシリコン電極板の厚さ方向に平行な方向に向かって形成された貫通細孔と、前記シリコン電極板の周辺部近傍に設けられたボルト穴を有するシリコン電極板において、
前記ボルト穴を囲むように前記ボルト穴の周囲に前記ボルト穴から離れて同心円状に細長溝を設けてなることを特徴とする耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板。
前記ボルト穴を囲むように前記ボルト穴の周囲に前記ボルト穴から離れて設けられた細長溝は、前記取付け穴の半径方向に間隔をおいて設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板。
前記ボルト穴を囲むように前記ボルト穴の周囲に前記ボルト穴から離れて設けられた細長溝は、前記シリコン電極板の表面から裏面に貫通する貫通細長溝であることを特徴とする請求項１、２または３記載の耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板。
前記ボルト穴を囲むように前記ボルト穴の周囲に前記ボルト穴から離れて設けられた細長溝は、有底細長溝であることを特徴とする請求項１、２または３記載の耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板。
前記ボルト穴を囲むように前記ボルト穴の周囲に前記ボルト穴から離れて設けられた細長溝は、前記シリコン電極板の表面に開口する有底細長溝と裏面に開口する有底細長溝が前記前記ボルト穴の半径方向に向かって交互に設けられていることを特徴とする請求項５記載の耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板。
前記シリコン電極板は、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ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の耐割れ性に優れたプラズマエッチング用シリコン電極板。