JPH09245994A

JPH09245994A - プラズマ利用の加工装置用電極およびその電極の製造方法

Info

Publication number: JPH09245994A
Application number: JP8051432A
Authority: JP
Inventors: Masato Watabe; 正人渡部; Satoshi Takahashi; 聡高橋; Hiroshi Nagasaka; 宏長坂
Original assignee: Nagano Keiki Seisakusho KK
Current assignee: Nagano Keiki Seisakusho KK
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】長寿命かつ安価であり、パーティクル発生や
金属汚染の少ないプラズマ利用の加工装置用電極および
その電極の製造法を提供する。【解決手段】平行平板型プラズマエッチング装置１の
反応室２上部に配置された上部電極３を、電気抵抗を下
げる元素を含んだシリコンを主成分として形成する。上
部電極３の抵抗率を０．１Ω・cm〜元素が固溶限界量含
まれた値とする。そして、上部電極３に、放電加工機に
よって、０．５mmの直径で多数のガス供給用の小穴３Ａ
を明け、さらに、加工により生じる変質層を化学的エッ
チングで除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
製造に使用されるプラズマ利用の加工装置用電極、およ
びその電極の製造方法に関する。

【０００２】

【背景技術】一般的なプラズマを利用した加工装置用電
極周辺の構造は、図１に示すようなものである。すなわ
ち、真空排気された反応室２内に高周波電源９に接続さ
れた上部電極（１３）と下部電極７とが配置され、これ
らの電極（１３），７間に電力を供給することで、反応
室２内に導入されたガスがプラズマ化し、これにより、
下部電極７上に載せられたウエハ８に膜を堆積させる
か、エッチングが行われるようになっている。上部電極
（１３）は、金属製のクーリングプレート４に接触し反
応させるためのガスを均一に分散させる役目をするとと
もに、電極としての役目を果たす。この上部電極（１
３）に用いられる材料としては、カーボン、シリコン等
がある。シリコンを用いた場合は、その抵抗率が０．０
１Ω・cm〜５０Ω・cmのものが使用されている例があ
る。また、この場合の穴明け加工は、ドリル加工、超音
波加工、放電加工等がある。

【０００３】ドリル加工による電極の穴明けは、穴明け
用の工具を機械にセットし、１穴ずつ穴明けする方法で
あり、ダイヤモンド製の工具を用いる場合もある。ま
た、超音波加工、放電加工を使用して穴明けした電極と
して、特開平４−７３９３６号公報、特開平６−１
７７０７６号公報等が知られている。

【０００４】前記は、プラズマエッチング装置用の電
極をシリコンで形成し、プラズマにさらされている電極
から微細なゴミ（パーティクル）が発生するのを防止す
ることにより、製品の性能向上を図ったものである。そ
して、この電極は電気抵抗を下げる元素を含んで形成さ
れており、その抵抗率は１５．０Ω・cmにコントロール
されている。また、ガス供給用の小穴として、直径０．
７mmのものが約１７００個明けられている。

【０００５】前記は、プラズマエッチング装置用の電
極がシリコン単結晶、あるいは、ガス供給用の多数の貫
通小穴を有するシリコン単結晶で形成されており、純度
や化学的安定性がよい、物理的安定性がよい等の性能を
備えた電極を提供しようとするものである。そして、ガ
ス供給用の多数の小穴として、２mmの等間隔で直径０．
５mmの小穴が超音波加工により明けられている。なお、
この小穴は、放電加工でも明けることができるとしてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記ドリル加
工は１穴ずつ穴明けするので、精度はよいが、加工時に
力が加わって工具が曲がり、真っ直ぐな穴が明かない場
合がある。また、工具が途中で折れてしまうこともあ
る。その場合、新しい工具と取り替えなければならない
ので、手間がかかるとともに、費用もかかり、コストア
ップの要因となっている。

【０００７】また、前記の電極では、電気抵抗を下げ
る元素を含んで形成されているが、この抵抗率は１５．
０Ω・cmにコントロールされているため、放電加工機に
よる穴明け加工は不可能であり、超音波加工機を使用し
た場合は、穴明け加工性と穴位置精度とを共によくする
ことはできなかった。

【０００８】さらに、前記の電極では、直径０．５mm
のガス供給用の小穴が超音波加工により明けられてい
る。この小穴を１穴ずつ数値制御して穴明けする場合、
加工精度はよいが、加工に多くの時間がかかりコストア
ップの要因となる。また、多数個の小穴を一度に穴明け
する場合は多数本の針を剣山状に立てた工具を用いる
が、穴間のピッチは加工時に針が曲がることによる針ピ
ッチの誤差、工具製作誤差、工具取り付け位置誤差等が
重なることで精度が悪いものとなり、使用目的にそぐわ
ないものとなりやすい。

【０００９】ところで、電極の放電加工による穴明け作
業は、抵抗率が小さい程容易となり、かつ、短時間で可
能となるものである。ここで、抵抗率がそれぞれ１Ω・
cm以上、０．１Ω・cm、０．００８Ω・cmの単結晶シリ
コンに、深さが６mmで、直径が０．８mmの穴を放電加工
で明けた実験データによれば、抵抗率が１Ω・cm以上で
は、適正な放電が発生せず、穴明けは不可能であった。
また、抵抗率が０．１Ω・cmでは１穴ほぼ３分、抵抗率
が０．００８Ω・cmでは１穴ほぼ１分の時間を要してい
る。

【００１０】また、前記クーリングプレート４の材料と
しては、金属が多く使用され、このクーリングプレート
とシリコン製の加工装置用電極とが接触し、この部分に
高周波電力が印加されるので、シリコン製の加工装置用
電極の抵抗率が高いと高周波電力の反射が起こり、接触
している金属製のクーリングプレートとシリコン製の加
工装置用電極との間で異常放電が発生する場合もある。

【００１１】加えて、上記のようなガス供給用の小穴加
工時には表面に加工変質層が形成され、この部分には加
工時の塵埃が捕獲されている。また、加工変質層は破壊
されやすく、被加工物である半導体ウエハには電極加工
時の塵埃や破壊された加工変質層が落下し、パーティク
ル付着や金属汚染を生ずるので、電極交換後、再び装置
が稼働できるようになるには時間がかかった。

【００１２】本発明の目的は、長寿命かつ安価であり、
パーティクル発生や金属汚染の少ないプラズマ利用の加
工装置用電極およびその電極の製造法を提供することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマ利
用の加工装置用電極は、プラズマを利用した加工装置用
の電極であって、シリコンを主成分として形成され、電
気抵抗を下げる元素を含んでおり、ガス供給用の多数の
小穴が明けられている電極において、抵抗率が０．１Ω
・cm〜前記元素が固溶限界量含まれた値とされ、放電加
工により前記多数の小穴が明けられていることを特徴と
するものである。

【００１４】上記において、プラズマ利用の加工装置と
しては、半導体ウエハ等のドライエッチング装置が挙げ
られる。また、電極の材料であるシリコンはｐ型、ｎ型
のどちらの型でもよい。ここで、シリコンには、ｐ型、
ｎ型があることが知られており、ｐ型には周期表におけ
るIIIｂ族が、ｎ型には同様にＶｂ族が、それぞれ電気
抵抗を下げる元素として含まれ、この元素をドーパント
と呼ぶ。代表的なものに、ｐ型ではＢ、Ｇａ、Ｉｎが、
ｎ型にはＰ、Ａｓ、Ｓｂがある。また、固溶限界とは、
シリコン中に最大限溶ける限界をいい、Ｂではシリコン
１cm³当たり４．５×１０²⁰個（単結晶では、この場
合、約２．８×１０^-4Ω・cm）であり、Ｐではシリコン
１cm³当たり８．５×１０²⁰個（単結晶では、この場
合、約１．５×１０^-3Ω・cm）である。

【００１５】例えば、単結晶シリコンの抵抗率を０．１
Ω・cm以下にするために、ｐ型の一例としてＢをドーパ
ントとした場合には、シリコン１cm³当たり２．５×１
０¹⁷個以上のＢ原子を、ｎ型の一例としてＰドーパント
とした場合には、シリコン１cm³当たり７×１０¹⁶個以
上のＰ原子を含んでいるものであればよい。

【００１６】ここで、電極の材料であるシリコンは単結
晶、多単結晶のどちらでもよい。単結晶とは、ボロン
（Ｂ）等が含まれた溶融状態のシリコンに、種となる結
晶を接触させ、これを引き上げることで徐徐に結晶を成
長させる方法などで作られ、塊全体が一つの結晶である
ものをいう。多結晶とは、ボロン（Ｂ）等が含まれた溶
融状態のシリコンを型に流し込み、固体化させる方法な
どで作られ、その塊が多数の結晶からなっているものを
いう。

【００１７】このようなプラズマ利用の加工装置用電極
は、主成分が高純度のシリコンで、管理されたドーパン
トのみを含み、緻密な構造であるため被加工物への汚染
がなく、かつ、パーティクルが発生しにくくなる。ま
た、抵抗率が０．１Ω・cm〜元素が固溶限界量含まれた
値となっているため、放電加工機による穴明け加工が容
易となって加工性の向上が図れ、これにより、低価格、
高い穴位置精度を得ることができる。さらに、抵抗率が
０．１Ω・cm〜元素が固溶限界量含まれた値であるの
で、金属製のクーリングプレートと電極との抵抗率差が
小さく、半導体ウエハ加工時に異常放電が発生しにくく
なり、放電が安定し、被加工物である半導体ウエハの高
い加工均一性が得られる。また、上記において、ガス供
給用の多数の小穴の直径は、例えば０．３mm〜１．０mm
の間の寸法であることが好ましい。

【００１８】このようなプラズマ利用の加工装置用電極
は、ガス供給用の多数の小穴が放電加工によって容易に
明けられるため、穴径の精度および穴間のピッチ精度を
向上させることができる。また、放電加工機による穴明
け加工を用いたので、短時間で穴明けができ、加工時間
を大幅に短縮でき、電極を安価に提供できる。

【００１９】本発明のプラズマ利用の加工装置用電極に
おいて、ガス供給用の多数の小穴を放電加工によって明
けた後、加工時に形成される表面の加工変質層を化学的
エッチングにより除去してもよい。

【００２０】ここで、化学的エッチングとは、エッチン
グ液を使用してシリコン表面を溶かし去ることをいい、
エッチング液としては、シリコンを酸化させる酸化剤
と、これによって生じた酸化物を溶解させる弗酸（Ｈ
Ｆ）との混合液からなっているものが使用されるが、そ
の他、目的に応じて反応促進剤、反応抑制剤等を混ぜた
ものを使用してもよい。

【００２１】このように、加工により電極表面に生じた
加工変質層を化学的エッチングで除去すれば、被加工物
である半導体ウエハには、加工変質層に捕獲された塵埃
や、破壊された加工変質層が落下しにくくなり、パーテ
ィクル付着や金属汚染が少なくなる結果、電極交換後、
早期に装置が稼働できるばかりか、被加工物の高品質
化、電極の長寿命化が図れる。

【００２２】また、本発明のプラズマ利用の加工装置用
電極の製造方法は、プラズマを利用した加工装置用の電
極であって、シリコンを主成分として形成され、電気抵
抗を下げる元素を含んでおり、ガス供給用の多数の小穴
が明けられている電極の製造方法において、電極の抵抗
率を０．１Ω・cm〜前記元素が固溶限界量含まれた値と
し、多数の小穴を放電加工により明け、かつ、加工によ
り電極表面に生じた加工変質層を化学的エッチングによ
り除去することを特徴とするものである。

【００２３】このようなプラズマ利用の加工装置用電極
の製造方法では、電極の抵抗率を０．１Ω・cm〜前記元
素が固溶限界量含まれた値となっているので、放電加工
機による穴明け加工が容易となる。その結果、短時間で
穴明けができ、加工時間を大幅に短縮でき、電極を安価
に提供できる。また、放電加工機による穴明けのため、
穴径の精度および穴間のピッチ精度を向上させることが
できる。さらに、加工により電極表面に生じた加工変質
層を化学的エッチングで除去しているので、被加工物で
ある半導体ウエハには、加工変質層に捕獲された塵埃
や、破壊された加工変質層が落下しにくくなり、パーテ
ィクル付着や金属汚染が少なくなる結果、電極交換後、
早期に装置が稼働できるばかりか、被加工物の高品質
化、電極の長寿命化を図ることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。図１に示すように、発明に係る
上部電極３（プラズマ利用の加工装置用電極）は、前記
一般的な平行平板型プラズマエッチング装置１に使用さ
れ、反応室２の上部に配置されている。

【００２５】この上部電極３は、前記ｐ型、ｎ型のいず
れかのシリコンを主成分として形成されており、アルミ
ニューム製のクーリングプレート４を介して上部基台５
に支持されている。この上部基台５のほぼ中央には、例
えばアルゴンガス等のガスを供給するガス供給口５Ａが
形成され、ここから供給されたガスは、クーリングプレ
ート４と上部電極３とに明けられた多数の小穴４Ａ、３
Ａから反応室２内に導入されるようになっている。

【００２６】前述したように、反応室２の下方には、上
部電極３に対向して下部電極７が配置され、この下部電
極７の上面に半導体ウエハ８が載せられている。そし
て、上部電極３と下部電極７とは、それぞれ高周波電源
９に接続されており、これら上部電極３と下部電極７と
の間に高周波電力を供給することにより、反応室２内に
導入されたガスがプラズマ化され、これにより、ウエハ
８にエッチング等が行われるようになっている。

【００２７】このような上部電極３の多数の小穴３Ａは
放電加工により明けられる。すなわち、図示しないが、
例えば、穴明け前の上部電極３を内部が放電加工液で充
満された放電加工機の処理室内に、被加工物として配置
した後、この加工液に浸っている穴明け前の上部電極３
と、小穴３Ａの大きさに穴明けできる寸法に形成された
加工用電極とに断続的な電流を流して、加熱と冷却とを
繰り返すことにより加工される。さらに、電極は、放電
加工により穴明け加工された後、ウェットエッチングに
よって表面を約５０〜１００μｍ除去し、加工変質層を
取り除いている。

【００２８】以上の装置１において、クーリングプレー
ト４と上部電極３とは、両者４，３の間で反りが発生し
たり、それぞれの面が粗い等の場合は、両者４，３の接
触面６Ａ，６Ｂに隙間が発生し、この部分にエッチング
時の反応生成物が堆積し、これがパーティクルの発生源
となっている。そこで、本実施形態では、クーリングプ
レート４と上部電極３との接触面６Ａ，６Ｂを平坦に仕
上げている。すなわち、各接触面６Ａ，６Ｂは、ＭＣポ
リッシングによって表面が０．１μｍ（Ｒａ）以下にな
るように研磨加工されている。なお、穴径は直径０．５
mmである。

【００２９】このため、クーリングプレート４と上部電
極３との間には隙間がなくなり、例えばエッチング時の
反応生成物が堆積しなくなるので、電極の洗浄回数が減
少する。さらに、ウェットエッチングで表面の加工変質
層を除去したことにより、被加工物である半導体ウエハ
８には、加工変質層に捕獲された塵埃や、破壊された加
工変質層が落下しにくくなり、パーティクル付着や金属
汚染が少なくなる結果、電極交換後、早期に装置が稼働
できるばかりか、被加工物の高品質化、電極の長寿命化
を図ることができた。

【００３０】〔実施例〕下記のように、実施例１と比較
例１、比較例２の方法で電極を製作し、ガス供給用の小
穴の加工時間と小穴精度を調べ、表１に示した。〔実施例１〕前記実施形態における上部電極３を、Ｂを
ドーパントとして、抵抗率０．００８Ω・cmに調整され
たシリコン板（φ２００×ｔ６mm、図２）で形成し、こ
のシリコン板に、放電加工機を用いて、２７７個のガス
供給用の小穴３Ａを明けた。このガス供給用の小穴３Ａ
は、図２，３に示すように、直径が０．５mm±０．１m
m、穴ピッチ６．３５mm±０．０５mmを許容範囲とし
た。さらに、ウェットエッチングで加工により生じた表
面の加工変質層を除去した後、ＭＣポリッシュにより、
上下面を０．１μｍ（Ｒａ）以下に仕上げた。

【００３１】〔比較例１〕上部電極３を、Ｂをドーパン
トとして、抵抗率０．３Ω・cmに調整されたシリコン板
（φ２００×ｔ６mm）で形成し、このシリコン板に、放
電加工機を用いて、実施例と同様なガス供給用の小穴を
１個ずつ明けた。

【００３２】〔比較例２〕上部電極３を、Ｂをドーパン
トとして、抵抗率０．３Ω・cmに調整されたシリコン板
（φ２００×ｔ６mm）で形成し、このシリコン板に、超
音波加工機を用いて、実施例と同様なガス供給用の小穴
を１個ずつ明けた。

【００３３】

【表１】

【００３４】また、これらの電極を評価するため、平行
平板型プラズマエッチング装置１における上部電極とし
て装置に組み込み、実際にシリコンウエハの処理を行
い、ウエハのパーティクル量を調査した。なお、被加工
物であるＳｉＯ₂膜付きシリコンウエハのＳｉＯ₂膜は
熱酸化膜を使用した。そして、処理後のパーティクル量
を表２に示した。

【００３５】

【表２】

【００３６】第１表、第２表より明らかなように、抵抗
率が０．００８Ω・cmに調整され、かつ、放電加工機に
よって穴明け加工されたプラズマ利用の加工装置用電極
は、従来の超音波加工機によって穴明け加工されたプラ
ズマ利用の加工装置用電極や、従来の放電加工機によっ
て穴明け加工された抵抗率が０．３Ω・cmであるプラズ
マ利用の加工装置用電極と比較して、より短時間で精度
のよい穴明け加工ができた他、表面を化学的にエッチン
グして加工変質層を除去していないものに比べ、シリコ
ンウエハの加工時においてウエハ上のパーティクル数を
極端に減少させることができた。

【００３７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のプラズ
マ利用の加工装置用電極およびその電極の製造法によれ
ば、電極の主成分が高純度のシリコンであり、管理され
たドーパントのみを含み、緻密な構造であることに加
え、その抵抗率を０．１Ω・cm〜元素が固溶限界量含ま
れた値としたので、放電加工機による穴明け加工が容易
となった。その結果、短時間で穴明けができ、加工時間
を大幅に短縮でき、電極を安価に提供できる。また、放
電加工機による穴明けのため、穴径の精度および穴間の
ピッチ精度を向上させることができる。さらに、電極加
工時に生じた表面の加工変質層を化学的エッチングで除
去したので、被加工物である半導体ウエハには、加工変
質層に捕獲された塵埃や、破壊された加工変質層が落下
しにくくなり、パーティクル付着や金属汚染が少なくな
る結果、電極交換後、早期に装置が稼働できるばかり
か、被加工物の高品質化、電極の長寿命化を図ることが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る平行平板型プラズマ
エッチング装置の概略を示す断面図である。

【図２】本実施形態の平行平板型プラズマエッチング装
置用電極の一部を示す平面図である。

【図３】本実施形態の平行平板型プラズマエッチング装
置用電極に明けたガス供給用の小穴を示す断面図であ
る。

【符号の説明】１平行平板型プラズマエッチング装置３上部電極（本実施形態のプラズマ利用の加工装置用
電極）３Ａガス供給用の小穴４クーリングプレート５Ａガス供給口８半導体ウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマを利用した加工装置用の電極で
あって、シリコンを主成分として形成され、電気抵抗を
下げる元素を含んでおり、ガス供給用の多数の小穴が明
けられている電極において、電極の抵抗率が０．１Ω・
cm〜前記元素が固溶限界量含まれた値とされ、放電加工
により前記多数の小穴が明けられていることを特徴とす
るプラズマ利用の加工装置用電極。
【請求項２】請求項１に記載のプラズマ利用の加工装
置用電極において、加工時に形成される表面の加工変質
層が化学的エッチングにより除去されていることを特徴
とするプラズマ利用の加工装置用電極。
【請求項３】プラズマを利用した加工装置用の電極で
あって、シリコンを主成分として形成され、電気抵抗を
下げる元素を含んでおり、ガス供給用の多数の小穴が明
けられている電極の製造方法において、電極の抵抗率を
０．１Ω・cm〜前記元素が固溶限界量含まれた値とし、
放電加工により前記多数の小穴を明け、前記電極の加工
時に形成される表面の加工変質層を化学的エッチングに
より除去したことを特徴とするプラズマ利用の加工装置
用電極の製造方法。