JPH10167828A - プラズマエッチング用ダミーウエハ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 消耗およびパーティクルの発生が少なく、長
期に亘って安定して使用することができるプラズマエッ
チング用ダミーウエハを提供する。 【構成】 ガラス状カーボン組織中にＳｉを０．１〜１
０重量％の範囲で分散含有するＳｉ含有ガラス状カーボ
ン材からなるプラズマエッチング用ダミーウエハ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣやＬＳＩ等の半導
体集積回路の製造工程において、プラズマによりシリコ
ンウエハ面に高精度で微細なパターンをエッチング加工
する際に用いるプラズマエッチング用のダミーウエハに
関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマエッチング加工は、一対の平行
平面電極を設置したＲＩＥ(ReactiveIon Etching)装置
内に反応性ガス（Ｃ, Ｈ，Ｆ，Ｏ原子含有ガス）を導入
しながら電極間に高周波電力を印加して放電させ、生じ
たガスプラズマを用いてフォトレジストされていない部
分をエッチングして高精度で微細な回路パターンを形成
する処理工程である。このプラズマエッチング処理は均
一なプラズマ条件で行う必要があり、例えば縦型炉を用
いて減圧ＣＶＤ法によりエッチング処理する場合には、
炉の上部と下部においてガス流や温度等が不均一化し易
い。そこで、ウエハをセットした炉の上部および下部に
ダミーウエハをセットして、ウエハのエッチング条件を
安定化させている。

【０００３】また、プラズマエッチング処理を繰り返し
行うと、チャンバー内の電極やウエハホルダーなどにエ
ッチングされたシリコンが付着したり、付着シリコンの
脱落によりパーティクルが発生するなどの問題が生じ
る。そのため、定期的にウエハの代わりにダミーウエハ
をセットしてプラズマエッチング処理を行い、系内を洗
浄する必要がある。

【０００４】したがって、ダミーウエハにはエッチング
され難い材質特性が要求され、また高純度であることが
必要である。ダミーウエハとしては石英、炭化珪素、グ
ラファイトなどが検討されているが、石英は導電性がな
いため使用できず、炭化珪素は加工性が悪くまた高純度
化が難しいという欠点がある。グラファイトは材質的に
組織からパーティクルが脱落する難点がある。シリコン
ウエハをダミーウエハとして用いる方法もあるが、ウエ
ハの大型化にともないコスト高となり実用的でない。

【０００５】そのため、上記のダミーウエハをガラス状
カーボンで構成する半導体ウエハダミー（特開平７−24
0401号公報）が提案されている。ガラス状カーボン材
は、熱硬化性樹脂を炭化して得られる巨視的に無孔組織
の三次元網目構造を呈するガラス質の硬質炭素質物で、
高強度、化学的安定性、ガス不透過性、耐摩耗性、自己
潤滑性、堅牢性などに優れ、不純物が少ない等の特性を
有しており、特にプラズマエッチング処理中にウエハを
汚損する原因となる微小なパーティクルが組織から剥落
し難い利点がある。したがって、ダミーウエハとしても
優れた材質特性を備えている。しかしながら、近時、半
導体集積度がますます増大する傾向にあり、このためダ
ミーウエハにも消耗度合の少ない耐久性に優れた材質性
能が要求されており、上記のガラス状カーボンで構成し
たダミーウエハでも充分でない問題点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、プラズマ
エッチング用のダミーウエハとして用いるガラス状カー
ボンの材質組織について多角的に研究を進める過程でガ
ラス状カーボン材の組織中に一定量のＳｉを均一に分散
含有させると、化学的安定性（耐蝕性）が向上し、ダミ
ーウエハに使用した場合にも安定して長期間用いること
ができることを見出した。

【０００７】本発明は上記の知見に基づいて開発された
もので、その目的とするところは、長期間安定に使用す
ることができ、パーティクルなどの発生や汚染の少ない
プラズマエッチング用のダミーウエハを提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるプラズマエッチング用ダミーウエハ
は、ガラス状カーボン組織中にＳｉを０．１〜１０重量
％の範囲で分散含有するＳｉ含有ガラス状カーボン材か
らなることを構成上の特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明を構成するＳｉ含有ガラス
状カーボン材は、ガラス状カーボン組織中にＳｉ成分が
原子レベルで分散分布する複合組織である点に特徴があ
り、特に−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−で架橋された熱硬化性樹脂の
成形体を焼成炭化して得られ、原子レベルのＳｉがガラ
ス状カーボン組織中に均一な連続相として分布する組織
性状を備える場合に優れた効果が発揮される。原子レベ
ルのＳｉがガラス状カーボン組織中に均一な連続相とし
て分布する組織性状とは、実質的にＳｉとＣとの粒界が
存在せず、透過型電子顕微鏡(TEM) の観察によってＳｉ
成分が識別できない組織状態を指す。

【００１０】ガラス状カーボン組織中に分散するＳｉ
は、脆弱なガラス状カーボン組織を強化してパーティク
ルの脱落を防止するとともに、反応性ガスと炭素との反
応を抑制するために機能する成分で、その含有量は０．
１〜１０重量％、好ましくは２〜８重量％の範囲に設定
する。このＳｉ含有量が０．１重量％を下回ると化学的
安定性が充分でなく、また１０重量％を越えると原子レ
ベルでＳｉの分散状態を維持できなくなり、寧ろパーテ
ィクルの発生を増加させる要因となる。

【００１１】上記の組織性状を備えるＳｉ含有ガラス状
カーボン材からなる本発明のプラズマエッチング用電極
板は、熱硬化性樹脂と１分子中に単一のＳｉ原子を有す
るＳｉアルコキシドの加水分解物を有機溶媒中で撹拌混
合し、架橋反応により得られるゲル化物を板状体に硬化
成形したのち、板状成形体を非酸化性雰囲気下で８００
℃以上の温度域で焼成炭化処理する方法で製造すること
ができる。

【００１２】ガラス状カーボンの原料となる熱硬化性樹
脂としては、例えばフェノール系樹脂、フラン系樹脂、
ポリイミド系樹脂、ポリカルボジイミド系樹脂、ポリア
クリロニトリル系樹脂、ピレン−フェナントレン系樹
脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、エポキシ系樹脂あるいはこ
れらの混合樹脂等が用いられる。特に樹脂を非酸化性雰
囲気下で８００℃の温度により焼成したときに残留する
残炭率が４５重量％以上のフェノール樹脂、フラン系樹
脂もしくはこれらの混合樹脂が好ましく使用される。

【００１３】Ｓｉ源として選択使用される１分子中に単
一のＳｉ原子を有するＳｉアルコキシドは、一般式Ｓｉ
（ＯＲ）_n またはＲ_n Ｓｉ（ＯＲ）_n （但し、Ｒはアル
キル基またはアリール基、ｎは１以上の整数を表す）で
示される化合物であれば種類に限定はないが、２個以上
のＳｉ原子が結合するポリシラン、ポリシロキサン、ポ
リシラザン等の化合物は対象とならない。１分子中に２
個以上のＳｉ原子を含む化合物ではＳｉ原子の凝集が生
じて、Ｓｉ成分を原子レベルで分散する複合組織とする
ことができず、Ｓｉ成分が凝集して分散しているとダミ
ーウエハとして使用した場合にパーティクル等の脱落が
生じ易いためである。

【００１４】１分子中に単一のＳｉ原子を含むＳｉアル
コキシドは、有機溶媒に対し５０容量％以下の濃度にな
るように添加し、予め適量の水（Ｓｉアルコキシドに対
して１〜２モル相当量）を加えて加水分解し、有機溶媒
中で熱硬化性樹脂と混合して均質な分散溶液を調製す
る。分散溶液は真空中で脱気処理後、ゲル化前に型枠に
流し込み、加温硬化して成形体にする。成形手段として
はそのほか遠心成形、射出成形、圧縮成形など適宜な方
法を適用することができる。なお、Ｓｉアルコキシドと
熱硬化性樹脂の量比を設定することにより、最終的にガ
ラス状カーボン組織に占めるＳｉの含有量が０．１〜１
０重量％の範囲になるように調整する。

【００１５】この硬化成形体は、窒素、アルゴンなどの
非酸化性雰囲気に保持された加熱炉中で、８００℃以上
の温度域、好ましくは１０００〜２５００℃の温度で焼
成炭化処理して、熱硬化性樹脂成分をガラス状カーボン
に転化する。この焼成炭化工程において脱酸素反応が進
行して、原子レベルのＳｉが０．１〜１０重量％の範囲
でガラス状カーボン組織中に均一な連続相として分布す
る組織性状となる。

【００１６】このようにして得られたＳｉ含有ガラス状
カーボンは、そのまま或いは表面をバフ研磨やダイヤモ
ンドラッピングして表面平滑度を高めてダミーウエハと
して使用される。

【００１７】本発明に係るプラズマエッチング用ダミー
ウエハは、ガラス状カーボン組織中のＳｉを０．１〜１
０重量％の範囲で分散含有する複合組成、特に好適には
−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−が架橋された熱硬化性樹脂の成形体を
焼成炭化して得られる原子レベルのＳｉがガラス状カー
ボン組織中に均一な連続相として分布する組織性状を備
えている。この組織性状は、Ｓｉ成分が微粒子状態で分
散する組織とは異なり、組織内にＳｉとＣとの粒界が存
在しないアロイ状の連続固溶相を呈しており、巨視的に
はガラス状カーボン単独の組織構造と実質的に相違は認
められないが、微視的にはガラス状カーボン組織の一部
のＣがＳｉに置換して−Ｃ−Ｓｉ−Ｃ−で結合された連
続相を有する特有の複合形態を呈している。

【００１８】このガラス状カーボン組織中に一定量のＳ
ｉが原子レベルで均一な連続相として分布している組織
性状に基づき、Ｓｉが微細な空隙を充填結合してエッチ
ング時の消耗過程においてガラス状カーボン組織が球状
粒となる現象を効果的に抑制する機能を営む。したがっ
て、消耗速度が小さく、パーティクルの発生も少ないダ
ミーウエハとして長期に亘る安定使用が可能となる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して具
体的に説明するが、本発明の実施態様はこれら実施例に
限定されるものではない。

【００２０】実施例１ ３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン〔東
レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製、AY43−026
〕をフェノール樹脂〔住友デュレズ（株）製、PR940
〕中に撹拌しながら滴下して１時間混合した。その
後、室温にて緩やかな流動状態で４５時間放置して混合
溶液の均一性を高めた。この混合溶液を真空脱気したの
ち、成形型に注入して７０℃に加温し最終的に１５０℃
の温度で硬化した。得られた硬化成形体を窒素雰囲気中
で１０℃／hrの昇温速度で２０００℃まで加熱して焼成
炭化した。このようにして、１重量％のＳｉが分散含有
するガラス状カーボン板（直径２００mm、厚さ１mm）を
製造した。次いで、このＳｉ含有ガラス状カーボン板を
研磨材粒度＃８０００を用いてバフ研磨し、表面平滑な
ダミーウエハを得た。

【００２１】このダミーウエハをプラズマエッチング装
置にセットし、反応ガス；ＣＦ₄ 、キャリアーガス；Ａ
ｒ、反応チャンバー内のガス圧；１Torr、電源周波数；
１３．５MHz の条件でプラズマエッチング処理を行い、
１００時間経過後のダミーウエハの肉厚減少量およびパ
ーティクルの発生状況を測定した。なお、パーティクル
の発生状況は、１００時間のプラズマエッチング処理中
にダミーウエハ面に落下した０．３μm 以上のカーボン
粒子数を測定した。その結果をガラス状カーボン組織中
のＳｉ含有量と対比させて表１に示した。

【００２２】実施例２〜３、比較例１〜３ 実施例１と同一の方法でＳｉ含有率の異なるガラス状カ
ーボン板を製造し、また実施例１と同一の方法によりプ
ラズマエッチング処理を行ってダミーウエハとしての性
能を評価した。その結果を表１に併載した。

【００２３】実施例４ シラン化合物にテトラエトキシシランを用い、Ｓｉ含有
率を５重量％としたほかは、全て実施例１と同一の方法
によりダミーウエハの製造および性能評価を行って、そ
の結果を表１に併載した。

【００２４】実施例５ シラン化合物に３−アミノプロピルトリエトキシシラン
を用い、Ｓｉ含有率を５重量％としたほかは、全て実施
例１と同一の方法によりダミーウエハの製造および性能
評価を行って、その結果を表１に併載した。

【００２５】比較例４ Ｓｉ単結晶を用いたほかは、全て実施例１と同一の方法
によりダミーウエハの製造および性能評価を行って、そ
の結果を表１に併載した。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１の結果から、実施例によるダミーウエ
ハはプラズマエッチング処理による消耗量が少なく、パ
ーティクル発生数も極めて少ないことが判る。これに対
し、Ｓｉ含有量が０．１重量％未満では消耗量、パーテ
ィクル発生数とも増大し、またＳｉ含有量が１０重量％
を越える比較例２ではパーティクル発生数が著しく多く
なることが認められる。

【００２８】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によればガラス状
カーボン組織中に一定量のＳｉが分散含有するＳｉ含有
ガラス状カーボン材を選択することにより、消耗が少な
いうえにパーティクル発生がなく均一なエッチングレー
トで消耗するプラズマエッチング用のダミーウエハを提
供することができる。したがって、長期間に亘って安定
に使用することが可能となる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス状カーボン組織中にＳｉを０．１
   〜１０重量％の範囲で分散含有するＳｉ含有ガラス状カ
   ーボン材からなることを特徴とするプラズマエッチング
   用ダミーウエハ。