JPH08236505A

JPH08236505A - プラズマエッチング装置用シリコン電極

Info

Publication number: JPH08236505A
Application number: JP3970195A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Geshi; 猛下司; Masaru Takatani; 勝高谷
Original assignee: Sumitomo Sitix Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1995-02-28
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】シリコン電極体を用いるプラズマエッチング
装置において、シリコン電極の寿命を長くし、加工ダメ
ージ及びコンタミネーションの除去がなされ得るプラズ
マエッチング装置用シリコン電極を提供すること。【構成】プラズマエッチング用ガスが流通する複数の
細孔を備えたシリコン電極体を用いるプラズマエッチン
グ装置において、前記シリコン電極体を１０μｍ〜１０
０μｍの範囲でエッチングして、前記細孔の端縁の稜部
の角が除去されているプラズマエッチング装置用シリコ
ン電極である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエーハのエッ
チング加工に利用される各種プラズマエッチング装置に
使用されるシリコン電極に関するものである。

【０００２】

【従来技術】半導体ウエーハをエッチングする装置とし
ては、反応室内に電極を配設し、該電極に高周波を印加
して高周波誘電を利用したプラズマエッチング装置が採
用されている。電極は通常、カーボンあるいはアルミ等
の物質で形成されている。

【０００３】しかし、カーボン等で電極が形成されてい
る場合は、カーボン電極材料自体に含まれるアルカリ金
属や重金属の不純物がプラズマ反応中にウエーハ内に注
入されてウエーハを汚染したり、ウエーハに付着したパ
ーティクル及びコンタミネーション等がマスクとなり、
このパーティクル及びコンタミネーションによってエッ
チング加工の不良が発生するという問題があった。

【０００４】この点、特開平４−７３９３６号公報は、
上記問題を解決できるものとして、電極をシリコン材で
形成したプラズマエッチング装置が開示されている。こ
の公報に記載されているプラズマエッチング装置は、図
６に示すように、反応室の上方には、高周波が印加され
る上部電極が配設されている。上部電極はシリコンで形
成されていたり、或いはシリコンで形成された電極にホ
ウ素又はリン等がドーピングされており、そしてセラミ
ックシールドによって上部基台に固定されている。ま
た、上部電極の上方の、上部基台の略中央部には、反応
ガスが導入されるガス供給口が形成されており、このガ
ス供給口から供給されたガスが、上部電極に形成された
多数の小孔（図示を省略）から反応室内に導入される。
この場合の上部電極には直径が２００ｍｍのものが使用
され、前記小孔は直径０．７ｍｍのものが約１７００個
形成されている。

【０００５】前記反応室の下方には、前記上部電極に対
向してウエーハが載置される下部電極が配設されてお
り、この下部電極はセラミックシールドによって下部基
台に固定されている。更に、下部電極には、ウエーハを
冷却するための冷却用ガスが流れる溝が形成されてお
り、この溝には冷却用ガス管が接続されている。また、
下部基台と下部電極との間には、当該下部電極を冷却す
るための、冷却水を導入する冷却水路が形成されてい
る。

【０００６】前記セラミックシールドにはクランプが弾
発的に取付けられている。このクランプは、ウエーハが
載置される下部電極の上方に位置して配設されており、
ウエーハが下部電極上に載置されると、上部基台側の下
降によりウエーハにクランプが嵌合して、ウエーハが下
部電極上に固定されるものである。

【０００７】前述した平行平板型プラズマエッチング装
置において、シリコン電極を用いたものと、カーボン電
極の場合を対比すると、次のような差異がある。

【０００８】すなわち、（１）パーティクルの発生は、
カーボン電極の場合は焼結体なのでカーボン粒子がパー
ティクルとなる（２０〜４０個）が、シリコン電極では
パーティクルの発生が小さい（０．３μｍ以上５個以
下）。

【０００９】（２）汚染は、カーボン電極の場合は電極
自体に含まれる重金属等の不純物がウエーハを汚染し、
シリコン電極ではウエーハと同じ高純度なシリコンを用
いるため、ウエーハを汚染しない。

【００１０】（３）エッチングガスとの反応は、カーボ
ン電極の場合はシリコンとエッチングガスが反応し、ウ
エーハ上に堆積して汚染の原因となる。また、発生した
ＣＯ₂は完全には排気されにくい。シリコン電極ではＳi
Ｆ₄ ガスが発生するが、揮発性なので排気されやすい。

【００１１】（４）電極材のエッチングによる消耗は、
カーボン電極の場合は、エッチングされやすいが、シリ
コン電極では装置がシリコンウエーハ上の酸化膜等のエ
ッチング用であるため、ウエーハと同材質のシリコン電
極はエッチングされにくい。

【００１２】（５）寿命は、カーボン電極の場合は、約
０．０１ｍｍ／Ｈｒでエッチングされ、通常約１５０
Ｈｒで交換されるが、シリコン電極ではカーボン電極に
比べて３倍以上の寿命がある。

【００１３】（６）エッチングレートは、カーボン電極
の場合は６０００（オングストローム／ｍｉｎ）である
が、シリコン電極では５８００（オングストローム／ｍ
ｉｎ）とカーボン電極に比べてやや小さいが、条件の選
択により対応可能である。

【００１４】（７）エッチング安定性は、シリコン電極
ではエッチングレートは１７００枚処理で変化がなく、
均一性は炭素と同様（±３〜４％）であり、選択比は１
７００枚処理で変化がない。

【００１５】このように、電極をシリコン材で形成する
と、シリコン自体がもつ不純物濃度が極僅かであるた
め、カーボン製の電極等に比べて、とりわけウエーハ上
に落下するようなパーティクルを発生するようなことは
なく、電極自体がプラズマによってスパッタリングされ
にくいという効果を奏する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、シリコン電
極を使用した場合、以下の問題を生じることが判明し
た。

【００１７】すなわち、電極をシリコンで形成する場
合、通常、単結晶あるいは多結晶シリコンインゴットを
ブレード等で切断してシリコン板材を切り出し、ダイヤ
モンドツールなどで所望のサイズに切削加工し、続いて
プラズマエッチング用のガス流通孔を超音波加工や研削
加工等により複数個形成した後、該シリコン板材の外表
面をラッピング加工して鏡面とすることによりシリコン
電極が製造される。

【００１８】しかし、切断、切削、ラッピング加工時に
おいて、シリコン材内に砥粒やダイヤモンドツール片が
混入する等のいわゆる加工ダメージ（加工歪み）が与え
られ、これらの成分がプラズマエッチング用反応中にパ
ーティクルやコンタミネーションとしてウエーハに付着
するという問題がある。

【００１９】一方、プラズマエッチング用のガス流通孔
である細孔の形状は、図７に示すように、シリコン電極
体１の端縁に稜部２があって角２ａ形状を呈している
（図７（１）参照）ため、細孔３，３に対してプラズマ
エッチング用のガスが侵入しにくく、細孔３から流出す
るガスも該細孔の開口面積に相当する面積にしかウエー
ハ４に接触しない（図７（２）参照）ので、ウエーハ４
に対するガス供給が均一に行なえないという問題があ
り、また、稜部２の角２ａがプラズマの異常放電の因子
となり、ウエーハのプラズマエッチング時にウエーハの
エッチングむらを生じるという問題もある。

【００２０】特に、ガス流通孔である細孔に対して、プ
ラズマエッチング用のガスが均一に流れないことによる
電極自体の局所的な消耗や、前記のプラズマの異常放電
発生等により、電極自体の寿命が短いという問題を有し
ていた。

【００２１】本発明は、上記欠点を解消するプラズマエ
ッチング装置用シリコン電極を提案するものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマエッ
チング用ガスが流通する複数の細孔を備えたシリコン電
極体を用いるプラズマエッチング装置において、前記シ
リコン電極体を１０μｍ〜１００μｍの範囲でエッチン
グして、前記細孔の端縁の稜部の角が除去されているプ
ラズマエッチング装置用シリコン電極である。

【００２３】

【作用】シリコン電極の製造過程で生じる加工ダメージ
は、該シリコン電極をエッチングすることにより除去で
き、コンタミネーションも同時に除去できる。前述した
プラズマエッチング用ガスが流通する複数の細孔内は、
従来は加工ダメージ及びコンタミネーションの除去がな
され得なかったが、本発明によれば、細孔内もエッチン
グがなされることとなり、従って、細孔内の加工ダメー
ジ及びコンタミネーションの除去が可能である。

【００２４】１０μｍを下るエッチング量では加工ダメ
ージの除去が不完全であり、パーティクル汚染を生じや
すい。加工ダメージの除去の観点からは１０μｍ以上の
エッチングを行えばよいが、前記ガス流通孔の細孔の径
を一定サイズに保持すること及び、前記ガス流通孔の細
孔の端縁の稜部の角を除去することを考慮すると、１０
０μｍ以下のエッチングが要求される。とりわけパーテ
ィクル数の減少の観点からは３０μｍ以上のエッチング
が好ましく、また、エッチングのダレ防止の観点からは
７０μｍ以下のエッチング量が好ましい。

【００２５】また、シリコン電極に上記エッチングを施
すことによって、前記ガス流通孔の端縁の稜部の角がエ
ッチングされ、アール部をもった流出入口の形状となる
ので、前記細孔に対してガスが流入しやすくなるととも
に、流出されるガスもウエーハに対して広がりをもって
接触するので、ウエーハ全域に対して均一にガス供給を
行なうことができ、稜部の角に起因するプラズマの異常
放電を生じることもなく、その結果、シリコン電極の寿
命が長くなる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

【００２７】本実施例では、図１に示すように、シリコ
ンインゴットの切断切削加工によりシリコン円板（２０
０ｍｍφ、厚み１０ｍｍ）を切り出し、超音波加工によ
りシリコン円板にガス流通孔（０．８ｍｍφ）を１８０
０個形成し、続いて外表面をラッピングにより鏡面加工
を施してシリコン電極を作成した。このシリコン電極を
酸洗浄（弗酸、硝酸、氷酢酸の混合液）し、該電極表面
をエッチングした。酸洗浄液の各液の混合比率はシリコ
ン電極をエッチングする量に応じて適宜選定する。

【００２８】図２は、エッチング量とシリコン電極をプ
ラズマエッチング装置に用いた場合の、６インチウエー
ハ上のパーティクル数を示すもので、電極素材であるシ
リコンを成形加工したときに生じる加工変質層が、シリ
コン電極使用中にその表面から離脱してパーティクル発
生の原因となる。図２から、エッチング量が１０μｍか
らパーティクル数が大幅に減少し、２０μｍのエッチン
グを超えて極端に減少し、３０μｍを超えると減少パー
ティクル数が安定することが解る。

【００２９】図３は、エッチング量と８インチウエーハ
用のシリコン電極表面の重金属汚染の関係を示す図であ
る。シリコン電極は、研削加工時に素材であるシリコン
と工具との接触により、電極の表面近傍が汚染される。
そこで、エッチング量とシリコン電極の汚染をＩＣＰ質
量分析法により測定した。図３から、１０μｍ以上のエ
ッチングが必要であることが解る。

【００３０】ところで、シリコン電極のガス孔の加工
は、通常、超音波加工又はダイヤモンド工具による機械
加工で行う。成形加工後は、図４（１）に示すように、
シリコン電極体１の開口端の稜部２の面取りがなく、稜
部２が角２ａ形状を呈している。

【００３１】面取り加工は、機械加工で成形することは
勿論可能であるが、シリコン電極には数１００〜数１０
００のガス孔が必要であるため、加工コストが高くな
る。また、シリコンは非常にチッピングが入り易い素材
であり、多数のガス孔の１つにでもチッピングがはいる
と、製品として使うことができない。また、ガス孔内に
は機械加工ダメージが残存したままであり、プラズマエ
ッチング時、パーティクルの発生を生じる。

【００３２】エッチング処理を施すと、機械加工ほど正
確ではないが、エッチングのだれによりガス孔の端部に
面取り加工と同じような成形がなされる。

【００３３】そこで、次に、ガス孔の面取りの効果を調
べる実験を行った。試験材は、図４に示すように、Ａ：エッチングなしシリコン電極：（図４（１））Ｂ：成形加工時ガス孔両端に０．０８Ｒの面取りを実
施：（図４（２））Ｃ：成形加工後エッチング４０μｍ（孔径はエッチング
後０．８φとなるように加工）：（図４（３））を用いた。前記Ｂ及びＣの試験材は、稜部２の角がエッ
チングされ、アール部２ｂを備えている。

【００３４】図５は、前記Ａ〜Ｃのシリコン電極をプラ
ズマエッチング装置に組込んで寿命を比較したもので、
シリコン電極をプラズマエッチング装置に装備した場合
に、基本的には、面取りのある方が、電極自身の寿命が
長いことが解る。

【００３５】更に、面取りのあるものでも、エッチング
を施したものの方が、電極自身の寿命が長いことが解
る。尚、シリコン電極は、６インチウエーハ処理用で、
２００ｍｍφ、厚み１０ｍｍ、ガス孔は、孔径０．８φ
ｍｍで、孔数１８００個である。

【００３６】また、発明者の実験によれば、ガス孔端部
（稜部）の面取りは、ガス孔直径の１０％前後の寸法の
アール面取り加工が望しく、他方、エッチング加工で
は、０．５φ〜１．０φｍｍのガス孔に対して、３０〜
７０μｍのエッチング処理で前記と同様の寿命効果が得
られている。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、プラズ
マエッチング用ガスが流通する複数の細孔を備えたシリ
コン電極体を用いるプラズマエッチング装置において、
前記シリコン電極体を１０μｍ〜１００μｍの範囲でエ
ッチングして、前記細孔の端縁の稜部の角が除去されて
いるプラズマエッチング装置用シリコン電極であり、シ
リコン電極に前記エッチングを施すことによって、前記
ガス流通孔の端縁の稜部の角がエッチングされ、アール
部をもった流出入口の形状となるので、前記細孔に対し
てガスが流入しやすくなるとともに、流出されるガスも
ウエーハに対して広がりをもって接触するので、ウエー
ハ全域に対して均一にガス供給を行なうことができ、稜
部の角に起因するプラズマの異常放電を生じることも回
避できる。

【００３８】更に、従来においては、プラズマエッチン
グ用ガスが流通する複数の細孔内は加工ダメージ及びコ
ンタミネーションの除去がなされ得なかったが、本発明
によれば、細孔内もエッチングがなされることとなり、
従って、細孔内の加工ダメージ及びコンタミネーション
の除去が可能となるものである。

【００３９】このように、本発明によれば、プラズマの
異常放電発生を回避できて、シリコン電極の寿命を長く
することができるとともに、加工ダメージ及びコンタミ
ネーションの除去も可能となる等の優れた効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシリコン電極の製造工程図であ
る。

【図２】エッチング量とシリコン電極をプラズマエッチ
ング装置に用いた場合の、６インチウエーハ上のパーテ
ィクル数を示す図である。

【図３】エッチング量と８インチウエーハ用のシリコン
電極表面の重金属汚染の関係を示す図である。

【図４】シリコン電極の各試験材を示す図である。

【図５】試験材をプラズマエッチング装置に組込んで寿
命を比較した図である。

【図６】プラズマエッチング装置を示す構成図である。

【図７】シリコン電極体の細孔の形状を示す図である。

【符号の説明】

１シリコン電極体２稜部２ａ角２ｂアール部３細孔４ウエーハ

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【手続補正書】

【提出日】平成８年６月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】（３）エッチングガスとの反応は、カーボ
ン電極の場合はカーボンとエッチングガスが反応し、ウ
エーハ上に堆積して汚染の原因となる。また、発生した
ＣＯ₂は完全には排気されにくい。シリコン電極ではＳi
Ｆ₄ガスが発生するが、揮発性なので排気されやすい。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマエッチング用ガスが流通する複数
の細孔を備えたシリコン電極体を用いるプラズマエッチ
ング装置において、前記シリコン電極体を１０μｍ〜１００μｍの範囲でエ
ッチングして、前記細孔の端縁の稜部の角が除去されて
いることを特徴とするプラズマエッチング装置用シリコ
ン電極。