JPH11219935A - プラズマ処理装置用電極及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】プラズマ処理中の異物粒子の発生を抑え、シリ
コンウエハのプラズマエッチング等の処理不良を防止で
きるプラズマ処理装置用電極を提供する。 【解決手段】平行平板型プラズマ処理装置の上部電極２
であって、ガス吹き出し穴７が設けられている円板状の
電極本体６と、電極本体を支持する絶縁性のシールドリ
ング９を有してなり、電極本体は単結晶シリコンまたは
多結晶シリコンからなり、電極本体の外径寸法は被エッ
チング材であるシリコンウエハ４の外径以上で２０mmを
超えない範囲であり、シールドリングは電極本体を嵌合
支持できるよう内周部に段形状を設けた構造であり、シ
ールドリングはそのプラズマ発生側が電極本体より３mm
を超えて突出しないものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの加
工に利用されるプラズマエッチング等のプラズマ処理装
置及びその電極に関する。より詳細には、処理ガスをシ
ャワー状に分散させるためのガス吹き出し穴を有する上
部電極と、該上部電極に対向してシリコンウエハが載置
される下部電極とを有する平行平板型プラズマ処理装置
及びその上部電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハに素子を形成するために、
各種のプラズマ処理、例えばエッチングが行われてい
る。このエッチングを行う装置として、プラズマエッチ
ング装置が用いられている。従来のプラズマエッチング
装置は、図３に示されるように、真空容器１内に一対の
上部電極２および下部電極３が間隔をおいて設けられて
おり、下部電極３の上に被処理材としてシリコンウエハ
４を載置している。上部電極２はバックプレート５と電
極本体６とで構成されており、それぞれにエッチングガ
スを流すためのガス吹き出し穴７が設けられている。

【０００３】ガス吹き出し穴７を通してエッチングガス
をシリコンウエハ４に向かって流しながら、高周波電源
８により、上部電極２と下部電極３の間に高周波電力を
印加してプラズマ１１を形成する。このプラズマによっ
てシリコンウエハ４をエッチングし、所定のパターンの
素子を形成するものである。シールドリング９は、アル
ミナあるいは石英のような絶縁物からなり、電極本体６
の取付用ビス１０をプラズマ１１から保護するため、電
極本体６の外周部を覆うように設置される。

【０００４】電極本体６は、使用するに従いプラスマが
発生している部分つまり対向しているシリコンウエハ４
とほぼ同じ面積の部分が、プラズマによってエッチング
され消耗する。そこで、ある程度電極本体６が消耗し、
エッチング特性（エッチングの間にシリコンウエハ４上
に付着した異物粒子等）が規格を外れると電極本体６の
使用を中止し、新たな電極本体と交換する。

【０００５】最近の半導体集積回路の高集積化に伴い、
シリコンウエハのエッチング後の形状がより高精度に制
御されるようになってきた。このため半導体集積回路の
歩留りに影響を及ぼす異物粒子がより少なくすることが
要求されている。

【０００６】従来、電極本体の材料としてアモルファス
カーボンが使用されていたが、特開平４−７３９３６号
公報に示されるように異物粒子の発生が低減できる単結
晶シリコンに主流が移ってきている。この単結晶シリコ
ン製電極本体を用いることによりアモルファスカーボン
製電極本体に比較して異物粒子の発生は少なくなった
が、まだ皆無になった訳ではなく、半導体集積回路の品
質に影響を与えず生産歩留を大幅に改善するまでには至
っていない。

【０００７】この生産歩留の改善が充分ではないのは、
シールドリングの表面に堆積したプラズマ重合物（エッ
チングガスがプラズマ中で高分子化して固形物となった
もの）が剥離して異物粒子としてシリコンウエハ上に落
下することを防止できないためである。通常、シールド
リングは石英やアルミナなどの絶縁物で作られている
が、その表面にもプラズマが発生する。そのため、シー
ルドリング表面にプラズマ重合物が堆積するようにな
る。

【０００８】これを解決する方法として、シールドリン
グの厚さを厚くすることが考えられるが、この場合シー
ルドリングの部分で電極間隔が狭くなりガス流に対する
圧損が増加する。このためプラズマの圧力が高くなって
精度良くエッチングすることができなくなるという問題
が発生する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、プラ
ズマ処理中の異物粒子の発生を抑え、シリコンウエハの
プラズマエッチング等の処理不良を防止できるプラズマ
処理装置用電極及びプラズマ処理装置を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、平行平板型プ
ラズマ処理装置の上部電極であって、ガス吹き出し穴が
設けられている円板状の電極本体と、該電極本体を支持
する絶縁性のシールドリングを有してなり、該電極本体
は単結晶シリコンまたは多結晶シリコンからなり、該電
極本体の外径寸法は被エッチング材であるシリコンウエ
ハの外径以上で２０mmを超えない範囲であり、前記シー
ルドリングは前記電極本体を嵌合支持できるよう内周部
に段形状を設けた構造であり、該シールドリングはその
プラズマ発生側が該電極本体より３mmを超えて突出しな
いものとしたことを特徴とするプラズマ処理装置用電極
に関する。

【００１１】また、本発明は、真空容器内に設けられた
上部電極と下部電極を備えた平行平板型プラズマ処理装
置において、前記上部電極を、ガス吹き出し穴が設けら
れた円板状の単結晶シリコン製又は多結晶シリコン製の
電極本体と、内周部に段形状を有し該電極本体を嵌合支
持する絶縁性のシールドリングから構成し、前記電極本
体の外径寸法を被エッチング材のシリコンウエハの外径
以上で２０mmを超えない範囲とし、前記シールドリング
はそのプラズマ発生側が該電極本体より３mmを超えて突
出しないものとしたことを特徴とする平行平板型プラズ
マ処理装置に関する。

【００１２】本発明によれば、被エッチング材のシリコ
ンウエハに対応する範囲のみすなわち電極本体のみ単結
晶シリコンまたは多結晶シリコンとし、この電極本体を
絶縁性のシールドリングで保持するようにしたため、被
エッチング材のシリコンウエハに対応する範囲以外にプ
ラズマを発生させない。従って、プラズマ処理中の異物
粒子の発生を抑え、シリコンウエハのプラズマエッチン
グ等の処理不良を防止できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１に示す
例で説明する。上部電極２に取り付けられる単結晶シリ
コンまたは多結晶シリコン製電極本体６の形状は、エッ
チングされるシリコンウエハ４のエッチング量の均一性
が必要とされることから円板形状とする。その外形寸法
は、シリコンウエハ４の外径以上でかつ外径を２０mm以
上超えない範囲、望ましくは外径以上でかつ外径を１０
mm以上超えない範囲、さらに望ましくは外径以上でかつ
外径を５mm以上超えない範囲である。シリコンウエハは
通常、６〜１２インチの大きさであるので、これに対応
した外径となる。電極本体６の外径寸法が、シリコンウ
エハ４のそれより２０mmを超えると、プラズマ重合物が
析出する面積が過大となり異物粒子の発生を促進させ
る。逆にシリコンウエハの外径より小さくなるとエッチ
ングの均一性が悪化する。電極本体６の厚さは、２mm以
上１０mm以下、望ましくは３mm以上６mm以下とする。電
極本体６の厚さが２mm未満では、消耗代が少ないため電
極本体６の寿命が短くなってしまう。逆に１０mmを超え
ると、エッチングガスをシャワー状に吹き出させるガス
吹き出し穴７の加工が困難となる。なお電極本体６に設
けるガス吹き出し穴７は、穴径がφ０.３〜φ１.０（m
m）、穴数が２００〜１８００個の範囲であることが好
ましいが、これらはエッチング条件（真空度、エッチン
グガス流量等）によって規定されるものであり、本発明
の効果に何等の影響を与えるものではない。

【００１４】図２に本発明におけるシールドリング９の
具体的な形状の一例を示す。シールドリングは、石英、
アルミナ等の絶縁性の材料で構成される。シールドリン
グ９のプラズマ発生側開口部の径ｄは、電極本体６を嵌
合、支持するためその外径Ｄ以下であることが必要であ
るが、電極本体６の外径Ｄより１０mmを超えて小さくな
いものとすることが望ましい。さらに望ましくは電極本
体６の外径Ｄ以下で、かつ、電極本体６の外径Ｄより５
mmを超えて小さくないものとすることが望ましい。開口
部の径ｄが、電極本体の外径Ｄより１０mmを超えて小さ
くなると、エッチングの均一性が悪化する傾向がある。

【００１５】シールドリング９のプラズマ発生側の突出
（厚さ）ｔ2は、０以上で電極本体より３mm以上厚くな
らない必要がある。電極本体６がシールドリングより突
出する場合、プラズマがその部分に集中しエッチングの
均一性が悪化する。また電極本体６よりシールドリング
９が３mm以上突出すると、シールドリングの部分で電極
２、３の間隔が狭くなりガス流に対する圧損が増加す
る。このためプラズマの圧力が高くなって精度良くエッ
チングすることができなくなる。

【００１６】シールドリングの側面の高さおよび厚さ並
びに必要な加工代は、プラズマ処理装置の上部電極全体
の構造およびそれへの取付方法によって決まるが、どの
ような形状寸法であっても本発明の効果を阻害するもの
ではない。

【００１７】シールドリングの材質は、絶縁性であるこ
とが必要であるが、アルミナ、石英等のような絶縁材
で、使用するプラズマに対して耐食性があればどのよう
な材質であってもよい。

【００１８】

【実施例】以下に本発明の実施例及び比較例を説明す
る。電極本体６として、直径２００〜２３０mm、厚さ３
mmの単結晶シリコン円板にダイヤモンドコーティングさ
れたドリルで回転数５０００rpm 、送り速度２０mm／分
の加工条件で直径１９０mm（シャワー径）の範囲内に
０．５mmΦのガス吹き出し穴６３３個を７mmの等間隔
（ピッチ）で開けた。

【００１９】またシールドリング９は、図３に示す構造
とし材質はアルミナとした。寸法は、直径３００mm、高
さ７０mm、プラズマ側開口部の直径１９７〜２１７mm、
厚さｔ1＝３〜７mm、開口部段部厚さｔ2＝１〜３mmとし
た。シールドリングは、側面に設けられた直径3.8 mmの
貫通穴を通してＭ３のビス１２で上部電極部２に固定し
た。

【００２０】上記構成の電極およびシールドリングをプ
ラズマエッチング装置に取り付け、反応ガス：トリフロ
ロメタン（ＣＨＦ₃）４０cc／分、テトラフロロカーボ
ン(ＣＦ₄)６０cc／分、アルゴン（Ａｒ）３００cc／
分、反応チャンバー内のガス圧力：０.５Torr 、電源周
波数：４００ＫＨｚ、印加電圧：６００Ｗの条件で８イ
ンチシリコンウエハ（外径２００mm）のシリコン酸化膜
のエッチング加工を行い、使用時間による放電異物の発
生状況を調べた。その結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】シリコンウエハのエッチング時に発生する
放電異物数の許容範囲（規格）は、通常ウエハあたり
０.３μｍ 以上の粒径で３０個以下、エッチングレート
のバラツキが５％以下であるが、表１に示されるよう
に、本発明のプラズマ処理装置用電極を用いることによ
って、長期間にわたって少ない放電異物数及び安定した
エッチングレートに保つことができ、ひいては半導体素
子の歩留を向上させることができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置用電極は、被
エッチング材のシリコンウエハに対応する範囲のみすな
わち電極本体のみを単結晶シリコン又は多結晶シリコン
とし、この電極本体を絶縁性のシールドリングで保持す
るようにしたため、被エッチング材のシリコンウエハに
対応する範囲以外にプラズマを発生させない。従って、
長期間にわたって少ない放電異物数及び安定したエッチ
ングレートに保つことができ、ひいては半導体素子の歩
留を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例になる平行平板型プラズマエ
ッチング装置の縦断面図。

【図２】本発明のシールドリングの具体的な形状の一例
を示す図。

【図３】従来の平行平板型プラズマエッチング装置の縦
断面図。

【符号の説明】

１…真空容器、２…上部電極、３…下部電極、４…シリ
コンウエハ、５…バックプレート、６…電極本体、７…
ガス吹き出し穴、８…高周波電源、９…シールドリン
グ、１１…プラズマ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平行平板型プラズマ処理装置の上部電極で
   あって、ガス吹き出し穴が設けられている円板状の電極
   本体と、該電極本体を支持する絶縁性のシールドリング
   を有してなり、該電極本体は単結晶シリコンまたは多結
   晶シリコンからなり、該電極本体の外径寸法は被エッチ
   ング材であるシリコンウエハの外径以上で２０mmを超え
   ない範囲であり、前記シールドリングは前記電極本体を
   嵌合支持できるよう内周部に段形状を設けた構造であ
   り、該シールドリングはそのプラズマ発生側が該電極本
   体より３mmを超えて突出しないものとしたことを特徴と
   するプラズマ処理装置用電極。
2. 【請求項２】真空容器内に設けられた上部電極と下部電
   極を備えた平行平板型プラズマ処理装置において、前記
   上部電極を、ガス吹き出し穴が設けられた円板状の単結
   晶シリコン製又は多結晶シリコン製の電極本体と、内周
   部に段形状を有し該電極本体を嵌合支持する絶縁性のシ
   ールドリングから構成し、前記電極本体の外径寸法を被
   エッチング材のシリコンウエハの外径以上で２０mmを超
   えない範囲とし、前記シールドリングはそのプラズマ発
   生側が該電極本体より３mmを超えて突出しないものとし
   たことを特徴とする平行平板型プラズマ処理装置。