JPH1154488A

JPH1154488A - 電極板

Info

Publication number: JPH1154488A
Application number: JP22198797A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kawai; 信川合; Toshimi Kobayashi; 利美小林; Kazuyoshi Tamura; 和義田村; Keiichi Goto; 圭一後藤
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1997-08-04
Filing date: 1997-08-04
Publication date: 1999-02-26

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】穿孔加工処理が容易であり、寿命が長く、長
時間運転してもエッチングレートが変化しない電極板を
形成し、半導体ウエーハのエッチング歩留りと生産性の
向上及び品質の向上を図る。【解決手段】反応ガス整流用の小径孔を有する電極板
において、該小径孔が穿設される領域の内、外周領域内
の小径孔より内周領域内の小径孔の孔径を大きくしたこ
と、前記電極板の外周領域が、電極板の外周近傍に穿設
された小径孔の中心と、電極板の中心を結ぶ半径の１／
２以外の円環内領域であり、内周領域が前記半径の１／
２以内の円領域であること、及び前記内周領域内小径孔
群中の最大孔径が、前記外周領域内小径孔群中の最大孔
径よりも２５μｍ以上大きいことを特徴とする電極板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ装置、特
には半導体デバイス製造工程のプラズマエッチング装置
に使用されるプラズマエッチング用電極板に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウエーハをドライエッチン
グする装置としては、反応室内の被処理物であるウエー
ハの上方に電極板を設け、この電極板に高周波を印加し
てプラズマを発生させ、このプラズマによりウエーハ上
の絶縁膜や配線等のエッチングを行うプラズマエッチン
グ装置が用いられている。この装置に使用される電極板
は、特開平４−７３９３６号公報等に開示されているよ
うに、通常、反応ガスを反応室内に導入するために同径
の小径孔が多数穿設されている。

【０００３】しかしながら、この電極板は使用されるに
連れ、ウエーハと対向する部分の厚さががエッチングさ
れて薄くなるし、小径孔のウエーハと対向する側の角部
もエッチングされてダレが生じ、結果的に孔径が大きく
なるようになる。この孔径の変化は、電極板の中心部と
外周部とでは異なり、その結果、ウエーハの中心部と外
周部との間には相対的にエッチングガスの流量が異なっ
てしまうと言う現象が起こる。

【０００４】そのため、電極板の小径孔を全て同径に穿
設すると、電極板の使用時間が長くなるにつれて、ウエ
ーハのエッチングレートが中心部と外周部とで異なると
いうエッチングレートの不均一性が発生し、ウエーハエ
ッチング工程の歩留り低下、ウエーハ品質の低下を引き
起こしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点を解決するためになされたもので、穿設加工処理
が容易であり、寿命が長く、長時間運転してもエッチン
グレートが変化しない電極板を形成し、半導体ウエーハ
のエッチング工程の歩留り向上と品質向上を図ることを
目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の請求項１の発明は、反応ガス整流用の小径孔を
有する電極板において、該小径孔が穿設される領域の
内、外周領域内の小径孔より内周領域内の小径孔の孔径
を大きくしたことを特徴とする電極板である。

【０００７】このようにすると、外周領域内の小径孔群
から噴出するエッチングガス流量と、内周領域内の小径
孔群から噴出するエッチングガス流量とが被処理物表面
上でほぼ等しくなり、その結果、被処理物表面における
エッチングレートが全表面内で均一に保たれ、均一にエ
ッチングされた半導体ウエーハが高歩留りで得ることが
できる。

【０００８】また、電極板の小径孔も経時的にエッチン
グされるが、両領域の小径孔群の孔径差は長時間保持さ
れ、耐久性のあるものとなるので、電極板の交換頻度が
減少し、エッチング加工の生産性が向上する。

【０００９】そして、前記電極板の外周領域を、電極板
の外周近傍に穿設された小径孔の中心と、電極板の中心
を結ぶ半径の１／２以外の円環内領域とし、内周領域を
前記半径の１／２以内の円領域であるように設定すると
（請求項２）、外周領域の円環面積と内周領域の円面積
との比が約３：１となり、両領域の小径孔群を通過した
エッチングガスの流量がほぼ等しくなり、ウエーハ全面
内で均一なエッチングが可能となり、耐久性も向上す
る。

【００１０】また、本発明の請求項３に記載した発明
は、内周領域内小径孔群中の最大孔径が、前記外周領域
内小径孔群中の最大孔径よりも２５μｍ以上大きいこと
を特徴とするものであり、さらに具体的には、前記内周
領域内小径孔群中の最大孔径が、０．２〜１．０ｍｍで
あり（請求項４）、前記外周領域内小径孔群中の最大孔
径が、０．１７５〜０．９７５ｍｍである（請求項５）
電極板とすることができる。

【００１１】このように、最大孔径をより具体的に規定
すると、長時間にわたって両領域のエッチングガス流量
はほぼ等しくなり、両領域に対応する被処理物表面上の
エッチングレートは殆ど変化することなく、また差も殆
どないので、均一にエッチングされた半導体ウエーハが
高い歩留りと高い生産性で製造することができる。

【００１２】特に内周領域内小径孔群中の最大孔径を、
外周領域内小径孔群中の最大孔径よりも２５μｍ以上大
きく穿設しておくのが良く、２５μｍ未満では孔径差が
小さ過ぎて、エッチングガス流量の差が大きくなってし
まい、均一なエッチングができにくい。また、この最大
孔径が上記範囲未満（内周領域では＜０．２ｍｍまたは
外周領域では＜０．１７５ｍｍ）であるとエッチングガ
ス流量が少なくなり、ウエーハのエッチングレートが小
さくなり、逆に上記範囲を越えると（内周領域では＞
１．０ｍｍまたは外周領域では＞０．９７５ｍｍ）エッ
チングガス流量が多くなり、最適なエッチングレートよ
り大きくなり過ぎるという不具合を生じる。

【００１３】そしてこの場合、請求項６のように、前記
電極板の大きさが、外径２００〜４００ｍｍ、厚さ２〜
１５ｍｍの円板であり、かつ、該電極板に穿設された小
径孔の数が１５０〜５０００個の範囲のものとすること
ができる。

【００１４】電極板がこの範囲の大きさであると、近
年、特に最先端デバイスの作製に用いられるシリコンを
はじめとした被処理物のウエーハの形状とよくマッチ
し、エッチングレートの均一性を長時間保持することが
できる。また、小径孔の数がこの範囲を外れると、前記
外周領域と内周領域との最大孔径値を規定した範囲内に
設定しても流通ガス流量の均一性が損なわれ、エッチン
グレートの不均一性が目立つようになる。

【００１５】また、請求項７では電極板の材質を、シリ
コン、カーボン、アルミニウム、炭化けい素のいずれか
１種からなるものとした。

【００１６】これは、これ以外の材質では、プラズマエ
ッチング装置の電極板として使用すると、半導体デバイ
スを作製するする際に、デバイス特性の劣化の原因とな
る重金属その他の不純物となり易いためである。この場
合、処理するウエーハが、半導体シリコンであれば、上
記材質の中でも特にシリコンを選択すれば、被処理物で
ある半導体素材と同じ材質になり、好ましい。

【００１７】本発明の請求項８に記載の発明は、前記電
極板が、プラズマエッチング装置用、リアクティブイオ
ンエッチング装置用、プラズマアッシング装置用、或は
プラズマＣＶＤ装置用として使用できるものとした。

【００１８】これは、前記した各種規定値に従って作製
された電極板は、これらいずれの装置の場合にも、プラ
ズマ発生用対向電極板となり、反応ガスの整流用を兼ね
たものとして、これらの装置用として有効に作用するこ
とができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態をプラ
ズマドライエッチングの場合を例として図面を用いて詳
細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。

【００２０】本発明者等は、このドライエッチングにお
けるエッチングレートの均一性を良好にする条件につい
て種々検討を重ねた結果、電極板の小径孔の孔径分布と
配置状態に着目し、諸条件を確立して本発明を完成させ
たものである。ここで、図１は本発明の一例として、小
径孔の配置状態を示す説明図であり、図２は、プラズマ
ドライエッチング装置の概要図である。

【００２１】本発明の電極板をプラズマドライエッチン
グ用として図１に基づいて説明すると、電極板１には、
反応室内に向けて多数の小径孔３、４が穿設され、この
小径孔から被処理物に向けて反応ガスが噴射されると共
に高周波が印加されてプラズマが発生し、被処理物と反
応してエッチングすることになる。

【００２２】図２は、この電極板１がプラズマドライエ
ッチング装置２０にセットされた状態を表しており、こ
の電極板１に対向する位置に被処理物である半導体ウエ
ーハ５と平面電極６が設置され、両電極間に高周波が印
加される。一方、エッチングガスは、ガス供給系９から
内部ガス容器７に入り、電極板１の小径孔で整流され、
プラズマを発生してウエーハ５に向けて噴出し、ウエー
ハ表面をエッチング処理するようになっている。

【００２３】本発明の電極板は、先ず、これら小径孔群
の配置状態と孔径の関係を求めた結果、経験的に反応ガ
ス整流用の小径孔を有する円板状の電極板において、該
小径孔が穿設される領域を大きく二分し、外周領域と内
周領域を設定し、外周領域内の小径孔３より内周領域内
の小径孔４の孔径を大きくすればよいことがわかった。

【００２４】このようにすると、外周領域内の小径孔３
群から噴出するエッチングガス流量と、内周領域内の小
径孔４群から噴出するエッチングガス流量とが被処理物
表面上でほぼ等しくなり、その結果、被処理物表面にお
けるエッチングレートが全表面内で均一に保たれ、均一
にエッチングされた半導体ウエーハが高歩留りで得るこ
とができる。

【００２５】また、この場合、使用に伴い電極板の小径
孔も経時的にエッチングされることになるが、予め孔径
に差を設けることによって、両領域の小径孔群の孔径差
は長時間維持され、耐久性のあるものとなるので、電極
板の交換頻度が減少し、エッチング加工の生産性が向上
する。

【００２６】そして、電極板の外周領域を、電極板の外
周近傍に穿設された小径孔の中心と、電極板の中心を結
ぶ半径の１／２以外の円環内領域［Ｒ−（１／２・
Ｒ）］とし、内周領域を前記半径の１／２以内の円領域
［１／２・Ｒ］であるように設定すると、外周領域の円
環面積と内周領域の円面積との比が約３：１となり、両
領域の小径孔群を通過したエッチングガスの流量がほぼ
等しくなり、ウエーハ全面内で均一なエッチングが可能
となり、電極板の耐久性も向上する。

【００２７】さらに、内周領域内小径孔群中の最大孔径
が、外周領域内小径孔群中の最大孔径よりも２５μｍ以
上大きいものとするのがよい。このような小径孔の最大
孔径とすることにより、この電極板の内周領域の小径孔
群に対応するウエーハの中心部に導入されるエッチング
ガスの流量と、外周領域の小径孔群に対応するウエーハ
の外周部に導入されるエッチングガスの流量とが、両領
域の小径孔群の孔径が同じであった場合と比較して相対
的に変化して、ほぼ等しくなり、ウエーハのエッチング
レートの均一性が極めて良好となり、均一にエッチング
された半導体ウエーハを作製することができる。

【００２８】また、電極板の耐久性も優れたものとな
り、長時間使用した場合の電極板自身のエッチングによ
る孔径の変化に伴うエッチングレートの均一性の悪化も
小さくなるので、電極板の交換頻度も減少し、従って、
生産効率も格段に向上するようになる。

【００２９】平均孔径と最小孔径については、内周領域
内小径孔群と外周領域内小径孔群との間に差があっても
良いし、等しくても構わない。それはウエーハのエッチ
ングレートの均一性に大きく影響を及ぼすのは、最大孔
径であるからである。しかし、平均孔径及び最小孔径
は、０．１５〜０．９０ｍｍの範囲にするのがよく
０．１５ｍｍ未満でも、０．９０ｍｍを越えてもエッチ
ングガスの圧力と流量の制御が難しくなり、ウエーハの
エッチングレートの均一性が悪くなる。

【００３０】このエッチングレートの均一性を良好にす
る条件について、さらに詳細に種々検討を重ねた結果、
この電極板に穿設した小径孔の数を１５０〜５０００個
とし、内周領域の小径孔群の中の最大孔径を０．２〜
１．０ｍｍとし、外周領域の小径孔群の中の最大孔径を
０．１７５〜０．９７５ｍｍにすれば良いことが判っ
た。この小径孔の数は、１５０個未満ではエッチングガ
スがウエーハ全面に行きわたりにくくなり、５０００個
を越えると各小径孔間のピッチが小さくなり、この各小
径孔から噴出するエッチングガスがお互いに干渉し合
い、ウエーハのエッチングレートの均一性が損なわれる
ようになる。

【００３１】また、内周領域内の最大孔径が０．２〜
１．０ｍｍの範囲、外周領域内の最大孔径が０．１７５
〜０．９７５ｍｍの範囲より小径の場合は、エッチング
ガスの流量が少なくなり、ウエーハのエッチングレート
が小さくなると言う不具合が生じ、この範囲より大径で
あるとエッチングガスの流量が多くなり、最適なエッチ
ングレートより大きくなり過ぎると言う不具合を生じ
る。

【００３２】さらに、この記電極板の平面形状を円板に
し、外径を２００〜４００ｍｍの範囲、厚さを２〜１５
ｍｍの範囲にすると、被処理物であるウエーハによく対
応した形状になると共に、電極板自身もプラズマエッチ
ングにより消耗して行くが、この消耗の進み具合いによ
って決まる電極板の寿命も長くすることができる。

【００３３】この電極板の材質としては、本発明の電極
板を使用してプラズマエッチングを行うと、電極板自身
もエッチングされて消耗して行くので、シリコン、カー
ボン、アルミニウム、炭化けい素の内のいずれか１種を
選択して使用すれば、半導体プロセスにおいて、不純物
となり、歩留り低下を引き起こす重金属やアルカリ金属
が電極板より発生せず、エッチング加工されるウエーハ
上の不純物量は少なくなる。この場合、処理するウエー
ハが、半導体シリコンであれば、上記材質の中でも特に
シリコンを選択すれば、半導体素材と同じ材質になり、
不純物量は極めて少なくなり、好ましい。

【００３４】この電極板の小径孔は、超音波加工、放電
加工、レーザ加工、或はダイヤモンドドリル加工によっ
て穿設すれば、極めて簡単に、かつ所望径の小径孔を精
度よく得ることができる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）先ず、外径３００ｍｍで抵抗率が０．１Ω
ｃｍの単結晶シリコンインゴットを用意した。これから
厚さ６ｍｍになるようにスライス加工し、直径２８０ｍ
ｍの外径になるように外周加工した。その後、この電極
板を装置に取付けるための座ぐりを設けた取付け孔を電
極板の最外周に１２箇所穿設した。

【００３６】次に、この素材をマシニングセンターに取
り付け、電極板の中心から１００ｍｍφの内周領域内
に、外径０．５５ｍｍの単結晶ダイヤモンドツールを用
いてピッチ間隔７ｍｍで１５８孔をダイヤ加工した。こ
の内周領域内の小径孔の孔径を測定したところ、０．５
６〜０．５８ｍｍφの範囲であった。

【００３７】その後、電極板の中心から１００ｍｍφを
越え、２００ｍｍφまでの外周領域内に、外径０．５０
ｍｍの単結晶ダイヤモンドツールを用いてピッチ間隔７
ｍｍで４７５孔をダイヤ加工した。この外周領域内の小
径孔の孔径を測定したところ、０．５１〜０。５３５ｍ
ｍφの範囲であった。

【００３８】このようにして製造した電極板を図２に示
したようなプラズマドライエッチング装置に取り付け、
小径孔よりＣＦ₄ ガスを噴出させ、シリコンウエーハ上
に作られた回路の酸化シリコン膜のエッチングを行っ
た。その結果、プラズマ処理時間が２５０時間を越えて
もシリコンウエーハのエッチングレートの面内均一性は
４．０％と良好であった。

【００３９】（比較例１）比較のために、前記実施例の
電極板で小径孔の孔径を全数０．５０ｍｍφで穿設した
電極板を作製し、実施例と同じプラズマドライエッチン
グ装置に電極板のみ交換して、シリコンウエーハのエッ
チングを行った。その結果、プラズマ処理時間が１００
時間を越えるとシリコンウエーハのエッチングレートの
面内均一性が１０．０％と悪化したため、デバイスを作
製することが不可能となった。

【００４０】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の
特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一
な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかな
るものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【００４１】例えば、本発明の適用にあっては、プラズ
マエッチング装置における反応ガス整流用電極板として
好適であると説明してきたが、本発明はこのような例に
限定されるものではなく、リアクティブイオンエッチン
グ装置用、プラズマアッシング装置用、またはプラズマ
ＣＶＤ装置用の電極板としてもほぼ同様の作用効果を挙
げることができ、有効に使用される。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、穿設加工処理が容易で
あり、寿命が長く、長時間運転してもプラズマエッチン
グレートが変化しない電極板を形成し、半導体ウエーハ
のプラズマエッチング歩留りと生産性の向上及び品質向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電極板の小径孔の配置状態を示す説明
図である。

【図２】本電極板を適用したプラズマドライエッチング
装置の概要図である。

【符号の説明】

１…電極板、２…取付孔、３…外周領域内小径孔、４…内周領域内小径孔、５…半導体ウエーハ、６…平面電極、７…内部ガス容器、８…チャンバー、９…ガス導入系、１０…ガス排出系、２０…プラズマドライエッチング装置、Ｒ…外周近傍小径孔の中心までの半径、Ｃ…電極板の中心。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤圭一群馬県安中市磯部２丁目13番１号信越化学工業株式会社精密機能材料研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応ガス整流用の小径孔を有する電極板
において、該小径孔が穿設される領域の内、外周領域内
の小径孔より内周領域内の小径孔の孔径を大きくしたこ
とを特徴とする電極板。
【請求項２】前記電極板の外周領域が、電極板の外周
近傍に穿設された小径孔の中心と、電極板の中心を結ぶ
半径の１／２以外の円環内領域であり、内周領域が前記
半径の１／２以内の円領域であることを特徴とする請求
項１に記載の電極板。
【請求項３】前記内周領域内小径孔群中の最大孔径
が、前記外周領域内小径孔群中の最大孔径よりも２５μ
ｍ以上大きいことを特徴とする請求項１または請求項２
に記載の電極板。
【請求項４】前記内周領域内小径孔群中の最大孔径
が、０．２〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項
１〜請求項３のいずれか１項に記載の電極板。
【請求項５】前記外周領域内小径孔群中の最大孔径
が、０．１７５〜０．９７５ｍｍであることを特徴とす
る請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電極板。
【請求項６】前記電極板が、外径２００〜４００ｍ
ｍ、厚さ２〜１５ｍｍの円板であり、かつ、該電極板に
穿設された小径孔の数が１５０〜５０００個であること
を特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載
の電極板。
【請求項７】前記電極板の材質が、シリコン、カーボ
ン、アルミニウム、炭化けい素のいずれか１種からなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に
記載の電極板。
【請求項８】前記電極板が、プラズマエッチング装置
用、リアクティブイオンエッチング装置用、プラズマア
ッシング装置用、またはプラズマＣＶＤ装置用であるこ
とを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記
載の電極板。