JP2006128372A - プラズマエッチング装置用シリコン製リング - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマエッチング装置に使用するシリコン製スリングを提供する。
【解決手段】プラズマエッチング装置内で上部電極板と相対向する位置に設置される被エッチング物を支持するための内段１４を有するシリコン製リングにおいて、前記シリコン製リングの内段１４の少なくとも支持面２１に耐エッチング性被膜２４を形成したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、プラズマエッチング装置で発生するプラズマ発生領域が被エッチング物（主としてウエハ）の中心部に集中し過ぎたり外周部へ拡散し過ぎたりするのを阻止して、上部電極板と被エッチング物との間に均一なプラズマを発生させ、それによって被エッチング物の均一なエッチングを行うために使用するプラズマエッチング装置用シリコン製リングに関するものであり、特に長期間使用してもパーティクルが発生することの少ないのプラズマエッチング装置用シリコン製リングに関するものである。

一般に、半導体集積回路を製造する際に、ウエハをエッチングする必要があるが、このウエハをエッチングするための装置として、近年、プラズマエッチング装置が用いられている。このプラズマエッチング装置は、図７の断面概略説明図に示されるように、真空チャンバー８内に上部電極板２および上下動可能な架台３が間隔をおいて設けられており、上部電極板２は絶縁体１３により真空チャンバー８と絶縁されている。架台３の上には静電チャック９が設けられており、静電チャック９の上にシリコン製リング１と共にウエハ４を載置し、エッチングガス７を拡散部材１１を通したのち上部電極板２に設けられた貫通細孔５を通してウエハ４に向って流しながら高周波電源６により上部電極板２と架台３の間に高周波電圧を印加することができるようになっている。

この高周波電圧が印加された状態で供給されたエッチングガス７は拡散部材１１を通り、上部電極板２に設けられた貫通細孔５を通って上部電極板２と架台３の間の空間でプラズマ１０となり、このプラズマ１０がウエハ４に当ってウエハ４の表面がエッチングされる。

前記発生したプラズマ１０がウエハ４の中心部に集中したり、外周部への拡散するのを阻止して、上部電極２とウエハ４との間に均一なプラズマを発生させ、ウエハの均一なエッチングを行うために、通常、プラズマ発生領域をシールドリング１２で囲い、さらにウエハ４をシリコン製リング１にはめ込んでプラズマエッチング装置にセットする。

従来のシリコン製リング１は、図６の断面図に示されているように、下部にウエハ４を支持するための内段１４を有し、かつ上面１５および下面１６が平行な面で構成されており、その素材は単結晶シリコン、多結晶シリコン、柱状晶シリコンなどが使用されているが、その中でも単結晶シリコンが最も多く使われていることが知られている（特許文献１参照）。
特開２００１−７０９０号公報

通常は、ウエハ４をシリコン製リング１にはめ込んでプラズマエッチング装置にセットし、プラズマ１０を発生させてウエハ４をエッチングするが、ウエハ４をシリコン製リング１にはめ込む操作は一般にウエハ４を機械で搬送してシリコン製リング１に嵌め込まれることが多く、かかる機械でウエハをシリコン製リング１に容易に嵌めこむには、シリコン製リング１の内段径をウエハ４の外径よりも少し大きな寸法とすることが不可欠である。そのために、ウエハ４をシリコン製リング１にはめ込んだ状態では、図６の断面図に示されるように、シリコン製リング１の大径部内壁１７とウエハ４の外周壁１８の間に隙間１９が形成される。
かかる隙間１９を有する状態でウエハ４をシリコン製リング１にはめ込み、プラズマエッチング装置にセットし、プラズマ１０を発生させてウエハ４をプラズマエッチングを繰り返し長時間行うと、図５のシリコン製リングおよびウエハの断面図に示されるように、内段１４の支持面２１が消耗して溝２０が生成し、溝２０にパーティクル２２が集積し、かかるパーティクルの溝２０に集積したシリコン製リングを使用してプラズマエッチングを行うと、集積したパーティクル２２がエッチングガス流れによって舞い上がり、その舞い上がったパーティクル２２がウエハ４の表面に付着し、不良品発生の確率が大きくなるので好ましくない。

そこで、本発明者等は、かかる課題を解決すべく研究を行った結果、
（イ）図１の断面図に示されるように、シリコン製リング１の内段１４の支持面２１にエッチングされ難い被膜（以下、耐エッチング性被膜という）２４を形成したシリコン製リング１をプラズマエッチング装置にセットしてプラズマエッチングを行うと、従来の図６に示されるようなシリコン製リング１に比べて、シリコン製リング１の内段１４の支持面２１に溝が生成しにくくなり、長時間プラズマエッチングを行ってもパーティクルの発生数が少ない、
（ロ）図２の断面図に示されるように、シリコン製リング１の内段１４の支持面２１および大径部内壁１７に耐エッチング性被膜２４を形成したシリコン製リング１をプラズマエッチング装置にセットしてプラズマエッチングを行うと、従来の図６に示されるようなシリコン製リング１に比べて、シリコン製リング１の内段１４の支持面２１に溝が生成しにくくなり、長時間プラズマエッチングを行ってもパーティクルの発生数が一層少なくなる、
（ハ）図３の断面図に示されるように、内段１４の支持面２１、シリコン製リング１の大径部内壁１７およびシリコン製リング１の上面１５に耐エッチング性被膜２４を形成したシリコン製リング１をプラズマエッチング装置にセットしてプラズマエッチングを行うと、従来の図６に示されるようなシリコン製リング１に比べて、シリコン製リング１の内段１４の上面２１に溝が生成しにくくなり、長時間プラズマエッチングを行ってもパーティクルの発生数が少なくなる、
（ニ）図４の断面図に示されるように、内段１４の支持面２１、シリコン製リング１の大径部内壁１７およびシリコン製リング１の上面１５だけでなくシリコン製リング１の下面１６およびシリコン製リング１の大径部外壁２３を含むシリコン製リング１の全面に耐エッチング性被膜２４を形成したシリコン製リング１をプラズマエッチング装置にセットしてプラズマエッチングを行うと、従来の図６に示されるようなシリコン製リング１に比べて、シリコン製リング１の内段１４の上面２１に溝が生成しにくくなり、長時間プラズマエッチングを行ってもパーティクルの発生数が少なくなる、という知見を得たのである。

この発明は、かかる知見に基づいてなされたものであって、
（１）プラズマエッチング装置内で上部電極板と相対向する位置に設置される被エッチング物を支持するための内段を有するシリコン製リングにおいて、前記シリコン製リングの内段の少なくとも支持面に耐エッチング性被膜を形成したプラズマエッチング装置用シリコン製リング、に特徴を有するものである。

ここで、耐エッチング性被膜は、シリコンウエハよりも耐エッチング性に優れた材質の膜で構成されており、具体的なものとして炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化合物群）またはダイヤモンドライクカーボンの内のいずれかであり、これら耐エッチング性被膜はスパッタリング法、物理蒸着法、化学蒸着法、気相合成法などの通常知られている方法で形成することができる。したがって、この発明は、
（２）前記耐エッチング性被膜は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化合物群）またはダイヤモンドライクカーボンの内のいずれからなる被膜である前記（１）記載のプラズマエッチング装置用シリコン製リング、に特徴を有するものである。

この発明のシリコン製リングを使用すると、プラズマエッチングを長期間行ってもパーティクル発生が少なく、コスト削減することができると共にプラズマエッチングによる半導体集積回路の不良品発生を大幅に減らすことができ、半導体装置産業の発展に大いに貢献しうるものである。

直径：２５０mm単結晶シリコンインゴットを用意し、このインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：６mmに輪切り切断し、輪切り切断した単結晶シリコン円板を作製し、この単結晶シリコン円板を切削加工することにより図６に示される内側下部にウエハを支持するための内段１４を有する単結晶シリコン製リングを作製した。この単結晶シリコン製リングの寸法は、外径：２４０mm、厚さ：５mmを有し、内段の内径：１９５mm、内段の厚さ：４mmを有している。

実施例１
この単結晶シリコン製リングの内段１４の支持面２１に化学蒸着法により厚さ：５μｍを有するＳｉＣ膜を形成することにより図１に示される本発明単結晶シリコン製リング（以下、本発明シリコン製リングという）１を作製した。
この本発明シリコン製リング１の内段の支持面に、用意したＳｉウエハを載置し、これをエッチング装置にセットし、
チャンバー内圧力：１０^−１Ｔｏｒｒ、
エッチングガス組成：９０sccmＣＨＦ_３＋４sccmＯ_２ ＋１５０sccmＨｅ、
高周波電力：２ｋＷ、
周波数：２０ｋＨｚ、
の条件で、Ｓｉウエハ表面のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１００時間、１５０時間、２００時間、２５０時間、３００時間、４００時間、５００時間経過した時点でのＳｉウエハ上のパーティクル数を測定し、その結果を表１に示した。

実施例２
先に作製した単結晶シリコン製リングの内段１４の支持面２１およびシリコン製リングの大径部内壁１７に化学蒸着法により厚さ：５μｍを有するＳｉＮ膜を形成することにより図２に示される本発明シリコン製リング２を作製した。
この本発明シリコン製リング２の内段の支持面にＳｉウエハを載置し、これをエッチング装置にセットし、実施例１と同じ条件でＳｉウエハ表面のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１００時間、１５０時間、２００時間、２５０時間、３００時間、４００時間、５００時間経過した時点でのウエハ上のパーティクル数を測定し、その結果を表１に示した。

実施例３
先に作製した単結晶シリコン製リングの内段１４の支持面２１、シリコン製リングの大径部内壁１７およびシリコン製リング１の上面１５に化学蒸着法により厚さ：５μｍを有するサイアロン膜を形成することにより図３に示される本発明シリコン製リング３を作製した。
この本発明シリコン製リング３の内段の支持面にＳｉウエハを載置し、これをエッチング装置にセットし、実施例１と同じ条件でＳｉウエハ表面のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１００時間、１５０時間、２００時間、２５０時間、３００時間、４００時間、５００時間経過した時点でのＳｉウエハ上のパーティクル数を測定し、その結果を表１に示した。

実施例４
先に作製した単結晶シリコン製リングの全表面に気相合成法により厚さ：５μｍを有するダイヤモンドライクカーボン膜を形成することにより図４に示される本発明シリコン製リング４を作製した。
この本発明シリコン製リング３の内段の支持面にＳｉウエハを載置し、これをエッチング装置にセットし、実施例１と同じ条件でＳｉウエハ表面のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１００時間、１５０時間、２００時間、２５０時間、３００時間、４００時間、５００時間経過した時点でのＳｉウエハ上のパーティクル数を測定し、その結果を表１に示した。

従来例１
先に作製した単結晶シリコン製リングの内段の支持面にＳｉウエハを載置し、これをエッチング装置にセットし、実施例１と同じ条件でＳｉウエハ表面のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１００時間、１５０時間、２００時間、２５０時間、３００時間、４００時間、５００時間経過した時点でのＳｉウエハ上のパーティクル数を測定し、その結果を表１に示した。

表１に示される結果から、この発明の実施例１〜４で得られた本発明シリコン製リング１〜４を使用してウエハ表面をプラズマエッチングすると、４００時間からパーティクル数が増加するに対し、従来シリコン製リング１を使用してウエハ表面をプラズマエッチングすると２５０時間からパーティクル数が増加するところから、本発明シリコン製リング１〜４は従来シリコン製リング１に比べて格段にシリコン製リングの寿命が長いことが分かる。

この発明のシリコン製リングにＳｉウエハを載置した状態の断面説明図である。 この発明のシリコン製リングにＳｉウエハを載置した状態の断面説明図である。 この発明のシリコン製リングにＳｉウエハを載置した状態の断面説明図である。 この発明のシリコン製リングにＳｉウエハを載置した状態の断面説明図である。 従来のシリコン製リングの問題点を説明するための断面説明図である。 従来のシリコン製リングにＳｉウエハを載置した状態の断面説明図である。 プラズマエッチング装置の断面概略説明図である。

符号の説明

１：シリコン製リング、２：上部電極板、３：架台、４：ウエハ、５：貫通細孔、６：高周波電源、７：プラズマエッチングガス、８：真空チャンバー、９：静電チャック、１０：ブラズマ、１１：拡散部材、１２：シールドリング、１３：絶縁体、１４：内段、１５：上面、１６：下面、１７：大径部内壁、１８：ウエハの外周壁、１９：隙間、２０：溝、２１：支持面、２２：パーティクル、２３：大径部外壁、２４：耐エッチング性被膜

Claims (2)

1. プラズマエッチング装置内で上部電極板と相対向する位置に設置される被エッチング物を支持するための内段を有するシリコン製リングにおいて、前記シリコン製リングの内段の少なくとも支持面に耐エッチング性被膜を形成す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製リング。
2. 前記耐エッチング性被膜は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化合物群）またはダイヤモンドライクカーボンの内のいずれかであることを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング装置用シリコン製リング。

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