JP4145457B2

JP4145457B2 - プラズマエッチング装置用電極板

Info

Publication number: JP4145457B2
Application number: JP2000030769A
Authority: JP
Inventors: 圭一後藤; 信川合; 和義田村
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2020-02-08
Also published as: JP2001223204A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマエッチング装置用電極板に関し、特に、半導体デバイスの製造に好適に用いられるプラズマエッチング装置用電極板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造装置の１つとして、減圧下の活性ガスプラズマを利用して半導体ウエーハをエッチングするプラズマエッチング装置が知られている。図４は、このようなプラズマエッチング装置の一例を示した概略図である。この装置２０には、その反応室２９内に被処理物であるシリコンウエーハ２７が載置される下部電極板２３と、該下部電極２３と対向する位置に上部電極であるプラズマエッチング装置用電極板２１が設けられ、上部電極板２１には、多数のガス整流孔２２が穿設されている。
【０００３】
エッチング時には、プラズマ装置用電極板２１及び下部電極板２３には高周波電源２６から高周波電圧が印加され、またエッチングガスがガス供給系２４から内部ガス容器２８に供給される。エッチングガスは上部電極板２１のガス整流孔２２により整流されて、シリコンウエーハ２７に向けて噴出し、上部電極板２１とシリコンウエーハ２７との間にプラズマを発生させ、所望のドライエッチング処理が施されるようになっている。また、反応室内の余剰ガスは、ガス排出系２５により排出されるようになっている。
【０００４】
ところで、近年の半導体デバイスの高集積化、微細化に伴い、電極板に要求される性能も一段と厳しくなり、パーティクルやコンタミネーションの発生を低減するため、例えば、従来のカーボンやアルミニウム製の電極に代わり、ウエーハと同素材であるシリコンを材料とした電極板が開発されている。
【０００５】
プラズマエッチング装置２０は、前記のようにウエーハ２７と上部電極板２１間にプラズマを発生させてエッチング処理するものであるから、その原理上、ウエーハのみならず、上部電極板２１も徐々にエッチングされてしまう。そこで、前記のようにシリコンを材料として電極板を作製すれば、電極板がエッチングされてもコンタミネーションが発生しないため、電極板自身がデバイスに悪影響を及ぼすことは無くなり、生産性及び歩留りの向上に大きな役割を果たしている。
【０００６】
しかしながら、シリコンで電極板を作製した場合においても、ガス整流孔にプラズマが回り込むことにより、整流孔内壁やガス導入側表面に反応生成物が付着し、その反応生成物がチャージアップされることで異常放電が起こるという問題があるため、頻繁にクリーニングをする必要があった。
【０００７】
特開平１０−２７０４１８号には、このクリーニングを効率良く行えるように、ガスヘッド（上部電極板）のガス整流孔の開口径が一方の開口端で最大径を有し、内部または他方の開口端で縮小させた形状にする方法が開示されている。このような形状の整流孔を採用することにより、整流孔内部に付着した反応生成物をウエットクリーニングする際、最大径を有する開口端から整流孔へ洗浄液を注入すると、開口径の小さい方へ流れるにつれて圧力が上がり、流速が高められることによって、反応生成物を効率良く除去できるとしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際にクリーニングを行う際、ウエットクリーニングでは電極板を装置から着脱する必要があるため、反応生成物を除去することよりも、反応室を解放したり、装置の微調整にかかるロスの方が大きい。従って、効率だけでなく、クリーニングを行う回数をできるだけ減らすことが重要である。
【０００９】
前記特開平１０−２７０４１８号は、上部電極を装置に装着したままプラズマにより洗浄するドライクリーニングについて、最大径を有する開口端を反応室側に向けて装着しておくと、ラジカルの入射角が大きくなり、洗浄効率が向上するとしている。しかしながら、最大径を有する開口端を反応室側に向けて装着しておくと、実プロセスにおいても整流孔にプラズマが入り込み易くなり、反応生成物の付着も多くなってしまうため、クリーニングの頻度も上がってしまい、生産性の向上が得られないといった問題があった。さらに、最大径を有する開口端をむやみに大きくすると、電極板の機械的強度が保てないという問題もある。
【００１０】
また、同一径の整流孔が形成されている従来の一般的なプラズマエッチング装置用電極板では、電極板自体の消耗に伴い、ガス噴出側で径が拡大してテーパ形状となり、次第にプラズマが入り込み易くなり、やはり反応生成物の付着量が多くなってしまうという問題があった。従って、このような同一径の整流孔を有する電極板も、結果的に寿命が短くなるという問題もある。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、エッチング処理中、ガス整流孔へのプラズマの侵入が抑えられ、孔内に反応生成物が付着し難く、クリーニングの回数を低減して、長期間使用することができるとともに、機械的強度も十分であるプラズマエッチング装置用電極板を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題を解決すべく検討した結果、プラズマエッチング装置の上部電極として使用される複数のガス整流孔が設けられた電極板であって、前記ガス整流孔の孔径が、ガス導入側の孔径をｄ１、ガス噴出側の孔径をｄ２、及び隣り合うガス整流孔の中心間距離をＬとしたとき、ｄ２＜ｄ１＜Ｌ／２となるように形成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電極板を開発した。
【００１３】
このようにガス整流孔のガス噴出側の径（ｄ２）がガス導入側の径（ｄ１）より小さい（ｄ２＜ｄ１）形状とすることにより、ガス導入側よりガス噴出側で圧力が高くなるため、プラズマの入り込みを抑制することができ、ガス整流孔の内壁への反応生成物の付着量も減少する。
【００１４】
さらに、本発明のプラズマエッチング装置用電極板は、隣り合うガス整流孔の中心間距離（ピッチ）Ｌが、ｄ１＜Ｌ／２となるようにガス整流孔が形成されているため、隣り合う整流孔との間に十分な間隙が設けられ、機械的強度が保たれる。従って、電極板の表面がエッチングにより消耗しても隣り合う整流孔同士が接したり、それらの一部でつながってしまうこともなく、個々の整流孔におけるガスの噴出量が一定に保たれ、長期間使用することができる。
【００１５】
前記ガス整流孔の噴出側の孔径は、０．１〜１．５ｍｍであることが好ましい。
０．１ｍｍより小さい整流孔を形成すると、形成が困難で、コストがかかる上、反応生成物が孔内に付着して孔が塞がれ易い一方、クリーニングし難い。また、１．５ｍｍを超える整流孔を形成すると、本来のガス整流作用が薄れてしまう場合がある。
【００１６】
前記電極板は、シリコンからなることが好ましく、さらにその比抵抗が、０．００１〜５０Ω・ｃｍであることが好ましい。
このようにシリコンからなる電極板とすることにより、被処理物がシリコンウエーハである場合、コンタミネーションの発生とはならない。また、比抵抗が上記範囲内のものは、ウエーハとしても用いられるため、入手し易く、コストを低く抑えられるという利点もある。
【００１７】
さらに、本発明に係る電極板の厚さは、２〜２０ｍｍであることが好ましい。
電極板の厚さが、２ｍｍ未満であると電極板の強度が弱く、逆に２０ｍｍを超えると整流孔の形成が困難となることもある上、材料コストも上がるため、上記範囲内であることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態につい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。
【００１９】
本発明にかかる電極板には所定の間隔を設けて複数のガス整流孔が形成されている。本発明では、この整流孔の形状と、該整流孔の互いの間隔に特徴を有している。すなわち、本発明のプラズマエッチング装置用電極板においては、ガス整流孔の孔径が、ガス導入側の孔径をｄ１、ガス噴出側の孔径をｄ２、及び隣り合うガス整流孔の中心間距離をＬとしたとき、ｄ２＜ｄ１＜Ｌ／２となるように形成されている。
【００２０】
図１は、本発明に係るプラズマエッチング装置用電極板の一例の部分断面を概略的に示したものである。図示した電極板１では、ガス導入側で最大径（ｄ１）、ガス噴出側で最小径（ｄ２）を有するテーパ状のガス整流孔２が形成されている。内部ガス供給系から供給されたガスは、電極板１に設けられた多数のガス整流孔２から反応室内へと噴出される。
【００２１】
それぞれのガス整流孔２においては、最大径（ｄ１）の導入側から最小径（ｄ２）の噴出側へとガスが流れるため、導入側においてガスが侵入する圧力よりも高い圧力で噴出されることになる。従って、反応室内で生じたプラズマが、ガス整流孔２の噴出側から入り込むことを抑制できるため、孔内における反応生成物の付着を防ぐことができ、本来の整流作用も長時間保たれる。従って、電極板１のクリーニングの回数を減らすこともできる。また、このようにガス噴出側の径を小さくした形状であれば、長期間使用しても噴出側の径が大きくなり難いため、電極板１の寿命が長くなるという利点もある。
【００２２】
本発明に係るプラズマエッチング装置用電極板は、前記関係（ｄ１＜Ｌ／２）を満たすように複数のガス整流孔が十分間隔を設けて形成されている。具体的に説明すると、図１に示した電極板１では、隣接する整流孔２ａ、２ｂの中心間距離Ｌは、Ｌ＝Ｓ＋ｄ１で表される。従って、ｄ１＜Ｌ／２の関係は、ｄ１＜Ｓという関係と等しく、つまり、整流孔２ａ、２ｂが、導入側の径ｄ１より大きい間隔Ｓを設けて形成されている。このように十分間隔を設けて整流孔を形成させれば、多数の整流孔を設けても機械的強度が十分保たれる。また、長時間使用して電極板自体が多少エッチングされても整流孔同士が接したり、それらの一部でつながってしまうことがなく、各整流孔において整流作用が長期間に及んで安定し、ガス噴出量も均一に保たれる。
【００２３】
図２は、本発明に係るプラズマエッチング装置用電極板の他の一例の部分断面を概略的に示したものである。
図２の電極板１１では、前記図１に示した電極板１と同様に、ｄ２＜ｄ１＜Ｌ／２の関係を満たすように複数のガス整流孔１２が形成されているが、ガス導入側と噴出側とで径の大きさが異なる２段の円筒状の整流孔１２が形成されている。このような態様においても、導入側から噴出側へ高い圧力でガスが噴出されるため、反応室内のプラズマがガス整流孔１２に入り込むことが抑制される。従って、孔内における反応生成物の付着を防ぐことができ、クリーニングの回数が減少するほか、電極板の寿命も長い。
【００２４】
また、隣接するガス整流孔の間隔に関しても図１に示した態様と同様、ｄ２＜ｄ１＜Ｌ／２の関係となるように十分間隔を設けて形成されている。従って、機械的強度が十分保たれ、長時間使用しても整流作用が安定し、ガス噴出量も均一に保たれる。
なお、ガス整流孔の形状及び隣り合う整流孔の間隔は、前記図１及び図２のものに限定されず、例えば、テーパ形状と円筒形状とを組み合わせた形状とすることもできる。
【００２５】
前記図１及び図２で例示したような本発明にかかる電極板のガス整流孔の具体的な大きさに関しては、噴出側の孔径が、０．１〜１．５ｍｍとすることが好ましい。前記したように、０．１ｍｍより小さい整流孔を形成すると、コストがかかる上、形成が困難であり、また、反応生成物が孔内に付着して孔が塞がれ易い。一方、１．５ｍｍを超える整流孔を形成すると、本来のガス整流作用が薄れてしまうおそれがある。
【００２６】
電極板の材質に関しては特に限定されないが、被処理物の材質と同じ物から作製されれば、電極板がエッチングされて生じたパーティクルが被処理物に付着しても、被処理物と同質であるためコンタミネーションを効果的に防ぐことができる。従って、例えばシリコンウエーハをエッチング処理する場合、シリコン製の電極板とすることが好ましい。
【００２７】
また、このようにシリコン製の電極板とする場合、その比抵抗が、０．００１〜５０Ω・ｃｍであることが好ましく、特に０．００１〜１０Ω・ｃｍであることが好ましい。被処理物であるシリコンウエーハは、その比抵抗が上記範囲内にある場合が多いため、電極板と処理されるウエーハは、材質のみならず、電気的性質も非常に近くなり、電極板自体がエッチングされてもコンタミネーションがより効果的に抑えられる。
また、処理されるウエーハは、通常シリコンインゴットをスライスして得られるが、このようなインゴットを電極板用の厚さに切断することでウエーハと同じ性質を持つ電極板を低コストで容易に得ることができる。
【００２８】
電極板の厚さは、２〜２０ｍｍであることが好ましい。板厚が２ｍｍ未満にすると、機械的強度が不十分となり、長期間使用することができなくなるおそれがある。また、２０ｍｍを超える板厚とすると、整流孔の形成が困難となって整流孔を形成するコストが高くなる上、これ以上厚くしても整流作用が向上する等の利点は無いため、単に材料費が無駄になる。
【００２９】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより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。
（実施例及び比較例）
半導体インゴットを切断して６ｍｍ厚のシリコン円板を得た。外周研削した後、ダイヤモンドドリルにより図１に示すようなテーパ上のガス整流孔を形成し、さらに表面研磨加工を施して径２８０ｍｍ、板厚５ｍｍの電極板を作製した。なお、ダイヤモンドドリルにより形成したガス整流孔は、ピッチを７ｍｍ、ガス導入側の開口径を１ｍｍ、噴出側の開口径を０．５ｍｍとした（実施例１）。
【００３０】
同様の方法により、ガス導入側の開口径のみをそれぞれ１．５ｍｍ（実施例２）、０．８ｍｍ（実施例３）として、計３種類の電極板を用意した。
一方、比較例として従来のガス導入側と噴出側の開口径が同一であるストレートの整流孔（径０．５ｍｍ、ピッチ７ｍｍ）を有する電極板を比較例として用いた。
【００３１】
これらの電極板をプラズマエッチング装置に取りつけてシリコンウエーハのエッチングを行い、反応生成物が整流孔内に付着、剥離することにより発生するパーティクル数と装置稼動時間を比較した。その結果を図３に示した（なお、パーティクルのスペックは１６個までとしている）。
【００３２】
図３の結果から明らかなように、従来のガス導入側と噴出側の開口径が同一の径である電極板（比較例）を使用した場合では、パーティクルが増加してスペックを外れるのが約３５時間後であるのに対し、実施例１〜３の電極板を使用した場合では、それぞれ６０、５０、７０時間後といずれも長くなっている。この結果から、実施例１〜３の電極板では、電極板のクリーニングが必要になるまでの稼動時間が長く取れることがわかる。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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。
【００３４】
本発明に係るプラズマエッチング装置用電極板は、前記したように形状とその間隔の特徴により反応生成物の付着が抑制されて結果的にコンタミネーションを防ぐことができる。従って、例えばシリコンウエーハをエッチング処理する場合でも電極板の材質は特に限定されず、従来使用されているカーボン、アルミニウム、炭化ケイ素等も使用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係る電極板は、前記したように整流孔の形状と、該整流孔の互いの間隔に特徴を有し、ガス整流孔が、ガス導入側の孔径（ｄ１）と、ガス噴出側の孔径（ｄ２）と、隣り合うガス整流孔の中心間距離（Ｌ）との関係が、ｄ２＜ｄ１＜Ｌ／２となるように形成されている。このようにガス整流孔を形成させることで、ガス整流孔にプラズマが入り込むことを抑制され、孔内への反応生成物の付着が効果的に防止される上、電極板の機械的強度等も長期間保たれる。
【００３６】
従って、プラズマエッチング装置において本発明にかかる電極板を使用すれば、電極板のクリーニングの回数が大幅に減少し、電極板自体が徐々にエッチングされて消耗しても長期間使用できる。さらに、電極板のガス導入側で径が大きいため、ガス噴出側で径が大きくなり難く、整流作用が長期間に及んで安定し、ガス噴出量も均一に保たれ、ひいては生産性を向上することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマエッチング装置用電極板の一例の部分断面概略図である。
【図２】本発明に係るプラズマエッチング装置用電極板の他の一例の部分断面概略図である。
【図３】装置稼動時間と発生したパーティクル数の関係を示すグラフである。
【図４】プラズマエッチング装置の一例を示した概略図である。
【符号の説明】
１，１１，２１…プラズマ装置用電極板（上部電極板）、
２，２ａ，２ｂ，１２，２２…ガス整流孔、２０…プラズマエッチング装置、
２３…下部電極板、２４…ガス供給系、２５…ガス排出系、
２６…高周波電圧源、２７…シリコンウエーハ、２８…内部ガス容器、
２９…反応室。

Claims

プラズマエッチング装置の上部電極として使用される複数のガス整流孔が設けられた１枚のシリコン板からなる電極板であって、前記ガス整流孔の孔径が、ガス導入側の孔径をｄ１、ガス噴出側の孔径をｄ２、及び隣り合うガス整流孔の中心間距離をＬとしたとき、ｄ２＜ｄ１＜Ｌ／２となるように形成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電極板。
前記ガス整流孔の噴出側の孔径が、０．１〜１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング装置用電極板。
前記電極板の比抵抗が、０．００１〜５０Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング装置用電極板。
前記電極板の厚さが、２〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置用電極板。