(57)【要約】【課題】  シリコンウエハのエッチング不良を防止して半導体集積回路の生産歩留、使用開始直後のシリコンウエハの金属汚染を大幅に低減できるプラズマエッチング電極を提供する。【解決手段】  シリコンウエハ表面へのＦｅ汚染量が１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜１０×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であるガラス状炭素からなるプラズマエッチング電極。プラズマエッチング電極の厚さが３〜１０ｍｍであると好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエハ表面へのＦｅ汚染量が１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜１０×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であるガラス状炭素からなるプラズマエッチング電極。
【請求項２】
プラズマエッチング電極の厚さが３〜１０ｍｍである請求項１に記載のプラズマエッチング電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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装置に使用される電極（以下プラズマエッチング電極と称す）に関し、より詳細には反応室に高周波電力が印加され、かつエッチング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エッチング装置等において前記高周波電力が印加される電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハに素子を形成するために、エッチング処理が行われている。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。プラズマエッチング装置は、図１に示されるように、真空容器１内に上部電極２および下部電極３が間隔を置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とプラズマエッチング電極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】
エッチングガスをガス吹き出し穴７を通してシリコンウエハ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。絶縁リング９及びシールドリング１０は、アルミナあるいは石英のような絶縁物からなり、シールドリング１０は、プラズマエッチング電極６の取付用ビスをプラズマから保護するため、プラズマエッチング電極６の外周部を覆うように設置される。
【０００４】
プラズマエッチング電極６は、使用するに従いプラズ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、ある程度プラズマエッチング電極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）が規格を外れるとプラズマエッチング電極６の使用を中止し、新たな電極と交換する。
【０００５】
従来、特開昭６２−１０９３１７号公報に記載されているように、炭素粒子の脱落がない、高純度であるという性質を利用して、ガラス状炭素が使用されている。しかしながら、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ため、半導体集積回路の歩留に影響を及ぼす金属汚染（特にＦｅ汚染）の低減が求められている。これに伴い、プラズマエッチング電極も金属不純物をより少なくすることが要求されている。
この対策として、ガラス状炭素製プラズマエッチング電極をシリコンウエハの洗浄に用いられるＲＣＡ洗浄で高純度化することが行われたが、シリコンウエハへの金属汚染、特にプラズマエッチング電極使用開始直後の金属汚染を大幅に改善するまでには至っていない。
【０００６】
また、現在一般的に行われているプラズマエッチング電極の純度測定方法は下記に示す通りである。
（１）プラズマエッチング電極を灰化した後、その灰をＩＣＰ−ＭＡＳＳで不純物量を測定する。
（２）プラズマエッチング電極を１０％塩酸に浸漬して、表面に付着している金属不純物を抽出した後、抽出液中の金属不純物量をイオンクロマトグラフィで測定する。
【０００７】
しかしながら、前記（１）の測定方法では、プラズマエッチング電極のバルクの純度は分かるが、測定感度が低いため、半導体集積回路の製品歩留特に使用直後の歩留との相関が分からなかった。また、前記（２）の測定方法では、表面に付着している不純物量しか測定できない。ところが表面に付着している不純物は、電極取り付け時に行う空放電（ダミーのシリコンウエハを投入してプラズマを発生させること）で容易に除去されるため、シリコンウエハの金属汚染に影響を及ぼさない。そのため製品歩留と不純物量に相関が認められなかった。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−１０９３１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、シリコンウエハのエッチング不良を防止して半導体集積回路の生産歩留、使用開始直後のシリコンウエハの金属汚染を大幅に低減できるプラズマエッチング電極を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、シリコンウエハ表面へのＦｅ汚染量が１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜１０×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であるガラス状炭素からなるプラズマエッチング電極に関する。
また、本発明は、プラズマエッチング電極の厚さが３〜１０ｍｍである上記に記載のプラズマエッチング電極に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のプラズマエッチング電極は、シリコンウエハのエッチング後の金属汚染を防止して半導体集積回路の生産歩留、使用開始直後の生産歩留を大幅に低減できる。
また、本発明のプラズマエッチング電極を用いたプラズマエッチング装置は、シリコンウエハの金属汚染を防止して半導体集積回路の生産歩留、特に新たなプラズマエッチング電極を使用開始した直後の生産歩留を大幅に低減できる。
また、本発明の本発明のプラズマエッチング電極では、シリコンウエハのエッチング後の金属汚染を防止して半導体集積回路の生産歩留を向上できる、特に新たなプラズマエッチング電極を使用開始した直後の生産歩留を大幅に低減できるプラズマエッチング電極を的確に選択できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、シリコンウエハ表面へのＦｅ汚染量が１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜１０×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であるガラス状炭素からなるプラズマエッチング電極である。
プラズマにより消耗する部分がガラス状炭素からなるプラズマエッチング電極において、ガラス状炭素が二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で測定したＦｅ濃度を１×１０３ｃｏｕｎｔｓ以下に制御することによって、シリコンウエハの金属汚染を大幅に低減させることがわかった。ここで、ＳＩＭＳで測定した値が１×１０３ｃｏｕｎｔｓを超えると、プラズマエッチングの際、被エッチング材であるシリコンウエハが、電極消耗とともに飛散したＦｅに汚染されるため、シリコンウエハに形成されている半導体集積回路が不良となってしまう。
二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で測定したＦｅ濃度は、５×１０２ｃｏｕｎｔｓ以下とすることが半導体集積回路の生産歩留向上の効果がより高いので、より好ましく、１×１０２ｃｏｕｎｔｓ以下とすることが特に好ましい。
【００１３】
平行平板型のプラズマエッチング装置におけるプラズマエッチング電極の形状は一般に円板状である。本発明において、プラズマにより消耗する部分がガラス状炭素からなるプラズマエッチング電極とは、その円板全体がガラス状炭素からなるもの及びプラズマにより消耗する部分、即ち円板の中央部分（ガス吹き出し穴が設けられている範囲）がガラス状炭素からなり、その外周がその他の材料で構成されるものを含む。
【００１４】
本発明のプラズマエッチング電極を構成するガラス状炭素は、前記特性を満たすものであれば、その原料及び製造法に特に制限はない。
原料として用いられる熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フラン樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、キシレン樹脂等を挙げることができる。また、これら樹脂の混合物を用いることもできる。これらの中で、フラン樹脂又はフェノール樹脂が好ましい。
【００１５】
熱硬化性樹脂の種類に応じて、硬化剤が用いられる。硬化剤としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸等の無機酸、ｐ−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸等の有機スルホン酸、酢酸、トリクロロ酢酸、トリフロロ酢酸等のカルボン酸等が挙げられる。硬化剤は熱硬化性樹脂に対して０．００１〜２０重量％使用することが好ましい。
前記熱硬化性樹脂は、必要に応じて前記硬化剤を添加した後、目的とする形状に応じて各種成形方法で成形した後、硬化処理する。この硬化は６０〜２００℃、より好ましくは７０〜１００℃の温度で熱処理して行うことが好ましい。
【００１６】
必要に応じさらにプラズマエッチング電極板としての所定の加工を行った後、高度に純化された治具及び炉を用い不活性雰囲気中（通常、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスや窒素、水素、ハロゲンガス等の非酸化性ガスの少なくとも一種の気体からなる酸素を含まない雰囲気、又は真空下）において、好ましくは８００〜３０００℃、より好ましくは１１００〜２８００℃の温度で焼成炭化する。ついで好ましくは１３００〜３５００℃の温度で熱処理しガラス状炭素を得ることができる。
【００１７】
ＳＩＭＳでのＦｅ測定値を上記の範囲内とするための方法は特に制限されないが、プラズマエッチング電極を、界面活性剤を添加したフッ硝酸、濃硫酸、王水等の強酸で洗浄する方法、ＨＣｌガス雰囲気中で高温の熱処理を行う方法等が挙げられる。
【００１８】
本発明のプラズマエッチング電極の大きさ及び形状としては、特に制限されないが、外径１５０〜４００ｍｍ、厚さが３〜１０ｍｍの円板形のものが好ましい。電極をプラズマエッチング装置に取付けるための外周部の取付け穴は、８〜２４個設けられることが好ましい。エッチングガスをシャワー状に分散させるためのガス吹出し穴は、取付け穴より内周部に設けられることが好ましい。このガス吹出し穴の大きさはエッチング条件等により異なるが穴径で０．３〜２．０ｍｍが好ましく、穴数は１００〜３０００個が好ましい。穴の加工は、機械加工、放電加工、超音波加工等で行うことができる。
【００１９】
プラズマエッチング電極の形状とする加工、ガス吹き出し穴の作製は、ガラス状炭素を得た後、放電加工、超音波加工等で行うこともできる。
本発明のプラズマエッチング電極を用いたプラズマエッチング装置は、プラズマエッチング電極として上記のものを使うこと以外は特に制限はない。その装置の一例としては、図１に示し、説明したものが挙げられ、図１において、プラズマエッチング電極６として上記のプラズマエッチング電極を用いればよい。
本発明のプラズマエッチング電極の評価法は、前述のＳＩＭＳでＦｅ濃度を測定することにより行うことができる。前述のようにＦｅ濃度が１×１０３ｃｏｕｎｔｓ以下となるプラズマエッチング電極を得る条件（製造法、洗浄方法など）を選択して、それによりプラズマエッチング電極を製造すれば、シリコンウエハの金属汚染を低減できるプラズマエッチング電極を得ることが可能となる。
【実施例】
【００２０】
以下に本発明の実施例を説明する。
なお本実施例のＳＩＭＳ測定は、（株）日立製作所製ＩＭＡ−３型を用いて、１次イオン種：Ｏ２＋、１次イオン加速電圧：２０ＫＶ、１次イオン電流：３００ｎＡの条件で行った。
測定した点は、ガラス状炭素製電極の中心点と、外周から１０ｍｍのところを９０度ピッチで４点の合計５点であり、その平均値をもって各電極の値とした。
【００２１】
実施例１〜８
原料樹脂にフェノール樹脂（日立化成工業（株）製、商品名ＶＰ−１１２Ｎ）を用い、これに硬化剤としてトリクロロ酢酸８重量％を加え、７０℃の加熱下、直径５００ｍｍのアルミ製シャーレに注型して樹脂板を得た。この樹脂板を７０℃で３日、９０℃で３日で加熱硬化した後、１℃／分の昇温速度で最高９００℃で焼成炭素化し、次いで昇温速度５℃／分で最高３０００℃で熱処理してガラス状炭素を得た。得られたガラス状炭素平板に放電加工によってガス吹き出し穴（穴径０．５ｍｍ、ピッチ１０ｍｍ、個数５００個）等を形成した後、ラップ、ポリッシュで表面仕上げしプラズマエッチング電極（外径２００ｍｍ、厚さ３ｍｍ）の形状とした。
次いで濃度２６重量％のフッ化水素酸と濃度６０重量％の硝酸と界面活性剤  （旭硝子製、商品名サーフロンＳ１３１）を５：５：１に混合したフッ硝酸に浸漬して超音波洗浄を行った。超音波洗浄時間を３０分〜１２０分の範囲で変えてＳＩＭＳで測定して本発明のプラズマエッチング電極を得た。
【００２２】
上記のプラズマエッチング電極を図１に示す構成のプラズマエッチング装置に取り付け、反応ガスとしてトリフロロメタン、フッ化メタンを各２０ＳＣＣＭ流し、電源周波数４００ＫＨｚ、反応チャンバー内のガス圧０．０５Ｔｏｒｒの条件でシリコンウエハのエッチング加工を行った。次いでこのシリコンウエハ表面のＦｅ汚染量を全反射型蛍光Ｘ線分析装置（テクノス（株）製、型式ＴＲＥＸ６１０Ｔ）で測定した。測定結果を表１に示す。
【００２３】
比較例１〜４
原料樹脂にフェノール樹脂（日立化成工業（株）製、商品名ＶＰ−１１２Ｎ）を用い、これに硬化剤としてトリクロロ酢酸８重量％を加え、７０℃の加熱下、直径５００ｍｍのアルミ製シャーレに注型して４つの樹脂板を得た。この樹脂板を７０℃で３日、９０℃で３日で加熱硬化した後、１℃／分の昇温速度で最高９００℃で焼成炭素化し、次いで昇温速度５℃／分で最高３０００℃で熱処理してガラス状炭素を得た。得られたガラス状炭素平板に放電加工によって実施例と同様にガス吹き出し穴等を形成した後、ラップ、ポリッシュで表面仕上げしプラズマエッチング電極の形状とした。次いで塩酸（濃度１重量％、３重量％、７重量％及び１０重量％）で３０分超音波洗浄した後、さらに純水で３０分洗浄した。これをＳＩＭＳで測定して本発明の範囲外のプラズマエッチング電極を得た。
【００２４】
上記のプラズマエッチング電極を実施例と同様にプラズマエッチング装置に取り付け、反応ガスとしてトリフロロメタン、フッ化メタンを各２０ＳＣＣＭ流し、電源周波数４００ＫＨｚ、反応チャンバー内のガス圧０．０５Ｔｏｒｒの条件でシリコンウエハのエッチング加工を行った。次いでこのシリコンウエハ表面のＦｅ汚染量を全反射型蛍光Ｘ線分析装置（テクノス（株）製、型式ＴＲＥＸ６１０Ｔ）で測定した。測定結果を表２に示す。
表１及び表２のＦｅ汚染量の測定結果は、６インチウエハの面内５点の平均値を示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のプラズマエッチング電極を用いたプラズマエッチング装置の概略図である。
【符号の説明】
【００２８】
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  プラズマエッチング電極
７  ガス吹き出し穴
８  高周波電源
９  シールドリング
１０  取付用ビス
１１  プラズマ
【図１】
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