(57)【要約】【課題】パーティクルが発生することのないプラズマエッチング用上部電極板を提供する。【解決手段】上部電極板２の厚さ方向に平行に貫通細孔５が設けられているプラズマエッチング用上部電極板において、貫通細孔５の内壁面に、開口端部８から最も深い底部９に向かう上側壁面１１および下側壁面１１´からなる溝１５が形成されており、前記溝１５は、溝の開口端部８から最も深い底部９に向かう下側壁面１１´がエッチングガスの流れ方向１３に対して鈍角をなすように傾斜した断面鋸刃状の溝であることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部電極板の厚さ方向に平行に貫通細孔が設けられており、この貫通細孔の内壁面に溝が形成されているプラズマエッチング用上部電極板であって、前記貫通細孔の内壁面に形成されている溝は、溝の開口端部から最も深い底部に向かう上側壁面と下側壁面からなり、溝の開口端部から最も深い底部に向かう前記下側壁面がエッチングガスの流れ方向に対して鈍角をなすように傾斜している断面鋸刃状の溝であることを特徴とするプラズマエッチング用電極板。
【請求項２】
前記電極板は、シリコン単結晶、シリコン多結晶または柱状晶シリコンからな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用電極板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマエッチング装置に使用するパーティクル発生の少ないプラズマエッチング用上部電極板に関するものであり、特に長時間プラズマエッチングを行ってもパーティクルを発生することの少ないプラズマエッチング用上部電極板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路を製造する際のＳｉウェハをエッチングするための装置として、プラズマエッチング装置が知られており、このプラズマエッチング装置には、図５に示されるように、真空容器１内に貫通細孔５を有する上部電極板２と架台３が間隔をおいて設けられている。
【０００３】
このプラズマエッチング装置を用いてＳｉウェハをエッチングするには前記架台３の上にＳｉウェハ４を載置し、Ａｒガスの他にＣＨＦ3 またはＣＦ3 等を含むエッチングガス７を上部電極板２に設けられた貫通細孔５を通してＳｉウェハ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し、それによって上部電極板２と架台３の間の空間でプラズマ１０を発生させ、このプラズマ１０をＳｉウェハに当ててＳｉウェハ４の表面をエッチングする。
【０００４】
上部電極板２は、通常、カーボン、アモルファスカーボン、炭化シリコンで作製されるが、近年、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン、さらにドーピングされた単結晶シリコンまたは多結晶シリコンで構成された上部電極板も提案されており、この単結晶シリコンまたは多結晶シリコンで構成された上部電極板は前記カーボン、アモルファスカーボン、炭化シリコン、窒化シリコンで作製した上部電極板よりも被処理物のＳｉウェハを均一にエッチングすることができるので多用されている。
【０００５】
前記上部電極板２を用いてＳｉウェハ４の表面をエッチングすると、図５の上部電極板２の貫通細孔５のエッチングガス流出側（図５の上部電極板２の下側）の貫通細孔の温度はプラズマ１０の発生により高くなるが、一方、上部電極板２に設けられた貫通細孔５のエッチングガス流入側（図５の上部電極板２の上側）は通常は冷却されているために温度は低い。
【０００６】
そのために、エッチングガス流入側近傍の貫通細孔内壁面に、エッチングガス中のＣＨＦ3 またはＣＦ3 などが反応して生成した固体のＣxＨｙＦｚ が貫通細孔内壁に付着し（以下、この付着物をデポ物という）、長時間プラズマエッチングを行うとこのエッチングガス流入側近傍の貫通細孔内壁に堆積したデポ物は脱落してパーティクルとなり、このパーティクルがＳｉウェハに付着してＳｉウェハの不良品が発生するといわれている。そこで、これを防止するために、従来は、貫通細孔内壁に付着したデポ物が脱落する前に上部電極板２をプラズマエッチング装置から定期的に取り出して洗浄し、貫通細孔内壁に付着したデポ物の量を少量に保つことによりパーティクルの発生を防止していた。しかし、上部電極板２をプラズマエッチング装置から定期的に取り出して洗浄するには、プラズマエッチング装置の作動をいったん止めて上部電極板２をプラズマエッチング装置から取り出し、上部電極板２の洗浄終了後プラズマエッチング装置を再び立ちあげなければならないところから、時間的ロスが大きく、そのためＳｉウェハのプラズマエッチング効率の低下は避けられなかった。
【０００７】
かかる欠点を改良するために、図３の貫通細孔５の断面図に示されるように、貫通細孔５の内壁面を粗面とするなどして貫通細孔５の内壁面に凹凸１２を形成し、貫通細孔５の内壁面にデポ物が堆積しても、貫通細孔内壁に堆積して付着したデポ物は貫通細孔の内壁面の凹凸１２によるアンカー効果によって長時間脱落を抑え、洗浄したのち次の洗浄までの時間を延ばすなどの工夫がなされている（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００６―１９６４９１号公報
【特許文献２】特開平７―２７３０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の貫通細孔５の内壁面に形成されている凹凸１２は断面が溝を形成するものもあるが、その断面を一層詳細に見ると、図３におけるＢ部分の拡大図である図４の断面説明図に示されるように、溝の開口端部８から最も深い底部９に向かう上側壁面１１および下側壁面１１´からなる溝１４における下側壁面１１´がエッチングガスの流れ方向１３に対してなす角度αが鋭角をなしているため、エッチングガスの流れ圧力に対して十分なアンカー効果が得られず、したがって、洗浄から次の洗浄までの時間を十分に長く取ることはできなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明者らは、かかる観点から、洗浄から次の洗浄までのプラズマエッチング時間を一層長くして一層効率よくプラズマエッチングを行うことのできるプラズマエッチング用上部電極板を得るべく研究を行った。
その結果、貫通細孔５の断面説明図である図１および図１におけるＡ部分の拡大図である図２の断面説明図に示されるように、開口端部８から最も深い底部９に向かう上側壁面１１および下側壁面１１´からなる溝１５における下側壁面１１´がエッチングガスの流れ方向１３に対してなす角度βが鈍角をなしている溝１５を形成して貫通細孔５の内壁面に凹凸１２を形成すると、この溝１５の下側壁面１１´は開口端部８から最も深い底部９に向かって下方向に傾斜しているところから、エッチングガスの流れ圧力に対する堆積デポ物のアンカー効果が強まり、凹凸１２に付着したデポ物が剥離して落下しにくくなって洗浄から次の洗浄までのプラズマエッチング時間を一層長くすることが出来る、という研究結果が得られたのである。
この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）上部電極板の厚さ方向に平行に貫通細孔が設けられており、この貫通細孔の内壁面に溝が形成されているプラズマエッチング用上部電極板であって、前記貫通細孔の内壁面に形成されている溝は、溝の開口端部から最も深い底部に向かう上側壁面と下側壁面からなり、溝の開口端部から最も深い底部に向かう前記下側壁面がエッチングガスの流れ方向に対して鈍角をなすように傾斜している断面鋸刃状の溝であるプラズマエッチング用電極板、に特徴を有するものである。
この発明のプラズマエッチング用上部電極板を構成する素材は、通常使用されているカーボン、アモルファスカーボン、炭化シリコン、窒化シリコン、単結晶シリコン、多結晶シリコン、柱状晶シリコンなどの内いずれでも良いが、これらの中でも単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは柱状晶シリコンが好ましく、単結晶シリコンが最も好ましい。したがって、この発明は、
（２）前記上部電極板は、シリコン単結晶、シリコン多結晶または柱状晶シリコンからなる前記（１）記載のプラズマエッチング用上部電極板、に特徴を有するものである。
この発明のプラズマエッチング用上部電極板の貫通細孔５の内壁面に形成されている溝は、貫通細孔５の内壁面に向かってレーザの照射方向を入れ口よりも斜め下方向に広がる方向に照射することにより形成することができる。したがって、この発明のプラズマエッチング用上部電極板の貫通細孔５の内壁面に形成されている溝はその断面が鋸刃状の溝であり、かかる断面が鋸刃状の溝は、貫通細孔５の内壁面に貫通細孔５の周方向に向かって平行方向にリング状またはらせん状に形成したものであり、レーザによる加工がしやすい。
【発明の効果】
【００１０】
この発明のプラズマエッチング用上部電極板を用いてプラズマエッチングすると、長持間プラズマエッチングしても直径：０．３μｍ以上の大きなパーティクルの発生がほとんどなく、したがってこの発明のプラズマエッチング用上部電極板は長持間洗浄することなく使用することができるところから上部電極板の洗浄回数および交換回数を減らすことができ、さらにＳｉウェハのプラズマエッチングによる不良品の発生もないところから、従来よりも効率よくＳｉウェハのプラズマエッチングを行うことができ、半導体装置産業の発展に大いに貢献しうるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施例１
直径：３００ｍｍの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：１０ｍｍに輪切り切断して単結晶シリコン円板を作製し、この単結晶シリコン板に、レーザの照射方向を貫通細孔の入口よりも広がるようにレーザを照射して直径：０．５ｍｍを有する貫通細孔を８ｍｍ間隔で穿孔し、本発明上部電極板１を作製した。
さらに先に作製した単結晶シリコン円板に貫通細孔をダイヤモンドドリルで穿孔することにより直径：０．５ｍｍを有し、貫通細孔の内壁面全体にＲａ：０．２μｍの表面粗さを有する従来上部電極板１を作製した。
【００１２】
このようにして作製した本発明上部電極板１および従来上部電極板１をそれぞれプラズマエッチング装置にセットし、さらに直径：８インチＳｉウエハをプラズマ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：９０sccmＣＨＦ3 ＋４sccmＯ2 ＋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４００時間、５００時間および６００時間経過した時点でのＳｉウエハ表面に付着した直径：０．３μｍ以上のパーティクル数を測定し、その結果を表１に示した。
【００１３】
【表１】
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表１に示される結果から、本発明上部電極板１を使用してプラズマエッチングを行なうと、６００時間までエッチングを行ってもパーティクルの生成がほとんど見られないのに対し、従来上部電極板１はプラズマエッチング時間が５００時間以上エッチングを行うとパーティクルの生成が急に増加することが分かる。
実施例２
直径：３００ｍｍの多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：１０ｍｍに輪切り切断して多結晶シリコン円板を作製し、この多結晶シリコン板にレーザを照射方向を貫通細孔の入口よりも広がるようにレーザを照射して直径：０．５ｍｍを有する貫通細孔を８ｍｍ間隔で穿孔し、本発明上部電極板２を作製した。
さらに先に作製した多結晶シリコン円板に貫通細孔をダイヤモンドドリルで穿孔することにより直径：０．５ｍｍを有し、貫通細孔の内壁面全体にＲａ：０．２μｍの表面粗さを有する従来上部電極板２を作製した。
【００１４】
このようにして作製した本発明上部電極板２および従来上部電極板２をそれぞれプラズマエッチング装置にセットし、さらに直径：８インチＳｉウエハをプラズマ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：９０sccmＣＨＦ3 ＋４sccmＯ2 ＋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４００時間、５００時間および６００時間経過した時点でのＳｉウエハ表面に付着した直径：０．３μｍ以上のパーティクル数を測定し、その結果を表２に示した。
【００１５】
【表２】
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表２に示される結果から、本発明上部電極板２を使用してプラズマエッチングを行なうと、６００時間までエッチングを行ってもパーティクルの生成がほとんど見られないのに対し、従来上部電極板２はプラズマエッチング時間が５００時間以上となるとパーティクルの生成が急に増加することが分かる。
実施例３
直径：３００ｍｍの柱状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：１０ｍｍに輪切り切断して柱状晶シリコン円板を作製し、この柱状晶シリコン板にレーザを照射方向を貫通細孔の入口よりも広がるようにレーザを照射して直径：０．５ｍｍを有する貫通細孔を８ｍｍ間隔で穿孔し、本発明上部電極板３を作製した。さらに先に作製した柱状晶シリコン円板に貫通細孔をダイヤモンドドリルで穿孔することにより直径：０．５ｍｍを有し、貫通細孔の内壁面全体にＲａ：０．２μｍの表面粗さを有する従来上部電極板３を作製した。
【００１６】
このようにして作製した本発明上部電極板３および従来上部電極板３をそれぞれプラズマエッチング装置にセットし、さらに直径：８インチＳｉウエハをプラズマ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：９０sccmＣＨＦ3 ＋４sccmＯ2 ＋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４００時間、５００時間および６００時間経過した時点でのＳｉウエハ表面に付着した直径：０．３μｍ以上のパーティクル数を測定し、その結果を表３に示した。
【００１７】
【表３】
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表３に示される結果から、本発明上部電極板３を使用してプラズマエッチングを行なうと、６００時間までエッチングを行ってもパーティクルの生成がほとんど見られないのに対し、従来上部電極板２はプラズマエッチング時間が５００時間以上となるとパーティクルの生成が急に増加することが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明のプラズマエッチング用上部電極板における貫通細孔の断面図である。
【図２】図１におけるＡ部分の拡大断面説明図である。
【図３】従来のプラズマエッチング用上部電極板の貫通細孔の断面説明図である。
【図４】図３におけるＢ部分の拡大断面説明図である。
【図５】従来のプラズマエッチング装置の断面説明図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  真空容器
２  上部電極板
３  架台
４  Ｓｉウェハ
５  貫通細孔
６  高周波電源
７  プラズマエッチングガス
８  開口端部
９  最も深い底部
１０  プラズマ
１１  上側壁面
１１  下側壁面
１２  凹凸
１３  エッチングガスの流れ方向
１４  溝
１５  溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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