JP2009010017A

JP2009010017A - パーティクル発生の少ないプラズマエッチング装置用フォーカスリング

Info

Publication number: JP2009010017A
Application number: JP2007167739A
Authority: JP
Inventors: Shuji Fujimori; 周司藤森
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-01-15

Abstract

【課題】パーティクル発生の少ないプラズマエッチング装置用フォーカスリングを提供する。
【解決手段】表面の中心線表面粗さＲａが１μｍ以下の鏡面を有するフォーカスリング１において、前記フォーカスリング１の少なくとも外周側壁１４を中心線表面粗さＲａ：１μｍ越え〜１．６μｍの粗面に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内のウエハの周囲に設置してプラズマエッチング時にウエハ周囲のプラズマの形状を調整し、ウエハのエッチングを均一に行う役割を果たすパーティクル発生の少ないプラズマエッチング装置用フォーカス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工程の中にウエハをエッチングする工程があり、このウエハをエッチングするには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５の断面概略説明図に示されるように、真空チャンバー８内にシリコン電極板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、シリコン電極板２は絶縁体１３により真空チャンバー８と絶縁されて設けられており、さらに前記架台３の上には静電チャック９およびフォーカスリング１が設置されている構造を有している。
かかるプラズマエッチング装置内の静電チャック９の上でかつフォーカスリング１の内側にウエハ４を載置したのち、エッチングガス７を拡散部材１１を通しさらにシリコン電極板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によりシリコン電極板２と架台３の間に高周波電圧を印加してプラズマ１０を発生させ、この発生したプラズマ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ようになっている。

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、シリコン電極板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支持電極１２で囲っている。

また、図５に示されるフォーカスリング１はウエハ４を支持固定すると同時にウエハ周囲のプラズマの形状を調整してウエハのエッチングを均一に行う役割を果たしている。前記フォーカスリング１は、一般に、石英などの絶縁材で構成されており、その構造は図３の断面図に示されているように平面部１８を有するリングで構成されており、この前記フォーカスリング１は表面全体が中心線表面粗さＲａ：１μｍ以下に鏡面仕上げされている。しかし、近年、図３の断面図に示されているように、平面部１８の内側領域ｆ１を鏡面仕上し、外側領域ｆ２を中心線表面粗さＲａ：３．２μｍ以下に砂ずり仕上げしたものが提案されており、内側領域ｆ１を鏡面仕上げとすることによりパーティクルの発生を抑え、一方、外側領域ｆ２の表面平均粗さを粗くすることにより反応性生物の捕捉堆積を促進して反応性生物がプラズマ領域へ飛散することを阻止し、それによってパーティクルの発生を抑えることができるとされている（特許文献１参照）。

さらに、図４に示されるように、フォーカスリング１の外周側壁１４に鍔１７を形成したフォーカスリングも提案されており、プラズマエッチング時にこの鍔１７を押え治具１６によって押えて使用している。
特開２００６−１４０４２３号公報

しかし、フォーカスリング１の平面の内側領域ｆ１を鏡面仕上げの平滑にし、一方、外側領域ｆ２を粗くしたフォーカスリングを使用してウエハをプラズマエッチングしても、パーティクルの発生を十分に抑えることができず、さらに一層パーティクル発生の少ないフォーカスリングが求められていた。

そこで、本発明者等は、さらに一層パーティクルの発生の少ないプラズマエッチング装置用フォーカスリングを得るべく研究を行った。その結果、
（イ）プラズマエッチングに際して発生する反応性生物は、フォーカスリングの外周側壁１４にも付着し、この付着した反応生成物が剥離してパーティクルとなること、
（ロ）したがって、図１に示されるように、フォーカスリング１の外周側壁１４の表面を粗くしてフォーカスリングの外周側壁１４に付着した反応生成物を捕捉確保して飛散しないようにすることによりウエハに付着するパーティクルの数を一層少なくすることができること、
（ハ）フォーカスリングの外周側壁１４の中心線表面粗さは、Ｒａ：１μｍを越え１．６μｍの範囲内にあることが好ましいこと、などの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）表面の中心線表面粗さＲａが１μｍ以下の鏡面を有するフォーカスリングにおいて、前記フォーカスリングの少なくとも外周側壁を中心線表面粗さＲａ：１μｍ越え〜１．６μｍの粗面にしたパーティクル発生の少ないプラズマエッチング装置用フォーカスリング、
（２）前記フォーカスリングの少なくとも外周側壁は、フォーカスリングの平面部の一部および外周側壁である前記（１）記載のパーティクル発生の少ないプラズマエッチング装置用フォーカスリング、に特徴を有するものである。

図２に示されるフォーカスリング１の外周側壁１４にさらに鍔１７を形成したフォーカスリングもすでに知られているが、このフォーカスリングでは外周側壁１４およびに鍔の平面部１５を粗面とすることが好ましく、その粗面は中心線表面粗さＲａ：１μｍ越え〜１．６μｍの範囲内にあることが一層好ましい。したがって、この発明は、
（３）前記フォーカスリングの少なくとも外周側壁は、フォーカスリングの平面部の一部、外周側壁および鍔の平面部である前記（１）または（２）記載のパーティクル発生の少ないプラズマエッチング装置用フォーカスリング、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装置用フォーカスリングを図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明のフォーカスリングの一部断面説明図である。この発明は、図３に示される従来のフォーカスリングにおいて、外周側壁１４の表面を中心線表面粗さＲａ：１μｍ越え〜１．６μｍの粗面にしたことを特徴とするものである。

図２は、この発明の別の実施形態のフォーカスリングの一部断面説明図であり、図４に示される従来のフォーカスリングにおいて、外周側壁１４の表面を中心線表面粗さＲａ：１μｍ越え〜１．６μｍの粗面にし、さらにフォーカスリング１の外周側壁１４に形成されている鍔１７の平面部１５の表面を中心線表面粗さＲａ：１μｍ越え〜１．６μｍの粗面に形成したものである。この鍔の平面部１５の表面を中心線表面粗さＲａ：１μｍ越え〜１．６μｍの粗面にすることにより外周側壁１４と押え治具１６の内側壁面とで形成された溝の中に溜まった反応生成物が飛散することがないように捕獲堆積させることができる。
外周側壁１４の表面および鍔の平面部１５の表面における中心線表面粗さＲａの上限をいずれも１．６μｍにしたのは、１．６μｍを越えて粗くするとかえってパーティクルの発生が多くなるので好ましくないからである。

この発明のプラズマエッチング装置用フォーカスリングを使用すると、パーティクル発生が一層少なくなり、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。

実施例１
市販のプラズマエッチング装置を用意した。さらに、外径：３５０ｍｍ、内径：２９５ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有し、全表面が中心線表面粗さＲａ：０．１μｍに鏡面仕上げされた石英からなる市販のフォーカスリングを用意した。
この市販のフォーカスリングの平面部１８の外径から内径に向かって幅：１０ｍｍに亘り砂ずり加工して表１に示される中心線表面粗さＲａに仕上げることにより粗面の外側領域ｆ２を形成し、従来フォーカスリング１を作製した。
この従来フォーカスリング１の外周側壁１４の表面をさらに表１に示される中心線表面粗さＲａとなるように砂ずり加工することにより本発明フォーカスリング１〜３および比較フォーカスリング１〜２を作製した。

この本発明フォーカスリング１〜３を、図５に示されるようにセットし、さらにＳｉウエハを載置し、
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、５００時間プラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１５０時間、２００時間、２５０時間、３００時間、４００時間、４５０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。前記パーティクル数の測定は、トプコン製のパーティクルカウンター（ＷＭ−３０００）を使用し、ウエハ表面をレーザ光により走査し、付着したパーティクルからの光散乱強度を測定することによりパーティクルの位置と大きさを認識することにより行った。

表１に示される結果から、従来フォーカスリング１および表面粗さがこの発明の範囲から外れている比較フォーカスリング１〜２は、３００時間の使用でパーティクル数が１００個を越えているのに対し、本発明フォーカスリング１〜３は４００時間までパーティクル数は低いことから、本発明フォーカスリング１〜３は従来フォーカスリング１および比較フォーカスリング１〜２に比べてパーティクルを発生させることなく長時間使用できることが分かる。

実施例２
図２に示されるように、外径：３６０ｍｍ、内径：２９５ｍｍ、厚さ：５ｍｍを有し、さらに外周側壁１４の周囲に鍔１７を有する全表面が中心線表面粗さＲａ：０．１μｍに鏡面仕上げされた石英からなる市販のフォーカスリングを用意した。
このフォーカスリングの外径から内径に向かって幅：１０ｍｍを砂ずり加工して表２に示される中心線表面粗さＲａを有する粗面の外側領域ｆ２を形成し、従来フォーカスリング２を作製した。この従来フォーカスリング２の外周側壁１４および鍔１７の平面部１５の表面をさらに表２に示される中心線表面粗さＲａの粗面に仕上げることにより本発明フォーカスリング４〜６および比較フォーカスリング１〜２を作製した。

この本発明フォーカスリング４〜６の鍔１７を押え治具１６により押えてフォーカスリング１をセットし、さらにＳｉウエハを載置し、
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、５００時間プラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１５０時間、２５０時間、３００時間、４００時間、４５０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実施例１と同様にして測定し、その結果を表２に示した。

表２に示される結果から、従来フォーカスリング２および表面粗さがこの発明の範囲から越えている比較フォーカスリング３〜４は、３００時間の使用でパーティクル数が１００個を越えているのに対し、本発明フォーカスリング４〜６は４００時間までパーティクル数は低いことから、本発明フォーカスリング４〜６は従来フォーカスリング２および比較にフォーカスリング３〜４に比べてパーティクルを発生させることなく長時間使用できることが分かる。

この発明のフォーカスリングの一部断面説明図である。この発明の別のフォーカスリングの一部断面説明図である。従来のフォーカスリングを示す断面図である。従来の別のフォーカスリングを示す断面図である。通常の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：フォーカスリング、２：シリコン電極板、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：シールド支持電極、１３：絶縁体、１４：外周側壁、１５：鍔の平面部、１６：押え治具、１７：鍔、１８：平面部

Claims

表面の中心線表面粗さＲａが１μｍ以下の鏡面を有するフォーカスリングにおいて、前記フォーカスリングの少なくとも外周側壁を中心線表面粗さＲａ：１μｍ越え〜１．６μｍの粗面にしたことを特徴とするパーティクル発生の少ないプラズマエッチング装置用フォーカスリング。
前記フォーカスリングの少なくとも外周側壁は、フォーカスリングの平面部の一部および外周側壁であることを特徴とする請求項１記載のパーティクル発生の少ないプラズマエッチング装置用フォーカスリング。
前記フォーカスリングの少なくとも外周側壁は、フォーカスリングの平面部の一部、外周側壁および外周側壁の周囲に設けられた押え鍔の平面部であることを特徴とする請求項１または２記載のパーティクル発生の少ないプラズマエッチング装置用フォーカスリング。