JPH1161451A - プラズマエッチング装置のフォーカスリング及びプラズマエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期放電異物低減の空放電時間が短かい、プ
ラズマエッチング装置のフォーカスリング及びフォーカ
スリング交換後の初期放電異物低減の空放電時間が短か
い、プラズマエッチング装置を提供する。 【解決手段】 プラズマに接触する主平面の１０点平均
面粗さが５μｍ以下、主平面以外のプラズマが接触する
面の１０点平均面粗さが、全て３０μｍ以下であるプラ
ズマエッチング装置のフォーカスリング及びこのフォー
カスリングを有してなるプラズマエッチング装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス製
造工程のプラズマエッチング装置に使用するフォーカス
リング及びこれを用いたプラズマエッチング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス製造工程の一つに、半導
体ウエハに回路パターンを形成するエッチングの工程が
ある。このうち平行平板型と呼ばれるプラズマエッチン
グ装置では、下部電極上に半導体ウエハを配置し、これ
と平行に設置された、反応ガスを流通させるための多数
の貫通孔を有する上部電極との間に、高周波プラズマを
発生させ、ウエハのエッチングを行う。

【０００３】この装置において、ウエハ周辺のプラズマ
の拡散を防止し、反応性イオンを効果的にウエハに入射
させるため、フォーカスリングと呼ばれる、リング状の
部材が下部電極の外側に配置されている。このフォーカ
スリングには石英、シリコン等の他に、ガラス状炭素が
使用されている。ガラス状炭素とは熱硬化性樹脂を炭化
焼成して得られる炭素材料で、ガラス状の非常に均質、
緻密な構造を有する。この材料は、一般の炭素材料の特
徴である導電性、化学的安定性、耐熱性、高純度等の性
質に加え、構成粒子の脱落がないという優れた特長を有
する。このため、ガラス状炭素は半導体製造装置部材に
好適であると言われている。

【０００４】半導体ウエハのプラズマエッチング工程に
おいては、ウエハ上への放電異物の落下は、デバイスの
歩留り低下を引き起こす。したがってエッチング装置の
部材は、放電異物が少ないことが要求される。通常、プ
ラズマに接する部材を新規に取り付けた直後には、放電
異物が多量に発生する。このため、取り付け直後には空
放電を行い、初期放電異物を低減してから、製品デバイ
スのエッチングを行うのが一般的である。この空放電
は、装置の生産性を低下させる大きな要因の一つとなっ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】請求項１記載の発明
は、この初期放電異物低減の空放電時間が短かい、プラ
ズマエッチング装置のフォーカスリングを提供するもの
である。請求項２記載の発明は、フォーカスリング交換
後の初期放電異物低減の空放電時間が短かい、プラズマ
エッチング装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマに接
触する主平面の１０点平均面粗さが５μｍ以下、主平面
以外のプラズマが接触する面の１０点平均面粗さが、全
て３０μｍ以下であるプラズマエッチング装置のフォー
カスリングに関する。また本発明は、前記フォーカスリ
ングを有してなるプラズマエッチング装置に関する。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明においてプラズマエッチン
グ装置のフォーカスリングは、一般にリング状の部材で
ある。一例のフォーカスリングをプラズマエッチング装
置に搭載し、シリコンウエハをおいた状態におけるフォ
ーカスリング及びその周辺の部分拡大断面図を図１に、
他の例を図２に示す。図１に示すフォーカスリング１及
び図２に示すフォーカスリング１０は、装置上では、半
導体ウエハと平行面上に配置され、実質的にプラズマに
対向する平面であって最も面積の大きい、主平面（図１
における２及び図２における１１）を有する。

【０００８】また、前記主平面以外の面でプラズマが接
触する面とは、外周垂直面（図１における５及び図２に
おける１２）の他は、フォーカスリングの形状及び処理
されるシリコンウエハを搭載したときの状態による。図
１に示すフォーカスリング１のように、その内周に段差
を有する場合で、シリコンウエハ８が内周垂直面６と上
部電極との間にまで達する大きさである場合（即ち、シ
リコンウエハ８の外径が、フォーカスリング１の内径よ
り大きい場合）は、段差水平面３及び段差垂直面４がプ
ラズマが接触する面となり、内周垂直面６はプラズマが
接触する面とはならない。また、図２に示すフォーカス
リング１０のように、その内周に段差を有しない場合
で、シリコンウエハ１５が内周垂直面１３と上部電極と
の間にまで達する大きさである場合（即ち、シリコンウ
エハ１５の外径が、フォーカスリング１０の内径より大
きい場合）は、外周垂直面１２以外にはプラズマが接触
する面はない。しかしながら、図２において、シリコン
ウエハ１５の外径がフォーカスリングの内径より小さい
場合は、フォーカスリングの内周垂直面はプラズマが接
触する面となる。なお、フォーカスリングの裏面（図１
における７及び図２における１４）は、プラズマが接触
する面にはならない。

【０００９】フォーカスリングの形状としては、円形の
内周及び外周を有するリング状（例えば前記図２のも
の）や内周に段差を有するリング状（例えば前記図１の
もの）の他、シリコンウエハに形成されているオリエン
テーションフラット（オリフラ）を考慮し、このオリフ
ラ付きウエハの外径形状に合わせたフォーカスリング形
状としてもよい。フォーカスリングの大きさは、搭載さ
れるプラズマエッチング装置によって、またエッチング
の対象となるシリコンウエハの大きさによって、異な
る。シリコンウエハの大きさは、一般に６インチ、８イ
ンチ、１２インチ等がある。フォーカスリングの内径と
しては、これらのシリコンウエハの外径と同じかこれよ
り小さいものが好ましく、シリコンウエハの外径より
０．１〜１０mm小さいことがより好ましい。またフォー
カスリングの幅（即ち、内径と外径の差）としては、１
０〜１００mmであることが好ましく、厚さとしては、１
〜５mmであることが好ましい。

【００１０】本発明のフォーカスリングにおいては、前
記主平面が、１０点平均面粗さ（以下Ｒｚと表記する）
５μｍ以下であり、それ以外のプラズマが接触する面の
Ｒｚが全て、３０μｍであることを特徴とする。ここ
で、前記主平面の面粗さが大きく、Ｒｚで５μｍを超え
ると、使用開始からプラズマにより表面が消耗し平滑化
されるまでの間に、多量の放電異物が発生する。この使
用初期の放電異物が減少し、異物数が安定するまでの時
間は、製品デバイスを処理しない空放電となってしま
う。空放電時間をより短くするためには、Ｒｚは１μｍ
以下とすることが好ましく、０．５μｍ以下とすること
がより好ましい。また、主平面は、完全に平滑であるこ
とが好ましい。ほとんど平滑であっても、キズ、スジ等
が残っている場合には、その部分から放電異物が発生す
る傾向にある。なお、ＲｚはＪＩＳ Ｂ ０６０１に従
って、測定することができる。

【００１１】また、主平面以外のプラズマが接触する面
のいずれかの面のＲｚが３０μｍを超えても、放電異物
の発生原因となる。空放電時間をより短くするために
は、これらの主平面以外のプラズマに接触する面のＲｚ
が１０μｍ以下とすることが好ましく、５μｍ以下とす
ることがより好ましい。前記のような表面の状態を形成
する方法は特に制限されないが、ダイアモンドペースト
等の研磨剤を使用してバフ布等で研磨する鏡面研磨処理
を、全面にわたって均等に行うことが、容易に均一な面
粗さの面を作成することができるので好ましい。

【００１２】本発明において、プラズマが接触する面と
なる各面は一般にほぼ均一な面粗さを有し、Ｒｚのばら
つきは少ないので、Ｒｚを各面１点のみ測定した値が上
記範囲であればよいが、各面の均一性を確かめるため
に、各面において、面の全範囲からほぼ均等間隔に抽出
した５点について測定して、それらの最大値が上記範囲
になることが好ましい。Ｒｚの測定対象となる１０点は
直線上に分布するものであるが、その直線の方向として
は、図１及び図２において、主平面２及び１１並びに段
差水平面３では動径方向（即ちリングの中心点から外周
への方向）、段差垂直面４、外周垂直面５及び１２並び
に内周垂直面６及び１３では垂直方向（即ちリングの厚
さ方向）であることが好ましい。

【００１３】本発明のフォーカスリングの材質として
は、ガラス状炭素、石英、単結晶シリコン、多結晶シリ
コン等が挙げられるが、金属不純物の発生が無く、容易
に良好な特性を示すフォーカスリングを得ることができ
るので、ガラス状炭素であることが好ましい。ここで、
ガラス状炭素とは、熱硬化性樹脂の硬化物を、焼成、炭
化して得られる、ガラス状の性質を示す非晶質の炭素材
料である。用いられる熱硬化性樹脂としては特に制限は
ないが、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、これら樹脂の混合物等を挙げること
ができる。中でも良好な特性のガラス状炭素が得られる
ので、フラン樹脂、フェノール樹脂又はこれらの混合樹
脂が好ましい。

【００１４】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上げられる。アルカリとし
ては、アンモニア、アミン、水酸化ナトリウム、水酸化
カリウム、水酸化リチウム等が挙げられる。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。

【００１５】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、硬化処理する。この硬化は１３０〜２００
℃の温度で熱処理して行うことが好ましい。安定した樹
脂板を得るため、樹脂の成形硬化は硬化の為の触媒量を
適正な量に設定し、縮合水等が外部に抜け易い加熱条件
及び昇温速度で行なうことが好ましい。

【００１６】次いで、フォーカスリングの形状にするた
め所定の加工を行なった後、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、減圧又は真空下）において、好ましくは３００〜
２５００℃、特に好ましくは約１０００℃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。なお、
前記方法以外に、より大きな成形硬化品を該炉にて該雰
囲気にて炭化焼成しガラス状炭素とした後、ドリル加
工、放電加工あるいは超音波加工等の公知の方法でフォ
ーカスリングの形状に加工してもよい。ついで得られた
フォーカスリングは、前記１０点平均面粗さとするため
に、前記表面研磨の仕上げ加工を行うことができる。

【００１７】本発明のプラズマエッチング装置は、前記
フォーカスリングを有してなるものであり、それ以外の
装置の構成については特に制限はされない。その装置の
一例を図３に示す。図３は平行平板型プラズマエッチン
グ装置の概略断面図である。図３において、プラズマエ
ッチング装置１７には、上部電極１８及び下部電極１９
が設けられ、下部電極の上にフォーカスリング２０が設
置されている。シリコンウエハ２１は上部電極から吹き
出すエッチング用プロセスガスによりエッチング処理さ
れる。本発明のプラズマエッチング装置は、フォーカス
リング交換後の初期放電異物低減の空放電時間が短かい
ものとなる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。 実施例１〜９及び比較例１〜４ フラン樹脂初期縮合物（日立化成工業(株)製ＶＦ−３０
２）１００重量部に、パラトルエンスルホン酸０．３重
量部、エチレングリコール０．３重量部を添加し、十分
混合した後、該樹脂を型に注入し５０℃で３日、７０℃
で３日、９０℃で３日乾燥硬化した後、１６０℃までを
５℃／時間で昇温し、１６０℃で３日間保持し硬化処理
を行ない厚さ５mmで直径３５０mmの円盤状樹脂成形体を
得た。該成形体に予め焼成の寸法収縮（約２０％収縮）
を見込んだ所定の形状に加工した後、１６０℃までを５
℃／時間で昇温し、１６０℃で３日間保持し硬化処理を
行ない円盤状樹脂成形体を得た。該成形体を電気炉に入
れ窒素気流中で１０００℃の温度で焼成炭化した後、高
純度に処理した治具及び雰囲気炉を用い不活性雰囲気下
で２０００℃の温度で高温処理を行ないガラス状炭素円
盤を得た。該ガラス状炭素円盤を超音波加工機で加工
し、外径２６０mm、内径１９８mm、厚さ３．５mmのリン
グ形状で、内周部に幅３．５mm、深さ０．５mmの段差の
有る、フォーカスリングを製作した。さらに、このフォ
ーカスリングの主平面を、ポリッシングマシンを使用
し、ダイヤモンドペーストを研磨剤として、バフ布によ
る研磨を行った。なお、異なる面粗さを得るために、ダ
イヤモンドペーストの砥粒の大きさを変化させて研磨を
行った。また、主平面以外の面についても、同様の方法
でダイヤモンドペーストによる研磨を行い均一な所要の
面粗さに仕上げた。研磨後には、有機溶剤及び純水によ
る超音波洗浄を実施した。

【００１９】各実施例及び比較例で得られたフォーカス
リングの各面の１０点平均面粗さ（Ｒｚ）を表１及び表
２に示す。測定装置は、(株)東京精密製の表面粗さ形状
測定機 サーフコム５０３Ｂを用いた。なお、Ｒｚは各
面において、面全体から均等な間隔で抽出した５点につ
いて測定し、表１及び表２にはそのうちの最大値を示し
た。またＲｚの測定の基準長さは０．８mm、測定の方向
は前述の好ましい方向にして行った。

【００２０】次にこのフォーカスリングを８インチシリ
コンウェハのプラズマエッチング装置にセットした。こ
のフォーカスリング及びその周辺の断面拡大図を図１に
示す。次に、ハロゲン系の反応ガスを流しながら空放電
を行い、ウエハ上の放電異物数が１５ヶ／ウエハ以下で
安定となるまでの時間を評価した。表１及び表２に放電
異物数が安定するまでの時間を空放電時間として示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】実施例１０〜１４及び比較例５〜７ 上記実施例と同様の樹脂、同様の工程により得られたガ
ラス状炭素円盤を、同様の方法で加工して、外径２９０
mm、内径２００mm、厚さ２．５mmのリング形状のフォー
カスリングを製作した。さらに、このフォーカスリング
の各面を上記実施例と同様の樹脂、同様の工程により得
られたガラス状炭素円盤を、同様の方法で加工して、外
径２９０mm、内径２００mm、厚さ２．５mmのリング形状
のフォーカスリングを製作した。上記実施例と同様にし
て面粗さを変えて研磨し、洗浄を行って仕上げた。次に
このフォーカスリングを前述と同様の方法で、ウエハ上
の放電異物数が安定するまでの空時間を評価した。図２
にこのフォーカスリング及びその周辺の断面拡大図を示
す。また表３にフォーカスリングの各面の粗さと、放電
異物数が安定するまでの時間を空放電時間として示す。

【００２４】

【表３】

【００２５】

【発明の効果】請求項１記載のフォーカスリングは、こ
の初期放電異物低減の空放電時間が短かく、エッチング
の生産性が向上でき、産業上きわめて有益である。請求
項２記載のプラズマエッチング装置は、フォーカスリン
グ交換後の初期放電異物低減の空放電時間が短かい、エ
ッチングの生産性の高いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフォーカスリングが設置された状態の
一例を示す部分拡大断面図である。

【図２】本発明のフォーカスリングが設置された状態の
一例を示す部分拡大断面図である。

【図３】本発明のプラズマエッチング装置の一例を示す
概略断面図である。

【符号の説明】

１ フォーカスリング ２ 主平面 ３ 段差水平面 ４ 段差垂直面 ５ 外周垂直面 ６ 内周垂直面 ７ 裏面 ８ シリコンウエハ ９ 下部電極 １０ フォーカスリング １１ 主平面 １２ 外周垂直面 １３ 内周垂直面 １４ 裏面 １５ シリコンウエハ １６ 下部電極 １７ プラズマエッチング装置 １８ 上部電極 １９ 下部電極 ２０ フォーカスリング ２１ シリコンウエハ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマに接触する主平面の１０点平均
   面粗さが５μｍ以下、主平面以外のプラズマが接触する
   面の１０点平均面粗さが、全て３０μｍ以下であるプラ
   ズマエッチング装置のフォーカスリング。
2. 【請求項２】 請求項１記載のフォーカスリングを有し
   てなるプラズマエッチング装置。