シリコン電極アセンブリのエッチング速度及びエッチング均一性を回復する方法
洗浄後にプラズマエッチングチャンバで誘電体材料をエッチングするために使用することができる電極アセンブリの洗浄方法は、好ましくは黒色シリコン汚染をシリコン表面から除去するように、電極アセンブリのシリコン表面を研磨することを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン電極アセンブリのエッチング速度及びエッチング均一性を回復する方法に関する。
【発明の開示】
【０００２】
プラズマに曝されたシリコン表面を有する使用された電極アセンブリを洗浄する方法は、シリコン表面を研磨することを含む。好ましいことには、本洗浄は、シリコン表面から黒色シリコン及び金属汚染物質を除去する。電極アセンブリは、洗浄後に、プラズマエッチングチャンバで誘電体材料をエッチングするために使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００３】
電極アセンブリを使用して非常に多くのＲＦ時間（プラズマを発生するために高周波パワーが使用された時間単位の時間）が経過した後で、使用されたシリコン電極アセンブリは、エッチング速度の低下及びエッチング均一性のドリフトを示す。エッチング性能の低下は、電極アセンブリのシリコン表面の汚染だけでなく電極アセンブリのシリコン表面のモルフォロジの変化に起因し、これらの双方は、誘電体エッチングプロセスの結果である。
【０００４】
使用された電極アセンブリのシリコン表面を研磨して、黒色シリコン及び他の金属汚染を除去することができる。金属汚染物は、酸溶液で拭くことによってシリコン表面を変色させることなく、そのような電極アセンブリのシリコン表面から効果的に除去されることができ、拭くことによって、電極アセンブリ結合剤に対する損傷の危険性が低くなる。したがって、電極アセンブリを洗浄することによって、プロセス窓のエッチング速度及びエッチング均一性を許容可能なレベルに回復させることができる。
【０００５】
誘電体エッチングシステム（例えば、Ｌａｍ２３００Ｅｘｅｌａｎ（登録商標）及びＬａｍＥｘｅｌａｎ（登録商標）ＨＰＴ）は、ガス出口を含むシリコンシャワーヘッド電極アセンブリを含みうる。本件出願と同一出願により保有され、引用することによってその内容をここに合体される米国特許第６，３７６，３８５号に開示されているように、ただ１つのウェハのような半導体基板の処理を行うことができるプラズマ反応チャンバの電極アセンブリは、黒鉛裏当てリング又は部材のような支持部材、均一な厚さの円形ディスクの形をしたシリコンシャワーヘッド電極のような電極、及び、支持部材と電極の間のエラストマ結合部を含みうる。エラストマ結合部は、電極アセンブリの温度サイクルの結果としての熱膨張を補償するように支持部材と電極の間の動きを可能にする。エラストマ結合部は電気及び／又は熱伝導性充填剤を含んでもよく、エラストマは、高温で安定な触媒硬化重合体であってもよい。例えば、エラストマ結合剤は、シリコン重合体及びアルミニウム合金粉末充填剤を含みうる。結合剤を損傷する可能性がある酸溶液を電極アセンブリの結合剤と接触させないために、好ましくは、使用された電極アセンブリのシリコン表面は酸溶液で拭かれる。
【０００６】
さらに、電極アセンブリは、内部電極を取り囲み場合によっては誘電体材料のリングで内部電極から分離されている外部電極リング又は部材を含みうる。外部電極部材は、３００ｍｍウェハなどのより大きなウェハを処理するように電極を延長するのに有用である。外部電極部材のシリコン表面は、平らな表面及び傾斜外縁部を備えうる。内部電極と同様に、外部電極部材は、好ましくは、裏当て部材を備え、例えば、外部リングは電気的に接地されたリングを備え、このリングに外部電極部材がエラストマ結合されうる。内部電極及び／又は外部電極部材の裏当て部材は、容量結合されたプラズマ処理ツールに取り付けるための取付け穴を有しうる。電極アセンブリの汚染物質を最小限にするために、内部電極と外部電極部材との双方は、好ましくは、単結晶シリコンで構成される。外部電極部材は、環状構成に配列された単結晶シリコンのいくつかのセグメント（例えば、６セグメント）で構成され、各セグメントは裏当て部材に結合（例えば、エラストマ結合）されている。さらに、環状構成の隣接したセグメントは重なり合って隣接セグメント間にギャップ又は接合部があることがある。
【０００７】
誘電体エッチングツールで使用されるシリコン電極アセンブリは、この電極アセンブリを使用する非常に多くのＲＦ時間が経過した後で、部分的には黒色シリコンの形成のために悪化している。「黒色シリコン」は、プラズマ処理工程中に表面に沈積された汚染物質によって表面が微小マスクされた結果として、プラズマに曝されたシリコン表面に生じうる。黒色シリコンの形成の影響を受ける特定のプラズマ処理条件には、低Ｋビアのエッチング時に使用されるような、中間ＲＦパワーでの高窒素濃度、低酸素濃度及び低ＣｘＹｘ濃度がある。微小マスクされた表面領域は、約１０ｎｍから約１０ミクロンの程度であり得る。どんな特定の理論にも拘束されることを望まないが、シリコン電極（又は他のシリコン部分）のプラズマに曝された表面への黒色シリコン形成は、プラズマ処理工程中におけるシリコン電極への不連続的な重合体沈積の結果として生じると思われる。
【０００８】
シリコン酸化物又は低ｋ誘電体材料層などの半導体基板上の誘電体材料をエッチングする主エッチングステップ中に、不連続的な重合体沈積物が、プラズマに曝された表面、例えばシリコン上部電極の下面に生じ得る。重合体沈積物は、一般に、下にある表面をエッチングから選択的に保護する３次元島状形成物を形成する。いったん針状形成物が形成されると、それから重合体沈積物は、この針の先端に優先的に生じ、それによって、連続する基板に対する主エッチングステップ中に、微小マスク機構及び黒色シリコン拡大を加速する。微小マスクされた表面領域の不均一な異方性エッチングは、結果として、狭い間隔で並んだ針状又は棒状特徴を表面に形成することになる。これらの特徴は、光がシリコン表面の変形領域で反射するのを妨げ、これによって、それらの領域は黒色の外見になる。針状微小特徴は、狭い間隔で並び、一般に、約１０ｎｍ（０．０１μｍ）から約５０，０００ｎｍ（５０μｍ）の長さを有することができ（また、いくつかの例では、約１ｍｍ程度又はもっと長い長さを有することがあり）、さらに、一般に、約１０ｎｍから約５０μｍの幅を有しうる。
【０００９】
黒色シリコンの影響を受けた電極アセンブリのシリコン表面は、研磨によって再生させうる。研磨の前に、電極アセンブリは、異物を除去するために前洗浄されうる。そのような前洗浄は、ＣＯ２雪吹付けを含んでもよく、このＣＯ２吹付けは、処理される表面にドライアイスの小さな薄片（例えば、ノズルを通して液体ＣＯ２を大気圧まで膨張させて、ＣＯ２の柔らかい薄片を形成することで生じる）の流れを向け、その結果、その薄片は、基板上の大きさが１ミクロン未満の小さな粒状汚染物質に当たり、そのとき昇華によって気化し、表面からその汚染物質を持ち上げる。それから、汚染物質及びＣＯ２ガスは、一般に、高性能粒子空気（ＨＥＰＡ）フィルタなどのフィルタを通過し、そこで汚染物質は集められガスは放出される。適切な雪生成装置の例は、Ｖａｔｒａｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．（カリフォルニア州チュラビスタ）から市販されているＳｎｏｗ Ｇｕｎ−ＩＩ（商標）である。研磨の前に、電極アセンブリは、アセトン及び／又はイソプロピルアルコールで洗浄されてもよい。例えば、電極アセンブリは、アセトンに３０分間浸漬され、有機汚れ又は沈積物を除去するように拭かれてもよい。
【００１０】
研磨は、適切な粗さ等級数の研削砥石を使用して旋盤で電極アセンブリの表面を研削し、別の砥石を使用して所望の仕上げ（例えば、８ミクロン−インチ）まで電極アセンブリ表面を研磨することを含む。好ましくは、汚れを除去し電極アセンブリを濡れた状態に保つために、シリコン表面は、不断の流水の下で研磨される。水が追加されたとき、研磨中にスラリーが生じることがあり、このスラリーは電極アセンブリ表面から取り除かれるべきである。電極アセンブリは、最初にＥｒｇｏＳＣＲＵＢ（商標）及びＳｃｒｕｂＤＩＳＫ（商標）を使用して研磨されてもよい。研磨手順（すなわち、使用される研磨紙の選択及び順序）は、電極アセンブリのシリコン表面の損傷の程度に依存する。
【００１１】
激しい点腐食又は損傷がシリコン電極アセンブリに観察される場合には、研磨は、均一で平らな表面が実現されるまで、例えば１４０又は１６０グリットのダイアモンド研磨ディスクから始まることがある。次の研磨は、例えば、２２０、２８０、３６０、８００及び／又は１３５０グリットのダイアモンド研磨ディスクであってもよい。軽微な点腐食又は損傷がシリコン電極アセンブリに観察される場合には、研磨は、均一で平らな表面が実現されるまで、例えば２８０グリットのダイアモンド研磨ディスクから始まることがある。次の研磨は、例えば、３６０、８００及び／又は１３５０グリットのダイアモンド研磨ディスクであってもよい。
【００１２】
研磨中に、電極アセンブリは、好ましくは約４０〜１６０ｒｐｍの回転速度のターンテーブルに取り付けられている。強い力は、電極アセンブリのシリコン表面又は結合領域に損傷を引き起こす可能性があるので、好ましくは、研磨中に均一で強くない力が加えられる。したがって、電極アセンブリの点腐食又は損傷の度合いに依存して、研磨プロセスには相当な量の時間がかかる可能性がある。外部電極リング又は部材（例えば、平らな表面と傾斜外縁部の間の中間面）の形及び角度は、好ましくは、研磨中は維持される。電極アセンブリのガス出口及び結合部内に捕獲された粒子を最小限にするために、研磨ディスクを交換するときはいつでも、脱イオン水銃を使用して、研磨中に生じた粒子をガス出口及び接合部から除去し、さらに、ＵｌｔｒａＳＯＬＶ（登録商標）ＳｃｒｕｂＰＡＤを使用して研磨ディスクから粒子を除去してもよい。
【００１３】
研磨に続いて、電極アセンブリは、好ましくは、脱イオン水でリンスされ、ブロー乾燥される。電極アセンブリの表面粗さは、例えばＳｕｒｆｓｃａｎシステムを使用して測定されうる。電極アセンブリの表面粗さは、好ましくは、約８μ−インチ以下である。
【００１４】
電極アセンブリのガス出口及び結合部に捕獲されている可能性がある粒子を自由にするために、電極アセンブリは、好ましくは、８０℃の脱イオン水に１時間浸漬される。電極アセンブリの表面から粒子を除去するために、電極アセンブリは、約６０℃の脱イオン水中で３０分間超音波洗浄されてもよい。捕獲粒子を除去するのを助けるために、電極アセンブリは、超音波洗浄中に超音波槽の中で上下に動かされてもよい。
【００１５】
電極アセンブリのガス出口及び結合部又は取付け穴を含む電極アセンブリは、５０ｐｓｉ以下の圧力の窒素又は脱イオン水の銃を使用して洗浄されてもよい。使用された電極アセンブリの黒鉛表面は緩んだ表面構造であるかもしれないので、電極アセンブリの黒鉛裏当て部材に損傷を与え又は強い衝撃を与えるのを防止するように特殊な取り扱いが必要とされる可能性がある。クリーンルーム用紙、ナイロン線又は白糸を使用して、例えば電極アセンブリのガス出口及び結合部からの粒子除去特性を検査してもよい。電極アセンブリは、５０ｐｓｉ以下の圧力の窒素銃を使用して乾燥してもよい。
【００１６】
例えば、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ及びＴｉなどの金属汚染物質は、フッ化水素酸、硝酸、酢酸及び脱イオン水を含む酸溶液でシリコン表面を洗浄することによって、シリコン表面を変色させることなく、電極アセンブリ好ましくは研磨された電極アセンブリのシリコン表面から除去されうる。好ましいことには、フッ化水素酸、硝酸、酢酸及び脱イオン水を含む酸溶液で洗浄することで、点腐食又は表面粗さなどのシリコン表面モルフォロジ損傷又はシリコン表面の色変化は起きない。シリコン表面色変化は、表面非清浄度ならびに酸化状態変化を反映している。
【００１７】
上記の酸溶液のうちのフッ化水素酸及び硝酸の成分に関して、フッ化水素酸と硝酸との溶液の電極アセンブリのシリコン表面との化学反応は、次の通りである。
３Ｓｉ＋１２ＨＦ＋４ＨＮＯ３→３ＳｉＦ４＋４ＮＯ＋８Ｈ２Ｏ
［Ｈ＋］［Ｆ−］＝ｋ１［ＨＦ］ ｋ１＝１．３×１０−３モル／リットル
［ＨＦ］［Ｆ−］＝ｋ２［ＨＦ２］ ｋ２＝０．１０４モル／リットル
フッ化水素酸の溶解速度は、１．３×１０−３モル／リットルという低い反応定数ｋ１のために低い。フッ化水素酸を含む溶液で処理した後で、シリコン電極のシリコン表面はＳｉ−Ｈ（１水素）、Ｓｉ−Ｈ２（２水素）及びＳｉ−Ｈ３（３水素）で覆われていることが、赤外分光分析によって明らかになることがある。
【００１８】
理論で拘束されることを望まないが、フッ化水素酸と硝酸との酸溶液によるシリコンのエッチング中に、シリコンが硝酸で酸化され、その後フッ化水素酸による酸化シリコンの溶解が続く電気化学反応が起こると信じられている。フッ化水素酸の濃度が低い酸溶液では、エッチングプロセスの活性化エネルギーは、０から５０℃の温度で４キロカロリー／モルである。このたった１つの低い値は、拡散制御プロセスの特徴であり、異なるシリコン材料のエッチング速度が低濃度で基本的に同じであることによって説明される。対照的に、フッ化水素酸の濃度の高い酸溶液では、２つの異なる活性化エネルギーが観察される。高温では、活性化エネルギーは１０〜１４キロカロリー／モルであり、低温では活性化エネルギーは約２０キロカロリー／モルである。これらの値は、表面制御プロセスの特徴であり、表面制御プロセスでは、シリコンのドーパント濃度、シリコンの結晶配向及びシリコンの欠陥がエッチングプロセスで役割を果たしている。
【００１９】
したがって、電極アセンブリのシリコン表面の洗浄中におけるエッチング速度のドーパント濃度、結晶配向依存性をなくするために、好ましくは、酸溶液は低濃度のフッ化水素酸を含む。酸溶液は、好ましくはシリコンを異方性（単一方向）エッチングするのとは対照的に、シリコンを等方性エッチングする（非指向性的に、すなわち、エッチング速度はすべての方向で相対的に一定である）。フッ化水素酸は、いくつかの金属不純物と錯イオンを形成してその金属不純物を除去することができるが、フッ化水素酸は、例えばＣｕを除去するのに効果的でない。しかし、強い酸化剤である硝酸は、例えばＡｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｎ及びこれらの組合せのような不純物と反応し、容易に除去できるイオンを形成することができる。硝酸は、好ましくは、洗浄されたシリコン表面の色変化を引き起こさない量で存在している。
【００２０】
したがって、フッ化水素酸と硝酸との酸溶液は、０．１ミクロン以下の小さなエッチング特徴サイズのための誘電体エッチングプロセス条件を満たすように、シリコン電極の高い汚染除去効率を達成することができる。しかし、硝酸は強い酸化剤であるので、汚染されたシリコン表面がフッ化水素酸と硝酸との溶液に曝されたとき、硝酸は金属汚染物質を酸化するだけでなくシリコンと反応し、それによって、緑色、青色、茶色及び紫色などのシリコン表面の色変化を引き起こす。脱イオン水でリンスされた研磨シリコン電極アセンブリの場合でも、シリコン表面をフッ化水素酸と硝酸との溶液で拭くと、シリコン表面の色は、シリコン表面に存在する金属汚染物質に依存して、明るい一様な色から緑色がかった、青みをおびた、茶色がかった又は紫がかった色に変化することが、実験で示された。
【００２１】
酸化速度を制御し、かつ一定のｐＨ値を維持するように緩衝液を供給するために、高い汚染物質除去効率及び表面清浄度を維持しながら、シリコン表面色変化を防ぐために酢酸が加えられる。しかし、高濃度の酢酸はシリコン表面反応を遅くし洗浄効率を低下させる可能性があるので、シリコン表面は色変化を示すことがある。さらに、酢酸は、汚染物質例えば金属イオンと錯イオンを形成する可能性がある。したがって、酸溶液は、０．２５〜１容量％の量のフッ化水素酸、１０〜４０容量％の量の硝酸及び１０〜２０容量％の量の酢酸を含むことがある。
【００２２】
電極アセンブリの結合剤が酸溶液で化学的に腐食される危険性を減すために、電極アセンブリを酸溶液中に浸漬するのとは対照的に、好ましくは拭くことによって電極アセンブリのシリコン表面を酸溶液と接触させて、金属汚染物が除去される。このように電極アセンブリのシリコン表面だけを酸溶液と接触させることによって、さらに、シリコン表面が洗浄される間電極アセンブリのシリコン表面が下の方に向いて支持されるようにする固定具によって、裏当て部材又は結合部分との酸溶液の意図しない接触は防止される。電極アセンブリのシリコン表面が下の方に向いて支持された状態で、シリコン表面に適用された過剰な酸溶液は、裏当て部材又は結合領域に流れるのとは対照的に、シリコン表面から滴り落ちた後で集めることができる。裏当て部材及び結合領域は、酸溶液と接触した場合には、好ましくは、直ちに脱イオン水で洗浄される。その上、好ましくは、電極部材の露出した結合剤は、酸溶液で洗浄する前にマスク材料及び／又は化学薬品に耐性のあるテープで覆うことによって保護される。
【００２３】
裏当て部材又は結合領域と酸溶液の意図しない接触を防ぐ他の手段には、裏当て部材からシリコン表面まで吹き付けられてどんな残留溶液もシリコン表面から吹き飛ばす圧縮窒素ガスを使用して、拭いた後の電極アセンブリを乾燥することがある。拭いた後で、電極アセンブリを脱イオン水でリンスすることによって、電極アセンブリから溶液が除去される。同様に、脱イオン水を用いたリンス中の残留酸溶液による結合剤の可能性のある腐食は、裏当て部材を脱イオン水でリンスし続いてシリコン表面を脱イオン水でリンスすることによって、さらに減少させうる。シリコン表面が下の方に向いている状態で電極アセンブリが固定具に支持された場合、電極アセンブリは裏当て部材からシリコン表面まで、さらに存在すればガス孔を通してリンスされる。
【００２４】
洗浄されるべき電極アセンブリに合わせて作られた固定具は、作業台面より上に電極アセンブリを持ち上げて電極アセンブリの下の方に向いている表面を洗浄することができるようにする頑丈なベース及び３以上の支持部材を備えている。洗浄中に電極アセンブリを支持する固定具を示す図１Ａ、及び図１Ａの拡大部分を示す図１Ｂに示されるように、各支持部材の上部には、電極アセンブリが載り電極部材が支持部材から滑り落ちるのを妨げる段がある。支持部材及びベースは、好ましくは、酸に対して化学的に耐性のあるテフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）などの化学的に耐性のある材料でコーティングされ、かつ／又は作られている。
【００２５】
金属汚染物質の洗浄手順は、電極アセンブリをアセトン及び／又はイソプロピルアルコールで拭き、脱イオン水でリンスし、その後電極アセンブリのシリコン表面を酸溶液で拭き、電極アセンブリを脱イオン水でリンスし、さらに窒素でブロー乾燥し、再びシリコン表面を酸溶液で拭き、電極アセンブリを脱イオン水でリンスし、電極アセンブリを脱イオン水中で６０分間超音波洗浄し、電極アセンブリを脱イオン水でリンスし、さらに窒素でブロー乾燥し、さらに、電極アセンブリを１２０℃で２時間ベーキングすることによる前洗浄を含むことがある。
【００２６】
再生された電極アセンブリが製品仕様に一致することを保証するために、好ましくは、電極アセンブリは、再生前及び再生後に検査される。検査は、例えば、寸法（例えば、厚さ）、表面粗さ（Ｒａ、例えば１６μ−インチ以下、好ましくは８μ−インチ以下）、表面清浄度（誘導結合プラズマ質量分光分析）、例えばＱＩＩＩ（登録商標）＋表面粒子検出器（カリフォルニア州リヴァーモア、Ｐｅｎｔａｇｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）によって測定されるような表面粒子数、表面モルフォロジ（例えば、走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）による）、及び黒色シリコンピット及びエッチ深さの測定を測定することを含みうる。さらに、好ましくは、再生された電極アセンブリが許容可能なエッチング速度及びエッチング均一性を示すことを保証するために、再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能が試験される。
【００２７】
図２Ａ（Ｒａ＝１６μ−インチ）は、新しい電極アセンブリのシリコン表面モルフォロジを示し、図２Ｂ〜Ｄ（それぞれ、Ｒａ＝２４０、１７０及び２９０μ−インチ）は使用された電極アセンブリの研磨前のシリコン表面モルフォロジを示し、さらに図２Ｅ〜Ｇ（それぞれ、Ｒａ＝９、９及び１０μ−インチ）は使用された電極アセンブリの研磨後のシリコン表面モルフォロジを示す。図２Ａ〜Ｇは、１００倍の倍率のシリコン表面のＳＥＭ像を示す。図２の電極アセンブリは、上で述べられたように内部電極及び外部電極部材を有する。図２Ｂ及び２Ｅは、内部電極の中心から撮られた像であり、図２Ｃ及び２Ｆは、内部電極の縁部から撮られた像であり、図２Ｄ及び２Ｇは、外部電極部材から撮られた像である。図２は、研磨によって、使用された電極アセンブリのシリコン表面モルフォロジ及び粗さが新しい電極アセンブリの状態まで回復することを示す。
【００２８】
図３及び４は、使用されたが洗浄されていない電極アセンブリの例を示し、図５は、再生された電極アセンブリの例を示す。図６Ａは、酸溶液で拭くことに起因する内部電極アセンブリのシリコン表面の変色を示し、図６Ｂは、酸溶液で拭くことに起因する外部電極アセンブリ部材のシリコン表面の変色を示す。図７Ａ（Ｒａ＞１５０μ−インチ）及び７Ｂ（Ｒａ＞３００μ−インチ）は、再生前の使用された電極アセンブリの例を示し、一方、図７Ｃ及び７Ｄ（両方とも、Ｒａ＜８μ−インチである）は、再生後の電極アセンブリの例を示す。図７Ａ及び７Ｃは、外部電極部材を示し、一方、図７Ｂ及び７Ｄは、内部電極を示す。
【００２９】
［実施例］
再生された電極アセンブリの以下の実施例は、説明にために提供されるもので、限定されるものでない。図８〜１１及び対応する実施例で使用されるときに、「サイクル」は、電極アセンブリを使用して半導体ウェハをエッチングすることを意味し、また「研磨」は、上で説明されたように、電極アセンブリのシリコン表面を研磨することと電極アセンブリのシリコン表面を酸溶液で洗浄することとの双方の組合せを意味する。
【００３０】
図８は、研磨及びサイクル中の電極消耗を示す。電極消耗は、形成された黒色シリコンの厚さに依存する。上で述べられたように、図８の電極アセンブリが内部電極及び外部電極部材を有するときに、「シャワーヘッド」は内部電極を意味し、「延長部分」は外部電極部材を意味する。
【００３１】
図９〜１１は、新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す。エッチング速度不均一性は、新しい電極アセンブリ（例えば、上部電極すなわちＵＥ）の表面厚さを例えば４９以上の点で測定することによって決定されることができる。その後の表面厚さの測定値は、３シグマ（σ）標準偏差内の表面厚さの分布を決定するために使用されうる。好ましい不均一性測定値は、１０％未満であり、より好ましくは８％未満であり、一方で、約１５％以上の不均一性測定値は、一般に、電極アセンブリの性能劣化と相関関係にある。
【００３２】
図９Ａ及び９Ｂは、それぞれＳｉＮウェハエッチングのエッチング速度及びエッチング不均一性のグラフであり、図９Ｃ及び９Ｄは、それぞれＳｉＯ２ウェハエッチングのエッチング速度及びエッチング不均一性のグラフである。図９Ａ〜９Ｄの各々は、エッチング（例えば、８００枚のウェハのエッチング）に４回使用された電極アセンブリのエッチング速度又はエッチング不均一性のデータを示し、ここで、電極アセンブリは各エッチングサイクルの後で研磨され酸溶液で洗浄されている。
【００３３】
図１０Ａは、ＳｉＮウェハエッチングのエッチング速度及びエッチング不均一性のグラフであり、図１０Ｂは、ＳｉＯｘウェハエッチングのエッチング速度及びエッチング不均一性のグラフである。ＲＦ１０時間後にＳｉＮは黒色シリコン形成を示す可能性があるが、一方、ＳｉＯｘのエッチング速度及び不均一性は、フッ素化ケイ酸塩ガラスのビアエッチングのＲＦ３０時間後でも黒色シリコンの形成を示さないことを、図１０は示している。
【００３４】
研磨及びチャンバ性能試験の後で、０．１３０μｍよりも大きな粒子についての表面粒子測定値は、製品仕様（例えば、３０未満の粒子数）の範囲内であることが分かった。ＲＦのある試験では、粒子数が例えば１２増加したが、ＲＦのない試験（すなわち、プラズマのないガス流）では、粒子数は例えば１４増加した。
【００３５】
図１１Ａ〜Ｅは、新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのＳｉＮエッチング速度分布を、縁３ｍｍを除いたウェハ上の４９の点で示す。より具体的には、図１１Ａは、新しい電極アセンブリの場合のウェハ上のＳｉＮエッチング速度分布を示し、図１１Ｂは、使用された電極アセンブリの場合のウェハ上のＳｉＮエッチング速度分布を示し、図１１Ｃは、手動研磨した後でのウェハ上のＳｉＮエッチング速度分布を示し、図１１Ｄは、電極アセンブリでＲＦ１０時間エッチングした後でのウェハ上のＳｉＮエッチング速度分布を示し、さらに、図１１Ｅは、電極アセンブリでＲＦ３０時間エッチングした後でのウェハ上のＳｉＮエッチング速度分布を示す。図９〜１１は、エッチング速度及びエッチング均一性の回復の効果を示している。
【００３６】
様々な実施形態が説明されたが、当業者には明らかなように、変形及び修正が用いられうれることは理解されるべきである。そのような変形及び修正は、本明細書に添付された特許請求の範囲の範囲内と考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】洗浄中に電極アセンブリを支持するための固定具を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａの拡大部分を示す図である。
【図２Ａ】新しい電極アセンブリのシリコン表面モルフォロジを示す図である。
【図２Ｂ】使用された電極アセンブリの研磨前のシリコン表面モルフォロジを示す図である。
【図２Ｃ】使用された電極アセンブリの研磨前のシリコン表面モルフォロジを示す図である。
【図２Ｄ】使用された電極アセンブリの研磨前のシリコン表面モルフォロジを示す図である。
【図２Ｅ】使用された電極アセンブリの研磨後のシリコン表面モルフォロジを示す図である。
【図２Ｆ】使用された電極アセンブリの研磨後のシリコン表面モルフォロジを示す図である。
【図２Ｇ】使用された電極アセンブリの研磨後のシリコン表面モルフォロジを示す図である。
【図３】洗浄されなかった使用された電極アセンブリの例を示す図である。
【図４】洗浄されなかった使用された電極アセンブリの例を示す図である。
【図５】再生された電極アセンブリの例を示す図である。
【図６Ａ】酸溶液で拭くことに起因する内部電極アセンブリのシリコン表面の変色を示す図である。
【図６Ｂ】酸溶液で拭くことに起因する外部電極アセンブリ部材のシリコン表面の変色を示す図である。
【図７Ａ】再生前後の電極アセンブリの例を示す図である。
【図７Ｂ】再生前後の電極アセンブリの例を示す図である。
【図７Ｃ】再生前後の電極アセンブリの例を示す図である。
【図７Ｄ】再生前後の電極アセンブリの例を示す図である。
【図８】研磨及びサイクル中の電極消耗を示す図である。
【図９Ａ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図９Ｂ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図９Ｃ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図９Ｄ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図１０Ａ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図１０Ｂ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図１１Ａ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図１１Ｂ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図１１Ｃ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図１１Ｄ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図１１Ｅ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン電極アセンブリのエッチング速度及びエッチング均一性を回復する方法に関する。
【発明の開示】
【０００２】
プラズマに曝されたシリコン表面を有する使用された電極アセンブリを洗浄する方法は、シリコン表面を研磨することを含む。好ましいことには、本洗浄は、シリコン表面から黒色シリコン及び金属汚染物質を除去する。電極アセンブリは、洗浄後に、プラズマエッチングチャンバで誘電体材料をエッチングするために使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００３】
電極アセンブリを使用して非常に多くのＲＦ時間（プラズマを発生するために高周波パワーが使用された時間単位の時間）が経過した後で、使用されたシリコン電極アセンブリは、エッチング速度の低下及びエッチング均一性のドリフトを示す。エッチング性能の低下は、電極アセンブリのシリコン表面の汚染だけでなく電極アセンブリのシリコン表面のモルフォロジの変化に起因し、これらの双方は、誘電体エッチングプロセスの結果である。
【０００４】
使用された電極アセンブリのシリコン表面を研磨して、黒色シリコン及び他の金属汚染を除去することができる。金属汚染物は、酸溶液で拭くことによってシリコン表面を変色させることなく、そのような電極アセンブリのシリコン表面から効果的に除去されることができ、拭くことによって、電極アセンブリ結合剤に対する損傷の危険性が低くなる。したがって、電極アセンブリを洗浄することによって、プロセス窓のエッチング速度及びエッチング均一性を許容可能なレベルに回復させることができる。
【０００５】
誘電体エッチングシステム（例えば、Ｌａｍ２３００Ｅｘｅｌａｎ（登録商標）及びＬａｍＥｘｅｌａｎ（登録商標）ＨＰＴ）は、ガス出口を含むシリコンシャワーヘッド電極アセンブリを含みうる。本件出願と同一出願により保有され、引用することによってその内容をここに合体される米国特許第６，３７６，３８５号に開示されているように、ただ１つのウェハのような半導体基板の処理を行うことができるプラズマ反応チャンバの電極アセンブリは、黒鉛裏当てリング又は部材のような支持部材、均一な厚さの円形ディスクの形をしたシリコンシャワーヘッド電極のような電極、及び、支持部材と電極の間のエラストマ結合部を含みうる。エラストマ結合部は、電極アセンブリの温度サイクルの結果としての熱膨張を補償するように支持部材と電極の間の動きを可能にする。エラストマ結合部は電気及び／又は熱伝導性充填剤を含んでもよく、エラストマは、高温で安定な触媒硬化重合体であってもよい。例えば、エラストマ結合剤は、シリコン重合体及びアルミニウム合金粉末充填剤を含みうる。結合剤を損傷する可能性がある酸溶液を電極アセンブリの結合剤と接触させないために、好ましくは、使用された電極アセンブリのシリコン表面は酸溶液で拭かれる。
【０００６】
さらに、電極アセンブリは、内部電極を取り囲み場合によっては誘電体材料のリングで内部電極から分離されている外部電極リング又は部材を含みうる。外部電極部材は、３００ｍｍウェハなどのより大きなウェハを処理するように電極を延長するのに有用である。外部電極部材のシリコン表面は、平らな表面及び傾斜外縁部を備えうる。内部電極と同様に、外部電極部材は、好ましくは、裏当て部材を備え、例えば、外部リングは電気的に接地されたリングを備え、このリングに外部電極部材がエラストマ結合されうる。内部電極及び／又は外部電極部材の裏当て部材は、容量結合されたプラズマ処理ツールに取り付けるための取付け穴を有しうる。電極アセンブリの汚染物質を最小限にするために、内部電極と外部電極部材との双方は、好ましくは、単結晶シリコンで構成される。外部電極部材は、環状構成に配列された単結晶シリコンのいくつかのセグメント（例えば、６セグメント）で構成され、各セグメントは裏当て部材に結合（例えば、エラストマ結合）されている。さらに、環状構成の隣接したセグメントは重なり合って隣接セグメント間にギャップ又は接合部があることがある。
【０００７】
誘電体エッチングツールで使用されるシリコン電極アセンブリは、この電極アセンブリを使用する非常に多くのＲＦ時間が経過した後で、部分的には黒色シリコンの形成のために悪化している。「黒色シリコン」は、プラズマ処理工程中に表面に沈積された汚染物質によって表面が微小マスクされた結果として、プラズマに曝されたシリコン表面に生じうる。黒色シリコンの形成の影響を受ける特定のプラズマ処理条件には、低Ｋビアのエッチング時に使用されるような、中間ＲＦパワーでの高窒素濃度、低酸素濃度及び低ＣｘＹｘ濃度がある。微小マスクされた表面領域は、約１０ｎｍから約１０ミクロンの程度であり得る。どんな特定の理論にも拘束されることを望まないが、シリコン電極（又は他のシリコン部分）のプラズマに曝された表面への黒色シリコン形成は、プラズマ処理工程中におけるシリコン電極への不連続的な重合体沈積の結果として生じると思われる。
【０００８】
シリコン酸化物又は低ｋ誘電体材料層などの半導体基板上の誘電体材料をエッチングする主エッチングステップ中に、不連続的な重合体沈積物が、プラズマに曝された表面、例えばシリコン上部電極の下面に生じ得る。重合体沈積物は、一般に、下にある表面をエッチングから選択的に保護する３次元島状形成物を形成する。いったん針状形成物が形成されると、それから重合体沈積物は、この針の先端に優先的に生じ、それによって、連続する基板に対する主エッチングステップ中に、微小マスク機構及び黒色シリコン拡大を加速する。微小マスクされた表面領域の不均一な異方性エッチングは、結果として、狭い間隔で並んだ針状又は棒状特徴を表面に形成することになる。これらの特徴は、光がシリコン表面の変形領域で反射するのを妨げ、これによって、それらの領域は黒色の外見になる。針状微小特徴は、狭い間隔で並び、一般に、約１０ｎｍ（０．０１μｍ）から約５０，０００ｎｍ（５０μｍ）の長さを有することができ（また、いくつかの例では、約１ｍｍ程度又はもっと長い長さを有することがあり）、さらに、一般に、約１０ｎｍから約５０μｍの幅を有しうる。
【０００９】
黒色シリコンの影響を受けた電極アセンブリのシリコン表面は、研磨によって再生させうる。研磨の前に、電極アセンブリは、異物を除去するために前洗浄されうる。そのような前洗浄は、ＣＯ２雪吹付けを含んでもよく、このＣＯ２吹付けは、処理される表面にドライアイスの小さな薄片（例えば、ノズルを通して液体ＣＯ２を大気圧まで膨張させて、ＣＯ２の柔らかい薄片を形成することで生じる）の流れを向け、その結果、その薄片は、基板上の大きさが１ミクロン未満の小さな粒状汚染物質に当たり、そのとき昇華によって気化し、表面からその汚染物質を持ち上げる。それから、汚染物質及びＣＯ２ガスは、一般に、高性能粒子空気（ＨＥＰＡ）フィルタなどのフィルタを通過し、そこで汚染物質は集められガスは放出される。適切な雪生成装置の例は、Ｖａｔｒａｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．（カリフォルニア州チュラビスタ）から市販されているＳｎｏｗ Ｇｕｎ−ＩＩ（商標）である。研磨の前に、電極アセンブリは、アセトン及び／又はイソプロピルアルコールで洗浄されてもよい。例えば、電極アセンブリは、アセトンに３０分間浸漬され、有機汚れ又は沈積物を除去するように拭かれてもよい。
【００１０】
研磨は、適切な粗さ等級数の研削砥石を使用して旋盤で電極アセンブリの表面を研削し、別の砥石を使用して所望の仕上げ（例えば、８ミクロン−インチ）まで電極アセンブリ表面を研磨することを含む。好ましくは、汚れを除去し電極アセンブリを濡れた状態に保つために、シリコン表面は、不断の流水の下で研磨される。水が追加されたとき、研磨中にスラリーが生じることがあり、このスラリーは電極アセンブリ表面から取り除かれるべきである。電極アセンブリは、最初にＥｒｇｏＳＣＲＵＢ（商標）及びＳｃｒｕｂＤＩＳＫ（商標）を使用して研磨されてもよい。研磨手順（すなわち、使用される研磨紙の選択及び順序）は、電極アセンブリのシリコン表面の損傷の程度に依存する。
【００１１】
激しい点腐食又は損傷がシリコン電極アセンブリに観察される場合には、研磨は、均一で平らな表面が実現されるまで、例えば１４０又は１６０グリットのダイアモンド研磨ディスクから始まることがある。次の研磨は、例えば、２２０、２８０、３６０、８００及び／又は１３５０グリットのダイアモンド研磨ディスクであってもよい。軽微な点腐食又は損傷がシリコン電極アセンブリに観察される場合には、研磨は、均一で平らな表面が実現されるまで、例えば２８０グリットのダイアモンド研磨ディスクから始まることがある。次の研磨は、例えば、３６０、８００及び／又は１３５０グリットのダイアモンド研磨ディスクであってもよい。
【００１２】
研磨中に、電極アセンブリは、好ましくは約４０〜１６０ｒｐｍの回転速度のターンテーブルに取り付けられている。強い力は、電極アセンブリのシリコン表面又は結合領域に損傷を引き起こす可能性があるので、好ましくは、研磨中に均一で強くない力が加えられる。したがって、電極アセンブリの点腐食又は損傷の度合いに依存して、研磨プロセスには相当な量の時間がかかる可能性がある。外部電極リング又は部材（例えば、平らな表面と傾斜外縁部の間の中間面）の形及び角度は、好ましくは、研磨中は維持される。電極アセンブリのガス出口及び結合部内に捕獲された粒子を最小限にするために、研磨ディスクを交換するときはいつでも、脱イオン水銃を使用して、研磨中に生じた粒子をガス出口及び接合部から除去し、さらに、ＵｌｔｒａＳＯＬＶ（登録商標）ＳｃｒｕｂＰＡＤを使用して研磨ディスクから粒子を除去してもよい。
【００１３】
研磨に続いて、電極アセンブリは、好ましくは、脱イオン水でリンスされ、ブロー乾燥される。電極アセンブリの表面粗さは、例えばＳｕｒｆｓｃａｎシステムを使用して測定されうる。電極アセンブリの表面粗さは、好ましくは、約８μ−インチ以下である。
【００１４】
電極アセンブリのガス出口及び結合部に捕獲されている可能性がある粒子を自由にするために、電極アセンブリは、好ましくは、８０℃の脱イオン水に１時間浸漬される。電極アセンブリの表面から粒子を除去するために、電極アセンブリは、約６０℃の脱イオン水中で３０分間超音波洗浄されてもよい。捕獲粒子を除去するのを助けるために、電極アセンブリは、超音波洗浄中に超音波槽の中で上下に動かされてもよい。
【００１５】
電極アセンブリのガス出口及び結合部又は取付け穴を含む電極アセンブリは、５０ｐｓｉ以下の圧力の窒素又は脱イオン水の銃を使用して洗浄されてもよい。使用された電極アセンブリの黒鉛表面は緩んだ表面構造であるかもしれないので、電極アセンブリの黒鉛裏当て部材に損傷を与え又は強い衝撃を与えるのを防止するように特殊な取り扱いが必要とされる可能性がある。クリーンルーム用紙、ナイロン線又は白糸を使用して、例えば電極アセンブリのガス出口及び結合部からの粒子除去特性を検査してもよい。電極アセンブリは、５０ｐｓｉ以下の圧力の窒素銃を使用して乾燥してもよい。
【００１６】
例えば、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ及びＴｉなどの金属汚染物質は、フッ化水素酸、硝酸、酢酸及び脱イオン水を含む酸溶液でシリコン表面を洗浄することによって、シリコン表面を変色させることなく、電極アセンブリ好ましくは研磨された電極アセンブリのシリコン表面から除去されうる。好ましいことには、フッ化水素酸、硝酸、酢酸及び脱イオン水を含む酸溶液で洗浄することで、点腐食又は表面粗さなどのシリコン表面モルフォロジ損傷又はシリコン表面の色変化は起きない。シリコン表面色変化は、表面非清浄度ならびに酸化状態変化を反映している。
【００１７】
上記の酸溶液のうちのフッ化水素酸及び硝酸の成分に関して、フッ化水素酸と硝酸との溶液の電極アセンブリのシリコン表面との化学反応は、次の通りである。
３Ｓｉ＋１２ＨＦ＋４ＨＮＯ３→３ＳｉＦ４＋４ＮＯ＋８Ｈ２Ｏ
［Ｈ＋］［Ｆ−］＝ｋ１［ＨＦ］ ｋ１＝１．３×１０−３モル／リットル
［ＨＦ］［Ｆ−］＝ｋ２［ＨＦ２］ ｋ２＝０．１０４モル／リットル
フッ化水素酸の溶解速度は、１．３×１０−３モル／リットルという低い反応定数ｋ１のために低い。フッ化水素酸を含む溶液で処理した後で、シリコン電極のシリコン表面はＳｉ−Ｈ（１水素）、Ｓｉ−Ｈ２（２水素）及びＳｉ−Ｈ３（３水素）で覆われていることが、赤外分光分析によって明らかになることがある。
【００１８】
理論で拘束されることを望まないが、フッ化水素酸と硝酸との酸溶液によるシリコンのエッチング中に、シリコンが硝酸で酸化され、その後フッ化水素酸による酸化シリコンの溶解が続く電気化学反応が起こると信じられている。フッ化水素酸の濃度が低い酸溶液では、エッチングプロセスの活性化エネルギーは、０から５０℃の温度で４キロカロリー／モルである。このたった１つの低い値は、拡散制御プロセスの特徴であり、異なるシリコン材料のエッチング速度が低濃度で基本的に同じであることによって説明される。対照的に、フッ化水素酸の濃度の高い酸溶液では、２つの異なる活性化エネルギーが観察される。高温では、活性化エネルギーは１０〜１４キロカロリー／モルであり、低温では活性化エネルギーは約２０キロカロリー／モルである。これらの値は、表面制御プロセスの特徴であり、表面制御プロセスでは、シリコンのドーパント濃度、シリコンの結晶配向及びシリコンの欠陥がエッチングプロセスで役割を果たしている。
【００１９】
したがって、電極アセンブリのシリコン表面の洗浄中におけるエッチング速度のドーパント濃度、結晶配向依存性をなくするために、好ましくは、酸溶液は低濃度のフッ化水素酸を含む。酸溶液は、好ましくはシリコンを異方性（単一方向）エッチングするのとは対照的に、シリコンを等方性エッチングする（非指向性的に、すなわち、エッチング速度はすべての方向で相対的に一定である）。フッ化水素酸は、いくつかの金属不純物と錯イオンを形成してその金属不純物を除去することができるが、フッ化水素酸は、例えばＣｕを除去するのに効果的でない。しかし、強い酸化剤である硝酸は、例えばＡｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｎ及びこれらの組合せのような不純物と反応し、容易に除去できるイオンを形成することができる。硝酸は、好ましくは、洗浄されたシリコン表面の色変化を引き起こさない量で存在している。
【００２０】
したがって、フッ化水素酸と硝酸との酸溶液は、０．１ミクロン以下の小さなエッチング特徴サイズのための誘電体エッチングプロセス条件を満たすように、シリコン電極の高い汚染除去効率を達成することができる。しかし、硝酸は強い酸化剤であるので、汚染されたシリコン表面がフッ化水素酸と硝酸との溶液に曝されたとき、硝酸は金属汚染物質を酸化するだけでなくシリコンと反応し、それによって、緑色、青色、茶色及び紫色などのシリコン表面の色変化を引き起こす。脱イオン水でリンスされた研磨シリコン電極アセンブリの場合でも、シリコン表面をフッ化水素酸と硝酸との溶液で拭くと、シリコン表面の色は、シリコン表面に存在する金属汚染物質に依存して、明るい一様な色から緑色がかった、青みをおびた、茶色がかった又は紫がかった色に変化することが、実験で示された。
【００２１】
酸化速度を制御し、かつ一定のｐＨ値を維持するように緩衝液を供給するために、高い汚染物質除去効率及び表面清浄度を維持しながら、シリコン表面色変化を防ぐために酢酸が加えられる。しかし、高濃度の酢酸はシリコン表面反応を遅くし洗浄効率を低下させる可能性があるので、シリコン表面は色変化を示すことがある。さらに、酢酸は、汚染物質例えば金属イオンと錯イオンを形成する可能性がある。したがって、酸溶液は、０．２５〜１容量％の量のフッ化水素酸、１０〜４０容量％の量の硝酸及び１０〜２０容量％の量の酢酸を含むことがある。
【００２２】
電極アセンブリの結合剤が酸溶液で化学的に腐食される危険性を減すために、電極アセンブリを酸溶液中に浸漬するのとは対照的に、好ましくは拭くことによって電極アセンブリのシリコン表面を酸溶液と接触させて、金属汚染物が除去される。このように電極アセンブリのシリコン表面だけを酸溶液と接触させることによって、さらに、シリコン表面が洗浄される間電極アセンブリのシリコン表面が下の方に向いて支持されるようにする固定具によって、裏当て部材又は結合部分との酸溶液の意図しない接触は防止される。電極アセンブリのシリコン表面が下の方に向いて支持された状態で、シリコン表面に適用された過剰な酸溶液は、裏当て部材又は結合領域に流れるのとは対照的に、シリコン表面から滴り落ちた後で集めることができる。裏当て部材及び結合領域は、酸溶液と接触した場合には、好ましくは、直ちに脱イオン水で洗浄される。その上、好ましくは、電極部材の露出した結合剤は、酸溶液で洗浄する前にマスク材料及び／又は化学薬品に耐性のあるテープで覆うことによって保護される。
【００２３】
裏当て部材又は結合領域と酸溶液の意図しない接触を防ぐ他の手段には、裏当て部材からシリコン表面まで吹き付けられてどんな残留溶液もシリコン表面から吹き飛ばす圧縮窒素ガスを使用して、拭いた後の電極アセンブリを乾燥することがある。拭いた後で、電極アセンブリを脱イオン水でリンスすることによって、電極アセンブリから溶液が除去される。同様に、脱イオン水を用いたリンス中の残留酸溶液による結合剤の可能性のある腐食は、裏当て部材を脱イオン水でリンスし続いてシリコン表面を脱イオン水でリンスすることによって、さらに減少させうる。シリコン表面が下の方に向いている状態で電極アセンブリが固定具に支持された場合、電極アセンブリは裏当て部材からシリコン表面まで、さらに存在すればガス孔を通してリンスされる。
【００２４】
洗浄されるべき電極アセンブリに合わせて作られた固定具は、作業台面より上に電極アセンブリを持ち上げて電極アセンブリの下の方に向いている表面を洗浄することができるようにする頑丈なベース及び３以上の支持部材を備えている。洗浄中に電極アセンブリを支持する固定具を示す図１Ａ、及び図１Ａの拡大部分を示す図１Ｂに示されるように、各支持部材の上部には、電極アセンブリが載り電極部材が支持部材から滑り落ちるのを妨げる段がある。支持部材及びベースは、好ましくは、酸に対して化学的に耐性のあるテフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）などの化学的に耐性のある材料でコーティングされ、かつ／又は作られている。
【００２５】
金属汚染物質の洗浄手順は、電極アセンブリをアセトン及び／又はイソプロピルアルコールで拭き、脱イオン水でリンスし、その後電極アセンブリのシリコン表面を酸溶液で拭き、電極アセンブリを脱イオン水でリンスし、さらに窒素でブロー乾燥し、再びシリコン表面を酸溶液で拭き、電極アセンブリを脱イオン水でリンスし、電極アセンブリを脱イオン水中で６０分間超音波洗浄し、電極アセンブリを脱イオン水でリンスし、さらに窒素でブロー乾燥し、さらに、電極アセンブリを１２０℃で２時間ベーキングすることによる前洗浄を含むことがある。
【００２６】
再生された電極アセンブリが製品仕様に一致することを保証するために、好ましくは、電極アセンブリは、再生前及び再生後に検査される。検査は、例えば、寸法（例えば、厚さ）、表面粗さ（Ｒａ、例えば１６μ−インチ以下、好ましくは８μ−インチ以下）、表面清浄度（誘導結合プラズマ質量分光分析）、例えばＱＩＩＩ（登録商標）＋表面粒子検出器（カリフォルニア州リヴァーモア、Ｐｅｎｔａｇｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）によって測定されるような表面粒子数、表面モルフォロジ（例えば、走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）による）、及び黒色シリコンピット及びエッチ深さの測定を測定することを含みうる。さらに、好ましくは、再生された電極アセンブリが許容可能なエッチング速度及びエッチング均一性を示すことを保証するために、再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能が試験される。
【００２７】
図２Ａ（Ｒａ＝１６μ−インチ）は、新しい電極アセンブリのシリコン表面モルフォロジを示し、図２Ｂ〜Ｄ（それぞれ、Ｒａ＝２４０、１７０及び２９０μ−インチ）は使用された電極アセンブリの研磨前のシリコン表面モルフォロジを示し、さらに図２Ｅ〜Ｇ（それぞれ、Ｒａ＝９、９及び１０μ−インチ）は使用された電極アセンブリの研磨後のシリコン表面モルフォロジを示す。図２Ａ〜Ｇは、１００倍の倍率のシリコン表面のＳＥＭ像を示す。図２の電極アセンブリは、上で述べられたように内部電極及び外部電極部材を有する。図２Ｂ及び２Ｅは、内部電極の中心から撮られた像であり、図２Ｃ及び２Ｆは、内部電極の縁部から撮られた像であり、図２Ｄ及び２Ｇは、外部電極部材から撮られた像である。図２は、研磨によって、使用された電極アセンブリのシリコン表面モルフォロジ及び粗さが新しい電極アセンブリの状態まで回復することを示す。
【００２８】
図３及び４は、使用されたが洗浄されていない電極アセンブリの例を示し、図５は、再生された電極アセンブリの例を示す。図６Ａは、酸溶液で拭くことに起因する内部電極アセンブリのシリコン表面の変色を示し、図６Ｂは、酸溶液で拭くことに起因する外部電極アセンブリ部材のシリコン表面の変色を示す。図７Ａ（Ｒａ＞１５０μ−インチ）及び７Ｂ（Ｒａ＞３００μ−インチ）は、再生前の使用された電極アセンブリの例を示し、一方、図７Ｃ及び７Ｄ（両方とも、Ｒａ＜８μ−インチである）は、再生後の電極アセンブリの例を示す。図７Ａ及び７Ｃは、外部電極部材を示し、一方、図７Ｂ及び７Ｄは、内部電極を示す。
【００２９】
［実施例］
再生された電極アセンブリの以下の実施例は、説明にために提供されるもので、限定されるものでない。図８〜１１及び対応する実施例で使用されるときに、「サイクル」は、電極アセンブリを使用して半導体ウェハをエッチングすることを意味し、また「研磨」は、上で説明されたように、電極アセンブリのシリコン表面を研磨することと電極アセンブリのシリコン表面を酸溶液で洗浄することとの双方の組合せを意味する。
【００３０】
図８は、研磨及びサイクル中の電極消耗を示す。電極消耗は、形成された黒色シリコンの厚さに依存する。上で述べられたように、図８の電極アセンブリが内部電極及び外部電極部材を有するときに、「シャワーヘッド」は内部電極を意味し、「延長部分」は外部電極部材を意味する。
【００３１】
図９〜１１は、新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す。エッチング速度不均一性は、新しい電極アセンブリ（例えば、上部電極すなわちＵＥ）の表面厚さを例えば４９以上の点で測定することによって決定されることができる。その後の表面厚さの測定値は、３シグマ（σ）標準偏差内の表面厚さの分布を決定するために使用されうる。好ましい不均一性測定値は、１０％未満であり、より好ましくは８％未満であり、一方で、約１５％以上の不均一性測定値は、一般に、電極アセンブリの性能劣化と相関関係にある。
【００３２】
図９Ａ及び９Ｂは、それぞれＳｉＮウェハエッチングのエッチング速度及びエッチング不均一性のグラフであり、図９Ｃ及び９Ｄは、それぞれＳｉＯ２ウェハエッチングのエッチング速度及びエッチング不均一性のグラフである。図９Ａ〜９Ｄの各々は、エッチング（例えば、８００枚のウェハのエッチング）に４回使用された電極アセンブリのエッチング速度又はエッチング不均一性のデータを示し、ここで、電極アセンブリは各エッチングサイクルの後で研磨され酸溶液で洗浄されている。
【００３３】
図１０Ａは、ＳｉＮウェハエッチングのエッチング速度及びエッチング不均一性のグラフであり、図１０Ｂは、ＳｉＯｘウェハエッチングのエッチング速度及びエッチング不均一性のグラフである。ＲＦ１０時間後にＳｉＮは黒色シリコン形成を示す可能性があるが、一方、ＳｉＯｘのエッチング速度及び不均一性は、フッ素化ケイ酸塩ガラスのビアエッチングのＲＦ３０時間後でも黒色シリコンの形成を示さないことを、図１０は示している。
【００３４】
研磨及びチャンバ性能試験の後で、０．１３０μｍよりも大きな粒子についての表面粒子測定値は、製品仕様（例えば、３０未満の粒子数）の範囲内であることが分かった。ＲＦのある試験では、粒子数が例えば１２増加したが、ＲＦのない試験（すなわち、プラズマのないガス流）では、粒子数は例えば１４増加した。
【００３５】
図１１Ａ〜Ｅは、新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのＳｉＮエッチング速度分布を、縁３ｍｍを除いたウェハ上の４９の点で示す。より具体的には、図１１Ａは、新しい電極アセンブリの場合のウェハ上のＳｉＮエッチング速度分布を示し、図１１Ｂは、使用された電極アセンブリの場合のウェハ上のＳｉＮエッチング速度分布を示し、図１１Ｃは、手動研磨した後でのウェハ上のＳｉＮエッチング速度分布を示し、図１１Ｄは、電極アセンブリでＲＦ１０時間エッチングした後でのウェハ上のＳｉＮエッチング速度分布を示し、さらに、図１１Ｅは、電極アセンブリでＲＦ３０時間エッチングした後でのウェハ上のＳｉＮエッチング速度分布を示す。図９〜１１は、エッチング速度及びエッチング均一性の回復の効果を示している。
【００３６】
様々な実施形態が説明されたが、当業者には明らかなように、変形及び修正が用いられうれることは理解されるべきである。そのような変形及び修正は、本明細書に添付された特許請求の範囲の範囲内と考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】洗浄中に電極アセンブリを支持するための固定具を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａの拡大部分を示す図である。
【図２Ａ】新しい電極アセンブリのシリコン表面モルフォロジを示す図である。
【図２Ｂ】使用された電極アセンブリの研磨前のシリコン表面モルフォロジを示す図である。
【図２Ｃ】使用された電極アセンブリの研磨前のシリコン表面モルフォロジを示す図である。
【図２Ｄ】使用された電極アセンブリの研磨前のシリコン表面モルフォロジを示す図である。
【図２Ｅ】使用された電極アセンブリの研磨後のシリコン表面モルフォロジを示す図である。
【図２Ｆ】使用された電極アセンブリの研磨後のシリコン表面モルフォロジを示す図である。
【図２Ｇ】使用された電極アセンブリの研磨後のシリコン表面モルフォロジを示す図である。
【図３】洗浄されなかった使用された電極アセンブリの例を示す図である。
【図４】洗浄されなかった使用された電極アセンブリの例を示す図である。
【図５】再生された電極アセンブリの例を示す図である。
【図６Ａ】酸溶液で拭くことに起因する内部電極アセンブリのシリコン表面の変色を示す図である。
【図６Ｂ】酸溶液で拭くことに起因する外部電極アセンブリ部材のシリコン表面の変色を示す図である。
【図７Ａ】再生前後の電極アセンブリの例を示す図である。
【図７Ｂ】再生前後の電極アセンブリの例を示す図である。
【図７Ｃ】再生前後の電極アセンブリの例を示す図である。
【図７Ｄ】再生前後の電極アセンブリの例を示す図である。
【図８】研磨及びサイクル中の電極消耗を示す図である。
【図９Ａ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図９Ｂ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図９Ｃ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図９Ｄ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図１０Ａ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図１０Ｂ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図１１Ａ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図１１Ｂ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図１１Ｃ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図１１Ｄ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【図１１Ｅ】新しい電極アセンブリ、使用された電極アセンブリ及び再生された電極アセンブリのプラズマエッチングチャンバでの性能試験の結果を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマに曝されたシリコン表面を含む使用された電極アセンブリを洗浄する方法であって、
前記方法は前記シリコン表面を研磨する手順を含み、前記洗浄で前記シリコン表面から黒色シリコンが除去されることを特徴とする方法。
【請求項２】
研磨の前に前記シリコン表面にＣＯ２雪吹付け（snowblasting）をする手順をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シリコン表面が、０．２０３μｍ（８μ−インチ）以下の表面粗さまで研磨されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記シリコン表面が、不断の流水の下で研磨されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記シリコン表面が、２２０、２８０、３６０、８００及び１３５０グリットのダイアモンド研磨ディスクの一つ以上を使用して研磨されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記電極アセンブリが、研磨中に４０〜１６０ｒｐｍの速度で回転されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
研磨後、前記電極アセンブリのガス出口及び結合部内から粒子を除去する手順をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記粒子が、窒素又は脱イオン水の銃を使用して除去されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記電極アセンブリを脱イオン水中に浸漬する手順をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記電極アセンブリを脱イオン水中で超音波洗浄する手順をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記電極アセンブリが、ガス出口を有するシャワーヘッド電極であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記シリコン表面が、黒鉛裏当て部材にエラストマ結合されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記黒鉛裏当て部材が、取付け穴を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
電極アセンブリが、外部電極部材で取り囲まれた内部電極を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記外部電極部材が、環状構成に配列されたシリコンセグメントで構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記シリコン表面が、単結晶シリコンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記シリコン表面を酸溶液で洗浄する手順をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記研磨後に前記電極アセンブリを検査して前記電極アセンブリが製品仕様に一致することを保証する手順をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記シリコン表面の粗さが検査されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記研磨後に、前記電極アセンブリの性能をプラズマエッチングチャンバの中で試験する手順をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記電極アセンブリのエッチング速度及びエッチング均一性が試験されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
請求項１に記載の方法に従って洗浄されたことを特徴とする電極アセンブリ。
【請求項２３】
請求項１に記載の前記洗浄された電極アセンブリを使用して、プラズマエッチングチャンバで誘電体材料をエッチングすることを特徴とする方法。
【請求項１】
プラズマに曝されたシリコン表面を含む使用された電極アセンブリを洗浄する方法であって、
前記方法は前記シリコン表面を研磨する手順を含み、前記洗浄で前記シリコン表面から黒色シリコンが除去されることを特徴とする方法。
【請求項２】
研磨の前に前記シリコン表面にＣＯ２雪吹付け（snowblasting）をする手順をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シリコン表面が、０．２０３μｍ（８μ−インチ）以下の表面粗さまで研磨されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記シリコン表面が、不断の流水の下で研磨されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記シリコン表面が、２２０、２８０、３６０、８００及び１３５０グリットのダイアモンド研磨ディスクの一つ以上を使用して研磨されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記電極アセンブリが、研磨中に４０〜１６０ｒｐｍの速度で回転されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
研磨後、前記電極アセンブリのガス出口及び結合部内から粒子を除去する手順をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記粒子が、窒素又は脱イオン水の銃を使用して除去されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記電極アセンブリを脱イオン水中に浸漬する手順をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記電極アセンブリを脱イオン水中で超音波洗浄する手順をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記電極アセンブリが、ガス出口を有するシャワーヘッド電極であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記シリコン表面が、黒鉛裏当て部材にエラストマ結合されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記黒鉛裏当て部材が、取付け穴を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
電極アセンブリが、外部電極部材で取り囲まれた内部電極を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記外部電極部材が、環状構成に配列されたシリコンセグメントで構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記シリコン表面が、単結晶シリコンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記シリコン表面を酸溶液で洗浄する手順をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記研磨後に前記電極アセンブリを検査して前記電極アセンブリが製品仕様に一致することを保証する手順をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記シリコン表面の粗さが検査されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記研磨後に、前記電極アセンブリの性能をプラズマエッチングチャンバの中で試験する手順をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記電極アセンブリのエッチング速度及びエッチング均一性が試験されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
請求項１に記載の方法に従って洗浄されたことを特徴とする電極アセンブリ。
【請求項２３】
請求項１に記載の前記洗浄された電極アセンブリを使用して、プラズマエッチングチャンバで誘電体材料をエッチングすることを特徴とする方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図２Ｇ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１１Ｅ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図２Ｇ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１１Ｅ】
【公表番号】特表２００８−５２５２０５（Ｐ２００８−５２５２０５Ａ）
【公表日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４８３０６（Ｐ２００７−５４８３０６）
【出願日】平成１７年１２月１５日（２００５．１２．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４５３６１
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０７１５４４
【国際公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【出願人】（５９２０１００８１）ラム リサーチ コーポレーション (467)
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１５日（２００５．１２．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４５３６１
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０７１５４４
【国際公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【出願人】（５９２０１００８１）ラム リサーチ コーポレーション (467)
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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