JP2003007682A - プラズマ処理装置用の電極部材 - Google Patents
プラズマ処理装置用の電極部材Info
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- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高密度プラズマを発生させるプラズマ処理装
置において、異常放電を防止して均一なエッチングを行
うことができるプラズマ処理装置用の電極部材を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 プラズマ処理装置においてプラズマ発生
用電極のガス供給口の前面に装着されるプラズマ処理装
置用の電極部材１７の材質として、アルミナを含むセラ
ミックの骨格部１８ａを３次元網目状に連続させた３次
元網目構造のセラミック多孔質体を用い、この３次元網
目構造に不規則に形成された空孔部１８ｂを介してプラ
ズマ発生用のガスを通過させる。これにより、供給され
るガスの分布を均一にして異常放電を防止し、ばらつき
のない均一なエッチングを行うことができる。
置において、異常放電を防止して均一なエッチングを行
うことができるプラズマ処理装置用の電極部材を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 プラズマ処理装置においてプラズマ発生
用電極のガス供給口の前面に装着されるプラズマ処理装
置用の電極部材１７の材質として、アルミナを含むセラ
ミックの骨格部１８ａを３次元網目状に連続させた３次
元網目構造のセラミック多孔質体を用い、この３次元網
目構造に不規則に形成された空孔部１８ｂを介してプラ
ズマ発生用のガスを通過させる。これにより、供給され
るガスの分布を均一にして異常放電を防止し、ばらつき
のない均一なエッチングを行うことができる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
においてプラズマ発生用電極のガス供給口の前面に装着
されるプラズマ処理装置用の電極部材に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】基板や半導体装置などの電子部品などの
表面処理を行う装置として、プラズマ処理装置が知られ
ている。プラズマ処理装置は、減圧雰囲気下でプラズマ
を発生させ、このプラズマの物理的・化学的作用により
処理対象物表面のエッチングなどの処理を行うものであ
る。プラズマは、密封された処理室内に所定圧力のプラ
ズマ発生用ガス（以下、単に「ガス」と略記する）を供
給した状態で、処理室内の電極に高周波電圧を印加する
ことにより発生する。 【０００３】このようなプラズマ処理においては、処理
目的によっては高密度のプラズマを発生させることが望
ましい場合がある。例えば半導体ウェハなどのシリコン
基板を対象としたプラズマエッチングを行うプラズマ処
理装置においては、処理効率を向上させる目的で、比較
的高い圧力のガスをシリコンウェハの表面に対して吹き
付けて供給する方法が用いられる。 【０００４】このようなガスの供給方法として、従来よ
りシリコンウェハを保持する下部電極に対向して配置さ
れた上部電極にガス供給口を形成し、上部電極に放電電
極板とガス導入板とを兼ねさせる方式が知られている。
この場合には、上部電極に微細なガス供給孔が多数形成
された放電電極板を装着することにより、シリコンウェ
ハの表面に均一にガスを供給するようにしている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
放電電極板を用いた場合には、以下のような問題点があ
った。ガス供給孔からガスを噴射させて供給する方式で
は、供給されるガスの分布を均一にすることには限界が
あり、シリコンウェハ表面に吹き付けられるガスの量は
供給孔の直下とその他の部分とでは均一ではない。 【０００６】このため、供給孔の近傍にプラズマが集中
して発生する異常放電を誘起しやすく、この異常放電に
より種々の不具合が発生していた。すなわち異常放電が
生じた部分ではエッチングが集中して行われることか
ら、シリコンウェハを損傷させたりエッチング結果にば
らつきを生じるなどのエッチング品質についての不具合
とともに、ガス供給孔が形成された放電電極板の材質に
よっては放電電極板がプラズマによって損耗するなどの
不具合があった。 【０００７】また、セラミックの結晶粒を凝集して焼結
した多孔質セラミックを放電電極板として用いる試みも
行なったが、プラズマの熱によるヒートショックで容易
に破壊されてしまうため、プラズマに直接曝される放電
電極として使用することができない。 【０００８】そこで本発明は、高密度プラズマを発生さ
せるプラズマ処理装置において、異常放電を防止して均
一なエッチングを行うことができ、耐久性に優れたプラ
ズマ処理装置用の電極部材を提供することを目的とす
る。 【０００９】 【課題を解決するための手段】請求項１記載のプラズマ
処理装置用の電極部材は、プラズマ発生用ガスを処理室
に供給するためのガス供給口を有するプラズマ発生用電
極の前記ガス供給口の前面に装着されるプラズマ処理装
置用の電極部材であって、３次元網目構造を有しこの３
次元網目構造の隙間が前記プラズマ発生用ガスを通過さ
せるための複数の不規則経路となっている。 【００１０】本発明によれば、プラズマ発生用電極のガ
ス供給口の前面に装着される電極部材として、３次元網
目構造を有しこの３次元網目構造の隙間がプラズマ発生
用ガスを通過させるための複数の不規則経路となってい
る電極部材を用いることにより、不規則経路による整流
作用によって供給されるガスの分布を均一にして異常放
電を防止し、ばらつきのない均一なエッチングを行うこ
とができる。また、３次元網目構造を有することによ
り、プラズマに直接曝されるような場所、すなわち激し
い熱衝撃に曝される場所であっても十分な耐久性を発揮
することができる。 【００１１】 【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のプラ
ズマ処理装置の断面図、図２（ａ）は本発明の一実施の
形態の電極部材の断面図、図２（ｂ）は本発明の一実施
の形態の電極部材の拡大断面図、図３は本発明の一実施
の形態の電極部材の製造フロー図、図４は本発明の一実
施の形態の電極部材の製造方法の説明図、図５は本発明
の一実施の形態のプラズマ処理装置のガス流量分布を示
す図である。 【００１２】まず図１を参照してプラズマ処理装置につ
いて説明する。図１において、真空チャンバ１の内部は
プラズマ処理を行う処理室２となっており、処理室２内
部には、下部電極３（第１電極）および上部電極４（第
２電極）が上下に対向して配設されている。下部電極３
は電極体５を備えており、電極体５は下方に延出した支
持部５ａによって絶縁体９を介して真空チャンバ１に装
着されている。電極体５の上面には、高熱伝導性材料よ
り成る保持部６が装着されており、保持部６の上面には
回路パターンが形成されたシリコンウェハ７（シリコン
系基板）が載置される。 【００１３】シリコンウェハ７は、回路パターン形成面
の裏側を機械研磨によって薄化加工された直後の状態で
あり、研磨加工面にはマイクロクラックを含むダメージ
層が形成されている。シリコンウェハ７の回路パターン
形成面に貼着された保護テープ７ａ（図５参照）を保持
部６に接触させた姿勢で、すなわち処理対象面である研
磨加工面（回路形成面の裏側）を上向きにした状態で載
置される。そして研磨加工面のダメージ層をプラズマ処
理によって除去（エッチング）する。 【００１４】保持部６には上面に開口する多数の吸着孔
６ａが設けられており、吸着孔６ａは電極体５の支持部
５ａ内を貫通して設けられた吸引路５ｄと連通してい
る。吸引路５ｄは真空吸引部１１と接続されており、保
持部６の上面にシリコンウェハ７が載置された状態で真
空吸引部１１から真空吸引することにより、シリコンウ
ェハ７は保持部６に真空吸着により保持される。 【００１５】保持部６の内部には冷却用の冷媒流路６
ｂ，６ｃが設けられており、冷媒流路６ｂ，６ｃは支持
部５ａ内を貫通して設けられた管路５ｂ，５ｃと連通し
ている。管路５ｂ，５ｃは冷媒循環部１０と接続されて
おり、冷媒循環部１０を駆動することにより、冷媒流路
６ｂ，６ｃ内を冷却水などの冷媒が循環し、これにより
プラズマ処理時に発生した熱によって加熱された保持部
６が冷却される。 【００１６】電極体５は高周波発生部１２と電気的に接
続されており、高周波発生部１２は下部電極３と上部電
極４との間に高周波電圧を印加する。また真空チャンバ
１内の処理室２は、圧力制御部１３と接続されている。
圧力制御部１３は、処理室２の減圧および処理室２内の
真空破壊時の大気開放を行う。 【００１７】上部電極４は下部電極３と対向する位置に
配置され接地部２０に接地された電極体１５を備えてお
り、電極体１５は上方に延出した支持部１５ａによって
絶縁体１６を介して真空チャンバ１に装着されている。
電極体１５はプラズマ発生用のガスを処理室２に供給す
るためのプラズマ発生用電極となっており、下面には支
持部１５ａ内を貫通して設けられたガス供給路１５ｃと
連通したガス供給口１５ｂが設けられている。ガス供給
路１５ｃはガス供給部１９と接続されており、ガス供給
部１９は、４フッ化炭素（ＣＦ4）や６フッ化硫黄（Ｓ
Ｆ6）などのフッ素系ガスを含む混合ガスをプラズマ発
生用ガスとして供給する。 【００１８】ガス供給口１５ｂの前面には電極部材１７
が装着されている。電極部材１７はセラミック多孔質体
より成る円板状の部材であり、図２に示すようにこのセ
ラミック多孔質体は、セラミックの骨格部１８ａが３次
元の網目状に連続して形成され、内部に多数の空孔部１
８ｂ（隙間）を有する３次元網目構造となっている。そ
してこの３次元網目構造の空孔部１８ｂは、ガス供給口
１５ｂから電極部材１７を介してガスを通過させるため
の複数の不規則経路となっている。 【００１９】この電極部材１７の製造方法について、図
３，図４を参照して説明する。この電極部材１７は、基
材となるポリウレタンフォームにセラミックを付着させ
ることにより製造される。先ず板状のウレタンフォーム
２２を準備し（ＳＴ１）、図４（ａ）に示すようにウレ
タンフォーム２２を円板状の所定形状に裁断して基材２
３を製作する（ＳＴ２）。ウレタンフォーム２２は、芯
材２２ａを３次元網目状に連続させた構造となってお
り、内部には空孔部２２ｂが高い空孔率で形成されてい
る。 【００２０】これと並行してセラミック原料としてのア
ルミナ粉末を準備し（ＳＴ３）、このアルミナ粉末に流
動性を付与するための水と界面活性剤を加えてスラリ液
を調製する（ＳＴ４）。 【００２１】この後、図４（ｂ）に示すように、スラリ
２４中に基材２３を浸漬し（ＳＴ５）、引き上げた後に
余剰スラリを基材２３から除去する（ＳＴ６）。そして
水分を除去するために基材２３を乾燥させる（ＳＴ
７）。この後加熱してセラミックを焼成して３次元網目
構造のセラミック多孔質体から成る電極部材が完成する
（ＳＴ８）。基材２３は、焼成工程においてウレタンが
燃焼することにより消失するため、セラミック原料以外
のものを含まない電極部材が得られる。なお、（ＳＴ
５）〜（ＳＴ７）の工程は必要に応じて複数回繰り返し
行う場合が有る。 【００２２】このようにして製造された電極部材１７
は、セラミック粒を焼結することにより製造された従来
の電極部材と比較して、以下のような特性を備えてい
る。先ず、空孔部２２ｂを形成する骨格部１８ａは、ウ
レタンフォーム２２の芯材２２ａの周囲にセラミックを
付着させて成形されることから、空孔部２２ｂの気孔径
並びに分布が均一な多孔質体を得ることができる。な
お、気孔径の平均サイズはプラズマの集中（異常放電）
を防止するため８００μｍ以下が好ましい。 【００２３】また、従来の多孔質セラミックから成る電
極部材は必要とされる空孔部の大きさに応じたサイズの
セラミックの結晶粒を準備し、これらの結晶粒相互が接
触する結晶粒界が焼結により接合されることによって多
孔質体を形成する。そして大きな空孔部２２ｂが必要と
されるほど結晶粒が大きくなって結晶粒界の面積が少な
くなり、結晶粒相互の結合強度が低下する。 【００２４】これに対し、本実施の形態に示すセラミッ
ク多孔質体から成る電極部材１７では、空孔率は主に基
材として用いるウレタンフォーム２２における芯材２２
ａの配列密度によって決定される。従って芯材２２ａの
周囲に微細な結晶粒のセラミックを付着させて高温で燒
結させることにより、高強度、耐熱性、耐熱衝撃性に富
む緻密なセラミック焼成体によって構成された骨格部１
８ａを形成することができる。 【００２５】このようにして製造されたセラミック多孔
質体から成る電極部材１７は、アルミナの微細な結晶を
高密度で結合した構造の骨格部１８ａを３次元網目状に
連続させて形成されていることから、耐熱性、耐熱衝撃
性に優れている。すなわち、プラズマ処理装置において
プラズマに直接曝される過酷な場所で使用しても、結晶
粒相互が強固に結合された骨格部１８ａが３次元的に異
方性のない構造で連続しているため、熱衝撃によるクラ
ックや破壊が発生しない。従ってプラズマに直接曝され
るような場所で用いても十分な耐久性を有している。 【００２６】また一般に高強度のセラミックは加工が困
難で、任意形状の部品に成形することが難しいが、上述
の電極部材１７は予めウレタンフォーム２２を所要の形
状に裁断することによってきわめて容易に所望形状に成
形できる。 【００２７】このプラズマ処理装置は上記のように構成
されており、以下シリコンウェハ７を対象として行われ
るプラズマ処理（エッチング）について図５を参照して
説明する。まず保持部６上には、シリコンウェハ７が保
護テープ７ａを下向きにして載置される。そして圧力制
御部１３（図１）により処理室２内を減圧し、次いでガ
ス供給部１９を駆動することにより、上部電極４に装着
された電極部材１７より下方に向けてガスが噴出する。 【００２８】このときのガス流量分布について説明す
る。ガス供給部１９から供給されたガスは、ガス供給口
１５ｂ内において電極部材１７によって自由な流出を妨
げられることから、ガス供給口１５ｂ内で一時滞留しこ
れによりガスの圧力分布はこの内部でほぼ一様となる。 【００２９】そしてこの圧力によりガスは電極部材１７
を構成するセラミック多孔質体の空孔部１８ｂ（図２）
を通じて、ガス供給口１５ｂから電極部材１７の下面に
到達し、そこから下方のシリコンウェハ７の表面に向け
て吹き付けられる。このとき、電極部材１７の内部には
多数の空孔部１８ｂが不規則配列で形成されていること
から、電極部材１７の下面から下方に吹き付けられるガ
スの流量分布は、ガス供給口１５ｂのほぼ全範囲にわた
って偏りのない均一な分布となる。 【００３０】そしてこの状態で高周波発生部１２を駆動
して下部電極３の電極体５に高周波電圧を印加すること
により、上部電極４と下部電極３との間の空間にはプラ
ズマ放電が発生する。そしてこのプラズマ放電により発
生したプラズマによって、保持部６上に載置されたシリ
コンウェハ７の上面のプラズマエッチング処理が行われ
る。 【００３１】このプラズマエッチング処理において、整
流作用を有する電極部材１７によってシリコンウェハ７
の表面に吹き付けられるガスの流量分布が全範囲にわた
って均一となることから、ガスが部分的に高密度となっ
た範囲にプラズマ放電が集中することによる異常放電の
発生がなく、シリコンウェハの損傷やエッチング結果の
バラつきなどの不具合が生じない。 【００３２】また本実施の形態に示す電極部材１７は結
晶粒相互が強固に結合された骨格部１８ａが３次元的に
異方性のない構造（３次元網目構造）で連続しているた
め、プラズマに直接曝される過酷な場所で使用しても、
熱衝撃によるクラックや破壊が発生しない。したがっ
て、従来はガス流量の分布を均一化する目的の整流板を
ガス供給口に装備しようとすればプラズマに対して曝露
される放電電極板とは別個に設ける必用があったが、本
実施の形態の電極部材１７では同一の電極部材１７に放
電電極板と整流板との機能を兼ねさせることが可能とな
っている。 【００３３】本発明の実施の形態は以上であるが、様々
な変更を加える事が可能である。例えば、電極部材１７
の材質としてアルミナを例に挙げて説明したが、アルミ
ナ以外のアルミナ系、アルミ系等のセラミックスを用い
てもよい。この場合、使用するプラズマ発生用のガスと
反応しにくい材質、すなわち耐食性に優れたセラミック
スを選択することが重要である。本実施の形態で使用す
るフッ素ガスに対してはアルミナ系の他に、アルカリ土
類金属を含む酸化物、窒化物、炭化物に代表されるよう
な減圧下で金属フッ化物の沸点が高く蒸気圧が低いもの
がよい。 【００３４】さらに、３次元網目構造としてウレタンフ
ォーム構造を利用した例を説明したが、織布、線状等の
繊維もしくは金属の３次元網目構造（３次元ネットワー
ク構造）をウレタンフォーム２２の代わりにしてもよ
い。 【００３５】また、３次元網目構造を有する電極部材１
７の製造方法としては、セラミックの微粒子とビーズ状
の樹脂製粒子を混合して燒結させる方法でもよい。この
場合、樹脂製粒子は燒結の際の熱で焼失するが、焼失に
よってできた空間が不規則経路となり、残った構造体が
３次元網目構造を構成する骨格部１８ａとなる。 【００３６】なお上記実施の形態では、シリコン系基板
としての半導体装置用のシリコンウェハ７をプラズマ処
理の対象とする例を示しているが、本発明はシリコンウ
ェハ７に限定されるものではなく、シリコンを含んだ素
材を対象とするものであれば、例えば水晶振動子に用い
られる水晶板なども本発明の適用対象となる。 【００３７】 【発明の効果】本発明によれば、プラズマ発生用電極の
ガス供給口の前面に装着される電極部材として、３次元
網目構造を有しこの３次元網目構造の隙間がプラズマ発
生用ガスを通過させるための複数の不規則経路となって
いる電極部材を用いることにより、供給されるガスの分
布を均一にして異常放電を防止し、ばらつきのない均一
なエッチングを行うことができる。また、３次元網目構
造を有することにより、プラズマに直接曝されるような
場所であっても十分な耐久性を発揮することができる。
においてプラズマ発生用電極のガス供給口の前面に装着
されるプラズマ処理装置用の電極部材に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】基板や半導体装置などの電子部品などの
表面処理を行う装置として、プラズマ処理装置が知られ
ている。プラズマ処理装置は、減圧雰囲気下でプラズマ
を発生させ、このプラズマの物理的・化学的作用により
処理対象物表面のエッチングなどの処理を行うものであ
る。プラズマは、密封された処理室内に所定圧力のプラ
ズマ発生用ガス（以下、単に「ガス」と略記する）を供
給した状態で、処理室内の電極に高周波電圧を印加する
ことにより発生する。 【０００３】このようなプラズマ処理においては、処理
目的によっては高密度のプラズマを発生させることが望
ましい場合がある。例えば半導体ウェハなどのシリコン
基板を対象としたプラズマエッチングを行うプラズマ処
理装置においては、処理効率を向上させる目的で、比較
的高い圧力のガスをシリコンウェハの表面に対して吹き
付けて供給する方法が用いられる。 【０００４】このようなガスの供給方法として、従来よ
りシリコンウェハを保持する下部電極に対向して配置さ
れた上部電極にガス供給口を形成し、上部電極に放電電
極板とガス導入板とを兼ねさせる方式が知られている。
この場合には、上部電極に微細なガス供給孔が多数形成
された放電電極板を装着することにより、シリコンウェ
ハの表面に均一にガスを供給するようにしている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
放電電極板を用いた場合には、以下のような問題点があ
った。ガス供給孔からガスを噴射させて供給する方式で
は、供給されるガスの分布を均一にすることには限界が
あり、シリコンウェハ表面に吹き付けられるガスの量は
供給孔の直下とその他の部分とでは均一ではない。 【０００６】このため、供給孔の近傍にプラズマが集中
して発生する異常放電を誘起しやすく、この異常放電に
より種々の不具合が発生していた。すなわち異常放電が
生じた部分ではエッチングが集中して行われることか
ら、シリコンウェハを損傷させたりエッチング結果にば
らつきを生じるなどのエッチング品質についての不具合
とともに、ガス供給孔が形成された放電電極板の材質に
よっては放電電極板がプラズマによって損耗するなどの
不具合があった。 【０００７】また、セラミックの結晶粒を凝集して焼結
した多孔質セラミックを放電電極板として用いる試みも
行なったが、プラズマの熱によるヒートショックで容易
に破壊されてしまうため、プラズマに直接曝される放電
電極として使用することができない。 【０００８】そこで本発明は、高密度プラズマを発生さ
せるプラズマ処理装置において、異常放電を防止して均
一なエッチングを行うことができ、耐久性に優れたプラ
ズマ処理装置用の電極部材を提供することを目的とす
る。 【０００９】 【課題を解決するための手段】請求項１記載のプラズマ
処理装置用の電極部材は、プラズマ発生用ガスを処理室
に供給するためのガス供給口を有するプラズマ発生用電
極の前記ガス供給口の前面に装着されるプラズマ処理装
置用の電極部材であって、３次元網目構造を有しこの３
次元網目構造の隙間が前記プラズマ発生用ガスを通過さ
せるための複数の不規則経路となっている。 【００１０】本発明によれば、プラズマ発生用電極のガ
ス供給口の前面に装着される電極部材として、３次元網
目構造を有しこの３次元網目構造の隙間がプラズマ発生
用ガスを通過させるための複数の不規則経路となってい
る電極部材を用いることにより、不規則経路による整流
作用によって供給されるガスの分布を均一にして異常放
電を防止し、ばらつきのない均一なエッチングを行うこ
とができる。また、３次元網目構造を有することによ
り、プラズマに直接曝されるような場所、すなわち激し
い熱衝撃に曝される場所であっても十分な耐久性を発揮
することができる。 【００１１】 【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のプラ
ズマ処理装置の断面図、図２（ａ）は本発明の一実施の
形態の電極部材の断面図、図２（ｂ）は本発明の一実施
の形態の電極部材の拡大断面図、図３は本発明の一実施
の形態の電極部材の製造フロー図、図４は本発明の一実
施の形態の電極部材の製造方法の説明図、図５は本発明
の一実施の形態のプラズマ処理装置のガス流量分布を示
す図である。 【００１２】まず図１を参照してプラズマ処理装置につ
いて説明する。図１において、真空チャンバ１の内部は
プラズマ処理を行う処理室２となっており、処理室２内
部には、下部電極３（第１電極）および上部電極４（第
２電極）が上下に対向して配設されている。下部電極３
は電極体５を備えており、電極体５は下方に延出した支
持部５ａによって絶縁体９を介して真空チャンバ１に装
着されている。電極体５の上面には、高熱伝導性材料よ
り成る保持部６が装着されており、保持部６の上面には
回路パターンが形成されたシリコンウェハ７（シリコン
系基板）が載置される。 【００１３】シリコンウェハ７は、回路パターン形成面
の裏側を機械研磨によって薄化加工された直後の状態で
あり、研磨加工面にはマイクロクラックを含むダメージ
層が形成されている。シリコンウェハ７の回路パターン
形成面に貼着された保護テープ７ａ（図５参照）を保持
部６に接触させた姿勢で、すなわち処理対象面である研
磨加工面（回路形成面の裏側）を上向きにした状態で載
置される。そして研磨加工面のダメージ層をプラズマ処
理によって除去（エッチング）する。 【００１４】保持部６には上面に開口する多数の吸着孔
６ａが設けられており、吸着孔６ａは電極体５の支持部
５ａ内を貫通して設けられた吸引路５ｄと連通してい
る。吸引路５ｄは真空吸引部１１と接続されており、保
持部６の上面にシリコンウェハ７が載置された状態で真
空吸引部１１から真空吸引することにより、シリコンウ
ェハ７は保持部６に真空吸着により保持される。 【００１５】保持部６の内部には冷却用の冷媒流路６
ｂ，６ｃが設けられており、冷媒流路６ｂ，６ｃは支持
部５ａ内を貫通して設けられた管路５ｂ，５ｃと連通し
ている。管路５ｂ，５ｃは冷媒循環部１０と接続されて
おり、冷媒循環部１０を駆動することにより、冷媒流路
６ｂ，６ｃ内を冷却水などの冷媒が循環し、これにより
プラズマ処理時に発生した熱によって加熱された保持部
６が冷却される。 【００１６】電極体５は高周波発生部１２と電気的に接
続されており、高周波発生部１２は下部電極３と上部電
極４との間に高周波電圧を印加する。また真空チャンバ
１内の処理室２は、圧力制御部１３と接続されている。
圧力制御部１３は、処理室２の減圧および処理室２内の
真空破壊時の大気開放を行う。 【００１７】上部電極４は下部電極３と対向する位置に
配置され接地部２０に接地された電極体１５を備えてお
り、電極体１５は上方に延出した支持部１５ａによって
絶縁体１６を介して真空チャンバ１に装着されている。
電極体１５はプラズマ発生用のガスを処理室２に供給す
るためのプラズマ発生用電極となっており、下面には支
持部１５ａ内を貫通して設けられたガス供給路１５ｃと
連通したガス供給口１５ｂが設けられている。ガス供給
路１５ｃはガス供給部１９と接続されており、ガス供給
部１９は、４フッ化炭素（ＣＦ4）や６フッ化硫黄（Ｓ
Ｆ6）などのフッ素系ガスを含む混合ガスをプラズマ発
生用ガスとして供給する。 【００１８】ガス供給口１５ｂの前面には電極部材１７
が装着されている。電極部材１７はセラミック多孔質体
より成る円板状の部材であり、図２に示すようにこのセ
ラミック多孔質体は、セラミックの骨格部１８ａが３次
元の網目状に連続して形成され、内部に多数の空孔部１
８ｂ（隙間）を有する３次元網目構造となっている。そ
してこの３次元網目構造の空孔部１８ｂは、ガス供給口
１５ｂから電極部材１７を介してガスを通過させるため
の複数の不規則経路となっている。 【００１９】この電極部材１７の製造方法について、図
３，図４を参照して説明する。この電極部材１７は、基
材となるポリウレタンフォームにセラミックを付着させ
ることにより製造される。先ず板状のウレタンフォーム
２２を準備し（ＳＴ１）、図４（ａ）に示すようにウレ
タンフォーム２２を円板状の所定形状に裁断して基材２
３を製作する（ＳＴ２）。ウレタンフォーム２２は、芯
材２２ａを３次元網目状に連続させた構造となってお
り、内部には空孔部２２ｂが高い空孔率で形成されてい
る。 【００２０】これと並行してセラミック原料としてのア
ルミナ粉末を準備し（ＳＴ３）、このアルミナ粉末に流
動性を付与するための水と界面活性剤を加えてスラリ液
を調製する（ＳＴ４）。 【００２１】この後、図４（ｂ）に示すように、スラリ
２４中に基材２３を浸漬し（ＳＴ５）、引き上げた後に
余剰スラリを基材２３から除去する（ＳＴ６）。そして
水分を除去するために基材２３を乾燥させる（ＳＴ
７）。この後加熱してセラミックを焼成して３次元網目
構造のセラミック多孔質体から成る電極部材が完成する
（ＳＴ８）。基材２３は、焼成工程においてウレタンが
燃焼することにより消失するため、セラミック原料以外
のものを含まない電極部材が得られる。なお、（ＳＴ
５）〜（ＳＴ７）の工程は必要に応じて複数回繰り返し
行う場合が有る。 【００２２】このようにして製造された電極部材１７
は、セラミック粒を焼結することにより製造された従来
の電極部材と比較して、以下のような特性を備えてい
る。先ず、空孔部２２ｂを形成する骨格部１８ａは、ウ
レタンフォーム２２の芯材２２ａの周囲にセラミックを
付着させて成形されることから、空孔部２２ｂの気孔径
並びに分布が均一な多孔質体を得ることができる。な
お、気孔径の平均サイズはプラズマの集中（異常放電）
を防止するため８００μｍ以下が好ましい。 【００２３】また、従来の多孔質セラミックから成る電
極部材は必要とされる空孔部の大きさに応じたサイズの
セラミックの結晶粒を準備し、これらの結晶粒相互が接
触する結晶粒界が焼結により接合されることによって多
孔質体を形成する。そして大きな空孔部２２ｂが必要と
されるほど結晶粒が大きくなって結晶粒界の面積が少な
くなり、結晶粒相互の結合強度が低下する。 【００２４】これに対し、本実施の形態に示すセラミッ
ク多孔質体から成る電極部材１７では、空孔率は主に基
材として用いるウレタンフォーム２２における芯材２２
ａの配列密度によって決定される。従って芯材２２ａの
周囲に微細な結晶粒のセラミックを付着させて高温で燒
結させることにより、高強度、耐熱性、耐熱衝撃性に富
む緻密なセラミック焼成体によって構成された骨格部１
８ａを形成することができる。 【００２５】このようにして製造されたセラミック多孔
質体から成る電極部材１７は、アルミナの微細な結晶を
高密度で結合した構造の骨格部１８ａを３次元網目状に
連続させて形成されていることから、耐熱性、耐熱衝撃
性に優れている。すなわち、プラズマ処理装置において
プラズマに直接曝される過酷な場所で使用しても、結晶
粒相互が強固に結合された骨格部１８ａが３次元的に異
方性のない構造で連続しているため、熱衝撃によるクラ
ックや破壊が発生しない。従ってプラズマに直接曝され
るような場所で用いても十分な耐久性を有している。 【００２６】また一般に高強度のセラミックは加工が困
難で、任意形状の部品に成形することが難しいが、上述
の電極部材１７は予めウレタンフォーム２２を所要の形
状に裁断することによってきわめて容易に所望形状に成
形できる。 【００２７】このプラズマ処理装置は上記のように構成
されており、以下シリコンウェハ７を対象として行われ
るプラズマ処理（エッチング）について図５を参照して
説明する。まず保持部６上には、シリコンウェハ７が保
護テープ７ａを下向きにして載置される。そして圧力制
御部１３（図１）により処理室２内を減圧し、次いでガ
ス供給部１９を駆動することにより、上部電極４に装着
された電極部材１７より下方に向けてガスが噴出する。 【００２８】このときのガス流量分布について説明す
る。ガス供給部１９から供給されたガスは、ガス供給口
１５ｂ内において電極部材１７によって自由な流出を妨
げられることから、ガス供給口１５ｂ内で一時滞留しこ
れによりガスの圧力分布はこの内部でほぼ一様となる。 【００２９】そしてこの圧力によりガスは電極部材１７
を構成するセラミック多孔質体の空孔部１８ｂ（図２）
を通じて、ガス供給口１５ｂから電極部材１７の下面に
到達し、そこから下方のシリコンウェハ７の表面に向け
て吹き付けられる。このとき、電極部材１７の内部には
多数の空孔部１８ｂが不規則配列で形成されていること
から、電極部材１７の下面から下方に吹き付けられるガ
スの流量分布は、ガス供給口１５ｂのほぼ全範囲にわた
って偏りのない均一な分布となる。 【００３０】そしてこの状態で高周波発生部１２を駆動
して下部電極３の電極体５に高周波電圧を印加すること
により、上部電極４と下部電極３との間の空間にはプラ
ズマ放電が発生する。そしてこのプラズマ放電により発
生したプラズマによって、保持部６上に載置されたシリ
コンウェハ７の上面のプラズマエッチング処理が行われ
る。 【００３１】このプラズマエッチング処理において、整
流作用を有する電極部材１７によってシリコンウェハ７
の表面に吹き付けられるガスの流量分布が全範囲にわた
って均一となることから、ガスが部分的に高密度となっ
た範囲にプラズマ放電が集中することによる異常放電の
発生がなく、シリコンウェハの損傷やエッチング結果の
バラつきなどの不具合が生じない。 【００３２】また本実施の形態に示す電極部材１７は結
晶粒相互が強固に結合された骨格部１８ａが３次元的に
異方性のない構造（３次元網目構造）で連続しているた
め、プラズマに直接曝される過酷な場所で使用しても、
熱衝撃によるクラックや破壊が発生しない。したがっ
て、従来はガス流量の分布を均一化する目的の整流板を
ガス供給口に装備しようとすればプラズマに対して曝露
される放電電極板とは別個に設ける必用があったが、本
実施の形態の電極部材１７では同一の電極部材１７に放
電電極板と整流板との機能を兼ねさせることが可能とな
っている。 【００３３】本発明の実施の形態は以上であるが、様々
な変更を加える事が可能である。例えば、電極部材１７
の材質としてアルミナを例に挙げて説明したが、アルミ
ナ以外のアルミナ系、アルミ系等のセラミックスを用い
てもよい。この場合、使用するプラズマ発生用のガスと
反応しにくい材質、すなわち耐食性に優れたセラミック
スを選択することが重要である。本実施の形態で使用す
るフッ素ガスに対してはアルミナ系の他に、アルカリ土
類金属を含む酸化物、窒化物、炭化物に代表されるよう
な減圧下で金属フッ化物の沸点が高く蒸気圧が低いもの
がよい。 【００３４】さらに、３次元網目構造としてウレタンフ
ォーム構造を利用した例を説明したが、織布、線状等の
繊維もしくは金属の３次元網目構造（３次元ネットワー
ク構造）をウレタンフォーム２２の代わりにしてもよ
い。 【００３５】また、３次元網目構造を有する電極部材１
７の製造方法としては、セラミックの微粒子とビーズ状
の樹脂製粒子を混合して燒結させる方法でもよい。この
場合、樹脂製粒子は燒結の際の熱で焼失するが、焼失に
よってできた空間が不規則経路となり、残った構造体が
３次元網目構造を構成する骨格部１８ａとなる。 【００３６】なお上記実施の形態では、シリコン系基板
としての半導体装置用のシリコンウェハ７をプラズマ処
理の対象とする例を示しているが、本発明はシリコンウ
ェハ７に限定されるものではなく、シリコンを含んだ素
材を対象とするものであれば、例えば水晶振動子に用い
られる水晶板なども本発明の適用対象となる。 【００３７】 【発明の効果】本発明によれば、プラズマ発生用電極の
ガス供給口の前面に装着される電極部材として、３次元
網目構造を有しこの３次元網目構造の隙間がプラズマ発
生用ガスを通過させるための複数の不規則経路となって
いる電極部材を用いることにより、供給されるガスの分
布を均一にして異常放電を防止し、ばらつきのない均一
なエッチングを行うことができる。また、３次元網目構
造を有することにより、プラズマに直接曝されるような
場所であっても十分な耐久性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断
面図 【図２】（ａ）本発明の一実施の形態の電極部材の断面
図 （ｂ）本発明の一実施の形態の電極部材の拡大断面図 【図３】本発明の一実施の形態の電極部材の製造フロー
図 【図４】本発明の一実施の形態の電極部材の製造方法の
説明図 【図５】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置のガ
ス流量分布を示す図 【符号の説明】 １ 真空チャンバ ２ 処理室 ３ 下部電極 ４ 上部電極 ７ シリコンウェハ １７ 電極部材 １８ａ 骨格部 １８ｂ 空孔部 １９ ガス供給部
面図 【図２】（ａ）本発明の一実施の形態の電極部材の断面
図 （ｂ）本発明の一実施の形態の電極部材の拡大断面図 【図３】本発明の一実施の形態の電極部材の製造フロー
図 【図４】本発明の一実施の形態の電極部材の製造方法の
説明図 【図５】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置のガ
ス流量分布を示す図 【符号の説明】 １ 真空チャンバ ２ 処理室 ３ 下部電極 ４ 上部電極 ７ シリコンウェハ １７ 電極部材 １８ａ 骨格部 １８ｂ 空孔部 １９ ガス供給部
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フロントページの続き
(72)発明者 岩井 哲博
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 土師 宏
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 酒見 省二
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 俣野 泰司
福岡県北九州市八幡西区東浜町１番１号
黒崎播磨株式会社内
(72)発明者 佐藤 信博
福岡県北九州市八幡西区東浜町１番１号
黒崎播磨株式会社内
Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA30 BC06 CA47 DA01
DA02 EB42 EC21 EE07 EE13
FA14 FA16 FB02 FB04 FB12
FC06 FC20
5F004 AA16 BA04 BB29 BB32 BC03
DA01 DA18
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】プラズマ発生用ガスを処理室に供給するた
めのガス供給口を有するプラズマ発生用電極の前記ガス
供給口の前面に装着されるプラズマ処理装置用の電極部
材であって、３次元網目構造を有しこの３次元網目構造
の隙間が前記ガス供給口から供給されるプラズマ発生用
ガスを通過させるための複数の不規則経路となっている
ことを特徴とするプラズマ処理装置用の電極部材。
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| JP2001190891A JP2003007682A (ja) | 2001-06-25 | 2001-06-25 | プラズマ処理装置用の電極部材 |
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