JP3903751B2 - シリコン系基板のプラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックにより形成され３次元網目構造を有するセラミック多孔質体をプ
ラズマ発生用のガスを通過させる電極部材として用いるプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置に用いられるシリコンウェハの製造工程では、半導体装置の薄型化にともない、回路形成面の裏面を機械研磨して基板の厚さを薄くする薄化加工が行われる。機械研磨加工においてはシリコンウェハの表面にはマイクロクラックを含むストレス層が生成され、このストレス層によるシリコンウェハの強度低下を防止するため、機械研磨後にはシリコン表面のストレス層を除去するエッチング処理が行われる。このエッチング処理に、従来の薬液を用いる湿式エッチング処理に替えて、製造現場での薬液使用上の危険性や産業廃棄物の発生がないプラズマエッチングが検討されている。
【０００３】
このシリコンを対象としたプラズマエッチング処理において、より高いエッチングレートを実現するためには、高密度のプラズマを発生させる必要があることから、比較的高い圧力のプラズマ発生用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。このような方法として、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をガス供給口として用い、上部電極に微細な空孔が多数形成されたセラミック多孔質体を装着することにより、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の多孔質体を用いた放電電極板には、次のような問題点があった。一般に並行平板電極を用いたプラズマエッチング処理においては、エッチング効率を示すエッチングレートは処理平面において均一な分布とはならず、中央部分よりも周辺部分のエッチングレートが高くなる傾向にある。このエッチングレートの不均一を補正するためには、プラズマ発生用ガスの供給量を部分的に変化させてプラズマ発生密度を所望の分布に設定できることが望ましいが、従来の多孔質体では、同一個体内で気孔率が部分的に異なるものを実現することができず、結果としてエッチングレートの均一化が実現されていなかった。
【０００５】
そこで本発明は、エッチングレートの均一化を実現できるシリコン系基板のプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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は、真空チャンバの処理室の内部に上下に対向して配設された下部電極および上部電極と、下部電極と上部電極の間に高周波電圧を印加する高周波発生部と、処理室の減圧を行う圧力制御部とを備え、上部電極はプラズマ発生用のガスを処理室に供給するプラズマ発生用電極と、このプラズマ発生用電極の下面に設けられたガス供給口の前面に装着されてガスを通過させる電極部材から成り、前記電極部材はセラミックにより形成され３次元網目構造を有するセラミック多孔質体であって、高分子材質より成る芯材を３次元網目状に連続させた基材を複数種類組み合わせた複合基材を前記セラミックを含むスラリに所定回数浸漬することにより前記複合基材の芯材に前記スラリを付着させ、付着したスラリが乾燥した後の前記複合基材を加熱することによりスラリ中のセラミックを焼成させて成り、３次元網目構造の空孔部は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。
【０００８】
請求項２記載のシリコン系基板のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記電極部材は、中央部と外周部は空孔率が異なっており、中央部を通過するガス流量を外周部を通過するガス流量よりも大きくすることにより均一なエッチングレートの分布を得るようにした。
【００１０】
本発明によれば、上部電極のガス供給口の前面に装着されてガスを通過させる電極部材を、上記のような３次元網目構造を有するセラミック多孔質体とすることによりエッチングレートの分布を均一にしてシリコン系基板のエッチングを行うことができる。また、プラズマに直接曝されるような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が３次元的に異方性のない構造で連続しているため、クラックや破壊は発生せず、十分な耐久性を有するプラズマ処理装置の電極部材を実現できる。
【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セラミック多孔質体の断面図、図２（ｂ）は本発明の一実施の形態のセラミック多孔質体の拡大断面図、図３は本発明の一実施の形態のセラミック多孔質体の製造フロー図、図４は本発明の一実施の形態のセラミック多孔質体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６ｂ，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（ＳＦ6）などのフッ素系ガスとヘリウムを含む混合ガスをプラズマ発生用ガスとして供給する。このヘリウムガスは、フッ素とシリコンが反応して生成される反応生成物をエッチング面から除去するキャリアガスとして作用するとともに、放電を安定させる効果がある。
【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に示すように電極部材１７はそれぞれ異なる種類のセラミック多孔質体より成る中央部１７ａ（第１の部分）と外周部１７ｂ（第２の部分）とを組み合わせた構成となっている。この２種類のセラミック多孔質体は、それぞれセラミックの骨格部１８ａ，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１８ｂ，１８ｂ’（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，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】
ここで中央部１７ａ、外周部１７ｂに用いられる２種類のセラミック多孔質体は空孔率が異なっており、全体的に空孔部１８ｂは空孔部１８ｂ’よりもサイズが大きく、同一の個体に３次元網目構造の空孔率が異なる部分を複数有する形態となっている。この空孔率の相違により、電極部材１７を介してガスを通過させる際のガスの透過度合いが異なり、中央部１７ａを通過するガス流量は外周部１７ｂを通過するガス流量よりも大きくなっている。
【００２０】
この電極部材１７として用いられるセラミック多孔質体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を２種類準備する（ＳＴ１）。ウレタンフォームは、高分子材質より成る芯材２２ａを３次元網目状に連続させた構造となっており、ここでは内部には形成された空孔部２２ｂの空孔率が異なる２種類のウレタンフォームを用いる。
【００２１】
次いで図４（ａ）に示すように２種類のウレタンフォームを所定形状に裁断して基材２３を製作する（ＳＴ２）。このとき空孔率が大きい方のウレタンフォームは円板形状に裁断して基材２３ａとし、また空孔率が小さい方のウレタンフォームは中央部に基材２３ａが嵌合する円形の開口を有する円環形状に裁断して基材２３ｂとする。そして図４（ｂ）に示すように基材２３ａと基材２３ｂとを組み合わせて１つの複合基材２３とする。なお、このとき準備する２種類のウレタンフォームは、芯材の太さが異なる２種類のウレタンフォームを用いてもよく、また芯材のメッシュの空孔率が異なる２種類のウレタンフォームを用いるようにしてもよい。
【００２２】
これと並行してアルミナセラミック原料を準備し（ＳＴ４）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ることにより、スラリ液を調製する（ＳＴ５）。
【００２３】
この後、図４（ｃ）に示すように、スラリ２４中に複合基材２３を浸漬し複合基材２３の芯材にスラリを付着させる（ＳＴ６）。そして複合基材２３をスラリ２４から引き上げた後に、余剰スラリを複合基材２３から除去する（ＳＴ７）。そして水分を除去するために複合基材２３を乾燥させ（ＳＴ８）、この後加熱してセラミックを焼成し（ＳＴ９）、これにより３次元網目構造を有し同一の個体に３次元網目構造の空孔率が異なる部分を複数有するセラミック多孔質体が完成する。このとき複合基材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。なお、（ＳＴ６）〜（ＳＴ９）の工程は、必要に応じて複数回繰り返してもよい。
【００２４】
このようにして製造されたセラミック多孔質体は、セラミック粒を焼結することにより製造された従来の多孔質セラミックと比較して、以下のような特性を備えている。先ず、空孔部を形成する骨格部は、ウレタンフォームの芯材の周囲にセラミックを付着させて成形されることから、空孔部の分布が均一で偏質のない多孔質体を得ることができる。
【００２５】
また、従来の多孔質セラミックは必用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、結晶粒界の結合強度が低下する。
【００２６】
これに対し、本実施の形態に示すセラミック多孔質体では、空孔率は主に基材として用いるウレタンフォームにおける芯材の配列密度によって決定される。従って芯材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焼結させることにより、高強度、耐熱性、耐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を形成することができる。
【００２７】
このようにして製造されたセラミック多孔質体は、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を３次元網目状に連結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ような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が３次元的に異方性のない構造で連続しているため、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使用しても十分な耐久性を有している。
【００２８】
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く、種類の異なる複数の部品を嵌合させて１つの部品に組み合わせることは非常に困難であるが、上述の電極部材１７は予め２種類のウレタンフォームを所要の形状に裁断して組み合わせておくことにより、同一個体で空孔率が異なる部分を有する部品を製作することができる。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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の中央部１７ａ、外周部１７ｂとでは空孔率が異なり中央部１７ａの方が空孔率が高くなっていることから、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は、図５（ａ）に示すように中央部１７ａから流出する流量の方が外周部１７ｂから流出するガス流量よりも大きくなる。
【００３２】
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。
【００３３】
次に、プラズマエッチング処理において、エッチング効果の度合いを示すエッチングレートのシリコンウェハ７上での分布について説明する。一般に同一のガス密度の条件下でプラズマを発生させた場合のエッチングレートの分布は、図５（ｂ）に示すように、円板形状のシリコンウェハ７の中央部７ｂよりも外周部７ｃの方がエッチングレートＲが高くなる傾向を示す。
【００３４】
図５（ｃ）は、本実施の形態に示すプラズマ処理装置によって得られるエッチングレートＲの分布を示している。すなわち、上述のように同一のガス密度ではエッチングレートは図５（ｂ）に示すような偏りを示すが、本実施の形態においては一般にエッチングレートが低くなる傾向にある中央部７ｂに対しては、外周部７ｃよりも大きなガス流量でガスが供給されることから、ガス流量の分布によってエッチングレートの不均一さを補正し、結果として図５（ｃ）に示すような均一なエッチングレートの分布を得ることができる。
【００３５】
またこのプラズマエッチング処理において、ガスが局所的に高密度で供給されることがないことから、高密度部分にプラズマ放電が集中して発生する異常放電の発生がなく、シリコンウェハ７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。
【００３６】
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。さらに、フッ素系ガスに対して反応しにくいアルミナ等のセラミックスを成分とするので耐食性に優れ、長期間にわたって使用することができる。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では同一の電極部材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。
【００３７】
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。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、上部電極のガス供給口の前面に装着されてガスを通過させる電極部材を、上記のような３次元網目構造を有するセラミック多孔質体とすることにより、エッチングレートの分布を均一にしてシリコン系基板のエッチングを行うことができる。また、プラズマに直接曝されるような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が３次元的に異方性のない構造で連続しているため、クラックや破壊は発生せず、十分な耐久性を有するプラズマ処理装置の電極部材を実現できる。
【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セラミック多孔質体の断面図
（ｂ）本発明の一実施の形態のセラミック多孔質体の拡大断面図
【図３】本発明の一実施の形態のセラミック多孔質体の製造フロー図
【図４】本発明の一実施の形態のセラミック多孔質体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
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックにより形成され３次元網目構造を有するセラミック多孔質体をプ
ラズマ発生用のガスを通過させる電極部材として用いるプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置に用いられるシリコンウェハの製造工程では、半導体装置の薄型化にともない、回路形成面の裏面を機械研磨して基板の厚さを薄くする薄化加工が行われる。機械研磨加工においてはシリコンウェハの表面にはマイクロクラックを含むストレス層が生成され、このストレス層によるシリコンウェハの強度低下を防止するため、機械研磨後にはシリコン表面のストレス層を除去するエッチング処理が行われる。このエッチング処理に、従来の薬液を用いる湿式エッチング処理に替えて、製造現場での薬液使用上の危険性や産業廃棄物の発生がないプラズマエッチングが検討されている。
【０００３】
このシリコンを対象としたプラズマエッチング処理において、より高いエッチングレートを実現するためには、高密度のプラズマを発生させる必要があることから、比較的高い圧力のプラズマ発生用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。このような方法として、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をガス供給口として用い、上部電極に微細な空孔が多数形成されたセラミック多孔質体を装着することにより、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の多孔質体を用いた放電電極板には、次のような問題点があった。一般に並行平板電極を用いたプラズマエッチング処理においては、エッチング効率を示すエッチングレートは処理平面において均一な分布とはならず、中央部分よりも周辺部分のエッチングレートが高くなる傾向にある。このエッチングレートの不均一を補正するためには、プラズマ発生用ガスの供給量を部分的に変化させてプラズマ発生密度を所望の分布に設定できることが望ましいが、従来の多孔質体では、同一個体内で気孔率が部分的に異なるものを実現することができず、結果としてエッチングレートの均一化が実現されていなかった。
【０００５】
そこで本発明は、エッチングレートの均一化を実現できるシリコン系基板のプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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は、真空チャンバの処理室の内部に上下に対向して配設された下部電極および上部電極と、下部電極と上部電極の間に高周波電圧を印加する高周波発生部と、処理室の減圧を行う圧力制御部とを備え、上部電極はプラズマ発生用のガスを処理室に供給するプラズマ発生用電極と、このプラズマ発生用電極の下面に設けられたガス供給口の前面に装着されてガスを通過させる電極部材から成り、前記電極部材はセラミックにより形成され３次元網目構造を有するセラミック多孔質体であって、高分子材質より成る芯材を３次元網目状に連続させた基材を複数種類組み合わせた複合基材を前記セラミックを含むスラリに所定回数浸漬することにより前記複合基材の芯材に前記スラリを付着させ、付着したスラリが乾燥した後の前記複合基材を加熱することによりスラリ中のセラミックを焼成させて成り、３次元網目構造の空孔部は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。
【０００８】
請求項２記載のシリコン系基板のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記電極部材は、中央部と外周部は空孔率が異なっており、中央部を通過するガス流量を外周部を通過するガス流量よりも大きくすることにより均一なエッチングレートの分布を得るようにした。
【００１０】
本発明によれば、上部電極のガス供給口の前面に装着されてガスを通過させる電極部材を、上記のような３次元網目構造を有するセラミック多孔質体とすることによりエッチングレートの分布を均一にしてシリコン系基板のエッチングを行うことができる。また、プラズマに直接曝されるような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が３次元的に異方性のない構造で連続しているため、クラックや破壊は発生せず、十分な耐久性を有するプラズマ処理装置の電極部材を実現できる。
【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セラミック多孔質体の断面図、図２（ｂ）は本発明の一実施の形態のセラミック多孔質体の拡大断面図、図３は本発明の一実施の形態のセラミック多孔質体の製造フロー図、図４は本発明の一実施の形態のセラミック多孔質体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６ｂ，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（ＳＦ6）などのフッ素系ガスとヘリウムを含む混合ガスをプラズマ発生用ガスとして供給する。このヘリウムガスは、フッ素とシリコンが反応して生成される反応生成物をエッチング面から除去するキャリアガスとして作用するとともに、放電を安定させる効果がある。
【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に示すように電極部材１７はそれぞれ異なる種類のセラミック多孔質体より成る中央部１７ａ（第１の部分）と外周部１７ｂ（第２の部分）とを組み合わせた構成となっている。この２種類のセラミック多孔質体は、それぞれセラミックの骨格部１８ａ，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１８ｂ，１８ｂ’（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，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】
ここで中央部１７ａ、外周部１７ｂに用いられる２種類のセラミック多孔質体は空孔率が異なっており、全体的に空孔部１８ｂは空孔部１８ｂ’よりもサイズが大きく、同一の個体に３次元網目構造の空孔率が異なる部分を複数有する形態となっている。この空孔率の相違により、電極部材１７を介してガスを通過させる際のガスの透過度合いが異なり、中央部１７ａを通過するガス流量は外周部１７ｂを通過するガス流量よりも大きくなっている。
【００２０】
この電極部材１７として用いられるセラミック多孔質体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を２種類準備する（ＳＴ１）。ウレタンフォームは、高分子材質より成る芯材２２ａを３次元網目状に連続させた構造となっており、ここでは内部には形成された空孔部２２ｂの空孔率が異なる２種類のウレタンフォームを用いる。
【００２１】
次いで図４（ａ）に示すように２種類のウレタンフォームを所定形状に裁断して基材２３を製作する（ＳＴ２）。このとき空孔率が大きい方のウレタンフォームは円板形状に裁断して基材２３ａとし、また空孔率が小さい方のウレタンフォームは中央部に基材２３ａが嵌合する円形の開口を有する円環形状に裁断して基材２３ｂとする。そして図４（ｂ）に示すように基材２３ａと基材２３ｂとを組み合わせて１つの複合基材２３とする。なお、このとき準備する２種類のウレタンフォームは、芯材の太さが異なる２種類のウレタンフォームを用いてもよく、また芯材のメッシュの空孔率が異なる２種類のウレタンフォームを用いるようにしてもよい。
【００２２】
これと並行してアルミナセラミック原料を準備し（ＳＴ４）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ることにより、スラリ液を調製する（ＳＴ５）。
【００２３】
この後、図４（ｃ）に示すように、スラリ２４中に複合基材２３を浸漬し複合基材２３の芯材にスラリを付着させる（ＳＴ６）。そして複合基材２３をスラリ２４から引き上げた後に、余剰スラリを複合基材２３から除去する（ＳＴ７）。そして水分を除去するために複合基材２３を乾燥させ（ＳＴ８）、この後加熱してセラミックを焼成し（ＳＴ９）、これにより３次元網目構造を有し同一の個体に３次元網目構造の空孔率が異なる部分を複数有するセラミック多孔質体が完成する。このとき複合基材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。なお、（ＳＴ６）〜（ＳＴ９）の工程は、必要に応じて複数回繰り返してもよい。
【００２４】
このようにして製造されたセラミック多孔質体は、セラミック粒を焼結することにより製造された従来の多孔質セラミックと比較して、以下のような特性を備えている。先ず、空孔部を形成する骨格部は、ウレタンフォームの芯材の周囲にセラミックを付着させて成形されることから、空孔部の分布が均一で偏質のない多孔質体を得ることができる。
【００２５】
また、従来の多孔質セラミックは必用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、結晶粒界の結合強度が低下する。
【００２６】
これに対し、本実施の形態に示すセラミック多孔質体では、空孔率は主に基材として用いるウレタンフォームにおける芯材の配列密度によって決定される。従って芯材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焼結させることにより、高強度、耐熱性、耐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を形成することができる。
【００２７】
このようにして製造されたセラミック多孔質体は、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を３次元網目状に連結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ような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が３次元的に異方性のない構造で連続しているため、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使用しても十分な耐久性を有している。
【００２８】
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く、種類の異なる複数の部品を嵌合させて１つの部品に組み合わせることは非常に困難であるが、上述の電極部材１７は予め２種類のウレタンフォームを所要の形状に裁断して組み合わせておくことにより、同一個体で空孔率が異なる部分を有する部品を製作することができる。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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の中央部１７ａ、外周部１７ｂとでは空孔率が異なり中央部１７ａの方が空孔率が高くなっていることから、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は、図５（ａ）に示すように中央部１７ａから流出する流量の方が外周部１７ｂから流出するガス流量よりも大きくなる。
【００３２】
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。
【００３３】
次に、プラズマエッチング処理において、エッチング効果の度合いを示すエッチングレートのシリコンウェハ７上での分布について説明する。一般に同一のガス密度の条件下でプラズマを発生させた場合のエッチングレートの分布は、図５（ｂ）に示すように、円板形状のシリコンウェハ７の中央部７ｂよりも外周部７ｃの方がエッチングレートＲが高くなる傾向を示す。
【００３４】
図５（ｃ）は、本実施の形態に示すプラズマ処理装置によって得られるエッチングレートＲの分布を示している。すなわち、上述のように同一のガス密度ではエッチングレートは図５（ｂ）に示すような偏りを示すが、本実施の形態においては一般にエッチングレートが低くなる傾向にある中央部７ｂに対しては、外周部７ｃよりも大きなガス流量でガスが供給されることから、ガス流量の分布によってエッチングレートの不均一さを補正し、結果として図５（ｃ）に示すような均一なエッチングレートの分布を得ることができる。
【００３５】
またこのプラズマエッチング処理において、ガスが局所的に高密度で供給されることがないことから、高密度部分にプラズマ放電が集中して発生する異常放電の発生がなく、シリコンウェハ７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。
【００３６】
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。さらに、フッ素系ガスに対して反応しにくいアルミナ等のセラミックスを成分とするので耐食性に優れ、長期間にわたって使用することができる。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では同一の電極部材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。
【００３７】
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。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、上部電極のガス供給口の前面に装着されてガスを通過させる電極部材を、上記のような３次元網目構造を有するセラミック多孔質体とすることにより、エッチングレートの分布を均一にしてシリコン系基板のエッチングを行うことができる。また、プラズマに直接曝されるような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が３次元的に異方性のない構造で連続しているため、クラックや破壊は発生せず、十分な耐久性を有するプラズマ処理装置の電極部材を実現できる。
【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セラミック多孔質体の断面図
（ｂ）本発明の一実施の形態のセラミック多孔質体の拡大断面図
【図３】本発明の一実施の形態のセラミック多孔質体の製造フロー図
【図４】本発明の一実施の形態のセラミック多孔質体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
Claims (2)
- 真空チャンバの処理室の内部に上下に対向して配設された下部電極および上部電極と、下部電極と上部電極の間に高周波電圧を印加する高周波発生部と、処理室の減圧を行う圧力制御部とを備え、上部電極はプラズマ発生用のガスを処理室に供給するプラズマ発生用電極と、このプラズマ発生用電極の下面に設けられたガス供給口の前面に装着されてガスを通過させる電極部材から成り、
前記電極部材はセラミックにより形成され３次元網目構造を有するセラミック多孔質体であって、高分子材質より成る芯材を３次元網目状に連続させた基材を複数種類組み合わせた複合基材を前記セラミックを含むスラリに所定回数浸漬することにより前記複合基材の芯材に前記スラリを付着させ、付着したスラリが乾燥した後の前記複合基材を加熱することによりスラリ中のセラミックを焼成させて成り、３次元網目構造の空孔部は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シリコン系基板のプラズマ処理装置。 - 前記電極部材は、中央部と外周部は空孔率が異なっており、中央部を通過するガス流量を外周部を通過するガス流量よりも大きくすることにより均一なエッチングレートの分布を得るようにしたことを特徴とする請求項１記載のシリコン系基板のプラズマ処理装置。
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