JPH03129729A - プラズマエッチング用電極板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路をプラズマ
エツチング処理によって形成する際に使用するプラズマ
エツチング用電極板に関する。

（従来の技術） プラズマエツチング装置は、図に示すように、円板形状
の陽極板（１０）と、これと対向する陰極板（２０）と
を反応チャンバー（３０）内に備え、電極板（１Ｇ）（
２０）間に数十ボルトから数百ポルトの電位差の電場を
つくり、反応チャンバー（３０）内にＣＦ。

等の反応ガスを供給してプラズマ状態とし、陰極板（２
０）上に載置したウェハ（４０）にエツチング処理をほ
どこす構造となっている。

従来、このようなプラズマエツチング装置に用いられる
電極としては、一般に高密度黒鉛よりなる円板が使用さ
れている。高密度黒鉛は、優れた導電性と化学的安定性
を備え、高密度化も容易であることから、プラズマエツ
チング用電極とじては特性的に極めて好適な電極材料で
ある。

しかしながら、この高密度黒鉛は、コークスあるいはカ
ーボンの微粉をタールピッチなどのバインダー成分と共
に高密度に形成して、焼成した後黒鉛化したものであり
、巨視的には黒鉛の粒体集合による組織構造を有してい
るため、プラズマエツチングのような高エネルギーを発
生させるところでは、粒体脱落による消耗が激しく、ま
た、脱落した黒鉛粒子がウェハ上面を汚染して所定パタ
ーンの形成を阻害する等の欠点を招く不都合がある。こ
の不都合を解消するものとして、特開昭６２−２５２９
４２号公報に開示されているガラス状カーボンがあるが
、このガラス状カーボンは、高密度黒鉛に比べ加工が困
難であり、コスト高となるという問題があった。

また、電極板の片側には高エネルギーのプラズマによる
局所負荷を生じ、しかもチャンバー内は４００℃〜５０
０℃の加熱状態におかれるため、電極板がそりを生じた
り、局所的な消耗が起こったりして、正確なエツチング
処理がほどこせなくなるという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、プラズマの発生時の局所負荷による電極板の
そりや局所消耗を防止して正確なエツチング処理がほど
こせるようにするとともに、粒体脱落をなくして長寿命
のプラズマエツチング用電極板を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため、第一請求項に係る発明が採っ
た手段は、 「２０℃〜４００℃における平均熱膨張係数が１．３〜
？、０×１０−’／’Ｃ１異方比が１．２５以下の黒鉛
基材表面に熱分解炭素被膜を形成して戒ることを特徴と
するプラズマエツチング用電極板」 である。

ここで、黒鉛基材の平均熱膨張係数を１．３〜７、　　
ＯＸ　１０−’／’Ｃの範囲としたのは、プラズマエツ
チング処理時に電極板が局所的に加熱されても、熱膨張
の違いから、電極板に亀裂を発生させないためである。

さらに、黒鉛基材表面に形成した熱分解炭素被膜との熱
膨張差による剥離を防止するためである。

また、黒鉛基材を、その異方比が１．２５以下のものと
したのは、プラズマエツチング処理時に電極板の片側の
みに応力が生じても、物性を均一にしておくことによっ
て、電極板にそりを発生させないためである。

熱分解炭素の被膜層を黒鉛基材の表面に形成させる方法
としては、各種化学蒸着法により行なうことができる。

通常は、黒鉛基材を加熱し、メタン、プロパン等の炭化
水素ガスを高温の黒鉛基材に接触させることにより反応
させ、黒鉛基材の表面に熱分解炭素を生成させる方法に
よる。この場合、炭化水素ガスの濃度調整、あるいはキ
ャリアガスには水素ガスが適している。また、反応は常
圧もしくは減圧下で行なわれるが、被膜の均一性、平滑
性を得るため減圧下で行なうのが好ましく、３００Ｔｏ
　ｒ　ｒ以下で行なうのが望ましい。

また、第二請求項に係る発明の採った手段は、１２０℃
〜４００℃における平均熱膨張係数か１゜３〜７．　　
ＯＸ　１０−’／’Ｃ１異方比が１．２５以下であり、
かつ水銀圧入法で測定される７５Å〜７５０００Ａの径
を有する微細気孔の占める容積が０．０２ｃｃ／ｇ〜０
．２０ｃｃ／ｇの黒鉛基材表面に、厚さが５０〜８００
μｍの熱分解炭素被膜を形成して成ることを特徴とする
プラズマエツチング用電極板」 である。

ここで、黒鉛基材が上記第一請求項における物性を有し
たものとする他に、特に、黒鉛基材の水銀圧入法で測定
される７５Å〜７５０００Ａの径を有する微細気孔の占
める容積を０．０２ｃｃ／ｇ〜０．２０ｃｃ／ｇとした
のは、黒鉛基材に適当量の気孔が存在することにより、
これら気孔内に熱分解炭素被膜の一部が入り込む。その
ためアンカー効果により黒鉛基材と熱分解炭素被膜の密
着性を高めることができるのである。

０．０２ｃｃ／ｇ未満であるとアンカー効果が小さくな
り被膜との密着性が弱くなり、また０、２０ｃｃ／ｇを
超えると基材表面の凹凸が大きくなる結果、そこに被覆
される膜の微少な部位で応力が集中し、ハクリ、クラッ
クが生じ易くなる。

また、黒鉛基材を被覆する熱分解炭素の被膜層は、５０
μｍ〜８００μｍの範囲の厚さが必要である。５０μｍ
未満では十分な耐消耗性がえられないからで、また８０
μｍを超えると基材との熱膨張差により被膜の剥離やク
ラックを生じる可能性か大きくなる。

このことから中でも５０μｍ〜６００μｍ程度が最適で
ある。

（作用） まず、第一請求項に係るプラズマエツチング用電極板に
あっては、その黒鉛基材として、２０’Ｃ〜４００℃に
おける平均熱膨張係数が１．３〜７、ＯＸ　１０−’／
℃、異方比が１．２５以下のものを採用したから、プラ
ズマエツチング処理時に生じる電極板の局所的な負荷に
よる加熱や応力が生じても、電極板に亀裂を発生させた
り、そりゃ振動を生じさせたりすることがない。

また、このプラズマエツチング用電極板にあっては、熱
分解炭素被膜により黒鉛基材の表面は、高密度黒鉛のよ
うな粒体集合系とは異質の緻密組織となっている。この
ため、プラズマエツチングのような高エネルギーを発生
させるところでも、電極材料である黒鉛の粒体脱落によ
る消耗を防止することができる。

第二請求項に係るプラズマエツチング用電極板にあって
は、その黒鉛基材として、上記第一請求項に係るそれの
物性の他に、特に、水銀圧入法で測定される７５入〜７
５０００Åの径を有する微細気孔の占める容積を０．０
２ｃｃ／ｇ〜０．２０ｃｃ／ｇとしたから、これらの気
孔内に熱分解炭素被膜の一部が入り込んで、アンカー効
果によるこの黒鉛基材と熱分解炭素被膜との密着性をよ
り向上したものとしているのである。

また、第二請求項におけるプラズマエツチング用電極板
においては、黒鉛基材の表面に形成した熱分解被膜の厚
さを５０μｍ〜８００μｍとしたので、黒鉛基材の粒体
脱落を防止して、その消耗を非常に小さくしているので
ある。

（実施例） 次に、各請求項に係るプラズマエツチング用電極を実施
例に基づいて説明する。

実施例１ この実施例１は、第一請求項に係るプラズマエツチング
用電極を示すもので、その黒鉛基材として、２０℃〜４
００℃の平均熱膨張係数が２．８×１０−６／℃、異方
比１．０５の黒鉛を使用し、これを反応炉内に入れ、２
０００　’Ｃに加熱し、水素ガスをキャリアとしてプロ
パンを炉内に供給し、黒鉛基材上に厚さが５０μｍの熱
分解炭素被膜を形成させた電極板を作製した。

比較例１ 黒鉛基材として、２０℃〜４００℃の平均熱、膨張係数
が７．’５　Ｘ　１０−’／℃、異方比１．０５の黒鉛
を使用し、以下実施例１と同様の方法で、電極板を作製
した。

比較例２ 黒鉛基材として、２０℃〜４００℃の平均熱膨張係数が
２．８Ｘ１０−＠／℃、異方比１．３０の黒鉛を使用し
、以下実施例１と同様の方法で、電極板を作製した。

比較例３ 黒鉛基材として高密度黒鉛を使用し、電極板を作製した
。

上記実施例１及び比較例１，２．３の電極板をそれぞれ
、プラズマエツチング装置にセットし、反応ガスとして
ＣＦ、を用い、反応チャンバー中のガス圧を１．０Ｔｏ
ｒｒとし、２００個のシリコンウェハのエツチング処理
を行なった。

その結果、実施例１については、エツチング処理におけ
る不良品発生はなく、熱分解炭素被膜の剥離、黒鉛の粒
体脱落も認められなかった。また電極板の消耗度合は比
較例３の電極板の１／１０程度であった。

なお、比較例１については、不良品発生はなかったが、
熱分解炭素被膜の一部に剥離がみられ、比較例２につい
ては、実施例１の電極板の消耗度合とほとんど変らなか
ったが、プラズマエツチング処理における歩留りが悪く
、比較例３と同程度であった。

実施例２ この実施例２は、第２請求項に係るプラズマエツチング
用電極を示すもので、その黒鉛基材として、２０℃〜４
００℃の平均熱膨張係数が２，７×１０−’／℃、異方
比１．０５、水銀圧入法による気孔７５λ〜７５０００
大の容積が０，１０ｃｃ／ｇの黒鉛を使用し、これを反
応炉内に入れ、２０００℃に加熱し、水素ガスをキャリ
アとしてプロパンを炉内に供給し、黒鉛基材上に厚さが
３００μｍの熱分解炭素被膜を形成させた電極板を作製
した。

比較例４ 黒鉛基材として、２０℃〜４００℃の平均熱膨張係数が
４．５　Ｘ　１０−’／℃、異方比上、０５、水銀圧入
法による気孔７５入〜７５０００人の容積が０．２５ｃ
ｃ／ｇの黒鉛を使用し、以下実施例２と同様の方法で、
電極板を作製した。

比較例５ 黒鉛基材として、２０℃〜４００℃の平均熱膨張係数が
２．７ｘｌＯ−’／’Ｃ１異方比１．３０、水銀圧入法
による気孔７５λ〜７５０００λの容積が０．２５ｃｃ
／ｇの黒鉛を使用し、以下実施例２と同様の方法で、電
極板を作製した。

比較例６ 黒鉛基材として高密度黒鉛を使用し、電極板を作製した
。

上記実施例２及び比較例４，５．６の電極板をそれぞれ
、プラズマエツチング装置にセットし、反応ガスとして
ＣＦ、を用い、反応チャンバー中のガス圧を１．０Ｔｏ
ｒｒとし、２００個のシリコンウェハのエツチング処理
を行なった。

その結果、この実施例２については、エツチング処理に
おける不良品発生はなく、熱分解炭素被膜の剥離、黒鉛
の粒体脱落も認められなかった。

また電極板の消耗度合は比較例３の電極板の１／１０程
度であった。

なお、比較例４については、熱分解炭素被膜の一部に剥
離が、また被膜に局部的な消耗が認められた。比較例５
については、熱分解炭素被膜の剥離は認められなかった
が、被膜に局部的な消耗が認められた。

（発明の効果） 以上説明したように、各請求項に係るプラズマエツチン
グ用電極板により、プラズマエツチング処理時に生じる
電極板の局所的な負荷による局所的な加熱や、応力が生
じても、電極板に亀裂を発生させたり、そりや振動を生
じさせたりすることがなく、正確なエツチング処理を行
なうことができる。

また、熱分解炭素被膜により、プラズマエツチングのよ
うな高エネルギーを発生させるところでも、電極材料で
ある黒鉛の粒体脱落による消耗を防止して電極板のライ
フアップを図ることができる。

これにより、プラズマエツチング処理における歩留りを
向上させ、大幅なコスト低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図はプラズマエツチング装置の概要を示す断面図である
。 符号の説明 １０・・・陽極板、２０・・・陰極板、３０・・・反応
チャンバー４０・・・ウェハ。 以 上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）．２０℃〜４００℃における平均熱膨張係数が１．
   ３〜７．０×１０＾−＾６／℃、異方比が１．２５以下
   の黒鉛基材表面に熱分解炭素被膜を形成して成ることを
   特徴とするプラズマエッチング用電極板。 ２）．２０℃〜４００℃における平均熱膨張係数が１．
   ３〜７．０×１０＾−＾６／℃、異方比が１．２５以下
   であり、かつ水銀圧入法で測定される７５Å〜７５００
   ０Åの径を有する微細気孔の占める容積が０．０２ｃｃ
   ／ｇ〜０．２０ｃｃ／ｇの黒鉛基材表面に、厚さが５０
   〜８００μｍの熱分解炭素被膜を形成して成ることを特
   徴とするプラズマエッチング用電極板。