JP2008252045A - プラズマ処置装置用電極 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ処理装置用の電極として好適に用いることが可能な電気特性を備え、かつ、長期間にわたって安定したプラズマが生成可能なプラズマ処理装置用電極を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置に備えられ、高周波電圧が印加されることでプラズマ生成容器内にプラズマを生成するための電極であって、少なくともプラズマに曝される表面部分が、化学気相成長法（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって作成されたＳｉＣからなり、ＳｉＣ中の不純物濃度が３．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）以上かつ１．０×１０^１９（個／ｃｍ^３）以下であることを特徴とするプラズマ処置装置用電極を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば半導体製造プロセスにおいて用いるプラズマ処理装置に備えられ、高周波電圧が印加されることでプラズマ生成容器内にプラズマを生成するための電極に関する。

例えば半導体製造プロセスにおけるエッチング工程や成膜工程に用いるプラズマ処理装置において、高周波電圧が印加されることでプラズマ生成容器内にプラズマを生成するための電極は、重要な部品である。例えば、一般的な平行平板電極型のプラズマ処理装置では、上下方向に対向して設けられた電極板の間に高周波電圧を印加して、この電極間にプラズマを生成し、この電極間に配置した処理対象基板に対してプラズマ処理（エッチング処理や成膜処理）を施す。このような平行平板型のプラズマ処理装置では、電極板の表面の少なくとも一部は、生成したプラズマに曝される。特に処理対象基板にエッチング処理を行う過程では、電極間に生成したプラズマによって活性化された反応ガス活性種が電極表面に作用することで、電極表面は浸蝕（エッチング）されてしまう。電極表面が浸蝕されれば、生成するプラズマの安定性は低くなり、最終的にはプラズマの生成が不可能となってしまう。

このように、プラズマ処理装置においてプラズマに曝される電極は消耗品であり、従来から、なるべく長い期間安定したプラズマが生成可能で、装置のランニングコストが低減できるよう、プラズマに曝された際の耐食性が比較的高い電極が望まれていた。そこで、プラズマに曝された際の耐食性が比較的高い電極として、少なくともプラズマに曝される表面がＳｉＣ（シリコンカーバイド；Ｓｉｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）で構成された電極が提案されている。ＳｉＣは非常に高い硬度を有しており、耐食性（耐酸性など）および耐熱性に優れており、電極材料に限らず、半導体製造装置部品などのコーティング膜材料としても用いられている。

ＳｉＣには大きく分けて、ＳｉＣ粉末を焼結させて比較的大きな構造体とする、いわゆる焼結法によって作成された焼結ＳｉＣと、化学気相成長法（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって作成されたＣＶＤ−ＳｉＣとがある。焼結ＳｉＣは、微小な粉末が結合した状態で構成されており、物理的な強度も化学的な強度も、比較的脆くなっている。このため、電極表面のプラズマに曝される部分を、焼結ＳｉＣによって構成した場合、電極表面がプラズマによって比較的早く浸蝕されるという問題点があった。また、プラズマ処理の最中、粉末状のＳｉＣ等が電極表面から脱離してパーティクルとなり、処理対象基板に対するプラズマ処理に悪影響を及ぼす可能性も、比較的高かった。

一方、ＣＶＤ−ＳｉＣは、結晶構造が整った非常に緻密な構造であり、物理的な強度も化学的な強度も、焼結ＳｉＣに比べて高い。下記特許文献１には、電極（ガス吹き出し板）表面をＣＶＤ−ＳｉＣによって構成したプラズマエッチング装置の一例が記載されている。下記特許文献１にも記載されているようにＣＶＤ−ＳｉＣは、プラズマに曝された際の耐食性が焼結ＳｉＣに比べてより高く、また、プラズマ処理中に破損することで処理対象基板に悪影響を与えることも殆どない。電極表面のプラズマに曝される部分を、ＣＶＤ−ＳｉＣによって構成した場合、プラズマによる電極表面の浸蝕は比較的少なく、長期間にわたって安定してプラズマを生成することができる。また、電極からのパーティクルの発生など、処理対象基板に対するプラズマ処理に悪影響を及ぼす可能性も殆どない。装置のランニングコストやパーティクル発生の防止の点では、電極の表面をＣＶＤ−ＳｉＣによって構成することが好ましいといえる。
特開２００３−５９９０３号公報

しかし、高周波電圧が印加されてプラズマを生成するための電極が有すべき特性として、電気的特性も当然重要である。プラズマ処理装置では、例えば、高周波電力供給源が、いわゆるマッチングボックスや整合器等からなるインピーダンス整合手段を介して電極に接続されて、プラズマ処理装置全体で高周波回路が構成されている。プラズマ処理装置では、プラズマ処理の際、供給された高周波電力の反射損失が最小となるよう、このインピーダンス整合手段によって全体のインピーダンスが制御された状態でプラズマが生成される。プラズマ生成用電極も当然、プラズマ処理装置全体の高周波回路を構成する要素の一部であり、全体のインピーダンスに影響を与える。従来、プラズマ処理装置メーカーは、プラズマ生成用電極の有すべき電気特性を設定した上で、全体の回路構成を設計し、プラズマ生成用電極メーカーから仕様を満たすプラズマ生成用電極を購入して、設計仕様を満たす高周波回路を有するプラズマ処理装置を作製していた。

例えば、プラズマ処理装置メーカーは、従来、直流抵抗成分Ｒがなるべく低いことを、プラズマ生成用電極に求めていた。上述の焼結ＳｉＣは、構造体に含まれる不純物の影響で、電気抵抗率が１．０×１０^−２（Ωｃｍ）と比較的低くなっている。一方、ＣＶＤ−ＳｉＣは、結晶に含まれる不純物準位を高精度に抑制することができるので、電気抵抗率は、例えば１．０×１０^８（Ωｃｍ）以上と極端に高かった。すなわち、ＣＶＤ−ＳｉＣで構成した電極は、直流電気抵抗が高いため、プラズマ処理装置メーカーの要求する仕様を満たすことはできなかった。上記特許文献１では、電極表面のプラズマに曝される部分を、ＣＶＤ−ＳｉＣによって構成しているが、このままでは、プラズマ処理装置メーカーの要求する、直流抵抗の仕様を満たさず、プラズマ処理装置用の電極として実際に用いられることはできなかった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、プラズマ処理装置用の電極として好適に用いることが可能な電気特性を備え、かつ、長期間にわたって安定したプラズマが生成可能なプラズマ処理装置用電極を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、プラズマ処理装置に備えられ、高周波電圧が印加されることでプラズマ生成容器内にプラズマを生成するための電極であって、少なくとも前記プラズマに曝される表面部分が、化学気相成長法（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって作成されたＳｉＣからなり、前記ＳｉＣ中の不純物濃度が３．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）以上かつ１．０×１０^１９（個／ｃｍ^３）以下であることを特徴とするプラズマ処置装置用電極を提供する。

なお、前記ＳｉＣは、周波数１０（ＭＨｚ）の高周波電圧が印加された場合の体積固有抵抗が、１．０×１０^−６（Ω・ｃｍ）以上かつ１．０×１０^３（Ω・ｃｍ）以下であることが好ましい。なお、この体積固有抵抗は、長さａ＝１５（ｍｍ）、幅ｂ＝１０（ｍｍ）、高さｃ＝０．５（ｍｍ）の特定形状のＳｉＣ片について、インピーダンスを測定して得られた計測値に基いて導出された値であり、この特定形状のＳｉＣ片についてのインピーダンス計測値と、各測定対象ＳｉＣ片の形状とに基いて定義される量である。

また、前記ＣＶＤ−ＳｉＣ中の不純物は窒素であり、前記ＣＶＤ−ＳｉＣ中の窒素濃度が３．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）以上かつ１．０×１０^１９（個／ｃｍ^３）以下であることが好ましい。

また、前記ＣＶＤ−ＳｉＣは、化学気相成長法による結晶成長過程において、ＳｉＣの原料ガスに窒素ガスを混合させた混合ガスを用いて作成されることが好ましい。

本発明のプラズマ処理装置用電極を用いることで、プラズマ処理装置において構成される高周波回路全体のインピーダンスを所望の状態に設定ことができる。すなわち、本発明のプラズマ処理装置用電極をもって、アーキング（異常放電）などを生じることなく、安定してプラズマを生成することができる。加えて、本発明のプラズマ処理装置用電極は、電極表面のプラズマによる浸蝕が比較的少なく、長期間にわたって安定してプラズマを生成することができ、装置のランニングコストを抑制することができる。また、電極からのパーティクルの発生など、処理対象基板に対するプラズマ処理に悪影響を及ぼす可能性も殆どない。

以下、本発明のプラズマ処置装置用電極について説明する。図１は、本発明のプラズマ処理装置用電極の一例を用いて構成されるプラズマ処理装置の一例を説明する、概略断面図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、対向する２つの平板電極それぞれに、それぞれ異なる周波数の高周波電圧を印加し、プラズマの生成と入射するイオンのエネルギーを独立に制御する、いわゆる二周波励起容量結合式プラズマ処理装置である。

本実施形態のプラズマ処理装置１０は、図１に示すように、アルミニウム等の導電性材料からなる処理室１１と、電源部１７と、を備えている。処理室１１には、下部電極機構１２と上部電極機構１３とが配置されている。電源部１７は、第１の高周波電源１６、第１の整合器１６Ａ、第２の高周波電源１８、第２の整合器１８Ａ、および制御装置１４とを有している。

下部電極機構１２は、被処理体としてのウエハＷを載置する下部電極２２と、ウエハＷの外周を囲むように、下部電極２２の上面外周縁部に設けられたフォーカスリング２４とを有している。下部電極２２には第１の高周波電源１６が整合器１６Ａを介して接続されている。下部電極１２には、高周波電源１６から整合器１６Ａを介して高周波電圧が印加される。フォーカスリング２４は、ウエハＷの中央部付近とエッジ部分との、プラズマ処理速度の不均一性を是正するための公知のフォーカスリングである。なお、下部電極機構１２には、図示しない冷却手段及び加熱手段が内蔵され、これらの冷却手段及び加熱手段によって、ウエハＷを所定の温度に調整可能となっている。また、図示しない昇降手段を介して下部電極２２が昇降し、プラズマ処理の種類に応じて、ウエハＷと上部電極との隙間を適宜設定できるようになっている。

上部電極機構１３は、上部電極３２と支持部材３４とを有している。上部電極３２には第２の高周波電源１８が整合器１８Ａを介して接続されている。上部電極３２には、高周波電源１８から整合器１８Ａを介して高周波電圧が印加される。支持部材３４は、その下面に開口部が形成された筐体状の部材であり、この開口部を閉塞するように上部電極３２が配置されている。支持部材３４は、その上面側の壁面にも、ガス供給管３６と接続された開口を有している。ガス供給管３６は、図示しないガスボンベやマスフローコントローラ等を有して構成された図示しないガス供給手段と接続されている。筐体状の支持部材３４の内部空間には、ガス供給管３６を介して、図示しないガス供給手段から各種処理用ガスが供給される。上部電極３２には、上部電極３２の上面側から下面側まで貫通したガス放射孔３３が複数設けられており、支持部材３４の内部空間に供給された各種処理用ガスは、このガス放射孔３３を通じて上部電極３２と下部電極２２とに挟まれたプラズマ生成領域Ｐに供給される。また、処理室１１の底面には排気口１５が形成されており、排気口１５に接続された、ロータリーポンプやターボ分子ポンプなどの図示しない排気手段によって、処理室１１内が排気される構成となっている。なお、処理室１１には、処理室１１内の圧力を計測するための、図示しない圧力計が備えられている。

制御装置１４は、プラズマ処理装置１０におけるプラズマ処理動作全体を制御する。制御装置１４は、第１の高周波電源１６、第１の整合器１６Ａ、第２の高周波電源１８、第２の整合器１８Ａに加え、上述したガス供給手段や排気手段、圧力計などとも接続されており、処理室１１内の雰囲気を、所定の圧力の処理用ガス雰囲に制御することが可能となっている。制御装置１４は、処理室１１内の処理用ガス雰囲気を所定の圧力に制御した状態で，第１の高周波電源１４から下部電極１２に例えば２ＭＨｚの第１の高周波電力を印加させ、同時に第２の高周波電源１５から上部電極１３に例えば６０ＭＨｚの第２高周波電力を印加させる。このように高周波電力が印加されると、第２の高周波電力の働きで、下部電極２２と上部電極３２の間のプラズマ生成領域に、処理用ガスのプラズマが発生する。またプラズマＰが生成されるとともに、第１の高周波電力の働きで下部電極２２にセルフバイアス電位が発生し、下部電極２２上のウエハＷに対して、例えば反応性イオンエッチング等のプラズマ処理が施される。

図２（ａ）および（ｂ）は、プラズマ処理装置１０の上部電極３２について説明する図である。図２（ａ）は上部電極３２の概略斜視図、図２（ｂ）は上部電極３２の概略側断面図である。上部電極３２には、上部電極３２の上面側から下面側まで貫通したガス放射孔３３が複数形成されている。上部電極３２は、いわゆる焼結法によって作成された焼結ＳｉＣからなる基体４４に、化学気相成長法（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって作成された、層状のＣＶＤ−ＳｉＣ４２が設けられた構造となっている。ＣＶＤ−ＳｉＣ４２は、上部電極３２の下面側一面、すなわち、上部電極３２の少なくともプラズマＰに曝される表面部分に設けられている。また、このＣＶＤ−ＳｉＣ４２には、窒素が約５．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）含まれている。

例えば、結晶に含まれる窒素濃度が、約３．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）未満と高精度に抑制されたＣＶＤ−ＳｉＣ結晶では、電気抵抗率は、例えば１．０×１０^８（Ωｃｍ）以上と比較的高い。一方、本発明のプラズマ処理装置用電極の、少なくともプラズマに曝される表面部分を構成するＣＶＤ−ＳｉＣ層４２は、不純物である窒素を、約５．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）と比較的多く含むことで、物性値である電気抵抗率は、１．０×１０^２（Ω・ｃｍ）と比較的低くなっている。

なお、この窒素濃度は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）法によって測定された値である。より詳しくは、島津製作所社製二次イオン質量分析を用いて測定して得られた測定値である。

以下、ＣＶＤ−ＳｉＣ４２と同じ窒素濃度（約５．０×１０^１５（個／ｃｍ^３））を含むＣＶＤ−ＳｉＣに高周波電圧を印加して測定した場合に得られる、このＣＶＤ−ＳｉＣの体積固有抵抗の周波数依存性の一例について説明する。また、比較のため、窒素濃度が３．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）未満に抑制されたＣＶＤ−ＳｉＣ結晶に高周波電圧を印加して測定した場合に得られる、ＣＶＤ−ＳｉＣの体積固有抵抗の周波数依存性の一例についても説明する。また、さらに、焼結法によって作成した焼結ＳｉＣに高周波電圧を印加して測定した場合に得られる、ＣＶＤ−ＳｉＣの体積固有抵抗の周波数依存性の一例についても、説明する。

以下に述べる体積固有抵抗（Ω・ｃｍ）は、各種ＳｉＣそれぞれを切り出した略矩形形状のＳｉＣ片それぞれについて、インピーダンスを測定して得られた計測値に基いて導出される値のことであり、略矩形形状のＳｉＣ片についてのインピーダンス計測値と、各測定対象ＳｉＣ片の形状とに基いて定義される量である。

図３（ａ）および（ｂ）は、インピーダンスの計測方法について説明する概略図である。図３（ａ）は、各ＳｉＣ片についての概略上面図を、図３（ｂ）は、各ＳｉＣ片についての概略断面図を、それぞれ示している。

上述の各体積固有抵抗の測定値を得るには、まず、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、作成したＳｉＣを、長さａ＝１５（ｍｍ）、幅ｂ＝１０（ｍｍ）、高さｃ＝０．５（ｍｍ）の略矩形に切り出して、測定対象ＳｉＣ片５２とする。測定対象ＳｉＣ片５２の幅方向の端部には、ペースト焼付によって、プラチナ電極５４をそれぞれ形成する。ＳｉＣ片５２の上面の中央部分には、間隔Ｗ_１だけ離間させて、２本の電極端子５６をそれぞれ平行に配置する。加えて、各端部に設けたプラチナ電極５４にも、間隔Ｗ_２だけ離間させて、それぞれ電極端子５８を当接させる。この状態で、電極端子５６間に与える電圧の周波数を掃引させつつ、測定対象ＳｉＣ片５２に電極端子５６によって高周波電圧を印加して、電極端子５８間に流れる電流を計測することで、測定対象ＳｉＣ片５２のインピーダンス値（Ω）の周波数特性が計測できる。体積固有抵抗（Ω・ｃｍ）は、計測したインピーダンス値に、上述のｂを積算して求めることができる。体積固有抵抗は、各種ＳｉＣを用いてそれぞれ同一形状の電極を作成した際の、この電極が有するインピーダンスの大きさを、端的に表しているといえる。

体積固有抵抗は、特に比較的低い周波数領域では、焼結法によって作成した焼結ＳｉＣの体積固有抵抗に比べて、ＣＶＤ−ＳｉＣ結晶の体積固有抵抗の方がはるかに大きくなる。しかし、ＣＶＤ−ＳｉＣ結晶の体積固有抵抗は、印加電圧の周波数が高周波数になるほど、体積固有抵抗は明らかに低減してくる。体積固有抵抗を構成するインピーダンスの大きさは、おおまかにいえば、ある周波数における交流電流の流れにくさを表し、ＣＶＤ−ＳｉＣ結晶では、印加される電圧が高周波であるほど、交流電流は流れに易くなる。逆に、焼結ＣＶＤでは、印加される電圧が高周波であるほど、交流電流は流れに難くなる（体積固有抵抗が上昇してくる）。加えて、窒素濃度が５．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）と、不純物濃度が比較的高いＣＶＤ−ＳｉＣの体積固有抵抗の方が、窒素濃度が３．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）未満に抑制されたＣＶＤ−ＳｉＣに比べて、低周波領域においても高周波領域においても、体積固有抵抗は低くなる。ＣＶＤ−ＳｉＣをプラズマ処理装置用電極として用いる場合、窒素濃度が比較的高いほど、高周波電流は、より流れ易いといえる。このような各種ＳｉＣのインピーダンスの周波特性特性は、本願発明者によって確認された情報である。本願発明のプラズマ処理装置用電極は、ＳｉＣ中の不純物濃度が３．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）以上かつ１．０×１０^１９（個／ｃｍ^３）以下であることが好ましい。

プラズマ処理装置１０では、上部電極３２および下部電極２２の双方が、少なくともプラズマに曝される表面部分が、窒素濃度が３．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）以上かつ１．０×１０^１９（個／ｃｍ^３）以下であるＣＶＤ−ＳｉＣで構成されている。上部電極３２および下部電極２２の双方は、例えば２（ＭＨｚ）や１０（ＭＨｚ）といった高周波電圧が印加された際、高周波電流は比較的流れ易くなっている。このため、プラズマＰを生成するために第１の高周波電源１６および第２の高周波電源１８それぞれから高周波電圧が印加されても、上部電極３２および下部電極２２からの反射波は少なく、上部電極３２および下部電極２２におけるエネルギーロス等も少ないといえる。仮に、高周波電流が比較的流れにくい、すなわちインピーダンス（および体積固有抵抗）が比較的大きい場合、上部電極３２や下部電極２２の表面に局所的にインピーダンスが低い部分があると、その部分でアーキング（異常放電）が生じる可能性が高かった。本発明のプラズマ処理装置用電極では、このようなアーキングの発生も、確実に抑制することができる。

ここで、図２に示す上部電極３２の作製方法の一例について、説明しておく。まず、焼結ＳｉＣからなる基体４４を用意する。焼結ＳｉＣは、従来公知の焼結法で作製されるものなら、特に限定されない。この基体４４をＣＶＤ装置に入れ、装置（炉）内を所定の温度（例えば、１０００〜１６００℃）に加熱、保持するとともに、炉内を所定の圧力（例えば、１．３ｋＰａ）に制御する。そして、キャリアガスである水素ガス（Ｈ₂）とともに、ＳｉＣの原料となるＳｉＣｌ₄、Ｃ₃Ｈ₈などを体積％で５〜２０％供給するとともに、窒素ガスを体積％で０．５〜３０％供給し、基体４４の表面にＣＶＤ−ＳｉＣ層４２を成膜する。その後、基体４４をＣＶＤ装置から取り出し、例えば機械加工によってＣＶＤ−ＳｉＣ層４２の周面を研削して切除し、基体４４の周面を露出させる。そして、例えば機械加工で、ガス放射孔３３を形成する。原料ガスに混合する窒素ガスの割合を大きくするほど、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜に含まれる窒素濃度が増加する。ＣＶＤ−ＳｉＣ中の不純物濃度を３．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）以上かつ１．０×１０^１９（個／ｃｍ^３）以下にするには、原料ガスに混合する窒素ガスの割合は体積％で０．５〜３０％にしておくことが好ましい。

なお、図には示していないが、下部電極２２も、上部電極３２と同様、焼結ＳｉＣからなる基体の表面に、ＣＶＤ−ＳｉＣ層が設けられた構造となっている。以上、本発明のプラズマ処理装置用電極の一例である上部電極３２について、その電気的特性と製造方法を説明しているが、同様の説明は下部電極２２にも該当する。なお、プラズマ処理装置１０のフォーカスリング２４も、耐久性を確保するためには、少なくともプラズマに曝される表面がＳｉＣで構成されていることが好ましい。

また、本発明における各電極は、少なくともプラズマに曝される表面部分が、化学気相成長法（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって作成されたＣＶＤ−ＳｉＣからなっていればよく、電極の構成および作製方法については特に限定されない。例えば、電極の全体を、ＣＶＤ−ＳｉＣで構成しても構わず、この場合も、少なくともプラズマに曝される表面部分はＣＶＤ−ＳｉＣとなる。ただし、いわゆる焼結法は工業的手法と呼ばれ、ＳｉＣの構造体が比較的安価に得られる手法である。焼結法で得られるＳｉＣの構造体と同一体積の構造体を、全てＣＶＤ−ＳｉＣで構成すると、焼結法を用いた場合と比べて製造コストが高くなる。本発明のプラズマ処理装置用電極は、少なくともプラズマに曝される表面部分がＣＶＤ−ＳｉＣとなっていればよいが、製作コストを低減させるには、例えば焼結ＳｉＣからなる基体にＣＶＤ−ＳｉＣ層が設けられた構造であることが好ましい。

上述のように、プラズマ処理装置１０では、制御装置１４が、処理室１１内の処理用ガス圧力を所定の圧力に制御した状態で、第１の高周波電源１４から下部電極１２に例えば２ＭＨｚの第１の高周波電力を印加させ、同時に第２の高周波電源１５から上部電極１３に例えば６０ＭＨｚの第２高周波電力を印加させて、下部電極２２と上部電極３２の間で処理用ガスのプラズマＰを発生させる。本願発明のプラズマ処理装置用電極である上部電極３２および下部電極２２では、反射波も少なく、整合器１６ａや１８ａによって容易にインピーダンスマッチングをとることができる。また、電極におけるエネルギーロス等も少ない。また、プラズマに曝される表面が、物理的にも化学的にも高い強度を有するＣＶＤ−ＳｉＣで構成されているので、プラズマによる浸蝕も極端に少ない。このように、上部電極３２および下部電極２２を用いたプラズマ処理装置１０では、電極交換などのメンテナンスを実施することなく長期間連続して、良好な電力効率で、安定したプラズマを生成することができる。

本発明のプラズマ処理装置用電極のＣＶＤ−ＳｉＣに含まれる不純物は、ＣＶＤ−ＳｉＣに積極的に含ませることで、ＣＶＤ−ＳｉＣのインピーダンスを低減させるものであればよく、特に限定されない。本発明のプラズマ処理装置用電極のＣＶＤ−ＳｉＣに含まれる不純物は、窒素（Ｎ）に限定されず、例えばボロン（Ｂ）などであってもよい。

上記実施形態では、平行平板型のプラズマ処理装置の電極を例に説明した。しかし、本発明は、高周波電圧が印加されてプラズマを生成し、かつ表面の少なくとも一部がプラズマに曝される電極ならば、どのような電極でも提供するものであり、プラズマ処理装置や電極形状の構成など、特に限定されない。

例えば、プラズマ処理装置側の要求するプラズマ電極の電気特性として、Ｑ値（クオリティ・ファクタ）が高いことが、一般的に要求されている。周知のようにＱ値は、高周波回路を構成する要素に蓄えられたエネルギーと消費されたエネルギーとの比を表し、高周波回路を構成するリアクタンス成分Ｌの純度（言い換えれば、直流抵抗成分Ｒが低く、どの程度純粋なリアクタンスに近いか）の目安である。すなわち、プラズマ処理装置メーカーは、従来、直流抵抗成分Ｒがなるべく低いことを、プラズマ生成用電極に求めていたのである。本願発明者は、このような従来のプラズマ処理装置メーカー側からの要求仕様を踏まえた上で、プラズマ処理装置の電極として求められる最適な特性について検討し、本願発明を創作するに至ったのである。

本願発明者は、例えば、プラズマ処理装置用電極が有すべき特徴について検討し、耐久性や安定性の面でＣＶＤ−ＳｉＣによって電極を構成することに利点があるとの着想を得た。本願発明者は、その上で、プラズマ処理装置用電極が、高周波電力が印加された状態で使用されることに着目し、上述のように、従来知られていなかった、各種ＳｉＣのインピーダンスの周波数特性を確認した。本願発明者によって、ＣＶＤ−ＳｉＣ結晶であっても、印加される電圧の周波数が高くなるほど、交流電流は流れ易くなることがわかった。本願発明者は、例えば窒素濃度が３．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）以上と、不純物濃度が比較的高いＣＶＤ−ＳｉＣによって電極を構成すれば、プラズマ処理装置に好適といえるレベルまで、電極のインピーダンスを低減させることができるとの着想を得た。本願発明者は、下記に例示する実験によって、不純物濃度が比較的高いＣＶＤ−ＳｉＣによって電極を構成すれば、プラズマ処理装置に好適といえるレベルまで、電極のインピーダンスを低減させることができることを確認した。本願発明のプラズマ処理装置用電極は、このような本願発明者の試行錯誤によって、初めて提供されるものである。

以下、本発明のプラズマ処理装置用電極を用いて確認実験を行なった結果について記載しておく。まず、第１のサンプル電極として、窒素ガスを混合させずにＣＶＤ成膜した、窒素濃度が１．０×１０^９（個／ｃｍ^３）であるＣＶＤ−ＳｉＣを表面層として、図２に示す形態のプラズマ処理用電極を作製した。このＣＶＤ−ＳｉＣ層は、従来の、不純物濃度が低く抑制されたＣＶＤ−ＳｉＣである。なお、同条件で作製した同窒素濃度（１．０×１０^９（個／ｃｍ^３））のＣＶＤ−ＳｉＣを、図３に示す測定方法で測定した場合、直流抵抗率（すなわち周波数０の際の体積固有抵抗）は１．０×１０^８（Ω・ｃｍ）であり、印加電圧の周波数が１０（ＭＨｚ）の場合、体積固有抵抗は１．０×１０^６（Ω・ｃｍ）であった。この第１のサンプル電極を、プラズマ処理装置の上部電極として用い、このプラズマ処理装置においてプラズマを生成し、試験用サンプル基板であるシリコン基板に対してエッチングを行なった。このプラズマ処理装置において第１のサンプル電極に印加される高周波電圧の周波数は、５０（ＭＨｚ）であった。この結果、プラズマを生成している最中、電極間でアーキング（異常放電）が頻繁に発生し、安定してプラズマを生成することもできなかった。従来の、不純物濃度が低く抑制されたＣＶＤ−ＳｉＣでは、高周波電流が比較的流れにくく（すなわちインピーダンスが大きく）、上部電極３２や下部電極２２の表面における、例えば局所的にインピーダンスが低い部分でアーキング（異常放電）が起こった。

これに対し、第２のサンプル電極として、窒素濃度が１．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）であるＣＶＤ−ＳｉＣを表面層として、図２に示す形態のプラズマ処理用電極を作製した。なお、同条件で作製した窒素濃度が１．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）であるＣＶＤ−ＳｉＣを、図３に示す測定方法で測定した際、直流抵抗率（すなわち周波数０の際の体積固有抵抗）は１．０×１０^６（Ω・ｃｍ）であり、印加電圧の周波数が１０（ＭＨｚ）の場合、体積固有抵抗は１．０×１０^３（Ω・ｃｍ）であった。この第２のサンプル電極を、プラズマ処理装置の上部電極として用い、このプラズマ処理装置においてプラズマを生成し、試験用サンプル基板であるシリコン基板に対してエッチングを行なった。このプラズマ処理装置において第２のサンプル電極に印加される高周波電圧の周波数は、５０（ＭＨｚ）であった。この結果、プラズマを生成している最中、電極間でアーキングは認められなかった。また、プラズマを生成した後も、試験用サンプル基板や電極表面に、パーティクル発生などの異常は認められなかった。

また、第３のサンプル電極として、第２のサンプル電極に比べて窒素濃度を比較的低くした、窒素濃度が１．０×１０^９（個／ｃｍ^３）であるＣＶＤ−ＳｉＣを表面層として、図２に示す形態のプラズマ処理用電極を作製した。なお、同条件で作製した窒素濃度が１．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）であるＣＶＤ−ＳｉＣを、図３に示す測定方法で測定した際、直流抵抗率（すなわち周波数０の際の体積固有抵抗）は３．０×１０^６（Ω・ｃｍ）であり、印加電圧の周波数が１０（ＭＨｚ）の場合、体積固有抵抗は３０（Ω・ｃｍ）であった。この第３のサンプル電極を、プラズマ処理装置の上部電極として用い、このプラズマ処理装置においてプラズマを生成し、試験用サンプル基板であるシリコン基板に対してエッチングを行なった。このプラズマ処理装置において第３のサンプル電極に印加される高周波電圧の周波数は、５０（ＭＨｚ）であった。この場合も、プラズマを生成している最中、電極間でアーキング（異常放電）が頻繁に発生し、安定してプラズマを生成することはできなかった。一方、同様の実験により、窒素濃度が３．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）であるＣＶＤ−ＳｉＣを表面層として、図２に示す形態のプラズマ処理用電極を作製した場合、アーキングなく安定してプラズマが生成できることが確認されている。窒素濃度が３．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）であるＣＶＤ−ＳｉＣの、印加電圧の周波数が１０（ＭＨｚ）である場合の体積固有抵抗は１．０×１０^３（Ω・ｃｍ）であった。本願発明の電極は、窒素濃度が３．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）以上であることが好ましいといえる。また、体積固有抵抗が１．０×１０^３（Ω・ｃｍ）以下であることが好ましい。

また、第４のサンプル電極として、第２のサンプル電極に比べて窒素濃度を高くした、窒素濃度が５．０×１０^１９（個／ｃｍ^３）であるＣＶＤ−ＳｉＣを表面層として、図２に示す形態のプラズマ処理用電極を作製した。この第４のサンプル電極を、プラズマ処理装置の上部電極として用い、このプラズマ処理装置においてプラズマを生成し、試験用サンプル基板であるシリコン基板に対してエッチングを行なった。第４のサンプル電極の体積固有抵抗は１．０×１０^−６（Ω・ｃｍ）であった。このプラズマ処理装置において第４のサンプル電極に印加される高周波電圧の周波数は、５０（ＭＨｚ）であった。この場合、プラズマを生成している最中、電極間でアーキングは認められなかったが、プラズマを生成した後も、試験用サンプル基板や電極表面に、比較的多くのパーティクルが見つかった。窒素濃度を高くしすぎたことで、電極の強度が比較的脆弱になり、プラズマによるエッチング効果で電極表面が崩落したためである。一方、同様の実験により、窒素濃度が１．０×１０^１９（個／ｃｍ^３）であるＣＶＤ−ＳｉＣを表面層として、図２に示す形態のプラズマ処理用電極を作製した場合、実際の処理に支障が無い程度のパーティクルが発生するのみで、アーキングなく安定してプラズマが生成できることが確認されている。窒素濃度が１．０×１０^１９（個／ｃｍ^３）であるＣＶＤ−ＳｉＣの、印加電圧の周波数が１０（ＭＨｚ）である場合の体積固有抵抗は１．０×１０^−６（Ω・ｃｍ）であった。本願発明の電極は、窒素濃度が１．０×１０^１９（個／ｃｍ^３）以下であることが好ましいといえる。また、体積固有抵抗が１．０×１０^−６（Ω・ｃｍ）以上あることが好ましい。

以上、本発明のプラズマ処理装置用電極について説明したが、本発明のプラズマ処理装置用電極は上記実施例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

本発明のプラズマ処理装置用電極の一例を用いて構成されるプラズマ処理装置の一例の、概略断面図である。 本発明のプラズマ処理装置用電極の一例について説明する図であり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略側断面図である。 インピーダンスの計測方法について説明する概略図であり、（ａ）は概略上面図を、（ｂ）は概略側断面図をそれぞれ示す。

符号の説明

１０ プラズマ処理装置
１１ 処理室
１２ 下部電極機構
１３ 上部電極機構
１４ 制御装置
１６ 第１の高周波電源
１６Ａ 第１の整合器
１７ 電源部
１８ 第２の高周波電源
１８Ａ 第２の整合器
２２ 下部電極
２４ フォーカスリング
３２ 上部電極
３３ ガス放射孔
３４ 支持部材
４２ ＣＶＤ−ＳｉＣ
４４ 基体
５２ ＳｉＣ片
５４ プラチナ電極
５６、５８ 電極端子

Claims (4)

1. プラズマ処理装置に備えられ、高周波電圧が印加されることでプラズマ生成容器内にプラズマを生成するための電極であって、
   少なくとも前記プラズマに曝される表面部分が、化学気相成長法（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって作成されたＳｉＣからなり、
   前記ＳｉＣ中の不純物濃度が３．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）以上かつ１．０×１０^１９（個／ｃｍ^３）以下であることを特徴とするプラズマ処置装置用電極。
2. 前記ＳｉＣは、周波数１０（ＭＨｚ）の高周波電圧が印加された場合の体積固有抵抗が、１．０×１０^−６（Ω・ｃｍ）以上かつ１．０×１０^３（Ω・ｃｍ）以下であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処置装置用電極。
3. 前記ＣＶＤ−ＳｉＣ中の不純物は窒素であり、前記ＣＶＤ−ＳｉＣ中の窒素濃度が３．０×１０^１５（個／ｃｍ^３）以上かつ１．０×１０^１９（個／ｃｍ^３）以下であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のプラズマ処置装置用電極。
4. 前記ＣＶＤ−ＳｉＣは、化学気相成長法による結晶成長過程において、ＳｉＣの原料ガスに窒素ガスを混合させた混合ガスを用いて作成されることを特徴とする請求項３記載のプラズマ処置装置用電極。

Images