JP2019009337A - プラズマ処理装置用電極板およびプラズマ処理装置用電極板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマエッチング処理によるエッチング量の均一性を高くすることができるプラズマ処理装置用電極板を提供する。
【解決手段】炭化ケイ素基板からなり、厚み方向に貫通する通気孔１２を有するプラズマ処理装置用電極板１０であって、通気孔１２は、表面から０．５ｍｍ以内の領域Ｘにおける表面粗さＲａをＲａ_Ｘとし、前記表面から０．５ｍｍを超える領域Ｙにおける表面粗さＲａをＲａ_ｙとしたときに、下記の計算式（１）で定義される表面粗さ変動率が３０％以下であることを特徴とするプラズマ処理装置用電極板。
表面粗さ変動率（％）＝（Ｒａ_ｘ−Ｒａ_ｙ）の絶対値／Ｒａ_ｙ×１００・・・（１）
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置用電極板およびプラズマ処理装置用電極板の製造方法に関する。

半導体デバイス製造プロセスに使用されるプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置は、真空チャンバー内に、上下方向に対向配置された一対の電極が備えられている。一般に上側の電極には、プラズマ生成用のガスを通過させるための通気孔が形成されており、下側の電極は、架台となっており、ウェハなどの被処理基板が固定可能とされている。そして、上側電極の通気孔からプラズマ生成用のガスを下側電極に固定された被処理基板に供給しながら、その上側電極と下側電極間に高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させ、被処理基板にエッチング等の処理を行う構成とされている。

上記の構成のプラズマエッチング処理装置では、電極がエッチング処理時にプラズマの照射を受けることにより、徐々に消耗する。このため、電極の耐プラズマ性を向上させるために、電極の材料として炭化ケイ素を用いること、あるいは電極の表面に炭化ケイ素のコーティング層を設けることが検討されている。

特許文献１には、プラズマエッチング装置用電極（ガス吹き出し板）のプラズマ生成用のガスが噴き出す側の表面に、緻密質炭化ケイ素層を形成することが開示されている。この特許文献１には、炭化ケイ素緻密質炭化ケイ素層として、化学気相成長法（ＣＶＤ法）により形成された炭化ケイ素層（ＣＶＤ−ＳｉＣ層）と、緻密な炭化ケイ素焼結体からなる焼結体層が挙げられている。

また、プラズマ処理装置用電極板にプラズマ生成用の通気孔を形成する方法としては、ドリル加工やレーザ加工が知られている。
特許文献２には、レーザ加工によってプラズマ処理装置用電極板に通気孔を形成する方法として、電極板の表面を粗面化する粗面化工程と、電極板の粗面化された表面に波長２００ｎｍ〜６００ｎｍのレーザ光を照射して通気孔を形成する通気孔形成工程とを有し、レーザ光の焦点スポットを電極板の面方向に沿って旋回させることにより円形の照射エリアを形成し、この照射エリアを電極板の面方向に円運動させながら、レーザ光の焦点スポットを電極板の厚さ方向に移動させる方法が開示されている。

特開２００５−２８５８４５号公報 特開２０１１−１０３４５６号公報

炭化ケイ素は、耐プラズマ性は高いが、硬度が高く難削材であり、また化学的に安定で化学エッチングしにくいことから、加工性・量産性の点で大きな障壁となっている。特にプラズマ処理装置用電極板において重要な通気孔の形成に際して、炭化ケイ素は硬度が高いため、通常加工に用いられるドリルでは数個の通気孔を形成した段階で折損してしまい、量産性が低い。また、ドリルで形成した通気孔は、加工ダメージ（マイクロクラック）が発生し易く、表面粗さＲａが大きくなるおそれがある。プラズマ処理装置用電極板の基材がシリコンである場合は、フッ酸、硝酸、酢酸系の混酸を用いた化学エッチングによって、加工ダメージを除去でき、また通気孔の表面粗さＲａを小さくすることが可能である。しかし、炭化ケイ素は化学エッチングしにくい。

このため、炭化ケイ素に対して通気孔を形成する方法としては、特許文献２に開示されているレーザ加工が有効である。しかしながら、レーザ加工で通気孔を形成すると、基板表面近傍の表面粗さＲａが大きくなることがあった。通気孔の表面近傍の表面粗さＲａが大きくなると、プラズマ形成用のガスの流量がばらつき易くなる。ガス流量のばらつきが大きくなると、プラズマエッチング処理による処理効率が変動し、エッチング量が不均一となるおそれがある。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、プラズマエッチング処理によるエッチング量の均一性を高くすることができるプラズマ処理装置用電極板およびプラズマ処理装置用電極板の製造方法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に、本発明のプラズマ処理装置用電極板は、炭化ケイ素基板からなり、厚み方向に貫通する通気孔を有するプラズマ処理装置用電極板であって、前記通気孔は、表面から０．５ｍｍ以内の領域における表面粗さＲａをＲａ_Ｘとし、前記表面から０．５ｍｍを超える領域における表面粗さＲａをＲａ_ｙとしたときに、下記の計算式（１）で定義される表面粗さ変動率が３０％以下であることを特徴としている。
表面粗さ変動率（％）＝（Ｒａ_ｘ−Ｒａ_ｙ）の絶対値／Ｒａ_ｙ×１００・・・（１）

このような構成とされた本発明のプラズマ処理装置用電極板は、通気孔の表面粗さ変動率が３０％以下であり、通気孔の表面粗さＲａの均一性が高いので、通気孔内を通るプラズマ生成用ガスの流量が均一となり易い。このため、本発明のプラズマ処理装置用電極板を用いることによって、プラズマ処理装置内にて生成するプラズマの量が安定する。したがって、本発明のプラズマ処理装置用電極板を用いることによって、プラズマエッチング処理によるエッチング量の均一性を高くすることができる。

また、本発明のプラズマ処理装置用電極板の製造方法は、炭化ケイ素基材を用意する基材用意工程と、前記炭化ケイ素基材に、レーザ光を集光させた集光レーザ光を、前記集光レーザ光の焦点深度領域を前記炭化ケイ素基材の面方向に沿って旋回させることにより円形の照射エリアを形成させるとともに、前記炭化ケイ素基材の厚み方向に移動させながら照射することによって貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、を備え、前記貫通孔形成工程において、前記集光レーザ光の照射を、前記集光レーザ光の焦点深度領域が前記炭化ケイ素基材の表面から０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の範囲で上方となる位置から開始し、前記集光レーザ光の焦点深度領域が前記炭化ケイ素基材の表面に到達するまでの間は、前記集光レーザ光を前記円形の照射エリアの中心に向けて照射することを特徴としている。

このような構成とされた本発明のプラズマ処理装置用電極板の製造方法によれば、前記貫通孔形成工程において、前記集光レーザ光の照射を、前記集光レーザ光の焦点深度領域が前記炭化ケイ素基材の表面から０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の範囲で上方となる位置から開始するので、集光レーザ光の照射開始時において、炭化ケイ素基材の表面に照射されるレーザ光のエネルギー量を抑えることができ、炭化ケイ素基材の表面温度が急激に上昇することを抑制することができる。また、前記集光レーザ光の焦点深度領域が前記炭化ケイ素基材の表面に到達するまでの間は、前記集光レーザ光を前記円形の照射エリアの中心に向けて照射するので、炭化ケイ素基材１１aの表面が過剰に削られることを防止することができる。よって、上述のように、貫通孔（通気孔）の表面粗さ変動率が低く、通気孔内を通るプラズマ生成用ガスの流量が均一となり易く、プラズマエッチング処理によるエッチング量の均一性を高くすることができるプラズマ処理装置用電極板を得ることができる。

ここで、本発明のプラズマ処理装置用電極板の製造方法においては、前記集光レーザ光の出力を段階的もしくは連続的に上昇させることが好ましい。
この場合、集光レーザ光の出力を段階的もしくは連続的に上昇させることによって、集光レーザ光の照射開始時に、炭化ケイ素基材の表面に照射されるレーザ光のエネルギー量をより抑えることができるので、炭化ケイ素基材の表面温度が急激に上昇することがさらに抑制され、貫通孔の表面粗さ変動率をより確実に小さくすることが可能となる。

さらに、本発明のプラズマ処理装置用電極板の製造方法においては、前記集光レーザ光を照射しながら、前記円形の照射エリアを前記炭化ケイ素基材の面方向に円運動させてもよい。
この場合は、集光レーザ光の照射エリアよりもサイズの大きい貫通孔を形成することが可能となる。

本発明によれば、プラズマエッチング処理によるエッチング量の均一性を高くすることができるプラズマ処理装置用電極板およびプラズマ処理装置用電極板の製造方法を提供することが可能となる。

本実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板の概略説明図であり、（ａ）は、斜視図であって、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。 本実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板を用いたプラズマエッチング装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板の製造方法を説明する断面図である。 本実施形態のプラズマ処理装置用電極板の製造方法において有利に用いることができる集光レーザ光を説明する概念図である。 本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板の製造方法における貫通孔形成工程を説明する断面図である。 従来のプラズマ処理装置用電極板の製造方法における貫通孔形成工程を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板の製造方法において、集光レーザ光の照射エリアよりもサイズの大きい貫通孔を形成する方法を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板の製造方法において、集光レーザ光の照射エリアよりもサイズの大きい貫通孔を形成する方法を説明する拡大平面図である。

以下に、本発明の実施形態であるプラズマ処理装置用電極板およびプラズマ処理装置用電極板の製造方法について添付した図面を参照して説明する。
本実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板は、例えば、半導体デバイス製造プロセスに使用されるプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置の真空チャンバー内に備えられる一対の電極のうちの上側電極として用いられるものである。

図１は、本実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板の概略説明図であり、（ａ）は、斜視図であって、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。

図１において、プラズマ処理装置用電極板１０は、円板状の炭化ケイ素基板１１と、炭化ケイ素基板１１の厚み方向に貫通する通気孔１２を有する。通気孔１２は、プラズマ生成用のガスを通過させるための孔であり、複数個形成されている。

炭化ケイ素基板１１の厚みは、通常は、１ｍｍを超え３０ｍｍ以下の範囲である。炭化ケイ素基板１１は、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の焼結体などからなる。炭化ケイ素焼結体は、ＳｉＣ粉末単独の焼結体であってもよいし、ＳｉＣ粉末と焼結助剤を含む混合物の焼結体であってもよい。焼結助剤の例としては、Ｙ_２Ｏ_３粉末、Ａｌ_２Ｏ_３粉末およびＡｌＮ粉末を挙げることができる。これらの焼結助剤は、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。焼結助剤の含有量は、３質量％以上１０質量％以下の範囲にあることが好ましい。

通気孔１２は、図１（ｂ）に示すように、表面から０．５ｍｍ以内の領域（表面領域）Ｘにおける表面粗さＲａをＲａ_ｘとし、表面から０．５ｍｍを超える領域（中間領域）Ｙにおける表面粗さＲａをＲａ_ｙとしたときに、上記の計算式（１）で定義される表面粗さ変動率が３０％以下とされている。表面粗さ変動率が低いことは、通気孔１２の表面領域Ｘと中間領域Ｙとにおいて、表面粗さＲａのばらつきが小さく、均一性が高いことを意味する。本実施形態では、この表面粗さ変動率が３０％以下と小さく、表面粗さＲａの均一性が高いので、通気孔１２内を通るプラズマ生成用ガスの流量が均一となる。表面粗さ変動率は、通常は１％以上である。

表面粗さ変動率の計算式（１）において分母となる表面粗さＲａ_ｙは、３．０μｍ以下であることが好ましい。表面粗さＲａ_ｙは、好ましくは０．５μｍ以下、より好ましくは０．４μｍ以下、特に好ましくは０．２５μｍ以下である。

ここで、通気孔１２の表面粗さＲａ_ｘおよびＲａ_ｙは、通気孔１２の内壁面の中心線表面粗さＲａである。なお、中心線表面粗さＲａは、通気孔１２の厚さ方向に測定した値である。中心線表面粗さＲａは、以下のようにして求められる値である。
まず、接触式測定装置を用いて、粗さ曲線を測定する。次いで、測定された粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線とで囲まれた領域の面積の総和を求める。そして、この面積の総和を測定長さで割った値（単位：μｍ）を、中心線平均粗さＲａとする。なお、表面粗さＲａ_ｙの測定範囲は、中間領域Ｙの全範囲としてもよいが、中間領域Ｙの一部であってもよい。ただし、表面粗さＲａ_ｙの測定範囲は、０．５ｍｍもしくはそれ以上とすることが好ましい。表面粗さＲａ_ｙの測定範囲は、通気孔１２の表面から０．５ｍｍを超えた直後から０．５ｍｍの範囲（例えば、通気孔１２の表面から０．５１ｍｍ〜１．０１ｍｍの範囲）としてもよい。

通気孔１２のアスペクト比（長さ／直径）は３以上であることが好ましい。通気孔１２のアスペクト比が３以上であると、プラズマがプラズマ処理装置用電極板１０の背面にまで到達しにくくなり、プラズマ処理装置用電極板１０の背面に配置される部材（例えば、図２の冷却板６１）の消耗を抑えることができる。また、プラズマ生成用のガスの逆流を防ぐためには、通気孔１２のアスペクト比は５０以下であることが好ましい。

図２は、本実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板を用いたプラズマエッチング装置の一例を示す概略構成図である。
プラズマエッチング装置１００は、図２に示すように、真空チャンバー４０内の上側に本実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板１０（上側電極）が設けられるとともに、下側に上下動可能な架台（下側電極）５０がプラズマ処理装置用電極板１０と相互間隔をおいて平行に設けられる。この場合、上側のプラズマ処理装置用電極板１０は絶縁体６０により真空チャンバー４０の壁に対して絶縁状態に支持されているとともに、架台５０の上に、静電チャック５１と、その周りを囲むシリコン製の支持リング５２とが設けられており、静電チャック５１上に支持リング５２により周縁部を支持した状態でウエハ（被処理基板）７０が載置されるようになっている。また、真空チャンバー４０の上側には、エッチングガス供給管４１が設けられ、このエッチングガス供給管４１から送られてきたエッチングガスは、拡散部材４２を経由した後、プラズマ処理装置用電極板１０に設けられた通気孔１２を通してウエハ７０に向かって流され、真空チャンバー４０の側部の排出口４３から外部に排出される構成とされる。一方、プラズマ処理装置用電極板１０と架台５０との間には、高周波電源８０により高周波電圧が印加されるようになっている。

また、プラズマ処理装置用電極板１０の背面には、熱伝導性に優れるアルミニウム等からなる冷却板６１が固定されている。この冷却板６１にも、プラズマ処理装置用電極板１０の通気孔１２に連通するように、通気孔１２と同じピッチで貫通孔６２が形成されている。そして、プラズマ処理装置用電極板１０は、背面が冷却板６１に接触した状態でねじ止め等によってプラズマエッチング装置１００内に固定される。

次に、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板の製造方法を、図３を参照して説明する。
本実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板の製造方法は、炭化ケイ素基材１１ａを用意する基材用意工程と、炭化ケイ素基材１１ａに、レーザ光を集光させた集光レーザ光を照射することによって貫通孔を形成する貫通孔形成工程とを備えている。

（基材用意工程）
まず、図３（ａ）に示すように、炭化ケイ素基材１１ａを準備する。
炭化ケイ素基材１１ａは、例えば、ホットプレスを用いて作製することができる。具体的には、ＳｉＣ粉末もしくはＳｉＣ粉末と焼結助剤とを含む混合物を、成形型に充填し、ホットプレスを用いて加圧焼成することによって作製することができる。

炭化ケイ素基材１１ａは、表面粗さＲａが０．２μｍ以上３０μｍ以下の範囲にあることが好ましい。表面粗さＲａがこの範囲にあると、レーザ光の吸収効率が高くなり、後述の貫通孔形成工程の作業効率が向上する。炭化ケイ素基材１１ａの表面粗さＲａが上記の範囲となるように、炭化ケイ素基材１１ａの表面に粗面化処理してもよい。粗面化処理としては、平面研削盤、ラップマシン、ポリッシングマシンを用いることができる。

（貫通孔形成工程）
貫通孔形成工程では、先ず、図３（ｂ）に示すように、炭化ケイ素基材１１ａの一方の表面に集光レーザ光２２を照射して窪み１２ａを形成する。レーザ光は一定の大きさに広がったビーム径を持つため、このまま炭化ケイ素基材１１ａに照射しても弱い加熱しかできない。このため、本実施形態では、レーザ光を集光させた集光レーザ光２２を用いる。

図４は、本実施形態のプラズマ処理装置用電極板の製造方法において有利に用いることができる集光レーザ光を説明する概念図である。
レーザ光としては、図４（ａ）に示すように、レーザ光２０をレンズ２１で集光させた集光レーザ光２２を用いることができる。集光レーザ光は、図４（ｂ）に示すように、最もレーザ光が集光している焦点深度領域２２ａ（ジャストフォーカス）を有し、その先に焦点深度領域２２ａから拡散したデフォーカス領域２２ｂを有する。デフォーカス領域２２ｂ内には、エネルギー密度が高く、炭化ケイ素基材１１ａを加工可能な収束領域２２ｃが存在する。

この集光したレーザ光が加工対象物の表面に照射されると、加工対象物がレーザ光を吸収して原子が激しく振動する現象が生じる。この原子の振動は発熱を伴い短時間に発熱する。この状態に続けて集光レーザ光の照射を行うと、加工対象物の発熱は増して熱伝導が起こり周りの温度も急激に上昇し、集光レーザ光が照射された部分から溶融を起こし始める。エネルギー密度が高い場合は、光吸収・光熱変換・圧縮膨張・溶発のプロセスをとるアブレーション加工となる。

集光レーザ光２２は、集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａを炭化ケイ素基材１１ａの面方向に沿って旋回させることにより円形の照射エリアを形成させるとともに、炭化ケイ素基材１１ａの厚み方向に移動させながら照射する。ここで、集光レーザ光２２を用いて炭化ケイ素基材１１ａに窪み１２ａを形成する場合、エネルギー密度が最も高い領域（レーザ光が最も集光した領域)である焦点深度領域２２ａが炭化ケイ素基材１１ａの表面に当たるように、集光レーザ光２２を照射することが、エネルギーの利用効率の観点としては好ましいと考えられる。しかしながら、集光レーザ光２２の照射開示時において、焦点深度領域２２ａが炭化ケイ素基材１１ａの表面に当たるように集光レーザ光２２を照射すると、焦点深度領域２２ａとデフォーカス領域２２ｂ内の収束領域２２ｃのエネルギーが炭化ケイ素基材１１ａの表面に付与されて、炭化ケイ素基材１１ａが過剰に除去されることがある。

そこで、本実施形態では、集光レーザ光２２の照射を、集光レーザ光の焦点深度領域２２ａが炭化ケイ素基材１１ａの表面から０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の範囲で上方となる位置から開始する。そして、集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａが炭化ケイ素基材１１ａの表面に到達するまでの間は、集光レーザ光２２を円形の照射エリアの中心に向けて照射する。集光レーザ光２２の照射をこのように行うことによって、表面粗さ変動率が低い通気孔を形成することが可能となる理由を図５と図６を参照しながら説明する。

図５は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板の製造方法における貫通孔形成工程を説明する断面図である。なお、図５において、符号２３の矢印は、円形の照射エリアを表し、１点破線は、円形の照射エリアの中心を表す。

図５（ａ）は、集光レーザ光２２の照射開始時の状態である。集光レーザ光２２の照射開始時は、焦点深度領域２２ａの位置ｈが、炭化ケイ素基材１１ａの表面から０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の範囲の位置とされている。これにより、集光レーザ光２２の照射開始時に、炭化ケイ素基材１１ａの表面に照射される集光レーザ光２２は、デフォーカス領域２２ｂ内の収束領域２２ｃの一部のみとなる。このため、炭化ケイ素基材１１ａの表面温度が急激に上昇することを抑制することができる。また、集光レーザ光２２は円形の照射エリア２３の中心に向けて照射されている。これにより、デフォーカス領域２２ｂ内の収束領域２２ｃによって、炭化ケイ素基材１１aの表面が過剰に削られることを防止することができる。

図５（ｂ）は、集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａを、炭化ケイ素基材１１ａの厚み方向に移動させた状態である。本実施形態では、集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａが炭化ケイ素基材１１ａの表面に到達するまでの間は、集光レーザ光２２を円形の照射エリア２３の中心に向けて照射する。これにより、集光レーザ光２２のデフォーカス領域２２ｂ内の収束領域２２ｃが、窪み１２ａの内壁面に照射されないので、窪み１２ａの表面が過剰に削られることを防止することができ、窪み１２ａの表面粗さＲａを小さくすることができる。

図５（ｃ）は、集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａが炭化ケイ素基材１１ａの表面に到達した状態である。集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａが表面に到達した段階で、窪み１２ａの内壁面に集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａが照射され、これによって窪み１２ａの内壁面の凹凸が削られて、窪み１２ａの表面粗さＲａを小さくすることができる。

図５（ｄ）は、集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａが炭化ケイ素基材１１ａの表面を超えて炭化ケイ素基材１１ａの厚み方向に移動させた状態である。集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａが炭化ケイ素基材１１ａの表面を超えた後は、集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａが円形の照射エリア２３を形成するように、集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａを炭化ケイ素基材１１ａの面方向に沿って旋回させる。こうすることによって、表面粗さ変動率が低い窪み１２ａを形成することができる。

図６は、従来のプラズマ処理装置用電極板の製造方法における貫通孔形成工程を説明する断面図である。なお、図６において、符号２３の矢印は、円形の照射エリアを表し、１点破線は、円形の照射エリアの中心を表す。

図６（ａ）は、集光レーザ光２２の照射開始時の状態である。集光レーザ光２２の照射開始時において、焦点深度領域２２ａが炭化ケイ素基材１１ａの表面に照射されている。また、集光レーザ光２２は、焦点深度領域２２ａが円形の照射エリア２３を形成するように照射されている。集光レーザ光２２の照射開始時において、焦点深度領域２２ａが炭化ケイ素基材１１ａの表面に照射されることは、炭化ケイ素基材１１ａの表面に、焦点深度領域２２ａとデフォーカス領域２２ｂ内の収束領域２２ｃのエネルギーが一時に付与される。このため、炭化ケイ素基材１１aの表面温度が急激に上昇し、炭化ケイ素基材１１aの表面が過剰に削れられて、窪み１２ａの内壁面の表面粗さＲａが大きくなる。

図６（ｂ）は、集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａを、炭化ケイ素基材１１ａの厚み方向に移動させた状態である。集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａを厚み方向に移動させると、炭化ケイ素基材１１ａに付与される集光レーザ光のエネルギーが徐々に分散する。このため過剰に削れられる炭化ケイ素基材１１aの量が減少し、窪み１２ａの内壁面の表面粗さＲａが徐々に小さくなる。

図６（ｃ）は、集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａを、炭化ケイ素基材１１ａの厚み方向にさらに移動させた状態である。集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａを厚み方向にさらに移動させると、炭化ケイ素基材１１ａに付与される集光レーザ光のエネルギーがさらに分散する。このため過剰に削れられる炭化ケイ素基材１１aの量がさらに減少し、窪み１２ａの内壁面の表面粗さＲａが徐々にさらに小さくなる。ただし、窪み１２ａの表面粗さ変動率は大きくなる。

本実施形態において、集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａを、炭化ケイ素基材１１ａの面方向に沿って旋回させる方法としては、ビームローテータを用いることができる。
円形の照射エリアの直径（ビームローテータの回転直径）は、一般に０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲である。ビームローテータの回転速度は、一般に１０００ｒｐｍ以上５０００ｒｐｍ以下の範囲である。また、集光レーザ光２２のデフォーカス領域２２ｂを、炭化ケイ素基材１１ａの厚み方向に移動させる送り速度は、一般に０．００１ｍｍ／秒以上０．１ｍｍ／秒以下である。

炭化ケイ素基材１１ａに強い出力で、集光レーザ光２２を照射すると、炭化ケイ素基材１１ａの表面が急激に加熱されて、過剰に蒸発するおそれがある。このため、本実施形態では、集光レーザ光２２の出力を段階的もしくは連続的に上昇させている。例えば、最終的に照射する集光レーザ光の出力に対して１／１０の出力、３／１０の出力、５／１０の出力、７／１０の出力の順に、それぞれ５秒以上２０秒以下の間隔で段階的に集光レーザ光２２の出力を上昇させる。

以上のようにして、炭化ケイ素基材１１ａの一方の表面に窪み１２ａを形成した後、図３（ｃ）（ｄ）に示すように、炭化ケイ素基材１１ａの窪み１２ａが形成されていない他方の表面に集光レーザを照射して貫通孔（通気孔１２）を形成する。集光レーザを照射する条件は、窪み１２ａを形成する際の条件と同じである。こうすることによって、窪み１２ａが形成されていない他方の表面から、表面領域の表面粗さＲａが小さい貫通孔を形成できる。

以上のような工程により、本実施形態であるプラズマ処理装置用電極板が製造される。このプラズマ処理装置用電極板は、さらに、表面に化学気相成長法（ＣＶＤ法）により炭化ケイ素層（ＣＶＤ−ＳｉＣ層）を形成し、次いでそのＣＶＤ−ＳｉＣ層と炭化ケイ素基材とを貫通する通気孔を形成してもよい。

また、本実施形態であるプラズマ処理装置用電極板の製造方法では、さらに、集光レーザ光２２を照射しながら、円形の照射エリア２３を炭化ケイ素基材１１ａの面方向に円運動させてもよい。こうすることによって、照射エリアよりもサイズの大きい貫通孔を形成することができる。このサイズの大きい貫通孔の形成方法について、図７と図８を用いて説明する。

図７は、サイズの大きい貫通孔を形成する方法を説明する断面図である。図８は、サイズの大きい貫通孔を形成する方法を説明する平面図である。

図７（ａ）に示す炭化ケイ素基材１１ａに対して、図７（ｂ）および図８に示すように集光レーザ光を照射しながら、照射エリア２３を炭化ケイ素基材１１ａの面方向に円運動させることによって、内側に円筒部３２が残った円環状の溝３１を形成させることができる。次いで、図７（ｃ）（ｄ）に示すように、炭化ケイ素基材１１ａの円環状の溝３１が形成されていない他方の表面から、集光レーザ光を照射しながら、照射エリア２３を炭化ケイ素基材１１ａの面方向に円運動させることによって、円環状の貫通孔が形成され、内側の円筒部３２が除去されて、照射エリア２３よりもサイズの大きい貫通孔（通気孔１２）が形成される。

以上のような構成とされた本実施形態であるプラズマ処理装置用電極板１０によれば、通気孔１２の表面粗さ変動率が３０％以下とされ、通気孔１２の表面粗さＲａの均一性が高いので、通気孔１２内を通るプラズマ生成用ガスの流量が均一となり易い。このため、本実施形態のプラズマ処理装置用電極板１０を用いることによって、プラズマ処理装置内にて生成するプラズマの量が安定する。したがって、本実施形態のプラズマ処理装置用電極板１０を用いることによって、プラズマエッチング処理によるエッチング量の均一性を高くすることができる。

また、本実施形態であるプラズマ処理装置用電極板の製造方法によれば、貫通孔形成工程において、集光レーザ光２２の照射が、集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａが炭化ケイ素基材１１ａの表面から０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の範囲で上方となる位置から開始されるので、集光レーザ光２２の照射開始時に、炭化ケイ素基材１１ａの表面に照射されるレーザ光のエネルギー量を抑えることができ、炭化ケイ素基材１１ａの表面温度が急激に上昇することを抑制することができる。また、集光レーザ光２２の焦点深度領域２２ａが炭化ケイ素基材の表面に到達するまでの間は、集光レーザ光２２が円形の照射エリア２３の中心に向けて照射されるので、炭化ケイ素基材１１aの表面が過剰に削られることを防止することができる。よって、上述のように、貫通孔（通気孔１２）の表面粗さ変動率が低く、通気孔１２内を通るプラズマ生成用ガスの流量が均一となり易く、プラズマエッチング処理によるエッチング量の均一性を高くすることができるプラズマ処理装置用電極板１０を得ることができる。

また、本実施形態のプラズマ処理装置用電極板の製造方法においては、集光レーザ光２２の出力を段階的もしくは連続的に上昇させることによって、集光レーザ光２２の照射開始時に炭化ケイ素基材１１ａの表面に照射されるレーザ光のエネルギー量をより抑えることができる。これにより、炭化ケイ素基材１１ａの表面温度が急激に上昇することがさらに抑制され、貫通孔の表面粗さ変動率をより確実に小さくすることが可能となる。

さらに、本実施形態のプラズマ処理装置用電極板の製造方法においては、集光レーザ光２２を照射しながら、円形の照射エリア２３を炭化ケイ素基材１１ａの面方向に円運動させることによって、集光レーザ光２２の照射エリアよりもサイズの大きい貫通孔を形成することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、プラズマ処理装置用電極板１０を円板状としたが、プラズマ処理装置用電極板１０の形状には特に制限はなく、角板状としてもよい。

また、本実施形態では、炭化ケイ素基板１１は、炭化ケイ素の焼結体としたが、化学気相成長法（ＣＶＤ法）により形成された炭化ケイ素基板であってもよく、また炭化ケイ素焼結体などの表面に、化学気相成長法（ＣＶＤ法）により形成された炭化ケイ素層（ＣＶＤ−ＳｉＣ層）を形成した積層体などであってもよい。

さらに、本実施形態のプラズマ処理装置用電極板の製造方法では、貫通孔形成工程において、炭化ケイ素基材１１ａの一方の表面に集光レーザ光２２を照射して窪み１２ａを形成した後、炭化ケイ素基材１１ａの窪み１２ａが形成されていない他方の表面に集光レーザ光２２を照射して貫通孔（通気孔１２）を形成しているが、炭化ケイ素基材１１ａの一方の表面に集光レーザ光２２を照射して貫通孔を形成してもよい。

また、本実施形態のプラズマ処理装置用電極板の製造方法においては、集光レーザ光２２の出力を段階的もしくは連続的に上昇させるものとして説明したが、集光レーザ光２２の出力は段階的もしくは連続的に上昇させなくてもよい。

以下に、本発明の作用効果を、実施例により説明する。

［本発明例１］
ＳｉＣ粉末（純度：９９．９質量％、平均粒子径：０．２μｍ）を用意した。用意したＳｉＣ粉末を成形型に充填し、ホットプレスを用いて２０００℃、４０ＭＰａの条件で加圧焼成した。得られた焼結体を研磨加工して、直径３００ｍｍ、厚み１０ｍｍの円板状のＳｉＣ焼結体基材を作製した。

作製したＳｉＣ焼結体基材を、レーザ加工機（レーザ光波長：３５５ｎｍ）に配置した。そして、下記の条件にて、集光レーザ光を、ＳｉＣ焼結体基材の面方向に沿って旋回させることにより円形の照射エリアを形成させながら、厚み方向に深さ５ｍｍの窪みを３個形成した。なお、集光レーザ光は、図５に示すように、集光レーザ光の焦点深度領域がＳｉＣ焼結体基材の表面に到達するまでの間は、集光レーザ光を円形の照射エリアの中心に向けて照射した。
集光レーザ光の出力：１０Ｗ／秒
集光レーザ光の照射開始時の焦点深度領域の位置：ＳｉＣ焼結体基材の表面から０．５０ｍｍ上方
ビームローテータの回転直径：０．１ｍｍ
ビームローテータの回転数：２０００ｒｐｍ
周波数：７ｋＨｚ
送り：０．０１ｍｍ／秒

次いで、ＳｉＣ焼結体基材を裏返して、レーザ加工機に配置した。そして、窪みを形成した位置に対向する位置にて、上記の条件にてレーザ加工して、貫通孔（通気孔）を形成し、プラズマ処理装置用電極板を製造した。

［本発明例２］
レーザ光の出力を、照射開始直後から５秒までの間は１Ｗ／秒、照射開始５秒から１０秒までの間は３Ｗ／秒、照射開始１０秒から１５秒までの間は５Ｗ／秒、照射開始１５秒から２０秒までの間は７Ｗ／秒、照射開始２０秒以降は１０Ｗ／秒として、段階的に上昇させたこと以外は、本発明例１と同様にして、プラズマ処理装置用電極板を製造した。

［比較例１］
集光レーザ光の照射開示時の焦点深度の位置を、ＳｉＣ焼結体基材の表面から０．２５ｍｍ上方としたこと以外は、本発明例１と同様にして、プラズマ処理装置用電極板を製造した。

［比較例２］
集光レーザ光の照射開示時の焦点深度領域の位置を、ＳｉＣ焼結体基材の表面から０ｍｍとしたこと以外は、本発明例１と同様にして、プラズマ処理装置用電極板を製造した。

［評価］
本発明例１、２および比較例１、２にて製造したプラズマ処理装置用電極板について、貫通孔の表面粗さＲａと、エッチングの均一性を下記の方法により評価した。その結果を、レーザ加工の条件（レーザ出力とレーザの焦点深度の位置）と共に表１に示す。

（貫通孔の表面粗さＲａ）
プラズマ処理装置用電極板の貫通孔を、厚さ方向に沿って半分に割り、厚さ方向における割った貫通孔の内壁面の表面粗さＲａを測定した。表面粗さＲａとしては、電極表面の一方の表面から０〜０．５ｍｍの領域（表面領域）の表面粗さＲａ_ｘと、その表面から０．５１ｍｍ〜１．０１ｍｍの領域（中間領域）の表面粗さＲａ_ｙを測定した。表面粗さＲａは、プラズマ処理装置用電極板に作成した３個の通気孔についてそれぞれ測定した。表１に記載した表面粗さＲａは貫通孔の、その３個の通気孔についてそれぞれ測定した表面粗さＲａの平均値である。
なお、表１には、表面領域：Ｒａ_ｘおよび中間領域：Ｒａ_ｙと、その差（Ｒａ_ｘ−Ｒａ_ｙ）と、表面粗さ変動率［（Ｒａ_ｘ−Ｒａ_ｙ）／Ｒａ_ｙ×１００］を示した。

（エッチング量の均一性）
プラズマ処理装置用電極板とウエハ（直径：１５２ｍｍ）とを、プラズマエッチング装置にセットした。なお、ウエハとしては、表面にＣＶＤ法によりＳｉＯ_２層（厚み：１ｍｍ）を形成したものを用いた。また、ウエハのＳｉＯ_２層上の一部に予めマスキングテープを貼り付けた。
次いで、チャンバー内圧力：１０^−１Ｔｏｒｒ、ガス流量比：９０ｓｃｃｍＣＨＦ_３＋４ｓｃｃｍＯ_２＋１５０ｓｃｃｍＨｅ、高周波電力：３００Ｗ、エッチング処理時間：１．０分間の条件で、ウエハに対してプラズマエッチング処理を行った。
プラズマエッチング処理後、ウエハをプラズマエッチング装置から取り出して、マスキングテープを剥がし取った。マスキングテープを剥がし取った部分を基準として、エッチング処理によって削られたウエハのＳｉＯ_２層の深さを測定した。そして最も深くエッチングされた所の深さをＡとし、最も浅くエッチングされた所の深さをＢとして、下記の式よりエッチング量の均一性を算出した。なお、エッチング量の均一性は、０に近いほど均一性が高いことを表す。
エッチング均一性（％）＝（Ａ−Ｂ）／Ｂ×１００

本発明例１、２の結果から、集光レーザ光の照射開始時の焦点深度領域の位置を本発明の範囲とし、集光レーザ光の焦点深度領域がＳｉＣ焼結体基材の表面に到達するまでの間は、集光レーザ光を円形の照射エリアの中心に向けて照射することによって、表面粗さ変動率が３０％以下の貫通孔を形成することが可能となることが確認された。また、その表面粗さ変動率が３０％以下の貫通孔を有するＳｉＣ焼結体基材をプラズマ処理装置用電極板として用いることによって、エッチングの均一性が高くなることが確認された。

これに対して、比較例１、２の結果から、集光レーザ光の照射開始時の焦点深度領域の位置が本発明の範囲よりも低いと、表面粗さ変動率が３０％以下の貫通孔を形成することが困難となることが確認された。また、その表面粗さ変動率が３０％を超える貫通孔を有するＳｉＣ焼結体基材をプラズマ処理装置用電極板として用いると、エッチングの均一性が大きく低下することが確認された。

１０ プラズマ処理装置用電極板
１１ 炭化ケイ素基板
１１ａ 炭化ケイ素基材
１２ 通気孔
１２ａ 窪み
２０ レーザ光
２１ レンズ
２２ 集光レーザ光
２２ａ 焦点深度領域
２２ｂ デフォーカス領域
２２ｃ 収束領域
２３ 照射エリア
３１ 溝
３２ 円筒部
４０ 真空チャンバー
４１ エッチングガス供給管
４２ 拡散部材
４３ 排出口
５０ 架台（下側電極）
５１ 静電チャック
５２ 支持リング
６０ 絶縁体
６１ 冷却板
６２ 貫通孔
７０ ウエハ（被処理基板）
８０高周波電源
１００ プラズマエッチング装置

Claims (4)

1. 炭化ケイ素基板からなり、厚み方向に貫通する通気孔を有するプラズマ処理装置用電極板であって、
   前記通気孔は、表面から０．５ｍｍ以内の領域における表面粗さＲａをＲａ_Ｘとし、前記表面から０．５ｍｍを超える領域における表面粗さＲａをＲａ_ｙとしたときに、下記の計算式（１）で定義される表面粗さ変動率が３０％以下であることを特徴とするプラズマ処理装置用電極板。
   表面粗さ変動率（％）＝（Ｒａ_ｘ−Ｒａ_ｙ）の絶対値／Ｒａ_ｙ×１００・・・（１）
2. 炭化ケイ素基材を用意する基材用意工程と、
   前記炭化ケイ素基材に、レーザ光を集光させた集光レーザ光を、前記集光レーザ光の焦点深度領域を前記炭化ケイ素基材の面方向に沿って旋回させることにより円形の照射エリアを形成させるとともに、前記炭化ケイ素基材の厚み方向に移動させながら照射することによって貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、を備え、
   前記貫通孔形成工程において、前記集光レーザ光の照射を、前記集光レーザ光の焦点深度領域が前記炭化ケイ素基材の表面から０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の範囲で上方となる位置から開始し、前記集光レーザ光の焦点深度領域が前記炭化ケイ素基材の表面に到達するまでの間は、前記集光レーザ光を前記円形の照射エリアの中心に向けて照射することを特徴とするプラズマ処理装置用電極板の製造方法。
3. 前記集光レーザ光の出力を段階的もしくは連続的に上昇させることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置用電極板の製造方法。
4. さらに、前記集光レーザ光を照射しながら、前記円形の照射エリアを前記炭化ケイ素基材の面方向に円運動させることを特徴とする請求項２または３に記載のプラズマ処理装置用電極板の製造方法。

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