JP2019016725A - プラズマ処理装置用電極板の再生方法及びプラズマ処理装置用電極板 - Google Patents

Abstract

【課題】安定してガスを通過させることができるプラズマ処理装置用電極板の再生方法及びプラズマ処理装置用電極板を提供すること。【解決手段】本発明のプラズマ処理装置用電極板の再生方法は、プラズマ生成用のガスを通過させる複数の第１通気孔を有し、表面がプラズマにより消耗しているプラズマ処理装置用電極板の再生方法であって、プラズマ処理装置用電極板の少なくともプラズマにより消耗している面に化学的気相成長法によって炭化珪素層を堆積させ、かつ第１通気孔の開口を閉塞するコーティング工程と、コーティング工程により炭化珪素層が形成されたプラズマ処理装置用電極板の第１通気孔とは異なる位置にプラズマ生成用のガスを通過させる複数の第２通気孔を形成する通気孔形成工程と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、プラズマ処理装置において、プラズマ生成用ガスを厚さ方向に通過させながら放電するプラズマ処理装置用電極板の再生方法及びその再生方法により再生されたプラズマ処理装置用電極板に関する。

従来、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、チャンバー内に、高周波電源に接続される一対の電極を、例えば上下方向に対向配置し、その下側電極の上に被処理基板を配置した状態として、上部電極に形成した複数の通気孔からエッチングガスを被処理基板に向かって流通させながら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。

このプラズマ処理装置に使用される上部電極として、一般に同径の通気孔が複数形成された電極板が使用される。ところが、電極板は、使用されるにつれて被処理基板側がプラズマにさらされて浸食され、また通気孔内にもプラズマが回り込むことにより、通気孔の開口部径が徐々に大きくなる。このため、電極板の使用時間が長くなるにつれて各通気孔から流通するエッチングガスの量に偏りが生じ、被処理基板へのプラズマ処理量にも偏りが生じて面内均一な処理を行うことができなくなる。

このような上部電極の耐プラズマ性を向上させるために上部電極の表面にコーティング層を設けたプラズマエッチング装置用電極が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載のプラズマエッチング装置用電極では、該プラズマエッチング装置用電極のプラズマ生成用のガスが噴き出す側の表面に、炭化珪素層を形成することによりプラズマ処理装置用電極の耐久性を高めている。このような炭化珪素層として、化学気相成長法（ＣＶＤ法）により形成されたＳｉＣ（ＣＶＤ−ＳｉＣ）が提案されている。

特開２００５−２８５８４５号公報

ところで、特許文献１に記載のプラズマエッチング装置用電極（プラズマ処理装置用電極板）では、プラズマ生成用のガスが噴き出す側の表面に、炭化珪素層を形成することによりプラズマ処理装置用電極板の消耗を抑制しているものの、長期間プラズマにさらされると、上記表面の炭化珪素層により構成されるＳｉＣもプラズマによる浸食を避けられない。

これに対し、特許文献１に記載のプラズマ処理装置用電極板の炭化珪素により構成されるいわゆるコーティング層が浸食された場合に、このプラズマ処理装置用電極板の上記表面に炭化珪素を再度コーティングし、上記通気孔を同じ位置に再度形成するプラズマ処理装置用電極板の再生方法が考えられる。
しかしながら、コーティング層が再度形成されたプラズマ処理装置用電極板に上記通気孔を同じ位置に再度形成することは技術的に困難であり、仮に形成できたとしても、通気孔内がプラズマにより浸食され、該通気孔の開口径が大きくなっている可能性がある。また、再度形成された通気孔と初めから形成されている通気孔との位置がわずかにずれると、該通気孔の開口径がさらに大きくなる。このため、コーティング層が再度形成されたプラズマ処理装置用電極板を通過するプラズマ生成用ガスの流量や流出位置が異なり、再生前のプラズマ処理装置用電極板と同じように使用しても、同じ結果を得ることができない。このため、プラズマ処理装置用電極板が用いられるプラズマ処理装置で半導体素子の製造を行う際に、歩留まりが低下してしまう問題が生じる。
このため、再生されたプラズマ処理装置用電極板であっても、再生前のプラズマ処理装置用電極板と同じように安定してガスを通過させることができるプラズマ処理装置用電極板の再生方法が望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、安定してガスを通過させることができるプラズマ処理装置用電極板の再生方法及びプラズマ処理装置用電極板を提供することを目的とする。

本発明のプラズマ処理装置用電極板の再生方法は、プラズマ生成用のガスを通過させる複数の第１通気孔を有し、表面がプラズマにより消耗しているプラズマ処理装置用電極板の再生方法であって、前記プラズマ処理装置用電極板の少なくとも前記プラズマにより消耗している面に化学的気相成長法によって炭化珪素層を堆積させ、かつ前記第１通気孔の開口を閉塞するコーティング工程と、前記コーティング工程により前記炭化珪素層が形成された前記プラズマ処理装置用電極板の前記第１通気孔とは異なる位置に前記プラズマ生成用のガスを通過させる複数の第２通気孔を形成する通気孔形成工程と、を備える。

このような構成によれば、プラズマにより浸食されたプラズマ処理装置用電極板の消耗している面に炭化珪素層を堆積させて第１通気孔の開口を閉塞した後、第１通気孔とは異なる位置に第２通気孔を複数形成するので、例えば、炭化珪素層により開口が閉塞された第１通気孔と同じ位置に第２通気孔を形成する場合に比べて、複数の第２通気孔を容易に形成することができる。
ここで、第１通気孔と同じ位置に第２通気孔を形成する場合、消耗したプラズマ処理装置用電極板の第１通気孔には、プラズマが侵入し浸食されている可能性がある。これに対し、本発明では、第１通気孔とは異なる位置に第２通気孔を形成するので、新規作成時のプラズマ処理装置用電極板と同じ通気孔を形成できる。これにより、浸食されたプラズマ処理装置用電極板を再生した場合においても、プラズマ生成用ガスを安定して供給できる。したがって、半導体素子の製造における歩留まりの低下を抑制できる。

本発明のプラズマ処理装置用電極板の再生方法では、前記プラズマ処理装置用電極板は、該プラズマ処理装置用電極板をプラズマ処理装置に固定するための第１開口部を有し、前記プラズマ処理装置用電極板に予め形成された前記第１開口部とは異なる位置で、かつ、前記第１開口部と前記複数の第１通気孔との位置関係を前記複数の第２通気孔との間で維持できる位置に前記プラズマ処理装置用電極板を前記プラズマ処理装置に固定するための第２開口部を形成する開口部形成工程を備えてもよい。

上述したように、第２通気孔は第１通気孔とは異なる位置に形成されているため、第１開口部をそのまま使用すると、再生されたプラズマ処理装置用電極板から流出するプラズマ生成用ガスの流出位置が再生前のプラズマ処理装置用電極板と異なってしまう。
これに対し、本発明では、第１開口部と第１通気孔との位置関係を複数の第２通気孔との間で維持できる位置に第２開口部が形成されるので、第２開口部を介してプラズマ処理装置用電極板が固定される場合における複数の第２通気孔の位置と、第１開口部を介してプラズマ処理装置用電極板が固定された場合における複数の第１通気孔の位置とが一致する。このように、複数の第１通気孔と第１開口部との位置関係及び複数の第２通気孔と第２開口部との位置関係が同じであるので、プラズマ処理装置用電極板を介して供給されるガスの流出位置が同じとなる。したがって、プラズマ生成用ガスを安定して供給でき、半導体素子の製造における歩留まりの低下をさらに抑制できる。

本発明のプラズマ処理装置用電極板の再生方法では、前記通気孔形成工程では、前記複数の第１通気孔に対して前記プラズマ処理装置用電極板の中心を基準に所定角度回転させた位置に前記複数の第２通気孔を形成してもよい。
このような構成によれば、複数の第２通気孔を第１通気孔とは異なる位置にランダムに形成する場合に比べて、プラズマ処理装置用電極板を所定角度回転させた後に第１通気孔を形成するのと同様の作業を実行するだけで、複数の第２通気孔を複数の第１通気孔とは異なる位置に形成でき、複数の第２通気孔の形成工程を効率化できる。

本発明のプラズマ処理装置用電極板は、板状の基材と、前記基材の少なくとも一方の表面に設けられた炭化珪素層と、を有し、前記基材に、前記炭化珪素層により閉塞された複数の内部孔と、前記基材及び前記炭化珪素層を貫通してプラズマ生成用のガスを通過させる複数の通気孔と、が設けられている。

本発明のプラズマ処理装置用電極板の再生方法及びプラズマ処理装置用電極板では、安定してガスを通過させることができる。

本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板を示す平面図である。 上記実施形態におけるプラズマ処理装置用電極板を図１に示すＡ１−Ａ１線にて切断した断面の一部を示す断面図である。 上記実施形態におけるプラズマ処理装置用電極板の再生工程を示す図である。 上記実施形態における再生工程において第２通気孔及び第２開口部が形成される位置を模式的に示す模式図である。 上記実施形態におけるプラズマ処理装置用電極板が用いられる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。

以下、本発明に係るプラズマ処理装置用電極板及びその再生方法について、図面を用いて説明する。
まず、プラズマ処理装置用電極板１（以下、電極板１という場合がある）が用いられるプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置について説明する。
プラズマエッチング装置１００は、図５に示すように、真空チャンバー２内の上側に電極板１（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４（下側電極）が電極板１と相互間隔をおいて平行に設けられる。この場合、上側の電極板１は絶縁体３により真空チャンバー２の壁に対して絶縁状態に支持されているとともに、架台４の上に、静電チャック５と、その周りを囲むシリコン製の支持リング６とが設けられており、静電チャック５上に支持リング６により周縁部を支持した状態でウエハ（被処理基板）７が載置されるようになっている。また、真空チャンバー２の上側には、エッチングガス供給管２１が設けられ、このエッチングガス供給管２１から送られてきたエッチングガスは、拡散部材８を経由した後、電極板１に設けられた通気孔１２を通してウエハ７に向かって流され、真空チャンバー２の側部の排出口２２から外部に排出される構成とされる。一方、電極板１と架台４との間には、高周波電源９により高周波電圧が印加されるようになっている。

また、電極板１の裏面１Ｂには、熱伝導性に優れるアルミニウム等からなる冷却板１５が固定されている。この冷却板１５にも、電極板１の通気孔１２に連通するように、通気孔１２と略同じピッチで貫通孔１６が形成されている。そして、電極板１は、背面が冷却板１５に接触した状態で第１開口部１３を介して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、表面１Ａがプラズマにさらされる。

本実施形態の電極板１は、図２に示すように、炭化珪素の焼結体又はイットリウムなどの焼結助剤を含有した炭化珪素の焼結体により構成される円板状の基材１０と、基材１０の表面１０Ａに化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によって堆積された炭化珪素層１１とにより構成されている。例えば、電極板１は、基材１０の厚さが１０ｍｍ〜１４ｍｍ程度、炭化珪素層１１の厚さが１〜３ｍｍ程度、直径１００〜６００ｍｍ程度の円板状に形成されている。これら炭化珪素の焼結体である基材１０及び炭化珪素層１１は、単結晶シリコンや多結晶シリコンに比べてプラズマに対する耐性が高く、プラズマにより消耗し辛い特性を有する。
このような電極板１には、図１及び図２では簡略化して示しているものの、実際には数ｍｍ〜１０ｍｍのピッチで数百〜３０００個程度の通気孔１２が厚さ方向に平行に貫通して形成されている。各通気孔１２は、電極板１の中心部から外周部にかけて、電極板１の中心Ｃを基準とする同心円の円周Ｓ１〜Ｓ８上に並んで形成されている。また、各通気孔１２の平均口径は、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度であり、隣接する円周上の通気孔１２の径差が０．００４ｍｍ以下となるように形成されている。

また、このように構成される電極板１の各通気孔１２は、例えば、炭化珪素層１１が形成された基材１０に、ドリル、レーザー若しくは超音波加工によって基材１０及び炭化珪素層１１を厚さ方向に貫通する貫通孔を複数形成し、孔加工の後にエッチング処理を施すことにより形成される。貫通孔の加工は、電極板１の中心部側の円周Ｓ１上に貫通孔を加工した後、その円周Ｓ１に隣接する円周Ｓ２上に貫通孔を加工し、次いで円周Ｓ３上に貫通孔を加工するという様に、電極板１の中心部側の最内周の円周Ｓ１から外周部側の最外周の円周Ｓ８にかけて順に加工される。

電極板１には、複数の通気孔１２の他、電極板１の外縁に２つの第１開口部１３が形成されている。これら２つの第１開口部１３は、中心Ｃを挟んで互いに対向する位置に形成されるねじ孔である。これら第１開口部１３にねじ（図示省略）を螺合させることにより、電極板１が上述したプラズマエッチング装置１００に装着される。

上述したような電極板１は、プラズマエッチング装置１００に装着されて継続的に使用されることにより、表面１Ａ側に形成された炭化珪素層１１がプラズマによって浸食され、例えば、図３（ａ）に示すような状態となる。このようなプラズマにより浸食された電極板１は、消耗した炭化珪素層１１を研磨し、炭化珪素層１４を堆積して複数の通気孔１２（本発明の第１通気孔１２）の開口を閉塞した後、電極板１を回転させ、上記第１通気孔１２とは異なる位置に複数の第２通気孔１２Ａを形成することにより再生する。以下、この再生方法について、詳細に説明する。

（研磨工程）
まず、プラズマにより消耗した電極板１をプラズマエッチング装置１００から取り外し、図３（ｂ）に示すように、消耗した炭化珪素層１１を研磨する。
（コーティング工程）
そして、研磨された炭化珪素層１１上に化学的気相成長法によって炭化珪素層１４を堆積する。このコーティング工程においては、研磨された炭化珪素層１１上に炭化珪素層１４が形成される他、第１通気孔１２の開口部付近の内側にも炭化珪素層１４が堆積される。このため、図３（ｃ）に示すように、第１通気孔１２の開口部が炭化珪素層１４により閉塞され、表面１Ａの全面が炭化珪素層１４により覆われる。
なお、予め基材１０に設けられた炭化珪素層１１と、再生方法のコーティング工程により堆積される炭化珪素層１４とは同じ成分であり、研磨された炭化珪素層１１の厚さ寸法と炭化珪素層１４の厚さ寸法との和は、再生前の電極板１の炭化珪素層１１の厚さ寸法と略同じに設定される。

（通気孔形成工程）
コーティング工程により炭化珪素層１４が堆積された電極板１には、複数の第１通気孔１２とは異なる位置にプラズマ生成用のガスを通過させる複数の第２通気孔１２Ａが形成される。具体的には、図４に示すように、炭化珪素層１４が堆積された電極板１の中心Ｃを基準として、電極板１を所定角度θ１だけ回転させた位置に第２通気孔１２Ａを形成する。例えば、本実施形態では、上記所定角度θ１は２０°に設定される。
このため、本実施形態では、図４に示すように、電極板１の同じ同心円の円周Ｓ１〜Ｓ８上における２０°回転した位置に第２通気孔１２Ａが形成される。
これにより、電極板１の第１通気孔１２が形成されていない位置（各第１通気孔１２の間）に図３（ｄ）に示すように第２通気孔１２Ａが形成され、再生されたプラズマ処理装置用電極板２０（以下、電極板２０という場合がある）となる。

（開口部形成工程）
また、通気孔形成工程と同時に、炭化珪素層１４が堆積された電極板１には、予め形成された第１開口部１３とは異なる位置で、かつ、第１開口部１３と複数の第１通気孔１２との位置関係を複数の第２通気孔１２Ａとの間で維持できる位置に電極板１をプラズマエッチング装置１００に固定するための第２開口部１３Ａを形成する。この開口部形成工程では、上記通気孔形成工程と同様に、炭化珪素層１４が堆積された電極板１の中心Ｃを基準として、電極板１を所定角度θ１だけ回転させた位置に第２開口部１３Ａを形成する。例えば、本実施形態では、図４に示すように、２０°回転させた位置に第２開口部１３Ａが形成される。
このため、第２開口部１３Ａと第２通気孔１２Ａとの位置関係は、第１開口部１３と第１通気孔１２との位置関係と同じとなり、第２開口部１３Ａを介して再生された電極板２０をプラズマエッチング装置１００に固定しても、再生前の電極板１と同じ位置からプラズマ生成用ガスを供給できる。

このような各工程を経て、プラズマにより消耗した電極板１は、板状の基材１０と、基材１０の表面１０Ａに設けられた炭化珪素層１４とを有し、基材１０に、炭化珪素層１４により閉塞された複数の内部孔（第１通気孔１２の開口部が炭化珪素層１４により閉塞されたもの）１２Ｂと、基材１０及び炭化珪素層１４を貫通してプラズマ生成用のガスを通過させる複数の第２通気孔１２Ａとが設けられた電極板２０として再生される。

本実施形態では、プラズマにより浸食された電極板１の消耗している表面１Ａに炭化珪素層１４を堆積させて第１通気孔１２の開口を閉塞した後、第１通気孔１２とは異なる位置に第２通気孔１２Ａを複数形成するので、複数の第２通気孔１２Ａを容易に形成することができ、かつ、新規作成時の電極板１と同じ通気孔を形成できる。これにより、再生された電極板２０においても、プラズマ生成用ガスを安定して供給できる。したがって、半導体素子の製造における歩留まりの低下を抑制できる。

また、複数の第１通気孔１２と第１開口部１３との位置関係及び複数の第２通気孔１２Ａと第２開口部１３Ａとの位置関係が同じであるので、第２開口部１３Ａを介して固定された電極板１から供給されるガスの流出位置を同じにできる。
さらに、本実施形態では、電極板１を所定角度回転させた後に、第１通気孔１２を形成するのと同様の作業を実行するだけで、複数の第２通気孔１２Ａを複数の第１通気孔１２とは異なる位置に形成でき、複数の第２通気孔１２Ａの形成工程を第１通気孔１２の形成工程と同じ条件で行うことができ、効率的である。
なお、再生された電極板２０は、内部孔１２Ｂを有する分、軽量化される。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
上記実施形態では、第２通気孔１２Ａは、炭化珪素層１４が堆積された電極板１の中心Ｃを基準として、電極板１を２０°回転させた位置に形成されることとしたが、これに限らず、第１通気孔１２と重ならない角度範囲であれば、上記θ１は、どのような角度に設定されてもよい。

上記実施形態では、複数の第１通気孔１２は、同心円の円周Ｓ１〜Ｓ８上に形成されていることとしたが、これに限らず、第１開口部１３との位置関係が維持できればどのような位置に形成されてもよく、例えば、格子状に形成されていてもよい。
上記実施形態では、予め基材１０に設けられた炭化珪素層１１と、再生方法のコーティング工程により堆積される炭化珪素層１４とは同じ成分であることとしたが、これに限らず、異なる成分であってもよい。また、研磨された炭化珪素層１１の厚さ寸法と炭化珪素層１４の厚さ寸法との和は、再生前の電極板１の炭化珪素層１１の厚さ寸法と略同じに設定されることとしたが、これに限らず、異なる厚さであってもよい。

上記実施形態では、開口部形成工程は、通気孔形成工程と同時に行うこととしたが、これに限らず、開口部形成工程より前に行ってもよいし、後に行ってもよい。
また、上記実施形態では、第１開口部１３は、ねじ穴であることとしたが、これに限らず、単なる開口であってもよく、プラズマエッチング装置１００の構成に適した形状であればよい。また、プラズマエッチング装置１００への固定手段は、ねじ穴とねじによるものでなくてもよく、フック等により構成されてもよい。

１ プラズマ処理装置用電極板
１Ａ 表面
１Ｂ 裏面
２ 真空チャンバー
３ 絶縁体
４ 架台
５ 静電チャック
６ 支持リング
７ ウエハ
８ 拡散部材
９ 高周波電源
１０ 基材
１０Ａ 表面
１１ 炭化珪素層
１２ 通気孔（第１通気孔）
１２Ａ 第２通気孔（通気孔）
１２Ｂ 内部孔
１３ 第１開口部
１３Ａ 第２開口部
１４ 炭化珪素層
１５ 冷却板
１６ 貫通孔
２０ 電極板（再生されたプラズマ処理装置用電極板）
２１ エッチングガス供給管
２２ 排出口
１００ プラズマエッチング装置（プラズマ処理装置）

Claims (4)

1. プラズマ生成用のガスを通過させる複数の第１通気孔を有し、表面がプラズマにより消耗しているプラズマ処理装置用電極板の再生方法であって、
   前記プラズマ処理装置用電極板の少なくとも前記プラズマにより消耗している面に化学的気相成長法によって炭化珪素層を堆積させ、かつ前記第１通気孔の開口を閉塞するコーティング工程と、
   前記コーティング工程により前記炭化珪素層が形成された前記プラズマ処理装置用電極板の前記第１通気孔とは異なる位置に前記プラズマ生成用のガスを通過させる複数の第２通気孔を形成する通気孔形成工程と、を備えることを特徴とするプラズマ処理装置用電極板の再生方法。
2. 前記プラズマ処理装置用電極板は、該プラズマ処理装置用電極板をプラズマ処理装置に固定するための第１開口部を有し、
   前記プラズマ処理装置用電極板に予め形成された前記第１開口部とは異なる位置で、かつ、前記第１開口部と前記複数の第１通気孔との位置関係を前記複数の第２通気孔との間で維持できる位置に前記プラズマ処理装置用電極板を前記プラズマ処理装置に固定するための第２開口部を形成する開口部形成工程を備えることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置用電極板の再生方法。
3. 前記通気孔形成工程では、前記複数の第１通気孔に対して前記プラズマ処理装置用電極板の中心を基準に所定角度回転させた位置に前記複数の第２通気孔を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置用電極板の再生方法。
4. 板状の基材と、
   前記基材の少なくとも一方の表面に設けられた炭化珪素層と、を有し、
   前記基材に、前記炭化珪素層により閉塞された複数の内部孔と、前記基材及び前記炭化珪素層を貫通してプラズマ生成用のガスを通過させる複数の通気孔と、が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置用電極板。

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