JP2609932B2

JP2609932B2 - プラズマエッチング用電極板

Info

Publication number: JP2609932B2
Application number: JP1284372A
Authority: JP
Inventors: 泰臣堀尾; 誠司箕浦
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1989-07-03
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1997-05-14
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: JPH03129729A

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
ッチング処理によって形成する際に使用するプラズマエ
ッチング用電極板に関する。

（従来の技術）プラズマエッチング装置は、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（10）（20）間
に数十ボルトから数百ボルトの電位差の電場をつくり、
反応チャンバー（30）内にCF₄等の反応ガスを供給して
プラズマ状態とし、陰極板（20）上に載置したウエハ
（40）にエッ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ッ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
ッチング用電極とし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、プラズマエッ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エ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62−252942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℃〜500℃
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、正確なエッチング処理
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ッチング処理がほ
どこせるようにするとともに、粒体脱落をなくして長寿
命のプラズマエッ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1.3〜7.0×1
0^-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」である。

ここで、黒鉛基材の平均熱膨張係数は1.3〜7.0×10^-6
/℃の範囲としたのは、プラズマエッチング処理時に電
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、プラズマエッ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ているが、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、30
0Torr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、「20℃〜400℃における平均熱膨張係数が1.3〜7.0×1
0^-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〜75000Å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」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〜75000Åの径を有する微細気孔の占める
容積が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80μｍ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
を生じる可能性が大きくなる。

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ッチング用電極板
にあっては、その黒鉛基材として、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
以下のものを採用したから、プラズマエッチング処理時
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、そりや振動を生じ
させたりすることがない。

また、このプラズマエッ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、プラズマエッ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ッ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75Å〜75
000Åの径を有する微細気孔の占める容積が0.02cc/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ッチング用電極
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ッチング用電極を実
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ッチン
グ用電極を示すもので、その黒鉛基材として、20℃〜40
0℃の平均熱膨張係数が2.8×10^-6/℃、異方比1.05、水
銀圧入法による気孔75Å〜75000Åの容積が0.10cc/g
（以下微細孔という）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、実施例１に対して平均熱膨張係数及
び微細孔を変化させたものである。即ち、20℃〜400℃
の平均熱膨張係数が7.5×10^-6/℃、異方比1.05、微細孔
0.06cc/gの黒鉛を使用し、その他は実施例１と同じ条件
で、電極板を作製した。

比較例２黒鉛基材として、実施例１に対して異方比を変化させ
たものである。20℃〜400℃の平均熱膨張係数が2.8×10
^-6/℃、異方比1.30の黒鉛を使用し、その他は実施例１
と同じ条件で、電極板を作製した。

比較例３黒鉛基材として、実施例１に対して平均熱膨張係数及
び微細孔を変化させた高密度黒鉛を使用したもので、さ
らに、表面の熱分解炭素被膜は形成せずに電極板を作製
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、
プラズマエッチング装置にセットし、反応ガスとしてCF
4を用い、反応チャンバー中のガス圧を1.0Torrとし、20
0個のシリコンウエハのエッチング処理を行なった。

その結果、実施例１については、エッチング処理にお
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、プラズマエッ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。比較例３は表面の消
耗が激しく、短寿命である。

これらの結果を要約して、表１にまとめた。

実施例２この実施例２は、第２請求項に係るプラズマエッチン
グ用電極を示すもので、実施例１に対して熱分解炭素被
膜の厚さを変化させたものである。即ち、黒鉛基材とし
て、20℃〜400℃の平均熱膨張係数が2.7×10^-6/℃、異
方比1.05、水銀圧入法による気孔75Å〜75000Åの容積
が0.10cc/gの黒鉛を使用し、これを反応炉内に入れ、20
00℃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、実施例２に対して平均熱膨張係数及
び微細孔を変化させたものである。即ち、20℃〜400℃
の平均熱膨張係数が4.5×10^-6/℃、異方比1.05、水銀圧
入法による気孔75Å〜75000Åの容積が0.25cc/gの黒鉛
を使用し、その他は実施例２と同じ条件で、電極板を作
製した。

比較例５黒鉛基材として、実施例２に対して異方比及び微細孔
を変化させたものである。20℃〜400℃の平均熱膨張係
数が2.7×10^-6/℃、異方比1.03、水銀圧入法による気孔
75Å〜75000Åの容積が0.25cc/gの黒鉛を使用し、その
他は実施例２と同じ条件で、電極板を作製した。

比較例６黒鉛基材として、実施例２に対して平均熱膨張係数及
び微細孔を変化させた高密度黒鉛を使用したもので、さ
らに、表面の熱分解炭素被膜は形成せずに電極板を作製
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、
プラズマエッチング装置にセットし、反応ガスとしてCF
4を用い、反応チャンバー中のガス圧を1.0Torrとし、20
0個のシリコンウエハのエッ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、エッチング処理
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。比較例６は表
面の消耗が激しく、短寿命である。

これらの結果を要約して、表１にまとめた。

（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ッチ
ング用電極板により、プラズマエッ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、正確なエッチング処理を
行なうことができる。

また、熱分解炭素被膜により、プラズマエッチングの
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、プラズマエッ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】

図はプラズマエッ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……ウエハ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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〜75000Å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。