JP6179171B2 - プラズマ処理装置用シリコン製電極板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、電極板に設けられる通気孔は、通常は、その厚さ方向に平行に形成されているが、プラズマ処理を繰り返し行うことにより、プラズマにさらされる部分が削られて消耗するため、その開口が大きくなり、これに伴って、プラズマの一部がエッチングガスの流れに逆らって逆流し易くなる。このプラズマが通気孔から電極板の背面に入り込むと、冷却板の一部がスパッタされて、被処理基板が汚染されるおそれがある。
また、特許文献2の電極板では、両面から軸芯をずらして厚さ方向の途中まで形成した二つの穴部を先端部で連通状態としている。
さらに、特許文献3には、重ね合わせられる電極板の積層面に溝状の水平経路を設け、その水平経路のそれぞれの端部に、各電極板の垂直孔が連通するように通気孔を設けることによりクランク状の通気孔が形成された電極板が提案されている。
特許文献4には、複数の電極構成板の対向面間に溝状の空隙部を形成し、この空隙部によって両電極構成板の通気孔を相互に連通するとともに、個々の電極構成板の複数の通気孔を連結状態とした電極板が提案されている。
一方、特許文献3や特許文献4記載の電極板では、電極板を二枚構成とする必要があり、構造が複雑化するとともに、積層作業を伴うため作業が煩雑になる。
本発明のプラズマ処理装置用シリコン製電極板において、前記連通部は、前記第1穴部及び前記第2穴部の先端方向に厚さ方向及び半径方向に広がる空洞部のそれぞれの一部がつながって形成されていてもよい。
この製造方法は、第1下穴及び第2下穴をドリル加工又はレーザ加工により形成し、その後形成したエッチングマスクの穴からシリコンをエッチングして両下穴を連通させることにより、屈曲状態の通気孔を形成することができる。
この場合、第1下穴及び第2下穴は、なるべく接近した位置に形成した方が短時間でエッチングできるため好ましいが、下穴形成工程においては、第1下穴及び第2下穴を突き合わせて連通させる必要がないので、これら下穴相互の位置決めは比較的簡単に済ませることができる。また、マスク穴開け工程もドリル加工又はレーザ加工により行われるが、シリコンを露出させる程度の加工でよい。さらに、マスク形成工程、エッチング工程は薬液等を用いて各通気孔を一度に処理することができ、大量処理が可能である。
したがって、この製造方法は、いずれの工程も作業性がよく、屈曲状態の通気孔を簡単かつ確実に形成することができる。
なお、エッチングマスクについては、連通部を形成した後に、エッチングマスクを除去するためのエッチングを施してもよいし、連通部の形成と同時にエッチングマスクを除去し得るエッチング液を使用してもよい。この場合のエッチング液としては、シリコンに対するエッチングレートよりも遅くなるものであれば使用可能であり、そのエッチングレートの差により、両下穴の先端部間に連通部が形成された時点で消失するように調整すればよい。
電極板がシリコンからなるので、高温水蒸気により、小径の下穴の内周面に簡単かつ確実にエッチングマスクを形成することができる。
まず、この電極板が用いられるプラズマ処理装置としてプラズマエッチング装置1について説明する。
このプラズマエッチング装置1は、図3の概略断面図に示されるように、真空チャンバー2内の上部に電極板(上側電極)3が設けられるとともに、下部に上下動可能な架台(下側電極)4が電極板3と相互間隔をおいて平行に設けられている。この場合、上部の電極板3は絶縁体5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の上には、静電チャック6と、その周りを囲むシリコン製の支持リング7とが設けられており、静電チャック6の上に、支持リング7により周縁部を支持した状態でウエハ(被処理基板)8を載置するようになっている。また、真空チャンバー2の上部にはエッチングガス供給管9が設けられ、このエッチングガス供給管9から送られてきたエッチングガスは拡散部材10を経由した後、電極板3に設けられた通気孔11を通してウエハ8に向かって流され、真空チャンバー2の側部の排出口12から外部に排出される構成とされている。一方、電極板3と架台4との間には高周波電源13により高周波電圧が印加されるようになっている。
また、ウエハ8の均一なエッチングを行う目的で、発生したプラズマをウエハ8の中央部に集中させ、外周部へ拡散するのを阻止して電極板3とウエハ8との間に均一なプラズマを発生させるために、通常、プラズマ発生領域16がシリコン製のシールドリング17で囲われた状態とされている。
本実施形態の電極板3には、厚さ方向に延びる通気孔11が複数形成されている。この通気孔11は、プラズマエッチングを行う際に、電極板3とウエハ8との間にエッチングガスを供給するために用いられる。なお、電極板3は、単結晶シリコン、柱状晶シリコン、又は多結晶シリコンにより、例えば直径300mm、厚さ10mmの円板状に形成されている。
各通気孔11は、図1に示すように、電極板3の放電面3a(一方の面)から厚さ方向途中まで垂直に形成された第1穴部11aと、放電面3aとは反対の裏面3b(他方の面)から厚さ方向途中まで垂直に形成された第2穴部11bとが電極板3の厚さ方向と直交する方向に軸芯c1,c2をずらして配置されるとともに、これら穴部11a,11bを電極板3の厚さ方向と直交する方向に連通する連通部21が形成されていることにより、全体としてクランク状に屈曲して形成されている。なお、図1(a)は連通部21付近を拡大して示しており、上側を放電面(一方の面)3a、下側を裏面(他方の面)3bとする。
後述するように、両穴部11a,11bはドリル加工又はレーザ加工により形成されるのに対して、連通部21は、エッチング加工により形成され、各穴部11a,11bを中心として厚さ方向及び面状に広がる空洞部21aの一部が両穴部11a,11bの先端部間でつながることにより形成されたものである。
また、両穴部11a,11bの間の連通部21は、拡径空洞部21aがエッチングにより形成されるものであり、その形状を数値で特定することは難しいが、両穴部11a,11bの穴径が0.3mm以上1.0mm以下の場合、両穴部11a,11bの間の距離Lが4.0mm以上4.7mm以下とされ、両穴部11a,11bの間のシリコンが除去される程度の空洞ができればよい。
<下穴形成工程>
前述したように、単結晶シリコン、柱状晶シリコン、又は多結晶シリコンにより形成した円板20に対して、まず、ドリル加工又はレーザ加工により、図2(a)に示すように、片面ずつ厚さの途中位置まで第1穴部11aのための第1下穴25a及び第2穴部11bのための第2下穴25bを形成する。これら下穴25a,25bは、必ずしも円板の厚さの中央まで達するものでなくてもよい。
次に、両下穴25a,25b内に高温の水蒸気を吹き付けて、図2(b)に示すように、下穴25a,25bの内表面にシリコン酸化膜のエッチングマスク26を形成する。具体的には、約1000℃の水蒸気を円板20の両面に24時間吹き付ける。これにより、下穴25a,25bの表面に例えば2.5μmの厚さのエッチングマスク(シリコン酸化膜)26が形成される。
<マスク穴開け工程>
次に、両下穴25a,25bの先端面のエッチングマスク26をドリル加工又はレーザ加工により除去して、シリコンが露出するように穴27を開ける。この場合、エッチングマスク26の厚さ分のみ穴27を形成してもよいが、図2(c)に示すように、穴27により、下穴25a,25bを若干延長して、穴27の内周面及び端面の両方にシリコンが露出するように形成するとよい。
次に、両下穴25a,25b内にエッチング液を注入する。エッチング液としてはシリコンをエッチングできるものであればよいが、水酸化カリウム(KOH)の水溶液が好適である。この水酸化カリウムは、シリコンをエッチングするが、シリコン酸化膜もわずかずつエッチングする。エッチングレートは、シリコン:二酸化ケイ素(SiO2)が約100:1である。したがって、両下穴25a,25bの先端面の穴27から厚さ方向及び半径方向にシリコンを侵食するとともに、わずかずつエッチングマスク26も侵食する。また、エッチングに対して異方性を示し、(111)面は(100)面よりエッチングされにくい特性も有している。このため、両下穴25a,15bの離間間隔及び軸芯のずれ方向等を適切に設定することにより、ずれ方向以外の方向へのエッチングを抑えつつ、ずれ方向に優先的にエッチングすることもできる。
なお、エッチングマスク26が完全に消失しない場合でも、連通部を形成した後に、ふっ酸(HF)等によりエッチングすることにより、シリコン酸化膜を除去することができる。
この場合、第1穴部11a及び第2穴部11bは、ドリル加工やレーザ加工によって容易に形成し得て、その位置を高精度に管理することができ、その後のマスク工程、エッチング工程は、水蒸気やエッチング液を用いて一度に処理することができ、大量処理が可能で、生産性がよい。
例えば、実施形態ではエッチング液として水酸化カリウム水溶液を用いて、両下穴25a,25bの間の連通部の形成と、エッチングマスク26の除去とが同時になされるようにしたが、シリコンをエッチングできるものであれば、連通部の形成と、エッチングマスクの除去とを二回のエッチング工程に分けて行うようにしてもよい。
2 真空チャンバー
3 電極板(上側電極)
3a 放電面(一方の面)
3b 裏面(他方の面)
11 通気孔
11a 第1穴部
12b 第2穴部
14 冷却板
15 貫通孔
16 プラズマ発生領域
21 連通部
21a,21b 空洞部
25a 第1下穴
25b 第2下穴
26 エッチングマスク
27 穴
Claims (4)
- 複数の通気孔を有し、
複数の前記通気孔のそれぞれは、一方の面から厚さ方向途中まで延びる第1穴部と、
前記第1穴部の軸心と平行な軸心に沿って他方の面から厚さ方向途中まで延びる第2穴部と、
前記第1穴部及び前記第2穴部の先端部間を連通する連通部と、を有し、
前記第1穴部、前記第2穴部及び前記連通部の内周面には、シリコンの継ぎ目がないことを特徴とすることを特徴とするプラズマ処理装置用シリコン製電極板。 - 前記連通部は、前記第1穴部及び前記第2穴部の先端方向に厚さ方向及び半径方向に広がる空洞部のそれぞれの一部がつながって形成されてい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シリコン製電極板。
- 一方の面から厚さ方向途中まで延びる第1穴部と、該第1穴部の軸芯と平行な軸芯に沿って他方の面から厚さ方向途中まで延びる第2穴部との先端部間を連通部により連通状態とした通気孔が複数形成されてなるプラズマ処理装置用シリコン製電極板の製造方法であって、前記第1穴部を形成するための第1下穴及び前記第2穴部を形成するための第2下穴をそれぞれ形成する下穴形成工程と、前記第1下穴及び第2下穴の内面を覆うようにエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、前記第1下穴及び第2下穴の先端面における前記エッチングマスクの一部に穴を開けてシリコンを露出させるマスク穴開け工程と、前記第1下穴及び第2下穴内にエッチング液を注入して前記エッチングマスクの穴からエッチングすることにより前記連通部を形成するエッチング工程とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置用シリコン製電極板の製造方法。
- 前記マスク形成工程は、前記第1下穴及び第2下穴内に高温水蒸気を吹き付けることにより、前記エッチングマスクとしてシリコン酸化膜を形成することを特徴とする請求項3に記載のプラズマ処理装置用シリコン製電極板の製造方法。
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