JP6500705B2 - Electrode plate for plasma processing apparatus and method of manufacturing the same - Google Patents
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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及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an electrode plate for a plasma processing apparatus which discharges a plasma generation gas while passing a plasma generation gas in a thickness direction in a plasma processing apparatus and a method of manufacturing the same.
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。そして、このプラズマ処理装置で使用される上部電極として、一般に、シリコン製の電極板を冷却板に固定し重ね合せた積層電極板が用いられており、プラズマ処理中に上昇する電極板の熱は、冷却板を通じて放熱されるように構成されている。 In a plasma processing apparatus such as a plasma etching apparatus or a plasma CVD apparatus used in a semiconductor device manufacturing process, a pair of electrodes connected to a high frequency power source are arranged opposite to each other in the vertical direction, for example, In a state where the substrate to be treated is disposed on the upper substrate, plasma is generated by applying a high frequency voltage while flowing the etching gas toward the substrate to be treated from a vent formed in the upper electrode, and etching of the substrate to be treated It is configured to perform processing. As the upper electrode used in this plasma processing apparatus, generally, a laminated electrode plate in which a silicon electrode plate is fixed to a cooling plate and superposed is used, and the heat of the electrode plate which rises during plasma processing is The heat is dissipated through the cooling plate.
この種の電極板は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、又は一方向凝固組織を有する柱状晶シリコンからなるインゴットをダイヤモンドバンドソー等で略円板状に薄く切断した後、厚さ方向に平行に多数の通気孔(直径1mm程度の細孔)を形成し、所定の研削加工を施した後に、エッチング処理、ポリッシング加工することで仕上げられる。
この電極板に通気孔を形成する方法として、例えば特許文献1及び特許文献2には、放電加工による方法が開示されている。放電加工では、電極(銅主成分の合金)を被加工材(例えばSi)に近づけ、電圧をかけることで、電極と被加工材の間にアーク放電を発生させ、被加工材を削る。この放電加工による孔加工では、ドリル加工等に比べて、加工速度が速く、省力化、低コスト化が可能である。
In this type of electrode plate, an ingot made of single crystal silicon, polycrystalline silicon, or columnar crystal silicon having a directionally solidified structure is thinly cut into a substantially disc shape with a diamond band saw etc. After forming the air holes (pores of about 1 mm in diameter) and subjecting them to predetermined grinding, they are finished by etching and polishing.
As a method of forming a vent in the electrode plate, for example, Patent Document 1 and
ところで、放電加工で使用する加工電極には、銅が用いられることが多い。この加工電極の銅は、放電によって徐々に消耗し、細かく削られた銅成分が孔表面に付着することで被加工材であるシリコン製電極板の内部(孔周辺)に浸透して拡散するおそれがある。このため、その電極板を用いてプラズマ処理すると、銅成分が汚染の原因となるという問題がある。 By the way, copper is often used for the processing electrode used by electric discharge machining. The copper of this processing electrode may be consumed gradually by electric discharge, and the finely cut copper component may adhere to the surface of the hole, thereby permeating and diffusing into the inside (around the hole) of the silicon electrode plate which is the work material There is. For this reason, when plasma processing is performed using the electrode plate, there is a problem that the copper component causes contamination.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、銅の加工電極を用いた放電加工により通気孔を形成して、省力化、低コスト化を図りつつ、プラズマ処理における銅汚染を防止することができるプラズマ処理装置用電極板及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a vent is formed by electrical discharge machining using a copper processing electrode to save labor and reduce cost while preventing copper contamination in plasma processing. It is an object of the present invention to provide an electrode plate for a plasma processing apparatus that can be used and a method of manufacturing the same.
本発明のプラズマ処理装置用電極板の製造方法は、プラズマ生成用ガスを流通させる複数の通気孔を有する電極板を製造する方法であって、電極板となる素板に、銅製加工電極を用いた放電加工を施して前記通気孔より小径の下孔を形成する孔明け工程と、前記下孔を形成した孔明き素板に900℃以上1100℃以下の温度で12時間以上32時間以下の熱処理を施す熱処理工程と、熱処理後の孔明き素板をエッチングして、前記下孔の内周部の前記放電加工によるダメージ層を除去するエッチング工程とを有する。 The method of manufacturing an electrode plate for a plasma processing apparatus according to the present invention is a method of manufacturing an electrode plate having a plurality of vents for circulating a gas for plasma generation, wherein a copper processing electrode is used for a base plate to be an electrode plate. A drilling process for forming the lower hole having a diameter smaller than that of the vent hole by the electric discharge machining, and a heat treatment for 12 hours to 32 hours at a temperature of 900 ° C. to 1100 ° C. And an etching step of etching the perforated plate after the heat treatment to remove the damaged layer by the electric discharge machining on the inner peripheral portion of the lower hole.
銅製電極を用いた放電加工の孔明け工程により、孔明き素板の下孔の内周部に銅が浸透し、内部に拡散するが、下孔の内周部は放電加工によるダメージ層が形成されており、孔明け工程後の熱処理工程において、電極板内に拡散していた銅が下孔内周部のダメージ層に移動して集められる。したがって、次のエッチング工程により、ダメージ層を除去することにより、銅濃度の低い電極板を得ることができる。
なお、銅製電極は、純銅製電極、銅合金製電極のいずれをも含むものとする。
Copper penetrates into the inner periphery of the lower hole of the perforated plate by the drilling process of electrical discharge machining using a copper electrode and diffuses into the inside, but the inner periphery of the lower hole forms a damaged layer by electric discharge machining In the heat treatment process after the drilling process, copper diffused in the electrode plate is moved to and collected in the damaged layer at the inner periphery of the lower hole. Therefore, an electrode plate with a low copper concentration can be obtained by removing the damaged layer in the next etching step.
The copper electrode includes both a pure copper electrode and a copper alloy electrode.
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、前記エッチング工程は、前記下孔の内周部を厚さ20μm以上除去するとよい。
厚さ20μm以上除去することにより、通気孔の内周部の銅汚染がほとんどない電極板を得ることができる。
In the method of manufacturing an electrode plate for a plasma processing apparatus according to the present invention, in the etching step, an inner peripheral portion of the lower hole may be removed by a thickness of 20 μm or more.
By removing the thickness of 20 μm or more, it is possible to obtain an electrode plate having almost no copper contamination on the inner peripheral portion of the vent.
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、前記孔明け工程の後であって、前記エッチング工程の前に、前記下孔をドリルを用いた機械加工によりサイジングするサイジング工程を有するとよい。 In the method of manufacturing an electrode plate for a plasma processing apparatus according to the present invention, it is preferable to have a sizing step of sizing the lower hole by machining using a drill after the drilling step and before the etching step. .
下孔を機械加工した後エッチングすることにより、エッチング時間を短縮することが可能である。この場合の機械加工は、予め形成した下孔のサイジング加工であるから、ドリルによる機械加工で下孔を形成する場合に比べて、加工時間は短くて済む。
また、このサイジング工程を熱処理工程の前に行うと、ダメージ層に適度な歪みを導入することができ、ダメージ層への銅の捕捉をより確実に行うことができる。
It is possible to shorten the etching time by machining and then etching the lower holes. Since the machining in this case is a sizing process of the pre-formed lower hole, the processing time may be shorter than in the case of forming the lower hole by the mechanical process using a drill.
In addition, if this sizing step is performed before the heat treatment step, an appropriate strain can be introduced into the damaged layer, and copper can be more reliably captured in the damaged layer.
本発明のプラズマ処理装置用電極板は、プラズマ生成用ガスを流通させる複数の通気孔を有する電極板であって、前記通気孔の内周面から深さ1μmの位置の銅濃度が0.2ppb以上5ppb以下である。 The electrode plate for a plasma processing apparatus of the present invention is an electrode plate having a plurality of vent holes for circulating a gas for plasma generation, wherein the copper concentration at a position 1 μm deep from the inner peripheral surface of the vent holes is 0.2 ppb The above is 5 ppb or less.
通気孔の内周面から深さ1μmの位置の銅濃度が5ppbを超えると、プラズマ処理時に銅がプラズマ中に放出されて、処理対象物の銅汚染の問題が生じるおそれがある。 If the copper concentration at a depth of 1 μm from the inner circumferential surface of the vent exceeds 5 ppb, copper may be released into the plasma during plasma treatment, which may cause copper contamination of the object to be treated.
本発明によれば、放電加工により多数の孔を速やかに加工して、省力化、低コスト化を図ることができるとともに、プラズマ処理における銅汚染を防止することができる。 According to the present invention, it is possible to quickly process a large number of holes by electrical discharge machining, to save labor and reduce costs, and to prevent copper contamination in plasma processing.
以下、本発明に係るプラズマ処理装置用電極板及びその製造方法の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
まず、本実施形態で製造される電極板3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について説明する。プラズマエッチング装置100は、図4に示すように、真空チャンバー2内の上側に電極板(上側電極)3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)4が電極板3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、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。
Hereinafter, embodiments of an electrode plate for a plasma processing apparatus and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a plasma etching apparatus will be described as a plasma processing apparatus in which the electrode plate 3 manufactured in the present embodiment is used. In the
また、電極板3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14が固定されている。この冷却板14にも、電極板3の通気孔11に連通するように、通気孔11と同じピッチで貫通孔15が形成されている。そして、電極板3は、背面が冷却板14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。
In addition, a
本実施形態の電極板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、例えば厚さ5〜12mm程度、直径300〜400mm程度の円板に形成され、この電極板3には、内径0.2mm〜0.8mmの通気孔11が数mm〜10mmピッチで数百〜3000個程度、縦横に整列した状態(マトリクス状)で厚さ方向に平行に貫通するように形成されている。
The electrode plate 3 of this embodiment is formed of a single crystal silicon, a columnar crystal silicon, or a polycrystalline silicon, for example, in a disk having a thickness of about 5 to 12 mm and a diameter of about 300 to 400 mm. The
このように構成される電極板3は、図1のフローチャートに示すように、電極板3となる素板31に放電加工を施して、通気孔11より小径の下孔32を複数形成する孔明け工程(S1)と、下孔32を形成した孔明き素板33に熱処理を施す熱処理工程(S2)と、熱処理後の孔明き素板33をエッチングして、下孔32の内周部の放電加工によるダメージ層35を除去するエッチング工程(S3)と、エッチング処理工程(S3)後に孔空き素板33の表裏面を研磨するポリッシング工程(S4)と、ポリッシング工程(S4)後に孔空き素板33を洗浄する洗浄工程(S5)とを経て製造される。
In the electrode plate 3 configured as described above, as shown in the flowchart of FIG. Step (S1), a heat treatment step (S2) of performing heat treatment on the
上記の電極板の製造方法の各工程を詳述すると、まず、図示は省略するが、単結晶シリコン、多結晶シリコン、又は一方向凝固組織を有する柱状晶シリコンからなるインゴットを、ダイヤモンドバンドソー等で略円板状に薄く切断することにより形成した素板31を用意する。 First, although not shown, an ingot consisting of single crystal silicon, polycrystalline silicon, or columnar crystal silicon having a directionally solidified structure is described with a diamond band saw etc. A blank 31 is prepared by cutting thinly into a substantially disc shape.
(孔明け工程)
素板31に放電加工により下孔32を形成する。放電加工のための電極41は、図2に示すように、下孔32を形成するための断面円形のピン状突起42を複数有しており、銅(又は銅合金)により形成される。この銅製電極41のピン状突起42と素板31の表面とを加工液中で対向させ、加工電極41と素板31との間に電圧を印加し、これらの間に放電を生じさせながらピン状突起42を素板31の厚さ方向に移動する。このピン状突起41を素板31に貫通することにより下孔32が形成され、孔明き素板33が形成される。
この孔明け工程では、電極41のピン状突起42を複数形成しておくことにより、素板31の各下孔32を一度に、あるいは複数個ずつ複数回に分けて形成することができる。
(Piercing process)
The
In this drilling step, by forming a plurality of pin-
(熱処理工程)
次に、孔明き素板33に熱処理を施す。熱処理は、窒素又は不活性ガス雰囲気の下、900℃以上1100℃以下の温度で12時間以上32時間以下実施する。前工程の孔明け工程において銅製電極41を用いて放電加工したことにより、銅製電極41の銅成分が孔明き素板33の下孔32の内周面から内部に拡散しており、この熱処理を施すことにより、孔明き素板33の内部に拡散していた銅が表面に向かって移動(拡散)する。この場合、下孔32の内周部には、図3(a)に示すように、放電加工により歪みが蓄積したダメージ層35が形成されているので、銅はこのダメージ層35に捕捉され、ダメージ層35に集中して析出する。
この熱処理温度が900℃未満では、銅の移動が小さく、ダメージ層35への集中が十分でなく、1100℃を超えると、銅の移動が大きくなり過ぎて、ダメージ層35での捕捉が難しくなる。熱処理時間も12時間未満では効果が十分でなく、32時間を超えると、高温に長時間さらされることにより、電極板表面にできる酸化膜層が厚くなり、その後のエッチング工程で除去しきれなくなる。
(Heat treatment process)
Next, the
When the heat treatment temperature is less than 900 ° C., the movement of copper is small and concentration on the damaged
(エッチング工程)
孔明き素板33をエッチング液に浸漬してエッチング処理を施す。このエッチング処理により、下孔32の内周部のダメージ層35が除去され、このダメージ層35に捕捉されていた銅もダメージ層35とともに除去される。エッチング液としては、フッ酸(HF)、硝酸(HNO3)、酢酸(CH3COOH)を5〜8:42〜48:16〜24の比率(容量比)で混合したエッチング液(フッ硝酢酸)を用いるとよい。このエッチング処理により、孔明き素板33の表面を20μm以上除去するが、必要以上に多く除去しない方が良い。
(Etching process)
The
このエッチング処理は、図3(b)に示す最終の電極板3の通気孔11の表面部(表面から深さ1μmの位置)の銅濃度を0.2ppb〜5ppbとすることを目標とする。この程度の銅濃度であれば、プラズマ処理による銅汚染の問題は生じない。エッチング液への浸漬時間は、各酸の混合比率にもよるが、2分程度でよい。
電極板3の表面の銅濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS;Secondary Ion Mass Spectrometry)によって計測することができる。
なお、このエッチング工程では、孔明き素板33をエッチング液に浸漬することに代えて、孔明き素板33の一方の表面の周縁部に、箱体の開口端を密接させ、箱体内にエッチング液を加圧状態で供給しながら、孔明き素板33の各下孔32内にエッチング液を通過させるようにしてもよい。
This etching process aims at 0.2 ppb-5 ppb copper concentration of the surface part (position 1 micrometer in depth from the surface) of the
The copper concentration on the surface of the electrode plate 3 can be measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).
In this etching step, instead of immersing the
(ポリッシング工程、洗浄工程)
エッチング処理後の孔明き素板の表裏面を研磨して平滑化する。
最後に、洗浄工程(S5)において、孔空き素板を洗浄して電極板3に仕上げる。具体的には、孔空き素板を純水等の洗浄液に一定時間浸漬するとともに、洗浄液中で孔空き素板を揺動させるなどにより行う。
(Polishing process, cleaning process)
The front and back surfaces of the perforated plate after the etching process are polished and smoothed.
Finally, in the cleaning step (S5), the perforated base plate is cleaned to finish the electrode plate 3. Specifically, the perforated base plate is immersed in a cleaning solution such as pure water for a certain period of time, and the perforated base plate is swung in the cleaning solution.
以上のように、この製造方法は、素板31に放電加工によって複数の下孔32を形成した後、この放電加工によって孔明き素板33内に拡散した銅を、次の熱処理工程によって下孔32内周部のダメージ層35に移動させ、そのダメージ層35をエッチング処理によって除去することにより、銅成分の少ない電極板3を得ることができる。また、ダメージ層35が除去されているので、プラズマ処理時にパーティクルの発生も防止することができる。
As described above, according to this manufacturing method, after the plurality of
以上の実施形態では、放電加工による孔明け工程、熱処理工程、エッチング工程の順に行って電極板3を製造したが、孔明け工程の後、エッチング工程までの間に、孔明け工程で形成した下孔32の表面部のみをドリルを用いてわずかに切削するサイジング工程を実施してもよい。
このサイジング工程を実施する場合、孔明け工程で形成する下孔32を小さめに形成しておき、サイジング工程で下孔32の表面部を切削する。その切削代はわずかでよく、したがって、最初からドリルで孔明け加工する場合に比べて、作業時間は少なくて済む。
このサイジング工程を熱処理工程の前に実施すると、下孔32の放電加工によるダメージ層35にドリル加工による機械的な歪みを付与することができ、次の熱処理工程におけるダメージ層35への銅の捕捉をより確実に行うことができる。
In the above embodiment, the electrode plate 3 was manufactured by performing the drilling process by electric discharge machining, the heat treatment process, and the etching process in this order, but after the drilling process and before the etching process, A sizing process may be performed in which only the surface portion of the
When this sizing process is performed, the
If this sizing step is performed before the heat treatment step, mechanical strain can be imparted to the damaged
次に、本発明の効果を確認するために、熱処理条件を変えて複数の電極板を作製し、各電極板の通気孔の内周部における銅濃度を測定した。 Next, in order to confirm the effect of the present invention, the heat treatment conditions were changed, a plurality of electrode plates were produced, and the copper concentration in the inner peripheral portion of the vent of each electrode plate was measured.
電極板は、外径390mm(12インチ)、厚さ12mmの単結晶シリコンの円板を用いて作製し、その単結晶シリコンの円板(素板)に銅製電極を用いた放電加工により、直径0.5mmの下孔を1000個形成した。そして、窒素雰囲気の下、表1に示す温度、時間で熱処理を施した後、エッチング工程を行い、所定のポリッシング工程、洗浄工程を経て、各電極板を作製した。エッチング工程では、フッ酸(HF)、硝酸(HNO3)、酢酸(CH3COOH)を7:45:20の比率(容量比)で混合したエッチング液を用い、試料を2分間浸漬した。エッチング量は20μmであった。
エッチング後の試料につき、通気孔の内周面から1μmの深さの箇所の銅(Cu)濃度を二次イオン質量分析装置を用いて測定した。
測定結果を表1に示す。
The electrode plate is manufactured using a disc of single crystal silicon having an outer diameter of 390 mm (12 inches) and a thickness of 12 mm, and the diameter of the disc (base plate) of single crystal silicon by electric discharge machining using a copper electrode. One thousand 0.5 mm lower holes were formed. Then, heat treatment was performed at a temperature and a time shown in Table 1 under a nitrogen atmosphere, and then an etching step was performed, and a predetermined polishing step and a cleaning step were performed to fabricate each electrode plate. In the etching step, the sample was immersed for 2 minutes using an etching solution in which hydrofluoric acid (HF), nitric acid (HNO 3 ) and acetic acid (CH 3 COOH) were mixed at a ratio (volume ratio) of 7:45:20. The etching amount was 20 μm.
For the sample after etching, the copper (Cu) concentration at a depth of 1 μm from the inner circumferential surface of the vent was measured using a secondary ion mass spectrometer.
The measurement results are shown in Table 1.
表1からわかるように、900℃以上1100℃以下の温度で熱処理することにより、銅濃度が0.2ppb〜5ppbまで減少しており、1000℃で最も銅濃度が低い状態であった。熱処理温度が900℃以上1100℃以下の範囲より低い場合も、高い場合でも、いずれも銅濃度は10ppbと高くなっていた。熱処理時間としては16時間としたが、12時間〜32時間の範囲内であれば好適と想定される。 As can be seen from Table 1, the copper concentration decreased to 0.2 ppb to 5 ppb by heat treatment at a temperature of 900 ° C. to 1100 ° C., and the copper concentration was the lowest at 1000 ° C. The copper concentration was as high as 10 ppb in both cases where the heat treatment temperature was lower or higher than the range of 900 ° C. or more and 1100 ° C. or less. Although the heat treatment time was 16 hours, it is assumed to be suitable if it is within the range of 12 hours to 32 hours.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、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。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
100 プラズマ処理装置
2 真空チャンバー
3 電極板(プラズマ処理装置用電極板)
4 架台
5 絶縁体
6 静電チャック
7 支持リング
8 ウエハ(被処理基板)
9 エッチングガス供給管
10 拡散部材
11 通気孔
12 排出口
13 高周波電源
14 冷却板
15 貫通孔
31 素板
32 下孔
33 孔空き素板
35 ダメージ層
100
4 stand 5
9 etching
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JP2017050118A (en) | 2017-03-09 |
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