JPH0243868Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は半導体素子を製造するための装置に使
用される電極に対し、特にICやLSI等を製造する
場合のプラズマエツチング処理装置に使用される
耐腐蝕性に優れた炭化珪素質のプラズマエツチン
グ用電極に関するものである。

（従来の技術） ICやLSI等を製造する場合のエツチング処理
は、従来は液相エツチングが主として行なわれて
きたが、近年に至つては、被加工物のサイドにお
けるエツチングを少なくしてシヤープなエツジを
得ることができる、液相エツチングと異なり薬品
の使用量が少なく後処理が容易である等の理由に
より、気相エツチングが多く行なわれるようにな
つてきている。この気相エツチングの中でも、
ICやLSI等を製造する場合のフオトレジストマス
クの侵食を避けることができ、精度を格段に向上
させることができることから、所謂プラズマエツ
チングが多く採用されるに至つている。

このプラズマエツチングは、減圧状態に維持さ
れる反応室内にエツチングガスを供給するととも
に、当該反応室内に配置した電極間に高周波電圧
を印加することにより高周波を発生させ、この高
周波によつて上記のエツチングガスにエネルギー
を与えることによりエツチングガスをプラズマ化
し、このプラズマの運動エネルギーにより被加工
物の加工を行なうようにしたものである。

ところで、このプラズマエツチング処理装置内
に配置される電極は、当然のことながら上記のプ
ラズマに曝されることになり、当該電極自体が腐
蝕される可能性がある。例えば、従来のこの種プ
ラズマエツチング処理に使用される電極として
は、導電性を有する必要性から、アルミニウムに
よつて形成したものが採用されていた。しかしな
がら、当該アルミニウム製の電極はプラズマエツ
チング処理を行なう場合のプラズマに曝されてい
るから、このプラズマによつて当該電極は上述し
たように腐蝕されてしまうことになる。すなわ
ち、従来の電極は、耐久性に非常に劣るものとな
つているのである。

問題はそれだけではない。すなわち、この種プ
ラズマエツチング処理装置は、被加工物の特に表
面をエツチングするものであることは言うまでも
ないが、上記のように電極が腐蝕された場合に生
成する灰化物が被加工物の表面部分に堆積してし
まうことがある。このようになると、プラズマエ
ツチングの処理効果が低下してしまうばかりでな
く、被加工物を汚染する欠点を有していた。

本考案者は以上のような実状に鑑み、プラズマ
エツチングを行なう場合の電極がそのプラズマエ
ツチング処理によつて容易にはエツチングされ
ず、しかも電極として必要充分な導電性を備えた
電極を開発すべく鋭意研究してきた結果、焼成さ
れた炭化珪素がプラズマエツチングに充分耐え得
るものであり、これに導電性を与えることによ
り、プラズマエツチング処理用の電極として充分
使用に耐えるものとすることができるを新規に知
見し、本考案を完成したのである。

（考案が解決しようとする問題点） 本考案は以上のような実状に鑑みてなされたも
ので、その解決しようとする問題点は、従来のプ
ラズマエツチング処理装置の電極がエツチングさ
れることによる耐久性のなさ、及び電極がエツチ
ングされることによる灰化物が被加工物を汚染す
ることである。

そして、本考案の目的とするところは、三次元
網目構造を有する多孔質体であつてエツチング処
理に対して変化することのない炭化珪素焼結体を
使用し、この焼結体の開放気孔内に導電性を持た
せるための炭素を充填することにより、耐久性に
優れしかもエツチング処理に問題となる灰化物の
発生がないプラズマエツチング用電極を提供する
ことにある。

（問題点を解決するための手段） 以上の問題点を解決するために本考案が採つた
手段は、図面に示した具体例を参照して説明する
と、 「三次元網目構造を有する多孔質炭化珪素焼結
体の開放気孔中に炭素が充填されてなることを特
徴とするプラズマエツチング用電極１０」 である。

すなわち、このプラズマエツチング用電極１０
は、その基材が三次元網目構造を有する多孔質炭
化珪素焼結体からなることが必要である。その理
由は、炭化珪素焼結体自体は非常に耐薬品性およ
び安定性の優れたものであるから、これがエネル
ギーの与えられたプラズマ中に曝されてたとして
も、その結晶構造に変化を来すことはなく、従つ
てエツチングされることがないものだからであ
る。また、このプラズマエツチング用電極１０の
基材である炭化珪素焼結体が三次元網目構造を有
する多孔質体であることが必要な理由は、当該プ
ラズマエツチング用電極１０に導電性を与えるた
めの後述の炭素を当該プラズマエツチング用電極
１０の全体が導電性を有するように充填する必要
上、上記の開放気孔内に炭素が充分充填されるよ
うな空間を要するからであり、またこの空間が連
続していないと充填炭素同士の電気的接続が行な
われないからである。

そして、当該プラズマエツチング用電極１０
は、以上のように形成した多孔質炭化珪素焼結体
の開放気孔内に炭素が充填されていることが必要
である。多孔質炭化珪素焼結体のみでは導電性に
劣るから、当該プラズマエツチング用電極１０が
導電性に優れたものとするためには、それ自体が
導電性に優れた炭素を充填することによつてプラ
ズマエツチング用電極１０自体の導電性を確保す
る必要があるからである。

また、上記の炭化珪素焼結体は、結晶の平均粒
径が0.3〜100μm、密度が1.3〜2.3ｇ／cm³、平均曲
げ強度が1.0Kgｆ／mm²以上の三次元網目構造を有
するものであることが好ましい。結晶の平均粒径
が0.3〜100μmであることが好ましい理由は、こ
の結晶の平均粒径が0.3μmよりも小さい焼結体
は、結晶粒相互の結合がそれ程強固でないからで
あり、一方結晶の平均粒径が100μmよりも大きい
と焼結体内の結晶粒と結晶粒との結合箇所が相対
的に少なくなるため、強度が低く取り扱い性に劣
るプラズマエツチング用電極となるからである。
また、密度が1.3〜2.3ｇ／cm³の範囲内であること
が必要な理由は、密度が1.3ｇ／cm³よりも小さな
焼結体は炭化珪素粒子相互の結合箇所が少ないた
め、プラズマエツチング用電極１０として必要な
平均曲げ強度を確保することができないからであ
り、一方密度が2.3ｇ／cm³よりも大きな焼結体は
その開放気孔内に充填されている炭素によつて導
電性を与える場合に炭素同士が接触せず、電極と
して不適当なものとなるからである。

本考案の多孔質炭化珪素焼結体は、開放気孔率
が10〜60容積％であることが好ましい。その理由
は、前記開放気孔が10容量％よりも低いと炭素を
充填しても充分導電性を付与することが困難であ
るからであり、一方60容積％よりも高いと焼結体
の強度が低く取り扱い性に劣るからである。

本考案の多孔質炭化珪素焼結体は、平均気孔径
が0.1〜200μmであることが必要である。その理
由は、前記平均気孔径が0.1μmより小さいと炭素
を充填することが極めて困難であるからであり、
一方平均気孔径が200μmより大きいと多孔質炭化
珪素焼結体の強度が低く、しかも充填された炭素
が脱落し易いからである。

本考案のプラズマエツチング用電極１０は、前
記多孔質炭化珪素焼結体の開放気孔容積100容積
部に対し、炭素が少なくとも10容積部充填されて
なるものであることが好ましい。その理由は、炭
素の充填量が10容積部より少ないと充分に良好な
導電性を得ることが困難であるからである。

焼結体自体の強度が小さくなり、また、耐摩耗
性も低下するためである。

本考案の多孔質炭化珪素焼結体に充填されてい
る炭素は黒鉛質であることが好ましい。その理由
は、黒鉛質の炭素は導電性を付与する効果が極め
て顕著であり、導電特性および耐エツチング性に
優れたプラズマエツチング用電極１０となすこと
ができるからである。

次に、本考案のプラズマエツチング用電極１０
を製造する方法について説明する。

本考案に係るプラズマエツチング用電極１０
は、下記(a)〜(c)工程からなる製造方法によつて製
造することができる。

(a) 平均粒径が10μm以下の炭化珪素粉末と成形
助剤とを混合し、所望の形状の生成形体に成形
する工程； (b) 上記(a)工程により得られた生成形体を非酸化
性雰囲気中で1500〜2300℃の温度に加熱して焼
結し、多孔質炭化珪素焼結体とする工程； (c) 上記(c)工程により得られた多孔質炭化珪素焼
結体の開放気孔中に炭素質物質を充填し、加熱
して炭素質物質を炭化する工程； この方法において、炭化珪素粉末の平均粒径が
10μm以下であることが好ましい理由は、平均粒
径が10μm以下の粉末は生成形体を成形した際の
粒子相互の接触点が比較的多く、また焼成温度に
おける熱的活性が大であり、炭化珪素粒子間での
原子の拡散移動が顕著であるため、炭化珪素粒子
相互の結合が極めて生じ易く、比較的低密度でも
高強度の多孔質焼結体を得ることができるからで
ある。特に、炭化珪素粉末は平均粒径が5μm以下
であることが有利である。

ところで、炭化珪素の結晶型にはα型結晶、β
型結晶および非晶質のものがあるが、本考案によ
れば、炭化珪素粉末はβ型結晶の炭化珪素を少な
くとも30％含有する炭化珪素粉末であることが好
ましい。その理由は、β型結晶は比較的低温で合
成される低温安定型結晶であり、焼結に際して炭
化珪素粒子相互の結合が起こりやすく、比較的低
密度でも高強度の焼結体を製造することができる
からであり、なかでもβ型結晶を50％以上含有す
る炭化珪素粉末であることが有利である。

本考案に関する上記製造方法において使用され
る成形助剤は、粉末中に配合されることによつて
成形時における潤滑剤あるいは結合剤として用い
られるものである。前記成形助剤のうち、例えば
潤滑効果を有するものとしては、カーボワツク
ス、ステアリン酸、酢酸セルロース、グリセリ
ン、ポリエチレングリコール等を使用することが
でき、結合効果を有するものとしては澱粉、デキ
ストリン、アラビアゴム、カゼイン、糖類、メチ
ルセルロース、、酢酸セルロース、グリセリン、
ポリビニルアルコール、ポリビニルエチルエーテ
ル、ポリアクリル酸アミド、ポリエチレングリコ
ール、タンニン酸、流動パラフイン、ワツクスエ
マルジヨン、エチルセルロース、ポリビニルアセ
テート、フエノールレジン等を使用することがで
き、これらを単独で使用することは勿論、混合し
て使用することもできる。

本考案のプラズマエツチング用電極１０を製造
する方法によれば、(a)工程により得られた生成形
体を非酸化性雰囲気中で1500〜2300℃の温度に加
熱して焼結し、多孔質炭化珪素焼結体とすること
が有利である。温度を1500〜2300℃の範囲内とす
る理由は、1500よりも低い温度では炭化珪素粒子
相互の結合が不充分で高い強度を有する焼結体を
得ることが困難であり、一方2300℃よりも高い
と、一旦成長したネツクのうち一定の大きさより
も小さなネツクがくびれた形状となつたり、著し
い場合には晶出したりして、むしろ強度が低くな
るし、また一部の粒子が粗大化するため、表面の
面粗度が劣化するため、本考案の目的とするプラ
ズマエツチング用電極１０を得ることが困難であ
るからである。

本考案のプラズマエツチング用電極１０を製造
するには、(b)工程で製造された多孔質炭化珪素焼
結体の開放気孔中に炭素物質が充填される。その
理由は、炭化珪素焼結体自体は導電性に乏しいた
めに導電材料として適用することは極めて困難で
あるが、前述の如き方法によつて導電性を付与
し、導電剤としての作用効果を発揮させることの
できる炭素を多孔質炭化珪素焼結体の開放気孔中
へ充填せしめることにより、極めて優れた導電性
および耐摩耗性を有する焼結体となすことができ
るからである。

本考案のプラズマエツチング用電極１０を製造
する上記の方法によれば、炭素質物質は炭化時に
炭素をなるべく多く残すことができるものを使用
することが望ましく、少なくとも５重量％残すこ
とができるものであることが好ましい。その理由
は、炭化時に残る炭素の量が５重量％よりも少な
い炭素質物質を使用して開放気孔中に充分炭素を
充填しようとする場合には炭素質物質の充填およ
び炭化を何回も繰返さなければならず経剤的でな
いからである。

炭素質物質としては、例えば不飽和ポリエステ
ル樹脂、エポキシ樹脂、フエノール樹脂、フラン
樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ユリア樹脂、メ
ラミン樹脂、キシレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポ
リウレタン樹脂、ポリジビニルベンゼン樹脂、芳
香族化合物として重質油やタール・ピツチ類を用
いた縮合多環多核芳香族樹脂、重質油、タール・
ピツチ類、ポリビニルクロライド等を使用するこ
とができる。なお、炭素質物質のうち重質油、タ
ール・ピツチ類、ポリビニルクロライドは必要に
応じて不融化処理を施して使用することが有利で
ある。

なお、上記の方法においては、炭素質物質にあ
らかじめ炭化せしめた炭素粉末、黒鉛粉末、炭素
繊維あるいは窒化ホウ素粉末を混合して充填する
こともできる。

さらに、(c)工程で炭素質物質を炭化する2300℃
であることが有利である。その理由は、1700℃よ
りも低い温度では、炭素物質を十分に黒鉛化させ
ることが困難で、導電性をさらに向上させること
ができないからであり、また、収縮量が小さいた
め、炭素物質が十分に固定されず、耐摩耗性およ
び強度が比較的小さい傾向があるためである。ま
た、2300℃よりも高い温度に加熱された場合、炭
素物質の黒鉛化は進んで、導電性が大きくなる
が、炭化珪素多孔質体の結晶が粗大化したり、あ
るいは炭化珪素が昇華し始めるために多孔質炭化
珪素焼結体の強度が低下する傾向があるためで
る。

なお、炭素質物質の充填方法としては、 (1) 炭素質物質の微粉末を溶媒に分散あるいは溶
解させ、その分散液あるいは溶液を多孔質体に
含浸し、しかる後溶媒を蒸発させる方法。

(2) 炭素質物質を加熱溶融し、含浸する方法。

(3) 炭素質物質を気化し、多孔質体内で凝縮させ
る方法。

(4) 炭素質物質を合成することのできる流体を多
孔質体内に含浸せしめ、多孔質体内で反応させ
る方法。

等をそれぞれ適用することができる。

（考案の作用及び使用の態様） 以上のように構成したプラズマエツチング用電
極１０は、第１図に示したようなプラズマエツチ
ング装置２０の反応室２１内に配置される陽極及
び陰極として使用されるのである。すなわち、こ
のプラズマエツチング用電極１０は、その三次元
網目構造を有する多孔質炭化珪素焼結体の開放気
孔中に炭素が充填されてなるものであるから、当
該炭素によつてその導電性が確保されているので
あり、プラズマエツチングに必要な高周波電圧を
反応室２１内において印加することが可能となつ
ているのである。

また、このプラズマエツチング用電極１０は、
その基材を高強度の多孔質炭化珪素焼結体によつ
て形成してあるから、当該プラズマエツチング用
電極１０にプラズマ化されたエツチングガスが衝
突したとしても、これによつて当該多孔質炭化珪
素焼結体は変化することがなく、従つて腐蝕され
てしまうこともないのである。すなわち、このプ
ラズマエツチング用電極１０は、耐久性に優れし
かもエツチング処理に問題となる灰化物の発生が
ないのである。

次に、本考案を実施例によつて説明する。

平均粒径が0.28μm、β型結晶の含有率が94.6重
量％の炭化珪素粉末100重量部に対し、ポリビニ
ルアルコール５重量部、水300重量部を配合し、
ボールミル中で５時間混合した後噴霧乾燥した。
なお、炭化珪素粉末は遊離炭素を0.29重量％、酸
素を0.17重量％、鉄を0.03重量％、アルミニウム
を0.03重量％含有していた。

この乾燥物を適量採取して、成形型に装入し、
3000Kg／cm²の圧力で加圧成形し生成形体を得た。
次いでこの生成形体を2000℃のアルゴンガス雰囲
気中で焼成し、密度が2.05ｇ／cm³、強度が18.5Kg
ｆ／mm²で三次元的に均一に分散した開放気孔を有
する多孔質炭化珪素焼結体を得た。この焼結体の
開放気孔率は、約35容積％であつた。

次いで、この多孔質炭化珪素焼結体の開放気孔
中に融点が110℃で炭化時に炭素を52重量％残す
ことのできる高ピツチを含浸した。この高ピツチ
の含浸は、ピツチをあらかじめ真空下で120℃ま
で加熱し１時間保持することにより真空脱泡した
後、200℃まで真空加熱した多孔質炭化珪素焼結
体を浸漬し、さらに200℃まで昇温して１時間保
持してから、10atmまで加圧することにより行つ
た。

前述の如くして高ピツチが含浸された多孔質炭
化珪素焼結体を濃硝酸中に浸漬した後、コークス
粉（＃60）中に埋設し、20℃／時間の昇温速度で
900℃まで昇温し、さらに５℃／分の昇温速度で
2100℃まで昇温し焼成してプラズマエツチング用
電極１０を得た。

得られたプラズマエツチング用電極１０の炭素
充填率は53容積％であつた。

この焼結体の導電性を検査したところ、プラズ
マエツチング装置２０用の電極として充分な導電
性を有していることが分つた。

（考案の効果） 以上説明したように、本考案に係るプラズマエ
ツチング用電極１０によれば、 「三次元網目構造を有する多孔質炭化珪素焼結
体の開放気孔中に炭素が充填されてなること」に
その特徴があり、これにより、耐久性に優れしか
もエツチング処理に問題となる灰化物の発生がな
いプラズマエツチング用電極を提供することがで
きるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るプラズマエツチング用電
極を電極として採用したプラズマエツチング装置
の部分断面図である。 符号の明、１０…プラズマツチング用電極、２
０…プラズマツング装置、２１…反応室、Ｗ…被
加工物。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 三次元網目構造を有する多孔質炭化珪素焼結
   体の開放気孔中に炭素が充填されてなることを
   特徴とするプラズマエツチング用電極。 ２ 前記多孔質炭化珪素焼結体は、β型結晶の炭
   化珪素を30重量％以上含有する実用新案登録請
   求の範囲第１項記載のプラズマエツチング用電
   極。 ３ 前記多孔質炭化珪素焼結体は、開放気孔を10
   〜60容積％有するものである実用新案登録請求
   の範囲第１項あるいは第２項記載のプラズマエ
   ツチング用電極。 ４ 前記多孔質炭化珪素焼結体は、遊離炭素及び
   遊離シリカ以外の不純物含有量が30ppm以下で
   ある実用新案登録請求の範囲第１項〜第３項の
   いずれかに記載のプラズマエツチング用電極。 ５ 前記多孔質炭化珪素焼結体は、結晶の平均粒
   径が0.3〜100μmの炭化珪素粉末を焼成して形
   成され、密度が1.3〜2.3ｇ／cm³、平均曲げ強度
   が1.0Kgf／mm²以上である実用新案登録請求の
   範囲第１項〜第４項のいずれかに記載のプラズ
   マエツチング用電極。