JPH04242923A - プラズマエッチング用炭素電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば半導体集積回路用
ウエハのプラズマエッチング加工に用いるプラズマエッ
チング用炭素電極に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の微細化と高密度
化技術が発展するにつれて、高精度で微細パターンを形
成できる平行平板型電極を使用するプラズマエッチング
技術の重要性が高まっている。平行平板型の電極を使用
するプラズマエッチングでは、上下に対向させた１組の
平滑板状の電極間に高周波電力を印加してガスプラズマ
を発生させ、該プラズマ中に存在するハロゲン系反応ガ
スのフリーラジカルとイオンとを電極間の電界の力でウ
エハに入射させることによりウエハのフォトレジストが
ない部分がガスプラズマによって食刻される。

【０００３】この平行平板型の電極を使用するプラズマ
エッチングに用いられる電極には、導電性、化学的安定
性等の特性が必要とされ、しかも高純度のものが要求さ
れている。従来、プラズマエッチング用電極としては、
主に金属質の円板が用いられていたが、金属質の電極は
化学的安定性が不十分であるうえに高純度にすることが
困難であった。

【０００４】そこで、これに代わる電極材として黒鉛を
使用することが試みられている。黒鉛は優れた導電性と
化学的安定性を備え、高純度化も容易であることから、
特性的には極めて好適な電極材料である。この従来の平
板型のプラズマエッチング用炭素電極は、コークスある
いはカーボンの粉砕物をタールピッチ等のバインダー成
分と共に混合し、再粉砕した後に成形、焼成、黒鉛化す
るという手順に従って製造されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のプ
ラズマエッチング用炭素電極は、コークスあるいはカー
ボンの粉砕物とタールピッチ等のバインダー成分との混
合物を再粉砕した後に成形、焼成、黒鉛化するので、高
密度化ないし組織の緻密化及び均質化を図る上で不利で
ある。また、組織の結合強度を高める上でも不利であり
、特にウエハエッチング中に電極の組織を構成する粒体
が脱落し、電極の消耗を早めたり、ウエハの上面を汚損
してパターンの形成を阻害する等の欠点を招くおそれが
ある。

【０００６】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、従来のプラズマエッチング用炭素電極よりも
電極の組織を緻密で、均質で、しかも、高密度高強度化
されたプラズマエッチング用炭素電極を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマエ
ッチング用炭素電極は、上記の目的を達成するため、メ
ソカーボンマイクロビーズを主原料とする等方性高密度
炭素材にタール、ピッチ等を含浸させた後炭化処理もし
くは黒鉛化処理を行い、この含浸炭化処理（黒鉛化処理
）を１ないし数回繰り返して得た炭素材で構成される。

【０００８】ここで、メソカーボンマイクロビーズを主
原料とする等方性高密度炭素材とは、メソカーボンマイ
クロビーズ単味、メソカーボンマイクロビーズの微粉砕
品、あるいは、メソカーボンマイクロビーズとこれの微
粉砕品との混合品が含まれる。

【０００９】

【作用】本発明にいうメソカーボンマイクロビーズは黒
鉛類似の構造を有する球形の炭素材であり、ラメラ構造
をもつ物質である。この球形粒子をランダムに配列させ
ることによって、均質で、かつ、異方比のきわめて小さ
い組織を有する炭素材、即ち、等方性高密度炭素材が得
られる。また、メソカーボンマイクロビーズは粒形も非
常に良くそろっているため、得られる炭素材は緻密であ
るとともに、均一に分布する多数の微細気孔を有し、し
かも、その気孔径のばらつきが少なく、気孔径の分布曲
線は非常にシャープになる。これを更に図１のフロー図
において示すＳ４→Ｓ５→Ｓ６に到る、例えばピッチ、
あるいはタールの含浸処理、炭化（黒鉛化）処理を１回
ないしは数回行うことにより、微細気孔がさらに微細に
、あるいは気孔が埋められて組織が緻密になるとともに
、各粒子間の結合強度も向上する。

【００１０】更に上記含浸処理、炭化（黒鉛化）処理の
後工程に、上記炭素材に対し、高温下で例えば塩素、フ
レオン等の精製ガスに曝すことを行う等の高純度化処理
を加えることがより望ましい。

【００１１】

【実施例１】本発明の一実施例に係るプラズマエッチン
グ用炭素電極を説明する。本発明の一実施例に係るプラ
ズマエッチング用炭素電極は、メソカーボンマイクロビ
ーズを主原料とする等方性高密度炭素材にピッチの含浸
と、ピッチ含浸後の炭化処理とを３回繰り返して得た炭
素材で構成される。

【００１２】上記メソカーボンマイクロビーズの粒径は
、特に限定されず、例えば平均粒径１５μｍのメソカー
ボンマイクロビーズが使用される。図１のフロー図に示
すように上記等方性炭素材はメソカーボンマイクロビー
ズをバインダーレスで１０００ｋｇｆ／ｃｍ２　で静水
圧成形した（図中、Ｓ１）後、不活性雰囲気中１０００
℃で焼成し、さらに２５００℃で黒鉛化して（図中、Ｓ
２）等方性炭素ブロックにし、このブロックを電極形状
に類似の形状（仕上げ加工しろを１ｍｍ残した形状）に
加工した（図中、Ｓ３）ものである。

【００１３】上記加工品を耐圧容器に入れ、減圧真空引
きした後予熱し、５０ｋｇｆ／ｃｍ２　の高圧でタール
ピッチ含浸させる（図中、Ｓ４）。また、ピッチを含浸
させた成形体は、約１０００℃で焼成し、炭化処理する
（図中、Ｓ５）。この後、更に同様の含浸、炭化処理を
２回繰り返す。すなわち本実施例では、図１のＳ６にお
いてｋを３と設定した場合であり、また上記炭化処理の
最終回目（本実施例では３回目）には処理温度をさらに
高温とした黒鉛化処理を行った。尚、Ｓ４、Ｓ６におい
て記載したｎは該含浸炭化処理を行った回数であり、所
定の回数（ｋ回）の後、次段の工程に移行することを示
す。

【００１４】その後、この成形体を所定の電極寸法に仕
上げ加工し、この成形体に反応ガスを電極間に形成され
るプラズマ中に流入させるための貫通小孔を設ける（図
中、Ｓ７）。貫通小孔の孔径は０．１〜１．０ｍｍ程度
の範囲内で適宜選択される。貫通小孔の孔径が０．１ｍ
ｍよりも小さくなると反応ガスの流通が阻害されるので
好ましくなく、１．０ｍｍよりも大きくなると放電状態
が不均一になるおそれがあるので好ましくない。貫通小
孔の孔径を０．２〜０．６ｍｍとする場合には、反応ガ
スが充分に流通できるとともに、放電状態の均一性を確
保することができるので一層好ましい。この実施例では
貫通小孔の孔径は０．４ｍｍとした。

【００１５】また、貫通小孔の開孔率（開孔前の炭素材
表面積に対する開孔後の空洞面積を百分率で表したもの
）も適宜選択されるが、通常０．５〜２０％とされる。 貫通小孔の開孔率が０．５％を下回ると反応ガスの流通
が阻害されるので好ましくなく、２０％を上回ると電極
面積が狭くなり過ぎるので好ましくない。貫通小孔の開
孔率を１〜１３％とする場合には、反応ガスが充分に流
通できるとともに、充分に広い電極面積を確保できるの
で、一層好ましい。ここでは貫通小孔の開孔率は２％と
した。

【００１６】貫通小孔を炭素材に設ける方法としては、
上記孔径及び開孔率範囲の孔を開ける精度のあるもので
あれば特に制限されず、例えば成形体の仕上げ加工に使
用したマシニングセンタに取りつけた超硬のドリルを用
いて行えば良い。このようにして得られる多数の貫通小
孔が設置された炭素材を、塩素、フレオン等の精製ガス
によって高温下で高純度化処理し、さらに洗浄を行った
（図中、Ｓ８）。

【００１７】このようにして得た本発明の一実施例に係
る得られたプラズマエッチング用炭素電極は、組織が均
質であるとともに緻密な等方性炭素材であり、しかも、
表１の実施例１の欄に示すように、かさ密度１．９９ｇ
／ｃｍ、気孔率４．２％の高密度になる上、曲げ強度、
ショアー硬度等の機械的特性が高められている。その結
果、このプラズマエッチング用炭素電極の消耗率は表２
の実施例１の欄に示すように従来例の７２％にとどまっ
ている。しかも、エッチレートは従来例に比べて１１％
も高くすることができ、エッチング加工を高速度で行う
ことができる。その上、放電時に発生する放電異物数は
従来例の２５％程度にとどまっているので、エッチング
加工精度が高くなる。

【００１８】また、この実施例に係るプラズマエッチン
グ用炭素電極は、メソカーボンマイクロビーズをバイン
ダーレスで成形、焼成、黒鉛化し、その後、含浸、炭化
処理を行うので、コークスあるいはカーボンの粉砕物と
タールピッチ等のバインダー成分との混合物を再粉砕し
た後に成形、焼成、黒鉛化する従来例の製造方法に比べ
てその製造方法を簡素化できる。

【００１９】更に、このプラズマエッチング用炭素電極
を使用することにより、エッチング時に使用するＣＨＦ
３　ガスの流量を低下させても高精度のプラズマエッチ
ング加工が行え、ＣＨＦ３　ガスの流量を低下させて、
ＣＨＦ３　ガスによるチャンバー内の汚染を抑制するこ
とができることが判った。また、その結果、チャンバー
内のクリーニング回数を減少することができた。

【００２０】

【実施例２】本発明の他の実施例に係るプラズマエッチ
ング用炭素電極は、平均粒径１５μｍのメソカーボンマ
イクロビーズ６０重量％にメソカーボンマイクロビーズ
を微粉砕した平均粒径３μｍの微粉砕品４０重量％を加
えた粉体を原料として、図１に示すような実施例１と同
様の処理を行って得られたものである。

【００２１】表１に示すように、この実施例に係るプラ
ズマエッチング用炭素電極は、組織が均質であるととも
に緻密な等方性炭素材であり、しかも、表１の実施例２
の欄に示すように、かさ密度が２．０３ｇ／ｃｍ３　、
気孔率が１．６％の高密度な組織を備えている。また、
表１からその機械的強度は従来例よりも高められている
ことが判る。更に、表２から、消耗率が従来例の６６％
にとどまる上、エッチレートは従来例よりも１５％も高
く、エッチング加工速度が高い。また、放電異物数が実
施例１と同様に従来例の２５％にとどまっており、高い
加工精度を得られた。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るプラズマエ
ッチング用炭素電極は等方性高密度炭素材からなる成形
体にタール、ピッチ等を含浸させた後、炭化処理を１な
いし数回くり返して得た炭素材で構成されているので、
組織構造が従来例に比べて均質に、かつ、緻密になり、
しかも、高炭素密度化される。その結果、エッチング加
工中の組織崩壊が効果的に抑制され、消耗率を低く押さ
えて電極の寿命を長くすることができる。また、放電異
物の数も極端に減少するので、エッチング加工の加工精
度を高めることができる。

【００２５】更に、プラズマエッチング加工時にチャン
バー内に流入させるＣＨＦ３　ガスの流量を少なくして
、ＣＨＦ３　ガスによるチャンバー内の汚染を抑制し、
チャンバー内のクリーニング回数を減少させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例の製造手順の概要を示すフロー
図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　メソカーボンマイクロビーズを主原料
   とする等方性高密度炭素材にタール、ピッチ等を含浸さ
   せた後、炭化処理ないしは黒鉛化処理を行い、この含浸
   炭化処理（黒鉛化処理）を１ないし数回繰り返して得た
   炭素材で構成したプラズマエッチング用炭素電極。
2. 【請求項２】　　請求項１の炭素材を更に高純度化処理
   した炭素材からなるプラズマエッチング用炭素電極。
3. 【請求項３】　　メソカーボンマイクロビーズに代えて
   、または、これと共にメソカーボンマイクロビーズの微
   粉砕品を含有する等方性高密度炭素材からなる成形体を
   使用する請求項１、又は２に記載のプラズマエッチング
   用炭素電極。