JPH07211700A - プラズマ発生装置用電極及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 炭化珪素多孔質体にシリコンを５〜６０重量
％含有した、電気抵抗率が４Ωｃｍ以下の炭化珪素複合
体で形成されているプラズマ発生装置用電極（上部電
極）１２。 【効果】 網目状に結合した炭化珪素焼結体のすき間に
シリコンが高度に充填された構造を有するので化学的に
安定であり、プラズマ処理の対象となる半導体ウエハを
汚染することなくエッチングなどのプラズマ処理を施す
ことができる。また、消耗が少なく長時間使用すること
ができ、しかも電気伝導性に優れ、安定したプラズマを
発生させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ発生装置用電極
及びその製造方法に関し、より詳細には半導体ウエハの
プラズマエッチング等に使用されるプラズマ発生装置用
電極及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】減圧下又は低ガス圧下にある真空容器に
高周波を導入することによりガス放電を起こしてプラズ
マを発生させ、該プラズマを半導体基板表面に導いてエ
ッチングやレジスト処理を施す、又はＣＶＤなどによる
薄膜形成を行うためのプラズマ処理装置は高集積半導体
装置の製造において欠くことのできないものとなってい
る。

【０００３】図２は従来のプラズマエッチング装置を模
式的に示した断面図であり、図中３０はプラズマエッチ
ング装置を示している。処理室１１の上方には上部電極
２２がセラミック製シールド２０により支持されてお
り、この上部電極２２の上方にはシ−ルプレ−ト１５が
配設されている。このシ−ルプレ−ト１５の中央部には
エッチングガス導入路１６が形成されており、エッチン
グガス導入路１６はガス供給源（図示せず）に接続され
ている。また、セラミックシールド２０には半導体ウエ
ハ１４を下部電極１３に固定するためのクランプ板１９
が取り付けられているが、このクランプ板１９には金属
汚染を防止するためにアルマイト処理が施されたアルミ
ニウムの金属が用いられている。さらに、シ−ルプレ−
ト１５と上部電極２２との間にはバッフル板２１が介装
されており、このバッフル板２１に形成された開口部２
１ａ及び上部電極２２に形成された開口部２２ａから処
理室１１にエッチングガスが拡散されて供給されるよう
になっている。この上部電極２２の材質としては、従来
よりアルミニウムなどの金属やカーボンが用いられてき
たが、これらは半導体汚染の原因となることから、最近
では主に多結晶シリコンあるいは単結晶シリコンが用い
られている。

【０００４】一方、上部電極２２に対向して処理室１１
の下部には所定の距離を保って下部電極１３が配設され
ているが、この下部電極１３はアルミニウムを用いて形
成されている。下部電極１３の内部には冷却水を循環さ
せるための冷媒循環路１８が形成されており、下部電極
１３の上面には半導体ウエハ１４が載置されている。下
部電極１３の周囲は下部電極１３以外の金属が露出しな
いようにテフロンまたはセラミックで覆われており、下
部電極１３の外周下方には排気路１７が形成されてい
る。また、上部電極２２及び下部電極１３には高周波電
源２３が接続されており、上部電極２２をアースし、下
部電極１３に高周波電力を印加する場合はＲＩＥモード
となり、下部電極１３をアースし、上部電極２２に高周
波電力を印加する場合はプラズマモードとなる。

【０００５】そして、例えばＳｉ基板上にＳｉＯ₂ 膜を
介して形成されたポリシリコン膜を所定のパターンにエ
ッチングするには、このように構成されたプラズマエッ
チング装置３０をプラズマモードに設定し、半導体ウエ
ハ１４を被エッチング面を上にして下部電極１３上に載
置する。この場合、ポリシリコン膜には所定のパターン
を有するフォトレジストが被着されている。次に、上部
電極２２とクランプ板１９とを備えたセラミックシール
ド２０を降下させ、クランプ板１９により半導体ウエハ
１４を押圧固定する。この後、下部電極１３をアース
し、所定の真空度に設定した処理室１１内にエッチング
ガスの導入路１６から塩素もしくはフッ素系ガスなどの
腐食性エッチングガスを供給する。そして、高周波電源
２３から上部電極２２に高周波電力を印加することによ
りエッチングガスをプラズマ化し、発生するイオンや分
子をポリシリコン膜の表面に衝突させてエッチングし、
所定のパターンを有するポリシリコン膜を形成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したプラズマエッ
チング装置３０においては、半導体素子の高密度化高集
積化にともない、半導体ウエハ１４上への微粉末の飛散
や汚染金属の拡散により半導体素子に欠陥が発生し、電
気的特性が劣化するという問題が生じてきている。特に
ガス導入部に存在する上部電極２２は、導入ガスが直接
接触する部分であるので、この上部電極２２より微粉末
や汚染金属が飛散すると半導体ウエハ１４が汚染される
虞れが大きくなる。

【０００７】上述したように、この上部電極２２の材料
として、従来よりアルミニウムやステンレスなどの金属
が用いられてきたが、この装置を用いて半導体ウエハに
エッチング処理を施すと、上部電極２２を構成するアル
ミニウム、ニッケルなどがスパッタリングされ、半導体
ウエハ１４上に反応生成物が残り、電気的特性が劣化す
るなどの問題があった。

【０００８】またカーボンを上部電極２２の形成材料と
して用いた場合には、熱衝撃などによってカーボンの一
部が剥離し、半導体ウエハ１４上にカーボンの微粉末が
付着するという問題があった。そこで、カーボンの表面
上に炭化珪素の皮膜を形成し、グラファイト粉末の飛散
を防止した上部電極２２も提案されているが、この場合
でも炭化珪素皮膜は徐々にエッチングされ、カーボン表
面が露出してくるため、長時間の使用は困難であった。

【０００９】そこで最近では上部電極２２として多結晶
シリコン板あるいは単結晶シリコン板に多数の細孔を設
けたものが使用されている。この場合には、上部電極２
２が半導体ウエハ１４と同じ材質のシリコンであるため
に、半導体ウエハ１４の汚染等の問題が生じない。しか
しながら、この上部電極２２はエッチング処理を施す半
導体ウエハ１４と同じ材質になるので、プラズマガスに
よる浸食が生じ易く、上部電極２２の消耗が速いことが
問題となっている。

【００１０】これらの問題を解決するために、種々の提
案がなされている。例えば、特開昭６２−１０９３１７
号公報や特開平１−２４２４１１号公報では、上部電極
又はガス導入部として炭化珪素が用いられている。炭化
珪素は化学的に安定でプラズマに浸食されにくいが、そ
のままでは導電性が余り高くないので、ガス導入部を特
開昭６２−１０９３１７号公報に記載されているように
炭化珪素のみで構成すると、高周波電界を印加してもグ
ロー放電が生じ難く、安定したプラズマを発生させるこ
とができないという問題点があった。また、導電性を付
与するためにアルミニウムのような導電性材料を表面に
塗布すると、該アルミニウムが半導体ウエハの汚染の原
因となるという問題があった。

【００１１】一方、特開平１−２４２４１１号公報に記
載されているように、上部電極を多孔質の炭化珪素焼結
体で構成すると、前記電極が多孔質であるために個々の
結晶の粒界が浸食されやすく、その結果結晶粒が剥離
し、微粉末として半導体ウエハ表面に異物として落下し
易いという問題があった。

【００１２】緻密な炭化珪素焼結体を用いた場合は、微
粉による汚染の虞れはないが、焼結助剤を添加する必要
があり、この元素による汚染の虞れが生じる。また緻密
な焼結体で導電性の高い炭化珪素焼結体を製造すること
は非常に難しい。

【００１３】このように、これまでにプラズマエッチン
グ装置などのプラズマ処理装置に使用される電極では、
エッチングなどのプラズマ処理を施す際に、対象となる
半導体ウエハを汚染する虞れがなく、プラズマによる消
耗が少なく長時間に亙って使用することができ、しかも
電気伝導性に優れ、安定したプラズマを発生させること
ができるものは実用化されるに至っていないという課題
があった。

【００１４】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、エッチングなどのプラズマ処理を施す際に、
その対象となる半導体ウエハに金属や微粉末が付着して
汚染する虞れがなく、消耗が少なく長時間使用可能であ
り、しかも電気伝導性に優れ、安定したプラズマを発生
させることができるプラズマ発生装置用電極及びその製
造方法を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るプラズマ発生装置用電極は、炭化珪素多
孔質体にシリコンを５〜６０重量％含有した、電気抵抗
率が４Ωｃｍ以下の炭化珪素複合体で形成されているこ
とを特徴としている。

【００１６】また本発明に係るプラズマ発生装置用電極
の製造方法は、平均粒径が２０μｍ以下の炭化珪素粉末
を成形、焼結させて密度が１．０〜２．３ｇ／ｃｍ³ の
炭化珪素多孔質体を製造した後、該炭化珪素多孔質体に
該炭化珪素多孔質体とシリコンの合計量に対して５〜６
０重量％以上になるようにシリコンを含有させることを
特徴としている。

【００１７】まず、本発明に係るプラズマ発生装置用電
極について説明する。本発明に係るプラズマ発生装置用
電極においては、炭化珪素多孔質体を用い、この炭化珪
素多孔質体内の内部にシリコンを５〜６０重量％含有さ
せることによって、電気抵抗率を４Ωｃｍ以下に維持し
ている。ここで、前記シリコンの含有量５〜６０重量％
は、炭化珪素とシリコンとの合計重量に対するシリコン
の重量百分率をいう。この炭化珪素複合体中のシリコン
の含有量については、前記炭化珪素多孔質体の気孔率と
併せて考慮する必要があるが、以下にその炭化珪素多孔
質体の気孔率及びシリコン含有量の関係について説明す
る。

【００１８】炭化珪素多孔質体の密度が２．３ｇ／ｃｍ
³ を超える場合には気孔率が２８体積％以下となり、所
々開口していない気孔部が存在するため、シリコンを前
記炭化珪素多孔質体の内部全域まで浸透させることが困
難となる。また、気孔率が２８体積％程度であると、シ
リコンを最大限充填しても電気抵抗率は５Ωｃｍ程度に
しか低下しない。そこで、シリコンを充填する前の炭化
珪素多孔質体の密度は、気孔の体積が２８体積％以上と
なる２．３ｇ／ｃｍ³ 以下が好ましい。一方、炭化珪素
多孔質体の密度が１．０ｇ／ｃｍ³ 未満の場合には、気
孔が体積比にして約７０体積％を超えるため、炭化珪素
多孔質体自身の機械的な強度が弱くなって焼結体を構成
する粒子が剥れ落ち易くなるという問題点がある。また
シリコンを多量に充填すると、炭化珪素に対してシリコ
ンの割合が大きくなってシリコン単体の性質に近づきプ
ラズマガスに対する耐食性が弱くなる。以上より、炭化
珪素多孔質体の密度は１．０〜２．３ｇ／ｃｍ³ が好ま
しい。また、炭化珪素多孔質体の密度及び電気抵抗率よ
り１．６〜２．２ｇ／ｃｍ³ がより好ましい。

【００１９】炭化珪素複合体中のシリコンの含有量（重
量）について考えると、炭化珪素多孔質体の密度が１．
０ｇ／ｃｍ³ （気孔率７０％）のときに完全にシリコン
を充填するとその含有量は６０重量％となるため上限を
６０重量％とした。一方炭化珪素多孔質体の密度が上限
の２．３ｇ／ｃｍ³ の場合、電気抵抗を４Ωｃｍ以下と
するためには、上記したように約３０体積％以上のシリ
コンを含有させる必要があり、これを重量％に換算する
と２５重量％以上ということになる。しかし、炭化珪素
多孔質体内の気孔にシリコンを完全に充填させなくても
電気的抵抗率は低下し、炭化珪素多孔質体の密度が１．
０ｇ／ｃｍ³ （気孔率７０％）の場合でも、７体積％
（５重量％）以上のシリコンを含有させることで電気抵
抗率を４Ωｃｍ以下にすることができる。従って、シリ
コン含有量は５〜６０重量％が好ましい。また、炭化珪
素多孔質体の気孔内に多くのシリコンを含有させた炭化
珪素複合体の方が機械的強度が大きく、電気抵抗率が小
さいため、シリコンを２５重量％以上含有させるのがよ
り好ましい。一方、シリコン含有量が多いほどシリコン
自身が侵食され、電極としての耐食性が弱くなるため、
４０重量％以下がより好ましい。

【００２０】従来の炭化珪素多孔質体では７ｋｇ／ｍｍ
² 程度であった曲げ強度が、炭化珪素多孔質体の気孔部
分にシリコンが充填されることによって、約２５ｋｇ／
ｍｍ² 程度以上に増加する。このため、ガス導入孔を有
する電極の直径が、半導体ウエハのサイズの大型化に伴
い大きくなっても、その厚みを薄くできるという利点を
有する。

【００２１】このような構成を有する本発明に係るプラ
ズマ発生装置用電極の具体的な構造等については、以下
に説明するプラズマ発生装置用電極の製造方法において
詳しく説明する。

【００２２】プラズマ発生装置用電極の製造方法につい
ては、まず、平均粒径が２０μｍ以下の炭化珪素粉末に
フェノール樹脂などのバインダ及びメタノールなどの溶
剤を加えて混練し、その後乾燥及び造粒を行う。この造
粒操作で得られた粉末を所定形状の金型などに充填し、
成形を行う。成形方法は通常用いられる方法でよく、一
軸成形の他、一旦一軸成形を行った後、ラバープレスな
どの成形方法を用いても等方的な圧力を加えてもよい。
一軸成形を行う場合の成形圧は１〜３ｔ／ｃｍ² 程度が
好ましい。また、その他に鋳込み成形法や押出成形法な
どを用いてもよい。炭化珪素原料粉体は、半導体装置の
製造において汚染の原因となる金属元素の含有量がそれ
ぞれ１ｐｐｍ以下のものが好ましい。

【００２３】２０μｍ以下の炭化珪素粉末を原料として
使用するのは、プラズマ発生装置用電極は浸食性の高い
プラズマガス中の過酷な条件下で使用されるため、個々
の炭化珪素粉末が強固に結合された組織を有する炭化珪
素焼結体である必要があるからである。炭化珪素粉末の
平均粒径が２０μｍ以下の場合には、個々の粉末が粒子
成長を起こして隣に位置する粉末と一体化し、強固に結
合されるのに対し、炭化珪素粉末の平均粒径が２０μｍ
を超えると、個々の粉末が接点でわずかに結合している
のみで、結晶粒の境界がはっきりと存在し、プラズマガ
スの浸食により前記境界で切り離されて先端の炭化珪素
粉末が剥れ落ち、微粉末による半導体ウエハ汚染の原因
となる。炭化珪素粉末のより強固な結合を得るには、平
均粒径が６μｍ以下がより好ましい。他方、炭化珪素粉
末の平均粒径が小さすぎると、炭化珪素多孔質体の密度
が大きくなり、シリコンを含有させても電気抵抗率が低
下しないため、０．５μｍ以上が好ましい。

【００２４】前記の方法で所定の形状を有する成形体を
形成した後、この成形体を非酸化性雰囲気下、４００℃
以上で脱脂後、焼成し炭化珪素多孔質体を製造する。

【００２５】この後、得られた炭化珪素多孔質体を減圧
下に１５００℃程度の温度でシリコンと接触させること
により、容易に炭化珪素多孔質体の内部にシリコンを充
填することができる。シリコンの充填量は、炭化珪素多
孔質体中にシリコンを５〜６０重量％含有し、かつ電気
抵抗率が４Ωｃｍ以下になるように充填すればよい。前
記プラズマ発生装置用電極の電気抵抗率が４Ωｃｍを超
えると、電極部分において形成される電解が不安定にな
り、安定したプラズマを発生させることができない。

【００２６】このようにして得られた炭化珪素複合体を
所望形状に研削加工した後、そのほぼ全面に均一に小さ
な円筒形状のガス導入孔を形成する。半導体ウエハを均
一にエッチング処理するためには、ガスを一様に噴出さ
せなければならず、そのためには同じ直径で、しかも高
密度に導入孔が形成された電極を使用することが好まし
い。

【００２７】具体的には、ガス導入孔の直径は０．１〜
１．０ｍｍ、さらには０．４〜０．７ｍｍがより好まし
い。ガス導入孔の直径が１．０ｍｍを超えると該孔部に
強放電が発生し易くなり、他方ガス導入孔の直径が０．
１ｍｍ未満になると該孔部を加工により形成することが
困難となる。

【００２８】またガス導入孔の密度は１ｃｍ² 単位面積
あたり１〜５０個が好ましい。前記ガス導入孔の数が１
ｃｍ² 単位面積あたり１個未満であると一様なガスの噴
出が難しくなり、他方１ｃｍ² 単位面積あたり５０個を
超えると加工が困難となり加工コストが高くなるばかり
でなく炭化珪素複合体の機械的強度が低下する。

【００２９】プラズマ発生装置用電極中の金属不純物に
ついては、汚染源となる金属元素の含有量がそれぞれ１
ｐｐｍ以下であるのが好ましい。

【００３０】本発明のプラズマ発生装置用電極は、通
常、平行平板型のプラズマエッチング装置等のプラズマ
処理装置に用いることができる。しかし、本発明のプラ
ズマ発生装置用電極の用途は、前記プラズマ処理装置に
限られるものではなく、その他にもプラズマを発生させ
る装置であれば使用することができる。

【００３１】

【作用】炭化珪素は共有結合性の高い炭化物であるた
め、機械的強度が高く、しかも化学的にも安定でプラズ
マに浸食されにくいことなど、プラズマ発生装置の電極
に非常に適した材料である。しかし、前述したように緻
密な焼結体では導電性を上げることが難しく、また焼結
助剤を添加する必要があるのでプラズマ処理を行う際に
半導体ウエハを汚染する虞れが高い。

【００３２】一方本発明に係るプラズマ発生装置用電極
は、炭化珪素多孔質体にシリコンを５〜６０重量％含有
した、電気抵抗率が４Ωｃｍ以下の炭化珪素複合体で形
成されており、網目状に結合した炭化珪素焼結体のすき
間にシリコンが高度に充填された構造を有するので化学
的に安定であり、エッチングなどのプラズマ処理を施す
際にも、炭化珪素粉末が焼結体より脱落することはな
く、プラズマ処理の対象となる半導体ウエハに金属や微
粉末が付着して汚染するといった虞れがない。また、炭
化珪素を主成分としているのでプラズマガスに対する消
耗が少なく長時間使用可能であり、しかもシリコンを所
定量以上含有した構造を有するので電気伝導性に優れ、
安定したプラズマを発生させることができる。

【００３３】また本発明に係るプラズマ発生装置用電極
の製造方法は、平均粒径が２０μｍ以下の炭化珪素粉末
を成形、焼結させて密度が１．０〜２．３ｇ／ｃｍ³ の
炭化珪素多孔質体を製造した後、該炭化珪素多孔質体に
該炭化珪素多孔質体とシリコンの合計量に対して５〜６
０重量％以上になるようにシリコンを含有させるので、
得られた炭化珪素複合体は網目状に強固に結合した炭化
珪素焼結体のすき間にシリコンが高密度で充填された構
造を有し、エッチングなどのプラズマ処理を施す際にも
炭化珪素粉末が焼結体より脱落することはなく、プラズ
マ処理の対象となる半導体ウエハに金属や微粉末が付着
して汚染するといった虞れがない。また、消耗が少なく
長時間使用可能であり、しかも電気伝導性に優れ、安定
したプラズマを発生させることができる。

【００３４】

【実施例及び比較例】以下、本発明に係るプラズマ発生
装置用電極及びその製造方法の実施例及び比較例を説明
するが、まず、前記プラズマ発生装置用電極材料の製造
例（比較製造例）を説明する。

【００３５】［製造例１〜５及び比較製造例１〜２］ま
ず、下記の表１に示した７種類の平均粒径の炭化珪素粉
末を準備した。そして、この炭化珪素原料粉体に対して
ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を１．５重量％、ワッ
クスを３重量％添加して、湿式混合を行い、その後乾
燥、造粒を行った。次に、この造粒粉末を外径２５０ｍ
ｍ、厚さ１０ｍｍのラバープレス用金型に充填して、１
２００ｋｇ／ｃｍ² の圧力でプレス成形して成形体を得
た。次に、この成形体に、窒素雰囲気下で４００℃、１
時間の脱脂処理を施し、その後焼成を行った。

【００３６】前記方法により得られた炭化珪素多孔質体
を切削加工することにより５ｍｍ×２０ｍｍ×１５０ｍ
ｍの角柱形状の試験体を切り出し、その密度を測定した
後、ＪＩＳＲ１６０１に準じてその曲げ強度を測定し
た。

【００３７】次に前記方法と同様の方法で得られたそれ
ぞれの炭化珪素多孔質体を１５００℃に加熱してシリコ
ン（純度１０Ｎ）を含浸させ、気孔内がすべて多結晶シ
リコンで満たされた炭化珪素複合体を得た。

【００３８】得られた炭化珪素複合体の密度及び曲げ強
度を多孔質体の場合と同様の方法で求めた。シリコン含
有量を重量変化により、電気抵抗率を４端子法により求
めた。結果を表１に示す。なお、下記の表１及び表２中
のシリコン含有量は、シリコンと炭化珪素多孔質体との
合計重量に対するシリコンの重量百分率を示している。

【００３９】

【表１】

【００４０】炭化珪素原料粉末の平均粒径が０．０５μ
ｍから２２．３μｍと大きくなるに従って、炭化珪素複
合体の密度は次第に低くなっており、これに伴って曲げ
強度も低下している。また、製造例１〜５、比較製造例
１〜２において得られた炭化珪素多孔質体の組織を走査
型電子顕微鏡で観察した結果、すべての炭化珪素粒子が
網目状に結合されて多孔質状となっているのが観察され
たが、原料粉末の平均粒径が２０μｍ以下のもの（製造
例１〜５、比較製造例１の場合）では同時に粒子成長が
見られ、さらに近隣の炭化珪素粒子と一体化しており、
炭化珪素粒子同士が強固に結合しているのが確認され
た。他方、原料粉末の平均粒径が２０μｍを超えるもの
（比較製造例２の場合）では２５μｍ以上の粒径の粒子
が存在し、これらの大きい粒子は部分的にしか近隣の結
晶粒と結合していないことが確認された。これらの粒子
はお互いの結合力が弱く、プラズマガスにより浸食され
て剥離し易く、微粉末の発生原因となり易いと考えられ
る。また、比較製造例１では、炭化珪素多孔質体の密度
が大きいため、シリコンを含有させても大きい電気抵抗
率となっている。

【００４１】［製造例６〜１８及び比較製造例３〜４］
次に、平均粒径１．９７μｍの炭化珪素原料粉末を用
い、プレス成形の際の圧力を１００〜５０００ｋｇ／ｃ
ｍ² に変化させた他は製造例２と同様の条件で炭化珪素
多孔質体を製造し、前記炭化珪素多孔質体にシリコンを
含浸させた。そして製造例２と同様に炭化珪素多孔質体
の密度と炭化珪素複合体の密度、曲げ強度、シリコン含
有量及び電気抵抗率とを測定した（製造例６〜１５及び
比較製造例３）。

【００４２】また、製造例９と同様の条件で製造した炭
化珪素多孔質体に含浸させるシリコンの量を変化させた
他は製造例９と同様にして炭化珪素複合体を製造し、炭
化珪素多孔質体の密度と炭化珪素複合体の密度、曲げ強
度、シリコン含有量及び電気抵抗率とを測定した（製造
例１６〜１８及び比較製造例４）。結果を下記の表２に
示す。

【００４３】

【表２】

【００４４】表２よりわかるように、炭化珪素多孔質体
の密度が大きくなると、炭化珪素複合体の曲げ強度が高
くなっているが、一方これに伴って多孔質体の気孔率が
低下し、炭化珪素複合体のシリコン含有量が低下してい
る。炭化珪素複合体の導電性については、炭化珪素複合
体中のシリコン含有量が約５重量％以上になると室温で
の電気抵抗率は４Ωｃｍ以下まで低くなり、電極として
安定したプラズマを発生させることが可能になる。この
場合、シリコンの含有量が多いほど電気抵抗率が低くな
るが、シリコン含有量が大きくなりすぎるとプラズマガ
スによる耐食性が弱くなることから、炭化珪素多孔質体
の密度としては１．０〜２．３、さらには１．６〜２．
２ｇ／ｃｍ³ がより好ましい。

【００４５】さらに、製造例１６〜１８及び比較製造例
４の結果から同じ気孔率を有する炭化珪素多孔質体に種
々の量のシリコンを含有させた場合には、シリコンの含
有量が少なくなるほど電気抵抗率が大きくなり、５重量
％以上シリコンを含有させる必要があることが判明し
た。

【００４６】［実施例１〜５］次に、前記炭化珪素複合
体を使用した実施例に係るプラズマエッチング装置用電
極について説明する。

【００４７】図１は、実施例に係るプラズマエッチング
装置用電極が使用されたプラズマエッチング装置１０を
模式的に示した断面図である。プラズマエッチング装置
用電極１２が異なる他は、図２に示した従来のプラズマ
エッチング装置３０の構成と同様であるので、ここでは
実施例に係るプラズマエッチング装置用電極のみについ
て説明する。

【００４８】実施例に係るプラズマエッチング装置用電
極（上部電極）１２は、炭化珪素複合体を用いて形成さ
れた直径２００ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板形状のものであ
り、シールプレート１５に接続する部分を除いて全面に
縦横５ｍｍ間隔でガス導入孔１２ａが形成されている。

【００４９】本実施例においては、製造例５と同様の条
件で炭化珪素複合体を製造した後、切削加工を行うこと
により上記構成の上部電極１２を作製した。また、ガス
導入孔１２ａの適切な大きさを知るために、直径０．
１、０．３、０．６、０．９、１．２ｍｍの５種類の異
なる直径のガス導入孔１２ａが形成された上部電極１２
をそれぞれ作製した。

【００５０】次に、これら上部電極１２をそれぞれ図１
に示したプラズマエッチング装置１０に配設し、半導体
ウエハ１４を被エッチング面を上面にして下部電極１３
上に載置した。この半導体ウエハ１４はＳｉ基板上にＳ
ｉＯ₂ 膜を介してポリシリコン膜が形成されており、こ
のポリシリコン膜の上には所定のパターンを有するフォ
トレジストが被着されている。

【００５１】プラズマエッチング装置１０をプラズマモ
ードに設定し、次に上部電極１２とクランプ板１９とを
備えたセラミックシールド２０を降下させ、クランプ板
１９により半導体ウエハ１４を押圧固定した。この後、
下部電極１３をアースし、所定の真空度に設定した処理
室１１内にガス導入路１６からＣＦ₄ ガスを供給し、高
周波電源２３から上部電極１２に４００ｋＨｚの高周波
電界を印加することによりポリシリコン膜をエッチング
した。

【００５２】その結果、それぞれの炭化珪素複合体の上
部電極１２において、ガス導入孔１２ａより拡散するガ
スはいずれも均一に拡散しており、ガス導入孔１２ａの
孔径が大きいほど大量のガス拡散が可能であった。しか
し、ガス導入孔１２ａの孔径が大きいものほど高周波放
電の効率が悪く、孔径が１．２ｍｍの上部電極１２では
０．９ｍｍのものに比べて１．５倍、０．６ｍｍ以下の
ものに比べて約２倍のエッチング時間を要し、実用上支
障があることが明らかとなった。ガス導入孔１２ａの孔
径を０．６ｍｍとした場合には、通常使用されているポ
リシリコン製の上部電極と比べると、同じ条件のエッチ
ング処理に要する時間は約２／３〜１倍程度に短縮さ
れ、炭化珪素複合体を用いることにより電極間の放電の
効率が向上することがわかった。また１．０ｍｍ以下の
ガス導入孔１２ａを形成することによりプラズマガスが
安定的に供給され、安定なプラズマを確保できることも
わかった。これより、ガス導入孔１２としては孔径が
１．０ｍｍ以下、さらには０．４〜０．７ｍｍのものが
より好ましい。そこで以下の実施例では、ガス導入孔１
２ａの大きさを０．６ｍｍとした。

【００５３】［実施例６〜１８及び比較例１〜３］製造
例６〜１８及び比較製造例２と同様の条件で炭化珪素複
合体を製造した後、加工を行うことにより、上記実施例
１〜５と同様の形状を有し、ガス導入孔１２ａの大きさ
が０．６ｍｍの上部電極を作製した。ここで、製造例６
〜１８と同様の条件で炭化珪素複合体を製造した場合を
実施例６〜１８とし、比較製造例２と同様の条件で炭化
珪素複合体を製造した場合を比較例１とする。

【００５４】また他の比較例として、製造例９において
焼成した密度が２．０１のシリコンを充填していない炭
化珪素多孔質体（比較例２）及びポリシリコン（比較例
３）を用い、２種類の上部電極を作製した。

【００５５】次に、これら上部電極１２をそれぞれ図１
に示したプラズマエッチング装置１０に配設し、実施例
１〜５と同様の条件でエッチング処理を２０回繰り返し
た。そして、２０回のエッチング処理後にそれぞれの電
極の重量の減少量を測定し、上部電極１２自身がエッチ
ングされた深さを調査した。

【００５６】その結果、ポリシリコンより形成された上
部電極２２を用いた場合（比較例３）では、その表面が
約８μｍエッチングされていたのに対し、炭化珪素多孔
質体より形成された上部電極２２（比較例２）及び炭化
珪素複合体の実施例６〜１８と比較例１に係る上部電極
１２では０．５μｍ以下しかエッチングされておらず、
両者には耐エッチング性に関する優劣は認められなかっ
た。

【００５７】次に半導体ウエハ表面上に飛散した微粉末
を調査し、微粉末による汚染を調査した結果、炭化珪素
多孔質体より形成された上部電極２２（比較例２）や比
較例１に係る上部電極を２２を使用した場合には、半導
体ウエハ表面上にエッチング処理１回当たり８０〜１５
０個の微粉末（０．２〜３０μｍ）が観察されたのに対
し、実施例に係る上部電極１２を使用した場合には、半
導体ウエハ表面上に３ケ以下の微粉末（０．２〜３０μ
ｍ）しか観察することができなかった。また炭化珪素多
孔質体より形成された上部電極２２（比較例２）を用い
た場合には、電極間の放電の効率が悪く、０．５μｍの
エッチング処理を行うのに、実施例に係る上部電極１２
を用いた場合と比較して約５倍の時間を要した。

【００５８】以上説明したように実施例に係るプラズマ
発生装置用電極にあっては、シリコンを５〜６０重量％
含有し、電気抵抗率が４Ωｃｍ以下の炭化珪素複合体で
形成されており、網目状に結合した炭化珪素焼結体のす
き間にシリコンが高度に充填された構造を有するので化
学的に安定であり、プラズマによるエッチング処理を施
す際に、炭化珪素粉末が焼結体より脱落することはな
く、プラズマ処理の対象となる半導体ウエハに金属や微
粉末が付着して汚染する虞れがない。また、炭化珪素を
主成分としているので消耗が少なく長時間の使用が可能
であり、しかもシリコンを所定量以上含有した構造を有
するので電気伝導性に優れ、安定したプラズマを発生さ
せることができる。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るプラズ
マ発生装置用電極にあっては、炭化珪素多孔質体にシリ
コンを５〜６０重量％含有した、電気抵抗率が４Ωｃｍ
以下の炭化珪素複合体で形成されており、網目状に結合
した炭化珪素焼結体のすき間にシリコンが高度に充填さ
れた構造を有するので化学的に安定であり、プラズマ処
理の対象となる半導体ウエハを汚染することなくエッチ
ングなどのプラズマ処理を施すことができる。また、消
耗が少なく長時間使用することができ、しかも電気伝導
性に優れ、安定したプラズマを発生させることができ
る。

【００６０】また本発明に係るプラズマ発生装置用電極
の製造方法は、平均粒径が２０μｍ以下の炭化珪素粉末
を成形、焼結させて密度が１．０〜２．３ｇ／ｃｍ³ の
炭化珪素多孔質体を製造した後、該炭化珪素多孔質体に
該炭化珪素多孔質体とシリコンの合計量に対して５〜６
０重量％以上になるようにシリコンを含有させるので、
得られた炭化珪素複合体は網目状に強固に結合した炭化
珪素焼結体のすき間にシリコンが高度に充填された構造
を有し、プラズマ処理の対象となる半導体ウエハを汚染
することなくエッチングなどのプラズマ処理を施すこと
ができる。また、消耗が少なく長時間使用することがで
き、しかも電気伝導性に優れ、安定したプラズマを発生
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のプラズマエッチング装置を模式的に示し
た断面図である。

【図２】実施例に係るプラズマエッチング装置を模式的
に示した断面図である。

【符号の説明】

１２ 上部電極 １２ａ ガス導入孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小河 俊哉 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化珪素多孔質体にシリコンを５〜６０
   重量％含有した、電気抵抗率が４Ωｃｍ以下の炭化珪素
   複合体で形成されていることを特徴とするプラズマ発生
   装置用電極。
2. 【請求項２】 平均粒径が２０μｍ以下の炭化珪素粉末
   を成形、焼結させて密度が１．０〜２．３ｇ／ｃｍ³ の
   炭化珪素多孔質体を製造した後、該炭化珪素多孔質体に
   該炭化珪素多孔質体とシリコンの合計量に対して５〜６
   ０重量％以上になるようにシリコンを含有させることを
   特徴とするプラズマ発生装置用電極の製造方法。