JPH0722385A

JPH0722385A - Ｒｉｅ用電極およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0722385A
Application number: JP4056207A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Okawa; 雅行大川; Shinichiro Aonuma; 伸一朗青沼
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1992-02-06
Filing date: 1992-02-06
Publication date: 1995-01-24

Abstract

(57)【要約】【構成】ガラス状カーボンの原料樹脂を成形して得た
成形体に、焼成前に切削液等の液体の存在下で加工を行
ない、複数の通気孔を形成する。その後、その成形体を
焼成する。【効果】従来のガラス状カーボン製ＲＩＥ用電極に比
べて、発生するダスト数が少ないだけでなく発生するダ
スト粒径も小さいＲＩＥ用電極が得られる。また、通気
孔の加工時間を大幅に短縮でき、加工コストを大幅に低
減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＲＩＥ用電極および
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）は、反
応性ガスを高周波放電することによって生じた活性イオ
ンによる物理的なスパッタリング作用、活性ラジカルに
よる化学的作用あるいはそれらの相乗作用によって加工
を行なう技術であり、半導体素子等の超微細パターンの
加工技術として利用されている。

【０００３】従来よりＲＩＥに用いられている装置は、
一般に、真空容器中に互いに平行に配置した２個の平板
状電極と、それら電極に高周波電圧を印加する電源とを
備えて構成され、エッチング時には真空容器内にＣＦ₄
等の反応性ガスが導入される。両電極に高周波電圧を印
加して反応性ガスを放電させることにより、被加工物の
レジスト膜が設けられていない箇所がエッチングされる
が、同時に電極も消耗する。

【０００４】ＲＩＥ用電極には導電性、化学的安定性の
他に、高純度であること、被加工物に対して不純物にな
らないこと、加工中の消耗によって発生するダスト量が
少ないこと等の特性が要求される。そこで、これらの特
性を考慮して、従来より種々のＲＩＥ用電極が提案され
ている。

【０００５】例えば、特開昭６２−２５２９４２号公報
には、高純度のガラス状カーボンから形成されたＲＩＥ
用電極が提案されている。このＲＩＥ用電極は板状で、
生成したプラズマ中に反応性ガスが円滑に流入するよう
に、厚さ方向に貫通する多数の通気孔を有している。

【０００６】ガラス状カーボンは、フラン系樹脂、フェ
ノール樹脂またはこれらの混合樹脂を炭化して得られ
る、組織的に極めて緻密かつ均質な三次元網目状のガラ
ス構造を有する特異な炭素質物である。

【０００７】特開昭６２−２５２９４２号公報に開示さ
れたＲＩＥ用電極は、次のようにして製造される。ま
ず、液状のフラン系樹脂、フェノール樹脂またはこれら
の混合樹脂、もしくはこれら液状樹脂に同一種類の硬化
樹脂微粉を添加混合したものを均一肉厚の平板状に成形
硬化する。次いで、その樹脂板を不活性ガス雰囲気下で
８００゜Ｃ程度の温度で焼成する。そして、必要に応じ
て、さらに３０００゜Ｃまでの温度で黒鉛化処理をす
る。こうして得られたガラス状カーボン板を脱灰炉に移
し、塩素、フレオン等の精製ガスを炉中に吹き込んで高
純度処理をし、板状のＲＩＥ電極を得る。

【０００８】なお、このＲＩＥ電極の通気孔は、かなり
の精度が要求されるため、ガラス状カーボン板を形成し
た後に放電加工等によって形成するのが一般的である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記ガラス状カーボン
製のＲＩＥ用電極により、半導体ウエハのダスト汚染レ
ベルはかなり改善された。しかし、近年のデバイスの集
積度の上昇に伴い、上記ガラス状カーボン製のＲＩＥ電
極でも不充分となっており、発生するダスト数だけでな
くダスト粒径をもいっそう低減することが要求されてい
る。

【００１０】そこで、発明者は、上述したような多数の
通気孔を有するガラス状カーボン製ＲＩＥ用電極からダ
ストが発生する原因を調査するため、使用後のＲＩＥ用
電極の各部の消耗面について顕微鏡観察を行なった。こ
のＲＩＥ用電極は、直径２０３ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板
状であり、その厚さ方向に貫通する直径０．８ｍｍの通
気孔を例えば１７３３個有している。この通気孔は、ガ
ラス状カーボン板に機械加工によって形成したものであ
る。

【００１１】その結果、通気孔の内壁面が荒れているこ
とを見出した。この荒れは、反応性ガスの通過によって
損傷を受けて生成されたものと考えられる。通気孔が多
数存在することを考えると、これら通気孔の内壁面がダ
ストの主な発生場所ではないかと推定された。

【００１２】さらに詳しく観察すると、通気孔の内壁面
には、未使用の段階ですでに凹凸が存在していると共
に、加工による損傷と見られる微細なクラックも多数存
在することが認められた。これらの凹凸およびクラック
は、極めて硬質で脆性の高いガラス状カーボンを加工し
たが故に発生したものと推定された。そして、ガラス状
カーボン板を加工する限り、加工方法を種々工夫しても
その凹凸およびクラックは避けられないものであること
が分かった。

【００１３】そこで、発明者は、硬度および脆性が低い
ガラス状カーボンの原料樹脂の成形体に、その後の焼成
による収縮を考慮した寸法で湿式加工により通気孔を形
成し、その後、不活性雰囲気中で焼成・炭化したとこ
ろ、極めて良好な内壁面を持つ通気孔が得られることを
見出し、この発明をなすに至ったものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

（１）この発明のＲＩＥ用電極は、加工によって形成し
た複数の通気孔を有するガラス状カーボン製のＲＩＥ用
電極において、前記通気孔の内壁面を焼成面によって形
成したことを特徴とするものである。

【００１５】例えば、実公昭６３−３６０４７号公報に
は、通気性多孔質のガラス状カーボンで形成されたＲＩ
Ｅ用電極が提案されているが、この発明のＲＩＥ電極は
そのような多孔質のガラス状カーボンとは異なり、バル
クのガラス状カーボンに加工によって通気孔を形成した
ものである。ここで「加工」とは、例えばドリル等の切
削工具による切削加工、放電加工等を意味する。

【００１６】「ガラス状カーボン」とは、従来技術で述
べたものと同じであり、例えばフラン系樹脂、フェノー
ル樹脂またはこれらの混合樹脂を焼成・炭化して得られ
るものである。

【００１７】「焼成面」とは、ガラス状カーボンの焼成
によって得られる、凹凸がほとんどなく極めて滑らかな
表面あるいはそれと同等の面を意味する。例えば、ガラ
ス状カーボンの原料樹脂の成形体に焼成前に通気孔を形
成しておき、その後、その成形体を焼成した際にその通
気孔の内壁面に形成される状態を指す。

【００１８】（２）この発明のＲＩＥ用電極の製造方法
は、加工によって形成した複数の通気孔を有するガラス
状カーボン製のＲＩＥ用電極の製造方法において、原料
樹脂を成形して得た成形体に湿式加工によって前記通気
孔を形成し、その後、その成形体を焼成することを特徴
とする。

【００１９】「原料樹脂」は、焼成によってガラス状カ
ーボンが得られるものであればよく、例えば、従来から
知られているフラン系樹脂、フェノール樹脂またはこれ
らの混合樹脂が好ましい。

【００２０】原料樹脂の「成形」を行なう方法として
は、原料が液状のフラン系樹脂の場合は、例えば、硬化
剤を混合して粘性を調整したうえで型に鋳込む方法が採
用され、フェノール樹脂の場合は、例えば、金型を用い
た加熱圧縮成形法や射出成形法が採用される。

【００２１】成形体の変形を防止するため、成形・硬化
後にその成形体を熱処理して二次硬化を行なうのが好ま
しい。二次硬化の際の加熱温度は、３００゜Ｃ以下が好
ましく、原料樹脂の硬化温度以上、２５０゜Ｃ以下の範
囲がより好ましい。熱処理温度の上昇に伴って、原料樹
脂の構造は三次元的に高分子化するが、その際の硬度お
よび脆性の増加状況から判断すると、ここで述べた温度
範囲で処理を行なうのが好ましいと考えられる。

【００２２】この発明において「湿式加工」とは、湿っ
た状態で通気孔の加工を行なうことを意味し、例えば、
切削油、切削水等を加工部にかけながらダイヤモンド・
ドリル、超硬ドリル等の切削工具で通気孔を形成する方
法や、絶縁性液体の中で放電加工によって通気孔を形成
する方法が挙げられる。湿式加工によれば、孔を形成し
た箇所から切削粉が効果的に除去され、切削粉が成形体
に再付着するのを効果的に防止することができる。した
がって、切削粉の成形体への再付着を防止できる方法で
あれば、ここで例示した方法以外の方法であってもよ
い。

【００２３】成形体の「焼成」の方法は、特に限定され
ない。従来より公知の方法等によって行なえばよい。そ
の方法としては、例えば、室温から一定の割合で１００
０゜Ｃまで昇温させて焼成する。必要に応じて、その後
さらに、例えば２３００゜Ｃで二次焼成を行なう。

【００２４】焼成および二次焼成を経て得られたガラス
状カーボン製の電極素材は、通常、表裏両面を平面研削
盤で仕上加工する。

【００２５】この電極素材の表裏両面を焼成前に（すな
わち成形段階で）研磨することも可能であるが、その場
合は、その後の焼成工程で平面度および平坦度を厳密に
管理することが困難であるという問題がある。よって、
焼成後に研磨する方が好ましい。

【００２６】通気孔の内壁面は、孔径が小さいことおよ
びその数が極めて多いことから、研磨加工によってその
内壁面の微細クラックを除去することは、実際上極めて
困難である。したがって、硬度および脆性が低い原料樹
脂の成形段階で通気孔を形成することは、ダスト量およ
びダスト粒径の低減という効果に加えて、電極の製造工
程の短縮、加工コストの低減という面でも優れた効果を
生じさせるものである。

【００２７】

【作用】この発明のＲＩＥ用電極およびその製造方法に
よれば、通気孔の内壁面に凹凸やクラックが存在しない
ため、使用前の超音波洗浄でも取りきれない初期ダスト
が低減されると共に、通気孔の内壁面が均一に消耗して
反応性ガスと反応してガス化するため、消耗過程でのダ
ストの発生量も少なくなり、さらに発生したダストの粒
径も小さくなる。

【００２８】

【実施例】以下、実施例によりこの発明をさらに詳細に
説明する。図１は、実施例１の製造工程を順を追って示
すフローチャート、図２は実施例２の製造工程を順を追
って示すフローチャート、図３（ａ）は実施例１によっ
て製造されるＲＩＥ用電極を示す一部切欠側面図、図３
（ｂ）はその部分拡大断面図である。

【００２９】［実施例１］まず、フルフリルアルコール
に、硬化剤としてパラトルエンスルホン酸を２．５重量
％の割合で均一に混合し、次にその混合物を吸引脱泡処
理した。その後、室温にて直径２５０ｍｍの円板状に注
型し、硬化させた。次いで、３０゜Ｃから９０゜Ｃまで
段階的に昇温させながら、延べ１週間をかけてその成形
体を二次硬化させた。

【００３０】次に、二次硬化させた円板状成形体の厚さ
方向に、複数の通気孔を加工した。これら通気孔は、円
板状成形体の厚さ方向に貫通しており、その直径は焼成
後に直径０．８ｍｍになるように焼成収縮を見込んで決
定した。この通気孔加工は、超硬ドリルを用いて加工部
に水をかけながら行なった。

【００３１】次に、通気孔を形成した成形体を窒素雰囲
気の焼成炉に入れ、３゜Ｃ／Ｈｒの割合で室温から１０
００℃まで昇温させて焼成し、円板状の電極素材を得
た。そして、カーボンヒーター炉内で２３００゜Ｃで二
次焼成を行なった。

【００３２】その後、湿式ダイヤモンド研削加工によ
り、この電極素材の表裏両面に仕上加工を施して直径２
０３ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板状ＲＩＥ用電極に仕上げ
た。さらに、表裏両面を研磨して鏡面仕上げした後、２
０００゜Ｃ以上の温度でハロゲンガス処理（高純度化処
理）を行なって高純度のガラス状カーボン製ＲＩＥ用電
極を得た。

【００３３】こうして得られたガラス状カーボン製ＲＩ
Ｅ用電極を図３に示す。図３に示すように、円板状のＲ
ＩＥ用電極１の本体部１ａには、複数の通気孔１ｂがそ
の厚さ方向に貫通して形成されており、その表面２およ
び裏面３は鏡面仕上されて極めて平坦な面になってい
る。

【００３４】こうして得られたＲＩＥ用電極を、平行平
板型プラズマエッチング装置に装着し、下記手順によ
り、Ｓｉウェーハへのダスト汚染評価（ダストチェッ
ク）を行なった。

【００３５】ダストチェック手順１．電極取付２．空放電３．ダストチェック４．延べ１０ｈｒ空放電５．ダストチェック

【００３６】ダストチェックは、いずれも、６イン
チのＳｉウェーハについて２分間エッチングを実施した
後、そのウェーハ上面に付着した粒子数を大きさ別にカ
ウントする方法で実施した。ダストチェックは、初期
（使用開始直後）のダスト発生量およびダスト粒径を調
査するものであり、ダストチェックは、使用途中のダ
スト発生量およびダスト粒径を調査するものである。

【００３７】［比較例１］成形体の通気孔を加工する際
に加工部に水をかけないで（乾式加工）行なった以外
は、実施例１と同じ方法で円板状電極を得、実施例１と
同じ方法でダストチェックを行なった。

【００３８】［比較例２］実施例１で作製した成形体の
通気孔加工を行なわずに、そのまま実施例１と同一の条
件で１０００゜Ｃで一次焼成、２３００゜Ｃで二次焼成
を行なった後、水をかけながらダイヤモンドドリルによ
って通気孔を形成した。その他は実施例１と同じ手順で
円板状電極を得た。ダストチェックは実施例１と同じ方
法で行なった。

【００３９】［実施例２］フェノール樹脂を圧縮成形金
型に充填し、１６０゜Ｃに加熱しながら１００ｋｇ／ｃ
ｍ²の圧力で加圧して圧縮成形を行ない、直径２６０ｍ
ｍ、厚さ５ｍｍの円板状の成形体を得た。次に、この成
形体を室温から２００゜Ｃまで緩やかに昇温加熱し、そ
の後２００゜Ｃで１０時間保持して二次硬化を行なっ
た。

【００４０】次に、この円板状成形体について、実施例
１と同様の通気孔を実施例１と同様の湿式加工で形成し
た。その後は、実施例１と同じ手順で焼成等の処理を行
ない、実施例１と同様の円板状電極を得た。その円板状
電極を用いて実施例１に述べたのと同じ方法でダストチ
ェックを行なった。

【００４１】［比較例３］成形体への通気孔加工を乾式
で行なった以外は、実施例２と同じ方法で円板状電極を
得、実施例１と同じ方法でダストチェックを行なった。

【００４２】［比較例４］実施例２で作製した成形体の
通気孔加工を行なわずに、そのまま実施例２と同じ条件
で一次焼成、二次焼成を行なった後、比較例２と同じよ
うにして円板状電極を得た。ダストチェックは実施例１
と同じ方法で行なった。

【００４３】実施例１〜２、比較例１〜４についてダス
トチェックの結果を表１に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１より明らかなように、実施例１、２で
は、比較例１〜４に比べてダスト量が大幅に減少してお
り、またダストの粒径も大幅に小さくなっている。した
がって、この発明のＲＩＥ電極によれば、使用初期およ
びその後のいずれにおいても、ダスト量およびダスト粒
径の双方が大幅に低減されることが分かる。

【００４６】図４は実施例１の通気孔の内壁面の顕微鏡
写真、図５は比較例２の通気孔の内壁面の顕微鏡写真で
ある。いずれもマーカーは１００μｍを示す。両写真を
見れば明らかなように、実施例１の内壁面は非常に滑ら
かであり、凹凸やクラックは存在していない。これに対
し、比較例２の内壁面には多数の凹凸とクラックが存在
していることが分かる。

【００４７】

【発明の効果】この発明のＲＩＥ用電極およびその製造
方法によれば、従来のガラス状カーボン製ＲＩＥ用電極
に比べて、発生するダスト数が少ないだけでなく発生す
るダスト粒径も小さいＲＩＥ用電極が得られる。

【００４８】また、加工のしやすい原料樹脂の成形段階
で通気孔加工を行なうので、その加工の所要時間を大幅
に短縮でき、ガラス状カーボンとなったものを加工する
場合に比べて加工コストを１／３と大幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の製造工程を順を追って示
すフローチャートである。

【図２】この発明の実施例２の製造工程を順を追って示
すフローチャートである。

【図３】（ａ）は、この発明の実施例１によって製造さ
れるＲＩＥ用電極を示す一部省略側面図、（ｂ）はその
部分拡大断面図である。

【図４】実施例１の通気孔の内壁面の顕微鏡写真であ
る。

【図５】比較例２の通気孔の内壁面の顕微鏡写真であ
る。

【符号の説明】

１ＲＩＥ用電極１ａＲＩＥ用電極の本体部１ｂＲＩＥ用電極の通気孔２ＲＩＥ用電極の表面３ＲＩＥ用電極の裏面

【手続補正書】

【提出日】平成５年１月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】実施例１の通気孔の内壁面の顕微鏡写真による
組織図である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】比較例２の通気孔の内壁面の顕微鏡写真による
組織図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 35/54 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工によって形成した複数の通気孔を有
するガラス状カーボン製のＲＩＥ用電極において、前記
通気孔の内壁面を焼成面によって形成したことを特徴と
するＲＩＥ用電極。
【請求項２】加工によって形成した複数の通気孔を有
するガラス状カーボン製のＲＩＥ用電極の製造方法にお
いて、原料樹脂を成形して得た成形体に湿式加工によっ
て前記通気孔を形成し、その後、その成形体を焼成する
ことを特徴とするＲＩＥ用電極の製造方法。