JPH0941166A - エッチング用電極、及びその製造方法 - Google Patents

エッチング用電極、及びその製造方法

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JPH0941166A
JPH0941166A JP7195389A JP19538995A JPH0941166A JP H0941166 A JPH0941166 A JP H0941166A JP 7195389 A JP7195389 A JP 7195389A JP 19538995 A JP19538995 A JP 19538995A JP H0941166 A JPH0941166 A JP H0941166A
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carbon
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etching
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Toshiaki Kitamura
俊明 北村
Shunsuke Takada
俊助 高田
Setsu Nishizawa
節 西澤
Tetsuo Suzuki
哲雄 鈴木
Toshihisa Nozawa
俊久 野沢
Kazuo Muramatsu
一生 村松
Akihiro Kawai
明博 河合
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Kobe Steel Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
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    • H01J37/32532Electrodes
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガラス状カーボンよりも、一層寿命が長く、
安価なエッチング用電極を提供することを目的とする。 【解決手段】 見掛け密度が1.7以上の高密度結晶構
造を有する硬質カーボンをからなるエッチング用電極と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマエッチン
グ装置の電極板等に用いるエッチング用電極、及びその
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスは、一方では装置の小型
化、他方では保有できる情報量の増大化という2方面か
らの要請によって、集積度のより一層の向上が望まれて
おり、それに伴ってウェハ上に形成される回路はますま
す微細なものになっている。この様な高集積化の為に
は、原材料を高純度にすることはもとより、製造工程中
の不純物の混入を極端なほどの注意をもって防がなけれ
ばならない。従って、製造装置を構成する部材について
も、不純物を発生しないものが要求されている。
【0003】プラズマエッチング装置は超LSI等の半
導体デバイスの製造用設備として広く使用されており、
該プラズマエッチング装置を用いて、ポリシリコンや酸
化膜或いはAl等の金属膜をドライエッチングすること
によって、シリコンウェハ上に回路を形成する。
【0004】この様な装置としては、平行平板型プラズ
マエッチング装置が良く用いられている。該装置は、上
下に対向する2つの円盤状電極の間に高周波電力を印加
し、発生したガスプラズマによって、下部電極上に置か
れたウェハをエッチングしていくものであり、この電極
には導電性や高純度性及び化学的安定性が要求される。
上記電極としては、古くは高純度の黒鉛材料が使用され
ていたが、エッチング時にフィラー粉の脱離があり、こ
れが回路パターンを破壊する為に問題となっていた。
【0005】そこで近年に至り、特開昭62-252942 や特
開平5-320955に示される様な、ガラス状カーボンが用い
られる様になってきた。ガラス状カーボンは上記黒鉛材
料に比べてパーティクル(粒子)の発生が少ないもので
あり、その理由は、黒鉛が比較的大きな結晶の集まりで
あって大きな空間を有し柔らかいものであるのに対し、
ガラス状カーボンは内在する気孔が閉気孔で、そのサイ
ズが比較的小さく、また六方晶の微結晶がランダムな方
向で集まり固まった構造となっているからである。つま
りガラス状カーボンは、無定型で均質緻密な組織を備え
る高強度の炭素質材料であるから、比較的粉末脱離を生
じ難いものである。
【0006】また、2000℃以上の高温でハロゲンガ
スと反応させることによって、高純度化されるので、半
導体装置製造工程のクリーン度を保つことができるとい
う利点もある。
【0007】また他の電極材料として、シリコンが提案
されている。シリコンの電極は上記ガラス状カーボンに
比べ、パーティクル(粒子)の発生が更に少なく、堆積
物が一層少ないので、電極寿命が長く、エッチング装置
の稼働率も高い。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、シリコン電極
は、カーボンを原料とする電極に比べて価格が5〜6倍
も高く、製品である半導体デバイスのコストダウンを妨
げるという問題がある。一方、ガラス状カーボンは、上
述の様にプラズマエッチング用電極として実用されてき
たが、緻密な組織を形成しているとはいえ、本質的に多
孔質の材料である為、使用時間が長くなるにつれて、そ
の表面部が徐々に消耗し、150時間程度の使用でカー
ボン粒が発生して、遂に使用できなくなるという問題が
ある。またエッチング作業中、電極上に堆積する付着物
の量が多く、これを度々除去する作業を必要とする為、
エッチング装置の稼働率が悪いという問題もある。
【0009】本発明は以上の点に鑑みてなされてもので
あって、パーティクル(粒子)の発生がほとんどなく、
寿命の一層長い、安価なエッチング用電極を提供し、ま
たその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係るエッチング
用電極は、見掛け密度が1.7以上の高密度微結晶構造
を有する硬質カーボンからなることを要旨とする。また
その製造方法は、熱硬化性樹脂を用いて炭化焼成し、更
に高純度化処理に付して炭素系電極を製造するにあた
り、2100℃以上、800気圧以上で熱間静水圧加圧
処理(HIP処理)を施す工程を有することを要旨とす
る。
【0011】尚、エッチング用電極の製造に際しては、
熱硬化性樹脂を1000〜1800℃で炭化焼成して焼
成品を得、該焼成品に2100℃以上、800気圧以上
でHIP処理を施し、次にハロゲンガスを流入しつつ2
000℃以上に加熱する高純度化処理を施す様にするこ
とが特に好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】今回発明者らは、エッチング用電
極の寿命が見掛け密度に大きく依存するということを見
出し、本発明に至った。即ち見掛け密度1.6以下の領
域では、見掛け密度と寿命の間には大きな相関は認めら
れなかったが、見掛け密度を上げていくにつれて両者の
間に相関が生じはじめ、特に見掛け密度1.6〜1.7
付近を超える辺りから寿命が飛躍的に延びるということ
を見出した(図1参照;追って詳述)。
【0013】本明細書で言う上記硬質カーボンとは、見
掛け密度が1.7以上の高密度微結晶構造のカーボンを
言い、単に硬度のみによって規定されるものではない。
また、この硬質カーボンの結晶構造は、黒鉛やグラファ
イトの様に比較的大きな結晶が集まった構造ではなく、
サイズの比較的小さい微結晶がランダムな方向に集まり
固まった構造のものである。
【0014】従来のガラス状カーボンがその微結晶構造
内に多くの空隙を有するのに対し、見掛け密度が1.7
以上と大きくなった硬質カーボンは、上記空隙が消滅し
た非常に高密度の材料である。従って極めて良好な耐摩
耗性を示し、パーティクルの発生がほとんどなく、エッ
チング用電極として非常に優れているのである。
【0015】従来のガラス状カーボンは見掛け密度が
1.5程度と比較的低密度であり、且つ多孔質である為
に、使用中にカーボン粒が発生し易く、電極寿命を短く
する原因となっていた。しかし本発明の硬質カーボン
は、上述の様にガラス状カーボンよりもパーティクルの
発生が一層少ないものとなる。
【0016】上述の様な見掛け密度が1.7以上の硬質
カーボンは、製造プロセス中にHIP処理を組み込むこ
とにより製造することができる。該HIP処理により、
内在する気孔(空隙)が分散放出されて消滅し、上記硬
質カーボンが得られるのである。
【0017】上記硬質カーボンの原料としては、黒鉛
粉,炭素粉,黒鉛繊維,炭素繊維等の、フィラーを含ま
ない熱硬化性樹脂成形体が好ましく、これを炭化焼成
し、次いでHIP処理することにより、見掛け密度1.
7以上の硬質カーボンが得られる。
【0018】HIP処理条件としては、前記の如く21
00℃以上、800気圧以上が良い。2100℃未満も
しくは800気圧未満の場合は、見掛け密度を1.7以
上にすることができないからである。
【0019】次に、製造方法における炭化焼成の温度に
ついて述べる。焼成温度が1000℃未満では、炭素化
が不十分となり、残留水素量が多く残存することにな
る。この様な状態でHIP処理を施すと、HIP処理時
に水素が急激に発生し、焼成品を内部から割ってしま
う。また残留水素が多い状態でHIP処理を行うと、H
IP処理時の温度上昇に伴って、気孔が消滅する前に、
化学的気相反応によって気孔内に黒鉛が析出し、HIP
処理後のカーボンに黒鉛が内在することになる。この内
在する黒鉛は電極の寿命を著しく短くする。従って、炭
化焼成の温度の下限を1000℃とした。
【0020】一方、1800℃超の温度で焼成を行う
と、微小領域で黒鉛構造が成長する為、後にHIP処理
を施しても密度が向上しない。従って、炭化焼成温度の
上限を1800℃とした。
【0021】
【実施例】熱硬化性樹脂をホットプレスにより加熱成形
し、外径250mm、厚み4mmの円盤状の成形体を得た。
成形体の中央部に直径1.0mmの貫通孔を800個開
け、また外周部に取付け用のネジ孔を開けた。次いで、
加工後の成形体を黒鉛製のスペーサーに挟み、電気炉中
で窒素ガスを流しながら、下記表1に示す温度条件で炭
化焼成を行った。
【0022】実施例1〜4,比較例1,2については、
焼成後の成形体を黒鉛製坩堝に入れ、表1に示す条件で
HIP処理を行った。尚、比較例3,4についてはHI
P処理を行っていない。
【0023】HIP処理後の成形体及び比較例3,4の
成形体を、ハロゲンガス中で2000℃に加熱して高純
度化処理を行った。この様にして得られた実施例1〜4
の成形体は高純度の硬質カーボンであった。
【0024】次にこれら実施例,比較例で得られたカー
ボンを、大型両面研磨機を使用して、#800のSiC
砥粒にて一次研磨を行い、次いで#6000のSiC砥
粒で二次研磨を行って表面を平滑にし、φ210mm×
3.5tmmのエッチング用電極を得た。
【0025】
【表1】
【0026】上述の様にして得た実施例1〜4,比較例
1〜4のエッチング用電極を、平行平板電極のエッチン
グ装置の上部電極に使用し、該上部電極に高周波13.
56MHz ,650w を印加して、CF4 50sccm(Stan
dard Cubic cm )、CHF350sccm、Ar 1000sc
cmの混合ガスを流しながら、シリコンウェハのエッチン
グを行い、これらエッチング用電極の寿命を測定した。
尚、電極からのパーティクルが発生した時点をもって寿
命と判断した。その結果を図1に示す。また、実施例2
の硬質カーボン材料と、従来のガラス状カーボンに相当
する比較例3,4、及び人造黒鉛について、その特性を
表2に示す。
【0027】
【表2】
【0028】尚、見掛け密度の測定は、試料を120℃
で5時間乾燥の後、AUTOTRUEDENCER(株式会社島津製作
所製)を用いて溶媒置換法により行った。
【0029】図1から分かる様に、見掛け密度1.6〜
1.7付近で寿命の飛躍的な延びがみられ、見掛け密度
の小さい比較例に比べ、見掛け密度が1.7以上と大き
い実施例は寿命が大変長くなっている。
【0030】また表2に見られる様に、従来のガラス状
カーボンである比較例3,4は見掛け密度が1.60未
満と低密度であり、気孔率が高く、微結晶構造中に非常
に多くの空隙を持っていることが分かる。この為に、エ
ッチング電極等のエッチング部材としての寿命が著しく
低くなったものと考えられる。これに対し、実施例2は
見掛け密度が高く、長寿命となっている。
【0031】
【発明の効果】以上述べた様に本発明に係るエッチング
用電極は、パーティクルの発生がほとんどなく、寿命が
非常に長いものである。また材料であるカーボンは安価
であり、且つ上記長寿命化によって頻繁な電極の交換が
必要ないから、半導体デバイスの大幅なコストダウンが
可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】見掛け密度と寿命の関係を示すグラフ。
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 哲雄 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 野沢 俊久 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 村松 一生 兵庫県神戸市中央区脇浜町1丁目3番18号 株式会社神戸製鋼所神戸本社内 (72)発明者 河合 明博 兵庫県神戸市中央区脇浜町1丁目3番18号 株式会社神戸製鋼所神戸本社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 見掛け密度が1.7以上の高密度微結晶
    構造を有する硬質カーボンからなることを特徴とするエ
    ッチング用電極。
  2. 【請求項2】 熱硬化性樹脂を用いて炭化焼成し、更に
    高純度化処理に付して炭素系電極を製造するにあたり、 2100℃以上、800気圧以上で熱間静水圧加圧処理
    を施す工程を有する請求項1に記載のエッチング用電極
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 熱硬化性樹脂を1000〜1800℃で
    炭化焼成して焼成品を得、 該焼成品に、2100℃以上、800気圧以上で熱間静
    水圧加圧処理を施し、 次に、ハロゲンガスを流入しつつ2000℃以上に加熱
    する高純度化処理を施す請求項2に記載のエッチング用
    電極の製造方法。
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