KR20190119038A - 플라즈마 처리 장치용 전극판 및 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치용 전극판 및 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 플라즈마 생성용 가스를 통과시키는 통기공을 갖는 플라즈마 처리 장치용 전극판은, 기재와, 상기 기재의 적어도 일방의 표면에 형성된 코팅층을 갖고, 상기 기재는, 상기 코팅층을 형성하고 있는 재료보다 내플라즈마성이 높은 재료에 의해 형성되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치용 전극판 및 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법
본 발명은, 플라즈마 처리 장치용 전극판 및 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법에 관한 것이다.
본원은, 2017년 2월 16일에, 일본에 출원된 일본 특허출원 2017-027039호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
반도체 디바이스 제조 프로세스에 사용되는 플라즈마 에칭 장치나 플라즈마 CVD 장치 등의 플라즈마 처리 장치는, 진공 챔버 내에, 상하 방향으로 대향 배치된 1 쌍의 전극이 구비되어 있다. 일반적으로 상측의 전극에는, 플라즈마 생성용 가스를 통과시키기 위한 통기공이 형성되어 있다. 하측의 전극은, 가대로 되어 있고, 웨이퍼 등의 피처리 기판이 고정 가능하게 되어 있다. 그리고, 상측 전극의 통기공으로부터 플라즈마 생성용 가스를 하측 전극에 고정된 피처리 기판에 공급하면서, 그 상측 전극과 하측 전극 사이에 고주파 전압을 인가함으로써 플라즈마를 발생시켜, 피처리 기판에 에칭 등의 처리를 실시한다.
상기의 구성의 플라즈마 처리 장치에서는, 전극이 에칭 처리시에 플라즈마의 조사를 받음으로써 서서히 소모된다. 이 때문에, 전극의 내플라즈마성을 향상시키기 위해서, 전극의 표면에 코팅층을 형성하는 것, 또 플라즈마의 조사에 의해 소모된 전극 표면의 코팅층을 재코팅하여, 전극을 재생시키는 것이 검토되고 있다.
특허문헌 1 에는, 플라즈마 에칭 장치용 전극 (가스 취출판 (吹出板)) 의 플라즈마 생성용 가스가 분출하는 측의 표면에, 치밀질 탄화규소층을 형성하는 것이 개시되어 있다. 이 특허문헌 1 에는, 치밀질 탄화규소층으로서, 화학 기상 성장법 (CVD 법) 에 의해 형성된 SiC (CVD-SiC) 와, 치밀한 탄화규소 소결체로 이루어지는 소결체층이 예시되어 있다.
특허문헌 2 에는, 제 1 재료로 이루어지는 제 1 기판과, 상기 제 1 기판의 표면에 형성된 제 2 재료로 이루어지는 전극 표면층을 갖는 전극의 재생 방법으로서, 소모된 전극 표면층의 표면에, 제 2 재료를 사용하여 코팅하는 방법이 개시되어 있다. 이 특허문헌 2 에는, 제 1 재료의 예로서, 소결 SiC 가 기재되어 있고, 전극 표면층 (제 2 재료) 의 예로서, CVD-SiC 가 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2005-285845호 국제 공개 제2008/146918호
플라즈마 처리 장치용 전극판의 내플라즈마성을 향상시키기 위해서, 전극의 표면에 내플라즈마성이 높은 코팅층을 형성하는 것은 유효한 방법 중 하나이다. 그러나, 본 발명자의 검토에 의하면, 코팅층의 내플라즈마성이 높아도, 기재의 내플라즈마성이 낮은 경우에는, 플라즈마에 의해 코팅층이 소모되기 전에, 기재의 통기공의 내벽이 소모되는 경우가 있었다. 통기공의 내벽이 소모되어, 통기공의 공경 (孔徑) 이 확대되면, 플라즈마 생성용 가스의 유량이 변동되어, 안정적으로 에칭 처리를 실시하는 것이 곤란해질 우려가 있다.
이 발명은, 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 통기공의 내벽이 잘 소모되지 않는 플라즈마 처리 장치용 전극판, 및 이 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법을 제공하는 것에 있다.
상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 양태인 플라즈마 처리 장치용 전극판은, 플라즈마 생성용 가스를 통과시키는 통기공을 갖는 플라즈마 처리 장치용 전극판으로서, 상기 플라즈마 처리 장치용 전극판은, 기재와, 상기 기재의 적어도 일방의 표면에 형성된 코팅층을 갖고, 상기 기재는, 상기 코팅층을 형성하고 있는 재료보다 내플라즈마성이 높은 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 일 양태인 플라즈마 처리 장치용 전극판에 있어서는, 기재가, 코팅층을 형성하고 있는 재료보다 내플라즈마성이 높은 재료에 의해 형성되어 있다. 그 때문에, 기재의 통기공의 내벽은, 코팅층보다 플라즈마에 의한 소모가 잘 일어나지 않게 된다. 따라서, 본 발명의 일 양태인 플라즈마 처리 장치용 전극판에서는, 플라즈마에 의한 에칭 처리 중에, 플라즈마 생성용 가스의 유량이 변동되는 것이 잘 일어나지 않아, 장시간에 걸쳐서 안정적으로 이용할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 양태인 플라즈마 처리 장치용 전극판에 있어서는, 상기 기재를 형성하고 있는 재료가 Y2O3, Al2O3 및 AlN 으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 혹은 2 종 이상의 혼합물, 또는 이들과 SiC 의 혼합물이고, 상기 코팅층을 형성하고 있는 재료가 치밀질 탄화규소인 것이 바람직하다.
이 경우, 기재의 내플라즈마성을 코팅층의 내플라즈마성보다 확실하게 높게 할 수 있다. 또, 코팅층을 치밀질 탄화규소로 하고 있으므로, 기재의 재료가 웨이퍼에 전사되어 오염이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 양태인 플라즈마 생성용 가스를 통과시키는 통기공을 갖는 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법은, 상기 플라즈마 처리 장치용 전극판이, 기재와, 상기 기재의 적어도 일방의 표면에 형성된 코팅층을 갖고, 상기 코팅층은 치밀질 탄화규소에 의해 형성되고, 상기 기재는 상기 치밀질 탄화규소보다 내플라즈마성이 높은 재료에 의해 형성되어 있고, 상기 코팅층의 표면이 플라즈마에 의해 소모되고 있고, 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법은, 상기 플라즈마 처리 장치용 전극판의 표면에, 화학적 기상 성장법에 의해 치밀질 탄화규소층을 재코팅하는 공정과, 상기 플라즈마 처리 장치용 전극판의 통기공의 표면에 코팅된 상기 치밀질 탄화규소층을 제거하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 일 양태인 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법에 있어서는, 기재가, 코팅층을 형성하고 있는 치밀질 탄화규소보다 내플라즈마성이 높은 재료에 의해 형성되어 있으므로, 기재의 통기공의 내벽이 소모되기 전에, 플라즈마 처리 장치용 전극판을 재생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 양태인 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법에 의하면, 플라즈마 생성용 가스의 유량을 변동시키지 않고, 플라즈마 처리 장치용 전극판을 재생할 수 있다.
본 발명에 의하면, 통기공의 내벽이 잘 소모되지 않는 플라즈마 처리 장치용 전극판, 및 이 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법을 제공하는 것이 가능해진다.
도 1a 는 본 실시형태에 관련된 플라즈마 처리 장치용 전극판의 개략 설명도이며, 전극판의 사시도이다.
도 1b 는 본 실시형태에 관련된 플라즈마 처리 장치용 전극판의 개략 설명도이며, 전극판의 단면도이다.
도 2 는 본 실시형태에 관련된 플라즈마 처리 장치용 전극판을 사용한 플라즈마 에칭 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
도 3 은 도 2 의 플라즈마 에칭 장치를 사용하여, 웨이퍼의 에칭 처리를 실시한 후의 플라즈마 처리 장치용 전극판의 통기공의 개략 단면도이다.
도 4 는 코팅층을 형성하고 있는 재료가, 기재를 형성하고 있는 재료보다 내플라즈마성이 높은 플라즈마 처리 장치용 전극판에 대하여, 웨이퍼의 에칭 처리를 실시한 후의 상태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 5 는 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법에 있어서의 플라즈마 처리 장치용 전극판의 표면에 치밀질 탄화규소층을 재코팅하는 공정을 설명하는 단면도이다.
도 6 은 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법에 있어서의 통기공의 표면에 형성된 치밀질 탄화규소층을 제거하는 공정을 설명하는 단면도이다.
이하에 본 발명의 실시형태인 플라즈마 처리 장치용 전극판 및 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법에 대해 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시형태에 관련된 플라즈마 처리 장치용 전극판은, 예를 들어, 반도체 디바이스 제조 프로세스에 사용되는 플라즈마 에칭 장치나 플라즈마 CVD 장치 등의 플라즈마 처리 장치의 진공 챔버 내에 구비되는 1 쌍의 전극 중 상측 전극으로서 사용된다.
도 1 은 본 실시형태에 관련된 플라즈마 처리 장치용 전극판의 개략 설명도이다. 도 1a 는 전극판의 사시도이고, 도 1b 는 전극판의 단면도이다.
도 1a 및 도 1b 에 있어서, 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 은, 원판상으로 되어 있고, 플라즈마 생성용 가스를 통과시키는 통기공 (11) 이 복수 개 형성되어 있다. 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 은, 기재 (12) 와, 기재 (12) 의 표면에 형성된 코팅층 (13) 을 갖는다.
본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 에 있어서, 통기공 (11) 은, 직경이 0.1 ㎜ 이상 1.0 ㎜ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 기재 (12) 에 있어서의 통기공 (11) 의 애스펙트비 (기재 (12) 의 두께/통기공 (11) 의 직경) 는 3 이상인 것이 바람직하다. 통기공 (11) 의 애스펙트비가 3 이상이면, 플라즈마가 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 의 배면까지 도달하기 어려워져, 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 의 배면에 배치되는 부재 (예를 들어, 도 2 의 냉각판 (15)) 의 소모를 억제할 수 있다. 또, 플라즈마 생성용 가스의 역류를 방지하기 위해서는, 통기공 (11) 의 애스펙트비는 50 이하인 것이 바람직하다. 통기공 (11) 의 밀도는, 0.1 공/㎠ 이상 0.5 공/㎠ 이하여도 되는데, 이것에 한정되는 것은 아니다.
기재 (12) 의 두께는, 1 ㎜ 이상 20 ㎜ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 기재 (12) 의 두께가 이 범위에 있으면, 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 의 강도가 강하여, 플라즈마에 의한 휨이나 변형이 잘 발생하지 않고, 또 플라즈마 생성용 가스를 통과시킬 수 있다.
코팅층 (13) 의 두께는, 0.3 ㎜ 이상 5.0 ㎜ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 코팅층 (13) 의 두께가 이 범위에 있음으로써, 코팅층 (13) 이 소모되어, 기재 (12) 가 노출될 때까지의 시간을 길게 할 수 있고, 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 의 사용 시간을 길게 할 수 있다. 또한, 코팅층 (13) 의 두께가 5.0 ㎜ 를 초과하면, 코팅층 (13) 내의 통기공 (11) 의 공경이, 플라즈마에 의한 코팅층의 소모에 따라 변동되어, 플라즈마 생성용 가스의 유량의 조정이 어려워질 우려가 있다. 코팅층 (13) 의 두께는, 1.0 ㎜ 이상 3.0 ㎜ 이하의 범위에 있는 것이 보다 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다.
본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 에 있어서, 기재 (12) 는, 코팅층 (13) 을 형성하고 있는 재료보다 내플라즈마성이 높은 재료에 의해 형성되어 있다. 여기서, 내플라즈마성이 높다는 것은, 동일한 조건으로 플라즈마를 조사했을 때의 소모 비율이 낮은 것을 의미한다. 재료끼리의 내플라즈마성의 비교는, 후술하는 실험예로 나타내는 바와 같이 각 재료의 내플라즈마성을 평가함으로써 실시할 수 있다. 실제의 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 으로는, 코팅층 (13) 의 소모량 (두께) 에 대해 기재 (12) 의 통기공 내벽의 소모량이 1/10 이하가 되는 내플라즈마성을 갖는 기재 (12) 와 코팅층 (13) 으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 에서는, 기재 (12) 를 형성하고 있는 재료는, Y2O3, Al2O3 및 AlN 으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 혹은 2 종 이상의 혼합물, 또는 이들과 SiC 의 혼합물로 되어 있다. 기재 (12) 를 형성하고 있는 재료는, Y2O3, Al2O3 및 AlN 으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 혹은 2 종 이상과 SiC 의 혼합물인 것이 특히 바람직하다. 이 경우, Y2O3, Al2O3 및 AlN 의 함유량은, 합계로 3 질량％ 이상 10 질량％ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. Y2O3, Al2O3 및 AlN 의 함유량이 3 질량％ 보다 적으면 내플라즈마성이 불충분해질 우려가 있다. 한편, Y2O3, Al2O3 및 AlN 의 함유량이 10 질량％ 이상을 초과하면, 웨이퍼에 전사되는 불순물량이 많아져 반도체 소자의 제조가 곤란해질 우려가 있다. Y2O3 의 함유량은, 3 질량％ 이상 5 질량％ 이하의 범위, Al2O3 의 함유량은, 3 질량％ 이상 5 질량％ 이하의 범위, AlN 의 함유량은, 3 질량％ 이상 5 질량％ 이하의 범위에 있는 것이 보다 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다.
기재 (12) 를 형성하고 있는 재료가 Y2O3, Al2O3 및 AlN 으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 혹은 2 종 이상의 혼합물로 이루어지는 경우, 기재 (12) 의 두께는 4 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. Y2O3 으로 이루어지는 기판을 제조할 때에는, 소결 온도는 1500 ℃ 이상 1700 ℃ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하고, Al2O3 으로 이루어지는 기판을 제조할 때에는, 소결 온도는 1200 ℃ 이상 1400 ℃ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하고, AlN 으로 이루어지는 기판을 제조할 때에는, 소결 온도는 1600 ℃ 이상 1800 ℃ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 또, 압력은 30 ㎫ 이상 40 ㎫ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다.
기재 (12) 는, 상기 재료의 소결체인 것이 바람직하다. 기재 (12) 가 되는 소결체의 소재는 공공률이 2 ％ 이하인 것이 바람직하다.
본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 에서는, 코팅층 (13) 을 형성하고 있는 재료는, 치밀질 탄화규소로 되어 있다. 치밀질 탄화규소는, 밀도 3.10 g/㎤ 이상의 탄화규소이다. 치밀질 탄화규소는, 화학적 기상 성장법 (CVD 법) 에 의해 성형된 CVD-SiC 인 것이 바람직하다. 치밀질 탄화규소의 밀도는, 3.20 g/㎤ 이상 3.21 g/㎤ 이하의 범위에 있는 것이 보다 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다.
본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 은, 예를 들어, 기재를 형성하는 재료를 소결시켜 소결체를 얻는 소결 공정, 소결체의 표면에 치밀질 탄화규소로 이루어지는 코팅층을 형성하는 코팅 공정, 코팅층이 형성된 소결체에 통기공을 형성하는 통기공 형성 공정을 구비하는 방법에 의해 제조할 수 있다.
소결 공정에 있어서, 기재를 형성하는 재료로서, Y2O3, Al2O3 및 AlN 으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 혹은 2 종 이상과 SiC 의 혼합물을 사용하는 경우, 이들 원료의 혼합 방법으로는 특별히 제한없다. 혼합은, 습식으로 실시해도 되고, 건식으로 실시해도 된다. 혼합에는, 볼밀 등의 분말의 혼합에 이용되고 있는 통상적인 혼합 장치를 사용할 수 있다.
기재를 형성하는 재료를 소결시키는 방법으로는, 핫 프레스, 상압 소결, 열간 정수압 프레스를 사용할 수 있다. 소결 온도는 1900 ℃ 이상 2000 ℃ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하고, 소결 압력은 30 ㎫ 이상 40 ㎫ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다.
코팅 공정에 있어서, 코팅층을 형성하는 방법으로는 CVD 법을 사용할 수 있다.
통기공 형성 공정에 있어서, 코팅층이 형성된 소결체에 통기공을 형성하는 방법으로는, 드릴 가공, 초음파 가공, 레이저 가공을 사용할 수 있다.
도 2 는 본 실시형태에 관련된 플라즈마 처리 장치용 전극판을 사용한 플라즈마 에칭 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
플라즈마 에칭 장치 (100) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 진공 챔버 (30) 내의 상측에 본 실시형태에 관련된 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) (상측 전극) 이 형성됨과 함께, 하측에 상하동 가능한 가대 (하측 전극) (20) 가 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 과 상호 간격을 두고 평행하게 형성된다. 이 경우, 상측의 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 은, 절연체 (14) 에 의해 진공 챔버 (30) 의 벽에 대해 절연 상태로 지지되어 있다. 가대 (20) 상에는, 정전 척 (21) 과, 그 주위를 둘러싸는 실리콘제의 지지 링 (22) 이 형성되어 있다. 정전 척 (21) 상에는, 지지 링 (22) 에 의해 주연부를 지지한 상태로 웨이퍼 (피처리 기판) (40) 가 재치 (載置) 된다. 또, 진공 챔버 (30) 의 상측에는, 에칭 가스 공급관 (31) 이 형성되어 있다. 이 에칭 가스 공급관 (31) 으로부터 이송되어 온 에칭 가스는, 확산 부재 (32) 를 경유한 후, 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 에 형성된 통기공 (11) 을 통해 웨이퍼 (40) 를 향하여 흐르고, 진공 챔버 (30) 의 측부의 배출구 (33) 로부터 외부로 배출된다. 한편, 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 과 가대 (20) 사이에는, 고주파 전원 (50) 에 의해 고주파 전압이 인가된다.
또, 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 의 배면에는, 열전도성이 우수한 알루미늄 등으로 이루어지는 냉각판 (15) 이 고정되어 있다. 이 냉각판 (15) 에도, 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 의 통기공 (11) 에 연통하도록, 통기공 (11) 과 동일한 피치로 관통공 (16) 이 형성되어 있다. 그리고, 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 은, 배면이 냉각판 (15) 에 접촉한 상태로 나사 고정 등에 의해 플라즈마 에칭 장치 (100) 내에 고정된다.
도 3 은 상기 플라즈마 에칭 장치 (100) 를 사용하여, 웨이퍼 (40) 의 에칭 처리를 실시한 후의 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 의 통기공 (11) 의 개략 단면도이다. 또한, 도 3 에 있어서, 파선은 에칭 처리를 실시하기 전의 상태를 나타내고, 실선은 에칭 처리를 실시한 후의 상태를 나타내고 있다. 또, 플라즈마 생성용 가스는, 통기공 (11) 을 상방으로부터 하방 (도 2 의 화살표 방향) 으로 통과하고, 플라즈마는 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 의 하방에서 생성된다. 따라서, 도 3 에 있어서, 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 은 하측의 코팅층 (13) 이 소모되고 있고, 13a 는 플라즈마에 의해 소모되지 않고 잔존한 코팅층의 잔존부를, 13b 는 플라즈마에 의해 소모된 코팅층의 소모부이다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 의 코팅층 (13) 은, 에칭 처리에 의해 통기공 (11) 의 주위는 테이퍼상으로 소모된다. 기재 (12) 내의 통기공 (11) 의 내벽은, 실질적으로 소모되지 않은 것이 바람직하다. 예를 들어, 통기공 (11) 의 직경이 0.5 ㎜ 이고, 코팅층 (13) 의 두께가 3.0 ㎜ 인 경우, 통기공 (11) 의 기재 (12) 의 단면이 보일 때까지 에칭 처리했을 때에도, 기재 (12) 내의 통기공 (11) 의 내벽이 소모되는 두께 (t) 는, 0.005 ㎜ 이하인 것이 바람직하다.
도 4 는 코팅층을 형성하고 있는 재료가, 기재를 형성하고 있는 재료보다 내플라즈마성이 높은 플라즈마 처리 장치용 전극판에 대하여, 웨이퍼의 에칭 처리를 실시한 후의 상태를 나타내는 개략 단면도이다. 도 4 에 나타내는 플라즈마 처리 장치용 전극판 (110) 에 있어서, 기재 (112) 는 SiC 소결체이고, 코팅층 (113) 은 CVD-SiC 로 형성되어 있다. 또한, 도 4 에 있어서, 파선은 에칭 처리를 실시하기 전의 상태를 나타내고, 실선은 에칭 처리를 실시한 후의 상태를 나타내고 있다. 113a 는 플라즈마에 의해 소모되지 않고 잔존한 코팅층의 잔존부를, 113b 는 플라즈마에 의해 소모된 코팅층의 소모부이다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 코팅층 (113) 을 형성하고 있는 재료가 기재 (112) 를 형성하고 있는 재료보다 내플라즈마성이 높은 플라즈마 처리 장치용 전극판 (110) 에서는, 플라즈마에 의해 기재 (112) 내의 통기공 (111) 의 내벽이 크게 소모된다. 이 때문에, 통기공 (111) 을 통과하는 플라즈마 생성용 가스의 유량이 크게 변동하여, 안정적으로 에칭 처리를 실시하는 것이 곤란해진다.
다음으로, 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법을 설명한다.
본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법은, 예를 들어, 상기의 도 3 에 나타내는 바와 같이, 코팅층의 표면이 플라즈마에 의해 소모되고 있는 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법이다. 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법은, 플라즈마 처리 장치용 전극판의 표면에, 치밀질 탄화규소층을 재코팅하는 공정과, 플라즈마 처리 장치용 전극판의 통기공의 표면에 코팅된 치밀질 탄화규소층을 제거하는 공정을 구비한다. 코팅층 (13) 의 표면이 플라즈마에 의해 소모되고 있다고 판단되는 코팅층 (13) 의 두께는, 에칭 처리를 실시하기 전의 코팅층 (13) 두께에 대하여, 95 ％ 이하가 되었을 때의 두께여도 된다.
도 5 는 플라즈마 처리 장치용 전극판의 표면에 치밀질 탄화규소층을 재코팅한 상태를 설명하는 단면도이다.
본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법에 있어서, 치밀질 탄화규소층 (13c) 은, CVD 법에 의해 형성된 CVD-SiC 로 이루어지는 층이다. 치밀질 탄화규소층 (13c) 은, 코팅층 (13) 의 소모부 (13b) 를 초과하는 두께로 형성되어 있고, 통기공 (11) 의 직경이 부분적으로 좁아져 있다. 치밀질 탄화규소층 (13c) 의 두께는, 1 ㎜ 이상 5 ㎜ 이하인 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다.
도 6 은 통기공의 표면에 형성된 치밀질 탄화규소층 (13c) 을 제거한 상태를 설명하는 단면도이다.
본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법에서는, 플라즈마 처리 장치용 전극판의 통기공의 표면에 코팅된 치밀질 탄화규소층 (13c) 을 제거한다. 이로써, 통기공 (11) 의 직경을 재생 전의 상태로 되돌림과 함께, 기재 (12) 의 통기공 (11) 의 내벽을 내플라즈마성이 높은 기재 (12) 의 재료를 노출시킨다. 치밀질 탄화규소층 (13c) 이 기재 (12) 의 통기공 (11) 의 내벽에 치밀질 탄화규소층 (13c) 이 잔류하고 있으면, 플라즈마에 의한 에칭 처리 중에 통기공 (11) 의 내벽에 잔류하고 있던 치밀질 탄화규소층 (13c) 이 소모됨으로써, 통기공 (11) 의 공경이 확대되고, 이로써 플라즈마 생성용 가스의 유량이 변동되어, 안정적으로 에칭 처리를 실시하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 치밀질 탄화규소층 (13c) 을 제거하는 방법으로는, 드릴 가공, 초음파 가공, 레이저 가공을 사용할 수 있다. 또, 코팅층 (13) 의 잔존부 (13) 의 표면에 형성된 치밀질 탄화규소층 (13c) 은, 에칭 처리를 실시하기 전의 상태의 코팅층 (13) 의 두께까지 제거한다. 치밀질 탄화규소층 (13c) 을 제거하는 방법으로는, 평면 연삭 가공을 사용할 수 있다.
이상과 같은 구성으로 이루어진 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 에 있어서는, 기재 (12) 가, 코팅층 (13) 을 형성하고 있는 재료보다 내플라즈마성이 높은 재료에 의해 형성되어 있으므로, 기재 (12) 의 통기공 (11) 의 내벽은, 코팅층 (13) 보다 플라즈마에 의한 소모가 잘 일어나지 않게 된다. 따라서, 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판에서는, 플라즈마에 의한 에칭 처리 중에, 플라즈마 생성용 가스의 유량이 변동되는 것이 잘 일어나지 않아, 장시간에 걸쳐서 안정적으로 이용할 수 있다.
그리고, 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 에 있어서는, 기재 (12) 를 형성하고 있는 재료가 Y2O3, Al2O3 및 AlN 으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 혹은 2 종 이상의 혼합물, 또는 이들과 SiC 의 혼합물이고, 코팅층 (13) 을 형성하고 있는 재료가 치밀질 탄화규소로 되어 있으므로, 기재 (12) 의 내플라즈마성을 코팅층 (13) 의 내플라즈마성보다 확실하게 높게 할 수 있다.
본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법에 있어서는, 기재가, 코팅층을 형성하고 있는 치밀질 탄화규소보다 내플라즈마성이 높은 재료에 의해 형성되어 있으므로, 기재의 통기공의 내벽이 소모되기 전에, 플라즈마 처리 장치용 전극판을 재생할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법에 의하면, 플라즈마 생성용 가스의 유량을 변동시키지 않고, 플라즈마 처리 장치용 전극판을 재생할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 그 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.
예를 들어, 본 실시형태에서는, 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 을 원판상으로 했지만, 플라즈마 처리 장치용 전극판 (10) 의 형상에는 특별히 제한은 없고, 각판상으로 해도 된다.
또, 본 실시형태에서는, 기재 (12) 를 형성하고 있는 재료는 Y2O3, Al2O3 및 AlN 으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 혹은 2 종 이상의 혼합물, 또는 이것들과 SiC 의 혼합물이고, 코팅층 (13) 을 형성하고 있는 재료는 치밀질 탄화규소로서 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 기재 (12) 는, 코팅층 (13) 을 형성하고 있는 재료보다 내플라즈마성이 높은 재료에 의해 형성되어 있으면 된다. 기재 (12) 및 코팅층 (13) 의 재료는, 플라즈마 생성용 가스, 에칭 처리되는 웨이퍼 (피처리 기판) 의 재질에 따라 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
실시예
이하에, 본 발명에 관련된 플라즈마 처리 장치용 전극판의 작용 효과에 대해 평가한 평가 시험의 결과에 대해 설명한다.
먼저, 예비 시험으로서 하기의 실험예 1 ∼ 7 에서 제조한 전극 재료의 내플라즈마성을 평가하였다.
[실험예 1]
(SiC 소결체의 제조)
SiC 분말 (순도：99.9 질량％, 평균 입자경：0.4 ㎛) 을 준비하였다. 준비한 SiC 분말을 성형형에 충전하고, 핫 프레스를 사용하여 2000 ℃, 40 ㎫ 의 조건으로 가압 소성하였다. 얻어진 소결체를 연마 가공하여, 직경 400 ㎜, 두께 10 ㎜ 의 SiC 소결체를 제조하였다. 얻어진 소결체는 기공률이 2 ％ 이하였다.
[실험예 2]
(CVD-SiC 의 제조)
실리콘 기판 (직경：40 ㎜, 두께：5 ㎜) 을 준비하였다. 준비한 실리콘 기판의 표면에, CVD 장치를 사용하여 두께 10 ㎜ 의 CVD-SiC 를 제조하였다.
[실험예 3]
(3 질량％-Y2O3 함유 SiC 소결체의 제조)
Y2O3 분말 (순도：99.9 질량％, 평균 입자경：3 ㎛) 과 SiC 분말 (순도：99.9 질량％, 평균 입자경：4 ㎛) 을 준비하였다.
준비한 Y2O3 분말과 SiC 분말을, 질량비로 3：97 (Y2O3 분말：SiC 분말) 의 비율로 볼밀을 사용하여 혼합하여, 분말 혼합물을 얻었다. 얻어진 분말 혼합물을 성형형에 충전하고, 핫 프레스를 사용하여 2000 ℃, 40 ㎫ 의 조건으로 가압 소성하였다. 얻어진 소결체를 연마 가공하여, 직경 400 ㎜, 두께 10 ㎜ 의 3 질량％-Y2O3 함유 SiC 소결체를 제조하였다. 얻어진 소결체는, 기공률이 2 ％ 이하였다.
[실험예 4]
(5 질량％-Y2O3 함유 SiC 소결체의 제조)
Y2O3 분말과 SiC 분말의 혼합 비율을, 질량비로 5：95 (Y2O3 분말：SiC 분말) 로 한 것 이외에는, 실험예 3 과 동일하게 하여, 5 질량％-Y2O3 함유 SiC 소결체를 제조하였다. 얻어진 소결체는, 기공률이 2 ％ 이하였다.
[실험예 5]
(10 질량％-Y2O3 함유 SiC 소결체의 제조)
Y2O3 분말과 SiC 분말의 혼합 비율을, 질량비로 10：90 (Y2O3 분말：SiC 분말) 으로 한 것 이외에는, 실험예 3 과 동일하게 하여, 10 질량％-Y2O3 함유 SiC 소결체를 얻었다. 얻어진 소결체는, 기공률이 2 ％ 이하였다.
[실험예 6]
(3 질량％ Al2O3 함유 SiC 소결체의 제조)
Al2O3 분말 (순도：99.9 질량％, 평균 입자경：0.3 ㎛) 을 준비하였다.
Y2O3 분말 대신에, Al2O3 분말과 SiC 분말을, 질량비로 3：97 (Al2O3 분말：SiC 분말) 의 비율로 볼밀을 사용하여 혼합한 것 이외에는, 실험예 3 과 동일하게 하여, 3 질량％-Al2O3 함유 SiC 소결체를 제조하였다. 얻어진 소결체는, 기공률이 2 ％ 이하였다.
[실험예 7]
(3 질량％-AlN 함유 SiC 소결체의 제조)
AlN 분말 (순도：99.9 질량％, 평균 입자경：0.5 ㎛) 을 준비하였다.
Y2O3 분말 대신에, AlN 분말과 SiC 분말을, 질량비로 3：97 (AlN 분말：SiC 분말) 의 비율로 볼밀을 사용하여 혼합한 것 이외에는, 실험예 3 과 동일하게 하여, 3 질량％-AlN 함유 SiC 소결체를 제조하였다. 얻어진 소결체는, 기공률이 2 ％ 이하였다.
(내플라즈마성의 평가)
실험예 1 ∼ 7 에서 제조한 전극 재료의 표면의 일부에 마스킹을 실시하였다. 이 마스킹을 실시한 전극 재료를, RIE 플라즈마 에칭 장치에 장착하였다. 이어서, RIE 플라즈마 에칭 장치 내를 진공으로 한 후, SF4 가스를 50 sccm 의 유량으로 도입하고, 500 W 로, 1 시간 플라즈마를 전극 재료에 조사하였다. 플라즈마 조사 후, 전극 재료를 RIE 플라즈마 에칭 장치로부터 취출하였다. 전극 재료의 마스킹을 제거하고, 마스킹 부분과 마스킹하지 않았던 부분의 단차를 플라즈마 조사에 의한 소모량으로서 측정하였다. 측정한 전극 재료의 소모량을, 실험예 1 에서 제조한 SiC 소결체의 소모량을 1 로 한 소모 비율 (= 전극 재료의 소모량/SiC 소결체의 소모량) 로서 평가하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다.
Figure pct00001
표 1 의 소모 비율로부터, 실험예 1 ∼ 7 에서 제조한 전극 재료의 내플라즈마성은, SiC 소결체, CVD-SiC, 3 질량％-AlN 함유 SiC 소결체, 3 질량％-Al2O3 함유 SiC 소결체, 3 질량％-Y2O3 함유 SiC 소결체, 5 질량％-Y2O3 함유 SiC 소결체, 10 질량％-Y2O3 함유 SiC 소결체의 순서로 높아지는 것이 확인되었다.
[본 발명예 1]
상기 실험예 3 과 동일하게 하여, 직경 400 ㎜, 두께 10 ㎜ 의 3 질량％-Y2O3 함유 SiC 소결체를 제조하였다.
얻어진 3 질량％-Y2O3 함유 SiC 소결체를 기재로 하고, 그 편측 표면에, CVD 장치를 사용하여 두께 2 ㎜ 의 CVD-SiC 층을 형성하였다. 이어서, 레이저 장치를 사용하여, 얻어진 적층체에 직경 0.5 ㎜ 가 목적인 통기공을 10 ㎜ 간격으로 균등하게 형성하여, 플라즈마 처리 장치용 전극판을 제조하였다.
[본 발명예 2]
기재로서, 상기 실험예 4 와 동일하게 하여 제조한 5 질량％-Y2O3 함유 SiC 소결체를 사용한 것 이외에는, 본 발명예 1 과 동일하게 하여 플라즈마 처리 장치용 전극판을 제조하였다.
[본 발명예 3]
기재로서, 상기 실험예 5 와 동일하게 하여 제조한 10 질량％-Y2O3 함유 SiC 소결체를 사용한 것 이외에는, 본 발명예 1 과 동일하게 하여 플라즈마 처리 장치용 전극판을 제조하였다.
[본 발명예 4]
기재로서, 상기 실험예 6 과 동일하게 하여 제조한 3 질량％-Al2O3 함유 SiC 소결체를 사용한 것 이외에는, 본 발명예 1 과 동일하게 하여 플라즈마 처리 장치용 전극판을 제조하였다.
[본 발명예 5]
기재로서, 상기 실험예 7 과 동일하게 하여 제조한 3 질량％-AlN 함유 SiC 소결체를 사용한 것 이외에는, 본 발명예 1 과 동일하게 하여 플라즈마 처리 장치용 전극판을 제조하였다.
[비교예 1]
기재로서, 상기 실험예 1 과 동일하게 하여 제조한 SiC 소결체를 사용한 것 이외에는, 본 발명예 1 과 동일하게 하여 플라즈마 처리 장치용 전극판을 제조하였다.
본 발명예 1 ∼ 5 및 비교예 1 에서 제조한 플라즈마 처리 장치용 전극판에 대하여, 내플라즈마성과, 플라즈마 처리 후의 재생에 의한 통기공의 공경의 변화를 하기와 같이 하여 평가하였다.
(내플라즈마성)
제조한 플라즈마 처리 장치용 전극판의 표면의 일부에 마스킹을 실시하였다. 이 마스킹을 실시한 플라즈마 처리 장치용 전극판을, 도 2 에 나타낸 플라즈마 에칭 장치에 장착하고, 웨이퍼의 에칭 처리를 실시하였다. 진공 챔버 내를 진공으로 한 후, SF4 가스를 50 sccm 의 유량으로 도입하고, 500 W 로, 300 시간 에칭 처리를 실시하였다. 에칭 처리 후, 플라즈마 처리 장치용 전극판을, 플라즈마 에칭 장치로부터 취출하였다. 플라즈마 처리 장치용 전극판의 마스킹을 제거한 후, 통기공의 중심에서 절단한 시료를 수지 매립하고, 절단면을 연마하여 통기공의 단면을 노출시켰다. 통기공 및 코팅층의 단면을, SEM (주사형 전자 현미경) 을 사용하여 관찰하고, 플라즈마 처리 후의 통기공과 코팅층의 소모도를 다음과 같이 하여 구하였다.
그 결과를 표 2 에 나타낸다.
(통기공의 소모도)
통기공의 소모도는, 기재의 통기공 내벽의 소모도 (도 3 의 t 에 상당) 로 하였다. 통기공의 깊이 방향의 중앙 부분 (플라즈마 처리 장치용 전극판의 두께 방향에 있어서의 기재의 중앙 부분) 에 있어서의 통기공의 공경 (플라즈마 처리 후의 공경) 을 측정하고, 하기의 식으로부터 산출하였다.
통기공의 소모도 = {에칭 처리 후의 공경 - 에칭 처리 전의 공경 (0.5 ㎜)}/2
(코팅층의 소모도)
코팅층의 소모도는, 플라즈마 처리로 소모된 부분의 두께 (도 3 의 소모부 (13b) 의 두께에 상당) 로 하였다. 전극판의 중심으로부터 100 ㎜ 의 부분과, 마스킹을 제거한 부분의 단차를 측정하고, 그 측정값을 코팅층의 소모도로 하였다.
Figure pct00002
본 발명예 1 ∼ 5 와 비교예 1 을 비교하면, 코팅층의 소모도는 본 발명예 1 ∼ 5 와 비교예 1 은 동등하지만, 기재의 통기공 내벽의 소모도는 본 발명예 1 ∼ 5 가 현저하게 저감되어 있는 것이 확인되었다. 특히, 기재로서 Y2O3 을 함유하는 SiC 의 소결체를 사용한 본 발명예 1 ∼ 3 은, 비교예 1 과 비교하여, 기재의 통기공 내벽의 소모도가 1/2 이하로 저감되어 있는 것이 확인되었다.
(플라즈마 처리 후의 재생에 의한 통기공의 공경의 변화)
제조한 플라즈마 처리 장치용 전극판을, 도 2 에 나타낸 플라즈마 에칭 장치에 장착하고, 상기의 내플라즈마성의 평가와 동일한 조건으로 웨이퍼의 에칭 처리를 실시하였다. 에칭 처리 후, 플라즈마 처리 장치용 전극판을, 플라즈마 에칭 장치로부터 취출하였다. 일부의 통기공의 개구부를 마스킹하였다. 마스킹한 플라즈마 처리 장치용 전극판의 표면에, CVD 장치를 사용하여, 두께 2 ㎜ 의 CVD-SiC 층으로 재코팅하였다. 이어서, 레이저 장치를 사용하여, 플라즈마 처리 장치용 전극판의 통기공의 내벽면을 코팅하고 있는 CVD-SiC 층을 제거하였다.
재생한 플라즈마 처리 장치용 전극판의 마스킹을 제거한 후, 통기공의 중심에서 절단한 시료를 수지 매립하고, 절단면을 연마하여 통기공의 단면을 노출시켰다. 개구부를 마스킹한 통기공 (재생 전의 통기공) 과 개구부를 마스킹하고 있지 않은 통기공 (재생 후의 통기공) 에 대하여, 각각 단면을 SEM (주사형 전자 현미경) 을 사용하여 관찰하고, 통기공의 깊이 방향의 중앙 부분 (플라즈마 처리 장치용 전극판의 두께 방향에 있어서의 기재의 중앙 부분) 에 있어서의 통기공의 공경을 측정하였다. 그 결과를, 표 3 에 나타낸다.
Figure pct00003
비교예 1 의 플라즈마 처리 장치용 전극판에서는, 재생 후의 통기공의 공경이, 에칭 처리 전의 통기공의 공경 (0.5 ㎜) 과 비교하여 0.01 ㎜ (2 ％) 이상 확대되었다. 통기공의 공경이 0.5 ㎜ 이고, 애스펙트비가 20 (= 10 ㎜/0.5 ㎜) 인 플라즈마 처리 장치용 전극판에서는, 통기공의 공경이 0.01 ㎜ 를 초과하여 확대되면 통기공을 통해 흐르는 가스의 유량 제어가 곤란해진다. 따라서, 비교예 1 의 플라즈마 처리 장치용 전극판은, 재생 후의 사용이 어려운 것이 확인되었다.
이에 반하여, 본 발명예 1 ∼ 5 의 플라즈마 처리 장치용 전극판은, 재생 후의 통기공의 공경의 확대가 0.01 ㎜ 이하로 좁기 때문에, 재생 후의 사용이 용이하다.
이상의 결과로부터, 본 발명예 1 ∼ 5 에 의하면, 통기공의 내벽이 잘 소모되지 않아, 재생 후의 사용이 용이한 플라즈마 처리 장치용 전극판을 제공할 수 있는 것이 확인되었다.
산업상 이용가능성
본 발명에 의하면, 플라즈마에 의한 에칭 처리 중에, 플라즈마 생성용 가스의 유량의 변동이 잘 일어나지 않아, 장시간에 걸쳐서 안정적으로 이용할 수 있는 플라즈마 처리 장치용 전극판을 제공할 수 있다.
10 : 플라즈마 처리 장치용 전극판
11 : 통기공
12 : 기재
13 : 코팅층
13a : 잔존부
13b : 소모부
13c : 치밀질 탄화규소층
14 : 절연체
20 : 가대 (하측 전극)
21 : 정전 척
22 : 지지 링
30 : 진공 챔버
31 : 에칭 가스 공급관
32 : 확산 부재
33 : 배출구
40 : 웨이퍼 (피처리 기판)
50 : 고주파 전원
100 : 플라즈마 에칭 장치
110 : 플라즈마 처리 장치용 전극판
111 : 통기공
112 : 기재
113 : 코팅층
113a : 잔존부
113b : 소모부

Claims (3)

  1. 플라즈마 생성용 가스를 통과시키는 통기공을 갖는 플라즈마 처리 장치용 전극판으로서,
    상기 플라즈마 처리 장치용 전극판은, 기재와, 상기 기재의 적어도 일방의 표면에 형성된 코팅층을 갖고,
    상기 기재는, 상기 코팅층을 형성하고 있는 재료보다 내플라즈마성이 높은 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 전극판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재를 형성하고 있는 재료가 Y2O3, Al2O3 및 AlN 으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 혹은 2 종 이상의 혼합물, 또는 이들과 SiC 의 혼합물이고,
    상기 코팅층을 형성하고 있는 재료가 치밀질 탄화규소인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 전극판.
  3. 플라즈마 생성용 가스를 통과시키는 통기공을 갖는 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법으로서,
    상기 플라즈마 처리 장치용 전극판은, 기재와, 상기 기재의 적어도 일방의 표면에 형성된 코팅층을 갖고,
    상기 코팅층은 치밀질 탄화규소에 의해 형성되고, 상기 기재는 상기 치밀질 탄화규소보다 내플라즈마성이 높은 재료에 의해 형성되어 있고, 상기 코팅층의 표면이 플라즈마에 의해 소모되고 있고,
    상기 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법은,
    상기 플라즈마 처리 장치용 전극판의 표면에, 화학적 기상 성장법에 의해 치밀질 탄화규소층을 재코팅하는 공정과,
    상기 플라즈마 처리 장치용 전극판의 통기공의 표면에 코팅된 상기 치밀질 탄화규소층을 제거하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 전극판의 재생 방법.
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