特許 6179171 プラズマ処理装置用シリコン製電極板及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6179171

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置用シリコン製電極板及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20170807BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20170807BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20170807BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20170807BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101L

   H05H1/46 M

   H01L21/302 101B

   H01L21/31 C

   C23C16/505

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-88626(P2013-88626)

(22)【出願日】2013年4月19日

(65)【公開番号】特開2014-212260(P2014-212260A)

(43)【公開日】2014年11月13日

【審査請求日】2016年3月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006264

【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101465

【弁理士】

【氏名又は名称】青山 正和

(72)【発明者】

【氏名】高畠 康太

【審査官】 正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０４９５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２４３３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０３２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６０１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１９５９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｃ２３Ｃ １６／５０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の通気孔を有し、
複数の前記通気孔のそれぞれは、一方の面から厚さ方向途中まで延びる第１穴部と、
前記第１穴部の軸心と平行な軸心に沿って他方の面から厚さ方向途中まで延びる第２穴部と、
前記第１穴部及び前記第２穴部の先端部間を連通する連通部と、を有し、
前記第１穴部、前記第２穴部及び前記連通部の内周面には、シリコンの継ぎ目がないことを特徴とすることを特徴とするプラズマ処理装置用シリコン製電極板。

【請求項2】

前記連通部は、前記第１穴部及び前記第２穴部の先端方向に厚さ方向及び半径方向に広がる空洞部のそれぞれの一部がつながって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置用シリコン製電極板。

【請求項3】

一方の面から厚さ方向途中まで延びる第１穴部と、該第１穴部の軸芯と平行な軸芯に沿って他方の面から厚さ方向途中まで延びる第２穴部との先端部間を連通部により連通状態とした通気孔が複数形成されてなるプラズマ処理装置用シリコン製電極板の製造方法であって、前記第１穴部を形成するための第１下穴及び前記第２穴部を形成するための第２下穴をそれぞれ形成する下穴形成工程と、前記第１下穴及び第２下穴の内面を覆うようにエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、前記第１下穴及び第２下穴の先端面における前記エッチングマスクの一部に穴を開けてシリコンを露出させるマスク穴開け工程と、前記第１下穴及び第２下穴内にエッチング液を注入して前記エッチングマスクの穴からエッチングすることにより前記連通部を形成するエッチング工程とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置用シリコン製電極板の製造方法。

【請求項4】

前記マスク形成工程は、前記第１下穴及び第２下穴内に高温水蒸気を吹き付けることにより、前記エッチングマスクとしてシリコン酸化膜を形成することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置用シリコン製電極板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理装置においてプラズマ生成用ガスを厚さ方向に通過させながら放電するプラズマ処理装置用シリコン製電極板及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイス製造プロセスに使用されるプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置は、チャンバー内に、高周波電源に接続される一対の電極を、例えば上下方向に対向配置し、その下側電極の上に被処理基板を配置した状態として、上側電極に形成した通気孔からエッチングガスを被処理基板に向かって流通させながら高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させ、被処理基板にエッチング等の処理を行う構成とされている。

【0003】

このプラズマ処理装置で使用される上側電極として、一般に、シリコン製の電極板を冷却板に固定し重ね合わせた状態で用いられており、プラズマ処理中に上昇する電極板の熱は、冷却板を通して放熱されるように構成されている。
また、電極板に設けられる通気孔は、通常は、その厚さ方向に平行に形成されているが、プラズマ処理を繰り返し行うことにより、プラズマにさらされる部分が削られて消耗するため、その開口が大きくなり、これに伴って、プラズマの一部がエッチングガスの流れに逆らって逆流し易くなる。このプラズマが通気孔から電極板の背面に入り込むと、冷却板の一部がスパッタされて、被処理基板が汚染されるおそれがある。

【0004】

そこで、プラズマが冷却板に到達することを阻止し、冷却板の損傷及び被処理基板の汚染を防ぐため、通気孔を厚さ方向に対して屈曲した状態に形成することが提案されている。特許文献１の電極板では、その一方の面から厚さ方向に平行に垂直細孔を形成するとともに、他方の面から厚さ方向に対して傾斜して傾斜細孔を形成し、これらの先端部を厚さ方向の途中で連通させている。
また、特許文献２の電極板では、両面から軸芯をずらして厚さ方向の途中まで形成した二つの穴部を先端部で連通状態としている。
さらに、特許文献３には、重ね合わせられる電極板の積層面に溝状の水平経路を設け、その水平経路のそれぞれの端部に、各電極板の垂直孔が連通するように通気孔を設けることによりクランク状の通気孔が形成された電極板が提案されている。
特許文献４には、複数の電極構成板の対向面間に溝状の空隙部を形成し、この空隙部によって両電極構成板の通気孔を相互に連通するとともに、個々の電極構成板の複数の通気孔を連結状態とした電極板が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−６０１９７号公報

【特許文献2】特開２０１２−１１９５９０号公報

【特許文献3】特開２００６−７３７０３号公報

【特許文献4】特開２０１２−１９９４２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１や特許文献２記載の電極板では、電極板の両側から孔を形成して、その先端部を厚さ方向の途中で突き合わせるようにして連通させる必要があり、高精度の位置決め技術を必要とし、作業性が悪い。
一方、特許文献３や特許文献４記載の電極板では、電極板を二枚構成とする必要があり、構造が複雑化するとともに、積層作業を伴うため作業が煩雑になる。

【0007】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、通気孔を簡単かつ確実に屈曲状態に形成することができるプラズマ処理装置用シリコン製電極板及びその製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のプラズマ処理装置用シリコン製電極板は、複数の通気孔を有し、複数の前記通気孔のそれぞれは、一方の面から厚さ方向途中まで延びる第１穴部と、前記第１穴部の軸心と平行な軸心に沿って他方の面から厚さ方向途中まで延びる第２穴部と、前記第１穴部及び前記第２穴部の先端部間を連通する連通部と、を有し、前記第１穴部、前記第２穴部及び前記連通部の内周面には、シリコンの継ぎ目がないことを特徴とする。
本発明のプラズマ処理装置用シリコン製電極板において、前記連通部は、前記第１穴部及び前記第２穴部の先端方向に厚さ方向及び半径方向に広がる空洞部のそれぞれの一部がつながって形成されていてもよい。

【0009】

本発明のプラズマ処理装置用シリコン製電極板の製造方法は、一方の面から厚さ方向途中まで延びる第１穴部と、該第１穴部の軸芯と平行な軸芯に沿って他方の面から厚さ方向途中まで延びる第２穴部との先端部間を連通部により連通状態とした通気孔が複数形成されてなるプラズマ処理装置用シリコン製電極板の製造方法であって、前記第１穴部を形成するための第１下穴及び前記第２穴部を形成するための第２下穴をそれぞれ形成する下穴形成工程と、前記第１下穴及び第２下穴の内面を覆うようにエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、前記第１下穴及び第２下穴の先端面における前記エッチングマスクの一部に穴を開けてシリコンを露出させるマスク穴開け工程と、前記第１下穴及び第２下穴内にエッチング液を注入して前記エッチングマスクの穴からエッチングすることにより前記連通部を形成するエッチング工程とを備えることを特徴とする。
この製造方法は、第１下穴及び第２下穴をドリル加工又はレーザ加工により形成し、その後形成したエッチングマスクの穴からシリコンをエッチングして両下穴を連通させることにより、屈曲状態の通気孔を形成することができる。
この場合、第１下穴及び第２下穴は、なるべく接近した位置に形成した方が短時間でエッチングできるため好ましいが、下穴形成工程においては、第１下穴及び第２下穴を突き合わせて連通させる必要がないので、これら下穴相互の位置決めは比較的簡単に済ませることができる。また、マスク穴開け工程もドリル加工又はレーザ加工により行われるが、シリコンを露出させる程度の加工でよい。さらに、マスク形成工程、エッチング工程は薬液等を用いて各通気孔を一度に処理することができ、大量処理が可能である。
したがって、この製造方法は、いずれの工程も作業性がよく、屈曲状態の通気孔を簡単かつ確実に形成することができる。
なお、エッチングマスクについては、連通部を形成した後に、エッチングマスクを除去するためのエッチングを施してもよいし、連通部の形成と同時にエッチングマスクを除去し得るエッチング液を使用してもよい。この場合のエッチング液としては、シリコンに対するエッチングレートよりも遅くなるものであれば使用可能であり、そのエッチングレートの差により、両下穴の先端部間に連通部が形成された時点で消失するように調整すればよい。

【0010】

本発明の電極板の製造方法において、前記マスク形成工程は、前記第１下穴及び第２下穴内に高温水蒸気を吹き付けることにより、前記エッチングマスクとしてシリコン酸化膜を形成するものとしてよい。
電極板がシリコンからなるので、高温水蒸気により、小径の下穴の内周面に簡単かつ確実にエッチングマスクを形成することができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、屈曲状態の通気孔を簡単かつ確実に形成することができ、この屈曲状態の通気孔によりプラズマの逆流を防止し、冷却板に損傷を与えることなく、エッチングガスを均一に拡散させて被処理基板に面内均一なプラズマ処理を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態の電極板の要部を示しており、（ａ）が縦断面図、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。

【図2】図１の電極板の製造方法の過程を工程順に示す要部の縦断面図である。

【図3】図１に示す電極板が用いられるプラズマ処理装置の例を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の電極板の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
まず、この電極板が用いられるプラズマ処理装置としてプラズマエッチング装置１について説明する。
このプラズマエッチング装置１は、図３の概略断面図に示されるように、真空チャンバー２内の上部に電極板（上側電極）３が設けられるとともに、下部に上下動可能な架台（下側電極）４が電極板３と相互間隔をおいて平行に設けられている。この場合、上部の電極板３は絶縁体５により真空チャンバー２の壁に対して絶縁状態に支持されているとともに、架台４の上には、静電チャック６と、その周りを囲むシリコン製の支持リング７とが設けられており、静電チャック６の上に、支持リング７により周縁部を支持した状態でウエハ（被処理基板）８を載置するようになっている。また、真空チャンバー２の上部にはエッチングガス供給管９が設けられ、このエッチングガス供給管９から送られてきたエッチングガスは拡散部材１０を経由した後、電極板３に設けられた通気孔１１を通してウエハ８に向かって流され、真空チャンバー２の側部の排出口１２から外部に排出される構成とされている。一方、電極板３と架台４との間には高周波電源１３により高周波電圧が印加されるようになっている。

【0014】

また、電極板３は、シリコンによって円板状に形成されており、その背面には熱伝導性に優れるアルミニウム等からなる冷却板１４が固定され、この冷却板１４にも電極板３の通気孔１１に連通するように、この通気孔１１と同じピッチで貫通孔１５が形成されている。そして、電極板３は、背面が冷却板１４に接触した状態でねじ止め等によってプラズマ処理装置１内に固定される。電極板３の詳細構造については後述する。

【0015】

プラズマエッチング装置１では、高周波電源１３から高周波電圧を印加してエッチングガスを供給すると、このエッチングガスは拡散部材１０を経由して、電極板３に設けられた通気孔１１を通って電極板３と架台４との間の空間に放出され、この空間内でプラズマとなってウエハ８に当り、このプラズマによるスパッタリングすなわち物理反応と、エッチングガスの化学反応とにより、ウエハ８の表面がエッチングされる。
また、ウエハ８の均一なエッチングを行う目的で、発生したプラズマをウエハ８の中央部に集中させ、外周部へ拡散するのを阻止して電極板３とウエハ８との間に均一なプラズマを発生させるために、通常、プラズマ発生領域１６がシリコン製のシールドリング１７で囲われた状態とされている。

【0016】

次に、電極板３の詳細構造について図１及び図２を参照しながら説明する。
本実施形態の電極板３には、厚さ方向に延びる通気孔１１が複数形成されている。この通気孔１１は、プラズマエッチングを行う際に、電極板３とウエハ８との間にエッチングガスを供給するために用いられる。なお、電極板３は、単結晶シリコン、柱状晶シリコン、又は多結晶シリコンにより、例えば直径３００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円板状に形成されている。
各通気孔１１は、図１に示すように、電極板３の放電面３ａ（一方の面）から厚さ方向途中まで垂直に形成された第１穴部１１ａと、放電面３ａとは反対の裏面３ｂ（他方の面）から厚さ方向途中まで垂直に形成された第２穴部１１ｂとが電極板３の厚さ方向と直交する方向に軸芯ｃ１，ｃ２をずらして配置されるとともに、これら穴部１１ａ，１１ｂを電極板３の厚さ方向と直交する方向に連通する連通部２１が形成されていることにより、全体としてクランク状に屈曲して形成されている。なお、図１（ａ）は連通部２１付近を拡大して示しており、上側を放電面（一方の面）３ａ、下側を裏面（他方の面）３ｂとする。
後述するように、両穴部１１ａ，１１ｂはドリル加工又はレーザ加工により形成されるのに対して、連通部２１は、エッチング加工により形成され、各穴部１１ａ，１１ｂを中心として厚さ方向及び面状に広がる空洞部２１ａの一部が両穴部１１ａ，１１ｂの先端部間でつながることにより形成されたものである。

【0017】

なお、本実施形態においては、各通気孔１１の第１穴部１１ａ及び第２穴部１１ｂはすべて同径に設けられており、その穴径は、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に形成されているが、これに限定されるものではない。各通気孔１１のピッチも例えば１０ｍｍとされるが、適宜、他の寸法に設定することができる。
また、両穴部１１ａ，１１ｂの間の連通部２１は、拡径空洞部２１ａがエッチングにより形成されるものであり、その形状を数値で特定することは難しいが、両穴部１１ａ，１１ｂの穴径が０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の場合、両穴部１１ａ，１１ｂの間の距離Ｌが４．０ｍｍ以上４．７ｍｍ以下とされ、両穴部１１ａ，１１ｂの間のシリコンが除去される程度の空洞ができればよい。

【0018】

次に、この電極板の製造方法について工程順に説明する。
＜下穴形成工程＞
前述したように、単結晶シリコン、柱状晶シリコン、又は多結晶シリコンにより形成した円板２０に対して、まず、ドリル加工又はレーザ加工により、図２（ａ）に示すように、片面ずつ厚さの途中位置まで第１穴部１１ａのための第１下穴２５ａ及び第２穴部１１ｂのための第２下穴２５ｂを形成する。これら下穴２５ａ，２５ｂは、必ずしも円板の厚さの中央まで達するものでなくてもよい。

【0019】

＜マスク形成工程＞
次に、両下穴２５ａ，２５ｂ内に高温の水蒸気を吹き付けて、図２（ｂ）に示すように、下穴２５ａ，２５ｂの内表面にシリコン酸化膜のエッチングマスク２６を形成する。具体的には、約１０００℃の水蒸気を円板２０の両面に２４時間吹き付ける。これにより、下穴２５ａ，２５ｂの表面に例えば２．５μｍの厚さのエッチングマスク（シリコン酸化膜）２６が形成される。
＜マスク穴開け工程＞
次に、両下穴２５ａ，２５ｂの先端面のエッチングマスク２６をドリル加工又はレーザ加工により除去して、シリコンが露出するように穴２７を開ける。この場合、エッチングマスク２６の厚さ分のみ穴２７を形成してもよいが、図２（ｃ）に示すように、穴２７により、下穴２５ａ，２５ｂを若干延長して、穴２７の内周面及び端面の両方にシリコンが露出するように形成するとよい。

【0020】

＜エッチング工程＞
次に、両下穴２５ａ，２５ｂ内にエッチング液を注入する。エッチング液としてはシリコンをエッチングできるものであればよいが、水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液が好適である。この水酸化カリウムは、シリコンをエッチングするが、シリコン酸化膜もわずかずつエッチングする。エッチングレートは、シリコン：二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）が約１００：１である。したがって、両下穴２５ａ，２５ｂの先端面の穴２７から厚さ方向及び半径方向にシリコンを侵食するとともに、わずかずつエッチングマスク２６も侵食する。また、エッチングに対して異方性を示し、（１１１）面は（１００）面よりエッチングされにくい特性も有している。このため、両下穴２５ａ，１５ｂの離間間隔及び軸芯のずれ方向等を適切に設定することにより、ずれ方向以外の方向へのエッチングを抑えつつ、ずれ方向に優先的にエッチングすることもできる。

【0021】

そして、両下穴２５ａ，２５ｂの先端方向に、エッチングにより厚さ方向及び半径方向に広がる空洞部がそれぞれ形成され、これら空洞部の一部がつながることにより、連通部が形成される。この連通部が形成された時点で、エッチングマスク２６が消失するように、エッチングマスク２６の厚さ、両下穴２５ａ，２５ｂの離間距離、エッチング液の濃度等を調整しておくことにより、シリコン酸化膜（エッチングマスク）のない通気孔が形成される。
なお、エッチングマスク２６が完全に消失しない場合でも、連通部を形成した後に、ふっ酸（ＨＦ）等によりエッチングすることにより、シリコン酸化膜を除去することができる。

【0022】

このように構成した電極板３においては、通気孔１１が第１穴部１１ａ、第２穴部１１ｂ及び連通部２１により屈曲状態に形成されるので、プラズマの逆流を防止し、プラズマが各通気孔を通じて冷却板に到達するのを阻止することができる。
この場合、第１穴部１１ａ及び第２穴部１１ｂは、ドリル加工やレーザ加工によって容易に形成し得て、その位置を高精度に管理することができ、その後のマスク工程、エッチング工程は、水蒸気やエッチング液を用いて一度に処理することができ、大量処理が可能で、生産性がよい。

【0023】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、実施形態ではエッチング液として水酸化カリウム水溶液を用いて、両下穴２５ａ，２５ｂの間の連通部の形成と、エッチングマスク２６の除去とが同時になされるようにしたが、シリコンをエッチングできるものであれば、連通部の形成と、エッチングマスクの除去とを二回のエッチング工程に分けて行うようにしてもよい。

【符号の説明】

【0024】

１ プラズマエッチング装置（プラズマ処理装置）
２ 真空チャンバー
３ 電極板（上側電極）
３ａ 放電面（一方の面）
３ｂ 裏面（他方の面）
１１ 通気孔
１１ａ 第１穴部
１２ｂ 第２穴部
１４ 冷却板
１５ 貫通孔
１６ プラズマ発生領域
２１ 連通部
２１ａ，２１ｂ 空洞部
２５ａ 第１下穴
２５ｂ 第２下穴
２６ エッチングマスク
２７ 穴

【図1】

【図2】

【図3】