(57)【要約】【課題】大型の電極板を容易に形成できるとともに、多数の通気孔の形成も容易で、生産性を飛躍的に向上することができるプラズマ処理装置用電極板の製造方法を提供する。【解決手段】厚さ方向に沿う複数の通気孔を有するプラズマ処理装置用電極板の製造方法であって、成形型２２，２３内に充填したシリコン粉末Ｓ１内に多数の石英棒２６を挿入した状態でシリコン粉末を成形し、焼結して円板状の成形体を形成する成形・焼結工程と、成形体中の石英棒を酸溶液で溶解することにより消失させて成形体の厚さ方向に通気孔を形成するエッチング工程とを有する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に沿う複数の通気孔を有するプラズマ処理装置用電極板の製造方法であって、成形型内に充填したシリコン粉末内に多数の石英棒を挿入した状態で前記シリコン粉末を成形し、焼結して円板状の成形体を形成する成形・焼結工程と、前記成形体中の前記石英棒を酸溶液で溶解することにより消失させて前記成形体の厚さ方向に前記通気孔を形成するエッチング工程とを有することを特徴とするプラズマ処理装置用電極板の製造方法。
【請求項２】
前記成形・焼結工程においては、前記石英棒の一端部を前記シリコン粉末から露出させるように挿入しておき、前記エッチング工程の前に、前記石英棒の他端部が露出するまで前記成形体を面方向に沿って研削する研削工程を施すことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置用電極板の製造方法。
【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電極板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。
【０００４】
この種の電極板として、例えば、特許文献１や特許文献２の電極板が知られている。これらにおいては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、または一方向凝固組織を有する柱状晶シリコンからなるインゴットが形成され、このインゴットはダイヤモンドバンドソーなどで略円板状に薄く切断される。その後、厚さ方向に平行に貫通孔が加工され、所定の研削加工が施された後にエッチング、ポリッシング加工されることで電極板に仕上げられる。このような電極板に貫通孔を設ける場合、特許文献３に示されるように円板状部材にボール盤、レーザー加工機、超音波加工機等を使用した機械加工によりおこなわれる場合が一般的である。
特許文献４の電極板は、炭化ケイ素の焼結体からなり、炭化ケイ素粉末と結合体との混合物が形成される成形工程、この成形体が焼結される焼結工程を経て、これらにより得られた焼結体に穿孔工程を経てガス導入孔が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７９９５９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０３２２５号公報
【特許文献３】特開２００５−２８５８４５号公報
【特許文献４】特開２００１−７０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年においては、プラズマ処置装置用の電極板は、集積基板の大型化の要求に伴って大口径化が望まれることが多い。しかし、特許文献１や特許文献２のようにインゴットから電極板を設ける場合、例えば、インゴットは約３００ｍｍ以上の直径以上になると成形が難しくなることから電極板の大口径化が難しくなる。しかも、大型のインゴットの成形には費用がかかり生産性も悪くなる。さらに、インゴットを所定の厚さに切断加工するための工数も必要になる。
また、このインゴットに対して、特許文献３のようにドリル等による機械加工で貫通孔を設ける場合、貫通孔が多数必要であることから手間や時間がかかり、より一層のコストアップにもつながっていた。
一方、特許文献４の電極板は、炭化ケイ素粉末と結合体とを原料として、成形、焼結することで焼結体が形成されるため、インゴットの場合と比較して大径化は容易になるが、多数の貫通孔を機械加工で形成することの問題が依然として残っている。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、大型の電極板を容易に形成できるとともに、多数の通気孔の形成も容易で、生産性を飛躍的に向上することができるプラズマ処理装置用電極板の製造方法を提供することを目的とする。
【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電極板の製造方法は、厚さ方向に沿う複数の通気孔を有するプラズマ処理装置用電極板の製造方法であって、成形型内に充填したシリコン粉末内に多数の石英棒を挿入した状態で前記シリコン粉末を成形し、焼結して円板状の成形体を形成する成形・焼結工程と、前記成形体中の前記石英棒を酸溶液で溶解することにより消失させて前記成形体の厚さ方向に前記通気孔を形成するエッチング工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
シリコン粉末の成形・焼結工程により形成した成形体から電極板を製造することにより、必要な大きさの電極板を形成し得て、大径化を容易にすることができる。シリコン粉末の成形と、得られた成形体の焼結とは別々に行ってもよいし、成形型の中で成形とほぼ同時に焼結するようにしてもよい。成形体を形成した後には、石英棒を酸溶解することで一度に多数の通気孔を形成できるため、穴あけ加工等の機械加工を施すことなく短時間で簡単に電極板を製造することができ、生産性を飛躍的に向上することができる。
しかも、通気孔は、石英棒の形状がそのまま転写されるので、内周面が平滑で高精度に仕上げることができる。
【００１０】
この場合、酸溶液は、フッ化水素酸であることが望ましい。
酸溶液としてガラス製品のエッチングに一般的に使用されているフッ化水素酸を使用でき、シリコン原料粉末の成形体を侵食することなく、石英棒のみを一度に溶解させることができる。
【００１１】
本発明のプラズマ処理装置用電極板の製造方法において、前記成形・焼結工程においては、前記石英棒の一端部を前記シリコン粉末から露出させるように挿入しておき、前記エッチング工程の前に、前記石英棒の他端部が露出するまで前記成形体を面方向に沿って研削する研削工程を施すとよい。
【００１２】
電極板に通気孔を貫通状態に形成するためには、石英棒を成形体に埋設した状態に成形して両面を研削した後、エッチングする方法、石英棒の両端部を成形体の両面から露出させた状態に成形してエッチングする方法も考えられるが、前者の両面を研削する方法は、２回の研削が必要で工数増加を招く。後者の石英棒の両端部を露出させるには、石英棒の両端部を成形型の内面に隙間なく密接させる、あるいは成形型の内部で両端部を穴の中に嵌合状態に保持するなどの構造とする必要であり、その隙間や穴にシリコン粉末を詰まらせるおそれがある。
本発明の方法では、成形時には石英棒の一端部のみを保持すればよく、また成形後には１回の研削でよいので、工数も少なくて済むとともに、シリコン粉末を詰まらせるなどの問題も生じない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の製造方法によれば、シリコン粉末の成形・焼結工程により大型の電極板を容易に形成できるとともに、通気孔も一度に多数形成することができ、生産性を飛躍的に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図２】成形装置を用いてシリコン粉末から成形体を成形する工程を（ａ）から（ｃ）の順に示す断面図である。
【図３】上型における石英棒の取付部付近の拡大断面図である。
【図４】成形装置から取出した成形体及びその研削工程、エッチング工程による変遷を（ａ）から（ｃ）の順に示す断面図である。
【図５】電極板が用いられるプラズマエッチング装置の例を示す概略断面図である。
【図６】電極板の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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５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。
【００１６】
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。
【００１７】
この電極板３には、厚さ方向に延びる多数の通気孔１１が相互に平行に形成されている。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。また、これら通気孔１１は、すべて同径に形成され、その孔径は、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。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。
【００１８】
このように構成した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。
【００１９】
このようなプラズマエッチング装置１で用いられる電極板３を製造する場合、大径化のためにシリコン粉末を成形、焼結することによって行われ、図１に示すように、成形・焼結工程、研削工程、エッチング工程、研磨工程を経て製造される。
以下、この工程順に説明する。
【００２０】
＜成形・焼結工程＞
本実施形態では、成形装置２１としてホットプレス装置が用いられ、成形と焼結とが同時に実施される。この成形装置２１には、図２に示すように、カーボン製の成形型２２，２３と、この成形型２２，２３を加熱する高周波加熱コイル等の加熱源（図示略）とが備えられる。この成形型は、シリコン粉末Ｓ１が充填される凹部２４が形成された下型２２と、この下型２２の凹部２４内でシリコン粉末Ｓを圧縮する上型２３とからなる。下型２２の凹部２４の内径は４００ｍｍ〜５００ｍｍの大口径電極板を成形し得る大きさに形成され、上型２３は、その下端部が下型２２の凹部２４内に上方から嵌合し得るようになっている。そして、図２（ａ）から同図（ｃ）に示すように、下型２２の凹部２４内にシリコン粉末Ｓ１を充填し、上型２３にて押圧しながら加熱することにより、凹部２４の内周面に沿った円板状の成形体Ｓを形成して焼結することができる。
【００２１】
また、上型２３には、例えば、１０ｍｍのピッチで１０００箇所以上の穴部２５が形成され、図３に示すように、これらの穴部２５に石英棒２６が1本ずつ嵌合状態に設けられている。これら石英棒２６は、本実施形態では直径０．５ｍｍ、長さ十数ｍｍの棒状に形成されている。そして、上型２３の穴部２５に一端部が嵌合することにより、上型２３の下面から垂直に突出した状態に保持されている。この場合、上型２３の穴部２５に嵌合される石英棒２６の一端部は、上型２３から垂れ下がった状態では石英棒２６が脱落することはないが、後述するように成形後に上型２３を開いた際には、成形体Ｓに圧迫されて保持されることにより穴部２５から抜ける程度の嵌合力で保持される。
また、両型２２，２３が閉じた状態では、下型２２の凹部２４の底面と上型２３の下面との離間距離（キャビティの厚さ）Ｈが、製造される電極板３の厚さｔ（図４（ｃ）参照）よりも大きく設定されており、上型２３の下面からの石英棒２６の突出長さＬは、図２（ｂ）に示すように、型締め状態で下型２２の凹部２４の底面に到達することはないが、製造される電極板３の厚さｔより大きい寸法に形成される。
【００２２】
このように構成した成形型２２，２３の下型２２の凹部２４内に原料となるシリコン粉末Ｓ１を充填する。このシリコン粉末Ｓ１は、例えば平均粒径が１μｍ〜５０μｍを有するポリシリコン破砕粉や単結晶シリコン破砕粉などが用いられ、その純度は、９９．９９％〜９９．９９９９９９９９９％が望ましい。
【００２３】
このシリコン粉末Ｓ１を充填した後、上型２３を下降して型締めすると、図２（ｂ）に示すように凹部２４内のシリコン粉末Ｓ１に上型２３の石英棒２６が挿入される。このとき、石英棒２６の下端は下型２２の凹部２４の底面から離間している。この状態で加圧、加熱することにより、シリコン粉末Ｓ１を凹部２４の形状に成形するとともに、焼結する。このときの圧力としては２９．４ＭＰａ（３００ｋｇｆ／ｃｍ２）〜３４．５ＭＰａ（３５０ｋｇｆ／ｃｍ２）とされ、そのなかでも高い圧力とすることが望ましい。加熱温度は、１１００℃〜１２００℃程度とする。この温度が高すぎると石英棒４０が溶融するおそれがある。また雰囲気としては、ＡｒまたはＮ２または真空雰囲気のいずれかとする。
これらの条件下で、２時間〜３時間焼結することにより、成形体３１が作製される。本実施形態では、ホットプレスにより成形と焼結とを同時に行うようにしているが、圧粉体を成形する成形工程と、その圧粉体を焼結して成形体とする焼結工程とを別々に実施してもよい。
【００２４】
焼結後、上型２３を下型２２から離間すると、上型２３の穴部２５に保持されていた石英棒２６は、成形体３１に圧迫されるように保持されているので、上型２３の穴部２５から抜け、成形体３１に挿入状態に保持される。図４（ａ）に示すように、成形体３１は、その一方の面から石英棒２６の一端部が突出した状態に形成され、他方の面においては石英棒２６の他端部は埋設されている。
【００２５】
＜研削工程＞
次に、成形装置２１から取出した成形体３１の両面のうち、石英棒２６の端部が埋設状態とされている表面を図４（ａ）に一点鎖線Ｃで示す位置で研削することにより、埋設されている石英棒２６の端面を露出させる。この研削工程により、図４（ｂ）に示すように、成形体３１の両面で石英棒２６が露出し、成形体３１の厚さ方向に貫通していることになる。成形体３１の表面から突出している石英棒２５の一端部については、切除する必要はなく、そのまま残しておいてよいが、成形体３１の表面を軽く研削するなどにより切除してもよい。
【００２６】
＜エッチング工程＞
次いで、成形体３１を酸溶液に浸漬して、成形体３１の内部に残っている石英棒２６を溶解して消失させる。酸溶液としてはフッ化水素酸（フッ酸：ＨＦ）が用いられる。このフッ化水素酸はガラス製品のエッチングに用いられるものであり、石英（ＳｉＯ２）を溶解するが、成形体３１のシリコンは溶解しない。このフッ化水素酸の例えば４９％溶液を図示しない槽内に貯留しておき、この槽に研削工程後の成形体３１を浸漬し、室温下で３時間程度攪拌することにより、石英棒２６を溶解する。
このエッチング工程により、図４（ｃ）に示すように、石英棒２６が挿入されていた部分が貫通状態の通気孔１１として形成される。
【００２７】
＜研磨工程＞
最後に、エッチング工程後の成形体の両面をケミカルポリッシング、メカノケミカルポリッシング等の研磨手段で研磨することにより平坦化することにより電極板３が製造される。
このように製造した電極板３においては、石英棒２６の外周面が転写して通気孔１１が形成されるので、平滑で高精度の通気孔１１を得ることができる。
【００２８】
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、通気孔以外にも取り付け用穴部などの形成にも本発明を適用することができ、その穴部の形状に合わせた石英棒をシリコン粉末内に挿入しておき、その石英棒の形状を成形体に転写させて穴部を形成することができる。
また、本実施形態では、成形型内に充填したシリコン粉末内に多数の石英棒を相互に平行に挿入しているが、放射状又は渦巻き状のガス流を形成するように石英棒の挿入角度を変化させることもできる。
【符号の説明】
【００２９】
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）
１１  通気孔
２１  成形装置
２２，２３  成形型
２４  凹部
２５  穴部
２６  石英棒
３１  成形体
Ｓ１  シリコン粉末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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