(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが通過可能な構造を有する炭化珪素焼結体製の電極板に、炭化珪素焼結体製の冷却部材を設けたプラズマエッチング装置のガス噴出し板において、
炭化珪素混合物の顆粒を、金属製押し型を用いて所定のプレス圧力で冷却部材用成形体及び電極板用成形体に成形し、
前記冷却部材用成形体に溝加工及び穴加工を行い冷媒を流通させるための冷媒流路及びガスを通過させるためのガス流路を形成し、前記電極板用成形体に穴加工を行いガス噴出穴を形成し、
当該両成形体を積層した状態で焼成が行われることにより、前記電極板及び前記冷却部材は一体焼結したものであることを特徴とするプラズマエッチング装置のガス噴出し板。
【請求項２】
前記電極板及び前記冷却部材は、多孔質炭化珪素焼結体に金属を含浸させて緻密化したものであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング装置のガス噴出し板。
【請求項３】
前記冷却部材は、前記電極板の上側に配置され、前記冷却部材の下面側には、前記冷媒流路を構成する第１溝及びガス流路を構成する第２溝が同心円状にかつ交互に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマエッチング装置のガス噴出し板。
【請求項４】
前記冷却部材の上面側には、冷媒流入溝、冷媒流出溝及びガス流入溝がそれぞれ設けられ、前記冷媒流入溝と前記第１溝の上流端側とを第１連通穴を介して連通し、前記冷媒流出溝と前記第１溝の下流端側とを第２連通穴を介して連通し、前記ガス流入溝と前記第２溝とを第３連通穴を介して連通し、前記冷却部材の下面側に設けた前記第２溝と前記電極板に設けた前記ガス噴出穴とを連通したことを特徴とする請求項３に記載のプラズマエッチング装置のガス噴出し板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造用装置の一種であるプラズマエッチング装置のガス噴出し板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラズマを利用した半導体製造装置の一種として、例えばプラズマエッチング装置が知られている。この装置は、露光・現像工程を経たシリコンウェハをガスプラズマに晒すことにより、感光膜における感光領域のみを選択的に除去してシリコン面を露出させるものである。プラズマエッチング装置を構成する樹脂製のチャンバ内には、一対の正負の電極板が上下方向に離間した状態で配置されている。上部電極板にはその厚さ方向に沿って多数の貫通孔が形成されていて、それらの貫通孔を介して下方側にガスプラズマが供給されるようになっている。下部電極板の上側面外周部にはダミーリングが配置され、その上面にはシリコンウェハが支持されるようになっている。
【０００３】
従来技術においては、上部電極板として一般的にアルミナ等のセラミック材料が用いられていた。また、そのようなアルミナ製上部電極板には、上部電極板を冷却して温度を低く保つためのアルミニウム製水冷ジャケットがボルトの締結によって取り付けられていた。そして、上部電極板及び水冷ジャケットにより１つのガス噴出し板が構成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上部電極板及び水冷ジャケットは異種材料からなるものであるため、使用時に熱が加わると、アルミナとアルミニウムとの熱膨張係数差によって熱応力が働く。ゆえに、両部材間に歪みが生じて、全体の平面度が悪化してしまう。このため、上部電極板と水冷ジャケットとの間に隙間ができ、上部電極板の冷却効率が悪くなる。その結果、ガスプラズマの照射方向や照射量が不安定になり、精度のよいエッチングを実現することができなかった。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極板と冷却部材との間の歪みを解消することにより、精度のよいエッチングが可能なプラズマエッチング装置のガス噴出し板を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、ガスが通過可能な構造を有する炭化珪素焼結体製の電極板に、炭化珪素焼結体製の冷却部材を設けたプラズマエッチング装置のガス噴出し板において、炭化珪素混合物の顆粒を、金属製押し型を用いて所定のプレス圧力で冷却部材用成形体及び電極板用成形体に成形し、前記冷却部材用成形体に溝加工及び穴加工を行い冷媒を流通させるための冷媒流路及びガスを通過させるためのガス流路を形成し、前記電極板用成形体に穴加工を行いガス噴出穴を形成し、当該両成形体を積層した状態で焼成が行われることにより、前記電極板及び前記冷却部材は一体焼結したものであることを特徴とするプラズマエッチング装置のガス噴出し板をその要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記電極板及び前記冷却部材は、多孔質炭化珪素焼結体に金属を含浸させて緻密化したものであるとした。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記冷却部材は、前記電極板の上側に配置され、前記冷却部材の下面側には、前記冷媒流路を構成する第１溝及びガス流路を構成する第２溝が同心円状にかつ交互に設けられているとした。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記冷却部材の上面側には、冷媒流入溝、冷媒流出溝及びガス流入溝がそれぞれ設けられ、前記冷媒流入溝と前記第１溝の上流端側とを第１連通穴を介して連通し、前記冷媒流出溝と前記第１溝の下流端側とを第２連通穴を介して連通し、前記ガス流入溝と前記第２溝とを第３連通穴を介して連通し、前記冷却部材の下面側に設けた前記第２溝と前記電極板に設けた前記ガス噴出穴とを連通した。
【００１０】
以下、本発明の「作用」について説明する。
請求項１に記載の発明によると、同種の材料を用いて電極板と冷却部材とを構成したため、両者の熱膨張係数差が極めて小さいことに加え、炭化珪素焼結体は熱伝導性に優れるため熱が溜まりにくく、内部に温度分布ができにくい。従って、熱応力が発生しにくくなり、電極板と冷却部材との間の歪みが解消される。この結果、電極板と冷却部材との間に隙間ができにくくなり、電極板の冷却効率の悪化が回避される。このため、ガスプラズマの照射方向や照射量の安定性が増し、精度のよいエッチングが可能となる。
【００１１】
加えて、そもそも一体焼結によって電極板と冷却部材とが互いに強固に接合されていることから、電極板と冷却部材との間における隙間の発生が確実に防止される。よって、ガスプラズマの照射方向や照射量がよりいっそう安定化する。また、ボルト等による締結を採用した場合とは異なり、部品点数が少なくて済み、ボルト挿通孔の加工も不要になる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によると、多孔質炭化珪素焼結体に金属を含浸させて緻密化することにより、比較的簡単にかつ低コストで熱伝導率に優れた電極板及び冷却部材を得ることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によると、冷媒流路とガス流路とが同心円状にかつ交互に設けられた構造であることから、電極板内部における温度分布の発生が確実に防止される。また、冷却部材は電極板の上側に配置され、冷却部材の下面側に溝を設けた構造であるため、冷媒流路及びガス流路を比較的簡単に形成することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によると、ガスは、ガス流入溝からガス噴出し板の内部に流入するとともに、第３連通穴、第２溝及びガス噴出穴を通った後、ガスプラズマとなってガス噴出し板の外部に噴出する。一方、冷媒は、冷媒流入溝からガス噴出し板の内部に流入した後、第１連通穴、第１溝、第２連通穴及び冷媒流出溝を通って、ガス噴出し板の外部に流出する。このとき、冷媒とともに熱が外部に排出される結果、電極板が効率よく強制冷却される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態のプラズマエッチング装置１を図１〜図５に基づき詳細に説明する。
【００１７】
図１に示される本実施形態のプラズマエッチング装置１は、プラズマを利用した半導体製造装置の一種である。この装置１は、露光・現像工程を経たシリコンウェハ２をガスプラズマＰ１に晒すことにより、感光膜における感光領域のみを選択的に除去してシリコン面を露出させるものである。プラズマエッチング装置１は、後述する各種の部品（チャンバ３、ガス噴出し板４、下部電極板５、噴出し板支持部材６、ステージ７、ダミーリング８等）によって構成されている。
【００１８】
チャンバ３は有底容器の部品であって、その内部に収容空間３ｂを有している。この収容空間３ｂは、半導体ウェハとしてのシリコンウェハ２にガスプラズマＰ１を処理するための空間である。同チャンバ３の底面には、ガスプラズマＰ１を真空引きにより排出するための排出口３ａが形成されている。なお、排出口３ａは底面以外の箇所、例えば側面や上面にあってもよい。前記チャンバ３は、１つの部材により構成されていてもよいほか、複数の部材同士を互いに接合することにより構成されていてもよい。
【００１９】
噴出し板支持部材６は、チャンバ３の上部内壁面に固定されている。噴出し板支持部材６における下側開口部には、ガス噴出し板４が装着されている。つまり、ガス噴出し板４は噴出し板支持部材６を介して間接的にチャンバ３の内壁面に取り付けられている。噴出し板支持部材６の上側開口部は、ガスが供給されてくる供給口６ａとなっている。
【００２０】
ステージ７は、チャンバ３内の中央下部に配設されている。負極である下部電極板５は円盤状をした導電性材料からなる部品であって、その上面中央部には円形状の凸部９が設けられている。この凸部９の外形寸法は、シリコンウェハ２の外形寸法よりもひとまわり小さくなるように設計されている。そして、この下部電極板５はステージ７の上部に支持されている。下部電極板５は電線を介して交流電源に電気的に接続されている。
【００２１】
下部電極板５の上側面外周部には、ダミーリング８と呼ばれる部品が配置されている。ダミーリング８は、シリコンウェハ２の底面外周部をその全周にわたって支持するものであり、図示しない駆動機構によって垂直方向に所定範囲だけ移動することが可能である。即ち、ガス噴出し板４からシリコンウェハ２までの距離を変更することにより、ガスプラズマＰ１の照射具合を適宜調整できるようになっている。このダミーリング８の中心部には、シリコンウェハ２を保持するための嵌合凹部１０が設けられている。
【００２２】
次に、ガス噴出し板４の構造について説明する。
図２〜図４に示されるように、本実施形態のガス噴出し板４は円板状の部材であって、電線を介して交流電源に電気的に接続される上部電極板１１と、冷却部材としての冷却ジャケット１２とからなる。より具体的にいうと、本実施形態のガス噴出し板４は、炭化珪素焼結体製の上部電極板１１及び炭化珪素焼結体製の冷却ジャケット１２を一体的に焼結させたものである。従って、このガス噴出し板４においては、両者１１，１２同士を固定するためにボルト等の締結手段は特に用いられていない。
【００２３】
正極である上部電極板１１及び冷却ジャケット１２は、ともに等径の円板状部材である。冷却ジャケット１２は上部電極板１１の上側（即ちガス供給側）に配置されている。本実施形態において、冷媒流路が形成される冷却ジャケット１２は上部電極板１１よりも厚く、具体的には３倍〜１０倍程度厚くなっている。
【００２４】
上部電極板１１及び冷却ジャケット１２の接合界面、より具体的には冷却ジャケット１２の下面側には、冷媒流路を構成する第１溝１３及びガス流路を構成する第２溝１４がそれぞれ設けられている。第１溝１３及第２溝１４は、ともに複数本ずつ形成されており、これらは同心円状にかつ交互に、しかも一定の間隔を隔てて設けられている。ここでは第１溝１３の幅及第２溝１４の幅も同程度に設定されている。図面作成の便宜上、第１溝１３及第２溝１４は４本ずつ描かれている。しかし、実際のものにおいては、第１溝１３及第２溝１４の本数はこの３倍〜５倍程度に設定されることがよい。そして、第１溝１３及第２溝１４の形成領域は、冷却ジャケット１２の下側面において外周部を除くほぼ全域を占めている。
【００２５】
上部電極板１１には、第２溝１４に連通するガス噴出穴１５が上部電極板１１の厚さ方向に沿って延びるように設けられている。ガス噴出穴１５は１本の第２溝１４における複数箇所に設けられている。従って、図２に示されるように、ガス噴出穴１５は、上部電極板１１の下側面においてほぼ均等に分散配置されている。なお、ガス噴出穴１５の内径は、第２溝１４の幅よりもいくぶん小さめに、具体的には前記幅の１／１０〜１／３程度となるように設定されている。従って、シリコンウェハ２に対してガスプラズマＰ１がシャワーのように均等に降り注ぐようになっている。
【００２６】
一方、図３に示されるように、冷却ジャケット１２の上側面には、冷媒流入溝１６、冷媒流出溝１７及びガス流入溝１８がそれぞれ設けられている。これらの溝１６〜１８は、いずれもガス噴出し板４の中心を起点として外周方向に直線的に延びており、ガス噴出し板４の半径よりも若干短い長さを備えている。これらの溝１６〜１８の深さは、ガス噴出し板４の厚さの１／１０〜１／５程度となるように設定されている。冷媒流入溝１６及び冷媒流出溝１７は近接していて互いに平行な位置関係にある。これらの溝１６，１７を上記のようにまとめて配置した理由は、これらの溝１６，１７に対して図示しない冷却水給排管を接続する際の便宜を考慮したためである。ガス流入溝１８は冷媒流入溝１６及び冷媒流出溝１７から離間しており、それらを基準として９０°をなす位置関係にある。前記溝１６，１７からガス流入溝１８のみを離間させて配置した理由は、冷却水給排管を避けてガス流入溝１８から確実にガスを取り込ませるためである。
【００２７】
冷媒流入溝１６と第１溝１３の上流端側とは、冷却ジャケット１２の厚さ方向に沿って延びるように形成された第１連通穴１９を介して連通されている。冷媒流出溝１７と第１溝１３の下流端側とは、冷却ジャケット１２の厚さ方向に沿って延びるように形成された第２連通穴２０を介して連通されている。ガス流入溝１８と第２溝１４とは、冷却ジャケット１２の厚さ方向に沿って延びるように形成された第３連通穴２１を介して連通されている。
【００２８】
そして、本実施形態においては、ガス流入溝１８、第３連通穴２１、第２溝１４及びガス噴出穴１５によって、ガスを上方から下方に通過させるためのガス流路が構成されている。即ち、上方から供給されてきたガスは、まずガス流入溝１８からガス噴出し板４の内部に流入する。当該ガスは、第３連通穴２１、第２溝１４及びガス噴出穴１５を通った後、ガスプラズマＰ１となってガス噴出し板４の下側面４ｂから下方に向けて噴出する。
【００２９】
さらに、本実施形態においては、冷媒流入溝１６、第１連通穴１９、第１溝１３、第２連通穴２０及び冷媒流出溝１７によって、冷媒である水Ｗ１を内部に流通させるための冷媒流路が構成されている。即ち、ガス噴出し板４の上側面４ａに設置された冷却水給排管を介して供給されてきた水Ｗ１は、まず、冷媒流入溝１６を介してガス噴出し板４の内部に流入する。その後、当該水Ｗ１は第１連通穴１９、第１溝１３、第２連通穴２０及び冷媒流出溝１７を通ってガス噴出し板４の外部に流出し、再び冷却水給排管に戻される。そしてこのとき、水Ｗ１とともにガス噴出し板４内の熱が外部に排出される。その結果、上部電極板１１が効率よく強制冷却されるようになっている。
【００３０】
また、上部電極板１１及び冷却ジャケット１２を構成する炭化珪素焼結体としては、多孔質炭化珪素焼結体に金属を含浸させて緻密化したものが用いられることがよい。その理由は、このような方法であれば、比較的簡単にかつ低コストで熱伝導率に優れた上部電極板１１及び冷却ジャケット１２が得られるからである。
【００３１】
上記含浸用の金属としては、特に金属シリコンを選択することがよい。金属シリコンは炭化珪素との馴染みがよい物質であることに加え、それ自体高い熱伝導率を有する物質だからである。ゆえに、金属シリコンを多孔質炭化珪素焼結体の開放気孔内に充填すれば実質的に緻密体となり、熱伝導性及び強度の向上を確実に達成することが可能となる。
【００３２】
この場合、金属シリコンは、多孔質炭化珪素焼結体１００重量部に対して１５重量部〜４５重量部含浸されていることがよく、さらには１５重量部〜３０重量部含浸されていることが好ましい。含浸量が１５重量部未満であると、開放気孔を十分に埋めることができなくなり、高熱伝導率を確実に達成できなくなるおそれがある。逆に、含浸量が３０重量部を超えるようになると、結晶部分の比率が相対的に低下してしまう結果、場合によってはかえって熱伝導率が低下してしまう可能性がある。
【００３３】
なお、金属シリコン以外のもの、例えば金属アルミニウムを選択した場合には、それが多孔質炭化珪素焼結体１００重量部に対して２０重量部〜５０重量部含浸されていることがよい。含浸量が上記範囲を逸脱すると、熱伝導率の低下を来すおそれがあるからである。
【００３４】
前記多孔質炭化珪素焼結体は、気孔率が１０％〜５０％かつ炭化珪素結晶の平均粒径が２０μｍ以上であることが好ましい。
熱が炭化珪素結晶の内部を伝導する効率は、熱が炭化珪素結晶間を伝導する効率に比べて一般に高い。このため、上記のごとく炭化珪素結晶の平均粒径を大きな値に設定することにより、熱伝導率を高くすることができる。炭化珪素結晶の平均粒径は２０μｍ〜１００μｍであることがよりよい。
【００３５】
気孔率を常用対数で表した場合の気孔率分布における標準偏差の値は、０．２０以下、さらには０．１０以下であることが望ましい。この値が小さいほど、焼結体内における熱伝導率のばらつきが小さくなり、温度分布がよりいっそう生じにくくなるからである。
【００３６】
また、気孔率が小さくなりすぎると、多孔質組織内における空隙が減る結果、含浸が行いにくくなってしまう。逆に、気孔率が大きくなりすぎると、含浸自体については容易に行うことができる反面、炭化珪素の比率が低下することに起因して物性が低下するおそれがある。
【００３７】
未含浸状態での多孔質炭化珪素焼結体の密度は１．６ｇ／ｃｍ3〜２．０ｇ／ｃｍ3程度であることがよい。また、気孔率を常用対数で表した場合の密度分布における標準偏差の値は、０．０１０以下、さらには０．００５以下であることが望ましい。この値が小さいほど、焼結体内における密度のばらつきが小さくなり、温度分布がよりいっそう生じにくくなるからである。
【００３８】
含浸状態での多孔質炭化珪素焼結体の熱伝導率の値は２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがよい。上記熱伝導率の値が高くなれば、それだけガス噴出し板４内の特定箇所に熱が溜まりにくくなり、内部に温度分布ができにくくなるからである。
なお、上記熱伝導率の値は、さらには５０Ｗ／ｍ・Ｋ〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであることがより好ましく、特には１００Ｗ／ｍ・Ｋ〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであることがいっそう好ましい。
【００３９】
ここで、本実施形態のガス噴出し板４を製造する方法の一例を述べる。
まず、炭化珪素粉末を用意するとともに、それに成形用バインダや分散溶媒を必要に応じて配合する。そして、これを均一に混合・混練して粘度を適宜調製することにより、まず原料スラリーを得る。なお、原料スラリーを混合する手段としては、振動ミル、アトライター、ボールミル、コロイドミル、高速ミキサー等がある。混合された原料スラリーを混練する手段としては、例えばニーダー等がある。
【００４０】
成形用バインダとしては、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等がある。成形用バインダの配合割合は、一般に炭化珪素粉末の合計１００重量部に対し、１重量部〜１０重量部の範囲であることが好適である。
【００４１】
分散溶媒としては、ベンゼン、シクロヘキサン等の有機溶剤、メタノール等のアルコール、水等が使用可能である。
また、上記原料スラリー中には、さらに炭素源となる有機物が炭素重量換算値で１重量％〜１０重量％、特には６重量％〜９重量％配合されていることがよい。即ち、前記有機物に由来する炭素が焼結体の炭化珪素の表面に付着することにより、含浸してきた金属シリコンと炭素とが反応し、そこにあらたに炭化珪素を生成する。従って、そこに強いネッキングが起き、これにより熱伝導性及び強度の向上が図られるからである。
【００４２】
ここで、成形体における前記有機物の分量が少なすぎると、焼結体表面を覆う酸化珪素膜が厚くなり、焼結体側に金属シリコンが入りにくくなる結果、そこにあらたに炭化珪素が生成しにくくなるおそれがある。逆に、成形体における前記有機物の分量が多すぎると、例えば樹脂を選択した場合において、成形時の離形性が悪化するおそれがある。また、炭化珪素の焼結が阻害される結果、強度低下を来すおそれがある。
【００４３】
前記有機物としては、例えばフェノールレジン、カーボンブラック、アセチレンブラック、ピッチ、タールなどがある。このなかでもフェノールレジンは、ボールミルを用いた場合に原料を均一に混合できるという点で有利である。
【００４４】
次いで、前記原料スラリーを用いて炭化珪素の顆粒が形成される。炭化珪素粉末を顆粒化する方法としては、噴霧乾燥による顆粒化法（いわゆるスプレードライ法）のように、従来からある汎用技術を用いることができる。即ち、原料スラリーを高温状態に維持した容器内へ噴霧し、急速に乾燥を行なう方法などが適用可能である。
【００４５】
続く成形工程においては、前記材料調製工程により得られた混合物からなる顆粒を所定形状に成形して、２種の成形体を作製する。即ち、後に上部電極板１１に相当する部分となる板状成形体と、後に冷却ジャケット１２に相当する部分となる板状成形体とを作製する。
【００４６】
続く溝加工・穴加工工程においては、冷却ジャケット用成形体の一方側面に溝加工を施すことにより、冷媒流入溝１６、冷媒流出溝１７及びガス流入溝１８を形成する。また、冷却ジャケット用成形体の他方側面に同じく溝加工を施すことにより、第１溝１３及び第２溝１４を形成する。そして、冷媒流入溝１６、冷媒流出溝１７及びガス流入溝１８がある部分に対してドリル加工を施すことにより、非貫通の第１連通穴１９、第２連通穴２０及び第３連通穴２１をそれぞれ形成する。一方、上部電極板用成形体に対してドリル加工またはパンチング加工を施すことにより、多数のガス噴出穴１５を貫設する。
【００４７】
なお、冷媒流入溝１６、冷媒流出溝１７及びガス流入溝１８の形成のための溝加工工程や、穴加工工程は、後述する金属含浸工程後に行われてもよい。
続く焼成工程においては、前記成形工程によって得られた２つの成形体を積層し、この状態で所定温度条件下で焼成を行う。その結果、両成形体が焼結して一体化し、１つの多孔質炭化珪素焼結体が得られる。
【００４８】
ここで焼成温度は１７００℃〜２４００℃、好ましくは２０００℃〜２４００℃、特に好ましくは２０００℃〜２３００℃に設定されることが好ましい。
焼成温度が低すぎると、炭化珪素粒子同士を結合するネック部を十分に発達させることが困難になり、高熱伝導率及び高強度を達成できなくなる場合がある。
逆に、焼成温度が高すぎると、炭化珪素の熱分解が始まる結果、焼結体の強度低下を来してしまう。しかも、焼成炉に投じる熱エネルギー量が増大する結果、コスト的に不利となる。
【００４９】
また、焼成時において焼成炉の内部は、例えばアルゴン、ヘリウム、ネオン、窒素、水素及び一酸化炭素の中から選択される少なくとも一種からなるガス雰囲気（即ち非酸化性雰囲気）に保たれるべきである。なお、このとき焼成炉内を真空状態にしてもよい。
【００５０】
さらに焼成時においては、ネック部の成長を促進させるために、成形体からの炭化珪素の揮散を抑制することが有利である。成形体からの炭化珪素の揮散を抑制する方法としては、外気の侵入を遮断可能な耐熱性の容器内に成形体を装入することが有効である。前記耐熱性の容器の形成材料としては、黒鉛または炭化珪素が好適である。
【００５１】
続く金属含浸工程では、以下のようにして前記多孔質炭化珪素焼結体に金属を含浸する。
例えば、金属シリコンを含浸するような場合、前もって焼結体に炭素質物質を含浸することが好ましい。このような炭素質物質としては、例えばフルフラール樹脂、フェノール樹脂、リグニンスルホン酸塩、ポリビニルアルコール、コーンスターチ、糖蜜、コールタールピッチ、アルギン酸塩のような各種有機物質が使用可能である。なお、カーボンブラック、アセチレンブラックのような熱分解炭素も同様に使用可能である。
【００５２】
前記炭素質物質をあらかじめ含浸する理由は、焼結体の開放気孔の表面に新たな炭化珪素の膜が形成されるため、これによって溶融シリコンと多孔質体との結合が強固なものになるからである。また、炭素質物質の含浸によって、焼結体の強度も強くなるからである。
【００５３】
また、金属シリコンを開放気孔中へ充填する方法としては、例えば金属シリコンを加熱溶融させて含浸するという方法がある。また、微粉化した金属シリコンを分散媒液中に分散させ、この分散液を多孔質体に含浸させて乾燥した後、金属シリコンの溶融温度以上に加熱するという方法も適用可能である。もっとも金属含浸工程は、成形体に対して、言いかえると焼成工程の前に行われてもよい。
【００５４】
そして、上記各工程を経ることにより、所望のガス噴出し板４が完成する。
以下、本実施形態をより具体化した実施例を紹介する。
【００５５】
【実施例】
出発材料として，平均粒径３０μｍのα型炭化珪素の粗粉末（＃４００）と、平均粒径０．３μｍのα型炭化珪素の微粉末（ＧＭＦ−１５Ｈ２）とを準備した。そして、前記粗粉末１００重量部に対して、前記微粉末を３０重量部を配合し、これを均一に混合した。
【００５６】
この混合物１００重量部に対し、ポリビニルアルコール５重量部、フェノールレジン３重量部、水５０重量部を配合した後、ボールミル中にて５時間混合することにより、均一な混合物を得た。この混合物を所定時間乾燥して水分をある程度除去した後、その乾燥混合物を適量採取しかつ顆粒化した。このとき、顆粒の水分率を約０．８重量％になるように調節した。次いで、前記混合物の顆粒を、金属製押し型を用いて１．３ｔ／ｃｍ2のプレス圧力で成形し、厚さの異なる２枚の円板状生成形体（φ２００ｍｍ）を得た。
【００５７】
続いて、厚いほうの生成形体（即ち冷却ジャケット用成形体）の一方側面に研削による溝加工を施し、冷媒流入溝１６、冷媒流出溝１７及びガス流入溝１８を形成した。また、同生成形体の他方側面に同じく研削による溝加工を施し、第１溝１３及び第２溝１４を形成した。そして、冷媒流入溝１６、冷媒流出溝１７及びガス流入溝１８がある部分に対してドリル加工を施し、非貫通の第１連通穴１９、第２連通穴２０及び第３連通穴２１をそれぞれ形成した。一方、薄いほうの生成形体（即ち上部電極板用成形体）に対してドリル加工を施し、多数のガス噴出穴１５を貫設した。
【００５８】
次いで、冷却ジャケット用成形体において第１溝１３及び第２溝１４が形成されている面を、上部電極板用成形体側に向けるようにして、上記２枚の生成形体を積層した。これを黒鉛製ルツボに前記生成形体を装入し、タンマン型焼成炉を使用して焼成を行った。焼成は１気圧のアルゴンガス雰囲気中において実施した。また、焼成時においては１０℃／分の昇温速度で最高温度である２２００℃まで加熱し、その後はその温度で４時間保持することとした。
【００５９】
次いで、得られた１枚の多孔質炭化珪素焼結体にフェノール樹脂（炭化率３０重量％）をあらかじめ真空含浸し、かつ乾燥した。その後、前記多孔質炭化珪素焼結体の表面に、金属シリコンを含むスラリーをコーティングした。ここでは前記スラリーとして、平均粒径が２０μｍ、純度が９９．９９９９重量％以上の金属シリコン粉末１００重量部と、５％アクリル酸エステル・ベンゼン溶液６０重量部とが混合されたものを用いた。そして、金属シリコンをコーティングした多孔質炭化珪素焼結体をアルゴンガス気流中で４５０℃／時間の昇温速度で加熱し、最高温度１４５０℃で約１時間保持した。このような処理により金属シリコンを多孔質炭化珪素焼結体中へ浸透させ、実施例のガス噴出し板４（直径２２０ｍｍ、厚さ１５ｍｍ）を完成させた。なお、ここでは炭化珪素１００重量部に対する金属シリコンの含浸量を、３０重量部に設定した。このガス噴出し板４の熱伝導率は１５０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００６０】
また、未含浸状態の多孔質炭化珪素焼結体における気孔率及び密度のばらつき具合を調査した結果を図５の表に示す。具体的には、図５に示されるように前記焼結体を３つの部位に区分し、各部位毎に任意の３ポイントを選び、そこでの気孔率及び密度を水中置換法により測定した。その結果、前記焼結体の気孔率及び密度におけるばらつきは極めて小さいことが判明した。
【００６１】
次いで、このガス噴出し板４をプラズマエッチング装置１に実際にセットして使用したところ、ガスプラズマＰ１の照射方向や照射量は極めて安定しており、精度のよいエッチングを行うことが可能であった。以上のことからも明らかなように、上部電極板１１及び冷却ジャケット１２間の歪みに起因する平面度の悪化が解消され、結果として冷却効率の悪化が回避されることがわかった。
【００６２】
ちなみに、従来品においてはガス噴出し板の温度が最終的に１００℃を超えてしまうのに対し、本実施例ではガス噴出し板４の温度が４０℃程度の低温に維持されることがわかった。
【００６３】
従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）実施形態のガス噴出し板４は、ガスが通過可能な構造を有する炭化珪素焼結体製の上部電極板１１に、炭化珪素焼結体製の冷却ジャケット１２を設けた構造となっている。即ち、同種のセラミック材料である炭化珪素焼結体を用いて上部電極板１１と冷却ジャケット１２とが構成されている。ゆえに、上部電極板１１と冷却ジャケット１２との熱膨張係数差は殆どない。それに加え、炭化珪素焼結体は熱伝導性に優れるため、熱が溜まりにくく、内部に温度分布ができにくい。従って、熱応力が発生しにくくなり、上部電極板１１と冷却ジャケット１２との間の歪みが解消される。この結果、上部電極板１１と冷却ジャケット１２との間に隙間ができにくくなり、上部電極板１１の冷却効率の悪化が回避される。このため、ガスプラズマＰ１の照射方向や照射量の安定性が増し、精度のよいエッチングが可能となる。
【００６４】
（２）実施形態のガス噴出し板４では、そもそも一体的に焼結することによって、上部電極板１１と冷却ジャケット１２とが互いに強固に接合されている。ゆえに、上部電極板１１と冷却ジャケット１２との間における隙間の発生が確実に防止される。よって、ガスプラズマＰ１の照射方向や照射量がよりいっそう安定化し、エッチング精度を確実に向上させることができる。
【００６５】
また、ボルト等による締結を採用した場合とは異なり、部品点数が少なくて済み、硬質な炭化珪素焼結体に対するボルト挿通孔の加工も不要になる。ゆえに、ガス噴出し板４の製造コストの低減を達成することができる。
【００６６】
（３）実施形態のガス噴出し板４は、多孔質炭化珪素焼結体に金属シリコンを含浸させて緻密化したものである。従って、比較的簡単にかつ低コストで熱伝導率に優れた上部電極板１１及び冷却ジャケット１２を得ることができ、ひいてはガス噴出し板４の製造コストの低減を達成することができる。
【００６７】
（４）実施形態のガス噴出し板４は、冷却ジャケット１２の内部に、冷媒である水Ｗ１を流通させるための冷媒流路を備えている。従って、内部の熱を確実に除去することができ、結果として上部電極板１１を効率よく強制冷却することができる。このため、ガスプラズマＰ１の照射方向や照射量がよりいっそう安定化し、エッチング精度を確実に向上させることができる。
【００６８】
（５）実施形態のガス噴出し板４では、上部電極板１１及び冷却ジャケット１２の接合界面に、冷媒流路を構成する第１溝１３及びガス流路を構成する第２溝１４が同心円状にかつ交互に設けられている。このような構造であると、上部電極板１１内部における温度分布の発生を確実に防止することができる。このことはエッチング精度の向上に貢献している。
【００６９】
また、上記接合界面に溝を設けた構造であるため、複雑な加工を行う必要がなく、冷媒流路及びガス流路を比較的簡単に形成することができる。このことはガス噴出し板４の製造コストの低減に貢献している。
【００７０】
（６）また、このガス噴出し板４は、さらにガス噴出穴１５、冷媒流入溝１６、冷媒流出溝１７、ガス流入溝１８、第１連通穴１９、第２連通穴２０及び第３連通穴２１を備えたものとなっている。これらの溝や穴であれば、上述した溝加工・穴加工を施すことにより比較的簡単に形成することが可能である。ゆえに、これらの溝や穴の組み合わせにより構成されるガス流路や冷媒流路は、比較的簡単に形成可能なものであるといえる。そして、このこともガス噴出し板４の製造コストの低減に貢献している。
【００７１】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・   冷媒流入溝１６及び冷媒流出溝１７は互いに平行な位置関係になっていなくてもよく、また、互いに離間していてもよい。
【００７２】
・  冷媒流入溝１６及び冷媒流出溝１７は、実施形態のようにガス噴出し板４の上側面４ａに設けられていてもよいほか、側面や下側面に設けられていてもよい。
【００７３】
・  実施形態では、第1溝１３及び第２溝１４を冷却ジャケット１２側に設けていた。これらを上部電極板１１側に設けるようにしてもよい。
・  冷却ジャケット１２の冷媒流路に給排される冷媒は、水Ｗ１のみに限定されることはなく、別の液体であってもよいほか、他の流体（例えば空気等の気体）であってもよい。
【００７４】
・  熱伝導率の高い材料を用いた場合等、冷媒流路を省略してもよい。
・  上部電極板１１と冷却ジャケット１２との取り付け方法として、実施形態のような一体焼結法を採用してもよいほか、以下のような方法を採用することも可能である。即ち、上部電極板１１と冷却ジャケット１２とを個別に焼成しておき、それらを積層した状態で含浸工程を行い、含浸用金属を介して両者１１，１２を接合してもよい。また、上部電極板１１と冷却ジャケット１２とを個別に焼成しておき、それらをセラミック用の有機系または無機系の接合材を用いて接合してもよい。
【００７５】
・  冷媒流路とガス流路とは必ずしも同心円状に配置されていなくてもよく、例えば放射状など任意のパターンで配置されていてもよい。また、冷媒流路とガス流路とは必ずしも１つおきに配置されなくてもよい。
【００７６】
・  多孔質炭化珪素焼結体に対する含浸を行うことにより緻密なガス噴出し板４を製造するという実施形態の方法に代えて、そもそも緻密質からなる炭化珪素焼結体を用いて、含浸を行うことなくガス噴出し板４を製造してもよい。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜４に記載の発明によれば、電極板と冷却部材との間の歪みが解消され、その結果として精度のよいエッチングが可能なプラズマエッチング装置のガス噴出し板を提供することができる。
【００８０】
請求項３に記載の発明によれば、エッチング精度を確実に向上させることができるとともに、低コスト化を達成することができる。
請求項２，４に記載の発明によれば、低コスト化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した一実施形態のプラズマエッチング装置の概略断面図。
【図２】実施形態の装置に用いられるガス噴出し板の分解斜視図。
【図３】（ａ）はガス噴出し板の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図。
【図４】ガス噴出し板の部分破断斜視図。
【図５】実施例についての試験結果を示した表。
【符号の説明】
１…プラズマエッチング装置、４…ガス噴出し板、４ａ…他方側面としての上側面、４ｂ…一方側面としての下側面、１１…電極板としての上部電極板、１２…冷却部材としての冷却ジャケット、１３…第１溝、１４…第２溝、１５…ガス噴出穴、１６…冷媒流入溝、１７…冷媒流出溝、１８…ガス流入溝、１９…第１連通穴、２０…第２連通穴、２１…第３連通穴。
【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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