(57)【要約】【課題】電極構成板を複数枚積層してなる電極板において、その引き剥がしをより容易にして交換作業性を向上させる。【解決手段】シリコンからなる複数の電極構成板が積層されるとともに、これら電極構成板を厚さ方向に貫通するガス通過孔が複数設けられてなり、一方の電極構成板の少なくとも片面の外周部の表層部に水素イオンを注入することにより、ドーズ量１×１０１６〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の水素イオンリッチ層を形成し、この水素イオンリッチ層が形成された表層部を他方の電極構成板に接触させた状態に積層する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンにより形成されるとともに、厚さ方向に貫通するガス通過孔が複数設けられてなり、少なくとも片面の外周部の表層部に、水素イオンドーズ量１×１０１６〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の水素イオンリッチ層が形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置用電極構成板。
【請求項２】
シリコンからなる複数の電極構成板が積層されるとともに、これら電極構成板を厚さ方向に貫通するガス通過孔が複数設けられてなるプラズマ処理装置用電極板において、積層状態の電極構成板の積層面の一方の少なくとも外周部の表層部に、水素イオンドーズ量１×１０１６〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の水素イオンリッチ層が形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置用電極板。
【請求項３】
シリコンからなる複数の電極構成板が積層されるとともに、これら電極構成板を厚さ方向に貫通するガス通過孔が複数設けられてなるプラズマ処理装置用電極板を製造する方法であって、一方の電極構成板の少なくとも片面の外周部の表層部に水素イオンを注入することにより、ドーズ量１×１０１６〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の水素イオンリッチ層を形成し、該水素イオンリッチ層が形成された表層部を他方の電極構成板に接触させた状態に積層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。
【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、その電極構成板及び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上部電極と下部電極とを、例えば、上下方向に対向配置し、下部電極の上に被処理基板を配置した状態として、上部電極に形成したガス通過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部電極として、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積層電極板が用いられており、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。
この上部電極は、プラズマ処理を繰り返して行うことにより、プラズマにさらされる部分が削られて消耗するため、稼働時間に合わせて交換を必要とされる。このため、特許文献１では、上部電極の消耗による交換に対するコスト削減として、電極板を二体構造とし、電極板の一部を交換可能としたものが開示されている。
しかし、この二体構造とした電極板は、プラズマ処理中の真空状態で脱気され密着されるため、ボルトを外しただけでは容易に剥がれず、消耗した電極板のみを交換することは困難であった。
【０００４】
そこで、特許文献２では、積層状態の電極構成板の対向面間の外周部に、両電極構成板の少なくとも一方の板厚の一部を周方向に沿って切欠してなる空隙部を設け、この空隙部からドライバー等の工具を差し込んで両電極構成板を引き剥がすことを提案している。
また、特許文献３では、両電極構成板の対向面間の外周部にガス通過孔を避けて溝状の凹部による空隙部を設け、この空隙部により両電極構成板の接触面積を小さくして、これらの引き剥がしを容易にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３３２３１４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２９５５６号公報
【特許文献３】特開２０１１−１２９５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、これら従来技術をさらに改善し、電極構成板を複数枚積層してなる電極板において、電極板を特別の形状にすることなく、その引き剥がしを容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のプラズマ処理装置用電極構成板は、シリコンにより形成されるとともに、厚さ方向に貫通するガス通過孔が複数設けられてなり、少なくとも片面の外周部の表層部に、水素イオンドーズ量１×１０１６〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の水素イオンリッチ層が形成されていることを特徴とする。
本発明のプラズマ処理装置用電極板は、シリコンからなる複数の電極構成板が積層されるとともに、これら電極構成板を厚さ方向に貫通するガス通過孔が複数設けられてなるプラズマ処理装置用電極板において、積層状態の電極構成板の積層面の一方の少なくとも外周部の表層部に、水素イオンドーズ量１×１０１６〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の水素イオンリッチ層が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
電極構成板に形成した水素イオンリッチ層は、例えば４００℃〜６００℃で３０分〜１２０分の熱処理を施すことにより、原子状水素が集合し、これらが分子化して水素ガスとなり、そのガス圧力により、シリコンからなる電極構成板が水素イオンリッチ層からへき開して表層部を分離することができる。これにより、両電極構成板を水素イオンリッチ層から剥離することが容易になる。この場合、電極構成板の全面に水素イオンリッチ層を形成してもよいが、少なくとも外周部に水素イオンリッチ層が形成されていれば、両電極構成板を外周部において剥離させることができるので、その後の中央部も含めた全面の引き剥がし作業を容易にすることができる。そして、両電極構成板を剥離した後は、消耗した電極構成板は廃棄されるが、残る電極構成板は再使用され、その表面に新たな電極構成板を積層することにより、元の積層状態の電極板が構成される。この場合、再使用される電極構成板に残存している表層部は、新たな電極構成板を積層する前に必要に応じて研磨される。
なお、プラズマ処理中においては、電極板は、冷却板により冷却されているとともに、その冷却板を厚さ方向に通過したガスが電極板のガス通過孔内を流通するため、高温になることが抑制され、水素イオンリッチ層で水素ガスが発生することが防止される。
【０００９】
また、本発明のプラズマ処理装置用電極板の製造方法は、シリコンからなる複数の電極構成板が積層されるとともに、これら電極構成板を厚さ方向に貫通するガス通過孔が複数設けられてなるプラズマ処理装置用電極板を製造する方法であって、一方の電極構成板の少なくとも片面の外周部の表層部に水素イオンを注入することにより、ドーズ量１×１０１６〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の水素イオンリッチ層を形成し、該水素イオンリッチ層が形成された表層部を他方の電極構成板に接触させた状態に積層することを特徴とする。
シリコンからなる電極構成板の表面に水素イオンを注入すると、水素イオンは一定の深さに高濃度に分布して水素イオンリッチ層を形成する。その深さは水素イオンの入射エネルギーにより制御することができ、高エネルギーであるほど水素イオンの侵入深さは大きくなる。また、水素イオンの単位時間当たりの注入量及び注入時間により水素イオンリッチ層の濃度及び厚さが制御される。これら入射エネルギー及び注入量を制御することにより、前述した深さ、厚さの水素イオンリッチ層を形成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電極構成板の表層部に形成した水素イオンリッチ層を熱処理することにより水素ガスを発生させて水素イオンリッチ層からへき開させることができるので、両電極構成板の引き剥がしを容易にして交換作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の電極板の一実施形態を示す（ａ）が平面図、（ｂ）が断面図である。
【図２】図１に示す電極板の製造工程を順に示す断面図である。
【図３】図１（ｂ）の接合部分の拡大図である。
【図４】図１の電極板を剥離させた状態を示す断面図である。
【図５】図４の要部拡大図である。
【図６】プラズマ処理装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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６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３が設けられるとともに、下部に上下動可能な架台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に設けられたガス通過孔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。
【００１３】
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のガス通過孔１１に連通するように、このガス通過孔１１と同じピッチでガス通過孔１５が貫通状態に形成されている。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。この電極板３及び冷却板１４により上部電極が構成され、架台４が下部電極となる。電極板３の詳細構造については後述する。
【００１４】
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、冷却板１４及び電極板３に設けられたガス通過孔１５，１１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。
【００１５】
次に、電極板３の詳細構造について図１〜図３を参照しながら説明する。
本実施形態の電極板３は、電極板３の放電面３ａ側に配置される放電側電極構成板３１と、その反対面側に配置される固定側電極構成板３２とを積層した構成とされている。これら電極構成板３１，３２は、いずれも単結晶シリコン、柱状晶シリコン、又は多結晶シリコンにより円板状に形成され、両電極構成板３１，３２には、これらを厚さ方向に貫通するガス通過孔１１が径の異なる複数の同心円上に並んで多数形成されている。
また、放電側電極構成板３１の固定側電極構成板３２との積層面の表層部に、水素イオンリッチ層３３が形成されている。この水素イオンリッチ層３３は、後述する水素イオン注入により形成された層であり、表面から数μｍ程度の深さの位置に、水素イオンドーズ量１×１０１６〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２でほぼ全面にわたって形成されている。この放電側電極構成板３１は、水素イオンリッチ層３３が形成された表層部を固定側電極構成板３２に接触させた状態に積層されている。
【００１６】
このように構成される電極板３の製造方法について説明する。
図２（ａ）に示す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円板状の電極構成板３０を形成する。次に、同図（ｂ）に示すように、この電極構成板３０に、ドリル加工あるいはレーザー加工によりガス通過孔１１を形成する。これにより、固定側電極構成板３２が形成される。また、同図（ｂ）に示す状態から、同図（ｃ）に示すように、イオン注入装置（図示略；例えばアプライドマテリアル社製のものが利用できる）により電極構成板３０の片面に水素イオンを注入する。これにより、水素イオンが電極構成板３０の表面から一定の深さに高濃度に分布して水素イオンリッチ層３３が形成される（図３参照）。この状態が放電側電極構成板３１である。この場合、水素イオンの入射エネルギーにより水素イオンの侵入深さを制御することができ、高エネルギーであるほど侵入深さは大きくなる。前述したように、表面から数μｍ程度の深さの位置に水素イオンリッチ層３３を形成する。水素イオンの単位時間当たりの注入量（ドーズ量）は１×１０１６〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とされ、注入エネルギーは５０〜２５０ｋｅＶとされる。
【００１７】
そして、この水素イオンリッチ層３３を形成した放電側電極構成板３１と、水素イオンリッチ層を有しない通常の電極構成板（固定側電極構成板）３２とを積層して電極板３を形成する。このとき、水素イオンリッチ層３３が形成されている表層部を他方の固定側電極構成板３２に接触させた状態に積層する。
このようにして構成した電極板３をプラズマ処理装置１に取り付ける際には、水素イオンリッチ層３３を有しない電極構成板３２を冷却板１４に接触させて固定する。これにより水素イオンリッチ層３３が形成されている放電側電極構成板３１がプラズマ発生領域１６に向けられた状態となる。
なお、両電極構成板３１，３２を冷却板１４に取付けネジ等により固定することにより、これらのガス通過孔１１，１５が位置決めされ、連通状態となる。
【００１８】
プラズマ処理により電極構成板３１の放電面側が所定量消耗してきたら、電極板３を冷却板１４から外した後に、例えば４００℃〜６００℃で３０分〜１２０分の熱処理を施すと、水素イオンリッチ層３３において原子状水素が集合し、これらが分子化して水素ガスとなり、そのガス圧力により、図４及び図５に示すように、電極構成板３が水素イオンリッチ層３３からへき開して表層部を分離する。これにより、消耗した放電側電極構成板３１を水素イオンリッチ層３３から剥離することができる。そして、この消耗した電極構成板３１に代えて、新たな電極構成板を、残っている電極構成板３２に積層して、新たな電極板として再び冷却板１４に取り付け使用される。
この場合、電極構成板３１はシリコンにより形成されているため、そのへき開面は比較的表面粗度が小さい。したがって、電極構成板３１を剥離した後に、残る電極構成板３２にそのまま新たな電極構成板を積層してもよいが、図４及び図５に示す残存表層部Ａを研磨した後に、新たな電極構成板を積層してもよい。剥離した後の残存表層部Ａの表面状態に応じて研磨すればよい。
【００１９】
本発明の効果確認のために、以下の実験を行った。
厚さ５ｍｍの単結晶シリコンからなる電極構成板の片面に、イオン注入装置により、ドーズ量１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、２００ＫｅＶのエネルギーで水素イオンを注入した後、断面をＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計）で観察したところ、電極構成板の表面から２μｍの深さの範囲に水素イオン濃度がピークとなる水素イオンリッチ層が形成されていることが確認できた。
この水素イオンリッチ層が確認された電極構成板と通常の電極構成板とを水素イオンリッチ層が形成されている表層部側を接触させるように重ね合わせて、プラズマエッチング装置に取り付け、プラズマエッチング処理の用に供した。プラズマ放電面側の電極構成板に所定の消耗が認められるまでプラズマエッチング処理を継続した後、電極板を取り外し、これらに５００℃で１００分の熱処理を施した後、両電極構成板を引き剥がしたところ、特別の工具等を用いることなく簡単に剥離することができた。
【００２０】
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、上記実施形態においては、水素イオンリッチ層を電極構成板の全面に形成するものとして説明したが、かならずしも全面でなくてもよく、外周部のみに水素イオンリッチ層が形成されていれば、熱処理により両電極構成板の外周部を剥離させることができるので、その後の中央部も含めた全面の引き剥がし作業を容易にすることができる。
また、電極構成板は２枚ともほぼ同じ厚さで図示しているが、異なる厚さで形成してもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１  プラズマエッチング装置
２  真空チャンバー
３  電極板
３ａ  放電面
３ｂ  反対面
４  架台
８  ウエハ
９  エッチングガス供給管
１１  ガス通過孔
１４  冷却板
１５  ガス通過孔
１６  プラズマ発生領域
３０  電極構成板
３１  放電側電極構成板
３２  固定側電極構成板
３３  水素イオンリッチ層
【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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