JPH01320278A - 多孔質導電性材料およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐食性のよい多孔質導電性材料およびその製
造法、ならびに上記材料を用いたドライエツチング用電
極に関するものである。

〔従来の技術〕

シリコンウェハー上にＩＣ素子を食刻する工程は、従来
上として湿式エツチングにより行われてきたが、近年は
、生産性および加工精度がよいドライエツチング番こ変
わりつつある。ドライエツチングにも種々の方式がある
が、その主流は、ガス状有機ハロゲン化合物がプラズマ
化したものをエツチングガスとして用いるものである。

この方式のドライエツチングは、加工されるシリコンウ
ェハーに対向するように配置したプラズマ放電電極によ
りプラズマ化させたエツチングガスでシリコンウェハー
をエツチングするもので、放電電極としては、従来、金
属製またはカーボン製のものが使われている。放電電極
は、プラズマをむらなく発生させるため、エツチングガ
ス透過用の多数の少孔があけられており、きわめて高価
なものであるが、腐食性のエツチングガスによって短期
間に侵食され、その機能が損なわれるので、頻繁に交換
しなければならない。

このため、電極交換費用はドライエンチングのコストの
中で大きな割合を占めている。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで本発明の目的は、従来のドライエツチング用電極
よりも耐食性がよく長期間の使用に耐える電極を提供し
、ドライエツチングのコスト低減を可能にすることにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成することに成功した本発明は、独立の相
を形成して三次元網目状に均一に分布するケイ素および
炭化ケイ素を含有し且つ微細な連通気孔を有する炭素質
成形体よりなる多孔質導電性材料、および該導電性材料
からなるドライエツチング用電極を提供するものである
。

本発明はまた、上記導電性材料の特に有利な製造法すな
わちかさ密度が１．２〜１　、６　（７ｃｍ３である多
孔質成形体を１４５０°Ｃ以上で溶融ケイ素と接触させ
、成形体の気孔部分にケイ素を浸透させることにより上
記炭素粒子の表面を炭化ケイ素に変換すること、および
そのさい成形体中に未反応のケイ素および気孔を残存さ
せることを特徴とする多孔質導電性材料の製造法を提供
するものである。

第１図は、本発明の多孔質導電性材料の一例の断面を示
す。炭素部分１は全体の約５０〜８０３ｉ量％を占める
が、その大部分は微粒子状に分散している。炭化ケイ素
相２は、基材の炭素部分１の表面を覆いながら、三次元
網目状に分布している。ケイ素相３は上記炭化ケイ素相
２の中や表面を三次元網目状に伸びており、本発明の材
料は、このケイ素相３が存在することにより導電性を示
す。本発明の材料は、三次元網目状に一体化していない
独立細片状のケイ素相があってはいけないものではない
が、十分量の（好ましくは２重量％以上の）一体化した
ケイ素相を含有し、それにより全体として導電性を示す
ものであることが必要である。

気孔部４は、好ましくはすべてが、連通型のものであっ
て、この材料に十分な通気性を付与し、気孔内に露出し
たケイ素相と気体の接触を可能にする。

ドライエツチング用電極として使用する場合、この材料
の中でも特に好ましいのは次のような特性のものである
。

電気比抵抗：２００Ω・ｃｆｆｉ以下 気孔部分の量：材料全体の約１５〜５０ｖｏ１％気孔の
大きさ：約２０〜３００μ（断面に現れる気孔の最大径
） 通気率：約０．００３〜０．６ｃｆ・ｃ＋＊／ｃ♂・５
ｅｃ−ｃｒａＪ。

曲げ強さ：１．５〜１５　ｋｇ／ｍｍ２重金属（鉄、ク
ロム、銅等）含有量：１１００ｐｐ以下次に上記導電性
材料の製造法について詳述する。

原料の多孔質炭素質成形体は、平均粒子径が５０〜３０
０μｍ程度の炭素粒子にバインダーを加え、かさ密度が
１．２〜１　、６ｇ／ｃｔｒｒ３の多孔質成形体になる
ような条件で成形することにより製造する。一般に、原
料炭素の粒子径が大きいほど、成形体の気孔径が大きく
なり、製品気孔径も大きくなるから、所望の製品気孔径
に応じて、用いる炭素粒子の径を適宜選定する。なお、
成形時に炭素粒子がつぶれてしまうと連通気孔が形成さ
れず、ケイ素の浸透が妨げられるので、炭素粒子として
は硬質炭素粒子、たとえばカーボンブラック、炭素質メ
ンフェース粒子、焼結炭素粉砕粒子、フェノール樹脂を
還元性雰囲気で焼成し粉砕したものなどを用いることが
望ましい。なお、ドライエツチング用電極はシリコンウ
ェハーの重金属汚染を避けるため重金属含有量が極力低
いことが望まれるので、原料炭素としても重金属含有量
の低いものを用いることが望ましい。

成形する際は、炭素粒子を金型に入れ、単軸プレスなど
を用いて圧縮成形する。この場合の成形条件は、前述の
ように、成形体かさ密度が１．２〜１　、６ｇ７ｃｍ”
になるような条件とする。かさ密度が１　、２　ｇ／ｃ
ｖａ”に満たないときは、実用上必要な強度を有する製
品を得ることが難しくなる。一方、１．６　ｇ／ｃｍ”
をこえる高密度のものとすると、それにともない小さく
なった粒子間空隙にもケイ素が入り込むため、多孔質材
料を得ることが困難になる。成形体のかさ密度は、成形
圧、成形温度などを調節することにより、所望の値のも
のとすることができる。

多孔質炭素質成形体はまた、炭化させたときの炭素収率
が高い合成樹脂の成形体を焼成し、炭化させて製造して
もよい。

得られた成形体は、真空中または不活性ガス中で、成形
体を金属ケイ素の融点である１　４５０　’Ｏ以上、望
ましくは約１４５０℃〜１７００’Ｏに加熱して、溶融
ケイ素と接触させる。このだめの方法としては、粉末状
金属ケイ素中に成形体を埋めた状態で昇温する方法、適
当なバインダーで金属ケイ素粉末をペースト状にしたも
のを成形体表面に塗布して昇温する方法、金属ケイ素粉
末をシート状に成形したものを成形体に接触させた状態
で昇温する方法、などがある。このとき溶融状態のケイ
素は、成形体の連通気孔に毛細管現象により浸入し、次
いで炭素粒子と反応して、炭素粒子表面に炭化ケイ素を
生じる。本発明の導電性材料を製造する場合過剰量のケ
イ素を浸透させて反応させることにより炭素の露出面が
残らないようにし、さらに、未反応ケイ素を望ましくは
材料全体の２重量％以上（望ましくは約４〜８重量％）
残存させることが必要である。

未反応ケイ素が少なすぎると三次元網目状のケイ素相が
形成されず、必要とする導電性が得られない。ただし、
未反応ケイ素が過剰で連通気孔をふさいでいるときは、
硝酸とフッ化水素酸との混合液で処理してその一部をケ
イ７ツ化水素酸の形で溶出させ、所望量の残存ケイ素と
連通気孔を確保する。

上述のようにして炭素粒子表面を炭化ケイ素に変換する
と、炭素粒子は反応により生じた炭化ケイ素および未反
応のまま残るケイ素と一体化する。処理前の成形体中に
存在した炭素粒子間空隙は、大部分が空隙のまま残る。

以上により、三次元網目状のケイ素相および炭化ケイ素
相を有する炭素質成形体からなる本発明の多孔質導電性
材料が形成される。

〔実施例〕

平均粒子径１００μの炭素粒子（炭素質メソフェース粒
子）に成形用バインダーとしてポリビニルアルコールを
コーティングし、０．７１ｏｎ／ｃｒＩ？の圧力で板状
に成形した（成形体のかさ密度は１　、４　（７ｃｍ３
で、炭素粒子はつぶれずに整列した状態で成形されてい
た。）。

この成形体を、成形体と同重量の金属ケイ素粉末と接触
させた状態で真空下に加熱し、１５００°Ｃに２時間保
つことにより、溶融したケイ素の大部分を成形体中に浸
透させた。溶浸処理後の成形体には、１５重量％の未反
応ケイ素が残存していた。これを硝酸−フッ化水素酸混
合液に１時間浸漬して未反応ケイ素の一部を溶出させ、
最終的に炭素７２重量％、炭化ケイ素２２重量％、ケイ
素６重量％からなる多孔質材料を得た。

その特性は、気孔径７０〜１６０μ、気孔量３０　ｖｏ
１％、比抵抗５．００・ｃｍ、曲げ強度５　、３　ｋｇ
／ｃ♂であった。

〔発明の効果〕

ドライエツチング用プラズマ放電電極は、前述のように
エツチングガスに対する耐食性と通気性を備えているこ
とが必要であるが、本発明の材料は、ガスと接触する部
分が実質的に炭化ケイ素とケイ素とからなることにより
十分な耐食性と耐熱性を示し、しかも多孔質で通気性を
備えているから、特別の穿孔加工を施さなくても放電電
極として使用することができる。また、本発明の材料の
導電性は金属によるものではなくてケイ素相によるもの
であるから、使用中に重金属を遊離してシリコウェハー
を汚染したりする不都合がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多孔質導電性材料の断面図である。 １：炭素部分　　　　２：炭化ケイ素相３：ケイ素相　
　　　、４：気孔部分

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）独立の相を形成して三次元網目状に均一に分布す
   るケイ素および炭化ケイ素を含有し且つ微細な連通気孔
   を有する炭素質成形体よりなる多孔質導電性材料。
2. （２）かさ密度が１．０〜１．６ｇ／ｃｍ＾３の多孔質
   炭素質成形体を１４５０℃以上で溶融ケイ素と接触させ
   、成形体の気孔部分にケイ素を浸透させることにより炭
   素の表面を炭化ケイ素に変換すること、およびそのさい
   成形体中に未反応のケイ素および気孔を残存させること
   を特徴とする、請求項１記載の多孔質導電性材料の製造
   法。
3. （３）請求項１記載の導電性材料からなるドライエッチ
   ング用電極。