JPH02302033A - 炭素電極 - 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】 Ｌｌ上Ω皿二玉Ｉ 本発明は炭素電極、特にプラズマエツチング装置の電極
に好適する炭素電極に関する。

１旦肢盗 プラズマエツチング装置は、半導体素子製造過程等にお
けるエツチング工程に広く使用されている。

このプラズマエツチング装置の中には、上部電極と下部
電極とが装置本体内にて上下方向に互いに対向状に配設
されている形式のものがある。

この種のプラズマエツチング装置においては、前記上部
電極及び前記下部電極に高電圧が印加されると共に、前
記上部電極に形成されている通気孔からエツチングガス
が導入され、プラズマ雰囲気下、前記下部電極に載置さ
れている被エツチング試料に所定のエツチングが施され
る。

ところで、プラズマ雰囲気は高電圧が印加され高温状態
であるため、前記電極（上部電極及び下部電極）には耐
熱性が要求される。

そこで、従来においては、下部電極としてはシート状に
形成されたＡβ等の金属からなる金属電極が使用され、
上部電極としては耐熱性を有する多孔質黒鉛（炭素板）
からなる炭素電極が使用されている。

日が　゛しよ　とする課題 しかし、前記炭素電極を前記プラズマエツチング装置の
上部電極に使用した場合、以下に述べるような問題点が
あった。すなわち、 ■炭素電極を形成している黒鉛（炭素板）の結晶微粒子
は容易に脱落しやすく、特にプラズマが照射されるとス
パッタリング作用によりその離脱がさらに促進される傾
向にある。そして、前記結晶微粒子が炭素板から離脱し
、下部電極に載置されている被エツチング試料の上に落
下すると、該被エツチング試料が汚染される。

■黒鉛の製造過程、特に焼成過程において、黒鉛製造炉
の炉内に存在するＡｆ２、Ｎａ等の不純物元素が前記黒
鉛に混入するため、従来の黒鉛には一般に１００１）Ｉ
）１１１以上の灰分が含まれている。そして、この灰分
濃度は、焼成温度等を選択・調整することによりある程
度は抑えることが可能である。

しかし、黒鉛は一般に多孔質であるため、微量の不純物
元素を含有していても、プラズマ雰囲気中の熱により、
前記不純物元素は容易に黒鉛表面に拡散する。このため
、前記不純物元素とエツチングガスとが接触して該不純
物元素がエツチングガスに同伴され、該不純物元素が被
エツチング試料の表面に付着して該被エツチング試料が
汚染される。

等の問題点があった。

本発明はこれら問題点に鑑み、プラズマエツチング装置
の上部電極に使用しても被エツチング試料を汚染するこ
とがない炭素電極を提供することを目的とする。

。　　　パするための　「 上記目的を達成するために本発明に係る炭素電極は、多
数の通気孔を有する炭素板表面が熱分解炭素被膜で被覆
されていることを特徴としている。

さらに、前記炭素板の嵩密度としては１．５ｇ／ｃｍ３
以上であることが、また前記通気孔の孔径としては０．
５ｍｍ〜２．０ｍｍであることが好ましい。

また、前記通気孔の総面積が前記炭素板の面積の３〜２
０％に設定され、前記熱分解炭素被膜の膜厚が０．０５
ｍｍ〜ＬＯｍｍに設定されるのが望ましい。

さらに、前記炭素板を構成する黒鉛材料が等方性であっ
て、前記炭素板に含有される灰分が１０ｐｐｍ以下であ
ることが好ましい。

尚、本発明において、等方性とは結晶構造における等方
性をいい、この結果、成形された炭素板の各方向におけ
る特性、例えば熱膨張係数、固有抵抗、機械的強度等が
略同等で異方性が１．１以下、好ましくは１．０５以下
のものをいう。

■ 熱分解されて形成された熱分解炭素被膜は純度が高く、
緻密構造を有する。

したがって、上記構成によれば、多数の通気孔を有する
炭素板表面が熱分解炭素被膜で被１されているので、炭
素板を形成している黒鉛の結晶微粒子は熱分解炭素被膜
内に浸透することがなく、前記結晶微粒子の炭素板から
の離脱が防止される。

また、純度の高い緻密構造の熱分解炭素被膜が炭素板表
面に形成されているので、プラズマエツチング装置の上
部電極に使用した場合、たとえ炭素板に微量の不純物元
素が混入していても該不純物元素はエツチングガスと接
触する虞がな（、被エツチング試料が不純物元素によっ
て汚染されることはない。

また、上記炭素電極をプラズマエツチング装置に使用し
た場合、炭素板は一般に多孔質であるため、エツチング
操作時の減圧・常圧過程の繰り返しによって前記熱分解
炭素被膜にいわゆるピンホールが発生しやすくなる。そ
して、このピンホールから炭素板又は／及び熱分解炭素
被膜が侵蝕され、被エツチング試料に悪影響を及ぼし、
半導体素子の絶縁不良や腐食等の発生を招来する虞があ
る。

しかし、炭素板の嵩密度を１＝５ｇ／ｃｍ”以上に成形
することにより、多孔質からなる炭素板の微細空孔の数
が少なくなり、前記ピンホールの発生が抑制される。

また、通気孔の孔径が大きすぎると電極間の電界分布が
不均一となり、一方前記孔径が小さすぎると反応性ガス
の流通が悪くなる。

しかし、これら通気孔の孔径な０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ
に設定することにより、電極間の電界分布が均一化され
、均一な速度でエツチングを行なうことが可能となる。

また、通気孔の総面積が炭素板の面積に比べて小さすぎ
るときはエツチングガスの流通が悪くなり、一方通気孔
の総面積が炭素板の表面積に比べて大きすぎるときはエ
ツチングガスが流れやすくなりすぎ、エツチングガスの
流量分布の均一性を制御することが困難となる。

しかし、通気孔の総面積を炭素板の表面積の３〜２０％
に設定することによって、エツチングガスの流量分布の
均一化を図ることが可能となる。

また、熱分解炭素被膜の膜厚が薄すぎる場合はピンホー
ルの発生を促進する一方、熱分解炭素被膜の膜厚が厚す
ぎる場合は熱分解炭素被膜の厚み方向の熱膨張量の差が
大きくなるため通気孔の角部に亀裂等が発生しやすくな
る。

しかし、熱分解炭素被膜の膜厚を０．０５〜１．０ｍｍ
に設定することにより、前記ピンホールの発生や前記通
気孔角部における亀裂等の発生が抑制される。

また、等方性の黒鉛材料を使用し、さらに炭素板に含有
される灰分を１０ｐｐｍ以下の高純度に保つことにより
、高密度かつ高純度な熱分解炭素被膜の形成が可能とな
り、不純物元素による被エツチング試料への汚染がさら
に抑制される。

１血困 以下、本発明に係る実施例を図面に基づき詳説する。

第２図及び第３図において、１は炭素板であって、平面
視円形状に形成されると共に、鍔部２が形成され、さら
に該鍔部２の内側には凹部３が形成されている。また、
この凹部３には多数の通気孔４・・・が貫設されている
。本発明をプラズマエツチング装置に使用した場合、こ
れら通気孔４・・・がらエツチングガスが導入される。

本実施例ではこの通気孔４・・・の孔径は０．８ｍｍに
設定されている。

さらに、この炭素板１は、嵩比重が１．５６であって、
異方性１．０２を有して略等方向に成形されている。ま
た、焼成温度等の設定により灰分がｌＯｐｐｍ以下の高
純度とされている。また、この炭素板ｌは、２．３　Ｘ
ＩＯ”’／’Ｃの熱膨張係数を有している。

この熱膨張係数の数値は特に限定されるものではないが
、後述する熱分解炭素被膜５の亀裂等の防止を考慮して
熱分解炭素被膜５の熱膨張係数の数値に近いほど望まし
く、５．Ｉ　Ｘｌ０−’／”Ｃ以下が好ましい。

また、本実施例では通気孔４・・・の総面積は炭素板１
の面積の８％に形成されている。

しかして、第１図に示すように、炭素板１の表面（通気
孔４・・・の内面を含む）には熱分解炭素被膜５が形成
されている。本実施例では膜厚ｔが５０ｍμに形成され
ており、高密度かつ高純度なものとされている。

該熱分解炭素被膜５は、具体的には、炭素板１を加熱し
、炭化水素ガスや炭化水素化合物等の金属成分を含まな
いガスを該炭素板１の表面に流して熱分解させ、該ガス
を炭素板ｌの内部に含浸させることにより形成される。

そして、このように金属成分を含まないガスを炭素板１
表面で熱分解させることにより、金属成分等の不純物が
混入することもなく、灰分が１０ｐｐｍ以下の高純度を
有する熱分解炭素被膜５を形成することができる。しか
も炭素板１は前述の如く等方性であるため、高密度を有
する熱分解炭素被膜５を形成することができる。本実施
例では金属成分を含まないガスとしてプロパンガス及び
水素ガスを使用し、これらのガスを炭素板１の表面に流
して熱分解炭素被膜５を形成している。

そして、このように形成された炭素電極（本発明）と上
記熱分解炭素被膜５が形成されていない炭素電極（比較
例）との耐スパツタリング特性を反応性イオンエツチン
グ装置を使用して調べたところ、比較例においては黒鉛
結晶の微粒子が装置内に飛散して炭素板表面が粗くなり
、損耗するのに対し、本実施例に係る炭素電極において
は、黒鉛結晶の微粒子が炭素電極表面に析出せず、表面
状態にも変化が生じないことが確認された。尚、第１表
に上記耐スパツタリング試験の実験条件を示す。また、
比較例に使用した炭素電極は、熱分解炭素被膜５が形成
されていないこと以外は本実施例の炭素電極と同一の仕
様である。

（以下、余白） 第　　１　　表 また、８００〜１０００℃の温度範囲内で脱ガス量を測
定したところ、比較例の炭素電極においては、１．０〜
２．５　Ｘ　１０−”ｍｏｌ／ｇ−ａｔｏｍであったの
に対し、本実施例の炭素電極においては、２．０Ｘｔｏ
−３ｍｏｌ／ｇ−ａｔｏｍとなり大幅に減少しているこ
とが確認された。これは比較例においては炭素板１が多
孔質であるため、微量の不純物元素を含有していても該
不純物元素が炭素板表面に拡散してエツチングガスと接
触しやすいのに対し、本実施例の炭素電極は、高密度か
つ高純度の不浸透性熱分解炭素被膜５で炭素板１表面が
被覆されているので、エツチングガスの脱ガス量も減少
しているのである。つまり、炭素電極の表面を形成して
いる成分のエツチングへの同伴量が減少した結果、被エ
ツチング試料への汚染が抑制されることとなるのである
。

このように本実施例に係る炭素電極をプラズマエツチン
グ装置の上部電極に使用しても、被エツチング試料への
黒鉛結晶微粒子等の混入が防止され、所期の目的が達成
された。

尚、本発明は上記実施例に限定されることはなく要舌を
逸脱しない範囲において変更可能なことはいうまでもな
い。また、本発明に係る炭素電極の用途としてはプラズ
マエツチング装置の電極のみに限定されるものでないこ
とはいうまでもない。

また、本発明の炭素電極をプラズマエツチング装置の上
部電極として使用する場合においては、所望の微細パタ
ーンや高品質の電気的特性を有する半導体素子を得るた
め、嵩密度や通気孔の孔径等の数値は、「課題を解決す
るための手段」の項に記載した範囲内に設定することが
望ましい。

ｌ肛Ω苅盟 以上詳述したように本発明に係る炭素電極は、多数の通
気孔を有する炭素板表面が熱分解炭素被膜で被覆されて
いるので、黒鉛結晶の微粒子が炭素電極から脱落するこ
ともなくなり、プラズマエツチング装置に使用した場合
において、高品質の半導体素子等の製品を製造すること
が可能となり、製品の歩留まりが向上する。

また、炭素板の嵩密度を１．５ｇ／ｃｍ”以上に成形す
ることにより、炭素板における微細空孔の数が少なくな
り、前記熱分解炭素被膜におけるピンホールの発生が抑
制され、前記プラズマエツチング装置を使用して製造さ
れる半導体素子等の製品の絶縁不良や腐食等の発生が防
止され、歩留まりが向上すると共に信頼性の高い製品が
得られる。

さらに、前記通気孔の孔径を０．５ｍｍ〜２．０ｍｍに
設定することにより、電極間の電界分布が均一化され、
均一にエツチングを行なうことが可能となり、精度よく
エツチングを行なうことができる。

また、通気孔の総面積を炭素板面積の３〜２０％に設定
することによって、エツチングガスの流量分布が均一化
され、均一なエツチングを行なうことができる。

さらに、熱分解炭素被膜の膜厚を０．８５ｍｍ〜１．０
ｍｍに設定することにより、熱分解炭素被膜におけるピ
ンホールの発生や通気孔角部における亀裂等の発生を抑
制することができ、品質の低下を防止することができる
。

また、等方性黒鉛材料により炭素板を形成し、さらに該
炭素板に含有される灰分なｌｏｐｐｍ以下の高純度に保
つことにより、高密度かつ高純度な熱分解炭素被膜の形
成が可能となり、不純物元素による被エツチング試料へ
の汚染がさらに防止され、より高品質の製品を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る炭素電極の要部拡大断面図（第２
図のＡ部詳細図）、第２図は炭素電極の一部破断正面図
、第３図は炭素電極の平面図である。 １・・・炭素板、４・・・通気孔、５・・・熱分解炭素
被膜。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数の通気孔を有する炭素板表面が熱分解炭素被
   膜で被覆されていることを特徴とする炭素電極。
2. （２）炭素板の嵩密度が１．５ｇ／ｃｍ＾３以上である
   ことを特徴とする請求項１記載の炭素電極。
3. （３）通気孔の孔径が０．５ｍｍ〜２．０ｍｍであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の炭素電極。
4. （４）通気孔の総面積が炭素板の面積の３〜２０％であ
   ることを特徴とする請求項１記載の炭素電極。
5. （５）熱分解炭素被膜の膜厚が０．０５ｍｍ〜１．０ｍ
   ｍであることを特徴とする請求項１記載の炭素電極。
6. （６）炭素板を構成する黒鉛材料が等方性であって、前
   記炭素板に含有される灰分が１０ｐｐｍ以下であること
   を特徴とする請求項１記載の炭素電極。