CN109564869A - 电极用环 - Google Patents

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Abstract

其特征在于，具备3个以上圆弧状硅构件(38)、以及将所述硅构件(38)彼此接合的接合部，所述接合部含有氧化硼。

Description

电极用环
技术领域
本发明涉及电极用环。
背景技术
作为LSI等半导体集成器件制造中的蚀刻装置，采用使用等离子体的干式蚀刻装置。干式蚀刻装置中，作为蚀刻对象的晶圆配置在平面电极的阴极上，在向装置内导入了蚀刻气体的状态下，通过高频振荡器向对电极(阳极)与阴极之间施加高频电压，由此在电极之间产生蚀刻气体的等离子体。等离子体中的活性气体的正离子入射晶圆表面进行蚀刻。
在干式蚀刻装置内部，如果使用金属制构件，会引起金属污染，因此使用硅制构件。作为代表性的硅制构件，例如有包围作为蚀刻对象的晶圆的圆环形状的聚焦环(专利文献1)。聚焦环需要具有比作为蚀刻对象的晶圆更大的直径。目前主流的300mm晶圆用的硅制构件，是由直径为320mm以上的硅晶锭制作的，因此价格高。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2002-190466号公报
发明内容
如果不将硅制构件作为一体物制造，而是通过将多个硅构件接合进行制造，则能够由直径更小的硅晶锭进行制造，因此可期待制造成本的削减等各种优点。
本发明的目的是提供一种将多个硅构件接合而成的电极用环。
本发明涉及的电极用环，其特征在于，具备3个以上圆弧状硅构件、以及将所述硅构件彼此接合的接合部，所述接合部含有氧化硼。
本发明涉及的电极用环，其特征在于，具备3个以上圆弧状硅构件、将所述硅构件彼此接合的接合部、以及堵塞所述接合部的硅，所述接合部含有Al、Ga、Ge和Sn中的任一者，并且是与硅的共晶合金。
本发明涉及的电极用环，其特征在于，具备3个以上圆弧状硅构件、将所述硅构件彼此接合的接合部、以及堵塞所述接合部的硅，所述接合部含有氧化硼。
本发明涉及的电极用环，其特征在于，具备第1环体、第2环体、接合部和硅，所述第1环体具有3个以上第1圆弧状硅构件，所述第2环体与所述第1环体在同轴上重叠，具有3个以上第2圆弧状硅构件，所述接合部设置于所述第1环体与所述第2环体之间，所述硅堵塞所述第1圆弧状硅构件彼此的对接面之间和/或所述第2圆弧状硅构件彼此的对接面之间。
根据本发明，能够将从比聚焦环的外径小的晶圆切取的3个以上硅构件组合进行制造。因此，电极用环不需要使用比聚焦环的外径大的晶圆，能够相应地降低成本。
附图说明
图1是示意性地表示具备由本实施方式涉及的电极用环制作出的聚焦环的干式蚀刻装置的结构的剖视图。
图2是表示本实施方式涉及的电极用环的立体图。
图3是表示接合部的局部剖视图。
图4是表示硅构件的立体图。
图5是示意性地表示制造电极用环的装置的剖视图。
图6是表示变形例涉及的接合部的局部剖视图。
图7是表示变形例涉及的电极用环的立体图。
图8是表示另一变形例涉及的电极用环的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图1所示的干式蚀刻装置10，具备真空室12、上部电极板14、基台16和聚焦环18。上部电极板14是圆板状的构件，通过支持环20固定在真空室12内的上部。支持环20由作为绝缘构件的硅形成。上部电极板14具有在厚度方向上贯通的多个贯通孔15。上部电极板14与高频电源26电连接。上部电极板14与气体供给管24连接。从气体供给管24供给的蚀刻气体，从上部电极板14的贯通孔15向真空室12内流入，从排出口28向外部排出。
基台16设置在真空室12内的下部，其周围被接地环30包围。接地环30由作为绝缘构件的硅形成，并且接地。在基台16上设有聚焦环18。聚焦环18由作为绝缘构件的硅形成，支持晶圆22的周缘的凹部19在内侧的整个圆周形成。
干式蚀刻装置10中，如果通过上部电极板14供给蚀刻气体，从高频电源26施加高频电压，则会在上部电极板14与晶圆22之间产生等离子体。通过该等离子体蚀刻晶圆22表面。
本实施方式涉及的电极用环，能够应用于上述聚焦环18、支持环20、接地环30。电极用环不限定于上述聚焦环18、支持环20、接地环30。电极用环能够应用于设置在干式蚀刻装置10的真空室12内、被施加电压、或接地的硅构件。
参照图2，对作为聚焦环18用的构件的本实施方式涉及的电极用环进行说明。电极用环32具备第1环体34，所述第1环体34具有至少3个以上圆弧状硅构件38、以及设置于硅构件38彼此之间的接合部(本图中未图示)。硅构件38可以是单晶也可以是多晶，对于其制造方法、纯度、晶体取向等没有限定。
本图中，电极用环32具备第1环体34和第2环体36，所述第1环体34具有3个硅构件38，所述第2环体36与第1环体34同样地具有3个硅构件38。第1环体34和第2环体36，以硅构件38彼此的对接面37在圆周方向上错开的状态，在接合面39中在同轴上重叠。
如图3所示，接合部40设置于硅构件38彼此之间的至少一部分。本图中，接合部40设置于第1环体34与第2环体36的接合面39之间。接合部40是包含与硅形成共晶合金的金属的与硅的共晶合金。与硅形成共晶合金的金属是Al、Ga、Ge和Sn中的任一者(以下也称为“合金形成金属”)。Al、Ga、Ge和Sn在硅晶体中的扩散系数低，在硅构件内的扩散少，难以形成作为电气问题的深能级，并且没有环境问题，因此优选。Al的价格低，因此最优选。只要能够与硅形成共晶，对合金形成金属的纯度没有特别限定，优选为98％以上。
硅构件38优选厚度为1mm以上且50mm以下，宽度为10mm以上且100mm以下，如图4所示将接合面39中的不相邻的两个角的顶点42、44连结的线段的长度L为160mm以上且220mm以下。具有上述尺寸的硅构件38，能够从目前广泛流通的6英寸(15mm)晶圆用硅晶锭切取进行制作，因此成本优势高。
下面，对制造电极用环32的方法进行说明。首先对硅构件38进行表面处理。具体而言，通过研削和研磨等对硅构件38的表面进行加工，优选成为镜面。可以通过氢氟酸与硝酸的混合液等对硅构件38的表面进行蚀刻。作为混合液，可以使用JIS标准H0609规定的化学研磨液(氢氟酸(49％):硝酸(70％):乙酸(100％)＝3:5:3)等。
接着，将3个硅构件38呈环状排列。在硅构件38的对接面37彼此之间不产生间隙。然后，在该硅构件38的表面配置合金形成金属箔。关于合金形成金属箔的厚度，在熔解所需的能量少这一点上优选较薄。合金形成金属箔为了得到接合强度，优选为0.1～100μm，更优选为0.5～20μm。合金形成金属箔如果比上述下限值薄，则在将合金形成金属箔载置于接合面时容易破损。合金形成金属箔如果比上述上限值厚，则容易产生与硅的接合不充分的部分。接着，在合金形成金属箔上放置另外3个硅构件38。另外的硅构件38相对于之前配置的硅构件38，错开长度方向的长度的一半进行配置。如上所述，成为在之前配置的硅构件38上隔着合金形成金属箔重叠有另外的硅构件38的状态。
然后，从另外的硅构件38侧加热，生成包含硅和合金形成金属的熔解物。对于加热方法没有特别限定，可以通过电阻加热、光加热等进行。在容易使加热部位移动，并且容易根据供给的电力改变加热量这一点上，优选光加热，例如可使用各种灯、激光。
本实施方式中，可以使用图5所示的装置。本图所示的装置，具备至少一组灯48和将该灯48射出的光汇集在一起的集光部50。作为灯48，可以使用红外线晶体生长装置通常使用的氙气灯、卤素灯。作为输出，优选为1～30kW左右。
加热从另外的硅构件38的上侧进行。只要是上侧即可，不限定于与另外的硅构件38垂直的方向上侧，也可以是从斜上侧起进行加热。通过加热，首先使合金形成金属箔熔解，生成金属熔解物。接着，与该金属熔解物接触的硅构件38的接合面被该金属熔解物侵入，生成包含硅的熔解物。如果停止加热使温度降低，则该熔解物一边形成包含共晶的合金相一边凝固，完成接合。例如在使用Al箔的情况下，能够通过加热至800℃左右，充分地将硅构件38彼此接合。
集光区域通常直径为10～30mm左右。通过使该灯的发光位置从椭圆镜的焦点偏移，集光区域扩大30～100mm左右。通过集光区域扩大，能够增大加热范围。优选使该集光区域对金属箔和硅构件38的整个表面全体进行扫描加热。
接着，通过使包含硅和合金形成金属的熔解物冷却并固化，生成包含共晶合金的接合部40。通过以上，能够将硅构件38彼此接合，制造电极用环32。
合金形成金属为Al的情况下，如果冷却至大约577℃，则会生成包含Al-硅共晶物(12.2原子％Al)的接合部40。冷却速度根据所使用的合金形成金属而有所不同，在使用Al的情况下，优选控制为10～100℃/分钟。如果冷却速度低于所述下限值，则冷却时间变长，效率变差。如果冷却速度大于所述上限值，则在接合部40中有残留应变的倾向。冷却速度可以通过以下方式进行控制：在合金形成金属箔的熔解完成之后，使加热手段的输出缓缓降低，在推测为接合部40的温度低于共晶物的熔解温度时停止加热。这样的加热温度的控制，例如可以将与实际要贴合的硅构件38同样形状的热电偶设置在硅构件38彼此之间，预先测定加热手段的功率与温度的关系，基于该测定结果进行。
上述通过加热实现的熔解物的生成、通过冷却实现的包含共晶合金的接合部40的生成，为了防止合金形成金属和硅的氧化，优选在10～200torr(约1333～26664Pa)的氩气气氛的腔室内进行。也可以不使用氩气，通过减压来防止氧化，但如果进行减压则有时会引起硅的蒸发，对腔室内造成污染，因此不优选。另外，也可以通过氮气防止氧化，但在1200℃以上会引起硅的氮化，因此不优选。
在硅构件彼此的对接面37之间，优选将对接面37附近的硅加热使其熔融从而进行堵塞。通过将对接面37之间使硅融合而进行堵塞，能够防止露出共晶合金。
如上所述得到的电极用环32，通过机械加工在内侧的整个圆周形成凹部19，由此能够成为聚焦环18。
电极用环32可以通过将从比聚焦环18的外径小的晶圆用硅晶锭切取的3个以上硅构件38组合而进行制造。因此，电极用环32不需要使用比聚焦环18的外径大的晶圆用硅晶锭，从而能够相应地降低成本。
(变形例)
本发明并不限定于上述实施方式，可以在本发明的主旨的范围内适当变更。
上述实施方式中，对电极用环32具备在同轴上重叠的第1环体34和第2环体36的情况进行了说明，但本发明不限于此。例如，电极用环可以仅具备第1环体。该情况下，如图6所示，硅构件52、54彼此的对接面55优选具有连续的两个直角的弯曲。通过对接面55具有两个弯曲，接合部56的面积增加，因此与不具有弯曲的情况相比，能够提高接合强度。
如图7所示，电极用环58可以设为在图2所示的电极用环32的内周面还具备3个以上圆环状硅内周构件60。本图中，通过电极用环58在圆周方向上具备3个、在轴方向上重叠两个、合计具备6个硅内周构件60，能够容易地形成内径更小的聚焦环18。
如图8所示，电极用环62可以设为在图2所示的电极用环32的外周面还具备3个以上圆弧状硅外周构件64。本图中，通过电极用环62在圆周方向上具备3个、在轴方向上重叠两个、合计具备6个硅外周构件64，能够容易地形成外径更大的聚焦环18。
上述实施方式中，对使用合金形成金属箔将硅构件38彼此接合的情况进行了说明，但本发明不限于此。也可以使用合金形成金属的粉体或粒子将硅构件38彼此接合。在低熔点金属Ga的情况下，可以使用直接涂布于硅构件38的表面而形成的膜。
对于在对接面37之间以不形成间隙的方式排列，在接合面中形成接合部之后使硅融合而进行堵塞的情况进行了说明，但本发明不限于此。例如，可以在对接面配置合金形成金属箔，在对接面之间也形成接合部。沿着对接面37在垂直方向上配置的合金形成金属箔，可以通过从垂直方向倾斜约30度左右的斜上方起开始加热而熔融，成为接合部。
上述实施方式中，对接合部40包含合金形成金属的情况进行了说明，但本发明不限于此，也可以包含氧化硼。以下，对接合部40包含氧化硼的情况下的电极用环的制造方法进行说明。
首先，将与上述实施方式同样地进行了表面处理的3个硅构件呈环状排列。接着，将该硅构件加热至第1温度(180～280℃)，向硅构件的接合面的至少一部分供给由粒子状的硼酸(B(OH)3)构成的起始原料。硅构件能够通过使用一般的电阻加热器的加热手段进行加热。接合面的温度为180～280℃，因此在该接合面上发生硼酸的脱水反应。水在10～60秒左右从硼酸中脱离，生成偏硼酸(HBO2)。偏硼酸在脱离的水中溶解，成为富含流动性的液体状物。
在硅构件的温度过低的情况下，无法使水从硼酸中脱离而得到偏硼酸。另一方面，如果硅构件的温度过高，则水会急剧地从硼酸中脱离。由此，供给到硅构件的接合面的硼酸飞散，或立即生成固化的偏硼酸。如果第1温度为180～280℃，则能够更加切实地得到偏硼酸。第1温度优选为200～240℃。
作为由粒子状的硼酸构成的起始原料，可以原样使用直径为0.1～2mm的颗粒状的市售品。通过将由直径为0.1～2mm的硼酸构成的起始原料向被加热至第1温度的硅构件的表面供给，能够形成如后所述的包含偏硼酸的层。硼酸优选对硅构件的表面的一部分逐量供给。
通过用刮刀将水从硼酸中脱离而生成的液体状物延展，得到包含偏硼酸的层。如上所述对硅构件的接合面逐量供给作为起始原料的硼酸，每一次都将生成的液体状物进行延展，由此能够在接合面上形成均匀的包含偏硼酸的层。作为刮刀，通过使用将晶圆切断而得到的物质，能够避免杂质混入包含偏硼酸的层。
包含偏硼酸的层的厚度优选为1mm以下，更优选为0.1～0.5mm。包含偏硼酸的层的厚度越薄，在之后的工序中加热时，能够抑制由脱水反应导致的泡的产生。包含偏硼酸的层的厚度可以通过控制供给的作为起始原料的硼酸的量来进行调整。
将在接合面上形成有包含偏硼酸的层的硅构件加热，升温至第2温度(500～700℃)。其结果，水进一步从偏硼酸中脱离，得到包含氧化硼(B2O3)的熔融物。在第2温度过高的情况下，在之后的工序中冷却时，由于氧化硼与硅的热膨胀系数的差异，硅构件有可能产生裂缝。如果第2温度为500～700℃，则能够更切实地得到包含氧化硼的熔融物。第2温度优选为550～600℃。
在硅构件的接合区域中生成的包含氧化硼的熔融物之上，将进行了表面处理的另外的硅构件进行压合。对于压合时的压力没有特别限定，可以适当设定。在硅构件的宽度为30mm左右的情况下，可以隔着绝热材料用手按压，将硅构件与另外的硅构件接合。
通过使氧化硼的熔融物固化，硅构件与另外的硅构件由氧化硼的层接合。熔融物例如通过在室温下放置而进行固化。通过如以上这样生成接合部，能够制造电极用环。
可以不在硅构件的接合面的整个区域形成包含偏硼酸的层，而是沿着接合面的外缘呈框状形成包含偏硼酸的层。框状的包含偏硼酸的层的宽度可以设为5～10mm。在框状的包含偏硼酸的层的内侧的区域配置合金形成金属箔。可以在将合金形成金属箔配置于内侧的区域之前，将框状的包含偏硼酸的层冷却，对表面进行研磨从而减小厚度。在硅构件的接合面上形成框状的包含偏硼酸的层，并配置合金形成金属箔之后，配置另外的硅构件，加热至共晶温度以上且700℃以下。通过加热，合金形成金属与硅形成共晶，由此能够将硅构件彼此更牢固地接合。在此形成的共晶合金，会被框状的氧化硼的层包围，因此金属扩散而成为污染源的可能性小。
电极用环可以通过以下方式制造：选择性地加热硅构件彼此之间的接合面，使接合面附近的硅熔融，将硅构件彼此融合。
附图标记说明
32 电极用环
34 第1环体
36 第2环体
37 对接面
38 硅构件
40 接合部
52、54 硅构件
55 对接面
56 接合部
58 电极用环
60 硅内周构件
62 电极用环
64 硅外周构件

Claims (12)

1.一种电极用环，其特征在于，
具备3个以上圆弧状硅构件、以及将所述硅构件彼此接合的接合部，
所述接合部含有氧化硼。
2.根据权利要求1所述的电极用环，其特征在于，
所述接合部含有Al、Ga、Ge和Sn中的任一者，并包含与硅的共晶合金。
3.根据权利要求1或2所述的电极用环，其特征在于，
在内周面具备3个以上圆弧状硅内周构件，
在所述硅构件与所述硅内周构件之间具备所述接合部。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的电极用环，其特征在于，
在外周面具备3个以上圆弧状硅外周构件，
在所述硅构件与所述硅外周构件之间具备所述接合部。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的电极用环，其特征在于，
将所述硅构件的不相邻的两个角的顶点连结的线段的长度为160mm以上且220mm以下。
6.一种电极用环，其特征在于，
具备3个以上圆弧状硅构件、将所述硅构件彼此接合的接合部、以及堵塞所述接合部的硅，
所述接合部含有Al、Ga、Ge和Sn中的任一者，并且是与硅的共晶合金。
7.一种电极用环，其特征在于，
具备3个以上圆弧状硅构件、将所述硅构件彼此接合的接合部、以及堵塞所述接合部的硅，
所述接合部含有氧化硼。
8.一种电极用环，其特征在于，
具备第1环体、第2环体、接合部和硅，
所述第1环体具有3个以上第1圆弧状硅构件，
所述第2环体与所述第1环体在同轴上重叠，具有3个以上第2圆弧状硅构件，
所述接合部设置于所述第1环体与所述第2环体之间，
所述硅堵塞所述第1圆弧状硅构件彼此的对接面之间和/或所述第2圆弧状硅构件彼此的对接面之间。
9.根据权利要求8所述的电极用环，其特征在于，
所述第1圆弧状硅构件彼此的对接面与所述第2圆弧状硅构件彼此的对接面在圆周方向上错开。
10.根据权利要求8或9所述的电极用环，其特征在于，
所述接合部含有Al、Ga、Ge和Sn中的任一者，并且是与硅的共晶合金。
11.根据权利要求8或9所述的电极用环，其特征在于，
所述接合部含有氧化硼。
12.根据权利要求7或11所述的电极用环，
所述接合部含有Al、Ga、Ge和Sn中的任一者，并包含与硅的共晶合金。
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