JP2003257807A - シリコン加工品の製造方法およびシリコン加工品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望の立体形状に加工された機械的強度に優
れ重金属汚染等の問題を生じないシリコン加工品を安価
で提供する。 【解決手段】 シリコン加工品の製造方法であって、少
なくとも２つのシリコン部品同士を、融着または貼り合
わせ法により接合面で接合してシリコン加工品を製造す
るシリコン加工品の製造方法。およびシリコン加工品で
あって、少なくとも２つのシリコン部品同士が、融着ま
たは貼り合わせ法により接合面で接合されて成るもので
あるシリコン加工品。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体デバ
イス製造工程のドライエッチング装置等のプラズマ装置
に用いられるシリコン加工品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス製造工程には、シリコン
ウエーハに回路パターンを形成するエッチングなどの工
程がある。これらの工程には最近になり、プラズマドラ
イエッチングやプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖ
ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等のプラズマ装置が
種々使用されている。これらのプラズマ装置に使用され
る部品や治具類は、製造される半導体デバイスの歩留ま
りや性能等に悪影響を与えないような材質の部品が種々
使用されている。

【０００３】たとえば、特開２００１−７７０９６号公
報ではウエーハ昇降装置の材質をガラス状カーボン製に
するということが示されているし、特開２００１−１０
７２３９号公報ではＣＶＤ−ＳｉＣによる耐食性部材が
例示されている。しかし、ガラス状カーボンという材質
は、プラズマに対する耐性が劣り、プラズマにより消耗
するとパーティクルが発生するという問題が生じてしま
う。また、ＣＶＤ−ＳｉＣという材質はプラズマに対す
る耐性が良く、金属不純物も少ないという利点を持つ
が、その製造プロセスから非常に高価なものになるとい
う問題点を有していた。

【０００４】また、単純にプラズマに対する耐性、コス
トを考えた場合、いわゆる広義のセラミックス材料が多
種提案され、使用されているが、これらにはセラミック
スの原料や焼結助剤等から発生する金属不純物による汚
染の問題がある。また、焼結体セラミックスの場合には
パーティクル発生という問題点があるし、ＣＶＤセラミ
ックスの場合には非常にコストアップになるという課題
も解決されていない。

【０００５】これらの課題を解決する手段として、処理
されるウエーハと全く同材質のシリコンを用い、各種の
加工を施して目的用途にあった形状としたシリコン加工
品を半導体デバイス製造装置等の部品として使用すると
いう手段が提案されている。このシリコン製のシリコン
加工品を部品として用いた例は、特開平１１−９２９７
１号公報や特開平１１−６７７４０号公報に例示されて
いる。このようなシリコン加工品は、シリコンウエーハ
と同一の素材であり、金属不純物の発生もなく、シリコ
ンウエーハと同様な洗浄を行えばパーティクルも極めて
少なくなる等の優れた特徴をもつ。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、ガラ
ス状カーボンやセラミックス材料のかわりにシリコン製
のシリコン加工品を半導体デバイス製造装置等の部品と
して用いようとした場合、このシリコンに穴をあけた
り、溝をほったりする成形加工は容易にできるのである
が、立体的に接合を要するような形状を実現するのが極
めて困難であった。たとえば円盤状の板に長い丸棒が必
要な部品をつくるときなど、一体構造のものとして作製
しようとすると、大きなブロック状のものからすべてを
加工して切り出したりする方法を採るしかなく、素材の
ロスが大きく、素材のコストが非常に大きくかかるとい
う欠点を持っていた。

【０００７】このように、一体物として素材ブロックか
らすべてを加工によりシリコン加工品を製作するのでは
なく、シリコンの部品同士を接合して組み立てる方法も
考えられる。このシリコン部品同士を接合する方法とし
て、部品と部品の間にたとえば金箔などの金を挿入し、
熱処理を行って接合する方法もある。しかし、接合部分
にこのような金属を使用すると、半導体デバイスの製造
工程で使用した場合、金属不純物汚染の発生源となり、
デバイス製造歩留まりを低下させる原因となるため、こ
のような方法は好ましくない。

【０００８】このような金属を用いた接着・接合を行わ
ずに、単にシリコン部品にホゾ切り等を施したり、ネジ
等により組み立てる方法も考えられる。しかし、シリコ
ンは容易にカケを発生する素材であり、ネジリの応力に
も極めて弱いという欠点を持つため、このような手法を
取ることは難しいという問題があった。

【０００９】本発明は、かかる問題点を解決するために
為されたものであり、所望の立体形状に加工された、機
械的強度に優れ重金属汚染等の問題を生じないシリコン
加工品を安価で提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに為された本発明は、シリコン加工品の製造方法であ
って、少なくとも２つのシリコン部品同士を、融着また
は貼り合わせ法により接合面で接合してシリコン加工品
を製造することを特徴とするシリコン加工品の製造方法
である（請求項１）。

【００１１】このように本発明では、少なくとも２つの
シリコン部品を組み合せてシリコン加工品とする。その
ため、素材のロスが最小限となるように、完成品を構成
する部品となるシリコン部品を作製し、これらを組み立
てることにより、完成品である立体的に複雑な形状のシ
リコン加工品を安価で得ることができる。さらに、本発
明の方法では、シリコン部品同士の接合は、融着または
貼り合わせ法により接合面で行なう。そのため、従来の
金箔等を挿入してから熱処理を施す方法のように重金属
汚染を生じることがないし、ネジやホゾ切りにより組み
立てる方法のようにカケが生じることもなく、十分な機
械的強度を保つことができる。

【００１２】なお、本発明でいうシリコン加工品とは、
例えば、プラズマエッチング装置等の上部電極や、下部
電極のまわりにおかれるリングをはじめ、他のプラズマ
装置あるいは他の半導体デバイス製造装置で使用される
ウエーハを押さえつけるクランパーやプラズマ装置のチ
ャンバー、シリコンウエーハを加熱するために使用され
るシリコンのヒーター、その他の部品や治具であって材
質がシリコンであるすべての物を含んでいる。

【００１３】この場合、前記融着は、前記シリコン部品
同士を接合面で当接させ、高周波加熱またはレーザ照射
を施すことにより行うことが好ましい（請求項２）。こ
のような方法であれば、容易に接合面のみをわずかに溶
かし、効率良くシリコン部品同士を接合することがで
き、接合強度も良好なものとなる。

【００１４】また、前記貼り合わせ法は、前記シリコン
部品の各接合面を鏡面化し、該鏡面化した接合面同士を
貼り合わせた後、熱処理を施すことにより行うことが好
ましい（請求項３）。このような方法であれば、簡単な
方法でシリコン部品同士を接合することができ、接合強
度も良好なものとすることができる。

【００１５】この場合、前記接合面を鏡面化した後、接
合面の片方または両方に酸化膜を形成して、接合面を貼
り合わせることが好ましい（請求項４）。このように、
接合面を鏡面化した後、接合面に酸化膜を形成して、接
合面を貼り合わせるようにすれば、酸化膜があたかも糊
のような働きをするため、接合強度を向上させることが
できる。

【００１６】この場合、前記シリコン部品として単結晶
シリコンから成るシリコン部品を用いることが好ましい
（請求項５）。このように、シリコン部品として単結晶
シリコンから成るシリコン部品を用いれば、所望の形状
に加工することが容易となる。また、例えば製造された
シリコン加工品をプラズマ装置内のようなシリコンが消
耗する環境で使用したとしても、消耗する速度がシリコ
ン表面で均一となるため、装置部品として問題が生じに
くくなるという利点があるからである。

【００１７】この場合、本発明の製造方法は、半導体デ
バイス製造装置に使用されるシリコン加工品を製造する
ことが好ましく（請求項６）、前記半導体デバイス製造
装置はプラズマ装置であることが好ましい（請求項
７）。

【００１８】本発明の製造方法は、高温でもパーティク
ルや重金属不純物汚染を生じにくく十分な強度のシリコ
ン加工品を製造することができるため、半導体デバイス
製造装置に使用されるシリコン加工品を製造する場合に
適している。特に半導体デバイス製造装置がプラズマ装
置である場合は、プラズマによりシリコン加工品が消耗
し、代替品が必要となった場合でも、本発明の製造方法
はシリコン加工品を安価に製造することができるため、
適したものである。

【００１９】また本発明の製造方法により製造されたシ
リコン加工品は（請求項８）、例えば、シリコン加工品
であって、少なくとも２つのシリコン部品同士が、融着
または貼り合わせ法により接合面で接合されて成るもの
であることを特徴とするシリコン加工品である（請求項
９）。

【００２０】このようにシリコン加工品が、２つ以上の
シリコン部品を組み立てて製造されたものであれば、一
体物としてブロックから切り出されたものと異なり、製
造時の素材のロスが少ないため、安価なものとなる。さ
らに、シリコン部品同士の接合は、融着または貼り合わ
せ法により接合面で接合されているものであるため、重
金属汚染やカケ等の問題は生じにくく、機械的強度も良
好なものとなる。

【００２１】前記融着による場合は、前記シリコン部品
同士を接合面で当接させ、高周波加熱またはレーザ照射
を施すことにより行われたものであることが好ましい
（請求項１０）。このように、融着が接合面を当接さ
せ、高周波加熱またはレーザ照射を施すことにより行わ
れたものであれば、接合強度は良好であり、安価なもの
となる。

【００２２】また、前記貼り合わせ法による場合は、前
記シリコン部品の各接合面を鏡面化し、該鏡面化した接
合面同士を貼り合わせた後、熱処理を施すことにより行
われたものであることが好ましい（請求項１１）。この
ように貼り合わせ法が行われたものであれば、接合強度
は良好であり、シリコン加工品は安価なものとなる。

【００２３】この場合、前記接合面を鏡面化した後、接
合面の片方または両方に酸化膜を形成して、接合面同士
が貼り合わされたものであることが好ましい（請求項１
２）。このように、貼り合わせ法において、接合面の鏡
面化後、接合面に酸化膜を形成してから、接合面同士が
貼り合わされたものであれば、酸化膜の作用により、接
合強度はさらに強いものとなる。

【００２４】この場合、前記シリコン部品は単結晶シリ
コンから成るものであることが好ましい（請求項１
３）。このように、シリコン部品が単結晶シリコンから
成るものであれば、例えば、シリコン加工品がプラズマ
装置内で使用され、シリコン表面が消耗するような場合
であっても、プラズマで消耗する速度がシリコン面内で
均一となるため、装置部品として使用する際に問題が生
じにくくなる。

【００２５】この場合、本発明のシリコン加工品は、半
導体デバイス製造装置に使用されるシリコン加工品であ
ることが好ましく（請求項１４）、特に前記半導体デバ
イス製造装置はプラズマ装置であることが好ましい（請
求項１５）。このように本発明のシリコン加工品は高温
の使用条件においても、パーティクルや重金属不純物汚
染を生じにくいため、半導体デバイス製造装置で使用さ
れる場合に特に適している。特に半導体デバイス製造装
置がプラズマ装置である場合は、シリコン加工品がプラ
ズマにより消耗した場合でも、本発明のシリコン加工品
は安価なものとできるので、代替品の交換も低コストで
行うことができる。

【００２６】以下、本発明をさらに詳細に説明する。本
発明は、従来のシリコン加工品における問題点を解決す
べく検討を行い完成したものである。シリコン加工品
は、半導体デバイス製造装置の部品材料として用いた場
合、金属不純物を生じにくくパーティクルが少なくなる
等の優れた特徴を持つ反面、従来は所望の形状を持つ加
工品にするのが難しいという欠点を有していた。

【００２７】この場合、一体物として、シリコン原料ブ
ロックから切削加工等により所望形状を切り出す方法で
は、素材のロスが多く、コスト高となってしまう欠点が
ある。一方、シリコンの部品同士を接合して組み立てて
完成品を製造する方法は、素材のロスを少なくできると
いう利点はあるものの、従来用いられていた接合方法で
は、金属汚染を招いたり、部品のカケ等を招くという問
題があり、実用としては採用されていなかった。

【００２８】そこで本発明者は、シリコン部品同士を接
合して組み立てる方法の利点に着目し、シリコン部品同
士の接合方法に改良を加えることにより、この方法を実
用化することを発想した。具体的な接合方法として、本
発明者はシリコン部品同士を接合面で融着することとし
た。このような融着による接合方法は、シリコン部品同
士の接合については従来用いられていなかった手法であ
るが、本発明者らが検討を行ったところ、非常に有効で
あることが判った。このような方法であれば、シリコン
部品以外の金箔等の結合材を用いないため、金属汚染の
問題は生じない。また、接合面同士の溶着であるため、
ネジやホゾ切り等を用いる方法では生じていたカケの発
生も回避できる。さらに十分な接合強度を得ることもで
きる。

【００２９】また本発明者は、接合方法として貼り合わ
せ法を用いることを発想した。貼合わせ法はＳＯＩ（Ｓ
ｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエーハの
製造では知られている技術であるが、シリコン加工品の
接合には従来用いられていなかったものである。この貼
り合わせ法によっても、金属汚染やカケ等の問題は生じ
ず、接合強度も良好なものとすることができる。本発明
はこのような基本思想に基づき、諸条件を検討の結果、
完成したものである。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、詳細に説明するが本発明はこれに限定されるもので
はない。本発明において、シリコン部品を形成するシリ
コンは、多結晶のシリコンでも良いし、単結晶のシリコ
ンでも構わない。しかし、例えばプラズマ中で使用さ
れ、このシリコンが消耗等するのであれば、単結晶シリ
コンを使用する方が望ましい。単結晶シリコンを使用す
れば、プラズマで消耗する速度がシリコン面内で分布を
起こしたりせずに均一に消耗するため問題が生じにく
く、加工も簡単である等の利点があるからである。シリ
コンの比抵抗や酸素濃度、純度等は適宜使用に適したも
のを採用すれば良い。

【００３１】シリコンをシリコン部品に加工する際に
は、例えばマシニングセンターやグラインディングセン
ター等を使用し、ツールとしてはダイヤの刃物がついた
ものを使用すれば所望の形状に加工をすることが出来
る。適宜、ラップやポリッシュ等要求されるレベルに応
じた表面粗さに仕上げれば良い。

【００３２】また、シリコンウエーハを洗浄するのと同
様な酸洗浄やアルカリ洗浄、純水洗浄等を実施すればシ
リコン部品表面に付着する不純物、パーティクル等を落
とすことができ、デバイス製造工程中で使用しても、不
純物汚染やパーティクルの発生原因にならないため好ま
しい。

【００３３】次に、２つの部品から作られるシリコン加
工品の部品同士の接合について詳述する。一つのシリコ
ン製のシリコン部品と他方のシリコン部品同士を接合面
で当接させる。この当接させた部分に高周波加熱を施し
たり、レーザ照射を行う等して接合部分のシリコンをわ
ずかに溶かす。これを冷却することにより、２つのシリ
コン部品が接合することとなる。この際には、接合面に
不純物が混入しないように真空中や窒素雰囲気中で加熱
を行ったりすることが一層望ましい。また、例示した方
法以外の方法でシリコン部品同士を融着しても構わな
い。

【００３４】また、近年シリコンウエーハにおいて、貼
り合わせ法によりウエーハ同士を接合してＳＯＩウエー
ハを製造する技術が一般に良く知られている。これは、
きれいに磨かれたシリコンウエーハ同士を重ね合わせて
熱処理を行うことにより貼り付けを行うものである。本
発明においてもこの接合方法を応用してシリコン部品同
士を接合することができる。この場合、各接合面を鏡面
化し、この鏡面化した接合面同士を貼り合わせた後、熱
処理を行うようにすれば良い。なお、この接合の前に極
めてきれいに洗浄を施さないと原子レベルでの接合が難
しくなる。

【００３５】この貼り合わせ法によりシリコン部品同士
の接合を行う場合は、接合面を鏡面化した後に、接合面
の片方または両方に酸化膜を形成して、接合面を貼り合
わせることにより接合処理をしても良い。この方法をと
った場合、酸化膜があたかも糊のような働きをするた
め、接合強度を上げることができる。

【００３６】前述のように本発明におけるシリコン加工
品は、プラズマエッチング装置の上部電極、下部電極の
まわりにおかれるリング、他のプラズマ装置や他の半導
体デバイス製造装置でも使用されるクランパー、プラズ
マ装置チャンバー、シリコンヒーター等の材質がシリコ
ンであるすべての部品、治具を含んでいる。これらの加
工品は従来、一体物として構成されていることが多かっ
た。しかし、本発明によれば、立体的な形状のシリコン
加工品を製作する場合などは、少なくとも２つのシリコ
ン部品で構成し、シリコン部品間に何もはさみこまなく
て接合を行って、これらを組み立てて、所望形状のシリ
コン加工品を完成させることができる。また、チャンバ
ーなどのように、大型のシリコン加工品が必要になった
場合などでも、小さいシリコン部品を組み合せて、いく
つも接合をおこなっていき、所望形状のシリコン加工品
を作製をするようにすれば良い。また、本発明では、ネ
ジによる接合等のように、各シリコン部品にネジ切り等
複雑な加工をする必要がなく、きわめて単純形状のもの
とできるので、各構成部品を簡単かつ低コストで作製で
きるという利点もある。

【００３７】

【実施例】以下、本発明を実施例および比較例を挙げて
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。 （実施例１）直径３００ｍｍで長さ３００ｍｍの単結晶
シリコンインゴットから２００ｍｍ×２００ｍｍ×５ｍ
ｍという寸法の角板を１枚作製した。これとは別に直径
２００ｍｍで長さ２５０ｍｍの単結晶シリコンインゴッ
トから直径５０ｍｍ×２００ｍｍの丸棒を４本作製し
た。この後に角板の４隅に各々の丸棒をその端面を接合
面として当接させ、この接合部分にＣＯ_２レーザを照射
した。このレーザにより、角板と丸棒の当接部分が一部
溶融を起こした。その後、レーザの照射を停止すると溶
融されたシリコンが凝固をおこし、この4本の丸棒が角
板に接合していることが確認された。こうして図１に示
したような角板１と丸棒２からなるシリコン台を作製す
ることができた。

【００３８】（実施例２）実施例１と同様にして、単結
晶シリコンから成る角板と丸棒を用意する。角板の接合
面をラップおよび、ポリッシュを行い、アンモニア過水
洗浄、フッ硝酸による酸洗浄、純水洗浄をほどこしたの
ちＩＰＡの蒸気にて乾燥を行って鏡面化した。丸棒４本
の端面についても上記の角板と同様にポリッシュ加工を
行い、各種洗浄を行って鏡面化した。このうち２本の丸
棒については、酸素雰囲気中で加熱を行い、表面に酸化
膜を作製した。この４本の丸棒を前述した実施例と同様
に角板の４隅にたて、窒素雰囲気の炉中にセットをし
た。その後、１１００℃まで窒素雰囲気中で加熱を行っ
た。十分冷却した後にこの丸棒つきの角板を炉中から取
り出したところ、強固に接着されていることが確認され
た。こうして、実施例１と同様のシリコン台を作製する
ことができた。

【００３９】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【００４０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
シリコン加工品が少なくとも２つのシリコン部品より作
られ、それぞれのシリコン部品同士が接合されて形成さ
れるため、より自由な形状のシリコン加工品を安価で提
供することが出来るようになる。また、シリコン部品同
士の接合が、融着や貼合わせ法により行われているた
め、重金属等の不純物が入り込むことがなく、カケが生
じることも防止できるため半導体デバイスの製造歩留ま
りを低下させることがないという優れた特徴をもつこと
ができる。また、各構成部品の形状を単純化できるた
め、高精度、低コストのものを提供することができる。
そして本発明によれば、デバイス製造工程で処理される
シリコンウエーハと全く同一の材質であり、極めて純度
が高く、汚染もすくない、安価なシリコン加工品を提供
することが出来るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるシリコン加工品の一例を示す図
である。

【符号の説明】

１…角板、 ２…丸棒。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン加工品の製造方法であって、少
   なくとも２つのシリコン部品同士を、融着または貼り合
   わせ法により接合面で接合してシリコン加工品を製造す
   ることを特徴とするシリコン加工品の製造方法。
2. 【請求項２】 前記融着は、前記シリコン部品同士を接
   合面で当接させ、高周波加熱またはレーザ照射を施すこ
   とにより行うことを特徴とする請求項１に記載のシリコ
   ン加工品の製造方法。
3. 【請求項３】 前記貼り合わせ法は、前記シリコン部品
   の各接合面を鏡面化し、該鏡面化した接合面同士を貼り
   合わせた後、熱処理を施すことにより行うことを特徴と
   する請求項１に記載のシリコン加工品の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のシリコン加工品の製造
   方法であって、前記接合面を鏡面化した後、接合面の片
   方または両方に酸化膜を形成して、接合面を貼り合わせ
   ることを特徴とするシリコン加工品の製造方法。
5. 【請求項５】 前記シリコン部品として単結晶シリコン
   から成るシリコン部品を用いることを特徴とする請求項
   １ないし請求項４のいずれか１項に記載のシリコン加工
   品の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれか１項
   に記載のシリコン加工品の製造方法であって、半導体デ
   バイス製造装置に使用されるシリコン加工品を製造する
   ことを特徴とするシリコン加工品の製造方法。
7. 【請求項７】 前記半導体デバイス製造装置はプラズマ
   装置であることを特徴とする請求項６に記載のシリコン
   加工品の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項１ないし請求項７のいずれか１項
   に記載の製造方法により製造されたものであることを特
   徴とするシリコン加工品。
9. 【請求項９】 シリコン加工品であって、少なくとも２
   つのシリコン部品同士が、融着または貼り合わせ法によ
   り接合面で接合されて成るものであることを特徴とする
   シリコン加工品。
10. 【請求項１０】 前記融着による場合は、前記シリコン
    部品同士を接合面で当接させ、高周波加熱またはレーザ
    照射を施すことにより行われたものであることを特徴と
    する請求項９に記載のシリコン加工品。
11. 【請求項１１】 前記貼り合わせ法による場合は、前記
    シリコン部品の各接合面を鏡面化し、該鏡面化した接合
    面同士を貼り合わせた後、熱処理を施すことにより行わ
    れたものであることを特徴とする請求項９に記載のシリ
    コン加工品。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載のシリコン加工品で
    あって、前記接合面を鏡面化した後、接合面の片方また
    は両方に酸化膜を形成して、接合面同士が貼り合わされ
    たものであることを特徴とするシリコン加工品。
13. 【請求項１３】 前記シリコン部品は単結晶シリコンか
    ら成るものであることを特徴とする請求項９ないし請求
    項１２のいずれか１項に記載のシリコン加工品。
14. 【請求項１４】 請求項９ないし請求項１３のいずれか
    １項に記載のシリコン加工品であって、半導体デバイス
    製造装置に使用されるシリコン加工品であることを特徴
    とするシリコン加工品。
15. 【請求項１５】 前記半導体デバイス製造装置はプラズ
    マ装置であることを特徴とする請求項１４に記載のシリ
    コン加工品。