JP2018195715A - 保護材用リング - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のシリコン部材を接合した保護材用リングを提供する。【解決手段】基板にプラズマ処理をする基板処理装置の前記基板が収容される処理室内に設置する保護材用リング３２であって、３個以上のシリコン部材３４，３６，３８と、前記シリコン部材３４，３６，３８同士を接合する接合部３９とを備え、前記接合部３９は、酸化ホウ素を含有することを特徴とする。【選択図】図２
Description
本発明は、保護材用リングに関するものである。
ＬＳＩ等の半導体集積デバイス製造における基板処理装置として、プラズマを用いたドライエッチング装置が用いられている。ドライエッチング装置は、円筒形状の真空チャンバーを有する。エッチング対象のウエハが平面電極のカソード上に配置され、真空チャンバー内にエッチングガスが導入された状態で、高周波発振器により対向電極（アノード）とカソードの間に高周波電圧が印加されることにより、電極間にエッチングガスのプラズマを生じる。プラズマ中の活性ガスであるプラスイオンがウエハ表面に入射しエッチングをする。
ドライエッチング装置の真空チャンバー内には、種々のリング状の部材が用いられる。代表的なリング状の部材としては、エッチング対象のウエハを囲むドーナツ状の形状をしたフォーカスリング、ウエハが載置される円柱状のサセプタ基部の側面を覆うように配置された環状の接地リングがある。また、対向電極の周縁部に設けられた環状のシールドリング、真空チャンバーの内壁側面を覆う側壁部材、等の保護材がある（特許文献１）。
ドライエッチング装置の真空チャンバー内部では、金属製部品を用いると金属汚染が起こるので、シリコン製部品を用いるのが望ましい。フォーカスリング、接地リング、リング状の保護材は、エッチング対象のウエハより大きな直径を有することが必要である。現在主流の３００ｍｍウエハ用のシリコン製部品は、３２０ｍｍ以上の直径を有するシリコン結晶インゴットから作製されるため、高価である。特に、リング状の側壁部材は、直径が７００ｍｍ以上におよぶものもあり、シリコン結晶インゴットから作成することが実質的に不可能である場合もある。
シリコン製部品を、一体物ではなく、複数のシリコン部材を接合することにより製造できれば、より小さい直径を有するシリコン結晶インゴットから作製できるため、製造コストの削減等の種々のメリットが期待される。
本発明は、複数のシリコン部材を接合した保護材用リングを提供することを目的とする。
本発明に係る保護材用リングは、基板にプラズマ処理をする基板処理装置の前記基板が収容される処理室内に設置する保護材用リングであって、３個以上のシリコン部材と、前記シリコン部材同士を接合する接合部とを備え、前記接合部は、酸化ホウ素を含有することを特徴とする。
本発明に係る保護材用リングは、基板にプラズマ処理をする基板処理装置の前記基板が収容される処理室内に設置する保護材用リングであって、３個以上のシリコン部材と、前記シリコン部材同士を接合する接合部とを備え、前記接合部は、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、及びＳｎのいずれかを含有し、シリコンとの共晶合金であることを特徴とする。
本発明によれば、保護材用リングを、保護材用リングの外径より小さいシリコン結晶インゴットから切り出した複数のシリコン部材を組み合わせて製造することができる。したがって保護材用リングは、保護材用リングの外径より大きいシリコン結晶インゴットを用いる必要がないので、その分コストを低減することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
１．第１実施形態
（１）全体構成
図１に示すドライエッチング装置１０は、処理室としての真空チャンバー１２と、上部電極板１４と、基台１６とを備える。真空チャンバー１２は、略円筒形状で、内部に、円筒形状の側壁で囲まれた処理空間３１を有する。真空チャンバー１２の側壁の内面は、側壁部材１３で覆われている。真空チャンバー１２の上壁の上部電極板１４の周囲の内面は、上壁部材１７で覆われている。側壁部材１３及び上壁部材１７は、真空チャンバー１２のプラズマに曝される内壁を保護するための環状の部材であり、シリコンで形成されている。
（１）全体構成
図１に示すドライエッチング装置１０は、処理室としての真空チャンバー１２と、上部電極板１４と、基台１６とを備える。真空チャンバー１２は、略円筒形状で、内部に、円筒形状の側壁で囲まれた処理空間３１を有する。真空チャンバー１２の側壁の内面は、側壁部材１３で覆われている。真空チャンバー１２の上壁の上部電極板１４の周囲の内面は、上壁部材１７で覆われている。側壁部材１３及び上壁部材１７は、真空チャンバー１２のプラズマに曝される内壁を保護するための環状の部材であり、シリコンで形成されている。
真空チャンバー１２は、真空チャンバー１２内を高さ方向に仕切るバッフル板２５が設けられている。バッフル板２５で仕切られた真空チャンバー１２内の下側には排気空間２６、上側には処理空間３１が形成されている。バッフル板２５は、エッチングガスの逆流防止のための保護部材であり、シリコンで形成されている。バッフル板２５は、環状の本体を有し、本体に厚さ方向に貫通した流通路２７を有する。本図に示すように、バッフル板２５は、真空チャンバー１２内の高さ方向の略中央に設けられている。
上部電極板１４は、円板状の部材であり、真空チャンバー１２内の上部に固定されている。上部電極板１４の周縁部は、保護リング２０で覆われている。上部電極板１４と保護リング２０の間には、石英で形成されたシールドリング２１が設けられている。保護リング２０は、上部電極板１４周辺に発生するプラズマから真空チャンバー１２の内壁を保護するための部材であり、シリコンで形成されている。保護リング２０は、接地される場合もある。本図の場合、保護リング２０は、真空チャンバー１２内側の表面が、シールドリング２１よりも突出していると共に、上壁部材１７と同じ高さである。上部電極板１４は、厚さ方向に貫通した複数の貫通穴１５を有する。上部電極板１４は、図示しない高周波電源が電気的に接続されている。上部電極板１４は、ガス供給管２４が接続されている。
ガス供給管２４から供給されたエッチングガスは、上部電極板１４の貫通穴１５から真空チャンバー１２内へ流れ込む。真空チャンバー１２内へ流れ込んだエッチングガスは、流通路２７を通じて排気空間２６へ流れ込み、排出口２８から外部に排出される。
基台１６は、真空チャンバー１２内のバッフル板２５の上側である処理空間３１内に設置されており、その周囲はグラウンドリング３０で囲まれている。グラウンドリング３０はシリコンで形成されており、接地されている。基台１６上には、フォーカスリング１８が設けられている。フォーカスリング１８は、シリコンで形成され、ウエハ２２の周縁を支持する凹部１９が内側の全周に渡って形成されている。フォーカスリングには、エッチング処理中のプラズマを安定にするための電圧を印加する電源が電気的に接続されている。フォーカスリング１８の周囲には、フォーカスリング１８の側面を保護するカバーリング２３を設けてもよい。カバーリング２３は、石英で形成され、フォーカスリング１８の周縁を支持する凹部３３が内側の全周に渡って形成されている。
ドライエッチング装置１０は、上部電極板１４を通じてエッチングガスが供給され、高周波電源から高周波電圧が印加されると、上部電極板１４とウエハ２２の間でプラズマを生じる。このプラズマによってウエハ２２表面がエッチングされる。
本実施形態に係る保護材用リングは、シリコン製部品としての、側壁部材１３、上壁部材１７、保護リング２０、バッフル板２５に適用可能である。保護材用リングは、上記シリコン製部品に限定されない。保護材用リングは、電極用リングであるフォーカスリング１８および電極用リングであるグラウンドリング３０以外の、ドライエッチング装置１０の真空チャンバー１２内に設置されるシリコン製部品に適用することができる。保護材用リングは、内径が３２０ｍｍ以上、外径は８００ｍｍ以下程度とすることができる。
一例として保護リング２０用の部材となる本実施形態に係る保護材用リングについて以下説明する。図２に示すように、保護材用リング３２は、複数（本図の場合、３個）の第１シリコン部材３４，３６，３８を備える。なお、以下の説明において、複数の第１シリコン部材３４，３６，３８を特に区別しない場合、総称してシリコン部材と呼ぶ。シリコン部材は、円弧状であり、長手方向の端面である突き合わせ面３７Ａにおいて、接合部（本図には図示しない）を介して一方向に接合することにより、リング状に一体化されている。シリコン部材は、単結晶でも多結晶でもよく、その製造方法、純度、結晶方位等において限定されない。シリコン部材の大きさは、特に限定されないが、例えば、厚さ１ｍｍ以上１００ｍｍ以下、幅１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度とすることができる。
図３に示すように、シリコン部材同士の突き合わせ面３７Ａには、接合部３９と、シリコン接着部４０とが設けられている。図３には、第１シリコン部材３４，３６の間の突き合わせ面３７Ａを示している。図中矢印の向きは、保護材用リング３２の半径方向の外側向きを示す。
接合部３９は、突き合わせ面３７Ａの外縁から数ｍｍの範囲を除く中央部分、好ましくは１ｍｍ以上の範囲を除く中央部分に設けられている。接合部３９は、シリコンと共晶合金を形成する金属を含むシリコンとの共晶合金である。シリコンと共晶合金を形成する金属は、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、及びＳｎのいずれか（以下、「合金形成金属」ともいう）である。Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、及びＳｎは、シリコン結晶中での拡散係数が低く、シリコン部材内での拡散が少ないこと、電気的に問題になるディープレベルを作りにくいこと、及び環境への問題がないので好ましい。Ａｌは、低価格であることから最も好ましい。合金形成金属の純度は、シリコンと共晶を形成することが可能であれば特に限定されず、好ましくは９８％以上である。
シリコン接着部４０は、突き合わせ面３７Ａの外縁に設けられており、突き合わせ面３７Ａの間を塞いでいる。シリコン接着部４０は、真空チャンバー１２、上壁部材１７、及びシールドリング２１に接しておらず、真空チャンバー１２内で露出し、かつドライエッチング時にプラズマに曝される部分、すなわち突き合わせ面３７Ａの外縁のうち、保護材用リング３２における上面側に設けられるのが好ましい。さらにシリコン接着部４０は、突き合わせ面３７Ａの外縁のうち、上面側に加え、内周面側にも設けられるのがより好ましい。シリコン接着部４０は、プラズマが照射される突き合わせ面３７Ａの間を塞ぐことにより、接合部３９における共晶合金が露出することを防ぐことができる。
（２）製造方法
次に保護材用リング３２を製造する方法について説明する。まずシリコン部材に対し表面処理をする。具体的には、シリコン部材の表面を研削及び研磨などにより加工し、好ましくは鏡面にする。シリコン部材の表面を、弗酸と硝酸の混合液などによりエッチングしてもよい。混合液としてはＪＩＳ規格Ｈ０６０９に規定の化学研磨液（弗酸（４９％）：硝酸（７０％）：酢酸（１００％）＝３：５：３）などを用いることができる。
次に保護材用リング３２を製造する方法について説明する。まずシリコン部材に対し表面処理をする。具体的には、シリコン部材の表面を研削及び研磨などにより加工し、好ましくは鏡面にする。シリコン部材の表面を、弗酸と硝酸の混合液などによりエッチングしてもよい。混合液としてはＪＩＳ規格Ｈ０６０９に規定の化学研磨液（弗酸（４９％）：硝酸（７０％）：酢酸（１００％）＝３：５：３）などを用いることができる。
続いて、３個の第１シリコン部材３４，３６，３８をリング状に並べる。第１シリコン部材３４，３６，３８同士の突き合わせ面３７Ａ同士の間には、合金形成金属箔を配置する。合金形成金属箔の厚みは、融解させるためのエネルギーが少なくて済む点では薄い方がよい。合金形成金属箔は、接合強度を得るために０．１〜１００μｍであることが好ましく、０．５〜２０μｍであることがより好ましい。合金形成金属箔は、上記下限値より薄いと接合面に合金形成金属箔を配置する際に破損し易い。合金形成金属箔は、上記上限値より厚いと、シリコンとの接合が十分ではない部分が生じやすい。
次に、シリコン部材の外側から加熱して、シリコンと合金形成金属を含む融解物を生成する。加熱方法は特に限定されず、抵抗加熱、光加熱等により行うことができる。加熱部位を容易に移動でき、かつ供給する電力に応じて加熱量を変化させることが容易である点で、光加熱が好ましく、例えば各種ランプ、レーザーが使用される。
本実施形態の場合、図４に示す装置を用いることができる。本図に示す装置は、少なくとも一つの、ランプ４２及び当該ランプ４２が出射する光を集光する集光部としての楕円ミラー４４を備える。ランプ４２としては、赤外線結晶成長装置に一般的に用いられるキセノンランプやハロゲンランプを用いることができる。出力としては１〜３０ｋＷ程度のものが好ましい。
加熱は、突き合わせ面３７Ａの外側からであればよく、シリコン部材に対して垂直方向には限られず、斜めからであってもよい。加熱により先ず合金形成金属箔が融解し金属融解物が生成する。次いで、該金属融解物に接しているシリコン部材の突き合わせ面３７Ａがこの金属融解物に侵され、シリコンを含む融解物が生成される。加熱を止めて温度が低下すると、該融解物が共晶を含む合金相を形成しながら凝固し、接合が完成するものと考えられる。例えば、合金形成金属箔としてＡｌ箔を用いた場合、８００℃程度までの加熱で十分にシリコン部材同士を接合することができる。
集光領域は、通常直径１０〜３０ｍｍ程度である。集光領域は、ランプ４２の発光位置を楕円ミラー４４の焦点からずらすことにより、３０〜１００ｍｍ程度に広がる。集光領域が広がることにより、加熱範囲をひろげることができる。集光領域を、突き合わせ面３７Ａの保護材用リング３２における上面の全域に亘って走査させて加熱するのが好ましい。
次に、シリコンと合金形成金属とを含む融解物を冷却し固化させることにより、共晶合金を含む接合部３９を生成する。合金形成金属がＡｌの場合、約５７７℃まで冷却すると、Ａｌ−シリコン共晶物（１２．２原子％Ａｌ）を含む接合部３９が生成する。冷却速度は、使用する合金形成金属に応じて異なるが、合金形成金属としてＡｌを使用する場合には１０〜１００℃／分となるように制御することが好ましい。冷却速度が前記下限値未満では冷却時間が長くなり、効率が悪い。冷却速度が前記上限値より大きいと接合部３９中に歪が残る傾向がある。冷却速度は、合金形成金属箔の融解が完了した後、加熱手段の出力を徐々に低下させて、接合部３９の温度が共晶物の融解温度より低くなったと推測されたときに加熱を停止することによって制御することができる。このような加熱温度の制御は、例えば実際に貼り合わせるシリコン部材と同様な形状の熱電対をシリコン部材同士の間に設置し、あらかじめ加熱手段のパワーと温度の関係を測定しておき、該測定結果に基づき行うことができる。
上記の加熱による融解物の生成、冷却による共晶合金を含む接合部３９の生成は、合金形成金属及びシリコンの酸化を防ぐために１０〜２００ｔｏｒｒ（約１３３３〜２６６６４Ｐａ）のアルゴン雰囲気のチャンバー内で行うことが好ましい。アルゴンガスを使用せずに、減圧することによって酸化を防ぐこともできるが、減圧にするとシリコンの蒸発が起き、チャンバー内が汚染される場合があるので好ましくない。また窒素ガスによっても酸化を防ぐことはできるが、１２００℃以上でシリコンの窒化が起こるため、好ましくない。
次いで、シリコン接着部４０について説明する。第１シリコン部材３４，３６，３８同士の突き合わせ面３７Ａの間のシリコン接着部４０は、突き合わせ面３７Ａ近傍のシリコンを加熱して融解して形成される。まず、楕円ミラー４４の焦点位置とランプ４２の発光部の位置を合致させるようランプ位置を調整し、シリコン部材の上面の高さを楕円ミラー４４のもう一つの焦点位置になるように調整することにより、照射位置での楕円ミラー４４の広がりを約３ｍｍとする。この状態で、楕円ミラー４４を突き合わせ面３７Ａの位置に合わせランプ４２のパワーを上げる。加熱を開始すると、突き合わせ面３７Ａの上面側が融解してシリコン融解物が生成する。具体的には、ランプ定格の６０％で表面が解け始める（表面温度が１４２０℃と推定される）、ランプ定格の９０％で突き合わせ面３７Ａの間にシリコン融解物が流れ込んで突き合わせ面３７Ａの間の一部を塞ぐ。この状態で、楕円ミラー４４を突き合わせ面３７Ａに沿って一定の速度、例えば５ｍｍ／分の速度で走査することにより、突き合わせ面３７Ａの間を融解シリコンで埋め、塞ぐことができる。楕円ミラー４４を突き合わせ面３７Ａの外縁のうち、保護材用リング３２における上面側及び内周面側に亘って走査させて加熱するのが好ましい。
次いで、融解した突き合わせ面３７Ａの上面を冷却し、シリコン融解物をシリコン部材の結晶に従って結晶化させる。具体的にはシリコン融解物が固まり始めるランプ定格の５５％まで２分でランプ４２のパワーを下げ、その状態で５分保持する。
上記の手順によって、全ての突き合わせ面３７Ａにおいて、接合部３９及びシリコン接着部４０を同様に形成することにより、第１シリコン部材３４，３６，３８同士を接合し、保護材用リング３２を形成することができる。
上記のようにして得られた保護材用リング３２は、保護リング２０となる。保護リング２０は、突き合わせ面３７Ａにシリコン接着部４０が設けられた上面を下向きにし、下面を真空チャンバー１２の上壁に接触させて、上部電極板１４の周縁部に取り付けられる。
保護材用リング３２は、側壁部材１３、上壁部材１７、保護リング２０、バッフル板２５の外径より小さいウエハ用のシリコン結晶インゴットから切り出した３個以上のシリコン部材を組み合わせて製造することができる。したがって保護材用リング３２は、側壁部材１３、上壁部材１７、保護リング２０、バッフル板２５の外径より大きいウエハ用のシリコン結晶インゴットを用いる必要がないので、その分コストを低減することができる。
本実施形態に係る保護材用リング３２は、突き合わせ面３７Ａにシリコン接着部４０が設けられているので、接合部３９における共晶合金が露出することを防ぐことができる。したがって保護材用リング３２は、真空チャンバー１２内においてプラズマが照射されても、共晶合金によって真空チャンバー１２内が汚染されるのを防ぐことができる。
本実施形態の場合、シリコン接着部４０は、突き合わせ面３７Ａの外縁のうち、保護材用リング３２における上面側、及び内周面側に設けられる場合について説明したが、本発明はこれに限らない。シリコン接着部４０は、突き合わせ面３７Ａの外縁のうち、上面側及び外周面側に設けてもよいし、突き合わせ面３７Ａの外縁の全周に設けてもよい。
本実施形態の場合、第１シリコン部材３４，３６，３８同士の突き合わせ面３７Ａの間には、シリコン接着部４０が設けられている場合について説明したが、本発明はこれに限らない。図５に示すように、突き合わせ面３７Ｂの間にシリコン接着部を設けなくてもよい。
２．第２実施形態
次に第２実施形態に係る保護材用リングについて説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。図６に示す保護材用リング４６は、第１リング体３２と、第２リング体４７とを備える。第１リング体３２は、上記第１実施形態の保護材用リングと同じである。第２リング体４７は、複数（本図の場合３個）の第２シリコン部材４８，５０，５２を備える。第２シリコン部材４８，５０，５２は、説明の便宜上、符号を変えているが、第１シリコン部材３４，３６，３８と同じである。第１リング体３２と第２リング体４７は、シリコン部材同士の突き合わせ面３７Ａが円周方向にずれた状態で接合面５４Ａにおいて同軸上に重ねられている。
次に第２実施形態に係る保護材用リングについて説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。図６に示す保護材用リング４６は、第１リング体３２と、第２リング体４７とを備える。第１リング体３２は、上記第１実施形態の保護材用リングと同じである。第２リング体４７は、複数（本図の場合３個）の第２シリコン部材４８，５０，５２を備える。第２シリコン部材４８，５０，５２は、説明の便宜上、符号を変えているが、第１シリコン部材３４，３６，３８と同じである。第１リング体３２と第２リング体４７は、シリコン部材同士の突き合わせ面３７Ａが円周方向にずれた状態で接合面５４Ａにおいて同軸上に重ねられている。
図７に示すように、第１シリコン部材３４，３６，３８同士の突き合わせ面３７Ａの間には、接合部３９と、シリコン接着部４０とが設けられている。図７Ａには第１シリコン部材３４，３６の間の突き合わせ面３７Ａ、図７Ｂには第２シリコン部材４８，５２の間の突き合わせ面３７Ａを示している。図中矢印の向きは、保護材用リング４６の半径方向の外側向きを示す。接合部３９は、突き合わせ面３７Ａの外縁から数ｍｍの範囲を除く中央部分、好ましくは１ｍｍ以上の範囲を除く中央部分に設けられている。さらに、第１リング体３２と第２リング体４７の接合面５４Ａにも接合部５５が設けられている。なお、第２シリコン部材４８，５０，５２同士の突き合わせ面３７Ａにも、接合部３９を設けてもよい。
シリコン接着部４０は、突き合わせ面３７Ａの外縁、及び第１リング体３２と第２リング体４７の接合面５４Ａの外縁に設けられている。保護リング２０に適用する場合、シリコン接着部４０は、真空チャンバー１２、上壁部材１７、及びシールドリング２１に接しておらず、真空チャンバー１２内で露出している部分、すなわち保護材用リング４６における上面側及び内周面側に設けられるのが好ましい。具体的には、シリコン接着部４０は、第１リング体３２における突き合わせ面３７Ａの外縁のうち保護材用リング４６における上面側及び内周面側、第２リング体４７における突き合わせ面３７Ａの外縁のうち保護材用リング４６における内周面側、接合面５４Ａの外縁のうち保護材用リング４６における内周面側５７に設けられるのが好ましい。保護リング２０は、突き合わせ面３７Ａにシリコン接着部４０が設けられた上面を下向きにし、下面を真空チャンバー１２の上壁に接触させて、上部電極板１４の周縁部に取り付けられる。
このようにしてシリコン接着部４０は、第１シリコン部材３４，３６，３８同士及び第２シリコン部材４８，５０，５２同士の突き合わせ面３７Ａの間、及び第１リング体３２と第２リング体４７の接合面５４Ａの間を塞いでいる。
次に、本実施形態の保護材用リング４６の製造方法について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の工程については適宜説明を省略する。まず表面処理後の３個の第２シリコン部材４８，５０，５２をリング状に並べる。次いで、第２シリコン部材４８，５０，５２の上面に、合金形成金属箔を配置する。続いて、合金形成金属箔上に、３個の第１シリコン部材３４，３６，３８を置く。３個の第１シリコン部材３４，３６，３８同士の間には、合金形成金属箔を配置する。第１シリコン部材３４，３６，３８は、先に配置された第２シリコン部材４８，５０，５２に対し、長手方向の長さの半分だけずらして配置する。上記のようにして、第２シリコン部材４８，５０，５２上に、合金形成金属箔を介して、第１シリコン部材３４，３６，３８が積まれた状態となる。
次に、第１シリコン部材３４，３６，３８側から加熱して、第１リング体３２と第２リング体４７の間、及び第１シリコン部材３４，３６，３８同士の突き合わせ面３７Ａの間にシリコンと合金形成金属を含む融解物を生成し、接合部３９，５５を形成する。加熱条件、冷却条件は、上記第１実施形態と同様とすることができる。
次いで、第１リング体３２及び第２リング体４７の突き合わせ面３７Ａの間、及び、接合面５４Ａの間のシリコンを加熱して融解して、シリコン接着部４０を形成する。
本実施形態の保護材用リング４６は、突き合わせ面３７Ａの間、及び、接合面５４Ａの間にシリコン接着部４０が設けられているので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
本実施形態の場合、シリコン接着部４０は、第１リング体３２における突き合わせ面３７Ａの外縁のうち保護材用リング４６における上面側及び内周面側、第２リング体４７における突き合わせ面３７Ａの外縁のうち保護材用リング４６における内周面側、接合面５４Ａの外縁のうち保護材用リング４６における内周面側５７に設けられる場合について説明したが、本発明はこれに限らない。シリコン接着部４０は、第１リング体３２における突き合わせ面３７Ａの外縁のうち、上面側及び外周面側に設けてもよいし、突き合わせ面３７Ａの外縁のうち、上面側、内周面側、及び外周面側に設けてもよい。またシリコン接着部４０は、第２リング体４７における突き合わせ面３７Ａの外縁のうち保護材用リング４６における外周面側、接合面５４Ａの外縁のうち保護材用リング４６における外周面側に設けてもよく、接合面５４Ａの外縁の全周に設けてもよい。
本実施形態の場合、第１リング体３２及び第２リング体４７の突き合わせ面３７Ａの間、及び、接合面５４Ａの間には、シリコン接着部４０が設けられている場合について説明したが、本発明はこれに限らない。図８に示すように、突き合わせ面３７Ｂの間、及び、接合面５４Ｂの間にシリコン接着部を設けなくてもよい。
３．第３実施形態
次に第３実施形態に係る保護材用リングについて説明する。図９に示す保護材用リング５６は、複数（本図の場合、３個）の第１シリコン部材５８，６０，６２と、第１シリコン部材５８，６０，６２同士を跨ぐ位置に埋め込まれた複数（３個）の埋込みシリコン部材６４Ａとを備える。埋込みシリコン部材６４Ａは、保護材用リング５６のプラズマが照射される側と反対側、本図の場合、下面側に設けられる。
次に第３実施形態に係る保護材用リングについて説明する。図９に示す保護材用リング５６は、複数（本図の場合、３個）の第１シリコン部材５８，６０，６２と、第１シリコン部材５８，６０，６２同士を跨ぐ位置に埋め込まれた複数（３個）の埋込みシリコン部材６４Ａとを備える。埋込みシリコン部材６４Ａは、保護材用リング５６のプラズマが照射される側と反対側、本図の場合、下面側に設けられる。
埋込みシリコン部材６４Ａは、シリコン部材と同じ材料で形成されるのが好ましい。埋込みシリコン部材６４Ａの四隅は、Ｒ加工されているのが好ましい。埋込みシリコン部材６４Ａは、四隅がＲ加工されていることにより、欠けなどの損傷を防止することができる。Ｒは、３ｍｍ以上であるのが好ましい。
埋込みシリコン部材６４Ａは、下面が、シリコン部材の下面と略同じ高さとなるように形成されるのが好ましい。埋込みシリコン部材６４Ａの厚さは、シリコン部材の厚さの２０〜８０％が好ましく、４０〜６０％がより好ましい。
埋込みシリコン部材６４Ａは、矩形の板状部材からなり、平面視において保護材用リング５６から突出しない大きさであるのが好ましい。埋込みシリコン部材６４Ａの長手方向の長さは、保護材用リング５６の外周長さの２〜１０％であるのが好ましい。
より具体的なシリコン部材のサイズは、内周直径３３０ｍｍ、外周直径４００ｍｍ、厚み１０ｍｍのリングを、３分割した大きさとすることができる。埋込みシリコン部材６４Ａは、長さ６２ｍｍ、幅２５ｍｍ、４隅に５ｍｍのＲ加工を施した厚さ５ｍｍとすることができる。シリコン部材の下面に形成される穴は、シリコンの小片の形状に対応した形状とし、深さは５ｍｍとする。この場合、埋込みシリコン部材６４Ａの厚さはシリコン部材の厚さの５０％、埋込みシリコン部材６４Ａの長手方向の長さは保護材用リング５６の外周長さの５％である。
図１０に示すように、シリコン部材の下面には、長手方向の端部に、底面を有する穴が形成されている。図１０には、第１シリコン部材５８，６０の間の突き合わせ面６３Ａを示している。図中矢印の向きは、保護材用リング５６の半径方向の外側向きを示す。埋込みシリコン部材６４Ａは、当該穴に埋め込まれる。埋込みシリコン部材６４Ａの上面と第１シリコン部材（穴の底面）の間には、接合部６８が設けられている。第１シリコン部材５８，６０，６２同士の突き合わせ面６３Ａの間には、シリコン接着部７０を設けるのが好ましい。保護リング２０に適用する場合、シリコン接着部７０は、突き合わせ面６３Ａの外縁のうち、保護材用リング５６における上面側及び内周面側に設けられるのが好ましい。保護リング２０は、シリコン接着部７０が設けられた上面を下向きにし、下面を真空チャンバー１２の上壁に接触させて、上部電極板１４の周縁部に取り付けられる。
本実施形態に係る保護材用リング５６は、シリコン部材の上面側から加熱して、シリコンと合金形成金属を含む融解物を生成することで、接合部６８を形成することができる。また突き合わせ面６３Ａにおけるシリコン接着部７０は、上記第１実施形態と同様の方法により、形成することができる。
本実施形態の保護材用リング５６は、埋込みシリコン部材６４Ａを設けたことにより、シリコン部材同士の間の接合面積を大きくすることができるので、機械的強度をより大きくすることができる。また、保護材用リング５６は、突き合わせ面６３Ａの間がシリコン接着部７０で塞がれていることにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
埋込みシリコン部材６４Ａは、矩形状である必要はなく、例えば、図１１に示すように、長円形状の埋込みシリコン部材６４Ｂ（図１１Ａ）、円弧状の埋込みシリコン部材６４Ｃ（図１１Ｂ）でもよい。また埋込みシリコン部材６４Ｂ，６４Ｃの長手方向端部は、同図に示すように、半円形状でもよい。
本実施形態の場合、接合部６８は、埋込みシリコン部材６４Ａとシリコン部材（穴の底面）の間に設ける場合について説明したが、本発明はこれに限らない。図１２Ａに示すように、シリコン部材同士の突き合わせ面６３Ｂの間にも接合部７２を設けることとしてもよい。
本実施形態の場合、シリコン接着部７０は、突き合わせ面６３Ａの外縁のうち、保護材用リング５６における上面側、及び内周面側に設けられる場合について説明したが、本発明はこれに限らない。シリコン接着部７０は、突き合わせ面６３Ａの外縁のうち、上面側及び外周面側に設けてもよいし、突き合わせ面６３Ａの外縁の全周に設けてもよい。
また本実施形態の場合、第１シリコン部材５８，６０，６２同士の突き合わせ面６３Ａの間には、シリコン接着部７０が設けられている場合について説明したが、本発明はこれに限らない。図１２Ｂに示すように、突き合わせ面６３Ｃの間にシリコン接着部を設けなくてもよい。
４．変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
上記実施形態の場合、接合部は、合金形成金属を含む場合について説明したが、本発明はこれに限らず、酸化ホウ素を含むこととしてもよい。接合部が酸化ホウ素を含む場合の保護材用リングの製造方法について以下、接合面を例に説明する。
まず、上記実施形態と同様に表面処理をした３個のシリコン部材をリング状に並べる。次いで、当該シリコン部材を第１の温度（１８０〜２８０℃）に加熱し、シリコン部材の接合面の少なくとも一部に、粒子状のホウ酸（Ｂ(ＯＨ)３）からなる出発原料を供給する。シリコン部材は、一般的な電気抵抗ヒーターを用いた加熱手段により加熱することができる。接合面の温度が１８０〜２８０℃であるので、この接合面上ではホウ酸の脱水反応が生じる。水は、１０〜６０秒程度でホウ酸から脱離し、メタホウ酸（ＨＢＯ２）を生じる。脱離した水にメタホウ酸が溶解し、流動性に富む液体状物になる。
シリコン部材の温度が低すぎる場合には、ホウ酸から水を脱離させてメタホウ酸を得ることができない。一方、シリコン部材の温度が高すぎると、ホウ酸から水が急激に脱離する。それによって、シリコン部材の接合面に供給されたホウ酸が飛び散ったり、固化したメタホウ酸が直ちに生じてしまう。第１の温度が１８０〜２８０℃であれば、より確実にメタホウ酸を得ることができる。第１の温度は、２００〜２４０℃が好ましい。
粒子状のホウ酸からなる出発原料としては、直径０．１〜２ｍｍの顆粒状の市販品を、そのまま用いることができる。直径が０．１〜２ｍｍのホウ酸からなる出発原料を、第１の温度に加熱されたシリコン部材の上面に供給することによって、後述するようなメタホウ酸を含む層を形成することができる。ホウ酸は、シリコン部材の上面の一部に少量ずつ供給することが好ましい。
ホウ酸から水が脱離して生じた液体状物をヘラで延ばすことによって、メタホウ酸を含む層が得られる。上述したようにシリコン部材の接合面に、出発原料としてのホウ酸を少量ずつ供給し、生じた液体状物をその都度延ばすことによって、均一なメタホウ酸を含む層を接合面に形成することができる。ヘラとしては、ウエハを切断して得られたものを用いることで、メタホウ酸を含む層への不純物の混入は避けられる。
メタホウ酸を含む層の厚さは、１ｍｍ以下であることが好ましく、０．１〜０．５ｍｍがより好ましい。メタホウ酸を含む層の厚さが薄いほど、後の工程で加熱された際に、脱水反応による泡の発生を抑制することができる。メタホウ酸を含む層の厚さは、供給する出発原料としてのホウ酸の量を制御して、調整することができる。
接合面にメタホウ酸を含む層が形成されたシリコン部材を加熱して、第２の温度（５００〜７００℃）に昇温する。その結果、メタホウ酸から水がさらに脱離して、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を含む溶融物が得られる。第２の温度が高すぎる場合には、後の工程で冷却した際に、酸化ホウ素とシリコンとの熱膨張係数の違いによって、シリコン部材に割れが生じるおそれがある。第２の温度が５００〜７００℃であれば、より確実に酸化ホウ素を含む溶融物を得ることができる。第２の温度は、５５０〜６００℃が好ましい。
シリコン部材の接合領域に生じた酸化ホウ素を含む溶融物を挟んで、表面処理をした別のシリコン部材を圧着する。圧着の際の圧力は特に限定されず、適宜設定することができる。シリコン部材の幅が３０ｍｍ程度の場合には、断熱材を挟んで手で押し付けて、シリコン部材と別のシリコン部材とを接合することができる。
酸化ホウ素の溶融物を固化させることで、シリコン部材と別のシリコン部材とが酸化ホウ素の層によって接合される。溶融物は、例えば室温で放置することで、固化する。以上のようにして接合部を生成することにより、保護材用リングを製造することができる。
メタホウ酸を含む層を、シリコン部材の接合面の全域ではなく、接合面の外縁に沿って枠状に形成してもよい。枠状のメタホウ酸を含む層の幅は、５〜１０ｍｍとすることができる。枠状のメタホウ酸を含む層の内側の領域には、合金形成金属箔を配置する。合金形成金属箔を内側の領域に配置する前に、枠状のメタホウ酸を含む層を冷却して、表面を研磨して厚さを低減してもよい。シリコン部材の接合面に枠状のメタホウ酸を含む層を形成し、合金形成金属箔を配置した後、別のシリコン部材を配置して、共晶温度以上７００℃以下に加熱する。加熱によって合金形成金属がシリコンと共晶を形成することで、シリコン部材同士を、よりいっそう強固に接合することができる。ここで形成された共晶合金は、枠状の酸化ホウ素の層で囲まれることになる。さらに接合面の外縁に、シリコン接着部を設けることにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
１０ ドライエッチング装置（基板処理装置）
１２ 真空チャンバー（処理室）
３２，４６，５６ 保護材用リング
３４，３６，３８，５８，６０，６２ 第１シリコン部材
３７Ａ，３７Ｂ 突き合わせ面
３９，５５，６８，７２ 接合部
４０，７０ シリコン接着部
４８，５０，５２ 第２シリコン部材
５４Ａ，５４Ｂ 接合面
６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ 突き合わせ面
６４Ａ、６４Ｂ，６４Ｃ 埋込みシリコン部材
１２ 真空チャンバー（処理室）
３２，４６，５６ 保護材用リング
３４，３６，３８，５８，６０，６２ 第１シリコン部材
３７Ａ，３７Ｂ 突き合わせ面
３９，５５，６８，７２ 接合部
４０，７０ シリコン接着部
４８，５０，５２ 第２シリコン部材
５４Ａ，５４Ｂ 接合面
６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ 突き合わせ面
６４Ａ、６４Ｂ，６４Ｃ 埋込みシリコン部材
Claims (6)
- 基板にプラズマ処理をする基板処理装置の前記基板が収容される処理室内に設置する保護材用リングであって、
３個以上のシリコン部材と、
前記シリコン部材同士を接合する接合部と
を備え、
前記接合部は、酸化ホウ素を含有することを特徴とする保護材用リング。 - 基板にプラズマ処理をする基板処理装置の前記基板が収容される処理室内に設置する保護材用リングであって、
３個以上のシリコン部材と、
前記シリコン部材同士を接合する接合部と
を備え、
前記接合部は、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、及びＳｎのいずれかを含有し、シリコンとの共晶合金であることを特徴とする保護材用リング。 - 前記シリコン部材同士の間を塞ぐシリコン接着部が設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の保護材用リング。
- 内径が３２０ｍｍ以上、外径が８００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の保護材用リング。
- 前記シリコン部材は、単結晶シリコン又は多結晶シリコンからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の保護材用リング。
- 前記シリコン部材は、２個以上の円弧状シリコン部材と、前記円弧状シリコン部材同士を跨ぐ位置に埋め込まれた埋込みシリコン部材とを含み、前記円弧状シリコン部材と前記埋込みシリコン部材の間に、前記円弧状シリコン部材と前記埋込みシリコン部材を接合する接合部が設けられたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の保護材用リング。
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