JP3251762B2 - 接合部の形成方法及び処理装置の部材間の接合方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、接合部の形成方法及び
処理装置の部材間の接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造工程においては、被
処理体である例えば半導体ウエハに処理を施す処理装置
として、例えばエッチング処理装置がある。このエッチ
ング装置は、例えば図５に示すように減圧可能に構成さ
れる気密室としての処理室１００内に設けられた下部電
極としての載置台１０１に、処理室１００の側壁に設け
られた開口部１０２から開閉手段、例えばゲートバルブ
１０３を介して半導体ウエハＷが載置されるように構成
されている。そして、この載置台１０１にはブロッキン
グコンデンサ１０４を介して高周波電源１０５が接続さ
れている。また、載置台１０１と対向する位置には処理
室１００内に処理ガスを導入するためにガス導入管１０
６と連通された上部電極１０７が設けられ、さらにこの
上部電極１０７に設けられた小孔１０８より処理ガスが
半導体ウエハＷ方向に流入するよう構成されている。そ
して、上部電極１０７は電気的に接地され、載置台１０
１に高周波電源１０５をＯＮすることにより高周波電力
が印加され、処理ガスをプラズマ化し、このプラズマ中
の活性種によって半導体ウエハＷを処理するよう構成し
ている。

【０００３】また、上部電極１０７は、複数の部材、例
えば導電性の部材、例えばアルミニウムを母体とする天
壁Ａ，側壁Ｂ，底壁Ｃから構成されており、これらの部
材Ａ，Ｂ，Ｃの表面には絶縁層、例えばアルミアルマイ
ト処理が施されている。そして、それぞれの部材Ａ，
Ｂ，Ｃの部材は異常放電を防止するために電気的に同電
位となるように電気的に導通するよう接続されている。
これらの部材の接続方法としては、図６に示すように底
壁Ｃには、側壁Ｂ部材の接合させる凹部１１０が設けら
れている、この底壁Ｃの表面には、前述にも説明したよ
うに絶縁層としてアルミアルマイト処理されているの
で、凹部１１０を形成するために削り加工して母材であ
るアルミニウムが直接露出しており、当然側壁Ｂの凹部
１１０の接触面１１１も表面のアルミアルマイト層を削
り、母材であるアルミニウムをむき出しにして底壁Ｃと
の電気的導通を図り予め設定した電位にしていた。そし
て、側壁Ｂと底壁Ｃとは、例えばボルト１１２により固
着されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
エッチング装置ではプラズマを生起させるので、図６に
示すように底壁Ｃの凹部１１０において側壁Ｂとの接触
部以外のアルミニウムの露出した箇所１１３がプラズマ
中の活性種、例えばイオンによってエッチングされ、エ
ッチング物が処理室内にパーティクルとして飛散してし
まうという問題が生じていた。また、そのパーティクル
が被処理体に付着すると被処理体の歩留りが低下してし
まうという問題があった。さらに、エッチング装置に限
らず多くの半導体処理装置では、一般的に腐食性のガ
ス、例えば塩素系のガスなどを多種使用しているので、
このようなガスが前述の箇所１１３を腐食させ、この腐
食物が処理室内にパーティクルとして飛散してしまうと
いう問題があった。さらに、このような腐食は箇所１１
３のみに留まらず、底壁Ｃと側壁Ｂとの接触部１１１に
も進行し、電気的な導通が不安定となり、さらに腐食が
進行すると電気的に導通できなくなり、これによって部
材間に電位差が生じ、プラズマを発生するような装置で
は異常放電を起こしてしまうという問題があった。この
ような異常放電が生じてしまうとパーティクルの発生の
みならず、高周波電源とのインピーダンスマッチングが
取れなくなる恐れが生じ、このインピーダンスの整合が
取れなくなると高周波電力の供給が不安定となるので、
このような状態で被処理体が処理されると被処理体の歩
留りが低下するという問題があった。本発明は、以上の
ような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案さ
れたものである。本発明の目的は電気的に導通させる必
要がある部材間の接合部からパーティクルが発生するの
を抑制することができる接合部の形成方法及び処理装置
の部材間の接合方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するために、請求項１の発明では、導電性部材の表
面接合部の略中央に，３０〜２００μｍ高さの凸部を形
成する工程と，前記導電部材の少なくとも凸部を有する
表面に，３１〜２００μｍ厚さの絶縁層を形成する工程
と，前記凸部表面の前記絶縁層を前記凸部表面が露出す
るまで除去する工程と，前記除去された凸部表面に被接
合部材を接合する工程と，を具備することを特徴とす
る。また，請求項２の発明では，被処理体を減圧雰囲気
で熱処理或いはプラズマ処理する処理装置を形成する部
材間を電気的に導通させるための部材の接合方法であっ
て，少なくとも一方の部材の接合部の面の略中央に，３
０〜２００μｍ高さの凸部を形成する工程と，それらの
部材の接合部側の面に３１〜２００μｍ厚さの絶縁層を
形成する工程と，前記凸部表面の前記絶縁層を前記接合
部の面まで除去する工程と，この工程で露出した凸部表
面に被接合部材を接触させる工程とを具備する，ことを
特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、電気的
に導通させる必要がある導電性部材の接続面に凸部を形
成し、その部材の表面に凸部を覆う厚さの絶縁層を形成
し、凸部の表面が少なくとも突出するまで絶縁層と凸部
とを研磨し、部材の接合部側の面を鏡面仕上げして部材
同士を接合させるので、これらの部材間の接合部がプラ
ズマによりエッチングされるのを抑制することができ
る、また腐食性ガスによる腐食も抑制することができる
ので、部材間からのパーティクルの発生を抑制すること
ができる。

【０００７】

【実施例】以下に、本発明に係る接合部の形成方法及び
処理装置の部材間の接合方法の一実施例を添付図面に基
づいて詳述する。本実施例においては処理装置として低
温プラズマエッチング装置を例にとって説明する。

【０００８】図１に示すように、このエッチング装置１
は、導電性材料、例えば表面をアルマイト処理されたア
ルミニウム等により円筒或いは矩形状に成形された処理
容器２を有しており、この容器２の底部にはセラミック
等の絶縁板３を介して、被処理体、例えば半導体ウエハ
Ｗを載置するための略円柱状の下部電極としての載置台
４が取着されている。この載置台４は、表面がアルマイ
ト加工されたアルミニウム等により形成された後述する
ごとき複数の部材を固定手段、例えばボルト等により組
み付けることにより構成される。具体的には、この載置
台４は、アルミニウム等により円柱状に成形されたサセ
プタ支持台５と、この上にボルト６により着脱自在に設
けられたアルミニウム等よりなるサセプタ７とにより主
に構成されている。

【０００９】前記サセプタ支持台５内には、冷却手段、
例えば冷却ジャケット８が設けられており、このジャケ
ット８には例えば液体窒素等の冷媒が冷媒導入管１０を
介して導入されてジャケット８内を循環し、冷媒排出管
１１より前記液体窒素の蒸発による気体を容器２外へ排
出し冷却して、再び前記冷媒導入管１０に循環させる構
成になっている。従って、この−１９６℃の液体窒素の
冷熱が冷却ジャケット８からサセプタ７を介してウエハ
Ｗに対して供給され、これを所望する温度まで冷却し得
るように構成されている。

【００１０】前記サセプタ７は、上端中央部が突状にな
された円板状に成形され、その中央のウエハ載置部には
静電チャック１３がウエハ面積と略同じ面積、或いはプ
ラズマに晒されないようにウエハＷの面積より若干小さ
い面積で形成されている。この静電チャック１３は、例
えば２枚の高分子ポリイミドフィルム間に銅箔等の導電
膜１４を絶縁状態で挟み込むことにより形成され、この
導電膜１４は電圧供給リード１５により途中、高周波を
カットするフィルタ１６例えばコイルを介して可変直流
高電圧源１７に接続されている。従って、この導電膜１
４に高電圧を印加することによって、チャック１３の上
面にウエハＷをクーロン力により吸引保持し得るように
構成されている。

【００１１】そして、サセプタ支持台５及びサセプタ７
には、これらを貫通してＨｅ等の熱伝達ガスをウエハＷ
の裏面、これらの接合部、サセプタ７を構成する部材間
の接合部等に供給するためのガス通路２０が形成されて
いる。尚、前記静電チャック１３にも熱伝達ガスを通過
させる多数の通気孔（図示せず）が形成されている。ま
た、サセプタ７の上端周縁部には、ウエハＷを囲むよう
に環状のフォーカスリング２１が配置されている。この
フォーカスリング２１は反応性イオンを引き寄せない絶
縁性の材質からなり、反応性イオンを内側の半導体ウエ
ハＷにだけ効果的に入射せしめるよう構成されている。

【００１２】そして、このサセプタ７には、中空に成形
された導体よりなるパイプリード２２がサセプタ支持台
５を貫通して接続されており、このパイプリード２２に
は配線２３を介してブロッキングコンデンサ２４及び例
えば１３．５６ＭＨｚまたは４０．６８ＭＨｚ等のプラ
ズマ発生用の高周波電源２５が順次接続されている。従
って、前記サセプタ７は下部電極として構成されること
になる。 また、処理容器２の下部側壁には、排気管２
７が接続されて、処理容器２内の雰囲気を図示しない排
気ポンプにより排出し得るように構成されると共に中央
部側壁には図示しないゲートバルブが設けられ、これを
介してウエハの搬入・搬出を行うように構成されてい
る。

【００１３】そして、前記静電チャック１３と冷却ジャ
ケット８との間のサセプタ下部には温度調整用ヒータ２
８が設けられる。このヒータ２８は、例えば厚さ数ｍｍ
程度の板状のセラミックスヒータよりなり、このヒータ
２８は、サセプタ支持台５の上面に図示しないボルト等
により固定されるヒータ固定台２９の上部にその上面を
同一レベルにして完全に収容される。ヒータ固定台２９
は、熱伝導性の良好な材料例えばアルミニウムにより構
成される。このヒータ２８の大きさは、好ましくはウエ
ハ面積と 略同一面積か、それ以上になるように設定さ
れるのが良く、この下方に位置する冷却ジャケット８か
らの冷熱がウエハＷに伝導するのを制御してウエハＷの
温度調整を行い得るように構成されている。尚、この温
度調整用ヒータ２８やヒータ固定台２９にはプッシャピ
ン等の貫通する貫通孔（図示せず）等が形成されてい
る。

【００１４】また、サセプタ７の下面には前記ヒータ固
定台２９全体を収容するための収容凹部３０が形成され
ると共に、このヒータ固定台２９には、ヒータ２８の上
面とサセプタ７の収容凹部３０の下面との境界部にＨｅ
等の熱伝達媒体を供給するために、前記ガス通路２０に
接続された分岐路３１が形成されている。そして、前記
ヒータ２８には電力供給リード３２が接続されると共
に、このリード３２には電力源３３が接続されて、所定
の電力をヒータ２８に供給し得るように構成されてい
る。

【００１５】また、プラズマ発生用の高周波の影響を受
け易い各種配線、例えばヒータに接続される電力供給リ
ード３２、静電チャック１３に接続される電圧供給リー
ド１５は全て、プラズマ用の高周波電力を供給するパイ
プリード２２内に収容されており、外部に対して高周波
ノイズの影響を与えないようになされている。前記パイ
プリード２２の処理容器底部の貫通部には絶縁体３５が
介設されて、容器２側との電気的絶縁を図っている。ま
た、この容器２の外方に延びるパイプリード２２の外周
には電気的に接地されたシールド３６が設けられてお
り、高周波が外部に洩れないように構成されている。

【００１６】さらに前記サセプタ７の上方には、これよ
り約３〜２０ｍｍ程度離間させて、接地された上部電極
４０が配設されており、この上部電極４０にはガス供給
管４１を介してプロセスガス、例えばＣＦ4 等のエッチ
ングガスが供給され、前記ガス供給管４１と上部電極４
０との間に設けられたガス拡散板４２の小孔４３を介し
てエッチングガスが均等に拡散され前記上部電極４０に
穿設された多数の小孔４４よりエッチングガスを下方の
処理空間に吹き出すように構成されている。

【００１７】そして、この上部電極４０と前記処理容器
２とを構成する部材間の接合部は、処理容器２に設けら
れた被接合部材としての凸部４５と前記上部電極４０と
が接合されており、図２に示すように接続手段、例えば
ボルト４６で接続されている。これらの接合部は、凸部
４５と上部電極４０の導電部材、例えばアルミニウム４
９の表面にはプラズマによるスパッタや腐食性ガスによ
る腐食等を防止するために絶縁膜、例えばアルミナ，ア
ルミアルマイト４７が施されているが、この絶縁膜は凸
部４５と上部電極４０との接合部４８の周縁部から所定
の距離Ｘ１、例えば略１０ｍｍまで施されており、その
周縁部内Ｘ２、例えばほぼ中央部である略２０ｍｍは導
電部材としてのアルミニウムが露出し、互いに接して電
気的に導通するよう構成されている。

【００１８】次に、この接合部４８の形成方法を具体的
に説明する。、図３のａに示すように導電性部材４９、
例えば母材として、アルミニウム又はアルミニウム合金
の接合部４８側表面に凸部５０を形成する。例えば高さ
が３０〜２００μｍの範囲、例えば略５０μｍの高さ５
１の凸部５０を研磨等によって形成する。このとき接合
部４８の表面荒さとしての平面度は、この後の工程にお
ける平面度を保つために略１０μｍ以下とすることが好
ましい。この工程の後、図３のｂに示すように前記導電
性部材４９の表面に前記凸部５０を覆う、３１〜２００
μｍの範囲の所定値、例えば略７０μｍの厚さ５２の絶
縁層５３、例えばアルミアルマイトを形成する。その
後、図３のｃに示すように、前記凸部５０の表面が少な
くとも突出するまで、例えば２０μｍ以上前記絶縁層５
３と前記凸部５０とを研磨し、前記導電性部材４９の接
合部４８側の面を表面荒さで略２０μｍ以下の鏡面仕上
げを行なうことによって接合部４８を形成するものであ
る。

【００１９】なお、前述の凸部５０を研磨等によって形
成する際に接合部４８の表面荒さとしての平面度を略１
０μｍ以下としたのは、鏡面仕上げ工程における導電性
部材４９の接合部４８側面の表面荒さを略２０μｍ以下
にするためにその表面荒さより倍以上精度の仕上げを行
なっていないと鏡面仕上げ工程に於ける略２０μｍ以下
の表面荒さを達成することが困難になるからである。ま
た、鏡面仕上げ工程に於ける略２０μｍ以下の表面荒さ
に仕上げる理由としては、その表面荒さ以下であれば接
合部としてのなじみが良く、接合部４８外から接合部４
８内へのプラズマの入り込みや接合部４８内でのプラズ
マの発生を防止でき、さらに腐食性のガス、例えば塩素
系又はフッ素系等のガスを接合部４８内に入り込むのを
抑制するためである。そして、接合部４８のほぼ中央部
に電気的な接合部を設け、その周囲の接合部には、絶縁
層５３が形成されているので、前述のようなプラズマの
入り込み、或いは腐食性ガスの入り込みが接合部の周縁
部から万が一にも入り込んでもその絶縁層５３までで抑
制し、中央部の電気的接触部にはそれらを作用させない
ようにするという効果がある。

【００２０】よって、上部電極４０の接合側面は、図４
に示すように、絶縁層５３は、前記小孔４４が設けられ
た中央部６０と周縁部６１に配置するよう形成され、そ
の間に電気的に導通するための接合部４８が配置され
る。そして図１に示す前記凸部４５のこの接合部４８と
の接合面側も同様の処理が施され、それらの部材を接触
させ図２に示すようにボルト４６によって接合させ構成
されている。

【００２１】また、図１に示すように、前記上部電極４
０の周縁部７０は、前記接続部４８にプラズマ等の回り
込み、或いは腐食性のガスの回り込みを防止するために
プラズマ発生領域と反対方向に曲折して構成されてい
る。そして、プラズマ等の回り込み、或いは腐食性のガ
スの回り込みを前記接続部４８に作用させないように、
上部電極４０の曲折部としての周縁部７０と前記凸部４
５との隙間７０ａは５ｍｍ以下とするのが好ましい。ま
た、前記ガス拡散板４２と前記処理容器２に設けられた
凸部７１との接合部も前述同様の処理がなされ、電気的
に処理容器２と導通するよう構成されている。

【００２２】このような、互いに電気的に導通させる必
要がある部材として、処理容器２が例えば複数の部材に
よって構成された場合、例えば図１に示すように処理容
器２を構成する天板７２と側壁板７３との接合部７４や
前記サセプタ７とサセプタ支持台５との接合部７５等に
おいても前述のように接合部を形成してそれぞれの部材
を接合させてもよいことは言うまでもない。

【００２３】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について述べる。まず、図示しない減圧された予備
室より所定の圧力、例えば、この予備室と等しいか或い
は陽圧であり、１×１０^-4〜数Ｔｏｒｒ程度に減圧され
た処理容器２内のサセプタ７の上部にウエハＷを載置
し、これを静電チャック１３によりクーロン力によりサ
セプタ７側へ吸着保持する。そして、上部電極４０と下
部電極（サセプタ）７との間にパイプリード２２を介し
て高周波を印加することによりプラズマを立て、これと
同時に上部電極４０側からプロセスガスを処理空間に流
し、エッチング処理を行う。

【００２４】また、プラズマによる熱で、ウエハが所定
の設定温度よりも過度に加熱されるのでこれを冷却する
ためにサセプタ支持台５の冷却ジャケット８に冷媒、例
えば液体窒素を流通させてこの部分を−１９６℃に維持
し、これからの冷熱をこの上部のサセプタ７を介してウ
エハＷに供給し、これを冷却して所望の低温状態に維持
するようになっている。これにより、ウエハＷには低温
エッチングが施されることになる。また、冷却ジャケッ
ト８とウエハＷとの間に設けられた温度調整用ヒータ２
８の発熱量を調整することによりウエハＷを冷却する温
度を調整し、ウエハＷを所定の温度、例えば−１５０℃
〜１００℃程度に維持する。尚、ヒータ２８の発熱量や
ジャケット８内の冷媒の流量を制御することによりウエ
ハ温度を常温以上、例えば１００℃まで上げることがで
きる。

【００２５】次に、本実施例の効果について述べる。電
気的な導通をとる必要がある部材同士の接合面に前述の
ように接合部４８のほぼ中央部に電気的な接合部を設
け、その周囲の接合部には、絶縁層５３が形成されてい
るので、接合部４８外から接合部４８内、即ちアルミニ
ウム材へのプラズマの入り込みや接合部４８内でのプラ
ズマの発生を防止でき、さらに腐食性のガス、例えば塩
素系又はフッ素系等のガスを接合部４８内に入り込むの
を抑制することができるので、接合部４８が腐食したり
するのを防止でき、これによって接合部からのプラズマ
によるスパッタ物や腐食物がパーティクルとなって処理
容器２内に浮遊するのを防止することができる。そし
て、そのパーティクルが浮遊するのを抑制できるので、
被処理体等への付着が防止でき被処理体の歩留りを抑制
することができる。また、電気的に導通する接合部が腐
食したりスパッタされないので電気的な導通に於けるイ
ンピーダンスの安定を維持でき、特にプラズマ装置等に
おいて、高周波電源のインピーダンスマッチングを安定
させ、インピーダンスの変動を抑制し、被処理体を同一
の電力或いは同位相で処理することができるので、被処
理体の処理のバラツキ等の歩留りも向上することができ
る。

【００２６】尚、前記実施例にあっては、本発明を低温
プラズマエッチング装置の上部電極部の接合部に適用し
た場合について説明したが、これに限定されず、他の部
材でも電気的に導通する必要がある部材間の接合部であ
ればどのような装置で使用しても良く、装置としては、
例えばウエハやＬＣＤ等の電気的特性を低温で検査する
プローバ装置やＣＶＤ装置、試料を観察するための電子
顕微鏡等の装置にも適用することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、電気的に導通させる必要があ
る導電性部材間の接合部がプラズマによりエッチングさ
れるのを抑制でき、また腐食性ガスによる腐食も抑制す
ることができることにより、部材間からのパーティクル
の発生を抑制することができるので、パーティクルが被
処理体に付着するのを抑制し、被処理体の歩留りを向上
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る処理装置の一実施例を示す断面構
成図である。

【図２】図１中の接合部近傍を示す拡大断面図である。

【図３】

【ａ】図１の接合部の形成過程を示す概略断面図であ
る。

【ｂ】図１の接合部の形成過程を示す概略断面図であ
る。

【ｃ】図１の接合部の形成過程を示す概略断面図であ
る。

【図４】図１中の上部電極を示す概略斜視図である。

【図５】従来の処理装置の断面構成図である。

【図６】従来の処理装置の接合部近傍を示す拡大断面図
である。

【符号の説明】

１ エッチング装置（処理装置） ２ 処理容器 ５ サセプタ支持台 ７ サセプタ（下部電極） ４０ 上部電極 ４８，７４，７５ 接合部 ４７，５３，６０，６１ 絶縁層 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性部材の表面接合部の略中央に，３
   ０〜２００μｍ高さの凸部を形成する工程と， 前記導電部材の少なくとも凸部を有する表面に，３１〜
   ２００μｍ厚さの絶縁層を形成する工程と， 前記凸部表面の前記絶縁層を前記凸部表面が露出するま
   で除去する工程と， 前記除去された凸部表面に被接合部材を接合する工程
   と， を具備することを特徴とする接合部の形成方法。
2. 【請求項２】被処理体を減圧雰囲気で熱処理或いはプラ
   ズマ処理する処理装置を形成する部材間を電気的に導通
   させるための部材の接合方法であって， 少なくとも一方の部材の接合部の面の略中央に，３０〜
   ２００μｍ高さの凸部を形成する工程と， それらの部材の接合部側の面に３１〜２００μｍ厚さの
   絶縁層を形成する工程と， 前記凸部表面の前記絶縁層を前記接合部の面まで除去す
   る工程と， この工程で露出した凸部表面に被接合部材を接触させる
   工程とを具備する， ことを特徴とする処理装置の部材間の接合方法。