TWI743158B - 電極用環 - Google Patents

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Abstract

本發明之特徵在於具備3個以上之圓弧狀矽構件(38)及將上述矽構件(38)彼此接合之接合部，且上述接合部含有氧化硼。

Description

電極用環
本發明係關於一種電極用環。
作為LSI(Large Scale Integration，大規模積體電路)等半導體積體裝置製造中之蝕刻裝置，使用利用電漿之乾式蝕刻裝置。乾式蝕刻裝置係將蝕刻對象之晶圓配置於平面電極之陰極上，於將蝕刻氣體導入至裝置內之狀態下，藉由高頻振盪器而向對向電極(陽極)與陰極之間施加高頻電壓，藉此於電極間產生蝕刻氣體之電漿。作為電漿中之活性氣體之正離子入射至晶圓表面而進行蝕刻。 於乾式蝕刻裝置內部，若使用金屬製零件則產生金屬污染，故而使用矽製零件。作為代表性之矽製零件，例如有呈包圍蝕刻對象之晶圓之圓環狀之形狀的聚焦環(專利文獻1)。聚焦環必須具有較蝕刻對象之晶圓大之直徑。目前主流之300 mm晶圓用之矽製零件係由具有320 mm以上之直徑之矽晶錠製作成，故而價格高。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2002-190466號公報
[發明所欲解決之問題] 若不是由一體物而是藉由將複數個矽構件接合製造矽製零件，則可自具有更小之直徑之矽晶錠製作矽製零件，故而期待製造成本之削減等各種優點。 本發明之目的在於提供一種將複數個矽構件接合而成之電極用環。 [解決問題之技術手段] 本發明之電極用環之特徵在於具備：3個以上之圓弧狀矽構件；及接合部，其將上述矽構件彼此接合；且上述接合部含有氧化硼。 本發明之電極用環之特徵在於具備：3個以上之圓弧狀矽構件；接合部，其將上述矽構件彼此接合；及矽，其封閉上述接合部；且上述接合部含有Al、Ga、Ge、及Sn之任一者，且係與矽之共晶合金。 本發明之電極用環之特徵在於具備：3個以上之圓弧狀矽構件；接合部，其將上述矽構件彼此接合；及矽，其封閉上述接合部；且上述接合部含有氧化硼。 本發明之電極用環之特徵在於具備：第1環體，其具有3個以上之第1圓弧狀矽構件；第2環體，其與上述第1環體於同軸上重疊，且具有3個以上之第2圓弧狀矽構件；接合部，其設置於上述第1環體與上述第2環體之間；及矽，其封閉上述第1圓弧狀矽構件彼此之對接面之間及/或上述第2圓弧狀矽構件彼此之對接面之間。 [發明之效果] 根據本發明，可將自較聚焦環之外徑小之晶圓切出之3個以上之矽構件組合製造電極用環。因此，電極用環無須使用較聚焦環之外徑大之晶圓，故而可相應地降低成本。
以下，參照圖式對本發明之實施形態詳細地進行說明。 圖1所示之乾式蝕刻裝置10具備真空腔室12、上部電極板14、基台16、及聚焦環18。上部電極板14係圓板狀之構件，且藉由支持環20而固定於真空腔室12內之上部。支持環20由作為絕緣構件之矽形成。上部電極板14具有於厚度方向貫通之複數個貫通孔15。上部電極板14電性地連接有高頻電源26。上部電極板14連接有氣體供給管24。自氣體供給管24供給之蝕刻氣體係自上部電極板14之貫通孔15向真空腔室12內流入，且可自排出口28排出至外部。 基台16係設置於真空腔室12內之下部，其周圍由接地環30包圍。接地環30係由作為絕緣構件之矽形成，且接地。於基台16上設置有聚焦環18。聚焦環18係由作為絕緣構件之矽形成，且支持晶圓22之周緣之凹部19遍及內側全周而形成。 乾式蝕刻裝置10係當經由上部電極板14供給蝕刻氣體，且自高頻電源26施加高頻電壓時，於上部電極板14與晶圓22之間產生電漿。藉由該電漿而蝕刻晶圓22表面。 本實施形態之電極用環係能夠應用於上述聚焦環18、支持環20、接地環30。電極用環並不限定於上述聚焦環18、支持環20、接地環30。電極用環可應用於設置於乾式蝕刻裝置10之真空腔室12內、被施加電壓、或接地之矽構件。 參照圖2對成為聚焦環18用之構件之本實施形態之電極用環進行說明。電極用環32具備第1環體34，該第1環體34具有至少3個以上之圓弧狀矽構件38、及設置於矽構件38彼此之間之接合部(於本圖中未圖示)。矽構件38既可為單晶亦可為多晶，且其製造方法、純度、結晶方位等並不受限定。 於本圖之情形時，電極用環32具備：第1環體34，其具有3個矽構件38；及第2環體36，其具有與第1環體34相同之3個矽構件38。第1環體34與第2環體36係於矽構件38彼此之對接面37於圓周方向錯開之狀態下於接合面39重疊於同軸上。 如圖3所示，接合部40設置於矽構件38彼此之間之至少一部分。於本圖之情形時，接合部40設置於第1環體34與第2環體36之接合面39之間。接合部40係包含與矽形成共晶合金之金屬之與矽之共晶合金。與矽形成共晶合金之金屬係Al、Ga、Ge、及Sn之任一者(以下，亦稱為「合金形成金屬」)。Al、Ga、Ge、及Sn係於矽結晶中之擴散係數較低，於矽構件內之擴散較少，不易形成電性上成為問題之深能階，及無對環境之問題，故而較佳。Al由於價格低，故而最佳。合金形成金屬之純度係只要能夠與矽形成共晶則並不特別限定，較佳為98%以上。 矽構件38較佳為厚度為1 mm以上且50 mm以下，寬度為10 mm以上且100 mm以下，如圖4所示，將接合面39中之不相鄰之兩個角之頂點42、44連接而成的線段之長度L為160 mm以上且220 mm以下。具有如上所述之大小之矽構件38係可自目前廣泛流通之6英吋(15 mm)晶圓用矽晶錠切出而製作，故而成本優勢較高。 其次，對製造電極用環32之方法進行說明。首先，對矽構件38進行表面處理。具體而言，藉由研削及研磨等而對矽構件38之表面進行加工，較佳為形成為鏡面。亦可藉由氟酸與硝酸之混合液等而將矽構件38之表面蝕刻。作為混合液可使用JIS標準H0609中規定之化學研磨液(氟酸(49%)：硝酸(70%)：乙酸(100%)=3：5：3)等。 繼而，將3個矽構件38環狀地排列。使矽構件38之對接面37彼此之間不產生間隙。其次，於該矽構件38之表面配置合金形成金屬箔。從用以熔解之能量較少即可完成之方面而言，合金形成金屬箔之厚度較薄者為佳。合金形成金屬箔為了獲得接合強度較佳為0.1~100 μm，更佳為0.5~20 μm。合金形成金屬箔若較上述下限值薄，則於在接合面載置合金形成金屬箔時容易產生破損。合金形成金屬箔若較上述上限值厚，則容易產生與矽之接合並不充分之部分。繼而，於合金形成金屬箔上放置其他3個矽構件38。其他矽構件38係相對於先配置之矽構件38，僅錯開長度方向之長度之一半而配置。如上所述，成為於先配置之矽構件38上介隔合金形成金屬箔而積層有其他矽構件38之狀態。 其次，自其他矽構件38側進行加熱，產生包含矽與合金形成金屬之熔解物。加熱方法並不特別限定，可藉由電阻加熱、光加熱等而進行。自可容易地移動加熱部位，且容易根據所供給之電力而使加熱量變化之方面而言，較佳為光加熱，例如使用各種燈、雷射。 於本實施形態之情形時，可使用圖5所示之裝置。本圖所示之裝置具備至少一個燈48及將該燈48所出射之光聚光之聚光部50。作為燈48，可使用紅外線結晶成長裝置中一般使用之氙氣燈或鹵素燈。作為輸出較佳為1~30 kW左右。 加熱係自其他矽構件38之上側進行。只要為上側即可，並不限定於相對於其他矽構件38垂直之方向上側，亦可自傾斜上側。藉由加熱，首先合金形成金屬箔熔解產生金屬熔解物。其次，與該金屬熔解物相接之矽構件38之接合面被該金屬熔解物滲入，產生包含矽之熔解物。認為若停止加熱而溫度降低，則該熔解物一面形成包含共晶之合金相一面凝固，完成接合。例如，於使用Al箔之情形時，利用至800℃左右為止之加熱可充分將矽構件38彼此接合。 聚光區域通常為直徑10~30 mm左右。聚光區域係藉由使該燈之發光位置自橢圓鏡之焦點偏移而擴大為30~100 mm左右。藉由聚光區域擴大，可擴大加熱範圍。較佳為，使該聚光區域遍及金屬箔及矽構件38之表面整體掃描而加熱。 其次，藉由使包含矽與合金形成金屬之熔解物冷卻並固化，而產生包含共晶合金之接合部40。根據以上，可將矽構件38彼此接合，製造電極用環32。 於合金形成金屬為Al之情形時，若冷卻至約577℃為止，則產生包含Al-矽共晶物(12.2原子%Al)之接合部40。冷卻速度係根據所使用之合金形成金屬而不同，較佳為，於使用Al之情形時以成為10~100℃/分鐘之方式進行控制。若冷卻速度未達上述下限值則冷卻時間變長，效率較差。若冷卻速度大於上述上限值，則存在接合部40中殘留應變之傾向。冷卻速度可藉由如下方式而控制，即，於合金形成金屬箔之熔解完成之後，使加熱機構之輸出逐漸降低，於推測接合部40之溫度低於共晶物之熔解溫度時停止加熱。此種加熱溫度之控制例如係將與實際上貼合之矽構件38相同之形狀之熱電偶設置於矽構件38彼此之間，預先測定加熱機構之功率與溫度之關係，基於該測定結果而進行。 由上述加熱所致之熔解物之產生、由冷卻所致之包含共晶合金之接合部40之產生，為了防止合金形成金屬及矽之氧化，較佳為於10~200 torr(約1333~26664 Pa)之氬環境之腔室內進行。亦可不使用氬氣，藉由減壓而防止氧化，但若進行減壓，則存在產生矽之蒸發而將腔室內污染之情形，故而欠佳。又，亦可藉由氮氣而防止氧化，但於1200℃以上會產生矽之氮化，故而欠佳。 較佳為，矽構件彼此之對接面37之間係將對接面37附近之矽加熱而熔融，從而封閉。藉由將矽熔合而將對接面37之間封閉，可防止共晶合金露出。 以上述方式獲得之電極用環32係藉由機械加工而遍及內側全周形成凹部19，藉此可成為聚焦環18。 電極用環32可將自小於聚焦環18之外徑之晶圓用矽晶錠切出之3個以上之矽構件38組合而製造。因此，電極用環32無須使用大於聚焦環18之外徑之晶圓用矽晶錠，故而可相應地降低成本。 (變化例) 本發明並不限定於上述實施形態，於本發明之主旨之範圍內能夠適當變更。 於上述實施形態之情形時，對電極用環32具備於同軸上重疊之第1環體34及第2環體36之情形進行了說明，但本發明並不限定於此。例如，電極用環亦可僅具備第1環體。於該情形時，如圖6所示，較佳為，矽構件52、54彼此之對接面55具有連續之兩個直角之彎曲。藉由對接面55具有兩個彎曲，而接合部56之面積增加，故而與不具有彎曲之情形相比，可提高接合強度。 如圖7所示，電極用環58亦可於圖2所示之電極用環32之內周面進而具備3個以上之圓弧狀矽內周構件60。於本圖之情形時，電極用環58具備於圓周方向重疊3個、於軸向重疊2個之合計6個矽內周構件60，藉此可容易地形成內徑更小之聚焦環18。 如圖8所示，電極用環62亦可於圖2所示之電極用環32之外周面進而具備3個以上之圓弧狀矽外周構件64。於本圖之情形時，電極用環62具備於圓周方向重疊3個、於軸向重疊2個之合計6個矽外周構件64，藉此可容易地形成外徑更大之聚焦環18。 於上述實施形態之情形時，對使用合金形成金屬箔將矽構件38彼此接合之情形進行了說明，但本發明並不限定於此。考慮即便使用合金形成金屬之粉體或粒子亦能夠將矽構件38彼此接合。於作為低熔點金屬之Ga之情形時，亦可使用直接塗佈於矽構件38之表面之膜。 雖然說明了對接面37之間以不出現間隙之方式排列，於接合面形成接合部之後，將矽熔合而封閉之情形，但本發明並不限定於此。例如，亦可於對接面配置合金形成金屬箔，且亦於對接面之間形成接合部。沿著對接面37而配置於垂直方向之合金形成金屬箔係從自垂直方向傾斜約30度左右之斜上方加熱，藉此熔融而可成為接合部。 於上述實施形態之情形時，對接合部40包含合金形成金屬之情形進行了說明，但本發明並不限定於此，亦可包含氧化硼。關於接合部40包含氧化硼之情形時之電極用環之製造方法將於以下進行說明。 首先，將與上述實施形態相同地進行表面處理之3個矽構件環狀地排列。其次，將該矽構件加熱至第1溫度(180~280℃)，對矽構件之接合面之至少一部分，供給包括粒子狀之硼酸(B(OH)3 )之起始原料。矽構件可藉由使用一般之電阻加熱器之加熱機構而加熱。由於接合面之溫度為180~280℃，故而於該接合面上產生硼酸之脫水反應。水於10~60秒左右自硼酸脫離，產生偏硼酸(HBO2 )。於脫離之水中溶解偏硼酸，成為富有流動性之液體狀物。 於矽構件之溫度過低之情形時，無法使水自硼酸脫離而獲得偏硼酸。另一方面，若矽構件之溫度過高，則水自硼酸急遽地脫離。藉此，供給至矽構件之接合面之硼酸飛散，或立即產生固化之偏硼酸。若第1溫度為180~280℃，則可更確實地獲得偏硼酸。第1溫度較佳為200~240℃。 作為包括粒子狀之硼酸之起始原料，可直接使用直徑為0.1~2 mm之顆粒狀之市售品。藉由將包括直徑為0.1~2 mm之硼酸之起始原料供給至加熱至第1溫度之矽構件之表面，可形成如下所述之包含偏硼酸之層。較佳為，硼酸係每次少量地供給至矽構件之表面之一部分。 藉由將水自硼酸脫離而產生之液體狀物利用刮刀延展獲得包含偏硼酸之層。如上所述，對矽構件之接合面每次少量地供給作為起始原料之硼酸，每次將所產生之液體狀物延展，藉此可於接合面形成包含均一之偏硼酸之層。作為刮刀，使用將晶圓切斷而獲得者，藉此避免雜質向包含偏硼酸之層混入。 包含偏硼酸之層之厚度較佳為1 mm以下，更佳為0.1~0.5 mm。包含偏硼酸之層之厚度越薄，於之後之步驟加熱時，越可抑制因脫水反應而引起之氣泡之產生。包含偏硼酸之層之厚度係可對所供給之作為起始原料的硼酸之量進行控制而調整。 將在接合面形成有包含偏硼酸之層之矽構件進行加熱而升溫至第2溫度(500~700℃)。其結果，水進而自偏硼酸脫離，獲得包含氧化硼(B2 O3 )之熔融物。於第2溫度過高之情形時，有於之後之步驟冷卻時，因氧化硼與矽之熱膨脹係數之差異而於矽構件產生斷裂之虞。若第2溫度為500~700℃，則可更確實地獲得包含氧化硼之熔融物。第2溫度較佳為550~600℃。 於產生於矽構件之接合區域之包含氧化硼之熔融物之上，壓接進行了表面處理之其他矽構件。壓接時之壓力並不特別限定，可適當設定。於矽構件之寬度為30 mm左右之情形時，可隔著隔熱材料用手按壓，將矽構件與其他矽構件接合。 藉由使氧化硼之熔融物固化，矽構件與其他矽構件藉由氧化硼之層而接合。熔融物係藉由於例如室溫下放置而固化。藉由以如上方式產生接合部，可製造電極用環。 將包含偏硼酸之層亦可並非形成於矽構件之接合面之整個區域，而是沿著接合面之外緣框狀地形成。框狀之包含偏硼酸之層之寬度可設為5~10 mm。於框狀之包含偏硼酸之層之內側之區域配置合金形成金屬箔。亦可於將合金形成金屬箔配置於內側之區域之前，將框狀之包含偏硼酸之層冷卻，對表面進行研磨而降低厚度。於矽構件之接合面形成框狀之包含偏硼酸之層配置合金形成金屬箔之後，配置其他矽構件，加熱至共晶溫度以上且700℃以下。藉由加熱而合金形成金屬與矽形成共晶，藉此可將矽構件彼此更進一步牢固地接合。此處形成之共晶合金會由框狀之氧化硼之層包圍，故而金屬擴散成為污染源之可能性亦較小。 電極用環亦可藉由將矽構件彼此之間之接合面選擇性地加熱，使接合面附近之矽熔融來使矽構件彼此熔合而製造。
10‧‧‧乾式蝕刻裝置12‧‧‧真空腔室14‧‧‧上部電極板15‧‧‧貫通孔16‧‧‧基台18‧‧‧聚焦環19‧‧‧凹部20‧‧‧支持環22‧‧‧晶圓24‧‧‧氣體供給管26‧‧‧高頻電源28‧‧‧排出口30‧‧‧接地環32‧‧‧電極用環34‧‧‧第1環體36‧‧‧第2環體37‧‧‧對接面38‧‧‧矽構件39‧‧‧接合面40‧‧‧接合部42‧‧‧頂點44‧‧‧頂點48‧‧‧燈50‧‧‧聚光部52‧‧‧矽構件54‧‧‧矽構件55‧‧‧對接面56‧‧‧接合部58‧‧‧電極用環60‧‧‧矽內周構件62‧‧‧電極用環64‧‧‧矽外周構件L‧‧‧長度
圖1係模式性地表示具備自本實施形態之電極用環製作出之聚焦環之乾式蝕刻裝置之構成的剖視圖。 圖2係表示本實施形態之電極用環之立體圖。 圖3係表示接合部之局部剖視圖。 圖4係表示矽構件之立體圖。 圖5係模式性地表示製造電極用環之裝置之剖視圖。 圖6係表示變化例之接合部之局部剖視圖。 圖7係表示變化例之電極用環之立體圖。 圖8係表示另一變化例之電極用環之立體圖。
32‧‧‧電極用環
34‧‧‧第1環體
36‧‧‧第2環體
37‧‧‧對接面
38‧‧‧矽構件
39‧‧‧接合面

Claims (7)

  1. 一種電極用環，其特徵在於具備：3個以上之圓弧狀矽構件；及接合部，將上述矽構件彼此接合；且上述接合部係氧化硼之層。
  2. 如請求項1之電極用環，其進而具備其他接合部，上述其他接合部係含有Al、Ga、Ge、及Sn之任一者之與矽之共晶合金。
  3. 如請求項1或2之電極用環，其中於內周面具備3個以上之圓弧狀矽內周構件，且於上述矽構件與上述矽內周構件之間具備上述接合部。
  4. 如請求項1或2之電極用環，其中於外周面具備3個以上之圓弧狀矽外周構件，且於上述矽構件與上述矽外周構件之間具備上述接合部。
  5. 如請求項1或2之電極用環，其中將上述矽構件之不相鄰之兩個角之頂點連接而成的線段之長度為160mm以上且220mm以下。
  6. 一種電極用環，其特徵在於具備：3個以上之圓弧狀矽構件； 接合部，其將上述矽構件彼此接合；及封閉上述接合部之矽；上述接合部係含有Al、Ga、Ge、及Sn之任一者之與矽之共晶合金；且封閉上述接合部之矽係將上述圓弧狀矽構件彼此之對接面附近之矽熔合，以防止上述接合部露出之方式封閉。
  7. 一種電極用環，其特徵在於具備：3個以上之圓弧狀矽構件；接合部，其將上述矽構件彼此接合；及封閉上述接合部之矽；上述接合部係氧化硼之層；且封閉上述接合部之矽係將上述圓弧狀矽構件彼此之對接面附近之矽熔合，以防止上述接合部露出之方式封閉。
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