特開 2018-22802 電極板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-22802(P2018-22802A)

(43)【公開日】2018年2月8日

(54)【発明の名称】電極板

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20180112BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101L

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-153987(P2016-153987)

(22)【出願日】2016年8月4日

(11)【特許番号】特許第6146840号(P6146840)

(45)【特許公報発行日】2017年6月14日

(71)【出願人】

【識別番号】516129736

【氏名又は名称】日本新工芯技株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100137800

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 正義

(74)【代理人】

【識別番号】100148253

【弁理士】

【氏名又は名称】今枝 弘充

(74)【代理人】

【識別番号】100148079

【弁理士】

【氏名又は名称】梅村 裕明

(74)【代理人】

【識別番号】100158241

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 安子

(72)【発明者】

【氏名】碇 敦

(72)【発明者】

【氏名】藤井 智

【テーマコード（参考）】

5F004

【Ｆターム（参考）】

5F004BA04

5F004BB28

(57)【要約】

【課題】交換によって生じる部材の無駄を低減することができる電極板を提供する。
【解決手段】複数の板状電極部材３２，３４と、前記電極部材３２，３４同士を厚さ方向に接合する接合部とを備え、前記接合部は、１５０℃以上の耐熱性を有し、７００℃以下で融解することを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の板状電極部材と、
前記電極部材同士を厚さ方向に接合する接合部と
を備え、
前記接合部は、１５０℃以上の耐熱性を有し、７００℃以下で融解する
ことを特徴とする電極板。

【請求項2】

前記接合部は、Ｉｎ、Ｓｎ及びＡｌ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請求項１記載の電極板。

【請求項3】

前記接合部は、酸化ホウ素を含有することを特徴とする請求項１記載の電極板。

【請求項4】

前記接合部は、Ｉｎ、Ｓｎ及びＡｌのいずれかを含有し、シリコンとの共晶合金を含むことを特徴とする請求項３記載の電極板。

【請求項5】

厚さ方向に貫通した複数の貫通穴を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の電極板。

【請求項6】

一表面に配置される前記電極部材が、シリコンよりもプラズマ耐性に優れた材料を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の電極板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電極板に関し、特にドライエッチング装置に用いられる電極に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＳＩ等の半導体集積デバイス製造におけるエッチング装置として、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。この装置では、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、装置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と、電極間にエッチングガスのプラズマが発生する。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が行なわれる。

【0003】

ドライエッチング装置内部では、金属製部品を用いると金属汚染が起こるので、シリコン製部品が用いられる。代表的なシリコン製部品としては、例えば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（特許文献１）や、円板状の上部電極がある（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−１９０４６６号公報

【特許文献2】特開２００５−２１７２４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上部電極は、安定したエッチング処理をする上で、厚さを一定程度に保つ必要があるが、使用により厚さが減少する。したがって上部電極は厚さの減少量に応じ交換され、使用済の上部電極は、廃棄される。このように上部電極は、交換の度に使用済となった部材を無駄にしてしまう、という問題があった。

【0006】

本発明は、交換によって生じる部材の無駄を低減することができる電極板を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る電極板は、複数の板状電極部材と、前記電極部材同士を厚さ方向に接合する接合部とを備え、前記接合部は、１５０℃以上の耐熱性を有し、７００℃以下で融解することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、接合部を再加熱して融解することにより、厚さが減少した一方の電極部材を交換し、他方の電極部材を再利用することができるので、交換によって生じる部材の無駄を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態に係る電極用リングから作製したフォーカスリングを備えたドライエッチング装置の構成を模式的に示す断面図である。

【図2】本実施形態に係る電極板を示す斜視図である。

【図3】接合部を示す部分断面図である。

【図4】電極用リングを製造する装置を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

図１に示すドライエッチング装置１０は、真空チャンバー１２と、電極板１４と、基台１６と、フォーカスリング１８とを備える。電極板１４は、円板状の部材であり、支持リング２０によって真空チャンバー１２内の上部に固定されている。支持リング２０は、絶縁部材であるシリコンで形成されている。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。電極板１４は、高周波電源２６が電気的に接続されている。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、電極板１４の貫通穴１５から真空チャンバー１２内へ流れ込み、排出口２８から外部に排出され得る。

【0012】

基台１６は、真空チャンバー１２内の下部に設置されており、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は絶縁部材である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、絶縁部材である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。

【0013】

ドライエッチング装置１０は、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２６から高周波電圧が印加されると、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。

【0014】

図２に示すように、電極板１４は、板状の第１電極部材３２及び第２電極部材３４と、第１電極部材３２及び第２電極部材３４の間に設けられた接合部（本図には図示しない）とを備える。本実施形態の場合、第１電極部材３２及び第２電極部材３４はシリコンで形成されている。第１電極部材３２及び第２電極部材３４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。本図の場合、第１電極部材３２及び第２電極部材３４は、同じ厚さ及び直径を有する円盤であって、接合面３８において同軸上に重ねられている。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。

【0015】

図３に示すように、第１電極部材３２及び第２電極部材３４は、厚さ方向に貫通した複数の貫通穴１５を有する。第１電極部材３２及び第２電極部材３４の貫通穴１５同士は、それぞれ位置があっている。したがって貫通穴１５は、電極板１４の一側表面から他側表面へ貫通している。

【0016】

接合部３６は、第１電極部材３２及び第２電極部材３４の間の少なくとも一部に設けられている。本図の場合、接合部３６は、第１電極部材３２及び第２電極部材３４の接合面３８の間に設けられている。接合部３６は、１５０℃以上の耐熱性を有し、７００℃以下で融解する。接合部３６は、３００℃以上の耐熱性を有するのがより好ましい。本実施形態の場合、接合部３６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、Ｉｎ、Ｓｎ及びＡｌのいずれか（以下、「合金形成金属」ともいう）である。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。

【0017】

第１電極部材３２及び第２電極部材３４の大きさは特に限定されないが、例えば、厚さ１ｍｍ以上５０ｍｍ以下、直径３００ｍｍ以上４６０ｍｍ以下とすることができる。

【0018】

次に電極板１４を製造する方法について説明する。まず第１電極部材３２及び第２電極部材３４に対し表面処理をする。具体的には、第１電極部材３２及び第２電極部材３４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。第１電極部材３２及び第２電極部材３４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。

【0019】

続いて、第２電極部材３４の表面に、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３８に合金形成金属箔を載せる際に破損し易い。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。

【0020】

続いて、合金形成金属箔上に、第１電極部材３２を置く。第１電極部材３２は、先に配置された第２電極部材３４に対し、同軸上に配置する。このとき貫通穴１５同士の位置が合うように位置決めする。上記のようにして、先に配置された第２電極部材３４上に、合金形成金属箔を介して、第１電極部材３２が重ねられた状態となる。

【0021】

次に、第１電極部材３２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。

【0022】

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４０及び当該ランプ４０が出射する光を集光する集光部４２を備える。ランプ４０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。

【0023】

加熱は、第１電極部材３２の上側から行う。上側であればよく、第１電極部材３２に対して垂直方向上側には限られず、斜め上側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第１電極部材３２及び第２電極部材３４の接合面３８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、Ａｌ箔を用いた場合、８００℃程度までの加熱で十分に第１電極部材３２及び第２電極部材３４を接合することができる。

【0024】

集光領域は、通常直径１０〜３０ｍｍ程度である。集光領域は、該ランプの発光位置を楕円ミラー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。該集光領域を金属箔及び第１電極部材３２及び第２電極部材３４の表面全体に亘って走査させて加熱するのが好ましい。

【0025】

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３６を生成する。以上により、第１電極部材３２及び第２電極部材３４を接合し、電極板１４を製造することができる。

【0026】

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３６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、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３６中に歪が残る傾向がある。

【0027】

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３６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電極部材と同様な形状の熱電対を電極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。

【0028】

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３６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。

【0029】

貫通穴１５と接合面３８が交差する箇所は、共晶合金が露出しないように処理するのが好ましい。例えば、合金形成金属箔を各貫通穴１５の周囲３ｍｍ以内に配置しないことにより、共晶合金が貫通穴１５と接合面３８が交差する箇所に露出することを防ぐことができる。

【0030】

上記のようにして得られた電極板１４は、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、エッチング処理に供される。電極板１４は、使用頻度に応じ、厚さが減少する。第２電極部材３４がウエハに面した状態で電極板１４が設置された場合、第２電極部材３４の中央から減少し、周縁に向かって湾曲状に減少していく。第２電極部材３４の厚さの減少量が所定値を超えた場合、電極板１４は交換される。

【0031】

交換された使用済の電極板１４における第１電極部材３２は、第１電極部材３２に対し第２電極部材３４を新品に交換することにより、再利用することができる。第１電極部材３２に対し第２電極部材３４を新品に交換するには、まず電極板１４を６００℃以上に加熱して接合部３６を融解し、第２電極部材３４を第１電極部材３２から分離する。次いで第１電極部材３２表面から研削加工により共晶合金を除去する。その後、上記電極板１４を製造する方法と同じ手順で、第１電極部材３２に第２電極部材３４を接合することにより、新品の電極板１４を得ることができる。

【0032】

上記のように電極板１４は、接合部３６を再加熱して融解することにより、厚さが減少した第２電極部材３４を交換することができる。したがって電極板１４は、第１電極部材３２を再利用することができるので、交換によって生じる部材の無駄を低減することができる。

【0033】

（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。

【0034】

上記実施形態の場合、第１電極部材３２及び第２電極部材３４は、厚さ及び直径が同じである場合について説明したが、本発明はこれに限らず、厚さや直径が異なっていてもよい。

【0035】

第２電極部材３４は、シリコンで形成した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、シリコンよりプラズマ耐性に優れる材料、例えばＳｉＣで形成してもよい。

【0036】

第１電極部材３２及び第２電極部材３４は、貫通穴１５を有する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、貫通穴１５を有していなくてもよい。第１電極部材３２及び第２電極部材３４を接合後、貫通穴１５を形成してもよい。

【0037】

交換された使用済の電極板１４における第１電極部材３２に対し第２電極部材３４を新品に交換する場合、第２電極部材３４は貫通穴１５を有していなくともよい。第２電極部材３４が貫通穴１５を有していない場合、第１電極部材３２に接合後、第１電極部材３２の貫通穴１５に合わせて第２電極部材３４に貫通穴１５を形成する。

【0038】

電極板１４は、２個の電極部材（第１電極部材３２及び第２電極部材３４）を備える場合について説明したが、本発明はこれに限らず、３個以上の電極部材を備えることとしてもよい。

【0039】

電極板１４は、面方向に３個以上分割されていてもよい。面方向に３個以上分割されていることにより、より小さいウエハ用シリコン結晶インゴットから切り出した電極部材を用いてより大きい電極板１４を得ることができる。

【0040】

上記実施形態の場合、合金形成金属箔を用いて電極部材同士を接合する場合について説明したが、本発明はこれに限らない。合金形成金属の粉体又は粒子を用いても電極部材同士を接合することは可能であると考えられる。

【0041】

上記実施形態の場合、接合部３６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３６が酸化ホウ素を含む場合の電極板の製造方法について以下、説明する。

【0042】

まず、上記実施形態と同様に表面処理をした第２電極部材３４を第１の温度（１８０〜２８０℃）に加熱し、第２電極部材３４の接合面３８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。第２電極部材３４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３８の温度が１８０〜２８０℃であるので、この接合面３８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（ＨＢＯ_２）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。

【0043】

第２電極部材３４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、第２電極部材３４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、第２電極部材３４の接合面３８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。

【0044】

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第２電極部材３４の表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、電極部材の表面の一部に少量ずつ供給することが好ましい。

【0045】

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。上述したように第２電極部材３４の接合面３８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３８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。

【0046】

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。

【0047】

接合面３８にメタホウ酸を含む層が形成された第２電極部材３４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（Ｂ_２Ｏ_３）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、第１電極部材３２及び第２電極部材３４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。

【0048】

第２電極部材３４の接合領域に生じた酸化ホウ素を含む溶融物の上に、表面処理をした第１電極部材３２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。

【0049】

酸化ホウ素の溶融物を固化させることで、第１電極部材３２と第２電極部材３４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３６を生成することにより、電極板１４を製造することができる。

【0050】

第１電極部材３２に対し第２電極部材３４を新品に交換するには、まず電極板１４を５００℃以上に加熱して接合部３６を融解するか、あるいは長時間水中に浸漬させ酸化ホウ素を溶出させることにより、第２電極部材３４を第１電極部材３２から分離する。次いで第１電極部材３２表面から水あるいはエタノールを含んだ布を用いて拭うことにより酸化ホウ素の層を除去する。その後、上記と同じ手順で、第１電極部材３２に第２電極部材３４を接合することにより、新品の電極板１４を得ることができる。

【0051】

メタホウ酸を含む層を、第１電極部材３２及び第２電極部材３４の接合面３８の全域ではなく、接合面３８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。第２電極部材３４の接合面３８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、第１電極部材３２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、第１電極部材３２及び第２電極部材３４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ので、金属が拡散して汚染源となるおそれも小さい。この場合も、上記実施形態と同様に、第１電極部材３２に対し第２電極部材３４を新品に交換することができる。

【符号の説明】

【0052】

１０ ドライエッチング装置
１４ 電極板
１５ 貫通穴
３２ 第１電極部材
３４ 第２電極部材
３６ 接合部
３８ 接合面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2017年2月2日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の板状電極部材と、
前記電極部材同士を厚さ方向に接合する接合部と
を備え、
前記接合部は、１５０℃以上の耐熱性を有し、７００℃以下で融解し、Ｉｎ、Ｓｎ及びＡｌのいずれかを含有し、シリコンとの共晶合金である
ことを特徴とする電極板。

【請求項2】

複数の板状電極部材と、
前記電極部材同士を厚さ方向に接合する接合部と
を備え、
前記接合部は、１５０℃以上の耐熱性を有し、７００℃以下で融解し、酸化ホウ素を含有する
ことを特徴とする電極板。

【請求項3】

前記接合部は、Ｉｎ、Ｓｎ及びＡｌのいずれかを含有し、シリコンとの共晶合金を含むことを特徴とする請求項２記載の電極板。

【請求項4】

厚さ方向に貫通した複数の貫通穴を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の電極板。

【請求項5】

一表面に配置される前記電極部材が、シリコンよりもプラズマ耐性に優れた材料を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の電極板。