特許 6146841 リング状電極

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6146841

(24)【登録日】2017年5月26日

(45)【発行日】2017年6月14日

(54)【発明の名称】リング状電極

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20170607BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20170607BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101G

   H01L21/302 101L

   H05H1/46 M

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-153988(P2016-153988)

(22)【出願日】2016年8月4日

【審査請求日】2016年11月10日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【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

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２９００８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１００８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００３７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５１６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３３４８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２４７３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０４７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／００７３３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−０３２１１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３１２−２１／３２

Ｈ０１Ｌ ２１／３６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９−２１／４７５

Ｈ０１Ｌ ２１／８６

Ｈ０５Ｈ １／００−１／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコンのリング体と、
接合部を介して前記リング体表面の少なくとも一部に接合された、シリコンよりもプラズマ耐性に優れたカバー体と、
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
ことを特徴とするリング状電極。

【請求項2】

シリコンのリング体と、
接合部を介して前記リング体表面の少なくとも一部に接合された、シリコンよりもプラズマ耐性に優れたカバー体と、
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
ことを特徴とするリング状電極。

【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記載のリング状電極。

【請求項4】

前記リング体は、一側表面に、ウエハが載置される凹部を有し、
前記カバー体は、少なくとも、前記凹部を除く前記一側表面に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のリング状電極。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リング状電極に関し、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）。現在主流の３００ｍｍウエハ用のフォーカスリングは、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。

【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】

上記シリコン製部品は、プラズマに曝されることにより表面がエッチングされ、厚さが薄くなる。したがってシリコン製部品は厚さの減少量に応じ交換され、使用済のシリコン製部品は、廃棄される。このようにシリコン製部品は、交換頻度が高くなると、ドライエッチング装置を停止する期間が延び生産効率を低下させるだけでなく、そ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、交換頻度を低減することができるリング状電極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】

本発明に係るリング状電極は、シリコンのリング体と、接合部を介して前記リング体表面の少なくとも一部に接合された、シリコンよりもプラズマ耐性に優れたカバー体とを備え、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、カバー体を備えることにより、シリコンのみで形成された従来のフォーカスリングに比べ、シリコン耐性に優れるので、交換頻度を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態に係るリング状電極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】本実施形態に係るリング状電極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】リング状電極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、リング状電極としてのフォーカスリング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、フォーカスリング１８は、リング体３２と、接合部（本図には図示しない）を介して接合されたカバー体３４とを有する。リング体３２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３８が、一側表面内側の全周に渡って形成されている。リング体３２のシリコンは、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。凹部３８を除く一側表面（凸部）には、カバー体３４が設けられている。カバー体３４は、シリコンよりもプラズマ耐性に優れた材料、例えばＳｉＣで形成されたリング状の部材である。カバー体３４は、リング体３２の凸部３９を覆うように幅が凸部３９と同じであると共に、厚さが０．５〜５．０ｍｍであるのが好ましい。

【0015】

図３に示すように、接合部３６は、リング体３２の凸部３９表面（以下、接合面ともいう）３３とカバー体３４の接合面３５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。

【0016】

次にフォーカスリング１８を製造する方法について説明する。まずリング体３２及びカバー体３４に対し表面処理をする。具体的には、リング体３２及びカバー体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。リング体３２及びカバー体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。

【0017】

続いて、リング体３２の凸部３９の表面３３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３３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。

【0018】

続いて、合金形成金属箔上に、カバー体３４を置く。カバー体３４は、先に配置されたリング体３２に対し、同軸上に配置する。上記のようにして、先に配置されたリング体３２上に、合金形成金属箔を介して、カバー体３４が重ねられた状態となる。

【0019】

次に、カバー体３４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。

【0020】

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４８及び当該ランプ４８が出射する光を集光する集光部５０を備える。ランプ４８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。

【0021】

加熱は、カバー体３４の上側から行う。上側であればよく、カバー体３４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カバー体３４及びリング体３２の接合面３３，３５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リング体３２及びカバー体３４を接合することができる。

【0022】

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、リング体３２及びカバー体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。

【0023】

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、リング体３２及びカバー体３４を接合し、フォーカスリング１８を製造することができる。

【0024】

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３６３６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。

【0025】

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カバー体３４と同様な形状の熱電対をリング体３２及びカバー体３４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。

【0026】

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。

【0027】

上記のようにして得られたフォーカスリング１８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。フォーカスリング１８は、使用頻度に応じ、厚さが減少する。カバー体３４がウエハ２２に面した状態でフォーカスリング１８が設置されるので、カバー体３４の厚さが減少していく。カバー体３４の厚さの減少量が所定値を超えた場合、カバー体３４は交換される。

【0028】

上記のようにフォーカスリング１８は、ＳｉＣで形成されたカバー体３４を備えることにより、シリコンのみで形成された従来のフォーカスリングに比べ、耐久性に優れるので、交換頻度を低減することができる。

【0029】

交換された使用済のフォーカスリング１８におけるリング体３２は、リング体３２に対しカバー体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。リング体３２に対しカバー体３４を新品に交換するには、まずフォーカスリング１８を６００℃以上に加熱して接合部３６を融解し、カバー体３４をリング体３２から分離する。次いでリング体３２表面から研削加工により共晶合金を除去する。その後、上記フォーカスリング１８を製造する方法と同じ手順で、リング体３２にカバー体３４を接合することにより、新品のフォーカスリング１８を得ることができる。

【0030】

上記のようにフォーカスリング１８は、接合部３６を再加熱して融解することにより、厚さが減少したカバー体３４を交換することができる。したがってフォーカスリング１８は、リング体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。

【0031】

（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。

【0032】

図２に示したリング体３２は、一体物であるが、本発明はこれに限らず、円周方向に３分割以上されたシリコン部材により形成してもよい。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シリコン部材を用いてより大きいリング体３２を得ることができる。

【0033】

図２に示したカバー体３４は、一体物であるが、本発明はこれに限らず、円周方向に３分割以上された部材により形成してもよい。

【0034】

上記実施形態の場合、カバー体３４は、リング体３２の凸部３９の表面３３に設ける場合について説明したが、本発明はこれに限らず、凹部３８、内周面、外周面、他側表面のいずれか、または全面に設けてもよい。

【0035】

上記実施形態の場合、合金形成金属箔を用いてリング体３２及びカバー体３４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。

【0036】

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フォーカスリング１８の製造方法について以下、説明する。

【0037】

まず、上記実施形態と同様に表面処理をしたリング体３２を第１の温度（１８０〜２８０℃）に加熱し、リング体３２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。リング体３２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３３の温度が１８０〜２８０℃であるので、この接合面３３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。

【0038】

リング体３２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、リング体３２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、リング体３２の接合面３３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。

【0039】

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リング体３２の接合面３３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、リング体３２の接合面３３の一部に少量ずつ供給することが好ましい。

【0040】

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。上述したようにリング体３２の接合面３３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３３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。

【0041】

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。

【0042】

接合面３３にメタホウ酸を含む層が形成されたリング体３２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、リング体３２及びカバー体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。

【0043】

リング体３２の接合領域に生じた酸化ホウ素を含む溶融物の上に、表面処理をしたカバー体３４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。

【0044】

酸化ホウ素の溶融物を固化させることで、リング体３２及びカバー体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、フォーカスリング１８を製造することができる。

【0045】

フォーカスリング１８を新品に交換するには、まずフォーカスリング１８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、カバー体３４をリング体３２から分離する。次いでリング体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、リング体３２にカバー体３４を接合することにより、新品のフォーカスリング１８を得ることができる。

【0046】

メタホウ酸を含む層を、リング体３２及びカバー体３４の接合面３３，３５の全域ではなく、接合面３３，３５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。リング体３２の接合面３３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、カバー体３４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、リング体３２及びカバー体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、リング体３２に対しカバー体３４を新品に交換することができる。

【0047】

上記実施形態の場合、リング状電極をフォーカスリングに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えばリング状電極は、支持リング、グラウンドリングのほか、ドライエッチング装置の真空チャンバー内に設置され、電圧が印加され、又は接地されるシリコン部材に適用することができる。

【符号の説明】

【0048】

１０ ドライエッチング装置
１８ フォーカスリング（リング状電極）
３２ リング体
３４ カバー体
３６ 接合部
３８ 凹部
３９ 凸部

【要約】

【課題】交換頻度を低減することができるリング状電極を提供する。
【解決手段】シリコンのリング体３２と、接合部を介して前記リング体３２表面の少なくとも一部に接合された、シリコンよりもプラズマ耐性に優れたカバー体３４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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】