(57)【要約】【課題】プラズマ処理装置における支持リング、フォーカスリング、シールドリングなどのシリコンリングを、材料ロスを少なくして安価に製造することができ、かつ、その取り扱いも容易で、しかも不純物の発生の少ないシリコンリングを提供する。【解決手段】複数の円弧状部材２１が周方向に並べられてリング状に固着されるとともに、隣接する両円弧状部材２１の端部間に、各円弧状部材２１の板厚の範囲の一部をプラズマ対向面３１に沿って切除してなる凹部２５，２８と、該凹部２５，２８に係合する凸部２４，２７とが形成され、これら凹部及び凸部の係合面間に、各円弧状部材２１を固着する接着剤が、プラズマ対向面３１に露出する円弧状部材２１相互の突き合わせ面３４間を避けて設けられている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏面の一方がプラズマ発生領域に向けられるプラズマ対向面とされたシリコンリングであって、複数の円弧状部材が周方向に並べられてリング状に固着されるとともに、隣接する両円弧状部材の端部間に、各円弧状部材の板厚の範囲の一部を前記プラズマ対向面に沿って切除してなる凹部と、該凹部に係合する凸部とが形成され、これら凹部及び凸部の係合面間に、各円弧状部材を固着する接着剤が、前記プラズマ対向面に露出する円弧状部材相互の突き合わせ面間を避けて設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置用シリコンリング。
【請求項２】
表裏面の一方がプラズマ発生領域に向けられるプラズマ対向面とされたシリコンリングであって、複数の円弧状部材を周方向に並べてなるリング列構成体が板厚方向に複数積層されるとともに、各円弧状部材間の突き合わせ面が、上下に隣接するリング列構成体相互間で周方向にずらした状態に配置され、これらリング列構成体の積層面間に、各円弧状部材を固着する接着剤が、前記プラズマ対向面に露出する円弧状部材相互の突き合わせ面間を避けて設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置用シリコンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置において被処理基板を載置する支持リング、被処理基板の外側に設けられるフォーカスリング、上部電極を支持するシールドリング等のシリコンリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造プロセスに使用されるプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置は、チャンバー内に、高周波電源に接続される上部電極と下部電極とを例えば上下に対向配置し、下部電極の上に被処理基板を配置した状態として、上部電極に形成した貫通孔からガスを被処理基板に向かって流通させながら高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させ、被処理基板にエッチング等の処理を行う構成とされている。
【０００３】
この種のプラズマ処理装置において、処理対象となる被処理基板は支持リング上に載置される。この支持リングは、例えば特許文献１に記載されるように、下部電極の外周部にリング状に形成され、その内周部に形成した凹状の支持段部に被処理基板の外周部を載置するようになっている。また、この支持リングとは別に、あるいは支持リングと一体にフォーカスリングが設けられる。このフォーカスリングは、例えば特許文献２に記載されるように、被処理基板の周縁部におけるプラズマ処理を均一にするために、被処理基板の周囲を囲むように配置される。さらに、上部電極の周囲にも、電磁遮蔽のためのシールドリングが設けられ、石英リング（絶縁体）によってチャンバー壁に固定されている。
【０００４】
これら支持リング、フォーカスリング、シールドリングは、シリコンにより製作され、被処理基板や電極よりも大きい径のリング状に形成される。
これら支持リング、フォーカスリング、シールドリングは、一般には、単結晶シリコンや柱状晶シリコン等のインゴットを輪切りにスライスし、このスライスした円板を、その周縁部を残して中央の大部分を削除することによりリング状に機械加工して作製されるが、特許文献２に記載の発明では、複数の円弧状の分割片をリング状に並べて構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−５０６７２号公報
【特許文献２】特開２００８−２５１６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、インゴットからスライスした大口径の円板をリング状に形成する方法では、材料のロスが多く、コスト高となる。特に、近年では、被処理基板が大口径化してきており、それに伴い各シリコンリングも大口径のものが必要で、ますます材料ロスが多くなり、一層のコスト高を招いている。
また、大口径のリング状部品は、その支持の仕方によっては折損等を生じ易く、取り扱い性が悪い。
特許文献２記載のもののように、リングを複数に分割して、それら円弧状部材（分割片）を周方向に連結してリング状に組み立てる方法の場合は、材料ロスを少なくすることができるが、各円弧状部材の接合面間から接着剤による不純物がプラズマ発生領域に放出されるおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、プラズマ処理装置における支持リング、フォーカスリング、シールドリングなどのシリコンリングを、材料ロスを少なくして安価に製造することができ、かつ、その取り扱いも容易で、しかも不純物の発生の少ないシリコンリング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】
【０００８】
本発明のシリコンリングは、表裏面の一方がプラズマ発生領域に向けられるプラズマ対向面とされたシリコンリングであって、複数の円弧状部材が周方向に並べられてリング状に固着されるとともに、隣接する両円弧状部材の端部間に、各円弧状部材の板厚の範囲の一部を前記プラズマ対向面に沿って切除してなる凹部と、該凹部に係合する凸部とが形成され、これら凹部及び凸部の係合面間に、各円弧状部材を固着する接着剤が、前記プラズマ対向面に露出する円弧状部材相互の突き合わせ面間を避けて設けられていることを特徴とする。
【０００９】
複数の円弧状部材からなる構成としたことにより、円板からリング状に切り取るのに比べて材料ロスを大幅に少なくすることができる。この場合、その円弧状部材が周方向に並べて固着されていることにより、そのプラズマ対向面（消耗面）に、各円弧状部材の突き合わせ部分が配置されることになり、その突き合わせ面間にプラズマが進入するおそれがある。このため、その突き合わせ面間に接着剤が設けられていると、プラズマ領域に不純物が放出される場合があるが、そのプラズマ対向面に露出する突き合わせ面間を避けた位置に接着剤が設けられているため、万一プラズマが突き合わせ面間に進入したとしても、接着剤にまで到達することはない。
そして、このようにして固着された状態のシリコンリングは、各円弧状部材の間に介在している接着剤がクッション材として機能して応力を緩和し得るので、取り扱い時の破損の発生を防止することができる。
【００１０】
また、本発明のシリコンリングは、表裏面の一方がプラズマ発生領域に向けられるプラズマ対向面とされたシリコンリングであって、複数の円弧状部材を周方向に並べてなるリング列構成体が板厚方向に複数積層されるとともに、各円弧状部材間の突き合わせ面が、上下に隣接するリング列構成体相互間で周方向にずらした状態に配置され、これらリング列構成体の積層面間に、各円弧状部材を固着する接着剤が、前記プラズマ対向面に露出する円弧状部材相互の突き合わせ面間を避けて設けられているものとしてもよい。
いわゆるレンガ積み状態に構築されたものであり、積層段数は２段以上の任意に設定すればよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のプラズマ処理装置用シリコンリングによれば、複数の円弧状部材を連結した構成としたことにより、円板からリング状に切り取るのに比べて材料ロスを大幅に少なくすることができ、大口径化する場合のコスト増を抑えることができる。また、固着面に介在している接着剤がクッション材として機能して応力を緩和し得るので、取り扱い時に破損することを防止することができる。しかも、プラズマ対向面に露出する各円弧状部材の突き合わせ面間を避けた位置に接着剤が設けられているため、万一プラズマが突き合わせ面間に進入したとしても、接着剤にまで到達することはなく、プラズマ領域への不純物の混入を防止して、高品質のプラズマ処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態のシリコンリングを示す斜視図である。
【図２】図１のシリコンリングの一部を構成している第１部材の斜視図である。
【図３】図１のシリコンリングの一部を構成している第２部材の斜視図である。
【図４】図１の一部分の周方向に沿う縦断面図である。
【図５】本発明のシリコンリングが用いられるプラズマ処理装置の例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態のシリコンリングを示す斜視図である。
【図７】図６のシリコンリングを構成している円弧状部材の斜視図である。
【図８】図６の一部分の周方向に沿う縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のシリコンリングの実施形態を図面を参照しながら説明する。
まず、このシリコンリングが用いられるプラズマ処理装置としてプラズマエッチング装置について説明する。
このプラズマエッチング装置１は、図５の概略断面図に示されるように、真空チャンバー２内の上部に電極板（上部電極）３が設けられるとともに、下部に上下動可能な架台（下部電極）４が電極板３と相互間隔をおいて平行に設けられている。この場合、上部の電極板３は絶縁体５により真空チャンバー２の壁に対して絶縁状態に支持されているとともに、架台４の上には、静電チャック６と、その周りを囲むシリコン製の支持リング７とが設けられており、静電チャック６の上に、支持リング７により周縁部を支持した状態でウエハ（被処理基板）８を載置するようになっている。また、真空チャンバー２の上部にはエッチングガス供給管９が設けられ、このエッチングガス供給管９から送られてきたエッチングガスは拡散部材１０を経由した後、電極板３に設けられた貫通孔１１を通してウエハ８に向って流され、真空チャンバー２の側部の排出口１２から外部に排出される構成とされている。一方、電極板３と架台４との間には高周波電源１３により高周波電圧が印加されるようになっている。
【００１４】
また、電極板３は、シリコンによって円板状に形成されており、その背面には熱伝導性に優れるアルミニウム等からなる冷却板１４が固定され、この冷却板１４にも、電極板３の貫通孔１１に連通するように、この貫通孔１１と同じピッチで貫通孔１５が形成されている。
【００１５】
このプラズマエッチング装置１では、高周波電源１３から高周波電圧を印加してエッチングガスを供給すると、このエッチングガスは拡散部材１０を経由して、電極板３に設けられた貫通孔１１を通って電極板３と架台４との間の空間に放出され、この空間内でプラズマとなってウエハ８に当り、このプラズマによるスパッタリングすなわち物理反応と、エッチングガスの化学反応とにより、ウエハ８の表面がエッチングされる。
また、ウエハ８の均一なエッチングを行う目的で、発生したプラズマをウエハ８の中心部に集中させ、外周部へ拡散するのを阻止して電極板３とウエハ８との間に均一なプラズマを発生させるために、通常、プラズマ発生領域１６がシリコン製のシールドリング１７で囲われた状態とされている。
【００１６】
次に、本発明のシリコンリングの第１実施形態として、前述した支持リング７の詳細構造について説明する。
この支持リング７は、例えば、内径が４５０ｍｍ、外径が５５０ｍｍ、厚さが６〜８ｍｍの大きさを有しており、図１から図４に示すように、複数の円弧状部材２１を連結して構成されている。これら円弧状部材２１は、上方に向けた突起部２２を有する第１部材２１Ａと、下方に向けた突起部２３を有する第２部材２１Ｂとから構成されている。第１部材２１Ａは、図２に示すように、円弧形の帯状をなす平板部２４の長さ方向の中間部に、上方に向けた突起部２２が一体に形成されることにより、上向きの突起部２２の両側に、上方を開放状態とした凹部２５が配置されたものであり、その突起部２２の内周部に、突起部２２の上面より若干低い段部２６が周方向に沿って形成されている。第２部材２１Ｂは、図３に示すように、第１部材２１Ａとは逆に、円弧形の帯状をなす平板部２７の長さ方向の中間部に、下方に向けた突起部２３が一体に形成されることにより、下向きの突起部２３の両側に、下方を開放状態とした凹部２８が配置されたものであり、平板部２７の内周部に、平板部２７の上面より若干低い段部２９が周方向に沿って形成されている。いずれの部材も、突起部２２，２３は円弧状部材２１Ａ，２１Ｂの周方向長さのほぼ１／３の長さに形成され、その両側の平板部２４，２７の端部もそれぞれ周方向長さのほぼ１／３ずつの長さに形成されている。
【００１７】
そして、これら第１部材２１Ａ及び第２部材２１Ｂが周方向に沿って交互に並べられることにより、第１部材２１Ａの突起部２２の両側に配置される凹部２５に、第２部材２１Ｂの突起部２３の両側に配置される平板部２７の端部（凸部）が係合され、両部材２１Ａ，２１Ｂの平板部２４，２７どうしが重ね合わせられた状態に連結されている。したがって、支持リング７全体の上面では、第１部材２１Ａの突起部２２の上面と第２部材２１Ｂの平板部２７の上面とが交互に配置され、下面では、第１部材２１Ａの平板部２４の下面と第２部材２１Ｂの突起部２３の下面とが交互に配置される。また、第１部材２１Ａにおける突起部２２の周方向の両端面と、これに隣接する両第２部材２１Ｂの平板部２７の周方向の端面とが突き合わせられ、これらが突き合わせられることにより、これら第１部材２１Ａの突起部２２の上面と第２部材２１Ｂの平板部２７の上面とが、プラズマ処理中にプラズマ発生領域１６に対向するプラズマ対向面３１として面一に形成される。また、このリング状に組み合わせられた状態では、その上面の内周部に、第１部材２１Ａの突起部２２の段部２６及び第２部材２１Ｂの平板部２７の段部２９が環状に接続され、ウエハ８の周縁部を載置する支持段部３２が形成される。
【００１８】
この場合、各円弧状部材２１（２１Ａ，２１Ｂ）は、金属ろうや導電性樹脂接着剤などの導電性の接着剤３３によって固着されるが、プラズマ対向面３１に平行な第１部材２１Ａの平板部２４の上面と第２部材２１Ｂの平板部２７の下面との重ね合わせ面の間の特定領域内に接着剤３３が介在される。具体的には、図４に示すように、第１部材２１Ａの突起部２２と第２部材２１Ｂの平板部２７との突き合わせ面３４から若干ずれた位置から、第１部材２１Ａの平板部２４の端面付近までの領域が固着領域３５とされている。したがって、この固着領域３５は、各円弧状部材２１Ａの突き合わせ面３４に対して直交し、その突き合わせ面３４から例えば０．２〜０．５ｍｍ程度離間した位置にプラズマ対向面３１と平行に延びており、突き合わせ面３４に接着剤３３が入り込まないようになっている。なお、この図４に示す例では、第１部材２１Ａの平板部２４の端面と第２部材２１Ｂの突起部２３の端面との間にはわずかに隙間が形成されているが、上面（プラズマ対向面）３１における突き合わせ面３４どうしを隙間のない緊密接触状態とするためである。
なお、接着剤３３としては、銀、銅、アルミニウム、インジウム等の金属ろう、エポキシ樹脂等の接着剤に銀、アルミニウム、ニッケル、カーボン等の導電フィラーを混入した導電性接着剤などが用いられる。
【００１９】
このように構成された支持リング７は、図５の架台４の上に、プラズマ対向面３１を上方に向けて固定され、その内周部の支持段部３２にウエハ８の周縁部が載置される。この場合、前述した内径４５０ｍｍ、外径５５０ｍｍ、厚さ６〜８ｍｍの支持リングであると、１ｋｇを超える重量となるが、連結状態の各円弧状部材２１の間に接着剤３３が介在しているので、その接着剤３３がクッション材として機能し、プラズマ処理装置１への固定作業時等において生じる応力が緩和され、破損の発生が有効に防止される。
そして、プラズマ処理中には、プラズマ対向面３１にプラズマが衝突するが、この場合、このプラズマ対向面３１においては、前述したように各円弧状部材２１の端面どうしが緊密に突き合わせられているので、その突き合わせ面３４間へのプラズマの進入は防止される。万一突き合わせ面３４間にプラズマが侵入したとしても、その突き合わせ面３４間には接着剤３３が介在していないので、プラズマが接着剤３３に接触することはなく、プラズマ発生領域１６が接着剤３３により汚染されることはない。したがって、プラズマ処理を高品質で行うことができる。
【００２０】
図６から図８は本発明のシリコンリングの第２実施形態を示している。これらの図において第１実施形態と共通する部分には同一符号を付して説明を簡略化する。
この第２実施形態のシリコンリングも支持リングである。この支持リング４１は、円弧状部材４２が上下２段に積層された構成とされ、各段毎に円弧状部材４２がリング列構成体４３，４４を形成しており、上側のリング列構成体４３の上面がプラズマ対向面３１とされている。
上段のリング列構成体４３は、図７に示すように内周部に段部４４を有する円弧状部材４２Ａが周方向に複数並べられ、その段部４４が接続されることにより、内周部にウエハ８の周縁部を載置する支持段部４５が形成された構成であり、下段のリング列構成体４４は、段部のない一様厚さの円弧状部材４２Ｂが周方向に複数並べられた構成である。そして、これら両リング列構成体４３，４４の積層面の特定領域が固着領域３５とされている。この場合、上段のリング列構成体４３と下段のリング列構成体４４とで、各円弧状部材４２の突き合わせ面３４が周方向にずらした状態に配置され、固着領域３５における接着剤３３は、第１実施形態の支持リング７と同様に、プラズマ対向面３１に露出する上側のリング列構成体４３における各突き合わせ面３４から若干の距離を置いて設けられている。
【００２１】
この第２実施形態の支持リング４１は、各円弧状部材４２がいわゆるレンガ積み状態に構築されて一体化されたものであり、この支持リング４１においても、第１実施形態の支持リング７と同様、プラズマ対向面３１に露出する円弧状部材４２の突き合わせ面３４間には接着剤３３が介在していないので、不純物の発生を有効に防止することができる。
この支持リング４１を組み立てる場合は、その一方の段のリング列構成体４３について円弧状部材４２Ａを並べてリング状に組み立てておき、その上に接着剤３３を塗布して、他方のリング列構成体４４の円弧状部材４２Ｂを並べながら固着すればよい。例えば、上段のリング列構成体４３の各円弧状部材４２Ａを裏返し状態で並べながら、相互に緊密接触状態としてリング状に組み立て、その上に各円弧状部材４２Ａの突き合わせ面３４を避けて接着剤３３を塗布し、他方のリング列構成体４４の円弧状部材４２Ｂを並べて固着するとよい。
【００２２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、各円弧状部材の固着領域は、必ずしもプラズマ対向面と平行な平面でなくてもよく、プラズマ対向面に対して若干傾斜した面でもよいし、鋸歯状（セレーション状）の凹凸を有する面としてもよく、全体としてプラズマ対向面に沿って形成されていればよい。
また、第１実施形態では各円弧状部材の突起部と平板部との周方向長さを１／３ずつとしたが、その寸法関係は任意に設定すればよい。また、この第１実施形態の支持リングのように、円弧状部材に凹部と凸部（平板部の端部）を配設して、これらを係合する場合、第１実施形態では、円弧状部材の表裏面の一方（上面）側を突起部を残して切除することにより、その切除した部分を凹部とし、隣接する円弧状部材では、反対（下面）側に凹部を形成して他方側に残った平板部の端部を凸部とする形状としたが、円弧状部材の一方の端部では、板厚の中央部分を切除することにより、その切除した凹部の両側に凸部が形成される形状とし、他方の端部では、板厚の中央部分を凸部とするように両側に凹部を形成した形状としてもよい。
【００２３】
一方、第２実施形態の支持リングのように、レンガ積み構造とする場合、２段以上に積み重ねてもよい。また、一つのリング列構成体における円弧状部材の数は各段において同じでもよいし、各段毎に変えてもよい。プラズマ対向面を形成する側のリング列構成体と、他のリング列構成体とで円弧状部材の数を変えるようにしてもよい。
さらに、本発明の構成は支持リングだけでなく、フォーカスリング、シールドリングにも適用することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１  プラズマエッチング装置
２  真空チャンバ
３  電極板（上部電極）
４  架台（下部電極）
５  絶縁体
６  静電チャック
７  支持リング
８  ウエハ（被処理基板）
１６  プラズマ発生領域
１７  シールドリング
２１，２１Ａ，２１Ｂ  円弧状部材
２２，２３  突起部
２４  平板部
２５  凹部
２７  平板部
２８  凹部
３１  プラズマ対向面
３３  接着剤
３４  突き合わせ面
３５  固着領域
４１  支持リング
４２，４２Ａ．４２Ｂ  円弧状部材
４３，４４  リング列構成体
【図１】
2011003730.tif 000003
【図２】
2011003730.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2011003730.tif 000007
【図６】
2011003730.tif 000008
【図７】
2011003730.tif 000009
【図８】
2011003730.tif 000010