JP6198168B1 - 電極用リング - Google Patents

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Abstract

【課題】複数のシリコン部材を接合した電極用リングを提供する。【解決手段】基板にプラズマ処理をする基板処理装置の前記基板が収容される処理室内に設置する電極用リングであって、一方向に突き合わせた複数の第１シリコン部材３４と、突き合わされた前記複数の第１シリコン部材３４同士を跨ぐ位置に埋め込まれた埋込みシリコン部材６４Ａとを備え、前記複数の第１シリコン部材３４と、前記埋込みシリコン部材６４の間に、前記第１シリコン部材３４と前記埋込みシリコン部材６４Ａを接合する接合部６８が設けられたことを特徴とする。【選択図】図７

Description

本発明は、電極用リングに関するものである。
ＬＳＩ等の半導体集積デバイス製造における基板処理装置として、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。ドライエッチング装置は、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ことにより、電極間にエッチングガスのプラズマを生じる。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をする。
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がある（特許文献１）。フォーカスリングは、エッチング対象のウエハより大きな直径を有することが必要である。現在主流の３００ｍｍウエハ用のシリコン製部品は、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。
特開２００２−１９０４６６号公報
シリコン製部品を、一体物ではなく、複数のシリコン部材を接合することにより製造できれば、より小さい直径を有するシリコン結晶インゴットから作製できるため、製造コストの削減等の種々のメリットが期待される。
本発明は、複数のシリコン部材を接合した電極用リングを提供することを目的とする。
本発明に係る電極用リングは、基板にプラズマ処理をする基板処理装置の前記基板が収容される処理室内に設置する電極用リングであって、一方向に突き合わせた複数の第１シリコン部材と、突き合わされた前記複数の第１シリコン部材同士を跨ぐ位置に埋め込まれた埋込みシリコン部材とを備え、前記複数の第１シリコン部材と、前記埋込みシリコン部材の間に、前記第１シリコン部材と前記埋込みシリコン部材を接合する接合部が設けられたことを特徴とする。
本発明に係る電極用リングは、基板にプラズマ処理をする基板処理装置の前記基板が収容される処理室内に設置する電極用リングであって、複数のシリコン部材と、前記複数のシリコン部材同士を接合する接合部と、前記複数のシリコン部材同士の間を塞ぐシリコン接着部とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、フォーカスリングの外径より小さいウエハから切り出した複数のシリコン部材を組み合わせて製造することができる。したがって電極用リングは、フォーカスリングの外径より大きいウエハを用いる必要がないので、その分コストを低減することができる。
第１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。 第１実施形態に係る電極用リングを示す斜視図である。 第１実施形態に係る突き合わせ面を示す断面図である。 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。 第２実施形態に係る電極用リングを示す斜視図である。 第２実施形態に係る突き合わせ面を示す断面図である。 第３実施形態に係る電極用リングを示す斜視図であり、図７Ａは上面側、図７Ｂは下面側である。 第３実施形態に係る突き合わせ面を示す断面図である。 埋込みシリコン部材を示す平面図であり、図９Ａは変形例（１）、図９Ｂは変形例（２）である。 第３実施形態に係る突き合わせ面の変形例を示す断面図であり、図１０Ａは変形例（１）、図１０Ｂは変形例（２）である。
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。
１．第１実施形態
（１）全体構成
図１に示すドライエッチング装置１０は、処理室としての真空チャンバー１２と、上部電極板１４と、基台１６と、フォーカスリング１８とを備える。上部電極板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。上部電極板１４は、厚さ方向に貫通した複数の貫通穴１５を有する。上部電極板１４は、高周波電源２６が電気的に接続されている。上部電極板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、上部電極板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。
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、基板としてのウエハ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。
ドライエッチング装置１０は、上部電極板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、上部電極板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。
本実施形態に係る電極用リングは、上記フォーカスリング１８、支持リング２０、グラウンドリング３０に適用可能である。電極用リングは、上記フォーカスリング１８、支持リング２０、グラウンドリング３０に限定されない。電極用リングは、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、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。
フォーカスリング１８用の部材となる本実施形態に係る電極用リングについて、図２を参照して説明する。電極用リング３２は、複数（本図の場合、３個）の第１シリコン部材３４，３６，３８を備える。なお、以下の説明において、複数の第１シリコン部材３４，３６，３８を特に区別しない場合、総称してシリコン部材と呼ぶ。シリコン部材は、円弧状であり、長手方向の端面である突き合わせ面３７において、接合部（本図には図示しない）を介して一方向に接合することにより、リング状に一体化されている。シリコン部材は、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。シリコン部材の大きさは、特に限定されないが、例えば、厚さ１ｍｍ以上５０ｍｍ以下、幅１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度とすることができる。
図３に示すように、シリコン部材同士の突き合わせ面３７には、接合部３９と、シリコン接着部４０とが設けられている。図３には、第１シリコン部材３４，３６の間の突き合わせ面３７を示している。図中矢印の向きは、電極用リング３２の半径方向の外側向きを示す。
接合部３９は、突き合わせ面３７の外縁から数ｍｍの範囲を除く中央部分、好ましくは１ｍｍ以上の範囲を除く中央部分に設けられている。接合部３９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、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、及びＳｎのいずれか（以下、「合金形成金属」ともいう）である。Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、及びＳｎは、シリコン結晶中での拡散係数が低く、シリコン部材内での拡散が少ないこと、電気的に問題になるディープレベルを作りにくいこと、及び環境への問題がないので好ましい。Ａｌは、低価格であることから最も好ましい。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。
シリコン接着部４０は、突き合わせ面３７の外縁に設けられており、突き合わせ面３７の間を塞いでいる。シリコン接着部４０は、ウエハ２２及び基台１６に接しておらず、真空チャンバー１２内で露出し、かつドライエッチング時にプラズマが照射される部分、すなわち突き合わせ面３７の外縁のうち、電極用リング３２における上面側に設けられるのが好ましい。さらにシリコン接着部４０は、突き合わせ面３７の外縁うち、上面側に加え、外周面側にも設けられるのがより好ましい。シリコン接着部４０は、プラズマが照射される突き合わせ面３７の間を塞ぐことにより、接合部３９における共晶合金が露出することを防ぐことができる。
（２）製造方法
次に電極用リング３２を製造する方法について説明する。まずシリコン部材に対し表面処理をする。具体的には、シリコン部材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。シリコン部材の表面を、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。
続いて、３個の第１シリコン部材３４，３６，３８をリング状に並べる。第１シリコン部材３４，３６，３８同士の突き合わせ面３７同士の間には、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に合金形成金属箔を配置する際に破損し易い。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。
次に、シリコン部材の外側から加熱して、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。
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４２及び当該ランプ４２が出射する光を集光する集光部としての楕円ミラー４４を備える。ランプ４２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。
加熱は、突き合わせ面３７の外側からであればよく、シリコン部材に対して垂直方向には限られず、斜め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シリコン部材の突き合わせ面３７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、合金形成金属箔としてＡｌ箔を用いた場合、８００℃程度までの加熱で十分にシリコン部材同士を接合することができる。
集光領域は、通常直径１０〜３０ｍｍ程度である。集光領域は、ランプ４２の発光位置を楕円ミラー４４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。集光領域を、突き合わせ面３７の電極用リング３２における上面の全域に亘って走査させて加熱するのが好ましい。
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３９を生成する。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３９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、合金形成金属として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３９中に歪が残る傾向がある。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３９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シリコン部材と同様な形状の熱電対をシリコン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。
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３９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。
次いで、シリコン接着部４０について説明する。第１シリコン部材３４，３６，３８同士の突き合わせ面３７の間のシリコン接着部４０は、突き合わせ面３７近傍のシリコンを加熱して溶融して形成される。まず、楕円ミラー４４の焦点位置とランプ４２の発光部の位置を合致させるようランプ位置を調整し、シリコン部材の上表面の高さを楕円ミラー４４のもう一つの焦点位置になるように調整することにより、照射位置での楕円ミラー４４の広がりを約３ｍｍとする。この状態で、楕円ミラー４４を突き合わせ面３７の位置に合わせランプ４２のパワーを上げる。加熱を開始すると、突き合わせ面３７の表面側が融解してシリコン融解物が生成する。具体的には、ランプ定格の６０％で表面が解け始める（表面温度が１４２０℃と推定される）、ランプ定格の９０％で突き合わせ面３７の間にシリコン融解物が流れ込んで突き合わせ面３７の間の一部を塞ぐ。この状態で、楕円ミラー４４を突き合わせ面３７に沿って一定の速度、例えば５ｍｍ／分の速度で走査することにより、突き合わせ面３７の間を溶融シリコンで埋め、塞ぐことができる。楕円ミラー４４を突き合わせ面３７の外縁のうち、電極用リング３２における上面側及び外周面側に亘って走査させて加熱するのが好ましい。
次いで、融解した突き合わせ面３７の表面を冷却し、シリコン融解物をシリコン部材の結晶に従って結晶化させる。具体的にはシリコン融解物が固まり始めるランプ定格の５５％まで２分でランプ４２のパワーを下げ、その状態で５分保持する。
上記の手順によって、全ての突き合わせ面３７において、接合部３９及びシリコン接着部４０を同様に形成することにより、第１シリコン部材３４，３６，３８同士を接合し、電極用リング３２を形成することができる。
上記のようにして得られた電極用リング３２は、機械加工により内側の全周に渡って凹部を形成することにより、フォーカスリング１８となり得る。
電極用リング３２は、フォーカスリング１８の外径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３個以上のシリコン部材を組み合わせて製造することができる。したがって電極用リング３２は、フォーカスリング１８の外径より大きいウエハ用シリコン結晶インゴットを用いる必要がないので、その分コストを低減することができる。
本実施形態に係る電極用リング３２は、突き合わせ面３７にシリコン接着部４０が設けられているので、接合部３９における共晶合金が露出することを防ぐことができる。したがって電極用リング３２は、真空チャンバー１２内においてプラズマが照射されても、共晶合金によって真空チャンバー１２内が汚染されるのを防ぐことができる。
２．第２実施形態
次に第２実施形態に係る電極用リングについて説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。図５に示す電極用リング４６は、第１リング体３２と、第２リング体４７とを備える。第１リング体３２は、上記第１実施形態の電極用リングと同じである。第２リング体４７は、複数（本図の場合３個）の第２シリコン部材４８，５０，５２を備える。第２シリコン部材４８，５０，５２は、説明の便宜上、符号を変えているが、第１シリコン部材３４，３６，３８と同じである。第１リング体３２と第２リング体４７は、シリコン部材同士の突き合わせ面３７が円周方向にずれた状態で接合面５４において同軸上に重ねられている。
図６に示すように、第１シリコン部材３４，３６，３８同士の突き合わせ面３７の間には、接合部３９と、シリコン接着部４０とが設けられている。図６Ａには第１シリコン部材３４，３６の間の突き合わせ面３７、図６Ｂには、第２シリコン部材４８，５２の間の突き合わせ面３７を示している。図中矢印の向きは、電極用リング４６の半径方向の外側向きを示す。接合部３９は、突き合わせ面３７の外縁から数ｍｍの範囲を除く中央部分、好ましくは１ｍｍ以上の範囲を除く中央部分に設けられている。さらに、第１リング体３２と第２リング体４７の接合面５４にも接合部５５が設けられている。なお、第２シリコン部材４８，５０，５２同士の突き合わせ面３７にも、接合部３９を設けてもよい。
シリコン接着部４０は、突き合わせ面３７の外縁、及び第１リング体３２と第２リング体４７の接合面５４の外縁に設けられている。シリコン接着部４０は、ウエハ２２及び基台１６に接しておらず、真空チャンバー１２内で露出している部分、すなわち電極用リング４６における上面側及び外周面側に設けられるのが好ましい。具体的には、シリコン接着部４０は、第１リング体３２における突き合わせ面３７の外縁のうち電極用リング４６における上面側及び外周面側、第２リング体４７における突き合わせ面３７の外縁のうち電極用リング４６における外周面側、接合面５４の外縁のうち電極用リング４６における外周面側５７に設けられるのが好ましい。
このようにしてシリコン接着部４０は、第１シリコン部材３４，３６，３８同士及び第２シリコン部材４８，５０，５２同士の突き合わせ面３７の間、及び第１リング体３２と第２リング体４７の接合面５４の間を塞いでいる。
次に、本実施形態の電極用リング４６の製造方法について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の工程については適宜説明を省略する。まず表面処理後の３個の第２シリコン部材４８，５０，５２をリング状に並べる。次いで、第２シリコン部材４８，５０，５２の表面に、合金形成金属箔を配置する。続いて、合金形成金属箔上に、３個の第１シリコン部材３４，３６，３８を置く。３個の第１シリコン部材３４，３６，３８同士の間には、合金形成金属箔を配置する。第１シリコン部材３４，３６，３８は、先に配置された第２シリコン部材４８，５０，５２に対し、長手方向の長さの半分だけずらして配置する。上記のようにして、第２シリコン部材４８，５０，５２上に、合金形成金属箔を介して、第１シリコン部材３４，３６，３８が積まれた状態となる。
次に、第１シリコン部材３４，３６，３８側から加熱して、第１リング体３２と第２リング体４７の間、及び第１シリコン部材３４，３６，３８同士の突き合わせ面３７の間にシリコンと合金形成金属を含む融解物を生成し、接合部３９，５５を形成する。加熱条件、冷却条件は、上記第１実施形態と同様とすることができる。
次いで、第１リング体３２及び第２リング体４７の突き合わせ面３７の間、及び、接合面５４の間のシリコンを加熱して溶融して、シリコン接着部４０を形成する。
本実施形態の電極用リング４６は、突き合わせ面３７の間、及び、接合面５４の間にシリコン接着部４０が設けられているので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
３．第３実施形態
次に第３実施形態に係る電極用リングについて説明する。図７に示す電極用リング５６は、複数（本図の場合、３個）の第１シリコン部材５８，６０，６２と、第１シリコン部材５８，６０，６２同士を跨ぐ位置に埋め込まれた複数（３個）の埋込みシリコン部材６４Ａとを備える。埋込みシリコン部材６４Ａは、電極用リング５６のプラズマが照射される側と反対側、本図の場合、裏面側に設けられる。
埋込みシリコン部材６４Ａは、シリコン部材と同じ材料で形成されるのが好ましい。埋込みシリコン部材６４Ａの四隅は、Ｒ加工されているのが好ましい。埋込みシリコン部材６４Ａは、四隅がＲ加工されていることにより、欠けなどの損傷を防止することができる。Ｒは、３ｍｍ以上であるのが好ましい。
埋込みシリコン部材６４Ａは、下面が、シリコン部材の裏面と略同じ高さとなるように形成されるのが好ましい。埋込みシリコン部材６４Ａの厚さは、シリコン部材の厚さの２０〜８０％が好ましく、４０〜６０％がより好ましい。
埋込みシリコン部材６４Ａは、矩形の板状部材からなり、平面視において電極用リング５６から突出しない大きさであるのが好ましい。埋込みシリコン部材６４Ａの長手方向の長さは、電極用リング５６の外周長さの２〜１０％であるのが好ましい。
より具体的なシリコン部材のサイズは、内周直径２９６ｍｍ、外周直径３８０ｍｍ、厚み４ｍｍのリングを、３分割した大きさとすることができる。埋込みシリコン部材６４Ａは、長さ６０ｍｍ、幅２５ｍｍ、４隅に５ｍｍのＲ加工を施した厚さ２ｍｍとすることができる。シリコン部材の裏面に形成される穴は、シリコンの小片の形状に対応した形状とし、深さは２ｍｍとする。この場合、埋込みシリコン部材６４Ａの厚さはシリコン部材の厚さの５０％、埋込みシリコン部材６４Ａの長手方向の長さは電極用リング５６の外周長さの５％である。
図８に示すように、シリコン部材の裏面には、長手方向の端部に、底面を有する穴が形成されている。図８には、第１シリコン部材５８，６０の間の突き合わせ面６３Ａを示している。図中矢印の向きは、電極用リング５６の半径方向の外側向きを示す。埋込みシリコン部材６４Ａは、当該穴に埋め込まれる。埋込みシリコン部材６４Ａの上面と第１シリコン部材（穴の底面）の間には、接合部６８が設けられている。第１シリコン部材５８，６０，６２同士の突き合わせ面６３Ａの間には、シリコン接着部７０を設けるのが好ましい。シリコン接着部７０は、突き合わせ面６３Ａの外縁のうち、電極用リング５６における上面側及び外周面側に設けられるのが好ましい。
本実施形態に係る電極用リング５６は、シリコン部材の上面側から加熱して、シリコンと合金形成金属を含む融解物を生成することで、接合部６８を形成することができる。また突き合わせ面６３Ａにおけるシリコン接着部７０は、上記第１実施形態と同様の方法により、形成することができる。
本実施形態の電極用リング５６は、埋込みシリコン部材６４Ａを設けたことにより、シリコン部材同士の間の接合面積を大きくすることができるので、機械的強度をより大きくすることができる。また、電極用リング５６は、突き合わせ面６３Ａの間がシリコン接着部７０で塞がれていることにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
埋込みシリコン部材６４Ａは、矩形状である必要はなく、例えば、図９に示すように、長円形状の埋込みシリコン部材６４Ｂ（図９Ａ）、円弧形状の埋込みシリコン部材６４Ｃ（図９Ｂ）でもよい。また埋込みシリコン部材６４Ｂ，６４Ｃの長手方向端部は、同図に示すように、半円形状でもよい。
本実施形態の場合、接合部６８は、埋込みシリコン部材６４Ａとシリコン部材（穴の底面）の間に設ける場合について説明したが、本発明はこれに限らない。図１０Ａに示すように、シリコン部材同士の突き合わせ面６３Ｂの間にも接合部７２を設けることとしてもよい。
また本実施形態の場合、第１シリコン部材５８，６０，６２同士の突き合わせ面６３Ａの間には、シリコン接着部７０が設けられている場合について説明したが、本発明はこれに限らない。図１０Ｂに示すように、突き合わせ面６３Ｃの間にシリコン接着部を設けなくてもよい。
４．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。
上記実施形態の場合、接合部は、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。接合部が酸化ホウ素を含む場合の電極用リングの製造方法について以下、接合面を例に説明する。
まず、上記実施形態と同様に表面処理をした３個のシリコン部材をリング状に並べる。次いで、当該シリコン部材を第１の温度（１８０〜２８０℃）に加熱し、シリコン部材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。シリコン部材は、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。接合面の温度が１８０〜２８０℃であるので、この接合面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（ＨＢＯ２）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。
シリコン部材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、シリコン部材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、シリコン部材の接合面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。
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シリコン部材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、シリコン部材の表面の一部に少量ずつ供給することが好ましい。
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。上述したようにシリコン部材の接合面に、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。
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。
接合面にメタホウ酸を含む層が形成されたシリコン部材を加熱して、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（Ｂ２Ｏ３）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、シリコン部材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。
シリコン部材の接合領域に生じた酸化ホウ素を含む溶融物の上に、表面処理をした別のシリコン部材を圧着する。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。シリコン部材の幅が３０ｍｍ程度の場合には、断熱材を挟んで手で押し付けて、シリコン部材と別のシリコン部材とを接合することができる。
酸化ホウ素の溶融物を固化させることで、シリコン部材と別のシリコン部材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を生成することにより、電極用リングを製造することができる。
メタホウ酸を含む層を、シリコン部材の接合面の全域ではなく、接合面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。シリコン部材の接合面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、別のシリコン部材を配置して、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、シリコン部材同士を、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。さらに接合面の外縁に、シリコン接着部を設けることにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
シリコン接着部は、プラズマが照射される電極用リングの上面及び外周面に設けられる場合について説明したが、本発明はこれに限らず、突き合わせ面の外縁の全周に設けてもよい。また、上記第２実施形態の場合、シリコン接着部は、接合面の外周縁に加えて内周縁に設けてもよい。
１０ ドライエッチング装置（基板処理装置）
１２ 真空チャンバー（処理室）
３２，４６，５６ 電極用リング
３４，３６，３８，５８，６０，６２ 第１シリコン部材
３７ 突き合わせ面
３９，５５，６８，７２ 接合部
４０，７０ シリコン接着部
４８，５０，５２ 第２シリコン部材
５４ 接合面
６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ 突き合わせ面
６４Ａ、６４Ｂ，６４Ｃ 埋込みシリコン部材

Claims (6)

  1. 基板にプラズマ処理をする基板処理装置の前記基板が収容される処理室内に設置する電極用リングであって、
    一方向に突き合わせた複数の第１シリコン部材と、
    突き合わされた前記複数の第１シリコン部材同士を跨ぐ位置に埋め込まれた埋込みシリコン部材と
    を備え、
    前記複数の第１シリコン部材と、前記埋込みシリコン部材の間に、前記第１シリコン部材と前記埋込みシリコン部材を接合する接合部が設けられたことを特徴とする電極用リング。
  2. 前記複数の第１シリコン部材同士の間を塞ぐシリコン接着部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の電極用リング。
  3. 前記シリコン接着部は、プラズマが照射される前記複数の第１シリコン部材同士の間に設けられていることを特徴とする請求項２記載の電極用リング。
  4. 前記接合部は、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、及びＳｎ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１〜３のいずれか１項記載の電極用リング。
  5. 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１〜３のいずれか１項記載の電極用リング。
  6. 前記接合部は、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、及びＳｎ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５記載の電極用リング。
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